(57)【要約】【課題】安定して長時間の連続運転が可能な補強繊維ストランド分繊糸の製造方法を提供すること。【解決手段】補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理を含む、補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理を含む、補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項２】
補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理が分繊治具を用いて行われ、該分繊治具が凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１）、（２）の条件を満たすものである請求項１記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
（１）凸部の高さが、ストランド厚さの１倍以上であること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ〜５０ｍｍであること。
【請求項３】
前記分繊治具が複数の前記分繊部を有する請求項２記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項４】
前記補強繊維ストランドが、前記分繊治具の分繊部に複数回接触する請求項２または３に記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項５】
前記補強繊維ストランドが炭素繊維ストランドである請求項１〜４のいずれか１項記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項６】
前記分繊治具に、前記補強繊維ストランドが接触する際、前記補強繊維ストランドの巾が１ｍｍ〜３００ｍｍである請求項２〜５のいずれか１項記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項７】
前記補強繊維ストランドが前記の間欠的に分繊する処理の前または後に拡幅治具により拡幅される請求項２〜６のいずれか１項記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項８】
凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１’）、（２）の条件を満たす分繊治具。
（１’）凸部の高さが、０．００８ｍｍ以上１００００ｍｍ以下の範囲にあること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ〜５０ｍｍであること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は補強繊維ストランド分繊糸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の筐体や自動車の構造材料に、繊維補強複合材料を用いてより一層の軽量化を達成しようとする試みが盛んに行われている。繊維補強複合材料の製造において、補強繊維（reinforcing fiber）としては、太さ（直径）数μｍの単繊維（single filament）が多数合わさった形態で、かつ、ローラーによって工程内を搬送できる充分な長さを有するもの、つまりストランドの形態の補強繊維（補強繊維ストランド）が、適宜加工され用いられることが多い。
【０００３】
従来、繊維補強複合材料に補強繊維ストランドを用いる方法としては、構成する単繊維（single filament）数が多めの太い補強繊維ストランドを生産し、それを拡幅等して薄く扁平な補強繊維ストランドとし、これをそのまま、または分繊して用いる方法が、コスト抑制の観点から好ましいものとして知られている。
【０００４】
補強繊維ストランドを拡幅する方法としては、水流や高圧空気流を補強繊維ストランドに当てて構成繊維を幅方向へ散ける方法、空気中あるいは液体中で超音波等によりストランドに振動を与えて広げる方法（特許文献１や特許文献２）、あるいはストランドと拡幅治具との接触によりストランドを延し広げる方法（例えば特許文献３）などが知られている。
【０００５】
一方、分繊技術としては、補強繊維ストランドを櫛目のような治具で連続的に分繊する方法（特許文献４）や、補強繊維ストランド中における位置関係が長さ方向において変動している単繊維を積極的に切断して分繊する方法（特許文献５）などが知られている。しかし、繊維補強複合材料のより一層のコストダウンを可能とするため、安定的かつ大量に補強繊維ストランド分繊糸を製造する方法が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−７７３４２号公報
【特許文献２】特許第３０４９２２５号公報
【特許文献３】特開２００７−３１３６９７号公報
【特許文献４】米国特許第６３８５８２８号
【特許文献５】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】
【０００７】
本発明者らは、補強繊維ストランド分繊糸を製造するための従来の方法に対し、以下のような具体的な課題が存在することを見出し、それらの課題を解決する製造方法を完成させた。
