JP5135610B2

JP5135610B2 - 開繊装置及び方法

Info

Publication number: JP5135610B2
Application number: JP2008166523A
Authority: JP
Inventors: 和正川邊; 憲志郎小泉
Original assignee: Fukui Prefecture
Current assignee: Fukui Prefecture
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: JP2010007197A

Description

本発明は、給糸体から引き出された複数の繊維束を開繊する開繊装置及び方法に関する。

炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維といった強化繊維とエポキシ樹脂等のマトリックス樹脂を組み合せた繊維強化複合材料の開発が進められているが、こうした強化繊維は一方向に引き揃えた薄い繊維シートを多方向に積層して用いることで高強度の複合材料を得ることができる。

そのため、強化繊維を所定本数束ねた繊維束を一方向に引き揃えてシート状に開繊する技術が開発されている。例えば、特許文献１では、複数の給糸体からそれぞれ繊維束を引き出して供給し、供給された繊維束を気流内に走行させて気流の作用により繊維束を撓ませながら幅方向に開繊させるようにした開繊装置が記載されている。

また、強化繊維を複数本束ねた繊維束を取り扱う場合、繊維束が折れ曲ったり捩れないように取り扱う必要がある。そのため、例えば、特許文献２では、複数の凹状に湾曲形成された案内面を用いて繊維束を走行させるようにしている。
特開２００７−５１８８９０号公報特開２００７−１１２６０７号公報

上述した特許文献１に記載された開繊装置では、複数の繊維束を並列して走行させながら同時に開繊することで均一で薄く幅広の繊維シートを得ることができる。しかしながら、給糸体から引き出された各繊維束の状態は、幅が異なっていたり、繊維の重なり具合が不均一になっていることが多く、同じ状態とはなっておらず、同じ繊維束でも幅が変化したり、繊維の重なりが変化する。そのため、異なった状態の繊維束を同時に開繊していくと繊維シートに不均一な部分が生じるようになる。

そこで、本発明は、複数の繊維束を予め同じ状態にして開繊することで均一な繊維シートに安定して開繊できる開繊装置及び方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る開繊装置は、複数の給糸体からそれぞれ繊維束を引き出して供給する繊維束供給部と、供給された複数の繊維束が所定の走行方向に沿って走行するようにガイドする走行ガイド部と、所定の走行方向にガイドされた複数の繊維束を開繊して一方向に引き揃える開繊処理部とを備え、前記走行ガイド部は、複数の繊維束をそれぞれガイド面に沿って走行させる複数のガイド部材が配列されており、各ガイド部材のガイド面は、樋状に湾曲形成されているとともに前記走行方向に同じ長さで全長にわたって同じ幅に設定されていることを特徴とする。さらに、前記ガイド部材は、前記走行方向と直交する方向に等間隔で配列されていることを特徴とする。さらに、すべての前記ガイド部材のガイド面の開繊の起点となる前記開繊処理部側の端部は、前記開繊処理部から同じ距離だけ離間させて位置決めされていることを特徴とする。さらに、前記ガイド部材は、前記走行方向及び／又は前記走行方向と直交する方向に位置調整可能に設けられていることを特徴とする。

本発明に係る開繊方法は、複数の給糸体からそれぞれ繊維束を引き出して供給し、樋状に湾曲形成されているとともに同じ長さで全長にわたって同じ幅に設定された複数のガイド面に繊維束をそれぞれ収容して所定の走行方向に走行させて各繊維束の幅を揃え、幅を揃えた各繊維束を同じ距離だけ走行させて開繊し一方向に引き揃えることを特徴とする。

本発明は、上記のような構成を備えることで、走行ガイド部に、複数の繊維束をそれぞれガイド面に沿って走行させる複数のガイド部材を配列し、各ガイド部材のガイド面を樋状に湾曲形成するとともに走行方向に同じ長さで全長にわたって同じ幅に設定しているので、異なった状態の繊維束がガイド面を走行する間に幅を揃えることができ、幅の揃った繊維束を開繊することで均一で幅広の繊維シートに仕上げることが可能となる。

すなわち、各ガイド部材のガイド面が樋状に湾曲形成されているので、繊維束がガイド面に接触しながら走行する間にガイド面の湾曲形状に対応した幅に均されていくようになる。そのため、繊維束の幅が変化している場合でもガイド面を走行する間に一定の幅となり、走行ガイド部から開繊処理部に繊維束が送入される場合に繊維束の状態を常時一定の状態に設定することができる。

