KR20170059441A

KR20170059441A - 강화 섬유 시트 제조 장치

Info

Publication number: KR20170059441A
Application number: KR1020177007817A
Authority: KR
Inventors: 하루히코 츠지; 다모츠 스즈키; 야스모토 노구치; 야스히로 사토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2017-05-30
Also published as: JP6575356B2; EP3199317A1; CN106687268B; ES2808676T3; EP3199317B1; US20170291377A1; EP3199317A4; JPWO2016047141A1; CA2962233A1; CN106687268A; US10625477B2; WO2016047141A1

Abstract

강화 섬유 사조를 테이블 상에 배치하는 강화 섬유 시트 제조 장치는, 상기 강화 섬유 사조를 상기 테이블에 압박 가능한 사조 압박부를 구비하고, 상기 강화 섬유 사조를 송출하는 사조 공급 기구와, 상기 사조 공급 기구와 독립적으로 위치 결정되고, 상기 사조 압박부에 의해 상기 강화 섬유 사조를 압박하여 절단하는 절삭 날을 구비한다.

Description

강화 섬유 시트 제조 장치 {METHOD FOR MANUFACTURING REINFORCED FIBER SHEET}

본원은, 2014년 9월 25일에 출원된 출원 번호 제2014-194593호의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하며, 그 개시 모두가 참조에 의해 본원에 포함된다.

본 발명은 섬유 강화 플라스틱의 제조에 제공하는 강화 섬유 시트 제조 장치에 관한 것이다.

섬유 강화 플라스틱의 제조에 사용되는 유리 섬유나 탄소 섬유와 같은 강화 섬유의 프리폼을 제작하는 방법으로서, 다양한 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 강화 섬유의 직물 기재와 같은 포백으로부터 소정의 커트 패턴을 잘라내고, 프레스에 의해 프리폼을 부형하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이 방법에서는, 커트 패턴을 잘라낸 후의 남은 부분을 폐기하게 된다. 이 때문에, 프리폼 제조상의 수율이 나쁘고, 프리폼 제조 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다.

이 문제를 피하기 위해, 필요한 장소에만 강화 섬유를 배치하여, 낭비가 되는 강화 섬유를 삭감하는 것을 목적으로 한 AFP(Automated Fiber Placement)나 TFP(Tailored Fiber Placement)와 같은 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 이동 가능한 적층 헤드(2)에서 바인더가 부여된 강화 섬유의 스트랜드(강화 섬유 사조(絲條)(14))를 프리폼 성형 지그 상에 배치하고, 이 배치 작업을 서서히 위층을 향하여 복수층에 걸쳐 반복함으로써 프리폼을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 복합 적층체를 기판 상에 형성하는 방법으로서, 기판 상에서 자동 섬유 배치 헤드를 이동시키면서, 필요로 하는 부분에만 복수의 평행한 복합 테이프 스트립을 배치해 가는 방법이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2011-57767호 공보 일본 특허 공표 제2011-515242호 공보

그러나, 상기 기술은 2가지 문제를 안고 있다. 상기 특허문헌 1, 2의 어느 방법을 사용한 장치에 있어서도, 예를 들어 도 1에 도시하는 바와 같이, 강화 섬유 사조(14)를 절단하기 위한 절단 기구(11)는 강화 섬유 사조(14)를 공급하는 헤드(2) 내에 탑재되어 있다. 이 때문에, 첫 번째 문제로서는, 강화 섬유 사조는 헤드로부터 고속으로 인출되고 있는 상태에서 절단해야만 한다는 점이다.

일반적으로 절단을 행하기 위해서는, 절단 대상에 대하여 전단 등의 힘을 한 점에 집중하여 계속해서 가할 필요가 있다. 그러나, 절단 대상이 고속으로 운동하고 있으면, 힘을 한 점에 계속해서 가하는 시간을 충분히 확보할 수 없다. 이 때문에 절단이 곤란하게 된다. 이것을 해결하기 위해서는 절단에 요하는 시간을 극소화하여, 순간적으로 절단이 종료될 수 있도록 하면 된다. 그러나, 그를 위해서는 상기 힘을 극대화할 필요가 있다. 예를 들어, 전단에 의한 절단의 경우라면, 전단 날의 동작 속도를 높이고, 또한 전단에 이르기에 충분한 힘을 단시간에 부여할 수 있도록, 전단력을 극대화시킬 필요가 있다. 그러나, 절단 기구를 헤드 내에 탑재하기 때문에 치수나 중량 혹은 배치 위치와 같은 구조적 제약이 있다. 또한, 전단 능력 상승은 설비비의 증대로 이어진다. 이 때문에, 전단력의 극대화에는 저절로 한계가 생긴다.

