JPWO2020175266A1 - シート材押圧装置、シート材押圧方法、押圧ローラ及びシート材の製造方法 - Google Patents

Abstract

所望の含浸効果を確保しつつ高い脱泡効果を得るシート材押圧装置、シート材押圧方法及び押圧ローラを提供する。
シート材押圧装置１４は、樹脂と繊維とが混在したシート材１３を押圧する複数のフリーローラ１５と、複数のフリーローラ１５を環状に配置し、複数のフリーローラ１５を自転自在に固定支持するフリーローラ支持部１６とを含む押圧ローラ１７と、複数のフリーローラ１５を公転させるためにフリーローラ支持部１６を、第１回転方向Ｒに回転させる駆動制御部と、シート材１３を載置し搬送するシート材搬送部３と、を備える。
第１回転方向Ｒは、シート材１３を押圧する位置にあるフリーローラ１５の移動方向が、シート材１３の搬送方向Ｔに対して逆方向になる方向である。

Description

本発明は、シート材押圧装置、シート材押圧方法、押圧ローラ及びシート材の製造方法に関する。

炭素繊維やガラス繊維等からなる繊維補強材に合成樹脂を混入させた複合材料は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）と呼ばれ、住宅設備、輸送用機器、工業製品等に幅広く使用されている。このような複合材料を高強度化するには、合成樹脂の繊維補強材への含浸性を高めることが重要である。

含浸性を高める装置として、特許文献１には、シート状の成型材料であるＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）製造用の含浸装置が記載されている。同含浸装置は、コンベヤベルト押さえロール方式により、熱硬化性樹脂を含有する樹脂ペーストを繊維補強材に含浸させるための装置である。この装置は、繊維補強材が樹脂ペースト上に供給されたシート材を、水平方向に移動させて、第１のローラ〜第３のローラ計６本と各ガイドローラとの間を通過させる。第１のローラを構成する２本で、樹脂ペーストを繊維補強材に緩やかに含浸させる。第２のローラを構成する２本で、シート材から気泡を排出させる。第３のローラを構成する２本で、樹脂ペーストを繊維補強材に十分に含浸させる。

この含浸装置において生産性を高めようとすれば、ライン速度、つまり、シート材の送り速度を上げなければならない。シート材の送り速度を上げると、ローラでシート材を押圧する時間が短くなる。シート材を押圧する時間が短くなると、含浸性が低下する。含浸性を維持するには、押圧時におけるローラとシート材との間隔を小さくしてシート材を多く絞る方法があるが、シート材を多く絞ると内部に気泡が残留しやすくなるという問題を生じる。他に、含浸性を維持するには、シート材の通過するローラの本数を増やす方法も考えられるが、ローラの本数を増やすと、装置自体が大きくなって装置導入費用や保守点検費用が増大してしまう。

特許文献２には、回転するロールやベルトの表面に並ぶように小径の球状体を配置してシート材に接触させ、ロールやベルトとシート材とに挟まれた球状体がシート材を押圧して、シート材内のマトリックス樹脂を繊維に含浸させる装置が記載されている。特許文献３には、回転するロールの表面に並ぶように小径の含浸ロール群を配置して、含浸ロール群でシート材を押圧してシート材内のマトリックス樹脂を繊維に含浸させる含浸装置が記載されている。しかしながら、これらの含浸装置は、シート材内の気泡を排出する脱泡効果について考慮されていない。そして、特許文献２に記載の、球状体が、回転するロールやベルトの表面に固定されていない構成では、球状体を所望の速度で移動させ難い。そのため、所望の含浸効果を確保しつつ高い脱泡効果を得ることは難しい。また、特許文献３に記載の、含浸ロール群の公転方向がシート材の搬送方向と同方向である構成では、シート材の中の気泡を取り除く効果が小さい。そのため、所望の含浸効果を確保しつつ高い脱泡効果を得ることは難しい。

特開２００４−０９９８２０号公報 特開平２−３０５８２９号公報 特開平７−０７６０１７号公報

所望の含浸効果を確保しつつ高い脱泡効果を得るシート材押圧装置、シート材押圧方法、押圧ローラ及びシート材の製造方法を提供する。

本発明にかかるシート材押圧装置は、樹脂と繊維とが混在したシート材を押圧する複数のフリーローラと、前記複数のフリーローラを環状に配置し、前記複数のフリーローラを自転自在に固定支持するフリーローラ支持部とを含む押圧ローラと、
前記複数のフリーローラを公転させるために前記フリーローラ支持部を、第１回転方向に回転させる駆動制御部と、
前記シート材を載置し搬送するシート材搬送部と、を備え、
前記第１回転方向は、前記シート材の押圧位置にある前記フリーローラの移動方向が、前記シート材の搬送方向に対して逆方向になる方向である。

かかる構成によれば、複数のフリーローラの公転速度を上げて、シート材が押圧ローラを通過する間に、シート材に接触するフリーローラの本数を増やす。これにより、比較的短時間でも所望の含浸効果を確保することができる。また、フリーローラの公転方向は、シート材の押圧位置にあるフリーローラを、シート材搬送方向と逆方向に移動させる方向である。これにより、シート材の内部の気泡を押圧ローラの搬送方向上流側へと押出す脱泡効果を得ることができる。また、脱泡は、気泡が樹脂に置換されることにより行われるから、脱泡により含浸効果を高める。

