(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維製造用の前駆体繊維糸条を接続する装置を備えた製造装置であって、
接続しようとする前駆体繊維糸条同士を重ね合わせて把持する一対の糸条把持装置と、該一対の把持装置の間に配され、前駆体繊維糸条同士が重ね合わされた部分の長手方向に対して複数列の流体を噴射して絡合処理を施す流体処理部とを備え、
前記流体処理部は、複数の噴射ノズルを有し、前記噴射ノズルの流体噴射領域により形成される前駆体繊維糸条の糸道が、流体が噴射されない領域を挟んで、同糸条の長手方向に所定の間隔をおいて非連続に複数配設されてなる、
ことを特徴とする炭素繊維の製造装置。
【請求項２】
前記糸道断面が偏平矩形状であり、前記流体処理部の流体噴出孔が糸道の前記偏平矩形状の長辺方向に所定の間隔をおいて複数配されてなることを特徴とする請求の範囲１記載の製造装置。
【請求項３】
流体噴射孔を有する前記流体処理部が重ね合わされる糸条の長手方向に２分割可能な構造を有すると共に、分割された各流体処理部が流体噴出孔の列単位ごとに配される糸道が所定の間隔をおくように一体化され、或いは共通ベースに取り付けられてなることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の製造装置。
【請求項４】
２分割された各流体処理部が独立して糸道方向に移動可能であることを特徴とする請求の範囲３記載の製造装置。
【請求項５】
上記流体処理部の糸道方向の両端側で、且つ各糸条把持装置の内側に糸条の切断手段を有してなることを特徴とする請求の範囲１記載の製造装置。
【請求項６】
前記切断手段による切断位置が、重ね合わされて絡合した接合部の端部から３０ｍｍ以内に設定されてなることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の製造装置。
【請求項７】
前記炭素繊維製造用の前駆体繊維糸条の接続装置と下流側の耐炎化工程又は炭素化工程との間に移送中の前駆体繊維糸条の張力変動に合わせて同前駆体繊維糸条を一時的に滞留させる一時滞留部が配設されてなることを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれかに記載の製造装置。
【請求項８】
請求の範囲１〜７のいずれかに記載の製造装置を使い、炭素繊維製造用の先行する前駆体繊維糸条の終端部と後続の前駆体繊維糸条の始端部とを接続して炭素繊維を連続して製造する製造方法であって、
接続しようとする前駆体繊維糸条の端部同士を重ね合わせること、
前記前駆体繊維糸条の重ね合わせ部分の両端部を上記糸条把持装置により把持すること、及び
前記糸条把持装置の間の前記重ね合わせ部分を、上記流体処理部によりその長手方向に対して複数列の流体を噴射して絡合処理を施すこと、を含んでなることを特徴とする炭素繊維の製造方法。
【請求項９】
接続しようとする前駆体繊維糸条の少なくとも一方が、耐炎化糸又は接続端部を耐炎化してなる耐炎化糸条であることを特徴とする請求の範囲８記載の炭素繊維の製造方法。
【請求項１０】
接続しようとする前駆体繊維糸条の各接続端部が耐炎化されてなることを特徴とする請求の範囲８記載の炭素繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、先行する前駆体繊維糸条の終端部と後続の前駆体繊維糸条の始端部とを接続する端部接続装置を備えた炭素繊維の製造装置と同製造装置を使って前駆体繊維糸条の端部同士を接続して炭素繊維を連続的に製造するに関し、より詳しくは炭素繊維を製造するときの前駆体繊維糸条を耐炎化処理し、次いで炭素化処理する炭素繊維の製造装置及び製造方法において、連続的に前駆体繊維糸条を供給する際の糸条間の接続装置とその接続方法に特徴を有する炭素繊維の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、従来の航空機やスポーツ用品の用途に加えて、建築、土木、エネルギー関係などの産業用途にも広がり始めており、急速にその需要が伸びている。この伸びをさらに加速するため、より低コストの炭素繊維の実現が望まれている。炭素繊維を製造するための代表的な前駆体繊維糸条としては、アクリル系繊維糸条があり広く利用されている。一般的な炭素繊維の製造は、アクリル系繊維糸条を２００〜３００℃の酸化性雰囲気中で加熱処理する耐炎化工程によって耐炎化繊維を得た後、引き続いて１０００℃以上の不活性雰囲気中で加熱処理する炭素化工程によって炭素繊維が製造される。こうして得られた炭素繊維は種々の優れた物性を具備していることから、前述のごとく、各種の繊維強化複合材料等の強化用繊維として多分野において広く利用されている。
【０００３】
一般に炭素繊維製造用の前駆体繊維糸条であるアクリル系繊維糸条は、ボビンなどに巻き上げられた形態、或いは箱の中に折り畳み積層された形態で供給されている。従って、低コスト化を狙い、耐炎化工程と炭素化工程からなる焼成工程の操業性を上げるためには、これらのアクリル系繊維糸条を焼成工程を通して炭素繊維化するにあたり、連続的に移送して炭素繊維化すべく、前述の形態にあるアクリル系繊維糸条の末端部を別のアクリル系糸条の始端部と接続させる必要がある。
【０００４】
