JP2018192540A

JP2018192540A - 繊維強化樹脂材料の製造装置

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Publication number: JP2018192540A
Application number: JP2017095994A
Authority: JP
Inventors: 正哉三浦; Masaya Miura; 小田　哲也; Tetsuya Oda; 哲也小田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-12
Also published as: US10625476B2; JP6834763B2; US20180326675A1; CN108858882A; CN108858882B

Abstract

【課題】繊維配向を制御することができ、配向ムラの発生を抑制できる繊維強化樹脂材料の製造装置を提供する。【解決手段】繊維強化樹脂材料の製造装置１は、下層キャリアフィルム１１を搬送する第１搬送部２と、第１搬送部２の上方に該第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って並設される第１切断部３Ａ，第２切断部３Ｂ，第３切断部３Ｃ，第４切断部３Ｄとを備える。第２切断部３Ｂのカッターローラ３３Ｂ、第３切断部３Ｃのカッターローラ３３Ｃ及び第４切断部３Ｄのカッターローラ３３Ｄは、それぞれの軸方向が第１切断部３Ａのカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して＋４５°、−４５°、＋９０°で配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、長尺状の繊維束を所定の長さに複数切断し、切断した繊維束の間に樹脂を含浸させることにより繊維強化樹脂材料を製造する繊維強化樹脂材料の製造装置に関する。

従来、繊維強化樹脂材料の製造装置として、キャリアフィルムを連続的に搬送するベルトコンベアと、該コンベアの上方に配置されて長尺状の繊維束を所定長さに切断する１つのカッターローラとを備えるものが知られている。しかし、このように構成された製造装置では、カッターローラによって切断されて自由落下する繊維束は、搬送されたキャリアフィルムに着地する際に、コンベアの搬送方向に倒れやすく、すなわち搬送方向に沿った向きに揃う傾向がある。これによって、繊維配向にムラが発生し、搬送方向において強度が強く、それ以外の方向に強度が弱くなるといった方向性が生じる問題があった。

このような問題を解決するために、種々な技術が提案されている。例えば下記特許文献１に記載された繊維強化樹脂材料の製造装置では、落下する繊維束を叩く回転ドラムをカッターローラと搬送部との間に設け、繊維束を叩くことにより繊維束のランダム（不規則）な落下を実現し、繊維束を等方的に配向させることができる。

特開２０００−１７５５７号公報

上述の繊維強化樹脂材料の製造装置によれば、切断された繊維束を様々な方向に均一分散させることにおいて一定の効果を得られるが、繊維配向を制御できないので、配向ムラの発生を抑制できない可能性がある。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、繊維配向を制御することができ、配向ムラの発生を抑制できる繊維強化樹脂材料の製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置は、長尺状の繊維束を所定の長さに複数切断し、切断した繊維束の間に樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂材料を製造する繊維強化樹脂材料の製造装置であって、それぞれ所定の長さを有し、長尺状の繊維束を切断する複数のカッターと、前記複数のカッターの下方に設けられ、これらのカッターに切断された繊維束を連続的に搬送する搬送部と、を備え、前記複数のカッターの上方から見たときに、前記複数のカッターは、それぞれの長手方向が前記搬送部の搬送方向に対して異なる角度を持つように前記搬送部の搬送方向に沿って並設されていることを特徴としている。

本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置では、複数のカッターの上方から見たときに、複数のカッターは、それぞれの長手方向が搬送部の搬送方向に対して異なる角度を持つように搬送部の搬送方向に沿って並設されているので、これらのカッターによって切断された繊維束が異なる配向角度を有する。そして、異なる配向角度を有する繊維束を意図する方向に均一分散させることで、繊維配向を制御することができ、配向ムラの発生を抑制することができる。

本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置において、前記複数のカッターは、４つ以上であり、前記複数のカッターの上方から見たときに、前記搬送部の搬送方向に沿って２つ目以降のカッターは、それぞれの長手方向が１つ目のカッターの長手方向に対して＋４５°、−４５°、＋９０°の角度を持つように前記搬送部の搬送方向に沿って並設されていることが好ましい。このようにすれば、切断された繊維束の配向を疑似等方に制御することができ、等方的に強度を持つ樹脂材料を得られる。

また、本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置において、前記搬送部の搬送面に対する各カッターの高さは、各カッターに切断された繊維束の所定の長さと同じであることが好ましい。このようにすれば、長尺状の繊維束の先端が搬送部の搬送面に着くタイミングで繊維束を切断することができるので、切断された繊維束の飛び跳ねを防止できるとともに、繊維束を意図する向きに配向させ易くなる。

