繊維強化複合材用プリフォームの製造方法と製造装置
【課題】品質の高いプリフォームを簡単に得ることができる製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】積層ヘッド１０は仮想線位置からバインダー付ストランド１Ａの積層を開始する。各ローラの回転により送り出されたバインダー付ストランド１Ａは加熱兼加圧ローラ２０を周回する間に加熱され、付着しているバインダーが溶融される。加熱兼加圧ローラ２０の下端に達したバインダー付ストランド１Ａは下層のバインダー付ストランド１Ａ上に積層されると同時に加熱兼加圧ローラ２０によって加圧される。溶融されたバインダーは積層されたバインダー付ストランド１Ａと下層のバインダー付ストランド１Ａとを接着し、積層位置を保持する。バインダーは自然冷却により固化し、接着状態を強固にする。積層ヘッド１０が積層完了位置よりも若干手前となる実線位置に達した時、バインダー付ストランド１Ａはカッター１９により切断され、切断端が積層される。
【解決手段】積層ヘッド１０は仮想線位置からバインダー付ストランド１Ａの積層を開始する。各ローラの回転により送り出されたバインダー付ストランド１Ａは加熱兼加圧ローラ２０を周回する間に加熱され、付着しているバインダーが溶融される。加熱兼加圧ローラ２０の下端に達したバインダー付ストランド１Ａは下層のバインダー付ストランド１Ａ上に積層されると同時に加熱兼加圧ローラ２０によって加圧される。溶融されたバインダーは積層されたバインダー付ストランド１Ａと下層のバインダー付ストランド１Ａとを接着し、積層位置を保持する。バインダーは自然冷却により固化し、接着状態を強固にする。積層ヘッド１０が積層完了位置よりも若干手前となる実線位置に達した時、バインダー付ストランド１Ａはカッター１９により切断され、切断端が積層される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、繊維強化複合材の製作に使用するプリフォームの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材の製作には、強化繊維基材に半硬化の熱硬化性樹脂を予め含浸させてシート状に製造されたプリプレグを用いる方法あるいは強化繊維基材を積層して製造されたプリフォームを用いる方法等が知られている。前記プリプレグは、熱硬化性樹脂を予め含浸しているため、新たにマトリックスを付加する必要無く繊維強化複合材を製作できるという利点を有する。その反面、プリプレグを用いる方法はバギングフィルムを用いて真空引きし、その後大型のオートクレーブによりプリプレグを熱硬化させる等、大型の装置を使用する必要があるためエネルギー消費が大きく、コストアップにも繋がるという問題がある。また、プリプレグは保管方法や使用期限等に制約があり管理が複雑であるという問題もある。一方、プリフォームを用いる方法は大型の装置を用いる必要が無いため、比較的簡便に使用できる利点がある。
【０００３】
特許文献１は接着機能を有するバインダーの組成物に関する発明を主体とするが、発明となるバインダーを使用したプリフォームの製造方法に関する具体的な手段が記載されている。特許文献１の段落「００６４」には、バインダーを付与した強化繊維からなるストランドをマンドレルに巻回により積層し、その後積層したストランドを加熱して前記ストランド同士を接着することによりプリフォームを製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９２５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１におけるプリフォーム製造方法は、バインダーを付与したストランドを単にマンドレルに巻き付ける方法であるため、巻き付け中にストランドが相互にずれ易いという問題がある。従って、位置がずれた状態で積層されている巻き付けストランドをその後加熱してストランド相互を接着しても、既に変形が生じており、予め設定した形態のプリフォームを得られないという問題がある。
【０００６】
本願発明は、品質の高いプリフォームを簡単に得ることができる製造方法及び製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の本願発明は、強化繊維基材を用いた繊維強化複合材用プリフォームの製造方法において、前記強化繊維基材をプリフォーム成形治具上に多数配列して前記強化繊維基材の層を形成し、前記強化繊維基材の層上に新たに前記強化繊維基材を加熱しながら積層することにより前記強化繊維基材に付着されているバインダーを溶融し、前記積層された強化繊維基材を加圧することにより各層の強化繊維基材間を前記バインダーにより接着することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の本願発明によれば、強化繊維基材の積層の都度加熱によりバインダーを溶融するとともに加圧により上層と下層の強化繊維基材相互を確実に接着することができるため、強化繊維基材の相互の位置が安定し、品質の高いプリフォームを簡単に製造することができる。
【０００９】
請求項２に記載の本願発明は、前記プリフォーム成形治具上において、前記プリフォームと同一形状の型部の周囲に接着剤を配置し、最初に配列する前記強化繊維基材を前記接着剤によって前記プリフォーム成形治具面に固定したことを特徴とする。従って、第１層となる強化繊維基材をプリフォーム成形治具上に安定して配置することができ、その後の強化繊維基材の積層を正確に行なうことができる。
【００１０】
請求項３に記載の本願発明は、前記バインダーは付着工程と加熱工程とを有するバインダー付着装置によって前記強化繊維基材に予め付着されていることを特徴とする。従って、別工程においてバインダーを強化繊維基材に予め付着させておくことができ、プリフォーム製造装置を簡単な構成にすることができる。
【００１１】
請求項４に記載の本願発明は、前記バインダーは前記プリフォーム成形治具上に配列された強化繊維基材の層に散布されることにより付着されていることを特徴とする。従って、強化繊維基材にバインダーを付着させるための別工程が不要となり、装置全体が簡略化されるとともにエネルギー消費を低減することができる。
【００１２】
請求項５に記載の本願発明は、前記強化繊維基材の加圧後、前記強化繊維基材を冷却することを特徴とする。従って、強化繊維基材間で溶融、接着したバインダーを冷却により粘性を下げ、強化繊維基材相互の接着状態を早期に安定化させることができる。また、冷却により早期に強化繊維基材間が剥がれ難くなるため、プリフォームの製造速度をより高めることができる。
【００１３】
請求項６に記載の本願発明は、強化繊維基材を用いたプリフォームの製造装置において、プリフォーム成形治具の上方に積層ヘッドを移動可能に配設し、前記積層ヘッドに強化繊維基材の供給経路に沿って前記強化繊維基材の供給ローラ、前記プリフォーム成形治具面又は前記治具面に積層された前記強化繊維基材の層の上に前記供給ローラから供給される前記強化繊維基材を積層する加熱兼加圧ローラを配設したことを特徴とする。従って、積層する強化繊維基材を同一のローラで加熱及び加圧を行なうことができ、製造装置を簡略化することができる。
【００１４】
請求項７に記載の本願発明は、前記積層ヘッドにおいて、前記加熱兼加圧ローラに並べてバインダー吐出ノズルを配設したことを特徴とする。従って、強化繊維基材にバインダーを付着させるための別工程が不要となり、装置全体が簡略化されるとともにエネルギー消費を低減することができる。
