JP2010280534A - ガラス繊維巻き取り装置、及びガラス繊維回巻体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】時間的なロスを解消し、高い製造効率で、しかも多品種のガラス繊維製品を安定した品位で、経済的に製造することのできるガラス繊維巻き取り装置と、ガラス繊維回巻体の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のガラス繊維巻き取り装置１０は、巻取りコレット６０に着脱可能に装着された管体７０の周囲に、ガイド機構部４０によりガラス繊維Ｓを綾振りしながら巻き取るために用いられる巻き取り装置であって、ガイド機構部４０として、綾振り方向に伸張したシャフト軸４３を有してなり、シャフト軸４３が、回転動作のみを行うカムドライブシャフト動作部４１と、回転動作とそれに係動する回転軸方向の往復動作を行うトラバースシャフト動作部とを相互に換装できる。本発明のガラス繊維回巻体の製造方法は、本発明のガラス繊維巻き取り装置１０を用いて、管体７０側面の輪郭形状が異なる巻回体外形のガラス繊維回巻体５０を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス繊維を効率よく製造するために用いられるガラス繊維の巻き取り装置と、この装置を使用するガラス繊維の製造方法に関する。

ガラス繊維は、その優れた性能と入手、利用のしやすさ等の利点から、数多くの用途に用いられている。このようなガラス繊維は、一般に次のような工程で製造されている。まず各種ガラス原料を所定組成となるように混合し、得られた混合原料をガラス熔融炉内に投入する。投入された混合原料は加熱されて熱化学反応を生じ、熔融ガラス状態となる。この後、各種操作などにより均質化された熔融ガラスは、ガラス熔融炉の末端に配設されたブッシングに流れ込む。次いでブッシングの底面に付設されたノズルから引き出されて所望の繊維径を有するガラスフィラメントとなる。そしてガラスフィラメントの表面には、予め調製された集束剤が、集束剤塗布装置によって塗布される。次いで複数のガラスフィラメントが１つのガラスストランドとして束ねられた後、ブッシングの下方に配置された巻取り装置によって回巻状に巻き取られる。この巻取り装置には、筒形状の管体が芯材として装着されており、この管体はボビンとも呼ばれるが、ガラスストランドはこの周囲に巻き取られることになる。

ところで、ガラス繊維は、流通や貯蔵等の利便性や使用用途等に依存し、様々な巻き形態となるように回巻体の形態に巻き取られて製造されている。例えば、ガラスロービングと呼ばれ、集束剤によって複数本のストランドが１本のストランドとされた後に回巻体とされたものは、回巻体の回転軸に垂直な方向の半径が、ほぼ同一の外形であり、円筒の上下面は平坦な形態、いわゆる円筒形状の外形であり、回転軸を含む横断面が矩形状になるような外形を呈している。一方、回巻体を形成する際に繊維に撚りを付与しつつ巻取り操作を行うヤーンの場合には、ストランドは綾積みと呼ばれる外形、いわゆる輪郭が紡錘形の横断面を有する形態を有するものとされる。

これらガラス繊維の回巻体を巻き取るために用いられる装置とこの装置を使用する巻取り工程は、ガラス繊維を所定形状に巻き取るために重要なものであるため、これまでもこれらの装置に関しては、数多くの特許が出願されてきた。例えば特許文献１には、高品質、且つ均一径のケーキを得るために次のような発明が開示されている。この発明に関わる装置は、巻取りコレットに外装されるパッケ−ジと、このパッケ−ジに対し離行機構を介して離行可能に保持され、炉から導出される繊維をパッケ−ジの隣接位置に誘導保持するタッチローラ、及び引っ掻け爪からなるトラバース部とを具備している。そしてこの装置は、巻取りコレットが往復動しながら回転するに伴い、トラバース部を離行させながらパッケ−ジの外周に繊維を巻き取るようにしたものである。この発明は、タッチローラがパッケ−ジの外周に接触しながらトラバース部が離行する際、トラバース部の実際の離行量を測定する測定手段を有している。そして上記に加えてこの発明は、この測定手段により測定される離行量とその経過時間とからタッチローラがパッケ−ジに接触しない範囲となるように、引っ掻け爪がパッケ−ジに対して所定距離だけ接近した位置に保持されるために、トラバース部に要求される離行量の理論値を、経過時間との関連づけにおいて算出する演算手段を有している。さらにこの発明では、上記に加えこの理論値に基づいて前記離行機構を制御する制御手段を設けるということも開示されている。

