(57)【要約】【課題】本発明は、巻き取り工程や、輸送工程においては、パッケージとして利用することができる上に、加工工程においては、巻かれた炭素繊維束とボビンの分離を簡単、容易に行うことができる優れた炭素繊維巻取ボビンを提供せんとするものである。【解決手段】本発明の炭素繊維巻取ボビンは、少なくともボビン外周部が、炭素繊維強化プラスチックで形成されていることを特徴とするものである。【選択図】　図１
2004018175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともボビン外周部が、炭素繊維強化プラスチックで形成されていることを特徴とする炭素繊維巻取ボビン。
【請求項２】
該ボビン外周部が、炭素繊維を捲回して形成されたものである請求項１に記載の炭素繊維巻取ボビン。
【請求項３】
該炭素繊維が、熱硬化性樹脂と複合体を構成しているものである請求項１または２に記載の炭素繊維巻取ボビン。
【請求項４】
該熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂である請求項３に記載の炭素繊維巻取ボビン。
【請求項５】
ボビン外周部表面の面粗度がＪＩＳ　Ｂ０６０１に基づいて測定される中心線平均粗さＲａで０．２〜６．３であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維巻取ボビン。
【請求項６】
ボビン外周部が、円錐台形であることを特徴とする請求項１〜５ののいずれかに記載の炭素繊維巻取ボビン。
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維の製造または加工工程において、炭素繊維束を巻取機で巻くためのボビンに関するものである。詳しくは、巻き取り工程、および輸送工程においてパッケージ用ボビンとして利用され、加工工程においては巻かれた炭素繊維束とボビンの分離が容易な炭素繊維巻取ボビンに関するものである。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
一般に炭素繊維などの繊維製品パッケージの多くはボビンに巻かれた形状で供給されている。巻製品は一般的に密度が高く、コンパクトにできるので搬送効率に優れるばかりでなく、加工性も良いことから広く使用されている。そして一般的な加工方法として、パッケージ外周面から繊維束を引き出す方法が採用されていた。これに対し、ボビンのない中空のパッケージで、パッケージ内側面から繊維束を引き出す、内取り方式も採用されている。
【０００３】
この内取り方式では、パッケージを回転させる必要がないのでパッケージ回転装置が不要となるほか、パッケージが非回転状態で高速から低速までの広い速度範囲での繊維束の引き出しが可能となり、従来に比べ加工効率が格段に向上するため、天然繊維、合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維などの工業分野で有用な方式として実用化が進んでいる。
【０００４】
ボビンのない中空のパッケージは、運搬時に衝撃による形態安定性に乏しく、取り扱いには格別の慎重さを必要とした。このため、形状の面から安定性に優れるパッケージに使用が限定されていた。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決するためにボビンに巻き取った状態で運搬し、加工段階でボビンを抜き取る方法が開示されている。例えば、特開平１−９８５７０号公報では、円筒状コアに剥離紙をその一端が重なる様に巻き付けたボビンの外周に繊維束を巻き取ってパッケージを形成し、加工時にまず円筒状コアを引き抜き、さらに剥離紙をつぶして除去後、パッケージ内側面から繊維束を引き出すことができるボビンが開示されている。このボビンでは、円筒状コアを引き抜くための専用の補助具を必要とし、１本ずつこの作業を行うと作業負荷が膨大になるという問題があった。
【０００６】
また特許第２８８４１４２号公報では、ボビンにスリット加工と切れ込み加工をしたボビンの外周に繊維束を巻き取ってパッケージを形成し、加工時にスリット部、切れ込み部を折って、内側に折り込んでボビンをつぶして除去後、パッケージ内側面から繊維束を引き出すことができる方式にした、より抜き取り容易なボビンが開示されている。しかし、このときもボビンのスリット部、切れ込み部を折る際にパッケージに負荷がかかるのを避けられず、パッケージの形態が崩れるといった問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、巻き取り工程や、輸送工程においては、パッケージとして利用することができる上に、加工工程においては、巻かれた炭素繊維束とボビンの分離を簡単、容易に行うことができる優れた炭素繊維巻取ボビンを提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の炭素繊維巻取ボビンは、少なくともボビン外周部が、炭素繊維強化プラスチックで形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記課題、つまり巻き取り工程や、輸送工程においては、パッケージとして利用することができる上に、加工工程においては、巻かれた炭素繊維束とボビンの分離を簡単、容易に行うことができる優れた炭素繊維巻取ボビンについて、鋭意検討し、ボビンの外周、要するにボビンそのものを炭素繊維製造工程で排出される炭素繊維屑を何かに利用できないものか、熟慮を重ねた結果、該炭素繊維屑を、ボビン形成用型枠に捲回して、これを加熱硬化して、炭素繊維強化プラスチックボビンを形成してみたところ、巻き取り易く、分離し易いという、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。
