KR101908212B1

KR101908212B1 - 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101908212B1
Application number: KR1020167035620A
Authority: KR
Inventors: 나오유키 다시로; 다카야스 후지우라; 야스히로 사쿠라이
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2018-10-15
Also published as: KR20170010395A; ES2797746T3; EP3170638B1; EP3170638A4; CN106414011B; CN106414011A; JP2016083923A; EP3170638A1; JP6423303B2; US20170129155A1

Abstract

결함 부분이 적은 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조가 가능한 방법 및 장치를 제공한다. 제공되는 장치는, 용기(3a)를 포함하고, 그 출구부를 통하여 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발(8)이 배출되는 것을 허용하는 수지 함침 장치(3)와, 상기 출구부에 설치되고 상기 섬유 다발을 테이프 형상으로 하면서 그 통과를 허용하는 개구를 갖는 노즐(18)과, 노즐(18)을 통과한 섬유 다발(8)에 접촉 위치에서 접촉하면서 그 이송 및 냉각을 하는 메인 냉각 롤러(20)를 구비한다. 상기 개구는 직사각형의 슬릿이며, 그 짧은 변의 치수를 T(㎜), 노즐(18)의 선단과 상기 접촉 위치의 거리를 L(㎜)로 했을 때, 당해 치수 T 및 당해 거리 L이, 다음의 (A) 식 및 (B) 식 중 어느 한쪽을 만족한다.

Description

섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치 및 제조 방법{MANUFACTURING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR FIBER-REINFORCED THERMOPLASTIC RESIN TAPE}

본 발명은 연속된 섬유 및 이것에 함침되는 열 가소성 수지를 포함하는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1에는 탄소 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법은 용융 수지가 함침된 탄소 섬유를 하류측 슬릿 노즐을 통하여 테이프로서 인발하는 것과, 상기 하류측 슬릿 노즐의 하류에 설치된 테이프 냉각 수단에 의해 당해 하류측 슬릿 노즐로부터 인출된 직후의 상기 테이프를 소정 강온 속도 이상에서 급냉하는 것을 포함한다.

상기 특허문헌 1에 있어서는, 상기 테이프의 변형을 방지하기 위하여, 상기 테이프 냉각 수단을 구성하는 냉각 롤러를 상기 하류측 슬릿 노즐에 가능한 한 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직한 것이 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재되는 실시예에서는, 상기 하류측 슬릿 노즐의 하류에 있어서, 노즐 롤러와 냉각 롤러의 축심 거리가 200㎜가 되는 위치에 상기 냉각 롤러가 설치된다.

그러나, 본 발명자들이 시험을 행한 바, 상기 특허문헌 1에 기재된 배치에서는, 제조된 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프에 그 폭 방향에 대하여 섬유의 소밀이 발생하여, 극단적인 경우, 섬유가 전혀 없고 열 가소성 수지만이 존재하는 부분이나, 섬유도 열 가소성 수지도 없는 결손 부분이 발생하는 것이 판명되었다.

일본 특허 공개 제2007-118216호 공보

본 발명의 목적은 결함 부분이 적은 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하는 것이 가능한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

제공되는 것은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 장치이며, 용융된 열 가소성 수지를 섬유 다발에 함침시키기 위한 수지 함침 장치이며, 상기 섬유 다발 및 이것에 함침되는 상기 열 가소성 수지를 수용하는 용기를 포함하고, 당해 용기가 출구부를 갖고 이 출구부를 통하여 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발이 배출되는 것을 허용하는 수지 함침 장치와, 상기 수지 함침 장치의 상기 용기의 상기 출구부에 설치되고, 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발을 테이프 형상으로 하면서 그의 통과를 허용하는 노즐과, 상기 노즐의 하류측에 배치되고, 상기 노즐을 통과한 상기 테이프 형상의 섬유 다발을 하류측에 보내면서 냉각하는 적어도 하나의 메인 냉각 롤러를 구비한다. 상기 섬유 다발의 통과를 허용하는 상기 노즐의 개구는 긴 변과 짧은 변을 갖는 직사각형의 슬릿이다. 이 장치에서는, 상기 노즐의 선단의 상기 짧은 변의 치수를 T(㎜), 상기 노즐의 선단과 상기 접촉 위치의 거리를 L(㎜)로 했을 때, 당해 치수 T 및 당해 거리 L이, 다음의 (A) 식 및 (B) 식 중 어느 한쪽을 만족한다.

또한, 제공되는 것은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 방법이며, 용융된 열 가소성 수지를 섬유 다발에 함침시키는 수지 함침 공정과, 긴 변 및 짧은 변을 갖는 직사각형의 슬릿인 개구를 갖는 노즐의 당해 개구에, 상기 수지 함침 공정을 거쳐 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발을 통과시켜 당해 섬유 다발을 테이프 형상으로 하는 노즐 통과 공정과, 상기 개구를 통과한 후의 상기 테이프 형상의 상기 섬유 다발을, 상기 노즐의 하류측에 배치된 적어도 하나의 메인 냉각 롤러에 접촉시켜, 하류측에 보내면서 냉각하는 냉각 공정을 포함한다. 이 방법에서는, 상기 노즐의 선단의 상기 짧은 변의 치수를 T(㎜), 상기 노즐의 선단과, 상기 섬유 다발이 상기 메인 냉각 롤러에 최초로 접촉하는 위치인 접촉 위치의 거리를 L(㎜)로 했을 때, 당해 치수 T 및 당해 거리 L이, 다음의 (A) 식 및 (B) 식 중 어느 한쪽을 만족한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치의 모식도이다.
도 2는 상기 제1 실시 형태에 관한 조출기의 확대도이다.
도 3a는 도 1에 도시되는 노즐을 확대한 단면 정면도이다.
도 3b는 도 1에 도시되는 노즐을 도 1의 화살표(3B)의 방향으로부터 본 도면이다.
도 4a는 상기 노즐의 변형예를 확대한 정면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 노즐을 도 1의 화살표(3B)의 방향에 상당하는 방향으로부터 본 도면이다.
도 5는 도 1에 도시되는 홈 구비 롤러를 상기 화살표(3B)의 방향으로부터 본 도면이다.
도 6은 도 1에 도시되는 수지 함침 장치의 평면도이다.
도 7은 도 1에 도시되는 노즐 및 냉각 롤러부를 확대한 단면 정면도이다.
도 8은 도 1에 도시되는 장치에 의해 제조된 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 외관을 나타내는 사진이다.
도 9는 상기 수지 함침 장치 및 상기 냉각 롤러부의 제1 변형예를 도시하는 정면도이다.
도 10은 상기 수지 함침 장치 및 상기 냉각 롤러부의 제2 변형예를 도시하는 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치의 노즐 및 냉각 롤러부를 확대한 단면 정면도이다.
도 12는 도 11에 도시되는 장치에 의해 제조된 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 외관을 나타내는 사진이다.
도 13은 표 1의 샘플 No.8의 단면을 나타내는 사진이다.
도 14는 표 1의 샘플 No.8의 단면을 나타내는 사진이다.
도 15는 표 1의 샘플 No.1의 단면을 나타내는 사진이다.
도 16은 제조된 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 두께 T와, 거리 L의 관계를 도시하는 도면이며, 상기 거리 L은, 메인 냉각 롤러와 노즐로부터 배출되는 테이프 형상의 섬유 다발이 접촉하는 위치와, 노즐의 선단과의 거리이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치(100)를 나타낸다. 이 제조 장치(100)는 섬유 다발(8)을 소정의 반송 방향으로 반송하면서 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조를 행한다. 이 제조 장치(100)는 조출기(1), 섬유 예열기(2), 수지 함침 장치(3), 노즐(18), 냉각 롤러부(4), 냉각부(5), 인출기(6) 및 권취기(7)를 구비하고, 이들은 상기 반송 방향으로 순서대로 배열되어 있다.

