专利名称：连续纤维束的导向装置、卷绕机、碳纤维绕线筒及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在绕线筒上卷绕被扩幅而具有扁平的截面形状的带状纤维束的卷绕装置、所述纤维束的制造方法以及采用该方法制造的碳纤维绕线筒，尤其涉及具备能够在保持带状强化纤维束的扩幅形态的状态下稳定地卷绕的导向装置的卷绕装置、采用该卷绕装置的连续纤维束的卷绕方法以及使用该卷绕方法得到的碳纤维绕线筒。
背景技术：
纤维强化复合材料使用碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维(芳族聚酰胺纤维)等。其中，碳纤维由于比强度、比弹性模数、耐热性、耐药品性等优异，所以用作航空器用途、高尔夫球杆、钓鱼杆等的运动用途、一般产业用途的纤维强化复合材料的强化材料。为了得到高强度、高弹性模数的碳纤维，作为碳纤维前驱体丝束需要断线、毛茸的发生率少的品质优异的丝束。作为前驱体丝束的长丝构成，主要使用3000根～24000根的长丝数。
近年来，碳纤维广泛用于建筑、土木、汽车、能量、化合物等的一般产业用途，因此非常需要高强度、高弹性模数且更廉价的生产率优异的长丝数大于等于24000根的所谓大牵力(large tow)的碳纤维。碳纤维，从其形态和特性角度考虑而很少直接使用仅纤维本身，大部分是把多根纤维束平行拉齐后含浸环氧树脂等的树脂(一般将其叫做预浸料坯)，将其卷绕成圆筒形、或者罩到被成形物后，使树脂固化而制品化为纤维强化塑料成形物。
碳纤维与其他强化纤维材料相比质量轻且强度高，因此为了进一步发挥该特性，对于在碳纤维中含浸环氧树脂等的树脂后预浸料坯也朝进一步轻量化的方向进行着研究。
为了使碳纤维预浸料坯轻量化，需要把碳纤维束扩展得薄，为此制造预浸料坯的各制造商费劲了各种心机。
但是，供给于预浸料坯的制造工序的碳纤维束等的强化纤维束如果事先被扩展成一定宽度，即卷绕于绕线筒的强化纤维束如果是被扩幅后的带状，则能够在预浸料坯的制造工序中省却扩展强化纤维束的宽度的作业。因此，作为薄物预浸料坯成形用的碳纤维束，近年来多使用事先被扩幅的带状强化纤维束卷绕在绕线筒上的卷绕体。
另外，近年来，作为成形方法，尝试适用于鼓式卷绕、或长丝卷绕、拉制成形等各种成形方法的长丝数多的碳纤维。对于这些成形方法也优选纤维束被扩幅为带状的形态，进一步优选扭曲和纤维束宽度变动少。
这种带状碳纤维束，在碳纤维制造阶段的最后含浸主要成分为环氧树脂等的胶粘剂，由轧辊轧液、或者通过与干热辊接触进行拉幅后，通过干燥来制造。这样制造的带状碳纤维束，其制品形态呈卷绕在绕线筒上的卷绕体的形态。
卷绕装置，为了使纤维束沿绕线筒的长度方向均匀地卷绕，使纤维束与绕线筒的轴平行地横向移动。但是，有关现有卷绕装置则不考虑维持带状纤维束形态。因此，使用该普通纤维用卷绕装置，把被扩幅的纤维束卷绕在绕线筒上时，如果使用生产商样式的普通纤维用通用导向构件，则横向移动时纤维束向宽度方向挤压而收束，或者纤维束产生轴向扭曲等，因此，使得如上所述被扩幅的带状纤维束以散乱的纤维束形态被卷绕，无法适应薄物预浸料坯的成形用这样的上述目的。
因此，提出了旨在使用现有卷绕装置，将像这样被扩幅的带状纤维束以保持其扁平形态的状态卷绕在绕线筒上的方案。以往提出了如特开平4-119123号公报或特开平10-330038号公报中记载的，在现有卷绕装置上安装导向装置作为横动导向装置的方法。
上述特开平4-119123号公报中记载的导向装置具有与绕线筒轴平行配置的横动臂正交着设立、且沿着所述横动臂滑动的平板状导纱用固定台，在该导纱用固定台的上下配置有引导纤维束的导辊。下部的导辊由与卷绕绕线筒轴平行配置的单一辊构成，配置于导纱用固定台的上部的导辊由与该绕线筒轴正交的一对平行的导辊构成。被扩幅的纤维束在上下导辊之间向轴线方向扭转90°，采用经过这些上下导辊之间，带状纤维束能够以保持其扩幅形态的状态卷绕到绕线筒上。
