WO2013129075A1

WO2013129075A1 - 強化繊維基材の製造方法および製造装置

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Publication number: WO2013129075A1
Application number: PCT/JP2013/052938
Authority: WO
Inventors: 新藤　健太郎; 黒岩　隆夫; 江崎　浩司
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-09-06
Also published as: EP2821208A4; US20130221568A1; JP2013176920A; EP2821208B1; EP2821208A1; JP5669777B2; US9327456B2

Abstract

基材シートの積層時にシワ等の欠陥が発生することを防ぎ、高品質の強化繊維基材を製造できる強化繊維基材の製造方法および製造装置を提供することを目的とし、強化繊維６を含む基材シート５を、複曲面形状を有する型２上に積層させて強化繊維基材を製造する強化繊維基材の製造方法であって、型２の複曲面形状に対応して、基材シート５のシート供給方向（Ｙ方向）長さに幅方向（Ｘ方向）での異なる分布を付与しながら、基材ロール１０から型２上に基材シート５を供給して該基材シート５を型２に圧接する。

Description

強化繊維基材の製造方法および製造装置

　本発明は、強化繊維を含む樹脂系複合材の基材として用いられる強化繊維基材の製造方法および製造装置に関する。

　近年、強化繊維を含む繊維強化プラスチック（FRP：Fiber Reinforced Plastic）等の複合材は、軽量且つ高強度であることから、風車ブレード、航空機、自動車、船舶、鉄道車両等の部材への適用が急速に進みつつある。

　このような複合材の製造方法の一つとして、強化繊維シートに樹脂を含浸させたプリプレグ材を複数枚積層し、これにバッグフィルムを被せて真空吸引により加圧成形し、オートクレーブでさらに加圧するとともに加熱硬化するオートクレーブ成形法が知られている。また、他の方法として、型上に積層した強化繊維シートに、離型フィルムおよびメッシュシートを配置し、これらにバッグフィルムを被せて真空吸引しながら内部に液状樹脂を注入して硬化させる真空含浸法も知られている。

　こういった複合材の製造において、プリプレグ材や強化繊維シート等からなる基材シートを積層する作業の多くは人手により行われていた。そのため、積層作業に時間を要し作業効率に問題があった。そこで、作業の効率化および品質向上の観点から、基材シートを積層する装置が種々提案されている。
　特許文献１および２には、強化繊維に樹脂を含浸させたロービング材を積層する装置が記載されている。この装置は、供給装置から引出されたロービング材を積層ローラに巻き掛け、型に押圧しつつ型に沿って転動させることによってロービング材を積層する構成となっている。また、特許文献３には、材料供給リールから供給された複合材材料テープをローラにより積層部材上に押え付け、複合材材料テープを連続的に積層する装置が開示されている。

　ところで、例えば風車ブレードにおいては、図９Ａに示すような鞍型形状を有する翼型７０が用いられることがある。ここで、図９Ａ及び図９Ｂは、従来における強化繊維基材の製造方法を説明する図であり、図９Ａは基材ロールを用いた型への基材シート積層状態を示す斜視図で、図９Ｂは図９ＡのＢ部を示す拡大断面図である。この翼型７０は、幅方向であるＸ方向に湾曲を有するとともに、その長手方向、すなわち基材シート７２の供給方向であるＹ方向にも湾曲を有する複曲面形状となっている。このような場合、基材シート７２を巻回した基材ロール７１を回転させつつ型７０の長手方向に移動させながら繊維７３を展張させている。しかし、複曲面形状を有する型７０は、長手方向の長さが幅方向の位置によって異なるので、基材シート７２を型７０に沿わせたとき、図９Ｂに示すようにシワ８０が生じてしまう。特に、基材シート７２の供給方向に沿って繊維７３が配列された一方向強化繊維の場合、クロス織物とは異なり、型７０上では面内方向の変形能に乏しいため、一方向強化繊維を型７０の曲面に沿わせることは難しい。

　ここで、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、鞍型形状の型７０に平面状の基材シート７２を圧接させた場合、基材シート７２にシワ８０が生じる原理を具体的に説明する。なお、基材シート７２は、型７０の長手方向に沿って繊維が配列された一方向強化繊維である。
　図１０Ａに示すように、型７０の長手方向と基材シート７２の繊維方向とを同じ方向にする。型７０の幅方向である円弧ＡＤ，ＢＣに基材シート７２の２辺Ａ’Ｄ’，Ｂ’Ｃ’を合わせるようにして真上から押え付けるように積層させる。
　図１０Ａの型７０と基材シート７２とを側面視した場合、図１０Ｂの下図に示すように、型７０の面ＡＢＣＤ（図１０Ａ参照）は、円弧ＡＢ，ＤＣから円弧ＥＧに向かって凹形状となる円弧により形成されている。そのため、型７０を側面視した場合には、円弧ＥＧが円弧ＡＢ，ＤＣよりも下方に位置している。また、孤長ＥＧは、孤長ＡＢ，ＤＣに比べて短くなっている。型７０の面ＡＢＣＤを形成する長手方向の孤長は、孤長ＥＧから孤長ＡＢまたはＤＣに近づくにつれて長くなっている。一方、基材シート７２の面Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’は、平面形状であるため、その２辺Ａ’Ｂ’，Ｄ’Ｃ’と、２辺Ａ’Ｄ'，Ｂ’Ｃ’の中間点Ｅ’，Ｇ’を結んだ長手方向の中央部Ｅ’，Ｇ’の長さとは同じ長さを有している。