端部同士を接続して連続的に炭素繊維の製造工程にアクリル系糸条繊維を供給し、その焼成工程における操業性を向上させる手段として、例えば特開昭５４−５０６２４号公報には、アクリル系繊維糸条同士の接合部に、ジエステル油、シリコン油、ハロゲン化炭化水素や、鉱油と金属セッケンから得られるグリースなどの耐炎性化合物を付与する方法が、また特開昭５６−３７３１５号公報にはアクリル系繊維糸条の端部を予め熱処理した後に、各端部をループ状に結び、相手方のループと絡ませて接合部を形成する方法が、さらに特公平１−１２８５０号公報にはアクリル系繊維糸条の端部同士を絡合させて接合部を形成する方法が、さらにまた、特開平４−２１４４１４号公報にはアクリル系繊維糸条の端部同士を絡合させて接合部を形成し、さらにこの接合部に、ほう酸、スルファミン酸アンモン、亜硫酸水素ナトリウム、尿素系化合物などの酸化反応抑制剤を付着する方法が、それぞれ開示されている。
【０００５】
しかるに、これらの公報に開示された方法による接合された接合部を有するアクリル系繊維糸条は、優れた物性を備えた炭素繊維を高速生産するための製造条件には適合し得ない。何となれば、上記方法による接合部を有するアクリル系繊維糸条は、アクリル系繊維糸条を加熱温度及び工程張力の高い耐炎化工程で耐炎化繊維とする工程と、工程張力の高い炭素化工程で炭素繊維とする工程を安定して円滑に通過し得ない。特に、前駆体繊維同士を接続する場合には、接続部の蓄熱により焼損や糸切れが発生する。
【０００６】
このため、上述の接合方法による接合部をもつアクリル系繊維糸条が耐炎化工程と炭素化工程とを問題なく通過するためには、加熱温度及び工程張力の高い耐炎化工程と工程張力の高い炭素化工程のうちのいずれかの条件を緩和させなければならず、炭素繊維の高速生産により製造することは困難である。
【０００７】
しかしながら、アクリル系繊維糸条の端部同士を単に結んで接合する場合、その接合部は、耐炎化工程において蓄熱が激しく、このことが次工程の炭素化工程中における糸切れなどのトラブルの原因となる。
【０００８】
さらに、例えば特開平１０−２２６９１８号公報に、炭素繊維製造用の前駆体繊維を、耐炎化温度において非発熱性である接続媒体を介して単糸レベルの絡合により接続して炭素繊維を製造する方法と製造装置が開示されているが、前駆体糸条の把持手段と接続媒体の把持手段が独立して存在し、また交絡ノズル毎にリラックス把持部、すなわち複数のリラックス把持手段を有している。さらに、それらのリラックス把持手段は、それぞれが独立して移動し、前駆体糸条に所定の弛み量を与える機構を備えており、極めて複雑な機構となっている。また、所定の長さにわたって接続処理するために、複数のノズルを所定の部位に配置して、各部位で流体処理による結合を行うとの記載はあるものの、ノズルの配置数や配置される間隔を具体的に明示するものではなかった。
【０００９】
このように、従来の技術においては、簡便な機構を有する装置により確実な工程通過性が実現できる接続部を得ることができなかった。
【００１０】
従って、本発明が解決しようとする課題は、炭素繊維の製造装置及び製造方法にあって、簡便な機構をもって高い工程通過性を有する接続部を確実に得ることにより、連続操業が可能となり、焼成工程の操業性を上げて低コスト化を図ることにある。
【発明の開示】
【００１１】
この課題を解決するための本発明の主要な構成は、炭素繊維製造用の前駆体繊維糸条を接続する装置を備えた製造装置であって、接続しようとする前駆体繊維糸条同士を重ね合わせて把持する一対の糸条把持装置と、該一対の把持装置の間に配され、前駆体繊維糸条同士が重ね合わされた部分の長手方向に対して複数の流体を噴射して絡合処理を施す流体処理部とを備え、前記流体処理部は、複数の噴射ノズルを有し、前記噴射ノズルの流体噴射領域により形成される前駆体繊維糸条の糸道が、流体が噴射されない領域を挟んで、同糸条の長手方向に所定の間隔をおいて非連続に複数配設されてなる、ことを特徴とする炭素繊維の製造装置にある。
【００１２】
本発明における炭素繊維製造用の前駆体繊維糸条としては、通常、アクリル系繊維糸条が使われる。このアクリル系繊維糸条は、アクリロニトリルを主成分として含有するアクリル繊維であれば、特に限定されるものでないが、アクリロニトリル９５質量％以上とアクリロニトリルと共重合可能なビニル系単量体５質量％からなるアクリル繊維であることが好ましい。さらにこのビニル系単量体が、耐炎化反応を促進する作用を有するアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、又はこれらのアルカリ金属塩、もしくはアンモニウム塩、及びアクリルアミド等の単量体群から選ばれる１種類以上の単量体であることが、耐炎化反応を促進する上で好ましい。
【００１３】
炭素繊維の製造工程は、このようなアクリル系繊維糸条などからなる前駆体繊維糸条を２００〜３００℃の酸化性雰囲気中で加熱処理する耐炎化工程によって耐炎化繊維にした後、引き続いて１０００℃以上の不活性雰囲気中で加熱処理する炭素化工程によって炭素繊維にするのが一般的である。
【００１４】
