JPS62104908A - ピツチ繊維の遠心紡糸装置 - Google Patents

ピツチ繊維の遠心紡糸装置

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JPS62104908A
JPS62104908A JP61079518A JP7951886A JPS62104908A JP S62104908 A JPS62104908 A JP S62104908A JP 61079518 A JP61079518 A JP 61079518A JP 7951886 A JP7951886 A JP 7951886A JP S62104908 A JPS62104908 A JP S62104908A
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JP
Japan
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pitch
spinner disk
current
hollow
spinning
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Application number
JP61079518A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Shono
庄野 弘晃
Toshiaki Kikuchi
敏明 菊地
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Nitto Boseki Co Ltd
Original Assignee
Nitto Boseki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はピッチ繊維の遠心紡糸装置に係り、より詳しく
は、石油または石炭のピッチを出発原11とする等方性
ピッチまたはメソフェース系ピッチを原料として用い、
これを加熱溶融し遍心紡糸することにより炭素繊維の萌
駆体であるピッチ繊維を製造するピッチ繊維の遠心紡糸
装置に関する。
(従来の技術) ピッチU&雑の遠心紡糸装置は、一般的に、頂壁、底壁
、及び頂壁と底壁とを接続する側壁を有し、該側壁には
複数の紡糸ノズルを形成したスピンナーディスクを備え
、このスピンナーディスクを高速回転させることにより
、スピンナーディスク内に供給された溶融ピッチを紡糸
ノズルを通してピッチ繊維へと紡糸するようになってい
る。すなわち溶融ピッチはスピンナーディスクの高速回
転により生じる遠心力で紡糸ノズルより吐出され、吐出
された溶融ピッチはスピンナーディスクの高速回転によ
りその周囲に生じる空気摩擦により延伸され、繊維化さ
れ、ピッチ繊維となる。
このような遠心紡糸装置においては、溶融ピッチの遠心
紡糸時、溶融ピッチの繊維化を良好に行ない所望の断面
構造の炭素繊維を得るために、遠心紡糸装置に対して何
らかの加熱手段を使用することが提案されていた。例え
ば特開昭57−154416号公報及び特開昭58−2
03105号公報のものがそれである。
特開昭57−154416号公報は、330〜450℃
の温度及び10〜100ボイズの粘度に調整された溶融
ピッチを紡糸する際、ピッチ繊維の紡糸方向に230〜
400℃の温度の気体を通気しながら回転遠心紡糸する
ものを開示している。
特開PIi58−203105号公報は、回転紡糸器の
上面又は下面にヒータを対面隔置し、ヒータに対面する
底面または上面に紡糸孔を形成したものを開示している
(発明が解決しようとする問題点) 特開昭57−154416号公報および特開昭58−2
03105号公報のいずれもその加熱手段は、スピンナ
ーディスクから離れた位置にある熱源で加熱された高温
の気体をスピンナーディスクに接触させるか、スピンナ
ーディスクから隔置された熱源としてのヒータでスピン
ナーディスクを加熱するものであり、スピンナーディス
クに対する加熱としてはいわゆる間接加熱方式となって
いる。このような間接加熱方式においては、加熱源とス
ピンナーディスクの紡糸ノズルより吐出される時の溶融