【００１０】
本発明を、図１〜図３に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施態様である炭素繊維巻取ボビンの概略斜視図である。
【００１２】
本発明のボビンは、少なくともボビン外周部が炭素繊維強化プラスチックで形成されているものである。炭素繊維強化プラスチックボビンは、その成形方法に限定されないが、たとえば、炭素繊維を樹脂に含浸させて、いわゆるプリプレグを形成した後、これを積層し、さらに加熱・加圧して賦形して、硬化させる方法、または、炭素繊維を巻き芯に巻く前に、該炭素繊維を前記同様に樹脂に含浸させてから巻取り、これを加熱硬化させる方法により製造される。
【００１３】
本発明の炭素繊維強化プラスチックに使用する樹脂としては、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂など、一般的な熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができるが、これらの中でも熱硬化性樹脂が好ましく使用され、特にエポキシ樹脂が好ましく使用される。
【００１４】
かかるエポキシ樹脂としては、例えば、２官能樹脂であるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂あるいはこれらの組み合わせが好適に用いられる。
【００１５】
これらに用いるエポキシ樹脂の例として３官能以上の多官能性エポキシ樹脂、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルアミノフェノール、テトラグリシジルアミンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂、テトラキス（グリシジルオキシフェノール）エタンやトリス（グリシジルオキシ）メタンのようなグリシジルエーテル型エポキシ樹脂あるいはこれらの組み合わせが好適に用いられる。
【００１６】
エポキシ樹脂には、通常硬化剤が配合され、硬化剤としては、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンのような芳香族アミン、脂肪族アミン、イミダゾール誘導体、ジシアンジアミド、テトラメチルグアニジン、チオ尿素付加アミン、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物のようなカルボン酸無水物、カルボン酸ヒドラジド、カルボン酸アミド、ポリフェノール化合物、ノボラック樹脂、ポリメルカプタン、三フッ化ホウ素エチルアミン錯体のようなルイス酸錯体などの化合物が用いられる。
【００１７】
エポキシ樹脂には、硬化剤に加えて、その硬化活性を高めるために適当な硬化促進剤を組みあわせることができる。硬化剤と硬化促進剤の組み合わせとして好ましい例としては、ジシアンジアミドを硬化剤とし、３−（３、４−ジクロロフェニル）−１、１−ジメチル尿素（ＤＣＭＵ）等の尿素誘導体あるいはイミダゾール誘導体を硬化促進剤として組みあわせる例、カルボン酸無水物やノボラック樹脂を硬化剤とし、第三アミンを硬化促進剤として組みあわせる例などが挙げられる。
【００１８】
本発明のボビンの製法は特に限定されるものではなく、フィラメントワインド法やプルワインド法、またはあらかじめ炭素繊維束に樹脂を含浸したプリプレグを巻き芯に巻き付けて成形する方法等が使用される。ここに用いる樹脂も特に限定されるものではなく、樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂、クレゾールノボラック樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。
【００１９】
ボビンと炭素繊維束の分離性はボビン外周面表面の平滑性が関係し、平滑性が高いほど分離性は向上する。炭素繊維プラスチックでボビンを成形後、表面に磨きの処理を施すことにより、面粗度が変わる。ボビン外周部表面の面粗度がＪＩＳ　Ｂ０６０１に基づいて測定される中心線平均粗さＲａで６．３以下であることが望ましい。また平滑性が高すぎると炭素繊維束の巻取りにおいて、炭素繊維束がボビン外周面で滑り、巻き形状が安定しないため中心線平均粗さＲａ０．２以上であることが望ましいことから中心線平均粗さＲａは０．２〜６．３であることが望ましい。
【００２０】
この範囲に規定される平滑性を満足することができる材料の中で成形性、加工性、ハンドリング性、軽量化、実使用環境下での耐久性を考慮すると炭素繊維強化プラスチックであることが望ましい。ボビン外周部表面の平滑性が上記範囲内であればボビンと炭素繊維束の分離性へ影響を与えるものではなく、ボビン内層の材質は特に限定されるものではない。材質としては、例えばプラスチック、金属、紙等が挙げられる。
【００２１】
ボビン形状を変えることでボビンと炭素繊維束の分離性をさらに向上させることが可能である。図２は、本発明の一実施態様による円錐台形ボビンの概略斜視図を示す。
【００２２】
図３は、図２の円錐台形ボビンの断面図（ボビン中心軸を含む面での断面図）を示す。ボビン外周面の周長がボビン中心軸の位置によって異なるので、ボビン軸方向に炭素繊維束をいったんずらすことができれば炭素繊維束はボビンと接触する点がなくなりボビンから分離する。
【００２３】
