(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が偏平なリボン状の連続繊維束をボビンに巻取るようにした連続繊維束の巻取り装置において、
軸線が空間上で互いにねじれた位置関係にある一組の錐状ガイドと、
前記ボビンとほぼ平行な軸線を有する平行ガイドと、
をそれぞれ具備し、
前記一組の錐状ガイドによってリボン状の連続繊維束をひねって前記平行ガイドに導き、該平行ガイドで前記連続繊維束の走行位置および連続繊維束の幅を安定化させて前記ボビンに巻取るようにしたことを特徴とする連続繊維束の巻取り装置。
【請求項２】
前記一組の錐状ガイドによって前記リボン状の連続繊維束をほぼ直角にひねるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の連続繊維束の巻取り装置。
【請求項３】
前記一組の錐状ガイドと前記平行ガイドとが共通の支持手段によって支持されるとともに、トラバース機構によって前記ボビンの軸線方向と平行な方向に前記ボビンのほぼ全長に沿って往復動することを特徴とする請求項１に記載の連続繊維束の巻取り装置。
【請求項４】
前記一組の錐状ガイドと前記平行ガイドとがともに回転するガイドから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続繊維束の巻取り装置。
【請求項５】
前記連続繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項１に記載の連続繊維束の巻取り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は連続繊維束の巻取り装置に係り、とくに断面が偏平なリボン状の連続繊維束をボビンに巻取るようにした連続繊維束の巻取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば炭素繊維のプリプレグを素材として各種の繊維強化複合樹脂を成形する場合には、薄物のプリプレグが使用される。薄物のプリプレグは、開繊性に優れた断面が偏平なリボン状の炭素繊維ストランドを用いるようにし、このような炭素繊維ストランドに樹脂を含浸させて製造される。
【０００３】
従って炭素繊維プリプレグを製造するための炭素繊維ストランドは、断面が偏平なリボン状の炭素繊維ストランドをボビンに巻取るようにしている。このように断面が偏平なリボン状の連続繊維束をボビンに巻取るために、従来は例えば実公平７−５０９６号公報に記載されているようなガイドを用い、このようなガイドをワインダのトラバース機構に取付けるようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
実公平７−５０９６号公報に記載されているガイドは、一組の円筒状をなす平行ガイド間にＵ字状の凹部を有するガイドバーを配するようにしたものであって、一組の平行ガイド間を走行する炭素繊維束をガイドバーによってしごきながらボビンで巻取るようにしていた。
【０００５】
このような構成によると、平行ガイド間での炭素繊維束の張力を高めた場合に、ガイドバーで繊維がしごかれて毛羽立ちを生ずる可能性があるという問題がある。またこのようなガイド機構を用いた巻取り装置は、平行ガイドとボビンとが平行であって、炭素繊維束をガイドへ導くためのローラの軸線とボビンとが平行な場合にはとくに問題ないが、炭素繊維束をガイドへ導くためのローラの軸線とボビンの軸線とが互いに直角に交差するようにねじれている場合には、このような機構を用いると連続繊維束に仮撚りを生ずる可能性があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、連続繊維束に毛羽立ちを生ずることがなく、また供給される連続繊維束の姿勢とボビンの軸線との位置関係に制限を生ずることのないようにした連続繊維束の巻取り装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、断面が偏平なリボン状の連続繊維束をボビンに巻取るようにした連続繊維束の巻取り装置において、
軸線が空間上で互いにねじれた位置関係にある一組の錐状ガイドと、
