(57)【要約】  【課題】強化繊維糸条端部を巻上げる気流を抑制し、プリフォーム作成用の強化繊維シートを確実に生産できる強化繊維糸条配置装置を提供する。  【解決手段】強化繊維糸条を繰り出す糸条供給手段と、強化繊維糸条を配置面に押し付けるコンタクトロールと、強化繊維糸条の切断手段とを備えた強化繊維糸条配置装置であって、前記コンタクトロールは、強化繊維糸条を配置面に対して押し付け可能に構成されるとともに該強化繊維糸条の供給方向に向かって配置面上を移動可能に構成され、さらに、強化繊維糸条長手方向に関してコンタクトロールよりも下流側で、かつ、コンタクトロール軸心よりも配置面側の領域に整流板が設けられている強化繊維糸条配置装置を特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維糸条を繰り出す糸条供給手段と、強化繊維糸条を配置面に押し付けるコンタクトロールと、強化繊維糸条の切断手段とを備えた強化繊維糸条配置装置であって、前記コンタクトロールは、強化繊維糸条を配置面に対して押し付け可能に構成されるとともに該強化繊維糸条の供給方向に向かって配置面上を移動可能に構成され、さらに、強化繊維糸条長手方向に関してコンタクトロールよりも下流側で、かつ、コンタクトロール軸心よりも配置面側の領域に整流板が設けられていることを特徴とする強化繊維糸条配置装置。
【請求項２】
前記整流板は、前記コンタクトロールの曲面部に対向するコンタクトロール対向面と、該対向面とは反対側に位置する反コンタクトロール面とを有し、該反コンタクトロール面は、コンタクトロール軸心の断面方向から見て、下端部から鉛直方向にコンタクトロール半径の６０％以上の長さに相当する領域で、任意の２箇所間を結ぶ仮想線が、コンタクトロール軸心を原点、該原点から水平方向整流板向きをｘ軸正方向、鉛直方向上向きをｙ軸正方向とみた場合に、正の傾きを有する形状である、請求項１に記載の強化繊維糸条配置装置。
【請求項３】
前記整流板は、前記コンタクトロールの曲面部に対向するコンタクトロール対向面と、該対向面とは反対側に位置する反コンタクトロール面とを有し、該反コンタクトロール面は、コンタクトロール軸心の断面方向から見て、下端部から鉛直方向にコンタクトロール半径の６０％以上の長さに相当する領域で窪みを有している、請求項１に記載の強化繊維糸条配置装置。
【請求項４】
前記窪み内の任意の２箇所間を結ぶ仮想線が、コンタクトロール軸心を原点、該原点から水平方向整流板向きをｘ軸正方向、鉛直方向上向きをｙ軸正方向とみた場合に、正の傾きを有する、請求項３に記載の強化繊維糸条配置装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックの製造に供する強化繊維糸条配置装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチックを効率的に製造する方法として、平坦なテーブルの上や、場合によっては繊維強化プラスチック製品形状を有する型の上に、複数の強化繊維糸条を順次配置してゆくことで、所望の形状の強化繊維シートや強化繊維プリフォームを得る、ＡＦＰ(Automated Fiber Placement)装置が知られている。（特許文献１、特許文献２）
【０００３】
これら装置の基本的な動作は、コンタクトロールと言われるロールと、糸条を配置するテーブルや型のような配置面との間に糸条を準備し（第1段階）、コンタクトロールを配置面の所望の位置に押し付けることで、糸条に付与されている樹脂の粘着力などを利用して糸条を配置面に保持させ（第２段階）、続けてコンタクトロールを配置面に押し付けた状態を維持しながら、コンタクトロールを配置面に平行な、所望の方向に移動させることで、糸条を配置面に連続して接触・保持させてゆき（第３段階）、更に所望の位置に到達した時点で糸条を切断し、コンタクトロールと糸条を配置面から離間させる（第４段階）という一連のサイクルからなる。このサイクルを所望の強化繊維シートや所望の強化繊維プリフォームが得られるまで繰り返す。
【０００４】
これらＡＦＰ装置では、生産効率を高めるために装置をできるだけ早く動かすことが求められるが、装置を早く動かすほど、糸条を正確に所望の位置に配置することが難しくなる。特に「第３段階」において、コンタクトロールを配置面に平行な方向に移動を開始する際の動作速度が早いと、コンタクトロールが移動することで空いた空間に向かって周辺から流れ込む随伴気流が強くなり、先のサイクルにおける「第３段階」で配置面に固定した糸条の先端部を随伴気流が吹き上げることで、糸条が配置面から引き剥がされて浮き上がり、最終的な配置位置が大きく狂うという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５７７６７号公報
