JP6423303B2 - 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

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。

特開２００７−１１８２１６号公報

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ある程度近づければ、欠陥部分の発生は低減するので、両者を極端に近づける必要はない。

本発明の目的は、冷却ロールをノズルに極端に近づけなくても、繊維強化熱可塑性樹脂テープに欠陥部分が発生するのを低減させる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に配置され、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、を備えた繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置であって、前記繊維束が通過する前記ノズルの開口は長方形のスリットとされており、前記ノズルの先端と、前記冷却ローラと前記繊維束とが接触する位置との距離Ｌが、下記の（Ａ）、（Ｂ）式を満たし、前記冷却ローラの周速が、前記繊維束の走行速度よりも速くされていることを特徴とする。
Ｌ［ｍｍ］≦１０００×Ｔ［ｍｍ］−３５ （Ｔ＜０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ａ）
Ｌ［ｍｍ］≦７８５．７×Ｔ［ｍｍ］−１７．９ （Ｔ≧０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ｂ）
Ｔ［ｍｍ］：前記ノズルの先端の開口の短辺の寸法

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、前記ノズルの先端と、前記冷却ローラと前記繊維束とが接触する位置との距離を、前記ノズルの先端の開口の短辺の寸法に基づいて設定し、前記冷却ローラの周速を、前記繊維束の走行速度よりも速くすることを特徴とする。

本発明によると、ノズルの先端と、冷却ローラと繊維束とが接触する位置との距離を、ノズルの先端の開口の短辺の寸法に基づいて設定する。ここで、ノズルを通過した直後の繊維束においては、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、上記の距離に配置した冷却ローラで、ノズルを通過した直後の繊維束を急速に冷却する。これにより、繊維束の幅方向に繊維の疎密が生じる前に熱可塑性樹脂を固化させることができるので、繊維束の幅方向に繊維の疎密が生じるのを低減させることができる。このとき、設定した距離以上に冷却ローラをノズルに近づける必要がない。よって、冷却ロールをノズルに極端に近づけなくても、繊維強化熱可塑性樹脂テープに欠陥部分が発生するのを低減させることができる。

繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の模式図である。 繰出機の拡大図である。 図１のノズルの拡大図である。 図１のノズルをＡ方向から見た図である。 図１のノズルの拡大図である。 図１のノズルをＡ方向から見た図である。 図１の溝付ローラをＡ方向から見た図である。 図１の樹脂含浸装置を上方から見た図である。 図１のノズルおよび冷却ローラ部の拡大図である。 繊維強化熱可塑性樹脂テープの外観写真である。 図１の樹脂含浸装置および冷却ローラ部の拡大図である。 図１の樹脂含浸装置および冷却ローラ部の拡大図である。 図１のノズルおよび冷却ローラ部の拡大図である。 繊維強化熱可塑性樹脂テープの外観写真である。 表１のサンプルＮｏ．５の断面写真である。 表１のサンプルＮｏ．５の断面写真である。 表１のサンプルＮｏ．１の断面写真である。 製造した繊維強化熱可塑性樹脂テープの厚みＴと、冷却ローラとテープとが接触する位置とノズルの先端との距離Ｌとの関係を示す図である。

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。

（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。

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。

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には公知のものを使用すればよい。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。

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。

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（含浸用部材）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。冷却ローラ２０は、ノズル１８の下流側に配置されており、テープ９を下流側に送りながら冷却する。冷却ローラ２１は、冷却ローラ２０の下流側に配置されており、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）

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。このとき、設定した距離Ｌ以上に冷却ローラ２０をノズル１８に近づける必要がない。

ここで、冷却ローラ２０の周速は、テープ９（ノズル１８を通過した繊維束８）の走行速度よりも速くされている。具体的には、冷却ローラ２０の周速は、テープ９の走行速度の１．５倍以上２．０倍以下にされている。

冷却ローラ２０の周速がテープ９の走行速度と同程度であると、繊維束８に含浸された熱可塑性樹脂の一部が冷却ローラ２０の表面に付着する現象が発生する場合がある。この現象が発生すると、冷却ローラ２０の表面に付着した熱可塑性樹脂によってテープ９の表面に部分的な凹凸が生じ、テープ９の表面が平滑にならないおそれがある。

