(57)【要約】      （修正有）【課題】ＦＲＰ成形に使用するガラス繊維マットの製造であって、従来の水を用いてバインダーを集束させていたのを、水を使わずに省資源、省エネルギーで行う技術の提供。【解決手段】ステンレスネット上のコンベアを２枚用いて、一方のコンベア上にガラス繊維を散布した後、繊維間を接着するバインダーを散布し、他方のコンベアーを重ねて、複数の加熱ロールを介して、コンベアーでガラス繊維をサンドイッチして加熱ドラムでバインダーを溶解、冷却ドラムで固化して生産するガラス繊維マットの製造方法。前記製造方法により生産に必要なバインダー量を半減し、エネルギーを１/１０に減少させた成形法と設備。設備がサンドイッチコンベアーと加熱冷却ドラムから連続コンベアーで機能構成する乾式成形機本体３と、前工程となるガラス繊維の高速切断と信頼性向上の切断機４、均一分散できるチャンバールーム、高速巻締め機能を持つ巻き取り設備８。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス短繊維からなるマット製造方法及び設備において、ネット上のコンベアーを2枚用いて、一方のコンベアー上にガラス繊維を散布した後、繊維間を接着するバインダーを散布して、他方のコンベアーを重ねて複数の加熱ロールを介して、加熱・圧縮同時に行い、その状態を連続維持してバインダーを溶解して繊維間の接合を行い、冷却ロールを介して圧縮・冷却することで、バインダーを固着してガラス繊維マットをドライ成形することを特徴とする製造法および設備。
【請求項２】
ガラス繊維束のチューブ内空気輸送において、引き込み管入口に糸切れセンサーを設置し、チューブ材は金属管または静電気防止可能なカーボン繊維内在のプラスチック管など用いて、チューブ径の少なくとも1/3以内の空圧押し込みエアー管を末広がりの引き込み入口内に入口部がチューブ内部より少なくとも径が1.2〜2倍で長さが径の5〜15倍で、エアー引き込み管は中央部に送り方向に吹き付けできるようにし、終末端は切断機の内部に引き込み、送付エアーが切断機のクリーニング・切断繊維の排出となるような構造で、糸切れ感知や切断機の急停止などで送りエアーを自動停止する機構を持っことも可能にすることを特徴とするエアートランスポータ。
【請求項３】
ガラス繊維束の切断機にあって、複数刃を持つロールと刃を押し当て変形するゴム製ローラの2本のローラと、エアー送りによるチューブ内からの繊維供給からなる構成で、送りエアーによる切断繊維の排出とゴムの発熱冷却、繊維の高速引き込み抵抗、停止時の送りエアーの停止による休息停止を可能にし、回転刃を固定駆動回転して約４５度下方にゴムローラ開閉軸を設けて、ゴムローラの切断圧力は開閉レバーの自重で構築、さらに水平並列にゴムロールを設置したことを特徴とするガラス繊維切断機。
【請求項４】
乾燥ドラムとサンドイッチコンベアーを用いた加熱乾燥設備にあって、パンチングメタル材料と両端部にドラムフレームを持ち、ドラム内にフィンヒータを内在して、ドラムの回転メタルは複数個のローラにより摩擦転がりでドラムのみ回転する構造で、駆動は少なくとも片方にチェーンスプロケットを内側に配置してなることを特徴とする加熱乾燥コンベアードラム。
【請求項５】
ガラス繊維切断チャンバールーム設備にあって、密封チャンバールームの上段に繊維切断機をコンベアー上、少なくとも1m以上の高さに設け、コンベアー底辺落下幅が少なくともコンベアー運転速度の落下積層時間が0.5秒から1秒とれる長さの幅を有し、ネットコンベアーの下面から落下繊維の誘導吸引空気量は、必要切断落下繊維密度の少なくとも6倍以上（0.5〜１秒の自然落下容積空気量の6倍）の吸引ファンを設けて、一方の壁面にはバインダー散布ホールを設けて、他方の壁面にはバグフィルターの通気壁を設け、ガラス繊維チャンバールーム内の均一散布を行うことができることを特徴とするチャンバールーム。
