炭素繊維製造設備
【課題】炭素繊維前駆体繊維束の接続作業などに要する作業動線を確保すると共に、供給領域を省スペース化され、かつ連続生産性にも優れた炭素繊維製造設備を目的とする。
【解決手段】炭素繊維の前駆体である前駆体繊維束Ｆを焼成する製造装置と、前駆体繊維束Ｆを供給する供給領域２とを備えた設備であって、供給領域２に、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが交互に並べられた第１の箱列１６ａと、第１の箱列１６ａに隣接し、かつ供給箱１０ａおよび待機箱１２ａに隣接する箱が同種の箱となるように供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂが並べられた第２の箱列１６ｂとからなる箱群１８が、箱列１６ａ、１６ｂの長手方向が供給領域２から製造装置に向かう前駆体繊維束Ｆの進行方向に対して垂直方向となるように、かつ隣り合う箱群１８が前記進行方向に間隔を開けて、複数群配置されている炭素繊維製造設備。
【解決手段】炭素繊維の前駆体である前駆体繊維束Ｆを焼成する製造装置と、前駆体繊維束Ｆを供給する供給領域２とを備えた設備であって、供給領域２に、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが交互に並べられた第１の箱列１６ａと、第１の箱列１６ａに隣接し、かつ供給箱１０ａおよび待機箱１２ａに隣接する箱が同種の箱となるように供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂが並べられた第２の箱列１６ｂとからなる箱群１８が、箱列１６ａ、１６ｂの長手方向が供給領域２から製造装置に向かう前駆体繊維束Ｆの進行方向に対して垂直方向となるように、かつ隣り合う箱群１８が前記進行方向に間隔を開けて、複数群配置されている炭素繊維製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、種々の優れた物性を備えているため、航空機やスポーツ用品などへの用途や、建築、土木、エネルギー関係の産業用途など、各種の繊維強化複合材料などの強化用繊維として広く利用されている。炭素繊維は、一般にアクリル繊維束などの炭素繊維前駆体繊維束（以下、前駆体繊維束という。）を２００〜３００℃の酸化性雰囲気下で耐炎化処理した後、さらに１０００℃以上の不活性雰囲気下で炭素化処理することにより製造される。
【０００３】
また、炭素繊維の製造では、高い操業性でかつ低コストに炭素繊維を製造するために、複数本の前駆体繊維束を、それら各々の前駆体繊維束の端部同士を接続していきながら連続的に焼成（耐炎化処理および炭素化処理）する方法が用いられている（例えば特許文献１）。
炭素繊維を製造する製造設備としては、前駆体繊維束に耐炎化処理および炭素化処理を施す炭素繊維製造装置と、該炭素繊維製造装置に前駆体繊維束を供給する供給領域とからなる設備が用いられている。供給領域には、炭素繊維製造装置に供給される前駆体繊維束を収納する供給箱と、該供給箱に収納された前駆体繊維束の終端に始端が接続される前駆体繊維束を収納する待機箱とがそれぞれ複数配置されている。これにより、供給箱と待機箱の前駆体繊維束の端部同士を接続していきながら連続的に前駆体繊維束を炭素繊維製造装置に供給して焼成する。
【０００４】
具体例としては、耐炎化炉および炭素化炉を有する炭素繊維製造装置ならびに供給領域５（図９）を備えた設備が挙げられる。供給領域５には、炭素繊維製造装置（供給領域５のｘ軸方向側にある。図示せず。）に供給される炭素繊維前駆体繊維束Ｆ（以下、前駆体繊維束Ｆという。図１０参照）を収納する供給箱１１０ａ、および供給箱１１０ａに収納された前駆体繊維束Ｆの終端に始端が接続される前駆体繊維束Ｆを収納する待機箱１１２ａが一対となって隣接された箱組１１４ａが、供給箱１１０ａと待機箱１１２ａが交互になるように並べられた第１の箱列１１６ａ（以下、箱列１１６ａという。）と、図９に示すように、箱列１１６ａに隣接し、かつ箱列１１６ａの供給箱１１０ａおよび待機箱１１２ａに隣接する箱が箱列１１６ａと同種の箱となるように供給箱１１０ｂおよび待機箱１１２ｂが一対となって隣接された箱組１１４ｂが並べられた第２の箱列１１６ｂ（以下、箱列１１６ｂという。）とからなる箱群１１８が、箱列１１６ａ、１１６ｂの長手方向が供給領域５から炭素繊維製造装置に向かう前駆体繊維束Ｆの進行方向（ｘ軸方向）に沿うように複数群配置されている。
【０００５】
箱群１１８の箱列１１６ａ（箱列１１６ｂも同様である。）における各々の箱組１１４ａ（図９では１０組）において、供給箱１１０ａの前駆体繊維束Ｆの終端と待機箱１１２ａの前駆体繊維束Ｆの始端とを接続して接続部ａを形成し、前駆体繊維束Ｆをガイドローラ１２２により連続的に炭素繊維製造装置へと供給していく（図１０および図１１）。供給箱１１０ａに収納された前駆体繊維束Ｆが全て炭素繊維製造装置に送られると、待機箱１１２ａが供給箱となり、続いて前駆体繊維束Ｆが供給されていく。空の供給箱１１０ａは次の待機箱に取り替えられて、さらに前駆体繊維束Ｆの端部同士が接続され、これを繰り返すことにより前駆体繊維束Ｆが連続的に供給される。
【０００６】
また、各箱組１１４ａ、１１４ｂにおいては、前駆体繊維束Ｆの接続作業や、空になった供給箱の交換、糸切れなどの問題が発生した供給箱もしくは待機箱の取り出し作業など作業が必要となる。そのため、箱列１１６ａ、１１６ｂからなる箱群１１８の短手方向（ｙ軸方向）の両側には、それらの作業に要する作業空間が設けられる（図９）。
供給領域５では、このように作業動線を確保しつつ、供給領域を省スペース化するために、箱組１１４ａ、１１４ｂをｘ軸方向に連続して配置させて箱列１１６ａ、１１６ｂを形成させている。
【特許文献１】特開２０００−１４４５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、供給領域５では、供給箱および待機箱を配置する空間および前記作業空間に必要な空間が大きく、供給領域の省スペース化が不十分であった。また、各作業空間が分断されているため、作業動線が長くなる傾向があった。
そのため、前駆体繊維束Ｆの接続作業などに要する作業動線を確保しつつ、供給領域を省スペース化すること、および作業動線を短くするなど連続生産性を向上させることが望まれている。
【０００８】
そこで、本発明では、前駆体繊維束Ｆの接続作業などに要する作業動線を確保すると共に、供給領域が省スペース化され、かつ連続生産性にも優れた炭素繊維製造設備を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の炭素繊維製造設備は、炭素繊維前駆体繊維束を焼成して炭素繊維を製造する炭素繊維製造装置と、前記炭素繊維製造装置に前記炭素繊維前駆体繊維束を供給する供給領域とを備えた炭素繊維の製造設備であって、前記供給領域に、前記炭素繊維製造装置に供給される炭素繊維前駆体繊維束を収納する供給箱、および該供給箱に収納された炭素繊維前駆体繊維束の終端に始端が接続される炭素繊維前駆体繊維束を収納する待機箱が隣接された箱組が、それら供給箱と待機箱の隣接させた方向に沿って複数並べられた第１の箱列と、該第１の箱列に隣接し、かつ第１の箱列の供給箱および待機箱に隣接する箱が第１の箱列と同種の箱となるように供給箱および待機箱が並べられた第２の箱列とからなる箱群が、前記箱列の長手方向が供給領域から炭素繊維製造装置に向かう炭素繊維前駆体繊維束の進行方向に対して垂直方向となるように、かつ隣り合う箱群が前記進行方向に間隔を開けて、複数群配置されていることを特徴とする設備である。
【００１０】
また、本発明の炭素繊維製造設備は、前記進行方向に隣り合う箱群の間隔が前記供給箱および前記待機箱の幅以上であることが好ましい。
また、前記供給領域に、前記供給箱から前記炭素繊維前駆体繊維束を前記直角方向に送り出した後、該炭素繊維前駆体繊維束を前記進行方向に方向転換する機構が設けられていることが好ましい。