また、本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置において、前記カッターは、その長手方向に延びる複数の刃が放射状に設けられたカッターローラであることが好ましい。このようにすれば、長尺状の繊維束を効率良く切断することができる。

本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造方法は、長尺状の繊維束をカッターで所定の長さに複数切断し、前記カッターの下方に設けられる搬送部側に落下させる切断ステップと、切断した繊維束の間に樹脂を含浸させる含浸ステップとを少なくとも含む繊維強化樹脂材料の製造方法であって、前記切断ステップにおいて、前記長尺状の繊維束の先端が前記搬送部の搬送面に着くタイミングで前記長尺状の繊維束を前記カッターで切断することを特徴としている。このようにすれば、切断した繊維束の飛び跳ねを防止できるとともに、繊維束を意図する向きに配向させ易くなる。その結果、繊維配向を制御することができ、配向ムラの発生を抑制することができる。

本発明によれば、繊維配向を制御することができ、配向ムラの発生を抑制することができる。

繊維強化樹脂材料の製造装置の基本構成を示す斜視図である。各切断部の配置位置を示す平面模式図である。図２に示す第１切断部の拡大模式図である。上下方向におけるカッターローラ、コンベア及び第１搬送部の関係を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明に係る繊維強化樹脂材料の製造装置の実施形態について説明する。本実施形態に係る繊維強化樹脂材料の製造装置１は、例えば長尺状の繊維束を所定の長さに切断し、切断した繊維束を樹脂が塗布された上下２層のキャリアフィルムの間に挟んで樹脂含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂材料を製造するために用いられる装置である。

繊維束は複数の強化繊維を束ねたものであり、強化繊維としては、カーボン繊維、ガラス繊維などが挙げられる。また、樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などを用いることができる。熱硬化性樹脂の具体例として、例えば不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などが挙げられており、これらの樹脂から選ばれる１種であっても良く、２種以上であっても良い。

一方、熱可塑性樹脂の具体例として、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファインド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルフルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などが挙げられており、これらの樹脂から選ばれる１種であっても良く、２種以上であっても良い。なお、ここでは、切断した繊維束の間に熱硬化性樹脂を含浸させてＳＭＣ（Sheet Molding Compound）を製造する例を挙げて説明する。

図１は繊維強化樹脂材料の製造装置の基本構成を示す斜視図である。繊維強化樹脂材料の製造装置１（以下、単に製造装置１という）は、シート状の下層キャリアフィルム１１を搬送する第１搬送部２と、第１搬送部２の上方に該第１搬送部２の搬送方向Ｆ１（図１矢印参照）に沿って並設される４つの切断部（第１切断部３Ａ，第２切断部３Ｂ，第３切断部３Ｃ，第４切断部３Ｄ）と、第１搬送部２の上方に配置されてシート状の上層キャリアフィルム１２を搬送する第２搬送部４と、第１搬送部２の後方に配置された含浸部５とを備えている。

第１搬送部２は、例えば駆動回転輪２ａと従動回転輪２ｂに無端状ベルト２ｃを巻掛したベルトコンベアであり、フィルムロール１３から巻き出された下層キャリアフィルム１１を搬送方向Ｆ１に連続的に搬送する。そして、第１搬送部２の始端側であってフィルムロール１３の近傍には、第１搬送部２に搬送される下層キャリアフィルム１１に樹脂を含むペーストを供給するためのドクターボックス６が設けられている。

ドクターボックス６は、第１搬送部２に搬送される下層キャリアフィルム１１を跨ぐように、第１搬送部２の幅方向（すなわち、搬送方向Ｆ１と直交する方向）に架設されている。このドクターボックス６は、その底部に形成されたスリット（図示せず）を介して下層キャリアフィルム１１の上面にペーストを所定の厚さで塗布する。なお、ここでのペーストは、上述の熱硬化性樹脂に充填剤、低収縮化剤、離型剤、増粘剤などを混合したものである。

第１切断部３Ａ、第２切断部３Ｂ、第３切断部３Ｃ及び第４切断部３Ｄは、この順に第１搬送部２の始端側から終端側に向かって（換言すれば、上流から下流に向かって）配置されている。これらの切断部はそれぞれカッターローラを有しており、それぞれのカッターローラは、軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して異なる角度を持つように配置されている。以下、各切断部の構造を説明する。