【請求項６】
ガラス繊維マット成形設備にあって、機械構造が外壁材が共通の幅で外面はパネル構造で内部には断熱材とアルミ箔などが封入された部材で覆われ、構造フレームは2面の側壁材を基本構造フレームして、中間を補助フレームで接続、コンベアー付帯加熱大型ドラムを出し入れ可能な別構造体で形成して、側面からドラムの解体やコンベアーメンテを行うことができる構造としたことを特徴とするガラス繊維マット成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ガラス繊維加工、チョップドストランドマット（CSM）成形
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００２】
西野義則、辰巳泰我、鵜原正己、田村進一、ガラス繊維用新規マットバインダー及び生産設備の開発、GPI Journal Vol.1, No. 1, pp. 65-68, 2015.3.6 
【背景技術】
【０００３】
ガラス繊維マットの生産には、切断ガラス繊維に水を同重量散布して繊維を柔軟にして、例えば450g/m2ではマットバインダーを重量比約3.5％散布、200℃0.3m/秒の熱風加熱により約1分間で水分を乾燥してバインダーを繊維間で溶解、プレス冷却接合することでマット加工していた。この技術の基本は繊維束間を如何に有効にバインダー接合するかである。すなわち、効率の良い接合（省資源）と大量の水を用いることから省エネが求められる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、従来の水を用いた繊維束間の交点にマイナスイオンが集中する論理にカチオンイオン処理したバインダーを散布することで、繊維束間の交点にバインダーが引き寄せられるとの論理構成を西野らが約30年前に開発したが、その手法では水の散布は欠かせない。本発明はこの水の使用を無くし、繊維束交点にバインダーを効率よく集結する方法を発明した。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通称ドライ成形を可能にするには、マイナスイオンが増すガラス繊維束交点に水玉を作り、カチオンプラスイオンのパウダーを吸着する論理と同じ思考で、繊維束の交点密度を高くして、ステンレスコンベアーにマイナスと反対のプラスイオンを与えることでガラス繊維束交点はバインダーが集合するエネルギーとなるように、金属製のサンドイッチコンベアーによる加熱と圧縮による手段で、水を使わない繊維束交点へのバインダーの集束を可能にすることである。
【０００６】
一方、電気的な特性以外にバインダーは溶解するまでは剥離、分離しやすい。したがって、約150μm径のバインダーをガラス繊維間に封入するためのコンベアーの構造が従来のチェーン状の大型の構造物では適用しない。さらに、ドライ成形は挟み込んだ繊維を加熱冷却まで一貫して保持する必要から、コンベアーの加熱と冷却エネルギーロスが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの問題を克服したのが、図1に示す乾式マット成形機である。本発明の乾式マット成形機全体構成を示す図で、１、ガラス繊維原料から最終目的の製品、２、CSMマット製品に至る全体を示す。原料はパレットに３〜4段積でガラス繊維が巻かれた繊維が内部から引き出せるパレットに積載されて入荷する。出荷製品は、９、製品計量台車で幅方向の製品肉厚計量を行うと同時に運搬する。１０、計量クレーンの先端に付けられた計量機で製品全体重量を計測して、10.1  検査書プリンターでトレサビリデータを印字、製品に張り付けてダンボールボックスに収納され出荷する。本発明はガラス繊維を６、エアトランスポータで７、ガラス繊維送りチューブで、４、CSカッター設備に送られ、切断されマットバインダーを添加されて、３、乾式マット成形機本体で加熱プレスされてマットができ、５、製品巻き取り設備で巻き取られる。この鳥瞰図はすべての構成を示す。オペレータは図示する最低3名、製品巻き取り、引き出しには通常2名配置される。
