JP2527857B2 - トウ繊維を開繊させる方法および装置 - Google Patents

トウ繊維を開繊させる方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は繊維の近くに配置したガ
ス加振器からのエネルギーを使用してトウ繊維を開繊さ
せる方法および装置に関する。特に本発明は、トウ繊維
がスピーカーのダイヤフラムに隣接して間隔を隔てられ
ているロッドを回ってジグザグ状に進められ、この間の
トウに於ける緩みがスピーカー上方且つトウ繊維の回り
のガスの運動によるトウ繊維の開繊を可能にするような
方法および装置に関する。
【０００２】
【従来技術】本発明は、１９９０年２月２６日付けで出
願された米国特許願一連番号第４８４，７７９号の一部
継続出願である。
【０００３】ホールに付与された米国特許第３，７０
４，４８５号は、繊維に隣接配置したスピーカーやその
他のガス加振器を使用してトウ繊維を開繊させる方法お
よび装置を開示している。トウ繊維は小さな張力のもと
で、本質的には繊維の自重によって発生される張力の作
用のもとで、スピーカー上方を通過され、スピーカーに
よって発生されるガス媒体中の、すなわち空気中の、音
波によって開繊される。ホールの方法は良好に作用す
る。しかしながら、トウ繊維は音波によって活動される
間は抑制することができないので、容易に損傷され得る
のである。また、ホールによれば、スピーカー上方で繊
維の開繊を維持して最大限の開繊を達成するようにする
ための説明はまったくない。更にまた、ホールはトウ繊
維の給送に内部巻き取りスプールを使用しており、これ
は繊維に対して殆ど或いは全く張力を作用させていな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の目的
は、繊維を損傷させることなく開繊状態に保持するよう
なトウ繊維の開繊方法および装置を提供することであ
る。更に本発明の目的は、制御の下であらゆる幅に繊維
を開繊させるのに極めて有効な方法および装置を提供す
ることである。更にまた本発明の目的は、高速な、簡単
な、経済的な、信頼性の高い且つ再現性のある方法を提
供することである。これらの目的およびその他の目的は
以下の説明および図面を参照すればますます明白となろ
う。
【０００５】
【課題を達成する手段】本発明はトウ繊維である繊維を
開繊させる装置に係わり、この装置は、トウ繊維を給送
する給送手段と、給送手段から給送されるトウ繊維を開
繊させるための開繊手段であって、トウ繊維に隣接する
ハウジング内部に取付られたガス媒体を振動させる加振
手段と、この加振手段に隣接して取り付けられ且つトウ
繊維の移動方向に隔てて配置されてトウ繊維がそれらを
上下してジグザグに進むようになされていて、トウ繊維
がその間を移動する際に開繊されるようになされる多段
階のロッド手段とを含む開繊手段と、トウが開繊手段を
通して移動した後に開繊されたトウ繊維を巻き取る巻き
取り手段とを含んで構成されている。
【０００６】本発明はまたトウ繊維である繊維を開繊さ
せる方法に係わり、この方法は、トウ繊維を給送する給
送手段と、給送手段から給送されるトウ繊維を開繊させ
るための開繊手段であって、トウ繊維に隣接するハウジ
ング内部に取付られたガス媒体を振動させる加振手段、
およびこの加振手段に隣接して取り付けられ且つトウ繊
維の移動方向に隔てて配置されてトウ繊維がそれらを上
下してジグザグに進むようになされて、トウ繊維がその
間を移動する際に開繊されるようになす多段階のロッド
手段を含む開繊手段と、を含むトウ繊維の繊維を開繊さ
せる装置を準備し、トウが開繊手段を通された後に開繊
されたトウ繊維を巻き取る手段を準備し、開繊装置を通
して且つ給送手段と巻き取り手段との間にて給送して、
巻き取り手段に開繊したトウ繊維を与えるようなす、各
段階を包含する。
【０００７】この開繊装置は、ガス媒体中のエネルギー
のパルス流が平行なトウ繊維を開繊させて個々のフィラ
メントにするという原理に基づく。このエネルギーの基
はスピーカー或いはその他の加振手段に於ける予め定め
られた周波数および振幅で振動する振動コーンすなわち