ピッチとの温度差が大きくなり易い。
このためこのような間接加熱方式では溶融ピッチの吐出
温度を正確に制御することは困難であり、このことは溶
融ピッチの吐出量を増加させた場合は一層困難となる。
溶融ピッチの吐出温度を正確に制御できないと、溶融ピ
ッチの吐出量が変動し、ピッチ繊維の繊維径にバラツキ
が生じると共に、溶融ピッチの繊維化が良好に行なえな
かったり、炭素繊維の断面構造の制御が思うように行な
えず、品質の低下を招く。
また上記間接加熱方式では、溶融ピッチの吐出針を増加
させると溶融ピッチを吐出する紡糸ノズルの温度が設定
温度より低くなり易く、それを避けるためスピンナーデ
ィスク内に供給される溶融ピッチの温度を前記設定温度
に対応する吐出最適温度よりも高温に維持しておくこと
が必要となるが、そのようにすると溶融ピッチの発泡、
分相、重合等の紡糸上好ましくない現象が起り、ピッチ
繊維紡糸時の切断の原因となるだけでなく、炭素繊維の
断面構造の制御ができなくなるなどの不都合が生じ、こ
れもまた品質の低下を招く。
ざらに上記従来の加熱手段は、高温の気体を紡糸方向に
通気させる手段を必要としたり、ヒータをスピンナーデ
ィスクに対面隔置する構成であったため、装置全体が大
型化する傾向にあり、装置の設置スペースが大きくなる
などの構造的問題もあった。
従って本発明の目的は、スピンナーディスク内の溶融ピ
ッチ、特に紡糸ノズルから吐出される時の溶融ビツヂの
温度を正確に制御することができ、従って品質の高い炭
素繊維を製造することができると共に、装置を設置する
のに広いスペースを必要としないコンパクトな構造をし
たピッチ繊維の遠心紡糸装置を提供することである。
(問題点を解決するための手段) 本発明によるピッチ繊維の遠心紡糸装置は、上記目的を
達成するために、前記スピンナーディスクに一体に設け
られた、それを直接加熱する加熱手段と、前記スピンナ
ーディスクの中央部に取り付けられ、かつ中空固定軸内
に回転自在に軸持された、スピンナーディスクを高速回
転させる中空回転軸と、前記加熱手段に接続され、かつ
前記中空回転軸の中央孔を通って上方に延在する電流供
給用の配線と、前記中空回転軸及び中空固定軸に設けら
れ、かつ前記配線に接続された回転通電機構と、を有す
ることを特徴とする構造になっている。
(実施例) 以下図面を参照して本発明の好適実施例を説明する。
第1図は本発明の第1の実施例を示し、ピッチV&雑の
遠心紡糸装置は全体的に符号2で示されている。装置2
は、中央間口4を有する頂壁6a。
底壁6b、及び頂壁6aと底壁6bとを接続する側壁6
Cを有し、この側壁6Cには複数の紡糸ノズル8を形成
したスピンナーディスク6と、スピンナーディスク6の
底壁6bの中心部にボルトなどで取付けられた中空の回
転駆動軸(以下中空回転軸という)10とを備えている
。頂壁6a、底壁6b、側壁6Cは例えば真鋳でできて
いる。
スピンナーディスク6の頂壁6a及び底壁6bの外表面
には、それを直接加熱する加熱手段としてN i −O
r金合金どの通電発熱材料からなる面状発熱体12a、
12bを接触固定されている。
図示実施例では、面状発熱体12a、12bのその取付
けは、面状発熱体12a、12bをステンレスなどでで
きたカバープレート14a、14bで覆い、頂16a及
び底16bとカバープレート14a、14bとの間を適
当数のボルト16a、16b(第2図及び第3図参照)
で締着することによりなされている。なお面状発熱体の
取付けはこれに限られるものではない。下側カバープレ
ート14bの中央部には中空回転軸10の中央孔10a
より大きめの開口18があけられている。
中空回転輪1oはベアリング20a、20bを介して中
空固定軸22内に回転自在に軸持されている。中空回転
@10の頂部にはプーリ24が取付けられ、第4図に示
すようにこのプーリ24とモータ26の出力軸に取付け
られたプーリ28との間に巻掛けられたベルト29を介
して、モータ26により中空回転@10を回転駆動する
ようになっている。
固定中空軸22の下端部は、半径方向外方に突出した円
周フランジ22aが形成され、この円周フランジ22a
