JP3941672B2 - 繊維束巻取装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維束を巻き取る装置に関し、さらに詳しくは、炭素繊維やガラス繊維等からなる強化繊維束のスクエアエンド巻パッケージを得るのに好適なボビントラバース式巻取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維やガラス繊維等からなる強化繊維束は、それにエポキシ樹脂等のマトリクス樹脂を含浸してプリプレグとし、たとえば、これをマンドレル上にヘリカル巻し、樹脂を硬化させてＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の管を成形するのに用いられる。
【０００３】
ところで、近年、ＦＲＰ成形品の軽量化指向が一段と強くなり、そのため、より薄いプリプレグが要求されるようになってきている。そのような薄いプリプレグを得ようとすると、繊維束にそれが十分に開繊、拡幅された状態で樹脂を含浸する必要がある。換言すれば、繊維束が十分に開繊、拡幅された状態のパッケージを用意する必要がある。
【０００４】
さて、そのような、いわゆるテープ状の繊維束を巻き取る装置としては、軸方向に往復動する（トラバースする）スピンドルを有し、そのスピンドルにボビンを嵌着し、ボビン上に形成されるパッケージの表面に鍔付ガイドローラの鍔を接触させながらスクエアエンド形状に巻き取るようにしたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−７９６１４号公報
しかしながら、この従来の巻取装置は、スピンドル、すなわちボビンが往復動する際、鍔付ガイドローラの鍔がパッケージ表面において繊維束と擦れ合い、繊維束を構成する単糸に毛羽が発生したり、著しい場合には単糸切れが発生したりするという問題がある。ボビンは往復動するのに、鍔付ガイドローラは回転するだけで往復動しないからである。また、鍔付ガイドローラによってはパッケージの表面に面圧を付与することができないので、パッケージの両端部が膨れ、パッケージの品位も低下してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の巻取装置の上述した問題点を解決し、繊維束を構成する単糸に毛羽が発生したり単糸切れが発生したりするのを防止することができるとともに品位に優れたパッケージを得ることができる繊維束巻取装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、巻取ボビンが嵌着される、軸方向に往復動する（トラバースする）スピンドルと、上記巻取ボビン上に形成される繊維束パッケージの表面に接圧しながら回転し、かつ、上記スピンドルと同位相で往復動する（トラバースする）プレッシャローラとを備えていることを特徴とする繊維束巻取装置を提供する。巻き取られる繊維束の位置を安定化させるため、繊維束の走行方向に関してプレッシャローラの上流側にガイドローラを設けるのも好ましい。また、その場合、ガイドローラをプレッシャローラに接触するように設けておくと、繊維束の位置をより安定化させることができる。
【０００８】
本発明の巻取装置によれば、パッケージは、巻取ボビンの軸方向に一様な外径を有するスクエアエンド巻として形成することができる。その場合、１３°以下の綾角を有するように形成すると、特にパッケージの端部（往復動の折り返し部）における繊維束の膨れや折れ曲がりをより確実に防止することができるようになり、より品位に優れたパッケージを得ることができるようになる。
【０００９】
本発明の巻取装置は、幅や厚みの一様性が特に要求される、ＦＲＰの成形に供される炭素繊維や黒鉛繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等からなる強化繊維束のプリプレグを製造するための繊維束の巻き取りに好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、巻取装置は、巻取ボビン１が嵌着されるスピンドル２を有する。このスピンドル２は、ギアボックス３内に収容されたモータ（図示せず）によって矢印方向に回転せしめられる。巻取ボビン１上には、矢印方向に供給される繊維束４のパッケージ５が形成される。
【００１１】
スピンドル２に並行して、巻取ボビン１上に形成されるパッケージ５の表面に接圧しながら従動回転するプレッシャローラ６が設けられている。このプレッシャローラ６は、ギアボックス３内のばね、重錘、シリンダ等（図示せず）によって上下動自在に設けたクレードル７に支持されており、パッケージ５の巻径が増大するのに伴って上方に移動し、パッケージ５の表面に所定の押圧力を付与することができるようになっている。