また、各繊維束をガイドする各ガイド面の長さが同じで全長にわたって同じ幅に設定しているので、各繊維束は常時同じ状態に設定されて開繊処理部に送入されるようになり、そのため各繊維束を同じように開繊して常時均一で幅広の繊維シートを得ることができる。

そして、ガイド部材を走行方向と直交する方向に等間隔で配列すれば、各繊維束を等間隔に配列した状態で開繊処理部に送入することができ、各繊維束を同じ幅に拡がるように開繊することが可能となる。また、ガイド部材のガイド面の開繊処理部側の端部が開繊処理部から同じ距離だけ離間させて位置決めしておけば、開繊処理部で開繊する場合の起点となるガイド面の開繊処理部側の端部が各繊維束で揃うようになり、各繊維束を同じ状態で開繊することができるようになる。

また、ガイド部材を走行方向及び／又は走行方向と直交する方向に位置調整可能に設けるようにすれば、開繊する繊維束の特性に合せてガイド部材の位置調整を行い、最適の状態で繊維束を開繊することができるようになる。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る実施形態について側方からみた機構説明図であり、図２は、上方からみた機構説明図である。開繊装置は、繊維束Ｔが多層に巻き付けられたボビン形式の給糸体１０から繊維束Ｔを引き出して供給する繊維束供給部１、引き出された繊維束Ｔを所定の走行方向に沿って走行するようにガイドする走行ガイド部２、及び、所定の走行方向にガイドされた繊維束を走行させながら開繊して一方向に引き揃える開繊処理部３を備えている。

開繊に用いる繊維束としては、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束、セラミックス繊維束などの高強度繊維から成る強化繊維束、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性の合成繊維を引き揃えた熱可塑性樹脂繊維束といったものが挙げられる。

繊維束供給部１は、給糸体１０を給糸モータ１１により回転させながら繊維束Ｔを繰り出す。そして、繰り出された繊維束Ｔは、湾曲ロール１２にガイドされてテンションロール１４に巻き付けられて支持ロール１３に支持される。テンションロール１４は、湾曲ロール１２と支持ロール１３との間に配置されて上下動可能に設けられており、繊維束Ｔの張力に応じてテンションロール１４が上下動することで繊維束Ｔの張力を安定させるようになっている。テンションロール１４の可動範囲の上限位置及び下限位置には一対の位置検知センサ１５ａ及び１５ｂが設けられており、テンションロール１４が上限位置又は下限位置に到達したことを検知するようになっている。

給糸体１０から繰り出された繊維束Ｔが走行すると、それに伴いテンションロール１４が上昇するようになる。そして、テンションロール１４が上限位置に到達すると位置検知センサ１５ｂが検知信号を出力する。位置検知センサ１５ｂの検知信号は図示せぬ制御回路に送信され、制御回路は給糸モータ１１の回転速度を速くして繊維束Ｔの繰り出し量を多くする。繊維束Ｔの繰り出し量が多くなると、テンションロール１４が下降するようになる。逆に、繊維束Ｔの繰り出し量が多くなり、テンションロール１４が下限位置まで下降すると、位置検知センサ１５ａが検知信号を出力するようになる。そのため、制御回路は給糸モータ１１の回転速度を遅くして繊維束Ｔの繰り出し量を少なくする。こうして、繊維束Ｔの張力を安定させた走行が行われるようになる。

繊維束Ｔは、支持ロール１３を介してニップロール１６及び支持ロール１７の間に挟持された後支持ロール１８を介して走行ガイド部２に送出される。ニップロール１６にはワンウェイクラッチ１６ａが取り付けられており、繊維束Ｔを走行ガイド部２の方に搬送する方向にのみニップロール１６が回転するようになっている。したがって、繊維束Ｔがテンションロール１４の方に引き戻されるように逆送することは防止される。

走行ガイド部２は、繊維束Ｔの走行方向に所定の間隔を空けて配列された一対の整列ロール２０及び２１を備えており、複数の給糸体１０から引き出された繊維束Ｔは、整列ロール２０及び２１に張架され、所定の走行方向に並列するように整列される。整列ロール２０及び２１の間には、棒状のガイド部材２２が繊維束Ｔに対応して複数配列されている。ガイド部材２２は、取付板２３に取り付けられており、取付板２３は支持台２４に支持されている。

