(57)【要約】【課題】極細炭素繊維集合体に直接接触することなくその厚みを測定でき、また、これに基づいて極細炭素繊維集合体の厚みを制御できて、幅方向での嵩密度の均一性に優れたところの極細炭素繊維集合体の厚み測定方法、制御方法、製造方法及び製造装置を提供すること。【解決手段】レーザ式変位センサーを備えた距離計を用いて極細炭素繊維集合体の厚みを測定し、その測定結果をフィードバックして極細炭素繊維の吹き出し方向を制御することで厚みを制御する。【選択図】      図１
2004294186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極細炭素繊維集合体の厚みを測定する方法であって、レーザ式変位センサーを備えた距離計を用い、該距離計から前記極細炭素繊維集合体を支持する床面までの距離の測定と、該距離計から前記極細炭素繊維集合体の表面までの距離の測定とによって、前記極細炭素繊維集合体の厚みを測定することを特徴とする極細炭素繊維集合体の厚み測定方法。
【請求項２】
前記レーザ式変位センサーが、極細炭素繊維集合体の製造工程における集綿装置ラインの上部に設置されている請求項１の極細炭素繊維集合体の厚み測定方法。
【請求項３】
集綿装置の繊維吹き出し部から極細炭素繊維を吹き出して形成される極細炭素繊維集合体を所定の厚みとなるように制御する方法であって、レーザ式変位センサーを備えた距離計を用い、該距離計から極細炭素繊維集合体を支持する床面までの距離の測定と、該距離計から記極細炭素繊維集合体の表面までの距離の測定とによって、形成される前記極細炭素繊維集合体の厚みを測定し、該極細炭素繊維集合体の厚みの変化に応じて前記集綿装置の繊維吹き出し部の吹き出し方向を変更するようにしたことを特徴とする極細炭素繊維集合体の厚み制御方法。
【請求項４】
前記集綿装置において集綿と同時にバインダーを噴霧し、バインダーを噴霧された極細炭素繊維集合体の厚みを測定することにより、前記バインダーが硬化して得られる極細炭素繊維フェルトの嵩密度が所定の規準内になるように前記集綿装置の繊維吹き出し部の吹き出し方向を変更するようにした請求項３の極細炭素繊維集合体の厚み制御方法。
【請求項５】
集綿装置の繊維吹き出し部から極細炭素繊維を吹き出して所定の厚みの集合体を形成する極細炭素繊維集合体の製造方法において、レーザ式変位センサーを備えた距離計を用い、該距離計から前記極細炭素繊維集合体を支持する床面までの距離の測定と、該距離計から前記極細炭素繊維集合体の表面までの距離の測定とによって、形成される前記極細炭素繊維集合体の厚みを測定し、該極細炭素繊維集合体の厚みの変化に応じて前記集綿装置の繊維吹き出し部の吹き出し方向を変更するようにして極細炭素繊維集合体の厚みを制御することを特徴とする極細炭素繊維集合体の製造方法。
【請求項６】
前記集綿装置において集綿と同時にバインダーを噴霧し、バインダーを噴霧された極細炭素繊維集合体の厚みを測定することにより、前記バインダーが硬化して得られる極細炭素繊維フェルトの嵩密度が所定の規準内になるように前記集綿装置の繊維吹き出し部の吹き出し方向を変更するようにして極細炭素繊維集合体の厚みを制御することを特徴とする請求項５の極細炭素繊維集合体の製造方法。
【請求項７】
吹き出し方向を変化可能に設けられた繊維吹き出し部を有する集綿装置と、
極細炭素繊維集合体の上部に設けられたレーザ式変位センサーを有する距離計と、
制御器と、
を備えた極細炭素繊維集合体の製造装置であって、
前記距離計は、該距離計から前記極細炭素繊維集合体を支持する床面までの距離の測定と、該距離計から前記極細炭素繊維集合体の表面までの距離の測定とによって、形成される前記極細炭素繊維集合体の厚みを測定し、そのデータを前記制御器に送信し、
前記制御器は送信されたデータに基づいて、前記繊維吹き出し部の吹き出し方向を変化させることを特徴とする極細炭素繊維集合体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極細炭素繊維集合体をベースにした極細炭素繊維フェルト等を製造するところの極細炭素繊維集合体の厚み測定方法及び制御方法並びに極細炭素繊維集合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ピッチ系炭素繊維フェルトは、通常、原料ピッチからロール状ピッチ系極細炭素繊維を製造した後、得られた炭素繊維をバインダー樹脂で接合して製造する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここでは、本発明に必要とする粗開繊機以降のプロセスについて、図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例を示すものであるが、その製造プロセスの基本が同じであるので、同図を引用して説明するものである。