本発明における前駆体繊維糸条を重ね合わせて把持する一対の把持装置とは、糸条を挟持して固定するニップ装置など、接続しようとする繊維糸条同士を重ね合わせて把持できるものであれば、その種類は何ら制約を受けるものではない。糸条把持部の形状もフィラメント数、デニール数に応じて適宜決定すれば良い。さらには、これら一対のニップ機構がアクリル繊維糸条をニップした後、そのスパンを縮めるように動作するなどして後述する絡合接続する部分に弛みを与えることできる機構を備えていることが、絡合処理による接続をより効果的に行う上でさらに好ましい。
【００１５】
本発明にあって、上記一対の把持部の間に配され、繊維糸条同士を重ね合わせた部分の長手方向に対して同時に複数列の流体を噴射して絡合処理を施す流体処理手段とは、図１に示すとおり、重ね合わせた糸条に添った糸道上に複数列の流体噴出孔が配された流体処理手段のことであり、図２に示すとおり、糸道が流体処理部の全領域に連続して形成されるものではなく、長手方向に対して設けられる複数列の流体噴出孔ごとに間隔を有して配される。
【００１６】
また、上記流体処理部は、糸条に沿った糸道の長手方向に対して複数列配置される流体噴出孔を有している。これら複数列に配置された流体噴出孔のそれぞれに分けて流体を供給して噴出させても良いし、一括して同時に流体を供給して噴出させることも可能である。操作性や接続処理に要する時間の面からは後者が有利である。
【００１７】
一括して流体を供給する場合において、糸道が流体噴出孔の各列ごとに間隔をもたず、連続した構造である場合、糸条に沿って複数列配置された流体噴出孔から噴出した流体は糸道内で互いに干渉し、特に多数列配置された流体噴出孔のうちの流体処理手段の中央付近で噴射される流体は、その圧力抵抗が高くなるために糸条の絡合に必要な噴出量が得られない。その結果、この中央付近では十分な糸条間の絡合が得られない。糸道が連続している場合は、流体噴出孔の各列に個別に流体を供給しても、糸道に沿って流体が吹き出す長さが異なるため、後述するように糸道長さに起因すると考えられる噴射流体の流れの乱れによる糸条の乱れが発生し、それぞれの絡合が均一にならない場合がある。
【００１８】
接続しようとする繊維糸条同士を重ね合わせて収納する前記糸道断面は、糸条の断面形態に応じて多様な形状を採用することができるが、図２に示すように、特に偏平矩形状とすることが好ましい。接続しようとする糸条のトータルの繊度によってその寸法は異なるが、糸条を重ねた方向すなわち糸道の偏平矩形断面形状の短辺である高さ方向は、１〜５ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍが好適である。この高さが小さいと、すなわち糸条の厚みを規制されると、接続部が固く締まる傾向にあり、焼成工程での蓄熱の原因となる。これとは逆にこの寸法が大きいと、長辺寸法との関係にもよるものの、接続しようとする繊維束の厚みが厚くなるため絡合が不十分になりがちである。
【００１９】
長辺の寸法に関しては、接続しようとする２糸条のトータルデニールに依存する好適な値がある。その値とは、接続を行おうとするアクリル繊維糸条のトータル繊度Ｄ（ｄＴｅｘ）と長辺寸法Ｌ（ｍｍ）との比Ｄ／Ｌの値であり、その値が２０００〜５０００であることが好ましい。Ｄ／Ｌが２０００以下であると糸条が糸道の幅方向全体に広がらず、すなわち２糸条がずれて重なり、絡合時にねじれが発生したり、極端な場合２糸条が隣り合った状態となり絡合が行われなかったりする。また、逆にこの値が５０００以上に大きいと、すなわち偏平矩形断面の長辺寸法が短いと、糸条の厚みが大きいため十分な混繊、絡合が起こりにくくなる。
【００２０】
糸道の長手方向に沿って複数列設けられた流体噴出孔は、図２に示すとおり、その偏平矩形断面形状の糸道の長辺方向に複数個の小孔を列して設けられる。この際の流体噴出孔の各孔口径は０. ３〜１. ２ｍｍであることが好ましく、０. ５〜１ｍｍがより好ましい。さらにその流体噴出孔の配列は、等ピッチで０. ８〜１. ６ｍｍの範囲で配するのが均一な絡合部を得るには好ましい。流体噴出孔の各列ごとに区切られる各糸道の長さは、１０〜４０ｍｍとすることが好ましい。特にこの長さが４０ｍｍ以上であると、その理由は定かでないが、それぞれの糸道の両端部において噴射流体の流れの乱れに起因すると考えられる糸条の乱れが発生し、それぞれの糸条が小束状となった結節部分を生じやすくなる。
【００２１】
さらに各糸道間の間隔は、１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲、より好ましくは２．５ｍｍから５０ｍｍが好ましい。この寸法の範囲で間隔を設定することにより、理由は定かでないが、各糸道で流体噴出孔から噴出した流体が、糸道を経由して各糸道の両端より排出されるが、隣接した糸道から排出される流体とぶつかり合い流体処理手段の本体からその側方へと排出されるようになる。特に、図２に示すように、共通ベースプレートや上蓋側の共通プレートによって、糸条を重ね合わせた方向、すなわち高さ方向への排出を規制すると、側方への流体の排出が主となり、その結果、繊維糸条が扁平矩形形状の糸道の幅方向に広げられ、均一な絡合が可能となる。
【００２２】
更に、本発明の前記流体処理部が、重ね合わされる糸条の長手方向に２分割可能な構造とすることが、繊維糸条同士を配置するときに、その操作の面から望ましい。２分割した状態で繊維糸条同士を重ね合わせて糸道上に配置し、その後に流体処理手段本体を閉じる。閉じた際の固定方法は特に限定されるものではなく、ねじによる締結、クランプなど適当な手段を選択すればよい。さらに、糸道に沿って２分割された流体処理手段は、流体噴出孔の列単位で糸道が所定の間隔をおいて一体化され、或いは共通ベースに取り付けられていることが、その開閉操作の簡便性の点から好ましい。
