WO2023105556A1 - コンパクションローラおよびこれを備える積層装置 - Google Patents

コンパクションローラおよびこれを備える積層装置 Download PDF

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compaction
base sheet
prepreg material
compaction roller
roller
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French (fr)
Inventor
理沙 吉▲崎▼
武人 ▲高▼津
良一 浅野
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日本飛行機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H37/00—Article or web delivery apparatus incorporating devices for performing specified auxiliary operations

Definitions

  • the present invention relates to molding technology for fiber reinforced plastic (FRP), and in particular to technology for automatically laminating prepreg sheets.
  • FRP fiber reinforced plastic
  • Fiber reinforced plastic (FRP) molding goes through a lamination process, shaping process, and curing process.
  • a prepreg is a reinforcing material such as carbon fiber impregnated with an uncured thermosetting resin. It is formed into a sheet. A laminate is formed by laminating a plurality of prepreg sheets.
  • the prepreg is formed into a tape shape with an appropriate width of about 76 mm to 305 mm, cut to an arbitrary length, and laminated on a forming jig in sequence, while being heated as necessary, and compacted with a compaction roller. Lamination is performed by attaching the layers.
  • Unidirectional fiber (UD) prepregs are used in the ATL process.
  • a method very similar to the ATL method is the AFP (Automated Fiber Placement) method.
  • AFP Automated Fiber Placement
  • woven prepreg materials are sometimes used.
  • a woven prepreg material is more likely to stretch in multiple directions than a unidirectional prepreg material, and is more adaptable to complicated shapes including curved surfaces.
  • the continuous woven prepreg material is wasteful, so the continuous woven prepreg material is not used practically. As a result, it is difficult to apply to the ATL method, and many places rely on manual work by workers as before.
  • the present invention aims to solve the above problems, and aims to provide a technology for automating the lamination of prepreg materials even for complicated shapes including curved surfaces.
  • the present invention which solves the above problems, is a compaction roller used when pressing a prepreg material in which fibers are impregnated with an uncured resin to a jig or a laminate.
  • the compaction roller is split axially.
  • the compaction rollers are arranged in a plurality of rows in the direction orthogonal to the axis.
  • the plurality of rows includes a first row and a second row, and the division positions of the first row of compaction rollers and the division positions of the second row of compaction rollers are arranged in a staggered manner.
  • tension adjusting means for adjusting the tension of the prepreg material or the base sheet that supports the prepreg material when the prepreg material is pressure-bonded to the jig or laminate.
  • the prepreg material can be pressed and transferred while conforming to complicated shapes including curved surfaces.
  • the fibers of the prepreg material are preferably woven.
  • the invention of the present application can also be applied to woven prepreg materials, which have conventionally been difficult to automatically laminate.
  • the prepreg material is preferably cut into a plurality of fragmentary parts and supported by a base sheet, and the plurality of fragmentary parts include fragmentary parts having different sizes and/or shapes.
  • the jig has a curved surface.
  • the present invention can handle complicated shapes including curved surfaces. Of course, it is not limited to a curved surface and may correspond to a flat surface.
  • FIG. 1 shows a schematic process of this lamination method. Details of each step will be described with reference to FIGS.
  • a plurality of fragment parts 10 are cut from the prepreg base material (cutting process not shown). Arrange the cut fragment parts 10 on the band-shaped base sheet 20 according to the order (fragment parts arrangement step).
  • the base sheet 20 on which the fragment parts 10 are arranged is wound into a roll (roll winding process).
  • the roll-shaped base sheet 20 is installed on the delivery reel 31 and the take-up reel 32 (reel installation process, not shown).
  • a base sheet 20 is delivered from a delivery reel 31 and wound onto a take-up reel 32.
  • the compaction rollers 33 press the fragment parts 10 against the jig 40 or the laminate (in process of formation) in order to transfer the fragment parts 10 from the base sheet 20 (pressure transfer step).
  • the above operation is repeated to laminate the prepreg materials to form the target laminate 50 (completion) (laminate forming step).
  • Fig. 2 is an outline of the prepreg material.
  • a woven prepreg material may be used.
  • a woven prepreg material is more likely to stretch in multiple directions than a unidirectional prepreg material, and is more adaptable to complicated shapes including curved surfaces.
  • a unidirectional prepreg material is shown as a reference example.
  • the present invention does not positively exclude unidirectional prepreg materials and may be applied to lamination of unidirectional prepreg materials, but the conventional ATL method can also be used for lamination of unidirectional prepreg materials.
  • each fragment part 10 is given an identifier.
  • Fig. 3 is an image diagram of the placement process.
  • a plurality of fragment parts 10 are cut from the prepreg base material in sequence.
  • the cutting order is not particularly limited, but the cutting may be performed according to the order.
