JP2021041687A - 遮蔽素材の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波遮蔽素材を製造するにあたり、製造時間の削減と工程の単純化を図ることができ、樹脂と炭素繊維の混合性能を向上させることで著しい遮蔽率を有する電磁波遮蔽素材を製造することができ、金属メッキ炭素繊維の切断工程と樹脂含浸工程を時間の遅延なしに同時に行うことができることからペレット化していない長繊維をそのまま用いることができる遮蔽素材の製造装置を提供する。【解決手段】本発明に係る遮蔽素材の製造装置は、樹脂（ｒｅｓｉｎ）と炭素繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）を混合するミキシングユニットと、前記ミキシングユニットで混合した混合物を押出する押出ユニットと、前記押出ユニットで押出した押出物を切断するカッティングユニットとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、炭素繊維と樹脂を材料として電磁波遮蔽用ペレットを製造する製造装置に関し、より詳細には、炭素繊維の切断（ｃｕｔｔｉｎｇ）、炭素繊維の樹脂との含浸、樹脂と含浸された炭素繊維の押出および樹脂と含浸された炭素繊維の切断をインライン（ｉｎ−ｌｉｎｅ）方式で処理する遮蔽素材の製造装置に関する。

既存の遮蔽ケーブルは、金属線または金属テープを用いて編組やテーピング工程により製造されており、これは、高密度の金属の使用によって柔軟性が劣り、重いという問題があった。最近の自動車業界は、製造コストを削減するための低価格ケーブルの開発とともに、自動車の製造工程時間の短縮および作業者の便宜性の向上のために、柔軟性が確保されたケーブル素材を求めている。ここで、全重量の約１０〜１５％を占めているケーブルの軽量化が、重点的な開発事項にあたる。

一方、世界における脱ガソリンの傾向に合わせてハイブリッド自動車（ＨＶ／ＨＥＶ；Hybrid Electric Vehicle）の開発が活発になるに伴い、内燃機関の場合、自動車の重量に対して約５％（２０ｋｇ）の水準であったケーブルの使用が、ＨＶ／ＨＥＶへの移動につれて約１０〜１５％（４０〜４５ｋｇ）の水準へと約２倍以上に増加している。ケーブルの使用量の増加によって、電磁波干渉（ＥＭＩ）が増加する恐れがあるのであり、また、燃費向上に直接つながるように、既存の遮蔽ケーブルよりも軽量化した遮蔽ケーブルの開発が、必ず解決すべき課題となっている。

特に、超高速通信のための「イーサネット（登録商標）」が導入される時点では、より高仕様の遮蔽が必要となると見込まれるなど、関連業界では、自動車の電装化の傾向に伴い、ＥＭＩ遮蔽不足（ｓｈｏｒｔａｇｅ）が発生する可能性が高いと見込んでいる。また、最近、運転者の安全性、便宜性の増大とともに車両の燃費の改善を実現するために、高出力電装品と、運転補助装置（ＡＤＡＳ）といった知能型安全システムとを適用することによって、既存の１２Ｖ電気システムが限界に逹しており、４８Ｖ電気システムに対する必要性が高まっている。このことに伴う、使用電力の増加に起因した電磁波放出量の増大は、電装品の誤作動の誘発など、危険性も内包しており、自動車内の遮蔽に対する重要性は、ますます大きくなっている。

電磁波遮蔽性能に影響を及ぼす主な因子としては、周波数および素材の長さ、断面積など、複合的な要素であり、十分な遮蔽効果を期待するために最も核心になる部分は、低い体積固有抵抗、すなわち、素材の高い電気伝導性である。

電磁波遮蔽素材として、軽量性と電気伝導性とを備えるようにするために、炭素繊維と樹脂とを混合して加工した製品が登場している。しかしながら、既存の製品を製造するためには、炭素繊維を樹脂と混合してペレット化する工程を別に行うか、既に、少量の樹脂を含浸してペレット化した炭素繊維マスターバッチを、樹脂と混合してから加工する工程を行うため、製造時間が長く、工程が複雑化するという問題がある。さらに、樹脂と炭素繊維の均一な混合が行われず、遮蔽性能が低下するという問題がある。

韓国登録特許公報第１０−１６７５９０５号（２０１６年１１月８日公告） 韓国特許公開公報第１０−２０１８−００６７０９８号（２０１８年６月２０日公開） 特開2019-069527 特開2010-000654

