(57)【要約】【課題】炭素繊維束と樹脂との複合材において、炭素繊維束の内部全体に気泡が少ない状態で樹脂を含浸させることができ、しかも、任意の形状の複合材を得ることができる技術を提供する。【解決手段】本発明に係る帯状の樹脂含浸炭素繊維材の製造方法は、複数本の炭素長繊維からなる炭素繊維束Ｃ１を開繊し、これに溶融状態にある熱可塑性樹脂３１を付着させる工程、前記熱可塑性樹脂を付着させた炭素繊維束Ｃ１を所定の温度雰囲気下で引き抜き型４０の孔に通すことで、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２にする工程、第１押圧部材６１の溝と第２押圧部材６２の突状部との間に、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２を１ないし複数本配置し、所定の温度雰囲気下で第１押圧部材６１と第２押圧部材６２により樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２を押圧して帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３にする工程、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３に含まれる熱可塑性樹脂を硬化して、可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４にする工程を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) 複数本の炭素長繊維からなる炭素繊維束を開繊し、これに、溶融状態にある熱可塑性樹脂を付着させる工程と、
b) 前記熱可塑性樹脂を付着させた炭素繊維束を、前記熱可塑性樹脂の融点を上回る所定の温度範囲内の温度雰囲気下で、引き抜き型の孔に通すことで、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材にする工程と、
c) 所定の断面形状の溝を有する第１押圧部材と前記溝に対応する断面形状の突状部を有する第２押圧部材の前記溝と前記突状部との間に、前記棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を１ないし複数本配置し、前記所定の温度範囲内の温度雰囲気下で、前記第１押圧部材と前記第２押圧部材により前記棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を押圧して帯状の樹脂含浸炭素繊維素材にする工程と、
d) 前記帯状の樹脂含浸炭素繊維素材に含まれる熱可塑性樹脂を硬化して、可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材にする工程と
を備える、樹脂含浸炭素繊維材の製造方法。
【請求項２】
請求項１の製造方法において、
前記引き抜き型の孔は、内径がＲmmの円孔であり、
前記炭素繊維束に含まれる炭素長繊維の本数をＮ、各炭素長繊維の直径をｒμmとしたとき、Ｒ、Ｎ及びｒが以下の式(1)を満たすことを特徴とする樹脂含浸炭素繊維材の製造方法。
0.9×{(r/0.7）×（N/12000）}) ≦ R ≦ 1.1×{（r/0.7）×（N/12000）}  ・・・(1)
【請求項３】
請求項１の製造方法において、さらに、
e) 前記帯状の樹脂含浸炭素繊維材を複数本、並列に並べ、前記所定の温度雰囲気下でプレスすることにより板状の樹脂含浸炭素繊維材を製造する工程
を備える樹脂含浸炭素繊維材の製造方法。
【請求項４】
請求項１の製造方法において、さらに、
e) 前記帯状の樹脂含浸炭素繊維材を平織りし、前記所定の温度雰囲気下でプレスすることにより板状の樹脂含浸炭素繊維材を製造する工程
を備える樹脂含浸炭素繊維材の製造方法。
【請求項５】
炭素長繊維の集合体である炭素繊維束と、該炭素繊維束に含浸された熱可塑性樹脂からなり、ボイド率が５％以下である可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材。
【請求項６】
前記樹脂含浸炭素繊維材に占める前記炭素繊維束の体積率が７０〜９０％である請求項５に記載の樹脂含浸炭素繊維材。
【請求項７】
炭素長繊維の集合体である炭素繊維束と、該炭素繊維束に含浸された熱可塑性樹脂からなる、ボイド率が５％以下である、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材。
【請求項８】
