長繊維強化樹脂ストランドの製造装置
【課題】従来に比べ高速の引取速度、例えば４０ｍ／分を上回る引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造することができるようにすること。
【解決手段】含浸ヘッド９の下流側に冷却装置１２と撚りローラ１６Ａ，１６Ｂとをこの順に備え、強化用繊維束２に含浸ヘッド９により溶融樹脂を含浸させるとともに、樹脂含浸強化用繊維束に撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる撚りを付与し、長繊維強化樹脂ストランド４を製造する装置において、強化用繊維束２を一対の加熱ローラ２２０，２３０に交互に複数回巻き掛けることで加熱することにより、予め加熱された強化用繊維束２が含浸ヘッド９に連続的に導かれるようにした加熱ローラ装置２００と、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２に対してバックテンションを付与するバックテンション付与装置とを備えている。
【解決手段】含浸ヘッド９の下流側に冷却装置１２と撚りローラ１６Ａ，１６Ｂとをこの順に備え、強化用繊維束２に含浸ヘッド９により溶融樹脂を含浸させるとともに、樹脂含浸強化用繊維束に撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる撚りを付与し、長繊維強化樹脂ストランド４を製造する装置において、強化用繊維束２を一対の加熱ローラ２２０，２３０に交互に複数回巻き掛けることで加熱することにより、予め加熱された強化用繊維束２が含浸ヘッド９に連続的に導かれるようにした加熱ローラ装置２００と、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２に対してバックテンションを付与するバックテンション付与装置とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長繊維強化樹脂ストランドの製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長尺の長繊維強化樹脂ストランドを例えば３〜１５ｍｍ程度に切断したペレット（長繊維強化樹脂ペレット）を用いた射出成形品は、自動車内装部材（コンソールボックス、インストルメントパネル等）、自動車外装部材（バンパ、フェンダー等）、電子機器部材（ノートパソコン、携帯電話等）のハウジングなどに使用されるものである。
【０００３】
本出願人は、含浸ヘッドから撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造する方法として、先に特開平５−１６９４４５号公報（特許文献１）に示されるものを提案している（従来技術１）。この従来技術１について図１２を用いて説明する。図１２は従来方法の実施に用いられる長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の構成説明図である。
【０００４】
従来技術１は、強化用繊維と樹脂との密着性の高い長繊維強化樹脂ストランドを製造するようにしたものである。溶融樹脂材料５２は押出機５６より含浸ヘッド（クロスヘッド）５５内へ連続供給される。該含浸ヘッド５５の出側には賦形ダイ５９、冷却器６０、撚りローラ（クロスローラキャプスタンとも呼ばれている）６１ａ，６１ｂ、引抜きローラ６２が順に配設され、該含浸ヘッド５５内には強化用繊維束をジクザグ走行させて解繊し含浸性を高めるためのスプレダー（含浸用ローラ）５８が設けられている。
【０００５】
そして、強化用繊維５１，５１…は含浸ヘッド５５内で溶融樹脂材料５２中に浸漬され、樹脂含浸された後、賦形ダイ５９によって賦形されてその断面形状が定められ、冷却器６０において冷却硬化される。撚りローラ６１ａ，６１ｂは一対のゴム製ローラであって、互いに逆回転駆動されるように構成されている。また、これら撚りローラ６１ａ，６１ｂは水平面内で逆方向に傾けて配設されており、これら撚りローラ６１ａ，６１ｂの交差部で長繊維強化樹脂ストランド５３を挟持して矢印方向へ引抜くことにより、該長繊維強化樹脂ストランド５３は軸心を中心として回転される。これによって冷却器６０と含浸ヘッド５５内の最下流側のスプレダー５８ａの間で撚りが付与される。そして、撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランド５３は、引抜きローラ６２より離れた位置に設けられたペレタイザー（ストランドカッター）６３でカットされるようになっている。
【０００６】
このように、従来技術１では、強化用繊維束が撚られつつ樹脂含浸が行われるので、強化用繊維と樹脂材料を強固に密着させることができる。また、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを掛けた状態でこれを引き取るようにしたものであるから、繊維のケバを撚りの中に取り込むようにしてこれを賦形ダイ外に引き出す作用が発揮されて、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与しないものに比べると、含浸ヘッド内で生じたケバが賦形ダイに詰まり難いので、長繊維強化樹脂ストランドの引取速度を高めることができる。
【０００７】
ところが、さらに高速の引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造しようとすると、含浸ヘッド内を引き取られて走行する強化用繊維束に作用する張力が大きくなって断線が発生し、３０〜４０ｍ／分の引取速度が限界であった。
【０００８】
また、先に本出願人は、含浸ヘッドから撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造する方法において、強化用繊維束に溶融合成樹脂を十分に含浸させるために、含浸ヘッド内で強化用繊維束の開繊を行って樹脂含浸を促進する部分の合成樹脂を特に加熱するようにした方法を提案している（従来技術２：特開平６−２５４８５０号公報（特許文献２））。この場合、前記加熱を実施するために含浸ヘッド内の含浸用ローラとして、例えば熱水導入型の含浸用ローラを用いている。
【０００９】
この従来技術２によると、含浸ヘッド内に常温の強化用繊維束が導入されることによる溶融合成樹脂の温度低下を抑制することができ、その結果、含浸ヘッド内での溶融合成樹脂粘度の上昇を抑制できる。これにより、含浸ヘッド内を引き取られて走行する強化用繊維束の張力の上昇を抑制して、長繊維強化樹脂ストランドの引取速度の高速化が期待できる。
【００１０】
ところが、本発明者らの実験によると、従来技術２では、長繊維強化樹脂ストランドの引取速度が４０ｍ／分を上回ると、強化用繊維束への溶融樹脂の含浸度合いが悪化するとともに、含浸ヘッド内を走行する強化用繊維束の張力が上昇することによる断線が発生することがわかった。
【００１１】
そこで、本発明者らは、含浸ヘッド内にて樹脂含浸を促進する部分の合成樹脂を加熱するのではなく、含浸ヘッドに導入される強化用繊維束を予め加熱しておくようにすればよいのではないかと考えた。なお、先に本出願人が提案した前記特開平６−２５４８５０号公報には、必要であれば含浸ヘッドに導入される強化用繊維を予熱しておくことも可能でありとあるものの、その実施のための手段については示されていない。
【００１２】
一方、特開平５−１６２１３５号公報（特許文献３）には、連続した強化繊維を引き取りながら、溶融した熱可塑性樹脂を被覆させ、含浸させて繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造する方法であって、強化繊維に溶融した熱可塑性樹脂を被覆、含浸するに先立ち、熱風式予熱炉により、強化繊維を熱可塑性樹脂の溶融温度以上に予熱することにより、強化繊維への溶融した熱可塑性樹脂の含浸を促進することで引取速度を高めるようにした、繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法が示されている（従来技術３）。
【００１３】
この従来技術３では、強化繊維（ガラスロービング繊維）を熱風式予熱炉に導入して約３００℃に加熱するとともに、１８ｍ／分の引取速度にて帯状の繊維強化熱可塑性樹脂構造体（ガラス繊維強化ナイロン６／６）を得るようにした例が示されている。
【００１４】
また、特開平７−２５１４３７号公報（特許文献４）には、長繊維強化熱可塑性複合材料を製造するに際し、連続補強繊維に熱可塑性樹脂を付着させるに先立ち、連続補強繊維を予熱処理装置に導入して予め加熱しておくようにした、長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方法が示されている（従来技術４）。
【００１５】
この従来技術４では、熱風方式又は赤外線放射方式の予熱処理装置を用い、繊維 ／樹脂の組合せが、例えば、ガラス繊維／ポリプロピレン樹脂の場合、予熱処理温度（加熱処理温度）：１２０〜２３０℃、予熱処理時間（加熱処理時間）：１０秒〜１分にて連続補強繊維を予め加熱することが示されている。そして、実施例では、２００℃にてガラス繊維を加熱処理（予熱処理）し、２０ｍ／分の引取速度にてテープ状の長繊維強化熱可塑性複合材料を得ることが示されている。
【００１６】
しかしながら、前記従来技術３，４では、強化用繊維束に溶融樹脂を含浸させるに先立って、引き取られて走行している連続した強化用繊維束を加熱するに際し、強化用繊維束の水平方向に延びる長い走行路が必要な熱風方式のなどの非接触加熱によるものであるから、引取速度（生産速度）の高速化を図る場合、より長尺の加熱装置（予熱装置）を設置するための大きなスペースが必要となり、このことが障害となる。
【００１７】
【特許文献１】特開平５−１６９４４５号公報（段落番号［００１０］、図１）
【特許文献２】特開平６−２５４８５０号公報（段落番号［０００８］〜［００２１］、図１〜図３）
【特許文献３】特開平５−１６２１３５号公報（段落番号［０００６］，［００１９］，［００２０］、図１）
【特許文献４】特開平７−２５１４３７号公報（段落番号［００１３］，［００５９］，［００６０］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで本願発明の課題は、含浸ヘッドから撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造するに際し、従来に比べ高速の引取速度（生産速度）、例えば４０ｍ／分を上回る引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造することができるとともに、含浸ヘッドに連続的に導かれる強化用繊維束を引取速度の高速化のために予め加熱しておく装置の設置スペースが小さくてすむようにした、長繊維強化樹脂ストランドの製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２０】