【０００８】
・補強繊維ストランドは、その製造工程において若干の撚りがかかっていたり、補強繊維ストランドを構成している単繊維同士の位置関係が長さ方向において変動したりしていることが多く、これら撚りや長さの変動がストランドの連続的な分繊の障害となることがある。
・特許文献４のような分繊方法では、補強繊維ストランド中の単繊維間の位置関係が長さ方向において変動しており、ストランド中を斜めに走る単繊維の存在により、櫛目の局所に次第に撚りが溜まってくる。その結果、工程張力が著しく上昇し、多量の毛羽の発生や繊維の損傷が生じ、最終的には補強繊維ストランドが切断されてしまうことがある。
・上記の撚りや単繊維の位置変動に起因する問題は、拡幅された補強繊維ストランドを分繊する場合にはより深刻になる。
・特許文献５のような分繊方法では、切断された単繊維による巻き付きトラブルが多発する、多量の毛羽が生じる、刃の摩耗が著しい。
【０００９】
本発明は、補強繊維ストランド分繊糸の製造方法として、上記従来技術の課題を解決し、安定して長時間の連続運転が可能な製造方法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】
【００１０】
本発明の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法は、補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理を含むことを特徴とする。
本発明の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法としては、補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理が分繊治具を用いて行われ、該分繊治具が凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１）、（２）の条件を満たすものであると好ましい。
（１）凸部の高さが、ストランド厚さの１倍以上であること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜５０ｍｍであること。
更に、本発明は、凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１’）、（２）の条件を満たす分繊治具の発明も包含する。
（１’）凸部の高さが、０．００８ｍｍ以上１００００ｍｍ以下の範囲にあること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜５０ｍｍであること。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、補強繊維ストランド分繊糸の製造方法として、安定して長時間の、連続運転が可能な製造方法を提供する。本発明により、所望の幅の補強繊維ストランド分繊糸を効率よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ホイール式分繊治具の模式図。
【図２】位相差式分繊治具の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、補強繊維ストランド（以下、単にストランドと略する場合がある）を間欠的に分繊する処理を含む、補強繊維ストランド分繊糸（以下、単に分繊糸と略称する場合がある）の製造方法である。
【００１４】
本発明で用いられる補強繊維としては、繊維補強複合材料に用いることが可能な高強度繊維であれば繊維の種類について特に限定は無く、各種の無機系繊維や有機系合成繊維を挙げることができる。より具体的には、無機系繊維としては炭素繊維、ガラス繊維などが、有機系合成繊維としては芳香族ポリアミド繊維などが好ましい。なかでも本発明の製造方法は、炭素繊維等に対し特に効果的である。炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、石油ピッチ系、石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系など、何れの炭素繊維も使用することができるが、特に、ＰＡＮを原料としたＰＡＮ系炭素繊維であることが、工業規模における生産性及び機械的特性に優れており特に最適である。
【００１５】
本発明においては、複数種類の補強繊維ストランドを同時に用いて間欠的に分繊処理してもよい。ここでいう数種類の補強繊維ストランドとは、例えば、炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドの組み合わせ、ＰＡＮ系炭素繊維ストランドとリグニン系炭素繊維ストランドの組み合わせ、レギュラートウのＰＡＮ系炭素繊維ストランドとラージトウのＰＡＮ系炭素繊維ストランドの組み合わせなどが挙げられる。
【００１６】
本発明で用いる補強繊維ストランドは、複数の単繊維が集合し束状構造となったものであると好ましい。束状構造を構成する単繊維の本数としては１０００本〜１０万本であると、本発明の効果が特に顕著となり好ましく、さらには６０００本〜７万本の範囲であることが好ましい。
単繊維本数が上記範囲にある補強繊維ストランドを用いると、本発明の効果が発揮され易くなる。
