JP5597152B2 - 長繊維強化樹脂ストランドの製造方法及び製造装置 - Google Patents

長繊維強化樹脂ストランドの製造方法及び製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、撚りが付与されてなる長繊維強化樹脂ストランドを形成し、これを巻取ボビンに巻き取ってボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドを製造するようにした、長繊維強化樹脂ストランドの製造方法及び製造装置に関するものである。
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、耐衝撃性や剛性の面で特に優れており、例えばテニスラケットのガットなど、紐状の形態で用いられることもある。
長繊維強化樹脂ストランド（長繊維強化熱可塑性樹脂の紐状成形品）を巻取ボビンに巻き取ってボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置として、特許文献１に開示されている製造装置が知られている。これを図３（特許文献１における図２）を用いて説明する。図３は従来の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の要部の構成を示す図である。
図３において、１０５は、複数の繊維供給部（送り出しボビン）から連続的に導入される複数の強化用繊維束に一括して溶融熱可塑性樹脂を含浸させる含浸ヘッド（クロスヘッド）である。含浸ヘッド１０５の出側端には賦形ダイ１０９が装着されており、この含浸ヘッド１０５の下流側に冷却器（冷却水槽）１１０が設置されている。さらに、この冷却器１１０の下流側に、アーム部１１４、回転軸１１５及び巻取リール１１７などからなる巻取機１１８が設置されている。この巻取機１１８では、自転する巻取リール１１７がアーム部１１４を介して、パスラインの延長線上に位置する回転軸１１５に接続されている。１１６ａ，１１６ｂは、長繊維強化樹脂ストランド１１３における長手方向の移動を補助するガイドロールである。
このように構成された巻取機１１８を備え、これにより、含浸ヘッド１０５から樹脂含浸後の強化用繊維束を引き出しながらその軸線まわり（長軸まわり）に回転させて該樹脂含浸後の強化用繊維束に撚りを付与して長繊維強化樹脂ストランド１１３を形成し、冷却器１１０によって冷却固化された長繊維強化樹脂ストランド１１３を巻取リール１１７に巻き取るようにしている。
特開平５−１６９４４５号公報
しかし前述した従来の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、巻取機１１８が樹脂含浸後の強化用繊維束に撚りを付与する機能と、撚りが付与されてなる長繊維強化樹脂ストランドを引き取ってそのまま巻取りを行なう機能とを兼ね備えたものである。このため、撚りが付与されることでねじりの弾性変形が生じている長繊維強化樹脂ストランドをそのまま巻取リール１１７に巻き取るため、得られたボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドから長繊維強化樹脂ストランドを引き出す場合に、引き出された長繊維強化樹脂ストランドによじれが生じ、下工程での取り扱いに支障をきたすという問題があった。
そこで、本願発明の課題は、撚りが付与されてなる長繊維強化樹脂ストランドを形成し、これを巻取ボビンに巻き取ってボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドを製造するにあたり、得られたボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドから引き出された長繊維強化樹脂ストランドによじれが生じないようにした、長繊維強化樹脂ストランドの製造方法及び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、含浸ヘッドに連続的に導入される強化用繊維束に溶融熱可塑性樹脂を含浸させる含浸工程と、前記含浸ヘッドから樹脂含浸後の強化用繊維束を引き出しながらその軸線まわりに所望回転数で回転させて該樹脂含浸後の強化用繊維束に撚りを付与して長繊維強化樹脂ストランドとして引き取る引取工程と、前記引取工程を経てすぐの長繊維強化樹脂ストランドのパスラインと同軸線まわりに前記引取工程における回転と同方向の所望回転数で回転させながら巻取ボビンに導き、該回転が施された長繊維強化樹脂ストランドを巻取ボビンに巻き取る巻取工程と、を備えたことを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造方法である。
