JP2021066971A - 炭素繊維凝集体の分割方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭素繊維の損傷を回避しつつ、炭素繊維凝集体を糸状の炭素繊維束に簡単かつ低コストで分割する炭素繊維凝集体の分割方法を提供する。【解決手段】略平行に配置された多数の炭素繊維ＴＳが凝集された炭素繊維凝集体ＴＳＧを、炭素繊維に沿って糸状の炭素繊維束ＴＳＢに細かく分割する炭素繊維凝集体の分割方法である。炭素繊維凝集体を狭圧しながら回転して炭素繊維の繊維方向に送り出す少なくとも一対のローラ体１（１１、１２）を有するローラ加圧装置１０を備え、ローラ体１１、１２の外周面１１Ｇ、１２Ｇには、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部１１１、１２１と谷部１１２、１２２とを有する。一対のローラ体は、一方のローラ体１１の山部１１１と他方のローラ体１２の谷部１２２とが対向して配置され、一方のローラ体の山部と他方のローラ体の山部とが、炭素繊維凝集体を炭素繊維に沿って狭圧しながら回転して分割する。【選択図】図２

Description

本発明は、炭素繊維凝集体の分割方法及びその製造装置に関し、より詳しくは、略平行に配置された多数の炭素繊維が凝集された炭素繊維凝集体を、当該炭素繊維に沿って、糸状の炭素繊維束に細かく分割する炭素繊維凝集体の分割方法及びその分割方法に使用する製造装置に関する。

炭素繊維は、軽量かつ高強度の特性を有するので、近年、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）として、航空機の機体や自動車部品等に利用されている。この炭素繊維強化プラスチックは、一般に、略平行に配置された多数の炭素繊維を凝集して板状に形成した炭素繊維凝集体に、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂などをマトリックス材として浸透させて、熱処理することで製造される。しかし、上記炭素繊維強化プラスチックを航空機の機体や自動車部品など大きな製品に利用する場合、長さ１ｍ程度の大きな端材が発生することがある。そのため、このような大きな端材から炭素繊維をできる限り有効に取り出して、再利用する技術が求められている。

例えば、特許文献１には、炭素繊維強化プラスチックを、酸素濃度が３〜１８体積％の範囲内で、温度が３００〜６００℃の範囲内のガス雰囲気下で燃焼させないで処理し、プラスチックを熱分解して炭素繊維を回収する方法の発明が開示されている。

特開平６−９９１６０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された炭素繊維の回収方法には、次のような課題があった。すなわち、炭素繊維強化プラスチックに含まれるプラスチックを熱分解しても、熱分解された炭化物が炭素繊維に付着して残存するので、多数の炭素繊維が板状に凝集された炭素繊維凝集体として回収されることになる。したがって、上記炭素繊維凝集体として回収された炭素繊維を再利用するためには、炭素繊維凝集体を糸状の炭素繊維束（例えば、紡績糸として利用可能な太さの炭素繊維束）に細かく分割処理する必要があった。

一方、炭素繊維は曲げ加工によって折損しやすい性質を有するので、例えば、多数の炭素繊維からなる炭素繊維束を分割する方法として、溶媒や熱（スチーム）等を用いた前処理によって炭素繊維の収束性を低下させた状態で、炭素繊維束を幅方向に開いて厚さを薄くし、レーザカット装置で分割する方法（特開平１１−３２３６９２号公報を参照）が知られているが、上記分割方法は、炭素繊維をレーザ光で切断したり、レーザ光の熱で炭素繊維を焼損させる恐れがあると共に、装置が大掛かりとなり、処理費用も増大するという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、炭素繊維の損傷を回避しつつ、炭素繊維凝集体を糸状の炭素繊維束に簡単かつ低コストで分割する炭素繊維凝集体の分割方法及びその分割方法に使用する製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る炭素繊維凝集体の分割方法及びその製造装置は、次のような構成を有している。
（１）略平行に配置された多数の炭素繊維が凝集された炭素繊維凝集体を、前記炭素繊維に沿って糸状の炭素繊維束に細かく分割する炭素繊維凝集体の分割方法であって、
前記炭素繊維凝集体を狭圧しながら回転して前記炭素繊維の繊維方向に送り出す少なくとも一対のローラ体を有するローラ加圧装置を備え、前記ローラ体の外周面には、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部と谷部とを有すること、
前記一対のローラ体は、一方のローラ体の山部と他方のローラ体の谷部とが対向して配置され、前記一方のローラ体の山部と前記他方のローラ体の山部とが、前記炭素繊維凝集体を前記炭素繊維に沿って狭圧しながら回転して分割することを特徴とする。

