JP2023069315A - ストランドの製造方法及びストランドの製造装置、並びに繊維強化樹脂ストランド - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化樹脂ストランドの作製時によじれを生じさせず、しかも、巻取機構の大型化、煩雑化を招くことなく、広い線速域においてストランドの破断を抑制して生産性の向上に寄与できる、ストランドの製造装置及びストランドの製造方法、並びに繊維強化樹脂ストランドを提供する。【解決手段】ストランドの製造装置１００は、強化繊維を含み連続搬送される１本又は複数本の繊維束１５に、溶融樹脂を含浸させて繊維強化樹脂ストランドを製造する。ストランドの製造装置１００は、繊維束１５を繊維束１５の軸回りに回転させて繊維束１５に撚りを付与する撚り部２０と、繊維束１５に溶融樹脂を含浸させる樹脂浴部３０と、溶融樹脂が含浸された繊維強化樹脂ストランドを巻き取る巻き取り部５０とを備える。撚り部２０は、樹脂浴部３０よりも繊維束１５の搬送方向上流側に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、ストランドの製造方法及びストランドの製造装置、並びに繊維強化樹脂ストランドに関する。

繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）は、軽量であり且つ強度に優れており、その中でも繊維長の長い強化用繊維を含有した長繊維強化熱可塑性樹脂（ＬＦＲＴＰ）は、耐衝撃性及び剛性に優れた特性を有する。このような長繊維強化熱可塑性樹脂を用いた繊維強化樹脂ストランドを製造する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、長尺の強化用繊維束に樹脂材料が含浸された繊維強化樹脂ストランド（以下、「ストランド」ともいう。）において、溶融樹脂を含浸させるとともに、撚り機によってその軸心を中心にして回転させ、上記強化用繊維束に撚りを付与する繊維強化樹脂ストランドの製造方法が開示されている。特許文献１の製造装置（引用文献１の図１，図２）では、図９に示すように、溶融樹脂材料７１を押出機７３によってクロスヘッド７５内へ連続供給し、強化用繊維７７をクロスヘッド７５に供給してクロスヘッド７５内で溶融樹脂材料７１に含浸させる。そして、溶融樹脂材料７１が含浸された強化用繊維７７を、ダイ７９に通した後、冷却器８１によって冷却硬化させてストランド８３を得る。ストランド８３の撚りは、一対の撚りローラ８５ａ，８５ｂの回転駆動によって、冷却器８１とクロスヘッド７５内のスプレダー８７との間で付与される。

また、図１０に示す機構では、ストランド８３が、自転する巻取リール８８に巻き取られるとともに、巻取リール８８がアーム部８９を介して回転軸９１に接続される。ストランド８３の長手方向の移動を補助するガイドロール９３ａ，９３ｂのうち、上流側のガイドロール９３ａより下流側において、ストランド８３は軸心を中心として回転されて撚りが付与される。

特開平５－１６９４４５号公報

しかしながら、図９に示す機構でストランド８３を作製する場合、撚りローラ８５ａ，８５ｂを通過して引き出されたストランド８３には、軸方向を回転軸とする回転運動が発生する。そのため、ストランド８３を単純に巻取リールに巻き取ろうとすると、巻取リールと撚りローラ８５ａ，８５ｂとの間でストランド８３のよじれが蓄積してしまう。また、最終的にストランド８３が破断に至ることがある。そのため、この機構においては通常の巻取手法でストランド８３を回収することは困難であった。

また、図１０に示す機構でストランド８３を作製する場合、巻取リール８８を支持するアーム部８９の回転によってストランド８３に撚りを付与しつつ、ストランド８３を巻取リール８８に巻き取ることになる。しかし、冷却器８１から引き出されたストランド８３は、原料の強化繊維に比べて柔軟性が乏しく、湾曲によって容易に破断する。そのため、特に細径のストランド８３を作製する場合には、ガイドロール９３ａ，９３ｂを経由したストランド８３の巻き取り、及びストランド８３の搬送速度（線速）の向上は困難となる。
さらに、上記した２つの機構を組み合わせて、ストランド８３の撚りローラ８５ａ，８５ｂ通過後のよじれを巻取リール８８により吸収する機構を採用した場合、巻取機構が大型化してしまい、それに付随する生産性の低下も避けられない。

そこで本発明は、繊維強化樹脂ストランドの作製時によじれを生じさせず、しかも、巻取機構の大型化、煩雑化を招くことなく、広い線速域においてストランドの破断を抑制して生産性の向上に寄与できる、ストランドの製造装置及びストランドの製造方法、並びに繊維強化樹脂ストランドの提供を目的とする。

