強化繊維積層体の製造方法および製造装置
【課題】
ドライな強化繊維テープの集合体を積層させた強化繊維積層体を製造するにあたり、長手方向に湾曲した形状の強化繊維積層体を製造する場合においても、強化繊維テープの載置・積層作業を繊維の位置ズレなく高精度で効率良く製造することができ、高品位の強化繊維積層体を得ることができる製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】
強化繊維の糸条が少なくとも長手方向に平行に延在する強化繊維テープを、該強化繊維テープの長手方向に対して互いに隣接するように載置し、強化繊維集合体とする載置作業や、載置テーブルに載置された強化繊維集合体を別の載置テーブルへ移載する移載作業や、さらに強化繊維集合体を複数枚積層し、強化繊維積層体を形成する積層作業において、静電吸着を利用することにより強化繊維の角度のズレや位置ズレすることなく高い精度でかつ効率良く作業を行うことを特徴とする、強化繊維積層体の製造方法。
ドライな強化繊維テープの集合体を積層させた強化繊維積層体を製造するにあたり、長手方向に湾曲した形状の強化繊維積層体を製造する場合においても、強化繊維テープの載置・積層作業を繊維の位置ズレなく高精度で効率良く製造することができ、高品位の強化繊維積層体を得ることができる製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】
強化繊維の糸条が少なくとも長手方向に平行に延在する強化繊維テープを、該強化繊維テープの長手方向に対して互いに隣接するように載置し、強化繊維集合体とする載置作業や、載置テーブルに載置された強化繊維集合体を別の載置テーブルへ移載する移載作業や、さらに強化繊維集合体を複数枚積層し、強化繊維積層体を形成する積層作業において、静電吸着を利用することにより強化繊維の角度のズレや位置ズレすることなく高い精度でかつ効率良く作業を行うことを特徴とする、強化繊維積層体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維積層体の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維を強化繊維として用いた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）は、軽量でかつ高い耐久性を有するものであることから、自動車や航空機などを構成する各種の構成部材として理想的な材料である。比較的長尺の強化繊維プラスチックを成形する場合、目標とする方向に高い強度や剛性を確保するために、強化繊維の配向方向が所定の各方向に設定された複数の帯状の強化繊維テープ集合体を積層した積層体の構成を採用することが多い。
【０００３】
例えば、航空機の胴体に使用される構造部材には直線状のものは少なく、長手方向に湾曲した形状の複合材料構造体が必要となり、複数の円弧状に形成された構造材を連結させて円環状として使用する用途などが挙げられる。
【０００４】
これら円弧状の強化繊維プラスチック（ＦＲＰ）を成形する方法としては、強化繊維の織物による製造方法が従来から知られている。例えば、特許文献１のようなやり方で強化繊維を多数の強化繊維張設用のピンを植設した複数のピン植設部材で固定し、これらピン植設部材同士の相対位置を変化させて湾曲させ、円弧形状の構造体を形成するという方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、この発明においてはピンの表面同士を結ぶ接線が強化繊維の方向となり、強化繊維はジグザグに配置され、隣接する強化繊維同士は厳密に平行にならず、折り返しの端部付近で繊維がピンに対し縦長に広がってしまう。これらを軽減するためには、細い繊維束と狭いピンのピッチが必要となるが、そのため生産効率が悪くなる。
【０００６】
また、強化繊維は相対するピン同士を結ぶ直線で配置されるが、例えば強化繊維が円弧の長手軸線に対して９０°の傾斜角を持つ場合は、強化繊維は常に直線でも長手軸線との角度９０°を保つことができるが、円弧の長手軸線に対して直線強化繊維が０°や４５°の傾斜角を持つような場合では、強化繊維は直線でなく、円弧に沿って曲線でなければならず、幅方向の両端をピンで支持する技術ではこれを達成することができないという問題がった。
【０００７】
一方、強化繊維に予め高靭性のマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグテープを複数層に重ねて所望する円弧状の積層体に賦形して、オートクレープ（圧力釜）で加圧および加熱して硬化させるオートクレープ成形方法がある。
【０００８】
しかしながら、プリプレグテープは強化繊維の長手方向へのせん断変形が困難であるため、繊維の角度を変えつつ徐々に湾曲させて積層していくと容易にしわが発生してしまう。
【０００９】
この問題を解決するために、例えば特許文献２のように、連続繊維と熱可塑性樹脂からなるプリプレグテープを強化繊維と直交する方向へスリットを入れることで、複雑な形状へ変形可能となる基材が開示されているが、連続繊維の基材と比較するとスリットという欠陥を内包した構成であるために、構造材として十分な強度があるとは言えず、応力集中点であるスリットが破壊の起点となり、特に引張強度、引張疲労強度が低下するという問題があった。
【００１０】
そこで、プリプレグテープでなく、マトリックス樹脂を含浸していない織物等のドライな強化繊維テープを用いる方法が注目されている。ドライな強化繊維テープは樹脂を含浸させたプリプレグテープと比較して柔軟性があり、テープを円弧状に湾曲させても、皺が発生し難いことから、より複雑な形状を作ることができる。しかし、一方で、ドライな強化繊維テープはマトリックス樹脂が含浸されていないがゆえに、形状安定性が悪く、慎重に取り扱わなければ容易に変形してしまい、高い精度で強化繊維の角度のズレや位置ズレなくテーブルや型等のツール上に載置することは非常に困難である。
【００１１】
これを解決する手段として、強化繊維テープを載置するツール表面から真空吸引することで固定するという方法があるが、紙やフィルムといったシート材では厚さ方向に空気を通さないが、ドライな強化繊維テープは繊維束の間が密でなく空気を通してしまうため、真空を維持する空気の流量を非常に大きくする必要があり、そのため吸引ブロワやエアの通路など付随する装置が大型になってしまう欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４０９０８９２号公報
【特許文献２】特開平０９−２５４２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上述したような点に臨み、ドライな強化繊維テープを用いて長手方向に湾曲した形状の強化繊維積層体を製造する場合においても、強化繊維テープの載置作業や積層作業を高精度でかつ効率良く製造することができる、強化繊維積層体の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用するものである。すなわち、
（１）強化繊維の糸条が少なくとも長手方向に延在する強化繊維テープを複数枚積層させた強化繊維積層体の製造方法であって、前記強化繊維テープの少なくとも一部が強化繊維テープの長手方向に湾曲するように第１の載置面上に静電気力により吸着固定させながら前記強化繊維テープを載置することを特徴とする強化繊維積層体の製造方法。
（２）前記強化繊維テープの強化繊維が互いに平行になるように複数枚載置することにより長手方向に湾曲した強化繊維集合体を形成することを特徴とする（１）に記載の強化繊維積層体の製造方法。
（３）前記強化繊維集合体を複数枚積層して長手方向に湾曲した強化繊維積層体を形成することを特徴とする請求項２に記載の強化繊維積層体の製造方法。
