JP4773623B2 - 強化繊維束の拡幅方法及び拡幅装置 - Google Patents

Description

【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５０〜２００℃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３−６７０３６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の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り、傾斜面の勾配が１／２００〜１／２５の傾斜部の前記傾斜面に接触させて、前記両端縁部の繊維を内側へ移動させると同時に、前記両端縁部を除く中央部の繊維を非傾斜面に接触させて案内す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の少なくとも最終段階における拡幅用案内手段が、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された傾斜面を有し、その傾斜面の勾配が１／２００〜１／２５である傾斜部と、前記両端縁部を除く中央部分に相当する位置の繊維案内径が変わらない案内面を有する非傾斜部とを備えてい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】
また、本件請求項１及び２に係る発明によれば、前記傾斜面の勾配は１／２００〜１／２５であることをも特徴としている。
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。
【００１６】
更に本件請求項３に係る発明によれば、前記傾斜面の勾配は１／１００〜１／５０であることが好ましい。
本件請求項４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５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６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７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３−６７０３６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１／１００〜１／５０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２１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３２，４２，４２，４２ｍｍ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：１５０ｇｓｍ、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 (7)

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の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り、
   傾斜面の勾配が１／２００〜１／２５である傾斜部の前記傾斜面に接触させて、前記両端縁部の繊維を内側へ移動させると同時に、前記両端縁部を除く中央部の繊維を非傾斜面に接触させて案内する、ことを特徴とする強化繊維束の拡幅方法。
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の少なくとも最終段階における拡幅用案内手段が、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された傾斜面を有し、その傾斜面の勾配が１／２００〜１／２５である傾斜部と、前記両端縁部を除く中央部分に相当する位置の繊維案内径が変わらない案内面を有する非傾斜部とを備えている、ことを特徴とする強化繊維束の拡幅装置。
3. 前記傾斜面の勾配は１／１００〜１／５０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. 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。
5. 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。
6. 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５記載の強化繊維束の拡幅装置。
7. 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５記載の強化繊維束の拡幅装置。

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