JP7310168B2 - シート状物及び成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、巻出軸に巻き付けられたシート状物を巻き出し、引取工程を介して搬送する工程を有するシート状物の製造方法およびその製造装置に関する。

従来、連続したシート状物を加工する上で、巻出工程から巻取工程の間で、例えば平板プレスのようなバッチサイクルを持つ加工を行う場合は、前記加工工程へ間欠的にシート状物を供給し、加工後製品をまた間欠的に引き取る方式の連続加工法が知られている（例えば特許文献１参照）。

しかし、前記加工工程における処理内容によって、例えばシート状物を加熱して軟化させる処理や、あるいは加工中の工程張力の変動によって、シート状物が破断したり、伸びが生じたりする問題点がある。ここで、連続的なシート搬送工程において、巻出工程と加工工程の間にシート状物のループを形成し、ループ位置を一定に保つよう制御を行うことで巻出張力を無張力とする方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００４－３０８０９８号公報 特開平１０－８１４３８号公報

特許文献２に記載の製造工程では、巻出工程の後に間欠的な引取工程を有していない。間欠的な引取工程においてはループ位置が引取に合わせて常に大きく変動するため、特許文献２記載の発明のように、単にループ位置を一定に保つような制御方法では、巻出軸の回転数の変動が大きくなりすぎ、急回転と急停止とを繰り返し、慣性で過剰にたるみを生成して、シート状物が折れたり、巻出軸に巻かれているシート状物が巻き崩れて折れたりする等、シート状物がダメージを受けるため、安定して搬送することが困難である。

本発明の目的は、このような従来の搬送方法による連続加工法の欠点を改良し、シート状物に破断や伸びを生じさせずに巻き取ることができるシート状物の製造方法およびその製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、巻出軸に巻き付けられたシート状物を巻き出し、引き取るサイクルを間欠的に繰り返して搬送する工程を有する、シート状物の製造方法であって、前記巻き出しから引き取りまでの間には前記シート状物のたるみが存在し、前記各サイクルにおけるたるみ量のうち、引取完了時点のみのたるみ量を一定範囲に保持する制御を行い、前記制御を、前記シート状物の巻出軸からの巻出量が、前記引取工程による引取量と実質的に同等となるように前記巻出軸を回転させることにより行う、シート状物の製造方法を提供する。

本発明により、巻出工程から引取工程までのシート状物を実質無張力にすることができ、安定したシート搬送が実現できるので、シート状物に破断や伸びを生じさせずに巻き取ることができる。

本発明に係る製造工程を示す概略断面図である。 図１における引取機Ｃ１の１サイクルの動きを示した模式図である。 図１における引取機Ｃ１とたるみ量Ａ２の関係を示した模式図である。

本発明のシート状物の製造方法において、巻出量、引取量とは、それぞれ、巻出軸に巻き付けられたシート状物を巻き出し、引き取る１サイクル内の巻出長さ、引取長さを指す。巻出量は、より具体的には、１サイクル内に巻出軸を回転させて基材を巻き出す長さであり、必ずしも引取量と同量ではないが、巻出量と引取量とが実質的に同等とすることを目的として制御を行うことが本発明のポイントである。また、後述する巻出速度、引取速度は、それぞれ、巻き取り、引取の工程における単位時間あたりに走行する基材の長さを指す。

本発明は、例えば巻出工程と引取工程の間の加工工程において、前記シート状物が加工される過程で強度が弱くなり、実質無張力で搬送しないと前記シート状物が破断するような場合に有利である。従って、前記シート状物を構成する材料が、強化繊維に加えて、前記加工工程において軟化するような熱硬化性樹脂である場合に特に有利である。

前記シート状物を構成する材料のうち、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂（フェノールの代わりにクレゾール、キシレノール、アルキルフェノール等のフェノール類を用いた樹脂を含む）、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド等いずれでもよい。フェノール樹脂は、加工工程において軟化する現象が確認されており、本発明を適用することが好ましい例として特に挙げられる。熱硬化性樹脂には、黒鉛粉末、カーボンブラックなどの粒状物質を含んでもよい。また、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維や有機繊維などの繊維材料が好ましい。成形材料は、プレス機などの加工工程の設備に接着することを防止するため、離型用の紙やフィルム等に挟んで加工工程に送ることが好ましい。

