JP2020093533A - 回転ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】トウプリプレグ製造装置に適用され、樹脂量のロスを抑制することができる回転ローラを提供する。【解決手段】強化繊維に樹脂を含浸させてなるトウプリプレグを製造するためのトウプリプレグ製造装置に適用され、樹脂が含浸された強化繊維ＦＰをその周面Ｓに沿わせながら搬送する円柱状の回転ローラ１０Ｂであって、前記周面Ｓには、前記樹脂が含浸された強化繊維ＦＰが接触する接触部Ｃと、前記樹脂が含浸された強化繊維ＦＰが接触しない非接触部ＮＣとが、周方向に複数形成されている。【選択図】図６

Description

本発明は、トウプリプレグ製造装置に適用される回転ローラに関する。

繊維強化樹脂材料からなる成形品は、軽量でありながら強度に優れていることから様々な分野で広く利用されている。こうした成形品は、通常、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させたいわゆるプリプレグと呼ばれるシート状基材を積層し、加圧及び加熱により樹脂を熱硬化させて賦形することにより製造される。プリプレグとしては、複数本の強化繊維束を一方向に並行して配列させたものにマトリックス樹脂を含浸させたシート状のシートプリプレグや、より細幅のトウプリプレグが知られている。

細幅のトウプリプレグを使用して成形品を製造する場合、芯材としてのマンドレルの周囲に、トウプリプレグを互いに編み組みさせながら巻き付けて複数層の組糸層を積層する。組糸層は、マンドレルの軸線に対して左右対称の配向角度を有する２種類の傾斜糸と、０゜の配向角度を有する中央糸とからなる組糸が編み込まれている。そのため、成形品表面にシート状基材の継ぎ目が存在しない上に、組糸の配向角度や本数を適宜に調整することが容易であり、曲げ強度、ねじり強度に優れた成形品を得ることができる。また、湾曲面を有するような複雑な形状の成形品にも適用することができる。

トウプリプレグを製造するためのトウプリプレグ製造装置として、外周面に樹脂が塗布されたオイリングローラに、開繊状態の強化繊維を供給しながら樹脂を含浸させるタイプのものが知られている。特許文献１には、オイリングローラに樹脂を供給するための樹脂タンクを備え、樹脂タンクからの樹脂の供給量が一定となるように制御可能としたトウプリプレグ製造装置に係る発明が記載されている。

図１に示すように、こうしたトウプリプレグ製造装置には、オイリングローラ３０の上流側、下流側に、複数の回転ローラ５０が図示しない張力調整機構とともに配置されている。オイリングローラ３０によって樹脂が含浸された強化繊維（以下、繊維強化樹脂という。）は、張力調整機構によって張力が調整されつつ、オイリングローラ３０の下流側に配置された複数の回転ローラ５０の周面に沿って搬送される。強化繊維が引っ張られ過ぎたり撓んだりすることが抑制されることで、強化繊維には樹脂が均等に含浸される。樹脂が含浸された強化繊維は巻取りボビン７０に均等に巻き取られてトウプリプレグとなる。

特開２０１７−７４６９９号公報

ところで、オイリングローラ３０に塗布された樹脂は液体状態であって粘稠である。そのため、図９に示すように、回転ローラ５０における繊維強化樹脂の搬送方向Ａの下流側では、繊維強化樹脂が回転ローラ５０の周面から離れる際に、繊維強化樹脂中の樹脂の一部が引き剥がされた状態となる場合がある。これは、樹脂の粘性が高いために、搬送方向Ａに移動する繊維強化樹脂中の一部の樹脂Ｐが回転ローラ５０の周面に付着し易く、繊維強化樹脂中の樹脂Ｐと回転ローラ５０の周面に付着した樹脂Ｐとが切れ難いことによる。これにより、繊維強化樹脂と回転ローラ５０の周面との間で粘稠な樹脂Ｐの糸引きが発生する。回転ローラ５０がさらに回転していって樹脂Ｐの糸引きの限界を超えると、糸状の樹脂Ｐがちぎれて落下したり空中に飛散したりすることになる。その結果、オイリングローラ３０から強化繊維に供給された樹脂Ｐに対して、繊維強化樹脂中の樹脂量が少なくなってしまう。そして、複数の回転ローラ５０で同様な樹脂Ｐの糸引きが発生すると、トウプリプレグを製造するに際しての樹脂量のロスが生じ易くなる。

本発明は、従来のこうした問題を解決するためになされたものであり、その目的は、トウプリプレグ製造装置に適用され、樹脂量のロスを抑制することのできる回転ローラを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、強化繊維に樹脂を含浸させてなるトウプリプレグを製造するためのトウプリプレグ製造装置に適用され、樹脂が含浸された強化繊維をその周面に沿わせながら搬送する円柱状の回転ローラであって、前記周面には、前記樹脂が含浸された強化繊維が接触する接触部と、前記樹脂が含浸された強化繊維が接触しない非接触部とが、周方向に複数形成されている。

上記の構成によれば、回転ローラの周面には、繊維強化樹脂が接触する接触部と、繊維強化樹脂が接触しない非接触部が周方向に交互に形成されている。そのため、非接触部では、繊維強化樹脂と回転ローラの周面との間で樹脂の糸引きが抑制される。非接触部の存在により、繊維強化樹脂に供給された樹脂のロスを抑制することができる。

上記の構成において、前記周面には、所定幅で軸方向に延びる凹部が周方向に複数形成され、前記非接触部は前記凹部で構成されているとともに、前記接触部は前記凹部が形成されていない部分で構成されていることが好ましい。

