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Description
本発明は、強化繊維を処理する処理装置に関する。 The present invention relates to a processing apparatus for processing reinforcing fibers.
従来、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維を構成する各フィラメントが束状に束ねられて形成された一方向繊維束を開繊して拡幅することにより一方向に引き揃えた扁平な状態の帯状の繊維束に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリオレフィン系樹脂や脂肪族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させた一方向プリプレグが提供されている。高品質の一方向プリプレグを形成するために一方向繊維束を精度よく開繊する必要があり、一方向繊維束を開繊する種々の技術が提案されている。例えば特許文献１，２には、一方向繊維束を長手方向に走行させながら、走行方向に対して交差する方向に一方向繊維束に気流を通過させることによって、一方向繊維束を幅方向に広げて開繊する技術が開示されている。
In the prior art, flat ones aligned in one direction by opening and widening a unidirectional fiber bundle formed by bundling filaments formed of reinforcing fibers such as carbon fiber, glass fiber and aramid fiber in a bundle. One in which a band-like fiber bundle in the above state is impregnated with a thermosetting resin such as epoxy resin or unsaturated polyester resin, or a matrix resin such as a thermoplastic resin such as polyolefin resin, aliphatic polyamide resin, or polyethylene terephthalate resin. A directional prepreg is provided. In order to form a high quality unidirectional prepreg, it is necessary to open the unidirectional fiber bundle with high accuracy, and various techniques for opening the unidirectional fiber bundle have been proposed. For example, in
また、開繊された帯状の一方向繊維束に樹脂を含浸する種々の技術が提案されている。例えば、特許文献３には、開繊された帯状の一方向繊維束を、樹脂フィルムが重ね合わされた状態でニップロールを通過させて加圧することにより、一方向繊維束に樹脂を含浸する技術が開示されている。また、例えば特許文献４には、開繊された帯状の一方向繊維束と樹脂フィルムとを重ね合せてホットローラ間に通すことにより、一方向繊維束に樹脂を含浸する技術が開示されている。
In addition, various techniques have been proposed for impregnating resin into an open band-like unidirectional fiber bundle. For example,
特許文献１，２に開示されている技術では、気流により一方向繊維束を拡幅して開繊するため、開繊する際に一方向繊維束に強い張力を作用させることができない。したがって、安定して高速に一方向繊維束を処理するのが困難であった。また、特許文献３，４に開示されている含浸技術において、樹脂を溶融させて一方向繊維束に含浸させる処理時間の短縮が要望されている。また、一方向繊維束に樹脂を含浸させる際に、強化繊維を構成する各フィラメントと樹脂との接合状態を改善させる技術が要望されている。さらに、強化繊維を構成する各フィラメントとＣｕ，Ａｌ、Ｆｅ等の金属とを容易に接合する技術の開発も望まれている。
In the techniques disclosed in
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、強化繊維を安定して高速に処理することができる技術を提供することを目的とする。 This invention is made in view of the above-mentioned subject, and it aims at providing art which can process reinforced fiber stably and at high speed.
上記した目的を達成するために、本発明にかかる処理装置は、強化繊維を処理する処理装置において、支持面を有する支持体と、押圧面を有する押圧体と、前記押圧体に前記支持面に直交する押圧方向への超音波振動を印加する振動手段と、前記支持面と、前記振動手段により前記押圧方向に超音波振動する前記押圧体の前記押圧面との間に、樹脂部材と前記強化繊維とが重ね合わされて挟まれた状態で、前記強化繊維および前記樹脂部材と前記押圧体とを相対的に移動させる移動手段とを備え、前記押圧体が外部からの熱を伝えにくい遮蔽機能を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a processing apparatus according to the present invention is a processing apparatus for processing reinforcing fibers, comprising a support having a support surface, a pressing body having a pressing surface, and the pressing surface on the support surface. A resin member and the reinforcing member are disposed between a vibrating unit that applies ultrasonic vibration in a pressing direction orthogonal to the pressing surface, the support surface, and the pressing surface of the pressing body that ultrasonically vibrates in the pressing direction by the vibrating unit. A moving means for relatively moving the reinforcing fiber, the resin member, and the pressing body in a state where the fibers are overlapped and sandwiched, and the pressing body has a shielding function that hardly transmits heat from the outside It is characterized by having.
このような構成によれば、支持体の支持面と、該支持面に直交する押圧方向に超音波振動する押圧体の押圧面との間に強化繊維および樹脂部材を挟んだ状態で、押圧面による強化繊維の押圧箇所を強化繊維の長手方向に沿って移動させて強化繊維および樹脂部材を処理（例えば、含浸処理）する際に、超音波振動エネルギーが印加されることにより、支持面と押圧面との間に挟まれた強化繊維および樹脂部材に発生する熱エネルギーが、押圧体の遮蔽機能によって押圧体に逃げることが防止され、発生した熱エネルギーが支持面と押圧面との間に挟まれた強化繊維および樹脂部材に閉じ込められるため、支持面と押圧面との間に挟まれた部分の強化繊維および樹脂部材を効率よく昇温させて溶着させることができる。ここで、押圧体の遮蔽機能は、押圧体自体を熱伝導率が例えば１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも小さい材質により形成することにより発揮できる。 According to such a configuration, in a state in which the reinforcing fiber and the resin member are sandwiched between the supporting surface of the support and the pressing surface of the pressing body ultrasonically vibrating in the pressing direction orthogonal to the supporting surface, the pressing surface The ultrasonic vibration energy is applied when the reinforcing fiber and the resin member are treated (for example, impregnated) by moving the pressing point of the reinforcing fiber along the longitudinal direction of the reinforcing fiber, the supporting surface and the pressing are performed. The thermal energy generated in the reinforcing fiber and resin member sandwiched between the surfaces is prevented from escaping to the pressing body by the shielding function of the pressing body, and the generated thermal energy is sandwiched between the support surface and the pressing surface Because the reinforcing fiber and the resin member are confined, the reinforcing fiber and the resin member in the portion sandwiched between the supporting surface and the pressing surface can be efficiently heated and welded. Here, the shielding function of the pressing body can be exhibited by forming the pressing body itself with a material having a thermal conductivity smaller than, for example, 10 W / (m · K).
また、前記押圧体への熱の遮蔽機能を発揮する押圧体側遮蔽手段を備えるとよい。この押圧体側遮蔽手段は、前記押圧面に低熱伝導率の素材により形成された押圧体側コーティング層であってもよく、前記強化繊維と前記押圧体の前記押圧面との間に配設される低熱伝導率の押圧体側フィルム材を備えるものであってもよい。これらの場合にも、超音波振動により発生した熱エネルギーの押圧体への伝導を防止して支持面と押圧面との間に挟まれた強化繊維および樹脂部材に熱エネルギーを効果的に閉じ込め、強化繊維および樹脂部材を効率よく昇温させて溶着させることができる。 Moreover, it is good to provide the pressing body side shielding means which exhibits the shielding function of the heat to the said pressing body. The pressing body side shielding means may be a pressing body side coating layer formed of a material having low thermal conductivity on the pressing surface, and the low heat may be disposed between the reinforcing fiber and the pressing surface of the pressing body. You may provide the press body side film material of conductivity. Also in these cases, the heat energy generated by the ultrasonic vibration is prevented from conducting to the pressing body, and the heat energy is effectively confined in the reinforcing fiber and the resin member sandwiched between the support surface and the pressing surface, The reinforcing fiber and the resin member can be efficiently heated and welded.
このとき、押圧体側コーティング層や押圧体側フィルム材の材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等の各種のフッ素樹脂やガラス繊維入りのフッ素樹脂のような熱伝導率の小さい樹脂材料、熱伝導率の小さいニチアス株式会社製のパイロジェル（登録商標）などの熱伝導率の小さいもの、あるいは、ガラス転移点や融点の高いものを選択するのが望ましい。 At this time, polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy fluorine resin (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene ····, as a material of the pressing body side coating layer and the pressing body side film material Resin materials with low thermal conductivity such as various fluorocarbon resins such as tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) and glass fibers containing fluorocarbons, Pyrogel (registered trademark) by Nitus Corporation with low thermal conductivity, etc. It is desirable to select one having a low thermal conductivity or one having a high glass transition point or melting point.
また、本発明にかかる処理装置は、強化繊維を処理する処理装置において、支持面を有する支持体と、押圧面を有する押圧体と、前記押圧体に前記支持面に直交する押圧方向への超音波振動を印加する振動手段と、前記支持面と、前記振動手段により前記押圧方向に超音波振動する前記押圧体の前記押圧面との間に、樹脂部材と前記強化繊維とが重ね合わされて挟まれた状態で、前記強化繊維および前記樹脂部材と前記押圧体とを相対的に移動させる移動手段とを備え、前記支持体が外部からの熱を伝えにくい遮蔽機能を有することを特徴としている。 A processing apparatus according to the present invention is a processing apparatus for processing a reinforcing fiber, comprising: a support having a support surface; a pressing body having a pressing surface; and a pressing direction perpendicular to the pressing surface on the pressing body. The resin member and the reinforcing fiber are overlapped and sandwiched between the vibrating means for applying sonic vibration, the support surface, and the pressing surface of the pressing body ultrasonically vibrated in the pressing direction by the vibrating means. It is characterized in that it comprises moving means for relatively moving the reinforcing fiber and the resin member and the pressing body in the closed state, and the support body has a shielding function that hardly transmits external heat.
このような構成によれば、支持体の支持面と、該支持面に直交する押圧方向に超音波振動する押圧体の押圧面との間に強化繊維および樹脂部材を挟んだ状態で、押圧面による強化繊維の押圧箇所を強化繊維の長手方向に沿って移動させて強化繊維および樹脂部材を処理（例えば、含浸処理）する際に、超音波振動エネルギーが印加されることにより、支持面と押圧面との間に挟まれた強化繊維および樹脂部材に発生する熱エネルギーが、支持体の遮蔽機能によって押圧体に逃げることが防止され、発生した熱エネルギーが支持面と押圧面との間に挟まれた強化繊維および樹脂部材に閉じ込められるため、支持面と押圧面との間に挟まれた部分の強化繊維および樹脂部材を効率よく昇温させて溶着させることができる。ここで、支持体の遮蔽機能は、支持体自体を熱伝導率が例えば１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも小さい材質により形成することにより発揮できる。 According to such a configuration, in a state in which the reinforcing fiber and the resin member are sandwiched between the supporting surface of the support and the pressing surface of the pressing body ultrasonically vibrating in the pressing direction orthogonal to the supporting surface, the pressing surface The ultrasonic vibration energy is applied when the reinforcing fiber and the resin member are treated (for example, impregnated) by moving the pressing point of the reinforcing fiber along the longitudinal direction of the reinforcing fiber, the supporting surface and the pressing are performed. The thermal energy generated in the reinforcing fiber and resin member sandwiched between the surface and the resin member is prevented from escaping to the pressing body by the shielding function of the support, and the generated thermal energy is sandwiched between the support surface and the pressing surface Because the reinforcing fiber and the resin member are confined, the reinforcing fiber and the resin member in the portion sandwiched between the supporting surface and the pressing surface can be efficiently heated and welded. Here, the shielding function of the support can be exhibited by forming the support itself of a material having a thermal conductivity smaller than, for example, 10 W / (m · K).
また、前記支持体への熱の遮蔽機能を発揮する支持体側遮蔽手段を備えるとよい。この支持体側遮蔽手段は、前記支持面に低熱伝導率の素材により形成された押圧体側コーティング層であってもよく、前記強化繊維と前記支持体の前記支持面との間に配設される低熱伝導率の支持体側フィルム材を備えるものであってもよい。これらの場合にも、超音波振動により発生した熱エネルギーの支持体への伝導を防止して支持面と押圧面との間に挟まれた強化繊維および樹脂部材に熱エネルギーを効果的に閉じ込め、強化繊維および樹脂部材を効率よく昇温させて溶着させることができる。 In addition, it is preferable to provide a support side shielding means that exhibits a heat shielding function to the support. The support side shielding means may be a pressing body side coating layer formed of a material having low thermal conductivity on the support surface, and the low heat may be disposed between the reinforcing fiber and the support surface of the support. A support side film material of conductivity may be provided. Also in these cases, the conduction of the thermal energy generated by the ultrasonic vibration to the support is prevented, and the thermal energy is effectively confined in the reinforcing fiber and the resin member sandwiched between the support surface and the pressing surface, The reinforcing fiber and the resin member can be efficiently heated and welded.
