(57)【要約】【課題】簡略な構成であって、かつ、次工程において繊維シート積層体２がプレスされた際に繊維シートＳの縦割れを防止可能な繊維シート積層装置１を提供する。【解決手段】処理ヘッド１１Ａは、一対の吸着ヘッド２１，２１と、繊維シートＳに複数のレーザ光Ｌ１〜Ｌ９を照射するレーザヘッド２０とを備えている。光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉの先端部２５ａ〜２５ｉは、それらから照射されるレーザ光Ｌ１〜Ｌ９の照射スポットＬＳが繊維シートＳの幅方向の全域に亘って千鳥状となるように配置されている。  吸着ヘッド２１，２１に保持された繊維シートＳが下層側の繊維シートＳに重ねられてから下方へ押圧され、その状態で光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉを介して繊維シートＳの中央部にレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が同時に照射される。それにより千鳥状の照射スポットＬＳが溶融されて下層の繊維シートＳに溶着される。【選択図】  図６
2019142159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の強化繊維を長手方向に沿って配置して樹脂によりテープ状に纏められた繊維シートを供給する供給機構と、供給機構から供給された多数の繊維シートを搬送する搬送機構と、搬送機構上の繊維シートを保持して所定の積層領域まで移送する移送機構と、該移送機構に保持された繊維シートにレーザ光を照射して加熱する加熱機構とを備え、
上記移送機構に保持した繊維シートを、積層領域において既に積層された繊維シートに重ね合わせ、該移送機構が保持した繊維シートに加熱機構からレーザ光を照射して加熱することによって、当該移送機構が保持した繊維シートを下方側の繊維シートに溶着させるようにした繊維シート積層装置において、
上記加熱機構はレーザ光を発振する複数のレーザ発振器からなり、該複数のレーザ発振器から上記移送機構が保持した繊維シートにレーザ光が照射されると、該繊維シートに形成される複数のレーザ光の照射スポットが、該繊維シートにおける幅方向の全域に亘るようになっており、かつ、該繊維シートを構成する全ての強化繊維における長手方向の少なくとも一箇所に照射スポットが位置することを特徴とする繊維シート積層装置。
【請求項２】
上記各レーザ発振器は、それらに接続された光ファイバの先端部から繊維シートにレーザ光を照射するようになっており、各光ファイバの先端部は、上記移送機構の処理ヘッドに設けられるとともに、各光ファイバの先端部から繊維シートにレーザ光が照射された際の照射スポットが、該繊維シートの幅方向において千鳥状、斜めの直線状又はＶ字状となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維シート積層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維シート積層装置に関し、より詳しくは、多数の繊維シートをレーザ光により仮止めして積層することにより、立体形状をした繊維シート積層体を製造する繊維シート積層装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維シート積層装置として例えば特許文献１が知られている。この特許文献１の装置においては、下層側の繊維シートに順次上方から繊維シートを重ね合わせるとともに該上層側の繊維シートをレーザ光で加熱・溶融させることで上下の繊維シートを仮止めするようになっている。それによって、多数の繊維シートを仮止めして積層することで立体形状をした繊維シート積層体を製造するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２１７８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１３に示すように、特許文献１の装置の処理対象となる繊維シートＳは、整列方向を揃えた無数の炭素繊維Ｓｃとそれらをシート状に纏めるナイロン樹脂Ｓｒ（熱可塑性樹脂）とによって構成され、全体として短冊状となっている。そして、図１３に示すように、特許文献１の装置において、繊維シートＳにレーザ光を照射する際の照射スポットＬＳの大きさは、繊維シートＳの幅方向の全域に亘っておらず、中央側の円形の箇所だけとなっており、その部分が下層側の繊維シートＳに溶着されるようになっている。
