繊維束の開繊方法とその方法に使用する装置
【課題】繊維束を一挙に高速かつ簡便に開繊を行うことができ、しかも構成繊維が幅方向へ平行かつ一様な密度に整列した状態の高品質な開繊繊維束や開繊糸シートを高能率に製造できる繊維束の開繊方法と、その開繊装置を提供する。
【解決手段】給糸体１１から送り出されてくる繊維束Ｔｍを、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させることにより、移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的に変化させ、こうして張力変化を伴いながら移動する繊維束を、流体通流部３１ａへ架線状態で移動させ、前記繊維束を流体通流部３１ａで流体と接触させて流体通過方向へ撓曲させ、その際生じた繊維束の間隙に当該流体を通過させて繊維同士の間隔を幅方向に広げる繊維束の開繊方法。
【解決手段】給糸体１１から送り出されてくる繊維束Ｔｍを、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させることにより、移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的に変化させ、こうして張力変化を伴いながら移動する繊維束を、流体通流部３１ａへ架線状態で移動させ、前記繊維束を流体通流部３１ａで流体と接触させて流体通過方向へ撓曲させ、その際生じた繊維束の間隙に当該流体を通過させて繊維同士の間隔を幅方向に広げる繊維束の開繊方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維束の開繊技術、より詳しくは、繊維束を、乱流のない流動流体に複数回にわたり連続的に波状に撓ませながら繰り返し接触させつゝ移動させ、要すれば、この開繊作用を受けながら移動する繊維束に対して当該移動方向とは交差する方向へ断続的に局部押圧を加えて繰り返し張力変化を与え、更に要すれば、開繊進行途上にある開繊繊維束に対して開繊幅方向へ直線的な進退摩擦を付与して、高品質の開繊繊維束および開繊糸シートを量産することができる繊維束の開繊方法とその方法に使用する開繊装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの強化繊維とエポキシ樹脂などのマトリックス樹脂とからなる繊維強化複合材料は、軽量にして機械的強度や耐食性にも優れているところから、釣り竿やゴルフシャフトのごとき一般消費者のための耐久消費材、産業機械の構成部品など、さらには航空機・ロケットなど幅広い分野で用いられている。しかして、この繊維強化複合材料の成形体を製造する方法としては、前記強化繊維から成るプリプレグシート（ｐｒｅｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎｓｈｅｅｔ）の繊維間にマトリクス樹脂を含浸せしめた中間材料を用いるのが一般的である。そして、近年においては製品に対する軽量化の要請が高まり、より均一で薄いプリプレグシートが求められるようになってきた。
【０００３】
もし、そのような均一で薄いプリプレグシートが大量かつ安価に得られるならば、薄肉成形体を量産できるだけではなく、一方向へ整然と引き揃えられた繊維シートは縦横斜めに繊維の向きを様々に組み合わせて積層させることにより多重プリプレグシートにアレンジすることも可能にする。そして、そのような積層プリプレグシートが実現されて、これを使用して繊維強化製品を製することができたならば、その製品の破壊強度を大幅に向上する。このような産業各分野の要請から、繊維束を構成する繊維が幅方向に平行で、しかも全体的に薄くて繊維の分布密度も一様な開繊繊維シートの合理的製造技術が必要になってきているのである。
【０００４】
また、プリプレグシートの製造に関しては、開繊した強化繊維束の材料コストの低減化も要求される。均一で薄いプリプレグシートを作る場合には、通常、フィラメント数の少ない強化繊維束を一方向に引揃えて使うのが簡単である。しかし、フィラメント数の少ない強化繊維束は高価であることから、フィラメント数の多い強化繊維束を使用しなければならなくなる。そこで、フィラメント数の多い強化繊維束を開繊して、薄い強化繊維束シートを作り、これを用いて相対的に安価で、薄くて繊維並びの均一なプリプレグシートを得る技術が必要となるのである。
【０００５】
従来、繊維束を開繊する方法としては、丸棒で繊維束を扱いて構成繊維を延し広げる方法、水流や高圧空気流を当てゝ構成繊維を幅方向へ散ける方法、そして超音波で各繊維を振動させ散けさせる方法等が知られている。例えば、丸棒で扱く方法としては、軸方向に振動する回転ロールに繊維束を接触通過させ開繊させる方法（特開昭５６−４３４３５号公報）、３０〜９０°に配置された複数本のロールに繊維束を接触通過させて開繊させる方法（特公平３−３１８２３号公報）などがある。また、水流や高圧空気流を作用させる方法としては、高圧流体を繊維束に当てゝ開繊させる方法（特開昭５２−１５１３６２公報）、移動する繊維束に当該移動方向に対し垂直に流体当てゝ、その際の流体分散力によって開繊させる方法（特開昭５７−７７３４２公報）があり、さらに超音波を利用する方法としては、軸方向に超音波振動している丸棒に直交方向に繊維束を接触させ開繊させる方法（特開平１−２８２３６２号公報）などがある。
【０００６】
しかしながら、上記何れの従来方法にあっても、収束方向へ復元力の働く繊維束に対して、繊維束を引っ張りながら走行させ物理的な力を付加して繊維を強制的に幅方向へ移動させ開繊させようとする。このため、開繊幅は広くならず、かつ繊維は傷付き、毛羽立ち・繊維切れなどを生ずる。この場合、繊維束の走行速度を高めるならば、丸棒で扱く方法にあっては丸棒と繊維束の摩擦抵抗が大きくなりより繊維切れが生じ易くなるし、水流を作用させる方法では水の乾燥に大きなエネルギーを必要とするなどの難点が生ずる。このように従来においては、繊維束を高速、かつ連続安定して幅広く開繊することは難しく、有効な技術が未だ確立されていなかったのである。
【０００７】
ところが、かゝる状況下で本発明者らは、特許第３０４９２２５号「開繊シートの製造方法、および開繊シート製造装置」、特許第３０６４０１９号「マルチフィラメント開繊シートの製造方法、およびその製造装置」を提案し、繊維束を撓ませた状態にして繊維束の移動方向と直行方向に吸引空気流を作用させることにより、繊維束を幅広く、かつ繊維分布が良好な開繊繊維束を製造することに成功した。この方法では、繊維束が撓んでいることにより、繊維束を構成する各繊維が幅方向に無理なく移動できる、つまり、幅方向に開繊し易い状態となり、この状態にある繊維束に吸引空気流を作用させ、各繊維間に空気を通過させることにより、繊維分散性の良い、幅広な開繊を実施できるようになったのである。
【０００８】
