(57)【要約】【課題】マトリクス樹脂を強化繊維基材に良好に含浸することができる繊維強化樹脂シートの製造方法及びその製造装置を提供する。【解決手段】一対の押圧部材の間に、強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維基材Ｆと、流動可能な状態のマトリクス樹脂Ｐとを供給し、一対の押圧部材１１、１２で、強化繊維基材Ｆとマトリクス樹脂Ｐとを押圧することにより、強化繊維基材Ｆにマトリクス樹脂Ｍを含浸させる繊維強化樹脂シートの製造方法である。一対の押圧部材１１、１２のうち少なくとも一方の押圧部材１１として、表面に複数の突起１１ａが形成された押圧部材を用い、一対の押圧部材１１、１２の間において、強化繊維基材Ｆを押圧することにより、複数の突起１１ａで強化繊維をほぐしながら、マトリクス樹脂Ｐを強化繊維基材Ｆに含浸させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の押圧部材の間に、強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維基材と、流動可能な状態のマトリクス樹脂とを供給し、前記一対の押圧部材で、前記強化繊維基材と前記マトリクス樹脂とを押圧することにより、前記強化繊維基材に前記マトリクス樹脂を含浸させる繊維強化樹脂シートの製造方法であって、
前記一対の押圧部材のうち少なくとも一方の押圧部材として、表面に複数の突起が形成された押圧部材を用い、
該一対の押圧部材の間において、前記強化繊維基材を押圧することにより、前記複数の突起で前記強化繊維をほぐしながら、前記マトリクス樹脂を前記強化繊維間に含浸させることを特徴とする繊維強化樹脂シートの製造方法。
【請求項２】
前記突起が形成された押圧部材として、押圧基材の表面に、前記複数の突起が形成されたシート材を配置した部材を用い、該シート材として、シート基材の表面に、前記強化繊維基材の強化繊維よりも硬質である硬質粒子を付着させることにより前記複数の突起が形成されたシート材を用いることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂シートの製造方法。
【請求項３】
前記突起が形成された押圧部材の表面の中心線平均粗さＲａは、８μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂シートの製造方法。
【請求項４】
前記突起が形成された押圧部材の表面側に、前記強化繊維基材が接触するように、前記強化繊維基材を供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化樹脂シートの製造方法。
【請求項５】
強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維基材に、流動可能な状態のマトリクス樹脂を含浸させるべく、供給された前記強化繊維基材とマトリクス樹脂とを押圧する一対の押圧部材を備えた繊維強化樹脂シートの製造装置であって、
前記一対の押圧部材のうち少なくとも一方の押圧部材の表面には、該一対の押圧部材の間において、前記強化繊維基材を押圧することにより、前記強化繊維をほぐすための複数の突起が形成されていることを特徴とする繊維強化樹脂シートの製造装置。
【請求項６】
前記突起を有した押圧部材は、押圧基材の表面に、前記複数の突起が形成されたシート材を配置した部材であり、該シート材は、シート基材の表面に、前記強化繊維基材の強化繊維よりも硬質である硬質粒子を付着させることにより、前記複数の突起が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の繊維強化樹脂シートの製造装置。
【請求項７】
前記突起が形成された押圧部材の表面の中心線平均粗さＲａは、８μｍ以上であることを特徴とする請求項５または６に記載の繊維強化樹脂シートの製造装置。
【請求項８】
前記突起が形成された押圧部材の表面側に、前記強化繊維基材が接触するように、前記強化繊維基材が供給されるように構成されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の繊維強化樹脂シートの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向に引き揃えられた強化繊維基材の繊維間に、流動状態のマトリクス樹脂を、好適に含浸することができる繊維強化樹脂シートの製造装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂からなるマトリクス樹脂を、強化繊維からなる強化繊維基材に含浸させた繊維強化複合材料（繊維強化樹脂材料）は、金属材料に比べて軽量かつ高弾性であり、高分子樹脂のみに比べて高強度であるので、車両用の部材等の適用に注目されている材料である。