특히, 강화 섬유의 경우, 섬유 자체가 절단되기 어려운 재질인 경우가 많다. 나아가, 장치의 생산 능력을 높이기 위해 복수개의 섬유를 한번에 취급하는 경우가 많다. 이들 요소는 모두 절단에 요하는 시간을 크게 확대시키는 요소이며, 절단을 순간적으로 종료시키는 것은 곤란하다.

또한, 절단 시에 강화 섬유 사조가 주행하고 있으면, 절단하는 타이밍에 약간의 어긋남이 발생한다. 이 때문에, 강화 섬유 사조를 매회 동일한 타이밍에 절단할 작정이었어도, 절단 위치에 어긋남이 발생해 버린다. 절단 위치에 어긋남이 발생하는 경우, 미리 어긋남의 발생을 예측하여 마진을 확보한다. 그러나, 이 마진을 확보하는 것 때문에, 최종적으로 소정의 형상으로의 트리밍이 필요하게 된다. 이 때문에, 강화 섬유의 손실을 확대시키고, 수율 악화의 요인이 된다.

상기의 이유로부터, 강화 섬유 사조를 절단할 때에는 강화 섬유 사조의 주행 속도를 감소시킬 필요가 생긴다. 이 때문에 헤드를 감속 또는 정지시키지 않으면 안되며, 이것이 생산 능력의 감소를 초래하고 있었다.

이어서, 상기 특허문헌 1, 2의 기술의 두 번째 문제는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 강화 섬유 사조를 공급하는 헤드(2)의 선단 부분에는 강화 섬유 사조(14)를 배치하기 위한 누름 롤러(6)를 갖고 있는데, 강화 섬유 사조(14)를 절단할 때마다 절단 기구(11)보다 상류측의 강화 섬유 사조(14)를 이 누름 롤러(6)까지 보내는 것이 필요하게 된다는 점이다. 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 장치는 모두, 도 1에 도시하는 바와 같이, 강화 섬유 사조(14)의 절단 기구(11)는 누름 롤러(6)가 있는 헤드(2)의 선단 부분보다 전방측, 즉 강화 섬유 사조(14)가 주행하는 방향의 시점에서 보면, 강화 섬유 사조(14)의 최하류가 되는 헤드 선단 부분에 대하여 조금 상류측에 배치되어 있다. 이 배치 구성에서 강화 섬유 사조(14)를 절단하면, 강화 섬유 사조(14)의 절단 부분보다 하류측의 강화 섬유 사조(14)는, 누름 롤러(6)에 의해 성형 지그나 기판 상에 다 배치되어 버린다. 이 때문에, 헤드(2) 내의 강화 섬유 사조(14)의 절단 부분부터 헤드(2)의 선단 부분까지 강화 섬유 사조(14)가 없어져 버리게 된다. 따라서, 강화 섬유 사조(14)를 성형 지그나 기판 상에 배치하는 동작을 반복하기 위해서는, 어떠한 방법으로 헤드(2)의 선단 부분까지 강화 섬유 사조(14)를 보내지 않으면 안된다. 이 방법으로서는, 예를 들어 닙 롤로 강화 섬유 사조를 보내거나, 혹은 에어로 강화 섬유 사조를 흡인하여 인장하는 등의 방법이 있다. 상기 특허문헌 1, 2에 기재된 어느 장치에 있어서도, 강화 섬유 사조를 보내는 기구를 구비하고 있어, 이 기구가 설비비의 증대로 이어짐과 동시에, 강화 섬유 사조를 보내는 동작에 여분의 시간이 할애되어, 생산 능력의 감소를 초래하고 있었다.

본 발명은 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현할 수 있다.

