JPH07323963A - 重層構造ボビン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は重層構造ボビンに関し、強靱で変形
や損傷が起こりにくく多数回の繰り返し的な使用を可能
とすることを目的とする。 【構成】 ボビン１は内層２と外層３とから成る重層構
造を有し、内層２と外層３は共に糸状繊維束及び又は繊
維から形成された布帛シートを強化材として巻回した熱
硬化性樹脂構造をなす。外層３は表面加工性の良好なセ
ルロース系繊維を強化材として用い、内層３はボビンと
して必要となる強度を確保するためにガラス繊維、カー
ボン繊維等の高強度高モジュラス繊維を強化材として用
いている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、糸状となった繊維を製
品として巻き取る時に使用する重層構造ボビンに関する
ものである。より詳細には、本発明は、強靱で変形、損
傷しにくく、繰り返し使用可能ゆえ経済性に富み、巻き
取り繊維の取り扱い及び品質確保の観点からも優れた性
能を有する重層構造ボビンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来主として用いられている繊維ボビン
（以下単にボビン）材料は紙管である。それは軽くて、
安価で取り扱いが容易であるという利点があるからであ
る。紙管ボビンは、紙に樹脂を含浸し、テープワインデ
イング方式にて所定の規格＝パイプ状に固められ、更に
表面に区分のためと外観精度を良くするため色紙で被覆
される。出来上った紙管は、糸の切断溝や原系巻きの開
始時の止口等を後加工にて行いボビンとして完成する。
出来上った紙管ボビンに、各原糸の製造繊維メーカーの
最終仕上段階（工程）にて原糸巻き（ワインデイング）
が行われ所定の重量が巻き終わり、検査、梱包後ユーザ
に出荷される。ユーザは紙管ボビンに巻かれた原糸を撚
糸、製織、製編等に使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ユーザが原糸を使用し
た後、残された紙管ボビンを再利用するか、処分する。
原糸の使用後の紙管ボビンのほとんどは、残糸が紙管ボ
ビンの周囲に巻きついた状態にある。紙管ボビンを再利
用するにせよ廃棄するにせよ、この巻きついた残糸を、
先ず紙管ボビンから取り去らねばならないが、取り去る
方法としては通常、カッター（カットナイフ）で残糸を
切除する。その方法は原糸にほぼ直角の方向でカットす
る。その際、ナイフの刃が紙管ボビンの表面を傷つける
ことが多々あるが、傷のついた紙管ボビンは再利用には
向かない。

【０００４】次に巻きついた残糸を除去後、外観上何ら
問題ない紙管ボビンでも再利用する際、紙管ボビンをワ
インダーに供する時、紙管ボビンが何らかの形で歪を受
けていた場合、紙管ボビンの内径に寸法上の変形からボ
ビン巻機（ワインダー）にきっちりはまらない事があり
使用不可となる。更には何枚か重ね合わされた紙管ボビ
ンの紙の層が端の方に特に多くみられるが層間剥離の現
象を示し、原糸の取り扱い品質等にトラブルを発生する
要因となり、これらの現象がかなりの頻度で発生するた
め再利用出来ても精々３回迄に限定され、歩留りとか取
り扱いの手間を考えた時、再利用するよりもむしろ廃棄
した方が良いと判断される。

【０００５】次に廃棄であるが、紙管ボビンの場合、剛
性にやや劣るため粉砕がしにくい事、また１００kgとい
った高い圧力に耐えるためかなり紙管ボビンが肉厚にな
っている事も処理しにくい原因になっている。パイプの
形状のまま産業廃棄物として処理する場合でもパイプ状
であるため嵩張り処理しにくい。その結果、粉砕し産業
廃棄物として処理するか、あるいは紙製品である事から
焼却処分も容易に考えられるが、紙管ボビンそのもので
は肉厚のため火の通りが悪く、かつ硬く固めてあるため
燃焼に相当のエネルギーが必要となり処分コストが高く
つく。従って粉砕燃焼が考えられるが、前述のごとく粉
砕もしにくいし、更に燃焼時に紙と紙とを接合している
樹脂が有害となることも考えられ簡単には処理が出来な
くて困っているのが実情である。

【０００６】安価であるはずの紙製品であっても、トー
タルコストを考える時必ずしも最適とは言えない。しか
も単に安価であるという点で使い捨てであることは資源
の節約や、廃棄物そのものの減少という観点からも望ま
しいものではない。他に紙製品に変わるものとして樹脂
製品、金属製品も考えられるが、樹脂製品でも比較的成
型しやすい熱可塑性樹脂においては、その樹脂の性質
上、経時変化を起こし、寸法規格に問題があること、ま
た樹脂単独では強度不足が規定され、補強材として繊維
を混入しても繊維の形態に限界があり、それほど強度増
加にならないし、変形もなくならないため効果は期待出
来ない。金属製品では重量が重過ぎること、表面の傷が
ついた時の問題、原糸の巻量増加の不可等、これも今一
つ完全とはいかない。