製造された繊維強化熱可塑性樹脂テープの外観写真を図８に示す。図８に示す２本の繊維強化熱可塑性樹脂テープのうち、下側のものは、表面が平滑であるのに対し、上側のものは、表面の矢印で示す箇所に部分的な凹凸が生じている。

そこで、冷却ローラ２０をモータなどで回転させて、冷却ローラ２０の周速をテープ９の走行速度よりも速くする。これにより、冷却ローラ２０の表面に溶融した熱可塑性樹脂の一部が付着する現象を防止することができる。冷却ローラ２０の周速は、テープ９と冷却ローラ２０との間でスリップが生じる速度であればよい。装置の部品の寿命を考慮した場合、冷却ローラ２０の周速は、テープ９、すなわちノズル１８を通過した繊維束８の走行速度の１．５倍以上２．０倍以下が望ましい。

なお、図１の樹脂含浸装置３および冷却ローラ部４の拡大図である図９に示すように、テープ９を挟持する一対の冷却ローラ２２，２３が、テープ９の搬送方向に複数（例えば３つ）設けられていてもよい。一対の冷却ローラ２２，２３で、テープ９の表面及び裏面を同時に冷却することで、どちらかの面が冷却されすぎることがなくなる。よって、テープ９にそりが発生するのを好適に抑制することができる。

また、図１の樹脂含浸装置３および冷却ローラ部４の拡大図である図１０に示すように、テープ９の搬送方向に並んだ複数（例えば４つ）の冷却ローラ２４にテープ９がそれぞれ接触しながら、テープ９がジグザグに搬送される構成であってもよい。即ち、テープ９の表面が冷却ローラ２４に接触して冷却されるのと、テープ９の裏面が冷却ローラ２４に接触して冷却されるのとが、交互に行われながら、テープ９が下流側に搬送される構成であってもよい。図７に示した２つの冷却ローラ２０，２１にテープ９が接触する構成に比べて、本構成の方が、複数の冷却ローラ２４とテープ９との接触面積が広いので、テープ９を効率よく冷却することができる。

（冷却部）
図１に戻って、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。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態では、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を、ノズル１８の先端の開口の短辺の寸法に基づいて設定する。ここで、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、上記の距離に配置した冷却ローラ２０で、ノズル１８を通過した直後のテープ９を急速に冷却する。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熱可塑性樹脂を固化させることができるので、テープ９の幅方向に繊維の疎密が生じるのを低減させることができる。このとき、設定した距離以上に冷却ローラ２０をノズル１８に近づける必要がない。よって、冷却ロール２０をノズル１８に極端に近づけなくても、繊維強化熱可塑性樹脂テープに欠陥部分が発生するのを低減させることができる。

また、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が、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が０．０８ｍｍ未満のときに、上記の（Ａ）式を満たし、ノズル１８の先端の開口の短辺の寸法Ｔが０．０８ｍｍ以上のときに、上記の（Ｂ）式を満たす。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、熱可塑性樹脂を好適に固化させることができる。また、上記の（Ａ）、（Ｂ）式を満たす距離Ｌであれば、それ以上に冷却ローラをノズルに近づける必要がない。

また、冷却ローラ２０，２１を複数配置する。これにより、テープ９を十分に冷却することができる。また、単一の冷却ローラで、テープ９の表面および裏面のどちらか一方のみを冷却すると、テープ９にそりが生じる場合がある。そこで、複数の冷却ローラ２０，２１でテープ９の表面および裏面を冷却することで、テープ９にそりが生じないようにすることができる。

また、ノズル１８に近い側の溝付ローラ１９に、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の溝１９ａを設けて、溝１９ａの部分を繊維束８が通過するようにする。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らないようにすることができる。その結果、所望の幅の繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造することができる。

また、ノズル１８の先端の開口部分に、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をあけてガイド板４２を取り付ける。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。その結果、所望の幅の繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造することができる。また、ノズル１８の開口を通過する繊維束８の幅方向に繊維の粗密が生じていたとしても、繊維束８の幅が整形されるのと同時に、繊維の粗密が幅方向に均一化される。これにより、製造される繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅方向に繊維を均一に分布させることができる。