前記シート材押圧装置では、前記シート材に同時に接触する前記フリーローラは、
前記シート材の上流側で接触している第１フリーローラ（１５１）と、前記シート材の下流側で接触している第２フリーローラ（１５２；１５３）との少なくとも二つあり、
前記第１フリーローラと前記シート材搬送部との間隔（Ｄ１）が、前記第２フリーローラと前記シート材搬送部との間隔（Ｄ２；Ｄ３）よりも大きくなるように、前記押圧ローラと前記シート材搬送部との間隔が設定されていてもよい。
前記シート材と接触するフリーローラは、シート材の搬送方向と同じ方向に自由回転する。フリーローラはシート材との摩擦により回転する。
前記フリーローラ支持部に対し環状に配置されるフリーローラは、前記フリーローラ支持部の回転軸（フリーローラ公転軸）を中心に真円を形成するように配置されることが、好ましい。

前記シート材押圧装置では、前記押圧ローラに対向する位置に配置され、前記シート材を支持する受け台（１８；２８）をさらに備え、
前記シート材は、前記押圧ローラと前記受け台との間を、前記押圧ローラに押圧されながら通過するようにしてもよい。

前記シート材押圧装置は、前記押圧位置にある前記フリーローラと前記シート材搬送部との間隔を調節する間隔調節部をさらに備えてもよい。

前記フリーローラ支持部は円板形状であってもよい。

前記シート材押圧装置では、前記シート材に同時に接触する前記フリーローラは少なくとも二つあり、
前記少なくとも二つのフリーローラの表面には、それぞれ、自転軸を中心に巻回された溝を有し、
前記少なくとも二つのフリーローラのうち、互いに隣接配置されたフリーローラにおいて、各溝は前記自転軸の方向にずれて配置されていてもよい。

前記シート材押圧装置では、前記フリーローラには、それぞれ、自転軸を中心に巻回された溝を有し、
前記溝は、前記自転軸を中心に螺旋状に巻回されていてもよい。

本発明にかかるシート材押圧方法は、前記シート材押圧装置を前記シート材の仕様に応じて調整し、調整したシート材押圧装置で前記シート材を押圧する。

本発明にかかる押圧ローラは、
前記シート材を押圧する複数のフリーローラと、
前記複数のフリーローラを環状に配置し、前記複数のフリーローラを自転自在に固定支持する支持機構と、を備える押圧ローラであって、
前記複数のフリーローラの少なくとも一つには、それぞれのフリーローラの自転軸を中心に巻回された溝を有する。

前記押圧ローラでは、押圧位置にある前記フリーローラは少なくとも二つあり、
前記少なくとも二つのフリーローラの表面には、それぞれのフリーローラの自転軸を中心に巻回された溝を有し、
前記少なくとも二つのフリーローラのうち、互いに隣接配置されたフリーローラにおいて、各溝は前記自転軸の方向にずれて配置されているとよい。

前記押圧ローラでは、前記溝は前記自転軸を中心に螺旋状に巻回されているとよい。

本発明のシート材（例えばＳＭＣ）の製造方法は、
第１キャリアフィルムに第１マトリックス樹脂（例えば、熱硬化性樹脂を含む第１樹脂ペースト）を塗布する第１塗布工程と、
第２キャリアフィルムに第２マトリックス樹脂（例えば、熱硬化性樹脂を含む第２樹脂ペースト）を塗布する第２塗布工程と、
前記第１キャリアフィルムに塗布された第１マトリックス樹脂に、補強繊維材（例えば、ガラス繊維）を堆積させる第１堆積工程と、
前記第１堆積工程及び前記第２塗布工程の後で、前記第１キャリアフィルム、前記第１マトリックス樹脂、前記補強繊維材、前記第２マトリックス樹脂及び前記第２キャリアフィルムが、この順に配置されるように、前記第１キャリアフィルムと前記第２キャリアフィルムとを積層し、シート材を形成する積層工程と、
前記積層工程の後で、上述のシート材押圧装置又は上述の押圧ローラを用いて、前記第１マトリックス樹脂及び／又は第２マトリックス樹脂を前記補強繊維材に含浸させ、かつ、
前記シート材から脱泡させる工程と、を含む。含浸させる工程と脱泡させる工程とは、同時又は部分的に重複して行われる。

本発明のシート材（例えばプリプレグ）の製造方法は、
第１キャリアフィルムに樹脂が形成されている樹脂シートを供給する工程と、
炭素繊維束又は樹脂が含浸されている炭素繊維束を有して構成される炭素繊維シートを供給する工程と、
前記樹脂シートに前記炭素繊維シートを積層し、シート材を形成する工程と、
上記に記載の前記シート材押圧装置、又は上記に記載の前記押圧ローラを用いて、形成された前記シート材に含まれる前記樹脂を前記炭素繊維束に含浸させ、かつ、前記シート材から脱泡させる工程と、を含む。含浸させる工程と脱泡させる工程とは、同時又は部分的に重複して行われる。