前記ボビンとほぼ平行な軸線を有する平行ガイドと、
をそれぞれ具備し、
前記一組の錐状ガイドによってリボン状の連続繊維束をひねって前記平行ガイドに導き、該平行ガイドで前記連続繊維束の走行位置および連続繊維束の幅を安定化させて前記ボビンに巻取るようにしたことを特徴とする連続繊維束の巻取り装置に関するものである。
【０００８】
前記一組の錐状ガイドによって前記リボン状の連続繊維束をほぼ直角にひねるようにしてよい。また前記一組の錐状ガイドと前記平行ガイドとが共通の支持手段によって支持されるとともに、トラバース機構によって前記ボビンの軸線方向と平行な方向に前記ボビンのほぼ全長に沿って往復動するようにしてよい。あるいはまた前記一組の錐状ガイドと前記平行ガイドとがともに回転するガイドから構成されていてよい。さらにはまた前記連続繊維が炭素繊維であってよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で適用される連続繊維束は各種の繊維が用いられるが、炭素繊維のように剛直で、伸度が低いものが好ましく利用できる。炭素繊維は、例えばポリアクリルニトリル繊維がまず耐炎化され、さらに不活性ガス中で高温の焼成を行なうことによって得られる。
【００１０】
炭素繊維束を断面が偏平なリボン状にするためには、各種方法が用いられる。例えば、特公平６−６５７８７号公報にあるように、炭素繊維ストランドにサイジング剤を含浸し、熱ローラで押圧乾燥する方法を用いることができる。そしてこのようなリボン状の炭素繊維束がワインダで巻取られ、パッケージが形成される。なおこのようなパッケージは炭素繊維プリプレグの製造に供される。
【００１１】
図１および図２はワインダ２７上におけるパッケージ２８の形成のための機構を示しており、リボン状の炭素繊維束は、溝付きローラ２６を経由してボビン３６に巻取られ、これによってパッケージ２８を形成するようにしている。
【００１２】
ここでワインダ２７のスペースファクタを改善するために、溝付きローラ２６の軸線とボビン３６の軸線とが空間上で互いに直角にねじれるように配置されている。そして溝付きローラ２６の溝３７によってそれぞれ分割された炭素繊維の繊維束はトラバース機構５７によってボビン３６の全長にわたってトラバース（綾振り）されるようになっており、これによってきれいな巻上がり形状のパッケージ２８を得るようにしている。
【００１３】
なお紙管から成るボビン３６は何れも駆動モータ３４によって駆動軸３５を介してそれぞれ独立に回転駆動されるようになっている。
【００１４】
次に上記トラバース機構５７について説明する。図３〜図５に示すように、このトラバース機構５７のガイドはフレーム４１上に取付けられるようになっている。フレーム４１上にはその上側の部分に一組の円錐状ガイド４３、４４がそれらの軸線が空間上において互いにほぼ直角にねじれた位置関係となるように配置されている。なおこれらの円錐状ガイド４３、４４はともにフレーム４１に植設された支軸４５、４６にベアリングを介して回転可能に支持されている。
【００１５】
さらにフレーム４１上には上記下側の円錐状ガイド４４の軸線と平行な軸線を有する２本の円筒状ガイド４７、４８、が配されている。これらのガイド４７、４８はそれぞれフレーム４１に植設されている支軸５０、５１にベアリングを介して回転可能に支持されるようになっている。
【００１６】
円錐状ガイド４３、４４の頂角は４５°〜１２０°、好ましくは６０°〜９０°の範囲内のものが２個以上組合わされて使用される。また円錐状ガイド４３、４４は頂角が同一のものを使用しても異なる角度のものを組合わせて使用してもよい。
【００１７】
フレーム４１の背面側には案内子５５が取付けられており、このような案内子５５がフレームガイド５８上を摺動可能に移動するように係合されている。またフレーム４１の下端側には背面側へ突出する係合突起６３が設けられており、この係合突起６３がトラバース機構５７に係合されるようになっている。すなわちフレーム４１はフレームガイド５８とトラバース機構５７とによって２点支されている。
【００１８】