また、前記供給領域に、複数群の箱群が、前記供給箱および前記待機箱が前記進行方向に沿って一直線上に並ぶように配置され、さらに、前記進行方向に沿って一直線上に並んだ前記供給箱および前記待機箱を、前記進行方向に沿ってそれぞれ移動させる複数のベルトコンベアが設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の炭素繊維製造設備は、前駆体繊維束Ｆの接続作業などに要する作業動線を確保すると共に、供給領域が省スペース化されている。また、本発明の炭素繊維製造設備は、連続生産性にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［炭素繊維製造設備］
図１は、本発明の炭素繊維製造設備の実施形態の一例を示した概略構成図である。
本実施形態の炭素繊維製造設備１は、炭素繊維を製造する設備であって、図１に示すように、炭素繊維前駆体繊維束Ｆ（以下、前駆体繊維束Ｆという。）を焼成して炭素繊維を製造する炭素繊維製造装置６（以下、製造装置６という。）と、製造装置６に前駆体繊維束Ｆを供給する供給領域２とを備えた設備である。本実施形態では、図１に示すように、供給領域２から製造装置６へと供給される前駆体繊維束Ｆの進行方向をｘ軸方向、供給領域２の鉛直方向をｚ軸方向、ｘ−ｚ平面に直行する方向をｙ軸方向とする。
【００１３】
（供給領域）
本実施形態の供給領域２は、図２に示すように、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが一対となって隣接された箱組１４ａが、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが隣接された方向に沿って、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが交互になるように並べられた第１の箱列１６ａ（以下、箱列１６ａという。）と、箱列１６ａに隣接し、かつ箱列１６ａの供給箱１０ａおよび待機箱１２ａに隣接する箱が箱列１６ａと同種の箱となるように、供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂが一対となって隣接された箱組１４ｂが並べられた第２の箱列１６ｂ（以下、箱列１６ｂという。）とからなる箱群１８が、箱列１６ａ、１６ｂの長手方向が供給領域２から製造装置６に向かう前駆体繊維束Ｆの進行方向（すなわち、ｘ軸方向。以下、単にｘ軸方向という。）に対して垂直方向（すなわち、ｙ軸方向。以下、単にｙ軸方向という。）となるように、かつ隣り合う箱群１８がｘ軸方向に間隔を開けて、複数群配置されている。
また、供給領域２には、ｘ軸方向に一直線上に並んだ供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂをｘ軸方向に沿ってそれぞれ移動させるベルトコンベア２０ａ、２０ｂが設けられている。
また、図３〜５に示すように、各箱組１４ａ、１４ｂには、前駆体繊維Ｆを供給領域２から製造装置６へと送り出すガイドローラ２２、２４が設置されている。
【００１４】
供給箱１０ａ、１０ｂは、製造装置６に供給される前駆体繊維束Ｆを収納する箱である。また、待機箱１２ａ、１２ｂは、供給箱１０ａ、１０ｂに収納された前駆体繊維束Ｆの終端に始端が接続される前駆体繊維束Ｆを収納する箱である。
供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂは、前駆体繊維束Ｆを収納できる箱であれば特に制限はなく、炭素繊維の製造に通常用いられる箱が使用できる。供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂは、同じ箱が用いられる。
【００１５】
供給箱の数（供給箱１０ａと供給箱１０ｂの合計数）は、製造装置６において焼成する前駆体繊維束Ｆの本数を満たす数であれば特に限定されず、１６〜５００個であることが好ましい。また、待機箱の数（待機箱１２ａと待機箱１２ｂの合計数）は、供給箱と同様に、製造装置６において焼成する前駆体繊維束Ｆの本数を満たす数であれば特に限定されず、１６〜５００個であることが好ましい。
【００１６】
また、供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂへの前駆体繊維束Ｆの収納は、前駆体繊維束Ｆを、その折り畳み方向が供給箱と待機箱とが隣接されている方向（ｙ軸方向）に沿うように収納しておくことが好ましい（図３）。これにより、撚れを生じさせずに前駆体繊維束Ｆを供給することが容易になる。
【００１７】
箱列１６ａは、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが一対となって隣接された箱組１４ａ（図２では２組）が、供給箱１０ａと待機箱１２ａが交互になるように並べられることにより形成されている。
また、箱列１６ｂは、箱列１６ａと同様に、供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂが一対となって隣接された箱組１４ｂ（図２では２組）が、供給箱１０ｂと待機箱１２ｂが交互になるように並べられることにより形成されている。
【００１８】
箱列１６ａにおける供給箱１０ａの数は、２〜１２個であることが好ましく、４〜８個であることがより好ましい。供給箱１０ａの数が２個以上であれば、供給領域２のｘ軸方向の長さが長くなりすぎることを防ぎやすい。また、供給箱１０ａの数が８個以下であれば、炭素繊維製造中に供給領域２内のいずれかの供給箱もしくは待機箱で糸切れなどの問題が生じた場合に、その箱のみを取り出すことが容易になる。
箱列１６ａにおける待機箱１２ａの数は、供給箱１０ａと同数である。また、箱列１６ｂにおける供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂの数は、箱列１６ａにおける供給箱１０ａおよび待機箱１２ｂと同数である。
【００１９】
箱群１８は、箱列１６ａの供給箱１０ａが箱列１６ｂの供給箱１０ｂと隣接し、箱列１６ａの待機箱１２ａが箱列１６ｂの待機箱１２ｂと隣接するように、箱列１６ａと箱列１６ｂとが隣接させることにより形成されている。
箱群１８は、箱列１６ａ、１６ｂの長手方向がｙ軸方向に沿うように配置されている。
【００２０】
また、箱群１８は、隣り合う箱群１８がｘ軸方向に間隔を開けて配置されている。これにより、各箱組１４ａ、１４ｂにおいて、供給箱１０ａ、１０ｂの前駆体繊維束Ｆと待機箱１２ａ、１２ｂの前駆体繊維束Ｆとの端部同士の接続作業に要する作業動線を確保できる。
ｘ軸方向に隣り合う箱群１８の間隔は、供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂのｘ軸方向の幅ｄ以上であることが好ましい。ただし、前記幅ｄとは、供給箱１０ａ、１０ｂ（あるいは待機箱１２ａ、１２ｂ）における、供給箱と待機箱を隣接させた方向に対して直角方向の長さである（図４）。
箱群１８のｘ軸方向の間隔を幅ｄ以上とすることにより、炭素繊維製造中に供給領域２内のいずれかの供給箱もしくは待機箱で糸切れなどの問題が生じた場合に、その箱のみを取り出すことが容易になる。
【００２１】
また、同数の供給箱１０ａおよび待機箱１２ａを、同じ領域面積の供給領域に配列させる場合には、箱群１８を、ｙ軸方向にも間隔を開けて複数群配置させることが好ましい。これにより、供給領域２内における作業動線を短くすることができ、作業性が向上する。
【００２２】
ｙ軸方向に箱群１８を複数群配置する場合、ｙ軸方向に隣り合う箱群１８の間隔は、図８に示すように、箱体のｙ軸方向の幅ｅ以上であることが好ましい。これにより、炭素繊維製造中に供給領域２内のいずれかの供給箱もしくは待機箱で糸切れなどの問題が生じた場合に、その箱のみを取り出すことが容易になる。
【００２３】
箱群１８のｘ軸方向の数は、省スペース化、ならびに供給箱および待機箱の取替え作業の容易性の点から、２〜１２５であることが好ましい。
箱群１８のｙ軸方向の数は、省スペース化、ならびに供給箱および待機箱の取替え作業の容易性の点から、２〜４であることが好ましい。
【００２４】
