JP6650228B2 - 繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、連続した繊維に熱可塑性樹指を含浸してなる繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置及び製造方法に関する。
特許文献１には、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ及びその製造方法が開示されている。この製造方法では、溶融樹脂が含浸された炭素繊維を引き抜く下流側スリットノズルの下流にテープ冷却手段を設けて、スリットノズルから引き出された直後のテープを、所定降温速度以上で急冷している。
ここで、特許文献１においては、テープの変形を防止するために、冷却ローラーを下流側スリットノズルからできるだけ近い位置に取り付けることが望ましいとされている。特許文献１の実施例では、下流側スリットノズルの下流において、ノズルローラーと冷却ローラーとの軸心距離が２００ｍｍの箇所に冷却ローラーを設置している。
しかしながら、本発明者らが試験を行ったところ、ノズルの先端と冷却ローラの軸との距離が２００ｍｍ程度では、製造した繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅方向に繊維の疎密が生じ、極端な場合、繊維が全くなく熱可塑性樹脂のみの部分や、繊維も熱可塑性樹脂もない欠損部分が生じることが判明した。
そこで、これら欠陥部分の発生を低減させるために、冷却ローラをノズルにより近づけることが考えられる。しかし、冷却ローラをノズルに近づけると、ノズルを装置から取り外してメンテナンスするのに、冷却ローラが邪魔になり、ノズルのメンテナンス作業に支障が生じる。また、溶融樹脂を含浸させる前の炭素繊維の繊維束を装置に架け渡すのに、冷却ローラが邪魔になり、製造開始前の準備作業に支障が生じる。
本発明の目的は、ノズルのメンテナンス作業および製造開始前の準備作業を好適に行うことが可能な繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置及び製造方法を提供することである。
本発明における繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置は、溶融した熱可塑性樹脂を繊維束に含浸させる樹脂含浸装置と、前記樹脂含浸装置の容器の出口部に設けられ、熱可塑性樹脂を含浸した前記繊維束をテープ形状で通過させるノズルと、前記ノズルの下流側の冷却位置に配置された際に、前記ノズルを通過した前記繊維束を下流側に送りながら冷却する冷却ローラと、前記冷却位置に配置された前記冷却ローラを、前記繊維束の幅方向と前記冷却ローラの回転軸とを平行状態に維持しながら、前記冷却ローラの軸方向に直交し且つ前記繊維束の搬送方向に対して斜めの方向であって、前記ノズルから離隔する方向である退避方向に移動させることが可能な移動装置と、を有することを特徴とする。
また、本発明における繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法は、溶融した熱可塑性樹脂を繊維束に含浸させる樹脂含浸工程と、開口が長方形のスリットであるノズルに、前記樹脂含浸工程を経た前記繊維束を通過させるノズル通過工程と、前記ノズルの下流側の冷却位置に配置された冷却ローラにて、前記ノズル通過工程を経た前記繊維束を下流側に送りながら冷却する冷却工程と、を備えた繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法であって、製造停止時に、前記冷却位置に配置された前記冷却ローラを、前記繊維束の幅方向と前記冷却ローラの回転軸とを平行状態に維持しながら、前記冷却ローラの軸方向に直交し且つ前記繊維束の搬送方向に対して斜めの方向であって、前記ノズルから離隔する方向である退避方向に移動させる移動工程を有することを特徴とする。
本発明によると、ノズルを通過した繊維束を冷却する冷却位置に配置された冷却ローラを、ノズルから離隔する方向に移動させることが可能である。よって、冷却ローラをノズルから遠ざけることで、ノズルを装置から取り外したり取り付けたりするための作業空間を確保することができるので、ノズルを好適にメンテナンスすることができる。また、冷却ローラをノズルから遠ざけることで、繊維束をノズルから引き出すための作業空間を確保することができるので、溶融樹脂を含浸させる前の繊維束を装置に架け渡す作業を好適に行うことができる。よって、ノズルのメンテナンス作業および製造開始前の準備作業を好適に行うことができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
（繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の構成）
本発明の実施形態による繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置１００は、模式図である図１に示すように、繊維束８の搬送方向の上流から下流にかけて、繰出機１、繊維予熱機２、樹脂含浸装置３、冷却ローラ部４、冷却部５、引取機６、および、巻取機７を備えている。
本発明の実施形態による繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置１００は、模式図である図１に示すように、繊維束８の搬送方向の上流から下流にかけて、繰出機１、繊維予熱機２、樹脂含浸装置３、冷却ローラ部４、冷却部５、引取機６、および、巻取機７を備えている。
（繰出機）