上記の構成において、回転ローラの回転軸を中心とする仮想円の円周方向における前記非接触部の形成範囲は、１５゜〜９０゜であり、径方向断面における前記凹部内の周面は、曲率半径が２ｍｍ以上の一本又は複数本の線分から形成されていることが好ましい。

上記の構成において、回転ローラの回転軸を中心とする仮想円に内接する複数の円柱状体を有し、前記周面は、前記仮想円で構成され、前記接触部は前記円柱状体の外周面で構成されているとともに、前記非接触部は前記仮想円において前記円柱状体の外周面が存在していない部分で構成されていることが好ましい。

上記の構成において、前記周面は、回転ローラの回転軸を中心軸とする円筒体の外周面で構成され、前記円筒体には、周方向に所定幅で軸方向に延びる複数の長孔が形成され、前記非接触部は前記長孔で構成されているとともに、前記接触部は前記外周面において前記長孔が形成されていない部分で構成されていることが好ましい。

本発明によれば、トウプリプレグ製造装置に適用され、樹脂量のロスを抑制することのできる回転ローラが得られる。

トウプリプレグ製造装置の概略模式図。 （ａ）は第１実施形態の回転ローラの斜視図、（ｂ）は２Ｂ‐２Ｂ線断面図。 （ａ）は回転ローラの斜視図、（ｂ）は３Ｂ‐３Ｂ線断面図。 回転ローラの接触部と非接触部の関係について説明する図。 回転ローラの下流側の樹脂の状態について説明する図。 （ａ）は第２実施形態の回転ローラの斜視図、（ｂ）は６Ｂ‐６Ｂ線断面図。 （ａ）は変更例の回転ローラの斜視図、（ｂ）は断面図。 （ａ）〜（ｃ）は変更例の回転ローラの断面図。 従来の回転ローラの下流側の樹脂の状態について説明する図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態の回転ローラ１０Ａを図１〜図３に従って説明する。

第１実施形態の回転ローラ１０Ａは、図１に示すようなトウプリプレグ製造装置に適用される。図１に示すトウプリプレグ製造装置は従来公知の構造と同様であり、オイリングローラ３０の下流側の複数の回転ローラ５０に代えて、第１実施形態の回転ローラ１０Ａが配置されている。

まず、図１のトウプリプレグ製造装置（以下、装置Ｔという。）について簡単に説明する。装置Ｔの上流側の給糸ボビン６０から引き出された繊維Ｆは、複数の回転ローラ５０間を搬送されてオイリングローラ３０に送られる。繊維Ｆは、オイリングローラ３０に搬送されるまでに、ある程度開繊されて引き揃えられた状態とされている。オイリングローラ３０の回転速度は、後に説明する樹脂タンク４０からの樹脂Ｐの供給量を調節するように制御されている。

オイリングローラ３０の下部には樹脂タンク４０が配置されている。樹脂タンク４０はオイリングローラ３０の下部に当接する箱状部材であり、内部に加温状態で貯留された樹脂Ｐをオイリングローラ３０の表面に供給可能に構成されている。オイリングローラ３０の表面に供給された樹脂Ｐは、スクレーパー８０によって所定厚みに調整される。

オイリングローラ３０に送られた繊維Ｆにはオイリングローラ３０上に塗布された樹脂Ｐが含浸され、オイリングローラ３０の下流側に配置された複数（本実施形態では４個）の回転ローラ１０Ａ間を搬送されて巻取りボビン７０に巻き取られる。以下では、樹脂Ｐが含浸された強化繊維を繊維ＦＰというものとする。各回転ローラ１０Ａの回転はフリーの状態となっており、搬送される繊維ＦＰとともに回転する。装置Ｔでは、給糸ボビン６０から巻取りボビン７０に至る搬送工程中で、図示しない張力調整機構により繊維Ｆ、ＦＰに対する張力が調整されて、繊維Ｆ、ＦＰに対する過度の引っ張りや撓みが抑制されている。一連の工程により巻取りボビン７０に巻き取られた状態のトウプリプレグＴＰＰが得られる。

繊維Ｆを構成する強化繊維は従来公知の強化繊維を使用することができ、繊維Ｆに含浸させる樹脂Ｐは従来公知の熱硬化性樹脂を使用することができる。第１実施形態では、繊維Ｆとして炭素繊維を使用し、樹脂Ｐとしてのエポキシ樹脂を含浸させている。

次に、第１実施形態の回転ローラ１０Ａについて説明する。
図２（ａ）に示すように、第１実施形態の回転ローラ１０Ａは、一対の円柱状の端面部材１１と、端面部材１１と一体形成された６本の円柱部材１２を有している。各円柱部材１２は回転ローラ１０Ａの軸方向に沿って延びており、その外周面は平滑面とされている。図２（ｂ）に示すように、円柱部材１２は、端面部材１１の外周面に内接する位置よりやや内方であって、回転ローラ１０Ａの回転軸Ｎ１から等距離の位置に等間隔で配置されている。そのため、６本の円柱部材１２は、回転軸Ｎ１の周囲に６０゜間隔で配置されていることになる。端面部材１１の直径は約６０ｍｍとされ、各円柱部材１２の直径は約１０ｍｍとされている。また、端面部材１１の軸方向の長さはそれぞれ約２５ｍｍとされ、円柱部材１２の軸方向の長さはそれぞれ約４５ｍｍとされている。