は、スピンナーディスク6の頂壁6aの開口縁部にわず
かの隙間を持ってその中央間口4を閉じ、それに対する
上ぶたの役割をしている。また円周7ランジ22aには
溶融ピッチの供給管30が取付けられ、その出口がスピ
ンナーディスク6内に配置されている。
面状発熱体12a、12bにはそれぞれ1対の電流供給
端子32a、32b、34a、34bが接続され、かつ
スピンナーディスク6には温度検出手段として熱雷対3
6が接続されている。電流供給端子32a、34aは配
線38aに接続され、電流供給端子32b、34bは配
線38bに接続され、熱電対36は配線38C,38d
に接続されており、これら配線38a〜38dは中空回
転軸10の中央孔10aを通って上方に延びている。
中空回転@10及び中空固定軸22の上方部分には、中
空固定軸22の外側から中空回転軸10内の配線38a
〜38dに電流が供給できるようこれら配線に電気的に
接続された回転通電機構40が設けられている。
回転通電機構40は、図示実施例では、中空回転軸1o
の外周に装着された、それぞれ導電部42a、42b、
42c、42dを有する通電リング44a、44b、4
4c、44dと、中空固定軸22に装着された絶縁材料
でできた保持器46a、46b、46c、46d内に収
納され、通電リング44a〜44dの導電部42a〜4
2dに押圧接触するようばねにより半径方向内方に付勢
さhTい6通’17ラシ48a、48b、48C。
48dとを備えた通電ブラシ機構からなっている。
中空回転軸10及び通電リング44a〜44dの導電部
42a〜42dに対応する位置には導電部42a〜42
dを中空回転軸1oの中央孔10aに露出させる横孔5
0a、50b、50c、50dがあ(プられており、前
述した配線38a〜38dがこの横孔50a〜50dを
通して通電リングの導電部42a〜42dに接続されて
いる。通電ブラシ48a〜48dにはそれぞれ図示しな
い配線が接続され、保持器46a〜46dの外側に引き
出され、それぞれ必要な機器に接続されている。
なお回転通電機構40はこの構造に限られるものでない
遠心紡糸装置2は第4図に示すようなピッチ繊維紡糸シ
ステムの中で用いられる。このシステムは溶融部Mと紡
糸部Sとよりなり、紡糸部Sに遠心紡糸装置2が配置さ
れている。
溶融部Mはホッパー52を有し、このホッパー52の中
に、材料である石炭あるいは石油系のピッチを出発原料
とする等方性またはメソフェース系の固形ピッチが投入
される。ホッパー52は固形ピッチ投入後、内部の空気
を追い出し、窒素ガスを注入し、固形ピッチを窒素ガス
にさらすようになっている。
ホッパー52の底部には加熱スクリュー54aを内臓し
たスクリュ一式加熱融装匠54が接続され、加熱スクリ
ュー54a(まモータ54bによって回転駆動される。
ホッパー52に投入された固形ピッチは加熱スクリュー
54aの回転により300〜350℃の温度に加熱溶融
されながら、一定の速度でスクリュー先端の出口54c
に送られる。スクリュー先端の出口には溶融タンク56
が接続されており、加熱溶融されたピッチは溶融タンク
56に流入し一定のヘッドに頂められる。溶融タンク5
6の下部にはモータ56aによって駆動されるギA7ボ
ンブ56bが設けられ、溶融ピッチはこのギヤポンプ5
6bによって前述した供給管30に送られる。供給管3
0に達した溶融ピッチはそこから遠心紡糸装置2のスピ
ンナーディスク6内に流入する。
固形ピッチの溶融は、不活性雰囲気中であれば、溶融タ
ンク56の中で直接性なってもよく、この場合はバッチ
式となる。
ホッパー52及びスクリュ一式加熱融装@54の使用に
より固形ピッチの連続溶融が可能となる。
溶融部Mにおける固形ピッチの溶融はピッチが熱分解を
起さない程度の温度で行なわれる。
遠心紡糸装置2による溶融ピッチの遠心紡糸は次のよう
に行なわれる。まず供給管30からスピンナーディスク
6内への溶融ピッチの流入に先立ち、供給管30のわき
に設けられたパイプ(図示せず)から窒素ガスをスピン
ナーディスク内に供給しその中の空気を追い出し窒素雰
囲気にする。
図示しない電流供給源から、回転通電機140の通電ブ
ラシ48a、48bを通じて、これらブラシに配線38
