JP2002235257A - 強化繊維束の拡幅方法及び拡幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各繊維束を構成繊維に撚りが加わることなく均
一に且つ所望の幅に開繊でき、しかも、幅方向に均一な
目付けをもつ強化繊維シートを製造可能な強化繊維束の
拡幅装置を提供する。 【解決手段】平行に配列されて走行する多数の強化繊維
束を、一以上の拡幅用バーの表面に接触させて拡幅し、
強化繊維シートとする強化繊維束の拡幅装置において、
少なくとも最下流側に傾斜部(2) が一体に形成された傾
斜部付拡幅用バー(1) を配する。前記傾斜部(2) は前記
強化繊維シート(S) の両端縁部に相当する位置に３０〜
６０ｍｍの長さで設けられた内側に向けて先細の載頭円
錐形状をなし、その周面が傾斜面(2a)である。傾斜面(2
a)の勾配は１／２００〜１／２５に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平行に配された複
数の強化繊維束を拡幅して所望の幅及び目付けをもつ一
枚の強化繊維シートを形成するための強化繊維束の拡幅
方法及び拡幅装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】強化繊維が一方向に引き揃えられたプリ
プレグは一般に、一方向に引き揃えられた強化繊維シー
トにマトリックス樹脂を含浸させて製造される。そして
強化繊維シートの１ｍ² 当たりの重量（以下、「目付
け」という。）は、プリプレグの用途や所望の強度に応
じて所定の値に設定されている。この強化繊維シート
は、平行に配列された複数本の強化繊維束の各繊維束を
それぞれ拡幅することにより、所定の幅をもつ強化繊維
シートに形成しているが、この強化繊維束一本の目付け
は予め決まっているため、強化繊維シートの目付けは使
用する強化繊維束の本数や一本の強化繊維束当たりの拡
幅程度によって調節される。

【０００３】かかる強化繊維束の拡幅装置として、例え
ば特開平３−１４６７３５号公報にはサイジング剤が付
与された強化繊維束の拡幅方法が開示されている。同方
法では、平行に配された複数の強化繊維束を、段違いに
配された３本の拡幅用バーに掛け回しながら所定の張力
下で走行させ、前記拡幅用バーとの接触により各繊維束
を拡幅させている。そして、３本の拡幅用バーのうちの
少なくとも一本を加熱バーとして、繊維束を５０〜２０
０℃に加熱することにより、繊維束のサイジング剤を軟
化させ各単繊維間の結束力を弱めて繊維束をばらけ易く
して、拡幅を促進している。

【０００４】また、例えば実開平３−６７０３６号公報
に開示されている強化繊維束の拡幅装置では、平行に配
列された複数の繊維束を所定の張力下で走行させ、複数
の拡幅用バーに接触通過させて拡幅している。この複数
本の拡幅用バーのうちの少なくとも一本のバーには、そ
の周面に一本の強化繊維束の径よりも小さいピッチで断
面がＶ字状の周方向溝が多数、形成された溝付バーを採
用している。かかる溝付バーにより、各強化繊維束が先
ず機械的に細かく開繊され、次いで細分化された各繊維
束が拡開されるため、開繊の程度が向上するとしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの公報の拡幅方法にあっても、その開繊機構
は、繊維束を緊張下で曲面に擦過させ、その擦過の際に
生ずる摩擦力で繊維が配向し、繊維束が開繊して各繊維
束間の間隙を埋めるという原理に基づくものであっる。
そのため、繊維束間の目開きのないプリプレグを得るこ
とはできても、繊維束ごとの開繊性に多少のバラツキが
生じる。

【０００６】更に、特開平３−１４６７３５号公報に開
示されている拡幅装置では溝のない拡幅バーを使用して
おり、また、溝付バーを使用する実開平３−６７０３６
号公報に開示されている拡幅装置であっても、拡幅の最
終段階では溝のない拡幅バーを使用している。このよう
に溝のない拡幅バーでは、シート幅の中央部分を走行す
る繊維束は、拡幅時に隣り合う繊維束同士で端縁が接触
しあい、各繊維束が互いに拡幅を抑制しあうため、拡幅
後の各繊維束の幅及び厚みに殆ど差異は生じず、均一な
目付けに拡幅される。しかしながら、溝付バー及び溝の
ない拡幅バーのいずれも、シート幅の両端縁部分を走行
する繊維束は、内側には隣接する繊維束が存在するため
拡幅が抑制されるものの、外側への移動は何ら抑制され
ることがなく、外側へと広がりやすい。そのため、両端
縁部分ではその目付け分布が外側へ向けて漸減する傾向
がある。