（４）ロール状に巻かれた強化繊維テープを解反させながら、該強化繊維テープを第１の載置面上に載置することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（５）第１の載置面上に載置された強化繊維集合体の上に第２の載置面を接触させ、第２の載置面の静電気力を作用させた後に、第１の載置面の静電気力を解除し、前記第２の載置面上に前記強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、しかる後に第１の載置面を第２の載置面から離反させ、前記強化繊維集合体を前記第２の載置面へ移載する移載工程を複数回繰り返すことで強化繊維集合体を積層して強化繊維積層体を形成することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（６）第１の載置面上に載置された強化繊維集合体の上に第３の載置面を接触させ、第３の載置面の静電気力を作用させた後に前記第１の載置面の静電気力を解除し、前記第３の載置面に強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、前記第３の載置面を第１の載置面から離反し、前記強化繊維集合体を吸着保持した状態で前記第３の載置面を第２の載置面まで移載し、前記第３の載置面と第２の載置面を接触させ、第２の載置面の静電気力を作用させた後に第３の載置面の吸着を解除し、前記第２の載置面上に前記強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、前記第３の載置面を第２の載置面から離反させる工程を複数回繰り返すことで、前記強化繊維集合体を積層して強化繊維積層体を形成することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（７）第１の載置面上に載置された強化繊維テープの形状を加熱固定することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（８）第２の載置面上に載置された強化繊維集合体の形状を加熱固定することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（９）強化繊維テープに用いる強化繊維が導電性を有する炭素繊維を少なくとも含んでなることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（１０）ロール状に巻かれた強化繊維テープを解反させつつ第１の載置面上に供給する基材供給手段と、基材供給手段を第１の載置面上で移動する移動手段と、第１の載置面が前記強化繊維テープを静電気力により静電吸着させる吸着手段とを備えることを特徴とする、強化繊維積層体の製造装置。
（１１）前記第１の載置面に載置された強化繊維集合体を第２の載置面へ移載・載置する移載手段を備えることを特徴とする（１０）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１２）強化繊維集合体を載置する第２の載置面の吸着手段として、静電気力により前記強化繊維集合体を吸着保持する静電吸着機能を備えることを特徴とする（１１）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１３）前記第１の載置面に載置された前記強化繊維集合体を第３の載置面上に吸着させる吸着手段と、前記第３の載置面を第２の載置面上まで移載する移載手段と、前記強化繊維集合体を第２の載置面に吸着する吸着手段とを備えることを特徴とする（１０）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１４）強化繊維集合体を載置する第２の載置面や第３の載置面の吸着手段として、静電気力により前記強化繊維集合体を吸着保持する静電吸着機能を備えることを特徴とする（１３）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１５）第１の載置面上に載置された強化繊維テープの形状を加熱固定する加熱手段を有することを特徴とする（１０）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１６）第２の載置面上に載置された強化繊維集合体の形状を加熱固定する加熱手段を有することを特徴とする（１２）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
である。
【００１５】
本発明において、「強化繊維テープ」とは、強化繊維を主成分とする、帯状のシート材であり、強化繊維ストランド単体を平坦化したものや、複数の強化繊維ストランドを少なくとも一方向に引き揃え、隣接する強化繊維ストランド間を他の糸条で拘束した、織物や、組物、不織布貼付シート等が好適に用いられる。さらに、シート材の表面には、常温では付着性を有さない接着樹脂材料を部分的に付着させたものを用いることが好ましい。それは、シート材単体の形態安定性が高いだけでなく、強化繊維テープを複数層にわたって積層した後に、加熱により接着樹脂を軟化させて上下層間を接着することで、積層体の形態を固定させることができるからである。
【００１６】
強化繊維テープの幅は特に限定されるものではないが、取扱いの観点から１ｍｍから３００ｍｍが好ましく、強化繊維の特性を十分に発現させ、かつ湾曲形状などの複雑な形状への追従性を付与させるようにするためには、２ｍｍから２００ｍｍにすることがより好ましい。また、強化繊維としては通電性を有する炭素繊維を用いることができる。
【００１７】
「接着樹脂材料」とは、強化繊維への樹脂の接着や、常温環境での取扱いを考慮すると、５０乃至１００℃範囲のガラス転移温度を有しているものが好ましい。接着樹脂材料の成分としては、強化繊維プラスチックの機械的特性を向上させるものが好ましく、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエーテルサルファン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂などが挙げられる。なお、接着樹脂材料は、強化繊維テープの片面のみ付着させてもよいし、両面に付着させてもよい。
【００１８】
また、「第１の載置面」、「第２の載置面」および「第３の載置面」とは、材質は特に限定されるものではないが、取り扱い上、軽量であることが好ましく、また、その表面に静電気力を発生させる静電吸着板が貼り付けられているため、静電吸着板がたわまぬよう軽量なアルミ材等で補強したフレーム構成であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の製造方法および製造装置によれば、以下に説明するとおり、ドライな強化繊維テープの集合体を積層させた強化繊維積層体を製造するにあたり、長手方向に湾曲した形状の強化繊維積層体を製造する場合においても、強化繊維テープの載置作業や積層作業を繊維の位置ズレなく高精度で効率良く製造することができ、高品位の強化繊維積層体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】強化繊維テープの載置工程を示す概略斜視図
【図２】載置された強化繊維集合体を示す概略断面図である。
【図３】強化繊維集合体の長手方向Ｘ−Ｘと強化繊維の方向とがなす角度θが（ａ）θ＝９０°、（ｂ）θ＝４５°、（ｃ）θ＝−４５°をそれぞれ示す概略断面図である。
【図４】本発明における強化繊維集合体の移載・積層工程の一例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明における強化繊維集合体の移載・積層工程の他の実施例を示す概略斜視図である。
【図６】（ａ）本発明で利用する静電吸着機構の一態様を説明する断面図、（ｂ）静電吸着機構の吸着原理を示す断面図である。
【図７】曲率半径Ｒに湾曲したプリフォームを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の強化繊維積層体の製造方法と製造装置の好ましい実施形態を、強化繊維テープを自動的に積層するオートテープレイアップ装置（以下、ＡＴＬ装置と称す）を用い、長手方向に湾曲した形状を有する強化繊維積層体を製造する場合について、図を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、強化繊維テープの載置工程を示す概略斜視図であり、強化繊維の方向と長手方向Ｘ−Ｘとがなす角度θがθ＝０°の場合を示している。
【００２３】