前記強化繊維が短繊維である場合、前記加工工程での強度低下の問題が更に顕著になるため、本発明の製造方法がより有利となり好ましい。

次に、前記シート状物の巻出軸からの巻出量が、前記引取工程による引取量と実質的に同等となるように巻出軸を回転させ、引取完了した際の前記シート状物のたるみ量を一定範囲に保持する具体的な方法について述べる。

第一の方法は、前記巻出軸をフリーロールとする場合である。ここでフリーロールとは、軸に回転動力源、増減速ギア、クラッチ等の機構部品が接続されておらず、ベアリング等によって軸の保持だけを行い、保持している部品の摩擦力のみで回転力にブレーキがかかる状態であって、外力により軸が回転力を受けると自由に回転する状態、またはその状態となり得る軸体のことを言う。準備段階として、前記巻出軸に予め前記シート状物を保護フィルムとともに二層として巻き付けておく。次に、保護フィルムを前記シート状物とは別の独立したパスラインに通し、巻き取る。前記保護フィルムが巻き取られる際の張力によって巻出軸に回転し、保護フィルムと同じ長さ分のシート状物が巻き出される。このとき、保護フィルムの引取速度を、あらかじめ算出して得られた引取工程による引取速度の平均速度に設定することで、巻出工程におけるシート状物の巻取量が引取工程における引取量と実質的に同等か、近い範囲となるように巻出軸が回転し、巻き出される。前記巻出軸と前記引取工程との間に形成される前記シート状物のたるみ量がある範囲を超えると、巻出工程から引取工程までの間にシート状物に張力がかかるが、前記保護フィルムの伸びや前記保護フィルムと前記シート状物との層間のずれにより、わずかに前記たるみ量が増減し引取誤差が生じる場合がある。この誤差を補正するため、本発明では、引取完了時のみ、すなわち、引取工程において１サイクルの引取が完了して最もたるみ量が小さくなるときを含む時点のみにおいて、前記たるみ量の変動が一定範囲となるよう、前記保護フィルムの引取速度を調整する。
ここで、前記シート状物のたるみ量は、引取工程の引取動作に合わせて絶えず増減するため、引取中のたるみ量を常に一定にする制御方法は、前記保護フィルムの引取速度の変動が大きくなり、巻出軸からの巻出量が安定せず、張力がかかって前記シート状物が破断したり、過剰に巻き出されたりするため好ましくない。言い換えれば、上記特許文献２のように、１サイクルにおける引取完了時以外の他の時点において、たるみ量を一定範囲に保持する制御を行うと、例えば巻出軸の回転数の変動が大きくなりすぎ、急回転と急停止とを繰り返し、シート状物がダメージを受けることから、制御対象を上記引取完了時のみとする。ただし、引取完了時のみのたるみ量を制御して結果的に１サイクルにおけるたるみ量が一定範囲に保持されていたとしても、本発明に含まれるものとする。また、「引取完了時のみ」とは必ずしもわずかな時間を意図するものではなく、上記のようなシート状物へのダメージにつながる動作とならない範囲で、引取完了の瞬間を含む前後の時間、たるみ量の変動を制御することがあってもよい。
第二の方法として、前記第一の方法における前記巻出工程の巻出軸を動力による駆動式とする方法が挙げられる。この方法では、前記巻出軸に巻き付けられている前記シート状物および保護フィルムのロール表面の巻出速度が、前記引取工程の引取平均速度となるように定常的に回転させる。この方法でも同様に前記引取誤差が生じるため、前記引取工程におけるたるみ量の最小点においてたるみ量の変動が一定範囲となるよう、前記巻出軸の回転速度を調整する。
第二の方法においても、１サイクルの間中シート状物のたるみ量を制御する方法は同様に好ましくない。前記巻出軸の回転数の変動量が大きくなったときに巻出量が安定せず、やはり同じように張力がかかって前記シート状物が破断したり、過剰に巻き出されたりするためである。
ここで、前記シート状物の前記たるみ量を検出する検出工程を設け、検出した引取誤差を自動調整すると、前記引取誤差を吸収できるため、更に安定した搬送を実施することができる。前記たるみ量を検出する手法としては、前記シート状物に張力をかけないような非接触タイプのものが好ましい。たとえば、レーザー変位センサなどの光学センサや、超音波変位センサなどを選択することが更に好ましい。検出された前記たるみ量の情報は、前記第一の方法では前記フィルム引取速度へ、前記第二の方法では前記巻出軸の回転速度へ、それぞれフィードバックすることで、前記引取誤差を吸収する。

