繊維束の開繊方法及び開繊糸シート並びに繊維補強シートの製造方法
【課題】本発明は、集束本数が増加した繊維束に対して繊維を均一に分散させて開繊幅が広く厚みが均一で薄い開繊糸シートを形成することができる開繊方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】繊維束の繊維が幅方向に移動可能に設定された可動領域Ｍ内に、繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗi（i=1,・・・,n）に開繊する開繊領域Ａi及び前記開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに開繊領域Ａiの繊維の幅方向の移動に伴って繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂiからなる対の領域群Ｓiを配列しているので、開繊領域Ａiで生じる繊維束の繊維の分散による幅方向の移動現象を上流側の拡張領域Ｂiに及ぼして繊維の予備開繊を行うことで繊維を開繊領域Ａiで均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大して厚みを均一化することができる。
【解決手段】繊維束の繊維が幅方向に移動可能に設定された可動領域Ｍ内に、繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗi（i=1,・・・,n）に開繊する開繊領域Ａi及び前記開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに開繊領域Ａiの繊維の幅方向の移動に伴って繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂiからなる対の領域群Ｓiを配列しているので、開繊領域Ａiで生じる繊維束の繊維の分散による幅方向の移動現象を上流側の拡張領域Ｂiに及ぼして繊維の予備開繊を行うことで繊維を開繊領域Ａiで均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大して厚みを均一化することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の繊維からなる繊維束を繊維長方向に搬送し、繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊する繊維束の開繊方法、及び繊維束を開繊して得られた開繊糸シート、並びに開繊糸シートに樹脂材料を付着又は含浸させた繊維補強シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維といった強化繊維とエポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を組み合せた繊維強化複合材料の開発が進められているが、こうした強化繊維は一方向に引き揃えた薄い開繊糸シートを多方向に積層して用いることで信頼性ある高強度の複合材料成形品を得ることができる。また、リサイクル性、短時間成型性、成形品の耐衝撃特性の向上等の利点から、マトリックス樹脂にポリアミド６樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等の熱可塑性樹脂を用いた複合材料成形品が今後増加すると考えられている。
【０００３】
近年、航空機、自動車用材料として炭素繊維複合材料が大変注目されている。種々の炭素繊維があるが、主なものとして、引張弾性率約２４ｔｏｎ／ｍｍ２、単糸直径約７μｍのタイプで、産業用途、スポーツ用途に使用されるもので汎用炭素繊維と呼ばれるもの、引張弾性率約３０ｔｏｎ／ｍｍ２、単糸直径約５μｍのタイプで、航空機用途に使用されるもので高強度中弾性炭素繊維と呼ばれるものなどがある。
【０００４】
炭素繊維は複数本を集束して炭素繊維束として市販されるが、その集束本数も種々そろえられている。価格、製品の質（繊維の真直性や繊維の引き揃え状態など）の良さ、取り扱い易さの点から、汎用炭素繊維束では集束本数１２０００本、１５０００本（繊度約８００〜１１００ｇ／１０００ｍ）のものが、また、高強度中弾性炭素繊維束では集束本数１２０００本、２４０００本（繊度約４００〜１０００ｇ／１０００ｍ）のものが主として使用される。
【０００５】
汎用炭素繊維束においては低価格化を図るため炭素繊維の集束本数を多くしたタイプがあり、集束本数２４０００本（繊度約１６００ｇ／１０００ｍ）、４８０００本（繊度約３２００ｇ／１０００ｍ）、またはそれ以上の集束本数のものが市販されている。これらの繊維束は繊度が大きくなることから太繊度炭素繊維束とも呼ばれている。しかし、集束本数の多くした炭素繊維束は、集束本数が多くなるに従い、繊維の蛇行、繊維の絡み合いなどが多くなる欠点がある。
【０００６】
薄いシートの開発、また熱可塑性樹脂などのような高粘度樹脂の含浸性を良くするためには、繊維束を幅広く、薄くする開繊という工程が必要になる。特に、集束本数の多い繊維束においては開繊工程が重要となる。開繊技術として、例えば、特許文献１では、マルチフィラメントを給糸部から巻取部へ搬送しながらマルチフィラメントに対し交差方向に気流を複数回通過させてマルチフィラメントを風下方向へ弓なりに撓ませることにより、マルチフィラメントを構成するフィラメントを幅方向に解き分けて開繊するマルチフィラメント開繊シートの製造方法が記載されている。また、特許文献２では、集合繊維を巻回した繰出ロールと、この繰出ロールから操出された集合繊維に対して集合繊維の移動方向と直交する方向に流体を流して開繊する開繊部と、開繊部で開繊された開繊シートを巻取る巻取ロールとを具備する開繊装置において、開繊部が移動方向に沿って複数段配設する点が記載されている。また、特許文献３では、複数の給糸体からそれぞれ繊維束を引き出して供給し、供給された繊維束を複数の流体通流部において気流内に走行させて気流の作用により繊維束を撓ませながら幅方向に開繊させるようにした開繊装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０６４０１９号公報
【特許文献２】特許第３９０７６６０号公報
【特許文献３】特表２００７−５１８８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献には、搬送される繊維束中に流体を通過させることで繊維束を所定幅に拡げる開繊技術が記載されている。こうした開繊技術では、繊維束を構成する繊維を均一に分散させながら開繊幅をできるだけ拡げ、開繊された繊維束の厚みをできるだけ均一で薄く形成することが必要となる。
【０００９】
また、繊維の集束本数を増加させた繊維束つまり太繊度繊維束は集束本数の少ない繊維束つまり細繊度繊維束に比べて材料コストが低くなるため、太繊度繊維束を使用して開繊する方が生産コストを低くすることができる。さらに、太繊度繊維束を使用して開繊する方が、一度の開繊工程により、より幅広の開繊糸シートを得ることができるため、生産効率を格段に高めることが可能となる。
【００１０】
特許文献１では、繊維束の開繊幅を拡げるために、繊維束に対して複数（実施例では２度）にわたって開繊作用を及ぼすようにしているが、フロントフィーダ及びバックフィーダ、撓み測定センサ等の繊維の撓み量を調整する設備を複数箇所（実施例では２箇所）に設置する必要があり、装置の大型化が避けられず設備コスト負担も大きくなる。さらに、設備を幅方向に並列させることが難しく、複数本の繊維束を同時に開繊させたシート状の開繊糸シートを品質良く得ることが困難である。
【００１１】
特許文献２及び３では、開繊部を複数段連続して設けて繊維束を各開繊部を通過する度に連続して開繊幅を拡げるようにしている。このように開繊部を連続して開繊幅を拡げていくと、繊維束を構成する繊維が均一に分散せずに開繊された繊維の密度に粗密が生じ、場合によっては隙間が生じるようになる。
【００１２】
本発明者が特許文献２及び３の実施例を参考に実験した結果では、集束本数が１２０００本、１５０００本の汎用炭素繊維束、または、集束本数が１２０００本、２４０００本の高強度中弾性炭素繊維束を用いた場合、１本の炭素繊維束の開繊幅が２０〜２５ｍｍ程度（目付量が約４０ｇ／ｍ2程度）まではほぼ均一に炭素繊維が分散して均一な厚みの開繊糸シートを連続して形成することができるが、開繊幅が２５ｍｍ以上（目付量が約３０ｇ／ｍ2以下）となる幅広な開繊を連続して行うと開繊糸シートに割れを生じる部分ができるようになった。
【００１３】
また、集束本数が２４０００本の太繊度炭素繊維束を用いた場合、１本の炭素繊維束の開繊幅が３０〜３５ｍｍ程度（目付量が約５０ｇ／ｍ2程度）まではほぼ均一に炭素繊維が分散して均一な厚みの開繊糸シートを連続して形成することができるが、開繊幅が約４０ｍｍ以上（目付量が約４０ｇ／ｍ2以下）となる幅広な開繊を連続して行うと開繊糸シートに割れ、繊維絡み合いによる集束、部分的なねじれなどを生じる部分ができるようになった。
【００１４】
さらに、集束本数が４８０００本、６００００本といった太繊度炭素繊維束を用いた場合、１本の炭素繊維束の開繊幅が約４０ｍｍ以上となる開繊を行ったところ、繊維絡み合いによる集束、部分的なねじれなどを生じ、連続的な開繊が困難であることが確認された。
【００１５】
開繊工程においてこうした繊維の不均一な分散が生じる原因を探ったところ以下のことがわかった。特許文献２及び３の方法では、撓んだ状態の繊維束に空気流を作用させる部分を連続させているため、より幅広な開繊を行おうとして、開繊部分の連続数を多くしたり、空気流速を大きくしたりすると、各繊維は幅方向に移動し易くなるうえ、幅方向に拡がろうとする力を連続して受け続けることになる。繊維束は必ずしも真直な状態に配列されているのではなく多少の絡みがあり、また、各繊維を集束させるサイジング剤の付着むらがある。よって、特許文献２及び３の方法により繊維束をより幅広く、薄く連続して開繊させようとすると、各繊維には幅方向に拡がろうとする力が必要以上に大きく作用してしまう部分ができ、結果、繊維が集合した状態で幅方向に移動したり、また、繊維の絡まりを大きくして繊維の分散性を悪くしたり、さらには、サイジング剤の付着量が少ない箇所から幅方向に移動したりして、繊維束の開繊状態において隙間、開繊幅の不安定状態を生じ易くしてしまう部分ができる。つまり、繊維束を構成する各繊維を均一に分散した状態で連続して開繊することが難しくなってしまうことがわかった。
【００１６】
そして、集束本数の増加した繊維束（太繊度繊維束）では、サイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いもより生じ易くなる。このため、特許文献２及び３の方法にて太繊度繊維束を開繊させると、開繊糸シートにおける隙間、開繊幅の不安定状態がより生じ易くなってしまう。
【００１７】
したがって、従来の開繊技術では、より幅広な開繊（集束本数１２０００本、１５０００本の汎用炭素繊維束及び集束本数１２０００本、２４０００本の高強度中弾性炭素繊維束の場合では１本の炭素繊維束の開繊幅が２５ｍｍ以上となる開繊）、及び太繊度繊維束に対する繊維分散性に優れた幅広な開繊（集束本数２４０００本以上の太繊度炭素繊維束の場合では１本の炭素繊維束の開繊幅が４０ｍｍ以上となる開繊）が困難であった。
【００１８】
そこで、本発明は、集束本数が増加した繊維束に対しても適用可能であって、繊維を均一に分散させて開繊幅が広く厚みが均一で薄い開繊糸シートを連続して形成することができる開繊方法、及び炭素繊維束を用いた開繊糸シート、並びに本開繊方法によって得られた開繊糸シートに樹脂材料を付着又は含浸させた力学的特性に優れる繊維補強シートの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る繊維束の開繊方法は、多数の繊維からなる繊維束を繊維長方向に搬送し、前記繊維が幅方向に移動可能に設定された可動領域において前記繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊する繊維束の開繊方法であって、前記可動領域に、前記繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗi（i=1,・・・,n）に開繊する開繊領域Ａi（i=1,・・・,n）及び前記開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに当該開繊領域Ａiの前記繊維の幅方向の移動に伴って前記繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂi（i=1,・・・,n）からなる対の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）を前記繊維束の搬送方向にｎ（ｎ≧２）個配列して、前記領域群Ｓiを順次通過するように前記繊維束を搬送させて開繊することを特徴とする。さらに、最初の前記領域群Ｓ1では、前記繊維束の元幅Ｗ0に対して、前記開繊領域Ａ1の前記繊維束の開繊幅Ｗ1を
１＜（Ｗ1／Ｗ0）≦５
となるように設定し、残りの前記領域群Ｓj（j=2,・・・,n）では、前記開繊領域Ａj-1の開繊幅Ｗj-1、前記開繊領域Ａjの開繊幅Ｗj及び前記拡張領域Ｂjにおける前記繊維束の搬送方向の長さＬjが
０＜（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj≦ｔａｎ３０°
を満たすように設定することを特徴とする。さらに、前記開繊領域Ａ1の前記繊維束の開繊幅Ｗ1を
２≦（Ｗ1／Ｗ0）≦４
となるように設定することを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、複数の区画において前記繊維束中に流体を通過させることで前記繊維を撓ませながら幅方向に移動させることを特徴とする。さらに、前記拡張領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束に対して幅方向に配置されて接触する接触ロールを少なくとも１本以上配設して、前記繊維束を前記接触ロールに接触させながら搬送することを特徴とする。さらに、前記接触ロールが前記繊維束の幅方向に沿って往復移動することを特徴とする。さらに、前記拡張領域及び／又は前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束を加熱することを特徴とする。さらに、前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束の撓み量を時間的に変化させることを特徴とする。さらに、前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、撓み確保ロールにより前記繊維束の所定の撓み量を確保しながら開繊することを特徴とする。さらに、前記撓み確保ロールのうち少なくとも一本のロールにより前記繊維束を搬送方向と直交する方向に振動させることを特徴とする。さらに、前記可動領域の上流側において、前記繊維束の引き戻しを阻止しながら前記繊維束を搬送させることを特徴とする。さらに、前記繊維束を開繊した開繊糸シートに対して幅方向に振動を付与することを特徴とする。さらに、複数本の前記繊維束を搬送させながら同時に開繊することを特徴とする。さらに、複数本の前記繊維束を開繊して並列した複数の開繊糸シートに対して幅方向に振動を付与して全体が一様なシート状態に形成することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る開繊糸シートは、繊維集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を開繊させて、前記炭素繊維束を幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下にしたことを特徴とする。さらに、繊維集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の炭素繊維束を開繊させて、前記炭素繊維束を幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下にしたことを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る繊維補強シートの製造方法は、前記繊維束の開繊方法のいずれかの方法により得られた開繊糸シートの片面又は両面に樹脂層を形成して繊維補強シートを製造することを特徴とする。さらに、前記樹脂層に樹脂シートを用いて形成することを特徴とする。さらに、前記繊維束の開繊方法のいずれかの方法により得られた開繊糸シートを樹脂シートの両面に付着させて繊維補強シートを製造することを特徴とする。さらに、前記繊維束の開繊方法のいずれかの方法により得られた開繊糸シートに樹脂材料を含浸させて繊維補強シートを製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、上記のような構成を備えることで、繊維束の繊維が幅方向に移動可能に設定された可動領域内に、繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗi（i=1,・・・,n）に開繊する開繊領域Ａi（i=1,・・・,n）及び前記開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに当該開繊領域Ａiの前記繊維の幅方向の移動に伴って前記繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂi（i=1,・・・,n）からなる対の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）を配列しているので、開繊領域Ａiで生じる繊維束の繊維の分散による幅方向の移動現象を上流側の拡張領域Ｂiに及ぼして各繊維を徐々に幅方向に移動させる予備開繊を行うことで繊維を開繊領域Ａiで均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大して厚みを均一化する作用を続けて行うことができ、繊維束を繊維分散性の良い状態で幅広に開繊することができる。
【００２４】
上述した先行技術文献のように開繊領域が連続して設定された方法により幅広な開繊を実施した場合には、付着ムラや繊維の絡み合いの影響を受けた状態でそのまま開繊していくために、付着ムラや繊維の絡み合いが均一な繊維の分散を妨げていたが、本発明では、開繊領域Ａiの上流側に拡張領域Ｂiを設定する領域群Ｓiを複数配列するので繊維束を解きほぐしながら徐々に開繊を行うことができるようになる。
【００２５】
すなわち、可動領域内では、フィードローラ等に挟持されて繊維の幅方向の移動を妨げるものが設けられていないため、繊維束の各繊維は幅方向への移動が可能となる領域になる。この領域内に拡張領域Ｂiと開繊領域Ａiを対として複数配列することによって、繊維束にサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いがある場合でも、徐々に繊維が幅方向に移動して繊維束が解きほぐされていくように開繊が進行していくことが可能となる。つまり、可動領域内において、繊維束は繊維を蛇行させることなく真直性に優れた状態で均一に分散しながら開繊幅を順次拡大していくことができる。
【００２６】
こうした領域設定を行って開繊することで、集束本数が１２０００本〜２４０００本の炭素繊維束を用いた場合においても、１本の炭素繊維束の開繊幅２５ｍｍ以上（目付量が約３０ｇ／ｍ2以下）の炭素繊維が均一に分散して均一な厚みの薄い開繊糸シートを形成することができる。また、集束本数が２４０００本以上の太繊度炭素繊維束を用いた場合でも、領域群Ｓiの配列数を増加させることで開繊幅が広く均一な厚みの薄い開繊糸シートに安定して開繊することが可能となる。つまり、開繊前の繊維束幅が４〜５倍以上となる幅広な開繊を連続して実施する場合においても、サイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いの影響を受けることなく、各繊維が徐々に幅方向に移動し、繊維分散性に優れた開繊を行うことができ、従来の開繊方法に比べて開繊状態における幅広さ、繊維分散性が格段に連続し、かつ安定することができる。
【００２７】
最初の領域群Ｓ1において、繊維束の元幅Ｗ0に対して開繊領域Ａ1の繊維束の開繊幅Ｗ1を
１＜（Ｗ1／Ｗ0）≦５
となるように設定することで、繊維束を最初に拡げていく場合に、繊維束がボビンから解じょされるときに生じる撚り、又は繊維束を製造する過程で生じると考えられる繊維束内部の部分的な撚りを解きほぐしながら繊維束に割れが生じないように開繊することができる。
【００２８】
また、残りの領域群Ｓj（j=2,・・・,n）において、開繊領域Ａj-1の開繊幅Ｗj-1、開繊領域Ａjの開繊幅Ｗj及び拡張領域Ｂjにおける繊維束の搬送方向の長さＬjが
０＜（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj≦ｔａｎ３０°
を満たすように設定することで、繊維束に部分的に生じているサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いが拡張領域Ｂjにおける予備開繊で徐々に解きほぐされていき、開繊領域Ａjにおいて繊維の密度ムラが生じることなく均一に分散されて開繊を行うことが可能となる。
【００２９】
そして、開繊領域Ａjの開繊幅Ｗjを拡張領域Ｂjの搬送方向の長さＬjに基づいて上述の式に示すように関連付けることで、拡張領域Ｂjの搬送方向の長さＬjに対して開繊領域Ａjの開繊幅Ｗjが拡がりすぎないように設定されて繊維束に割れ等が生じないようにすることができる。
【００３０】
本開繊方法により得られた開繊糸シートは、繊維真直性及び繊維分散性に優れた厚さ方向に繊維本数の少ない開繊糸シートとなり、樹脂などのマトリックス材料が含浸し易く、かつ繊維本来の力学的特性（引張特性）が十分に発現できるシートとなる。
【００３１】
また、本開繊方法により得られた繊維真直性及び繊維分散性に優れた開繊糸シートに、樹脂材料を付着又は含浸させる製造方法により、繊維本来の力学的特性（例えば、引張特性、圧縮特性等）を十分に発現し、かつ応力集中などの原因となる欠陥が少ない幅方向、厚さ方向に均質化された繊維補強シートを得ることができる。
【００３２】
そして、本開繊方法により得られた厚さ方向に繊維本数の少ないつまり薄層の開繊糸シートに、樹脂材料を付着又は含浸させる製造方法により、成形性つまりドレープ性に優れた繊維補強シートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る開繊方法を実施する装置例に関する概略平面図である。
【図２】図１に示す装置例に関する概略側面図である。
【図３】可動領域Ｍにおける複数の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）の配列を一般化して示した模式図である。
【図４】領域群Ｓj-1及び領域群Ｓjに関する説明図である。
【図５】開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjに関する説明図である。
【図６】開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjに関する別の説明図である。
【図７】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図８】図７に示す装置例に関する概略側面図である。
【図９】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図１０】図９に示す装置例に関する概略側面図である。
【図１１】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図１２】図１１に示す装置例に関する概略側面図である。
【図１３】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【図１４】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【図１５】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【図１６】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図１７】図１６に示す装置例に関する概略側面図である。
【図１８】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図１９】図１８に示す装置例に関する概略側面図である。
【図２０】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【図２１】本発明に係る繊維補強シートの製造を実施する装置例に関する概略側面図である。
【図２２】本発明に係る繊維補強シートの製造を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００３５】
図１及び図２は、本発明に係る開繊方法を実施する装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。長繊維を複数本集束した繊維束Ｔｍは、ボビン形式の給糸体１１に巻き付けられており、給糸体１１を給糸モータ１２により回転させることで繊維束Ｔｍが繰り出されていくようになっている。
【００３６】
繊維束Ｔｍに用いられる繊維材料としては、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束、セラミックス繊維束などの高強度繊維からなる強化繊維束、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性の合成繊維繊維を引き揃えた熱可塑性樹脂繊維束等が挙げられる。炭素繊維束の場合、繊維束の集束本数１２０００本から２４０００本が市場には多く流通しているが、本発明では２４０００本を超える集束本数（例えば、４８０００本、６００００本など）の繊維束を用いることもできる。
【００３７】