特許文献２は、ブッシングプレートの多数のノズルから溶融ガラスを流出させて多数本のフィラメントを形成し、該フィラメントを集束してストランドとし、該ストランドを複数個の巻取りコレットを備えたターレット式ワインダーにより連続的に巻取るガラス繊維の製造方法に関するものである。この製造方法において、巻取り位置にある巻取りコレットが満巻になったときから、ターレットが反転し空の巻取りコレットが巻取り位置へ移動してストランドの巻取りを始めるまでの間、前記ブッシングプレートに向けて高圧の冷却エアーを吹き付けることによって、糸切れを防ぐという発明が開示されている。

特許文献３は、プレトラバース装置のトラバース方向への可動部分を軽量小型化し、既設設備への設置を容易化すると共に、パッケージの生産を安定して実施し得るために行われたものである。この発明に関わる装置は、ブッシングのノズルから紡出され、アプリケーターローラでサイジング剤が塗布されたガラスフィラメントを定位置に固定された集束シューにより所定本数ずつ分割集束して複数本のストランドに分糸し、この複数本のストランドを該集束シューの下方に設置されたワイヤートラバース装置を介して巻取り機の巻取りコレット上にそれぞれ綾掛けしながら巻き取ってパッケージを製造するものである。ここで開示されたのは、まず上記の装置で、集束シューとワイヤートラバース装置との間に昇降装置を固設している。そして、この昇降装置にプレトラバース装置を、正規位置（下端）と退避位置（上端）との間で昇降可能に装着すると共に、このプレトラバース装置の一部とワイヤートラバース装置の一部とに、プレトラバース装置の正規位置への復帰によりワイヤートラバース装置の一部と係合して同期したトラバース運動ができるようにしている。そしてこの発明では、正規位置から退避位置への移動により、ワイヤートラバース装置の一部から離脱する係合手段を設置したというものである。

特開平１１−４９４２９号公報 特開平５−８２９号公報 特開平８−３０１５１９号公報

しかしながら、これまでに行われた発明だけでは、様々な形態のガラス繊維回巻体を経済的で、製造ロスなく安定生産するためには十分とは言えない。上述したような円筒形状の外形の回巻体のガラスロービングを製造している際に、この製造を終えてその替わりにヤーンの製造を行うため、紡錘形の横断面を有する形態の回巻体を製造する場合には、ノズルから引き出されたガラスストランドを巻き取るのに適した位置に異なる仕様の巻き取り装置を配置する必要がある。またこれとは逆に、回転軸を含む断面が紡錘形を呈する形態の回巻体の製造から、直円筒形状の外形の回巻体の製造へと切り替える際にも同様の巻き取り装置の配置の設定が必要であった。

すなわち、異なる輪郭形態のガラス繊維回巻体を製造するには、それ専用のガラス繊維巻き取り装置を配置し直す手間と、労力とをかける必要があった。紡錘型のガラス繊維回巻体を製造する装置は、フォーミングワインダー（またはケーキフォーミングワインダー）と呼ばれ、一方直円筒型の外観を呈するガラス繊維回巻体はＤＷＲワインダーと呼ばれている。これら２種類の装置を相互に移動、配設等する一連の作業は、装置台数が多くなるほど、多くの労力を要するものとなる。そして台数の増加につれて長時間の切り替え時間をも要し、小刻みな製造品種の変更を行うと、それに伴う製造ロスは著しいものとなるため、製造品種を限られたものに限定せねばならないという問題もあった。

上記実情に鑑み、本発明は、上述した製造工程における時間的なロスを解消し、高い製造効率で、しかも多品種のガラス繊維製品を安定した品位で、経済的に製造することのできるガラス繊維巻き取り装置と、ガラス繊維回巻体の製造方法の提供を課題とする。

本発明のガラス繊維巻き取り装置は、巻取りコレットに着脱可能に装着された管体の周囲に、ガイド機構部によりガラス繊維を綾振りしながら巻き取るために用いられる巻き取り装置であって、前記ガイド機構部として、綾振り方向に伸張したシャフト軸を有してなり、該シャフト軸が、回転動作のみを行うカムドライブシャフト動作部と、回転動作とそれに係動する回転軸方向の往復動作を行うトラバースシャフト動作部とを相互に換装できるものであることを特徴とする。

巻取りコレットに着脱可能に装着された管体の周囲に、ガイド機構部によりガラス繊維を綾振りしながら巻き取るために用いられる巻き取り装置であって、前記ガイド機構部として、綾振り方向に伸張したシャフト軸を有してなり、該シャフト軸が、回転動作のみを行うカムドライブシャフト動作部と、回転動作とそれに係動する回転軸方向の往復動作を行うトラバースシャフト動作部とを相互に換装できるというのは、次のような構成である。本発明のガラス繊維巻き取り装置は、複数本のガラスフィラメントを束ねたガラスストランドを所定外形のロール状に巻き取るための装置である。そしてこの装置には、ガラス繊維を巻き取る際に、ギャザリングシュウと呼ばれる集束装置を経て、１本にまとめられたガラスストランドを、回転する筒状の巻取りコレットの外周に沿って巻取りコレットの回転軸に平行な方向に反復的に往復動作をさせつつ、巻取りコレット外周に装着された紙製あるいは樹脂製の管体の適所に導くためのガイド機構部が設けられている。

