JP2003096638A

JP2003096638A - 繊維束搬送ロール

Info

Publication number: JP2003096638A
Application number: JP2002195561A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Kondo; 正文近藤; Daisaku Akase; 大策赤瀬; Yoshiaki Abe; 恵明阿部
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2003-04-03

Abstract

(57)【要約】【解決課題】繊維束を開繊・拡幅しながら搬送するとき
の単糸の巻き付きを防止することができ、また、単糸間
に割れができるのを防止することができ、一方向性プリ
プレグの製造プロセスにおける強化繊維束の搬送ロール
として好適な繊維束搬送ロールを提供する。【解決手段】ロール本体と、このロール本体の表面にあ
ってそのロール本体の軸方向に延在し、かつ、周方向に
等配された、横断面が円弧状の接糸体とを有し、接糸体
の平均表面粗さＲａが３．４〜４．５μｍの範囲内にあ
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、繊維束を開繊・拡
幅しながら搬送するためのロールに関する。さらに詳し
くは、炭素繊維束等の強化繊維束を開繊・拡幅しながら
搬送し、一方向性プリプレグとする際に好適に用いるこ
とができる繊維束搬送ロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰの成形に用いられるプリプレグ
は、よく知られているように、炭素繊維やガラス繊維等
の高強度、高弾性率強化繊維にＢステージのエポキシ樹
脂等のマトリクス樹脂を含浸してなるもので、なかで
も、強化繊維束を一方向に互いに並行かつシート状に引
き揃え、マトリクス樹脂を含浸してなる一方向性プリプ
レグは、いろいろな用途のＦＲＰの成形に多用されてい
る。

【０００３】ところで、そのような一方向性プリプレグ
を用いてより薄く、より軽量で、信頼性の高いＦＲＰを
成形しようとすると、強化繊維束を搬送方向と直交する
方向に均一に開繊・拡幅するとともに、単糸間に割れを
生じないようにすることが必要になってくる。開繊・拡
幅が不均一であったり、割れがあったりすると、プリプ
レグの目付が不均一になり、信頼性の高いＦＲＰが得ら
れなくなるからである。特に、割れができると、その部
分には強化繊維が存在しないことになるため、ＦＲＰの
信頼性は大きく低下する。割れを生ずる原因の多くは、
搬送ロールと強化繊維束またはそれを構成する単糸との
相性にある。これら相互の関係は極めて微妙で、相性が
よくないと、単糸間に割れができたり、単糸切れを起こ
したり、著しい場合には単糸が搬送ロールに巻き付いて
搬送そのものができなくなったりする。そのため、強化
繊維束の搬送ロールにはいろいろな工夫がなされてい
る。

【０００４】たとえば、特開平３−３３２２２号公報に
は、角部に丸みをもたせた多角形ロールまたは歯車状ロ
ールを有する強化繊維束の搬送ロールが記載されてい
る。また、特開平１０−１１０３４６号公報には、ロー
ル本体の表面にあってそのロール本体の軸方向に延在
し、かつ、周方向に等配された、横断面が蒲鉾形の開繊
バーを有する強化繊維束の搬送ロールが記載されてい
る。これらは、いずれも、強化繊維束との接触状態を周
期的に変えながら開繊・拡幅と同時に搬送を行うもので
あるが、開繊・拡幅に問題はなくても、巻付防止への配
慮が十分になされていないために、搬送中に単糸の巻き
付きがたびたび発生するという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来の繊維束搬送ロールの上記問題点を解決し、繊
維束を開繊・拡幅しながら搬送するときの単糸の巻き付
きを防止することができ、また、単糸間に割れができる
のを防止することができて、特に一方向性プリプレグを
製造するときに好適に用いることができる繊維束搬送ロ
ールを提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、ロール本体と、このロール本体の表面にあ
ってそのロール本体の軸方向に延在し、かつ、周方向に
等配された、横断面が円弧状の接糸体とを有し、接糸体
の平均表面粗さＲａが３．４〜４．５μｍの範囲内にあ
る繊維束搬送ロールを特徴とするものである。ここで、
平均表面粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１に規定され
る方法に準拠して求める。