(1) 본 발명의 일 형태에 따르면, 강화 섬유 사조를 테이블 상에 배치하는 강화 섬유 시트 제조 장치가 제공된다. 이 강화 섬유 시트 제조 장치는, 상기 강화 섬유 사조를 상기 테이블에 압박 가능한 사조 압박부를 구비하고, 상기 강화 섬유 사조를 송출하는 사조 공급 기구와, 상기 사조 공급 기구와 독립적으로 위치 결정되고, 상기 사조 압박부에 의해 상기 강화 섬유 사조를 압박하여 절단하는 절삭 날을 구비한다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(2) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 사조 압박부를, 상기 테이블에 접근, 퇴피 가능한 롤러로 해도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(3) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 테이블 상의 임의의 위치에 상기 절삭 날이 고정되어 있어도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(4) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 절삭 날이, 상기 테이블 상의 임의의 위치로 이동 가능한 절단 기구에 설치되어 있어도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(5) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 사조 공급 기구와 상기 절삭 날을 독립적으로 대략 평행하게 이동 가능한 복수의 슬라이더 기구를 가져도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(6) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 테이블이 이동 가능하게 설치되어 있어도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(7) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 테이블 상에 상기 강화 섬유 사조를 고정하는 에어 흡인 수단을 가져도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(8) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 테이블 상에 상기 강화 섬유 사조를 고정하는 정전 흡착 수단을 가져도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(9) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 테이블과 상기 강화 섬유 사조 사이에 점착 재료를 배치해도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(10) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 강화 섬유 사조의 표면에 부착시킨 열융착 재료를 용융하여 상기 테이블에 융착시키는 가열 수단을 가져도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(11) 상기 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 테이블에 벨트 컨베이어를 구비해도 된다. 이 형태의 강화 섬유 시트 제조 장치에 따르면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

(12) 사조 공급 기구로부터 조출(繰出)된 강화 섬유 사조를, 테이블 상의 임의의 위치에 임의의 길이로 배치하는 강화 섬유 시트 제조 장치에 있어서, 상기 사조 공급 기구는 상기 강화 섬유 사조를 상기 테이블에 압박 가능한 실 압박 수단을 갖고, 상기 실 압박 수단에 의해 상기 강화 섬유 사조를 압박하여 절단하는 절삭 날을 상기 테이블 상에 갖는다.

본 발명에 관한 강화 섬유 시트 제조 장치를 사용하면, 효율적으로 강화 섬유 사조를 절단할 수 있다.

도 1은, 특허문헌 1에서 개시되어 있는 사조 공급 기구의 개략 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강화 섬유 시트 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강화 섬유 사조 절단의 모습을 도시하는 부분 확대도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강화 섬유 시트 제조 장치의 개략 전체도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강화 섬유 시트 제조 장치의 개략 전체도이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명은 이 도면에 의해 전혀 제한되지 않는다. 우선, 도 2 및 도 3에 있어서, 강화 섬유 시트 제조 장치(1)의 동작의 설명을 행하고, 이어서 도 4 및 도 5에 있어서, 강화 섬유 시트 제조 장치(1)의 각 부의 설명을 행한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강화 섬유 시트 제조 장치(1)의 개략 구성을 도시하고 있다. 도 2에는, 서로 직교하는 XYZ축이 도시되어 있다. X축 방향은, 강화 섬유 시트 제조 장치(1)의 깊이 방향을 나타내고, Y축 방향은, 강화 섬유 시트 제조 장치(1)의 폭 방향을 나타내고, Z축 방향은, 연직 방향을 나타낸다. 강화 섬유 시트 제조 장치(1)는, 사조 공급 기구(2)와, 테이블ㆍ베이스(3)와, 이동 테이블(4)과, 슬라이더 기구(5)와, 누름 롤러(6)와, 누름 기구(7)와, 닙 롤(9)과, 사조 가이드(10)와, 절단 기구(11) 등을 구비한다. 강화 섬유 사조(14)는, 탄소 섬유로 구성되어 있는 실 다발이다. 강화 섬유 사조(14)를 구성하는 다른 재료로서는, 예를 들어 유리 섬유, 세라믹 섬유, 아라미드 섬유 등을 들 수 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 강화 섬유 사조(14)는 닙 롤(9)을 거쳐, 닙 기구(20)로 파지되어 있고, 사조 공급 기구(2)가 슬라이더 기구(5)에 의해 Y축의 -방향으로 이동함으로써, 임의의 위치까지 인출된다. 이때, 사조 압박부인 누름 롤러(6)는, 누름 기구(7)에 의해 Z축의 +방향으로 상승하고 있다. 이어서, 닙 기구(20)에 의한 강화 섬유 사조(14)의 파지가 해제되고, 누름 롤러(6)는, 누름 기구(7)에 의해 Z축의 -방향으로 하강하여, 흡착 테이블(16)에 압박된다. 그 후, 사조 공급 기구(2)가 슬라이더 기구(5)에 의해 Y축의 +방향으로 이동함으로써, 강화 섬유 사조(14)의 흡착 테이블(16)로의 배치가 개시된다. 강화 섬유 사조(14)는, 사조 가이드(10)에 의해 X축 방향의 위치 정밀도가 유지되고, 또한 사행이 억제된다. 강화 섬유 사조(14)는, 누름 롤러(6)에 의해 흡착 테이블(16) 상에 압박되면서, 흡착 테이블(16)로 배치된다.