繰出機１は、繊維ボビン１１、ガイドバー１２、ダンサーローラ１３、および、ガイドローラ１４を備えている。繊維ボビン１１には、複数の繊維を例えば１２０００本程度束ねた繊維束８が巻き取られている。本実施形態において、繊維は炭素繊維であるが、これに限定されず、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミックス繊維、金属繊維、ポリベンゾチアゾールやポリベンゾオキサゾールなどから成る複素環含有ポリマーから得られる繊維等の連続繊維を使用することができる。また、非連続の繊維を紡績して糸にした天然植物繊維も使用することができる。また、炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系などの炭素繊維を使用することができる。
繰出機１は、繊維ボビン１１、ガイドバー１２、ダンサーローラ１３、および、ガイドローラ１４を備えている。繊維ボビン１１には、複数の繊維を例えば１２０００本程度束ねた繊維束８が巻き取られている。本実施形態において、繊維は炭素繊維であるが、これに限定されず、ガラス繊維、アラミド繊維、セラミックス繊維、金属繊維、ポリベンゾチアゾールやポリベンゾオキサゾールなどから成る複素環含有ポリマーから得られる繊維等の連続繊維を使用することができる。また、非連続の繊維を紡績して糸にした天然植物繊維も使用することができる。また、炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系などの炭素繊維を使用することができる。
ガイドバー１２は、断面円形であって、その軸を中心に回転しないものである。一方、ダンサーローラ１３およびガイドローラ１４は、断面円形であって、その軸を中心に回転するものである。ダンサーローラ１３は、図中上下方向に可動である。ガイドバー１２に替えて、その軸を中心に回転するものを採用するか否か、また、ダンサーローラ１３に替えて、その軸を中心に回転しないものを採用するか否かは、繊維束８の走行速度などの条件に応じて、適宜選択すればよい。
繊維束８は、繊維ボビン１１から繰り出され、ガイドバー１２、ダンサーローラ１３、ガイドローラ１４にそれぞれ接触しながら搬送される。このとき、繊維束８には一定の張力が付加される。張力の調整は、主にダンサーローラ１３で行われる。
繰出機１の拡大図である図２に示すように、繰出機１には、繊維束８に作用する張力を一定に保持する張力調整機構３１が設けられている。張力調整機構３１は、ダンサーローラ１３の軸に接続された棒部材３２と、棒部材３２に設けられたテンション付加おもり３３と、棒部材３２に接続された角度検出器３４と、を有している。
ダンサーローラ１３には、テンション付加おもり３３により図中下方に一定の大きさの力が加えられている。角度検出器３４は、図中上下方向に可動なダンサーローラ１３の軸に接続された棒部材３２の角度を検出する。
繊維ボビン１１を回転させるモータ３５、および、角度検出器３４は、コントローラ３６に電気的に接続されている。コントローラ３６は、角度検出器３４が検出した角度に応じてモータ３５の回転速度を調節する。これにより、繊維ボビン１１から繰り出される繊維束８の張力が一定にされる。その結果、後述する樹脂含浸装置３において、繊維束８が安定して開繊する。本実施形態において、繊維束８の張力は例えば３００ｇである。また、繊維束８の走行速度は、例えば３ｍ／分である。
なお、繊維ボビン１１から繰り出される繊維束８の張力を一定にする方法は、上記の張力調整機構３１のような構成に限定されない。例えば、繊維束８の走行速度と、繊維ボビン１１の回転数とを用いて、繊維ボビン１１に巻き取られている繊維束８の径を算出し、パウダークラッチ等により繊維ボビン１１のブレーキトルクを調整することによっても、繊維束８の張力を一定にすることができる。また、幅広のテープを製造するときには、複数の繊維ボビン１１から繊維を繰り出すように構成することが好ましい。この場合、繰出機１と同等の構成のものを複数、繰出機１と並列に設けるのが好ましい。
（繊維予熱機）
図１に戻って、再び、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置１００の全体の構成を説明する。繰出機１から繰り出された繊維束８は、繊維予熱機２に送られる。繊維予熱機２は、繊維束８を約１００℃に加熱する。これにより、繊維束８に付着している収束剤が軟化するので、次工程での繊維束８の開繊、および、繊維束８への熱可塑性樹脂の含浸がしやすくなる。繊維予熱機２には、例えば、繊維束８が通過するパイプを設け、そのパイプに電熱線ヒータを巻きつけたものなどを使用することができる。なお、収束剤は複数の繊維を収束させて扱いやすくするものである。
図１に戻って、再び、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置１００の全体の構成を説明する。繰出機１から繰り出された繊維束８は、繊維予熱機２に送られる。繊維予熱機２は、繊維束８を約１００℃に加熱する。これにより、繊維束８に付着している収束剤が軟化するので、次工程での繊維束８の開繊、および、繊維束８への熱可塑性樹脂の含浸がしやすくなる。繊維予熱機２には、例えば、繊維束８が通過するパイプを設け、そのパイプに電熱線ヒータを巻きつけたものなどを使用することができる。なお、収束剤は複数の繊維を収束させて扱いやすくするものである。
（樹脂含浸装置）
繊維予熱機２から搬出された繊維束８は、ガイドローラ１５を経て樹脂含浸装置３に送られる。なお、ガイドローラ１５の代わりにガイドバーを用いてもよい。ガイドローラ１５は、断面円形であって、その軸を中心に回転するものであるが、ガイドバーは、断面円形であって、その軸を中心に回転しないものである。ガイドローラ１５に替えてガイドバーを採用するか否かは、繊維束８の走行速度などの条件に応じて、適宜選択すればよい。
