(57)【要約】【課題】強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着する。【解決手段】加熱接着装置は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着する加熱接着装置であって、強化繊維樹脂シートの面のうち基材シートとは反対の側に位置する面は、ベース領域と、ベース領域よりも基材シートから遠ざかる側に突出したリブ領域と、を有し、加熱接着装置は、強化繊維樹脂シートのベース領域と接触する頂面を含む凸部を有する金型を備え、強化繊維樹脂シートを加熱する加熱部と、を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着する加熱接着装置であって、
前記強化繊維樹脂シートの面のうち前記基材シートとは反対の側に位置する面は、ベース領域と、前記ベース領域よりも前記基材シートから遠ざかる側に突出したリブ領域と、を有し、
前記加熱接着装置は、
前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域と接触する頂面を含む凸部を有する金型を備え、前記強化繊維樹脂シートを加熱する加熱部と、を備える、加熱接着装置。
【請求項２】
前記金型の、隣り合う２つの前記凸部の間の領域は、前記凸部の前記頂面よりも前記基材シートから遠くに位置するとともに前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域と対向する底面を含む凹部である、請求項１に記載の加熱接着装置。
【請求項３】
前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域と前記金型の前記凸部とは、互いに平行に線状に延びている、請求項２に記載の加熱接着装置。
【請求項４】
前記金型の前記凸部の前記頂面と前記凹部の前記底面との間の距離は、前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域の高さ以上である、請求項２又は３に記載の加熱接着装置。
【請求項５】
前記金型の前記凸部の前記頂面と前記凹部の前記底面との間の距離は、前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域の高さより５ｍｍ以上大きい、請求項４に記載の加熱接着装置。
【請求項６】
前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域の高さが５ｍｍ以上である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加熱接着装置。
【請求項７】
前記基材シートは、樹脂、金属又はセラミックスの何れか一種以上を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の加熱接着装置。
【請求項８】
前記基材シートと前記強化繊維樹脂シートとの間に、熱可塑性樹脂を含む接着剤層が設けられている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の加熱接着装置。
【請求項９】
前記強化繊維樹脂シートの前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエーテルエーテルケトン系樹脂である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の加熱接着装置。
【請求項１０】
前記強化繊維樹脂シートは、第１シート材と、前記第１シート材の面のうち前記基材シートとは反対の側に位置する面上に位置し、前記リブ領域を構成する芯材と、前記芯材を覆うよう前記第１シート材に積層された第２シート材と、を有し、
前記第１シート材及び前記第２シート材のうちの一方は、一方向に延びる連続繊維を含み、他方は、複数の方向に延びる連続繊維を含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の加熱接着装置。
【請求項１１】
加熱接着装置は、前記強化繊維樹脂シートを前記基材シートに加熱接着して、風車回転翼のシェアウェブを作製する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の加熱接着装置。
【請求項１２】
前記加熱接着装置は、
前記金型を、前記金型の前記凸部の前記頂面が前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触する接触位置と、前記金型の前記凸部の前記頂面が前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域から離間する離間位置との間で前記金型を上下方向に移動させる上下方向移動機構と、
前記離間位置にある前記金型を水平方向に移動させる水平方向移動機構と、を更に備える、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の加熱接着装置。
【請求項１３】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着して積層体を製造する積層体製造方法であって、
前記基材シートとは反対の側に位置する面が、ベース領域と、前記ベース領域よりも前記基材シートから遠ざかる側に突出したリブ領域と、を有する前記強化繊維樹脂シートを準備する工程と、
前記基材シートと前記強化繊維樹脂シートとを積層する工程と、
頂面を含む凸部を有する金型の前記頂面を前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触させて、前記強化繊維樹脂シートを加熱する加熱接着工程と、を備える、積層体製造方法。
【請求項１４】
前記加熱接着工程は、
水平方向における第１位置で前記金型の前記頂面を前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触させて、前記強化繊維樹脂シートを加熱する第１加熱接着工程と、
前記金型を前記第１位置とは異なる第２位置へ水平方向において移動させた後、前記金型の前記頂面を前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触させて、前記強化繊維樹脂シートを加熱する第２加熱接着工程と、を有する、請求項１３に記載の積層体製造方法。
【請求項１５】
前記加熱接着工程は、１３０℃以上の温度の前記金型の前記頂面を、２０ＭＰａ以下の圧力で前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触させる工程を含む、請求項１３又は１４に記載の積層体製造方法。
