JP2007296721A - 長繊維強化樹脂ストランドの製造装置 - Google Patents

Abstract

【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。
【解決手段】含浸ヘッド１１により強化用繊維束２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撚り機１８による撚りを付与し、長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置において、含浸ヘッド１１と撚り機１８との間に設けられた冷却装置１４を備え、冷却装置１４が、冷却水を貯留し、含浸ヘッド１１から引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランド４を通過させる冷却水槽１５と、冷却水槽１５内に長繊維強化樹脂ストランド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１６とを有して構成されている。
【選択図】図１

Description

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。

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。

本出願人は、長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置として、先に特開平５−１６９４４５号公報に示されるものを提案している。これを図６を用いて説明する。図６は従来の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。

この従来の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、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よりクロスヘッド（含浸ヘッド）５５内へ連続供給される。該クロスヘッド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１２が順に配設され、該クロスヘッド５５内には強化用繊維束を解繊するためのスプレダー５８が設けられている。

そして、強化用繊維５１，５１…はクロスヘッド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はゴム製ローラであって、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とクロスヘッド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６３でカットされるようになっている。

ところで、このように、含浸ヘッド（クロスヘッド）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、本発明者らの実験によると、外径が２．４ｍｍの長繊維強化樹脂ストランドの場合、長維強化樹脂ストランドの引取速度（生産速度）が４０ｍ／分を超えたあたりで、長繊維強化樹脂ストランドを撚りながら引き取る撚りローラにおいて撚りローラに対して長繊維強化樹脂ストランドの滑りが発生した。

そこで、含浸ヘッドから引き取られて水平方向に走行する撚りローラ到達前の長繊維強化樹脂ストランドに対して十分な冷却を施すべく、冷却水を貯留して水平方向に走行する長繊維強化樹脂ストランドをその冷却水中を通過させて冷却する冷却水槽を用いた。その結果、十分な冷却を行うには長い冷却水槽が必要であるとともに、この長尺の冷却水槽の下流側に撚りローラが設けられることになるので、その冷却水槽よりも上流側における撚りのかかり具合が弱まる傾向があり、長維強化樹脂ストランドの引取速度の高速化に伴い、強化用繊維束が撚られつつ樹脂含浸が行われる際にその撚りのかかり具合が弱い状態であるため強化用繊維束に溶融樹脂が十分に含浸されなくなるというおそれのあることが分かった。

特開平５−１６９４４５号公報（段落番号［００１０］、図１）

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。

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。

請求項１の発明は、上流側より強化用繊維束が連続的に導入される含浸ヘッドと、この含浸ヘッドの下流側に設けられた撚り機とを備え、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機による撚りを付与し、前記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装置において、前記含浸ヘッドと前記撚り機との間に設けられ、前記含浸ヘッドから引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランドを冷却水中で冷却する冷却装置と、前記冷却装置よりも下流にて長繊維強化樹脂ストランドを引き取る引取機とを備え、前記冷却装置が、冷却水を貯留し、前記含浸ヘッドから引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランドを通過させる冷却水槽と、前記冷却水槽内に長繊維強化樹脂ストランド走行方向に沿って間隔をあけて複数個設けられ、前記冷却水中で長繊維強化樹脂ストランドに向けて水を噴射する水噴射ノズルとを有して構成されていることを特徴とする繊維強化樹脂ストランドの製造装置である。

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、前記水噴射ノズルが、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟むように対向配置、又は千鳥配置されていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、前記撚り機が、それぞれの回転軸線を平行な平面上にそれぞれ位置するように保持し、かつ、該回転軸線を交差させた状態で長繊維強化樹脂ストランドを挟むように対向配置された一対の撚りローラにより構成されるとともに、前記引取機を兼ねて用いられるものであることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１、２又は３記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、さらに、前記含浸ヘッドの上流側に、前記含浸ヘッドに導かれる前記強化用繊維束を加熱する予熱用加熱装置が備えられ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。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、前記撚り機が、ローラ表面に凹凸が形成された金属製の少なくとも一対の撚りローラにより構成されていることを特徴とするものである。

