JP3741018B2 - 補強繊維織物の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維複合材料などの繊維補強複合材料に用いられる高品質な補強繊維織物を生産性良く製造する補強繊維織物の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比弾性率が大きく、かつ、比強度が大きい炭素繊維からなる炭素繊維織物は、通常、一般のシャトル織機やレピア織機により製織されており、合成樹脂と複合して所定形状に成形することにより炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」という）等の複合材料用補強基材として多用されている。
【０００３】
このような複合材料用補強基材として、例えば、ＣＦＲＰは、その優れた性能を生かして、航空機の構造材等に使われ始めているが、さらにＣＦＲＰの使用範囲を拡大させるためには、成形のみならず炭素繊維や炭素繊維織物等の中間基材のコストダウンが大きな課題であった。
【０００４】
さて、炭素繊維は、繊維が太くなり、繊度が大きくなるほど、プリカーサおよび耐炎化工程や焼成工程での生産性が向上し、安価な炭素繊維糸を製造することが可能となるものである。しかし、通常の炭素繊維織物は、ほぼ円形断面に集束させた炭素繊維糸を織糸として織物にしているので、織り込まれた状態においては、たて糸とよこ糸が交錯する交錯部における炭素繊維糸の断面が楕円形で、織糸が大きくクリンプしている。特に、太い炭素繊維糸を使用した炭素繊維織物では、太いよこ糸と太いたて糸が交錯しているのでこの傾向が大であった。
【０００５】
このため、織糸たる炭素繊維糸が大きくクリンプした炭素繊維織物では、繊維密度が不均一となって、炭素繊維の特徴である高強度特性が充分に発揮できなかった。また、太い炭素繊維糸を使用した炭素繊維織物は、一般に、織物目付や厚みが大きくなるため、プリプレグや繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという）を成形するときの樹脂含浸性が悪くなる傾向があった。
【０００６】
従って、太い炭素繊維糸を使用した炭素繊維織物を用いて得られるＣＦＲＰは、樹脂中に存在するボイドが多くなり、高い強度特性が期待できないものであった。
【０００７】
一方、太い炭素繊維糸を使用した目付の小さい炭素繊維織物では、炭素繊維糸間に形成される空隙が大きくなる。このため、目付の小さい炭素繊維織物を用いてＣＦＲＰを成形すると、炭素繊維糸の含有率が低く、炭素繊維糸間に形成される空隙部分に樹脂のボイドが集中的に発生し、高性能なＣＦＲＰが得られなくなるという欠点があった。
【０００８】
このような欠点に対して、特開昭５８−１９１２４４号公報には、薄くて幅の広い扁平な炭素繊維糸を織った、厚みが０．０９ｍｍ以下で、目付が８５ｇ／ｍ2以下の薄地織物とその製造法が提案され、厚みが非常に薄いために、織糸のクリンプが小さく、高い補強効果を発揮し、薄いＣＦＲＰの成形には優れた薄地織物からなる基材が提案されている。
【０００９】
このように扁平な炭素繊維糸を用いた炭素繊維織物の製織方法は、炭素繊維糸が必要本数巻かれたたて糸ビーム、またはクリールに仕掛けられた炭素繊維糸ボビンから供給されるたて糸シートを綜絖により順次開口させ、その開口にシャトルまたはレピアでよこ糸を挿入させるものである。
【００１０】
たて糸に関しては、ビーム供給とボビンから直接供給する方法があるが、どちらにしても炭素繊維糸ボビンをゆっくり回転させながら解舒させる横取り解舒、あるいはボビンの軸方向に解舒させる縦取り解舒の２つの方法が採られている。
【００１１】
また、よこ糸に関しては、一般的なよこ糸供給方法として、補強繊維が巻回されたボビンからよこ糸を縦取り解舒させながら給糸ガイドまで引き込み、レピアの爪でよこ糸を引っ掛けながらよこ糸挿入する方法が用いられている。
【００１２】
しかしながら、この方法では、間欠的なよこ糸挿入に対して比較的スムーズに解舒させることができるが、炭素繊維糸の場合は取り扱い性を向上させるためにサイジング剤が付与されており、ボビン上に巻かれた状態で糸同士が接着しやすいために、ボビンから糸を縦取りで瞬時に解舒すると毛羽が発生したり、糸切れとなる問題があった。さらに、縦取り解舒するとボビン１周分の糸長に１回の撚りが入り、扁平糸を用いた扁平糸織物においては扁平糸の糸幅が極端に狭くなって糸幅の不均一な織物となる問題があった。
【００１３】
これらの問題を改善するためには、よこ糸ボビンからよこ糸を横取り解舒することが必須となる。特公平４−４４０２３号公報には、よこ糸の扁平形状を維持しながらよこ糸を貯留する方法として、よこ糸ボビンを強制的に回転させて１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸長さを送り出し、解舒ダンサプーリーを用い、このローラの上下でよこ糸を貯留する方法が提案されている。この方法は、横取り解舒であるために、よこ糸引き出し時毛羽発生や解舒よりの発生を防ぐことができる。
【００１４】
しかしながら、サイジング剤により、ボビン上で糸同士が接着しやすいことから、ボビンを強制的に回転させながら、よこ糸の貯留量に応じて、回転数を変動させると、ボビンからよこ糸が不特定の方向に送り出されることになり、高速運転になると、始動時のオーバーランにより、過剰な糸長が供給される。また、よこ糸挿入時にダンサプーリーを急激に引き揚げられることから、高い張力が発生し、レピアのよこ糸把持ミスやよこ糸切れが発生しやすい。さらに、高速運転になると、ダンサプーリーの上下動の応答速度がよこ糸挿入速度に追従できず、張力変動がいっそう大きくなり、扁平糸にねじれが生じ安定しないという問題があった。
【００１５】
一方、張力変動を小さくする方法として、特開平１０−３３１０５６号公報には、スプリングの伸縮を用いたよこ糸貯留方法が提案されている。この方法は、スプリングの伸縮により、張力を付与しているため、張力変動を大幅に改善できる。しかし、この方法においても、高速運転になると、スプリング伸縮の応答速度がよこ糸挿入速度に追従せず、張力変動が不安定となり、特によこ糸がゆるむと、ねじれが発生し、扁平状態を維持できないという問題があった。また、応答速度を速めるためにスプリングの線径を大きくすることもできるが、そうすると、貯留時の張力が大きくなり、よこ糸挿入時の把持ミスやよこ糸切れが発生しやすくなる。
【００１６】
また、特開平５−２９４５５５号公報には、よこ糸ボビンを積極回転させ、エアー吸引によりよこ糸を貯留するとともに貯留槽の上下に配置した糸センサにより貯留長さを制御する装置が提案されている。この装置は、吸引エアーによる空気抵抗を利用しているため、よこ糸貯留に際し、過大な張力が作用することはない。しかし、よこ糸ボビンをよこ糸の貯留量にあわせて積極回転させているために高速運転になると始動時のオーバーランにより過剰な糸長が供給され、エアー吸引貯留槽によこ糸が供給される前に糸にゆるみが生じ、ねじれが発生しやすいという問題がある。さらに、ボビンの残糸量により巻き径が変化することから一定回転のオンオフ制御ではよこ糸の送り出し量が一定せず、特に巻き径が大きい場合においてはボビン回転停止時のオーバーラン量が大きくなるという問題がある。
【００１７】
なお、よこ糸貯留量の検出とボビンの回転開始の時間ずれによる糸のゆるみをなくするためによこ糸プール量を大きくすることもできるがそうすると貯留槽でのプール長さが長くなり、糸がねじれやすくなってしまうという問題がある。
【００１８】
また、貯留槽内に引き込まれたよこ糸は貯留槽の壁面から離れており、糸道がガイドなどで規制されていないフリーな状態であることからよこ糸の扁平断面を維持することがいっそう困難となる。さらに、よこ糸供給量をセンサでコントロールする必要があることから、装置そのものも高価になるという問題もあった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、織機の回転数をアップさせても、よこ糸供給の張力変動を極めて小さくすることができ、もって、よこ糸に撚りが入ることを防ぐことができる上に、高速運転に対応可能な補強繊維織物の製造方法およびその製造装置を提供せんとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の補強繊維織物の製造方法は、補強繊維織物を製造するに際し、該織物を構成するよこ糸を、補強繊維からなる扁平率が１０〜１００の扁平糸を巻回したよこ糸ボビンから一定速度で引き出しながら横取り解舒し、かつ、１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸量をエアー吸引により、少なくとも互いに平行する、よこ糸を引き込む辺と引き出す辺とを有する貯留パイプ内に、互いに対向させて吸気口から吸引部に向けて互いの距離が小さくなるように設置したネット状物もしくは多数本のピンの列からなる２つの糸道案内ガイドに、扁平糸を接触させることによりＵ字形に屈曲させて、前記２つの糸道案内ガイドの一方に接触させながら引き込み、他方に接触させながら引き出して貯留させながら供給することを特徴とするものである。
また、かかる補強繊維織物の製造装置は、補強繊維からなる扁平率が１０〜１００の扁平糸を巻回したよこ糸ボビンからよこ糸を横取り解舒しながら一定速度で引き出すニップロールによる引き取り機構と、
引き出されたよこ糸に常時張力を付与する張力付与機構と、
該よこ糸をエアー吸引により、よこ糸を引き込む辺と引き出す辺とを有する貯留パイプ内に、互いに対向させて吸気口から吸引部に向けて互いの距離が小さくなるように設置したネット状物もしくは多数本のピンの列からなる２つの糸道案内ガイドに、扁平糸を前記２つの糸道案内ガイドの一方に接触させながら引き込み、他方に接触させながら引き出して貯留するエアー吸引貯留機構と
を含むよこ糸供給手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の補強繊維織物の製造方法を使用して補強繊維織物を製造する製造装置を示すもので、この製造装置は、よこ糸供給装置として、ボビン１、テンションローラ２、引取りローラ３、エアー吸引貯留装置４、ガイドローラ５〜７、板バネテンション装置８、押し板ガイド９及びレピア１０などを備えている。そして、ボビン１は、補強繊維糸からなるよこ糸Ｔｗｆが巻回され、よこ糸Ｔｗｆはテンションローラ２を経て織機の回転主軸で駆動されている引取りローラ３に案内され、引取りローラ３の回転により一定速度で解舒される。ここで、テンションローラ２は、ボビン１からよこ糸Ｔｗｆを解舒するときは上方に位置し、織機が停止すると自動的に下方に下がると共に、ブレーキが働いて惰性回転が停止する。
【００２３】
なお、ここでいうよこ糸の解舒速度は、織機の回転数と織物におけるよこ糸挿入長さによって決まるものであり、例えば、織機の回転数が２００回転／分でよこ糸の挿入長さが１．１ｍであれば、よこ糸の解舒速度は２２０ｍ／分程度となる。
【００２４】
かかるよこ糸Ｔｗｆや、たて糸Ｔｗｒとなる補強繊維糸は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などであり、なかでも比強度、比弾性率が高い炭素繊維は複合材料にした際の機械的特性の利用率が高いことから好ましく使用される。
【００２５】
