巻取機用ガイド装置、強化繊維束の巻き取り方法ならびに強化繊維束の巻体
【課題】トウボリュームの大きい強化繊維であっても、テープ状に拡幅された強化繊維束を撚りのない状態で、安定してボビンに巻き取ることができる強化繊維束の巻取機用のガイド装置、および、トウ幅の安定した強化繊維束の巻体を目的とする。
【解決手段】繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束をトラバースさせて巻取機に導くガイド装置１０が、ボビンの軸方向と平行に往復動するガイドスタンド１２を有し、ガイドスタンド１２は強化繊維束の進行方向Ｄに対して軸方向を直交させて設置された第一ガイドロール対２０と、第一ガイドロール対２０の下流側に、進行方向Ｄに対して軸方向を直交させ、かつ、第一ガイドロール対２０のガイドロールの軸方向と直交させて設置された第二ガイドロール対３０とを有し、第二ガイドロール対３０は、円柱形状の第二ガイドロール３２と、鼓形状の第二ガイドロール３４とすることよりなる。
【解決手段】繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束をトラバースさせて巻取機に導くガイド装置１０が、ボビンの軸方向と平行に往復動するガイドスタンド１２を有し、ガイドスタンド１２は強化繊維束の進行方向Ｄに対して軸方向を直交させて設置された第一ガイドロール対２０と、第一ガイドロール対２０の下流側に、進行方向Ｄに対して軸方向を直交させ、かつ、第一ガイドロール対２０のガイドロールの軸方向と直交させて設置された第二ガイドロール対３０とを有し、第二ガイドロール対３０は、円柱形状の第二ガイドロール３２と、鼓形状の第二ガイドロール３４とすることよりなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻取機用ガイド装置、強化繊維束の巻き取り方法ならびに強化繊維束の巻体に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、その形態及び特性から繊維そのものだけで使用されることは少なく、大部分は繊維束を複数本平行に引き揃えた後、エポキシ樹脂等の樹脂を含浸させ（一般にはこれをプリプレグという）、これを円筒状に巻いたり、あるいは被成形物に被せた後、樹脂を硬化させて繊維強化プラスチック成形体として製品化する。
炭素繊維は他の強化繊維材料に比べて軽量で、且つ、高強度であるため、この特性を更に生かすために、炭素繊維にエポキシ等の樹脂を含浸したプリプレグを軽量化させる検討がなされている。炭素繊維プリプレグを軽量化させるためには、炭素繊維を薄く広げる必要があり、このためにプリプレグ製造に当たっては、様々な対応がなされている。
ここで、プリプレグの製造工程に供給される炭素繊維等の強化繊維束が、予め一定幅に広げられたものであれば、即ち、ボビンに巻き取られている強化繊維束が拡幅されたテープ状であれば、プリプレグの製造工程において強化繊維束の幅を広げるという作業を省くことができる。このため、最近では薄物プリプレグの成形用として、予め拡幅されたテープ状の強化繊維束がボビンに巻き取られた巻体を用いることが多くなっている。
このようなテープ状の強化繊維束は、強化繊維束の製造段階の最後において、エポキシ樹脂等を主成分とするサイジング剤を含浸させ、ニップロールによる絞り、あるいは乾熱ロールへの接触により幅出しを行った後、乾燥させることにより製造される。こうして製造されたテープ状の強化繊維束は、製品形態としてボビンに巻きとられた巻体の形態をとる。
【０００３】
巻取機では、強化繊維束がボビンの長さ方向に均一に巻き付けられるよう、ボビンの軸に平行に強化繊維束をトラバースさせている。ところで、かかる既存の巻取機ではテープ状の繊維束形態を維持することは考慮されていない。このため、この一般繊維用の巻取機に一般繊維用の汎用ガイドを用いて、拡幅された強化繊維束をボビンへ巻き取ろうとすると、トラバースさせるときに強化繊維束が幅方向に押えられて収束したり、軸方向の捻じれ等が生じたりする。そして、拡幅されたテープ状の繊維束形態が崩れて巻き取られてしまい、薄物プリプレグの成形用という上記目的に適応することができなくなる。
そこで、既存の巻取機を用いて、このような拡幅されたテープ状の強化繊維束を、その形態を保ったままボビンに巻き取るための提案がなされている。従来、既存の巻取機にガイド装置をトラバースガイドとして取り付ける方法が提案されている（例えば特許文献１〜６）。
【０００４】
特許文献１に記載されているガイド装置では、ボビンの軸と平行に配されたトラバースアームに直交して立設され、前記トラバースアームに沿って摺動するプレート部材を有し、同プレート部材の上下に強化繊維束をガイドするガイドロールが配されている。下部のガイドロールは巻取ボビンの軸と平行に配されており、上部には、同ボビンの軸と直交して一対の平行なガイドロールが配されている。拡幅された強化繊維束は上下のガイド部材の間で軸線方向に９０°捻転されるが、これら上下のガイドロールの間を通すことにより、テープ状の強化繊維束はその拡幅形態を保持した状態でボビンに巻き取ることができる巻取機用ガイド装置が提案されている。
特許文献２に記載されているガイド装置では、トラバースアームに沿って往復動するプレート部材の上部に、軸線が互いに直交して配された複数の円錐状をなすガイドが配され、プレート部材の下部には巻取ボビンとほぼ平行な軸線を有する一対の平行なガイドロールが配されている。上部に配された円錐状のガイドによって強化繊維束が軸線方向に９０°捻転され、強化繊維束は下部に配された一対のガイドロールに直交して送られ、同ロールに掛け回されてから前記ボビンに巻き取られる巻取機用ガイド装置が提案されている。
特許文献３に記載されているガイド装置では、巻取ボビンの回転軸に平行に往復動するガイドスタンドと、該ガイドスタンドの上部にその回転軸が巻取ボビンの回転軸と直交して配置された一対の上部ガイドロールと、前記ガイドスタンドの下部にその回転軸が巻取ボビンの回転軸と平行に配された一対の下部ガイドロールと、その間に繊維束を軸線方向に９０°捻転させるための円錐状ガイドロールとを有する強化繊維束の巻取機用ガイド装置が提案されている。
特許文献４に記載されているガイド装置では、巻取ボビンの回転軸と実質的に直角に捻れた位置に回転軸が配されたガイドロールと、前記巻取ボビンの回転軸と実質的に平行に回転軸が配された最終のガイドロールとを有し、最終のガイドロールと糸条との接触長が規定された巻取機用綾振りガイド装置が提案されている。
特許文献５に記載されているガイド装置では、強化繊維束をボビンに巻き取る際に綾振りを行うガイド装置であって、強化繊維束を案内する複数のガイド部材の少なくとも１つが浮動支持されており、かつ、そのガイド部材が綾振りに伴う強化繊維束張力の増減を緩和する方向に変位可能に構成されていることを特徴とする巻取機用綾振りガイド装置、および、それを用いた巻取機と炭素繊維束パッケージの製造方法が提案されている。
特許文献６に記載されているガイド装置では、強化繊維束を案内するトラバースガイドと、該トラバースガイドのトラバース機構とを有し、該トラバースガイドは少なくとも巻取ボビンの回転軸と実質的に直角に捻れた位置に回転軸が配されたガイドロールと、前記巻取ボビンの回転軸と実質的に平行に回転軸方向が配された自由回転最終ガイドロールを有するとともに、該自由回転最終ガイドロールはそのガイド位置の調整機構を有してなる強化繊維束の綾振り装置が提案されている。さらに、該綾振り装置を用いた強化繊維束の巻取機、強化繊維束パッケージの製造装置、製造方法が提案されている。
