JP7371826B2 - 繊維巻取装置 - Google Patents

Description

本発明は、繊維巻取装置に関する。

従来、下記特許文献１をはじめとして、ガラス繊維またはバサルト繊維などの繊維を巻き取る装置が開発されている。特許文献１は、繊維をガイドしながら巻き取る装置を開示している。繊維の巻取り部分に対して繊維が接線方向に進むようにガイドする構成が特許文献１に説明されている。

特表２０１７－５３６３１３号公報

巻き取られた繊維は利用するときにほどかれる。繊維の巻き締まりが強いと繊維の断面が変形したりして繊維の品質に影響をおよぼすおそれがある。繊維の品質に影響が出ないように繊維を巻き取る必要がある。

そこで本発明の目的は、繊維の品質に影響が出ないように繊維を巻き取ることができる繊維巻取装置を提供することにある。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る繊維巻取装置は、以下に述べるような構成を有する。

本発明の繊維巻取装置は、ストランドが巻き取られるコレットと、前記コレットを回転させる第１モータと、前記コレットの回転軸の長さ方向にストランドを綾振るトラバース装置と、前記第１モータとトラバース装置を制御することでコレットに巻き取られるときのストランドの綾角を制御する制御装置とを備える。

本発明によれば、ストランドが巻き取られるときの綾角を制御することで繊維の巻き締まりを制御することができる。巻き締まりが強くならない綾角でストランドを巻き取ることで、ストランドの品質に影響が出ないようになる。綾角を制御することで、繊維の品質を保つことができる。

繊維巻取装置の構成を示す図である。 ストランドを巻き取っている途中の状態を示す図である。 ケーキが完成したときの状態を示す図である。 スパイラルワイヤを示す図である。 ストランドの軌跡を示す図である。 ケーキの表面を展開した図である。 他のトラバース装置の構成を示す図である。

本発明の繊維巻取装置について図面を参照して説明する。複数の実施形態を説明するが、異なる実施形態であっても同じ手段には同一の符号を付して説明を省略する場合がある。

[実施形態１]
図１に示す本願の繊維巻取装置１０は、複数本のフィラメント１２を集束させてストランド１４を形成するギャザリングシュー１６、ストランド１４に所定の張力を与えるガイド１８、ストランド１４を巻き取るコレット２０、そのコレット２０にストランド１４を巻き取る際にストランド１４の位置を変えるトラバース装置２２を備える。

フィラメント１２は単繊維であり、たとえばガラス繊維、バサルト繊維、天然繊維、合成繊維、カーボン等無機繊維などである。ギャザリングシュー１６は溝を備えたローラである（図２）。複数本のフィラメント１２が１つの溝で集束される。複数本のフィラメント１２が集束されることでストランド１４が形成される。

ガイド１８はギャザリングシュー１６とコレット２０の間に配置されている。ストランド１４がガイド１８に接し、ストランド１４に張力を与えている。ガイド１８は溝を備えたローラまたは櫛歯状の板体である。図２に示すガイド１８は溝を備えたローラである。

コレット２０は円筒状または円柱状をしている。コレット２０を回転させる第１モータ２４が備えられる（図２）。コレット２０の外周にストランド１４が巻き付けられる。コレット２０の外周に円筒状のチューブ２６を取り付け、そのチューブ２６の上にストランド１４を巻き付けてもよい。チューブ２６は紙または樹脂で構成される。

図１に示すように、２つのコレット２０がタレット盤２８に取り付けられている。２つのコレット２０はタレット盤２８の中心に対して対称な位置に配置されている。２つのコレット２０の間に仕切り板３２が備えられている。タレット盤２８を回転させるためのモータ（図示省略）が備えられる。一方のコレット２０の位置がストランド１４の巻き取り位置であり、他方のコレット２０の位置が完成したケーキ３０の取り出し位置である。巻き取り位置にあるコレット２０が第１モータ２４によって回転される。一方のコレット２０にケーキ３０が形成されると、タレット盤２８が回転させられてコレット２０の位置が入れ替えられる。

繊維巻取装置１０はガイド１８とコレット２０の間を走行するストランド１４の位置を移動させる押出装置３４を備える。押出装置３４はストランド１４を押す押出バー３６とその押出バー３６を前後させるエアシリンダまたは液圧シリンダなどの動力装置を備える。たとえばエアシリンダのピストンロッド３８に押出バー３６が取り付けられている。コレット２０にケーキ３０が完成してタレット盤２８が回転する前に、押出バー３６が前進されて、ストランド１４がケーキ３０の外側に押し出される（図３）。ストランド１４がケーキ３０に巻きつかず、コレット２０の端部４０の近傍の溝４２に巻きつく。タレット盤２８が回転すると一方のコレット２０の端部４０の近傍から他方のコレット２０の端部４０の近傍の溝４２にストランド１４が巻きかえられる。その後、押出バー３６が元の位置に戻されることで、他方のコレット２０にストランド１４が巻き取られる。

