(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開繊シリンダと、吸引ケージと、前記開繊シリンダと前記吸引ケージとの間に設けた空気室とを備えた炭素繊維マットの製造装置を使用する炭素繊維マットの製造方法であって、
前記開繊シリンダにて短繊維に切断した炭素繊維原料を開繊して形成した綿状繊維が、前記空気室内に浮遊されてから前記空気室に接続されたブロワーからの送風によって前記吸引ケージに積層されてフリース状繊維マットに形成されること、
前記空気室には、前端にブロワーが接続されたダクト部と、該ダクト部の後端から前記吸引ケージの投入口へ向けて容積が増加する拡幅部とを形成したこと、
前記綿状繊維は、前記ブロワーからの送風によって前記ダクト部内を浮遊して通過後、失速して前記拡幅部に堆積すること、
前記拡幅部に堆積した前記綿状繊維は、前記ブロワーからの送風によって前記吸引ケージに押出され、前記吸引ケージ上に積層されることを特徴とする炭素繊維マットの製造方法。
【請求項２】
開繊シリンダと、吸引ケージと、前記開繊シリンダと前記吸引ケージとの間に設けた空気室とを備えた炭素繊維マットの製造装置を使用する炭素繊維マットの製造方法であって、
前記開繊シリンダにて短繊維に切断した炭素繊維原料を開繊して形成した綿状繊維が、前記空気室内に浮遊されてから前記空気室に接続されたブロワーからの送風によって前記吸引ケージに積層されてフリース状繊維マットに形成されること、
前記空気室には、前端に第１ブロワーが接続されたダクト部と、該ダクト部の後端に接続された排気部とを形成したこと、
前記空気室には、前端に第２ブロワーが接続されその後方に前記排気部の後端が接続され、かつ、前記吸引ケージの投入口へ向けて容積が増大する拡幅部を形成したこと、
前記綿状繊維は、前記第１ブロワーからの送風によって前記ダクト部内を浮遊して通過後、排気部で失速して前記拡幅部に堆積すること、
前記第１ブロワーからの送風は、前記排気部から外部に排出されること、
前記拡幅部に堆積した前記綿状繊維は、前記第２ブロワーからの送風によって前記吸引ケージに押出され、前記吸引ケージ上に積層されることを特徴とする炭素繊維マットの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された炭素繊維マットの製造方法に使用する炭素繊維マットの製造装置において、
前記ダクト部は、逆Ｕ字状に湾曲するフレキシブルダクトであることを特徴とする炭素繊維マットの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短繊維化した炭素繊維原料からフリース状繊維マットを形成する炭素繊維マットの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維マットは、高温における耐熱性、断熱性等に優れているため、各種高温炉の断熱材やディーゼルエンジン車の排ガスフィルタ材、溶接現場での遮熱材等として使用されている。
しかし、炭素繊維マットを製造する上で、炭素繊維は、繊維自体に捲縮性を持たず、滑りやすいので、繊維同士が絡みにくいという問題があった。また、無理に開繊すると炭素繊維が折損する問題もあった。そのため、従来のカード機を用いて、短繊維化した炭素繊維原料から均一な厚みに積層するフリース状繊維マットを形成することは、困難であった。
【０００３】
この問題に対応するために、例えば、特許文献１、２の技術が開示されている。
特許文献１の技術は、短繊維に切断した炭素繊維原料から開繊された綿状繊維を所定の厚みに積層してフリース状繊維マットを形成する炭素繊維マットの製造方法において、綿状繊維を開繊シリンダと吸引ケージとの間に設けた空気室にて浮遊させてから、吸引ケージに吸引して積層させることを特徴とする技術である。また、上記製造方法に使用する炭素繊維マットの製造装置において、空気室には、開繊シリンダ側から吸引ケージ側に向けて送風する送風口が設けられていることを特徴とする技術である。
また、特許文献２の技術は、不連続炭素繊維を浮遊せしめる気流室と、この浮遊炭素繊維を捕集器上に捕捉せしめる装置とを連結した炭素繊維不織フェルトの製造装置の技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９６５７３０号公報
【特許文献２】実開昭６０−５６７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２に記載された技術には、次のような問題があった。
特許文献１の技術では、開繊シリンダと吸引ケージとの間に設けた空気室において炭素繊維を浮遊させる気流は、開繊シリンダの回転によって生じさせている。開繊シリンダの回転によって生まれた気流は、開繊シリンダの円周方向に流れるため、浮遊した炭素繊維は、空気室の上部に移動するが、開繊シリンダと対向する位置に設けられた吸引ケージ側には移動しにくく、空気室内にいつまでも滞留する傾向があった。特に、炭素繊維の量が少ない場合には、炭素繊維が長時間にわたって空気室内に滞留するので、炭素繊維が空気室の底面に安定して落下する定常状態になるまでに多くの時間を必要とした。そのため、所定の厚みに積層してフリース状繊維マットを形成するまでに時間がかかり過ぎ、生産性が低下する問題があった。
また、開繊シリンダへ投入する炭素繊維の投入量が変動すると、空気室における炭素繊維の滞留時間にバラツキが生じるので、吸引ケージに吸引して積層させる炭素繊維マットの厚みにバラツキが生じやすい問題があった。この場合、空気室の底面に設けた送風口から、開繊シリンダ側から吸引ケージ側に向けて送風すると、堆積した炭素繊維が再度浮遊して、炭素繊維の滞留時間を反って増加させる問題もあった。