上記シート材搬送部は、前記シート材押圧装置に専用として設けられたものであってもよく、シート材押圧装置以外の製造装置と共有するものであってもよい。
前記駆動制御部は、前記フリーローラ支持部の回転軸（フリーローラ公転軸）周りに回転駆動させるための駆動装置（モータ、ギアなどを有して構成される）を制御するように構成される。また、前記駆動制御部は、前記押圧ローラと前記シート材搬送部とをそれぞれ駆動制御してもよい。さらに、前記駆動制御部は、シート材搬送の搬送速度に基づいて、フリーローラ支持部の回転速度を制御してもよい。
少なくとも２つのフリーローラが搬送されている状態のシート材と接触するように、フリーローラ支持部の回転軸の高さ位置と、シート材の搬送位置とを設定することが好ましい。フリーローラ支持部の回転軸の位置は、高さ方向位置の調整が可能に構成されていることが好ましい。シート材の種類やシート材の厚みに応じて、高さ方向位置を調整するとよい。
前記シート材搬送部は、その搬送方向において、フリーローラ支持部を間に挟むように上流側ガイドローラと下流側ガイドローラを有していてもよい。

本発明のシート材押圧装置の一実施形態を含むＳＭＣ製造工程の模式図 本発明のシート材押圧装置の一実施形態を示す図 図２のシート材押圧装置の要部拡大断面図 受け台の他の実施形態を示す図 シート材押圧装置の他の実施形態を示す図

図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致しておらず、また、各図面の間での寸法比も、必ずしも一致していない。

図１は、ガラス繊維をマトリックス樹脂に含浸させたシート状の成型材料であるＳＭＣの製造工程を模式的に示している。巻出ロール１により引き出された１０〜５０μｍの厚さのポリエチレンやポリプロピレン等の熱可塑性樹脂フィルムを第１キャリアフィルム２としてコンベヤベルト３の上に載置する。

コンベヤベルト３は駆動ローラ３１によって駆動され、コンベヤベルト３に載置されたシート材１３の原材料及びシート材１３をＴ方向に搬送する。駆動ローラ３１は不図示の制御手段により駆動速度を変更できる。コンベヤベルト３の内側には、適宜ガイドローラ３２が配置される。本実施形態では、シート材搬送部としてベルトコンベヤを使用しているが、ローラーコンベヤやチェーンコンベヤなど、他の搬送機構を使用してもよい。

次に、第１キャリアフィルム２上にマトリックス樹脂となる第１樹脂ペースト４１をドクター５等の塗工手段により所定の厚さに塗工する。第１樹脂ペースト４１は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分としたものに、充填剤や増粘剤、硬化用触媒、内部離型剤、低収縮化剤及び着色剤等を適宜混合して粘度を３０〜６００ポイズ程度としたペースト状物を使用するとよい。

第１樹脂ペースト４１に含浸させる補強繊維材９について、複数束のガラスストランド７を切断装置８に送り込み、１インチ前後の長さの切断片を多数形成する。そして、形成した切断片を第１樹脂ペースト４１上に均一に分散するように振りかけて堆積させ、補強繊維材９として使用する。

巻出ロール１により引き出された、１０〜５０μｍ厚さのポリエチレンフィルム等の熱可塑性樹脂フィルムを第２キャリアフィルム１１とする。第２キャリアフィルム１１上に、第２樹脂ペースト４２を、ドクター１２等の塗工手段により所定の厚さに塗工する。そして、第１キャリアフィルム２上に堆積された補強繊維材９上に、第２樹脂ペースト４２が内側となるように第２樹脂ペースト４２の塗工された第２キャリアフィルム１１を積層させて、シート材１３を形成する。

形成直後のシート材１３は、第１キャリアフィルム２と第２キャリアフィルム１１との間で、樹脂ペースト４１、４２と補強繊維材９とが混在した状態にある。しかしながら、樹脂ペースト４１、４２が補強繊維材９に完全に含浸しておらず、シート材１３の内部に多くの気泡が残存している。そこで、シート材押圧装置１４を使用して、樹脂ペースト４１、４２を補強繊維材９の中に含浸させるとともに、シート材１３の内部に含まれる気泡を排出させる。シート材押圧装置１４により押圧されたシート材１３は、巻取られて巻取ロール２０を形成する。

本発明にかかるシート材押圧装置の一実施形態について、図２を参照しながら説明する。図２はシート材押圧装置１４の斜視図である。シート材押圧装置１４は、コンベヤベルト３と、押圧ローラ１７と、押圧ローラ１７及びコンベヤベルト３をそれぞれ駆動制御する駆動制御部（不図示）とを備える。当図では、シート材押圧装置１４とともに、コンベヤベルト３の上に載置したシート材１３（ハッチング領域）を示している。当実施形態では、コンベヤベルト３は、シート材押圧装置１４以外の製造方法と共有されているが、コンベヤベルト３を、シート材押圧装置専用に設けてもよい。

押圧ローラ１７は、シート材１３を押圧する複数のフリーローラ１５と、複数のフリーローラ１５を環状に配置し、複数のフリーローラ１５を自転自在に固定支持する一対のフリーローラ支持部１６とを含む。複数のフリーローラ１５は、一対のフリーローラ支持部１６の間に取り付け固定される。各フリーローラ１５は、接触するシート材１３との摩擦により回転（自転）する。また、複数のフリーローラ１５は、押圧ローラ１７の回転軸１７１を中心として第１回転方向Ｒへ回転（公転）する。この回転は不図示の駆動制御部により行われる。各フリーローラ１５は、フリーローラ支持部１６の回転にしたがって公転しつつ、シート材１３に対して押圧力を与えながら、シート材１３の搬送方向Ｔの下流側から上流側に移動していく。