本発明は下記構成からなる。
（１） 強化繊維を含み連続搬送される１本又は複数本の繊維束に、溶融樹脂を含浸させて繊維強化樹脂ストランドを製造するストランドの製造装置であって、
前記繊維束を該繊維束の軸回りに回転させて前記繊維束に撚りを付与する撚り部と、
前記繊維束に溶融樹脂を含浸させる樹脂浴部と、
前記溶融樹脂が含浸された前記繊維強化樹脂ストランドを巻き取る巻き取り部と、
を備え、
前記撚り部は、前記樹脂浴部よりも前記繊維束の搬送方向上流側に配置されている、
ストランドの製造装置。
（２） 強化繊維を含み連続搬送される１本又は複数本の繊維束に、溶融樹脂を含浸させて繊維強化樹脂ストランドを製造するストランドの製造方法であって、
前記繊維束を当該繊維束の軸回りに回転させて前記繊維束に撚りを付与する工程と、
撚りを付与した後の前記繊維束に溶融樹脂を含浸させる工程と、
前記溶融樹脂が含浸された前記繊維強化樹脂ストランドを巻き取る工程と、
を含む、
ストランドの製造方法。
（３） 強化繊維を含む１本又は複数本の繊維束に溶融樹脂が含浸された繊維強化樹脂ストランドであって、
前記繊維束は、該繊維束の径方向外側よりも径方向内側に、より多くの撚られた強化繊維を有する繊維強化樹脂ストランド。

本発明によれば、繊維強化樹脂ストランドの作製時によじれを生じさせず、しかも、巻取機構の大型化、煩雑化を招くことなく、広い線速域においてストランドの破断を抑制して生産性の向上に寄与できる。

図１は、繊維強化樹脂ストランドの模式的な斜視図である。 図２は、ストランドの製造装置の概略構成図である。 図３Ａは、撚り部による繊維束の撚り動作を段階的に示す説明図である。 図３Ｂは、撚り部による繊維束の撚り動作を段階的に示す説明図である。 図３Ｃは、撚り部による繊維束の撚り動作を段階的に示す説明図である。 図４は、樹脂浴槽を通過する繊維束の様子を模式的に示す説明図である。 図５Ａは、図４に示すVA－VA線における繊維束の断面図である。 図５Ｂは、図４に示すVB－VB線における繊維束の断面図である。 図６は、ダイスを抜け出た未硬化ストランドの図４に示すVI－VI線における断面図である。 図７は、複数の繊維束を撚り合わせる撚り部の構成を示す概略斜視図である。 図８は、３本の繊維束が撚り合わされたストランドの模式的な斜視図である。 図９は、従来のストランドの製造装置の機構を示す概略構成図である。 図１０は、従来の他のストランドの製造装置の機構を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜繊維強化樹脂ストランド＞
まず、本実施形態のストランドの製造装置によって製造される繊維強化樹脂ストランドについて説明する。
図１は、繊維強化樹脂ストランド１１の模式的な斜視図である。
ストランド１１は、３Ｄプリンタ等の造形原料として用いられ、強化繊維を含む連続した線状の樹脂材料である。このストランド１１は、熱可塑性樹脂を含む基材１３と、基材１３中に含浸され、軸方向Ａｘに連続して延在する１つ（又は複数）の繊維束１５とを有する。繊維束１５は、多数の強化繊維１７を互いに撚り合わせて束ねたものであり、ストランド１１の中心に配置される。繊維束１５の強化繊維１７には、溶融樹脂が含浸されている。

この繊維束１５は、繊維束１５の径方向外側よりも径方向内側に、より多くの撚られた強化繊維１７を有しており、繊維密度が繊維束１５の内側に向かうほど、高くなっている。また、ストランド１１の基材１３の外周面は平滑であり、後述する撚り動作によって基材１３に撚り溝が形成されることがない。

上記のようなストランド１１を造形原料として用いる３Ｄプリンタとしては、例えば、ストランド１１を加熱して熱可塑性樹脂成分を融解させ、少量ずつ積み重ねて三次元形状の造形物を造形する、いわゆる、熱融解積層方式の造形装置が挙げられる。なお、ストランド１１を使用する３Ｄプリンタは、熱融解積層方式に限らず他の方式のものであってもよい。さらに、上記のようなストランド１１を切断してペレットとし、このペレットを射出成形に用いることもできる。

