(57)【要約】【課題】繊維束の分繊不良を抑制でき、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料を安定して製造できる繊維束の分割方法及び分割装置、並びに繊維強化樹脂材料の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】分割装置６０の分繊部６２で長尺の繊維束ｆ２を分繊して繊維束ｆ３とし、次いで拡幅部６４で繊維束ｆ３を拡幅して繊維束ｆ４とし、拡幅後の繊維束ｆ４を裁断し、裁断された複数の繊維束からなるシート状繊維束群を形成し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る、繊維強化樹脂材料の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に走行する長尺の繊維束に刃物を突き刺して分繊し、分繊部分と未分繊部分とが長さ方向に交互に形成された状態の繊維束を拡幅する、繊維束の分割方法。
【請求項２】
走行する繊維束の長さ方向における前記分繊部分の長さをＬａ、前記未分繊部分の長さをＬｂとしたとき、０．７≦Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）＜１の関係を満足する、請求項１に記載の繊維束の分割方法。
【請求項３】
走行する繊維束の幅方向に沿って切断した断面の縁形状が凸の円弧状である曲面を有する拡幅手段を用い、前記繊維束を前記曲面に押し付けるように走行させて前記繊維束を拡幅する、請求項１又は２に記載の繊維束の分割方法。
【請求項４】
前記曲面の曲率半径が１０〜６００ｍｍである、請求項３に記載の繊維束の分割方法。
【請求項５】
一方向に走行する長尺の繊維束に刃物を間欠的に突き刺して分繊する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維束の分割方法。
【請求項６】
複数の刃物が周方向に並んで配置された回転刃を用い、前記回転刃を回転させながら前記の複数の刃物を繊維束に間欠的に突き刺して分繊する、請求項５に記載の繊維束の分割方法。
【請求項７】
拡幅後の繊維束の幅Ｈと拡幅前の繊維束の幅ｈとの差（Ｈ−ｈ）を０．１〜２０ｍｍとする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の繊維束の分割方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の繊維束の分割方法により、長尺の繊維束に対して分繊及び拡幅を行った後、繊維束を裁断し、裁断された複数の繊維束からなるシート状繊維束群を形成し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る、繊維強化樹脂材料の製造方法。
【請求項９】
裁断された繊維束の総数に対する、裁断後に未分繊部を含む繊維束の合計数の割合が１５％以下である、請求項８に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
【請求項１０】
一方向に走行する長尺の繊維束に刃物を突き刺して分繊し、分繊部分と未分繊部分とが長さ方向に交互に形成された状態の繊維束とする分繊部と、分繊された繊維束を拡幅する拡幅部と、を備える、繊維束の分割装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の繊維束の分割装置と、前記分割装置の後段に設けられ、繊維束を裁断する裁断部と、前記裁断部の後段に設けられ、裁断された複数の繊維束で形成されたシート状繊維束群に樹脂を含浸させる含浸部と、を備える、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、繊維束の分割方法及び分割装置、並びに繊維強化樹脂材料の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＭＣ（Sheet Molding Compound）は、例えばガラス繊維や炭素繊維等の長尺の強化繊維を所定の長さに裁断した複数の繊維束で形成されたシート状繊維束群に、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材料である。ＳＭＣは成形品を得るための中間材料として用いられ、金型による成形時に流動しやすい性質を有する。そのため、ＳＭＣは、成形品において部分的に肉厚の異なる部分や、リブやボス等を形成する際に好適に利用されている。
【０００３】
ＳＭＣ（繊維強化樹脂成形材料）の製造においては、例えば、以下のことが行われる。搬送されるシート（キャリア）の上に熱硬化性樹脂を含むペーストを塗工する。次いで、長尺の繊維束を裁断機で所定の長さに裁断して、ペーストの上に散布し、シート状繊維束群を形成する。次いで、シート状繊維束群に樹脂を含浸して繊維強化樹脂材料とする（例えば、特許文献１、２）。また、ＳＭＣの製造では、製造コストを下げるため、フィラメント本数の多い繊維束を開繊により幅方向に拡幅した後、分繊により繊維束を複数の繊維束に分割し、分繊された繊維束を裁断機で裁断することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２１３９９７号明細書