一方の端面部材１１の内部には、金属製或いは合成樹脂製の軸部材１３が端面部材１１と相対回転可能に設けられている。回転ローラ１０Ａは軸部材１３で装置Ｔに固定されて、繊維ＦＰをその周面に沿わせながら回転可能に構成されている。ここで、回転ローラ１０Ａの回転軸Ｎ１を中心とし、６本の円柱部材１２に外接する円を仮想円Ｑとすると、仮想円Ｑには６０゜間隔で円柱部材１２の外周面が接することになる。張力が調整された繊維ＦＰは、回転ローラ１０Ａの回転により仮想円Ｑにほぼ沿うようにして上流側から下流側に搬送される。つまり、第１実施形態の回転ローラ１０Ａの周面は仮想円Ｑで構成されている。

回転ローラ１０Ａの直径（仮想円Ｑの直径）、円柱部材１２の直径、本数等は適宜変更することができる。図３（ａ）、図３（ｂ）に示す回転ローラ１０Ａでは、直径が約６０ｍｍの端面部材１１の外周面に直径約１ｍｍの円柱部材１２が等間隔で１２本配置されている。円柱部材１２は、端面部材１１の外周面に掘られた１２本の凹溝内に収容される状態で取り付けられており、回転ローラ１０Ａの直径（仮想円Ｑの直径）は、端面部材１１の直径より僅かに大きくなる。また、１２本の円柱部材１２は、端面部材１１の周囲に３０゜間隔で配置されていることになり、回転ローラ１０Ａの回転軸Ｎ１を中心とする仮想円Ｑでは、３０゜間隔で円柱部材１２の外周面が接することになる。

円柱部材１２の直径は１．０〜１５．０ｍｍの範囲であることが好ましく１．０〜１２．０ｍｍの範囲であることがより好ましい。円柱部材１２の本数は、４〜２０本であることが好ましく、６〜１５本であることがより好ましい。円柱部材１２の直径及び本数がこうした数値範囲であると、樹脂量のロスを抑制しつつ、強化繊維に対する糸切れ等の影響を抑制することができる。円柱部材１２の直径及び本数は、回転ローラ１０Ａの直径（仮想円Ｑの直径）との兼ね合いで適宜設定すればよい。また、回転ローラ１０Ａの直径（仮想円Ｑの直径）は、３０〜８０ｍｍの範囲であることが好ましく、４０〜７０ｍｍの範囲であることがより好ましい。回転ローラ１０Ａの直径がこうした数値範囲であると、回転ローラ１０Ａの取り回しがし易く作業性がよい。

回転ローラ１０Ａの材質は特に限定されず、金属製であっても合成樹脂製であってもよい。金属製の場合、加工性、耐久性に優れる観点から錆び難く、樹脂や溶剤に侵され難い材質のものが好ましい。例えば、ステンレス合金、アルミニウム合金を挙げることができる。合成樹脂製の場合も、加工性、耐久性に優れる観点から樹脂や溶剤に侵され難い材質のものが好ましい。また、樹脂Ｐが表面に付着し難い観点から表面自由エネルギーが低い材質のものが好ましく、加温された樹脂Ｐの温度低下を抑制して繊維ＦＰを均質な状態で搬送する観点から比熱の小さい材質のものが好ましい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタールや、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンを挙げることができる。本実施形態の回転ローラ１０Ａはステンレス合金製である。

次に、回転ローラ１０Ａの作用について、図４、図５に従って説明する。ここでは、図２に示す回転ローラ１０Ａの作用を中心に説明する。
給糸ボビン６０から引き出された繊維Ｆは、ある程度開繊されて引き揃えられた状態とされてオイリングローラ３０に送られる。オイリングローラ３０の表面には、スクレーパー８０によって一定膜厚の樹脂膜が形成されているため、繊維Ｆには一定膜厚で樹脂Ｐが含浸されて繊維ＦＰとなり、オイリングローラ３０の下流側の回転ローラ１０Ａに向かって移動する。図４に示すように、回転ローラ１０Ａに到達した繊維ＦＰは、回転ローラ１０Ａの周面である仮想円Ｑにほぼ沿うようにして搬送方向Ａの下流側に移動する。仮想円Ｑは、６０゜間隔で配置された円柱部材１２の外周面を繋ぐ円形状に形成されていることから、繊維ＦＰは、円柱部材１２が存在する部分では円柱部材１２の外周面（回転ローラ１０Ａの周面）に接触して移動する。一方、円柱部材１２が存在しないところでは回転ローラ１０Ａの周面と接触せず、隣接する円柱部材１２を繋ぐ直線上を移動する。回転ローラ１０Ａの周面が仮想円Ｑで構成された本実施形態では、回転ローラ１０Ａの周面（仮想円Ｑ）のうち、円柱部材１２が存在する部分が繊維ＦＰと接触する接触部Ｃとして機能し、円柱部材１２が存在しない部分が繊維ＦＰと接触しない非接触部ＮＣとして機能する。

図５に示すように、繊維ＦＰが接触部Ｃに位置していると、繊維ＦＰ中の樹脂Ｐの一部が接触部Ｃ（円柱部材１２の周面）に付着する。回転ローラ１０Ａの搬送方向Ａの下流側では、繊維ＦＰが接触部Ｃから離れるにつれて繊維ＦＰ中から樹脂Ｐが引き剥がされる状態となる。そのため、繊維ＦＰと回転ローラ１０Ａの周面との間で粘稠な樹脂Ｐの糸引きが発生する。一方、非接触部ＮＣに位置している繊維ＦＰは、円柱部材１２の周面に接触しないため、樹脂Ｐが引き剥がされず糸引きが発生しない。回転ローラ１０Ａが回転方向Ｂに回転して、接触部Ｃとの間で発生した樹脂Ｐの糸引きがその限界を超えると糸状の樹脂Ｐがちぎれて落下したり空中に飛散したりするが、糸引きの発生が接触部Ｃに限定されるためその量は少ない。接触部Ｃと非接触部ＮＣとが交互に形成されていることにより、回転ローラ１０Ａの周面での樹脂Ｐの糸引きの発生が抑制される。