【０００６】
この点、特許文献２の技術では、気流室には炭素繊維を気流室内で浮遊攪拌する気体が、気流室の下端及び側端からブロワーにより吹き込まれるので、ブロワーの気流を制御することによって、気流室内における炭素繊維の滞留時間を調節することは可能である。
しかし、特許文献２の技術では、気流室内に浮遊した炭素繊維を捕捉するための支持体より、その反対側へ気流が吸込まれるように気体吸引室を設け、その上に多孔質体を設けている。そして、浮遊した炭素繊維は、気体吸引室に連結した吸引用ブロワーが吸引する気体圧力によってその捕捉支持体上に堆積されて不織布状フェルトに加工される。
ところが、捕捉支持体上に堆積された不織布状フェルトの厚みが一定以上になると、多孔質体が目詰まりを起こして吸引用ブロワーが吸引する気体圧力が気流室内に浮遊する炭素繊維を吸引しなくなる。したがって、一定以上の厚みを有する不織布状フェルトを効率的に生産することは困難であった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、炭素繊維マットを、積層する厚みにバラツキなく効率的に製造する炭素繊維マットの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の炭素繊維マットの製造方法及び製造装置は、次のような構成を有している。
（１）開繊シリンダと、吸引ケージと、前記開繊シリンダと前記吸引ケージとの間に設けた空気室とを備えた炭素繊維マットの製造装置を使用する炭素繊維マットの製造方法であって、
前記開繊シリンダにて短繊維に切断した炭素繊維原料を開繊して形成した綿状繊維が、前記空気室内に浮遊されてから前記空気室に接続されたブロワーからの送風によって前記吸引ケージに積層されてフリース状繊維マットに形成されること、
前記空気室には、前端にブロワーが接続されたダクト部と、該ダクト部の後端から前記吸引ケージの投入口へ向けて容積が増加する拡幅部とを形成したこと、
前記綿状繊維は、前記ブロワーからの送風によって前記ダクト部内を浮遊して通過後、失速して前記拡幅部に堆積すること、
前記拡幅部に堆積した前記綿状繊維は、前記ブロワーからの送風によって前記吸引ケージに押出され、前記吸引ケージ上に積層されることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、空気室には、前端にブロワーが接続されたダクト部を形成したので、開繊シリンダの排出口から排出される綿状繊維を、ブロワーからの送風によってダクト部内を１本１本の繊維に分離、浮遊させながら略一定の速度で通過させることができる。浮遊した綿状繊維は略一定の速度でダクト部内を通過するので、開繊シリンダに投入する炭素繊維の量が少ない場合においても、開繊された綿状繊維が長時間にわたってダクト部内に滞留することが無く、浮遊する時間を短縮して、炭素繊維マットを効率的に製造することができる。
【００１０】
また、空気室には、ダクト部の後端から吸引ケージの投入口へ向けて容積が増大する拡幅部を形成したので、吸引ケージの投入口に近づくにつれてブロワーから送風される気流の風速が遅くなり、ダクト部を通過した綿状繊維は失速して拡幅部に堆積する。
また、拡幅部に堆積した綿状繊維は、ブロワーからの送風によって吸引ケージに押出され、吸引ケージ上に積層されるので、吸引ケージの吸引力に左右されることなく、フリース状繊維マットとして厚みにバラツキなく効率的に吸引ケージ上に積層されることができる。
【００１１】
よって、本発明によれば、炭素繊維マットを、積層される厚みにバラツキなく効率的に製造することができる。
なお、綿状繊維を通過させるダクト部の容積は、長手方向において略一定であることが好ましい。ダクト部の容積が長手方向において略一定であることによって、ブロワーの送風量を制御することで、ダクト部を通過する綿状繊維の送り速度を簡単に調節することができ、炭素繊維マットの生産量の増減に対応しやすくなるからである。また、拡幅部は、矩形状断面をなし、その下面が吸引ケージの投入口に向けて下り傾斜に形成された傾斜面を有することが好ましい。拡幅部が、矩形状断面をなし、その下面が吸引ケージの投入口に向けて下り傾斜に形成された傾斜面を有することによって、堆積した綿状繊維には、ブロワーからの送風による押出し力に加えて、傾斜面に堆積した綿状繊維自身の重力が作用するので、綿状繊維をより効率的に吸引ケージ上に積層させることができるからである。
【００１２】
（２）開繊シリンダと、吸引ケージと、前記開繊シリンダと前記吸引ケージとの間に設けた空気室とを備えた炭素繊維マットの製造装置を使用する炭素繊維マットの製造方法であって、
前記開繊シリンダにて短繊維に切断した炭素繊維原料を開繊して形成した綿状繊維が、前記空気室内に浮遊されてから前記空気室に接続されたブロワーからの送風によって前記吸引ケージに積層されてフリース状繊維マットに形成されること、
前記空気室には、前端に第１ブロワーが接続されたダクト部と、該ダクト部の後端に接続された排気部とを形成したこと、
前記空気室には、前端に第２ブロワーが接続されその後方に前記排気部の後端が接続され、かつ、前記吸引ケージの投入口へ向けて容積が増大する拡幅部を形成したこと、
前記綿状繊維は、前記第１ブロワーからの送風によって前記ダクト部内を浮遊して通過後、排気部で失速して前記拡幅部に堆積すること、