本発明は、上述の問題を解決すべく導き出されたものであり、本発明の目的は、電磁波遮蔽素材を製造するにあたり、製造時間の削減と工程の単純化を図ることができる遮蔽素材の製造装置を提供することにある。また、本発明の目的は、樹脂と炭素繊維の混合性能を向上させることで著しい遮蔽率を有する電磁波遮蔽素材を製造できる遮蔽素材の製造装置を提供することにある。さらに、本発明の目的は、金属メッキ炭素繊維の切断工程と樹脂含浸工程を時間の遅延なしに同時に行うことができる構造により、ペレット化した炭素繊維を準備する必要なく長繊維をそのまま用いることができる遮蔽素材の製造装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明に係る遮蔽素材の製造装置は、樹脂（ｒｅｓｉｎ）と炭素繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）を混合するミキシングユニットと、前記ミキシングユニットで混合した混合物を押し出す押出ユニットと、前記押出ユニットから押し出された押出物を切断するカッティングユニットとを含む。

また、前記ミキシングユニットは、前記樹脂を供給する第１の供給部と、前記炭素繊維を供給する第２の供給部と、前記樹脂と前記炭素繊維とを混合し搬送するスクリュー部とを備え得る。

また、前記スクリュー部は、前記炭素繊維の切断と、前記樹脂および炭素繊維の混合とを同時に行う第１のスクリューと、切断した炭素繊維および樹脂の混合物を搬送する第２のスクリューとを備え得る。

また、前記第２の供給部の先端には、前記炭素繊維を自動切断するカッターが設けられ得る。

また、前記第１のスクリューの一部のブレードは、前記炭素繊維を切断するためのカッティングブレードとして形成され得る。

また、前記第１のスクリューは、平行に設けられた２個の単位スクリューを備え、前記２個の単位スクリューに形成されたカッティングブレードは、互いに交差するように配置され得る。

また、前記第１のスクリューは、平行に設けられた２個の単位スクリューを備え、前記２個の単位スクリューのブレードは、互いに異なる延長角度を有し得る。

また、前記第１の供給部からの樹脂の供給と前記第２の供給部からの炭素繊維の供給は、同時に行われ得る。

また、前記炭素繊維は、金属被覆炭素繊維（ＭＣＦ、Ｍｅｔａｌ Ｃｏａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ）であり得、前記金属被覆炭素繊維は、炭素繊維上に積層された２つ以上の相違する金属メッキ層を備え得る。

本発明に係る遮蔽素材の製造装置によると、電磁波遮蔽素材を製造するにあたり、製造時間の削減と、工程の単純化とを図ることができ、樹脂と炭素繊維の混合性能を向上させることで、著しい遮蔽率を有する電磁波遮蔽素材を製造することができ、また、金属メッキ炭素繊維の切断工程と、樹脂含浸工程とを時間の遅延なしに同時に行うことができることから、ペレット化していない長繊維をそのまま用いることができる。

本発明に係る遮蔽素材の製造装置の概略図である。 本発明に係る遮蔽素材の製造装置において、第１の供給部と第２の供給部とを含むミキシングユニットを図示した図である。 本発明に係る遮蔽素材の製造装置において、第２の供給部に設けられたカッターを図示した図である。 本発明に係る遮蔽素材の製造装置のミキシングユニットに設けられた第１のスクリューの拡大図である。 本発明に係る遮蔽素材の製造装置のミキシングユニットに設けられた第１のスクリューを構成する２個の単位スクリューの整列状態を図示した図である。 本発明に係る遮蔽素材の製造装置のミキシングユニットに設けられた第１のスクリューを構成する２個の単位スクリューのブレード延長角度を図示した図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。本発明の利点および特徴、またそれらを達成する方法は、以下で添付の図面と共に詳述している実施形態を参照すると明確になる。しかし、本発明は、以下で開示する実施形態に限定されず、互いに異なる様々な形態に実現される。ただし、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇によってのみ定義される。明細書の全体にわたり、同一の参照符号は同一の構成要素を指す。

第１、第２などが、様々な物質、素子、構成要素、ステップおよび／またはセクションを述べるために使用されているものの、これらの物質、素子、構成要素、ステップおよび／またはセクションは、これらの用語によって制限されないことは言うまでもない。これらの用語は、単に一つの物質、素子、構成要素、ステップまたはセクションを、他の物質、素子、構成要素、ステップまたはセクションと区別するために使用するものである。したがって、以下で言及する第１の混合物は、本発明の技術的思想内で、第２の混合物であり得ることは言うまでもない。