近年では、炭素繊維の利用は建築、土木、自動車、エネルギー、コンパウンド等の一般産業用途にまで使用されるようになり、高強度・高弾性率で、より安価で生産性に優れたトウボリュームの大きい繊維束が強く求められている。
【特許文献１】特開平４−１１９１２３号公報
【特許文献２】特開平１０−３３００３８号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８１６６号公報
【特許文献４】特開２００４−１５５５９０号公報
【特許文献５】特開２００５−２２５６４４号公報
【特許文献６】特開２００６−８９１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の技術では、特にトウボリュームの大きい、つまりトウ幅が広く厚みのある扁平糸状を巻き取るには、その性能は必ずしも充分ではなかった。トウボリュームの大きい強化繊維束は、その繊維量のためにトウ幅が広がる傾向があるが、強化繊維束を用いた複合材料の、強度発現性の観点から、巻き取り時におけるトウ幅の収束や、捻れを防止するために、強化繊維束のトウ幅、厚みを制限する必要性があった。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、トウボリュームの大きい強化繊維であっても、テープ状に拡幅された強化繊維束を撚りのない状態で、安定してボビンに巻き取ることができる強化繊維束の巻取機用のガイド装置、強化繊維の巻き取り方法、および、トウ幅の安定した強化繊維束の巻体を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の巻取機用のガイド装置は、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束をトラバースさせて巻取機に導く巻取機用のガイド装置であって、巻き取り用のボビンの軸方向と平行に往復動するガイドスタンドを有し、前記ガイドスタンドは、強化繊維束の進行方向に対して軸方向を直交させて設置された一対の第一ガイドロール対と、前記第一ガイドロール対の下流側に、強化繊維束の進行方向に対して軸方向を直交させ、かつ、前記第一ガイドロール対のガイドロールの軸方向と直交させて設置された一対の第二ガイドロール対とを有し、前記第二ガイドロール対は、上流側のガイドロールが円柱形状であり、下流側のガイドロールが鼓形状であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の強化繊維の巻き取り方法は、前記ガイド装置を用い、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束を巻取機に導き、トウ幅変動率１０％以下で巻き取ることを特徴とする。
【０００８】
本発明の強化繊維束の巻体は、前記ガイド装置を用い、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束が巻取機に導かれて巻き取られたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の巻取機用のガイド装置および強化繊維束の巻き取り方法によれば、トウボリュームの大きい強化繊維束であっても、テープ状に拡幅された強化繊維束を撚りのない状態で、安定してボビンに巻き取ることができ、安定したトウ幅の強化繊維束の巻体を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態の一例について、図１、２を用いて説明する。図１は本発明の実施形態にかかるガイド装置１０側面の拡大図である。図２は発明の実施形態にかかるガイド装置１０が設置された巻取機８の模式図である。
図１に示すとおり、ガイド装置１０は、ガイドスタンド１２と、第一ガイドロール２２、２４とが同一の軸方向で設置され構成されている第一ガイドロール対２０と、第二ガイドロール３２、３４とが同一の軸方向で設置され構成されている第二ガイドロール対３０とを有する。ガイドスタンド１２の、強化繊維束の進行方向Ｄの上流側には、第一ガイドロール対２０が、第一ガイドロール２２の軸２３と、第一ガイドロール２４の軸２５がガイドスタンド１２の表面と平行、かつ、強化繊維束の進行方向Ｄと直交する方向に設置されている。ガイドスタンド１２の強化繊維束の進行方向Ｄの下流側には、第二ガイドロール対３０が、第二ガイドロール３２の軸３３と第二ガイドロール３４の軸３５とが、ガイドスタンド１２の面の垂直方向、かつ、前記軸２３、２５と直交する方向で設置されている。
第一ガイドロール対２０と、第二ガイドロール対３０との中間には、トラバースガイド１４が設置されている。第二ガイドロール３２と第二ガイドロール３４との中間には、図５に概略的に示す側面形状を持つフック状ガイド１６が設置されている。
【００１１】
次に図２を用いて、巻取機８について説明する。巻取機８は固定ガイドロール４０、４２と、ガイド装置１０と、巻取機プレッシャーロール５２と、ボビン５０を設置する軸５１とが順に設置されている。
固定ガイドロール４０は、軸４１が固定ガイドロール４２の軸４３と平行、かつ強化繊維束の進行方向Ｄと直交するように設置されている。ガイド装置１０のガイドスタンド１２は、軸４３、および、ボビン５０の軸５１と直交する方向に立設され、軸５１と平行にボビン５０の両端面間を往復動するトラバース装置と接続されている。こうして、第一ガイドロール対２０は、軸４３、および、軸５１に対して直交する方向に設置され、第二ガイドロール対３０は、軸５１と平行となるように設置されている。巻取機プレッシャーロール５２は、軸５３が軸５１と平行、かつ、巻取機プレッシャーロール５２の周面が、ボビン５０の巻取面と接するようにして、設置されている。
【００１２】
ガイドスタンド１２の大きさは特に限定されないが、固定ガイドロール４２とボビン５０との間隔に応じて適宜設定されるものであり、巻取機８に応じて決定されることが好ましい。
【００１３】
第二ガイドロール３２、３４は走行させる強化繊維束の張力に対して充分な強度が保証されるものであればよく、炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックス、アルミニウムなどが挙げられる。このうち、軽量であるという点からはアルミニウムが優れているが、単糸巻き付け時にはカッターナイフを使用することがあるため、そのような場合にも損傷の少ないステンレス鋼を用いることが好ましい。さらには、単糸巻き付きを防止する観点から、ハードクロムによる梨地仕上げ等の表面処理を施すことが好ましい。
第二ガイドロール対３０の内、上流側に設置されている第二ガイドロール３２の形状は、円柱形状である。円柱形状とは、図３に示すとおり、両端面の間の周面が同一半径の円周で形成されている形状である。
第二ガイドロール対３０の内、下流側に設置されている第二ガイドロール３４の形状は、鼓形状である。鼓形状とは、図４に示すように、周面の円周が、両端面から中央部方向に向かって徐々に半径が短くなるような形状、即ち第二ガイドロール３４の軸方向の断面において、中央部が凹んで湾曲した形状である。凹みの程度は特に限定されず、巻き取る強化繊維束のトウ幅等を考慮して決定することができる。第二ガイドロール３２、３４の直径、周面の幅は特に限定されず、走行させる強化繊維束のトウ幅、フィラメント数に応じて決定することが好ましい。
【００１４】
第一ガイドロール２２、２４の材質は、第二ガイドロール３２と同様である。
第一ガイドロール対２０の内、上流側に設置されている第一ガイドロール２２の形状は、鼓形状であり第二ガイドロール３４と同様である。
第一ガイドロール対２０の内、下流側に設置されている第一ガイドロール２４の形状は円柱形状であり、第二ガイドロール３２と同様である。
【００１５】
