JP7072495B2 - ロールニップ機構及び複合材料シート製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロールニップ機構及び複合材料シート製造装置に関する。

近年では、金属材料が用いられていた用途に、軽量で高強度の複合基材である複合材料シートが用いられることが多くなっている。複合材料シートとしては、例えば、炭素繊維やアラミド繊維、ガラス繊維等の強化繊維と、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂とを含む繊維強化複合材料を用いた複合材料シートが挙げられる。このような複合材料シートは、所定の製造装置で強化繊維と樹脂とが複合されたマットを加熱し、樹脂の粘度を低下させた状態で加圧することにより、樹脂を強化繊維に含浸させて製造する。例えば、特許文献１には、繊維強化プラスチックの製造装置として、一組の主ローラ間に架設された無端ベルトを対向する状態で上下に備え、上下の無端ベルトは、対向する部分の内側に複数本の副ローラを備えている。当該製造装置は、繊維強化プラスチックの材料である複合組成物を、上下の無端ベルト間で圧縮し、加熱しながら無端ベルトを回転させることにより、繊維強化プラスチックを製造する。

国際公開第２０１６／００２４７０号公報

ここで、複合材料シートの製造時には、樹脂の粘度を低下させることによって材料が流動性を有することになり、流動によって材料の厚さが変化する状態で製造するが、複合材料シートを製造するための製造装置には、このような流動性を有して厚さが変化する材料に対して、アイソコリック方式で製造するものとアイソバリック方式で製造するものとがある。このうち、アイソコリック方式は、無端ベルトを介して材料を上下方向からロールで挟み込む際におけるロール同士のクリアランスを一定にして加圧するものになっている。また、アイソバリック方式は、無端ベルトを介して材料を上下方向からロールで挟み込む際における力であるニップ力を、一定にして加圧するものになっている。しかし、複合材料シートの製造に用いる材料は、流動性を有するため、ロール同士の間に入り込むことができない材料が発生した際に、材料の搬送方向におけるロールの上流側に溜まってしまう虞がある。

例えば、アイソコリック方式では、上下のロール同士のクリアランスが一定であるため、多めの材料が搬送されてきた場合、材料がロール同士の間に入り込むことができず、材料は流動してロールの上流側に溜まってしまう虞がある。また、アイソバリック方式では、上下のロール同士のクリアランスが変化するため、ロール同士の間に搬送される材料の量に関わらず材料を加圧することができるが、ニップ力が大き過ぎる場合、材料がロール同士の間に入り込み難くなる虞がある。この場合も、材料は流動してロールの上流側に溜まってしまう虞がある。これらのように、材料が流動してロールの上流側に溜まり始めた場合、ロールの間を通過した材料は厚さや組成が不適切なものになり易く、製造した複合材料シートは不良品になり易くなるため、材料によっては、不良品の発生率が高くってしまう虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複合材料シートの不良品の発生率を低減することができるロールニップ機構及び複合材料シート製造装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るロールニップ機構は、複合組成物に対するそれぞれの接触面が対向し、前記複合組成物の厚さ方向における両側から前記接触面が前記複合組成物に接触しながら循環することにより前記複合組成物を搬送する一対の無端ベルトと、前記無端ベルトにおける前記接触面の反対の面側にそれぞれ配置され、前記複合組成物の厚さ方向における両側から前記複合組成物に接触する一対の前記無端ベルトを介して前記複合組成物に圧力を付与する対となるニップロールと、前記ニップロールから前記無端ベルトを介して前記複合組成物に対して作用させる力を前記ニップロールに対して付与する油圧シリンダと、前記油圧シリンダを制御する制御装置と、を備え、対となる前記ニップロールは、前記複合組成物の厚さ方向における前記ニップロール同士の距離であるクリアランスを可変に配置され、前記制御装置は、前記ニップロールから前記複合組成物に対して作用させる力が一定になるように前記油圧シリンダを制御すると共に、前記クリアランスが所定の閾値以上になったら前記クリアランスを大きくする方向に前記ニップロールを前記油圧シリンダによって移動させる。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る複合材料シート製造装置は、上記ロールニップ機構と、前記無端ベルトが巻き掛けられ、前記無端ベルトを循環させる駆動ロールと従動ロールの対と、複数の加熱ロールを有し、前記無端ベルトで搬送する前記複合組成物を加熱する加熱装置と、を備え、前記ニップロールは、前記加熱ロールに用いられる。

本発明に係るロールニップ機構及び複合材料シート製造装置は、複合材料シートの不良品の発生率を低減することができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係る複合材料シート製造装置の模式図である。 図２は、図１のＡ－Ａ矢視図であり、ロールニップ機構の説明図である。 図３は、実施形態に係る複合材料シート製造装置で複合組成物の加熱、搬送を行う場合の説明図である。 図４は、アイソコリック方式で複合組成物を加圧しながら搬送する際に、複合組成物が溜まった状態を示す説明図である。 図５は、アイソバリック方式で複合組成物を加圧しながら搬送する際に、複合組成物の厚さが変化する場合の説明図である。

以下に、本開示に係るロールニップ機構及び複合材料シート製造装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易に想到できるもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
＜複合材料シート製造装置１の構成＞
図１は、実施形態に係る複合材料シート製造装置１の模式図である。なお、以下の説明では、複合材料シート製造装置１の通常の使用態様での設置状態における水平方向を、本実施形態においても水平方向として説明し、上方を本実施形態においても上方または上側として説明し、下方を本実施形態においても下方または下側として説明する。また、複合材料シート製造装置１の通常の使用態様での設置状態における水平方向のうち、無端ベルト２０によって搬送する複合組成物１０５（図３参照）の搬送方向に直交する方向を、幅方向として説明する。

複合材料シート製造装置１は、駆動ロール１０と、従動ロール１５と、無端ベルト２０と、加熱装置３０と、冷却装置３５と、駆動モータ４０とを有している。このうち、駆動モータ４０は、駆動ロール１０を回転駆動させるための駆動力を発生する駆動部になっており、外部の電源（図示省略）から供給される電力により、駆動力を発生する。

また、駆動ロール１０と従動ロール１５と無端ベルト２０とは、無端ベルト２０によって搬送する複合組成物１０５（図３参照）の厚さ方向における両側に２組が配置されている。本実施形態では、複合組成物１０５は厚さ方向が上下方向になる向きで搬送されるため、複合組成物１０５の厚さ方向は上下方向になっている。詳しくは、複合材料シート製造装置１は、上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とを有しており、上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とのそれぞれが、無端ベルト２０と、無端ベルト２０が巻き掛けられて無端ベルト２０を循環させる駆動ロール１０と従動ロール１５の対とを有している。つまり、上側ベルトユニット６は、第１の駆動ロール１０である上側駆動ロール１１と、第１の従動ロール１５である上側従動ロール１６と、第１の無端ベルト２０である上側無端ベルト２１とを有している。また、下側ベルトユニット７は、第２の駆動ロール１０である下側駆動ロール１２と、第２の従動ロール１５である下側従動ロール１７と、第２の無端ベルト２０である下側無端ベルト２２とを有している。また、上側ベルトユニット６は、他に第１の駆動モータ４０である上側駆動モータ４１を有しており、下側ベルトユニット７は、第２の駆動モータ４０である下側駆動モータ４２を有している。

なお、駆動モータ４０は、上側駆動モータ４１と下側駆動モータ４２との２つを有していなくてもよく、上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とで駆動モータ４０を共用してもよい。即ち、１つの駆動モータ４０で発生する駆動力を上側駆動ロール１１と下側駆動ロール１２とに伝達し、上側駆動ロール１１と下側駆動ロール１２とを回転駆動させてもよい。上側駆動ロール１１と下側駆動ロール１２との双方を回転駆動させることができれば、駆動手段の構成は問わない。

これらのように構成される上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とは、相対的に上側ベルトユニット６が上側に配置され、下側ベルトユニット７が上側ベルトユニット６の下側に配置されている。