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方法において、前記巻取工程において前記引取工程を経てすぐの長繊維強化樹脂ストランドのパスラインと同軸線まわりに回転させる際の回転数を、前記引取工程において長繊維強化樹脂ストランドをその軸線まわりに回転させる際の回転数よりも少なく設定し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方法において、前記巻取工程において長繊維強化樹脂ストランドを前記巻取ボビンに巻き取る際の巻取張力を常に予め設定した一定値以上とならないように調整することを特徴とするものである。
請求項４の発明は、強化用繊維束を送り出す複数の繊維供給部と、前記複数の繊維供給部から連続的に導かれる強化用繊維束に一括して溶融熱可塑性樹脂を含浸させる含浸ヘッドと、前記含浸ヘッドから樹脂含浸後の強化用繊維束を引き出しながらその軸線まわりに回転させて該樹脂含浸後の強化用繊維束に撚りを付与して長繊維強化樹脂ストランドを形成し、冷却された長繊維強化樹脂ストランドを引き取る回転型引取機と、前記回転型引取機からの長繊維強化樹脂ストランドをその軸線まわりに前記回転型引取り機と同方向に回転させながら巻取ボビンに導き、該回転が施された長繊維強化樹脂ストランドを巻取ボビンに巻き取る回転型巻取機と、を備えた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、導入される強化用繊維束に溶融熱可塑性樹脂を含浸させる含浸ヘッドと、前記含浸ヘッドの下流側に設けられ、前記含浸ヘッドから樹脂含浸後の強化用繊維束を連続的に引き出しながらその軸線まわりに回転させて、該樹脂含浸後の強化用繊維束に撚りが付与された長繊維強化樹脂ストランドを引き取る回転型引取機と、前記回転型引取機の下流側に設けられ、前記回転型引取機からの長繊維強化樹脂ストランドをその軸線まわりに前記回転型引取り機と同方向に回転させながら巻取ボビンに導き、該回転が施された長繊維強化樹脂ストランドを該回転の回転軸線と同軸線まわりに回転する巻取ボビンに巻き取る回転型巻取機と、を備えた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６の発明は、請求項４又は５記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、前記回転型巻取機による長繊維強化樹脂ストランドの軸線まわりの回転数は、当該長繊維強化樹脂ストランドを形成する際の前記回転型引取機による撚り回転数よりも少なく設定していることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項４〜６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、前記回転型巻取機は、前記巻取ボビンに巻き取る長繊維強化樹脂ストランドの巻取張力を調整する巻取張力調整手段を備えていることを特徴とするものである。
本発明による長繊維強化樹脂ストランドの製造方法又は製造装置は、撚りを付与してなる長繊維強化樹脂ストランドを形成する際の撚り回転数と、この形成された長繊維強化樹脂ストランドを巻取ボビンに導く際の当該長繊維強化樹脂ストランドの軸線まわりの回転数とを個別に調整することができる。
これにより、本発明の方法又は装置によれば、長繊維強化樹脂ストランドを巻取ボビンに導く際の該長繊維強化樹脂ストランドの軸線まわりの回転数を、長繊維強化樹脂ストランドを形成して引き取る際の撚り回転数と同じでなくそれよりも少なく設定することにより、ねじりの弾性変形が生じた状態で引き取られた長繊維強化樹脂ストランドを、当該ねじり弾性変形が残らないように当該ねじり弾性変形が解消された状態で巻取ボビンに巻き取ることができる。よって、ボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドを製造するに際し、引き出された長繊維強化樹脂ストランドによじれが生じることのないボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドを製造することができる。
本発明方法を実施する長繊維強化樹脂ストランドの製造装置例の要部の構成を示す図である。 図１の製造装置の回転型引取機と回転型巻取機との構成を示す図である。 従来の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の要部の構成を示す図である。