【００２３】
さらに本発明にあっては、上記流体処理部の糸道方向の両端側で、且つ各糸条把持装置の内側に糸条の切断手段を有するようにしてもよい。この場合、切断する位置を接続部からの距離ができ得る限り小さくなるようにし、生じる端糸を短くトリミングすることが以降の工程での端糸のロールへの巻き付きなどを防ぐためには好ましい。またスタンバイ側ボビンの糸条の接続部に生じる端糸についても、この端糸が長いと以降の工程でのロールへの巻き付きの原因となりやすいため、切断手段を設けて、端糸をなるべく短くトリミングすることが望ましい。かかる理由から、前記切断手段による切断位置を、重ね合わされて絡合した接合部の端部から３０ｍｍ以内に設定するとよい。
【００２４】
当該切断手段は、切断歯などを備えた通常の切断に供される、例えば鋏、シャーリングなどの装置や回転刃を有する丸鋸状の切断装置、固定刃が往復バリカン装置、その他超音波カッターなど前駆体繊維糸条を切断できるものであれば、特に制約を受けるものではない。
【００２５】
本発明にあっては、上述の２分割された各流体処理部が、さらに独立して糸道方向に移動可能に構成することもできる。かかる構成を採用することにより、図３に示すごとく、繊維糸条の絡合接続に際し、上記切断手段により予め流体処理部の両端で端糸が短くなるよう切断しておき、その後に糸条の方向に対して２分割された当該流体処理手段をそれぞれ糸条把持装置側に移動させて、流体噴出孔付近の糸条把持装置側に切断した端糸の先端が来るようにして流体を噴射し、絡合部に端糸を混ぜ込むことができる。
【００２６】
この際、供給する流体の圧力や、接続しようとする糸条の繊度などにより異なるものの、流体噴出孔から、切断した糸条の端面までの距離を１０ｍｍ以内、より好ましくは５ｍｍ以内に位置させた後に流体を噴射すると、絡合部に端糸を混ぜ込むことができる。その結果、炭素繊維製造工程中で端糸に起因するロールへの糸条の巻き付きや隣接した前駆体糸条との混繊、さらにはこの混繊に起因する溝ロール等での溝飛びによる走行の乱れを回避することが可能となる。
【００２７】
炭素繊維製造工程中で新たに供給される前駆体繊維糸条の始端部と先行して耐炎化工程或いは炭化工程に供給されている前駆体繊維糸条の終端部とを上記接続装置を使って接合する。接続装置にて前駆体繊維糸条の前記各端部を接合するとき、接続装置の把持装置により走行中の前駆体繊維糸条は走行が停止される一方で、耐炎化工程或いは炭化工程では連続処理がなされるため、先行する前駆体繊維糸条は走行を継続する。
【００２８】
このため、本発明の炭素繊維製造装置にあっては、前駆体繊維糸条の接続装置と下流側の耐炎化工程又は炭素化工程との間に移送中の前駆体繊維糸条に対して一時的に貯留する一時滞留部を配設することか好ましい。この一時滞留部は、例えば可動ロール機構を備えている。この可動ロール機構としては、前駆体繊維糸条の走行路に沿って、一方向にスプリングなどにより付勢されたロール体の付勢方向とは反対側のロール面に前駆体繊維糸条を掛け回して走行させるようにし、振り子状に動作するダンサーロール方式や、一定の荷重をもって自由に上下動する動滑車状ロール体の荷重側のロール面に前駆体繊維糸条を掛け回して走行させるようにして、動滑車状ロール体を上下方向に昇降させる方式などがあり、それらの方式から適宜選定すればよい。
【００２９】
把持装置の作動中は、前駆体繊維糸条の接合部分で一旦停止するが、一方で耐炎化工程又は炭素化工程へと供給が継続して行われる前駆体繊維糸条は、前記一時滞留部の可動ロール機構によって張力をほぼ一定に維持しながら円滑に各工程へと供給され続ける。把持装置が非作動のときは、把持装置の作動時に必要十分な供給長さの前駆体繊維糸条を確保して、一時滞留部の前記可動ロール機構の付勢力或いは荷重により一定量の前駆体繊維糸条を一時的に貯留しながら耐炎化工程又は炭素化工程へと供給し続ける。
【００３０】
さらに本発明にあっては、上記接続装置の糸条上流側の前駆体繊維糸条の走行路に、前駆体繊維糸条の終端を検出する検出器を備えることも可能である。糸条の終端を検出する検出器の種類は何ら制限を受けるものではないが、好ましくは糸条に非接触である光電式検出器を用いる。検出器によって走行する前駆体繊維糸条の終端が通過したことを検出して、上述した糸条接続装置に設置される、例えば加圧流体の供給するバルブを作動して流体処理部に加圧流体を供給し、自動的に糸端同士の接続操作を行う。
【００３１】
本発明は上記接続装置を使い、炭素繊維製造用の先行する前駆体繊維糸条の終端部と後続の前駆体繊維糸条の始端部とを接続して炭素繊維を連続して製造できる。すなわち、先ず接続しようとする前駆体繊維糸条の端部同士を重ね合わせること、前記前駆体繊維糸条の重ね合わせ部分の両端部を上記糸条把持手段により把持すること、及び前記糸条把持装置の間の前記重ね合わせ部分を、上記流体処理手段によりその長手方向に対して複数の流体を噴射して絡合処理を施す。
【００３２】
