(57)【要約】【課題】軸方向が搬送部の搬送方向と同じであるカッターローラによって切断される繊維束を、搬送部の幅方向に散布することができ、配向ムラの発生を抑制できる繊維強化樹脂材料の製造装置を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂材料の製造装置１は、下層キャリアフィルム１１を搬送する第１搬送部２と、第１搬送部２の上方に該第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って並設される第１切断部３，第２切断部４，第３切断部５，第４切断部６とを備える。第４切断部６のカッターローラ３３は、その軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１と同じになるように配置されている。第４切断部６と第１搬送部２との間には、第１搬送部２の幅方向に揺動自在とされるとともに、カッターローラ３３に切断された繊維束を第１搬送部２の幅方向に散布するシュート９が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の繊維束を所定の長さに複数切断し、切断した繊維束の間に樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂材料を製造する繊維強化樹脂材料の製造装置であって、
長尺状の繊維束を切断する４つ以上のカッターローラと、
前記４つ以上のカッターローラの下方に設けられ、これらのカッターローラに切断された繊維束を連続的に搬送する搬送部と、
を備え、
前記４つ以上のカッターローラは、前記搬送部の搬送方向に沿って並べて配置されており、軸方向が前記搬送部の搬送方向と同じになるように配置された同方向カッターローラを少なくとも１つ含み、
前記同方向カッターローラと前記搬送部との間には、前記搬送部の幅方向に揺動自在とされるとともに、該同方向カッターローラに切断された繊維束を前記搬送部の幅方向に散布する散布部が設けられていることを特徴とする繊維強化樹脂材料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺状の繊維束を所定の長さに複数切断し、切断した繊維束の間に樹脂を含浸させることにより繊維強化樹脂材料を製造する繊維強化樹脂材料の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化樹脂材料の製造装置として、キャリアフィルムを連続的に搬送する搬送部と、該搬送部の上方に配置されて長尺状の繊維束を所定長さに切断する１つのカッターローラとを備えるものが知られている。しかし、このように構成された製造装置では、カッターローラによって切断されて自由落下する繊維束は、搬送されたキャリアフィルムに着地する際に、搬送部の搬送方向に倒れやすく、すなわち搬送方向に沿った向きに揃う傾向がある。これによって、繊維配向にムラが発生し、搬送方向において強度が強く、それ以外の方向に強度が弱くなるといった方向性が生じてしまい、等方的に強度をもつ樹脂材料を得られない問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、例えば下記特許文献１に記載されるものが提案されている。特許文献１に記載された繊維強化樹脂材料の製造装置では、落下する繊維束を叩く回転ドラムをカッターローラと搬送部との間に設け、繊維束を叩くことにより繊維束のランダム（不規則）な落下を実現し、繊維束を等方的に配向させることができる。しかしながら、上述の製造装置では、繊維配向を制御できないため、配向ムラの発生を防止することができない。
【０００４】
繊維配向を制御して配向ムラの発生を防止するため、切断された繊維束が疑似等方性配向（０°、４５°、−４５°、９０°）になるように、複数のカッターローラをそれぞれの軸方向が搬送部の搬送方向に対して９０°、４５°、１３５°、０°で配置し、切断された繊維束を積み重ねていくことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、軸方向が搬送部の搬送方向に対して０°で（すなわち、軸方向が搬送方向と同じになるように）カッターローラを配置する場合、切断された繊維束は、搬送部におけるカッターローラに対応する中心エリアに集中して落下するので、搬送部の幅方向にわたって配置できず、配向ムラの発生を抑制できない可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、軸方向が搬送部の搬送方向と同じであるカッターローラによって切断される繊維束を、搬送部の幅方向に散布することができ、配向ムラの発生を抑制できる繊維強化樹脂材料の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置は、長尺状の繊維束を所定の長さに複数切断し、切断した繊維束の間に樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂材料を製造する繊維強化樹脂材料の製造装置であって、長尺状の繊維束を切断する４つ以上のカッターローラと、前記４つ以上のカッターローラの下方に設けられ、これらのカッターローラに切断された繊維束を連続的に搬送する搬送部と、を備え、前記４つ以上のカッターローラは、前記搬送部の搬送方向に沿って並べて配置されており、軸方向が前記搬送部の搬送方向と同じになるように配置された同方向カッターローラを少なくとも１つ含み、前記同方向カッターローラと前記搬送部との間には、前記搬送部の幅方向に揺動自在とされるとともに、該同方向カッターローラに切断された繊維束を前記搬送部の幅方向に散布する散布部が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置では、軸方向が搬送部の搬送方向と同じになるように配置された同方向カッターローラと搬送部との間に搬送部の幅方向に揺動自在な散布部が設けられるので、該散布部を介して同方向カッターローラにより切断された繊維束を搬送部の全幅にわたって散布させることが可能となる。これによって、同方向カッターローラに切断された繊維束が搬送部の中心エリアに集中して落下することを防止できる。その結果、配向ムラの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、軸方向が搬送部の搬送方向と同じであるカッターローラによって切断される繊維束を、搬送部の幅方向に散布することができ、配向ムラの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る繊維強化樹脂材料の製造装置の基本構成を示す斜視図である。
【図２】各カッターローラの配置位置を示す平面模式図である。
【図３】シュートの形状を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置の実施形態について説明する。本実施形態に係る繊維強化樹脂材料の製造装置１は、例えば長尺状の繊維束を所定の長さに切断し、切断した繊維束を樹脂が塗布された上下２層のキャリアフィルムの間に挟んで樹脂含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を製造するために用いられる装置である。
【００１３】
繊維束は複数の強化繊維を束ねたものであり、強化繊維としては、カーボン繊維、ガラス繊維などが挙げられる。また、樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などを用いることができる。熱硬化性樹脂の具体例として、例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などが挙げられており、これらの樹脂から選ばれる１種であっても良く、２種以上であっても良い。
【００１４】
一方、熱可塑性樹脂の具体例として、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファインド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルフルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などが挙げられており、これらの樹脂から選ばれる１種であっても良く、２種以上であっても良い。なお、ここでは、切断した繊維束の間に熱硬化性樹脂を含浸させてＳＭＣ（Sheet Molding Compound）を製造する例を挙げて説明する。
【００１５】
図１は実施形態に係る繊維強化樹脂材料の製造装置の基本構成を示す斜視図であり、図２は各カッターローラの配置位置を示す平面模式図である。繊維強化樹脂材料の製造装置１（以下、単に製造装置１という）は、シート状の下層キャリアフィルム１１を搬送する第１搬送部２と、第１搬送部２の上方に該第１搬送部２の搬送方向Ｆ１（図１矢印参照）に沿って並設される４つの切断部（第１切断部３，第２切断部４，第３切断部５，第４切断部６）と、第１搬送部２の上方に配置されてシート状の上層キャリアフィルム１２を搬送する第２搬送部７と、第１搬送部２の後方に配置された含浸部８とを備えている。
【００１６】
第１搬送部２は、例えば駆動回転輪２ａと従動回転輪２ｂに無端状ベルト２ｃを巻掛したベルトコンベアであり、フィルムロール１３から巻き出された下層キャリアフィルム１１を搬送方向Ｆ１に連続的に搬送する。そして、第１搬送部２の始端側であってフィルムロール１３の近傍には、第１搬送部２に搬送される下層キャリアフィルム１１に樹脂を含むペーストを供給するためのドクターボックス１０が設けられている。
【００１７】