ここで、繊維ＦＰが回転ローラ１０Ａを通過する際の、繊維ＦＰが回転ローラ１０Ａの周面と接触する割合を接触率Ｒとすると、円柱部材１２の直径が小さい場合や、隣接する円柱部材１２の間隔が大きい場合には接触率Ｒが小さくなり、回転ローラ１０Ａの周面への樹脂Ｐの付着、繊維ＦＰからの樹脂Ｐの引き剥がしによる糸引きの発生が抑制される。一方、隣接する円柱部材１２の間隔が大きくなると、繊維ＦＰが隣接する接触部Ｃの間でバタつくといった挙動を示す場合があり、回転ローラ１０Ａの周面での繊維ＦＰの挙動が不安定となり易い。繊維ＦＰが接触部Ｃの間、つまり、非接触部ＮＣでバタつくと、繊維ＦＰ中の樹脂Ｐが飛散する場合があり、結果として樹脂量のロスに繋がることになる。繊維ＦＰからの樹脂Ｐの引き剥がしの抑制、繊維ＦＰのバタつきの抑制の観点から、回転ローラ１０Ａの周面に対する繊維ＦＰの接触率（％）は、１．０〜４０．０％の範囲であることが好ましく、１．０〜１８．０％の範囲であることがより好ましく、２．０〜１０．０％の範囲であることがさらに好ましい。接触率Ｒがこうした数値範囲であると、繊維ＦＰからの樹脂Ｐの引き剥がし及び繊維ＦＰのバタつきを抑制して樹脂量のロスを抑制することができる。

次に、第１実施形態の回転ローラ１０Ａの効果について説明する。
（１）第１実施形態の回転ローラ１０Ａは、回転軸Ｎ１の周囲に複数の円柱部材１２が配置されており、回転ローラ１０Ａの周面は円柱部材１２に外接する仮想円Ｑによって構成されている。繊維ＦＰが回転ローラ１０Ａの周面を搬送されると、円柱部材１２の周面である接触部Ｃでは、繊維ＦＰ中の樹脂Ｐが引き剥がされて樹脂Ｐの糸引きが発生するが、円柱部材１２の周面が存在しない非接触部ＮＣでは樹脂Ｐの糸引きが発生しない。非接触部ＮＣの存在により樹脂Ｐの糸引きが抑制される。そのため、全周面が繊維ＦＰと接触するように形成された回転ローラに比べて、樹脂量のロスを抑制することができる。

（２）複数の円柱部材１２は、回転ローラ１０Ａの回転軸Ｎ１から等距離、等間隔で配置されている。そのため、回転ローラ１０Ａの周面を通過する繊維ＦＰの挙動が安定する。

（３）各円柱部材１２の外周面は平滑面とされている。そのため、回転ローラ１０Ａの周面を通過する際に、繊維ＦＰが糸切れし易いといった繊維ＦＰへの影響を抑制することができる。

（４）装置Ｔには４個の回転ローラ１０Ａが配置されている。すべての回転ローラ１０Ａに非接触部ＮＣが形成されたものを適用することにより、樹脂量のロスの抑制効果を大きくすることができる。

（５）回転ローラ１０Ａの周面の直径、円柱部材１２の直径、本数を変更することにより、回転ローラ１０Ａの周面と繊維ＦＰとの接触率Ｒを調整することができる。これにより、繊維ＦＰからの樹脂の引き剥がしを抑制しつつ、繊維ＦＰのバタつきを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の回転ローラ１０Ｂを図６に従って説明する。ここでは、第１実施形態の回転ローラ１０Ａと異なる点を中心に説明する。第２実施形態の回転ローラ１０Ｂも、図１に示すような装置Ｔにおいて、オイリングローラ３０の下流側に配置されている。

図６（ａ）に示すように、第２実施形態の回転ローラ１０Ｂは、円柱状の芯部材１５と、芯部材１５の外周面を芯部材１５と同心円状に被覆する被覆部材１６を有している。被覆部材１６は芯部材１５に対して相対回転不能に形成されている。芯部材１５の一方の端部には、軸部材１３が、芯部材１５及び被覆部材１６と相対回転可能に設けられている。本実施形態の回転ローラ１０Ｂの被覆部材１６は、ポリテトラフルオロエチレン製である。

被覆部材１６の周面には、所定幅で軸方向に延びる凹部１７が、周方向に複数形成されている。凹部１７の幅はいずれも軸方向に一定である。本実施形態の回転ローラ１０Ｂでは、同じ幅の１２条の凹部１７が等間隔で形成されている。被覆部材１６の周面に複数の凹部１７が形成されることにより、隣接する凹部１７の間には、相対的に凹部１７より外方に突出する凸部１８が形成されている。