この状態で多数の繊維シートＳを積層して立体形状の繊維シート積層体を製造した場合には、製造後の次工程において次のような問題が生じることが判明した。すなわち、次工程はプレス成型（スタンピング）であり、金型に沿って繊維シート積層体をプレスするが、その際、繊維シートＳはＵＤ（Ｕｎｉ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ（単一方向配向））炭素繊維であるため、プレスの際に繊維シートＳの溶着されていない部分が炭素繊維Ｓｃに沿って裂けて縦割れし（図１３の破線Ｘ参照）、別の位置に貼り付くことがある。この場合、所望の位置から繊維シートＳがずれることにより、設計通りの強度が得られないという問題が生じる。
また、特許文献１のように、レーザ光の照射スポットＬＳが単純な円形の場合には、ガウス分布にするとレーザの強度分布が中心付近で過剰となり、繊維を纏めているナイロン樹脂Ｓｒ（熱可塑性樹脂）が焼けてしまう恐れがある。
他方、これらの問題を解決するために、繊維シートＳの全幅に亘る広い領域に均一な強度分布のレーザ光を照射しようとすると、光学系のコストが上昇するという別の問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した事情に鑑み、本発明は、多数の強化繊維を長手方向に沿って配置して樹脂によりテープ状に纏められた繊維シートを供給する供給機構と、供給機構から供給された多数の繊維シートを搬送する搬送機構と、搬送機構上の繊維シートを保持して所定の積層領域まで移送する移送機構と、該移送機構に保持された繊維シートにレーザ光を照射して加熱する加熱機構とを備え、
上記移送機構に保持した繊維シートを、積層領域において既に積層された繊維シートに重ね合わせ、該移送機構が保持した繊維シートに加熱機構からレーザ光を照射して加熱することによって、当該移送機構が保持した繊維シートを下方側の繊維シートに溶着させるようにした繊維シート積層装置において、
上記加熱機構はレーザ光を発振する複数のレーザ発振器からなり、該複数のレーザ発振器から上記移送機構が保持した繊維シートにレーザ光が照射されると、該繊維シートに形成される複数のレーザ光の照射スポットが、該繊維シートにおける幅方向の全域に亘るようになっており、かつ、該繊維シートを構成する全ての強化繊維における長手方向の少なくとも一箇所に照射スポットが位置することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
このような構成によれば、簡略な構成により、繊維シートにおける強化繊維を幅方向の全域において溶着することができる。そのため、製造完了後の繊維シート積層体を後工程でプレス加工したとしても、繊維シート積層体の繊維シートが繊維に沿って縦割れするのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例を示す平面図。
【図２】図１の正面図。
【図３】図２の要部の拡大図。
【図４】図３の要部の構成部材の正面図。
【図５】図４の右側面図。
【図６】図４の繊維シートの平面図。
【図７】図１のトレイ上で製造中の繊維シート積層体を示す平面図。
【図８】本発明の第２実施例を示す正面図。
【図９】図８の繊維シートを示す平面図。
【図１０】本発明の第３実施例を示す平面図。
【図１１】本発明の第４実施例を示す平面図。
【図１２】本発明の第５実施例を示す平面図。
【図１３】従来技術を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は繊維シート積層装置であり、この繊維シート積層装置１は、短冊状をした多数の繊維シートＳを積層領域Ａで積層して仮止めすることにより、全体として立体形状の繊維シート積層体２を製造するようになっている。完成品としての繊維シート積層体２は、プレス成形法の予備成形品として用いられるものであり、本実施例による製造完了後において、図示しない次工程でプレス加工機により製品化などに向けたプレス加工が施されるようになっている。