【特許文献２】特開２００６−２１９７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の製造方法では、裁断後の繊維束の一部において未分繊部分が残ったり、分繊後の繊維束が重なって部分的に再結合したりすることで、それらの繊維束が折り畳まれて肉厚となることがある。このような肉厚な繊維束が形成されると、シート状繊維束群において該繊維束の周囲に隙間ができ、得られる繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成され、強度が低下する。
【０００６】
本発明は、繊維束の分繊不良を抑制でき、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料を安定して製造できる繊維束の分割方法及び分割装置、並びに繊維強化樹脂材料の製造方法及び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】
【０００７】
本発明は、以下の構成を有する。
［１］一方向に走行する長尺の繊維束に刃物を突き刺して分繊し、分繊部分と未分繊部分とが長さ方向に交互に形成された状態の繊維束を拡幅する、繊維束の分割方法。
［２］走行する繊維束の長さ方向における前記分繊部分の長さをＬａ、前記未分繊部分の長さをＬｂとしたとき、０．７≦Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）＜１の関係を満足する、［１］に記載の繊維束の分割方法。
［３］走行する繊維束の幅方向に沿って切断した断面の縁形状が凸の円弧状である曲面を有する拡幅手段を用い、前記繊維束を前記曲面に押し付けるように走行させて前記繊維束を拡幅する、［１］又は［２］に記載の繊維束の分割方法。
［４］前記曲面の曲率半径が１０〜６００ｍｍである、［３］に記載の繊維束の分割方法。
［５］一方向に走行する長尺の繊維束に刃物を間欠的に突き刺して分繊する、［１］〜［４］のいずれかに記載の繊維束の分割方法。
［６］複数の刃物が周方向に並んで配置された回転刃を用い、前記回転刃を回転させながら前記の複数の刃物を繊維束に間欠的に突き刺して分繊する、［５］に記載の繊維束の分割方法。
［７］拡幅後の繊維束の幅Ｈと拡幅前の繊維束の幅ｈとの差（Ｈ−ｈ）を０．１〜２０ｍｍとする、［１］〜［６］のいずれかに記載の繊維束の分割方法。
［８］［１］〜［７］のいずれかに記載の繊維束の分割方法により、長尺の繊維束に対して分繊及び拡幅を行った後、繊維束を裁断し、裁断された複数の繊維束からなるシート状繊維束群を形成し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る、繊維強化樹脂材料の製造方法。
［９］裁断された繊維束の総数に対する、裁断後に未分繊部を含む繊維束の合計数の割合が１５％以下である、［８］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１０］一方向に走行する長尺の繊維束に刃物を突き刺して分繊し、分繊部分と未分繊部分とが長さ方向に交互に形成された状態の繊維束とする分繊部と、分繊された繊維束を拡幅する拡幅部と、を備える、繊維束の分割装置。
［１１］［１０］に記載の繊維束の分割装置と、前記分割装置の後段に設けられ、繊維束を裁断する裁断部と、前記裁断部の後段に設けられ、裁断された複数の繊維束で形成されたシート状繊維束群に樹脂を含浸させる含浸部と、を備える、繊維強化樹脂材料の製造装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の繊維束の分割方法によれば、繊維束の分繊不良を抑制できる。
本発明の繊維束の分割装置を用いれば、繊維束の分繊不良を抑制できる。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法によれば、繊維束の分繊不良を抑制でき、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料を安定して製造できる。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置を用いれば、繊維束の分繊不良を抑制でき、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料を安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置の一例を示した概略構成図である。