【０００７】本発明は強靱で変形や損傷が起こりにくく
多数回の繰り返し的な使用が可能なボビンを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を達成する
ため、本発明の重層構造ボビンは外層と内層の重層構造
を有し、いずれの層も糸状繊維束およびまたは繊維から
成形された布帛シートを強化材として巻回した熱硬化性
樹脂構造であり、外層はセルロース系繊維を強化材とし
て用い、内層はガラス繊維、カーボン繊維など高強度高
モジュラス繊維を強化材として用いたことを特徴とす
る。

【０００９】本発明の好ましい実施の態様としては、外
層の繊維強化材としてビスコースレーヨン、内層の繊維
強化材としてガラス繊維を用いる。本発明の重層構造ボ
ビンの構造上の特徴はまず、パイプ形状の本体構造が外
層と内層の重層構造となっている点である。いずれの層
も繊維を強化材として巻回した熱硬化性樹脂構造、いわ
ゆるＦＲＰ構造をなしている。この重層構造において内
外層の構造が樹脂の種類は異なっていてもよいが、これ
らの層を構成する強化材としての繊維を外層と内層とで
異ならせ、ボビンに必要となる表面加工性と強度とを分
担させている点が重要である。この構造を図１に示す。

【００１０】ボビン本体１は厚み数mmを有するパイプ形
状である。その内層２は強化材繊維として、ガラス繊
維、カーボン繊維の他、芳香族ポリアミド繊維など高強
度高モジュラス繊維が強化材として用いられている。特
にボビンとしての機能（強度確保）上とコストの面から
ガラス繊維が最適である。外層３は強化材繊維としてセ
ルロース系繊維が用いられている。

【００１１】内外層は繊維の種類が異なる点が本発明に
おいて重要であるが、いずれの層も繊維の形態は糸状繊
維束、または繊維から成形された布帛シートであり、そ
の双方を用いてもよい。内外層を上記構成としたことに
より必要な強度を確保しつつ加工性の良好な表面を得る
ように、各々に最適な役割り分担をさせることができ
る。即ち、内層は全体の強度を確保する層であり、外層
は表面状態を良好に保つ層である。内外層の厚みの割合
いは概ね半々であるが、成形上必要な実質的な厚みがあ
れば両層の厚みの割合いを変更することは差しつかえな
い。

【００１２】樹脂はエポキシ系樹脂、フェノール系樹
脂、不飽和ポリエステル系樹脂など熱硬化性樹脂なら何
でもよいが、中でもエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂
が機能面、耐用面から考えて最適である。内層、外層共
に繊維はヤーン、ロービングなど成形上の要求により選
定される。

【００１３】パイプ形状を成形するための手段として
は、ＦＷ法（フィラメントワインデイング法）、ＴＷ法
（テープワインデイング法）、ＣＷ法（クロスワインデ
イング法）などが用いられる。これらは生産性や製品特
性などに照らし合わせて選定されるが、パイプ全体のバ
ランス、曲げ強度等、ボビン用途としてＦＷ法よりＴＷ
法、ＣＷ法の方が優れている。特に曲げに対する特性で
はＴＷ法がＣＷ法より優れている。また応力−歪曲線を
とった時、降伏点からの挙動がより金属に近く、パイプ
破断時、ちぎれないで残っているため取扱上の危険が少
ない。ＣＷ法の場合、破断破壊につながる可能性があ
る。

【００１４】外層に用いられるセルロース系繊維として
は、ビスコースレーヨン、キュプラレーヨンなど再生繊
維、綿、麻などの天然繊維が用いられるが、特に好適な
のはビスコースレーヨンである。しかもビスコースレー
ヨンの長繊維が望ましい。外層にセルロース系繊維を用
いることで表面の切削加工性が良好となる。それ故、樹
脂とのなじみのより良いものが望ましく、長繊維を使
い、かつ重合度が高く、単フィラメント強力の高い、な
るべくピュアなセルロース繊維を用いるのが好ましい。
またビスコースレーヨンの中でも樹脂とのなじみのよい
コア割合の大きい長繊維かつ大きな単フィラメントのも
のが望ましい。

【００１５】元来、セルロース系繊維は樹脂との複合に
おいて、樹脂による繊維脆化がある。これを抑えて繊維
の構造を残すには単フィラメント強力の高い単糸太が良
いし、繊維の構造が残ることによって複合物がもろくな
るのを防ぎ、強靱な粘りが残る。また熱硬化時の温度に
よる黄変劣化を防ぐために、オイル、ヘミセルロースそ
の他の微量成分はなるべく除去されたよりピュアに近い
セルロース繊維が好ましい。長繊維の方がより好ましい
のは、短繊維から出発した紡績糸構造ではミクロボイド
を残しやすく、論理的な期待物性からのかい離が大きく
なり、またクラックなどの原因となることから、これを
回避するためである。