しかしながら、本発明者が先に提案した開繊技術においても、フロントフィーダ、吸引風洞管、バックフィーダ、撓み測定センサーなどを１単位とした開繊機構を必要とする。そして、繊維束の繊維をより均一に分散させ、もっと幅広く薄く開繊させようとするならば、そのような開繊機構を何連も連続的に縦列的に設置し徐々に開繊を進行させる必要があり、装置の大型化となっていた。また、多数本の繊維束を幅方向に並べ、同時に開繊を進行させようとするならば、前記の開繊機構を幅方向にも並列させなければならず、さらに装置が大型化・複雑化する問題を生じているのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５６−４３４３５号公報
【特許文献２】特公平３−３１８２３号公報
【特許文献３】特開昭５２−１５１３６２公報
【特許文献４】特開昭５７−７７３４２公報
【特許文献５】特開平１−２８２３６２号公報
【特許文献６】特許第３０４９２２５号公報
【特許文献７】特許第３０６４０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、開繊繊維束を製造する従来技術に前述の如き技術的隘路があったのに鑑みて為されたものであって、構成繊維が幅方向へ平行かつ一様な密度に整列した状態の高品質な開繊繊維束および開繊糸シートを高能率に製造することができる合理的な繊維束の開繊方法と、その方法を有利に実施することができる開繊装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、ＦＲＰやＦＲＴＰ成形品などの補強基材として使用するに足るだけの十分に広幅で、構成繊維の間にも高粘度の溶融熱可塑性樹脂を円滑かつ一様に含浸させ得る樹脂浸透性の優れた繊維束の開繊方法と、それに使用する開繊装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、高強度繊維（例えば、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アロマティック・ポリアミド繊維など）の集束した繊維束を省スペースで安価に開繊して広幅の開繊繊維束に加工することができる経済的な繊維束の開繊方法と、その装置を提供するにある。
【００１３】
さらに、本発明の他の目的は、高強度繊維束を一挙に高速かつ簡便に開繊を行うことができる方法と装置を提供するにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、以下の説明において一層具体的に解説してゆくものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者が上記課題を解決するために採用した方法的手段と機械的手段は、添附図面を参照して説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
給糸体１１（ボビン、コーン、チーズ等）から送り出されてくる繊維束Tmを、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させることにより、移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的に変化させ、こうして張力変化を伴いながら移動する繊維束を、流体通流部３１ａに架線状態を成して渡る如く移動させ、この流体通流部を移動する際に当該繊維束が流体との接触抵抗によって流体通過方向へ撓曲され、かつ、この流体接触抵抗を受けて繊維結束が弛められて形成された当該繊維束の間隙に前記流体を通過させることによって繊維同士の間隔を幅方向に広げて開繊を進行させ、繊維束を拡幅開繊する点に特徴がある。
【００１７】
次に、本発明者が上記課題を解決するため機械的手段として採用したところの繊維束の“開繊装置”は、繊維束Ｔｍが巻き付けられた給糸体（ボビン、コーン、チーズなど）１１と；この給糸体１１から繊維束Ｔｍを一定張力で解舒して当該繊維束の引戻りを抑制しながら送り出す繊維束供給機構２と；こうして送り出されてくる繊維束Ｔｍの移動進路に沿って配設されており、移動する当該繊維束を架線状に支持した状態にて直交方向へ流体を接触・通過させることによって前記繊維束を流体通過方向へ撓曲させながら開繊せしめる流体通流部３１ａから成る流体通流開繊機構３と；移動過程にある繊維束Ｔｍの張力を緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と交互に変化させる張力与除機構４という機構手段を採用した点に特徴がある。
【００１８】
そこで、本発明を構成する要素に関連して若干の補足説明するならば、本発明の対象とする繊維束は、ＦＲＴＰ(Ｆｉｂｅｒ ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＴｈｅｒｍｏ−Ｐｌａｓｔｉｃｓ）やＦＲＰ(Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）やＦＲＰの補強基材として使用される炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリオキシメチレン
(ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）繊維、アロマティック・ポリアミド繊維などの如き従来周知の多数の高強度繊維を集束させたマルチフィラメント形態のものが主流であるが、金属繊維や通常の合成繊維を多数本集束させた繊維束を除くものではなくて、必要に応じて、その他あらゆるマルチフィラメント形態の繊維束も対象とすることが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、給糸体１１から繊維束Ｔｍを解舒して送り出す一方、こうして送り出されてくる前記繊維束Ｔｍを、流体通流部３１ａに架線状態を成して渡る如く移動させ、この流体通流部３１ａを移動する際に当該繊維束が流体との接触抵抗によって流体通過方向へ撓曲させ、この流体接触抵抗により弛められた当該繊維束の間隙に前記流体を通過させ、更に、こうして開繊作用を受ける当該繊維束の幅面を、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させて移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的な張力変化させているので、隣接する繊維同士が平行かつ一様な密度で接線状態に寄り添った状態の理想的な拡幅開繊繊維束を高能率に製造することができる。
【００２０】
さらに、本発明は、給糸体と、繊維束供給機構と、流体通流部から成る流体通流開繊機構と、そして、繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と交互に変化させる張力与除機構とを基本要素とした極めて簡素な装置によって、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリオキシメチレン繊維、アロマティック・ポリアミド繊維などから成る高強度繊維束を省スペースに効率的に拡幅開繊することができるので、得られる開繊繊維束の製造コストは安価となり、製品自体は良質であるので、経済的にも非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例である“繊維束の開繊方法”に用いる装置例を側面から見た機構説明図である。
