JP4995909B2 - 炭素繊維糸条の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、炭素繊維糸条の製造装置および製造方法に関する。
本願は、２００８年４月１８日に日本国に出願された特願２００８−１０８９７０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

炭素繊維糸条は、一般にアクリル繊維糸条などの炭素繊維前駆体糸条を２００〜３００℃の酸化性雰囲気下で耐炎化処理して耐炎化繊維糸条を得た後、該耐炎化繊維糸条をさらに１０００℃以上の不活性雰囲気下で炭素化処理することにより製造される。このような炭素繊維糸条は、種々の優れた物性を備えているため、各種の繊維強化複合材料などの強化用繊維として広く利用されており、近年では航空機やスポーツ用品などへの用途に加えて、建築、土木、エネルギー関係の産業用途として用いられることからその需要が急速に伸びている。そのため、より低コストで炭素繊維糸条を供給することが求められている。

低コストで炭素繊維糸条を得る方法としては、例えば、複数本の炭素繊維前駆体糸条を、ボビンなどに巻き上げた形態、あるいは箱体に折り畳んで積層した形態から、各々の炭素繊維前駆体糸条の端部同士を接続して連続的に焼成（耐炎化処理および炭素化処理）する方法が知られている。しかしながら、この方法では、炭素繊維前駆体糸条の端部同士を接続した接続部がそれ以外の部分に比べて蓄熱などで焼成中に糸切れしやすい。そのため、接続部を焼成前に予め耐炎化処理し、糸切れを防止している。

具体的には、特許文献１に、先行する炭素繊維前駆体糸条の後端と、後続の炭素繊維前駆体糸条の先端とを、予め耐炎化処理しておいた糸条を介して接続する方法が示されている。また、特許文献２および３には、先端および後端の少なくとも一方を耐炎化処理した炭素繊維前駆体糸条同士を接続する方法が示されている。また、特許文献４には糸条束内に存在する欠陥部を検出するために、曲率半径の小さなガイドローラーで通過する繊維糸条を屈曲させて欠陥部を糸条束外周より突出させ、突出した部分を光学式検出装置で検出する方法が示されている。

特開平１０−２２６９１８号公報 特開２０００−１４４５３４号公報 特開２００２−３０２３４１号公報 特開平６−３０８０５３号公報

しかし、特許文献１〜３のような方法では、得られた炭素繊維糸条の接続部およびその周辺部の強度が、それ以外の部分の強度に比べて低い。そのため、得られた炭素繊維糸条を製品ボビンに巻き取る際に接続部を取り除く必要がある。従来は、炭素繊維糸条における接続部は目視により監視して除去を行う方法などが用いられていたが、毛羽、厚み斑などによる誤検知や未検知により接続部が製品に混入する場合があり、品質保持が難しく、また操業性を高めることが難しかった。そのため、操業性およびコスト面を向上させることができ、かつ高品質の炭素繊維糸条が安定して得られる方法が望まれている。また、特許文献４のような方法では欠陥部を糸条束外周より突出させるために曲率半径の小さなガイドローラーで屈曲させるため、欠陥部の通過に伴い、フィラメントの巻き付きを誘起し、その除去に労力を必要とするのみならず、巻き付きが進行した場合、操業そのものを停止せざるを得ないことになる。

そこで本発明は、高い操業性かつ低コストで、接続部の混入による品質低下を防止できる炭素繊維糸条の製造装置および製造方法を目的とする。

本発明の炭素繊維糸条の製造装置は、炭素繊維前駆体糸条の端部同士が接続された接続部を有する炭素繊維前駆体糸条を連続的に焼成して炭素繊維糸条を製造する装置であって、前記炭素繊維前駆体糸条を耐炎化処理して耐炎化繊維糸条を得る耐炎化炉と、前記耐炎化繊維糸条を炭素化処理して炭素繊維糸条を得る炭素化炉と、複数の巻取ボビン、前記炭素繊維糸条を切断する切断手段、および前記切断手段により切断された各々の前記炭素繊維糸条を別々の巻取ボビンに巻き取る切替機構を有する巻取機と、前記接続部を、接続部の厚みと非接続部の厚みとの差により検知する検知手段と、前記検知手段と前記巻取機との間の前記接続部の位置情報を取得する位置情報取得手段と、前記位置情報に基づいて、切断により生じる前記接続部を含む炭素繊維糸条が接続部巻取ボビン、前記接続部を含まない炭素繊維糸条が製品巻取ボビンに別々に巻き取られるように、前記巻取機を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする装置である。

