JP2005248360A - クリール装置および一方向性プリプレグの製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】糸条を引き出す際の張力のバラツキを抑えて安定して糸条を供給し、生産性を向上させることができるクリール装置と、そのようなクリール装置を用いた一方向性プリプレグの製造装置および製造方法を提供する。
【解決手段】複数個の糸条パッケージが装架される架台と、糸条パッケージから引き出される糸条の進行方向を転換する方向転換ガイドロールを有するクリール装置であって、方向転換ガイドロールが上下方向に配列された複数の糸条パッケージ群毎に、共通の１本の方向転換ガイドロールに構成されていることを特徴とするクリール装置、およびそれを用いた一方向性プリプレグの製造装置と製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、多数のパッケージから糸条を引き出すクリール装置、とくに炭素繊維等の強化繊維糸条が巻かれた多数のパッケージから強化繊維糸条を引き出し、一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えるのに好適なクリール装置と、そのクリール装置を用いて、強化繊維糸条をシート状に引き揃え、樹脂を含浸して一方向性プリプレグを製造する一方向性プリプレグの製造装置および製造方法に関する。

ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の成形に用いられる一方向性プリプレグは、炭素繊維等の強化繊維糸条が巻かれた多数のパッケージから強化繊維糸条を引き出し、一方向に互いに並行かつシート状に引き揃え、樹脂を含浸することによって製造する。糸条を引き出すクリール装置や糸条引き揃え装置は、そのような一方向性プリプレグを製造するような場合に用いられる。

クリール装置としては、複数個の糸条パッケージを装架するための架台を有し、糸条の進行方向上に対して直交するようにパッケージを装架して糸条をまっすぐ引き出すものや、糸条の進行方向に対して４５度あるいは９０度方向に糸条パッケージを配置し、斜め方向あるいは直角方向に糸条を引き出した後、進行方向に糸条を方向転換させて引き揃えるものなどがある。糸条の引き揃えにおいては、糸条間の張力バラツキをなくすることが重要であり、そのために各種の張力制御機能が考案されている。それらの張力制御の方法としては、糸条パッケージを装架するスピンドル部分にバンドブレーキを設けてブレーキにより張力を付与して制御したり、永久磁石を用いてなる磁力式トルク制御設備をスピンドル軸に設けて行う方法を用いたり、あるいは糸条群にはブレーキ装置を設けず、全糸条を引き揃えてニップし、駆動装置により後工程の設備と速度差を持たせて張力を制御するものが一般に知られている（たとえば、特許文献１）。
特開昭６０−９９６２号公報

しかしながら、上記のようなバンドブレーキ方式による張力制御方法ではバンドの摩耗や伸び、バンドへの毛羽の付着による摩擦係数の変化などが要因となって糸条間の張力にバラツキが発生する。パーマトルクで知られる永久磁石によるブレーキの付与方式ではバンドブレーキ方式のような糸条間の張力バラツキはなく、制御のための配線や配管などの必要もなく望ましいものであるが、連続使用による発熱の問題があり、高温になるとトルクが低下する問題があった。また、トルク設定変更時には内部ディスクが残留磁気によりコッキングと呼ばれる回転ムラを生じる問題があった。

特許文献１に見られる全糸条を引き揃えた後にニップする方式では、隣接する糸条の重なりにより厚みムラが生じた場合、厚みの厚い部分はニップで強固に把持されて後続設備との速度差による規定張力が得られるものの、薄い部分にあっては後続の設備に引き取られる際にニップでの把持が弱いため糸抜けが起きて規定の張力が得られず、厚みの厚い部分と薄い部分での張力バラツキが生じる問題があった。

そこで本発明の課題は、上述した従来のクリール装置の問題点を解決し、糸条を引き出す際の張力のバラツキを抑えて安定して糸条を供給し、生産性を向上させることができるクリール装置と、そのようなクリール装置を用いた一方向性プリプレグの製造装置および製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るクリール装置は、複数個の糸条パッケージが装架される架台と、糸条パッケージから引き出される糸条の進行方向を転換する方向転換ガイドロールを有するクリール装置であって、前記方向転換ガイドロールが上下方向に配列された複数の糸条パッケージ群毎に、共通の１本の方向転換ガイドロールに構成されていることを特徴とするものからなる。