另一方面，上述特开平10-330038号公报中记载的导向装置，在与横动臂正交而设立、且沿着横动臂往复运动的平板部件上部具有轴线互相正交而上下配置的多个呈圆锥形的导向构件，在平板部件的下部具有轴线与卷绕绕线筒轴几乎平行的上下一对平行的导辊。纤维束因配置于上部的圆锥形导向构件而向轴线方向扭转90°，该纤维束在配置于下部的一对导辊之间以挂在该辊而保持扩散形态的状态送入后，卷绕到所述绕线筒上。
然而上述特开平10-330038号公报中记载的导向装置，对于粗纤度的纤维束没有考虑其宽度。该特开平10-330038号公报中，把圆锥形导向构件的顶角设定在45°～120°，优选60°～90°范围内。但在该顶角范围时，在卷绕装置的受绕线筒排列限制的空间内收纳全部横动构件的情况下，则有可能在卷绕粗纤度的纤维束时，无法确保纤维束的宽度部分接触的充分的长度。换言之，就所述圆锥形导向构件的顶角而言，相对于粗纤度的纤维束宽度，若想充分确保圆锥的斜边接触长度，则圆锥形导向构件的底面直径自身增大，存在无法被收纳到排列有多个绕线筒的卷绕装置的空间内的可能性。
另一方面，使用上述特开平4-119123号公报中记载的导向装置时，与使用上述特开平10-330038号公报中记载的导向装置时相比，横向移动时的反转及纤维束的形态保持性优异。但是，导向装置的上部导辊和下部导辊的间隔受安装该导向装置的卷绕机的设计上限制，由于其间隔短，所以每一纤维束的长丝数增多，纤维束的宽度加宽，从而在上部导辊和下部导辊之间把纤维束向轴线方向扭转90°的阶段，大的扭转力将作用于纤维束，损害纤维束被扩幅的带状形态。
本发明就是为了解决所述以往问题而进行，目的为提供一种强化纤维束的导向装置，其通过仅对现有卷绕机安装导向装置类，能够将被供给的扩幅为带状的强化纤维束以无扭曲状态稳定地卷绕在绕线筒上，并且能够把所述强化纤维束以比供给时的宽度还要扩幅的状态卷绕到绕线筒上，以及提供安装了该导向装置的卷绕机、采用该卷绕机的绕线筒的制造方法、以及采用该制造方法制造的碳纤维绕线筒。
发明内容
上述课题是由一种连续纤维束的导向装置来解决，其是与本发明有关的连续纤维束的卷绕机的导向装置的基本构成，其特征在于，具备配置于所述纤维束的移动路线上且位置关系为轴线在空间上相互扭曲的一组导向构件、和配置于该一组导向构件的所述移动路线下游侧且具有与所述绕线筒平行的轴线的平行导向构件，所述一组导向构件由平导向构件和锥形导向构件构成，采用该一组导向构件来扭曲纤维束并导入所述平行导向构件，由该平行导向构件使所述连续纤维束的移动位置及连续纤维束的宽度稳定而卷绕到所述绕线筒上。
本发明的一组导向构件由位置关系为轴线相互扭曲的一组导向构件构成，由平导向构件或锥形导向构件构成的第一导向构件和由锥形导向构件构成的第二导向构件构成。成为第一导向构件的平导向构件的轴线配置在与绕线筒轴线正交的方向。此时的平导向构件可以是固定导向构件也可以是具有旋转构件的平辊。并且第一导向构件除了平导向构件以外，还可以是圆锥形的固定导向构件或具有圆锥形旋转构件的辊。此时，其轴线方向需要配置在供给纤维束而最初接触的圆锥形导向构件的斜边与绕线筒的轴正交的方向。
成为第二导向构件的锥形导向构件配置成平视时具有其轴线对于绕线筒的轴呈小于等于90°的角度且从绕线筒轴线方向看时与第一导向构件平行的轴线。任意情况，所供给连续纤维束都可以在第一导向构件和第二导向构件之间扭转至近90°。还有，根据本发明，经过这些一组导向构件后，由具有与绕线筒平行的轴线的平行导向构件边扩幅纤维束边扭转到约90°的反方向，回到与供给时相同的方向，或者进一步向同一方向扭转90°，结果反转180°地旋转，任意情况都能够以保持稳定的宽度形态的状态整齐地卷绕到绕线筒上。
第一导向构件的纤维束接触的部分的面长可以根据其纤维束的纤度、宽度而适宜选择，可以使用处于20mm～150mm范围的材料。进一步，在其为具有旋转构件的平辊时，其直径是借助横向移动构件沿绕线筒的轴线平行地移动，仅由卷绕机的绕线筒的排列空间的制约而决定，适宜使用10mm～50mm。进而，作为该第一导向构件使用圆锥形导向构件时，与纤维束最初接触的绕线筒的轴正交而配置的斜边的长度优选为20mm～150mm。此时，与第一导向构件为平辊时相同，其尺寸形状受卷绕机的绕线筒的排列空间的制约，因此为了确保所述斜边长度，锥形导向构件的顶角优选在小于等于45°的范围内。
