JP5103257B2 - 炭素繊維製造設備 - Google Patents
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炭素繊維を製造する製造設備としては、前駆体繊維束に耐炎化処理および炭素化処理を施す炭素繊維製造装置と、該炭素繊維製造装置に前駆体繊維束を供給する供給領域とからなる設備が用いられている。供給領域には、炭素繊維製造装置に供給される前駆体繊維束を収納する供給箱と、該供給箱に収納された前駆体繊維束の終端に始端が接続される前駆体繊維束を収納する待機箱とがそれぞれ複数配置されている。これにより、供給箱と待機箱の前駆体繊維束の端部同士を接続していきながら連続的に前駆体繊維束を炭素繊維製造装置に供給して焼成する。
供給領域5では、このように作業動線を確保しつつ、供給領域を省スペース化するために、箱組114a、114bをx軸方向に連続して配置させて箱列116a、116bを形成させている。
そのため、前駆体繊維束Fの接続作業などに要する作業動線を確保しつつ、供給領域を省スペース化すること、および作業動線を短くするなど連続生産性を向上させることが望まれている。
また、前記供給領域に、前記供給箱から前記炭素繊維前駆体繊維束を前記進行方向に対して直角方向に送り出した後、該炭素繊維前駆体繊維束を前記進行方向に方向転換する機構が設けられていることが好ましい。
また、前記供給領域に、複数群の箱群が、前記供給箱および前記待機箱が前記進行方向に沿って一直線上に並ぶように配置され、さらに、前記進行方向に沿って一直線上に並んだ前記供給箱および前記待機箱を、前記進行方向に沿ってそれぞれ移動させる複数のベルトコンベアが設けられていることが好ましい。
図1は、本発明の炭素繊維製造設備の実施形態の一例を示した概略構成図である。
本実施形態の炭素繊維製造設備1は、炭素繊維を製造する設備であって、図1に示すように、炭素繊維前駆体繊維束F(以下、前駆体繊維束Fという。)を焼成して炭素繊維を製造する炭素繊維製造装置6(以下、製造装置6という。)と、製造装置6に前駆体繊維束Fを供給する供給領域2とを備えた設備である。本実施形態では、図1に示すように、供給領域2から製造装置6へと供給される前駆体繊維束Fの進行方向をx軸方向、供給領域2の鉛直方向をz軸方向、x−z平面に直行する方向をy軸方向とする。
本実施形態の供給領域2は、図2に示すように、供給箱10aおよび待機箱12aが一対となって隣接された箱組14aが、供給箱10aおよび待機箱12aが隣接された方向に沿って、供給箱10aおよび待機箱12aが交互になるように並べられた第1の箱列16a(以下、箱列16aという。)と、箱列16aに隣接し、かつ箱列16aの供給箱10aおよび待機箱12aに隣接する箱が箱列16aと同種の箱となるように、供給箱10bおよび待機箱12bが一対となって隣接された箱組14bが並べられた第2の箱列16b(以下、箱列16bという。)とからなる箱群18が、箱列16a、16bの長手方向が供給領域2から製造装置6に向かう前駆体繊維束Fの進行方向(すなわち、x軸方向。以下、単にx軸方向という。)に対して垂直方向(すなわち、y軸方向。以下、単にy軸方向という。)となるように、かつ隣り合う箱群18がx軸方向に間隔を開けて、複数群配置されている。
また、供給領域2には、x軸方向に一直線上に並んだ供給箱10a、10bおよび待機箱12a、12bをx軸方向に沿ってそれぞれ移動させるベルトコンベア20a、20bが設けられている。
また、図3〜5に示すように、各箱組14a、14bには、前駆体繊維Fを供給領域2から製造装置6へと送り出すガイドローラ22、24が設置されている。
供給箱10a、10bおよび待機箱12a、12bは、前駆体繊維束Fを収納できる箱であれば特に制限はなく、炭素繊維の製造に通常用いられる箱が使用できる。供給箱10a、10bおよび待機箱12a、12bは、同じ箱が用いられる。
