JPWO2015011755A1

JPWO2015011755A1 - 糸製造装置

Info

Publication number: JPWO2015011755A1
Application number: JP2015528025A
Authority: JP
Inventors: 弘樹高嶌
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2033-07-22
Also published as: TWI551744B; US10017882B2; EP3026156A4; WO2015011755A1; KR20150144341A; JP5954496B2; CN105378165B; US20160138202A1; CN105378165A; EP3026156A1; TW201520390A; KR101821332B1

Abstract

糸製造装置１は、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）繊維群Ｆを走行させつつ当該ＣＮＴ繊維群ＦからＣＮＴ糸Ｙを製造する装置であって、巻取管Ｔが取り付けられた巻取軸２１をその巻取中心線周りに回転させることにより、巻取管ＴにＣＮＴ糸Ｙを巻き取る巻取駆動機構２０と、ＣＮＴ糸Ｙを巻取管Ｔに案内するガイド部３１を巻取管Ｔの周りにおいて回転させることにより、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙを旋回させつつ、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造する撚掛駆動機構３０と、巻取管Ｔに対してガイド部３１を巻取軸２１の巻取中心線に沿って相対的に往復移動させることにより、巻取管ＴにおいてＣＮＴ糸Ｙをトラバースさせるトラバース駆動機構４０と、を備える。

Description

本発明は、繊維群を走行させつつ当該繊維群から糸を製造する糸製造装置に関する。

上述したような糸製造装置として、特許文献１の図１には、カーボンナノチューブ繊維群に撚りを掛けてカーボンナノチューブ糸を製造しつつ当該カーボンナノチューブ糸を巻き取るリングタイプの紡績装置が記載されている。

特開２０１０−６５３３９号公報

しかしながら、カーボンナノチューブ繊維群のように、耐荷重値が比較的低く且つ質量が比較的小さい繊維群が対象となる場合、特許文献１の図１記載の装置では、リングに配置される糸案内用のトラベラーを適切に回転させることができず、その結果、製造された糸において十分な性能を得られないおそれがある。

そこで、本発明は、製造された糸において十分な性能を得ることができる糸製造装置を提供することを目的とする。

本発明の糸製造装置は、繊維群を走行させつつ当該繊維群から糸を製造する糸製造装置であって、巻取管が取り付けられた巻取軸をその巻取中心線周りに回転させることにより、巻取管に糸を巻き取る巻取駆動機構と、糸を巻取管に案内するガイド部を巻取管の周りにおいて回転させることにより、繊維群乃至糸を旋回させつつ、繊維群に撚りを掛けて糸を製造する撚掛駆動機構と、巻取管に対してガイド部を巻取軸の巻取中心線に沿って相対的に往復移動させることにより、巻取管において糸をトラバースさせるトラバース駆動機構と、を備える。

この糸製造装置では、巻取管において糸をトラバースさせるためのガイド部が巻取管の周りにおいて回転させられることで、繊維群乃至糸が旋回し、繊維群に撚りが掛けられて糸が製造される。これにより、カーボンナノチューブ繊維群のように、耐荷重値が比較的低く且つ質量が比較的小さい繊維群が対象となる場合であっても、当該繊維群に好適に撚りを掛けることができる。また、繊維群乃至糸を旋回させてバルーン（繊維群乃至糸が遠心力により風船状に膨らんだ状態）を形成することで、カーボンナノチューブ繊維群のように、繊維群の伸縮性が比較的少ない場合であっても、当該繊維群に生じるテンション変動をバルーンで好適に吸収しつつ、当該繊維群に効率良く撚りを掛けることができる。よって、この糸製造装置によれば、製造された糸において十分な性能を得ることができる。

本発明の糸製造装置においては、繊維群は、カーボンナノチューブ繊維群であり、糸は、カーボンナノチューブ糸であり、撚掛駆動機構は、繊維群乃至糸の旋回によるバルーンを形成しつつ、繊維群に撚りを掛けて糸を製造してもよい。耐荷重値が比較的低く且つ質量が比較的小さいカーボンナノチューブ繊維群が対象となる場合であっても、上述した構成によれば、製造されたカーボンナノチューブ糸において十分な性能を得ることができる。

本発明の糸製造装置は、カーボンナノチューブ繊維群が引き出されるカーボンナノチューブ形成基板を支持する基板支持部を更に備えてもよい。これによれば、カーボンナノチューブ繊維群を安定して供給することができる。