圆锥形的第二导向构件是把其轴线配置成在俯视时对于绕线筒的轴线小于等于90°且从绕线筒的轴线方向看时与第一导向构件的轴线平行，但与所述用圆锥形导向构件作为第一导向构件时相同，从空间角度出发，优选使其顶角小于等于45°，以在狭窄的空间中充分确保与粗纤度纤维束接触的斜边的长度。即该尺寸优选底面直径为10～50mm，更优选20mm～40mm，斜边长度为20～150mm，更优选30～120mm。
另外，根据卷绕机的种类分为，在随着卷绕而包装直径增加的同时，绕线筒的旋转轴自身移动的种类和后述的绕线筒横动构件全体向绕线筒的半径方向移动的种类。后者的情况，配置于卷绕机上部的后述的由固定导辊供给的纤维束的方向，优选如上所述的充分的斜边长度，以能够随着绕线筒横动构件全体的移动而变化。
位置关系为轴线在空间上相互扭曲的一组导向构件中，可以根据其目的适宜选择是否采用旋转构件。即没有旋转构件的导向构件时，纤维束根据卷绕张力被挤压到该导向构件上，通过其摩擦积极开纤，有利于拉幅。另一方面，具有旋转构件的导向构件时，尽管通过摩擦的开纤作用比没有旋转构件的导向构件少，但能够改善摩擦引起的起毛起绒。还有，所述导向构件的材质或表面状态也不受任何限制，可以使用钢制或树脂制、或者把钢制物品用树脂涂布的物品等，而关于表面加工也可以使用进行了镜面研磨的物品、进行了梨皮面加工的物品等。这些材质或表面状态可以根据其目的或在纤维束的制造阶段的最后所赋予的以环氧树脂等为主要成分的胶粘剂等的种类以及由胶粘剂赋予的纤维束的期望硬度等而适宜选择。
平行导辊是把经过配置于其上部的圆锥形导辊供给的纤维束进一步向与绕线筒平行的方向扭转，进一步把纤维束扩幅为带状的构件。作为平行导辊，通常使用1根圆筒形状的辊，想进一步扩幅纤维束时，如特开平10-330038号公报中记载使用多根平行导辊，如在特开2001-348166号公报中记载，把多个平行导辊制成至少其一方具有中央部膨胀出的弯曲周面的鼓形。
根据本发明，优选在上述一组导向构件的上方具有其轴线与绕线筒轴线平行的第一固定导辊，从纤维束供给部供给的纤维束由所述固定导棍引导而变更供给路线方向后，交互跨越位置关系为轴线在空间上相互扭曲的一组导向构件而送至绕线筒。此时，与绕线筒轴线平行横向移动的、位置关系为轴线互相扭曲的一组导向构件中首先接触纤维束的第一导向构件，配置在其轴线与绕线筒的轴正交即与横向移动方向正交的方向，因此即使与绕线筒的轴平行地移动，纤维束也会沿着所述上部导辊的周面供给，纤维束能够以稳定的状态进行横向移动而维持带状的形态。
供给到卷绕部的纤维束，在配置所述第一固定导辊的同时其与卷绕部的绕线筒的旋转相关的驱动通过力矩电动机驱动，纤维束跨到所述第一固定导辊后，经过位置关系为轴线在空间上相互扭曲的上述一组导向构件和具有与所述绕线筒平行的轴线的平行导向构件，卷绕到绕线筒上。此时，所述一组导向构件的第一导向构件为平导向构件，第二导向构件为锥形导向构件。根据该一组导向构件，扭曲碳纤维束并导入到所述平行导向构件，经过采用该平行导向构件使所述连续纤维束的移动位置及连续纤维束的宽度稳定的横动构件，卷绕到绕线筒上。
作为所述第一固定导向构件，可以制成具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形。采用该形状，即使配置于上部的固定导辊与横动构件即位置关系为轴线在空间上相互扭曲的一组导向构件的距离短，纤维束也会减少伴随横向移动引起的纱线摇摆错位等而不会损害纤维束的形状。
还有，根据本发明的连续纤维束的卷绕机，在所述具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形的第一固定导辊的纤维束被供给的更上游侧，进一步具有第二固定导辊，把该第二固定导辊制成平辊。通过交互跨越作为平辊的第二固定导辊和鼓形的第一固定导辊，纤维束被平辊开纤、拉幅的同时，减少伴随通过鼓形辊横向移动的纱线摇摆错位等而不会损害纤维束的形状。