本発明においては、炭素繊維凝集体を狭圧しながら回転して炭素繊維の繊維方向に送り出す少なくとも一対のローラ体を有するローラ加圧装置を備え、ローラ体の外周面には、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部と谷部とを有し、また、一対のローラ体は、一方のローラ体の山部と他方のローラ体の谷部とが対向して配置され、一方のローラ体の山部と他方のローラ体の山部とが、炭素繊維凝集体を炭素繊維に沿って狭圧しながら回転して分割するので、両ローラ体の外周面に螺旋状に形成された各山部が、それぞれ対向する谷部に向けて炭素繊維凝集体に炭素繊維に沿って食い込みながら、炭素繊維同士の隙間に割れ目を形成して、炭素繊維凝集体を炭素繊維に沿って分割しながらローラ体の送り方向へ送り出すことができる。そのため、ローラ体における山部の高さやピッチ等を任意の大きさに形成することによって、炭素繊維凝集体を炭素繊維に沿って所要の太さの糸状の炭素繊維束（例えば、０．５〜２ｍｍ程度の外径で紡績糸として利用可能な太さの炭素繊維束）に、簡単かつ低コストで分割させることができる。

また、一対のローラ体は、一方のローラ体の山部と他方のローラ体の谷部とが対向して配置されているので、一対のローラ体が炭素繊維凝集体を狭圧して、各山部が炭素繊維凝集体に食い込むときには、対向するローラ体の山部同士によって、炭素繊維が押し潰されることはない。そのため、炭素繊維凝集体を糸状の炭素繊維束に分割する際、ローラ体の山部によって炭素繊維を損傷させる恐れを低減できる。

また、ローラ体の外周面には、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部と谷部とを有するので、炭素繊維凝集体に食い込んだ山部が周方向に回転するとき、螺旋状に形成された山部の一方の斜面で炭素繊維凝集体を送り方向へ押出すことができる。したがって、炭素繊維凝集体が長尺ものであっても、連続した糸状の炭素繊維束に分割することができる。また、連続した糸状の炭素繊維束であるので、当該炭素繊維束に軽く捻じりを入れることによって紡績糸等として簡単に利用でき、その利用範囲を大幅に拡大することができる。なお、この分割方法は、炭素繊維強化プラスチックに使用する前の未使用の炭素繊維凝集体にも使用できる。

よって、本発明によれば、炭素繊維の損傷を回避しつつ、炭素繊維凝集体を糸状の炭素繊維束に簡単かつ低コストで分割する炭素繊維凝集体の分割方法を提供することができる。

（２）（１）に記載された炭素繊維凝集体の分割方法において、
前記ローラ加圧装置には、前記山部の高さとピッチとが相対的に大きいローラ体で構成された第１のローラ加圧装置と、前記山部の高さとピッチとが相対的に小さいローラ体で構成された第２のローラ加圧装置とを備え、
前記第１のローラ加圧装置にて、前記炭素繊維凝集体を大まかに粗分割した後で、前記第２のローラ加圧装置にて、粗分割した炭素繊維凝集体を所要の太さの炭素繊維束に分割することを特徴とする。

本発明においては、ローラ加圧装置には、山部の高さとピッチとが相対的に大きいローラ体で構成された第１のローラ加圧装置と、山部の高さとピッチとが相対的に小さいローラ体で構成された第２のローラ加圧装置とを備え、第１のローラ加圧装置にて、炭素繊維凝集体を大まかに粗分割した後で、第２のローラ加圧装置にて、粗分割した炭素繊維凝集体を所要の太さの炭素繊維束に分割するので、炭素繊維凝集体の幅や厚さが大きい場合、又は炭素繊維同士の凝着力が大きい場合でも、第１のローラ加圧装置によって予め炭素繊維凝集体を粗分割することによって、第２のローラ加圧装置によって粗分割した炭素繊維凝集体を所要の太さの炭素繊維束により簡単かつ確実に分割することができる。この場合、炭素繊維凝集体を段階的に細かく分割していくので、ローラ体の狭圧力を無理に増加させる必要がない。したがって、炭素繊維の損傷を回避しつつ、より一層均一な太さの炭素繊維束に分割することができる。

（３）（１）又は（２）に記載された炭素繊維凝集体の分割方法において、
前記ローラ体の山部及び谷部は、サインカーブ状に湾曲した湾曲断面で形成されていることを特徴とする。

本発明においては、ローラ体の山部及び谷部は、サインカーブ状に湾曲した湾曲断面で形成されているので、山部が炭素繊維凝集体に食い込むとき、滑らかな湾曲面で炭素繊維に接触し、凝集した炭素繊維同士をより滑らかに引き離すことができる。また、山部が炭素繊維凝集体に深く食い込んでも、炭素繊維を押し潰す恐れが少ない。したがって、炭素繊維凝集体の分割に伴う炭素繊維の負担を軽減し、炭素繊維の損傷をより一層回避できる。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載された炭素繊維凝集体の分割方法において、
前記ローラ体の山部の表面は、所定の面粗度で粗面加工されていることを特徴とする。