ストランド１１を構成する繊維束１５の強化繊維１７には、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ザイロン繊維等の有機繊維、ボロン繊維、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、岩石繊維等の無機繊維が使用できる。強化繊維には、樹脂と繊維との密着強度を向上させる為に、表面処理を施した繊維を使用できる。

基材１３に含まれる熱可塑性樹脂には、ポリプロピレン又はポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、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又はポリ乳酸等のポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、芳香族ポリアミド系樹脂、ポリエーテルイミド、ポリアリルイミド、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリルエーテルケトン、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン樹脂、液晶ポリマー、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール、又はポリフェニレンサルファイド等を使用できる。

これら熱可塑性樹脂は、樹脂単独で用いてもよく、熱可塑性樹脂部の耐熱性、熱変形温度、熱老化、引張特性、曲げ特性、クリープ特性、圧縮特性、疲労特性、衝撃特性、摺動特性を向上させる為に、複数の樹脂をブレンドした熱可塑性樹脂を用いてもよい。熱可塑性樹脂の一例として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）／ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＰＥＥＫ／ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）等が挙げられる。また、熱可塑性樹脂は、炭素繊維、ガラス繊維等の短繊維、タルク等を樹脂に添加したものであってもよい。

熱可塑性樹脂に、フェノール系、チオエーテル系、ホスファイト系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール系又はトリアジン系等の紫外線吸収剤、ヒドラジド系又はアミド系等の金属不活性化剤等を添加して、造形物の耐久性を向上させてもよい。

フタル酸系、ポリエスル系等の可塑剤を熱可塑性樹脂に添加すると、柔軟性が向上し、造形時の造形精度と、造形物の柔軟性とを向上できる。

ハロゲン系、リン酸エステル系、無機系、イントメッセント系の難燃剤を熱可塑性樹脂に添加すると、造形物の難燃性を向上できる。

リン酸エステル金属塩系、ソルビトール等の核材を熱可塑性樹脂に添加すると、造形時の熱膨張を制御して造形精度を向上できる。

非イオン径、アニオン系、カチオン系等の永久帯電防止剤を熱可塑性樹脂に添加すると、造形物の静電気防止性を向上できる。

炭化水素系、金属石鹸系等の滑剤を熱可塑性樹脂に添加し、連続繊維強化ストランドの滑性を向上させることで、造形時のストランドの送り出しを円滑にできる。

＜ストランドの製造装置＞
次に、上記のストランド１１を製造するストランドの製造装置について説明する。
図２は、ストランドの製造装置１００の概略構成図である。
ストランドの製造装置１００は、撚り部２０と、樹脂浴部３０と、冷却部４０と、巻き取り部５０とを備える。

（撚り部）
撚り部２０は、連続する繊維束１５が巻き取られたリール２１と、リール回転軸２１ａを支持し、リール回転軸２１ａに交差する一対の支軸２３ａ，２３ｂを有するリール支持体２３と、一対の支軸２３ａ，２３ｂをそれぞれ回転自在に支持する一対の支軸支持体２５Ａ，２５Ｂとを有する。本構成のリール支持体２３は、矩形状の枠体の一方の対向辺それぞれの中央に、リール回転軸２１ａが支持される。また、他方の対向辺の中央に、リール回転軸２１ａと直交する支軸２３ａ，２３ｂが枠体の外側へ突出して設けられている。支軸２３ｂはパイプ状であり、リール２１に巻き取られた繊維束１５は、パイプ状の支軸２３ｂの貫通孔から引き出される。

図３Ａ～図３Ｃは、撚り部２０による繊維束１５の撚り動作を段階的に示す説明図である。
図３Ａに示すように、リール２１はリール回転軸２１ａ回りに回転自在にリール支持体２３に支持される。図２に示す巻き取り部５０からストランド１１が牽引されると、リール２１から繊維束１５が引き出されてリール２１が回転する。これにより、繊維束１５は支軸２３ｂから送り出される。

そして、図３Ｂ，図３Ｃに示すように、リール支持体２３を支軸２３ａ，２３ｂを中心に回転させることで、リール２１が傾動し、支軸２３ｂから送り出された繊維束１５に撚りが付与される。