図６（ｂ）に示すように、回転ローラ１０Ｂは、軸部材１３で装置Ｔに固定されると、軸部材１３に対して芯部材１５及び被覆部材１６が相対回転し、繊維ＦＰをその周面に沿わせながら搬送する。ここで、回転ローラ１０Ｂの回転軸Ｎ２を中心とし、１２個の凸部１８の先端に外接する円を仮想円Ｓとすると、仮想円Ｓには約３０゜間隔で凸部１８の先端が接することになる。張力が調整された繊維ＦＰは、回転ローラ１０Ｂの回転により仮想円Ｓにほぼ沿うようにして上流側から下流側に搬送される。つまり、第２実施形態の回転ローラ１０Ｂの周面は仮想円Ｓで構成されている。仮想円Ｓの直径は約６０ｍｍである。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転ローラ１０Ｂの凹部１７は、その径方向断面の形状が、仮想円Ｓの一部を所定形状の曲線で切り欠いた形状とされている。そして、凹部１７内の周面は、角や段差が存在しない平滑な曲面形状に形成されている。具体的には、凹部１７内の周面の径方向断面における形状は、一本の曲線か、連続した複数本の曲線の組み合わせからなっている。そして、これら曲線の曲率半径や、凹部１７の幅は、樹脂Ｐの粘性を考慮して設定されている。

凹部１７内の周面の径方向断面における形状を規定する曲線（以下、径方向断面を規定する曲線という。）は、曲率半径が２ｍｍ以上の一本又は複数本の線分から形成されていることが好ましく、曲率半径が４ｍｍ以上の一本又は複数本の線分から形成されていることがより好ましい。ここで、曲率半径が２ｍｍ以上の線分には、曲率半径が無限大となる直線状の線分も含まれるものとする。したがって、径方向断面を規定する曲線は、曲率半径が２ｍｍ以上の一本乃至複数本の線分が連続する形状であれば直線が含まれていてもよく、例えば、２つの直線状の線分が一つの曲線状の線分を介して連結されたような形状であってもよい。本実施形態の回転ローラ１０Ｂでは、凹部１７内の周面の径方向断面を規定する曲線は、曲率半径が約１０ｍｍの円弧に沿う線分で形成されている。

また、回転ローラ１０Ｂの回転軸Ｎ２を中心とする仮想円Ｓの円周方向における凹部１７の形成範囲、つまり、凹部１７のなす角度θは、１５゜〜９０゜であることが好ましく、２０〜６０゜であることがより好ましい。本実施形態の回転ローラ１０Ｂでは、同じ幅の１２条の凹部１７が等間隔で形成されていることから、一つの凹部１７のなす角度θは約３０゜である。

径方向断面を規定する曲線の曲率半径、凹部１７のなす角度θがこうした数値範囲であると、回転ローラ１０Ｂの周面に樹脂Ｐが付着したとしても、付着した樹脂Ｐの拭き取り作業がし易い。

凸部１８の先端の周面は、径方向断面における形状が曲率半径１ｍｍ以上５ｍｍ以下の曲線として形成されていることが好ましく、曲率半径２ｍｍ以上４ｍｍ以下の曲線として形成されていることがより好ましい。凸部１８の先端の周面がこうした形状であると、搬送された繊維ＦＰに対する糸切れ等の影響が抑制される。本実施形態の回転ローラ１０Ｂでは、凸部１８の先端の周面の径方向断面における形状は、曲率半径が約１ｍｍの円弧に沿う曲線で形成されている。

このように、本実施形態の回転ローラ１０Ｂでは、仮想円Ｓは曲率半径が約３０ｍｍの円弧であるのに対して、凹部１７の径方向断面は、曲率半径が約１０ｍｍの円弧に沿う曲線で形成されている。つまり、径方向断面を規定する曲線は、曲率半径が約１０ｍｍの一本の線分で構成されている。また、凸部１８の径方向断面は、曲率半径が約１ｍｍの円弧に沿う線分で形成されている。そして、回転ローラ１０Ｂの径方向断面における周面は、凹部１７を形成する曲率半径が約１０ｍｍの曲線と、凸部１８を形成する曲率半径が約１ｍｍの曲線とが、連続的に滑らかに連結された形状をなしている。

次に、第２実施形態の回転ローラ１０Ｂの作用について、第１実施形態の回転ローラ１０Ａと異なる点を中心に説明する。
オイリングローラ３０の下流側の回転ローラ１０Ｂでは、搬送された繊維ＦＰは、回転ローラ１０Ｂの周面である仮想円Ｓにほぼ沿うようにして下流側に移動する。仮想円Ｓは、３０゜間隔で形成された凸部１８の先端を繋ぐ円形状に形成されていることから、繊維ＦＰは、凸部１８の先端に接触して移動する。一方、繊維ＦＰは、凹部１７では回転ローラ１０Ｂの周面と接触することなく、隣接する凸部１８の先端を繋ぐ直線上を移動する。回転ローラ１０Ｂの周面が仮想円Ｓで構成された本実施形態では、回転ローラ１０Ｂの周面（仮想円Ｓ）のうち、凸部１８の先端が繊維ＦＰと接触する接触部Ｃとして機能し、凹部１７が繊維ＦＰと接触しない非接触部ＮＣとして機能する。図６（ｂ）に示すように、凸部１８の間に、非接触部ＮＣとしての凹部１７が所定間隔で形成されていることから、繊維ＦＰ中の樹脂Ｐの一部が回転ローラ１０Ｂの周面に付着することによって生じる粘稠な樹脂Ｐの糸引きの発生が抑制される。

繊維ＦＰから引き剥がされた樹脂Ｐの一部は、回転ローラ１０Ｂの周面に付着して回転ローラ１０Ｂとともに回転する。回転ローラ１０Ｂの被覆部材１６は樹脂Ｐが付着し難いポリテトラフルオロエチレン製であるが、ある程度の樹脂Ｐの付着は避けられない。また、繊維ＦＰから引き剥がされた樹脂Ｐの一部は、回転ローラ１０Ｂの回転に伴ってちぎれて落下したり空中に飛散したりする。そして、空中に飛散した樹脂Ｐの一部は、回転ローラ１０Ｂの周面に付着する。回転ローラ１０Ｂの周面に付着した樹脂Ｐは、トウプリプレグＴＰＰ製造後に拭き取り除去する必要がある。

