(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向プリプレグシートを複数の細幅状プリプレグに細裂し、細裂されたそれぞれの細幅状プリプレグを巻取るプリプレグの巻取り装置において、
細裂された前記細幅状プリプレグを巻取るワインダの上流側に前記細幅状プリプレグを進行方向に対して０．１〜５度の範囲の角度で斜行させる斜行誘導手段を設けるとともに、該斜行誘導手段を弓形バーから構成したことを特徴とするプリプレグの巻取り装置。
【請求項２】
前記斜行誘導手段と前記ワインダとの間に中高のガイドローラをそれぞれの細幅状プリプレグに対応して配するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のプリプレグの巻取り装置。
【請求項３】
前記斜行誘導手段の上流側に細裂された細幅状プリプレグを加温する加温手段を配するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のプリプレグの巻取り装置。
【請求項４】
前記斜行誘導手段と前記中高のガイドローラとの間に前記細幅状プリプレグを進行方向に集束させるように案内する斜行矯正手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のプリプレグの巻取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリプレグの巻取り装置に係り、とくに一方向プリプレグを複数の細幅状プリプレグに細裂し、細裂されたそれぞれの細幅状プリプレグを巻取るプリプレグの巻取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化プラスチックを製造するための中間材料として、プリプレグが広く用いられている。プリプレグは炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維にマトリックス樹脂に含浸し、加熱してＢ−ステージでシート状にし、離型紙に貼付けた状態で巻取ったものであって、成形時には離型紙を取除き、プレス法、オートクレーブ法、フィラメントワインド法等によって加熱賦型して硬化することによって、繊維強化樹脂成形品が製造される。
【０００３】
このようなプリプレグの製造法は湿式法と乾式法とに分けられる。湿式法は粘稠な樹脂混合物を補強材に含浸する工程で、溶剤で希釈した溶液に浸漬するようにしたものである。これに対して乾式法は、マトリックス樹脂混合物を直接補強繊維に含浸するようにしたものであって、溶剤処理の工程を必要としていない。強化繊維を多数本平行に引き揃えてマトリックス樹脂を含浸させた一方向プリプレグはとくに乾式法によって製造されている。
【０００４】
乾式法による一方向プリプレグの製造方法は、例えば特公平２−２６８４５号公報に開示されている。平行にシート状に繰出された強化繊維の上下面にそれぞれ樹脂シートを重合わせるとともに、その積層物を加熱ロール間に供給して加圧および加熱することにより、樹脂を強化繊維側に含浸させてプリプレグを製造するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に一方向プリプレグには、各種の幅のものが用意される。とくにフィラメントワインディング法によって環状体を成形する場合には、幅が狭いテープ状プリプレグが好んで用いられる。
【０００６】
テープ状プリプレグは、例えば特公平３−３３４８５号公報に開示されているように、補強繊維に乾式法によってマトリックス樹脂を含浸して得られた広い幅のプリプレグを所定の幅に細裂するようにして製造される。あるいはまた特開平８−３１１２１４号公報に開示されているように、始めから狭い幅の偏平なトウに樹脂を含浸して製造されるようになっている。
【０００７】
特開平８−３１１２１８号公報に開示されているように、細幅の偏平なトウに樹脂を含浸して成る細幅プリプレグの製造方法は、その生産性が悪いという問題がある。
【０００８】
そこで広幅のプリプレグを巻取った後に裁断することが考察される。ところが広幅に巻取った後に輪切り状に裁断すると、切口にゴミが付着したり、切口が反り返る問題がある。さらには切口の部分において補強繊維が乱れることになる。
【０００９】
特開平３−３３４８５号公報に開示されている方法においては、スペーサを所定の間隔で予め挿入しておき、このようなスペーサを挿入した位置で広幅のプリプレグを細幅に細裂し、この後に巻取るようにしている。
【００１０】