円筒形ボビンでは炭素繊維束を分離しきるまでボビンと炭素繊維束が常に接触しているが、円錐台形ボビンでは炭素繊維束をボビンから少しでもずらすとボビンと炭素繊維束の接触面積がゼロになるので、力を掛けるのはずらし初めの時だけでよい。このように円錐台形状にすることによって分離性は格段に向上する。
【００２４】
図３のＡ寸法はボビン断面の台形の高さ、すなわちボビンの長さを示す。Ｂ寸法、Ｃ寸法はボビン断面の台形の上底、下底、すなわち円錐台形ボビンの両端面における直径をそれぞれ示す（Ｂ寸法＜Ｃ寸法）。
【００２５】
このときの円錐台形ボビンの傾斜角度を次式において算出した。
【００２６】
円錐台形ボビンの傾斜角度　Ｄ＝ｔａｎ−１｛（Ｃ−Ｂ）／２Ａ｝
円錐台形ボビンの傾斜角度Ｄを大きくするほど炭素繊維束が滑りやすくなり、安定した形状のパッケージが得られなくなるため、円錐台形ボビンの傾斜角度は５．０°以下であることが好ましい。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明の内容を具体的に説明する。
【００２８】
実施例１
炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸してなる樹脂含浸炭素繊維を、ボビン型枠体外周に巻き付けて、１３０℃、２時間で加熱硬化させて、図１に示す形態のボビンを形成した。このボビンの円筒形の長さは１９２ｍｍ、ボビン外周円の直径は８６ｍｍの炭素繊維強化プラスチックの円筒形ボビンであった。このボビンの外周部表面の面粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１に基づいて測定される中心線平均粗さＲａは０．２であった。
【００２９】
かかるボビンに、炭素繊維束を巻取って、パッケージを得た。このとき、炭素繊維束にはフィラメント数が１２０００の無撚炭素繊維束を用いた。ボビン１巻き当たりの巻き取り量は４ｋｇとし、５０本のパッケージをボビンと炭素繊維束を分離するのにかかった時間の計測と分離後のパッケージの損傷有無を確認した。その結果、１人で約３分間で全て分離作業を終えることができ、分離後の炭素繊維束には損傷が見られなかった。
【００３０】
実施例２
実施例１と同様にして、図２に示す形態で、かつ、円錐台の長さ（Ａ寸法）が２８０ｍｍ、円錐台両端部の二面の直径（Ｂ寸法、Ｃ寸法）がそれぞれ８６、１３５ｍｍの炭素繊維強化プラスチックで構成された円錐台形ボビンを形成した。このボビンの円錐台形の傾斜角度（Ｄ）は５．０°であった。このボビンの外周部表面の面粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１に基づいて測定される中心線平均粗さＲａは６．３であった。
【００３１】
かかるボビンに、炭素繊維束を巻取って、パッケージを得た。このとき、炭素繊維束にはフィラメント数が２４０００の無撚炭素繊維束を用いた。１巻き当たりの巻き取り量は６ｋｇとした。分離テストは実施例１と同様の方法を採用した。その結果、１人で約４分間で全て分離作業を終えることができ、分離後の炭素繊維束には損傷が見られなかった。
【００３２】
比較例１
実施例１において、ボビン外周を紙で形成する以外は、実施例１と同様にして、図１に示す形態で、かつ、円筒形の長さが１９２ｍｍ、ボビン外周円の直径が８６ｍｍの円筒形ボビンを形成した。
【００３３】
このボビンに、炭素繊維束を巻取り、パッケージを得た。実施例１と同一項目の評価を行った。
【００３４】
その結果、一本のボビンも分離することができなかった。そこで、ボビン端面の一方向からハンマーで衝撃を与えて、ボビンの抜き取りを試みたが、ボビンがパッケージの内側面の一部の繊維束とともにずれるだけにとどまった。
【００３５】
比較例２
実施例２において、ボビン外周を塩化ビニルで形成する以外は、実施例２と同様にして、図２に示す形態で、かつ、円錐台の長さ（Ａ寸法）が２８０ｍｍ、円錐台両端部の二面の直径（Ｂ寸法、Ｃ寸法）がそれぞれ８６、１４５ｍｍの円錐台状のボビンを形成した。このボビン円錐台の傾斜角度（Ｄ）は６．０°であった。このボビンの外周部表面の面粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１に基づいて測定される中心線平均粗さＲａは２５であった。
【００３６】
このボビンに、炭素繊維束を巻取り、パッケージを得た。実施例２と同一項目の評価を行った。
【００３７】
該ボビンに炭素繊維束を巻取りパッケージを得た。
【００３８】
その結果、一本のボビンも分離することができなかった。そこで、ボビン端面の一方向からハンマーで衝撃を与えてボビンの抜き取りを試みたが、比較例１と同様にパッケージの内側面の一部の繊維束とともにずれ、繊維束が損傷しているのが確認された。
【００３９】
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
本発明によれば、ボビンの材質の選定、表面状態、形状により、巻き取り工程、輸送工程において、パッケージとして利用することができ、加工時においては巻かれた繊維束とボビンの分離を容易におこなうことができる。
【図１】本発明の一実施態様である炭素繊維巻取ボビンの概略斜視図を示す。
【図２】本発明の他の一実施態様である炭素繊維巻取ボビンの概略斜視図を示す。
【図３】図２の炭素繊維巻取ボビンの断面図（ボビン中心軸を含む面での断面図）を示す。
【符号の説明】
Ａ：ボビン円錐台部の高さ
Ｂ、Ｃ：ボビン円錐台部の両端面における直径（Ｂ＜Ｃ）
【図１】
2004018175.tif 000003
【図２】
2004018175.tif 000004
【図３】
2004018175.tif 000005