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説明する。
図１は、本発明の方法の実施の一例を示すもので、巻出工程Ａ、加工工程Ｂ、引取工程Ｃ、巻取工程Ｄ、シート状物Ｅから構成される。前記シート状物Ｅは図１左側から右側に向かって搬送される。
巻出工程Ａでは、前記シート状物Ｅが巻き付けられた巻出軸Ａ１が巻出方向に回転することで、たるみ量Ａ２が設けられる。たるみ量Ａ２は変位センサＡ３を用いて測定することができる。前記シート状物Ｅとともに前記保護シートＡ４が供巻きされている場合は保護フィルム巻取ニップロールを介して保護フィルム巻取軸Ａ６に巻き取ることができる。また、巻出量を厳密にコントロールするため、巻出軸Ａ１に巻径変位センサＡ７を設置し、巻径を測定し、巻出軸Ａ１への回転数にフィードバックすることもできる。
加工工程Ｂでは、前記シート状物Ｅに加熱及び加圧（プレス）などの処理を加えて、成形品とすることができる。ただし、引取工程Ｃにより間欠的に引き取られシート状物Ｅが送られる際には、引取に抗するような加工外力はなく、実質無張力となっている。また、加工機Ｂ１にシート状物Ｅが貼り付く懸念がある場合は、離型フィルムや離型紙等を介して加工することもできる。
引取工程Ｃでは、図２に示すように引取機Ｃ１がシート状物Ｅをクランプしたまま（図２－１）引取開始位置から一定距離を走行した後に停止し（図２－２）、クランプを解除し（図２－３）、解除した状態でスタート地点まで戻る（図２－４）ことで間欠的な引取サイクルを成立させる。引き取られたシート状物Ｅは、ニップロールＣ２により巻取工程Ｄに搬送される。ここで引取完了した際のたるみ量とは、図３における引取開始位置Ｃ３から引取完了位置Ｃ４に引取機が移動した直後のたるみ量Ａ２であり、引取サイクルの中で最小のたるみ量を示す。
巻取工程Ｄでは、加工されたシート状物Ｅが巻取軸Ｄ１に巻き取られる。巻取軸Ｄ１での巻取張力を一定にする場合は、前記引取工程のニップロールＣ２と巻取軸Ｄ１との間に張力計を設置することもできる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施態様に限られるものではない。
［実施例１］
巻出軸Ａ１にシート状物Ｅを巻いて準備した。シート状物Ｅには、炭素短繊維を抄紙した炭素繊維紙（目付３０ｇ／ｍ2）にフェノール樹脂を含浸した材料（シート状物の目付に対するフェノール樹脂付着率５０質量％）を使用した。シート状物Ｅの上に保護フィルムＡ４（ポリエチレンフィルム厚み１０μｍ）を供巻きした。
巻出軸Ａ１をフリーロールとし、保護フィルムＡ４をシート状物Ｅとは別の独立したパスラインに通し巻き取った。このとき、保護フィルムＡ４の引取速度（保護フィルムニップロールＡ５）を、あらかじめ算出した引取機Ｃ１の平均速度に設定し、シート状物Ｅの巻出速度が引取機Ｃ１の平均引取速度と実質的に同等となるように回転させた。僅かに生じる引取誤差の修正のため、たるみ量変位センサＡ３を用いてたるみ量をモニターし、引取機Ｃ１が引き取った直後の最もたるみ量が小さくなる点におけるたるみ量のみが一定範囲となるよう、前記保護フィルムの引取速度にフィードバックをかけた。その結果、シート状物Ｅは加工工程において無張力を保ったまま安定して搬送され、巻取軸Ｄ１に巻き取られた。
［実施例２］
巻出軸Ａ１にシート状物Ｅを巻いて準備した。シート状物Ｅには実施例１と同じ材料を使用した。シート状物Ｅには保護フィルムを供巻きしなかった。
巻出軸Ａ１をサーボモータによりシート状物Ｅの巻出速度が引取機Ｃ１の平均引取速度と実質的に同等となるように回転させた。僅かに生じる引取誤差の修正のため、たるみ量変位センサＡ３を用いてたるみ量をモニターし、引取機Ｃ１が引き取った直後の最もたるみ量が小さくなる点におけるたるみ量のみが一定範囲となるよう、巻出軸Ａ１の回転速度にフィードバックをかけた。その結果、シート状物Ｅは加工工程において無張力を保ったまま安定して搬送され、巻取軸Ｄ１に巻き取られた。
［比較例１］
巻出軸Ａ１にシート状物Ｅを巻いて準備した。シート状物Ｅには実施例１と同じ材料を使用した。シート状物Ｅに保護フィルムＡ４（ポリエチレンフィルム厚み１０μｍ）を供巻きした。
巻出軸Ａ１をフリーロールとし、保護フィルムＡ４をシート状物Ｅとは別の独立したパスラインに通し巻き取った。このとき、保護フィルムＡ４の引取速度（保護フィルムニップロールＡ５）を、たるみ量変位センサＡ３を用いてモニターされるたるみ量を一定にするようフィードバックをかけた。その結果、引取機Ｃ１の引取の動きに合わせて巻出軸Ａ１が急回転、急停止を繰り返した。フリーロールである巻出軸Ａ１が慣性で過剰に回転し、巻出量が過剰となり、たるみ量が過多となってシート状物Ｅがつづら折れとなった。折れ箇所が加工機Ｂ１に入るとシート状物Ｅは破断した。
［比較例２］
巻出軸Ａ１にシート状物Ｅを巻いて準備した。シート状物Ｅには実施例１と同じ材料を使用した。シート状物Ｅに保護フィルムを供巻きしなかった。
巻出軸Ａ１をサーボモータによりたるみ量変位センサＡ３を用いてモニターしたたるみ量を一定にするようフィードバックをかけた。その結果、引取機Ｃ１の引取の動きに合わせて巻出軸Ａ１が急回転、急停止を繰り返した。急停止の影響で巻出軸Ａ１は次第に巻き緩み、巻き崩れが発生し、ひずみが生じた箇所でシート状物Ｅに折れが発生した。折れ箇所が加工機Ｂ１に入るとシート状物Ｅは破断した。