【図２】図１の装置例を上方から見た機構説明図である。
【図３】図３の［ａ］［ｂ］は張力与除機構の動作に応じて流体通流部を通過する繊維束に及ぶ緊張・弛緩の影響を説明するために示したモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明が具体的に実施される場合の好ましい形態を例示的に掲げつゝ添付図面を引用しながら、本発明の内容を更に詳細に説明する。
【実施例】
【００２３】
本発明の第実施例としては、図１〜図３に図示する装置例の開繊装置を用いて繊維束（１条）を開繊する具体的仕組みについて説明するものとする。
【００２４】
〔装置例〕
図１および図２において符号１１にて指示するものは、長尺の繊維束Ｔｍを多層に巻付けて成るボビン形式の給糸体であって、給糸モータ１２の出力軸に連結したボビン軸１２ａに横置状態に支承されており、給糸モータ１２の回転によって繊維束Ｔｍを繰り出し解舒可能になっている。本実施例の処理対象とする繊維束Ｔｍとしては、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束、セラミックス繊維束などの高強度繊維から成る強化繊維束、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性の合成繊維繊維を引き揃えた熱可塑性樹脂繊維束などがある。もっとも、加撚された繊維束は、撚りを完全に戻さなければ連続的に開繊できないため理論的には可能であっても、コスト的には無撚繊維束又は予め撚りの戻された解撚繊維束を用いるものとする。
【００２５】
つぎに、符号２で指示するものは繊維束供給機構である。この繊維束供給機構２は、給糸体１１から解舒され繰り出されてくる繊維束Ｔｍを所定位置に支持する回転可能な案内ロール２１と；この案内ロール２１より下流側で前記繊維束Ｔｍを支持する回転可能な前後一対の支持ロール２２・２２と；この支持ロール２２・２２と前記案内ロール２１の間に回転自在に配設され、かつ、其処を通過する繊維束Ｔｍに当接し張力変化に応じて昇降することにより当該繊維束の張力を一定の張力に保たせるための張力安定ロール２４ａと；この張力安定ロール２４ａの上限位置を検知する上限センサー２５ａおよび下限センサー２５ｂと；下流側の前記支持ロール２２に圧接して繊維束Ｔｍを挟み付けて回転するニップロール２３ａと；このニップロールに送り方向へのみ回転させ、繊維束Ｔｍが引き戻りしないように繊維束搬送方向と逆方向には回転しない一方向回転クラッチ２３ｂとから構成されている。
【００２６】
この装置例において、給糸体１１から引き出されてくる繊維束Ｔｍの張力の安定は、次のように実現される。 即ち、上記した繊維束の供給機構においては、張力安定ロール２４ａは通過する繊維束Ｔｍの張力が上がると上方へ移動し、張力が下がると下方へ移動する。そして、張力安定ロール２４ａの上昇位置が上限位置に達したときには上記上限センサー２５ａが検知して、その信号が上記給糸用モーター１２に入力されて給糸体１１の回転を増速し、繊維束Ｔｍの繰出量が増加させると張力安定ロール２４ａは下降する。そして、当該張力安定ロール２４ａが下限位置に達すると、上記の下限センサー２５ｂが検知する。すると今度は、その下限位置信号が給糸用モーター１２に入力されて給糸体１１の回転が減速され、繊維束Ｔｍの繰出量が減少する。かくして、装置例における繊維束Ｔｍの張力は常に安定に保つことができる。
【００２７】
こうして一定の初期張力を与えられた繊維束Ｔｍは、支持ロール２２とニップロール２３ａとの間を走行するが、本装置例にあってはニップロール２３ａに一方向回転クラッチ２３ｂが付設してあるので逆方向には回転せず、後述の下流側に配設される張力与除機構が繊維束に対し緊張・弛緩・緊張・弛緩・…の作用を与えてもニップロール２３ａより上流側には影響が及ぶことなく、繊維束Ｔｍは移動進路に沿って一定張力で繰り出されることになる
【００２８】
次に、図１・２の符号３で指示するものは、風洞管方式の流体通流開繊機構である。同図中の本装置例にあっては、上面の開口が流体通流部３１ａとして機能する吸引風洞管が用いられている。この流体通流部３１ａは、前記繊維束Ｔｍが移動する方向に沿って当該移動進路と同一レベルで配設されており、当該流体通流部３１ａの出入り側には通過する繊維束Ｔｍを一定レベルに支持するガイドロール３２が配設されている。そして、装置例における吸引風洞管としての流体通流部３１ａには吸気ポンプ３４が接続されており、適宜に流量調整バルブ３３を調節して吸気ポンプ３４を作動させれば流体通流部３１ａに所要流速の吸引気流が発生されるようになっている。
【００２９】
また次に、符号４で指示するものは張力与除機構であり、流体通流開繊機構３の下流に一定間隔をもって水平配置された前後１対の支持ロール４１と４１との間に配設されている。しかして、装置例における張力与除機構４は、下端に押圧ロール４２ａを有する昇降ロッド４２と；この昇降ロッド４２に屈伸自在に連結されたクランクアーム４３と；このクランク軸４３に連接する回転ロータ４３ａを出力軸に備えたクランクモータ４４とによって構成されており、クランクモータ４４が駆動して回転ロータ４３ａが回転されることによりクランクアーム４３を介して生起される昇降ロッド４２の昇降動作に応じて、押圧ロール４２ａが開繊途上にある繊維束に対し押下げ・離間動作を繰り返すことによって、当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と交互に変化させることになる。この張力与除機構４は、開繊途上にある繊維束を一定レベルに支持する支持ロール４１と４１の間に配設されている。なお、装置例１においては、クランクモーター４４の回転速度を変動させることにより、当該繊維束Ｔｍの緊張・弛緩・緊張・弛緩・…の反復サイクルを調節できるように構成してある。
【００３０】
一方、流体通流開繊機構３の流体通流部３１ａでは、繊維束Ｔｍが支持ロール２２とニップロール２３ａとの挟圧部を通過して架線状態で渡る途上にあるのであるが、当該繊維束は下流側に配設された張力与除機構４の押圧ロール４２ａによって緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と張力の急激な変化が反復的に与えられているのであって、その影響は前記支持ロール２２とニップロール２３ａに挟圧された範囲にまで及ぶ。このため、かゝる緊張・弛緩・緊張・弛緩・…の状態にある繊維束Ｔｍに対して吸引気流が作用すると、図３の［ａ］⇔［ｂ］に示されるように、当該繊維束の張力が緊張から弛緩へ移行するときは(図３の［ａ］→［ｂ］）、当該繊維束は気流の通過方向へ撓曲して流体通流部３１ａ内に存する繊維長が瞬間的に長くなり幅方向へ開繊し易い状態となるのである。即ち、当該繊維束の弛緩によって隣接する構成繊維間の緊張が緩んで隣接繊維の間への気流が通過量が増大して強力な開繊が営まれることになるのである。逆に、当該繊維束の張力が弛緩から緊張へ移行するときは（図３［ｂ］→［ａ］）、流体通流部３１ａにおける当該繊維束の撓み量が減少することになり、この際、通過繊維束は開繊された糸列状態を維持したまゝ、これらの構成各繊維は恰も吸引気流に梳られる如く真直な状態に引き揃えられることになる。