상기 조출기(1)는 섬유 보빈(11), 가이드 바(12), 댄서 롤러(13) 및 가이드 롤러(14)를 구비하고 있다.

섬유 보빈(11)에는 복수개, 예를 들어 12000개 정도의 섬유가 서로 묶인 섬유 다발(8)이 권취되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 상기 섬유는 탄소 섬유이다. 그러나, 본 발명에 있어서 사용되는 섬유는 탄소 섬유에 한정되지 않고, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹스 섬유, 금속 섬유, 폴리벤조티아졸이나 폴리벤조옥사졸 등을 포함하는 복소환 함유 중합체로부터 얻어지는 섬유 등의 연속 섬유를 사용할 수 있다. 또한, 비연속의 섬유를 방적하여 실로 한 천연식물 섬유도 사용할 수 있다. 또한, 상기 탄소 섬유로서는, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 석유·석탄 피치계, 레이온계, 리그닌계 등의 탄소 섬유를 사용할 수 있다.

상기 가이드 바(12), 상기 댄서 롤러(13) 및 상기 가이드 롤러(14)는 모두 상기 섬유 다발(8)을 안내하는 부재이며, 원형의 단면을 갖는다. 이 중 가이드 바(12)는 그 중심축 주위로 회전하지 않도록 고정되어 있는 한편, 상기 댄서 롤러(13) 및 가이드 롤러(14)는 그 중심축 주위로 회전하도록 배치된다. 또한, 상기 댄서 롤러(13)는 상하 방향으로 가동한다.

섬유 다발(8)은 섬유 보빈(11)으로부터 조출되어, 가이드 바(12), 댄서 롤러(13), 가이드 롤러(14)에 각각 접촉하면서 반송된다. 이때, 섬유 다발(8)에는 일정한 장력이 부가된다. 당해 장력은, 주로 댄서 롤러(13)에 의해 조정된다.

조출기(1)는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 섬유 다발(8)에 작용하는 장력을 일정하게 유지하는 장력 조정 기구(31)를 갖는다. 장력 조정 기구(31)는 양단부를 갖고 그 중 한쪽의 단부가 상기 댄서 롤러(13)의 축에 접속된 막대 부재(32)와, 막대 부재(32)에 설치된 텐션 부가 추(33)와, 막대 부재(32)에 접속된 각도 검출기(34)와, 상기 섬유 보빈(11)을 회전시키는 모터(35)와, 컨트롤러(36)를 갖고 있다.

댄서 롤러(13)에는 텐션 부가 추(33)에 작용하는 중력에 상당하는 하향의 일정한 힘이 가해지고 있다. 각도 검출기(34)는 상기 막대 부재(32)의 양단부 중 상기 댄서 롤러(13)의 축에 접속되는 단부와 반대측의 단부를 수평축 주위로 회전 가능하게 지지함과 함께, 당해 막대 부재(32)의 회전 각도를 검출한다.

상기 모터(35) 및 상기 각도 검출기(34)는 상기 컨트롤러(36)에 전기적으로 접속되어 있다. 컨트롤러(36)는 각도 검출기(34)가 검출한 각도에 따라 모터(35)의 회전 속도를 조절하고, 이에 의해 섬유 보빈(11)으로부터 조출되는 섬유 다발(8)의 장력을 일정하게 한다. 그 결과, 후술하는 수지 함침 장치(3)에 있어서, 섬유 다발(8)이 안정되게 개섬된다. 본 실시 형태에 있어서, 섬유 다발(8)의 장력은 예를 들어 300g으로 제어된다. 또한, 섬유 다발(8)의 주행 속도는, 예를 들어 3m/분이다.

상기 섬유 보빈(11)으로부터 조출되는 상기 섬유 다발(8)의 장력을 일정하게 하는 수단은, 상기한 장력 조정 기구(31)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 섬유 다발(8)의 주행 속도를 검출하는 검출기와, 섬유 보빈(11)의 회전수를 검출하는 검출기와, 검출되는 주행 속도 및 회전수에 기초하여 상기 섬유 보빈(11)에 권취되어 있는 섬유 다발(8)의 직경을 산출하고, 파우더 클러치 등을 작동시켜 상기 섬유 보빈(11)의 브레이크 토크를 조정하는 것을 구비하는 것도, 섬유 다발(8)의 장력을 일정하게 할 수 있다. 또한, 폭이 넓은 테이프를 제조할 때에는 당해 테이프를 구성하기 위한 섬유가 복수의 섬유 보빈(11)으로부터 조출되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 각각이 상기 조출기(1)에 상당하는 복수의 조출기이며 당해 복수의 조출기가 서로 병렬로 배치되는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 조출기(1)로부터 조출된 섬유 다발(8)은 상기 섬유 예열기(2)에 보내진다. 섬유 예열기(2)는 섬유 다발(8)을 약 100℃로 가열하고, 이에 의해 섬유 다발(8)에 부착되어 있는 수렴제를 연화시킨다. 당해 수렴제는 복수의 섬유를 수렴시켜 취급하기 쉽게 하는 것이다. 이 수렴제의 연화는, 다음 공정에서의 섬유 다발(8)의 개섬 및 섬유 다발(8)에의 열 가소성 수지의 함침을 용이하게 한다. 섬유 예열기(2)에는 공지의 것이 사용 가능하다.

상기 섬유 예열기(2)로부터 반출된 섬유 다발(8)은, 상기 가이드 롤러(15)를 거쳐 수지 함침 장치(3)에 보내진다. 가이드 롤러(15)는 원형의 단면을 갖고 그 중심축 주위로 회전한다. 이 가이드 롤러(15) 대신에, 원형의 단면을 갖지만 그 중심축 주위로 회전하지 않는 가이드 바가 사용되어도 된다.

상기 수지 함침 장치(3)는 상기 섬유 다발(8)을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 당해 섬유 다발(8)에 함침시키기 위한 것이다. 수지 함침 장치(3)는 용기(3a)와, 압출기(17)와, 복수의 함침 롤러(16)를 갖는다.

상기 용기(3a)는, 상기 섬유 다발(8)의 상기 반송 방향으로 긴 통 형상을 이루고, 당해 용기(3a) 내에 용융된 열 가소성 수지를 저류한다. 용기(3a) 내의 용융된 열 가소성 수지의 온도는, 예를 들어 230℃이다. 또한, 상기 용기(3a)는, 출구부를 갖고, 이 출구부를 통하여 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발이 당해 용기(3a)로부터 배출되는 것을 허용한다.

상기 압출기(17)는 용기(3a) 내에 용융된 열 가소성 수지를 공급한다. 이 열 가소성 수지는, 적당한 MFR을 갖는다. 이 MFR은, 합성 수지의 유동성 지수(용융 유속; Melt Flow Rate)이며, 예를 들어 30 내지 115[g/10분]의 범위 내의 임의의 값으로 설정된다.

