JP7369332B2 - 繊維巻取装置 - Google Patents

Description

本発明は、繊維巻取装置に関する。

従来、下記特許文献１をはじめとして、ガラス繊維などの繊維を巻き取る装置が開発されている。たとえば、従来の繊維巻取装置は複数本のフィラメント（単繊維）を集束してストランドを形成する。ストランドはコレットに巻取られ、ストランドでケーキが形成される。生産効率を上げるために、コレットにおけるストランドの巻取り部の長さを長くし、１本のコレットに複数個のケーキが形成される。

特開２０１５－１３７２２２号公報

巻取り部が回転したときに巻取り部が振動する。巻取り部の長さが長くなれば振動が大きくなる。特に巻取り部が特定の回転数になったときに振動が共振し、振動が増大される。振動が共振するときの回転数がストランドを巻き取るときの回転数に含まれれば、その回転数の時にストランドが巻き取れないおそれがある。利用する回転数に応じてコレットを取り換えたり、繊維巻取装置ごとにコレットを入れ替えたりされているが、非常に手間であり、生産効率が落ちる。

そこで本発明の目的は、振動を低減することでストランド巻取りの回転域を制限しない繊維巻取装置を提供することにある。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る繊維巻取装置は、以下に述べるような構成を有する。

本発明の繊維巻取装置は、モータと、前記モータの回転軸が取り付けられ、該回転軸の回転によって回転し、ストランドが巻き取られる巻取り部と、前記回転軸を回転可能に保持する保持部と、前記モータ、保持部またはその両方に対して荷重を付加する荷重部とを備える。

本発明によれば、モータ、コレットの保持部またはその両方に対して荷重を付加することで、共振して振動が大きくなる回転域が変化するが、共振した場合の振動そのものを低減するので、ストランドを巻き取るときの回転数にピークが含まれていても巻き取ることができることを発見した。巻取り部にストランドを巻き取るときの回転数よりも振動が生じるときの回転数を高くすることで、小さな振動のときに巻取り部にストランドを巻き取ることができる。

繊維巻取装置の全体構成を示す図である。 ４本のストランドを形成して４つのケーキを形成する図である。 押出装置によってストランドを移動させた図である。 コレットの構成を示す図である。 保持部の断面を拡大した図である。 巻取り部の回転数とコレットの振幅の関係を示すグラフである。 動力装置を用いたコレットの構成を示す図である。 ネジによって荷重を加えるコレットの構成を示す図である。

本発明の繊維巻取装置について図面を参照して説明する。複数の実施形態を説明するが、異なる実施形態であっても同じ手段には同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

[実施形態１]
図１に示す本願の繊維巻取装置１０は、複数本のフィラメント１２を集束させてストランド１６を形成するギャザリングシュー１４、ストランド１６に所定の張力を与えるガイド１８、ストランド１６の位置を変えるトラバース装置２０、ストランド１６を巻き取るコレット２２、そのコレット２２が取り付けられたタレット盤２４を備える。

フィラメント１２は単繊維であり、たとえばガラス繊維、バサルト繊維、天然繊維、合成繊維、カーボン等無機繊維などである。ギャザリングシュー１４は溝を備えたローラである（図２）。複数本のフィラメント１２が１つの溝で集束される。複数本のフィラメント１２が集束されることでストランド１６が形成される。１本の回転軸２６に複数のローラが備えられてもよいし、幅広のローラに複数の溝が備えられてもよい。複数の溝があることで、同時に複数のストランド１６が形成できる。

ガイド１８はギャザリングシュー１４とコレット２２の間に配置されている。ストランド１６がガイド１８に接し、ストランド１６に張力を与えている。ガイド１８は溝を備えたローラまたは櫛歯状の板体である。図２に示すガイド１８は溝を備えたローラであり、そのガイド１８はストランド１６の本数に合わせて備えられる。図２では全てのガイド１８が１本の回転軸２８に取り付けられている。全てのガイド１８が同時に回転する。なお、各ガイド１８が独立して設けられ、ガイド１８ごとに独立して回転してもよい。

ガイド１８とコレット２２の間にトラバース装置２０が備えられる。トラバース装置２０は回転軸３０およびトラバース３２を備える。トラバース３２は曲線状の線状体である。トラバース３２が回転軸３０に取り付けられている。ストランド１６がトラバース３２に押し当てられており、回転軸３０が回転することで、ストランド１６がトラバース３２の形状に沿って移動する。ストランド１６がコレット２２の回転軸方向に往復する。ストランド１６がコレット２２に巻き付けられるときに、ストランド１６がコレット２２の回転軸方向に往復しながら巻き付けられ、ストランド１６がひとまとまりになったケーキ３４が形成される。１つのコレット２２に形成されるケーキ３４の数は限定されず、図２に示すように４つのケーキ３４が形成されてもよい。コレット２２の詳細な構成については後述する。