【００３１】
かくして、開繊された繊維束つまり開繊繊維束Ｔｓは、引取り機構５により引取られる。引取り機構５は引取りロール５１と引取り用モーター５２から構成されている。ちなみに補足しておくと、繊維束の移動速度は当該引取り用モーター５２の回転速度によって決定されるのであり、図示しない速度設定器によりモーター５２を制御して自由に変更調節をすることができる。また、引取り機構５の下流には、開繊繊維束Ｔｓを巻き取る巻取装置（図示せず）が配設されるのであり、更に要すれば、前記開繊繊維束Ｔｓに各種樹脂などのマトリックス含浸処理を施すプリプレグ加工装置（図示せず）を連設することも可能である。
【００３２】
そこで、上記実施例につき実施の試験例を挙げて、本発明の実際上の作用を検証しておく。
【００３３】
〔試験例〕
本発明の第１実施例の作用を検証する事例として、図１に図示する装置例１の流体通流開繊機構３の上方に更に加熱器として熱風機を付設して構成した開繊装置を用いて、１条の炭素繊維束を開繊処理した実施試験例について説明する。
【００３４】
この実施試験では、単糸直径７μｍのカーボン・モノフィラメントを１２，０００本集束せしめた炭素繊維束１２Ｋ（三菱レイヨン株式会社＝パイロフィルＴＲ５０Ｓ）を試験材料として使用している。この実施試験では、張力安定ロール２４ａにより繊維束Ｔｍの初期張力４０ｇに調整して、風洞管方式の流体通流開繊機構３に送り込んだ。ちなみに、この実施試験に用いた開繊装置は、次のようなものである。
(1) 流体通流部３１ａの横幅は４０ｍｍ、移動方向への長さは３０ｍｍの開口サイズであり、繊維束のない開放状態において２０ｍ／ｓｅｃの吸引気流を作用させた。
(2) 開繊装置の流体通流部３１ａの出入口には直径１０ｍｍの梨地仕上げのステンレス鋼材製の固定ロールがガイドロール３２として配設されている。
(3) 流体通流部３１ａに向けて付設した加熱器（熱風機）は１２０℃の熱風を連続的に吹付け可能である。
(4) 張力与除機構４はクランクモーター４４の回転数が３５０ｒｐｍ、ロッド４２の繊維束を下側に押し付けるストロークを２０ｍｍに設計されている。
(5) 引取り機溝５による繊維束の引取り速度は１０ｍ／ｍｉｎに設定してある。
【００３５】
この実施試験においては、開繊処理前の原糸の状態で幅５ｍｍ、厚み０．１５ｍｍであった炭素繊維束１２Ｋが、幅２０ｍｍ、厚さ０．０４ｍｍの開繊繊維束Ｔｓに調製することができた。製品としても、この開繊繊維束Ｔｓは開繊幅が安定し、かつ、繊維の配列も分散性も良好な状態であることが確認された。
【００３６】
本明細書と図面に具体的に例示する本発明の実施の形態は概ね上記のとおりであるが、本発明は前述の実施形態例に限定されるもので決してなく、「特許請求の範囲」記載内において種々の変形実施が可能であることは言うまでもない。
【００３７】
本発明に係る繊維束の開繊方法と装置を採用実施するならば、給糸体から繊維束を一定速度で解舒して送り出し、送り出した各々の繊維束を当該繊維束の移動進路に沿って配設された複数の流体通流部に架線状態で移動させ、これらの流体通流部を移動する際に当該繊維束は流体との接触抵抗によって流体通過方向へ撓曲せしめ、かつ、当該接触抵抗で弛んだ繊維束を構成する繊維間に流体を通過させて開繊作用を与え、こうして開繊作用を受ける当該繊維束の幅面を、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させて移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的な張力変化させるというメカニズムを採用しているので、高能率に開繊繊維束を製造することができ、また隣接する各々の繊維同士が平行かつ一様な密度で接線状態に寄り添った状態の均質かつ高品質の開繊糸シートを量産率に製造することが可能であり、産業上非常に有益である。
【００３８】
さらに、本発明の提供する開繊装置は、構成が極めて簡素であるうえに、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリオキシメチレン繊維、アロマティック・ポリアミド繊維などの高強度繊維束を省スペースに効率的に開繊することができしかも、得られる開繊繊維束や開繊糸シートの製造コストは安価で生産性も高いから、その産業上の利用価値は頗る大きいものと云える。
【符号の説明】
【００３９】
１１ 給糸体
１２ 給糸(用)モーター
１２ａ ボビン軸
２ 繊維束供給機構
２１ 案内ロール
２２ 支持ロール
２３ａ ニップロール
２３ｂ 一方向回転クラッチ
２４ａ 張力安定ロール
２５ａ 上弦センサー
２５ｂ 下限センサー
３ 流体通流開繊機構
３１ａ 流体通流部
３２ ガイドロール
３３ 流量調整バルブ
３４ 吸気ポンプ
４ 張力与除機構
４１ 支持ロール
４２ 昇降ロッド
４２ａ 押圧ロール
４３ クランクアーム
４３ａ 回転ロータ
４４ クランクモーター
５ 引取り機構
５１ 引取りロール
５２ 引取り用モーター
Ｔｍ 繊維束
Ｔｓ 開繊繊維束
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維束の開繊技術、より詳しくは、繊維束を、乱流のない流動流体に複数回にわたり連続的に波状に撓ませながら繰り返し接触させつゝ移動させ、要すれば、この開繊作用を受けながら移動する繊維束に対して当該移動方向とは交差する方向へ断続的に局部押圧を加えて繰り返し張力変化を与え、更に要すれば、開繊進行途上にある開繊繊維束に対して開繊幅方向へ直線的な進退摩擦を付与して、高品質の開繊繊維束および開繊糸シートを量産することができる繊維束の開繊方法とその方法に使用する開繊装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの強化繊維とエポキシ樹脂などのマトリックス樹脂とからなる繊維強化複合材料は、軽量にして機械的強度や耐食性にも優れているところから、釣り竿やゴルフシャフトのごとき一般消費者のための耐久消費材、産業機械の構成部品など、さらには航空機・ロケットなど幅広い分野で用いられている。しかして、この繊維強化複合材料の成形体を製造する方法としては、前記強化繊維から成るプリプレグシート（ｐｒｅｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎｓｈｅｅｔ）の繊維間にマトリクス樹脂を含浸せしめた中間材料を用いるのが一般的である。そして、近年においては製品に対する軽量化の要請が高まり、より均一で薄いプリプレグシートが求められるようになってきた。
【０００３】
もし、そのような均一で薄いプリプレグシートが大量かつ安価に得られるならば、薄肉成形体を量産できるだけではなく、一方向へ整然と引き揃えられた繊維シートは縦横斜めに繊維の向きを様々に組み合わせて積層させることにより多重プリプレグシートにアレンジすることも可能にする。そして、そのような積層プリプレグシートが実現されて、これを使用して繊維強化製品を製することができたならば、その製品の破壊強度を大幅に向上する。このような産業各分野の要請から、繊維束を構成する繊維が幅方向に平行で、しかも全体的に薄くて繊維の分布密度も一様な開繊繊維シートの合理的製造技術が必要になってきているのである。