【０００３】
強化繊維の本来の特性である、引張に対する高強度及び高弾性の特徴を活かすためには、一方向に引き揃えられた強化繊維を強化繊維基材とし、この強化繊維基材に予め高分子樹脂を含浸、または半含浸させて、プリプレグシート（繊維強化樹脂シート）として使用されるのが一般的である。
【０００４】
このようなマトリクス樹脂を含浸させる方法として、例えば、開繊されたシート状の強化繊維基材に、溶融状態の帯状のマトリクス樹脂を会合させて、強化繊維基材にマトリクス樹脂を含浸させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示すような含浸方法を利用して、開繊した強化繊維基材に、マトリクス樹脂を含浸しようとしても、強化繊維基材にマトリクス樹脂が十分含浸されず、強化繊維とマトリクス樹脂とが充分に混ざらないことがあった。特に、マトリクス樹脂が、熱可塑性樹脂の場合には、溶融状態であってもその粘度は未硬化の熱硬化性樹脂に比べて高いため、このような現象はより顕著なものであった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、マトリクス樹脂を強化繊維基材に良好に含浸することができる繊維強化樹脂シートの製造方法及びその製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決すべく、発明者らが鋭意検討を重ねた結果、含浸時において、強化繊維基材の強化繊維およびマトリクス樹脂を、幅方向および厚さ方向に積極的に移動させることにより、強化繊維間に存在する気泡を脱気し、この強化繊維間にマトリクス樹脂を好適に含浸できるとの新たな知見を得た。
【０００９】
本発明は、この新たな知見に基づくものであり、本発明に係る繊維強化樹脂シートの製造方法は、一対の押圧部材の間に、強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維基材と、流動可能な状態のマトリクス樹脂とを供給し、前記一対の押圧部材で、前記強化繊維基材と前記マトリクス樹脂とを押圧することにより、前記強化繊維基材に前記マトリクス樹脂を含浸させる繊維強化樹脂シートの製造方法であって、前記一対の押圧部材のうち少なくとも一方の押圧部材として、表面に複数の突起が形成された押圧部材を用い、該一対の押圧部材の間において、前記強化繊維基材を押圧することにより、前記複数の突起で前記強化繊維をほぐしながら、前記マトリクス樹脂を前記強化繊維間に含浸させることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、押圧部材による押圧時に、押圧部材の表面に形成された複数の突起で、一方向に引き揃えられた強化繊維基材の強化繊維が幅方向および厚さ方向に分散（移動）するように強化繊維がほぐされ、押圧部材の押圧力により、このほぐされた強化繊維間に存在する気泡を脱気し、この強化繊維間に流動可能な状態のマトリクス樹脂が入り込む。これにより、強化繊維間にマトリクス樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートを得ることができる。
【００１１】
本発明でいう「繊維強化樹脂シート」とは、強化繊維基材と、この強化繊維基材に含浸されたマトリクス樹脂と、からなる複合材であり、強化繊維と合わせて所定の強度を保つことができるのであれば、特にその種類は限定されるものではない。また、本発明でいう「強化繊維基材」とは、一方向に引き揃えられた強化繊維束のことをいう。
【００１２】
また、「マトリクス樹脂」とは、この強化繊維同士を繋ぐための高分子樹脂のことをいい、マトリクス樹脂としては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のいずれの樹脂を用いてもよい。また、「流動可能な状態のマトリクス樹脂」とは、熱可塑性樹脂の場合には、加熱して軟化した状態の熱可塑性樹脂のことをいい、熱硬化性樹脂の場合には、未硬化の状態の熱硬化性樹脂のことをいう。
【００１３】
このような一対の押圧部材は、強化繊維基材の強化繊維間に、流動可能な状態のマトリクス樹脂を含浸させるべく、いずれか一方の表面に複数の突起が形成され、一対の押圧部材の間に、供給された前記強化繊維基材とマトリクス樹脂とを押圧し、マトリクス樹脂を含浸させることができるのであれば、特に、この押圧部材は限定されるものではない。例えば、平板状の押圧部材、ロール状の押圧部材、いずれの押圧部材を用いてもよい。また、このような突起は、この押圧部材に機械的又は化学的に表面処理を行うことにより形成してもよい。