また、繊維束８に作用する張力を一定に保持する。ここで、樹脂含浸装置３の容器３ａ内において、繊維束８に作用する張力が変動すれば、繊維束８の開繊が不安定になり、幅方向に繊維の粗密が生じる。これに対して、繊維束８に作用する張力を一定に保持することで、繊維束８が安定して開繊するので、幅方向に繊維の疎密が生じるのを低減させることができる。よって、製造される繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅方向に繊維を均一に分布させることができる。また、繊維束８に作用する張力を一定に保持することで、繊維束８を安定して直進させることができる。

また、冷却ローラ２０の周速をテープ９（ノズル１８を通過した繊維束８）の走行速度よりも速く、好ましくはテープ９の走行速度の１．５倍以上２．０倍以下にすることで、冷却ローラ２０の表面に溶融した熱可塑性樹脂の一部が付着する現象を防止することができる。これにより、表面が平滑な繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造することができる。

（変形例）
なお、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１１に示すように、ノズル１８の形状が冷却ローラ２０側に先細りの形状とされていてもよい。このような形状にすることで、冷却ローラ２０の一部をノズル１８の先端よりも上流側に配置することが可能となる。即ち、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が、冷却ローラ２０の半径Ｒよりも小さくなる位置に、冷却ローラ２０を配置することが可能となる。そこで、図１１においては、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が、冷却ローラ２０の半径Ｒよりも小さくなる位置に、冷却ローラ２０が配置されている。また、このような形状にすることで、上記の距離Ｌを冷却ローラ２０の半径Ｒよりも小さくしながら、冷却ローラ２０の半径Ｒを大きくすることが可能となる。

（効果）
以上に述べたように、この変形例では、ノズル１８の形状を、冷却ローラ２０側に先細りの形状とすることで、冷却ローラ２０の一部をノズル１８の先端よりも上流側に配置することが可能となる。即ち、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が、冷却ローラ２０の半径Ｒよりも小さくなる位置に、冷却ローラ２０を配置することが可能となる。そして、このような配置とすることで、ノズル１８を通過した直後のテープ９をより急速に冷却することができる。また、このような配置としながら、冷却ローラ２０の半径Ｒを大きくすることができるので、冷却ローラ２０を大型化することができる。これにより、冷却ローラ２０の冷却能力が高まるので、テープ９を効率よく冷却することができる。

（評価）
次に、パラメータを異ならせて繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造し、熱可塑性樹脂やカーボン繊維がない欠陥部分（以下、欠陥部分という。）の有無を評価した。ここで、繊維束８として東レ製のカーボン繊維トレカＴ３００を１２０００本束ねたものを使用した。また、熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを使用した。また、繊維束８の走行速度を３ｍ／分とした。そして、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[ｍｍ]（以下、距離Ｌという。）、製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの厚みＴ[ｍｍ]（以下、テープの厚みＴという。）、および、合成樹脂の流動性の指数である樹脂のＭＦＲ（メルトフローレート）をそれぞれパラメータとした。ここで、製造する繊維強化熱可塑性樹脂テープの厚みＴは、ノズル１８の先端の開口の短辺の寸法Ｔ（図３Ｂ参照）と同寸法であるとした。評価の結果を表１に示す。

ここで、製造された繊維強化熱可塑性樹脂テープの外観写真を図１２に示す。なお、この外観写真において、繊維強化熱可塑性樹脂テープの幅は１５ｍｍである。黒い部分がカーボン繊維であり、白い部分がカーボン繊維がない部分（欠陥部分）である。図１２においては、上側が白い部分がないもの、下側が白い部分があるものをそれぞれ示している。

評価の結果、距離Ｌが１０ｍｍでは、テープの厚みＴ、および、ＭＦＲにかかわらず、欠陥部分は生じなかった。一方、距離Ｌが１８０ｍｍでは、テープの厚みＴ、および、ＭＦＲにかかわらず、欠陥部分が生じた。また、距離Ｌが４５ｍｍでは、テープの厚みＴが０．０８ｍｍの場合に欠陥部分が生じなかったが、テープの厚みＴが０．０６ｍｍと０．０７ｍｍの場合に欠陥部分が生じた。