前記第１ブロワーからの送風は、前記排気部から外部に排出されること、
前記拡幅部に堆積した前記綿状繊維は、前記第２ブロワーからの送風によって前記吸引ケージに押出され、前記吸引ケージ上に積層されることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、空気室には、前端に第１ブロワーが接続されたダクト部と、該ダクト部の後端に接続された排気部とを形成したので、開繊シリンダの排出口から排出される綿状繊維を、第１ブロワーからの送風によってダクト部内を１本１本の繊維に分離、浮遊させながら略一定の速度で通過させることができる。浮遊した綿状繊維は略一定の速度でダクト部内を通過するので、開繊シリンダに投入する炭素繊維の量が少ない場合においても、開繊された綿状繊維が長時間にわたってダクト部内に滞留することが無く、浮遊する時間を短縮して、炭素繊維マットを効率的に製造することができる。
【００１４】
また、空気室には、ダクト部の後端に接続された排気部を形成したので、第１ブロワーからの送風を排気部から外部に逃がすことができる。そのため、第１ブロワーから送風されるダクト部内の気流の風速は、排気部で遅くなり、ダクト部を通過した綿状繊維は、排気部で確実に失速する。その結果、第１ブロワーからの送風は、ダクト部内における繊維搬送用の送風となり、次に説明する第２ブロワーからの送風（繊維積層用の送風）と、実質的に分離することができる。両者を実質的に分離することによって、第１ブロワーの送風量を自由に制御することが可能となる。例えば、第１ブロワーは、インバーター制御することによって、開繊シリンダに投入する炭素繊維量の増減に応じた最適な送風量を、自動的にダクト部に供給することができる。
【００１５】
また、空気室には、前端に第２ブロワーが接続され、その後方に排気部の後端が接続され、かつ、吸引ケージの投入口へ向けて容積が増大する拡幅部を形成したので、排気部を通過して失速した綿状繊維は、拡幅部の入口に確実に堆積する。拡幅部に堆積した綿状繊維は、第２ブロワーからの送風によって吸引ケージに押出されて吸引ケージ上に積層されるので、吸引ケージの吸引力に左右されることなく、フリース状繊維マットとして厚みにバラツキなく効率的に吸引ケージ上に積層されることができる。ここで、第２ブロワーからの送風は、繊維積層用の送風であって、第１ブロワーからの送風（繊維搬送用の送風）から実質的に分離され、影響を受けることはない。そのため、フリース状繊維マットとして積層される厚さが、薄い場合においても、第２ブロワーの送風量を最適な送風量に調節することによって、吸引ケージ上に厚みにバラツキなく積層させることができる。
よって、本発明によれば、炭素繊維マットを、積層される厚みにバラツキなく効率的に製造することができる。
【００１６】
なお、綿状繊維を通過させるダクト部の容積は、長手方向において略一定であることが好ましい。ダクト部の容積が長手方向において略一定であることによって、ブロワーの送風量を制御することで、ダクト部を通過する綿状繊維の送り速度を簡単に調節することができ、炭素繊維マットの生産量の増減に対応しやすくなるからである。また、拡幅部は、矩形状断面の筒状体をなし、その下面が吸引ケージの投入口に向けて略水平に形成された水平面を有することが好ましい。拡幅部が、矩形状断面の筒状体をなし、その下面が吸引ケージの投入口に向けて略水平に形成された水平面を有することによって、第２ブロワーからの送風による押出し力のみで、堆積した綿状繊維を吸引ケージに押出すので、吸引ケージ上に積層させる綿状繊維の厚みの制御が容易となる。その結果、厚みのバラツキをより一層抑制することができる。
【００１７】
（３）（１）又は（２）に記載された炭素繊維マットの製造方法に使用する炭素繊維マットの製造装置において、
前記ダクト部は、逆Ｕ字状に湾曲するフレキシブルダクトであることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、ダクト部は、逆Ｕ字状に湾曲するフレキシブルダクトであるので、ダクト部を上下方向に延伸することによってダクト部の長手方向の長さを増大させることができる。そのため、ダクト部を通過して吸引ケージに供給する綿状繊維の送り量を簡単に増大させることができる。その結果、炭素繊維マットの生産量の変動に対応して、開繊シリンダと吸引ケージとの配置関係を変更させることなく、効率的に製造することができる。
また、ダクト部の長さを増大させて、浮遊する綿状繊維の落下距離を稼ぐことにより、綿状繊維が1本1本の繊維に分繊しやすくなると同時に、分繊した繊維がランダムかつ均一に分散する効果を増加させることができる。さらに、ダクト部の長さを調節し、浮遊する綿状繊維の落下距離を変化させることによって、繊維の分散度合いもコントロールすることができる。
また、ダクト部は、逆Ｕ字状に湾曲するので、開繊シリンダから排出された綿状繊維は、逆Ｕ字状に湾曲するダクト部を通過するときに、浮遊、円弧移動、下降の連続動作を行うことができる。そのため、綿状繊維の分離、攪拌を効率的かつ確実に行うことができる。  また、ダクト部は、逆Ｕ字状に湾曲してダクト部の下面にくぼみ形状が無いので、綿状繊維がダクト部内に残留して、ダクト部が詰まる恐れも少なく、効率的に炭素繊維マットを製造することができる。また、製造する炭素繊維マットの厚みにバラツキが生じにくい。
