JP2005225644A - Traverse guide device for winder, winder, and carbon fiber bundle package manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維束等の補強繊維束の巻取機に好適な巻取機用綾振りガイド装置、とくに、安定した糸幅で繊維束を巻取可能な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に関する。 The present invention relates to a traverse guide device for a winder suitable for a winder of a reinforcing fiber bundle such as a carbon fiber bundle, and in particular, a traverse guide device for a winder capable of winding a fiber bundle with a stable yarn width. And a winder using the same and a method for manufacturing a carbon fiber bundle package.
炭素繊維束やガラス繊維束に代表される補強繊維束の多くは、それら繊維束にマトリックス樹脂を含浸させた、いわゆるプリプレグとした後、繊維強化プラスチック成形体として製品化される。近年、この繊維強化プラスチック成形体の軽量化指向に伴い、厚みが薄く、かつ厚み斑が少ない高品位なプリプレグが要望されつつある。このようなプリプレグを製造する際には、補強繊維束を、その品位を損なわないように、薄く広く開繊させる必要がある。このため、プリプレグの原材料となる補強繊維束についても、予め薄く均一に拡げた状態でボビンに巻き取ることが重要な課題となってきている。 Many of the reinforcing fiber bundles typified by carbon fiber bundles and glass fiber bundles are made into so-called prepregs in which the fiber bundles are impregnated with a matrix resin, and then commercialized as fiber-reinforced plastic molded articles. In recent years, with the trend toward weight reduction of the fiber-reinforced plastic molded body, a high-quality prepreg having a small thickness and few thickness spots is being demanded. When manufacturing such a prepreg, it is necessary to spread the reinforcing fiber bundle thinly and widely so as not to impair the quality of the bundle. For this reason, it has become an important issue to wind up the reinforcing fiber bundle as a raw material of the prepreg in a bobbin in a state where the reinforcing fiber bundle is thinly and uniformly spread in advance.
一般的な巻取機では、巻取ボビンの回転軸と平行に往復動する綾振りガイド装置によって繊維束は綾状に規則正しく巻き取られる。一方、上述のような、予め薄く拡げた扁平テープ状の補強繊維束を安定した糸幅で巻き取る綾振りガイド装置としては、従来、以下のような技術が知られている。すなわち、巻取ボビンの回転軸と直交して配された一対の上部ガイドローラーと、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ラーと、それらの間に円錐状ガイドローラーとを有し、上部ガイドローラーの少なくとも一方はその回転軸方向中央部が凹んだ鼓形状であり、下部ガイドローラーの少なくとも一方はその回転軸方向中央部が膨らんだ太鼓形状である綾振りガイド装置が知られている(例えば、特許文献1)。また、その回転軸が空間上で互いにねじれた位置関係にある一組の円錐状ガイドローラーと、巻取ボビンとほぼ平行な回転軸を有する平行ガイドローラーとを具備し、円錐状ガイドローラーによって扁平テープ状の繊維束をほぼ直角にひねって平行ガイドローラーに導く綾振りガイド装置も知られている(例えば、特許文献2)。
しかし、これら従来の綾振りガイド装置には、以下に記載するような欠点がある。すなわち、特許文献1に開示される綾振りガイド装置は、繊維束の走行糸道を安定させるために鼓形状のガイドローラーを用いており、糸幅が一旦狭くなるため単繊維の整列が乱れ、結果として、繊維束パッケージ上の糸幅が狭くなったり、繊維束に部分的な撚りが発生してしまうものであった。また、特許文献2に開示される綾振りガイド装置は、最上部に配されたガイドローラーが円錐状であり、繊維束はこの円錐状ガイドローラーに最初に接触すると同時にひねられるため、ガイドローラー上で繊維束はその幅方向に横滑りを起こし、繊維束に撚りが発生しやすく、結果として糸幅が狭くなったりして安定しないものであった。
However, these conventional traverse guide devices have the following drawbacks. That is, the traverse guide device disclosed in Patent Document 1 uses a drum-shaped guide roller to stabilize the traveling yarn path of the fiber bundle, and the yarn width is once narrowed so that the alignment of the single fibers is disturbed, As a result, the yarn width on the fiber bundle package becomes narrow or partial twist occurs in the fiber bundle. Further, in the traverse guide device disclosed in
そこで本発明の課題は、上記のような従来技術の欠点に鑑み、扁平テープ状の繊維束であっても、糸幅の変動を抑え安定して所定の糸幅で巻き取ることが可能な巻取機用綾振りガイド装置とそれを含む巻取機を提供し、さらにそれらを用いた炭素繊維束パッケージの製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to take into account the drawbacks of the prior art as described above, even for a flat tape-like fiber bundle, a winding capable of stably winding with a predetermined yarn width while suppressing fluctuations in the yarn width. An object of the present invention is to provide a traverse guide device for a take-up machine and a winder including the same, and to provide a method for manufacturing a carbon fiber bundle package using the take-up guide device.