【００１７】
補強繊維ストランドの総繊度としては３０ｔｅｘ〜５０万ｔｅｘであることが好ましく、特には２００〜４０００ｔｅｘであることが好ましい。
補強繊維としては、束状構造を構成する単繊維の直径が１μｍ〜１０μｍの範囲にあるものが好ましく、特には５〜１０μｍの範囲にあるものが、好ましい。これは、当該単繊維直径の補強繊維を繊維補強複合材料とするとマトリックスへの補強効果が高くなる傾向にあるからである。
また補強繊維の引張強度としては、６００ＭＰａ〜１５ＧＰａの範囲であることが好ましく、特には１０００ＭＰａ〜１００００ＭＰａの範囲であることが好ましい。
【００１８】
このような補強繊維ストランドは、分繊前の幅が、１ｍｍ〜３００ｍｍの範囲であると入手が容易であるなどの点で好ましく、３ｍｍ〜３００ｍｍであるとより好ましく、５〜１００ｍｍであると更に好ましく、８〜４０ｍｍの範囲が特に好ましい。本発明において、補強繊維ストランドを用いる際の本数に特に制限は無く、１本ずつ処理してもよく、複数本のストランドを集めて一度処理してもよい。このように複数のストランドを用いる場合には、多錘で供給するのも好ましい方法である。投入するストランドの本数および幅に応じて、各治具を軸方向に延長する事により、本発明の製造方法においては容易に対応することが出来る。
【００１９】
本発明に用いられる補強繊維ストランドの形状としては若干扁平であることが好ましく、とくに限定されるものではないが、そのストランドの断面形状が長方形、円形および楕円形であることが好ましい。ストランドの厚さとしては０．０１〜１０ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．０５〜３ｍｍの範囲にあることがより好ましく、０．０５〜１ｍｍの範囲にあると更に好ましく、０．０８〜０．５ｍｍの範囲にあるとより好ましく、これらのうちのある範囲の下限値と、別の範囲の上限値との組み合わせであっても良い。この厚さは例えば炭素繊維であれば、拡幅前のストランドはサイジング剤によって収束されていることが多く、ノギスやマイクロメーターを用いて測定する事が可能で有る。また、何れの補強繊維であっても、樹脂に埋めて断面を研磨し、顕微鏡等で観察し、正確に厚みを測定することができる。
【００２０】
通常本発明に用いられる補強繊維ストランドは、あらかじめサイジング剤が付着しているものであることが好ましい。サイジング剤の付着量としては、補強繊維１００重量部に対し、０．０１〜１５重量部であることが好ましく、特には０．０１〜５重量部であることが好ましい。サイジング剤の種類に特に制限は無く、例えば、エポキシ基、ウレタン基、アミノ基、アミド基、エーテル基、カルボキシル基等の官能基を有する種々の化合物を使用することができる。本発明により得られる補強繊維ストランド分繊糸にて、マトリックス樹脂を補強し繊維補強複合材料とする場合、補強繊維ストランドは、マトリックス樹脂と同じ樹脂系のサイジング剤が付着したものであることが好ましいく、例えばマトリックス樹脂がポリアミド系樹脂であれば、サイジング剤もポリアミド系で樹脂あることが好ましい。
【００２１】
本発明の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法は、上記のような補強繊維ストランドを、間欠的に分繊する処理を含む。この間欠的に分繊する処理は、分繊治具を用いて行われるものであると好ましい。通常、補強繊維ストランドはその製造時に若干の撚りがかかっていたり、単繊維の位置関係が長さ方向において変動したりしている。そしてこのような撚りや位置変動に起因する欠点は、拡幅することによって、より拡大される傾向にある。そのため連続的に補強繊維ストランドを分繊治具にて分繊しようとした場合、ストランドにななめ方向に走る少数の単繊維の存在により、次第に分繊治具上にてストランドが偏り、均一かつ安定的な分繊ができない現象が発生する。しかし本発明ではストランドを間欠的に分繊する処理を含むため、ストランドの偏りが生じても、速やかにストランドの糸道が正常に復帰し、均一かつ安定的な分繊が行われるのである。
【００２２】
本発明の製造方法では、間欠的に分繊する処理が、分繊治具を用いて行われ、該分繊治具が凹凸形状の分繊部を有し、凸部の高さが、ストランド厚さの０．８倍以上、好ましくは０．９倍以上であり、凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜５０ｍｍであると好ましい。
【００２３】
更に、本発明の製造方法では、該分繊治具が有する凹凸形状の分繊部が下記（１）、（２）の条件を満たすものであるとより好ましい。
（１）凸部の高さが、ストランド厚さの１倍以上であること
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜５０ｍｍであること
【００２４】
このような分繊部は、ストランドの進行方向の直角方向（幅方向）に、ストランドの粗密斑が発生するよう配置された凹凸を有することにより、ストランドを分繊することとなる。分繊治具の凹凸形状の分繊部は、補強繊維ストランドを分繊するだけでなく、ストランドの幅の乱れを抑制する効果や、ストランドの糸道を一定にする効果も有する。
【００２５】