  • "according to the order" means, for example, setting No. 1 ⁇ No. 2 ⁇ No. 3 ⁇ No. 9 ⁇ No. 10, the cutting order is No. 1 ⁇ No. 2 ⁇ No. 3 ⁇ No. 9 ⁇ No. 10 in ascending order, but the cutting order is No. 10 ⁇ No. 9 ⁇ No. 3 ⁇ No. 2 ⁇ No. 1 and descending order is also acceptable.
  • the identifier of each fragment part is known, No. 1 ⁇ No. 2 ⁇ No. 4 ⁇ No. 3 . . . Exceptionally, it may be replaced in consideration of construction convenience.
  • Each fragment part 1 has a different shape and size to suit the placement position. Of course, they may have the same shape and size.
  • cut fragment parts 10 are placed on the strip-shaped base sheet 20 according to the order.
  • "In order” includes ascending order, descending order, and exceptional permutation. It is important to know where each fragment part is placed.
  • Fig. 4 is an image diagram of the arrangement of fragment parts.
  • the arrangement interval between fragment parts is not essential, it is preferable that it is equal to or larger than the width of the compaction roller. As a result, the working efficiency of the pressure transfer process is improved.
  • the arrangement interval between the fragment parts is not essential, but care should be taken so that the downstream end of one fragment part in the traveling direction and the upstream end of the next fragment part in the traveling direction do not overlap. If the downstream end of one fragment part in the direction of travel overlaps with the upstream end of the next fragment part in the direction of travel, there is a risk that a problem will occur during the compression transfer process.
  • the base sheet 20 is, for example, a film material having a length of 50 m, a width of 1500 mm, and a thickness of about 0.1 to 0.5 mm. It is a paper with release treatment on both sides. It preferably has moderate elasticity and is capable of tension control (described later).
  • FIG. 5 is an image diagram of the roll winding process. After a predetermined number of fragment parts 10 are arranged on the base sheet 20, or while each fragment part 10 is arranged on the base sheet 20, the base sheet 20 is wound into a roll. The rolls 20 are appropriately stocked and transported to the next process line according to the command from the next process.
  • FIG. 6 is an image diagram of a roll cross section. Both sides of the base sheet 20 are subjected to release treatment. The peelability on the front side (the side on which the fragment parts 10 are arranged) is weak, and the peelability on the back side (the side on which the fragment parts 10 are not arranged) is strong.
  • FIG. 7 is an image diagram of the roll installation process.
  • the roll 20 is placed on a lamination head 30 of a pressure transfer device.
  • the lamination head 30 has a delivery reel 31 , a take-up reel 32 , a compaction roller 33 and a tension adjustment mechanism 34 .
  • the roll-shaped base sheet 20 is installed on the delivery reel 31.
  • the end of the rolled base sheet 20 is placed on the take-up reel 32 .
  • FIG. 9A is an overall image of the pressure transfer device
  • FIG. 9B is a schematic diagram of the lamination head.
  • the pressure transfer device used in the pressure transfer process is obtained by improving the lamination head of the lamination device used in the ATL method.
  • the stacking head 30 is supported by a gantry or a robot (not shown) and is movable in three axial directions: horizontal long axis direction, horizontal short axis direction, and vertical direction. Thereby, the lamination head 30 can be arranged at the arrangement target position on the jig 40 . Furthermore, the lamination head 30 is rotatable about three axes. Thereby, the posture of the lamination head 30 can be adjusted so as to correspond to a jig surface shape having a complex shape (for example, a three-dimensional curved surface) including a curved surface. The shape of the jig surface substantially corresponds to the desired shape of the laminate 50 .
  • a compaction roller 33 is installed between the delivery reel 31 and the take-up reel 32 .
  • the compaction roller 33 performs pressure transfer operation in conjunction with the operation of the delivery reel 31 and the take-up reel 32 .
  • the compaction roller 33 presses the base sheet 20 against the jig 40 , the fragment parts 10 are separated from the base sheet 20 and transferred to the jig 40 .
  • the first layer is exemplified by one roll, but the first layer may be formed by some of the fragment parts arranged on one roll.
  • the first layer may be formed by a plurality of rolls.
  • FIG. 10 is an image diagram of the laminate 50.
  • the second layer is laminated on the first layer, and the above lamination is repeated multiple times to complete the multi-layer laminate 50 .
  • the laminate 50 has a complicated shape including curved surfaces.
  • the delivery reel 31 and the take-up reel 32 are controlled to achieve a predetermined delivery speed and a predetermined take-up tension.
  • the tension generated in the base sheet 20 is low, the base sheet 20 may be bent, causing misalignment and wrinkles.
  • the tension generated in the base sheet 20 is high, the rigidity will be too high and it will be difficult for the base sheet 20 to adapt to complicated shapes including curved surfaces. Therefore, it is important to adjust the tension appropriately.
  • the fragment parts 10 arranged on the strip-shaped base sheet 20 include fragment parts with different shapes and sizes. Different shapes and sizes of the fragment parts 10 result in different optimum tensions. Therefore, it is important to adjust the tension appropriately.
