JPH11507104A - 強化繊維の分与方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 強化繊維（１２）を分与して予備成形物又は積層体を作る方法は、連続長さの強化繊維（１６）を長手方向軸線（３０）を有する巻型（２６、４２、５０）にコイル（２８）に巻き、コイル（２８）を巻型（２６、４２、５０）に対して軸線方向に移動させてカッター（３６、４６）に係合させ、コイル（２８）を切断してバラバラの強化繊維（１２）を形成し、バラバラの強化繊維（１２）を分与することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 強化繊維の分与方法 技術分野 本発明は強化繊維を分与することに関するものであり、特に、構造複合材のよ うな成形物品を強化するのに適した予備成形物の製造に関する。もっと詳細には 、本発明は連続長さの強化繊維を受け、強化繊維を切断してバラバラの繊維にし 、バラバラの繊維を収集面に分与することに関する。 背景技術 構造複合材及び他の強化成形物品は普通は樹脂転写成形及び構造樹脂射出成形 によって作られる。強化繊維を予備成形して強化層又はマットにすることによっ てこれらの成形工程をより効率的にしていた。強化層又はマットは強化材を金型 に挿入する前に、成形物品に近い形状及び大きさである。工業水準での生産に受 け入れられるためには、早い予備成形工程が要求される。予備成形物の製造では 、普通のやり方は、連続長さの強化ストランド又は繊維をチョッパーに供給する ことであり、チョッパーは連続繊維を細断して多くのバラバラの繊維にし、バラ バラの繊維を収集面に堆積させる。この工程は強化材ディスペンサーを収集面上 に移動可能に取り付け、強化繊維を所定の所望パターンに供給するようにディス ペンサーの移動をプログラムすることによって、自動方法で予備成形物を作るの に使用される。強化材ディスペンサーはロボット式でもよいし或いは自動式でも よく、例えば、自動車産業におけるような大きな構造部品用の予備成形物を作る よう用途では周知である。 典型的には、予備成形物に粉末バインダーが散布され、この予備成形物を金型 に入れる。金型の熱と圧力がバインダーを固化させて強化繊維の予備成形物を製 造し、予備成形物を貯蔵して最終成形顧客に輸送し、成形顧客は典型的には樹脂 射出成形法を使用して、樹脂を予備成形物に付与し、樹脂付予備成形物を成形し て強化製品を製造する。連続強化繊維を切断してバラバラの強化繊維にする方法 予備成形物の製造に有用であるばかりでなく積層体の製造にも有用である。積層 体の製造用の強化繊維のディスペンサーは移動できかつプログラムできるように なっていてもよい。 強化製品に対する技術的な要求が増すにつれて、強化繊維を分与しかつ置くた めの新しい方法が要求される。１つの要求は、強化繊維が以前使用されていたよ りも早い速度で送出されなければならないことである。他の要求は、強化繊維が 所定の配向で置かれなければならないことである。移動可能でプログラム可能な 強化繊維ディスペンサーを可能にする予備成形物製造技術の進歩は大変高度な繊 維パターン及び配向について要求が起こってきた。予備成形物は、成形製品の強 度を、正確に、成形すべき製品の最も弱い又は最も応力のかかる場所で改善する ために強化繊維の特別な量及び配向について設計することがある。この新しい高 度の知識のために、しばしば、繊維を収集面に近接した平行配列をなして置くこ との要求がある。 近接したほぼ平行な繊維を送出する努力は、特に、商業的に成功な操業に必要 な高速度では巧くいかなかった。典型的なストランドチョッパーノズルを早い速 度で作動させるときには、出来たバラバラの強化繊維を近接した平行な配向で巧 く置くことはできない。