　したがって、基材シート７２の長手方向の中央部Ｅ’Ｇ’の長さは、型７０の孤長ＥＧよりも長くなる。そのため、型７０の円孤ＡＤ，ＢＣに基材シート７２の２辺Ａ’Ｄ’，Ｂ’Ｃ’を合わせるように積層させた場合には、図１０Ｂの上図に示すように、基材シート７２の２辺Ａ’Ｂ’，Ｄ’Ｃ’の各中間点Ｆ’，Ｈ’を結んだ幅方向の中央部Ｆ’Ｈ’近傍にシワ８０が生じる。これは、上述の通り、型７０の面ＡＢＣＤを形成する長手方向の円孤が、円孤ＥＧから円孤ＡＢ，ＤＣに向かって孤長が長くなっているためである。このように基材シートの幅方向の中央部Ｆ’Ｈ’近傍に生じるシワ８０は、基材シート７２の一辺Ａ’Ｂ’または一辺Ｄ’Ｃ’に近づくにつれて減少する。

　この点、特許文献４には、基材シートをシワ無く積層する構成が開示されている。これは、型上に基材シートを繰り出すシート繰り出し手段と、型上に基材シーツを圧接する圧接手段とを有する装置が開示されている。この装置は、基材シートよりも幅の狭い圧接手段によって、基材シートに張力を負荷しながら基材シートを型上に供給するようにしている。この張力によって基材シートが変形して張力方向に変位し、そのため基材シートを型に倣うようにシワ無く積層することができる。

特公平６－３９１３３号公報特開平４－６２１４２号公報特開平５－２５４７２４号公報特開２０１１－１３６４３２号公報

　上記したように、特許文献１～３により複曲面形状の型に基材シートを積層する際には、シワが発生しやすく、これが欠陥となって強化繊維基材の品質低下を招いてしまうことがあった。
　一方、特許文献４に開示される装置は、圧接手段で圧接された部位と、圧接されず張力が負荷される部位との間で、基材シートを変形させ相対的な変位を生じさせることによって型の幅方向における長手方向長さの差を解消することができる。しかし、基材シートを張力方向に変位させると、長尺な型に対しては変位が積み重なって基材シートに過大な荷重が加わる可能性がある。これにより強化繊維基材の強度に影響を与えることも考えられる。

　本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、基材シートの積層時にシワ等の欠陥が発生することを防ぎ、高品質の強化繊維基材を製造できる強化繊維基材の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る強化繊維基材の製造方法は、強化繊維を含む基材シートを、複曲面形状を有する型上に積層させて強化繊維基材を製造する強化繊維基材の製造方法であって、前記型の前記複曲面形状に対応して、前記基材シートのシート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与しながら、基材ロールから前記型上に前記基材シートを供給して該基材シートを前記型に圧接することを特徴とする。

　複曲面とは、曲線の集合で形成される面である。具体的に、複曲面は、面を構成する線（面素）が曲線面素から構成され、母線も導線も曲線で形成される。ここで、面は線が移動して生じたと考えるとき、その移動する線を母線といい、母線の運動を規定する線を導線という。母線あるいは導線の少なくとも一方が直線であれば、平面状の基材シートをシワ無く型に圧接することが可能である。しかし、複曲面は、母線および導線の両方が曲線であるので、平面状の基材シートを圧接しようとするとシワが発生してしまう。
　そこで、上記強化繊維基材の製造方法によれば、基材ロールから型上に基材シートを供給する時に、型の複曲面形状に対応して、基材シートのシート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与するようにしている。これにより、複曲面形状の型に対してもシワ等の欠陥を生じさせることなく基材シートを積層することができ、高品質の強化繊維基材を製造可能となる。
　なお、基材シートとは、ガラス繊維やカーボン繊維等の強化繊維から形成されるシート状の織物をいう。また、基材シートは、樹脂が含浸されていないドライの織物であってもよいし、織物に樹脂が含浸されたプリプレグ材であってもよい。プリプレグ材とは、強化繊維と未硬化樹脂とが予め複合化された中間成形材である。

　上記強化繊維基材の製造方法において、前記基材ロールは、前記シート供給方向長さに前記分布を付与するために幅方向に周長差を有しており、前記基材ロールから前記基材シートを前記型上に供給しながら前記基材ロールの外周面を前記基材シート上から前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接してもよい。

　このように、基材ロールの幅方向に周長差をもたせて、シート供給方向長さに前記分布を付与することで、型が複曲面形状であっても、基材シートにシワを生じさせることなく基材シートを容易に型に沿わせることができる。また、基材ロールを型上で押圧しながら転動させることで、基材シートの供給と圧接とを同時に行うことができ、作業時間の短縮化が図れる。

　あるいは、上記強化繊維基材の製造方法において、前記基材ロールは、前記シート供給方向長さに前記分布を付与するために幅方向に周長差を有しており、前記基材ロールから前記基材シートを前記型上に供給した後、補助ロールで前記基材シートを前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接してもよい。

　これにより、型が複曲面形状であっても、基材シートにシワを生じさせることなく基材シートを容易に型に沿わせることができる。また、基材ロールから基材シートを型上に供給した後、補助ロールで基材シートを型に押圧するようにしたので、複曲面形状の型と、基材ロールとの外周面との形状が完全に一致していなくても、補助ロールによって確実に基材シートを型に圧接することが可能となる。したがって、基材シートの形状自由度を高めることができる。

　あるいは、上記強化繊維基材の製造方法において、中央部の径が両端部の径よりも大きくなるように幅方向に湾曲した凸ロールと、前記凸ロールと軸平行に配置され、中央部の径が両端部の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲した凹ロールとの間にロールギャップを形成し、前記基材ロールから繰り出された前記基材シートに前記ロールギャップを通過させることによって前記シート供給方向長さに前記分布を付与し、前記ロールギャップを通過した基材シートを前記型に供給した後、補助ロールで前記基材シートを前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接してもよい。