請求項７に記載の棒状の樹脂含浸炭素繊維素材から形成されたものである、可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維と熱可塑性樹脂の複合材である樹脂含浸炭素繊維材及び樹脂含浸炭素繊維素材並びに樹脂含浸炭素繊維材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維はほぼ炭素のみからなる繊維であり、炭素質に由来する特徴（低熱膨張率、耐熱性、化学的安定性等）や優れた機械的性質から、樹脂やセラミック、金属などを母材とする複合材の機能性付与材料として広く利用されている。特に炭素繊維と熱可塑性樹脂の複合材は炭素繊維の機械的性質と樹脂の成形性を兼ね備え、なかでも炭素繊維として炭素長繊維を用いたものは炭素短繊維を用いたものに比べて力学的強度が非常に優れることから、様々な用途に幅広く利用されている。
【０００３】
炭素長繊維と熱可塑性樹脂の複合材（樹脂炭素繊維複合材）の製造方法の一つに、多数本の炭素長繊維の集合体である炭素繊維束に樹脂を付着させた後、該炭素繊維束を引き抜き型の孔に通して成形する、引き抜き成形がある(特許文献１）。樹脂が付着した炭素繊維束を引き抜き型の孔に通すことにより炭素長繊維が一方向に引き揃えられた状態で炭素繊維束の内部に樹脂を含浸させることができる。
【０００４】
炭素繊維束は、直径が7〜10μmである非常に細い炭素長繊維を多数本（例えば1000本〜24000本）束ねて構成されたものであり、炭素長繊維の間に多くの空気が介在する。炭素繊維束の内部の全体に樹脂を行き渡らせるためには、炭素長繊維の間に介在する空気をできるだけ排出する必要があるが、上述した引き抜き成形では炭素長繊維の間の空気を十分に排出することができない。炭素長繊維の間に残った空気は樹脂炭素繊維複合材において気泡（ボイド）となって存在し、樹脂炭素繊維複合材を圧延して硬化させたときのクラック発生の原因となる。
【０００５】
そこで、樹脂を付着させた炭素繊維束を引き抜き型の孔に通した後、2枚の板状部材で挟んで押圧することによって炭素長繊維の間に残っている空気を押し出し、炭素繊維束の内部全体に樹脂を行き渡らせるようにした方法がある（特許文献２）。この方法では、扁平な形状の樹脂炭素繊維複合材が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭57-146625号公報
【特許文献２】特開昭60-36136号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
引き抜き型の孔に通された後の炭素繊維束（樹脂が含浸している炭素繊維束）を2枚の板状部材で挟持して押圧する方法は、該炭素繊維束から空気を排出する方法としては有効であるものの、板状部材によって押圧される箇所がずれると、樹脂炭素繊維複合材の厚みや幅等が変化し易く、断面形状が均一な樹脂炭素繊維複合材を得ることが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、多数の炭素長繊維から成る炭素繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させた複合材において、炭素繊維束の内部全体に樹脂を行き渡らせることができ、しかも、断面形状が均一な複合材を得ることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明は、可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材を製造する方法であって、
a) 複数本の炭素長繊維からなる炭素繊維束を開繊し、これに、溶融状態にある熱可塑性樹脂を付着させる工程と、
b) 前記熱可塑性樹脂を付着させた炭素繊維束を、前記熱可塑性樹脂の融点を上回る所定の温度範囲内の温度雰囲気下で、引き抜き型の孔に通すことにより棒状の樹脂含浸炭素繊維素材にする工程と、
c) 所定の断面形状の溝を有する第１押圧部材と前記溝に対応する断面形状の突状部を有する第２押圧部材の前記溝と前記突状部との間に、前記棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を１ないし複数本配置し、前記所定の温度範囲の温度雰囲気下で、前記第１押圧部材と前記第２押圧部材により前記棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を押圧して帯状の樹脂含浸炭素繊維素材にする工程と、