【請求項１６】
前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域の側面が前記ベース領域の法線方向に対して成す角度が−３０°以上＋３０°以下である、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の積層体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱接着装置及び積層体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生可能エネルギーの中でもコストパフォーマンスに優れる風力発電が注目されている。特に大型風車は１機当りの発電量も大きく、コストパフォーマンスに優れるので、風車の大型化が進んでいる。具体的には、欧州では現在６０ｍ級の風車翼が主に用いられているが、今後は７５〜１５０ｍ級の風車翼が採用されていく見込みである。
【０００３】
しかし、風車翼を大型化するためには重量と強度が重要な問題となっている。このような問題に対して、例えば特許文献１や、特許文献２には、風車翼のスパーキャップの補強繊維として炭素繊維を用いる技術について開示されている。炭素繊維は軽量かつ高弾性の繊維であり、ガラス繊維を用いたスパーキャップより軽量で、強度等の性能が向上することが示されている。また、特許文献３には、炭素繊維を含み、線状の凸部が形成されたシートを、風車翼の表面に取り付けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５１９２７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１２５４４１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１７／２０９３００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スパーキャップを炭素繊維に置き換えるだけでは、風車翼の強度及び軽量化が十分ではない可能性がある。更なる検討事項として、スパーキャップに接合されるシェアウェブの内部構造をガラス繊維から炭素繊維へ置き換えることが考えられる。
【０００６】
本願の発明者等は、１０〜１００ｍ程度の長さと数ｍの高さを持つガラス繊維製のシェアウェブのガラス繊維を、単純に炭素繊維に置き換えようとした。しかしながら、使用する炭素繊維の量の増大によるコスト高を解決し、かつ、炭素繊維用の新規な押し出し成形技術を開発することは極めて困難であった。
【０００７】
そこで発明者等は発想を転換し、シェアウェブのような大型の部材を、凸部が形成された強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着することによって作製される積層体を用いて構成することを提案する。具体的には、本発明は、リブ領域を有する強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着する加熱接着装置及び積層体製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着する加熱接着装置であって、前記強化繊維樹脂シートの面のうち前記基材シートとは反対の側に位置する面は、ベース領域と、前記ベース領域よりも前記基材シートから遠ざかる側に突出したリブ領域と、を有し、前記加熱接着装置は、前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域と接触する頂面を含む凸部を有する金型を備え、前記強化繊維樹脂シートを加熱する加熱部と、を備える、加熱接着装置である。
【０００９】
本発明による加熱接着装置において、前記金型の、隣り合う２つの前記凸部の間の領域は、前記凸部の前記頂面よりも前記基材シートから遠くに位置するとともに前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域と対向する底面を含む凹部であってもよい。
【００１０】
本発明による加熱接着装置において、前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域と前記金型の前記凸部とは、互いに平行に線状に延びていてもよい。
【００１１】
本発明による加熱接着装置において、前記金型の前記凸部の前記頂面と前記凹部の前記底面との間の距離は、前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域の高さ以上であってもよい。
【００１２】
本発明による加熱接着装置において、前記金型の前記凸部の前記頂面と前記凹部の前記底面との間の距離は、前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域の高さより５ｍｍ以上大きくてもよい。
【００１３】
本発明による加熱接着装置において、前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域の高さが０．２ｍｍ以上であってもよい。
【００１４】
本発明による加熱接着装置において、前記基材シートは、樹脂、金属又はセラミックスの何れか１種以上を含んでいてもよい。
【００１５】
本発明による加熱接着装置において、前記基材シートと前記強化繊維樹脂シートとの間に、熱可塑性樹脂を含む接着剤層が設けられていてもよい。
【００１６】
本発明による加熱接着装置において、前記強化繊維樹脂シートの前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂又はポリエーテルエーテルケトン系樹脂であってもよい。
【００１７】
本発明による加熱接着装置において、前記強化繊維樹脂シートは、第１シート材と、前記第１シート材の面のうち前記基材シートとは反対の側に位置する面上に位置し、前記リブ領域を構成する芯材と、前記芯材を覆うよう前記第１シート材に積層された第２シート材と、を有し、前記第１シート材及び前記第２シート材のうちの一方は、一方向に延びる連続繊維を含み、他方は、複数の方向に延びる連続繊維を含んでいてもよい。
【００１８】
本発明による加熱接着装置は、前記強化繊維樹脂シートを前記基材シートに加熱接着して、風車回転翼のシェアウェブを作製してもよい。
【００１９】