図１において、１０は強化繊維テープ１１を供給する供給リール、１２はＡＴＬ装置であり、装置本体と供給リールを繋ぐアーム１３と、その接合部を中心に上下左右に揺動可能な揺動機構１４とを備えている。この揺動機構１４を設けることにより、供給リール１０の位置を所望する方向および角度に変えることができるので、例えば長手方向に湾曲するように強化繊維テープ１１を載置することができる。１５は静電吸着機能を有する第１の載置面であり、ＡＴＬ装置１２により供給される強化繊維テープ１１を載置し、強化繊維集合体１６を形成するテーブルである。
【００２４】
載置工程においては、供給リール１０にロール状に巻かれた強化繊維テープ１１は、ＡＴＬ装置１２から連続的に供給され、第１の載置面１５上を所定の位置まで供給リールが移動し、図示されていない基材切断機により強化繊維テープ１１を所定の位置で切断する。次にＡＴＬ装置１２は供給リール１０を初期位置まで移動させて、前回載置した強化繊維テープ１１に隣接し、かつ強化繊維同士が互いに平行になるように新たに強化繊維テープ１１を載置していく。なお、強化繊維テープ１１を載置する際には、既に載置されている強化繊維テープ１１と離間しないように、また強化繊維テープ１１同士が重なり合わないように、強化繊維テープ１１の端部同士が接するように載置することが好ましい。強化繊維テープ１１が重なり合ったり離間したりすると、ＣＦＲＰに加工した際に目的とする材料特性が得られないことや、また表面に凹凸が発生し寸法精度が得られない恐れがあるためである。強化繊維テープ１１の端部同士が接するように載置する方法としては、予め入力した位置データに基づき、供給リール１０の移動位置を制御させる方法や、第１の載置面１５上に所望とする形状の基準線をマーキングしておき、載置の際にその位置を赤外線センサにより検出させる方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
第１の載置面１５は静電吸着機能を有しているため、供給される強化繊維テープ１１は載置直後から順次吸着固定されるので、単にテープ同士が接するように載置するだけで、位置ズレなく正確に強化繊維テープ１１を並べていくことができる。また、静電吸着により載置した強化繊維テープ１１の全面を吸着固定することができるので、強化繊維テープ自体の反力により元の形状へ戻ることなく、所望とする湾曲形状を維持することができるため有効である。
【００２６】
上記の作業を複数回繰り返すことにより、図２に示すような強化繊維の方向と長手方向Ｘ−Ｘとがなす角度θ＝０°の強化繊維集合体１６を高精度に形成することができる。
【００２７】
また、図３に示すようにＡＴＬ装置１２を適用することにより長手方向Ｘ−Ｘが湾曲した曲線形状でかつ強化繊維の方向と長手方向Ｘ−Ｘとがなす角度θが（ａ）θ＝９０°、（ｂ）θ＝４５°、および（ｃ）θ＝−４５°の強化繊維集合体１６を形成することができる。なお、θ＝４５°、−４５°の場合においても、強化繊維が若干曲線形状をしているので、強化繊維テープ自体の反力により元の形状へ戻らないようにするためには、やはり第１の載置面１５が静電吸着機能を有することが有効である。
【００２８】
また、第１の載置面１５は加熱機能を有することが好ましい。それは、特に長手方向Ｘ−Ｘに湾曲した強化繊維集合体１６を形成する場合に、載置後に強化繊維テープ１１に付着している接着樹脂材料（図示しない）を加熱して融解させることにより湾曲形状に固定することで、テープ自体の反力による戻りをより防止できるからである。なお、第１の載置面に加熱機能を設ける代わりに、供給リール１０に加熱機能を設けて加熱しながら強化繊維テープ１１を湾曲形状に載置しても良い。
【００２９】
さらに、第１の載置面１５は冷却機能を有することが好ましい。それは、接着樹脂材料を加熱して融解させることにより、第１の載置面１５と強化繊維テープ１１が接着してしまい、後述する移載・積層載置工程で載置面を離反させる際に、強化繊維テープ１１が剥がれなくなる恐れがあるからである。なお、第１の載置面が冷却機能を有してなくても、加熱してから十分に時間をおき、強化繊維テープ１１を自然冷却させても良い。
【００３０】
また、加熱機能を設ける場合は、接着樹脂材料が強化繊維テープ１１の片面のみに付着されている材料を用いて、接着樹脂材料が付着している面が上面になるように載置面上に載置すれば、接着樹脂材料の融解により強化繊維テープ１１と第１の載置面１５が接着することがないので有効である。
【００３１】
強化繊維積層体を製造する方法を以下の図面に基づいてさらに詳しく説明する。
【００３２】
図４は載置された強化繊維集合体１６の移載・積層工程の一例を示す概略斜視図である。
【００３３】
図４において、２０は移載装置であり、第１の載置面１５に接続され一体化している。２１は静電吸着機能を有する第２の載置面であり、移載された強化繊維集合体１６を積層するテーブルである。
【００３４】
移載・積層工程においては、移載装置２０は、載置工程にて形成された強化繊維集合体１６を、静電気力で吸着固定した状態で第１の載置面１５を第２の載置面２１上まで移動させるものである。第２の載置面２１上の所定の位置で位置決めした後、第１の載置面を第２の載置面２１上に載置して、第２の載置面２１の静電吸着機能を作用させる。次いで第１の載置面１５の静電吸着機能を解除し、第２の載置面２１上に強化繊維集合体１６を吸着させた後、第１の載置面１５を離反させる。離反させた後、第１の載置面１５はＡＴＬ装置１２が備え付けられている位置まで戻り、再度、載置工程を経て強化繊維集合体１６を形成した後に、再度第２の載置面上に載置されている強化繊維集合体１６上に移載・積層する。
【００３５】
上記の工程を繰り返すことにより、長手方向Ｘ−Ｘに湾曲した形状を有する強化繊維積層体２２を高精度に製造することができる。
【００３６】
なお、移載装置２０に位置決め制御機能を備えた場合には、積層される強化繊維集合体１６の位置がずれることなく、所定の位置に正確に移載することが可能である。たとえ位置決め制御機能を有してなくても、位置ズレを防止するために第２の載置面２１上に載置する際に、第１の載置面１５を当接させて位置決めが容易になる基準ブロック等を第２の載置面２１に設置しても良い。
【００３７】
本発明は、上記のような工程のほかにも、図５に示すような形態にすることも可能である。
【００３８】
図５は強化繊維集合体の移載・積層工程の他の実施形態を示す概略斜視図である。図５において、３０は静電吸着機能を有する第３の載置面であり、移載装置２０に接続され一体化している。
【００３９】
この場合の移載・積層工程においては、移載装置２０は、第３の載置面３０を第１の載置面１５に載置された強化繊維集合体１６上まで移動することができる。第３の載置面３０は所定の位置で位置決めされ、第１の載置面上１５に載置した後、第３の載置面３０の静電吸着機能を作用させる。次いで第１の載置面１５の静電吸着を解除して、第３の載置面３０上に強化繊維集合体１６を吸着する。次いで移載装置２０により、第３の載置面３０を第１の載置面１５から離反させ、第２の載置面２１上まで移動させる。第３の載置面３０を所定の位置で位置決めした後、第２の載置面２１上に強化繊維集合体１６を載置して、第２の載置面２１の静電吸着機能を作用させる。最後に第３の載置面３０の静電吸着を解除して、第２の載置面２１上に強化繊維集合体１６を吸着させた後、第３の載置面３０を離反させる。このとき、移載・積層工程を行っている間に載置工程により強化繊維集合体１６を第１の載置面１５上に予め準備しておくと、連続的に移載・積層工程を行うことができるので、強化繊維積層体を効率良く製造することができる。
【００４０】
上記のように、全工程を通じて強化繊維テープ１１および強化繊維集合体１６を静電吸着させておくと、変形しやすい強化繊維テープの切断時や移載時に変形させることなく、寸法精度の高い強化繊維積層体を製造することができる。特に２層以上積層する場合においては、積層テーブルとなる第２の載置面２１は静電吸着機能を有することが有効である。それは、最下層となる強化繊維集合体１６上に次の強化繊維集合体を載置したり位置決め等をしたりする際に、最下層の強化繊維集合体１６の滑りを防止することができるからである。
【００４１】