また、これらの補強繊維糸においては、取扱い性や織物の製織性を向上させるために、０．２〜２．５重量％程度の少量のサイジング剤やカップリング剤などの集束剤を付着させ、集束させておくことが好ましい。そうすることにより、糸道ガイドとの擦過による毛羽発生が抑えられる上に、複合材にしたときには、樹脂との接着性が増し、機械的特性を向上させることができる。
【００２６】
そして、この補強繊維糸は、サイジング剤などで形態保持されて、一定のトラバース幅で、円筒状の管であるボビン１に巻かれている。なお、糸条の太さとしては、好ましくは繊維単糸数が１，０００〜１００，０００本からなっている。また、かかる補強繊維の総繊度が、５００〜７０，０００デシテックスであることが好ましい。５００デシテックス未満では、糸が細すぎて、補強繊維がねじれたことによる問題がほとんどないことから、本発明の効果が発揮できない。一方、７０，０００デシテックスを越えると、貯留パイプで貯留することはできるが、よこ糸挿入やよこ糸挿入後のよこ糸カットが難しくなる。
【００２７】
また、補強繊維からなる扁平糸としては、糸条の扁平率が、糸幅／糸厚み比で１０〜１００であるものを用いる。扁平率が１０未満であれば、扁平率が小さいことから、織物にした時に太繊度の糸であれば低目付の織物を得ることができない。一方、１００を越えると、織物にしたときの織糸間隔の距離が大きくなり、もって、たて糸とよこ糸の拘束がルーズとなることから、取り扱いにくい織物になってしまう。
【００２８】
そして、引取りローラ３から引き出されたよこ糸Ｔｗｆは、図２に示すようにエアー吸引貯留装置４のガイド４ａを経て、貯留パイプ内でＵ字形に屈曲されながら貯留され、ガイド４ｂを経て、水平ガイドローラ５、垂直ガイドローラ６、水平ガイドローラ７に案内されて、板バネテンション装置８へと導かれる。
【００２９】
ここで、本発明においては、よこ糸は横取り解舒で、一定速度でよこ糸を引き出すことから、サイジング剤の付与によるボビン上での糸同士の接着があっても、よこ糸ボビン軸に対して、ほぼ直角方向に引き出されるので、接着が容易に剥がれ、毛羽発生や糸切れを起こすことがない。さらに、縦取り解舒のようにボビン１周分の糸長に１回の撚りが入ることもないので、扁平糸の糸幅を安定して保持することができる。
【００３０】
また、ボビンから引き出されたよこ糸は、テンションローラに接しながら通常は上方に位置しており、織機が停止した際、ボビンが慣性回転しても自動的に下方に下がることから、常時よこ糸に張力が負荷されている状態になっているのでよこ糸がねじれることがない。
【００３１】
そして、よこ糸はニップロールを通過し、エアー吸引貯留パイプ（以下、貯留パイプと記す）内へ引き込まれるから、高速運転になっても、貯留パイプ内へ一定量を一定速度で連続して供給することができる。このため、糸のゆるみが発生することもなく、また、貯留パイプへの引き込み張力も安定させることができる。
【００３２】
このようなことから、従来のモータ回転のオンオフ制御によるよこ糸解舒方法のように、高速運転になると、供給速度が不連続となることから、張力変動も大きくなることや、スタート時のオーバーランにより、貯留パイプ供給前に糸がゆるんで、ねじれが発生するようなことがない。
【００３３】
レピア１０による間欠的なよこ糸Ｔｗｆの挿入に際し、挿入が終わった瞬間、慣性により、よこ糸がゆるむことがあるが、エアー吸引により、パイプ内に貯留させて、よこ糸Ｔｗｆを常に緊張させておくことができる。なお、よこ糸Ｔｗｆは、エアー吸引により緊張させておかないと、ゆるんだ際にねじれが発生し、このねじれが生じた状態でガイドローラ５〜７を通過して織り込まれてしまうという問題が生じる。
【００３４】
このエアー吸引貯留装置におけるエアー吸引貯留パイプ４ｃは、図２に示すように一端が吸気口４ｅを有し、他端が吸引部４ｆとなるブロア（図示せず）に繋がれた吸引ホース４ｄと接続されている。そして、この吸気口には、よこ糸の引き込み部と引き出し部に、それぞれヤーンガイド４ａ、４ｂが取り付けられている。なお、貯留パイプにおける吸気口は、よこ糸引込部と引出部のみを開口部とし、その間を閉じて、この開口部から貯留パイプ内に吸引することもできるが、そうすると、この吸気口から入った空気が貯留パイプ内で急激に拡散されることから、パイプ内で気流の乱れが生じ、よこ糸がねじれやすくなる。このため、貯留パイプの吸気口の断面形状は、パイプ断面形状とほぼ同じになるようにするとともに、開放形にすることが好ましい。そうすることで、貯留パイプ内でエアーの層流状態が形成され、貯留パイプ内で糸の旋回を防ぐことができ、仮撚りが入ることもなく、また、扁平糸においては、扁平状態を維持しやすくなる。そして、前述したように、貯留パイプへ一定量のよこ糸が連続して供給されることから、一層よこ糸の扁平状態を維持しやすくなる。
【００３５】
なお、高速運転になると、よこ糸の走行速度が速くなり、貯留パイプの吸気口からよこ糸が抜けて、エアー吸引貯留できなくなることもあるため、貯留パイプの吸気口から吸引部に向けて、１〜１０ｃｍ程度入った貯留パイプ内部に、よこ糸引き込みおよび引き出しガイドと平行になるようにストッパーピンを設置してもよい。
【００３６】
また、扁平糸においては、よこ糸を貯留パイプ内にＵ字形に折り返した状態で貯留することで、エアーが補強繊維の折り返し部で衝突し、糸幅の中央から端部に流れる気流によって、糸が開繊され、糸幅が拡幅される効果が得られる。さらに、サイジング剤などの集束剤が付与され、ボビンに巻かれたことにより生じる巻き癖についても、扁平状の補強繊維にエアーを衝突させることで、開繊されて取り除くことができ、さらに、巻き癖による糸ねじれの影響で生じるよこ糸幅のばらつきも小さくすることができる。そして、よこ糸は、貯留パイプ内で、常時エアー吸引により、小さい負荷状態で貯留されていることから、張力変動がほとんどなく、異常張力発生による糸の損傷がないとともに、エアー吸引であるため、よこ糸の貯留張力は小さく、よこ糸の高速挿入が可能となる。
【００３７】
なお、貯留パイプは、その吸気口の形状として、少なくとも互いに平行する２つの辺を有し、該辺に垂直な方向に延ばされた２つの平面が平行に対向しており、よこ糸を貯留パイプの吸気口の一方の辺から引き込み、他方の辺から引き出す際、よこ糸の糸幅方向と前記辺とが平行になるようにすることが好ましい。そうすることにより、特に扁平糸の場合においては、高速運転になっても、よこ糸は、よこ糸ボビンから、一定速度で引き出されながら、貯留パイプに送り込まれることから張力変動が小さくなり、糸のねじれが生じない。また、貯留パイプ内に一定速度で送り込まれることから、ブロアの吸引により、安定して貯留できるとともに、よこ糸が吸気口の平行する辺に接触しつつ、パイプ内の壁面に接触しながらＵ字形に折り返されるために、扁平糸が貯留パイプ内の気流により、ねじれるようなこともなく、扁平状態を維持することができる。
【００３８】
なお、よこ糸の幅方向とは、糸束断面内において、任意の直線を引いた場合に、最も長さが長くなる方向のことである。
【００３９】
また、ここでいう辺とは、貯留パイプの吸気口の形状を構成する一部分であり、実質的に直線である。
【００４０】
さらに、平行とは、おおむね平行であることを指し、摩擦抵抗を軽減するために多少の突起や傾斜がつけられていてもよい。
【００４１】
また、貯留パイプは、その吸気口の形状として、少なくとも互いに平行する２つの辺を有し、該辺に垂直な方向に延ばされた２つの平面間の距離が、吸引部に向かって小さくなるように対向しており、よこ糸を貯留パイプの吸気口の一方の辺から引き込み、他方の辺から引き出す際、よこ糸の糸幅方向と前記辺とが平行になるようにすることも好ましい。
【００４３】
また、貯留パイプの長さは、吸引されたよこ糸が、貯留パイプ内で折り返されることから、少なくともレピアによるよこ糸挿入長さの１／２以上あればよいが、通常は、（よこ糸挿入長さ１／２）＋（１０〜４０）ｃｍ程度であり、例えば、よこ糸挿入長さが１．１ｍである１ｍ幅の織物であれば、６５〜９５ｃｍ程度である。なお、前記貯留パイプの長さは、貯留パイプ内におけるよこ糸の貯留長さが１回のよこ糸挿入における例を示したが、必ずしもこれに限定されることはなく、２回のよこ糸挿入に必要なよこ糸長さを貯留してもよい。
【００４４】
また、ここでいう１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸量を貯留パイプ内で貯留するとは、少なくとも１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸長さを貯留パイプ内で貯留させるということであるが、一定速度でよこ糸ボビンから引き出され貯留パイプ内に引き込む過程で、レピアにより、よこ糸挿入が開始されることから、必ずしも貯留パイプでのよこ糸貯留最大量が１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸量と同じではなく、例えばレピアによる、よこ糸挿入長さが１．１ｍであれば、貯留パイプ内での貯留長さは６５〜９５ｃｍ程度が好ましい。
【００４５】
さらに、レピアによる、よこ糸挿入直後のよこ糸貯留量が０の場合においても、よこ糸を貯留パイプに引き込みやすくするため、貯留パイプ内に、よこ糸が引き込まれやすいように、貯留パイプによこ糸が１〜１０ｃｍ程度引き込まれた状態にすることが好ましい。
【００４６】
他の好ましい態様としては、貯留パイプは、断面形状がほぼ一様であることが挙げられる。該貯留パイプ内に、互いに対向する２つの糸道案内ガイドを、吸気口から吸引部に向けて、互いの距離が小さくなるように設けられ、貯留パイプの吸気口に送り込まれてくるよこ糸を、前記２つの糸道案内ガイドの間で、一方の糸道案内ガイドに接触させながら引き込み、他方の糸道案内ガイドに接触させながら引き出し、貯留させる。
【００４７】
ここで、糸道案内ガイドとは、ネット状物およびピンなどであり、貯留パイプ内でのよこ糸の走行位置を規制するものである。
【００４８】
糸道案内ガイドが、ネット状物における実施形態をさらに詳しく説明する。
図３に示すように、貯留パイプの断面形状がほぼ一様であり、該貯留パイプ内に、互いに対向する２つのネット状物１２を、吸気口４ｅから吸引部４ｆに向けて、互いの距離が小さくなるように設けられ、貯留パイプの吸気口に送り込まれてくるよこ糸を、前記２つのネット状物の間で、一方のネット状物１２ａに接触させながら引き込み、他方のネット状物１２ｂに接触させながら引き出し、貯留させるようにするとよい。
【００４９】
断面形状が、一様な貯留パイプ内に、２つのネット状物を傾斜させて設けることにより、貯留パイプ内の吸引気流のほとんどが、ネット状物の間を流れ、一部はネット状物の間から外側に流れる。
【００５０】
したがって、２つのネット状物間の吸引気流により、扁平状のよこ糸は、貯留パイプ内にＵ字形に引き込まれる。また、２つのネット状物の間から、ネット状物を通過して、外へ流れる吸引気流により、扁平糸をネット状物方向に吸引させるので、扁平糸がネット状物に確実に接触させながら貯留することができる。そして、貯留パイプ内でＵ字形に貯留された扁平状のよこ糸が、貯留パイプ内で宙に浮いて、気流の乱れなどで扁平糸がねじれたりする現象が回避される。
【００５１】
ここで、ネット状物とは、金網、プラスチックネットやパンチングメタルなどのことである。なお、ネット状物における空隙率は、ネット状物における空気の通過できる面積／ネット状物の全面積比で、好ましくは１０％以上であり、かつ、１箇所あたりの空隙部の最大幅は３ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００５２】