請求項１の発明は、上流側より長尺の強化用繊維束が連続的に導入される含浸ヘッドを備えるとともに、前記含浸ヘッドの下流側に冷却装置と撚りローラとをこの順に備え、前記含浸ヘッドにより前記強化用繊維束に溶融樹脂を含浸させるとともに、樹脂含浸強化用繊維束に前記撚りローラによる撚りを付与し、前記含浸ヘッドからの撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを前記冷却装置にて冷却水中で冷却し、連続して引き取ることにより、長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置において、少なくとも２つの加熱ローラを有して前記含浸ヘッドの上流側に設けられ、強化用繊維束を少なくとも２つの前記加熱ローラに交互に複数回巻き掛けることで該加熱ローラに接触させて加熱することにより、予め加熱された強化用繊維束が前記含浸ヘッドに連続的に導かれるようにした加熱ローラ装置と、前記加熱ローラ装置の上流側に設けられ、前記加熱ローラに巻き掛けられる強化用繊維束に対してバックテンションを付与するバックテンション付与装置と、を備えていることを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造装置である。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、前記加熱ローラは、強化用繊維束を案内する溝として、ローラ外周部にローラ回転軸方向に並列する複数の円周溝を有していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、含浸ヘッドの上流側に、少なくとも２つの加熱ローラを有する加熱ローラ装置を備え、さらに、この加熱ローラ装置の上流側に、前記加熱ローラに巻き掛けられる強化用繊維束に対してバックテンションを付与するバックテンション付与装置を備えている。これにより、強化用繊維束は、バックテンション付与装置によってバックテンションがかけられた状態で、加熱ローラ装置の例えば上下に配された少なくとも２つの前記加熱ローラに交互に複数回巻き掛けられることにより、加熱されている該加熱ローラに密着接触しながら走行し、常温でなく予め加熱された状態で含浸ヘッドに連続的に導かれる。
【００２３】
したがって、強化用繊維束の引取速度を高速化しても、含浸ヘッド内における溶融樹脂の温度低下を抑制できることで強化用繊維束に溶融樹脂を十分に含浸させることができるとともに、含浸ヘッド内での溶融樹脂粘度の上昇を抑制できることで含浸ヘッド内を走行する強化用繊維束（樹脂含浸強化用繊維束）の張力の上昇を抑制することができる。よって、従来に比べ高速の引取速度（生産速度）、例えば４０ｍ／分を上回る引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造することができるとともに、引取速度の高速化のための前記加熱ローラ装置の設置スペースが小さくてすむ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の全体構成を示す構成説明図である。
【００２５】
図１に示すように、複数個のボビン、この例では３つのボビン５Ａ〜５Ｃそれぞれからの強化用繊維（ロービング）１は加熱ローラ装置２００の入側ガイド２０１によって強化用繊維束２としてまとめられ、この強化用繊維束２が、強化用繊維束２を予め加熱しておくために、上下に配された一対の加熱ローラ２２０，２３０を備えた加熱ローラ装置２００に導かれる。ボビン５Ａ〜５Ｃには、それぞれ、強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａ〜１００Ｃが備えられており、これにより、強化用繊維束２は、バックテンションがかけられながら、一対の加熱ローラ２２０，２３０に交互に複数回巻き掛けられることにより、加熱されている加熱ローラ２２０，２３０に密着して接触することで接触加熱されるようになっている。
【００２６】
この加熱ローラ装置２００の直ぐ下流側に、スクリュ８を内蔵する押出機７が設けられるとともに、この押出機７から溶融樹脂（溶融した熱可塑性樹脂）３が連続供給され、かつ、加熱ローラ装置２００からの予め加熱された強化用繊維束２が導かれる含浸ヘッド（溶融樹脂浴容器）９が設けられている。この含浸ヘッド９の内には、連続的に供給される強化用繊維束２に溶融樹脂３を含浸させるための複数個の含浸ローラ（開繊・含浸用ローラ）１０が配設されている。含浸ヘッド９の出口には、含浸ヘッド９から引き取られる、撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる高温の長繊維強化樹脂ストランド４の賦形（賦型）を行う賦形ダイ１１が取り付けられている。
【００２７】
そして、この賦形ダイ１１が取り付けられた含浸ヘッド９の下流側には、含浸ヘッド９からの高温の長繊維強化樹脂ストランド４を冷却水中で冷却する冷却装置１２が設けられている。また、この冷却装置１２の直ぐ下流側には、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂが設けられている。なお、この本実施形態の製造装置によって製造され、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側に導かれた長繊維強化樹脂ストランド４は、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側にあるペレタイザー（ストランドカッター）３０で切断されてペレット化されるようになっている。
【００２８】
図２は図１における強化用繊維バックテンション付与装置を示す概略構成図である。
【００２９】
図２に示すように、強化用繊維１が巻き取られてなるボビン５Ａの回転軸の一端部に回転ドラム体５ｂが固定されている。この回転ドラム体５ｂの外周面に半周にわたって巻き掛けられた帯状シュー部材１０１の一端側は、他端側のフックが固定された引張コイルばね１０２の一端側のフックに連結されている。１０３は、モータ１０３ａによってねじ軸（図示省略）を回転させて昇降ナット部１０３ｂを上下方向に移動させるバックテンション調節用スライダである。そして、帯状シュー部材１０１の他端側は、バックテンション調節用スライダ１０３の前記昇降ナット部１０３ｂに連結されている。
【００３０】
引張コイルばね１０２の元に戻ろうとする力によって帯状シュー部材１０１が回転ドラム体５ｂに押付けられることで、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる引き取りによってボビン５Ａから引き出される強化用繊維１に対してバックテンションが付与されるようになっている。昇降ナット部１０３ｂを上下方向に移動させることで帯状シュー部材１０１による押付け力を増減することにより、強化用繊維１にかけるバックテンションを調節できるようになっている。
【００３１】
前記の帯状シュー部材１０１、引張コイルばね１０２及びバックテンション調節用スライダ１０３により、ボビン５Ａからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａが構成されている。また、ボビン５Ｂからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１００Ｂ、及び、ボビン５Ｃからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１００Ｃは、強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａと同一の構成である。そして、これらの強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａ〜１００Ｃにより、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２にバックテンションを付与するバックテンション付与装置が構成されている。
【００３２】
図３は図１における加熱ローラ装置の構成を示す正面図、図４は図３に示す加熱ローラ装置のＢ矢視方向からの構成説明のための側面図、図５は図３に示す加熱ローラ装置の背面図、図６は図３のＡ−Ａ断面における構成を説明するための図である。
【００３３】
図３〜図６において、２０２は中空四角柱状の支持フレームである。この支持フレーム２０２は、床面に固定されたベース体の上部ベースプレート２０３の上面に起立姿勢で固定されている。この支持フレーム２０２に、一対の加熱ローラ２２０，２３０が上下に所定間隔を隔てて位置される状態で回転可能に取り付けられている。
【００３４】
まず、加熱ローラ２２０，２３０について説明する。上側の加熱ローラ２２０は、加熱ローラ本体と加熱ローラ支持体とにより構成されている。加熱ローラ本体は、所定幅の環形状で形成された外周部２２１に円環形板状のリブ部２２２を一体形成し（アルミニウム合金製）、このものにボス部２２３をボルト締めにて結合するとともに、リブ部２２２の片側の面に、発熱線が装着された円環形板状をなすヒータ（リングヒータ）２２４を固定してなるものである。前記外周部２２１には、強化用繊維束２を案内する溝として、ローラ回転軸方向に並列する複数の円周溝、本例では１０本の円周溝２２５が形成されており、溝付き加熱ローラをなしている。また、加熱ローラ支持体は、加熱ローラ本体の前記ボス部２２３にキーを用いて結合された加熱ローラ回転軸２２６と、加熱ローラ本体と一体に回転するこの加熱ローラ回転軸２２６を両端部に装着された軸受にて回転自在に支持して収容する円筒状の軸受ケース２２７とにより構成されている。この上側の加熱ローラ２２０の軸受ケース２２７が、取り付け部材を介して支持フレーム２０２に固定されている。
【００３５】
下側の加熱ローラ２３０は、前記上側の加熱ローラ２２０と同一構成であって、加熱ローラ本体と加熱ローラ支持体とにより構成されている。加熱ローラ本体は、外周部２３１に円環形板状のリブ部２３２を一体形成し（アルミニウム合金製）、このものにボス部２３３をボルト締めにて結合するとともに、リブ部２３２の片側の面に、発熱線が装着された円環形板状をなすヒータ２３４を固定してなるものである。前記外周部２３１には、強化用繊維束２を案内する溝として、ローラ回転軸方向に並列する複数の円周溝、本例では９本の円周溝２３５が形成されており、溝付き加熱ローラをなしている。また、加熱ローラ支持体は、加熱ローラ本体の前記ボス部２３３にキーを用いて結合された加熱ローラ回転軸２３６と、加熱ローラ本体と一体に回転するこの加熱ローラ回転軸２３６を両端部に装着された軸受にて回転自在に支持して収容する円筒状の軸受ケース２３７とにより構成されている。この下側の加熱ローラ２３０の軸受ケース２３７が、取り付け部材を介して支持フレーム２０２に固定されている。なお、図示省略しているが、強化用繊維束２の導入部分と導出部分が開放された状態で加熱ローラ２２０，２３０を取り囲む加熱ローラ用カバーが備えられている。
【００３６】
そして、バックテンションがかけられた状態で導かれた強化用繊維束２は、上側の加熱ローラ２２０の図４における左端の円周溝２２５を四分の一周して下降→下側の加熱ローラ２３０の図４における左端の円周溝２３５を半周して上昇→上側の加熱ローラ２２０の図４における左端の次の円周溝２２５を半周して下降→下側の加熱ローラ２３０の図４における左端の次の円周溝２３５を半周して上昇、というように加熱ローラ２２０，２３０に交互に巻き掛けられ、上側の加熱ローラ２２０の図４における右端の円周溝２２５を四分の一周してから含浸ヘッド９へ導かれるようになっている。なお、図３においては、各ボビン５Ａ〜５Ｃからの各強化用繊維１をまとめて強化用繊維束２として上側の加熱ローラ２２０に案内する入側ガイド２０１（図１参照）は、図示省略してある。
