(57)【要約】【課題】簡単な構成の装置により、強化繊維束に均一に樹脂を含浸できるようにする。【解決手段】溶融槽２のほぼ中央に超音波印加手段を構成するホーン８を配置し、ホーン８により、強化繊維束であるＣＦ（炭素繊維束）６に超音波振動を印加する。これにより、ＣＦ６の周辺の溶融樹脂４に超音波振動を受けさせて溶融樹脂４の温度を上昇させ、溶融樹脂４の粘度を低下させてＣＦ６の各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂４が良好にかつ一様に入り込み易くし、ＣＦ６に樹脂を均一に含浸させる。【選択図】図１
2019155901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸装置において、
前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、
前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で前記導出口まで移動させる移動手段と、
前記溶融樹脂に浸漬された前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸させる超音波印加手段とを備え、
前記溶融槽内の前記溶融樹脂は、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持されることを特徴とする含浸装置。
【請求項２】
前記溶融槽の前記導出口の外側に設けられ、前記導出口から引き出される前記強化繊維束を上下から押圧する押圧手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の含浸装置。
【請求項３】
前記溶融槽内の前記溶融樹脂を外部に排出して前記溶融槽内の前記溶融樹脂を所定量保持する排出口が前記溶融槽に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の含浸装置。
【請求項４】
前記超音波印加手段は、上方および／または下方から前記強化繊維束に超音波を印加することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の含浸装置。
【請求項５】
強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸装置において、
前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、
前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で前記導出口まで移動させる移動手段と、
前記溶融槽の前記導出口の外側に配設され、前記溶融樹脂に浸漬されて前記導出口から導出される前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に付着した前記溶融樹脂を含浸させる超音波印加手段と
備えることを特徴とする含浸装置。
【請求項６】
前記溶融槽は、前記導入部および前記導出口を除いて密閉されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の含浸装置。
【請求項７】
強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸する含浸方法において、
溶融層内に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂を充填し、
導入部から前記溶融槽内に前記強化繊維束を導入し、
導入した前記強化繊維束を記溶融樹脂に浸漬した状態で、前記溶融槽に形成した導出口まで移動し、
前記溶融樹脂中において超音波印加手段により前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸する
ことを特徴とする含浸方法。
【請求項８】
前記溶融槽の外部において、前記導出口から引き出される前記強化繊維束を、押圧手段により上下から押圧することを特徴とする請求項７に記載の含浸方法。
【請求項９】
強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸する含浸方法において、
溶融層内に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂を充填して当該溶融樹脂を熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持し、
導入部から前記溶融槽内に前記強化繊維束を導入し、
導入した前記強化繊維束を記溶融樹脂に浸漬した状態で、前記溶融槽に形成した導出口まで移動し、
前記導出口の外側において超音波印加手段により前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に付着した前記溶融樹脂を含浸する
ことを特徴とする含浸方法。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の含浸装置により熱可塑性樹脂を含浸された前記強化繊維束を加工する加工装置であって、
前記溶融槽の外部であって前記導出口付近に回転自在に配設された所定の外形形状を有する型材と、
前記型材を回転させることにより、前記導出口から含浸済の前記強化繊維束を引き出して前記型材に巻き付ける巻付け手段とを備え、
前記型材の外形形状に応じた形状に前記強化繊維束を加工することを特徴とする加工装置。
【請求項１１】
前記巻付け手段により前記型材に巻き付ける前記強化繊維束の温度を検出する検出手段と、
前記型材を移動させて前記導出口から前記型材までの距離を可変する距離可変手段と、
前記検出手段による検出温度に基づき、含浸した熱可塑性樹脂の溶融温度以下に低下しないように、前記溶融槽内に充填する前記溶融樹脂の温度、前記巻付け手段による前記強化繊維束の前記導出口からの引出速度、および、前記距離可変手段による前記導出口から前記型材までの距離の少なくとも１つを制御する制御手段と
さらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の加工装置。
【請求項１２】
前記巻付け手段による含浸済の前記強化繊維束の巻き付け開始位置付近に配設され、含浸した熱可塑性樹脂の溶融温度以上に前記強化繊維束を加熱して余分な熱可塑性樹脂を溶かす加熱手段と、
前記加熱手段の近傍に配設され、前記加熱手段の加熱により溶けた熱可塑性樹脂の溶滴を除去する除去手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の加工装置。
【請求項１３】
