JP2019065405A - Opening device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CF−SMC(carbon fiber-sheet molding compound)用に適した開繊装置に関するものである。 The present invention relates to a fiber opening device suitable for carbon fiber-sheet molding compounds (CF-SMCs).
SMC成形法に使用する材料はSMC(Sheet Molding Compound)と呼ばれ、樹脂、硬化剤、増粘剤等を混合した樹脂ペーストをチョップドストランドに含浸させ、両面をフィルムで被覆したシート状の物を所定の温度条件で加熱し増粘させ、取扱い性を良好にした複合材料である。
樹脂含浸技術の改善により、炭素繊維に含浸させることが可能になっており、この炭素繊維に含浸させたものは、CF−SMC(carbon fiber-sheet molding compound)と呼称されており、従来のGF−SMCに比べて格段に高い比強度、比剛性を有するため、大幅な軽量化を実現できる。従って、自動車、航空機、更には産業機械をはじめとする幅広い分野での、金属材料からの代替化が期待されている。
The material used for the SMC molding method is called SMC (Sheet Molding Compound), and is impregnated into a chopped strand with a resin paste mixed with a resin, a curing agent, a thickener, etc. It is a composite material which is heated and thickened under a predetermined temperature condition to make it easy to handle.
Improvements in resin impregnation technology make it possible to impregnate carbon fibers, and those impregnated with carbon fibers are called CF-SMC (carbon fiber-sheet molding compound), which is a conventional GF. -Significant weight reduction can be realized because it has a significantly higher specific strength and specific rigidity than SMC. Therefore, substitution of metal materials is expected in a wide range of fields including automobiles, aircrafts, and even industrial machines.
ところで、炭素繊維により強化された樹脂系複合材料には、CF−SMCの他に、プリプレグやRTMがあり、プリプレグやRTMが長繊維を主体とするのに対して、CF−SMCは1インチの長さの炭素繊維を主体とする。
炭素繊維はいずれの複合材料の原料として使用される場合でも、繊維束がストランド形態で提供されているが、炭素繊維は剛性であり、曲がりや折れが発生すると、その部位から破壊に繋がる亀裂が進展し易くなるため、最近では、開繊して配向状態としての等方性を高めた上で複合材料化することで、複合材料の強度向上を有意的に図ることが推奨されている。
そして、プリプレグやRTM用については、特許文献1、2に記載のように、空気流や振動する開繊部材を利用する具体的な開繊手法が提案されている。
By the way, resin composite materials reinforced with carbon fiber include prepreg and RTM in addition to CF-SMC, and while prepreg and RTM are mainly composed of long fibers, CF-SMC is 1 inch Mainly carbon fiber of length.
The carbon fiber is provided in the form of a strand regardless of whether it is used as a raw material of any composite material, but the carbon fiber is rigid, and if bending or breaking occurs, the crack leading to breakage from that site In order to facilitate the development, recently, it is recommended to significantly improve the strength of the composite material by opening it to enhance the isotropy as an orientation state and then converting it into a composite material.
And about a prepreg and for RTM, as described in
しかしながら、この手法をCF−SMC用についても適用するとなると、開繊した後に1インチの長さに切断することになるので、繊維がバラけて綿状になって、却って強度が低下してしまう。一方、切断した後に開繊するとなると、手動になってしまい、作業効率が悪かった。
それ故、本発明は、上記した問題点を解消し、CF−SMC用に繊維束を切断した後に、その炭素繊維チョップドストランドを自動的に開繊できるよう工夫された、新規且つ有用な開繊装置を提供することを、その目的とする。
However, if this method is applied also to CF-SMC, since it will be cut into a length of 1 inch after opening, the fibers will become loose and become cottony, and the strength will be rather reduced. . On the other hand, when it was opened after cutting, it became manual, and the working efficiency was poor.
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems and is a novel and useful opening method devised to automatically open the carbon fiber chopped strand after cutting a fiber bundle for CF-SMC. The purpose is to provide a device.