繊維巻取装置１０は水などの液体を噴出するスプレー装置４４を備えてもよい。タレット盤２８が回転すると一方のコレット２０から他方のコレット２０にストランド１４が巻きかえられる。その際、一方のコレット２０は回転を停止し、他方のコレット２０が回転を始めることで、ストランド１４が引っ張られ、巻き付く際にストランド１４が折れ曲がり、切断される。ストランド１４が切断されるときに微細になったフィラメント１２が飛び散るおそれがある。スプレー装置４４がストランド１４に液体を吹き付け、フィラメント１２の飛び散りを防止する。

ガイド１８とコレット２０の間にトラバース装置２２が備えられる。図２に示すように、トラバース装置２２は回転軸４６、スパイラルワイヤ４８および第２モータ５０を備える。図４に示すように、スパイラルワイヤ４８は少なくとも一部に曲線状の部分を含む線状体である。２本のスパイラルワイヤ４８が回転軸４６に取り付けられている。第２モータ５０が回転軸４６を回転させると、スパイラルワイヤ４８も回転軸４６の回転に合わせて回転する。ストランド１４がスパイラルワイヤ４８に押し当てられている。回転軸４６が回転することで、ストランド１４がスパイラルワイヤ４８の形状に沿って移動する。ストランド１４がコレット２０の回転軸の長さ方向に往復する。ストランド１４がコレット２０に巻き付けられるときに、ストランド１４がコレット２０の回転軸の長さ方向に往復しながら巻き付けられる。所定形状のケーキ３０が形成される。ストランド１４が往復運動できるのであれば、スパイラルワイヤ４８の形状と本数は限定されない。

第１モータ２４の回転数、第２モータ５０の回転数またはそれら両方の回転数を制御する制御装置５２を備える。制御装置５２はＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの演算装置を含む。第１モータ２４の回転数が制御されることで、コレット２０の回転数が制御される。第２モータ５０の回転数が制御されることでスパイラルワイヤ４８の回転数が制御される。コレット２０の回転数、スパイラルワイヤ４８の回転数またはそれら両方の回転数が制御されることでストランド１４がコレット２０に巻き取られるときの綾角が制御される。制御装置５２は第１モータ２４の回転数、第２モータの回転数５０またはそれら両方の回転数を制御することで、ストランド１４の綾角が入力された値になるように制御する。

綾角はコレット２０の回転軸の垂直方向に対するストランド１４の角度である。たとえば図５の点線５４で示すように、コレット２０が２回転する間にストランド１４が片道横断し、ケーキ３０の表面を２周するとする。そのケーキ３０の表面を展開すると図６のようになり、綾角α_ｎはである。

たとえば、第１モータ２４の回転数と第２モータ５０の回転数が一定であったとする。この場合、ケーキ３０が形成されていくにしたがって、ケーキ３０の直径が大きくなるため、綾角が小さくなっていく。ストランド１４の巻き始めの綾角がα_０、ストランド１４の巻き終わり（ケーキ３０の完成時）の綾角がα_ｆであった場合、α_０＞α_ｆになる。綾角が小さくなると、ストランド１４の方向がコレット２０の回転軸に対して垂直方向に近くなる。コレット２０の回転軸に対してストランド１４を垂直方向にして巻き取るとき、ストランド１４を斜方向にして巻き取るときよりもストランド１４に強い力をかけることができる。そのため、綾角が小さくなるにしたがって、ストランド１４の巻き締まりが強くなっていく。

一方、本願は制御装置５２によって第１モータ２４の回転数、第２モータ５０の回転数またはそれら両方の回転数を制御し、綾角を制御できるようになっている。ストランド１４が巻かれるにしたがって第１モータ２４の回転数を遅くしたり、第２モータ５０の回転数を速くしたり、またはその両方をおこなう。綾角を設定された値にすることで、ストランド１４を巻き始めてからケーキ３０が完成するまでストランド１４が巻かれる際の力を制御することができる。上記のようにストランド１４の巻き締まりが徐々に強くなることを防ぐことができる。

本願は計時装置５６を備える。計時装置５６がコレット２０にストランド１４を巻き始めたときに計時を開始する。計時装置５６が計測した時間は制御装置５２に入力される。ストランド１４を巻き始めてからの時間を計時することで制御装置５２が時間に応じてモータ２４、５０の回転数を制御できるようになる。たとえば、押出装置３４の押出バー３６が前に出ている状態（図３）から奥に収納された状態（図２）になったときに制御装置５２から計時装置５６に信号を入力し、計時装置５６は計時を開始する。なお、制御装置５２は押出装置３４の動力装置を制御するように構成しておくことで、図３の状態から図２の状態になったときに制御装置５２から計時装置５６に信号を送ることができる。