上側ベルトユニット６が有する上側駆動ロール１１と下側ベルトユニット７が有する下側駆動ロール１２とは、それぞれ略円柱状の形状で形成され、円柱の軸心を回転軸として回転可能になっており、略水平方向に回転軸が延びる向きで配置されている。また、上側駆動ロール１１は、動力伝達機構（図示省略）を介して上側駆動モータ４１に接続されており、動力伝達機構を介して上側駆動モータ４１から伝達される駆動力により、回転軸を中心として回転駆動することが可能になっている。同様に、下側駆動ロール１２は、動力伝達機構（図示省略）を介して下側駆動モータ４２に接続されており、動力伝達機構を介して下側駆動モータ４２から伝達される駆動力により、回転軸を中心として回転駆動することが可能になっている。なお、動力伝達機構は、シャフトやチェーン、ベルト等、上側駆動モータ４１や下側駆動モータ４２で発生する動力を上側駆動ロール１１や下側駆動ロール１２に対して伝達することが出来る手段であれば、構成は問わない。

上側従動ロール１６は上側駆動ロール１１と対になって設けられ、下側従動ロール１７は下側駆動ロール１２と対になって設けられており、上側駆動ロール１１や下側駆動ロール１２と同様に、略円柱状の形状で形成されて円柱の軸心を回転軸として回転可能になっている。また、上側従動ロール１６は、回転軸が上側駆動ロール１１の回転軸と略平行な向きで配置され、上下方向における位置が、上側駆動ロール１１の上下方向における位置とほぼ同じ位置に配置されている。同様に、下側従動ロール１７は、回転軸が下側駆動ロール１２の回転軸と略平行な向きで配置され、上下方向における位置が、下側駆動ロール１２の上下方向における位置とほぼ同じ位置に配置されている。さらに、上側従動ロール１６は、上側無端ベルト２１を介して上側駆動ロール１１から伝達される駆動力により回転軸を中心として回転することが可能になっており、下側従動ロール１７は、下側無端ベルト２２を介して下側駆動ロール１２から伝達される駆動力により回転軸を中心として回転することが可能になっている。

上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とは、それぞれ無端帯状の形状で形成されており、上側無端ベルト２１は上側駆動ロール１１と上側従動ロール１６とに巻き掛けられ、下側無端ベルト２２は下側駆動ロール１２と下側従動ロール１７とに巻き掛けられている。これにより、上側無端ベルト２１は、上側駆動ロール１１の回転駆動時には、上側駆動ロール１１に沿って上側駆動ロール１１と上側従動ロール１６と間で走行することが可能になっており、上側駆動ロール１１からの駆動力を上側従動ロール１６に伝達することが可能になっている。同様に、下側無端ベルト２２は、下側駆動ロール１２の回転駆動時には、下側駆動ロール１２に沿って下側駆動ロール１２と下側従動ロール１７と間で走行することが可能になっており、下側駆動ロール１２からの駆動力を下側従動ロール１７に伝達することが可能になっている。上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２は、例えば、銅、鉄、ステンレス等の金属や、ガラスクロス等によって形成されている。

また、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とは、上側駆動ロール１１と上側従動ロール１６との間、及び下側駆動ロール１２と下側従動ロール１７との間で走行することにより、後述する複合組成物１０５（図３参照）を搬送可能になっている。即ち、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とは、複合組成物１０５を搬送するための一対の無端ベルト２０として設けられている。詳しくは、上側駆動ロール１１と上側従動ロール１６とが共に、回転軸が水平方向に向かう向きで配置されることにより、上側無端ベルト２１は、上側駆動ロール１１や上側従動ロール１６の上側を通る経路と、上側駆動ロール１１や上側従動ロール１６の下側を通る経路を有している。また、下側駆動ロール１２と下側従動ロール１７とが共に、回転軸が水平方向に向かう向きで配置されることにより、下側無端ベルト２２は、下側駆動ロール１２や下側従動ロール１７の上側を通る経路と、下側駆動ロール１２や下側従動ロール１７の下側を通る経路を有している。

このうち、上側無端ベルト２１における、上側駆動ロール１１や上側従動ロール１６の下側を通る経路、及び、下側無端ベルト２２における、下側駆動ロール１２や下側従動ロール１７の上側を通る経路は、搬送経路２５になっている。また、上側無端ベルト２１における、上側駆動ロール１１や上側従動ロール１６の上側を通る経路、及び、下側無端ベルト２２における、下側駆動ロール１２や下側従動ロール１７の下側を通る経路は、戻り経路２６になっている。無端ベルト２０は、搬送経路２５における外周面側が、複合組成物１０５を搬送する際に複合組成物１０５に接触する接触面２５ａになっている。つまり、上側無端ベルト２１は、搬送経路２５の下面が、複合組成物１０５に接触する接触面２５ａになっており、下側無端ベルト２２は、搬送経路２５の上面が、複合組成物１０５に接触する接触面２５ａになっている。

それぞれ搬送経路２５と戻り経路２６とを有する上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とは、上側ベルトユニット６が下側ベルトユニット７の上側に配置されるため、上側ベルトユニット６の搬送経路２５と、下側ベルトユニット７の搬送経路２５とが、対向して配置されている。つまり、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とは、複合組成物１０５に対するそれぞれの接触面２５ａが対向して配置されている。また、上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とは、上側駆動ロール１１が下側駆動ロール１２の上方付近に位置し、上側従動ロール１６が下側従動ロール１７の上方付近に位置している。このため、上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とは、上側駆動ロール１１や下側駆動ロール１２の駆動時に、上側無端ベルト２１の搬送経路２５と下側無端ベルト２２の搬送経路２５とが、同じ方向に走行する向きで配置されている。

これらに対し、加熱装置３０と冷却装置３５とは、上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とで共通のものが用いられている。詳しくは、加熱装置３０は、上側駆動ロール１１と上側従動ロール１６との間、及び下側駆動ロール１２と下側従動ロール１７との間に配置されており、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とによって搬送する複合組成物１０５を加熱する加熱部として設けられている。加熱装置３０は、複合組成物１０５に含まれる熱可塑性樹脂が、結晶性樹脂の場合は融点以上の温度に、非結晶性樹脂の場合は軟化点以上の温度またはガラス転移点以上の温度になるように複合組成物１０５を加熱し、熱可塑性樹脂を溶融する。

加熱装置３０には、上側無端ベルト２１の搬送経路２５の一部と下側無端ベルト２２の搬送経路２５の一部とを覆う炉３１が設けられ、炉３１の内部には加熱手段である加熱ロール３２が複数配置されている。複数の加熱ロール３２は、それぞれ回転軸が上側駆動ロール１１や上側従動ロール１６、下側駆動ロール１２、下側従動ロール１７の回転軸と略平行になる向きで、上側無端ベルト２１の搬送経路２５の内周面側と、下側無端ベルト２２の搬送経路２５の内周面側とに配置されている。加熱ロール３２は、搬送経路２５の内周面側から上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２に接触することにより、上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２を支持している。複数の加熱ロール３２は、上側無端ベルト２１の搬送経路２５の内周面側から上側無端ベルト２１に接触する加熱ロール３２と、下側無端ベルト２２の搬送経路２５の内周面側から下側無端ベルト２２に接触する加熱ロール３２とが、対になって配置されている。対になる上側無端ベルト２１側の加熱ロール３２と下側無端ベルト２２側の加熱ロール３２とは、複合組成物１０５の搬送方向における位置がほぼ同じ位置になっており、この対になる加熱ロール３２は、複合組成物１０５に対して上下方向の力を付与するニップロール６５としても設けられている。

このように配置される加熱ロール３２は、発熱可能になっており、上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２に接触しながら発熱することにより、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とで搬送する複合組成物１０５を、上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２を介して加熱することが可能になっている。加熱装置３０に配設される加熱手段は、加熱ロール３２以外のものが用いられていてもよく、例えば、赤外線ヒータ等の非接触の熱源を加熱装置３０内に配置してもよい。また、加熱装置３０に配設される加熱手段は、種類が異なる複数の加熱手段を併用してもよい。