また、繊維束Ｔｍの形態として、複数の繊維が引き揃えられサイジング剤などによりばらけないように集束した状態であるものが望ましい。サイジング剤の付着により、開繊された開繊糸シートにおいても、その形態が安定する。強制的に加撚して撚りが与えられている形態の繊維束は、連続した開繊状態が得られ難く、本発明の開繊方法に使用することは望ましくない。
【００３８】
給糸体１１から繰り出される繊維束Ｔｍは、所定位置に回転可能に支持された案内ロール２１により所定方向の引き出し方向に向かって引き出されていく。引き出された繊維束Ｔｍは、送りロール２２及び支持ロール２３に挟持されて所定の送り量で送給される。繊維束Ｔｍの送り量は、送りロール２２を回転させる送給モータ２４の回転動作を制御して調整される。
【００３９】
送りロール２２により送給された繊維束Ｔｍは、繊維束Ｔｍの搬送方向に所定間隔を空けて配列された一対の支持ロール２５に支持されて搬送される。支持ロール２５の間には、張力付与ロール２６が昇降可能に設けられており、繊維束Ｔｍは支持ロール２５の上側から張力付与ロール２６の下側に回り込むようにセットされる。支持ロール２５の間を通過する繊維束Ｔｍは張力付与ロール２６により所定範囲の張力が付与される。そして、送りロール２２により送られる繊維束Ｔｍの送り量により張力付与ロール２６は昇降するようになる。張力付与ロール２６の昇降動作は、上限位置検知センサ２７及び下限位置検知センサ２８により検知される。
【００４０】
張力付与ロール２６は、繊維束Ｔｍが開繊され搬送される量（搬送量）に対し送り量が少なくなると上昇し、繊維束Ｔｍの搬送量に対し送り量が多くなると下降するように動作する。そのため、張力付与ロール２６が上昇して上限位置検知センサ２７が張力付与ロール２６を検知すると、送りロール２２の回転を速め繊維束Ｔｍの送り量を増加させるようにする。また、張力付与ロール２６が下降して下限位置検知センサ２８が張力付与ロール２６を検知すると、送りロール２２の回転を遅め繊維束Ｔｍの送り量を減少させるようにする。
【００４１】
こうして、上限位置検知センサ２７及び下限位置検知センサ２８からの検知信号に基づいて張力付与ロール２６が所定範囲に位置するように繊維束Ｔｍの送り量を調整して繊維束Ｔｍの張力を所定範囲に安定させる。
【００４２】
なお、ボビンから繊維束を引き出し、繊維束の張力を連続して一定の範囲で安定させる機構であれば、本機構以外の方法であっても良い。
【００４３】
支持ロール２５の下流側には、ニップロール２９が設けられており、繊維束Ｔｍはニップロール２９に挟持されて開繊部に搬送されていく。ニップロール２９は、図示せぬ一方向クラッチが取り付けられており、繊維束Ｔｍを送り出す方向のみ回転し引き戻す方向には回転しないようになっている。
【００４４】
ニップロール２９を通過し所定範囲の張力に設定された繊維束Ｔｍは、搬送方向に配列された複数の開繊部を通過する。各開繊部は、搬送方向に配列された一対のガイドロール３１により繊維束Ｔｍを支持する。ガイドロール３１の間には、風洞管３２が設けられており、風洞管３２の上方開口部がガイドロール３１の間に所定幅で形成されている。風洞管３２の下側には流量調整バルブ３３及び吸気ポンプ３４が取り付けられており、吸気ポンプ３４を作動させて風洞管３２内の空気を吸引することで、ガイドロール３１の間の上方開口部において吸引による空気流れが発生する。
【００４５】
ガイドロール３１の間を搬送中の繊維束Ｔｍに対して吸引気流が通過すると、繊維束Ｔｍの張力と気流の流速の関係により繊維束Ｔｍが撓んだ状態になる。このような状態になると、繊維束Ｔｍの繊維の間を気流が通り抜ける際に繊維を繊維束Ｔｍの幅方向に移動させる力が働き、かつ繊維が撓んでいる効果により繊維束Ｔｍが開繊されるようになる。こうした開繊作用は公知である。
【００４６】
繊維束Ｔｍが撓んだとき、その撓みの大きさは撓み量ｔであらわすことができる。撓み量ｔはガイドロール３１の上面から繊維束が撓んだときの最下位置までの距離で表わすことができる。
【００４７】
ニップロール２９を設けていることにより、繊維束Ｔｍは搬送方向と逆方向に引き戻されることはなく、風洞管内で撓みを形成し易い状態になっている。
【００４８】
風洞管３２の上方開口部の両側には搬送方向に沿って一対のガイド部材３５が取り付けられており、ガイドロール３１の間を搬送中の繊維束Ｔｍに吸引気流が通過することで開繊が行われる場合にガイド部材３５により開繊幅が規定されるようになる。
【００４９】
ガイド部材３５は、風洞管３２の上方開口部を矩形状に形成して開口部の側壁をそのまま利用してもよい。また、風洞管３２の内部に針金等を複数本立設してガイド部材として用いることもできる。
【００５０】
繊維束Ｔｍは、開繊部により複数回にわたり開繊されて繊維が均一に分散した厚みの薄い開繊糸シートＴｓに形成される。開繊糸シートＴｓは、引取りロール４１により挟持されて搬送される。引取りロール４１は、引取りモータ４２により回転駆動されて開繊糸シートＴｓを引き込んで開繊糸シートＴｓを搬送する。そのため、繊維束Ｔｍの搬送速度は引取りモータ４２の回転速度により調整することができる。
【００５１】
引取りロール４１により搬出された開繊糸シートＴｓは、図示せぬ巻取り装置により巻き取られる。または、樹脂材料を付着又は含浸させる装置等に連続して搬送される。
【００５２】
以上のような装置では、繊維束Ｔｍはニップロール２９に挟持され、開繊糸シートＴｓは引取りロール４１に挟持されており、これらのローラ対の間では、繊維束Ｔｍが挟持されることがない。そのため、２つのローラ対の間は、繊維束Ｔｍの繊維が幅方向に移動可能な状態で搬送される可動領域Ｍとなっている。
【００５３】
繊維束Ｔｍは引取りロール４１により所定の搬送速度で搬送されながら、張力付与ロール２６により張力が所定範囲となるように調整される。そのため、繊維束Ｔｍは可動領域Ｍに配置された複数の開繊部において吸引気流により撓んだ状態で搬送される。
【００５４】
開繊部のガイドロール３１の間は、それぞれ開繊領域Ａ1〜Ａ3に設定される。各開繊領域の開繊幅Ｗ1〜Ｗ3は、各開繊部の一対のガイド部材の間の間隔により設定される。繊維束Ｔｍが可動領域Ｍに入る前の幅は元幅Ｗ0となる。
【００５５】
各開繊領域の上流側は繊維束Ｔｍが末広がりに拡がる拡張領域Ｂ1〜Ｂ3に設定される。図１及び図２に示す例では、拡張領域Ｂ1は、ニップロール２９から開繊領域Ａ1の上流側のガイドロールまでに設定され、拡張領域Ｂ2〜Ｂ3は、ガイド部材３５の下流側端部から開繊領域の上流側のガイドロールまでの間に設定される。そして、各開繊領域の上流側に設定される拡張領域における繊維束Ｔｍの搬送方向の長さＬ2及びＬ3は、繊維束Ｔｍが実際に末広がりに拡がる領域の長さで、その開始位置であるガイド部材３５の下流側端部から開繊領域の上流側のガイドロールまでの間の長さとなる。図１に示す例では、ガイド部材３５の設定位置により拡張領域の上流側において開繊領域との間に間隔が空くようになっているが、ガイド部材の設定位置を調整して開繊領域及び拡張領域が連続するように設定することもできる。
【００５６】
各開繊領域の上流側は繊維束Ｔｍが末広がりに拡がる拡張領域Ｂ1〜Ｂ3に設定される。開繊領域の間の拡張領域における繊維束Ｔｍの搬送方向の長さＬ2及びＬ3は、隣接する開繊領域のガイドロールの間の間隔として設定される。拡張領域Ｂ1は、ニップロール２９から開繊領域Ａ1までに設定される。
【００５７】
そして、これらの開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列されている。
【００５８】
図３は、こうした可動領域Ｍにおける複数の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）の配列を一般化して示した模式図である。なお、図３では各領域群が連続して配列されているが、図１及び図２に示すように各領域群の間に間隔を空けるように配列してもよい。領域群Ｓiは、繊維束中に流体として吸引気流を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗiに開繊する開繊領域Ａi及び開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに開繊領域Ａiの繊維の幅方向の移動に伴って繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂiを備えている。
【００５９】
本発明では、開繊領域Ａiで生じる繊維束の各繊維が幅方向へ移動する現象を上流側の拡張領域Ｂiに及ぼして繊維を末広がりに広げるため、サイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いを次第に解消して繊維を解きほぐすように開繊する。つまり、サイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いの影響を抑えながら開繊することができる。なお、各領域群の配列が連続している場合、各領域群の間に間隔がある場合、どちらにおいても、可動領域内では各繊維は幅方向に移動できるため、繊維束は各繊維を解きほぐすように開繊することができる。
【００６０】
開繊領域Ａiでは所定の開繊幅まで開繊し、繊維束が下流に搬送されるにしたがい開繊幅が拡がるようになっていくため、開繊される繊維束の厚みは次第に薄くなる。繊維束が厚い場合サイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いが内蔵した状態となっているが、各繊維が幅方向に徐々に移動し、厚みを次第に薄くすることで内蔵するサイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いが拡張領域Ｂiにおいて徐々に解消されていく。そのため、開繊して一気に開繊幅を拡げる場合に比べてサイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いの影響を抑えることができ、繊維を解きほぐして均一に分散させながら開繊することが可能となる。
【００６１】
繊維束のサイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いは、最初に開繊を行う場合に最も影響を与える。繊維束を製造する段階やボビンの巻き付けの際に繊維束全体にねじれが加わっている場合もあり、繊維束を開繊する際に連続安定した開繊幅を得ることができなかったり、開繊中に繊維束間に割れなどを生じさせる。
【００６２】
本発明では、最初の領域群Ｓ1では、繊維束Ｔｍの元幅Ｗ0に対して、開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1を
１＜（Ｗ1／Ｗ0）≦５
となるように設定することで、繊維束中の繊維同士の絡み合い及び繊維束全体のねじれの影響を抑えながら繊維を均一に分散させて最初の開繊を安定して行うことができる。開繊幅Ｗ1が元幅Ｗ0の５倍より拡がると、開繊の際に繊維束中の繊維同士の絡み合い及び繊維束全体のねじれが逆に強くなり、その影響を受けて連続安定した開繊幅を得ることができなかったり、繊維束間に割れなどを生じ易くさせる。さらに好ましくは、
２≦（Ｗ1／Ｗ0）≦４
に設定するとよい。開繊幅Ｗ1を元幅Ｗ0の２倍以上にすれば、開繊効率を高めることができる。また、開繊幅Ｗ1を元幅Ｗ0の４倍以内とすることで、繊維束中の繊維同士の絡み合い及び繊維束全体のねじれの影響をより抑えた繊維分散性の良い開繊が行われる。
【００６３】
次に、最初の領域群Ｓ1以降の領域群Ｓj（j=2,・・・,n）について説明する。図４は、領域群Ｓj-1及び領域群Ｓjに関する説明図である。領域群Ｓj-1は、開繊領域Ａj-1及び拡張領域Ｂj-1からなり、開繊領域Ａj-1は開繊幅Ｗj-1に設定され、拡張領域Ｂj-1は繊維束の搬送方向の長さＬj-1に設定される。同様に、領域群Ｓjは、開繊領域Ａj及び拡張領域Ｂjからなり、開繊領域Ａjは開繊幅Ｗjに設定され、拡張領域Ｂjは繊維束の搬送方向の長さＬjに設定される。
【００６４】
拡張領域Ｂjは、下流側に向かって末広がりに拡がっており、開繊幅Ｗjは開繊幅Ｗj-1よりも広くなる。そして、拡張領域Ｂjは両側に等しい距離だけ拡がるように設定されているため、両側において拡大した距離分ΔＷは、
ΔＷ＝（Ｗj―Ｗj-1）／２
となる。そして、拡張領域Ｂjの両側において搬送方向に対して拡がる角度をθとすると、
ｔａｎθ＝ΔＷ／Ｌj＝（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj
となる。
【００６５】
ここで、拡張領域Ｂjは両側に等しい距離だけ拡がるように設定されていることが望ましい。拡がり方に偏りがある設定を行うと、開繊による各繊維の幅方向移動に偏りを生じ、均一な繊維分散を伴った開繊が行われ難くなる。
【００６６】
領域群Ｓjでは、拡張領域Ｂjの広がる角度θを３０°以下に設定することで、開繊領域Ａjにおいて繊維を均一に分散させて開繊幅Ｗjまで開繊することができる。角度θが３０°より大きくなると、拡張領域Ｂjにおいてサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いが十分解消されないまま開繊が行われ、繊維の間に隙間が生じたり、繊維の密度に粗密が形成されて均一な分散が連続して行われ難くなる。
【００６７】
したがって、開繊領域Ａj-1の開繊幅Ｗj-1、開繊領域Ａjの開繊幅Ｗj及び拡張領域Ｂjにおける繊維束の搬送方向の長さＬjが
０＜（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj≦ｔａｎ３０°
を満たすように設定することで、繊維束の繊維が均一に分散した開繊を連続して行うことが可能となる。
【００６８】
なお、θが小さくなるほど、各繊維が徐々に移動するので繊維分散性には好ましいが、距離Ｌが長くなるため装置の大型化になる。逆に、θが大きくなるほど、距離Ｌが短くなり装置の小型化となるが各繊維の移動量も大きくなり繊維分散性に影響し易くなる。よって、θは５°≦θ≦２０°がより好ましい角度となる。
【００６９】
以上のように設定することで、拡張領域Ｂiにおいてサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いを解消しながら繊維を解きほぐして予備開繊を行うことで、開繊領域Ａiにおいて繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。そして、開繊領域Ａi及び拡張領域Ｂiからなる領域群Ｓiを複数設定することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【００７０】
例えば、集束本数が１２０００本の炭素繊維束の場合、開繊幅が約２７ｍｍ（目付量が約３０ｇ／ｍ2）、さらには開繊幅が約４０ｍｍ（目付量が約２０ｇ／ｍ2）となる開繊を行っても、繊維が均一に分散された開繊糸シートを形成することができる。
【００７１】
本発明によれば、従来のように連続して開繊する場合に比べて格段に厚みの薄い開繊糸シートに開繊することができ、また従来の技術では幅広な開繊が困難であった集束本数の多い繊維束についても繊維分散性に優れた幅広な開繊を行うことができるようになる。
【００７２】
図５及び図６は開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjに関する説明図である。開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjは、例えば図１の概略説明図から、風洞管３２の上方開口部の両側に繊維束の搬送方向に沿って一対のガイド部材３５を取り付け、そのガイド部材３５により規定される。
【００７３】
風洞管３２の上方開口部の形状が図１つまり図５のように矩形形状の場合、ガイド部材３５は搬送方向に平行に取り付けられる。そして、風洞管３２における繊維束搬送方向の上流側と下流側における長さ（風洞管幅）、つまり開繊幅Ｗjは同じ長さとなる。
【００７４】
風洞管３２の形状は、例えば図６に示すように、繊維束搬送方向の上流側長さに対し下流側長さが長い形状であっても良い。つまり、搬送方向に向かって拡がる形状のものを用いても良い。この場合、風洞管開口部の両側には一対のガイド部材３５が搬送方向に沿って拡がるように取り付けられる。
【００７５】
図６の場合、繊維束の搬送方向下流側における幅ＷＢjを開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjとすることができる。ただし、拡張領域Ｂjの両側において搬送方向に対して拡がる角度θを求める式、
ｔａｎθ＝ΔＷ／Ｌj＝（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj
においては、幅Ｗjに開繊領域Ａjの繊維束搬送方向上流側の幅ＷＰjを、幅Ｗj-1に開繊領域Ａj―１の繊維束搬送方向下流側の幅ＷＢj-1を適用する。
【００７６】
図７及び図８は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。なお、図１及び図２に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【００７７】
この装置例では、開繊部の下流側には、縦振動付与機構が設けられている。縦振動付与機構は、一対の支持ロール５１の間に押圧ロール５３が配列されている。押圧ロール５３は、昇降ロッド５２の下端に取り付けられており、昇降ロッド５２の上端はクランクアーム５４の一端に連結されている。クランクアーム５４の他端はクランクモータ５５の出力軸に連結されており、クランクモータ５５を回転駆動することで昇降ロッド５２が昇降動作を繰り返すようになる。そのため、押圧ロール５３は、上下動して支持ロール５１の上側を通る開繊された開繊糸シートＴｓの上面に所定の周期で突き当てられるようになる。
【００７８】
押圧ロール５３が開繊糸シートＴｓに突き当てられて開繊糸シートＴｓが支持ロール５１の間に押し込まれると、一時的に開繊糸シートＴｓの張力が大きくなって緊張状態が生じ、押圧ロール５３が上昇して開繊糸シートＴｓから離間すると、開繊糸シートＴｓの張力が小さくなって弛緩状態が生じるようになる。
【００７９】
こうした開繊糸シートＴｓの緊張状態と弛緩状態の繰り返しは開繊部の繊維束Ｔｍにも伝搬していき、開繊部において繊維束Ｔｍの撓み量が時間的に変化する。つまり、開繊部においては繊維束Ｔｍが緊張すると繊維束Ｔｍの撓み量が小さくなる方向に、繊維束Ｔｍが弛緩すると繊維束Ｔｍの撓み量は大きくなる方向に変化する。開繊作用において、繊維束の撓み量が大きくなる方向と小さくなる方向を周期的に繰り返して流体の作用を受けると、各繊維はより真直な状態になって徐々に幅方向へ移動することとなり、より幅広で、繊維分散性の良い開繊が行われ易くなる。つまり、開繊効率を高めることが可能となる。なお、各開繊部において、繊維束が緊張して繊維束Ｔｍの撓みがなくなってしまうと、繊維束は集束しやすい状態となり、開繊幅が不安定になってしまう。よって、繊維束の搬送速度に応じた押圧ロール５３の上下動速度を調整し、開繊糸シートＴｓの緊張状態と弛緩状態を調整することにより、各開繊部において繊維束の撓みを確保し開繊幅を安定させるようにすることが重要となる。
【００８０】
開繊糸シートＴｓに付与された振動はニップロール２９の上流側にも伝搬する。この装置例では、伝搬された振動を除去する機構が支持ロール２５とニップロール２９の間に設けられている。機構例として、一対の支持ロール２０１及びテンションロール２０２が設けられ、このテンションロール２０２は、一対の支持ロール２０１の間に配列されて、支持ロール２０１の下側を通る繊維束Ｔｍがテンションロール２０２の上側を通るように設定されている。そして、テンションロール２０２はバネ部材２０３に取り付けられており、繊維束の振動に応じてテンションロール２０２も上下に振動し、繊維束の振動を除去するようになっている。
【００８１】
なお、ニップロール２９が設けられていることにより、テンションロール２０２の振動の影響による繊維束の逆戻りが開繊部には影響せず、各風洞管内では繊維束の撓みが安定して形成されるようになっている。
【００８２】
この装置例では、ニップロール２９から引取りロール４１までの領域が可動領域Ｍに設定される。開繊部のガイドロール３１の間は、それぞれ開繊領域Ａ1〜Ａ3に設定される。各開繊領域の上流側は繊維束Ｔｍが末広がりに拡がる拡張領域Ｂ1〜Ｂ3に設定される。拡張領域Ｂ1は、ニップロール２９から開繊領域Ａ1までに設定される。
【００８３】
そして、これらの開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列されている。
【００８４】
なお、縦振動付与機構は可動領域Ｍの範囲内であればどの場所に配置してもよい。例えば、拡張領域Ｂ1〜Ｂ3または開繊領域Ａ1〜Ａ3のいずれかに配置してもよい。
【００８５】
この装置例では、縦振動付与機構によって、開繊領域において繊維束の撓み量を時間的に変化させている。クランクモータ５５の回転を一定にすることで、撓み量を周期的に変化させることができる。また、クランクモータ５５の回転を時間的に変化させる制御を行えば、撓み量の変化を不規則に行うこともできる。これらの制御は、繊維束の開繊状態により対応することができる。
【００８６】
なお、開繊領域における繊維束の撓み量を時間的に変化させる他の方法として、例えば、繊維束Ｔｍまたは開繊糸シートＴｓに楕円型の回転体を接触させ、この楕円型回転体を回転させることで、開繊領域における繊維束の撓み量を時間的に変化させることもできる。また、各流量調整バルブ３３の開閉量を時間的に制御することで、各開繊部を流れる流体の大きさを時間的に変化させ、開繊領域における繊維束の撓み量を時間的に変化させる方法などを用いることもできる。
【００８７】
各領域群では、上述したように、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが設定されることで、拡張領域においてサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いを解消しながら繊維を解きほぐして予備開繊を行い、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。そして、開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【００８８】
図９及び図１０は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。なお、図７及び図８に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【００８９】
この装置例では、開繊部の風洞管３２の上方開口部内に撓み確保ロール３６が設けられている。ガイドロール３１の上側を通る繊維束Ｔｍは、撓み確保ロール３６の下側を通るように搬送される。そして、縦振動付与機構により繊維束Ｔｍの撓み量が小さくなっても繊維束Ｔｍは撓み確保ロール３６により所定の大きさの湾曲した状態に設定される。そのため、繊維束Ｔｍが各開繊部において直線状になることがなく、繊維束の開繊幅が収縮するのを防止する。さらに、縦振動付与機構により繊維束Ｔｍの撓み量が小さくなり撓み確保ロール３６に瞬間的に接触すると繊維束中の各繊維の分散性と真直性が向上し、品質の良い開繊状態を得ることが可能となる。つまり、繊維束Ｔｍは弛緩状態のときには撓み確保ロール３６から離れた撓みを形成し、緊張状態になったときには撓み確保ロール３６に瞬間的に接触する撓みを形成し、この２つの状態を繰り返すことで、繊維束は幅広く繊維分散性に優れた開繊が行われる。
【００９０】
なお、この装置例では、開繊部Ａ3の下流側に縦振動付与機構が配置されているが、縦振動付与機構は拡張領域Ｂ1〜Ｂ3のいずれかに配置してもよい。
【００９１】
この装置例では、図７に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【００９２】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【００９３】
図１１及び図１２は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。なお、図９及び図１０に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【００９４】
この装置例では、最も下流側の開繊部において縦振動付与機構を配置し、押圧ロール５３を撓み確保ロール３６として設置している。つまり、撓み確保ロール３６を繊維束の搬送方向と直交する方向、好ましくは繊維束の撓み方向に振動させている。これにより、開繊部において繊維束Ｔｍに周期的に緊張状態と弛緩状態を繰り返し付与する。この作用により、繊維束Ｔｍに積極的に撓みを与える、つまり、積極的に撓みの大きさ変化させることができ、さらに開繊効率を向上させることが可能となる。
【００９５】
なお、この装置例では、最も下流側の開繊部に縦振動付与機構の押圧ロール５３を配置しているが、縦振動付与機構の押圧ロール５３は他のどの開繊部に配置してもよい。また、複数の開繊部に配置してもよい。
【００９６】
この装置例においても、図７に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【００９７】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【００９８】
図１３は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。なお、図１０に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【００９９】
この装置例では、開繊部においてガイドロール３１が３本設けられており、ガイドロール３１の間にはそれぞれ撓み確保ロール３６が設けられている。したがって、開繊部では繊維束Ｔｍが２つの区間において撓んだ状態に形成されて開繊が行われる。
【０１００】
この装置例では、最上流側及び最下流側のガイドロール３１の間が開繊領域に設定され、図７に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１０１】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１０２】