すなわち、空隙率が１０％未満であり、かつ、１箇所あたりの空隙部の最大幅が３ｍｍを越えると、ネットを通過できる吸気量が少なくなり、貯留パイプ内で、よこ糸が宙に浮いて、気流の乱れなどにより、ねじれが発生しやすくなることやよこ糸が空隙部に引き込まれて、擦過毛羽が発生しやすくなる。このため、ネット状物における空隙率は、１０％以上であり、かつ、１箇所あたりの空隙部の最大幅は３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
また、ネット状物における傾斜角は、貯留パイプ内でのよこ糸の貯留状態からよこ糸が接触するように、ネット状物の傾斜を決めてやればよいが、あまり傾斜角が大きくなると、貯留パイプ内で吸引エアーの流速変化が大きくなり、貯留が安定しなくなることから、通常は、０．５／１００〜１０／１００程度の小さな勾配が好ましい。
【００５４】
糸道案内ガイドが、ピンにおける実施形態をさらに詳しく説明する。
【００５５】
図４に示すように、貯留パイプの断面形状がほぼ一様であり、該貯留パイプ内に、間隔を有して、平行に並べられた多数本のピン１３からなる２つの列が、互いに対向しているとともに、吸気口から吸引部に向けて、その列の間隔が小さくなるように設けられており、該貯留パイプの吸気口に送り込まれてくるよこ糸を、前記２つの対向するピンの列の間で、一方のピンの列１３ａに接触させながら引き込み、他方のピンの列１３ｂに接触させながら引き出すとともに、かつ、よこ糸の糸幅方向と該ピンの軸方向が、同一方向になるようにするとよい。
【００５６】
そうすることにより、ネット状物を用いた場合と同様に、２列のピン間の吸引気流により、扁平状のよこ糸は、貯留パイプ内にＵ字形に引き込まれる。また、２列のピン間から、ピンとピンの間を通過して、外へ流れる吸引気流により、扁平糸をピンに接触させながら、貯留パイプ壁面方向に吸引するため、確実に貯留することができる。そして、貯留パイプ内でＵ字形に貯留された扁平状のよこ糸が、貯留パイプ内で宙に浮いて、気流の乱れなどで、扁平糸がねじれたりする現象が確実に回避される。
【００５７】
なお、ここで使用するピンは、直径が２〜１０ｍｍであり、かつ、ピンの配列は３〜３０ｍｍ間隔に配置するようにするのが好ましい。ピンは直径が２ｍｍ未満の場合や、ピンとピンとの間隔が３０ｍｍを越えると、ピンとピンの間の通過気流により、よこ糸がピンに引っ掛かりやすいことや、ピンに毛羽が溜まるという問題がある。また、１０ｍｍを越える場合や、ピンとピンとの間隔が３ｍｍ未満であれば、貯留パイプ内における、ピンの占有面積が大きくなり、ピン間を通過する吸引気流が減少し、貯留されたよこ糸がピンから離れ、よこ糸のねじれが発生しやすくなる。このためピンは、直径は２〜１０ｍｍであるのが好ましく、かつ、ピンの配列は、３〜３０ｍｍ間隔に配置するのが好ましい。
【００５８】
また、ピンの表面は、補強繊維糸との接触抵抗を小さくするために、フッ素樹脂加工や梨地加工を施しておくのがよい。
【００５９】
そして、傾斜角は、貯留パイプ内でのよこ糸の貯留状態から、よこ糸が接触するように、ピンの配列傾斜を決めてやればよいが、あまり傾斜角が大きくなると、貯留パイプ内で、吸引エアーの流速変化が大きくなり、貯留が安定しなくなることから、通常は、０．５／１００〜１０／１００程度の小さな勾配が好ましい。
【００６０】
上述した貯留パイプの吸気口形状は、対向するよこ糸が引き込まれる辺と、引き出される辺が、実質的に直線で、それぞれの辺が平行であれば、いずれの形状であってもかまわない。例えば、平行する２つの直線の両端が、円弧で結ばれたものや、平行する２つの直線の両端が、直線で結ばれた台形などである。
【００６１】
すなわち、貯留パイプへ、よこ糸が引き込まれたり、引き出されたりする辺や、貯留パイプ内で、よこ糸が接触する箇所が、直線で、互いが平行であれば、貯留パイプへのよこ糸引き込みや、引き出しおよび貯留パイプ内での貯留にあたって、この直線部分に接触しながら走行するため、ねじれ発生を防ぐことができる。
【００６２】
なお、この貯留パイプは、断面が、矩形であり、この矩形の短い方の辺から、よこ糸を引き込み、対向する短い方の辺から、よこ糸を引き出すようにすることが好ましい。そうすることで、貯留パイプ内に吸引された空気のほとんどが、よこ糸の折り返し部に衝突させることができ、ブロアの能力を有効に発揮させることができる。また、よこ糸引き込み部と引き出し部の距離を大きくできることから、貯留パイプ内で、よこ糸を大きな曲率で折り返すことが可能となり、糸の損傷が少なくすることができる。
【００６３】
ここで、矩形断面の短い方の辺の長さは、よこ糸貯留時に糸幅変動を抑えるために、１０〜４０ｍｍの範囲が好ましい。１０ｍｍより小さいと、貯留時のよこ糸供給位置が変動することにより、糸幅が狭くなり、また、４０ｍｍより大きくなると、貯留パイプ内での開口面積が大きくなり、ブロアの能力を大きくする必要が生じる。また、長い方の辺の長さは、４０〜１００ｍｍであるのが好ましい。
【００６４】
また、貯留パイプにおいて、よこ糸をエアー吸引する際の吸引量が、０．０５〜１００ｍ3／分にするのが好ましい。０．０５ｍ3／分未満であれば、吸引量が小さく安定してよこ糸を貯留することができず、よこ糸がねじれてしまう。一方、１００ｍ3／分を越えると、吸引量が大きくなりすぎ、貯留パイプ内で貯留した糸が、揺れて、ねじれが生じたり、繊維が乱れ、毛羽が発生しやすくなる。このため、よこ糸をエアー吸引する際の吸引量は、好ましくは０．０５〜１００ｍ3／分の範囲にするのが、糸のねじれや毛羽が発生を防止する面からよい。さらに好ましくは、０．１〜５０ｍ3 ／分の範囲が好ましい。なお、織機の回転数が大きくなれば、貯留パイプでのよこ糸の走行速度が速くなることから、安定して貯留するために、吸引量を高くするのが好ましい。なお、ここでいう吸引量とは貯留パイプの吸引口における流量のことである。
【００６５】
さらに、吸気口にセラミックなどからなる糸道ガイドを、貯留パイプの吸気口断面のよこ糸の引き込み辺と、引き出し辺の直上に取り付けることによって、糸道を安定させることができるとともに、よこ糸走行時の擦過による毛羽発生を少なくすることができる。
【００６６】
なお、このよこ糸Ｔｗｆを緊張させておく他の方法としては、このエアー吸引による貯留単独でなく、偏芯カムなどによる機械的な貯留方法と併用することもできる。そして、必要なよこ糸貯留量に対し、機械的に貯留することで、貯留に必要な残りの長さのみを、エアー吸引で貯留するだけでよいことから、貯留ノズルでの糸の引込量を少なくすることができ、かつ、貯留パイプ長さを短くすることができることから、装置設置スペースの削減に繋がる。
【００６７】
また、エアー吸引貯留パイプによるよこ糸貯留にあたっては、エアージェットを併用してもよい。つまり、レピアのよこ糸挿入時の動きにあわせ、貯留量が最も少なくなった時に、瞬間的にエアーを噴射し、よこ糸を貯留パイプに押し込むことで、よこ糸貯留パイプへのよこ糸を引き込みやすくすることができる。
【００６８】
さらに、貯留パイプの引き出し部には、テンサーを設けることが好ましい。そうすることによって、よこ糸の挿入時に、貯留されたよこ糸が、急激に引き出され、よこ糸挿入が完了した際に、惰性により、貯留パイプとレピア給糸部間で、よこ糸がゆるみ、扁平状のよこ糸がねじれる問題があるが、貯留パイプの引き出し部で、テンサーにより、張力を付与させておくことで、上記問題が改善されるものである。
【００６９】
ついで、貯留されたよこ糸をレピアに供給する方法について説明する。
【００７０】
ガイドローラ５〜７は、直径が１０〜２０ｍｍ程度で、長さが１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度のベアリングを内蔵した回転方式が好ましく採用される。直径があまりにも小さいと、よこ糸Ｔｗｆを構成する補強繊維が屈曲して、単糸切れを起こし易く、また、２０ｍｍ以上になると、回転の惰性が大きくなって、始動、停止時の張力変動が大きくなる問題がある。また、それぞれのガイドローラ５〜７の長さは、通過するよこ糸Ｔｗｆが、左右または上下方向に移動して、ガイドローラ５〜７を支持する支持部に接触しない長さが必要である。よこ糸Ｔｗｆがガイドローラ５〜７の支持部に接触すると、扁平状態が潰れてしまう。
【００７１】
水平ガイドローラ５およびガイドローラ７は、案内するよこ糸Ｔｗｆの高さ方向の位置を決め、垂直ガイドローラ６は、よこ糸Ｔｗｆの水平方向の位置を決める。したがって、ガイドローラは、少なくとも水平方向と垂直方向のものが、それぞれ交互に配置されていればよい。
【００７２】
このとき、水平ガイドローラ５と垂直ガイドローラ６との間、および、垂直ガイドローラ６と水平ガイドローラ７との間で、よこ糸Ｔｗｆの扁平面を９０°ねじる必要がある。このため、ガイドローラ５、６間、及び、ガイドローラ６、７間の距離は、よこ糸Ｔｗｆの幅によって異なるが、好ましくは５０ｍｍ以上離すのがよい。ガイドローラ間の距離が５０ｍｍより小さいと、よこ糸Ｔｗｆが捩じれたまま、垂直ガイドローラ６や水平ガイドローラ７を通過して織り込まれてしまう。また、短い距離で扁平糸を９０°ねじると、扁平糸の両端部に張力が加わり、毛羽が発生する。
【００７３】
ガイドローラ５〜７は１本であってもよいが、それぞれ２本の組にして、よこ糸ＴｗｆをＳ字状に通過させると、よこ糸Ｔｗｆに作用する張力が安定し、よこ糸Ｔｗｆの位置決めを確実に行うことができる。
【００７４】
さらに、よこ糸Ｔｗｆの水平ガイドローラ７の下流側には、よこ糸Ｔｗｆの張力を均一にさせるテンション装置８が配置されている。このテンション装置８は、幅の広い２枚の板バネ８ａ、８ｂで、よこ糸Ｔｗｆを挟み込むことにより、よこ糸Ｔｗｆの張力を均一に維持するものである。
【００７５】
本発明の扁平糸織物の製造装置のよこ糸供給方法においては、原理的には、垂直ガイドローラ６により、よこ糸Ｔｗｆの糸道を決めているが、張力変動やレピア１０への引っ掛け動作により、よこ糸Ｔｗｆの糸道が変わることがある。したがって、よこ糸Ｔｗｆが幅方向に移動しても、よこ糸Ｔｗｆの端部と干渉するものがないことが好ましく、そのために幅の広い板バネ８ａ、８ｂを備えたテンション装置８を用いる。板バネ８ａ、８ｂの幅としては、よこ糸Ｔｗｆの糸幅の好ましくは５倍以上あるのがよい。
【００７６】
押し板ガイド９は、板バネテンション装置８のよこ糸Ｔｗｆの下流側に配置されており、先端にＶ字形のガイド面９ａが形成された板である。このガイド９は、レピア１０への給糸と連動して、織機の回転が伝達されるカム機構を利用して、矢印で示す前後方向に駆動される。
【００７７】
また、レピア１０への給糸に際して、給糸ガイドを用いると、よこ糸Ｔｗｆが扁平糸の場合に、前記ガイド孔でよこ糸Ｔｗｆが擦られて、扁平形態が潰れてしまう。このため、本発明の製造装置では、板バネテンション装置８と図示しない糸端把持ガイドとの間に、押し板ガイド９を設け、レピア１０への給糸時に、糸端把持ガイドを下降させると共に、押し板ガイド９を前進させることにより、織機の後方に、よこ糸Ｔｗｆを押し付けて、レピア１０に対して横切るようにしたのである。
【００７８】
レピア１０は、図１に示したように、後述する筬１１の前部に配置される長手条の部材で、間欠的に横方向に作動して、よこ糸Ｔｗｆを製織部のたて糸Ｔｗｒ、Ｔｗｒ間に挿入するものである。