図３は、走行ガイド部２に関する上面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。取付板２３は、両側端に走行方向に沿って一対の位置調整孔２３ａが穿設されており、位置調整孔２３ａ内には、挿通して支持台に螺着される位置決めネジ２５が設けられている。位置決めネジ２５を緩めることで取付板２３が走行方向に移動して位置調整が可能となり、所定位置に設定する場合には、位置決めネジ２５を締め付けて取付板２３を支持台２４に固定する。

ガイド部材２２は、すべて同じ長さで全長にわたって同じ幅のガイド面２２ａが樋状に湾曲形成されている。ガイド部材２２は、その長手方向が繊維束Ｔの走行方向に沿うように取付板２３に取り付けられており、その端部は走行方向と直交する直線に沿って揃えるように配置されている。取付板２３には走行方向と直交する方向に所定の間隔を空けて一対の間隔調整孔２３ｂが穿設されている。ガイド部材２２の下面には、間隔調整孔２３ｂに挿通して一対の位置決めネジ２６が螺着されている。位置決めネジ２６を緩めることで各ガイド部材２２が走行方向と直交する方向に移動可能となり、繊維束Ｔをガイド面２２ａに収容するようにガイド部材２２の間隔を調整して位置決めネジ２６を締め付けて取付板２３に固定する。

走行ガイド部２は、以上のように構成されているので、図５に示すように、繊維束Ｔの走行方向Ｘに移動させて位置調整することができるとともに走行方向Ｘと直交する方向Ｙに移動させて間隔調整をすることができる。また、位置決めネジ２６の着脱により装着するガイド部材２２の数を変更することも容易に行える。

図６は、ガイド部材２２に関する上面図（図６（ａ））、長手方向のＢ−Ｂ断面図（図６（ｂ））及び短手方向のＣ−Ｃ断面図（図６（ｃ））である。ガイド部材２２は、長手方向に沿って中央部分に樋状のガイド面２２ａが形成されている。ガイド面２２ａは、その幅ｄが全長にわたって同じ幅に設定され、図６（ｃ）に示すように、断面形状が半円弧状に湾曲形成されており、図６（ｂ）に示すように、中央部分がわずかに高く両端部に向かって下方に傾斜するように形成されている。

ガイド面２２ａがこのように湾曲形成されているので、図７（ａ）に示すように、繊維束Ｔがガイド面２２ａに収容されて走行する場合に繊維束Ｔ全体がガイド面２２ａに密着した状態となる。そして、繊維束Ｔがガイド面２２ａに密着した状態で走行していくと、図７（ｂ）に示すように、繊維束Ｔが湾曲状態でガイド面２２ａに摺動するようになり、繊維束Ｔは摺動していくに従い繊維が引き揃えられて所定の幅に落ち着いた状態になる。また、繊維の分布にムラがある場合でも引き揃えられていくうちに均一な分布状態に整えられる。

こうして、供給される繊維束Ｔの幅が変化している場合でもガイド面２２ａに密着させて摺動させることで所定の幅で繊維が引き揃えられた一定の状態に整えることができる。また、各繊維束Ｔに対して同じガイド部材を用いて走行させることで、すべての繊維束Ｔを同じ幅で繊維が引き揃えられた状態にすることができる。

また、走行ガイド部２の上方には加熱装置２７が配設されており、走行ガイド部２を走行する繊維束Ｔに対して常時熱風を吹き付けるようになっている。こうして加熱された繊維束Ｔは繊維が引き揃えやすくなり、繊維束Ｔを一定の状態に整えやすくなる。

ガイド部材２２のガイド面２２ａの断面形状は、図６（ｃ）に示すような半円弧状以外にも半楕円形状でもよく、繊維束Ｔの特性に合せて形状を設定すればよい。また、図８に示すように、湾曲形状に形成されたガイド面の両側部を切り立った平面２２ｂに形成して繊維束Ｔの幅がさらに揃いやすくなるようにしてもよい。