（樹脂浴部）
樹脂浴部３０は、図２に示すように、溶融状態の熱可塑性樹脂が貯留される筒状の樹脂浴槽３１を備える。樹脂浴槽３１には、樹脂供給口３１ａと、繊維束入口３１ｂと、繊維束出口３１ｃとが設けられる。樹脂供給口３１ａには、熱可塑性樹脂Ｒの原料を溶融して樹脂浴槽３１内へ押し出す混練押出機（図示略）が接続される。繊維束入口３１ｂには、撚り部２０から送られてくる繊維束１５が導入される。樹脂浴槽３１内に導入された繊維束１５は、溶融状態の熱可塑性樹脂に浸されて、繊維束１５の内部に熱可塑性樹脂が含浸される。

図４は、樹脂浴槽３１を通過する繊維束１５の様子を模式的に示す説明図である。
繊維束１５は、繊維束入口３１ｂから樹脂浴槽３１内に導入され、繊維束出口３１ｃに設けられたダイス３２の開口部から引き出される。ダイス３２の開口部の内径は、繊維束入口３１ｂの内径よりも小さく、繊維束１５は、繊維束入口３１ｂから繊維束出口３１ｃに向けて徐々に絞られて、繊維束外径が漸減する。例えば、断面が扁平状である繊維束１５の場合には、繊維束出口３１ｃにおいては断面が小さな円形に変形する。このように、繊維束１５は少なくともダイス３２の直前まで絞られて円柱状となる。そして、溶融した熱可塑性樹脂が繊維束１５の内部に含浸され、且つ外表面を覆って形成された未硬化ストランド１１Ａは、ダイス３２の開口部から引き出される。

図５Ａは、図４に示すVA－VA線における繊維束１５の模式的な断面図である。図５Ｂは、図４に示すVB－VB線における繊維束１５の模式的な断面図である。また、図６は、ダイス３２を抜け出た未硬化ストランド１１Ａの図４に示すVI－VI線における模式的な断面図である。

図５Ａに示すように、樹脂浴槽３１内の搬送方向上流側では、繊維束１５の強化繊維１７が開繊して、強化繊維１７同士の間隔が広がっている。この強化繊維１７の隙間に溶融樹脂が入り込むことで、繊維束１５に溶融樹脂が効率良く含浸される。そして、図５Ｂに示すように、繊維束１５の外径が図５Ａの場合のφｄ１からφｄ２に減少し、強化繊維１７同士の間隔が狭くなる。このとき、繊維束１５は、その外径側から内径側に向けて、強化繊維１７の繊維密度が高くなる。上記のようにして、ダイス３２の直前では強化繊維１７同士の間隔が狭まるが、それぞれの強化繊維１７同士の間には既に溶融樹脂が浸透しており、強化繊維１７が絞られても空隙が残ることはない。

図６に示すように、ダイス３２を抜け出た未硬化ストランド１１Ａは、ダイス３２の開口部内で繊維束１５が圧縮されて更に小さな外径φｄ３（φｄ１＞φｄ２＞φｄ３）となり、繊維束１５の外周に熱可塑性樹脂Ｒの層が形成される。ダイス３２の開口部を通過する際には、繊維束１５の外周に付着した熱可塑性樹脂Ｒがダイス３２によって絞り取られ、これにより、繊維束１５の周囲に熱可塑性樹脂Ｒが均等に被覆され、繊維束１５の露出のない未硬化ストランド１１Ａとなる。なお、未硬化ストランド１１Ａの外径φＤは、ダイス３２の開口部の内径によって決定される。

（冷却部）
樹脂浴部３０から導出された未硬化ストランド１１Ａは、冷却部４０に送られる。
冷却部４０は、樹脂浴部３０から引き出された未硬化ストランド１１Ａの引き出し方向に沿って長い冷却槽４１を有する。冷却槽４１の内部には冷却媒体としての冷却水が貯留されている。未硬化ストランド１１Ａは、冷却槽４１に引き込まれて、冷却槽４１内の冷却水によって冷却される。これにより熱可塑性樹脂が硬化して、図１に示す熱可塑性樹脂が固化した基材１３と、基材１３内に配置され撚りが付与された繊維束１５とを有するストランド１１が形成される。このように、冷却槽４１では、未硬化ストランド１１Ａを引き出し方向に所定の長さで直線状に保持したまま冷却することが好ましい。形成されたストランド１１は、冷却槽４１から引き出される。

（巻き取り部）
引き出されたストランド１１は、図２に示す巻き取り部５０に向かう。巻き取り部５９は、ストランド１１を巻き取る巻き取りリール５１を有する。巻き取りリール５１は、ストランド１１の延在方向と直交する軸線を中心として回転される。これにより、巻き取りリール５１は、冷却槽４１から引き出されたストランド１１を連続して巻き取る。