繊維予熱機２から搬出された繊維束８は、ガイドローラ１５を経て樹脂含浸装置３に送られる。なお、ガイドローラ１５の代わりにガイドバーを用いてもよい。ガイドローラ１５は、断面円形であって、その軸を中心に回転するものであるが、ガイドバーは、断面円形であって、その軸を中心に回転しないものである。ガイドローラ１５に替えてガイドバーを採用するか否かは、繊維束８の走行速度などの条件に応じて、適宜選択すればよい。
樹脂含浸装置３は、繊維束８を開繊するとともに、溶融した熱可塑性樹脂を繊維束８に含浸させるものである。樹脂含浸装置３は、繊維束８の搬送方向に長い筒状をした容器３ａを有している。この容器３ａ内には、溶融した熱可塑性樹脂が貯留されている。容器３ａ内の溶融した熱可塑性樹脂の温度は、例えば２３０℃である。
また、樹脂含浸装置３は、容器３ａに接続された押出機１７を有している。押出機１７は、容器３ａ内に溶融した熱可塑性樹脂を供給する。本実施形態において、熱可塑性樹脂における、合成樹脂の流動性の指数であるＭＦＲ（メルトフローレート（Melt Flow Rate））は、３０〜１１５［ｇ／１０分］の範囲内の任意の値である。なお、上記の範囲以外のＭＦＲの熱可塑性樹脂も適用可能である。
本実施形態において、熱可塑性樹脂はポリプロピレンであるが、これに限定されず、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ＡＢＳ)、ポリアミド(ナイロン６、ナイロン６６など)、ポリアセタール、ポリカーボネート、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、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、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどを使用することができる。
容器３ａの中には、断面円形の複数の含浸ローラ１６が、繊維束８の搬送方向に沿って所定の間隔で配置されている。なお、含浸ローラ１６同士の間隔は等間隔に限定されない。これら含浸ローラ１６は、断面円形であって、その軸を中心に回転し、繊維束８に接触して繊維束８を下流側に搬送する。なお、含浸ローラ１６の代わりにガイドバーを用いてもよい。ガイドバーは、断面円形であって、その軸を中心に回転しないものである。
繊維束８は、溶融した熱可塑性樹脂を貯留する容器３ａ内で複数の含浸ローラ１６にそれぞれ接触しながら、容器３ａ内をジグザグに通過する。即ち、繊維束８が下方から含浸ローラ１６に接触するのと、繊維束８が上方から含浸ローラ１６に接触するのとが交互に行われながら、繊維束８が容器３ａ内を通過する。このとき、含浸ローラ１６によって繊維束８が開繊され、さらに、溶融した熱可塑性樹脂が繊維束８に含浸される。
ここで、含浸ローラ１６の本数は、繊維束８の開繊の具合、および、繊維束８への熱可塑性樹脂の含浸の具合に応じて調整される。含浸ローラ１６の本数が多すぎる場合には、繊維束８が開繊しすぎて、繊維束８の幅方向の両端で繊維密度が高くなる。また、含浸ローラ１６の本数が多すぎる場合には、繊維束８の張力が大きくなりすぎて、繊維切れが発生しやすくなる。逆に、含浸ローラ１６の本数が少なすぎる場合には、繊維束８の開繊が不十分となり、繊維束８の幅方向の中央で繊維密度が高くなったり、繊維束８への熱可塑性樹脂の含浸が不十分となったりする。
容器３ａの出口部には、ノズル１８が設けられている。このノズル１８は、容器３ａ内から排出される繊維束８の形状を整形するものである。ノズル１８の開口は長方形のスリットとなっている。よって、ノズル１８を通過した繊維束８はテープ形状となる。即ち、ノズル１８は、熱可塑性樹脂を含浸した繊維束８をテープ形状で通過させる。以下、ノズル１８を通過した繊維束８を、テープ９という。ノズル１８の温度は、例えば２３０℃である。
図１のノズル１８の拡大図である図３Ａ、および、図１のノズル１８をＡ方向から見た図である図３Ｂに示すように、ノズル１８は、一対のノズル部材１８ａ，１８ｂで構成されている。本実施形態において、ノズル部材１８ａの先端側の面１８ｃ、および、ノズル部材１８ｂの先端側の面１８ｃは、繊維束８の搬送方向に対して直交している。
ノズル部材１８ａとノズル部材１８ｂとの間には、一対のシム４１が挟まれている。これにより、ノズル部材１８ａとノズル部材１８ｂとの間には、長方形のスリットｓが形成されている。繊維束８がこのスリットｓを通過することで、製造される繊維強化熱可塑性樹脂テープの厚みが、スリットｓの厚み（ノズル１８の先端の開口の短辺の寸法）Ｔとなる。なお、シム４１は、ノズル１８を通過する繊維束８に当接しない位置に配置されている。
また、ノズル１８の先端の開口部分には、一対のガイド板４２がねじ等で取り付けられている。一対のガイド板４２は、製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅と同寸法の間隔Ｗをあけて配置されている。これにより、ノズル１８の開口を通過する繊維束８の幅が製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅に整形される。本実施形態において、一対のガイド板４２の間隔Ｗ、即ち、製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅は、１５ｍｍであるが、これに限定されない。シム４１を交換したり、一対のガイド板４２の配置の位置を変更すれば、繊維強化熱可塑性樹脂テープの厚みや幅を容易に変更することができる。