【００３７】
次に、ヒータ２２４，２３４への電力供給とヒータ温度調節について説明する。回転する上側の加熱ローラ２２０の前記ヒータ２２４には、図示しない第１加熱用電源からの配線が接続されたスリップリング２０６，２０６を介して該第１加熱用電源から電力が供給されるようになっている。スリップリング２０６，２０６は、前記支持フレーム２０２に取付け部材を介して固定されるスリップリング用ブラケット２０５に支持されている。また同様に、回転する加熱ローラ２３０の前記ヒータ２３４には、スリップリング２０７，２０７を介して図示しない第２加熱用電源から電力が供給されるようになっている。スリップリング２０７，２０７は、前記スリップリング用ブラケット２０５に支持されている。
【００３８】
また、２０４は、加熱ローラ２２０，２３０の背面に位置して前記支持フレーム２０２に固定された取付けプレートである。２０８は、上側の加熱ローラ２２０のリブ部２２２に臨ませて取付けプレート２０４に取り付けられ、加熱ローラ２２０の温度を測定するための非接触式の放射温度計であり、同様に、２０９は、加熱ローラ２３０のリブ部２３２に臨ませて取付けプレート２０４に取り付けられ、下側の加熱ローラ２３０の温度を測定するための非接触式の放射温度計である（図５，図６参照）。
【００３９】
温度調節器（制御盤）２１０は、放射温度計２０８から与えられる温度測定値情報に基づいて、上側の加熱ローラ２２０の温度が目標設定値になるように前記第１加熱用電源から前記ヒータ２２４へ供給される電力を制御するとともに、放射温度計２０９から与えられる温度測定値情報に基づいて、下側の加熱ローラ２３０の温度が目標設定値になるように前記第２加熱用電源から前記ヒータ２３４へ供給される電力を制御するものである。
【００４０】
次に、この加熱ローラ装置から引き出される強化用繊維束２の張力調整を行うパウダーブレーキについて説明する。図４，図５に示すように、上側の加熱ローラ２２０の加熱ローラ回転軸２２６に連結されたスプロケット２１１と、支持フレーム２０２に固定された電磁式のパウダーブレーキ２１４の回転軸に連結されたスプロケット２１２との間にはチェーン２１３が掛け渡されている。パウダーブレーキ２１４によるブレーキ力を加減することで、含浸ヘッド９へ導かれる強化用繊維束２の張力を適切な値に調節できるようになっている。２１５はパウダーブレーキ制御盤である。
【００４１】
次に、前記の冷却装置１２について説明する。図７は図１における冷却装置の構成を概略的に示す平面図、図８は図７のＡ−Ａ断面図である。
【００４２】
冷却装置１２は、上側が開放可能な蓋付きの箱状をなし、冷却水を貯留し、含浸ヘッド９から引き取られて水平方向に走行する長繊維強化樹脂ストランド４を冷却水中を通過させる冷却水槽１３と、冷却水槽１３内に長繊維強化樹脂ストランド４の走行方向に沿って上流側から下流側にわたって所定の間隔をあけて、かつ、長繊維強化樹脂ストランド４の走行路を挟むように千鳥配置され、冷却水中で長繊維強化樹脂ストランド４に向けて水を噴射する複数個の水噴射ノズル１４と、これらの水噴射ノズル１４に加圧水を供給するための加圧水供給管１５とを備えている。
【００４３】
また、冷却水槽１３の冷却水槽端部板１３ａ，１３ａには、樹脂含浸強化用繊維束が通過可能なようにＵ字形切欠開口（図示省略）が設けられている。冷却水槽１３内の冷却水が、冷却水槽端部板１３ａ，１３ａのＵ字形切欠開口からこぼれ落ちるが、冷却水槽１３内には加圧水供給管１５より水噴射ノズル１４を通して冷却水が供給され、水位を一定に保持するようになっている。なお、水噴射ノズル以外に別途に設けた冷却水槽内に冷却水を供給する供給口から冷却水を供給して、水位を一定に保つようにしてもよい。そして、冷却水槽端部板１３ａ，１３ａの下側には、冷却水槽１３からの冷却水を返送し循環させるための図示しないポンプ、ドレン容器及びドレン配管が設けられている。
【００４４】
このように、含浸ヘッド９と撚りローラ１６Ａ，１６Ｂとの間に、冷却装置１４として、含浸ヘッド９から引き取られる高温の長繊維強化樹脂ストランド４が冷却水中を水平方向に走行する冷却水槽１３内に、長繊維強化樹脂ストランド４の走行方向に沿って間隔をあけて複数個設けられ、冷却水中で長繊維強化樹脂ストランド４に向けて水を噴射する水噴射ノズル１４を備えている。
【００４５】
したがって、これらの水噴射ノズル１４が水を噴射することで発生する水流によって冷却水槽内の冷却水を攪拌することにより、入側から出側にわたって冷却水中を走行する長繊維強化樹脂ストランド４に、連続的に新たな冷却水流を導き与えて接触させることで、水噴射ノズル１４を備えない冷却水槽に比べて、長繊維強化樹脂ストランド４と冷却水との熱交換を効率良く行って長繊維強化樹脂ストランド４に対する冷却速度を高めることができる。
【００４６】
次に、前記の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂについて説明する。図９は図１における撚りローラの説明図である。
【００４７】
一対の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、それぞれの回転軸線を平行な平面（水平面）上に保持し、かつ、該回転軸線を交差させた状態で冷却装置１４からの長繊維強化樹脂ストランド４を挟むように対向配置されている。つまり、図９における上側の撚りローラ１６Ａの回転軸線と下側の撚りローラ１６Ｂの回転軸線とは、長繊維強化樹脂ストランド４の引き取り方向（走行方向）と直交する向きでなく、平面視において引き取り方向に対して互いに相反する方向に、かつ同角度をなして所定角度ずれた向きに設定されている。また、金属製の上側の撚りローラ１６Ａは、ローラ表面（ローラ外周面）全体にわたってローレット加工による凹凸１６Ａａが形成されている。同様に，金属製の下側の撚りローラ１６Ｂは、ローラ表面（ローラ外周面）全体にわたってローレット加工による凹凸１６Ｂａが形成されている。
【００４８】
また、この実施形態では、一対の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、両方ともに回転駆動されるように構成されている。そして、この一対の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与する機能を有し、かつ、本製造装置における引き取り機能を有していることから、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側に、別途、引取機を設けなくてすむものである。なお、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂからストランドカッターまでの設置距離が長くなるような場合や、割れやすいストランドを高速で引き取りたい場合などには、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側に引取機として撚りローラ１６Ａ，１６Ｂと同様の構成を有する一対の引取りローラを設けてもよい。
【００４９】
このように、一対の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、金属製であって、そのローラ表面に凹凸１６Ａａ，１６Ｂａを形成してある。したがって、金属製の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂと長繊維強化樹脂ストランド４との間の摩擦係数が大きくなるため、冷却装置１４による長繊維強化樹脂ストランド４の冷却効果と相俟って、確実に長繊維強化樹脂ストランド４の滑りを発生させることなく、長繊維強化樹脂ストランド４に撚りを与えることができる。また、金属製の撚りローラであるから、ゴム製の撚りローラよりも摩耗し難く長寿命であるため、長繊維強化樹脂ストランド４に滑りを発生させることなく、長期間にわたって引き取りを行うことができる。
【００５０】
次に、このように構成される長繊維強化樹脂ストランドの製造装置による長繊維強化樹脂ストランドの製造について説明する。ボビン５Ａ〜５Ｃから繰り出された強化用繊維１からなる強化用繊維束２は、強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａ〜１００Ｃによるバックテンションがかけられながら、加熱用ローラ装置２００の上下に配された一対の加熱用ローラ２２０，２３０に導かれ、加熱用ローラ２２０，２３０に交互に複数回（本例では９ターン）巻き掛けられることで接触加熱によって昇温された状態で、含浸ヘッド９内に導かれる。強化用繊維束２は、押出機７から供給された高温の溶融樹脂３が充満されている含浸ヘッド９内の各含浸ローラ１０を通過している過程で樹脂含浸を受け、樹脂含浸強化用繊維束となされる。また、この樹脂含浸強化用繊維束は、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる撚り動作によって含浸ヘッド９内の下流側の含浸ローラ１０を出発点として撚りが生成・成長する。このように、含浸ヘッド９により強化用繊維束２に押出機９から供給された溶融樹脂３を含浸させるとともに、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる撚り動作によって樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与し、含浸ヘッド９から撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランド４が連続的に引き取られる。
【００５１】
そして、含浸ヘッド９から賦形ダイ１３を経て連続的に引き取られる高温の長繊維強化樹脂ストランド４は、冷却装置１４へ導かれ、冷却水槽１３内の冷却水中を走行し、かつ、その走行路を挟むように千鳥配置された水噴射ノズル１４からの水流を受けることにより冷却硬化されて、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂへと導かれる。冷却装置１４からの冷却が施された長繊維強化樹脂ストランド４に対して、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂにより、撚り動作と引き取りとが行われる。そして、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側に導かれた長繊維強化樹脂ストランド４は、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側にあるペレタイザー３０で切断されてペレット化されるようになっている。
【００５２】