よって、本発明によれば、炭素繊維マットを、積層する厚みにバラツキなく効率的に製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、炭素繊維マットを、積層する厚みにバラツキなく効率的に製造する炭素繊維マットの製造方法及び製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る炭素繊維マットの製造装置を含む炭素繊維不織布の製造装置全体を表す模式図である。
【図２】本実施形態の製造装置における第１実施例の断面図である。
【図３】図２に示す第１実施例の平面図である。
【図４】本実施形態の製造装置における第２実施例の断面図である。
【図５】図４に示す第２実施例の排気部における部分斜視図である。
【図６】図４に示す第２実施例の排気部（変形例）における部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施形態に係る炭素繊維マットの製造方法及び製造装置について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、はじめに炭素繊維不織布の製造装置全体を概略説明した上で、本実施形態に係る炭素繊維マットの製造方法及び製造装置について、第１実施例及び第２実施例を用いて詳細に説明する。
【００２２】
＜炭素繊維不織布の製造装置全体の概要＞
はじめに、炭素繊維不織布を製造する製造装置全体の概要について、図１を用いて説明する。図１に、本発明の実施形態に係る炭素繊維マットの製造装置を含む炭素繊維不織布の製造装置全体を表す模式図を示す。
図１に示すように、炭素繊維不織布の製造装置は、炭素繊維切断装置１と混打装置２、３とウェブ（ここでは、「炭素繊維マット」と称する。）製造装置１０とニードリング装置８と裁断装置９とを備えている。
【００２３】
炭素繊維切断装置１は、ボビンにコイル状で巻回された炭素繊維束を所定の長さに切断する装置である。炭素繊維束は、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維の束で、一般的に密度１．７〜２．０ｇ／cm3程度で直径５〜１０ミクロン程度の長繊維（フィラメント）が数千から数万本程度集合した集合体である。炭素繊維切断装置１では、ボビン１１を巻戻し台１７に載置して炭素繊維束１２を巻き戻すとともに、巻き戻した炭素繊維束１２を案内ローラ１３を経由して切断機１４に挿入して所定の長さに切断する。炭素繊維束１２を切断する長さは任意に設定すればよいが、例えば、１０ｃｍ程度の長さに切断する。切断して短繊維化した炭素繊維原料１５は、パレット１６に収容する。なお、炭素繊維原料１５は、炭素繊維１００％の原料である。
【００２４】
混打装置２、３は、短繊維化した炭素繊維原料１５を一般的な混打機にてほぐして、繊維の方向が揃って所定の大きさの綿状の固まり又は連続状になった粗綿を作る装置である。混打機には、図示しない複数のドラムやローラを備えていて、供給された繊維を小さい方のドラムが掻き込み、もう一つのドラムに渡すとき、繊維を分離して方向を揃える。炭素繊維束１２は、非常に細い繊維が集合した繊維束であるので、フィラメント径に近い細径の繊維に分離した綿状の固まりを形成するためには、混打機を複数使う場合がある。ここでは、２台の混打装置２、３を使用している。
【００２５】
パレット１６に収容した短繊維状の炭素繊維原料１５は、第１混打装置２の投入口２１から投入され、粗綿化されて排出口２２から出てくる。この粗綿化された炭素繊維原料２３は、より一層細径化して綿状の固まりとするため、第２混打装置３の投入口３１へ搬送コンベア２４によって搬送される。第２混打装置３に投入された炭素繊維原料２３は、異物等が除去されながら１本１本のフィラメント径に近い状態に細径化された綿状の固まりとなって、排出口３２から排出される。
第２混打装置３から排出される炭素繊維原料３４は、搬送コンベア３５に載置されて搬送される途中に、予備ローラ３３にて連続綿となるよう均らされた上で、本実施形態に係る炭素繊維マットの製造装置１０に投入される。
【００２６】
炭素繊維マットの製造装置１０は、連続綿となった炭素繊維原料３４から均一な厚みに積層するフリース状繊維マットを形成する装置である。炭素繊維マットの製造装置１０では、綿状繊維を互いに同期して回転する開繊シリンダ４と吸引ケージ６との間に設けた空気室５にて浮遊させてから、吸引ケージ６に積層させ、均一な厚みに積層するフリース状繊維マットを形成する。炭素繊維マットの製造方法及び製造装置は、第１実施例と第２実施例があるが、その詳細については後述する。
【００２７】
炭素繊維マットの製造装置１０にて形成されたフリース状繊維マットは、搬送コンベア８３に載置されてニードリング装置８に搬送される。その搬送の際、複数本の押えローラ８２にて、フリース状にふわふわした炭素繊維マットを圧縮して、繊維密度を高めている。
ニードリング装置８は、炭素繊維マット８４の繊維密度をより高めるとともに、厚さ方向で繊維を混絡させて、炭素繊維不織布としての強度を向上させる装置である。ニードリング装置８では、先端に鉤状部を有する複数の針８５を炭素繊維マットの上面から突き挿して、針８５の鉤状部が引っ掛けた繊維を上方に引き上げながら繊維同士を厚さ方向で絡ませている。なお、あまり頻繁にニードリングすると炭素繊維の折損に繋がりやすいので、最低限の回数に控える必要がある。
【００２８】
最後の裁断装置９は、ニードリングした炭素繊維不織布を必要なサイズに裁断する装置である。ここでは、搬送コンベア９１の上にカッターを設置して、必要な裁断を行っている。また、裁断された炭素繊維不織布９２は、製品パレット９３に収納される。
【００２９】
＜炭素繊維マットの製造方法及び製造装置＞