請求項１の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、含浸ヘッドと撚り機との間に、冷却装置として、前記含浸ヘッドから引き取られる高温の長繊維強化樹脂ストランドが冷却水中を走行する冷却水槽内に、長繊維強化樹脂ストランド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に向けて水を噴射する水噴射ノズルを備えている。したがって、これらの水噴射ノズル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に対する冷却速度を高めることができる。これにより、例えば４０ｍ／分を上回るような高速の引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造する際に、４０ｍ／分以下の従来の引取速度の場合に比べて冷却水槽の長さ（長繊維強化樹脂ストランド走行方向の長さ）を長くしなくても、長繊維強化樹脂ストランドを十分に冷却することができる。よって、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、強化用繊維束に樹脂材料が十分に含浸された長繊維強化樹脂ストランドを、撚り機において長繊維強化樹脂ストランドの滑りが発生することなく、製造することができる。

請求項２の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、冷却水中で走行している長繊維強化樹脂ストランドに向けて水を噴射する水噴射ノズルが、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟むように対向配置、又は千鳥配置されている。したがって、長繊維強化樹脂ストランドが水噴射ノズルによる水流によって一方方向に位置ずれすることを抑制することができ、長繊維強化樹脂ストランドを真直ぐスムーズに走行させることができる。

請求項３の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、撚り機が、それぞれの回転軸線を平行な平面（水平面）上にそれぞれ位置するように保持し、かつ、該回転軸線を交差させた状態で長繊維強化樹脂ストランドを挟むように対向配置された一対の撚りローラにより構成されており、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与する機能と、連続した長繊維強化樹脂ストランドを引き取る機能とを有していることから、この撚り機を引取機を兼ねて用いることができ、別途に引取機を設けなくてすむ。したがって、装置構成を簡素化することができる。

請求項４の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、さらに、含浸ヘッドの上流側に、含浸ヘッドへの導入に先立ち、強化用繊維束を加熱する予熱用加熱装置が備えられている。常温の強化用繊維束が含浸ヘッドに高速で供給される場合、含浸ヘッド内の溶融樹脂温度が低下することで溶融樹脂の粘度が大きくなることにより、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、含浸ヘッド内を引き取られて走行する強化用繊維束の張力（引き取り抵抗）が上昇する。したがって、前記予熱用加熱装置を備えることにより、前記の含浸度合いの悪化をなくすとともに、前記の張力の上昇を大幅に抑制することができ、長繊維強化樹脂ストランドの引取速度（生産速度）のより高速化を図ることができる。

請求項５の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、撚り機が、ローラ表面に凹凸が形成された金属製の少なくとも一対の撚りローラにより構成されている。したがって、前記金属製の撚りローラと長繊維強化樹脂ストランドとの間の摩擦係数が大きくなるため、前記冷却装置による長繊維強化樹脂ストランドの十分な冷却効果と相俟って、一対をなす金属製の撚りローラにより構成される撚り機によって、より確実に長繊維強化樹脂ストランド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に滑りを発生することなく、長期間にわたって引き取りを行うことができる。

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構成説明図である。

図１に示すように、複数のボビン５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、予熱処理を行うために、上下に配された一対の加熱用ローラ８Ａ，８Ｂを備えた予熱用加熱装置７に導かれる。強化用繊維束２は、複数本のガイドバー６によってバックテンションがかけられながら、この一対の加熱用ローラ８Ａ，８Ｂ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用ローラ８Ａ，８Ｂに密着して接触することによる接触加熱によって昇温される。

この予熱用加熱装置７の直ぐ下流側に、スクリュ１０を内蔵する押出機９が設けられるとともに、この押出機９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、前記予熱用加熱装置７からの昇温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）１１が設けられている。この含浸ヘッド１１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（解繊・含浸用ローラ）１２が配設されている。含浸ヘッド１１の出口には、含浸ヘッド１１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１３が取り付けられている。