本発明においては、ローラ体の山部の表面は、所定の面粗度で粗面加工されているので、一方のローラ体の山部と他方のローラ体の山部とが、炭素繊維凝集体を狭圧しながら回転するとき、山部と炭素繊維との間で滑りが生じにくい。そのため、炭素繊維の隙間に食い込んだ山部が、分割した炭素繊維凝集体又は炭素繊維束をローラ体の送り方向により効果的に送り出し、炭素繊維の折損や毛羽立ちを回避し易く、炭素繊維の損傷をより一層回避できる。

（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載された炭素繊維凝集体の分割方法に用いる製造装置であって、
前記炭素繊維凝集体を載置して前記ローラ加圧装置に搬入する搬入コンベアと、前記ローラ加圧装置から送り出された前記炭素繊維凝集体又は前記炭素繊維束を搬出する搬出コンベアとを備え、
前記ローラ加圧装置のローラ回転速度は、前記搬入コンベア及び前記搬出コンベアの送り速度と略同一であることを特徴とする。

本発明においては、炭素繊維凝集体を載置してローラ加圧装置に搬入する搬入コンベアと、ローラ加圧装置から送り出された炭素繊維凝集体又は炭素繊維束を搬出する搬出コンベアとを備え、ローラ加圧装置のローラ回転速度は、搬入コンベア及び搬出コンベアの送り速度と略同一であるので、炭素繊維凝集体を搬入コンベアに供給すれば、粗分割された炭素繊維凝集体又は分割された糸状の炭素繊維束を炭素繊維の方向を揃えた状態で搬出コンベアによって取り出すことができる。そのため、粗分割された炭素繊維凝集体又は分割された炭素繊維束が細くて撓み易くても、炭素繊維の屈曲が防止されて、炭素繊維は折損しにくくなる。その結果、炭素繊維が折損することなく、送り方向に整列された炭素繊維束を簡単に製造することができる。

本発明によれば、炭素繊維の損傷を回避しつつ、炭素繊維凝集体を糸状の炭素繊維束に簡単かつ低コストで分割する炭素繊維凝集体の分割方法及びその分割方法に使用する製造装置を提供することができる。

本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法に使用する製造装置を表す模式的断面図である。 図１に示す製造装置におけるＡ視正面図である。 本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法において、炭素繊維凝集体を粗分割する断面図である。 本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法において、粗分割した炭素繊維凝集体を所要の太さの糸状の炭素繊維束に分割する断面図である。 本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法によって分割した糸状の炭素繊維束の斜視図である。 本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法のフローチャート図の一例である。

次に、本発明の実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、はじめに炭素繊維凝集体の分割方法に使用する製造装置について説明した上で、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法の一例を、その手順に沿って説明する。

＜炭素繊維凝集体の分割方法に使用する製造装置＞
はじめに、炭素繊維凝集体の分割方法に使用する製造装置について、図１〜図４を用いて説明する。図１に、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法に使用する製造装置を表す模式的断面図を示す。図２に、図１に示す製造装置におけるＡ視正面図を示す。図３に、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法において、炭素繊維凝集体を粗分割する断面図を示す。図４に、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法において、粗分割した炭素繊維凝集体を所要の太さの糸状の炭素繊維束に分割する断面図を示す。

図１〜図４に示すように、炭素繊維凝集体ＴＳＧの分割方法に使用する製造装置２０は、炭素繊維凝集体ＴＳＧを上下から狭圧しながら回転して炭素繊維ＴＳの繊維方向に送り出す少なくとも一対のローラ体１、１Ｂ（１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂ）を有するローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）を備えている。一対のローラ体１、１Ｂは、炭素繊維凝集体ＴＳＧを上方から押圧するローラ体１１、１１Ｂと、炭素繊維凝集体ＴＳＧを下方から押圧するローラ体１２、１２Ｂとで構成されている。本ローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）には、同一のローラ体で構成された二対のローラ体が、送り方向で隣接して配置されている。

また、上方のローラ体１１、１１Ｂの軸受け部１１３には、押圧用の加圧ばね２が連結され、フレーム体５に対して上下動可能に装着されている。一方、下方のローラ体１２、１２Ｂの軸受け部１２３は、フレーム体５に対して上下位置を調節可能に固定されている。また、各ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの回転軸には、歯車部１１４、１２４が固着されている。各歯車部１１４、１２４は、フレーム体５に固定された駆動モータ４と歯車部４１及びチェーン３を介して連結されている。各ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂは、同一の外径で略円筒状に形成され、同一の周速度で回転する。上方のローラ体１１、１１Ｂは、時計回りに回転し、下方のローラ体１２、１２Ｂは、反時計回りに回転する（図１を参照）。