사조 공급 기구(2)는, 상기 동작에 의해, 임의의 위치에서 강화 섬유 사조(14)의 송출을 행한다. 이와 병행하여, 슬라이더 기구(5)와는 다른 슬라이더 기구(5a)에 의해, 임의의 위치로 이동 가능한 절단 기구(11)가, 사조 공급 기구(2)가 갈 곳에 미리 대기하고 있다. 즉, 절단 기구(11)에 구비된 저두(低頭) 다이ㆍ커터(12)가 흡착 테이블(16) 상에 대기하고 있다. 이 상태에 있어서, 사조 공급 기구(2)와 절단 기구(11)의 양자가 접근하면, 절삭 날인 저두 다이ㆍ커터(12)의 날끝에 강화 섬유 사조(14)가 접촉하고, 또한 누름 롤러(6)에 의해 강화 섬유 사조(14)가 날끝에 압박됨으로써 강화 섬유 사조(14)가 절단된다. 누름 롤러(6)와 절단 기구(11)는, 각각의 Z축의 ±방향(상하 방향)으로 움직임을 제어하는 누름 기구(7과 7a)를 갖고 있다. 누름 기구(7이나 7a)로서는, 피스톤ㆍ실린더 등을 사용할 수 있다.

또한, 흡착 테이블(16)은 배치ㆍ절단된 강화 섬유 사조(14)의 위치를 유지하기 위해 흡착력을 갖는 테이블이며, 이동 테이블(4) 상에 배치되어 있다. 이동 테이블(4)은 테이블ㆍ베이스(3) 상에 설치된 가이드 레일(13)에 의해 X축의 ±방향으로 이동할 수 있다. 가이드 레일(13)은, 다른 예로서 벨트 컨베이어를 사용할 수도 있다. 강화 섬유 사조(14)의 배치부터 절단까지의 일련의 동작이 완료되면, 이동 테이블(4)은 강화 섬유 사조(14)의 폭과 동일한 거리만큼 X축의 ±방향(어느 것으로 설정해도 됨)으로 이동한다. 이후, 강화 섬유 시트 제조 장치(1)는, 강화 섬유 사조(14)를 소정의 형상으로 배치 완료할 때까지 상기 동작을 반복함으로써, 강화 섬유 시트(15)의 원형이 형성된다.

일반적인 AFP 장치나 TFP 장치는, 강화 섬유 사조를 공급ㆍ배치하는 헤드 내에 강화 섬유 사조를 절단하는 기구나 절단 후에 강화 섬유 사조를 보내는 기구를 탑재하고 있다. 이에 비해, 본 발명의 실시 형태에 관한 절단 기구(11)는, 사조 공급 기구(2)와 독립적으로 설치되어 있고, 흡착 테이블(16) 상을 이동할 수 있다. 이 때문에, 사조 공급 기구(2)의 크기나 중량에 의한 구조적 제약이 발생하지 않는다. 또한, 미리 대기하고 있는 저두 다이ㆍ커터(12)의 날끝에, 강화 섬유 사조(14)를 누름 롤러(6)에 의해 압박함으로써, 강화 섬유 사조(14)를 절단한다. 이 때문에, 절단이 매우 용이하다. 또한, 사조 공급 기구(2)의 이동 속도를 제한하지 않고, 이동 속도를 고속으로 해도 강화 섬유 사조(14)를 정확하게 절단할 수 있다. 이 때문에, 강화 섬유 시트 제조 장치(1)에 따르면, 빠르게 효율적으로 강화 섬유 사조(14)를 배치할 수 있다.