【０００４】
また、プリプレグシートの製造に関しては、開繊した強化繊維束の材料コストの低減化も要求される。均一で薄いプリプレグシートを作る場合には、通常、フィラメント数の少ない強化繊維束を一方向に引揃えて使うのが簡単である。しかし、フィラメント数の少ない強化繊維束は高価であることから、フィラメント数の多い強化繊維束を使用しなければならなくなる。そこで、フィラメント数の多い強化繊維束を開繊して、薄い強化繊維束シートを作り、これを用いて相対的に安価で、薄くて繊維並びの均一なプリプレグシートを得る技術が必要となるのである。
【０００５】
従来、繊維束を開繊する方法としては、丸棒で繊維束を扱いて構成繊維を延し広げる方法、水流や高圧空気流を当てゝ構成繊維を幅方向へ散ける方法、そして超音波で各繊維を振動させ散けさせる方法等が知られている。例えば、丸棒で扱く方法としては、軸方向に振動する回転ロールに繊維束を接触通過させ開繊させる方法（特開昭５６−４３４３５号公報）、３０〜９０°に配置された複数本のロールに繊維束を接触通過させて開繊させる方法（特公平３−３１８２３号公報）などがある。また、水流や高圧空気流を作用させる方法としては、高圧流体を繊維束に当てゝ開繊させる方法（特開昭５２−１５１３６２公報）、移動する繊維束に当該移動方向に対し垂直に流体当てゝ、その際の流体分散力によって開繊させる方法（特開昭５７−７７３４２公報）があり、さらに超音波を利用する方法としては、軸方向に超音波振動している丸棒に直交方向に繊維束を接触させ開繊させる方法（特開平１−２８２３６２号公報）などがある。
【０００６】
しかしながら、上記何れの従来方法にあっても、収束方向へ復元力の働く繊維束に対して、繊維束を引っ張りながら走行させ物理的な力を付加して繊維を強制的に幅方向へ移動させ開繊させようとする。このため、開繊幅は広くならず、かつ繊維は傷付き、毛羽立ち・繊維切れなどを生ずる。この場合、繊維束の走行速度を高めるならば、丸棒で扱く方法にあっては丸棒と繊維束の摩擦抵抗が大きくなりより繊維切れが生じ易くなるし、水流を作用させる方法では水の乾燥に大きなエネルギーを必要とするなどの難点が生ずる。このように従来においては、繊維束を高速、かつ連続安定して幅広く開繊することは難しく、有効な技術が未だ確立されていなかったのである。
【０００７】
ところが、かゝる状況下で本発明者らは、特許第３０４９２２５号「開繊シートの製造方法、および開繊シート製造装置」、特許第３０６４０１９号「マルチフィラメント開繊シートの製造方法、およびその製造装置」を提案し、繊維束を撓ませた状態にして繊維束の移動方向と直行方向に吸引空気流を作用させることにより、繊維束を幅広く、かつ繊維分布が良好な開繊繊維束を製造することに成功した。この方法では、繊維束が撓んでいることにより、繊維束を構成する各繊維が幅方向に無理なく移動できる、つまり、幅方向に開繊し易い状態となり、この状態にある繊維束に吸引空気流を作用させ、各繊維間に空気を通過させることにより、繊維分散性の良い、幅広な開繊を実施できるようになったのである。
【０００８】
しかしながら、本発明者が先に提案した開繊技術においても、フロントフィーダ、吸引風洞管、バックフィーダ、撓み測定センサーなどを１単位とした開繊機構を必要とする。そして、繊維束の繊維をより均一に分散させ、もっと幅広く薄く開繊させようとするならば、そのような開繊機構を何連も連続的に縦列的に設置し徐々に開繊を進行させる必要があり、装置の大型化となっていた。また、多数本の繊維束を幅方向に並べ、同時に開繊を進行させようとするならば、前記の開繊機構を幅方向にも並列させなければならず、さらに装置が大型化・複雑化する問題を生じているのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５６−４３４３５号公報
【特許文献２】特公平３−３１８２３号公報
【特許文献３】特開昭５２−１５１３６２公報
【特許文献４】特開昭５７−７７３４２公報
【特許文献５】特開平１−２８２３６２号公報
【特許文献６】特許第３０４９２２５号公報
【特許文献７】特許第３０６４０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、開繊繊維束を製造する従来技術に前述の如き技術的隘路があったのに鑑みて為されたものであって、構成繊維が幅方向へ平行かつ一様な密度に整列した状態の高品質な開繊繊維束および開繊糸シートを高能率に製造することができる合理的な繊維束の開繊方法と、その方法を有利に実施することができる開繊装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、ＦＲＰやＦＲＴＰ成形品などの補強基材として使用するに足るだけの十分に広幅で、構成繊維の間にも高粘度の溶融熱可塑性樹脂を円滑かつ一様に含浸させ得る樹脂浸透性の優れた繊維束の開繊方法と、それに使用する開繊装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、高強度繊維（例えば、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アロマティック・ポリアミド繊維など）の集束した繊維束を省スペースで安価に開繊して広幅の開繊繊維束に加工することができる経済的な繊維束の開繊方法と、その装置を提供するにある。
【００１３】
さらに、本発明の他の目的は、高強度繊維束を一挙に高速かつ簡便に開繊を行うことができる方法と装置を提供するにある。
【００１４】
本発明の更に他の目的は、以下の説明において一層具体的に解説してゆくものとする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者が上記課題を解決するために採用した方法的手段と機械的手段は、添附図面を参照して説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
給糸体１１（ボビン、コーン、チーズ等）から送り出されてくる繊維束Tmを、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させることにより、移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的に変化させ、こうして張力変化を伴いながら移動する繊維束を、流体通流部３１ａに架線状態を成して渡る如く移動させ、この流体通流部を移動する際に当該繊維束が流体との接触抵抗によって流体通過方向へ撓曲され、かつ、この流体接触抵抗を受けて繊維結束が弛められて形成された当該繊維束の間隙に前記流体を通過させることによって繊維同士の間隔を幅方向に広げて開繊を進行させ、繊維束を拡幅開繊する点に特徴がある。
【００１７】