このとき、支持体側コーティング層や押圧体側フィルム材の材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等の各種のフッ素樹脂やガラス繊維入りのフッ素樹脂のような熱伝導率の小さい樹脂材料、熱伝導率の小さいニチアス株式会社製のパイロジェル（登録商標）などの熱伝導率の小さいもの、あるいは、ガラス転移点や融点の高いものを選択するのが望ましい。 At this time, polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy fluorine resin (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene ····, as a material of the support side coating layer and the material of the pressing body side film. Resin materials with low thermal conductivity such as various fluorocarbon resins such as tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) and glass fibers containing fluorocarbons, Pyrogel (registered trademark) by Nitus Corporation with low thermal conductivity, etc. It is desirable to select one having a low thermal conductivity or one having a high glass transition point or melting point.
また、前記支持体の前記支持面と前記押圧体の前記押圧面との間に挟まれて処理された後の前記強化繊維を前記支持面に対して押圧する押え部材をさらに備えるとよい。 Further, it is preferable to further include a pressing member for pressing the reinforcing fiber after being processed by being sandwiched between the support surface of the support and the pressing surface of the pressing body against the support surface.
このように構成すると、押圧体から超音波振動が印加されることで処理（例えば、含浸処理）された強化繊維を、押え部材により成形してその形状を維持することができる。また、処理後の強化繊維の形状を押え部材により適切な形状に成形することができる。 According to this structure, the reinforcing fiber treated (for example, impregnated) by applying ultrasonic vibration from the pressing body can be formed by the pressing member and the shape thereof can be maintained. In addition, the shape of the reinforcing fiber after the treatment can be formed into an appropriate shape by the pressing member.
また、前記押え部材と、前記支持面から予め設定された間隙をあけて配置されているとよい。 Further, it is preferable that the pressing member and the supporting surface be disposed with a predetermined gap.
このように構成すると、処理後の強化繊維の成形状態を維持するのに適切な間隙を支持面からあけて押え部材が配置された状態で、押え部材により処理後の強化繊維を支持面に対して押圧することにより、より確実に処理後の強化繊維の成形状態を押え部材により維持することができる。また、処理後の強化繊維の厚みの目標値などに応じて予め設定された所定距離を支持面からあけて押え部材が配置された状態で、処理後の強化繊維を支持面に対して押圧することにより、処理後の強化繊維の厚みを精度よく調整することができる。 According to this structure, the reinforcing member after processing is processed by the pressing member against the supporting surface in a state in which the pressing member is disposed by opening a gap suitable for maintaining the formed state of the reinforcing fiber after processing from the supporting surface. By pressing and pressing, it is possible to more reliably maintain the formed state of the reinforcing fiber after treatment by the pressing member. In addition, in a state where the pressing member is disposed with a predetermined distance set in advance according to the target value of the thickness of the reinforcing fiber after the treatment and the like, the reinforcing fiber after the treatment is pressed against the supporting surface Thereby, the thickness of the reinforcing fiber after treatment can be adjusted with high accuracy.
また、前記押え部材は、前記強化繊維を前記支持面に対して所定の押圧力で押圧するとよい。 Further, the pressing member may press the reinforcing fiber against the support surface with a predetermined pressing force.
このように構成すると、処理対象である強化繊維の太さや、処理後の強化繊維の幅の目標値などに応じて予め設定された所定の加圧力で強化繊維を押圧しながら処理することで、処理後の強化繊維の幅を精度よく調整することができる。 According to this structure, the reinforcing fiber is processed while being pressed by a predetermined pressing force set in advance according to the thickness of the reinforcing fiber to be treated, the target value of the width of the reinforcing fiber after the treatment, etc. The width of the reinforcing fiber after treatment can be adjusted with high precision.
また、前記押え部材を冷却する押え部材用冷却手段を備えるとよく、前記支持体を冷却する支持体用冷却手段をさらに備えてもよい。 In addition, a pressing member cooling means for cooling the pressing member may be provided, and a support body cooling means for cooling the support may be further provided.
このように構成すると、押え部材用冷却手段により冷却された押え部材、支持体用冷却手段により冷却された支持体により、処理後の強化繊維を迅速に冷却して安定させることができる。 According to this structure, the reinforcing fiber after treatment can be rapidly cooled and stabilized by the pressing member cooled by the pressing member cooling means and the support cooled by the support cooling means.
また、前記支持体の前記支持面と前記押圧体の前記押圧面との間に挟まれて処理される前の前記強化繊維を加熱する加熱手段をさらに備えるとよい。 Further, it is preferable to further include a heating means for heating the reinforcing fiber before being processed by being sandwiched between the support surface of the support and the pressing surface of the pressing body.
このように構成すると、加熱手段により予備加熱された強化繊維に良好に処理することができ、例えば含浸処理を行う場合には、超音波振動による熱エネルギーにより表面が溶融した樹脂部材と強化繊維との密着性をより向上させることができる。 According to this structure, the reinforcing fiber preheated by the heating means can be favorably treated. For example, when the impregnation treatment is performed, the resin member and the reinforcing fiber whose surface is melted by the thermal energy by the ultrasonic vibration Can be further improved.
また、前記押圧体の前記押圧面が、前記支持面から所定距離をあけて配置されているとよい。 Further, the pressing surface of the pressing body may be disposed at a predetermined distance from the support surface.
このように構成すると、処理対象である強化繊維の太さや、処理後の強化繊維の厚みの目標値などに応じて予め設定された所定間隔を支持体からあけて押圧面を配置した状態で強化繊維を処理（例えば、含浸処理）することで、処理後の強化繊維の厚みを精度よく調整することができる。 According to this structure, reinforcement is performed in a state in which the pressing surface is disposed by opening a predetermined interval set in advance according to the thickness of the reinforcing fiber to be treated, the target value of the thickness of the reinforcing fiber after treatment, etc. By treating the fiber (for example, impregnation treatment), the thickness of the reinforcing fiber after treatment can be adjusted with high accuracy.
また、前記押圧体は、前記強化繊維を前記支持体の前記支持面に対して所定の加圧力で押圧するとよい。 Further, the pressing body may press the reinforcing fiber against the support surface of the support with a predetermined pressure.
このように構成すると、処理対象である強化繊維の太さや、処理後の強化繊維の幅の目標値などに応じて、予め設定された所定の加圧力で押圧体により強化繊維を押圧しながら処理（例えば、含浸処理）することで、処理後の強化繊維の幅を精度よく調整することができる。 According to this configuration, the reinforcing material is pressed by the pressing body with a predetermined pressing force set in advance according to the thickness of the reinforcing fiber to be treated, the target value of the width of the reinforcing fiber after the treatment, etc. By performing (for example, impregnation treatment), the width of the reinforcing fiber after treatment can be adjusted with high accuracy.
また、前記移動手段は、前記支持面と、前記振動手段により前記押圧方向に超音波振動する前記押圧体の前記押圧面との間に、金属部材と前記樹脂部材と前記強化繊維とが順次重ね合わされて挟まれた状態で、前記強化繊維、前記樹脂部材および前記金属部材と前記押圧体とを相対的に移動させるものであるとよい。 Further, in the moving means, a metal member, the resin member, and the reinforcing fiber are sequentially overlapped between the support surface and the pressing surface of the pressing body ultrasonically vibrated in the pressing direction by the vibrating unit. It is preferable that the reinforcing fiber, the resin member, the metal member, and the pressing body be moved relative to each other in a state of being held between them.
このように構成すると、金属部材と強化繊維との間の樹脂部材を溶融して、強化繊維と金属部材とを容易に溶着させることができる。 According to this structure, the resin member between the metal member and the reinforcing fiber can be melted to easily weld the reinforcing fiber and the metal member.
また、前記金属部材の前記樹脂部材との対向面は、予め粗化されているとよい。 Moreover, it is good for the opposing surface with the said resin member of the said metal member to be roughened previously.
このように構成すると、金属部材の粗化された面に、溶融した樹脂部材の樹脂が溶着し易くなり、強化繊維と金属部材とをより強固に溶着させることができる。 According to this structure, the resin of the molten resin member is easily welded to the roughened surface of the metal member, and the reinforcing fiber and the metal member can be welded more firmly.
また、前記金属部材の粗化された面に予め樹脂が溶着されて樹脂層が形成されており、前記移動手段は、前記支持体の前記支持面と前記押圧体の前記押圧面との間に、前記樹脂層を前記強化繊維側に配置した状態で前記金属部材および前記強化繊維が重ね合わされて挟まれた状態で、前記強化繊維および前記金属部材と前記押圧体とを相対的に移動させるのが望ましい。 Also, the pre-resin roughened surface of the metal member is welded and the resin layer is formed, the moving means, between the support surface before Symbol support and the pressing surface of the pressing member The reinforcing member, the metal member and the pressing member are moved relative to each other in a state in which the metal member and the reinforcing fiber are overlapped and sandwiched in a state where the resin layer is disposed on the reinforcing fiber side Is desirable.
このように構成すると、粗化面に樹脂層を予め形成した金属部材に、樹脂部材を介在させたままで強化繊維を強固に溶着させることができる。 With this configuration, the metal member formed in advance a resin layer on the roughened surface, it is possible to firmly weld the reinforcing fibers while by interposing a resin member.
本発明によれば、支持体の支持面と、該支持面に直交する押圧方向に超音波振動する押圧体の押圧面との間に強化繊維を挟んだ状態で、押圧面による強化繊維の押圧箇所を移動させて強化繊維を処理する際に、押圧体または支持体の熱を遮蔽する遮蔽機能により、超音波振動によって発生した熱エネルギーを支持面と押圧面との間に挟まれた強化繊維および樹脂部材に閉じ込めることができるため、支持面と押圧面との間に挟まれた部分の強化繊維および樹脂部材を効率よく昇温させて確実に溶着させることができる。 According to the present invention, the reinforcing fiber is pressed by the pressing surface in a state in which the reinforcing fiber is sandwiched between the supporting surface of the support and the pressing surface of the pressing body ultrasonically vibrating in the pressing direction orthogonal to the supporting surface. When processing the reinforcing fibers by moving the location, the shielding function of shielding the heat of the pressing body or the support allows the heat energy generated by the ultrasonic vibration to be sandwiched between the support surface and the pressing surface. And since it can be enclosed in a resin member, the reinforced fiber and the resin member of the part pinched | interposed between a support surface and a press surface can be made to heat up efficiently, and it can be made to weld reliably.