d) 前記帯状の樹脂含浸炭素繊維素材に含まれる熱可塑性樹脂を硬化して、可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材にする工程と
を備えることを特徴とする。  
【００１０】
上記製造方法では、まず、炭素繊維束を開繊し、これに前記溶融状態にある熱可塑性樹脂を付着させ、その熱可塑性樹脂が付着した炭素繊維束を、引き抜き型の孔に通す。炭素繊維束を開繊すると、丸く束ねられた状態にあった炭素長繊維が横方向（炭素長繊維の長さ方向と垂直な方向）に拡がるため、開繊前の炭素繊維束に比べてより多くの炭素長繊維に熱可塑性樹脂を付着させることができる。この状態で開繊炭素繊維束を引き抜き型の孔に通すと、横方向に拡がった状態にあった炭素長繊維が丸くまとまった状態で、且つ一方向に引き揃えられた状態となり、この結果、炭素繊維束の内部全体に熱可塑性樹脂が含浸された棒状の樹脂含浸炭素繊維素材が形成される。
【００１１】
続いて、第１押圧部材の溝と第２押圧部材の突状部材の間に１ないし複数本の棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を配置し、該第１押圧部材と第２押圧部材で樹脂含浸炭素繊維素材を押圧する。これにより、溝と突状部の間に形成される空間の断面形状に対応する断面形状を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維素材が形成される。つまり、均一な断面形状の帯状の樹脂含浸炭素繊維素材を得ることができる。また、第１押圧部材と第２押圧部材によって押圧されることにより、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材の内部に残っていた空気が排出され、炭素繊維束の内部への樹脂の含浸がさらに進む。このため、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材は、その内部全体に熱可塑性樹脂が行き渡った状態となる。
【００１２】
最後に、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材に含まれる熱可塑性樹脂を硬化することにより、帯状の樹脂含浸炭素繊維材が得られる。この樹脂含浸炭素繊維材は可撓性を有するため、ロール状に巻回して保管することができる。
【００１３】
上記製造方法において、炭素繊維束に溶融状態にある熱可塑性樹脂を付着させる方法としては、例えば溶融状態にある熱可塑性樹脂が収容された容器内に炭素繊維束を浸漬する方法や、樹脂粉末を炭素繊維束に付着させた後、該樹脂粉末を加熱溶融する方法等が挙げられる。
また、第１押圧部材の溝と第２押圧部材の突状部の間に配置される棒状の樹脂含浸炭素繊維素材の数は、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材の大きさ（外径）と帯状の樹脂含浸炭素繊維素材の断面形状の大きさによって決めれば良い。
第１押圧部材と第２押圧部材は、外周面に周方向に沿って形成された溝を有する第１ロールと外周面に周方向に沿って形成された突状部を有する第２ロールから構成することができる。また、溝を有する第１板状部材と突状部を有する第２板状部材から第１ロールと第２ロールを構成しても良い。
【００１４】
炭素繊維束への熱可塑性樹脂の付着性、含浸性の向上、或いは炭素繊維束と熱可塑性樹脂の親和性の向上のために開繊した後の炭素繊維束又は炭素長繊維の表面にカップリング剤、サイジング剤を付着させたりすると良い。カップリング剤やサイジング剤の炭素長繊維表面への付着を促進するために超音波振動を付与するようにしても良い。また、プラズマ処理、コロナ処理、電子線照射等の、含浸性を向上させる処理として知られている周知の処理を炭素繊維束又は炭素長繊維に施しても良い。さらに、炭素繊維束に熱可塑性樹脂を付着させた後、該炭素繊維束に超音波振動を付与することにより炭素繊維束に対する熱可塑性樹脂の含浸を促進するようにしても良い。
【００１５】
上記製造方法において用いられる熱可塑性樹脂の種類としては、例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１、ナイロン１２等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、液晶ポリエステル等のポリエステル（ＰＥｓ）や、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン（ＰＢ）等のポリオレフィンや、ポリアセタール（ポリオキシメチレン（ＰＯＭ））、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、フェノール（ノボラック型）等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以上の熱可塑性樹脂をブレンドした樹脂等が挙げられる。