【００１４】
しかしながら、好ましい態様としては、前記突起が形成された押圧部材として、押圧基材の表面に、前記複数の突起が形成されたシート材を配置した部材を用い、該シート材として、シート基材の表面に、前記強化繊維基材の強化繊維よりも硬質である硬質粒子を付着させることにより前記複数の突起が形成されたシート材を用いる。
【００１５】
この態様によれば、複数の突起が形成されたシート材を用いることにより、押圧基材の形状が、平板状であっても、ロール状であっても、このシート材を押圧基材の表面に容易に配置することができ、押圧部材の表面に突起を形成することができる。また、シート材を用いることにより、押圧基材の表面にマトリクス樹脂が付着することを防止することができる。
【００１６】
例えば、ロール状の押圧基材を用いる場合、シート材をベルト状にして、押圧基材の表面に巻き付けてもよい。さらに、シート材は、シート基材の表面に、上述した硬質粒子を分散して付着させることにより前記複数の突起が形成されるので、強化繊維の繊維径、強化繊維の材質等に応じて、硬質粒子の粒径及び材質を選定し、これをシート基材の表面に分散させることができる。
【００１７】
例えば、押圧基材は、金属製等からなる押圧部材の基材となるものであって、押圧時に塑性変形しないような剛性を有し、例えば、平板状、ロール状の金属製の基材を挙げることができる。
【００１８】
またシート基材は、シート材の基材となるものであって、例えば、紙、布等を挙げることができ、硬質粒子は、シート基材に接着剤等を介して付着している。硬質粒子としては、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などのセラミックス粒子などを挙げることができる。従って、シート材として、例えば、研磨紙、研磨布などを用いてもよい。
【００１９】
また、より好ましい態様としては、前記突起が形成された押圧部材の表面の中心線平均粗さＲａは、８μｍ以上である。押圧部材の表面をこのような表面粗さにすることにより、複数の突起で強化繊維基材の強化繊維をほぐしながら、マトリクス樹脂を前記強化繊維間に含浸させることができる。すなわち、突起が形成された押圧部材の表面の中心線平均粗さＲａが８μｍ未満の場合には、押圧時に、突起により強化繊維を充分ほぐすことができないため、強化繊維間にマトリクス樹脂が含浸できないことがある。
【００２０】
さらにより好ましくは、前記突起が形成された押圧部材の表面側に、前記強化繊維基材が接触するように、前記強化繊維基材を供給する。この態様によれば、突起が形成された押圧部材の表面に、強化繊維基材が供給されるので、強化繊維基材の強化繊維を複数の突起に直接的に接触させて、強化繊維をほぐすことができる。
【００２１】
また、本願において、繊維強化樹脂シートの製造装置をも開示する。本発明に係る繊維強化樹脂シートの製造装置は、強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維基材に、流動可能な状態のマトリクス樹脂を含浸させるべく、供給された前記強化繊維基材とマトリクス樹脂とを押圧する一対の押圧部材を備えた繊維強化樹脂シートの製造装置であって、前記一対の押圧部材のうち少なくとも一方の押圧部材の表面には、該一対の押圧部材の間において、前記強化繊維基材を押圧することにより、前記強化繊維をほぐすための複数の突起が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、一対の押圧部材の間に、強化繊維基材と、流動可能な状態のマトリクス樹脂とを供給し、一対の押圧部材で、強化繊維基材とマトリクス樹脂とを押圧することにより、押圧部材の表面に形成された複数の突起で強化繊維をほぐしながら、マトリクス樹脂を強化繊維間に含浸させることができる。
【００２３】
より好ましい態様としては、前記突起を有した押圧部材は、押圧基材の表面に前記複数の突起が形成されたシート材を配置した部材であり、該シート材は、シート基材の表面に、前記強化繊維基材の強化繊維よりも硬質である硬質粒子を付着させることにより、前記複数の突起が形成されている。この態様によれば、押圧基材の表面にマトリクス樹脂が付着することを防止することができる。また、硬質粒子およびシート基材の組合せは、上述した如くである。
【００２４】