撚り部２０の支軸２３ａ，２３ｂの少なくとも一方は、不図示の撚り駆動部に接続され、巻き取りリール５１の巻き取り軸５３は、不図示の巻き取り駆動部に接続され、それぞれが独立して回転駆動されるのが好ましい。撚り駆動部と巻き取り駆動部は、例えば周知のモータ駆動機構であってもよく、手動によるものであってもよい。撚り駆動部と巻き取り駆動部とは、繊維束の撚り数を、リール２１の回転速度と、巻き取りリール５１の回転速度とに応じて設定する撚り制御部として機能する。

撚り制御部は、具体例には、リール２１の支軸２３ａ，２３ｂ回りの回転を検出する回転検出部と、巻き取りリール５１に巻き取られるストランド１１の線速を検出する速度検出部と、前述した撚り駆動部及び巻き取り駆動部と、これら各部を制御するマイコン等の制御部とを備えた構成であればよい。回転検出部は、リール２１の支軸２３ａ，２３ｂ回りの回転による繊維束１５の回転速度（撚りの回転速度）Ｖａを検出する。また、速度検出部は、巻き取りリール５１の回転によるストランド１１の巻き取り速度（搬送方向の線速）Ｖｂを検出する。回転検出部と速度検出部は、エンコーダ等を用いた公知のセンサを利用できる。

回転速度Ｖａと巻き取り速度Ｖｂとの速度比をＲｖ（＝Ｖｂ／Ｖａ）とすると、速度比Ｒｖの調整によってストランド１１の撚り数を任意に設定できる。例えば、巻き取り速度Ｖｂを一定にした場合、回転速度Ｖａを大きくするほど、単位長さ当たりの撚り数が大きくなる。このように、撚り制御部によって簡単に撚り数が調整可能となる。

＜ストランドの製造手順とストランドの性状＞
上記構成のストランドの製造装置１００によるストランドの製造方法は、概略的に以下の工程を有する。
（１）繊維束１５をその繊維束１５の軸回りに回転させて繊維束１５に撚りを付与する工程。
（２）撚りを付与した後の繊維束１５に溶融樹脂を含浸させる工程。
（３）溶融樹脂が含浸された繊維強化樹脂ストランド１１を巻き取る工程。

具体的には、撚り部２０のリール２１に巻回された繊維束１５を、巻き取りリール５１の回転駆動によって引き出すとともに、リール２１を支軸２３ａ，２３ｂ回りに回転させる。これにより、引き出された繊維束１５に撚りが付与される。撚りを付与した繊維束１５を樹脂浴槽３１内で溶融状態の熱可塑性樹脂に漬けることで、繊維束１５に熱可塑性樹脂が含浸される。そして、熱可塑性樹脂が含浸された繊維束１５を樹脂浴槽３１から引き出した未硬化ストランド１１Ａを冷却槽４１内で冷却することで、熱可塑性樹脂が硬化し、撚りが付与された繊維束１５に熱可塑性樹脂が含浸され、熱可塑性樹脂で外周を覆われたストランド１１が得られる。

このストランド１１は、繊維束１５に撚りを付与した後に熱可塑性樹脂を含浸させてから、熱可塑性樹脂を硬化させるため、熱可塑性樹脂の硬化後によじれが生じにくい。つまり、繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させた後に撚りを付与する場合と比較して、ストランド１１内の残留応力が少なく、従って、曲がり癖の残存が抑制され、高い直線性を有した性状にできる。また、このストランド１１の基材１３の外表面は平滑であり、撚りによる撚り溝の形成も抑えられ、基材１３の外表面の真円度が向上している。

その結果、ストランド１１を巻き取りリール５１に巻き取る際、よじれによる破断を生じず、円滑な巻き取りが可能となる。また、ストランド１１を連続して生産する場合に、ストランド１１の搬送速度を容易に速めることが可能となり、生産性の向上に寄与できる。さらに、巻き取り部５０の機構が、単純な巻き取りリール５１を用いた構成で済み、煩雑化、大型化する必要もない。上記の効果は、ストランド１１の径によらずに享受できる。

そして、作製されたストランド１１は、例えば、３Ｄプリンタ等で造形材料として用いる場合に、３Ｄプリンタ内のストランド搬送路が小さな曲率半径で屈曲される部位があったとしても、ストランド１１の曲がり癖が少なく、且つストランド表面の真円度が高いため、円滑な送給が可能となり、高品質な造形物を安定して製造できる。