第１搬送部２の始端に最も近い第１切断部３Ａは、図示しない繊維供給部から長尺状の繊維束を引き出すための一対の引き出しローラ３１Ａと、該引き出しローラ３１Ａの下方に配置されるガイドローラ３２Ａ及びカッターローラ３３Ａと、ガイドローラ３２Ａ及びカッターローラ３３Ａの下方に配置されるコンベア３４Ａと、を有するように構成されている。一対の引き出しローラ３１Ａ、ガイドローラ３２Ａ及びカッターローラ３３Ａは、互いに軸方向が平行になるように、第１搬送部２の上方に配置されている。

一対の引き出しローラ３１Ａは、第１搬送部２に対して同じ高さに位置しており、長尺状の繊維束を引き出すとともに下方に向けて方向転換させる。ガイドローラ３２Ａとカッターローラ３３Ａとは、第１搬送部２に対して同じ高さに位置する。カッターローラ３３Ａは、特許請求の範囲に記載の「カッター」に相当するものであり、カッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向が特許請求の範囲に記載の「カッターの長手方向」である。このカッターローラ３３Ａは、その軸方向に延設されるとともに放射状に配置された複数の切断刃３３ａ（図４参照）を有し、ガイドローラ３２Ａと協働して長尺状の繊維束を所定の長さ（例えば１０ｍｍ）に切断する。そして、複数の切断刃３３ａは、カッターローラ３３Ａの外周面に沿って等間隔で配置されている。

コンベア３４Ａは、カッターローラ３３Ａと第１搬送部２との間に配置されている。このコンベア３４Ａは、駆動回転輪３４ａと従動回転輪３４ｂに無端状ベルト３４ｃを巻掛したベルトコンベアであり、カッターローラ３３Ａによって切断されて自由落下した繊維束２１を受け取り、第１搬送部２まで連続的に搬送する。そして、駆動回転輪３４ａ及び従動回転輪３４ｂの軸方向は、それぞれカッターローラ３３Ａの軸方向と平行になる。

図２は各切断部の配置位置を示す平面模式図である。図２において、各切断部のカッターローラの位置関係等を分かり易くするために、引き出しローラ及び繊維束などを省略する。図２に示すように、カッターローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄの上方から見たときに、第１切断部３Ａのカッターローラ３３Ａは、その軸Ｌ１方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して角度θ１（本実施形態においてθ１＝６７．５°）を持つように配置されている。上述したように一対の引き出しローラ３１Ａ、ガイドローラ３２Ａ、駆動回転輪３４ａ及び従動回転輪３４ｂの軸方向は、それぞれカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向と平行になっているので、これらの軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して角度θ１を有することになる。なお、本実施形態において、各カッターローラの軸方向が搬送方向Ｆ１に対する角度θ１，θ２，θ３，θ４は、搬送方向Ｆ１から反時計回りの角度を指す。

図３は図２に示す第１切断部の拡大模式図である。図３に示すように、第１切断部３Ａにおいてカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して角度θ１を有する（換言すれば、カッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向と第１搬送部２の搬送方向Ｆ１とがなす角度θ１である）ので、下層キャリアフィルム１１の幅をＸ、第１切断部３Ａのコンベア３４Ａの幅をＹ１としたときに、Ｙ１＝Ｘ／ｓｉｎθ１の関係式を満たす。また、コンベア３４Ａの搬送速度をｖ１、第１搬送部２の搬送速度をＶとしたときに、ｖ１＝Ｖ×ｓｉｎθ１の関係式を満たす。このようにすることで、コンベア３４Ａの幅Ｙ１とコンベア３４Ａの搬送速度ｖ１とを容易に求めることができる。

更に本実施形態において、カッターローラ３３Ａにより切断された繊維束２１を意図する向きに配向させ易くするために、コンベア３４Ａの搬送面に対するカッターローラ３３Ａの高さは、切断された繊維束２１の所定の長さと同じになるように設定されている。例えば図４に示すように、切断された繊維束２１の所定の長さが１０ｍｍの場合、カッターローラ３３Ａの軸Ｌ１中心からコンベア３４Ａの搬送面（すなわち、コンベア３４Ａの上面）までの距離は１０ｍｍである。このようにすることで、切断された繊維束２１は跳ねずにコンベア３４Ａの搬送面に着地できるので、意図する向きに配向され易くなる。なお、ここでの「同じ」は、完全同一のほか、製造上で許容できる誤差を有するものも含む。

