JP2019535918A - 繊維を広げるための装置および方法 - Google Patents

Abstract

繊維トウを広げる装置は、繊維トウを供給するための繊維供給機と、繊維トウのフィラメントを広げて幅が拡大された広げられた繊維トウを形成するための繊維広げ機と、繊維広げ機に対して繊維トウを方向付けるためのガイド部材と、繊維広げ機に対して繊維トウを駆動させるための駆動機とを備え、駆動機は、繊維が付着する可動接触面を備える。

Description

本発明は、繊維を広げるための装置および方法に関するものであり、限定ではないが、とりわけ、繊維トウの幅を拡大するための広げ装置および繊維トウの幅の拡大に適した方法に係るものである。

繊維トウは、複数の個々の繊維フィラメントを含むものである。繊維トウを広げることによって、繊維トウの単位幅当たりのフィラメント数が減少する。このように、単位幅当たりのトウの重量が減少する。これにより、広げられたトウを複数含む軽量布地の製造が可能になる。

個々および複数の繊維トウを広げるための装置および方法は多くの刊行物に開示されている。そのような開示の例をここに記載する。

欧州特許第１５４８１６６号は、複数のフィラメントを含む束ねられた繊維を、広げられたフィラメントからなる平らなテープに変換するための繊維トウ広げ機を開示する。この発明は、トウに対して垂直な連続空気流を使用して繊維トウを広げるものである。

欧州特許第２４３６８０９号は、繊維束を広げる別の方法を開示しており、空気流により繊維トウが広げられ、繊維トウは空気流内で曲がることが可能になっている。

欧州特許第０８３７１６２号は、複数フィラメントの広げトウシート、並びにその製造方法および製造装置を開示している。このシートは、供給手段から複数の繊維トウを巻き取り手段へ過給状態で供給する工程と、繊維トウが支持バー上に支持されている間に繊維トウに空気流に流すことによって製造される。

欧州特許第１５４８１６６号明細書 欧州特許第２４３６８０９号明細書 欧州特許第０８３７１６２号明細書

これらの開示から明らかなように、繊維トウを広げるときは、トウ広げの効果を上げるために、張力を減少させ、できるだけ低くすることが重要である。従来、広げられたトウは、広げられた後にスプールに巻き取られる。しかし、巻き取りにより、広げられたトウの張力を増大させ、その結果、増大された張力により繊維トウがつぶれるので、その広げ幅が減少することになる。

本発明は、この問題を未然に防ぐ、または少なくとも軽減すること、および／または全般的に改善を提供することを目的とする。

本発明によれば、特許請求の範囲のいずれか１項に記載された装置および方法が提供される。

本発明の一具体例では、繊維トウを広げる装置が提供される。この装置は、繊維トウを供給するための繊維供給機と、繊維トウのフィラメントを広げて幅が拡大された広げられたトウを形成するための繊維広げ機と、繊維広げ機に対して繊維トウを方向付けるためのガイド部材と、繊維広げ機に対して繊維トウを駆動させるための駆動機とを備え、駆動機は、繊維が付着する可動接触面を備える。

繊維広げ機による幅広げの後、繊維は、広げられたトウの幅を減少させるいかなる中間加工工程も行われることなく接触面と直接接触する。接触面はトウの広がり形状を安定化または固定し、繊維広げ機に対してトウを駆動させる。

この装置は個々のトウを広げるように適合されているが、装置は複数のトウを広げるようにも適合できる。広げられた繊維トウまたは複数のトウが接触面に付着されているので、広げ装置を通った後にその幅が減少することはない。

繊維広げ機を通った後には、接触面への付着のために、トウにかかる張力は対処される。このようにして、本発明は、幅広げ後の処理の間にその幅が縮小されることはなく、ハンドリングおよび巻き取りのような後続の処理によって広げられたトウの処理が可能になる。

一具体例によれば、この装置は複数のトウを広げるように適合されている。この具体例によれば、ファイバ供給源は複数の繊維トウを供給し、繊維広げ機により複数の繊維トウの各フィラメントが広げられてシートを形成する。シートは連続的であってもよく、または離散的に間隔を空けて広げられたトウを含んでもよい。繊維トウの複数のスプールまたはボビンが配置されたクリールから複数のトウを供給することができる。

他の具体例によれば、接触面は広げられた繊維トウに接触する。接触面は広げられたトウを装置を通して駆動させる。

好ましい具体例によれば、接触面は、広げられた繊維トウをその表面に留めるためのタック面を有する。タック面は広げられたトウまたは複数のトウを固定するようになっている。