このように、本実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、含浸ヘッド９の上流側に、一対の加熱ローラ２２０，２３０を有する加熱ローラ装置２００を備え、さらに、この加熱ローラ装置２００の上流側に、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２に対してバックテンションを付与する、強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａ〜１００Ｃからなるバックテンション付与装置を備えている。これにより、強化用繊維束２は、前記バックテンション付与装置によってバックテンションがかけられた状態で、上下に配された一対の加熱ローラ２２０，２３０に交互に複数回巻き掛けられることにより、ヒータ２２４，２３４によって加熱されている該加熱ローラ２２０，２３０に密着接触しながら走行し、常温でなく予め加熱された状態で含浸ヘッド９に連続的に導かれる。
【００５３】
したがって、強化用繊維束２の引取速度を高速化しても、含浸ヘッド９内における溶融樹脂の温度低下を抑制できることで強化用繊維束２に溶融樹脂を十分に含浸させることができるとともに、含浸ヘッド９内での溶融樹脂粘度の上昇を抑制できることで含浸ヘッド内を走行する強化用繊維束（樹脂含浸強化用繊維束）の張力の上昇を抑制することができる。よって、従来に比べ高速の引取速度（生産速度）、例えば４０ｍ／分を上回る引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造することができるとともに、引取速度の高速化のための加熱ローラ装置２２０の設置スペースが小さくてすむ。
【００５４】
前記図１に示す製造装置を用いて、長繊維強化樹脂ストランドの製造実験を行った。
【００５５】
加熱ローラ２２０，２３０の加熱ローラ本体は、直径：約２５０ｍｍ、外周部２２１の幅：約１００ｍｍである。一対の加熱ローラ２２０，２３０の加熱ローラ回転軸間の距離は、約４００ｍｍである。
【００５６】
冷却却装置１２の冷却水槽１３の長さは２ｍである。水噴射ノズル１４については、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟む一方側（図７における下側）の列に２０個、他方側（図７における上側）の列に２０個を、ストランド走行路に対して千鳥配置した。ストランド走行方向における隣り合う水噴射ノズル１４同士の中心線間距離は７０ｍｍである。撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、両方ともに回転駆動される機構であり、ＳＫＤ１１（合金工具鋼）調質材を焼入れしたものからなり、ローレット加工によりローラ表面全体にアヤメピッチ１ｍｍの凹凸を形成してある。
【００５７】
強化用繊維としてガラス繊維、熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを使用し、ストランド外径２．４ｍｍの長繊維強化樹脂ストランドを製造する実験を行った。その結果、含浸ヘッド９に加熱ローラ２２０，２３０によって予め加熱しておいた強化用繊維束２が導かれるようにした場合、最高引取速度：９０ｍ／分という（それ以上、引取速度は上げなかったが）従来と比較にならないほど高速で引き取りを行うことができた。この場合、含浸ヘッド９へ導かれる強化用繊維束２の温度は、１６０〜２００℃とした。一方、加熱ローラ２２０，２３０による加熱を施さない場合（比較例）、最高引取速度：４０ｍ／分であった。引取速度が４０ｍ／分を超えたあたりで、溶融樹脂粘度の上昇に起因して含浸ヘッド９内を走行する強化用繊維束の張力が大きく上昇し、引き取りを行うことができなかった。
【００５８】
図１０は本発明に係るバックテンション付与装置の他の例を説明するための図である。
【００５９】
図１０において、１１１はボビン５Ａの回転軸５ａに連結され、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる強化用繊維１の引き取りに応じてボビン５Ａを回転駆動するボビン駆動モータである。また、１１２及び１１３は固定ガイドローラ、１１４は上下に移動可能なダンサーローラである。１１５はダンサーローラ位置検出器であり、ダンサーローラ１１４の上下の動きを回転角度として検出する回転型のポテンショメータを用いて構成されている。加熱ローラ装置２００の入側ガイド２０１に向かう強化用繊維１に所定のバックテンションがかかるようにしたときの位置が、ダンサーローラ１１４の基準位置として設定されている。
【００６０】
そして、ダンサーローラ位置検出器１１５によるダンサーローラ１１４の位置信号が与えられるテンションコントローラ１１６からの指令により、ダンサーローラ１１４の位置が基準位置より下がってくるとホビン駆動モータ１１１の回転速度が減速され、基準位置より上になると回転速度が増速されることにより、強化用繊維１に所定のバックテンションが付与されるようになっている。なお、ボビン駆動モータ１１１に代えて、ボビン５Ａの回転軸５ａに結合されるパウダーブレーキを設置し、ダンサーローラ１１４の位置が基準位置より下がってくるとブレーキを強め、基準位置より上になるとブレーキを弱めるようにしてもよい。
【００６１】
前記のボビン駆動モータ１１１、固定ガイドローラ１１２，１１３、ダンサーローラ１１４、ダンサーローラ位置検出器１１５及びテンションコントローラ１１６により、ボビン５Ａからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１１０Ａが構成されている。また、他のボビン５Ｂ，５Ｃそれぞれからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１１０Ｂ，１１０Ｃは、強化用繊維バックテンション付与装置１１０Ａと同一の構成である。そして、これらの強化用繊維バックテンション付与装置１１０Ａ〜１１０Ｃにより、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２にバックテンションを付与するバックテンション付与装置が構成されている。
【００６２】
図１１は本発明に係るバックテンション付与装置の他の例を説明するための図である。
【００６３】
図１１において、６Ａは容器内に落とし込まれて円筒状に巻回された長尺の強化用繊維１が収容されてなる強化用繊維収納容器である。強化用繊維収納容器６Ａから引き出された強化用繊維１は、複数のガイドバー１２１によってジクザクに走行することでバックテンションがかけられ、バックテンションがかけられた状態で加熱ローラ装置２００の一対の加熱ローラ２２０，２３０へ導かれる。
【００６４】
前記の複数のガイドバー１２１により、強化用繊維収納容器６Ａからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１２０Ａが構成されている。また、他の強化用繊維収納容器６Ｂ，６Ｃそれぞれからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１２０Ｂ，１２０Ｃは、強化用繊維バックテンション付与装置１２０Ａと同一の構成である。そして、これらの強化用繊維バックテンション付与装置１２０Ａ〜１２０Ｃにより、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２にバックテンションを付与するバックテンション付与装置が構成されている。
【００６５】
なお、前記の実施形態では、２つの加熱ローラに強化用繊維束を交互に巻き掛けるものを説明したが、本発明による製造装置は、これに限らず、例えば３つ以上の加熱ローラを用いるものであってもよい。また、２つの加熱ローラを用いるものの場合、両加熱ローラに強化用繊維束をたすき掛け状態で交互に巻き掛けるようにしてもよく、こうすることで１巻き当りの接触長さを増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の全体構成を示す構成説明図である。
【図２】図１における強化用繊維バックテンション付与装置を示す概略構成図である。
【図３】図１における加熱ローラ装置の構成を示す正面図である。
【図４】図３に示す加熱ローラ装置のＢ矢視方向からの構成説明のための側面図である。
【図５】図３に示す加熱ローラ装置の背面図である。
【図６】図３のＡ−Ａ断面における構成を説明するための図である。
【図７】図１における冷却装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図１における撚りローラの説明図である。
【図１０】本発明に係るバックテンション付与装置の他の例を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るバックテンション付与装置の他の例を説明するための図である。
【図１２】従来方法の実施に用いられる長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の構成説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…強化用繊維
２…強化用繊維束
３…溶融樹脂
４…長繊維強化樹脂ストランド
５Ａ〜５Ｃ…ボビン
６Ａ〜６Ｃ…強化用繊維収納容器
７…押出機
８…スクリュ
９…含浸ヘッド
１０…含浸ローラ
１１…賦形ダイ
１２…冷却装置
１３…冷却水槽
１４…水噴射ノズル
１６Ａ，１６Ｂ…撚りローラ、１６Ａａ，１６Ｂａ…凹凸
３０…ペレタイザー（ストランドカッター）
１００Ａ〜１００Ｃ…強化用繊維バックテンション付与装置
１１０Ａ〜１１０Ｃ，１２０Ａ〜１２０Ｃ…強化用繊維バックテンション付与装置
１０１…帯状シュー部材、
１０２…引張コイルばね
１０３…バックテンション調節用スライダ
１１１…ボビン駆動モータ
１１４…ダンサーローラ
１１５…ダンサーローラ位置検出器
１１６…テンションコントローラ
１２１…ガイドバー
２００…加熱ローラ装置
２０１…入側ガイド
２０２…支持フレーム
２０６，２０７…スリップリング
２０８，２０９…放射温度計
２１０…温度調節器
２１１，２１２…スプロケット
２１３…チェーン
２１４…パウダーブレーキ
２１５…パウダーブレーキ制御盤
２２０，２３０…加熱ローラ
２２１，２３１外周部
２２２，２３２…リブ部
２２３，２３３…ボス部
２２４，２３４…ヒータ
２２５，２３５…円周溝
２２６，２３６…加熱ローラ回転軸
２２７，２３７…軸受ケース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長繊維強化樹脂ストランドの製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
長尺の長繊維強化樹脂ストランドを例えば３〜１５ｍｍ程度に切断したペレット（長繊維強化樹脂ペレット）を用いた射出成形品は、自動車内装部材（コンソールボックス、インストルメントパネル等）、自動車外装部材（バンパ、フェンダー等）、電子機器部材（ノートパソコン、携帯電話等）のハウジングなどに使用されるものである。
【０００３】
