説明

繊維束用ガイド装置および繊維束巻き取り機ならびに繊維束の巻き取り方法

【課題】帯状の繊維束の捻りを適度に規制して繊維束の巻きずれおよび折り重なりを防止できる上に、捻転を規制する部材への毛羽の巻き付きも防止できる繊維束用ガイド装置を提供する。
【解決手段】本発明の繊維束用ガイド装置10は、帯状の繊維束Aの走行方向を案内する上流側ガイドロール11および下流側ガイドロール12を備え、上流側ガイドロール11の軸と下流側ガイドロール12の軸とが互いに垂直に配置され、繊維束Aを上流側ガイドロール11から下流側ガイドロール12に移送することで90°捻転させ、捻転角度10°〜80°に捻転された繊維束の両端部それぞれが一方に接触する状態で繊維束Aを挟む回転不能な一対の捻転規制体13bを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、帯状の繊維束の走行方向を案内すると共に繊維束を捻る繊維束用ガイド装置に関する。また、帯状の繊維束を巻き取る繊維束巻き取り機ならびに繊維束の巻き取り方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、炭素繊維は複数本平行に引き揃えられて使用されるため、あらかじめ帯状の繊維束の形態にされ、帯状の形態のままボビンに巻き取られている。
ところで、帯状の繊維束をボビンに巻き取る際には、ボビンの軸に対して垂直な帯状の繊維束の幅方向をボビンの軸に対して平行にする必要がある。帯状の繊維束の幅方向をボビンの軸に対して平行にしない場合には、繊維束の巻きずれや折り重なりが生じるため、ボビンの巻き形に不良が生じ、ボビンから供給した繊維束を使用する際の開繊性等が低下することがあった。
【0003】
そこで、帯状の繊維束の幅方向をボビンの軸に対して平行にするための方法が提案されている。例えば、特許文献1では、複数のローラ状のトラバースガイドにより繊維束を挟み込みながら繊維束を少しずつ捻転させて、帯状の繊維束の幅方向をボビンの軸に対して平行にする方法が提案されている。また、特許文献1では、一対のローラ様のトラバースガイドで繊維束を挟んだ後、繊維束の捻転方向に湾曲した湾曲部で繊維束を挟んで、帯状の繊維束の幅方向をボビンの軸に対して平行にする方法も提案されている。
特許文献2では、繊維束の走行方向を案内する上部ガイドロールおよび下部ガイドロールを備え、上部ガイドロールの軸と下部ガイドロールの軸とが互いに垂直になるように配置され、上部ガイドロールと下部ガイドロールとの間に、繊維束に接する円錐状ロールをさらに備える繊維束用のガイド装置が提案されている。このガイド装置を用いることにより、帯状の繊維束を捻って繊維束の幅方向をボビンの軸に対して平行にしている。
特許文献1,2に記載の方法は、いずれも、帯状の繊維束の幅方向をボビンの軸に対して平行にしつつも、繊維束が過度に捻転されないように規制する方法である。
【特許文献1】特許第2845636号公報
【特許文献2】特開2001−348166号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載の方法ではトラバースガイドに、特許文献2に記載の方法では円錐状ロールに繊維束の毛羽が巻き付くことがあった。
そこで、本発明は、帯状の繊維束の捻転を適度に規制して繊維束の巻きずれおよび折り重なりを防止できる上に、捻転を規制する部材への毛羽の巻き付きも防止できる繊維束用ガイド装置および繊維束巻き取り機ならびに繊維束の巻き取り方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、以下の構成を有する。
[1] 帯状の繊維束の走行方向を案内する上流側ガイドロールおよび下流側ガイドロールを備え、上流側ガイドロールの軸と下流側ガイドロールの軸とが互いに垂直に配置され、前記繊維束を上流側ガイドロールから下流側ガイドロールに移送することで90°捻転させる繊維束用ガイド装置において、