ダイアフラムである。音響ホーンまたは振動ダイアフラ
ムはガス媒体の振動を引き起こすのにも使用できる。ス
ピーカーによって与えられる音響エネルギーは、トウ繊
維が何れかの望まれる幅となるように開繊されることを
可能にする。特定のトウ繊維に関しては、開繊効率が最
大限となす周波数の狭い範囲が与えられる。開繊幅は開
繊装置の上部領域に於けるトウ張力と、正しい周波数が
選択されたときの音波の振幅との関数となる。この開繊
幅は振幅の増大につれてプラトーまで増大（周波数と張
力は一定）し、これを超えると認識できるほどの増大は
なくなる。幅の開繊は張力の低減によって或る点まで増
大し、これを超えると緩みが大きくなり過ぎて繊維の動
きおよび振動を制御できなくなってしまい、繊維を損傷
してしまうことになる。
【０００８】音響スピーカーは空気中やその他のあらゆ
る適当なガス中で作動し、ガスはスピーカーの回りの閉
鎖空間内の活性ガス（例えば酸素）や非活性ガス（窒
素）に拘らずに使用できる。
【０００９】音響スピーカーは約８オームで１００ワッ
トの定格を有し、音量レベルは約８０ｄＢ〜１３０ｄＢ
とされる。周波数は約３２〜３９Ｈｚとされる。本質的
にはあらゆる周波数を使用できるが、音響範囲や超音波
範囲が好ましい。普通は、この範囲は約１〜２０，００
０Ｈｚである。
【００１０】繊維はあらゆる直径のものとすることがで
きる。約１〜２５０μｍの範囲の直径を繊維が有するこ
とが好ましい。トウは約３０〜２５０，０００本の繊維
を含むのが好ましい。繊維はプラスチック、セラミック
ス或いは金属とされることができる。
【００１１】ロッドは湾曲面を有し、この湾曲面上を開
繊される繊維が通過する。このロッドは円形の断面を有
するのが好ましい。このロッドは固定配置されることが
できる。しかし、円形の横断面である場合には、回転し
て、繊維を損傷しないようにすることが好ましい。
【００１２】繊維は小さな張力の下でスピーカー上方を
通過する。これは、開繊装置の何れかの側にニップやそ
の他の抑制手段を備え、すなわち巻き取りスプールと給
送スプールとの間にて張力を制御することで、最も簡単
に行われる。
【００１３】開繊された繊維は樹脂を含浸されることが
できる。米国特許願一連番号第４８４，７７９号の方法
が好ましい。
【００１４】
【実施例】好ましい開繊装置の概略が図１に示されてい
る。幅の狭いトウ繊維１２がスプール１１から一対のニ
ップローラー１４によってガイド１３を通して繰り出さ
れている。外側巻き取りスプールおよび内側巻き取りス
プール（図示せず）の何れもが本発明にて使用できる。
トウ繊維１２はニップローラー１４と第２の対をなすニ
ップローラー１８との間で一定の張カレベルに維持され
る。第２のニップローラーは第１の対をなすローラー１
４と巻き取りドラム１９との間に取付られている。この
構造は符号１５および１７で示す間のトウが繊維スプー
ル１１に於けるトウ張力のレベルに関係なく開繊装置１
６に沿っての張力を所望レベルに保持できるようにして
いる。この代わりに、巻き取りドラム１９の速度が調節
されて開繊装置１６を通るトウ繊維に一定した張力レベ
ルを保持するようになすことができる。周波数発生器１
６ｃおよびパワーアンプ１６ｂによって駆動されるスピ
ーカー１６ａが進入してくるトウ繊維を個々のフィラメ
ントに開繊させる。開繊されるトウは、一連の高度に磨
きあげられたシャフトすなわちロッド１６ｄの上下をジ
グザグに通される。開繊されたトウ１７は次に第２の対
をなすニップローラー１８を通されて巻き取りドラム１
９に巻き取られる。ガイド２０は符号１７で示す位置の
トウの開繊を保持するために使用できるが、必要なもの
ではない。
【００１５】開繊装置１６は図２に更に詳しく示されて
いる。これは、ハウジング１６ｇの内部に取付られて周
波数発生器１６ｃおよびパワーアンプ１６ｂによって駆
動されるスピーカー１６ａを有して構成されている。高
度に磨かれたシャフト１６ｄがスピーカー１６ａの近く
に取付られている。このシャフト１６ｄは精密ベアリン
グを嵌着させたアルミニウムブロック１６ｅによって所
定位置に保持されている。符号１５で示す位置の幅の狭