駆動制御部は、駆動装置及び制御部を含む。駆動装置には、モータ、ギアなどを有して構成され、モータには、エアモータや電動モータ等、駆動対象に応じて種々の駆動源が適用できる。押圧ローラ１７を回転させるには、例えば、エアモータを使用するのが好ましい。制御部は、駆動部毎に設けられていてもよく、押圧装置全体として統合されていてもよく、ＳＭＣ製造工程に使用される他の装置と統合されていてもよい。

フリーローラ１５により押圧力を与えられたシート材１３は、シート材１３の内部の樹脂ペースト４１、４２が補強繊維材９の中に含浸していく。フリーローラ１５は公転するから、シート材１３は複数のフリーローラ１５により押圧される。押圧ローラ１７の公転速度を高くするほど、シート材１３を押圧するフリーローラ１５の数が増える。これにより、フリーローラ１５による押圧回数及び押圧時間が増加し、含浸性が向上する。押圧ローラ１７の公転速度は、ライン速度に依存せず設定できるから、ライン速度を大きくした場合でも、所望の含浸性を得ることができる。さらに、押圧ローラ１７は効果の異なるローラをそれぞれ準備し使用するよりも省スペースであるから、シート材押圧装置１４を小型化できる。

押圧ローラ１７の第１回転方向Ｒは、シート材１３の押圧位置にあるフリーローラ１５、すなわちシート材１３に接触しているフリーローラ１５を、コンベヤベルト３によるシート材１３の搬送方向Ｔと逆方向に移動させるような方向である。押圧ローラ１７を第１回転方向Ｒに回転させると、フリーローラ１５は、次々に、シート材１３を押圧しながら搬送方向上流側に移動していく。これにより、シート材１３の内部に存在する気泡を、押圧ローラ１７の搬送方向上流へと押出し、脱泡していく。

図３は、シート材搬送方向に沿う平面を断面とした、シート材押圧装置１４の要部拡大断面図である。図３では、３つのフリーローラ１５がシート材１３に同時に接触している。３つのフリーローラ１５は、シート材１３の送り出し側である上流側から順に、第１フリーローラ１５１、第２フリーローラ１５２、及び第３フリーローラ１５３である。第１フリーローラ１５１とコンベヤベルト３との間隔Ｄ１は、第２フリーローラ１５２とコンベヤベルト３との間隔Ｄ２よりも大きくなるように設定されている。第２フリーローラ１５２とコンベヤベルト３との間隔Ｄ２は、第３フリーローラ１５３とコンベヤベルト３との間隔Ｄ３よりも大きくなるように設定されている。この間隔の設定は、下流になるほどフリーローラとコンベヤベルトとの間隔を小さくすることで、シート材１３の押圧量を段階的に大きくすることを意図している。

このように間隔Ｄ１〜Ｄ３を設定すると、次の効果が得られる。押圧量の小さな第１フリーローラ１５１では、主にシート材内に含まれる気泡を排出する脱泡効果を発揮する。押圧量の大きな第３フリーローラ１５３では、主に脱泡後のシート材を含浸させる含浸効果を発揮する。第１フリーローラ１５１と第３フリーローラ１５３の間にある第２フリーローラ１５２では、脱泡効果と含浸効果との両効果を発揮する。つまり、段階的な押圧により、主に搬送方向上流側では気泡を押圧ローラの上流側へ押出して脱泡を促進し、主に搬送方向下流側では所望の含浸性を得ることができる。

シート材１３に同時に接触するフリーローラ１５の数が増えると、シート材１３の押圧回数及び押圧時間が増え、含浸性が向上する。シート材１３に同時に接触するフリーローラ１５の本数は、フリーローラ支持部１６の形状やシート材１３の湾曲可能角度、及び押圧ローラ１７に配置可能なフリーローラ１５の本数などによって異なる。

例えば、直径３８ｍｍのフリーローラが、直径２００ｍｍの円板形状のフリーローラ支持部の周方向に沿って、等間隔に１２本配置されていた押圧ローラを使用する場合を考える。シート材１３を、フリーローラ支持部１６の円板周囲の１２０度（全周の１／３）に亘って沿うように配置するときは、最大５本のフリーローラ１５がシート材１３に常時接触し、含浸性が向上する。同じ押圧ローラを使用する場合において、シート材１３を、フリーローラ支持部の円板周囲の９０度（全周の１／４）に亘って沿うように配置するときは、最大４本のフリーローラがシート材１３に常時接触し、含浸性が向上する。

第１フリーローラ１５１〜第３フリーローラ１５３とコンベヤベルト３との間隔Ｄ１〜Ｄ３の調整には、押圧ローラ１７とコンベヤベルト３との相対位置を調整する方法や、コンベヤベルト３を下方から支持する受け台を使用し、受け台１８の位置を調整する方法がある。

