JP2008037650A - 繊維束の巻取装置および繊維束パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炭素繊維のように高弾性率の繊維束を複数同時に巻取る際にも、繊維束間で張力差を生じることなく解舒性の良い高品位な繊維束パッケージに巻き取ることを可能とする繊維束の巻取装置および繊維束パッケージの製造方法を提供する。
【解決手段】 モータからの駆動力を伝達する差動軸に回動自在に取り付けられたピニオンギアと、ボビンホルダに連結されたサイドギアを有し、前記一組のピニオンギアと前記一対のサイドギアは噛み合うように配置され、前記ピニオンギアを介して回動力が伝達される差動機構を備えた巻取装置により繊維束を巻取る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、炭素繊維のように高弾性率の繊維束を複数同時に巻取る際にも、繊維束間で張力差を生じることなく解舒性の良い高品位な繊維束パッケージに巻き取ることを可能とする繊維束の巻取装置および繊維束パッケージの製造方法に関するものである。

連続的に供給される繊維束の巻き取りに際しては、設備生産性向上のため１本の巻取軸に複数のボビンを把持し、複数本の繊維束を１本の巻取軸にて同時に巻き取ることが行われる。しかしながら、上記従来の技術には次のような欠点があった。

一般的に繊維束の生産性向上のために、１本の巻取軸で多数の繊維束を同時に巻き取ることが要求されているが、炭素繊維のような高弾性率の強化繊維束の巻取において、１本の巻取軸に複数のボビンを把持させ巻取を行うと、図３に示すように糸道が通る経路の違いにより、繊維束間に張力差が生じ、繊維束パッケージの幅が狭くなったり、繊維束に部分的な撚りが発生してしまうという問題が発生し、得られる繊維束パッケージにおける品位の悪化が避けられなかった。特許文献1には、１つの巻取軸（スピンドル）に２本のボビンホルダを直列に配設して繊維束を巻き取る技術が開示されているが、糸把持機構についてボビン間隔を短縮し巻取軸のコンパクト化を図ることはできても、前記した欠点を解決できるものではなく、巻取りに際する繊維束の張力差を解消することができていないのが実状である。
特開平５−１９３８３５号公報

本発明は、上記のような従来技術の欠点に鑑み、炭素繊維のように高弾性率の繊維束を複数同時に巻取る際にも、繊維束間で張力差を生じることなく解舒性の良い高品位な繊維束パッケージに巻き取ることを可能とする繊維束の巻取装置および繊維束パッケージの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、次のいずれかの構成を有する。すなわち、
（１）繊維束の巻取を行う巻取軸を有する繊維束の巻取装置であって、１つの巻取軸が少なくとも、ボビンを把持する２個以上のボビンホルダと、前記ボビンホルダ間の差動を許容しつつ前記ボビンホルダに駆動力を伝達する差動機構と、モータからの駆動力を前記差動機構に伝達する差動軸とを有することを特徴とする繊維束の巻取装置。
（２）前記差動機構が、差動軸に回動自在に取り付けられた一組のピニオンギアと、前記ボビンホルダに連結された一対のサイドギアからなり、前記一組のピニオンギアと前記一対のサイドギアは噛み合うように配置され、前記一組のピニオンギアを介して駆動力が前記ボビンホルダに伝達されるよう構成されている前記（１）記載の巻取装置。
（３）前記（１）または（２）に記載の巻取装置を備えたことを特徴とする繊維束パッケージの製造装置。
（４）２個以上のボビンホルダでボビンをそれぞれ把持せしめ、それぞれのボビンホルダに駆動力を分配しつつ、かつそれぞれのボビンホルダ間の差動を許容してボビンに繊維束を巻き取り、繊維束パッケージを製造することを特徴とする繊維束パッケージの製造方法。

本発明の繊維束巻取装置によれば、複数の繊維束を同時に巻き取る際にも、繊維束間での張力差を緩和することができ、解舒性の良い高品位な繊維束パッケージに巻き取ることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について更に詳しく説明する。

図４は、繊維束の巻取を行う巻取軸を有する繊維束の巻取装置の全体概要を示した斜視図である。図４において、巻取装置における繊維束の概略の流れを説明すると、図示しない上流工程から搬送ロールを経て、最終の糸道ガイド９を通過した繊維束１０は、図の矢印Ｐ方向に往復動運動するトラバースガイド１１により、前記糸道ガイド９を支点とする綾振り運動を与えられ、ボビンに巻取られる。ボビン１４ａ、１４ｂは巻取軸１３に挿入・把持されており、図示しないモータにより巻取軸１３が駆動され、ボビン上に繊維束１０が巻取られる。なお、巻取装置には、複数の巻取軸を有していても良い。

