(57)【要約】【課題】糸条の転回手段の大型化に際しても装置の大型化を抑え、設備費を抑えることのできる繊維束の連続的熱処理方法および熱処理装置、特に炭素繊維製造用に好適な炭素繊維前駆体繊維束の連続的耐炎化方法および耐炎化炉を提供する。【解決手段】連続的に走行する繊維束を処理可能な、繊維束の出入口を有する熱処理装置において、少なくとも２組以上の転回手段によって折り返される糸道に関して、転回手段によって折り返される糸道に関して、転回手段の径をＬ１、転回手段に隣接する糸道との間隔をＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たすようにしたことを特徴とする熱処理装置。【選択図】図１
2008133568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理室壁に設けられた繊維束の出入り口を通し、連続的に走行する繊維束を転回手段により折り返して、熱処理室内に出し入れさせながら熱処理を行う熱処理装置において、転回手段の径をＬ１、転回手段によって折り返された糸道と転回手段に隣接する直近の糸道との間隔をＬ２としたとき、
Ｌ１＞Ｌ２
の関係を満たすようにしたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
転回手段による折り返し前後の糸道が、互いに非平行であり、かつ、転回手段における転回点より離れるにつれ互いの間隔が縮まるように配置された、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱処理装置を用いて繊維束の熱処理を行うことを特徴とする繊維束の連続的熱処理方法。
【請求項４】
熱処理室壁に複数設けられた繊維束の出入口を通し、連続的に走行する炭素繊維前駆体繊維束をロールにより折り返して、熱風を循環させた熱処理室内へ繰り返し出入りさせながら、耐炎化処理を行う耐炎化炉において、ロール径をＬ１、ロールによって折り返された糸道とロールに隣接する直近の糸道との間隔をＬ２としたとき、
Ｌ１＞Ｌ２
の関係を満たすようにしたことを特徴とする耐炎化炉。
【請求項５】
ロールによる折り返し前後の糸道が、互いに非平行であり、かつ、ロールにおける転回点より離れるにつれ互いの間隔が縮まるように配置された、請求項４に記載の耐炎化炉。
【請求項６】
請求項４または５に記載の耐炎化炉を用いて炭素繊維前駆体繊維束の耐炎化処理を行うことを特徴とする炭素繊維前駆体繊維束の連続的耐炎化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維束の連続的熱処理方法および熱処理装置、さらには、炭素繊維前駆体繊維束の連続的耐炎化方法および耐炎化炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱処理装置、特に炭素繊維の製造に用いられる耐炎化炉や炭化炉などの熱処理装置としては、例えば、図２に示すように、繊維束５を熱処理するための熱処理室２を持ち、熱処理室壁に設けられたすき間（繊維束の出入り口４）を介して繊維束５を熱処理室内に出し入れしながら連続的に熱処理を行う、熱処理装置が知られている。熱処理の方法、条件等については熱処理対象により異なってくるが、特にポリアクリロニトリル系炭素繊維の製造に伴うポリアクリロニトリル系繊維束の耐炎化処理においては、２００〜３００℃に加熱した空気などの酸化性気体が循環する中に通糸しながら熱処理を行う方法が一般的である。
【０００３】
上記繊維束は一連の処理の間、何度か繊維束の走行方向を変化させる手段（以後、転回手段と記載）３により、その走行方向を変化させながら繰り返し熱処理室内に出し入れされ連続熱処理される。この転回手段３としては、バーやガイドなど様々な方式が挙げられるが、その中でもロールを介して変化させる方式が一般的である。
【０００４】