次に、本発明者が上記課題を解決するため機械的手段として採用したところの繊維束の“開繊装置”は、繊維束Ｔｍが巻き付けられた給糸体（ボビン、コーン、チーズなど）１１と；この給糸体１１から繊維束Ｔｍを一定張力で解舒して当該繊維束の引戻りを抑制しながら送り出す繊維束供給機構２と；こうして送り出されてくる繊維束Ｔｍの移動進路に沿って配設されており、移動する当該繊維束を架線状に支持した状態にて直交方向へ流体を接触・通過させることによって前記繊維束を流体通過方向へ撓曲させながら開繊せしめる流体通流部３１ａから成る流体通流開繊機構３と；移動過程にある繊維束Ｔｍの張力を緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と交互に変化させる張力与除機構４という機構手段を採用した点に特徴がある。
【００１８】
そこで、本発明を構成する要素に関連して若干の補足説明するならば、本発明の対象とする繊維束は、ＦＲＴＰ(Ｆｉｂｅｒ ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＴｈｅｒｍｏ−Ｐｌａｓｔｉｃｓ）やＦＲＰ(Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）やＦＲＰの補強基材として使用される炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリオキシメチレン
(ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）繊維、アロマティック・ポリアミド繊維などの如き従来周知の多数の高強度繊維を集束させたマルチフィラメント形態のものが主流であるが、金属繊維や通常の合成繊維を多数本集束させた繊維束を除くものではなくて、必要に応じて、その他あらゆるマルチフィラメント形態の繊維束も対象とすることが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、給糸体１１から繊維束Ｔｍを解舒して送り出す一方、こうして送り出されてくる前記繊維束Ｔｍを、流体通流部３１ａに架線状態を成して渡る如く移動させ、この流体通流部３１ａを移動する際に当該繊維束が流体との接触抵抗によって流体通過方向へ撓曲させ、この流体接触抵抗により弛められた当該繊維束の間隙に前記流体を通過させ、更に、こうして開繊作用を受ける当該繊維束の幅面を、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させて移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的な張力変化させているので、隣接する繊維同士が平行かつ一様な密度で接線状態に寄り添った状態の理想的な拡幅開繊繊維束を高能率に製造することができる。
【００２０】
さらに、本発明は、給糸体と、繊維束供給機構と、流体通流部から成る流体通流開繊機構と、そして、繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と交互に変化させる張力与除機構とを基本要素とした極めて簡素な装置によって、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリオキシメチレン繊維、アロマティック・ポリアミド繊維などから成る高強度繊維束を省スペースに効率的に拡幅開繊することができるので、得られる開繊繊維束の製造コストは安価となり、製品自体は良質であるので、経済的にも非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例である“繊維束の開繊方法”に用いる装置例を側面から見た機構説明図である。
【図２】図１の装置例を上方から見た機構説明図である。
【図３】図３の［ａ］［ｂ］は張力与除機構の動作に応じて流体通流部を通過する繊維束に及ぶ緊張・弛緩の影響を説明するために示したモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明が具体的に実施される場合の好ましい形態を例示的に掲げつゝ添付図面を引用しながら、本発明の内容を更に詳細に説明する。
【実施例】
【００２３】
本発明の第実施例としては、図１〜図３に図示する装置例の開繊装置を用いて繊維束（１条）を開繊する具体的仕組みについて説明するものとする。
【００２４】
〔装置例〕
図１および図２において符号１１にて指示するものは、長尺の繊維束Ｔｍを多層に巻付けて成るボビン形式の給糸体であって、給糸モータ１２の出力軸に連結したボビン軸１２ａに横置状態に支承されており、給糸モータ１２の回転によって繊維束Ｔｍを繰り出し解舒可能になっている。本実施例の処理対象とする繊維束Ｔｍとしては、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束、セラミックス繊維束などの高強度繊維から成る強化繊維束、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性の合成繊維繊維を引き揃えた熱可塑性樹脂繊維束などがある。もっとも、加撚された繊維束は、撚りを完全に戻さなければ連続的に開繊できないため理論的には可能であっても、コスト的には無撚繊維束又は予め撚りの戻された解撚繊維束を用いるものとする。
【００２５】
つぎに、符号２で指示するものは繊維束供給機構である。この繊維束供給機構２は、給糸体１１から解舒され繰り出されてくる繊維束Ｔｍを所定位置に支持する回転可能な案内ロール２１と；この案内ロール２１より下流側で前記繊維束Ｔｍを支持する回転可能な前後一対の支持ロール２２・２２と；この支持ロール２２・２２と前記案内ロール２１の間に回転自在に配設され、かつ、其処を通過する繊維束Ｔｍに当接し張力変化に応じて昇降することにより当該繊維束の張力を一定の張力に保たせるための張力安定ロール２４ａと；この張力安定ロール２４ａの上限位置を検知する上限センサー２５ａおよび下限センサー２５ｂと；下流側の前記支持ロール２２に圧接して繊維束Ｔｍを挟み付けて回転するニップロール２３ａと；このニップロールに送り方向へのみ回転させ、繊維束Ｔｍが引き戻りしないように繊維束搬送方向と逆方向には回転しない一方向回転クラッチ２３ｂとから構成されている。
【００２６】
この装置例において、給糸体１１から引き出されてくる繊維束Ｔｍの張力の安定は、次のように実現される。 即ち、上記した繊維束の供給機構においては、張力安定ロール２４ａは通過する繊維束Ｔｍの張力が上がると上方へ移動し、張力が下がると下方へ移動する。そして、張力安定ロール２４ａの上昇位置が上限位置に達したときには上記上限センサー２５ａが検知して、その信号が上記給糸用モーター１２に入力されて給糸体１１の回転を増速し、繊維束Ｔｍの繰出量が増加させると張力安定ロール２４ａは下降する。そして、当該張力安定ロール２４ａが下限位置に達すると、上記の下限センサー２５ｂが検知する。すると今度は、その下限位置信号が給糸用モーター１２に入力されて給糸体１１の回転が減速され、繊維束Ｔｍの繰出量が減少する。かくして、装置例における繊維束Ｔｍの張力は常に安定に保つことができる。
【００２７】