【０００７】上記において、接糸体の表面には硬質クロ
ムメッキが施されているのが好ましい。また、ロール本
体の軸方向にみたときの外接円の直径をｄ、接糸部の曲
率半径をｒとしたとき、ｒ／ｄが０．０３〜０．１の範
囲内にあるのが好ましい。この場合、外接円の直径ｄが
３０〜１００ｍｍの範囲内にあり、接糸体の曲率半径ｒ
が２〜１０ｍｍの範囲内にあるのが好ましい。

【０００８】また、上述した搬送ロールに加振機構を取
り付け、繊維束搬送ロール装置を構成することができ
る。その場合、加振機構により繊維束搬送ロールに与え
られる振動の振幅が０．１〜３ｍｍの範囲内にあり、か
つ、振動の周波数が５〜６０Ｈｚの範囲内にあるのが好
ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１において、繊維束搬送ロール
１は、ロール軸１ａと、ロール本体１ｂと、このロール
本体１ｂの表面にあってそのロール本体１ｂの軸方向
（ロール軸１ａ方向）に延在し、かつ、周方向に等配さ
れた、複数個（この例では８個）の、横断面が円弧状の
接糸体１ｃとを有している。接糸体１ｃは削り出しによ
って形成しているが、別途形成した接糸体をロール本体
に固定して、または着脱自在に取り付けることであって
もよい。

【００１０】図２は、ロール本体１ｂに丸棒を溶接等に
より接合することによって接糸体１ｃを形成したもので
ある。なお、隣り合う接糸体間にはスペーサ１ｄを設け
ているが、必須のものではない。

【００１１】図３は、ロール軸１ａに先端部を丸く加工
した板体を溶接等により接合することによって接糸体１
ｃを形成したものである。複数個の接糸体１ｃ間には連
結リング１ｅが張り渡されているが、必須のものではな
い。

【００１２】図４は、本発明の搬送ロール１によって繊
維束２が搬送されている様子を示すもので、繊維束２
は、搬送ロール１の接糸体１ｃに導かれて搬送されてい
る。なお、搬送ロール１への繊維束２の巻付角は、繊維
束の種類や搬送ロール１が適用される対象等によって任
意に選定することができる。

【００１３】図１〜３に示した搬送ロール１において、
搬送ロール１をロール本体１ｂの軸方向にみたときの外
接円の直径をｄとし（図１）、接糸体１ｃの曲率半径を
ｒとしたとき、ｒ／ｄは０．０３〜０．１の範囲内にあ
るのが好ましい。この比が０．０３よりも小さいと、繊
維束の接糸体への接触圧が高くなり、単糸切れや単糸の
巻き付きが起こりやすくなる。一方、０．１よりも大き
いと、繊維束への接触圧が低くなり、搬送が円滑に行わ
れなくなることがある。また、開繊・拡幅が不均一にな
りやすい。より好ましくは、０．０４〜０．０７の範囲
内とする。

【００１４】また、このとき、外接円の直径ｄを３０〜
１００ｍｍの範囲内とし、接糸体の曲率半径ｒを２〜１
０ｍｍの範囲内にするのが好ましい。外接円の直径ｄが
３０ｍｍよりも小さいと、単糸切れや単糸の巻き付きが
起こることがあり、また、繊維束の張力が高い場合には
搬送ロールとしての剛性が不足することがある。一方、
１００ｍｍを超えると、慣性が大きくなるし、開繊・拡
幅能力も低下するようになる。また、接糸体の曲率半径
ｒが２ｍｍよりも小さいと、単糸切れや単糸の巻き付き
を起こすことがある。一方、１０ｍｍよりも大きいと、
開繊・拡幅能力が低下するようになる。より好ましく
は、外接円の直径ｄを４５〜７５ｍｍの範囲内とし、接
糸体の曲率半径ｒを２〜５ｍｍの範囲内とする。

【００１５】さらに、互いに隣り合う接糸体１ｃのなす
角度θ（図１）は、５〜５０°の範囲内とするのが好ま
しい。５°よりも小さくなると、接糸体の形成や取付が
困難になる。また、５０°よりも大きいと、繊維束がロ
ール本体の表面に接触することがあり、その場合、単糸
切れや単糸の巻き付き、毛羽の発生が起こりやすくな
る。より好ましい範囲は１０〜４５°である。