冷却装置３５は、上側駆動ロール１１と上側従動ロール１６との間、及び下側駆動ロール１２と下側従動ロール１７との間における、加熱装置３０よりも上側駆動ロール１１、下側駆動ロール１２寄りの位置に配置されており、加熱装置３０によって加熱された複合組成物１０５を冷却する冷却部として設けられている。冷却装置３５には、加熱装置３０と同様に、上側無端ベルト２１の搬送経路２５の一部と下側無端ベルト２２の搬送経路２５の一部とを覆う炉３６が設けられ、炉３６の内部には冷却手段である冷却ロール３７が複数配置されている。複数の冷却ロール３７は、それぞれ回転軸が上側駆動ロール１１や上側従動ロール１６、下側駆動ロール１２、下側従動ロール１７の回転軸と略平行になる向きで、上側無端ベルト２１の搬送経路２５の内周面側と、下側無端ベルト２２の搬送経路２５の内周面側とに配置されている。冷却ロール３７は、搬送経路２５の内周面側から上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２に接触することにより、上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２を支持している。複数の冷却ロール３７は、上側無端ベルト２１の搬送経路２５の内周面側から上側無端ベルト２１に接触する冷却ロール３７と、下側無端ベルト２２の搬送経路２５の内周面側から下側無端ベルト２２に接触する冷却ロール３７とが、対になって配置されている。対になる上側無端ベルト２１側の冷却ロール３７と下側無端ベルト２２側の冷却ロール３７とは、複合組成物１０５の搬送方向における位置がほぼ同じ位置になっている。

このように配置される冷却ロール３７は、例えば、水や油等の冷媒が内部を通っており、冷媒は、冷却ロール３７の内外を循環可能になっている。冷却ロール３７は、上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２に接触することにより、冷却ロール３７の内部を通る冷媒と、上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２との間で熱交換を行わせることが可能になっており、この熱交換により、上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２を冷却することが可能になっている。これにより冷却ロール３７は、上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２とで搬送する複合組成物１０５を、上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２を介して冷却することが可能になっている。冷却装置３５に配設される冷却手段は、冷却ロール３７以外のものが用いられていてもよく、例えば、クーラ等により冷風を吹きつけてもよい。また、冷却装置３５に配設される冷却手段は、種類が異なる複数の冷却手段を併用してもよい。

さらに、複合材料シート製造装置１は、張力調整機構５０を有している。張力調整機構５０は、駆動ロール１０と従動ロール１５との間隔を変化させる方向に、駆動ロール１０を油圧シリンダによって移動させることにより、駆動ロール１０と従動ロール１５とに巻き掛けられる無端ベルト２０の張力を調整することが可能になっている。具体的には、張力調整機構５０は、上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とがそれぞれ有している。上側ベルトユニット６が有する張力調整機構５０である上側調整機構５１は、上側駆動ロール１１と上側従動ロール１６との間隔を変化させる方向に、上側駆動ロール１１を油圧シリンダによって移動させることにより、上側無端ベルト２１の張力を調整することが可能になっている。同様に、下側ベルトユニット７が有する張力調整機構５０である下側調整機構５２は、下側駆動ロール１２と下側従動ロール１７との間隔を変化させる方向に、下側駆動ロール１２を油圧シリンダによって移動させることにより、下側無端ベルト２２の張力を調整することが可能になっている。

なお、張力調整機構５０は、これ以外の構成であってもよく、例えば、従動ロール１５を移動させることにより駆動ロール１０と従動ロール１５との間隔を調整してもよい。または、張力調整機構５０は、駆動ロール１０や従動ロール１５以外で無端ベルト２０に接触するロールを移動させることにより、無端ベルト２０の張力を調整するように構成されていてもよい。張力調整機構５０は、無端ベルト２０の張力を適切に調整することができるものであれば、その構成は問わない。

また、複合材料シート製造装置１は、ガイドロール５５を有している。ガイドロール５５は、無端ベルト２０における内周面側に配置されており、即ち、ガイドロール５５は、無端ベルト２０における戻り経路２６の内周面側に配置されている。ガイドロール５５は、無端ベルト２０の戻り経路２６の内周面側から無端ベルト２０に接触することにより、無端ベルト２０の走行経路を、所望の経路にすることが可能になっている。例えば、ガイドロール５５は、駆動ロール１０や従動ロール１５の円周方向における無端ベルト２０の接触範囲を所望の範囲にしたり、戻り経路２６の走行経路を、他の機器の配置構成に応じて調整したりすることが可能になっている。

ガイドロール５５は、上側ベルトユニット６と下側ベルトユニット７とがそれぞれ有しており、上側ベルトユニット６が有するガイドロール５５である上側ガイドロール５６と、下側ベルトユニット７が有するガイドロール５５である下側ガイドロール５７とを有している。上側ガイドロール５６は、上側無端ベルト２１の戻り経路２６の内周面側から上側無端ベルト２１に接触することにより、上側無端ベルト２１の走行経路を、所望の経路にすることが可能になっている。下側ガイドロール５７は、下側無端ベルト２２の戻り経路２６の内周面側から下側無端ベルト２２に接触することにより、下側無端ベルト２２の走行経路を、所望の経路にすることが可能になっている。

これらのガイドロール５５の数や、加熱ロール３２の数、冷却ロール３７の数は、複合材料シート製造装置１の仕様に応じて適宜設定されるのが好ましい。

図２は、図１のＡ－Ａ矢視図であり、ロールニップ機構６０の説明図である。本実施形態に係る複合材料シート製造装置１が備えるロールニップ機構６０は、ニップロール６５と、ベアリングケース６１と、油圧シリンダ７０と、測長センサ７５と、ライナ８０と、ライナ当接部８８と、サーボモータ８６と、ロードセル７８とを有している。

このうち、ニップロール６５は、加熱装置３０が有する加熱ロール３２に用いられており、本実施形態では、加熱装置３０が有する加熱ロール３２は、全てロールニップ機構６０におけるニップロール６５が用いられている。ニップロール６５は、略円柱状の形状で形成され、円柱の軸心を回転軸として回転可能になっており、幅方向に回転軸が延びる向きで配置されている。また、ニップロール６５は、無端ベルト２０における接触面２５ａの反対の面側にそれぞれ配置されており、接触面２５ａの反対の面側から無端ベルト２０に接触している。ニップロール６５は、上側無端ベルト２１側と下側無端ベルト２２側とに配置されており、上側無端ベルト２１側のニップロール６５である上側ニップロール６６は、上側無端ベルト２１における接触面２５ａの反対の面側に配置され、下側無端ベルト２２側のニップロール６５である下側ニップロール６７は、下側無端ベルト２２における接触面２５ａの反対の面側に配置されている。

また、ニップロール６５は、上側無端ベルト２１側と下側無端ベルト２２側とにそれぞれ複数が配置されており、複数の上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのうち、複合組成物１０５（図３参照）の搬送方向における位置がほぼ同じ位置になるニップロール６５同士が、対になっている。対となるニップロール６５は、複合組成物１０５の厚さ方向におけるニップロール６５同士の距離であるクリアランスを、可変に配置されている。即ち、対となる上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とは、上下方向における相対的な距離を変化させることができるようになっており、これによりクリアランスを変化させることが可能になっている。

ベアリングケース６１は、ニップロール６５の幅方向における両端側に配置されており、ニップロール６５を回転可能に支持している。具体的には、ベアリングケース６１は、ニップロール６５を、回転軸を中心として回転可能に支持するベアリング（図示省略）を内設しており、これにより、ニップロール６５の両端側に配置されるベアリングケース６１は、ニップロール６５を回転可能に支持している。また、ベアリングケース６１は、各ニップロール６５に対してそれぞれ設けられているため、上側ニップロール６６を支持する上側ベアリングケース６２と、下側ニップロール６７を支持する下側ベアリングケース６３とを有している。

油圧シリンダ７０は、伸縮するシリンダロッド７１を有すると共に、シリンダロッド７１が上下方向に伸縮する向きで配置されている。また、油圧シリンダ７０は、上側ベアリングケース６２に対応して設けられており、各油圧シリンダ７０のシリンダロッド７１は、上側ベアリングケース６２に連結されている。これにより、油圧シリンダ７０は、シリンダロッド７１を伸縮させることにより、上側ベアリングケース６２を上下方向に移動させることが可能になっており、上側ベアリングケース６２を上下方向に移動させることを介して、上側ニップロール６６を上下方向に移動させることが可能になっている。