a、38bを介して接続されている端子32a、34a
及び32b、34bに電流が供給され、面状発熱体12
a、12bは発熱し、スピンナーディスク6の頂壁6a
及び底壁6bさらには側壁6Cを加熱する。スピンナー
ディスク6の側壁6C近傍のI7j糸部分の温度は熱雷
対36によって検知され、その電流が配線38c、38
dを介して回転通電機構40の通電ブラシ48C148
dから図示しないル制御部に送られ、端子32C〜34
dに対する電流供給量を制御し、スピンナーディスク6
の側壁6C近傍の紡糸部分の温度を例えば約300〜3
60℃の一定の温度に制御する。
このようにしてから供給室30から溶融ピッチをスピン
ナーディスク6内に供給すると同時に、プーリ24,2
8及びベルト29を介してモータ26で中空回転軸10
を回転することによりスピンナーディスク6を約140
0〜250 Orpmの高速度で回転する。これにより
スピンナーディスク6内に流入した溶融ピッチは側壁6
Cの紡糸ノズル8に達し、ここから遠心力により外部へ
吐出され、スピンナーディスク6の高速回転により誘起
されるその周囲の空気@擦により繊維化され、ピッチ繊
維へと紡糸される。
上述したように面状発熱体12a、12b及び熱電対3
6によりスピンナーディスク6の側壁6C付近の紡糸部
分の温度は約300〜360°Cの一定の温度に制御さ
れるが、面状発熱体12a。
12bはスピンブーディスク6の頂壁6a及び底壁6b
に接触固定状態にあるので、頂q 6a 、底壁6b、
側16cの温度が低下しようとすると、面状発熱体12
a、12bより瞬時に熱が供給され、その温度を正確に
約300〜360℃の一定の温度に制御する。従って側
16 C付近の紡糸部分の温度は溶融ピッチの温度の影
響を受けず、側壁6Cの紡糸ノズル8に達するまでの溶
融ピッチの温度を低温に保持しても、紡糸ノズル孔8を
通る時瞬時にその部分の温度即ち約300〜360℃の
一定の温度に加熱され、紡糸ノズル8を通る溶融ピッチ
の温度が正確に制御される。従ってスピンナーディスク
θ内では溶融ピッチの発泡、分相などの変質を生じるこ
となく、紡糸ノズル孔8を通して形成されたピッチ繊維
の繊維化が良好に行なわれ、かつそのバラツキもなく、
また炭素繊維とした後の断面構造の制御も容易に行なえ
る。
このことは紡糸ノズル孔8からの溶融ピッチの吐出量が
変動したり吐出量を増加させた場合も同様であり、吐出
量を増加させた場合にはピッチ繊維の生産性を高めるこ
とができる。
また上記遠心紡糸装置2においては、加熱手段としてス
ピンナーディスク6の外表面に面状発熱体12a、12
bを接触固定させる構成を採用しているので、スピンナ
ーディスク6と別体に加熱手段を設置する必要がなく、
装置全体の寸法をコンバク1〜にすると共に、スピンナ
ーディスクの下方には一切の邪魔な部材が入ることを排
除し、そこは完全な自由空間を形成し、従って紡糸され
たピッチ繊維の落下に対し何の抵抗を与えることがなく
、次のプロセスへの移動がスムーズに行なえる。
さらに上記実施例の遠心紡糸装置2においては、電流供
給端子32a〜34b1及び熱電対36に対する配置1
if38a〜38dを中空回転軸1oの中央孔10aを
通し、それを中空回転軸10及び中空固定軸22に設け
た回転通電鍬構40に接続して中空固定軸の外側に連絡
するようにしたので、面状発熱体12a、12bに対す
る電気系統をうまく処理し、回転部分に電流を供給する
のに複雑な構成となるのを避けるようにしている。
なお上記実施例の遠心紡糸装置2においては、中空回転
輪10の中央孔10aに上部がら空気流を導入するよう
にすることができ、この場合はその空気流が中空回転輪
10を冷却しかつ中空孔内の配線を冷却してその熱n傷
を防止し、さらにその空気流がスピンナーディスク6の
下側から流出することにより、紡糸されたピッチ繊維が
半径方向外方へ飛ぶ力を追加的に与え、ピッチm帷の繊
維化がより良好に行なわれる。
次に本発明の第2の実施例を第5図〜第7図を参照して
説明する。第5図において本発明のピッチU&維の遠心
紡糸装置が全体的に符号60で示されており、第5図〜