本发明中，与卷绕部的绕线筒的旋转相关的驱动优选具备使用张力调节辊的卷绕张力控制构件。此时，在该张力调节辊的上方和所述张力调节辊及横动构件之间，各自具有第一及第三固定导辊，它们优选全部由平辊或者全部由具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形的固定导辊构成，或者在所述张力调节辊的上方和该张力调节辊及横动构件之间各自具有第一及第三固定导辊，它们可以组合平辊和具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形的固定导辊。即使全部固定导辊为平辊，也能够卷绕被开纤、扩幅的扁平的带状纤维束，通过与鼓形导辊组合，能够减少伴随横向移动的纱线摇摆错位等而保持纤维束的形状。
本发明的卷绕机可以适用于卷绕被扩幅的扁平的带状纤维束、尤其是长丝数多的碳纤维的情况，当然也适用于各种纤维束。
图1是简要表示采用安装了本发明的导向装置的连续纤维束的卷绕机卷绕纤维束状态的侧面图。
图2是简要表示该卷绕机的导向部件的配置的正面图。
图3是沿着图2的III-III线的剖面图。
图4是简要表示由该卷绕机的连续纤维束的横向移动状态的正面图。
图5是简要表示本发明连续纤维束卷绕机的另一实施方案例的侧面图。
图6是简要表示本发明连续纤维束卷绕机的再一实施方案例的侧面图。
附图标记说明1绕线筒、1a绕线筒轴、2上部第一固定导辊、3上部第二固定导辊、4第一导向构件、4a第一导向构件轴线、5第二导向构件、5a第二导向构件轴线、6平行导辊、7压辊、8框架、10导向装置、11共同上部固定导辊、12张力调节辊、13中间固定导辊、θ第二导向构件轴线5a与绕线筒轴1a的角度。
具体实施例方式
下面，参照附图具体说明本发明的适宜的实施方案。碳纤维通常包括把丙烯酸系原料纤维在空气中加热进行阻燃化后在氮气中加热碳化得到的PAN系碳纤维和以石油等的沥青作为原料的沥青系碳纤维，本发明对卷绕该两种碳纤维均适用。
带状碳纤维束如在特公平6-65787号公报中公开，对所述纤维束含浸胶粘剂后，由采用加热辊接触干燥来得到。该碳纤维束如此成形后由卷绕装置卷绕到绕线筒上，送往后面的预浸料坯等制造工序。
图1是简要表示安装了本发明的导向装置的、其与绕线筒的旋转相关的驱动是力矩电动机的卷绕部的侧面图，图2是本发明导向装置的主要部位的简要图，图3是其俯视图，图4是其正面图。
本发明的导向装置10具有安装到图未示框架的三个导向构件4、5、6，装到平行于绕线筒1的轴1a往返运动的未图示的公知的横动构件一起往返运动。导向装置10的第一及第二导向构件4、5构成一组导向构件，在图3所示俯视图中配置成各自的轴线互相扭曲的位置关系，并且从图1所示绕线筒的轴线方向看，配置于各自与绕线筒的轴线1a正交的方向。还有，另一导向构件6是配置在所述第二导向构件5的纤维束供给下游侧，由其轴线6a与所述绕线筒1的轴线1a平行配置的导辊(以下叫做平行导辊)构成。
第一导向构件4由平导向构件构成，其可以是固定导向构件也可以是具有旋转构件的平辊。并且其材质可以使用钢制的施加了梨皮面镀层的材料、或者施加了镜面镀层的材料，进而涂布特氟隆(Teflon，注册商标)等的树脂而成的材料等任意材质。第一导向构件4可以是平导向构件以外的圆锥形固定导向构件、或圆锥形的具有旋转构件的辊，但当是这种圆锥形导向构件时，把其轴线配置成，相当于供给纤维束而最初接触的圆锥斜边的部分如图2所示在与绕线筒的轴线1a垂直的方向。此时，第一导向构件4的纤维束接触部分的长度，虽然与所供给纤维束的纤度或纤维束的宽度也有关，但使用平导向构件时考虑到卷绕机的绕线筒1的排列空间，设定为20mm～100mm，优选30mm～80mm。进而其直径也从绕线筒1的排列空间角度考虑而优选10mm～50mm，更优选20mm～40mm。还有，对第一导向构件4使用圆锥形固定导向构件或旋转辊时，纤维束最初接触部分的斜边长度为20mm～120mm，优选30mm～100mm，圆锥的底面直径为10mm～50mm，更优选20mm～40mm。