ここで、本発明においては、１つの巻取軸として、少なくとも、ボビンを把持する２個以上のボビンホルダと、前記ボビンホルダ間の差動を許容しつつ前記ボビンホルダに駆動力を伝達する差動機構と、モータからの駆動力を前記差動機構に伝達する差動軸とを有するものを用いる。ここで、差動機構は、差動軸に回動自在に取り付けられた一組のピニオンギアと、前記ボビンホルダに連結された一対のサイドギアからなり、前記一組のピニオンギアと前記一対のサイドギアは噛み合うように配置され、前記一組のピニオンギアを介して駆動力が前記ボビンホルダに伝達されるよう構成されているようにすることが好ましい。

本発明における巻取軸の一態様を図１に示す。図１では、２個のボビンホルダが差動機構を有する連結部分を介して直列に連結されているが、本発明では、３個以上のボビンホルダが差動機構を有する連結部分を介して連結されていても良い。なお、図1では巻取軸におけるボビンホルダへの駆動力の伝達に必要な主要な部材のみを示しているが、巻取軸には、ボビンの把持機構等に用いられる他の部材が付帯しているのが一般的である。

図５に、図１の巻取軸における連結部分の概略斜視図を示す。図１、図５において、巻取軸はモータからの駆動力を伝達する差動軸２、この差動軸２にベアリング６を介して挿入された一組のピニオンギア３ａ、３ｂおよび前記一組のピニオンギアに噛み合う一対のサイドギア４ａ、４ｂ、前記一対のサイドギア４ａ、４ｂに連結されているボビンホルダ１ａ、１ｂから構成される。

一組のピニオンギア３ａ、３ｂのそれぞれは、差動軸の突出部５にベアリング６を介して回動自在に組み付けられており、一対のサイドギア４ａ、４ｂは前記一組のピニオンギア３ａ、３ｂを挟み込む位置に配置されている。一対のサイドギア４ａ、４ｂにはそれぞれボビンホルダ１ａ、１ｂが取り付けられている。

ピニオンギア３ａ、３ｂは差動軸と一体に回転することで駆動力をサイドギア４ａ、４ｂに伝達し、またピニオンギア３ａ、３ｂが差動軸の突出部５周りに回転することで、一対のサイドギア４ａ、４ｂの相対回動を可能としている。

図１に示す巻取軸について、より具体的に説明する。図１に示す巻取軸は、ボビンホルダ１ａ、１ｂ間に図５に示す差動機構を備えた形式であり、モータからの駆動力を伝達する差動軸２は、フレーム１５に回転軸Ｘまわりに回動可能に取り付けられており、複数の円柱状の突出部５が回転軸Ｘに対して垂直方向かつ外側向かって備えている。この突出部は差動軸上においてどの位置に存在してもよいが、好ましくは軸対照に複数個存在するのが良い。

この突出部５にベアリング６を介して一組のピニオンギア３ａ、３ｂが挿入され、前記一組のピニオンギアに噛み合う一対のサイドギア４ａ、４ｂおよび、前記一対のサイドギア４ａ、４ｂに連結されているボビンホルダ１ａ、１ｂが前記差動軸と同軸に配置されている。前記ボビンホルダ１ａ、１ｂは差動機構を挟んで取り付けられ、差動軸２に挿入された複数のベアリング６により回転軸Ｘまわりで回動可能に把持されている。

ここで、例えば、図１中右側のボビンホルダ１ａの張力が、図中左側のボビンホルダ１ｂの張力より小さくなった場合、図１中左側のボビンホルダの回転速度が張力により遅くなり、その減速分ピニオンギアを回転させる。このピニオンギアの回転により、図１中右側のボビンホルダの回転速度が速くなり、よって図１中右側の張力が大きくなる。このような作用により、左右の張力差は解消され、一定の張力で巻き取ることができる。逆に、左側のボビンホルダ１ｂの張力が、右側のボビンホルダ１ａの張力より小さくなった場合、相対回動により左側のボビンホルダ１ｂの回転速度が速くなるため、左側のボビンホルダ１ｂにおいても一定の張力で巻き取ることができる。

本発明における巻取軸の他の態様を図２に示す。なお、図２でも、巻取軸におけるボビンホルダへの駆動力の伝達に必要な主要な部材のみを示しているが、巻取軸には、ボビンの把持機構等に用いられる他の部材が付帯しているのが一般的である。