【００１５】
請求項８に記載の本願発明は、前記積層ヘッドにおいて、前記加熱兼加圧ローラに対して前記積層ヘッドの移動方向後方側に前記冷却ノズルを配設したことを特徴とする。従って、バインダーの固化が速やかに進行し、プリフォームの形状保持効果を早期に得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明は、簡単な製造方法及び製造装置により品質の高いプリフォームを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態におけるバインダー付着装置を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態におけるプリフォームの製造装置を示す概略図である。
【図３】プリフォームの製造過程を示す流れ図である。
【図４】第２の実施形態におけるプリフォームの製造装置を示す概略図である。
【図５】第３の実施形態におけるプリフォームの製造装置を示す概略図である。
【図６】第４の実施形態におけるプリフォームの製造装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図３に基づき説明する。図１において、バインダー付着装置を説明する。強化繊維基材であるストランド１は炭素繊維から構成されている。ストランド１を構成する強化繊維としては、炭素繊維の他にガラス繊維、セラミック繊維及びアラミド繊維あるいは各繊維の混合繊維等を使用することができる。ストランド１は回転可能に配設された送りローラ２に巻かれており、送りローラ２から順次引き出されるとともに対向側に回転可能に配設された巻取りローラ３によって巻き取られるように構成されている。送りローラ２と巻取りローラ３との間のストランド１の経路には、ストランド１の上方にバインダー４の散布装置５が配設されている。バインダー４はエポキシ樹脂を代表とする熱硬化性樹脂を組成物とし、粒子状に形成されている。なお、バインダー４には、例えば硬化促進剤が含まれておらず、溶融後に硬化が緩慢に進むような熱硬化性樹脂が用いられることが好ましい。ストランド１を挟んで散布装置５の下方側には、バインダー受け６が配設される。散布装置５と巻取りローラ３との間には、ストランド１の通り抜けが可能な通路７を備えたヒータ８がストランド１の上下に配設されている。
【００１９】
従って、送りローラ２から引き出されたストランド１は散布装置５によってバインダー４を大量に振り掛けられる。なお、ストランド１よりも下方に落下したストランド１はバインダー受け６により回収され、再度散布装置５に供給される。バインダー４を外周囲に付着したストランド１がヒータ８の通路７を通過することにより、バインダー４は溶融され、ストランド１に強固に付着される。ヒータ８を通過したストランド１はバインダー付ストランド１Ａとして自然冷却あるいは必要に応じて強制冷却により常温程度にまで冷却されながら巻取りローラ３に順次巻き取られる。常温にまで冷却されたバインダー４は固化するが、完全には硬化が完了していないため、再加熱することにより再び溶融状態となり得る。
【００２０】
図２はバインダー付ストランド１Ａを用いたプリフォーム製造装置を示す。プリフォーム製造装置はプリフォーム成形治具９とその上方に図２の左右方向に往復移動可能に配設された積層ヘッド１０とから構成されている。プリフォーム成形治具９はその表面に、設計された形状のプリフォーム１１と同一形状の型部１２（図３参照）を有する。積層ヘッド１０は図２の上下方向に延びるヘッドフレーム１３をベースとして構成されている。また、積層ヘッド１０は図２において、左右方向、紙面に直角な方向及び左右方向あるいは紙面に直角な方向に対して斜めに交差する方向にそれぞれ移動することができるように構成されている。
【００２１】
ヘッドフレーム１３はその側面に、上部側から順にバインダー付ストランド１Ａを下方へ送る一対の供給ローラ１４、１５、張力付与ローラ１６、ガイドローラ１７、一対の送出しローラ１８、バインダー付ストランド１Ａを切断するカッター１９及びバインダー付ストランド１Ａを積層する加熱兼加圧ローラ２０を有する。供給ローラ１５は圧縮スプリング２１により供給ローラ１４に圧接され、バインダー付ストランド１Ａを確実に送出す。張力付与ローラ１６は引張りスプリング２２の付勢力によりバインダー付ストランド１Ａに一定の張力を付与している。
【００２２】
カッター１９は図示しない駆動装置により適宜タイミングにおいて仮想線で示す位置まで進出し、バインダー付ストランド１Ａを切断することができる。加熱兼加圧ローラ２０はその周面がプリフォーム成形治具９の表面に実質的に接触するように上下動可能に配設されており、加熱兼加圧ローラ２０と対向する位置に配設されたガイド２３との間にバインダー付ストランド１Ａを案内する。また、加熱兼加圧ローラ２０は内部に備えたヒータ（図示せず）によりローラ表面が昇温されるとともに図示しない加圧手段によりプリフォーム成形治具９上に圧接される。
【００２３】
積層ヘッド１０によるバインダー付ストランド１Ａの積層動作は次のように行なわれる。なお、プリフォーム成形治具９上には下層となるバインダー付ストランド１Ａが既に配列されているものとして以下の説明をする。図２における積層ヘッド１０の仮想線位置は図３に示した型部１２の右端に相当し、バインダー付ストランド１Ａの積層開始位置である。積層ヘッド１０は仮想線位置から矢印方向へ移動しながら各ローラの回転によりバインダー付ストランド１Ａを送り出し、下層のバインダー付ストランド１Ａ上に積層する。
【００２４】
バインダー付ストランド１Ａは加熱兼加圧ローラ２０を周回する間に加熱されるため、付着している半硬化状態のバインダー４が溶融される。続いて、加熱兼加圧ローラ２０の下端に達したバインダー付ストランド１Ａは下層のバインダー付ストランド１Ａ上に積層されると同時に加熱兼加圧ローラ２０によって加圧される。このため、積層されたバインダー付ストランド１Ａは溶融されたバインダー４により下層のバインダー付ストランド１Ａと強固に接着され、積層位置が保持される。なお、バインダー付ストランド１Ａを接着したバインダー４は自然冷却により固化し、バインダー付ストランド１Ａ間の接着状態を強固なものにする。
【００２５】
このように、積層ヘッド１０はバインダー付ストランド１Ａの送り出し、加熱、積層及び加圧作用を繰り返しながら移動し、積層完了位置よりも若干手前となる実線位置（図３に示した型部１２の左端よりも若干手前の位置に相当する）に達する。バインダー付ストランド１Ａは図２の実線で示した積層ヘッド１０の位置においてカッター１９の切断動作（仮想線位置参照）により切断される。なお、カッター１９による切断タイミングは、バインダー付ストランド１Ａの切断端が積層ヘッド１０の移動により型部１２（図３参照）の左端の位置に積層されるように設定することが好ましい。
【００２６】
新しく供給されているバインダー付ストランド１Ａの下端は、切断されたバインダー付ストランド１Ａの積層が終了する間に、ガイド２３に案内され、加熱兼加圧ローラ２０の周囲に接触して次の積層動作に備える。１本のバインダー付ストランド１Ａの積層が終了すると、積層ヘッド１０とバインダー付ストランド１Ａの供給は停止される。次に、積層ヘッド１０は図２の紙面と直角の方向に、バインダー付ストランド１Ａの太さに相当する距離を移動した後、図２の仮想線位置へ移動し、新しいバインダー付ストランド１Ａの積層を再開する。前述した積層ヘッド１０による積層動作を繰り返すことにより、バインダー付ストランド１Ａが複数列に亘って積層され、シート状の強化繊維層が形成される。