この場合に用いられるワインダは、細裂された細幅のプリプレグを互いに異なる位置で巻取るようにしたものである。このようにするとそれぞれの巻取り部分について駆動機構を必要とするばかりでなく、巻取り部が大きなスペースを占めるようになり、これによって巻取り装置の大きさが大きくなる欠点がある。また異なる位置で巻取ると、多軸の巻取り装置となるために、連続的な生産には適合し難いという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、細裂されたそれぞれの細幅のプリプレグを複数のボビンに同軸ワインダによって同時に巻取るようにした簡潔なプリプレグの巻取り装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一方向プリプレグシートを複数の細幅状プリプレグに細裂し、細裂されたそれぞれの細幅状プリプレグを巻取るプリプレグの巻取り装置において、  細裂された前記細幅状プリプレグを巻取るワインダの上流側に前記細幅状プリプレグを進行方向に対して０．１〜５度の範囲の角度で斜行させる斜行誘導手段を設けるとともに、該斜行誘導手段を弓形バーから構成したことを特徴とするプリプレグの巻取り装置に関するものである。
【００１３】
ここで、前記斜行誘導手段と前記ワインダとの間に中高のガイドローラをそれぞれの細幅状プリプレグに対応して配するようにしてよい。
【００１４】
前記斜行誘導手段の上流側に細裂された細幅状プリプレグを加温する加温手段を配するようにしてよい。また前記斜行誘導手段と前記中高のガイドローラとの間に前記細幅状プリプレグを進行方向に集束させるように案内する斜行矯正手段を設けるようにしてよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係るプリプレグの製造方法およびその装置の全体の概略を示すものであって、強化繊維を構成する連続する炭素繊維１０を帯状にして配列するとともに、その上側に上側樹脂シート１１を重合わせ、下側に下側樹脂シート１２を重合わせ、これらの積層物を含浸ローラ１３、１４間および含浸ローラ１５、１６間を通過させるようにしている。このような含浸ローラ１３、１４および１５、１６間を通過する際に、これらの含浸ローラ１３〜１６によって与えられる圧力と熱とによって、上下の樹脂シート１１、１２上に担持されているマトリックス樹脂が炭素繊維１０に含浸し、これによってプリプレグが製造されるようになっている。
【００１６】
補強繊維を構成する炭素繊維１０はパッケージ２０から供給され、上下の樹脂シート１１、１２はそれぞれローラ２１、２２から供給される。そして炭素繊維１０はパッケージ２０から繰出されてローラガイド２３によって案内され、上側樹脂シート１１はローラ２１から繰出されてニップローラ２４によって案内され、下側樹脂シート１２はローラ２２から繰出され、ニップローラ２４によって案内され、これによって３者が重合わされて所定の幅をもった積層物を構成するようになっている。
【００１７】
なお第２段目の含浸ローラ１５、１６を経た後に、上側の樹脂シート１１のマトリックス樹脂を担持するベースシート１８がニップローラ２５によって積層物から分離され、ローラ１９に巻取られるようになっている。
【００１８】
またこのような積層物の炭素繊維１０の上面にはポリエチレンフィルムまたはスクリムクロス２６が貼付けられるようになっている。ポリエチレンフィルムまたはスクリムクロス２６はローラ２７から繰出されるとともに、ガイドローラ２８およびニップローラ３５によって積層物の上面に接合され、ポリエチレンフィルムまたはスクリムクロス２６が積層物の上面に貼合わされる。そしてこの後にスリッタ３０によって細裂されるとともに、細裂された一方向プリプレグが後述の巻取り装置によって巻取られるようになる。なおポリエチレンフィルム２６を貼合させた場合には、プリプレグをボビン３９で巻取る前に巻取りローラ４２によって巻取る。
【００１９】
ここで使用される強化繊維としては、一般に繊維強化樹脂複合材料における強化繊維として使用される強化用繊維群であってよい。具体的には、無機繊維、有機繊維、金属繊維、金属被覆繊維またはそれらの混合から成り、無機繊維としては炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイト繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が用いられてよい。有機繊維の場合にはアラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維が挙げられる。また金属繊維としては、ステンレス繊維が挙げられる。金属被覆繊維としては、上記の無機繊維および有機繊維の表面にニッケル、銅等の金属層を電解メッキまたは無電解メッキによって形成した繊維であってよい。とくに炭素繊維あるいは黒鉛繊維が好ましく、この場合に通常その目付は１０〜６５０ｇ／ｍ2 であってよい。