【００１６】
上記製造方法において、熱可塑性樹脂が付着した炭素繊維束を引き抜き型の孔に通すときの該炭素繊維束の移動速度は、熱可塑性樹脂を炭素繊維束の内部にまで十分に浸透させることができ、且つ、炭素繊維束を損傷させない程度に制御する必要があるが、製造効率を考慮すると200mm/分〜2000mm/分程度に設定することが好ましい。ただし、粘度によって熱可塑性樹脂の炭素繊維束への浸透し易さが異なるため、前記所定の温度雰囲気下における熱可塑性樹脂の粘度に応じて引き抜き型の孔に炭素繊維束を通過させる速度を設定するようにしてもよい。
【００１７】
引き抜き型の孔は、断面形状が多角形状、円形状、楕円形状等のいずれであっても良いが、いずれの場合においても、熱可塑性樹脂が付着した炭素繊維束が通過可能な大きさであって、該炭素繊維束に付着している熱可塑性樹脂のうち余分な熱可塑性樹脂を取り除きつつ残りの熱可塑性樹脂を炭素長繊維の間に入り込ませることができる大きさに設定する。引き抜き型の孔の大きさは、炭素繊維束を構成する炭素長繊維の本数、該炭素長繊維の直径、及び該炭素長繊維の密度、熱可塑性樹脂の粘度等によって設定することができる。引き抜き型の孔を適切な大きさに設定することにより、炭素長繊維の間に十分に熱可塑性樹脂が含浸し、且つ含浸した熱可塑性樹脂中に含まれる空気（気泡）の量が少ない、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を得ることができる。
【００１８】
また熱可塑性樹脂が付着した炭素繊維束を引き抜き型の孔に通す際に該炭素繊維束が受ける負荷、損傷等を考慮すると、断面円形状の孔を有する引き抜き型を用いることが好ましい。この場合、引き抜き型の断面円形状の孔の内径をＲmm、前記炭素繊維束に含まれる炭素長繊維の本数をＮ、各炭素長繊維の直径をｒμmとしたとき、Ｒ、Ｎ及びｒが以下の式(1)を満たすことが好ましい。
0.9×{(r/0.7）×（N/12000）}) ≦ R ≦ 1.1×{（r/0.7）×（N/12000）}  ・・・(1)
上記式(1)に従って設定された内径の孔を有する引き抜き型を使用することにより、気泡が少なく、樹脂含浸率が非常に高い、樹脂含浸炭素繊維材を得ることができる。
【００１９】
上記式(1)は、本発明者らが実際に、直径が７μmの炭素長繊維からなる炭素繊維束を使って樹脂含浸炭素繊維材を製造した実施例の結果から導き出したものである。引き抜き型の円孔の内径が式(1)の下限値を下回るとき、炭素繊維束の外表面の全体を熱可塑性樹脂で覆うことが難しくなり、上限値を上回ると、炭素繊維束（炭素長繊維）に含まれている空気を十分に排出することができない。一方、ＲとＮが上記式(1)を満たすとき、炭素長繊維の全体に熱可塑性樹脂が十分に含浸し、しかも、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材に占める炭素長繊維の割合が高く、且つボイド率が低い棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を得ることができる。後述するように、直径が7μmの炭素長繊維12000本（１２Ｋ）の集合体から成る炭素繊維束を用いる場合は、内径が1mmの円孔を有する引き抜き型を用いることにより、炭素長繊維の間の全体に熱可塑性樹脂を過不足なく十分に含浸させることができ、且つ、ボイドの量を少なくすることができる。
【００２０】
上記製造方法において得られた帯状の樹脂含浸炭素繊維材は、さらに、板状の樹脂含浸炭素繊維材の材料となる。
つまり、上記製造方法は、さらに、
e) 前記帯状の樹脂含浸炭素繊維材を複数本、並列に並べ、前記所定の温度雰囲気下でプレスすることにより板状の樹脂含浸炭素繊維材を製造する工程
を備えることが好ましい。
【００２１】
また、上記製造方法は、さらに、
e) 前記テープ状の樹脂含浸炭素繊維材を平織りし、前記所定の温度雰囲気下でプレスすることにより板状の樹脂含浸炭素繊維材を製造する工程
を備えることが好ましい。
【００２２】
本発明の別の態様は、可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材であって、