また、本発明の炭素繊維糸条の製造方法は、炭素繊維前駆体糸条の端部同士を接続した接続部を有する炭素繊維前駆体糸条を連続的に焼成して炭素繊維糸条を製造する方法であって、下記（１）〜（６）の工程を含むことを特徴とする方法である。
工程（１）：炭素繊維前駆体糸条の接続部の厚みＤ１と非接続部の厚みＤ２との比（Ｄ１／Ｄ２）が２．０以上６．０以下となるように前記炭素繊維前駆体糸条の端部同士を接続する工程、
工程（２）：前記接続部を、接続部の厚みＤ１と非接続部の厚みＤ２との比（Ｄ１／Ｄ２）が２．０以上６．０以下の範囲で検知する工程、
工程（３）：前記炭素繊維前駆体糸条を焼成して炭素繊維糸条を得る工程、
工程（４）：前記接続部を検知した位置から炭素繊維糸条を巻き取るまでの間で、前記接続部が存在する位置の位置情報を取得する工程、
工程（５）：前記位置情報に基づいて、前記接続部の前後で炭素繊維糸条を切断する工程、
工程（６）：切断により生じる前記接続部を含む炭素繊維糸条を接続部巻取ボビン、前記接続部を含まない炭素繊維糸条を製品巻取ボビンに別々に巻き取る工程。

本発明の炭素繊維糸条の製造装置によれば、高い操業性かつ低コストで、接続部が混入することによる製品の品質低下を防止できる。また、本発明の炭素繊維糸条の製造方法によれば、高い操業性かつ低コストで、接続部の混入による品質低下を抑えた炭素繊維糸条を得ることができる。

本発明の炭素繊維糸条の製造装置の実施形態の一例を示した概略構成図である。 炭素繊維前駆体糸条の接続部の一例を示した正面図である。

［製造装置］
図１は、本発明の炭素繊維糸条の製造装置の実施形態の一例を示した概略構成図である。本実施形態の製造装置１は、炭素繊維前駆体糸条Ｘの端部同士が接続された接続部ａを有する炭素繊維前駆体糸条Ｘを連続的に焼成して炭素繊維糸条Ｚを製造する装置である。ただし、焼成とは、炭素繊維前駆体糸条に耐炎化処理および炭素化処理を施すことを意味する。

製造装置１は、図１に示すように、炭素繊維前駆体糸条Ｘを耐炎化処理して耐炎化繊維糸条Ｙを得る耐炎化炉１０と、耐炎化繊維糸条Ｙを炭素化処理して炭素繊維糸条Ｚを得る炭素化炉１２と、炭素繊維糸条Ｚの表面を処理する表面処理装置１４と、炭素繊維糸条Ｚにサイジング剤を付与するサイジング剤付与装置１６と、複数の巻取ボビン、炭素繊維糸条Ｚを切断する切断手段、および前記切断手段により切断された各々の炭素繊維糸条Ｚを別々の巻取ボビンに巻き取る切替機構を有する巻取機１８と、接続部ａを検知する検知手段２４と、検知手段２４と巻取機１８との間で接続部ａの位置情報を取得する位置情報取得手段２６と、前記位置情報に基づいて、切断により生じる接続部ａを含む炭素繊維糸条Ｚおよび前記接続部を含まない炭素繊維糸条が別々の巻取ボビンに巻き取られるように、巻取機１８を制御する制御手段２８とを具備する。また、製造装置１は、炭素繊維前駆体糸条Ｘ、耐炎化繊維糸条Ｙ、炭素繊維糸条Ｚを搬送する搬送ロール３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを具備している。また、炭素繊維前駆体糸条Ｘは供給用箱体３２ａ、３２ｂから供給される。

また、本明細書中においては、炭素繊維前駆体糸条Ｘ、耐炎化繊維糸条Ｙおよび炭素繊維糸条Ｚをまとめて糸条ということがある。

耐炎化炉１０は、炭素繊維前駆体糸条Ｘを酸化性雰囲気下に加熱することにより耐炎化処理して耐炎化繊維糸条Ｙを得る炉である。耐炎化炉１０は、炭素繊維前駆体糸条Ｘを耐炎化できるものであればよく、炭素繊維糸条の製造に通常用いられる耐炎化炉を用いることができる。耐炎化炉１０は、１つのみであってもよく、複数の耐炎化炉が連結されたものであってもよい。