なお、この装置例では、開繊部Ａ3の下流側に縦振動付与機構が配置されているが、縦振動付与機構は拡張領域Ｂ1〜Ｂ3のいずれかに配置してもよい。また、図１２の装置例のように、開繊部における撓み確保ロール３６の少なくとも１つを縦振動付与機構によって上下に移動させ、繊維束Ｔｍに対して緊張及び弛緩を繰り返し付与し、開繊領域における繊維束の撓み量を時間的に変化させてもよい。
【０１０３】
図１４は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。なお、図１３に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１０４】
この装置例では、開繊部に対応して熱風を繊維束Ｔｍに吹き付けて加熱する加熱機構６１が設けられている。開繊される繊維束Ｔｍを加熱することで、繊維束Ｔｍに付着したサイジング剤を軟化させることができる。そのため、拡張領域では繊維が容易に解きほぐされるようになり、開繊領域では繊維が均一に分散されるようになる。
【０１０５】
この装置例においても、図１３に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１０６】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１０７】
図１５は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。なお、図１４に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１０８】
この装置例では、拡張領域において繊維束Ｔｍの上側に一対の接触ロール７１を繊維束Ｔｍの幅方向に沿って配置し、下側に接触ロール７１の間に支持ロール７２を配置している。この装置例では、接触ロール２本、支持ロール１本であるが、その本数は何本でもよい。
【０１０９】
接触ロール７１および支持ロール７１は回転可能としてもよいし、固定されていてもよい。各ロールに接触して繊維束Ｔｍが搬送されることにより、繊維束が幅方向に潰されると同時にサイジング剤による固着から各繊維が切り離され幅方向に移動し易くなり、その結果、繊維が分散性よく予備開繊されるようになる。
【０１１０】
また、接触ロール７１は、図示せぬクランク機構により繊維束Ｔｍの幅方向に沿って往復移動するようにしてもよい。接触ロール７１及び支持ロール７２の間を繊維束Ｔｍが接触しながら通過する際に、繊維束Ｔｍの繊維が接触ロール７１の往復移動により幅方向に移動するようになり、さらに効率的に繊維が均一に分散するように作用する。
【０１１１】
この装置例においても、図１３に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１１２】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１１３】
図１６及び図１７は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。この装置例では、図９及び図１０に示す装置例を複数台並列配置し、複数の繊維束Ｔｍを並行して開繊することで複数の開繊糸シートＴｓを同時に形成することができる。なお、図９及び図１０に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１１４】
各給糸体１１から繰り出された繊維束Ｔｍは、それぞれニップローラ２９を通って送り出されて案内ロール２０４により整列ロール２０５に向かって搬送される。整列ロール２０５は、搬送された複数の繊維束Ｔｍを一括して挟持し、同一平面に等間隔に配列されるように整列して複数の繊維束Ｔｍを搬出する。
【０１１５】
搬出された複数の繊維束Ｔｍは、図９及び図１０に示す装置例と同様に３つの開繊部において開繊されるが、最下流側の開繊部は複数の繊維束Ｔｍを一括して開繊が行われるように全幅にわたって上方開口部が形成されている。一括して開繊されて形成された開繊糸シートＴｓは、一括して縦振動付与機構の押圧ロール５３により振動が付与され、引取りロール４１により搬出される。
【０１１６】
この装置例では、整列ロール２０５から引取りロール４１までの領域が可動領域Ｍに設定される。開繊部のガイドロール３１の間は、それぞれ開繊領域Ａ1〜Ａ3に設定される。各開繊領域の上流側は繊維束Ｔｍが末広がりに拡がる拡張領域Ｂ1〜Ｂ3に設定される。拡張領域Ｂ1は、整列ロール２０５から開繊領域Ａ1までに設定される。
【０１１７】
なお、最下流側の開繊部における各繊維束Ｔｍの開繊領域Ａ3における開繊幅Ｗ3は、開繊部の幅方向の長さを、当該開繊部を通過する繊維束本数で除算した値となる。
【０１１８】
そして、これらの開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列されている。
【０１１９】
各領域群では、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域においてサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いを解消しながら繊維を解きほぐして予備開繊を行い、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。そして、開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１２０】
図１８及び図１９は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。なお、図１６及び図１７に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１２１】
この装置例では、縦振動付与機構の下流側において開繊糸シートＴｓの繊維に対して幅方向に摺接する幅方向振動付与機構が設けられている。幅方向振動付与機構は、開繊糸シートＴｓの上側に全幅にわたって配列された一対のボウバー（ｂｏｗ ｂａｒ）８１を有し、開繊糸シートＴｓの下側に支持ロール８２が配列されている。ボウバー８１はクランク機構８４に連結されており、クランク機構８４をクランクモータ８３により駆動することで、ボウバー８１を開繊糸シートＴｓの幅方向に進退移動させる。ボウバー８１が進退移動して開繊糸シートＴｓの繊維に摺接することで、繊維同士が付着した部分を柔らかく解きほぐして開繊糸シートＴｓ全体を繊維が均一に分散した一枚のシート状態に仕上げることができる。
【０１２２】
この装置例においても、図１６に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１２３】
そして、３領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１２４】
この装置例では、幅方向振動付与機構は複数本の開繊糸シートＴｓに対して適用し、一枚の幅広い開繊糸シートＴｓを得ている。なお、幅方向振動付与機構は一本の開繊糸シートＴｓに対して適用し、さらに繊維分散性の良い開繊糸シートＴｓを得てもよい。
【０１２５】
図２０は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。なお、図１９に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１２６】
この装置例では、開繊部に対応して熱風を繊維束Ｔｍに吹き付けて加熱する加熱機構６１が設けられている。開繊される繊維束Ｔｍを加熱することで、繊維束Ｔｍに付着したサイジング剤を軟化させることができる。そのため、拡張領域では繊維が容易に解きほぐされるようになり、開繊領域では繊維が均一に分散されるようになる。
【０１２７】
この装置例においても、図１８に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１２８】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１２９】
以上のいずれかの開繊方法により、繊維束を幅広く、薄く、かつ繊維分散性の良い状態にした開繊糸シートを連続して得ることができる。
【０１３０】
炭素繊維束において、集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を、幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下にした、繊維分散性の良い開繊糸シートにできる。このとき、開繊糸シートの目付量は約３０ｇ／ｍ２以下とすることができる。
【０１３１】
また、集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の太繊度炭素繊維束を、幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下にした、繊維分散性の良い開繊糸シートにできる。例えば、集束本数４８０００本、繊度３２００ｇ／１０００ｍの炭素繊維束の場合、開繊幅４０ｍｍにすると、得られる開繊糸シートの目付量は約８０ｇ／ｍ２となる。また、集束本数６００００本、繊度４０００ｇ／１０００ｍの炭素繊維束の場合、開繊幅４０ｍｍにすると、得られる開繊糸シートの目付量は約１００ｇ／ｍ２となる。
【０１３２】
開繊によって得られる開繊糸シートの最大幅及び最小厚みは、集束している各繊維が幅方向に一列に並んだ場合となる。本開繊方法は繊維束を徐々に幅方向に開繊させるため、繊維束を構成する各繊維の引き揃え状態が良く、かつ各繊維の絡み合いがない繊維束であれば、集束している各繊維を幅方向に一列に並べた繊維束の開繊も可能となる。
【０１３３】
例えば、単糸直径０．００７ｍｍ、集束本数１２０００本の炭素繊維束であれば、本開繊方法によって、開繊幅８４ｍｍ、厚み０．００７ｍｍの開繊糸シートを得ることが可能となる。
【０１３４】
本開繊方法は集束本数が多くなった繊維束にも適用できるため、集束本数６００００本以上の太繊度炭素繊維束があった場合においても幅４０ｍｍ以上の開繊が可能であり、現在、集束本数１２０００本〜２４０００本の炭素繊維束を使用して作成される目付量１２０〜１６０ｇ／ｍ２の開繊糸シートを得ることも可能となる。
【０１３５】
ここで、開繊された繊維束の幅、厚さの測定は、開繊された繊維束を自然状態にして測定する。開繊幅は最小１ｍｍまで測定できる長さ計を用いて測定し、厚さはＪＩＳ Ｂ ７５０２（国際規格ＩＳＯ ３６１１に対応）に規定する最小表示量０．００１ｍｍの外側マイクロメータによって測定する。
【０１３６】
開繊糸シートの幅、厚さの測定は、開繊の連続安定性を確認するため、１カ所だけではなく複数箇所を測定する。例えば、長さ方向に、１０ｃｍおきに１０カ所、１ｍおきに１０カ所、または１０ｍおきに１０カ所などの測定を行う。なお、厚さにおいては、測定する箇所の幅方向において端部から端部までを外側マイクロメータによって測定し、幅方向の厚さのばらつきを測定する。例えば、開繊糸シート幅を外側マイクロメータの測定面直径で除した値（割り切れない場合は小数点下１桁を切り上げた値）ａを用いて、測定する箇所の幅方向において、端部から端部までを均等にａ分割した位置の厚さを測定する。
【０１３７】
開繊糸シートの繊維分散性において、繊維が均一に分散していれば、幅方向の厚さのばらつきは小さくなる。炭素繊維束において、集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を、幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下の繊維分散性に優れた開繊糸シートにした場合、平均厚みの±０．０１ｍｍ以下のばらつきとなる。炭素繊維の単糸直径が０．００５〜０．００７ｍｍであることから炭素繊維１〜２本程度のばらつきとなる。
【０１３８】
また、集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の太繊度炭素繊維束を、幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下の繊維分散性に優れた開繊糸シートにした場合、平均厚みの±０．０２ｍｍ以下のばらつきとなる。炭素繊維の単糸直径が０．００５〜０．００７ｍｍであることから３〜４本程度のばらつきとなる。
【０１３９】
開繊が順次安定して実施されれば、開繊糸シートの幅、厚さのばらつきは小さくなる。炭素繊維束において、集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を、幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下の繊維分散性に優れた開繊糸シートにした場合、幅は平均開繊幅の±１０％以内、厚さは平均厚みの±０．０１ｍｍ以下になる。
【０１４０】
また、集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の太繊度炭素繊維束を、幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下の繊維分散性に優れた開繊糸シートにした場合、幅は平均開繊幅の±１０％以内、厚さは平均厚みの±０．０２ｍｍ以下になる。
【０１４１】
図２１は、本発明に係る繊維補強シートＰｓの製造工程に関する概略側面図である。図２０の装置例により得られた幅広な開繊糸シートＴｓの片面に、連続して、樹脂付着離型シートＪＲｓを貼り合わせ、加熱加圧を行い、繊維補強シートＰｓを製造する工程に関する説明図である。
【０１４２】
開繊糸シートＴｓの片面に、樹脂付着離型シート供給機構９０２から樹脂付着離型シートＪＲｓを樹脂面が開繊糸シートＴｓ
に付着するように連続して供給し、また、開繊糸シートＴｓのもう一方の片面には、離型シート供給機構９０１から離型シートＲｓを連続供給して、加熱加圧ロール９０５、加熱平板９０７、加熱加圧ロール９０５、冷却平板９０８、冷却ロール９０６を走行することにより、開繊糸シートＴｓと樹脂を付着させた、または開繊糸シートＴｓの繊維束中に樹脂を含浸させた繊維補強シートＰｓを得る。図２１では、冷却ロール９０６を走行後、繊維補強シートＰｓの上下両面に貼り合わされた離型シートＲｓをそれぞれ離型シート巻き取り機構９０３にて巻き取り、繊維補強シートＰｓを新たな離型シート供給機構９０２から供給される離型シートＲｓと貼り合わせて製品巻き取り機構９０４にて巻き取っている。
【０１４３】
樹脂付着離型シートＪＲｓは離型シートＲｓの片面に樹脂が付着したシートで、付着する樹脂は熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂が使用される。熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などが、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド（ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１２など）、ポリアセタール、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ＡＢＳ)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどが使用される。熱可塑性樹脂の場合、これらの熱可塑性樹脂を２種類以上混合して、ポリマーアロイとした樹脂を使用してもよい。
【０１４４】
離型シートＲｓには離型処理された紙つまり離型紙、または、フッ素樹脂シート、熱硬化性ポリイミド樹脂シートなどが使用される。
【０１４５】
離型シートＲｓへの樹脂の付着状態として、離型シートＲｓの片面に樹脂が塗布されシート状に付着した状態、または離型シートＲｓの片面に粉末状の樹脂が分散して付着した状態などがある。
【０１４６】
加熱加圧ロール９０５、加熱平板９０７の加熱温度、または加熱加圧ロール９０５の加圧力を制御することにより、開繊糸シートＴｓの片面に樹脂が付着した状態にしたり、開繊糸シートＴｓ中に樹脂を含浸させた状態にすることができる。
【０１４７】
ここで、開繊糸シートＴｓへの樹脂の付着とは、開繊糸シートの片面又は両面の全面又は複数部分に、樹脂を熱融着させる、又は成形品になった際に力学的特性等に影響を与えない接着剤を薄く塗布して接着させるなどして、開繊糸シートと樹脂を貼り合わせ、一体化させることである。開繊糸シートに樹脂を熱融着させる場合、開繊糸シートの表層部分に樹脂がわずかに含浸することもあるが、その場合においても付着の状態にあるといえる。
【０１４８】
ここで、開繊糸シートＴｓへの樹脂の含浸とは、開繊糸シートを構成する各繊維間の空間に樹脂が入り込み、各繊維と樹脂が一体化されることである。開繊糸シートの空間のほぼ全体に樹脂が入り込んだ状態を含浸と称することが多いが、本発明では、空間が残った状態の半含浸である状態においても含浸として取り扱うことができる。
【０１４９】
なお、加熱加圧ロール９０５、冷却ロール９０６、加熱平板９０７、冷却平板９０８の個数は加工速度などに応じて任意に決められる。さらに、図２１では樹脂付着離型シートＪＲｓは開繊糸シートＴｓの片面のみ供給しているが、上下両面とも樹脂付着離型シートＪＲｓを供給して、開繊糸シートＴｓの上下に樹脂を付着させた繊維補強シートＰｓ、さらには開繊糸シートＴｓの上下から樹脂を含浸させた繊維補強シートＰｓを得てもよい。
【０１５０】
この装置例では、整列ロール２０５から最初の加熱加圧ロール９０５までの領域が可動領域Ｍに設定される。そして、図２０に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１５１】
拡張領域及び開繊領域からなる領域群を複数配列した本開繊方法により得られた繊維分散性に優れた開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートＴｓに樹脂を付着または含浸させることにより、繊維本来の力学的特性を十分に発現し、かつ応力集中などの原因となる欠陥が少ない幅方向、厚さ方向に均質化された、さらには成形性つまりドレープ性に優れた繊維補強シートＰｓとなる。
【０１５２】
図２２は、本発明に係る繊維補強シートＰｓの製造工程に関する別の概略側面図である。図２０の装置例により得られた幅広な開繊糸シートＴｓの片面に、連続して樹脂シートＪｓを連続して重ねて、加熱加圧を行い、繊維補強シートＰｓを製造する工程に関する説明図である。
【０１５３】
本開繊装置によって得られた開繊糸シートＴｓは反転ロール９０９を走行後、加熱加圧ロール９０５に供給され、樹脂押出機構９１０から供給される樹脂シートＪｓと重なって、２連の加熱加圧ロール９０５と２連の冷却ロール９０６を走行して、開繊糸シートＴｓと樹脂シートＪｓを貼り合わせた、または開繊糸シートＴｓの繊維束中に樹脂シートＪｓを含浸させた繊維補強シートＰｓを得る。図２２では、最初の加熱加圧ロール９０５の両側より、離型シート供給機構９０１から離型シートＲｓを連続供給し、最後の冷却ロール９０６を走行後、繊維補強シートＰｓの両面に貼り合わされた離型シートＲｓをそれぞれ離型シート巻き取り機構９０３にて巻き取り、繊維補強シートＰｓを製品巻き取り機構９０４にて巻き取っている。
【０１５４】
樹脂シートＪｓは、樹脂押出機構９１０から押し出されるシート状の樹脂であり、熱可塑性樹脂などが使用される。押し出される樹脂は単一の熱可塑性樹脂であってもよいし、２種類以上の樹脂を投入しポリマーアロイ化された樹脂であってもよい。
【０１５５】
離型シートＲｓには、図２１同様、離型処理された紙つまり離型紙、または、フッ素樹脂シート、熱硬化性ポリイミド樹脂シートなどが使用される。なお、加熱温度条件によっては、離型シートＲｓを供給せず、離型シートがない状態で繊維補強シートＰｓを製造することもできる。
【０１５６】
加熱加圧ロール９０５の加熱温度または加圧力を制御することにより、開繊糸シートＴｓの片面に樹脂シートＪｓが付着つまり貼り合わさった状態にしたり、開繊糸シートＴｓ中に樹脂を含浸または半含浸させた状態にすることができる。
【０１５７】
なお、加熱加圧ロール９０５、冷却ロール９０６の個数は加工速度などに応じて任意に決められる。
【０１５８】
さらには、加熱加圧ロール９０５の反対側にもう１組の本開繊装置を設置し、樹脂シートＪｓの両側に開繊糸シートＴｓを付着させた、または含浸させた繊維補強シートＰｓを得ることもできる。
【０１５９】
この装置例では、整列ロール２０５から反転ロール９０９までの領域が可動領域Ｍに設定される。そして、図２０に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１６０】
図２１までの装置例では、一対のロールにより繊維束または開繊糸シートを挟持して可動領域を設定していたが、図２２の本装置例ではニップロール（一対のロール）と反転ロールにより可動領域を設定している。反転ロールをゴムなどの弾性素材のロールにする、またはロール径を大きくして開繊糸シートＴｓとロールとの接触長を長くする、または反転ロールを加熱加圧ロールに接触させるなどすることにより、開繊糸シートＴｓの各繊維は幅方向への移動が規制される。したがって、反転ロールまでを可動領域と設定することができる。
【０１６１】
本開繊方法により得られた繊維分散性に優れた開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートＴｓに樹脂シートを貼り合わせるまたは含浸させることにより、繊維本来の力学的特性を十分に発現し、かつ応力集中などの原因となる欠陥が少ない幅方向、厚さ方向に均質化された、さらには成形性つまりドレープ性に優れた繊維補強シートＰｓとなる。
【実施例】
【０１６２】
［実施例１］
図１１、図１２に示す装置において開繊部を２つ配列して下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（東レ株式会社製、トレカＴ７００ＳＣ―１２Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１２０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約７ｍｍであった。
【０１６３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は１６ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は２７ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は３０ｍｍ、拡がり角度θは約１０°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１６４】
繊維束に付与される初期張力を１５０ｇに設定し、繊維束を搬送速度５ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数６００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面は梨地加工を施した。
【０１６５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約３０ｇ／ｍ2であった。
【０１６６】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は２５〜２７ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約２６．５ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−５．７％〜１．９％のばらつきであった。厚さは０．０２８〜０．０３８ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０３４ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００６〜０．００４ｍｍのばらつきであった。
【０１６７】
［実施例２］
図１１、図１２に示す装置において開繊部を２つ配列して下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。
【０１６８】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２５ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４８ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は３０ｍｍ、拡がり角度θは約２１°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１６９】
繊維束に付与される初期張力を１５０ｇに設定し、繊維束を搬送速度５ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数６００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面は梨地加工を施した。
【０１７０】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２１ｇ／ｍ2であった。
【０１７１】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４４〜４８ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４６．６ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−５．６％〜３．０％のばらつきであった。厚さは０．０２０〜０．０２８ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２３ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００３〜０．００５ｍｍのばらつきであった。
【０１７２】
［実施例３］
実施例２と同様の装置構成、および同様の炭素繊維束を用いた。