このガイド機構部は、異なるガラス繊維回巻体を製造するために２種類の構造のものがある。一方は、このガラスストランドのガイド機構部として、紡錘形の横断面、すなわち回転軸を含む断面の外形が紡錘形状のガラス繊維回巻体、例えばヤーン用のケーキを製造する際に用いられるトラバースシャフト動作部である。そして他方は、直円筒形状をなし、回転軸を含む断面、すなわち横断面が矩形状の輪郭外形を呈するガラス繊維回巻体、例えばＤＷＲ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ Ｒｏｖｉｎｇ）を製造する際に用いられるカムドライブシャフト動作部である。これらガイド機構の主要構成部材の一つは、綾振り方向に伸びた形状を呈するシャフト軸である。このシャフト軸は、巻き取り装置本体に備えられたモーターの回転によって駆動される。トラバースシャフト動作部のシャフト軸は、シャフト軸を回転軸とする回転動作と、それに連動して動作する回転軸方向の反復的な直線動作（往復動作）、異なる二種類の動作の両方を行う機構を有している。一方、カムドライブシャフト動作部のシャフト軸は、回転動作のみを行い、トラバースシャフト動作部のシャフト軸のような回転軸方向の反復的な直線動作、すなわち往復動作は行わない。このように両方の動作部は、まったく異なる機構で動作を行うものである。本発明は、この二種類の動作部、すなわちトラバースシャフト動作部とカムドライブシャフト動作部とを互いに換装する、すなわち取り替えることができるというものである。

このような構成であれば、ガイド機構部の動きに連動して動作する巻取りコレット部を備えたガラス繊維巻き取り装置の本体を、巻き取られるガラス品種の回巻形状の変更に伴って交換する必要もなく、異なる品種のガラス繊維回巻体の切り替えを迅速に行うことができ、この切り替えに伴う時間を大幅に短縮することが可能となる。

上述した二種類のガイド機構部を換装することに加えて、本発明では、２種類の回巻体を巻き取るために用いられる巻取りコレット部の要部、すなわち巻き取りスピンドルを同一形状としている。巻取りコレット部は、１台の装置について、モーターに連動して回転する２本の併設したスピンドル軸と、それに配設された反転動作が可能な２つの巻取りコレットよりなる。このような構成とするためには、例えばこのコレット部については、コレット部の要部として、巻取りコレットを装着する巻き取りスピンドル、すなわちスピンドル軸の直径に対する巻取りコレットの勘合孔を同一とすればよい。このようにすれば、このスピンドル軸に装着される異なる外形寸法の巻取りコレットを用いることにより、異なる外観形状の回巻体を成形することが可能となる。

２種類のガイド機構部は、いずれもガラスストランドを巻取りコレットに装着された管体外周上に誘導する部材であり、ガラス繊維巻き取り装置内に備えられたモーターに接続されてモーターにより駆動される構造であって、ガイド機構部自体がスクロール動作、及び回転動作を行う部材である。ガイド機構部は、前記したようにシャフト軸を主要な構成部材としている。このガイド機構部は、ガラスストランドを所定位置に誘導しつつ、ストランドに綾を掛けるものであっても、そうでなくてもよい。

２種類のガイド機構の内、その一方はワイヤーガイドを用いてストランドに撚りを施す機能を有するガイド機構である。この機構は、ガラス繊維の巻き取りでしか使用されることのない機構である。有機繊維のように柔軟、すなわち柔らかくはない剛直なガラス繊維に、所望の撚りを施すための巻き取り機構は、良質なガラス繊維を製造するために独自に発達してきた。このため、ガラス繊維に関わる装置は、有機繊維とはまったく別の構造となり、ガイド機構部の動作、及び配設位置は互いに異なるものとなっていた。このため上述した２種類のガイド機構部を換装できるようにするには、２つの巻き取り機構を両方から歩み寄らせたものとする必要があり、両装置の利点を潰さずに換装ができるようにするのは困難なものとなった。よって本発明では、上述に加えて２種類のガイド機構部の位置は、２つの巻き取りコレットの位置に対して巻き取りスピンドルに垂直な方向について、相対的にほぼ同じ位置にすることによって、両方のガイド機構を換装できるようにした。すなわち、このような構成とすることによって、ようやくワイヤーガイドを利用するトラバースシャフト動作部と、カムドライブシャフト動作部とが相互に換装できることになったのである。