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態にかかる処理装置について図１ないし図３を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかる処理装置の側面図、図２は図１の処理装置の要部の正面図、図３は図２の一部の斜視図である。なお、図３では強化繊維である一方向繊維束Ｂの下面側に配置される樹脂フィルムＳと支持体２とが図示省略されている。また、図１ないし図３では、本発明にかかる主要な構成のみが図示されており、説明を簡易なものとするために、その他の構成は図示省略されている。また、後の説明で参照する図４ないし図１２についても、図１ないし図３と同様に主要な構成のみが図示されているが、以下の説明においてはその説明は省略する。
First Embodiment
A processing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a side view of a processing apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the main part of the processing apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of a part of FIG. In addition, resin film S and the
（処理装置）
図１および図２に示す処理装置１は、支持体２の支持面２１と、支持面２１に直交する押圧方向である矢印Ｚ方向に超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａとの間に一方向繊維束Ｂを挟んだ状態で、一方向繊維束Ｂを長手方向である矢印Ｙ方向に走行させることにより押圧面３５ａによる一方向繊維束Ｂの押圧箇所を一方向繊維束Ｂの長手方向である矢印Ｙ方向に沿って移動させて、一方向繊維束Ｂに長手方向である矢印Ｙ方向に沿って押圧面３５ａから押圧方向である矢印Ｚ方向の超音波振動を印加することによって、一方向繊維束Ｂを長手方向である矢印Ｙ方向に沿って連続的に開繊するものである。
(Processing device)
The
また、この実施形態では、処理装置１は、支持面２１と押圧面３５ａとの間に、一方向繊維束Ｂを樹脂フィルムＳ（本発明の「樹脂部材」に相当）と重ねあわせて配置した状態で一方向繊維束Ｂおよび樹脂フィルムＳを長手方向である矢印Ｙ方向に走行させることによって、一方向繊維束Ｂの両面それぞれに重ね合わせた樹脂フィルムＳを超音波振動により溶融させて含浸させながら一方向繊維束Ｂを開繊する。したがって、樹脂フィルムＳが重ね合された一方向繊維束Ｂが処理装置１により処理されることによって、開繊された一方向繊維束Ｂを構成する各フィラメントが所定幅で一方向に引き揃えられた扁平な状態の帯状の繊維束Ｂ＊（図３参照）に樹脂フィルムＳの樹脂が含浸されて成る一方向プリプレグＰが形成される。
Further, in this embodiment, the
処理装置１は、支持体２と、一方向繊維束Ｂに押圧方向である矢印Ｚ方向の超音波振動を印加する共振器３１を備えるヘッド部３と、支持手段３３に支持された共振器３１を駆動して押圧方向である矢印Ｚ方向に往復移動させる加圧手段４と、その両面に樹脂フィルムＳが重ねあわされた一方向繊維束Ｂをステージ２とヘッド部３との間に供給する供給手段５と、処理装置１の各部の制御を行う制御装置（図示省略）とを備えている。なお、強化繊維としての一方向繊維束Ｂは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を構成する各フィラメントが束状に束ねられることにより形成され、マトリックス樹脂を成す樹脂フィルムＳは、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリオレフィン系樹脂や脂肪族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂により形成される。また、図３に示すように、樹脂フィルムＳは、その幅Ｗｓが一方向繊維束Ｂが開繊されて形成された帯状の繊維束Ｂ＊の幅Ｗｂよりも若干幅広のテープ状に形成されている。
The
支持体２は、ヘッド部３の下方に配置され、両面に樹脂フィルムＳが重ね合わされた状態の一方向繊維束Ｂをヘッド部３が備えるホーン３５（本発明の「押圧体」に相当）の押圧面３５ａとの間に挟み込む平面状の支持面２１を有している。なお、支持体２は、チタン、チタン合金、鉄、ステンレス、アルミニウム、ジュラルミン等のアルミニウム合金などの種々の金属材料、ガラス、セラミックス、樹脂など、適宜、種々の材料により形成される。
The
また、支持体２にヒータ（図示省略）が設けられていてもよい。このようにすると、ヒータにより支持体２の本体を所定温度に昇温しておくことで、超音波振動エネルギーを印加された樹脂フィルムＳが発熱した際に、樹脂フィルムＳと支持体２との間に生じる熱勾配を緩和することができるので、発熱した樹脂フィルムＳから支持体２への伝熱を遮蔽することができる。このように、支持体２に設けられたヒータを、支持体２側への伝熱を遮蔽する本発明における支持体側遮蔽手段として機能させることができる。また、ヒータにより支持体２の本体を所定温度に昇温しておくことで、ホーン３５の押圧面３５ａから樹脂フィルムＳに印加された超音波振動エネルギーにヒータの熱エネルギーをかさ上げすることもできる。このようにすれば、樹脂フィルムＳへの超音波振動エネルギーの過剰な供給を抑制しつつ、温度を十分に上昇させて樹脂フィルムＳを確実に溶融させることができる。
In addition, a heater (not shown) may be provided on the
ヘッド部３は、共振器３１に押圧方向である矢印Ｚ方向への超音波振動を印加する振動子３２（振動手段）がその一方端に接続された共振器３１と、共振器３１を支持する支持手段３３とを備え、振動子３２が共振器３１（ホーン３５）を超音波振動させることにより押圧面３５ａから一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）に超音波振動が印加される。
The
具体的には、共振器３１は、制御装置に制御された振動子３２が生成する超音波振動に共振してその中心軸の方向（押圧方向）である矢印Ｚ方向に超音波振動するものであって、ブースタ３４とホーン３５とを備え、ブースタ３４の他方端とホーン３５の一方端とが、互いの中心軸が同軸になるように無頭ねじにより連結されている。
Specifically, the
ブースタ３４は、この実施形態では、例えば図２中の矢印Ｚ方向におけるそのほぼ中央の位置と、その両端位置とが最大振幅点となるように、共振周波数の一波長の長さに形成されている。このとき、矢印Ｚ方向において各最大振幅点から１／４波長離れた２つの位置が、それぞれブースタ３４の第１および第２最小振幅点に相当する。また、ブースタ３４は、その断面形状が円形状である円柱状に形成されている。そして、ブースタ３４の一方端に、ブースタ３４の中心軸と同軸になるように振動子３２が無頭ねじにより接続されている。
In this embodiment, the
また、ブースタ３４の第１および第２最小振幅点に相当する位置の外周面には、それぞれの周方向に沿って凹状の溝が形成されることによりブースタ３４（共振器３１）が支持手段３３に把持されるための被把持部が形成されている。なお、この実施形態では、ブースタ３４の中心軸にほぼ直交する断面形状が八角形状となるように被把持部が形成されているが、その断面形状が円形状やその他の多角形状となるように被把持部を形成してもよい。
Further, on the outer peripheral surface of the position corresponding to the first and second minimum amplitude points of the
押圧体であるホーン３５は、一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）を支持体２の支持面２１に直交する押圧方向である矢印Ｚ方向に押圧する平面状の押圧面３５ａを有し、振動子３２の振動に共振して超音波振動することにより押圧面３５ａから一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）に超音波振動を印加するものである。ホーン３５は、例えば図２中の矢印Ｚ方向におけるその両端位置が最大振幅点となるように、共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、矢印Ｚ方向におけるホーン３５のほぼ中央の位置が第３最小振幅点に相当する。また、図２および図３に示すように、ホーン３５は、直方体状に形成されている。そして、ホーン３５の押圧面３５ａは、樹脂フィルムＳ（開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊）に対して、押圧方向である矢印Ｚ方向および長手方向である矢印Ｙ方向にほぼ直交する幅方向である矢印Ｘ方向において幅広に形成されている（ホーン３５の幅Ｗｈ≧樹脂フィルムＳの幅Ｗｓ≧帯状の繊維束Ｂ＊の幅Ｗｂ）。
The
なお、この実施形態では、共振器３１は、その共振周波数が約１５ｋＨｚ〜約６０ｋＨｚ、その振動振幅（矢印Ｚ方向における伸縮の振幅）が約２μｍ〜約３００μｍとなるように構成されており、振動子３２により生成される超音波振動に共振して共振器３１が超音波振動することによって、ホーン３５の押圧面３５ａから一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）に対して押圧方向である矢印Ｚ方向の超音波振動が印加される。また、共振器３１（ブースタ３４、ホーン３５）は、チタン、チタン合金、鉄、ステンレス、アルミニウム、ジュラルミン等のアルミニウム合金など、一般的に共振器を形成するのに用いられる種々の金属材料により形成される。
In this embodiment, the
また、共振器３１（ホーン３５）にヒータが設けられていてもよい。このようにすると、ヒータにより共振器３１（ホーン３５）を所定温度に昇温しておくことで、超音波振動エネルギーを印加された樹脂フィルムＳが発熱した際に、樹脂フィルムＳと共振器３１（ホーン３５）との間に生じる熱勾配を緩和することができるので、発熱した樹脂フィルムＳから共振器３１（ホーン３５）への伝熱を遮蔽することができる。このように、共振器３１（ホーン３５）に設けられたヒータを、共振器３１（ホーン３５）側への伝熱を遮蔽する遮蔽手段として機能させることができる。また、ヒータにより共振器３１（ホーン３５）を所定温度に昇温しておくことで、ホーン３５の押圧面３５ａから樹脂フィルムＳに印加された超音波振動エネルギーにヒータの熱エネルギーをかさ上げすることもできる。このようにすれば、樹脂フィルムＳへの超音波振動エネルギーの過剰な供給を抑制しつつ、温度を十分に上昇させて樹脂フィルムＳを確実に溶融させることができる。
In addition, a heater may be provided in the resonator 31 (horn 35). In this case, the temperature of the resonator 31 (horn 35) is raised to a predetermined temperature by the heater, whereby the resin film S and the
支持手段３３は、基部３６とクランプ手段３７とを備え、クランプ手段３７でブースタ３４の被把持部を把持することにより共振器３１を支持するものであり、基部３６には、加圧手段４のボールねじ４２に螺合するねじ穴が矢印Ｚ方向に形成されている。
The support means 33 comprises a
また、クランプ手段３７は、ブースタ３４に形成された２つの被把持部を把持できるように、基部３６の２ヶ所に設けられており、それぞれ、ブースタ３４の被把持部を挟持する第１部材および第２部材を備えている。具体的には、クランプ手段３７の第１部材および第２部材には、被把持部の断面形状に係合可能な形状を有する凹部がそれぞれ設けられている。そして、第１部材および第２部材の凹部でブースタ３４の被把持部を狭持するように、被把持部を形成する凹状の溝に、基部３６に支持されたクランプ手段３７の第１部材および第２部材が嵌挿され、ボルトで第１部材および第２部材が固定されることにより、ブースタ３４の被把持部がクランプ手段３７により把持される。
The clamp means 37 is provided at two locations on the base 36 so as to be able to grip the two gripped portions formed on the
なお、共振器３１を支持する支持手段３３の構成は、上記したように、ブースタ３４に形成された被把持部を把持（クランプ）した状態でボルトにより固定されるクランプ手段３７に限られず、例えば、電気制御可能に構成された機械的なクランプ機構や、ワンタッチで取り付け可能なクランプ機構など、ブースタ３４の被把持部を支持することができる構成あればどのようなものであってもよい。
The configuration of the support means 33 for supporting the
また、共振器３１に形成される被把持部の位置は、最小振幅点に限らず、共振器３１の任意の位置に被把持部を形成すればよい。また、被把持部の構成は、共振器３１の外周面に周方向に沿って凹状の溝が形成された構成に限られず、例えば、共振器３１の外周面に周方向に沿って凸状のフランジが形成された構成など、支持手段３３により把持することができれば、被把持部がどのような形状に構成されてもよい。また、被把持部が支持手段３３により、Ｏリングやダイアフラム等の弾性部材を介して支持されていてもよい。
Further, the position of the gripped portion formed in the
加圧手段４は、ホーン３５の押圧面３５ａが支持体２の支持面２１と対向するように支持手段３３に支持された共振器３１を、押圧方向である矢印Ｚ方向に駆動して支持体２に近接または支持体２から離間させるものであって、駆動モータ４１とボールねじ４２とを備えている。また、架台（図示省略）に立設された支柱（図示省略）にガイド４３が結合されており、加圧手段４は、フレーム４４を介して支柱およびガイド４３に連結されている。
The pressing means 4 drives the
そして、制御装置に制御されて駆動モータ４１が回転することにより、ガイド４３に矢印Ｚ方向に設けられた凸状のレール４３ａに沿って、支持手段３３に設けられたガイド（図示省略）が摺接しつつボールねじ４２に螺合された支持手段３３が移動方向である矢印Ｚ方向において上下動し、これにより、支持手段３３に支持された共振器３１が支持体２に近接または支持体２から離間する。
Then, when the
また、加圧手段４は、制御装置による制御に基づいて駆動モータ４１の駆動トルクを調整することにより、所定の加圧力で支持手段３３に支持された共振器３１を支持体２に近接させることができるように構成されている。また、支柱にはリニアエンコーダ（図示省略）が設けられており、これにより矢印Ｚ方向（押圧方向）におけるヘッド部３の高さが検出されて、リニアエンコーダの検出信号に基づいて制御装置により駆動モータ４１を制御することにより、ヘッド部３の高さを調整することができる。
Further, the pressurizing unit 4 adjusts the drive torque of the
そして、共振器３１の中心軸の方向が基部３６に形成されたねじ穴とほぼ同じ方向、すなわち、共振器３１の中心軸の方向と加圧手段４による共振器３１の移動方向（押圧方向）とがほぼ同じ矢印Ｚ方向となり、ホーン３５の押圧面３５ａが支持体２と対向するように、支持手段３３により共振器３１が支持されている。したがって、加圧手段４により基部３６が下動されることで共振器３１（ホーン３５）が押圧方向である矢印Ｚ方向に駆動されて一体的に支持体２に近接し、これにより、加圧手段４による加圧力が押圧面３５ａから支持体２の支持面２１に支持された一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）に加えられる。すなわち、加圧手段４により制御されることによって、超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａにより一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）が支持体２の支持面２１に対して押圧されて加圧される。
Then, the direction of the central axis of the
なお、この実施形態では、押圧面３５ａにより一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）が支持面２１に対して所定の一定の加圧力で押圧されるように駆動モータ４１が制御装置により制御される。また、共振器３１（基部３６）の押圧方向である矢印Ｚ方向における高さ位置が、図２中のＬに示すように共振器３１が最大に伸長したときの押圧面３５ａと支持面２１との間隔が所定間隙Ｇとなる位置Ｈに達したときには、共振器３１が位置Ｈを越えて支持体２側に移動しないように、駆動モータ４１が制御装置により制御される。なお、押圧面３５ａによる一方向繊維束Ｂに対する加圧力の大きさや、押圧面３５ａと支持面２１との間隙Ｇの大きさは、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊の幅や厚み、一方向プリプレグＰの幅や厚みに応じて、適宜、最適な値を設定すればよい。例えば、一方向繊維束Ｂや樹脂フィルムＳに対する処理試験を繰り返し行うことにより、最適な加圧力や間隙Ｇの値を設定してもよい。また、共振器３１の押圧方向である矢印Ｚ方向における高さが位置Ｈに達するまでは加圧力が一定となるように駆動モータ４１が制御装置により制御され、共振器３１の押圧方向である矢印Ｚ方向における高さが位置Ｈに達したときに共振器３１が停止するように駆動モータ４１が制御装置により制御されるようにしてもよい。
In this embodiment, the
供給手段５（本発明の「移動手段」に相当）は、図１に示すように、一方向繊維束Ｂを巻回保持する第１の供給ローラ５１と、それぞれ樹脂フィルムＳを巻回保持する第２、第３の供給ローラ５２，５３と、引出ローラ５４と、張力調整用ローラ５５と、収納ローラ５６とを備えている。一方向繊維束Ｂおよび両樹脂フィルムＳそれぞれは、引出ローラ５４の矢印方向に回転する駆動ローラ５４ａおよび従動ローラ５４ｂによりニップされることによって、各供給ローラ５１〜５３から引き出されると共に、両樹脂フィルムＳ間に挟まれた状態の一方向繊維束Ｂがホーン３５の押圧面３５ａと支持体２の支持面２１との間に供給される。
As shown in FIG. 1, the feeding means 5 (corresponding to the “moving means” of the present invention) winds and holds the
このとき、両面に樹脂フィルムＳが重ねあわされた一方向繊維束Ｂは、ヘッド部３よりも下流側に配置された張力調整用ローラ５５の矢印方向に回転する駆動ローラ５５ａおよび従動ローラ５５ｂによりニップされることによって、その張力を調整されながら押圧面３５ａと支持面２１との間に挟まれた状態で長手方向である矢印Ｙ方向に走行する。したがって、この実施形態では、一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）とホーン３５とが長手方向である矢印Ｙ方向において相対的に移動するので、一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）が押圧面３５により所定の一定の加圧力で押圧される箇所が、一方向繊維束Ｂの長手方向である矢印Ｙ方向に沿って移動する。そして、両面に樹脂フィルムＳが重ねあわされた一方向繊維束Ｂがホーン３５の押圧面３５ａと支持体２の支持面２１との間を通過することにより形成された一方向プリプレグＰが、収納ローラ５６に巻回されて収納される。なお、第２、第３の供給ローラ５２，５３のいずれか一方のみが設けられることにより、一方向繊維束Ｂの片面のみに樹脂フィルムＳが重ね合わされるようにしてもよい。