【特許文献２】特表２０１１−５１５２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上記のような課題に着目し、コンタクトロールの動きに伴って発生する随伴気流が糸条先端部に与える悪影響を簡便な機構で低減し、糸条を所望の位置に安定的に配置できる強化繊維糸条配置装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る強化繊維糸条配置装置は、以下の通りである。
（１）  強化繊維糸条を繰り出す糸条供給手段と、強化繊維糸条を配置面に押し付けるコンタクトロールと、強化繊維糸条の切断手段とを備えた強化繊維糸条配置装置であって、前記コンタクトロールは、強化繊維糸条を配置面に対して押し付け可能に構成されるとともに該強化繊維糸条の供給方向に向かって配置面上を移動可能に構成され、さらに、強化繊維糸条長手方向に関してコンタクトロールよりも下流側で、かつ、コンタクトロール軸心よりも配置面側の領域に整流板が設けられていることを特徴とする強化繊維糸条配置装置。
（２）  前記整流板は、前記コンタクトロールの曲面部に対向するコンタクトロール対向面と、該対向面とは反対側に位置する反コンタクトロール面とを有し、該反コンタクトロール面は、コンタクトロール軸心の断面方向から見て、下端部から鉛直方向にコンタクトロール半径の６０％以上の長さに相当する領域で、任意の２箇所間を結ぶ仮想線が、コンタクトロール軸心を原点、該原点から水平方向整流板向きをｘ軸正方向、鉛直方向上向きをｙ軸正方向とみた場合に、正の傾きを有する形状である、前記（１）に記載の強化繊維糸条配置装置。
（３）  前記整流板は、前記コンタクトロールの曲面部に対向するコンタクトロール対向面と、該対向面とは反対側に位置する反コンタクトロール面とを有し、該反コンタクトロール面は、コンタクトロール軸心の断面方向から見て、下端部から鉛直方向にコンタクトロール半径の６０％以上の長さに相当する領域で窪みを有している、前記（１）に記載の強化繊維糸条配置装置。
（４）  前記窪み内の任意の２箇所間を結ぶ仮想線が、コンタクトロール軸心を原点、該原点から水平方向整流板向きをｘ軸正方向、鉛直方向上向きをｙ軸正方向とみた場合に、正の傾きを有する、前記（３）に記載の強化繊維糸条配置装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る強化繊維糸条配置装置を用いれば、コンタクトロールの移動開始に伴い発生し強化繊維糸条先端部を吹き上げる随伴気流を効果的に抑制できるため、一旦配置した糸条の位置がコンタクトロールの動きに伴って発生する随伴気流によって移動することを防ぐことができる。そのため、糸条を所望の位置に安定的に配置でき、この結果、高品位の強化繊維シートや、強化繊維プリフォームを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施態様に係る強化繊維糸条配置装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る強化繊維糸条配置装置における、コンタクトロール周辺の部分拡大図である。
【図３】従来のＡＦＰ装置における、コンタクトロール周辺の部分拡大図である。
【図４】整流板の反コンタクトロール面の一形状を示す図である。
【図５】整流板の反コンタクトロール面の他の形状を示す図である。
【図６】整流板の反コンタクトロール面のさらに別の形状を示す図である。
【図７】整流板の反コンタクトロール面のさらに別の形状を示す図である。
【図８】整流板の反コンタクトロール面のさらに別の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、本発明はこの図によって何ら制限されるものではない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施態様に係る強化繊維糸条配置装置を示している。強化繊維糸条配置装置１は、主に、図示しない糸条繰り出し機構および糸条切断機構、ならびに、コンタクトロール２、ローラ把持機構７、押さえ機構６、水平スライダ機構８などによって構成される。前記コンタクトロール２は、強化繊維糸条４を配置面に押し付けるため、上部にあるローラ把持機構７を介して、上下動を制御する押さえ機構６へと接続される。