また、箱列16bは、箱列16aと同様に、供給箱10bおよび待機箱12bが一対となって隣接された箱組14b(図2では2組)が、供給箱10bと待機箱12bが交互になるように並べられることにより形成されている。
箱列16aにおける待機箱12aの数は、供給箱10aと同数である。また、箱列16bにおける供給箱10bおよび待機箱12bの数は、箱列16aにおける供給箱10aおよび待機箱12bと同数である。
箱群18は、箱列16a、16bの長手方向がy軸方向に沿うように配置されている。
x軸方向に隣り合う箱群18の間隔は、供給箱10a、10bおよび待機箱12a、12bのx軸方向の幅d以上であることが好ましい。ただし、前記幅dとは、供給箱10a、10b(あるいは待機箱12a、12b)における、供給箱と待機箱を隣接させた方向に対して直角方向の長さである(図4)。
箱群18のx軸方向の間隔を幅d以上とすることにより、炭素繊維製造中に供給領域2内のいずれかの供給箱もしくは待機箱で糸切れなどの問題が生じた場合に、その箱のみを取り出すことが容易になる。
箱群18のy軸方向の数は、省スペース化、ならびに供給箱および待機箱の取替え作業の容易性の点から、2〜4であることが好ましい。
ベルトコンベア20aは、x軸方向に一直線上に並んだ供給箱10aおよび供給箱10bをx軸方向に沿って移動させることができる。また、ベルトコンベア20bは、x軸方向に一直線上に並んだ待機箱12aおよび待機箱12bをx軸方向に沿って移動させることができる。これにより、供給箱が空になった際、一直線上に並んだそれら空の供給箱を一度に搬出し、ついで前駆体繊維束Fが収納された待機箱を一度に搬入することを自動化できる。
ガイドローラ22は、供給箱10aおよび待機箱12a(供給箱10bおよび待機箱12bも同様。)の両方から撚れを起こさずに前駆体繊維束Fを引き上げやすくなる点から、供給箱10aと待機箱12aとの中間点の上部に設置されることが好ましい(図3)。
また、撚れを起こさずに前駆体繊維束Fを引き上げることが容易になる点から、前駆体繊維束Fを、その折り畳み方向が供給箱と待機箱とが隣接されている方向(y軸方向)に沿うように供給箱および待機箱に収納しておき、その方向(y軸方向)に沿って送り出すことが好ましい。
このように、前駆体繊維束Fをy軸方向に送り出した後、該前駆体繊維束Fの進行方向をx軸方向に方向転換する機構を設けることにより、供給する際に前駆体繊維束Fに撚れが生じることを抑制しやすくなる。また、前記機構は、前駆体繊維束Fをy軸方向に送り出した後にx軸方向に方向転換できるものであれば特に限定はない。
例えば、図6(a)、(b)に示すように、同数(箱数80個)の供給箱および待機箱(同じ箱であり、配置に要する領域の面積をSとする。)が、供給領域2もしくは供給領域5(図9〜11に例示)のように配列され、かつ箱1つ分の作業空間を設けて作業動線を確保した場合を考える。供給領域2および供給領域5は共に、供給箱と待機箱の一対となって隣接された箱組がy軸方向に沿って4組配列され、さらにそれらがx軸方向に沿って配列された形態である。
同様に、供給領域5(図6(b))では、各箱群118のy軸方向の両側に箱1つ分の作業空間を設けている。これにより作業動線が確保されており、全ての箱組114a、114bにおいて、前駆体繊維束Fの接続作業や、糸切れなどの問題が生じた箱体のみを供給領域5外に取り出す作業などが行える。
このように、同数の箱体を配置する場合、供給領域2の面積SAは供給領域5の面積SBよりも小さくなる。以上のように、本発明の供給領域2は、同数の箱体を使用する従来の供給領域に比べて省スペース化されている。
炭素繊維製造装置6は、図1に示すように、前駆体繊維束Fを耐炎化して耐炎化繊維束を得る耐炎化炉30と、耐炎化繊維束を炭素化処理して炭素繊維を得る炭素化炉32と、炭素繊維に表面処理を施す表面処理装置34と、炭素繊維にサイジング剤を付与するサイジング剤付与装置36と、炭素繊維を巻き取る巻取機38とを備えている。
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。