押圧ローラ１７とコンベヤベルト３との相対位置を調整する方法について説明する。図３において押圧ローラ１７の位置を低くすると、押圧ローラ１７のコンベヤベルト３に対する相対位置が低下し、コンベヤベルト３に接触するフリーローラ１５の数を増加させたり、フリーローラ１５とコンベヤベルト３との間隔を小さくしたりできる。押圧ローラ１７の位置を低くするには、押圧ローラ１７自体の高さを調整する間隔調整部（不図示）を使用するとよい。

押圧ローラ１７自体の高さを調整する間隔調整部として、例えば、押圧ローラ１７の回転軸（フリーローラ１５の公転軸）を両サイドから軸支する押圧ローラ支持部と、前記押圧ローラ支持部の高さ方向位置を変更できる直動アクチュエータ等の駆動部と、前記押圧ローラ支持部と直動アクチュエータとが設けられる架台とを有してもよい。架台は、例えばレール上に設置され、シート材の搬送方向（又はコンベヤベルトの移動方向）に沿って移動可能に構成してもよい。

また、コンベヤベルト３の位置を高くしても、押圧ローラ１７のコンベヤベルト３に対する相対位置が低下する。コンベヤベルト３の位置を高くするには、押圧ローラ１７の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に配置されるガイドローラ３２の高さを調整する間隔調整部（不図示）を使用するとよい。ガイドローラ３２の高さを調整する間隔調整部として、シート材押圧装置１４をシート材の搬送方向において間に挟むように上流側ガイドローラ３２１と下流側ガイドローラ３２２とを有し、上流側ガイドローラ３２１と下流側ガイドローラ３２２とはそれぞれ、上下移動可能に構成してもよい。

例えば、搬送方向下流側のコンベヤベルト３の位置が上流側のコンベヤベルト３の位置よりも高い位置になるように、下流側のコンベヤベルト３を下流側ガイドローラ３２２等で下方支持する。これにより、搬送方向下流側の第２フリーローラ１５２及び第３フリーローラ１５３とコンベヤベルト３との間隔Ｄ２、Ｄ３を、搬送方向上流側の第１フリーローラ１５１とコンベヤベルト３との間隔Ｄ１よりも小さくすることができる。また、搬送方向下流側の第３フリーローラ１５３とコンベヤベルト３との間隔Ｄ３を、搬送方向上流側の第２フリーローラ１５２とコンベヤベルト３との間隔Ｄ２よりも小さくすることができる。また、押圧ローラ１７を間に挟み、搬送方向に沿って同じ間隔だけ離れた、上流側ガイドローラ３２１の高さが下流側ガイドローラ３２２の高さよりも低くなるように設定してもよい。

フリーローラ１５とコンベヤベルト３との間隔を調整する手法として、押圧ローラ１７と上流側ガイドローラ３２１との搬送方向における間隔、及び／又は、押圧ローラ１７と下流側ガイドローラ３２２との搬送方向における間隔を調整する方法がある。上流側ガイドローラ３２１の高さと下流側ガイドローラ３２２の高さとが同じであっても、例えば、押圧ローラ１７から上流側ガイドローラ３２１までの搬送方向における間隔が、押圧ローラ１７から下流側ガイドローラ３２２までの搬送方向における間隔より大きくなるように設定することで、Ｄ１＞Ｄ２及びＤ１＞Ｄ３を満たすことができる。

コンベヤベルト３を下方から支持する受け台を使用し、受け台の位置を調整する方法について説明する。図２、図３には、受け台１８が示されている。受け台１８は、フリーローラ１５に押圧されるシート材１３を、コンベヤベルト３の下方から支持する。これにより、シート材１３がフリーローラ１５に確実に押圧されるようにする。受け台１８のコンベヤベルト支持面１８１、１８２は、シート材１３の押圧位置に位置される各フリーローラ１５１〜１５３とコンベヤベルト３との間隔を、所望の値とするように設計してもよい。受け台１８を使用することで、シート材１３を所望の厚みに制御しやすくなる。

コンベヤベルト支持面１８１、１８２は、搬送方向下流になるほどフリーローラ１５１〜１５３とコンベヤベルト３との間隔を小さくするように設計される。図３はフリーローラ支持部が円形形状である場合の受け台１８の一例を示している。フリーローラ支持部の回転軸（公転軸）のコンベヤベルト支持面１８１、１８２は、全体として凹形状に形成されており、コンベヤベルト支持面１８１、１８２との間に最低部１８３を含んでいる。

図４は、フリーローラ支持部が円形形状である場合の受け台の別実施形態を示している。受け台１９のコンベヤベルト支持面は、搬送方向側面視において３分割（例えば３等分割）され、上流から順に、第１支持面１９１、第２支持面１９６及び第３支持面１９２からなる。第１支持面１９１は上流端１９４を端に含み、第２支持面１９６は最低部１９３を中央領域に含み、第３支持面１９２は、下流端１９５を端に含む。

第１支持面１９１は、搬送方向側面視において直線状であり、装置の設置面（あるいは水平）に対し第１傾斜角αで徐々に低下する。第３支持面１９２は、搬送方向側面視において直線状であり、装置の設置面（あるいは水平）に対し第２傾斜角βで徐々に上昇する。｜α｜＜｜β｜の関係が成り立つ構成であってもよい。第２支持面１９６は、搬送方向側面視において円弧状であり、第１支持面１９１及び第３支持面１９２と滑らかに接続される。