なお、図１のノズル１８の拡大図である図４Ａ、および、図１のノズル１８をＡ方向から見た図である図４Ｂに示すように、一方のノズル部材１８ａに、スリットｓとなる溝１８ｄが形成された構成であってもよい。このような構成であれば、シム４１やガイド板４２が不要となるので、部品点数を削減することができる。また、溝１８ｄが形成されたノズル部材１８ａを交換することで、製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅および厚みを容易に変更することができる。
図１に戻って、再び、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置１００の全体の構成を説明する。複数の含浸ローラ１６のうち、ノズル１８に近い側の含浸ローラ１６は、溝が設けられた溝付ローラ１９となっている。なお、本実施形態において、溝付ローラ１９は１本であるが、ノズル１８寄りに２本以上設けられていてもよい。また、含浸ローラ１６の代わりにガイドバーを用いる場合、ガイドバーに溝を設けてよい。
溝付ローラ１９をＡ方向から見た図である図５に示すように、溝付ローラ１９の軸方向中央には、製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅と同寸法の幅Ｗの溝１９ａが設けられている。そして、この溝１９ａの部分を繊維束８が通過するようにされている。これにより、開繊された繊維束８の幅が製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅よりも広くなることがない。なお、溝１９ａの幅Ｗは、図３に示した一対のガイド板４２の間隔Ｗと同寸法である。
なお、製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅を変更する際の利便性から、溝付ローラ１９よりも上流側の含浸ローラ１６は、溝のない平ローラであってよい。逆に、含浸ローラ１６のすべてが溝付ローラ１９であってもよい。
図１の樹脂含浸装置３を上方から見た図である図６に示すように、繊維束８の中心、ノズル１８の中心、および、溝付ローラ１９の中心は、すべて一致している。これにより、製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープ内の繊維の密度に偏りが生じるのを抑制することができる。なお、図６は、後述する冷却ローラ２０をともに図示している。
（冷却ローラ部）
図１に示すように、ノズル１８を通過したテープ９は、冷却ローラ部４に送られる。冷却ローラ部４は、テープ９の搬送方向の上流から下流にかけて、冷却ローラ２０、冷却ローラ２１をこの順番で備えている。冷却ローラ２０、冷却ローラ２１は、断面円形であって、その軸を中心に回転する。また、冷却ローラ２０、冷却ローラ２１は、ロータリジョイン卜（図示せず）から供給される冷却水によって一定温度（例えば２０℃前後）に保持されている。
図１に示すように、ノズル１８を通過したテープ９は、冷却ローラ部４に送られる。冷却ローラ部４は、テープ９の搬送方向の上流から下流にかけて、冷却ローラ２０、冷却ローラ２１をこの順番で備えている。冷却ローラ２０、冷却ローラ２１は、断面円形であって、その軸を中心に回転する。また、冷却ローラ２０、冷却ローラ２１は、ロータリジョイン卜（図示せず）から供給される冷却水によって一定温度（例えば２０℃前後）に保持されている。
冷却ローラ２０は、後述する移動装置によって移動可能にされており、ノズル１８の下流側の冷却位置に配置された際には、テープ９を下流側に送りながら冷却する。図１では、冷却位置に配置された冷却ローラ２０が図示されている。冷却ローラ２１は、冷却位置に配置された冷却ローラ２０の下流側において、移動不能に配置されており、テープ９を下流側に送りながら冷却する。冷却ローラ２０、冷却ローラ２１とテープ９とは、所定の接触面積で面接触する。
ここで、ノズル１８を通過したテープ９の温度は、熱可塑性樹脂の融点以上である。よって、ノズル１８を通過した直後のテープ９においては、熱可塑性樹脂は固化しておらず、搬送中に幅方向に繊維の疎密が生じる傾向がある。そこで、ノズル１８を通過した直後のテープ９は、まず冷却ローラ２０で急速に冷却される。冷却ローラ２０は、テープ９の表面（図中上面）を冷却する。次に、テープ９は、冷却ローラ２１で冷却される。冷却ローラ２１は、テープ９の裏面（図中下面）を冷却する。これにより、テープ９の幅方向に繊維の疎密が生じる前に、テープ９に含まれる熱可塑性樹脂は固化する。冷却ローラ２１は、テープ９の厚み方向に生じる冷却むらによってテープ９に「そり」が生じないような位置に配置される。
ここで、図１のノズル１８および冷却ローラ部４の拡大図である図７に示すように、ノズル１８の先端と、冷却ローラ２０とテープ９とが接触する位置との距離Ｌは、ノズル１８の先端の開口の短辺の寸法（図３Ｂに示すスリットｓの幅）Ｔに基づいて設定されている。具体的には、Ｔ＜０．０８ｍｍのときに、この距離Ｌが、下記の（Ａ）式を満たしている。また、Ｔ≧０．０８ｍｍのときに、この距離Ｌが、下記の（Ｂ）式を満たしている。
Ｌ［ｍｍ］≦１０００×Ｔ［ｍｍ］−３５ （Ｔ＜０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ａ）
Ｌ［ｍｍ］≦７８５．７×Ｔ［ｍｍ］−１７．９ （Ｔ≧０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ｂ）
Ｌ［ｍｍ］≦１０００×Ｔ［ｍｍ］−３５ （Ｔ＜０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ａ）
Ｌ［ｍｍ］≦７８５．７×Ｔ［ｍｍ］−１７．９ （Ｔ≧０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ｂ）