第二导向构件5呈圆锥形，配置在其轴线与第一导向构件4扭曲的位置关系。即第二导向构件5在图1中配置于从其轴线方向来看与绕线筒的轴线1a正交的方向，同时第二导向构件5的轴线5a如图3所示设置成对于绕线筒1的轴线1a从纤维束的供给方向来看具有小于等于90°的角度。其圆锥形状的顶角设定为小于等于45°。从绕线筒1的排列空间的制约角度考虑，优选充分确保在狭窄空间中接触粗纤度纤维束的斜边长度。即圆锥形第二导向构件5的底面直径优选为10mm～50mm，更优选20mm～40mm，斜边长度为20mm～100mm，优选30mm～80mm。
为了通过该一组的第一导向构件4及第二导向构件5、和上述平行导辊6，而使纤维束几乎相对于其供给方向的轴线扭转90°后回到0°、或者进一步向同一方向扭转90°，第二导向构件5的轴线5a的方向及其顶角，如上所述，把与纤维束接触的斜边方向，如图3所示设定为相对于绕线筒1的轴线1a为30°～60°，尤其优选设定为40°～50°。
所述平行导辊6也是由和所述第一导向构件4、第二导向构件5共同的支撑构件所支撑，由未图示的横动构件向与绕线筒1的轴线1a平行的方向往返横向移动。
该平行导辊6，把经过配置于其上方的由圆锥形辊构成的第二导向构件5来供给的纤维束进一步向与绕线筒平行的方向扭转的同时，把纤维束扩幅为带状。作为平行导辊6使用1根圆筒形状的辊，从卷绕部内的绕线筒排列空间的角度考虑，其直径设定为10mm～40mm，更优选15mm～30mm。还有，其辊面长可以根据纤维束的总纤度和纤维束的宽度等适宜决定，但也要考虑伴随横向移动纤维束位置多少在其辊周面上变化的因素。考虑这些状况，平行导辊6的辊面长为20mm～100mm，进一步考虑向横动构件安装等空间因素，更优选30mm～80mm。想进一步扩幅纤维束时，如特开平10-330038号公报中记载，使用多根平行导辊、或者如特开2001-348166号公报中记载配置多根平行导辊、并且至少把其中一部分制成具有中央部膨胀出的弯曲周面的鼓形。
如图1所示，卷绕部本体的上方设置有其轴线与绕线筒的轴线1a平行的第一固定导辊2和第二固定导辊3。
在纤维制造阶段的最后，含浸环氧树脂等为主要成分的胶粘剂，由轧辊轧液、或者通过与干热辊接触进行拉幅后供给于卷绕部，该纤维束被挂到设置于所述卷绕部上部的上部第一固定导辊2和上部第二固定导辊3后，交互挂到位置关系为轴线在空间上交互扭曲的一组导向构件即第一导向构件4和第二导向构件5并送往绕线筒。此时，第一导向构件4和第二导向构件5与绕线筒轴线1a平行地横向移动，进而首先接触纤维束的第一导向构件4为平导向构件，配置于其轴线与绕线筒轴垂直即与横向移动方向正交的方向，因此即使与绕线筒轴平行地移动纤维束也能够沿着所述第一导向构件4的辊周面来供给，纤维束能够以稳定的状态被横向移动而维持带状形态。另外，图示例中使用了单一的平行导辊6，但也可以采用平行排列的2根一对平行导辊。此时，在横向移动的返回位置，也能够确定地追随纤维束而往返运动，因此纤维束能够更加稳定地进行横向移动。
进而，作为第二固定导辊3制成图2及图4所示具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形。通过采用该形状，即使第二固定导辊3与位置关系为轴线在空间上相互扭曲的一组第一及第二导向构件4、5之间的距离短，在第二固定导辊3与未图示横动构件之间，纤维束也能够减少伴随横向移动的纱线摇摆错位等而不损害纤维束的形状。此时作为弯曲周面的形状，把圆弧的一部分作为其形状，其圆弧半径虽然与纤维束的宽度和到第一导向构件4的距离有关，但优选30～150mm，更优选40～120mm。还有，虽然该第二固定导辊3的直径也不受任何限制，但从防止纤维束的毛茸缠绕的角度考虑，优选最凹陷部分的直径大于等于25mm。