粗開繊機５に供給されたロール状炭素繊維は、ここで解きほぐされ、得られた炭素繊維は、リザーブトランク６に供給され貯蔵される。このリザーブトランク６は、炭素繊維を滞留するための空間を有すると共に、開繊機７への入り口の流路が狭まった構造を有している。
【０００４】
前記リザーブトランク６に貯留された炭素繊維は、フィードローラー（図外）によって定量的に開繊機７へ供給される。この開繊機７では、前記炭素繊維を、ガーネットシリンダー７ａで更に開繊し、その後、集綿部８に供給する。この集綿部８では、開繊された炭素繊維を吹き出しによって供給しつつ、噴霧器１２でバインダー（樹脂溶液）を噴霧しながら、炭素繊維を綿状にコンベア１１の上に堆積させて行く。このコンベア１１は、吸引フード９によって下方から吸引されており、この上に堆積された炭素繊維集合体１０は、吸引状態で搬送され、加熱硬化して形成される。
【０００５】
こうした炭素繊維集合体の形成にあっては、開繊された炭素繊維を吹き出しによって堆積させる方法を採っているため、形成される炭素繊維集合体の厚みが常に一定に保持されるものではなく、その為、集合体の厚みを管理し、或いは制御してやる必要性がある。こうした炭素繊維集合体の厚みの測定方法としては、超音波距離計を用いる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２８５４５７号公報
【特許文献２】
特開平８−０９２８６７号公報
【０００７】
しかし、この種の超音波距離計は、音波の反射を捉える方式であるため、通常の太さの炭素繊維の場合には問題はないものの、極細炭素繊維集合体、特に、平均繊維直径が１〜２ミクロンの極細炭素繊維集合体については、その吸音性質によって、正確な計測機能を発揮できないという問題がある。こうした平均繊維直径が１〜２ミクロンの極細炭素繊維を用いれば、嵩密度の大きな極細炭素繊維集合体を形成し得るので、これまでには無い優れた物性の極細炭素繊維フェルト等を製造できて、断熱材、吸音材、緩衝材、その他、優れた機械的性質の求められる種々の用途（例えば、航空機の材料等）が期待できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、吸音性のある極細炭素繊維集合体であっても確実にその厚みの測定ができ、また、バインダーが付着されていて直接接触による測定が出来ない場合であっても容易に測定ができるようにすることが求められ、合わせて測定結果に基づいて極細炭素繊維集合体の厚みが制御できて、幅方向での嵩密度の均一性に優れたものが求められる。
【０００９】
本発明は、かかる問題に鑑み、極細炭素繊維集合体に直接接触することなくその厚みを測定でき、また、これに基づいて極細炭素繊維集合体の厚みを制御できて、幅方向での嵩密度の均一性に優れたところの極細炭素繊維集合体の厚み測定方法、制御方法、製造方法、及び製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる極細炭素繊維集合体の厚み測定方法は、上記目的を達成するために、極細炭素繊維集合体の厚みを測定する方法であって、レーザ式変位センサーを備えた距離計を用い、該距離計から前記極細炭素繊維集合体を支持する床面までの距離の測定と、該距離計から前記極細炭素繊維集合体の表面までの距離の測定とによって、前記極細炭素繊維集合体の厚みを測定する、という手段を講じたものである。
【００１１】
本発明において、前記レーザ式変位センサーが、極細炭素繊維集合体の製造工程における集綿装置ラインの上部に設置されているのが好ましい。
【００１２】
また、本発明にかかる極細炭素繊維集合体の厚み制御方法は、上記目的を達成するために、集綿装置の繊維吹き出し部から極細炭素繊維を吹き出して形成される極細炭素繊維集合体を所定の厚みとなるように制御する方法であって、レーザ式変位センサーを備えた距離計を用い、該距離計から極細炭素繊維集合体を支持する床面までの距離の測定と、該距離計から記極細炭素繊維集合体の表面までの距離の測定とによって、形成される前記極細炭素繊維集合体の厚みを測定し、該極細炭素繊維集合体の厚みの変化に応じて前記集綿装置の繊維吹き出し部の吹き出し方向を変更する、という手段を講じたものである。