【００１６】さて、本発明の搬送ロールにおいては、接
糸体の平均表面粗さＲａが３．４〜４．５μｍの範囲内
にある。平均表面粗さＲａが３．４μｍ未満であると、
接糸体と繊維束との接触面積が大きくなり、繊維束の搬
送張力が高くなり過ぎる。搬送張力が高くなるというこ
とは、繊維束を構成する単糸の横方向への移動が促進さ
れるということであり、開繊・拡幅の面では好ましいこ
とであるが、単糸切れや単糸の巻き付きが多発するよう
になる。一方、平均表面粗さＲａが４．５μｍよりも大
きくなると、特に、後述する加振時に繊維束に伝わる振
動が大きくなり、繊維束の踊りが生じて搬送が円滑に行
われなくなることがあり、開繊・拡幅能力も低下する。
また、粗いゆえに繊維束が傷付けられ、単糸切れや単糸
の巻き付き、毛羽が多発するようになる。

【００１７】ところで、繊維束の種類や一方向性プリプ
レグの加工条件等によっては、搬送張力をより低くした
い場合がある。しかるに、搬送張力を低くすると、上述
したように開繊・拡幅能力が低下してくる。そのような
場合には、搬送ロールを加振し、微振動させるようにす
るのが好ましい。

【００１８】図５は、そのような場合に好適に用いるこ
とができる搬送ロール装置を示すもので、上述の搬送ロ
ール１を台座３に取り付け、偏芯カム機構４によって搬
送ロール１を矢視する上下方向に微振動させるようにし
ている。また、図６に示すものは、クランク機構５によ
って上下方向の微振動を与えるようにしたものである。
さらに、図７に示すものは、バイブレータや振動モータ
等の加振機構６によって上下方向の微振動を与えるよう
にしたものである。このような機構による振動の振幅
は、０．１〜３ｍｍ程度がよい。また、振動の周波数
は、振幅によっても異なるものの、５〜６０Ｈｚ程度と
する。一般に、振幅が大きい場合には周波数を低めと
し、振幅が小さい場合にはそれよりも周波数を高くす
る。このように搬送ロールを微振動させると、繊維束が
接糸体に短い周期で接触、離反を繰り返すことになり、
いわゆるふるい効果によって開繊・拡幅能力が向上する
とともに、単糸の巻き付きや単糸切れ、毛羽の発生も確
実に防止できるようになる。

【００１９】図８は、本発明の繊維束搬送ロールを用い
て一方向性プリプレグを製造している様子を示すもの
で、複数個のパッケージ７から解舒撚りが入らないよう
に横取りされた複数本の強化繊維束２は、一方向に互い
に並行かつシート状に引き揃えられた後、上下に交互配
置された複数個の本発明の搬送ロール１（この例では７
個）によって開繊・拡幅されながら搬送される。強化繊
維束７が炭素繊維束のようにサイジング剤が付着されて
いるものである場合には、搬送ロール１の下方に加熱装
置８を設け、繊維束２を加熱してサイジング剤を軟化さ
せ、開繊・拡幅を行いやすくする。なお、搬送ロール
は、積極的に駆動してもよく、従動回転させてもよい。

【００２０】強化繊維束２は、搬送ロール１によって開
繊・拡幅され、単糸が一方向に整然と並んだシートとな
るが、これを、導入ロール１１によって導入される、一
面にマトリクス樹脂が塗布された２枚の離型紙９、１０
で上下から挟み、多段（この例では３段）に配置した含
浸ロール１３によって加熱、加圧し、シートに離型紙
９、１０上のマトリクス樹脂を転移、含浸させる。この
とき、加熱装置１２で離型紙９、１０を加熱し、マトリ
クス樹脂を軟化させて転移、含浸が行われやすくする。
転移、含浸後は、引取ロール１４の後で一方の離型紙９
を剥ぎ取り、得られた一方向性プリプレグを他方の離型
紙１０ごとロール状に巻き取り、ロール体１５とする。

【００２１】

【実施例および比較例】以下に説明する実施例および比
較例においては、炭素繊維の一方向性プリプレグを製造
した。搬送ロールへの単糸巻付回数、搬送ロール表面の
傷、搬送ロール表面の汚れ、一方向性プリプレグの割れ
は、それぞれ次のようにして求めた。搬送ロールへの単
糸巻付回数：１か月間連続運転したときの搬送ロール表
面への単糸巻付回数を目視にて求め、それを週単位に換
算した。巻き付いた単糸は除去し、運転を継続した。搬送ロール表面の傷の有無：１か月間連続運転した後の
ロール表面の傷を目視にて観察し、次の３段階で評価し
た。