また本発明のガラス繊維巻き取り装置は、トラバースシャフトに湾曲したワイヤーガイドを具備し、前記管体の回転軸方向に往復駆動されるトラバースシャフトを回転させるものであれば、弾性のあるワイヤーガイドによりガラスストランドが極端に屈曲させられることがないため、糸切れすることなく走行速度が３０００ｍ／分を超える高速走行によってガラスストランドを連続的に巻き取ることが容易である。そしてこのような場合に、トラバースシャフト動作部には、経時的に過負荷が及ぶこともなく、トラバースシャフト動作部を構成する各部の磨耗や疲労が少ない構成であるため、長期に亘り安定した品位のガラス繊維回巻体を製造することが可能である。

トラバースシャフトは、その長手方向をシャフト軸の回転軸として回転し、同時にそのシャフト軸の軸方向にストロークする連動動作を繰り返すことによって、トラバースシャフトに取り付けられたワイヤーガイドを回転させ、そしてワイヤーガイドをもストローク動作させている。よって、トラバースシャフトとトラバースガイドとにより構成されるトラバース動作部全体が、回転動作と周期的なストローク動作とを連動させて行いつつ、ガラスストランドを巻取りコレットの回転軸に沿った所望の位置へと誘導する。こうしてガラスストランドは、巻取りコレットに装着された管体周面上に、例えば、その横断面の輪郭が紡錘形となるように巻き付けられることになる。

また本発明のガラス繊維巻き取り装置は、トラバースシャフトの往復移動幅をボールスクリューにより制御するものであれば、トラバースシャフトが反復的なストローク動作（往復動作）を繰り返す際の往復移動の幅寸法を連続的に変化させることができ、異なるストーク幅の仕様で回巻体を形成する場合であっても、異なるワイヤーガイドを有するトラバースシャフト動作部への交換を行わずに、ガラス繊維の巻き形態の仕様変更ができる。

トラバースシャフトが、そのシャフト軸、すなわちトラバースシャフトの軸方向に反復的にストロークする動作、すなわち往復動作は、例えば次のような機構を設けたものとすればよい。トラバースシャフト軸は、ボールスクリュー（ボールネジともよぶ）を備えた一軸モジュールに配設されたものとする。ボールスクリューは、サーボモーターの回転をネジ溝に沿って螺合する軸受け部を有し、一軸モジュールを形成している。そしてこの一軸モジュールは、これを駆動するサーボモーターの回転によってボールスクリューが回転され、リニアガイドに沿ってストロークする動作（往復動作）を行うことになり、一軸モジュールに配設されたトラバースシャフトが所定間隔でストロークする動作を行うことになる。そしてこのような動作におけるストローク幅は、ボールスクリューによって限定されることになるストローク幅は、例えば位置センサなどでストローク位置を検出してそれに基づく動作をさせればよい。このような構造とすることによって、ストローク幅が変わると、それに応じた異なるトラバースシャフトへの交換を行わずとも、必要に応じて所定間隔のストロークを実現することができるようになる。

ワイヤーガイドは、トラバースワイヤーとも呼ばれるが、ガラスストランドが円滑に巻取りコレットの様々な位置に均等に巻き付けられるように用いられるものである。ワイヤーガイドは、巻取りコレットに装着された管体上のガラスストランドの巻き付け位置を連続的に移動させるような曲線状の外見を呈している。その形状は、具体的には螺旋状の曲線部、すなわちスパイラル形状を有した構造であり、トラバースシャフトに対して数本のワイヤーガイドが配されている。ワイヤーガイドは、接触するガラスストランドに毛羽等を生じさせない材質よりなるものであればよい。

管体は、チューブとも呼ばれるが、円筒形状の紙、あるいは樹脂製の筒状体であって、巻取りコレットに装着して、その外周にガラスストランドを巻き取るために用いる。管体は、満巻きになれば取り外して別の管体を装着して巻き取りを引き続き行う。よって管体と巻き取りコレットとは着脱自在である。紙製の管体は、経済的であるが強度的に弱いため表面に樹脂テープ等を巻いて補強してもよい。管体は、満巻きになった時点、すなわちガラスストランドが巻き終った時点で、巻取りコレットから外されて、搬送、貯蔵され、巻き取られたガラスストランドは必要に応じて次工程で所定の加工等を施すことになる。管体の内直径は、例えば１４０〜３５０ｍｍの範囲のものであればよい。