また、ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの外周面１１Ｇ、１２Ｇには、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂと谷部１１２、１２２、１１２Ｂ、１２２Ｂとを有する。また、一対のローラ体１、１Ｂ（１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂ）は、一方のローラ体１１、１１Ｂの山部１１１、１１１Ｂと他方のローラ体１２、１２Ｂの谷部１２２、１２２Ｂとが対向して配置されている。そして、一方のローラ体１１、１１Ｂの山部１１１、１１１Ｂと他方のローラ体１２、１２Ｂの山部１２１、１２１Ｂとが、炭素繊維凝集体ＴＳＧを炭素繊維ＴＳに沿って狭圧しながら回転して分割するように構成されている。

また、ローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）には、山部１１１、１２１の高さｈ１とピッチｐ１とが相対的に大きいローラ体１１、１２で構成された第１のローラ加圧装置１０Ａと、山部１１１Ｂ，１２１Ｂの高さｈ２とピッチｐ２とが相対的に小さいローラ体１１Ｂ、１２Ｂで構成された第２のローラ加圧装置１０Ｂとを備えていることが好ましい。この場合には、第１のローラ加圧装置１０Ａにて、炭素繊維凝集体ＴＳＧを大まかに粗分割した後で、第２のローラ加圧装置１０Ｂにて、粗分割した炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を所要の太さの炭素繊維束ＴＳＢに分割する。この分割方法は、後で詳述する。なお、ここでは、第１のローラ加圧装置１０Ａと、第２のローラ加圧装置１０Ｂとを備え、装置の段数は２つであるが、３つ以上に増加させてもよく、例えば、山部の高さとピッチとが相対的に中程度のローラ体で構成された第３のローラ加圧装置を第１のローラ加圧装置１０Ａと第２のローラ加圧装置１０Ｂとの間に備えても良い。

また、ローラ体１、１Ｂ（１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂ）の山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂ及び谷部１１２、１２２、１１２Ｂ、１２２Ｂは、サインカーブ状に湾曲した湾曲断面で形成されていることが好ましい。この場合には、山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂが炭素繊維凝集体ＴＳＧ、ＴＳＧ２に食い込むとき、滑らかな湾曲面で炭素繊維ＴＳに接触し、凝集した炭素繊維ＴＳ同士をより滑らかに引き離すことができる。

また、ローラ体１、１Ｂ（１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂ）の山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂの表面は、所定の面粗度で粗面加工されていることが好ましい。一般に、ＰＡＮ系炭素繊維は、フィラメント径が５〜７μｍ程度であるので、フィラメント径と同程度の面粗さ（例えば、算術平均粗さＲａ５〜７μｍ）であれば、山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂと炭素繊維ＴＳとの間で滑りが生じにくく、炭素繊維ＴＳの折損や毛羽立ちが生じにくい。

また、炭素繊維凝集体ＴＳＧの分割方法に使用する製造装置２０として、ローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）の送り方向前後に、炭素繊維凝集体ＴＳＧを載置してローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）に搬入する搬入コンベア６と、ローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）から送り出された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２又は炭素繊維束ＴＳＢを搬出する搬出コンベア７とを備えていることが好ましい。この場合、ローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）のローラ回転速度は、搬入コンベア６及び搬出コンベア７の送り速度と略同一であることが好ましい。

上記製造装置２０によれば、炭素繊維凝集体ＴＳＧを搬入コンベア６に供給すれば、第１のローラ加圧装置１０Ａによって粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を炭素繊維ＴＳの方向を揃えた状態で搬出コンベア７によって取り出すことができる。また、粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を搬入コンベア６に供給すれば、第２のローラ加圧装置１０Ｂによって所要の太さに分割された糸状の炭素繊維束ＴＳＢを炭素繊維ＴＳの方向を揃えた状態で搬出コンベア７によって取り出すことができる。

＜炭素繊維凝集体の分割方法＞
次に、炭素繊維凝集体の分割方法について、図１〜図６を用いて説明する。図１に、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法に使用する製造装置を表す模式的断面図を示す。図２に、図１に示す製造装置におけるＡ視正面図を示す。図３に、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法において、炭素繊維凝集体を粗分割する断面図を示す。図４に、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法において、粗分割した炭素繊維凝集体を所要の太さの糸状の炭素繊維束に分割する断面図を示す。図５に、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法によって分割した糸状の炭素繊維束の斜視図を示す。図６に、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法のフローチャート図の一例を示す。

図１〜図６に示すように、本実施形態に係る炭素繊維凝集体の分割方法は、略平行に配置された多数の炭素繊維ＴＳが凝集された炭素繊維凝集体ＴＳＧ（ＴＳＧ２）を、炭素繊維ＴＳに沿って糸状の炭素繊維束ＴＳＢに細かく分割する分割方法であって、前述したローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）を備え、一方のローラ体１１、１１Ｂの山部１１１、１１１Ｂと他方のローラ体１２、１２Ｂの山部１２１、１２１Ｂとが、炭素繊維凝集体ＴＳＧ、ＴＳＧ２を狭圧しながら回転して分割する方法である。本分割方法によれば、ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂにおける山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂの高さやピッチ等を任意の大きさに形成することによって、炭素繊維凝集体ＴＳＧを炭素繊維ＴＳに沿って糸状の炭素繊維束ＴＳＢ（例えば、紡績糸として利用可能な太さの炭素繊維束）に、簡単かつ低コストで分割させることができる。ここでは、第１のローラ加圧装置１０Ａと第２のローラ加圧装置１０Ｂとを備えた本実施形態の一例における具体的な手順を、図６に示す手順に従って説明する。