また、強化繊維テープ１１は、プリプレグテープと異なってタック性が無いため、一つの載置テーブル上で順次積層していくと、重ねる層が増えていくにつれ、載置面が安定せず正確に載置することができなくなり、位置ズレや角度ズレを生じさせてしまい、高精度の強化繊維積層体を製造することができなくなる恐れがある。しかし、本実施形態のように、一旦、第１の載置面上で強化繊維集合体１６を形成し、別のテーブル等で積層していけば、強化繊維集合体１６を構成する各々の強化繊維テープに対して位置や角度等の精度をチェックすることができるので、積層数が増えていくにしても強化繊維積層体の精度が落ちることがないため好ましい。
【００４２】
図６（ａ）は、本実施形態で用いる静電吸着機能の一態様を表す断面図であり、同図（ｂ）は静電吸着原理を示す断面図である。静電吸着機能は絶縁層である基板４０、金属電極４１、導線４２で構成され、第１の載置面および第２、第３の載置面上に静電吸着板として貼付けられている。基板４０は高抵抗（１０１６〜１７Ω）を有する硬質プラスチック板で、その基板４０上に金属電極４１が作られ、体積抵抗率が１０８〜１０Ω・ｃｍの導電体からなる特殊プラスチックの保持層４３で覆われている。また、金属電極４１はプラス電極とマイナス電極とがあり、この間に直流電圧Ｖが印加される。また、図６（ｂ）に示すように、静電吸着機能が保持力を生じさせる原理は、双極型で保持層４３の内部に設けた２つ以上の金属電極４１に電圧を印加させ、被吸着物である強化繊維テープと静電吸着板の表面に正・負の電荷を発生させ、この間に働くジョンソン・ラーベック力により強化繊維テープを吸着させるというものである。また、静電吸着機能の吸着を解除する際には、静電吸着板の主電源を切断し、変圧器２次側を接地および短絡する機能を持ち合わせることにより、蓄積した電荷を消滅させ、吸着を瞬時に解除することができるように構成されていると良い。
【００４３】
また、上記の製造方法により製造された強化繊維積層体を用いて、所定形態のプリフォームが賦形される。プリフォームの形状としては、上記のような湾曲形状を利用した任意の形状を採り得るが、航空機の胴体構成材のような長尺で高強度、高剛性が求められる場合には、横断面形状としてフランジ部を備えたものに賦形されることが多い。
【００４４】
例えば、図７に示すように、上記のような強化繊維積層体２２を用いて、曲率半径Ｒで湾曲してその周方向５０（長手方向）に延びるプリフォーム５１が、周方向において円弧形部を有する立体形状の型に沿わせて賦形される。このようなプリフォームにおいては、上述した強化繊維積層体２２が該積層体２２の長手方向Ｘ−Ｘと直交する積層体幅方向の断面でみて、湾曲形状の周縁に沿って折れ曲げ成形されたフランジ部５２ａ、５２ｂを有する形状に賦形されている。賦形後はＲＴＭ成形方法や真空ＲＴＭ成形方法により、プリフォーム５１にマトリックス樹脂を含浸させて強化繊維プラスチック成形品とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、強化繊維テープに限らず、紙やフィルムを用いた積層体の製造にも応用することができ、さらにその応用範囲はこれらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００４６】
１０：供給リール
１１：強化繊維テープ
１２：ＡＴＬ装置
１３：アーム
１４：揺動機構
１５：第１の載置面
１６：強化繊維集合体
２０：移載装置
２１：第２の載置面
２２：強化繊維積層体
３０：第３の載置面
４０：基板
４１：金属電極
４２：導線
４３：保持層
５０：周方向
５１：プリフォーム
５２ａ、５２ｂ：フランジ部
Ｘ−Ｘ：長手方向
Ｒ：曲率半径
θ：強化繊維の方向と長手方向Ｘ−Ｘとがなす角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維積層体の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維を強化繊維として用いた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）は、軽量でかつ高い耐久性を有するものであることから、自動車や航空機などを構成する各種の構成部材として理想的な材料である。比較的長尺の強化繊維プラスチックを成形する場合、目標とする方向に高い強度や剛性を確保するために、強化繊維の配向方向が所定の各方向に設定された複数の帯状の強化繊維テープ集合体を積層した積層体の構成を採用することが多い。
【０００３】
例えば、航空機の胴体に使用される構造部材には直線状のものは少なく、長手方向に湾曲した形状の複合材料構造体が必要となり、複数の円弧状に形成された構造材を連結させて円環状として使用する用途などが挙げられる。
【０００４】
これら円弧状の強化繊維プラスチック（ＦＲＰ）を成形する方法としては、強化繊維の織物による製造方法が従来から知られている。例えば、特許文献１のようなやり方で強化繊維を多数の強化繊維張設用のピンを植設した複数のピン植設部材で固定し、これらピン植設部材同士の相対位置を変化させて湾曲させ、円弧形状の構造体を形成するという方法が提案されている。
【０００５】
しかしながら、この発明においてはピンの表面同士を結ぶ接線が強化繊維の方向となり、強化繊維はジグザグに配置され、隣接する強化繊維同士は厳密に平行にならず、折り返しの端部付近で繊維がピンに対し縦長に広がってしまう。これらを軽減するためには、細い繊維束と狭いピンのピッチが必要となるが、そのため生産効率が悪くなる。
【０００６】
また、強化繊維は相対するピン同士を結ぶ直線で配置されるが、例えば強化繊維が円弧の長手軸線に対して９０°の傾斜角を持つ場合は、強化繊維は常に直線でも長手軸線との角度９０°を保つことができるが、円弧の長手軸線に対して直線強化繊維が０°や４５°の傾斜角を持つような場合では、強化繊維は直線でなく、円弧に沿って曲線でなければならず、幅方向の両端をピンで支持する技術ではこれを達成することができないという問題がった。
【０００７】
一方、強化繊維に予め高靭性のマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグテープを複数層に重ねて所望する円弧状の積層体に賦形して、オートクレープ（圧力釜）で加圧および加熱して硬化させるオートクレープ成形方法がある。
【０００８】
しかしながら、プリプレグテープは強化繊維の長手方向へのせん断変形が困難であるため、繊維の角度を変えつつ徐々に湾曲させて積層していくと容易にしわが発生してしまう。
【０００９】
この問題を解決するために、例えば特許文献２のように、連続繊維と熱可塑性樹脂からなるプリプレグテープを強化繊維と直交する方向へスリットを入れることで、複雑な形状へ変形可能となる基材が開示されているが、連続繊維の基材と比較するとスリットという欠陥を内包した構成であるために、構造材として十分な強度があるとは言えず、応力集中点であるスリットが破壊の起点となり、特に引張強度、引張疲労強度が低下するという問題があった。
【００１０】
そこで、プリプレグテープでなく、マトリックス樹脂を含浸していない織物等のドライな強化繊維テープを用いる方法が注目されている。ドライな強化繊維テープは樹脂を含浸させたプリプレグテープと比較して柔軟性があり、テープを円弧状に湾曲させても、皺が発生し難いことから、より複雑な形状を作ることができる。しかし、一方で、ドライな強化繊維テープはマトリックス樹脂が含浸されていないがゆえに、形状安定性が悪く、慎重に取り扱わなければ容易に変形してしまい、高い精度で強化繊維の角度のズレや位置ズレなくテーブルや型等のツール上に載置することは非常に困難である。
【００１１】
これを解決する手段として、強化繊維テープを載置するツール表面から真空吸引することで固定するという方法があるが、紙やフィルムといったシート材では厚さ方向に空気を通さないが、ドライな強化繊維テープは繊維束の間が密でなく空気を通してしまうため、真空を維持する空気の流量を非常に大きくする必要があり、そのため吸引ブロワやエアの通路など付随する装置が大型になってしまう欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第４０９０８９２号公報