さらに、より好ましい態様としては、前記突起が形成された押圧部材の表面の中心線表面粗さＲａは、８μｍ以上である。押圧部材の表面をこのような表面粗さにすることにより、複数の突起で強化繊維基材の強化繊維をほぐしながら、マトリクス樹脂を前記強化繊維間に含浸させることができる。
【００２５】
また、好ましい態様としては、前記突起が形成された押圧部材の表面に、前記強化繊維基材が接触するように、前記強化繊維基材が供給されるように構成されている。この態様によれば、強化繊維基材の強化繊維を、複数の突起に直接接触させて、強化繊維をほぐすことができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、押圧部材により、マトリクス樹脂を強化繊維基材に良好に含浸することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置の模式的概念図であり、（ａ）は、繊維強化樹脂シートの製造時における製造装置の模式的斜視図、（ｂ）は、（ａ）の部分断面図、（ｃ）は、強化繊維間へのマトリクス樹脂の含浸を説明するための概念図。
【図２】図１に示す製造装置の別の形態を示した模式的断面図であり、（ａ）は、第２実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置の模式的な部分断面図、（ｂ）は、その変形例を示した部分断面図。
【図３】本発明の別の形態を示した模式的断面図であり、（ａ）は、第３実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置の部分断面図であり、（ｂ）は、その変形例を示した部分断面図。
【図４】第４実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置の模式的断面図。
【図５】実施例１、２および比較例に係る押圧部材（シート材）の表面粗さを測定した結果であり、（ａ）は、実施例１に係る押圧部材の表面粗さの測定結果を示した図、（ｂ）は、実施例２に係る押圧部材の表面粗さの測定結果を示した図、（ｃ）は、比較例２に係る押圧部材の表面粗さの測定結果を示した図。
【図６】実施例１、２および比較例に係る繊維強化樹脂シートの断面写真図であり、（ａ）は、実施例１に係る繊維強化樹脂シートの断面写真図、（ｂ）は、実施例２に係る繊維強化樹脂シートの断面写真図、（ｃ）は、比較例１に係る繊維強化樹脂シートの断面写真図、（ｄ）は、比較例２に係る繊維強化樹脂シートの断面写真図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、図面に基づき、本発明に係る繊維強化樹脂シートを好適に製造することができる製造装置のいくつかの実施形態を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置の模式的概念図であり、（ａ）は、繊維強化樹脂シートの製造時における製造装置の模式的斜視図、（ｂ）は、（ａ）の断面図、（ｃ）は、強化繊維間へのマトリクス樹脂の含浸を説明するための概念図。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置１０は、一対の平板状の押圧部材１１、１２を備えており、押圧部材は、鋼鉄、アルミニウム等の金属からなる。この押圧部材１１、１２のうち一方（上側）の押圧部材１１には、シリンダおよびピストンからなる押圧手段１３が連結され、下側の押圧部材１２は固定されている。なお、ここでは、下側の押圧部材１２は固定されているが、上側の押圧部材１１と同じ構成の押圧手段で連結されていてもよい。
【００３１】
さらに、押圧部材１１の表面（対向面）には、一対の押圧部材１１、１２の間において、後述する強化繊維基材Ｆを押圧することにより、強化繊維ｆをほぐすための複数の突起（微小突起）１１ａ、…が形成されている。また、突起１１ａ、…が形成された押圧部材１１の表面の中心線平均粗さＲａは、８μｍ以上である。押圧部材１１の表面粗さは、放電ダル加工、ショットブラスト等機械的な表面処理加工、エッチングによる化学的な表面処理加工により、得ることができる。
【００３２】
さらに、下側の押圧部材１２の対向面は、押圧部材１１の如く突起がない平坦な表面（上側の押圧部材１１の表面の表面粗さよりもその表面粗さが小さい表面）であり、押圧部材１２の内部には、ヒータなどの加熱手段（図示せず）が設けられている。
【００３３】
この加熱手段により、マトリクス樹脂に熱可塑性樹脂を用いた場合には、押圧時（含浸時）に熱可塑性樹脂を加熱して、流動可能な状態にまで、軟化させることができる。一方、熱硬化性樹脂を用いた場合には、未硬化の熱硬化性樹脂を強化繊維間に含浸後、加熱して硬化させることができる。
【００３４】