こうして一定の初期張力を与えられた繊維束Ｔｍは、支持ロール２２とニップロール２３ａとの間を走行するが、本装置例にあってはニップロール２３ａに一方向回転クラッチ２３ｂが付設してあるので逆方向には回転せず、後述の下流側に配設される張力与除機構が繊維束に対し緊張・弛緩・緊張・弛緩・…の作用を与えてもニップロール２３ａより上流側には影響が及ぶことなく、繊維束Ｔｍは移動進路に沿って一定張力で繰り出されることになる
【００２８】
次に、図１・２の符号３で指示するものは、風洞管方式の流体通流開繊機構である。同図中の本装置例にあっては、上面の開口が流体通流部３１ａとして機能する吸引風洞管が用いられている。この流体通流部３１ａは、前記繊維束Ｔｍが移動する方向に沿って当該移動進路と同一レベルで配設されており、当該流体通流部３１ａの出入り側には通過する繊維束Ｔｍを一定レベルに支持するガイドロール３２が配設されている。そして、装置例における吸引風洞管としての流体通流部３１ａには吸気ポンプ３４が接続されており、適宜に流量調整バルブ３３を調節して吸気ポンプ３４を作動させれば流体通流部３１ａに所要流速の吸引気流が発生されるようになっている。
【００２９】
また次に、符号４で指示するものは張力与除機構であり、流体通流開繊機構３の下流に一定間隔をもって水平配置された前後１対の支持ロール４１と４１との間に配設されている。しかして、装置例における張力与除機構４は、下端に押圧ロール４２ａを有する昇降ロッド４２と；この昇降ロッド４２に屈伸自在に連結されたクランクアーム４３と；このクランク軸４３に連接する回転ロータ４３ａを出力軸に備えたクランクモータ４４とによって構成されており、クランクモータ４４が駆動して回転ロータ４３ａが回転されることによりクランクアーム４３を介して生起される昇降ロッド４２の昇降動作に応じて、押圧ロール４２ａが開繊途上にある繊維束に対し押下げ・離間動作を繰り返すことによって、当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と交互に変化させることになる。この張力与除機構４は、開繊途上にある繊維束を一定レベルに支持する支持ロール４１と４１の間に配設されている。なお、装置例１においては、クランクモーター４４の回転速度を変動させることにより、当該繊維束Ｔｍの緊張・弛緩・緊張・弛緩・…の反復サイクルを調節できるように構成してある。
【００３０】
一方、流体通流開繊機構３の流体通流部３１ａでは、繊維束Ｔｍが支持ロール２２とニップロール２３ａとの挟圧部を通過して架線状態で渡る途上にあるのであるが、当該繊維束は下流側に配設された張力与除機構４の押圧ロール４２ａによって緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と張力の急激な変化が反復的に与えられているのであって、その影響は前記支持ロール２２とニップロール２３ａに挟圧された範囲にまで及ぶ。このため、かゝる緊張・弛緩・緊張・弛緩・…の状態にある繊維束Ｔｍに対して吸引気流が作用すると、図３の［ａ］⇔［ｂ］に示されるように、当該繊維束の張力が緊張から弛緩へ移行するときは(図３の［ａ］→［ｂ］）、当該繊維束は気流の通過方向へ撓曲して流体通流部３１ａ内に存する繊維長が瞬間的に長くなり幅方向へ開繊し易い状態となるのである。即ち、当該繊維束の弛緩によって隣接する構成繊維間の緊張が緩んで隣接繊維の間への気流が通過量が増大して強力な開繊が営まれることになるのである。逆に、当該繊維束の張力が弛緩から緊張へ移行するときは（図３［ｂ］→［ａ］）、流体通流部３１ａにおける当該繊維束の撓み量が減少することになり、この際、通過繊維束は開繊された糸列状態を維持したまゝ、これらの構成各繊維は恰も吸引気流に梳られる如く真直な状態に引き揃えられることになる。
【００３１】
かくして、開繊された繊維束つまり開繊繊維束Ｔｓは、引取り機構５により引取られる。引取り機構５は引取りロール５１と引取り用モーター５２から構成されている。ちなみに補足しておくと、繊維束の移動速度は当該引取り用モーター５２の回転速度によって決定されるのであり、図示しない速度設定器によりモーター５２を制御して自由に変更調節をすることができる。また、引取り機構５の下流には、開繊繊維束Ｔｓを巻き取る巻取装置（図示せず）が配設されるのであり、更に要すれば、前記開繊繊維束Ｔｓに各種樹脂などのマトリックス含浸処理を施すプリプレグ加工装置（図示せず）を連設することも可能である。
【００３２】
そこで、上記実施例につき実施の試験例を挙げて、本発明の実際上の作用を検証しておく。
【００３３】
〔試験例〕
本発明の第１実施例の作用を検証する事例として、図１に図示する装置例１の流体通流開繊機構３の上方に更に加熱器として熱風機を付設して構成した開繊装置を用いて、１条の炭素繊維束を開繊処理した実施試験例について説明する。
【００３４】
この実施試験では、単糸直径７μｍのカーボン・モノフィラメントを１２，０００本集束せしめた炭素繊維束１２Ｋ（三菱レイヨン株式会社＝パイロフィルＴＲ５０Ｓ）を試験材料として使用している。この実施試験では、張力安定ロール２４ａにより繊維束Ｔｍの初期張力４０ｇに調整して、風洞管方式の流体通流開繊機構３に送り込んだ。ちなみに、この実施試験に用いた開繊装置は、次のようなものである。
(1) 流体通流部３１ａの横幅は４０ｍｍ、移動方向への長さは３０ｍｍの開口サイズであり、繊維束のない開放状態において２０ｍ／ｓｅｃの吸引気流を作用させた。
(2) 開繊装置の流体通流部３１ａの出入口には直径１０ｍｍの梨地仕上げのステンレス鋼材製の固定ロールがガイドロール３２として配設されている。
(3) 流体通流部３１ａに向けて付設した加熱器（熱風機）は１２０℃の熱風を連続的に吹付け可能である。
(4) 張力与除機構４はクランクモーター４４の回転数が３５０ｒｐｍ、ロッド４２の繊維束を下側に押し付けるストロークを２０ｍｍに設計されている。
(5) 引取り機溝５による繊維束の引取り速度は１０ｍ／ｍｉｎに設定してある。
【００３５】
この実施試験においては、開繊処理前の原糸の状態で幅５ｍｍ、厚み０．１５ｍｍであった炭素繊維束１２Ｋが、幅２０ｍｍ、厚さ０．０４ｍｍの開繊繊維束Ｔｓに調製することができた。製品としても、この開繊繊維束Ｔｓは開繊幅が安定し、かつ、繊維の配列も分散性も良好な状態であることが確認された。
【００３６】
本明細書と図面に具体的に例示する本発明の実施の形態は概ね上記のとおりであるが、本発明は前述の実施形態例に限定されるもので決してなく、「特許請求の範囲」記載内において種々の変形実施が可能であることは言うまでもない。
【００３７】
本発明に係る繊維束の開繊方法と装置を採用実施するならば、給糸体から繊維束を一定速度で解舒して送り出し、送り出した各々の繊維束を当該繊維束の移動進路に沿って配設された複数の流体通流部に架線状態で移動させ、これらの流体通流部を移動する際に当該繊維束は流体との接触抵抗によって流体通過方向へ撓曲せしめ、かつ、当該接触抵抗で弛んだ繊維束を構成する繊維間に流体を通過させて開繊作用を与え、こうして開繊作用を受ける当該繊維束の幅面を、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させて移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的な張力変化させるというメカニズムを採用しているので、高能率に開繊繊維束を製造することができ、また隣接する各々の繊維同士が平行かつ一様な密度で接線状態に寄り添った状態の均質かつ高品質の開繊糸シートを量産率に製造することが可能であり、産業上非常に有益である。