｜α｜＝｜β｜の関係である場合に、押圧ローラ１７の回転軸（フリーローラの公転軸）の中心を通り、コンベヤベルト３へ向かって垂直線を引いたときに、この垂直線が最低部１９３よりも搬送方向下流側を通る関係（言い換えれば、最低部１９３を通る垂直線が押圧ローラ１７の回転軸（フリーローラの公転軸）の中心より搬送方向上流側を通る関係）であってもよい。

受け台の各実施形態におけるコンベヤベルト支持面は、コンベヤベルト３がよく滑るように、摩擦係数の小さい平滑面で構成されているか、又は、ローラ等を並べた面で構成されているとよい。また、押圧ローラ１７と受け台１８（１９）との間隔Ｄ１〜Ｄ３を調整できるように、受け台１８（１９）のコンベヤベルト支持面の高さや傾斜角度を調節する間隔調整部（不図示）を備えていてもよい。

押圧ローラ１７とコンベヤベルト３との相対位置とを調整する方法と、受け台１８（１９）を使用し受け台１８（１９）の位置を調整する方法とを上述したが、これら両方法を併用してもよい。

図５は他の実施形態のシート材押圧装置を模式的に示している。このシート材押圧装置２４は、フリーローラ支持部２６がクローラ（無限軌道）で構成された押圧ローラ２７を備えている。クローラで構成されたフリーローラ支持部２６は、円板形状のフリーローラ支持部１６よりも、シート材１３に同時に接するフリーローラ２５の数を増やすことができる。また、フリーローラ２５の数を増やしても、押圧されるシート材１３を平面形状に維持することも可能である。図５のシート材押圧装置２４において、クローラの支持機構や駆動制御機構は省略している。

シート材１３に同時に接するフリーローラ２５の数が増加すると、フリーローラ２５がシート材１３を押圧する回数とフリーローラ２５の接触時間を増やすことができるため、含浸性がさらに向上する。また、多数のフリーローラ２５を使用することにより、段階的に押圧量を大きくする際の「段階」を、多段に設定できる。これにより、気泡を押圧ローラ２７の搬送方向上流へより押出し易くして、脱泡性をさらに向上させることができる。

図５の実施形態でも、受け台２８を備えていてもよい。受け台２８におけるコンベヤベルト支持面２８１の形状は、フリーローラ２５との間隔及びクローラの軌道によって調整される。この実施形態では、コンベヤベルト支持面２８１を平面で構成してもよい。このとき、クローラで構成されたフリーローラ支持部２６を、上流側から下流側に向かってコンベヤベルト支持面２８１に近づくように傾斜させる。これにより、コンベヤベルト支持面２８１が平面であったとしても、フリーローラとコンベヤベルト３との間隔を上流側から下流側に向かって徐々に小さくすることができる。

フリーローラについて詳述する。フリーローラの材質は、ステンレス等の金属が使用される他、特に制限されない。フリーローラの表面に、エラストマーなど、弾性力がある材料を使用した場合は、シート材表面のキャリアフィルムに生じたシワを伸ばす効果が得られる。

フリーローラの少なくとも一つは、フリーローラの自転軸を中心に巻回された溝を有するとよい。フリーローラの自転軸を中心に巻回された溝とは、自転軸を中心に螺旋状となる溝や、自転方向に沿う方向に延びる溝を含む。溝はシート材内の気泡を誘導する効果がある。螺旋状に設けられた溝の場合は、気泡を螺旋状の溝に沿って移動させる効果がある。これにより、シート材の内にある気泡をシート材の外へ排出できる。

押圧ローラ内の全てのフリーローラが溝を有していても良いし、溝有りフリーローラと溝無しフリーローラとを混在させてもよい。押圧ローラの周方向に沿って、溝有りフリーローラと溝無しフリーローラとを交互に配置してもよく、溝有りフリーローラと溝無しフリーローラとを２本おきに配置してもよい。

シート材に同時に接触するフリーローラが少なくとも二つある場合において、該少なくとも二つのフリーローラが互いに隣接配置されているとき、互いに隣接配置されたフリーローラにおける各溝は、フリーローラの自転軸の方向に互いにずれるように配置されているとよい。例えば、隣り合う一方のフリーローラの溝の凹部と、その他方のフリーローラの凸部とが対向する配置であってもよく、凹部の内部に凸部の少なくとも一部が挿入していてもよい。互いに隣接配置されたフリーローラは、シート材上にある互いに隣接した局所領域を、交互に押圧できる。シート材上の局所領域を交互に押圧すると、マトリックス樹脂を移動させることで、シート材の内にある気泡をシート材の外へ排出するポンプ機能が働く。

シート材の押圧方法について説明する。上述のシート材押圧装置を、シート材の仕様、すなわち、投入するシート材の材質や厚み、シート材の目標とする脱泡・含浸状態に応じて調整する。シート材押圧装置の調整項目には、押圧ローラの回転速度、シート材の送り速度、フリーローラとコンベヤベルトとの間隔Ｄ１〜Ｄ３などがある。

押圧ローラの回転速度やシート材の送り速度は、シート材の含浸状態を調整するのに特に有効なパラメータである。フリーローラとコンベヤベルトとの間隔Ｄ１〜Ｄ３のバランスは、シート材の脱泡状態を調整するのに特に有効なパラメータである。これにより、上述のシート材押圧装置は、含浸効果と脱泡効果とを個別に調整できる。