본 실시 형태에 있어서, 상기 열 가소성 수지는 폴리프로필렌이다. 그러나, 본 발명에 있어서 사용되는 열 가소성 수지는 폴리프로필렌에 한정되지 않는다. 당해 열 가소성 수지에는, 예를 들어 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리아미드(나일론6, 나일론66 등), 폴리아세탈, 폴리카르보네이트, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤 등을 사용할 수 있다.

상기 복수의 함침 롤러(16) 각각은, 상기 용기(3a) 내에 배치되는 함침용 부재이다. 이들 함침 롤러(16)는 상기 섬유 다발(8)의 상기 반송 방향을 따라 소정의 간격으로 배치되어 있다. 이들 함침 롤러(16)끼리의 간격은 등간격으로 한정되지 않는다. 각 함침 롤러(16)는 원형의 단면을 갖고, 그 중심축 주위로 회전함으로써, 상기 섬유 다발(8)에 접촉하면서 당해 섬유 다발(8)을 상기 반송 방향의 하류측에 반송한다. 상기 복수의 함침 롤러(16)의 적어도 일부는, 원형의 단면을 갖지만 그 중심축 주위로 회전하지 않는 가이드 바이어도 된다.

상기 섬유 다발(8)은, 용융된 열 가소성 수지를 저류하는 상기 용기(3a) 내에서 상기 복수의 함침 롤러(16)에 각각 접촉하면서, 용기(3a) 내를 지그재그로 통과한다. 즉, 섬유 다발(8)은, 특정한 함침 롤러(16)의 하면과의 접촉과, 그 다음 함침 롤러(16)의 상면과의 접촉을 교대로 행하면서, 용기(3a) 내를 상기 반송 방향으로 통과한다. 이 통과 시에 상기 각 함침 롤러(16)가 상기 섬유 다발(8)을 개섬 하고, 또한 용융된 열 가소성 수지가 그 개섬된 섬유 다발(8)에 함침된다.

상기 함침 롤러(16)의 개수는, 섬유 다발(8)의 개섬 상태 및 섬유 다발(8)에의 열 가소성 수지의 함침 상태에 따라 조정된다. 함침 롤러(16)의 개수가 지나치게 많은 경우에는 섬유 다발(8)이 지나치게 개섬되어, 섬유 다발(8)의 폭 방향의 양단에서의 섬유 밀도가 높아진다. 또한, 함침 롤러(16)의 개수가 지나치게 많은 경우에는, 섬유 다발(8)에 과도한 장력이 작용하여 섬유 끊김을 일으키기 쉽다. 반대로, 함침 롤러(16)의 개수가 지나치게 적은 경우에는, 섬유 다발(8)의 개섬이 불충분해져, 섬유 다발(8)의 폭 방향의 중앙에서 섬유 밀도가 높아지거나, 섬유 다발(8)에의 열 가소성 수지의 함침이 불충분해지거나 한다.

상기 노즐(18)은, 상기 용기(3a)의 상기 출구부에 설치되어 있다. 이 노즐(18)은 용기(3a) 내로부터 배출되는 섬유 다발(8)의 형상을 정형하면서 그 통과를 허용하는 것이다. 노즐(18)은 개구를 갖고, 이 개구는 긴 변 및 짧은 변을 갖는 직사각형의 슬릿 s로 되어 있다. 따라서, 노즐(18)을 통과한 섬유 다발(8)은 평평한 테이프 형상이 된다. 즉, 노즐(18)은, 열 가소성 수지를 함침한 섬유 다발(8)을 테이프 형상으로 하면서 그 통과를 허용한다. 이하, 상기 열 가소성 수지를 함침하면서 또한 상기 노즐(18)을 통과한 섬유 다발(8)을 테이프(9)라고 한다. 상기 노즐(18)의 온도는, 예를 들어 230℃이다.

도 3a는 상기 노즐(18)의 확대도, 도 3b는 상기 노즐(18)을 도 1의 화살표(3B)의 방향으로부터 본 도면이다. 이들 도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 노즐(18)은 한 쌍의 노즐 부재(18a, 18b)를 갖는다. 당해 한 쌍의 노즐 부재(18a, 18b)는, 이 실시 형태에서는 상하로 배열하면서, 또한 서로 상하로 대향하는 면을 갖는다. 이들 면 중 선단측의 부분, 즉 노즐 부재(18a)의 선단측의 내면(18c) 및 노즐 부재(18b)의 선단측의 내면(18c)은, 섬유 다발(8)의 반송 방향에 대하여 직교하는 법선을 갖는다.

이 제1 실시 형태에 관한 노즐(18)은, 좌우 한 쌍의 심(41) 및 좌우 한 쌍의 가이드판(42)을 더 포함한다.

상기 한 쌍의 심(41)은, 상기 노즐 부재(18a)의 좌우 양단과 상기 노즐 부재(18b)의 좌우 양단 사이에 각각 끼워지고, 이에 의해 상기 노즐 부재(18a, 18b)의 선단측의 내면(18c, 18c)끼리 사이의 상하 방향의 간극의 치수를 규정한다. 이 치수는, 상기 슬릿 s를 구성하는 직사각형의 짧은 변의 치수 T에 상당한다. 바꾸어 말하면, 상기 한 쌍의 심(41)은, 상기 노즐 부재(18a, 18b)끼리의 사이에 상기 치수 T의 짧은 직경을 갖는 직사각형의 슬릿 s가 형성되는 것을 가능하게 한다. 상기 섬유 다발(8)이 이 슬릿 s를 통과함으로써 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프가 제조되면서, 또한 그 두께가 노즐(18)의 선단의 개구인 상기 슬릿 s의 두께 즉 상기 개구의 짧은 변의 치수 T로 제어된다.

상기 한 쌍의 가이드판(42)은, 상기 노즐(18)의 선단에 있어서, 상기 심(41)이 상기 노즐(18)을 통과하는 섬유 다발(8)에 접촉하는 것을 저지하도록 배치되어 있다. 상기 한 쌍의 가이드판(42)은, 상기 노즐(18)의 선단의 개구 부분에 나사 등으로 설치되어 있다. 상기 한 쌍의 가이드판(42)은, 당해 한 쌍의 가이드판(42)끼리의 사이에 간격 W를 두고 배치되어 있다. 당해 간격 W는, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭에 상당하는 치수이며, 상기 슬릿 S를 구성하는 직사각형의 긴 변의 치수에 상당한다. 이에 의해, 노즐(18)의 개구를 통과하는 섬유 다발(8)의 폭이 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭에 합치하도록 당해 섬유 다발(8)이 정형된다. 본 실시 형태에 있어서, 한 쌍의 가이드판(42)의 간격 W, 즉 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭은 15㎜이다. 그러나, 이 간격 W의 구체적인 치수는 한정되지 않는다. 상기 치수 T 및 간격 W, 즉 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 두께나 폭은, 상기 심(41)의 교환이나 상기 한 쌍의 가이드판(42)의 위치의 변경에 따라 용이하게 변경할 수 있다.

도 4a, 도 4b는 상기 노즐(18)의 변형예를 확대하여 도시한 도면이다. 이들 도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 한 쌍의 노즐 부재(18a, 18b) 중 적어도 한쪽, 도 4a, 도 4b에서는 노즐 부재(18a)에, 슬릿 s를 획정하는 홈(18d)이 형성되어도 된다. 이 구성은, 상기 한 쌍의 심(41) 및 상기 한 쌍의 가이드판(42)을 불필요하게 하여 부품 개수의 삭감을 가능하게 한다. 또한, 상기 홈(18d)이 형성된 노즐 부재의 교환에 의해, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭 및 두께를 용이하게 변경할 수 있다.