ここで、ノズル１８の先端を始点としたときの距離Ｌの終点である、冷却ローラ２０とテープ９とが接触する位置は、冷却ローラ２０とテープ９とが最初に接触する位置である。冷却ローラ２０とテープ９とは、この位置よりも下流側において、所定の接触面積で面接触する。
上述したように、ノズル１８を通過した直後のテープ９は、冷却ローラ２０で急速に冷却される。その結果、繊維に疎密が生じる前に熱可塑性樹脂が固化するので、テープ９の幅方向に繊維の疎密が生じるのが低減される。
（移動装置）
ここで、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造においては、製造開始前に、溶融樹脂を含浸させる前の繊維束８を各ローラに架け渡していく必要がある。また、製造終了後に、ノズル１８をメンテナンス（主として清掃）する必要があり、ノズル１８を容器３ａから取り外したり、取り付けたりする必要がある。ところが、距離Ｌが上記の（Ａ）式、（Ｂ）式を満たすようにすると、例えば０．０５ｍｍの厚みのテープ９では距離Ｌは１５ｍｍとなる。このように、冷却ローラ２０がノズル１８に近いと、冷却ローラ２０が邪魔になり、製造停止時において、ノズル１８のメンテナンス作業や運転開始前の準備作業に支障が生じる。なお、製造停止時とは、製造が行われていない時間帯を指し、ノズル１８のメンテナンスを行う製造終了後、および、繊維束８を各ローラに架け渡していく製造開始前を含む。
ここで、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造においては、製造開始前に、溶融樹脂を含浸させる前の繊維束８を各ローラに架け渡していく必要がある。また、製造終了後に、ノズル１８をメンテナンス（主として清掃）する必要があり、ノズル１８を容器３ａから取り外したり、取り付けたりする必要がある。ところが、距離Ｌが上記の（Ａ）式、（Ｂ）式を満たすようにすると、例えば０．０５ｍｍの厚みのテープ９では距離Ｌは１５ｍｍとなる。このように、冷却ローラ２０がノズル１８に近いと、冷却ローラ２０が邪魔になり、製造停止時において、ノズル１８のメンテナンス作業や運転開始前の準備作業に支障が生じる。なお、製造停止時とは、製造が行われていない時間帯を指し、ノズル１８のメンテナンスを行う製造終了後、および、繊維束８を各ローラに架け渡していく製造開始前を含む。
そこで、本実施形態の繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置１００は、冷却位置に配置された冷却ローラ２０を、ノズル１８から離隔する方向に移動させることが可能な移動装置５１を有している。図１のノズル１８および冷却ローラ部４と移動装置５１とを示す図である図８、および、図８の移動装置５１をＢ方向から見た図である図９に示すように、移動装置５１は、冷却ローラ２０を回転可能に支持する支持装置５２と、支持装置５２をスライド可能に支持するスライド台５３と、を有している。
支持装置５２は、軸受５４が一端に設けられた一対のアーム部５２ａと、アーム部５２ａの他端が接続される連結部５２ｂと、モータ５５が載置された載置部５２ｃと、を有している。軸受５４は、冷却ローラ２０の回転軸を回転可能に支持している。連結部５２ｂと載置部５２ｃとは、ボルトなどの締結部材５６によって連結されている。締結部材５６は、連結部５２ｂに設けられた長穴５７を貫通して、載置部５２ｃに固定されている。長穴５７の開口は、アーム部５２ａが伸びる方向および冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に長くされている。載置部５２ｃの側部には、後述するプランジャ６５ａが挿入される穴５８が設けられている。
冷却ローラ２０の回転軸の端部にはプーリ５９が設けられているとともに、モータ５５の回転軸の端部にはプーリ６０が設けられている。そして、プーリ５９とプーリ６０との間にはベルト６１が架け渡されている。これにより、モータ５５の回転力をプーリ６０、ベルト６１、プーリ５９を介して冷却ローラ２０に伝達し、冷却ローラ２０を回転させることが可能にされている。
スライド台５３は、基部６２と、基部６２上に設けられたスライドガイド６３と、載置部５２ｃが当接されるストッパ６４と、載置部５２ｃを固定可能な固定機構６５と、を有している。スライドガイド６３には、載置部５２ｃがスライド可能に係合されている。載置部５２ｃは、スライドガイド６３に案内されて、基部６２上をスライドする。これにより、支持装置５２、ひいては冷却ローラ２０が移動する。固定機構６５は、載置部５２ｃの穴５８に挿入可能なプランジャ６５ａを有している。
スライド台５３に対して支持装置５２をスライドさせることで、冷却ローラ２０は、ノズル１８を通過したテープ９を冷却する冷却位置と、冷却位置よりもノズル１８から離隔した退避位置との間で移動される。冷却ローラ２０が冷却位置まで移動されると、図８に示すように、ストッパ６４に載置部５２ｃが当接する。このとき、ストッパ６４と載置部５２ｃとの間にスペーサ６６を設けてその厚みを調整することで、スライド方向に冷却ローラ２０の位置を微調整することができる。また、連結部５２ｂに設けられた長穴５７の開口の幅の範囲で連結部５２ｂと載置部５２ｃとの相対位置をずらすことで、スライド方向に直交する方向に冷却ローラ２０の位置を微調整することができる。
一方、冷却ローラ２０が退避位置まで移動されると、固定機構６５が有するプランジャ６５ａを載置部５２ｃの側部の穴５８に挿入することが可能になる。穴５８にプランジャ６５ａを挿入することで、冷却ローラ２０が退避位置で固定される。