図１に示すように、２つの巻取り部がタレット盤２４に備えられており、その巻取り部の中にコレット２２が含まれる。２つのコレット２２はタレット盤２４の中心に対して対称な位置に配置されている。一方のコレット２２の位置がストランド１６の巻き取り位置であり、他方のコレット２２の位置がケーキ３４の取り出し位置である。２つのコレット２２の間に仕切り板３６が備えられている。巻き取り位置にあるコレット２２がモータによって回転される。一方のコレット２２にケーキ３４が形成されると、タレット盤２４が回転してコレット２２の位置が入れ替えられ、次に他方のコレット２２が回転される。

ケーキ３４の取り出し位置にあるコレット２２からケーキ３４を取り出すために、受け部材３８とその受け部材３８を移動させる移動装置４０を備える。受け部材３８はケーキ３４を下方から支持する。移動装置４０はサーボモータ、ボールネジまたはエアシリンダなどを備える。移動装置４０は、受け部材３８をコレット２２の回転軸方向に移動させる。受け部材３８がケーキ３４を支え、ケーキ３４をコレット２２の第１端部５８に向けて移動させる。コレット２２からケーキ３４を取り外すことができる。また、ドッファ装置を用いてケーキ３４を取り出してもよい。さらに、手作業でケーキ３４をコレット２２から取り外す場合、受け部材３８と移動装置４０は省略されてもよい。

繊維巻取装置１０はガイド１８とコレット２２の間を走行するストランド１６の位置を移動させる押出装置４２を備える。押出装置４２はストランド１６を押す押出バー４４とその押出バー４４を前後させるエアシリンダを備える。エアシリンダのピストンロッド４６に押出バー４４が取り付けられている。コレット２２にケーキ３４が完成してタレット盤２４が回転する前に、押出バー４４が前進されて、ストランド１６がケーキ３４の外側に押し出される（図３）。ストランド１６がケーキ３４に巻きつかず、コレット２２の第１端部５８の近傍の溝６６に巻きつく。タレット盤２４が回転すると一方のコレット２２の第１端部５８の近傍から他方のコレット２２の第１端部５８の近傍の溝６６にストランド１６が巻きかえられる。その後、押出バー４４が元の位置に戻されることで、他方のコレット２２にストランド１６が巻き取られる。

繊維巻取装置１０は水などの液体を噴出するスプレー装置４８を備える。タレット盤２４が回転すると一方のコレット２２から他方のコレット２２にストランド１６が巻きかえられる。その際、一方のコレット２２は回転を停止し、他方のコレット２２が回転を始めることで、ストランド１６が引っ張られ、コレット２２の回転差などで乗り移り、巻き付く際のストランド１６の折れ曲がりにより切断される。ストランド１６が切断されるときに微細になったフィラメント１２が飛び散るおそれがある。スプレー装置４８でストランド１６に液体を吹き付けることで、フィラメント１２の飛び散りを防止する。なお、スプレー装置４８は必要に応じて設けられる。

図４に示すように、本願の繊維巻取装置１０はストランド１６が巻き取られる巻取り部５２がタレット盤２４に取り付けられている。巻取り部５２はコレット２２を含む。さらに、コレットを回転させるためのモータ５０、そのモータ５０の回転軸を回転可能に保持する保持部５４、および荷重部５６を備える。

巻取り部５２は第１端部５８および第２端部６０を有する軸部材６２、その軸部材６２の外周に配置された複数の長板６４、第１端部５８の近傍に設けられた溝６６を備える。軸部材６２にモータ５０の回転軸６８が取り付けられている（図５）。巻取り部５２はモータ５０の動力で回転する。軸部材６２は円筒状または円柱状であり、その外周を一周するように複数の長板６４が取り付けられている。長板６４は動力装置によって軸部材６２を中心に放射状に移動する。ストランド１６を巻き取るときに長板６４が軸部材６２から離れるように移動し、ケーキ３４を取り出すときに長板６４が軸部材６２に向けて移動する。軸部材６２の第１端部５８は開放されており、第２端部６０は保持部５４の側に配置されている。第１端部５８の近傍の溝６６は上記のようにストランド１６が一時的に巻き付けられる。

保持部５４は軸受け７０、カバー７２、弾性部７４および固定部７６を備える。軸受け７０は回転軸６８を回転可能に保持し、たとえばボールベアリングである。カバー７２は軸受け７０の外周に取り付けられ、回転軸６８および軸受け７０を覆っている。カバー７２の外周に固定部７６が取り付けられている。固定部７６はタレット盤２４に固定されている。固定部７６はタレット盤２４の一部であってもよい。カバー７２と固定部７６の間に弾性部７４が配置されている。弾性部７４はたとえばゴムなど弾性材からなるオーリング（Oリング）である。弾性部７４は複数であってもよい。巻取り部５２が回転したときの振動を弾性部７４で吸収する。