【００２７】
次に、図２のプリフォーム製造装置によりプリフォームを製造する過程を図３に基づき説明する。なお、図３は矢印によってプリフォームが製造される順序を示している。プリフォーム成形治具９の表面には、前述したように、設計された形状のプリフォーム１１と同一形状の型部１２が形成されている。
【００２８】
まず、型部１２の周囲において、積層するバインダー付ストランド１Ａの長さ方向（図３の左右方向）に当たる部分に接着剤２４を配置する。最下層を形成するために最初に配列されるバインダー付ストランド１Ａは積層ヘッド１０の移動により配列されるが、積層ヘッド１０はバインダー付ストランド１Ａが接着剤２４の位置に達する長さとなる距離を図３の左右方向に移動される。また、バインダー付ストランド１Ａは積層ヘッド１０の移動により図３の上下方向に順次配列される。従って、最下層のバインダー付ストランド１Ａは切断端側の一部が接着剤２４によってプリフォーム成形治具９面に固定され、配列位置が安定する。
【００２９】
次に、積層ヘッド１０はバインダー付ストランド１Ａの配列方向（図３の左右方向）と直角な配列方向（図３の上下方向）となるように移動方向を変更され、バインダー付ストランド１Ｂ（バインダー付ストランド１Ａと同じものであるが、配列方向が異なるため、便宜上符号を異ならせた）をバインダー付ストランド１Ａ上に積層する。バインダー付ストランド１Ｂは前述したように、加熱兼加圧ローラ２０の加熱、積層及び加圧作用を受け、バインダー４によりバインダー付ストランド１Ａと強固に接着される。なお、バインダー付ストランド１Ａ，１Ｂの加熱兼加圧ローラ２０の加熱、積層及び加圧は、付着した半硬化状態のバインダー４が完全に硬化してしまう前に行われる。また、バインダー付ストランド１Ｂは型部１２の形状の長さに合うように切断され、積層されるため、型部１２の形状に一致した状態で図３の左右方向に順次配列されていく。バインダー付ストランド１Ｂの積層が全て完了すると、次に、型部１２からはみ出ているバインダー付ストランド１Ａ及び接着剤２４が、型部１２の形状に沿ってカッターあるいはその他の切除手段により除去される。プリフォーム１１は型部１２から取り出され、プリフォーム１１の製造が完了する。
【００３０】
本実施形態で示したプリフォーム１１は、バインダー付ストランド１Ａを配列した下層とバインダー付ストランド１Ｂを配列した上層とをバインダー４によって接着した２層で構成されている。プリフォーム１１は２層に限らず、３層か又はそれ以上の層により構成することができるが、少ない層により構成したほうが繊維強化複合材の製作時に製品の形状に合わせて変形し易いという利点がある。各層におけるバインダー付ストランド１Ａ、１Ｂの配列方向は少なくとも隣接する層の間で異ならせることが強度上好ましい。また、バインダー付ストランド１Ａ、１Ｂの配列方向は、直角に交差させる場合と斜め方向に交差させる場合及びそれらを適宜組み合わせる場合がある。
【００３１】
なお、前述の方法で製造されたプリフォーム１１は公知のように、金型に所定の厚みとなるように重ねあわせ、マトリックスとなる液状の熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を注入し、硬化することにより、繊維強化複合材が製作される。また、バインダー４として熱硬化性樹脂を用いる場合には、半硬化状態のバインダー４が完全に硬化してしまう前にマトリックスとなる樹脂の注入を行うことで、バインダー４をマトリックスとなる樹脂に溶解させることが好ましい。
【００３２】
前記した第１の実施形態は以下の作用効果を有する。
（１）繊維強化複合材の製作に当たり、プリプレグを使用しないため、オートクレーブやプリプレグ保存用の冷凍庫等を必要とせず、エネルギー消費を削減することができる。
（２）バインダー付ストランド１Ａ、１Ｂの加熱、積層及び加圧作用を１つのローラで行なうため、プリフォーム製造装置を簡単な構造で小型化することができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図４に示す第２の実施形態は、第１の実施形態におけるプリフォーム製造装置の構造を変更したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第２の実施形態は、積層ヘッド１０のヘッドフレーム１３に冷却装置（図示せず）に接続させた冷却ノズル２５を設けた構成である。冷却ノズル２５は加熱兼加圧ローラ２０に対してバインダー付ストランド１Ａの積層ヘッド１０の移動方向の後方側に配置されている。冷却ノズル２５の冷風の噴射口２６は加熱兼加圧ローラ２０とプリフォーム成形治具９上に積層されたバインダー付ストランド１Ａとの接点に指向されている。
【００３４】
第２の実施形態において、バインダー付ストランド１Ａが加熱兼加圧ローラ２０によって加熱、積層及び加圧され、バインダー４の溶融により下層のバインダー付ストランド１Ａと接着される。しかし、バインダー付ストランド１Ａは加熱、積層及び加圧作用を受けた直後に冷却ノズル２５から噴射される冷風により冷やされ、粘性が早期に下げられるため、バインダー４の固化が速やかに進行し、プリフォーム１１の形状保持効果を早期に得ることができる。従って、バインダー付ストランド１Ａの配列状態が確実に保持されるという利点がある。
【００３５】
第２の実施形態は、使用されるバインダー４が第１の実施形態のように熱硬化性樹脂を組成物として構成されても前記効果を得られるが、熱可塑性樹脂を組成物として構成された場合、特にバインダー４の早期の固化を必要とするため、大きな効果が得られる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図５に示す第３の実施形態は、第１の実施形態におけるバインダー４の付着方法を変更したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第３の実施形態は図１に示したストランド１に対するバインダー４の付着工程を無くした構成である。従って、図５に示した積層ヘッド１０ではバインダー４が付着されていないストランド１が供給されている。バインダー４はプリフォーム成形治具９に先に配列されたストランド１Ｃ（バインダー４が付着されていないストランド１と同一のものであるが、説明の便宜上符号を変えている）の層上に予め満遍なく散布されている。
【００３７】
ストランド１は積層ヘッド１０の移動に伴い、加熱兼加圧ローラ２０によって加熱されるとともにストランド１Ｃ上に積層され、同時に加圧される。この時、ストランド１Ｃ上に散布されたバインダー４が積層されたストランド１との間で溶融されると同時にストランド１がストランド１Ｃに圧接されるため、ストランド１とストランド１Ｃとはバインダー４によって確実に接着される。
【００３８】