本発明の糸製造装置は、巻取駆動機構及びトラバース駆動機構を支持するフレームと、巻取軸の巻取中心線に沿って往復移動可能となるようにフレームに取り付けられ、撚掛駆動機構を支持するステージと、を更に備え、巻取駆動機構は、フレームに固定された巻取駆動源と、巻取駆動源の駆動力によって巻取軸をその巻取中心線周りに回転させる巻取動力伝達機構と、を有し、撚掛駆動機構は、ステージに固定された撚掛駆動源と、撚掛駆動源の駆動力によってガイド部を巻取管の周りにおいて回転させる撚掛動力伝達機構と、を有し、トラバース駆動機構は、フレームに固定されたトラバース駆動源と、トラバース駆動源の駆動力によって、ステージを巻取軸の巻取中心線に沿って往復移動させることにより、巻取管に対してガイド部を巻取軸の巻取中心線に沿って相対的に往復移動させるトラバース動力伝達機構と、を有してもよい。これによれば、巻取駆動源、撚掛駆動源及びトラバース駆動源のそれぞれを独立に制御して、巻取動作、撚掛動作及びトラバース動作のそれぞれを好適に実施することができる。

本発明によれば、製造された糸において十分な性能を得ることができる糸製造装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態の糸製造装置の平面図である。図１の糸製造装置の撚掛巻取装置の一部断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、糸製造装置１は、カーボンナノチューブ繊維群（以下、「ＣＮＴ繊維群」という）Ｆを走行させつつ当該ＣＮＴ繊維群Ｆからカーボンナノチューブ糸（以下、「ＣＮＴ糸」という）Ｙを製造する装置である。糸製造装置１は、基板支持部２と、撚掛巻取装置５と、制御部１０と、を備えている。基板支持部２及び撚掛巻取装置５は、直線の所定線Ｌ上に配置されており、ＣＮＴ繊維群Ｆは、基板支持部２から撚掛巻取装置５に向かって走行させられる。制御部１０は、撚掛巻取装置５の動作を制御する。なお、ＣＮＴ繊維群Ｆは、カーボンナノチューブからなる糸条体（繊維）が複数集合したものである。ＣＮＴ糸Ｙは、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚り（実撚り又は仮撚り）が掛けられたものである。以下、ＣＮＴ繊維群Ｆの走行方向における上流側を単に「上流側」といい、ＣＮＴ繊維群Ｆの走行方向における下流側を単に「下流側」という。

基板支持部２は、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されるカーボンナノチューブ形成基板（以下、「ＣＮＴ形成基板」という）Ｓを保持した状態で支持する。ＣＮＴ形成基板Ｓは、カーボンナノチューブフォレスト（carbon nanotube forest）、或いは、カーボンナノチューブの垂直配向構造体等と称されるものであり、化学気相成長法等によって基板上に高密度且つ高配向にカーボンナノチューブ（例えば、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ等）が形成されたものである。基板としては、例えば、ガラス基板、シリコン基板、金属基板等が用いられる。なお、ＣＮＴ糸Ｙの製造開始時、ＣＮＴ形成基板Ｓの交換時等には、マイクロドリルと称される治具を用いて、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すことができる。また、マイクロドリルに代えて、吸引装置、粘着テープ等を用いて、ＣＮＴ形成基板ＳからＣＮＴ繊維群Ｆを引き出すことができる。

撚掛巻取装置５は、ＣＮＴ形成基板Ｓから引き出されたＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けつつ、製造されたＣＮＴ糸Ｙを巻取管に巻き取る。より具体的には、図２に示されるように、撚掛巻取装置５は、巻取管ＴにＣＮＴ糸Ｙを巻き取る巻取駆動機構２０と、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙを旋回させつつ、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造する撚掛駆動機構３０と、巻取管ＴにおいてＣＮＴ糸Ｙをトラバースさせるトラバース駆動機構４０と、を備えている。更に、撚掛巻取装置５は、巻取駆動機構２０及びトラバース駆動機構４０を支持するフレーム５ａと、撚掛駆動機構３０を支持するステージ３４と、を備えている。

巻取駆動機構２０は、所定線Ｌを巻取中心線とする巻取軸２１と、巻取軸２１を回転させる巻取駆動モータ（巻取駆動源）２２と、を有している。巻取管Ｔは、巻取軸２１の上流側端部である先端部２１ａに取り付けられており、巻取軸２１に対して着脱可能となっている。巻取軸２１の下流側端部である基端部２１ｂは、軸継手２３を介して巻取駆動モータ２２の駆動軸２２ａと連結されている。巻取軸２１は、ベアリング２４を介して撚掛巻取装置５のフレーム５ａに軸支されている。巻取駆動モータ２２は、フレーム５ａに固定されている。

以上の巻取駆動機構２０は、巻取駆動モータ２２を駆動させて、巻取管Ｔが取り付けられた巻取軸２１をその巻取中心線（すなわち、所定線Ｌ）周りに回転させることにより、巻取管ＴにＣＮＴ糸Ｙを巻き取る。この巻取駆動機構２０においては、軸継手２３によって、巻取動力伝達機構が構成されている。巻取動力伝達機構は、巻取駆動モータ２２の駆動力によって巻取軸２１をその巻取中心線周りに回転させる機構である。