繊維は収集面とほぼ垂直な方向に収集面に差し向けられ 、この方法では繊維をほぼ平行のままにしかつ近接させたままにする傾向がない 。さらに、典型的なノズル分与装置は空気流を使用して強化繊維を案内してチョ ッパープレートと係合させ、切断後バラバラの繊維を分与し、それによって、予 備成形物収集面に乱流を生じさせる。 連続強化繊維を切断してバラバラの繊維にし、これを近接したほぼ平行な配列 で分与することの改良が望ましいことは明白である。 発明の開示 以前に開発された方法の欠点を解消する強化繊維の分与方法及び装置を今開発 した。発明の方法は連続強化繊維を円筒体又は一対のロッドのような巻型に巻い てループ又はコイルを形成する。次いで、コイルを巻型の軸線方向に滑らせ又は 移動させ、巻型のところで、コイルがカッターに係合する。コイルは切断されて バラバラの繊維になり、該繊維は近接したほぼ平行な配列で分与される。本発明 の方法により、バラバラの強化繊維を収集面とほぼ平行な配向にして依然として 送出しながら、連続繊維の供給速度を増大させることができる。 本発明によれば、連続長さの強化繊維を長手方向軸線を有する巻型の周りにコ イルに巻き、コイルを巻型に対して軸線方向に移動させてカッターに係合させ、 コイルを切断してバラバラの強化繊維を形成し、バラバラの強化繊維を分与する ことからなる強化繊維の分与方法を提供する。一般的には、バラバラの繊維は巻 型に対して軸線方向に分与されが、強化繊維を所望ならば空気ジェット又はバッ フルによって他の方向に分与させてもよい。 本発明の方法により、バラバラの強化繊維を互いに比較的平行に分与させるこ とができる。収集面がほぼ水平であれば、バラバラの強化繊維を収集面とほぼ平 行に分与させることができる。特定の実施形態では、バラバラの強化繊維は、該 繊維が分与されるとき巻型の軸線とほぼ垂直に配向される。 本発明の特定の実施形態では、連続強化繊維を、コイルを形成するように巻く 巻型は２本又はそれ以上のロッドからなる。巻型はまた連続強化繊維をコイルに 巻く円筒体であってもよい。他の実施形態では、巻型は連続強化繊維をコイルに 巻く円錐部材である。 本発明のさらに他の実施形態では、カッターはナイフ刃である。カッターは各 コイルを一回切って各ループから単一のバラバラの強化繊維を作るようになって いてもよいし、或いは、２つ又はそれ以上のカッターを使用して各ループから２ 本又はそれ以上のバラバラの強化繊維を作ってもよい。該バラバラの強化繊維が 互いにほぼ平行に分与されるようにバラバラの強化繊維を差し向けるためにガイ ドを使用してもよい。 本発明の好ましい実施形態では、カッターに係合させるべく巻型に対するコイ ルの軸線方向の移動はコイルをこれに対して回転する１つ又はそれ以上の螺旋ば ねである螺旋面と係合させることによって達成される。 本発明によれば、長手方向軸線を有する巻型と、連続長さの強化繊維を巻型に コイルに巻くためのワインダーと、バラバラの強化繊維を形成するためにコイル を切断するためのカッターと、カッターに係合させ、かつバラバラの強化繊維を 分与するためにコイルを巻型に対して軸線方向に移動させるためのコイルムーバ とを有する強化繊維の分与装置をも提供する。 図面の簡単な説明 図１はバラバラの強化繊維を予備成形物成形面に堆積させる強化繊維ディスペ ンサーを示す概略斜視図である。 図２は螺旋ばねを明瞭にするために取り除いた強化繊維を分与するための強化 繊維ディスペンサーの概略断面立面図である。 図３は螺旋ばねを示す、図２の強化繊維ディスペンサーの一部分の概略断面立 面図である。 図４は図３の４−４線における断面平面図である。 図５は図４の５−５線における断面立面図である。 