前記型材の形状は、円筒、角筒、円柱、角柱、円錐、角錐等の筒状、柱状の形状であり、前記強化繊維束の巻き付けが完了したのちに除去されることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸装置および含浸方法、並びに、当該含浸装置により熱可塑性樹脂を含浸された強化繊維束を加工する加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の一方向強化繊維束を開繊して拡幅することにより一方向に引き揃えた扁平な状態の帯状の繊維束に、ポリオレフィン系樹脂や脂肪族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂を含浸させた一方向プリプレグが提供されている。また、開繊前の一方向強化繊維束に樹脂を含浸させてから開繊することもある。このとき、例えば特許文献１に記載のように、熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂中に一方向強化繊維束を通過させることにより、一方向プリプレグを形成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４５０３８号公報（段落０００５など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のように溶融樹脂中に一方向強化繊維束を通過させる場合、溶融樹脂の粘度を下げるために溶融樹脂の温度を所定温度以上に保持する必要がある。しかし、溶融樹脂の温度を保持するには装置構成が大掛かりになってコストがかかる上、単に所定温度以上の溶融樹脂中に一方向強化繊維束を通過させるだけでは、一方向強化繊維束の各繊維（フィラメント）間に効率よく樹脂が入り込まないという現象が生じるため、各繊維（フィラメント）間で樹脂が浸透した箇所と浸透していない箇所が生じて一方向強化繊維束の含浸状態が不均一になるという問題がある。さらに、繊維（フィラメント）を網目状に織りこんで成るクロス材と称される強化繊維束を含浸する場合にも、従来、クロス材を溶融樹脂中に通過させて含浸するため、上記した問題と同様の問題が生じ得る。また、上記した従来の含浸手法では樹脂の含浸が不均一なため、強化繊維束を所定の形状の型材に巻き付けるなどして加工する場合には、型材に巻き付ける際に熱可塑性樹脂を再度塗布し、これを加熱圧力容器であるオートクレーブ内に収容して加圧加熱することが行われており、装置構成が大掛かりになり加工コストがかさむという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、簡単かつ安価な構成の装置により、強化繊維束に均一に樹脂を含浸できるようにすることを目的とする。また、含浸した強化繊維束を所望形状に加工できるようにすることも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明にかかる含浸装置は、強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸装置において、前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で前記導出口まで移動させる移動手段と、前記溶融樹脂に浸漬された前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸させる超音波印加手段とを備え、前記溶融槽内の前記溶融樹脂は、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持されることを特徴としている。
【０００７】
この構成によれば、移動手段により、溶融槽内の熱可塑性樹脂の溶融樹脂に浸漬された状態で強化繊維束が移動され、移動中の強化繊維束に超音波印加手段により超音波振動が印加されると、超音波振動が印加される強化繊維束の周辺の溶融樹脂も超音波振動を受け、溶融樹脂の温度が超音波振動により上昇して強化繊維束の周辺で局所的に溶融樹脂の粘度が下がり、さらに強化繊維束が共振してぬれ性が向上し、強化繊維束を構成する各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂が入り込み易くなる。このとき、溶融槽内の溶融樹脂の温度が、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持されるので、溶融樹脂を高品質に維持できる。そのため、従来のように溶融樹脂中に強化繊維束を通過させて含浸する場合のように溶融樹脂の温度管理のための大掛かりな装置を必要とせず、強化繊維束の各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂を良好にかつ一様に入り込ませることができ、強化繊維束に均一に含浸することができる。
【０００８】
また、前記溶融槽の前記導出口の外側に設けられ、前記導出口から引き出される前記強化繊維束を上下から押圧する押圧手段をさらに備えるとよい。この構成によれば、溶融槽の導出口の外側において、押圧手段により強化繊維束を上下から押圧することにより、樹脂が含浸された強化繊維束の厚さを所定値に簡単に調整することができる。また、強化繊維束が一方向強化繊維であって開繊されていない場合であっても、一方向強化繊維束の含浸後に押圧手段により上下から押圧することで、含浸された樹脂が硬化する前に一方向強化繊維束を開繊することができる。
【０００９】
また、前記溶融槽内の前記溶融樹脂を外部に排出して前記溶融槽内の前記溶融樹脂を所定量保持する排出口が前記溶融槽に形成されていてもよい。この構成によれば、溶融槽内の溶融樹脂を常に新しいものに入れ替えて溶融槽内の溶融樹脂の劣化を防止することができる。
【００１０】
また、前記超音波印加手段は、上方および／または下方から前記強化繊維束に超音波を印加するようにしてもよい。この構成によれば、超音波印加手段の設置スペースに応じて、上方および／または下方から強化繊維束に超音波を印加できるように超音波印加手段を適宜配置することができ、汎用性に優れる。
【００１１】
また、前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で前記導出口まで移動させる移動手段と、前記溶融槽の前記導出口の外側に配設され、前記溶融樹脂に浸漬されて前記導出口から導出される前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に付着した前記溶融樹脂を含浸させる超音波印加手段と備えていてもよい。この構成によれば、溶融槽内で溶融樹脂に浸漬されて導出口から溶融槽の外部に導出された強化繊維束に超音波印加手段により超音波を印加して、強化繊維束に付着した溶融樹脂にも超音波振動を与えて温度上昇させて粘度を下げることができ、付着した溶融樹脂を強化繊維束の各繊維（フィラメント）間に良好かつ一様に入り込ませることができ、強化繊維束に均一に含浸することができる。
【００１２】
また、前記溶融槽は、前記導入部および前記導出口を除いて密閉されているのが望ましい。こうすると、溶融槽内の溶融樹脂が空気に触れにくくなって酸化が抑制されるので、溶融樹脂の変質を確実に防止することができ、良質の熱可塑性樹脂を強化繊維束に含浸させることが可能になる。
【００１３】
また、本発明にかかる含浸方法は、強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸する含浸方法において、溶融層内に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂を充填して当該溶融樹脂を熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持し、導入部から前記溶融槽内に前記強化繊維束を導入し、導入した前記強化繊維束を記溶融樹脂に浸漬した状態で、前記溶融槽に形成した導出口まで移動し、前記溶融樹脂中において超音波印加手段により前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸することを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、溶融槽内の熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂に浸漬された状態で移動中の強化繊維束に、超音波印加手段により超音波振動が印加されると、超音波振動が印加される一強化繊維束の周辺の溶融樹脂も超音波振動を受け、溶融樹脂の温度が超音波振動により上昇して強化繊維束の周辺で局所的に溶融樹脂の粘度が下がり、さらに強化繊維束が共振してぬれ性が向上し、強化繊維束を構成する各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂が入り込み易くなるため、従来のように溶融樹脂中に強化繊維束を通過させて含浸する場合のように溶融樹脂の温度管理のための大掛かりな装置を必要とせず、強化繊維束の各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂を良好にかつ一様に入り込ませることができ、強化繊維束に均一に含浸することができる。ここで、溶融槽内の溶融樹脂の温度が、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持されるので、溶融樹脂を高品質に維持できる。
