CN105339538A - 纱线制造装置 - Google Patents

Abstract

纱线制造装置(1)是使CNT(碳纳米管)纤维组(F)凝集来制造CNT纱线(Y)的装置，具备：前辊部(3)，其从CNT形成基板(S)连续地拉出CNT纤维组(F)；纱线制造部(4)，其对由前辊部(3)拉出的CNT纤维组(F)实施捻合；以及状态监视部(纱线粗细检测传感器(6))，其对从CNT形成基板(S)拉出的CNT纤维组(F)的状态、或CNT纱线(Y)的状态进行监视。

Description

纱线制造装置

技术领域

本发明涉及一种由碳纳米管纤维组制造碳纳米管纱线的纱线制造装置。

背景技术

作为上述那样的纱线制造装置，公知有如下装置：具备从碳纳米管形成基板连续地拉出碳纳米管纤维组的拉出部、和对由拉出部拉出的碳纳米管纤维组实施捻合来制造纱线的纱线制造部的纱线制造(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2010-116632号公报

这里，例如公知有如下内容：碳纳米管纤维组的拉出性能根据从碳纳米管形成基板拉出碳纳米管纤维组时的拉出速度而发生变动。因此，在这样的纱线制造装置的领域中，要求监视碳纳米管纱线的状态。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供能够监视碳纳米管纱线的制造状态的纱线制造装置。

本发明的一方面所涉及的纱线制造装置是对碳纳米管纤维组施加捻合或假捻(仮撚り)来制造碳纳米管纱线的纱线制造装置。该纱线制造装置具备拉出部、纱线制造部以及状态监视部。拉出部从碳纳米管形成基板连续地拉出碳纳米管纤维组。纱线制造部使由拉出部拉出的碳纳米管纤维组凝集。状态监视部对从碳纳米管形成基板拉出的碳纳米管纤维组的状态、或碳纳米管纱线的状态进行监视。

在该纱线制造装置中，能够通过利用状态监视部监视碳纳米管纤维组或碳纳米管纱线的状态来监视碳纳米管纱线的制造状态。通过像这样监视碳纳米管纱线的制造状态，例如能够进行与由状态监视部检测到的不良状况等对应的处理。

也可以构成为状态监视部是检测碳纳米管纱线的粗细的纱线粗细检测传感器。此时，能够检测碳纳米管纱线的粗细，因此能够防止制造出纱线粗细不合格的碳纳米管纱线。此外，作为纱线粗细检测传感器，可以使用根据从碳纳米管形成基板拉出的碳纳米管纤维组的纤维量来检测碳纳米管纱线的粗细的传感器或直接检测碳纳米管纱线的粗细的传感器。

也可以构成为纱线制造装置还具备控制部，该控制部根据状态监视部的监视结果来对由拉出部拉出的碳纳米管纤维组的量进行控制。此时，能够使状态监视部的监视结果反馈给碳纳米管纤维组的拉出量，从而能够根据监视结果控制碳纳米管纤维组的拉出量，由此制造粗细均匀的碳纳米管纱线。

也可以构成为控制部通过变更在拉出部的碳纳米管纤维组的拉出速度来对拉出的碳纳米管纤维组的量进行控制。此时，仅通过变更碳纳米管纤维组的拉出速度就能够容易地控制碳纳米管纤维组的量。

纱线制造装置也可以构成为还具备拉出片数变更部，该拉出片数变更部对从设置有多个的碳纳米管形成基板拉出碳纳米管纤维分的碳纳米管形成基板的片数进行变更，控制部通过控制拉出片数变更部来变更拉出碳纳米管纤维组的碳纳米管形成基板的片数，而对拉出的碳纳米管纤维组的量进行控制。在该情况下，仅通过变更拉出碳纳米管纤维组的碳纳米管形成基板的片数就能够容易地控制碳纳米管纤维组的量。