【０００７】かかる目付け分布をもつプリプレグを用い
てゴルフシャフトなどを製造する場合に、プリプレグを
幅方向にパターンカットして使用すると、両端縁部分を
使用したシャフトの重量が低下したり、また、繊維量が
相対的に低下するためにフレックスが大きくなったりし
て不具合を生じることがあった。

【０００８】更に、溝付バーを使用する実開平３−６７
０３６号公報に開示されている強化繊維束の拡幅装置で
は、溝付バーへ導入される繊維束の糸道が多少でもずれ
ることで、繊維束と溝付バーの溝壁面との相互作用によ
り繊維束が溝内で旋回して仮撚りが加わり、開繊の妨げ
になることがある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本件はかかる従来の問題
を解決すべくなされたものであり、各繊維束を構成繊維
に撚りが加わることなく均一に且つ所望の幅に開繊で
き、しかも、幅方向に均一な目付けをもつ強化繊維シー
トを製造可能な強化繊維束の拡幅方法及び拡幅装置を提
供することを目的としている。

【００１０】かかる目的を達成するべく、本件請求項１
に係る発明は、平行に配列されて走行する多数の強化繊
維束を、一以上の拡幅用案内手段の表面に接触させて拡
幅し、強化繊維シートとする強化繊維束の拡幅方法であ
って、前記拡幅用案内手段による拡幅の少なくとも最終
段階において、前記強化繊維シートの両端縁部を４０〜
６０ｍｍの幅方向長さにわたり、繊維案内径が内側に向
けて小さくなる傾斜部の傾斜面に接触させて、繊維を内
側へ移動させることを特徴としている。

【００１１】なお、本発明において繊維案内径とは、強
化繊維シートの走行面と同走行面に斜めに交差する傾斜
面との間隔をいう。また、前記拡幅用案内手段とは、例
えば従来から公知の拡幅用バーや拡幅用ローラなどであ
る。

【００１２】このように、少なくとも拡幅の最終段階に
おいて、強化繊維シートにおける繊維が外側に向けて移
動しやすい両端縁部を、上記傾斜面に接触させて、繊維
を積極的に内側へ移動させることにより、両端縁部にお
ける目付け分布を均一にすることができる。

【００１３】更に本件請求項２に係る発明は、平行に配
列されて走行する多数の強化繊維束を、一以上の拡幅用
案内手段の表面に接触させて拡幅し、強化繊維シートと
する強化繊維束の拡幅装置であって、前記拡幅用案内手
段による拡幅の少なくとも最終段階において、前記強化
繊維シートの両端縁部に相当する位置にそれぞれ、４０
〜６０ｍｍの幅方向長さで、同位置における繊維案内径
が内側に向けて小さくなる傾斜面を有する傾斜部を備え
てなることを特徴としている。

【００１４】このような傾斜部を設けることにより、隣
り合う繊維束同士の規制が少ない強化繊維シートの端縁
部分においても、繊維が外側へ向けて移動することな
く、同端縁部分の繊維が傾斜部の傾斜面に案内されて中
央に向けて移動するため、端縁部分における厚みや強化
繊維目付けが低減することがなく、中央部分と略同等の
厚み及び繊維目付けとなる。

【００１５】本件請求項３に係る発明によれば、前記傾
斜面の勾配は１／２００〜１／２５であることを特徴と
している。前記勾配が１／２００よりも小さいと、強化
繊維シートの両端縁部分の繊維を十分に、中央へ向けて
移動させることができず、両端縁部分の厚みや強化繊維
目付けは依然として中央部分とくらべ小さくなってしま
う。一方、前記勾配が１／２５よりも大きいと、強化繊
維シートの両端縁部分の繊維の中央へ向けた移動量が大
きくなり、両端縁部分の厚みや強化繊維目付けが中央部
分よりも大きくなってしまい、更には得ようとする強化
繊維シートの幅寸法よりも小さな幅寸法となってしま
う。更に本件請求項４に係る発明によれば、前記傾斜面
の勾配は１／１００〜１／５０であることが好ましい。