本発明で用いられる分繊治具としては、分繊部の凸部の先端の曲率半径Ｒが前記（２）の条件を満たすものであると、分繊が極めて円滑に行われ、かつ、分繊治具の作成や調達が容易で好ましい。当該曲率半径Ｒの範囲の下限は、０．０２５ｍｍ（２５μｍ）であるとより好ましく、０．０５ｍｍ（５０μｍ）であるとより一層好ましい。当該曲率半径Ｒの範囲の上限は、１０ｍｍであるとより好ましく、１ｍｍであるとより一層好ましい。  当該曲率半径Ｒの範囲は上記の好ましい上限値、下限値それぞれから適宜選択されるものの組み合わせであって良いが、一例としては０．０２５ｍｍ（２５μｍ）〜１０ｍｍであると好ましく、０．０５ｍｍ（５０μｍ）〜１ｍｍであるとより好ましい。
【００２６】
分繊治具が凹凸形状の部分を有する治具の場合、その凹凸による高低差、つまりは凸部の高さがストランド厚さの１倍以上であると好ましく、５倍以上であるとより好ましく、１０倍以上であると更に好ましい。凸部の高さはストランド厚さの１０００倍以下であると好ましく、１００倍以下であるとより好ましく、６０倍以下であると更に好ましく、３０倍以下であるとより好ましい。このようにストランドの厚さよりも凹凸が大きい場合には、しっかり分繊することができる。
【００２７】
本発明において用いられる分繊治具としては、ロールやピンなどの形状であるものでも良いし、ストランドにあたる面がくし状の形状であるものや、薄い板状のものを一定間隔にて重ね合わせ、板状の凸部によりストランドを分繊するものであっても良い。分繊治具は、そのストランドが接触する面に凹凸を有するものであると好ましく、例えばストランドのあたる面がギザギザの凹凸を有するピン形状であることが好ましい。分繊治具がロールやピンなどの円筒形の形状である場合には、それらの直径は５〜９００ｍｍであることが好ましく、さらには１０〜５００ｍｍであることが好ましい。
【００２８】
本発明の製造方法で用いられる分繊治具は、一つの分繊治具が複数の分繊部を有するものであっても好ましい。この場合、一つの分繊治具の複数の分繊部が同時に補強繊維ストランドに接することで、分繊部と分繊部の間において、非分繊の領域が発生し、間欠的に分繊する処理がおこなわれる。この場合、補強繊維ストランドは分繊治具に十分に接触させることが必要である。あるいは走行するストランドと同じ速度で分繊治具を回転させたり分繊治具を上下に動かしたりする等により、分繊する部分と分繊しない部分が発生するように製造することも可能である。
【００２９】
より具体的には、例えば分繊治具として１本のロールを用いる場合、その１本のロールの円周方向に、複数の凹凸部を設け、その凹凸部が分繊部として配置されているものであることが好ましい。そして走行するストランドをこのロールに十分に抱かせることにより、またはロールを回転させることにより、ストランドが凹凸部（分繊部）によって、間欠的に処理されることとなる。
【００３０】
本発明における、ストランドを間欠的に分繊する処理としてはストランドの糸道上にて、ストランドが分繊治具に複数回接触することも工程の設置が容易で好ましい。例えば分繊部を有するロールを複数本配置し、繊維ストランドに接触させることは、治具や装置の調達や設置が容易で好ましい。また、この時のロールとして、上記の１本のロールの円周方向に分繊部と非分繊部を交互に複数ヶ所設けたロールを、単体または複数本配置することも好ましい。特にこの場合には、１本のロール中に分繊部と非分繊部が配置されているため、より分繊部のストランドへの接触、非接触を頻繁に繰り返すことが可能となる。
【００３１】
本発明において用いられる分繊治具としては、前記のような凹凸形状の分繊部を有し、当該凹凸形状の凸部が前記（１）、（２）の条件を満たす回転体、例えばロール等、であると好ましい。つまり、本発明は、凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１’）、（２）の条件を満たす分繊治具の発明も包含するものである。
（１’）凸部の高さが、０．００８ｍｍ以上１００００ｍｍ以下の範囲にあること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜５０ｍｍであること。
【００３２】
本発明の分繊治具の凸部の高さは０．０５ｍｍ以上であると好ましく、０．５ｍｍ以上であるとより好ましく、１．０ｍｍ以上であると更に好ましい。凸部の高さは１０００ｍｍ以下であると好ましく、１００ｍｍ以下であるとより好ましく、１０ｍｍ以下であると更に好ましく、５ｍｍ以下であると特に好ましい。
本発明の分繊治具は、回転体であると好ましく、特にストランドが分繊され分繊糸となって送られる方向に回転する回転体であるとより好ましい。
【００３３】
本発明で用いられる分繊治具や、分繊治具を含む分繊装置としては、例えば、ホイール式分繊治具や、位相差式分繊装置が特に好ましい。
ホイール式分繊治具とは、例えば図１のように、大きな直径のホイール（円盤）上に数か所の比較的小さな分繊部が設置されているものである。分繊部の材質は超硬合金（Cemented Carbide）であることが好ましい。分繊部の配置としては、等間隔に円周上に配置し固定したものであることが好ましい。分繊部としては、例えば円柱を長手方向に２分割した形状が好ましい。
【００３４】