【００７９】
本発明の扁平糸織物の製造装置においては、以上のようなよこ糸供給装置のよこ糸供給工程により、ボビン１に巻回されたよこ糸Ｔｗｆが、引取りローラ３によって一定速度で引き出され、レピア１０の間欠的なよこ糸挿入の際のゆるみが、エアー吸引貯留装置４によるエアー吸引により吸収される。そして、ボビン１から解舒されたよこ糸Ｔｗｆは、ガイドローラ５〜７で案内されると共に、板バネテンション装置８で均一な張力に維持されながら、押し板ガイド９と糸端把持ガイドとの協働により、レピア１０の爪に引っ掛けられ、製織部のたて糸Ｔｗｒ、Ｔｗｒ間に挿入される。
【００８０】
このため、扁平糸からなるよこ糸Ｔｗｆは、ねじれたり、扁平形態が潰されることなく織り込まれる。
【００８１】
そして、たて糸Ｔｗｒについては、たて糸ボビンを横取り解舒し、扁平状態を維持した状態で、織前に導かれ、よこ糸供給装置から送られてくるよこ糸Ｔｗｆに織り込まれて、補強繊維からなる扁平糸織物が製造されるものである。
【００８２】
また、織機の回転数は、１００〜４００回転／分の範囲であることが好ましい。１００回転／分未満であれば、製造速度が遅くなり、生産効率が悪い。一方、４００回転／分を越えると、高速運転のため、発生毛羽が多くなったり、よこ糸切れが発生しやすくなる。このため、織機の回転数は、好ましくは１００〜４００回転／分の範囲であるのが、毛羽発生も抑えつつ、生産性良く織物を製造することができ、特に扁平糸の場合においては、よこ糸がねじれることなく、扁平状態を維持しながら織物を製造することができる。
【００８３】
【実施例】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
【００８４】
参考実施例１
引張強さが４９００ＭＰａ、引張弾性率が２３０ＧＰａ、フィラメント数が１２，０００本の炭素繊維糸（繊度８，０００デシテックス）からなり、糸幅が６．５ｍｍ、糸の厚みが０．１５ｍｍ、糸幅／糸厚み比が４３の扁平形態で、サイジング剤を０．６％付着させて形態を維持させた炭素繊維扁平糸を、たて糸およびよこ糸として用い、たて糸およびよこ糸の密度が１．２５本／ｃｍの平織組織で、目付が２００ｇ／ｍ2、織物幅１００ｃｍの織物を織機回転数が２５０回転／分で製織した。ここで、よこ糸の供給方法としては、よこ糸ボビンから、よこ糸を一定速度で引き出しながら横取り解舒し、１回のよこ糸挿入に必要な１１０ｃｍ長さのよこ糸を、エアー吸引により、貯留パイプ内でＵ字形に屈曲させながら貯留しつつ、レピアによりよこ糸挿入を行った。なお、貯留パイプは、断面寸法が２０ｍｍ×５０ｍｍ、長さ７０ｃｍとし、吸引は、定格吸引量が０．６ｍ3／分のブロアを用いるとともに、レピアによるよこ糸挿入後、エアージェットによりよこ糸の開繊処理を行った。なお、貯留パイプにおける吸引量は、１．００ｍ3／分であった。
【００８５】
得られた扁平糸織物は、製織時のよこ糸の貯留においてねじれの発生がなく、たて糸とよこ糸の交錯部において、ほとんど空隙のない繊維密度が均一な織物で、織物厚みが０．２７ｍｍあった。
【００８６】
次いで、得られた前記織物に樹脂目付が５５ｇ／ｍ2の１８０℃キュアタイプのエポキシ樹脂フィルムを織物の上下面に貼り合わせた後、１２０℃に加熱したカレンダーロール間に通し、織物内部に樹脂を含浸させ、いったんプリプレグを作製した。そして、これを同一方向に１２枚積層させてオートクレーブ成形法で硬化板を作製し、ＪＩＳ Ｋ７０８０（炭素繊維強化プラスチックの面内圧縮試験方法）に準拠してよこ糸方向の圧縮特性を評価した。
【００８７】
その結果を、成形板の厚みと成形板における炭素繊維の体積含有率と共に表１に示した。
【００８８】
参考比較例１
比較のため、よこ糸の貯留方法として、貯留パイプを用いたエアー吸引のかわりにスプリングの伸縮を用いた以外は、参考実施例１と同じようにして炭素繊維扁平糸織物を製織した。
【００８９】
得られた織物は、織機の回転数に対し、スプリングの伸縮速度が追従せず、よこ糸貯留時にねじれが発生し、エアー開繊処理を行ってもよこ糸が部分的に拡がらず、糸幅が狭くなる箇所が発生したことから、製織後の織物は非常に織り目が粗く、目付が２００ｇ／ｍ2であるものの織物厚みが０．３４ｍｍであった。
【００９０】
この織物を、実施例１と同様にして補強繊維織物プリプレグを作製した後、これを同一方向に１２枚積層させてオートクレーブ成形法で硬化板を作製した。
【００９１】
ここで、積層工程において、織物の空隙部の樹脂が離形フィルムに取られて欠けてしまった。また、よこ糸に部分的な厚みムラがあることからカレンダーロールを通すとよこ糸の糸曲がりを生じた。このため、得られた硬化板は、表面が織物の空隙部がくぼんで凹凸しており、内部にボイドが多数みられるとともによこ糸の曲がりが大きかった。
【００９２】
さらに、この硬化板を、実施例１の試験法によりよこ糸の方向の面内圧縮特性を評価し、その結果を、成形板の厚みと成形板における炭素繊維の体積含有率と共に表１に示した。
【００９３】
参考比較例２
比較のためよこ糸の貯留方法として、よこ糸ボビンからのよこ糸の解舒を、モータの積極回転による解舒にした、つまり一定速度で解舒しなかった以外は、参考実施例１と同じようにして炭素繊維扁平糸織物を製織した。
【００９４】
得られた織物は、高速運転のためセンサのオンオフ制御によるよこ糸供給が高速の間欠運動であることからよこ糸の張力変動が大きく、貯留パイプ内によこ糸を引き込む前にねじれが発生したため、エアー開繊処理を行ってもよこ糸が部分的に拡がらず、比較例１と同じように、糸幅が狭くなる箇所を有する織物となった。このため、非常に織り目が粗く、目付が２００ｇ／ｍ2であるものの織物厚みが０．３８ｍｍであった。さらに、よこ糸の把持ミスが織物の製織１ｍ長さ当たり２０回程度発生し、製織効率も非常に悪かった。
【００９５】
この織物を、実施例１と同様にして補強繊維織物プリプレグを作製し、これを同一方向に１２枚積層させてオートクレーブ成形法で硬化板を作製した。
【００９６】
ここで、積層工程において、織物の空隙部の樹脂が離形フィルムに取られて欠けてしまった。また、よこ糸に部分的な厚みムラがあることからカレンダーロールを通すとよこ糸の糸曲がりを生じた。このため、得られた硬化板は、表面が織物の空隙部がくぼんで凹凸しており、内部にボイドが多数みられるとともによこ糸の曲がりが大きかった。
【００９７】
さらに、この硬化板を、実施例１の試験法によりよこ糸方向の面内圧縮特性を評価し、その結果を、成形板の厚みと成形板における炭素繊維の体積含有率と共に表１に示した。
【００９８】
【表１】
【００９９】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１の製造方法では、補強繊維の扁平断面を維持しながら織物にすることができることから作製した硬化板は、補強繊維のもつ高強度、高弾性率の特性を有効に発揮でき、高い圧縮強さ、圧縮弾性率であった。
【０１００】
一方、比較例１、２においては、成形板内部にボイドが多数発生するとともにねじれ部で織糸のクリンプが大きくなるとともによこ糸の曲がりが生じたことから圧縮特性が極めて低いＣＦＲＰとなってしまった。なお、成形板でのボイドをなくするために、プリプレグ作製段階での樹脂欠損が発生しないように樹脂量を増やすこともできるが、そうすると、成形板の重量が増加し、重いＣＦＲＰになってしまい、また、この樹脂欠損部をなくし、内部にボイドのないＣＦＲＰが得られたとしても、織糸のクリンプ状態やよこ糸の曲がりは変わらないため、圧縮特性は、実施例１の方法によって得られる織物に対し、低いものとなってしまうことがわかる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の補強繊維織物の製造方法と製造装置によれば、織機が高速運転においてもよこ糸に撚りが入らないことから、補強繊維からなる扁平糸においてその扁平状態が潰されることなく扁平糸織物を製織することができ、非常に薄い織物が安定して得られる。このため、この織物でＣＦＲＰを製造したとき、ねじれ部の厚みムラにより表面に凹凸ができたり、ねじれ部の空隙に樹脂過多な部分が生じたり、ボイドが発生するなどの問題やねじれ部の織糸クリンプが大きくなることやよこ糸の曲がりが生じることによる圧縮強度低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を実施するための製造装置の概略図である。
【図２】本発明の製造装置のエアー吸引貯留パイプの一例を示す部分破断拡大図である。
【図３】本発明の製造装置のエアー吸引貯留パイプの他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の製造装置のエアー吸引貯留パイプのさらに他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ： ボビン（よこ糸用）
２ ： テンションローラ
３ ： 引取りローラ
４ ： エアー吸引貯留装置
４ａ ： よこ糸引き込み側ヤーンガイド
４ｂ ： よこ糸引き出し側ヤーンガイド
４ｃ ： 貯留パイプ
４ｄ ： 吸引ホース
４ｅ ： 吸気口
４ｆ ： 吸引部
５〜７： ガイドローラ
８ ： 板バネテンション装置
９ ： 押し板ガイド
１０ ： レピア
１１ ： 筬
１２ ： ネット状物
１２ａ： よこ糸引き込み側ネット状物
１２ｂ： よこ糸引き出し側ネット状物
１３ ： ピン
１３ａ： よこ糸引き込み側ピン
１３ｂ： よこ糸引き出し側ピン
Ｔｗｆ： よこ糸
Ｔｗｒ： たて糸
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維複合材料などの繊維補強複合材料に用いられる高品質な補強繊維織物を生産性良く製造する補強繊維織物の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
比弾性率が大きく、かつ、比強度が大きい炭素繊維からなる炭素繊維織物は、通常、一般のシャトル織機やレピア織機により製織されており、合成樹脂と複合して所定形状に成形することにより炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」という）等の複合材料用補強基材として多用されている。
【０００３】
このような複合材料用補強基材として、例えば、ＣＦＲＰは、その優れた性能を生かして、航空機の構造材等に使われ始めているが、さらにＣＦＲＰの使用範囲を拡大させるためには、成形のみならず炭素繊維や炭素繊維織物等の中間基材のコストダウンが大きな課題であった。
【０００４】
さて、炭素繊維は、繊維が太くなり、繊度が大きくなるほど、プリカーサおよび耐炎化工程や焼成工程での生産性が向上し、安価な炭素繊維糸を製造することが可能となるものである。しかし、通常の炭素繊維織物は、ほぼ円形断面に集束させた炭素繊維糸を織糸として織物にしているので、織り込まれた状態においては、たて糸とよこ糸が交錯する交錯部における炭素繊維糸の断面が楕円形で、織糸が大きくクリンプしている。特に、太い炭素繊維糸を使用した炭素繊維織物では、太いよこ糸と太いたて糸が交錯しているのでこの傾向が大であった。
【０００５】
このため、織糸たる炭素繊維糸が大きくクリンプした炭素繊維織物では、繊維密度が不均一となって、炭素繊維の特徴である高強度特性が充分に発揮できなかった。また、太い炭素繊維糸を使用した炭素繊維織物は、一般に、織物目付や厚みが大きくなるため、プリプレグや繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという）を成形するときの樹脂含浸性が悪くなる傾向があった。