  • the lamination head 30 has a tension adjustment mechanism 35 (see FIG. 8).
  • the tension adjusting mechanism 35 has a roller 35 and an elastic portion 36 continuous with the roller 35 .
  • the roller 35 presses the back surface of the base sheet 20 and the tension generated in the base sheet 20 increases.
  • the stretchable portion shrinks, the pressure of the roller 35 on the back surface of the base sheet 20 is relaxed, and the tension generated in the base sheet 20 is reduced. That is, the tension generated in the base sheet 20 can be controlled by controlling the expansion and contraction of the expansion and contraction portion 36 .
  • a sensor (not shown) may be used to measure the tension generated in the base sheet 20, and based on the measured value, control may be performed so as to approach the optimum tension.
  • the shape of the base sheet 20 may be monitored by a camera or the like, and adjusted so as to correspond to the curved surface shape or the like.
  • the optimum expansion/contraction amount of the expansion/contraction portion 36 may be set in advance for each fragment part 10 . Thereby, the tension of the base sheet 20 can be adjusted to a suitable state for each fragment part 10 .
  • Lamination work of woven prepreg material can be automated. As a result, it is possible to easily form a laminate having a complicated shape (for example, a three-dimensional curved surface) including a curved surface.
  • a typical roller has a cylindrical shape and is rotatable around an axis.
  • a general compaction roller may be used, but an improved compaction roller suitable for the lamination process may also be used.
  • Fig. 11 is a configuration diagram and an enlarged view of the improved compaction roller.
  • the compaction rollers are arranged in multiple rows in the direction perpendicular to the axis. In the illustrated example, two rows of compaction rollers 33 and 34 are arranged.
  • the compaction rollers 33, 34 are divided in the axial direction. In the illustrated example, it is divided into 18. It is preferable that the division rollers are separated by a predetermined distance.
  • the dividing positions of the compaction rollers 33 in the first row and the dividing positions of the compaction rollers 34 in the second row are staggered.
  • the compaction rollers 33, 34 are split and each split roller takes a separate attitude. As a result, it can handle complicated shapes including curved surfaces.
  • each split roller follows a complicated shape including a curved surface, there are places where the split roller gap is widened and places where it is narrowed. There is a risk of insufficient crimping at the location (division position). In addition, there is a possibility that wrinkles may occur at the location.
  • the dividing positions of the compaction rollers 33 of the first row and the dividing positions of the compaction rollers 34 of the second row are staggered.
  • the compaction roller 34 presses the insufficient pressure at the division position of the compaction roller 33 .
  • the compaction roller 33 has already been pressed.
  • the compaction rollers 33, 34 complement each other.
  • split roller displacement Furthermore, there is a split roller displacement means 38 for displacing the split compaction rollers 33 and 34 in the axial direction and the vertical direction.
  • 12 to 14 are diagrams for explaining the deformation operation of the compaction roller. Before deformation and after deformation are compared.
  • the divided compaction rollers 33 and 34 are arranged on the same axis before deformation.
  • the division roller displacement means 38 has a fixed bar and a variable bar.
  • the dividing roller is supported by the variable bar via a vertical support.
  • the variable bar is supported by the fixed bar so as to be axially variable.
  • the split roller also axially displaces. Further, along with the axial displacement of the split roller, the split roller is also displaced in the vertical direction (see FIG. 12).
  • the vertical support part has an elastic function, and the vertical support part changes the posture of each divided roller so that each divided roller faces and presses a complex-shaped surface including a curved surface (FIGS. 13 and 13). 14).
  • the compaction rollers 33 and 34 can also handle complicated shapes including curved surfaces.
  • the compaction rollers 33 and 34 can also handle complex shapes including curved surfaces.
  • the lamination head 30 has a tension adjustment mechanism 35 (see FIG. 8). As a result, the tension of the base sheet 20 is adjusted to a suitable state, so that the fragment part 10 can be easily adapted to a complicated shape including a curved surface.
  • the fragment parts 10 can be pressed and transferred while conforming to complicated shapes including curved surfaces.
  • the compaction rollers 33 and 34 are made of a fabric prepreg material, and compact the fragment parts 10 from the base sheet 20 on which the fragment parts 10 having different sizes and/or shapes are arranged. It is suitable for pressure transfer onto the material 40 or laminate (under formation).
  • the compaction rollers 33, 34 are also applicable.
  • it may be used as a compaction roller of a lamination device used in the conventional ATL method.
  • it is also suitable for laminating a unidirectional prepreg material on a curved surface.
  • compaction rollers 33 and 34 there are two compaction rollers 33 and 34 in the above embodiment, one may be used. Even if it is only one, it can be deformed appropriately, and the effect associated with the deformation by division can be obtained.
  • the division positions of the compaction rollers 33 and 34 are arranged in a zigzag manner. or narrower, and an effect similar to that of a staggered arrangement can be obtained.