本発明による加熱接着装置は、前記金型を、前記金型の前記凸部の前記頂面が前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触する接触位置と、前記金型の前記凸部の前記頂面が前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域から離間する離間位置との間で前記金型を上下方向に移動させる上下方向移動機構と、前記離間位置にある前記金型を水平方向に移動させる水平方向移動機構と、を更に備えてもよい。
【００２０】
本発明は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含む強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着して積層体を製造する積層体製造方法であって、前記基材シートとは反対の側に位置する面が、ベース領域と、前記ベース領域よりも前記基材シートから遠ざかる側に突出したリブ領域と、を有する前記強化繊維樹脂シートを準備する工程と、前記基材シートと前記強化繊維樹脂シートとを積層する工程と、頂面を含む凸部を有する金型の前記頂面を前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触させて、前記強化繊維樹脂シートを加熱する加熱接着工程と、を備える、積層体製造方法である。
【００２１】
本発明による積層体製造方法において、前記加熱接着工程は、水平方向における第１位置で前記金型の前記頂面を前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触させて、前記強化繊維樹脂シートを加熱する第１加熱接着工程と、前記金型を前記第１位置とは異なる第２位置へ水平方向において移動させた後、前記金型の前記頂面を前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触させて、前記強化繊維樹脂シートを加熱する第２加熱接着工程と、を有してもよい。
【００２２】
本発明による積層体製造方法において、前記加熱接着工程は、１３０℃以上の温度の前記金型の前記頂面を、２０ＭＰａ以下の圧力で前記強化繊維樹脂シートの前記ベース領域に接触させる工程を含んでもよい。
【００２３】
本発明による積層体製造方法において、前記強化繊維樹脂シートの前記リブ領域の側面が前記ベース領域の法線方向に対して成す角度が−３０°以上＋３０°以下であってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の加熱接着装置によれば、強化繊維樹脂シートを基材シートに加熱接着することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態における積層体製造方法によって製造された積層体を材料として用いることができる風車の例を示す図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、本実施形態における積層体製造方法により製造された積層体の斜視図である。
【図４】図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図５は、強化繊維樹脂シートの斜視図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】図７は、強化繊維樹脂シートの製造方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の一実施の形態における積層体製造方法を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の一実施の形態における加熱接着装置を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本実施形態における加熱接着装置の金型を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態における積層体製造方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本実施形態における積層体製造方法を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本実施形態における加熱接着装置を用いた積層体製造方法の一例を説明するための図である。
【図１４】図１４は、金型の変形例を示す図である。
【図１５】図１５は、加熱接着装置の変形例を示す図である。
【図１６】図１６は、強化繊維樹脂シートの変形例を示す図である。
【図１７】図１７は、基材シートの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の加熱接着装置の一実施の形態について説明する。本実施の形態においては、一例として、後述する風車の風車回転翼の有するシェアウェブに含まれる積層体を製造する際に用いることができる加熱接着装置について説明する。図１〜図１０は、本発明による一実施の形態を説明するための図である。なお、本件明細書に添付する図面においては、理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。また、図面の寸法比率は説明の都合上、構成の一部が図面から省略される場合がある。例えば、図面において、後述する金型の凸部の数は、実際の数とは異なる場合がある。
【００２７】
（風車）
まず、風車について説明する。図１は、風力発電用の風車の図である。図１に示す風車８０は、基礎Ｂ上に立設される支柱８２と、支柱８２の上端に設置されるナセル８３と、ナセル８３に設けられた、略水平な線を回転軸線として回転可能なローターヘッド８４とを有している。図１に示す風車８０は、更に、ローターヘッド８４の回転軸線周りに放射状に配置された、複数枚（例えば、３枚）の風車回転翼９０を有する。ローターヘッド８４の回転軸線方向から風車回転翼９０に当たった風の力は、ローターヘッド８４を回転軸線周りに回転させる動力に変換される。
【００２８】
風車回転翼９０について説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ方向に沿った、風車回転翼９０の断面図である。図２に示す風車回転翼９０は、外皮材９１と、前縁中間層材９２と、スパーキャップ９３と、後縁中間層材９４と、シェアウェブ９５と、内皮材９７と、を備えている。前縁中間層材９２及び後縁中間層材９４は、例えばＰＶＣ等の樹脂の発泡体、又はバルサ等の木材を材料とする。風車回転翼９０のうち、外皮材９１、前縁中間層材９２及び内皮材９７が重なる部分、並びに外皮材９１、後縁中間層材９４及び内皮材９７が重なる部分は、外皮材９１と内皮材９７とをスキン材とし、前縁中間層材９２又は後縁中間層材９４をコア材とする、サンドイッチ構造となっている。