【００２２】○：傷なし △：小傷あり ×：大きな傷あり搬送ロール表面の汚れ：１か月間連続運転した後のロー
ル表面の汚れを目視にて観察し、次の３段階で評価し
た。

【００２３】 ○：わずかに汚れが認められるが、運転を継続しても支
障のない状態 △：汚れが認められ、清掃したうえで運転するのが好ま
しい状態 ×：汚れが著しく、毛羽溜まりや単糸巻き付きの原因と
考えられる状態一方向性プリプレグ表面の割れ：得られた一方向性プリ
プレグの表面の割れの有無を目視にて観察した。（実施例１）図８に示したプロセスにより炭素繊維の一
方向性プリプレグを製造した。結果を表１に示す。

【００２４】なお、炭素繊維束としては、平均単糸径７
μｍ、単糸数１２，０００本のポリアクリロニトリル系
炭素繊維束を用いた。パッケージの数、すなわち炭素繊
維束数は４０本であり、１本あたり２Ｎの張力で横取り
した。

【００２５】また、搬送ロールは図１に示したものを用
いた。接糸体１ｃには硬質クロムメッキが施されてお
り、曲率半径ｒは２ｍｍ、平均表面粗さＲａは３．４μ
ｍである。外接円の直径ｄは５０ｍｍである。加熱装置
８の温度は２５０℃、加熱装置１２の温度は１５０℃、
含浸ロール１３の温度は１３０℃、にそれぞれ設定し
た。また、含浸ロール１３の線圧は４５８０Ｎに設定し
た。

【００２６】さらに、離型紙９、１０としては、ビスフ
ェノールＡジグリシジルエーテルを主成分とする熱硬化
性樹脂を３０ｇ／ｍ²の目付で塗布したものを用いた。
結果を表１に示す。（実施例２）搬送ロールを、接糸体の曲率半径ｒが２．
５ｍｍのものに変えたほかは実施例１と全く同様にし
て、一方向性プリプレグを製造した。結果を表１に示
す。（実施例３）搬送ロールを、接糸体の曲率半径ｒが３ｍ
ｍ、平均表面粗さＲａが４．０μｍ、外接円の直径ｄが
７５ｍｍのものに変えたほかは実施例１と全く同様にし
て、一方向性プリプレグを製造した。結果を表１に示
す。（実施例４）搬送ロールとして、図６に示したものを用
いた。接糸体の曲率半径ｒは４ｍｍ、平均表面粗さＲａ
は４．０μｍ、外接円の直径ｄは１００ｍｍ、振動の振
幅は１．５ｍｍ、振動の周波数は２０Ｈｚである。その
ほかは実施例１と全く同様にして、一方向性プリプレグ
を製造した。結果を表１に示す。（比較例１）搬送ロールを、研磨仕上げされた、平均表
面粗さＲａが０．２μｍ、外径が７５ｍｍのＳＵＳ製ロ
ールに変えたほかは実施例１と全く同様にして、一方向
性プリプレグを製造した。結果を表１に示す。（比較例２）搬送ロールを、表面に硬質クロムメッキを
施した、平均表面粗さＲａが０．２μｍ、外径が７５ｍ
ｍのロールに変えたほかは実施例１と全く同様にして、
一方向性プリプレグを製造した。結果を表１に示す。（比較例３）搬送ロールを、表面にフッ素樹脂コーティ
ングを施した、平均表面粗さＲａが１．２μｍ、外径が
７５ｍｍのロールに変えたほかは実施例１と全く同様に
して、一方向性プリプレグを製造した。結果を表１に示
す。（比較例４）搬送ロールを、接糸体の曲率半径ｒが３ｍ
ｍ、平均表面粗さＲａが１．２μｍのものに変えたほか
は実施例１と全く同様にして、一方向性プリプレグを製
造した。結果を表１に示す。（比較例５）搬送ロールを、接糸体の曲率半径ｒが４ｍ
ｍ、平均表面粗さＲａが５．０μｍのものに変えたほか
は実施例１と全く同様にして、一方向性プリプレグを製
造した。結果を表１に示す。（比較例６）搬送ロールを、接糸体の曲率半径ｒが５ｍ
ｍ、平均表面粗さＲａが５．０μｍのものに変えたほか
は実施例１と全く同様にして、一方向性プリプレグを製
造した。結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】本発明の繊維束搬送ロールによれば、実
施例と比較例との対比からも明らかなように、繊維束を
開繊・拡幅しながら搬送するときの単糸の巻き付きを防
止することができ、また、単糸間に割れができるのを防
止することができる。そのため、これを一方向性プリプ
レグの製造プロセスにおける強化繊維束の搬送ロールと
して用いたときは、より薄く、より均質な一方向性プリ
プレグを得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る繊維束搬送ロールの一形態を示す
概略正面図である。