도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강화 섬유 절단 시의 모습을 도시하는 부분 확대도이다. 상기와 같이, 누름 롤러(6)는, 강화 섬유 사조(14)를 저두 다이ㆍ커터(12)에 접촉시킴으로써, 강화 섬유 사조(14)를 절단한다.

구체적으로는, 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이, 우선, 저두 다이ㆍ커터(12)는 흡착 테이블(16) 상에 미리 대기하고 있다. 그리고, 저두 다이ㆍ커터(12)가 대기하고 있는 장소를 향하여, 사조 공급 기구(2)의 누름 롤러(6)가, 강화 섬유 사조(14)를 흡착 테이블(16)로 압박하면서 접근해 온다. 이어서, 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 저두 다이ㆍ커터(12)가 대기하고 있는 장소를, 사조 공급 기구(2)의 누름 롤러(6)가 통과함으로써, 강화 섬유 사조(14)가 절단된다. 즉, 누름 롤러(6)와 저두 다이ㆍ커터(12)가 접촉함으로써, 누름 롤러(6)와 저두 다이ㆍ커터(12) 사이에 배치되어 있는 강화 섬유 사조(14)가 절단된다. 그리고, 도 3의 (C)에 도시하는 바와 같이, 절단 후에도 잠시 누름 롤러(6)를 계속해서 주행시킴으로써, 절단에 의해 발생한 강화 섬유 사조(14)의 단부가 누름 롤러(6)의 밑에 배치된다. 이 상태에서, 누름 기구(7)에 의해 롤러(6)를 상방으로 이동시킴으로써, 롤러(6)의 밑에 강화 섬유 사조(14)의 단부가 배치되는 상태를 유지할 수 있다. 그리고, 사조 공급 기구(2)를 Y축의 -방향으로 이동시켜, 원하는 위치에 온 시점에서, 누름 기구(7)에 의해 롤러(6)를 하방으로 이동시킨다. 이 동작에 의해, 흡착 테이블(16)로 강화 섬유 사조(14)를 배치하는 동작을 재개할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 강화 섬유 사조(14)의 단부를 롤러(6)의 밑에 배치하기 때문에, 강화 섬유 사조(14)를 다른 기구로 다시 보낼 필요가 없다. 즉, 강화 섬유 사조(14)를 롤러(6)의 밑에 배치하는 새로운 공정을 마련하지 않고, 후속의 강화 섬유 사조(14)의 흡착 테이블(16)로의 배치 동작으로 이행할 수 있다. 이 때문에, 강화 섬유 사조(14)를 보내는 여분의 시간이 걸리지 않아 생산 능력이 향상된다. 또한, 강화 섬유 사조(14)를 보내는 기구를 별도로 설치할 필요가 없기 때문에, 보내는 기구를 별도로 설치하는 설비비를 저감할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강화 섬유 시트 제조 장치(1)의 개략 전체도이다. 강화 섬유 시트 제조 장치(1)는, 강화 섬유 사조(14)가 감겨 있는 강화 섬유 보빈(17)으로부터 사조 공급 기구(2)로, 강화 섬유 사조(14)를 원활하게 송출하는 어큐뮬레이션 기구(18)를 구비하고 있다. 어큐뮬레이션 기구(18)는, 사조 공급 기구(2)가 슬라이더 기구(5)에 의해 Y축 방향으로 고속 이동할 때, 강화 섬유 사조(14)의 장력을 안정시킴과 함께, 강화 섬유 사조(14)의 표리가 반전되지 않도록 빠르게 강화 섬유 사조(14)를 공급할 수 있다.