回転不能な一対の捻転規制体を有し、前記一対の捻転規制体は、捻転角度10°〜80°に捻転された前記繊維束の両端部がそれぞれ一方の捻転規制体に繊維束の捻転が規制されるように接触する状態で、前記繊維束を挟んで配置されたことを特徴とする繊維束用ガイド装置。
[2] [1]に記載の繊維束用ガイド装置と、該繊維束用ガイド装置から供給された帯状の繊維束を巻き取るボビンと、前記繊維束用ガイド装置を前記ボビンの軸に平行に往復動させるトラバース装置とを具備し、
繊維束用ガイド装置の下流側ガイドロールの軸とボビンの軸とが平行になっていることを特徴とする繊維束巻き取り機。
[3] [2]に記載の繊維束巻き取り機を用いた繊維束の巻き取り方法であって、
捻転角度10°〜80°に捻転された前記繊維束の幅方向の両端部のぞれぞれを、繊維束の捻転を規制するように前記一対の捻転規制体の一方に接触させながら、前記繊維束をボビンに巻き取る繊維束の巻き取り方法。
【発明の効果】
【0006】
本発明の繊維束用ガイド装置および繊維束巻き取り機ならびに繊維束の巻き取り方法によれば、帯状の繊維束の捻りを適度に規制して繊維束の巻きずれおよび折り重なりを防止できる上に、捻転を規制する部材への毛羽の巻き付きも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
(繊維束用ガイド装置)
本発明の繊維束用ガイド装置(以下、ガイド装置と略す。)の一実施形態例について説明する。
図1および図2に、本実施形態例のガイド装置を示す。本実施形態例のガイド装置10は、帯状の繊維束Aの走行方向を案内する上流側ガイドロール11および下流側ガイドロール12と、繊維束Aの捻転を規制する一対の捻転規制体13a,13bと、上流側ガイドロール11、下流側ガイドロール12および捻転規制体13a,13bを支持する支持部材14とを備える。
このガイド装置10は、繊維束Aを上流側ガイドロール11から下流側ガイドロール12に移送することで反時計回転方向に90°捻転させるものである。
【0008】
上流側ガイドロール11は、繊維束Aの走行方向の上流側に設けられたガイドロールである。この上流側ガイドロール11は、第1のガイドロール11aと、第1のガイドロール11aより下流に位置しかつ第1のガイドロール11aに平行に配置された第2のガイドロール11bで構成されている。
下流側ガイドロール12は、繊維束Aの走行方向の下流側に設けられたガイドロールである。この下流側ガイドロール12は、第3のガイドロール12aと、第3のガイドロール12aより下流に位置しかつ第3のガイドロール12aに平行に配置された第4のガイドロール12bで構成されている。
また、上流側ガイドロール11を構成する第1のガイドロール11aおよび第2のガイドロール11bの各軸と、下流側ガイドロール12を構成する第3のガイドロール12aおよび第4のガイドロール12bの各軸とが互いに垂直に配置されている。
【0009】
第2のガイドロール11bと第3のガイドロール12aとの間隔は10〜20cmであることが好ましく、15〜20cmであることがより好ましい。第2のガイドロール11bと第3のガイドロール12aとの間隔が10cm以上であれば、繊維束Aを緩やかに捻ることになるため、繊維束Aをボビンに巻き取る際の繊維束Aの巻きずれや折り重なりをより防止できる。この間隔が15cm以上であるとより防止効果が高い。第2のガイドロール11bと第3のガイドロール12aとの間隔が20cm以下であれば、ガイド装置10の占有スペースを小さくできる。
【0010】
ガイドロール11a,11b,12a,12bは、円筒状のロールであるが、長さ方向の中央付近が膨らんでいてもよいし、凹んでいてもよい。
また、ガイドロール11a,11b,12a,12bはステンレス、アルミニウム、鉄等の金属で形成されるが、その周面は、巻き付きをより防止できることから、ハードクロムによる梨地仕上げ等の表面処理が施されていることが好ましい。