【０１７３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1および開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は実施例２と同様とした。拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は２０ｍｍ、拡がり角度θは約３０°に設定した。その他、各開繊領域のガイドロール間長さ、ガイドロール直径と表面処理、撓み確保ロール直径と表面処理、そして撓み確保ロールの位置については実施例２と同様とした。
【０１７４】
繊維束に付与される初期張力、繊維束の搬送速度、開繊部における吸引気流の流速、加熱機構からの熱風温度、縦振動付与機構の振動回数および押圧ロールの直径、表面処理およびストローク量は実施例２と同様とした。
【０１７５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２１ｇ／ｍ2であった。拡がり角度θが３０°の場合においても繊維分散性に優れた開繊糸シートを得ることができた。
【０１７６】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４２〜４８ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４５．７ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−８．１％〜５．０％のばらつきであった。厚さは０．０１９〜０．０２９ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２４ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００５〜０．００５ｍｍのばらつきであった。
【０１７７】
［実施例４］
図１に示す装置において開繊部を２つ配列して、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。
【０１７８】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２０ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４０ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ、拡がり角度θは約１１°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。
【０１７９】
繊維束に付与される初期張力を１００ｇに設定し、繊維束を搬送速度３ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は３０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。
【０１８０】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２６ｇ／ｍ2であった。
【０１８１】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は３６〜４０ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約３７．８ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−４．８％〜５．８％のばらつきであった。厚さは０．０２４〜０．０３１ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２８ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００４〜０．００３ｍｍのばらつきであった。
【０１８２】
［実施例５］
図９、図１０に示す装置において開繊部を２つ配列して下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（東レ株式会社製、トレカＴ７００ＳＣ―２４Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数２４０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約１２ｍｍであった。
【０１８３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２５ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４５ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ、拡がり角度θは約１１°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１８４】
繊維束に付与される初期張力を２００ｇに設定し、繊維束を搬送速度５ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数６００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面に梨地加工を施した。
【０１８５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約３７ｇ／ｍ2であった。
【０１８６】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４０〜４５ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４２．９ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−６．８％〜４．９％のばらつきであった。厚さは０．０３４〜０．０４６ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０４１ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００７〜０．００５ｍｍのばらつきであった。
【０１８７】
［実施例６］
図１１、図１２に示す装置において開繊部を３つ配列して最下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（東レ株式会社製、トレカＴ７００ＳＣ―２４Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数２４０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約１２ｍｍであった。
【０１８８】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２５ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４５ｍｍ、開繊領域Ａ3の開繊幅Ｗ3は６５ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ（拡がり角度θは約１１°）、拡張領域Ｂ3の搬送方向の長さＬ3は５０ｍｍ（拡がり角度θは約１１°）に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面を梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１８９】
繊維束に付与される初期張力を２００ｇに設定し、繊維束を搬送速度７ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数８００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面は梨地加工を施した。
【０１９０】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２５ｇ／ｍ2であった。
【０１９１】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は５８〜６５ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約６２．３ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−６．９％〜４．３％のばらつきであった。厚さは０．０２３〜０．０３４ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２７ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００４〜０．００６ｍｍのばらつきであった。
【０１９２】
［実施例７］
図１１、図１２に示す装置において開繊部を２つ配列して下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（グラフィル社製、タイプ５０―６０Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数６００００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約１４ｍｍであった。
【０１９３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は３０ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は５０ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ、拡がり角度θは約１１°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１９４】
繊維束に付与される初期張力を４００ｇに設定し、繊維束を搬送速度５ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数６００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面は梨地加工を施した。
【０１９５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約８３ｇ／ｍ2であった。
【０１９６】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４４〜５０ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４７．８ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−７．９％〜４．６％のばらつきであった。厚さは０．０８１〜０．１０２ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０８９ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００９〜０．０１３ｍｍのばらつきであった。
【０１９７】
［実施例８］
図２０に示す装置において開繊部を２つ配列し、下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置した装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。繊維束の本数は７本で、繊維束の間隔を４８ｍｍに設定した。
【０１９８】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２４ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４８ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ、拡がり角度θは約１３°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１９９】
繊維束に付与される初期張力を１５０ｇに設定し、繊維束を搬送速度１０ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数９５０ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。幅方向振動付与機構は、振動回数が４５０ｒｐｍで、ボウバーのストローク量は５ｍｍに設定した。なお、押圧ロールの直径は１０ｍｍ、ボウバーの直径は２５ｍｍで、それぞれ表面は梨地加工を施している。
【０２００】
以上のように設定して、繊維束を搬送して、シート幅約３４０ｍｍの開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２１ｇ／ｍ2であった。
【０２０１】
開繊の連続性を確認するため、７本中１本の開繊糸シートを取り出し、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４６〜５０ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４８．３ｍｍであった。平均開繊幅に対し、―４．８％〜３．５％のばらつきであった。厚さは０．０１８〜０．０２７ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２３ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００５〜０．００４ｍｍのばらつきであった。
【０２０２】
［実施例９］
図２１に示す装置において開繊部を２つ配列し、下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置した装置構成にて実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。繊維束の本数は７本で、繊維束の間隔を４８ｍｍに設定した。また、樹脂付着離型シートには目付け１２０ｇ／ｍ2、幅４００ｍｍの離型紙（リンテック株式会社製）上に塗布量２０ｇ／ｍ2のエポキシ樹脂が幅３５０ｍｍで塗布されたシートを用いた。離型紙シートには目付け１２０ｇ／ｍ2の離型紙（リンテック株式会社製）を用いた。
【０２０３】
開繊領域、拡張領域、各ガイドロール及び各撓み確保ロールの設定は実施例８と同様とした。なお、繊維束の搬送速度は５ｍ／分として、縦振動付与機構の振動回数を５５０ｒｐｍ、幅方向振動付与機構の振動回数を３００ｒｐｍに設定した。繊維束に付与される初期張力、開繊部における吸引気流の流速、加熱機構から吹き出される熱風温度、縦振動付与機構の押圧ロール直径、表面処理及びストローク量、幅方向振動付与機構のボウバー直径、表面処理及びストローク量は実施例８と同様とした。
【０２０４】
実施例８と同様の条件にて７本の繊維束の開繊を行い、幅約３４０ｍｍ、繊維分散性に優れた開繊糸シートを形成し、連続して開繊糸シートを樹脂付着離型シートと離型シートに挟み込み搬送した。
【０２０５】
加熱加圧ロール及び加熱平板の温度は１２０℃に、冷却ロールおよび冷却平板は水冷に、そして加熱加圧ロールの線圧は１５ｋｇｆ／ｃｍに、冷却ロールの線圧は５ｋｇｆ／ｃｍに設定した。冷却ロールから排出後は上側の離型シートのみを巻き取り、樹脂付着離型シートの離型シートとともに製品である繊維補強シートを巻き取った。
【０２０６】
以上のように設定して実施したところ、エポキシ樹脂が含浸したプリプレグシートと呼ばれる繊維補強シートを連続して形成した。繊維補強シートはシート幅３４０ｍｍ、繊維が均一に分散され、厚みがほぼ均一となった状態で形成されていた。
【０２０７】
［実施例１０］
図２２に示す装置において開繊部を２つ配列し、下流側の開繊部に縦振動付与機構を、樹脂押出機構の変わりに熱可塑性樹脂フィルムを連続して供給する機構を、一対の加熱加圧ロールを一連、一対の冷却ロールを一連設置した装置構成にて実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。繊維束の本数は７本で、繊維束の間隔を４８ｍｍに設定した。また、熱可塑性樹脂フィルムには厚さ１５μｍ、幅３５０ｍｍのポリエーテルイミド樹脂フィルム（三菱樹脂株式会社製）を使用した。そして、幅４００ｍｍの熱硬化性ポリイミド樹脂フィルム（製品名；ユーピレックスＳ、厚み；２５μｍ、宇部興産株式会社製）を離型シートとして供給した。
【０２０８】
開繊領域、拡張領域、各ガイドロール及び各撓み確保ロールの設定は実施例９と同様とした。なお、繊維束の搬送速度は１０ｍ／分として、縦振動付与機構の振動回数を９５０ｒｐｍ、幅方向振動付与機構の振動回数を４５０ｒｐｍに設定した。繊維束に付与される初期張力、開繊部における吸引気流の流速、加熱機構から吹き出される熱風温度、縦振動付与機構の押圧ロール直径、表面処理及びストローク量、幅方向振動付与機構のボウバー直径、表面処理及びストローク量は実施例９と同様とした。
【０２０９】
実施例９と同様の条件にて７本の繊維束の開繊を行い、幅約３４０ｍｍ、繊維分散性に優れた開繊糸シートを形成し、連続して開繊糸シートを熱可塑性樹脂フィルムと重ねて離型シートに挟み込み加熱加圧ロールに供給した。
【０２１０】
加熱加圧ロールの温度は３４０度に、冷却ロールは水冷に、そして加熱加圧ロールの線圧は５ｋｇｆ／ｃｍに設定した。冷却ロールから排出後は両側の離型シートを巻き取り、製品である繊維補強シートを巻き取った。
【０２１１】
以上のように設定して実施したところ、開繊糸シートとポリエーテルイミド樹脂フィルムが連続して付着した繊維補強シートを形成した。繊維補強シートはシート幅３４０ｍｍ、繊維が均一に分散された状態にて形成されていた。
【０２１２】
［比較例］
実施例２と同様の装置構成、および同様の炭素繊維束を用いた。
【０２１３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1および開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は実施例２と同様とし、開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２５ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４８ｍｍとした。拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は１５ｍｍ、拡がり角度θは約３７°に設定した。その他、各開繊領域のガイドロール間長さ、ガイドロール直径と表面処理、撓み確保ロール直径と表面処理、そして撓み確保ロールの位置については実施例２と同様とした。
【０２１４】
繊維束に付与される初期張力、繊維束の搬送速度、開繊部における吸引気流の流速、加熱機構からの熱風温度、縦振動付与機構の振動回数および押圧ロールの直径、表面処理およびストローク量は実施例２と同様とした。
【０２１５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを形成した。開繊糸シートは、繊維の分散性が悪く繊維の密度に粗密を生じている部分が発生しており、繊維の間に隙間ができている部分も各所で発生した。
【符号の説明】
【０２１６】
Ａ 開繊領域
Ｂ 拡張領域
Ｓ 領域群
Ｔｍ 繊維束
Ｔｓ 開繊糸シート
Ｒｓ 離型シート
ＪＲｓ 樹脂付着離型シート
Ｊｓ 樹脂シート
Ｐｓ 繊維補強シート
11 給糸体
12 給糸モータ
21 案内ロール
22 送りロール
23 支持ロール
24 送給モータ
25 支持ロール
26 張力付与ロール
27 上限位置検知センサ
28 下限位置検知センサ
29 ニップロール
31 ガイドロール
32 風洞管
33 流量調整バルブ
34 吸気ポンプ
35 ガイド部材
36 撓み確保ロール
41 引取りロール
42 引取りモータ
51 支持ロール
52 昇降ロッド
53 押圧ロール
54 クランクアーム
55 クランクモータ
61 加熱機構
71 接触ロール
72 支持ロール
81 ボウバー
82 支持ロール
83 クランクモータ
84 クランク機構
201 支持ロール
202 テンションロール
203 バネ部材
204 案内ロール
205 整列ロール
901 離型シート供給機構
902 樹脂付着離型シート供給機構
903 離型シート巻き取り機構
904 製品巻き取り機構
905 加熱加圧ロール
906 冷却ロール
907 加熱平板
908 冷却平板
909 反転ロール
910 樹脂押出機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の繊維からなる繊維束を繊維長方向に搬送し、繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊する繊維束の開繊方法、及び繊維束を開繊して得られた開繊糸シート、並びに開繊糸シートに樹脂材料を付着又は含浸させた繊維補強シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維といった強化繊維とエポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を組み合せた繊維強化複合材料の開発が進められているが、こうした強化繊維は一方向に引き揃えた薄い開繊糸シートを多方向に積層して用いることで信頼性ある高強度の複合材料成形品を得ることができる。また、リサイクル性、短時間成型性、成形品の耐衝撃特性の向上等の利点から、マトリックス樹脂にポリアミド６樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等の熱可塑性樹脂を用いた複合材料成形品が今後増加すると考えられている。
【０００３】
近年、航空機、自動車用材料として炭素繊維複合材料が大変注目されている。種々の炭素繊維があるが、主なものとして、引張弾性率約２４ｔｏｎ／ｍｍ２、単糸直径約７μｍのタイプで、産業用途、スポーツ用途に使用されるもので汎用炭素繊維と呼ばれるもの、引張弾性率約３０ｔｏｎ／ｍｍ２、単糸直径約５μｍのタイプで、航空機用途に使用されるもので高強度中弾性炭素繊維と呼ばれるものなどがある。
【０００４】
炭素繊維は複数本を集束して炭素繊維束として市販されるが、その集束本数も種々そろえられている。価格、製品の質（繊維の真直性や繊維の引き揃え状態など）の良さ、取り扱い易さの点から、汎用炭素繊維束では集束本数１２０００本、１５０００本（繊度約８００〜１１００ｇ／１０００ｍ）のものが、また、高強度中弾性炭素繊維束では集束本数１２０００本、２４０００本（繊度約４００〜１０００ｇ／１０００ｍ）のものが主として使用される。
【０００５】
汎用炭素繊維束においては低価格化を図るため炭素繊維の集束本数を多くしたタイプがあり、集束本数２４０００本（繊度約１６００ｇ／１０００ｍ）、４８０００本（繊度約３２００ｇ／１０００ｍ）、またはそれ以上の集束本数のものが市販されている。これらの繊維束は繊度が大きくなることから太繊度炭素繊維束とも呼ばれている。しかし、集束本数の多くした炭素繊維束は、集束本数が多くなるに従い、繊維の蛇行、繊維の絡み合いなどが多くなる欠点がある。
【０００６】
薄いシートの開発、また熱可塑性樹脂などのような高粘度樹脂の含浸性を良くするためには、繊維束を幅広く、薄くする開繊という工程が必要になる。特に、集束本数の多い繊維束においては開繊工程が重要となる。開繊技術として、例えば、特許文献１では、マルチフィラメントを給糸部から巻取部へ搬送しながらマルチフィラメントに対し交差方向に気流を複数回通過させてマルチフィラメントを風下方向へ弓なりに撓ませることにより、マルチフィラメントを構成するフィラメントを幅方向に解き分けて開繊するマルチフィラメント開繊シートの製造方法が記載されている。また、特許文献２では、集合繊維を巻回した繰出ロールと、この繰出ロールから操出された集合繊維に対して集合繊維の移動方向と直交する方向に流体を流して開繊する開繊部と、開繊部で開繊された開繊シートを巻取る巻取ロールとを具備する開繊装置において、開繊部が移動方向に沿って複数段配設する点が記載されている。また、特許文献３では、複数の給糸体からそれぞれ繊維束を引き出して供給し、供給された繊維束を複数の流体通流部において気流内に走行させて気流の作用により繊維束を撓ませながら幅方向に開繊させるようにした開繊装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０６４０１９号公報
【特許文献２】特許第３９０７６６０号公報
【特許文献３】特表２００７−５１８８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献には、搬送される繊維束中に流体を通過させることで繊維束を所定幅に拡げる開繊技術が記載されている。こうした開繊技術では、繊維束を構成する繊維を均一に分散させながら開繊幅をできるだけ拡げ、開繊された繊維束の厚みをできるだけ均一で薄く形成することが必要となる。
【０００９】
また、繊維の集束本数を増加させた繊維束つまり太繊度繊維束は集束本数の少ない繊維束つまり細繊度繊維束に比べて材料コストが低くなるため、太繊度繊維束を使用して開繊する方が生産コストを低くすることができる。さらに、太繊度繊維束を使用して開繊する方が、一度の開繊工程により、より幅広の開繊糸シートを得ることができるため、生産効率を格段に高めることが可能となる。
【００１０】
特許文献１では、繊維束の開繊幅を拡げるために、繊維束に対して複数（実施例では２度）にわたって開繊作用を及ぼすようにしているが、フロントフィーダ及びバックフィーダ、撓み測定センサ等の繊維の撓み量を調整する設備を複数箇所（実施例では２箇所）に設置する必要があり、装置の大型化が避けられず設備コスト負担も大きくなる。さらに、設備を幅方向に並列させることが難しく、複数本の繊維束を同時に開繊させたシート状の開繊糸シートを品質良く得ることが困難である。
【００１１】
特許文献２及び３では、開繊部を複数段連続して設けて繊維束を各開繊部を通過する度に連続して開繊幅を拡げるようにしている。このように開繊部を連続して開繊幅を拡げていくと、繊維束を構成する繊維が均一に分散せずに開繊された繊維の密度に粗密が生じ、場合によっては隙間が生じるようになる。