炭素長繊維の集合体である炭素繊維束と、該炭素繊維束に含浸された熱可塑性樹脂からなり、ボイド率が５％以下であることを特徴とする。
【００２３】
上記帯状の記載の樹脂含浸炭素繊維材は、当該樹脂含浸炭素繊維材に占める前記炭素繊維束の体積率が７０〜９０％であることが好ましい。
【００２４】
本発明のさらに別の態様は、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材であって、炭素長繊維の集合体である炭素繊維束と、該炭素繊維束に含浸された熱可塑性樹脂からなり、ボイド率が５％以下であることを特徴とする。
上記棒状の樹脂含浸炭素繊維素材は、上述の帯状の樹脂含浸炭素繊維材の材料として有用である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、多数の炭素長繊維から成る炭素繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させた複合材において、炭素繊維束の内部全体に樹脂を行き渡らせることができるため、機械的強度に優れた樹脂含浸炭素繊維材を得ることができ、しかも、該樹脂含浸炭素繊維材の断面形状を均一にすることができる
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る製造方法を実施するための装置の概略構成図。
【図２】引き抜き型に炭素繊維素材を通す様子を示す図。
【図３】棒状の樹脂含浸炭素繊維素材の概略図。
【図４】押圧ロールの斜視図（ａ）、押圧ロールの溝と突条部の間に１本の棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を通す様子を示す図（ｂ）、押圧ロールの溝と突条部の間に２本の棒状の樹脂含浸炭素繊維素材を通す様子を示す図（ｃ）。
【図５】帯状の樹脂含浸炭素繊維材の概略図。
【図６】帯状の樹脂含浸炭素繊維材を平織りして加熱・加圧することにより形成された板状の樹脂含浸炭素繊維材の概略図。
【図７】板状の樹脂含浸炭素繊維材の或る方向の断面の光学顕微鏡写真。
【図８】板状の樹脂含浸炭素繊維材の別の方向の断面の光学顕微鏡写真。
【図９】比較例に係る板状の樹脂含浸炭素繊維材の断面の光学顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の製造方法に用いられる製造装置の概略構成図である。
図１において、製造装置１００は、炭素繊維束Ｃ１が巻回された繰出ロール１０と、該製造装置１００によって製造される帯状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４を巻き取る巻取ロール２０と、繰出ロール１０と巻取ロール２０の間に配置された、溶融状態にある液状の熱可塑性樹脂３１が貯留された樹脂槽３０、引き抜き型４０、予熱器５０、押圧ロール６０、冷却ロール７０等を備えている。繰出ロール１０には、予め開繊された炭素繊維束Ｃ１が巻回されている。なお、製造装置１００は、上述した以外に、繰り出しロール１０の前に、開繊されていない炭素繊維束が巻回された繰出ロールと、この炭素繊維束を開繊するための開繊装置を備えていても良い。また、繰出ロール１０と樹脂槽３０の間に、炭素繊維束の表面に対する熱可塑性樹脂の付着や炭素繊維束の内部への樹脂の含浸を促進させる前処理を行うための前処理装置を備えていても良く、さらには、炭素繊維束Ｃ１、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３、帯状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４に適度の張力を付与するための１ないし複数の張力付与装置を適宜の箇所に備えていても良い。棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３については後述する。製造装置１００のうち樹脂槽３０から押圧ロール６０までは熱可塑性樹脂３１の融点以上の所定の温度範囲の温度環境下に配置されている。ここで、「所定の温度範囲」とは、融点＋１５℃〜融点＋３０℃をいう。
【００２８】
樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４の製造を開始する前において、繰出ロール１０から炭素繊維束Ｃ１を一部引き出し、これを引き抜き型４０の孔、予熱器５０、押圧ロール６０、冷却ロール７０を通過させた後、巻取ロール２０に巻回する。そして、この状態で樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４の製造の開始を指示すると、巻取ロール２０が矢印Ａ方向に回転し、これにより、繰出ロール１０から炭素繊維束Ｃ１が連続的に繰り出され、樹脂槽３０に貯留された溶融状態にある熱可塑性樹脂３１内に浸漬される。続いて、熱可塑性樹脂３１が付着した炭素繊維束Ｃ１は引き抜き型４０の孔４１を通り、予熱器５０に向かう。