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、本発明方法を実施する長繊維強化樹脂ストランドの製造装置例の要部の構成を示す図である。
図１において、１は、強化用繊維束（ロービング）を巻き取ってなる繊維供給部としての回巻体（ロービングパッケージ）である。この回巻体１から引き出された強化用繊維束２は、複数本（図１の例では３本）が引き揃えられて、一対の加熱用ローラ６Ａ，６Ｂを備えた予熱用加熱装置５に導かれる。強化用繊維束２は、この予熱用加熱装置５によって昇温された状態で、含浸ヘッド７内に導かれる。
含浸ヘッド７は、前記複数の回巻体１から連続的に導かれるこれらの強化用繊維束２に一括して溶融熱可塑性樹脂を含浸させるものである。この含浸ヘッド７には、スクリュー１１を内蔵する押出機１０から溶融熱可塑性樹脂３が連続供給される。含浸ヘッド７内には、強化用繊維束２に溶融熱可塑性樹脂３を含浸させるための複数個の含浸ローラ９が配設されている。また、含浸ヘッド７の出口端には、樹脂含浸後の強化用繊維束２の断面形状（円形断面）を定めるダイノズル８が取り付けられている。
強化用繊維束２は、含浸ヘッド７を通過しながら溶融熱可塑性樹脂３が含浸される。この樹脂含浸後の強化用繊維束２は、含浸ヘッド７の下流側に設置された後述する回転型引取機２０により、含浸ヘッド７から引き出されながらその軸線まわりに回転されて撚りが付与され、長繊維強化樹脂ストランド４に形成される。そして、この長繊維強化樹脂ストランド４は、冷却水槽１２によって冷却固化され、回転型引取機２０へと引き取られる。
図２は、図１の製造装置の回転型引取機と回転型巻取機との構成を示す図である。
図２に示すように、前記冷却水槽１２（図１）の下流側に、回転型引取機２０と回転型巻取機３０とがこの順で設置されている。
まず、回転型引取機２０について説明する。回転型引取機２０は、前記含浸ヘッド７の下流側に設けられており、前記含浸ヘッド７から樹脂含浸後の強化用繊維束２を引き出しながらその繊維束軸線まわりに回転させて該樹脂含浸後の強化用繊維束２に撚りを付与して長繊維強化樹脂ストランド４を形成し、前記冷却水槽１２にて冷却固化された長繊維強化樹脂ストランド４を引き取るものである。
この実施形態では、回転型引取機２０は、前記冷却水槽１２からの長繊維強化樹脂ストランド４を引き取るダブルキャプスタン２３、及び、ダブルキャプスタン２３からの長繊維強化樹脂ストランド４を下流側へ案内する複数のガイドローラ２４が回転体２２に回転可能に取り付けられるとともに、回転体２２の上流端側に前記冷却水槽１２からの長繊維強化樹脂ストランド４がパスラインに沿って内部を通過する従動軸２６が固着され、回転体２２の下流端側にガイドローラ２４からの長繊維強化樹脂ストランド４がパスラインに沿って内部を通過する駆動軸２５が固着されてなる引取機本体回転体２１と、この引取機本体回転体２１の前記駆動軸２５に固着されたプーリ２７Ａとモータ側のプーリ２７Ｂとの間に架設されたベルト２８を介して前記引取機本体回転体２１を回転駆動する引取機回転用モータ２９と、を備えている。なお、前記ダブルキャプスタン２３の駆動側キャプスタン２３ａを回転駆動するモータ等の駆動機構（図示せず）は、この実施形態では、引取機本体回転体２１の前記回転体２２に装着されている。また、前記従動軸２６は、軸受にて回転自在に支持されている。
次に、回転型巻取機３０について説明する。回転型巻取機３０は、回転型引取機２０の下流側に設けられており、回転型引取機２０からの長繊維強化樹脂ストランド４をそのストランド軸線まわりに回転型引取り機２０と同方向に回転させながら巻取ボビン４２に導き、当該回転が施された長繊維強化樹脂ストランド４を巻取ボビン４２に巻き取るものである。また、この実施形態では、巻取ボビン４２が、回転型巻取機３０で回転が施された長繊維強化樹脂ストランドを当該回転の回転軸線と同軸線まわりに回転しながら巻き取るように構成されている。
この実施形態では、回転型巻取機３０は、前記回転型引取機２０からの長繊維強化樹脂ストランド４が回転型引取機２０を経てすぐのパスラインに沿って内部を通過する駆動軸３２の下流側端に、この長繊維強化樹脂ストランド４をその軸線まわりに回転させるように導く複数のガイドローラ３４が取り付けられた回転体３３を固着してなる巻取機回転体３１と、この巻取機回転体３１の前記駆動軸３２に固着されたプーリ３５Ａとモータ側のプーリ３５Ｂとの間に架設されたベルト３６を介して前記巻取機回転体３１を前記引取機本体回転体２１と同方向に回転駆動する巻取機回転用モータ３７と、を備えている。