【０００６】
従って、太い炭素繊維糸を使用した炭素繊維織物を用いて得られるＣＦＲＰは、樹脂中に存在するボイドが多くなり、高い強度特性が期待できないものであった。
【０００７】
一方、太い炭素繊維糸を使用した目付の小さい炭素繊維織物では、炭素繊維糸間に形成される空隙が大きくなる。このため、目付の小さい炭素繊維織物を用いてＣＦＲＰを成形すると、炭素繊維糸の含有率が低く、炭素繊維糸間に形成される空隙部分に樹脂のボイドが集中的に発生し、高性能なＣＦＲＰが得られなくなるという欠点があった。
【０００８】
このような欠点に対して、特開昭５８−１９１２４４号公報には、薄くて幅の広い扁平な炭素繊維糸を織った、厚みが０．０９ｍｍ以下で、目付が８５ｇ／ｍ2以下の薄地織物とその製造法が提案され、厚みが非常に薄いために、織糸のクリンプが小さく、高い補強効果を発揮し、薄いＣＦＲＰの成形には優れた薄地織物からなる基材が提案されている。
【０００９】
このように扁平な炭素繊維糸を用いた炭素繊維織物の製織方法は、炭素繊維糸が必要本数巻かれたたて糸ビーム、またはクリールに仕掛けられた炭素繊維糸ボビンから供給されるたて糸シートを綜絖により順次開口させ、その開口にシャトルまたはレピアでよこ糸を挿入させるものである。
【００１０】
たて糸に関しては、ビーム供給とボビンから直接供給する方法があるが、どちらにしても炭素繊維糸ボビンをゆっくり回転させながら解舒させる横取り解舒、あるいはボビンの軸方向に解舒させる縦取り解舒の２つの方法が採られている。
【００１１】
また、よこ糸に関しては、一般的なよこ糸供給方法として、補強繊維が巻回されたボビンからよこ糸を縦取り解舒させながら給糸ガイドまで引き込み、レピアの爪でよこ糸を引っ掛けながらよこ糸挿入する方法が用いられている。
【００１２】
しかしながら、この方法では、間欠的なよこ糸挿入に対して比較的スムーズに解舒させることができるが、炭素繊維糸の場合は取り扱い性を向上させるためにサイジング剤が付与されており、ボビン上に巻かれた状態で糸同士が接着しやすいために、ボビンから糸を縦取りで瞬時に解舒すると毛羽が発生したり、糸切れとなる問題があった。さらに、縦取り解舒するとボビン１周分の糸長に１回の撚りが入り、扁平糸を用いた扁平糸織物においては扁平糸の糸幅が極端に狭くなって糸幅の不均一な織物となる問題があった。
【００１３】
これらの問題を改善するためには、よこ糸ボビンからよこ糸を横取り解舒することが必須となる。特公平４−４４０２３号公報には、よこ糸の扁平形状を維持しながらよこ糸を貯留する方法として、よこ糸ボビンを強制的に回転させて１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸長さを送り出し、解舒ダンサプーリーを用い、このローラの上下でよこ糸を貯留する方法が提案されている。この方法は、横取り解舒であるために、よこ糸引き出し時毛羽発生や解舒よりの発生を防ぐことができる。
【００１４】
しかしながら、サイジング剤により、ボビン上で糸同士が接着しやすいことから、ボビンを強制的に回転させながら、よこ糸の貯留量に応じて、回転数を変動させると、ボビンからよこ糸が不特定の方向に送り出されることになり、高速運転になると、始動時のオーバーランにより、過剰な糸長が供給される。また、よこ糸挿入時にダンサプーリーを急激に引き揚げられることから、高い張力が発生し、レピアのよこ糸把持ミスやよこ糸切れが発生しやすい。さらに、高速運転になると、ダンサプーリーの上下動の応答速度がよこ糸挿入速度に追従できず、張力変動がいっそう大きくなり、扁平糸にねじれが生じ安定しないという問題があった。
【００１５】
一方、張力変動を小さくする方法として、特開平１０−３３１０５６号公報には、スプリングの伸縮を用いたよこ糸貯留方法が提案されている。この方法は、スプリングの伸縮により、張力を付与しているため、張力変動を大幅に改善できる。しかし、この方法においても、高速運転になると、スプリング伸縮の応答速度がよこ糸挿入速度に追従せず、張力変動が不安定となり、特によこ糸がゆるむと、ねじれが発生し、扁平状態を維持できないという問題があった。また、応答速度を速めるためにスプリングの線径を大きくすることもできるが、そうすると、貯留時の張力が大きくなり、よこ糸挿入時の把持ミスやよこ糸切れが発生しやすくなる。
【００１６】
また、特開平５−２９４５５５号公報には、よこ糸ボビンを積極回転させ、エアー吸引によりよこ糸を貯留するとともに貯留槽の上下に配置した糸センサにより貯留長さを制御する装置が提案されている。この装置は、吸引エアーによる空気抵抗を利用しているため、よこ糸貯留に際し、過大な張力が作用することはない。しかし、よこ糸ボビンをよこ糸の貯留量にあわせて積極回転させているために高速運転になると始動時のオーバーランにより過剰な糸長が供給され、エアー吸引貯留槽によこ糸が供給される前に糸にゆるみが生じ、ねじれが発生しやすいという問題がある。さらに、ボビンの残糸量により巻き径が変化することから一定回転のオンオフ制御ではよこ糸の送り出し量が一定せず、特に巻き径が大きい場合においてはボビン回転停止時のオーバーラン量が大きくなるという問題がある。
【００１７】
なお、よこ糸貯留量の検出とボビンの回転開始の時間ずれによる糸のゆるみをなくするためによこ糸プール量を大きくすることもできるがそうすると貯留槽でのプール長さが長くなり、糸がねじれやすくなってしまうという問題がある。
【００１８】
また、貯留槽内に引き込まれたよこ糸は貯留槽の壁面から離れており、糸道がガイドなどで規制されていないフリーな状態であることからよこ糸の扁平断面を維持することがいっそう困難となる。さらに、よこ糸供給量をセンサでコントロールする必要があることから、装置そのものも高価になるという問題もあった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、織機の回転数をアップさせても、よこ糸供給の張力変動を極めて小さくすることができ、もって、よこ糸に撚りが入ることを防ぐことができる上に、高速運転に対応可能な補強繊維織物の製造方法およびその製造装置を提供せんとするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の補強繊維織物の製造方法は、補強繊維織物を製造するに際し、該織物を構成するよこ糸を、補強繊維からなる扁平率が１０〜１００の扁平糸を巻回したよこ糸ボビンから一定速度で引き出しながら横取り解舒し、かつ、１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸量をエアー吸引により、少なくとも互いに平行する、よこ糸を引き込む辺と引き出す辺とを有する貯留パイプ内に、互いに対向させて吸気口から吸引部に向けて互いの距離が小さくなるように設置したネット状物もしくは多数本のピンの列からなる２つの糸道案内ガイドに、扁平糸を接触させることによりＵ字形に屈曲させて、前記２つの糸道案内ガイドの一方に接触させながら引き込み、他方に接触させながら引き出して貯留させながら供給することを特徴とするものである。
また、かかる補強繊維織物の製造装置は、補強繊維からなる扁平率が１０〜１００の扁平糸を巻回したよこ糸ボビンからよこ糸を横取り解舒しながら一定速度で引き出すニップロールによる引き取り機構と、
引き出されたよこ糸に常時張力を付与する張力付与機構と、
該よこ糸をエアー吸引により、よこ糸を引き込む辺と引き出す辺とを有する貯留パイプ内に、互いに対向させて吸気口から吸引部に向けて互いの距離が小さくなるように設置したネット状物もしくは多数本のピンの列からなる２つの糸道案内ガイドに、扁平糸を前記２つの糸道案内ガイドの一方に接触させながら引き込み、他方に接触させながら引き出して貯留するエアー吸引貯留機構と
を含むよこ糸供給手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の補強繊維織物の製造方法を使用して補強繊維織物を製造する製造装置を示すもので、この製造装置は、よこ糸供給装置として、ボビン１、テンションローラ２、引取りローラ３、エアー吸引貯留装置４、ガイドローラ５〜７、板バネテンション装置８、押し板ガイド９及びレピア１０などを備えている。そして、ボビン１は、補強繊維糸からなるよこ糸Ｔｗｆが巻回され、よこ糸Ｔｗｆはテンションローラ２を経て織機の回転主軸で駆動されている引取りローラ３に案内され、引取りローラ３の回転により一定速度で解舒される。ここで、テンションローラ２は、ボビン１からよこ糸Ｔｗｆを解舒するときは上方に位置し、織機が停止すると自動的に下方に下がると共に、ブレーキが働いて惰性回転が停止する。
【００２３】
なお、ここでいうよこ糸の解舒速度は、織機の回転数と織物におけるよこ糸挿入長さによって決まるものであり、例えば、織機の回転数が２００回転／分でよこ糸の挿入長さが１．１ｍであれば、よこ糸の解舒速度は２２０ｍ／分程度となる。
【００２４】
かかるよこ糸Ｔｗｆや、たて糸Ｔｗｒとなる補強繊維糸は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などであり、なかでも比強度、比弾性率が高い炭素繊維は複合材料にした際の機械的特性の利用率が高いことから好ましく使用される。
【００２５】
また、これらの補強繊維糸においては、取扱い性や織物の製織性を向上させるために、０．２〜２．５重量％程度の少量のサイジング剤やカップリング剤などの集束剤を付着させ、集束させておくことが好ましい。そうすることにより、糸道ガイドとの擦過による毛羽発生が抑えられる上に、複合材にしたときには、樹脂との接着性が増し、機械的特性を向上させることができる。
【００２６】
そして、この補強繊維糸は、サイジング剤などで形態保持されて、一定のトラバース幅で、円筒状の管であるボビン１に巻かれている。なお、糸条の太さとしては、好ましくは繊維単糸数が１，０００〜１００，０００本からなっている。また、かかる補強繊維の総繊度が、５００〜７０，０００デシテックスであることが好ましい。５００デシテックス未満では、糸が細すぎて、補強繊維がねじれたことによる問題がほとんどないことから、本発明の効果が発揮できない。一方、７０，０００デシテックスを越えると、貯留パイプで貯留することはできるが、よこ糸挿入やよこ糸挿入後のよこ糸カットが難しくなる。
【００２７】
また、補強繊維からなる扁平糸としては、糸条の扁平率が、糸幅／糸厚み比で１０〜１００であるものを用いる。扁平率が１０未満であれば、扁平率が小さいことから、織物にした時に太繊度の糸であれば低目付の織物を得ることができない。一方、１００を越えると、織物にしたときの織糸間隔の距離が大きくなり、もって、たて糸とよこ糸の拘束がルーズとなることから、取り扱いにくい織物になってしまう。
【００２８】
そして、引取りローラ３から引き出されたよこ糸Ｔｗｆは、図２に示すようにエアー吸引貯留装置４のガイド４ａを経て、貯留パイプ内でＵ字形に屈曲されながら貯留され、ガイド４ｂを経て、水平ガイドローラ５、垂直ガイドローラ６、水平ガイドローラ７に案内されて、板バネテンション装置８へと導かれる。
【００２９】