也可以构成为控制部在通过状态监视部未检测到碳纳米管纤维组或碳纳米管纱线的行进的情况下，使拉出部的动作与纱线制造部的动作停止。此时，能够防止尽管碳纳米管纤维组或碳纳米管纱线未行进而拉出部以及纱线制造部继续动作的情况，实现纱线制造装置的适当控制。

也可以构成为控制部在对由拉出部拉出的碳纳米管纤维组的量进行过控制之后未获得所希望的碳纳米管纱线的粗细的情况下，使拉出部以及纱线制造部的动作停止。此时，能够防止尽管未获得所希望的碳纳米管纱线的粗细而继续制造碳纳米管纱线的情况。

也可以构成为纱线制造部通过气流对碳纳米管纤维组实施假捻。这里，在使用气流的情况下，能够高速地对碳纳米管纤维组实施假捻。因此，虽然需要从碳纳米管形成基板高速地拉出碳纳米管纤维组，但若拉出速度变快，则存在产生无法拉出所希望的量的碳纳米管纤维组的情况的趋势。因而，在通过气流对碳纳米管纤维组实施假捻的纱线制造装置设置状态监视部来监视碳纳米管纱线的状态，从而例如能够更适当地进行与由状态监视部检测到的不良状况等对应的处理等。

也可以构成为还具备基板支承部，该基板支承部支承碳纳米管形成基板。据此，能够稳定地供给碳纳米管纤维组。

根据本发明，能够监视碳纳米管纱线的制造状态。

附图说明

图1是表示一实施方式所涉及的纱线制造装置的简要结构的俯视图。

图2是表示图1的控制部所进行的处理的流程的流程图。

图3是表示第一变形例所涉及的纱线制造装置的简要结构的俯视图。

图4是表示第二变形例所涉及的纱线制造装置的简要结构的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。此外，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图1所示，纱线制造装置1是边使碳纳米管纤维组(以下，称为“CNT纤维组”)F行进边由CNT纤维组F制造碳纳米管纱线(以下，称为“CNT纱线”)Y的装置。纱线制造装置1构成为包括基板支承部2、前辊部(拉出部)3、纱线制造部4、夹持辊部5、纱线粗细检测传感器(状态监视部)6、卷取部7以及控制部8。基板支承部2、前辊部3、纱线制造部4、夹持辊部5、纱线粗细检测传感器6以及卷取部7依次配置于规定线L上，CNT纤维组F以及CNT纱线Y从基板支承部2朝向卷取部7行进。此外，CNT纤维组F是集合多个由碳纳米管构成的纤维而形成的。CNT纱线Y是通过纱线制造部4对CNT纤维组F施加捻合(假捻)而形成的。

基板支承部2以保持拉出CNT纤维组F的碳纳米管形成基板(以下，称为“CNT形成基板”)S的状态对其进行支承。CNT形成基板S是被称为碳纳米管森林(carbonnanotubeforest)或碳纳米管的垂直取向构造体等的结构，通过化学气相沉积法等在基板上高密度且高取向地形成碳纳米管(例如，单层碳纳米管、双层碳纳米管、多层碳纳米管等)。作为基板，例如使用塑料基板、玻璃基板、硅基板、金属基板等。此外，在开始制造CNT纱线Y时、在更换CNT形成基板S时等，可以通过被称为微型钻头(microdrill)的工具等从CNT形成基板S拉出CNT纤维组F。

前辊部3具备驱动辊30a、从动辊30b以及驱动马达31。驱动辊30a以及从动辊30b的外周面彼此抵接。驱动辊30a借助来自驱动马达31的驱动力而旋转。从动辊30b伴随着驱动辊30a的旋转而从动旋转。驱动辊30a以及从动辊30b夹持从CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F，伴随着驱动辊30a以及从动辊30b的旋转而从CNT形成基板S连续地拉出CNT纤维组F，并使之凝集为纱线状。

纱线制造部4对通过前辊部3从CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F实施捻合。纱线制造部4具备喷嘴40以及空气供给部41。空气供给部41向喷嘴40供给空气。喷嘴40将从空气供给部41供给来的空气吹向CNT纤维组F的周围，从而通过气流对CNT纤维组F实施捻合(假捻)，生成CNT纱线Y。