また、本発明における供給領域は、図２に示すように、供給箱１０ａ、１０ｂと待機箱１２ａ、１２ｂとを、それぞれｘ軸方向に沿って一直線上に並ぶように配置させ、これら一直線上に並んだ供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂをそれぞれｘ軸方向に移動させるベルトコンベア２０ａ、２０ｂが設けられていることが特に好ましい。
ベルトコンベア２０ａは、ｘ軸方向に一直線上に並んだ供給箱１０ａおよび供給箱１０ｂをｘ軸方向に沿って移動させることができる。また、ベルトコンベア２０ｂは、ｘ軸方向に一直線上に並んだ待機箱１２ａおよび待機箱１２ｂをｘ軸方向に沿って移動させることができる。これにより、供給箱が空になった際、一直線上に並んだそれら空の供給箱を一度に搬出し、ついで前駆体繊維束Ｆが収納された待機箱を一度に搬入することを自動化できる。
【００２５】
ガイドローラ２２は、供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂ（供給箱１０ａ、１０ｂが空になった後に供給箱となる。）から前駆体繊維束Ｆをｚ軸方向に引き上げて、ｙ軸方向に送り出すローラである。
ガイドローラ２２は、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａ（供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂも同様。）の両方から撚れを起こさずに前駆体繊維束Ｆを引き上げやすくなる点から、供給箱１０ａと待機箱１２ａとの中間点の上部に設置されることが好ましい（図３）。
また、撚れを起こさずに前駆体繊維束Ｆを引き上げることが容易になる点から、前駆体繊維束Ｆを、その折り畳み方向が供給箱と待機箱とが隣接されている方向（ｙ軸方向）に沿うように供給箱および待機箱に収納しておき、その方向（ｙ軸方向）に沿って送り出すことが好ましい。
【００２６】
ガイドローラ２４は、ガイドローラ２２によってｙ軸方向に送り出された前駆体繊維束Ｆを、製造装置６の方向（ｘ軸方向）へと方向転換するローラである。
このように、前駆体繊維束Ｆをｙ軸方向に送り出した後、該前駆体繊維束Ｆの進行方向をｘ軸方向に方向転換する機構を設けることにより、供給する際に前駆体繊維束Ｆに撚れが生じることを抑制しやすくなる。また、前記機構は、前駆体繊維束Ｆをｙ軸方向に送り出した後にｘ軸方向に方向転換できるものであれば特に限定はない。
【００２７】
各々の箱組１４ａ、１４ｂに設置されるガイドローラ２２、２４は、それぞれの前駆体繊維束Ｆを所望の位置関係で製造装置６に供給できるものであれば、設置位置に特に限定はない。例えば、ガイドローラ２４のｙ軸方向の位置を調整することにより、隣接する供給箱１０ａと供給箱１０ｂから供給されるそれぞれの前駆体繊維束Ｆのｙ軸方向の走行位置を調整することができる（図４）。また、同様に、ガイドローラ２２、２４の高さを調整することにより、それぞれの前駆体繊維束Ｆのｚ軸方向の走行位置を調整することができる。
【００２８】
供給領域２は、以上のように供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂが配列されることにより、省スペース化されている。以下、具体例を示して説明する。
例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、同数（箱数８０個）の供給箱および待機箱（同じ箱であり、配置に要する領域の面積をＳとする。）が、供給領域２もしくは供給領域５（図９〜１１に例示）のように配列され、かつ箱１つ分の作業空間を設けて作業動線を確保した場合を考える。供給領域２および供給領域５は共に、供給箱と待機箱の一対となって隣接された箱組がｙ軸方向に沿って４組配列され、さらにそれらがｘ軸方向に沿って配列された形態である。
【００２９】
供給領域２（図６（ａ））では、各箱群１８のｘ軸方向の両側にそれぞれ箱１つ分の作業空間が形成されており、ｙ軸方向に隣り合う箱群１８の間にも箱１つ分の空間を設けている。これにより作業動線が確保されており、全ての箱組１４ａ、１４ｂにおいて、前駆体繊維束Ｆの接続作業や、糸切れなどの問題が生じた箱のみを供給領域２外に取り出す作業などが行える。
同様に、供給領域５（図６（ｂ））では、各箱群１１８のｙ軸方向の両側に箱１つ分の作業空間を設けている。これにより作業動線が確保されており、全ての箱組１１４ａ、１１４ｂにおいて、前駆体繊維束Ｆの接続作業や、糸切れなどの問題が生じた箱体のみを供給領域５外に取り出す作業などが行える。
【００３０】
ここで、供給領域２（図６（ａ））のｙ軸方向に並ぶ２つの箱群１８（箱数１６個）の配置領域を領域Ａとすると、領域Ａの占める面積は、箱数が１６個、作業空間が箱数１１個分であるので、箱一個あたりの面積をＳとすると２７Ｓとなる。つまり、領域Ａをｎ個並べる供給領域２の場合、供給領域２の面積ＳＡはＳＡ＝ｎ×２７Ｓとなる。図６（ａ）の例示では、ｎ＝５であるので面積ＳＡは１３５Ｓである。
【００３１】
一方、供給領域５（図６（ｂ））において、供給領域２と同数（箱数１６個）の供給箱および待機箱を配置する配置領域を領域Ｂとすると、領域Ｂの占める面積は、箱数が１６個、作業空間が箱数１２個分であるので２８Ｓとなる。つまり、領域Ｂをｎ個並べる供給領域５の場合、供給領域５の面積ＳＢはＳＢ＝ｎ×２８Ｓとなる。図６（ｂ）の例示では、ｎ＝５であるので面積ＳＡは１４０Ｓである。
このように、同数の箱体を配置する場合、供給領域２の面積ＳＡは供給領域５の面積ＳＢよりも小さくなる。以上のように、本発明の供給領域２は、同数の箱体を使用する従来の供給領域に比べて省スペース化されている。
【００３２】
また、供給領域５はｙ軸方向の供給箱および待機箱の数が４個であるのに対し、供給領域２ではｙ軸方向の供給箱および待機箱の数が８個である。そのため、既存の供給領域において供給領域５の配列形態から供給領域２の配列形態に変更することにより、ｘ軸方向の長さを短くすることができる。
【００３３】
尚、本発明の炭素繊維製造設備における供給領域は、図１〜５に例示した供給領域２には限定されない。例えば、図７に示すように、４個の箱組１４ａ、１４ｂからなる箱群１８を、ｘ軸方向に沿って間隔を開けて並べた供給領域３（供給領域２と箱数は同じ。）であってもよい。ただし、供給領域２のように、２個の箱組１４ａ、１４ｂからなる箱群１８をｙ軸方向に間隔を開けて配置し、それらがさらにｘ軸方向に沿って間隔を開けて配置されている方が、作業動線が短くなる点で好ましい。
【００３４】
また、各箱群１８における箱列１６ａ、１６ｂを形成する箱組１４ａ、１４ｂが、供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂが交互にならないように並べられていてもよい。例えば、図８に示すように、待機箱１２ａ、供給箱１０ａ、供給箱１０ａ、待機箱１２ａの順、もしくは供給箱１０ａ、待機箱１２ａ、待機箱１２ａ、供給箱１０ａの順に並んでいる箱列１６ａと、それに対応する箱列１６ｂとからなる箱群１８が配置された供給領域４であってもよい。
【００３５】
また、各箱群１８が、ｘ軸方向に一直線に同種の箱が並ぶように配置されていなくてもよいが、ベルトコンベア２０ａ、２０ｂによる自動化により連続生産性が高くなる点から、図１、７および８に示すように、ｘ軸方向に沿って供給箱および待機箱が一直線上に並ぶようにすることが好ましい。
【００３６】
また、前駆体繊維Ｆを供給する機構は、ガイドローラ２２、２４のような、前駆体繊維束Ｆをｙ軸方向に送り出した後に、ｘ軸方向に方向転換する機構には限定されない。
【００３７】
前駆体繊維束Ｆは、用途に応じて選択すればよく、例えば、ポリアクリロニトリルの単独重合体、あるいはポリアクリロニトリルと他の単量体との共重合体などのポリアクリロニトリル系重合体からなる炭素繊維前駆体繊維束などが挙げられる。
【００３８】
（炭素繊維製造装置）
炭素繊維製造装置６は、図１に示すように、前駆体繊維束Ｆを耐炎化して耐炎化繊維束を得る耐炎化炉３０と、耐炎化繊維束を炭素化処理して炭素繊維を得る炭素化炉３２と、炭素繊維に表面処理を施す表面処理装置３４と、炭素繊維にサイジング剤を付与するサイジング剤付与装置３６と、炭素繊維を巻き取る巻取機３８とを備えている。
