JP5137151B1 - 繊維束用ガイド - Google Patents

Abstract

【課題】偏平状の繊維束に対して撚りを生じさせることなく案内することができ、ひいては巻取装置で繊維束を精度良く巻き取ることが可能な繊維束用ガイドを提供する。
【解決手段】この繊維束用ガイド１は、円筒状のガイドローラ１１と、該ガイドローラ１１を回転自在に軸支する支持部材１２と、ガイドローラ１１と支持部材１２の間に設けられた可動機構部とを備えており、ガイドローラ１１が繊維束Ｙにおける幅方向の走行路の変化に応じて揺動する。この繊維束用ガイド１によれば、繊維束Ｙがガイドローラ１１の両側周縁部に必要以上にずれることを防止できるため、繊維束Ｙがガイドローラ１１のフランジ１１２に接触することにより収縮したりあるいは折り曲げられることをなくなり、扁平状の繊維束Ｙに対して撚りを生じさせることなく案内することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の繊維が集合してなる扁平状の繊維束を案内する繊維束用ガイドに関する。

一般に、糸条を巻取装置を巻き取っていくに際して、糸状の走行路にガイドが設けられ、該ガイドにより巻取装置に向けて糸状を案内するものとなされている。このガイドは、両側周縁部にフランジが設けられる円柱状のガイドローラと、該ガイドローラを周方向に回転自在に軸支する支持部材とを備えている。そして、ガイドローラは、周面に沿って糸条が架けられ、支持部材を回転軸として糸条の走行に応じて回転することにより、巻取装置に向けて糸条を案内する（例えば、下記特許文献１参照）。

ところで、最近では、炭素繊維束に代表されるように、複数の繊維が集合してなる扁平状の繊維束を巻取装置で巻き取ることが行われている。この扁平状の繊維束についても、繊維束を案内するためのガイドが必要となるが、上述のような従来のガイドがそのまま適用されていた。

特開平８−２３７８１４号

しかしながら、扁平状の繊維束についても従来のガイドをそのまま適用すると、以下の問題が生じていた。すなわち、扁平状の繊維束は、複数の糸が集まって扁平状に構成されることから繊維束の箇所によって張力が異なり、全体として張力差が生じる。このため、繊維束がガイドローラの周面に沿って走行しているときに、当該張力差のために不用意にガイドローラのフランジ側に次第にずれていき、繊維束がフランジに接触することにより収縮したりあるいは折り曲げられる等して撚りが生じていた。このことにより、ガイドローラから送出された繊維束にも当該撚りが残ったまま巻取装置に送られていき、巻取装置で繊維束を精度良く巻き取ることができなくなる虞があるという問題があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、扁平状の繊維束に対して撚りを生じさせることなく案内することができ、ひいては巻取装置で繊維束を精度良く巻き取ることが可能な繊維束用ガイドを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、複数の繊維が集合してなる扁平状の繊維束を案内する繊維束用ガイドに係るものであって、繊維束が周面に架けられる円柱状のガイドローラと、該ガイドローラを周方向に回転自在に軸支する支持部材とを備え、ガイドローラは、繊維束における幅方向の走行路の変化に応じて揺動することを特徴とする。

これによれば、扁平状の繊維束における幅方向の走行路の変化に応じてガイドローラが揺動することにより、扁平状の繊維束がガイドローラの両側周縁部に必要以上にずれることを防止できる。このため扁平状の繊維束がガイドローラのフランジに接触することにより収縮したりあるいは折り曲げられることがなくなり、扁平状の繊維束に対して撚りを生じさせることなく案内することができる。

また、ガイドローラと支持部材の軸支部分において、ガイドローラの中央部に設けられた軸受と、該軸受の内側に摺動可能に係合された軸体と、該軸体の内側においてガイドローラの回転軸と直交する方向に設けられ、支持部材が軸支されている揺動軸部材とを備え、ガイドローラは、繊維束の走行に応じて前記支持部材の周りで回転するとともに、繊維束における幅方向の走行路の変化に応じて揺動軸部材の周りで揺動するのが好ましい。これによれば、ガイドローラを回転および揺動させる機構がガイドローラと支持部材の軸支部分に集約されるため、繊維束用ガイド全体をコンパクトに構成することができるとともに、ガイドローラを精度良く揺動させることができる。

また、揺動軸部材は、ガイドローラの中心点に対して径方向に偏芯する位置に設けられているのが好ましい。これによれば、ガイドローラが鉛直状態になり易くなるため、ガイドローラを安定して回転および揺動させることができる。