夹持辊部5具备驱动辊50a、从动辊50b以及驱动马达51。驱动辊50a以及从动辊50b的外周面彼此抵接。驱动辊50a借助来自驱动马达51的驱动力而旋转。从动辊50b伴随着驱动辊50a的旋转而从动旋转。由纱线制造部4实施捻合而形成的CNT纱线Y被驱动辊30a以及从动辊30b夹持。从纱线制造部4送出紧后的CNT纱线Y会发生抖动，但能够通过被驱动辊50a以及从动辊50b夹持来抑制抖动。

纱线粗细检测传感器6对CNT纱线Y的状态进行监视，这里对CNT纱线Y的粗细进行检测。作为纱线粗细检测传感器6，只要是例如光学式、接触式或静电电容式的纱线粗细检测传感器等能够检测CNT纱线Y的粗细的传感器，可以使用各种传感器等。纱线粗细检测传感器6的检测结果向控制部8输出。

卷取部7具备卷取管70以及驱动马达71。在卷取管70卷绕有CNT纱线Y。驱动马达71驱动卷取管70旋转，将CNT纱线Y卷绕于卷取管70。

控制部8根据纱线粗细检测传感器6的检测结果来进行驱动马达31、51及71的旋转速度的控制、以及空气供给部41向喷嘴40的空气供给量的控制。更详细地说，在通过纱线粗细检测传感器6检测到CNT纱线Y的粗细比规定范围的下限值细的情况下，控制部8通过减慢驱动马达31、51及71的旋转速度且减少从空气供给部41向喷嘴40供给的空气的量，来减慢CNT纤维组F从CNT形成基板S的拉出速度。若减慢CNT纤维组F从CNT形成基板S的拉出速度，则CNT纤维组F的拉出性能提高，而拉出的每单位长度的CNT纤维组F的量变多。由此，能够使CNT纱线Y的粗细变粗。

另一方面，在通过纱线粗细检测传感器6检测到CNT纱线Y的粗细比规定范围的上限值粗的情况下，控制部8通过加快驱动马达31、51及71的旋转速度且增多从空气供给部41向喷嘴40供给的空气的量，来加快CNT纤维组F从CNT形成基板S的拉出速度。若加快CNT纤维组F从CNT形成基板S的拉出速度，则CNT纤维组F的拉出性能降低，而拉出的每单位长度的CNT纤维组F的量变少。由此，能够使CNT纱线Y的粗细变细。

这样一来，能够通过利用控制部8进行驱动马达31、51及71的旋转速度的控制、以及空气供给部41向喷嘴40的空气供给量的控制，来控制CNT纱线Y的粗细。

另外，控制部8在控制驱动马达31等以及空气供给部41来控制从CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F的量之后通过纱线粗细检测传感器6未检测到所希望的纱线粗细(规定范围内的纱线粗细)的情况下，使驱动马达31、51及71的旋转停止，且使空气供给部41向喷嘴40的空气供给停止。

而且，控制部8在通过纱线粗细检测传感器6未检测到CNT纱线Y的粗细的情况下，即，在发生断纱等而未检测到CNT纱线Y的行进的情况下，使驱动马达31、51及71的旋转停止，且使空气供给部41向喷嘴40的空气供给停止。

接下来，对由控制部8进行的处理的流程进行说明。如图2所示，控制部8根据纱线粗细检测传感器6的检测结果来判断CNT纱线Y是否行进(步骤S101)。在CNT纱线Y行进的情况下(步骤S101：是)，控制部8根据纱线粗细检测传感器6的检测结果来判断CNT纱线Y的粗细是否在规定范围内(步骤S102)。在CNT纱线Y的粗细在规定范围内的情况下(步骤S102：是)，控制部8对驱动马达31等以及空气供给部41进行通常时控制(步骤S103)。该通常时控制例如是指根据预先规定的控制值、或CNT纱线Y的粗细在规定范围内的现在状态下的驱动马达31等以及空气供给部41的控制值来进行驱动马达31等以及空气供给部41的控制。在通常时控制之后，控制部8进行上述步骤S101的处理。