図２に示す風車回転翼９０において、外皮材９１、スパーキャップ９３および内皮材９７はそれぞれ、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成（構成）されている。スパーキャップ９３は、繊維強化プラスチックを多層に積層した部材であり、シェアウェブ９５の背側（図２において上側）の端面および腹側（図２において下側）の端面に接するようにして、風車回転翼９０の背側および腹側に、それぞれ一つずつ設けられている。また、スパーキャップ９３とシェアウェブ９５とは、例えば常温で硬化するエポキシ系接着剤を介して接続（連結）されている。
【００２９】
（積層体）
図２に示すシェアウェブ９５は、本実施の形態の加熱接着装置を用いて製造される積層体１を備える。図３は、積層体１の斜視図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ方向に沿った断面図である。図３及び図４に示す積層体１は、強化繊維樹脂シート１０と、基材シート２０と、強化繊維樹脂シート１０と基材シート２０との間に位置する接着剤層３０と、を備える。以下の説明において、強化繊維樹脂シート１０の面のうち基材シート２０側の面を第１面１１と称し、基材シート２０とは反対側に位置する面を第２面１２とも称する。図４に示すように、強化繊維樹脂シート１０の第２面１２は、ベース領域１３と、ベース領域１３よりも基材シート２０から遠ざかる側に突出した複数のリブ領域１４と、を有する。
【００３０】
本実施の形態に係る強化繊維樹脂シート１０においては、複数のリブ領域１４が、一方向に配列されており、各リブ領域１４は、配列方向である一方向と非平行な方向に線状に延びている。図４に示す例においては、複数のリブ領域１４が、Ｘ方向に配列されており、各リブ領域１４が、Ｘ方向と直交するＹ方向に線状に延びている。複数のリブ領域１４は、互いに間隔を開けて配列されている。そして、配列方向に隣り合う二つのリブ領域１４の間に、ベース領域１３が形成されている。
【００３１】
一例として、図４に示された各寸法を次のように設計することができる。Ｘ方向に沿った各ベース領域１３の幅ｗ１は、２ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。また、Ｘ方向に沿った各リブ領域１４の幅ｗ２は、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。各リブ領域１４の高さｈ１は、５ｍｍ以上とすることができる。また、各リブ領域１４の高さｈ１は、例えば５０ｍｍ以下とすることができる。図３及び図４に示す強化繊維樹脂シート１０は、全体としてシート状の部材となっている。また、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４の側面がベース領域１３の法線方向に対して成す角度は、−３０°以上＋３０°以下であってもよい。図４に示す例においては、ベース領域１３の法線方向であるＺ方向に延びる直線Ｌ１が、リブ領域１４の側面に含まれる場合、すなわちリブ領域１４の側面がベース領域１３の法線方向に対して成す角度が０°である場合について示している。
【００３２】
基材シート２０は、強化繊維樹脂シート１０を補強することなどを目的として強化繊維樹脂シート１０に接着される部材である。基材シート２０は、例えば、樹脂、金属又はセラミックスの何れか１種以上を含む。基材シート２０は、強化繊維樹脂シート１０と同様に、後述する炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。基材シート２０の厚みは、例えば０．１ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。積層体１が強化繊維樹脂シート１０に加えて基材シート２０を更に有することによって、上述の風車回転翼９０のシェアウェブ９５のような、厚みの求められる部材を作製する場合に、積層体１の厚みを確保することができる。
【００３３】
接着剤層３０は、基材シート２０と強化繊維樹脂シート１０とを接着する接着剤を含む層である。接着剤層３０は、例えば、熱可塑性樹脂を含むホットメルト系接着剤である。接着剤層３０の熱可塑性樹脂としては、例えばポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂などを用いることができる。接着剤層３０が熱可塑性樹脂を含む場合には、加熱することによって接着剤層３０を軟化させ、積層体１から除いて回収することができる。このため、積層体１のリサイクル性をより向上することができる。
【００３４】
次に、図５及び図６を参照して強化繊維樹脂シート１０について詳細に説明する。図５は、強化繊維樹脂シート１０の斜視図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩ方向に沿った断面図である。図５及び図６に示す例において、強化繊維樹脂シート１０は、第１シート材１５と、第１シート材１５の面のうち第２面１２側に位置する面上に設けられた複数の芯材１７と、芯材１７を覆うように第１シート材１５上に積層された第２シート材１８と、を含む。図示はしないが、第１シート材１５と、芯材１７及び第２シート材１８とは、接着剤層を介して接着されていてもよい。
強化繊維樹脂シート１０のうち第２シート材１８が芯材１７を覆っている領域が、上述のリブ領域１４となっている。また、強化繊維樹脂シート１０のうち第２シート材１８が芯材１７を覆っていない領域が、ベース領域１３となっている。
【００３５】
強化繊維樹脂シート１０は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を含んでいる。本実施の形態において、強化繊維樹脂シート１０は、いわゆる炭素繊維強化樹脂（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）材料を用いて作製された部材である。したがって、強化繊維樹脂シート１０は、軽量かつ強度の高い、つまり比強度が大きいといった特長を有している。
【００３６】
図５及び図６に示す強化繊維樹脂シート１０に含まれる第１シート材１５、第２シート材１８及び芯材１７の少なくとも１つは、上述の炭素繊維強化樹脂を含んでいる。以下、第１シート材１５、第２シート材１８及び芯材１７の材料の一例について説明する。
【００３７】