【特許文献２】特開平０９−２５４２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上述したような点に臨み、ドライな強化繊維テープを用いて長手方向に湾曲した形状の強化繊維積層体を製造する場合においても、強化繊維テープの載置作業や積層作業を高精度でかつ効率良く製造することができる、強化繊維積層体の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用するものである。すなわち、
（１）強化繊維の糸条が少なくとも長手方向に延在する強化繊維テープを複数枚積層させた強化繊維積層体の製造方法であって、前記強化繊維テープの少なくとも一部が強化繊維テープの長手方向に湾曲するように第１の載置面上に静電気力により吸着固定させながら前記強化繊維テープを載置することを特徴とする強化繊維積層体の製造方法。
（２）前記強化繊維テープの強化繊維が互いに平行になるように複数枚載置することにより長手方向に湾曲した強化繊維集合体を形成することを特徴とする（１）に記載の強化繊維積層体の製造方法。
（３）前記強化繊維集合体を複数枚積層して長手方向に湾曲した強化繊維積層体を形成することを特徴とする請求項２に記載の強化繊維積層体の製造方法。
（４）ロール状に巻かれた強化繊維テープを解反させながら、該強化繊維テープを第１の載置面上に載置することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（５）第１の載置面上に載置された強化繊維集合体の上に第２の載置面を接触させ、第２の載置面の静電気力を作用させた後に、第１の載置面の静電気力を解除し、前記第２の載置面上に前記強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、しかる後に第１の載置面を第２の載置面から離反させ、前記強化繊維集合体を前記第２の載置面へ移載する移載工程を複数回繰り返すことで強化繊維集合体を積層して強化繊維積層体を形成することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（６）第１の載置面上に載置された強化繊維集合体の上に第３の載置面を接触させ、第３の載置面の静電気力を作用させた後に前記第１の載置面の静電気力を解除し、前記第３の載置面に強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、前記第３の載置面を第１の載置面から離反し、前記強化繊維集合体を吸着保持した状態で前記第３の載置面を第２の載置面まで移載し、前記第３の載置面と第２の載置面を接触させ、第２の載置面の静電気力を作用させた後に第３の載置面の吸着を解除し、前記第２の載置面上に前記強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、前記第３の載置面を第２の載置面から離反させる工程を複数回繰り返すことで、前記強化繊維集合体を積層して強化繊維積層体を形成することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（７）第１の載置面上に載置された強化繊維テープの形状を加熱固定することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（８）第２の載置面上に載置された強化繊維集合体の形状を加熱固定することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（９）強化繊維テープに用いる強化繊維が導電性を有する炭素繊維を少なくとも含んでなることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
（１０）ロール状に巻かれた強化繊維テープを解反させつつ第１の載置面上に供給する基材供給手段と、基材供給手段を第１の載置面上で移動する移動手段と、第１の載置面が前記強化繊維テープを静電気力により静電吸着させる吸着手段とを備えることを特徴とする、強化繊維積層体の製造装置。
（１１）前記第１の載置面に載置された強化繊維集合体を第２の載置面へ移載・載置する移載手段を備えることを特徴とする（１０）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１２）強化繊維集合体を載置する第２の載置面の吸着手段として、静電気力により前記強化繊維集合体を吸着保持する静電吸着機能を備えることを特徴とする（１１）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１３）前記第１の載置面に載置された前記強化繊維集合体を第３の載置面上に吸着させる吸着手段と、前記第３の載置面を第２の載置面上まで移載する移載手段と、前記強化繊維集合体を第２の載置面に吸着する吸着手段とを備えることを特徴とする（１０）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１４）強化繊維集合体を載置する第２の載置面や第３の載置面の吸着手段として、静電気力により前記強化繊維集合体を吸着保持する静電吸着機能を備えることを特徴とする（１３）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１５）第１の載置面上に載置された強化繊維テープの形状を加熱固定する加熱手段を有することを特徴とする（１０）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
（１６）第２の載置面上に載置された強化繊維集合体の形状を加熱固定する加熱手段を有することを特徴とする（１２）に記載の強化繊維積層体の製造装置。
である。
【００１５】
本発明において、「強化繊維テープ」とは、強化繊維を主成分とする、帯状のシート材であり、強化繊維ストランド単体を平坦化したものや、複数の強化繊維ストランドを少なくとも一方向に引き揃え、隣接する強化繊維ストランド間を他の糸条で拘束した、織物や、組物、不織布貼付シート等が好適に用いられる。さらに、シート材の表面には、常温では付着性を有さない接着樹脂材料を部分的に付着させたものを用いることが好ましい。それは、シート材単体の形態安定性が高いだけでなく、強化繊維テープを複数層にわたって積層した後に、加熱により接着樹脂を軟化させて上下層間を接着することで、積層体の形態を固定させることができるからである。
【００１６】
強化繊維テープの幅は特に限定されるものではないが、取扱いの観点から１ｍｍから３００ｍｍが好ましく、強化繊維の特性を十分に発現させ、かつ湾曲形状などの複雑な形状への追従性を付与させるようにするためには、２ｍｍから２００ｍｍにすることがより好ましい。また、強化繊維としては通電性を有する炭素繊維を用いることができる。
【００１７】
「接着樹脂材料」とは、強化繊維への樹脂の接着や、常温環境での取扱いを考慮すると、５０乃至１００℃範囲のガラス転移温度を有しているものが好ましい。接着樹脂材料の成分としては、強化繊維プラスチックの機械的特性を向上させるものが好ましく、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエーテルサルファン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂などが挙げられる。なお、接着樹脂材料は、強化繊維テープの片面のみ付着させてもよいし、両面に付着させてもよい。
【００１８】
また、「第１の載置面」、「第２の載置面」および「第３の載置面」とは、材質は特に限定されるものではないが、取り扱い上、軽量であることが好ましく、また、その表面に静電気力を発生させる静電吸着板が貼り付けられているため、静電吸着板がたわまぬよう軽量なアルミ材等で補強したフレーム構成であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の製造方法および製造装置によれば、以下に説明するとおり、ドライな強化繊維テープの集合体を積層させた強化繊維積層体を製造するにあたり、長手方向に湾曲した形状の強化繊維積層体を製造する場合においても、強化繊維テープの載置作業や積層作業を繊維の位置ズレなく高精度で効率良く製造することができ、高品位の強化繊維積層体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】強化繊維テープの載置工程を示す概略斜視図