【０００８】
図２は製品を作るコンベアーの基本機能を示す平面図である。乾式マット成形機の製品マットは、従来の下面設置のコンベアー上で散布乾燥接着するのでではなく、2.3下面と同様の2.3上面コンベアーのサンドイッチ状態のプレスを加えるために構成する3.3加熱・冷却ドラムを介した３次元の移動による連続コンベアーによる生産設備である。3.1CSカッター散布ホールに切断した短繊維に3.2バインダー散布口からホットメルトバインダーを散布、加熱プレスして接合して冷却、バインダーを固化して２、CS製品を最大2.1製品ロール1トン巻き取る。
【０００９】
図3は乾式マット成形機本体の機能構造を示す断面図である。原料の繊維は6．エアトランスポータにより7．チュービングで搬送されて4．CSカッターに運ばれて、4.1  CS散布ホール内に切断されて自然落下、下部の2.3下部コンベアー上で、4.3  CS均一積層吸引ファンにより積層数の少量箇所がバキューム抵抗が少ないことから自然落下の気流を多く吸引して積層ガラス繊維を均一化する。排気ダクトは循環して散布ホールに導かれるが、片面はバックフィルター壁面からなり、散布ホール内の圧力を放出する構造になっている。反対側に位置する4.2  マットバインダー散布ホールは同様に上部より均一にバインダーを噴霧、紛体散布するスリッド構造になっている。2.3上部コンベアーによりサンドイッチにされたCSMは複数の3.3加熱ドラムに導かれ、必要な加熱と加圧時間を与えられて、3.3冷却ドラムで冷却、2.2両端切断機で製品幅に切断、2.4ガラス繊維切断屑吸い込みファンにより、吸い込み開繊されて再び2.5サイクロンで分離された繊維屑はCSカッター散布ホールに戻る。されて、コンベヤー駆動は、上部ドラムをベルトなどによる接触駆動、またはチェーン駆動などして、コンベヤーを運行する。2.7コンベアテンション制御ロールの働きで熱膨張など必要テンションを保ち、2.1CSM製品ストックチャンバーを介して、5.2定尺切断機による製品の切断で5.3巻き取り機モータにより、5.4製品巻き取り透明カバーで取り出し口以外は封入されて、巻き取り室内より粉塵が排出されるのを2.4ガラス繊維吸い込みファンにより防止、5.1製品ロール1トン巻き取りを可能にする。そして9．製品台車で製品が排出される。
【００１０】
図4は図3のA/B/C/D部分断面構造図で、A-A断面は3.6壁面フレームと3.5横支柱フレームからなる。上下に同じ構造の2.3上下コンベアーが配列される。B-B断面は3.6補助フレームには、3.3加熱ドラム内装のフレームもある。C-C断面は構造体の周囲はすべて3.7断熱外壁パネルが覆う構造体であることを示す。D-D 断面は3.3冷却ドラム内には2.6冷却ファンが内装されることを示す。
【００１１】
図5は巻き取り機の詳細機能、構造を示す。2．CSM製品は5.4紙管（巻き取り管）を5.1  巻き取りロールに押し込まれて5.6  固定内面チャックの内側に設けた、5.5内圧チューブの膨張により固定され、90度旋回して5.3巻き取り駆動ロール上にCSM製品が落下停止状態上に、5.1巻き取りロールを降下、紙管表面に粘着テープを設けるか粘着剤を塗布した状態で、5.8巻き初め紙管表面接着塗布面圧接してCSM製品と接合して5.3巻き取り機駆動軸の作動により、2.1CSM製品は巻き取られる。さらに、この巻き取りは5.9巻き取り機フレーム内にある例えば空圧モータにより巻き取り補助荷重が加えられて、2．CSM製品の巻き締め効果を企てる構造となっている。空圧モータに代わってDCモータやACサーモモータ、油圧モータも適用する。巻き締め効果を得るのが目的である。製品の引き出しは5.5内圧チューブを減圧して、スプリングバックで5.6固定内面チャックの解放、5.1巻き取りロールと2.1CSM製品と分離、5.6巻き取りロール引き抜きにより、2.1CSM製品の取り出しを、5.7計量機のある9．製品台車上に移動する。