巻取機８を用いた強化繊維束の巻き取り方法について、図２を用いて説明する。
強化繊維束Ｆは、固定ガイドロール４０の周面に沿って移送され、次いで、固定ガイドロール４２で巻き取られるようにして方向を変えて、進行方向Ｄで、ガイド装置１０に供給される。ガイド装置１０に供給された強化繊維束Ｆは、第一ガイドロール２２、２４の順に掛け回される。この際、第一ガイドロール２２、２４と、固定ガイドロール４２とは、直交する軸方向で設置されているため、固定ガイドロール４２を通過した強化繊維束Ｆは、その軸線方向に９０°捻転されながら、移送される。このように、第一ガイドロール２２、２４は、固定ガイドロール４２と直交させ、即ち、トラバース（綾振り）方向と直交する軸方向で設置されているため、強化繊維束Ｆは、第一ガイドロール２２、２４の周面に沿ってトラバース方向に供給されることとなり、強化繊維束Ｆは安定した状態でトラバースされる。
次いで、９０°に捻転された強化繊維束Ｆは、第二ガイドロール３２、３４の順に掛け回される。そして、第二ガイドロール３２、３４と、第一ガイドロール２４とは、直交する軸方向で設置されているため、強化繊維束Ｆは、その軸線方向に９０°捻転される。この際、強化繊維束Ｆは、第二ガイドロール３２が円柱形状であるために、幅方向に均等に張力がかけられ、一定のトウ幅に制御される。次いで、強化繊維束Ｆは、フック状ガイド１６の開口部１７を通過して、鼓形状の第二ガイドロール３４の湾曲周面に添って移送される。そして、強化繊維束Ｆは、トラバース装置の往復動によって、ボビン５０周面の幅方向に均等に分配され、巻取機プレッシャーロール５２によってボビン５０に押圧されながら、ボビン５０に巻き取られて、強化繊維束の巻体が得られる。
【００１６】
本発明における強化繊維束とは、サイジング処理によりサイジング剤を付与した炭素繊維束をいう。本発明に用いる強化繊維束Ｆは、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘ（デシテックス）であり、より好ましくは１５０００〜４００００ｄｔｅｘである。上記範囲内であると、巻き取り時点でのトウ幅が安定し、撚りが多くなることがない。強化繊維束Ｆの繊度ｄｔｅｘは、単糸繊度（ｄｔｅｘ）×フィラメント数（本）で表される。
強化繊維束Ｆの繊度を１２０００〜４００００ｄｔｅｘにするには、太デニールの前駆体繊維束を出発物質として焼成し、あるいは、いくつかの少フィラメント数の前駆体繊維束を焼成工程の途中でワインダーで巻き終わるまでに合糸し、サイジング剤を含浸させたものを用いる方法が挙げられる。また、一旦強化繊維束として巻き取ったものをクリールから引き出して合糸しながら巻き取る方法などがあるが、いずれかに限定されるものではない。
【００１７】
炭素繊維束は特に限定されないが、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レーヨン系あるいはピッチ系等の公知の炭素繊維フィラメントが、数千から数万本束になったものを挙げることができる。
【００１８】
サイジング処理に用いるサイジング処理液は特に限定されず、種々の高次加工に適した特性を有するものを選択することができる。例えば、均一に糸条に含浸するためには、サイジング剤を含む溶液、エマルジョンまたはサスペンジョン状態としたサイジング処理液とできるもので、それを炭素化繊維束に付着させて、乾燥装置内で溶媒または分散媒を乾燥除去できるものであれば良い。
【００１９】
サイジング処理液中のサイジング剤の主成分としては特に限定されず、エポキシ樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂などが挙げられ、これらを二種以上の組み合わせて用いても良い。
【００２０】
強化繊維束Ｆのトウ幅は特に限定されることなく、強化繊維束の巻体に求めるトウ幅に応じて決定することができる。
【００２１】
第一ガイドロール対２０と、第二ガイドロール対３０とは、中心軸が空間的に捻れた位置にある。しかし、いずれのガイドロールにあっても強化繊維束Ｆが、周面の中央部に添って移送されるように調整する必要がある。ガイドロールの周面の中央部からずれた位置を強化繊維束Ｆが通る場合には、強化繊維束Ｆのトウ幅を狭める力が作用し、トウ幅を広げたまま、走行を安定させることができなくなるためである。
【００２２】
上述のガイド装置１０によれば、第二ガイドロール対３０を円柱形状のガイドロールと鼓形状のガイドロールとの組み合わせとすることで、トラバースにより捻れることなく、１２０００〜４００００ｄｔｅｘというトウボリュームの大きい強化繊維束を広いトウ幅のまま、撚りのない状態で巻きとることができる。
さらに、第一ガイドロール対２０を鼓形状と円柱形状との組み合わせとすることで、強化繊維束は、周面形状の異なる２つの第一ガイドロール２２、２４を通過する際に、トラバースが相殺される。第一ガイドロール対２０の中で、上流側に位置する第一ガイドロール２２が鼓形状であるために、トラバースの動きにも強化繊維束が捻れることなく追従できる。そして、第一ガイドロール対２０の中で、下流側に位置する第一ガイドロール２４が円柱形状であるため、より安定して、拡幅された強化繊維束の形態を維持することができる。
【００２３】
上述のガイド装置１０を用いて巻取機８に導かれて製造された強化繊維束の巻体は、巻き取られる段階で撚りを有していないため、極めて安定した巻き形状である。そして、強化繊維束の巻体から繰り出される強化繊維束は、幅が広く、トウ幅の変動率が１０％以内であり、極めて安定したトウ幅で強化繊維束を供給することができる。このため、開繊等を行うことなしに、強化繊維プリプレグや、ドラムワインドおよびフィラメントワインドによる成型品製造に適用できる。
ここで、「撚りを有していない」とは、強化繊維束に撚りが全くないか、強化繊維束１ｍ当たりの撚りが０．４ターン以下であることを意味する。また、変動率とは、２５ｃｍ毎のトウ幅を１００点測定し、下記（１）式により求まる値である。
【００２４】
トウ幅の変動率（％）＝（トウ幅の標準偏差／トウ幅の平均値）×１００・・・（１）
【００２５】
上述の実施形態における第二ガイドロール３２、３４は、軸３３および軸３５が軸５１と平行であり、かつ、立設されているガイドスタンド１２の長さ方向の形状に概略添って並んで設置されている。即ち、第二ガイドロール３２と第二ガイドロール３４とは、その周面の一部がボビン５０の周面と対向するように、上下方向に並んで設置されている。このような第二ガイドロール３２、３４の配置において、第一ガイドロール対２０から移送された強化繊維束Ｆは、第二ガイドロール３２のボビン５０側の周面に添って移送された後、第二ガイドロール３４に巻き取られるようにして進行方向を変え第二ガイドロール３４のボビン５０とは反対側の周面に添って移送される。そして、第二ガイドロール３４の周面に添って移送された強化繊維束Ｆ１は、巻取機プレッシャーロール５２に巻き取られるようにしてボビン５０に押圧され、ボビン５０に巻き取られる。
【００２６】
しかし、第二ガイドロール対３０への強化繊維束の掛け回し方はこれに限られず、例えば、図６の実施形態のように強化繊維束を第二ガイドロール３２、３４に交互に掛け回してもよい。図６の実施形態では、まず、第一ガイドロール対２０から移送された強化繊維束Ｆ１は、第二ガイドロール３２のボビン５０とは反対側の周面に添って移送された後、第二ガイドロール３４に巻き取られるようにして進行方向を変え、第二ガイドロール３４のボビン５０側の周面に添って移送される。そして、第二ガイドロール３４の周面に添って移送された強化繊維束Ｆ１は、巻取機プレッシャーロール５２によりボビン５０に押圧され、ボビン５０に巻き取られる。このように強化繊維束Ｆ１を第二ガイドロール対３０に掛け回すことで、第一ガイドロール対２０から供給された強化繊維束Ｆ１が第二ガイドロール３２に掛け回される際に強化繊維束Ｆ１に加わる張力、および、第二ガイドロール３２から第二ガイドロール３４に掛け回される際に強化繊維束Ｆ１に加わる張力が適度に緩和される。この結果、巻取機８は、より広いトウ幅でより安定的に強化繊維束Ｆ１をボビン５０に巻き取ることができる。