上記課題を解決するために、本発明に係る巻取機用綾振りガイド装置は、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、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ものからなる。 In order to solve the above problems, a traverse guide device for a winding machine according to the present invention is a guide device that traverses a fiber bundle when it is wound around a bobbin, and a plurality of guide members that guide the fiber bundle. At least one of them is supported in a floating manner, and the guide member is configured so as to be displaceable in a direction that relaxes increase / decrease in fiber bundle tension caused by traversing.
この巻取機用綾振りガイド装置は、通常の繊維束に対しても適用できるが、特に、繊維束が扁平テープ状の繊維束からなる場合に好適なものである。中でも、前述の如く、薄く広く開繊させる必要がある、プリプレグの原料となる樹脂補強用の補強繊維束からなる場合に好適なものである。 This traverse guide device for a winder can be applied to a normal fiber bundle, but is particularly suitable when the fiber bundle is a flat tape-like fiber bundle. Among them, as described above, it is suitable for the case of a reinforcing fiber bundle for resin reinforcement, which is a raw material for prepreg, which needs to be spread thinly and widely.
上記浮動支持されるガイド部材の浮動支持は、たとえばばねにより行うことができる。但し、ばねの他、シリンダー装置やバランスウェイト、弾力性を有する部材による浮動支持も可能である。 The floating support of the guide member supported by the floating can be performed by a spring, for example. However, in addition to the spring, floating support by a cylinder device, a balance weight, or an elastic member is also possible.
上記繊維束を案内するガイド部材としては、フリー回転ローラーを用いることができる。上記浮動支持されるガイド部材は勿論のこと、他のガイド部材にもフリー回転ローラーを用いることができる。 A free rotating roller can be used as a guide member for guiding the fiber bundle. A free rotating roller can be used not only for the floatingly supported guide member but also for other guide members.
上記浮動支持されたガイド部材を含む複数のガイド部材としては、互いに平行に配列され、順に繊維束を案内する3つのガイド部材を有し、そのうち2番目に繊維束を案内するガイド部材が浮動支持されている構成とすることができる。捩れ等のない状態で安定して繊維束張力の増減を緩和する(張力変動を吸収する)ためには、このように少なくとも3つのガイド部材を設けて、その真中のガイド部材を浮動支持して繊維束張力の増減を緩和する方向に変位できるようにすることが好ましい。これら順に繊維束を案内する3つのガイド部材は、巻取機プレッシャーローラーを含んでいてもよい。つまり、巻取機プレッシャーローラーが最下流側のガイド部材を構成し、その直前に浮動支持されたガイド部材を配置する構成とすることができる。 The plurality of guide members including the guide member supported in a floating manner include three guide members that are arranged in parallel to each other and sequentially guide the fiber bundle, and the second guide member that guides the fiber bundle is supported in a floating manner. It can be set as the structure currently made. In order to stably reduce or increase or decrease the fiber bundle tension (absorb the fluctuation in tension) in a state where there is no twist or the like, at least three guide members are provided in this way, and the middle guide member is floated and supported. It is preferable to be able to displace the fiber bundle tension in a direction that reduces the increase or decrease. The three guide members that guide the fiber bundle in this order may include a winder pressure roller. In other words, the winder pressure roller may constitute the most downstream guide member, and the guide member that is floated and supported immediately before the guide member may be arranged.
本発明に係る巻取機は、上記のような巻取機用綾振りガイド装置を含むものである。 The winder according to the present invention includes the above-described traverse guide device for a winder.