このクリール装置は、上記方向転換ガイドロールを強制回転させる駆動手段を備えていることが好ましい。また、上記方向転換ガイドロールに対し、上下方向に配列された複数の糸条パッケージのそれぞれに対応して、任意に加圧、開放できるニップロール手段（とくに、ニップロール）を設けてなることが好ましい。このような構成により、各糸条パッケージから引き出された糸条はそれぞれ、ニップロール手段によって方向転換ガイドロールとの間にニップされた状態にて、共通の方向転換ガイドロールの駆動力により次工程との速度差により所定の張力に制御される。

また、上記駆動手段は、上記方向転換ガイドロール１本単位で駆動を接続もしくは切り離すことができるクラッチ手段を有することが好ましい。これにより、任意に各方向転換ガイドロールをフリーロールとしたり強制駆動ロールとしたりすることができ、各糸条パッケージ群毎に、糸条に対する駆動形態を調整したり、トラブルが発生した際の処置を講じることが可能になる。

このようなクリール装置は、とくに前述したような一方向性プリプレグの製造に用いて好適なものである。すなわち、本発明に係る一方向性プリプレグの製造装置は、上記のようなクリール装置を用いて炭素繊維等の強化繊維糸条を互いに並行かつシート状に引き揃える手段を含むものからなる。

また、本発明に係る一方向性プリプレグの製造方法は、上記のようなクリール装置を用いて炭素繊維等の強化繊維糸条を互いに並行かつシート状に引き揃える工程を含む方法からなる。

さらに、本発明は、このような方法によって製造された一方向性プリプレグも提供するものである。

本発明に係るクリール装置によれば、糸条パッケージから引き出される糸条の進行方向を転換する方向転換ガイドロールを、上下方向に配列された複数の糸条パッケージ群毎に、共通の１本の方向転換ガイドロールに構成することにより、各糸条を引き出す際の張力のバラツキを抑えて安定して糸条を供給でき、それによって生産性を向上することができる。そして、このようなクリール装置を用いた一方向性プリプレグの製造装置および製造方法によれば、張力のバラツキを抑えた状態で引き出されてきた複数の強化繊維糸条を、効率よく安定して互いに並行かつシート状に引き揃えることができ、それによって樹脂の含浸も安定し、優れた生産性が得られる。

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〜図５は、本発明の一実施態様に係るクリール装置を示している。図１〜図３において、クリール装置１００は、複数個の糸条２が巻かれた糸条パッケージ１が斜め内向きに装架される架台３を有する。架台３には、糸条パッケージ１から引き出される糸条２の方向を転換する方向転換ガイドロール４が複数設けられている。複数個の糸条パッケージ１は、上下方向に配列された複数の糸条パッケージ群の形態に装架されており、各方向転換ガイドロール４は、上下方向に配列された複数の各糸条パッケージ群毎に、共通の１本の方向転換ガイドロールとして構成されている。この方向転換ガイドロール４は、強制的に回転させる駆動装置を有する。また、糸条２を方向転換ガイドロール４にはさみ付けて把持するための（ニップするための）ニップロール５を有する。図３および図４において、方向転換ガイドロール４は、架台３に取り付けられている。架台３にはニップロール５を取り付けするためのニップロール支持軸７が立設されており、同支持軸７にはニップロール５の取り付けアーム６及びニップロール固定ブラケット８を設けられている。

ニップロール５は、通常開放状態とし運転中のみ糸条２を把持するためにニップさせた状態で使用する。ニップロール５の固定方法は図４に示す通り、取り付けアーム６に設けてあるレバー６ａを操作することにより糸条２を押さえたり、開放を行うことができる。押さえ位置及び開放位置には固定のためのピン穴をあけておき、レバーを操作して、図示しないピンを図示しない位置決め穴のセットすることで容易に固定することができる。押さえ・開放の操作はエアーシリンダを用いた汎用的なニップ機能であってもよく、バネを利用した方法であってもよい。

図５は方向転換ガイドロール４の駆動手段を示す。架台３の上部に搭載された駆動装置１０１は、駆動モータ９、モータベース１４、駆動ホイル１０、中間軸１１、クラッチ１２，及び軸受け１３より構成されている。駆動装置１０１は、１つのモータにより駆動ホイルやライン軸などを用いて全ての方向転換ガイドロール４を連結することでよく、方向転換ガイドロール４を数個から数十個のブロック単位で駆動装置を設けてもよい。駆動モータ９により発生した回転動力は前述の駆動ホイル１０，中間軸１１、クラッチ１２を介して方向転換ガイドロール４に伝達される。本実施態様では、各方向転換ガイドロール４は、クラッチ１２の開閉により、個別に駆動、非駆動（フリーロール化）を設定できるようになっている。方向転換ガイドロール４の駆動は、次工程の駆動装置と連動させ、わずかな速度差を持たせることで張力を付与することができる他、中間軸１１に設けたクラッチ１２で駆動の縁を切ればフリーロールとして使用することが可能である。さらには駆動系統を接続した状態で停止させると、方向転換ガイドロール４は固定のガイドバーとしての使用も可能で、品種に対応して機能を選択することができる利点がある。