これと同様に、第１搬送部２の搬送面に対するコンベア３４Ａの高さも切断された繊維束２１の所定の長さと同じになるように設定されていることが好ましい。例えば図４に示すように、上下方向において、コンベア３４Ａの駆動回転輪３４ａの軸中心から第１搬送部２の搬送面（すなわち、第１搬送部２の上面）までの距離は１０ｍｍである。このようにすることで、切断された繊維束２１は跳ねずに第１搬送部２に搬送される下層キャリアフィルム１１に着地できるので、意図する向きに配向され易くなる。

第１切断部３Ａより下流に配置された第２切断部３Ｂは、第１切断部３Ａと同じ構造を有するが、引き出しローラ３１Ｂ、ガイドローラ３２Ｂ、カッターローラ３３Ｂ及びコンベア３４Ｂの配置方向が第１切断部３Ａと相違している。以下、その相違点について、カッターローラ３３Ｂを挙げて説明する。

具体的には、カッターローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄの上方から見たときに、第２切断部３Ｂのカッターローラ３３Ｂ（すなわち、第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って２つ目のカッターローラ）は、その軸Ｌ２方向がカッターローラ３３Ａ（すなわち、第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って１つ目のカッターローラ）の軸Ｌ１方向に対して＋４５°の角度を持つように配置されている。すなわち、カッターローラ３３Ｂの軸Ｌ２方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対する角度α１（図２参照）が＋４５°である。なお、本実施形態において、２つ目〜４つ目のカッターローラの各軸方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対する角度α１，α２，α３について、カッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向から反時計回りを「＋」、軸Ｌ１方向から時計回りを「−」とする。

このとき、カッターローラ３３Ｂは、その軸Ｌ２方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対する角度θ２（θ２＝１１２．５°）を有するように配置される。なお、第２切断部３Ｂにおいて、上述の第１切断部３Ａと同様に、コンベア３４Ｂの幅Ｙ２はＹ２＝Ｘ／ｓｉｎθ２の関係式、コンベア３４Ｂの搬送速度ｖ２はｖ２＝Ｖ×ｓｉｎθ２の関係式でそれぞれ求められる。

また、第２切断部３Ｂにおいて、カッターローラ３３Ｂの軸Ｌ２方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して＋４５°の角度を有するため、該カッターローラ３３Ｂによって切断されてコンベア３４Ｂを介して下層キャリアフィルム１１に自由落下した繊維束２２は、第１切断部３Ａにより切断されて下層キャリアフィルム１１に自由落下した繊維束２１に対して４５°の配向角度を有することになる。

第２切断部３Ｂより下流に配置された第３切断部３Ｃは、第１切断部３Ａと同じ構造を有するが、引き出しローラ３１Ｃ、ガイドローラ３２Ｃ、カッターローラ３３Ｃ及びコンベア３４Ｃの配置方向が第１切断部３Ａと相違している。以下、その相違点について、カッターローラ３３Ｃを挙げて説明する。

具体的には、カッターローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄの上方から見たときに、第３切断部３Ｃのカッターローラ３３Ｃ（すなわち、第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って３つ目のカッターローラ）は、その軸Ｌ３方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して−４５°の角度を持つように配置されている。すなわち、カッターローラ３３Ｃの軸Ｌ３方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対する角度α２（図２参照）が−４５°である。

このとき、カッターローラ３３Ｃは、その軸Ｌ３方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対する角度θ３（θ３＝２２．５°）を有するように配置されている。なお、第３切断部３Ｃにおいて、上述の第１切断部３Ａと同様に、コンベア３４Ｃの幅Ｙ３はＹ３＝Ｘ／ｓｉｎθ３の関係式、コンベア３４Ｃの搬送速度ｖ３はｖ３＝Ｖ×ｓｉｎθ３の関係式でそれぞれ求められる。

また、第３切断部３Ｃにおいて、カッターローラ３３Ｃの軸Ｌ３方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して−４５°の角度を有するため、該カッターローラ３３Ｃによって切断されてコンベア３４Ｃを介して下層キャリアフィルム１１に自由落下した繊維束２３は、第１切断部３Ａにより切断されて下層キャリアフィルム１１に自由落下した繊維束２１に対して−４５°の配向角度を有することになる。