また、スライド台５３は、冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に支持装置５２をスライドさせる。これにより、冷却ローラ２０は、冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に移動するので、テープ９の幅方向と冷却ローラ２０の回転軸とが平行になる。ここで、冷却位置に移動させた冷却ローラ２０がテープ９に接触する際に、テープ９の幅方向の一部の領域に冷却ローラ２０が先に接触すると、テープ９の幅方向に一時的に冷却が偏在するとともに、繊維の一部でテンションが増加する。そのため、場合によってはテープ９が断線し、製造が続行できなくなる。そこで、冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に冷却ローラ２０を移動させることで、冷却ローラ２０を冷却位置に移動させた際に、冷却ローラ２０の長手方向（軸方向）の接触領域をテープ９の幅方向全域に同時に接触させることができる。
また、冷却ローラ２０を冷却位置から退避位置に移動させる際に、テープ９の幅方向の一部の領域から冷却ローラ２０が先に離隔すると、テープ９の幅方向に一時的に冷却が偏在するとともに、繊維の一部でテンションが増加する。そのため、場合によってはテープ９が断線し、再度繊維束８を装置にかけ直さなければ次の製造ができなくなる。そこで、冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に冷却ローラ２０を移動させることで、冷却ローラ２０を退避位置に移動させる際に、冷却ローラ２０の長手方向（軸方向）の接触領域をテープ９の幅方向全域から同時に離隔させることができる。
なお、支持装置５２がスライドガイド６３に案内されてスライドしている最中においても、テープ９の幅方向と冷却ローラ２０の軸方向とが平行状態に維持されることが好ましい。
このような構成において、製造開始前には、手動で冷却ローラ２０を退避位置まで移動させて、載置部５２ｃの穴５８にプランジャ６５ａを挿入することで、冷却ローラ２０を退避位置に固定する。製造時には、穴５８からプランジャ６５ａを引き抜き、手動で支持装置５２をスライド移動させて、ストッパ６４に載置部５２ｃを当接させることで、冷却ローラ２０を冷却位置に配置する。製造終了後には、手動で支持装置５２をスライド移動させて、冷却ローラ２０を退避位置に配置し、穴５８にプランジャ６５ａを挿入することで、冷却ローラ２０を退避位置に固定する。
このように、ノズル１８を通過したテープ９を冷却する冷却位置に配置された冷却ローラ２０を、ノズル１８から離隔する方向に移動させることが可能である。よって、冷却ローラ２０をノズル１８から遠ざけることで、ノズル１８を装置から取り外したり取り付けたりするための作業空間を確保することができるので、ノズル１８を好適にメンテナンスすることができる。また、冷却ローラ２０をノズル１８から遠ざけることで、繊維束８をノズル１８から引き出すための作業空間を確保することができるので、溶融樹脂を含浸させる前の繊維束８を装置に架け渡す作業を好適に行うことができる。よって、ノズル１８のメンテナンス作業および製造開始前の準備作業を好適に行うことができる。
また、スライド台５３に対して支持装置５２をスライドさせることで、冷却位置と退避位置との間で冷却ローラ２０が移動される。よって、製造停止時には、冷却ローラ２０を退避位置に移動させることで、冷却ローラ２０をノズル１８から十分に遠ざけることができるので、ノズル１８のメンテナンス作業や製造開始前の準備作業を好適に行うことができる。そして、製造時には、冷却ローラ２０を冷却位置に移動させることで、冷却ローラ２０をノズル１８に十分に近づけることができるので、幅方向に繊維の疎密が生じない繊維強化熱可塑性樹脂テープを好適に製造することができる。
また、スライド台５３が、冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に支持装置５２をスライドさせることで、冷却ローラ２０は、冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に移動する。これにより、テープ９の幅方向と冷却ローラ２０の回転軸とが平行になる。よって、冷却ローラ２０を冷却位置に移動させた際に、冷却ローラ２０の長手方向（軸方向）の接触領域をテープ９の幅方向全域に同時に接触させることができる。また、冷却ローラ２０を退避位置に移動させる際に、冷却ローラ２０の長手方向（軸方向）の接触領域をテープ９の幅方向全域から同時に離隔させることができる。これにより、テープ９の幅方向に一時的に冷却が偏在したり、繊維の一部でテンションが増加したりしないので、テープ９の断線を防止することができる。
なお、上記の構成では、冷却ローラ２０をモータ５５により能動的に回転させているが、テープ９との接触により冷却ローラ２０を従動的に回転させる構成としてもよい。この場合、モータ５５は不要となる。
また、スライドガイド６３はいわゆる「リニアガイド」であるが、支持装置５２の案内構造はこれに限定されず、ブッシュと丸棒とによるガイド構造や、レールとコロとの組み合せなど、直線的な案内構造をもった機構を採用してもよい。
また、ストッパ６４と載置部５２ｃとの間にスペーサ６６を設けることで、スライド方向に冷却ローラ２０の位置を微調整しているが、スペーサ６６の代わりに押しボルトを用いたり、載置部５２ｃにプランジャを差し込んだりすることで、冷却ローラ２０の位置を微調整してもよい。
また、連結部５２ｂに設けられた長穴５７の開口の幅の範囲で連結部５２ｂと載置部５２ｃとの相対位置をずらすことで、スライド方向に直交する方向に冷却ローラ２０の位置を微調整しているが、連結部５２ｂが載置部５２ｃに対してスライドする機構を用いて、スライド方向に直交する方向に冷却ローラ２０の位置を微調整してもよい。