方向転換ガイドロール４は、図１、図２に示すように、装架する糸条パッケージ１の最上段から最下段まで通しの構造とすることが望ましい。装架する糸条パッケージ１の数量が多い場合は方向転換ガイドロール４を上下通しのロールとすることで製作コストが抑えられる他に、次のような効果もある。すなわち、図６（Ａ）は従来の短尺の方向転換ガイドロール４ａを、図６（Ｂ）は本発明における方向転換ガイドロール４を示しているが、図６（Ｂ）に示す通り、方向転換ガイドロール４を長尺の上下通しの方向転換ガイドロールとすることにより糸折れが防止できる効果がある。通常、方向転換ガイドロールを図６（Ａ）に示すように短尺ロール４ａとする場合には、張力緩みの場合の糸受け目的でツバを設けることがあるが、張力が緩んで糸条２がたるみが生じたり、糸条パッケージ１の巻径が小さくなるにつれて糸条２が方向転換ガイドロール４ａの下方へ移動し、方向転換ガイドロール４ａのツバ部分に接触して糸折れを起こして折りたたまれ、後工程の拡がり性を阻害する要因となる問題がある（図６（Ａ）において、糸道１ａは満巻時等のパッケージ１の巻径が大きい場合、糸道１ｂは巻径が小さくなった場合をそれぞれ示している）。方向転換ガイドロール４を最上段から最下段まで通しにすることにより、ツバに接触することで生じる糸折れの問題を防止することが可能となる。その他、前述の通り押さえを効かせることで、次工程との速度差による張力付与がより確かなものとなる。さらにはニップロール５の加圧力を調整することにより張力状態を確認しながら、錘単位で微少の張力コントロールも可能になる。

また、糸条パッケージ１の一斉交換の際には、ニップロール５で糸条２をニップしたままニップロール５よりも糸条パッケージ１側で糸条２をカットすると、ニップロール５が糸条２を把持するので種糸として残すことが可能となり、糸条パッケージ１を交換して種糸に結ぶことで糸通し作業の軽減が図れる利点がある。

糸条２が直接接触する方向転換ガイドロール４の材質は、汎用の金属に硬質クロムメッキなどの表面加工を施すことが望ましい。望ましくは糸条２が接触してこすれても擦過しにくい表面粗度８Ｓ〜１３Ｓの梨地仕上げとし、ニップロール５の材質は金属材料の他、プラスチックやセラミックなど何であってもよいが、方向転換ガイドロール４を金属材料とする場合はニップ効果の点からゴム材とすることが望ましい。ゴム材としてはとくに限定されないが、耐摩耗性のある汎用のゴム材で、その硬度がＨＳ８０度±５度の範囲にあればより望ましい。

再び図１を参照するに、糸条パッケージ１から引き出され、方向転換ガイド４で一方向に引き揃えられた糸条２は、コーム１５でピッチが揃えられるとともに互いに並行に引き揃えられたシート状の糸条群１７となり、搬送ロール１９によって高さが揃えられ、次工程に搬送される。このように、引き出される糸条２の進行方向を方向転換ガイド４により４５度に方向転換して引き揃える。

上記のように構成されるクリール装置においては、糸条パッケージ１は、架台３にその上下方向に等間隔、千鳥状のいずれに装架されてもよい。また、糸条パッケージ１は、図１、図２に示したように斜め内向きに装架するが、かかる姿勢になるように装架するのは、引き出される糸条の軌跡が、糸条パッケージ１の軸方向中心においてパッケージ面にたてた垂線を中心におおむね±５度以内におさまるようにして引出時における糸条の肩落ちや毛羽立ち等を防止するためである。また、糸条２がコーム１５の歯に常時軽く接触するようにすると、糸道が安定するので好ましい。