従ってトラバース機構５７が駆動されると、このトラバース機構５７と係合突起６３を介して係合されているフレーム４１がフレームガイド５８に沿ってボビン３６の軸線方向にその全長にわたって往復運動することになり、これによってトラバース運動（綾振り動作）が行なわれることになる。
【００１９】
フレーム４１上には一組の円錐状ガイド４３、４４と円筒状ガイド４７、４８とがそれぞれ設けられており、これらのガイドによって断面がほぼリボン状になっている炭素繊維束を案内することになる。ここでリボン状をなす炭素繊維の繊維束は円錐状ガイド４３の上部側においては、ボビン３６の軸線と直角の姿勢になっている。
【００２０】
このような姿勢の繊維束は円錐状ガイド４３、４４によってほぼ直角にひねられるようになり、この繊維束の断面がボビン３６の軸線と一致した姿勢になる。このような状態において２本の円筒状ガイド４７、４８によって押えられ、炭素繊維束の走行位置にズレがなく、また炭素繊維束に撚りやめくれが入らずに幅の大きさが一定の状態でトラバースしながらボビン３６上に巻取られることになり、これによって円筒状をなすパッケージ２８がボビン３６の外周面上に形成される。
【００２１】
このような巻取り装置によれば、とくに一組の円錐状ガイド４３、４４によって、断面が偏平なリボン状をなす連続繊維束を任意の角度にひねることが可能になり、このためにリボン状をなす連続繊維束を供給する溝付きローラ２６の軸線とボビン３６の軸線とが交差するようにねじれた位置関係にあっても、撚りが入らずに安定した状態で支障なくボビン３６で巻取ることが可能になる。従って溝付きローラ２６とボビン３６の軸線の相対的な位置関係を任意に配置することが可能になり、これによって炭素繊維束の巻取り装置のスペースファクタを大幅に改善し、小さなスペースで多くのパッケージ２８を一度に製造することが可能になる。
【００２２】
フレーム４１上の円錐状ガイド４３、４４および円筒状ガイド４７、４８は何れも回転可能に支持されており、回転するガイドから構成されている。従ってこれらのガイド４３、４４、４７、４８によって炭素繊維束を構成する炭素繊維がしごかれることがない。従ってこのことから、しごきによる炭素繊維束の毛羽立ちが発生しなくなる。すなわち高い平行度を保ちながらしかも開繊性に優れた連続繊維束を良好な形態で巻取ることが可能になる。このような巻取り装置によれば、高品質のプリプレグを製造するためのパッケージ２８を提供することが可能になる。
【００２３】
とくに図３〜図５に示すようなガイドを用いてトラバース機構５７と組合わせることによって、トラバース動作に伴ってボビン３６の長さ方向の両端部における方向転換の際においても、炭素繊維束は２本の円筒状ガイド４７、４８によって安定に押えられるために、パッケージ２８の両端部において撚りが発生したりストランドの幅が減少したりすることが防止されるという顕著な特徴を有している。
【００２４】
次に図６によって別の実施の形態を説明する。この実施の形態は３本の円錐状ガイド４３、４４、６７と３本の円筒状ガイド４７、４８、６８とによってガイド機構を構成するようにしたものである。円錐状ガイド４４と３本の円筒状ガイド４７、４８、６８はフレーム４１上に直立して設けられている支軸によってベアリングを介して回転自在に支持されている。これに対してフレーム４１に対して１３５°屈曲した折曲げ部分６９上に直立するように設けられている支軸によって円錐状ガイド６７が回転自在に支持されている。そして折曲げ部分６９に対して１３５°屈曲された先端側の折曲げ部分７０に直立して植設されている支軸によってベアリングを介して円筒状ガイド４３が回転自在に支持されるようになっている。
【００２５】
このようなガイド機構においては、リボン状をなす連続繊維束を構成する炭素繊維ストランド３０が円錐状ガイド４３、４４、６７によって案内されながらその面の角度を変更することになる。そしてこの後に３本の円筒状ガイド４７、４８、６８によって連続繊維束３０の走行位置および連続繊維束３０の幅を安定化させた状態で巻取るようにしている。従ってこのような形態においても、上記の形態と同様の作用効果を奏することが可能になる。
【００２６】
【実施例】