図６に、図２の巻取軸における連結部分の概略斜視図を示す。図２、図６において、一組のピニオンギア３ａ、３ｂ、前記一組のピニオンギアに噛み合う一対のサイドギア４ａ、４ｂ、サイドギア４ｂに連結されているボビンホルダ１ｂ、サイドギア４ａに連結されたボビンホルダ１ａから構成され、それぞれのボビンホルダ１ａ、１ｂが相対回動できるように取り付けてある。

図２に示す巻取軸についてより具体的に説明する。モータからの駆動力を伝達する差動軸２には、前記一対のサイドギア４ａ、４ｂの外側から複数の円柱状の突出部５が回転軸Ｘに対して垂直方向かつ内側に向かって備えられている。この突出部は差動軸上においてどの位置に存在してもよいが、好ましくは軸対照に複数個存在するのが良い。

前記一組のピニオンギア３ａ、３ｂのそれぞれは、差動軸に備えられている突出部５にベアリング６を介して回動自在に組み付けられ、回動力をサイドギア４ａ、４ｂに伝達できるように取り付けてある。

ボビンホルダ１ａはボビンホルダ本体１６と伝動軸７からなりサイドギア４ｂに連結されており、サイドギア４ａに連結されたボビンホルダ１ｂはフレーム１５にベアリング６を介し回動可能に取り付けられている。ボビンホルダ１ｂは中空構造をしており、この中空部分を通しサイドギア４ａとボビンホルダ本体１６が伝動軸７により連結されている。伝動軸７はベアリング６を介しボビンホルダ１ｂに回動可能に支持されている。

ここで、例えば、図２中右側のボビンホルダ１ａの張力が、図中左側のボビンホルダ１ｂの張力より小さくなった場合、図２中左側のボビンホルダの回転速度が張力により遅くなり、その減速分ピニオンギアを回転させる。このピニオンギアの回転により、図２中右側のボビンホルダの回転速度が速くなり、よって図２中右側の張力が大きくなる。このような作用により、左右の張力差は解消され、一定の張力で巻き取ることができる。逆に、左側のボビンホルダ１ｂの張力が、右側のボビンホルダ１ａの張力より小さくなった場合、相対回動により左側のボビンホルダ１ｂの回転速度が速くなるため、左側のボビンホルダ１ｂにおいても一定の張力で巻き取ることができる。

本発明の巻取装置は繊維束パッケージの製造装置として好適に用いることができる。すなわち、上記のような巻取軸を備えた本発明の巻取装置を用いれば、２個以上のボビンホルダでボビンをそれぞれ把持せしめ、それぞれのボビンホルダに駆動力を分配しつつ、かつそれぞれのボビンホルダ間の差動を許容してボビンに繊維束を巻き取って、繊維束パッケージを製造することができる。それにより、経路差により左右のボビンホルダ間で張力差が生まれても、それを吸収しつつ一定の張力で巻き取ることができるため、解舒性の良い高品位な繊維束パッケージを得ることができるのである。

また、本発明においては、アラミド繊維やガラス繊維、炭素繊維などのいわゆる強化繊維の繊維束を巻き取る場合に、高品位な繊維束パッケージを得ることができる効果が顕著であり、特に縦引張弾性率が５０ＧＰａ以上１０００ＧＰａ以下の繊維束において、好適に用いられる。