另一方面，在CNT纱线Y的粗细不在规定范围内的情况下(步骤S102：否)，控制部8对驱动马达31等以及空气供给部41进行异常时控制(步骤S104)。该异常时控制是指以如上所述那样控制驱动马达31等的旋转速度以及向喷嘴40的空气供给量而使CNT纱线Y的粗细在规范围内的方式进行控制。

在异常时控制之后，控制部8根据纱线粗细检测传感器6的检测结果来判断CNT纱线Y的粗细是否在规定范围内(步骤S105)。该处理是对通过进行了异常时控制而CNT纱线Y的粗细是否在规定范围内进行判断。在CNT纱线Y的粗细在规定范围内的情况下(步骤S105：是)，控制部8进行上述步骤S101的处理。

另外，在CNT纱线Y未行进的情况下(步骤S101：否)，或者，在异常时控制之后CNT纱线Y的粗细不在规定范围内的情况下(步骤S105：否)，控制部8使驱动马达31、51及71的旋转停止，且使空气供给部41向喷嘴40的空气供给停止(步骤S106)。

本实施方式以如上方式构成，在纱线制造装置1中，能够通过使用纱线粗细检测传感器6来监视CNT纱线Y的制造状态。通过监视该CNT纱线Y的制造状态，例如能够进行与由纱线粗细检测传感器6检测到的不良状况等对应的处理。

通过使用检测CNT纱线Y的粗细的纱线粗细检测传感器6，能够防止制造出纱线粗细存在不合格的CNT纱线Y。

因具备根据纱线粗细检测传感器6的检测结果来进行驱动马达31等的控制的控制部8，从而能够使纱线粗细检测传感器6的检测结果反馈给CNT纤维组F的拉出量。根据纱线粗细检测传感器6的检测结果来控制CNT纤维组F的拉出量，从而能够制造粗细均匀的CNT纱线Y。

控制部8在通过纱线粗细检测传感器6未检测到CNT纱线Y的行进的情况下，使驱动马达31等的动作停止。此时，能够防止尽管CNT纱线Y未行进而前辊部3以及纱线制造部4等继续动作的情况，实现纱线制造装置1的适当控制。

控制部8在控制驱动马达31等来控制从CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F的量之后未获得所希望的CNT纱线Y的粗细的情况下，使驱动马达31等的动作。此时，能够防止尽管无法获得所希望的CNT纱线Y的粗细而继续制造CNT纱线Y的情况。

纱线制造部4具备通过气流来对CNT纤维组F实施捻合的喷嘴40。这里，在使用气流的情况下，能够高速地对CNT纤维组F实施捻合。因此，虽然需要从CNT形成基板S高速地拉出CNT纤维组F，但若拉出速度变快，则存在产生无法拉出所希望的CNT纤维组F的量的情况的趋势。因此，在通过气流对CNT纤维组F实施捻合的纱线制造装置1设置纱线粗细检测传感器6来监视CNT纱线Y的状态，从而例如能够更适当地进行与由纱线粗细检测传感器6检测到的不良状况等对应的处理等。

因具备支承CNT形成基板S的基板支承部2，从而能够稳定地供给CNT纤维组F。

接下来，对第一变形例进行说明。在上述实施方式中，使用纱线粗细检测传感器6来检测CNT纱线Y的粗细，但也可以取代纱线粗细检测传感器6，而对从CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F进行监视。以下，作为第一变形例，对监视CNT纤维组F来进行驱动马达31等的控制的纱线制造装置进行说明。如图3所示，本变形例所涉及的纱线制造装置1A取代上述实施方式中的纱线制造装置1的纱线粗细检测传感器6而设置纤维组检测部(状态监视部)9。纱线制造装置1A中的其他结构要素与实施方式所涉及的纱线制造装置1相同，因此标注相同的附图标记并省略详细的说明。