第３切断部３Ｃより下流に配置された第４切断部３Ｄは、第１切断部３Ａと同じ構造を有するが、引き出しローラ３１Ｄ、ガイドローラ３２Ｄ、カッターローラ３３Ｄ及びコンベア３４Ｄの配置方向が第１切断部３Ａと相違している。以下、その相違点について、カッターローラ３３Ｄを挙げて説明する。

具体的には、カッターローラ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄの上方から見たときに、第４切断部３Ｄのカッターローラ３３Ｄ（すなわち、第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って４つ目のカッターローラ）は、その軸Ｌ４方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して＋９０°の角度を持つように配置されている。すなわち、カッターローラ３３Ｄの軸Ｌ４方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対する角度α３（図２参照）が＋９０°である。

このとき、カッターローラ３３Ｄは、その軸Ｌ４方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対する角度θ４（＝１５７．５°）を有するように配置されている。なお、第４切断部３Ｄにおいて、上述の第１切断部３Ａと同様に、コンベア３４Ｄの幅Ｙ４はＹ４＝Ｘ／ｓｉｎθ４の関係式、コンベア３４Ｄの搬送速度ｖ４はｖ４＝Ｖ×ｓｉｎθ４の関係式でそれぞれ求められる。

また、第４切断部３Ｄにおいて、カッターローラ３３Ｄの軸Ｌ４方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して＋９０°の角度を有するため、該カッターローラ３３Ｄによって切断されてコンベア３４Ｄを介して下層キャリアフィルム１１に自由落下した繊維束２４は、第１切断部３Ａにより切断されて下層キャリアフィルム１１に自由落下した繊維束２１に対して９０°の配置角度を有することになる。

第２搬送部４は、例えば駆動回転輪４ａと従動回転輪４ｂに無端状ベルト４ｃを巻掛したベルトコンベアであり、フィルムロール１４から巻き出された上層キャリアフィルム１２を第１搬送部２の搬送方向Ｆ１とは反対の搬送方向Ｆ２（図１に示す矢印参照）に連続的に搬送する。第２搬送部４の略中央上方には、第２搬送部４に搬送される上層キャリアフィルム１２に熱硬化性樹脂を含むペーストを供給するためのドクターボックス７が設けられている。

ドクターボックス７は、第２搬送部４に搬送される上層キャリアフィルム１２を跨ぐように、第２搬送部４の幅方向に架設されている。このドクターボックス７は、その底部に形成されたスリット（図示せず）を介して上層キャリアフィルム１２の上面にペーストを所定の厚さで塗布する。そして、上層キャリアフィルム１２は、そのペーストが塗布された上面を下層キャリアフィルム１１におけるペーストが塗布された上面と貼り合わせるように、第２搬送部４の終端で下方に方向転換されている。

含浸部５は、第４切断部３Ｄよりも第１搬送部２の後方に配置され、貼り合わせられた下層キャリアフィルム１１及び上層キャリアフィルム１２に対して上下両側から加圧する複数の下側含浸ローラ５ａと、複数の上側含浸ローラ５ｂとを有する。これらの下側含浸ローラ５ａと上側含浸ローラ５ｂとは、第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って互いに対して千鳥状に配置されている。

以下、製造装置１を用いた繊維強化樹脂材料の製造方法を説明する。繊維強化樹脂材料の製造方法は主に塗布ステップと、切断ステップと、含浸ステップとを含む。

塗布ステップでは、フィルムロール１３から巻き出された下層キャリアフィルム１１は、第１搬送部２によって搬送方向Ｆ１に搬送されながら、ドクターボックス６によって所定厚さのペーストが塗布される。一方、フィルムロール１４から巻き出された上層キャリアフィルム１２は、第２搬送部４によって搬送方向Ｆ２に搬送されながら、ドクターボックス７によって所定厚さのペーストが塗布される。

塗布ステップに続く切断ステップでは、長尺状の繊維束を各カッターローラで所定の長さにそれぞれ複数切断し、各コンベアの搬送面に自由落下させ、更に各コンベアで搬送して第１搬送部２の搬送面に落下させる。

具体的には、第１切断部３Ａにおいて、長尺状の繊維束の先端がコンベア３４Ａの搬送面に着くタイミングで該長尺状の繊維束がカッターローラ３３Ａによって切断される。切断された繊維束２１は、コンベア３４Ａの搬送面に跳ねずに自由落下して該コンベア３４Ａにより第１搬送部２へ向けて搬送される。そして、繊維束２１は、コンベア３４Ａの終端で、第１搬送部２に搬送された下層キャリアフィルム１１におけるペーストが塗布された上面に跳ねずに自由落下する。