本出願人は、含浸ヘッドから撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造する方法として、先に特開平５−１６９４４５号公報（特許文献１）に示されるものを提案している（従来技術１）。この従来技術１について図１２を用いて説明する。図１２は従来方法の実施に用いられる長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の構成説明図である。
【０００４】
従来技術１は、強化用繊維と樹脂との密着性の高い長繊維強化樹脂ストランドを製造するようにしたものである。溶融樹脂材料５２は押出機５６より含浸ヘッド（クロスヘッド）５５内へ連続供給される。該含浸ヘッド５５の出側には賦形ダイ５９、冷却器６０、撚りローラ（クロスローラキャプスタンとも呼ばれている）６１ａ，６１ｂ、引抜きローラ６２が順に配設され、該含浸ヘッド５５内には強化用繊維束をジクザグ走行させて解繊し含浸性を高めるためのスプレダー（含浸用ローラ）５８が設けられている。
【０００５】
そして、強化用繊維５１，５１…は含浸ヘッド５５内で溶融樹脂材料５２中に浸漬され、樹脂含浸された後、賦形ダイ５９によって賦形されてその断面形状が定められ、冷却器６０において冷却硬化される。撚りローラ６１ａ，６１ｂは一対のゴム製ローラであって、互いに逆回転駆動されるように構成されている。また、これら撚りローラ６１ａ，６１ｂは水平面内で逆方向に傾けて配設されており、これら撚りローラ６１ａ，６１ｂの交差部で長繊維強化樹脂ストランド５３を挟持して矢印方向へ引抜くことにより、該長繊維強化樹脂ストランド５３は軸心を中心として回転される。これによって冷却器６０と含浸ヘッド５５内の最下流側のスプレダー５８ａの間で撚りが付与される。そして、撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランド５３は、引抜きローラ６２より離れた位置に設けられたペレタイザー（ストランドカッター）６３でカットされるようになっている。
【０００６】
このように、従来技術１では、強化用繊維束が撚られつつ樹脂含浸が行われるので、強化用繊維と樹脂材料を強固に密着させることができる。また、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを掛けた状態でこれを引き取るようにしたものであるから、繊維のケバを撚りの中に取り込むようにしてこれを賦形ダイ外に引き出す作用が発揮されて、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与しないものに比べると、含浸ヘッド内で生じたケバが賦形ダイに詰まり難いので、長繊維強化樹脂ストランドの引取速度を高めることができる。
【０００７】
ところが、さらに高速の引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造しようとすると、含浸ヘッド内を引き取られて走行する強化用繊維束に作用する張力が大きくなって断線が発生し、３０〜４０ｍ／分の引取速度が限界であった。
【０００８】
また、先に本出願人は、含浸ヘッドから撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造する方法において、強化用繊維束に溶融合成樹脂を十分に含浸させるために、含浸ヘッド内で強化用繊維束の開繊を行って樹脂含浸を促進する部分の合成樹脂を特に加熱するようにした方法を提案している（従来技術２：特開平６−２５４８５０号公報（特許文献２））。この場合、前記加熱を実施するために含浸ヘッド内の含浸用ローラとして、例えば熱水導入型の含浸用ローラを用いている。
【０００９】
この従来技術２によると、含浸ヘッド内に常温の強化用繊維束が導入されることによる溶融合成樹脂の温度低下を抑制することができ、その結果、含浸ヘッド内での溶融合成樹脂粘度の上昇を抑制できる。これにより、含浸ヘッド内を引き取られて走行する強化用繊維束の張力の上昇を抑制して、長繊維強化樹脂ストランドの引取速度の高速化が期待できる。
【００１０】
ところが、本発明者らの実験によると、従来技術２では、長繊維強化樹脂ストランドの引取速度が４０ｍ／分を上回ると、強化用繊維束への溶融樹脂の含浸度合いが悪化するとともに、含浸ヘッド内を走行する強化用繊維束の張力が上昇することによる断線が発生することがわかった。
【００１１】
そこで、本発明者らは、含浸ヘッド内にて樹脂含浸を促進する部分の合成樹脂を加熱するのではなく、含浸ヘッドに導入される強化用繊維束を予め加熱しておくようにすればよいのではないかと考えた。なお、先に本出願人が提案した前記特開平６−２５４８５０号公報には、必要であれば含浸ヘッドに導入される強化用繊維を予熱しておくことも可能でありとあるものの、その実施のための手段については示されていない。
【００１２】
一方、特開平５−１６２１３５号公報（特許文献３）には、連続した強化繊維を引き取りながら、溶融した熱可塑性樹脂を被覆させ、含浸させて繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造する方法であって、強化繊維に溶融した熱可塑性樹脂を被覆、含浸するに先立ち、熱風式予熱炉により、強化繊維を熱可塑性樹脂の溶融温度以上に予熱することにより、強化繊維への溶融した熱可塑性樹脂の含浸を促進することで引取速度を高めるようにした、繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法が示されている（従来技術３）。
【００１３】
この従来技術３では、強化繊維（ガラスロービング繊維）を熱風式予熱炉に導入して約３００℃に加熱するとともに、１８ｍ／分の引取速度にて帯状の繊維強化熱可塑性樹脂構造体（ガラス繊維強化ナイロン６／６）を得るようにした例が示されている。
【００１４】
また、特開平７−２５１４３７号公報（特許文献４）には、長繊維強化熱可塑性複合材料を製造するに際し、連続補強繊維に熱可塑性樹脂を付着させるに先立ち、連続補強繊維を予熱処理装置に導入して予め加熱しておくようにした、長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方法が示されている（従来技術４）。
【００１５】
この従来技術４では、熱風方式又は赤外線放射方式の予熱処理装置を用い、繊維 ／樹脂の組合せが、例えば、ガラス繊維／ポリプロピレン樹脂の場合、予熱処理温度（加熱処理温度）：１２０〜２３０℃、予熱処理時間（加熱処理時間）：１０秒〜１分にて連続補強繊維を予め加熱することが示されている。そして、実施例では、２００℃にてガラス繊維を加熱処理（予熱処理）し、２０ｍ／分の引取速度にてテープ状の長繊維強化熱可塑性複合材料を得ることが示されている。
【００１６】
しかしながら、前記従来技術３，４では、強化用繊維束に溶融樹脂を含浸させるに先立って、引き取られて走行している連続した強化用繊維束を加熱するに際し、強化用繊維束の水平方向に延びる長い走行路が必要な熱風方式のなどの非接触加熱によるものであるから、引取速度（生産速度）の高速化を図る場合、より長尺の加熱装置（予熱装置）を設置するための大きなスペースが必要となり、このことが障害となる。
【００１７】
【特許文献１】特開平５−１６９４４５号公報（段落番号［００１０］、図１）
【特許文献２】特開平６−２５４８５０号公報（段落番号［０００８］〜［００２１］、図１〜図３）
【特許文献３】特開平５−１６２１３５号公報（段落番号［０００６］，［００１９］，［００２０］、図１）
【特許文献４】特開平７−２５１４３７号公報（段落番号［００１３］，［００５９］，［００６０］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで本願発明の課題は、含浸ヘッドから撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造するに際し、従来に比べ高速の引取速度（生産速度）、例えば４０ｍ／分を上回る引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造することができるとともに、含浸ヘッドに連続的に導かれる強化用繊維束を引取速度の高速化のために予め加熱しておく装置の設置スペースが小さくてすむようにした、長繊維強化樹脂ストランドの製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００２０】
請求項１の発明は、上流側より長尺の強化用繊維束が連続的に導入される含浸ヘッドを備えるとともに、前記含浸ヘッドの下流側に冷却装置と撚りローラとをこの順に備え、前記含浸ヘッドにより前記強化用繊維束に溶融樹脂を含浸させるとともに、樹脂含浸強化用繊維束に前記撚りローラによる撚りを付与し、前記含浸ヘッドからの撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを前記冷却装置にて冷却水中で冷却し、連続して引き取ることにより、長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置において、少なくとも２つの加熱ローラを有して前記含浸ヘッドの上流側に設けられ、強化用繊維束を少なくとも２つの前記加熱ローラに交互に複数回巻き掛けることで該加熱ローラに接触させて加熱することにより、予め加熱された強化用繊維束が前記含浸ヘッドに連続的に導かれるようにした加熱ローラ装置と、前記加熱ローラ装置の上流側に設けられ、前記加熱ローラに巻き掛けられる強化用繊維束に対してバックテンションを付与するバックテンション付与装置と、を備えていることを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造装置である。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、前記加熱ローラは、強化用繊維束を案内する溝として、ローラ外周部にローラ回転軸方向に並列する複数の円周溝を有していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、含浸ヘッドの上流側に、少なくとも２つの加熱ローラを有する加熱ローラ装置を備え、さらに、この加熱ローラ装置の上流側に、前記加熱ローラに巻き掛けられる強化用繊維束に対してバックテンションを付与するバックテンション付与装置を備えている。これにより、強化用繊維束は、バックテンション付与装置によってバックテンションがかけられた状態で、加熱ローラ装置の例えば上下に配された少なくとも２つの前記加熱ローラに交互に複数回巻き掛けられることにより、加熱されている該加熱ローラに密着接触しながら走行し、常温でなく予め加熱された状態で含浸ヘッドに連続的に導かれる。
【００２３】
したがって、強化用繊維束の引取速度を高速化しても、含浸ヘッド内における溶融樹脂の温度低下を抑制できることで強化用繊維束に溶融樹脂を十分に含浸させることができるとともに、含浸ヘッド内での溶融樹脂粘度の上昇を抑制できることで含浸ヘッド内を走行する強化用繊維束（樹脂含浸強化用繊維束）の張力の上昇を抑制することができる。よって、従来に比べ高速の引取速度（生産速度）、例えば４０ｍ／分を上回る引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造することができるとともに、引取速度の高速化のための前記加熱ローラ装置の設置スペースが小さくてすむ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の全体構成を示す構成説明図である。