また本発明のガラス繊維巻き取り装置は、カムドライブシャフト動作部が、管体の回転軸方向にガイドレールに沿って移動するトラベラーを係合したスクロールカム部を回転させものであれば、ガラス繊維回巻体の外周表面の巻き密度を均等に揃えることができ、例えばＦＲＰに適用する場合に、引き抜き法等の複合体成形方法を用いて均等な構造の樹脂複合成形体を得ることができる。

カムドライブシャフト部は、ＤＷＲワインダーのトラバース部とも呼ばれ、巻取りコレットに装着された管体の周囲に、スクエアーエンドの輪郭形状、すなわち横断面が略矩形状となるように、集束剤の塗布されたガラスストランドを積層させて巻きつける際に用いるものである。カムドライブシャフト部は、スクロールカム部とこれに繋がるカップリング（軸継手ともいう）等のモーターの回転動作を伝える構造部とによって構成されている。

スクロールカム部は、その外観が円柱形状の側表面に螺旋状の溝が形成されたスクロールカムと、この螺旋状の溝に係合するように自在に動作できるトラベラーとによって構成されている。スクロールカムは、カムドライブシャフト部のシャフト軸として動作する。すなわちスクロールカムはそのシャフト軸を中心とした回転を行うが、シャフト軸方向のストローク動作は行わない。そしてスクロールカム部は、例えばサーボモーターからの回転駆動力が伝達されてスクロールカムが回転する構造とすればよい。またスクロールカムの表面の溝は、必要に応じて複数本あってもよく、その螺旋の傾き角度、あるいは溝の深さは任意である。

トラベラーは、ガラスストランドを挿む溝をもった構造部材であり、スクロールカムの回転に伴ってスクロールカムの表面に形成された螺旋状の溝に沿って自在に動作することができる。よって、トラベラーはスクロールカム表面に沿って螺旋状に動作することになる。このトラベラーの動きによって、ガラスストランドは巻取りコレットに装着された管体の適所に誘導される。そして巻き取りコレットは所定の速度で回転しているので、ガラガラスストランドは、巻き取りコレットに巻き付けられていくことになる。

本発明のガラス繊維巻き取り装置は、同寸法のスピンドル装着部を有する異なる外径の巻取りコレットを換装できるものであれば、ガラス繊維回巻体の製品仕様に応じた内径の異なる管体を巻取りコレットに装着して回巻体を形成することができ、用途等に応じて種々の形態のガラス繊維回巻体を製造するに適したものである。すなわち他品種少量生産に適したものである。

このような構成とするため、本発明では、巻取りコレットを装着する２本の巻き取りスピンドルの間隔を３００ｍｍ以上６００ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましい。３００ｍｍ未満であると、多くのガラス繊維回巻体に適用することができず、装置の使用が限定されてしまう。一方６００ｍｍを超えるものとすると、巻き取り装置の外形寸法が大きくなりすぎる結果、省スペースで大量のガラス繊維回巻体を製造することができず、製造費用の高騰にも繋がるものとなるため好ましくない。

本発明のガラス繊維回巻体の製造方法は、本発明のガラス繊維巻き取り装置を用いて、横断面の輪郭形状が異なる巻回体外形のガラス繊維回巻体を製造することを特徴とする。

本発明のガラス繊維巻き取り装置を用いて、横断面の輪郭形状が異なる巻回体外形のガラス繊維回巻体を製造するとは、次のようなものである。本発明で使用する装置は、巻取りコレットに着脱可能に装着された管体の周囲に、ガイド機構部によりガラス繊維を綾振りしながら巻き取るために用いられる巻き取り装置であって、前記ガイド機構部として、トラバースシャフト動作部とカムドライブシャフト動作部とが相互に換装できるガラス繊維巻き取り装置を用いる。そして、本発明のガラス繊維回巻体の製造方法は、この同じガラス繊維巻き取り装置を使用することによって、その横断面の輪郭形状が略円柱のガラス繊維回巻体、略片側紡錘形状、あるいは略両側紡錘形状となるような外観を呈する回巻体となるようにガラスストランドを巻き取るというものである。

また本発明のガラス繊維回巻体の製造方法は、集束剤塗布装置の直下に配設された集束装置によって集束されたガラス繊維を巻き取るものであれば、高い巻き取り効率で安定した品位のガラス繊維の回巻体を製造することができる。

集束剤塗布装置については、アプリケータロールを使用するものであっても、スプレー式の塗布機構を有するものであってもよい。集束装置は、いわゆるギャザリングシュウと呼ばれる部材で複数本のガラス繊維を一本に束ねるための溝を施した部材である。