【図２】本発明に係る繊維束搬送ロールの別の形態を示
す概略正面図である。

【図３】本発明に係る繊維束搬送ロールのさらに別の形
態を示す概略正面図である。

【図４】本発明に係る繊維束搬送ロールで繊維束を搬送
している様子を示す概略正面図である。

【図５】本発明に係る繊維束搬送ロールを用いた繊維束
搬送ロール装置の一形態を示す概略正面図である。

【図６】本発明に係る繊維束搬送ロールを用いた繊維束
搬送ロール装置の別の形態を示す概略正面図である。

【図７】本発明に係る繊維束搬送ロールを用いた繊維束
搬送ロール装置のさらに別の形態を示す概略正面図であ
る。

【図８】本発明に係る繊維束搬送ロールを用いて一方向
性プリプレグを製造している様子を示す概略フロー図で
ある。

【符号の説明】

１：繊維束搬送ロール１ａ：ロール軸１ｂ：ロール本体１ｃ：接糸体１ｄ：スペーサ１ｅ：連結リング２：繊維束３：台座４：偏芯カム機構５：クランク機構６：加振機構７：強化繊維束のパッケージ８：加熱装置９：離型紙１０：離型紙１１：含浸ロール１２：加熱装置１３：含浸ロール１４：引取ロール１５：一方向性プリプレグのロール体ｄ：外接円の直径ｒ：接糸体の曲率半径 θ：隣り合う接糸体同士のなす角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F072 AA04 AA06 AB10 AC16 AD11 AG03 AH21 AH26 AH27 AH53 AJ04 AJ40 AK05 AK06 AK11 AL01 4L036 AA01 MA04 UA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロール本体と、このロール本体の表面にあ
ってそのロール本体の軸方向に延在し、かつ、周方向に
等配された、横断面が円弧状の接糸体とを有し、接糸体
の平均表面粗さＲａが３．４〜４．５μｍの範囲内にあ
る繊維束搬送ロール。
【請求項２】接糸体の表面に硬質クロムメッキが施され
ている、請求項１に記載の繊維束搬送ロール。
【請求項３】ロール本体の軸方向にみたときの外接円の
直径をｄ、接糸体の曲率半径をｒとしたとき、ｒ／ｄが
０．０３〜０．１の範囲内にある、請求項１に記載の繊
維束搬送ロール。
【請求項４】外接円の直径ｄが３０〜１００ｍｍの範囲
内にあり、接糸体の曲率半径ｒが２〜１０ｍｍの範囲内
にある、請求項３に記載の繊維束搬送ロール。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の繊維束搬
送ロールに加振機構を取り付けてなる繊維束搬送ロール
装置。
【請求項６】加振機構により繊維束搬送ロールに与えら
れる振動の振幅が０．１〜３ｍｍの範囲内にあり、か
つ、振動の周波数が５〜６０Ｈｚの範囲内にある、請求
項５に記載の繊維束搬送ロール装置。
【請求項７】請求項１〜４のいずれかに記載の繊維束搬
送ロールまたは請求項５もしくは６に記載の繊維束搬送
ロール装置を有する一方向性プリプレグの製造装置。
【請求項８】請求項１〜４のいずれかに記載の繊維束搬
送ロールまたは請求項５もしくは６に記載の繊維束搬送
ロール装置を用いて繊維束を開繊・拡幅しながら搬送す
る工程を有する一方向性プリプレグの製造方法。
【請求項９】請求項８に記載の方法を用いて製造された
一方向性プリプレグ。