ここで、例えば、凹部１７の径方向断面に曲率半径が２ｍｍ未満の部分が存在することにより、凹部１７内の周面に小さな溝が形成されているような場合には、粘稠な樹脂Ｐが溝に入り込んでしまうことが考えられる。こうした場合には、凹部１７の周面をふき取っても溝内に入り込んだ樹脂Ｐを取り除くことが困難である。この点、回転ローラ１０Ｂの周面に形成された凹部１７は、曲率半径が約１０ｍｍの円弧に沿う曲線で形成された平滑な曲面形状であり、凹部１７の周面には角部や段差等が形成されていない。そのため、回転ローラ１０Ｂの周面に付着した粘稠な樹脂Ｐの拭き取り作業が容易である。

第２実施形態の回転ローラ１０Ｂによれば、第１実施形態の回転ローラ１０Ａによる上記効果（１）〜（４）に加えて以下の効果を得ることができる。
（６）回転ローラ１０Ｂの回転軸Ｎ２を中心とする仮想円Ｓの円周方向における非接触部ＮＣの形成範囲は、１５゜〜９０゜であり、径方向断面における凹部１７内の周面は、曲率半径が２ｍｍ以上の一本又は複数本の線分から形成されている。そのため、凹部１７内の周面に粘稠な樹脂Ｐが入り込むような微細な構造が形成されることが抑制される。凹部１７内の周面に樹脂Ｐが残留することが抑制され、凹部１７内の周面に付着した粘稠な樹脂Ｐの拭き取り作業が容易である。

（７）第２実施形態の回転ローラ１０Ｂの凹部１７は、径方向断面を規定する曲線が、曲率半径が約１０ｍｍの一本の線分で構成されている。そのため、凹部１７内の周面に付着した粘稠な樹脂Ｐの拭き取り作業が容易である。装置Ｔのメンテナンスの効率が向上する。

（８）回転ローラ１０Ｂの凸部１８の径方向断面は、曲率半径が約１ｍｍの円弧に沿う曲線で形成されている。そのため、繊維ＦＰが回転ローラ１０Ｂの周面を通過する際に、糸切れし易いといった繊維ＦＰへの影響を抑制することができる。

（９）凹部１７のなす角度、径方向断面における凸部１８の曲率半径を変更することにより、回転ローラ１０Ｂの周面と繊維ＦＰとの接触率Ｒを調整することができる。これにより、繊維ＦＰからの樹脂の引き剥がしを抑制しつつ、繊維ＦＰのバタつきを抑制することができる。

上記各実施形態は、次のように変更することができる。なお、上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて適用することができる。
・第１実施形態では、回転ローラ１０Ａとして、複数の円柱部材１２が等間隔に配置されたものを使用して接触部Ｃと非接触部ＮＣを構成した。また、第２実施形態では、回転ローラ１０Ｂとして、複数の凹部１７が等間隔に形成されたものを使用して接触部Ｃと非接触部ＮＣを構成した。接触部Ｃ及び非接触部ＮＣの構成はこれらのものに限定されない。例えば、図７（ａ）に示すように、回転ローラ１０Ｃとして円筒部材の周方向に所定幅で軸方向に延びる複数の長孔２１を形成したものであってもよい。この場合、図７（ｂ）に示すように、円筒部材の外周面が回転ローラ１０Ｃの周面を構成し、長孔２１が非接触部ＮＣを構成し、長孔２１が形成されていない部分が接触部Ｃを構成する。長孔２１の幅、数、隣接する長孔２１の間隔を適宜設定することで、接触率Ｒを調整することができる。

・第１実施形態の回転ローラ１０Ａでは、同径の円柱部材１２を等間隔で配置しているが、円柱部材１２は同径でなくてもよい。図８（ａ）に示すように、異なる径の円柱部材１２を等間隔で配置してもよく、図８（ｂ）に示すように、同径の円柱部材１２を非等間隔で配置してもよい。また、異なる径の円柱部材１２を非等間隔で配置してもよい。

・第１実施形態の回転ローラ１０Ａは、一対の端面部材１１と、端面部材１１に一体形成された６本の円柱部材１２を有しているが、この形状に限定されない。例えば、図８（ａ）に示すように、一対の端面部材１１との間であって、複数の円柱部材１２より内方に、回転軸Ｎ１と同軸で回転する中心部材１４が一体形成されていてもよい。中心部材１４が存在することにより回転ローラ１０Ａの剛性が向上する。この場合、軸部材１３は、中心部材１４の内部に設けられていてもよい。

・第２実施形態の回転ローラ１０Ｂでは、被覆部材１６の周面に所定幅で軸方向に延びる凹部１７が、周方向に複数形成されており、凹部１７は、径方向断面を規定する曲線が曲率半径約１０ｍｍの一本の線分で構成された曲面形状である。しかし、凹部１７の形状はこれに限定されない。例えば、図８（ｃ）に示すように、凹部１７の径方向断面が略四角形状であってもよく、略三角形状であってもよい。この場合、凹部１７内の周面に角部が形成されることになるが、被覆部材１６の材質を表面自由エネルギーの低い合成樹脂製とすることにより、樹脂Ｐの付着を抑制することができる。なお、回転ローラ１０Ｂの良好な清掃性の観点から言えば、角部において径方向断面を規定する曲線は、曲率半径が約２ｍｍ以上であることが好ましい。