集束剤塗布装置で塗布する集束剤の種類は、プラスチック系集束剤や澱粉系集束剤などを、用途に応じて適正な組成の集束剤を塗布すればよい。

以上のように本発明のガラス繊維巻き取り装置は、巻取りコレットに着脱可能に装着された管体の周囲に、ガイド機構部によりガラス繊維を綾振りしながら巻き取るために用いられる巻き取り装置であって、前記ガイド機構部として、綾振り方向に伸張したシャフト軸を有してなり、該シャフト軸が、回転動作のみを行うカムドライブシャフト動作部と、回転動作とそれに係動する回転軸方向の往復動作を行うトラバースシャフト動作部とを相互に換装できるため、短時間で異なる品種のガラス繊維回巻体を製造できる。そして本発明は、品種切り替えに要する製造工程における時間的なロスを解消し、高い製造効率で、しかも多品種のガラス繊維製品を安定した品位で、経済的に製造することができる。

また本発明のガラス繊維回巻体の製造方法は、本発明のガラス繊維巻き取り装置を用いて、管体側面の輪郭形状が異なる巻回体外形のガラス繊維回巻体を製造するため、著しい製造効率の低下を招くことなく、多品種少量生産にも容易に高い製造効率で対応できる。

本発明のガラス繊維巻き取り装置のカムドライブシャフト動作部取り付け状態に関する説明図である。 本発明のガラス繊維巻き取り装置のトラバースシャフト動作部取り付け状態に関する説明図である。 カムドライブシャフト動作部の部分拡大説明図である。 トラバースシャフト動作部の部分拡大説明図である。

以下で、本発明のガラス繊維巻き取り装置と、この巻き取り装置を用いるガラス繊維回巻体の製造方法に関して説明する。

図１は、本発明のガラス繊維巻き取り装置に、カムドライブシャフト動作部を配設した場合を示している。図１では、１０がガラス繊維巻き取り装置、２０がアプリケータ、２１がアプリケータロール、３０がギャザリングシュウ、４０がガイド機構部、４１がカムドライブシャフト動作部、４２がトラベラー、４３がスクロールカム（カムドライブシャフト動作部のシャフト軸）、４４がガイドレール（溝）、４８が保護枠、４９がベルト、５０がガラス繊維回巻体、６０が巻取りコレット、７０が管体（チューブ）、８０がスピンドル装着部、９０が反転動作部、９１が仕切り板、９２が巻き取りスピンドル、Ｃが集束剤、Ｆがガラスフィラメント、Ｓがガラスストランドを夫々表している。またカムドライブシャフト動作部の部分拡大図を、図３に示す。

このガラス繊維巻き取り装置１０は、集束剤を塗布されたＥガラス製の所定の直径のガラスフィラメントを束ねたガラスストランドＳをスクエアーエンドの形態、すなわちロールの回転軸を含む横断面が略矩形状のガラスロービングの回巻体５０となるように巻き取るために用いられている装置である。この装置１０は、ターレット型の二軸ワインダーと呼ばれるガラス繊維巻き取り装置であり、スピンドル装着部８０に２本の巻き取りスピンドルを有している。巻取りコレット６０を装着するためのスピンドル装着部８０が、仕切り板９１によって仕切られて、平行になるように配設されている。この装置１０では、２つのスピンドル装着部に配された巻取りコレット６０に装着された管体７０の周囲にガラスストランドを巻き取り、満巻き状態、すなわち巻き取り完了となった時に、反転動作部９０が１８０度回転して巻き取り動作をしていない側のスピンドル装着部と巻き取り中のスピンドル装着部とが入れ替わり、満巻きのガラス繊維回巻体を装置から外すことで、ガラス繊維回巻体が得られることになる。

ここで、ガイド部４０としてカムドライブシャフト動作部４１を備えた巻取り装置１０によって巻き取られているガラス繊維は、Ｅガラス製のダイレクトロービングである。このダイレクトロービング、すなわちＤＷＲ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ Ｒｏｖｉｎｇ）と呼ばれるガラス製品は、フィラメントワインディング法（ＦＷ法）、引抜法などの適用、あるいはＴＰ（ＴｈｅｒｍｏＰｌａｓｔｉｃ）チョップとして複合化して複合材の成形を行う用途に用いられるロービングである。