At this time, the unidirectional fiber bundle B in which the resin film S is overlapped on both sides is driven by the driving
制御装置は、上記したように処理装置１の各部の制御を行うことによって、支持体２の支持面２１とホーン３５の押圧面３５ａとの間に樹脂フィルムＳ（一方向繊維束Ｂ）を挟んだ状態で振動子３２により共振器３１（ホーン３５）を超音波振動させる。これにより、制御装置は、押圧面３５ａから樹脂フィルムＳに超音波振動エネルギーを印加して樹脂フィルムＳを発熱させて該樹脂フィルムＳを溶融させる。
The control device controls the respective portions of the
（開繊・含浸処理）
次に、処理装置１において実行される開繊・含浸処理の一例について説明する。
(Opening and impregnation treatment)
Next, an example of the opening / impregnation process performed in the
まず、所定の強化繊維を構成する各フィラメントが帯状に束ねられて成る一方向繊維束Ｂを用意する。そして、その両面に所定の厚みの樹脂フィルムＳを重ねあわせた状態で一方向繊維束Ｂを、超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａにより支持体２の支持面２１に対して所定の加圧力で押圧しながら、長手方向である矢印Ｙ方向に走行させることにより、図３に示すように、一方向繊維束Ｂの幅が幅Ｗｂまで広げられ、その厚みが所定の厚みになるように薄く形成された帯状の繊維束Ｂ＊に、樹脂フィルムＳの樹脂が含浸されて成る一方向プリプレグＰが形成される。
First, a unidirectional fiber bundle B is prepared, in which each filament constituting a predetermined reinforcing fiber is bundled in a band shape. Then, a predetermined pressure is applied to the
以上のように、この実施形態では、支持体２の支持面２１と、該支持面２１に直交する押圧方向である矢印Ｚ方向に超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａとの間に一方向繊維束Ｂを挟んだ状態で、押圧面３５ａによる一方向繊維束Ｂの押圧箇所を一方向繊維束Ｂの長手方向である矢印Ｙ方向に沿って移動させることにより、一方向繊維束Ｂを開繊することができる。したがって、例えば気流を利用した従来の技術を比較すると、開繊する際に一方向繊維束Ｂに強い張力を作用させることができるので、一方向繊維束Ｂを安定して高速に処理して開繊することができる。
As described above, in this embodiment, one direction is formed between the
また、一般的に、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊は、不安定で絡まりやすいが、支持面２１と押圧面３５ａとの間に一方向繊維束Ｂと樹脂フィルムＳとを重ねあわせて配置した状態で、一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）を長手方向である矢印Ｙ方向に走行させることによって、一方向繊維束Ｂを開繊すると同時に樹脂フィルムＳを溶融させた樹脂を帯状の繊維束Ｂ＊に含浸させることができる。したがって、従来のように、開繊装置および含浸装置の両方の装置を準備する必要がなく、１工程で一方向プリプレグＰを形成することができるので、一方向繊維束Ｂの処理コストを低減することができる。また、ホーン３５から物理的な超音波振動が印加されながら樹脂フィルムＳの樹脂と帯状の繊維束Ｂ＊とが接触することにより、強化繊維を構成する各フィラメントと樹脂との接合界面の反応を促進させて良好な接合状態にすることができ、樹脂フィルムＳの樹脂を帯状の繊維束Ｂ＊に良好に含浸させることができる。したがって、一方向プリプレグＰを用いた成形品の物性を向上させることができる。また、開繊と同時に帯状の繊維束Ｂ＊に樹脂が含浸されるので、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊に毛羽等が発生するおそれがなく、開繊後の繊維束Ｂ＊の取り扱いが容易である。
Generally, the band-like fiber bundle B * after fiber opening is unstable and is likely to be entangled, but the unidirectional fiber bundle B and the resin film S are overlapped between the
また、処理対象である一方向繊維束Ｂの太さや開繊処理後の帯状の繊維束Ｂ＊の幅Ｗｂや厚みの目標値に応じて予め設定された所定の加圧力で一方向繊維束Ｂを押圧しながら開繊することで、開繊後の繊維束Ｂ＊の幅Ｗｂおよび厚みを精度よく調整することができる。 In addition, the unidirectional fiber bundle B is set at a predetermined pressure which is set in advance according to the thickness W of the unidirectional fiber bundle B to be treated, the width Wb of the band-like fiber bundle B * after opening, and the target value of the thickness. By opening the fiber while pressing, the width Wb and the thickness of the fiber bundle B * after opening can be adjusted with high accuracy.
また、処理対象である一方向繊維束Ｂの太さや開繊処理後の帯状の繊維束Ｂ＊の厚みや幅Ｗｂの目標値に応じて予め設定された所定間隙Ｇよりも支持面２１との間隔が狭くならないように押圧面３５ａを配置した状態で一方向繊維束Ｂを開繊することで、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊の厚みおよび幅Ｗｂを精度よく調整することができる。なお、超音波振動するホーン３５の最大伸長時の押圧面３５ａと支持面２１との間隔が常に所定間隙Ｇとなるように、共振器３１を押圧方向である矢印Ｚ方向における位置Ｈに固定配置した状態で（図２参照）、一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）を長手方向である矢印Ｙ方向に走行させてもよい。このようにしても、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊の厚みおよび幅Ｗｂを精度よく調整することができる。
Further, the predetermined gap G with the
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態にかかる処理装置について図４を参照して説明する。図４は本発明の第２実施形態にかかる処理装置を示す側面図である。
Second Embodiment
A processing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a side view showing a processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
図４に示す処理装置１ａが上記した第１実施形態と異なるのは、図４に示すように、含浸装置６において含浸処理が行われる点である。すなわち、樹脂フィルムＳが重ね合わされていない状態で押圧面３５ａと支持面２１との間を通過することにより一方向繊維束Ｂが開繊された後に、帯状の繊維束Ｂ＊に樹脂フィルムＳが重ね合わされて含浸装置６において含浸処理が行われる。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
The
含浸装置６は、図４に示すように、樹脂フィルムＳが両面に重ね合わされた帯状の繊維束Ｂ＊を上下方向から挟み込んで加圧可能に構成され、同図中の矢印方向に回転するベルトユニット６１，６２と、ベルトユニット６１，６２の内側に配置された加熱機構６３および冷却機構６４とを備えている。また、加熱機構６３は上流側に配置され、冷却機構６４は下流側に配置されている。このように構成された含浸装置６では、樹脂フィルムＳが両面に重ね合わされた帯状の繊維束Ｂ＊が通過する際に、上流側において、ベルトユニット６１，６２により加圧されながら加熱機構６３により加熱されることによって溶融した樹脂フィルムＳの樹脂が帯状の繊維束Ｂ＊に含浸される。そして、下流側において、ベルトユニット６１，６２により加圧されながら冷却機構６４により冷却されることによって繊維束Ｂ＊に含浸した樹脂が固化し、一方向プリプレグＰが形成される。なお、上記した第１実施形態と同様に、張力調整用ローラ５５が適宜最適な場所にさらに設けられていてもよい。
As shown in FIG. 4, the impregnating device 6 is configured to be able to press the belt-like fiber bundle B * in which the resin films S are superimposed on both sides in the vertical direction so as to pressurize the belt. The
このように構成しても、上記した第１実施形態と同様に、押圧面３５ａと支持面２１との間を通過させることにより一方向繊維束Ｂを開繊することによって、一方向繊維束Ｂを安定して高速に処理して開繊することができる。また、一方向繊維束Ｂを安定して開繊することにより、樹脂を含浸させる帯状の繊維束Ｂ＊の厚み（含浸距離：強化繊維を構成するフィラメントの本数）を薄くすることができるので、短時間で繊維束Ｂ＊に樹脂を含浸させることができると共に、ボイドの発生を抑制し、不完全な含浸を防止することができる。したがって、一方向プリプレグＰを用いた成形品の物性を向上させることができる。
Even in this configuration, as in the first embodiment described above, the unidirectional fiber bundle B is opened by opening the unidirectional fiber bundle B by passing between the
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態にかかる処理装置について図５を参照して説明する。図５は本発明の第３実施形態にかかる処理装置の一部の斜視図である。なお、図５では、図３と同様に帯状の繊維束Ｂ＊の下面側に配置される樹脂フィルムＳと、支持体２とが図示省略されている。
Third Embodiment
A processing apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view of part of the processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. In addition, in FIG. 5, the resin film S arrange | positioned at the lower surface side of strip | belt-shaped fiber bundle B * similarly to FIG. 3, and the
図５に示す処理装置１ｂが上記した第２実施形態と異なるのは、図５に示すように、含浸装置７の構成が異なる点である。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
The
含浸装置７は、図５に示すように、開繊処理に用いられるホーン３５とほぼ同様の構成のホーン１３５（本発明の「押圧体」に相当）を備えている。そして、含浸装置７のホーン１３５の押圧面１３５ａと、支持体２の支持面２１との間を、樹脂フィルムＳが重ね合わされた帯状の繊維束Ｂ＊が通過することにより、上記した第１実施形態と同様に、押圧面１３５ａから超音波振動が印加されて溶融した樹脂フィルムＳの樹脂が帯状の繊維束Ｂ＊に含浸されて、プリプレグＰが形成される。
The
このように構成すると、超音波振動エネルギーを印加して樹脂分子を振動、回転させて分子運動を促進させて発熱させることにより、樹脂シートＳを高速に昇温させて溶融させることができる。そのため、ニップローラ等の加圧装置を利用した従来の技術や、上記した第２実施形態の構成と比較すると、超音波振動が印加されることにより含浸時間をさらに短縮することができると共に、含浸装置７（処理装置）の含浸能力を向上させることができる。したがって、一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）を安定して高速に処理して溶融させた樹脂を含浸させることができる。また、ニップローラ等の加圧装置を利用した従来の技術や、上記した第２実施形態の構成と比較すると、コンパクトな構成の含浸装置７により繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）に樹脂シートＳ等のマトリックス樹脂の樹脂を含浸させることができる。また、上記した第１実施形態と同様に、超音波振動が印加されて含浸処理が実行されているので、強化繊維を構成する各フィラメントと樹脂との接合界面の反応を促進させて良好な接合状態にすることができ、樹脂フィルムＳの樹脂を帯状の繊維束Ｂ＊に良好に含浸させることができる。したがって、一方向プリプレグＰを用いた成形品の物性を向上させることができる。
According to this structure, the resin sheet S can be heated at a high temperature and melted by applying ultrasonic vibration energy to vibrate and rotate the resin molecules to promote molecular motion and generate heat. Therefore, as compared with the prior art using a pressing device such as a nip roller or the configuration of the second embodiment described above, the impregnation time can be further shortened by the application of the ultrasonic vibration, and the impregnating device It is possible to improve the impregnation capacity of 7 (treatment device). Therefore, the unidirectional fiber bundle B (strip-like fiber bundle B *) can be stably treated at high speed and impregnated with the melted resin. In addition, compared with the prior art using a pressing device such as a nip roller or the configuration of the second embodiment described above, a resin sheet is used as the fiber bundle B (band-like fiber bundle B *) by the impregnating
なお、ホーン３５と同様に、ホーン１３５の押圧面１３５ａにより一方向繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）が支持面２１に対して所定の一定の加圧力で押圧されるように駆動モータ等のアクチュエータを備える加圧手段が制御装置により制御されるとよい。また、ホーン３５と同様に、ホーン１３５の押圧方向である矢印Ｚ方向における高さ位置が、図２中のＬに示すようにホーン１３５が最大に伸長したときの押圧面１３５ａと支持面２１との間隔が所定間隙Ｇとなる位置Ｈに達したときには、ホーン１３５が位置Ｈを越えて支持体２側に移動しないように、加圧手段が制御装置により制御されるとよい。また、押圧面１３５ａによる一方向繊維束Ｂ（樹脂シートＳ）に対する加圧力の大きさや、押圧面１３５ａと支持面２１との間隙Ｇの大きさは、開繊された帯状の繊維束Ｂ＊の幅や厚み、一方向プリプレグＰの幅や厚みに応じて、適宜、最適な値を設定すればよい。また、ホーン１３５の押圧方向である矢印Ｚ方向における高さが位置Ｈに達するまでは加圧力が一定となるように加圧手段が制御装置により制御され、ホーン１３５の押圧方向である矢印Ｚ方向における高さが位置Ｈに達したときにホーン１３５が停止するように加圧手段が制御装置により制御されるようにしてもよい。
In the same manner as the
さらに、処理装置１ｂが開繊装置（支持体２、ヘッド部３）を備えている必要はなく、この場合には、処理装置１ｂ以外の装置により開繊された一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）が処理装置１ｂの含浸装置７に供給されるように供給手段５を構成すればよい。
Furthermore, the
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態にかかる処理装置について図６を参照して説明する。図６は本発明の第４実施形態にかかる処理装置において処理される一方向繊維束および樹脂シートを示す横断面図である。
Fourth Embodiment
A processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a unidirectional fiber bundle and a resin sheet to be treated in the treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
この実施形態が上記した第１ないし第３実施形態と異なるのは、図６に示すように、２束の一方向繊維束Ｂ、または、２束の開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊により樹脂フィルムＳが挟み込まれた状態で含浸処理が実行される点である。その他の構成および動作は、上記した第１〜第３実施形態のうちのいずれかの構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。 This embodiment differs from the first to third embodiments described above in the two-way unidirectional fiber bundle B or the band-like fiber bundle B * after opening two bundles, as shown in FIG. The impregnation process is performed in a state where the resin film S is sandwiched. The other configurations and operations are similar to the configurations and the operations of any of the first to third embodiments described above, and therefore the descriptions of the configurations and the operations are omitted by referring the same reference numerals.