【図２】載置された強化繊維集合体を示す概略断面図である。
【図３】強化繊維集合体の長手方向Ｘ−Ｘと強化繊維の方向とがなす角度θが（ａ）θ＝９０°、（ｂ）θ＝４５°、（ｃ）θ＝−４５°をそれぞれ示す概略断面図である。
【図４】本発明における強化繊維集合体の移載・積層工程の一例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明における強化繊維集合体の移載・積層工程の他の実施例を示す概略斜視図である。
【図６】（ａ）本発明で利用する静電吸着機構の一態様を説明する断面図、（ｂ）静電吸着機構の吸着原理を示す断面図である。
【図７】曲率半径Ｒに湾曲したプリフォームを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の強化繊維積層体の製造方法と製造装置の好ましい実施形態を、強化繊維テープを自動的に積層するオートテープレイアップ装置（以下、ＡＴＬ装置と称す）を用い、長手方向に湾曲した形状を有する強化繊維積層体を製造する場合について、図を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、強化繊維テープの載置工程を示す概略斜視図であり、強化繊維の方向と長手方向Ｘ−Ｘとがなす角度θがθ＝０°の場合を示している。
【００２３】
図１において、１０は強化繊維テープ１１を供給する供給リール、１２はＡＴＬ装置であり、装置本体と供給リールを繋ぐアーム１３と、その接合部を中心に上下左右に揺動可能な揺動機構１４とを備えている。この揺動機構１４を設けることにより、供給リール１０の位置を所望する方向および角度に変えることができるので、例えば長手方向に湾曲するように強化繊維テープ１１を載置することができる。１５は静電吸着機能を有する第１の載置面であり、ＡＴＬ装置１２により供給される強化繊維テープ１１を載置し、強化繊維集合体１６を形成するテーブルである。
【００２４】
載置工程においては、供給リール１０にロール状に巻かれた強化繊維テープ１１は、ＡＴＬ装置１２から連続的に供給され、第１の載置面１５上を所定の位置まで供給リールが移動し、図示されていない基材切断機により強化繊維テープ１１を所定の位置で切断する。次にＡＴＬ装置１２は供給リール１０を初期位置まで移動させて、前回載置した強化繊維テープ１１に隣接し、かつ強化繊維同士が互いに平行になるように新たに強化繊維テープ１１を載置していく。なお、強化繊維テープ１１を載置する際には、既に載置されている強化繊維テープ１１と離間しないように、また強化繊維テープ１１同士が重なり合わないように、強化繊維テープ１１の端部同士が接するように載置することが好ましい。強化繊維テープ１１が重なり合ったり離間したりすると、ＣＦＲＰに加工した際に目的とする材料特性が得られないことや、また表面に凹凸が発生し寸法精度が得られない恐れがあるためである。強化繊維テープ１１の端部同士が接するように載置する方法としては、予め入力した位置データに基づき、供給リール１０の移動位置を制御させる方法や、第１の載置面１５上に所望とする形状の基準線をマーキングしておき、載置の際にその位置を赤外線センサにより検出させる方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
第１の載置面１５は静電吸着機能を有しているため、供給される強化繊維テープ１１は載置直後から順次吸着固定されるので、単にテープ同士が接するように載置するだけで、位置ズレなく正確に強化繊維テープ１１を並べていくことができる。また、静電吸着により載置した強化繊維テープ１１の全面を吸着固定することができるので、強化繊維テープ自体の反力により元の形状へ戻ることなく、所望とする湾曲形状を維持することができるため有効である。
【００２６】
上記の作業を複数回繰り返すことにより、図２に示すような強化繊維の方向と長手方向Ｘ−Ｘとがなす角度θ＝０°の強化繊維集合体１６を高精度に形成することができる。
【００２７】
また、図３に示すようにＡＴＬ装置１２を適用することにより長手方向Ｘ−Ｘが湾曲した曲線形状でかつ強化繊維の方向と長手方向Ｘ−Ｘとがなす角度θが（ａ）θ＝９０°、（ｂ）θ＝４５°、および（ｃ）θ＝−４５°の強化繊維集合体１６を形成することができる。なお、θ＝４５°、−４５°の場合においても、強化繊維が若干曲線形状をしているので、強化繊維テープ自体の反力により元の形状へ戻らないようにするためには、やはり第１の載置面１５が静電吸着機能を有することが有効である。
【００２８】
また、第１の載置面１５は加熱機能を有することが好ましい。それは、特に長手方向Ｘ−Ｘに湾曲した強化繊維集合体１６を形成する場合に、載置後に強化繊維テープ１１に付着している接着樹脂材料（図示しない）を加熱して融解させることにより湾曲形状に固定することで、テープ自体の反力による戻りをより防止できるからである。なお、第１の載置面に加熱機能を設ける代わりに、供給リール１０に加熱機能を設けて加熱しながら強化繊維テープ１１を湾曲形状に載置しても良い。
【００２９】
さらに、第１の載置面１５は冷却機能を有することが好ましい。それは、接着樹脂材料を加熱して融解させることにより、第１の載置面１５と強化繊維テープ１１が接着してしまい、後述する移載・積層載置工程で載置面を離反させる際に、強化繊維テープ１１が剥がれなくなる恐れがあるからである。なお、第１の載置面が冷却機能を有してなくても、加熱してから十分に時間をおき、強化繊維テープ１１を自然冷却させても良い。
【００３０】
また、加熱機能を設ける場合は、接着樹脂材料が強化繊維テープ１１の片面のみに付着されている材料を用いて、接着樹脂材料が付着している面が上面になるように載置面上に載置すれば、接着樹脂材料の融解により強化繊維テープ１１と第１の載置面１５が接着することがないので有効である。
【００３１】
強化繊維積層体を製造する方法を以下の図面に基づいてさらに詳しく説明する。
【００３２】
図４は載置された強化繊維集合体１６の移載・積層工程の一例を示す概略斜視図である。
【００３３】
図４において、２０は移載装置であり、第１の載置面１５に接続され一体化している。２１は静電吸着機能を有する第２の載置面であり、移載された強化繊維集合体１６を積層するテーブルである。
【００３４】
移載・積層工程においては、移載装置２０は、載置工程にて形成された強化繊維集合体１６を、静電気力で吸着固定した状態で第１の載置面１５を第２の載置面２１上まで移動させるものである。第２の載置面２１上の所定の位置で位置決めした後、第１の載置面を第２の載置面２１上に載置して、第２の載置面２１の静電吸着機能を作用させる。次いで第１の載置面１５の静電吸着機能を解除し、第２の載置面２１上に強化繊維集合体１６を吸着させた後、第１の載置面１５を離反させる。離反させた後、第１の載置面１５はＡＴＬ装置１２が備え付けられている位置まで戻り、再度、載置工程を経て強化繊維集合体１６を形成した後に、再度第２の載置面上に載置されている強化繊維集合体１６上に移載・積層する。
【００３５】
上記の工程を繰り返すことにより、長手方向Ｘ−Ｘに湾曲した形状を有する強化繊維積層体２２を高精度に製造することができる。
【００３６】
なお、移載装置２０に位置決め制御機能を備えた場合には、積層される強化繊維集合体１６の位置がずれることなく、所定の位置に正確に移載することが可能である。たとえ位置決め制御機能を有してなくても、位置ズレを防止するために第２の載置面２１上に載置する際に、第１の載置面１５を当接させて位置決めが容易になる基準ブロック等を第２の載置面２１に設置しても良い。
【００３７】
本発明は、上記のような工程のほかにも、図５に示すような形態にすることも可能である。
【００３８】
図５は強化繊維集合体の移載・積層工程の他の実施形態を示す概略斜視図である。図５において、３０は静電吸着機能を有する第３の載置面であり、移載装置２０に接続され一体化している。
【００３９】