まず、第１シート材１５及び第２シート材１８の材料について説明する。第１シート材１５及び第２シート材１８は、例えば、繊維とこの繊維に含浸させた合成樹脂を含む。第１シート材１５及び第２シート材１８に含まれる繊維は、ガラス繊維であってもよく、炭素繊維であってもよい。第１シート材１５及び第２シート材１８が炭素繊維を含む場合には、ガラス繊維を含む場合と比較して、第１シート材１５及び第２シート材１８を、より軽量かつ高強度にすることができる。また、炭素繊維はガラス繊維よりも高い熱伝導性を有するため、加熱接着の際に、より効率よく接着面に熱を伝えることができる。具体的には、繊維状基材に合成樹脂を含浸させてなる部位として、第１シート材１５及び第２シート材１８を作製することができる。繊維状基材としては、特に限定されず、例えば一方向の連続繊維を含んでいてもよく、複数の方向に延びる織物状の連続繊維を含んでいてもよいし、連続繊維ではなく切断された繊維を含んでいてもよい。ここで、連続繊維とは、例えば１００ｍｍ以上の長さを有する繊維を意味する。連続繊維は、シート材の一方の端部から一方の端部に対向する他方の端部まで切断面を有していなくてもよい。例えば、第１シート材１５及び第２シート材１８のうちの一方が、一方向に延びる連続繊維を含み、他方が、複数の方向に延びる連続繊維を含んでもよい。例えば、第１シート材１５が、複数の方向に延びる連続繊維を含み、第２シート材１８が、一方向に延びる連続繊維を含んでもよい。
第１シート材１５又は第２シート材１８が炭素繊維を含む場合、炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、ＰＩＴＣＨ系炭素繊維などを用いることができる。第１シート材１５又は第２シート材１８がガラス繊維を含む場合、ガラス繊維としては、例えば、Ｅガラス繊維などを用いることができる。例えば、第１シート材１５が、複数の方向に延びるガラス繊維の連続繊維を含み、第２シート材１８が、一方向に延びる炭素繊維の連続繊維を含んでもよい。
【００３８】
繊維状基材に含浸させている合成樹脂としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の何れを用いてもよいが、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、又はポリエーテルエーテルケトン系樹脂が好ましい。第１シート材１５及び第２シート材１８が熱可塑性樹脂を含む場合には、加熱することによって熱可塑性樹脂を軟化させて回収することができる。このため、積層体１のリサイクル性をより向上することができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられ、不飽和ポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂が好ましい。
【００３９】
なお、第１シート材１５又は第２シート材１８の一方は繊維状基材を含むが、他方は繊維状基材を含んでいなくてもよい。例えば、第１シート材１５は、繊維状基材と、繊維状基材に含浸された合成樹脂とを含む繊維強化樹脂からなり、第２シート材１８は、合成樹脂からなっていてもよい。
【００４０】
繊維に合成樹脂を含浸させて第１シート材１５又は第２シート材１８を得る方法の一例として、炭素繊維に合成樹脂を含浸させる場合、例えば炭素繊維と合成樹脂を積層し、該積層体の温度を該合成樹脂の融点以上まで昇温し、該積層体を高圧でプレスすることで、合成樹脂を炭素繊維に含浸させることができる。
【００４１】
芯材１７の材料について説明する。本実施の形態において、強化繊維樹脂シート１０の芯材１７を構成している合成樹脂としては、第１シート材１５又は第２シート材１８に含まれる合成樹脂と同様の合成樹脂を用いることができ、例えばポリプロピレン系樹脂を用いることができる。芯材１７は、例えば矩形状の断面を有する。
【００４２】
（強化繊維樹脂シートの製造方法）
次に、以上に例示した強化繊維樹脂シート１０の製造方法について説明する。強化繊維樹脂シート１０は、例えば、第１シート材１５、第２シート材１８及び芯材１７を熱プレスで溶着することで作製される。熱プレスには、押し出し成型やプレス成型を用いることができる。
【００４３】
一例としての図７に示された例では、第１型６１及び第２型６２の間に形成されるキャビティＣ内で、第１シート材１５、第２シート材１８及び芯材１７を熱プレスすることで、強化繊維樹脂シート１０が得られる。図７に示された例では、まず第１シート材１５が配置され、次に、複数の芯材１７が第１シート材１５上に配置される。このとき細長い芯材１７は、Ｙ方向に延びるようにして、Ｙ方向と直交するＸ方向に間隔をあけて、第１シート材１５上に配列される。
【００４４】
次に、第２シート材１８が、第１シート材１５との間で芯材１７を挟むようにして、芯材１７の、第１シート材１５が位置する側と反対側に配置される。次に、図７に示すように、第１シート材１５及び芯材１７に沿って延びるようにして、第２シート材１８を折り曲げる。
【００４５】
その後、第１シート材１５、第２シート材１８及び芯材１７をキャビティＣ内に配置した状態で、第１型６１及び第２型６２を閉型し、芯材１７を間に挟んだ状態の第１シート材１５及び第２シート材１８を互いに向けて熱プレスする。これにより、樹脂が溶着することで、一体物の強化繊維樹脂シート１０が得られる。
【００４６】
（積層体の製造方法）
図３及び図４に示す積層体１の製造方法について説明する。まず、図５及び図６に示す強化繊維樹脂シート１０を準備する。本実施の形態においては、強化繊維樹脂シート１０を準備するとともに、基材シート２０、及び接着剤層３０の材料として用いる接着剤を準備する。
【００４７】
次に、基材シート２０と、強化繊維樹脂シート１０とを積層する。基材シート２０と強化繊維樹脂シート１０との積層は、強化繊維樹脂シート１０の、ベース領域１３及びリブ領域１４を有する側とは反対側に、基材シート２０が位置するように行う。本実施の形態においては、基材シート２０の一方の面に接着剤層３０を配置し、次に接着剤層３０の基材シート２０が位置する側とは反対側に強化繊維樹脂シート１０を配置することによって、図３及び図４に示すように、基材シート２０、接着剤層３０及び強化繊維樹脂シート１０を積層する。
【００４８】
基材シート２０の一方の面に接着剤層３０を形成する方法について説明する。図８は、接着剤層３０を形成する方法を示す図である。図８に示すように、基材シート２０を搬送方向ｄ１に搬送しながら、基材シート２０の一方の面に接着剤を供給することにより、接着剤層３０を形成する。具体的には、まず、台座６４上に基材シート２０を配置する。次に、ローラー６５を用いて台座６４を動かすことにより、基材シート２０を搬送方向ｄ１に搬送しながら、接着剤供給機構６３を用いて基材シート２０の一方の面に接着剤を供給する。接着剤供給機構６３は、例えばスプレーコート方式又はダイコーター方式によって、基材シート２０の一方の面に接着剤を供給する。以上の方法により、接着剤層３０を形成する。