本発明は、上記目的を達成するために為されたものであり、請求項1の発明は、ほぼ水平方向を軸方向とし軸周りに回転可能な回転軸と、前記回転軸の径方向外方に突設された複数のピンと、前記回転軸の上方から炭素繊維チョップドストランドを落下させる導入シュートと、各ピンの先端部の回転軌道上に櫛歯凹部を配置した櫛歯フォークで構成された開繊機構を備え、前記炭素繊維チョップドストランドが、前記櫛歯凹部を跨いでその両側で受け止められた状態で回転により向かってきた前記ピンで叩かれることにより裂かれて開繊されることを特徴とする開繊装置である。 The present invention has been made to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is a rotary shaft rotatable about an axis with the horizontal direction as an axial direction, and a radially outward direction of the rotary shaft. Open with a plurality of pins provided in a projecting manner, an introduction chute for dropping a carbon fiber chopped strand from above the rotation shaft, and a comb fork having a comb concave portion arranged on the rotation path of the tip of each pin A fiber mechanism is provided, and the carbon fiber chopped strand is split and opened by being hit by the pin that has been turned by rotation while being received on both sides across the comb tooth recess. Opening device.
請求項2の発明は、請求項1に記載した開繊装置において、複数のピンからなるピン列が回転軸の軸方向に沿って複数設けられ、前記ピン列のピンは1列おきに周方向で対向しており、炭素繊維チョップドストランドが前記ピンどうしの隙間にも誘導され、回転により向かってきた前記ピンで叩かれることにより裂かれて開繊されることを特徴とする開繊装置である。
According to the invention of
請求項3の発明は、請求項1または2に記載した開繊装置において、櫛歯フォークの櫛歯凹部は、下方に向かって窄まった傾斜部を利用して形成されていることを特徴とする開繊装置である。
The invention according to
請求項4の発明は、請求項1から3のいずれかに記載した開繊装置において、導入シュートと櫛歯フォークは上下方向で連なっており、前記導入シュートに導入され落下した炭素繊維チョップドストランドは前記櫛歯フォークの櫛歯凹部から導出されることを特徴とする開繊装置である。 The invention of claim 4 relates to the fiber opening device according to any one of claims 1 to 3, wherein the introduction chute and the comb fork are connected in the vertical direction, and the carbon fiber chopped strand introduced into the introduction chute is dropped It is an opening device characterized by being derived | led-out from the comb-tooth recessed part of the said comb-tooth fork.
請求項5の発明は、請求項1から4のいずれかに記載した開繊装置において、開繊機構が上下方向に複数備えられており、上段側の開繊機構から導出された炭素繊維チョップドストランドが下段側の開繊機構の導入シュートに導入されることを特徴とする開繊装置である。
The invention of
本発明の開繊装置によれば、CF−SMC用に繊維束を短く切断した後に自動的に開繊でき、得られた炭素繊維チョップドストランドは綿状にならない。 According to the opening apparatus of the present invention, after cutting a fiber bundle short for CF-SMC, it can be automatically opened, and the obtained carbon fiber chopped strand does not become cottony.