接触面は樹脂層であってもよい。樹脂層は、トウとの第１の接触点に表面粘着性を有し、広げられた繊維トウをその表面に固着させる。樹脂の表面粘着性は樹脂の固有の性質である。樹脂の粘着性は温度に依存する。したがって、樹脂の温度を制御することによって粘着性を制御できる。本発明の文脈内では、接触面との接触は、好ましくは室温で行われる。室温での樹脂の粘着性は、繊維トウをその表面に固定着させるのに十分である。

好ましい具体例によれば、繊維トウは、表面の移動方向で見たときに、第１の接触点から、かつ接触点から下流で樹脂層に固着する。

このようにして、広げられたトウまたは複数のトウは、繊維広げ機を通った後に樹脂層上に位置する。このように、広げられたトウと樹脂の集合体が形成される。

樹脂層の存在により、広げられたトウが安定化され、含浸、スリットおよび巻き取りのような次工程に伴う力がかかっても、広げられた繊維の幅が狭くなることなく、または何らかの方法で歪むことがなくなることが可能になる。

樹脂層はシート状であり、剥離層上に設けられることができる。剥離層は、樹脂層とトウとの集合体の形成を可能にするために除去可能である。

広げられた繊維トウは樹脂層に接着したシートを形成することが好ましい。

本発明の他の具体例によれば、繊維広げ機は、繊維トウと接触する広げ面を有し、収縮面と拡げられたトウとの第１の接触点は、広げ面に対して高くなっている。これにより、繊維トウがかなりの接触面積にわたって接触面と接触することが確実になり、繊維広げ機に対してトウを駆動させるための適切な接触を確保する。接触面は、第１の接触点に続くところが傾斜していてもよい。これにより、表面とトウとの間の接触面積がさらに増大する。これは、広げられた繊維の連続シートを形成する複数の広げられたトウにとって特に有用である。

別の具体例によれば、この装置はガイド部材を含み、ガイド部材は複数の離間したガイド要素を備える。ガイド部材は、トウが繊維広げ機に供給されるときにトウの幅を制御する。複数のトウの場合、ガイド部材は複数の繊維トウ間の適切な間隔を維持する。

複数の離間した案内要素間の間隔ｄは調整可能であることが好ましい。ガイド部材は、トウの方向に対して角度βで配置され、ガイド部材間の間隔幅ｄおよびｓｉｎβに比例する開口部ｗにトウを通す。フィラメントの数／単位幅と定義できる繊維トウの密度は、ｄ・ｓｉｎβに正比例する。ガイド部材と通ったトウの幅は、ｗ＝ｄ・ｓｉｎβである。

本発明の他の具体例によれば、ガイド要素間の間隔ｄにより、トウまたは広げられたシートを横切る複数のトウの広げられたフィラメントの密度が制御される。

広げ装置は、本出願に簡潔に開示されているように、欧州特許第１５４８１６６号、欧州特許第２４３６８０９号または欧州特許第０８３７１６２号明細に記載されている装置のような、繊維トウを広げるための従来の装置のいずれを含んでもよい。

本発明の別の具体例では、装置は樹脂含浸部を備える。このようにして、装置は含浸機に組み込まれて、それぞれの広げられたトウまたは複数の広げられたトウからトウプレグまたはプレプレグを製造する。樹脂含浸部は、広げられたシートを少なくとも部分的に含浸させるための手段をさらに備え、この手段は、圧縮装置、加熱装置またはこれらの装置の組み合わせを備える。

本発明のさらに別の具体例では、繊維トウを供給するための繊維供給機と、繊維トウのフィラメントを広げて広げられたシートを形成するための繊維広げ機と、繊維広げ機に対して繊維トウを方向付けるためのガイド部材と、繊維広げ機に対して繊維トウを駆動させるための駆動機とを提供する段階を含む繊維トウを広げる方法が提供される。この方法は、この方法はさらに、繊維トウを繊維供給機から繊維広げ機に導く段階と、繊維付着接触面を提供する段階とを含み、繊維付着接触面は移動可能であり、トウを繊維広げ機上で駆動させるようになっている。

接触面は繊維トウを広げられた構成に固定するので、接触面により広げられた繊維トウが安定化される。これにより、接触面に引張力を加えることによって、繊維トウを繊維供給機から引き出すことが可能になり、この力によって繊維トウが歪んだり幅が減少することがない。