撚掛駆動機構３０は、ＣＮＴ糸Ｙを巻取管Ｔに案内するガイド部３１と、ガイド部３１を巻取管Ｔの周りにおいて回転させる撚掛駆動モータ（撚掛駆動源）３２と、を有している。ガイド部３１は、巻取軸２１を包囲する筒状の本体３１ａと、本体３１ａから上流側に延在する一対のアーム３１ｂと、を含んでいる。一方のアーム３１ｂの上流側端部である先端部には、巻取管Ｔに案内されるＣＮＴ糸Ｙが挿通される挿通孔３１ｃが設けられている。挿通孔３１ｃに挿通されるＣＮＴ糸Ｙは、所定線Ｌ上に配置されたガイドリング３５をＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙの状態で通過させられて、巻取管Ｔに案内される。ガイド部３１の本体３１ａは、複数の平歯車３３を介して撚掛駆動モータ３２の駆動軸３２ａと連結されている。撚掛駆動モータ３２は、ステージ３４に固定されている。ステージ３４は、巻取軸２１の巻取中心線に沿って往復移動可能となるようにフレーム５ａに取り付けられている。なお、巻取軸２１と本体３１ａとの間に、すべり軸受としてブッシュを配置してもよい。

以上の撚掛駆動機構３０は、撚掛駆動モータ３２を駆動させて、ＣＮＴ糸Ｙを巻取管Ｔに案内するガイド部３１を巻取管Ｔの周りにおいて回転させることにより、ガイドリング３５を支点としてＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙを旋回させてＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸ＹによるバルーンＢを形成しつつ、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造する。なお、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙとは、ＣＮＴ繊維群Ｆのままの状態、撚りが掛けられてＣＮＴ糸Ｙとなった状態、及びそれらの中間の状態を含む意味である。この撚掛駆動機構３０においては、平歯車３３によって、撚掛動力伝達機構が構成されている。撚掛動力伝達機構は、撚掛駆動モータ３２の駆動力によってガイド部３１を巻取管Ｔの周りにおいて回転させる機構である。

トラバース駆動機構４０は、所定線Ｌに平行な線を中心線とするボールねじ軸４１と、ボールねじ軸４１と螺合されたボールねじナット４２と、ボールねじ軸４１を回転させるトラバース駆動モータ（トラバース駆動源）４３と、を有している。ボールねじ軸４１の下流側端部である基端部は、軸継手４４を介してトラバース駆動モータ４３の駆動軸４３ａと連結されている。ボールねじナット４２は、撚掛駆動機構３０のステージ３４に固定されている。トラバース駆動モータ４３は、フレーム５ａに固定されている。

以上のトラバース駆動機構４０は、トラバース駆動モータ４３を駆動させてボールねじ軸４１を正回転及び逆回転させ、撚掛駆動機構３０を所定線Ｌに沿って往復移動させることにより（すなわち、巻取管Ｔに対してガイド部３１を巻取軸２１の巻取中心線に沿って往復移動させることにより）、巻取管ＴにおいてＣＮＴ糸Ｙをトラバースさせる。なお、巻取管ＴにおいてＣＮＴ糸Ｙをトラバースさせる際には、例えばガイド部３１に対して巻取管Ｔを巻取軸２１の巻取中心線に沿って往復移動させるなど、巻取管Ｔに対してガイド部３１を巻取軸２１の巻取中心線に沿って相対的に往復移動させることができればよい。このトラバース駆動機構４０においては、ボールねじ軸４１、ボールねじナット４２及び軸継手４４によって、トラバース動力伝達機構が構成されている。トラバース動力伝達機構は、トラバース駆動モータ４３の駆動力によって、ステージ３４を巻取軸２１の巻取中心線に沿って往復移動させることにより、巻取管Ｔに対してガイド部３１を巻取軸２１の巻取中心線に沿って相対的に往復移動させる機構である。

以上説明したように、糸製造装置１では、巻取管ＴにおいてＣＮＴ糸Ｙをトラバースさせるためのガイド部３１が巻取管Ｔの周りにおいて回転させられることで、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙが旋回し、ＣＮＴ繊維群Ｆに撚りが掛けられてＣＮＴ糸Ｙが製造される。これにより、ＣＮＴ繊維群Ｆは、耐荷重値が比較的低く且つ質量が比較的小さい繊維群であるものの、そのようなＣＮＴ繊維群Ｆに好適に撚りを掛けることができる。また、ＣＮＴ繊維群Ｆ乃至ＣＮＴ糸Ｙを旋回させてバルーンＢを形成するので、ＣＮＴ繊維群Ｆは、伸縮性が比較的少ない繊維群であるものの、そのようなＣＮＴ繊維群Ｆに生じるテンション変動をバルーンＢで好適に吸収しつつ、ＣＮＴ繊維群Ｆに効率良く撚りを掛けることができる。よって、糸製造装置１によれば、製造されたＣＮＴ糸Ｙにおいて十分な性能を得ることができる。