測長センサ７５は、上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との上下方向における距離を検知することが可能になっている。例えば、測長センサ７５は、伸縮するロッドを有すると共に、ロッドの伸縮量を検知することにより長さを測ることができるようになっている。このように構成される測長センサ７５は、上側ベアリングケース６２における下側ベアリングケース６３に対向する位置に、ロッドが下側ベアリングケース６３に接触する状態で取り付けている。これにより、上側ベアリングケース６２が上下方向に移動して上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離が変化した場合は、距離の変化に応じて測長センサ７５のロッドが伸縮するため、測長センサ７５は、このロッドの伸縮量を検知することにより、上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離を検知することができる。

ここで、上側ベアリングケース６２は上側ニップロール６６を支持しており、下側ベアリングケース６３は下側ニップロール６７を支持しているため、上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離は、上側ニップロール６６と下側ニップロール６７との距離に連動している。このため、測長センサ７５は、上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離を検知することを介して、上側ニップロール６６と下側ニップロール６７との距離を検知することが可能になっており、即ち、測長センサ７５は、上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのクリアランスを検知することが可能になっている。

また、ライナ８０は、対となるニップロール６５のうち一方のニップロール６５側に配置されており、ライナ当接部８８は、対となるニップロール６５のうち他方のニップロール６５側に配置されている。具体的には、ライナ８０は、下側ニップロール６７側に配置されており、ライナ当接部８８は、上側ニップロール６６側に配置されている。詳しくは、ライナ８０は、下側ベアリングケース６３における上側ベアリングケース６２に対向する側に配置されており、ライナ支持部８５に支持されている。ライナ８０は、ライナ支持部８５の上面に配置されており、ライナ支持部８５の下面は、下側ベアリングケース６３の上面に接触している。即ち、ライナ８０は、下側ベアリングケース６３に直接取り付けられておらず、下側ベアリングケース６３に接触するライナ支持部８５に支持されている。

これに対し、ライナ当接部８８は、上側ベアリングケース６２における下側ベアリングケース６３に対向する側の面、即ち、上側ベアリングケース６２の下面に取り付けられている。ライナ８０は、このように上側ベアリングケース６２に取り付けられるライナ当接部８８に当接可能になっている。上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３とは、上下方向における距離を変化させることが可能になっているが、ライナ８０は、下側ベアリングケース６３の上面に接触するライナ支持部８５に支持されているため、ライナ８０がライナ当接部８８に当接した際には、上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３とは、それ以上距離を小さくすることができなくなる。つまり、ライナ８０は、ライナ当接部８８に当接することにより、上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離が小さくなる方向の上側ベアリングケース６２の移動を規制することが可能になっており、これを介して、上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのクリアランスが小さくなる方向のニップロール６５の移動を規制することが可能になっている。

このように設けられるライナ８０は、ライナ支持部８５からの高さが異なるものが複数設けられている。本実施形態では、ライナ８０は、高さが異なる第１ライナ８１と第２ライナ８２と第３ライナ８３とを有しており、第１ライナ８１よりも第２ライナ８２の方が高さが高く、第２ライナ８２よりも第３ライナ８３の方が高さが高くなっている。これらの複数のライナ８０は、幅方向に並んでライナ支持部８５に配置されている。

サーボモータ８６は、このように高さが異なる複数のライナ８０のうち、ライナ当接部８８に当接するライナ８０を切り替えることが可能になっている。具体的には、サーボモータ８６は、ライナ支持部８５を幅方向に移動させることが可能になっている。サーボモータ８６は、ライナ支持部８５を幅方向に移動させることにより、ライナ支持部８５に配置されている複数のライナ８０のうちのいずれかのライナ８０の幅方向における位置を、ライナ当接部８８の幅方向における位置に合わせることができる。つまり、サーボモータ８６は、ライナ支持部８５を幅方向に移動させることにより、幅方向における位置を、ライナ当接部８８の幅方向における位置に合わせるライナ８０を切り替えることが可能になっている。これにより、サーボモータ８６は、ライナ当接部８８に当接するライナ８０を切り替えることが可能になっている。

ライナ当接部８８に当接するライナ８０を切り替え可能な複数のライナ８０は、互いに高さが異なるため、高さが低いライナ８０よりも、高さが高いライナ８０の方が、ライナ当接部８８に当接する際の上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離が大きくなっている。つまり、ライナ８０は、ライナ当接部８８に当接する際の上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離が異なる複数が備えられている。換言すると、ライナ８０は、ライナ当接部８８に当接する際の上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのクリアランスが異なる複数が備えられている。

サーボモータ８６は、ライナ支持部８５を幅方向に移動させて、ライナ当接部８８に当接するライナ８０を複数のライナ８０の中から切り替えることにより、ライナ８０がライナ当接部８８に当接する際における上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離を切り替えることが可能になっている。つまり、サーボモータ８６は、ライナ８０がライナ当接部８８に当接することによって、上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離が小さくなる方向への上側ベアリングケース６２の移動が規制される距離を切り替えることが可能になっている。これにより、サーボモータ８６は、ニップロール６５同士のクリアランスが小さくなる方向へのニップロール６５の移動が規制されるクリアランスを切り替えることが可能になっている。

ロードセル７８は、下側ベアリングケース６３に配置されており、油圧シリンダ７０によって上側ベアリングケース６２が下側ベアリングケース６３に近付く方向に移動し、ライナ８０とライナ当接部８８とが当接した状態で上側ベアリングケース６２が下側ベアリングケース６３に作用する力を検知することが可能になっている。つまり、ライナ８０とライナ当接部８８とが当接した状態で、上側ベアリングケース６２を下側ベアリングケース６３に近付ける方向の力が油圧シリンダ７０から上側ベアリングケース６２に作用した場合、この力は、ライナ当接部８８からライナ８０に伝えられ、ライナ８０を支持するライナ支持部８５から下側ベアリングケース６３に伝えられることにより、下側ベアリングケース６３に伝達される。ロードセル７８は、このように上側ベアリングケース６２側から下側ベアリングケース６３に伝達された力を検知することが可能になっている。上側ベアリングケース６２を下側ベアリングケース６３に近付ける方向の力は、ニップロール６５同士のクリアランスを小さくする方向の力であるため、ロードセル７８は、下側ベアリングケース６３に伝達された力を検知することにより、ニップロール６５同士のクリアランスを小さくする方向の力を検知することが可能になっている。

ロールニップ機構６０は、さらに、油圧ユニット９０と、減圧弁９１と、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）９２とを有している。油圧ユニット９０は、油圧を発生させる油圧ポンプ（図示省略）を有しており、油圧シリンダ７０を作動させるための油圧を発生させるユニットになっている。減圧弁９１は、油圧ユニット９０から油圧シリンダ７０に供給する油圧を調整する調整弁になっている。ＰＬＣ９２は、ロールニップ機構６０における制御装置になっており、測長センサ７５やロードセル７８の検出結果に基づいて減圧弁９１を制御することにより、油圧シリンダ７０を制御することが可能になっている。

＜複合組成物１０５の構成＞
複合材料シート製造装置１によって連続的に製造する複合材料シート１００（図３参照）は、熱可塑性樹脂と強化短繊維とを含む。複合材料シート１００に用いられる強化短繊維としては、例えば、炭素繊維やガラス繊維、ポリイミド繊維、高分子繊維、セルロース繊維等が挙げられるが、複合材料シート１００に適用可能な強化短繊維であれば、特に限定はしない。適用する繊維は、１種単独であっても、２種以上の組合せであってもよい。本実施形態では、複合材料シート１００の強化短繊維として、炭素繊維の短繊維が使用される。

また、本実施形態に係る複合材料シート製造装置１によって製造する複合材料シート１００に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ナイロンが挙げられ、複合材料シート１００に適用可能な熱可塑性樹脂であれば、特に限定しないが、熱可塑性樹脂はエンジニアリングプラスチックが好ましい。