クリール装置１００は、糸条群１７の上流側で、かつ、糸条群１７のいずれか一側方に配置することもできる。一側方に配置するか、両側方に配置するかは、クリール装置に装架できる糸条パッケージ１の個数や糸条群が必要とする糸条２の本数等に応じて選択すればよい。また、両側方に配置し、一方を使用中に他方を空クリール装置として糸条パッケージ１の交換や準備等を行うようにすれば、生産性をより向上させることができる。

図７は本発明のクリール装置を用いた糸条引揃え装置を用いて一方向性プリプレグを製造している様子を示すもので、該一方向性プリプレグ製造装置２００においては、コーム１５でピッチが揃えられ、収束ガイド１６を通過され、複数個の搬送ロール１９で高さが揃えられた強化繊維の糸条群１７は、ヒータ１８で糸条群１７に付着しているサイジング剤が軟化せしめられた後、導入ロール２１に通される。そして、マトリクス樹脂を塗布した２枚の離型紙２０で上下から挟み込まれ、ヒータ２２で予熱された後、含浸ロール２３で離型紙２０上のマトリクス樹脂が糸条群１７に転移、含浸される。しかる後、導出ロール２４を通り、上側の離型紙が除去され、得られた一方向性プリプレグが下側の離型紙ごと巻き取られてロール体２５となる。強化繊維としては特に限定されず、代表的には炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維などを使用でき、本発明はとくに炭素繊維糸条に対して好適なものである。

このように、本発明のクリール装置によれば、糸条パッケージ１から引き出される糸条２の進行方向を転換する方向転換ガイドロール４を、糸条パッケージ群を通しで立設した共通の長尺の方向転換ガイドロールとすることにより、各糸条パッケージ１から引き出す際の張力のバラツキを抑えて安定した状態で糸条２を供給でき、生産性を向上することができる。そしてこのようなクリール装置を一方向性プリプレグの製造に適用し、強化繊維糸条を所定形状のシート状の引き揃えて樹脂含浸工程に送ることにより、高い生産性をもって一方向性プリプレグを製造することが可能になる。

本発明の一実施態様に係るクリール装置の概略平面図である。 図１のクリール装置の要部を示す概略平面図である。 図１のクリール装置の概略斜視図である。 図１のクリール装置の部分平面図である。 図１のクリール装置の部分斜視図である。 （Ａ）は従来のクリール装置の概略部分正面図、（Ｂ）は図１のクリール装置の概略部分正面図である。 本発明のクリール装置を用いて一方向性プリプレグを製造している様子を示す概略フロー図である。

符号の説明

１ 糸条パッケージ
２ 糸条
３ 架台
４ 方向転換ガイドロール
５ ニップロール
６ ニップロール用支軸
６ａ レバー
７ ニップロールアーム
８ ニップロール固定ブラケット
９ 駆動モータ
１０ 駆動ホイル
１１ 駆動中間軸
１２ クラッチ
１３ 軸受け
１４ モータベース
１５ コーム
１６ 収束ガイド
１７ シート状の糸条群
１８ ヒータ
１９ 搬送ロール群
２０ 上下離型紙
２１ 導入ロール
２２ ヒータ
２３ 含浸ロール
２４ 導出ロール
２５ 一方向性プリプレグのロール体
１００ クリール装置
１０１ 駆動装置
２００ 一方向性プリプレグ製造装置

Claims (7)

1. 複数個の糸条パッケージが装架される架台と、糸条パッケージから引き出される糸条の進行方向を転換する方向転換ガイドロールを有するクリール装置であって、前記方向転換ガイドロールが上下方向に配列された複数の糸条パッケージ群毎に、共通の１本の方向転換ガイドロールに構成されていることを特徴とするクリール装置。
2. 前記方向転換ガイドロールを強制回転させる駆動手段を備えている、請求項１に記載のクリール装置。
3. 前記方向転換ガイドロールに対し、上下方向に配列された複数の糸条パッケージのそれぞれに対応して、任意に加圧、開放できるニップロール手段を設けてなる、請求項１または２に記載のクリール装置。
4. 前記駆動手段が、前記方向転換ガイドロール１本単位で駆動を接続もしくは切り離すことができるクラッチ手段を有する、請求項２または３に記載のクリール装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のクリール装置を用いて強化繊維糸条を互いに並行かつシート状に引き揃える手段を含む、一方向性プリプレグの製造装置。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載のクリール装置を用いて強化繊維糸条を互いに並行かつシート状に引き揃える工程を含む、一方向性プリプレグの製造方法。
7. 請求項６の方法によって製造された一方向性プリプレグ。

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