なお、ここでは、下側の押圧部材１２の対向面は、平坦な表面であるが、後述する強化繊維をほぐすことができるのであれば、上側の押圧部材１１と同様の表面性状であってもよい。
【００３５】
このような製造装置１０を用いて、繊維強化樹脂シートＳを製造する。まず、強化繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維基材Ｆと、シート状のマトリクス樹脂Ｐを準備する。強化繊維基材Ｆは、繊維強化樹脂シートを強化するための強化繊維からなる繊維束そのものであってもよく、より好ましくは、開繊された強化繊維束である。さらに、繊維を好適にほぐし、繊維強化樹脂シートに対する強化繊維として機能するためには、強化繊維基材Ｆの強化繊維の繊維径は、５〜１５μｍの範囲にあることが好ましく、強化繊維基材の厚さは、２０〜３００ｍｍの範囲が好ましい。
【００３６】
また、強化繊維基材Ｆを構成する強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、有機繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維が挙げられる。
【００３７】
シート状のマトリクス樹脂Ｐは、強化繊維同士を繋ぐための高分子樹脂であり、その厚さは、２０〜３００ｍｍの範囲にあることが好ましい。また、本実施形態では、マトリクス樹脂Ｐとして、熱可塑性樹脂を準備する。しかしながら、熱硬化性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂の場合、未硬化の状態の熱硬化性樹脂を準備する。
【００３８】
熱可塑性樹脂としては、結晶性熱可塑性樹脂や非結晶性熱可塑性樹脂を使用でき、例えば、ナイロン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリプロピレン系樹脂などのオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、またはＡＢＳ系樹脂などを挙げることができ、これらよりも、より融点の高い（軟化点の高い）熱可塑性樹脂であってもよい。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、ビニルエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、繊維強化樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂等を挙げることができる。
【００３９】
このようにして準備した強化繊維基材Ｆとマトリクス樹脂Ｐとを、一対の押圧部材１１、１２の間に配置する。このとき、強化繊維基材Ｆが、押圧時において、押圧部材１１の突起１１ａが形成された表面に直接接触するように、この表面側に、強化繊維基材Ｆを配置する。ここでは、製造装置１０は、一般的に知られた搬送手段（図示せず）等を用いることにより、突起１１ａが形成された押圧部材１１の表面側に、強化繊維基材Ｆが供給（配置）されるように構成されていてもよい。
【００４０】
次に、配置された強化繊維基材Ｆとマトリクス樹脂Ｐとを押圧手段１３を用いて押圧する。この際に、マトリクス樹脂Ｐが熱可塑性樹脂である場合、下側の押圧部材１２の加熱手段により、マトリクス樹脂を加熱し軟化させる。
【００４１】
このようにして、図１（ｃ）に示すように、押圧部材１１による押圧時に、押圧部材１１の表面に形成された複数の突起１１ａで、一方向に引き揃えられた強化繊維基材の強化繊維ｆが繊維強化樹脂シートの幅方向および厚さ方向に分散（移動）するように強化繊維ｆがほぐされる。そして、このほぐされた強化繊維ｆ、ｆ間の気泡が外部に送り出されると共に、この強化繊維ｆ、ｆ間に、流動可能な状態のマトリクス樹脂Ｐが入り込む。これにより、強化繊維ｆ、ｆ間にマトリクス樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートを得ることができる。
【００４２】
図２は、図１に示す製造装置の別の形態を示した模式的断面図であり、（ａ）は、第２実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置の模式的な部分断面図、（ｂ）は、その変形例を示した部分断面図である。
【００４３】
図２（ａ）に示す製造装置が、図１に示す製造装置と相違する点は、上側の押圧部材であり、図２（ｂ）に示す製造装置が、図１に示す製造装置と相違する点は、一対の押圧部材である。したがって、以下の相違する点のみを説明し、同じ構成の部材に関しては、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