すなわち、先ず、第１ステップＳ１として、分割対象となる炭素繊維凝集体ＴＳＧの厚さや凝集力等に応じて、第１のローラ加圧装置１０Ａにおける上方のローラ体１１の山部１１１と下方のローラ体１２の山部１２１との離間距離Ｄと、上方のローラ体１１の押圧力Ｆとを、調節する。また、粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２の厚さや凝集力等に応じて、第２のローラ加圧装置１０Ｂにおける上方のローラ体１１Ｂの山部１１１Ｂと下方のローラ体１２Ｂの山部１２１Ｂとの離間距離Ｄと、上方のローラ体１１Ｂの押圧力Ｆとを、調節する。上記離間距離Ｄは、下方のローラ体１２の軸受け部１２３のフレーム体５に対する締結位置を調節して行う。また、上記押圧力Ｆは、加圧ばね２の撓み量を調節して行う。

次に、第２ステップＳ２として、第１のローラ加圧装置１０Ａにおける上方のローラ体１１と下方のローラ体１２との間に炭素繊維凝集体ＴＳＧを投入し、炭素繊維凝集体ＴＳＧを高さ・ピッチ「大」の山部１１１、１２１を有するローラ体１１、１２にて狭圧し・押出す。炭素繊維凝集体ＴＳＧは、搬入コンベア６上に載置し、搬入コンベア６を起動することによって、上方のローラ体１１と下方のローラ体１２との間に炭素繊維凝集体ＴＳＧを投入する。

ここで、ローラ体１１、１２の外周面１１Ｇ、１２Ｇには、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部１１１、１２１と谷部１１２、１２２とを有し、また、一対のローラ体１（１１、１２）は、一方のローラ体１１の山部１１１と他方のローラ体１２の谷部１２２とが対向して配置され、一方のローラ体１１の山部１１１と他方のローラ体１２の山部１２１とが、炭素繊維凝集体ＴＳＧを炭素繊維ＴＳに沿って狭圧しながら回転して分割するので、図３に示すように、両ローラ体１１、１２の外周面１１Ｇ、１２Ｇに螺旋状に形成された各山部１１１、１２１が、それぞれ対向する谷部１２２、１１２に向けて炭素繊維凝集体ＴＳＧに炭素繊維ＴＳに沿って食い込みながら、炭素繊維ＴＳ同士の隙間に割れ目ＷＭを形成する。また、加圧ばね２の押圧力Ｆに基づいて、山部１１１、１２１から法線方向に作用する分力ｆ１、ｆ２によって、割れ目ＷＭは、徐々に深く炭素繊維ＴＳ同士の隙間に侵入するので、隣接する割れ目ＷＭが互いに連結されて、炭素繊維凝集体ＴＳＧを大まかに粗分割しながらローラ体１１、１２の送り方向へ送り出すことができる。粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２は、搬出コンベア７によって搬出される。

なお、各山部１１１、１２１が炭素繊維凝集体ＴＳＧに食い込むときには、対向するローラ体１１、１２の山部１１１、１２１同士によって、炭素繊維ＴＳが押し潰されることはない。そのため、炭素繊維凝集体ＴＳＧを粗分割する際、ローラ体１１、１２の山部１１１、１２１によって炭素繊維ＴＳを損傷させる恐れを低減できる。

次に、ステップＳ３として、炭素繊維凝集体ＴＳＧの全体を粗分割したか否かを検査し、一部粗分割されていない場合には、第１のローラ加圧装置１０Ａにおける上方のローラ体１１と下方のローラ体１２との間に再度投入して、一部粗分割されていない炭素繊維凝集体ＴＳＧを、高さ・ピッチ「大」の山部１１１、１２１を有するローラ体１１、１２にて狭圧し・押出すこと（ステップＳ２）を、繰り返す。これは、炭素繊維凝集体ＴＳＧ２の全体が、略均一に粗分割されるまで繰り返す。

次に、ステップＳ４として、第２のローラ加圧装置１０Ｂにおける上方のローラ体１１Ｂと下方のローラ体１２Ｂとの間に粗分割した炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を投入し、粗分割した炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を高さ・ピッチ「小」の山部１１１Ｂ、１２１Ｂを有するローラ体１１Ｂ、１２Ｂにて狭圧し・押出す。粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２は、搬入コンベア６上に載置し、搬入コンベア６を起動することによって、上方のローラ体１１Ｂと下方のローラ体１２Ｂとの間に炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を投入する。