이 어큐뮬레이션 기구(18)는 에어를 이용하고 있고, 강화 섬유 사조(14)의 이완량을 조정함으로써 강화 섬유 사조(14)가 고속으로 인출되어도 원활하게 추종시킬 수 있다. 어큐뮬레이션 기구(18)는, 상기 에어를 이용한 방법 이외에도, 경량식의 댄서 롤을 사용하는 방법이나, 전자력 등을 사용한 부상 롤을 사용하는 방법 등, 강화 섬유 사조(14)가 고속으로 인출되어도 원활하게 추종시킬 수 있는 다른 방법을 채용해도 된다.

강화 섬유 보빈(17)으로부터 안정되게 강화 섬유 사조(14)를 어큐뮬레이션 기구(18)에 공급하기 위해, 강화 섬유 사조(14)의 이면 및/또는 표면을 카메라(19)로 관찰하는 것도 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 강화 섬유 사조(14)의 이면 및 표면을 카메라(19)로 관찰하고 있다. 카메라(19)에 의해, 공급되고 있는 강화 섬유 사조(14) 상의 이물 등의 부착이나, 강화 섬유 사조(14)의 반전의 유무를 확인할 수 있다. 특히, 강화 섬유 사조(14)의 이면의 상태는 흡착 테이블(16)에 배치된 후에 관찰하는 것이 곤란하다. 강화 섬유 사조(14)를 흡착 테이블(16)로부터 떼어내어 확인하는 경우, 재차 강화 섬유 사조(14)를 흡착 테이블(16)로 고정밀도로 배치하는 것이 필요하게 된다. 또한, 이 경우, 흡착 테이블(16) 표면에 흠집이 생기거나 할 우려도 있다. 따라서, 강화 섬유 사조(14)의 이면을 관찰하는 카메라(19)를 설치하여, 상태를 감시하는 것이 특히 바람직하다.

도 5는, 도 4에 기재된 A 방향에서 본 강화 섬유 시트 제조 장치(1)를 도시하고 있다. 강화 섬유 시트 제조 장치(1)에는, (i) 사조 공급 기구(2)를 도 5의 깊이 방향(지면에 수직인 방향)(Y축의 ±방향)으로 동작시키는 슬라이더 기구(5)와, (ii) 슬라이더 기구(5)와 대략 평행하게 배치되어 있고, 절단 기구(11)를 동일한 방향(지면에 수직인 방향)(Y축의 ±방향)으로 동작시키는 슬라이더 기구(5a)가 설치되어 있다. 강화 섬유 시트 제조 장치(1)가 슬라이더 기구(5)와 슬라이더 기구(5a)를 구비하기 때문에, 절단 기구(11)에 탑재된 저두 다이ㆍ커터(12)의 날끝이, 사조 공급 기구(2)에 탑재된 누름 롤러(6)의 하면의 흡착 테이블(16)로의 투영면에 겹치도록 배치시킬 수 있다. 이와 같이 배치시켜, 누름 롤러(6)를 하강시키면 저두 다이ㆍ커터(12)의 날끝과 접촉시킬 수 있다. 이러한 기구로 함으로써, 사조 공급 기구(2)로부터 공급되는 강화 섬유 사조(14)는, 누름 롤러(6)와 저두 다이ㆍ커터(12)의 날끝이 접촉하는 위치에 있어서, 양자 사이에 끼워져 절단된다. 또한, 도 2, 4, 5에는, 슬라이더 기구(5 및 5a)로서 리니어 슬라이더가 도시되어 있지만, 리니어 슬라이더 대신에, 각각 로봇 아암을 사용할 수도 있다.