また、ガイドロール11a,11b,12a,12bは、直径が15〜30mm、長さが20〜50mmであることが好ましい。
【0011】
本実施形態例における一対の捻転規制体13a,13bは、回転不能で、反時計回転方向に捻転角度45°に捻転された帯状の繊維束Aを挟んで配置される。ここで、捻転角度とは、第2のガイドロール11bから送られた繊維束Aが捻転した角度である。捻転角度は、第2のガイドロール11bから第3のガイドロール12aに向かうにつれて大きくなる。また、捻転角度45°(90°の半分)では、第2のガイドロール11bおよび第3のガイドロール12aからの距離が等しい。
一対の捻転規制体13a,13bを配置しない場合、繊維束Aはボビンに巻き取る最中に、捻転方向に過度に捻れる、すなわち所望の角度(ここでは45°)より大きく捻れるか、又は捻転方向とは反対に捻れる場合がある。このような現象が生じた場合、繊維束Aの巻きずれや折り重なりが生じるため、ボビンの巻き形に不良が生じることになる。
この望ましくない捻れは、帯状にされた繊維束Aの全ての単繊維が均一に引き揃えられていないため部分的に張力が変化したり、蛇行して仮撚り状態となったりすることによって発生しやすくなると考えられる。
本発明では、一対の捻転規制体13a,13bは、繊維束Aの幅方向の両端部の一方を捻転規制体13aに、他方を捻転規制体13bに接触させる。これにより、繊維束Aの捻転を規制すること、すなわち、繊維束Aが捻転方向とは反対に捻れようとすること、あるいは繊維束Aが捻転方向に過度に捻れようとすることを防止できる。したがって、繊維束Aをボビンに巻き取る際には繊維束Aの巻きずれや折り重なりを防止することができる。
【0012】
具体的に、本実施形態例における捻転規制体13a,13bは、各々、互いに平行で回転(自転)不能な円柱状のピンである。図3に示すように、各捻転規制体13a,13bは捻転規制体支持体13cによって支持されている。また、図2に示すように、捻転規制体支持体13cは、支持部材14に固定されている。
以下、捻転規制体13a,13bと捻転規制体支持体13cにより構成される部材のことを補助ガイド部材13ということがある。
【0013】
繊維束A端部が一対の捻転規制体13a,13bに押し付けられる角度(以下、押し付け角度という。)は0°〜20°であることが好ましい。押し付け角度が0°以上であれば、繊維束Aをボビンに巻き取る際の繊維束Aの巻きずれや折り重なりをより防止できる。しかし、押し付け角度が20°を超えると、捻転規制体13a,13bにて繊維束Aに付与する力が過度になるため、繊維束Aをボビンに巻き取る際の繊維束Aの巻きずれや折り重なりをかえって助長するおそれがある。
【0014】
一対の捻転規制体13a,13bの間隔は、繊維束Aの幅や厚さにもよるが、0.2〜2.0mmであることが好ましい。捻転規制体13a,13bの間隔が0.5mm以上であれば、繊維束Aが捻転規制体13a,13bに引っ掛かることなく円滑に通過し、2.0mm以下であれば、繊維束Aをボビンに巻き取る際の繊維束Aの巻きずれや折り重なりをより防止できる。
特に、繊維束Aの幅が6mmの場合には、捻転規制体13a,13bの間隔は0.2〜0.5mmであることがより好ましく、繊維束Aの幅が11mmの場合には、0.5〜1.0mmであることがより好ましい。
また、繊維束Aが厚くなる程、捻転規制体13a,13bの間隔は広げることが好ましい。繊維束Aを厚くした際に捻転規制体13a,13bの間隔を変えないと、捻転規制体13a,13bに接触する面積が大きくなり、擦れによる毛羽立ちが生じやすくなる。しかし、繊維束Aを厚くした際に捻転規制体13a,13bの間隔を広げれば、接触面積の増加を抑制できるため、毛羽立ちを防止できる。
また、捻転規制体13a,13bはステンレス、アルミニウム、鉄等の金属やセラミックで形成されるが、その周面は、巻き付きをより防止できることから、ハードクロムによる梨地仕上げ等の表面処理が施されていることが好ましい。
【0015】