再び、5.1巻き取りロールを5.6巻き取りロール引き出し方向とは反対に押し込み、5.9巻き取り機フレームを旋回して、5.4紙管のセットを行う。なお、5.1巻き取りロールの害表面には回転駆動が可能な凹凸溝があり、5.9巻き取り機フレーム内には駆動を可能にする軸受けを持つ、管状スライスメタルが装着されている。
5.7計量機は少なくとも2点以上あり移動可能で、台車に固定できる。CSM製品の両端重量測定により軸方向の重量誤差を計測して幅方向の製品肉厚を検出する。仮に片方が減量していた場合は、CS切断機の切断本数を制御して、均一化を行う。これらは自動で行うことも可能である。2分割、3分割のCSM製品を製造する場合は、紙管から既定の長さに切断したものを、取り付けて、計量器も端部測定可能に調整して、2.2製品幅切断ロールの製品幅切断刃を調整することで生産が可能となる。なお、10．計量クレーンに取り付けた計量機で出荷製品の最終確認重量を計測、10.1の検査書発行プリンターの検査書を製品に張り付けて、製品のトレサビリティデータ入力をも実施する。
【００１２】
図6は、成形機乾燥コンベアーの構造を示す。上下共通の2.3サンドイッチコンベアーの構造は、2.9コンベアーチェーンと2.3のサンドイッチコンベアーの素材である例えば0.4mmのステンレス材料からなるピアノ線を約2mmピッチに平織にしたネット材が用いられる。コンベアーとするためには、2.8コンベアーとチェーン接続ボルトにより、ネット端部とチェーンを一体化する。この時にネット端部はネットの折り返しにより2重構造にする場合や補強の薄い板材を挟むことも耐久性向上につながる。コンベアーとするにはエンドレスとするネットの接続が必要となる。ネットの接続には長い蝶番によるチェーンとの接続同様の補強板などを挟んだピン止めが適する。
なお、耐久性能と製品のCSMとの離形をよくするために、コンベヤーの一端に回転ブラシ掃除及び離形油剤の付着ロールが上下コンベアーには各1本計２本取り付けられ、使用される。
【００１３】
図７は、乾式マット成形機の乾燥ドラムの詳細構造である。目的の上下2枚の2.3サンドイッチチェーン付ネットコンベアーを加熱・圧縮するためのドラムである。3.3乾燥ドラムはステンレスパンチングメタルをドラムフレームスプロケットに巻きつけた溶接された円筒体で、両端面に3.4重荷重カムフロアーメタル3点の両端面でサポート、一方の端面のみ3.9駆動チェーンホイールをスプロケットに差し入れて駆動する構造になっている。このドラムは独立フレーム構造となっており、3.6端面フレーム（ドラム端面フレーム）と3.5補助フレームにより構成されている。3.6フレーム（壁面フレーム）とドラム端面フレームは、ボルト縫い合わせで一体化している。内部には、3.8  約2kwフィン付ヒータが８ケ取り付けられている。これにより、ドラムは内部から加熱され、巻きつけられるネットコンベアーは幅方向のずれが生じないためのテンションローラなどに付けられたスプロケットにより保たれる。
【００１４】