【００２７】
上述の実施形態では、巻取機８は強化繊維束Ｆの走行方向に直交してボビン５０が設置され、ボビン５０への巻き取り時に強化繊維束Ｆに撚りの付与されないタイプの巻取機であるが、ガイド装置１０はかかる巻取機８用に限定されるものではない。例えば、強化繊維束Ｆの走行方向に対して平行にボビンが設置され、巻き取り時に強化繊維束に９０°の撚りを付与するタイプの巻取機にも適用可能である。この場合、上方の固定ガイドロール４０、４２と、ガイド装置１０の第一ガイドロール２２、２４とが平行になるようにガイド装置１０が設置され、固定ガイドロール４０、４２とガイド装置１０との間では強化繊維束Ｆは捻転されない。
【００２８】
本発明の巻取機用ガイド装置は、拡幅された偏平なテープ状の強化繊維束、特に炭素繊維束を巻き取る場合に適しているが、勿論、アラミド繊維束、黒鉛化繊維束、ガラス繊維束など各種の強化繊維束にも適用可能である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、実施例に限定されるものではない。
【００３０】
＜巻取時点でのトウ幅および変動率＞
張力をかけずに、強化繊維束の巻体から連続的に強化繊維束を引き出し、２５ｃｍごとのトウ幅を１００点測定した。１００点の測定値を用い平均値を算出した。また、トウ幅の変動率を下記（１）式から算出した。
【００３１】
トウ幅の変動率（％）＝（トウ幅の標準偏差／トウ幅の平均値）×１００・・・（１）
【００３２】
（実施例１）
図６に示すガイド装置１０と同様に、第二ガイドロール対の内、上流側に位置する第二ガイドロールを円柱形状のガイドロール（図３）とし、下流側に位置する第二ガイドロールを鼓形状のガイドロール（図４）としたガイド装置Ａを製作した。このガイド装置Ａを神津製作所製のＥＫＴＷ型巻取機に設置し、巻取機Ａとした。
巻取機Ａを用い、繊度３３０００ｄｔｅｘ、フィラメント数５００００本の強化繊維束を紙製巻取ボビン（紙管）に巻き取り、強化繊維束の巻体Ａ−１を得た。ここで紙管としては内径８２ｍｍ、長さ２８０ｍｍのものを使用した。
得られた強化繊維束の巻体Ａ−１について、トウ幅、変動率を測定し、その結果を表１に示す。
【００３３】
（実施例２）
繊度１５８８３ｄｔｅｘ、フィラメント数２４０００本の強化繊維束を用いた以外は、実施例１と同様にして強化繊維束の巻体Ａ−２を製造し、トウ幅と変動率を測定した。その結果を表１に示す。
【００３４】
（比較例１）
第二ガイドロール対の内、上流側に位置する第二ガイドロールを太鼓形状のガイドロール６０（図７）とした以外は、実施例１と同様にして強化繊維束の巻体Ｂを製造し、トウ幅と変動率を測定した。その結果を表１に示す。なお、太鼓形状とは、周面の円周が両端面から中央部方向に向かって徐々に半径が長くなるような形状、即ち図７のように、ガイドロール６０の軸方向の断面において、両端面よりも中央部が膨らんだ形状である。
【００３５】
（比較例２）
繊度９８８９ｄｔｅｘ、フィラメント数１５０００本の強化繊維束を用いた以外は、実施例１と同様にして強化繊維束の巻体Ｃを製造し、トウ幅と変動率を測定した。その結果を表１に示す。
【００３６】
（比較例３）
繊度９８８９ｄｔｅｘ、フィラメント数１５０００本の強化繊維束を用いた以外は、比較例１と同様にして強化繊維束の巻体Ｄを製造し、トウ幅と変動率を測定した、その結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例４）
繊度１５８３３ｄｔｅｘ、フィラメント数２４０００本の強化繊維束を用いた以外は、比較例１と同様にして強化繊維束の巻体Ｅを製造し、トウ幅と変動率を測定した。その結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
第二ガイドロール対を円柱形状と鼓形状との組み合わせとした実施例１では、１０．２ｍｍという広いトウ幅で、かつ変動率６．９％と、安定したトウ幅の強化繊維束の巻体が得られた。また、得られた強化繊維束の巻体Ａ−１の撚りは少なく、安定した巻形状であった。
強化繊維束に繊度１５８８３ｄｔｅｘの強化繊維束を用いた実施例２では、８．６ｍｍという広いトウ幅で、かつ変動率８．８％と、安定したトウ幅の強化繊維束の巻体が得られた。また、得られた強化繊維束の巻体Ａ−２の撚りは少なく、安定した巻形状であった。
一方、第二ガイドロール対を太鼓形状と鼓形状との組み合わせとした比較例１では、実施例１と同一繊度の強化繊維束を用いたが、１０．４ｍｍという広いトウ幅であったものの、変動率は１０％を超えていた。得られた強化繊維束の巻体Ｂは、撚りが非常に多く、巻形状は不安定であった。
第二ガイドロール対を円柱形状と鼓形状との組み合わせとし、繊度１２０００ｄｔｅｘ未満の強化繊維束を用いた比較例２では、トウ幅が著しく狭くなり、かつ、変動率が１６．５％とトウ幅は不安定であった。得られた強化繊維束の巻体Ｃは、撚りが非常に多く、巻き形状は不安定であった。
第二ガイドロール対を太鼓形状と鼓形状との組み合わせとし、繊度１２０００ｄｔｅｘ未満の強化繊維束を用いた比較例３では、変動率は６．３％であり、強化繊維束の巻体Ｄの形状は安定していた。一方、繊度を１５８３３ｄｔｅｘとした比較例４では、トウ幅は広がったものの、変動率は１３．２％となり、安定したトウ幅を得ることができなかった。加えて、得られた強化繊維束の巻体Ｅは、撚りが非常に多く巻形状は不安定であった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態にかかるガイド装置側面の拡大図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるガイド装置が取り付けられた巻取機を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる円柱形状の第二ガイドロールの側面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる鼓形状の第二ガイドロールの側面図である。
【図５】本発明の実施形態のガイド装置のフック状ガイドの天面図である。
【図６】本発明の実施形態にかかるガイド装置が取り付けられた巻取機を示す模式図である。
【図７】比較例に用いた太鼓形状のガイドロールの側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
８ 巻取機
１０ ガイド装置
１２ ガイドスタンド
２０ 第一ガイドロール対
２２、２４ 第一ガイドロール
３０ 第二ガイドロール対
３２、３４ 第二ガイドロール
５０ ボビン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻取機用ガイド装置、強化繊維束の巻き取り方法ならびに強化繊維束の巻体に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、その形態及び特性から繊維そのものだけで使用されることは少なく、大部分は繊維束を複数本平行に引き揃えた後、エポキシ樹脂等の樹脂を含浸させ（一般にはこれをプリプレグという）、これを円筒状に巻いたり、あるいは被成形物に被せた後、樹脂を硬化させて繊維強化プラスチック成形体として製品化する。