繊維シート積層装置１は、短冊状の繊維シートＳをランダムな状態で載置して搬送する搬送コンベヤ３と、原反ロール４からテープ状の繊維シートＳを引き出して所定長さの短冊状に切断してから搬送コンベヤ３に供給する供給機構５と、搬送コンベヤ３の下流側の領域に並列に配置されて、トレイ６に載置された完成品の繊維シート積層体２をトレイ６ごと積層領域Ａから下流側へ排出する排出コンベヤ７と、搬送コンベヤ３の搬送経路の上方に配置されて、搬送コンベヤ３によって搬送される繊維シートＳの載置状態を撮影するカメラ８と、搬送コンベヤ３上の繊維シートＳを保持領域Ｂで保持してから積層領域Ａのトレイ６上まで移送するとともにトレイ６上にある下方側の繊維シートＳに押圧するロボット１１と、ロボット１１が保持する繊維シートＳをレーザ光Ｌによって加熱して下方側の繊維シートＳに溶着させるレーザ発振器１２と、これらの作動を制御する制御装置１３とを備えている。
【０００９】
図６に平面図として示すように、本実施例において処理対象となる繊維シートＳは、図１３で説明した従来の繊維シートＳと同じ構成となっている。すなわち、繊維シートＳは、いわゆるＵＤ炭素繊維であり、単一方向のみに無数の炭素繊維Ｓｃが配置されており、それらをナイロン樹脂Ｓｒ（熱可塑性樹脂）によりテープ状に纏めて成形されている。この繊維シートＳは加熱されると溶融する熱溶融性を備えている。そして、細長いテープ状となった繊維シートＳは原反ロール４として巻芯に巻回されており、該原反ロール４が供給機構５のケーシング５Ａ内に回転自在に装着されるようになっている。
供給機構５は、原反ロール４が取り付けられるケーシング５Ａと、ケーシング５Ａ内に配置されてテープ状の繊維シートＳを上下から挟持して原反ロール４から先端部を下方に向けて送り出す送りローラ１４と、該送りローラ１４の隣接下方側に配置されて繊維シートＳを所定長さの短冊状に切断するカッタ１５と、カッタ１５の下方側に配置されて上下方向および左右方向（搬送コンベヤ３の幅方向）に揺動可能なホッパ１６とを備えている。
制御装置１３によって送りローラ１４が間欠的に回転されるとともにカッタ１５が間欠的に作動されることにより、原反ロール４に巻回されたテープ状の繊維シートＳは、先端から順次所定長さ分ずつ引き出されて切断されるようになっている。それによって、繊維シートＳは短冊状となり、該短冊状の繊維シートＳは、先端が上下方向および左右方向に揺動されているホッパ１６上に落下してから搬送コンベヤ３上にランダムな状態で載置されるようになっている。
このようにして、供給領域Ｃにおいて供給機構５から短冊状の繊維シートＳが搬送コンベヤ３上に供給されるようになっている。そして、搬送コンベヤ３上にランダムな状態で載置された多数の繊維シートＳは、搬送コンベヤ３の矢印方向の走行に伴って下流側の保持領域Ｂへ搬送されるようになっている。
【００１０】
搬送コンベヤ３は、一対のプーリに巻回されたベルトコンベヤで構成されており、載置面を水平にして矢印方向に循環走行されるようになっており、搬送コンベヤ３の駆動源となるモータ１７は制御装置１３によって作動を制御される。このモータ１７には図示しないエンコーダが取り付けられており、モータ１７の回転角度は上記エンコーダを介して制御装置１３に入力される。
制御装置１３は、モータ１７を作動させて搬送コンベヤ３を走行させる際においては、上記エンコーダから入力される信号を基にして搬送コンベヤ３上の繊維シートＳの位置を認識できるようになっている。
搬送コンベヤ３の搬送経路上の上方位置には、鉛直下方に向けてカメラ８が配置されており、カメラ８の下方を通過する各繊維シートＳはカメラ８によって載置状態を撮影されるようになっており、カメラ８による撮影画像は順次制御装置１３へ入力されるようになっている。カメラ８による撮像範囲８Ａは、円形の破線で示した領域であり、カメラ８によって撮像範囲８Ａ内の複数の繊維シートＳを撮影できるようになっている。
制御装置１３は、カメラ８から入力された各繊維シートＳの画像情報と、エンコーダを介して得られる搬送コンベヤ３上の繊維シートＳの位置情報をもとにしてロボット１１の作動を制御し、該ロボット１１によって保持領域Ｂで繊維シートＳを保持してから積層領域Ａのトレイ６上へ移送するようになっている。
【００１１】