【図２】図１における開繊部及び分割装置の部分を拡大した概略構成図である。
【図３】図１における拡幅手段を走行する繊維束の幅方向に沿って切断した断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、分繊後の繊維束を示した平面図であり、図４（Ｂ）は、拡幅後の繊維束を示した平面図である。
【図５】拡幅手段の他の例を示した断面図である。
【図６】実施例におけるフィラメント数毎の繊維束の発生割合を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［繊維強化樹脂材料の製造装置］
繊維強化樹脂材料の製造装置は、繊維束の分割装置と、前記分割装置の後段に設けられ、繊維束を裁断する裁断部と、前記裁断部の後段に設けられ、裁断された複数の繊維束で形成されたシート状繊維束群に樹脂を含浸させる含浸部と、を備える。繊維束の分割装置は、一方向に走行する長尺の繊維束に刃物を突き刺して分繊し、分繊部分と未分繊部分とが長さ方向に交互に形成された状態の繊維束とする分繊部と、分繊された繊維束を拡幅する拡幅部と、を備える装置である。
【００１１】
以下、繊維強化樹脂材料の製造装置及び繊維束の分割装置の一例について、図１〜３に基づいて説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、必要に応じてこのＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。なお、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１２】
本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造装置１００（以下、「ＳＭＣ製造装置１００」という。）は、図１及び図２に示すように、開繊部５０と、分割装置６０と、複数のゴデットロール１９と、裁断部１３と、第１のキャリアシート供給部１１と、第１の搬送部２０と、第１の塗工部１２と、第２のキャリアシート供給部１４と、第２の搬送部２８と、第２の塗工部１５と、含浸部１６と、を備えている。ＳＭＣ製造装置１００においては、開繊部５０と、分割装置６０と、複数のゴデットロール１９と、裁断部１３とがこの順に設けられている。
【００１３】
開繊部５０は、ボビンＢ１からＸ軸方向に引き出された長尺の繊維束ｆ１を開繊により幅方向（Ｙ軸方向）に拡幅し、扁平な状態とする部分である。開繊部５０は、Ｘ軸方向に間隔を空けて並んで設けられた複数の開繊バー１７を備えている。複数の開繊バー１７は、それぞれ軸方向がＹ軸方向となるように配置され、繊維束ｆ１が各開繊バー１７の上下を順にジグザグに通過するようになっている。この際に、各開繊バー１７による加熱、擦過、揺動等の手段により繊維束ｆ１が幅方向に拡幅される。繊維束ｆ１が開繊されることで、扁平な状態の繊維束ｆ２とされる。
【００１４】
分割装置６０は、開繊部５０の後段に設けられており、分繊部６２と、拡幅部６４とをこの順に備えている。
分繊部６２は、開繊後の繊維束を分繊により幅方向（Ｙ軸方向）に分割する部分である。分繊部６２は、開繊部５０の後段に設けられており、回転刃１８を備えている。回転刃１８には、複数の刃物１８ａが周方向に連なって並んで設けられている。回転刃１８を挟んだ搬送方向の両側には、一対のガイド部材４０が配置されている。一対のガイド部材４０により、搬送されている繊維束ｆ２が下方に押さえつけられることで、回転刃１８の刃物１８ａが繊維束ｆ２に下側から突き刺さるようになっている。
【００１５】
回転刃１８を回転させながら繊維束ｆ２を通過させることで、繊維束ｆ２に複数の刃物１８ａが間欠的に突き刺さり、繊維束ｆ２が長手方向において所定の間隔で幅方向に分割されて繊維束ｆ３となる。
分繊部６２での分繊後の繊維束ｆ３は、完全に分繊された状態ではなく、部分的に未分繊の状態（結合した状態）となっている。すなわち、図４（Ａ）に示すように、分繊後の繊維束ｆ３は、分繊部分ａと未分繊部分ｂとが長さ方向に交互に形成された状態になっている。繊維束ｆ３の分繊部分ａでは、繊維束が２つの束部ｆ３１，ｆ３２に分割されている。繊維束ｆ３の未分繊部分ｂでは、長さ方向の一方の端部が束部ｆ３１と結着し、他方の端部が束部ｆ３２と結着した連結部ｆ３３で接続されている。未分繊部分ｂの連結部ｆ３３を形成している各繊維は、連結部ｆ３３の長さ方向の両側の分繊部分ａでは束部ｆ３１，ｆ３２に結着している。
【００１６】
拡幅部６４は、拡幅手段６６を備えている。拡幅手段６６は、繊維束ｆ３の走行方向に沿って設けられた棒状の部材であり、走行する繊維束ｆ３の幅方向に沿って切断した断面の縁形状が凸の円弧状である曲面６６ａを有する。この例の拡幅手段６６の断面形状は、矩形の上面側が凸の円弧状に膨らんだ形状になっている。なお、拡幅手段の形状は凸の円弧状の曲面を有するものであれば特に限定されず、例えば、断面形状が楕円形状である拡幅手段であってもよい。拡幅手段６６は固定でも回転させてもよい。