この場合の移載・積層工程においては、移載装置２０は、第３の載置面３０を第１の載置面１５に載置された強化繊維集合体１６上まで移動することができる。第３の載置面３０は所定の位置で位置決めされ、第１の載置面上１５に載置した後、第３の載置面３０の静電吸着機能を作用させる。次いで第１の載置面１５の静電吸着を解除して、第３の載置面３０上に強化繊維集合体１６を吸着する。次いで移載装置２０により、第３の載置面３０を第１の載置面１５から離反させ、第２の載置面２１上まで移動させる。第３の載置面３０を所定の位置で位置決めした後、第２の載置面２１上に強化繊維集合体１６を載置して、第２の載置面２１の静電吸着機能を作用させる。最後に第３の載置面３０の静電吸着を解除して、第２の載置面２１上に強化繊維集合体１６を吸着させた後、第３の載置面３０を離反させる。このとき、移載・積層工程を行っている間に載置工程により強化繊維集合体１６を第１の載置面１５上に予め準備しておくと、連続的に移載・積層工程を行うことができるので、強化繊維積層体を効率良く製造することができる。
【００４０】
上記のように、全工程を通じて強化繊維テープ１１および強化繊維集合体１６を静電吸着させておくと、変形しやすい強化繊維テープの切断時や移載時に変形させることなく、寸法精度の高い強化繊維積層体を製造することができる。特に２層以上積層する場合においては、積層テーブルとなる第２の載置面２１は静電吸着機能を有することが有効である。それは、最下層となる強化繊維集合体１６上に次の強化繊維集合体を載置したり位置決め等をしたりする際に、最下層の強化繊維集合体１６の滑りを防止することができるからである。
【００４１】
また、強化繊維テープ１１は、プリプレグテープと異なってタック性が無いため、一つの載置テーブル上で順次積層していくと、重ねる層が増えていくにつれ、載置面が安定せず正確に載置することができなくなり、位置ズレや角度ズレを生じさせてしまい、高精度の強化繊維積層体を製造することができなくなる恐れがある。しかし、本実施形態のように、一旦、第１の載置面上で強化繊維集合体１６を形成し、別のテーブル等で積層していけば、強化繊維集合体１６を構成する各々の強化繊維テープに対して位置や角度等の精度をチェックすることができるので、積層数が増えていくにしても強化繊維積層体の精度が落ちることがないため好ましい。
【００４２】
図６（ａ）は、本実施形態で用いる静電吸着機能の一態様を表す断面図であり、同図（ｂ）は静電吸着原理を示す断面図である。静電吸着機能は絶縁層である基板４０、金属電極４１、導線４２で構成され、第１の載置面および第２、第３の載置面上に静電吸着板として貼付けられている。基板４０は高抵抗（１０１６〜１７Ω）を有する硬質プラスチック板で、その基板４０上に金属電極４１が作られ、体積抵抗率が１０８〜１０Ω・ｃｍの導電体からなる特殊プラスチックの保持層４３で覆われている。また、金属電極４１はプラス電極とマイナス電極とがあり、この間に直流電圧Ｖが印加される。また、図６（ｂ）に示すように、静電吸着機能が保持力を生じさせる原理は、双極型で保持層４３の内部に設けた２つ以上の金属電極４１に電圧を印加させ、被吸着物である強化繊維テープと静電吸着板の表面に正・負の電荷を発生させ、この間に働くジョンソン・ラーベック力により強化繊維テープを吸着させるというものである。また、静電吸着機能の吸着を解除する際には、静電吸着板の主電源を切断し、変圧器２次側を接地および短絡する機能を持ち合わせることにより、蓄積した電荷を消滅させ、吸着を瞬時に解除することができるように構成されていると良い。
【００４３】
また、上記の製造方法により製造された強化繊維積層体を用いて、所定形態のプリフォームが賦形される。プリフォームの形状としては、上記のような湾曲形状を利用した任意の形状を採り得るが、航空機の胴体構成材のような長尺で高強度、高剛性が求められる場合には、横断面形状としてフランジ部を備えたものに賦形されることが多い。
【００４４】
例えば、図７に示すように、上記のような強化繊維積層体２２を用いて、曲率半径Ｒで湾曲してその周方向５０（長手方向）に延びるプリフォーム５１が、周方向において円弧形部を有する立体形状の型に沿わせて賦形される。このようなプリフォームにおいては、上述した強化繊維積層体２２が該積層体２２の長手方向Ｘ−Ｘと直交する積層体幅方向の断面でみて、湾曲形状の周縁に沿って折れ曲げ成形されたフランジ部５２ａ、５２ｂを有する形状に賦形されている。賦形後はＲＴＭ成形方法や真空ＲＴＭ成形方法により、プリフォーム５１にマトリックス樹脂を含浸させて強化繊維プラスチック成形品とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、強化繊維テープに限らず、紙やフィルムを用いた積層体の製造にも応用することができ、さらにその応用範囲はこれらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００４６】
１０：供給リール
１１：強化繊維テープ
１２：ＡＴＬ装置
１３：アーム
１４：揺動機構
１５：第１の載置面
１６：強化繊維集合体
２０：移載装置
２１：第２の載置面
２２：強化繊維積層体
３０：第３の載置面
４０：基板
４１：金属電極
４２：導線
４３：保持層
５０：周方向
５１：プリフォーム
５２ａ、５２ｂ：フランジ部
Ｘ−Ｘ：長手方向
Ｒ：曲率半径
θ：強化繊維の方向と長手方向Ｘ−Ｘとがなす角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維の糸条が少なくとも長手方向に延在する強化繊維テープを複数枚積層させた強化繊維積層体の製造方法であって、前記強化繊維テープの少なくとも一部が強化繊維テープの長手方向に湾曲するように第１の載置面上に静電気力により吸着固定させながら前記強化繊維テープを載置することを特徴とする強化繊維積層体の製造方法。
【請求項２】
前記強化繊維テープの強化繊維が互いに平行になるように複数枚載置することにより長手方向に湾曲した強化繊維集合体を形成することを特徴とする請求項１に記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項３】
前記強化繊維集合体を複数枚積層して長手方向に湾曲した強化繊維積層体を形成することを特徴とする請求項２に記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項４】
ロール状に巻かれた強化繊維テープを解反させながら、該強化繊維テープを第１の載置面上に載置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項５】
第１の載置面上に載置された強化繊維集合体の上に第２の載置面を接触させ、第２の載置面の静電気力を作用させた後に、第１の載置面の静電気力を解除し、前記第２の載置面上に前記強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、しかる後に第１の載置面を第２の載置面から離反させ、前記強化繊維集合体を前記第２の載置面へ移載する移載工程を複数回繰り返すことで強化繊維集合体を積層して強化繊維積層体を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項６】
第１の載置面上に載置された強化繊維集合体の上に第３の載置面を接触させ、第３の載置面の静電気力を作用させた後に前記第１の載置面の静電気力を解除し、前記第３の載置面に強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、前記第３の載置面を第１の載置面から離反し、前記強化繊維集合体を吸着保持した状態で前記第３の載置面を第２の載置面まで移載し、前記第３の載置面と第２の載置面を接触させ、第２の載置面の静電気力を作用させた後に第３の載置面の吸着を解除し、前記第２の載置面上に前記強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、前記第３の載置面を第２の載置面から離反させる工程を複数回繰り返すことで、前記強化繊維集合体を積層して強化繊維積層体を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項７】
第１の載置面上に載置された強化繊維テープの形状を加熱固定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項８】