加熱兼加圧ローラ２０に対して積層ヘッド１０の移動方向後方側に第２の実施形態に示した冷却ノズル２５を配設しておけば、バインダー４の固化を促進することができるが、冷却ノズル２５の設置は必ずしも必要としない。第３の実施形態は、図１に示すようなストランド１にバインダー４を付着させるための別工程が不要となり、装置全体が簡略化されるとともにエネルギー消費を低減することができる。なお、図５に示した積層ヘッド１０の構成は、図２に示した積層ヘッド１０と比較して、一対の供給ローラ１４、１５、張力付与ローラ１６、ガイドローラ１７及びガイド２３を省略して示し、また、ストランド１の供給方向を傾けて示しているが、ストランド１の積層機能上特に異なるものでない。
【００３９】
（第４の実施形態）
図６に示す第４の実施形態は、第１の実施形態及び第３の実施形態におけるバインダー４の付着方法を変更したもので、第１の実施形態及び第３の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第４の実施形態は第３の実施形態と同様に、図１に示したストランド１に対するバインダー４の付着工程を無くした構成である。従って、図６に示した積層ヘッド１０ではバインダー４が付着されていないストランド１が供給されている。
【００４０】
積層ヘッド１０のヘッドフレーム１３にはバインダー吐出ノズル２７が設けられている。バインダー吐出ノズル２７はプリフォーム成形治具９上に配列されたストランド１Ｃと送出しローラ１８及び加熱兼加圧ローラ２０によって新たに供給されるストランド１との間に位置するように配設され、バインダー噴射口２８がストランド１とストランド１Ｃとの接触点に向けて指向されている。なお、図６に示した積層ヘッド１０の構成は、図２に示した積層ヘッド１０と比較して、一対の供給ローラ１４、１５、張力付与ローラ１６、ガイドローラ１７及びガイド２３を省略して示し、また、ストランド１の供給方向を傾けて示しているが、ストランド１の積層機能上特に異なるものでない。
【００４１】
第４の実施形態では、積層ヘッド１０が移動することによるストランド１の積層動作において、バインダー吐出ノズル２７が先行してバインダー４をストランド１Ｃ上に散布する。その後に加熱兼加圧ローラ２０がストランド１Ｃのバインダー４上に加熱されたストランド１を積層するとともに加圧する。従って、ストランド１の積層時にバインダー４は加熱兼加圧ローラ２０の熱によって溶融され、ストランド１とストランド１Ｃとを接着することができる。
【００４２】
第４の実施形態は、強化繊維基材にバインダーを付着させるための別工程が不要となり、装置全体が簡略化されるとともにエネルギー消費を低減することができる。また、プリフォーム製造装置にバインダー吐出ノズル２７を一体化することにより、装置の自動化を促進することができる。なお、必要に応じて積層ヘッド１０に冷却ノズル２５を設置した場合は、溶融されたバインダー４の固化を促進することができる。
【００４３】
本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。
【００４４】
（１）前記各実施形態に示したバインダー４の組成物は、熱硬化性樹脂に限らず、熱可塑性樹脂によって構成することができ、また形態としては、粒子状に限らず、液状、繊維状、フィルム状のいずれにおいても実施することができる。なお、バインダー４の組成物としての熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂は、マトリックスとなる樹脂との親和性の高いものを選択することが好ましい。
（２）強化繊維基材は各実施形態の具体例としてストランド１を示したが、ストランドを扁平形状にしたテープ状ストランド（ストランド１本あるいは、複数本を並べたもの）、テープ状の織物やニット、布巾及びブレイド等を用いることが可能である。
（３）各実施形態に示したストランド１は通常長繊維を束にした構成が使用されるが、本願発明では長繊維を短く切断した短繊維を束ねた構成でも実施することができる。
（４）各実施形態ではプリフォーム成形治具９を平板状の形態で示したが、本願発明はマンドレルや、最終製品である繊維強化複合材の形態に見合う他の種々の形状の治具を使用することができる。
（５）第４の実施形態はバインダー吐出ノズル２７を加熱兼加圧ローラ２０がストランド１を積層するために移動する方向の前方側（図６の右側）に設けているが、後方側（図６の左側）にバインダー吐出ノズル２７を配設しても実施可能である。具体的に説明すると、プリフォーム成形治具９上に第１層のストランド１が配列される時、第１層のストランド１Ｃ上にバインダー４が散布される。次に第２層のストランド１が積層される時、第１層のストランド１上のバインダー４が溶融されて第２層のストランド１と接着し、同時に第２層のストランド１上にバインダー４が散布される。
（６）前記各実施形態に示した積層ヘッド１０には、張力付与ローラ１６、送出しローラ１８、カッター１９を備えていたが、供給ローラ１４，１５から供給されるストランドを直接加熱兼加圧ローラ２０に供給し、ストランドの切断は積層ヘッド１０とは別の箇所に設けられるカッター又は作業員の手作業により行うようにすれば、これらを省略することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１、１Ｃ ストランド
１Ａ、１Ｂ バインダー付ストランド
４ バインダー
９ プリフォーム成形治具
１０ 積層ヘッド
１１ プリフォーム
１２ 型部
１３ ヘッドフレーム
１９ カッター
２０ 加熱兼加圧ローラ
２３ ガイド
２４ 接着剤
２５ 冷却ノズル
２７ バインダー吐出ノズル
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、繊維強化複合材の製作に使用するプリフォームの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材の製作には、強化繊維基材に半硬化の熱硬化性樹脂を予め含浸させてシート状に製造されたプリプレグを用いる方法あるいは強化繊維基材を積層して製造されたプリフォームを用いる方法等が知られている。前記プリプレグは、熱硬化性樹脂を予め含浸しているため、新たにマトリックスを付加する必要無く繊維強化複合材を製作できるという利点を有する。その反面、プリプレグを用いる方法はバギングフィルムを用いて真空引きし、その後大型のオートクレーブによりプリプレグを熱硬化させる等、大型の装置を使用する必要があるためエネルギー消費が大きく、コストアップにも繋がるという問題がある。また、プリプレグは保管方法や使用期限等に制約があり管理が複雑であるという問題もある。一方、プリフォームを用いる方法は大型の装置を用いる必要が無いため、比較的簡便に使用できる利点がある。
【０００３】
特許文献１は接着機能を有するバインダーの組成物に関する発明を主体とするが、発明となるバインダーを使用したプリフォームの製造方法に関する具体的な手段が記載されている。特許文献１の段落「００６４」には、バインダーを付与した強化繊維からなるストランドをマンドレルに巻回により積層し、その後積層したストランドを加熱して前記ストランド同士を接着することによりプリフォームを製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９２５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１におけるプリフォーム製造方法は、バインダーを付与したストランドを単にマンドレルに巻き付ける方法であるため、巻き付け中にストランドが相互にずれ易いという問題がある。従って、位置がずれた状態で積層されている巻き付けストランドをその後加熱してストランド相互を接着しても、既に変形が生じており、予め設定した形態のプリフォームを得られないという問題がある。