另一特征为，在具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形的第二固定导辊3的供给纤维束的更上游侧，进一步具有第一固定导辊2，该第一固定导辊2为平辊。平辊的尺寸形状虽不受任何限制，但从防止纤维束的毛茸缠绕的角度考虑，其直径优选大于等于25mm。
通过使纤维束交互挂到作为平辊的第一固定导辊2和鼓形的第二固定导辊3，纤维束由平辊同时被开纤和拉幅，同时减少伴随通过鼓形辊横向移动产生的纱线摇摆错位等而不会损害纤维束的形状。
图5表示了安装有本发明导向装置10的同时，在第二固定导辊3和所述导向装置10之间安装有张力调节辊12，基于张力调节辊12的变位量控制绕线筒1的旋转，具备控制纤维束张力的张力控制方式的卷绕机的简要侧面图。这里图5中，第二固定导辊11(共同上部固定导辊)并非如图1所示第二固定导辊3由配置于每个导向装置10的多个导辊构成，而是由共同用于各导向装置10的单一导辊构成。
图5所示卷绕机，在连续纤维束的移动路线安装有在所述第二固定导辊11之间使连续纤维束挂到所述张力调节辊12的下侧周面来支撑引导的第三固定导辊13。这些第二固定导辊11、张力调节辊12及第三固定导辊13以外的构成实质上具备与图1所示卷绕机相同的构成。由单一辊构成的所述第二固定导辊11上供给着多个纤维束，然后各自纤维束经过应当卷绕到各自绕线筒的张力调节辊12。
图5所示张力调节辊12，辊自身能够以振子状摆动，是根据纤维束的张力和张力调节辊12的自重以及图未示附加荷重的平衡而摆动。这里张力调节辊12为了可以根据其振动幅度即变位量而控制绕线筒1的卷绕张力，具有通过PID方式的图未示张力控制构件，例如纤维束张力下降而张力调节辊12通过重力朝下方下降时，增加绕线筒轴1a的卷绕旋转速度，控制到规定张力。图5所示卷绕机的导向构件导辊中，可以将第二固定导辊11、张力调节辊12及第三固定导辊13全部由平辊构成、或使它们为具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形、或组合平辊和具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形而构成。
上述第二固定导辊11使用1根圆筒形状的辊，此时从卷绕部内的绕线筒1的排列空间角度考虑，其直径为20mm～120mm，优选为30mm～100mm。还有，其辊面长可以由纤维束的总纤度和纤维束的宽度、所供给纤维束的根数等适宜决定，但张力调节辊12、第三固定导辊13全部由平辊构成时，要考虑伴随横向移动纤维束位置多少在其辊周面上变化的因素。并且由平辊构成张力调节辊12、第三固定导辊13时，其直径从卷绕部内的绕线筒1的排列空间角度考虑，优选为10mm～40mm。还有，此时对于面长也需要考虑纤维束位置在辊周面上变化的因素而决定。
为了减少纱线摇摆，对张力调节辊12、第三固定导辊13采用具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形辊时，弯曲周面的形状是把圆弧的一部分作为其形状，而其圆弧的半径尺寸受纤维束宽度和一组的第一及第二导向构件4、5中到第一导向构件4的距离的影响，适宜为30mm～150mm，更优选为40mm～120mm。还有，其直径也不受任何制约，但从防止纤维束的毛茸缠绕的角度考虑，最凹陷部分的直径优选大于等于25mm。
这些卷绕机上的导辊等的配置即使是如图6所示状态也完全没有关系，可以获得期望效果。
下面，说明本发明的具体实施例。