【００１７】
繊維束ｆ３を拡幅手段６６の凸状の曲面６６ａに押し付けるように走行させることで、繊維束ｆ３には分繊部分ａにおける２つの束部ｆ３１，ｆ３２を幅方向に引き離すように力が作用し、繊維束ｆ３が拡幅されて繊維束ｆ４となる。拡幅部６４を通過した繊維束ｆ４は、複数のゴデットロール１９により裁断部１３へと導かれる。
【００１８】
拡幅部６４において２つの束部ｆ３１，ｆ３２が引き離される際には、連結部ｆ３３を形成している各繊維における束部ｆ３１，ｆ３２と結着していた部分が、ある程度の長さの範囲で、連結部ｆ３３の長さ方向の両側で束部ｆ３１，ｆ３２から引き剥がされる。これにより、繊維束ｆ４の長さ方向における、束部ｆ３１と束部ｆ３２を繋ぐ連結部ｆ３３の長さがより長くなる。
【００１９】
拡幅手段６６における曲面６６ａの曲率半径は、１０〜６００ｍｍが好ましく、２０〜１００ｍｍがより好ましく、３０〜８０ｍｍがさらに好ましい。曲率半径が下限値以上であれば、毛羽立ちが生じることを抑制しやすい。曲率半径が上限値以下であれば、繊維束を充分に拡幅しやすい。
【００２０】
なお、この例の拡幅手段６６では上面に曲面６６ａが形成されているが、本発明においては、下面に曲面が形成された拡幅手段を用い、繊維束を下から該曲面に押し付けながら走行させる態様であってもよい。ただし、繊維束が拡幅手段の曲面に押し付けられるように該繊維束に張力をかけることが容易な点から、上面に曲面を有する拡幅手段を用いて、繊維束を上から該曲面に押し付けるように走行させる態様が好ましい。また、拡幅手段６６は多段で配置してもよい。
【００２１】
第１のキャリアシート供給部１１は、第１の原反ロールＲ１から引き出された長尺の第１のキャリアシートＣ１を第１の搬送部２０へと供給する。第１の搬送部２０は、一対のプーリ２１ａ，２１ｂの間に無端ベルト２２を掛け合わせたコンベア２３を備えている。コンベア２３では、一対のプーリ２１ａ，２１ｂを同一方向に回転させることによって無端ベルト２２を周回させ、無端ベルト２２の面上において第１のキャリアシートＣ１をＸ軸方向の右側に向けて搬送する。
【００２２】
第１の塗工部１２は、第１の搬送部２０におけるプーリ２１ａ側の直上に位置しており、樹脂を含むペーストＰを供給するコータ２４を備えている。第１のキャリアシートＣ１がコータ２４を通過することで、第１のキャリアシートＣ１の面上にペーストＰが所定の厚みで塗工され、第１樹脂シートＳ１が形成される。第１樹脂シートＳ１は、第１のキャリアシートＣ１の搬送に伴って走行する。
【００２３】
裁断部１３は、裁断機を備えている。裁断機は、第１の塗工部１２よりも搬送方向の後段において、第１のキャリアシートＣ１の上方に位置している。裁断機は、複数のゴデットロール１９で案内された繊維束ｆ４を所定の長さに連続的に裁断するものであり、ガイドロール２５と、ピンチロール２６と、カッターロール２７とを備えている。ガイドロール２５は、供給された繊維束ｆ４を回転しながら下方に向けて案内する。ピンチロール２６は、ガイドロール２５との間で繊維束ｆ４を挟み込みながら、ガイドロール２５とは逆向きに回転する。これにより、ボビンＢ１から繊維束ｆ１が引き出される。カッターロール２７は、回転しながら繊維束ｆ４を所定の長さとなるように裁断する。裁断機により所定の長さに裁断された繊維束ｆ５は落下して第１樹脂シートＳ１の上に散布され、シート状繊維束群Ｆが形成される。
【００２４】
この例では、上述のように、分割装置６０の拡幅部６４で拡幅された繊維束ｆ４における、繊維束ｆ４の長さ方向における連結部ｆ３３の長さＬ２（図４（Ｂ））が、拡幅前の繊維束ｆ３における連結部ｆ３３の長さＬ１（図４（Ａ））に比べて長くなっている。そのため、裁断機において繊維束ｆ４を所定の長さとなるように連続して裁断する際には、拡幅を行わなかった場合に比べて、連結部ｆ３３が裁断機によって裁断されずに残存することが抑制される。これにより、未分繊部分（連結部）を含む繊維束が散布された際に折り畳まれ、シート状繊維束群Ｆにおいて肉厚な繊維束となることが抑制されることで、製造される繊維強化樹脂材料において樹脂リッチな部分が形成されて強度が低下することが抑制される。
【００２５】
第２のキャリアシート供給部１４は、第２の原反ロールＲ２から引き出された長尺の第２のキャリアシートＣ２を第２の搬送部２８へと供給する。第２の搬送部２８は、コンベア２３により搬送される第１のキャリアシートＣ１の上方に位置しており、複数のガイドロール２９を備えている。第２の搬送部２８は、第２のキャリアシート供給部１４から供給された第２のキャリアシートＣ２を、第１のキャリアシートＣ１とは反対方向（Ｘ軸方向の左側）に搬送した後、搬送方向を複数のガイドロール２９によって第１のキャリアシートＣ１と同じ方向に反転させる。
【００２６】