　このように、凸ロールと凹ロールとの間のロールギャップに基材シートを通過させて基材シートを変形させることによって、シート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与するようにしたので、基材ロールは円筒形状か、若しくは周長差を持たせる場合でも小さい周長差で十分であり、基材シートを巻回した基材ロールを簡単に作製できる。また、凸ロールと凹ロールとからなるロールユニットを交換自在とすれば、上記方法を複数種類の型に適用することが可能である。さらにまた、基材シートを型上に供給した後、補助ロールで基材シートを型に押圧するようにしたので、複曲面形状の型と、ロールユニットで変形させた基材シートの形状とが完全に一致していなくても、補助ロールによって確実に基材シートを型に圧接することが可能となる。

　この場合、前記ロールギャップを挟んで、該ロールギャップ通過後の前記基材シートと通過前の前記基材シートがなすシート屈折角度を変化させることによって、前記シート供給方向長さに付与される分布を調整してもよい。
　このように、ロールギャップを挟んで、ロールギャップ通過後の基材シートと通過前の基材シートがなすシート屈折角度を変化させることで、基材シートが凸ロールまたは凹ロールに当接する孤長が変化する。この孤長の変化に対応してシート供給方向長さに付与される分布も変化させることができる。したがって、シート屈折角度を変化させるのみで簡単に基材シートの前記分布を変化させることが可能となる。なお、シート屈折角度とは、ロールギャップ通過後で凸ロールおよび凹ロールに接触していない基材シート部位、すなわちロールユニットと補助ロール間の基材シート部位と、ロールギャップ通過前の凸ロールおよび凹ロールに接触していない基材シート部位、すなわち基材ロールとロールユニット間の基材シート部位とがなす角度をいう。

　本発明に係る強化繊維基材の製造装置は、強化繊維を含む基材シートを、複曲面形状を有する型上に積層させて強化繊維基材を製造する強化繊維基材の製造装置であって、前記型の前記複曲面形状に対応して、前記基材シートのシート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与しながら、基材ロールから前記型上に前記基材シートを供給するシート供給手段と、前記型上に供給された前記基材シートを前記型に圧接するシート圧接手段とを備えることを特徴とする。

　このように、型の前記複曲面形状に対応して、基材シートのシート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与しながら、基材ロールから型上に基材シートを供給するシート供給手段を設けるようにしたので、複曲面形状の型に対してもシワ等の欠陥を生じさせることなく基材シートを積層でき、高品質の強化繊維基材を製造可能な装置とすることができる。

　上記強化繊維基材の製造装置において、前記シート供給手段は、前記基材シートが巻回され且つ前記シート供給方向長さに前記分布を付与するために幅方向に周長差を有する、基材ロールを有し、前記基材ロールを前記型に沿って転動させながら前記基材シートを前記型上に供給し、前記シート圧接手段は、前記基材ロールの転動時に該基材ロールを前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接するように構成してもよい。

　このように、シート供給手段は、基材シートが巻回され且つ幅方向に周長差を有する基材ロールを含み、この基材ロールを型に沿って転動させながら基材シートを型上に供給する構成としたので、型が複曲面形状であっても、基材シートにシワを生じさせることなく基材シートを容易に型に沿わせることができる。また、シート圧接手段は、基材ロールの転動時に該基材ロールを型に押圧する構成としたので、基材シートの供給とともに圧接を行うことが可能となる。

　あるいは、上記強化繊維基材の製造装置において、前記シート供給手段は、前記基材シートが巻回され且つ前記シート供給方向長さに前記分布を付与するために幅方向に周長差を有する、基材ロールを有し、前記基材ロールを前記型に沿って転動させながら前記基材シートを前記型上に供給し、前記シート圧接手段は、前記型上に配置された前記基材シートを前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接する補助ロールを有する構成としてもよい。

　このような構成のシート供給手段を有することで、上記と同様に、型が複曲面形状であっても、基材シートにシワを生じさせることなく基材シートを容易に型に沿わせることができる。また、シート圧接手段は、型上に配置された基材シートを型に押圧する補助ロールを有する構成としたので、複曲面形状の型と、基材ロールとの外周面との形状が完全に一致していなくても、補助ロールによって確実に基材シートを型に圧接することが可能となる。したがって、基材シートの形状自由度を高めることができる。

　あるいは、上記強化繊維基材の製造装置において、前記シート供給手段は、中央部の径が両端部の径よりも大きくなるように幅方向に湾曲した凸ロールと、前記凸ロールと軸平行に配置され、中央部の径が両端部の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲し、前記凸ロールとの間にロールギャップを形成する凹ロールとを有し、前記基材ロールから繰り出された前記基材シートに前記ロールギャップを通過させることによって、前記シート供給方向長さに前記分布を付与し、前記シート圧接手段は、前記繰り出された前記基材シートを前記前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接する補助ロールを有する構成としてもよい。

　このように、シート供給手段が凸ロールと凹ロールとを有し、凸ロールと凹ロールとの間のロールギャップに基材シートを通過させて基材シートを変形させることによって、シート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与するようにしたので、基材ロールは円筒形状か、若しくは周長差を持たせる場合でも小さい周長差で十分であり、基材シートを巻回した基材ロールを簡単に作製できる。また、凸ロールと凹ロールとからなるロールユニットを交換自在とすれば、上記方法を複数種類の型に適用することが可能である。さらにまた、基材シートを型上に供給した後、補助ロールで基材シートを型に押圧するようにしたので、複曲面形状の型と、ロールユニットで変形させた基材シートの形状とが完全に一致していなくても、補助ロールによって確実に基材シートを型に圧接することが可能となる。

　この場合、前記ロールギャップを挟んで、該ロールギャップ通過後の前記基材シートと通過前の前記基材シートがなすシート屈折角度を調整可能な角度調整手段を更に備えてもよい。
　このように、シート屈折角度を調整可能な角度調整手段を設けることにより、シート屈折角度を変化させるのみで簡単に基材シートの前記分布を変化させることが可能となる。この角度調整手段は、例えば、基材ロール、ロールユニットおよび補助ロールの少なくともいずれか２つの相対位置関係を変化させる手段であり、相対位置関係を変化させることによってシート屈折角度を調整可能である。