【０００６】
本願発明は、品質の高いプリフォームを簡単に得ることができる製造方法及び製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の本願発明は、強化繊維基材を用いた繊維強化複合材用プリフォームの製造方法において、前記強化繊維基材をプリフォーム成形治具上に多数配列して前記強化繊維基材の層を形成し、前記強化繊維基材の層上に新たに前記強化繊維基材を加熱しながら積層することにより前記強化繊維基材に付着されているバインダーを溶融し、前記積層された強化繊維基材を加圧することにより各層の強化繊維基材間を前記バインダーにより接着することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の本願発明によれば、強化繊維基材の積層の都度加熱によりバインダーを溶融するとともに加圧により上層と下層の強化繊維基材相互を確実に接着することができるため、強化繊維基材の相互の位置が安定し、品質の高いプリフォームを簡単に製造することができる。
【０００９】
請求項２に記載の本願発明は、前記プリフォーム成形治具上において、前記プリフォームと同一形状の型部の周囲に接着剤を配置し、最初に配列する前記強化繊維基材を前記接着剤によって前記プリフォーム成形治具面に固定したことを特徴とする。従って、第１層となる強化繊維基材をプリフォーム成形治具上に安定して配置することができ、その後の強化繊維基材の積層を正確に行なうことができる。
【００１０】
請求項３に記載の本願発明は、前記バインダーは付着工程と加熱工程とを有するバインダー付着装置によって前記強化繊維基材に予め付着されていることを特徴とする。従って、別工程においてバインダーを強化繊維基材に予め付着させておくことができ、プリフォーム製造装置を簡単な構成にすることができる。
【００１１】
請求項４に記載の本願発明は、前記バインダーは前記プリフォーム成形治具上に配列された強化繊維基材の層に散布されることにより付着されていることを特徴とする。従って、強化繊維基材にバインダーを付着させるための別工程が不要となり、装置全体が簡略化されるとともにエネルギー消費を低減することができる。
【００１２】
請求項５に記載の本願発明は、前記強化繊維基材の加圧後、前記強化繊維基材を冷却することを特徴とする。従って、強化繊維基材間で溶融、接着したバインダーを冷却により粘性を下げ、強化繊維基材相互の接着状態を早期に安定化させることができる。また、冷却により早期に強化繊維基材間が剥がれ難くなるため、プリフォームの製造速度をより高めることができる。
【００１３】
請求項６に記載の本願発明は、強化繊維基材を用いたプリフォームの製造装置において、プリフォーム成形治具の上方に積層ヘッドを移動可能に配設し、前記積層ヘッドに強化繊維基材の供給経路に沿って前記強化繊維基材の供給ローラ、前記プリフォーム成形治具面又は前記治具面に積層された前記強化繊維基材の層の上に前記供給ローラから供給される前記強化繊維基材を積層する加熱兼加圧ローラを配設したことを特徴とする。従って、積層する強化繊維基材を同一のローラで加熱及び加圧を行なうことができ、製造装置を簡略化することができる。
【００１４】
請求項７に記載の本願発明は、前記積層ヘッドにおいて、前記加熱兼加圧ローラに並べてバインダー吐出ノズルを配設したことを特徴とする。従って、強化繊維基材にバインダーを付着させるための別工程が不要となり、装置全体が簡略化されるとともにエネルギー消費を低減することができる。
【００１５】
請求項８に記載の本願発明は、前記積層ヘッドにおいて、前記加熱兼加圧ローラに対して前記積層ヘッドの移動方向後方側に前記冷却ノズルを配設したことを特徴とする。従って、バインダーの固化が速やかに進行し、プリフォームの形状保持効果を早期に得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明は、簡単な製造方法及び製造装置により品質の高いプリフォームを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態におけるバインダー付着装置を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態におけるプリフォームの製造装置を示す概略図である。
【図３】プリフォームの製造過程を示す流れ図である。
【図４】第２の実施形態におけるプリフォームの製造装置を示す概略図である。
【図５】第３の実施形態におけるプリフォームの製造装置を示す概略図である。
【図６】第４の実施形態におけるプリフォームの製造装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図３に基づき説明する。図１において、バインダー付着装置を説明する。強化繊維基材であるストランド１は炭素繊維から構成されている。ストランド１を構成する強化繊維としては、炭素繊維の他にガラス繊維、セラミック繊維及びアラミド繊維あるいは各繊維の混合繊維等を使用することができる。ストランド１は回転可能に配設された送りローラ２に巻かれており、送りローラ２から順次引き出されるとともに対向側に回転可能に配設された巻取りローラ３によって巻き取られるように構成されている。送りローラ２と巻取りローラ３との間のストランド１の経路には、ストランド１の上方にバインダー４の散布装置５が配設されている。バインダー４はエポキシ樹脂を代表とする熱硬化性樹脂を組成物とし、粒子状に形成されている。なお、バインダー４には、例えば硬化促進剤が含まれておらず、溶融後に硬化が緩慢に進むような熱硬化性樹脂が用いられることが好ましい。ストランド１を挟んで散布装置５の下方側には、バインダー受け６が配設される。散布装置５と巻取りローラ３との間には、ストランド１の通り抜けが可能な通路７を備えたヒータ８がストランド１の上下に配設されている。
【００１９】
従って、送りローラ２から引き出されたストランド１は散布装置５によってバインダー４を大量に振り掛けられる。なお、ストランド１よりも下方に落下したストランド１はバインダー受け６により回収され、再度散布装置５に供給される。バインダー４を外周囲に付着したストランド１がヒータ８の通路７を通過することにより、バインダー４は溶融され、ストランド１に強固に付着される。ヒータ８を通過したストランド１はバインダー付ストランド１Ａとして自然冷却あるいは必要に応じて強制冷却により常温程度にまで冷却されながら巻取りローラ３に順次巻き取られる。常温にまで冷却されたバインダー４は固化するが、完全には硬化が完了していないため、再加熱することにより再び溶融状態となり得る。
【００２０】
図２はバインダー付ストランド１Ａを用いたプリフォーム製造装置を示す。プリフォーム製造装置はプリフォーム成形治具９とその上方に図２の左右方向に往復移動可能に配設された積層ヘッド１０とから構成されている。プリフォーム成形治具９はその表面に、設計された形状のプリフォーム１１と同一形状の型部１２（図３参照）を有する。積層ヘッド１０は図２の上下方向に延びるヘッドフレーム１３をベースとして構成されている。また、積層ヘッド１０は図２において、左右方向、紙面に直角な方向及び左右方向あるいは紙面に直角な方向に対して斜めに交差する方向にそれぞれ移動することができるように構成されている。
【００２１】