このガラス繊維製品の製造方法は、次のような手順となる。まずＥガラス組成となるように、各種ガラス原料を混合する。次いで、得られた混合原料をガラス熔融炉（図示省略）へと投入する。攪拌などの均質化操作を経た後に、成形域に配設されたブッシング（図示省略）に付設された耐熱性ノズル（図示省略）から熔融ガラスは引き出される。引き出された熔融ガラスは、周囲雰囲気や冷却装置の働きによって急速に冷却され、所定の寸法、例えば直径７μｍのガラスフィラメントＦとなる。このガラスフィラメントＦは、その後巻き取りのため、走行中にアプリケータロール２１を備えた集束剤塗布装置であるアプリケータ２０で集束剤Ｃが塗布される。そしてガラスフィラメントＦにはアプリケータ２０の直下にある集束装置、すなわちギャザリングシュウ３０で集束が行われ、複数のガラスフィラメントＦが束ねられてガラスストランドＳとなる。こうして得られたガラスストランドＳは、スクロールカム４３の表面に施されたガイドレール４４、すなわち溝に係合されたトラベラー４２の動きによって管体７０の回転軸に沿った往復運動をするように導かれつつ、巻取りコレット６０に装着された管体７０の表面に巻き取られることになる。ちなみにこのスクロールカム４３は、シャフト軸としてカムドライブシャフト動作部４１の主要構成部材であり、ベルト４９等の一連の構成部材を介して駆動モーターに接続されて回転している。このためトラベラー４２は、このスクロールカム４３の回転動作によりガイドレール４４に従う所定の螺旋軌道上を走行することになる。ちなみに、駆動モーターの回転をカムドライブシャフト動作部４１へと伝えるベルト４９は、安全上の観点などから保護枠４８で囲われている。

ロービングの製造からガラスヤーンの製造へと製造品種を切り替える際には、従来であれば巻き取り装置本体を取り替える必要があった。このため、多数の並列配置された巻取り装置をそれまで稼動していた位置から移動させて、その代わりに別の巻き取り装置を適所に配設、固定するのに長い時間と多大な労力を要することになった。また切り替え期間中は、ガラス繊維の巻き取り、すなわち製造が止まることになるが、熔融状態の熔融ガラスはガラス熔融炉内で停滞させると、ガラス組成の変質、結晶の析出等、様々なガラス欠陥が生成する危険性がある。そしてこれを、放置してガラス繊維の製造を続けると糸切れの多発原因となるため、その全てをガラスカレットにせねばならない。よって切り替え期間が長期化するほど、製造ロスが大きくなる。

しかし、本発明を適用することによって、巻き取り装置の本体そのものを異なる仕様のものに取り替えずとも、トラバースシャフト動作部４５と、カムドライブシャフト動作部４１とを相互に換装すれば、ガラスヤーンの製造が可能となる。またこの交換作業では、トラバースシャフト動作部４５と、カムドライブシャフト動作部４１との交換に加えて、巻取りコレット６０の交換も行われる。この巻き取りコレット６０の交換は、次のように行う。本発明の巻き取り装置に搭載されるコレット６０は、外寸法が異なってもスピンドル装着部８０の寸法、巻き取りスピンドル９２の形状等が同寸法となるようにしてある。よって、異なる外周面の直径のコレットであっても取替え作業が容易に行える。スピンドル装着部へのコレットの固定は、スピンドル装着部にコレット内径を挿入し、さらに振動によって弛まないボルト、ナットを用いて行われる。よって例えば、直径２００ｍｍの寸法のコレットと、直径３００ｍｍの寸法のものとを交換するには、１台の巻き取り装置について、装着されている２つのコレット６０を順番に２つとも交換すればよいことになる。ちなみに、このような異なる直径の巻き取りコレット６０を互換できるものとするため、本発明では、２本の巻き取りスピンドル９２の間隔を十分に大きくする必要があった。具体的には、２本の巻き取りスピンドル９２の間隔は、４００ｍｍとされている。こうして、この一連の部材の換装、すなわち取替え作業に要する時間は、フォーミングワインダーとＤＷＲワインダー、各々の巻き取り装置自体を相互に移動させて、最適位置に配設し直す従来の作業に比較して数時間程度となり、短時間で切り替えができる。このため、切り替え期間中に発生するガラスカレット量は半分以下に削減することが可能となった。

巻き取り装置１０に配設されていたカムドライブシャフト動作部４１をトラバースシャフト動作部４５へと交換し、その後に行われるガラスヤーンの製造工程について、図２に従って以下で説明する。図２では、上記に加えて、４５がトラバース動作部、４６がトラバースシャフト（トラバース動作部のシャフト軸）、４７がワイヤーガイドをそれぞれ表している。また図４には、トラバースシャフト動作部４５の部分的な拡大図を示す。