炭素繊維は他の強化繊維材料に比べて軽量で、且つ、高強度であるため、この特性を更に生かすために、炭素繊維にエポキシ等の樹脂を含浸したプリプレグを軽量化させる検討がなされている。炭素繊維プリプレグを軽量化させるためには、炭素繊維を薄く広げる必要があり、このためにプリプレグ製造に当たっては、様々な対応がなされている。
ここで、プリプレグの製造工程に供給される炭素繊維等の強化繊維束が、予め一定幅に広げられたものであれば、即ち、ボビンに巻き取られている強化繊維束が拡幅されたテープ状であれば、プリプレグの製造工程において強化繊維束の幅を広げるという作業を省くことができる。このため、最近では薄物プリプレグの成形用として、予め拡幅されたテープ状の強化繊維束がボビンに巻き取られた巻体を用いることが多くなっている。
このようなテープ状の強化繊維束は、強化繊維束の製造段階の最後において、エポキシ樹脂等を主成分とするサイジング剤を含浸させ、ニップロールによる絞り、あるいは乾熱ロールへの接触により幅出しを行った後、乾燥させることにより製造される。こうして製造されたテープ状の強化繊維束は、製品形態としてボビンに巻きとられた巻体の形態をとる。
【０００３】
巻取機では、強化繊維束がボビンの長さ方向に均一に巻き付けられるよう、ボビンの軸に平行に強化繊維束をトラバースさせている。ところで、かかる既存の巻取機ではテープ状の繊維束形態を維持することは考慮されていない。このため、この一般繊維用の巻取機に一般繊維用の汎用ガイドを用いて、拡幅された強化繊維束をボビンへ巻き取ろうとすると、トラバースさせるときに強化繊維束が幅方向に押えられて収束したり、軸方向の捻じれ等が生じたりする。そして、拡幅されたテープ状の繊維束形態が崩れて巻き取られてしまい、薄物プリプレグの成形用という上記目的に適応することができなくなる。
そこで、既存の巻取機を用いて、このような拡幅されたテープ状の強化繊維束を、その形態を保ったままボビンに巻き取るための提案がなされている。従来、既存の巻取機にガイド装置をトラバースガイドとして取り付ける方法が提案されている（例えば特許文献１〜６）。
【０００４】
特許文献１に記載されているガイド装置では、ボビンの軸と平行に配されたトラバースアームに直交して立設され、前記トラバースアームに沿って摺動するプレート部材を有し、同プレート部材の上下に強化繊維束をガイドするガイドロールが配されている。下部のガイドロールは巻取ボビンの軸と平行に配されており、上部には、同ボビンの軸と直交して一対の平行なガイドロールが配されている。拡幅された強化繊維束は上下のガイド部材の間で軸線方向に９０°捻転されるが、これら上下のガイドロールの間を通すことにより、テープ状の強化繊維束はその拡幅形態を保持した状態でボビンに巻き取ることができる巻取機用ガイド装置が提案されている。
特許文献２に記載されているガイド装置では、トラバースアームに沿って往復動するプレート部材の上部に、軸線が互いに直交して配された複数の円錐状をなすガイドが配され、プレート部材の下部には巻取ボビンとほぼ平行な軸線を有する一対の平行なガイドロールが配されている。上部に配された円錐状のガイドによって強化繊維束が軸線方向に９０°捻転され、強化繊維束は下部に配された一対のガイドロールに直交して送られ、同ロールに掛け回されてから前記ボビンに巻き取られる巻取機用ガイド装置が提案されている。
特許文献３に記載されているガイド装置では、巻取ボビンの回転軸に平行に往復動するガイドスタンドと、該ガイドスタンドの上部にその回転軸が巻取ボビンの回転軸と直交して配置された一対の上部ガイドロールと、前記ガイドスタンドの下部にその回転軸が巻取ボビンの回転軸と平行に配された一対の下部ガイドロールと、その間に繊維束を軸線方向に９０°捻転させるための円錐状ガイドロールとを有する強化繊維束の巻取機用ガイド装置が提案されている。
特許文献４に記載されているガイド装置では、巻取ボビンの回転軸と実質的に直角に捻れた位置に回転軸が配されたガイドロールと、前記巻取ボビンの回転軸と実質的に平行に回転軸が配された最終のガイドロールとを有し、最終のガイドロールと糸条との接触長が規定された巻取機用綾振りガイド装置が提案されている。
特許文献５に記載されているガイド装置では、強化繊維束をボビンに巻き取る際に綾振りを行うガイド装置であって、強化繊維束を案内する複数のガイド部材の少なくとも１つが浮動支持されており、かつ、そのガイド部材が綾振りに伴う強化繊維束張力の増減を緩和する方向に変位可能に構成されていることを特徴とする巻取機用綾振りガイド装置、および、それを用いた巻取機と炭素繊維束パッケージの製造方法が提案されている。
特許文献６に記載されているガイド装置では、強化繊維束を案内するトラバースガイドと、該トラバースガイドのトラバース機構とを有し、該トラバースガイドは少なくとも巻取ボビンの回転軸と実質的に直角に捻れた位置に回転軸が配されたガイドロールと、前記巻取ボビンの回転軸と実質的に平行に回転軸方向が配された自由回転最終ガイドロールを有するとともに、該自由回転最終ガイドロールはそのガイド位置の調整機構を有してなる強化繊維束の綾振り装置が提案されている。さらに、該綾振り装置を用いた強化繊維束の巻取機、強化繊維束パッケージの製造装置、製造方法が提案されている。
近年では、炭素繊維の利用は建築、土木、自動車、エネルギー、コンパウンド等の一般産業用途にまで使用されるようになり、高強度・高弾性率で、より安価で生産性に優れたトウボリュームの大きい繊維束が強く求められている。
【特許文献１】特開平４−１１９１２３号公報
【特許文献２】特開平１０−３３００３８号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８１６６号公報
【特許文献４】特開２００４−１５５５９０号公報
【特許文献５】特開２００５−２２５６４４号公報
【特許文献６】特開２００６−８９１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の技術では、特にトウボリュームの大きい、つまりトウ幅が広く厚みのある扁平糸状を巻き取るには、その性能は必ずしも充分ではなかった。トウボリュームの大きい強化繊維束は、その繊維量のためにトウ幅が広がる傾向があるが、強化繊維束を用いた複合材料の、強度発現性の観点から、巻き取り時におけるトウ幅の収束や、捻れを防止するために、強化繊維束のトウ幅、厚みを制限する必要性があった。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、トウボリュームの大きい強化繊維であっても、テープ状に拡幅された強化繊維束を撚りのない状態で、安定してボビンに巻き取ることができる強化繊維束の巻取機用のガイド装置、強化繊維の巻き取り方法、および、トウ幅の安定した強化繊維束の巻体を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の巻取機用のガイド装置は、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束をトラバースさせて巻取機に導く巻取機用のガイド装置であって、巻き取り用のボビンの軸方向と平行に往復動するガイドスタンドを有し、前記ガイドスタンドは、強化繊維束の進行方向に対して軸方向を直交させて設置された一対の第一ガイドロール対と、前記第一ガイドロール対の下流側に、強化繊維束の進行方向に対して軸方向を直交させ、かつ、前記第一ガイドロール対のガイドロールの軸方向と直交させて設置された一対の第二ガイドロール対とを有し、前記第二ガイドロール対は、上流側のガイドロールが円柱形状であり、下流側のガイドロールが鼓形状であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の強化繊維の巻き取り方法は、前記ガイド装置を用い、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束を巻取機に導き、トウ幅変動率１０％以下で巻き取ることを特徴とする。