このように、一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）と樹脂シートＳとを図６に示すように重ねあわせても、上記した各実施形態と同様の効果を奏することができる。 As described above, even if the unidirectional fiber bundle B (strip-like fiber bundle B *) and the resin sheet S are overlapped as shown in FIG. 6, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained.
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態にかかる処理装置について図７を参照して説明する。図７は本発明の第５実施形態にかかる処理装置の一部の斜視図である。なお、図７では、図５と同様に帯状の繊維束Ｂ＊の下面側に配置される樹脂フィルムＳと、支持体２とが図示省略されている。
Fifth Embodiment
A processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view of part of the processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 7, the resin film S disposed on the lower surface side of the belt-like fiber bundle B * and the
図７に示す処理装置１ｃが上記した図５に示す処理装置１ｂと異なるのは、樹脂が含浸される前の開繊された一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）を加熱する加熱手段８をさらに備えている点である。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
The
加熱手段８は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維を構成する各フィラメントが束ねられて形成された一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）を加熱するものであり、ヒータや誘導加熱装置などの一般的な加熱装置により構成される。このように構成すると、加熱手段８により予備加熱された一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）と溶融した樹脂との密着性を向上させることができ、帯状の繊維束Ｂ＊に良好に樹脂を含浸させることができる。 The heating means 8 heats the unidirectional fiber bundle B (strip-like fiber bundle B *) formed by bundling each of the filaments constituting the reinforcing fiber such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, etc. And a general heating device such as an induction heating device. With this configuration, adhesion between the unidirectional fiber bundle B (strip-like fiber bundle B *) preheated by the heating means 8 and the melted resin can be improved, and the strip-like fiber bundle B * is good. Can be impregnated with resin.
なお、上記した第３実施形態と同様に、図７に示す処理装置１ｃが開繊装置（支持体２、ヘッド部３）を備えている必要はなく、この場合には、処理装置１ｃ以外の装置により開繊された一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）が処理装置１ｃの含浸装置７および加熱装置８に供給されるように供給手段５を構成すればよい。
As in the third embodiment described above, the
＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態にかかる処理装置について図８および図９を参照して説明する。図８は本発明の第６実施形態にかかる処理装置の一部の斜視図であり、図９は図８の処理装置の一部の側面図である。なお、図９では、図５および図７と同様に帯状の繊維束Ｂ＊の下面側に配置される樹脂フィルムＳと、支持体２とが図示省略されている。
Sixth Embodiment
A processing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a perspective view of a part of the processing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a side view of a part of the processing apparatus of FIG. In FIG. 9, the resin film S disposed on the lower surface side of the band-like fiber bundle B * and the
図８に示す処理装置１ｄが、上記した図５の処理装置１ｂおよび図７の処理装置１ｃと異なるのは、樹脂が含浸された後の一方向繊維束Ｂ（一方向プリプレグＰ）を支持体２の支持面２１に対して押圧する押え部材９と、押え部材９を冷却する押圧体用冷却手段１０とを備えている点である。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
The
押え部材９は、ローラ状に形成され、その中心軸が一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）の長手方向である矢印Ｙ方向（一方向繊維束Ｂの走行方向）にほぼ直交するように配置されている。そして、押え部材９は、その中心軸を回転中心として回転しながらその周面により一方向プリプレグＰを支持面２１に対して押圧する。このとき、図示省略されたモータやシリンダ等のアクチュエータや、ばね等の付勢手段により、押え部材９が一方向プリプレグＰを所定の押圧力で支持面２１に対して押圧するように構成されている。また、図９に示すように、押圧部材９の周面が支持面２１から所定距離Ｇ２をあけて配置されている。
The
冷却手段１０は、エアーを吹きかけることにより押え部材９を冷却するものである。図８に示すように、押え部材９には、流入口９１と、これに部材９内の流路（図示省略）を介して連通する流出口９２とが設けられている。押圧体用冷却手段１０は、流入口９１から押え部材９内にエアーを供給し、供給されたエアーが押え部材９内の流路を通って流出口９２から吹き出されることにより押え部材９が冷却される。
The cooling means 10 cools the
したがって、図９に示すように、一方向プリプレグＰの幅の目標値などに応じて予め設定された所定の押圧力で押え部材９により一方向プリプレグＰを支持面２１に対して押圧することで、一方向プリプレグＰの幅を精度よく調整することができる。また、図９に示すように、一方向プリプレグＰの厚みの目標値などに応じて予め設定された所定距離Ｇ２を支持面２１からあけて押え部材９を配置した状態で押え部材９により一方向プリプレグＰを支持面２１に対して押圧することで、一方向プリプレグＰの厚みを精度よく調整することができる。このように、含浸処理後の一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）を支持面２１に対して押え部材９により押えることによって、残熱で一方向プリプレグＰが支持面２１から浮いたり膨張したりするのを防止することができ、一方向プリプレグＰの形状を押え部材９により適切な形状に成形することができる。
Therefore, as shown in FIG. 9, by pressing the one-way prepreg P against the
また、押圧体用冷却手段１０により冷却された押え部材９により、一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）に含浸された樹脂を迅速に冷却して硬化させることができる。また、流出口９２から吹き出されたエアーが一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）に含浸された後の樹脂に吹き付けられるように構成することによって、含浸後の樹脂の冷却効果を向上させることができる。
Further, the resin impregnated in the unidirectional fiber bundle B (strip-like fiber bundle B *) can be rapidly cooled and cured by the pressing
また、押え部材９の回転位相を一方向プリプレグＰの移動速度とずらすことにより、押え部材９の周面と一方向プリプレグＰの表面とを摺接させることによって、一方向プリプレグＰの表面を滑らかに形成することができる。
Further, by shifting the rotational phase of the
次に、図１０を参照して押え部材の変形例について説明する。図１０は図９の処理装置の変形例を示す斜視図である。 Next, a modification of the pressing member will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a perspective view showing a modification of the processing apparatus of FIG.
図１０に示す処理装置１ｄの押え部材９ａが、図８の処理装置１ｄのローラ状の押え部材９と異なるのは、押え部材９ａが押圧面９３を有し、押圧面９３と一方向プリプレグＰとを摺接させながら一方向プリプレグＰを支持体２の支持面２１に対して押圧する点である。なお、図１０では押え部材９ａが押圧面９３を有する角柱状に形成されているが、押圧面９３を有していれば押え部材９ａの形状は角柱状に限定されるものではない。また、図示省略しているが、図８の押え部材９と同様に、押え部材９ａにも、流入口９１と、これに部材９ａ内の流路（図示省略）を介して連通する流出口９２とが設けられている。そして、押圧体用冷却手段１０は、流入口９１から押え部材９ａ内にエアーを供給し、供給されたエアーが押え部材９ａ内の流路を通って流出口９２から吹き出されることにより押え部材９ａが冷却される。
The
なお、一方向繊維束Ｂおよび樹脂シートＳを固定配置し、ホーン１３５を一方向繊維束Ｂの長手方向である矢印Ｙ方向に沿って移動させる場合には、ホーン１３５および押え部材９，９ａが一体的に移動するように構成するとよい。また、この実施形態では、冷却手段１０は空冷式により押え部材９，９ａを冷却するように構成されているが、水冷式により押え部材９，９ａを冷却するように押圧体用冷却手段１０を構成してもよい。
In the case where the unidirectional fiber bundle B and the resin sheet S are fixedly disposed and the
また、含浸処理後の一方向繊維束Ｂの成形状態を維持するのに適切な所定の押圧力で押え部材９，９ａにより一方向繊維束Ｂを支持面２１に対して押圧したり、含浸処理後の一方向繊維束Ｂの成形状態を維持するのに適切な所定距離Ｇ２を支持面２１からあけて押え部材９，９ａが配置された状態で、押え部材９，９ａにより含浸処理後の一方向繊維束Ｂを支持面２１に対して押圧したりするようにしてもよい。このようにすると、より確実に樹脂が含浸された一方向繊維束Ｂの成形状態を押え部材９，９ａにより維持することができる。
Further, the unidirectional fiber bundle B is pressed against the supporting
＜第７実施形態＞
本発明の第７実施形態にかかる処理装置について図１１を参照して説明する。図１１は本発明の第７実施形態にかかる処理装置の一部の斜視図である。なお、図１１では支持体２が図示省略されている。
Seventh Embodiment
A processing apparatus according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a perspective view of a part of the processing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 11, the
図１１に示す処理装置１ｅが、上記した図８および図１０の処理装置１ｄと異なるのは、マトリックス樹脂を成す樹脂板Ｓ’（樹脂部材）と、一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）または一方向プリプレグＰとが重ね合わされて配置され、樹脂板Ｓ’の溶融した樹脂が一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）または一方向プリプレグＰに含浸される点である。なお、樹脂板Ｓ’上に一方向プリプレグＰ（ＵＤテープ）が配置された場合には、樹脂が含浸された繊維束Ｂにさらに樹脂板Ｓ’の樹脂が含浸されることになる。なお、押え部材９ａの代わりに押え部材９を備えるようにしてもよい。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
The
このように構成しても、上記した第６実施形態と同様の効果を奏することができる。また、樹脂板Ｓ’は熱容量が大きく一方向繊維束Ｂに含浸された後の溶融樹脂の温度が下がりにくいが、含浸後の一方向繊維束Ｂを押え部材９，９ａにより支持面２１に対して押えると共に、溶融樹脂を押え部材９，９ａにより冷却することによって、一方向繊維束Ｂに含浸された後の樹脂を迅速に冷却して硬化させることができる。
Even with this configuration, the same effect as that of the above-described sixth embodiment can be obtained. Further, the resin plate S 'has a large heat capacity and the temperature of the molten resin after impregnation into the unidirectional fiber bundle B is difficult to lower, but the unidirectional fiber bundle B after impregnation is against the
なお、ホーン１３５および押え部材９，９ａを一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）の長手方向に沿って一体的に移動させる場合には、次のように構成するとよい。すなわち、一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）または一方向プリプレグＰ（ＵＤテープ）を巻回保持してホーン１３５の押圧面１３５ａの下方に供給する供給ローラを、ホーン１３５（押え部材９，９ａ）の移動方向（長手方向）である矢印Ｙ方向におけるホーン１３５の上流側に配置すると共に、ホーン１３５（押え部材９，９ａ）および供給ローラが一体的に移動するようにするとよい。このように構成すると、樹脂板Ｓ’を固定配置した状態で、ホーン１３５（押え部材９，９ａ）および供給ローラを一体的に移動させながら供給ローラから一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）または一方向プリプレグＰ（ＵＤテープ）を押圧面１３５ａの下方に供給することができ、含浸装置７により、供給された一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）または一方向プリプレグＰ（ＵＤテープ）に、連続的に樹脂板Ｓの樹脂を溶融させて含浸させることができる。
When the
＜第８実施形態＞
本発明の第８実施形態にかかる処理装置について図１２を参照して説明する。図１２は本発明の第８実施形態にかかる処理装置を示す側面図である。
Eighth Embodiment
A processing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a side view showing a processing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