より具体的には、ホイール式分繊治具のホイールの直径は３０〜１５００ｍｍの範囲であることが好ましい。またストランドのホイール式分繊治具への抱き角としては特に制限はないが、１０〜２７０度の範囲であることが好ましい。分繊治具の前後に糸道変換用のロールを設置することにより、抱き角は３６０度未満の任意の角度を採用することが可能である。分繊部の数としては２個以上、特には３〜１０個の範囲であることが好ましい。また、分繊が間欠的に行われればよく、ホイールの回転はストランドの走行方向と同じでも逆でも良いが、毛羽発生低減の面からは同方向であることが好ましい。ただし、同方向である場合の中で特に、非分繊部を生じさせたくない場合、ホイールをストランドの走行速度よりも速く回転させることが必要である。周速としては、ストランドの走行速度に応じて広い範囲に適用できるが、通常は１０００ｍ／分以下、特には５〜３００ｍ／分の範囲が好ましい。また分繊を行うためには張力も重要であり、分繊後の繊維ストランドの張力としては、１０ｋｇｆ（９８Ｎ）以下、特には０．１〜５ｋｇｆ（０．９８〜４９Ｎ）の範囲であることが好ましい。張力が低すぎるとたるみがちで、分繊不良を生じやすく、間欠的にあたるときの張力変動に悪影響を受け、逆に張力が高すぎるとストランドが損傷する傾向にある。
【００３５】
本発明に関して、位相差式分繊装置とは、２つ以上の分繊治具からなり、ストランドに、ある分繊治具の分繊部が接している時は、少なくとも１つの別の分繊治具の分繊部はストランドに接しないという関係を保ちつつ、各分繊治具の分繊部が交互にストランドに接することにより、ストランドを間欠的に分繊する装置を指す。位相差式分繊装置の例として、円柱の一部分が凹凸（分繊部）である分繊ロール（凹凸形状の分繊部を有する分繊治具）を複数本並べ、繊維ストランドは位相差により一部の分繊ロールの分繊部には接するが、他の分繊ロールには、分繊部の反対側のスムーズな面（非分繊部）に接する構造を有するものを図２に示す。分繊ロールの本数としては２本以上であることが好ましい。
【００３６】
より具体的には、各分繊ロールの直径としては、１０〜１０００ｍｍ、特には５００ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。またストランドの位相差式分繊装置の分繊治具への抱き角としては特に制限はないが、十分にストランドが凹凸部に食い込むことが必要である。ユニットの前後に糸道変換用のロールを設置することにより、抱き角は調整することが可能である。また、分繊が間欠的に行われればよく、分繊ロールは常に回転する方法以外に、周期的にストランドが接する場所を変化させる方法であっても良い。ただしあまり長時間分繊ロールの同じ面がストランドに接しないことが好ましく、ストランドの走行速度に応じて広い範囲に適用できるが、３秒に一回程度回転することが好ましい。この回転の方向は、ストランドの走行方向と同じでも逆でも良いが、毛羽発生低減の面からは同方向であることが好ましい。分繊後のストランドの張力としては、１０ｋｇｆ（９８Ｎ）以下、特には０．１〜５ｋｇｆ（０．９８〜４９Ｎ）の範囲であることが好ましい。張力が低すぎるとたるみがちで、分繊不良を生じやすく、分繊部に間欠的にあたるときの張力変動に悪影響を受け、逆に張力が高すぎるとストランドが損傷する傾向にある。
【００３７】
上記のようなホイール式分繊治具や位相差式分繊治具に用いられる分繊部としては、材質は超硬合金やダイヤモンド等であることが好ましい。また糸道の有効幅は処理するストランド幅以上であれば足りるが、複数本のストランドを同時に処理する場合には、それに応じた幅とすることが必要である。通常このような凹凸形状を有する分繊治具を単純に使用した場合には、張力等の工程条件の調整が困難となり、ストランドの幅が広い場合にはより一層困難となるが、本発明の製造方法では間欠的に接したり離れたりするために、その都度最適な条件での分繊が行われることとなる。凹凸ピッチは目的の欲しい分繊束によって任意の間隔を選択できるが、０．３〜１０ｍｍであることが好ましく、凸部の頂点のＲや、凹部のＲは、０．０５〜５０ｍｍであることが好ましい。凸部頂点のＲは小さい方が分繊性に優れるもののストランドの損傷が大きくなる傾向にある。また、分繊部の形状としては、半円形以外にも、円形、楕円形、四角形、台形、三角断面等の様々な形状を用いることができる、頂点や底部のＲを適切なものに調整することが好ましい。一つの凸部の側面の角度としては特に限定しないが１５°〜９０°であることが好ましく、さらには３０°〜９０°の範囲が最適である。
【００３８】
本発明の製造方法は、補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理の前または後に、拡幅治具による拡幅されることも好ましい。このような拡幅治具としては、ストランドを拡幅できる治具であれば特に制限は無いが、一般には拡幅治具としては一つのゆるやかな凸部を有する治具、いわゆる太鼓形状の治具であると好ましい。本発明において、予め拡幅された繊維ストランドを用いることにより、分繊糸が安定生産される効果がより発揮される。
【００３９】
このような拡幅治具としては、ロールやピンなどの形状でも良いし、固定した治具の繊維束（ストランド）が接触する面に凸部を形成したものでも良い。ロールやピンなどの円筒形の形状を取る場合には、最大部の直径としては５〜９００ｍｍであることが好ましく、さらには１０〜９０ｍｍであることが好ましい。