次に、本実施形態に係る炭素繊維マットの製造方法及び製造装置について、第１実施例及び第２実施例を、図２〜図６を用いて説明する。図２に、本実施形態の製造装置における第１実施例の断面図を示す。図３に、図２に示す第１実施例の平面図を示す。図４に、本実施形態の製造装置における第２実施例の断面図を示す。図５に、図４に示す第２実施例の排気部における部分斜視図を示す。図６に、図４に示す第２実施例の排気部（変形例）における部分斜視図を示す。
【００３０】
（第１実施例）
図２に示すように、第１実施例の炭素繊維マットの製造装置１０は、開繊シリンダ４と空気室５と吸引ケージ６とを備えている。
開繊シリンダ４は、複数の突起部４２を外周に設置した円筒状の開繊シリンダ本体４１を有している。開繊シリンダ本体４１は、回転中心４３で軸支され、反時計方向（矢印Ｐの方向）に所定の回転速度で回転する。回転速度は、綿状繊維原料３４の送込み量等によって最適な速度に設定する。例えば、８００〜１０００ｒｐｍ程度である。
【００３１】
また、開繊シリンダ４には、開繊シリンダ本体４１の外周に設置した突起部４２と干渉しない位置で、円弧状のカバー部材４４が覆設されている。第２混打装置３から排出される炭素繊維原料３４の投入口には、カバー部材４４が切り欠かれ、投入ローラ４９Ａ、４９Ｂが設置されている。投入ローラ４９Ａ、４９Ｂの回転によって、搬送コンベア３５で搬送されてきた連続綿の炭素繊維原料３４は、開繊シリンダ本体４１の下方（矢印Ｓ０の方向）に投入される。投入された連続綿の炭素繊維原料３４は、開繊シリンダ本体４１が回転するとき、突起部４２によって開繊される。開繊された綿状繊維５３は、矢印Ｓ１、Ｓ２の方向に移動して排出口４７から空気室５に排出される。なお、投入口近傍及び排出口近傍には、風切板４５、４６が設けられ、周囲からの風の侵入を防止している。
【００３２】
また、空気室５は、逆Ｕ字状に湾曲したダクト部５１と、ダクト部５１の後端から吸引ケージ６の投入口へ向けて容積が増大する拡幅部５２とを備えている。
ダクト部５１の前端には、ブロワー５４が接続され、ブロワー５４の吸込み口と開繊シリンダ４１の排出口４７とが連結されている。開繊シリンダ４１の排出口４７から排出された綿状繊維５３は、ブロワー５４によってダクト部５１内に吸引され、ブロワー５４からの送風によって逆Ｕ字状に湾曲したダクト部内を上方に浮遊し、上端で円弧移動し、下方に下降して通過する。この間で、綿状繊維５３は、１本１本の繊維に効率的に分離、攪拌される。
【００３３】
また、ダクト部５１は、断面が円筒状又は角筒状に形成され、長手方向で容積が略一定である。ブロワー５４の送風量を制御することで、ダクト部５１を通過する綿状繊維５３の送り速度を簡単に調節することができる。さらに、ダクト部は、フレキシブルダクトであって長手方向の長さが伸縮可能である。ダクト部５１の長さが増大すると、綿状繊維５３の収容量が増加する。そのため、ブロワー５４の風量を増加して、所定の厚みを有する炭素繊維マットを高速に製造することができる。
また、ダクト部５１の長さを増大させて、浮遊する綿状繊維５３の落下距離を稼ぐことにより、綿状繊維が1本1本の繊維に分繊しやすくなると同時に、分繊した繊維がランダムかつ均一に分散する効果を増加させることができる。さらに、ダクト部５１の長さを調節し、浮遊する綿状繊維５３の落下距離を変化させることによって、繊維の分散度合いもコントロールすることができる。
【００３４】
図３に示すように、拡幅部５２は、平面視で略２等辺台形状に形成された角筒体である。拡幅部５２の前端は、ダクト部５１の後端と接続され、拡幅部５２の後端は、吸引ケージ６の投入口と接続されている。拡幅部５２の容積は、吸引ケージ６の投入口に向けて左右対称に増加する。拡幅部５２の容積が左右対称に増加することによって、ダクト部５１を通過した綿状繊維５３は、左右均等に拡散しながら失速して拡幅部５２に堆積する。
また、図２に示すように、拡幅部５２の下面５２１は、吸引ケージ６の投入口に向けて下方に傾斜する傾斜面に形成されている。そのため、ブロワー５４からの気流は、斜め下方（矢印Ｓ４に方向）に流れる。拡幅部５２の下面５２１に堆積した綿状繊維５２Ｂは、ブロワー５４からの送風と自重とによって、拡幅部５２の下面５２１を下方に移動して吸引ケージ６の投入口に押出される。拡幅部５２の上面５２２は、下面５２１との隙間が徐々に増加するように形成されている。拡幅部５２の上面５２２と下面５２１との隙間が増加することによって、拡幅部５２の容積が更に増加するので、ダクト部５１を通過した綿状繊維５３は、更に失速しやすくなる。
【００３５】
図２に示すように、吸引ケージ６は、上部吸引ケージ本体６２と下部吸引ケージ本体６３とを備えている。各吸引ケージ本体６２、６３は、外径及び軸方向の長さが略同一の円筒形状に形成されている。各吸引ケージ本体６２、６３の外周面は、上下方向で所定の隙間６４を開けて平行に設置されている。各吸引ケージ本体６２、６３は、投入口側の外周面がお互いに近接する方向に回転する。すなわち、上部吸引ケージ本体６２は反時計方向（矢印Ｑの方向）に回転し、下部吸引ケージ本体６３は、時計方向（矢印Ｒの方向）に回転する。上部吸引ケージ本体６２及び下部吸引ケージ本体６３の回転速度はお互いに等しい。各吸引ケージ本体６２、６３の外周面には、積層した綿状繊維６１Ａ、６１Ｂと空気とを分離するフィルター部材が設置されている。
【００３６】