図１２に示す処理装置１ｆが、図１の処理装置１と異なるのは、樹脂フィルムＳから共振器３１（ホーン３５）への伝熱を遮蔽して遮蔽機能を発揮する押圧体側遮蔽手段１１ａと、樹脂フィルムＳから支持体２への伝熱を遮蔽して遮蔽機能を発揮する支持体側遮蔽手段１１ｂとを備える点である。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
The
押圧体側遮蔽手段１１ａは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の各種のフッ素樹脂やガラス繊維入りのフッ素樹脂のような熱伝導率の小さい樹脂材料、熱伝導率の小さいニチアス株式会社製のパイロジェル（登録商標）など、熱伝導率の小さい材料により形成された帯状の断熱フィルムＩａを巻回保持する供給ローラ１１１ａと、収納ローラ１１２ａとを備え、供給ローラ１１１ａおよび収納ローラ１１２ａそれぞれが矢印方向に回転することによって、供給ローラ１１１ａから引き出された断熱フィルムＩａをホーン３５の押圧面３５ａと樹脂フィルムＳ（一方向繊維束Ｂ）との間に供給することにより、樹脂フィルムＳから共振器３１（ホーン３５）への伝熱を遮蔽する。このとき、断熱フィルムＩａは、両面に樹脂フィルムＳが重ね合わされた一方向繊維束Ｂとほぼ同じ速度で長手方向である矢印Ｙ方向に走行するように供給ローラ１１１ａから引き出されて収納ローラ１１２ａに収納される。
The pressing body side shielding means 11a is made of polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy fluorine resin (PFA), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) ), Various fluorine resins such as polyetheretherketone (PEEK), resin materials with small thermal conductivity such as fluorocarbon resin with glass fiber, Pyrogel (registered trademark) by Nitus Corporation with small thermal conductivity, etc. A
なお、断熱フィルムＩａを離型性に優れたフッ素樹脂等により形成することにより、ホーン３５の押圧面３５ａに溶融した樹脂フィルムＳが粘着等するのを防止する離型フィルムとしても使用することができ、両面に樹脂フィルムＳが重ね合わされた一方向繊維束Ｂ（一方向プリプレグＰ）を矢印Ｙ方向に良好に走行させることができる。また、断熱フィルムＩａを上記したように矢印Ｙ方向に走行させずに、ホーン３５の押圧面３５ａと樹脂フィルムＳ（一方向繊維束Ｂ）との間に断熱フィルムＩａが固定配置されていてもよい。
The heat insulation film Ia may also be used as a mold release film that prevents the molten resin film S from adhering to the
また、図示省略されているが、図５、図７、図８、図１０、図１１の含浸装置７が備えるホーン１３５に対して押圧体側遮蔽手段１１ａが設けられていてもよい。このように構成することにより、超音波振動エネルギーが印加されることにより発生した熱エネルギーが、樹脂シートＳや樹脂板Ｓ’からホーン１３５に伝導して逃げるのを防止することができる。
Further, although not shown, the pressing body side shielding means 11a may be provided to the
支持体側遮蔽手段１１ｂは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等の各種のフッ素樹脂やガラス繊維入りのフッ素樹脂のような熱伝導率の小さい樹脂材料、熱伝導率の小さいニチアス株式会社製のパイロジェル（登録商標）など、熱伝導率の小さい材料により形成された帯状の断熱フィルムＩｂを巻回保持する供給ローラ１１１ｂと、収納ローラ１１２ｂとを備え、供給ローラ１１１ｂおよび収納ローラ１１２ｂそれぞれが矢印方向に回転することによって、供給ローラ１１１ｂから引き出された断熱フィルムＩｂを支持体２の支持面２１と樹脂フィルムＳ（一方向繊維束Ｂ）との間に供給することにより、樹脂フィルムＳから支持体２への伝熱を遮蔽する。このとき、断熱フィルムＩｂは、両面に樹脂フィルムＳが重ね合わされた一方向繊維束Ｂとほぼ同じ速度で長手方向である矢印Ｙ方向に走行するように供給ローラ１１１ｂから引き出されて収納ローラ１１２ｂに収納される。
The support side shielding means 11 b is made of polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy fluorine resin (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) Etc.) made of a material with low thermal conductivity, such as resin materials with low thermal conductivity such as various fluorocarbon resins and fluorocarbon resins with glass fiber, and Pyrogel (registered trademark) by Nichias Co., Ltd. with low thermal conductivity. A heat insulating film drawn from the
なお、断熱フィルムＩｂを離型性に優れたフッ素樹脂等により形成することにより、支持体２の支持面２１に溶融した樹脂フィルムＳが粘着等するのを防止する離型フィルムとしても使用することができ、両面に樹脂フィルムＳが重ね合わされた一方向繊維束Ｂ（一方向プリプレグＰ）を矢印Ｙ方向に良好に走行させることができる。また、断熱フィルムＩｂを上記したように矢印Ｙ方向に走行させずに、支持体２の支持面２１と樹脂フィルムＳ（一方向繊維束Ｂ）との間に断熱フィルムＩｂが固定配置されていてもよい。
In addition, it is also used as a release film which prevents that resin film S fuse | melted to the
このとき、押圧体側遮蔽手段１１ａや支持体側遮蔽手段１１ｂとして用いられるＰＴＦＥ、ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＥＴＦＥ，ＰＥＥＫの熱伝導率はそれぞれ、０．２３，０，１９，０．２，０．２４，０．２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、押圧体側遮蔽手段１１ａおよび支持体側遮蔽手段１１ｂは、これらＰＴＦＥ、ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＥＴＦＥから成る断熱フィルムＩａ，Ｉｂではなく、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ，ＦＥＰ，ＥＴＦＥやこれらと同様に熱伝導率の小さい材質のものを選択してもよいし、これらにガラス繊維を含むものや、これらフッ素樹脂と同等の熱伝導率を有する材質のものであってもよい。さらに、ガラス転移温度が６０℃以上、或いは、融点が２５０℃以上のフッ素樹脂その他の素材を、断熱フィルムＩａ，Ｉｂに使用してもよい。このとき、樹脂フィルムＳ（樹脂部材）の融点が低い場合には、上記したフッ素樹脂等を使用するのが好ましいが、樹脂フィルムＳ（樹脂部材）の融点が高い場合には、ステンレス、鉄、アルミニウム、チタン、チタン合金、マンガン、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、ビスマスなどの金属薄板を使用するのが望ましい。さらに、これらの金属薄板の押圧面３５ａ側や支持面２１側に上記したフッ素樹脂等をコーティングしたものや、金属薄板の両面にコーティングしたものを使用してもよい。
At this time, the thermal conductivity of PTFE, PFA, FEP, ETFE, and PEEK used as the pressing body side shielding means 11a and the support side shielding means 11b is 0.23, 0, 19, 0.2, 0.24, 0, respectively. .25 W / (m · K), and the pressing body side shielding means 11a and the support body side shielding means 11b are not thermal insulation films Ia and Ib consisting of PTFE, PFA, FEP, ETFE, but PTFE, PFA, FEP, ETFE or Similarly to these, materials having small thermal conductivity may be selected, those containing glass fiber, or materials having thermal conductivity equivalent to those of the fluorocarbon resin may be used. Furthermore, a fluorine resin or other material having a glass transition temperature of 60 ° C. or higher, or a melting point of 250 ° C. or higher may be used for the heat insulating films Ia and Ib. At this time, when the melting point of the resin film S (resin member) is low, it is preferable to use the above-mentioned fluorine resin etc., but when the melting point of the resin film S (resin member) is high, stainless steel, iron, It is desirable to use sheet metal such as aluminum, titanium, titanium alloy, manganese, nichrome (Ni-Cr), bismuth and the like. Furthermore, those coated with the above-mentioned fluorine resin or the like on the
ところで、従来、ホーン３５の押圧面３５ａから超音波振動が印加されると、重ね合わされた樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’等の被処理物どうしが擦り合わされて摩擦熱が生じ、樹脂が溶融すると考えられていた。本願発明者は、ホーン３５の押圧面３５ａから超音波振動が印加されている樹脂製の被処理物をサーモグラフィにより観察し、被処理物の温度分布を詳細に検討した。その結果、本願発明者は、押圧面３５ａが接触していない被処理物の端縁部の温度も上昇していることを見出した。これは、電子レンジの原理と同様に、ホーン３５の押圧面３５ａから超音波振動エネルギーが樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’等の被処理物に印加されることで、樹脂分子が振動、回転して分子運動が促進されて被処理物全体の温度が上昇するためと考えられる。
By the way, conventionally, when ultrasonic vibration is applied from the
また、本願発明者は、超音波処理後にホーン３５の押圧面３５ａが被処理物から離間する際に、ホーン３５が昇温したままの状態であることを見出した。これは、超音波振動エネルギーが印加されることにより被処理物において生じた熱エネルギーがホーン３５に伝導して被処理物の外部に逃げたことによって該ホーン３５が昇温したためと考えられる。これらの考察結果から、本願発明者は、ホーン３５の押圧面３５ａから超音波振動エネルギーを印加して被処理物を処理する際に、超音波振動エネルギーを効率よく利用して被処理物を処理するためには、超音波振動エネルギーが印加されることにより被処理物全体で発生した熱エネルギーがホーン３５や支持体２に逃げるのを防止し、発生した熱エネルギーを被処理物内に閉じ込めることが重要との知見を得た。
In addition, the inventor of the present application has found that when the
したがって、この実施形態によれば、超音波振動エネルギーを印加して樹脂分子を振動、回転させて分子運動を促進させることで樹脂フィルムＳを発熱させた際に、該樹脂フィルムＳからホーン３５および支持体２への伝熱が遮蔽されるので、樹脂フィルムＳに生じた熱が支持体２およびホーン３５に伝導して逃げるのを防止することができ、樹脂フィルムＳ内に熱をこもらせることができる。そのため、超音波振動が印加されることにより樹脂フィルムＳに生じた熱エネルギーを該樹脂フィルムＳ内に閉じ込めることができ、その結果、過剰な超音波振動エネルギーを印加しなくても、樹脂フィルムＳが破損しない程度の適度な大きさの超音波振動エネルギーにより確実に樹脂フィルムＳを所定温度まで昇温させて溶融させることができる。
Therefore, according to this embodiment, when the resin film S is heated by applying ultrasonic vibration energy to vibrate and rotate the resin molecules to promote molecular motion, the resin film S to the
また、支持体２の支持面２１と、超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａとの間に樹脂フィルムＳ（一方向繊維束Ｂ）を挟んだ状態で、押圧面３５ａによる押圧箇所を樹脂フィルムＳの長手方向である矢印Ｙ方向に沿って所定速度で連続的に移動させると、超音波振動エネルギーが印加（注入）される樹脂フィルムＳ上の位置が時々刻々と移動するが、従来の構成では、超音波振動エネルギーが印加されることにより生じた熱エネルギーが支持体２やホーン３５に伝導して逃げてしまうので、超音波振動エネルギーを効率よく利用して樹脂フィルムＳの押圧面３５ａが接触した箇所の温度を上昇させることができない。一方、この実施形態のように、樹脂フィルムＳからホーン３５および支持体２への伝熱を遮蔽して該樹脂フィルムＳ内に熱エネルギーを閉じ込めることにより、超音波振動エネルギーを効率よく利用して樹脂フィルムＳの押圧面３５ａが接触した箇所の温度を上昇させることができる。したがって、加熱が必要な範囲よりも小さい押圧面３５ａを有するホーン３５を利用し、押圧面３５ａによる押圧箇所を連続的に移動させることによって、押圧面３５ａよりも大面積の樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’等の樹脂製の被処理物を処理することができる。
Further, in a state in which the resin film S (one-direction fiber bundle B) is sandwiched between the
＜第９実施形態＞
本発明の第９実施形態にかかる処理装置１ｇについて図１３を参照して説明する。図１３は本発明の第９実施形態に係る処理装置の一部の側面図である。
The Ninth Embodiment
A
本実施形態では、図１３に示すように、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）などの金属部材Ｍに、一方向プリプレグ（ＵＤテープ）をはじめ、炭素繊維（ＣＦ）のフィラメントを平織した織物あるいは編物、布、不織布などに樹脂を含浸した強化繊維ＲＦを樹脂により接合する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 13, filaments of carbon fiber (CF) including unidirectional prepreg (UD tape) on metal members M such as aluminum (Al), copper (Cu), iron (Fe), etc. The reinforcing fiber RF in which the resin is impregnated into a plain weave or a woven fabric, a cloth, a non-woven fabric or the like is joined with the resin.