【００１５】
また、前記溶融槽の外部において、前記導出口から引き出される前記強化繊維束を、押圧手段により上下から押圧するとよい。この構成によれば、溶融槽の導出口から引き出される強化繊維束を、押圧手段により上下から押圧することにより、樹脂が含浸された強化繊維束の厚さを所定値に簡単に調整することができる。また、強化繊維束が一方向強化繊維であって開繊されていない場合であっても、一方向強化繊維束の含浸後に押圧手段により上下から押圧することで、含浸された樹脂が硬化する前に一方向強化繊維束を開繊することができる。
【００１６】
また、溶融層内に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂を充填し、導入部から前記強化繊維束を導入し、導入した前記強化繊維束を記溶融樹脂に浸漬した状態で、前記溶融槽に形成した導出口まで移動し、前記導出口の外側において超音波印加手段により前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に付着した前記溶融樹脂の含浸するようにしてもよい。この方法によれば、溶融槽内で溶融樹脂に浸漬されて導出口から溶融槽の外部に導出された強化繊維束に超音波印加手段により超音波を印加して、強化繊維束に付着した溶融樹脂にも超音波振動を与えて温度上昇させて粘度を下げることができ、付着した溶融樹脂を強化繊維束の各繊維（フィラメント）間に良好かつ一様に入り込ませることができ、強化繊維束に均一に含浸することができる。
【００１７】
上記した含浸装置により熱可塑性樹脂を含浸された前記強化繊維束を加工する加工装置であって、前記溶融槽の外部であって前記導出口付近に回転自在に配設された所定の外形形状を有する型材と、前記型材を回転させることにより、前記導出口から含浸済の前記強化繊維束を引き出して前記型材に巻き付ける巻付け手段とを備え、記型材の外形形状に応じた形状に前記強化繊維束を加工するとよい。こうすると、超音波振動により熱可塑性樹脂が均一に含浸された状態の強化繊維束を、巻付け手段によって型材に巻き付けることができるため、従来のように、巻き付け前に再度樹脂を塗布して含浸させる必要がなく、しかもオートクレーブを使用しなくても、均一に樹脂を含浸した強化繊維を巻付け手段により型材に巻き付けるだけで、強化繊維束を所定形状に加工することができ、簡単かつ安価な構成の装置により強化繊維束に加工を施すことができる。
【００１８】
また、前記巻付け手段により前記型材に巻き付ける前記強化繊維束の温度を検出する検出手段と、前記型材を移動させて前記導出口から前記型材までの距離を可変する距離可変手段と、前記検出手段による検出温度に基づき、含浸した熱可塑性樹脂の溶融温度以下に低下しないように、前記溶融槽内に充填する前記溶融樹脂の温度、前記巻付け手段による前記強化繊維束の前記導出口からの引出速度、および、前記距離可変手段による前記導出口から前記型材までの距離の少なくとも１つを制御する制御手段とさらに備えるのが望ましい。このような構成によれば、巻付け手段により強化繊維束を型材に巻き付ける際に、含浸した樹脂の温度を溶融温度以上に保持して巻き付けることができ、強化繊維束に含浸した樹脂を低い粘度のまま型材への巻き付けを行うことができるため、含浸した強化繊維束の巻き付け作業を容易に行うことが可能になる。
【００１９】
また、前記巻付け手段による含浸済の前記強化繊維束の巻き付け開始位置付近に配設され、含浸した熱可塑性樹脂の溶融温度以上に前記強化繊維束を加熱して余分な熱可塑性樹脂を溶かす加熱手段と、前記加熱手段の近傍に配設され、前記加熱手段の加熱により溶けた熱可塑性樹脂の溶滴を除去する除去手段とをさらに備えるとよい。この場合、巻き付け前の強化繊維束に付着した余分な熱可塑性樹脂を加熱手段の加熱によって溶かし、除去手段によって溶けた余分な熱可塑性樹脂の溶滴を吸引するなどして除去するため、型材に巻き付けた強化繊維束を良好な状態に仕上げることができる。
【００２０】
また、前記型材の形状は、円筒、角筒、円柱、角柱、円錐、角錐等の筒状、柱状の形状であり、前記強化繊維束の巻き付けが完了したのちに除去されるとよい。こうすると、型材に巻き付けられた強化繊維束を冷却するなどして含浸した樹脂を硬化させた後に、型材を除去することにより、型材の外形形状に応じた形状に加工された強化繊維束から成る所望形状の加工物を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る含浸装置および方法によれば、超音波印加手段により、強化繊維束に超音波振動を印加することで、強化繊維束の周辺の溶融樹脂も超音波振動を受けて溶融樹脂の温度を上昇させてその粘度を低下させることができるため、強化繊維束を構成する各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂が入り込み易くなり、従来のように溶融樹脂中に強化繊維束を通過させて含浸する場合のように溶融樹脂の温度管理のための大掛かりな装置を必要とすることなく、簡単かつ安価な構成の装置により、強化繊維束の各繊維（フィラメント）間に溶融した熱可塑性樹脂を良好にかつ一様に入り込ませることができ、強化繊維束に均一に含浸することができる。
【００２２】
本発明に係る加工装置によれば、従来のように、巻き付け前に再度樹脂を塗布して含浸させる必要がなく、しかもオートクレーブを使用しなくても、均一に樹脂願視した強化繊維を巻付け手段により型材に巻き付けるだけで、強化繊維束を所望形状に加工することができ、簡単かつ安価な構成の装置により強化繊維束に加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る含浸装置の概略を示す正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る含浸装置の概略を示す正面図である。
【図５】図４の一部の分解図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る含浸装置の一部の平面図である。
【図７】図６の正面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る加工装置の概略図である。
【図９】図８の加工装置の斜視図である。
【図１０】図８の加工装置による加工物の斜視図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る加工装置の概略図である。
【図１２】図１１に示す加工装置の変形例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る含浸装置について図１ないし図３を参照して説明する。
【００２５】
本実施形態における含浸装置１は、図１ないし図３に示すように構成されている。すなわち、図１ないし図３に示すように、上面が開口した直方体状の溶融槽２が設けられ、溶融槽２の対向する左右の側面にそれぞれ導入口（本発明における「導入部」に相当）２ａおよび導出口２ｂが形成され、充填手段３により溶融槽２の内部に溶融樹脂４が充填される。この溶融樹脂４は、例えばポリオレフィン系樹脂や脂肪族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂を溶融したものであり、溶融槽２内において溶融樹脂４の温度が、当該熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持されている。さらに、溶融槽２の左側面の導出口２ｂの下方位置には、溶融樹脂４を外部に排出する排出口２ｃが形成され、排出口２ｃから溶融樹脂４が排出されることにより、溶融槽２内の溶融樹脂４の量がほぼ一定に保持される。