また、フリーローラの径、本数及び材質、フリーローラ支持部の機構や径などの押圧ローラの設計項目も含浸効果と脱泡効果とに影響を与える。よって、シート材の仕様に応じて調整するシート材押圧装置の調整項目として、好適な設計の押圧ローラを選択することを加えてもよい。また、１以上の前記押圧ローラ又は１以上の前記シート材押圧装置を用いてもよい。

製造するシート材としては、例えば、ＳＭＣ、プリプレグなどが挙げられる。上記実施形態では、シート材押圧装置をＳＭＣの製造に適用し、ガラス繊維をマトリックス樹脂に含浸させつつ脱泡させる装置として使用する例を示した。他に、上記実施形態は、エポキシ樹脂等のマトリックス樹脂に補強繊維材として炭素繊維を含浸させて形成する、プリプレグの製造にも適用できる。例えば、炭素繊維を使用したプリプレグには、ＵＤ（Ｕｎｉ Ｄｅｒｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる一方向繊維材料にマトリックス樹脂を含浸させたものがある。ＵＤへ樹脂を含浸させる場合、繊維の並ぶ方向と異なる方向に脱泡させることは難しい。そのため、上述のシート材押圧装置を、特に脱泡効果を重視した脱泡装置として使用することができる。そして、脱泡することで気泡が樹脂に置換されることで含浸効果も得られる。

上述の前記シート材押圧装置及び前記押圧ローラを使用したＳＭＣの製造方法は、第１キャリアフィルム２に熱硬化性樹脂を含む第１樹脂ペースト４１を塗布する第１塗布工程と、第２キャリアフィルム１１に熱硬化性樹脂を含む第２樹脂ペーストを塗布する第２塗布工程と、前記第１塗布工程で第１キャリアフィルムに塗布された第１樹脂ペーストに、ガラス繊維を堆積させる第１堆積工程と、前記第１キャリアフィルム、前記第１樹脂ペースト、前記ガラス繊維、前記第２樹脂ペースト、前記第２キャリアフィルムとがこの順に配置されるように、前記第１キャリアフィルムと前記第２キャリアフィルムとを積層する積層工程と、形成された前記シート材に含まれる前記第１マトリックス樹脂及び／又は第２マトリックス樹脂を前記補強繊維材に含浸させ、かつ、前記シート材から脱泡させる工程と、を含む。

また、前記第１堆積工程と前記積層工程との間に、前記補強繊維材に第１又は第２マトリックス樹脂と同じ樹脂を塗布する中間塗布工程、及び、前記中間塗布工程で塗布された樹脂の上に、前記補強繊維材と同じ又は異なる補強繊維材を堆積する中間堆積工程と、をさらに含んでいてもよい。

中間塗布工程と中間堆積工程とが組みとなって、１つ又は２つ以上実行されてもよい。
前記第１マトリックス樹脂と前記第２マトリックス樹脂は、同じ材料で構成されていてもよく、異なる材料で構成されていてもよい。

上述の前記シート材押圧装置及び前記押圧ローラを使用したプリプレグの製造方法は、第１キャリアフィルムに樹脂が形成されている樹脂シートを供給する工程と、炭素繊維束又は樹脂が含浸されている炭素繊維束を有して構成される炭素繊維シートを供給する工程と、前記樹脂シートに前記炭素繊維シートを積層し積層シートを形成する積層工程と、前記押圧ローラ又は前記シート材押圧装置を用いて、形成された前記シート材に含まれる前記樹脂を前記炭素繊維束に含浸させ、かつ、前記シート材から脱泡させる工程と、を含む。

本実施形態において、マトリックス樹脂、ガラス繊維、炭素繊維、樹脂、熱硬化性樹脂、キャリアフィルム（剥離紙を含む）などは、ＳＭＣの製造、プリプレグの製造に用いられるものであれば特に制限されず使用できる。

本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

３ ：コンベヤベルト
９ ：補強繊維材
１３ ：シート材
１４、２４：シート材押圧装置
１５、２５：フリーローラ
１６、２６：フリーローラ支持部
１７、２７：押圧ローラ
１８、１９、２８：受け台
１５１ ：第１フリーローラ
１５２ ：第２フリーローラ
１５３ ：第３フリーローラ

本発明にかかるシート材押圧装置は、樹脂と繊維とが混在したシート材を押圧する複数のフリーローラと、前記複数のフリーローラを環状に配置し、前記複数のフリーローラを自転自在に固定支持するフリーローラ支持部とを含む押圧ローラと、
前記複数のフリーローラを公転させるために前記フリーローラ支持部を、第１回転方向に回転させる駆動制御部と、
前記シート材を載置し搬送するシート材搬送部と、を備え、
前記第１回転方向は、前記シート材の押圧位置にある前記フリーローラの移動方向が、前記シート材の搬送方向に対して逆方向になる方向であり、
前記シート材搬送部で前記シート材を搬送しながら前記フリーローラ支持部を前記第１回転方向に回転させて、前記複数のフリーローラで前記シート材を押圧する。