排出コンベヤ７の載置面は、搬送コンベヤ３の載置面と同じ高さに設定されており、排出コンベヤ７は制御装置１３によって所要時に作動されて走行されるようになっている。つまり、積層領域Ａのトレイ６に多数の短冊状の繊維シートＳがロボット１１によって積層されて仮止めされて繊維シート積層体２の製造が完了すると、排出コンベヤ７が走行される。それにより、完成品としての繊維シート積層体２を載置したトレイ６が積層領域Ａから下流側へ搬送されて排出されるようになっている。その後に排出コンベヤ７が停止されると、新たな空のトレイ６が積層領域Ａとなる排出コンベヤ７上に供給されるようになっている。
トレイ６は長方形をした平板からなり、その表面には一層目となる繊維シートＳを粘着させるために粘着シートが貼り付けられている。そのため、一層目となる繊維シートＳがロボット１１によってトレイ６に載置されて押圧されると、該繊維シートＳはトレイ６の粘着シートによってトレイ６の上面に接着されるようになっている。
【００１２】
ロボット１１は、カメラ８よりも下流側となる搬送コンベヤ３上の保持領域Ｂと排出コンベヤ７側のトレイ６上の積層領域Ａとにわたって移動可能に設けられている。ロボット１１としては、いわゆるパラレルリンク型のロボットを採用しており、このロボット１１は、保持領域Ｂから積層領域Ａまで繊維シートＳを移送しトレイ６上で積層して仮止めする移送機構を構成している。
ロボット１１の作動は、制御装置１３によって制御されるようになっており、制御装置１３は、予め登録された積層プログラム又は積層プログラム入力機構１８によって入力される積層プログラムに基づいてロボット１１を作動させるようになっている。
図２ないし図３に示すように、ロボット１１は、繊維シートＳを吸着保持する一対の吸着ヘッド２１、２１及び繊維シートＳにレーザＬを照射するレーザヘッド２０とからなる処理ヘッド１１Ａと、この処理ヘッド１１Ａを保持領域Ｂと積層領域Ａとにわたって移動させるアーム１１Ｂとを備えている。
アーム１１Ｂの下端となるエンドエファクタ１１Ｃにベース２２が水平に固定されており、このベース２２の下面２２Ａの両端に吸着ヘッド２１、２１が鉛直下方に向けて取り付けられるとともに、下面２２Ａの長手方向中央にレーザヘッド２０が鉛直下方に向けて取り付けられている。
各吸着ヘッド２１の下端部には吸着パッド２１Ａが取り付けられており、各吸着ヘッド２１、２１には導管２３を介して同一の負圧源２４から負圧を同時に給排できるようになっている。負圧源２４の作動は制御装置１３により制御されるようになっている。
制御装置１３は、予め登録された積層プログラムに基づいて処理ヘッド１１Ａを保持領域Ｂと積層領域Ａとにわたって移動させるとともに、負圧源２４から吸着ヘッド２１、２１への負圧の給排作動を制御する。
つまり、制御装置１３は、保持領域Ｂにおいて搬送コンベヤ３上の繊維シートＳの近接上方に吸着ヘッド２１，２１を位置させると同時に負圧源２４から吸着ヘッド２１、２１に負圧を同時に供給させるので、吸着ヘッド２１、２１により繊維シートＳの長手方向の両端側の箇所が吸着保持される（図３、図６参照）。
この繊維シートＳの長手方向の両端側を適正に吸着するために、カメラ８からの画像により繊維シートＳの載置方向と両端部位置情報を制御装置１３よりロボット１１へ送信され、各吸着ヘッド２１を制御して確実に繊維シートＳの長手方向の両端側が吸着される。
また、制御装置１３は、吸着ヘッド２１，２１が繊維シートＳを保持した状態の処理ヘッド１１Ａを保持領域Ｂから積層領域Ａのトレイ６上まで移動させるとともに、その後、トレイ６上で製造途中の下層側の繊維シートＳに吸着ヘッド２１，２１に保持した繊維シートＳを重ね合わせて押圧するようになっている（図７参照）。その状態で該繊維シートＳの中央部にレーザ光Ｌが照射されて加熱されることで下層側の繊維シートＳに溶着される。その直後に制御装置１３は、負圧源２４からの負圧の供給を停止させるので、それまで保持していた繊維シートＳの保持状態が解放されるようになっている。この後、制御装置１３は、積層領域Ａから保持領域Ｂまで処理ヘッド１１Ａを移動させて、上述したようにして吸着ヘッド２１，２１により繊維シートＳを吸着保持させる。
このように、制御装置１３は、吸着ヘッド２１、２１により保持領域Ｂで繊維シートＳを保持させるとともに、積層領域Ａにおいて繊維シートＳの仮止め完了後に吸着ヘッド２１，２１による繊維シートＳの保持状態を解放させるようになっている。
【００１３】
ロボット１１の隣接位置には、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器１２が配置されており、上記吸着ヘッド２１，２１に保持された状態の繊維シートＳにレーザ発振器１２からレーザ光Ｌを照射して加熱するようになっている。