【００３９】
耐炎化炉３０は、前駆体繊維束Ｆを酸化性雰囲気下に加熱することにより耐炎化処理して耐炎化繊維束を得る炉である。耐炎化炉３０は、前駆体繊維束Ｆを耐炎化できるものであればよく、炭素繊維の製造に通常用いられる耐炎化炉を用いることができる。耐炎化炉３０は、１つのみであってもよく、複数の耐炎化炉が連結されたものであってもよい。
【００４０】
炭素化炉３２は、耐炎化処理により得られた耐炎化繊維束を不活性雰囲気下に加熱することにより炭素化処理して炭素繊維を得る炉である。炭素化炉３２は、耐炎化繊維束を炭素化できるものであればよく、炭素繊維の製造に通常用いられる炭素化炉を用いることができる。炭素化炉３２は、１つのみであってもよく、複数の炭素化炉が連結されたものであってもよい。
【００４１】
表面処理装置３４は、炭素繊維の表面を処理して、炭素繊維とエポキシ樹脂などの樹脂との接着性を向上させる装置である。表面処理装置３４としては、例えば、オゾン酸化などの乾式法により炭素繊維に表面処理を施す表面処理装置や、電解質中で電解処理する湿式法によりに炭素繊維に表面処理を施す表面処理装置などが挙げられる。
【００４２】
サイジング剤付与装置３６は、表面処理された炭素繊維にサイジング剤を付与する装置である。サイジング剤付与装置３６は、サイジング剤を炭素繊維に付与できるものであれば特に限定されない。サイジング剤を付与することにより、炭素繊維の取り扱い性や、繊維強化樹脂との親和性が向上する。
サイジング剤は、所望の特性を得ることができるものであればよく、例えば、エポキシ樹脂、ポリエーテル樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂を主成分とするサイジング剤が挙げられる。
【００４３】
巻取機３８は、得られた炭素繊維を巻き取る機械である。巻取機３８は、炭素繊維を巻き取ることができるものであれば特に限定されず、炭素繊維の製造に通常用いられる巻取機を用いることができる。
【００４４】
尚、本発明における炭素繊維製造装置は、図１に例示した製造装置６には限定されず、表面処理装置３４およびサイジング剤付与装置３６を有していない製造装置であってもよい。
【００４５】
（炭素繊維の製造方法）
以下、図１に例示した炭素繊維製造設備１による炭素繊維の製造について説明する。まず、供給領域２において、各箱組１４ａで供給箱１０ａの前駆体繊維束Ｆの終端と待機箱１２ａの始端とを接続して接続部ａを形成する（供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂについても同様。以下、同じ。）。ついで、ガイドローラ２２、２４により各供給箱１０ａから前駆体繊維束Ｆが製造装置６へと供給されていく。
各供給箱１０ａの前駆体繊維束Ｆが供給され終わると、続いて待機箱１２ａが供給箱（供給箱１０Ａとする。）となり前駆体繊維束Ｆが連続的に供給されていく。空になった供給箱１０ａはベルトコンベア２０ａにより供給領域２外へと搬出し、ついで次の待機箱（待機箱１２Ａとする。）を搬入する。そして、供給箱１０Ａの前駆体繊維束Ｆの終端と待機箱１２Ａの始端とを接続して接続部ａを形成する。
さらに、供給箱１０Ａ（待機箱１２ａであったもの）の前駆体繊維束Ｆが全て供給されると、待機箱１２Ａが供給箱（供給箱１０Ｂとする。）となる。空になった供給箱１０Ａはベルトコンベア２０ｂにより搬出し、ついで次の待機箱（待機箱１２Ｂとする。）を搬入する。ついで、供給箱１０Ｂの前駆体繊維束Ｆの終端と待機箱１２Ｂの始端とを接続して接続部ａを形成する。これを繰り返すことにより、前駆体繊維束Ｆを連続的に製造装置６に供給する。
【００４６】
製造装置６に供給された前駆体繊維束Ｆは、耐炎化炉３０により耐炎化処理されて耐炎化繊維束となる。耐炎化処理は、２００〜３００℃で行うことが好ましい。
さらに、得られた耐炎化繊維束は、炭素化炉３２により炭素化処理されて炭素繊維となる。炭素化処理は、３００〜２０００℃で行うことが好ましい。
ついで、本実施形態では、炭素化炉３２で得られた炭素繊維を表面処理装置３４により表面処理し、洗浄、乾燥を行った後、サイジング剤付与装置３６によりサイジング剤を付与して乾燥する。
ついで、得られた炭素繊維を巻取機３８により巻き取る。
以上のようにして炭素繊維が製造される。
【００４７】
図９〜１１に例示した従来の供給領域５では、多数の供給箱および待機箱を交互に並べていたため、一直線上に並べられた多数の箱が同種の箱となるようにすることができなかった。そのため、空になった供給箱を搬出し、新たな待機箱を搬入することを別々に多数回行わなければならず、作業が非常に煩雑であった。
一方、本発明の炭素繊維製造設備では、供給領域に、多数の供給箱および待機箱を、同種の箱が一直線上に並ぶように並べることができる。そのため、それらの搬入および搬出をベルトコンベアで自動化することができることから、炭素繊維の連続生産性に優れる。
【００４８】
以上説明したように、本発明の炭素繊維製造設備は、前駆体繊維束Ｆの接続作業などに要する作業動線を確保すると共に、供給領域が省スペース化されている。また、本発明の炭素繊維製造設備は、作業動線を短くすることができ、またベルトコンベアによる自動化も可能であるため、連続生産性に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の炭素繊維製造設備は、供給領域が省スペース化され、かつ炭素繊維の連続生産性を向上させることができるため、炭素繊維の製造に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の炭素繊維製造設備の実施形態の一例を示した概略構成図である。
【図２】本発明における供給領域の実施形態の一例を示した概略構成図である。
【図３】本発明における供給領域２の箱組１４ａをｘ軸方向から見た側面図である。
【図４】本発明における供給領域２の前駆体繊維束Ｆの供給方法の一例を示した平面図である。
【図５】図３の箱組１４ａをｙ軸方向から見た正面図である。
【図６】本発明の供給領域および従来の供給領域の一例を示した模式図である。
【図７】本発明における供給領域の他の実施形態を示した概略構成図である。
【図８】本発明における供給領域の他の実施形態を示した概略構成図である。
【図９】従来の供給領域の実施形態の一例を示した概略構成図である。
【図１０】図９の供給領域をｙ軸方向から見た正面図である。
【図１１】図９の供給領域の前駆体繊維束Ｆの供給方法の一例を示した平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 炭素繊維製造設備 ２ 供給領域 ５ 従来の供給領域 ６ 炭素繊維製造装置 １０ａ、１０ｂ 供給箱 １２ａ、１２ｂ 待機箱 １４ａ、１４ｂ 箱組 １６ａ 第１の箱列 １６ｂ 第２の箱列 １８ 箱群 ２０ａ、２０ｂ ベルトコンベア ２２ ガイドローラ ２４ ガイドローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、種々の優れた物性を備えているため、航空機やスポーツ用品などへの用途や、建築、土木、エネルギー関係の産業用途など、各種の繊維強化複合材料などの強化用繊維として広く利用されている。炭素繊維は、一般にアクリル繊維束などの炭素繊維前駆体繊維束（以下、前駆体繊維束という。）を２００〜３００℃の酸化性雰囲気下で耐炎化処理した後、さらに１０００℃以上の不活性雰囲気下で炭素化処理することにより製造される。
【０００３】
また、炭素繊維の製造では、高い操業性でかつ低コストに炭素繊維を製造するために、複数本の前駆体繊維束を、それら各々の前駆体繊維束の端部同士を接続していきながら連続的に焼成（耐炎化処理および炭素化処理）する方法が用いられている（例えば特許文献１）。
炭素繊維を製造する製造設備としては、前駆体繊維束に耐炎化処理および炭素化処理を施す炭素繊維製造装置と、該炭素繊維製造装置に前駆体繊維束を供給する供給領域とからなる設備が用いられている。供給領域には、炭素繊維製造装置に供給される前駆体繊維束を収納する供給箱と、該供給箱に収納された前駆体繊維束の終端に始端が接続される前駆体繊維束を収納する待機箱とがそれぞれ複数配置されている。これにより、供給箱と待機箱の前駆体繊維束の端部同士を接続していきながら連続的に前駆体繊維束を炭素繊維製造装置に供給して焼成する。