さらに、この回転型巻取機３０は、入力軸３８ａと出力軸３８ｂ間の電磁結合力を調整可能なパウダークラッチ（すべりクラッチ）３８と、このパウダークラッチ３８の入力軸３８ａに固着されたプーリ３９Ａとモータ側のプーリ３９Ｂとの間に架設されたベルト４０を介して前記入力軸３８ａに回転駆動力を付与する巻取用モータ４１と、パウダークラッチ３８の出力軸３８ｂに装着され、前記巻取機回転体３１からの長繊維強化樹脂ストランド４を巻き取る巻取ボビン４２と、この巻取ボビン４２に長繊維強化樹脂ストランド４を整列巻きするための図示しないトラバース機構と、を備えている。このトラバース機構としては、巻取ボビン４２と巻取機回転体３１とをそれらの回転軸線に沿って相対移動するものとすればよい。なお、前記巻取機回転体３１の前記駆動軸３２の回転軸線の延長線上に、前記巻取ボビン４２が装着されるパウダークラッチ３８の前記出力軸３８ｂの回転軸線が位置するように、前記駆動軸３２と前記前記出力軸３８ｂとが設けられている。
前記パウダークラッチ３８は、その入力軸３８ａと出力軸３８ｂ間の電磁結合力（入力軸３８ａから出力軸３８ｂへのトルク伝達力）を調整するためのトルク調整部（図示せず）を備えており、このパウダークラッチ３８により、巻取ボビン４２に巻き取られる長繊維強化樹脂ストランド４の張力が、巻取ボビン４２での長繊維強化樹脂ストランド４の巻取半径が徐々に大きくなっても常に予め設定した一定の値以上にならないようになされる。このように、パウダークラッチ３８は、巻取ボビン４２に巻き取る長繊維強化樹脂ストランド４の巻取張力を調整する巻取張力調整手段を構成している。なお、パウダークラッチ３８に代わる巻取張力調整手段として、巻取ボビン４２が装着される軸のトルク（巻取ボビン４２に巻き取る長繊維強化樹脂ストランド４の巻取張力）を巻取り用のモータで制御するようにしてもよい。
以上説明した長繊維強化樹脂ストランドの製造装置を用いる本発明方法の実施について説明する。
本実施形態の製造方法では、ボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドを製造するにあたり、従来とは違って、前記回転型引取機２０による引取工程と前記回転型巻取機３０による巻取工程とを備えているので、引取工程において撚りが付与されてなる長繊維強化樹脂ストランド４を形成する際の回転型引取機２０による撚り回転数（引取機本体回転体２１の回転数）と、巻取工程において回転型引取機２０からの長繊維強化樹脂ストランド４を巻取ボビン４２に導く際の回転型巻取機３０による当該長繊維強化樹脂ストランド４の軸線まわりの回転数（巻取機回転体３１の回転数）とを個別に調整することができる。
これにより、回転型巻取機３０による長繊維強化樹脂ストランド４の軸線まわりの回転数を、回転型引取機２０による撚り回転数と同じでなくそれよりも少なく設定することにより、換言すれば、回転型巻取機３０による巻取工程において、回転型引取機２０を経てすぐの長繊維強化樹脂ストランド４のパスラインと同軸線まわりに、長繊維強化樹脂ストランド４をその軸線まわりに回転させる際の回転数を、回転型引取機２０による引取工程において長繊維強化樹脂ストランド４をその軸線まわりに回転させる際の回転数よりも少なく設定していることにより、ねじりの弾性変形が生じた状態で回転型引取機２０へ引き取られた長繊維強化樹脂ストランド４を、当該ねじり弾性変形が残らないように当該ねじり弾性変形が解消された状態で巻取ボビン４２に巻き取ることができる。
よって、本実施形態の製造方法又は製造装置によると、ボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドを製造するに際し、引き出された長繊維強化樹脂ストランドによじれが生じることのないボビン巻き長繊維強化樹脂ストランドを製造することができ、従来とは違って、引き出された長繊維強化樹脂ストランドによじれが生じて下工程での取り扱いに支障をきたすという不具合を回避することができる。なお、回転型巻取機３０による長繊維強化樹脂ストランド４の軸線まわりの回転数を、回転型引取機２０による撚り回転数よりも少なくする数値的値については、実運転にてその適正値を把握することができる。
また、本実施形態では、回転型巻取機３０は、巻取ボビン４２に巻き取る長繊維強化樹脂ストランド４の巻取張力を調整する巻取張力調整手段としてパウダークラッチ３８を備えているので、過度な巻取張力による長繊維強化樹脂ストランド４の破損（のび、破断など）を引き起こすことなく、適正な巻取張力にて長繊維強化樹脂ストランド４の巻取りを行なうことができる。