实施例1制作图1及图2所示上述导向装置10，用作神津制作所制造的KTW-C型卷绕机的导向构件。采用其卷绕部的与绕线筒1的旋转相关驱动采用力矩电动机驱动方式。此时第一导向构件4采用固定到框架8上的圆柱形平导向构件，把接触纤维束部分的长度定为60mm、直径为25mm。还有，第二导向装置5使用其顶角为15°的圆锥形的高度60mm的固定导向构件，把图3所示与绕线筒轴1a的角度θ设定为57.5°。这些第一导向构件4和第二导向构件5均在钢制表面施加了梨皮面镀层。平行导辊6使用了其直径为15mm且辊面长(辊宽)为75mm的钢制且施加了梨皮面镀层的导辊。并且，位于卷绕部上方的上部第一固定导辊2使用直径40mm、长度80mm的平辊，上部第二固定导辊3使用具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形辊，其弯曲周面具有圆弧的一部分的形状，其圆弧半径为45mm、最凹陷部分的直径为50mm、辊长为50mm。
把这种导向装置10安装到上述卷绕机，由卷绕部把碳纤维束卷绕在纸制卷绕绕线筒(纸管)上。这里，纸管使用直径80mm、长度305mm的纸管，横向移动宽度为254mm。还有，作为碳纤维束使用长丝数50000根、单纤维直径为7μm、且纤维束的宽度为13mm的成形为带状的纤维束。
把该碳纤维束对卷绕部以4m/min的供给速度在上述纸管上卷绕2000m。从卷绕后的纸管以10m/min的速度拉出碳纤维束，进行鼓式卷绕评价。使用CCD照相机每隔1秒实测1000m量的宽度的结果，不仅纸管的中央部分、而且在纸管的端部也未发现纤维束宽度减小，显示出纤维束扩幅形态的稳定性，其宽度的变动在19mm～21mm的宽度范围内，CV值小于等于2.5％。
实施例2用图5所示宝丽格尼(Bouligny)公司制造的卷绕机卷绕由其长丝数为48000根、(单纤维)直径为7μm的碳纤维构成的碳纤维束。此时，导向装置10使用具有与实施例1相同的形态尺寸的构件。其中，第一导向构件4和第二导向构件5均使用材质为表面涂布特氟隆(Teflon，注册商标)系树脂的材料。
第二固定导辊11使用其直径为76.2mm、辊长考虑供给4根纤维束的情况定为127mm。还有，张力调节辊12、及第三固定导辊13均为平辊，使用其直径为50.8mm、辊长为50.5mm的导辊。采用具备这种导辊的卷绕机把碳纤维束卷绕到纸制卷绕绕线筒(纸管)上。这里，作为纸管使用外径为82mm、长度为305mm的纸管，横向移动宽度为252.4mm。
把上述碳纤维束对卷绕部以7m/min的供给速度在上述纸管卷绕2000m。从卷绕的纸管以10m/min的速度拉出碳纤维束，进行鼓式卷绕评价。使用CCD照相机每隔1秒实测1000m量的宽度的结果，不仅纸管的中央部分、而且纸管的端部也未发现纤维束宽度的减小，显示出纤维束扩幅形态的稳定性，其宽度的变动在18mm～20mm的宽度范围内，CV值小于等于2.5％。
如上所述，本发明的连续纤维束的卷绕机用导向装置，在横向移动的导向台配置有形状各不相同的2对4个导辊组和导向部件，通过最初的第一及第二固定导辊消除横向运动，通过下一组的第一及第二导向构件保持纤维束的形状，同时向其轴线方向稳定地赋予90°的扭转，通过最后的平行辊和轧辊，能够沿着绕线筒外周方向把碳纤维束以保持扩幅形态的状态供给，从而能够以稳定的形态卷绕扩幅成带状的纤维束。
还有，从由本发明的卷绕部卷绕到卷绕绕线筒上的卷绕体卷出的纤维束由于宽度宽且其宽度尺寸也稳定，所以能够制造通过薄物的碳纤维预浸料坯或鼓式卷绕及长丝卷绕的成形品。
权利要求
1.一种连续纤维束卷绕机的纤维束导向装置，其为具备配置于连续纤维束的移动路线上、扭曲引导所述纤维束而的位置关系为轴线在空间上相互扭曲的一组第一及第二导向构件(4、5)，和配置于该导向构件(4、5)的所述移动路线下游侧、具有与绕线筒(1)平行的轴线的平行导向构件(6)，把所述纤维束连续地卷绕到绕线筒(1)时的导向装置(10)，其特征在于，所述第一导向构件(4)由平导向构件或锥形导向构件构成，所述第二导向构件(5)由锥形导向构件构成，由所述第一及第二导向构件(4、5)扭曲的纤维束由所述平行导向构件(6)扭转回来并导入到绕线筒(1)上，由所述平行导向构件(6)使所述连续纤维束的移动位置及连续纤维束的宽度稳定地卷绕到所述绕线筒上。
2.如权利要求1所述的导向装置，其特征在于，所述第一导向构件(4)为平辊。