図３〜図５に示すようなガイド機構を神津製作所製のＥＫＴＷ−Ｃ型ワインダのトラバースガイドとして用いた。なおここで円錐状ガイド４３、４４として、頂角が６０°の梨地メッキを表面に施した鋼製のガイドを用いた。また円筒状ガイド４７、４８として、直径が１５ｍｍの梨地メッキを表面に施した鋼製の回転ガイドを用いた。
【００２７】
このような機構によって、炭素繊維ストランドを直径８０ｍｍの紙製ボビン３６に巻取った。なおこのときのトラバース幅を２５０ｍｍにした。炭素繊維ストランドは、直径が７μｍの炭素繊維フィラメント１２０００本から成る連続繊維束であって、ストランド幅が６ｍｍでストランドの厚さが０．１ｍｍのリボン状になっており、このような炭素繊維ストランドを１０ｍ／分の速度で５０００ｍ巻取った。巻取られたストランドはトラバースの両端において仮撚りおよび耳折れを生ずることなく、良好な形態を保った。またこのときのストランド幅のＣＶ値は５％であった。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、軸線が空間上で互いにねじれた位置関係にある一組の錐状ガイドと、ボビンとほぼ平行な軸線を有する平行ガイドと、をそれぞれ具備し、一組の錐状ガイドによってリボン状の連続繊維束をひねって平行ガイドに導き、該平行ガイドで連続繊維束の走行位置および連続繊維束の幅を安定化させてボビンに巻取るようにしたものである。
【００２９】
従って本発明によれば、軸線が互いにねじれた位置関係にある一組の錐状ガイドによって、供給された断面が偏平なリボン状の連続繊維束を任意の姿勢にひねることが可能になり、これによってボビンの軸線方向を任意に設定することが可能になるとともに、巻取り装置のスペースファクタを改善することが可能になる。
【００３０】
一組の錐状ガイドによってリボン状の連続繊維束をほぼ直角にひねるようにした構成によれば、リボン状をなす連続繊維束の供給ローラに対してボビンの軸線をほぼ直角に交差するようにねじった位置関係に配することが可能になる。
【００３１】
一組の錐状ガイドと平行ガイドとが共通の支持手段によって支持されるとともに、トラバース機構によってボビンの軸線方向と平行な方向にボビンのほぼ全長に沿って往復動するようにした構成によれば、断面が偏平なリボン状をなす連続繊維束をボビンの長さ方向にトラバースさせながら整然と巻取ることが可能になる。
【００３２】
一組の錐状ガイドと平行ガイドとがともに回転するガイドから構成されている場合には、錐状ガイドと平行ガイドの何れによっても連続繊維束を構成する繊維がしごかれることがなく、これによって繊維の毛羽立ちが防止される。
【００３３】
連続繊維が炭素繊維である構成によれば、断面が偏平なリボン状をなす炭素繊維ストランドをボビン上に巻取ることが可能になり、このような炭素繊維ストランドによって高品質の炭素繊維プリプレグやフィラメントワインド製品を製造することが可能になる。またこのようにして得られた安定した広幅のストランドを使用し、製織することによって、薄物の織物を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素繊維束の巻取り装置を示す正面図である。
【図２】炭素繊維束の巻取り装置を示す側面図である。
【図３】トラバースガイド機構を示す要部斜視図である。
【図４】トラバースガイド機構の側面図である。
【図５】トラバースガイド機構の正面図である。
【図６】別の実施の形態のトラバースガイド機構の斜視図である。
【符号の説明】
２５  カーボン繊維
２６  溝付きローラ
２７  ワインダ
２８  パッケージ
３０  ストランド
３４  駆動モータ
３５  駆動軸
３６  ボビン（紙管）
３７  溝
４１  フレーム
４３、４４  円錐状ガイド
４５、４６  支軸
４７、４８  円筒状ガイド
５０、５１  支軸
５５  案内子
５７  トラバース機構
５８  フレームガイド
６３  係合突起
６７  円錐状ガイド
６８  円筒状ガイド
６９、７０  折曲げ部分
【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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