【０００８】
本発明の強化繊維束の巻体は、前記ガイド装置を用い、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束が巻取機に導かれて巻き取られたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の巻取機用のガイド装置および強化繊維束の巻き取り方法によれば、トウボリュームの大きい強化繊維束であっても、テープ状に拡幅された強化繊維束を撚りのない状態で、安定してボビンに巻き取ることができ、安定したトウ幅の強化繊維束の巻体を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態の一例について、図１、２を用いて説明する。図１は本発明の実施形態にかかるガイド装置１０側面の拡大図である。図２は発明の実施形態にかかるガイド装置１０が設置された巻取機８の模式図である。
図１に示すとおり、ガイド装置１０は、ガイドスタンド１２と、第一ガイドロール２２、２４とが同一の軸方向で設置され構成されている第一ガイドロール対２０と、第二ガイドロール３２、３４とが同一の軸方向で設置され構成されている第二ガイドロール対３０とを有する。ガイドスタンド１２の、強化繊維束の進行方向Ｄの上流側には、第一ガイドロール対２０が、第一ガイドロール２２の軸２３と、第一ガイドロール２４の軸２５がガイドスタンド１２の表面と平行、かつ、強化繊維束の進行方向Ｄと直交する方向に設置されている。ガイドスタンド１２の強化繊維束の進行方向Ｄの下流側には、第二ガイドロール対３０が、第二ガイドロール３２の軸３３と第二ガイドロール３４の軸３５とが、ガイドスタンド１２の面の垂直方向、かつ、前記軸２３、２５と直交する方向で設置されている。
第一ガイドロール対２０と、第二ガイドロール対３０との中間には、トラバースガイド１４が設置されている。第二ガイドロール３２と第二ガイドロール３４との中間には、図５に概略的に示す側面形状を持つフック状ガイド１６が設置されている。
【００１１】
次に図２を用いて、巻取機８について説明する。巻取機８は固定ガイドロール４０、４２と、ガイド装置１０と、巻取機プレッシャーロール５２と、ボビン５０を設置する軸５１とが順に設置されている。
固定ガイドロール４０は、軸４１が固定ガイドロール４２の軸４３と平行、かつ強化繊維束の進行方向Ｄと直交するように設置されている。ガイド装置１０のガイドスタンド１２は、軸４３、および、ボビン５０の軸５１と直交する方向に立設され、軸５１と平行にボビン５０の両端面間を往復動するトラバース装置と接続されている。こうして、第一ガイドロール対２０は、軸４３、および、軸５１に対して直交する方向に設置され、第二ガイドロール対３０は、軸５１と平行となるように設置されている。巻取機プレッシャーロール５２は、軸５３が軸５１と平行、かつ、巻取機プレッシャーロール５２の周面が、ボビン５０の巻取面と接するようにして、設置されている。
【００１２】
ガイドスタンド１２の大きさは特に限定されないが、固定ガイドロール４２とボビン５０との間隔に応じて適宜設定されるものであり、巻取機８に応じて決定されることが好ましい。
【００１３】
第二ガイドロール３２、３４は走行させる強化繊維束の張力に対して充分な強度が保証されるものであればよく、炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックス、アルミニウムなどが挙げられる。このうち、軽量であるという点からはアルミニウムが優れているが、単糸巻き付け時にはカッターナイフを使用することがあるため、そのような場合にも損傷の少ないステンレス鋼を用いることが好ましい。さらには、単糸巻き付きを防止する観点から、ハードクロムによる梨地仕上げ等の表面処理を施すことが好ましい。
第二ガイドロール対３０の内、上流側に設置されている第二ガイドロール３２の形状は、円柱形状である。円柱形状とは、図３に示すとおり、両端面の間の周面が同一半径の円周で形成されている形状である。
第二ガイドロール対３０の内、下流側に設置されている第二ガイドロール３４の形状は、鼓形状である。鼓形状とは、図４に示すように、周面の円周が、両端面から中央部方向に向かって徐々に半径が短くなるような形状、即ち第二ガイドロール３４の軸方向の断面において、中央部が凹んで湾曲した形状である。凹みの程度は特に限定されず、巻き取る強化繊維束のトウ幅等を考慮して決定することができる。第二ガイドロール３２、３４の直径、周面の幅は特に限定されず、走行させる強化繊維束のトウ幅、フィラメント数に応じて決定することが好ましい。
【００１４】
第一ガイドロール２２、２４の材質は、第二ガイドロール３２と同様である。
第一ガイドロール対２０の内、上流側に設置されている第一ガイドロール２２の形状は、鼓形状であり第二ガイドロール３４と同様である。
第一ガイドロール対２０の内、下流側に設置されている第一ガイドロール２４の形状は円柱形状であり、第二ガイドロール３２と同様である。
【００１５】
巻取機８を用いた強化繊維束の巻き取り方法について、図２を用いて説明する。
強化繊維束Ｆは、固定ガイドロール４０の周面に沿って移送され、次いで、固定ガイドロール４２で巻き取られるようにして方向を変えて、進行方向Ｄで、ガイド装置１０に供給される。ガイド装置１０に供給された強化繊維束Ｆは、第一ガイドロール２２、２４の順に掛け回される。この際、第一ガイドロール２２、２４と、固定ガイドロール４２とは、直交する軸方向で設置されているため、固定ガイドロール４２を通過した強化繊維束Ｆは、その軸線方向に９０°捻転されながら、移送される。このように、第一ガイドロール２２、２４は、固定ガイドロール４２と直交させ、即ち、トラバース（綾振り）方向と直交する軸方向で設置されているため、強化繊維束Ｆは、第一ガイドロール２２、２４の周面に沿ってトラバース方向に供給されることとなり、強化繊維束Ｆは安定した状態でトラバースされる。
次いで、９０°に捻転された強化繊維束Ｆは、第二ガイドロール３２、３４の順に掛け回される。そして、第二ガイドロール３２、３４と、第一ガイドロール２４とは、直交する軸方向で設置されているため、強化繊維束Ｆは、その軸線方向に９０°捻転される。この際、強化繊維束Ｆは、第二ガイドロール３２が円柱形状であるために、幅方向に均等に張力がかけられ、一定のトウ幅に制御される。次いで、強化繊維束Ｆは、フック状ガイド１６の開口部１７を通過して、鼓形状の第二ガイドロール３４の湾曲周面に添って移送される。そして、強化繊維束Ｆは、トラバース装置の往復動によって、ボビン５０周面の幅方向に均等に分配され、巻取機プレッシャーロール５２によってボビン５０に押圧されながら、ボビン５０に巻き取られて、強化繊維束の巻体が得られる。
【００１６】
本発明における強化繊維束とは、サイジング処理によりサイジング剤を付与した炭素繊維束をいう。本発明に用いる強化繊維束Ｆは、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘ（デシテックス）であり、より好ましくは１５０００〜４００００ｄｔｅｘである。上記範囲内であると、巻き取り時点でのトウ幅が安定し、撚りが多くなることがない。強化繊維束Ｆの繊度ｄｔｅｘは、単糸繊度（ｄｔｅｘ）×フィラメント数（本）で表される。