また、本発明に係る炭素繊維束パッケージの製造方法は、このような巻取機によって炭素繊維束を巻き取る方法からなる。この炭素繊維束パッケージの製造方法においては、炭素繊維束は実質的に無撚とすることができる。したがって、プリプレグの原料として、好ましい形態の樹脂補強用繊維束のパッケージとすることができる。 Moreover, the manufacturing method of the carbon fiber bundle package which concerns on this invention consists of a method of winding up a carbon fiber bundle with such a winding machine. In this method for manufacturing a carbon fiber bundle package, the carbon fiber bundle can be substantially untwisted. Therefore, it can be set as the package of the fiber bundle for resin reinforcement of a preferable form as a raw material of a prepreg.
本発明は、とくに扁平テープ状の繊維束をその巻取り時に綾振る際に、浮動支持されたガイド部材を繊維束張力の増減を緩和する方向に変位させて張力変動を吸収、抑制できるので、張力変動に伴う糸幅の変動を抑制でき、所定の糸幅で安定して巻き取ることが可能になる。その結果、前述したようなプリプレグの原料として好ましい形態の、薄く均一に拡げられた繊維束がボビンに巻き取られることになる。また、とくに平行に配列された3つのガイド部材の真中のガイド部材をこの浮動支持ガイド部材とすることにより、該浮動支持ガイド部材が変位される際にも走行中の繊維束を捩じることなく安定した姿勢に保つことができ、好ましい無撚の繊維束としてパッケージの形態に巻き取られる。 In the present invention, when the flat tape-shaped fiber bundle is traversed during winding, the guide member supported by floating can be displaced in a direction to relax the increase and decrease of the fiber bundle tension, thereby absorbing and suppressing tension fluctuations. The fluctuation of the yarn width accompanying the fluctuation of the tension can be suppressed, and the winding can be stably performed with a predetermined yarn width. As a result, a thin and uniformly spread fiber bundle in a form preferable as a raw material for the prepreg as described above is wound around the bobbin. Further, by using the middle guide member of the three guide members arranged in parallel as the floating support guide member, the traveling fiber bundle can be twisted even when the floating support guide member is displaced. And can be kept in a stable posture, and wound as a preferred untwisted fiber bundle in the form of a package.
本発明によれば、巻取り直前における繊維束張力の増減を適切に緩和でき、糸幅の変動を抑えて、望ましい広幅で厚みの薄い均一な形態にて安定した巻取りを行うことが可能になる。その結果、プリプレグの原料として好ましい形態の補強繊維束をパッケージの形態に形成することが可能になる。 According to the present invention, the increase and decrease in fiber bundle tension immediately before winding can be appropriately mitigated, and fluctuations in the yarn width can be suppressed and stable winding can be performed in a desirable wide and thin uniform form. Become. As a result, it is possible to form a reinforcing fiber bundle having a preferable form as a raw material for the prepreg in the form of a package.