図６は本発明の方法を実施するための変形例の装置の概略断面立面図である。 図７は本発明の方法を実施するためのさらに他の装置の概略断面立面図である 。 発明を実施するための最良の形態 図１に示すように、ロボット式強化材ディスペンサー１０が、バラバラの強化 繊維１２を、予備成形物成形面１４のような収集面に堆積させるように位置決め される。典型的には、予備成形物成形面はスクリーンである。強化材ディスペン サーはロボット式即ち自動式である必要はなく、収集面が移動できれば、定置式 でもよい。予備成形物製造工程を容易にするために通常はスクリーンの下に真空 源が位置決めされる。図示しない供給源から供給される連続強化繊維１６が繊維 ディスペンサーに搬送され、そこで連続強化繊維は細断され又は切断されてバラ バラの強化繊維を作る。連続強化繊維は強化の目的に適したどんな材料でもよい 。好ましい材料はオハイオ州トレドのオーエンスコーニング社から入手できるタ イプ３０（登録商標）のガラス繊維であるが、他の鉱物繊維及びポリエステル、 ケプラー（登録商標）及びカーボン繊維のような有機繊維を本発明に使用するこ とができる。連続繊維は単一のフィラメント（モノフィラメント）でも良いし、 或いは多数のフィラメントからなるストランドでもよい。 図２に示すように、連続強化繊維は供給ホイール２０によってディスペンサー に供給され、供給ホイールは繊維の撚りが連続強化材源に向かって移動する傾向 を減ずるようにも作用する。次いで、連続繊維はロータ２２のような回転部材の 外面に沿って供給される。ロータはモータ２４のような適当な装置によって回転 されるように取り付けられるのがよい。ロータから下流に巻型が位置決めされ、 連続強化繊維はロータの回転作用によってこの巻型に巻かれる。巻型は連続強化 繊維の巻きを受けるのに適したどんな形状のものでもよい。図２に示す実施形態 では、巻型は一対のロッド２６からなり、連続強化繊維はこのロッドに巻かれて 一連のほぼ平行なループ又はコイル２８になる。巻型（即ちロッド２６）は移動 するものとして示されていないが、ロータの回転軸線と同一直線でもある長手方 向軸線３０を有する。別の設計では、巻型（即ちロッド）を回転させ、ロータを 定置させてもよいことを理解すべきである。この構成でも、連続強化繊維を巻型 にコイルに巻く同じ結果が得られる。また、巻型とロータの両方を回転可能に取 り付け、異なる速度で回転させて連続強化繊維を巻型に巻き付けコイルを作るよ うにしてもよい。 コイルが巻型に位置決めされると、コイルは巻型の軸線方向に下流に（図２に おいて左に）移動される。コイルを巻型に対して軸線方向に移動させるのにどん な手段を使用してもよい。図３に示すように、コイルは螺旋ばね３２のような螺 旋面の作用によって下流に移動される。図示の目的で、図２には螺旋ばねは示さ れていない。螺旋ばねはばねシャフト３４のような適当な手段によって回転可能 に取り付けられる。螺旋ばねの回転により、ばね面を連続強化繊維のコイルに係 合させてコイルを巻型に対して軸線方向に押させる。コイルを巻型に対して軸線 方向に移動させる他の手段は、ロッドを振動させ、コイルを下方に移動させるの に重力を使用する振動装置である。 コイルが巻型に対して軸線方向に移動されると、コイルはカッターと係合し、 カッターは各ループ又はコイル２８に１つ又はそれ以上のカットを入れる。カッ ターは連続強化繊維をバラバラの繊維１２に切断することのできるどんなタイプ のものでもよい。カッターの例は加熱装置及びレーザを含む。図２乃至５に示す ように、カッターは、ロッド２６の各々に取り付けられたナイフ３６のような、 巻型それ自体に取り付けられたナイフであるのがよい。