ヘッドフレーム１３はその側面に、上部側から順にバインダー付ストランド１Ａを下方へ送る一対の供給ローラ１４、１５、張力付与ローラ１６、ガイドローラ１７、一対の送出しローラ１８、バインダー付ストランド１Ａを切断するカッター１９及びバインダー付ストランド１Ａを積層する加熱兼加圧ローラ２０を有する。供給ローラ１５は圧縮スプリング２１により供給ローラ１４に圧接され、バインダー付ストランド１Ａを確実に送出す。張力付与ローラ１６は引張りスプリング２２の付勢力によりバインダー付ストランド１Ａに一定の張力を付与している。
【００２２】
カッター１９は図示しない駆動装置により適宜タイミングにおいて仮想線で示す位置まで進出し、バインダー付ストランド１Ａを切断することができる。加熱兼加圧ローラ２０はその周面がプリフォーム成形治具９の表面に実質的に接触するように上下動可能に配設されており、加熱兼加圧ローラ２０と対向する位置に配設されたガイド２３との間にバインダー付ストランド１Ａを案内する。また、加熱兼加圧ローラ２０は内部に備えたヒータ（図示せず）によりローラ表面が昇温されるとともに図示しない加圧手段によりプリフォーム成形治具９上に圧接される。
【００２３】
積層ヘッド１０によるバインダー付ストランド１Ａの積層動作は次のように行なわれる。なお、プリフォーム成形治具９上には下層となるバインダー付ストランド１Ａが既に配列されているものとして以下の説明をする。図２における積層ヘッド１０の仮想線位置は図３に示した型部１２の右端に相当し、バインダー付ストランド１Ａの積層開始位置である。積層ヘッド１０は仮想線位置から矢印方向へ移動しながら各ローラの回転によりバインダー付ストランド１Ａを送り出し、下層のバインダー付ストランド１Ａ上に積層する。
【００２４】
バインダー付ストランド１Ａは加熱兼加圧ローラ２０を周回する間に加熱されるため、付着している半硬化状態のバインダー４が溶融される。続いて、加熱兼加圧ローラ２０の下端に達したバインダー付ストランド１Ａは下層のバインダー付ストランド１Ａ上に積層されると同時に加熱兼加圧ローラ２０によって加圧される。このため、積層されたバインダー付ストランド１Ａは溶融されたバインダー４により下層のバインダー付ストランド１Ａと強固に接着され、積層位置が保持される。なお、バインダー付ストランド１Ａを接着したバインダー４は自然冷却により固化し、バインダー付ストランド１Ａ間の接着状態を強固なものにする。
【００２５】
このように、積層ヘッド１０はバインダー付ストランド１Ａの送り出し、加熱、積層及び加圧作用を繰り返しながら移動し、積層完了位置よりも若干手前となる実線位置（図３に示した型部１２の左端よりも若干手前の位置に相当する）に達する。バインダー付ストランド１Ａは図２の実線で示した積層ヘッド１０の位置においてカッター１９の切断動作（仮想線位置参照）により切断される。なお、カッター１９による切断タイミングは、バインダー付ストランド１Ａの切断端が積層ヘッド１０の移動により型部１２（図３参照）の左端の位置に積層されるように設定することが好ましい。
【００２６】
新しく供給されているバインダー付ストランド１Ａの下端は、切断されたバインダー付ストランド１Ａの積層が終了する間に、ガイド２３に案内され、加熱兼加圧ローラ２０の周囲に接触して次の積層動作に備える。１本のバインダー付ストランド１Ａの積層が終了すると、積層ヘッド１０とバインダー付ストランド１Ａの供給は停止される。次に、積層ヘッド１０は図２の紙面と直角の方向に、バインダー付ストランド１Ａの太さに相当する距離を移動した後、図２の仮想線位置へ移動し、新しいバインダー付ストランド１Ａの積層を再開する。前述した積層ヘッド１０による積層動作を繰り返すことにより、バインダー付ストランド１Ａが複数列に亘って積層され、シート状の強化繊維層が形成される。
【００２７】
次に、図２のプリフォーム製造装置によりプリフォームを製造する過程を図３に基づき説明する。なお、図３は矢印によってプリフォームが製造される順序を示している。プリフォーム成形治具９の表面には、前述したように、設計された形状のプリフォーム１１と同一形状の型部１２が形成されている。
【００２８】
まず、型部１２の周囲において、積層するバインダー付ストランド１Ａの長さ方向（図３の左右方向）に当たる部分に接着剤２４を配置する。最下層を形成するために最初に配列されるバインダー付ストランド１Ａは積層ヘッド１０の移動により配列されるが、積層ヘッド１０はバインダー付ストランド１Ａが接着剤２４の位置に達する長さとなる距離を図３の左右方向に移動される。また、バインダー付ストランド１Ａは積層ヘッド１０の移動により図３の上下方向に順次配列される。従って、最下層のバインダー付ストランド１Ａは切断端側の一部が接着剤２４によってプリフォーム成形治具９面に固定され、配列位置が安定する。
【００２９】
次に、積層ヘッド１０はバインダー付ストランド１Ａの配列方向（図３の左右方向）と直角な配列方向（図３の上下方向）となるように移動方向を変更され、バインダー付ストランド１Ｂ（バインダー付ストランド１Ａと同じものであるが、配列方向が異なるため、便宜上符号を異ならせた）をバインダー付ストランド１Ａ上に積層する。バインダー付ストランド１Ｂは前述したように、加熱兼加圧ローラ２０の加熱、積層及び加圧作用を受け、バインダー４によりバインダー付ストランド１Ａと強固に接着される。なお、バインダー付ストランド１Ａ，１Ｂの加熱兼加圧ローラ２０の加熱、積層及び加圧は、付着した半硬化状態のバインダー４が完全に硬化してしまう前に行われる。また、バインダー付ストランド１Ｂは型部１２の形状の長さに合うように切断され、積層されるため、型部１２の形状に一致した状態で図３の左右方向に順次配列されていく。バインダー付ストランド１Ｂの積層が全て完了すると、次に、型部１２からはみ出ているバインダー付ストランド１Ａ及び接着剤２４が、型部１２の形状に沿ってカッターあるいはその他の切除手段により除去される。プリフォーム１１は型部１２から取り出され、プリフォーム１１の製造が完了する。
【００３０】
本実施形態で示したプリフォーム１１は、バインダー付ストランド１Ａを配列した下層とバインダー付ストランド１Ｂを配列した上層とをバインダー４によって接着した２層で構成されている。プリフォーム１１は２層に限らず、３層か又はそれ以上の層により構成することができるが、少ない層により構成したほうが繊維強化複合材の製作時に製品の形状に合わせて変形し易いという利点がある。各層におけるバインダー付ストランド１Ａ、１Ｂの配列方向は少なくとも隣接する層の間で異ならせることが強度上好ましい。また、バインダー付ストランド１Ａ、１Ｂの配列方向は、直角に交差させる場合と斜め方向に交差させる場合及びそれらを適宜組み合わせる場合がある。
【００３１】
なお、前述の方法で製造されたプリフォーム１１は公知のように、金型に所定の厚みとなるように重ねあわせ、マトリックスとなる液状の熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を注入し、硬化することにより、繊維強化複合材が製作される。また、バインダー４として熱硬化性樹脂を用いる場合には、半硬化状態のバインダー４が完全に硬化してしまう前にマトリックスとなる樹脂の注入を行うことで、バインダー４をマトリックスとなる樹脂に溶解させることが好ましい。
【００３２】
前記した第１の実施形態は以下の作用効果を有する。
（１）繊維強化複合材の製作に当たり、プリプレグを使用しないため、オートクレーブやプリプレグ保存用の冷凍庫等を必要とせず、エネルギー消費を削減することができる。