【００２０】
これに対して上側樹脂シート１１あるいは下側樹脂シート１２によって含浸されるマトリックス樹脂としては、通常強化繊維複合材料のマトリックス樹脂として用いられている熱硬化性樹脂であってよく、とくにエポキシ樹脂が好適に使用される。エポキシ樹脂硬化剤は、エポキシ基と反応し得る活性基を有する化合物であれば用いることができる。好ましくは、アミノ基、酸無水物基、アジド基を有する化合物が適している。具体的にはジシアンジアミド、ジアミノジフェニルスルホンの各種異性体やアミノ安息香酸エステル類が適している。エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等が使用される。
【００２１】
なお上記の方法で製造される一方向プリプレグにおいては、上記の熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を混合して用いることも好適である。好適な熱可塑性樹脂としては、ポリアクリレート、ポリアミド、アラミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン等である。これらの熱可塑性樹脂を併用することによって、靭性の高い硬化性成形物を供給することが可能になる。
【００２２】
このようなマトリックス樹脂は、硬化剤および硬化促進剤その他の添加物を混合し、フィルム状の樹脂、すなわち未硬化状態あるいはＢ−ステージ状態の樹脂フィルムとして、離型紙に担持する。
【００２３】
マトリックス樹脂を担持して上側樹脂シート１１および下側樹脂シート１２を形成するためのベースシートは、例えば厚さが０．０５〜０．２ｍｍのクラフト紙、ロール紙、グラシン紙等の片面または両面に、クレー、澱粉、ポリエチレン、ポリビニルアルコール等に目止剤の塗布層を設け、さらにその各種塗装層の上にシリコーン系、または非シリコーン系の離型剤、もしくはポリジメチルシロキサンとポリジメチルハイドロジエンシロキサンとの縮合反応型、または付加反応型シリコーンから成る離型剤を塗布したものであってよい。
【００２４】
このようなベースシートに対するマトリックス樹脂の担持量は、最終的に得られるプリプレグの樹脂含有量が１５〜７０重量％、好ましくは２０〜５０重量％になるように調整される。なおベースシートに対する樹脂の担持は、例えば塗布によって行なわれ、これによって図１に示す上側樹脂シート１１と下側樹脂シート１２とを構成するローラ２１、２２が得られる。なおここでは上記上側樹脂シート１１と下側樹脂シート１２とにそれぞれマトリックス樹脂を担持させているが、何れか一方を樹脂を担持していないベースシートのみから構成することも可能である。
【００２５】
マトリックス樹脂が含浸される強化繊維の表面に貼付けられるスクリムクロス２６は、上記の各種の強化繊維を平織または朱子織したものであってよく、炭素繊維や有機高弾性繊維から成るものである場合には、厚さが０．０１〜０．２０ｍｍであって、目付が５〜１００ｇ／ｍ2 程度であってよい。ガラス繊維から成るスクリムクロスの場合には、目付が１０〜１００ｇ／ｍ2 、より好ましくは２０〜３０ｇ／ｍ2 から成る極めて薄いガラス繊維織物が用いられる。このようなガラス繊維織物は、一方向プリプレグの幅方向に強度を与え、強化繊維材の配列の乱れを防止することになる。
【００２６】
本実施の形態のプリプレグにおいては、カッティング位置２９で、図１および図５に示すスリッタ３０によってプリプレグは細裂され、細幅状プリプレグ４５に分割されることになる。本実施の形態は、このようにしてスリッタ３０で細裂された細幅状プリプレグ４５の巻取りに大きな特徴を有している。
【００２７】
またカッティング位置にガラス繊維等のダミー繊維１７を炭素繊維１０とともに上下の樹脂シート１１、１２間に挿入するようにしてもよい。この場合にダミー繊維１７は図２に示すように、所定の幅の炭素繊維１０のストランドを区画するように配する。すなわち細裂されたときの細幅状プリプレグの幅を画定するようにダミー繊維１７が介在されることになる。そしてこのようなダミー繊維１７が図３に示す鎖線のカッティング位置２９に対応することになる。なおダミー繊維１７は巻取り時に必要に応じて除去してもよいが、そのまま残存させてもよい。
【００２８】
スリッタ３０によって細幅に細裂されたプリプレグ４５はこの後に図４および図５に示すようにガイドローラ３１上を通過し、温風吹出しパイプ３２の上を通ってセパレートバー３４によって案内される。温風吹出しパイプ３２はそのスリット３３から約４０℃の温風を吹出すようになっており、このような温風によって細裂された細幅状プリプレグ４５が加温される。