本明細書において使用された用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限するためのものではない。本明細書において、単数型は、文章で特に断らない限り、複数型をも含む。明細書において使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「からなる（ｍａｄｅ ｏｆ）」によって言及した物質、構成要素、ステップ、動作および／または素子は、一つ以上の他の物質、構成要素、ステップ、動作および／または素子の存在または追加を排除しない。他の定義がなければ、本明細書において使用されるすべての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって共通して理解し得る意味として使用され得る。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、明らかに特別に定義されていない限り、理想的にまたは過剰に解釈しない。

以下、添付の図面を参照して、本発明について詳細に説明する。図１は本発明に係る遮蔽素材の製造装置１０００の概略図である。図１に図示されているように、本発明に係る遮蔽素材の製造装置１０００は、ミキシングユニット１００と、押出ユニット２００と、カッティングユニット３００とを含む。

ミキシングユニット１００は、樹脂（ｒｅｓｉｎ）と炭素繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）を混合する機能を有する。ここで、樹脂（ｒｅｓｉｎ）としては、熱可塑性樹脂を用いてもよく、好ましくは、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリレート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリアミド系樹脂、芳香族ビニル系樹脂、アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂およびポリビニルクロライド（ポリ塩化ビニル）系樹脂から構成された群から、少なくとも１種以上の熱可塑性樹脂が選択され得る。より好ましくは、ＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ポリプロピレン）、ＰＵ（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ；ポリウレタン）、ＰＡ６（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ６；ナイロン６）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ；ポリカーボネート）およびＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｅｓｉｎ；アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂）であってもよい。

一方、樹脂と混合される炭素繊維としては、公知の様々な炭素繊維を用いてもよく、商業的に購入して用いるか、ＰＡＮ系やピッチ系から製造されたものを使用してもよい。より好ましくは、炭素繊維は、金属被覆炭素繊維（ＭＣＦ、Ｍｅｔａｌ Ｃｏａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ）であってもよい。また、金属被覆炭素繊維は、炭素繊維上に積層された２層以上の相違する金属メッキ層を含んでもよい。

具体的には、金属被覆炭素繊維（ＭＣＦ）は、第１の金属メッキ層〜第３の金属メッキ層を含んでもよく、各金属メッキ層を構成する金属は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などであってもよい。好ましくは、第１の金属メッキ層は銅（Ｃｕ）であり、第２の金属メッキ層はニッケル（Ｎｉ）であり、第３の金属メッキ層は銅（Ｃｕ）であってもよい。各金属メッキ層は、電解メッキ、無電解メッキ、電気メッキなど従来の様々なメッキ方式によって炭素繊維上に形成され得る。

押出ユニット２００は、ミキシングユニット１００で混合した混合物を、所定の温度およびスクリュー回転数（ｒｐｍ）の条件で押し出す機能を有しており、押出機のバレル（シリンダー）内の温度は、様々な区間に細分化され得る。押出ユニット２００には、既存の様々な押出機を活用することができる。

カッティングユニット３００は、押出ユニット２００から押し出された押出物を切断する機能を有する。すなわち、樹脂と金属メッキ炭素繊維（ＭＣＦ）とがミキシングユニット１００で混合された後、押出ユニット２００で押し出されて出て来ると、カッティングユニット３００は、これを切断し、ペレット化（ｐｅｌｌｅｔｉｚｅ）する。ペレット化した材料は、以降、遮蔽性製品（自動車用遮蔽ワイヤなど）の製造に用いられる。

図２は、本発明に係る遮蔽素材の製造装置において、第１の供給部と第２の供給部とを含むミキシングユニットを図示した図である。

図２に図示されているように、ミキシングユニット１００は、第１の供給部１１０と、第２の供給部１２０と、スクリュー部（第１のスクリュー１３０および第２のスクリュー１４０）とを含む。

第１の供給部１１０と第２の供給部１２０とからの材料の供給は、同時に行われ、第１の供給部１１０の供給端（ｏｕｔｌｅｔ）と、第２の供給部１２０の供給端は、第１のスクリュー１３０に向かっているため、材料が同時に供給され次第、第１のスクリュー１３０によって混合が行われる。