【００１６】本件請求項５に係る発明は、前記傾斜部
が、前記拡幅用案内手段の前記強化繊維シートの両端縁
部に相当する位置に、同拡幅用案内手段と一体に形成さ
れてなることを特徴としている。前記傾斜部が拡幅用案
内手段と一体に形成されている場合に、従来の拡幅装置
における複数の拡幅用案内手段の少なくとも１を前記傾
斜部が一体に形成された傾斜部付き拡幅用案内手段と交
換するだけでよく、既存の装置を利用することができる
ため、膨大な設備費を新たに必要とすることがない。

【００１７】或いは、本件請求項６に係る発明によれ
ば、前記傾斜部が、最下流に位置する前記拡幅用バーの
下流側に近接して配されてなることを特徴としている。
例えば、本件請求項７に係る発明によれば、前記傾斜部
は略載頭円錐部材であり、本件請求項８に係る発明で
は、前記傾斜部が傾斜して配される案内バーである。前
記略載頭円錐部材や案内バーは、従来の拡幅装置におけ
る最下流の拡幅用案内手段の下流側に近接して所定の位
置に設置すればよく、既存の装置を利用して簡単に改良
することができ、膨大な設備費を新たに必要とすること
がない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明
の強化繊維束の拡幅装置では、テーパ部材にその特徴的
な構造を有するものであり、その他の構成については、
上述した特開平３−１４６７３５号公報や実開平３−６
７０３６号公報などに記載されている従来の拡幅装置と
同一であるため、その詳細な説明は省略する。

【００１９】図１は、本発明の好適な実施形態による傾
斜部が一体に形成された拡幅用バーの側面図である。前
記拡幅用バー１は断面が円形の棒体であり、その全長は
製造される強化繊維シートＳの幅Ｗよりも長く設定され
ている。前記拡幅用バー１は、強化繊維シートＳの両端
縁部に対応する位置にそれぞれ、４０〜６０ｍｍの長さ
にわたって傾斜部２を有している。この傾斜部２は内側
に向けて径寸法が漸減する載頭円錐形状をなし、その周
面が傾斜面２ａを形成している。この傾斜部２の径寸法
はすなわち、前記傾斜面２ａの繊維案内径であり、内側
に向けて漸減している。前記傾斜面２ａの勾配Ｂ／Ａは
１／２００〜１／２５、好ましくは１／１００〜１／５
０に設定されている。前記拡幅用バー１の前記傾斜部２
を除く強化繊維束シートＳが接触する部位３は、均一の
径寸法をもつ棒体となっている。

【００２０】かかる傾斜部２が一体に形成された拡幅用
バー１には、強化繊維シートを上方又は下方のどちら側
からも掛けまわすことができる。例えば強化繊維シート
を上方から掛けまわすと、同強化繊維シートの裏面側が
同拡幅用バー１の周面に接触する。このとき、各繊維束
の繊維が幅方向に移動して拡幅されるが、強化繊維シー
トの中央部分では隣り合う繊維束同士によって幅方向へ
の移動がある程度抑制され、略均一の厚みに拡幅され
る。また、強化繊維シートの両端縁部の繊維は、外側に
ある繊維束が少ないため、内側よりも外側へ向けてより
移動しやすい状態にある。しかしながら、上記拡幅用バ
ー１では強化繊維シートの両端縁部に対応する部位に、
繊維案内径が内側へ向けて漸減する傾斜面２ａをもつ傾
斜部２が一体に形成されているため、外側への移動が抑
制される。そのため、得られた強化繊維シートは両端縁
部において厚みや強化繊維目付けが小さくなることはな
く、幅方向に均一な厚み及び強化繊維目付けをもつ強化
繊維シートを製造することができる。

【００２１】なお、従来の強化繊維束の拡幅装置におけ
る拡幅用バーのうちの少なくとも最下流に位置する１本
を上述した傾斜面２をもつ拡幅用バー１に代えて使用す
ることができる。

【００２２】前記拡幅用バー１はその両端において回転
不能に支持されているが、もちろん、回転可能に支持す
ることもできる。更には、前記拡幅用バー１の回転速度
を自由に制御可能とし、繊維束の走行速度とは異なる回
転速度で回転させることもできる。

