(57)【要約】      （修正有）【課題】連続長繊維を低コストで形成する高温処理に適した繊維締結方法を提供する。【解決手段】中空を備える第一治具１００の内壁に複数の繊維Ａを載置させる載置工程と、第一治具の内壁に、第一治具の内壁に対応する形状の外面を備える第二治具２００を押圧させて、第一治具の内壁と第二治具の外面との間で該複数の繊維を挟持させる挟持工程とを含む繊維締結方法である。該繊維締結方法においては、耐熱温度（使用温度）がいずれも500℃以上である第一治具と第二治具とが好ましく用いられる。第一治具の内壁と第二治具の外面との間で緩衝材を介在させて複数の繊維を挟持させてもよい。本発明は、複数の繊維にセラミックス繊維が含まれる場合に好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空を備える第一治具の内壁に複数の繊維を載置させる載置工程と、
第一治具の内壁に、第一治具の内壁に対応する形状の外面を備える第二治具を押圧させて、第一治具の内壁と第二治具の外面との間で該複数の繊維を挟持させる挟持工程とを含む繊維締結方法。
【請求項２】
使用温度がいずれも500℃以上である第一治具と第二治具とを用いる請求項１に記載される繊維締結方法。
【請求項３】
挟持工程において、第一治具の内壁と第二治具の外面との間で緩衝材を介在させて複数の繊維を挟持させる請求項１または請求項２に記載される繊維締結方法。
【請求項４】
複数の繊維にセラミックス繊維が含まれる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載される繊維締結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス繊維、炭素繊維等の繊維締結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス繊維は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）や酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を主成分とする人造鉱物繊維である。セラミックス繊維は高耐熱性、電気絶縁性、高弾性を備え、自動車用途、航空・宇宙用途等に多用される。
【０００３】
セラミックス繊維の製造方法は、原料混合工程、紡糸工程、焼成工程を含む。上記の工程により得られる繊維焼結体に対し表面処理が行われ、セラミックス長繊維が製造される。セラミックス繊維束は、セラミックス長繊維にサイジング剤等を付与して集束させることにより製造される。セラミックス繊維束は使用時まで保存される他、切断されてセラミックス短繊維が製造される場合もある。
【０００４】
上記の諸工程は、繊維焼結体や、セラミックス長繊維、セラミックス繊維束（以下、単に「繊維」と記載する場合がある。）を連続的に処理する為、各繊維の端部同士を締結させて行われる。また、処理工程への導入に際しては、強靭なダミー繊維と被処理繊維とを予め締結させて処理炉等の設備にセットする場合がある。ダミー繊維を先行させることで、設備内の処理条件が整うまではダミー繊維が設備内を走行し、条件が整った後、直ちに被処理繊維を炉内に導入させることができる。上記のダミー繊維の使用は、被処理繊維の無駄を低減できるため、広く行われている。
【０００５】
従来、繊維の連続的処理は、繊維同士を結び、繊維の接触部分の摩擦力により繊維同士を締結させて行われる。しかし、繊維を結ぶときの曲率が大きいと繊維が折れやすい。特に炭化ケイ素繊維では、この傾向が顕著である。
【０００６】
摩擦力を利用した繊維締結方法の他の例として、エア交絡や水流交絡が挙げられる。この方法は、互いに締結させる繊維束の端部に空気流や水流を吹き付けて該端部を開繊させ、一方の繊維束の単繊維と他方の繊維束の単繊維とを交差させ、絡ませることにより繊維束を締結させる方法である（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、交絡による繊維締結方法においては、空気流や水流の吹付時に繊維が折れて断線しやすい。また繊維の連続的処理が高温条件下で行われる場合には、繊維に付与したサイジング剤が焼け飛び、繊維同士の接触部分の摩擦力が低下しやすい。そのため、締結部分から繊維が引き抜けて解けやすい。上記の現象は、温度条件500℃以上で行われる熱処理工程で起こりやすい。