도 1에 도시되는 상기 복수의 함침 롤러(16) 중 노즐(18)에 가까운 측의 함침 롤러(16)는 도 5에 도시한 바와 같은 홈(19a)이 형성된 홈 구비 롤러(19)이다. 또한, 본 실시 형태는 1개의 홈 구비 롤러(19)를 포함하지만, 2개 이상의 홈 구비 롤러가 노즐(18) 근방의 위치에 설치되어 있어도 된다. 또한, 함침용 부재로서 함침 롤러(16) 대신 가이드 바가 설치되는 경우, 당해 가이드 바가 홈을 갖고 있어도 된다.

도 5는 상기 홈 구비 롤러(19)를 도 1의 화살표(3B)의 방향으로부터 본 도면이다. 이 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 홈(19a)은, 상기 홈 구비 롤러(19)의 축방향 중앙에 형성되고, 상기 한 쌍의 가이드판(42)끼리의 간격 W, 즉 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭과 동등한 폭을 갖는다. 상기 섬유 다발(18)은, 이 홈(19a) 내를 통과하도록 반송된다. 이와 같이 하여 홈 구비 롤러(19)는 개섬되는 섬유 다발(8)의 폭이 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 목표 폭보다 커지는 것을 방지한다.

또한, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭을 변경할 때의 편리성으로부터, 홈 구비 롤러(19)보다도 상류측의 함침 롤러(16)는 홈이 없는 평 롤러이어도 된다. 반대로, 함침 롤러(16) 모두가 홈 구비 롤러(19)이어도 된다.

상기 수지 함침 장치(3)의 평면도인 도 6에 도시한 바와 같이, 섬유 다발(8)의 중심, 노즐(18)의 중심 및 홈 구비 롤러(19)의 중심은, 상호 일치하고 있다. 이들 중심끼리의 합치는, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프 내의 섬유의 밀도에 치우침이 발생하는 것을 억제하는 것을 가능하게 한다. 상기 도 6은 상기 수지 함침 장치(3)에 맞게 후술하는 메인 냉각 롤러(20)도 도시하고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 노즐(18)을 통과한 테이프(9)는 냉각 롤러부(4)에 보내진다. 냉각 롤러부(4)는 상기 테이프(9)의 반송 방향의 상류부터 하류에 걸쳐 순서대로 배열되는, 메인 냉각 롤러(20) 및 서브 냉각 롤러(21)를 구비한다. 당해 메인 냉각 롤러(20) 및 서브 냉각 롤러(21)는 원형의 단면을 갖고, 그 중심축 주위로 회전한다. 당해 메인 냉각 롤러(20) 및 서브 냉각 롤러(21)에는 로터리 조인트(도시하지 않음)를 통하여 냉각수가 공급되어, 당해 냉각수는 상기 메인 냉각 롤러(20) 및 서브 냉각 롤러(21)의 온도를 일정 온도(예를 들어 20℃ 전후)로 유지한다. 상기 메인 냉각 롤러(20)는 상기 노즐(18)의 바로 하류측에 배치되고, 소정의 접촉 위치에서 상기 테이프(9)와 접촉하여 당해 테이프(9)를 하류측에 보내면서 냉각한다. 상기 서브 냉각 롤러(21)는 상기 메인 냉각 롤러(20)의 하류측에 배치되어 있고, 테이프(9)를 더욱 하류측에 보내면서 냉각한다. 상기 테이프(9)는 상기 메인 냉각 롤러(20) 및 상기 냉각 롤러(21)와 각각 소정의 접촉 면적에서 면 접촉한다.

상기 노즐(18)을 통과한 테이프(9)의 온도는, 상기 열 가소성 수지의 융점 이상이다. 따라서, 노즐(18)을 통과한 직후의 테이프(9)에 있어서는, 열 가소성 수지는 고화되어 있지 않아, 반송 중에 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하는 경향이 있다. 따라서, 이 장치에서는, 상기 노즐(18)을 통과한 직후의 테이프(9)가 먼저 메인 냉각 롤러(20)로 급속하게 냉각되도록 당해 메인 냉각 롤러(20)가 배치된다. 이 제1 실시 형태에 관한 메인 냉각 롤러(20)는 테이프(9)의 표(겉)면이며 도 1에 도시되는 상면을 냉각한다. 또한, 테이프(9)는 그 하류측에서 서브 냉각 롤러(21)에 의해 냉각된다. 상기 서브 냉각 롤러(21)는 테이프(9)의 이면이며 도 1에 도시되는 하면을 냉각한다. 이에 의해, 테이프(9)의 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하기 전에, 테이프(9)에 포함되는 열 가소성 수지는 고화된다. 상기 서브 냉각 롤러(21)는 상기 테이프(9)의 두께 방향으로 발생하는 냉각 불균일이 상기 테이프(9)에 「휨」을 발생시키는 것을 저지하는 위치에 배치된다.

도 7은 상기 노즐(18) 및 냉각 롤러부(4)의 확대도이다. 이 도 7에 도시된 거리 L, 즉 상기 노즐(18)의 선단과, 상기 접촉 위치 즉 상기 메인 냉각 롤러(20)와 상기 테이프(9)가 접촉하는 위치의 거리 L은, 상기 노즐(18)의 선단의 개구의 짧은 변의 치수(도 3b에 도시하는 슬릿 s의 폭) T에 기초하여 설정되어 있다. 구체적으로는, 당해 치수 T(㎜) 및 당해 거리 L(㎜)이, 다음의 (A) 식 및 다음의 (B) 식 중 어느 한쪽을 만족하도록 설정되어 있다.

상기 접촉 위치는, 상기 노즐(18)의 선단을 시점으로 했을 때의 거리 L의 종점임과 함께, 당해 노즐(18)을 나온 테이프(9)가 상기 메인 냉각 롤러(20)에 최초로 접촉하는 위치이다. 메인 냉각 롤러(20)와 테이프(9)는, 이 위치 및 그 하류측의 특정 영역에서, 소정의 접촉 면적에서 면 접촉한다. 즉, 상기 접촉 위치란, 상기 테이프(9)와 상기 메인 냉각 롤러(20)가 접촉하는 영역의 상류측 단부의 위치이다.

상술한 바와 같이, 노즐(18)을 통과한 직후의 테이프(9)의 메인 냉각 롤러(20)에 의한 급속한 냉각은, 섬유에 소밀이 발생하기 전에 열 가소성 수지를 고화시켜, 테이프(9)의 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하는 것을 억제한다.

한편, 상기 노즐(18)의 선단과, 상기 섬유 다발(8)이 상기 메인 냉각 롤러(20)와 처음으로 접촉하는 접촉 위치의 거리 L은, 바람직하게는 5㎜ 이상으로 설정된다. 이 거리 L을 작게 하기 위해서는 메인 냉각 롤러(20)의 직경도 작게 할 필요가 있지만, 메인 냉각 롤러(20)가 필요한 강도 및 필요한 냉각 능력을 보유하기 위해서는, 당해 메인 냉각 롤러(20)는 어느 정도의 크기의 직경을 가질 필요가 있다. 이 점에서 보아, 상기 거리 L은 5㎜ 이상으로 설정되는 것이 좋다.