第２の塗工部１５は、第１のキャリアシートＣ１とは反対方向に搬送されている第２のキャリアシートＣ２の直上に位置し、樹脂を含むペーストＰを供給するコータ３０を備えている。第２のキャリアシートＣ２がコータ３０を通過することで、第２のキャリアシートＣ２の面上にペーストＰが所定の厚みで塗工され、第２樹脂シートＳ２が形成されるようになっている。第２樹脂シートＳ２は、第２のキャリアシートＣ２の搬送に伴って走行する。
【００２７】
含浸部１６は、シート状繊維束群Ｆ上に第２樹脂シートＳ２を貼り合せて加圧し、シート状繊維束群Ｆに樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料とする部分である。含浸部１６は、第１の搬送部２０における裁断機よりも後段に位置し、貼合機構３１と、加圧機構３２とを備えている。貼合機構３１は、コンベア２３のプーリ２１ｂの上方に位置し、複数の貼合ロール３３を備えている。複数の貼合ロール３３は、第２樹脂シートＳ２が形成された第２のキャリアシートＣ２の背面に接触した状態で搬送方向に並んで配置されている。また、複数の貼合ロール３３は、第１のキャリアシートＣ１に対して第２のキャリアシートＣ２が徐々に接近するように配置されている。
【００２８】
貼合機構３１では、第１のキャリアシートＣ１と第２のキャリアシートＣ２とが、その間に第１樹脂シートＳ１、シート状繊維束群Ｆ及び第２樹脂シートＳ２を挟み込んだ状態で重ね合わされながら搬送される。ここで、第１樹脂シートＳ１、シート状繊維束群Ｆ及び第２樹脂シートＳ２を挟み込んだ状態で第１のキャリアシートＣ１と第２のキャリアシートＣ２が貼合されたものを貼合シートＳ３という。
【００２９】
加圧機構３２は、貼合機構３１の後段に位置し、一対のプーリ３４ａ，３４ｂの間に無端ベルト３５ａを掛け合わせた下側コンベア３６Ａと、一対のプーリ３４ｃ，３４ｄの間に無端ベルト３５ｂを掛け合わせた上側コンベア３６Ｂとを備えている。下側コンベア３６Ａと上側コンベア３６Ｂとは、互いの無端ベルト３５ａ，３５ｂを突き合わせた状態で、互いに対向して配置されている。
【００３０】
加圧機構３２では、下側コンベア３６Ａの一対のプーリ３４ａ，３４ｂが同一方向に回転されることによって無端ベルト３５ａが周回される。また、上側コンベア３６Ｂの一対のプーリ３４ｃ，３４ｄを同一方向に回転させることによって、無端ベルト３５ｂが無端ベルト３５ａと同じ速さで逆向きに周回される。これにより、無端ベルト３５ａ，３５ｂの間に挟み込まれた貼合シートＳ３がＸ軸方向の右側に搬送される。
【００３１】
加圧機構３２には、さらに複数の下側ロール３７ａと、複数の上側ロール３７ｂとが設けられている。複数の下側ロール３７ａは、無端ベルト３５ａの突合せ部分の背面に接触した状態で搬送方向に並んで配置されている。複数の上側ロール３７ｂは、無端ベルト３５ｂの突き合わせ部分の背面に接触した状態で搬送方向に並んで配置されている。また、複数の下側ロール３７ａと複数の上側ロール３７ｂとは、貼合シートＳ３の搬送方向に沿って互い違いに並んで配置されている。
【００３２】
加圧機構３２では、無端ベルト３５ａ，３５ｂの間を貼合シートＳ３が通過する間に、第１のキャリアシートＣ１と第２のキャリアシートＣ２との間に挟み込まれた第１樹脂シートＳ１、シート状繊維束群Ｆ及び第２樹脂シートＳ２を複数の下側ロール３７ａ及び複数の上側ロール３７ｂにより加圧する。このとき、第１樹脂シートＳ１及び第２樹脂シートＳ２の樹脂がシート状繊維束群Ｆに含浸される。これにより、繊維強化樹脂材料（ＳＭＣ）の原反Ｒが得られる。原反Ｒは、所定の長さに切断して成形に使用することができる。なお、第１のキャリアシートＣ１及び第２のキャリアシートＣ２は、ＳＭＣの成形前にＳＭＣから剥離される。
【００３３】
以上説明した本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置においては、分割装置において、分繊部で分繊された繊維束が拡幅部で拡幅される。繊維束を分繊後に拡幅することで、分繊後の繊維束において２つに分けられた束部を橋渡しするように繋ぐ連結部が形成されている場合でも、該連結部を形成している各繊維における、該連結部の長さ方向の両側で２つの束部にそれぞれ結着していた部分が、ある程度の長さの範囲で各束部から引き剥がされる。これにより、拡幅後の繊維束の長さ方向における該連結部の長さが拡幅前に比べて長くなるため、裁断部において連結部が裁断されずに残存することが抑制される。そのため、散布されてシート状繊維束群が形成される際に、未分繊部分（連結部）を含む繊維束が折り畳まれて肉厚な繊維束とることが抑制され、その肉厚な繊維束の周囲に隙間ができ、製造される繊維強化樹脂材料に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制される。そのため、強度の高い繊維強化樹脂材料を安定して得ることができる。
【００３４】