一般的にこのような熱処理装置においては、一度に大量の繊維束を同時に熱処理することによりコスト的なメリットが得られる。そのため、同時に処理する繊維束の数は多いほど望ましいが、一度に処理する繊維束の数が増えると、繊維束の張力などにより上記バーやガイド、ロールなどの転回手段にかかる負荷が非常に大きくなり、その結果、上記転回手段自体が非常に大型化することが避けられない。
【０００５】
転回手段が大型化すると、一般的には繊維束自体も大回りに転回することとなるため、転回前後の繊維束同士が形成する間隔（転回手段の径Ｌ１に相当）は転回手段の大型化に伴い大きくなる。熱処理装置の大きさは上記の間隔に大きく依存するため、転回手段の大型化は装置の大型化を招き、設備費が増大するという問題があった。
【０００６】
また、同様の問題として、たとえば炉内での繊維束熱処理長を大きくするなどの理由により、転回手段をより多段化するといったことが考えられるが、転回手段の多段化はそのまま設備の大型化につながるため、設備費が増大するという問題があった。
【０００７】
また、いずれにせよ熱処理装置の大型化は、運転立ち上げ時の投入熱量の増大、装置表面からの放熱の増大などにより、一般的にその消費エネルギーを必要以上に増大化させる傾向にあるといった問題もあった。
【０００８】
また、上記転回手段がロールである場合、ロール径が大きくなる方がロールへの繊維束の巻き付きが減少することが一般的に知られており、（例えば、特許文献１参照）その意味でロールの大径化は生産性の向上のためには望ましい。
【０００９】
また、上記転回手段がバーやガイドの場合でも、大型化することにより転回曲率の緩和化や、繊維束接触面積が拡大することによる繊維束の接触部面圧の減少など、生産上メリットとなり得る効果を得ることができる。
【００１０】
しかしながら、これらいずれの転回手段の大型化も上記と同じ理由により装置の大型化を招き、設備費の増大、消費エネルギーの増大を招くという問題があり、実施には限度があった。
【特許文献１】特開平１１−２６９７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、上記のような問題に着目し、上記転回手段の大型化、多段化に際しても装置の大型化を抑え、設備費増大や消費エネルギーの増大を抑えることのできる繊維束の連続的熱処理方法および熱処理装置、特に炭素繊維製造用に好適な炭素繊維前駆体繊維束の連続的耐炎化方法および耐炎化炉を提供することにある。
【００１２】
また、ロール大径化による巻き付き減少、同時に処理する繊維束数の増加、熱処理長の増大など、上記転回手段の大型化、多段化によるメリットを得られる繊維束の連続的熱処理方法および熱処理装置、特に炭素繊維製造用に好適な炭素繊維前駆体繊維束の連続的耐炎化方法および耐炎化炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）熱処理室壁に設けられた繊維束の出入り口を通し、連続的に走行する繊維束を転回手段により折り返して、熱処理室内に出し入れさせながら熱処理を行う熱処理装置において、転回手段の径をＬ１、転回手段によって折り返された糸道と転回手段に隣接する直近の糸道との間隔をＬ２としたとき、
Ｌ１＞Ｌ２
の関係を満たすようにしたことを特徴とする熱処理装置。
（２）転回手段による折り返し前後の糸道が、互いに非平行であり、かつ、転回手段における転回点より離れるにつれ互いの間隔が縮まるように配置された、前記（１）に記載の熱処理装置。
（３）前記（１）または（２）に記載の熱処理装置を用いて繊維束の熱処理を行うことを特徴とする繊維束の連続的熱処理方法。
（４）熱処理室壁に複数設けられた繊維束の出入口を通し、連続的に走行する炭素繊維前駆体繊維束をロールにより折り返して、熱風を循環させた熱処理室内へ繰り返し出入りさせながら、耐炎化処理を行う耐炎化炉において、ロール径をＬ１、ロールによって折り返された糸道とロールに隣接する直近の糸道との間隔をＬ２としたとき、
Ｌ１＞Ｌ２