【０００８】
樹脂製あるいは金属製の治具を用いる繊維締結方法は、高温条件下で熱により治具が変形すると繊維が治具から脱落するため、繊維の締結状態を維持し難い。従来の治具による繊維締結方法も、高温条件下での繊維締結方法としては好ましくない（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−４０６６８号公報
【特許文献２】特開平６−１７３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、セラミックス繊維、炭素繊維等の繊維を強固に締結させる繊維締結方法を提供することである。特に、高温条件下でも締結状態を維持できる繊維締結方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、中空を備える第一治具の内壁に複数の繊維を載置させる載置工程と、第一治具の内壁に、第一治具の内壁に対応する形状の外面を備える第二治具を押圧させて、第一治具の内壁と第二治具の外面との間で該複数の繊維を挟持させる挟持工程とを含む繊維締結方法である。上記の繊維締結方法においては、使用温度がいずれも500℃以上である第一治具と第二治具とが好ましく用いられる。第一治具の内壁と第二治具の外面との間で緩衝材を介在させて複数の繊維を挟持させてもよい。本発明は、複数の繊維にセラミックス繊維が含まれる場合に好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、汎用性が高く、多様な種類の繊維を強固に締結させることができる。また高温条件下でも締結力を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の繊維締結方法の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の繊維締結方法の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の繊維締結方法の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、対をなす第一治具と第二治具との間に繊維を挟持させることにより複数の繊維を締結させる繊維締結方法である。以下の記載においては、本発明を用いて締結させた繊維を「連続繊維」と記載する場合がある。本発明の一態様として、繊維Ａと繊維Ｂとを締結させる例を、図１を用いて説明する。図１（ａ）は繊維Ａと繊維Ｂとが締結される前の状態を示す。図１（ｂ）は繊維Ａと繊維Ｂとを締結させた状態を示す。
【００１５】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、１００は第一治具、２００は第二治具である。第一治具１００は、第一開口部１０１、第二開口部１０２と内壁１０３とで形成される中空１０４を有する。第二治具２００において、２０１は第二治具の外面である。繊維Ａと繊維Ｂとは、第一開口部１０１と第二開口部１０２とを介して第一治具１００内を挿通する。
【００１６】
第一治具１００の中空１０４は、第二治具２００の外形に対応する形状である。第二治具２００が第一治具１００の第一開口部１０１から挿入され、第二開口部１０２に向かって第二治具の締込方向Ｘの方向に締め込まれることにより、第一治具１００の中空１０４内で第二治具２００が第一治具１００の内壁１０３に押圧される。
【００１７】
本発明の載置工程では、図１（ａ）に図示されるように、第一治具１００の中空１０４を形成する内壁１０３に繊維Ａと繊維Ｂとを載置させる。挟持工程では、第二治具２００を第一治具１００に締め込むことにより、第一治具１００の内壁１０３と第二治具２００の外面２０１との間で繊維Ａと繊維Ｂとを押圧させて挟持させることができる。すなわち、繊維Ａと繊維Ｂとは、第一治具と第二治具との間に働く押圧力により強固に締結される。該締結力は、15kgの荷重に耐えられる程度に強い。
【００１８】
なお、図１（ｂ）においては、第一治具１００の内壁１０３と第二治具２００の外面２０１との間に緩衝材１０５を介在させた状態で繊維Ａと繊維Ｂとを締結させている。これにより本発明は、温度条件等の変動により締結力が低下することを防止することができる。緩衝材については後に説明する。
【００１９】