第7図において第1〜3図に示された本発明の第1の実
施例による遠心紡糸装置2と同様の部材には同じ符号が
付されている。
遠心紡糸装置60は第1の実施例のものと同様、中央間
口4を備えた頂壁62a、底壁62b、及び頂壁62a
と底壁62bとを接続する側壁62Cを有し、その側壁
82Cには複数の紡糸ノズル8(第6図参照)を形成し
たスピンナーディスク62を備え、スピンナーディスク
62の中心部には中空回転軸10が結合されている。ス
ピンナーディスク62は第1の実施例における面状発熱
体12a、12bの設置の代りに、頂壁62a、底16
2 b、側?62c自体がNi−Cr合金などの通電発
熱材料で作られ加熱手段を構成している。
スピンナーディスク62の頂壁62a及び底壁62bに
は、その通電発熱材料に電流を供給するための電流供給
端子32a、32b、64a、64bが接続されており
、頂壁62aに対する端子32a、32bの位置は第1
の実施例のものと同じであるが、底壁62bに対する端
子64a、64bは第1の実施例のものと異なり、底壁
62bの外周部近くに設けられている。スピンナーディ
スク自体を通電発熱材料で作った場合は、側壁62C付
近の紡糸部分を所望の温度に加熱するためには、底壁6
2bに対する端子64a、64bの位置はこのように底
壁62bの外周部近くに設置した方が好ましいことが判
明した。
他の構造は第1の実施例と実質的に同じなので、説明は
省略する。
この第2の実施例の遠心紡糸装置60も、第1の実施例
のものと同様、必要な熱量が瞬時に供給されるので、紡
糸ノズルを通過づる溶融ピッチの正確な温度制御が可能
であり、かつ紡糸ノズル孔に達する前の溶融ピッチを低
温に保持できるので発泡、重合などの変質を避けること
ができる。またこの実施例の遠心紡糸装置2においても
、電流供給端子328〜34b、及び熱電対36に対す
る配線388〜38dを中空回転輪10の中央孔10a
を通し、それを中空回転輪10及び中空固定軸22に設
けた回転通電機構40に接続して中空固定軸の外側に連
絡するようにしているので、面状発熱体12a、12b
に対する電気系統をうまく処理し、回転部分に電流を供
給するのに複雑な構成となるのを避けるようにしている
さらにこの実施例の遠心紡糸装置2により第1の実施例
と同様のその他の作用効果を得ることができることは容
易に理解できよう。
以下に本発明の遠心紡糸装置を用いてピッチ繊維を紡糸
した場合の実験例を示す。
実験例1 第1〜3図に示す本願第1の発明の遠心紡糸装置2を用
いて紡糸を行なった。この場合スピンナーディスク6の
頂壁6a、底壁6b、側壁6Cは真鋳で作り、面状発熱
体12a、12bはNi−Cr合金で作った。材料ピッ
チとしてはメソフェース系ピッチを使用し、スピンナー
ディスク6の側壁6C付近の紡糸部分の温度は310℃
に保持されるよう温度制御し、スピンナーディスク6は
2000 rpn+で回転させた。その結果繊維径13
.7μの一定した品質のピッチ繊維が得られた。
実験例2 第5〜7図に示す本願第2の発明の遠心紡糸装置60を
用いて紡糸を行なった。この場合スピンナーディスク6
2の頂壁62a底壁62b及び側壁62cはN 1−C
r合金で作り、材料でピッチとしてメソフェース系ピッ
チを用い、スピンナーディスク62の側板62C付近の
紡糸部分の温度を360°に保持し、スピンナーディス
ク62を2500 rpmで回転させた。その結果同様
に品質の一定した繊維径12.3μのピッチ繊維を得た
実験例3 実験例2の遠心紡糸装置60を用い、材料ピッチとして
メソフェース系ピッチを用い、スピンナーディスクの温
度を355℃に保持し、スピンナーディスクの回転数を
2000 rpmとして紡糸を行なった。1qられたピ
ッチ繊維は繊維径13.4μの品質の安定したものであ
った。
実験例4 実験例2の遠心紡糸装置60を用い、材料ピッチとして
メソフェース系ピッチを用い、スピンナーディスクの温
度を350℃に保持し、スピンナーディスクの回転数を
140Crpmとして紡糸を行ない、!IN径14.8
μのピッチ[1を得た。
品質は一定していた。
(発明の効果)               4以上