・第２実施形態の回転ローラ１０Ｂの凹部１７は、曲率半径が約１０ｍｍの一本の線分で構成された平滑な曲面形状であるが、例えば、凹部１７内に凸部１８より小さい凸条が形成されていてもよい。この場合も、凸状の径方向断面の形状が曲率半径２ｍｍ以上の線分で形成されていればよい。

・第２実施形態の回転ローラ１０Ｂでは、凸部１８の径方向断面の形状が曲率半径約１ｍｍの円弧で形成されているが、凸部１８の形状はこれに限定されない。例えば、図８（ｃ）に示すように、凸部１８の径方向断面が略四角形状であってもよい。この場合、繊維ＦＰの糸切れを抑制する観点から言えば、凸部１８の角部の径方向断面の形状が曲率半径１ｍｍ以上の曲線で形成されていることが好ましい。

・第２実施形態の回転ローラ１０Ｂは、円柱状の芯部材１５と、芯部材１５の外周面を芯部材１５と同心円状に被覆する被覆部材１６を有しているが、芯部材１５を省略することもできる。また、図８（ｃ）に示すように、回転ローラ１０Ｂ全体が被覆部材１６のみで中実状に形成されていてもよい。

・第２実施形態の回転ローラ１０Ｂでは、同じ幅の１２条の凹部１７が等間隔で形成されているが、これに限定されない。異なる幅の凹部１７が複数形成されていてもよく、異なる間隔で凹部１７が形成されていてもよい。また、凹部１７は１２条より少なくても多くてもよい。さらに、凹部１７内の周面の径方向断面を規定する曲線の形状が、複数の凹部１７でそれぞれ異なっていてもよい。凹部１７のなす角度θが１５゜〜９０゜の範囲であれば、樹脂量のロスを抑制し、繊維ＦＰからの樹脂Ｐの引き剥がしを抑制し、繊維ＦＰのバタつきを抑制し、付着した樹脂Ｐの拭き取り作業を容易に行うことができる。

・装置Ｔの４個の回転ローラのうち、少なくとも１個が回転ローラ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃであればよい。
・装置Ｔは図１の構造のものでなくてもよい。回転ローラ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、種々のトウプリプレグ製造装置におけるオイリングローラの下流側に適用することができる。

・回転ローラ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの直径、長さは適宜変更することができる。第１、第２実施形態では、回転ローラ１０Ａ、１０Ｂの直径は約６０ｍｍ、長さは約９５ｍｍとしたが、これより小さくても大きくてもよい。

上記実施形態及び変更例から導き出せる技術思想を以下に追記する。
（イ）強化繊維に樹脂を含浸させてなるトウプリプレグを製造するためのトウプリプレグ製造装置であって、樹脂が含浸された強化繊維をその周面に沿わせながら搬送する円柱状の回転ローラを備え、前記回転ローラの周面には、前記樹脂が含浸された強化繊維が接触する接触部と、前記樹脂が含浸された強化繊維が接触しない非接触部とが、周方向に複数形成されている。

本発明の回転ローラについて、以下の試験例に基づいてさらに詳細に説明する。
＜試験例１＞
図１に示す装置Ｔのオイリングローラ３０の下流側に位置するすべての回転ローラとして、回転軸Ｎ１の周囲に直径１ｍｍの円柱部材１２が１２本等間隔で配置され、円柱部材１２に外接する仮想円Ｑ（回転ローラ１０Ａの周面）の直径が６０ｍｍの回転ローラ１０Ａを取り付けた。給糸ボビン６０に巻回された炭素繊維を開繊した状態でオイリングローラ３０に搬送して、樹脂タンク４０内に貯留されたエポキシ樹脂を炭素繊維に含浸させた。こうして得られた繊維ＦＰを回転ローラ１０Ａに搬送して、各回転ローラ１０Ａの周面に沿わせるようにして移動させた。繊維ＦＰの搬送速度は１２０ｍｍ／ｍｉｎに調整した。回転ローラ１０Ａの全周面における全接触部Ｃの割合を接触率Ｒ（％）として算出した。接触率Ｒ（％）を表１に示す。表１では、試験例１の回転ローラ１０Ａを「大径、細軸１２本」と記載している。

接触率Ｒ（％）は、以下の式から求めることができる。ここで、円柱部材１２の直径がＬ（ｍｍ）、円柱部材１２の本数がＭ（本）、円柱部材１２の中心軸を結ぶ仮想円の直径がＮ（ｍｍ）であり、接触部Ｃの長さの合計をＸ（ｍｍ）、非接触部ＮＣの長さの合計をＹ（ｍｍ）とする。

すべての回転ローラ１０Ａの最下流での繊維ＦＰ中の樹脂含有量Ｒｃ（％）を測定するとともに、すべての回転ローラ１０Ａに代えて直径６０ｍｍの円筒形状の回転ローラを取り付けた場合の回転ローラ最下流での繊維ＦＰの樹脂含有量Ｒｃ（％）に対する増加分をＲｃ増加量（％）として算出した。その結果を表１に示す。

また、装置Ｔの下部に敷紙を敷き、繊維ＦＰの搬送前後での敷紙の重量から樹脂の飛散重（ｇ）を測定するとともに、すべての回転ローラ１０Ａに代えて直径６０ｍｍの円筒形状の回転ローラを取り付けた場合の搬送前後での敷紙の重量からブランクの樹脂の飛散重（ｇ）を測定し、ブランクの樹脂の飛散量（ｇ）に対する回転ローラ１０Ａでの樹脂の飛散量（ｇ）の割合を飛散樹脂抑制率（％）として算出した。その結果を表１に示す。