ドクターボックス１０は、第１搬送部２に搬送される下層キャリアフィルム１１を跨ぐように、第１搬送部２の幅方向（すなわち、搬送方向Ｆ１と直交する方向）に架設されている。このドクターボックス１０は、その底部に形成されたスリット（図示せず）を介して下層キャリアフィルム１１の上面にペーストを所定の厚さで塗布する。なお、ここでのペーストは、上述の熱硬化性樹脂に充填剤、低収縮化剤、離型剤、増粘剤などを混合したものである。
【００１８】
第１切断部３、第２切断部４、第３切断部５及び第４切断部６は、この順に第１搬送部２の始端側から終端側に向かって（換言すれば、上流から下流に向かって）配置されている。第１搬送部２の始端に最も近い第１切断部３は、図示しない繊維供給部から長尺状の繊維束を引き出すための一対の引き出しローラ３１と、該引き出しローラ３１の下方に配置されるガイドローラ３２及びカッターローラ３３とを有するように構成されている。
【００１９】
図１に示すように、一対の引き出しローラ３１、ガイドローラ３２及びカッターローラ３３は、互いに軸方向が平行になるように、第１搬送部２の上方に配置されている。一対の引き出しローラ３１は、第１搬送部２に対して同じ高さに位置しており、長尺状の繊維束を引き出すとともに下方に向けて方向転換させる。ガイドローラ３２とカッターローラ３３とは、第１搬送部２に対して同じ高さに位置する。カッターローラ３３は、その外周面に放射状に設けられた切断刃３３ａを複数有しており、ガイドローラ３２と協働して長尺状の繊維束を所定の長さ（例えば１５ｍｍ以下）に切断する。
【００２０】
本実施形態において、第１切断部３のカッターローラ３３は、その軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して垂直するように配置されている。すなわち、該カッターローラ３３の軸方向と第１搬送部２の搬送方向Ｆ１とがなす角度θ１が９０°である（図２参照）。このため、上述した一対の引き出しローラ３１及びガイドローラ３２も、それぞれの軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に垂直するようになっている。なお、本実施形態において、各カッターローラ３３の軸方向と搬送方向Ｆ１とがなす角度は、搬送方向Ｆ１から反時計回りの角度を指す。
【００２１】
そして、第１切断部３のカッターローラ３３はその軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して垂直するように配置されるため、該カッターローラ３３によって切断されて自由落下する繊維束２１は、略搬送方向Ｆ１に沿った向きに揃っており、すなわち、繊維束２１の配向角は略０°になる（図１参照）。
【００２２】
第１切断部３より下流に配置された第２切断部４は、第１切断部３と同じ構造を有するが、引き出しローラ３１、ガイドローラ３２及びカッターローラ３３の配置方向が第１切断部３と相違している。以下、その相違点について、カッターローラ３３を挙げて説明する。具体的には、第２切断部４のカッターローラ３３は、その軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して４５°（すなわち、θ２＝４５°）になるように配置されている（図２参照）。このため、該カッターローラ３３によって切断されて自由落下する繊維束２２の配向角は、略４５°になる（図１参照）。また、搬送方向Ｆ１に対して斜めに配置された第２切断部４のカッターローラ３３は、第１切断部３のカッターローラ３３によって切断された繊維束２１の落下幅と同じ幅を有するように、第１切断部３のカッターローラ３３よりも長く形成されている。
【００２３】
第２切断部４より下流に配置された第３切断部５は、第１切断部３と同じ構造を有するが、引き出しローラ３１、ガイドローラ３２及びカッターローラ３３の配置方向が第１切断部３と相違している。以下、その相違点について、カッターローラ３３を挙げて説明する。具体的には、第３切断部５のカッターローラ３３は、その軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して１３５°（すなわち、θ３＝１３５°）になるように配置されている（図２参照）。このため、該カッターローラ３３によって切断されて自由落下する繊維束２３の配向角は、略−４５°になる（図１参照）。また、搬送方向Ｆ１に対して斜めに配置された第３切断部５のカッターローラ３３は、第１切断部３のカッターローラ３３によって切断された繊維束２１の落下幅と同じ幅を有するように、第１切断部３のカッターローラ３３よりも長く形成されている。
【００２４】
一方、第３切断部５より下流に配置された第４切断部６は、第１切断部３と同じ構造を有するが、引き出しローラ３１、ガイドローラ３２及びカッターローラ３３の配置方向が第１切断部３と相違している。以下、その相違点について、カッターローラ３３を挙げて説明する。具体的には、第４切断部６のカッターローラ３３は、その軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１と同じになるように（すなわち、θ４＝０°）になるように配置されている（図２参照）。そして、この第４切断部６のカッターローラ３３は、特許請求の範囲に記載の「同方向カッターローラ」に相当するものである。