  • Fragment parts (textile prepreg material) 20 base sheet 30 lamination head 31 delivery reel 32 take-up reel 33 compaction roller 34 compaction roller 35 tension adjustment mechanism 36 roll (tension adjustment) 37 Expandable portion 38 Divided roller displacement means 40 Jig 50 Laminated body (completed)

Abstract

【課題】曲面を含む複雑な形状に対してもプリプレグ材の積層作業を自動化できる技術を提供する。 【解決手段】コンパクションローラ３３，３４は、繊維に未硬化樹脂を含浸させたプリプレグ材を治具または積層体に圧着する際に用いる。コンパクションローラ３３，３４は、軸直交方向に対し、並列に配置されている。コンパクションローラ３３，３４は、軸方向に分割されている。コンパクションローラ３３の分割位置とコンパクションローラ３４の分割位置とは千鳥配置されている。

Description

コンパクションローラおよびこれを備える積層装置
　本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の成形技術に関し、特に、プリプレグシートを自動積層する技術に関する。
　繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）成形は、積層工程、賦形工程、硬化工程を経る。
　プリプレグは炭素繊維等の補強材に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたものである。シート状に形成される。複数枚のプリプレグシートを積層して積層体を形成する。
　従来、作業員の手作業により、複数枚のプリプレグシートを積層している。これに対し、積層作業の自動化が望まれている。自動積層に係る技術としてＡＴＬ(Automatic Tape Lay-Up)法が提案されている（例えば特許文献１）。
　ＡＴＬ法では、プリプレグを76mmから305mm程度の適切な幅のテープ状にし、任意の長さにカットし、成形治具上に順次積層しながら，必要に応じて加熱を行いつつコンパクションローラで加圧密着させることにより積層する。ＡＴＬ法では、一方向繊維(UD)プリプレグが用いられる。
　ところで、一方向プリプレグ材は伸びにくい。航空機やロケット等の曲面を形成しようとするとき、曲面に馴染みにくく、皺が発生しやすい。無理に曲面形状に追従させようとすれば、繊維直角方向に裂けるおそれもある。したがって、曲面を含む複雑な形状（たとえば３次元曲面）の積層体を形成しようとする際は、留意が必要である。
　ＡＴＬ法とよく似た手法にＡＦＰ(Automated Fiber Placement)法がある。ＡＴＬ法より幅の狭いプリプレグテープを用いることにより、曲面を含む複雑な形状にも馴染やすくなる。しかしながら、テープ幅が狭いことにより、作業速度がＡＴＬ法より劣る。
特開2014-125285号公報
　一方で、織物プリプレグ材が用いられることもある。織物プリプレグ材は一方向プリプレグ材に比べて複数方向に伸びやすく、曲面を含む複雑な形状にも馴染やすい。
　織物プリプレグ材は、連続状とすると無駄が発生するため、連続状の織物プリプレグ材は実用に用いられていない。その結果、ＡＴＬ法への適用が困難あり、従来どおり、作業員の手作業に頼る所が多い。
　そこで、曲面を含む複雑な形状に対してもプリプレグ材の積層作業を自動化する技術が望まれていた。
　本願発明は上記課題を解決するものであり、曲面を含む複雑な形状に対してもプリプレグ材の積層作業を自動化する技術を提供することを目的とする。
　上記課題を解決する本発明は、繊維に未硬化樹脂を含浸させたプリプレグ材を治具または積層体に圧着する際に用いるコンパクションローラである。前記コンパクションローラは軸方向に分割されている。
　これにより、曲面を含む複雑な形状にも対応できる。
　上記発明において、好ましくは、前記コンパクションローラは、軸直交方向に対し、複数列配置されている。
　これにより、ロール分割に伴う圧着不足や皺発生を抑制できる。
　上記発明において、好ましくは、前記複数列は、第１列と第２列とを含み、前記第１列のコンパクションローラの分割位置と前記第２列のコンパクションローラの分割位置とは千鳥配置されている。
　これにより、ロール分割に伴う圧着不足や皺発生を抑制できる。
　上記課題を解決する本発明は、上記記載のコンパクションローラと、前記分割されたコンパクションローラを、それぞれ、軸方向および鉛直方向に変位可能とする変位手段とを備える。
　これにより、曲面を含む複雑な形状にも対応できる。