強化繊維束Ｆの繊度を１２０００〜４００００ｄｔｅｘにするには、太デニールの前駆体繊維束を出発物質として焼成し、あるいは、いくつかの少フィラメント数の前駆体繊維束を焼成工程の途中でワインダーで巻き終わるまでに合糸し、サイジング剤を含浸させたものを用いる方法が挙げられる。また、一旦強化繊維束として巻き取ったものをクリールから引き出して合糸しながら巻き取る方法などがあるが、いずれかに限定されるものではない。
【００１７】
炭素繊維束は特に限定されないが、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レーヨン系あるいはピッチ系等の公知の炭素繊維フィラメントが、数千から数万本束になったものを挙げることができる。
【００１８】
サイジング処理に用いるサイジング処理液は特に限定されず、種々の高次加工に適した特性を有するものを選択することができる。例えば、均一に糸条に含浸するためには、サイジング剤を含む溶液、エマルジョンまたはサスペンジョン状態としたサイジング処理液とできるもので、それを炭素化繊維束に付着させて、乾燥装置内で溶媒または分散媒を乾燥除去できるものであれば良い。
【００１９】
サイジング処理液中のサイジング剤の主成分としては特に限定されず、エポキシ樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂などが挙げられ、これらを二種以上の組み合わせて用いても良い。
【００２０】
強化繊維束Ｆのトウ幅は特に限定されることなく、強化繊維束の巻体に求めるトウ幅に応じて決定することができる。
【００２１】
第一ガイドロール対２０と、第二ガイドロール対３０とは、中心軸が空間的に捻れた位置にある。しかし、いずれのガイドロールにあっても強化繊維束Ｆが、周面の中央部に添って移送されるように調整する必要がある。ガイドロールの周面の中央部からずれた位置を強化繊維束Ｆが通る場合には、強化繊維束Ｆのトウ幅を狭める力が作用し、トウ幅を広げたまま、走行を安定させることができなくなるためである。
【００２２】
上述のガイド装置１０によれば、第二ガイドロール対３０を円柱形状のガイドロールと鼓形状のガイドロールとの組み合わせとすることで、トラバースにより捻れることなく、１２０００〜４００００ｄｔｅｘというトウボリュームの大きい強化繊維束を広いトウ幅のまま、撚りのない状態で巻きとることができる。
さらに、第一ガイドロール対２０を鼓形状と円柱形状との組み合わせとすることで、強化繊維束は、周面形状の異なる２つの第一ガイドロール２２、２４を通過する際に、トラバースが相殺される。第一ガイドロール対２０の中で、上流側に位置する第一ガイドロール２２が鼓形状であるために、トラバースの動きにも強化繊維束が捻れることなく追従できる。そして、第一ガイドロール対２０の中で、下流側に位置する第一ガイドロール２４が円柱形状であるため、より安定して、拡幅された強化繊維束の形態を維持することができる。
【００２３】
上述のガイド装置１０を用いて巻取機８に導かれて製造された強化繊維束の巻体は、巻き取られる段階で撚りを有していないため、極めて安定した巻き形状である。そして、強化繊維束の巻体から繰り出される強化繊維束は、幅が広く、トウ幅の変動率が１０％以内であり、極めて安定したトウ幅で強化繊維束を供給することができる。このため、開繊等を行うことなしに、強化繊維プリプレグや、ドラムワインドおよびフィラメントワインドによる成型品製造に適用できる。
ここで、「撚りを有していない」とは、強化繊維束に撚りが全くないか、強化繊維束１ｍ当たりの撚りが０．４ターン以下であることを意味する。また、変動率とは、２５ｃｍ毎のトウ幅を１００点測定し、下記（１）式により求まる値である。
【００２４】
トウ幅の変動率（％）＝（トウ幅の標準偏差／トウ幅の平均値）×１００・・・（１）
【００２５】
上述の実施形態における第二ガイドロール３２、３４は、軸３３および軸３５が軸５１と平行であり、かつ、立設されているガイドスタンド１２の長さ方向の形状に概略添って並んで設置されている。即ち、第二ガイドロール３２と第二ガイドロール３４とは、その周面の一部がボビン５０の周面と対向するように、上下方向に並んで設置されている。このような第二ガイドロール３２、３４の配置において、第一ガイドロール対２０から移送された強化繊維束Ｆは、第二ガイドロール３２のボビン５０側の周面に添って移送された後、第二ガイドロール３４に巻き取られるようにして進行方向を変え第二ガイドロール３４のボビン５０とは反対側の周面に添って移送される。そして、第二ガイドロール３４の周面に添って移送された強化繊維束Ｆ１は、巻取機プレッシャーロール５２に巻き取られるようにしてボビン５０に押圧され、ボビン５０に巻き取られる。
【００２６】
しかし、第二ガイドロール対３０への強化繊維束の掛け回し方はこれに限られず、例えば、図６の実施形態のように強化繊維束を第二ガイドロール３２、３４に交互に掛け回してもよい。図６の実施形態では、まず、第一ガイドロール対２０から移送された強化繊維束Ｆ１は、第二ガイドロール３２のボビン５０とは反対側の周面に添って移送された後、第二ガイドロール３４に巻き取られるようにして進行方向を変え、第二ガイドロール３４のボビン５０側の周面に添って移送される。そして、第二ガイドロール３４の周面に添って移送された強化繊維束Ｆ１は、巻取機プレッシャーロール５２によりボビン５０に押圧され、ボビン５０に巻き取られる。このように強化繊維束Ｆ１を第二ガイドロール対３０に掛け回すことで、第一ガイドロール対２０から供給された強化繊維束Ｆ１が第二ガイドロール３２に掛け回される際に強化繊維束Ｆ１に加わる張力、および、第二ガイドロール３２から第二ガイドロール３４に掛け回される際に強化繊維束Ｆ１に加わる張力が適度に緩和される。この結果、巻取機８は、より広いトウ幅でより安定的に強化繊維束Ｆ１をボビン５０に巻き取ることができる。
【００２７】
上述の実施形態では、巻取機８は強化繊維束Ｆの走行方向に直交してボビン５０が設置され、ボビン５０への巻き取り時に強化繊維束Ｆに撚りの付与されないタイプの巻取機であるが、ガイド装置１０はかかる巻取機８用に限定されるものではない。例えば、強化繊維束Ｆの走行方向に対して平行にボビンが設置され、巻き取り時に強化繊維束に９０°の撚りを付与するタイプの巻取機にも適用可能である。この場合、上方の固定ガイドロール４０、４２と、ガイド装置１０の第一ガイドロール２２、２４とが平行になるようにガイド装置１０が設置され、固定ガイドロール４０、４２とガイド装置１０との間では強化繊維束Ｆは捻転されない。
【００２８】
本発明の巻取機用ガイド装置は、拡幅された偏平なテープ状の強化繊維束、特に炭素繊維束を巻き取る場合に適しているが、勿論、アラミド繊維束、黒鉛化繊維束、ガラス繊維束など各種の強化繊維束にも適用可能である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、実施例に限定されるものではない。
【００３０】
＜巻取時点でのトウ幅および変動率＞
張力をかけずに、強化繊維束の巻体から連続的に強化繊維束を引き出し、２５ｃｍごとのトウ幅を１００点測定した。１００点の測定値を用い平均値を算出した。また、トウ幅の変動率を下記（１）式から算出した。
【００３１】
トウ幅の変動率（％）＝（トウ幅の標準偏差／トウ幅の平均値）×１００・・・（１）
【００３２】
（実施例１）
図６に示すガイド装置１０と同様に、第二ガイドロール対の内、上流側に位置する第二ガイドロールを円柱形状のガイドロール（図３）とし、下流側に位置する第二ガイドロールを鼓形状のガイドロール（図４）としたガイド装置Ａを製作した。このガイド装置Ａを神津製作所製のＥＫＴＷ型巻取機に設置し、巻取機Ａとした。
巻取機Ａを用い、繊度３３０００ｄｔｅｘ、フィラメント数５００００本の強化繊維束を紙製巻取ボビン（紙管）に巻き取り、強化繊維束の巻体Ａ−１を得た。ここで紙管としては内径８２ｍｍ、長さ２８０ｍｍのものを使用した。