第１の供給部１１０は、樹脂（ｒｅｓｉｎ）を供給するように設計される。樹脂としては、上述のように、熱可塑性樹脂を用いてもよく、好ましくは、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリレート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリアミド系樹脂、芳香族ビニル系樹脂、アクリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂およびポリビニルクロライド系樹脂から構成された群から少なくとも１種以上の熱可塑性樹脂が選択され得る。より好ましくは、ＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＵ（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ＰＡ６（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ６）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）およびＡＢＳ（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｅｓｉｎ）であってもよい。

第２の供給部１２０は、炭素繊維を供給するように設計され、炭素繊維としては、既に公知の様々な炭素繊維を用いてもよく、商業的に購入して用いるか、ＰＡＮ系やピッチ系から製造されたものを使用してもよい。より好ましくは、炭素繊維は、金属被覆炭素繊維（ＭＣＦ、Ｍｅｔａｌ Ｃｏａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ）であってもよい。また、金属被覆炭素繊維は、炭素繊維上に積層された２層以上の相違する金属メッキ層を含んでもよい。

具体的には、金属被覆炭素繊維（ＭＣＦ）は、第１の金属メッキ層〜第３の金属メッキ層を含んでもよく、各金属メッキ層を構成する金属は、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などであってもよい。好ましくは、第１の金属メッキ層は銅（Ｃｕ）であり、第２の金属メッキ層はニッケル（Ｎｉ）であり、第３の金属メッキ層は銅（Ｃｕ）であってもよい。各金属メッキ層は、電解メッキ、無電解メッキ、電気メッキなどの従来の様々なメッキ方式によって炭素繊維上に形成され得る。

本発明では、炭素繊維を切断する機能を有する構成が設けられているため、第２の供給部１２０から供給される炭素繊維は、長繊維の形態のものをそのまま用いることができる。これについては、以下で詳細に説明する。

スクリュー部は、第１のスクリュー１３０および第２のスクリュー１４０から構成され、第１の供給部１１０で供給された樹脂と第２の供給部１２０で供給された炭素繊維（金属メッキ炭素繊維）を混合し、押出ユニット２００に搬送する機能を有する。ここで、第１のスクリュー１３０は、炭素繊維の切断と、樹脂／炭素繊維の混合を同時に行う機能を有し、第２のスクリュー１４０は、切断された炭素繊維と樹脂の混合物の混合を行い続けながら押出ユニット２００に搬送する機能を有する。

図３は本発明に係る遮蔽素材の製造装置において、第２の供給部に設けられたカッターを図示する。

図３に図示されているように、炭素繊維を供給する第２の供給部１２０の先端（第１のスクリュー１３０に隣接した部分）には、炭素繊維を自動切断するカッター１２５が設けられる。第２の供給部１２０が、長繊維の形態の炭素繊維を押し出すと、カッター１２５は、所定の周期でカッターブレードを動かせて炭素繊維を切断する。カッター１２５としては、回転型カッター、往復運動型カッターなど、既存の様々なカッターを用いてもよく、切断をスムーズにするために、カッターブレードの温度を高める加熱部が設けられてもよい。

図４は本発明に係る遮蔽素材の製造装置のミキシングユニットに設けられた第１のスクリューの拡大図である。第１のスクリュー１３０の一部のブレードは、炭素繊維を切断するためのカッティングブレード１３０Ｌとして形成され、残りのブレードは、フラットブレード１３０Ｓとして形成され得る。他の実施形態では、第１のスクリュー１３０のすべてのブレードがカッティングブレード１３０Ｌとして形成されてもよい。

フラットブレード１３０Ｓは、鋭くない先端部Ｆを有する反面、カッティングブレード１３０Ｌは、鋭い先端部Ｂを有するように設計される。カッティングブレード１３０Ｌの鋭い先端部Ｂは、第２の供給部１２０から供給された炭素繊維を切断するために用いられる。一方、カッティングブレード１３０Ｌは、フラットブレード１３０Ｓに比べて大きい半径を有するように設計され得る。

図３に図示されているカッター１２５と図４に図示されているカッティングブレードＢは、選択的に設けられてもよいが、同時に設けられてもよい。カッター１２５とカッティングブレードＢが同時に設けられると、炭素繊維の切断効率と樹脂との混合効率を高めることができるため、遮蔽性能を向上させることができる。