【００２５】
図１に示すように、複数個のボビン、この例では３つのボビン５Ａ〜５Ｃそれぞれからの強化用繊維（ロービング）１は加熱ローラ装置２００の入側ガイド２０１によって強化用繊維束２としてまとめられ、この強化用繊維束２が、強化用繊維束２を予め加熱しておくために、上下に配された一対の加熱ローラ２２０，２３０を備えた加熱ローラ装置２００に導かれる。ボビン５Ａ〜５Ｃには、それぞれ、強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａ〜１００Ｃが備えられており、これにより、強化用繊維束２は、バックテンションがかけられながら、一対の加熱ローラ２２０，２３０に交互に複数回巻き掛けられることにより、加熱されている加熱ローラ２２０，２３０に密着して接触することで接触加熱されるようになっている。
【００２６】
この加熱ローラ装置２００の直ぐ下流側に、スクリュ８を内蔵する押出機７が設けられるとともに、この押出機７から溶融樹脂（溶融した熱可塑性樹脂）３が連続供給され、かつ、加熱ローラ装置２００からの予め加熱された強化用繊維束２が導かれる含浸ヘッド（溶融樹脂浴容器）９が設けられている。この含浸ヘッド９の内には、連続的に供給される強化用繊維束２に溶融樹脂３を含浸させるための複数個の含浸ローラ（開繊・含浸用ローラ）１０が配設されている。含浸ヘッド９の出口には、含浸ヘッド９から引き取られる、撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる高温の長繊維強化樹脂ストランド４の賦形（賦型）を行う賦形ダイ１１が取り付けられている。
【００２７】
そして、この賦形ダイ１１が取り付けられた含浸ヘッド９の下流側には、含浸ヘッド９からの高温の長繊維強化樹脂ストランド４を冷却水中で冷却する冷却装置１２が設けられている。また、この冷却装置１２の直ぐ下流側には、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂが設けられている。なお、この本実施形態の製造装置によって製造され、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側に導かれた長繊維強化樹脂ストランド４は、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側にあるペレタイザー（ストランドカッター）３０で切断されてペレット化されるようになっている。
【００２８】
図２は図１における強化用繊維バックテンション付与装置を示す概略構成図である。
【００２９】
図２に示すように、強化用繊維１が巻き取られてなるボビン５Ａの回転軸の一端部に回転ドラム体５ｂが固定されている。この回転ドラム体５ｂの外周面に半周にわたって巻き掛けられた帯状シュー部材１０１の一端側は、他端側のフックが固定された引張コイルばね１０２の一端側のフックに連結されている。１０３は、モータ１０３ａによってねじ軸（図示省略）を回転させて昇降ナット部１０３ｂを上下方向に移動させるバックテンション調節用スライダである。そして、帯状シュー部材１０１の他端側は、バックテンション調節用スライダ１０３の前記昇降ナット部１０３ｂに連結されている。
【００３０】
引張コイルばね１０２の元に戻ろうとする力によって帯状シュー部材１０１が回転ドラム体５ｂに押付けられることで、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる引き取りによってボビン５Ａから引き出される強化用繊維１に対してバックテンションが付与されるようになっている。昇降ナット部１０３ｂを上下方向に移動させることで帯状シュー部材１０１による押付け力を増減することにより、強化用繊維１にかけるバックテンションを調節できるようになっている。
【００３１】
前記の帯状シュー部材１０１、引張コイルばね１０２及びバックテンション調節用スライダ１０３により、ボビン５Ａからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａが構成されている。また、ボビン５Ｂからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１００Ｂ、及び、ボビン５Ｃからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１００Ｃは、強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａと同一の構成である。そして、これらの強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａ〜１００Ｃにより、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２にバックテンションを付与するバックテンション付与装置が構成されている。
【００３２】
図３は図１における加熱ローラ装置の構成を示す正面図、図４は図３に示す加熱ローラ装置のＢ矢視方向からの構成説明のための側面図、図５は図３に示す加熱ローラ装置の背面図、図６は図３のＡ−Ａ断面における構成を説明するための図である。
【００３３】
図３〜図６において、２０２は中空四角柱状の支持フレームである。この支持フレーム２０２は、床面に固定されたベース体の上部ベースプレート２０３の上面に起立姿勢で固定されている。この支持フレーム２０２に、一対の加熱ローラ２２０，２３０が上下に所定間隔を隔てて位置される状態で回転可能に取り付けられている。
【００３４】
まず、加熱ローラ２２０，２３０について説明する。上側の加熱ローラ２２０は、加熱ローラ本体と加熱ローラ支持体とにより構成されている。加熱ローラ本体は、所定幅の環形状で形成された外周部２２１に円環形板状のリブ部２２２を一体形成し（アルミニウム合金製）、このものにボス部２２３をボルト締めにて結合するとともに、リブ部２２２の片側の面に、発熱線が装着された円環形板状をなすヒータ（リングヒータ）２２４を固定してなるものである。前記外周部２２１には、強化用繊維束２を案内する溝として、ローラ回転軸方向に並列する複数の円周溝、本例では１０本の円周溝２２５が形成されており、溝付き加熱ローラをなしている。また、加熱ローラ支持体は、加熱ローラ本体の前記ボス部２２３にキーを用いて結合された加熱ローラ回転軸２２６と、加熱ローラ本体と一体に回転するこの加熱ローラ回転軸２２６を両端部に装着された軸受にて回転自在に支持して収容する円筒状の軸受ケース２２７とにより構成されている。この上側の加熱ローラ２２０の軸受ケース２２７が、取り付け部材を介して支持フレーム２０２に固定されている。
【００３５】
下側の加熱ローラ２３０は、前記上側の加熱ローラ２２０と同一構成であって、加熱ローラ本体と加熱ローラ支持体とにより構成されている。加熱ローラ本体は、外周部２３１に円環形板状のリブ部２３２を一体形成し（アルミニウム合金製）、このものにボス部２３３をボルト締めにて結合するとともに、リブ部２３２の片側の面に、発熱線が装着された円環形板状をなすヒータ２３４を固定してなるものである。前記外周部２３１には、強化用繊維束２を案内する溝として、ローラ回転軸方向に並列する複数の円周溝、本例では９本の円周溝２３５が形成されており、溝付き加熱ローラをなしている。また、加熱ローラ支持体は、加熱ローラ本体の前記ボス部２３３にキーを用いて結合された加熱ローラ回転軸２３６と、加熱ローラ本体と一体に回転するこの加熱ローラ回転軸２３６を両端部に装着された軸受にて回転自在に支持して収容する円筒状の軸受ケース２３７とにより構成されている。この下側の加熱ローラ２３０の軸受ケース２３７が、取り付け部材を介して支持フレーム２０２に固定されている。なお、図示省略しているが、強化用繊維束２の導入部分と導出部分が開放された状態で加熱ローラ２２０，２３０を取り囲む加熱ローラ用カバーが備えられている。
【００３６】
そして、バックテンションがかけられた状態で導かれた強化用繊維束２は、上側の加熱ローラ２２０の図４における左端の円周溝２２５を四分の一周して下降→下側の加熱ローラ２３０の図４における左端の円周溝２３５を半周して上昇→上側の加熱ローラ２２０の図４における左端の次の円周溝２２５を半周して下降→下側の加熱ローラ２３０の図４における左端の次の円周溝２３５を半周して上昇、というように加熱ローラ２２０，２３０に交互に巻き掛けられ、上側の加熱ローラ２２０の図４における右端の円周溝２２５を四分の一周してから含浸ヘッド９へ導かれるようになっている。なお、図３においては、各ボビン５Ａ〜５Ｃからの各強化用繊維１をまとめて強化用繊維束２として上側の加熱ローラ２２０に案内する入側ガイド２０１（図１参照）は、図示省略してある。
【００３７】
次に、ヒータ２２４，２３４への電力供給とヒータ温度調節について説明する。回転する上側の加熱ローラ２２０の前記ヒータ２２４には、図示しない第１加熱用電源からの配線が接続されたスリップリング２０６，２０６を介して該第１加熱用電源から電力が供給されるようになっている。スリップリング２０６，２０６は、前記支持フレーム２０２に取付け部材を介して固定されるスリップリング用ブラケット２０５に支持されている。また同様に、回転する加熱ローラ２３０の前記ヒータ２３４には、スリップリング２０７，２０７を介して図示しない第２加熱用電源から電力が供給されるようになっている。スリップリング２０７，２０７は、前記スリップリング用ブラケット２０５に支持されている。
【００３８】
また、２０４は、加熱ローラ２２０，２３０の背面に位置して前記支持フレーム２０２に固定された取付けプレートである。２０８は、上側の加熱ローラ２２０のリブ部２２２に臨ませて取付けプレート２０４に取り付けられ、加熱ローラ２２０の温度を測定するための非接触式の放射温度計であり、同様に、２０９は、加熱ローラ２３０のリブ部２３２に臨ませて取付けプレート２０４に取り付けられ、下側の加熱ローラ２３０の温度を測定するための非接触式の放射温度計である（図５，図６参照）。
【００３９】
温度調節器（制御盤）２１０は、放射温度計２０８から与えられる温度測定値情報に基づいて、上側の加熱ローラ２２０の温度が目標設定値になるように前記第１加熱用電源から前記ヒータ２２４へ供給される電力を制御するとともに、放射温度計２０９から与えられる温度測定値情報に基づいて、下側の加熱ローラ２３０の温度が目標設定値になるように前記第２加熱用電源から前記ヒータ２３４へ供給される電力を制御するものである。
【００４０】
次に、この加熱ローラ装置から引き出される強化用繊維束２の張力調整を行うパウダーブレーキについて説明する。図４，図５に示すように、上側の加熱ローラ２２０の加熱ローラ回転軸２２６に連結されたスプロケット２１１と、支持フレーム２０２に固定された電磁式のパウダーブレーキ２１４の回転軸に連結されたスプロケット２１２との間にはチェーン２１３が掛け渡されている。パウダーブレーキ２１４によるブレーキ力を加減することで、含浸ヘッド９へ導かれる強化用繊維束２の張力を適切な値に調節できるようになっている。２１５はパウダーブレーキ制御盤である。