また、支持装置５２の移動は手動で行っているが、ボールネジによる直線運動機構、エアシリンダ、油圧シリンダといった流体アクチュエータ、ラックとピニオンによる直線運動機構など種々の方法で移動させてもよい。
また、支持装置５２がスライドガイド６３に案内されて直線往復運動する構成としたが、支持装置５２にヒンジを取り付けて、支持装置５２を回転運動させることで冷却ローラ２０を退避位置に移動させてもよい。
また、支持装置５２が取り外し可能に構成されていてもよい。
（冷却部）
図１に戻って、再び、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置１００の全体の構成を説明する。冷却ローラ部４で冷却されたテープ９は、冷却部５に送られる。冷却部５は、テープ９を水冷する。本実施形態において、冷却部５は水冷プールである。なお、冷却部５はテープ９を空冷するものであってもよい。また、冷却ローラ部４による冷却が十分であれば、冷却部５を省略してもよい。
図１に戻って、再び、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置１００の全体の構成を説明する。冷却ローラ部４で冷却されたテープ９は、冷却部５に送られる。冷却部５は、テープ９を水冷する。本実施形態において、冷却部５は水冷プールである。なお、冷却部５はテープ９を空冷するものであってもよい。また、冷却ローラ部４による冷却が十分であれば、冷却部５を省略してもよい。
（引取機および巻取機）
冷却部５で冷却されたテープ９は、引取機６に送られる。引取機６は、冷却されたテープ９を引き取る。巻取機７は、引取機６に引き取られたテープ９を巻き取る。なお、引取機６はテープ９、ひいては繊維束８を所定の速度で走行させるものである。ただし、構成を簡易にするために、巻取機７に、引取機６における機能、すなわちテープ９を引き取り、そのテープ９を所定の速度で走行させる機能を兼ねさせることもできる。
冷却部５で冷却されたテープ９は、引取機６に送られる。引取機６は、冷却されたテープ９を引き取る。巻取機７は、引取機６に引き取られたテープ９を巻き取る。なお、引取機６はテープ９、ひいては繊維束８を所定の速度で走行させるものである。ただし、構成を簡易にするために、巻取機７に、引取機６における機能、すなわちテープ９を引き取り、そのテープ９を所定の速度で走行させる機能を兼ねさせることもできる。
（効果）
以上に述べたように、本実施形態では、ノズル１８を通過したテープ９を冷却する冷却位置に配置された冷却ローラ２０を、ノズル１８から離隔する方向に移動させることが可能である。よって、冷却ローラ２０をノズル１８から遠ざけることで、ノズル１８を装置から取り外したり取り付けたりするための作業空間を確保することができるので、ノズル１８を好適にメンテナンスすることができる。また、冷却ローラ２０をノズル１８から遠ざけることで、繊維束８をノズル１８から引き出すための作業空間を確保することができるので、溶融樹脂を含浸させる前の繊維束８を装置に架け渡す作業を好適に行うことができる。よって、ノズル１８のメンテナンス作業および製造開始前の準備作業を好適に行うことができる。
以上に述べたように、本実施形態では、ノズル１８を通過したテープ９を冷却する冷却位置に配置された冷却ローラ２０を、ノズル１８から離隔する方向に移動させることが可能である。よって、冷却ローラ２０をノズル１８から遠ざけることで、ノズル１８を装置から取り外したり取り付けたりするための作業空間を確保することができるので、ノズル１８を好適にメンテナンスすることができる。また、冷却ローラ２０をノズル１８から遠ざけることで、繊維束８をノズル１８から引き出すための作業空間を確保することができるので、溶融樹脂を含浸させる前の繊維束８を装置に架け渡す作業を好適に行うことができる。よって、ノズル１８のメンテナンス作業および製造開始前の準備作業を好適に行うことができる。
また、スライド台５３に対して支持装置５２をスライドさせることで、冷却位置と退避位置との間で冷却ローラ２０が移動される。よって、製造停止時には、冷却ローラ２０を退避位置に移動させることで、冷却ローラ２０をノズル１８から十分に遠ざけることができるので、ノズル１８のメンテナンス作業や製造開始前の準備作業を好適に行うことができる。そして、製造時には、冷却ローラ２０を冷却位置に移動させることで、冷却ローラ２０をノズル１８に十分に近づけることができるので、幅方向に繊維の疎密が生じない繊維強化熱可塑性樹脂テープを好適に製造することができる。
また、スライド台５３が、冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に支持装置５２をスライドさせることで、冷却ローラ２０は、冷却ローラ２０の軸方向に直交する方向に移動する。これにより、テープ９の幅方向と冷却ローラ２０の回転軸とが平行になる。よって、冷却ローラ２０を冷却位置に移動させた際に、冷却ローラ２０の長手方向（軸方向）の接触領域をテープ９の幅方向全域に同時に接触させることができる。また、冷却ローラ２０を退避位置に移動させる際に、冷却ローラ２０の長手方向（軸方向）の接触領域をテープ９の幅方向全域から同時に離隔させることができる。これにより、テープ９の幅方向に一時的に冷却が偏在したり、繊維の一部でテンションが増加したりしないので、テープ９の断線を防止することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