　上記発明において、好ましくは、前記プリプレグ材を治具または積層体に圧着する際に、プリプレグ材またはプリプレグ材を支持するベースシートの張力を調整する張力調整手段とを備える。
　分割コンパクションローラの変形と張力調整手段によるベースシートの張力調整との相乗効果により、プリプレグ材を曲面を含む複雑な形状に馴染ませながら、圧着転写できる。
　上記発明において、好ましくは、前記プリプレグ材の繊維は織物状である。
　本願発明は、従来、自動積層が困難であった織物プリプレグ材にも適用可能である。
　上記発明において、好ましくは、前記プリプレグ材は、複数の断片パーツに裁断され、ベースシートに支持されており、前記複数の断片パーツは、大きさまたは／および形状の異なる断片パーツを含む。
　これにより、材料の無駄なく積層ができる。大きさまたは／および形状の異なる断片パーツを含む場合、ベースシートの張力も異なり不具合の原因となるおそれがあるが、張力調整により、最適な張力を維持できる。
　上記発明において、前記治具は曲面を有する。
　本願発明は、曲面を含む複雑な形状にも対応できる。もちろん曲面に限定されず平面に対応していてもよい。
　本発明によれば、曲面を含む複雑な形状に対してもプリプレグ材の積層作業を自動化できる。
概略工程 織物プリプレグ材と（好適例）一方向プレプレグ材（参考例）の比較 裁断工程および配置工程イメージ図 断片パーツ配置イメージ図 ロール状巻取工程イメージ図 ロール断面イメージ図 ロール設置工程イメージ図 圧着転写工程イメージ図 圧着転写工程イメージ図 積層体イメージ図 コンパクションローラ構成 コンパクションローラ変形動作説明図 コンパクションローラ変形動作説明図 コンパクションローラ変形動作説明図
　～基本工程および基本構成～
　図１は、本積層方法の概略工程である。各工程詳細については、図３～図９において説明する。
　まず、積層順番を設定する（順番設定工程　図示省略）。プレプレグ基材から複数の断片パーツ１０を裁断する（裁断工程　図示省略）。順番に従って、裁断した断片パーツ１０を帯状のベースシート２０に配置する（断片パーツ配置工程）。断片パーツ１０が配置されたベースシート２０をロール状に巻き取る（ロール状巻取工程）。ロール状のベースシート２０を送り出しリール３１および巻き取りリール３２に設置する（リール設置工程　図示省略）。送り出しリール３１からベースシート２０を送り出し、巻き取りリール３２に巻き取る。リールの動作に併せて、順番に従って、コンパクションローラ３３により、断片パーツ１０を治具４０または積層体（形成中）に圧着し、断片パーツ１０をベースシート２０から転写する（圧着転写工程）。以上の動作を繰り返し、プリプレグ材を積層し、目的の積層体５０（完成）を形成する（積層体形成工程）。
　図２はプリプレグ材の概略である。好適例として、織物プリプレグ材が用いられることもある。織物プリプレグ材は一方向プリプレグ材に比べて複数方向に伸びやすく、曲面を含む複雑な形状にも馴染やすい。
　参考例として一方向プリプレグ材を示す。本願発明は、一方向プリプレグ材を積極的に除外するものでなく、一方向プリプレグ材の積層に適用してもよいが、一方向プリプレグ材の積層においては従来のＡＴＬ法を用いることもできる。
　まず、順番設定工程について説明する。積層体を形成するには、平面方向および積層方向に複数枚のプリプレグシート（断片パーツ）を積層して積層体を形成する。設計段階において、各断片パーツ１０の形状、サイズ、配置位置、配置順番を設定する。例えば、各断片パーツに識別子を付す。
　図３は配置工程のイメージ図である。順番に従って、プレプレグ基材から複数の断片パーツ１０を裁断する。裁断時の順番は特に限定しなくてもよいが、順番に従って、裁断してもよい。ここで、「順番に従って」とは、たとえば、設定Ｎｏ．１→Ｎｏ．２→Ｎｏ．３→・・・・Ｎｏ．９→Ｎｏ．１０に対し、裁断順番がＮｏ．１→Ｎｏ．２→Ｎｏ．３→・・・・Ｎｏ．９→Ｎｏ．１０という昇順であるが、裁断順番がＮｏ．１０→Ｎｏ．９→・・・・Ｎｏ．３→Ｎｏ．２→Ｎｏ．１と降順でもよい。各断片パーツの識別子が把握されていれば、Ｎｏ．１→Ｎｏ．２→Ｎｏ．４→Ｎｏ．３・・・施工上の都合を考慮して、例外的に入れ替えてもよい。
　各断片パーツ１は、配置位置に適するように、形状やサイズが異なる。もちろん、形状やサイズが同じ場合もある。
　さらに、順番に従って、裁断した断片パーツ１０を帯状のベースシート２０に配置する。「順番に従って」とは、昇順、降順、例外的な入れ替えを含む。各断片パーツがどの位置に配置されるか把握されていることが重要である。
　図４は断片パーツ配置のイメージ図である。断片パーツ同士の配置間隔は必須ではないが、コンパクションローラ幅程度以上あることが好ましい。これにより、圧着転写工程の作業効率が向上する。断片パーツ同士の配置間隔は必須ではないが、一の断片パーツの進行方向下流端と次の断片パーツと進行方向上流端とが重ならないように留意する。一の断片パーツの進行方向下流端と次の断片パーツと進行方向上流端とが重なると、圧着転写工程時に不具合が発生するおそれがある。