ガラスヤーンはプリント配線板などに用いられる撚糸である。このガラスヤーンの製造方法は、次のようになる。まず、熔融ガラスからガラスフィラメントＦを得るまでについては、塗布する集束剤Ｃの種類を変更する以外は、前述したと同様の工程となる。こうして得られたガラスストランドＳは、集束装置、すなわちギャザリングシュウ３０を経て、巻き取り装置１０まで走行する。そしてガラスストランドＳは、トラバースシャフト４６の外周面に対称的な外観を呈するように取り付けられた螺旋状に湾曲した２つのワイヤーガイド４７によって交互に導かれつつ、巻取りコレット６０に装着された管体７０の外周面の適所に連続的に巻き取られることになる。このようにして、横断面の形状が略片側紡錘形状を呈するガラスヤーン回巻体が得られることになる。

なお、トラバースシャフト４６は、シャフト軸として管体７０の回転軸方向に往復運動を行うが、本発明では、この往復運動の平行移動距離、すなわち往復動作幅をボールスクリューで制御している。このため、ガラス繊維回巻体の巻き取り仕様の変更などによってトラバースシャフト４６自体を交換する頻度を削減することができ、この点でも製造効率を向上させることに繋がっている。

以上のように、本発明のガラス繊維巻き取り装置を用いることによって行われるガラス繊維の製造方法では、異なる仕様のガラス製品の製造を行っても、顧客の要望に応じて少量多品種の生産を行う際に、僅かな製造量で次の品種へと切り替えて製造するのに、切り替え期間中に多くの製造ロスを発生することがない。また切り替え時に多大な労力を要することもなく、効率的なガラス繊維の製造が可能となる。このためガラス繊維の製造費用を低減することができる。

上記した本発明のガラス繊維巻き取り装置とガラス繊維の製造方法に関わる説明では、Ｅガラス組成のガラス繊維の巻き取りについて説明したが、他のガラス組成のガラス繊維の巻き取りにも適用できるのは言うまでもない。またガラス繊維の集束剤の違い、繊維径の違い、あるいは集束本数の違いにもよらず、本発明は適用できる。

なお、ここではカムドライブシャフト動作部をトラバースシャフト動作部へ交換する場合について説明したが、これとは逆の場合、すなわちトラバースシャフト動作部をカムドライブシャフト動作部へと交換する場合についても同様の交換作業を行えばよく、何れの交換作業も円滑に行うことができ、作業性は良好である。

１０ ガラス繊維巻き取り装置
２０ アプリケータ
２１ アプリケータロール
３０ ギャザリングシュウ
４０ ガイド機構部
４１ カムドライブシャフト動作部
４２ トラベラー
４３ スクロールカム（カムドライブシャフト動作部のシャフト軸）
４４ ガイドレール（溝）
４５ トラバースシャフト動作部（トラバース動作部）
４６ トラバースシャフト（トラバース動作部のシャフト軸）
４７ ワイヤーガイド
４８ 保護枠
４９ ベルト
５０ ガラス繊維回巻体
６０ 巻取りコレット
７０ 管体（チューブ）
８０ スピンドル装着部
９０ 反転動作部
９１ 仕切り板
９２ 巻き取りスピンドル
Ｃ 集束剤
Ｆ ガラスフィラメント
Ｓ ガラスストランド

Claims (7)

1. 巻取りコレットに着脱可能に装着された管体の周囲に、ガイド機構部によりガラス繊維を綾振りしながら巻き取るために用いられる巻き取り装置であって、
   前記ガイド機構部として、綾振り方向に伸張したシャフト軸を有してなり、該シャフト軸が、回転動作のみを行うカムドライブシャフト動作部と、回転動作とそれに係動する回転軸方向の往復動作を行うトラバースシャフト動作部とを相互に換装できるものであることを特徴とするガラス繊維巻き取り装置。
2. トラバースシャフト動作部が、トラバースシャフトに湾曲したワイヤーガイドを具備し、前記管体の回転軸方向に往復駆動されるトラバースシャフトを回転させるものであることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維巻き取り装置。
3. トラバースシャフトの往復移動幅をボールスクリューにより制御するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記戴のガラス繊維巻き取り装置。
4. カムドライブシャフト動作部が、管体の回転軸方向にガイドレールに沿って移動するトラベラーを係合したスクロールカム部を回転させるものであることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維巻き取り装置。
5. 同寸法のスピンドル装着部を有する異なる外径の巻取りコレットを換装できるものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のガラス繊維巻き取り装置。
6. 請求項１から請求項４の何れかに記載のガラス繊維巻き取り装置を用いて、横断面の輪郭形状が異なる巻回体外形のガラス繊維回巻体を製造することを特徴とするガラス繊維回巻体の製造方法。
7. 集束剤塗布装置の直下に配設された集束装置によって集束されたガラス繊維束を巻き取ることを特徴とする請求項６に記載のガラス繊維回巻体の製造方法。