例えば、上述した本発明の実施形態では、樹脂含浸装置３が繊維束８を開繊する構成のものを示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、樹脂含浸装置３より上流、より具体的には、繊維予熱機２と樹脂含浸装置３との間に開繊機を設け、その開繊機が繊維束８を開繊するように構成してもよい。あるいは、元から開繊された状態の繊維束８を用意し、その繊維束８を繊維ボビン１１に巻き取らせておき、繰出機１からその繊維束８を繰り出すように構成してもよい。
１ 繰出機
２ 繊維予熱機
３ 樹脂含浸装置
３ａ 容器
４ 冷却ローラ部
５ 冷却部
６ 引取機
７ 巻取機
８ 繊維束
９ テープ
１１ 繊維ボビン
１２ ガイドバー
１３ ダンサーローラ
１４，１５ ガイドローラ
１６ 含浸ローラ
１７ 押出機
１８ ノズル
１９ 溝付ローラ
１９ａ 溝
２０，２１ 冷却ローラ
３１ 張力調整機構
３２ 棒部材
３３ テンション付加おもり
３４ 角度検出器
３５ モータ
３６ コントローラ
４１ シム
４２ ガイド板
５１ 移動装置
５２ 支持装置
５２ａ アーム部
５２ｂ 載置部
５２ｃ 連結部
５３ スライド台
５４ 軸受
５５ モータ
５６ 締結部材
５７ 長穴
５８ 穴
５９，６０ プーリ
６１ ベルト
６２ 基部
６３ スライドガイド
６４ ストッパ
６５ 固定機構
６５ａ プランジャ
６６ スペーサ
１００ 繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置
２ 繊維予熱機
３ 樹脂含浸装置
３ａ 容器
４ 冷却ローラ部
５ 冷却部
６ 引取機
７ 巻取機
８ 繊維束
９ テープ
１１ 繊維ボビン
１２ ガイドバー
１３ ダンサーローラ
１４，１５ ガイドローラ
１６ 含浸ローラ
１７ 押出機
１８ ノズル
１９ 溝付ローラ
１９ａ 溝
２０，２１ 冷却ローラ
３１ 張力調整機構
３２ 棒部材
３３ テンション付加おもり
３４ 角度検出器
３５ モータ
３６ コントローラ
４１ シム
４２ ガイド板
５１ 移動装置
５２ 支持装置
５２ａ アーム部
５２ｂ 載置部
５２ｃ 連結部
５３ スライド台
５４ 軸受
５５ モータ
５６ 締結部材
５７ 長穴
５８ 穴
５９，６０ プーリ
６１ ベルト
６２ 基部
６３ スライドガイド
６４ ストッパ
６５ 固定機構
６５ａ プランジャ
６６ スペーサ
１００ 繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置
Claims (5)
- 溶融した熱可塑性樹脂を繊維束に含浸させる樹脂含浸装置と、
前記樹脂含浸装置の容器の出口部に設けられ、熱可塑性樹脂を含浸した前記繊維束をテープ形状で通過させるノズルと、
前記ノズルの下流側の冷却位置に配置された際に、前記ノズルを通過した前記繊維束を下流側に送りながら冷却する冷却ローラと、
前記冷却位置に配置された前記冷却ローラを、前記繊維束の幅方向と前記冷却ローラの回転軸とを平行状態に維持しながら、前記冷却ローラの軸方向に直交し且つ前記繊維束の搬送方向に対して斜めの方向であって、前記ノズルから離隔する方向である退避方向に移動させることが可能な移動装置と、
を有することを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。 - 請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置において、
前記移動装置は、
前記冷却ローラを回転可能に支持する支持装置と、
前記支持装置をスライド可能に支持するスライド台と、
を有し、
前記スライド台に対して前記支持装置をスライドさせることで、前記冷却ローラが、前記冷却位置と、前記冷却位置から前記退避方向に離隔した退避位置との間で移動されることを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。 - 請求項２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置において、
前記スライド台は、前記冷却ローラの軸方向に直交する方向に前記支持装置をスライドさせることを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。 - 溶融した熱可塑性樹脂を繊維束に含浸させる樹脂含浸工程と、
開口が長方形のスリットであるノズルに、前記樹脂含浸工程を経た前記繊維束を通過させるノズル通過工程と、
前記ノズルの下流側の冷却位置に配置された冷却ローラにて、前記ノズル通過工程を経た前記繊維束を下流側に送りながら冷却する冷却工程と、
を備えた繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法であって、
製造停止時に、前記冷却位置に配置された前記冷却ローラを、前記繊維束の幅方向と前記冷却ローラの回転軸とを平行状態に維持しながら、前記冷却ローラの軸方向に直交し且つ前記繊維束の搬送方向に対して斜めの方向であって、前記ノズルから離隔する方向である退避方向に移動させる移動工程を有することを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。 - 請求項４に記載の繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法において、
前記移動工程において、前記冷却位置と、前記冷却位置から前記退避方向に離隔した退避位置との間で前記冷却ローラを移動させることを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。
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