＜複合材料シート製造装置１の作用＞
本実施形態に係る複合材料シート製造装置１は、以上のような構成を含み、以下、その作用について説明する。図３は、実施形態に係る複合材料シート製造装置１で複合組成物１０５の加熱、搬送を行う場合の説明図である。複合材料シート製造装置１は、熱可塑性樹脂と強化短繊維とを含む複合材料シート１００の製造時における一つの工程に用いられる。複合材料シート１００を製造する際の材料として用いられる複合組成物１０５は、熱可塑性樹脂と強化短繊維とを含んでおり、ランダムに配合した短長の強化繊維である強化短繊維と、粉体状、繊維状、またはシート状の熱可塑性樹脂とを堆積してマット状に形成した、いわゆるランダムマットになっている。複合組成物１０５は、ランダムマットの状態で、従動ロール１５側から複合材料シート製造装置１に供給される。

複合組成物１０５が供給された複合材料シート製造装置１は、複合組成物１０５を搬送しながら加熱し、複合組成物１０５に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させることにより、熱可塑性樹脂を強化短繊維同士の間に入り込ませて、強化短繊維と熱可塑性樹脂とを一体化させる。

具体的には、複合材料シート製造装置１によって複合組成物１０５を搬送する際には、上側無端ベルト２１の搬送経路２５と下側無端ベルト２２の搬送経路２５とが同じ速度で同じ方向に移動するように、上側駆動モータ４１と下側駆動モータ４２とを駆動させる。これにより、上側駆動ロール１１と下側駆動ロール１２とが回転駆動し、上側駆動ロール１１と下側駆動ロール１２との回転駆動に伴い、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とが走行する。上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２との走行方向は、それぞれの搬送経路２５が、従動ロール１５側から駆動ロール１０側に向かい、戻り経路２６が駆動ロール１０側から従動ロール１５側に向かう方向になっている。

このように上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とが走行する複合材料シート製造装置１に対して、複合組成物１０５を供給する際には、上側従動ロール１６や下側従動ロール１７側から、上側無端ベルト２１の搬送経路２５と下側無端ベルト２２の搬送経路２５との間に供給する。即ち、複合組成物１０５は、互いに対向する上側無端ベルト２１の接触面２５ａと下側無端ベルト２２の接触面２５ａとの間に入れる。これにより、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とは、それぞれの接触面２５ａが複合組成物１０５に接触する。

複合材料シート製造装置１は、上側駆動ロール１１と下側駆動ロール１２とが回転駆動することにより、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２のそれぞれの搬送経路２５が、上側従動ロール１６及び下側従動ロール１７側から、上側駆動ロール１１及び下側駆動ロール１２側に向かう方向に上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２とが走行する。このため、上側無端ベルト２１と下側無端ベルト２２のそれぞれの接触面２５ａに接触した複合組成物１０５は、搬送経路２５に沿って、上側従動ロール１６及び下側従動ロール１７側から、上側駆動ロール１１及び下側駆動ロール１２側に移動する。即ち、一対の無端ベルト２０は、駆動ロール１０の回転駆動によって駆動ロール１０と従動ロール１５との間で走行し、複合組成物１０５の厚さ方向における両側から接触面２５ａが複合組成物１０５に接触しながら循環することにより、複合組成物１０５を従動ロール１５側から駆動ロール１０側に向けて搬送する。

このように、複合組成物１０５を搬送する上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２の搬送経路２５の一部は、加熱装置３０の炉３１に覆われている。加熱装置３０は、加熱ロール３２等の加熱手段により、複合組成物１０５を加熱し、複合組成物１０５に含まれる熱可塑性樹脂を溶融することが可能になっている。このため、搬送経路２５に沿って搬送される複合組成物１０５は、加熱装置３０を通る際に、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合は融点以上の温度に、非結晶性樹脂の場合は軟化点以上の温度またはガラス転移点以上の温度になるように加熱される。これにより、複合組成物１０５に含まれる熱可塑性樹脂は溶融して、流動性を有することになる。

ここで、加熱装置３０が有する加熱ロール３２は、ロールニップ機構６０のニップロール６５としても設けられている。対となるニップロール６５は、複合組成物１０５の厚さ方向における両側から複合組成物１０５に接触する一対の無端ベルト２０を介して複合組成物１０５に圧力を付与することが可能になっている。つまり、対となるニップロール６５は、上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２を介して複合組成物１０５を上下方向に挟み込むことにより、複合組成物１０５に圧力を付与することが可能になっている。ニップロール６５による複合組成物１０５への圧力の付与は、油圧シリンダ７０を作動させることにより行う。

詳しくは、油圧シリンダ７０は、ニップロール６５によって複合組成物１０５に圧力を付与する際には、シリンダロッド７１を下側に伸ばす。これにより、上側ベアリングケース６２は下側に移動し、上側ベアリングケース６２に支持される上側ニップロール６６も下側に移動する。上側ニップロール６６が下側に移動した場合、上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのクリアランスが小さくなるため、上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２を介して挟み込む複合組成物１０５への圧力が大きくなる。油圧シリンダ７０は、このように上側ベアリングケース６２に対して下側への力を作用させることにより、ニップロール６５から無端ベルト２０を介して複合組成物１０５に対して作用させる力をニップロール６５に対して付与する。

加熱装置３０の炉３１に覆われた部分で搬送される複合組成物１０５は、このように対となるニップロール６５から付与される力であるニップ力によって、溶融した熱可塑性樹脂が強化短繊維同士の間に入り込むことにより、熱可塑性樹脂と強化短繊維とが一体化した状態になる。加熱装置３０は、加熱ロール３２を複数有しており、即ち、対となるニップロール６５を複数有しているため、加熱装置３０の炉３１に覆われた部分で搬送される複合組成物１０５は、ニップロール６５からのニップ力によって、溶融した熱可塑性樹脂が強化短繊維同士の間に入り込みながら搬送される。

溶融した熱可塑性樹脂が強化短繊維同士の間に入り込み、熱可塑性樹脂と強化短繊維とが一体化した状態の複合組成物１０５は、上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２による搬送が継続されることにより、加熱装置３０から冷却装置３５に向けて搬送される。冷却装置３５は、冷却手段である冷却ロール３７により、上側無端ベルト２１や下側無端ベルト２２を介して複合組成物１０５の冷却を行うことが可能になっている。このため、搬送経路２５に沿って搬送される複合組成物１０５は、冷却装置３５を通る際に冷却され、熱可塑性樹脂が固化する。複合組成物１０５は、加熱装置３０で加熱されることによって、熱可塑性樹脂と強化短繊維とが一体化した状態になっているため、冷却装置３５で冷却されて熱可塑性樹脂が固化した際には、熱可塑性樹脂中に強化短繊維がランダムに配合された複合材料シート１００、言い換えれば、ランダムに配合された強化短繊維の間に熱可塑性樹脂が入り込んだ複合材料シート１００になる。

複合組成物１０５が冷却装置３５によって冷却されることにより得られた複合材料シート１００は、上側無端ベルト２１及び下側無端ベルト２２による搬送が継続されることにより、駆動ロール１０側に向けて移動し、駆動ロール１０が位置する部分から、複合材料シート製造装置１の下流側の工程に向けて搬送される。複合材料シート製造装置１は、このように複合材料シート製造装置１に供給される複合組成物１０５の強化短繊維と熱可塑性樹脂とを一体化させて複合材料シート１００にした後、複合材料シート製造装置１の下流側の工程に当該複合材料シート１００を送り出す。

＜ロールニップ機構６０の作用＞
複合材料シート製造装置１で複合組成物１０５を搬送しながら複合材料シート１００を製造する際には、ロールニップ機構６０は、ニップロール６５が予め設定された一定の大きさのニップ力を複合組成物１０５に対して付与する。即ち、ＰＬＣ９２は、ニップロール６５から複合組成物１０５に対して作用させる力であるニップ力が一定になるように、油圧シリンダ７０を制御する。ニップ力は、油圧シリンダ７０で発生する下向きの力が上側ニップロール６６に伝えられることにより作用するが、上側ニップロール６６は、油圧シリンダ７０に連結されて上下方向に移動可能な上側ベアリングケース６２に支持されている。このため、複合組成物１０５に対して一定の大きさのニップ力を付与する上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのクリアランスは、上側ニップロール６６が上下方向に移動することにより可変になっている。