【００２６】
そして、溶融槽２の右方に配置されたＣＦボビン５には、本発明における強化繊維束である帯状の炭素繊維束（以下、ＣＦという）６が巻回され、ＣＦボビン５からＣＦ６が引き出されて導入口２ａを介して溶融槽２内に導入され、溶融槽２内に回転自在に配設された複数個のローラから成る移動手段７により、溶融槽２内に導入されたＣＦ６が、途中で溶融樹脂４に浸漬された状態で導出口２ｂまで移動される。
【００２７】
また、溶融槽２のほぼ中央には、超音波印加手段を構成するホーン８が配置され、ホーン８の下端が溶融樹脂４に浸漬されたＣＦ６に接触しないようにＣＦ６から少し離れて（０ｍｍより大きく１０数ｍｍ以下）位置し、ホーン８による超音波振動により溶融樹脂４が加熱されて溶融樹脂４の粘度が低下され、粘度が低下した溶融樹脂４に浸漬されたＣＦ６に樹脂が含浸され、溶融槽２の導出口２ｂの外側に設けられた押圧手段９により、導出口２ｂから引き出されるＣＦ６が上下から所定の押圧力で押圧され、樹脂が含浸されたＣＦ６が所定の厚さに調整されて一方向プリプレグ（ＵＤテープ）が形成され、図１中の矢印方向に一方向プリプレグが移動される。ここで、超音波印加手段は、周知のように、上記したホーン８のほか該ホーン８が接続される超音波振動子等を備え、ホーン８が図１中の矢印のように上下動して位置調整可能に保持されている。
【００２８】
なお、ＣＦ６はすでに開繊された状態でＣＦボビン５に巻回されたものであっても、開繊されずにＣＦボビン５に巻回されたものであってもよく、開繊されていない場合には、溶融槽２の導出口２ｂの外側において、含浸された樹脂が硬化する前に押圧手段９によりＣＦ６に上下から所定の押圧力を加えることによりＣＦ６を開繊することができる。
【００２９】
ところで、溶融槽２の導出口２ｂの左方には、ＣＦ６を引っ張って溶融槽２で移動させる移動手段（図示省略）が配設され、溶融槽２内に配設された複数のローラ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅが、移動するＣＦ６のガイドとしての役割を果たす。このとき各ローラのうち溶融槽２のほぼ中央であってホーン８を挟んで右側および左側に配設されたローラ７ｃ，７ｄにより、ＣＦ６が下方に押し下げられて溶融樹脂４中に浸漬された状態で左方に移動されるＣＦ６に所定のテンションがかけられ、テンションがかけられた状態でホーン８の上下位置が調整されてホーン８の下端がＣＦ６の少し上方の位置に配置され、ホーン８によりＣＦ６に上下方向への超音波振動が印加される。
【００３０】
そして、ホーン８が上下動されてその下端位置が調整され、溶融樹脂４中に浸漬されて所定のテンションがけられた状態のＣＦ６から上方に所定距離離れた位置にホーン８の下面が配置された状態で、ホーン８によりＣＦ６に超音波振動が印加されるとともに、ＣＦ６の周辺の溶融樹脂４も超音波振動を受けて温度上昇して粘度が低下し、超音波振動によりＣＦ６が共振してぬれ性が向上し、溶融樹脂４中を移動されるＣＦ６の各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂４の樹脂が良好かつ一様に入り込んで含浸される。その後、含浸されたＣＦ６が順次溶融槽２の導出口２ｂから外部に導出され、導出口２ｂの外側で含浸されたＣＦ６が押圧手段９により所定圧力で押圧され、さらに移動手段により図１中の矢印で示す左方に移動される。このとき、ＣＦ６は図示省略の冷却手段により冷却されて含浸された樹脂が硬化された状態で引き取られる。
【００３１】
ところで、強化繊維束は上記したＣＦ（炭素繊維束）６に限らず、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維により形成されていてもよい。また、溶融樹脂４として、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や、脂肪族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を用いるのが望ましく、溶融槽２内の溶融樹脂４が硬化しない溶融温度以上で、かつ、高温により溶融樹脂４の酸化反応が進んで重量減少が生じる樹脂分解温度以下の温度に保持するために、溶融槽２の前後の側面および上面などにヒータを配設して溶融樹脂４の温度を管理できるようにするとよい。
【００３２】
また、ホーン８は、その共振周波数が約１５ｋＨｚ〜約６０ｋＨｚ、その振動振幅が約２μｍ〜約３００μｍとなるように構成するのが望ましく、ホーン８の材質としては、チタン、チタン合金、鉄、ステンレス、アルミニウム、ジュラルミン等のアルミニウム合金など、一般的に超音波用共振器を形成するのに用いられる種々の金属材料を使用するとよい。
【００３３】
したがって、上記した第１実施形態によれば、ホーン８により、一方向強化繊維束であるＣＦ６に超音波振動を印加することで、ＣＦ６の周辺の溶融樹脂４が超音波振動を受け、ＣＦ６の周辺の溶融樹脂４の温度を超音波振動により局所的に上昇させてその粘度を低下させることができ、さらにＣＦ６も超音波振動に共振してぬれ性が向上するため、ＣＦ６を構成する各繊維（フィラメント）間に粘度が低下した溶融樹脂４が入り込み易くなり、従来のように溶融樹脂中に一方向強化繊維束を通過させて含浸する場合のように溶融樹脂４の温度管理のための大掛かりな装置を必要とすることなく、簡単な構成の装置により、ＣＦ６の各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂を良好にかつ一様に入り込ませることができ、ＣＦ６に均一に樹脂を含浸することができる。
【００３４】
また、溶融槽２の導出口２ｂの外側において、押圧手段９によりＣＦ６を上下から押圧するため、樹脂が含浸されたＣＦ６の厚さを所定値に簡単に調整することができる。さらに、ＣＦ６が開繊されない状態で樹脂含浸される場合であっても、ＣＦ６の含浸後に押圧手段９により上下から押圧することで、含浸された樹脂が硬化する前にＣＦ６を開繊することができる。
【００３５】
さらに、溶融槽２に排出口２ｃを形成したことにより、溶融槽２内の溶融樹脂４を常に新しいものに入れ替えて溶融槽２内の溶融樹脂４の劣化を防止することができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る含浸装置について図４および図５を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態におけるに示す含浸装置１１が上記した第１実施形態と異なるのは、図４、図５に示すように、直方体状を成す溶融槽２の下面から、超音波印加手段を構成するホーン１２が溶融槽２内に挿入されて溶融槽２内の溶融樹脂４に浸漬された状態の強化繊維束であるＣＦ６に下方から超音波振動を印加するようにした点である。なお、溶融槽２は直方体状に限らない。
【００３８】
より詳細には、図４、図５に示すように、溶融槽２の下面には矩形状の開口２ｄが形成され、この開口２ｄに筒体１３が溶接され、筒体１３と押えプレート１４とによりホーン１２の外周に設けられたフランジ１２ａが挟持され、ホーン１２の上半部が溶融槽２内に挿入された状態でホーン１２が溶融槽２に取り付けられている。
【００３９】