１…回巻体 ２…強化用繊維束
３…溶融熱可塑性樹脂 ４…長繊維強化樹脂ストランド
５…予熱用加熱装置
７…含浸ヘッド ８…ダイノズル ９…含浸ローラ １０…押出機
１２…冷却水槽
２０…回転型引取機
２１…引取機本体回転体 ２２…回転体
２３…ダブルキャプスタン ２３ａ…駆動側キャプスタン
２４…ガイドローラ ２５…駆動軸 ２６…従動軸
２８…ベルト ２９…引取機回転用モータ
３０…回転型巻取機
３１…巻取機回転体 ３２…駆動軸 ３３…回転体 ３４…ガイドローラ
３６…ベルト ３７…巻取機回転用モータ
３８…パウダークラッチ ３８ａ…入力軸 ３８ｂ…出力軸
４０…ベルト ４１…巻取用モータ ４２…巻取ボビン

Claims (7)

  1. 含浸ヘッドに連続的に導入される強化用繊維束に溶融熱可塑性樹脂を含浸させる含浸工程と、前記含浸ヘッドから樹脂含浸後の強化用繊維束を引き出しながらその軸線まわりに所望回転数で回転させて該樹脂含浸後の強化用繊維束に撚りを付与して長繊維強化樹脂ストランドとして引き取る引取工程と、前記引取工程を経てすぐの長繊維強化樹脂ストランドのパスラインと同軸線まわりに前記引取工程における回転と同方向の所望回転数で回転させながら巻取ボビンに導き、該回転が施された長繊維強化樹脂ストランドを巻取ボビンに巻き取る巻取工程と、を備えたことを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造方法。
  2. 前記巻取工程において前記引取工程を経てすぐの長繊維強化樹脂ストランドのパスラインと同軸線まわりに回転させる際の回転数を、前記引取工程において長繊維強化樹脂ストランドをその軸線まわりに回転させる際の回転数よりも少なく設定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方法。
  3. 前記巻取工程において長繊維強化樹脂ストランドを前記巻取ボビンに巻き取る際の巻取張力を常に予め設定した一定値以上とならないように調整す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方法。
  4. 強化用繊維束を送り出す複数の繊維供給部と、前記複数の繊維供給部から連続的に導かれる強化用繊維束に一括して溶融熱可塑性樹脂を含浸させる含浸ヘッドと、前記含浸ヘッドから樹脂含浸後の強化用繊維束を引き出しながらその軸線まわりに回転させて該樹脂含浸後の強化用繊維束に撚りを付与して長繊維強化樹脂ストランドを形成し、冷却された長繊維強化樹脂ストランドを引き取る回転型引取機と、前記回転型引取機からの長繊維強化樹脂ストランドをその軸線まわりに前記回転型引取り機と同方向に回転させながら巻取ボビンに導き、該回転が施された長繊維強化樹脂ストランドを巻取ボビンに巻き取る回転型巻取機と、を備えた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. 導入される強化用繊維束に溶融熱可塑性樹脂を含浸させる含浸ヘッドと、前記含浸ヘッドの下流側に設けられ、前記含浸ヘッドから樹脂含浸後の強化用繊維束を連続的に引き出しながらその軸線まわりに回転させて、該樹脂含浸後の強化用繊維束に撚りが付与された長繊維強化樹脂ストランドを引き取る回転型引取機と、前記回転型引取機の下流側に設けられ、前記回転型引取機からの長繊維強化樹脂ストランドをその軸線まわりに前記回転型引取り機と同方向に回転させながら巻取ボビンに導き、該回転が施された長繊維強化樹脂ストランドを該回転の回転軸線と同軸線まわりに回転する巻取ボビンに巻き取る回転型巻取機と、を備えた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。
  6. 前記回転型巻取機による長繊維強化樹脂ストランドの軸線まわりの回転数は、当該長繊維強化樹脂ストランドを形成する際の前記回転型引取機による撚り回転数よりも少なく設定していることを特徴とする請求項４又は５記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置。
  7. 前記回転型巻取機は、前記巻取ボビンに巻き取る長繊維強化樹脂ストランドの巻取張力を調整する巻取張力調整手段を備えていることを特徴とする請求項４〜６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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