　本発明では、基材ロールから型上に基材シートを供給する時に、型の複曲面形状に対応して、基材シートのシート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与するようにしたので、複曲面形状の型に対してもシワ等の欠陥を生じさせることなく基材シートを積層することができ、高品質の強化繊維基材を製造可能となる。

本発明の第１実施形態に係る強化繊維基材の製造装置を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る強化繊維基材の製造装置を示す斜視図である。図２に示す製造装置の具体例を示す構成図である。本発明の第３実施形態に係る強化繊維基材の製造装置を示す斜視図である。図４に示す強化繊維基材の製造装置を示す側面図である。第３実施形態の構成例を説明する図で、各ロールを示す側面図である。図６Ａに対応する型を示す斜視図である。第３実施形態の他の構成例を説明する図であり、各ロールを示す側面図である。図７Ａ対応する型を示す斜視図である。本発明の実施形態に用いられる型の斜視図である。図８Ａに示したＡ部の部分拡大図である。従来における強化繊維基材の製造方法を説明する図であり、基材ロールを用いた型への基材シート積層状態を示す斜視図である。図９ＡのＢ部を示す拡大断面図である。基材シートのシワの発生原理を説明する斜視図である。基材シートのシワの発生原理を説明する平面図である。

　以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

［第１実施形態］
　図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る強化繊維基材の製造装置１について説明する。本実施形態に係る強化繊維基材の製造装置１は、強化繊維６を含む基材シート５を、複曲面形状を有する型２の上に積層させて積層体を製造する装置である。積層体は、例えば、オートクレーブ成形法や真空含浸法等を用いて強化繊維プラスチック複合体を製造する際に、プリフォームとして用いられる。ここで、基材シート５とは、ガラス繊維やカーボン繊維等の強化繊維６から形成されるシート状の織物をいう。また、基材シート５は、樹脂が含浸されていないドライの織物であってもよいし、織物に樹脂が含浸されたプリプレグ材であってもよい。特に、本実施形態は、強化繊維６が型２の長手方向（シート供給方向）に配列された一方向強化繊維である場合に適している。

　本実施形態に係る強化繊維基材の製造装置１は、主として、シート供給手段およびシート圧接手段を兼ねる基材ロール１０と、基材ロール１０を型２の長手方向に移動させる移動機構２０とを備える。
　基材ロール１０は、基材シート５のシート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与するために、その幅方向に周長差を有している。ここで、シート供給方向長さとは図中Ｙ方向であり、幅方向とは図中Ｘ方向である。同図には、基材ロール１０は、中央部１２の径が両端部１１の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲した鼓型（断面凹形状）の例を示している。この幅方向の周長差は、型２の複曲面形状に対応して設けられている。なお、型２の構成例については後述するが、同図には鞍型の型２を例示している。また、基材ロール１０の外周面の形状は、型２に対応して湾曲していることが好ましい。

　基材ロール１０の外周面には、基材シート５が巻回されている。すなわち、幅方向に周長差を有する基材ロール１０の外周面に基材シート５が巻回されているので、基材シート５はその幅方向において長手方向長さが異なっている。
　基材ロール１０は、移動機構２０に回転自在に連結されており、移動機構２０によって、型２に沿って転動されることにより基材シート５を型２の上に供給する。さらに、基材ロール１０は、転動時に基材シート５を型２に押圧することによって基材シート５を型２に圧接する。このとき、基材ロール１０の重量を用いて基材シート５を型２に圧接してもよいし、基材ロール１０の軸１３に回転自在に連結されるアクチュエータ（不図示）によって基材ロール１０を基材シート５の面に押圧し、基材シート５を型２に圧接してもよい。

　移動機構２０は、型２の両側に、該型２の長手方向に沿って配設される一対の移動レール２１と、各移動レール２１上を回動する一対の移動ローラ２２と、移動ローラ２２に基材ロール１０の軸１３を回転自在に支持する支柱２３とを含む。そして、動力手段（不図示）によって、基材ロール１０の軸１３に図中矢印方向へ力が加えられることによって、移動ローラ２２が移動レール２１上を回動し、基材ロール１０は移動レール２１に沿って移動する。ここで、動力手段とは、例えば軸１３に回転自在に連結されたハンドル（不図示）を介して、人手によって軸１３を動かす構成としてもよいし、軸１３に回転自在に連結された駆動機構によって自動で軸１３を動かす構成としてもよい。また、移動機構は、移動ローラ２２に駆動機構を連結し、移動ローラ２２を回転駆動させることによって軸１３を動かす構成としてもよい。

　次に、図１を参照して、本実施形態に係る強化繊維基材の製造方法について説明する。ここでは一例として、風車ブレードの型２に基材シート５を積層する場合を示す。
　図１に示すように、強化繊維基材の製造装置１は、動力手段（不図示）により基材ロール１０の軸１３が型２の長手方向に動かされることによって、基材ロール１０は移動レール２１に沿って型２上を移動する。この移動に伴い、基材ロール１０は型２上で転動し、基材ロール１０から型２上に基材シート５を供給しながら、基材シート５を型２に圧接する。このとき、基材ロール１０は、型２の複曲面形状に対応して幅方向（Ｘ方向）に周長差を有しているので、シート供給方向（Ｙ方向）長さに幅方向での異なる分布を付与しながら型２上に基材シート５を供給することとなる。そして、基材シート５を型２の長手方向全長にわたって供給、圧接したら折り返して、再度、基材ロール１０を型２上で移動させて、基材シート５を型２の長手方向全長にわたって供給、圧接し、これを繰り返し行うことによって基材シート５を複数積層する。