得られた強化繊維束の巻体Ａ−１について、トウ幅、変動率を測定し、その結果を表１に示す。
【００３３】
（実施例２）
繊度１５８８３ｄｔｅｘ、フィラメント数２４０００本の強化繊維束を用いた以外は、実施例１と同様にして強化繊維束の巻体Ａ−２を製造し、トウ幅と変動率を測定した。その結果を表１に示す。
【００３４】
（比較例１）
第二ガイドロール対の内、上流側に位置する第二ガイドロールを太鼓形状のガイドロール６０（図７）とした以外は、実施例１と同様にして強化繊維束の巻体Ｂを製造し、トウ幅と変動率を測定した。その結果を表１に示す。なお、太鼓形状とは、周面の円周が両端面から中央部方向に向かって徐々に半径が長くなるような形状、即ち図７のように、ガイドロール６０の軸方向の断面において、両端面よりも中央部が膨らんだ形状である。
【００３５】
（比較例２）
繊度９８８９ｄｔｅｘ、フィラメント数１５０００本の強化繊維束を用いた以外は、実施例１と同様にして強化繊維束の巻体Ｃを製造し、トウ幅と変動率を測定した。その結果を表１に示す。
【００３６】
（比較例３）
繊度９８８９ｄｔｅｘ、フィラメント数１５０００本の強化繊維束を用いた以外は、比較例１と同様にして強化繊維束の巻体Ｄを製造し、トウ幅と変動率を測定した、その結果を表１に示す。
【００３７】
（比較例４）
繊度１５８３３ｄｔｅｘ、フィラメント数２４０００本の強化繊維束を用いた以外は、比較例１と同様にして強化繊維束の巻体Ｅを製造し、トウ幅と変動率を測定した。その結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
第二ガイドロール対を円柱形状と鼓形状との組み合わせとした実施例１では、１０．２ｍｍという広いトウ幅で、かつ変動率６．９％と、安定したトウ幅の強化繊維束の巻体が得られた。また、得られた強化繊維束の巻体Ａ−１の撚りは少なく、安定した巻形状であった。
強化繊維束に繊度１５８８３ｄｔｅｘの強化繊維束を用いた実施例２では、８．６ｍｍという広いトウ幅で、かつ変動率８．８％と、安定したトウ幅の強化繊維束の巻体が得られた。また、得られた強化繊維束の巻体Ａ−２の撚りは少なく、安定した巻形状であった。
一方、第二ガイドロール対を太鼓形状と鼓形状との組み合わせとした比較例１では、実施例１と同一繊度の強化繊維束を用いたが、１０．４ｍｍという広いトウ幅であったものの、変動率は１０％を超えていた。得られた強化繊維束の巻体Ｂは、撚りが非常に多く、巻形状は不安定であった。
第二ガイドロール対を円柱形状と鼓形状との組み合わせとし、繊度１２０００ｄｔｅｘ未満の強化繊維束を用いた比較例２では、トウ幅が著しく狭くなり、かつ、変動率が１６．５％とトウ幅は不安定であった。得られた強化繊維束の巻体Ｃは、撚りが非常に多く、巻き形状は不安定であった。
第二ガイドロール対を太鼓形状と鼓形状との組み合わせとし、繊度１２０００ｄｔｅｘ未満の強化繊維束を用いた比較例３では、変動率は６．３％であり、強化繊維束の巻体Ｄの形状は安定していた。一方、繊度を１５８３３ｄｔｅｘとした比較例４では、トウ幅は広がったものの、変動率は１３．２％となり、安定したトウ幅を得ることができなかった。加えて、得られた強化繊維束の巻体Ｅは、撚りが非常に多く巻形状は不安定であった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態にかかるガイド装置側面の拡大図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるガイド装置が取り付けられた巻取機を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる円柱形状の第二ガイドロールの側面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる鼓形状の第二ガイドロールの側面図である。
【図５】本発明の実施形態のガイド装置のフック状ガイドの天面図である。
【図６】本発明の実施形態にかかるガイド装置が取り付けられた巻取機を示す模式図である。
【図７】比較例に用いた太鼓形状のガイドロールの側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
８ 巻取機
１０ ガイド装置
１２ ガイドスタンド
２０ 第一ガイドロール対
２２、２４ 第一ガイドロール
３０ 第二ガイドロール対
３２、３４ 第二ガイドロール
５０ ボビン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束をトラバースさせて巻取機に導く巻取機用のガイド装置であって、
巻き取り用のボビンの軸方向と平行に往復動するガイドスタンドを有し、
前記ガイドスタンドは、強化繊維束の進行方向に対して軸方向を直交させて設置された一対の第一ガイドロール対と、前記第一ガイドロール対の下流側に、強化繊維束の進行方向に対して軸方向を直交させ、かつ、前記第一ガイドロール対のガイドロールの軸方向と直交させて設置された一対の第二ガイドロール対とを有し、
前記第二ガイドロール対は、上流側のガイドロールが円柱形状であり、下流側のガイドロールが鼓形状であることを特徴とする、巻取機用のガイド装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガイド装置を用い、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束を巻取機に導き、トウ幅変動率１０％以下で巻き取る、強化繊維束の巻き取り方法。
【請求項３】
請求項１に記載のガイド装置を用い、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束が巻取機に導かれて、トウ幅変動率１０％以下で巻き取られた、強化繊維束の巻体。
【請求項１】
繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束をトラバースさせて巻取機に導く巻取機用のガイド装置であって、
巻き取り用のボビンの軸方向と平行に往復動するガイドスタンドを有し、
前記ガイドスタンドは、強化繊維束の進行方向に対して軸方向を直交させて設置された一対の第一ガイドロール対と、前記第一ガイドロール対の下流側に、強化繊維束の進行方向に対して軸方向を直交させ、かつ、前記第一ガイドロール対のガイドロールの軸方向と直交させて設置された一対の第二ガイドロール対とを有し、
前記第二ガイドロール対は、上流側のガイドロールが円柱形状であり、下流側のガイドロールが鼓形状であることを特徴とする、巻取機用のガイド装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガイド装置を用い、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束を巻取機に導き、トウ幅変動率１０％以下で巻き取る、強化繊維束の巻き取り方法。
【請求項３】
請求項１に記載のガイド装置を用い、繊度１２０００〜４００００ｄｔｅｘの強化繊維束が巻取機に導かれて、トウ幅変動率１０％以下で巻き取られた、強化繊維束の巻体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２２１０１７（Ｐ２００９−２２１０１７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０２３８１（Ｐ２００８−３０２３８１）
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]