【００２３】また、前記傾斜面２の拡幅用バー１の長手
方向における位置を変更可能とし、目的とする強化繊維
シートの幅に合わせて調整し、多様な強化繊維シートの
幅に対応させることもできる。

【００２４】図２は、本発明の他の好適な実施形態によ
る傾斜部の側面図である。前記傾斜部は略載頭円錐形状
をなすテーパコーン１１である。このテーパコーン１１
の周面１２が傾斜面１２を構成している。同傾斜面１２
の長さＡは４０〜６０ｍｍ、勾配Ｂ／Ａは１／２００〜
１／２５、好ましくは１／１００〜１／５０に設定され
ている。

【００２５】前記テーパコーン１１の径は傾斜面１２の
繊維案内径であり、同繊維案内径が内側へ向けて漸減す
るよう、前記テーパコーン１１はその大径側１１ａを強
化繊維シートＳの端縁に合わせ、小径側１１ｂを内側に
向けて、強化繊維シートＳの左右それぞれに設置され
る。特に、従来の強化繊維束の拡幅装置における最も下
流に位置する拡幅用バーの下流側に隣接して設置するこ
とが好ましい。

【００２６】前記強化繊維シートＳは前記テーパコーン
１１の上方から掛けまわしてもよく、或いは同テーパコ
ーン１１の下方から掛けまわしてもよい。また、前記テ
ーパコーン１１は回転可能に設置することが、強化繊維
束の摩擦による損傷を軽減するためには好ましいが、回
転不能に設置することもでき、或いは、同テーパコーン
１１の回転速度を自由に制御可能とし、繊維束の走行速
度とは異なる回転速度で回転させることもできる。

【００２７】図３は、本発明の他の好適な実施形態によ
る傾斜部の側面図である。前記傾斜部は傾斜して配され
る案内バー２１である。この案内バー２１は強化繊維シ
ートが掛けまわされる傾斜面２２の繊維案内径が内側へ
向けて漸減するように、強化繊維シートの両端縁部に対
応する位置に設置される。

【００２８】例えば図３（ａ）に示すように強化繊維シ
ートＳが上方から接触する場合には、内側へ向けて下傾
斜するように配置され、また、図３（ｂ）に示すように
強化繊維シートＳが下方から接触する場合には、内側へ
向けて上傾斜するように配置される。この案内バー２１
の前記傾斜面２２の長さＡは４０〜６０ｍｍ、勾配Ｂ／
Ａは１／２００〜１／２５、好ましくは１／１００〜１
／５０に設定されている。 なお、本実施形態は、強化
繊維シートの両端縁部にのみ接触する短尺の案内バー２
１であるが、強化繊維シートの全幅と同一の長さをも
ち、両端から４０〜６０ｍｍの位置で同一方向に屈曲さ
れた棒体を採用することもできる。更には、テーパ部材
として、すくなくとも一表面が傾斜面となっている楔状
部材を採用することもできる。

【００２９】以下、本発明について具体的な実施例及び
比較例を挙げて説明する。実施例及び比較例はいずれ
も、強化繊維束として三菱レイヨン株式会社製の炭素繊
維（ＴＲ４０−１２Ｌ）を使用し、この強化繊維束を多
数本、平行に引き揃えて幅１ｍのシート状に配し、糸張
力を６００ｇ／繊維束に調整して走行させた。強化繊維
束の拡幅装置として、直径がそれぞれ３２，４２，４
２，４２ｍｍである四本の拡幅用バーを順にジグザグ状
に配している。かかる装置を用いて強化繊維束を拡幅
し、強化繊維シートを製造し、更に三菱レイヨン社製の
プリプレグ、ＴＲ３４０Ｈ１５０ＳＭＫＨＳＷ（炭素繊
維：三菱レイヨン社製ＴＲ４０−１２Ｌ、糸目付け：１
５０ｇｓｍ、樹脂含浸量：３５％、ダブルフィルム法）
を製造する場合の条件でプリプレグを製造した。

【００３０】（実施例１）前記四本の拡幅用バーのう
ち、最も下流側に配された拡幅用バーとして、シート幅
の１ｍに対しシートの両端縁からそれぞれ５０ｍｍずつ
内側に向けて、勾配が１／５０の傾斜面を有している図
１に示すような傾斜部付拡幅用バーを使用した。得られ
たプリプレグは中央部分の炭素繊維目付けと、両端縁部
分の炭素繊維目付けとの差がなく、幅方向に均一な炭素
繊維目付けとなっていた。