本発明の実施の形態に係る開繊装置1を図面に従って説明する。
図1、図2に示すように、開繊装置1は、切断装置Cと一体に設置されており、この切断装置Cの載置用フレームFの内側に開繊装置1の筐体3が配置されている。この筐体3は断面四角形で縦長の角筒形になっており、天井部と底部とで上下が閉塞されている。これらの図では筐体3の正面側に位置する側部が図示省略されて内部が見えている。
A fiber opening device 1 according to an embodiment of the present invention will be described according to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the fiber opening device 1 is installed integrally with the cutting device C, and the
移送シュート5が筐体3の天井部を貫通して上下方向に直状に延びている。移送シュート5は断面四角形で縦長の角筒形になっており、上下端が開口している。その上端開口は切断装置Cで切断されて出てくる炭素繊維チョップドストランドSを受入れる受入口7になっている。一方、下端開口は、開繊処理後の炭素繊維チョップドストランドSが落下して吐出される吐出口9になっており、開繊処理後の炭素繊維チョップドストランドSはこの吐出口9から落下して、筐体3の底部上に溜まる。筐体3の一つの側部には開放扉(図示省略)が設けられており、この開放扉を開いて溜まった炭素繊維チョップドストランドSを取り出す。
The
筐体3には、開繊機構11が上中下三段にわたって配設されているが、いずれの段の構成も同じになっている。
開繊機構11は断面円筒形の回転軸13を備えている。その軸方向両端部は移送シュート5を超え筐体3の両側部を貫通して外方に突出しており、筐体3の両側部の外面にそれぞれ取付けられた軸受に回転可能に支持されている。この支持により、回転軸13は水平方向を向いた姿勢に保持されている。
一方の軸受側には、モーター15が取付けられている。このモーター15の駆動軸に上記した回転軸13が連結されており、モーター15により駆動されて回転軸13が軸周りに回転する。
The
The
A
図3に詳細に示すように、移送シュート5の内側では、回転軸13に複数のネジ孔17、17、……が形成されている。ネジ孔17、17、……は、回転軸13の軸方向に沿って一定の間隔をあけて配置されており、ネジ孔列19が形成されている。このネジ孔列19は、周方向に一定の間隔をあけて複数設けられている。
ピン21は、このネジ孔17に着脱自在に取付けられる。ピン21は断面円形のシャフト状になっている。ピン21の突出側が平面になっており、取付け側の外周面にはネジ23が形成されている。ピン21をネジ孔17に差し込んでネジ23をネジ孔17に対して螺進させると、所定の深さまで進んだ後それ以上の螺進は阻止されて固定される。従って、回転軸13の外周面からのピン21の突出高さは一定になっている。ピン21を回転軸13に取付けると、回転軸13から径方向外方に突設した状態になる。
As shown in detail in FIG. 3, inside the
The
ピン21はネジ孔列19のネジ孔17、17、……に一つおきに取付けられており、ピン列25が回転軸13の軸方向に沿って形成されている。また、隣り合うピン列25、25は、周方向ではピン21が互い違いになるように配置されている。すなわち、ピン列25のピン21は1列おきに周方向で対向している。従って、ピン21の周囲が隙間として残された状態となっている。図4ではネジ孔17が図示省略されている。
The
図5に示すように、回転軸13の上方には導入シュート27が配設されている。この導入シュート27は水平方向に垂直な断面が長方形の角筒形になっており、下方に向かって窄まっている。対向する一対の側部が2つあるが、短辺側の一対の側部は板面が水平方向を向いているが、長辺側の一対の側部は同じ角度で互いに近づく方向に向かって傾斜して傾斜部29、29になっている。
As shown in FIG. 5, an
この2つの傾斜部29、29の下端側にそれぞれ櫛歯フォーク31、31が設けられている。櫛歯フォーク31は下端縁から上方に向かって凹状に切り込まれて、複数の櫛歯凹部33、33、……が形成されている。櫛歯凹部33は上下に縦長の長方形をしており、一定の間隔をあけて櫛歯凹部33、33どうしが隣り合っている。
導入シュート27は、その長手方向と平行な中心線が回転軸13の軸方向に上下で合わさるように位置決めされて配設されている。導入シュート27の上端部は移送シュート5に隙間無く内嵌されて固定されている。そして、下端部が回転軸13の外周面に接近している。下端の短手方向の寸法は、回転軸13よりもわずかに小さくなっている。
The
導入シュート27の下端部が回転軸13に接近しているので、ピン21の先端部を含む大部分の回転軌道は傾斜部29と交差するが、ピン21の回転軌道上には櫛歯凹部33がくるように位置決めされているので、櫛歯凹部33を通り抜けることにより、ピン21の全周回転が可能になっている。
通り抜けるピン21と櫛歯凹部33の対向する両側縁との間には1mm程度の僅かな隙間が形成されるよう設計されている。また、櫛歯凹部33の切込み深さの寸法は、炭素繊維チョップドストランドSの縦方向、すなわち切断方向と垂直な方向の寸法よりも僅かに大きくなるよう設計されている。
Since the lower end portion of the
A slight gap of about 1 mm is designed to be formed between the
開繊機構11は上記のように構成されており、上下の開繊機構11、11のモーター15は同じ側に配置され、中段の開繊機構11は反対側に配置されているが、これは取付け易さや重量バランスを考慮したためであり、開繊動作に違いはない。
回転軸13、ピン21、導入シュート27は鋼製になっている。
The
The rotating
次に開繊装置1の動作について説明する。
図5に示すように、切断装置Cで切断されて生成された炭素繊維チョップドストランドSが移送シュート5内を落下し、白矢印に示すように、更に上段の開繊機構11の導入シュート27に全て落下導入されて、回転軸13上に誘導されていく。
炭素繊維チョップドストランドSが櫛歯凹部33を跨いでその両側縁で受け止められた状態で隙間に入り込んだ場合には黒矢印に示すように回転により向かってきたピン21で叩かれる。その状態では、炭素繊維チョップドストランドSの炭素繊維の配向方向がピン21の軸方向と揃っているかそれに近いので、図6に示すように、回転により向かってきたピン21が炭素繊維チョップドストランドSを叩くことで速やかに裂かれ、そこから亀裂が進展していき、最終的には両端まで裂かれて、開繊される。
Next, the operation of the fiber opening device 1 will be described.