上記したストランド１１は、繊維束１５が１つである場合を例示しているが、繊維束１５の数はこれに限らない。
図７は、複数の繊維束を撚り合わせる撚り部２０Ａの構成を示す概略斜視図である。
この撚り部２０Ａでは、リール支持体２３の枠内に、繊維束１５が巻回された複数のリール２１Ａ，２１Ｂを回転自在に配置して、各リール２１Ａ，２１Ｂからそれぞれ個別に繊維束１５を引き出すことで、複数の繊維束１５を撚り合わせたストランドを製造できる。

撚り合わせる繊維束１５の数は、リール支持体２３の枠内に配置するリール数に応じて任意に設定できる。図７に示す場合には２本の繊維束１５が螺旋状に撚られるが、例えば３つのリールから３本の繊維束１５を撚り合わせることができる。

図８は、３本の繊維束１５が撚り合わされたストランド１２の模式的な斜視図である。
ストランド１２は、軸方向Ａｘに沿って螺旋状に撚り合わせた３本の繊維束１５を有する。ここで、図示はしないが、各繊維束１５の強化繊維１７それぞれも、軸方向Ａｘに沿った撚りが付与された状態となる。

（試験例１）
図２に示すストランドの製造装置１００を用い、熱可塑性樹脂として宇部興産（株）製ＵＢＥナイロン（登録商標）６「１０１０Ｘ１」を使用し、強化繊維としてパイロフィル（登録商標）ＴＲ３０Ｓ ３Ｌを使用して、繊維含有率が約６０質量％、断面径が０．５５ｍｍφの繊維強化樹脂ストランドを製造した。強化繊維への撚り回転は手動で付与し、ストップウォッチを用いて単位長さ当たりの撚り数がおよそ１００回／ｍ（基準設定値）となるように設定した。

撚りを付与した炭素繊維束を樹脂浴部と冷却部に通したストランドを、１ｍ／ｍｉｎの速度で回転するローラを通して巻き取りリールに巻取った。試験例１の手法により製造したストランドは、ストランドの進行方向を回転軸とした回転、及びこの回転に伴うよじれの発生はいずれも認められず、ストランドの進行方向を接線方向とする単純な回転で巻取りが可能であった。

作製したストランドを、埋め込み用の樹脂（エポキシ樹脂等）中に埋め込んだサンプルを作製し、そのサンプルの断面を研磨して炭素繊維束の断面観察を行った。サンプルの断面をレーザー顕微鏡で観察したところ、炭素繊維束への良好な樹脂含浸性が確認できた。また、熱可塑性樹脂が硬化した基材表面の真円度は０．９５７となり、高い真円度が得られたことを確認できた。そして、ストランド側面の顕微鏡観察から計算した単位長さ当たりの撚り数は、１１４回／ｍであり、基準設定値の１００回／ｍに概ね近いことが確認できた。

（試験例２）
図９に示すストランドの製造装置を用いて、回転軸が搬送方向から角度１０°で傾斜され、ストランドの搬送速度を１～５ｍ／ｍｉｎとする回転速度で回転する二対の撚りローラを用い、他は試験例１と同様の材料、繊維含有率、製造条件として炭素繊維強化樹脂ストランドを製造した。その結果、ストランドの搬送速度によらず、本手法により製造したストランドは、進行方向を回転軸とした回転、及びこの回転に伴うよじれを生じた。レーザー顕微鏡によるストランドの断面観察によれば、繊維束への樹脂含浸性は良好であったが、ストランド側面の顕微鏡観察から計算した単位長さ当たりの撚り数は１０１回／ｍとなった。また、熱可塑性樹脂が硬化した基材表面の真円度は０．８８７となった。このように、試験例２では、試験例１に比べて撚り数、真円度がいずれもやや低かった。

以上より、試験例１の撚り機構によれば、ストランドにねじれを生じさせず、且つ、ストランドの基材表面における真円度の向上に寄与することが確認できた。以上の試験例１，２において得られたストランドの評価結果を表１に纏めて示す。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 強化繊維を含み連続搬送される１本又は複数本の繊維束に、溶融樹脂を含浸させて繊維強化樹脂ストランドを製造するストランドの製造装置であって、
前記繊維束を該繊維束の軸回りに回転させて前記繊維束に撚りを付与する撚り部と、
前記繊維束に溶融樹脂を含浸させる樹脂浴部と、
前記溶融樹脂が含浸された前記繊維強化樹脂ストランドを巻き取る巻き取り部と、
を備え、
前記撚り部は、前記樹脂浴部よりも前記繊維束の搬送方向上流側に配置されている、
ストランドの製造装置。
このストランドの製造装置によれば、繊維束に撚りが付与されてから溶融樹脂を含浸させることで、ねじれの発生が抑制された繊維強化樹脂ストランドが得られる。ねじれの発生が抑制されるため、巻き取り部での巻き取りが容易となり、巻き取り機構の大型化、煩雑化を防止できる。これにより、生産性の向上に寄与できる。また、製造された繊維強化樹脂ストランドを３Ｄプリンタ等に用いた場合に、曲げ癖がないため、繊維強化樹脂ストランドの円滑な送給が可能となる。