【００２９】
そしてこの後にセパレートバー３４の弓形の部分の上を通過する際に、各プリプレグ４５はその進行方向に対して０．５〜５度の範囲内で斜行される。すなわち細幅状プリプレグ４５は互いに隣接するプリプレグ４５との間でその隙間を広げるように斜行される。
【００３０】
本実施の形態に係る巻取り装置において用いられているセパレートバー３４はスチール製であってその表面にクロムメッキを施した直径が２０ｍｍのパイプであって、その曲率半径が２５０〜３５０ｍｍの範囲内に湾曲させたものである。このようなセパレートバー３４によって細裂された細幅状プリプレグ４５をその幅方向に適当な隙間を生ずるように広げることが可能になる。
【００３１】
セパレートバー３４の上流側に配されている温風吹出しパイプ３２から成る加温手段は、その上を通過する細裂された細幅状プリプレグ４５と離型紙とが密着するのを助けるようになる。すなわちセパレートバー３４に接触すると離型紙がプリプレグ４５から剥離し易くなるが、このようなプリプレグ４５の剥離を温風吹出しパイプ３２のスリット３３から吹出される約４０℃の温風によって防止することが可能になる。
【００３２】
このようにセパレートバー３４によって斜行され、互いにそれらの間の隙間が広がった細幅状プリプレグ４５は次いでセパレートガイド３７の下面を通過する。セパレートガイド３７は図６に示すように中高のガイドローラから構成されており、このような中高のガイドローラから成るセパレートガイド３７によってその走行路が規制される。
【００３３】
一般にベルト状をなす細幅状プリプレグ４５は中高のセパレートガイド３７の直径の大きな方に移っていく傾向を有している。従ってガイド３７の幅方向の中間部分を最大にしておけば、プリプレグ４５は常に中央部に掛るように案内され、セパレートガイド３７から外れることがないばかりか、各細幅状プリプレグ４５はセパレートガイド３７の最大径の中心部分を案内として進行することになる。従ってセパレートバー３４によって生じたプリプレグ４５間の隙間の部分がそのまま正しく維持された状態で前方に走行されるようになる。
【００３４】
またこのようなセパレートバー３４の後段に用いられるセパレートガイド３７は、スチールのローラの表面にクロムメッキを施したものであって、直径が１７０ｍｍのローラから構成されている。そしてその幅方向の中間部分においては両端よりも直径が３ｍｍ大きな１７３ｍｍの値になっている中高のローラ３７が用いられている。このような中高のローラ３７によって、互いに幅方向に斜行された細幅状プリプレグを正しく位置規制した状態でパッケージ３９側に案内することが可能になる。なお中高のローラ３７は中間部と両端部とで、直径の差が１〜３ｍｍの範囲が好ましい。
【００３５】
このようにして中高のセパレートガイド３７で案内された細幅状プリプレグ４５は次いでボビン３９によって巻上げられることになる。すなわちセパレートバー３４で分離され、しかもセパレートガイド３７によって安定に案内された細幅状プリプレグ４５はボビン３９によって巻取られる。このときのボビン３９は図７に示すように、互いに隣接するボビン３９間に約２ｍｍ程度の間隔を有して同軸上に配される。なお細幅状プリプレグ４５を巻取るボビン３９の紙管４６は予め細幅状プリプレグ４５の幅とほぼ等しい寸法にカットしてあるものを用い、このような紙管をワインダ３８の巻取り軸に約２ｍｍの隙間を隔てて順次配列する。また紙管４６は細幅状プリプレグ４５より幅が大きくてもよい。この場合には、隣のプリプレグ４５にかからない幅とする。そして駆動軸を回転することによって、総ての紙管４６によって細裂された細幅状プリプレグ４５が同時に巻取られることになる。
【００３６】
従ってこのような構成によれば、巻取り装置を従来の一軸タイプの巻取り装置とほぼ同じスペースの中に配列することができる。すなわち各ボビン３９間の隙間の合計の寸法に相当する部分だけ幅方向の寸法が大きくなるだけであって、従来の巻取り装置に比べてほとんど寸法的に大きくなることがなく、スペースファクタに優れた巻取り装置を提供することが可能になる。また総ての紙管４６を同軸上に配しているために、単一の駆動軸で総ての紙管４６を一括して駆動することが可能になり、このためにワインダの駆動機構が従来の機構と同一でよく、複雑な多軸の巻取り機構を必要としなくなる。なお紙管４６は細幅状プリプレグ４５に合わせて分割してあっても、また分割していないものであってもよい。
【００３７】