の関係を満たすようにしたことを特徴とする耐炎化炉。
（５）ロールによる折り返し前後の糸道が、互いに非平行であり、かつ、ロールにおける転回点より離れるにつれ互いの間隔が縮まるように配置された、前記（４）に記載の耐炎化炉。
（６）前記（４）または（５）に記載の耐炎化炉を用いて炭素繊維前駆体繊維束の耐炎化処理を行うことを特徴とする炭素繊維前駆体繊維束の連続的耐炎化方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の熱処理装置および熱処理方法によると、前記転回手段の大型化、多段化に際しても装置の大型化を抑え、設備費増大や消費エネルギーの増大を抑えることができるため、上記転回手段の大型化によるコスト減少、生産性向上などのメリットを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る熱処理装置の一例を簡略化して示した概略側面構成図である。図１において、１は熱処理装置、２は熱処理室を示しており、熱処理室壁に設けられたすき間（繊維束の出入り口４）を介して熱処理室２内に繊維束５を連続的に通過させ熱処理を行う熱処理装置に構成されている。
【００１７】
連続的に走行する繊維束５は熱処理室の外に配置された転回手段３によって走行方向を転回されながら、連続して熱処理室２内を通過し、熱処理される構造となっている。
【００１８】
ここでいう転回手段３としてはバーやガイドなど様々な方式が挙げられるが、その中でもロールを介して変化させる方式が一般的である。特に炭素繊維前駆体繊維束を連続して耐炎化処理する炭素繊維製造用の耐炎化炉においては、炭素繊維前駆体繊維束を駆動回転や自由回転などの回転をするロールによって折り返す方式が、糸に擦過を生じないなどのメリットがあり望ましい。
【００１９】
これらの転回手段によって繊維束５が転回される際、その転回手段を挟んだ前後の糸道の間隔（転回手段の径Ｌ１に相当）に対して、転回手段によって折り返された糸道と転回手段に隣接する直近の糸道とが形成する間隔Ｌ２がより小さくなるように糸道および転回手段などを配置する。通常、Ｌ２は転回手段間のすき間長となる。これにより転回手段３が大型化若しくは多段化しても、転回手段の配置ピッチＰは極小化され装置全体の大きさを最小限にとどめることができる。
【００２０】
上記の糸道および転回手段などの配置の方式に関しては上記条件を満足するならば特に規定するものではないが、図１に示されるような転回手段による折り返し前後の糸道を互いに非平行に配置し、転回手段における転回点より離れるにつれ互いの間隔が縮まるように配置する方式によれば比較的簡単に上記条件を満たすことが可能である。転回手段から離れるにつれて転回手段による折り返し前後の糸道の間隔が狭まることにより糸間のデッドスペースが削減され糸道を最密に配置することができ、その結果、上記Ｌ２が縮小され、ひいては装置全体の大きさを最小限にとどめることができる。
【００２１】
この熱処理装置は、図１に示されるような繊維束を水平方向に通過させるいわゆる横型熱処理装置への適用以外にも、繊維束を垂直方向に通過させるいわゆる縦型熱処理装置に適用することも可能である。また、その他、繊維束の走行方向に関しては特に規定するものではない。また、図１では繊維束を折り返しつつ装置上方から下方へと通糸しているが、繊維束の通糸方向に関しても特に規定するものではない。いずれの場合においても上記転回手段の大型化、多段化に伴う装置の大型化を抑え、設備費や消費エネルギーの増大を抑えることができ、上記転回手段の大型化、多段化によるコスト減少、生産性向上などのメリットを得ることができる。
【００２２】