本発明によれば、繊維同士を結ばせたり、交絡させたりすることなく繊維を締結させることができる。そのため締結時に繊維に曲げ変形による引張応力がかからず、繊維の破断や折れを防止することができる。本発明は、天然繊維、再生繊維、半合成繊維、合成繊維、無機繊維等いずれの種類の繊維にも適用することができる。特に弾性率が高い繊維種、破断歪みが小さい繊維種、破壊靱性が低い繊維種等を締結させる場合に、本発明は好ましく用いられる。より具体的には、セラミックス繊維の締結に本発明は好適である。
【００２０】
本発明により締結される複数の繊維は、載置工程において、第一治具１００の内壁１０３の、第二治具２００の外面２０１との接触領域内に載置される。該接触領域内に載置される限り、複数の繊維を重ねて載置させてもよく、互いの繊維を離して載置させてもよい。また、各繊維は第一治具を挿通させてもよく挿通させなくてもよい。いずれの場合にも本発明は、第一治具と第二治具との間の押圧力により繊維同士が強固に締結される。各繊維を第一治具に挿通させない場合、第一治具の開口部は、第二治具を挿入可能な大きさのものをひとつ備えていれば足りる。
【００２１】
図１の例では、繊維Ａの先端側と繊維Ｂの後端側とを締結させた。その他、本発明においては互いの繊維の先端側同士を締結させることもできる。また一の繊維の先端側と後端側との間の中間部分を締結させることもできる。すなわち、一の繊維の端部と他の繊維の中間部分とを締結させたり、各繊維の中間部分同士を締結させたりすることもできる。
【００２２】
繊維を締結させて連続的処理を行う場合、処理後の連続繊維は、第一治具内に載置され処理されなかった部分は切断され、第一治具から露出させて処理された部分のみが利用される。したがって、処理済み繊維の生産効率向上の観点からは、所望の締結力が得られる範囲で各繊維について第一治具の中空内に載置される部分を少なくし、第一治具から露出する部分を多くして載置させることが好ましい。
【００２３】
挟持工程において、第二治具は、第一治具の中空に手で締め込まれ、あるいは、ばね、ハンマー等の機械的手段により締め込まれる。小さな力で締結に必要な押圧力を得る観点から、第一治具の中空と、該中空を形成する内壁に接触させる第二治具の外面とが平滑であることが好ましい。第一治具と第二治具との互いに対する接触面をいずれも平滑にすることにより、締込力の省力化を図れる。
【００２４】
第一治具と第二治具とを含む締結部材の態様は、くさび型や万力型が好ましい。本発明においてくさび型締結部材は、用いられる第二治具の外面の第一治具との接触領域がテーパ面となっており、その具体的態様は、図１に例示される。上記の第二治具は、その軸心に直交する方向の断面直径が、締込方向の先端部分で最も小さく、後端に向かうに従って大きくなるように成形される。かかる形状を有する第二治具と、上記の第二治具の形状に対応する中空を備える第一治具とを含むくさび型締結部材は、第二治具の締込を進めることにより、第一治具の中空に第二治具を固定させることができる。
【００２５】
上記の第二治具は、第一治具との接触面の面積が比較的大きい場合、第一治具と第二治具との間で大きな摩擦力を働かせることができる。強固な締結力を得る観点からは第二治具の第一治具との接触面の面積が大きい方が好ましい。第一治具と第二治具の接触面のテーパ角度が比較的小さい場合、繊維を締結させるために必要な押圧力を比較的小さな締込力により得ることができる。また締込具合の微調整を行う場合は、該テーパ角度を小さくすることが好ましい。なお、第一治具の内壁は、上記の第二治具のテーパ角度よりやや小さいテーパ角度で形成される。
【００２６】
本発明において万力型締結部材とは、ボルト等の固定部材を用いて、第二治具を第一治具の中空に締め込む型であり、その具体的態様は図２に例示される。図２（ａ）および図２（ｂ）において、３００は第一治具、４００は第二治具、５００は第一治具３００に第二治具４００を固定させる固定部材である。第一治具３００は、第一開口部３０１と第二開口部３０２と内壁３０３とで形成される中空３０４と、固定部材５００を嵌合させる嵌合孔３０５とを備える。第一治具３００の中空３０４は、第二治具４００の外形の少なくとも一部に対応する形状である。図２（ｂ）は繊維Ａと繊維Ｂとを締結させた状態を示す。
【００２７】