【００３１】（実施例２）前記四本の拡幅用バーのう
ち、最も下流側に配された拡幅用バーとして、シート幅
の１ｍに対しシートの両端縁からそれぞれ５０ｍｍずつ
内側に向けて、勾配が１／１００の傾斜面を有している
図１に示すような傾斜部付拡幅用バーを使用した。得ら
れたプリプレグは中央部分の炭素繊維目付けと、両端縁
部分の炭素繊維目付けとの差は５ｇ／ｃｍと小さく、僅
かに中央部分の短損繊維目付けが大きくなっていたが、
幅方向に略均一な炭素繊維目付けが得られる。

【００３２】（比較例１）四本の拡幅用バーはいずれも
一般的な長手方向に均一断面をもつバーを使用した。得
られたプリプレグは中央部分の炭素繊維目付けが、両端
縁部分の炭素繊維目付けよりも１５ｇ／ｃｍ大きくなっ
ており、幅方向に不均一な炭素繊維目付けであった。

【００３３】（比較例２）四本の拡幅用バーのうち、最
も下流側に配された拡幅用バーとして、シート幅の１ｍ
の位置に同バーの軸に直交する直交面を有するバーを使
用した。得られたプリプレグは両端縁部分においてのみ
厚みが増し、実用が不能なものとなった。

【００３４】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の好適な実施形態による傾斜部が一体
に形成された拡幅用バーの側面図である。

【図２】 本発明の他の好適な実施形態による傾斜部の
側面図である。

【図３】 本発明の更に他の好適な実施形態による傾斜
部の側面図である。

【符号の説明】

１ 拡幅用バー ２ 傾斜部 ２ａ 傾斜面 １１ テーパコーン １１ａ 大径側端部 １１ｂ 小径側端部 １２ 傾斜面 ２１ 案内バー ２２ 傾斜面

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行に配列されて走行する多数の強化繊
   維束を、一以上の拡幅用案内手段の表面に接触させて拡
   幅し、強化繊維シートとする強化繊維束の拡幅方法であ
   って、 前記拡幅用案内手段による拡幅の少なくとも最終段階に
   おいて、前記強化繊維シートの両端縁部を４０〜６０ｍ
   ｍの幅方向長さにわたり、繊維案内径が内側に向けて小
   さくなる傾斜部の傾斜面に接触させて、繊維を内側へ移
   動させることを特徴とする強化繊維束の拡幅方法。
2. 【請求項２】 平行に配列されて走行する多数の強化繊
   維束を、一以上の拡幅用案内手段の表面に接触させて拡
   幅し、強化繊維シートとする強化繊維束の拡幅装置であ
   って、 前記拡幅用案内手段による拡幅の少なくとも最終段階に
   おいて、前記強化繊維シートの両端縁部に相当する位置
   にそれぞれ、４０〜６０ｍｍの幅方向長さで、同位置に
   おける繊維案内径が内側に向けて小さくなる傾斜面を有
   する傾斜部を備えてなることを特徴とする強化繊維束の
   拡幅装置。
3. 【請求項３】 前記傾斜面の勾配は１／２００〜１／２
   ５であることを特徴とする請求項２記載の強化繊維束の
   拡幅装置。
4. 【請求項４】 前記傾斜面の勾配は１／１００〜１／５
   ０であることを特徴とする請求項３記載の強化繊維束の
   拡幅装置。
5. 【請求項５】 前記傾斜部が、前記拡幅用案内手段の前
   記強化繊維シートの両端縁部に相当する位置に、同拡幅
   用案内手段と一体に形成されてなることを特徴とする請
   求項２記載の強化繊維束の拡幅装置。
6. 【請求項６】 前記傾斜部が、最下流に位置する前記拡
   幅用バーの下流側に近接して配されてなることを特徴と
   する請求項２記載の強化繊維束の拡幅装置。
7. 【請求項７】 前記傾斜部が略載頭円錐部材であること
   を特徴とする請求項６記載の強化繊維束の拡幅装置。
8. 【請求項８】 前記傾斜部が傾斜して配される案内バー
   であることを特徴とする請求項６記載の強化繊維束の拡
   幅装置。