このガイド装置10は以下のようにして使用される。
すなわち、まず、帯状の繊維束Aを第1のガイドロール11aの周面および第2のガイドロール11bの周面に順次掛け回して、繊維束Aの走行方向を捻転規制体13a,13bに向ける。
次いで、第2のガイドロール11bから送られた繊維束Aを、一対の捻転規制体13a,13bの間を通過させ、第3のガイドロール12aに供給する。
次いで、第3のガイドロール12aに到達した繊維束Aを、第3のガイドロール12aの周面および第4のガイドロール12bの周面に掛け回す。
このようにガイド装置10を用いることにより、繊維束Aの走行方向を案内しながら、繊維束Aを90°捻転させることができる。
【0016】
上記ガイド装置10では、ピン状の一対の捻転規制体13a,13bによって捻転角度45°の繊維束Aをその両端部のそれぞれが捻転規制体13a,13bの一方に接触する状態で挟むことによって過度の或いは反対方向の捻転を規制するため、繊維束Aに付与されるねじりの力を弱めることができる。そのため、ボビンに巻き取る際の繊維束Aの巻きずれや折り重なりを防止することができる。しかも、図3に示すように、繊維束Aは両端部分のみが回転不能な捻転規制体13a,13bに接触するだけで、掛け回されることもないため、捻転規制体13a,13bへの繊維束Aの毛羽の巻き付きを防止できる。
これに対し、特許文献1,2に記載の繊維束の巻き取りでは、繊維束の捻転を規制する部材が回転可能なローラであるため、繊維束の毛羽の巻き付きが生じると推測される。
また、2本のピンから構成された一対の捻転規制体13a,13bを有する補助ガイド部材13は単純な構造であり、既存のガイド装置にも容易に取り付けることができ、経済的である。
【0017】
(繊維束巻き取り機)
上記ガイド装置10を用いた繊維束巻き取り機(以下、巻き取り機と略す。)の一実施形態例について説明する。
図4に、本実施形態例の巻き取り機を示す。本実施形態例の巻き取り機1は、上記ガイド装置10と、ガイド装置10から供給された繊維束Aを巻き取るボビン20と、ガイド装置10をボビン20の軸に平行に往復動させるトラバース装置30とを具備する。また、ガイド装置10の第4のガイドロール12bの軸とボビン20の軸とが平行になるように配置されている。
【0018】
ボビン20は回転可能な円筒体であり、円筒体が回転することによって、繊維束Aを巻き取れるようになっている。
【0019】
トラバース装置30は、トラバースガイド31と、トラバースガイド31に往復動可能にガイド装置10を固定する固定部材32と、固定部材32を往復動させる駆動手段(図示せず)とを備える。
トラバースガイド31は長尺の板状で、長さ方向がボビン20の軸に平行になるように配置されている。
固定部材32は、把持部32aによってトラバースガイド31の幅方向の両端部を把持して、トラバースガイド31に取り付けられている。また、固定部材32には、ガイド装置10が、支持部材14が鉛直方向に立設するように固定されている。
駆動手段としては、エネルギーを往復直線運動に変換する各種アクチュエータを用いることができる。
【0020】
(繊維束の巻き取り方法)
上記巻き取り機1を用いて繊維束Aをボビン20に巻き取るためには、トラバース装置30によりガイド装置10をボビン20の軸と平行に往復動させながら、ガイド装置10により繊維束Aを捻転させ、ガイド装置10の第4のガイドロール12bから、回転するボビン20に供給する。
これにより、ボビン20の一端から他端に向かって繊維束Aを順次巻き付けた後、ボビン20の他端から一端に向かって繊維束Aを順次巻き付ける。これを繰り返すことにより、ボビン20に繊維束Aを巻き取る。
【0021】
繊維束Aとしては、各種の繊維で構成された繊維束を使用できるが、炭素繊維束が好適に使用される。炭素繊維束は、複数本平行に引き揃えられた状態で使用され、使用時に開繊性が求められるため、本発明に適している。
【0022】