【００２９】
図２に示すように、引き抜き型４０は内部に断面円形状の孔４１を有している。孔４１のうち入口側部分は入口側端部から内部に向かって内径が徐々に小さくなる漏斗状（テーパ状）部４１ａからなり、出口側部分は内径が一定の筒状部４１ｂからなる。本実施例においては、筒状部４１ｂの内径が、炭素繊維束Ｃ１を構成する炭素長繊維の本数や該炭素長繊維の直径に応じた所定の寸法に設定されている。
【００３０】
熱可塑性樹脂３１が付着した炭素繊維束Ｃ１は、孔４１の筒状部４１ｂを通過する際に小さく絞られて炭素長繊維の間の空気が押し出されるとともに熱可塑性樹脂３１が炭素繊維束Ｃ１の内部に入り込む。また、炭素繊維束Ｃ１の外周面に所定の熱可塑性樹脂３１を付着させつつ余分な熱可塑性樹脂３１が排除される。これにより、炭素長繊維が一方向に引き揃えられた状態で熱可塑性樹脂３１が炭素繊維束Ｃ１の内部に含浸した棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２が得られる。図３に、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２の概略図を示す。
【００３１】
予熱器５０は、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２が通過する通路５１と該通路５１を所定の温度に維持するためのヒータ５２を備えている。通路５１内の温度は、製造装置１００が配置されている環境温度とほぼ同じに設定されている。これにより、予熱器５０を通過した後の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２は、その中に含まれる熱可塑性樹脂３１の粘度が低いままの状態で押圧ロール６０に向かう。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、押圧ロール６０は溝６１ａを有する第１ロール６１と突状部６２ａを有する第２ロール６２から構成されている。第１ロール６１の溝６１ａと第２ロール６２の突状部６２ａは、いずれも各ロールの外周面に周方向に沿って該外周面を１周するように形成されている。溝６１ａの幅は突状部６２ａの幅よりもやや大きく、溝６１ａの深さと突状部６２ａの高さはほぼ同じに設定されており、突状部６２ａの一部が溝６１ａに入り込んだ状態で第１ロール６１と第２ロール６２は配置されている。そして、溝６１ａと突状部６２ａとの間を棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２が通過する。
【００３３】
第１ロール６１の中心軸と第２ロール６２の中心軸との離間距離は調整可能であり、両中心軸の離間距離を調整することにより溝６１ａと突状部６２ａによって形成される空間の大きさが調整される。溝６１ａと突状部６２ａによって形成される空間の大きさによって、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２が溝６１ａと突状部６２ａとの間を通過した後の断面形状が決定される。また、溝６１ａと突状部６２ａによって形成される空間の大きさと棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２の直径によって、該空間を通過させる棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２の本数が決定される。すなわち、溝６１ａと突状部６２ａによって形成される空間の大きさと棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２の直径との関係に応じて、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、１本又は２本（或いはそれ以上）の棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２を溝６１ａと突状部６２ａの間を通過させる。２本以上の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２を通過させるときは、その数に合わせて繰出ロール１０の数、引き抜き型４０の孔４１の数を変更する。