（２） 前記撚り部は、
前記繊維束が巻き取られたリールと、
前記リールの回転軸を支持し、前記回転軸に交差する支軸を有するリール支持体と、
前記リール支持体の前記支軸を回転自在に支持する支軸支持体と、
を有し、
前記リール支持体を前記支軸回りに回転させながら前記リールから前記繊維束を前記樹脂浴部に向けて繰り出し、繰り出した前記繊維束に撚りを付与する、（１）に記載のストランドの製造装置。
このストランドの製造装置によれば、リール支持体を回転させる簡単な動作で、繊維束に撚りを付与できる。

（３） 前記繊維束の撚り数を、前記リールの前記支軸回りの回転速度と、前記巻き取り部による前記ストランドの巻き取り速度とに応じて設定する撚り制御部を備える、（２）に記載のストランドの製造装置。
このストランドの製造装置によれば、回転速度の調整により、簡単に繊維束の撚り数を調整でき、所望の撚り数のストランドを高い生産性で製造できる。

（４） 前記樹脂浴部から引き出された前記繊維強化樹脂ストランドを、引き出し方向に沿って直線状に保持したまま冷却する冷却部を備える、（１）～（３）のいずれか１つに記載のストランドの製造装置。
このストランドの製造装置によれば、溶融樹脂が含浸されて未硬化のままの繊維強化樹脂ストランドを直線状に保持したまま冷却されて、溶融樹脂が硬化する。これにより、出来上がった繊維強化樹脂ストランドを、曲がり癖の抑制された高い直線性を有する性状にできる。

（５） 強化繊維を含み連続搬送される１本又は複数本の繊維束に、溶融樹脂を含浸させて繊維強化樹脂ストランドを製造するストランドの製造方法であって、
前記繊維束を当該繊維束の軸回りに回転させて前記繊維束に撚りを付与する工程と、
撚りを付与した後の前記繊維束に溶融樹脂を含浸させる工程と、
前記溶融樹脂が含浸された前記繊維強化樹脂ストランドを巻き取る工程と、
を含む、
ストランドの製造方法。
このストランドの製造方法によれば、繊維束に撚りが付与されてから溶融樹脂を含浸させることで、ねじれの発生が抑制された繊維強化樹脂ストランドが得られる。ねじれの発生が抑制されるため、巻き取り部での巻き取りが容易となり、巻き取り機構の大型化、煩雑化を防止できる。これにより、生産性の向上に寄与できる。また、製造された繊維強化樹脂ストランドを３Ｄプリンタ等に用いた場合に、曲げ癖がないため、繊維強化樹脂ストランドの円滑な送給が可能となる。

（６） 前記撚りを付与する工程では、前記繊維束が巻き取られたリールの回転軸に交差する支軸を有するリール支持体を前記支軸回りに回転させながら、前記リールから前記繊維束を繰り出し、繰り出した前記繊維束に撚りを付与する、（５）に記載のストランドの製造方法。
このストランドの製造方法によれば、リール支持体を回転させる簡単な動作で、繊維束に撚りを付与できる。

（７） 前記繊維束の撚り数を、前記リールの回転速度と前記巻き取り部の回転速度とに応じて設定する、（６）に記載のストランドの製造方法。
このストランドの製造方法によれば、回転速度の調整により、簡単に繊維束の撚り数を調整でき、所望の撚り数のストランドを高い生産性で製造できる。

（８） 前記繊維束に前記溶融樹脂を含浸させた後、前記溶融樹脂が含浸された前記繊維強化樹脂ストランドを直線状に保持したまま冷却する、（５）～（７）のいずれか１つに記載のストランドの製造方法。
このストランドの製造方法によれば、溶融樹脂が含浸されて未硬化のままの繊維強化樹脂ストランドを直線状に保持したまま冷却されて、溶融樹脂が硬化する。これにより、出来上がった繊維強化樹脂ストランドを、曲がり癖の抑制された高い直線性を有する性状にできる。