（２）バインダー付ストランド１Ａ、１Ｂの加熱、積層及び加圧作用を１つのローラで行なうため、プリフォーム製造装置を簡単な構造で小型化することができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図４に示す第２の実施形態は、第１の実施形態におけるプリフォーム製造装置の構造を変更したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第２の実施形態は、積層ヘッド１０のヘッドフレーム１３に冷却装置（図示せず）に接続させた冷却ノズル２５を設けた構成である。冷却ノズル２５は加熱兼加圧ローラ２０に対してバインダー付ストランド１Ａの積層ヘッド１０の移動方向の後方側に配置されている。冷却ノズル２５の冷風の噴射口２６は加熱兼加圧ローラ２０とプリフォーム成形治具９上に積層されたバインダー付ストランド１Ａとの接点に指向されている。
【００３４】
第２の実施形態において、バインダー付ストランド１Ａが加熱兼加圧ローラ２０によって加熱、積層及び加圧され、バインダー４の溶融により下層のバインダー付ストランド１Ａと接着される。しかし、バインダー付ストランド１Ａは加熱、積層及び加圧作用を受けた直後に冷却ノズル２５から噴射される冷風により冷やされ、粘性が早期に下げられるため、バインダー４の固化が速やかに進行し、プリフォーム１１の形状保持効果を早期に得ることができる。従って、バインダー付ストランド１Ａの配列状態が確実に保持されるという利点がある。
【００３５】
第２の実施形態は、使用されるバインダー４が第１の実施形態のように熱硬化性樹脂を組成物として構成されても前記効果を得られるが、熱可塑性樹脂を組成物として構成された場合、特にバインダー４の早期の固化を必要とするため、大きな効果が得られる。
【００３６】
（第３の実施形態）
図５に示す第３の実施形態は、第１の実施形態におけるバインダー４の付着方法を変更したもので、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第３の実施形態は図１に示したストランド１に対するバインダー４の付着工程を無くした構成である。従って、図５に示した積層ヘッド１０ではバインダー４が付着されていないストランド１が供給されている。バインダー４はプリフォーム成形治具９に先に配列されたストランド１Ｃ（バインダー４が付着されていないストランド１と同一のものであるが、説明の便宜上符号を変えている）の層上に予め満遍なく散布されている。
【００３７】
ストランド１は積層ヘッド１０の移動に伴い、加熱兼加圧ローラ２０によって加熱されるとともにストランド１Ｃ上に積層され、同時に加圧される。この時、ストランド１Ｃ上に散布されたバインダー４が積層されたストランド１との間で溶融されると同時にストランド１がストランド１Ｃに圧接されるため、ストランド１とストランド１Ｃとはバインダー４によって確実に接着される。
【００３８】
加熱兼加圧ローラ２０に対して積層ヘッド１０の移動方向後方側に第２の実施形態に示した冷却ノズル２５を配設しておけば、バインダー４の固化を促進することができるが、冷却ノズル２５の設置は必ずしも必要としない。第３の実施形態は、図１に示すようなストランド１にバインダー４を付着させるための別工程が不要となり、装置全体が簡略化されるとともにエネルギー消費を低減することができる。なお、図５に示した積層ヘッド１０の構成は、図２に示した積層ヘッド１０と比較して、一対の供給ローラ１４、１５、張力付与ローラ１６、ガイドローラ１７及びガイド２３を省略して示し、また、ストランド１の供給方向を傾けて示しているが、ストランド１の積層機能上特に異なるものでない。
【００３９】
（第４の実施形態）
図６に示す第４の実施形態は、第１の実施形態及び第３の実施形態におけるバインダー４の付着方法を変更したもので、第１の実施形態及び第３の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第４の実施形態は第３の実施形態と同様に、図１に示したストランド１に対するバインダー４の付着工程を無くした構成である。従って、図６に示した積層ヘッド１０ではバインダー４が付着されていないストランド１が供給されている。
【００４０】
積層ヘッド１０のヘッドフレーム１３にはバインダー吐出ノズル２７が設けられている。バインダー吐出ノズル２７はプリフォーム成形治具９上に配列されたストランド１Ｃと送出しローラ１８及び加熱兼加圧ローラ２０によって新たに供給されるストランド１との間に位置するように配設され、バインダー噴射口２８がストランド１とストランド１Ｃとの接触点に向けて指向されている。なお、図６に示した積層ヘッド１０の構成は、図２に示した積層ヘッド１０と比較して、一対の供給ローラ１４、１５、張力付与ローラ１６、ガイドローラ１７及びガイド２３を省略して示し、また、ストランド１の供給方向を傾けて示しているが、ストランド１の積層機能上特に異なるものでない。
【００４１】
第４の実施形態では、積層ヘッド１０が移動することによるストランド１の積層動作において、バインダー吐出ノズル２７が先行してバインダー４をストランド１Ｃ上に散布する。その後に加熱兼加圧ローラ２０がストランド１Ｃのバインダー４上に加熱されたストランド１を積層するとともに加圧する。従って、ストランド１の積層時にバインダー４は加熱兼加圧ローラ２０の熱によって溶融され、ストランド１とストランド１Ｃとを接着することができる。
【００４２】
第４の実施形態は、強化繊維基材にバインダーを付着させるための別工程が不要となり、装置全体が簡略化されるとともにエネルギー消費を低減することができる。また、プリフォーム製造装置にバインダー吐出ノズル２７を一体化することにより、装置の自動化を促進することができる。なお、必要に応じて積層ヘッド１０に冷却ノズル２５を設置した場合は、溶融されたバインダー４の固化を促進することができる。
【００４３】
本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。
【００４４】
（１）前記各実施形態に示したバインダー４の組成物は、熱硬化性樹脂に限らず、熱可塑性樹脂によって構成することができ、また形態としては、粒子状に限らず、液状、繊維状、フィルム状のいずれにおいても実施することができる。なお、バインダー４の組成物としての熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂は、マトリックスとなる樹脂との親和性の高いものを選択することが好ましい。
（２）強化繊維基材は各実施形態の具体例としてストランド１を示したが、ストランドを扁平形状にしたテープ状ストランド（ストランド１本あるいは、複数本を並べたもの）、テープ状の織物やニット、布巾及びブレイド等を用いることが可能である。
（３）各実施形態に示したストランド１は通常長繊維を束にした構成が使用されるが、本願発明では長繊維を短く切断した短繊維を束ねた構成でも実施することができる。
（４）各実施形態ではプリフォーム成形治具９を平板状の形態で示したが、本願発明はマンドレルや、最終製品である繊維強化複合材の形態に見合う他の種々の形状の治具を使用することができる。