図５は本発明に係る遮蔽素材の製造装置のミキシングユニットに設けられた第１のスクリューを構成する２本の単位スクリューが整列された状態を図示する。

図５に図示されているように、第１のスクリュー１３０は、２本の単位スクリュー１３０−１、１３０−２からなり得る。２本の単位スクリュー１３０−１、１３０−２は、互いに平行に配置され得る。第１のスクリュー１３０を構成するそれぞれの単位スクリュー１３０−１、１３０−２も、図４に図示されているように、一部のブレードが炭素繊維を切断するためのカッティングブレード１３０Ｌとして形成され、残りのブレードは、フラットブレード１３０Ｓとして形成され得る。第１のスクリュー１３０のすべてのブレードが、カッティングブレード１３０Ｌとして形成されてもよいことは言うまでもない。

フラットブレード１３０Ｓは、鋭くない先端部Ｆを有する反面、カッティングブレード１３０Ｌは、鋭い先端部Ｂを有するように設計される。カッティングブレード１３０Ｌの鋭い先端部Ｂは、第２の供給部１２０から供給された炭素繊維を切断するために用いられ得、カッティングブレード１３０Ｌは、フラットブレード１３０Ｓに比べて大きい半径を有するように設計され得る。

平行に配置された２本の単位スクリュー１３０−１、１３０−２は、カッティングブレード１３０Ｌが互いに交差するように配置され得る。カッティングブレード１３０Ｌの半径がフラットブレード１３０Ｓの半径よりも大きいため、２本の単位スクリュー１３０−１、１３０−２のカッティングブレード１３０Ｌが交差するにもかかわらず、２個の単位スクリュー１３０−１、１３０−２のフラットブレード１３０Ｓは、所定の離隔距離を有することができる。２本の単位スクリュー１３０−１、１３０−２のブレードがいずれもカッティングブレード１３０Ｌとして形成される場合、全体のブレード領域でブレードが互いに交差し得ることは言うまでもない。交差したカッティングブレード１３０Ｌは、炭素繊維、より詳細には、金属被覆炭素繊維の切断を容易にする。

図６は、本発明に係る遮蔽素材の製造装置における、ミキシングユニットに設けられた第１のスクリューを構成する、２本の単位スクリューのブレード延長角度を図示する。

第１のスクリュー１３０を構成する２本の単位スクリュー１３０−１、１３０−２のブレードは、所定の延長角度（水平面に対してブレードが傾斜した角度）を有する。具体的には、第１の単位スクリュー１３０−１の整列軸Ａに対して、ブレードは、αの角度で傾斜している。ここで、第２の単位スクリュー１３０−２は、第１の単位スクリュー１３０−１と平行に整列されるため、整列軸Ａの方向は一致しており、整列軸Ａに対してβの角度で傾斜している。第１の単位スクリュー１３０−１と第２の単位スクリュー１３０−２のブレードの勾配が互いに異なるため、炭素繊維の切断機能と樹脂／炭素繊維の混合機能が著しく向上し得る。

一方、第２のスクリュー１４０は、１本の単位スクリューのみを含んでもよいが、第１のスクリュー１３０と同様、２本以上のスクリューを含んでもよい。第２のスクリュー１４０も切断機能を付加するためにカッティングブレードを形成してもよいが、第２のスクリュー１４０を切断および混合した混合物を搬送するのに主な目的を置いて用いる場合には、フラットブレードのみからなることが好ましい。第２のスクリュー１４０は、混合物の混合率を増加させる機能も有するため、混合物を適正温度で加熱する加熱部が連結され得る。

第１のスクリュー１３０は、切断および混合を主な目的とするため、スクリューの回転が両方向（時計回りおよび反時計回り）で行われ得るが、第２のスクリュー１４０は、混合および搬送を主な目的とするため、一方向（時計回りまたは反時計回り）にのみ行われることが好ましい。

本発明は、従来技術とは異なり、切断／混合中心の第１のスクリューと、混合／搬送中心の第２のスクリューとに区分することで、樹脂と金属被覆炭素繊維の混合率を増加させ、遮蔽性能を向上させる。

本発明に係る遮蔽素材の製造装置によると、電磁波遮蔽素材を製造するにあたり、製造時間の削減と工程の単純化を図ることができ、樹脂と炭素繊維の混合性能を向上させることで著しい遮蔽率を有する電磁波遮蔽素材を製造することができ、金属メッキ炭素繊維の切断工程と樹脂含浸工程を時間の遅延なしに同時に行うことができることからペレット化していない長繊維をそのまま用いることができる。