（実施例１）
図４に示す繊維束の巻取装置において図1に示す巻取軸を採用したものを用いて、ポリアクリロニトリル系繊維を前駆体繊維とする炭素繊維束（単繊維数１２０００本、単繊維直径７μｍ、縦引張弾性率２３０ＧＰａ）を巻取速度５ｍ/分、綾振り幅２５０ｍｍで外径φ８０ｍｍのボビンへの巻取を行い、繊維束パッケージを製造した。巻取はパッケージ外径がφ２１０ｍｍになるまで行った。また、巻取軸にはボビンを２個取付け、２本の繊維束を同時に巻き取った。巻取中の張力を３点式の張力計にて測定したところ、２本の繊維束間で張力差は２．８％以下となり、良好な巻取を実現でき、またパッケージ端面の品位も良好であった。
（実施例２）
実施例１と同様の巻取軸にて、巻取速度１０ｍ/分で繊維束パッケージを製造した。巻取中の張力を３点式の張力計にて測定したところ、２本の繊維束間で張力差は３．０％以下であり、良好な巻取を実現できた。
（実施例３）
実施例１と同様の巻取軸にて、巻取速度１５ｍ/分で繊維束パッケージを製造した。巻取中の張力を３点式の張力計にて測定したところ、２本の繊維束間で張力差は３．４％以下であり、良好な巻取を実現できた。
（実施例４）
巻取軸を図２に示す形式に代えた以外は、実施例１と同様にして、巻取速度５ｍ/分で繊維束パッケージを製造した。巻取中の張力を３点式の張力計にて測定したところ、２本の繊維束間で張力差は３．１％以下となり、良好な巻取を実現でき、またパッケージ端面の品位も良好であった。
（実施例５）
巻取軸を図２に示す形式に代えた以外は、実施例２と同様にして、巻取速度１０ｍ/分で繊維束パッケージを製造した。巻取中の張力を３点式の張力計にて測定したところ、２本の繊維束間で張力差は３．５％以下であり、良好な巻取を実現できた。
（実施例６）
巻取軸を図２に示す形式に代えた以外は、実施例３と同様にして、巻取速度１５ｍ/分で繊維束パッケージを製造した。巻取中の張力を３点式の張力計にて測定したところ、２本の繊維束間で張力差は４．１％以下であり、良好な巻取を実現できた。
（比較例１）
巻取軸を、ボビンホルダが一体に形成され、２個のボビン間の相対回動ができないものに代えた以外は実施例１と同様にして、巻取速度５ｍ/分で繊維束パッケージを製造した。その結果、張力変動は１５％以上になり、張力の変動によりパッケージ端面が安定せず品位の悪いパッケージが得られた。
（比較例２）
比較例１と同様に、２個のボビン間の相対回動ができないものに代えた以外は実施例２と同様にして、巻取速度１０ｍ/分で繊維束パッケージを製造した。その結果、張力変動は１７％以上になり、張力の変動によりパッケージ端面が安定せず品位の悪いパッケージが得られた。
（比較例３）
比較例１と同様に、２個のボビン間の相対回動ができないものに代えた以外は実施例３と同様にして、巻取速度１５ｍ/分で繊維束パッケージを製造した。その結果、張力変動は２０％以上になり、張力の変動によりパッケージ端面が安定せず品位の悪いパッケージが得られた。

本発明は、１本の巻取軸に複数のボビンを把持させ、一定の張力で複数の繊維束を巻き取ることができるため、各種の繊維束パッケージにおいて、その品位向上に利用できる。

本発明で好適に用いられる巻取軸の一態様を示す概略断面図である。 本発明で好適に用いられる巻取軸の他の態様を示す概略断面図である。 本発明の課題である経路差による張力差を説明する概略図である。 繊維束の巻取装置の概略斜視図である。 図１に示す巻取り軸における連結部分の概略斜視図である。 図２に示す巻取り軸における連結部分の概略斜視図である。

符号の説明

１ａ：ボビンホルダ
１ｂ：ボビンホルダ
２：差動軸
３ａ：ピニオンギア
３ｂ：ピニオンギア
４ａ：サイドギア
４ｂ：サイドギア
５：突出部
６：ベアリング
７：伝動軸
８：巻取装置
９：糸道ガイド
１０：繊維束
１１：トラバースガイド
１２：トラバース固定フレーム
１３：巻取軸
１４ａ：ボビン
１４ｂ：ボビン
１５：フレーム
１６：ボビンホルダ本体
Ｐ：トラバース方向
Ｘ：回転軸

Claims (4)

1. 繊維束の巻取を行う巻取軸を有する繊維束の巻取装置であって、１つの巻取軸が少なくとも、ボビンを把持する２個以上のボビンホルダと、前記ボビンホルダ間の差動を許容しつつ前記ボビンホルダに駆動力を伝達する差動機構と、モータからの駆動力を前記差動機構に伝達する差動軸とを有することを特徴とする繊維束の巻取装置。
2. 前記差動機構が、差動軸に回動自在に取り付けられた一組のピニオンギアと、前記ボビンホルダに連結された一対のサイドギアからなり、前記一組のピニオンギアと前記一対のサイドギアは噛み合うように配置され、前記一組のピニオンギアを介して駆動力が前記ボビンホルダに伝達されるよう構成されている請求項１記載の巻取装置。
3. 請求項１または２に記載の巻取装置を備えたことを特徴とする繊維束パッケージの製造装置。
4. ２個以上のボビンホルダでボビンをそれぞれ把持せしめ、それぞれのボビンホルダに駆動力を分配しつつ、かつそれぞれのボビンホルダ間の差動を許容してボビンに繊維束を巻き取り、繊維束パッケージを製造することを特徴とする繊維束パッケージの製造方法。

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