万力型締結部材を用いる場合、載置工程で繊維Ａと繊維Ｂとを第一治具３００の内壁３０３に載置させた後、挟持工程で第二治具４００を第一治具３００の第一開口部３０１または第二開口部３０２のいずれかから中空３０４に挿入する。続いて第一治具３００の嵌合孔３０５に固定部材５００を嵌合させることにより、第二治具４００の外面４０１が第一治具３００の内壁３０３に押圧される。これにより第一治具３００の内壁３０３と第二治具４００の外面４０１との間で繊維Ａと繊維Ｂとが挟持され、繊維Ａと繊維Ｂとを締結させることができる。その締結力は、固定部材５００のねじ込み具合により調整することができる。
【００２８】
第一治具および第二治具等の締結部材の材料は、熱伝導率が低く、熱膨張率が小さいものが好ましい。そのような材料を用いることにより熱変形が少ない締結部材を作製できる。熱変形が少ない締結部材を用いることにより、高温処理工程における第一治具と第二治具との間のクリアランス発生を抑制できる。したがって本発明は、高温処理時にも繊維同士が第一治具と第二治具との間で挟持され、締結が解けない。すなわち本発明は、高温条件下でも繊維同士を強固に締結させておくことができる。
【００２９】
締結部材の材料は、連続繊維に対し行われる処理の温度条件に応じて適宜選択される。該材料の好ましい耐熱温度（使用温度）は、好ましくは500℃以上であり、より好ましくは、1300℃以上である。締結部材の材料の熱膨張係数は、0〜6×10＾-6が好ましく、0に近い方がより好ましい。
【００３０】
好ましい材料の具体例としては、カーボン、チタン酸アルミニウム等低熱膨張係数を持つセラミックスを挙げることができる。行われる処理工程の温度条件や締結部材の材料、熱膨張係数差により予想される第一治具と第二治具との間のクリアランスと、締結させる繊維の本数、繊維径、押圧時の繊維束の潰れ具合とを考慮して、上記クリアランスが第一治具と第二治具との間から繊維が脱落しない程度に小さい場合には、金属製あるいは樹脂製の締結部材を用いることもできる。
【００３１】
本発明の挟持工程では、上記のクリアランスを調整し強固な締結状態を維持する観点から、第一治具と第二治具との間に緩衝材を介在させることが好ましい。本発明においては、第一治具の内壁に緩衝材を載置させた後に複数の繊維を載置させてもよく、第一治具の内壁に複数の繊維を載置させ、第一治具との接触面に緩衝材を巻きつけた第二治具を第一治具の中空に挿入させてもよい。いずれの場合も、第二治具を第一治具の中空に挿入させることにより、第一治具の内壁と第二治具の外面との間の繊維の載置領域に緩衝材を介在させることができる。これにより、第一治具の内壁と第二治具の外面との間に挟持される複数の繊維が上記のクリアランスから脱落することを防止できる。
【００３２】
緩衝材には、第一治具と第二治具との間のクリアランスを吸収できるクッション性を備える材料が用いられる。好ましくは、締結部材と同様の耐熱性を備える材料が選択される。したがって、第一治具や第二治具をカーボンで作製する場合、緩衝材は黒鉛シートを用いることが好ましい。黒鉛は面間の結合強度が高く、層間の結合強度が低い層状化合物である。黒鉛シートは面外方向のクッション性が高く、押圧による変形に対する復元力が作用するため、本発明の緩衝材に好適である。
【００３３】
クリアランス調整手段としては、スリットを形成させた第一治具を用いることも好ましい。上記の第一治具を含むくさび型締結部材を用いた本発明の例を図３に示す。図３（ａ）および図３（ｂ）において、６００は第一治具、７００は第二治具である。６０１は第一治具の第一開口部、６０２は第一治具の第二開口部、６０３は第一治具の内壁である。６０４は、第一開口部６０１と第二開口部６０２と内壁６０３とで形成される中空である。第一治具６００には、第二治具７００の締込方向Ｘと平行な方向にスリット６０５が形成される。
【００３４】
図３（ａ）および図３（ｂ）においてスリット６０５は、上記方向の第一開口部６０１から第二開口部６０２にかけて第一治具６００の全長にわたり形成される。ただしスリット６０５は、本発明の作用効果を損なわない限り、第一治具６００の第一開口部６０１側または第二開口部６０２側のいずれか一方に部分的に形成されてもよい。また上記方向と異なる方向に形成させてもよい。
【００３５】
上記のスリットにより、第一治具の締込時に第二治具が弾性変形しやすくなる。この変形の復元力が押圧力に加わるため、例えば、第一治具や第二治具の熱変形に由来するクリアランスの拡大などによる押圧力の低下が低減される。したがって上記緩衝材を用いることなく、第一治具と第二治具との間のクリアランスを抑制することができる。さらにクリアランス抑制効果を向上させる場合には、スリットを有する第一治具と緩衝材とを併用してもよい。