また、分繊において繊維束に刃物を間欠的に突き刺さずに、連続的に突き刺して繊維束を２つに分割する場合でも、分割後の搬送において繊維束が部分的に重なって再結着して未分繊部分を有する繊維束となることがある。しかし、本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置を用いれば、この場合でも未分繊部分が裁断後の繊維束に残存することを抑制できることから、強度の高い繊維強化樹脂材料を安定して得ることができる。
【００３５】
本発明においては、上述のように、刃物を繊維束に連続して突き刺す分繊部としてもよいが、分割装置６０のように、刃物を間欠的に繊維束に突き刺して分繊し、分繊部分と未分繊部分とが形成された状態とする分繊部とすることが好ましい。通常、繊維束においては繊維に斜交や蛇行があるため、刃物を突き刺したまま繊維束を走行させると搬送している繊維束が切れるおそれがある。しかし、刃物を間欠的に繊維束に突き刺す態様は、繊維束の繊維に斜交や蛇行があっても搬送中の繊維束が切れることを抑制できるため、工程安定性が向上する。
【００３６】
なお、本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置及び繊維束の分割装置は、前記したものには限定されない。本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置は、分繊部及び拡幅部を備える繊維束の分割装置を備える以外は、公知の態様を採用することができる。
例えば、本発明では、分繊部が複数の回転刃を備え、それら複数の回転刃が繊維束の幅方向（Ｙ軸方向）に所定の間隔で並んで配置されたものであってもよい。例えば、複数の繊維束を並走させ、それら繊維束のそれぞれに対して回転刃を設けて分繊する態様が挙げられる。また、１つの繊維束に対して幅方向に２以上の回転刃を設け、該繊維束を３つ以上に分割して分繊してもよい。また、繊維束の幅方向に複数の回転刃を設ける場合は、回転刃の数に合わせた数の拡幅手段６６を備える拡幅部を用いてもよく、例えば図５に例示したように、回転刃の数に合わせた数の曲面６６ａを備える拡幅手段６６Ａを備える拡幅部６４Ａを用いることもできる。
【００３７】
また、拡幅部の拡幅手段を下面に凸状の曲面を有するものとし、回転刃１８の後段側のガイド部材４０の代わりに配置して、該曲面に繊維束ｆ３を下から押し付けながら走行させつつ、回転刃１８の後段で繊維束ｆ２を回転刃１８に押し付ける役割を兼ねる態様としてもよい。
また、回転刃１８の代わりに鋸刃を間欠的に繊維束ｆ２に突き刺して分繊する分繊部としてもよい。また、刃物を連続して繊維束に突き刺して分繊する分繊部であってもよい。
また、本発明の繊維束の分割装置は、上述したように、繊維強化樹脂材料の製造に好適に使用できるが、繊維強化樹脂材料の製造以外に用いてもよい。
【００３８】
［繊維強化樹脂材料の製造方法］
繊維強化樹脂材料の製造方法は、繊維束の分割方法により、長尺の繊維束に対して分繊及び拡幅を行った後、繊維束を裁断し、裁断された複数の繊維束からなるシート状繊維束群を形成し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る方法である。繊維束の分割方法においては、一方向に走行する長尺の繊維束に刃物を突き刺し、分繊部分と未分繊部分とが長さ方向に交互に形成された状態の繊維束を拡幅する。
【００３９】
以下、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法及び繊維束の分割方法の一例として、前記ＳＭＣ製造装置１００を用いた例について説明する。本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造方法は、下記の開繊工程、分割工程、散布工程及び貼合含浸工程を有する。
開繊工程：長尺の繊維束ｆ１を開繊して幅方向に拡幅し、扁平な状態の繊維束ｆ２とする。
分割工程：開繊後の走行する繊維束ｆ２に刃物を突き刺して分繊し、分繊部分ａと未分繊部分ｂとが長さ方向に交互に形成された状態の繊維束ｆ３とした後、繊維束ｆ３を拡幅して繊維束ｆ４とする。
散布工程：繊維束ｆ４を連続的に裁断し、樹脂をシート状にした第１樹脂シートＳ１上に、裁断された複数の繊維束ｆ５をシート状に散布してシート状繊維束群Ｆを形成する。
貼合含浸工程：シート状繊維束群Ｆ上に、樹脂をシート状にした第２樹脂シートＳ２を貼り合わせて加圧し、シート状繊維束群Ｆに樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る。
【００４０】
＜開繊工程＞
ボビンＢ１から長尺の繊維束ｆ１を引き出し、開繊部５０において、繊維束ｆ１を各開繊バー１７の上下に順にジグザグに通過させ、開繊により幅方向に拡幅して扁平な状態の繊維束ｆ２とする。
【００４１】
繊維束としては、炭素繊維束が好ましい。なお、繊維束としては、ガラス繊維束を用いてもよい。繊維束としては、特に限定されず、例えば、繊維数が３，０００本以上の繊維束を用いることができ、繊維数が１２，０００本以上の繊維束を好適に使用することができる。繊維束には、通常、各繊維の収束性を高める目的でサイズ剤が付与されている。サイズ剤としては、特に限定されず、公知のサイズ剤を使用することができる。