これは、トウが広げられた後に力をかけられるために、広げられたトウが歪みを受けるという従来の繊維トウ広げ方法に対して、重要な利点である。

好ましくは、この方法は、複数のトウを広げ、広げられたトウはシートを形成する。この方法は、トウまたは複数のトウを含浸させる工程をさらに含むことができる。

以下、本発明を単なる例示として添付の図面を参照しながら説明する。

本発明の一具体例による装置の概略図 本発明の他の具体例による他の装置の概略図 本発明の他の具体例によるガイド部材の概略図

図１には、繊維トウ１２を供給するための繊維供給機と、繊維トウ１２のフィラメントを広げて幅が拡大された広げられた繊維トウを形成するための繊維広げ機１４と、繊維広げ機１４に対して繊維トウを方向付けるためのガイド部材１６と、繊維広げ機１４に対して繊維トウ１２を駆動させるための駆動機１８を備える繊維広げ装置１０が示されている。駆動機１８は、広げられた繊維トウ１２が付着される可動繊維付着接触面２０を備える。

繊維供給機１２は、自由に回転するようにクリールに取り付けられたボビンの形態をしている。そのため、繊維トウは、繊維トウの付着される移動接触面２０によって駆動されて繊維広げ機１４に受け入れられる。接触面への付着は、剥離フィルムの形態であるキャリアまたは基材上に位置する樹脂フィルムによって達成される。キャリアまたは基材は駆動ローラ１８によって動かされる。したがって、得られる製品２４は基材としての剥離フィルム上に配置された樹脂フィルムと組み合わせた広げられたトウの集合体である。

最初に繊維トウと接触する接触面は、繊維広げ機の広げ面に対して高くなっている。これによりトウと接触面とが確実に接触し、トウと接触面との付着が可能になり、それによって接触面がトウを駆動することができる。図１に示すように、接触面も傾斜しており、トウと接触面との接触面積を大きく確保するために、ローラ２２を用いてトウを接触面に導く。接触面積がより大きいと、樹脂層と繊維トウとの間の付着が促進される。

使用時には、繊維トウ１２はボビンから供給され、部材１６によってトウ１２を広げる繊維広げ機１４に案内される。図２は図１の装置と同様の装置を示すが、この装置１００は、シートを形成する広げられたトウと組み合わせた樹脂層１２４の集合体を形成するように構成される。

装置１００は、複数の繊維トウを供給するための複数の自由に回転する繊維スプールまたはボビンを有するクリールの形態の繊維供給機１１２と、繊維トウのフィラメントを広げて複数の広げられた繊維トウの複合した広げられたトウシートを形成するための繊維広げ機１１４と、繊維広げ機１１４に対して繊維トウを方向付けるためのガイド部材１１６と、繊維広げ機１１４に対して繊維トウを駆動するための駆動機１１８とを備える。駆動機１１８は、広げられた繊維トウが付着される可動繊維付着接触面１２０を備える。

繊維トウは、このようにして露出した樹脂フィルム層に付着されて樹脂フィルムと広げられた繊維層との集合体を形成する。

接触面への接着は、キャリアまたは基板上に位置する樹脂フィルムによって達成される。キャリアまたは基板は駆動機１１８によって動かされる。したがって、得られる製品１２４は樹脂フィルムと組み合わされた広げられたトウとの集合体である。

最初に繊維トウと接触する接触面は、図１の装置と同様に繊維広げ機の広げ面に対して高くなっている。

使用時には、繊維トウは、複数のボビンを装填したクリール１１２から供給され、部材１１６によってトウを広げる繊維広げ機１１４に案内される。樹脂フィルム１２０は駆動機１１８によって駆動される。

最後に、図３は、この図において２００として示されたガイド部材１６、１１６の他の態様を示す。明確にするために、ガイド部材２００は単一のトウ２０２と共に示されている。

ガイド部材２００は、距離ｄ２０６で等間隔に配置された複数のガイド要素２０４を備える。ガイド部材２００は、トウに対して角度βだけさらに傾斜している。この角度によりガイド要素２０４の有効間隔は角度に対してｗ＝ｄ・ｓｉｎβに減少する。これによりトウの幅が減少するが、より重要なことには、トウの単位幅当たりの密度（１ｍｍ当たりのフィラメント数）の制御も可能になり、それが次に繊維広げ機を通過する際に広がるトウの密度に影響を与える。

密度がｄ・ｓｉｎβに正比例するので、ガイド部材の角度βは、広げられたトウまたは複数のトウの場合には広げられた繊維トウの単位幅当たりの密度の制御が可能になる。

このように、トウの幅が、中間工程なしで、繊維広げ機に対してトウを駆動する接触面への直接の付着により、繊維広げ機を通った後にトウの幅が固定される繊維トウを広げるための装置が提供される。装置は、広げられたトウから樹脂含浸繊維強化材料（プリプレグとしても知られる）を製造するための含浸ユニットを備えることができる。

Claims (25)