一方で、複合組成物１０５は、場所によって僅かに厚さが異なっている場合がある。上側ニップロール６６は、油圧シリンダ７０によって、複合組成物１０５に対して力を付与する方向、即ち、下向きの力が、予め設定された一定の大きさで付与されているが、対となるニップロール６５同士の間に、複合組成物１０５における厚さが厚い部分が入り込んだ場合は、上側ニップロール６６は、上側に移動する。つまり、上側無端ベルト２１を介して上側ニップロール６６を押し上げようとする力である反力が、複合組成物１０５から上側ニップロール６６に作用し、この反力が、一定の大きさになるように制御される油圧シリンダ７０による下向きに力よりも大きい場合は、上側ニップロール６６は、上側ベアリングケース６２と共に上側に移動する。即ち、複合組成物１０５から上側ニップロール６６に作用する反力によって、油圧シリンダ７０のシリンダロッド７１が押し縮められる。これにより、対となるニップロール６５同士の間隔が大きくなり、複合組成物１０５における厚さが厚い部分は、ニップロール６５から一定の大きさのニップ力を付与されながらニップロール６５同士の間を通過することができる。

反対に、対となるニップロール６５同士の間に、複合組成物１０５における厚さが薄い部分が入り込んだ場合は、上側ニップロール６６は下側に移動する。つまり、対となるニップロール６５同士の間に、複合組成物１０５における厚さが薄い部分が入り込むことにより、複合組成物１０５から上側ニップロール６６に作用する反力が小さい場合は、上側ニップロール６６は、一定の大きさになるように制御される油圧シリンダ７０による下向きに力によって、上側ベアリングケース６２と共に下側に移動する。これにより、対となるニップロール６５同士の間隔が、複合組成物１０５の厚さに合わせて小さくなり、複合組成物１０５における厚さが薄い部分は、ニップロール６５から一定の大きさのニップ力を付与されながらニップロール６５同士の間を通過することができる。

上側ニップロール６６は、このように上下方向に移動可能になっており、即ち、対となるニップロール６５同士のクリアランスは変化することが可能になっているが、最小のクリアランスは、ライナ８０とライナ当接部８８とによって定められている。つまり、上側ニップロール６６が上側ベアリングケース６２と共に下側に移動し、上側ベアリングケース６２に取り付けられるライナ当接部８８がライナ８０に当接した場合、上側ベアリングケース６２は、それ以上、下側に移動することができなくなる。この状態が、対となるニップロール６５同士の最小のクリアランスになっている。対となるニップロール６５同士のクリアランスは、最小のクリアランスが定められているため、複合組成物１０５における厚さが薄い部分がニップロール６５同士の間に入り込み、クリアランスが小さくなる場合でも、最小のクリアランスより小さくはならない。

このように定められる最小のクリアランスは、ライナ当接部８８に当接するライナ８０を切り替えることにより変更可能になっている。つまり、複数のライナ８０は、互いに高さが異なるため、ライナ当接部８８とライナ８０とが当接する上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離は、ライナ８０によって異なっている。このため、対となるニップロール６５同士の最小のクリアランスも、ライナ８０によって異なっている。

例えば、第２ライナ８２は、第１ライナ８１よりも高さが高いため、幅方向における第２ライナ８２の位置がライナ当接部８８と同じ位置になった際に、第２ライナ８２とライナ当接部８８とが当接する上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離は、幅方向における第１ライナ８１の位置がライナ当接部８８と同じ位置になった際に、第１ライナ８１とライナ当接部８８とが当接する上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離よりも大きくなっている。このため、ライナ当接部８８の幅方向における位置と同じ位置に、第２ライナ８２が位置する場合は、第１ライナ８１が位置する場合よりも、対となるニップロール６５同士の最小のクリアランスが大きくなっている。対となるニップロール６５同士の最小のクリアランスは、このように、ライナ当接部８８の幅方向における位置と同じ位置に位置するライナ８０を切り替えることにより、変更することが可能になっている。

このように変更可能な、対となるニップロール６５同士の最小のクリアランスの設定は、複合材料シート製造装置１の運転を開始する前に、オペレータが複合材料シート製造装置１に対して各種入力操作を行う入力操作部（図示省略）に対して入力操作を行うことにより切り替える。複合材料シート製造装置１の運転の開始前に、入力操作部に対して最小のクリアランスの設定についての入力操作を行うと、入力操作に基づいてサーボモータ８６が作動し、ライナ支持部８５が幅方向に移動する。ライナ支持部８５が幅方向に移動する際には、油圧シリンダ７０のシリンダロッド７１が縮み、上側ベアリングケース６２が上側に移動してライナ当接部８８とライナ８０とが離間した状態で移動する。これにより、ライナ当接部８８の幅方向における位置と同じ位置に位置するライナ８０が切り替えられ、対となるニップロール６５同士の最小のクリアランスが設定される。

また、複合組成物１０５を搬送する際に、ニップロール６５が複合組成物１０５に対して付与するニップ力は、複合組成物１０５によって異なっており、ニップ力の設定は、対となるニップロール６５同士の最小のクリアランスの設定と同様に、複合材料シート製造装置１の運転を開始する前に入力操作部に対して入力操作を行うことに行う。ニップ力の設定を行う際には、油圧シリンダ７０を作動させて実際にニップ力を発生させながら行う。つまり、ニップ力は、油圧シリンダ７０が上側ベアリングケース６２を下側に押し下げることにより発生するが、油圧シリンダ７０が上側ベアリングケース６２を下側に押し下げる力は、複合組成物１０５を搬送しない状態では、ライナ当接部８８とライナ８０とを介して下側ベアリングケース６３に伝えられ、下側ベアリングケース６３からロードセル７８に伝えられる。ロードセル７８は、このように下側ベアリングケース６３から伝えられた力を検知し、ＰＬＣ９２に伝達する。即ち、ロードセル７８は、ニップロール６５から複合組成物１０５に対して作用させる力であるニップ力を検知するニップ力検知手段として設けられている。

ＰＬＣ９２は、ロードセル７８から伝えられた力が、設定されたニップ力より大きい場合は、油圧シリンダ７０が上側ベアリングケース６２を押し下げる力を小さくし、ロードセル７８から伝えられた力が、設定されたニップ力より小さい場合は、油圧シリンダ７０が上側ベアリングケース６２を押し下げる力を大きくするように、減圧弁９１を制御する。これにより、油圧シリンダ７０が上側ベアリングケース６２に対して作用する力が、設定されたニップ力を発生することのできる力になるよう調整する。ニップ力の設定は、これらのように行い、複合材料シート製造装置１の運転を開始したら、ＰＬＣ９２は、油圧シリンダ７０が設定されたニップ力を継続して発生することのできるように、減圧弁９１を制御する。

また、複合組成物１０５は、熱可塑性樹脂が流動性を有しているため、不適切な流動が生じることがあり、例えば、複合組成物１０５は、複合組成物１０５の搬送方向におけるニップロール６５の上流側の部分に溜まってしまうことがある。複合組成物１０５がニップロール６５の上流側の部分に溜まり始めた場合、複合組成物１０５が継続して搬送されることにより、ニップロール６５の上流側の部分に溜まる複合組成物１０５はさらに増加し、ニップロール６５の上流側の部分に多くの複合組成物１０５が堆積してしまうことがある。この場合、堆積した複合組成物１０５は、ニップロール６５を押し退けて搬送方向における上流側から下流側に移動しようとするため、複合組成物１０５から上側ニップロール６６に対して、上側ニップロール６６を押し上げようとする大きな反力が作用する。これにより、上側ニップロール６６は上側に移動し、ニップロール６５同士のクリアランスは大きくなる。