【００１２】
本発明者が特許文献２及び３の実施例を参考に実験した結果では、集束本数が１２０００本、１５０００本の汎用炭素繊維束、または、集束本数が１２０００本、２４０００本の高強度中弾性炭素繊維束を用いた場合、１本の炭素繊維束の開繊幅が２０〜２５ｍｍ程度（目付量が約４０ｇ／ｍ2程度）まではほぼ均一に炭素繊維が分散して均一な厚みの開繊糸シートを連続して形成することができるが、開繊幅が２５ｍｍ以上（目付量が約３０ｇ／ｍ2以下）となる幅広な開繊を連続して行うと開繊糸シートに割れを生じる部分ができるようになった。
【００１３】
また、集束本数が２４０００本の太繊度炭素繊維束を用いた場合、１本の炭素繊維束の開繊幅が３０〜３５ｍｍ程度（目付量が約５０ｇ／ｍ2程度）まではほぼ均一に炭素繊維が分散して均一な厚みの開繊糸シートを連続して形成することができるが、開繊幅が約４０ｍｍ以上（目付量が約４０ｇ／ｍ2以下）となる幅広な開繊を連続して行うと開繊糸シートに割れ、繊維絡み合いによる集束、部分的なねじれなどを生じる部分ができるようになった。
【００１４】
さらに、集束本数が４８０００本、６００００本といった太繊度炭素繊維束を用いた場合、１本の炭素繊維束の開繊幅が約４０ｍｍ以上となる開繊を行ったところ、繊維絡み合いによる集束、部分的なねじれなどを生じ、連続的な開繊が困難であることが確認された。
【００１５】
開繊工程においてこうした繊維の不均一な分散が生じる原因を探ったところ以下のことがわかった。特許文献２及び３の方法では、撓んだ状態の繊維束に空気流を作用させる部分を連続させているため、より幅広な開繊を行おうとして、開繊部分の連続数を多くしたり、空気流速を大きくしたりすると、各繊維は幅方向に移動し易くなるうえ、幅方向に拡がろうとする力を連続して受け続けることになる。繊維束は必ずしも真直な状態に配列されているのではなく多少の絡みがあり、また、各繊維を集束させるサイジング剤の付着むらがある。よって、特許文献２及び３の方法により繊維束をより幅広く、薄く連続して開繊させようとすると、各繊維には幅方向に拡がろうとする力が必要以上に大きく作用してしまう部分ができ、結果、繊維が集合した状態で幅方向に移動したり、また、繊維の絡まりを大きくして繊維の分散性を悪くしたり、さらには、サイジング剤の付着量が少ない箇所から幅方向に移動したりして、繊維束の開繊状態において隙間、開繊幅の不安定状態を生じ易くしてしまう部分ができる。つまり、繊維束を構成する各繊維を均一に分散した状態で連続して開繊することが難しくなってしまうことがわかった。
【００１６】
そして、集束本数の増加した繊維束（太繊度繊維束）では、サイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いもより生じ易くなる。このため、特許文献２及び３の方法にて太繊度繊維束を開繊させると、開繊糸シートにおける隙間、開繊幅の不安定状態がより生じ易くなってしまう。
【００１７】
したがって、従来の開繊技術では、より幅広な開繊（集束本数１２０００本、１５０００本の汎用炭素繊維束及び集束本数１２０００本、２４０００本の高強度中弾性炭素繊維束の場合では１本の炭素繊維束の開繊幅が２５ｍｍ以上となる開繊）、及び太繊度繊維束に対する繊維分散性に優れた幅広な開繊（集束本数２４０００本以上の太繊度炭素繊維束の場合では１本の炭素繊維束の開繊幅が４０ｍｍ以上となる開繊）が困難であった。
【００１８】
そこで、本発明は、集束本数が増加した繊維束に対しても適用可能であって、繊維を均一に分散させて開繊幅が広く厚みが均一で薄い開繊糸シートを連続して形成することができる開繊方法、及び炭素繊維束を用いた開繊糸シート、並びに本開繊方法によって得られた開繊糸シートに樹脂材料を付着又は含浸させた力学的特性に優れる繊維補強シートの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る繊維束の開繊方法は、多数の繊維からなる繊維束を繊維長方向に搬送し、前記繊維が幅方向に移動可能に設定された可動領域において前記繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊する繊維束の開繊方法であって、前記可動領域に、前記繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗi（i=1,・・・,n）に開繊する開繊領域Ａi（i=1,・・・,n）及び前記開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに当該開繊領域Ａiの前記繊維の幅方向の移動に伴って前記繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂi（i=1,・・・,n）からなる対の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）を前記繊維束の搬送方向にｎ（ｎ≧２）個配列して、前記領域群Ｓiを順次通過するように前記繊維束を搬送させて開繊することを特徴とする。さらに、最初の前記領域群Ｓ1では、前記繊維束の元幅Ｗ0に対して、前記開繊領域Ａ1の前記繊維束の開繊幅Ｗ1を
１＜（Ｗ1／Ｗ0）≦５
となるように設定し、残りの前記領域群Ｓj（j=2,・・・,n）では、前記開繊領域Ａj-1の開繊幅Ｗj-1、前記開繊領域Ａjの開繊幅Ｗj及び前記拡張領域Ｂjにおける前記繊維束の搬送方向の長さＬjが
０＜（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj≦ｔａｎ３０°
を満たすように設定することを特徴とする。さらに、前記開繊領域Ａ1の前記繊維束の開繊幅Ｗ1を
２≦（Ｗ1／Ｗ0）≦４
となるように設定することを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、複数の区画において前記繊維束中に流体を通過させることで前記繊維を撓ませながら幅方向に移動させることを特徴とする。さらに、前記拡張領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束に対して幅方向に配置されて接触する接触ロールを少なくとも１本以上配設して、前記繊維束を前記接触ロールに接触させながら搬送することを特徴とする。さらに、前記接触ロールが前記繊維束の幅方向に沿って往復移動することを特徴とする。さらに、前記拡張領域及び／又は前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束を加熱することを特徴とする。さらに、前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束の撓み量を時間的に変化させることを特徴とする。さらに、前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、撓み確保ロールにより前記繊維束の所定の撓み量を確保しながら開繊することを特徴とする。さらに、前記撓み確保ロールのうち少なくとも一本のロールにより前記繊維束を搬送方向と直交する方向に振動させることを特徴とする。さらに、前記可動領域の上流側において、前記繊維束の引き戻しを阻止しながら前記繊維束を搬送させることを特徴とする。さらに、前記繊維束を開繊した開繊糸シートに対して幅方向に振動を付与することを特徴とする。さらに、複数本の前記繊維束を搬送させながら同時に開繊することを特徴とする。さらに、複数本の前記繊維束を開繊して並列した複数の開繊糸シートに対して幅方向に振動を付与して全体が一様なシート状態に形成することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る開繊糸シートは、繊維集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を開繊させて、前記炭素繊維束を幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下にしたことを特徴とする。さらに、繊維集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の炭素繊維束を開繊させて、前記炭素繊維束を幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下にしたことを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る繊維補強シートの製造方法は、前記繊維束の開繊方法のいずれかの方法により得られた開繊糸シートの片面又は両面に樹脂層を形成して繊維補強シートを製造することを特徴とする。さらに、前記樹脂層に樹脂シートを用いて形成することを特徴とする。さらに、前記繊維束の開繊方法のいずれかの方法により得られた開繊糸シートを樹脂シートの両面に付着させて繊維補強シートを製造することを特徴とする。さらに、前記繊維束の開繊方法のいずれかの方法により得られた開繊糸シートに樹脂材料を含浸させて繊維補強シートを製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、上記のような構成を備えることで、繊維束の繊維が幅方向に移動可能に設定された可動領域内に、繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗi（i=1,・・・,n）に開繊する開繊領域Ａi（i=1,・・・,n）及び前記開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに当該開繊領域Ａiの前記繊維の幅方向の移動に伴って前記繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂi（i=1,・・・,n）からなる対の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）を配列しているので、開繊領域Ａiで生じる繊維束の繊維の分散による幅方向の移動現象を上流側の拡張領域Ｂiに及ぼして各繊維を徐々に幅方向に移動させる予備開繊を行うことで繊維を開繊領域Ａiで均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大して厚みを均一化する作用を続けて行うことができ、繊維束を繊維分散性の良い状態で幅広に開繊することができる。
【００２４】
上述した先行技術文献のように開繊領域が連続して設定された方法により幅広な開繊を実施した場合には、付着ムラや繊維の絡み合いの影響を受けた状態でそのまま開繊していくために、付着ムラや繊維の絡み合いが均一な繊維の分散を妨げていたが、本発明では、開繊領域Ａiの上流側に拡張領域Ｂiを設定する領域群Ｓiを複数配列するので繊維束を解きほぐしながら徐々に開繊を行うことができるようになる。
【００２５】
すなわち、可動領域内では、フィードローラ等に挟持されて繊維の幅方向の移動を妨げるものが設けられていないため、繊維束の各繊維は幅方向への移動が可能となる領域になる。この領域内に拡張領域Ｂiと開繊領域Ａiを対として複数配列することによって、繊維束にサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いがある場合でも、徐々に繊維が幅方向に移動して繊維束が解きほぐされていくように開繊が進行していくことが可能となる。つまり、可動領域内において、繊維束は繊維を蛇行させることなく真直性に優れた状態で均一に分散しながら開繊幅を順次拡大していくことができる。
【００２６】
こうした領域設定を行って開繊することで、集束本数が１２０００本〜２４０００本の炭素繊維束を用いた場合においても、１本の炭素繊維束の開繊幅２５ｍｍ以上（目付量が約３０ｇ／ｍ2以下）の炭素繊維が均一に分散して均一な厚みの薄い開繊糸シートを形成することができる。また、集束本数が２４０００本以上の太繊度炭素繊維束を用いた場合でも、領域群Ｓiの配列数を増加させることで開繊幅が広く均一な厚みの薄い開繊糸シートに安定して開繊することが可能となる。つまり、開繊前の繊維束幅が４〜５倍以上となる幅広な開繊を連続して実施する場合においても、サイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いの影響を受けることなく、各繊維が徐々に幅方向に移動し、繊維分散性に優れた開繊を行うことができ、従来の開繊方法に比べて開繊状態における幅広さ、繊維分散性が格段に連続し、かつ安定することができる。
【００２７】
最初の領域群Ｓ1において、繊維束の元幅Ｗ0に対して開繊領域Ａ1の繊維束の開繊幅Ｗ1を
１＜（Ｗ1／Ｗ0）≦５
となるように設定することで、繊維束を最初に拡げていく場合に、繊維束がボビンから解じょされるときに生じる撚り、又は繊維束を製造する過程で生じると考えられる繊維束内部の部分的な撚りを解きほぐしながら繊維束に割れが生じないように開繊することができる。
【００２８】
また、残りの領域群Ｓj（j=2,・・・,n）において、開繊領域Ａj-1の開繊幅Ｗj-1、開繊領域Ａjの開繊幅Ｗj及び拡張領域Ｂjにおける繊維束の搬送方向の長さＬjが
０＜（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj≦ｔａｎ３０°
を満たすように設定することで、繊維束に部分的に生じているサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いが拡張領域Ｂjにおける予備開繊で徐々に解きほぐされていき、開繊領域Ａjにおいて繊維の密度ムラが生じることなく均一に分散されて開繊を行うことが可能となる。
【００２９】
そして、開繊領域Ａjの開繊幅Ｗjを拡張領域Ｂjの搬送方向の長さＬjに基づいて上述の式に示すように関連付けることで、拡張領域Ｂjの搬送方向の長さＬjに対して開繊領域Ａjの開繊幅Ｗjが拡がりすぎないように設定されて繊維束に割れ等が生じないようにすることができる。
【００３０】
本開繊方法により得られた開繊糸シートは、繊維真直性及び繊維分散性に優れた厚さ方向に繊維本数の少ない開繊糸シートとなり、樹脂などのマトリックス材料が含浸し易く、かつ繊維本来の力学的特性（引張特性）が十分に発現できるシートとなる。
【００３１】
また、本開繊方法により得られた繊維真直性及び繊維分散性に優れた開繊糸シートに、樹脂材料を付着又は含浸させる製造方法により、繊維本来の力学的特性（例えば、引張特性、圧縮特性等）を十分に発現し、かつ応力集中などの原因となる欠陥が少ない幅方向、厚さ方向に均質化された繊維補強シートを得ることができる。
【００３２】
そして、本開繊方法により得られた厚さ方向に繊維本数の少ないつまり薄層の開繊糸シートに、樹脂材料を付着又は含浸させる製造方法により、成形性つまりドレープ性に優れた繊維補強シートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る開繊方法を実施する装置例に関する概略平面図である。
【図２】図１に示す装置例に関する概略側面図である。
【図３】可動領域Ｍにおける複数の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）の配列を一般化して示した模式図である。
【図４】領域群Ｓj-1及び領域群Ｓjに関する説明図である。
【図５】開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjに関する説明図である。
【図６】開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjに関する別の説明図である。
【図７】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図８】図７に示す装置例に関する概略側面図である。
【図９】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図１０】図９に示す装置例に関する概略側面図である。
【図１１】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図１２】図１１に示す装置例に関する概略側面図である。
【図１３】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【図１４】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【図１５】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【図１６】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図１７】図１６に示す装置例に関する概略側面図である。
【図１８】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図である。
【図１９】図１８に示す装置例に関する概略側面図である。
【図２０】本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【図２１】本発明に係る繊維補強シートの製造を実施する装置例に関する概略側面図である。
【図２２】本発明に係る繊維補強シートの製造を実施する別の装置例に関する概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。
【００３５】
図１及び図２は、本発明に係る開繊方法を実施する装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。長繊維を複数本集束した繊維束Ｔｍは、ボビン形式の給糸体１１に巻き付けられており、給糸体１１を給糸モータ１２により回転させることで繊維束Ｔｍが繰り出されていくようになっている。
【００３６】
繊維束Ｔｍに用いられる繊維材料としては、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束、セラミックス繊維束などの高強度繊維からなる強化繊維束、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性の合成繊維繊維を引き揃えた熱可塑性樹脂繊維束等が挙げられる。炭素繊維束の場合、繊維束の集束本数１２０００本から２４０００本が市場には多く流通しているが、本発明では２４０００本を超える集束本数（例えば、４８０００本、６００００本など）の繊維束を用いることもできる。
【００３７】
また、繊維束Ｔｍの形態として、複数の繊維が引き揃えられサイジング剤などによりばらけないように集束した状態であるものが望ましい。サイジング剤の付着により、開繊された開繊糸シートにおいても、その形態が安定する。強制的に加撚して撚りが与えられている形態の繊維束は、連続した開繊状態が得られ難く、本発明の開繊方法に使用することは望ましくない。
【００３８】
給糸体１１から繰り出される繊維束Ｔｍは、所定位置に回転可能に支持された案内ロール２１により所定方向の引き出し方向に向かって引き出されていく。引き出された繊維束Ｔｍは、送りロール２２及び支持ロール２３に挟持されて所定の送り量で送給される。繊維束Ｔｍの送り量は、送りロール２２を回転させる送給モータ２４の回転動作を制御して調整される。
【００３９】
送りロール２２により送給された繊維束Ｔｍは、繊維束Ｔｍの搬送方向に所定間隔を空けて配列された一対の支持ロール２５に支持されて搬送される。支持ロール２５の間には、張力付与ロール２６が昇降可能に設けられており、繊維束Ｔｍは支持ロール２５の上側から張力付与ロール２６の下側に回り込むようにセットされる。支持ロール２５の間を通過する繊維束Ｔｍは張力付与ロール２６により所定範囲の張力が付与される。そして、送りロール２２により送られる繊維束Ｔｍの送り量により張力付与ロール２６は昇降するようになる。張力付与ロール２６の昇降動作は、上限位置検知センサ２７及び下限位置検知センサ２８により検知される。
【００４０】
張力付与ロール２６は、繊維束Ｔｍが開繊され搬送される量（搬送量）に対し送り量が少なくなると上昇し、繊維束Ｔｍの搬送量に対し送り量が多くなると下降するように動作する。そのため、張力付与ロール２６が上昇して上限位置検知センサ２７が張力付与ロール２６を検知すると、送りロール２２の回転を速め繊維束Ｔｍの送り量を増加させるようにする。また、張力付与ロール２６が下降して下限位置検知センサ２８が張力付与ロール２６を検知すると、送りロール２２の回転を遅め繊維束Ｔｍの送り量を減少させるようにする。
【００４１】
こうして、上限位置検知センサ２７及び下限位置検知センサ２８からの検知信号に基づいて張力付与ロール２６が所定範囲に位置するように繊維束Ｔｍの送り量を調整して繊維束Ｔｍの張力を所定範囲に安定させる。
【００４２】
なお、ボビンから繊維束を引き出し、繊維束の張力を連続して一定の範囲で安定させる機構であれば、本機構以外の方法であっても良い。
【００４３】
支持ロール２５の下流側には、ニップロール２９が設けられており、繊維束Ｔｍはニップロール２９に挟持されて開繊部に搬送されていく。ニップロール２９は、図示せぬ一方向クラッチが取り付けられており、繊維束Ｔｍを送り出す方向のみ回転し引き戻す方向には回転しないようになっている。
【００４４】
ニップロール２９を通過し所定範囲の張力に設定された繊維束Ｔｍは、搬送方向に配列された複数の開繊部を通過する。各開繊部は、搬送方向に配列された一対のガイドロール３１により繊維束Ｔｍを支持する。ガイドロール３１の間には、風洞管３２が設けられており、風洞管３２の上方開口部がガイドロール３１の間に所定幅で形成されている。風洞管３２の下側には流量調整バルブ３３及び吸気ポンプ３４が取り付けられており、吸気ポンプ３４を作動させて風洞管３２内の空気を吸引することで、ガイドロール３１の間の上方開口部において吸引による空気流れが発生する。
【００４５】
ガイドロール３１の間を搬送中の繊維束Ｔｍに対して吸引気流が通過すると、繊維束Ｔｍの張力と気流の流速の関係により繊維束Ｔｍが撓んだ状態になる。このような状態になると、繊維束Ｔｍの繊維の間を気流が通り抜ける際に繊維を繊維束Ｔｍの幅方向に移動させる力が働き、かつ繊維が撓んでいる効果により繊維束Ｔｍが開繊されるようになる。こうした開繊作用は公知である。
【００４６】
繊維束Ｔｍが撓んだとき、その撓みの大きさは撓み量ｔであらわすことができる。撓み量ｔはガイドロール３１の上面から繊維束が撓んだときの最下位置までの距離で表わすことができる。
【００４７】
ニップロール２９を設けていることにより、繊維束Ｔｍは搬送方向と逆方向に引き戻されることはなく、風洞管内で撓みを形成し易い状態になっている。
【００４８】
風洞管３２の上方開口部の両側には搬送方向に沿って一対のガイド部材３５が取り付けられており、ガイドロール３１の間を搬送中の繊維束Ｔｍに吸引気流が通過することで開繊が行われる場合にガイド部材３５により開繊幅が規定されるようになる。
【００４９】
ガイド部材３５は、風洞管３２の上方開口部を矩形状に形成して開口部の側壁をそのまま利用してもよい。また、風洞管３２の内部に針金等を複数本立設してガイド部材として用いることもできる。
【００５０】
繊維束Ｔｍは、開繊部により複数回にわたり開繊されて繊維が均一に分散した厚みの薄い開繊糸シートＴｓに形成される。開繊糸シートＴｓは、引取りロール４１により挟持されて搬送される。引取りロール４１は、引取りモータ４２により回転駆動されて開繊糸シートＴｓを引き込んで開繊糸シートＴｓを搬送する。そのため、繊維束Ｔｍの搬送速度は引取りモータ４２の回転速度により調整することができる。
【００５１】
引取りロール４１により搬出された開繊糸シートＴｓは、図示せぬ巻取り装置により巻き取られる。または、樹脂材料を付着又は含浸させる装置等に連続して搬送される。
【００５２】
以上のような装置では、繊維束Ｔｍはニップロール２９に挟持され、開繊糸シートＴｓは引取りロール４１に挟持されており、これらのローラ対の間では、繊維束Ｔｍが挟持されることがない。そのため、２つのローラ対の間は、繊維束Ｔｍの繊維が幅方向に移動可能な状態で搬送される可動領域Ｍとなっている。
【００５３】
繊維束Ｔｍは引取りロール４１により所定の搬送速度で搬送されながら、張力付与ロール２６により張力が所定範囲となるように調整される。そのため、繊維束Ｔｍは可動領域Ｍに配置された複数の開繊部において吸引気流により撓んだ状態で搬送される。
【００５４】
開繊部のガイドロール３１の間は、それぞれ開繊領域Ａ1〜Ａ3に設定される。各開繊領域の開繊幅Ｗ1〜Ｗ3は、各開繊部の一対のガイド部材の間の間隔により設定される。繊維束Ｔｍが可動領域Ｍに入る前の幅は元幅Ｗ0となる。
【００５５】
各開繊領域の上流側は繊維束Ｔｍが末広がりに拡がる拡張領域Ｂ1〜Ｂ3に設定される。図１及び図２に示す例では、拡張領域Ｂ1は、ニップロール２９から開繊領域Ａ1の上流側のガイドロールまでに設定され、拡張領域Ｂ2〜Ｂ3は、ガイド部材３５の下流側端部から開繊領域の上流側のガイドロールまでの間に設定される。そして、各開繊領域の上流側に設定される拡張領域における繊維束Ｔｍの搬送方向の長さＬ2及びＬ3は、繊維束Ｔｍが実際に末広がりに拡がる領域の長さで、その開始位置であるガイド部材３５の下流側端部から開繊領域の上流側のガイドロールまでの間の長さとなる。図１に示す例では、ガイド部材３５の設定位置により拡張領域の上流側において開繊領域との間に間隔が空くようになっているが、ガイド部材の設定位置を調整して開繊領域及び拡張領域が連続するように設定することもできる。
【００５６】
各開繊領域の上流側は繊維束Ｔｍが末広がりに拡がる拡張領域Ｂ1〜Ｂ3に設定される。開繊領域の間の拡張領域における繊維束Ｔｍの搬送方向の長さＬ2及びＬ3は、隣接する開繊領域のガイドロールの間の間隔として設定される。拡張領域Ｂ1は、ニップロール２９から開繊領域Ａ1までに設定される。
【００５７】
そして、これらの開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列されている。
【００５８】