図8は、ガラス繊維切断機詳細構造である。板状の2枚の4.1フレームには、4.2  9mmカッター（9mmカッター刃使用の径が66mm、4分割切断長さ50mm、8分割25mm）が、連通する4.1-1駆動軸に固定された回転刃と、個別に開閉する4.3開閉レバーに4.4-1ゴムローラ軸で固定された4.4ウレタンゴムローラー、これらが開閉する中心軸の4.3-1抑えロール軸受により開閉可能に取り付けられている。回転刃には4.6-1ノズルφ8mmからガラス繊維が空気圧により送られてくる。回転停止時は送られてくるガラス繊維は刃とゴムにあたり、停止状態で動かないが、切断回転が生じると、トランスポータの機能でほとんど無荷重でガラス繊維を引き出せることから2軸の刃とゴム面の局部曲げ切断が行える。カッターは5本掛けの4.6-1  ノズルφ8mmが5ケ取りついた4.6トラバーサが4.3-1軸のトラバースにより切断部位のゴム面の偏肉損耗を防止する。カッターは4.5メタルカバーに取り付けられた4.2-1カッターカバーと4.3開閉レバーに付けられた4.4-2ゴムロールカバーにより密封されている。4.2の回転刃を取り換えるには、4.5-1  M8ボルトを解放して、メタル押さえを解放、4.1-1駆動軸を抜くことで全ての回転刃が解体される。4.4ウレタンゴムの取り換えは、4.3開閉レバーの持ち上げによる解放で解体ができる。同時にガラス繊維などのつまりなども清掃できる。
【００１５】
図９は、切断機のメンテナンス詳細である。必要なメンテナンスは、回転刃の交換を除いて、ほとんどはレバーの開閉で行うことができる。耐久性が短いゴムローラは特に簡単に交換できる。レバーの持ち上げで、切断機能が解放され、ガラス繊維の屑のつまりやゴムの交換が行える。なお、糸切れ感知センサーとの連動で開閉レバーをエアーシリンダーで解放することも、セットしたガラス繊維を切断開始する開閉レバーの作動も同様に行える。さらに、ガラス繊維送り空気を止めることで、ガラス繊維の送りを止められる送りエアーの開閉制御も連動することができる。
【００１６】
図10は、エアトランスポータの詳細構造である。繊維は6.3糸切れセンサー、6.7震動センサー（震動感知）を介して、6.1導管、吸入口拡管加工された入口に、6.2圧縮空気注入管を差し込み、1.ガラス原料（ロービング）を7.チューブ内に引き込む構造である。チューブ材は金属管または静電気防止可能なカーボン繊維内在のナイロンチューブなどで、6.6ホースバンド及び7.2ゴムパッキンで7.3トラバースに取り付け固定する。6.2圧縮空気注入管は7．チューブ径の少なくとも1/3以内で、末広がりの引き込みチューブより少なくとも径が1.2〜2倍で長さが径の5〜15倍の中央部に設置、中央部方向に吹き付けできるように構成する。7．トランスポータ噴出部の終末端は切断機の内部に引き込み、送付エアーが切断機のクリーニング・切断繊維の排出となるような構造で、糸切れ感知や切断機の急停止などで送りエアーを自動停止する機構を持っことを可能にする。
【発明の効果】
【００１７】
発明の効果は、ガラス繊維とマットバインダーが剥離するイオンエネルギーをネットコンベアーを用いて、ガラス繊維を散布した後にバインダーを散布して、ネットコンベアーでサンドイッチにすることで、バインダーがネット外に放出されることを防止して、ガラス繊維束を圧縮により密度向上させて、接点数を増すと同時にバインダーの接着面積拡大を図ることで、従来のバインダー使用量を半減させることに成功した。
さらに、水を同重量比使用していた従来の乾燥エネルギーは2 /10~1/10と激減、バインダーの溶融接着時間も同様に短縮できたことで、加熱コンベアー長さ40mでは生産速度が80m/分まで可能であることが判明した。すなわち、従来の10倍の速度で10％のエネルギーでマット生産が可能となった。さらに、従来法では困難であった薄いマット（50g/m2〜80g/m2）も生産でき、従来必要であったバインダー量は半減して6％で同じ剛性と強度が得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