荷重部５６が保持部５４に取り付けられている。本実施形態の荷重部５６は重りである。本解決原理に限定されないが、荷重部５６が保持部５４に荷重をかけることで、巻取り部５２にあるコレット２２の重心がモータ５０の方向に移動し、重心が移動することで、巻取り部５２が回転したときの振動が変化すると考えられる。図６の波形X１が従来であり、荷重部５６を備えることで波形X2のように、巻取り部５２の回転数が速くなったときに巻取り部５２の振幅（振動）が共振して大きくなる。たとえば、従来、巻取り部５２の回転数が約３０００ｒｐｍのときに巻取り部５２の振動が大きくなっていた場合、荷重部５６があることで巻取り部５２の回転数が約５０００ｒｐｍのときに巻取り部５２の振動が大きくなる。この振動が大きくなる回転数がストランド１６の巻取り時の回転数よりも高くなれば、ストランド１６の巻取りに影響されなくなる。共振回転数での振動自体も小さくなる。

荷重部５６は保持部５４における固定部７６よりもモータ５０側に取り付ける。巻取り部５２にあるコレット２２の重心が保持部５４の方向に移動しやすくするためである。

荷重部５６は、板状の重りを２方向から取り付けている。タレット盤２４が回転したときに、荷重部５６も一緒に回転する。荷重部５６は他の部材と衝突しないように配置する。荷重部５６が他の部材と衝突しなければ、荷重部５６の形状は限定されない。コレット２２がストランド１６の巻取り位置にあるときに、重力方向に荷重がかけられるようにする。

コレット２２の巻取り部５２にチューブ７８が取り付けられる（図２）。コレット２２にチューブ７８を取り付けて長板６４が軸部材６２から離れるように移動すると、チューブ７８が固定される。チューブ７８は巻取り部５２と共に回転する。チューブ７８の上にストランド１６が巻き取られ、ケーキ３４が形成される。１つのチューブ７８に１つのケーキ３４が形成される。長板６４が軸部材６２に向けて移動すると、チューブ７８がコレット２２から外れる。受け部材３８がケーキ３４と共にチューブ７８を移動させる。１つのコレット２２に形成するケーキ３４の数と同じ数のチューブ７８がコレット２２に取り付けられる。チューブ７８は紙製または樹脂製である。

以上のように、巻取り部５２にあるコレット２２の重心がモータ５０側に移動することで、巻取り部５２の振動が大きくなるときの回転数が高くなる。振動が大きくなる回転数がストランド１６の巻取り時の回転数よりも高くなるように荷重部５６の重さを調節する。ストランド１６が巻き取るときに巻取り部５２の振動が大きくならず、巻取り部５２にストランド１６を巻き取ることができる。共振回転数の振動も低減するため、ストランド１６の巻取り回転数が共振回転数と重複しても巻き取れる。

[実施形態２]
コレット２２はエアシリンダまたは液圧シリンダなどの動力装置からなる荷重部８０を使用してもよい（図７）。荷重部８０はタレット盤２４に固定する。ピストンロッド８２で保持部５４を押圧する。押圧する部分は保持部５４におけるモータ５０側の部分である。保持部５４を押圧する方向は、保持部５４の上部を重力方向に押圧する。保持部５４に荷重がかけられた状態になる。実施形態１と同様に巻取り部５２の振動が大きくなる巻取り部５２の回転数を高くできる。さらに、共振回転数の振動も低減するため、ストランド１６の巻取り回転数が共振回転数と重複しても巻き取れる。

荷重部８０で押圧する力を変化させてもよい。ストランド１６を巻き始めるときは巻取り部５２の回転数は早く、ストランド１６が巻かれるにしたがって巻取り部５２の回転数は遅くなる。ストランド１６の巻き始めは荷重部８０の力を小さくする。巻取り部５２の回転数が遅くなると荷重部８０の力を大きくする。荷重部８０の力が小さいときは、巻取り部５２の回転数が速くなると振動が大きくなる。荷重部８０の力が大きいときは、巻取り部５２の回転数が遅くなると振動が大きくなる。すなわち、荷重部８０は巻取り部５２の回転数に合わせて、巻取り部５２の振動が大きくならないように荷重をかけている。