以上、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明しているが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態に実施され得るということを理解することができる。したがって、上述の実施形態は、すべての面において例示的であって限定的ではないと理解すべきである。

本発明の好ましい一実施形態においては、下記のとおりである。

本実施形態の二軸押出機による製造装置１０００は、図１〜２に示すように、押出機のバレル（シリンダー）の内部が、ミキシングユニット１００の第１のスクリュー１３０の領域と、ミキシングユニット１００の第２のスクリュー１４０の領域と、押出ユニット２００との３つの領域に分かれており、領域同士の境界の箇所で、くびれているか、または別途の押出機との間の移行部となっている。例えば、断面積が他の部分の３０〜７０％となっている。ミキシングユニット１００のバレル（シリンダー）の内部の横断面は、少なくとも第１のスクリュー１３０の領域中にて一定であり、同一の径の２つの円が部分的に重なり合った略８の字状となっている。好ましくは、２つの領域間の移行部分を除く全領域で一定である。なお、くびれた箇所では、スクリューのブレードが省かれていて、一種の絞り部をなしている。一方、第２のスクリュー１４０の領域または、押出ユニット２００は、左右の単位スクリュー１３０−１及び１３０−２のうち、送り方向に向かって左側の単位スクリュー１３０−１のみが延びて一軸となった部分とすることができ、その場合、バレルの内部の横断面は、円形である。

押出ユニット２００は、切断ユニット３００中のダイス（口金）へと、炭素繊維を混合した溶融樹脂を送り出すための部分である。また、第２のスクリュー１４０の部分は、炭素繊維を、さらに切断することなく、均一に分散させるための混合を主として行う。なお、図１に示すように、第１のスクリュー１３０の領域と、第２のスクリュー１４０の領域とでは、スクリュー軸方向の長さが、ほぼ同じであり、押出ユニット２００は、これより格段に短い。例えば、第１のスクリュー１３０の領域の長さを基準にして、第２のスクリュー１４０の領域の長さが７０〜１２０％であり、押出ユニット２００の長さが２０〜４０％である。

第１の供給部１１０は、樹脂ペレットを押し込むか、または定量供給するためのスクリュー機構またはスクリューフィーダ機構が備えられたスクリューホッパーであり、ミキシングユニット１００のバレル（シリンダー）の上流端部に、上方から接続されている。一方、第２の供給部１２０は、炭素繊維の長繊維を、ボビンなどから繰り出してバレルの内部へと送り出すとともに、この際に、適宜に、所定の長さに切断を行うものである。第２の供給部１２０は、例えば、図１〜２のように、バレルに下方から、または左右の一方から接続される。また、図には示さないが、第２の供給部１２０の内部には、少なくとも一対のローラが備えられ、切断前、または切断後の炭素繊維を、バレルの内部へと送り込む。このローラは、溶融した樹脂が漏れ出さないようにする役割も果たす。なお、第２の供給部１２０をバレルの下方または側方から、特には下方から接続することで、第１の供給部１１０に邪魔されずに配置することができるので、第１の供給部１１０と第２の供給部１２０との間のスクリュー軸方向の間隔を最小限とすることができる。すなわち、第１の供給部１１０から上方よりペレットの形態で供給された樹脂が、ちょうど完全に溶融した位置にて、炭素繊維を送り込むようにすることができる。

図５には、ミキシングユニット１００中における、左右の単位スクリュー１３０−１及び１３０−２の具体的な形態を示す。図５に示されるように、各単位スクリュー１３０−１及び１３０−２は、細長い円柱状の中心軸棒と、この外周面から外側へと突き出す、らせん板（herix plate）状、ないしヘリカルリボン状のブレードとからなる。このブレードは、一般的なスクリューコンベアと同様であり、中心軸棒の外周面からフランジ状に突き出す微小な回転方向の幅の各部分が、回転方向、及び、スクリュー軸方向に徐々に移動して形成されたような、一重らせん状をなしている。スクリュー軸方向へと向かって左側の単位スクリュー１３０−１は、微小な回転方向の幅の各部分が、中心軸棒の外周面から、ほぼ放射方向に延びている。具体例において、左側の単位スクリュー１３０−１では、ヘリカルブレードにおける、微小な回転方向の幅の各部分が延びる方向は、放射方向と同一であるか、または放射方向に対して、１〜１０度、または１〜１０度、特には１〜５度、例えば３度だけ傾斜している。これに対して、右側の単位スクリュー１３０−２では、ヘリカルブレードにおける、微小な回転方向の幅の各部分が延びる方向は、放射方向に対して、５〜２５度、または８〜２０度、特には１０〜１７度、例えば１４度だけ傾斜している。左右の単位スクリュー１３０−１及び１３０−２の間における、微小な各部分が延びる方向が互いになす角度は、５〜２５度、または８〜２０度、特には７〜１５度、例えば１１度である。