【００３４】
棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２は、第１ロール６１の溝６１ａと第２ロール６２の突状部６２ａの間を通過する際に溝６１ａと突状部６２ａによって押圧され、溝６１ａと突状部６２ａとの間の断面形状とほぼ同じ断面形状（断面長方形状）の扁平な帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３に変形され、冷却ロール７０に向かう。このとき、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２において熱可塑性樹脂３１の中に残っていた空気（ボイド）の一部が排出され、炭素繊維束の内部への熱可塑性樹脂３１の含浸が進む。このため、ボイド率が非常に低い、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３が得られる。
【００３５】
冷却ロール７０は所定の距離をおいて配置された一対のロール７１、７２から成る。両ロール７１、７２の内部にはそれぞれ冷却水が流通しており、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３が一対のロール７１、７２の間を通過することにより該樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３に含まれる熱可塑性樹脂３１が冷却されて硬化し、可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４となる。その後、樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４は、巻取ロール２０によって巻き取られる。
【実施例】
【００３６】
次に実施例を挙げて具体的に説明する。
１．熱可塑性樹脂を付着させた炭素繊維束の準備
まず、直径7μmの炭素長繊維12000本の集合体から成る炭素繊維束（12K）を開繊させる。開繊する前の炭素繊維束は12000本の炭素長繊維が丸く束ねられた状態であるため、炭素繊維束の断面は円形もしくは楕円形であるが、開繊することにより12000本の炭素長繊維が横（長さ方向と垂直な方向）に拡がるため、炭素繊維束は断面が扁平なテープ状になる。なお、炭素繊維束の開繊処理は、事前に行っておいても良い。また、市販されている開繊処理済みの炭素繊維束を購入しても良い。
続いて、上記扁平な炭素繊維束に対して、該炭素繊維束の表面全体にシランカップリング剤をコーティングする。そして、シランカップリング剤が炭素繊維束の表面の細部にまで行き渡るように該炭素繊維束に超音波振動を付与し、前処理済み炭素繊維束を用意した。
【００３７】
続いて、前処理済み炭素繊維束を、樹脂槽３０内の溶融状態にある熱可塑性樹脂３１、具体的にはポリアミド（ナイロン６（PA6））に浸漬し、炭素繊維束の表面にナイロン６を付着させた。ナイロン６は融点が約225℃、比重が1.13の熱可塑性樹脂である。ナイロン６を溶融状態に維持するため、製造装置１００のうち樹脂槽３０から押圧ロール６０までを240℃の環境下に配置した。
【００３８】
２．棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２の作製
ナイロン６を付着させた炭素繊維束を、50m/minの速度で引き抜き型４０の孔４１に通し、棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２を作製した。引き抜き型４０として内径（筒状部４１ｂの内径）が１mmのものを用いた。
【００３９】
３．帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３及び帯状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４の作製
棒状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ２を予熱器５０の通路５１内に通した後、押圧ロール６０の溝６１ａと突状部６２ａの間に50m/minの速度で通して、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３を得た。押圧ロール６０は、幅5mm、深さ5mmの溝６１ａを有する第１ロール６１と、幅4.8mm、高さ5mmの突状部６２ａを有する第２ロール６２から構成した。その後、帯状の樹脂含浸炭素繊維素材Ｃ３をポリアミドが硬化する温度まで冷却された冷却水が流通している冷却ロール７０に通して冷却し、熱可塑性樹脂３１を硬化させて可撓性を有する帯状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４を得た。