いトウは開繊装置１６に進入して、符号１７で示される
個々のフィラメントに開繊される。シャフト１６ｄの機
能は開繊された（摩擦による）形状１７に開繊されるト
ウを、それが更に搬送されるように保持することであ
る。ベアリング１６ｆは、繊維とシャフトとの間に過剰
な抵抗が存在するときはいつでもシャフト１６ｄが繊維
とともに動けるようにして、繊維の損傷を軽減するよう
に作用する。この代わりに、シャフトはモーターによっ
て駆動されて、トウ繊維と同じ速度で同期回転するよう
になされることができる。
【００１６】例１ １０本セットの開繊走路がこの装置の好ましい形態とし
て実施された。使用された材料は、カーボンファイバー
のトウ繊維（３０００本の繊維／トウ、ヘラクレスＡＳ
４繊維、ユタ州、マグナのヘラクレス・インコーポレー
テッド）であった。このトウ繊維１２（幅が５ｍｍ以
下）は、スプール１１から繰り出された。このトウ繊維
は開繊装置１６から出る前にガイドリング３およびニッ
プローラー１４の間を通された。開繊装置は、プライウ
ッド製のハウジング１６ｇに取付られた２５．４ｃｍ
（１０インチ）スピーカー（８オーム、１００ワット）
を有して構成された。このスピーカー１６ａは、周波数
発生器１６ｃおよびパワーアンプ１６ｂを変化させて１
０．５〜１０．７ボルトの振幅で、異なる周波数の下で
作動された。トウ繊維１２は高度に磨かれたシャフト１
６ｄの上下をジグザグに進み、個々のフィラメント１７
にされた。開繊されたトウは次にニップローラー１８の
間に引き込まれて、巻き取りドラムで巻き取られた。２
つのニップローラー１４および１８は、コンピュータで
制御され、毎秒９．１回ほどモニターされた。トウが開
繊装置を通して移動する際に、繊維張力のレベルは一定
に維持された。巻き取りドラム１９の速度はニップロー
ラー１８と巻き取りドラムとの間にてトウに生じた緩み
を取り去るように手操作で制御された。スピーカー１６
に入る音波の振幅および周波数は、それぞれマルチメー
ター（表１および表２に現された電圧値が実効値強さす
なわちＶｒｍｓ＝０．７０７（振幅）である）と周波数
カウンターとでモニターされた。符号１７で示す開繊さ
れたトウの幅は、最後のシャフト１６ｄをトウが通り過
ぎた後に測定された。トウ繊維が繊維スプール１１から
巻き取りドラム１９まで移動した距離は１６５．１ｃｍ
（６５インチ）であった。表１に示された各走路の継続
運転は１０分であった。表１および表２に於いて、ＮＲ
１４およびＮＲ１８はそれぞれニップローラー１４およ
び１８を示している。モーター速度に関する括弧内に示
された数値は、各走路に於いて測定されたニップローラ
ー１４および１８の瞬間速度の標準偏差である。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１は振幅を一定に維持した状態で開繊幅
に及ぼす音波の周波数の影響を示している。この例に使
用されたカーボンファイバーは８μｍの平均直径を有し
ている。従って、４．８ｍｍの幅はこのトウが開繊され
て個々のフィラメントを露出して、隣接する繊維の間に
１本の繊維直径の平均的な間隔が隔てられることを暗示
する。分かるように、３２〜３９Ｈｚもの狭い周波数の
範囲があり、この範囲に於いて開繊の効果が最大限とな
る。すなわち、ファイバーが最大限の音響エネルギーを
吸収して振動を始め、トウが個々のフィラメントに開繊
されるのである。
【００１９】例２ ６本セットの走路が例１の方法と同じ変形形態として実
施された。ここで、音波の周波数はほぼ一定して３６．
０〜３６．４Ｈｚに保持され、振幅が４．７〜１１．８
Ｖに変化された。測定された幅は、符号１７で示す位置
での開繊が振幅を最大限に増大させて改善され、これを
超えると振幅の増大はそれ以上改善されないことを示し
た。９．８Ｖの振幅以上では、開繊に於ける品質の明白
な改善は見られなかった。
【００２０】両方の例に於いて、幅の開繊に於ける変化
は主としてトウ１５が開繊装置を通して移動する際の繊
維の張力レベルの瞬間的な変動によって引き起こされ、
これは表２に示される標準偏差によって証明されるよう