本願は綾角の入力装置５８を備える。入力装置５８は繊維巻取装置１０に備えられたタッチパネル、ボタンまたはその両方を含む。繊維巻取装置１０を操作する者が入力装置５８で綾角α_ｎを入力する。入力された綾角α_ｎが制御装置５２に入力され、綾角α_ｎが設定される。制御装置５２は設定された綾角α_ｎになるように第１モータ２４の回転数、第２モータ５０の回転数またはそれら両方の回転数を制御する。

なお、第１モータ２４、第２モータ４０、制御装置５２および計時装置５６は筐体６０の中に収納される。入力装置５８は筐体６０の任意の位置に取り付けられている。

次に第１モータ２４の回転数と第２モータ５０の回転数の決定方法の一例について説明する。ストランド１４の巻き始めの綾角α_０とケーキ３０が完成したときの綾角α_ｆの差をΔαとすると、Δαは下記の数１になる。ストランド１４を巻き始めたときのコレット２０の回転数をＶ_０、ケーキ３０が完成したときのコレット２０の回転数をＶ_ｆ、これらのコレット２０の回転数の差をΔＶとすると、ΔＶは下記の数２になる。

制御装置５２に入力された綾角をα_ｎ、ストランド１４を巻き始めてからケーキ３０が完成するまでの巻取り時間をＴ、ストランド１４を巻き始めてからの経過時間をＴ_ｎ、綾角変化指数をＢとした場合、綾角α_ｎは下記の数３になる。

制御装置５２が第１モータ２４の回転数を制御したときのコレット２０の回転数をＶ_ｎ、回転選定指数をＡとした場合、Ｖ_ｎは下記の数４になる。

コレット２０またはチューブ２６の直径をＤ_０、ケーキ３０を形成するときの平均巻径をＤ_ｎとすると、Ｄ_ｎは下記の数５になる。

第２モータ５０の回転数、すなわち回転軸４６の回転数をＹとすると、Ｙは下記の数６になる。

制御装置５２は入力装置５８から綾角α_ｎが入力されると、その綾角α_ｎが入力された通りの値になるようにコレット２０の回転数Ｖ_ｎと第２モータの回転数Ｙが制御される。これらの回転数Ｖ_ｎ、Ｙの制御は直線的に変化するように制御する。

以上のように、本願は制御装置５２が第１モータ２４、第２モータ５０またはその両方を制御し、綾角が設定された値に制御されており、ストランド１４が巻かれるにしたがって、強く巻き締められることを防止できる。第１モータ２４の回転数と第２モータ５０の回転数は直線的に変化するように制御されており、ストランド１４がコレット２０に巻かれる際の力を制御できる。

[実施形態２]
図７に示すトラバース装置７０であってもよい。そのトラバース装置７０は移動部材７２とその移動部材７２に形成された溝７４を備える。移動部材７２はコレット２０の回転軸の長さ方向に往復運動する。コレット２０の回転軸の長さ方向を向いたレール（図示省略）等に移動部材７２を取り付け、モータ等の駆動装置で移動部材７２を移動させる。ストランド１４が溝７４の中を通過している。移動部材７２が往復運動することで、ストランド１４がコレット２０の回転軸の長さ方向に綾振られる。制御装置５２はコレット２０を回転させる第１モータ２４と移動部材７２の往復運動させる駆動装置を制御する。これらを制御することで、ストランド１４がコレット２０に巻き取られるときの綾角が設定された値になるように制御される。

[実施形態３]
ストランド１４がコレット２０に巻き取られるときにストランド１４を綾振ることができれば、トラバース装置２２、７０の構成は限定されない。制御装置５２は、第１モータ２４、トラバース装置２２、７０またはその両方を制御することで、ストランド１４の綾角が設定された値になるように制御になるようにする。また、ストランド１４が巻き取られるときの綾角が設定された値になるように制御されるのであれば、第１モータ２４またはトラバース装置２２、７０のいずれか一方のみを制御してもよい。

[実施形態４]
１本のコレット２０に形成されるケーキ３０は１つに限定されない。複数のケーキ３０が１本のコレット２０に同時に形成されてもよい。

[実施形態５]
本願は第１モータ２４の回転数を検出する装置と第２モータ５０の回転数を検出する装置を備えてもよい。第１モータ２４の回転数と第２モータ５０の回転数を検出するために、磁気または光を利用した回転数計を使用する。第１モータ２４の回転数と第２モータ５０の回転数は制御装置５２に入力される。制御装置５２は綾角が設定された値になるように第１モータ２４の回転数と第２モータ５０の回転数を制御している。入力された回転数が所望の回転数になっていなければ、制御装置５２は第１モータ２４、第２モータ５０またはその両方の回転数が所望の回転数になるように制御する。すなわち、第１モータ２４の回転数と第２モータ５０の回転数が所望の回転数になるようにフィードバックされる。