前駆体繊維糸条の終端部と始端部とを接続する前に、予め接続しようとする前駆体繊維糸条の少なくとも一方を耐炎化糸条とするか、或いはその接続端部を耐炎化しておくことが好ましい。さらに、耐炎化繊維を介して前駆体繊維糸条の終端部と始端部とを接続することも可能である。この場合でも、前駆体繊維糸条の接合部分の両端の把持手段は一対あれば十分である。繊維糸条端部の耐炎化処理についての格別な制限は無く、例えば空気、オゾン、その他の酸化性雰囲気で、２００〜３００℃の加熱処理を行うことにより行うことができる。加熱処理を行う装置としては熱風循環炉、電熱ヒーターを用いたドライヤーなどが用いられる。
【００３３】
ワインダーによりボビン巻きの形態とされるアクリル系繊維糸条の場合、その巻き終わりの端部を耐炎化するのは、容易に行える。すなわち、巻き取りが終了したらその巻き終わりの端部を先に記述した熱風循環炉などにより処理すれば良い。これに対して巻き始め端部を耐炎化するには、巻き始めの端部がワインダーで巻き取られる繊維糸条の下に敷かれて巻かれる。すなわち、巻き始めの糸条端部の上に繊維糸条を重ねて巻き取ってしまうことになる。
【００３４】
そのため所定量の繊維糸条の巻き取りが終了した後になっても、巻き始めの端部がボビンから引き出せなくなるような状況は避けなければならない。そのためには、例えば繊維糸条の巻き始めにおいて、後に熱風循環炉等で熱処理が可能な長さの糸条始端部を、以降に巻かれてボビンを形成するための糸条通路から外れた位置で巻き取っておき、そのあとで続く糸条を巻き取り所定のボビンを形成するようにする。また接続に際して、先行する前駆体繊維糸条の終端部と後続の前駆体繊維糸条の始端部とを耐炎化繊維を介して接合しようとする場合には、耐炎化工程通過後の繊維糸条を耐炎化繊維として用いることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、炭素繊維製造用の前駆体繊維糸条としてアクリル系繊維糸条を用いて、本発明の特徴部を構成する糸条の接続装置及び接続方法を採用して、連続的に炭素繊維を製造する際の実施例に基づいて、工程通過性を中心により具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例で挙げる工程通過率は、それぞれに接合部を有するアクリル系繊維糸条を耐炎化工程及び炭素化工程に通して炭素繊維にしたときの、各工程で切断すること無しに通過した接合部の数を、試験対象となる糸条の全接合部の数に対する百分率（％）で表したものである。また、工程張力（ｍＮ／Ｔｅｘ）は、接合部を有するアクリル系繊維糸条を使って炭素繊維を製造したときの耐炎化工程及び炭素化工程におけるアクリル系繊維糸条の張力を単位繊度当たりに換算した数値である。
【００３６】
炭素繊維の製造は、図４に示すように、前駆体繊維糸条がクリール１上のボビン２から巻き出されて、櫛歯状ガイド３にて水平方向に並べられたのち第１及び第２のフィードローラ４，５を介して耐炎化工程６及び炭化工程７に供給されて、それぞれの処理がなされたのち最終繊維である炭化繊維として巻取機により連続的に巻き取られる。以下の実施例にあっては、前記第１のフィードローラ４と第２のフィードローラ５との間に、本発明の特徴部である糸条把持装置１０及び糸条の一時滞留部を構成する動滑車状の可動ロール８が設置されている。
【００３７】
この可動ロール８は、糸条接続装置１０が非作動の状態にあるとき、一定荷重の下で前駆体繊維糸条に一定の張力を付与しながらバランスをとり、通常の糸条移送路の下方に位置している。いま、糸条接続装置１０が作動状態に入ると、第１フィードローラ４は停止して、クリール１からの前駆体繊維糸条の供給が止まる。一方、この間も耐炎化工程６及び炭化工程７には前駆体繊維糸条の供給が継続しているため、前駆体繊維糸条によって前記可動ロール８は上方へと持ち上げられて、前駆体繊維糸条は所定の張力下で耐炎化工程６及び炭化工程７に円滑に供給が続けられる。
【００３８】
（実施例１）
単糸繊度１．２ｄＴｅｘ／フィラメント、フィラメント数１２０００のアクリル系繊維糸条の末端部を、２４０℃の熱風が循環する炉中において５ｍＮ／ｔｅｘの張力下で７０分間の耐炎化処理を施すことにより、密度１．３６ｇ／ｃｍ3 の耐炎化末端部にされたアクリル系繊維糸条Ａと、別のアクリル系繊維糸条Ｂとを用意した。
【００３９】
上記アクリル系繊維糸条Ａの耐炎化された末端部とアクリル系繊維糸条Ｂの末端部とを、図１に示す糸条接続装置１０に図２に示す流体噴射手段である噴射ノズル１１を適用し、それぞれの繊維糸条端部を重ね合わせて、噴射流体としてエアを使って各繊維糸条Ａ及びＢの両端部を絡合させて接続した。本実施例にあって、図１に示す糸条接続装置１０における一対の糸条把持装置１２，１２間の設置間隔Ｓは３００ｍｍ、複数の噴射ノズル１１，１１，…は図２に示す構造を有しており、流体噴出孔である各エア噴出孔１１ａごとのノズル糸道長さＬは２０ｍｍ、隣接する各ノズル１１，１１，…の間隔Ｓ１は５ｍｍであり、これを１０個並べている。
【００４０】
各糸道１１ｂの８ｍｍ×２. ５ｍｍの矩形断面形状をもち、エア供給口１１ｃは各糸道１１ｂの上下寄りにそれぞれ矩形断面の長辺方向に形成されており、各エア供給口１１ｃにはエア噴出孔１１ａが連通して形成される。このエア噴出孔１１ａは各糸道１１ｂに対して垂直に上下それぞれ１０ヵ所に形成されている。エア噴出孔１１ａの径は０. ５ｍｍである。さらに本実施例にあっては、図３（ａ）に示すように、流体処理部の本体１３は２分割できる構造とされている。その分割体１３ａ，１３ｂには、それぞれ噴射ノズル１１，１１，…が５列づつ並べて配されおり、噴射ノズル１１，１１，…の上下面が共通プレート１４に固定されて一体化している。