炭素化炉１２は、耐炎化処理により得られた耐炎化繊維糸条Ｙを不活性雰囲気下に加熱することにより炭素化処理して炭素繊維糸条Ｚを得る炉である。炭素化炉１２は、耐炎化繊維糸条Ｙを炭素化できるものであればよく、炭素繊維糸条の製造に通常用いられる炭素化炉を用いることができる。炭素化炉１２は、１つのみであってもよく、複数の炭素化炉が連結されたものであってもよい。

表面処理装置１４は、炭素繊維糸条Ｚとエポキシ樹脂などの樹脂との接着性を向上させるために、炭素繊維糸条Ｚの表面を処理する装置である。表面処理装置１４としては、例えば、オゾン酸化などの乾式法により炭素繊維糸条Ｚに表面処理を施す表面処理装置や、電解質中で電解処理する湿式法によりに炭素繊維糸条Ｚに表面処理を施す表面処理装置などが挙げられる。

サイジング剤付与装置１６は、表面処理された炭素繊維糸条Ｚにサイジング剤を付与する装置である。サイジング剤付与装置１６は、サイジング剤を炭素繊維糸条Ｚに付与できるものであれば特に限定されない。サイジング剤を付与することにより、炭素繊維糸条Ｚの取り扱い性や、繊維強化樹脂との親和性が向上する。

サイジング剤は、所望の特性を得ることができるものであればよく、例えば、エポキシ樹脂、ポリエーテル樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂を主成分とするサイジング剤が挙げられる。

巻取機１８は、炭素繊維糸条Ｚを巻き取る機械であり、複数の巻取ボビン、炭素繊維糸条Ｚを切断する切断手段、および前記切断手段により切断された各々の炭素繊維糸条Ｚを別々の巻取ボビンに巻き取る切替機構を有する。図１の例示では、巻取機１８は、巻取ボビンとして、製品巻取ボビン２０と接続部巻取ボビン２２とを有している。

また、切断手段（図示せず）は、炭素繊維糸条Ｚを切断できるものであれば特に限定されない。

また、切替機構は、炭素繊維糸条Ｚを所望の巻取ボビンで巻き取ることができる機構であれば特に限定されない。

巻取機１８は、切断手段により炭素繊維糸条Ｚを所望の位置で切断し、切替機構により、接続部ａを含まない炭素繊維糸条Ｚを製品巻取ボビン２０に巻き取り、接続部ａを含む炭素繊維糸条Ｚを接続部巻取ボビン２２に巻き取ることができるものであればよく、例えば、自動切換ターレット式巻取機などが挙げられる。

検知手段２４は、接続部ａを、接続部ａの厚みと非接続部の厚みとの差により検知する手段である。検知手段２４は、厚みの差により接続部ａを検出できるものであれば特に限定されず、例えば、リニアゲージ（接触式変位センサー）などの接触方式の検知手段や、超音波、レーザー、放射線、光、エアなどによる非接触式の検知手段が挙げられる。

検知手段２４の具体例としては、例えば、ＬＪ−Ｇ０８０（キーエンス製、レーザー変位センサー）などが挙げられ、繊維束が並ぶ方向での位置と、接続部分の厚みとを同時に検出することで、複数本が併走する繊維束糸条を一つの検出手段で一括してモニターし、どの繊維束の接続部かを判別することが可能である。

位置情報取得手段２６は、検知手段２４と巻取機１８との間で接続部ａの位置情報を取得する手段である。位置情報取得手段２６は、接続部ａの位置情報を取得できるものであればよく、例えば、検知手段２４と巻取機１８との間における糸条の走行距離Ｌと、糸条の走行速度から接続部ａの位置を演算する手段が挙げられる。さらに、検知手段２４を巻取機１８の直前に設置すれば、演算を省略することもできる。