また、拡幅部５２の下面５２１は、吸引ケージ６の投入口において下部吸引ケージ本体６３の上端より低い位置に形成されている。拡幅部５２の下面５２１から吸引ケージ６の投入口に押出された綿状繊維５２Ｂは、矢印Ｓ５の方向に湾曲して下部吸引ケージ本体６３の外周面に積層される。下部吸引ケージ本体６３の外周面に積層される綿状繊維６１Ｂは、上部吸引ケージ本体６２に積層される綿状繊維６１Ａと隙間６４を通過するとき、フリース状の炭素繊維マット６１Ｃとして合体される。このとき、綿状繊維６１Ｂに繊維の粗密がある場合は、吸引ケージ本体６２、６３からの吸引力（Ｖ：Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｕ：Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３）に差が生じるので、吸引ケージ本体６２、６３上で均一な厚みに修正される。
【００３７】
また、各吸引ケージ本体６２、６３の外周側には、円弧状のカバー部材６２１、６３１が覆設されている。カバー部材６２１、６３１の両側端（図面の表裏方向）には、角筒状の排気導入筒６６が接続されている。排気導入筒６６は、吸引ケージ本体６２、６３の内壁に連通していて、吸引ケージ本体６２、６３からの空気が導入される。排気導入筒６６の上端６７には、排気ダクトが連結されていて導入された空気は、図示しない集塵機によって吸引される。
炭素繊維マット６１Ｃの出口側のカバー部材６４、６５は、切り欠かれていて、デリバリローラ８１Ａ、８１Ｂが設置されている。デリバリローラ８１Ａ、８１Ｂは、吸引ケージ本体６２、６３の隙間６４から排出されるフリース状の炭素繊維マット６１Ｃを搬送コンベア８３に送り出す役割を持っている。
ここで、デリバリローラ８１Ａ、８１Ｂは、吸引ケージ本体６２、６３と連動して回転するとともに、回転速度も調節することができる。
【００３８】
（第２実施例）
図４に示すように、第２実施例の炭素繊維マットの製造装置１０Ｂは、開繊シリンダ４と空気室５Ｂと吸引ケージ６とを備えている。
第２実施例の炭素繊維マットの製造装置１０Ｂは、第１実施例の炭素繊維マットの製造装置１０と、空気室５Ｂの構造において相違するのみで、開繊シリンダ４及び吸引ケージ６はそれぞれ共通する。そのため、相違する空気室５Ｂを中心に説明し、開繊シリンダ４及び吸引ケージ６については、同一の符号を付して、必要な場合を除き、その説明を割愛する。
【００３９】
図４に示すように、空気室５Ｂは、逆Ｕ字状に湾曲したダクト部５１Ｂと、ダクト部５１Ｂの後端に接続された排気部５５と、排気部５５の接続部から吸引ケージ６の投入口へ向けて長手方向の容積が増大する拡幅部５２Ｂとを備えている。
ダクト部５１Ｂの前端５１３Ｂには、第１ブロワー５４Ｂが接続され、第１ブロワー５４Ｂの吸込み口と開繊シリンダ４１の排出口４７とが連結されている。ダクト部５１Ｂは、逆Ｕ字状に湾曲して形成され、湾曲した下面５１１Ｂと上面５１２Ｂは同心円状に形成されている。開繊シリンダ４１の排出口４７から矢印Ｓ１２の方向に排出された綿状繊維５３は、第１ブロワー５４Ｂによってダクト部５１Ｂ内に吸引され、第１ブロワー５４Ｂからの送風によって、逆Ｕ字状に湾曲したダクト部内を上方（矢印Ｓ１３の方向）に浮遊し、上端で円弧移動してから、下方（矢印Ｓ１４の方向）に下降しつつ通過する。この間で、綿状繊維５３は、１本１本の繊維に効率的に分離、攪拌される。
【００４０】
図４、図５に示すように、ダクト部５１Ｂの下端５１４Ｂは、断面が円筒状に形成された排気部５５の上端５５３に接続されている。排気部５５の外周壁５５２には、メッシュ状の通気孔が形成されている。排気部５５の下端５５１は、下方に向かって縮小するテーパ形状に形成されている。第１ブロワー５４Ｂからの送風によってダクト部内を矢印Ｓ１４の方向に移動する綿状繊維５３は、矢印Ｓ１５の方向に下方へ移動して拡幅部５２Ｂに落下する。第１ブロワー５４Ｂからの気流は、外周壁５５２の通気孔から矢印Ｔ１の方向に外部へ排出される。
【００４１】
ここで、図６に示すように、排気部５５Ｂは、外筒５５２Ｂと内筒５５３Ｂとからなる２重筒構造に形成しても良い。外筒５５２Ｂの上端は封止され、外筒５５２Ｂの下端５５１Ｂは、下方に向かって縮小するテーパ形状に形成されている。ダクト部５１Ｂの下端５１４Ｂは、外筒５５２Ｂの上側面に接続されている。内筒５５３Ｂの下端は、下方へ開放され、内筒５５３Ｂの上端は集塵機と連通する排気管５５４Ｂに接続されている。第１ブロワー５４Ｂからの送風によってダクト部内を矢印Ｓ１４の方向に移動する綿状繊維５３は、外筒５５２Ｂと内筒５５３Ｂとの隙間を螺旋状に旋回しながら下方へ移動して、拡幅部５２Ｂに落下する。第１ブロワー５４Ｂから送風される気流は、矢印Ｔ２、Ｔ３の方向に流れて集塵機から放出される。綿状繊維５３は、螺旋状に旋回しながら下方へ移動するので、集塵機から放出される気流と分離しやすくなる。
【００４２】
図４、図５、図６に示すように、拡幅部５２Ｂは、導入部５６と中間部５７と排出部５８とを備えている。導入部５６は、角筒状に形成され、その前端５６３には、第２ブロワー５９が接続されている。導入部５６において拡幅部５２Ｂの上面５２２Ｂには、通孔５６２が形成され、排気部５５、５５Ｂの下端５５１、５５１Ｂが接合されている。導入部５６の前端５６３と通孔５６２との間には、第２ブロワー５９から送風される気流の方向を制御する風向板５６１が揺動可能に軸支されている。風向板５６１は、左右方向に揺動して第２ブロワー５９からの気流を矢印Ｓ１７のように左右方向に誘導する。本図では、左右方向に揺動する風向板５６１のみを示しているが、上下方向に揺動する風向板５６１を追加しても良い。また、風向板５６１は、複数設けても良い。
【００４３】