【００４９】
（加熱接着装置）
基材シート２０と強化繊維樹脂シート１０とを積層した後に、本実施の形態に係る加熱接着装置４０を用いて、強化繊維樹脂シート１０の少なくともベース領域１３を第２面１２側から加熱し、基材シート２０と強化繊維樹脂シート１０とを接着する。まず、図９を参照して、加熱接着装置４０について説明する。図９は、本実施の形態に係る加熱接着装置４０について、加熱接着の対象となる、強化繊維樹脂シート１０、基材シート２０及び接着剤層３０とともに示す斜視図である。なお、図９に示す強化繊維樹脂シート１０などの寸法、並びに強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３及びリブ領域１４の数は、説明の都合上、図３〜図７に示す例から変更して示している。図９に示す加熱接着装置４０は、加熱部４１と、上下方向移動機構４２と、水平方向移動機構４３と、を備える。加熱接着装置４０は、図９に示すように、基材シート２０を支持する支持部４４を更に備えてもよい。
【００５０】
図１０を参照して、加熱部４１について詳細に説明する。図１０は、本実施の形態に係る加熱部４１について、加熱接着の対象となる、強化繊維樹脂シート１０、基材シート２０及び接着剤層３０とともに示す図である。加熱部４１は、金型５０を有する。金型５０は、強化繊維樹脂シート１０に向かって突出した複数の凸部５１を有する。凸部５１は、線状に延びていてもよい。金型５０の凸部５１が延びる方向は、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が延びる方向に平行である。
【００５１】
凸部５１は、先端に位置する頂面５１ａを含む。図１０に示す例において、頂面５１ａは平坦面である。図示はしないが、頂面５１ａは湾曲していてもよい。金型５０は、少なくとも凸部５１の頂面５１ａにおいて、強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３と接触することができる。
【００５２】
加熱部４１は、図示はしないが、金型５０の少なくとも凸部５１の頂面５１ａを加熱する加熱手段を含む。加熱手段によって加熱された高温状態の金型５０の凸部５１の頂面５１ａを、ベース領域１３に接触させることによって、強化繊維樹脂シート１０と基材シート２０との接着面を少なくとも部分的に加熱することができる。例えば、強化繊維樹脂シート１０と基材シート２０との間に位置する接着剤層３０を加熱することができる。加熱によって、強化繊維樹脂シート１０と基材シート２０とを接着することができる。
【００５３】
凸部５１が強化繊維樹脂シート１０に接触する際の凸部５１の最高温度は、接着剤層３０の融点以上であることが好ましく、例えば１３０℃以上であることが好ましい。また温度が高いと、強化繊維樹脂シートが変形しやすくなるため、例えば、２００℃以下が好ましい。
【００５４】
図１０に示す例において、金型５０の隣り合う２つの凸部５１の間の領域は、凸部５１の頂面５１ａよりも基材シート２０から遠くに位置するとともに、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４と対向する底面５２ａを含む凹部５２となっている。
【００５５】
図１０に示す金型５０の凸部５１の幅ｗ３、凹部５２の幅ｗ４及び金型５０の凸部５１の頂面５１ａと凹部５２の底面５２ａとの間の距離ｈ２は、強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３の幅ｗ１、リブ領域１４の幅ｗ２及びリブ領域１４の高さｈ１に応じて適宜決定される。例えば、金型５０の凸部５１の幅ｗ３は強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３の幅ｗ１以下であり、金型５０の凹部５２の幅ｗ４は強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４の幅ｗ２以上である。図１０に示す例においては、幅ｗ３が幅ｗ１よりも小さく、幅ｗ４が幅ｗ２よりも大きい例を示している。金型５０の凸部５１の頂面５１ａと凹部５２の底面５２ａとの間の距離ｈ２は、例えば、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域の高さｈ１以上である。図１０に示す例においては、距離ｈ２と高さｈ１とが等しい場合を示している。金型５０の幅ｗ５は、例えば５０ｃｍである。
【００５６】
上下方向移動機構４２について、図９を参照して説明する。上下方向移動機構４２は、金型５０を図９に示す強化繊維樹脂シート１０の厚み方向であるＺ方向に移動させる機構である。具体的には、上下方向移動機構４２は、金型５０の凸部５１の頂面５１ａが強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触する接触位置と、金型５０の凸部５１の頂面５１ａが強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３から離間する離間位置との間で、金型５０をＺ方向において移動させることができる。以下、強化繊維樹脂シート１０の厚み方向を「上下方向」とも称する。
【００５７】
水平方向移動機構４３について、図９を参照して説明する。水平方向移動機構４３は、金型５０を、図９に示す強化繊維樹脂シート１０の第１面１１の面方向に移動させる機構である。以下、強化繊維樹脂シート１０の第１面１１の面方向を「水平方向」とも称する。水平方向移動機構４３は、金型５０が、強化繊維樹脂シート１０と接触していない離間位置にある場合に、金型５０を水平方向に移動させる。図９に示す水平方向移動機構４３は、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が並べられているＸ方向に、金型５０を移動させる。水平方向移動機構４３は、例えば、金型５０を備える加熱部４１と上下方向移動機構４２とを水平方向に移動させることができるように設けられた車輪部４３ａを有する。この場合、図９に示すように、加熱接着装置４０は、水平方向移動機構４３の車輪部４３ａの移動する方向を制限するレール部３６を更に備えていてもよい。図９に示す例において、レール部３６は、水平方向移動機構４３の車輪部４３ａの移動する方向をＸ方向に制限している。
【００５８】
（加熱接着工程）
上述の加熱接着装置４０を用いて基材シート２０と強化繊維樹脂シート１０とを接着する加熱接着工程について説明する。加熱接着工程においては、金型５０の凸部５１の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させて、強化繊維樹脂シート１０を加熱する。