　以上説明したように、本実施形態では、基材ロール１０から型２上に基材シート５を供給する時に、型２の複曲面形状に対応して、基材シート５のシート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与するようにしたので、複曲面形状の型に対してもシワ等の欠陥を生じさせることなく基材シート５を積層することができ、高品質の強化繊維基材を製造可能となる。
　また、基材ロール５の幅方向に周長差をもたせて、シート供給方向長さに前記分布を付与するようにしたので、型が複曲面形状であっても、基材シート５にシワを生じさせることなく基材シート５を容易に型２に沿わせることができる。また、基材ロール５を型２上で押圧しながら転動させることで、基材シート５の供給と圧接とを同時に行うことができ、作業時間の短縮化が図れる。

［第２実施形態］
　次に、図２および図３を参照して、第２実施形態に係る強化繊維基材の製造装置１について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る強化繊維基材の製造装置を示す斜視図で、図３は、図２に示す製造装置の具体例を示す構成図である。なお、本第２実施形態において、第１実施形態と共通する部材には同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

　本実施形態に係る強化繊維基材の製造装置１は、主として、シート供給手段である基材ロール３０と、シート圧接手段である補助ロール３５と、基材ロール３０を型２の長手方向に移動させる移動機構２０と、補助ロール３５を型２の長手方向に駆動させる駆動機構２５とを備える。

　基材ロール３０は、基材シート５のシート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与するために、その幅方向に周長差を有している。この幅方向の周長差は、型２の複曲面形状に対応して設けられていることが好ましいが、複曲面形状よりも周長差が小さくてもよい。これらの図で基材ロール３０は、中央部３２の径が両端部３１の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲した鼓型（断面凹形状）の例を示している。基材ロール３０の外周面には基材シート５が巻回されており、基材シート５はその幅方向に長さが異なっている。基材ロール３０は、移動機構２０に回転自在に連結され、移動機構２０によって型２に沿って移動するようになっている。

　補助ロール３５は、型２の複曲面形状に対応して、その幅方向に周長差を有している。これらの図で補助ロール３５は、中央部３７の径が両端部３６の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲した鼓型（断面凹形状）の例を示している。
　この補助ロール３５は、基材ロール３０の移動方向の後方側に該基材ロール３０と所定間隔を隔てて配置される。また、補助ロール３５の軸３８は駆動機構２５に回転自在に連結され、駆動機構２５によって補助ロール３５は型２上を長手方向に転動する。補助ロール３５と基材ロール３０との距離は、固定されていてもよいし、変動してもよい。また、補助ロール３５と基材ロール３０とは、連動して移動してもよいし、独立して移動してもよい。図３には、補助ロール３５と基材ロール３０とが連結フレーム３９で連結され、これらが連動して移動する例を示している。
　そして、補助ロール３５は、基材ロール３０によって供給された基材シート５上を転動し、基材シート５を型２に押圧することによって基材シート５を型２に圧接する。このとき、補助ロール３５の重量を用いて基材シート５を型２に圧接してもよいし、駆動装置２５が有するアーム２８によって補助ロール３５を基材シート５の面に押圧し、基材シート５を型２に圧接してもよい。なお、補助ロール３５は、シリコンゴム等の変形可能な材質を用いることが好ましく、これにより幅方向の湾曲形状が変化する型にも好適に適用できる。

　駆動機構２５は、モータを収納したベース２６と、ベース２６の底面に取り付けられた走行ローラ２７と、一端がベース２６に取り付けられ、他端が補助ロール３５に取り付けられたアーム２８と、型２に沿ってその側方に配設された走行レール２９とを含む。
　走行ローラ２７は、ベース２６に収納されたモータによって回転駆動され、走行レール２９上を回動する。アーム２８は、水平方向に延びるアーム部２８ａと、アーム部２８ａと補助ロール３５との間に取り付けられたアクチュエータ２８ｂとからなる。アクチュエータ２８ｂとして、例えば油圧シリンダや電動シリンダ等を用いることができる。アクチュエータ２８ｂは、鉛直方向に伸縮するようになっており、伸縮側が補助ロール３５の軸３８に取り付けられている。これにより、アクチュエータ２８ｂを駆動することで補助ロール３５の軸３８を鉛直方向下方、すなわち基材シート５側に押圧する。

　次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る強化繊維基材の製造方法について説明する。
　図３に示すように、強化繊維基材の製造装置１は、駆動機構２５により補助ロール３５の軸３８が型２の長手方向に動かされることによって、補助ロール３５に支持フレーム３９を介して連結される基材ロール３０が型の２の長手方向に移動する。このとき、基材ロール３０の軸３３に連結される移動機構２０によって、基材ロール３０は移動レール２１上を型２に沿って移動する。

　この移動に伴い、基材ロール３０は型２上で転動し、基材ロール３０から型２上に基材シート５を供給する。このとき、基材ロール３０は、型２の複曲面形状に対応して幅方向に周長差を有しているので、シート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与しながら型２上に基材シート５を供給することとなる。
　基材ロール３０の後方を移動する補助ロール３５は、基材ロール３０が供給した基材シート５上を転動する。補助ロール３５の外周面は、型２の複曲面形状に対応した形状であるので、補助ロール３５が基材シート５上を転動することによって基材シート５が型２上に圧接される。このとき、アクチュエータ２８ｂによって補助ロール３５を鉛直方向下方に押し付けることによって、型２上に基材シート５を圧接してもよい。
　そして、基材ロール３０および補助ロール３５によって、基材シート５を型２の長手方向全長にわたって供給、圧接したら折り返して、再度、基材ロール３０および補助ロール３５を型２上で移動させて、基材シート５を型２の長手方向全長にわたって供給、圧接し、これを繰り返し行うことによって基材シート５を複数積層する。