【００３８】
さらに、本発明の提供する開繊装置は、構成が極めて簡素であるうえに、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリオキシメチレン繊維、アロマティック・ポリアミド繊維などの高強度繊維束を省スペースに効率的に開繊することができしかも、得られる開繊繊維束や開繊糸シートの製造コストは安価で生産性も高いから、その産業上の利用価値は頗る大きいものと云える。
【符号の説明】
【００３９】
１１ 給糸体
１２ 給糸(用)モーター
１２ａ ボビン軸
２ 繊維束供給機構
２１ 案内ロール
２２ 支持ロール
２３ａ ニップロール
２３ｂ 一方向回転クラッチ
２４ａ 張力安定ロール
２５ａ 上弦センサー
２５ｂ 下限センサー
３ 流体通流開繊機構
３１ａ 流体通流部
３２ ガイドロール
３３ 流量調整バルブ
３４ 吸気ポンプ
４ 張力与除機構
４１ 支持ロール
４２ 昇降ロッド
４２ａ 押圧ロール
４３ クランクアーム
４３ａ 回転ロータ
４４ クランクモーター
５ 引取り機構
５１ 引取りロール
５２ 引取り用モーター
Ｔｍ 繊維束
Ｔｓ 開繊繊維束
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給糸体から送り出されてくる繊維束Tmを、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させることにより、移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的に変化させ、こうして張力変化を伴いながら移動する繊維束を、流体通流部に架線状態を成して渡る如く移動させ、この流体通流部を移動する際に当該繊維束が流体との接触抵抗によって流体通過方向へ撓曲され、かつ、この流体接触抵抗を受けて繊維結束が弛められて形成された当該繊維束の間隙に前記流体を通過させることによって繊維同士の間隔を幅方向に広げて開繊を進行させ、繊維束を拡幅開繊せしめることを特徴とする繊維束の開繊方法。
【請求項２】
給糸体から解舒される繊維束の逆流戻りを阻止しながら送り出し、逆流戻りが阻止された箇所から下流を移動する繊維束が流体通流部を移動するとき、繊維束が開繊されることを特徴とする請求項１記載の繊維束の開繊方法。
【請求項３】
繊維束が巻き付けられた給糸体と；この給糸体の繊維束を一定張力で解舒して当該繊維束の逆流引戻りを阻止しながら当該繊維束を一定平面に保持して送り出す繊維束供給機構と；この送り出されて移動してくる繊維束に沿って配設されており、この移動する当該繊維束を架線状に支持した状態で直交方向へ流体を接触・通過させることによって前記繊維束を流体通過方向へ撓曲させつつ開繊せしめる流体通流部から成る流体通流開繊機構と；移動過程にある繊維束を局部的に屈伸させて緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と交互に反復的に張力変化せしめる張力与除機構とを包含して構成されることを特徴とする繊維束の開繊装置。
【請求項４】
張力与除機構が、下端に押圧ロールを有する昇降ロッドと；この昇降ロッドに屈伸自在に連結されたクランクアームと；このクランクアームに連接する回転ロータを出力軸に備えたクランクモータとによって構成されていることを特徴とする請求項３記載の繊維束の開繊装置。
【請求項１】
給糸体から送り出されてくる繊維束Tmを、その移動方向とは交差する方向へ局部的に屈伸させることにより、移動過程にある当該繊維束の張力を緊張・弛緩・緊張・…と交互に反復的に変化させ、こうして張力変化を伴いながら移動する繊維束を、流体通流部に架線状態を成して渡る如く移動させ、この流体通流部を移動する際に当該繊維束が流体との接触抵抗によって流体通過方向へ撓曲され、かつ、この流体接触抵抗を受けて繊維結束が弛められて形成された当該繊維束の間隙に前記流体を通過させることによって繊維同士の間隔を幅方向に広げて開繊を進行させ、繊維束を拡幅開繊せしめることを特徴とする繊維束の開繊方法。
【請求項２】
給糸体から解舒される繊維束の逆流戻りを阻止しながら送り出し、逆流戻りが阻止された箇所から下流を移動する繊維束が流体通流部を移動するとき、繊維束が開繊されることを特徴とする請求項１記載の繊維束の開繊方法。
【請求項３】
繊維束が巻き付けられた給糸体と；この給糸体の繊維束を一定張力で解舒して当該繊維束の逆流引戻りを阻止しながら当該繊維束を一定平面に保持して送り出す繊維束供給機構と；この送り出されて移動してくる繊維束に沿って配設されており、この移動する当該繊維束を架線状に支持した状態で直交方向へ流体を接触・通過させることによって前記繊維束を流体通過方向へ撓曲させつつ開繊せしめる流体通流部から成る流体通流開繊機構と；移動過程にある繊維束を局部的に屈伸させて緊張・弛緩・緊張・弛緩・…と交互に反復的に張力変化せしめる張力与除機構とを包含して構成されることを特徴とする繊維束の開繊装置。
【請求項４】
張力与除機構が、下端に押圧ロールを有する昇降ロッドと；この昇降ロッドに屈伸自在に連結されたクランクアームと；このクランクアームに連接する回転ロータを出力軸に備えたクランクモータとによって構成されていることを特徴とする請求項３記載の繊維束の開繊装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２５６８７０（Ｐ２００９−２５６８７０Ａ）
【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２００９−１５０９７１（Ｐ２００９−１５０９７１）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【分割の表示】特願２００６−５１８５１２（Ｐ２００６−５１８５１２）の分割
【原出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（５９２０２９２５６）福井県 (122)
【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２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【分割の表示】特願２００６−５１８５１２（Ｐ２００６−５１８５１２）の分割
【原出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（５９２０２９２５６）福井県 (122)
【Ｆターム（参考）】
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