コンベアーに使用するネットは、0.4mm径のステンレス線を用いて、2mmピッチの平織ネットのコンベアーにRS40の倍ピッチチェーンを取り付けたコンベアーが、1種類で適用するマットは80g〜600g/m2のマットが生産可能である。  必要エネルギーも平均して1/10倍と低下し省エネとなる。さらに、幅が2.7mの場合設備電力約200kwで最大80m/分の生産速度が出る。すなわち、約3万トン以上の生産が可能となり、従来の少なくとも数倍の生産量が、設置面積が1 /5で可能となった。  なお、軽量コンベアーの耐久性が問題視されたが、ドラム径を約1m、テンションローラなどサブローラ径を300mmとすることで、曲げ疲労劣化がなくなり、耐久性は少なくとも4〜6か月以上耐える。
【００１９】
パウダーマットバインダー以外に、エマルジョンマットバインダーを使用した場合も同様な結果が得られた。バインダーに水分が約50〜60％含まれているが、バインダーに高温凝集剤を添加することで、ガラス繊維束交点でのバインダー効果が、パウダーバインダーより向上して、従来3.5％必要であった450＃マットが、0.6％の添加で同じ効果が生まれた。これもパウダーバインダーのドライ成形効果と同じである。
【００２０】
乾式マット成形機は、すべての加熱エネルギーが電気であるため、重油・ガスなど燃料とする排気ガスがない。また、端面切断屑の再生使用により、材料の歩留まりがほぼ100％まで引き上げることができた。
【符号の説明】
【００２１】
CSM：  チョップドストランドマット
CS：チョップドストランド
RS40：チェーンの規格
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】乾式マット成形機全体鳥瞰図：乾式マット成形機の設置した場合の全体鳥瞰図で、材料と製品を作るに必要な機材を示す。乾式マット成形機は本体とCSカッター設備と製品巻き取り設備からなる。必要オペレータは3〜4名。
【図２】ステンレスサンドイッチコンベヤー平面図：生産の基本をなす2層ネットコンベアーと加熱ドラム、冷却ドラムの平面図を示す。
【図３】乾式マット成形機長さ方向全体正面断面構造図：乾式マット成形機の機能構成と構造詳細を示す。通常は8連の加熱ドラムによる加熱と2連の閉脚ドラムから構成する。
【図４】乾式マット成形機A/B/C/D部分断面構造図：使用される構造材は、基本フレーム以外は、すべてステンレスを用いて、さびなど製品混入を防止する。設備は解体移動組立が可能な構造からなる。
【図５】乾式マット成形機製品巻き取り設備の構造：紙管のセットから製品の巻き初め、巻き締め機能を備えた構造である。品質管理は重量測定で管理する。
【図６】乾式マット成形機長さ方向全体正面断面構造図：乾式マット成形機用のコンベアーは、ステンレスネットからなるため、せん断力に弱い。対策として両端にチェーンを取り付けて、テンションローラなどに付けたスプロケットで均質性を保つ。
【図７】乾式マット成形機の乾燥ドラムの詳細構造：乾式マット成形機の最も重要な部材の乾燥ドラムは、パンチングメタル構造の円筒体で両端を転がりローラ軸受による両端面を結ぶ単独鋼材体で、内部にヒータを設置。メンテナンスに必要なコンベアーの取り換えに対応して、ドラムが引き出せる構造になっている。
【図８】乾式マット成形機のガラス繊維切断詳細構造：2軸とトランスポータによるガラス繊維の供給機能によるガラス繊維切断機。メンテナンスと信頼性が得られる構造。
【図９】切断機のメンテナンス詳細：開閉レバーの作動でメンテナンスが可能な構造としている。
【図１０】乾式マット成形機のガラス繊維エアートランスポータの詳細構造：ガラス繊維のセット作業、糸切れ感知、連続運転が可能な作動レバーを運転中に使用できる構造の繊維送り装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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