押さえ機構６は、鉛直方向に稼動するスライダ機構を有しており、コンタクトロール２を配置面３に対して接近・退避させることができる。また、押さえ機構６は、強化繊維糸条の供給方向に向かって配置面３の上を移動可能なように、上方で水平スライダ機構８に接続される。そして、水平スライダ機構８が稼動することにより、コンタクトロール２は、水平スライダ機構８の稼動方向に沿って、配置面３上を移動することができる。なお、図面では、強化繊維糸条４の長手方向、すなわち一方向の水平スライド機構しか示していないが、実際には配置面全面に亘って移動可能なように、強化繊維糸条の長手方向および幅方向の両方向に水平スライド機構が設けられている。
【００１２】
そして、図１に示す強化繊維糸条配置装置１には、コンタクトロール２の動きに伴って発生する随伴気流による影響を抑制するため、コンタクトロール２から見て強化繊維糸条４を配置していく方向の逆側（強化繊維糸条の長手方向に関してコンタクトロールよりも下流側）で、かつ、コンタクトロール軸心よりも配置面側の領域に、整流板５が設けられている。整流板５は、前記ローラ把持機構７に取り付けられ、押さえ機構６および水平スライダ機構８が稼動する際においても、コンタクトロール２に対して一定の位置関係を保って追従するように構成されている。
【００１３】
整流板５は、図２に詳しく図示する通り、コンタクトロール２から見て糸条配置方向の後方にあり、コンタクトロール２および強化繊維糸条の配置面３の両方に対して至近に位置している。整流板５の形状は、基本的に、コンタクトロール２の曲面部に対向するコンタクトロール対向面５１と、該対向面５１とは反対側に位置する反コンタクトロール面５３とを有する板状であればよいが、コンタクトロール軸心の断面方向から見たとき、図２に示す次のような形状であることが好ましい。
【００１４】
すなわち、コンタクトロール２の軸心より配置面側の領域において、コンタクトロール対向面５１は、コンタクトロール２の軸心を中心とする曲面形状を有し、かかる曲面形状が配置面３と対向する面５２（以下、配置面対向面５２という）との交点まで続いていることが好ましい。
【００１５】
また、配置面対向面５２は、配置面３に対して平行であり、コンタクトロール対向面５１と反コンタクトロール面５３とを繋いでいることが好ましい。
【００１６】
そして、反コンタクトロール面５３は、図４〜図７に示すように、コンタクトロール２の軸心よりも配置面３側の領域において、コンタクトロール２の軸心方向への窪み５３１を有していることが好ましい。かかる窪み５３１は、前記配置面対向面５２との交点（すなわちコンタクトロール軸心の断面方向から見た整流板の下端部）から上方へと続いており、かつ、鉛直方向に、コンタクトロール半径の６０％以上の長さに相当する領域に及ぶことが好ましい。また、かかる窪みの中の任意の２箇所間を結ぶ仮想線が、コンタクトロール軸心を原点、該原点から水平方向整流板向きをｘ軸正方向、鉛直方向上向きをｙ軸正方向とみた場合に、正の傾きを有するような形状であることがより好ましい。なお、窪み５３１は、単一の曲面でも多角形状でも、凹凸状に波打つような複合曲面であってもよい。
【００１７】
さらに、前述の窪みがなくとも、例えば図８に示すように、コンタクトロール軸心の断面方向から見て、下端部から鉛直方向にコンタクトロール半径の６０％以上の長さに相当する領域で、任意の２箇所間を結ぶ仮想線が、コンタクトロール軸心を原点、該原点から水平方向整流板向きをｘ軸正方向、鉛直方向上向きをｙ軸正方向とみた場合に、正の傾きを有するような形状であることも好ましい。
【００１８】
整流板５の材質については、糸条配置動作時に形状を保持できるだけの剛性や強度を有する材料であれば特に問わないが、装置の動作の妨げとならないよう、また、より軽量に作るために、金属や樹脂、木材等が好ましい。
【００１９】
上述の装置を用いて強化繊維糸条を配置する際は、例えば以下の４段階から構成されるサイクルが実施される。すなわち、図示しない糸条繰り出し機構によって、コンタクトロール２の下部まで強化繊維糸条４を案内し（第１段階）、押さえ機構６の稼動に伴ってコンタクトロール２を配置面３に対して接近させて、前記強化繊維糸条４の先端部を配置面３へ押しつけ、強化繊維糸条４に付与された樹脂の粘着力や静電気力によって該強化繊維糸条４の先端部を配置面に保持させる（第２段階）。続いて、水平スライダ機構８を前記強化繊維糸条４の供給方向に向かって移動させることにより、前記強化繊維糸条４を配置面３上に連続的に押し付け、該強化繊維糸条４を配置面に前述同様に保持させる（第３段階）。このようにして所望の長さを繰り出した後は、図示しない糸条切断機構により強化繊維糸条４を切断し、コンタクトロール２を配置面３から退避させる（第４段階）。このようなサイクルを、強化繊維糸条配置装置１の位置を水平方向にずらしながら繰り返すことで、所望する形状の強化繊維シートや強化繊維プリフォームが得られる。