【００２５】
第４切断部６のカッターローラ３３と第１搬送部２との間には、該カッターローラ３３によって切断された繊維束２４を第１搬送部２の幅方向に散布するシュート（散布部）９が設けられている。図３はシュートの形状を示す模式断面図である。図１及び図３に示すように、シュート９は、上方に開口するともに下方に行くにつれて幅が徐々に縮小する逆角錐台状の受け部９ａと、受け部９ａと連通するとともに底部が開放された角筒状の落下部９ｂとを有する。このシュート９は、図示しない揺動機構によって第１搬送部２の幅方向に揺動自在に設けられている。シュート９における第１搬送部２の幅方向の揺動範囲は、例えば第１切断部３のカッターローラ３３に切断された繊維束２１の落下幅と同じになるように設定されている。
【００２６】
そして、第４切断部６のカッターローラ３３によって切断された繊維束２４は、シュート９に落下し、該シュート９の揺動に伴い下層キャリアフィルム１１の幅方向（すなわち、第１搬送部２の幅方向）に散布される。このとき、該カッターローラ３３はその軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１と同じになるように配置されるため、繊維束２４の配向角は略９０°になる（図１参照）。
【００２７】
第２搬送部７は、例えば駆動回転輪７ａと従動回転輪７ｂに無端状ベルト７ｃを巻掛したベルトコンベアであり、フィルムロール１４から巻き出された上層キャリアフィルム１２を第１搬送部２の搬送方向Ｆ１とは反対の搬送方向Ｆ２（図１に示す矢印参照）に連続的に搬送する。第２搬送部７の略中央上方には、第２搬送部７に搬送される上層キャリアフィルム１２に熱硬化性樹脂を含むペーストを供給するためのドクターボックス１６が設けられている。
【００２８】
ドクターボックス１６は、第２搬送部７に搬送される上層キャリアフィルム１２を跨ぐように、第２搬送部７の幅方向に架設されている。このドクターボックス１６は、その底部に形成されたスリット（図示せず）を介して上層キャリアフィルム１２の上面にペーストを所定の厚さで塗布する。そして、上層キャリアフィルム１２は、そのペーストが塗布された上面を下層キャリアフィルム１１におけるペーストが塗布された上面と貼り合わせるように、第２搬送部７の終端で下方に方向転換されている。
【００２９】
含浸部８は、第４切断部６よりも第１搬送部２の後方に配置され、貼り合わせられた下層キャリアフィルム１１及び上層キャリアフィルム１２に対して上下両側から加圧する複数の下側含浸ローラ８ａと、複数の上側含浸ローラ８ｂとを有する。これらの下側含浸ローラ８ａと上側含浸ローラ８ｂとは、第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って互いに対して千鳥状に配置されている。
【００３０】
以下、製造装置１を用いた繊維強化樹脂材料の製造方法を説明する。製造方法は主に塗布ステップと、切断ステップと、含浸ステップとを含む。
【００３１】
塗布ステップでは、フィルムロール１３から巻き出された下層キャリアフィルム１１は、第１搬送部２によって搬送方向Ｆ１に搬送されながら、ドクターボックス１０によって所定厚さのペーストが塗布される。一方、フィルムロール１４から巻き出された上層キャリアフィルム１２は、第２搬送部７によって搬送方向Ｆ２に搬送されながら、ドクターボックス１６によって所定厚さのペーストが塗布される。
【００３２】
塗布ステップに続く切断ステップでは、第１切断部３のカッターローラ３３はその軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して垂直するように配置されているので、該第１切断部３のカッターローラ３３によって切断されて自由落下した繊維束２１は、略０°の配向角度で下層キャリアフィルム１１におけるペーストが塗布された上面に配置される。
【００３３】
そして、第２切断部４のカッターローラ３３はその軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して４５°になるように配置されているので、該第２切断部４のカッターローラ３３によって切断されて自由落下する繊維束２２は、略４５°の配向角度で上述した繊維束２１の上に積み重ねて配置される。
【００３４】
更に、第３切断部５のカッターローラ３３はその軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して１３５°になるように配置されているので、該第３切断部５のカッターローラ３３によって切断されて自由落下する繊維束２３は、略−４５°の配向角度で上述した繊維束２１及び繊維束２２の上に積み重ねて配置される。
【００３５】