【００１６】

【実施例】２７５ＴＥＸのガラスロービング糸を経糸、
緯糸に使用し、密度経４８本／５０mm、緯１７本／１０
mmにて、５０mm幅の連続したテープを形成する。別に予
め用意したエポキシ樹脂の溶液にガラステープを含浸
し、この含浸工程を連続的に行う一方、ワインデイング
機にパイプの芯材となる金属製マンドレルを固定し、こ
のマンドレルに用意されたガラステープのエポキシ樹脂
含浸テープをトラバースしながら所定の厚み迄巻き上げ
る。このテープの厚みは０．２mmであった。エポキシ樹
脂はＡＥＲ３３１（旭化成工業）であった。

【００１７】一方、ビスコースレーヨン１８００デニー
ル６０フィラメントを用い、上記と同一の密度でつくっ
たテープを用い、上記のガラステープ巻き上げ後ガラス
テープ同様エポキシ樹脂を含浸したものを連続してトラ
バース巻上げでガラステープとビスコースレーヨンテー
プの二層からなるパイプを形成した。マンドレルに巻き
上げた状態では硬化前であるためベタベタしており、樹
脂液が落下するためこれを防止するのとテープ層を引き
締めるため表面を収縮テープにて被覆する。この出来上
りをマンドレルごと硬化炉に投入し、所定の硬化条件で
硬化する。（成形温度１８０℃） 硬化後、脱型機を使用し脱型、ボビンの原型であるパイ
プが得られる。完成した原型パイプは表面が若干凸凹が
あるため表面を切削或いは研磨方法にて真円として重心
等バランスのよいものに仕上げる。最後に図１に図示し
たバンチ処理溝４（糸とボビンの切離し）や残糸カット
溝５を切削加工する。

【００１８】このようにして得られたボビンの強度を紙
管と比較して測定した。試作したボビンの寸法は下記の
通りであった。内径９４mmφ、外径１０１mmφ、内層２
としてのガラス繊維複合層厚み１．７５mm、外層３とし
てのビスコースレーヨン繊維複合層厚み１．７５mm。比
較例の紙管は、内径９４mmφ、外径１０８mmφ、紙管厚
みは７mm。

【００１９】 本発明ボビン 紙管 ───────────────────────────── 曲げ破壊荷重（降伏） ３１．５ １５．８ （kgf) 曲げ強さ １６．５ ２．２ (kgf／mm²) 吸収エネルギー ８６．６ ３２．８ (kgf・cm) シャルピー衝撃強さ ２４７ ４７ (kgf・cm／cm²) ──────────────────────────────── 本発明ボビンは、切削加工性に優れ、表面の平滑性良
く、繰り返し長期間の使用にも耐えられることがわかっ
た。

【００２０】

【発明の効果】本発明のボビンは強靱で変形や損傷が起
こりにくく、それ故繰り返し使用可能で、紙管が１回の
使用を前提としていたのに対し、５０回以上の繰り返し
使用可能で経済性に富んでいる。そして高速巻取機にお
いて自動切替時の耐熱圧に対する変形がなく、耐磨擦磨
耗性に優れている。更に糸の捲き締め力による形状の変
化が無いことや落下等に対しても変形が生じない。そし
て繰り返し使用の中においても表面に繊維の露出がな
く、巻取られる糸に損傷を与えない。

【００２１】また単に耐久性があるのみならず、糸付け
用のバンチ溝や残糸カット用の溝が容易に切削加工可能
である。これらの点はガラス繊維やカーボン繊維のみで
ＦＲＰ構造とした時にはない本発明の効果である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明ボビン構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…ボビン本体 ２…外層 ３…内層 ４…バンチ溝 ５…残糸カット溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 勲 奈良県奈良市西登美ケ丘５丁目11−17 (72)発明者 横井 幸弘 大阪府大阪市住之江区南港中２丁目３番11 −706

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外層と内層の重層構造を有し、いずれの
   層も糸状繊維束およびまたは繊維から成形された布帛シ
   ートを強化材として巻回した熱硬化性樹脂構造をなし、
   外層はセルロース系繊維を強化材として用い、内層はガ
   ラス繊維、カーボン繊維など高強度高モジュラス繊維を
   強化材として用いたことを特徴とする重層構造ボビン。
2. 【請求項２】 外層の繊維強化材としてビスコースレー
   ヨン、内層の繊維強化材としてガラス繊維を用いた請求
   項１記載の重層構造ボビン。