【００２０】
ここで、整流板を備えていない従来の強化繊維糸条配置装置によって糸条を配置する場合、糸条の乱れは次のようにして生じる。すなわち、前記糸条配置動作の第３段階においては、コンタクトロール２が配置面に押し付けられた状態で転がるため、図３に示すように、コンタクトロール２の付近で、水平運動に伴う随伴気流１０１と回転運動に伴う随伴気流１０２とが生じる。さらに、コンタクトロール２と配置面３の接触点付近においては、前記随伴気流１０１と１０２とが合成された、随伴気流１０３が生じる。その結果、前記糸条配置動作の第２段階において一度配置面に押し付けられた強化繊維糸条４の先端は、前記随伴気流１０３によって浮き上げられ、結果として糸条の配置が乱れる。
【００２１】
一方で、本発明に係る強化繊維糸条配置装置においては、図２に示すように、コンタクトロール２の糸条配置方向後方に整流板５を取り付けることによって、以下の２つの効果を奏し、素早く糸条を配置した場合においても浮き上がりを防ぐことができ、すなわち糸条をより確実に配置することができる。第１の効果とは、前記随伴気流１０１をコンタクトロール２まで届かないよう遮断することであって、糸条先端部の浮き上がりを引き起こす随伴気流１０３の発生を防ぐことができる。次いで、第２の効果とは、次のようなメカニズムによって、配置した糸条の先端をより強く配置面３に押し付けることができる、というものである。すなわち、随伴気流１０１が整流板５に当たると、整流板５に沿うよう気流の方向が変化し、配置面３側へと向かう随伴気流１０４となる。そのため、配置した糸条先端は、随伴気流１０４によって強く配置面３へ押し付けられ、浮き上がりが防止される。  このとき、特に、反コンタクトロール面５３が上記したような窪み５３１を有している場合には、随伴気流１０１はより強く配置面３側へと向かう随伴気流１０４となり、また、該随伴気流１０４が整流板５から剥離するときの方向が、配置面３に対してより垂直に近い角度となるので、先に配置した糸条先端は、配置面３に対しより垂直に近い角度で向かう随伴気流１０４によって、より強く配置面３へ押し付けられることとなる。
【００２２】
また、前記随伴気流１０１の遮断効果をより増大させるためには、整流板のコンタクトロール対向面５１を、コンタクトロール２と同心円状の曲面とすることが好ましい。このような構成とすることで、整流板とコンタクトロールとの距離がより小さくなり、前記随伴気流１０１の遮断効果が増大する。
【００２３】
さらに、前記随伴気流１０４を配置面３により近い箇所で剥離することによって、より強く糸条先端部を押し付けることができるため、整流板５の配置面対向面５２を、配置面３により近い位置に設けることも好ましい。
【００２４】
以上のような本発明の強化繊維糸条配置装置は、所望形状の強化繊維シートや強化繊維プリフォームを製造するのに好適であり、強化繊維糸条を素早く確実に所望の位置に配置することができるため、高品位の強化繊維シートや強化繊維プリフォームを高い生産性で提供することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１    強化繊維糸条配置装置
２    コンタクトロール
３    配置面
４    強化繊維糸条
５    整流板
６    押さえ機構
７    ローラ把持機構
８    水平スライダ機構
５１  整流板のコンタクトロール対向面
５２  整流板の配置面対向面
５３  整流板の反コンタクトロール面
５３１  整流板の反コンタクトロール面における窪み
５３２  整流板の反コンタクトロール面における窪み内の任意の２箇所間を結ぶ仮想線
１０１  コンタクトロールの水平運動に伴う随伴気流
１０２  コンタクトロールの回転運動に伴う随伴気流
１０３  随伴気流１０１および１０２が合成された気流
１０４  整流板に沿って流れる随伴気流
【図１】
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【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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