ここでも、ローラ体１１Ｂ、１２Ｂの外周面１１Ｇ、１２Ｇには、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部１１１Ｂ、１２１Ｂと谷部１１２Ｂ、１２２Ｂとを有し、また、一対のローラ体１Ｂ（１１Ｂ、１２Ｂ）は、一方のローラ体１１Ｂの山部１１１Ｂと他方のローラ体１２Ｂの谷部１２２Ｂとが対向して配置され、一方のローラ体１１Ｂの山部１１１Ｂと他方のローラ体１２Ｂの山部１２１Ｂとが、粗分割した炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を炭素繊維ＴＳに沿って狭圧しながら回転して分割するので、図４に示すように、両ローラ体１１Ｂ、１２Ｂの外周面に螺旋状に形成された各山部１１１Ｂ、１２１Ｂが、それぞれ対向する谷部１２２Ｂ、１１２Ｂに向けて炭素繊維凝集体ＴＳＧ２に食い込みながら、炭素繊維ＴＳ同士の隙間に細かい割れ目ＷＭ２を形成する。その結果、隣接する割れ目ＷＭ２が互いに連結されて、粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を所要の太さの糸状の炭素繊維束ＴＳＢに分割して、ローラ体１１、１２の送り方向へ送り出すことができる。糸状に分割された炭素繊維束ＴＳＢは、搬出コンベア７によって搬出される。

なお、各山部１１１Ｂ、１２１Ｂが粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２に食い込むときには、対向するローラ体１１Ｂ、１２Ｂの山部１１１Ｂ、１２１Ｂ同士によって、炭素繊維ＴＳが押し潰されることはない。そのため、粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を所要の太さの糸状の炭素繊維束ＴＳＢに分割する際、ローラ体１１Ｂ、１２Ｂの山部１１１Ｂ、１２１Ｂによって炭素繊維ＴＳを損傷させる恐れを低減できる。

次に、ステップＳ５として、粗分割した炭素繊維凝集体ＴＳＧ２の全体を所要の太さの糸状の炭素繊維束ＴＳＢに分割したか否かを検査し、一部分割されていない場合には、第２のローラ加圧装置１０Ｂにおける上方のローラ体１１Ｂと下方のローラ体１２Ｂとの間に再度投入して、一部分割されていない炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を、高さ・ピッチ「小」の山部１１１Ｂ、１２１Ｂを有するローラ体１１Ｂ、１２Ｂにて狭圧し・押出すこと（ステップＳ４）を、繰り返す。これは、粗分割した炭素繊維凝集体ＴＳＧ２の全体が、所要の太さの糸状の炭素繊維束ＴＳＢに分割されるまで繰り返す。以上の結果、炭素繊維ＴＳの損傷を回避しつつ、炭素繊維凝集体ＴＳＧを所要の太さの糸状の炭素繊維束ＴＳＢに簡単かつ低コストで分割することができる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る酸素繊維凝集体の分割方法によれば、炭素繊維ＴＳの損傷を回避しつつ、炭素繊維凝集体ＴＳＧを糸状の炭素繊維束ＴＳＢに簡単かつ低コストで分割することができる。

＜作用効果＞
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る酸素繊維凝集体の分割方法によれば、炭素繊維凝集体ＴＳＧを狭圧しながら回転して炭素繊維ＴＳの繊維方向に送り出す少なくとも一対のローラ体１、１Ｂ（１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂ）を有するローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）を備え、ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの外周面１１Ｇ、１２Ｇには、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂと谷部１１２、１２２、１１２Ｂ、１２２Ｂとを有し、また、一対のローラ体１、１Ｂは、一方のローラ体１１、１１Ｂの山部１１１、１１１Ｂと他方のローラ体１２、１２Ｂの谷部１２２、１２２Ｂとが対向して配置され、一方のローラ体１１、１１Ｂの山部１１１、１１１Ｂと他方のローラ体１２、１２Ｂの山部１２１、１２１Ｂとが、炭素繊維凝集体ＴＳＧを炭素繊維ＴＳに沿って狭圧しながら回転して分割するので、両ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの外周面１１Ｇ、１２Ｇに螺旋状に形成された各山部１１１、１１１Ｂ、１２１、１２１Ｂが、それぞれ対向する谷部１２２、１２２Ｂ、１１２、１１２Ｂに向けて炭素繊維凝集体ＴＳＧに炭素繊維ＴＳに沿って食い込みながら、炭素繊維ＴＳ同士の隙間に割れ目ＷＭ、ＷＭ２を形成して、炭素繊維凝集体ＴＳＧを炭素繊維ＴＳに沿って分割しながらローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの送り方向へ送り出すことができる。そのため、ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂにおける山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂの高さｈ１、ｈ２やピッチｐ１、ｐ２等を任意の大きさに形成することによって、炭素繊維凝集体ＴＳＧを炭素繊維ＴＳに沿って糸状の炭素繊維束ＴＳＢ（例えば、０．５〜２ｍｍ程度の外径で紡績糸として利用可能な太さの炭素繊維束）に、簡単かつ低コストで分割させることができる。