（第１項）一態様に係る繊維巻取装置は、ストランドが巻き取られるコレットと、前記コレットを回転させる第１モータと、前記コレットの回転軸の長さ方向にストランドを綾振るトラバース装置と、前記第１モータとトラバース装置を制御することでコレットに巻き取られるときのストランドの綾角を制御する制御装置とを備える。

第１項に記載の繊維巻取装置によれば、ストランドがコレットに巻き取られるときの綾角が制御されることで、ストランドの巻き締まりを制御することができる。

（第２項）前記制御装置はストランドの綾角が線形変化するように第１モータとトラバース装置を制御する。

第２項に記載の繊維巻取装置によれば、綾角を線形に変化させることでストランドの巻き締まりが段階的に変化することを防止できる。

（第３項）前記綾角が設定された値になるように制御装置が第１モータとトラバース装置を制御する。

第３項に記載の繊維巻取装置によれば、ストランドの綾角が設定された値になることで、ストランドが巻き取られるときにストランドにかかる力を制御できる。

（第４項）前記トラバース装置は、前記コレットに対して平行に配置された回転軸と、前記回転軸を回転させる第２モータと、前記回転軸に取り付けられた線状体であり、該線状体の少なくとも一部に曲線部分を有し、ストランドが接するスパイラルワイヤとを備える。

第４項に記載の繊維巻取装置によれば、スパイラルワイヤが回転することでストランドを綾振ることができる。

（第５項）前記制御装置が、前記第１モータ、第２モータまたはその両方の回転数を制御する。

第５項に記載の繊維巻取装置によれば、モータの回転数を制御することでストランドの綾角を入力された値にすることができる。

（第６項）前記第１モータの回転数を検出する装置と、前記第２モータの回転数を検出する装置と、前記ストランドを巻き始めてからの時間を計時する装置とを備え、前記第１モータの回転数、第２モータの回転数およびストランドの巻取り時間が制御装置に入力され、該制御装置はストランドの綾角が設定された値になるように第１モータ、第２モータまたはその両方の回転数を制御する。

第６項に記載の繊維巻取装置によれば、第１モータの回転数と第２モータの回転数がフィードバックされてそれらのモータの回転数を制御する。モータの回転数を制御することで綾角が設定された値になるようにできる。

（第７項）前記制御装置に綾角を入力する装置を備える。

第７項に記載の繊維巻取装置によれば、綾角を入力することで第１モータとトラバース装置が入力された綾角になるように制御させることができる。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。説明した各実施形態は独立したものではなく、当業者の知識に基づき適宜組み合わせて実施できるものである。

１０：繊維巻取装置
１２：フィラメント
１４：ストランド
１６：ギャザリングシュー
１８：ガイド
２０：コレット
２２、７０：トラバース装置
２４：第１モータ
２６：チューブ
２８：タレット盤
３０：ケーキ
４６：回転軸
４８：スパイラルワイヤ
５０：第２モータ
５２：制御装置
５６：計時装置
５８：入力装置
７２：移動装置
７４：溝

Claims (6)

1. ストランドが巻き取られるコレットと、
   前記コレットを回転させる第１モータと、
   前記コレットの回転軸の長さ方向にストランドを綾振るトラバース装置と、
   前記第１モータとトラバース装置を制御することでコレットに巻き取られるときのストランドの綾角を制御する制御装置と、を備え、
   前記トラバース装置は、
   前記コレットに対して平行に配置された回転軸と、
   前記回転軸を回転させる第２モータと、
   前記回転軸に取り付けられた線状体であり、該線状体の少なくとも一部に曲線部分を有し、ストランドが接するスパイラルワイヤと、
   を備えた、繊維巻取装置。
2. 前記制御装置はストランドの綾角が線形変化するように第１モータとトラバース装置を制御する請求項１の繊維巻取装置。
3. 前記綾角が設定された値になるように制御装置が第１モータとトラバース装置を制御する請求項１または２の繊維巻取装置。
4. 前記制御装置が、前記第１モータ、第２モータまたはその両方の回転数を制御する請求項１の繊維巻取装置。
5. 前記第１モータの回転数を検出する装置と、
   前記第２モータの回転数を検出する装置と、
   前記ストランドを巻き始めてからの時間を計時する装置と、
   を備え、
   前記第１モータの回転数、第２モータの回転数およびストランドの巻取り時間が制御装置に入力され、該制御装置はストランドの綾角が設定された値になるように第１モータ、第２モータまたはその両方の回転数を制御する請求項１または４の繊維巻取装置。
6. 前記制御装置に綾角を入力する装置を備えた請求項１から５のいずれかの繊維巻取装置。

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