第４切断部６のカッターローラ３３によって切断された繊維束２４は、シュート９に落下し、シュート９における第１搬送部２の幅方向の揺動に伴って、下層キャリアフィルム１１の全幅方向にわたり散布される。その際に、第４切断部６のカッターローラ３３はその軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１と同じになるように配置されているので、繊維束２４は略９０°の配向角度で上述した繊維束２１、繊維束２２及び繊維束２３の上に積み重ねて配置される。
【００３６】
このように、下層キャリアフィルム１１が第１切断部３、第２切断部４、第３切断部５及び第４切断部６を順次に通過するときに、略０°の配向角度を有する繊維束２１と、略４５°の配向角度を有する繊維束２２、略−４５°の配向角度を有する繊維束２３、略９０°の配向角度を有する繊維束２４がこの順に下層キャリアフィルム１１の上面に積み重ねられる。そして、繊維束２１〜２４が積み重ねられた下層キャリアフィルム１１は、第１搬送部２の終端側で上層キャリアフィルム１２と貼り合わせられる。
【００３７】
切断ステップに続く含浸ステップでは、貼り合わせられた下層キャリアフィルム１１及び上層キャリアフィルム１２が含浸部８を通過する際に、下層キャリアフィルム１１と上層キャリアフィルム１２との間に挟み込まれたペースト及び繊維束２１〜２４は、下側含浸ローラ８ａ及び上側含浸ローラ８ｂによって加圧される。このとき、下層キャリアフィルム１１及び上層キャリアフィルム１２に塗布されたペーストは、繊維束２１〜２４の間に含浸される。これによって、シート状の繊維強化樹脂材料（すなわち、ＳＭＣ）１５が製造される。そして、製造された繊維強化樹脂材料１５は巻取ロール１７に巻き取られても良く、折り畳んだ状態で収容箱（図示せず）に収容されても良い。
【００３８】
本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造装置１では、第１切断部３、第２切断部４、第３切断部５及び第４切断部６のカッターローラ３３は、第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対してそれぞれ９０°、４５°、１３５°、０°で配置されるので、切断された繊維束２１〜２４の配向を疑似等方に制御することができる。また、軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１と同じになるように配置された第４切断部６のカッターローラ３３と第１搬送部２との間には、第１搬送部２の幅方向に揺動自在なシュート９が設けられるので、該シュート９を介して繊維束２４を下層キャリアフィルム１１の幅方向に散布させることができる。これによって、繊維束２４が第１搬送部２の中心エリアに集中して落下することを防止できる。その結果、配向ムラの発生を抑制することができ、等方性に強度をもつ繊維強化樹脂材料１５を得ることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では、散布部としてシュート９の例を挙げて説明したが、シュート以外の構造であっても良い。また、切断部の数は上述の４つに限定されずに、必要に応じて適宜増やしても良い。
【００４０】
また、上述の実施形態において、ＳＭＣの例を挙げて説明したが、本発明はＳＭＣ以外の長尺状の繊維束、または長尺状の繊維束に樹脂を含浸させたテープ状の部材を複数切断して繊維強化樹脂材料を製造することにも適用される。例えば、一方向の繊維強化熱可塑性樹脂を切断し自由落下させた後に、熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、更に冷却することで繊維強化熱可塑性樹脂材料を製造しても良い。あるいは、長尺状の繊維束を複数切断して自由落下させた後に、熱可塑性樹脂パウダーを振りかけて熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、更に冷却することで繊維強化熱可塑性樹脂材料を製造しても良い。なお、この場合には、上述した製造装置１のドクターボックス１０，１６を省くことができる。
【符号の説明】
【００４１】
１    繊維強化樹脂材料の製造装置
２    第１搬送部
３    第１切断部
４    第２切断部
５    第３切断部
６    第４切断部
７    第２搬送部
８    含浸部
８ａ    下側含浸ローラ
８ｂ    上側含浸ローラ
９    シュート（散布部）
１０，１６    ドクターボックス
１１    下層キャリアフィルム
１２    上層キャリアフィルム
２１，２２，２３，２４    繊維束
３１    引き出しローラ
３２    ガイドローラ
３３    カッターローラ
Ｆ１    搬送方向
【図１】
2018193432.tif 000003
【図２】
2018193432.tif 000004
【図３】
2018193432.tif 000005