【００１３】
そして、上記極細炭素繊維集合体の厚み制御方法にあっては、前記集綿装置において集綿と同時にバインダーを噴霧し、バインダーを噴霧された極細炭素繊維集合体の厚みを測定することにより、前記バインダーが硬化して得られる極細炭素繊維フェルトの嵩密度が所定の規準内になるように前記集綿装置の繊維吹き出し部の吹き出し方向を変更するのが好ましい。
【００１４】
また、本発明にかかる極細炭素繊維集合体の製造方法は、上記目的を達成するために、集綿装置の繊維吹き出し部から極細炭素繊維を吹き出して所定の厚みの集合体を形成する極細炭素繊維集合体の製造方法において、レーザ式変位センサーを備えた距離計を用い、該距離計から前記極細炭素繊維集合体を支持する床面までの距離の測定と、該距離計から前記極細炭素繊維集合体の表面までの距離の測定とによって、形成される前記極細炭素繊維集合体の厚みを測定し、該極細炭素繊維集合体の厚みの変化に応じて前記集綿装置の繊維吹き出し部の吹き出し方向を変更するようにして極細炭素繊維集合体の厚みを制御する、という手段を講じたものである。
【００１５】
そして、上記極細炭素繊維集合体の製造方法にあっては、前記集綿装置において集綿と同時にバインダーを噴霧し、バインダーを噴霧された極細炭素繊維集合体の厚みを測定することにより、前記バインダーが硬化して得られる極細炭素繊維フェルトの嵩密度が所定の規準内になるように前記集綿装置の繊維吹き出し部の吹き出し方向を変更するようにして極細炭素繊維集合体の厚みを制御するのが好ましい。
【００１６】
また、本発明にかかる極細炭素繊維集合体の製造装置は、上記目的を達成するために、吹き出し方向を変化可能に設けられた繊維吹き出し部を有する集綿装置と、極細炭素繊維集合体の上部に設けられたレーザ式変位センサーを有する距離計と、制御器と、を備えた極細炭素繊維集合体の製造装置であって、前記距離計は、該距離計から前記極細炭素繊維集合体を支持する床面までの距離の測定と、該距離計から前記極細炭素繊維集合体の表面までの距離の測定とによって、形成される前記極細炭素繊維集合体の厚みを測定し、そのデータを前記制御器に送信し、前記制御器は送信されたデータに基づいて、前記繊維吹き出し部の吹き出し方向を変化させること特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の態様】
以下の実施の形態では、本発明に係る極細炭素繊維集合体の測定方法及び制御方法並びに極細炭素繊維集合体について、ピッチ系極細炭素繊維フェルトの製造プロセスにおける粗開繊機以降の工程をベースに説明する。
しかし、この極細炭素繊維集合体としては、その他に、ポリアクリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、フェノール樹脂系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、ポリビニールアルコール系炭素繊維、その他の化学繊維等で、超音波を吸収するところのあらゆる種類の極細炭素繊維集合体を対象とする。
【００１８】
図１は、ピッチ系極細炭素繊維フェルトの製造プロセスの要部についての概略図であって、粗開繊機５に供給されたロール状炭素繊維は、ここで解きほぐされ、得られた炭素繊維は、リザーブトランク６に供給され貯蔵される。このリザーブトランク６は、炭素繊維を滞留するための空間を有すると共に、開繊機７への入り口の流路が狭まった構造を有している。前記粗開繊機５は、針付き回転ローラを備えたもので、極細炭素繊維を粗開するために一定速度で回転駆動されている。
【００１９】
前記リザーブトランク６に貯留された炭素繊維は、フィードローラー（図外）によって定量的に開繊機７へ供給される。この開繊機７では、前記炭素繊維を、ガーネットシリンダー７ａで更に開繊し、その後、集綿部８に供給する。この集綿部８では、開繊された炭素繊維を、繊維吹き出し部１からの吹き出しによって供給しつつ、噴霧器１２でバインダー（樹脂溶液）を噴霧しながら、炭素繊維を綿状にコンベア１１の上に堆積させて行く。
【００２０】
前記コンベア１１は、吸引フード９によって下方から吸引されており、この上に堆積された炭素繊維集合体１０は、吸引状態で搬送され、加熱硬化して形成される。そして、堆積されるべき極細炭素繊維集合体１０の厚みに鑑みて、前記繊維吹き出し部７ａによる繊維吹き出し量の制御と共に前記吸引フード９については、例えば、キャパシタンスマノメータ等の適宜の差圧検出手段（極細炭素繊維集合体の上方と下方位置との差圧）によって、所定の吸引負圧が生じるように制御され、同時に、前記コンベア１１の搬送速度が所定の速度となるように制御される。