또한, 강화 섬유 사조(14)를 인출할 때, 각 강화 섬유 사조(14)의 개시점부터 종점까지, 반드시 직선상일 필요는 없다. 즉, 인접하는 강화 섬유 사조(14)끼리 미시적인 영역에서 거의 평행을 유지하고 있으면, 강화 섬유 사조(14)는 전체 및/또는 부분적으로 원호상으로 만곡되도록 배치되어 있어도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 저두 다이ㆍ커터(12)를 탑재하는 절단 기구(11)가 슬라이더 기구(5a)에 의해 Y축의 ±방향으로 임의의 위치로 이동할 수 있음을 나타내었다. 그러나, 보다 간략화한 구성으로서, 흡착 테이블(16) 상의 일부에 저두 다이ㆍ커터(12)를 고정해도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 사조 공급 기구(2)의 누름 롤러(6)가 강화 섬유 사조(14)를 흡착 테이블(16)로 압박하면서 저두 다이ㆍ커터(12)를 향하여 접근하고, 저두 다이ㆍ커터(12)가 고정되어 있는 장소를, 누름 롤러(6)가 통과함으로써 강화 섬유 사조(14)가 절단된다. 이 경우, 절단 기구(11)를 이동시키기 위한 슬라이더 기구(5a) 등이 불필요하게 되므로, 설비를 간략화할 수 있다. 예를 들어, 동일한 형상의 강화 섬유 시트를 단시간에 대량으로 형성하는 경우에는, 설비비 등의 면에서 이러한 구성으로 함으로써, 설비를 간략화할 수 있다. 또한, 흡착 테이블(16) 상에 고정되는 저두 다이ㆍ커터(12)를, 원하는 형상인 최종 형상과 동일한 윤곽으로 형태를 취한 것으로 함으로써, 절단 공정과 동시에, 최종 형상으로의 트림 공정까지 동시에 완료할 수 있다. 이 때문에, 제조의 시간적인 효율이 향상된다.

흡착 테이블(16)은, 배치된 강화 섬유 사조(14)의 위치를 유지하기 위한 기능을 구비한 것이 바람직하다. 강화 섬유 사조(14)의 위치를 유지하기 위한 기구로서는, 구체적으로는, 에어 흡인에 의한 에어 흡인 수단, 정전기에 의한 정전 흡착 수단, 점착성 재료에 의한 점착력, 혹은 열융착하는 재료를 포함하는 강화 섬유 사조(14)의 경우에는 열에 의한 융착 등을 사용하는 기구를 들 수 있다. 여기서, 점착성 재료로서는, 온도 변화에 수반하여 점착ㆍ비점착의 양쪽을 발현할 수 있는 온감성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시 형태에서는, 어느 방법을 사용해도 되며, 또한 이들을 조합해도 된다.

본 실시 형태에서는, 흡착 테이블(16)의 기능으로서 정전기에 의한 정전 흡착력을 사용한다. 이 경우, 강화 섬유 사조(14)는 도전성 재질인 것이 바람직하다. 탄소 섬유는 양호한 도전체인 데다가, 강화 섬유로서의 높은 강도ㆍ탄성률을 갖는다. 이 때문에, 흡착 테이블(16)의 기능으로서 정전 흡착력을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 유리 섬유나 케블라(등록 상표) 섬유와 같이 섬유 자체가 도전성을 갖지 않는 경우라도, 섬유의 표면에 전기 저항을 낮추는 계면 활성제 등을 부착시킴으로써 정전 흡착이 가능하게 된다.

에어 흡인에 의한 흡착력이나 정전 흡착력을 사용한 흡착 테이블(16) 상에서 강화 섬유 사조(14)의 위치를 유지하는 경우에는, 후술하는 열가소성 점착재 등의 재료를 별도로 강화 섬유 사조(14)에 부여할 필요가 없다. 이 때문에, 강화 섬유 사조(14)의 재료 비용을 낮추는 데 크게 기여할 수 있다. 또한, 후속 공정에 있어서도 열가소성 점착재를 녹이기 위한 처리 시간이 불필요하게 된다. 또한, 열가소성 점착재를 녹이기 위한 레이저 조사 장치 등의 대규모의 가열 시스템도 불필요하게 된다. 이 때문에, 설비적인 비용 절감에 기여한다.

점착성이 있는 점착 재료를 사용하는 경우에는, 단순한 접착에 의한 방법을 취하는 것도 가능하다. 이 경우, 상온에서 점착성이 있는 것은 취급이 곤란해지기 때문에, 가열 용융 시에만 점착성을 발현하는 열융착 재료인 열가소성 점착재를 사용하는 것이 바람직하다. 열가소성 점착재의 가열 용융에는, IR 히터 등의 가열 수단을 별도로 설치할 필요가 있지만, 가열 용융 시간을 단축하기 위해서는, 레이저 조사 장치나 초음파 장치, 통전 가열 장치 등의 가열 시스템을 설치하는 것이 바람직하다.