図６に示すように、スクリューの中心軸に対して垂直の方向、特には左右方向から見た場合に、ヘリカルブレードにおける、半回転（１８０度回転）だけの回転方向幅の部分は、ほぼ傾斜した直線状となっている。この傾斜の方向が、スクリューの中心軸の方向（左右から見た場合には水平方向）に対してなす角度を、ヘリカルブレードの「ヘリカル傾斜角度」（９０度−図示の「延長角度」（９０度から図６の「延長角度」を引いた角度））と呼ぶことができる。この「ヘリカル傾斜角度」は、上記のような、微小な回転方向の幅の各部分が延びる方向だけでなく、ヘリカルブレードの径とピッチとの関係にも依存する。図５〜６に示す具体例では、スクリューの中心軸に対して垂直の方向から見た場合に現れる、半回転（１８０度回転）だけの回転方向幅の部分の傾斜方向の長さ寸法は、左右のブレードの間で互いに、ほぼ等しい。すなわち、左右のカッティングブレード１３０Ｌの間、及び、左右のフラットブレード１３０Ｓの間で、互いにほぼ等しい。例えば、一方は他方の０．７〜１．３倍、０．８〜１．２倍または０．９〜１．１倍でありうる。このように、半回転（１８０度回転）部分の側方から見た寸法がほぼ等しいとともに、「ヘリカル傾斜角度」が異なる結果、右側の単位スクリュー１３０−２における各箇所のブレードの径は、左側の単位スクリュー１３０−１における対応する箇所のブレードの径に比べて、小さく、例えば、０．６〜０．９倍、または０．７〜０．９倍でありうる。

左側の単位スクリュー１３０−１におけるブレードの「ヘリカル傾斜角度」は、図示の具体例で、スクリューの中心軸の方向に向かって一定であり、５〜２５度、または８〜２０度、特には１０〜１７度、例えば１４度である。これに対して、右側の単位スクリュー１３０−２におけるブレードの「ヘリカル傾斜角度」は、図示の具体例で、スクリューの中心軸の方向に向かって一定であり、左側の単位スクリュー１３０−１におけるブレードの「ヘリカル傾斜角度」の１．３〜３倍、１．５〜２．５倍、または１．８〜２．２倍、例えば２倍とすることができる。

左右の単位スクリュー１３０−１及び１３０−２は、カッティングブレード１３０Ｌの領域で、左右のブレードの先端部同士が、スクリュー軸方向から見て互いに重なるように配置される。例えば、すなわち、左右のブレードが、先端部同士の間で、互いに「交差」している。このように、左右のブレードは、微小幅の各部分が外周面から外側へと延びる方向が互いに異なるとともに、互いに「交差する」（軸方向に重なる）ことから、この交差箇所にて、炭素繊維に局部的に加わるせん断応力（shear stress）を大きくして、切断を実現することができる。一方、左右の単位スクリュー１３０−１及び１３０−２は、フラットブレード１３０Ｓの領域で、左右のブレードが、互いに離間されており、切断を引き起こすようなせん断作用は、ほとんど生じない。

なお、図５〜６の具体例において、フラットブレード１３０Ｓの領域でも、左右のブレード間で、「延長角度」が互いに異なる。これにより、炭素繊維ストランドを均一に樹脂中に分散させるための混合が、より良好に行われるようにすることができる。また、図５〜６の具体例において、ミキシングユニット１００の第１のスクリュー１３０の領域中、カッティングブレード１３０Ｌの領域の割合は、スクリュー軸方向の長さにて、１５〜４５％または２０〜４０％である。さらに、図５〜６の具体例において、右側の単位スクリュー１３０−２におけるブレードは、偏心して配置されている。例えば、回転の一状態において、スクリューの中心軸から左右の一方の端までの寸法は、他方の端までの寸法の０．４〜０．９倍、０．５〜０．８倍または０．６〜０．７倍でありうる。