第２切断部３Ｂでは、長尺状の繊維束の先端がコンベア３４Ｂの搬送面に着くタイミングで該長尺状の繊維束がカッターローラ３３Ｂによって切断される。切断された繊維束２２は、コンベア３４Ｂの搬送面に跳ねずに自由落下して該コンベア３４Ｂにより第１搬送部２へ向けて搬送される。そして、繊維束２２は、コンベア３４Ｂの終端で、第１搬送部２に搬送された下層キャリアフィルム１１におけるペーストが塗布された上面に跳ねずに自由落下する。このとき、カッターローラ３３Ｂの軸Ｌ２方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して＋４５°の角度を有するため、繊維束２２は、第１切断部３Ａにより切断された繊維束２１に対して４５°の配向角度で該繊維束２１の上に積み重ねて配置される。

第３切断部３Ｃでは、長尺状の繊維束の先端がコンベア３４Ｃの搬送面に着くタイミングで該長尺状の繊維束がカッターローラ３３Ｃによって切断される。切断された繊維束２３は、コンベア３４Ｃの搬送面に跳ねずに自由落下して該コンベア３４Ｃにより第１搬送部２へ向けて搬送される。そして、繊維束２３は、コンベア３４Ｃの終端で、第１搬送部２に搬送された下層キャリアフィルム１１におけるペーストが塗布された上面に跳ねずに自由落下する。このとき、カッターローラ３３Ｃの軸Ｌ３方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して−４５°の角度を有するため、繊維束２３は、第１切断部３Ａにより切断された繊維束２１に対して−４５°の配向角度で繊維束２１及び繊維束２２の上に積み重ねて配置される。

第４切断部３Ｄでは、長尺状の繊維束の先端がコンベア３４Ｄの搬送面に着くタイミングで該長尺状の繊維束をカッターローラ３３Ｄによって切断される。切断された繊維束２４は、コンベア３４Ｄの搬送面に跳ねずに自由落下して該コンベア３４Ｄにより第１搬送部２に向けて搬送される。そして、繊維束２４は、コンベア３４Ｄの終端で、第１搬送部２に搬送された下層キャリアフィルム１１におけるペーストが塗布された上面に跳ねずに自由落下する。このとき、カッターローラ３３Ｄの軸Ｌ４方向がカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して＋９０°の角度を有するため、繊維束２４は、第１切断部３Ａにより切断された繊維束２１に対して９０°の配向角度で繊維束２１、繊維束２２及び繊維束２３の上に積み重ねて配置される。

このように下層キャリアフィルム１１が第１切断部３Ａ、第２切断部３Ｂ、第３切断部３Ｃ及び第４切断部３Ｄを順次に通過するときに、繊維束２１と、該繊維束２１に対して４５°の配向角度を有する繊維束２２、−４５°の配向角度を有する繊維束２３、９０°の配向角度を有する繊維束２４がこの順に下層キャリアフィルム１１の上面に積み重ねられる。そして、繊維束２１〜２４が積み重ねられた下層キャリアフィルム１１は、第１搬送部２の終端側で上層キャリアフィルム１２と貼り合わせられる。

切断ステップに続く含浸ステップでは、貼り合わせられた下層キャリアフィルム１１及び上層キャリアフィルム１２が含浸部５を通過する際に、下層キャリアフィルム１１と上層キャリアフィルム１２との間に挟み込まれたペースト及び繊維束２１〜２４は、下側含浸ローラ５ａ及び上側含浸ローラ５ｂによって加圧される。このとき、下層キャリアフィルム１１及び上層キャリアフィルム１２に塗布されたペーストは、繊維束２１〜２４の間に含浸される。これによって、シート状の繊維強化樹脂材料（すなわち、ＳＭＣ）１０が製造される。そして、製造された繊維強化樹脂材料１０は巻取ロール８に巻き取られても良く、折り畳んだ状態で収容箱（図示せず）に収容されても良い。