以下、図1に例示した炭素繊維製造設備1による炭素繊維の製造について説明する。まず、供給領域2において、各箱組14aで供給箱10aの前駆体繊維束Fの終端と待機箱12aの始端とを接続して接続部aを形成する(供給箱10bおよび待機箱12bについても同様。以下、同じ。)。ついで、ガイドローラ22、24により各供給箱10aから前駆体繊維束Fが製造装置6へと供給されていく。
各供給箱10aの前駆体繊維束Fが供給され終わると、続いて待機箱12aが供給箱(供給箱10Aとする。)となり前駆体繊維束Fが連続的に供給されていく。空になった供給箱10aはベルトコンベア20aにより供給領域2外へと搬出し、ついで次の待機箱(待機箱12Aとする。)を搬入する。そして、供給箱10Aの前駆体繊維束Fの終端と待機箱12Aの始端とを接続して接続部aを形成する。
さらに、供給箱10A(待機箱12aであったもの)の前駆体繊維束Fが全て供給されると、待機箱12Aが供給箱(供給箱10Bとする。)となる。空になった供給箱10Aはベルトコンベア20bにより搬出し、ついで次の待機箱(待機箱12Bとする。)を搬入する。ついで、供給箱10Bの前駆体繊維束Fの終端と待機箱12Bの始端とを接続して接続部aを形成する。これを繰り返すことにより、前駆体繊維束Fを連続的に製造装置6に供給する。
さらに、得られた耐炎化繊維束は、炭素化炉32により炭素化処理されて炭素繊維となる。炭素化処理は、300〜2000℃で行うことが好ましい。
ついで、本実施形態では、炭素化炉32で得られた炭素繊維を表面処理装置34により表面処理し、洗浄、乾燥を行った後、サイジング剤付与装置36によりサイジング剤を付与して乾燥する。
ついで、得られた炭素繊維を巻取機38により巻き取る。
以上のようにして炭素繊維が製造される。
一方、本発明の炭素繊維製造設備では、供給領域に、多数の供給箱および待機箱を、同種の箱が一直線上に並ぶように並べることができる。そのため、それらの搬入および搬出をベルトコンベアで自動化することができることから、炭素繊維の連続生産性に優れる。
Claims (4)
- 炭素繊維前駆体繊維束を焼成して炭素繊維を製造する炭素繊維製造装置と、前記炭素繊維製造装置に前記炭素繊維前駆体繊維束を供給する供給領域とを備えた炭素繊維の製造設備であって、
前記供給領域に、前記炭素繊維製造装置に供給される炭素繊維前駆体繊維束を収納する供給箱、および該供給箱に収納された炭素繊維前駆体繊維束の終端に始端が接続される炭素繊維前駆体繊維束を収納する待機箱が隣接された箱組が、それら供給箱と待機箱の隣接させた方向に沿って複数並べられた第1の箱列と、該第1の箱列に隣接し、かつ第1の箱列の供給箱および待機箱に隣接する箱が第1の箱列と同種の箱となるように供給箱および待機箱が並べられた第2の箱列とからなる箱群が、前記箱列の長手方向が供給領域から炭素繊維製造装置に向かう炭素繊維前駆体繊維束の進行方向に対して垂直方向となるように、かつ隣り合う箱群が前記進行方向に間隔を開けて、複数群配置されていることを特徴とする炭素繊維製造設備。 - 前記進行方向に隣り合う箱群の間隔が前記供給箱および前記待機箱の幅以上である、請求項1に記載の炭素繊維製造設備。
- 前記供給領域に、前記供給箱から前記炭素繊維前駆体繊維束を前記進行方向に対して直角方向に送り出した後、該炭素繊維前駆体繊維束を前記進行方向に方向転換する機構が設けられている、請求項1または2に記載の炭素繊維製造設備。
- 前記供給領域に、複数群の箱群が、前記供給箱および前記待機箱が前記進行方向に沿って一直線上に並ぶように配置され、
さらに、前記進行方向に沿って一直線上に並んだ前記供給箱および前記待機箱を、前記進行方向に沿ってそれぞれ移動させる複数のベルトコンベアが設けられている、請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維製造設備。
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