【０００４】
具体例としては、耐炎化炉および炭素化炉を有する炭素繊維製造装置ならびに供給領域５（図９）を備えた設備が挙げられる。供給領域５には、炭素繊維製造装置（供給領域５のｘ軸方向側にある。図示せず。）に供給される炭素繊維前駆体繊維束Ｆ（以下、前駆体繊維束Ｆという。図１０参照）を収納する供給箱１１０ａ、および供給箱１１０ａに収納された前駆体繊維束Ｆの終端に始端が接続される前駆体繊維束Ｆを収納する待機箱１１２ａが一対となって隣接された箱組１１４ａが、供給箱１１０ａと待機箱１１２ａが交互になるように並べられた第１の箱列１１６ａ（以下、箱列１１６ａという。）と、図９に示すように、箱列１１６ａに隣接し、かつ箱列１１６ａの供給箱１１０ａおよび待機箱１１２ａに隣接する箱が箱列１１６ａと同種の箱となるように供給箱１１０ｂおよび待機箱１１２ｂが一対となって隣接された箱組１１４ｂが並べられた第２の箱列１１６ｂ（以下、箱列１１６ｂという。）とからなる箱群１１８が、箱列１１６ａ、１１６ｂの長手方向が供給領域５から炭素繊維製造装置に向かう前駆体繊維束Ｆの進行方向（ｘ軸方向）に沿うように複数群配置されている。
【０００５】
箱群１１８の箱列１１６ａ（箱列１１６ｂも同様である。）における各々の箱組１１４ａ（図９では１０組）において、供給箱１１０ａの前駆体繊維束Ｆの終端と待機箱１１２ａの前駆体繊維束Ｆの始端とを接続して接続部ａを形成し、前駆体繊維束Ｆをガイドローラ１２２により連続的に炭素繊維製造装置へと供給していく（図１０および図１１）。供給箱１１０ａに収納された前駆体繊維束Ｆが全て炭素繊維製造装置に送られると、待機箱１１２ａが供給箱となり、続いて前駆体繊維束Ｆが供給されていく。空の供給箱１１０ａは次の待機箱に取り替えられて、さらに前駆体繊維束Ｆの端部同士が接続され、これを繰り返すことにより前駆体繊維束Ｆが連続的に供給される。
【０００６】
また、各箱組１１４ａ、１１４ｂにおいては、前駆体繊維束Ｆの接続作業や、空になった供給箱の交換、糸切れなどの問題が発生した供給箱もしくは待機箱の取り出し作業など作業が必要となる。そのため、箱列１１６ａ、１１６ｂからなる箱群１１８の短手方向（ｙ軸方向）の両側には、それらの作業に要する作業空間が設けられる（図９）。
供給領域５では、このように作業動線を確保しつつ、供給領域を省スペース化するために、箱組１１４ａ、１１４ｂをｘ軸方向に連続して配置させて箱列１１６ａ、１１６ｂを形成させている。
【特許文献１】特開２０００−１４４５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、供給領域５では、供給箱および待機箱を配置する空間および前記作業空間に必要な空間が大きく、供給領域の省スペース化が不十分であった。また、各作業空間が分断されているため、作業動線が長くなる傾向があった。
そのため、前駆体繊維束Ｆの接続作業などに要する作業動線を確保しつつ、供給領域を省スペース化すること、および作業動線を短くするなど連続生産性を向上させることが望まれている。
【０００８】
そこで、本発明では、前駆体繊維束Ｆの接続作業などに要する作業動線を確保すると共に、供給領域が省スペース化され、かつ連続生産性にも優れた炭素繊維製造設備を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の炭素繊維製造設備は、炭素繊維前駆体繊維束を焼成して炭素繊維を製造する炭素繊維製造装置と、前記炭素繊維製造装置に前記炭素繊維前駆体繊維束を供給する供給領域とを備えた炭素繊維の製造設備であって、前記供給領域に、前記炭素繊維製造装置に供給される炭素繊維前駆体繊維束を収納する供給箱、および該供給箱に収納された炭素繊維前駆体繊維束の終端に始端が接続される炭素繊維前駆体繊維束を収納する待機箱が隣接された箱組が、それら供給箱と待機箱の隣接させた方向に沿って複数並べられた第１の箱列と、該第１の箱列に隣接し、かつ第１の箱列の供給箱および待機箱に隣接する箱が第１の箱列と同種の箱となるように供給箱および待機箱が並べられた第２の箱列とからなる箱群が、前記箱列の長手方向が供給領域から炭素繊維製造装置に向かう炭素繊維前駆体繊維束の進行方向に対して垂直方向となるように、かつ隣り合う箱群が前記進行方向に間隔を開けて、複数群配置されていることを特徴とする設備である。
【００１０】
また、本発明の炭素繊維製造設備は、前記進行方向に隣り合う箱群の間隔が前記供給箱および前記待機箱の幅以上であることが好ましい。
また、前記供給領域に、前記供給箱から前記炭素繊維前駆体繊維束を前記直角方向に送り出した後、該炭素繊維前駆体繊維束を前記進行方向に方向転換する機構が設けられていることが好ましい。
また、前記供給領域に、複数群の箱群が、前記供給箱および前記待機箱が前記進行方向に沿って一直線上に並ぶように配置され、さらに、前記進行方向に沿って一直線上に並んだ前記供給箱および前記待機箱を、前記進行方向に沿ってそれぞれ移動させる複数のベルトコンベアが設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の炭素繊維製造設備は、前駆体繊維束Ｆの接続作業などに要する作業動線を確保すると共に、供給領域が省スペース化されている。また、本発明の炭素繊維製造設備は、連続生産性にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［炭素繊維製造設備］
図１は、本発明の炭素繊維製造設備の実施形態の一例を示した概略構成図である。
本実施形態の炭素繊維製造設備１は、炭素繊維を製造する設備であって、図１に示すように、炭素繊維前駆体繊維束Ｆ（以下、前駆体繊維束Ｆという。）を焼成して炭素繊維を製造する炭素繊維製造装置６（以下、製造装置６という。）と、製造装置６に前駆体繊維束Ｆを供給する供給領域２とを備えた設備である。本実施形態では、図１に示すように、供給領域２から製造装置６へと供給される前駆体繊維束Ｆの進行方向をｘ軸方向、供給領域２の鉛直方向をｚ軸方向、ｘ−ｚ平面に直行する方向をｙ軸方向とする。
【００１３】
（供給領域）
本実施形態の供給領域２は、図２に示すように、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが一対となって隣接された箱組１４ａが、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが隣接された方向に沿って、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが交互になるように並べられた第１の箱列１６ａ（以下、箱列１６ａという。）と、箱列１６ａに隣接し、かつ箱列１６ａの供給箱１０ａおよび待機箱１２ａに隣接する箱が箱列１６ａと同種の箱となるように、供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂが一対となって隣接された箱組１４ｂが並べられた第２の箱列１６ｂ（以下、箱列１６ｂという。）とからなる箱群１８が、箱列１６ａ、１６ｂの長手方向が供給領域２から製造装置６に向かう前駆体繊維束Ｆの進行方向（すなわち、ｘ軸方向。以下、単にｘ軸方向という。）に対して垂直方向（すなわち、ｙ軸方向。以下、単にｙ軸方向という。）となるように、かつ隣り合う箱群１８がｘ軸方向に間隔を開けて、複数群配置されている。
また、供給領域２には、ｘ軸方向に一直線上に並んだ供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂをｘ軸方向に沿ってそれぞれ移動させるベルトコンベア２０ａ、２０ｂが設けられている。
また、図３〜５に示すように、各箱組１４ａ、１４ｂには、前駆体繊維Ｆを供給領域２から製造装置６へと送り出すガイドローラ２２、２４が設置されている。
【００１４】