【００２１】
前記繊維吹き出し部１は、その吹き出し方向が変更可能なように、首振りできる構成とされている。この首振り手段は、後述の制御信号に応答して作動するサーボ機構から構成されているが、このメカニズム自体は公知の手段が用いられるので、ここでは詳述を省く。
そして、図１に示す如く、前記集綿部８を出た位置の上部、即ち、集綿装置ラインの上部に、赤外半導体レーザ式変位センサーを備えた距離計２が、その極細炭素繊維集合体の幅方向において２５０ｍｍ間隔で、即ち、この実施態様では、４基設けられている。このセンサーは、ここでは、ＬＢ−３００、キーエンス社製のものが用いられている。この赤外半導体レーザ式変位センサーは、反射式であればよく、特に型式が限定されるものではない。また。この赤外レーザを用いた理由は、測定対象物（極細炭素繊維集合体）から２００〜４００ｍｍと離れた距離から厚みを測定できるためである。従って、この発明の目的を達成できる範囲において、他色のレーザ式センサーを適用し得るものである。
【００２２】
このセンサーの距離測定原理は以下の通りである。このセンサーは、レーザ光源（発光素子）と、投光レンズと、受光レンズと、受光素子〔例えばｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ）〕と、メモリとを有し、メモリにはＣＣＤと光源（発光素子）との距離、角度情報及び三角測量情報が格納されている。まず、基準面（例えばベルトコンベア装置のベルト）にレーザ光を照射する。この基準面は鏡面ではないため、照射されたレーザ光は拡散反射する。そしてその拡散反射された光のうち一定の角度を有する光が受光レンズに入射する。受光レンズに入射した光はＣＣＤが検出し、光量のピーク位置がＣＣＤ上に定められる。そして光量のピーク位置における受光角度と、ピーク位置と光源（発光素子）を結ぶ線分の距離との関係から三角測量の原理によって光源と基準面との距離が定まる。
次に、ベルト上を搬送される極細炭素繊維集合体にレーザを照射する。レーザ光は極細炭素繊維集合体表面で拡散反射し、その拡散反射された光のうち一定の角度を有する光が受光レンズに入射する。そして受光レンズに入射した光はＣＣＤが検出し、光量のピーク位置がＣＣＤ上に定められる。このピーク位置は基準面におけるピーク位置とは異なる位置となる。この変位したピーク位置によって、極細炭素繊維集合体の厚みが測定できることになる。
【００２３】
そして、前記赤外半導体レーザ式変位センサーを備えた距離計２は、それぞれの検出結果を制御器３に入力し、検出された極細炭素繊維集合体の指定位置における厚みが所期の許容範囲にない場合には、その結果を信号として出力し、上述した繊維吹き出し部１にフィードバックしてその首振りを制御し、所定位置に対する極細炭素繊維の吹き出し量を、増減制御することになるのである。
【００２４】
この赤外半導体レーザ式変位センサーを備えた距離計２は、予め極細炭素繊維集合体１０の床面、即ち、コンベア１１の上面からその距離計２までの距離を測定して制御器３に入力しておき、搬送されてきた極細炭素繊維集合体１０の上面から距離計２までの距離を測定することで、両者の差を求め、その極細炭素繊維集合体１０の厚みとして認識するものであり、従って、コンベア１１の搬送に従って連続的に厚みを測定することが可能である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明にかかる実施例及び比較例を示し、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（測定方法―１）
平均繊維直径が２ミクロンの極細炭素繊維を集綿装置８のコンベア１１に、目付１００ｇ／ｍ２で綿状に堆積させながら、バインダーとして２０％濃度のフェノール樹脂液を２０ｇ／ｍ２付着させた極細炭素繊維集合体１０の厚みを、赤外半導体レーザ式変位センサー（ＬＢ−３００，キーエンス社製）で、極細炭素繊維集合体１０の幅方向に２５０ｍｍ間隔で４基設置して、連続的に測定を行った。その結果は、極細炭素繊維集合体１０の厚みが最大２１５ｍｍ、最低１１０ｍｍとなった。