【００４０】
この拡幅治具は、糸道上に凸部を有するのであればその断面形状は特には問わないが、抱き角や糸道の自由度が高い点からは、治具の断面形状は円形であることが好ましい。抱き角としては１〜３５０°の範囲であることが好ましい。この抱き角は治具間の距離や高さを変更することにより容易に調整することが可能である。
【００４１】
拡幅治具の凸部は、治具の中央ほど大径になっており、いわゆる太鼓形状に加工されていると好ましい。凸部は円弧状であることも好ましく、その場合の曲率半径Ｒは、Ｒ＝１０ｍｍ〜９００ｍｍが好ましく、さらにはＲ＝１０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であることがより好ましい。拡幅治具の曲率半径が小さすぎると拡幅状態が不良になりやすく、曲率半径が大きすぎると拡幅が不十分になる傾向に有る。
拡幅治具の有効幅を設定することにより、補強繊維ストランドの拡幅後の幅を調整することが可能である。さらには有効幅を規定したフラットバーやピン、ロール等の治具を用いることにより、より品質の安定した補強繊維ストランドを得ることが可能となる。
【００４２】
本発明に用いることができる拡幅治具を形成する材質は特に限定しないが、ステンレス、鉄、銅等の金属や、ガラスやアルミナ、ジルコニア等のセラミックスが好ましい。金属には梨地加工や磨き加工、クロムメッキ等の表面処理、セラミックスにはフッ素樹脂等の合成樹脂をコーティングしておくこともできる。もっとも好ましくは、ステンレス鋼にハードクロムメッキ加工を施したものである。特に炭素繊維のように剛性が高い繊維を用いる場合、擦過による治具の耐摩耗性を向上させるために特に好ましい。さらに拡幅治具に超音波振動等の振動や、加熱・冷却を与える事でより好適に使用できる場合もある。
【００４３】
本発明の製造方法においては、ストランドが上記のような分繊治具で処理される前にあらかじめ収束治具で処理されることも好ましい。そのような収束治具としては、ストランドの糸道を位置決めできる治具であれば特に制限は無いが、一般には収束治具としては、一つの凹部を形成する治具であることが好ましい。いわゆる鼓形状の治具である。
このような収束治具としては、ロールやピンなどの形状でも良いし、固定した治具のス
トランドが接触する面に凹部を形成したものでも良い。ロールやピンなどの円筒形の形状
を取る場合には、最大部の直径としては５〜９００ｍｍであることが好ましく、さらには
１０〜３００ｍｍであることが好ましい。
【００４４】
糸道上に凹部を有するのであれば収束治具の断面形状は特には問わないが、抱き角や糸道の自由度が高い点からは、収束治具の断面形状は円形であることが好ましい。抱き角としては１〜３５０°の範囲であることが好ましい。この抱き角は治具間の距離や高さを変更することにより容易に調整することが可能である。
収束治具の凹部は、治具の中央ほど小径になっている、いわゆる鼓形状に加工されているものであると好ましい。凹部は円弧状であることも好ましく、その場合の曲率半径Ｒは、Ｒ＝１０ｍｍ〜９００ｍｍが好ましく、さらにはＲ＝１０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であることがより好ましい。Ｒが小さすぎると補強繊維が収束されすぎ、逆に大きすぎると位置決め効果が劣る傾向となる。
【００４５】
本発明に用いることができる収束治具を形成する材質は特に限定しないが、ステンレス、鉄、銅等の金属や、ガラスやアルミナ、ジルコニア等のセラミックスが好ましい。金属には梨地加工や磨き加工、クロムメッキ等の表面処理、セラミックスにはフッ素樹脂等の合成樹脂をコーティングしておくこともできる。もっとも好ましくは、ステンレス鋼にハードクロムメッキ加工を施したものである。特に炭素繊維のように剛性が高い補強繊維を用いる場合、擦過による治具の耐摩耗性を向上させるために特に好ましい。さらに収束治具に超音波振動等の振動や、加熱・冷却を与える事でより好適に使用できる場合もある。
【００４６】
本発明の製造方法では、特に好ましくはストランドが分繊治具で処理される前に、収束治具、ギザ治具、拡幅治具にて順に処理して拡幅し、最後に分繊治具により分繊することが好ましい。ここで収束治具や拡幅治具は上記で述べたような治具であり、ギザ治具としては、これらの糸道が安定するように小さな凹凸が存在する治具である。
さらにこれらの各治具に超音波振動等の振動や、加熱・冷却を与える事でより好適に使用できる場合もある。
【００４７】
本発明の製造方法にて用いることができる収束治具、ギザ治具、拡幅治具は、補強繊維ストランドを柔軟にして加工しやすくするために、ヒーター等にて加熱されていることが好ましい。例えば治具類を棒ヒーターで加熱するなどして、一般的なサイジング剤の軟化温度となる３０〜３００℃程度に温度調整した状態で本発明の製造方法において用いることが好ましい。
【００４８】
本発明の製造方法にて得られる補強繊維ストランド分繊糸は、繊維補強複合材料に好適に用いることができる。
そのような繊維補強複合材料において、本発明の補強繊維ストランド分繊糸は、それら複数本を一方向に揃えて配置したもの、それら複数本を更に束ねたもの、織物、編物、不織布状物、マット状物、チョップドストランド、ミルドファイバーなどといった各種の形態物や加工物からなる群より選ばれる１種類以上のものとして含まれていると好ましい。