【００４１】
かかる構成を備えた流体処理部の各糸道１１ｂに、アクリル系繊維糸条Ａの耐炎化された末端部と耐炎化されていないアクリル系繊維糸条Ｂの末端部とを重ねて収容し、糸条を重ねた状態でそれぞれが弛みを持たないようにして、重ねられた部分の両端を上記糸条把持装置１２にて把持し、次いで分割されている流体処理手段の分割体１３ａ，１３ｂを閉じた。この後、糸条把持装置１２，１２の把持間隔を７. ５ｍｍ短縮して糸条に弛みを付与した。この状態で絡合用エアを２. ５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３秒間供給し、糸条Ａの耐炎化された末端部と糸条Ｂの耐炎化されていない末端部とを絡合させて接続し、余分な端糸は２０ｍｍを残して鋏みで切り落とした。
【００４２】
上記の接合部を有するアクリル繊維糸条を２３０〜２７０℃の熱風が循環する耐炎化炉中にて、工程張力１４ｍＮ／Ｔｅｘにてアクリル繊維糸条の収縮を制限しながら、３０分間の耐炎化処理に付し、続いて３００〜１３００℃の温度分布を有する窒素雰囲気中からなる炭素化炉中にて、同じく工程張力７ｍＮ／Ｔｅｘにして該アクリル繊維糸条の収縮を制限しながら２分間の炭素化処理に付すことにより、炭素繊維を製造した。
【００４３】
この際の炭素繊維製造工程中の耐炎化工程及び炭素化工程における糸条接合部の工程通過率は表１に示すとおりである。
【００４４】
（実施例２）
単糸繊度１．２ｄＴｅｘ／フィラメント、フィラメント数２４０００のアクリル系繊維糸条の末端部を２４０℃の熱風が循環している炉中で５ｍＮ／ｔｅｘの張力下に７０分間の耐炎化処理を施すことによって、密度１．３６ｇ／ｃｍ3 の耐炎化末端部としたアクリル系繊維糸条Ｃと、末端部に格別の耐炎化を施していない別のアクリル系繊維糸条Ｄとを用意した。
【００４５】
次いで、上記アクリル系繊維糸条Ｃの耐炎化された末端部と耐炎化されていないアクリル系繊維糸条Ｄとを、図１に示す糸条接続装置１０により図２に示す噴射ノズル１１を用いて、エアを噴出させることにより絡合させて接続した。本実施例にあっては、図１に示す糸条接続装置１０において、糸条把持装置１０の間隔Ｓは３００ｍｍ、噴射ノズル１１は図２に示す構造であり、各エア噴出孔１１ａごとのノズル糸道長さは２０ｍｍ、本体１３は隣接する各噴射ノズル１１の間隔５ｍｍで１０列並べたものである。
【００４６】
糸道１１ｂの断面寸法は１６ｍｍ×２. ５ｍｍの矩形断面形状を持ち、エア供給口１１ｃは糸道１１ｂの上下寄りに形成され、エア噴出孔１１ａは、糸道１１ｂに対し垂直に上下各２０ヵ所に径０. ５ｍｍとした。流体処理部の本体１３は二分割できる構造とされており、図示せぬ分割体ごとに１０列並べた噴射ノズル１１，１１，…の上下面を共通プレート１４に固定して一体化している。
【００４７】
かかる構成を備えた流体処理部の各糸道１１ｂに、アクリル系繊維糸条Ｃの耐炎化された末端部と耐炎化がなされていないアクリル系繊維糸条Ｄの末端部を重ねて収容し、糸条を重ねた状態でそれぞれが弛みを持たないようにして、糸条把持装置１２にて前駆体繊維糸条と耐炎化糸部分との重ねた部分の端部を把持し、次いで分割されている流体処理部を閉じた。この後、糸条把持装置１２の把持間隔を７. ５ｍｍ短縮して糸条に弛みを付与した。
【００４８】
この状態で絡合用エアを２. ５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３秒間供給し、糸条Ｃの耐炎化された末端部と耐炎化されていないアクリル系繊維糸条Ｄの末端部とを絡合させて接続し、余分な端糸は２０ｍｍを残して鋏みで切断して除去した。この接合部を有するアクリル繊維糸条を２３０〜２７０℃の熱風が循環している耐炎化炉中にて、工程張力１４ｍＮ／Ｔｅｘにてアクリル繊維糸条の収縮を制限しながら、６０分間の耐炎化処理に付し、続いて３００〜１３００℃の温度分布を有する窒素雰囲気中からなる炭素化炉中にて、同じく工程張力７ｍＮ／Ｔｅｘにして、該アクリル繊維糸条の収縮を制限しながら２分間の炭素化処理に付すことにより、炭素繊維を製造した。
【００４９】
このときの炭素繊維製造工程中の耐炎化工程及び炭素化工程における糸条接合部の工程通過率は表１に示す通りである。
【００５０】
（実施例３）
単糸繊度１．２ｄＴｅｘ／フィラメント、フィラメント数４８０００のアクリル系繊維糸条の末端部を２４０℃の熱風が循環する炉中で５ｍＮ／ｔｅｘの張力下に７０分間の耐炎化処理を施すことによって、密度１．３６ｇ／ｃｍ3 の耐炎化末端部としたアクリル系繊維糸条Ｅと、格別の耐炎化を行っていない別のアクリル系繊維糸条Ｆを用意した。
【００５１】
次いで上記アクリル系繊維糸条Ｅの耐炎化された末端部と耐炎化されていないアクリル系繊維糸条Ｆとを、図１に示す糸条接続装置１０により図２に示す噴射ノズル１１を用いてエアの噴射による絡合で接続した。本実施例にあっては、図１に示す糸条接続装置１０において、糸条把持装置１２の把持間隔を３００ｍｍ、噴射ノズル１１は図２に示す構造を有しており、各エア噴出孔１１ａごとのノズル糸道長さ２０ｍｍとし、隣接する各ノズルの間隔５ｍｍとして１０列並べている。