図２は、上記２ミクロンの極細炭素繊維について複数回行った測定結果を、その集合体の厚みと、硬化後のフェルトの嵩密度との相関として表したグラフであり、厚みと嵩密度が略正比例の関係にあることが分かる。
【００２７】
（測定方法−２）
平均繊維直径が１ミクロンの極細炭素繊維を集綿装置８のコンベア１１に、目付１００ｇ／ｍ２で綿状に堆積させながら、バインダーとして２０％濃度のフェノール樹脂液を２０ｇ／ｍ２付着させた極細炭素繊維集合体１０の厚みを、赤外半導体レーザ式変位センサー（ＬＢ−３００，キーエンス社製）で、極細炭素繊維集合体１０の幅方向に２５０ｍｍ間隔で４基設置して、連続的に測定を行った。その結果は、極細炭素繊維集合体１０の厚みが最大１６５ｍｍ、最低８５ｍｍとなった。
【００２８】
（制御方法−１）
図１に示す極細炭素繊維フェルトの成形装置を用いて、集綿装置８のコンベア１１に堆積させた平均繊維直径２ミクロンの極細炭素繊維集合体１０の、赤外半導体レーザ式変位センサー（ＬＢ−３００，キーエンス社製）による厚み測定結果を、制御器を介してフィードバックし、集綿装置８における繊維吹き出し部１の首振りを制御して、前記コンベア１１に堆積される極細炭素繊維集合体１０の幅方向での吹き出し量を変化させることで、極細炭素繊維集合体１０の厚みを最大１７０ｍｍ、最低１３０ｍｍに制御できた。その後、厚みを制御した極細炭素繊維集合体１０を硬化処理して、製品のフェルトにしたところ、フェルトの嵩密度は、最大５．４ｋｇ／ｍ３，最低４．５ｋｇ／ｍ３となった。
【００２９】
（制御方法−２）
図１に示す極細炭素繊維フェルトの成形装置を用いて、集綿装置８のコンベア１１に堆積させた平均繊維直径１ミクロンの極細炭素繊維集合体１０の、赤外半導体レーザ式変位センサー（ＬＢ−３００，キーエンス社製）による厚み測定結果を、制御器を介してフィードバックし、集綿装置８における繊維吹き出し部１の首振りを制御して、前記コンベア１１に堆積される極細炭素繊維集合体１０の幅方向での吹き出し量を変化させることで、極細炭素繊維集合体１０の厚みを最大１３０ｍｍ、最低１００ｍｍに制御できた。その後、厚みを制御した極細炭素繊維集合体１０を硬化処理して、製品のフェルトにしたところ、フェルトの嵩密度は、最大５．４ｋｇ／ｍ３，最低４．５ｋｇ／ｍ３となった。
【００３０】
比較例
超音波式距離計（ＵＤ−５００，キーエンス社製）を、上述の極細炭素繊維フェルトの成形装置に適用したところ、超音波を吸収する極細炭素繊維集合体、特に、平均繊維直径１〜２ミクロンの極細炭素繊維集合体では、適正な反射が期待できず、測定が困難であった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明にかかる測定方法によれば、超音波を吸収してしまう極細炭素繊維集合体であっても確実に厚みの測定が可能であり、且つ、その赤外半導体レーザ式変位センサーが非接触式であるので、バインダーが付着していて直接接触で測定できない極細炭素繊維集合体の製造工程においても連続して測定出来る利点がある。
【００３２】
また、本発明にかかる制御方法によれば、バインダーが硬化した後の極細炭素繊維フェルトの嵩密度と極細炭素繊維集合体の厚さとの間に相関があるので、幅方向においてその厚さを制御できるようになったことで、極細炭素繊維フェルト全体として嵩密度の均一性に優れた製品の製造が可能となり、安定した品質（物性）の工業的生産を行い得る。
【００３３】
また、本発明にかかる製造方法によれば、上記で説明した制御方法を用いているので、極細炭素繊維フェルト全体として嵩密度の均一性に優れ、安定した品質（物性）を実現し得た製品が工業的に製造できる。
【００３４】
本発明にかかる具体的なその他の利点は、上記発明の実施の態様の項及び実施例の項において詳述した通りである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる極細炭素繊維集合体の製造装置を示す概略図である。
【図２】炭素繊維集合体の厚みと成形フェルトの嵩密度との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
１  吹き出し部
２  赤外半導体レーザ式変位センサーを備えた距離計
３  制御器
５  粗開繊機
６  リザーブトランク
７  開繊機
７ａ  ガーネットシリンダー
８  集綿部
９  吸引フード
１０  極細炭素繊維集合体
１１  コンベア
１２  噴霧器
【図１】
2004294186.tif 000003
【図２】
2004294186.tif 000004