上記の繊維補強複合材料において、マトリックス成分としては金属、セラミックスなどの無機化合物、ゴム、熱可塑性衛ラストマー、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などからなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
［実施例１］
下記の補強繊維ストランドを、ラインスピード２０ｍ／分の条件にて、連続的に給糸体から引き出して収束治具、ギザ治具、凸治具にて順に処理し、幅２０ｍｍとなった補強繊維ストランドを更にホイール式分繊治具にて処理して、補強繊維ストランド分繊糸（平均厚み０．０８ｍｍ）を得た。分繊処理直後の当該分繊糸の張力は平均１．５ｋｇｆ（１４．７Ｎ）であり、均一に補強繊維ストランドが分繊されたものであった。引き続き２時間連続運転したが、時間が経過してもそれぞれの分繊糸の幅に変化は見られなかった。各治具やその他条件について以下に示す。
【００５０】
〈補強繊維ストランド〉
補強繊維ストランドとして、東邦テナックス株式会社製のＰＡＮ系炭素繊維（平均直径７μｍ、単繊維数２４０００本、繊度１６００ｔｅｘ、引張強度４０００ＭＰａ）に、ポリアミド樹脂系のサイジング剤を０．５重量％付着させ、幅１０ｍｍ、厚み０．１５ｍｍの偏平状態に集束させたストランドを用いた。
【００５１】
（収束治具）
収束治具は、ハードクロムメッキ処理を施したステンレス鋼からなり、最大部直径Φは９０ｍｍ、糸道の有効幅が４０ｍｍ、糸道には一つの凹部が存在し、凹部曲率半径Ｒが１００ｍｍのものであった。
【００５２】
（ギザ治具）
ギザ治具はステンレス鋼からなり、直径が９０ｍｍ、糸道の有効幅が４０ｍｍ、糸道には凹凸が多数形成されており、凸部側面の角度θは８０°、凸部頂点の半径Ｒが０．０５ｍｍ、凹部底部の半径Ｒが０．２ｍｍ、凸部の頂点間隔が１ｍｍ、凸部の高さが０．６ｍｍのものであった。
【００５３】
（凸治具）
凸治具は、ステンレス鋼からなり、直径Φは９０ｍｍであり、糸道の有効幅が２０ｍｍ、糸道には一つの凸部が存在し、凸部曲率の半径Ｒが１００ｍｍのものであった。本実施例において、補強繊維ストランドは、凸治具にてその糸道の有効幅どおりのストランド幅に調整され、分繊治具にて間欠的に分繊処理された。
【００５４】
（ホイール式分繊治具）
ホイール式分繊治具は、図１のように、直径１４０ｍｍの２枚のホイール（円盤）間に、３か所に凹凸を有する分繊部を等間隔に円周上に配置し固定したものである。分繊部は超硬合金からなり、糸道の有効幅が６０ｍｍのものであった。分繊部は、高さ６０ｍｍの円柱を長手方向に２分割した形状であり、その分繊部の凹凸ピッチは１ｍｍ間隔、凹凸高さ（凸部高さ）は２ｍｍ、凸部の頂点のＲは０．１ｍｍ、凹部のＲは０．３ｍｍであった。
【００５５】
（その他条件）
収束治具直前における張力が平均０．７ｋｇｆ（６．８６Ｎ、ロードセル式デジタルテンションメーターにて測定）であった。
収束治具、ギザ治具、拡幅治具はピン（円柱形）で、側面から棒ヒーター（Φ１２ｍｍ）が挿入されており各治具の温度を１２０℃（接触式温度計にて測定）とした。
各治具の中心部は直線に配置されており、各ピンの中心距離は２００ｍｍ、ピンへのストランドの抱角は約５０°であった。そして幅１６ｍｍに拡幅した補強繊維ストランド（ストランド拡幅物）を得た。
ホイール式分繊治具は、ストランド走行方向と同方向に１４０ｒｐｍで回転させ、３か所の分繊部が、順にストランド拡幅物に接触し、離れるように処理を行った。この時、分繊部が固定されたホイール式分繊治具への、ストランド拡幅物の抱き角は、１２０°であった。
【００５６】
［実施例２］
ホイール式分繊治具に代えて、下記の位相差式分繊装置を用いた以外は実施例１と同様に操作を行い、補強繊維ストランド分繊糸（平均厚み０．０８ｍｍ）を得た。分繊処理直後の当該分繊糸の張力は平均１．８ｋｇｆ（１７．７Ｎ）であり、均一に補強繊維ストランドが分繊されたものであった。引き続き２時間連続運転したが、時間が経過してもそれぞれの分繊糸の幅に変化は見られなかった。位相差式分繊装置やその他条件について以下に示す。
【００５７】
（位相差式分繊装置）
位相差式分繊装置としては、図２に例示されるように、円柱の半分が凹凸形状による分繊部である、直径３０ｍｍの分繊ロール（分繊治具）が２本並べられたものを用いた。この位相差式分繊装置において、ストランドは２本の分繊ロールに接し、かつ、位相差により片方の分繊ロールの分繊部には接し、もう片方の分繊ロールでは分繊部の反対側のスムーズな部分（非分繊部）に接することにより間欠的に分繊処理された。
分繊ロールの分繊部は、超硬合金からなり、糸道の有効幅は６０ｍｍであり、分繊ロールの半分（半円部）に存在し、凹凸ピッチは１ｍｍ間隔、凹凸の高さ（凸部高さ）は２ｍｍ、凸部の頂点のＲは０．１ｍｍ、凹部のＲは０．３ｍｍであった。
【００５８】
（その他条件）
位相差式分繊装置を構成する２つの分繊治具（分繊ロール）は、ストランド走行方向と同方向に１秒間に１回転する速度で回転させ、どちらか一方の分繊ロールの分繊部が常に補強繊維ストランドに接触し、他方の分繊ロールでは分繊部の反対側のスムーズな面に接触するように処理を行った。この時、分繊部を有する分繊ロールへの、補強繊維ストランドの抱き角は、１２０°であった。