【００４１】
次に、前記の冷却装置１２について説明する。図７は図１における冷却装置の構成を概略的に示す平面図、図８は図７のＡ−Ａ断面図である。
【００４２】
冷却装置１２は、上側が開放可能な蓋付きの箱状をなし、冷却水を貯留し、含浸ヘッド９から引き取られて水平方向に走行する長繊維強化樹脂ストランド４を冷却水中を通過させる冷却水槽１３と、冷却水槽１３内に長繊維強化樹脂ストランド４の走行方向に沿って上流側から下流側にわたって所定の間隔をあけて、かつ、長繊維強化樹脂ストランド４の走行路を挟むように千鳥配置され、冷却水中で長繊維強化樹脂ストランド４に向けて水を噴射する複数個の水噴射ノズル１４と、これらの水噴射ノズル１４に加圧水を供給するための加圧水供給管１５とを備えている。
【００４３】
また、冷却水槽１３の冷却水槽端部板１３ａ，１３ａには、樹脂含浸強化用繊維束が通過可能なようにＵ字形切欠開口（図示省略）が設けられている。冷却水槽１３内の冷却水が、冷却水槽端部板１３ａ，１３ａのＵ字形切欠開口からこぼれ落ちるが、冷却水槽１３内には加圧水供給管１５より水噴射ノズル１４を通して冷却水が供給され、水位を一定に保持するようになっている。なお、水噴射ノズル以外に別途に設けた冷却水槽内に冷却水を供給する供給口から冷却水を供給して、水位を一定に保つようにしてもよい。そして、冷却水槽端部板１３ａ，１３ａの下側には、冷却水槽１３からの冷却水を返送し循環させるための図示しないポンプ、ドレン容器及びドレン配管が設けられている。
【００４４】
このように、含浸ヘッド９と撚りローラ１６Ａ，１６Ｂとの間に、冷却装置１４として、含浸ヘッド９から引き取られる高温の長繊維強化樹脂ストランド４が冷却水中を水平方向に走行する冷却水槽１３内に、長繊維強化樹脂ストランド４の走行方向に沿って間隔をあけて複数個設けられ、冷却水中で長繊維強化樹脂ストランド４に向けて水を噴射する水噴射ノズル１４を備えている。
【００４５】
したがって、これらの水噴射ノズル１４が水を噴射することで発生する水流によって冷却水槽内の冷却水を攪拌することにより、入側から出側にわたって冷却水中を走行する長繊維強化樹脂ストランド４に、連続的に新たな冷却水流を導き与えて接触させることで、水噴射ノズル１４を備えない冷却水槽に比べて、長繊維強化樹脂ストランド４と冷却水との熱交換を効率良く行って長繊維強化樹脂ストランド４に対する冷却速度を高めることができる。
【００４６】
次に、前記の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂについて説明する。図９は図１における撚りローラの説明図である。
【００４７】
一対の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、それぞれの回転軸線を平行な平面（水平面）上に保持し、かつ、該回転軸線を交差させた状態で冷却装置１４からの長繊維強化樹脂ストランド４を挟むように対向配置されている。つまり、図９における上側の撚りローラ１６Ａの回転軸線と下側の撚りローラ１６Ｂの回転軸線とは、長繊維強化樹脂ストランド４の引き取り方向（走行方向）と直交する向きでなく、平面視において引き取り方向に対して互いに相反する方向に、かつ同角度をなして所定角度ずれた向きに設定されている。また、金属製の上側の撚りローラ１６Ａは、ローラ表面（ローラ外周面）全体にわたってローレット加工による凹凸１６Ａａが形成されている。同様に，金属製の下側の撚りローラ１６Ｂは、ローラ表面（ローラ外周面）全体にわたってローレット加工による凹凸１６Ｂａが形成されている。
【００４８】
また、この実施形態では、一対の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、両方ともに回転駆動されるように構成されている。そして、この一対の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与する機能を有し、かつ、本製造装置における引き取り機能を有していることから、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側に、別途、引取機を設けなくてすむものである。なお、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂからストランドカッターまでの設置距離が長くなるような場合や、割れやすいストランドを高速で引き取りたい場合などには、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側に引取機として撚りローラ１６Ａ，１６Ｂと同様の構成を有する一対の引取りローラを設けてもよい。
【００４９】
このように、一対の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、金属製であって、そのローラ表面に凹凸１６Ａａ，１６Ｂａを形成してある。したがって、金属製の撚りローラ１６Ａ，１６Ｂと長繊維強化樹脂ストランド４との間の摩擦係数が大きくなるため、冷却装置１４による長繊維強化樹脂ストランド４の冷却効果と相俟って、確実に長繊維強化樹脂ストランド４の滑りを発生させることなく、長繊維強化樹脂ストランド４に撚りを与えることができる。また、金属製の撚りローラであるから、ゴム製の撚りローラよりも摩耗し難く長寿命であるため、長繊維強化樹脂ストランド４に滑りを発生させることなく、長期間にわたって引き取りを行うことができる。
【００５０】
次に、このように構成される長繊維強化樹脂ストランドの製造装置による長繊維強化樹脂ストランドの製造について説明する。ボビン５Ａ〜５Ｃから繰り出された強化用繊維１からなる強化用繊維束２は、強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａ〜１００Ｃによるバックテンションがかけられながら、加熱用ローラ装置２００の上下に配された一対の加熱用ローラ２２０，２３０に導かれ、加熱用ローラ２２０，２３０に交互に複数回（本例では９ターン）巻き掛けられることで接触加熱によって昇温された状態で、含浸ヘッド９内に導かれる。強化用繊維束２は、押出機７から供給された高温の溶融樹脂３が充満されている含浸ヘッド９内の各含浸ローラ１０を通過している過程で樹脂含浸を受け、樹脂含浸強化用繊維束となされる。また、この樹脂含浸強化用繊維束は、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる撚り動作によって含浸ヘッド９内の下流側の含浸ローラ１０を出発点として撚りが生成・成長する。このように、含浸ヘッド９により強化用繊維束２に押出機９から供給された溶融樹脂３を含浸させるとともに、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる撚り動作によって樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与し、含浸ヘッド９から撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランド４が連続的に引き取られる。
【００５１】
そして、含浸ヘッド９から賦形ダイ１３を経て連続的に引き取られる高温の長繊維強化樹脂ストランド４は、冷却装置１４へ導かれ、冷却水槽１３内の冷却水中を走行し、かつ、その走行路を挟むように千鳥配置された水噴射ノズル１４からの水流を受けることにより冷却硬化されて、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂへと導かれる。冷却装置１４からの冷却が施された長繊維強化樹脂ストランド４に対して、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂにより、撚り動作と引き取りとが行われる。そして、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側に導かれた長繊維強化樹脂ストランド４は、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂの下流側にあるペレタイザー３０で切断されてペレット化されるようになっている。
【００５２】
このように、本実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、含浸ヘッド９の上流側に、一対の加熱ローラ２２０，２３０を有する加熱ローラ装置２００を備え、さらに、この加熱ローラ装置２００の上流側に、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２に対してバックテンションを付与する、強化用繊維バックテンション付与装置１００Ａ〜１００Ｃからなるバックテンション付与装置を備えている。これにより、強化用繊維束２は、前記バックテンション付与装置によってバックテンションがかけられた状態で、上下に配された一対の加熱ローラ２２０，２３０に交互に複数回巻き掛けられることにより、ヒータ２２４，２３４によって加熱されている該加熱ローラ２２０，２３０に密着接触しながら走行し、常温でなく予め加熱された状態で含浸ヘッド９に連続的に導かれる。
【００５３】
したがって、強化用繊維束２の引取速度を高速化しても、含浸ヘッド９内における溶融樹脂の温度低下を抑制できることで強化用繊維束２に溶融樹脂を十分に含浸させることができるとともに、含浸ヘッド９内での溶融樹脂粘度の上昇を抑制できることで含浸ヘッド内を走行する強化用繊維束（樹脂含浸強化用繊維束）の張力の上昇を抑制することができる。よって、従来に比べ高速の引取速度（生産速度）、例えば４０ｍ／分を上回る引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造することができるとともに、引取速度の高速化のための加熱ローラ装置２２０の設置スペースが小さくてすむ。
【００５４】
前記図１に示す製造装置を用いて、長繊維強化樹脂ストランドの製造実験を行った。
【００５５】
加熱ローラ２２０，２３０の加熱ローラ本体は、直径：約２５０ｍｍ、外周部２２１の幅：約１００ｍｍである。一対の加熱ローラ２２０，２３０の加熱ローラ回転軸間の距離は、約４００ｍｍである。
【００５６】
冷却却装置１２の冷却水槽１３の長さは２ｍである。水噴射ノズル１４については、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟む一方側（図７における下側）の列に２０個、他方側（図７における上側）の列に２０個を、ストランド走行路に対して千鳥配置した。ストランド走行方向における隣り合う水噴射ノズル１４同士の中心線間距離は７０ｍｍである。撚りローラ１６Ａ，１６Ｂは、両方ともに回転駆動される機構であり、ＳＫＤ１１（合金工具鋼）調質材を焼入れしたものからなり、ローレット加工によりローラ表面全体にアヤメピッチ１ｍｍの凹凸を形成してある。
【００５７】