このとき、筒体１３の上半部の外周が一部切削されて外側段部１３ａが形成され、この外側段部１３ａが溶融槽２の下面の開口２ｄの周縁に当接するように、筒体１３の上半部が開口２ｄに挿入され、溶融槽２の下面と筒体１３との嵌め合い部分が溶接されることにより筒体１３が溶融槽２の下面に取り付けられる。さらに、筒体１３の内周が下面側から一部切削されて内側段部１３ｂが形成され、ホーン１２の外周のフランジ１２ａがその上面に貼付されたパッキン１５ａを介して内側段部１３ｂに当接して配置される。
【００４０】
そして、内側段部１３ｂにフランジ１２ａが当接されたホーン１２に対して、押えプレート１４の開口１４ａにホーン１２の下半部が挿入されるようにして押えプレート１４が配置され、押えプレート１４の上面が筒体１３の下面に当接されるとともに、ホーン１２のフランジ１２ａがその下面に貼付されたパッキン１５ｂを介して押えプレート１４の上面に当接され、フランジ１２ａの外側位置で、複数個のボルト１６により押えプレート１４が筒体１３に結合され、ホーン１２が水密状態で溶融槽２の下面に取り付けられている。
【００４１】
ここで、ホーン１２のフランジ１２ａは、ホーン１２の上下方向の振幅がゼロになるノーダルポイントに設けられており、ノーダルポイントに設けられたフランジ１２ａを筒体１３に固定することで、ホーン１２が振動してもフランジ１２ａや筒体１３が振動して変位することはなく、ホーン１２の振動が溶融槽２に伝達されることはない。
【００４２】
ところで、溶融槽２内のローラ７ｃ，７ｄは、図４に示すように、溶融槽２内に挿入されたホーン１２の右側、左側に位置し、両ローラ７ｃ，７ｄにより下方に押し下げられて所定のテンションがＣＦ６にかかるように両ローラ７ｃ，７ｄが配設されるとともに、そのテンションや、ＣＦ６とホーン１２の上面との間の距離が調整できるように、両ローラ７ｃ，７ｄが上下動可能に配設されている。
【００４３】
こうして、ＣＦ６にテンションがかけられた状態でホーン１２の上端がＣＦ６から少し離れて（０ｍｍより大きく１０数ｍｍ以下）配置され、ホーン１２によりＣＦ６付近に上下方向への超音波振動が印加され、ＣＦ６付近に超音波振動を印加することで、ＣＦ６の周辺の溶融樹脂４が超音波振動を受け、ＣＦ６の周辺の溶融樹脂４の温度を超音波振動により局所的に上昇させてその粘度を低下させることができ、さらにＣＦ６が超音波振動に共振することによりぬれ性を向上させることができ、ＣＦ６が各繊維（フィラメント）間に溶融樹脂４を良好にかつ一様に入り込み、ＣＦ６に均一に樹脂を含浸することができる。
【００４４】
したがって、上記した第２実施形態によれば、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。加えて、設置スペースの制約から、ホーン１２を溶融槽２の上面側から溶融槽２内に挿入することができない場合に、図４、図５に示すように、溶融槽２の下面側からホーン１２を溶融槽２内に挿入することができて有効である。
【００４５】
（変形例）
ところで、第１、第２実施形態の変形例として、図１、図４中に２点鎖線で示すように、溶融槽２の導出口２ｂの外側であって超音波印加手段２０をホーン８，１２に代えて設けてもよい。この超音波印加手段２０は、超音波振動子に共振するホーン２０ａと、導出口２ｂから導出されるＣＦ６を下方から支持する支持体２０ｂとを備える一般的な構成でよい。こうすると、ＣＦボビン５に巻回されたＣＦ６が開繊されていない場合に、超音波印加手段２０により超音波を印加することにより、樹脂が含浸されたＣＦ６を開繊することができる。なお、この場合、押圧手段９は必ずしも必要ではなく押圧手段９を設けなくてもよいが、超音波印加手段２０のＣＦ６の移動の下流側に押圧手段９を並設してもよい。
【００４６】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る含浸装置について図６、図７を参照して説明する。本実施形態に係る含浸装置１１ａにおいて、上記した第１実施形態と相違するのは、図１に示す溶融槽２の上面開口を閉塞した密閉型の溶融槽とした点である。
【００４７】
すなわち、図６、図７において、３１は左右方向に長尺の直方体状の溶融槽であり、内部に左右方向の空間３１ａが形成され、熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂３７が、図６、図７中の細線矢印に示すように空間３１ａを右から左方向に通流するとともに、強化繊維束である帯状のＣＦ（炭素繊維束）３２が、図６、図７中の太線矢印に示すように空間３１ａを右から左方向に移動される。さらに、空間３１ａにＣＦ３２を導入するための導入路（本発明の導入部）３１ｂが、溶融槽３１の上面右端部に斜め左下方に向かい傾斜して空間３１ａに連通するように形成されるとともに、溶融樹脂３７が充填される充填口３１ｃが、溶融槽３１の右側面に空間３１ａに連通するように形成され、含浸したＣＦ３２を外部に導出するための導出口３１ｄが、溶融槽３１の左側面に空間３１ａに連通するように形成され、超音波印加手段を構成するホーン３３を空間３１ａに挿入するための挿入開口３１ｅが、溶融槽３１の上面中央部に空間３１ａに連通するように形成されている。
【００４８】
ここで、挿入開口３１ｅに挿入されるホーン３３の外周には２個のＯリング３４が装着され、これら両Ｏリング３４が挿入開口３１ｅの上下端部に位置するように配設され、水密状態でホーン３３が挿入開口３１ｅに挿入され、ホーン３３の下端が空間３１ａ内に配置される。また、溶融槽３１の右端部には上、下流路３１ｃ１，３１ｃ２の２つの流路が形成されており、上流路３１ｃ１および下流路３１ｃ２の２つの流路を介して充填口３１ｃが空間３１ａに連通され、充填口３１ｃから充填される溶融樹脂３７が上、下流路３１ｃ１，３１ｃ２を通流されて導入路３１ｂの下端の左方で合流するように、上、下流路３１ｃ１，３１ｃ２が配設されている。
【００４９】
空間３１ａ内であって、導入路３１ｂの下端の左方および導出口３１ｄの右方にはＣＦ３２の移動をガイドする前後方向の円柱状ガイド体３５ａ，３５ｂが配設され、これらのガイド体３５ａ，３５ｂによりガイドされるＣＦ３２の上方であってＣＦ３２に接触しない位置（０ｍｍより大きく１０数ｍｍ以下の距離の位置）にホーン３３の下端が配設されて、ホーン３３の超音波振動によりＣＦ３２近傍の溶融樹脂３７が加熱されてその粘度が低下され、粘度が低下した溶融樹脂３７に浸漬されたＣＦ６に樹脂が含浸される。このとき、ＣＦ３２がホーン３３の超音波振動に共振してぬれ性が向上する。
【００５０】
ところで、導出口３１ｄは、外部に向かうに連れて次第に窄まるように形成され、溶融槽３１の左側面であって導出口３１ｄの外部には開口３６ａを有するアタッチメント３６が取り付けられ、このときの開口３６ａは、ＣＦ３２に付着した余分な樹脂を除去しつつＣＦ３２を所定の断面形状に成形できる寸法に設定され、このアタッチメント３６の開口３６ａから含浸されたＣＦ３２が開口３６ａによる所定の断面形状に成形されて外部に導出される。なお、アタッチメント３６の開口３６ａからはＣＦ３２の導出に伴って空間３１ａ内の溶融樹脂３７が外部に漏出するようになっており、開口３６ａから漏出される溶融樹脂３７がアタッチメント３６の下方に設置された貯留容器３８に貯留される。
【００５１】
このように、溶融槽３１は、導入路３１ｂ、充填口３１ｃ、導出口３１ｄおよび挿入開口３１ｅを除いて密閉されているため、溶融槽３１内に充填された溶融樹脂が空気に触れにくくなり、しかも充填口３１ｃを介して空間３１ａ内に充填された溶融樹脂３７を、溶融温度以上で、かつ、高温により樹脂の酸化反応が進んで重量変化が始まる樹脂分解温度以下の温度に精度よく保持することができ、溶融樹脂３７の変質を防止することが可能になる。
【００５２】
したがって、上記した第３実施形態によれば、溶融槽３１内の溶融樹脂３７が空気に触れにくくなって酸化を抑制でき、溶融槽３１内の溶融樹脂３７の温度を、溶融温度以上で樹脂分解温度以下に精度よく保持することができるので、溶融樹脂の変質を防止して良質の熱可塑性樹脂を強化繊維束に含浸させることができる。