明らかなように、本発明のピッチ繊維の遠心紡糸装置に
J:れば、スピンナーディスクに一体にそれを直接加熱
する加熱手段を設けたので、熱量の補充が速やかに行な
え、紡糸ノズル孔を通る溶融ピッチの温度制御を正確に
行なうことができ、従って品質の高い炭素繊維を製造す
ることができると共に、加熱手段に接続された電流供給
用の配線を、スピンナーディスクを高速回転させる中空
回転軸の中央孔を通して、中空回転軸とそれを回転自在
に軸持する中空固定軸とに設けられた回転通電機構に接
続するようにしたので、加熱手段の一体配置に伴なう全
体寸法の増大及び電流供給系統の複雑化をf& <こと
はなく、全体的にコンパクトな構造にすることができ、
広い設置スペースを必要とせず、さらにスピンナーディ
スクの下側には一切の部材が存在しないので、そこは完
全な自由空間を形成し、紡糸されたピッチ!!雑の落下
に対し邪魔するものは何もなく、従って次のプロセスへ
の移動をスムーズに行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願第1の発明の実施例によるピッチ繊維の遠
心紡糸装置の縦断面図を示し、第2図は第1図に示した
装置にお【プるスピンナーディスクの左半分の拡大図で
あり、第3図は第1図に示したスピンナーディスクの底
面図であり、第4図は第1図に示した遠心紡糸装置を含
む、溶融部と紡糸部とからなる全体システムの概略図で
あり、第5図は本願筒2の発明の実施例によるピッチ!
1雑の遠心紡糸装置の縦断面図を示し、第6図は第5図
に示した装置におけるスピンナーディスクの左半分の拡
大図であり、第7図は第5図に示したスピンナーディス
クの底面図である。 図中符号2;6o・・・・・・遠心紡糸装置、4・・・
・・・中央間口、6;62・・・・・・スピンナーディ
スク、6a・・・・・・頂壁、6b・・・・・・底壁、
6C・・・・・・側壁、8・・・・・・紡糸ノズル孔、
10・・・・・・中空回転軸、10a・・・・・・中央
孔、12a、12b・・・・・・面状発熱体、20a。 20b・・・・・・ベアリング、22・・・・・・中空
固定軸、30・・・・・・供給管、32a、32b、3
4a、34b;64a、64b・・・・・・電流供給端
子、36・・・・・・熱電対<温度検出手段)、38a
〜38d・・・・・・配線、40・・・・・・回転通電
機構、428〜42d・・・・・・導電部、44a〜4
4d・・・・・・通電リング、46a〜46d・・・・
・・保持鼎、48a〜48d・・・・・・通電ブラシ、
50a〜50d・・・・・・横孔。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)頂壁、底壁及びこの頂壁と底壁とを接続する側壁
    を有し、該側壁には複数の紡糸ノズルを形成したスピン
    ナーディスクを備え、このスピンナーディスクを高速回
    転させることにより、スピンナーディスク内に供給され
    た溶融ピッチを前記紡糸ノズルを通してピッチ繊維へと
    紡糸するピッチ繊維の遠心紡糸装置において、 前記スピンナーディスクに一体に設けられた、それを直
    接加熱する加熱手段と、 前記スピンナーディスクの中央部に取り付けられ、かつ
    中空固定軸内に回転自在に軸持された、スピンナーディ
    スクを高速回転させる中空回転軸と、 前記加熱手段に接続され、かつ前記中空回転軸の中央孔
    を通つて上方に延在する電流供給用の配線と、 前記中空回転軸及び中空固定軸に設けられ、かつ前記配
    線に接続された回転通電機構と、を有することを特徴と
    する遠心紡糸装置。
  2. (2)前記回転通電機構が、前記中空回転軸の外周に設
    けられた導電部を有する通電リングと、前記中空固定軸
    に取付けられた保持器内に収納され前記通電リングの導
    電部に押圧接触される通電ブラシとを備えた通電ブラシ
    機構からなり、前記リード線は該通電リングの導電部に
    接続されている特許請求の範囲第1項の遠心紡糸装置。
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