また、上記転回手段の径Ｌ１をより大きく確保しながら、装置全体の大きさを極力抑えるという考えの上に立てば、転回手段によって折り返された糸道と転回手段に隣接する直近の糸道との間隔Ｌ２が小さくなればなるほど効果は大きくなり、上記したメリットも大きくなると考えられる。しかしながら、実際は作業時の作業スペース確保など様々な制約によりＬ２にはある程度の大きさが必要となる場合が多い。実際にはＬ２の下限値は５０ｍｍ程度までが実用的で好ましい。さらには人手による作業などがあることを加味して、人間の拳が余裕を持って通過可能な１００ｍｍ程度までが安全面などを考えた上でも好ましい。上記Ｌ１の大きさが、これら下限値に対してどれだけ大きいかにもよるが、従来の糸道方式に対比していくらかの装置長縮小効果を望むことができる。Ｌ１の大きさはその転回手段のロール剛性、巻き付きの発生頻度、また製作コスト等の条件により、実際は１００ｍｍ程度から５００ｍｍ程度までが好ましい範囲である。またＬ２の大きさはあまり大きいと熱処理室内部からの熱漏れが大きくなりエネルギー的に不利となるため、Ｌ２の上限値は５００ｍｍ程度までが好ましい範囲であり、４８０ｍｍ程度までがさらに好ましく、４００ｍｍ程度までがより好ましい。
【００２３】
本発明は、上記のＬ１とＬ２の関係を、Ｌ１＞Ｌ２とするものである。このような関係とすることにより、従来の糸道に対し転回手段の１対あたり（Ｌ１−Ｌ２）の装置長縮小効果を得ることができる。（Ｌ１−Ｌ２）の値が大きいほど上記に挙げたようなメリットも大きくなるため（Ｌ１−Ｌ２）の値は２０ｍｍ以上であることが好ましく、１００ｍｍ以上であることがさらに好ましく、２００ｍｍ以上あるのがより好ましい。ただ実際にはＬ１、Ｌ２共に上記に挙げたような制約が生じるため、実際の（Ｌ１−Ｌ２）の上限値としては４００ｍｍ程度までが好ましい。
【００２４】
また、これより転回手段が２つ以上あれば、たとえ１対であっても上記の装置長縮小効果を得ることはできるが、転回手段の数が多ければ多いほど、その段数に比例してより大きな効果を得ることができる。好ましくは転回手段が１０対以上の多段式処理装置に適用するのが望ましい。さらに望ましくは２０対以上の多段式処理装置に適用するのが望ましい。ただし、逆にあまり段数が多くなると通糸作業に手間がかかったり、設備が大型化したりして機械強度、コスト等で不利となるため、実際には４０対以下の多段式処理装置とするのがよい。
【００２５】
また、この時転回手段の大きさは必ずしも全て同じ大きさである必要はない。大小の転回手段が複合しているような場合においても個々の大きさに応じ、従来糸道方式に対比していくらかの装置長縮小効果を望むことができる。  以上説明したように、本発明の熱処理装置によると、前記転回手段の大型化に際しても装置の大型化を抑え、設備費増大や消費エネルギーの増大を抑えることができる。また、上述した熱処理装置を用いて繊維束を連続的に熱処理する本発明の熱処理方法によれば、上記転回手段の大型化によるコスト減少、生産性向上などのメリットを得ることができる。
【００２６】
本発明は、炭素繊維の製造に用いて好適なものであり、上記繊維束を、炭素繊維の製造に供される繊維束、つまり、耐炎化処理に供される前駆体繊維束や、炭化処理に供される耐炎化繊維束とすることができる。すなわち、前記熱処理装置は、炭素繊維の製造において、耐炎化炉や、炭化炉、工程油剤付与後の乾燥機など、処理物出入口付近での処理物転回手段の大型化が命題となる設備に好適であり、なかでも、炭素繊維前駆体繊維束を空気などの酸化性雰囲気中２００〜３００℃程度の温度で耐炎化処理を行う耐炎化炉では、大型化により設備費や消費エネルギーの増大が著しいため、特に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱処理装置の概略構成図である。
【図２】従来の一般的な熱処理装置の一形態に係る熱処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：熱処理装置
２：熱処理室
３：転回手段
４：繊維束の出入り口
５：繊維束
Ｌ１：転回手段の径
Ｌ２：転回手段間のすき間長
Ｐ：転回手段の配置ピッチ
【図１】
2008133568.tif 000003
【図２】
2008133568.tif 000004