以上説明した巻き取り機1では、上記ガイド装置10を用いているため、巻きずれや折り重なりおよび毛羽立ちを防止しながら繊維束Aを巻き取ることができる。特に、トラバース装置30によりガイド装置10の移動方向を反転させた際には、繊維束Aにおける張力が不均一になるため、繊維束Aの巻きずれや折り重なりが起き易い状態になるが、上記ガイド装置10を用いることにより、ガイド装置10の移動方向を反転させた際でも、繊維束Aの巻きずれや折り重なりを防止できる。
上記のように、巻きずれおよび折り重なりが防止された状態で繊維束Aを巻き取ることができるため、上記巻き取り機1を用いて繊維束Aボビン20に巻き取って得た巻き取り体は巻き形が良好になっている。
巻き取り体の巻き形が良好になると、後工程にて繊維束を開繊させる際の開繊性が高くなる。
また、巻き取り体端面が均一になりやすく、シュリンクフィルムにより包装する際の端面損傷を防止でき、さらには、後工程での綾落ちやリンガーの発生を防止できる。
さらに、得られた巻き取り体から供給した繊維束をフィラメントワインディング法や引き抜き法により成形した成形体の物性が向上する。また、得られた巻き取り体から供給した繊維束を用いて得たプリプレグの性能が向上する。
【0023】
なお、本発明は、上記実施形態例に限定されない。例えば、上記実施形態例では、捻転規制体13a,13bが捻転角度45°の繊維束を挟んでいたが、本発明では、捻転規制体13a,13bが挟む繊維束は捻転角度10°〜80°のものであればよい。捻転角度が10°未満の繊維束を挟んで捻転を規制しても、捻転角度が80°を超える繊維束を挟んで捻転を規制しても、繊維束Aをボビンに巻き取る際の繊維束Aの巻きずれや折り重なりを防止できないことがある。
また、上記実施形態例では、繊維束Aは反時計回転方向に捻転されているが、時計回転方向に捻転させることも可能である。
捻転規制体13a,13bのピンの形状は、円柱状でなくてもよく、例えば、三角柱状、四角柱状、五角柱状などであってもよい。ただし、接触面積が小さくなるように、側面の角が繊維束に接するように配置することが好ましい。
また、捻転規制体はピンでなくてもよく、例えば、スリットが形成された板の、スリットの長辺になる部分であってもよい。この場合、一対の長辺部分によって繊維束を挟み込むことになる。
また、上記実施形態例では、一対の捻転規制体が1つであったが、2つ以上であっても構わない。しかし、一対の捻転規制体を複数にしても、繊維束Aの巻きずれや折り重なりの防止効果がより向上するとは限らず、かえって繊維束Aを通す手間が増えるだけである。したがって、一対の捻転規制体は1つであることが最も好ましい。
【実施例】
【0024】
図4に示す巻き取り機を用いて、炭素繊維束をボビン20に巻き取った。その際、炭素繊維束の種類、捻転規制体による繊維束の捻転角度、捻転規制体になるピンの本数、2本のピンの間隔を表1に示すように変更した。
なお、使用した炭素繊維束は以下の物性のものである。
CF−1:繊維束厚み6mm (繊維束硬さ:ソフト)
CF−2:繊維束厚み6mm (繊維束硬さ:ハード)
CF−3:繊維束厚み11mm
【0025】
得られた巻き取り体について、巻き形を目視により以下の評価基準で評価した。巻き形の評価結果を表1に示す。巻き形が良好である程、繊維束の巻きずれや折り重なりが防止されていることを意味する。
◎:ボビン端面が綺麗に垂直に巻かれており、全く繊維束のズレが無い
○:ボビン端面が比較的綺麗に巻かれており、繊維束のズレがほとんど無い
△:ボビン端面は比較的綺麗に巻かれているが、一部繊維束のズレが見られる
×:ボビン端面が乱れ、繊維束がはみ出ており、一部で綾落ちしている
また、捻転規制体13a,13bに炭素繊維束が通過する際の走行円滑性を目視により以下の評価基準で評価した。走行円滑性を表1に示す。
◎:捻転規制体への毛羽が溜まらない
○:捻転規制体へ多少の毛羽が付着する
×:捻転規制体へ毛羽の堆積が見られる
【0026】
【表1】

【0027】