（９） 強化繊維を含む１本又は複数本の繊維束に溶融樹脂が含浸された繊維強化樹脂ストランドであって、
前記繊維束は、該繊維束の径方向外側よりも径方向内側に、より多くの撚られた強化繊維を有する繊維強化樹脂ストランド。
この繊維強化樹脂ストランドによれば、繊維束の径方向外側よりも径方向内側で、より多くの撚られた強化繊維が配置される。これにより、強化繊維に溶融樹脂が効果的に含浸されて、ストランド表面の真円度が高くなる。その結果、繊維強化樹脂ストランドの円滑な送給が可能となり、高品質な造形物を安定して製造できる。

１１ ストランド
１３ 基材
１５ 繊維束
１７ 強化繊維
２０ 撚り部
２１ リール
２１ａ リール回転軸
２３ リール支持体
２３ａ，２３ｂ 支軸
２５Ａ，２５Ｂ 支軸支持体
３０ 樹脂浴部
３１樹脂浴槽
３１ａ 樹脂供給口
３１ｂ 繊維束入口
３１ｃ 繊維束出口
４０ 冷却部
４１ 冷却槽
５０ 巻き取り部
５１ 巻き取りリール
５３ 巻き取り軸
１００ ストランドの製造装置

Claims (9)

1. 強化繊維を含み連続搬送される１本又は複数本の繊維束に、溶融樹脂を含浸させて繊維強化樹脂ストランドを製造するストランドの製造装置であって、
   前記繊維束を該繊維束の軸回りに回転させて前記繊維束に撚りを付与する撚り部と、
   前記繊維束に溶融樹脂を含浸させる樹脂浴部と、
   前記溶融樹脂が含浸された前記繊維強化樹脂ストランドを巻き取る巻き取り部と、
   を備え、
   前記撚り部は、前記樹脂浴部よりも前記繊維束の搬送方向上流側に配置されている、
   ストランドの製造装置。
2. 前記撚り部は、
   前記繊維束が巻き取られたリールと、
   前記リールの回転軸を支持し、前記回転軸に交差する支軸を有するリール支持体と、
   前記リール支持体の前記支軸を回転自在に支持する支軸支持体と、
   を有し、
   前記リール支持体を前記支軸回りに回転させながら前記リールから前記繊維束を前記樹脂浴部に向けて繰り出し、繰り出した前記繊維束に撚りを付与する、
   請求項１に記載のストランドの製造装置。
3. 前記繊維束の撚り数を、前記リールの前記支軸回りの回転速度と、前記巻き取り部による前記ストランドの巻き取り速度とに応じて設定する撚り制御部を備える、
   請求項２に記載のストランドの製造装置。
4. 前記樹脂浴部から引き出された前記繊維強化樹脂ストランドを、引き出し方向に沿って直線状に保持したまま冷却する冷却部を備える、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のストランドの製造装置。
5. 強化繊維を含み連続搬送される１本又は複数本の繊維束に、溶融樹脂を含浸させて繊維強化樹脂ストランドを製造するストランドの製造方法であって、
   前記繊維束を当該繊維束の軸回りに回転させて前記繊維束に撚りを付与する工程と、
   撚りを付与した後の前記繊維束に溶融樹脂を含浸させる工程と、
   前記溶融樹脂が含浸された前記繊維強化樹脂ストランドを巻き取る工程と、
   を含む、
   ストランドの製造方法。
6. 前記撚りを付与する工程では、前記繊維束が巻き取られたリールの回転軸に交差する支軸を有するリール支持体を前記支軸回りに回転させながら、前記リールから前記繊維束を繰り出し、繰り出した前記繊維束に撚りを付与する、
   請求項５に記載のストランドの製造方法。
7. 前記繊維束の撚り数を、前記リールの回転速度と前記巻き取り部の回転速度とに応じて設定する、
   請求項６に記載のストランドの製造方法。
8. 前記繊維束に前記溶融樹脂を含浸させた後、前記溶融樹脂が含浸された前記繊維強化樹脂ストランドを直線状に保持したまま冷却する、
   請求項５～７のいずれか１項に記載のストランドの製造方法。
9. 強化繊維を含む１本又は複数本の繊維束に溶融樹脂が含浸された繊維強化樹脂ストランドであって、
   前記繊維束は、該繊維束の径方向外側よりも径方向内側に、より多くの撚られた強化繊維を有する繊維強化樹脂ストランド。

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