に速度の瞬間的な変化によって生じるのである。周波数
および振幅の最適範囲に於いては、トウの繊維は十分な
音響エネルギーを吸収し、またそれらの変動に応じて開
繊形状を保持するのである。この範囲外では、繊維は狭
い幅に戻る傾向をみせる。一度これが生じると繊維は最
適値から開繊装置１６の作動変数が偏倚してしまうため
に、開繊されるのに時間が長くかかることになる。
【００２１】
【表２】
【００２２】ロッド１６ｂは単一面に取り付けることが
できる。しかしながら、一つの面の外側に取り付けるこ
ともできる。すべてのロッド１６ｄに必要とされること
はトウ繊維１５にジグザグの動きを行わせて、繊維が開
繊されるようになすことである。同様に、ロッド１６ｄ
の湾曲半径は繊維が損傷されない限り重要なものとはな
らない。
【００２３】前述した説明は単に本発明の図解的な説明
のためのものであり、本発明は特許請求の範囲の欄の記
載によってのみ制限されることが意図されるのである。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明はスピーカーを使
用してトウ繊維の開繊を簡単に行え、しかもその間の繊
維の制御を可能にし、開繊に際しての繊維の損傷を避け
ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の前部概略図であって、スピーカ
ー１６ａのダイアフラムの上方のロッドに巻き付いたト
ウ繊維を開繊させるジグザグ経路を示す概略図。
【図２】保持装置１６ｅ上に取り付けられたロッド１６
ｄを示すキャビネットとスピーカー１６ａとの前面斜視
図。
【符号の説明】
１１ スプール １２，１５，１７ トウ繊維 １３ ガイド １４，１８ ニップローラー １６ａ スピーカー １６ｂ パワーアンプ １６ｃ 周波数発生器 １６ｄ ロッド １６ｅ アルミニウムブロック １６ｆ ベアリング １６ｇ ハウジング １９ 巻き取りローラー ２０ ガイド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許3704485（ＵＳ，Ａ) 米国特許4959895（ＵＳ，Ａ)

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 トウ繊維である繊維を開繊させる装置で
    あって、 （ａ） トウ繊維を給送する給送手段と、 （ｂ） 給送手段から給送されるトウ繊維を開繊させる
    ための開繊手段であって、トウ繊維に隣接するハウジン
    グ内部に取付られたガス媒体を振動させる加振手段と、
    この加振手段に隣接して取り付けられ且つトウ繊維の移
    動方向に隔てて配置されてトウ繊維がそれらを上下して
    ジグザグに進むようになされていて、トウ繊維がその間
    を移動する際に開繊されるようになされる多段階のロッ
    ド手段とを含む開繊手段と、 （ｃ） トウが開繊手段を通して移動した後に開繊され
    たトウ繊維を巻き取る巻き取り手段と、 を含んで構成されたことを特徴とするトウ繊維を開繊さ
    せる装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載された装置であって、ロ
    ッド手段が円形断面を有していることを特徴とするトウ
    繊維を開繊させる装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載された装置であって、加
    振手段が約８０ｄＢから１３０ｄＢの間の音量レベルを
    発することのできるスピーカーであることを特徴とする
    トウ繊維を開繊させる装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載された装置であって、給
    送手段および巻き取り手段がスピーカーの上方で繊維ト
    ウに一定の張力を維持して、トウが開繊手段を通して移
    動する間に一様に開繊されるようになされることを特徴
    とするトウ繊維を開繊させる装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載された装置であって、加