開繊処理部３は、走行方向に沿って３つの風洞管３０ａ、３０ｂ及び３０ｃが配列されており、各風洞管には流量調整バルブ３２ａ〜３２ｃを介して吸気ポンプ３１ａ〜３１ｃが接続されている。各風洞管の開口部は、図２に示すように、走行ガイド部２から送出された繊維束Ｔの下方に近接して設置されており、常時開口部から吸気することで繊維束Ｔに対して下降気流を作用させるようになっている。各風洞管の開口部の間にはそれぞれ支持ロール３３が設けられており、繊維束Ｔは下降気流により支持ロール３３の間で撓むようになる。繊維束Ｔが撓んだ状態で下降気流が繊維の間を通過することで繊維束Ｔは次第に開繊されて拡幅されていく。

開繊処理部３の下流側には振動付与機構４が設置されており、開繊されてシート状に形成された繊維に対して一対の支持ロール４０の間で押圧ロール４１により振動を付与するようになっている。押圧ロール４１は昇降ロッド４２の下端に取り付けられており、昇降ロッド４２をクランクモータ４３により上下動させることで、押圧ロール４１が下降して繊維を支持ロール４０の間で下方に押し込んで屈曲した状態にするとともに上昇して屈曲状態を解除することを繰り返し行って、開繊された繊維シートに対して振動を付与する。

繊維シートに対してこうした振動を付与することで、風洞管の開口部で撓んだ状態になる繊維束Ｔの張力が変動するようになり、開繊効率を高めることができる。

こうして開繊された繊維シートＳは引き取りロール５０及び従動ロール５１に挟持されて引き込まれていき、図示せぬ巻取りロールに巻き取られていく。引き取りロール５０は、引き取りモータ５２により回転駆動されており、引き取りモータ５２の回転速度を調整することで繊維束Ｔの走行速度を調整することができる。

ガイド部材２２のガイド面２２ａの開繊処理部側端部は、開繊処理部３の風洞管の上流側端部までの距離がすべてのガイド部材２２で同じ距離に設定されている。そのため、開繊の起点となるガイド面２２ａの開繊処理部側端部が各繊維束Ｔにおいて同じ位置に設定され、各ガイド面２２ａにより所定の幅で同じ状態に整えられた各繊維束Ｔが同じ位置から開繊されるようになる。したがって、ガイド部材２２を開繊状態に対応して等間隔に設定しておけば、全体が均一に引き揃えられて開繊された繊維シートを得ることができる。

本発明に係る実施形態を側方からみた機構説明図である。本発明に係る実施形態を上方からみた機構説明図である。走行ガイド部に関する上面図である。図３のＡ−Ａ断面図である。ガイド部材の移動に関する説明図である。ガイド部材に関する上面図、長手方向のＢ−Ｂ断面図及び短手方向のＣ−Ｃ断面図である。ガイド面に収容された繊維束に関する説明図である。カイド面の変形例に関する断面図である。

符号の説明

Ｓ繊維シート
Ｔ繊維束
１繊維束供給部
10 給糸体
２走行ガイド部
20 整列ローラ
21 整列ローラ
22 ガイド部材
３開繊処理部
４振動付与機構
50 引き取りロール

Claims

複数の給糸体からそれぞれ繊維束を引き出して供給する繊維束供給部と、供給された複数の繊維束が所定の走行方向に沿って走行するようにガイドする走行ガイド部と、所定の走行方向にガイドされた複数の繊維束を開繊して一方向に引き揃える開繊処理部とを備え、前記走行ガイド部は、複数の繊維束をそれぞれガイド面に沿って走行させる複数のガイド部材が配列されており、各ガイド部材のガイド面は、樋状に湾曲形成されているとともに前記走行方向に同じ長さで全長にわたって同じ幅に設定されていることを特徴とする開繊装置。
前記ガイド部材は、前記走行方向と直交する方向に等間隔で配列されていることを特徴とする請求項１に記載の開繊装置。
すべての前記ガイド部材のガイド面の開繊の起点となる前記開繊処理部側の端部は、前記開繊処理部から同じ距離だけ離間させて位置決めされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の開繊装置。
前記ガイド部材は、前記走行方向及び／又は前記走行方向と直交する方向に位置調整可能に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の開繊装置。
複数の給糸体からそれぞれ繊維束を引き出して供給し、樋状に湾曲形成されているとともに同じ長さで全長にわたって同じ幅に設定された複数のガイド面に繊維束をそれぞれ収容して所定の走行方向に走行させて各繊維束の幅を揃え、幅を揃えた各繊維束を同じ距離だけ走行させて開繊し一方向に引き揃えることを特徴とする開繊方法。