第２の載置面上に載置された強化繊維集合体の形状を加熱固定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項９】
強化繊維テープに用いる強化繊維が導電性を有する炭素繊維を少なくとも含んでなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項１０】
ロール状に巻かれた強化繊維テープを解反させつつ第１の載置面上に供給する基材供給手段と、基材供給手段を第１の載置面上で移動する移動手段と、第１の載置面が前記強化繊維テープを静電気力により静電吸着させる吸着手段とを備えることを特徴とする強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１１】
前記第１の載置面に載置された強化繊維集合体を第２の載置面へ移載・載置する移載手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１２】
強化繊維集合体を載置する第２の載置面の吸着手段として、静電気力により前記強化繊維集合体を吸着保持する静電吸着機能を備えることを特徴とする請求項１１に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１３】
前記第１の載置面に載置された前記強化繊維集合体を第３の載置面上に吸着させる吸着手段と、前記第３の載置面を第２の載置面上まで移載する移載手段と、前記強化繊維集合体を第２の載置面に吸着する吸着手段とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１４】
強化繊維集合体を載置する第２の載置面や第３の載置面の吸着手段として、静電気力により前記強化繊維集合体を吸着保持する静電吸着機能を備えることを特徴とする請求項１３に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１５】
第１の載置面上に載置された強化繊維テープの形状を加熱固定する加熱手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１６】
第２の載置面上に載置された強化繊維集合体の形状を加熱固定する加熱手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１】
強化繊維の糸条が少なくとも長手方向に延在する強化繊維テープを複数枚積層させた強化繊維積層体の製造方法であって、前記強化繊維テープの少なくとも一部が強化繊維テープの長手方向に湾曲するように第１の載置面上に静電気力により吸着固定させながら前記強化繊維テープを載置することを特徴とする強化繊維積層体の製造方法。
【請求項２】
前記強化繊維テープの強化繊維が互いに平行になるように複数枚載置することにより長手方向に湾曲した強化繊維集合体を形成することを特徴とする請求項１に記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項３】
前記強化繊維集合体を複数枚積層して長手方向に湾曲した強化繊維積層体を形成することを特徴とする請求項２に記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項４】
ロール状に巻かれた強化繊維テープを解反させながら、該強化繊維テープを第１の載置面上に載置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項５】
第１の載置面上に載置された強化繊維集合体の上に第２の載置面を接触させ、第２の載置面の静電気力を作用させた後に、第１の載置面の静電気力を解除し、前記第２の載置面上に前記強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、しかる後に第１の載置面を第２の載置面から離反させ、前記強化繊維集合体を前記第２の載置面へ移載する移載工程を複数回繰り返すことで強化繊維集合体を積層して強化繊維積層体を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項６】
第１の載置面上に載置された強化繊維集合体の上に第３の載置面を接触させ、第３の載置面の静電気力を作用させた後に前記第１の載置面の静電気力を解除し、前記第３の載置面に強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、前記第３の載置面を第１の載置面から離反し、前記強化繊維集合体を吸着保持した状態で前記第３の載置面を第２の載置面まで移載し、前記第３の載置面と第２の載置面を接触させ、第２の載置面の静電気力を作用させた後に第３の載置面の吸着を解除し、前記第２の載置面上に前記強化繊維集合体を静電気力により吸着固定し、前記第３の載置面を第２の載置面から離反させる工程を複数回繰り返すことで、前記強化繊維集合体を積層して強化繊維積層体を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項７】
第１の載置面上に載置された強化繊維テープの形状を加熱固定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項８】
第２の載置面上に載置された強化繊維集合体の形状を加熱固定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項９】
強化繊維テープに用いる強化繊維が導電性を有する炭素繊維を少なくとも含んでなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の強化繊維積層体の製造方法。
【請求項１０】
ロール状に巻かれた強化繊維テープを解反させつつ第１の載置面上に供給する基材供給手段と、基材供給手段を第１の載置面上で移動する移動手段と、第１の載置面が前記強化繊維テープを静電気力により静電吸着させる吸着手段とを備えることを特徴とする強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１１】
前記第１の載置面に載置された強化繊維集合体を第２の載置面へ移載・載置する移載手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１２】
強化繊維集合体を載置する第２の載置面の吸着手段として、静電気力により前記強化繊維集合体を吸着保持する静電吸着機能を備えることを特徴とする請求項１１に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１３】
前記第１の載置面に載置された前記強化繊維集合体を第３の載置面上に吸着させる吸着手段と、前記第３の載置面を第２の載置面上まで移載する移載手段と、前記強化繊維集合体を第２の載置面に吸着する吸着手段とを備えることを特徴とする請求項１０に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１４】
強化繊維集合体を載置する第２の載置面や第３の載置面の吸着手段として、静電気力により前記強化繊維集合体を吸着保持する静電吸着機能を備えることを特徴とする請求項１３に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１５】
第１の載置面上に載置された強化繊維テープの形状を加熱固定する加熱手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【請求項１６】
第２の載置面上に載置された強化繊維集合体の形状を加熱固定する加熱手段を有することを特徴とする請求項１２に記載の強化繊維積層体の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４３６１０（Ｐ２０１１−１４３６１０Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７９０（Ｐ２０１０−５７９０）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]