　ベースシート２０は、例えば、長さ５０ｍ×幅１５００ｍｍ×厚０．１～０．５ｍｍ程度のフィルム材である。両面に剥離処理をされた紙である。適度な弾性を有し、張力制御（後述）可能であることが好ましい。
　図５は、ロール状巻取工程のイメージ図である。所定数の断片パーツ１０をベースシート２０に配置すると、もしくは、各断片パーツ１０をベースシート２０に配置しながら、ベースシート２０をロール状に巻き取る。ロール２０は適宜ストックしておき、次工程からの指令に応じて、次工程ラインに搬送する。
　図６は、ロール断面のイメージ図である。ベースシート２０の両面に剥離処理されている。表側（断片パーツ１０が配置されている側）の剥離性は弱く、裏側（断片パーツ１０が配置されていない側）の剥離性は強い。
　これにより、ロール形成時に断片パーツ１０とベースシート２０裏面が接着するおそれがなくなり、圧着転写工程時のロール展開が円滑となる。一方、ベースシート２０表面に配置されている断片パーツ１０は位置ズレするおそれがなく、圧着転写工程時の位置精度を担保できる。
　なお、上記ではロール形成時における断片パーツ１０とベースシート２０裏面の接着について検討したが、断片パーツ１０とベースシート２０裏面との間にカバーシートを介挿する場合は、断片パーツ１０とベースシート２０裏面の接着について検討する必要はない。
　図７は、ロール設置工程のイメージ図である。ロール２０は圧着転写装置の積層ヘッド３０に設置される。積層ヘッド３０は送り出しリール３１と巻き取りリール３２と、コンパクションローラ３３と、張力調整機構３４とを有する。
　図７Ａでは、ロール状のベースシート２０を送り出しリール３１に設置している。図７Ｂでは、ロール状のベースシート２０の端部を巻き取りリール３２に設置している。
　図８および図９は圧着転写工程のイメージ図である。図９Ａは圧着転写装置の全体像であり、図９Ｂは積層ヘッドの概略図である。圧着転写工程で用いる圧着転写装置はＡＴＬ法にて用いる積層装置の積層ヘッドを改良したものである。
　積層ヘッド３０は、ガントリーまたはロボット（図示省略）に支持され、水平長軸方向、水平短軸方向、鉛直方向の三軸方向に移動可能である。これにより、治具４０上の配置目的位置に積層ヘッド３０を配置できる。更に、積層ヘッド３０は三軸まわりに回転可能である。これにより、曲面を含む複雑な形状（たとえば３次元曲面）の治具面形状に対応するように、積層ヘッド３０の姿勢を調整できる。なお、治具面形状は、目的とする積層体５０形状に略対応している。
　前述のとおり、各断片パーツ１０は、順番に従って、帯状のベースシート２０に配置されている。コンパクションローラ３３は送り出しリール３１と巻き取りリール３２との間に設置されている。送り出しリール３１と巻き取りリール３２の動作に連動して、コンパクションローラ３３が圧着転写動作する。
　コンパクションローラ３３がベースシート２０を治具４０に押し付けると、ベースシート２０から断片パーツ１０が剥離し、治具４０に転写される。適宜加熱してもよい。たとえば、熱可塑性樹脂を用いる場合や常温粘着力が低い（樹脂量が少ない）場合は、適宜加熱する。常温粘着力が高い（樹脂量が多い）場合は、加熱は必要ない。
　一の断片パーツ１０について、積層ヘッド３０の位置調整および姿勢調整、送り出しリール３１と巻き取りリール３２によるベースシート２０の送り出しおよび巻取り、コンパクションローラ３３による圧着転写動作が連動しておこなわれると、次の断片パーツ１０について、積層ヘッド３０の位置調整および姿勢調整、送り出しリール３１と巻き取りリール３２によるベースシート２０の送り出しおよび巻取り、コンパクションローラ３３による圧着転写動作が連動しておこなわれる。上記動作が、順番に従って複数回繰り返され（たとえば、Ｎｏ．１→Ｎｏ．２→Ｎｏ．３→・・・・Ｎｏ．９→Ｎｏ．１０）、所定面に複数の断片パーツ１０が配置され、１層目が形成される。
　理解容易とするため、一のロールにより１層目が形成されるよう例示したが、一のロールに配置された複数の断片パーツのうち一部により１層目が形成されてもよい。複数のロールにより１層目が形成されてもよい。
　図１０は積層体５０のイメージ図である。１層目の上に２層目が積層され、上記積層が複数回繰り返され、複数層の積層体５０が完成される。積層体５０は曲面を含む複雑な形状をしている。
　～張力調整～
　上記では、送り出しリール３１および巻き取りリール３２を制御して、所定の送り出し速度および所定の巻き取り張力となる様にしている。
　ここで、ベースシート２０に発生する張力が低いとベースシート２０が撓み、位置ズレや皺発生の原因となるおそれがある。一方、ベースシート２０に発生する張力が高いと、剛性が高すぎて、曲面を含む複雑な形状に馴染みにくい。したがって、適度な張力に調整することが重要となる。