【００３６】
第一治具の大きさは、1〜5ｃｍ3が好ましく、4.5ｃｍ3がより好ましい。第一治具と第二治具との総質量は、2〜50質量ｇが好ましく、2.5質量ｇがより好ましい。第一治具と第二治具との総質量が、2〜50質量ｇである場合、そのような第一治具と第二治具とを含む締結部材を、連続繊維を縦型炉に導入する場合のおもりとして用いることができる。連続繊維を横型炉に導入する場合には、締結部材は小型のものが好ましく、具体的には第一治具の大きさは0.2〜1ｃｍ3が好ましい。その場合、第一治具と第二治具との総質量は、7質量ｇ程度である。
【００３７】
本発明は、天然繊維、再生繊維、半合成繊維、合成繊維、無機繊維等いずれの種類の繊維にも適用することができ、汎用性が高い。本発明は同種の繊維同士を締結させるだけでなく、異種の繊維を締結させることができ、汎用性が高い。いずれの繊維種に適用する場合にも本発明は、締結させる繊維を曲げ変形することなく強固に締結させることができる。したがって本発明は、結んで締結することが困難な弾性率が180GPa以上の繊維種の締結に適する。
【００３８】
本発明は、特に、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2とを主成分とするセラミックス繊維や、タングステン、モリブデン等を原料とする金属繊維の締結に好適である。具体的にはセラミックス繊維同士を締結させる場合や、セラミックス繊維と炭素繊維とを締結させる場合に好ましく用いられる。締結させる繊維の繊維径は制限されないが、好ましくは繊維径5〜14μm、より好ましくは11〜14μmの繊維を締結させる場合に適する。
【００３９】
第一治具の好ましい外形は、円筒状、円錐状等である。所定の処理工程終了後、締結された複数の繊維は、第二治具を第一治具から外すことで締結状態が解除される。上記の外形を備える第一治具を用いる場合、強固に締め込まれた第二治具を第一治具から外しやすい。なお処理工程の例としては、焼結繊維体のコーティング処理、長繊維のサイジング処理、サイジング剤の熱分解処理等が挙げられる。
【実施例】
【００４０】
本発明の繊維締結方法を実施例によりさらに説明する。なお、本発明は以下に記載する実施例に限定されない。
【００４１】
［実施例１〜１２］
表１に記載した繊維を、表２または表３に示す組合せで繊維１の後端側3ｃｍと繊維２の先端側3ｃｍとを締結させ、実施例１〜１２とした。締結にはくさび型締結部材または万力型締結部材を用いた。くさび型締結部材の第一治具の大きさは、0.5ｃｍ3、第一治具と第二治具との総質量は4.5質量ｇであった。万力型締結部材の第一治具の大きさは、1ｃｍ3、第一治具と第二治具との総質量は3.5質量ｇであった。
【００４２】
【表１】
2015129359.tif 000003
【００４３】
【表２】
2015129359.tif 000004
【００４４】
【表３】
2015129359.tif 000005
【００４５】
［比較例１〜１２］
表１に記載した繊維を表４または表５に示される組合せで繊維１の後端側10ｃｍと繊維２の先端側10ｃｍとを結びあるいはエア交絡により締結させ、比較例１〜１２とした。
【００４６】
【表４】
2015129359.tif 000006
【００４７】
【表５】
2015129359.tif 000007
【００４８】
得られた実施例１〜１２および比較例１〜１２の連続繊維をバネばかりで引っ張り、締結状態を評価した。その後連続繊維を1000℃で10分間熱処理し、再び締結状態を評価した。評価結果を表２ないし表５に示す。表２ないし表５において熱処理前の評価は、繊維を締結できた場合を○、締結できなかった場合を×とした。熱処理後の評価は、締結が維持された場合を○、締結を維持できなかった場合を×とした。
【符号の説明】
【００４９】
１００，３００，６００  第一治具
１０１，３０１，６０１  第一開口部
１０２，３０２，６０２  第二開口部
１０３，３０３，６０３  内壁
１０４，３０４，６０４  中空
１０５  緩衝材
２００，４００，７００  第二治具
２０１，４０１，７０１  外面
３０５  嵌合孔
５００  固定部材
６０５  スリット
Ａ，Ｂ  繊維
Ｘ  第二治具の締込方向
【図１】
2015129359.tif 000008
【図２】
2015129359.tif 000009
【図３】
2015129359.tif 000010