本発明にかかる押圧ローラは、
前記シート材を押圧する複数のフリーローラと、
前記複数のフリーローラを環状に配置し、前記複数のフリーローラを自転自在に固定支持する支持機構と、を備える押圧ローラであって、
前記複数のフリーローラのうち、前記少なくとも二つのフリーローラの表面には、それぞれのフリーローラの自転軸を中心に巻回された溝を有し、
前記少なくとも二つのフリーローラのうち、互いに隣接配置されたフリーローラにおいて、各溝は前記自転軸の方向にずれて配置されている。

Claims (13)

1. 樹脂と繊維とが混在したシート材を押圧する複数のフリーローラと、前記複数のフリーローラを環状に配置し、前記複数のフリーローラを自転自在に固定支持するフリーローラ支持部とを含む押圧ローラと、
   前記複数のフリーローラを公転させるために前記フリーローラ支持部を、第１回転方向に回転させる駆動制御部と、
   前記シート材を載置し搬送するシート材搬送部と、を備え、
   前記第１回転方向は、前記シート材の押圧位置にある前記フリーローラの移動方向が前記シート材の搬送方向に対して逆方向になる方向である、シート材押圧装置。
2. 前記シート材に同時に接触する前記フリーローラは、
   前記シート材の上流側で接触している第１フリーローラと、前記シート材の下流側で接触している第２フリーローラとの少なくとも二つあり、
   前記第１フリーローラと前記シート材搬送部との間隔が、前記第２フリーローラと前記シート材搬送部との間隔よりも大きくなるように、前記押圧ローラと前記シート材搬送部との間隔が設定されている、請求項１に記載のシート材押圧装置。
3. 前記押圧ローラに対向する位置に配置され、前記シート材を支持する受け台をさらに備え、
   前記シート材は、前記押圧ローラと前記受け台との間を、前記押圧ローラに押圧されながら通過する、請求項１又は２に記載のシート材押圧装置。
4. 前記押圧位置にある前記フリーローラと前記シート材搬送部との間隔を調節する間隔調節部をさらに備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシート材押圧装置。
5. 前記フリーローラ支持部は円板形状である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシート材押圧装置。
6. 前記シート材に同時に接触する前記フリーローラは少なくとも二つあり、
   前記少なくとも二つのフリーローラの表面には、それぞれ、自転軸を中心に巻回された溝を有し、
   前記少なくとも二つのフリーローラのうち、互いに隣接配置されたフリーローラにおいて、各溝は前記自転軸の方向にずれて配置されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシート材押圧装置。
7. 前記フリーローラには、それぞれ、自転軸を中心に巻回された溝を有し、
   前記溝は、前記自転軸を中心に螺旋状に巻回されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシート材押圧装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の前記シート材押圧装置を前記シート材の仕様に応じて調整し、調整した前記シート材押圧装置で前記シート材を押圧する、シート材押圧方法。
9. 前記シート材を押圧する複数のフリーローラと、
   前記複数のフリーローラを環状に配置し、前記複数のフリーローラを自転自在に固定支持する支持機構と、を備える押圧ローラであって、
   前記複数のフリーローラの少なくとも一つには、それぞれのフリーローラの自転軸を中心に巻回された溝を有する、ことを特徴とする押圧ローラ。
10. 押圧位置にある前記フリーローラは少なくとも二つあり、
    前記少なくとも二つのフリーローラの表面には、それぞれのフリーローラの自転軸を中心に巻回された溝を有し、
    前記少なくとも二つのフリーローラのうち、互いに隣接配置されたフリーローラにおいて、各溝は前記自転軸の方向にずれて配置されている、請求項９に記載の押圧ローラ。
11. 前記溝は前記自転軸を中心に螺旋状に巻回されている、請求項９又は１０に記載の押圧ローラ。
12. 第１キャリアフィルムに第１マトリックス樹脂を塗布する第１塗布工程と、
    第２キャリアフィルムに第２マトリックス樹脂を塗布する第２塗布工程と、
    前記第１キャリアフィルムに塗布された第１マトリックス樹脂に、補強繊維材を堆積させる第１堆積工程と、
    前記第１堆積工程及び前記第２塗布工程の後で、前記第１キャリアフィルム、前記第１マトリックス樹脂、前記補強繊維材、前記第２マトリックス樹脂及び前記第２キャリアフィルムが、この順に配置されるように、前記第１キャリアフィルムと前記第２キャリアフィルムとを積層し、シート材を形成する工程と、
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシート材押圧装置、又は請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の押圧ローラを用いて、形成された前記シート材に含まれる前記第１マトリックス樹脂及び／又は前記第２マトリックス樹脂を前記補強繊維材に含浸させ、かつ、前記シート材から脱泡させる工程と、を含むシート材の製造方法。
13. 第１キャリアフィルムに樹脂が形成されている樹脂シートを供給する工程と、
    炭素繊維束又は樹脂が含浸されている炭素繊維束を有して構成される炭素繊維シートを供給する工程と、
    前記樹脂シートに前記炭素繊維シートを積層し、シート材を形成する工程と、
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシート材押圧装置、又は請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の押圧ローラを用いて、形成された前記シート材に含まれる前記樹脂を前記炭素繊維束に含浸させ、かつ、前記シート材から脱泡させる工程と、を含むシート材の製造方法。
    

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