　以上説明したように、本実施形態によれば、複曲面形状の型に対してもシワ等の欠陥を生じさせることなく基材シート５を積層することができ、高品質の強化繊維基材を製造可能となる。
　また、基材ロール３０から基材シート５を型２上に供給した後、補助ロール３５で基材シート５を型２に押圧するようにしたので、複曲面形状の型２と、基材ロール３０との外周面との形状が完全に一致していなくても、補助ロール３５によって確実に基材シート５を型２に圧接することが可能となる。したがって、基材シート５の形状自由度を高めることができる。

［第３実施形態］
　さらに、図４および図５を参照して、第３実施形態に係る強化繊維基材の製造装置１について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る強化繊維基材の製造装置を示す斜視図で、図５は、図４に示す強化繊維基材の製造装置を示す側面図である。なお、本第３実施形態において、第１実施形態または第２実施形態と共通する部材には同一の符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

　本実施形態に係る強化繊維基材の製造装置１は、主として、シート供給手段である基材ロール４０、凸ロール４２および凹ロール４３と、シート圧接手段である補助ロール４５と、シート供給手段およびシート圧接手段を支持するフレーム５０と、フレーム５０を型２の長手方向に移動させる移動機構（不図示）とを備える。

　基材ロール４０は、基材シート５が巻回され、フレーム５０に回転自在に支持されている。基材ロール４０は、円筒形状に形成されており、したがって基材ロール４０に巻回される基材シート５も平面形状に形成されている。なお、基材ロール４０は、複曲面形状の型２に対応して、僅かに周長差を有していてもよい。
　凸ロール４２は、中央部の径が両端部の径よりも大きくなるように幅方向に湾曲した形状（断面凸形状）を有している。凹ロール４３は、中央部の径が両端部の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲した形状（断面凹形状）を有している。凸ロール４２と凹ロール４３は、その軸が平行となるように互いに近接して配置され、これらの外周面同士の間にはロールギャップ４４が形成されている。ロールギャップ４４の間隔は、基材シート４０の厚みと略同一かこれより僅かに小さいことが望ましい。なお、凸ロール４２および凹ロール４３をロールユニット４１と称する。また、ロールユニット４１は、ロールギャップ４４の形状が、型２の複曲面形状に対応するように構成されている。また、ロールユニット４１は、凸ロール４２および凹ロール４３の幅長が略同一であるとともに、両端部同士が互いに一致するような配置となっていることが好ましい。この場合、ロールユニット４１の幅方向における中央位置は、基材シート５の幅方向における中央位置と略一致し、且つ型２の幅方向における中央位置と略一致する。さらに、ロールユニット４１の幅方向における両端位置は、基材シート５の幅方向における両端位置と略一致し、且つ型２の幅方向における両端位置と略一致する。

　このような構成を有するシート供給手段において、基材ロール４０から繰り出された基材シート５は、凸ロール４２と凹ロール４３の間のロールギャップ４４を通過することによって、型２の複曲面形状に対応して、シート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与された状態で、型２上に供給される。なお、本実施形態において基材シート５は、強化繊維シートに樹脂を含浸させたプリプレグ材であることが好ましく、これによりロールギャップ４４で成形された形状を維持しやすい。

　補助ロール４５は、型２の複曲面形状に対応して、その幅方向に周長差を有している。これらの図で補助ロール４５は、中央部４７の径が両端部４６の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲した鼓型（断面凹形状）の例を示している。
　この補助ロール４５は、上記したシート供給手段の移動方向の後方側にロールユニット４１と所定間隔を隔てて配置される。そして、補助ロール４５は、シート供給手段によって繰り出された基材シート５を型２に押圧することによって基材シート５を型２に圧接する。このとき、上述の第２実施形態と同様に、補助ロール４５は、駆動機構２５に連結されていてもよいし、アクチュエータによって型２への押圧力を付加される構成としてもよい（図４参照）。
　なお、凸ロール４２および凹ロール４３における幅方向の周長差（幅方向の直径の差）は、補助ロール４５における幅方向の周長差より大きくすることが好ましい。これにより、補助ロール４５の通過後も、型２の周長差（幅方向での長手方向長さの差）に相当する基材シート５の周長差（幅方向での長手方向長さの差）を残存させることができる。

　基材ロール４０、ロールユニット４１および補助ロール４５は、それぞれ、フレーム（不図示）に回転自在に支持されていてもよい。この場合、フレームは、駆動装置によって型２に沿ってその長手方向に移動する。

　また、本実施形態における製造装置は、ロールギャップ４４を挟んで、ロールギャップ４４通過後の基材シート５ａと通過前の基材シート５ｂがなすシート屈折角度を調整可能な角度調整手段を有してもよい。角度調整手段は、例えば、基材ロール４０、ロールユニット４１および補助ロール４５の少なくともいずれか２つの相対位置関係を変化させる手段であり、相対位置関係を変化させることによってシート屈折角度を調整可能である。
　なお、シート屈折角度とは、ロールギャップ４４通過後で凸ロール４２および凹ロール４３に接触していない基材シート部位５ａ、すなわちロールユニット４１と補助ロール４５間の基材シート部位５ａと、ロールギャップ４４通過前の凸ロール４２および凹ロール４３に接触していない基材シート部位５ｂ、すなわち基材ロール４０とロールユニット４１間の基材シート部位５ｂとがなす角度をいう。その場合、後述する図６Ａ、図７Ａに示すように、ロールギャップ４４通過後の基材シート５ａと通過前の基材シート５ｂがなすシート屈折角度α，βを変化させることで、基材シート５が凸ロール４２または凹ロール４３に当接する孤長が変化する。この孤長の変化に対応して、シート供給方向長さに付与される分布も変化させることができる。したがって、基材シート５のシート屈折角度を変化させるのみで簡単に基材シートの前記分布を変化させることが可能となる。