（５）第４の実施形態はバインダー吐出ノズル２７を加熱兼加圧ローラ２０がストランド１を積層するために移動する方向の前方側（図６の右側）に設けているが、後方側（図６の左側）にバインダー吐出ノズル２７を配設しても実施可能である。具体的に説明すると、プリフォーム成形治具９上に第１層のストランド１が配列される時、第１層のストランド１Ｃ上にバインダー４が散布される。次に第２層のストランド１が積層される時、第１層のストランド１上のバインダー４が溶融されて第２層のストランド１と接着し、同時に第２層のストランド１上にバインダー４が散布される。
（６）前記各実施形態に示した積層ヘッド１０には、張力付与ローラ１６、送出しローラ１８、カッター１９を備えていたが、供給ローラ１４，１５から供給されるストランドを直接加熱兼加圧ローラ２０に供給し、ストランドの切断は積層ヘッド１０とは別の箇所に設けられるカッター又は作業員の手作業により行うようにすれば、これらを省略することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１、１Ｃ ストランド
１Ａ、１Ｂ バインダー付ストランド
４ バインダー
９ プリフォーム成形治具
１０ 積層ヘッド
１１ プリフォーム
１２ 型部
１３ ヘッドフレーム
１９ カッター
２０ 加熱兼加圧ローラ
２３ ガイド
２４ 接着剤
２５ 冷却ノズル
２７ バインダー吐出ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維基材を用いた繊維強化複合材用プリフォームの製造方法において、
前記強化繊維基材をプリフォーム成形治具上に多数配列して前記強化繊維基材の層を形成し、前記強化繊維基材の層上に新たに前記強化繊維基材を加熱しながら積層することにより前記強化繊維基材に付着されているバインダーを溶融し、前記積層された強化繊維基材を加圧することにより各層の強化繊維基材間を前記バインダーにより接着することを特徴とする繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項２】
前記プリフォーム成形治具上において、前記プリフォームと同一形状の型部の周囲に接着剤を配置し、最初に配列する前記強化繊維基材を前記接着剤によって前記プリフォーム成形治具面に固定したことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項３】
前記バインダーは付着工程と加熱工程とを有するバインダー付着装置によって前記強化繊維基材に予め付着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項４】
前記バインダーは前記プリフォーム成形治具上に配列された強化繊維基材の層に散布されることにより付着されていることを特徴する請求項１又は請求項２に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項５】
前記強化繊維基材の加圧後、前記強化繊維基材を冷却することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項６】
強化繊維基材を用いた繊維強化複合材用プリフォームの製造装置において、
プリフォーム成形治具の上方に積層ヘッドを移動可能に配設し、前記積層ヘッドに強化繊維基材の供給経路に沿って前記強化繊維基材の供給ローラ、前記プリフォーム成形治具面又は前記治具面に積層された前記強化繊維基材の層の上に前記供給ローラから供給される前記強化繊維基材を積層する加熱兼加圧ローラを配設したことを特徴とする繊維強化複合材用プリフォームの製造装置。
【請求項７】
前記積層ヘッドにおいて、前記加熱兼加圧ローラに並べてバインダー吐出ノズルを配設したことを特徴とする請求項６に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造装置。
【請求項８】
前記積層ヘッドにおいて、前記加熱兼加圧ローラに対して前記積層ヘッドの移動方向後方側に前記冷却ノズルを配設したことを特徴とする請求項６に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造装置。
【請求項１】
強化繊維基材を用いた繊維強化複合材用プリフォームの製造方法において、
前記強化繊維基材をプリフォーム成形治具上に多数配列して前記強化繊維基材の層を形成し、前記強化繊維基材の層上に新たに前記強化繊維基材を加熱しながら積層することにより前記強化繊維基材に付着されているバインダーを溶融し、前記積層された強化繊維基材を加圧することにより各層の強化繊維基材間を前記バインダーにより接着することを特徴とする繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項２】
前記プリフォーム成形治具上において、前記プリフォームと同一形状の型部の周囲に接着剤を配置し、最初に配列する前記強化繊維基材を前記接着剤によって前記プリフォーム成形治具面に固定したことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項３】
前記バインダーは付着工程と加熱工程とを有するバインダー付着装置によって前記強化繊維基材に予め付着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項４】
前記バインダーは前記プリフォーム成形治具上に配列された強化繊維基材の層に散布されることにより付着されていることを特徴する請求項１又は請求項２に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項５】
前記強化繊維基材の加圧後、前記強化繊維基材を冷却することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造方法。
【請求項６】
強化繊維基材を用いた繊維強化複合材用プリフォームの製造装置において、
プリフォーム成形治具の上方に積層ヘッドを移動可能に配設し、前記積層ヘッドに強化繊維基材の供給経路に沿って前記強化繊維基材の供給ローラ、前記プリフォーム成形治具面又は前記治具面に積層された前記強化繊維基材の層の上に前記供給ローラから供給される前記強化繊維基材を積層する加熱兼加圧ローラを配設したことを特徴とする繊維強化複合材用プリフォームの製造装置。
【請求項７】
前記積層ヘッドにおいて、前記加熱兼加圧ローラに並べてバインダー吐出ノズルを配設したことを特徴とする請求項６に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造装置。
【請求項８】
前記積層ヘッドにおいて、前記加熱兼加圧ローラに対して前記積層ヘッドの移動方向後方側に前記冷却ノズルを配設したことを特徴とする請求項６に記載の繊維強化複合材用プリフォームの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５７７６７（Ｐ２０１１−５７７６７Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６５１６（Ｐ２００９−２０６５１６）
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月８日（２００９．９．８）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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