図３は、こうした可動領域Ｍにおける複数の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）の配列を一般化して示した模式図である。なお、図３では各領域群が連続して配列されているが、図１及び図２に示すように各領域群の間に間隔を空けるように配列してもよい。領域群Ｓiは、繊維束中に流体として吸引気流を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗiに開繊する開繊領域Ａi及び開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに開繊領域Ａiの繊維の幅方向の移動に伴って繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂiを備えている。
【００５９】
本発明では、開繊領域Ａiで生じる繊維束の各繊維が幅方向へ移動する現象を上流側の拡張領域Ｂiに及ぼして繊維を末広がりに広げるため、サイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いを次第に解消して繊維を解きほぐすように開繊する。つまり、サイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いの影響を抑えながら開繊することができる。なお、各領域群の配列が連続している場合、各領域群の間に間隔がある場合、どちらにおいても、可動領域内では各繊維は幅方向に移動できるため、繊維束は各繊維を解きほぐすように開繊することができる。
【００６０】
開繊領域Ａiでは所定の開繊幅まで開繊し、繊維束が下流に搬送されるにしたがい開繊幅が拡がるようになっていくため、開繊される繊維束の厚みは次第に薄くなる。繊維束が厚い場合サイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いが内蔵した状態となっているが、各繊維が幅方向に徐々に移動し、厚みを次第に薄くすることで内蔵するサイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いが拡張領域Ｂiにおいて徐々に解消されていく。そのため、開繊して一気に開繊幅を拡げる場合に比べてサイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いの影響を抑えることができ、繊維を解きほぐして均一に分散させながら開繊することが可能となる。
【００６１】
繊維束のサイジング剤の付着ムラ及び繊維同士の絡み合いは、最初に開繊を行う場合に最も影響を与える。繊維束を製造する段階やボビンの巻き付けの際に繊維束全体にねじれが加わっている場合もあり、繊維束を開繊する際に連続安定した開繊幅を得ることができなかったり、開繊中に繊維束間に割れなどを生じさせる。
【００６２】
本発明では、最初の領域群Ｓ1では、繊維束Ｔｍの元幅Ｗ0に対して、開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1を
１＜（Ｗ1／Ｗ0）≦５
となるように設定することで、繊維束中の繊維同士の絡み合い及び繊維束全体のねじれの影響を抑えながら繊維を均一に分散させて最初の開繊を安定して行うことができる。開繊幅Ｗ1が元幅Ｗ0の５倍より拡がると、開繊の際に繊維束中の繊維同士の絡み合い及び繊維束全体のねじれが逆に強くなり、その影響を受けて連続安定した開繊幅を得ることができなかったり、繊維束間に割れなどを生じ易くさせる。さらに好ましくは、
２≦（Ｗ1／Ｗ0）≦４
に設定するとよい。開繊幅Ｗ1を元幅Ｗ0の２倍以上にすれば、開繊効率を高めることができる。また、開繊幅Ｗ1を元幅Ｗ0の４倍以内とすることで、繊維束中の繊維同士の絡み合い及び繊維束全体のねじれの影響をより抑えた繊維分散性の良い開繊が行われる。
【００６３】
次に、最初の領域群Ｓ1以降の領域群Ｓj（j=2,・・・,n）について説明する。図４は、領域群Ｓj-1及び領域群Ｓjに関する説明図である。領域群Ｓj-1は、開繊領域Ａj-1及び拡張領域Ｂj-1からなり、開繊領域Ａj-1は開繊幅Ｗj-1に設定され、拡張領域Ｂj-1は繊維束の搬送方向の長さＬj-1に設定される。同様に、領域群Ｓjは、開繊領域Ａj及び拡張領域Ｂjからなり、開繊領域Ａjは開繊幅Ｗjに設定され、拡張領域Ｂjは繊維束の搬送方向の長さＬjに設定される。
【００６４】
拡張領域Ｂjは、下流側に向かって末広がりに拡がっており、開繊幅Ｗjは開繊幅Ｗj-1よりも広くなる。そして、拡張領域Ｂjは両側に等しい距離だけ拡がるように設定されているため、両側において拡大した距離分ΔＷは、
ΔＷ＝（Ｗj―Ｗj-1）／２
となる。そして、拡張領域Ｂjの両側において搬送方向に対して拡がる角度をθとすると、
ｔａｎθ＝ΔＷ／Ｌj＝（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj
となる。
【００６５】
ここで、拡張領域Ｂjは両側に等しい距離だけ拡がるように設定されていることが望ましい。拡がり方に偏りがある設定を行うと、開繊による各繊維の幅方向移動に偏りを生じ、均一な繊維分散を伴った開繊が行われ難くなる。
【００６６】
領域群Ｓjでは、拡張領域Ｂjの広がる角度θを３０°以下に設定することで、開繊領域Ａjにおいて繊維を均一に分散させて開繊幅Ｗjまで開繊することができる。角度θが３０°より大きくなると、拡張領域Ｂjにおいてサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いが十分解消されないまま開繊が行われ、繊維の間に隙間が生じたり、繊維の密度に粗密が形成されて均一な分散が連続して行われ難くなる。
【００６７】
したがって、開繊領域Ａj-1の開繊幅Ｗj-1、開繊領域Ａjの開繊幅Ｗj及び拡張領域Ｂjにおける繊維束の搬送方向の長さＬjが
０＜（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj≦ｔａｎ３０°
を満たすように設定することで、繊維束の繊維が均一に分散した開繊を連続して行うことが可能となる。
【００６８】
なお、θが小さくなるほど、各繊維が徐々に移動するので繊維分散性には好ましいが、距離Ｌが長くなるため装置の大型化になる。逆に、θが大きくなるほど、距離Ｌが短くなり装置の小型化となるが各繊維の移動量も大きくなり繊維分散性に影響し易くなる。よって、θは５°≦θ≦２０°がより好ましい角度となる。
【００６９】
以上のように設定することで、拡張領域Ｂiにおいてサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いを解消しながら繊維を解きほぐして予備開繊を行うことで、開繊領域Ａiにおいて繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。そして、開繊領域Ａi及び拡張領域Ｂiからなる領域群Ｓiを複数設定することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【００７０】
例えば、集束本数が１２０００本の炭素繊維束の場合、開繊幅が約２７ｍｍ（目付量が約３０ｇ／ｍ2）、さらには開繊幅が約４０ｍｍ（目付量が約２０ｇ／ｍ2）となる開繊を行っても、繊維が均一に分散された開繊糸シートを形成することができる。
【００７１】
本発明によれば、従来のように連続して開繊する場合に比べて格段に厚みの薄い開繊糸シートに開繊することができ、また従来の技術では幅広な開繊が困難であった集束本数の多い繊維束についても繊維分散性に優れた幅広な開繊を行うことができるようになる。
【００７２】
図５及び図６は開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjに関する説明図である。開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjは、例えば図１の概略説明図から、風洞管３２の上方開口部の両側に繊維束の搬送方向に沿って一対のガイド部材３５を取り付け、そのガイド部材３５により規定される。
【００７３】
風洞管３２の上方開口部の形状が図１つまり図５のように矩形形状の場合、ガイド部材３５は搬送方向に平行に取り付けられる。そして、風洞管３２における繊維束搬送方向の上流側と下流側における長さ（風洞管幅）、つまり開繊幅Ｗjは同じ長さとなる。
【００７４】
風洞管３２の形状は、例えば図６に示すように、繊維束搬送方向の上流側長さに対し下流側長さが長い形状であっても良い。つまり、搬送方向に向かって拡がる形状のものを用いても良い。この場合、風洞管開口部の両側には一対のガイド部材３５が搬送方向に沿って拡がるように取り付けられる。
【００７５】
図６の場合、繊維束の搬送方向下流側における幅ＷＢjを開繊領域Ａjにおける開繊幅Ｗjとすることができる。ただし、拡張領域Ｂjの両側において搬送方向に対して拡がる角度θを求める式、
ｔａｎθ＝ΔＷ／Ｌj＝（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj
においては、幅Ｗjに開繊領域Ａjの繊維束搬送方向上流側の幅ＷＰjを、幅Ｗj-1に開繊領域Ａj―１の繊維束搬送方向下流側の幅ＷＢj-1を適用する。
【００７６】
図７及び図８は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。なお、図１及び図２に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【００７７】
この装置例では、開繊部の下流側には、縦振動付与機構が設けられている。縦振動付与機構は、一対の支持ロール５１の間に押圧ロール５３が配列されている。押圧ロール５３は、昇降ロッド５２の下端に取り付けられており、昇降ロッド５２の上端はクランクアーム５４の一端に連結されている。クランクアーム５４の他端はクランクモータ５５の出力軸に連結されており、クランクモータ５５を回転駆動することで昇降ロッド５２が昇降動作を繰り返すようになる。そのため、押圧ロール５３は、上下動して支持ロール５１の上側を通る開繊された開繊糸シートＴｓの上面に所定の周期で突き当てられるようになる。
【００７８】
押圧ロール５３が開繊糸シートＴｓに突き当てられて開繊糸シートＴｓが支持ロール５１の間に押し込まれると、一時的に開繊糸シートＴｓの張力が大きくなって緊張状態が生じ、押圧ロール５３が上昇して開繊糸シートＴｓから離間すると、開繊糸シートＴｓの張力が小さくなって弛緩状態が生じるようになる。
【００７９】
こうした開繊糸シートＴｓの緊張状態と弛緩状態の繰り返しは開繊部の繊維束Ｔｍにも伝搬していき、開繊部において繊維束Ｔｍの撓み量が時間的に変化する。つまり、開繊部においては繊維束Ｔｍが緊張すると繊維束Ｔｍの撓み量が小さくなる方向に、繊維束Ｔｍが弛緩すると繊維束Ｔｍの撓み量は大きくなる方向に変化する。開繊作用において、繊維束の撓み量が大きくなる方向と小さくなる方向を周期的に繰り返して流体の作用を受けると、各繊維はより真直な状態になって徐々に幅方向へ移動することとなり、より幅広で、繊維分散性の良い開繊が行われ易くなる。つまり、開繊効率を高めることが可能となる。なお、各開繊部において、繊維束が緊張して繊維束Ｔｍの撓みがなくなってしまうと、繊維束は集束しやすい状態となり、開繊幅が不安定になってしまう。よって、繊維束の搬送速度に応じた押圧ロール５３の上下動速度を調整し、開繊糸シートＴｓの緊張状態と弛緩状態を調整することにより、各開繊部において繊維束の撓みを確保し開繊幅を安定させるようにすることが重要となる。
【００８０】
開繊糸シートＴｓに付与された振動はニップロール２９の上流側にも伝搬する。この装置例では、伝搬された振動を除去する機構が支持ロール２５とニップロール２９の間に設けられている。機構例として、一対の支持ロール２０１及びテンションロール２０２が設けられ、このテンションロール２０２は、一対の支持ロール２０１の間に配列されて、支持ロール２０１の下側を通る繊維束Ｔｍがテンションロール２０２の上側を通るように設定されている。そして、テンションロール２０２はバネ部材２０３に取り付けられており、繊維束の振動に応じてテンションロール２０２も上下に振動し、繊維束の振動を除去するようになっている。
【００８１】
なお、ニップロール２９が設けられていることにより、テンションロール２０２の振動の影響による繊維束の逆戻りが開繊部には影響せず、各風洞管内では繊維束の撓みが安定して形成されるようになっている。
【００８２】
この装置例では、ニップロール２９から引取りロール４１までの領域が可動領域Ｍに設定される。開繊部のガイドロール３１の間は、それぞれ開繊領域Ａ1〜Ａ3に設定される。各開繊領域の上流側は繊維束Ｔｍが末広がりに拡がる拡張領域Ｂ1〜Ｂ3に設定される。拡張領域Ｂ1は、ニップロール２９から開繊領域Ａ1までに設定される。
【００８３】
そして、これらの開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列されている。
【００８４】
なお、縦振動付与機構は可動領域Ｍの範囲内であればどの場所に配置してもよい。例えば、拡張領域Ｂ1〜Ｂ3または開繊領域Ａ1〜Ａ3のいずれかに配置してもよい。
【００８５】
この装置例では、縦振動付与機構によって、開繊領域において繊維束の撓み量を時間的に変化させている。クランクモータ５５の回転を一定にすることで、撓み量を周期的に変化させることができる。また、クランクモータ５５の回転を時間的に変化させる制御を行えば、撓み量の変化を不規則に行うこともできる。これらの制御は、繊維束の開繊状態により対応することができる。
【００８６】
なお、開繊領域における繊維束の撓み量を時間的に変化させる他の方法として、例えば、繊維束Ｔｍまたは開繊糸シートＴｓに楕円型の回転体を接触させ、この楕円型回転体を回転させることで、開繊領域における繊維束の撓み量を時間的に変化させることもできる。また、各流量調整バルブ３３の開閉量を時間的に制御することで、各開繊部を流れる流体の大きさを時間的に変化させ、開繊領域における繊維束の撓み量を時間的に変化させる方法などを用いることもできる。
【００８７】
各領域群では、上述したように、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが設定されることで、拡張領域においてサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いを解消しながら繊維を解きほぐして予備開繊を行い、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。そして、開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【００８８】
図９及び図１０は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。なお、図７及び図８に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【００８９】
この装置例では、開繊部の風洞管３２の上方開口部内に撓み確保ロール３６が設けられている。ガイドロール３１の上側を通る繊維束Ｔｍは、撓み確保ロール３６の下側を通るように搬送される。そして、縦振動付与機構により繊維束Ｔｍの撓み量が小さくなっても繊維束Ｔｍは撓み確保ロール３６により所定の大きさの湾曲した状態に設定される。そのため、繊維束Ｔｍが各開繊部において直線状になることがなく、繊維束の開繊幅が収縮するのを防止する。さらに、縦振動付与機構により繊維束Ｔｍの撓み量が小さくなり撓み確保ロール３６に瞬間的に接触すると繊維束中の各繊維の分散性と真直性が向上し、品質の良い開繊状態を得ることが可能となる。つまり、繊維束Ｔｍは弛緩状態のときには撓み確保ロール３６から離れた撓みを形成し、緊張状態になったときには撓み確保ロール３６に瞬間的に接触する撓みを形成し、この２つの状態を繰り返すことで、繊維束は幅広く繊維分散性に優れた開繊が行われる。
【００９０】
なお、この装置例では、開繊部Ａ3の下流側に縦振動付与機構が配置されているが、縦振動付与機構は拡張領域Ｂ1〜Ｂ3のいずれかに配置してもよい。
【００９１】
この装置例では、図７に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【００９２】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【００９３】
図１１及び図１２は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。なお、図９及び図１０に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【００９４】
この装置例では、最も下流側の開繊部において縦振動付与機構を配置し、押圧ロール５３を撓み確保ロール３６として設置している。つまり、撓み確保ロール３６を繊維束の搬送方向と直交する方向、好ましくは繊維束の撓み方向に振動させている。これにより、開繊部において繊維束Ｔｍに周期的に緊張状態と弛緩状態を繰り返し付与する。この作用により、繊維束Ｔｍに積極的に撓みを与える、つまり、積極的に撓みの大きさ変化させることができ、さらに開繊効率を向上させることが可能となる。
【００９５】
なお、この装置例では、最も下流側の開繊部に縦振動付与機構の押圧ロール５３を配置しているが、縦振動付与機構の押圧ロール５３は他のどの開繊部に配置してもよい。また、複数の開繊部に配置してもよい。
【００９６】
この装置例においても、図７に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【００９７】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【００９８】
図１３は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。なお、図１０に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【００９９】
この装置例では、開繊部においてガイドロール３１が３本設けられており、ガイドロール３１の間にはそれぞれ撓み確保ロール３６が設けられている。したがって、開繊部では繊維束Ｔｍが２つの区間において撓んだ状態に形成されて開繊が行われる。
【０１００】
この装置例では、最上流側及び最下流側のガイドロール３１の間が開繊領域に設定され、図７に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１０１】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１０２】
なお、この装置例では、開繊部Ａ3の下流側に縦振動付与機構が配置されているが、縦振動付与機構は拡張領域Ｂ1〜Ｂ3のいずれかに配置してもよい。また、図１２の装置例のように、開繊部における撓み確保ロール３６の少なくとも１つを縦振動付与機構によって上下に移動させ、繊維束Ｔｍに対して緊張及び弛緩を繰り返し付与し、開繊領域における繊維束の撓み量を時間的に変化させてもよい。
【０１０３】
図１４は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。なお、図１３に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１０４】
この装置例では、開繊部に対応して熱風を繊維束Ｔｍに吹き付けて加熱する加熱機構６１が設けられている。開繊される繊維束Ｔｍを加熱することで、繊維束Ｔｍに付着したサイジング剤を軟化させることができる。そのため、拡張領域では繊維が容易に解きほぐされるようになり、開繊領域では繊維が均一に分散されるようになる。
【０１０５】
この装置例においても、図１３に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１０６】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１０７】
図１５は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。なお、図１４に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１０８】
この装置例では、拡張領域において繊維束Ｔｍの上側に一対の接触ロール７１を繊維束Ｔｍの幅方向に沿って配置し、下側に接触ロール７１の間に支持ロール７２を配置している。この装置例では、接触ロール２本、支持ロール１本であるが、その本数は何本でもよい。
【０１０９】
接触ロール７１および支持ロール７１は回転可能としてもよいし、固定されていてもよい。各ロールに接触して繊維束Ｔｍが搬送されることにより、繊維束が幅方向に潰されると同時にサイジング剤による固着から各繊維が切り離され幅方向に移動し易くなり、その結果、繊維が分散性よく予備開繊されるようになる。
【０１１０】
また、接触ロール７１は、図示せぬクランク機構により繊維束Ｔｍの幅方向に沿って往復移動するようにしてもよい。接触ロール７１及び支持ロール７２の間を繊維束Ｔｍが接触しながら通過する際に、繊維束Ｔｍの繊維が接触ロール７１の往復移動により幅方向に移動するようになり、さらに効率的に繊維が均一に分散するように作用する。
【０１１１】
この装置例においても、図１３に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１１２】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１１３】
図１６及び図１７は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。この装置例では、図９及び図１０に示す装置例を複数台並列配置し、複数の繊維束Ｔｍを並行して開繊することで複数の開繊糸シートＴｓを同時に形成することができる。なお、図９及び図１０に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１１４】
各給糸体１１から繰り出された繊維束Ｔｍは、それぞれニップローラ２９を通って送り出されて案内ロール２０４により整列ロール２０５に向かって搬送される。整列ロール２０５は、搬送された複数の繊維束Ｔｍを一括して挟持し、同一平面に等間隔に配列されるように整列して複数の繊維束Ｔｍを搬出する。
【０１１５】
搬出された複数の繊維束Ｔｍは、図９及び図１０に示す装置例と同様に３つの開繊部において開繊されるが、最下流側の開繊部は複数の繊維束Ｔｍを一括して開繊が行われるように全幅にわたって上方開口部が形成されている。一括して開繊されて形成された開繊糸シートＴｓは、一括して縦振動付与機構の押圧ロール５３により振動が付与され、引取りロール４１により搬出される。
【０１１６】
この装置例では、整列ロール２０５から引取りロール４１までの領域が可動領域Ｍに設定される。開繊部のガイドロール３１の間は、それぞれ開繊領域Ａ1〜Ａ3に設定される。各開繊領域の上流側は繊維束Ｔｍが末広がりに拡がる拡張領域Ｂ1〜Ｂ3に設定される。拡張領域Ｂ1は、整列ロール２０５から開繊領域Ａ1までに設定される。
【０１１７】
なお、最下流側の開繊部における各繊維束Ｔｍの開繊領域Ａ3における開繊幅Ｗ3は、開繊部の幅方向の長さを、当該開繊部を通過する繊維束本数で除算した値となる。
【０１１８】
そして、これらの開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列されている。
【０１１９】
各領域群では、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域においてサイジング剤の付着ムラや繊維の絡み合いを解消しながら繊維を解きほぐして予備開繊を行い、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。そして、開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１２０】
図１８及び図１９は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略平面図及び概略側面図である。なお、図１６及び図１７に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１２１】
この装置例では、縦振動付与機構の下流側において開繊糸シートＴｓの繊維に対して幅方向に摺接する幅方向振動付与機構が設けられている。幅方向振動付与機構は、開繊糸シートＴｓの上側に全幅にわたって配列された一対のボウバー（ｂｏｗ ｂａｒ）８１を有し、開繊糸シートＴｓの下側に支持ロール８２が配列されている。ボウバー８１はクランク機構８４に連結されており、クランク機構８４をクランクモータ８３により駆動することで、ボウバー８１を開繊糸シートＴｓの幅方向に進退移動させる。ボウバー８１が進退移動して開繊糸シートＴｓの繊維に摺接することで、繊維同士が付着した部分を柔らかく解きほぐして開繊糸シートＴｓ全体を繊維が均一に分散した一枚のシート状態に仕上げることができる。
【０１２２】
この装置例においても、図１６に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１２３】
そして、３領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１２４】
この装置例では、幅方向振動付与機構は複数本の開繊糸シートＴｓに対して適用し、一枚の幅広い開繊糸シートＴｓを得ている。なお、幅方向振動付与機構は一本の開繊糸シートＴｓに対して適用し、さらに繊維分散性の良い開繊糸シートＴｓを得てもよい。
【０１２５】
図２０は、本発明に係る開繊方法を実施する別の装置例に関する概略側面図である。なお、図１９に示す装置例と同一の部分については同一の符号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１２６】
この装置例では、開繊部に対応して熱風を繊維束Ｔｍに吹き付けて加熱する加熱機構６１が設けられている。開繊される繊維束Ｔｍを加熱することで、繊維束Ｔｍに付着したサイジング剤を軟化させることができる。そのため、拡張領域では繊維が容易に解きほぐされるようになり、開繊領域では繊維が均一に分散されるようになる。
【０１２７】
この装置例においても、図１８に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１２８】