以下に、検知手段２４と巻取機１８との間で接続部ａの位置を演算により取得する手段を例示するが、位置情報取得手段２６はこの手段に限定されない。
図１に示すように、検知手段２４から耐炎化炉１０の前までの糸条の走行距離をＬ１（ｍ）、耐炎化炉１０から搬送ロール３０ｂまでの糸条の走行距離をＬ２（ｍ）、搬送ロール３０ｂの直後から搬送ロール３０ｃまでの糸条の走行距離をＬ３（ｍ）、搬送ロール３０ｃの直後から巻取機１８までの糸条の走行距離をＬ４（ｍ）とする。また、搬送ロール３０ａによる糸条の搬送速度をＶ１（ｍ／分）、搬送ロール３０ｂによる糸条の搬送速度をＶ２（ｍ／分）、搬送ロール３０ｃによる糸条の搬送速度をＶ３（ｍ／分）、搬送ロール３０ｄによる糸条の搬送速度をＶ４（ｍ／分）とする。

検知手段２４から巻取機１８までの糸条の走行時間Ｔ（分）は、下記式によりに算出される。
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４
ただし、Ｔ１（分）は検知手段２４から耐炎化炉１０の前までの糸条の走行時間（Ｔ１＝Ｌ１／Ｖ１）であり、Ｔ２（分）は耐炎化炉１０から搬送ロール３０ｂまでの糸条の走行時間（Ｔ２＝Ｌ２／Ｖ２）であり、Ｔ３（分）は搬送ロール３０ｂの直後から搬送ロール３０ｃまでの糸条の走行時間（Ｔ３＝Ｌ３／Ｖ３）であり、Ｔ４（分）は搬送ロール３０ｃの直後から巻取機１８までの糸条の走行時間（Ｔ４＝Ｌ４／Ｖ４）である。

すなわち、検知手段２４から走行距離Ｋｎ（ｍ）までの接続部ａの走行時間をＴｎとすると、接続部ａの位置は、Ｔｎ＜Ｔ１のときは検知手段２４と耐炎化炉１０の前までの間であり、Ｔ１＜Ｔｎ＜Ｔ１＋Ｔ２のときは耐炎化炉１０から搬送ロール３２ｂまでの間であり、Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔｎ＜Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３のときは搬送ロール３０ｂの直後から搬送ロール３０ｃまでの間であり、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＜Ｔｎ＜Ｔのときは搬送ロール３０ｃの直後から巻取機１８までの間である。

検知手段２４と巻取機１８との間における接続部ａの位置情報（検知手段２４から走行距離Ｋｎ（ｍ））は、下記式により算出される。
Ｔｎ＜Ｔ１の場合：
Ｋｎ＝Ｌ１×Ｔｎ／Ｔ１
Ｔ１＜Ｔｎ＜Ｔ１＋Ｔ２の場合：
Ｋｎ＝Ｌ１＋Ｌ２×（Ｔｎ−Ｔ１）／Ｔ２
Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔｎ＜Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３の場合：
Ｋｎ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３×（Ｔｎ−Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ３
Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＜Ｔｎ＜Ｔの場合：
Ｋｎ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４×（Ｔｎ−Ｔ１−Ｔ２−Ｔ３）／Ｔ４

制御手段２８は、位置情報取得手段２６による接続部ａの位置情報に基づいて、接続部ａを含む炭素繊維糸条Ｚおよび接続部ａを含まない炭素繊維糸条Ｚが別々の巻取ボビンに巻き取られるように巻取機１８を制御する制御手段である。すなわち、制御手段２８は、位置情報取得手段２６による接続部ａの位置情報に基づき、接続部ａの前後で炭素繊維糸条Ｚを切断するように切断手段を制御し、かつ、接続部ａを含む炭素繊維糸条Ｚが製品巻取ボビン２０に巻き取られ、接続部ａを含まない炭素繊維糸条Ｚが接続部巻取ボビン２２に巻き取られるように切替機構を制御する制御手段である。

制御手段２８は、接続部ａの位置情報に基づいて巻取機１８を制御できるものであれば特に限定はない。

制御手段２８は、例えば、市販品にて構成されていてもよく、専用のハードウエア、ソフトウエアにて構成されていてもよい。また、制御手段２８には、必要に応じて、入力装置、表示装置などの周辺装置が接続されていてもよい。入力装置としては、例えば、ディスプレイタッチパネル、スイッチパネル、キーボードなどの入力デバイスが挙げられる。表示装置としては、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ、ブラウン管）、液晶表示装置などが挙げられる。

搬送ロール３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、糸条を搬送できるものであればよく、炭素繊維糸条の製造に通常用いられる搬送ロールを用いることができる。