　次に、図４および図５を参照して、本実施形態に係る強化繊維基材の製造方法について説明する。
　強化繊維基材の製造装置１は、駆動機構により基材ロール４０、ロールユニット４１および補助ロール４５が同時に移動する。この移動とともに、基材ロール４０から基材シート５が繰り出される。基材シート５は、補助ロール４５に巻き込まれることによって繰り出されるようにしてもよいし、基材シート５を繰り出す繰り出し手段を別に設けてもよい。

　基材ロール４０から繰り出された基材シート５は、ロールユニット４１のロールギャップ４４間を通過し、型２上に供給される。このとき、ロールギャップ４４の形状は、型２の複曲面形状に対応するように構成されているので、基材シート５は、凸ロール４２と凹ロール４３の間のロールギャップ４４を通過することによって、型２の複曲面形状に対応して、シート供給方向長さに幅方向での異なる分布を付与された状態で、型２上に供給される。

　またこのとき、角度調整手段によって、ロールギャップ４４を挟んでロールギャップ４４通過後の基材シート５ａと通過前の基材シート５ｂがなすシート屈折角度を変化させてもよい。シート屈折角度は、型２の複曲面形状に応じて調整することが望ましい。角度調整手段によるシート屈折角度の調整は、基材ロール４０、ロールユニット４１および補助ロール４５の少なくともいずれか２つの相対位置関係を変化させることによって実現しうる。

　ここで、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、第３実施形態の具体的な構成例について説明する。図６Ａは各ロールを示す側面図で、図６Ｂはその対応する型を示す斜視図であり、図７Ａは各ロールを示す側面図で、図７Ｂはその対応する型を示す斜視図である。

　図６Ａにおける各ロールの構成は、上述した図４および図５と同一である。図６Ａに示すように、ロールギャップ４４を通過後の基材シート５の方向Ａと、ロールギャップ４４を通過前の基材シート５の方向Ｂとで形成される角度を、シート屈折角度αとする。なお、方向Ａおよび方向Ｂは、基材シート５の端部の方向を用いているが、基材シート５の中央部の方向を用いてもよく、基材シート５の幅方向のどの断面における方向を用いるかは特に限定されない。このシート屈折角度αを調整することによって基材シート５の幅方向におけるシート供給方向長さの分布を調整することができる。すなわち、シート屈折角度αを大きくするほど、基材シート５が凹ロール４３に当接する孤長が長くなる。凹ロール４３は幅方向に周長差を有するので、これに当接する孤長が長くなる程、基材シート５の幅方向におけるシート供給方向長さの差は大きくなる。このように、シート屈折角度αを変化させることによって、基材シート５の幅方向におけるシート供給方向長さの分布を調整することができる。

　型２上に供給された基材シート５は、その上を補助ロール４５が転動することによって、補助ロール４５により押圧され、型２上に圧接される。
　そして、基材ロール４０、ロールユニット４１および補助ロール４５によって、基材シート５を型２の長手方向全長にわたって供給、圧接したらフレームを折り返して、再度、基材ロール４０、ロールユニット４１および補助ロール４５を型２上で移動させて、基材シート５を型２の長手方向全長にわたって供給、圧接し、これを繰り返し行うことによって基材シート５を複数積層する。
　なお、図６Ａに示す構成の製造装置は、図６Ｂに示すような鞍形状の型２の場合に適用される。鞍形状の型２は、幅方向であるＸ方向は中央部が下に湾曲した凹形状を有し、長さ方向であるＹ方向は中央部が上に湾曲した凸形状を有する。

　一方、図７Ａに示す構成の製造装置は、図７Ｂに示すような皿形状の型２の場合に適用される。皿形状の型２は、幅方向であるＸ方向は中央部が上に湾曲した凸形状を有し、長さ方向であるＹ方向は中央部が上に湾曲した凸形状を有する。
　この製造装置のロールユニット４１は、上部に凸ロール４３、下部に凹ロール４２が配置される。さらに、補助ロール４５は、幅方向の中央部４の径６が両端部４７の径より小さい凹ロールとなっている。基材ロール４０は、基材シート５の供給方向に対してロールユニット４１より後方側に配置される。したがって、ロールギャップ４４を通過後の基材シート５の方向Ａと、ロールギャップ４４を通過前の基材シート５の方向Ｂとで形成されるシート屈折角度βは、１８０°より大きくなる。このような各ロールの配置と、シート屈折角度βとによって、上記の皿形状の型２にも対応可能となる。

　ここで、図８Ａを及び図８Ｂを用いて、本実施形態で用いられる型の構成例である翼型について説明する。図８Ａは本発明の実施形態に用いられる型を説明する斜視図で、図８Ｂは図８Ａに示したＡ部の部分拡大図である。
　図８Ａ及び図８Ｂに示すように、本実施形態に用いられる翼型２は、風車ブレードの形状に合わせた形状となっている。風車ブレードの型２は、翼の前縁と後縁を分割線として、風を受ける側の面である腹側と、その反対面の背側とに２分割される。図８Ａの型２は、背側の翼型を示している。

　図８Ａに示す背側の型２は、基材シート５（図１参照）が積層される面を上方に向けた状態で設置されている。型２は、その長手方向に延在し、型２の幅方向（翼断面における翼弦方向）は凹形状（下方に向かって凸となる形状）に湾曲している。さらに、図８Ａ中のＡ部の部分拡大図である図８Ｂに示すように、型２の基材シート５が積層される面の一部は、型２の長手方向には上方に向かって凸形状を有し、かつ、型２の幅方向には凹形状を形成する鞍型形状（非ユークリッド）となっている。すなわち、型２の基材シート５を積層させる面は、型２の長手方向に形成されている円孤ＡＢ，ＥＧ，ＤＣが上方に向かって凸形状の円孤を形成し、型２の幅方向に形成されている円孤ＡＤ，ＦＨ，ＢＣが凹形状の円孤となるように形成されている。そのため、それぞれの円孤端Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを接続して形成される面ＡＢＣＤは、全体として凹形状を成している。円孤ＡＢ，ＤＣと円孤ＥＧとは、円孤ＥＧの半径Ｒｃが円孤ＡＢ，ＤＣの半径Ｒｅよりも小さいものとなっている。なお、図８Ａ及び図８Ｂに示す型２は一例であり、本実施形態では複曲面を有する型であればどのような形状の型にも適用可能である。