【００５２】
糸道１１ｂの断面寸法は３２ｍｍ×２. ５ｍｍの矩形断面形状を持ち、エア供給口１１ｃを各糸道１１ｂの上下寄りに形成し、各エア供給口１１ｃに連通するエア噴出孔１１ａを糸道１１ｂに対し垂直に上下各４０ヵ所φ０. ５に形成した。流体処理部の本体１３は糸道を２分割できる構造とされ、図示せぬ各分割体には、前記間隔をもち１０列並べて配された噴射ノズル１１を、上記実施例と同様に、共通プレートに固定している。
【００５３】
かかる構成を備えた流体処理部の各糸道１１ｂに、アクリル系繊維糸条Ｅの耐炎化された末端部と体炎化されていないアクリル系繊維糸条Ｆの末端部を重ねて収容し、糸条を重ねた状態でそれぞれが弛みを持たないようにして、糸条把持装置１２にてアクリル系繊維糸条Ｅとアクリル系繊維糸条Ｆとを重ねた部分の両端を把持し、次いで分割されていた分割体を閉じた。この後、糸条把持装置の把持間隔を７. ５ｍｍ短縮して糸条に弛みを付与した。この状態で絡合用エアを２. ５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３秒間供給し糸条Ｅの耐炎化された末端部と糸条Ｆのアクリル系繊維糸条末端部とを絡合接続した。余分な端糸は鋏みで２０ｍｍを残して切断して除去した。
【００５４】
上記の接合部を有するアクリル繊維糸条を２３０〜２７０℃の熱風が循環している耐炎化炉中にて、工程張力１４ｍＮ／Ｔｅｘにてアクリル繊維糸条の収縮を制限しながら、６０分間の耐炎化処理に付し、続いて３００〜１３００℃の温度分布を有する窒素雰囲気中からなる炭素化炉中にて、同じく工程張力７ｍＮ／Ｔｅｘにして該アクリル繊維糸条の収縮を制限しながら２分間の炭素化処理に付すことにより、炭素繊維を製造した。
【００５５】
このときの炭素繊維製造工程中の耐炎化工程及び炭素化工程における糸条接合部の工程通過率は表１に示す通りである。
【００５６】
（実施例４）
実施例１と同様に、単糸繊度１．２ｄＴｅｘ／フィラメント、フィラメント数１２０００のアクリル系繊維糸条の末端部を２４０℃の熱風が循環している炉中で、５ｍＮ／ｔｅｘの張力下に７０分間の耐炎化処理を施し密度１．３６ｇ／ｃｍ3 の耐炎化末端部としたアクリル系繊維糸条Ｇと、耐炎化がなされていない別のアクリル系繊維糸条Ｈを用意した。
【００５７】
次いで上記アクリル系繊維糸条Ｇの耐炎化された末端部と耐炎化されていないアクリル系繊維糸条Ｈの末端部とを、図３に示す糸条接続装置１０を使ってエアによって絡合させて接続した。本実施例にあっては、図３に示す糸条接続装置１０において、糸条把持装置の把持間隔Ｓを３００ｍｍ、図２に示す構造をもつ噴射ノズル１１の各エア噴出孔１１ａごとにノズル糸道長さを２０ｍｍとして、隣接する各噴射ノズル１１の配置間隔５ｍｍとし、これを５列並べた流体処理部を２組用いた。
【００５８】
各組の流体処理部は、糸道ｂの断面寸法は８ｍｍ×２. ５ｍｍの矩形断面形状を持ち、エア供給口１１ｃを糸道１１ｂの上下寄りに形成すると共に、エア供給口１１ｃに連通するエア噴出孔１１ａを糸道１１ｂに対し垂直に上下各１０ヵ所、径を０. ５ｍｍとして形成した。流体処理部の本体１３は糸道１１ｂを２分割できる構造としており、各５列並べて配置する１組の噴射ノズル群は共通プレートにより固定されている。
【００５９】
かかる構成を備えた本体１３の各糸道１１ｂに、アクリル系繊維糸条Ｇの耐炎化された末端部とアクリル系繊維糸条Ｈの耐炎化されていない末端部とを重ねて収容し、各糸条Ｇ，Ｈの末端部を重ねた状態で、それぞれが弛みを持たないようにして、糸条把持装置１２にてアクリル系繊維糸条Ｇ及びＨの重ね合わされた部分の両端を把持し、次いで糸道１１ｂに沿って２組の流体処理部の本体１３，１３を閉じた。
【００６０】
続いて、一対の糸条把持装置１２外側両端から突出するアクリル系繊維糸条Ｇの耐炎化された先端部の端糸とアクリル系繊維糸条Ｇの末端部の端糸とを、スズキ（株）製ウルトラソニックカッターＳＵＷ−３０ＣＭＨにより切断した。この際に使用した刃形式は高速度工具鋼の鋼材からなる刃厚が０．５ｍｍの型番Ｈ４を使っており、糸条を刃に密着させるため刃の両面から０．３ｍｍの距離をおいて刃先と３０度の角度をなすステンレス製の治具を装着したものを用いている。刃と治具の傾斜面の間に糸条が位置するようにカッターを挿入し端糸の切断を行った。
【００６１】
このようにして端糸を切断した後、図３（ｂ）に示すように、各５列を一組とした流体処理部の本体１３を、それぞれ糸条把持装置１２に向けて２５ｍｍづつ移動させて、端糸の先端とその先端に隣接するエア噴出孔１１ａとの距離を５ｍｍとした。この操作の後、糸条把持装置１２の把持間隔を７. ５ｍｍ短縮して糸条に弛みを付与した。この状態で絡合用エアを２. ５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３秒間供給し、糸条Ｇの耐炎化された末端部と糸条Ｈのアクリル系繊維糸条の耐炎化されていない末端部とを絡合接続した。得られた接合部は、端糸が混ぜ込まれた状態となっていた。
【００６２】
かかる接合部を有するアクリル繊維糸条を２３０〜２７０℃の熱風が循環する耐炎化炉中にて、工程張力１４ｍＮ／Ｔｅｘでアクリル繊維糸条の収縮を制限しながら、３０分間の耐炎化処理に付し、続いて３００〜１３００℃の温度分布を有する窒素雰囲気中からなる炭素化炉中にて、同じく工程張力を７ｍＮ／Ｔｅｘとして該アクリル繊維糸条の収縮を制限しながら２分間の炭素化処理に付して、炭素繊維を製造した。