【００１２】
また、プレッシャローラ６に並行して、そのプレッシャローラ６に接圧しながら従動回転する鍔付ガイドローラ８が設けられている。この鍔付ガイドローラ８は、ばね、重錘、シリンダ等（図示せず）によって上下動自在に設けたクレードル９に支持されており、パッケージ５の巻径の増大に伴ってプレッシャローラ６が上昇すると、その上昇に伴って鍔付ガイドローラ８も上昇することができるようになっている。
【００１３】
ギアボックス３には、シリンダ装置１０が取り付けられていて、ギアボックス３、ひいてはスピンドル２、ボビン１、プレッシャローラ６を所定の幅で矢印方向に往復動させる（トラバースさせる）ことができるようになっている。すなわち、スピンドル２、ボビン１、プレッシャローラ６は、シリンダ装置１０によって同一位相で往復動せしめられる。
【００１４】
さて、矢印方向に連続的に供給される繊維束４は、鍔付ガイドローラ８を経て、矢印方向に所定の幅で往復動している巻取ボビン１上に導かれ、スクエアエンド巻に巻かれてパッケージ５となる。このとき、プレッシャローラ６がパッケージ５の表面に接触しながら回転し、パッケージ５の表面を常時押圧するので、巻崩れやパッケージ５の両端部が膨れるのを防止することができ、品位に優れたパッケージを得ることができるようになる。また、ボビン１の往復動と同位相でプレッシャローラ６も往復動するので、パッケージ５の表面でプレッシャローラ６が繊維束４と擦れ合うことがなく、それによる単糸の毛羽立ちや単糸切れを防止することができるようになる。
【００１５】
上記において、プレッシャローラは、上述したようにパッケージの表面を押圧するものである。このプレッシャローラとしては、パッケージの軸方向において一部の表面のみ押圧したのでは押圧されない部分で巻崩れ等を起こすことがあるので、軸方向全体にわたって均一な押圧力を与えることができるよう、パッケージの軸方向長さよりもやや長いものを用いるのが好ましい。また、プレッシャローラは、通常、炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックス等で構成されるが、繊維束を傷付けたり繊維束が巻き付いたりしないよう、表面がＪＩＳ Ｂ ０６０１により測定される中心線平均粗さで０．４〜３．２程度の範囲にあるものが好ましい。外径は、繊維束が巻き付いたりしないよう、１０ｍｍ以上のものを用いるのが好ましい。なお、プレッシャローラは、積極的に駆動されて回転するものであってもよい。
【００１６】
プレッシャローラによる押圧力は、繊維束の種類等によって異なるので一概にはいえないが、たとえば、炭素繊維束では３〜５ｋｇｆ程度に設定する。押圧力は、パッケージの形成中、一定であってもよいが、巻径等によっては、巻径が増大するのに伴って漸減させるのも好ましい。そのような場合の上下動機構としては、空気圧シリンダや油圧シリンダが適している。
【００１７】
鍔付ガイドローラは、プレッシャローラ、ひいてはボビン上に導かれる繊維束のガイドローラとして繊維束の位置を安定化させるものである。必須のものではなく、また、鍔付である必要もないが、繊維束を安定して導くためには設けたほうがよい。また、ガイドローラは、通過する繊維束の形態を大きく崩すことのない、たとえば、太鼓型や鼓型のガイドローラであってもよい。その場合、繊維束の形態が崩れないよう、案内面の曲率半径の大きい、緩やかな案内面形状をもつものを使用する。さらに、ガイドローラは、繊維束の位置の安定化のためには、図１に示したようにプレッシャローラに接するように設けるのが好ましいが、プレッシャローラから離して設けることもできる。その場合、あまりに離すとプレッシャローラとの間で繊維束の形態が乱れることがあるので、離間距離は５０ｍｍ以下、好ましくは３０ｍｍ以下とするのがよい。なお、ガイドローラとして鍔付ガイドローラを用いる場合、鍔間距離は繊維束の幅の１．１倍以上、好ましくは２〜６倍程度とするのがよい。１．１倍よりも狭いと、繊維束が折り畳まれたり、潰れたり、捻れたりすることがある。また、あまりに広いと繊維束の位置が定まりにくい。
【００１８】
さて、上述した巻取装置によれば、図１に示したようにスクエアエンド巻のパッケージを形成することができる。このとき、ボビンの往復動の速度は、繊維束の供給速度（巻取速度）と、パッケージ上における繊維束の綾角、すなわち、ボビンの軸（パッケージの軸）に直角な方向に対して繊維束のなす角度との関係において選択するが、綾角が１３°以下になるように巻き取るのが好ましい。綾角が１３°を超えると、往復動の方向が切り替わるパッケージ両端部で繊維束の膨れや折れ曲がりが発生しやすくなる。もっとも、綾角が１３°以下であれば、巻き始めから巻き終わりまで綾角が一定である綾角一定巻でなくても、巻径の増大に伴って綾角が小さくなるワインド比一定巻としてもよい。また、径の大きいパッケージ、いわゆるラージパッケージの場合には、巻取時や解舒時に綾落ちしやすくなるので、そのような場合には、綾角が段階的に大きくなるようにワインド比を段階的に切り替えるワインド比可変巻を採用するのも好ましい。