また、糸製造装置１では、制御部１０に用いて、巻取駆動モータ２２、撚掛駆動モータ３２及びトラバース駆動モータ４３のそれぞれを独立に制御することができるので、巻取動作、撚掛動作及びトラバース動作のそれぞれを好適に実施することができる。

また、糸製造装置１には、ＣＮＴ繊維群Ｆが引き出されるＣＮＴ形成基板Ｓを支持する基板支持部２が設けられている。これにより、ＣＮＴ繊維群Ｆを安定して供給することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ＣＮＴ繊維群Ｆの供給源として、ＣＮＴ形成基板Ｓに替えて、カーボンナノチューブを連続的に合成してＣＮＴ繊維群Ｆを供給する装置等を用いてもよい。また、撚掛巻取装置５においてＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けられる程度の範囲内でＣＮＴ繊維群Ｆを凝集させる細管等の凝集部を、撚掛巻取装置５の上流側に配置してもよい。また、上記実施形態では、バルーンＢを形成しつつＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造したが、バルーンＢが形成されない条件でＣＮＴ繊維群Ｆに撚りを掛けてＣＮＴ糸Ｙを製造することも可能である。また、本発明は、カーボンナノチューブ繊維群以外の繊維群、及びカーボンナノチューブ糸以外の糸を対象とすることができる。

１…糸製造装置、２…基板支持部、５ａ…フレーム、２０…巻取駆動機構、２１…巻取軸、２２…巻取駆動モータ（巻取駆動源）、２３…軸継手（巻取動力伝達機構）、３０…撚掛駆動機構、３１…ガイド部、３２…撚掛駆動モータ（撚掛駆動源）、３３…平歯車（撚掛動力伝達機構）、３４…ステージ、４０…トラバース駆動機構、４１…ボールねじ軸（トラバース動力伝達機構）、４２…ボールねじナット（トラバース動力伝達機構）、４３…トラバース駆動モータ（トラバース駆動源）、４４…軸継手（トラバース動力伝達機構）。

Claims

繊維群を走行させつつ当該繊維群から糸を製造する糸製造装置であって、
巻取管が取り付けられた巻取軸をその巻取中心線周りに回転させることにより、前記巻取管に前記糸を巻き取る巻取駆動機構と、
前記糸を前記巻取管に案内するガイド部を前記巻取管の周りにおいて回転させることにより、前記繊維群乃至前記糸を旋回させつつ、前記繊維群に撚りを掛けて前記糸を製造する撚掛駆動機構と、
前記巻取管に対して前記ガイド部を前記巻取軸の前記巻取中心線に沿って相対的に往復移動させることにより、前記巻取管において前記糸をトラバースさせるトラバース駆動機構と、を備える、糸製造装置。
前記繊維群は、カーボンナノチューブ繊維群であり、前記糸は、カーボンナノチューブ糸であり、
前記撚掛駆動機構は、前記繊維群乃至前記糸の旋回によるバルーンを形成しつつ、前記繊維群に撚りを掛けて前記糸を製造する、請求項１記載の糸製造装置。
前記カーボンナノチューブ繊維群が引き出されるカーボンナノチューブ形成基板を支持する基板支持部を更に備える、請求項２記載の糸製造装置。
前記巻取駆動機構及びトラバース駆動機構を支持するフレームと、
前記巻取軸の前記巻取中心線に沿って往復移動可能となるように前記フレームに取り付けられ、前記撚掛駆動機構を支持するステージと、を更に備え、
前記巻取駆動機構は、
前記フレームに固定された巻取駆動源と、
前記巻取駆動源の駆動力によって前記巻取軸をその前記巻取中心線周りに回転させる巻取動力伝達機構と、を有し、
前記撚掛駆動機構は、
前記ステージに固定された撚掛駆動源と、
前記撚掛駆動源の駆動力によって前記ガイド部を前記巻取管の周りにおいて回転させる撚掛動力伝達機構と、を有し、
前記トラバース駆動機構は、
前記フレームに固定されたトラバース駆動源と、
前記トラバース駆動源の駆動力によって、前記ステージを前記巻取軸の前記巻取中心線に沿って往復移動させることにより、前記巻取管に対して前記ガイド部を前記巻取軸の前記巻取中心線に沿って相対的に往復移動させるトラバース動力伝達機構と、を有する、請求項１〜３のいずれか一項記載の糸製造装置。