ここで、本発明においては、よこ糸は横取り解舒で、一定速度でよこ糸を引き出すことから、サイジング剤の付与によるボビン上での糸同士の接着があっても、よこ糸ボビン軸に対して、ほぼ直角方向に引き出されるので、接着が容易に剥がれ、毛羽発生や糸切れを起こすことがない。さらに、縦取り解舒のようにボビン１周分の糸長に１回の撚りが入ることもないので、扁平糸の糸幅を安定して保持することができる。
【００３０】
また、ボビンから引き出されたよこ糸は、テンションローラに接しながら通常は上方に位置しており、織機が停止した際、ボビンが慣性回転しても自動的に下方に下がることから、常時よこ糸に張力が負荷されている状態になっているのでよこ糸がねじれることがない。
【００３１】
そして、よこ糸はニップロールを通過し、エアー吸引貯留パイプ（以下、貯留パイプと記す）内へ引き込まれるから、高速運転になっても、貯留パイプ内へ一定量を一定速度で連続して供給することができる。このため、糸のゆるみが発生することもなく、また、貯留パイプへの引き込み張力も安定させることができる。
【００３２】
このようなことから、従来のモータ回転のオンオフ制御によるよこ糸解舒方法のように、高速運転になると、供給速度が不連続となることから、張力変動も大きくなることや、スタート時のオーバーランにより、貯留パイプ供給前に糸がゆるんで、ねじれが発生するようなことがない。
【００３３】
レピア１０による間欠的なよこ糸Ｔｗｆの挿入に際し、挿入が終わった瞬間、慣性により、よこ糸がゆるむことがあるが、エアー吸引により、パイプ内に貯留させて、よこ糸Ｔｗｆを常に緊張させておくことができる。なお、よこ糸Ｔｗｆは、エアー吸引により緊張させておかないと、ゆるんだ際にねじれが発生し、このねじれが生じた状態でガイドローラ５〜７を通過して織り込まれてしまうという問題が生じる。
【００３４】
このエアー吸引貯留装置におけるエアー吸引貯留パイプ４ｃは、図２に示すように一端が吸気口４ｅを有し、他端が吸引部４ｆとなるブロア（図示せず）に繋がれた吸引ホース４ｄと接続されている。そして、この吸気口には、よこ糸の引き込み部と引き出し部に、それぞれヤーンガイド４ａ、４ｂが取り付けられている。なお、貯留パイプにおける吸気口は、よこ糸引込部と引出部のみを開口部とし、その間を閉じて、この開口部から貯留パイプ内に吸引することもできるが、そうすると、この吸気口から入った空気が貯留パイプ内で急激に拡散されることから、パイプ内で気流の乱れが生じ、よこ糸がねじれやすくなる。このため、貯留パイプの吸気口の断面形状は、パイプ断面形状とほぼ同じになるようにするとともに、開放形にすることが好ましい。そうすることで、貯留パイプ内でエアーの層流状態が形成され、貯留パイプ内で糸の旋回を防ぐことができ、仮撚りが入ることもなく、また、扁平糸においては、扁平状態を維持しやすくなる。そして、前述したように、貯留パイプへ一定量のよこ糸が連続して供給されることから、一層よこ糸の扁平状態を維持しやすくなる。
【００３５】
なお、高速運転になると、よこ糸の走行速度が速くなり、貯留パイプの吸気口からよこ糸が抜けて、エアー吸引貯留できなくなることもあるため、貯留パイプの吸気口から吸引部に向けて、１〜１０ｃｍ程度入った貯留パイプ内部に、よこ糸引き込みおよび引き出しガイドと平行になるようにストッパーピンを設置してもよい。
【００３６】
また、扁平糸においては、よこ糸を貯留パイプ内にＵ字形に折り返した状態で貯留することで、エアーが補強繊維の折り返し部で衝突し、糸幅の中央から端部に流れる気流によって、糸が開繊され、糸幅が拡幅される効果が得られる。さらに、サイジング剤などの集束剤が付与され、ボビンに巻かれたことにより生じる巻き癖についても、扁平状の補強繊維にエアーを衝突させることで、開繊されて取り除くことができ、さらに、巻き癖による糸ねじれの影響で生じるよこ糸幅のばらつきも小さくすることができる。そして、よこ糸は、貯留パイプ内で、常時エアー吸引により、小さい負荷状態で貯留されていることから、張力変動がほとんどなく、異常張力発生による糸の損傷がないとともに、エアー吸引であるため、よこ糸の貯留張力は小さく、よこ糸の高速挿入が可能となる。
【００３７】
なお、貯留パイプは、その吸気口の形状として、少なくとも互いに平行する２つの辺を有し、該辺に垂直な方向に延ばされた２つの平面が平行に対向しており、よこ糸を貯留パイプの吸気口の一方の辺から引き込み、他方の辺から引き出す際、よこ糸の糸幅方向と前記辺とが平行になるようにすることが好ましい。そうすることにより、特に扁平糸の場合においては、高速運転になっても、よこ糸は、よこ糸ボビンから、一定速度で引き出されながら、貯留パイプに送り込まれることから張力変動が小さくなり、糸のねじれが生じない。また、貯留パイプ内に一定速度で送り込まれることから、ブロアの吸引により、安定して貯留できるとともに、よこ糸が吸気口の平行する辺に接触しつつ、パイプ内の壁面に接触しながらＵ字形に折り返されるために、扁平糸が貯留パイプ内の気流により、ねじれるようなこともなく、扁平状態を維持することができる。
【００３８】
なお、よこ糸の幅方向とは、糸束断面内において、任意の直線を引いた場合に、最も長さが長くなる方向のことである。
【００３９】
また、ここでいう辺とは、貯留パイプの吸気口の形状を構成する一部分であり、実質的に直線である。
【００４０】
さらに、平行とは、おおむね平行であることを指し、摩擦抵抗を軽減するために多少の突起や傾斜がつけられていてもよい。
【００４１】
また、貯留パイプは、その吸気口の形状として、少なくとも互いに平行する２つの辺を有し、該辺に垂直な方向に延ばされた２つの平面間の距離が、吸引部に向かって小さくなるように対向しており、よこ糸を貯留パイプの吸気口の一方の辺から引き込み、他方の辺から引き出す際、よこ糸の糸幅方向と前記辺とが平行になるようにすることも好ましい。
【００４３】
また、貯留パイプの長さは、吸引されたよこ糸が、貯留パイプ内で折り返されることから、少なくともレピアによるよこ糸挿入長さの１／２以上あればよいが、通常は、（よこ糸挿入長さ１／２）＋（１０〜４０）ｃｍ程度であり、例えば、よこ糸挿入長さが１．１ｍである１ｍ幅の織物であれば、６５〜９５ｃｍ程度である。なお、前記貯留パイプの長さは、貯留パイプ内におけるよこ糸の貯留長さが１回のよこ糸挿入における例を示したが、必ずしもこれに限定されることはなく、２回のよこ糸挿入に必要なよこ糸長さを貯留してもよい。
【００４４】
また、ここでいう１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸量を貯留パイプ内で貯留するとは、少なくとも１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸長さを貯留パイプ内で貯留させるということであるが、一定速度でよこ糸ボビンから引き出され貯留パイプ内に引き込む過程で、レピアにより、よこ糸挿入が開始されることから、必ずしも貯留パイプでのよこ糸貯留最大量が１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸量と同じではなく、例えばレピアによる、よこ糸挿入長さが１．１ｍであれば、貯留パイプ内での貯留長さは６５〜９５ｃｍ程度が好ましい。
【００４５】
さらに、レピアによる、よこ糸挿入直後のよこ糸貯留量が０の場合においても、よこ糸を貯留パイプに引き込みやすくするため、貯留パイプ内に、よこ糸が引き込まれやすいように、貯留パイプによこ糸が１〜１０ｃｍ程度引き込まれた状態にすることが好ましい。
【００４６】
他の好ましい態様としては、貯留パイプは、断面形状がほぼ一様であることが挙げられる。該貯留パイプ内に、互いに対向する２つの糸道案内ガイドを、吸気口から吸引部に向けて、互いの距離が小さくなるように設けられ、貯留パイプの吸気口に送り込まれてくるよこ糸を、前記２つの糸道案内ガイドの間で、一方の糸道案内ガイドに接触させながら引き込み、他方の糸道案内ガイドに接触させながら引き出し、貯留させる。
【００４７】
ここで、糸道案内ガイドとは、ネット状物およびピンなどであり、貯留パイプ内でのよこ糸の走行位置を規制するものである。
【００４８】
糸道案内ガイドが、ネット状物における実施形態をさらに詳しく説明する。
図３に示すように、貯留パイプの断面形状がほぼ一様であり、該貯留パイプ内に、互いに対向する２つのネット状物１２を、吸気口４ｅから吸引部４ｆに向けて、互いの距離が小さくなるように設けられ、貯留パイプの吸気口に送り込まれてくるよこ糸を、前記２つのネット状物の間で、一方のネット状物１２ａに接触させながら引き込み、他方のネット状物１２ｂに接触させながら引き出し、貯留させるようにするとよい。
【００４９】
断面形状が、一様な貯留パイプ内に、２つのネット状物を傾斜させて設けることにより、貯留パイプ内の吸引気流のほとんどが、ネット状物の間を流れ、一部はネット状物の間から外側に流れる。
【００５０】
したがって、２つのネット状物間の吸引気流により、扁平状のよこ糸は、貯留パイプ内にＵ字形に引き込まれる。また、２つのネット状物の間から、ネット状物を通過して、外へ流れる吸引気流により、扁平糸をネット状物方向に吸引させるので、扁平糸がネット状物に確実に接触させながら貯留することができる。そして、貯留パイプ内でＵ字形に貯留された扁平状のよこ糸が、貯留パイプ内で宙に浮いて、気流の乱れなどで扁平糸がねじれたりする現象が回避される。
【００５１】
ここで、ネット状物とは、金網、プラスチックネットやパンチングメタルなどのことである。なお、ネット状物における空隙率は、ネット状物における空気の通過できる面積／ネット状物の全面積比で、好ましくは１０％以上であり、かつ、１箇所あたりの空隙部の最大幅は３ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００５２】
すなわち、空隙率が１０％未満であり、かつ、１箇所あたりの空隙部の最大幅が３ｍｍを越えると、ネットを通過できる吸気量が少なくなり、貯留パイプ内で、よこ糸が宙に浮いて、気流の乱れなどにより、ねじれが発生しやすくなることやよこ糸が空隙部に引き込まれて、擦過毛羽が発生しやすくなる。このため、ネット状物における空隙率は、１０％以上であり、かつ、１箇所あたりの空隙部の最大幅は３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
また、ネット状物における傾斜角は、貯留パイプ内でのよこ糸の貯留状態からよこ糸が接触するように、ネット状物の傾斜を決めてやればよいが、あまり傾斜角が大きくなると、貯留パイプ内で吸引エアーの流速変化が大きくなり、貯留が安定しなくなることから、通常は、０．５／１００〜１０／１００程度の小さな勾配が好ましい。
【００５４】
糸道案内ガイドが、ピンにおける実施形態をさらに詳しく説明する。
【００５５】
図４に示すように、貯留パイプの断面形状がほぼ一様であり、該貯留パイプ内に、間隔を有して、平行に並べられた多数本のピン１３からなる２つの列が、互いに対向しているとともに、吸気口から吸引部に向けて、その列の間隔が小さくなるように設けられており、該貯留パイプの吸気口に送り込まれてくるよこ糸を、前記２つの対向するピンの列の間で、一方のピンの列１３ａに接触させながら引き込み、他方のピンの列１３ｂに接触させながら引き出すとともに、かつ、よこ糸の糸幅方向と該ピンの軸方向が、同一方向になるようにするとよい。
【００５６】