【００５９】
本実施の形態に係る加熱接着工程は、水平方向における第１位置で金型５０の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させて、強化繊維樹脂シート１０を加熱する第１加熱接着工程と、金型５０を第１位置とは異なる第２位置へ水平方向において移動させた後、金型５０の凸部５１の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させて、強化繊維樹脂シート１０を加熱する第２加熱接着工程と、を有する。
【００６０】
第１加熱接着工程について説明する。図１１は、第１加熱接着工程の様子を示す図である。なお、図１１においては、水平方向移動機構４３及び支持部４４の図示を省略している。第１加熱接着工程においては、水平方向において第１位置Ａ１にある金型５０を用いる。まず、上下方向において離間位置にある金型５０を、上下方向移動機構４２を用いて上下方向における接触位置に移動させる。これによって、図１１に示すように、水平方向における第１位置Ａ１において金型５０の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させる。金型５０の少なくとも凸部５１の頂面５１ａの温度は、ベース領域１３に接触する前から高温になっていてもよく、若しくは、ベース領域１３に接触した後に加熱されて高温になってもよい。凸部５１の頂面５１ａの温度は、例えば１３０℃以上である。高温の凸部５１の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させることにより、第１位置Ａ１において強化繊維樹脂シート１０を基材シート２０に加熱接着することができる。その後、金型５０を、上下方向移動機構４２を用いて上下方向における離間位置に移動させる。
【００６１】
次に、第２加熱接着工程について説明する。図１２は、第２接着加熱工程の様子を示す図である。なお、図１２においても、図１１と同様に、水平方向移動機構４３及び支持部４４の図示を省略している。第２加熱接着工程においては、まず、金型５０を、水平方向移動機構４３を用いて、第１位置Ａ１とは異なる第２位置Ａ２へ水平方向に移動させる。本実施の形態においては、図１１に示すように、第２位置Ａ２は、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４の配列方向であるＸ方向において第１位置Ａ１の下流側に位置する。次に、金型５０を、上下方向移動機構４２を用いて上下方向における接触位置に移動させて、金型５０の凸部５１の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させる。これによって、第１加熱接着工程の場合と同様に、第２位置Ａ２において強化繊維樹脂シート１０を基材シート２０に加熱接着することができる。
【００６２】
その後、図示はしないが、上述の第１加熱接着工程及び第２加熱接着工程と同様に、水平方向の各位置で金型５０を用いて強化繊維樹脂シート１０を基材シート２０に加熱接着する。本実施の形態によれば、水平方向移動機構４３を用いて金型５０を水平方向に移動させることにより、強化繊維樹脂シート１０を移動させる場合に比べて小さな作業スペースにて、大きな寸法を有する積層体１を製造することができる。
【００６３】
加熱接着工程においては、金型５０の凸部５１の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させる際に、頂面５１ａによってベース領域１３に圧力を印加することが好ましい。凸部５１の頂面５１ａがベース領域１３に加える圧力は、金型５０の自重による圧力でもよいし、外部から圧力を加えてもよく、例えば０．０１ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下の圧力をかけてもよい。
【００６４】
本実施の形態において、金型５０の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させることの作用について説明する。
まず、比較例として、強化繊維樹脂シート１０の基材シートへの加熱接着を、温風を供給する機構やオーブン等の加熱機構を用いて行う場合について考える。この場合、強化繊維樹脂シート１０リブ領域１４が接着剤層３０よりも周囲雰囲気に近接しているので、接着剤層３０よりも先にリブ領域１４の熱可塑性樹脂が溶融してしまう可能性がある。
これに対して、本実施の形態においては、加熱された金型５０の凸部５１の頂面５１ａを強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触させる。このため、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が加熱されることを抑制しながら、接着剤層３０を加熱することができる。このため、リブ領域１４の形状が溶融に起因して変化してしまうことを抑制することができる。
【００６５】
加熱接着装置４０を用いて、強化繊維樹脂シート１０を基材シート２０に加熱接着することによって、積層体１を製造することができる。製造された積層体１を用いて、風車回転翼９０のシェアウェブ９５を作製してもよい。本加熱接着装置４０及び本加熱接着装置４０を用いた積層体製造方法によれば、例えば図１３に示すように、複数の強化繊維樹脂シート１０と複数の基材シート２０とを接着して、積層体１として、大型の格子状のリブ構成体を容易に作成することができる。このようなリブ構成体は、風車のシェアウェブとして産業上の利用価値を有する。
【００６６】
（金型の変形例）
上述の実施の形態においては、金型５０の凸部５１の頂面５１ａと凹部５２の底面５２ａとの間の距離ｈ２が、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域の高さｈ１と等しい例について説明した。しかしながら、金型５０における距離ｈ２は、これに限られない。図１４は、金型の変形例を、強化繊維樹脂シート１０、基材シート２０及び接着剤層３０とともに示す図である。図１４においては、金型５０が、金型５０の凸部５１の頂面５１ａが強化繊維樹脂シート１０のベース領域１３に接触する接触位置にある場合について示している。金型の変形例においては、金型５０の凸部５１の頂面５１ａと凹部５２の底面５２ａとの間の距離ｈ２は、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４の高さｈ１よりも大きくなっている。