荷重部８０を複数にして、複数方向から保持部５４に荷重をかけてもよい。

荷重部８０はタレット盤２４に固定せずに回転しない任意の部材に固定してもよい。コレット２２がタレット盤２４によって回転し、巻取り位置に配置されたときに、ピストンロッド８２を伸ばして保持部５４に荷重を加える。ストランドの巻取りが終了すれば、ピストンロッド８２を縮めて、保持部５４から離す。タレット盤２４が回転したときに、一緒にコレット２２が回転できる。また、タレット盤２４が回転するときに荷重部８０を移動させて、タレット盤２４が回転できるようにしてもよい。

[実施形態３]
図８のように、ネジ８４が保持部５４に荷重を加えてもよい。ネジ８４はネジ穴８６を有する固定部材８８に通されている。固定部材８８はタレット盤２４の任意の部分に固定されている。ネジ８４の先端が保持部５４に接している。ネジ８４を回すことで、保持部５４に対する荷重を変えることができる。

その他に、ジャッキによって保持部５４に荷重を加えることも可能である。ジャッキの一端を固定し、多端を保持部５４に当てる。ジャッキの高さを調節することで、保持部５４に荷重を加える。

また、荷重部８０を保持部５４の下方に配置し、保持部５４とピストンロッド８２を固定し、ピストンロッド８２が保持部５４を引っ張ることで保持部５４に荷重を加えてもよい。保持部５４の上方から荷重を加えることと同じ状態になる。保持部５４に荷重が加えることができれば、その構成は限定されない。

[実施形態４]
上記すべての実施形態は保持部５４に荷重を付加していたが、上記実施形態と同様の構成でモータ５０に対して荷重を付加してもよい。さらに、上記実施形態と同様の構成でモータ５０と保持部５４の両方に対して荷重を付加してもよい。

（第１項）一態様に係る繊維巻取装置は、モータと、前記モータの回転軸が取り付けられ、該回転軸の回転によって回転し、ストランドが巻き取られる巻取り部と、前記回転軸を回転可能に保持する保持部と、前記モータ、保持部またはその両方に対して荷重を付加する荷重部とを備える。

第１項に記載の繊維巻取装置によれば、モータ、保持部またはその両方に荷重を加えることで、巻取り部にあったコレットの重心がモータのある方向に移動する。コレットの振動が大きくなるときの巻取り部の回転数が高くなり、実際にストランドを巻き取るときの回転数と異ならせることができる。コレットの振動が小さい状態でストランドを巻き取ることができる。共振回転数の振動も低減するため、ストランドの巻取り回転数が共振回転数と重複しても巻き取れる。

（第２項）前記荷重部が保持部に取り付けられた重りまたは保持部に力をかける動力装置である。

第２項に記載の繊維巻取装置によれば、荷重部は重りだけでなく、エアシリンダまたは液圧シリンダなどの動力手段によっても保持部に荷重をかけることができる。

（第３項）前記保持部は、前記回転軸に取り付けられた軸受けと、前記軸受けの外周に取り付けられたカバーと、前記カバーの外周に取り付けられた弾性部と、前記弾性部を介してカバーに取り付けられた固定部とを備える。

第３項に記載の繊維巻取装置によれば、弾性部によってコレットの振動を低減させながら巻取り部が回転できる。

（第４項）前記動力装置が保持部に印加する力を変更できる。

第４項に記載の繊維巻取装置によれば、巻取り部の回転数に合わせてコレットの振動が小さくなるように力を調整することができる。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明した各実施形態は独立したものではなく、当業者の知識に基づき適宜組み合わせて実施できるものである。

１０：繊維巻取装置
１２：フィラメント
１４：ギャザリングシュー
１６：ストランド
１８：ガイド
２０：トラバース装置
２２：コレット
２４：タレット盤
３４：ケーキ
５０：モータ
５２：巻取り部
５４：保持部
５６、８０：荷重部
６２：軸部材
６４：長板
６６：溝
６８：回転軸
７０：軸受け
７２：カバー
７４：弾性部
７６：固定部

Claims (4)

1. モータと、
   前記モータの回転軸が取り付けられ、該回転軸の回転によって回転し、ストランドが巻き取られる巻取り部と、
   前記回転軸を回転可能に保持する保持部と、
   前記モータ、保持部またはその両方に対して荷重を付加する荷重部と、
   前記保持部を固定する固定部と、を備え、
   前記荷重部は前記保持部における前記固定部よりもモータ側に取り付けられている、繊維巻取装置。
2. 前記荷重部が保持部に取り付けられた重りまたは保持部に力をかける動力装置である請求項１の繊維巻取装置。
3. 前記保持部は、
   前記回転軸に取り付けられた軸受けと、
   前記軸受けの外周に取り付けられたカバーと、
   を備え、
   前記固定部は弾性部を介して前記カバーの外周に取り付けられている、請求項１または２の繊維巻取装置。
4. 前記動力装置が保持部に印加する力を変更できる請求項２の繊維巻取装置。
   

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