そうすることにより、ネット状物を用いた場合と同様に、２列のピン間の吸引気流により、扁平状のよこ糸は、貯留パイプ内にＵ字形に引き込まれる。また、２列のピン間から、ピンとピンの間を通過して、外へ流れる吸引気流により、扁平糸をピンに接触させながら、貯留パイプ壁面方向に吸引するため、確実に貯留することができる。そして、貯留パイプ内でＵ字形に貯留された扁平状のよこ糸が、貯留パイプ内で宙に浮いて、気流の乱れなどで、扁平糸がねじれたりする現象が確実に回避される。
【００５７】
なお、ここで使用するピンは、直径が２〜１０ｍｍであり、かつ、ピンの配列は３〜３０ｍｍ間隔に配置するようにするのが好ましい。ピンは直径が２ｍｍ未満の場合や、ピンとピンとの間隔が３０ｍｍを越えると、ピンとピンの間の通過気流により、よこ糸がピンに引っ掛かりやすいことや、ピンに毛羽が溜まるという問題がある。また、１０ｍｍを越える場合や、ピンとピンとの間隔が３ｍｍ未満であれば、貯留パイプ内における、ピンの占有面積が大きくなり、ピン間を通過する吸引気流が減少し、貯留されたよこ糸がピンから離れ、よこ糸のねじれが発生しやすくなる。このためピンは、直径は２〜１０ｍｍであるのが好ましく、かつ、ピンの配列は、３〜３０ｍｍ間隔に配置するのが好ましい。
【００５８】
また、ピンの表面は、補強繊維糸との接触抵抗を小さくするために、フッ素樹脂加工や梨地加工を施しておくのがよい。
【００５９】
そして、傾斜角は、貯留パイプ内でのよこ糸の貯留状態から、よこ糸が接触するように、ピンの配列傾斜を決めてやればよいが、あまり傾斜角が大きくなると、貯留パイプ内で、吸引エアーの流速変化が大きくなり、貯留が安定しなくなることから、通常は、０．５／１００〜１０／１００程度の小さな勾配が好ましい。
【００６０】
上述した貯留パイプの吸気口形状は、対向するよこ糸が引き込まれる辺と、引き出される辺が、実質的に直線で、それぞれの辺が平行であれば、いずれの形状であってもかまわない。例えば、平行する２つの直線の両端が、円弧で結ばれたものや、平行する２つの直線の両端が、直線で結ばれた台形などである。
【００６１】
すなわち、貯留パイプへ、よこ糸が引き込まれたり、引き出されたりする辺や、貯留パイプ内で、よこ糸が接触する箇所が、直線で、互いが平行であれば、貯留パイプへのよこ糸引き込みや、引き出しおよび貯留パイプ内での貯留にあたって、この直線部分に接触しながら走行するため、ねじれ発生を防ぐことができる。
【００６２】
なお、この貯留パイプは、断面が、矩形であり、この矩形の短い方の辺から、よこ糸を引き込み、対向する短い方の辺から、よこ糸を引き出すようにすることが好ましい。そうすることで、貯留パイプ内に吸引された空気のほとんどが、よこ糸の折り返し部に衝突させることができ、ブロアの能力を有効に発揮させることができる。また、よこ糸引き込み部と引き出し部の距離を大きくできることから、貯留パイプ内で、よこ糸を大きな曲率で折り返すことが可能となり、糸の損傷が少なくすることができる。
【００６３】
ここで、矩形断面の短い方の辺の長さは、よこ糸貯留時に糸幅変動を抑えるために、１０〜４０ｍｍの範囲が好ましい。１０ｍｍより小さいと、貯留時のよこ糸供給位置が変動することにより、糸幅が狭くなり、また、４０ｍｍより大きくなると、貯留パイプ内での開口面積が大きくなり、ブロアの能力を大きくする必要が生じる。また、長い方の辺の長さは、４０〜１００ｍｍであるのが好ましい。
【００６４】
また、貯留パイプにおいて、よこ糸をエアー吸引する際の吸引量が、０．０５〜１００ｍ3／分にするのが好ましい。０．０５ｍ3／分未満であれば、吸引量が小さく安定してよこ糸を貯留することができず、よこ糸がねじれてしまう。一方、１００ｍ3／分を越えると、吸引量が大きくなりすぎ、貯留パイプ内で貯留した糸が、揺れて、ねじれが生じたり、繊維が乱れ、毛羽が発生しやすくなる。このため、よこ糸をエアー吸引する際の吸引量は、好ましくは０．０５〜１００ｍ3／分の範囲にするのが、糸のねじれや毛羽が発生を防止する面からよい。さらに好ましくは、０．１〜５０ｍ3 ／分の範囲が好ましい。なお、織機の回転数が大きくなれば、貯留パイプでのよこ糸の走行速度が速くなることから、安定して貯留するために、吸引量を高くするのが好ましい。なお、ここでいう吸引量とは貯留パイプの吸引口における流量のことである。
【００６５】
さらに、吸気口にセラミックなどからなる糸道ガイドを、貯留パイプの吸気口断面のよこ糸の引き込み辺と、引き出し辺の直上に取り付けることによって、糸道を安定させることができるとともに、よこ糸走行時の擦過による毛羽発生を少なくすることができる。
【００６６】
なお、このよこ糸Ｔｗｆを緊張させておく他の方法としては、このエアー吸引による貯留単独でなく、偏芯カムなどによる機械的な貯留方法と併用することもできる。そして、必要なよこ糸貯留量に対し、機械的に貯留することで、貯留に必要な残りの長さのみを、エアー吸引で貯留するだけでよいことから、貯留ノズルでの糸の引込量を少なくすることができ、かつ、貯留パイプ長さを短くすることができることから、装置設置スペースの削減に繋がる。
【００６７】
また、エアー吸引貯留パイプによるよこ糸貯留にあたっては、エアージェットを併用してもよい。つまり、レピアのよこ糸挿入時の動きにあわせ、貯留量が最も少なくなった時に、瞬間的にエアーを噴射し、よこ糸を貯留パイプに押し込むことで、よこ糸貯留パイプへのよこ糸を引き込みやすくすることができる。
【００６８】
さらに、貯留パイプの引き出し部には、テンサーを設けることが好ましい。そうすることによって、よこ糸の挿入時に、貯留されたよこ糸が、急激に引き出され、よこ糸挿入が完了した際に、惰性により、貯留パイプとレピア給糸部間で、よこ糸がゆるみ、扁平状のよこ糸がねじれる問題があるが、貯留パイプの引き出し部で、テンサーにより、張力を付与させておくことで、上記問題が改善されるものである。
【００６９】
ついで、貯留されたよこ糸をレピアに供給する方法について説明する。
【００７０】
ガイドローラ５〜７は、直径が１０〜２０ｍｍ程度で、長さが１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度のベアリングを内蔵した回転方式が好ましく採用される。直径があまりにも小さいと、よこ糸Ｔｗｆを構成する補強繊維が屈曲して、単糸切れを起こし易く、また、２０ｍｍ以上になると、回転の惰性が大きくなって、始動、停止時の張力変動が大きくなる問題がある。また、それぞれのガイドローラ５〜７の長さは、通過するよこ糸Ｔｗｆが、左右または上下方向に移動して、ガイドローラ５〜７を支持する支持部に接触しない長さが必要である。よこ糸Ｔｗｆがガイドローラ５〜７の支持部に接触すると、扁平状態が潰れてしまう。
【００７１】
水平ガイドローラ５およびガイドローラ７は、案内するよこ糸Ｔｗｆの高さ方向の位置を決め、垂直ガイドローラ６は、よこ糸Ｔｗｆの水平方向の位置を決める。したがって、ガイドローラは、少なくとも水平方向と垂直方向のものが、それぞれ交互に配置されていればよい。
【００７２】
このとき、水平ガイドローラ５と垂直ガイドローラ６との間、および、垂直ガイドローラ６と水平ガイドローラ７との間で、よこ糸Ｔｗｆの扁平面を９０°ねじる必要がある。このため、ガイドローラ５、６間、及び、ガイドローラ６、７間の距離は、よこ糸Ｔｗｆの幅によって異なるが、好ましくは５０ｍｍ以上離すのがよい。ガイドローラ間の距離が５０ｍｍより小さいと、よこ糸Ｔｗｆが捩じれたまま、垂直ガイドローラ６や水平ガイドローラ７を通過して織り込まれてしまう。また、短い距離で扁平糸を９０°ねじると、扁平糸の両端部に張力が加わり、毛羽が発生する。
【００７３】
ガイドローラ５〜７は１本であってもよいが、それぞれ２本の組にして、よこ糸ＴｗｆをＳ字状に通過させると、よこ糸Ｔｗｆに作用する張力が安定し、よこ糸Ｔｗｆの位置決めを確実に行うことができる。
【００７４】
さらに、よこ糸Ｔｗｆの水平ガイドローラ７の下流側には、よこ糸Ｔｗｆの張力を均一にさせるテンション装置８が配置されている。このテンション装置８は、幅の広い２枚の板バネ８ａ、８ｂで、よこ糸Ｔｗｆを挟み込むことにより、よこ糸Ｔｗｆの張力を均一に維持するものである。
【００７５】
本発明の扁平糸織物の製造装置のよこ糸供給方法においては、原理的には、垂直ガイドローラ６により、よこ糸Ｔｗｆの糸道を決めているが、張力変動やレピア１０への引っ掛け動作により、よこ糸Ｔｗｆの糸道が変わることがある。したがって、よこ糸Ｔｗｆが幅方向に移動しても、よこ糸Ｔｗｆの端部と干渉するものがないことが好ましく、そのために幅の広い板バネ８ａ、８ｂを備えたテンション装置８を用いる。板バネ８ａ、８ｂの幅としては、よこ糸Ｔｗｆの糸幅の好ましくは５倍以上あるのがよい。
【００７６】
押し板ガイド９は、板バネテンション装置８のよこ糸Ｔｗｆの下流側に配置されており、先端にＶ字形のガイド面９ａが形成された板である。このガイド９は、レピア１０への給糸と連動して、織機の回転が伝達されるカム機構を利用して、矢印で示す前後方向に駆動される。
【００７７】
また、レピア１０への給糸に際して、給糸ガイドを用いると、よこ糸Ｔｗｆが扁平糸の場合に、前記ガイド孔でよこ糸Ｔｗｆが擦られて、扁平形態が潰れてしまう。このため、本発明の製造装置では、板バネテンション装置８と図示しない糸端把持ガイドとの間に、押し板ガイド９を設け、レピア１０への給糸時に、糸端把持ガイドを下降させると共に、押し板ガイド９を前進させることにより、織機の後方に、よこ糸Ｔｗｆを押し付けて、レピア１０に対して横切るようにしたのである。
【００７８】
レピア１０は、図１に示したように、後述する筬１１の前部に配置される長手条の部材で、間欠的に横方向に作動して、よこ糸Ｔｗｆを製織部のたて糸Ｔｗｒ、Ｔｗｒ間に挿入するものである。
【００７９】
本発明の扁平糸織物の製造装置においては、以上のようなよこ糸供給装置のよこ糸供給工程により、ボビン１に巻回されたよこ糸Ｔｗｆが、引取りローラ３によって一定速度で引き出され、レピア１０の間欠的なよこ糸挿入の際のゆるみが、エアー吸引貯留装置４によるエアー吸引により吸収される。そして、ボビン１から解舒されたよこ糸Ｔｗｆは、ガイドローラ５〜７で案内されると共に、板バネテンション装置８で均一な張力に維持されながら、押し板ガイド９と糸端把持ガイドとの協働により、レピア１０の爪に引っ掛けられ、製織部のたて糸Ｔｗｒ、Ｔｗｒ間に挿入される。
【００８０】
このため、扁平糸からなるよこ糸Ｔｗｆは、ねじれたり、扁平形態が潰されることなく織り込まれる。
【００８１】
そして、たて糸Ｔｗｒについては、たて糸ボビンを横取り解舒し、扁平状態を維持した状態で、織前に導かれ、よこ糸供給装置から送られてくるよこ糸Ｔｗｆに織り込まれて、補強繊維からなる扁平糸織物が製造されるものである。
【００８２】
また、織機の回転数は、１００〜４００回転／分の範囲であることが好ましい。１００回転／分未満であれば、製造速度が遅くなり、生産効率が悪い。一方、４００回転／分を越えると、高速運転のため、発生毛羽が多くなったり、よこ糸切れが発生しやすくなる。このため、織機の回転数は、好ましくは１００〜４００回転／分の範囲であるのが、毛羽発生も抑えつつ、生産性良く織物を製造することができ、特に扁平糸の場合においては、よこ糸がねじれることなく、扁平状態を維持しながら織物を製造することができる。
【００８３】
【実施例】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
【００８４】
参考実施例１