纤维组检测部9具备照相机90以及图像处理部91。照相机90对在从CNT形成基板S拉出之后比前辊部3更靠前的状态的CNT纤维组F进行拍摄。图像处理部91根据由照相机90拍摄到的图像来计算CNT纤维组F的量。该计算例如可以使用已知的图像处理技术，根据由照相机90拍摄到的图像，借助CNT纤维组F在拍摄范围中所占的比例等来对从CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F的量进行计算。在CNT纤维组F的量较多的情况下，CNT纱线Y的粗细较粗，在CNT纤维组F的量较少的情况下，CNT纱线Y的粗细较细。因此，能够根据从CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F的量来推断CNT纱线Y的粗细。图像处理部91根据计算出的CNT纤维组F的量来推断CNT纱线Y的粗细，并向控制部8输出。

另外，图像处理部91能够根据由照相机90拍摄到的图像来对未从CNT形成基板S拉出CNT纤维组F的状态、即CNT纱线Y的行进未行进的状态进行检测。

控制部8与上述实施方式相同，根据CNT纱线Y的粗细来进行驱动马达31等的控制。由此，在本变形例中，也能够获得与实施方式相同的效果。

接下来，对第二变形例进行说明。在第二变形例中，基板支承部2能够支承多个CNT形成基板S，能够变更拉出CNT纤维组F的CNT形成基板S的片数。如图4所示，相对于上述实施方式的纱线制造装置1，本变形例所涉及的纱线制造装置1B将控制部8取代为控制部8B，并追加了拉出片数变更部10以及基板更换部11。纱线制造装置1B中的其他结构要素与实施方式所涉及的纱线制造装置1相同，因此标注相同的附图标记并省略详细的说明。

基板支承部2具备多个基板支承体2a。各基板支承体2a分别支承CNT形成基板S。基板支承体2a以CNT形成基板S相对于基板支承部2的表面立起的方式支承CNT形成基板S。拉出片数变更部10对支承于基板支承体2a的多个CNT形成基板S中的拉出CNT纤维组F的CNT形成基板S的片数进行变更。具体而言，在新追加拉出CNT纤维组F的CNT形成基板S的情况下，拉出片数变更部10向构成拉出对象的CNT形成基板S伸出拉出喷嘴10a，通过拉出喷嘴10a的吸引力来从CNT形成基板S拉出CNT纤维组F。拉出片数变更部10使拉出的CNT纤维组F与从其他CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F接触。由此，新拉出的CNT纤维组F与从其他CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F一起向纱线制造部4输送。

基板更换部11将支承于基板支承部2的CNT形成基板S中的没有碳纳米管纤维组的CNT形成基板S更换为新的CNT形成基板S。

控制部8B根据纱线粗细检测传感器6对CNT纱线Y的粗细的检测结果来控制拉出片数变更部10，变更拉出CNT纤维组F的CNT形成基板S的片数。具体而言，控制部8B在通过纱线粗细检测传感器6检测到CNT纱线Y的粗细变细的情况下，控制拉出片数变更部10，增加拉出CNT纤维组F的CNT形成基板S的片数。

另一方面，在通过纱线粗细检测传感器6检测到CNT纱线Y的粗细变粗的情况下，控制部8B通过控制支承CNT形成基板S的基板支承体2a使CNT形成基板S相对于CNT纤维组F的拉出方向倾斜来使CNT纤维组F的拉出停止，减少拉出CNT纤维组F的CNT形成基板S的片数。此外，CNT纤维组F的拉出的停止方法并不局限于此，例如也可以使用通过切断机构切断从CNT形成基板S拉出的CNT纤维组F来使拉出停止等各种方法。

这样一来，控制部8b通过根据纱线粗细检测传感器6的检测结果来控制拉出片数变更部10以及基板支承体2a，也能够控制CNT纤维组F的拉出量，能够制造粗细均匀的CNT纱线Y。