拡幅部５２Ｂの中間部５７は、左右方向の幅が、徐々に拡大するように、上面視で略２等辺台形状に形成されている。中間部５７において上面５２２Ｂは、下面５２１Ｂからの距離が増大するように傾斜して形成されている。また、排出部５８は、左右方向の幅が吸引ケージ本体６２、６３の軸方向の長さと略同一の大きさに形成されている。導入部５６、中間部５７、及び排出部５８において下面５２１Ｂは、略連続した水平面に形成されている。拡幅部５２Ｂの導入部５６に堆積した綿状繊維５３は、第２ブロワー５９からの送風によって、中間部５７で左右方向に均一に分散されながら所定の厚みに積層され、排出部５８から吸引ケージ６の投入口に押出される。この場合、第１ブロワー５４Ｂからの送風と、第２ブロワー５９からの送風とは、排気部５５、５５Ｂで分離されているので、吸引ケージ上に積層するフリース状繊維マットの厚みのコントロールが容易になる。
【００４４】
＜作用効果＞
以上、詳細に説明したように、本実施形態の製造方法によれば、空気室５には、前端に接続したブロワー５４からの送風によって綿状繊維５３を浮遊させて通過させるダクト部５１を形成したので、開繊シリンダ４の排出口４７から排出される綿状繊維５３を、ブロワー５４からの送風によってダクト部内を１本１本の繊維に分離、浮遊させながら略一定の速度で通過させることができる。浮遊した綿状繊維５３は略一定の速度でダクト部内を通過するので、開繊シリンダ４に投入する炭素繊維の量が少ない場合においても、開繊された綿状繊維５３が長時間にわたってダクト部内に滞留することが無く、浮遊する時間を短縮して、炭素繊維マットを効率的に製造することができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、空気室５には、ダクト部５１の後端から吸引ケージ６の投入口へ向けて容積が増大する拡幅部５２を形成したので、吸引ケージ６の投入口に近づくにつれてブロワー５４から送風される気流の風速が遅くなり、ダクト部５１を通過した綿状繊維５３は失速して拡幅部５２に堆積する。
また、拡幅部５２に堆積した綿状繊維５２Ｂをブロワー５４からの送風によって吸引ケージ６に押出して吸引ケージ上に積層させるので、吸引ケージ６の吸引力（Ｖ：Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｕ：Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３）に左右されることなく、フリース状繊維マットとして厚みにバラツキなく効率的に吸引ケージ上に積層させることができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、綿状繊維５３を通過させるダクト部５１の容積は、長手方向において略一定であるので、ブロワー５４の送風量を制御することで、ダクト部５１を通過する綿状繊維５３の送り速度を簡単に調節することができ、炭素繊維マットの生産量の増減に対応しやすくなる。また、拡幅部５２は、断面矩形状をなし、その下面５２１が吸引ケージ６の投入口に向けて下り傾斜に形成された傾斜面を有するので、堆積した綿状繊維５２Ｂには、ブロワー５４からの送風による押出し力に加えて、傾斜面に堆積した綿状繊維自身の重力が作用するので、綿状繊維５２Ｂをより効率的に吸引ケージ上に積層させる
【００４７】
また、本他の実施形態によれば、空気室５Ｂには、前端に接続した第１ブロワー５４Ｂからの送風によって綿状繊維５３を浮遊させて通過させるダクト部５１Ｂを形成したので、開繊シリンダ４の排出口４７から排出される綿状繊維５３を、第１ブロワー５４Ｂからの送風によってダクト部内を１本１本の繊維に分離、浮遊させながら略一定の速度で通過させることができる。浮遊した綿状繊維５３は略一定の速度でダクト部内を通過するので、開繊シリンダ４に投入する炭素繊維の量が少ない場合においても、開繊された綿状繊維が長時間にわたってダクト部内に滞留することが無く、浮遊する時間を短縮して、炭素繊維マットを効率的に製造することができる。
【００４８】
また、本他の実施形態によれば、空気室５Ｂには、ダクト部５１Ｂの後端５１４Ｂに接続した排気部５５、５５Ｂを形成したので、第１ブロワー５４Ｂからの送風を排気部５５，５５Ｂから外部に逃がすことができる。そのため、第１ブロワー５４Ｂから送風されるダクト部内の気流の風速は、排気部５５，５５Ｂで遅くなり、ダクト部５１Ｂを通過した綿状繊維５３は、排気部５５，５５Ｂで確実に失速する。その結果、第１ブロワー５４Ｂからの送風は、ダクト部内における繊維搬送用の送風となり、次に説明する第２ブロワー５９からの送風（繊維積層用の送風）と、実質的に分離することができる。両者を実質的に分離することによって、第１ブロワー５４Ｂの送風量を自由に制御することが可能となる。例えば、第１ブロワー５４Ｂは、インバーター制御することによって、開繊シリンダ４に投入する炭素繊維量の増減に応じた最適な送風量を、自動的にダクト部５１Ｂに供給することができる。
【００４９】