図２（ａ）に示すように、第２実施形態に係る製造装置１０Ａの上側の押圧部材１１Ａは、複数の突起が形成されており、具体的には、押圧基材１５の表面に、複数の突起が形成されたシート材１６を配置した部材である。シート材１６は、シート基材１６ａの表面に、強化繊維基材の強化繊維よりも硬質である硬質粒子１６ｂを付着させることにより複数の突起が形成されたシート材である。またこのシート材１６の中心線平均粗さＲａは、８μｍ以上である。
【００４５】
押圧基材１５は、金属製等の基材であって、押圧時に塑性変形しないような剛性を有し、例えば、平板状基材である。また、硬質粒子１６ｂとしては、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、などのセラミックス粒子を挙げることができ、強化繊維よりも硬質であることが好ましい。シート基材１６ａとしては、布、紙等の可撓性を有した基材を挙げることができ、硬質粒子は、シート基材１６ａに接着剤等を介して付着している。
【００４６】
この態様によれば、複数の突起が形成されたシート材１６を用いることにより、押圧基材１５の表面に、シート材１６を配置することができ、押圧部材１１Ａの表面に突起を形成することができる。また、シート材１６を用いることにより、押圧基材１５の表面にマトリクス樹脂が付着することを防止することができる。
【００４７】
シート材１６は、シート基材１６ａの表面に、硬質粒子１６ｂを分散して付着させることにより複数の突起が形成されるので、強化繊維の繊維径、強化繊維の材質等に応じて、硬質粒子の粒径及び材質を選定し、これをシート基材１６ａの表面に分散させることができる。
【００４８】
さらに、図２（ｂ）に示すように、製造装置１０Ｂの下側の押圧部材１２Ａは、図２（ａ）に示す押圧部材１１Ａと同様に、押圧部材１１Ａに対向する表面に複数の突起が形成されており、押圧基材１５の表面に、複数の突起が形成されたシート材１６を配置した部材であってもよい。
【００４９】
このような製造装置を用いた場合、上側及び下側の押圧部材１１Ａ、１２Ａの表面側に、強化繊維基材Ｆ１、Ｆ２を配置し、強化繊維基材Ｆ１、Ｆ２の間に、マトリクス樹脂Ｐを配置することにより、強化繊維基材Ｆ１、Ｆ２は、押圧部材１１Ａ、１２Ａに直接接触させ、これらの強化繊維を直接的にほぐすことができる。これにより、強化繊維を好適にほぐし、マトリクス樹脂Ｐを強化繊維間に含浸することができる。
【００５０】
図３は、本発明の別の形態を示した模式的断面図であり、（ａ）は、第３実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置の部分断面図であり、（ｂ）は、その変形例を示した部分断面図である。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る繊維強化樹脂シート製造装置２０は、シート状の強化繊維基材Ｆと、マトリクス樹脂Ｐとを、一対の押圧部材として、ロール２１、２２間に導入し、一対のロールを回転させながら強化繊維基材Ｆにマトリクス樹脂Ｐが含浸されることにより、繊維強化樹脂シートＳを製造することを目的とした装置である。
【００５２】
図３に示すように、本実施形態に係る製造装置２０は、一対のロール２１、２２間に導入される強化繊維基材Ｆを供給する強化繊維供給部３１と、一対のロール２１、２２間に導入されるマトリクス樹脂Ｐを供給する樹脂供給部３２と、を備えている。
【００５３】
強化繊維供給部３１は、シート状に連続繊維が一方向に引き揃えられた強化繊維基材Ｆを搬送方向Ｔに沿って供給するものであり、供給前の強化繊維基材Ｆは、コイル状に巻き付けられた巻体とされている。また、強化繊維供給部３１には、この巻体から巻き解かれたシート状の強化繊維基材Ｆが、後述するロール２１、２２間のうちロール２１側に直接接触するように配置されている。
【００５４】
一方、樹脂供給部３２は、本実施形態では、その一例として、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には、これを軟化点以上に溶融して、樹脂吐出口であるダイ（ノズル）を介してシート状の溶融したマトリクス樹脂Ｐを連続して成形するものである。樹脂供給部３２は、溶融したシート状の熱可塑性樹脂が、一対のロール２１、２２間に供給可能なように、一対のロール２１、２２の上方に配置されている。
【００５５】
ここで、一対のロール２１、２２は、水平方向に並んで配置されており、その内部には、円柱空間が形成され、加熱された媒体（例えば水など）が導入される。これにより、一対のロール２１、２２の周面を加熱することができる。