以上，对本发明的一实施方式以及变形例进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。例如，控制部8根据由纱线粗细检测传感器6检测到的CNT纱线Y的粗细来控制驱动马达31等，但也可以将由纱线粗细检测传感器6检测到的纱线的粗细与CNT纱线Y的位置一起存储在存储装置。由此，在制造的CNT纱线Y中，例如能够掌握规定范围外的粗细的部位的位置。

除了使用纱线粗细检测传感器6或纤维组检测部9来检测CNT纱线Y的粗细以及CNT纱线Y的行进的有无以外，也可以使用其他检测装置等来检测CNT纱线Y的行进速度、或检测CNT纱线Y已被制造的长度等。

作为CNT纤维组F的供给源，可以取代CNT形成基板S，而使用连续地合成碳纳米管来供给CNT纤维组F的装置等。使用通过气流来对CNT纤维组F实施捻合的纱线制造部4，但也可以使用通过使用气流以外的方法来对CNT纤维组F实施捻合的纱线制造部。也可以取代纱线制造部4以及卷取部7，而使用边对CNT纤维组F施加捻合(实捻(実撚り))来制造CNT纱线Y边卷取CNT纱线Y的装置等。

工业上的利用可能性

根据本发明，能够提供一种可监视碳纳米管纱线的制造状态的纱线制造装置。

附图标记说明：

1、1A…纱线制造装置；2…基板支承部；3…前辊部(拉出部)；4…纱线制造部；5…夹持辊部；6…纱线粗细检测传感器(状态监视部)；7…卷取部；8…控制部；9…纤维组检测部(状态监视部)；10…拉出片数变更部；F…CNT纤维组；S…CNT形成基板；Y…CNT纱线。

Claims (9)

1.一种纱线制造装置，其使碳纳米管纤维组凝集来制造碳纳米管纱线，

所述纱线制造装置的特征在于，具备：

拉出部，其从碳纳米管形成基板连续地拉出所述碳纳米管纤维组；

纱线制造部，其使由所述拉出部拉出的所述碳纳米管纤维组凝集；

状态监视部，其对从所述碳纳米管形成基板拉出的所述碳纳米管纤维组的状态、或所述碳纳米管纱线的状态进行监视。

2.根据权利要求1所述的纱线制造装置，其特征在于，

所述状态监视部是检测所述碳纳米管纱线的粗细的纱线粗细检测传感器。

3.根据权利要求1或2所述的纱线制造装置，其特征在于，

还具备控制部，该控制部根据所述状态监视部的监视结果来对由所述拉出部拉出的所述碳纳米管纤维组的量进行控制。

4.根据权利要求3所述的纱线制造装置，其特征在于，

所述控制部通过变更在所述拉出部的所述碳纳米管纤维组的拉出速度来对拉出的所述碳纳米管纤维组的量进行控制。

5.根据权利要求3所述的纱线制造装置，其特征在于，

还具备拉出片数变更部，该拉出片数变更部对从设置有多个的所述碳纳米管形成基板拉出所述碳纳米管纤维组的所述碳纳米管形成基板的片数进行变更，

所述控制部通过控制所述拉出片数变更部来变更拉出所述碳纳米管纤维组的所述碳纳米管形成基板的片数，而对拉出的所述碳纳米管纤维组的量进行控制。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的纱线制造装置，其特征在于，

所述控制部在通过所述状态监视部未检测到所述碳纳米管纤维组或所述碳纳米管纱线的行进的情况下，使所述拉出部的动作和所述纱线制造部的动作停止。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的纱线制造装置，其特征在于，

所述控制部在对由所述拉出部拉出的所述碳纳米管纤维组的量进行过控制之后未获得所述碳纳米管纱线的所希望的粗细的情况下，使所述拉出部以及所述纱线制造部的动作停止。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的纱线制造装置，其特征在于，

所述纱线制造部通过气流对所述碳纳米管纤维组实施捻合。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的纱线制造装置，其特征在于，还具备支承所述碳纳米管形成基板的基板支承部。