　さらに、帯状のベースシート２０に配置される断片パーツ１０には、形状やサイズが異なる断片パーツが含まれる。断片パーツ１０の形状やサイズが異なると最適な張力も異なってくる。したがって、適度な張力に調整することが重要となる。
　また、織物プリプレグ材は、一方向プレプレグ材に比べて、強度方向の特定が難しい。
　積層ヘッド３０は張力調整機構３５を有する（図８参照）。張力調整機構３５はローラ３５とローラ３５に連続する伸縮部３６を有する。伸縮部３６が伸びるとローラ３５がベースシート２０裏面を押圧し、ベースシート２０に発生する張力が増す。伸縮部が縮むとローラ３５のベースシート２０裏面への押圧が緩和され、ベースシート２０に発生する張力が減る。すなわち、伸縮部３６の伸縮を制御することで、ベースシート２０に発生する張力を制御できる。
　センサ（図示省略）により、ベースシート２０に発生する張力を計測し、計測値に基づき最適な張力に近づくように、制御してもよい。カメラ等により、ベースシート２０の形状を監視し、曲面形状等に対応するように調整してもよい。予め、各断片パーツ１０毎に最適な伸縮部３６の伸縮量を設定しておいてもよい。これにより、断片パーツ１０ごとにベースシート２０の張力を好適な状態に調整することができる。
　その結果、いずれの断片パーツ１０においても好適な張力を維持でき、位置ズレや皺発生を抑制するとともに、断片パーツ１０を曲面を含む複雑な形状に馴染ませることができる。
　～自動積層に係る効果まとめ～
　織物プリプレグ材の積層作業を自動化できる。その結果、曲面を含む複雑な形状（たとえば３次元曲面）の積層体を容易に形成できる。
　その結果、手作業を省き、製造コストを低減し、品質（皺が発生しない、配置位置ズレによる寸法誤差が少ない）のバラツキを抑制し、作業時間の減縮を図ることができる。
　積層工程の自動化により、FRP成形システム全体の自動化を図ることができる。
　～コンパクションローラ構成～
　一般的なローラ一は、円筒形状をしており、軸を中心に回動可能である。
　上記積層工程において、一般的なコンパクションローラを用いてもよいが、上記積層工程に好適な改良型コンパクションローラを用いてもよい。
　図１１は、改良型コンパクションローラの構成図と拡大図である。
　コンパクションローラは、軸直交方向に対し、複数列配置されている 。図示の例では、コンパクションローラ３３,３４の２列のローラが配置されている。
　コンパクションローラ３３,３４は軸方向に分割されている。図示の例では18分割されている。各々の分割ローラ間は所定間隔にて離れていることが好ましい。
　さらに、第１列のコンパクションローラ３３の分割位置と第２列のコンパクションローラ３４の分割位置とは千鳥配置されている。
　～分割ローラの動作～
　コンパクションローラ３３,３４が分割されており、各々の分割ローラが個別の姿勢をとる。その結果、曲面を含む複雑な形状にも対応できる。
　各々の分割ローラが曲面を含む複雑な形状に追従する際に、分割ローラ間隔が離れる箇所と狭まる箇所が発生する。当該箇所(分割位置）は圧着不足となるおそれがある。また、当該箇所に皺が発生するおそれがある。
　第１列のコンパクションローラ３３の分割位置と第２列のコンパクションローラ３４の分割位置とは千鳥配置されている。コンパクションローラ３３の分割位置における圧着不足をコンパクションローラ３４が圧着する。一方、コンパクションローラ３４の分割位置においては、すでにコンパクションローラ３３により圧着されている。このように、コンパクションローラ３３,３４が相互補完する。
　コンパクションローラ３３,３４の相互補完により圧着不足や皺発生を抑制できる。
　～分割ローラ変位～
　さらに、分割されたコンパクションローラ３３,３４を、それぞれ、軸方向および鉛直方向に変位可能とする分割ローラ変位手段３８を有する。
　図１２～１４は、コンパクションローラの変形動作を説明する図である。変形前と変形後を対比している。
　変形前において、分割されたコンパクションローラ３３,３４は同一軸上に配置されている。
　分割ローラ変位手段３８は固定バーと変動バーとを有する。分割ローラは鉛直支持部を介して変動バーに支持されている。変動バーは、固定バーに軸方向に変動可能に支持されている。変動バーが軸方向に変動するに伴い、分割ローラも軸方向に変位する。さらに、分割ローラの軸方向変位に伴い、分割ローラも鉛直方向に変位する（図１２参照）。
　また、鉛直支持部は弾性機能を有しており、鉛直支持部は、各分割ローラが曲面を含む複雑な形状の面に対向し押圧するように、各分割ローラの姿勢を変える（図１３，１４参照）。
　その結果、コンパクションローラ３３,３４は曲面を含む複雑な形状にも対応できる。
　～分割ローラと張力調整との関係～
　上記のとおり、コンパクションローラ３３,３４は曲面を含む複雑な形状にも対応できる。