As shown in FIG. 5, the carbon fiber chopped strands S cut and generated by the cutting device C fall within the
When the carbon fiber chopped strand S straddles the comb-tooth
また、ピン21の周りには隙間が設けられており、炭素繊維チョップドストランドSがその隙間に縦方向や横方向から入り込むことができる。従って、回転軸13上に誘導され落下して入り込む過程でピン21に中間部分を叩かれれば、裂かれ、そこから亀裂が進展していき最終的には両端まで裂かれて、図7、図8に示すように、開繊される。
Further, a gap is provided around the
炭素繊維チョップドストランドSは、上記のように、開繊されて幅寸法が短くなった後には、図5に示すように、櫛歯凹部33を通り抜けて導出される。但し、開繊されていないものについても、その平面側が櫛歯凹部33の対向する一対の縁部を向いている場合には、櫛歯凹部33を通り抜けて導出される。
回転軸13が回転し続ける限りは、炭素繊維チョップドストランドSは、櫛歯凹部33を通り抜ける方向に移送されるので、ピン21の隙間に嵌り込んで滞まることはない。
After the carbon fiber chopped strands S are opened and the width dimension is shortened as described above, as shown in FIG. However, even in the case of non-opened fibers, when the flat side faces the pair of opposing edge portions of the comb-
As long as the
上段の開繊機構11の櫛歯凹部33を通り抜けた炭素繊維チョップドストランドSは、移送シュート5内を落下して、中段の開繊機構11の導入シュート27に全て導入されて、回転軸13上に誘導されていき、再び開繊処理に供される。
下段の開繊機構11についても同様である。
このように、三段の開繊機構11、11、11により繰り返し開繊処理に供されるので、炭素繊維チョップドストランドSの開繊処理の歩留まりは高くなっている。しかも、ピン21で叩いて開繊しているので、炭素繊維チョップドストランドSはバラけて綿状になることはない。
The carbon fiber chopped strands S that have passed through the comb-tooth
The same applies to the lower
As described above, since the three-
本発明の開繊装置1によれば、ピン21の叩きを利用しているので開裂応力が炭素繊維チョップドストランドS上に集中し易く、叩きどころが良ければ開繊がスムーズに進行する。
従って、開繊装置1を利用すれば、CF−SMC用に適したサイズで綿状にならずに開繊された炭素繊維チョップドストランドを歩留まり良く得ることができる。
According to the fiber opening device 1 of the present invention, since the tapping of the
Therefore, if the opener 1 is used, it is possible to obtain carbon fiber chopped strands which are opened in a size suitable for CF-SMC without being cottony with high yield.
炭素繊維ストランドはフィラメント数が大きいものほど安く購入できるので、60Kを利用できれば原料コストを下げることができるが、フィラメント数が大きくなるほど、開繊した後に切断すると綿状になり易くなる。本発明の開繊装置1によれば、ピン21、櫛歯凹部33等の寸法や間隔をフィラメント数に合わせて設計可能であり、これらのフィラメント数の多いものについても、切断した後に歩留まり良く開繊できるものと期待される。
The carbon fiber strand can be purchased cheaper as the number of filaments is larger, so if 60K can be used, the raw material cost can be reduced. However, the larger the number of filaments, the easier it will become cottony when it is cut after being opened. According to the fiber opening device 1 of the present invention, the dimensions and intervals of the
開繊装置1を、図4、図5に記載した寸法(mm単位)で設計して、試験した。
12Kを開繊したときには、以下の結果が確認されている。
The following results were confirmed when 12K was opened.