強化用繊維としてガラス繊維、熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを使用し、ストランド外径２．４ｍｍの長繊維強化樹脂ストランドを製造する実験を行った。その結果、含浸ヘッド９に加熱ローラ２２０，２３０によって予め加熱しておいた強化用繊維束２が導かれるようにした場合、最高引取速度：９０ｍ／分という（それ以上、引取速度は上げなかったが）従来と比較にならないほど高速で引き取りを行うことができた。この場合、含浸ヘッド９へ導かれる強化用繊維束２の温度は、１６０〜２００℃とした。一方、加熱ローラ２２０，２３０による加熱を施さない場合（比較例）、最高引取速度：４０ｍ／分であった。引取速度が４０ｍ／分を超えたあたりで、溶融樹脂粘度の上昇に起因して含浸ヘッド９内を走行する強化用繊維束の張力が大きく上昇し、引き取りを行うことができなかった。
【００５８】
図１０は本発明に係るバックテンション付与装置の他の例を説明するための図である。
【００５９】
図１０において、１１１はボビン５Ａの回転軸５ａに連結され、撚りローラ１６Ａ，１６Ｂによる強化用繊維１の引き取りに応じてボビン５Ａを回転駆動するボビン駆動モータである。また、１１２及び１１３は固定ガイドローラ、１１４は上下に移動可能なダンサーローラである。１１５はダンサーローラ位置検出器であり、ダンサーローラ１１４の上下の動きを回転角度として検出する回転型のポテンショメータを用いて構成されている。加熱ローラ装置２００の入側ガイド２０１に向かう強化用繊維１に所定のバックテンションがかかるようにしたときの位置が、ダンサーローラ１１４の基準位置として設定されている。
【００６０】
そして、ダンサーローラ位置検出器１１５によるダンサーローラ１１４の位置信号が与えられるテンションコントローラ１１６からの指令により、ダンサーローラ１１４の位置が基準位置より下がってくるとホビン駆動モータ１１１の回転速度が減速され、基準位置より上になると回転速度が増速されることにより、強化用繊維１に所定のバックテンションが付与されるようになっている。なお、ボビン駆動モータ１１１に代えて、ボビン５Ａの回転軸５ａに結合されるパウダーブレーキを設置し、ダンサーローラ１１４の位置が基準位置より下がってくるとブレーキを強め、基準位置より上になるとブレーキを弱めるようにしてもよい。
【００６１】
前記のボビン駆動モータ１１１、固定ガイドローラ１１２，１１３、ダンサーローラ１１４、ダンサーローラ位置検出器１１５及びテンションコントローラ１１６により、ボビン５Ａからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１１０Ａが構成されている。また、他のボビン５Ｂ，５Ｃそれぞれからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１１０Ｂ，１１０Ｃは、強化用繊維バックテンション付与装置１１０Ａと同一の構成である。そして、これらの強化用繊維バックテンション付与装置１１０Ａ〜１１０Ｃにより、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２にバックテンションを付与するバックテンション付与装置が構成されている。
【００６２】
図１１は本発明に係るバックテンション付与装置の他の例を説明するための図である。
【００６３】
図１１において、６Ａは容器内に落とし込まれて円筒状に巻回された長尺の強化用繊維１が収容されてなる強化用繊維収納容器である。強化用繊維収納容器６Ａから引き出された強化用繊維１は、複数のガイドバー１２１によってジクザクに走行することでバックテンションがかけられ、バックテンションがかけられた状態で加熱ローラ装置２００の一対の加熱ローラ２２０，２３０へ導かれる。
【００６４】
前記の複数のガイドバー１２１により、強化用繊維収納容器６Ａからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１２０Ａが構成されている。また、他の強化用繊維収納容器６Ｂ，６Ｃそれぞれからの強化用繊維１にバックテンションをかける強化用繊維バックテンション付与装置１２０Ｂ，１２０Ｃは、強化用繊維バックテンション付与装置１２０Ａと同一の構成である。そして、これらの強化用繊維バックテンション付与装置１２０Ａ〜１２０Ｃにより、加熱ローラ２２０，２３０に巻き掛けられる強化用繊維束２にバックテンションを付与するバックテンション付与装置が構成されている。
【００６５】
なお、前記の実施形態では、２つの加熱ローラに強化用繊維束を交互に巻き掛けるものを説明したが、本発明による製造装置は、これに限らず、例えば３つ以上の加熱ローラを用いるものであってもよい。また、２つの加熱ローラを用いるものの場合、両加熱ローラに強化用繊維束をたすき掛け状態で交互に巻き掛けるようにしてもよく、こうすることで１巻き当りの接触長さを増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の全体構成を示す構成説明図である。
【図２】図１における強化用繊維バックテンション付与装置を示す概略構成図である。
【図３】図１における加熱ローラ装置の構成を示す正面図である。
【図４】図３に示す加熱ローラ装置のＢ矢視方向からの構成説明のための側面図である。
【図５】図３に示す加熱ローラ装置の背面図である。
【図６】図３のＡ−Ａ断面における構成を説明するための図である。
【図７】図１における冷却装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図１における撚りローラの説明図である。
【図１０】本発明に係るバックテンション付与装置の他の例を説明するための図である。
【図１１】本発明に係るバックテンション付与装置の他の例を説明するための図である。
【図１２】従来方法の実施に用いられる長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の構成説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…強化用繊維
２…強化用繊維束
３…溶融樹脂
４…長繊維強化樹脂ストランド
５Ａ〜５Ｃ…ボビン
６Ａ〜６Ｃ…強化用繊維収納容器
７…押出機
８…スクリュ
９…含浸ヘッド
１０…含浸ローラ
１１…賦形ダイ
１２…冷却装置
１３…冷却水槽
１４…水噴射ノズル
１６Ａ，１６Ｂ…撚りローラ、１６Ａａ，１６Ｂａ…凹凸
３０…ペレタイザー（ストランドカッター）
１００Ａ〜１００Ｃ…強化用繊維バックテンション付与装置
１１０Ａ〜１１０Ｃ，１２０Ａ〜１２０Ｃ…強化用繊維バックテンション付与装置
１０１…帯状シュー部材、
１０２…引張コイルばね
１０３…バックテンション調節用スライダ
１１１…ボビン駆動モータ
１１４…ダンサーローラ
１１５…ダンサーローラ位置検出器
１１６…テンションコントローラ
１２１…ガイドバー
２００…加熱ローラ装置
２０１…入側ガイド
２０２…支持フレーム
２０６，２０７…スリップリング
２０８，２０９…放射温度計
２１０…温度調節器
２１１，２１２…スプロケット
２１３…チェーン
２１４…パウダーブレーキ
２１５…パウダーブレーキ制御盤
２２０，２３０…加熱ローラ
２２１，２３１外周部
２２２，２３２…リブ部
２２３，２３３…ボス部
２２４，２３４…ヒータ
２２５，２３５…円周溝
２２６，２３６…加熱ローラ回転軸
２２７，２３７…軸受ケース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側より長尺の強化用繊維束が連続的に導入される含浸ヘッドを備えるとともに、前記含浸ヘッドの下流側に冷却装置と撚りローラとをこの順に備え、前記含浸ヘッドにより前記強化用繊維束に溶融樹脂を含浸させるとともに、樹脂含浸強化用繊維束に前記撚りローラによる撚りを付与し、前記含浸ヘッドからの撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを前記冷却装置にて冷却水中で冷却し、連続して引き取ることにより、長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置において、
少なくとも２つの加熱ローラを有して前記含浸ヘッドの上流側に設けられ、強化用繊維束を少なくとも２つの前記加熱ローラに交互に複数回巻き掛けることで該加熱ローラに接触させて加熱することにより、予め加熱された強化用繊維束が前記含浸ヘッドに連続的に導かれるようにした加熱ローラ装置と、前記加熱ローラ装置の上流側に設けられ、前記加熱ローラに巻き掛けられる強化用繊維束に対してバックテンションを付与するバックテンション付与装置と、を備えていることを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造装置。
【請求項２】
前記加熱ローラは、強化用繊維束を案内する溝として、ローラ外周部にローラ回転軸方向に並列する複数の円周溝を有していることを特徴とする請求項１記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置。
【請求項１】
上流側より長尺の強化用繊維束が連続的に導入される含浸ヘッドを備えるとともに、前記含浸ヘッドの下流側に冷却装置と撚りローラとをこの順に備え、前記含浸ヘッドにより前記強化用繊維束に溶融樹脂を含浸させるとともに、樹脂含浸強化用繊維束に前記撚りローラによる撚りを付与し、前記含浸ヘッドからの撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを前記冷却装置にて冷却水中で冷却し、連続して引き取ることにより、長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置において、
少なくとも２つの加熱ローラを有して前記含浸ヘッドの上流側に設けられ、強化用繊維束を少なくとも２つの前記加熱ローラに交互に複数回巻き掛けることで該加熱ローラに接触させて加熱することにより、予め加熱された強化用繊維束が前記含浸ヘッドに連続的に導かれるようにした加熱ローラ装置と、前記加熱ローラ装置の上流側に設けられ、前記加熱ローラに巻き掛けられる強化用繊維束に対してバックテンションを付与するバックテンション付与装置と、を備えていることを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造装置。
【請求項２】
前記加熱ローラは、強化用繊維束を案内する溝として、ローラ外周部にローラ回転軸方向に並列する複数の円周溝を有していることを特徴とする請求項１記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−３３１１１０（Ｐ２００７−３３１１１０Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６１８４９（Ｐ２００６−１６１８４９）
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【特許番号】特許第３９９７２５２号（Ｐ３９９７２５２）
【特許公報発行日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１２日（２００６．６．１２）
【特許番号】特許第３９９７２５２号（Ｐ３９９７２５２）
【特許公報発行日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]