この場合には、図１４に示すように、金型５０が接触位置にあるときに、金型５０の凹部５２の底面５２ａが強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４と接触しない。すなわち、金型５０が接触位置にあるときに、金型５０の凹部５２の底面５２ａと強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４との間に隙間が存在している。これにより、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が加熱されて溶融することを抑制することができる。金型５０の凸部５１の頂面５１ａと凹部５２の底面５２ａとの間の距離は、強化繊維樹脂シートのリブ領域１４の高さより５ｍｍ以上大きいことが好ましい。これによって、金型５０の凹部５２の底面５２ａと強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４との距離を十分に空け、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が加熱されて溶融することを、さらに抑制しやすくすることができる。
【００６７】
（加熱接着装置の変形例）
上述の実施の形態及び変形例においては、１つの加熱部４１を有する加熱接着装置４０について説明した。しかしながら、加熱接着装置４０が有する加熱部４１の数は、１つに限られない。図１５は、加熱接着装置の変形例を示す図である。図１５においては、加熱接着装置４０が、複数の加熱部４１を有する場合について示している。加熱接着装置４０は、図１５に示すように、複数の加熱部４１を有するとともに、複数の上下方向移動機構４２と、複数の水平方向移動機構４３と、を有してもよい。
【００６８】
（強化繊維樹脂シートの変形例）
上述の実施の形態及び各変形例においては、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が、強化繊維樹脂シート１０の一辺と直交する方向に延びている例について示した。しかしながら、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が延びる方向は、これに限られない。図１６は、強化繊維樹脂シート１０を、金型５０とともに示す平面図である。図１６における破線は、金型５０における凸部５１の位置を示す仮想の線である。なお、図１６においては、上下方向移動機構４２、水平方向移動機構４３及び支持部４４の図示を省略している。
図１６において、強化繊維樹脂シート１０は、方向ｄ２に延びる長辺１９を含む矩形の形状を有する。本変形例において、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が延びる方向ｄ３は、強化繊維樹脂シート１０の長辺１９が延びる方向ｄ２に対して角度θだけ傾斜している。角度θは、３０°以上であって９０°より小さいことが好ましい。角度θは、より好ましくは４５°である。この場合、加熱接着工程において、強化繊維樹脂シート１０の長辺１９が延びる方向ｄ２に金型５０を動かしてもよい。この場合には、図１６に示すように、金型５０の凸部５１が延びる方向を、強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４が延びる方向ｄ２と平行にしてもよい。すなわち、金型５０の凸部５１が延びる方向を、金型の水平方向における移動方向である方向ｄ２に対して、角度θだけ傾けてもよい。
【００６９】
（基材シートの変形例）
上述の実施の形態及び各変形例においては、基材シート２０として、厚みが一定のシート状の部材を用いた積層体１について説明した。しかしながら、基材シート２０は、これに限定されない。図１７は、基材シートの変形例を示す斜視図である。基材シートの変形例においては、基材シート２０として、複数のリブ領域１４を有する強化繊維樹脂シート１０を用いている。図１７に示す例においては、２枚の強化繊維樹脂シート１０の第１面１１同士を接着することによって、積層体１を製造している。この場合において、一方の強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４と、他方の強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４とが、平面視において異なる方向に線状に延びていることが好ましい。一方の強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４と、他方の強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４とが、平面視において異なる方向に線状に延びていることによって、異なる２方向において積層体１の強度を向上することができる。図１７に示す例においては、一方の強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４と、他方の強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４とが、平面視において互いに直交する方向に延びている。一方の強化繊維樹脂シート１０の形状及び寸法と、他方の強化繊維樹脂シート１０の形状及び寸法とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、一方の強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４の幅と、他方の強化繊維樹脂シート１０のリブ領域１４の幅とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  積層体
１０  強化繊維樹脂シート
１１  第１面
１２  第２面
１３  ベース領域
１４  リブ領域
１５  第１シート材
１７  芯材
１８  第２シート材
１９  長辺
２０  基材シート
３０  接着剤層
４０  加熱接着装置
４１  加熱部
４２  上下方向移動機構
４３  水平方向移動機構
４３ａ  車輪部
４４  支持部
５０  金型
５１  凸部
５１ａ  頂面
５２  凹部
５２ａ  底面
６１  第１型
６２  第２型
６３  接着剤供給機構
６４  台座
６５  ローラー
８０  風車
８２  支柱
８３  ナセル
８４  ローターヘッド
９０  風車回転翼
９１  外皮材
９３  スパーキャップ
９５  シェアウェブ
９７  内皮材
【図１】
2020049766.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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