レーザ発振器１２としては、熱可塑性樹脂への吸収性が良好な８００ｎｍ〜３μｍの波長域を有するレーザ光Ｌを発振するものであればいずれのものでも良く、例えば、ファイバーレーザ発振器や半導体レーザ発振器を用いることができる。また、発振器の出力は、繊維シートＳの厚みや熱可塑性樹脂の種類等に応じて適宜に選択することができる。
図４ないし図６に示すように、本実施例は、単一のレーザ光Ｌを繊維シートＳに照射するのではなく、繊維シートＳの幅方向の全域にわたって千鳥状の配置で複数のレーザ光Ｌ１〜Ｌ９を同時に照射するようになっている。
すなわち、図４ないし図６に示すように、本実施例のレーザ発振器１２は、合計９個のファイバーレーザ又は半導体レーザを用いたレーザ発振器１２Ａ〜１２Ｉによって構成されており、これらに光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉが接続されている。レーザヘッド２０のケーシング内にはファイバ２５Ａ〜２５Ｉの先端部２５ａ〜２５ｉが鉛直下方に向けて支持されるとともに、それらの下方側に結像レンズ２６が水平に配置されている。各光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉの先端部２５ａ〜２５ｉには、それらを透過するレーザ光を平行にするコリメータレンズがそれぞれ内蔵されている。
光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉの先端部２５ａ〜２５ｉは同じ高さに支持されるとともに、繊維シートＳの幅方向において千鳥状となるように配置されている。より詳細には、上記吸着ヘッド２１、２１により繊維シートＳの両端側の箇所が保持された際において、該繊維シートＳの長手方向の中央部であって長手方向と直交する２列上に先端部２５ａ〜２５ｉを分散して配置している。つまり、一端側となる一列目となる直線上に先端部２５ａ、２５ｃ、２５ｅ、２５ｇ、２５ｉが等間隔で配置されており、他端側となる２列目の直線上に先端部２５ｂ、２５ｄ、２５ｆ、２５hが等間隔で配置されている。
これにより、繊維シートＳの幅方向の全域にわたって、それぞれ同径で円形の照射スポットＬＳでレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が繊維シートＳに照射されるようになっている。なお、図６においては、理解しやすくするため、繊維シートＳを構成する炭素繊維Ｓｃとそれらの間のナイロン樹脂Ｓｒの数を実際よりも極端に少なく表示しているが、実際の繊維シートＳは、炭素繊維Ｓｃが平行な状態で無数に並べられており、それらをナイロン樹脂Ｓｒでまとめる構成となっている。
本実施例においては、各先端部２５ａ〜２５ｉからレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が繊維シートＳの中央部に照射された際に、隣り合う位置のレーザ光の照射スポットＬＳが重複しないように上記先端部２５ｂ、２５ｄ、２５ｆ、２５hが千鳥状に配置されている。これは、隣り合うレーザ光の照射スポットＬＳが重複すると、その重複箇所が過剰に加熱されて蒸散するので、それを防止するためである。
本実施例においては、各レーザ光Ｌ１〜Ｌ９の照射スポットＬＳは図１３に示した従来と比較して小さな円形となるが、９か所の照射スポットＬＳは繊維シートＳの幅方向の全域に亘っているので、繊維シートＳを構成する全ての炭素繊維Ｓｃ及びそれらの間のナイロン樹脂Ｓｒに対して、長手方向の少なくとも１箇所をレーザ光Ｌ１〜Ｌ９により溶融させることができる。そのため、繊維シートＳの中央部の幅方向の全域を下層側となる繊維シートＳに溶着させることができるようになっている。
【００１４】
各レーザ発振器１２Ａ〜１２Ｉの作動は制御装置１３によって制御されるようになっており、制御装置１３はこれらのレーザ発振器１２Ａ〜１２Ｉを同期して作動させるようになっている。
具体的には、吸着ヘッド２１、２１に保持された繊維シートＳは保持領域Ｂから積層領域Ａへ移動され、そこで既に積層された製造中の繊維シート積層体２の繊維シートＳに上方から重ね合わせられて押圧される。その状態において各レーザ発振器１２Ａ〜１２Ｉからレーザ光Ｌ１〜Ｌ９を同時に照射して繊維シートＳの中央部を加熱するようにしている。その際には、図６に示すように、レーザ光Ｌ１〜Ｌ９の照射スポットＬＳは、繊維シートＳの幅方向において千鳥状となり、かつ、幅方向の全域に亘るようになっている。