상기 냉각 롤러(20)의 주속은, 상기 테이프(9)(노즐(18)을 통과한 섬유 다발(8))의 주행 속도보다도 높은 속도로 설정되어 있다. 예를 들어, 당해 메인 냉각 롤러(20)의 주속은, 테이프(9)의 주행 속도의 1.5배 이상 2.0배 이하의 속도로 설정되어 있다.

상기 메인 냉각 롤러(20)의 주속이 테이프(9)의 주행 속도와 동일 정도이면, 섬유 다발(8)에 함침된 열 가소성 수지의 일부가 메인 냉각 롤러(20)의 표면에 부착되는 현상이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이 메인 냉각 롤러(20)의 표면에 부착된 열 가소성 수지는 테이프(9)의 표면에 부분적인 요철을 발생시켜 테이프(9)의 표면의 평활성을 저하시킬 우려가 있다.

도 8은 제조된 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 외관을 나타내는 사진이다. 도 8에 도시된 2개의 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프 중 하측의 것은, 표면이 평활한 것에 반하여, 상측의 것은, 표면의 화살표로 나타내는 개소에 부분적인 요철이 생겨 있다.

상기 요철을 억제하는 수단으로서, 도 6에 도시한 바와 같은 상기 메인 냉각 롤러(20)를 회전시키는 모터(25) 등의 롤러 구동부를 구비하고, 이 롤러 구동부에 의해 상기 메인 냉각 롤러(20)의 주속을 테이프(9)의 주행 속도보다 높이는 것이 유효하다. 이에 의해, 메인 냉각 롤러(20)의 표면에 용융된 열 가소성 수지의 일부가 부착되는 현상을 억제할 수 있다. 메인 냉각 롤러(20)의 주속은, 테이프(9)와 메인 냉각 롤러(20) 사이에서 슬립이 발생하는 속도이면 된다. 장치의 부품의 수명을 고려한 경우, 메인 냉각 롤러(20)의 주속은, 상기한 바와 같이, 테이프(9), 즉 노즐(18)을 통과한 섬유 다발(8)의 주행 속도의 1.5배 이상 2.0배 이하가 바람직하다.

도 9는 상기 수지 함침 장치(3) 및 냉각 롤러부(4)의 제1 변형예를 확대한 도면이다. 이 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 단일 메인 냉각 롤러(20) 대신에, 테이프(9)를 끼움 지지하도록 배치된 한 쌍의 메인 냉각 롤러(22, 23)를 구비해도 된다. 당해 한 쌍의 메인 냉각 롤러(22, 23)의 하류측에 설치되는 서브 냉각 롤러로서, 적어도 1쌍의(도 9에서는 테이프(9)의 반송 방향으로 배열하는 2쌍의) 서브 냉각 롤러(26, 27)를 더 구비해도 된다. 상기 한 쌍의 메인 냉각 롤러(22, 23)는 상기 테이프(9)의 표면 및 이면을 동시에 냉각할 수 있고, 이에 의해 표리 어느 한쪽의 면이 치우쳐 냉각되는 것을 방지하여 당해 냉각의 치우침에 기인하는 테이프(9)의 휨의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.

도 10은 상기 수지 함침 장치(3) 및 냉각 롤러부(4)의 제2 변형예를 나타낸다. 이 도 10에 도시한 바와 같이, 단일 메인 냉각 롤러(24)와, 적어도 하나의(도 10에서는 테이프(9)의 반송 방향으로 배열한 3개의) 서브 냉각 롤러(28)가 상기 반송 방향으로 배열되어, 상기 테이프(9)가 이들 냉각 롤러(24, 28, …)에 각각 접촉하면서 지그재그로 반송되어도 된다. 즉, 테이프(9)는 당해 테이프(9)의 표면과 메인 냉각 롤러(24) 및 짝수 번째의 서브 냉각 롤러(28)와의 접촉에 의한 표면의 냉각과, 당해 테이프(9)의 이면과 홀수 번째의 서브 냉각 롤러(28)의 접촉에 의한 당해 이면의 냉각을 교대로 받으면서 하류측에 반송되어도 된다. 이 도 10에 도시되는 배치에서는, 도 7에 도시한 메인 냉각 롤러(20) 및 서브 냉각 롤러(21)와 테이프(9)의 총 접촉 면적에 비하여, 복수의 냉각 롤러(24, 28)와 테이프(9)의 총 접촉 면적이 넓으므로, 테이프(9)를 보다 효율적으로 냉각할 수 있다.

이와 같이 하여 냉각 롤러부(4)로 냉각된 테이프(9)는 도 1에 도시되는 상기 냉각부(5)에 보내진다. 냉각부(5)는 테이프(9)를 수랭한다. 냉각부(5)는 예를 들어 수랭 풀이다. 냉각부(5)는 테이프(9)를 공랭하는 것이어도 된다. 또한, 냉각 롤러부(4)에 의한 냉각이 충분하면, 냉각부(5)를 생략해도 된다.

상기 냉각부(5)로 냉각된 테이프(9)는 도 1에 도시되는 상기 인출기(6)에 보내진다. 인출기(6)는 냉각된 테이프(9)를 인취한다. 권취기(7)는 인출기(6)에 인취된 테이프(9)를 권취한다. 또한, 인출기(6)는 테이프(9), 나아가서는 섬유 다발(8)을 소정의 속도로 주행시키는 것이다. 구성을 간이하게 하기 위하여, 권취기(7)에, 인출기(6)에 있어서의 기능, 즉 테이프(9)를 인취하여, 그 테이프(9)를 소정의 속도로 주행시키는 기능을 겸하게 할 수도 있다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 노즐(18)의 선단과, 메인 냉각 롤러(20)와 테이프(9)가 최초로 접촉하는 위치인 접촉 위치의 거리 L이, 노즐(18)의 선단의 개구의 짧은 변의 치수 T의 관계에 있어서, 상기 (A) 식 및 (B) 식 중 어느 하나를 만족하도록 설정된다. 즉, 상기 노즐(18)을 통과한 직후의 테이프(9)에 있어서는, 열 가소성 수지는 고화되어 있지 않아, 반송 중에 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하는 경향이 있지만, 상기 (A) 식 또는 (B) 식을 만족하도록 배치된 메인 냉각 롤러(20)는 노즐(18)을 통과한 직후의 테이프(9)를 급속하게 냉각하여 테이프(9)의 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하기 전에 열 가소성 수지를 고화시킬 수 있고, 이에 의해 테이프(9)의 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하는 것을 저감시킬 수 있다.

구체적으로, 노즐(18)의 선단과, 메인 냉각 롤러(20)와 테이프(9)가 접촉하는 위치의 거리 L은, 노즐(18)의 선단의 개구의 짧은 변의 치수(도 3b에 도시한 슬릿 s의 폭) T가 0.08㎜ 미만일 때에는 상기한 (A) 식을 만족하고, 노즐(18)의 선단의 개구의 짧은 변의 치수 T가 0.08㎜ 이상일 때에는 상기한 (B) 식을 만족하도록 설정된다. 이에 의해, 테이프(9)의 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하기 전에, 열 가소성 수지를 적합하게 고화시킬 수 있다. 또한, 상기한 (A), (B) 식을 만족하는 거리 L이면, 그 이상으로 냉각 롤러를 노즐에 접근시킬 필요가 없다.