また、供給用箱体３２ａ、３２ｂは、炭素繊維前駆体糸条Ｘを製造装置１に供給できるものであればよく、例えば、炭素繊維前駆体糸条Ｘを折り畳んで積層させて収納する箱体などを用いることができる。また、供給用箱体３２ａ、３２ｂの代わりに巻取ボビンに巻き上げた炭素繊維前駆体糸条Ｘを製造装置１に供給してもよい。

尚、本発明の炭素繊維糸条の製造装置は、図１に例示した装置には限定されない。例えば、本実施形態の製造装置１では検知手段２４が耐炎化炉１０の一次側に設けられているが、検知手段２４は巻取機１８の一次側であればいずれの位置に配置されていてもよい。検知手段２４の配置は、検知手段２４と巻取機１８との距離と接続部ａの位置情報の誤差との関係、巻取機１８の切替機構による巻取ボビンの切り替えに要する時間などを考慮して決定すればよい。また、表面処理装置１４やサイジング剤付与装置１６を備えていない製造装置であってもよい。

炭素繊維前駆体糸条Ｘは用途に応じて選択すればよく、例えば、ポリアクリロニトリルの単独重合体、あるいはポリアクリロニトリルと他の単量体との共重合体などのポリアクリロニトリル系重合体からなる炭素繊維前駆体糸条などが挙げられる。

［製造方法］
本発明の炭素繊維糸条の製造方法は、炭素繊維前駆体糸条の端部同士を接続した接続部を有する炭素繊維前駆体糸条を連続的に焼成して炭素繊維糸条を製造する方法であって、前記接続部を、接続部の厚みと非接続部の厚みとの差により検知する工程（１）と、前記炭素繊維前駆体糸条を焼成して炭素繊維糸条を得る工程（２）と、前記接続部を検知した位置から炭素繊維糸条を巻き取るまでの間で、前記接続部が存在する位置の位置情報を取得する工程（３）と、前記位置情報に基づいて、前記接続部の前後で炭素繊維糸条を切断する工程（４）と、切断により生じる前記接続部を含む炭素繊維糸条と前記接続部を含まない炭素繊維糸条とを別々に巻き取る工程（５）とを含む方法である。

以下、本発明の製造方法の実施形態の一例として、前述の製造装置１を用いて炭素繊維糸条を製造する方法について説明する。

まず、供給用箱体３２ａ、３２ｂのそれぞれに収納された炭素繊維前駆体糸条Ｘの端部同士を接続することにより接続部ａを形成させる。図１の図示例では、供給用箱体３２ｂに収納されている炭素繊維前駆体糸条Ｘの後端と、供給用箱体３２ａに収納されている炭素繊維前駆体糸条Ｘの先端とが接続されて接続部ａが形成されている。また、供給用箱体３２ａに収納されている炭素繊維前駆体糸条Ｘの後端は、次の供給用箱体（図示せず）に収納されている炭素繊維前駆体糸条Ｘの先端と接続される。このように、炭素繊維前駆体糸条Ｘの端部同士を接続していくことにより、炭素繊維前駆体糸条Ｘを連続的に製造装置１に供給して焼成を行う。

炭素繊維前駆体糸条Ｘの端部同士を接続する方法は特に限定されないが、焼成中に蓄熱などにより糸切れすることを防止する点から、炭素繊維前駆体糸条Ｘの接続部ａが耐炎化されていることが好ましい。すなわち、接続部ａが耐炎化された部位を有していることが好ましい。

炭素繊維前駆体糸条Ｘの端部同士を接続する方法としては、炭素繊維前駆体糸条Ｘの少なくとも一方の端部が耐炎化された状態で接続する方法、耐炎化処理が施された別の耐炎化繊維糸条を介して炭素繊維前駆体糸条Ｘの端部同士を接続する方法などが挙げられ、前者であることが好ましく、図２に例示したように両端部が耐炎化された炭素繊維前駆体糸条Ｘの端部同士を接続することがより好ましい。前者の方法としては、特開２０００−１４４５３４号公報、特開２００２−３０２３４１号公報などに記載の方法などが挙げられ、後者の方法としては、特開平１０−２２６９１８号公報に記載の方法などが挙げられる。

炭素繊維前駆体糸条Ｘの接続部ａの厚みＤ１と非接続部の厚みＤ２との比（Ｄ１／Ｄ２）は、Ｄ１／Ｄ２＝２．０〜６．０とすることが好ましい。比（Ｄ１／Ｄ２）を２．０以上とすることにより、接続部ａの誤検知および未検知が低減される。また、比（Ｄ１／Ｄ２）を６．０以下とすることにより、毛羽等の発生による誤検知が低減される。