供給箱１０ａ、１０ｂは、製造装置６に供給される前駆体繊維束Ｆを収納する箱である。また、待機箱１２ａ、１２ｂは、供給箱１０ａ、１０ｂに収納された前駆体繊維束Ｆの終端に始端が接続される前駆体繊維束Ｆを収納する箱である。
供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂは、前駆体繊維束Ｆを収納できる箱であれば特に制限はなく、炭素繊維の製造に通常用いられる箱が使用できる。供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂは、同じ箱が用いられる。
【００１５】
供給箱の数（供給箱１０ａと供給箱１０ｂの合計数）は、製造装置６において焼成する前駆体繊維束Ｆの本数を満たす数であれば特に限定されず、１６〜５００個であることが好ましい。また、待機箱の数（待機箱１２ａと待機箱１２ｂの合計数）は、供給箱と同様に、製造装置６において焼成する前駆体繊維束Ｆの本数を満たす数であれば特に限定されず、１６〜５００個であることが好ましい。
【００１６】
また、供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂへの前駆体繊維束Ｆの収納は、前駆体繊維束Ｆを、その折り畳み方向が供給箱と待機箱とが隣接されている方向（ｙ軸方向）に沿うように収納しておくことが好ましい（図３）。これにより、撚れを生じさせずに前駆体繊維束Ｆを供給することが容易になる。
【００１７】
箱列１６ａは、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａが一対となって隣接された箱組１４ａ（図２では２組）が、供給箱１０ａと待機箱１２ａが交互になるように並べられることにより形成されている。
また、箱列１６ｂは、箱列１６ａと同様に、供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂが一対となって隣接された箱組１４ｂ（図２では２組）が、供給箱１０ｂと待機箱１２ｂが交互になるように並べられることにより形成されている。
【００１８】
箱列１６ａにおける供給箱１０ａの数は、２〜１２個であることが好ましく、４〜８個であることがより好ましい。供給箱１０ａの数が２個以上であれば、供給領域２のｘ軸方向の長さが長くなりすぎることを防ぎやすい。また、供給箱１０ａの数が８個以下であれば、炭素繊維製造中に供給領域２内のいずれかの供給箱もしくは待機箱で糸切れなどの問題が生じた場合に、その箱のみを取り出すことが容易になる。
箱列１６ａにおける待機箱１２ａの数は、供給箱１０ａと同数である。また、箱列１６ｂにおける供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂの数は、箱列１６ａにおける供給箱１０ａおよび待機箱１２ｂと同数である。
【００１９】
箱群１８は、箱列１６ａの供給箱１０ａが箱列１６ｂの供給箱１０ｂと隣接し、箱列１６ａの待機箱１２ａが箱列１６ｂの待機箱１２ｂと隣接するように、箱列１６ａと箱列１６ｂとが隣接させることにより形成されている。
箱群１８は、箱列１６ａ、１６ｂの長手方向がｙ軸方向に沿うように配置されている。
【００２０】
また、箱群１８は、隣り合う箱群１８がｘ軸方向に間隔を開けて配置されている。これにより、各箱組１４ａ、１４ｂにおいて、供給箱１０ａ、１０ｂの前駆体繊維束Ｆと待機箱１２ａ、１２ｂの前駆体繊維束Ｆとの端部同士の接続作業に要する作業動線を確保できる。
ｘ軸方向に隣り合う箱群１８の間隔は、供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂのｘ軸方向の幅ｄ以上であることが好ましい。ただし、前記幅ｄとは、供給箱１０ａ、１０ｂ（あるいは待機箱１２ａ、１２ｂ）における、供給箱と待機箱を隣接させた方向に対して直角方向の長さである（図４）。
箱群１８のｘ軸方向の間隔を幅ｄ以上とすることにより、炭素繊維製造中に供給領域２内のいずれかの供給箱もしくは待機箱で糸切れなどの問題が生じた場合に、その箱のみを取り出すことが容易になる。
【００２１】
また、同数の供給箱１０ａおよび待機箱１２ａを、同じ領域面積の供給領域に配列させる場合には、箱群１８を、ｙ軸方向にも間隔を開けて複数群配置させることが好ましい。これにより、供給領域２内における作業動線を短くすることができ、作業性が向上する。
【００２２】
ｙ軸方向に箱群１８を複数群配置する場合、ｙ軸方向に隣り合う箱群１８の間隔は、図８に示すように、箱体のｙ軸方向の幅ｅ以上であることが好ましい。これにより、炭素繊維製造中に供給領域２内のいずれかの供給箱もしくは待機箱で糸切れなどの問題が生じた場合に、その箱のみを取り出すことが容易になる。
【００２３】
箱群１８のｘ軸方向の数は、省スペース化、ならびに供給箱および待機箱の取替え作業の容易性の点から、２〜１２５であることが好ましい。
箱群１８のｙ軸方向の数は、省スペース化、ならびに供給箱および待機箱の取替え作業の容易性の点から、２〜４であることが好ましい。
【００２４】
また、本発明における供給領域は、図２に示すように、供給箱１０ａ、１０ｂと待機箱１２ａ、１２ｂとを、それぞれｘ軸方向に沿って一直線上に並ぶように配置させ、これら一直線上に並んだ供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂをそれぞれｘ軸方向に移動させるベルトコンベア２０ａ、２０ｂが設けられていることが特に好ましい。
ベルトコンベア２０ａは、ｘ軸方向に一直線上に並んだ供給箱１０ａおよび供給箱１０ｂをｘ軸方向に沿って移動させることができる。また、ベルトコンベア２０ｂは、ｘ軸方向に一直線上に並んだ待機箱１２ａおよび待機箱１２ｂをｘ軸方向に沿って移動させることができる。これにより、供給箱が空になった際、一直線上に並んだそれら空の供給箱を一度に搬出し、ついで前駆体繊維束Ｆが収納された待機箱を一度に搬入することを自動化できる。
【００２５】
ガイドローラ２２は、供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂ（供給箱１０ａ、１０ｂが空になった後に供給箱となる。）から前駆体繊維束Ｆをｚ軸方向に引き上げて、ｙ軸方向に送り出すローラである。
ガイドローラ２２は、供給箱１０ａおよび待機箱１２ａ（供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂも同様。）の両方から撚れを起こさずに前駆体繊維束Ｆを引き上げやすくなる点から、供給箱１０ａと待機箱１２ａとの中間点の上部に設置されることが好ましい（図３）。
また、撚れを起こさずに前駆体繊維束Ｆを引き上げることが容易になる点から、前駆体繊維束Ｆを、その折り畳み方向が供給箱と待機箱とが隣接されている方向（ｙ軸方向）に沿うように供給箱および待機箱に収納しておき、その方向（ｙ軸方向）に沿って送り出すことが好ましい。
【００２６】
ガイドローラ２４は、ガイドローラ２２によってｙ軸方向に送り出された前駆体繊維束Ｆを、製造装置６の方向（ｘ軸方向）へと方向転換するローラである。
このように、前駆体繊維束Ｆをｙ軸方向に送り出した後、該前駆体繊維束Ｆの進行方向をｘ軸方向に方向転換する機構を設けることにより、供給する際に前駆体繊維束Ｆに撚れが生じることを抑制しやすくなる。また、前記機構は、前駆体繊維束Ｆをｙ軸方向に送り出した後にｘ軸方向に方向転換できるものであれば特に限定はない。
【００２７】
各々の箱組１４ａ、１４ｂに設置されるガイドローラ２２、２４は、それぞれの前駆体繊維束Ｆを所望の位置関係で製造装置６に供給できるものであれば、設置位置に特に限定はない。例えば、ガイドローラ２４のｙ軸方向の位置を調整することにより、隣接する供給箱１０ａと供給箱１０ｂから供給されるそれぞれの前駆体繊維束Ｆのｙ軸方向の走行位置を調整することができる（図４）。また、同様に、ガイドローラ２２、２４の高さを調整することにより、それぞれの前駆体繊維束Ｆのｚ軸方向の走行位置を調整することができる。
【００２８】
供給領域２は、以上のように供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂが配列されることにより、省スペース化されている。以下、具体例を示して説明する。