흡착 테이블(16) 상에 배치된 강화 섬유 사조(14)는, 강화 섬유 사조(14)끼리를 바인더 등의 물질에 의해 결착시키고, 강화 섬유 시트(15)의 형상을 무너뜨리지 않도록 고정한 후, 흡착 테이블(16) 상에서 떼어낸다. 여기서, 바인더의 형태로서는, 단섬유로 이루어지는 것이어도 되고 연속 섬유로 이루어지는 것이어도 되며, 혹은 양쪽이 혼재된 것이어도 되고, 부직포나 필름, 그 밖의 다양한 형태의 것을 사용할 수 있다. 또한, 바인더로서, 용제나 열에 의해 용융시킨 수지를 공기 중에 분사하고, 고화시키는 멜트 스프레이 방식에 의해 얻어지는 재료를 사용해도 된다. 멜트 스프레이 방식에 의해 얻어지는 재료를 바인더로서 사용하는 경우에는, (i) 흡착 테이블(16) 상에 배치한 복수의 강화 섬유 사조(14)에 직접 스프레이하여 바인더를 형성하는 방법이나, (ii) 별도 공정에서 미리 부직포상으로 형성한 것을 준비해 두고, 그것을 흡착 테이블(16) 상에 배치한 복수의 강화 섬유 사조(14)에 부착하는 방법 등을 사용할 수 있다. 이들 방법에 의해, 복수의 강화 섬유 사조(14)와 바인더로 형성되는 강화 섬유 시트(15)를 형성할 수 있다. 복수의 강화 섬유 사조(14)를 결착시키는 바인더량은 특별히 제한이 없기는 하지만, 얻어지는 강화 섬유 시트(15)가 부형성을 발휘할 수 있을 정도로 하는 것이 바람직하다.

상기 실시 형태에서는, 절삭 날로서, 저두 다이ㆍ커터(12)를 사용하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 절삭 날은, 강화 섬유 사조(14)를 절단 가능한 날이면 된다.

본 발명은 특히 자동차나 항공기 등의 대형의 섬유 강화 플라스틱 성형품의 제조에 적합하며, 섬유 강화 플라스틱의 제조에 필요한 3차원 형상을 갖는 프리폼을 구성하는 강화 섬유 시트를 제공할 수 있다.

1: 강화 섬유 시트 제조 장치
2: 사조 공급 기구
3: 테이블ㆍ베이스
4: 이동 테이블
5: 슬라이더 기구
6: 누름 롤러
7: 누름 기구
9: 닙 롤
10: 사조 가이드
11: 절단 기구
12: 저두 다이ㆍ커터
13: 가이드 레일
14: 강화 섬유 사조
15: 강화 섬유 시트
16: 흡착 테이블
17: 강화 섬유 보빈
18: 어큐뮬레이션 기구
19: 카메라
20: 닙 기구

Claims

강화 섬유 사조(絲條)를 테이블 상에 배치하는 강화 섬유 시트 제조 장치이며,
상기 강화 섬유 사조를 상기 테이블에 압박 가능한 사조 압박부를 구비하고, 상기 강화 섬유 사조를 송출하는 사조 공급 기구와,
상기 사조 공급 기구와 독립적으로 위치 결정되고, 상기 사조 압박부에 의해 상기 강화 섬유 사조를 압박하여 절단하는 절삭 날을 구비하는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 사조 압박부가, 상기 테이블에 접근, 퇴피 가능한 롤러인, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 테이블 상의 임의의 위치에 상기 절삭 날이 고정되어 있는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절삭 날이, 상기 테이블 상의 임의의 위치로 이동 가능한 절단 기구에 설치되어 있는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제4항에 있어서, 상기 사조 공급 기구와 상기 절삭 날을 독립적으로 대략 평행하게 이동 가능한 복수의 슬라이더 기구를 갖는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이블이 이동 가능하게 설치되어 있는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이블 상에 상기 강화 섬유 사조를 고정하는 에어 흡인 수단을 갖는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이블 상에 상기 강화 섬유 사조를 고정하는 정전 흡착 수단을 갖는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이블과 상기 강화 섬유 사조 사이에 점착 재료를 배치하는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강화 섬유 사조의 표면에 부착시킨 열융착 재료를 용융하여 상기 테이블에 융착시키는 가열 수단을 갖는, 강화 섬유 시트 제조 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이블에 벨트 컨베이어가 구비되어 있는, 강화 섬유 시트 제조 장치.