1. 繊維トウを広げる装置であって、
   ａ．前記繊維トウを供給するための繊維供給機と、
   ｂ．前記繊維トウのフィラメントを広げて幅が拡大された広げられた繊維トウを形成するための繊維広げ機と、
   ｃ．前記繊維広げ機に対して前記繊維トウを方向付けるためのガイド部材と、
   ｄ．前記繊維広げ機に対して前記繊維トウを駆動させるための駆動機と
   を備え、該駆動機は、繊維が付着する可動接触面を備える、繊維トウを広げる装置。
2. 前記繊維広げ機を通過した後に前記繊維トウの幅を減少させるいかなる工程も行われることなく、前記広げられた繊維トウは前記駆動機と接触するようになっている、請求項１に記載された繊維トウを広げる装置。
3. 前記繊維広げ機通を通過した後に前記繊維トウは前記可動接触面と直接接触するようになっている、請求項２に記載された繊維トウを広げる装置。
4. 前記繊維供給機は複数の繊維トウを供給し、前記繊維広げ機により前記複数の繊維トウの各フィラメントが広げられて連続したシートを形成するようになっている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
5. 前記可動接触面は、前記広げられた繊維トウに接触するようになっている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
6. 前記可動接触面は、前記広げられた繊維トウをその表面に留めるためのタック面を有する、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
7. 前記可動接触面は、樹脂層の形態である、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
8. 前記樹脂層が剥離層上に設けられている、請求項７に記載された繊維トウを広げる装置。
9. 前記剥離層が可動になっている、請求項８に記載された繊維トウを広げる装置。
10. 前記繊維広げ機は、前記繊維トウと接触する広げ面を有し、前記広げられた繊維トウとの第１の接触点は、前記広げられた繊維トウに対して高くなっている、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
11. 第１の接触点に続く広げ面が傾斜している、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
12. 前記ガイド部材は複数の離間したガイド要素を備える、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
13. 前記複数の離間したガイド要素の間隔は調整可能になっている、請求項１２に記載された繊維トウを広げる装置。
14. 前記ガイド部材は、前記繊維トウの方向に対して角度βで配置され、ガイド部材間の間隔幅ｗおよびｓｉｎβに比例する開口部に前記繊維トウを通すようになっている、請求項１２または請求項１３に記載された繊維トウを広げる装置。
15. フィラメントの数／単位幅により定義される前記繊維トウの密度は、ｄ・ｓｉｎβに正比例する、請求項１４に記載された繊維トウを広げる装置。
16. 前記ガイド要素間の間隔ｄにより、前記繊維トウまたは広げられたシートを横切る複数の前記繊維トウの広げられたフィラメントの密度が制御されるようになっている、請求項１２から請求項１５までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
17. 樹脂含浸部を備える、請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる装置。
18. 前記樹脂含浸部は、前記広げられたシートを少なくとも部分的に含浸させるための手段をさらに備え、該手段は、圧縮装置、加熱装置またはこれらの装置の組み合わせを備える、請求項１７に記載された繊維トウを広げる装置。
19. 繊維トウを広げる方法であって、
    ａ．前記繊維トウを供給するための繊維供給機と、
    ｂ．前記繊維トウのフィラメントを広げて幅が拡大された広げられた繊維トウを形成するための繊維広げ機と、
    ｃ．前記繊維広げ機に対して前記繊維トウを方向付けるためのガイド部材と、
    ｄ．前記繊維広げ機に対して前記繊維トウを駆動させるための駆動機と
    を提供する段階、
    前記繊維トウを前記繊維供給機から前記繊維広げ機に導く段階、および
    繊維が付着する接触面を提供する段階
    を含み、前記接触面は移動可能であり、前記繊維トウを前記繊維広げ機上で駆動させる、繊維トウを広げる方法。
20. 前記接触面は前記繊維トウを広げられた構成に固定する、請求項１７に記載された繊維トウを広げる方法。
21. 前記繊維広げ機を通過した後に前記繊維トウの幅を減少させるいかなる工程も行われることなく、前記広げられたトウは前記駆動機と接触し、好ましくは前記繊維広げ機を通過した後に前記繊維トウは前記可動接触面と直接接触する、請求項１９または請求項２０に記載された繊維トウを広げる方法。
22. 前記接触面は、前記広げられた繊維トウを安定化させる、請求項１９から請求項２１までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる方法。
23. 前記方法は複数の繊維トウを広げ、広げられた繊維トウはシートを形成するように適合される、請求項１９から請求項２２までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる方法。
24. 前記繊維トウを含浸させる段階をさらに含む、請求項１９から請求項２３までのいずれか１項に記載された繊維トウを広げる方法。
25. 含浸されたシートを形成する、請求項２３または請求項２４に記載された繊維トウを広げる方法。

Images