そして、この賦形ダイ１３が取り付けられた含浸ヘッド１１の下流側には、含浸ヘッド１１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１４が設けられている。また、この冷却装置１４の直ぐ下流側には、撚り機１８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、撚り機１８の下流側に導かれた長繊維強化樹脂ストランド４は、撚り機１８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。

前記の予熱用加熱装置７について説明する。予熱用加熱装置７は、上下に配された一対の加熱用ローラ８Ａ，８Ｂを備えており、各加熱用ローラ８Ａ，８Ｂの外周面には、強化用繊維束２を複数回（例えば１０ターン）巻き掛けて案内するための溝が平行に設けられている。また、加熱用ローラ８Ａ，８Ｂは、それぞれ、その円板状ウェブに平板状の電熱ヒータが取り付けられており、加熱用ローラ８Ａ，８Ｂと一体に回転するこれらの電熱ヒータに、ローラ外部からスリップリングを介して電力が供給されるようになっている。そして、加熱用ローラ８Ａ，８Ｂは、それぞれ、非接触式温度計による温度測定結果に基づき電熱ヒータへの供給電力を制御することにより、所定の設定温度になるように温度調整されるようになっている。加熱用ローラ８Ａ，８Ｂの設定温度は、強化用繊維束２の高速引取りによって含浸ヘッド１１内の溶融樹脂温度が低下しすぎない範囲に設定される。

次に、前記の冷却装置１４について説明する。図２は図１における水冷装置の構成を概略的に示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。

冷却装置１４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１１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１５と、冷却水槽１５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１６と、これらの水噴射ノズル１６に加圧水を供給するための加圧水供給管１７とを備えている。なお、前記千鳥配置に代えて、対向配置するようにしてもよい。

また、冷却水槽１５の冷却水槽端部板１５ａ，１５ａ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１５内の冷却水が、冷却水槽端部板１５ａ，１５ａのＵ字形切欠開口からこぼれ落ちるが、冷却水槽１５内には加圧水供給管１７より水噴射ノズル１６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１５ａ，１５ａの下側には、冷却水槽１５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。

次に、前記撚り機１８について説明する。図４は図１における撚り機１８の説明図である。

撚り機１８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た一対の撚りローラ１９Ａ，１９Ｂにより構成されている。つまり、図５における上側の撚りローラ１９Ａの回転軸線と下側の撚りローラ１９Ｂ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、金属製の撚りローラ１９Ａ，１９Ｂは、それぞれ、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１９Ａａ，１９Ｂａが形成されている。

また、この実施形態では、一対の撚りローラ１９Ａ，１９Ｂ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１９Ａ，１９Ｂを備えた撚り機１８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、冷却装置１４からの長繊維強化樹脂ストランド４を引き取る機能を有していることから、撚り機１８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、撚り機１８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、撚り機１８の下流側に引取機として撚り機１８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。

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。複数のボビン５から繰り出された強化用繊維からなる強化用繊維束２は、上下に配された一対の加熱用ローラ８Ａ，８Ｂに導かれ、バックテンションがかけられながら加熱用ローラ８Ａ，８Ｂに交互に複数回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１１内に導かれる。強化用繊維束２は、押出機９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１１内の各含浸ローラ１２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、撚り機１８による撚り動作によって含浸ヘッド１１内の下流側の含浸ローラ１２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１１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、撚り機１８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１１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。

そして、含浸ヘッド１１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１５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１６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１９Ａ，１９Ｂ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１９Ａ，１９Ｂにより、撚り動作と引き取りとが行われる。そして、撚り機１８の下流側に導かれた長繊維強化樹脂ストランド４は、撚り機１８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（図５参照）。

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１１と撚り機１８との間に、冷却装置１４として、含浸ヘッド１１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１５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１６を備えている。

したがって、これらの水噴射ノズル１６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１６を備えない従来の冷却水槽に比べて、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。これにより、例えば４０ｍ／分を上回るような高速の引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造する際に、４０ｍ／分以下の従来の引取速度の場合に比べて冷却水槽の長さ（長繊維強化樹脂ストランド走行方向の長さ）を長くしなくても、長繊維強化樹脂ストランド４を十分に冷却することができる。よって、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、強化用繊維束に樹脂材料が十分に含浸された長繊維強化樹脂ストランド４を、撚り機において長繊維強化樹脂ストランド４の滑りが発生することなく、製造することができる。