또한, 상기 메인 냉각 롤러(20) 외에 적어도 하나의 서브 냉각 롤러(21)를 배치하는 것은 테이프(9)를 보다 충분하게 냉각하는 것을 가능하게 한다. 또한, 단일의 메인 냉각 롤러에 의해서만 테이프(9)의 표면 및 이면의 어느 한쪽뿐인 냉각은 테이프(9)에 휨을 발생시키는 경우가 있는 것에 반하여, 상기 메인 및 서브 냉각 롤러(20, 21)에 의한 상기 테이프(9)의 표면 및 이면의 냉각은, 테이프(9)의 휨을 유효하게 억제하는 것을 가능하게 한다.

또한, 상기 수지 함침 장치(3)가 복수의 함침용 부재를 포함하는 것 및 이들의 함침용 부재 중 적어도 노즐(18)에 가장 가까운 함침용 부재가 상기와 같은 홈 구비 롤러(19)이며, 당해 홈 구비 롤러(19)가, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭과 동일 치수의 폭의 홈(19a)을 갖고, 당해 홈(19a) 내를 섬유 다발(8)이 통과하는 것을 허용하는 것은 개섬된 섬유 다발(8)의 폭이, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭보다도 커지는 것을 방지하는 것을 가능하게 한다. 이것은, 원하는 폭을 갖는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조를 가능하게 한다.

상기 제1 실시 형태에서는, 상기 노즐(18)이, 그 선단의 개구 부분에 있어서, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭과 동일 치수의 간격을 두고 설치되는 한 쌍의 가이드판(42)을 포함한다. 당해 한 쌍의 가이드판(42)은, 노즐(18)의 개구를 통과하는 섬유 다발(8)의 폭을, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 목표 폭에 합치시키는 것을 용이하게 한다. 즉, 원하는 폭을 갖는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 용이하게 제조하는 것을 가능하게 한다. 또한, 노즐(18)의 개구를 통과하는 섬유 다발(8)의 폭 방향으로 섬유의 조밀이 발생하고 있었다고 해도, 섬유 다발(8)의 폭이 정형되는 것과 동시에, 섬유의 조밀이 폭 방향으로 균일화된다. 이에 의해, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭 방향으로 섬유를 균일하게 분포시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 섬유 다발(8)에 작용하는 장력을 일정하게 유지하는 것이, 상기 섬유의 소밀 억제 효과를 높인다. 만약 수지 함침 장치(3)의 용기(3a) 내에서 섬유 다발(8)에 작용하는 장력이 크게 변동하면, 섬유 다발(8)의 개섬이 불안정해져, 폭 방향으로 섬유의 조밀이 발생한다. 이에 반하여, 섬유 다발(8)에 작용하는 장력을 일정하게 유지하는 것은, 섬유 다발(8)이 안정되게 개섬되는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하는 것을 저감시킬 수 있다. 따라서, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭 방향으로 섬유를 균일하게 분포시킬 수 있다. 또한, 섬유 다발(8)에 작용하는 장력을 일정하게 유지하는 것은, 섬유 다발(8)을 안정되게 직진시키는 것도 가능하게 한다.

또한, 메인 냉각 롤러(20)의 주속이 테이프(9)(노즐(18)을 통과한 섬유 다발(8))의 주행 속도보다도 높은 것, 바람직하게는 테이프(9)의 주행 속도의 1.5배 이상 2.0배 이하로 하는 것이, 메인 냉각 롤러(20)의 표면에 용융된 열 가소성 수지의 일부가 부착되는 현상을 방지하고, 이에 의해 표면이 평활한 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하는 것을 가능하게 한다.

도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 노즐(18) 및 냉각 롤러부(4)의 확대도이다. 이 실시 형태에 관한 노즐(18)은, 상기 메인 냉각 롤러(20)를 향함에 따라 상기 개구의 짧은 직경과 평행한 방향의 치수가 작아지는 형상, 즉, 끝이 가는 형상을 갖는다. 이 형상은, 메인 냉각 롤러(20)의 일부가 노즐(18)의 선단보다도 상류측에 배치되는 것을 가능하게 한다. 즉, 노즐(18)의 선단과, 메인 냉각 롤러(20)와 테이프(9)가 최초로 접촉하는 위치인 접촉 위치의 거리 L이, 메인 냉각 롤러(20)의 반경 R보다도 작아지는 위치에, 메인 냉각 롤러(20)를 배치하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 도 11에 도시되는 제2 실시 형태에서는, 노즐(18)의 선단과, 냉각 롤러(20)와 테이프(9)의 접촉 위치의 거리 L이, 냉각 롤러(20)의 반경 R보다도 작아지는 위치에, 메인 냉각 롤러(20)가 배치되어 있다. 또한, 상기 형상은, 상기 거리 L을 상기 메인 냉각 롤러(20)의 반경 R보다도 작게 하면서, 당해 메인 냉각 롤러(20)의 반경 R을 크게 하는 것을 가능하게 한다. 이것은, 노즐(18)을 통과한 직후의 테이프(9)를 보다 급속하게 냉각하는 것을 가능하게 한다. 또한, 이러한 배치로 하면서, 냉각 롤러(20)의 반경 R을 크게 할 수 있으므로, 냉각 롤러(20)를 대형화할 수 있다. 이에 의해, 냉각 롤러(20)의 냉각 능력이 높아지므로, 테이프(9)를 효율적으로 냉각할 수 있다.

이어서, 상기 거리 L 및 상기 치수 T가 상기 (A) 식 또는 (B) 식을 만족하는 것이 유효하다는 근거에 대하여 설명한다.

본 발명자들은, 상기 거리 L의 적합한 범위를 찾아내기 위해, 파라미터를 상이하게 하여 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하고, 열 가소성 수지나 카본 섬유가 없는 결함 부분(이하, 결함 부분이라고 함)의 유무를 평가하는 시험을 행했다. 여기서, 섬유 다발(8)로서 도레이제의 카본 섬유 토레카 T300을 12000개 묶은 것을 사용했다. 또한, 열 가소성 수지로서 폴리프로필렌을 사용했다. 또한, 섬유 다발(8)의 주행 속도를 3m/분으로 했다. 그리고, 노즐(18)의 선단과, 냉각 롤러(20)와 테이프(9)가 접촉하는 위치의 거리 L[㎜](이하, 거리 L이라고 함), 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 두께에 상당하는 슬릿 s의 짧은 변의 치수 T[㎜] 및 합성 수지의 유동성의 지수인 수지의 MFR(용융 유속)을 각각 파라미터로 했다. 여기서, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 두께는, 노즐(18)의 선단의 개구의 짧은 변의 치수 T(도 3b 참조)와 동일 치수로 했다(이하, 테이프의 두께에 대해서도 두께 T라고 표기되는 경우가 있음).

이 시험의 결과의 일부를 표 1에 나타낸다.

도 12는 제조된 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 외관을 나타내는 사진이다. 이 외관 사진에 있어서, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭은 15㎜이며, 검은 부분이 카본 섬유이며, 흰 부분이 카본 섬유가 없는 부분 즉 결함 부분이다. 도 12에 있어서는, 상측이 흰 부분이 없는 것, 하측이 흰 부분이 있는 것을 각각 나타내고 있다.