また、一対のローラ体１、１Ｂは、一方のローラ体１１、１１Ｂの山部１１１、１１１Ｂと他方のローラ体１２、１２Ｂの谷部１２２、１２２Ｂとが対向して配置されているので、一対のローラ体１、１Ｂが炭素繊維凝集体ＴＳＧを狭圧して、各山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂが炭素繊維凝集体ＴＳＧに食い込むときには、対向するローラ体１、１Ｂの山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂ同士によって、炭素繊維ＴＳが押し潰されることはない。そのため、炭素繊維凝集体ＴＳＧを糸状の炭素繊維束ＴＳＢに分割する際、ローラ体１、１Ｂの山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂによって炭素繊維ＴＳを損傷させる恐れを低減できる。

また、ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの外周面１１Ｇ、１２Ｇには、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部１１１、１１１Ｂ、１２１、１２１Ｂと谷部１１２、１２２、１１２Ｂ、１２２Ｂとを有するので、炭素繊維凝集体ＴＳＧに食い込んだ山部１１１、１１１Ｂ、１２１、１２１Ｂが周方向に回転するとき、螺旋状に形成された山部１１１、１１１Ｂ、１２１、１２１Ｂの一方の斜面で炭素繊維凝集体ＴＳＧを送り方向へ押出すことができる。したがって、炭素繊維凝集体ＴＳＧが長尺ものであっても、連続した糸状の炭素繊維束ＴＳＢに分割することができる。また、連続した糸状の炭素繊維束ＴＳＢであるので、軽く捻じりを入れることによって紡績糸等として簡単に利用でき、その利用範囲を大幅に拡大することができる。なお、この分割方法は、炭素繊維強化プラスチックに使用する前の未使用の炭素繊維凝集体にも使用できる。

よって、本実施形態によれば、炭素繊維ＴＳの損傷を回避しつつ、炭素繊維凝集体ＴＳＧを糸状の炭素繊維束ＴＳＢに簡単かつ低コストで分割する炭素繊維凝集体の分割方法を提供することができる。

また、本実施形態によれば、ローラ加圧装置１０には、山部１１１、１２１の高さｈ１とピッチｐ２とが相対的に大きいローラ体１１、１２で構成された第１のローラ加圧装置１０Ａと、山部１１１Ｂ、１２１Ｂの高さｈ２とピッチｐ２とが相対的に小さいローラ体１１Ｂ、１２Ｂで構成された第２のローラ加圧装置１０Ｂとを備え、第１のローラ加圧装置１０Ａにて、炭素繊維凝集体ＴＳＧを大まかに粗分割した後で、第２のローラ加圧装置１０Ｂにて、粗分割した炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を所要の太さの炭素繊維束ＴＳＢに分割するので、炭素繊維凝集体ＴＳＧの幅や厚さが大きい場合、又は炭素繊維ＴＳ同士の凝着力が大きい場合でも、第１のローラ加圧装置１０Ａによって予め炭素繊維凝集体ＴＳＧを粗分割することによって、第２のローラ加圧装置１０Ｂによって炭素繊維凝集体ＴＳＧ２を所要の太さの炭素繊維束ＴＳＢにより簡単かつ確実に分割することができる。この場合、炭素繊維凝集体ＴＳＧを段階的に細かく分割していくので、ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの狭圧力を無理に増加させる必要がない。したがって、炭素繊維ＴＳの損傷を回避しつつ、より一層均一な太さの炭素繊維束ＴＳＢに分割することができる。

また、本実施形態によれば、ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂ及び谷部１１２、１２２、１１２Ｂ、１２２Ｂは、サインカーブ状に湾曲した湾曲断面で形成されているので、山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂが炭素繊維凝集体ＴＳＧ、ＴＳＧ２に食い込むとき、滑らかな湾曲面で炭素繊維ＴＳに接触し、凝集した炭素繊維ＴＳ同士をより滑らかに引き離すことができる。また、山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂが炭素繊維凝集体ＴＳＧに深く食い込んでも、炭素繊維ＴＳを押し潰す恐れが少ない。したがって、炭素繊維凝集体ＴＳＧ、ＴＳＧ２の分割に伴う炭素繊維ＴＳの負担を軽減し、炭素繊維ＴＳの損傷をより一層回避できる。