【００１９】
【実施例および比較例】
（実施例１）
図１に示した巻取装置を用い、炭素繊維束（単糸数：１２，０００本、幅：６ｍｍ）のスクエアエンド巻のパッケージを得た。炭素繊維束の供給速度は１０ｍ／分とし、ボビンの往復動の幅は２５０ｍｍとし、綾角は１．５°の一定とし、外径が８０ｍｍのボビンに外径が１２０ｍｍになるまで巻き取った。プレッシャローラとしては、外径１０ｍｍ、長さ２８０ｍｍ、中心線平均粗さが１．６の、表面が硬質クロムメッキ処理され、かつ、梨地処理が施されたステンレス鋼製ローラを用い、重錘によりパッケージの表面に終始５ｋｇｆの押圧力が加わるようにした。また、鍔付ガイドローラとしては、鍔間距離３０ｍｍ、ガイド部直径７０ｍｍのものを用いた。
【００２０】
その結果、単糸の毛羽立ちや単糸切れがなく、巻崩れのない、優れた品位のスクエアエンド巻パッケージが得られた。繊維束の幅のばらつき、すなわちＣＶ値は、５．７％であった。なお、ＣＶ値とは、パッケージから繊維束を繰り出しながら、ノギスを用いて、繊維束の幅を繰り出し長さ２００ｍｍごとに６０点、長さ１２ｍにわたって測定したときの測定値の標準偏差を単純平均値で割り返し、百分率で示したものである。
（実施例２）
実施例１において、鍔付ガイドローラに代えて、凹部の幅３０ｍｍ、案内面の曲率半径３０ｍｍの鼓型ガイドローラを用いた。
【００２１】
その結果、単糸の毛羽立ちや単糸切れがなく、巻崩れのない、優れた品位のスクエアエンド巻パッケージが得られた。ＣＶ値は６．０％であった。
（実施例３）
実施例１において、綾角が１３°になるように設定したところ、単糸の毛羽立ちや単糸切れがなく、巻崩れのない、優れた品位のスクエアエンド巻パッケージが得られた。ＣＶ値は６．８％であった。
（比較例１）
実施例１において、プレッシャローラによる押圧力を付与しないで巻き取ったところ、単糸の毛羽立ちや単糸切れは認められなかったものの、パッケージの両端部に高さ１０ｍｍほどの膨れが観察された。
（比較例２）
実施例２において、プレッシャローラによる押圧力を付与しないで巻き取ったところ、単糸の毛羽立ちや単糸切れは認められなかったものの、パッケージの両端部に高さ８ｍｍほどの膨れが観察された。
（比較例３）
実施例１において、プレッシャローラを往復動させないで巻き取ったところ、単糸の毛羽立ちや単糸切れが発生した。単糸切れは、パッケージの端面において３本／ｃｍ²であった。また、パッケージの両端部に高さ５ｍｍほどの膨れが観察された。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係る巻取装置は、巻取ボビンが嵌着される、軸方向に往復動するスピンドルと、上記巻取ボビン上に形成される繊維束パッケージの表面に接圧しながら回転し、かつ、上記スピンドルと同位相で往復動するプレッシャローラとを備えているので、実施例や比較例との対比からも明らかなように、単糸の毛羽立ちや単糸切れがなく、しかも品位に優れたパッケージを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る繊維束の巻取装置の要部の概略斜視図である。
【符号の説明】
１：ボビン
２：スピンドル
３：ギアボックス
４：繊維束
５：パッケージ
６：プレッシャローラ
７：クレードル
８：鍔付ガイドローラ
９：クレードル
１０：シリンダ

Claims (5)

1. 巻取ボビンが嵌着される、軸方向に往復動するスピンドルと、上記巻取ボビン上に形成される繊維束パッケージの表面に接圧しながら回転し、かつ、上記スピンドルと同位相で往復動するプレッシャローラとを備えていることを特徴とする繊維束巻取装置。
2. 繊維束の走行方向に関してプレッシャローラの上流側に設けたガイドローラを備えている、請求項１に記載の繊維束巻取装置。
3. ガイドローラがプレッシャローラに接している、請求項２に記載の繊維束巻取装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の巻取装置を用い、１３°以下の綾角を有する繊維束パッケージを得ることを特徴とする繊維束パッケージの製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の巻取装置または請求項４に記載の製造方法を用いて製造された繊維束パッケージ。

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