　以上説明したように、本実施形態によれば、複曲面形状の型に対してもシワ等の欠陥を生じさせることなく基材シート５を積層することができ、高品質の強化繊維基材を製造可能となる。
　また、凸ロール４２と凹ロール４３との間のロールギャップ４４に基材シート５を通過させて基材シート５を変形させることによって、シート供給方向長さに異なる分布を付与するようにしたので、基材ロール５は円筒形状か、若しくは周長差を持たせる場合でも小さい周長差で十分であり、基材シート５を巻回した基材ロール４０を簡単に作製できる。また、凸ロール４２と凹ロール４３とからなるロールユニット４１を交換自在とすれば、上記方法、装置を複数種類の型２に適用することが可能である。さらにまた、基材シート５を型２上に供給した後、補助ロール４５で基材シート５を型２に押圧するようにしたので、複曲面形状の型２と、ロールユニット４１で変形させた基材シート５の形状とが完全に一致していなくても、補助ロール４５によって確実に基材シート５を型２に圧接することが可能となる。

　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述の第１実施形態～第３実施形態を適宜組み合わせてもよいし、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
　また、本実施形態は、風車ブレード以外の型にも適用でき、例えば、風車、航空機、自動車、船舶、鉄道車両等における複曲面を有する構造体の型に適用できる。

Claims

　強化繊維を含む基材シートを、複曲面形状を有する型上に積層させて強化繊維基材を製造する強化繊維基材の製造方法であって、
　前記型の前記複曲面形状に対応して、前記基材シートのシート供給方向長さに幅方向で異なる分布を付与しながら、基材ロールから前記型上に前記基材シートを供給して該基材シートを前記型に圧接することを特徴とする強化繊維基材の製造方法。
　前記基材ロールは、前記シート供給方向長さに前記分布を付与するために幅方向に周長差を有しており、
　前記基材ロールから前記基材シートを前記型上に供給しながら前記基材ロールの外周面を前記基材シート上から前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接することを特徴とする請求項１に記載の強化繊維基材の製造方法。
　前記基材ロールは、前記シート供給方向長さに前記分布を付与するために幅方向に周長差を有しており、
　前記基材ロールから前記基材シートを前記型上に供給した後、補助ロールで前記基材シートを前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接することを特徴とする請求項１に記載の強化繊維基材の製造方法。
　中央部の径が両端部の径よりも大きくなるように幅方向に湾曲した凸ロールと、前記凸ロールと軸平行に配置され、中央部の径が両端部の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲した凹ロールとの間にロールギャップを形成し、
　前記基材ロールから繰り出された前記基材シートに前記ロールギャップを通過させることによって前記シート供給方向長さに前記分布を付与し、
　前記ロールギャップを通過した基材シートを前記型に供給した後、補助ロールで前記基材シートを前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接することを特徴とする請求項１に記載の強化繊維基材の製造方法。
　前記ロールギャップを挟んで、該ロールギャップ通過後の前記基材シートと通過前の前記基材シートがなすシート屈折角度を変化させることによって、前記シート供給方向長さに付与される分布を調整することを特徴とする請求項４に記載の強化繊維基材の製造方法。
　強化繊維を含む基材シートを、複曲面形状を有する型上に積層させて強化繊維基材を製造する強化繊維基材の製造装置であって、
　前記型の前記複曲面形状に対応して、前記基材シートのシート供給方向長さに幅方向で異なる分布を付与しながら、基材ロールから前記型上に前記基材シートを供給するシート供給手段と、
　前記型上に供給された前記基材シートを前記型に圧接するシート圧接手段とを備えることを特徴とする強化繊維基材の製造装置。
　前記シート供給手段は、前記基材シートが巻回され且つ前記シート供給方向長さに前記分布を付与するために幅方向に周長差を有する、基材ロールを有し、前記基材ロールを前記型に沿って転動させながら前記基材シートを前記型上に供給し、
　前記シート圧接手段は、前記基材ロールの転動時に該基材ロールを前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接することを特徴とする請求項６に記載の強化繊維基材の製造装置。
　前記シート供給手段は、前記基材シートが巻回され且つ前記シート供給方向長さに前記分布を付与するために幅方向に周長差を有する、基材ロールを有し、前記基材ロールを前記型に沿って転動させながら前記基材シートを前記型上に供給し、
　前記シート圧接手段は、前記型上に配置された前記基材シートを前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接する補助ロールを有することを特徴とする請求項６に記載の強化繊維基材の製造装置。
　前記シート供給手段は、中央部の径が両端部の径よりも大きくなるように幅方向に湾曲した凸ロールと、前記凸ロールと軸平行に配置され、中央部の径が両端部の径よりも小さくなるように幅方向に湾曲し、前記凸ロールとの間にロールギャップを形成する凹ロールとを有し、前記基材ロールから繰り出された前記基材シートに前記ロールギャップを通過させることによって、前記シート供給方向長さに前記分布を付与し、
　前記シート圧接手段は、前記繰り出された前記基材シートを前記前記型に押圧することによって前記基材シートを前記型に圧接する補助ロールを有することを特徴とする請求項６に記載の強化繊維基材の製造装置。
　前記ロールギャップを挟んで、該ロールギャップ通過後の前記基材シートと通過前の前記基材シートがなすシート屈折角度を調整可能な角度調整手段を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の強化繊維基材の製造装置。