【００６３】
このときの炭素繊維製造工程中の耐炎化工程及び炭素化工程における前記接合部の工程通過率は表１に示すとおりである。
【００６４】
（実施例５）
単糸繊度１．２ｄＴｅｘ／フィラメント、フィラメント数４８０００のアクリル系繊維糸条の末端部を２４０℃の熱風が循環する炉中で、５ｍＮ／ｔｅｘの張力下に７０分間の耐炎化処理を施すことにより、密度１．３６ｇ／ｃｍ3 の耐炎化末端部としたアクリル系繊維糸条Ｉと、同様に端部を処理したアクリル系繊維糸条Ｊとを用意した。
【００６５】
次いで、上記アクリル系繊維糸条Ｉの耐炎化された末端部とアクリル系繊維糸条Ｊの耐炎化された末端部とを、図１に示す糸条接続装置１０により図２に示すエア噴射ノズル１１を用いて、エアを使って絡合させて接続した。本実施例にあっては、図１に示す糸条接続装置１０において、糸条把持装置１２の把持間隔Ｓを３００ｍｍ、エア噴射ノズル１１として図２に示す構造のものを用い、各エア噴出孔１１ａごとのノズル糸道長さを２０ｍｍとし、隣接する各エア噴出孔１１の間隔を５ｍｍとして１０列並べて配している。
【００６６】
糸道１１ｂの断面寸法は３２ｍｍ×２. ５ｍｍの矩形断面形状をもち、エア供給口１１ｃが各糸道１１ｂの上下寄りに形成され、同エア供給口１１ｃに連通する孔径が０．５ｍｍのエア噴出孔１１ａを、糸道１１ｂに対して垂直に上下各４０ヵ所に形成している。流体処理部の本体１３は糸道を２分割できる構造とされており、１０列並べたエア噴出孔１１は共通プレート１４に固定されている。
【００６７】
このような流体処理部本体１３の糸道１１ｂに、アクリル系繊維糸条Ｉの耐炎化された末端部とアクリル系繊維糸条Ｊの耐炎化された末端部を重ねて収容し、糸条を重ねた状態でそれぞれが弛みを持たないようにして、糸条把持装置１２にてアクリル系繊維糸条Ｉ及びアクリル系繊維糸条Ｊの耐炎化端部を把持し、次いで分割して離間している流体処理部の本体１３を閉じた。この後、糸条把持装置の把持間隔Ｓを７. ５ｍｍ短縮して糸条に弛みを付与した。この状態で絡合用エアを２. ５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で３秒間供給し糸条Ｅの耐炎化された末端部と糸条Ｆのアクリル系繊維糸条Ｊの末端部とを絡合させて接続した。余分な端糸を鋏みで２０ｍｍを残して切断除去した。
【００６８】
かかる接合部を有するアクリル繊維糸条を２３０〜２７０℃の熱風が循環している耐炎化炉中において、工程張力１４ｍＮ／Ｔｅｘにてアクリル繊維糸条の収縮を制限しながら、６０分間の耐炎化処理に付し、続いて３００〜１３００℃の温度分布を有する窒素雰囲気中からなる炭素化炉中にて、同じく工程張力７ｍＮ／Ｔｅｘにして該アクリル繊維糸条の収縮を制限しながら２分間の炭素化処理に付すことにより、炭素繊維を製造した。
【００６９】
このときの炭素繊維製造工程中の耐炎化工程及び炭素化工程における接合部の工程通過率は表１に示すとおりである。
【００７０】
（比較例１）
絡合接続に用いるエア噴射ノズルを糸道が連続した構造とした以外は実施例１と同様の構造をもつ噴射ノズルを用い、実施例１と同様に、耐炎化した末端部をもつアクリル系繊維糸条Ｋと耐炎化していない別のアクリル系繊維糸条Ｌとを実施例１と同様の圧力のエアを３秒間供給し絡合させて接続した。この接合部を有するアクリル繊維糸条を、実施例１と同様の条件の炭素繊維製造工程に供給した。この際の炭素繊維製造工程中の耐炎化工程及び炭素化工程における接続部の工程通過率は表１に示すとおりであるが、供給した接合部はいずれも耐炎化工程中において切断し、以降の工程への供給は不可能であった。このとき得られた接合部は、各エア噴出孔ごとに均一に絡合しておらず、特に糸条の長手方向に対してノズル中央付近は絡合が不十分であった。また、供給エア圧を５ｋｇ／ｃｍ2 とした場合も同様であった。
【００７１】
【表１】
0003833654.tif 000002
【００７２】
以上の説明から明らかなように、前駆体繊維糸条を耐炎化工程と炭素化工程からなる焼成工程に供給して炭素繊維を製造するにあたり、本発明によれば簡便な機構であるにも関わらず、高い工程通過性を有する糸条を得るための接続装置が開発されたことにより、従来の技術において実現が不可能であった完全な連続製造が可能となり、焼成工程の操業性が著しく向上して低コスト化を実現することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は本発明に適用される代表的な糸条接続装置の概略構成例を示す断面図である。
【図２】図２は前記糸条接続装置の流体噴射ノズルの実施例を示す構造説明図である。
【図３】図３は前記糸条接続装置の他の実施例による糸条接続手順の説明図である。
【図４】図４は本発明による炭素繊維の製造工程説明図である。
【図１】
0003833654.tif 000003
【図２】
0003833654.tif 000004
【図３】
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【図４】
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