本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造装置１では、それぞれの軸方向が第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に対して異なる角度を持つ４つのカッターローラ（第１切断部３Ａのカッターローラ３３Ａ、第２切断部３Ｂのカッターローラ３３Ｂ、第３切断部３Ｃのカッターローラ３３Ｃ及び第４切断部３Ｄのカッターローラ３３Ｄ）が配置されるので、これらのカッターローラによって切断された繊維束が異なる配向角度を有する。そして、異なる配向角度を有する繊維束を意図する方向に均一分散させることで、繊維配向を制御することが可能になる。

加えて、第２切断部３Ｂのカッターローラ３３Ｂ、第３切断部３Ｃのカッターローラ３３Ｃ及び第４切断部３Ｄのカッターローラ３３Ｄは、それぞれの軸方向が第１切断部３Ａのカッターローラ３３Ａの軸Ｌ１方向に対して＋４５°、−４５°、＋９０°で配置されるので、これらのカッターローラによって切断された繊維束２１〜２４が疑似等方性配向（０°、４５°、−４５°、９０°）になるように制御することができる。その結果、配向ムラの発生を抑制することができ、等方性に強度をもつ繊維強化樹脂材料１０を得ることができる。

また、本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造方法によれば、長尺状の繊維束の先端が各コンベアの搬送面に着くタイミングで長尺状の繊維束が切断されるので、切断された各繊維束の飛び跳ねを防止できるとともに、各繊維束を意図する向きに配向させ易くなる。その結果、繊維配向を制御することができ、配向ムラの発生を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では、４つのカッターローラを有する例を挙げて説明したが、カッターローラの数は５つ以上であっても良い。この場合には、例えば第１搬送部２の搬送方向Ｆ１に沿って２つ目以降のカッターローラは、それぞれの軸方向が１つ目のカッターローラの軸方向に対して＋４５°、−４５°、＋９０°、０°、＋４５°、−４５°…の角度を持つように搬送方向Ｆ１に沿って配置されれば良い。

また、上述の実施形態において、ＳＭＣの例を挙げて説明したが、本発明はＳＭＣ以外の長尺状の繊維束、または長尺状の繊維束に樹脂を含浸させたテープ状の部材を複数切断して繊維強化樹脂材料を製造することにも適用される。例えば、一方向の繊維強化熱可塑性樹脂を切断し自由落下させた後に、熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、更に冷却することで繊維強化熱可塑性樹脂材料を製造しても良い。あるいは、長尺状の繊維束を複数切断して自由落下させた後に、熱可塑性樹脂パウダーを振りかけて熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、更に冷却することで繊維強化熱可塑性樹脂材料を製造しても良い。なお、この場合には、上述した製造装置１のドクターボックス６，７を省くことができる。

更に、上述の実施形態において、カッターローラの例を挙げて説明したが、本発明はカッターローラ以外のカッターにも適用される。

１繊維強化樹脂材料の製造装置
２第１搬送部
３Ａ第１切断部
３Ｂ第２切断部
３Ｃ第３切断部
３Ｄ第４切断部
４第２搬送部
５含浸部
５ａ下側含浸ローラ
５ｂ上側含浸ローラ
６，７ドクターボックス
１１下層キャリアフィルム
１２上層キャリアフィルム
２１，２２，２３，２４繊維束
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ引き出しローラ
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄガイドローラ
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄカッターローラ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄコンベア
Ｆ１搬送方向

Claims

長尺状の繊維束を所定の長さに複数切断し、切断した繊維束の間に樹脂を含浸させることで繊維強化樹脂材料を製造する繊維強化樹脂材料の製造装置であって、
それぞれ所定の長さを有し、長尺状の繊維束を切断する複数のカッターと、
前記複数のカッターの下方に設けられ、これらのカッターに切断された繊維束を連続的に搬送する搬送部と、
を備え、
前記複数のカッターの上方から見たときに、前記複数のカッターは、それぞれの長手方向が前記搬送部の搬送方向に対して異なる角度を持つように前記搬送部の搬送方向に沿って並設されていることを特徴とする繊維強化樹脂材料の製造装置。
前記複数のカッターは、４つ以上であり、
前記複数のカッターの上方から見たときに、前記搬送部の搬送方向に沿って２つ目以降のカッターは、それぞれの長手方向が１つ目のカッターの長手方向に対して＋４５°、−４５°、＋９０°の角度を持つように前記搬送部の搬送方向に沿って並設されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
前記搬送部の搬送面に対する各カッターの高さは、各カッターに切断された繊維束の所定の長さと同じである請求項１又は２に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
前記カッターは、その長手方向に延びる複数の刃が放射状に設けられたカッターローラである請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。