【００４０】
次に、帯状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４を平織りした後、240℃に加熱し、加圧して板状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ５を作製した（図６参照）。この樹脂含浸炭素繊維材Ｃ５の断面の光学顕微鏡写真を図７、図８に示す。光学顕微鏡鏡には、株式会社キーエンス製のデジタルマイクロスコープ（型式：VHX-500（本体）、VH-Z100（レンズ））を用いた。図７は、横方向の炭素繊維材Ｃ４と縦方向の炭素繊維材Ｃ４がほぼ平行に重なっている箇所の、図８は、横方向の炭素繊維材Ｃ４と縦方向の炭素繊維材Ｃ４の境界部分の断面写真である。また、図７及び図８の（ａ）は顕微鏡の倍率を100倍、（ｂ）は倍率を500倍に調整したときの写真である。
【００４１】
図７及び図８において、非常に微細な白い粒は炭素長繊維の横断面を、白い針状の部分は炭素長繊維のほぼ軸方向に沿った断面を示している。また、黒い粒は空隙（ボイド）を、炭素長繊維の間は熱可塑性樹脂を表している。図７及び図８に示すように、板状の炭素繊維材Ｃ５では、炭素長繊維の間に一様に樹脂が含浸していることが分かる。また、縦方向の炭素繊維材Ｃ４と横方向の炭素繊維材Ｃ４の境界部分にわずかに空隙が見られたものの、炭素繊維材Ｃ４にはほとんど空隙が存在せず（０．５％以下）、炭素繊維材Ｃ５全体で見ても空隙は非常に少ないことが分かる。つまり、本実施例に係る製造方法を用いることで、板状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ５はもちろん、この樹脂炭素繊維材Ｃ５を構成する帯状の樹脂含浸炭素繊維材Ｃ４においても空隙が非常に少ないことから、炭素繊維束の内部全体に樹脂を行き渡らせることができる。
【００４２】
図９は、参考例として作製した板状の樹脂含浸炭素繊維材の光学顕微鏡写真である。この参考例は、炭素短繊維とポリアミドを混合して成型したペレット（トレカ（登録商標）短繊維ペレット（東レ株式会社製））を加熱し、加圧することにより扁平な板状部材としたものである。図９から明らかなように、上記実施例に比べると参考例は空隙が多く、短繊維ペレットを加熱し加圧しても空隙を取り除くことができなかったことが分かる。
【００４３】
このように本発明に係る製造方法によれば、炭素繊維束の内部全体に気泡が少ない状態で熱可塑性樹脂を含浸させることができ、しかも、任意の形状の樹脂含浸炭素繊維材を得ることができる。
【００４４】
なお、本発明は上記した実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲内であれば適宜の変更が可能である。
例えば、実施例では内径が１mmの孔を有する引き抜き型を用いたが、引き抜き型の孔の内径は0.9mm〜1.1mmであれば良い。また、炭素繊維束を構成する炭素長繊維の直径が0.7μmより大きい場合、又は小さい場合、あるいは、炭素繊維束を構成する炭素長繊維の本数が12000本よりも多い場合、又は少ない場合は、それに応じて引き抜き型の孔の内径を大きく、又は小さくすると良い。
【００４５】
また、上記実施の形態では、溶融状態にある液状の熱可塑性樹脂を樹脂槽３０に貯留させ、この樹脂槽３０に炭素繊維束を浸漬することにより該炭素繊維束に樹脂を付着させたが（図１の装置１００参照）、一軸又は多軸混練押出機を用いて炭素繊維束に樹脂を付着させるようにしても良い。この場合は、例えば混練押出機内で熱可塑性樹脂を溶融させ、混練押出機の出口側に設けられたダイに溶融している熱可塑性樹脂を押し出しつつ、該ダイに炭素繊維束を通す。これにより、炭素繊維束に熱可塑性樹脂が付着（含浸）される。
【符号の説明】
【００４６】
１０…繰出ロール
２０…巻取ロール
３０…樹脂槽
３１…熱可塑性樹脂
４０…引き抜き型
４１…円孔
５０…予熱器
６０…押圧ロール
６１…第１ロール
６１ａ…溝
６２…第２ロール
６２ａ…突状部
７０…冷却ロール
１００…製造装置
【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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