평가의 결과, 거리 L이 10㎜에서는, 테이프의 두께 T 및 MFR에 관계 없이, 결함 부분은 발생하지 않았다. 한편, 거리 L이 180㎜에서는, 테이프의 두께 T 및 MFR에 관계 없이, 결함 부분이 발생했다. 또한, 거리 L이 45㎜에서는, 테이프의 두께 T가 0.08㎜인 경우에 결함 부분이 발생하지 않았지만, 테이프의 두께 T가 0.06㎜와 0.07㎜인 경우에 결함 부분이 발생했다.

도 13 및 도 14는 샘플 No.8의 단면을 나타내는 사진이다. 도 13에 있어서는, 열 가소성 수지 및 카본 섬유가 없는 결함 부분이 있는 것을 알 수 있다. 도 14에 있어서는, 열 가소성 수지가 없는 결함 부분이 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 15는 샘플 No.1의 단면을 나타내는 사진이다. 도 15에 있어서, 열 가소성 수지 및 카본 섬유는 균일하게 분포하고 있는 것을 알 수 있다.

도 16은 상기한 바와 같이 15㎜의 폭을 갖는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조했을 때의 다른 종합 결과를 나타낸다. 도 16은 노즐(18)의 선단의 개구의 짧은 변의 치수 T와, 냉각 롤러(20)와 테이프(9)가 접촉하는 위치와 노즐(18)의 선단의 거리 L의 관계를 나타내고 있다. 상기와 동일하게, 제조된 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 두께는, 노즐(18)의 선단의 개구의 짧은 변의 치수 T(도 3b 참조)와 동일 치수로 하고, 이것을 두께 T라고 표기한다. 도면 중 「○」는 카본 섬유가 없는 결함 부분이 발생하지 않은 것을 나타내고 있다. 또한, 도면 중 「×」는 카본 섬유가 없는 결함 부분이 발생한 것을 나타내고 있다.

상기 시험의 결과는, 테이프의 두께 T, 즉 상기 짧은 변의 치수 T(㎜)가 0.08㎜ 미만인 경우에는 거리 L(㎜)이 이하의 (A) 식을 만족하는 것, 테이프의 두께 T 즉 상기 짧은 변의 치수 T(㎜)가 0.08㎜ 이상인 경우에는, 거리 L(㎜)이 이하의 (B) 식을 만족하는 것이 결함 부분이 적은 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조를 가능하게 하는 것을 명백하게 나타내고 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 구체예를 예시한 것에 지나지 않고, 특별히 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 구체적 구성 등은 적절히 설계 변경 가능하다. 또한, 발명의 실시 형태에 기재된, 작용 및 효과는, 본 발명으로부터 발생하는 가장 적합한 작용 및 효과를 열거한 것에 지나지 않고, 본 발명에 의한 작용 및 효과는, 본 발명의 실시 형태에 기재된 것에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 상술한 본 발명의 실시 형태에서는, 수지 함침 장치(3)가 섬유 다발(8)을 개섬하는 기능을 갖지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 수지 함침 장치(3)보다 상류, 보다 구체적으로는 섬유 예열기(2)와 수지 함침 장치(3) 사이에 배치되는 개섬기를 구비하고, 그 개섬기가 섬유 다발(8)을 개섬하는 것이어도 된다. 혹은, 이미 개섬된 섬유 다발이 섬유 보빈(11)에 권취되어 조출기(1)로부터 그 개섬 완료된 섬유 다발(8)이 조출되어도 된다.

이상과 같이, 결함 부분이 적은 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하는 것이 가능한 장치 및 방법이 제공된다.

제공되는 것은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 장치이며, 용융된 열 가소성 수지를 섬유 다발에 함침시키기 위한 수지 함침 장치이며, 상기 섬유 다발 및 이것에 함침되는 상기 열 가소성 수지를 수용하는 용기를 포함하고, 당해 용기가 출구부를 갖고 이 출구부를 통하여 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발이 배출되는 것을 허용하는 수지 함침 장치와, 상기 수지 함침 장치의 상기 용기의 상기 출구부에 설치되고, 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발을 테이프 형상으로 하면서 그 통과를 허용하는 노즐과, 상기 노즐의 하류측에 배치되고, 상기 노즐을 통과한 상기 테이프 형상의 섬유 다발을 하류측에 보내면서 냉각하는 적어도 하나의 메인 냉각 롤러를 구비한다. 상기 섬유 다발의 통과를 허용하는 상기 노즐의 개구는 긴 변과 짧은 변을 갖는 직사각형의 슬릿이다. 이 장치에서는, 상기 노즐의 선단의 상기 짧은 변의 치수를 T(㎜), 상기 노즐의 선단과 상기 접촉 위치의 거리를 L(㎜)로 했을 때, 당해 치수 T 및 당해 거리 L이, 다음의 (A) 식 및 (B) 식 중 어느 한쪽을 만족한다.

이 장치에 의하면, 상기 거리 L이 상기 (A) 식 또는 (B) 식을 만족하도록 상기 메인 냉각 롤러가 배치되는 것이, 상기 노즐로부터 나온 직후의 섬유 다발을 상기 메인 냉각 롤러가 급속하게 냉각하는 것을 가능하게 하여 테이프의 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하기 전에 열 가소성 수지를 고화시키는 것을 가능하게 한다. 이것은, 테이프의 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하는 것을 억제한다.

또한, 상기 거리 L(㎜)은, 바람직하게는 5㎜ 이상으로 설정된다.

이 장치에서는, 상기 노즐은, 상기 짧은 변과 평행한 방향에 관한 당해 노즐의 치수가 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러를 향함에 따라 작아지는 끝이 가는 형상을 갖고, 상기 노즐의 선단과 상기 접촉 위치의 거리가 상기 메인 냉각 롤러의 반경보다도 작아지는 위치에 상기 메인 냉각 롤러가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 노즐의 형상은, 메인 냉각 롤러의 일부가 노즐의 선단보다도 상류측에 배치되는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 상기 거리 L을 상기 메인 냉각 롤러의 반경 R보다도 작게 하면서, 당해 메인 냉각 롤러의 반경 R을 크게 하는 것을 가능하게 한다. 이것은, 상기 거리 L을 작게 하면서 메인 냉각 롤러를 대형화하여 그 냉각 능력을 높이는 것을 가능하게 한다.

상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러는, 상기 테이프 형상의 상기 섬유 다발을 사이에 두고 그 양측에 배치되는 한 쌍의 메인 냉각 롤러를 포함하고, 당해 한 쌍의 메인 냉각 롤러가 상기 섬유 다발의 양면에 각각 접촉하면서 당해 섬유 다발을 냉각해도 된다. 당해 한 쌍의 메인 냉각 롤러는, 상기 섬유 다발의 양면을 동시에 냉각함으로써, 어느 한쪽의 면이 치우쳐 지나가는 것에 기인하는 테이프의 휨을 유효하게 억제할 수 있다.

상기 장치는, 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러의 하류측에 배치되고 상기 섬유 다발을 냉각하면서 반송하는 적어도 하나의 서브 냉각 롤러를 더 구비해도 된다.