また、水噴射ノズル１６が、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟むように千鳥配置されている。したがって、長繊維強化樹脂ストランド４が水噴射ノズル１６による水流によって一方方向に位置ずれすることを抑制することができ、長繊維強化樹脂ストランド４を真直ぐスムーズに走行させることができる。なお、千鳥配置に代えて対向配置するようにしてもよい。

また、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、撚り機１８が、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与する機能と、連続した長繊維強化樹脂ストランド４を引き取る機能とを有する一対の撚りローラ１９Ａ，１９Ｂにより構成されており、別途に引取機を設けなくてすむ。したがって、装置構成を簡素化することができる。

また、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、さらに、含浸ヘッド１１の上流側に、含浸ヘッド１１への導入に先立ち、強化用繊維束２を加熱する予熱用加熱装置７が備えられている。常温の強化用繊維束が含浸ヘッドに高速で供給される場合、含浸ヘッド内の溶融樹脂温度が低下することで溶融樹脂の粘度が大きくなることにより、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、含浸ヘッド内を引き取られて走行する強化用繊維束の張力（引き取り抵抗）が上昇する。したがって、前記予熱用加熱装置７を備えることにより、前記の含浸度合いの悪化をなくすとともに、前記の張力の上昇を大幅に抑制することができ、長繊維強化樹脂ストランド４の引取速度（生産速度）のより高速化を図ることができる。

また、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、撚り機１８が、ローラ表面に凹凸１９Ａａ，１９Ｂａが形成された金属製の一対の撚りローラ１９Ａ，１９Ｂにより構成されている。したがって、金属製の撚りローラ１９Ａ，１９Ｂ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の十分な冷却効果と相俟って、より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。

前記図１〜図４に示す装置を用いて、長繊維強化樹脂ストランドの製造試験を行った。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用いた。

実施例１〜４での冷却装置１４について説明する。冷却水槽１５の長さは２ｍである。水噴射ノズル１６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２における下側）の列に２０個、他方側（図２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１６同士の中心線間距離は７０ｍｍである。なお、比較例１と比較例２での冷却水槽１５の長さも２ｍである（比較例１，２：水噴射ノズル１６なし）。

実施例１〜４及び比較例１，２での予熱用加熱装置７では、加熱用ローラ８Ａ，８Ｂをローラ温度３００℃に昇温した。このとき、含浸ヘッド１１へ導入される強化用繊維束２の温度は約２５０℃であった。

実施例１〜４及び比較例１，２での撚り機１８の撚りローラ（クロスロール）１９Ａ，１９Ｂについて説明する。撚りローラ１９Ａ，１９Ｂ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。

予備試験から、冷却水槽通過直後の長繊維強化樹脂ストランドの温度が７５℃以下であれば、撚りローラにおいて長繊維強化樹脂ストランドをスリップせずに引き取ることができることが分かっている。そこで、長さ２ｍの冷却水槽で、冷却水槽通過直後の長繊維強化樹脂ストランドの温度が７５℃以下となる場合の、引取速度を調べた結果を表１に示す。

実施例１では、２ｍという短い冷却パスの制限のもと、外径４ｍｍと太く冷え難い長繊維強化樹脂ストランドを、５０ｍ／分を超える速度で引き取ることができた。

実施例２では、外径２．４ｍｍとやや細い長繊維強化樹脂ストランドを、２ｍという短い冷却パスの制限のもと、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ることができた。

実施例３は、実施例１と同径の４ｍｍの長繊維強化樹脂ストランドを引き取るにあたり、実施例１よりも含浸ヘッド内溶融樹脂温度を高くして冷え難い条件とした場合である。外径が太く通常に比べ非常に高温とした場合も、２ｍという短い冷却パスでもって、従来の引取速度（比較例１参照）より速い４０ｍ／分を超える速度で前記長繊維強化樹脂ストランドを引き取ることができた。