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。 As mentioned above, although the embodiment of the present invention has been described in detail, the specific configuration is not limited to this embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the scope of the present invention included.
本発明の開繊装置は、切断装置と連動させて、切断から開繊まで連続して効率よく作業を進めることができる。 The fiber opening device of the present invention can be linked to the cutting device, and the work can be efficiently and continuously performed from cutting to fiber opening.
1…開繊装置 3…筐体 5…移送シュート 7…受入口
9…吐出口 11…開繊機構 13…回転軸 15…モーター
17…ネジ孔 19…ネジ孔列 21…ピン 23…ネジ
25…ピン列 27…導入シュート 29…傾斜部 31…櫛歯フォーク
33…櫛歯凹部
C…切断装置 F…載置用フレーム S…炭素繊維チョップドストランド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
請求項3の発明は、請求項1または2に記載した開繊装置において、櫛歯フォークの櫛歯凹部は、下方に向かって窄まった傾斜部の下端側に形成されていることを特徴とする開繊装置である。
The invention according to
Claims (5)
前記炭素繊維チョップドストランドが、前記櫛歯凹部を跨いでその両側で受け止められた状態で回転により向かってきた前記ピンで叩かれることにより裂かれて開繊されることを特徴とする開繊装置。 A rotating shaft rotatable about its axis with a substantially horizontal direction as an axial direction, a plurality of pins projecting radially outward of the rotating shaft, and an introduction chute for dropping a carbon fiber chopped strand from above the rotating shaft And a fiber opening mechanism constituted by a comb tooth fork in which a comb tooth recess is disposed on the rotational trajectory of the tip of each pin,
The fiber opening device is characterized in that the carbon fiber chopped strand is split by being hit by the pin that has been turned by rotation while being received on both sides across the comb tooth recess.
複数のピンからなるピン列が回転軸の軸方向に沿って複数設けられ、前記ピン列のピンは1列おきに周方向で対向しており、
炭素繊維チョップドストランドが前記ピンどうしの隙間にも誘導され、回転により向かってきた前記ピンで叩かれることにより裂かれて開繊されることを特徴とする開繊装置。 In the fiber opening device according to claim 1,
A plurality of pin rows composed of a plurality of pins are provided along the axial direction of the rotation axis, and the pins of the pin rows are circumferentially opposed to each other every other row,
A fiber opening device characterized in that a carbon fiber chopped strand is also guided to a gap between the pins, and is broken by being hit by the pin that has been turned by rotation.
櫛歯フォークの櫛歯凹部は、下方に向かって窄まった傾斜部を利用して形成されていることを特徴とする開繊装置。 In the opening device according to claim 1 or 2,
An opening device characterized in that a comb-tooth concave portion of a comb-tooth fork is formed utilizing an inclined portion which is narrowed toward the lower side.
導入シュートと櫛歯フォークは上下方向で連なっており、前記導入シュートに導入され落下した炭素繊維チョップドストランドは前記櫛歯フォークの櫛歯凹部から導出されることを特徴とする開繊装置。 The fiber opening device according to any one of claims 1 to 3
An opening device characterized in that the introduction chute and the comb fork are connected in the vertical direction, and the carbon fiber chopped strand introduced and dropped to the introduction chute is led out from the comb concave portion of the comb fork.
開繊機構が上下方向に複数備えられており、上段側の開繊機構から導出された炭素繊維チョップドストランドが下段側の開繊機構の導入シュートに導入されることを特徴とする開繊装置。 The fiber opening device according to any one of claims 1 to 4.
A plurality of fiber opening mechanisms are provided in the vertical direction, and a carbon fiber chopped strand derived from the fiber opening mechanism on the upper side is introduced to an introduction chute of the fiber opening mechanism on the lower side.
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