【００４２】
＜分割工程＞
分繊部６２において、複数の回転刃１８を回転させながら繊維束ｆ２を通過させ、複数の刃物１８ａを間欠的に突き刺し、分繊部分ａと未分繊部分ｂとが長さ方向に交互に形成された状態の繊維束ｆ３とする。繊維束ｆ３では、分繊部分ａにおいて繊維束が２つの束部ｆ３１，ｆ３２に分割され、未分繊部分ｂにおいて束部ｆ３１と束部ｆ３２が連結部ｆ３３で接続されている。また、下記式の関係を満足することが好ましい。
０．７≦Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）＜１
ただし、Ｌａは分繊後で拡幅前の繊維束ｆ３の長さ方向における分繊部分ａの長さであり、Ｌｂは分繊後で拡幅前の繊維束ｆ３の長さ方向における未分繊部分ｂの長さである。
【００４３】
Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）が下限値未満であれば、裁断後に未分繊のものが残存する。
分繊部分ａの長さＬａは、１００ｍｍ未満が好ましい。分繊部分ａの長さＬａが１００ｍｍ未満であれば、フィラメントの斜交や交絡による影響を回避しながら、安定した状態で分繊される。
【００４４】
次いで、繊維束ｆ３を拡幅手段６６の凸状の曲面６６ａに押し付けるように走行させ、繊維束ｆ３を拡幅して繊維束ｆ４とする。このとき、繊維束ｆ３には分繊部分ａにおける２つの束部ｆ３１，ｆ３２を幅方向に引き離すように力が作用し、連結部ｆ３３を形成している各繊維における束部ｆ３１，ｆ３２と結着していた部分が、ある程度の長さの範囲で、連結部ｆ３３の長さ方向の両側で束部ｆ３１，ｆ３２から引き剥がされる。これにより、繊維束ｆ４の長さ方向における、束部ｆ３１と束部ｆ３２を繋ぐ連結部ｆ３３の長さが、拡幅前に比べて長くなる。
【００４５】
拡幅後の繊維束ｆ４の幅Ｈと拡幅前の繊維束ｆ３の幅ｈとの差（Ｈ−ｈ）は、０．１〜２０ｍｍが好ましく、１〜１５ｍｍがより好ましく、５〜１０ｍｍがさらに好ましい。差（Ｈ−ｈ）が下限値以上であれば、裁断された繊維束に未分繊部分が残存することを抑制しやすく、強度の高い繊維強化樹脂材料が得られやすい。差（Ｈ−ｈ）が下限値未満であれば、裁断後の繊維束に未分繊部分が残存する割合が増し、強度の低い繊維強化樹脂材料が得られるおそれがある。
【００４６】
拡幅部６４を通過した繊維束ｆ４は、複数のゴデットロール１９により裁断部１３へと導く。
【００４７】
＜散布工程＞
第１のキャリアシート供給部１１により、第１の原反ロールＲ１から長尺の第１のキャリアシートＣ１を引き出して第１の搬送部２０へと供給し、第１の塗工部１２によりペーストＰを所定の厚みで塗工して第１樹脂シートＳ１を形成する。第１の搬送部２０によって第１のキャリアシートＣ１を搬送することにより、第１のキャリアシートＣ１上の第１樹脂シートＳ１を走行させる。
【００４８】
ペーストＰに含まれる樹脂としては、熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。ペーストＰには、炭酸カルシウム等の充填剤や、低収縮化剤、離型剤、硬化開始剤、増粘剤等を配合してもよい。
【００４９】
複数のゴデットロール１９によって案内されてきた繊維束ｆ４を裁断機において所定の長さとなるように連続的に裁断し、裁断された繊維束ｆ５を第１樹脂シートＳ１の上に落下させて散布する。これにより、走行する第１樹脂シートＳ１上に、各繊維束ｆ５がランダムな繊維配向で散布されたシート状繊維束群Ｆが連続的に形成される。分割工程により、拡幅後の繊維束ｆ４における連結部ｆ３３の長さＬ２は、拡幅前の繊維束ｆ３における連結部ｆ３３の長さＬ１に比べて長くなっている。そのため、拡幅後の繊維束ｆ４における連結部ｆ３３の長さＬ２が、裁断した繊維束ｆ５の長さよりも長くなりやすく、裁断機において連結部ｆ３３が裁断されずに残存することが抑制される。これにより、繊維束ｆ５に未分繊部分（連結部）が含まれることが抑制されるため、シート状繊維束群Ｆにおける繊維束ｆ５の周囲に隙間ができることで繊維強化樹脂材料に樹脂リッチな部分が形成されて強度が低下することが抑制される。
【００５０】
裁断された繊維束ｆ５の総数に対する、裁断後に未分繊部を含む繊維束ｆ５の合計数の割合Ｑは、１５％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましい。前記割合Ｑが上限値以下であれば、強度の高い繊維強化樹脂材料が得られやすい。前記割合Ｑが上限値を超えると、強度の低い繊維強化樹脂材料が得られるおそれがある。
【００５１】
前記割合Ｑは、分割工程における拡幅時の差（Ｈ−ｈ）と、繊維束ｆ４を裁断する間隔、すなわち繊維束ｆ５の設計長さを調節することにより調節できる。