実施例４は、実施例２と同径の２．４ｍｍの長繊維強化樹脂ストランドを引き取るにあたり、実施例２よりも含浸ヘッド内溶融樹脂温度を高くして冷え難い条件とした場合である。通常に比べ非常に高温とした場合も、２ｍという短い冷却パスでもって、９０ｍ／分という（それ以上、引取速度は上げなかったが）従来（比較例２参照）と比較にならないほど高速で前記長繊維強化樹脂ストランドを引き取ることができた。

一方、比較例１は、実施例３と同径の４ｍｍの長繊維強化樹脂ストランドを実施例３と同じ予熱条件として運転したものであり、冷却水槽に水噴射ノズルによる水噴射を行なわない点で異なっている。この比較例１では、実施例３（引取速度：４４ｍ／分）よりも低速度である２６ｍ／分を超えたあたりでスリップが発生した。

また、比較例２は、実施例４と同径の２．４ｍｍの長繊維強化樹脂ストランドを実施例４と同じ予熱条件として運転したものであり、冷却水槽に水噴射ノズルによる水噴射を行なわない点で異なっている。この比較例２では、実施例４（引取速度：９０ｍ／分以上）よりも低速度である４０ｍ／分を超えたあたりでスリップが発生した。

なお、本発明の実施例では予熱用加熱装置７により強化用繊維束の加熱を行っているが、本発明による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、予熱用加熱装置を用いなくとも含浸ヘッド内の溶融樹脂粘度が適切に維持されるものに対しても効果を発揮するものである。

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構成説明図である。 図１における水冷装置の構成を概略的に示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図１における撚り機の説明図である。 撚りがかけられた長繊維強化樹脂ストランドを切断したペレットの模式図である。 従来の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

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
５…ボビン
６…ガイドバー
７…予熱用加熱装置
８Ａ，８Ｂ…加熱用ローラ
９…押出機
１０…スクリュ
１１…含浸ヘッド
１２…含浸ローラ
１３…賦形ダイ
１４…冷却装置
１５…冷却水槽 １５ａ…冷却水槽端部板
１６…水噴射ノズル
１７…加圧水供給管
１８…撚り機
１９Ａ，１９Ｂ…撚りローラ １９Ａａ，１９Ｂａ…凹凸
３０…ペレタイザー（ストランドカッター）

Claims (5)

1. 上流側より強化用繊維束が連続的に導入される含浸ヘッドと、この含浸ヘッドの下流側に設けられた撚り機とを備え、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機による撚りを付与し、前記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装置において、
   前記含浸ヘッドと前記撚り機との間に設けられ、前記含浸ヘッドから引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランドを冷却水中で冷却する冷却装置と、前記冷却装置よりも下流にて長繊維強化樹脂ストランドを引き取る引取機とを備え、前記冷却装置が、冷却水を貯留し、前記含浸ヘッドから引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランドを通過させる冷却水槽と、前記冷却水槽内に長繊維強化樹脂ストランド走行方向に沿って間隔をあけて複数個設けられ、前記冷却水中で長繊維強化樹脂ストランドに向けて水を噴射する水噴射ノズルとを有して構成され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。
2. 前記水噴射ノズルが、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟むように対向配置、又は千鳥配置され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。
3. 前記撚り機が、それぞれの回転軸線を平行な平面上にそれぞれ位置するように保持し、かつ、該回転軸線を交差させた状態で長繊維強化樹脂ストランドを挟むように対向配置された一対の撚りローラにより構成されるとともに、前記引取機を兼ねて用いられるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置。
4. 請求項１、２又は３記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、さらに、前記含浸ヘッドの上流側に、前記含浸ヘッドに導かれる前記強化用繊維束を加熱する予熱用加熱装置が備えられ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。
5. 前記撚り機が、ローラ表面に凹凸が形成された金属製の少なくとも一対の撚りローラにより構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置。

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