【００５６】
また、ロール２１の表面には、図１に示したのと同様に、強化繊維基材Ｆを押圧することにより、強化繊維をほぐすための複数の突起（図示せず）が形成されており、表面の中心線平均粗さＲａは、８μｍ以上である。さらに、他方のロール２２は、図１に示した下側の押圧部材１２と同じ表面粗さであり、ロール２２には、シリンダおよびピストンからなる押圧手段２３が連結され、ロール２１は固定されている。
【００５７】
このような構成とすることにより、強化繊維基材Ｆは、突起が形成されたロール２１に接触し、この表面に形成された複数の突起で、一方向に引き揃えられた強化繊維基材Ｆの強化繊維が幅方向および厚さ方向に分散（移動）するように強化繊維が連続的にほぐされる。そして、このほぐされた強化繊維間の気泡は押圧時の圧力により送り出さると共に、この送り出された箇所に、軟化したマトリクス樹脂Ｐが入り込む。これにより、強化繊維間にマトリクス樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートＳを得ることができる。
【００５８】
図３（ｂ）は、一対のロールを連続して配置した変形例である。図３（ａ）に示す構成と同じ機能の構成は、同じ符号を付して、その詳細の説明を省略する。図３（ｂ）に示すように、製造装置２０Ａは、押圧基材としての一対のロール２５、２５が、搬送方向Ｔに２組配置されており、その搬送方向Ｔに並んだそれぞれのロール２５、２５同士の表面は、シート材２６がベルト状に巻きつけられている。シート材２６は、図２（ａ）、（ｂ）に示したシート材と同じ構成である。また、２つの強化繊維供給部３１は、供給した強化繊維基材Ｆが、シート材２６の表面に直接接触するように配置されている。
【００５９】
このような製造装置２０Ａを用いた場合、各シート材２６の表面に、強化繊維基材Ｆ１、Ｆ２が供給され、強化繊維基材Ｆ１、Ｆ２の間に、マトリクス樹脂Ｐを配置することにより、強化繊維基材Ｆ１、Ｆ２は、押圧部材１１Ａに直接接触することができるので、強化繊維を好適にほぐし、マトリクス樹脂Ｐを強化繊維間に含浸することができる。
【００６０】
図４は、第４実施形態に係る繊維強化樹脂シートの製造装置の模式的概念図である。図４に示す製造装置は、図３（ａ）に示す製造装置に対して、一対のロールのうち、一方のロールの形状が相違する。従って、図３（ａ）の製造装置の構成と同じ機能の構成は、同じ符号を付して、その詳細の説明を省略する。
【００６１】
図４に示すように、繊維強化樹脂シートの製造装置４０のロール（押さえロール）４２は、ロール（主ロール）２１を押さえるロールであって、押圧手段２３の押圧力により、押さえロール４２は、押さえロール４２の周面が主ロール２１の周面の形状に倣って変形して、ロール間に供給物が無いときには、これらのロール同士が面圧着するように構成されている。また、押さえロール４２の表面粗さは、図３に示すロール２２の表面粗さと同等である。
【００６２】
押さえロール４２は、押圧手段２３の押圧力により主ロール２１の周面の形状に倣って変形する薄肉金属外筒４４と、薄肉金属外筒４４の内部において筒状空間Ｓ２が形成されるように、薄肉金属外筒４４に内挿された軸芯体４７と、を少なくとも備えている。また、薄肉金属外筒４４の周面部分の可撓性を高めるべく、薄肉金属外筒４４の肉厚をｔ、ロール半径をｒとしたとき、ｔ／ｒ≦０．０３の関係を満たしていることが好ましい。また、筒状空間Ｓ２の内部には、加熱された媒体（例えば水など）が導入される。
【００６３】
このような製造装置４０を用いた場合、強化繊維基材Ｆは、突起が形成された主ロール２１と、これを押圧する押さえロール４２と間で面接触し、この主ロール２１の表面に形成された複数の突起で、強化繊維基材Ｆの強化繊維が幅方向および厚さ方向に分散（移動）するように強化繊維が連続的にほぐされる。そして、このほぐされた強化繊維間に、軟化したマトリクス樹脂Ｐが入り込み、強化繊維間にマトリクス樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートを得ることができる。
【実施例】
【００６４】
以下に本発明の実施例を説明する。
〔実施例１〕
以下に示す実施例は、上述した図２（ｂ）に示す製造装置を用いて製造した。具体的には、上側の押圧部材として、２８０ｍｍ×３００ｍｍの鉄製の押圧基材を準備し、この押圧基材の表面にシート材として、クラフト紙にアルミナからなる硬質粒子を分散した研磨紙（＃５００）を準備した。なお、シート材の表面粗さを、触針式の表面粗さ計で測定したところ、図５（ａ）に示すように、中心線平均粗さＲａ８．０４μｍであった。下側の押圧基材は、平坦な表面（中心線平均粗さＲａ０．０２μｍ）であった。