このように、下層側の繊維シートＳに重ね合わせられ、その状態の繊維シートＳにレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が照射されて加熱されることにより、トレイ６上で製造中の繊維シート積層体２の繊維シートＳ上に、吸着ヘッド２１、２１に保持された繊維シートＳが上方から順次積層されて仮止めされるようになっている（図７参照）。
トレイ６上で製造中の繊維シート積層体２の繊維シートＳ上に、吸着ヘッド２１、２１に保持された繊維シートＳを上方から順次積層して仮止めするにあたっては、下層側となる製造中の繊維シート積層体２のいずれの繊維シートＳに対して吸着ヘッド２１、２１に保持した繊維シートＳをどのような方向で、かつどの位置に重ね合わせるかを決定する必要があるが、これについては制御装置１３に予め登録された積層プログラムに基づいてロボット１１及びレーザ発振器１２Ａ〜１２Ｉ等の作動が制御されるようになっている。また、必要に応じて、オペレータが積層プログラム入力機構１８によって積層プログラムを作成し、その積層プログラムによってロボット１１等を作動させるようにしても良い。
【００１５】
以上の構成において、制御装置１３は、予め登録された積層プログラムに基づいてロボット１１及びレーザ発振器１２Ａ〜１２Ｉを以下の様に作動させて、トレイ６上で繊維シート積層体２を製造する。
すなわち、搬送コンベヤ３の保持領域Ｂにおいて吸着ヘッド２１、２１によって繊維シートＳを保持してから積層領域Ａまで移送し、その後、吸着ヘッド２１、２１に保持した繊維シートＳをトレイ６上における中間品としての繊維シート積層体２側の繊維シートＳに重ね合わせて押圧する（図７参照）。その際に吸着ヘッド２１，２１に保持された繊維シートＳの中央部にレーザ発振器１２Ａ〜１２Ｉから光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉを介してレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が同期して照射される。それにより、吸着ヘッド２１，２１に保持された繊維シートＳの中央部にレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が千鳥状の照射スポットＬＳとなって照射され、それらの箇所が加熱・溶融される（図６参照）。
これにより、レーザ光Ｌ１〜Ｌ９の照射スポットＬＳとなった繊維シートＳの下面が下方側となる繊維シートＳに溶着されて仮止めされる。この後、吸着ヘッド２１，２１による繊維シートＳの保持状態が解放され、その後、吸着ヘッド２１，２１は保持領域Ｂへ移動して、搬送コンベヤ３上の次の繊維シートＳを吸着保持する。
この後、前述したようにして、吸着ヘッド２１，２１が積層領域Ａまで移動されてから製造中の繊維シート積層体１２の繊維シートＳに吸着ヘッド２１、２１に保持された繊維シートＳが重ね合わせられて押圧されるとともに、吸着ヘッド２１，２１に保持された繊維シートＳの中央部にレーザ発振器１２Ａ〜１２Ｉからレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が同期して照射される。それにより、吸着ヘッド２１，２１に保持された繊維シートＳが下層側の繊維シートＳに溶着されて仮止めされる（図７参照）。
このようにして、処理ヘッド１１Ａは保持領域Ｂにおいて繊維シートＳを保持してから積層領域Ａのトレイ６上まで移送し、そこで、トレイ６上における製造中の繊維シート積層体２の繊維シートＳに、上方から繊維シートＳを重ね合わせた状態においてレーザ光Ｌ１〜Ｌ９によって繊維シートＳの中央部を加熱しながら押圧して下層側の繊維シートＳに溶着する作業を繰り返す。
なお、積層領域Ａのトレイ６に直接載置される一層目の繊維シートＳについては、トレイ６の載置面に粘着シートが設けてあるので、レーザ光Ｌによる繊維シートＳの加熱処理は省略される。つまり、処理ヘッド１１Ａに保持した一層目の繊維シートＳは押圧されるのみで、トレイ６上に第１層目の繊維シートＳが接着されて固定される。