図１３に示すように、支持体２とホーン１３５との間に、金属部材Ｍ、樹脂部材Ｓ、強化繊維ＲＦを順次重ね合せて配置して、ホーン１３５により所定の加圧力を加えつつ超音波振動を与え、樹脂部材Ｓを超音波振動による熱エネルギーによって溶融し、強化繊維ＲＦを金属部材Ｍに溶着させて接合する。このとき、上記した第６実施形態との対比で説明すると、図１１における樹脂板Ｓ’を薄いものして図１３の樹脂部材Ｓとし、この樹脂部材Ｓが金属部材Ｍ上に重ねられ、さらにその上に強化繊維ＲＦが重ね合わされた状態で、図示省略の移動手段により、重ね合された状態の金属部材Ｍ、樹脂部材Ｓ、強化繊維ＲＦが一緒に移動されつつ、ホーン１３５により超音波が印加されて樹脂部材Ｓが溶融され、強化繊維ＲＦが金属部材Ｍに接合されることになる。
As shown in FIG. 13, a metal member M, a resin member S, and a reinforcing fiber RF are sequentially superposed and disposed between the
そして、図１３に示すように、押圧体側遮蔽手段１１ａを構成する複数のローラ１１ａ１，１１ａ２，１１ａ３，１１ａ４，１１ａ５により帯状の断熱フィルムＩａを、ホーン１３５の押圧面１３５ａと強化繊維ＲＦとの間で移動させてホーン１３５への伝熱を遮蔽しつつ、超音波を印加し、超音波振動による熱エネルギーを、支持体２の支持面２１とホーン１３５の押圧面１３５ａとの間に挟まれた金属部材Ｍ、樹脂部材Ｓおよび強化繊維ＲＦに効果的に閉じ込め、樹脂部材Ｓを溶融して強化繊維ＲＦを金属部材Ｍに接合する。なお、断熱フィルムＩａを移動させるには、上記したように５個のローラ１１ａ１〜１１ａ５が必ずしも必要ではなく、要するにホーン１３５の押圧面１３５ａと強化繊維ＲＦとの間で断熱フィルムＩａを移動させることができればよい。
Then, as shown in FIG. 13, a belt-shaped heat insulating film Ia is formed by the plurality of rollers 11a1, 11a2, 11a3, 11a4, 11a5 constituting the pressing body side shielding means 11a, and between the
ここで、断熱フィルムＩａは、上記した第８実施形態と同様、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等の各種のフッ素樹脂やガラス繊維入りのフッ素樹脂のような熱伝導率の小さい樹脂材料、熱伝導率の小さいニチアス株式会社製のパイロジェル（登録商標）など、熱伝導率の小さい材料により形成される。 Here, as in the eighth embodiment described above, the heat insulating film Ia is made of polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy fluorine resin (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), ethylene・ Resin materials with low thermal conductivity such as various fluorocarbon resins such as tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) and fluorocarbon resins with glass fiber, Pyrogel (registered trademark) by Nitus Corporation with low thermal conductivity And the like, it is formed of a material having a low thermal conductivity.
なお、図１３に示すように、図１１の押え部材９ａと同様に押圧面を有する押え部材９ｂが、移動手段により移動される金属部材Ｍ、樹脂部材Ｓおよび強化繊維ＲＦの川下側に配置され、押え部材９ｂの押圧面と強化繊維ＲＦとを摺接させながら強化繊維ＲＦを支持体２の支持面２１に対して押圧するようになっている。
Incidentally, as shown in FIG. 13, a pressing
ところで、金属部材Ｍに重ねる樹脂部材Ｓは、図１４（ａ）に示すように予め金属部材Ｍ上に形成された樹脂層である場合や、図１４（ｂ）に示すように予め接着されていない場合のいずれであってもよい。図１４（ａ）のように樹脂部材Ｓとしての樹脂層を金属部材Ｍに予め形成する手法として、樹脂部材Ｓを溶融温度にまで加熱（超音波振動エネルギーによる加熱も含む）して金属部材Ｍ上に溶着させて形成する手法や、金属部材Ｍの上面にＯＨ基を形成し、形成したＯＨ基に樹脂部材Ｓを反応させるといういわゆる化学的結合により形成する手法等がある。 By the way, the resin member S stacked on the metal member M is a resin layer formed in advance on the metal member M as shown in FIG. 14A, or is previously bonded as shown in FIG. 14B. It may be either of them. As a method of forming a resin layer as the resin member S in advance on the metal member M as shown in FIG. 14 (a), the resin member S is heated to a melting temperature (including heating by ultrasonic vibration energy) There is a method of forming by welding, a method of forming an OH group on the upper surface of the metal member M, and a method of forming a so-called chemical bond in which the resin member S is reacted with the formed OH group.
このとき、図１５（ａ）に示すように、金属部材Ｍの上面をエッチング等により予め粗化して粗化面ＡＭを形成しておき、この粗化面ＡＭに樹脂部材Ｓとしての樹脂層を予め形成させるとよく、こうすると金属部材Ｍに対する樹脂部材Ｓの接着強度を向上することができる。また、図１５（ｂ）に示すように、金属部材Ｍの上面に粗化面ＡＭを形成しておき、樹脂部材Ｓを予め接着しないで重ねるようにしてもよい。なお、図１５（ａ）のように樹脂部材Ｓとしての樹脂層を金属部材Ｍの粗化面ＡＭに形成する手法として、樹脂部材Ｓを溶融温度にまで加熱（超音波振動エネルギーによる加熱も含む）して金属部材Ｍの粗化面ＡＭ上に溶着させて形成する手法のほか、金属部材Ｍの粗化面ＡＭにＯＨ基を形成し、形成したＯＨ基に樹脂部材Ｓを反応させることによる化学的結合により形成する手法等がある。 At this time, as shown in FIG. 15A, the upper surface of the metal member M is roughened in advance by etching or the like to form a roughened surface AM, and the resin layer as the resin member S is formed on the roughened surface AM. The adhesive strength of the resin member S to the metal member M can be improved by forming in advance. Alternatively, as shown in FIG. 15B, a roughened surface AM may be formed on the upper surface of the metal member M, and the resin members S may be stacked without being bonded in advance. As a method of forming the resin layer as the resin member S on the roughened surface AM of the metal member M as shown in FIG. 15A, the resin member S is heated to the melting temperature (including heating by ultrasonic vibration energy) ) By welding on the roughened surface AM of the metal member M, or by forming the OH group on the roughened surface AM of the metal member M and reacting the resin member S with the formed OH group There is a method of forming by chemical bonding and the like.
また、押え部材９ｂは、図９の場合と同様、支持体２の支持面２１から予め設定された間隙をあけて配置しておくとよく、さらに押え部材９ｂは、所定の押圧力で押圧するようにしておくとよい。こうすると、処理後の強化繊維ＲＦの成形状態を維持するのに適切な間隙を支持面２１からあけて押え部材９ｂが配置された状態で、押え部材９ｂにより処理後の強化繊維ＲＦを支持面２１に対して押圧することにより、より確実に処理後の強化繊維の成形状態を押え部材９ｂにより維持することができる。また、処理後の強化繊維ＲＦの厚みおよび幅の目標値などに応じて予め設定された所定距離を支持面２１からあけて押え部材９ｂが配置された状態で、処理後の強化繊維ＲＦを支持面２１に対して所定の押圧力で押圧することにより、処理後の強化繊維ＲＦの厚みおよび幅を精度よく調整することができる。
Further, as in the case of FIG. 9, the pressing
したがって、上記した実施形態によれば、金属部材Ｍと強化繊維ＲＦとの間の樹脂部材Ｓを溶融して、強化繊維ＲＦと金属部材Ｍとを容易に溶着させることができる。 Therefore, according to the above-described embodiment, the resin member S between the metal member M and the reinforcing fiber RF can be melted to easily weld the reinforcing fiber RF and the metal member M.
なお、第９実施形態の変形例として、図１６に示すように、押え部材９ｂの下方を断熱フィルムＩａが移動するように配置してもよい。この場合、図１３と比べて、ローラ１１ａ１〜１１ａ４と１個少ない。
As a modification of the ninth embodiment, as shown in FIG. 16, the heat insulating film Ia may be arranged to move below the pressing
また、図１３、図１６における押え部材９ｂに、上記した第６実施形態のような空冷式、水冷式の押圧体用冷却手段を設けてもよい。
Further, the pressing
また、本発明の第１０実施形態として、上記した処理装置１ａ〜１ｈにおけるホーン３５，１３５に代えて、図１７に示すような回転可能に保持されたロータリーホーンＲＨを使用してもよい。
Further, as a tenth embodiment of the present invention, a rotary horn RH rotatably held as shown in FIG. 17 may be used instead of the
さらに、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した各実施形態の構成をどのように組み合わせてもよい。例えば、ホーン３５，１３５（共振器３１）を長手方向である矢印Ｙ方向に移動させることにより、ホーン３５，１３５の押圧面３５ａ，１３５ａによる一方向繊維束Ｂの押圧箇所が移動するようにしてもよい。また、ホーン３５，１３５（共振器３１）および一方向繊維束Ｂの両方を相対的に長手方向である矢印Ｙ方向に移動させることにより、ホーン３５，１３５の押圧面３５ａ，１３５ａによる一方向繊維束Ｂ等の強化繊維の押圧箇所が移動するようにしてもよい。
Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made other than the above without departing from the scope of the invention. For example, the configurations of the embodiments described above may be combined in any way. For example, by moving the
また、上記した加圧手段４にシリンダを追加することにより、シリンダの差圧を利用してホーン３５の押圧面３５ａによる一方向繊維束Ｂ等の強化繊維に対する加圧力を設定するようにしてもよい。
Further, by adding a cylinder to the above-described pressurizing means 4, the pressure applied to reinforcing fibers such as the unidirectional fiber bundle B by the
また、上記した第２および第３実施形態において、含浸装置の構成は上記した例に限定されるものではなく、一般的に使用される含浸装置により含浸処理を行うようにすればよい。 In the second and third embodiments described above, the configuration of the impregnation device is not limited to the above-described example, and the impregnation treatment may be performed by a commonly used impregnation device.
また、押圧体および押圧面の形状等の構成は上記したホーン３５，１３５の構成に限定されるものではなく、平面状の押圧面を有し、一方向繊維束Ｂを少なくとも幅方向に渡って支持面２１に対して押圧面により押圧できる構成であれば、押圧体をどのような形状に構成してもよい。例えば、その側面視形状が押圧面３５ａ，１３５ａに向ってくちばし状に先細りする形状にホーン３５，１３５を構成することができる。また、例えば、押圧面が、一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）、樹脂フィルムＳ、樹脂板Ｓ’などの被処理物を幅方向に渡って一軸状に支持面２１に対して押圧できる構成であれば、押圧面による被処理物の押圧箇所を所定方向（例えば押圧面の長手方向にほぼ直交する方向）に１回スキャン（移動）するだけで、被処理物を全面に渡って処理することができる。
Further, the configuration such as the shape of the pressing body and the pressing surface is not limited to the configuration of the
また、上記した加圧手段４は上記した構成に限られるものではなく、共振器３１を移動させることができれば、リニアモータやシリンダ等の周知のアクチュエータを用いるなど、どのように加圧手段４を構成してもよい。
Further, the above-described pressurizing means 4 is not limited to the above-described configuration, and if the
また、押圧体および支持体それぞれの配置位置は、図１の紙面に向かって上下方向に並べて配置された上記した例に限定されるものではなく、押圧体および支持体の上下方向の位置を入れ換えて配置してもよいし、押圧体および支持体を図１の紙面に向かって左右方向に並べて配置してもよい。 Further, the arrangement positions of the pressing body and the support body are not limited to the above-described example arranged in the vertical direction toward the paper surface of FIG. 1, and the positions of the pressing body and the support body are exchanged The pressing body and the support may be arranged side by side in the left-right direction toward the paper surface of FIG.