例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、同数（箱数８０個）の供給箱および待機箱（同じ箱であり、配置に要する領域の面積をＳとする。）が、供給領域２もしくは供給領域５（図９〜１１に例示）のように配列され、かつ箱１つ分の作業空間を設けて作業動線を確保した場合を考える。供給領域２および供給領域５は共に、供給箱と待機箱の一対となって隣接された箱組がｙ軸方向に沿って４組配列され、さらにそれらがｘ軸方向に沿って配列された形態である。
【００２９】
供給領域２（図６（ａ））では、各箱群１８のｘ軸方向の両側にそれぞれ箱１つ分の作業空間が形成されており、ｙ軸方向に隣り合う箱群１８の間にも箱１つ分の空間を設けている。これにより作業動線が確保されており、全ての箱組１４ａ、１４ｂにおいて、前駆体繊維束Ｆの接続作業や、糸切れなどの問題が生じた箱のみを供給領域２外に取り出す作業などが行える。
同様に、供給領域５（図６（ｂ））では、各箱群１１８のｙ軸方向の両側に箱１つ分の作業空間を設けている。これにより作業動線が確保されており、全ての箱組１１４ａ、１１４ｂにおいて、前駆体繊維束Ｆの接続作業や、糸切れなどの問題が生じた箱体のみを供給領域５外に取り出す作業などが行える。
【００３０】
ここで、供給領域２（図６（ａ））のｙ軸方向に並ぶ２つの箱群１８（箱数１６個）の配置領域を領域Ａとすると、領域Ａの占める面積は、箱数が１６個、作業空間が箱数１１個分であるので、箱一個あたりの面積をＳとすると２７Ｓとなる。つまり、領域Ａをｎ個並べる供給領域２の場合、供給領域２の面積ＳＡはＳＡ＝ｎ×２７Ｓとなる。図６（ａ）の例示では、ｎ＝５であるので面積ＳＡは１３５Ｓである。
【００３１】
一方、供給領域５（図６（ｂ））において、供給領域２と同数（箱数１６個）の供給箱および待機箱を配置する配置領域を領域Ｂとすると、領域Ｂの占める面積は、箱数が１６個、作業空間が箱数１２個分であるので２８Ｓとなる。つまり、領域Ｂをｎ個並べる供給領域５の場合、供給領域５の面積ＳＢはＳＢ＝ｎ×２８Ｓとなる。図６（ｂ）の例示では、ｎ＝５であるので面積ＳＡは１４０Ｓである。
このように、同数の箱体を配置する場合、供給領域２の面積ＳＡは供給領域５の面積ＳＢよりも小さくなる。以上のように、本発明の供給領域２は、同数の箱体を使用する従来の供給領域に比べて省スペース化されている。
【００３２】
また、供給領域５はｙ軸方向の供給箱および待機箱の数が４個であるのに対し、供給領域２ではｙ軸方向の供給箱および待機箱の数が８個である。そのため、既存の供給領域において供給領域５の配列形態から供給領域２の配列形態に変更することにより、ｘ軸方向の長さを短くすることができる。
【００３３】
尚、本発明の炭素繊維製造設備における供給領域は、図１〜５に例示した供給領域２には限定されない。例えば、図７に示すように、４個の箱組１４ａ、１４ｂからなる箱群１８を、ｘ軸方向に沿って間隔を開けて並べた供給領域３（供給領域２と箱数は同じ。）であってもよい。ただし、供給領域２のように、２個の箱組１４ａ、１４ｂからなる箱群１８をｙ軸方向に間隔を開けて配置し、それらがさらにｘ軸方向に沿って間隔を開けて配置されている方が、作業動線が短くなる点で好ましい。
【００３４】
また、各箱群１８における箱列１６ａ、１６ｂを形成する箱組１４ａ、１４ｂが、供給箱１０ａ、１０ｂおよび待機箱１２ａ、１２ｂが交互にならないように並べられていてもよい。例えば、図８に示すように、待機箱１２ａ、供給箱１０ａ、供給箱１０ａ、待機箱１２ａの順、もしくは供給箱１０ａ、待機箱１２ａ、待機箱１２ａ、供給箱１０ａの順に並んでいる箱列１６ａと、それに対応する箱列１６ｂとからなる箱群１８が配置された供給領域４であってもよい。
【００３５】
また、各箱群１８が、ｘ軸方向に一直線に同種の箱が並ぶように配置されていなくてもよいが、ベルトコンベア２０ａ、２０ｂによる自動化により連続生産性が高くなる点から、図１、７および８に示すように、ｘ軸方向に沿って供給箱および待機箱が一直線上に並ぶようにすることが好ましい。
【００３６】
また、前駆体繊維Ｆを供給する機構は、ガイドローラ２２、２４のような、前駆体繊維束Ｆをｙ軸方向に送り出した後に、ｘ軸方向に方向転換する機構には限定されない。
【００３７】
前駆体繊維束Ｆは、用途に応じて選択すればよく、例えば、ポリアクリロニトリルの単独重合体、あるいはポリアクリロニトリルと他の単量体との共重合体などのポリアクリロニトリル系重合体からなる炭素繊維前駆体繊維束などが挙げられる。
【００３８】
（炭素繊維製造装置）
炭素繊維製造装置６は、図１に示すように、前駆体繊維束Ｆを耐炎化して耐炎化繊維束を得る耐炎化炉３０と、耐炎化繊維束を炭素化処理して炭素繊維を得る炭素化炉３２と、炭素繊維に表面処理を施す表面処理装置３４と、炭素繊維にサイジング剤を付与するサイジング剤付与装置３６と、炭素繊維を巻き取る巻取機３８とを備えている。
【００３９】
耐炎化炉３０は、前駆体繊維束Ｆを酸化性雰囲気下に加熱することにより耐炎化処理して耐炎化繊維束を得る炉である。耐炎化炉３０は、前駆体繊維束Ｆを耐炎化できるものであればよく、炭素繊維の製造に通常用いられる耐炎化炉を用いることができる。耐炎化炉３０は、１つのみであってもよく、複数の耐炎化炉が連結されたものであってもよい。
【００４０】
炭素化炉３２は、耐炎化処理により得られた耐炎化繊維束を不活性雰囲気下に加熱することにより炭素化処理して炭素繊維を得る炉である。炭素化炉３２は、耐炎化繊維束を炭素化できるものであればよく、炭素繊維の製造に通常用いられる炭素化炉を用いることができる。炭素化炉３２は、１つのみであってもよく、複数の炭素化炉が連結されたものであってもよい。
【００４１】
表面処理装置３４は、炭素繊維の表面を処理して、炭素繊維とエポキシ樹脂などの樹脂との接着性を向上させる装置である。表面処理装置３４としては、例えば、オゾン酸化などの乾式法により炭素繊維に表面処理を施す表面処理装置や、電解質中で電解処理する湿式法によりに炭素繊維に表面処理を施す表面処理装置などが挙げられる。
【００４２】
サイジング剤付与装置３６は、表面処理された炭素繊維にサイジング剤を付与する装置である。サイジング剤付与装置３６は、サイジング剤を炭素繊維に付与できるものであれば特に限定されない。サイジング剤を付与することにより、炭素繊維の取り扱い性や、繊維強化樹脂との親和性が向上する。
サイジング剤は、所望の特性を得ることができるものであればよく、例えば、エポキシ樹脂、ポリエーテル樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂を主成分とするサイジング剤が挙げられる。
【００４３】
巻取機３８は、得られた炭素繊維を巻き取る機械である。巻取機３８は、炭素繊維を巻き取ることができるものであれば特に限定されず、炭素繊維の製造に通常用いられる巻取機を用いることができる。
【００４４】
尚、本発明における炭素繊維製造装置は、図１に例示した製造装置６には限定されず、表面処理装置３４およびサイジング剤付与装置３６を有していない製造装置であってもよい。
【００４５】
（炭素繊維の製造方法）
以下、図１に例示した炭素繊維製造設備１による炭素繊維の製造について説明する。まず、供給領域２において、各箱組１４ａで供給箱１０ａの前駆体繊維束Ｆの終端と待機箱１２ａの始端とを接続して接続部ａを形成する（供給箱１０ｂおよび待機箱１２ｂについても同様。以下、同じ。）。ついで、ガイドローラ２２、２４により各供給箱１０ａから前駆体繊維束Ｆが製造装置６へと供給されていく。
各供給箱１０ａの前駆体繊維束Ｆが供給され終わると、続いて待機箱１２ａが供給箱（供給箱１０Ａとする。）となり前駆体繊維束Ｆが連続的に供給されていく。空になった供給箱１０ａはベルトコンベア２０ａにより供給領域２外へと搬出し、ついで次の待機箱（待機箱１２Ａとする。）を搬入する。そして、供給箱１０Ａの前駆体繊維束Ｆの終端と待機箱１２Ａの始端とを接続して接続部ａを形成する。