このようにして、積層領域Ａのトレイ６上に予め登録された積層プログラムに基づいて予定した多数の繊維シートＳが順次積層されて仮止めされることで、完成品としての繊維シート積層体２が製造される（図１、図６参照）。
この後、制御装置１３は排出コンベヤ７を作動させて、積層領域Ａにある製造後の繊維シート積層体２をトレイ６ごと排出コンベヤ７によって下流側へ排出させる。
そして、この後の図示しない工程において、トレイ６とそれに載置された繊維シート積層体２を排出コンベヤ７からオペレータが持ち上げてから図示しない金型に搬入する等のプレス成形法に従って作業が行われる。
この次工程において繊維シート積層体２がプレスされるが、その際、本実施例においては、各繊維シートＳは幅方向の全域に亘ってレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が照射されて下層側の繊維シートＳに溶着されているため、各繊維シートＳが幅方向の全域において炭素繊維Ｓｃに沿って縦割れが生じることはない。したがって、繊維シート積層体１２を構成する繊維シートＳが炭素繊維Ｓｃに沿って分離されることを防止することができる。
なお、上記実施例は予め制御装置１３に登録された積層プログラムに基づいてロボット１１等の作動を制御する場合について説明しているが、所要に応じてオペレータが積層プログラム入力機構１８によって積層プログラムを作成し、その積層プログラムによってロボット１１を作動させるようにしても良く、その場合の具体的な積層プログラムは特許文献１に開示されたものを採用することができる。
【００１６】
以上のように本実施例においては、図６に示すように、各レーザ光Ｌ１〜Ｌ９の照射スポットＬＳは幅方向の全域に亘っているので、繊維シートＳを構成する全ての炭素繊維Ｓｃ及びそれらの間のナイロン樹脂Ｓｒに対して、長手方向の少なくとも１箇所にレーザ光Ｌ１〜Ｌ９が照射され、照射スポットＬＳが下層側となる繊維シートＳに溶着されるようになっている。
したがって、製造後の繊維シート積層体２が次工程においてプレスされた際において、繊維シート積層体１２を構成する各繊維シートＳが炭素繊維Ｓｃに沿って分離されることを防止することができる。つまり、本実施例によれば、光学系のコスト増加を抑制した簡略な構成により、前述した問題を解決可能な繊維シート積層装置１を提供することができる。
【００１７】
次に図８ないし図９は、本発明の第２実施例を示したものである。この第２実施例は、処理ヘッド１１Ａにおけるレーザヘッド２０を吸着ヘッド２１、２１の間に２個配置したものである。
この第２実施例において、レーザヘッド２０、２０、光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉ及びレーザ発振器１２（１２Ａ〜１２Ｉ）の構成は前述した第１の実施例と同じ構成となっている。但し、繊維シートＳの長手方向の中央部を挟んで一端側と他端側とで２つのグループの照射スポットＬＳが対称的な配置となっている。その他の構成は前述した第１の実施例と同じであり、それと対応する各部材に同じ部材番号を付している。
この第２実施例では、レーザヘッド２０、２０を２箇所に設けたことにより、繊維シートＳを構成する各炭素繊維Ｓｃ、ナイロン樹脂Ｓｒに対して、それらの長手方向の２箇所にレーザ光Ｌ（Ｌ１〜Ｌ９）が照射されるようになっている。それにより、合計１８か所にレーザ光Ｌ（Ｌ１〜Ｌ９）の照射スポットＬＳが形成されることになる。
このような第２実施例によれば前述した第１の実施例と同様の作用・効果を得ることができる。また、この第２実施例では、繊維シートＳの長手方向の２箇所をレーザ光によって下層側の繊維シートＳに溶着するので、上記第１の実施例と比較して製造後の繊維シート積層体２の強度が高くなる。
【００１８】
次に、図１０は本発明の第３実施例を示したものである。この第３実施例は、第１の実施例におけるレーザ発振器の数を減らして合計７台のレーザ発振器１２Ａ〜１２Ｇを設けて、それに対応してレーザヘッド２０に合計７つの光ファイバ２５Ａ〜２５Ｇを設けたものである。光ファイバ２５Ａ〜２５Ｇの先端部２５ａ〜２５ｇの配置は図６と同様に千鳥状となっている。この第３実施例においては、第１の実施例と比較して照射スポットＬＳの径を大きく設定してあるので、合計７個の照射スポットＬＳは繊維シートＳの幅方向の全域に亘っている。この第３実施例では、繊維方向にずれた位置で隣接する照射スポットＬＳの両方が照射される炭素繊維Ｓｃが発生する。