　一方で、ベースシート２０に発生する張力が高いと、剛性が高すぎて、コンパクションローラ３３,３４が変形する効果を損なうおそれがある。したがって、適度な張力に調整することが重要となる。
　積層ヘッド３０は張力調整機構３５を有する（図８参照）。これにより、ベースシート２０の張力を好適な状態に調整し、断片パーツ１０が曲面を含む複雑な形状に馴染みやすい状態にする。
　コンパクションローラ３３,３４の変形と張力調整機構３５によるベースシート２０の張力調整との相乗効果により、断片パーツ１０を曲面を含む複雑な形状に馴染ませながら、圧着転写できる。
　～コンパクションローラの適用例～
　コンパクションローラ３３,３４は、織物プリプレグ材であって、大きさまたは／および形状の異なる断片パーツ１０が配置されたベースシート２０から、断片パーツ１０を、曲面を含む複雑な形状の面を有する治具４０や積層体（形成中）に圧着転写するのに好適である。
　コンパクションローラ３３,３４は、他にも適用可能である。たとえば、従来ＡＴＬ法にて用いる積層装置のコンパクションローラとして用いてもよい。とくに、一方向プリプレグ材を曲面に積層する場合にも好適である。
　～コンパクションローラ変形例～
　上記実施形態では、コンパクションローラ３３,３４は２本であるが、３本以上でもよい。その際、第２列の分割位置と第３列のコンパクションローラの分割位置とは千鳥配置されていることが好ましい。さらに、第１～３列において分割位置が異なっていると好ましい。
　上記実施形態では、コンパクションローラ３３,３４は２本であるが、一本でもよい。一本でも、適宜変形可能であり、分割による変形に伴う効果が得られる。
　上記実施形態では、コンパクションローラ３３,３４の分割位置は千鳥配置されているが、複雑な曲面形状に適用する場合は、コンパクションローラ３３の分割位置間隔とコンパクションローラ３４の分割位置間隔がランダムに離れたり狭まったりし、千鳥配置と同様の効果が得られる。
１０　断片パーツ（織物プリプレグ材）
２０　ベースシート
３０　積層ヘッド
３１　送り出しリール
３２　巻き取りリール
３３　コンパクションローラ
３４　コンパクションローラ
３５　張力調整機構
３６　ロール（張力調整）
３７　伸縮部
３８分割ローラ変位手段
４０　治具
５０　積層体（完成）

Claims (8)

  1. 　繊維に未硬化樹脂を含浸させたプリプレグ材を治具または積層体に圧着する際に用いるコンパクションローラであって、
    　前記コンパクションローラは軸方向に分割されている
    　ことを特徴とするコンパクションローラ。
  2. 　前記コンパクションローラは、軸直交方向に対し、複数列配置されている
    　ことを特徴とする請求項１記載のコンパクションローラ。
  3. 　前記複数列は、第１列と第２列とを含み、
    　前記第１列のコンパクションローラの分割位置と前記第２列のコンパクションローラの分割位置とは千鳥配置されている
    　ことを特徴とする請求項２記載のコンパクションローラ。
  4. 　請求項１～３記載のコンパクションローラと、
    　前記分割されたコンパクションローラを、それぞれ、軸方向および鉛直方向に変位可能とする変位手段と
    　を備えることを特徴とする積層装置。
  5. 　前記プリプレグ材を治具または積層体に圧着する際に、プリプレグ材またはプリプレグ材を支持するベースシートの張力を調整する張力調整手段
    　を備えることを特徴とする請求項４記載の積層装置。
  6. 　前記プリプレグ材の繊維は織物状である
    　ことを特徴とする請求項４または５記載の積層装置。
  7. 　前記プリプレグ材は、複数の断片パーツに裁断され、ベースシートに支持されており、
    　前記複数の断片パーツは、大きさまたは／および形状の異なる断片パーツを含む
    　ことを特徴とする請求項４～６記載の積層装置。
  8. 　前記治具は曲面を有する
    　ことを特徴とする請求項４～７記載の積層装置。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05269881A (ja) * 1992-01-29 1993-10-19 Toshiba Mach Co Ltd プリプレグ積層材の製造方法及びその製造装置
DE102012017595A1 (de) * 2012-09-06 2014-03-06 Premium Aerotec Gmbh Ablegekopf und Ablegeverfahren zum automatisierten Ablegen von Zuschnitten eines flächigen Materials, insbesondere zur Herstellung von großflächigen Faserverbundbauteilen

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