そして、各領域群において、各開繊領域の開繊幅及び各拡張領域の搬送方向の長さが上述のように設定されることで、拡張領域において繊維を解きほぐして予備開繊が行われ、開繊領域において繊維を均一に分散させて開繊幅を所定幅に拡大し厚みを均一化することができる。開繊領域及び拡張領域からなる領域群を複数配列することで、従来よりも開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートに仕上げることができる。
【０１２９】
以上のいずれかの開繊方法により、繊維束を幅広く、薄く、かつ繊維分散性の良い状態にした開繊糸シートを連続して得ることができる。
【０１３０】
炭素繊維束において、集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を、幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下にした、繊維分散性の良い開繊糸シートにできる。このとき、開繊糸シートの目付量は約３０ｇ／ｍ２以下とすることができる。
【０１３１】
また、集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の太繊度炭素繊維束を、幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下にした、繊維分散性の良い開繊糸シートにできる。例えば、集束本数４８０００本、繊度３２００ｇ／１０００ｍの炭素繊維束の場合、開繊幅４０ｍｍにすると、得られる開繊糸シートの目付量は約８０ｇ／ｍ２となる。また、集束本数６００００本、繊度４０００ｇ／１０００ｍの炭素繊維束の場合、開繊幅４０ｍｍにすると、得られる開繊糸シートの目付量は約１００ｇ／ｍ２となる。
【０１３２】
開繊によって得られる開繊糸シートの最大幅及び最小厚みは、集束している各繊維が幅方向に一列に並んだ場合となる。本開繊方法は繊維束を徐々に幅方向に開繊させるため、繊維束を構成する各繊維の引き揃え状態が良く、かつ各繊維の絡み合いがない繊維束であれば、集束している各繊維を幅方向に一列に並べた繊維束の開繊も可能となる。
【０１３３】
例えば、単糸直径０．００７ｍｍ、集束本数１２０００本の炭素繊維束であれば、本開繊方法によって、開繊幅８４ｍｍ、厚み０．００７ｍｍの開繊糸シートを得ることが可能となる。
【０１３４】
本開繊方法は集束本数が多くなった繊維束にも適用できるため、集束本数６００００本以上の太繊度炭素繊維束があった場合においても幅４０ｍｍ以上の開繊が可能であり、現在、集束本数１２０００本〜２４０００本の炭素繊維束を使用して作成される目付量１２０〜１６０ｇ／ｍ２の開繊糸シートを得ることも可能となる。
【０１３５】
ここで、開繊された繊維束の幅、厚さの測定は、開繊された繊維束を自然状態にして測定する。開繊幅は最小１ｍｍまで測定できる長さ計を用いて測定し、厚さはＪＩＳ Ｂ ７５０２（国際規格ＩＳＯ ３６１１に対応）に規定する最小表示量０．００１ｍｍの外側マイクロメータによって測定する。
【０１３６】
開繊糸シートの幅、厚さの測定は、開繊の連続安定性を確認するため、１カ所だけではなく複数箇所を測定する。例えば、長さ方向に、１０ｃｍおきに１０カ所、１ｍおきに１０カ所、または１０ｍおきに１０カ所などの測定を行う。なお、厚さにおいては、測定する箇所の幅方向において端部から端部までを外側マイクロメータによって測定し、幅方向の厚さのばらつきを測定する。例えば、開繊糸シート幅を外側マイクロメータの測定面直径で除した値（割り切れない場合は小数点下１桁を切り上げた値）ａを用いて、測定する箇所の幅方向において、端部から端部までを均等にａ分割した位置の厚さを測定する。
【０１３７】
開繊糸シートの繊維分散性において、繊維が均一に分散していれば、幅方向の厚さのばらつきは小さくなる。炭素繊維束において、集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を、幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下の繊維分散性に優れた開繊糸シートにした場合、平均厚みの±０．０１ｍｍ以下のばらつきとなる。炭素繊維の単糸直径が０．００５〜０．００７ｍｍであることから炭素繊維１〜２本程度のばらつきとなる。
【０１３８】
また、集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の太繊度炭素繊維束を、幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下の繊維分散性に優れた開繊糸シートにした場合、平均厚みの±０．０２ｍｍ以下のばらつきとなる。炭素繊維の単糸直径が０．００５〜０．００７ｍｍであることから３〜４本程度のばらつきとなる。
【０１３９】
開繊が順次安定して実施されれば、開繊糸シートの幅、厚さのばらつきは小さくなる。炭素繊維束において、集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を、幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下の繊維分散性に優れた開繊糸シートにした場合、幅は平均開繊幅の±１０％以内、厚さは平均厚みの±０．０１ｍｍ以下になる。
【０１４０】
また、集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の太繊度炭素繊維束を、幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下の繊維分散性に優れた開繊糸シートにした場合、幅は平均開繊幅の±１０％以内、厚さは平均厚みの±０．０２ｍｍ以下になる。
【０１４１】
図２１は、本発明に係る繊維補強シートＰｓの製造工程に関する概略側面図である。図２０の装置例により得られた幅広な開繊糸シートＴｓの片面に、連続して、樹脂付着離型シートＪＲｓを貼り合わせ、加熱加圧を行い、繊維補強シートＰｓを製造する工程に関する説明図である。
【０１４２】
開繊糸シートＴｓの片面に、樹脂付着離型シート供給機構９０２から樹脂付着離型シートＪＲｓを樹脂面が開繊糸シートＴｓ
に付着するように連続して供給し、また、開繊糸シートＴｓのもう一方の片面には、離型シート供給機構９０１から離型シートＲｓを連続供給して、加熱加圧ロール９０５、加熱平板９０７、加熱加圧ロール９０５、冷却平板９０８、冷却ロール９０６を走行することにより、開繊糸シートＴｓと樹脂を付着させた、または開繊糸シートＴｓの繊維束中に樹脂を含浸させた繊維補強シートＰｓを得る。図２１では、冷却ロール９０６を走行後、繊維補強シートＰｓの上下両面に貼り合わされた離型シートＲｓをそれぞれ離型シート巻き取り機構９０３にて巻き取り、繊維補強シートＰｓを新たな離型シート供給機構９０２から供給される離型シートＲｓと貼り合わせて製品巻き取り機構９０４にて巻き取っている。
【０１４３】
樹脂付着離型シートＪＲｓは離型シートＲｓの片面に樹脂が付着したシートで、付着する樹脂は熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂が使用される。熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などが、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド（ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１２など）、ポリアセタール、ポリカーボネート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ＡＢＳ)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどが使用される。熱可塑性樹脂の場合、これらの熱可塑性樹脂を２種類以上混合して、ポリマーアロイとした樹脂を使用してもよい。
【０１４４】
離型シートＲｓには離型処理された紙つまり離型紙、または、フッ素樹脂シート、熱硬化性ポリイミド樹脂シートなどが使用される。
【０１４５】
離型シートＲｓへの樹脂の付着状態として、離型シートＲｓの片面に樹脂が塗布されシート状に付着した状態、または離型シートＲｓの片面に粉末状の樹脂が分散して付着した状態などがある。
【０１４６】
加熱加圧ロール９０５、加熱平板９０７の加熱温度、または加熱加圧ロール９０５の加圧力を制御することにより、開繊糸シートＴｓの片面に樹脂が付着した状態にしたり、開繊糸シートＴｓ中に樹脂を含浸させた状態にすることができる。
【０１４７】
ここで、開繊糸シートＴｓへの樹脂の付着とは、開繊糸シートの片面又は両面の全面又は複数部分に、樹脂を熱融着させる、又は成形品になった際に力学的特性等に影響を与えない接着剤を薄く塗布して接着させるなどして、開繊糸シートと樹脂を貼り合わせ、一体化させることである。開繊糸シートに樹脂を熱融着させる場合、開繊糸シートの表層部分に樹脂がわずかに含浸することもあるが、その場合においても付着の状態にあるといえる。
【０１４８】
ここで、開繊糸シートＴｓへの樹脂の含浸とは、開繊糸シートを構成する各繊維間の空間に樹脂が入り込み、各繊維と樹脂が一体化されることである。開繊糸シートの空間のほぼ全体に樹脂が入り込んだ状態を含浸と称することが多いが、本発明では、空間が残った状態の半含浸である状態においても含浸として取り扱うことができる。
【０１４９】
なお、加熱加圧ロール９０５、冷却ロール９０６、加熱平板９０７、冷却平板９０８の個数は加工速度などに応じて任意に決められる。さらに、図２１では樹脂付着離型シートＪＲｓは開繊糸シートＴｓの片面のみ供給しているが、上下両面とも樹脂付着離型シートＪＲｓを供給して、開繊糸シートＴｓの上下に樹脂を付着させた繊維補強シートＰｓ、さらには開繊糸シートＴｓの上下から樹脂を含浸させた繊維補強シートＰｓを得てもよい。
【０１５０】
この装置例では、整列ロール２０５から最初の加熱加圧ロール９０５までの領域が可動領域Ｍに設定される。そして、図２０に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１５１】
拡張領域及び開繊領域からなる領域群を複数配列した本開繊方法により得られた繊維分散性に優れた開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートＴｓに樹脂を付着または含浸させることにより、繊維本来の力学的特性を十分に発現し、かつ応力集中などの原因となる欠陥が少ない幅方向、厚さ方向に均質化された、さらには成形性つまりドレープ性に優れた繊維補強シートＰｓとなる。
【０１５２】
図２２は、本発明に係る繊維補強シートＰｓの製造工程に関する別の概略側面図である。図２０の装置例により得られた幅広な開繊糸シートＴｓの片面に、連続して樹脂シートＪｓを連続して重ねて、加熱加圧を行い、繊維補強シートＰｓを製造する工程に関する説明図である。
【０１５３】
本開繊装置によって得られた開繊糸シートＴｓは反転ロール９０９を走行後、加熱加圧ロール９０５に供給され、樹脂押出機構９１０から供給される樹脂シートＪｓと重なって、２連の加熱加圧ロール９０５と２連の冷却ロール９０６を走行して、開繊糸シートＴｓと樹脂シートＪｓを貼り合わせた、または開繊糸シートＴｓの繊維束中に樹脂シートＪｓを含浸させた繊維補強シートＰｓを得る。図２２では、最初の加熱加圧ロール９０５の両側より、離型シート供給機構９０１から離型シートＲｓを連続供給し、最後の冷却ロール９０６を走行後、繊維補強シートＰｓの両面に貼り合わされた離型シートＲｓをそれぞれ離型シート巻き取り機構９０３にて巻き取り、繊維補強シートＰｓを製品巻き取り機構９０４にて巻き取っている。
【０１５４】
樹脂シートＪｓは、樹脂押出機構９１０から押し出されるシート状の樹脂であり、熱可塑性樹脂などが使用される。押し出される樹脂は単一の熱可塑性樹脂であってもよいし、２種類以上の樹脂を投入しポリマーアロイ化された樹脂であってもよい。
【０１５５】
離型シートＲｓには、図２１同様、離型処理された紙つまり離型紙、または、フッ素樹脂シート、熱硬化性ポリイミド樹脂シートなどが使用される。なお、加熱温度条件によっては、離型シートＲｓを供給せず、離型シートがない状態で繊維補強シートＰｓを製造することもできる。
【０１５６】
加熱加圧ロール９０５の加熱温度または加圧力を制御することにより、開繊糸シートＴｓの片面に樹脂シートＪｓが付着つまり貼り合わさった状態にしたり、開繊糸シートＴｓ中に樹脂を含浸または半含浸させた状態にすることができる。
【０１５７】
なお、加熱加圧ロール９０５、冷却ロール９０６の個数は加工速度などに応じて任意に決められる。
【０１５８】
さらには、加熱加圧ロール９０５の反対側にもう１組の本開繊装置を設置し、樹脂シートＪｓの両側に開繊糸シートＴｓを付着させた、または含浸させた繊維補強シートＰｓを得ることもできる。
【０１５９】
この装置例では、整列ロール２０５から反転ロール９０９までの領域が可動領域Ｍに設定される。そして、図２０に示す装置例と同様に開繊領域及び拡張領域を対とする領域群Ｓ1〜Ｓ3が可動領域Ｍ内に繊維束Ｔｍの搬送方向に配列される。
【０１６０】
図２１までの装置例では、一対のロールにより繊維束または開繊糸シートを挟持して可動領域を設定していたが、図２２の本装置例ではニップロール（一対のロール）と反転ロールにより可動領域を設定している。反転ロールをゴムなどの弾性素材のロールにする、またはロール径を大きくして開繊糸シートＴｓとロールとの接触長を長くする、または反転ロールを加熱加圧ロールに接触させるなどすることにより、開繊糸シートＴｓの各繊維は幅方向への移動が規制される。したがって、反転ロールまでを可動領域と設定することができる。
【０１６１】
本開繊方法により得られた繊維分散性に優れた開繊幅の広い厚みの薄い開繊糸シートＴｓに樹脂シートを貼り合わせるまたは含浸させることにより、繊維本来の力学的特性を十分に発現し、かつ応力集中などの原因となる欠陥が少ない幅方向、厚さ方向に均質化された、さらには成形性つまりドレープ性に優れた繊維補強シートＰｓとなる。
【実施例】
【０１６２】
［実施例１］
図１１、図１２に示す装置において開繊部を２つ配列して下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（東レ株式会社製、トレカＴ７００ＳＣ―１２Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１２０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約７ｍｍであった。
【０１６３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は１６ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は２７ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は３０ｍｍ、拡がり角度θは約１０°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１６４】
繊維束に付与される初期張力を１５０ｇに設定し、繊維束を搬送速度５ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数６００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面は梨地加工を施した。
【０１６５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約３０ｇ／ｍ2であった。
【０１６６】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は２５〜２７ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約２６．５ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−５．７％〜１．９％のばらつきであった。厚さは０．０２８〜０．０３８ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０３４ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００６〜０．００４ｍｍのばらつきであった。
【０１６７】
［実施例２］
図１１、図１２に示す装置において開繊部を２つ配列して下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。
【０１６８】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２５ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４８ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は３０ｍｍ、拡がり角度θは約２１°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１６９】
繊維束に付与される初期張力を１５０ｇに設定し、繊維束を搬送速度５ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数６００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面は梨地加工を施した。
【０１７０】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２１ｇ／ｍ2であった。
【０１７１】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４４〜４８ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４６．６ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−５．６％〜３．０％のばらつきであった。厚さは０．０２０〜０．０２８ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２３ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００３〜０．００５ｍｍのばらつきであった。
【０１７２】
［実施例３］
実施例２と同様の装置構成、および同様の炭素繊維束を用いた。
【０１７３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1および開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は実施例２と同様とした。拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は２０ｍｍ、拡がり角度θは約３０°に設定した。その他、各開繊領域のガイドロール間長さ、ガイドロール直径と表面処理、撓み確保ロール直径と表面処理、そして撓み確保ロールの位置については実施例２と同様とした。
【０１７４】
繊維束に付与される初期張力、繊維束の搬送速度、開繊部における吸引気流の流速、加熱機構からの熱風温度、縦振動付与機構の振動回数および押圧ロールの直径、表面処理およびストローク量は実施例２と同様とした。
【０１７５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２１ｇ／ｍ2であった。拡がり角度θが３０°の場合においても繊維分散性に優れた開繊糸シートを得ることができた。
【０１７６】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４２〜４８ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４５．７ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−８．１％〜５．０％のばらつきであった。厚さは０．０１９〜０．０２９ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２４ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００５〜０．００５ｍｍのばらつきであった。
【０１７７】
［実施例４］
図１に示す装置において開繊部を２つ配列して、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。
【０１７８】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２０ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４０ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ、拡がり角度θは約１１°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。
【０１７９】
繊維束に付与される初期張力を１００ｇに設定し、繊維束を搬送速度３ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は３０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。
【０１８０】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２６ｇ／ｍ2であった。
【０１８１】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は３６〜４０ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約３７．８ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−４．８％〜５．８％のばらつきであった。厚さは０．０２４〜０．０３１ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２８ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００４〜０．００３ｍｍのばらつきであった。
【０１８２】
［実施例５］
図９、図１０に示す装置において開繊部を２つ配列して下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（東レ株式会社製、トレカＴ７００ＳＣ―２４Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数２４０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約１２ｍｍであった。
【０１８３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２５ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４５ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ、拡がり角度θは約１１°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１８４】
繊維束に付与される初期張力を２００ｇに設定し、繊維束を搬送速度５ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数６００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面に梨地加工を施した。
【０１８５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約３７ｇ／ｍ2であった。
【０１８６】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４０〜４５ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４２．９ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−６．８％〜４．９％のばらつきであった。厚さは０．０３４〜０．０４６ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０４１ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００７〜０．００５ｍｍのばらつきであった。
【０１８７】
［実施例６］
図１１、図１２に示す装置において開繊部を３つ配列して最下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（東レ株式会社製、トレカＴ７００ＳＣ―２４Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数２４０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約１２ｍｍであった。
【０１８８】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２５ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４５ｍｍ、開繊領域Ａ3の開繊幅Ｗ3は６５ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ（拡がり角度θは約１１°）、拡張領域Ｂ3の搬送方向の長さＬ3は５０ｍｍ（拡がり角度θは約１１°）に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面を梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１８９】