サンプルＮｏ．８の断面写真を図１３、図１４に示す。図１３においては、熱可塑性樹脂およびカーボン繊維がない欠陥部分があるのがわかる。図１４においては、熱可塑性樹脂がない欠陥部分があるのがわかる。一方、サンプルＮｏ．１の断面写真を図１５に示す。図１５において、熱可塑性樹脂およびカーボン繊維は、一様に分布していることがわかる。

また、幅が１５ｍｍの繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造したときの別の評価結果を図１６に示す。図１６は、製造した繊維強化熱可塑性樹脂テープの厚みＴ（以下、テープの厚みＴという。）と、冷却ローラ２０とテープ９とが接触する位置とノズル１８の先端との距離Ｌ（以下、距離Ｌという。）との関係を示している。ここで、製造した繊維強化熱可塑性樹脂テープの厚みＴは、ノズル１８の先端の開口の短辺の寸法Ｔ（図３Ｂ参照）と同寸法であるとした。図中、「○」はカーボン繊維がない欠陥部分が生じなかったものを示している。また、図中、「×」はカーボン繊維がない欠陥部分が生じたものを示している。

評価の結果、テープの厚みＴが０．０８ｍｍ未満の場合には、距離Ｌが以下の（Ａ）式を満たすようにすればよいことがわかる。また、テープの厚みＴが０．０８ｍｍ以上の場合には、距離Ｌが以下の（Ｂ）式を満たすようにすればよいことがわかる。
Ｌ［ｍｍ］≦１０００×Ｔ［ｍｍ］−３５ （Ｔ＜０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ａ）
Ｌ［ｍｍ］≦７８５．７×Ｔ［ｍｍ］−１７．９ （Ｔ≧０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ｂ）

そして、上記の（Ａ）式を満たす距離Ｌであれば、それ以上に冷却ローラ２０をノズル１８に近づける必要がないことがわかる。

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（含浸用部材）
１７ 押出機
１８ ノズル
１９ 溝付ローラ
１９ａ 溝
２０，２１ 冷却ローラ
２２，２３，２４ 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
１００ 繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置

Claims (9)

1. 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に配置され、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、
   を備えた繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置であって、
   前記繊維束が通過する前記ノズルの開口は長方形のスリットとされており、
   前記ノズルの先端と、前記冷却ローラと前記繊維束とが接触する位置との距離Ｌが、下記の（Ａ）、（Ｂ）式を満たし、
   前記冷却ローラの周速が、前記繊維束の走行速度よりも速くされてい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。
   Ｌ［ｍｍ］≦１０００×Ｔ［ｍｍ］−３５ （Ｔ＜０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ａ）
   Ｌ［ｍｍ］≦７８５．７×Ｔ［ｍｍ］−１７．９ （Ｔ≧０．０８[ｍｍ]） ・・・（Ｂ）
   Ｔ［ｍｍ］：前記ノズルの先端の開口の短辺の寸法
2. 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、
   前記ノズルの形状が前記冷却ローラ側に先細りの形状とされており、
   前記ノズルの先端と、前記冷却ローラと前記繊維束とが接触する位置との距離が、前記冷却ローラの半径よりも小さくなる位置に、前記冷却ローラが配置されてい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。
3. 請求項１又は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、
   前記冷却ローラが複数、配置されてい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。
4. 請求項１〜３のいずれか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、
   前記繊維束と接触する断面円形の複数の含浸用部材が前記容器の中に配置されており、
   複数の前記含浸用部材のうち、前記ノズルに近い側の前記含浸用部材に、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の溝が設けられており、当該溝の部分を前記繊維束が通過するようにされてい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。
5. 請求項１〜４のいずれか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、
   前記ノズルの先端の開口部分に、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をあけてガイド板が取り付けられてい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。
6. 請求項１〜５のいずれか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、
   前記繊維束に作用する張力を一定に保持する張力調整機構をさらに備え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。
7. 請求項１〜６のいずれか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、
   前記冷却ローラの周速が、前記繊維束の走行速度の１．５倍以上２．０倍以下にされてい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。
8. 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、
   前記ノズルの先端と、前記冷却ローラと前記繊維束とが接触する位置との距離を、前記ノズルの先端の開口の短辺の寸法に基づいて設定し、
   前記冷却ローラの周速を、前記繊維束の走行速度よりも速く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。
9. 請求項８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、
   前記冷却ローラの周速を、前記繊維束の走行速度の１．５倍以上２．０倍以下に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。