3.如权利要求1或2所述的导向装置，其特征在于，作为锥形导向构件的所述第二导向构件(5)是配置成其轴线(5a)相对于绕线筒(1)的轴线(1a)具有小于等于90°的斜度的锥形导辊。
4.如权利要求1所述的导向装置，其特征在于，采用所述一组导向构件(4、5)把所述纤维束扭曲成近似直角。
5.如权利要求1所述的导向装置，其特征在于，所述一组导向构件(4、5)和所述平行导向构件(6)由共同的支撑构件所支撑，同时所述支撑构件与横动装置联动而通过该横动构件，在与所述绕线筒(1)的轴线(1a)方向平行的方向沿着所述绕线筒(1)的几乎全长进行往返运动。
6.一种连续纤维束的卷绕机，其特征在于，在权利要求1所述的导向装置(10)的上方具有轴线与绕线筒(1)的轴线(1a)平行的第二固定导辊(3、11)，卷绕部的绕线筒(1)的旋转驱动由力矩电动机进行。
7.如权利要求6所述的连续纤维束的卷绕机，其特征在于，所述第二固定导辊(3)配置在绕线筒单元上，具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形。
8.如权利要求7所述的卷绕机，其特征在于，在所述第二固定导辊(3)的连续纤维束的移动路线上游侧、上述一组第一及第二导向构件(4、5)的上方，进一步具有配置成与所述第二固定导辊(3)平行的第一固定导辊(2)，该第一固定导辊(2)为平辊。
9.如权利要求6所述的卷绕机，其特征在于，在所述第二固定导辊(11)和所述一组导向构件(4、5)之间进一步配置有第三固定导辊(13)，进而在所述第二固定导辊(11)和所述第三固定导辊(13)之间配置有张力调节辊(12)，所述第二及第三固定导辊(11、13)为平辊或具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形辊。
10.如权利要求9所述的卷绕机，其特征在于，连续纤维束的卷绕部的绕线筒(1)的旋转驱动是由基于所述张力调节辊(12)的变位而控制纤维束张力的卷绕张力控制装置控制，上述第二及第三固定导辊(11、13)全部为平辊或具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形辊。
11.如权利要求9所述的卷绕机，其特征在于，连续纤维束的卷绕部的绕线筒(1)的旋转驱动是由基于所述张力调节辊(12)的变位而控制纤维束张力的卷绕张力控制装置控制，上述第二及第三固定导辊(11、13)由平辊和具有中央部凹陷的弯曲周面的鼓形辊的组合构成。
12.一种卷绕机，其特征在于，其具备含有多个权利要求1所述的导向装置(10)和多个绕线筒(1)的卷绕部，导向部中与绕线筒(1)的轴线平行的第二固定导辊(3、11)的轴线进一步配置于导向装置(10)的上方，为了把多个连续纤维束同时卷绕在各导向装置(10)上，第二固定导辊(3、11)由单一平辊构成，把多个连续纤维束各自卷绕到多个绕线筒(1)上。
13.一种绕线筒(1)的制造方法，其特征在于，通过权利要求6所述的卷绕机卷绕连续纤维束。
14.如权利要求13所述的制造方法，其特征在于，所述连续纤维束是由长丝数12000～150000的碳纤维束构成。
15.一种碳纤维绕线筒，其特征在于，通过权利要求13所述的制造方法得到。
全文摘要
本发明公开了连续纤维束的导向装置(10)、具备该导向装置(10)的连续纤维束的卷绕机和通过该卷绕机的制造方法、及由该制造方法得到的碳纤维绕线筒，尤其，所述导向装置(10)具备配置于纤维束的移动路线上、位置关系为轴线在空间上相互扭曲的一组第一及第二导向构件(4、5)、和配置于该导向构件(4、5)的所述移动路线下游侧、具有与绕线筒(1)平行的轴线的平行导向构件(6)，所述第一导向构件(4)由平导向构件或锥形导向构件构成，所述第二导向构件(5)由锥形导向构件构成。
文档编号B65H54/02GK1680181SQ20051005366
公开日2005年10月12日 申请日期2005年3月9日 优先权日2004年3月10日
发明者戈登·希勒, 野林文彦, 堤理, 川村笃志 申请人:三菱丽阳株式会社