ここで、ロールニップ機構６０が有する測長センサ７５は、上側ベアリングケース６２と下側ベアリングケース６３との距離を検知することを介して、上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのクリアランスを検知することが可能になっている。測長センサ７５で検知した上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのクリアランスは、ＰＬＣ９２に伝達され、ＰＬＣ９２は、伝達されたクリアランスが予め設定されている所定の閾値以上であるか否かを判定する。ＰＬＣ９２は、この判定により、測長センサ７５で検知したクリアランスが所定の閾値未満である場合は、油圧シリンダ７０に対して新たな制御は行わず、複合材料シート製造装置１の運転を継続させる。

これに対し、測長センサ７５で検知したクリアランスが所定の閾値以上である場合は、ＰＬＣ９２は、上側ベアリングケース６２を上側に移動させ、上側ニップロール６６と下側ニップロール６７とのクリアランスが大きくなる方向に油圧シリンダ７０を作動させる。つまり、油圧シリンダ７０に対して、シリンダロッド７１を縮めさせることにより上側ベアリングケース６２を上側に移動させ、対となるニップロール６５同士のクリアランスを大きくする。これにより、ＰＬＣ９２は、対となるニップロール６５同士のクリアランスが所定の閾値以上になったら、クリアランスを大きくする方向にニップロール６５を油圧シリンダ７０によって移動させる。換言すると、上側ニップロール６６を上下方向に移動させることが可能な油圧シリンダ７０は、測長センサ７５で検知した、ニップロール６５同士のクリアランスが所定の閾値以上になったら、当該クリアランスを大きくする方向に、ニップロール６５を移動させる。

このように、上側ニップロール６６を上側に退避させ、対となるニップロール６５同士のクリアランスを大きくしたら、加熱装置３０の加熱を停止して複合組成物１０５を搬送することにより、ニップロール６５の上流側で溜まっていた複合組成物１０５を駆動ロール１０側に移動させる。流動することよって堆積した複合組成物１０５は、複合材料シート１００の材料として使用できないため、堆積した複合組成物１０５は、駆動ロール１０側に移動させて上側無端ベルト２１の搬送経路２５と下側無端ベルト２２の搬送経路２５との間から排出した後、廃棄する。

なお、このように、測長センサ７５で検知したニップロール６５同士のクリアランスが、所定の閾値以上になった場合は、オペレータに報知するのが好ましい。例えば、クリアランスが所定の閾値以上になった旨を、オペレータが複合材料シート製造装置１に対して入力操作を行う入力操作部の表示部（図示省略）で表示したり、スピーカ（図示省略）から音声によって報知したりするのが好ましい。

＜実施形態の効果＞
以上の実施形態に係るロールニップ機構６０は、対となるニップロール６５同士のクリアランスが可変に配置され、測長センサ７５で検知したクリアランスが所定の閾値以上になったら、油圧シリンダ７０でクリアランスを大きくする方向にニップロール６５を移動させるため、複合組成物１０５が不適切な状態で搬送され続けることを抑制することができる。

図４は、アイソコリック方式で複合組成物１０５を加圧しながら搬送する際に、複合組成物１０５が溜まった状態を示す説明図である。例えば、アイソコリック方式は、上側ニップロール１６６と下側ニップロール１６７とのクリアランスＣＬが一定であるため、上側無端ベルト１２１と下側無端ベルト１２２との一対の無端ベルト１２０によって複合組成物１０５を搬送する際に、複合組成物１０５の厚さが厚い部分が流れてきた場合、一部の複合組成物１０５は、ニップロール１６５同士の間に入り込めなくなる。この場合、複合組成物１０５は、搬送方向におけるニップロール１６５の上流側に溜まってしまう。この状態で、複合組成物１０５を搬送して複合材料シート１００の製造を継続した場合、ニップロール１６５同士の間を通過した複合組成物１０５は、厚さや組成が不適切なものになり易いため、複合材料シート１００は不良品になり易くなる。

これに対し、本実施形態に係るロールニップ機構６０は、測長センサ７５で検知したニップロール６５同士のクリアランスが所定の閾値以上になったら、クリアランスを大きくする方向にニップロール６５を油圧シリンダ７０によって移動させるため、複合組成物１０５が不適切な状態であることを早期に認識することができる。これにより、不適切な状態で複合材料シート１００の製造を継続することを抑制することができる。この結果、複合材料シート１００の不良品の発生率を低減することができる。

また、ニップロール６５から複合組成物１０５に対して作用させるニップ力を検知するロードセル７８を備えており、ニップ力が設定した大きさになるようにロードセル７８を用いて管理することができるため、複合組成物１０５に対して、より確実に適切なニップ力を作用させることができる。この結果、複合組成物１０５を用いて製造する複合材料シート１００の品質を向上させることができる。

また、ロールニップ機構６０は、上側ガイドロール５６側に配置されるライナ当接部８８と、下側ガイドロール５７側に配置されるライナ８０と、を備え、ライナ８０とライナ当接部８８とが当接することにより、クリアランスが小さくなる方向のニップロール６５の移動が規制されるため、複合組成物１０５の状態に極力対応しつつ、複合材料シート１００の不良品の発生率を低減することができる。

図５は、アイソバリック方式で複合組成物１０５を加圧しながら搬送する際に、複合組成物１０５の厚さが変化する場合の説明図である。例えば、アイソバリック方式は、上側ニップロール１６６と下側ニップロール１６７とのクリアランスＣＬが変化するため、ニップロール１６５で加圧しながら上側無端ベルト１２１と下側無端ベルト１２２との一対の無端ベルト１２０によって複合組成物１０５を搬送すると、製造された複合材料シート１００の厚さが、複合組成物１０５の厚さに応じて変化してしまう虞がある。つまり、アイソバリック方式は、上側ニップロール１６６と下側ニップロール１６７とのクリアランスＣＬが変化するため、ニップロール１６５同士の間を通過した複合組成物１０５において、厚さが厚い部分と薄い部分とで大きな差が生じてしまい、複合材料シート１００の不良品の発生率が高くなってしまう虞がある。

これに対し、本実施形態に係るロールニップ機構６０は、ライナ８０とライナ当接部８８とにより、対となるニップロール６５同士のクリアランスが小さくなる方向のニップロール６５の移動が規制されるため、複合組成物１０５の厚さに合わせてクリアランスを変化させつつ、ニップロール６５同士の間を通過した複合組成物１０５が薄くなり過ぎることを抑制することができる。この結果、より確実に複合材料シート１００の不良品の発生率を低減することができる。

また、ライナ当接部８８に当接するライナ８０を、高さが異なる複数のライナ８０の中から切り替えることにより、ニップロール６５の移動が規制されるクリアランスを切り替えることができるため、複合組成物１０５の組成や目標となる複合材料シート１００に合わせて、ニップロール６５同士のクリアランスを容易に切り替えることができる。この結果、より容易に所望の複合材料シート１００を得ることができる。

また、対となるニップロール６５同士で加圧する複合組成物１０５は、熱可塑性樹脂と強化短繊維とを含むランダムマットであるため、本実施形態に係るロールニップ機構６０は、ランダムマットを過不足なく圧縮することができる。つまり、ランダムマットは、無負荷の状態では厚さが厚く、加圧によって大きく圧縮される特性を有するため、アイソバリック方式のように上側ニップロール１６６と下側ニップロール１６７とのクリアランスＣＬが変化しながら複合組成物１０５を搬送する場合、複合組成物１０５は加圧によって大きく圧縮され、厚さが薄くなり過ぎてしまう虞がある。また、アイソコリック方式のように、上側ニップロール１６６と下側ニップロール１６７とのクリアランスＣＬが一定である場合、加圧によって大きく圧縮されるランダムマットの圧縮が不足する虞がある。つまり、アイソコリック方式では、対となるニップロール１６５同士の間を通る複合組成物１０５の厚さや複合組成物１０５からの反力に関わらず、上側ニップロール１６６と下側ニップロール１６７とのクリアランスＣＬが一定になっている。このため、アイソコリック方式では、上側ニップロール１６６と下側ニップロール１６７とのクリアランスＣＬが、ニップロール１６５同士の間に入り込むランダムマットが有する熱可塑性樹脂と強化短繊維とを、ニップ力によって一体させることができるクリアランスＣＬよりも大きい状態になってしまうことがある。この場合、ニップロール１６５同士の間に入り込んだランダムマットに対してニップロール１６５から付与されるニップ力は、熱可塑性樹脂と強化短繊維とを一体化させることのできるニップ力の大きさに対して不足し、ニップ力によるランダムマットの圧縮が不足するため、熱可塑性樹脂と強化短繊維とが一体化し難くなる虞がある。これらの場合、いずれも複合材料シート１００は不良品となってしまう虞がある。これに対し、本実施形態に係るロールニップ機構６０は、対となるニップロール６５同士のクリアランスが、ライナ８０とライナ当接部８８とによって定められる最小のクリアランスになるまでランダムマットを加圧するため、ランダムマットを過不足なく圧縮することができる。この結果、より確実に複合材料シート１００の不良品の発生率を低減することができる。