繊維束に付与される初期張力を２００ｇに設定し、繊維束を搬送速度７ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数８００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面は梨地加工を施した。
【０１９０】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２５ｇ／ｍ2であった。
【０１９１】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は５８〜６５ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約６２．３ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−６．９％〜４．３％のばらつきであった。厚さは０．０２３〜０．０３４ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２７ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００４〜０．００６ｍｍのばらつきであった。
【０１９２】
［実施例７］
図１１、図１２に示す装置において開繊部を２つ配列して下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置し、図１４に示す加熱機構６１を設けた装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（グラフィル社製、タイプ５０―６０Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数６００００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約１４ｍｍであった。
【０１９３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は３０ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は５０ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ、拡がり角度θは約１１°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は６ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１９４】
繊維束に付与される初期張力を４００ｇに設定し、繊維束を搬送速度５ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数６００ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。なお、押圧ロールは直径１０ｍｍ、表面は梨地加工を施した。
【０１９５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約８３ｇ／ｍ2であった。
【０１９６】
開繊の連続性を確認するため、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４４〜５０ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４７．８ｍｍであった。平均開繊幅に対し、−７．９％〜４．６％のばらつきであった。厚さは０．０８１〜０．１０２ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０８９ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００９〜０．０１３ｍｍのばらつきであった。
【０１９７】
［実施例８］
図２０に示す装置において開繊部を２つ配列し、下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置した装置構成で実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。繊維束の本数は７本で、繊維束の間隔を４８ｍｍに設定した。
【０１９８】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２４ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４８ｍｍ、拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は５０ｍｍ、拡がり角度θは約１３°に設定した。各開繊領域のガイドロールの間の長さは２０ｍｍ、ガイドロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールの直径は１０ｍｍで表面に梨地加工を施した。撓み確保ロールはガイドロールに対して５ｍｍ下方に位置決め設定した。
【０１９９】
繊維束に付与される初期張力を１５０ｇに設定し、繊維束を搬送速度１０ｍ／分で搬送した。開繊部における吸引気流の流速（繊維束のない開放状態）は２０ｍ／秒で、加熱機構から吹き出される熱風温度は１００℃とした。縦振動付与機構は、振動回数９５０ｒｐｍで押圧ロールのストローク量は１０ｍｍに設定した。幅方向振動付与機構は、振動回数が４５０ｒｐｍで、ボウバーのストローク量は５ｍｍに設定した。なお、押圧ロールの直径は１０ｍｍ、ボウバーの直径は２５ｍｍで、それぞれ表面は梨地加工を施している。
【０２００】
以上のように設定して、繊維束を搬送して、シート幅約３４０ｍｍの開繊糸シートを連続して形成した。開繊糸シートは、繊維が均一に分散されて隙間が生じておらず、その目付け量は約２１ｇ／ｍ2であった。
【０２０１】
開繊の連続性を確認するため、７本中１本の開繊糸シートを取り出し、１ｍ毎に１０カ所、開繊幅と厚みの測定を行った。開繊幅は４６〜５０ｍｍの範囲にあり、平均開繊幅は約４８．３ｍｍであった。平均開繊幅に対し、―４．８％〜３．５％のばらつきであった。厚さは０．０１８〜０．０２７ｍｍの範囲にあり、平均厚さは０．０２３ｍｍであった。平均厚さに対し、−０．００５〜０．００４ｍｍのばらつきであった。
【０２０２】
［実施例９］
図２１に示す装置において開繊部を２つ配列し、下流側の開繊部に縦振動付与機構を設置した装置構成にて実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。繊維束の本数は７本で、繊維束の間隔を４８ｍｍに設定した。また、樹脂付着離型シートには目付け１２０ｇ／ｍ2、幅４００ｍｍの離型紙（リンテック株式会社製）上に塗布量２０ｇ／ｍ2のエポキシ樹脂が幅３５０ｍｍで塗布されたシートを用いた。離型紙シートには目付け１２０ｇ／ｍ2の離型紙（リンテック株式会社製）を用いた。
【０２０３】
開繊領域、拡張領域、各ガイドロール及び各撓み確保ロールの設定は実施例８と同様とした。なお、繊維束の搬送速度は５ｍ／分として、縦振動付与機構の振動回数を５５０ｒｐｍ、幅方向振動付与機構の振動回数を３００ｒｐｍに設定した。繊維束に付与される初期張力、開繊部における吸引気流の流速、加熱機構から吹き出される熱風温度、縦振動付与機構の押圧ロール直径、表面処理及びストローク量、幅方向振動付与機構のボウバー直径、表面処理及びストローク量は実施例８と同様とした。
【０２０４】
実施例８と同様の条件にて７本の繊維束の開繊を行い、幅約３４０ｍｍ、繊維分散性に優れた開繊糸シートを形成し、連続して開繊糸シートを樹脂付着離型シートと離型シートに挟み込み搬送した。
【０２０５】
加熱加圧ロール及び加熱平板の温度は１２０℃に、冷却ロールおよび冷却平板は水冷に、そして加熱加圧ロールの線圧は１５ｋｇｆ／ｃｍに、冷却ロールの線圧は５ｋｇｆ／ｃｍに設定した。冷却ロールから排出後は上側の離型シートのみを巻き取り、樹脂付着離型シートの離型シートとともに製品である繊維補強シートを巻き取った。
【０２０６】
以上のように設定して実施したところ、エポキシ樹脂が含浸したプリプレグシートと呼ばれる繊維補強シートを連続して形成した。繊維補強シートはシート幅３４０ｍｍ、繊維が均一に分散され、厚みがほぼ均一となった状態で形成されていた。
【０２０７】
［実施例１０］
図２２に示す装置において開繊部を２つ配列し、下流側の開繊部に縦振動付与機構を、樹脂押出機構の変わりに熱可塑性樹脂フィルムを連続して供給する機構を、一対の加熱加圧ロールを一連、一対の冷却ロールを一連設置した装置構成にて実施した。繊維束として、炭素繊維（三菱レイヨン株式会社製、パイロフィルＴＲ５０Ｓ―１５Ｋ；繊維直径約７μｍ、集束本数１５０００本）を使用した。繊維束の元幅Ｗ0は約６ｍｍであった。繊維束の本数は７本で、繊維束の間隔を４８ｍｍに設定した。また、熱可塑性樹脂フィルムには厚さ１５μｍ、幅３５０ｍｍのポリエーテルイミド樹脂フィルム（三菱樹脂株式会社製）を使用した。そして、幅４００ｍｍの熱硬化性ポリイミド樹脂フィルム（製品名；ユーピレックスＳ、厚み；２５μｍ、宇部興産株式会社製）を離型シートとして供給した。
【０２０８】
開繊領域、拡張領域、各ガイドロール及び各撓み確保ロールの設定は実施例９と同様とした。なお、繊維束の搬送速度は１０ｍ／分として、縦振動付与機構の振動回数を９５０ｒｐｍ、幅方向振動付与機構の振動回数を４５０ｒｐｍに設定した。繊維束に付与される初期張力、開繊部における吸引気流の流速、加熱機構から吹き出される熱風温度、縦振動付与機構の押圧ロール直径、表面処理及びストローク量、幅方向振動付与機構のボウバー直径、表面処理及びストローク量は実施例９と同様とした。
【０２０９】
実施例９と同様の条件にて７本の繊維束の開繊を行い、幅約３４０ｍｍ、繊維分散性に優れた開繊糸シートを形成し、連続して開繊糸シートを熱可塑性樹脂フィルムと重ねて離型シートに挟み込み加熱加圧ロールに供給した。
【０２１０】
加熱加圧ロールの温度は３４０度に、冷却ロールは水冷に、そして加熱加圧ロールの線圧は５ｋｇｆ／ｃｍに設定した。冷却ロールから排出後は両側の離型シートを巻き取り、製品である繊維補強シートを巻き取った。
【０２１１】
以上のように設定して実施したところ、開繊糸シートとポリエーテルイミド樹脂フィルムが連続して付着した繊維補強シートを形成した。繊維補強シートはシート幅３４０ｍｍ、繊維が均一に分散された状態にて形成されていた。
【０２１２】
［比較例］
実施例２と同様の装置構成、および同様の炭素繊維束を用いた。
【０２１３】
開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1および開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は実施例２と同様とし、開繊領域Ａ1の開繊幅Ｗ1は２５ｍｍ、開繊領域Ａ2の開繊幅Ｗ2は４８ｍｍとした。拡張領域Ｂ2の搬送方向の長さＬ2は１５ｍｍ、拡がり角度θは約３７°に設定した。その他、各開繊領域のガイドロール間長さ、ガイドロール直径と表面処理、撓み確保ロール直径と表面処理、そして撓み確保ロールの位置については実施例２と同様とした。
【０２１４】
繊維束に付与される初期張力、繊維束の搬送速度、開繊部における吸引気流の流速、加熱機構からの熱風温度、縦振動付与機構の振動回数および押圧ロールの直径、表面処理およびストローク量は実施例２と同様とした。
【０２１５】
以上のように設定して、繊維束を搬送して開繊糸シートを形成した。開繊糸シートは、繊維の分散性が悪く繊維の密度に粗密を生じている部分が発生しており、繊維の間に隙間ができている部分も各所で発生した。
【符号の説明】
【０２１６】
Ａ 開繊領域
Ｂ 拡張領域
Ｓ 領域群
Ｔｍ 繊維束
Ｔｓ 開繊糸シート
Ｒｓ 離型シート
ＪＲｓ 樹脂付着離型シート
Ｊｓ 樹脂シート
Ｐｓ 繊維補強シート
11 給糸体
12 給糸モータ
21 案内ロール
22 送りロール
23 支持ロール
24 送給モータ
25 支持ロール
26 張力付与ロール
27 上限位置検知センサ
28 下限位置検知センサ
29 ニップロール
31 ガイドロール
32 風洞管
33 流量調整バルブ
34 吸気ポンプ
35 ガイド部材
36 撓み確保ロール
41 引取りロール
42 引取りモータ
51 支持ロール
52 昇降ロッド
53 押圧ロール
54 クランクアーム
55 クランクモータ
61 加熱機構
71 接触ロール
72 支持ロール
81 ボウバー
82 支持ロール
83 クランクモータ
84 クランク機構
201 支持ロール
202 テンションロール
203 バネ部材
204 案内ロール
205 整列ロール
901 離型シート供給機構
902 樹脂付着離型シート供給機構
903 離型シート巻き取り機構
904 製品巻き取り機構
905 加熱加圧ロール
906 冷却ロール
907 加熱平板
908 冷却平板
909 反転ロール
910 樹脂押出機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の繊維からなる繊維束を繊維長方向に搬送し、前記繊維が幅方向に移動可能に設定された可動領域において前記繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊する繊維束の開繊方法であって、
前記可動領域に、前記繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗiに開繊する開繊領域Ａi（i=1,・・・,n）及び前記開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに当該開繊領域Ａiの前記繊維の幅方向の移動に伴って前記繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂi（i=1,・・・,n）からなる対の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）を前記繊維束の搬送方向にｎ（ｎ≧２）個配列して、前記領域群Ｓiを順次通過するように前記繊維束を搬送させて開繊することを特徴とする繊維束の開繊方法。
【請求項２】
最初の前記領域群Ｓ1では、前記繊維束の元幅Ｗ0に対して、前記開繊領域Ａ1の前記繊維束の開繊幅Ｗ1を
１＜（Ｗ1／Ｗ0）≦５
となるように設定し、
残りの前記領域群Ｓj（j=2,・・・,n）では、前記開繊領域Ａj-1の開繊幅Ｗj-1、前記開繊領域Ａjの開繊幅Ｗj及び前記拡張領域Ｂjにおける前記繊維束の搬送方向の長さＬjが
０＜（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj≦ｔａｎ３０°
を満たすように設定することを特徴とする請求項１に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項３】
前記開繊領域Ａ1の前記繊維束の開繊幅Ｗ1を
２≦（Ｗ1／Ｗ0）≦４
となるように設定することを特徴とする請求項２に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項４】
前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、複数の区画において前記繊維束中に流体を通過させることで前記繊維を撓ませながら幅方向に移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項５】
前記拡張領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束に対して幅方向に配置されて接触する接触ロールを少なくとも１本以上配設して、前記繊維束を前記接触ロールに接触させながら搬送することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項６】
前記接触ロールが前記繊維束の幅方向に沿って往復移動することを特徴とする請求項５に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項７】
前記拡張領域及び／又は前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束を加熱することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項８】
前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束の撓み量を時間的に変化させることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項９】
前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、撓み確保ロールにより前記繊維束の所定の撓み量を確保しながら開繊することを特徴とする請求項８に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１０】
前記撓み確保ロールのうち少なくとも一本のロールにより前記繊維束を搬送方向と直交する方向に振動させることを特徴とする請求項９に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１１】
前記可動領域の上流側において、前記繊維束の引き戻しを阻止しながら前記繊維束を搬送させることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１２】
前記繊維束を開繊した開繊糸シートに対して幅方向に振動を付与することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１３】
複数本の前記繊維束を搬送させながら同時に開繊することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１４】
複数本の前記繊維束を開繊して並列した複数の開繊糸シートに対して幅方向に振動を付与して全体が一様なシート状態に形成することを特徴とする請求項１３記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１５】
繊維集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を開繊させて、前記炭素繊維束を幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下にしたことを特徴とする開繊糸シート。
【請求項１６】
繊維集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の炭素繊維束を開繊させて、前記炭素繊維束を幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下にしたことを特徴とする開繊糸シート。
【請求項１７】
請求項１から１４のいずれかに記載の開繊方法により得られた開繊糸シートの片面又は両面に樹脂層を形成して繊維補強シートを製造することを特徴とする繊維補強シートの製造方法。
【請求項１８】
前記樹脂層は、樹脂シートを用いて形成することを特徴とする請求項１７記載の繊維補強シートの製造方法。
【請求項１９】
請求項１から１４のいずれかに記載の開繊方法により得られた開繊糸シートを樹脂シートの両面に付着させて繊維補強シートを製造することを特徴とする繊維補強シートの製造方法。
【請求項２０】
請求項１から１４のいずれかに記載の開繊方法により得られた開繊糸シートに樹脂材料を含浸させて繊維補強シートを製造することを特徴とする繊維補強シートの製造方法。
【請求項１】
多数の繊維からなる繊維束を繊維長方向に搬送し、前記繊維が幅方向に移動可能に設定された可動領域において前記繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊する繊維束の開繊方法であって、
前記可動領域に、前記繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊幅Ｗiに開繊する開繊領域Ａi（i=1,・・・,n）及び前記開繊領域Ａiに対応して搬送方向上流側に設定されるとともに当該開繊領域Ａiの前記繊維の幅方向の移動に伴って前記繊維束の幅が末広がりに拡張する拡張領域Ｂi（i=1,・・・,n）からなる対の領域群Ｓi（i=1,・・・,n）を前記繊維束の搬送方向にｎ（ｎ≧２）個配列して、前記領域群Ｓiを順次通過するように前記繊維束を搬送させて開繊することを特徴とする繊維束の開繊方法。
【請求項２】
最初の前記領域群Ｓ1では、前記繊維束の元幅Ｗ0に対して、前記開繊領域Ａ1の前記繊維束の開繊幅Ｗ1を
１＜（Ｗ1／Ｗ0）≦５
となるように設定し、
残りの前記領域群Ｓj（j=2,・・・,n）では、前記開繊領域Ａj-1の開繊幅Ｗj-1、前記開繊領域Ａjの開繊幅Ｗj及び前記拡張領域Ｂjにおける前記繊維束の搬送方向の長さＬjが
０＜（Ｗj―Ｗj-1）／２Ｌj≦ｔａｎ３０°
を満たすように設定することを特徴とする請求項１に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項３】
前記開繊領域Ａ1の前記繊維束の開繊幅Ｗ1を
２≦（Ｗ1／Ｗ0）≦４
となるように設定することを特徴とする請求項２に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項４】
前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、複数の区画において前記繊維束中に流体を通過させることで前記繊維を撓ませながら幅方向に移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項５】
前記拡張領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束に対して幅方向に配置されて接触する接触ロールを少なくとも１本以上配設して、前記繊維束を前記接触ロールに接触させながら搬送することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項６】
前記接触ロールが前記繊維束の幅方向に沿って往復移動することを特徴とする請求項５に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項７】
前記拡張領域及び／又は前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束を加熱することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項８】
前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、前記繊維束の撓み量を時間的に変化させることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項９】
前記開繊領域のうち少なくとも一部の領域では、撓み確保ロールにより前記繊維束の所定の撓み量を確保しながら開繊することを特徴とする請求項８に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１０】
前記撓み確保ロールのうち少なくとも一本のロールにより前記繊維束を搬送方向と直交する方向に振動させることを特徴とする請求項９に記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１１】
前記可動領域の上流側において、前記繊維束の引き戻しを阻止しながら前記繊維束を搬送させることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１２】
前記繊維束を開繊した開繊糸シートに対して幅方向に振動を付与することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１３】
複数本の前記繊維束を搬送させながら同時に開繊することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１４】
複数本の前記繊維束を開繊して並列した複数の開繊糸シートに対して幅方向に振動を付与して全体が一様なシート状態に形成することを特徴とする請求項１３記載の繊維束の開繊方法。
【請求項１５】
繊維集束本数１２０００本から２４０００本、繊度４００ｇ／１０００ｍから１１００ｇ／１０００ｍの範囲にある炭素繊維束を開繊させて、前記炭素繊維束を幅２５ｍｍ以上、厚み０．０４ｍｍ以下にしたことを特徴とする開繊糸シート。
【請求項１６】
繊維集束本数２４０００本以上、繊度１６００ｇ／１０００ｍ以上の炭素繊維束を開繊させて、前記炭素繊維束を幅４０ｍｍ以上、厚み０．２ｍｍ以下にしたことを特徴とする開繊糸シート。
【請求項１７】
請求項１から１４のいずれかに記載の開繊方法により得られた開繊糸シートの片面又は両面に樹脂層を形成して繊維補強シートを製造することを特徴とする繊維補強シートの製造方法。
【請求項１８】
前記樹脂層は、樹脂シートを用いて形成することを特徴とする請求項１７記載の繊維補強シートの製造方法。
【請求項１９】
請求項１から１４のいずれかに記載の開繊方法により得られた開繊糸シートを樹脂シートの両面に付着させて繊維補強シートを製造することを特徴とする繊維補強シートの製造方法。
【請求項２０】
請求項１から１４のいずれかに記載の開繊方法により得られた開繊糸シートに樹脂材料を含浸させて繊維補強シートを製造することを特徴とする繊維補強シートの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１０−２７０４２０（Ｐ２０１０−２７０４２０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２４８６０（Ｐ２００９−１２４８６０）
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【出願人】（５９２０２９２５６）福井県 (122)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２５日（２００９．５．２５）
【出願人】（５９２０２９２５６）福井県 (122)
【Ｆターム（参考）】
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