【００５３】
なお、溶融槽３１の上面や左右側面は、着脱可能な構成であってもよい。また、溶融槽３１の形状は図６、図７に示すものに限られるものではなく、溶融槽内部の溶融樹脂が空気に触れにくくなるように密閉される形状であればよい。
【００５４】
例えば、上記した第１、第２実施形態では一方向強化繊維束であるＣＦ６に含浸する場合について説明したが、繊維（フィラメント）を網目状に織り込んで成るクロス材と称される強化繊維束や、その他の強化繊維束を含浸する場合にも、上記した含浸装置１，１１を適用することが可能である。このとき、クロス材は開繊する必要がない。また、強化繊維束である帯状のＣＦ（炭素繊維束）６に代えて、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維束を含浸することもできる。
【００５５】
また、上記した第１および第２実施形態では、溶融槽２の右側面に導入口（導入部）を設けた場合について説明したが、溶融槽２の開口した上面右端部を導入部として、ＣＦ６等の強化繊維束を溶融槽２内に導入するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記した第１ないし第３実施形態において、設置スペースの関係で、超音波印加手段のホーンを溶融槽２，３１の側面から溶融槽２，３１内に挿入するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記した第１ないし第３実施形態において、溶融槽２の導出口２ｂの外側や内側に成形手段を設け、導出口２ｂ，３１ｄやアタッチメント３６の開口３６ａから溶融槽２，３１の外部に導出される含浸済のＣＦ（強化繊維束）６，３２を、例えば垂直断面が逆Ｔ字状などの所定形状に成形するようにしてもよい。このとき、導出口２ｂ，３１ｄやアタッチメント３６の開口３６ａの形状を成形すべき断面形状に形成しておくとよい。
【００５８】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る加工装置について、図８ないし図１０を参照して説明する。本実施形態における加工装置４０は、例えば上記した図６、図７に示す第３実施形態の構成を有する含浸装置１１ａにより熱可塑性樹脂を含浸されたＣＦ３２（強化繊維束）を加工するものとして説明する。
【００５９】
図８に示すように、密閉型の溶融槽３１の導出口３１ｄおよびアタッチメント３６の開口３６ａを経て外部に導出される含浸済みのＣＦ（炭素繊維束）３２を巻き取る型材４１が溶融槽３１の外部であって導出口３１ｄに設けられたアタッチメント３６の開口３６ａ付近に回転自在に配設され、図９に示すコントローラ４２により制御される巻付け手段４３により型材４１が所定の回転速度ｖで回転されることにより、溶融槽３１の導出口３１ｄおよびアタッチメント３６の開口３６ａからＣＦ３２が引き出されて型材４１に巻き付けられていく。ここで、型材４１は、例えば中実の円柱形状または中空の円柱形状を有し、巻付け手段４３により、型材４１の溶融槽３１のアタッチメント３６からの距離Ｌ（図８参照）を変更できるように、型材４１が図示省略の距離可変手段により移動自在に支持されている。
【００６０】
さらに、型材４１の回転軸４１ａが平面視でＣＦ３２に対して９０度ではない所定の角度を成すように型材４１が配設されており、この状態で型材４１が回転することにより、型材４１の外周に斜めにＣＦ３２が巻き付けられ、型材４１の外周に１層目のＣＦ３２の巻き付けが終了すると、ＣＦ３２に対して１層目の回転軸４１ａの角度と対称な角度になるように巻付け手段４３により型材４１の向きが変更され、この状態で型材４１の外周にＣＦ３２が巻き付けられることにより、１層目に巻き取られたＣＦ３２に対して斜めに重なるように２層目のＣＦ３２が巻き付けられ、型材４１の外周に２層目のＣＦ３２が巻き付けられると、ＣＦ３２に対して２層目の回転軸４１ａの角度と対称な角度つまり１層目と同じ回転軸４１ａの角度になるように型材４１の向きが変更され、この状態で型材４１の外周に３層目のＣＦ３２が巻き付けられ、以後、同様の動作の繰り返しにより、型材４１の外周にＣＦ３２が多層に巻き付けられる。
【００６１】
その後、型材４１ごと多層に巻き取られ他ＣＦ３２を冷却して含浸樹脂を硬化させ、除去手段により型材４１を除去することにより、図１０に示すように、型材４１の外形形状に応じた円筒状を有する加工物Ｐが形成される。なお、型材４１は、除去し易い材料により形成するのが望ましく、例えば紫外線照射手段により紫外線を照射することによって分解可能な材料により型材４１を形成することなどが考えられる。
【００６２】
ところで、図９に示すように、型材４１にＣＦ３２を巻き付け開始する位置において、ＣＦ３２の温度が非接触式の温度センサである放射温度計（本発明の検出手段に相当）４４により検出され、放射温度計４４の検出結果に基づき、巻き付け開始位置において、ＣＦ３２に含浸された溶融樹脂の温度が、当該溶融樹脂を成す熱可塑性樹脂の溶融温度以上であるかどうかコントローラ４２により判定され、巻き付け開始位置で、ＣＦ３２に含浸された溶融樹脂の温度が溶融温度以上に保持されるように、溶融槽３１内に充填する溶融樹脂の温度、型材４１とアタッチメント３６のとの間の距離Ｌ、および、巻付け手段４３によるＣＦ３２のアタッチメント３６からの引出速度を規定する巻付け手段４３による型材４１の回転速度ｖの少なくとも１つがフィードバック制御される。このように、コントローラ４２の機能が本発明の制御手段に相当する。
【００６３】
なお、型材４１の外形形状を上記した円柱ではなく、円筒、角柱や角筒、円錐や角錐など、形成される加工物Ｐの形状に合わせて型材４１の外形形状を選択することにより、多様な形状の加工物Ｐを得ることができる。
【００６４】
したがって、上記した第４実施形態の加工装置４０によれば、超音波振動により熱可塑性樹脂の溶融樹脂が均一に含浸された状態のＣＦ３２を、巻付け手段４３によって型材４１に巻き付けることができるため、従来のように、巻き付け前に再度樹脂を塗布して含浸させる必要がなく、しかもオートクレーブを使用しなくても、均一に樹脂を含浸したＣＦ３２を巻付け手段４３により型材４１に巻き付けるだけで、ＣＦ３２を所望の形状に加工することができ、簡単かつ安価な構成の装置によりＣＦ３２に加工を施すことができる。
【００６５】
また、巻付け手段４３によりＣＦ３２を型材４１に巻き付ける際に、含浸した樹脂の温度を溶融温度以上にし、樹脂の粘度を低い状態に保持して型材４１への巻き付けを行うことができるため、含浸したＣＦ３２の巻き付け作業を容易に行うことが可能になる。
【００６６】
また、型材４１に巻き付けられたＣＦ３２全体を冷却するなどして含浸した樹脂を硬化させた後に、型材４１を除去することにより、型材４１の外形形状に応じた形状に加工されたＣＦ３２から成る所望形状の加工物Ｐを得ることが可能になる。
【００６７】
なお、上記した第４実施形態では、図６、図７に示す第３実施形態の構成を有する含浸装置１１ａにより熱可塑性樹脂を含浸されたＣＦ３２を加工する場合について説明したが、図１ないし図３に示す第１実施形態の含浸装置１や、図４および図５に示す第２実施形態の含浸装置１１により熱可塑性樹脂が含浸されたＣＦ３２を加工するようにしてもよいのは勿論である。
【００６８】
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態に係る加工装置について、図１１を参照して説明する。
【００６９】
溶融槽３１から導出されたばかりのＣＦ３２の表面には余分な溶融樹脂が粒状に多数付着しているため、ＣＦ３２の表面は凸凹しており、ＣＦ３２の表面をできるだけ滑らかにしてから型材４１に巻き付けることによって、加工物をより良好な状態に仕上げることができる。
【００７０】