また、本実施形態によれば、ローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂの表面は、所定の面粗度で粗面加工されているので、一方のローラ体１１、１１Ｂの山部１１１、１１１Ｂと他方のローラ体１２、１２Ｂの山部１２１、１２１Ｂとが、炭素繊維凝集体ＴＳＧを炭素繊維ＴＳに沿って狭圧しながら回転するとき、山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂと炭素繊維ＴＳとの間で滑りが生じにくい。そのため、炭素繊維ＴＳの隙間に食い込んだ山部１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂが、分割した炭素繊維凝集体ＴＳＧ、ＴＳＧ２又は炭素繊維束ＴＳＢをローラ体１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂの送り方向により効果的に送り出し、炭素繊維ＴＳの折損や毛羽立ちを回避し易く、炭素繊維ＴＳの損傷をより一層回避できる。

また、他の実施形態に係る製造装置２０によれば、炭素繊維凝集体ＴＳＧ、ＴＳＧ２を載置してローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）に搬入する搬入コンベア６と、ローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）から送り出された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２又は炭素繊維束ＴＳＢを搬出する搬出コンベア７とを備え、ローラ加圧装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）のローラ回転速度は、搬入コンベア６及び搬出コンベア７の送り速度と略同一であるので、炭素繊維凝集体ＴＳＧ、ＴＳＧ２を搬入コンベア６に供給すれば、粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２又は糸状の炭素繊維束ＴＳＢを炭素繊維ＴＳの方向を揃えた状態で搬出コンベア７によって取り出すことができる。そのため、粗分割された炭素繊維凝集体ＴＳＧ２又は分割された炭素繊維束ＴＳＢが細くて撓み易くても、炭素繊維ＴＳの屈曲が防止されて、炭素繊維ＴＳは折損しにくくなる。その結果、炭素繊維ＴＳが折損することなく、送り方向に整列された炭素繊維束ＴＳＢを簡単に製造することができる。

本発明は、略平行に配置された多数の炭素繊維が凝集された炭素繊維凝集体を、当該炭素繊維に沿って、糸状の炭素繊維束に細かく分割する炭素繊維凝集体の分割方法及びその分割方法に使用する製造装置として利用できる。

１、１Ｂ ローラ体
６ 搬入コンベア
７ 搬出コンベア
１０、１０Ａ、１０Ｂ ローラ加圧装置
１１、１２、１１Ｂ、１２Ｂ ローラ体
１１Ｇ、１２Ｇ 外周面
１１１、１２１、１１１Ｂ、１２１Ｂ 山部
１１２、１２２、１１２Ｂ、１２２Ｂ 谷部
ＴＳ 炭素繊維
ＴＳＧ、ＴＳＧ２ 炭素繊維凝集体
ＴＳＢ 炭素繊維束
ｈ１、ｈ２ 高さ
ｐ１、ｐ２ ピッチ

Claims (5)

1. 略平行に配置された多数の炭素繊維が凝集された炭素繊維凝集体を、前記炭素繊維に沿って糸状の炭素繊維束に細かく分割する炭素繊維凝集体の分割方法であって、
   前記炭素繊維凝集体を狭圧しながら回転して前記炭素繊維の繊維方向に送り出す少なくとも一対のローラ体を有するローラ加圧装置を備え、前記ローラ体の外周面には、それぞれの回転軸に対して螺旋状に形成された山部と谷部とを有すること、
   前記一対のローラ体は、一方のローラ体の山部と他方のローラ体の谷部とが対向して配置され、前記一方のローラ体の山部と前記他方のローラ体の山部とが、前記炭素繊維凝集体を前記炭素繊維に沿って狭圧しながら回転して分割することを特徴とする炭素繊維凝集体の分割方法。
2. 請求項１に記載された炭素繊維凝集体の分割方法において、
   前記ローラ加圧装置には、前記山部の高さとピッチとが相対的に大きいローラ体で構成された第１のローラ加圧装置と、前記山部の高さとピッチとが相対的に小さいローラ体で構成された第２のローラ加圧装置とを備え、
   前記第１のローラ加圧装置にて、前記炭素繊維凝集体を大まかに粗分割した後で、前記第２のローラ加圧装置にて、粗分割した炭素繊維凝集体を所要の太さの炭素繊維束に分割することを特徴とする炭素繊維凝集体の分割方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載された炭素繊維凝集体の分割方法において、
   前記ローラ体の山部及び谷部は、サインカーブ状に湾曲した湾曲断面で形成されていることを特徴とする炭素繊維凝集体の分割方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された炭素繊維凝集体の分割方法において、
   前記ローラ体の山部の表面は、所定の面粗度で粗面加工されていることを特徴とする炭素繊維凝集体の分割方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載された炭素繊維凝集体の分割方法に用いる製造装置であって、
   前記炭素繊維凝集体を載置して前記ローラ加圧装置に搬入する搬入コンベアと、前記ローラ加圧装置から送り出された前記炭素繊維凝集体又は前記炭素繊維束を搬出する搬出コンベアとを備え、
   前記ローラ加圧装置のローラ回転速度は、前記搬入コンベア及び前記搬出コンベアの送り速度と略同一であることを特徴とする製造装置。

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