【００５９】
［比較例１］
〈分繊工程〉
実施例１と同じく、ただしホイール式分繊治具に代えて、下記の通常の分繊治具を用いて、間欠的ではない分繊処理により、補強繊維ストランド分繊糸（平均厚み０．０８ｍｍ）を製造した。連続運転を開始すると、分繊部で繊維ストランドが次第に偏在し収束するため、安定した分繊を行うことはできなかった。
【００６０】
（分繊治具）
分繊治具は、円柱の全周が分繊部であり、固定された、直径３０ｍｍの分繊ロールであった。分繊ロールは、超硬合金からなり、糸道の有効幅は６０ｍｍであった。分繊部は分繊ロールの全周に存在し、凹凸のピッチは１ｍｍ間隔、凹凸の高さは２ｍｍ、凸部の頂点のＲは０．１ｍｍ、凹部のＲは０．３ｍｍであった。
【符号の説明】
【００６１】
１．凹凸形状の分繊部（分繊治具）
２．ホイール（円盤）
３．ローラー
４．補強用繊維の糸道
５．回転同期用チェーン
【図１】
2016160534.tif 000003
【図２】
2016160534.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月8日(2016.4.8)
【手続補正１】
【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】
補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理を含む、補強繊維ストランド分繊糸の製造方法であって、補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理が分繊治具を用いて行われ、該分繊治具が凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１）、（２）の条件を満たすものである補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
（１）凸部の高さが、ストランド厚さの１倍以上であること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ〜５０ｍｍであること。
【請求項２】
分繊治具の分繊部の凹凸形状がストランドの進行方向の直角方向に配置された凹凸である請求項１に記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項３】
前記分繊治具が複数の前記分繊部を有する請求項１または２記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項４】
前記補強繊維ストランドが、前記分繊治具の分繊部に複数回接触する請求項１〜３のいずれか１項に記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項５】
前記補強繊維ストランドが炭素繊維ストランドである請求項１〜４のいずれか１項記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項６】
前記分繊治具に、前記補強繊維ストランドが接触する際、前記補強繊維ストランドの巾が１ｍｍ〜３００ｍｍである請求項１〜５のいずれか１項記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項７】
前記補強繊維ストランドが前記の間欠的に分繊する処理の前に拡幅治具により拡幅される請求項１〜６のいずれか１項記載の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法。
【請求項８】
凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１’）、（２）の条件を満たす分繊治具。
（１’）凸部の高さが、０．００８ｍｍ以上１００００ｍｍ以下の範囲にあること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ〜５０ｍｍであること。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法は、補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理を含むことを特徴とする。
本発明の補強繊維ストランド分繊糸の製造方法は、補強繊維ストランドを間欠的に分繊する処理が分繊治具を用いて行われ、該分繊治具が凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１）、（２）の条件を満たすものである。
（１）凸部の高さが、ストランド厚さの１倍以上であること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜５０ｍｍであること。
更に、本発明は、凹凸形状の分繊部を有し、かつ下記（１’）、（２）の条件を満たす分繊治具の発明も包含する。
（１’）凸部の高さが、０．００８ｍｍ以上１００００ｍｍ以下の範囲にあること。
（２）凸部の先端の曲率半径Ｒが０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜５０ｍｍであること。