炭素繊維前駆体糸条Ｘの厚みは、０．２〜０．３５ｍｍ程度とすることが好ましく、接続部ａの厚みは０．４〜２．１ｍｍとすることが好ましい。

接続部ａを有する炭素繊維前駆体糸条Ｘは、搬送ロール３０ａにより耐炎化炉１０に導入される。

工程（１）では、搬送ロール３０ａの一次側で、検知手段２４により接続部ａを検知する。検知手段２４による接続部ａの検知は、検知手段２４を接続部ａ全体が通過する時間がｔ（秒）である場合、検知手段２４において接続部ａに相当する厚みが０．２ｔ秒〜１．０ｔ秒の間で検知されたときに、接続部ａが検知手段２４を通過したとして検知することが好ましい。これにより、接続部ａの誤検知を防止しやすくなる。

工程（２）では、耐炎化炉１０で炭素繊維前駆体糸条Ｘを耐炎化処理して耐炎化繊維糸条Ｙを得て、ついで、搬送ロール３０ｃにより耐炎化繊維糸条Ｙを炭素化炉１２に導入して炭素化することにより炭素繊維糸条Ｚを得る。工程（２）においては、耐炎化炉１０および炭素化炉１２による処理中の糸条の張力を適正な張力に保つ点から、搬送ロール３０ｂと搬送ロール３０ｃの搬送速度に速度差がつけられる。

また、本実施形態では、炭素化炉１２で炭素化されて得られた炭素繊維糸条Ｚの表面を表面処理装置１４により処理し、洗浄、乾燥を行った後、サイジング剤付与装置１６により炭素繊維糸条Ｚにサイジング剤を付与して乾燥する。

工程（３）では、接続部ａを検知した位置から炭素繊維糸条を巻き取るまでの間、すなわち検知手段２４から巻取機１８までの間で、接続部ａの位置情報を取得する。接続部ａの位置情報の取得は、位置情報取得手段２６における演算により行う。

工程（４）では、接続部ａの前後で得られた炭素繊維糸条Ｚを切断する。これにより、炭素繊維糸条Ｚが、接続部ａを含む炭素繊維糸条Ｚと、接続部ａを含まない炭素繊維糸条Ｚとに分けられる。工程（４）における炭素繊維糸条Ｚの切断は、位置情報取得手段２６の演算により接続部ａが巻取機１８に到達するまでの時間を算出し、それに基づいて制御手段２８により巻取機１８の切断手段による切断を制御することにより行う。

炭素繊維糸条Ｚの切断は、接続部ａから前後に２５〜５０ｍ以上離れた場所で行うことが好ましい。接続部ａから前後に２５ｍ以上離れた場所で炭素繊維糸条Ｚを切断することにより、接続部ａおよびその周辺部の強度が低下した部分が製品に混入することを防ぐことが容易になる。また、接続部ａから前後に５０ｍ以内の場所で炭素繊維糸条Ｚを切断することにより、炭素繊維糸条Ｚの損失を低減して生産性を向上させることが容易になる。

工程（５）では、接続部ａを含まない炭素繊維糸条Ｚを製品巻取ボビン２０に巻き取り、接続部ａを含む炭素繊維糸条Ｚを接続部巻取ボビン２２に巻き取る。工程（５）における炭素繊維糸条Ｚの巻き取りは、工程（４）の切断と同様に、位置情報取得手段２６の演算により接続部ａが巻取機１８に到達するまでの時間を算出し、それに基づいて制御手段２８により巻取機１８の切替機構を制御して製品巻取ボビン２０と接続部巻取ボビン２２を切り替えることにより行う。

以下、工程（４）および工程（５）の具体的な方法を例示するがこの方法に限定されるものではない。

接続部ａを含ませずに炭素繊維糸条Ｚを製品巻取ボビン２０に巻き取り、製品巻取ボビン２０を待機位置に移動させると共に接続部巻取ボビン２２を巻取位置の手前まで移動させる。このとき、炭素繊維糸条Ｚは切断せずに繋がった状態でヤーンガイド（図示せず）のトラバース区間を変更し、炭素繊維糸条Ｚを糸把持装置（図示せず）の方へ導き把持させる。その後、ヤーンガイドは通常のトラバース区間に戻り、接続部巻取ボビン２２に炭素繊維糸条Ｚが巻き付けられ、製品巻取りボビン２０と接続部巻取ボビンの間に渡る炭素繊維糸条Ｚが切断手段により自動的に切断され、接続部巻取ボビン２２による巻取りが開始される。