繊維束ｆ４を裁断する間隔、すなわち繊維束ｆ５の設計長さは、１０〜１００ｍｍが好ましく、１２〜６０ｍｍがさらに好ましい。
【００５２】
＜貼合含浸工程＞
第２のキャリアシート供給部１４により、第２の原反ロールＲ２から長尺の第２のキャリアシートＣ２を引き出して第２の搬送部２８へと供給する。第２の塗工部１５により、第２のキャリアシートＣ２の面上にペーストＰを所定の厚みで塗工し、第２樹脂シートＳ２を形成する。
【００５３】
第２のキャリアシートＣ２を搬送することで第２樹脂シートＳ２を走行させ、含浸部１６において、貼合機構３１によりシート状繊維束群Ｆ上に第２樹脂シートＳ２を貼り合わせる。そして、加圧機構３２により第１樹脂シートＳ１、シート状繊維束群Ｆ及び第２樹脂シートＳ２を加圧し、第１樹脂シートＳ１及び第２樹脂シートＳ２の樹脂をシート状繊維束群Ｆに含浸させる。これにより、繊維強化樹脂材料が第１のキャリアシートＣ１と第２のキャリアシートＣ２で挟持された原反Ｒが得られる。
【００５４】
以上説明した本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置においては、分繊後の繊維束を拡幅するため、裁断後の繊維束に未分繊部分が残存することを抑制できる。そのため、裁断後の繊維束によって形成されるシート状繊維束群において、未分繊部分を含む繊維束が折り畳まれて肉厚となってその周囲に隙間ができることを抑制できる。これにより、製造される繊維強化樹脂材料に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制されるため、強度の高い繊維強化樹脂材料を安定して得ることができる。
【００５５】
なお、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法及び繊維束の分割方法は、前記した方法には限定されない。例えば、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、開繊工程を行わない方法であってもよい。また、刃物を連続して繊維束に突き刺して分繊する方法であってもよい。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［実施例１］
図１及び図２に例示したＳＭＣ製造装置１００を用いて、繊維束を開繊し、分繊した後に拡幅して裁断した。繊維束としては、炭素繊維束（商品名「ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ」、引張強度：４，９００ＭＰａ、フィラメント数：１５０００本、幅：７．５ｍｍ、厚み：０．１ｍｍ、三菱レイヨン社製）を用いた。
開繊においては、繊維束の幅が１５ｍｍ、厚みが０．０５ｍｍとなるように行った。また、分繊においては、開繊後の繊維束の幅方向の中央に回転刃１８の刃物１８ａを間欠的に突き刺した。分繊後で拡幅前の繊維束ｆ３の長さ方向における分繊部分ａの長さＬａは５０ｍｍであり、分繊後で拡幅前の繊維束ｆ３の長さ方向における未分繊部分ｂの長さＬｂは１０ｍｍである。拡幅部６４としては、曲率半径が６０ｍｍの曲面６６ａを有する拡幅手段６６を用いた。拡幅前の繊維束ｆ３の幅ｈは１５ｍｍであり、拡幅後の繊維束ｆ４の幅Ｈは２０ｍｍであった。
【００５７】
［比較例１］
拡幅部６４を設けない以外はＳＭＣ製造装置１００を同じ構成の製造装置を用いて、実施例１と同様にして、繊維束を開繊し、分繊した後に拡幅せずに裁断した。分繊部分ａの長さＬａは５０ｍｍであり、未分繊部分ｂの長さＬｂは１０ｍｍである。
【００５８】
［裁断後の繊維束の評価］
各例の裁断後の各繊維束の質量を測定し、その質量から裁断後の各繊維束のフィラメント数を算出して、フィラメント数毎の繊維束の発生割合を求めた。結果を図６に示す。
なお、図６においては、フィラメント数が「１×１０３本」と表した部分に、フィラメント数が１〜１×１０３本の繊維束の割合を示し、「２×１０３本」と表した部分に、フィラメント数が１０００超２０００本以下の繊維束の割合を示し、それ以降も同様に示した。フィラメント数が１４０００本以上の繊維束を、未分繊部分を含む繊維束であると判定した。
【００５９】
図６に示すように、分繊後に拡幅を行わない比較例１では未分繊部分を含む繊維束（フィラメント数：１４０００本以上）の発生割合が２０％程度であるのに対して、分繊後に拡幅を行った実施例１では未分繊部分を含む繊維束の発生割合が０％であり、高強度の繊維強化樹脂材料が得られた。
【符号の説明】
【００６０】
１３  裁断部
１６  含浸部
５０  開繊部
６０  分割装置
６２  分繊部
６４  拡幅部
６６  拡幅手段
６６ａ  曲面
１００  繊維強化樹脂材料の製造装置
ｆ１〜ｆ５  繊維束
Ｆ  シート状繊維束群
【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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