左右の単位スクリュー１３０−１及び１３０−２は、一具体例において、フラットブレード１３０Ｓの径が、中心軸棒の径の２〜５倍、特には、２．５〜３．５倍である。また、径がピッチの１．３〜２．５倍または１．５〜２倍でありうる。なお、フラットブレード１３０Ｓは、全体にわたって厚みが均一で、先端部Ｆも、プレートを単純に切断した端面、または、丸められた端面をなす。これに対し、カッティングブレード１３０Ｌは、先端部Ｂにて、テーパー状に尖ったのでありうる。

一方、第２のスクリュー１４０の領域中のブレードの形態は、具体的に図示していないが、左右の単位スクリュー１３０−１及び１３０−２の全領域において、第１のスクリュー１３０の領域中における左側の単位スクリュー１３０−１のフラットブレード１３０Ｓと同様でありうる。押出ユニット２００についても同様である。

炭素繊維は、例えば、PAN系のもので、直径が４〜８μｍでありうる。また、金属被覆層の厚みは０．１〜０．５μｍでありうる。金属被覆層は、銅または銅合金と、ニッケルまたはニッケル合金の層との積層膜であり得、銅または銅合金の層が、外面に露出するのでありうる。用いる炭素繊維の長繊維は、例えば、５００〜５０００本のフィラメントが束ねられたマルチフィラメントでありうる。炭素繊維の長繊維は、まず、第２の供給部１２０のカッター１２５により、例えば、２０〜５０ｍｍの長さに切断され、第１のスクリュー１３０の領域中、主として、カッティングブレード１３０Ｌの領域中にて、切断が進むのであり、ペレット製品中にて、例えば、５〜１０ｍｍでありうる。なお、カッティングユニット３００から送り出されるペレット製品は、例えば、直径が３〜８ｍｍで、長さが５〜２５ｍｍでありうる。

１０００ 遮蔽素材の製造装置
１００ ミキシングユニット
１１０ 第１の供給部
１２０ 第２の供給部
１２５ カッター
１３０ 第１のスクリュー
１４０ 第２のスクリュー
２００ 押出ユニット
３００ カッティングユニット

Claims (9)

1. 樹脂（ｒｅｓｉｎ）と炭素繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）を混合するミキシングユニットと、
   前記ミキシングユニットで混合した混合物を押し出す押出ユニットと、
   前記押出ユニットで押し出た押出物を切断するカッティングユニットとを含む、遮蔽素材の製造装置。
2. 前記ミキシングユニットは、
   前記樹脂を供給する第１の供給部と、
   前記炭素繊維を供給する第２の供給部と、
   前記樹脂および前記炭素繊維を混合し搬送するスクリュー部とを備える、請求項１に記載の遮蔽素材の製造装置。
3. 前記スクリュー部は、
   前記炭素繊維の切断と、前記樹脂および炭素繊維の混合とを同時に行う第１のスクリューと、
   切断した炭素繊維および樹脂の混合物を搬送する第２のスクリューとを備える、請求項２に記載の遮蔽素材の製造装置。
4. 前記第２の供給部の先端には、前記炭素繊維を自動切断するカッターが設けられる、請求項３に記載の遮蔽素材の製造装置。
5. 前記第１のスクリューの一部のブレードは、前記炭素繊維を切断するためのカッティングブレードとして形成される、請求項３に記載の遮蔽素材の製造装置。
6. 前記第１のスクリューは、平行に設けられた２本の単位スクリューを備え、前記２本の単位スクリューに形成されたカッティングブレードは、互いに交差するように配置される、請求項５に記載の遮蔽素材の製造装置。
7. 前記第１のスクリューは、平行に設けられた２本の単位スクリューを備え、前記２本の単位スクリューのブレードは、互いに異なる延長角度を有する、請求項３に記載の遮蔽素材の製造装置。
8. 前記第１の供給部からの樹脂の供給と前記第２の供給部からの炭素繊維の供給は、同時に行われる、請求項２に記載の遮蔽素材の製造装置。
9. 前記炭素繊維は、金属被覆炭素繊維（ＭＣＦ、Ｍｅｔａｌ Ｃｏａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ）であり、前記金属被覆炭素繊維は、炭素繊維上に積層された２層以上の相違する金属メッキ層を備える、請求項１に記載の遮蔽素材の製造装置。
   

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