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1および図2は、本発明の一実施態様に係る巻取機用綾振りガイド装置を備えた巻取機の巻取部を示しており、繊維束をパッケージ形態に巻き取っている様子を示している。図において、1は、巻取機を示しており、2は、巻取機用綾振りガイド装置、とくにその中の複数のガイド部材を示している。本実施態様においては、繊維束3は前述したような、扁平テープ状の炭素繊維束からなっており、繊維束3の走行方向上流側から順に、該繊維束3を案内するガイド部材4、5、6、7、8、9が設けられている。各ガイド部材はフリー回転ローラーによって構成されている。これらガイド部材4、5、6、7、8は、図2のトラバース方向に、綾振りガイド機構(図示略)を介して、所定幅で往復動される(本実施態様では、ガイド部材9は長尺の巻取機プレッシャーローラーから構成されているので、このガイド部材9は往復動されない)。綾振りは、図2の上方に位置する綾振り支点に対して行われ、繊維束3は、紙管等からなる巻取ボビン10上に炭素繊維束パッケージ11として巻き取られる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show a winding unit of a winding machine provided with a traverse guide device for a winding machine according to an embodiment of the present invention, and a state in which a fiber bundle is wound into a package form. Show. In the figure, 1 indicates a winder, and 2 indicates a traverse guide device for a winder, particularly a plurality of guide members therein. In this embodiment, the
上記複数のガイド部材のうち、繊維束3の走行方向最下流側の3つのガイド部材7、8、9は、互いに平行に配列されており、かつ、そのうち真中の(2番目の)ガイド部材8が、本発明における浮動支持されたガイド部材8(浮動支持されたフリー回転ローラー)によって構成されている。本実施態様では、浮動支持は、ばね12により行われており、例えば、ガイド部材8を構成するフリー回転ローラーの両端軸受部を浮動支持手段としてのばね12で支持することにより行われている。この浮動支持の方向は、図1に示すように、ガイド部材8が繊維束3の張力の増減を緩和できる方向に設定されており、ガイド部材8が繊維束3の張力変動に応じてこの方向に変位されることにより、繊維束3の張力変動が吸収され、張力の増減が緩和される。各ガイド部材、特に浮動支持されたガイド部材8をフリー回転ローラーとすることにより、より容易にかつ円滑に張力変動が吸収され、張力の増減が緩和される。また、浮動支持されたガイド部材8を真中に配置した3つのガイド部材7、8、9を互いに平行に配列することにより、ガイド部材8が変位した際にも、走行中の扁平テープ状の繊維束3の向き、姿勢は実質的にそのままの状態に保たれ、この部分で撚りがかかることはない。したがって、この部分は、無撚状態が望まれる補強繊維束の案内、巻取のために最適な構成とされている。
Among the plurality of guide members, the three
また、本実施態様では、上述の如く、3つのガイド部材7、8、9のうち、繊維束3の走行方向最下流に位置するガイド部材9として、パッケージ11に接圧される巻取機プレッシャーローラーが用いられているが、これら3つのガイド部材7、8、9は、より上流側に配置することも可能であり、その場合には、巻取機プレッシャーローラーを兼用させる必要はない。
Further, in this embodiment, as described above, the winder pressure that is brought into pressure contact with the
また、本実施態様では、ガイド部材7の繊維束3走行方向上流側に配置されたガイド部材6は、ガイド部材7に対して斜めに延びる方向に設定されており、さらに上流側のガイド部材5、4は、互いに平行でかつガイド部材6に対して斜めに延びる方向に設定されており、3つのガイド部材7、8、9とガイド部材4、5とは、90度異なる方向に(直交する方向に)設定されている。そして、互いに平行に配列された3つのガイド部材7、8、9は、巻取機プレッシャーローラー9を含んでおり、これらガイド部材7、8、9は巻取軸(ボビン10の回転軸)と平行に配置されている。
In this embodiment, the
上記のような巻取機用綾振りガイド装置2を備えた巻取機1においては、浮動支持されたガイド部材8が繊維束3の張力変動に応じてその張力の増減を緩和する方向に変位されることにより、安定して均一な張力に維持されることになり、それによって繊維束3の糸幅の安定して均一な糸幅に維持される。したがって、このような状態に維持されつつパッケージ11に巻き取られる炭素繊維束3は、扁平テープ状の、プリプレグ等の原料として望ましい形態に維持され、望ましい形態の樹脂補強用の炭素繊維束3、そのパッケージ11が提供されることになる。
In the winder 1 provided with the above-described
なお、上記実施態様では繊維束3を扁平テープ状の炭素繊維束としたが、炭素繊維束に限らず、他の補強繊維束(例えば、ガラス繊維束)であってもよく、さらには、補強繊維束に限らず、他の通常の繊維束であってもよい。
In the above embodiment, the
本発明は、特に扁平テープ状の繊維束を糸幅の変動を生じさせることなく安定して巻き取ることが要求されるあらゆる繊維束巻取機に適用可能であり、特に炭素繊維束等の補強繊維束の巻取りに適用して好適なものである。 The present invention is particularly applicable to any fiber bundle winder that is required to stably wind a flat tape-shaped fiber bundle without causing fluctuations in the yarn width, and particularly to reinforce a carbon fiber bundle or the like. It is suitable for application to winding a fiber bundle.
1 巻取機
2 巻取機用綾振りガイド装置
3 繊維束(扁平テープ状の炭素繊維束)
4、5、6、7 ガイド部材
8 浮動支持されたガイド部材
9 ガイド部材(巻取機プレッシャーローラー)
10 巻取ボビン
11 炭素繊維束パッケージ
12 浮動支持手段としてのばね
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
4, 5, 6, 7
10
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