次に別の実施の形態を図８によって説明する。この実施の形態は、セパレートバー３４とセパレートガイド３７との間に斜行矯正ガイド４０を設けるようにしたものである。斜行矯正ガイド４０は上記セパレートバー３４と同一の材料で同一の寸法かつ同一の曲率から構成されており、その向きを互いに逆向きに取付けるようにしたものである。すなわちセパレートバー３４はその凸の部分が細幅状プリプレグ４５に接触し、これによってプリプレグ４５が幅方向に広がるようにしている。これに対して斜行矯正ガイド４０はその凹の部分が細幅状プリプレグ４５に接触し、これによって幅方向に互いに近接するように矯正するようにしている。
【００３８】
とくにこのような斜行矯正ガイド４０は、セパレートバー３４とセパレートガイド３７との間の距離が大きい場合に有効である。すなわちセパレートバー３４によって細裂された細幅状プリプレグ４５をそれらの間の隙間が所定の範囲になるように斜行させるとともに、一旦斜行させて所定の幅になった状態で、斜行矯正ガイド４０に接触させると、その幅をほぼ維持するように平行に案内することが可能になる。そしてこのように互いにほぼ平行になった状態でセパレートガイド３７に案内し、このようなセパレートガイド３７を出た後にボビン３９によって安定に巻取られることになる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、細裂された細幅状プリプレグを巻取るワインダの上流側に細幅状プリプレグを進行方向に対して０．１〜５度の範囲の角度で斜行させる斜行誘導手段を設けるとともに、斜行誘導手段を弓形バーから構成したものである。
【００４０】
従って本発明によれば、上記斜行誘導手段によって互いに細裂された細幅状プリプレグが隣接するプリプレグとの間に所定の間隙をもった状態で同軸上で巻取ることが可能になり、巻取ったときに互いに干渉して両側の部分の繊維が乱れることがなく、安定に巻取ることができる。また細幅状プリプレグを巻取るワインダが大型化することが防止される。また同軸上での巻取りをすることにより、装置を停止させることなく連続的に巻取ることが可能になる。
【００４１】
しかも斜行誘導手段が弓形バーであるから、弓形バーによって細裂された細幅状プリプレグを進行方向に対して所望の角度で斜行させ、これによって隣接する細幅プリプレグ間に隙間を形成することが可能になる。
【００４２】
斜行誘導手段とワインダとの間に中高のガイドローラをそれぞれの細幅状プリプレグに対応して配するようにした構成によれば、中高のガイドローラによって位置決めしながら斜行されて隣接するプリプレグとの間に隙間をもって走行する細幅状プリプレグを安定に案内できるようになる。
【００４３】
斜行誘導手段の上流側に細裂された細幅状プリプレグを加温する加温手段を配するようにした構成によれば、プリプレグから離型紙が剥離するのを防止するようにプリプレグを加温することが可能になる。
【００４４】
斜行誘導手段と中高のガイドローラとの間に細幅状プリプレグを進行方向に集束させるように案内する斜行矯正手段を設けるようにした構成によれば、上記斜行矯正手段によって斜行された細幅状プリプレグを互いに所定の間隙を隔てた状態でほぼ平行に走行するように矯正することが可能になり、ワインダによる巻取りがより安定に行なわれることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリプレグの製造装置の全体の概略を示す側面図である。
【図２】プリプレグの要部平面図である。
【図３】カッティング位置を示すプリプレグの要部平面図である。
【図４】細裂された細幅状プリプレグを巻取る巻取り装置の要部斜視図である。
【図５】同巻取り装置の側面図である。
【図６】セパレートガイドローラの正面図である。
【図７】巻取り軸の構成を示す要部拡大断面図である。
【図８】別の実施の形態の巻取り装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０  炭素繊維
１１  上側樹脂シート
１２  下側樹脂シート
１３  含浸ローラ（上）
１４  含浸ローラ（下）
１５  含浸ローラ（上）
１６  含浸ローラ（下）
１７  スペーサテープ
１８  ベースシート
１９  巻取りローラ
２０  パッケージ
２１、２２  ローラ
２３  ガイドローラ
２４、２５  ニップローラ
２６  スクリムクロスまたはポリエチレンフィルム
２７  ローラ
２８  ガイドローラ
２９  カッティング位置（鎖線）
３０  スリッタ
３１  ガイドローラ
３２  温風吹出しパイプ
３３  スリット
３４  セパレートバー
３５  ニップローラ
３７  セパレートガイド
３８  ワインダ
３９  ボビン
４０  斜行矯正ガイド
４５  細幅状プリプレグ
４６  紙管
【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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