ナイフに隣接してコット ローラ即ちコット３８が位置決めされ、コットは繊維をナイフを横切って単に引 くだけではなく切断を確保するために連続強化繊維をナイフへ鋭く押し込むよう に作用する。カッターと一緒に使用されるコットは周知であり、任意適当な材料 のものでよい。コットは所望ならば回転可能に取り付けられてもよい。 図５に示すように、コイル２８がナイフで切断された後、コイルはバラバラの 繊維１２として下方に移動する。バラバラの繊維を予備成形物成形面にほぼ平行 に近接した仕方で置けるようにするために、プレート４０のようなガイドを使用 するのがよい。プレートはバラバラの繊維を整列させるのを助け、バラバラの繊 維を一定の均一な仕方で確実に分与する。好ましくは、バラバラの繊維はロッド に対して軸線方向に分与されるが、バッフル又は空気ジェットを使用してバラバ ラの繊維を他の方向に分与してもよい。バラバラの繊維はコイルを切断すること によって形成されるから、バラバラの繊維は、それらが分与されるとき巻型の軸 線とほぼ垂直に配向され、予備成形物成形面１４とほぼ平行である。 連続強化繊維１６を巻く巻型を図２乃至５において一対のロッド２６として示 したけれども、巻型は他の形体のものでもよい。例えば、巻型は３本のほぼ平行 なロッドでもよい。巻型は円筒体でもよい。巻型はまた図６に示すように円錐部 材であってもよい。円錐部材４２はロータ２２の下流に位置決めされた図示しな い手段によって回転可能に取り付けられる。ロータを回転させて連続強化繊維を 、円錐部材に巻き付けられるコイルに分配する。コイルはコンベヤ又はベルト４ ４のような適当な手段と係合し又は掴まれ、巻型即ち円錐部材に対して軸線方向 に引っ張られ、又は移動される。ベルトと反対側にカッターが位置決めされ、こ のカッターはカッターホイール４６及びコットホイール４８の形態であるのがよ い。コイルがベルトによって円錐部材に対して軸線方向に（図６に示すように左 に）引っ張られると、コイルは切断されてバラバラの繊維１２を形成する。 図２乃至５に示すように、２つのナイフを使用してバラバラの繊維を分与する 方法により、コイル２８の各々について２本のバラバラの繊維が得られる。図に 示すように、たった１つのナイフを使用すると、各コイルについてたった１本の バラバラの繊維が得られる。このような場合には、図示しない修正したガイドプ レートのような繊維取り扱い装置が切断後バラバラの繊維に開繊し、そしてバラ バラの繊維をほぼ平行な配向に整列させるようになっているのが有利である。 図７に示すように、連続強化繊維１６を巻く巻型は一対の回転螺旋スクリュー ５０であってもよい。コイル２８はロータ２２によって螺旋スクリューの周りに 巻かれる。螺旋スクリューの回転作用はコイルを無理やり巻型即ち螺旋スクリュ ーに対して軸線方向に移動させてナイフ３６と係合させる。図７には２つのナイ フが示されているが、１つのナイフを使用してもよい。ナイフはコイルを切断し てバラバラの繊維にし、該繊維は巻型（螺旋スクリュー）に対して軸線方向に分 与される。 本発明に対して種々の修正をすることができることは上記の説明から明らかで ある。しかしながら、このような修正は発明の範囲内にあると考えられる。 産業上の適用性 本発明は成形工程に適した予備成形物を作るのに有用であり、かつ強化積層体 を作るのに有用である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．連続長さの強化繊維（１６）を長手方向軸線（３０）を有する巻型（２６、 ４２、５０）にコイル（２８）に巻き、コイル（２８）を巻型（２６、４２、５ ０）に対して軸線方向に移動させてカッター（３６、４６）に係合させ、コイル （２８）を切断してバラバラの強化繊維（１２）を形成し、バラバラの強化繊維 （１２）を分与することからなる強化繊維（１２）の分与方法。 ２．バラバラの繊維（１２）は巻型（２６、４２、５０）に対して軸線方向に分 与される、請求の範囲１に記載の方法。 ３．バラバラの強化繊維（１２）は、該繊維が分与されるとき巻型（２６、４２ 、５０）の軸線とほぼ垂直に配向される、請求の範囲２に記載の方法。 ４．バラバラの強化繊維（１２）は互い比較的に平行に分与される、請求の範囲 １に記載の方法。 ５．バラバラの強化繊維（１２）とほぼ水平な収集面（１４）に分与され、バラ バラの強化繊維（１２）は収集面とほぼ平行に分与される、請求の範囲１に記載 の方法。 ６．巻型は連続強化繊維（１６）をコイル（２８）に巻く２本のロッド（２６） からなる、請求の範囲１に記載の方法。 ７．巻型は連続強化繊維（１６）をコイル（２８）に巻く３本又はそれ以上のロ ッド（２６）からなる、請求の範囲１に記載の方法。 ８．巻型は連続強化繊維（１６）をコイル（２８）に巻く円錐部材（４２）から なる、請求の範囲１に記載の方法。 ９．カッターはナイフ刃（３６）である、請求の範囲１に記載の方法。 10．カッター（３６）は各コイル（２８）を切断して少なくとも２本のバラバラ の強化繊維（１２）する、請求の範囲１に記載の方法。 11．巻型（２６）はガイド（４０）とともにバラバラの強化繊維（１２）を分与 するようになっている、請求の範囲１に記載の方法。 12．カッター（３６）に係合させるべく巻型（２６、５０）に対するコイル（２ ８）の軸線方向の移動はコイル（２８）を螺旋面（３２、５０）と係合させるこ とによって達成される、請求の範囲１に記載の方法。 13．螺旋面はコイル（２８）に対して回転する螺旋ばね（３２）からなる、請求 の範囲１に記載の方法。 14．連続長さの強化繊維（１６）を長手方向軸線（３０）を有する巻型（２６、 ４２、５０）にコイル（２８）に巻き、コイル（２８）を巻型（２６、４２、５ ０）に対して軸線方向に移動させてカッター（３６、４６）に係合させ、コイル （２８）を切断してバラバラの強化繊維（１２）を形成し、バラバラの強化繊維 （１２）を巻型（２６、４２、５０）に対して軸線方向に互いに比較的平行に分 与する、ことからなる強化繊維（１２）の分与方法。 15．バラバラの強化繊維（１２）とほぼ水平な収集面（１４）に分与され、バラ バラの強化繊維（１２）は収集面とほぼ平行に分与される、請求の範囲１４に記 載の方法。 16．巻型は連続強化繊維（１６）をコイル（２８）に巻く円錐形部材(42)からな る、請求の範囲15に記載の方法。 17．カッター（３６）に係合させるべく巻型（２６、５０）に対するコイル（２ ８）の軸線方向の移動はコイル（２８）をこれに対して回転する螺旋面（３２、 ５０）と係合させることによって達成される、請求の範囲14に記載の方法。 18．バラバラの強化繊維（１２）は、該繊維が分与されるとき巻型（２６、４２ 、５０）の軸線とほぼ垂直に配向される、請求の範囲14に記載の方法。 19．連続長さの強化繊維（１６）を長手方向軸線（３０）を有する巻型にコイル （２８）に巻き、コイル（２８）を巻型に対して軸線方向に移動させてカッター （４６）に係合させ、コイル（２８）を切断してバラバラの強化繊維（１２）を 形成し、バラバラの強化繊維（１２）を巻型に対して軸線方向に互いに比較的平 行にほぼ水平な収集面（１４）に分与し、巻型が連続強化繊維（１６）をコイル （２８）に巻く円錐形部材（４２）からなる、強化繊維（１２）の分与方法。 20．カッター（４６）に係合させるべく巻型（４２）に対するコイル（２８）の 軸線方向の移動はコイル（２８）をこれに対して回転する螺旋面と係合させるこ とによって達成され、バラバラの強化繊維（１２）は、該繊維が分与される とき巻型（４２）の軸線とほぼ垂直に配向される、請求の範囲１９に記載の方法 。