引張強さが４９００ＭＰａ、引張弾性率が２３０ＧＰａ、フィラメント数が１２，０００本の炭素繊維糸（繊度８，０００デシテックス）からなり、糸幅が６．５ｍｍ、糸の厚みが０．１５ｍｍ、糸幅／糸厚み比が４３の扁平形態で、サイジング剤を０．６％付着させて形態を維持させた炭素繊維扁平糸を、たて糸およびよこ糸として用い、たて糸およびよこ糸の密度が１．２５本／ｃｍの平織組織で、目付が２００ｇ／ｍ2、織物幅１００ｃｍの織物を織機回転数が２５０回転／分で製織した。ここで、よこ糸の供給方法としては、よこ糸ボビンから、よこ糸を一定速度で引き出しながら横取り解舒し、１回のよこ糸挿入に必要な１１０ｃｍ長さのよこ糸を、エアー吸引により、貯留パイプ内でＵ字形に屈曲させながら貯留しつつ、レピアによりよこ糸挿入を行った。なお、貯留パイプは、断面寸法が２０ｍｍ×５０ｍｍ、長さ７０ｃｍとし、吸引は、定格吸引量が０．６ｍ3／分のブロアを用いるとともに、レピアによるよこ糸挿入後、エアージェットによりよこ糸の開繊処理を行った。なお、貯留パイプにおける吸引量は、１．００ｍ3／分であった。
【００８５】
得られた扁平糸織物は、製織時のよこ糸の貯留においてねじれの発生がなく、たて糸とよこ糸の交錯部において、ほとんど空隙のない繊維密度が均一な織物で、織物厚みが０．２７ｍｍあった。
【００８６】
次いで、得られた前記織物に樹脂目付が５５ｇ／ｍ2の１８０℃キュアタイプのエポキシ樹脂フィルムを織物の上下面に貼り合わせた後、１２０℃に加熱したカレンダーロール間に通し、織物内部に樹脂を含浸させ、いったんプリプレグを作製した。そして、これを同一方向に１２枚積層させてオートクレーブ成形法で硬化板を作製し、ＪＩＳ Ｋ７０８０（炭素繊維強化プラスチックの面内圧縮試験方法）に準拠してよこ糸方向の圧縮特性を評価した。
【００８７】
その結果を、成形板の厚みと成形板における炭素繊維の体積含有率と共に表１に示した。
【００８８】
参考比較例１
比較のため、よこ糸の貯留方法として、貯留パイプを用いたエアー吸引のかわりにスプリングの伸縮を用いた以外は、参考実施例１と同じようにして炭素繊維扁平糸織物を製織した。
【００８９】
得られた織物は、織機の回転数に対し、スプリングの伸縮速度が追従せず、よこ糸貯留時にねじれが発生し、エアー開繊処理を行ってもよこ糸が部分的に拡がらず、糸幅が狭くなる箇所が発生したことから、製織後の織物は非常に織り目が粗く、目付が２００ｇ／ｍ2であるものの織物厚みが０．３４ｍｍであった。
【００９０】
この織物を、実施例１と同様にして補強繊維織物プリプレグを作製した後、これを同一方向に１２枚積層させてオートクレーブ成形法で硬化板を作製した。
【００９１】
ここで、積層工程において、織物の空隙部の樹脂が離形フィルムに取られて欠けてしまった。また、よこ糸に部分的な厚みムラがあることからカレンダーロールを通すとよこ糸の糸曲がりを生じた。このため、得られた硬化板は、表面が織物の空隙部がくぼんで凹凸しており、内部にボイドが多数みられるとともによこ糸の曲がりが大きかった。
【００９２】
さらに、この硬化板を、実施例１の試験法によりよこ糸の方向の面内圧縮特性を評価し、その結果を、成形板の厚みと成形板における炭素繊維の体積含有率と共に表１に示した。
【００９３】
参考比較例２
比較のためよこ糸の貯留方法として、よこ糸ボビンからのよこ糸の解舒を、モータの積極回転による解舒にした、つまり一定速度で解舒しなかった以外は、参考実施例１と同じようにして炭素繊維扁平糸織物を製織した。
【００９４】
得られた織物は、高速運転のためセンサのオンオフ制御によるよこ糸供給が高速の間欠運動であることからよこ糸の張力変動が大きく、貯留パイプ内によこ糸を引き込む前にねじれが発生したため、エアー開繊処理を行ってもよこ糸が部分的に拡がらず、比較例１と同じように、糸幅が狭くなる箇所を有する織物となった。このため、非常に織り目が粗く、目付が２００ｇ／ｍ2であるものの織物厚みが０．３８ｍｍであった。さらに、よこ糸の把持ミスが織物の製織１ｍ長さ当たり２０回程度発生し、製織効率も非常に悪かった。
【００９５】
この織物を、実施例１と同様にして補強繊維織物プリプレグを作製し、これを同一方向に１２枚積層させてオートクレーブ成形法で硬化板を作製した。
【００９６】
ここで、積層工程において、織物の空隙部の樹脂が離形フィルムに取られて欠けてしまった。また、よこ糸に部分的な厚みムラがあることからカレンダーロールを通すとよこ糸の糸曲がりを生じた。このため、得られた硬化板は、表面が織物の空隙部がくぼんで凹凸しており、内部にボイドが多数みられるとともによこ糸の曲がりが大きかった。
【００９７】
さらに、この硬化板を、実施例１の試験法によりよこ糸方向の面内圧縮特性を評価し、その結果を、成形板の厚みと成形板における炭素繊維の体積含有率と共に表１に示した。
【００９８】
【表１】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１の製造方法では、補強繊維の扁平断面を維持しながら織物にすることができることから作製した硬化板は、補強繊維のもつ高強度、高弾性率の特性を有効に発揮でき、高い圧縮強さ、圧縮弾性率であった。
【０１００】
一方、比較例１、２においては、成形板内部にボイドが多数発生するとともにねじれ部で織糸のクリンプが大きくなるとともによこ糸の曲がりが生じたことから圧縮特性が極めて低いＣＦＲＰとなってしまった。なお、成形板でのボイドをなくするために、プリプレグ作製段階での樹脂欠損が発生しないように樹脂量を増やすこともできるが、そうすると、成形板の重量が増加し、重いＣＦＲＰになってしまい、また、この樹脂欠損部をなくし、内部にボイドのないＣＦＲＰが得られたとしても、織糸のクリンプ状態やよこ糸の曲がりは変わらないため、圧縮特性は、実施例１の方法によって得られる織物に対し、低いものとなってしまうことがわかる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の補強繊維織物の製造方法と製造装置によれば、織機が高速運転においてもよこ糸に撚りが入らないことから、補強繊維からなる扁平糸においてその扁平状態が潰されることなく扁平糸織物を製織することができ、非常に薄い織物が安定して得られる。このため、この織物でＣＦＲＰを製造したとき、ねじれ部の厚みムラにより表面に凹凸ができたり、ねじれ部の空隙に樹脂過多な部分が生じたり、ボイドが発生するなどの問題やねじれ部の織糸クリンプが大きくなることやよこ糸の曲がりが生じることによる圧縮強度低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を実施するための製造装置の概略図である。
【図２】本発明の製造装置のエアー吸引貯留パイプの一例を示す部分破断拡大図である。
【図３】本発明の製造装置のエアー吸引貯留パイプの他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の製造装置のエアー吸引貯留パイプのさらに他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ： ボビン（よこ糸用）
２ ： テンションローラ
３ ： 引取りローラ
４ ： エアー吸引貯留装置
４ａ ： よこ糸引き込み側ヤーンガイド
４ｂ ： よこ糸引き出し側ヤーンガイド
４ｃ ： 貯留パイプ
４ｄ ： 吸引ホース
４ｅ ： 吸気口
４ｆ ： 吸引部
５〜７： ガイドローラ
８ ： 板バネテンション装置
９ ： 押し板ガイド
１０ ： レピア
１１ ： 筬
１２ ： ネット状物
１２ａ： よこ糸引き込み側ネット状物
１２ｂ： よこ糸引き出し側ネット状物
１３ ： ピン
１３ａ： よこ糸引き込み側ピン
１３ｂ： よこ糸引き出し側ピン
Ｔｗｆ： よこ糸
Ｔｗｒ： たて糸
Claims (11)
- 補強繊維織物を製造するに際し、該織物を構成するよこ糸を、補強繊維からなる扁平率が１０〜１００の扁平糸を巻回したよこ糸ボビンから一定速度で引き出しながら横取り解舒し、かつ、１回のよこ糸挿入に必要なよこ糸量をエアー吸引により、少なくとも互いに平行する、よこ糸を引き込む辺と引き出す辺とを有する貯留パイプ内に、互いに対向させて吸気口から吸引部に向けて互いの距離が小さくなるように設置したネット状物もしくは多数本のピンの列からなる２つの糸道案内ガイドに、扁平糸を接触させることによりＵ字形に屈曲させて、前記２つの糸道案内ガイドの一方に接触させながら引き込み、他方に接触させながら引き出して貯留させながら供給することを特徴とする補強繊維織物の製造方法。
- 前記貯留パイプは、その吸気口の形状として、少なくとも互いに平行する２つの辺を有し、該辺に垂直な方向に延ばされた２つの平面間の距離が吸引部に向かって小さくなるように対向しており、よこ糸を貯留パイプの吸気口の一方の辺から引き込み、他方の辺から引き出す際、よこ糸の糸幅方向と前記辺とが平行であることを特徴とする請求項１に記載の補強繊維織物の製造方法。
- 前記貯留パイプは、断面形状がほぼ一様であることを特徴とする請求項１に記載の補強繊維織物の製造方法。
- 該貯留パイプの断面が、矩形であり、この矩形の短い方の辺からよこ糸を引き込み、対向する短い方の辺からよこ糸を引き出すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の補強繊維織物の製造方法。
- 該貯留パイプにおいて、よこ糸をエアー吸引する際の吸引量が、０．０５〜１００ｍ3／分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の補強繊維織物の製造方法。
- 該補強繊維が、炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の補強繊維織物の製造方法。
- 該補強繊維の総繊度が、５００〜７０，０００デシテックスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の補強繊維織物の製造方法。
- 該製造方法に用いられる織機の回転数が１００〜４００回転／分であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の補強繊維織物の製造方法。
- 補強繊維からなる扁平率が１０〜１００の扁平糸を巻回したよこ糸ボビンからよこ糸を横取り解舒しながら一定速度で引き出すニップロールによる引き取り機構と、
引き出されたよこ糸に常時張力を付与する張力付与機構と、
該よこ糸をエアー吸引により、よこ糸を引き込む辺と引き出す辺とを有する貯留パイプ内に、互いに対向させて吸気口から吸引部に向けて互いの距離が小さくなるように設置したネット状物もしくは多数本のピンの列からなる２つの糸道案内ガイドに、扁平糸を前記２つの糸道案内ガイドの一方に接触させながら引き込み、他方に接触させながら引き出して貯留するエアー吸引貯留機構と
を含むよこ糸供給手段を備えたことを特徴とする補強繊維織物の製造装置。 - 前記貯留パイプが、下記（１）〜（２）のいずれかであることを特徴とする請求項９に記載の補強繊維織物の製造装置。
（１）その吸気口形状に少なくとも互いに平行する２つの辺を有し、該辺に垂直な方向に延ばされた２つの平面が平行に対向している。
（２）その吸気口形状に少なくとも互いに平行する２つの辺を有し、該辺に垂直な方向に延ばされた２つの平面が吸引部に向かって距離が小さくなるように対向している。 - 該貯留パイプの断面が、矩形であることを特徴とする請求項９または１０に記載の補強繊維織物の製造装置。
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