そこで、本実施形態における加工装置４０ａでは、型材４１へのＣＦ３２の巻き付け開始位置に、加熱手段である超音波振動装置のホーン４５を配置し、型材４１に巻き付けられるＣＦ３２に付着している余分な溶融樹脂をホーン４５の超音波振動による加熱によって溶かし、除去手段である真空吸引手段４６を型材４１へのＣＦ３２の巻き付けの上流側に配置し、真空吸引手段４６によって溶けた余分な樹脂の溶滴４７を吸引して除去するようにしている。このとき、真空吸引手段４６は、型材４１へのＣＦ３２の巻き付けの下流側に配置してもよい。
【００７１】
このように、第５実施形態によれば、型材４１へのＣＦ３２の巻き付け開始位置において、ホーン４５の超音波振動による加熱によりＣＦ３２に付着した余分な樹脂を溶かし、真空吸引手段４６によって溶けた余分な樹脂の溶滴４７を吸引して除去することにより、型材４１に巻き付けたＣＦ３２を良好な状態に仕上げることが可能になる。
【００７２】
（変形例）
本発明の第５実施形態に係る加工装置４０ａの変形例について図１２を参照して説明する。この変形例では、図１２に示すように、型材４１へのＣＦ３２の巻き付け開始位置に、ホーン４５および真空吸引手段４６に加えて冷却手段４８を配置している。この場合、冷却手段４８を、真空吸引手段４６よりもさらにＣＦ３２の巻き付け上流側に配置し、型材４１に巻き付けられるＣＦ３２を一旦冷却して、ＣＦ３２に含浸した樹脂およびＣＦ３２の表面に突出して付着した樹脂を硬化させた後、ホーン４５の超音波振動による加熱によってＣＦ３２の表面に突出して付着した余分な樹脂が溶融され、真空吸引手段４６により溶融された樹脂の溶滴４７が吸引される。
【００７３】
なお、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００７４】
例えば、溶融樹脂として使用する熱可塑性樹脂として、ポリオレフィン系樹脂や脂肪族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等を挙げたがこれに限られるものではなく、その他の熱可塑性樹脂を使用してもよい。
【００７５】
また、第４実施形態における放射温度計４４に代えて、サーモグラフィその他の非接触式温度センサを検出手段として設けてもよい。
【００７６】
また、上記した第５実施形態の加工装置４０において、放射温度計４４を設けない構成であってもよい。この場合、巻付け手段４３によるＣＦ３２のアタッチメント３６からの引出速度を規定する巻付け手段４３による型材４１の回転速度ｖのみがコントローラ４２により制御される。
【００７７】
そして、強化繊維束に樹脂を含浸する含浸装置および含浸方法並びに加工装置に本発明を広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１，１１，１１ａ  …含浸装置
２  …溶融槽
２ａ  …導入口（導入部）
２ｂ  …導出口
４  …溶融樹脂
６  …ＣＦ（強化繊維束）
８，１２  …ホーン（超音波印加手段）
９  …押圧手段
２０  …超音波印加手段
３１  …溶融槽
３１ｄ  …導入路（導入部）
３２  …ＣＦ（強化繊維束）
３３  …ホーン（超音波印加手段）
３７  …溶融樹脂
４０，４０ａ  …加工装置
４１  …型材
４２  …コントローラ（制御手段）
４３  …巻付け手段
４４  …放射温度計（検出手段）
４５  …ホーン（加熱手段）
４６  …真空吸引手段（除去手段）
【図１】
2019155901.tif 000003
【図２】
2019155901.tif 000004
【図３】
2019155901.tif 000005
【図４】
2019155901.tif 000006
【図５】
2019155901.tif 000007
【図６】
2019155901.tif 000008
【図７】
2019155901.tif 000009
【図８】
2019155901.tif 000010
【図９】
2019155901.tif 000011
【図１０】
2019155901.tif 000012
【図１１】
2019155901.tif 000013
【図１２】
2019155901.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月16日(2019.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】  上記した目的を達成するために、本発明にかかる含浸装置は、強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸装置において、前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で水平方向に前記導出口まで移動させる移動手段と、前記溶融樹脂に浸漬された前記強化繊維束に対し接触しない状態で垂直方向の超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸させる超音波印加手段とを備え、前記溶融槽内の前記溶融樹脂は、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持されることを特徴としている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】  また、前記溶融槽は、前記導入部および前記導出口を除いて密閉されているのが望ましく、さらに排出口がある場合には、導入部、導出口および排出口を除いて密閉されているとよい。こうすると、溶融槽内の溶融樹脂が空気に触れにくくなって酸化が抑制されるので、溶融樹脂の変質を確実に防止することができ、良質の熱可塑性樹脂を強化繊維束に含浸させることが可能になる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】  また、本発明にかかる含浸方法は、強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸する含浸方法において、溶融層内に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂を充填し、導入部から前記溶融槽内に前記強化繊維束を導入し、導入した前記強化繊維束を記溶融樹脂に浸漬した状態で、前記溶融槽に形成した導出口まで水平方向に移動し、前記溶融樹脂中において超音波印加手段により前記強化繊維束に対し接触しない状態で垂直方向の超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸することを特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】 また、熱可塑性樹脂を含浸された前記強化繊維束を加工する加工装置であって、前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で前記導出口まで移動させる移動手段と、前記溶融樹脂に浸漬された前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸させる超音波印加手段と、前記溶融槽の外部であって前記導出口付近に回転自在に配設された所定の外形形状を有する型材と、前記型材を回転させることにより、前記導出口から含浸済の前記強化繊維束を引き出して前記型材に巻き付ける巻付け手段とを備え、記型材の外形形状に応じた形状に前記強化繊維束を加工するとよい。こうすると、超音波振動により熱可塑性樹脂が均一に含浸された状態の強化繊維束を、巻付け手段によって型材に巻き付けることができるため、従来のように、巻き付け前に再度樹脂を塗布して含浸させる必要がなく、しかもオートクレーブを使用しなくても、均一に樹脂を含浸した強化繊維を巻付け手段により型材に巻き付けるだけで、強化繊維束を所定形状に加工することができ、簡単かつ安価な構成の装置により強化繊維束に加工を施すことができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸装置において、  前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、  前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で水平方向に前記導出口まで移動させる移動手段と、  前記溶融樹脂に浸漬された前記強化繊維束に対し接触しない状態で垂直方向の超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸させる超音波印加手段とを備え、  前記溶融槽内の前記溶融樹脂は、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持されることを特徴とする含浸装置。