상기 수지 함침 장치는, 상기 용기 내에 배치된 복수의 함침용 부재를 더 갖고, 각 함침용 부재는 원형의 단면을 갖고 상기 섬유 다발에 접촉하고, 당해 복수의 상기 함침용 부재 중 적어도 상기 노즐에 가장 가까운 함침용 부재를 포함하는 함침용 부재는, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭과 평행한 방향의 폭을 갖는 홈을 갖고, 당해 홈 내를 상기 섬유 다발이 통과하는 것을 허용하는 것이 바람직하다. 당해 홈을 갖는 함침용 부재는, 개섬된 섬유 다발의 폭이 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭보다도 커지는 것을 방지하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 원하는 폭을 갖는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조를 가능하게 한다.

상기 노즐로서는, 상기 개구의 짧은 직경 방향의 치수를 규정하는 노즐 부재와, 상기 개구의 긴 직경 방향의 치수를 규정하는 간격을 두고 상기 노즐 부재의 선단에 설치되는 한 쌍의 가이드판을 포함하는 것이 적합하다. 이 노즐에서는, 상기 노즐 부재의 교환이나, 상기 한 쌍의 가이드판의 위치의 변경에 의해, 상기 개구의 긴 직경이나 짧은 직경의 조절을 용이하게 행할 수 있다.

상기 장치는, 상기 섬유 다발에 작용하는 장력을 일정하게 유지하는 장력 조정 기구를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 장력 조정 기구는, 상기 장력을 일정하게 유지함으로써, 상기 섬유의 소밀 억제 효과를 높인다.

상기 장치는, 상기 메인 냉각 롤러의 주속이 상기 섬유 다발의 주행 속도보다도 높아지도록, 보다 바람직하게는 당해 주행 속도의 1.5배 이상 2.0배 이하가 되도록, 당해 메인 냉각 롤러를 회전시키는 롤러 구동부를 더 구비하는 것이 바람직하다. 당해 롤러 구동부는, 상기 메인 냉각 롤러를 상기 섬유 다발에 대하여 슬립시킴으로써, 당해 섬유 다발에 포함되는 열 가소성 수지가 당해 메인 냉각 롤러에 부착되는 것을 억제하고, 이에 의해 표면이 평활한 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하는 것을 가능하게 한다.

이 방법에 있어서도, 상기 메인 냉각 롤러의 주속이 상기 섬유 다발의 주행 속도보다도 높아지도록, 보다 바람직하게는 당해 주행 속도의 1.5배 이상 2.0배 이하가 되도록, 당해 메인 냉각 롤러를 회전시키는 것이 좋다.

Claims

섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 장치이며,
용융된 열 가소성 수지를 섬유 다발에 함침시키기 위한 수지 함침 장치이며, 상기 섬유 다발 및 이것에 함침되는 상기 열 가소성 수지를 수용하는 용기를 포함하고, 당해 용기가 출구부를 갖고 이 출구부를 통하여 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발이 배출되는 것을 허용하는 수지 함침 장치와,
상기 수지 함침 장치의 상기 용기의 상기 출구부에 설치되고, 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발을 테이프 형상으로 하면서 당해 섬유 다발의 통과를 허용하는 노즐과,
상기 노즐의 하류측에 배치되고, 상기 노즐을 통과한 상기 테이프 형상의 섬유 다발과 접촉하면서 당해 섬유 다발을 하류측에 보내고 또한 냉각하는 적어도 하나의 메인 냉각 롤러를 구비하고,
상기 섬유 다발의 통과를 허용하는 상기 노즐의 개구는 긴 변과 짧은 변을 갖는 직사각형의 슬릿이며,
상기 노즐의 선단의 상기 짧은 변의 치수를 T(㎜), 상기 노즐의 선단과, 상기 섬유 다발이 상기 노즐을 나오고 나서 상기 메인 냉각 롤러와 최초로 접촉하는 접촉 위치의 거리를 L(㎜)로 했을 때, 당해 치수 T 및 당해 거리 L이, 다음의 (A) 식 및 (B) 식

중 어느 한쪽을 만족하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐은 상기 짧은 변과 평행한 방향에 관한 당해 노즐의 치수가 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러를 향함에 따라 작아지는 끝이 가는 형상을 갖고, 상기 노즐의 선단과 상기 접촉 위치의 거리가 상기 메인 냉각 롤러의 반경보다도 작아지는 위치에 상기 메인 냉각 롤러가 배치되어 있는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러는, 상기 테이프 형상의 상기 섬유 다발을 사이에 두고 그 양측에 배치되는 한 쌍의 메인 냉각 롤러를 포함하고, 당해 한 쌍의 메인 냉각 롤러는 상기 섬유 다발의 양면에 각각 접촉하면서 당해 섬유 다발을 냉각하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러의 하류측에 배치되고 상기 섬유 다발을 냉각하면서 반송하는 적어도 하나의 서브 냉각 롤러를 더 구비하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 수지 함침 장치는, 상기 용기 내에 배치된 복수의 함침용 부재를 더 갖고, 각 함침용 부재는 원형의 단면을 갖고 상기 섬유 다발에 접촉하고, 당해 복수의 상기 함침용 부재 중 적어도 상기 노즐에 가장 가까운 함침용 부재를 포함하는 함침용 부재는, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭과 평행한 방향의 폭을 갖는 홈을 갖고, 당해 홈 내를 상기 섬유 다발이 통과하는 것을 허용하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 노즐은, 상기 개구의 짧은 직경 방향의 치수를 규정하는 노즐 부재와, 상기 개구의 긴 직경 방향의 치수를 규정하는 간격을 두고 상기 노즐 부재의 선단에 설치되는 한 쌍의 가이드판을 포함하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 섬유 다발에 작용하는 장력을 일정하게 유지하는 장력 조정 기구를 더 구비하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러의 주속이 상기 섬유 다발의 주행 속도보다도 높아지도록 당해 메인 냉각 롤러를 회전시키는 롤러 구동부를 더 구비하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제8항에 있어서, 상기 롤러 구동부는, 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러의 주속이 상기 섬유 다발의 주행 속도의 1.5배 이상 2.0배 이하가 되도록 당해 메인 냉각 롤러를 회전시키는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 방법이며,
용융된 열 가소성 수지를 섬유 다발에 함침시키는 수지 함침 공정과,
긴 변 및 짧은 변을 갖는 직사각형의 슬릿인 개구를 갖는 노즐의 당해 개구에, 상기 수지 함침 공정을 거쳐 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발을 통과시켜 당해 섬유 다발을 테이프 형상으로 하는 노즐 통과 공정과,
상기 개구를 통과한 후의 상기 테이프 형상의 상기 섬유 다발을, 상기 노즐의 하류측에 배치된 적어도 하나의 메인 냉각 롤러에 접촉시켜 하류측에 보내면서 냉각하는 냉각 공정을 구비하고,
상기 노즐의 선단의 상기 짧은 변의 치수를 T(㎜), 상기 노즐의 선단과, 상기 노즐을 나온 상기 섬유 다발이 상기 메인 냉각 롤러에 처음으로 접촉하는 접촉 위치의 거리를 L(㎜)로 했을 때, 당해 치수 T 및 당해 거리 L이, 다음의 (A) 식 및 (B) 식

중 어느 한쪽을 만족하는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러의 주속이 상기 섬유 다발의 주행 속도보다도 높아지도록 당해 메인 냉각 롤러를 회전시키는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메인 냉각 롤러의 주속이 상기 섬유 다발의 주행 속도의 1.5배 이상 2.0배 이하가 되도록 당해 메인 냉각 롤러를 회전시키는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법.