本発明によれば、引取工程において間欠的にシート状物を引き取る工程であればどのような工程にも応用することができ、その応用範囲はこれらに限られるものではない。

Ａ 巻出工程
Ｂ 加工工程
Ｃ 引取工程
Ｄ 巻取工程
Ｅ シート状物
Ａ１ 巻出軸
Ａ２ たるみ量
Ａ３ たるみ量変位センサ
Ａ４ 保護フィルム
Ａ５ 保護フィルム巻取ニップロール
Ａ６ 保護フィルム巻取軸
Ａ７ 巻径変位センサ
Ｂ１ 加工機
Ｃ１ 引取機
Ｃ２ 巻取ニップロール
Ｃ３ 引取開始位置
Ｃ４ 引取完了位置
Ｄ１ 巻取軸

Claims (6)

1. 巻出軸に巻き付けられたシート状物を巻き出す巻出工程、間欠的に前記シート状物を引き取る動作を繰り返して搬送する引取工程、前記巻出工程と前記引取工程の間に前記シート状物に対して加熱及び加圧処理を施す加工工程を有する、シート状物の製造方法であって、
   前記巻出工程から前記加工工程の間には前記シート状物のたるみが存在し、
   前記たるみ量のうち、引取完了時点のみのたるみ量を一定範囲に保持する制御を行い、
   前記制御を、前記シート状物の巻出速度を前記引取工程の平均速度となるように定常的に回転させることで、前記巻出軸からの巻出量が、前記引取工程による引取量と実質的に同等とすることにより行い、
   かつ、前記巻出工程から前記引取工程までの間にシート状物にかかる張力を高くする機構を有さないことによって、
   前記巻出工程から前記引取工程までのシート状物を実質無張力にする、シート状物の製造方法。
2. 前記シート状物が、熱硬化性樹脂及び強化繊維を含む、請求項１に記載のシート状物の製造方法。
3. 前記強化繊維が短繊維である、請求項２に記載のシート状物の製造方法。
4. 前記巻出軸がフリーロールであり、
   前記巻出軸に前記シート状物が保護フィルムとともに二層に巻き付けられており、
   前記保護フィルムを巻き出すことによって前記巻出軸を回転させる、請求項１～３のいずれかに記載のシート状物の製造方法。
5. 前記巻出軸が動力で巻出方向に駆動する、請求項１～３のいずれかに記載のシート状物の製造方法。
6. 前記たるみ量を検出する検出工程を有する、請求項１～５のいずれかに記載のシート状物の製造方法。

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