【請求項２】
前記溶融槽の前記導出口の外側に設けられ、前記導出口から引き出される前記強化繊維束を上下から押圧する押圧手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の含浸装置。
【請求項３】
前記溶融槽内の前記溶融樹脂を外部に排出して前記溶融槽内の前記溶融樹脂を所定量保持する排出口が前記溶融槽に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の含浸装置。
【請求項４】
前記超音波印加手段は、上方および／または下方から前記強化繊維束に超音波を印加することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の含浸装置。
【請求項５】
強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させる含浸装置において、  前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、  前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で前記導出口まで移動させる移動手段と、  前記溶融槽の前記導出口の外側に配設され、前記溶融樹脂に浸漬されて前記導出口から導出される前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に付着した前記溶融樹脂を含浸させる超音波印加手段と  備えることを特徴とする含浸装置。
【請求項６】
前記溶融槽は、前記導入部および前記導出口を除いて密閉されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項１または２に従属する請求項４、請求項５のいずれか１項に記載の含浸装置。
【請求項７】
前記溶融槽は、前記導入部、前記導出口および前記排出口を除いて密閉されていることを特徴とする請求項３または請求項３に従属する請求項４に記載の含浸装置。
【請求項８】
強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸する含浸方法において、  溶融層内に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂を充填し、  導入部から前記溶融槽内に前記強化繊維束を導入し、  導入した前記強化繊維束を記溶融樹脂に浸漬した状態で、前記溶融槽に形成した導出口まで水平方向に移動し、  前記溶融樹脂中において超音波印加手段により前記強化繊維束に対し接触しない状態で垂直方向の超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸することを特徴とする含浸方法。
【請求項９】
前記溶融槽の外部において、前記導出口から引き出される前記強化繊維束を、押圧手段により上下から押圧することを特徴とする請求項８記載の含浸方法。
【請求項１０】
強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸する含浸方法において、  溶融層内に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂を充填して当該溶融樹脂を熱可塑性樹脂の溶融温度以上で樹脂分解温度以下に保持し、  導入部から前記溶融槽内に前記強化繊維束を導入し、  導入した前記強化繊維束を記溶融樹脂に浸漬した状態で、前記溶融槽に形成した導出口まで移動し、  前記導出口の外側において超音波印加手段により前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に付着した前記溶融樹脂を含浸することを特徴とする含浸方法。
【請求項１１】
熱可塑性樹脂を含浸された強化繊維束を加工する加工装置であって、 前記強化繊維束が内部に導入される導入部を有し導入された前記強化繊維束を外部に導出する導出口が形成され内部に熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂が充填される溶融槽と、 前記導入部から導入された前記強化繊維束を、該強化繊維束が前記溶融樹脂に浸漬された状態で前記導出口まで移動させる移動手段と、 前記溶融樹脂に浸漬された前記強化繊維束に超音波を印加して前記強化繊維束に樹脂を含浸させる超音波印加手段と、 前記溶融槽の外部であって前記導出口付近に回転自在に配設された所定の外形形状を有する型材と、 前記型材を回転させることにより、前記導出口から含浸済の前記強化繊維束を引き出して前記型材に巻き付ける巻付け手段とを備え、 前記型材の外形形状に応じた形状に前記強化繊維束を加工することを特徴とする加工装置。
【請求項１２】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の含浸装置により熱可塑性樹脂を含浸された前記強化繊維束を加工する加工装置であって、  前記溶融槽の外部であって前記導出口付近に回転自在に配設された所定の外形形状を有する型材と、  前記型材を回転させることにより、前記導出口から含浸済の前記強化繊維束を引き出して前記型材に巻き付ける巻付け手段とを備え、  前記型材の外形形状に応じた形状に前記強化繊維束を加工することを特徴とする加工装置。
【請求項１３】
前記巻付け手段により前記型材に巻き付ける前記強化繊維束の温度を検出する検出手段と、  前記型材を移動させて前記導出口から前記型材までの距離を可変する距離可変手段と、  前記検出手段による検出温度に基づき、含浸した熱可塑性樹脂の溶融温度以下に低下しないように、前記溶融槽内に充填する前記溶融樹脂の温度、前記巻付け手段による前記強化繊維束の前記導出口からの引出速度、および、前記距離可変手段による前記導出口から前記型材までの距離の少なくとも１つを制御する制御手段とさらに備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の加工装置。
【請求項１４】
前記巻付け手段による含浸済の前記強化繊維束の巻き付け開始位置付近に配設され、含浸した熱可塑性樹脂の溶融温度以上に前記強化繊維束を加熱して余分な熱可塑性樹脂を溶かす加熱手段と、  前記加熱手段の近傍に配設され、前記加熱手段の加熱により溶けた熱可塑性樹脂の溶滴を除去する除去手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の加工装置。
【請求項１５】
前記型材の形状は、円筒、角筒、円柱、角柱、円錐、角錐等の筒状、柱状の形状であり、前記強化繊維束の巻き付けが完了したのちに除去されることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の加工装置。