また、本他の実施形態によれば、空気室５Ｂには、前端５６３に第２ブロワー５９が接続され、その後方に排気部５５、５５Ｂの後端５５１、５５１Ｂが接続され、かつ、吸引ケージ６の投入口へ向けて容積が増大する拡幅部５２Ｂを形成したので、排気部５５，５５Ｂを通過して失速した綿状繊維５３は、拡幅部５２Ｂの入口（導入部５６）に確実に堆積する。拡幅部５２Ｂに堆積した綿状繊維５３は、第２ブロワー５９からの送風によって吸引ケージ６に押出されて吸引ケージ上に積層させるので、吸引ケージ６の吸引力（Ｖ：Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｕ：Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３）に左右されることなく、フリース状繊維マットとして厚みにバラツキなく効率的に吸引ケージ上に積層させることができる。ここで、第２ブロワー５９からの送風は、繊維積層用の送風であって、第１ブロワー５４Ｂからの送風（繊維搬送用の送風）から実質的に分離され、影響を受けることはない。そのため、フリース状繊維マットとして積層される厚さが、薄い場合においても、第２ブロワー５９の送風量を最適な送風量に調節することによって、吸引ケージ上に厚みにバラツキなく積層させることができる。
【００５０】
また、本他の実施形態によれば、綿状繊維５３を通過させるダクト部５１Ｂの容積は、長手方向において略一定であるので、第１ブロワー５４Ｂの送風量を制御することで、ダクト部５１Ｂを通過する綿状繊維５３の送り速度を簡単に調節することができ、炭素繊維マットの生産量の増減に対応しやすくなる。また、拡幅部５２Ｂは、断面矩形状の筒状体をなし、その下面５２１Ｂが吸引ケージ６の投入口に向けて略水平に形成された水平面を有するので、第２ブロワー５９からの送風による押出し力のみで、堆積した綿状繊維を吸引ケージ６に押出すことができ、吸引ケージ上に積層させる綿状繊維の厚みの制御が容易となる。その結果、厚みのバラツキをより一層抑制することができる。
【００５１】
本他の実施形態の製造装置によれば、ダクト部５１、５１Ｂは、逆Ｕ字状に湾曲するフレキシブルダクトであるので、ダクト部５１、５１Ｂを上下方向に延伸することによってダクト部の長手方向の長さを増大させることができる。そのため、ダクト部５１、５１Ｂを通過して吸引ケージ６に供給する綿状繊維５３の送り量を簡単に増大させることができる。その結果、炭素繊維マットの生産量の変動に対応して、開繊シリンダ４と吸引ケージ６との配置関係を変更させることなく、効率的に製造することができる。
また、ダクト部５１、５１Ｂの長さを増大させて、浮遊する綿状繊維５３の落下距離を稼ぐことにより、綿状繊維５３が1本1本の繊維に分繊しやすくなると同時に、分繊した繊維がランダムかつ均一に分散する効果を増加させることができる。さらに、ダクト部５１、５１Ｂの長さを調節し、浮遊する綿状繊維５３の落下距離を変化させることによって、繊維の分散度合いもコントロールすることができる。
また、ダクト部５１、５１Ｂは、逆Ｕ字状に湾曲するので、開繊シリンダ４から排出された綿状繊維５３は、逆Ｕ字状に湾曲するダクト部５１、５１Ｂを通過するときに、浮遊、円弧移動、下降の連続動作を行うことができる。そのため、綿状繊維５３の分離、攪拌を効率的かつ確実に行うことができる。
また、ダクト部５１、５１Ｂは、逆Ｕ字状に湾曲してダクト部の下面５１１、５１１Ｂにくぼみ形状が無いので、綿状繊維５３がダクト部内に残留して、ダクト部５１、５１Ｂが詰まる恐れも少なく、効率的に炭素繊維マットを製造することができる。また、製造する炭素繊維マットの厚みにバラツキが生じにくい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、例えば各種高温炉の断熱材やディーゼルエンジン車の排ガスフィルタ材、溶接現場での遮熱材等として使用される炭素繊維マットの製造方法及び製造装置として利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
４                              開繊シリンダ
５、５Ｂ                        空気室
６                              吸引ケージ
１０、１０Ｂ                    炭素繊維マットの製造装置
５１、５１Ｂ                    ダクト部
５２、５２Ｂ                    拡幅部
５３                            綿状繊維
５４                            ブロワー
５４Ｂ                          第１ブロワー
５５、５５Ｂ                    排気部
５９                            第２ブロワー
【要約】
【課題】炭素繊維マットを、積層する厚みにバラツキなく効率的に製造する炭素繊維マットの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】短繊維に切断した炭素繊維原料を綿状繊維５３に開繊する開繊シリンダ４と、綿状繊維を所定の厚みに積層してフリース状繊維マットを形成する吸引ケージ６と、開繊シリンダ４と吸引ケージ６との間に設けた空気室５とを備え、綿状繊維５３を空気室内に浮遊させてから吸引ケージに積層させる炭素繊維マットの製造方法であって、
空気室５には、前端に接続したブロワー５４からの送風によって綿状繊維５３を浮遊させて通過させるダクト部５１と、該ダクト部の後端から吸引ケージ６の投入口へ向けて容積が増加する拡幅部５２とを形成し、拡幅部に堆積した綿状繊維５２Ｂをブロワー５４からの送風によって吸引ケージ６に押出して吸引ケージ上に積層させることを特徴とする。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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