さらに、供給箱１０Ａ（待機箱１２ａであったもの）の前駆体繊維束Ｆが全て供給されると、待機箱１２Ａが供給箱（供給箱１０Ｂとする。）となる。空になった供給箱１０Ａはベルトコンベア２０ｂにより搬出し、ついで次の待機箱（待機箱１２Ｂとする。）を搬入する。ついで、供給箱１０Ｂの前駆体繊維束Ｆの終端と待機箱１２Ｂの始端とを接続して接続部ａを形成する。これを繰り返すことにより、前駆体繊維束Ｆを連続的に製造装置６に供給する。
【００４６】
製造装置６に供給された前駆体繊維束Ｆは、耐炎化炉３０により耐炎化処理されて耐炎化繊維束となる。耐炎化処理は、２００〜３００℃で行うことが好ましい。
さらに、得られた耐炎化繊維束は、炭素化炉３２により炭素化処理されて炭素繊維となる。炭素化処理は、３００〜２０００℃で行うことが好ましい。
ついで、本実施形態では、炭素化炉３２で得られた炭素繊維を表面処理装置３４により表面処理し、洗浄、乾燥を行った後、サイジング剤付与装置３６によりサイジング剤を付与して乾燥する。
ついで、得られた炭素繊維を巻取機３８により巻き取る。
以上のようにして炭素繊維が製造される。
【００４７】
図９〜１１に例示した従来の供給領域５では、多数の供給箱および待機箱を交互に並べていたため、一直線上に並べられた多数の箱が同種の箱となるようにすることができなかった。そのため、空になった供給箱を搬出し、新たな待機箱を搬入することを別々に多数回行わなければならず、作業が非常に煩雑であった。
一方、本発明の炭素繊維製造設備では、供給領域に、多数の供給箱および待機箱を、同種の箱が一直線上に並ぶように並べることができる。そのため、それらの搬入および搬出をベルトコンベアで自動化することができることから、炭素繊維の連続生産性に優れる。
【００４８】
以上説明したように、本発明の炭素繊維製造設備は、前駆体繊維束Ｆの接続作業などに要する作業動線を確保すると共に、供給領域が省スペース化されている。また、本発明の炭素繊維製造設備は、作業動線を短くすることができ、またベルトコンベアによる自動化も可能であるため、連続生産性に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の炭素繊維製造設備は、供給領域が省スペース化され、かつ炭素繊維の連続生産性を向上させることができるため、炭素繊維の製造に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の炭素繊維製造設備の実施形態の一例を示した概略構成図である。
【図２】本発明における供給領域の実施形態の一例を示した概略構成図である。
【図３】本発明における供給領域２の箱組１４ａをｘ軸方向から見た側面図である。
【図４】本発明における供給領域２の前駆体繊維束Ｆの供給方法の一例を示した平面図である。
【図５】図３の箱組１４ａをｙ軸方向から見た正面図である。
【図６】本発明の供給領域および従来の供給領域の一例を示した模式図である。
【図７】本発明における供給領域の他の実施形態を示した概略構成図である。
【図８】本発明における供給領域の他の実施形態を示した概略構成図である。
【図９】従来の供給領域の実施形態の一例を示した概略構成図である。
【図１０】図９の供給領域をｙ軸方向から見た正面図である。
【図１１】図９の供給領域の前駆体繊維束Ｆの供給方法の一例を示した平面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 炭素繊維製造設備 ２ 供給領域 ５ 従来の供給領域 ６ 炭素繊維製造装置 １０ａ、１０ｂ 供給箱 １２ａ、１２ｂ 待機箱 １４ａ、１４ｂ 箱組 １６ａ 第１の箱列 １６ｂ 第２の箱列 １８ 箱群 ２０ａ、２０ｂ ベルトコンベア ２２ ガイドローラ ２４ ガイドローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維前駆体繊維束を焼成して炭素繊維を製造する炭素繊維製造装置と、前記炭素繊維製造装置に前記炭素繊維前駆体繊維束を供給する供給領域とを備えた炭素繊維の製造設備であって、
前記供給領域に、前記炭素繊維製造装置に供給される炭素繊維前駆体繊維束を収納する供給箱、および該供給箱に収納された炭素繊維前駆体繊維束の終端に始端が接続される炭素繊維前駆体繊維束を収納する待機箱が隣接された箱組が、それら供給箱と待機箱の隣接させた方向に沿って複数並べられた第１の箱列と、該第１の箱列に隣接し、かつ第１の箱列の供給箱および待機箱に隣接する箱が第１の箱列と同種の箱となるように供給箱および待機箱が並べられた第２の箱列とからなる箱群が、前記箱列の長手方向が供給領域から炭素繊維製造装置に向かう炭素繊維前駆体繊維束の進行方向に対して垂直方向となるように、かつ隣り合う箱群が前記進行方向に間隔を開けて、複数群配置されていることを特徴とする炭素繊維製造設備。
【請求項２】
前記進行方向に隣り合う箱群の間隔が前記供給箱および前記待機箱の幅以上である、請求項１に記載の炭素繊維製造設備。
【請求項３】
前記供給領域に、前記供給箱から前記炭素繊維前駆体繊維束を前記直角方向に送り出した後、該炭素繊維前駆体繊維束を前記進行方向に方向転換する機構が設けられている、請求項１または２に記載の炭素繊維製造設備。
【請求項４】
前記供給領域に、複数群の箱群が、前記供給箱および前記待機箱が前記進行方向に沿って一直線上に並ぶように配置され、
さらに、前記進行方向に沿って一直線上に並んだ前記供給箱および前記待機箱を、前記進行方向に沿ってそれぞれ移動させる複数のベルトコンベアが設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維製造設備。
【請求項１】
炭素繊維前駆体繊維束を焼成して炭素繊維を製造する炭素繊維製造装置と、前記炭素繊維製造装置に前記炭素繊維前駆体繊維束を供給する供給領域とを備えた炭素繊維の製造設備であって、
前記供給領域に、前記炭素繊維製造装置に供給される炭素繊維前駆体繊維束を収納する供給箱、および該供給箱に収納された炭素繊維前駆体繊維束の終端に始端が接続される炭素繊維前駆体繊維束を収納する待機箱が隣接された箱組が、それら供給箱と待機箱の隣接させた方向に沿って複数並べられた第１の箱列と、該第１の箱列に隣接し、かつ第１の箱列の供給箱および待機箱に隣接する箱が第１の箱列と同種の箱となるように供給箱および待機箱が並べられた第２の箱列とからなる箱群が、前記箱列の長手方向が供給領域から炭素繊維製造装置に向かう炭素繊維前駆体繊維束の進行方向に対して垂直方向となるように、かつ隣り合う箱群が前記進行方向に間隔を開けて、複数群配置されていることを特徴とする炭素繊維製造設備。
【請求項２】
前記進行方向に隣り合う箱群の間隔が前記供給箱および前記待機箱の幅以上である、請求項１に記載の炭素繊維製造設備。
【請求項３】
前記供給領域に、前記供給箱から前記炭素繊維前駆体繊維束を前記直角方向に送り出した後、該炭素繊維前駆体繊維束を前記進行方向に方向転換する機構が設けられている、請求項１または２に記載の炭素繊維製造設備。
【請求項４】
前記供給領域に、複数群の箱群が、前記供給箱および前記待機箱が前記進行方向に沿って一直線上に並ぶように配置され、
さらに、前記進行方向に沿って一直線上に並んだ前記供給箱および前記待機箱を、前記進行方向に沿ってそれぞれ移動させる複数のベルトコンベアが設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維製造設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２５６８３６（Ｐ２００９−２５６８３６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０８９７１（Ｐ２００８−１０８９７１）
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【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１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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