ついで、接続部巻取ボビン２２に接続部ａを含む炭素繊維糸条Ｚが巻き取られている間に、満管となった製品巻取ボビン２０を巻取機１８から取り外し、新たに空の製品巻取ボビン２０を取り付ける。そして、接続部ａを含む炭素繊維糸条Ｚを所定の長さ分だけ巻き取った後に、接続部巻取ボビン２２を待機位置に移動させると共に製品巻取ボビン２０を巻取位置に移動させ、製品である接続部ａを含まない炭素繊維糸条Ｚの巻き取りを開始し、接続部巻取ボビン２２と製品巻取ボビン２０の間で炭素繊維糸条Ｚを切断手段により切断する。

以上説明したように、本発明の炭素繊維糸条の製造装置および製造方法は、炭素繊維前駆体糸条の端部同士を接続した接続部を有する炭素繊維前駆体糸条を連続的に焼成する。また、検知手段による接続部の位置情報に基づいて、得られた炭素繊維糸条を接続部の前後で切断し、接続部を含む炭素繊維糸条と接続部を含まない炭素繊維糸条とを別々に巻き取ることができる。これにより、目視確認による接続部の誤検知および未検知を防ぎ、品質に優れた炭素繊維糸条を得ることができ、また炭素繊維前駆体糸条の焼成から巻き取りまでを自動化できる。そのため、高い操業性でかつ低コストに高品質な炭素繊維糸条を製造することができる。

本発明の炭素繊維糸条の製造装置および製造方法は、高い操業性でかつ低コストに、高品質な炭素繊維糸条を得ることができるため、航空機やスポーツ用品、建築、土木、エネルギー関係の産業などの用途に用いられる炭素繊維糸条の製造装置および製造方法として好適に使用できる。

１：製造装置、１０：耐炎化炉、１２：炭素化炉、１８：巻取機、２４：検知手段、２６：位置情報取得手段、２８：制御手段

Claims (2)

1. 炭素繊維前駆体糸条の端部同士が接続された接続部を有する炭素繊維前駆体糸条を連続的に焼成して炭素繊維糸条を製造する装置であって、
   耐炎化炉と、
   炭素化炉と、
   巻取機と、
   前記接続部を、接続部の厚みと非接続部の厚みとの差により検知する検知手段と、
   前記検知手段と前記巻取機との間の前記接続部の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
   前記位置情報に基づいて、切断により生じる前記接続部を含む炭素繊維糸条が接続部巻取ボビン、前記接続部を含まない炭素繊維糸条が製品巻取ボビンに別々に巻き取られるように、前記巻取機を制御する制御手段と、
   を具備する炭素繊維糸条の製造装置。
2. 炭素繊維前駆体糸条の端部同士を接続した接続部を有する炭素繊維前駆体糸条を連続的に焼成して炭素繊維糸条を製造する方法であって、下記（１）〜（６）の工程を含む炭素繊維糸条の製造方法：
   工程（１）：炭素繊維前駆体糸条の接続部の厚みＤ１と非接続部の厚みＤ２との比（Ｄ１／Ｄ２）が２．０以上６．０以下となるように前記炭素繊維前駆体糸条の端部同士を接続する工程；
   工程（２）：前記接続部を、接続部の厚みＤ１と非接続部の厚みＤ２との比（Ｄ１／Ｄ２）が２．０以上６．０以下の範囲で検知する工程；
   工程（３）：前記炭素繊維前駆体糸条を焼成して炭素繊維糸条を得る工程；
   工程（４）：前記接続部を検知した位置から炭素繊維糸条を巻き取るまでの間で、前記接続部が存在する位置の位置情報を取得する工程；
   工程（５）：前記位置情報に基づいて、前記接続部の前後で炭素繊維糸条を切断する工程；
   工程（６）：切断により生じる前記接続部を含む炭素繊維糸条を接続部巻取ボビン、前記接続部を含まない炭素繊維糸条を製品巻取ボビンに別々に巻き取る工程。

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