【００６５】
次に、強化繊維基材として、強化繊維が一方向に引き揃えられた厚さ２０ｍｍ、繊維径７μｍの炭素繊維基材と、マトリクス樹脂として、６−ナイロンを準備し、これらを一対の押圧部材の表面に配置し、プレス前に、３００℃の温度条件で、３０秒間、強化繊維基材を予熱し、温度３０℃で加熱してマトリクス樹脂を流動可能な状態とし、圧力６ＭＰａで、３秒、これらを押圧して、マトリクス樹脂を強化繊維基材に含浸させ、繊維強化樹脂シートを製造した。そして、この繊維強化樹脂シートの断面を顕微鏡観察した。この結果を、図６（ａ）に示す。
【００６６】
〔実施例２〕
実施例１と同様に、繊維強化樹脂シートを製造した。実施例１と相違する点は、シート材の硬質粒子の大きさを変更して、シート材の中心線平均粗さＲａを２０．３μｍにした点（研磨紙（＃１８０）を用いた点）である（図５（ｂ）参照）。そして、この繊維強化樹脂シートの断面を顕微鏡観察した。この結果を、図６（ｂ）に示す。
【００６７】
〔比較例１〕
実施例１と同様に、繊維強化樹脂シートを製造した。実施例１と相違する点は、シート材を用いなかった点である。すなわち、上側の押圧基材の表面は、下側の押圧基材と同じにした点である。そして、この繊維強化樹脂シートの断面を顕微鏡観察した。この結果を図６（ｃ）に示す。
【００６８】
〔比較例２〕
実施例１と同様に、繊維強化樹脂シートを製造した。実施例１と相違する点は、シート材（研磨紙）の硬質粒子の大きさを変更して、シート材の中心線平均粗さＲａを３．９４μｍにした点（研磨紙（＃１０００）を用いた点）である（図５（ｃ）参照）。そして、この繊維強化樹脂シートの断面を顕微鏡観察した。この結果を、図６（ｄ）に示す。
【００６９】
〔結果〕
図６（ａ）（ｂ）に示すように、実施例１及び２の繊維強化樹脂シートは、比較例１及び２のものに比べて、強化繊維基材の繊維束にマトリクス樹脂が良好に含浸されていた。また、実施例１及び２の繊維強化樹脂シートの厚みは、７０μｍ〜８０μｍの範囲にあり、比較例１及び２のもの（９０μｍ程度）に比べて薄かった。
【００７０】
実施例１及び２繊維強化樹脂シートは、繊維束内に樹脂が侵入しており、実施例１の場合には、特に研磨紙側でその傾向か顕著であり、さらに実施例２の場合には、厚さ方向全体で、樹脂／繊維が均一化する傾向にあった。
【００７１】
比較例１の繊維強化樹脂シートは、図６（ｃ）に示すように、マトリクス樹脂が強化繊維基材に均一に含浸せず、繊維間に気泡が残存し、これが別々に存在していることが確認できた。比較例２の繊維強化樹脂シートは、図６（ｄ）に示すように、繊維束内に樹脂が充分に侵入していなかった。
【００７２】
〔考察〕
実施例１及び２の繊維強化樹脂シートは、シート材の表面に形成された複数の突起により、表面に微小圧力勾配が作用し、この結果、強化繊維が繊維強化樹脂シートの幅方向及び厚さ方向に移動し（ほぐされ）、これにより繊維間の気泡が送り出され、強化繊維基材へのマトリクス樹脂の含浸が促進されたと考えられる。これにより、実施例１及び２の繊維強化樹脂シートの厚みは、比較例１及び２のものに比べて、薄くなったと考えられる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記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。
【００７４】
上述した実施形態では、突起が形成された押圧部材（ロール）の表面側に、直接接触するように、強化繊維基材を供給するようにしたが、複数の突起で強化繊維基材をほぐすことができるのであれば、突起が形成された押圧部材（ロール）の表面側に、マトッリクス樹脂を接触するように、マトリクス樹脂を供給してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１０、１０Ａ：繊維強化樹脂シート製造装置、１１、１１Ａ、１２：押圧部材、１１ａ：突起、１３：押圧手段、１５：押圧基材、１６：シート材、１６ａ：シート基材、１６ｂ：硬質粒子、２０、２０Ａ：繊維強化樹脂シート製造装置、２１、２２：ロール（押圧部材）、２３：押圧手段、２５：ロール（押圧基材）、２６：シート材、３１：強化繊維供給部、３２：樹脂供給部、４０：繊維強化樹脂シート製造装置、４２：押さえロール、４４：薄肉金属外筒、４７：軸芯体
【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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