一対の捻転規制体13a,13bによって繊維束Aの両端部のそれぞれを一方の捻転規制体に接触させた状態で繊維束Aを挟んだ実施例1〜9の巻き取りでは、得られた巻き取り体の巻き形が良好であった。しかも、実施例1〜9で用いている捻転規制体13a,13bはローラ状のものではないため、繊維束の毛羽が巻き付かなかった。
また、実施例4〜6の対比より、一対の捻転規制体13a,13bが挟む繊維束Aの捻転角度が45°であると、巻き形が特に良好になることが判明した。
また、実施例5,7〜9の対比より、一対の捻転規制体13a,13bの間隔が0.5〜1.0mmの実施例5,8では巻き形が特に良好になることが判明した。さらには、捻転規制体13a,13bの間隔が広くなる程、捻転規制体13a,13bの間の繊維束の走行円滑性が向上することが判明した。
これに対し、ピンを有していない比較例4〜6では、巻き形が不良であった。
また、ピンの本数が1本の比較例1〜3でも、炭素繊維束を挟んでいないため、巻き形が不良であった。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明のガイド装置の一実施形態例を示す側面図である。
【図2】図1に示すガイド装置における第2のガイドロールと第3のガイドロールと補助ガイド部材との配置状態を示す図である。
【図3】図1に示すガイド装置を構成する補助ガイド部材を示す上面図である。
【図4】本発明の繊維束巻き取り機の一実施形態例の概略を示す図である。
【符号の説明】
【0029】
1 巻き取り機(繊維束巻き取り機)
10 ガイド装置(繊維束用ガイド装置)
11 上流側ガイドロール
11a 第1のガイドロール
11b 第2のガイドロール
12 下流側ガイドロール
12a 第3のガイドロール
12b 第4のガイドロール
13 補助ガイド部材
13a,13b 捻転規制体
13c 捻転規制体支持体
14 支持部材
20 ボビン
30 トラバース装置
31 トラバースガイド
32 固定部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
帯状の繊維束の走行方向を案内する上流側ガイドロールおよび下流側ガイドロールを備え、上流側ガイドロールの軸と下流側ガイドロールの軸とが互いに垂直に配置され、前記繊維束を上流側ガイドロールから下流側ガイドロールに移送することで90°捻転させる繊維束用ガイド装置において、
回転不能な一対の捻転規制体を有し、前記一対の捻転規制体は、捻転角度10°〜80°に捻転された前記繊維束の両端部がそれぞれ一方の捻転規制体に繊維束の捻転が規制されるように接触する状態で、前記繊維束を挟んで配置されたことを特徴とする繊維束用ガイド装置。
【請求項2】
請求項1に記載の繊維束用ガイド装置と、該繊維束用ガイド装置から供給された帯状の繊維束を巻き取るボビンと、前記繊維束用ガイド装置を前記ボビンの軸に平行に往復動させるトラバース装置とを具備し、
繊維束用ガイド装置の下流側ガイドロールの軸とボビンの軸とが平行になっていることを特徴とする繊維束巻き取り機。
【請求項3】
請求項2に記載の繊維束巻き取り機を用いた繊維束の巻き取り方法であって、
捻転角度10°〜80°に捻転された前記繊維束の幅方向の両端部のぞれぞれを、繊維束の捻転を規制するように前記一対の捻転規制体の一方に接触させながら、前記繊維束をボビンに巻き取る繊維束の巻き取り方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−13253(P2010−13253A)
【公開日】平成22年1月21日(2010.1.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−176060(P2008−176060)
【出願日】平成20年7月4日(2008.7.4)
【出願人】(000006035)三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Fターム(参考)】