このような第３実施例であっても、上記第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
【００１９】
さらに、図１１、図１２は、本発明の第４実施例と第５実施例を示しており、これらの実施例では、複数のレーザ光Ｌ１〜Ｌ９の照射スポットＬＳの配置を第１実施例のものとは異ならせている。
つまり、図１１の第４実施例においては、繊維シートＳの長手方向に対して４５°交差する直線上に９か所の照射スポットＬＳが位置するように、光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉの先端部２５ａ〜２５ｉを配置している。
他方、図１２の第５実施例においては、繊維シートＳの長手方向と交差するＶ字形の線上に９か所の照射スポットＬＳが位置するように、光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉの先端部２５ａ〜２５ｉを配置している。
図１１、図１２に示す各実施例においても、繊維シートＳの幅方向の全域に亘って照射スポットＬＳが配置されるようになっている。
これらの実施例であっても第１の実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
【００２０】
なお、上述した各実施例においては、繊維シートＳの熱可塑性樹脂としてナイロン樹脂Ｓｒを用いているが、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＫＫ樹脂、ポリカーボネイト樹脂等もよく、半硬化のエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂等を用いても良い。
また、繊維シートとしては炭素繊維を例示しているが、ガラス繊維、ＳｉＣ繊維、ボロン繊維等を用いても良い。さらに具体的には、炭素繊維としては東レ株式会社製トレカ（登録商標）Ｔ７００×１２Ｋ、長さ１０mm〜５０mmを用いられる。
また、上記実施例においては、複数のレーザ光Ｌ１〜Ｌ９を同期して同時に照射するようにしているが、繊維シートＳの幅方向において一側から他側にわたってレーザ光Ｌ１〜Ｌ９を順次タイミングをずらして照射するようにしても良い。また、図１２に示した実施例においては、繊維シートＳの幅方向の中央位置のレーザ光Ｌ５から繊維シートＳの両側にわたって順次タイミングをずらして他のレーザ光Ｌ４〜Ｌ１、Ｌ６〜Ｌ９を照射するようにしても良い。このような構成によれば、繊維シートＳの溶着時に該繊維シートＳに皺が生じることを防止することができる。
また、上記実施例の結像レンズ２６としては、平凸レンズ、平凸シリンドリカルレンズ、両凸レンズ、両凸シリンドリカルレンズ等、形式を問わず結像が可能なレンズを用いることができる。
また、光ファイバ２５Ａ〜２５Ｉの先端部２５ａ〜２５ｉには、コリメータレンズを設けているが、コリメータレンズは必須の構成ではなく、省略してもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１‥繊維シート積層装置                ２‥繊維シート積層体
１１‥ロボット（移送機構）            １１Ａ‥処理ヘッド
１２（１２Ａ〜１２Ｉ）‥レーザ発振器  １３‥制御装置
Ｓ‥繊維シート                        Ｓｃ‥炭素繊維
Ｓｒ‥ナイロン樹脂                    Ｌ（Ｌ１〜Ｌ９）‥レーザ光
ＬＳ‥照射スポット
【図１】
2019142159.tif 000003
【図２】
2019142159.tif 000004
【図３】
2019142159.tif 000005
【図４】
2019142159.tif 000006
【図５】
2019142159.tif 000007
【図６】
2019142159.tif 000008
【図７】
2019142159.tif 000009
【図８】
2019142159.tif 000010
【図９】
2019142159.tif 000011
【図１０】
2019142159.tif 000012
【図１１】
2019142159.tif 000013
【図１２】
2019142159.tif 000014
【図１３】
2019142159.tif 000015