また、実施形態に係る複合材料シート製造装置１は、ロールニップ機構６０のニップロール６５が、複合組成物１０５を加熱する加熱装置３０の加熱ロール３２として用いられるため、加熱装置３０で加熱する複合組成物１０５が流動して搬送方向におけるニップロール６５の上流側に溜まった場合でも、複合組成物１０５が溜まったことを早期に認識することができる。つまり、加熱装置３０は、複合組成物１０５を加熱することにより熱可塑性樹脂を溶融し、複合組成物１０５に流動性を発生させた状態でニップ力を付与することによって熱可塑性樹脂と強化短繊維とを一体化させるため、加熱装置３０内で搬送される複合組成物１０５は、流動性を有する状態になる。このため、対となる加熱ロール３２同士の間に、厚さが厚めの複合組成物１０５が搬送されてきた場合、複合組成物１０５はその流動性によって流動することにより、加熱ロール３２の上流側に容易に溜まってしまう。この場合、加熱ロール３２を通過した複合組成物１０５により製造される複合材料シート１００は、組成や厚さが所望の組成や厚さになり難くなる虞があるが、本実施形態に係る複合材料シート製造装置１は、ロールニップ機構６０のニップロール６５が、加熱ロール３２として用いられている。このため、加熱ロール３２は、上下方向に移動可能になっており、対となる加熱ロール３２同士のクリアランスが所定の閾値以上になったら、上側の加熱ロール３２を上側に移動させることができる。これにより、加熱ロール３２の上流側に複合組成物１０５が溜まった場合でも、加熱ロール３２が上側に移動することにより、オペレータは、複合組成物１０５が溜まったことを加熱ロール３２の移動に基づいて早期に認識することができる。従って、複合組成物１０５が複合材料シート１００の製造に不適切となっている状態で、複合材料シート１００を継続して製造することを抑制することができる。この結果、複合材料シート１００の不良品の発生率を低減することができる。

また、加熱装置３０が有する複数の加熱ロール３２は、全てロールニップ機構６０のニップロール６５が用いられるため、いずれの加熱ロール３２の位置で複合組成物１０５が溜まった場合でも、複合組成物１０５が溜まったことを早期に認識することができる。この結果、より確実に複合材料シート１００の不良品の発生率を低減することができる。

［変形例］
なお、上述した実施形態に係るロールニップ機構６０は、ライナ８０として、互いに高さが異なる第１ライナ８１と第２ライナ８２と第３ライナ８３とが用いられているが、ライナ８０の数は３つ以外でもよい。つまり、ライナ当接部８８に当接するライナ８０を切り替えることによって切り替えることのできる、対となるニップロール６５同士の最小のクリアランスは、３種類以外でもよい。ライナ８０の数、即ち、ニップロール６５同士の最小のクリアランスの種類は、複合材料シート製造装置１で製造する可能性のある複合材料シート１００の種類に基づいて、適宜設定するのが好ましい。

また、上述した実施形態に係るロールニップ機構６０では、測長センサ７５は、伸縮するロッドを有する測長センサ７５が上側ベアリングケース６２に取り付けられ、下側ベアリングケース６３に接触するロッドの伸縮量を検知することにより、対となるニップロール６５同士のクリアランスを検知しているが、測長センサ７５は、これ以外の手法によって、ニップロール６５同士のクリアランスを検知してもよい。

１…複合材料シート製造装置、６…上側ベルトユニット、７…下側ベルトユニット、１０…駆動ロール、１１…上側駆動ロール、１２…下側駆動ロール、１５…従動ロール、１６…上側従動ロール、１７…下側従動ロール、２０…無端ベルト、２１…上側無端ベルト、２２…下側無端ベルト、２５…搬送経路、２５ａ…接触面、２６…戻り経路、３０…加熱装置、３２…加熱ロール、３５…冷却装置、３７…冷却ロール、４０…駆動モータ、５０…張力調整機構、５５…ガイドロール、６０…ロールニップ機構、６１…ベアリングケース、６２…上側ベアリングケース、６３…下側ベアリングケース、６５…ニップロール、６６…上側ニップロール、６７…下側ニップロール、７０…油圧シリンダ、７１…シリンダロッド、７５…測長センサ、７８…ロードセル、８０…ライナ、８１…第１ライナ、８２…第２ライナ、８３…第３ライナ、８５…ライナ支持部、８６…サーボモータ、８８…ライナ当接部、９０…油圧ユニット、９１…減圧弁、９２…ＰＬＣ、１００…複合材料シート、１０５…複合組成物

Claims (5)

1. 複合組成物に対するそれぞれの接触面が対向し、前記複合組成物の厚さ方向における両側から前記接触面が前記複合組成物に接触しながら循環することにより前記複合組成物を搬送する一対の無端ベルトと、
   前記無端ベルトにおける前記接触面の反対の面側にそれぞれ配置され、前記複合組成物の厚さ方向における両側から前記複合組成物に接触する一対の前記無端ベルトを介して前記複合組成物に圧力を付与する対となるニップロールと、
   前記ニップロールから前記無端ベルトを介して前記複合組成物に対して作用させる力を前記ニップロールに対して付与する油圧シリンダと、
   前記油圧シリンダを制御する制御装置と、
   前記複合組成物の厚さ方向における前記ニップロール同士の距離であるクリアランスを検知する測長センサと、
   を備え、
   対となる前記ニップロールは、前記クリアランスを可変に配置され、
   前記制御装置は、
   前記測長センサで検知した前記クリアランスが所定の閾値未満である場合は、前記ニップロールから前記複合組成物に対して作用させる力が一定になるように前記油圧シリンダを制御し、
   前記測長センサで検知した前記クリアランスが所定の閾値以上である場合は、前記クリアランスを大きくする方向に前記ニップロールを前記油圧シリンダによって移動させることを特徴とするロールニップ機構。
2. 対となる前記ニップロールのうち一方の前記ニップロール側に配置されるライナと、
   対となる前記ニップロールのうち他方の前記ニップロール側に配置されるライナ当接部と、
   を備え、
   前記ライナは、前記ライナ当接部に当接することにより前記クリアランスが小さくなる方向の前記ニップロールの移動を規制する請求項１に記載のロールニップ機構。
3. 前記ライナは、前記ライナ当接部に当接する際の前記クリアランスが複数の前記ライナが備えられ、
   前記ライナ当接部に当接する前記ライナを複数の前記ライナの中から切り替えることにより、前記ニップロールの移動が規制される前記クリアランスが切り替えられる請求項２に記載のロールニップ機構。
4. 前記複合組成物は、熱可塑性樹脂と強化短繊維とを含むランダムマットである請求項１～３のいずれか１項に記載のロールニップ機構。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のロールニップ機構と、
   前記無端ベルトが巻き掛けられ、前記無端ベルトを循環させる駆動ロールと従動ロールの対と、
   複数の加熱ロールを有し、前記無端ベルトで搬送する前記複合組成物を加熱する加熱装置と、
   を備え、
   前記ニップロールは、前記加熱ロールに用いられることを特徴とする複合材料シート製造装置。

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