また、断熱フィルムの素材として挙げたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の各種のフッ素樹脂やジルコニア等の熱伝導率が小さい材質、或いは、６０℃以上のガラス転移温度や２５０℃以上の融点有する材質により形成された断熱用のコーティング層がホーン３５，１３５の押圧面３５ａ，１３５ａの表面に形成されていてもよい。このように構成しても、断熱用のコーティング層により樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’からホーン３５，１３５への伝熱を遮蔽することができ、超音波振動エネルギーが印加されることにより生じた熱エネルギーを樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’内に閉じ込めることができるので、超音波振動エネルギーを効率よく利用して樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’を処理することができる。このように、共振器３１（ホーン３５，１３５）に設けられた断熱用のコーティング層を、共振器３１（ホーン３５，１３５）側への伝熱を遮蔽する遮蔽手段として機能させることができる。
In addition, various fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) mentioned as the material of the heat insulation film and materials having small thermal conductivity such as zirconia, or materials having a glass transition temperature of 60 ° C. or more and a melting point of 250 ° C. or more The coating layer for heat insulation formed by the above may be formed on the surface of the
また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の各種のフッ素樹脂やジルコニア、（ファイン）セラミックス、ガラス等の熱伝導率が小さい材質、或いは、７０℃以上のガラス転移温度や２５０℃以上の融点有する材質により形成された断熱用のコーティング層が支持体２の支持面２１の表面に形成されていてもよい。このように構成しても、断熱用のコーティング層によりにより樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’から支持体２への伝熱を遮蔽することができ、超音波振動エネルギーが印加されることにより生じた熱エネルギーを樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’内に閉じ込めることができるので、超音波振動エネルギーを効率よく利用して樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’を処理することができる。このように、支持体２に設けられた断熱用のコーティング層を、支持体２側への伝熱を遮蔽する遮蔽手段として機能させることができる。
Also, various fluorine resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE), zirconia, (fine) ceramics, materials having small thermal conductivity such as glass, or materials having a glass transition temperature of 70 ° C. or more or a melting point of 250 ° C. or more The heat insulating coating layer formed by the above may be formed on the surface of the
また、押圧体であるホーン３５，１３５および支持体２自体を、熱伝導率がいずれも１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも小さい材質、例えばチタン合金（例えば熱伝導率が７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ）などにより形成されていてもよい。また、支持体２が、水晶（８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ガラス（１Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ファインセラミックス（ムライト、フォルステライト、コージライト、ジルコニア、ステアタイト等）などの材質により形成されていてもよい。このように構成しても、ホーン３５，１３５および支持体２の熱伝導率が、いずれも小さく設定されているため、超音波振動エネルギーが印加されることにより生じた熱エネルギーが樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’からホーン３５，１３５および支持体２に伝導して逃げるのを防止できる。したがって、超音波振動エネルギーが印加されることにより生じた熱エネルギーを樹脂フィルムＳ、樹脂板Ｓ’内に閉じ込めることができるので、超音波振動エネルギーを効率よく利用して樹脂フィルムＳ、樹脂板Ｓ’を処理することができる。このように、押圧体であるホーン３５，１３５および支持体２のそれぞれに、外部からの熱の伝達を遮蔽する遮蔽機能を発揮させることができる。
In addition, the
また、図５、図７、図８、図１０、図１１の含浸装置７（処理装置）が備えるホーン１３５にヒータが設けられていてもよい。このようにすると、ヒータによりホーン１３５を所定温度に昇温しておくことで、超音波振動エネルギーを印加された樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’が発熱した際に、樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’とホーン１３５との間に生じる熱勾配を緩和することができるので、発熱した樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’からホーン１３５）への伝熱を遮蔽することができる。このように、ホーン１３５に設けられたヒータを、ホーン１３５側への伝熱を遮蔽する遮蔽手段として機能させることができる。また、ヒータによりホーン１３５を所定温度に昇温しておくことで、ホーン１３５の押圧面１３５ａから樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’に印加された超音波振動エネルギーにヒータの熱エネルギーをかさ上げすることもできる。このようにすれば、樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’への超音波振動エネルギーの過剰な供給を抑制しつつ、温度を十分に上昇させて樹脂フィルムＳや樹脂板Ｓ’を確実に溶融させることができる。
Moreover, a heater may be provided in the
また、支持体２の支持面２１と一方向繊維束Ｂ（樹脂シートＳ、樹脂板Ｓ’）との間や、ホーン３５，１３５の押圧面３５ａ，１３５ａと一方向繊維束Ｂ（樹脂シートＳ、樹脂板Ｓ’）との間に、フッ素樹脂等の離型性に優れた樹脂により形成された離型シートや、チタン、チタン合金、銅、ステンレス等の金属により形成された離型シートが配置されていてもよい。金属により形成された離型シートを採用すれば、超音波振動をより確実に一方向繊維束Ｂ（樹脂シートＳ、樹脂板Ｓ’）に伝達することができる。
In addition, between the
また、上記した実施形態では、樹脂を含浸させる強化繊維として、強化繊維を構成する各フィラメントが束状に束ねられた一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊も含む）や一方向プリプレグＰ（ＵＤテープ）を例に挙げて説明したが、樹脂を含浸させる強化繊維は上記した一方向繊維束Ｂや一方向プリプレグＰ（ＵＤテープ）に限定されるものではない。例えば、強化繊維を構成する各フィラメントが平織されたシートや、織物、布、不織布、編物（それぞれ樹脂が含浸されたものも含む）、強化繊維を構成する各フィラメントが束状に束ねられた一方向繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊も含む）が平織されたシートや、織物、布、不織布、編物（それぞれ樹脂が含浸されたものも含む）、一方向プリプレグＰが平織されたシート、一方向プリプレグＰがブレード状に成形された成型体に、樹脂シートＳや樹脂板Ｓ’等の樹脂部材（マトリックス樹脂）の樹脂を含浸させるようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, a unidirectional fiber bundle B (including a band-like fiber bundle B *) or a unidirectional prepreg P, in which the filaments constituting the reinforcing fiber are bundled in a bundle, as the reinforcing fiber for impregnating the resin. The (UD tape) has been described as an example, but the reinforcing fiber to be impregnated with the resin is not limited to the unidirectional fiber bundle B or the unidirectional prepreg P (UD tape) described above. For example, a sheet in which each filament constituting a reinforcing fiber is plain-woven, or a woven fabric, a cloth, a non-woven fabric, a knitted fabric (including those impregnated with a resin), or a bundle of filaments constituting a reinforcing fiber A sheet in which a direction fiber bundle B (including a band-like fiber bundle B *) is plain-woven, a sheet in which a woven fabric, a cloth, a non-woven fabric, a knit (each including resin impregnated), a sheet on which a unidirectional prepreg P is plain-woven, The molded body in which the unidirectional prepreg P is molded into a blade shape may be impregnated with a resin of a resin member (matrix resin) such as the resin sheet S or the resin plate S ′.
また、強化繊維に含浸された樹脂が、マトリックス樹脂（樹脂部材）として他の強化繊維に含浸されるようにしてもよい。このとき、強化繊維に含浸された樹脂がマトリックス樹脂（樹脂部材）として他の強化繊維に含浸される場合に、当該他の強化繊維に既に他のマトリックス樹脂が含浸されていても構わない。 Further, the resin impregnated in the reinforcing fiber may be impregnated in another reinforcing fiber as a matrix resin (resin member). At this time, when the resin impregnated in the reinforcing fiber is impregnated into another reinforcing fiber as a matrix resin (resin member), the other reinforcing fiber may be already impregnated with the other matrix resin.
また、上記した各実施形態において、図９に示すような空冷式や水冷式の支持体用冷却手段を支持体２に設けてもよい。こうすると、支持体用冷却手段により冷却された支持体により、処理後の強化繊維を迅速に冷却して安定させることができる。
In each of the embodiments described above, the
また、本発明は、強化繊維を処理する処理装置に対して広く適用することができる。 In addition, the present invention can be widely applied to a processing apparatus for processing reinforcing fibers.
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ、１ｈ…処理装置
２…支持体
２１…支持面
３２…振動子（振動手段）
３５，１３５…ホーン（押圧体）
３５ａ，１３５ａ…押圧面
５…供給手段（移動手段）
８…加熱手段
９，９ａ，９ｂ…押え部材
１０…冷却手段
１１ａ…押圧体側遮蔽手段
１１ｂ…支持体側遮蔽手段
Ｉａ，Ｉｂ…断熱フィルム
Ｂ…一方向繊維束（強化繊維）
Ｇ…間隙
Ｇ２…距離
Ｓ…樹脂フィルム（樹脂部材）
Ｓ’…樹脂板（樹脂部材）
Ｙ…矢印（長手方向）
Ｚ…矢印（押圧方向）
ＲＦ…強化繊維
Ｍ…金属部材
1, 2a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1g, 1h ... processing
35, 135 ... horn (pressing body)
35a, 135a ... pressing
8: heating means 9, 9a, 9b: pressing member 10: cooling means 11a: pressing body side shielding means 11b: support body side shielding means Ia, Ib: thermal insulation film B: one-way fiber bundle (reinforcing fiber)
G: Gap G2: Distance S: Resin film (resin member)
S '... Resin board (resin member)
Y: Arrow (longitudinal direction)
Z: Arrow (pressing direction)
RF: Reinforcing fiber M: Metal member
Claims (19)
支持面を有する支持体と、
押圧面を有する押圧体と、
前記押圧体に前記支持面に直交する押圧方向への超音波振動を印加する振動手段と、
前記支持面と、前記振動手段により前記押圧方向に超音波振動する前記押圧体の前記押圧面との間に、樹脂部材と前記強化繊維とが重ね合わされて挟まれた状態で、前記強化繊維および前記樹脂部材と前記押圧体とを相対的に移動させる移動手段と
を備え、
前記押圧体が外部からの熱を伝えにくい遮蔽機能を有することを特徴とする処理装置。 In a processing apparatus for processing reinforcing fibers,
A support having a support surface;
A pressing body having a pressing surface;
Vibration means for applying ultrasonic vibration to the pressing body in a pressing direction orthogonal to the support surface;
The reinforcing fiber, in a state in which a resin member and the reinforcing fiber are overlapped and sandwiched between the supporting surface and the pressing surface of the pressing body ultrasonically vibrated in the pressing direction by the vibrating unit. And moving means for relatively moving the resin member and the pressing body,
A processing apparatus characterized in that the pressing body has a shielding function which hardly transmits external heat.
支持面を有する支持体と、
押圧面を有する押圧体と、
前記押圧体に前記支持面に直交する押圧方向への超音波振動を印加する振動手段と、
前記支持面と、前記振動手段により前記押圧方向に超音波振動する前記押圧体の前記押圧面との間に、樹脂部材と前記強化繊維とが重ね合わされて挟まれた状態で、前記強化繊維および前記樹脂部材と前記押圧体とを相対的に移動させる移動手段と
を備え、
前記支持体が外部からの熱を伝えにくい遮蔽機能を有することを特徴とする処理装置。 In a processing apparatus for processing reinforcing fibers,
A support having a support surface;
A pressing body having a pressing surface;
Vibration means for applying ultrasonic vibration to the pressing body in a pressing direction orthogonal to the support surface;
The reinforcing fiber, in a state in which a resin member and the reinforcing fiber are overlapped and sandwiched between the supporting surface and the pressing surface of the pressing body ultrasonically vibrated in the pressing direction by the vibrating unit. And moving means for relatively moving the resin member and the pressing body,
A processing apparatus characterized in that the support has a shielding function that hardly transmits external heat.
The processing device according to claim 9 or 10, wherein the pressing member presses the reinforcing fiber against the support surface with a predetermined pressing force.
前記支持面と、前記振動手段により前記押圧方向に超音波振動する前記押圧体の前記押圧面との間に、金属部材と前記樹脂部材と前記強化繊維とが順次重ね合わされて挟まれた状態で、前記強化繊維、前記樹脂部材および前記金属部材と前記押圧体とを相対的に移動させることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の処理装置。 The moving means is
The metal member, the resin member, and the reinforcing fiber are sequentially overlapped and sandwiched between the supporting surface and the pressing surface of the pressing body ultrasonically vibrated in the pressing direction by the vibrating unit. The processing apparatus according to any one of claims 1 to 16, wherein the reinforcing fiber, the resin member, the metal member, and the pressing body are relatively moved.
前記移動手段は、
前記支持体の前記支持面と前記押圧体の前記押圧面との間に、前記樹脂層を前記強化繊維側に配置した状態で前記金属部材および前記強化繊維が重ね合わされて挟まれた状態で、前記強化繊維および前記金属部材と前記押圧体とを相対的に移動させることを特徴とする請求項１８に記載の処理装置。 The resin is previously welded to the roughened surface of the metal member to form a resin layer,
It said moving means,
Between the front Symbol the supporting surface and the pressing surface of the pressing member supporting member, in a state where the metal member and said reinforcing fibers the resin layer in a state of being disposed in the reinforcing fiber side is sandwiched by superimposed The processing apparatus according to claim 18, wherein the reinforcing fiber and the metal member are moved relative to the pressing body.
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