    振手段のハウジングに対してスピーカー手段より上方位
    置で取付られている保持手段の中のロッド間でのトウの
    移動方向に沿う単一面に沿ってロッド手段が取付られて
    いることを特徴とするトウ繊維を開繊させる装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載された装置であって、ロ
    ッド手段が円形断面を有していることを特徴とするトウ
    繊維を開繊させる装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載された装置であって、ロ
    ッド手段が研磨面を有していることを特徴とするトウ繊
    維を開繊させる装置。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載された装置であって、加
    振手段が周波数発生器とパワーアンプとによって制御さ
    れるスピーカーであることを特徴とするトウ繊維を開繊
    させる装置。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載された装置であって、開
    繊手段と巻き取り手段との間にガイド手段が備えられ
    て、巻き取り手段による巻き取りのために繊維の開繊を
    維持するようになすことを特徴とするトウ繊維を開繊さ
    せる装置。
  10. 【請求項１０】 トウ繊維である繊維を開繊させる方法
    であって、 （ａ） トウ繊維を給送する給送手段と、給送手段から
    給送されるトウ繊維を開繊させるための開繊手段であっ
    て、トウ繊維に隣接するハウジング内部に取付られたガ
    ス媒体を振動させる加振手段、およびこの加振手段に隣
    接して取り付けられ且つトウ繊維の移動方向に隔てて配
    置されてトウ繊維がそれらを上下してジグザグに進むよ
    うになされて、トウ繊維がその間を移動する際に開繊さ
    れるようになす多段階のロッド手段を含む開繊手段と、
    を含むトウ繊維の繊維を開繊させる装置を準備し、 （ｂ） トウを開繊手段に通し且つ給送手段と巻き取り
    手段との間にて給送して、巻き取り手段に開繊したトウ
    繊維を与えるようになす、 各段階を包含することを特徴とするトウ繊維の開繊方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載された方法であっ
    て、加振手段が約８０ｄＢから１３０ｄＢの間の音量レ
    ベルを発することのできるスピーカーであることを特徴
    とするトウ繊維の開繊方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載された方法であっ
    て、給送手段および巻き取り手段がスピーカーの上方で
    繊維トウに一定の張力を維持して、トウが開繊手段を通
    して移動する間に一様に開繊されるようになされること
    を特徴とするトウ繊維の開繊方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１０に記載された方法であっ
    て、加振手段のハウジングに対してスピーカー手段より
    上方位置で取付られている保持手段の中のロッド間での
    トウの移動方向に沿う単一面に沿ってロッド手段が取付
    られていることを特徴とするトウ繊維の開繊方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載された方法であっ
    て、ロッド手段が円形断面を有していることを特徴とす
    るトウ繊維の開繊方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載された方法であっ
    て、ロッド手段が研磨面を有していることを特徴とする
    トウ繊維の開繊方法。
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