Ｒｃ増加量（％）及び飛散樹脂抑制率（ｇ）はそれぞれ２回測定した。
回転ローラ１０Ａの周面での繊維ＦＰの挙動について目視にて観察してバタつきとして評価した。評価は以下の基準で行った。その結果を表１に示す。

◎；非接触部ＮＣでの繊維ＦＰのバタつきはほとんど観察されない。
○；非接触部ＮＣでの繊維ＦＰのバタつきが少し観察される。
△；非接触部ＮＣでの繊維ＦＰのバタつきが観察される。

＜試験例２＞
回転ローラ１０Ａとして、回転軸Ｎ１の周囲に直径１０ｍｍの円柱部材１２が６本等間隔で配置され、円柱部材１２に外接する仮想円Ｑ（回転ローラ１０Ａの周面）の直径が６０ｍｍのものを装置Ｔに取り付けた。それ以外は、試験例１と同様に行った。表１では、試験例２の回転ローラ１０Ａを「大径、太軸６本」と記載している。

＜試験例３＞
回転ローラ１０Ａとして、回転軸Ｎ１の周囲に直径１ｍｍの円柱部材１２が１２本等間隔で配置され、円柱部材１２に外接する仮想円Ｑ（回転ローラ１０Ａの周面）の直径が４０ｍｍのものを装置Ｔに取り付けた。それ以外は、試験例１と同様に行った。表１では、試験例３の回転ローラ１０Ａを「小径、細軸１２本」と記載している。

＜試験例４＞
回転ローラ１０Ａとして、回転軸Ｎ１の周囲に直径１ｍｍの円柱部材１２が６本等間隔で配置され、円柱部材１２に外接する仮想円Ｑ（回転ローラ１０Ａの周面）の直径が４０ｍｍのものを装置Ｔに取り付けた。それ以外は、試験例１と同様に行った。表１では、試験例４の回転ローラ１０Ａを「小径、細軸６本」と記載している。

＜試験例５＞
回転ローラとして、図７に示す形状の回転ローラ１０Ｃを装置Ｔに取り付けた。回転ローラ１０Ｃは、直径４０ｍｍの円筒部材の周方向に軸方向に延びる複数の長孔２１が形成されている。長孔２１の幅は６．４６ｍｍ、隣接する長孔２１の間隔は４．００ｍｍである。装置Ｔのオイリングローラ３０下流側の回転ローラのうち最下流のもののみ、直径４０ｍｍの円筒形状の回転ローラ１０Ｃを取り付けた。それ以外は、試験例１と同様に行った。表１では、試験例５の回転ローラ１０Ｃを「小径、長孔」と記載している。なお、試験例５についてのみ、表１中、「仮想円Ｑの直径」の欄は円筒部材の直径を記載し、「接触長さ」の欄は隣接する長孔２１の間隔１つ分のみの値を記載し、「非接触長さ」の欄は長孔２１の幅１つ分のみの値を記載している。

表１の結果より、すべての試験例で繊維ＦＰ中の樹脂含有量Ｒｃ（％）が増加して樹脂量のロスが抑制された。これは、回転ローラ１０Ａ、１０Ｃ下部に敷いた敷紙上の樹脂量（樹脂飛散量）が抑制されたことによっても確認された。中でも、円柱部材１２として直径１ｍｍの細軸を１２本配置した回転ローラ１０Ａでは、繊維ＦＰのバタつきがより抑制されており、繊維ＦＰのバタつきによる樹脂量のロスも抑制されていると考えられる。

Ｃ…接触部、Ｆ、ＦＰ…繊維（強化繊維）、ＮＣ…非接触部、Ｐ…樹脂、ＴＰＰ…トウプリプレグ、Ｑ、Ｓ…仮想円（回転ローラの周面）、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…回転ローラ、１７…凹部。

Claims (5)

1. 強化繊維に樹脂を含浸させてなるトウプリプレグを製造するためのトウプリプレグ製造装置に適用され、樹脂が含浸された強化繊維をその周面に沿わせながら搬送する円柱状の回転ローラであって、
   前記周面には、前記樹脂が含浸された強化繊維が接触する接触部と、前記樹脂が含浸された強化繊維が接触しない非接触部とが、周方向に複数形成されていることを特徴とする回転ローラ。
2. 前記周面には、所定幅で軸方向に延びる凹部が周方向に複数形成され、
   前記非接触部は前記凹部で構成されているとともに、前記接触部は前記凹部が形成されていない部分で構成されている請求項１に記載の回転ローラ。
3. 回転ローラの回転軸を中心とする仮想円の円周方向における前記非接触部の形成範囲は、１５゜〜９０゜であり、
   径方向断面における前記凹部内の周面は、曲率半径が２ｍｍ以上の一本又は複数本の線分から形成されている請求項２に記載の回転ローラ。
4. 回転ローラの回転軸を中心とする仮想円に内接する複数の円柱状体を有し、
   前記周面は、前記仮想円で構成され、
   前記接触部は前記円柱状体の外周面で構成されているとともに、前記非接触部は前記仮想円において前記円柱状体の外周面が存在していない部分で構成されている請求項１に記載の回転ローラ。
5. 前記周面は、回転ローラの回転軸を中心軸とする円筒体の外周面で構成され、
   前記円筒体には、周方向に所定幅で軸方向に延びる複数の長孔が形成され、
   前記非接触部は前記長孔で構成されているとともに、前記接触部は前記外周面において前記長孔が形成されていない部分で構成されている請求項１に記載の回転ローラ。