また、支持部材の側面から該支持部材と交差する方向に延びる態様の角度指示部材が設けられているのが好ましい。これによれば、角度指示部材を回動させることにより、支持部材を介して揺動軸の傾斜角度を変更することができる。また、角度指示部材の位置や角度等を認識することにより、揺動軸の傾斜角度を容易に把握することができる。

また、角度指示部材の近傍位置において、該支持部材と交差する方向に延びる態様の目盛盤が設けられているのが好ましい。これによれば、目盛盤に対する角度指示部材の位置から角度指示部材の回動量を認識し得るため、これに基づいて揺動軸の傾斜角度を精度よく設定することができる。

また、揺動軸と水平方向のなす角度をＨとした場合、下記（式１）で表される角度Ｋが５°〜３５°範囲内、好ましく１０°〜３０°、さらに好ましく１５°〜３０°となるように、前記揺動軸が水平方向に対して傾斜して設けられているのがよい。これによれば、ハンチング（短周期の揺動）が生じにくくなるとともに、扁平状の繊維束を本来の走行路に自動的に戻し易くなるため、扁平状の繊維束をより安定して案内することができる。

本発明によれば、扁平状の繊維束における幅方向の走行路の変化に応じてガイドローラが揺動することにより、扁平状の繊維束がガイドローラの両側周縁部に必要以上にずれることを防止できる。このため扁平状の繊維束がガイドローラのフランジに接触することにより収縮したりあるいは折り曲げられることがなくなる。したがって、扁平状の繊維束に対して撚りを生じさせることなく案内することができ、ひいては巻取装置で繊維束を精度良く巻き取ることが可能になる。

第１の実施形態の繊維束用ガイドを示す斜視図である。 図１の繊維束用ガイドを示す平面図である。 図１の繊維束用ガイドを示す（ａ）正面図と、（ｂ）要部拡大正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面矢視図である。 図１の繊維束用ガイドにおける揺動軸の傾斜角度等を示す概略正面図である。 図１の繊維束用ガイドが（ａ）走行方向右側に傾斜したときの平面図と、（ｂ）走行方向左側に傾斜したときの平面図である。 揺動軸の傾斜角度に係るハンチングと自動補正機能の評価結果を示すグラフである。 第２の実施形態の繊維束用ガイドを示す斜視図である。 図８の繊維束用ガイドを示す平面図である。

＜第１の実施形態＞
次に、本発明に係る繊維束用ガイドの第１の実施形態について図１〜図７を参照しつつ説明する。

本実施形態の繊維束用ガイド（以下、本ガイドという）１は、複数の繊維が集合してなる扁平状の繊維束を案内するものであって、図１および図４に示すように、円柱状に形成されたガイドローラ（以下、ローラという）１１と、該ローラ１１を支持する支持部材１２と、ローラ１１と支持部材１２の間に設けられた可動機構部１３とを備えている。

なお、ここでの繊維束Ｙは炭素繊維束であり、繊維束Ｙの走行方向を各図では矢印Ｄで示すこととする。

前記ローラ１１は、外周部に設けられた周面１１１と、該周面１１１の両端部に形成されたフランジ１１２と、ローラ１１の中央部に設けられた円筒状の軸受１１３とを備えている。

このローラ１１は、円筒状に形成された周面１１１に繊維束Ｙが上方側から架けられる。具体的には、図１および図５に示すように、ローラ１１の右方から水平方向に沿って走行してきた繊維束Ｙがローラ１１の周面１１１の上部に進入し、そのままローラ１１の周面１１１に沿って走行したあと、ローラ１１の周面１１１の左部から下方に送出していく。このとき、図５に示すように、ローラ１１は繊維束Ｙにより右斜め下方に向けて張力Ｆ（張力の合力）を受ける状態となっており、この張力Ｆの方向と水平方向Ｌのなす角度がα（本実施形態では４５°）である。

また、このローラ１１は、該周面１１１の両端部から径方向に延びる態様でフランジ１１２が形成されており、周面１１１を走行する繊維束Ｙが幅方向に外れることを防止している。また、軸受１１３は、連結片１１ａを介して周面１１１と連結されているとともに、後述する可動機構部１３のころ１３１が内周面に当接されている。

前記支持部材１２は、図４に示すように、任意の部材に固定された固定部材１２ａの側面から水平方向Ｌに突出する態様で固定された棒状部材である。この支持部材１２は、可動機構部１３を介してガイドローラ１１を軸支しており、回転軸Ｒ１の周りでガイドローラ１１が周方向に回転するものとなされている。なお、後述するように支持部材１２は、ローラ１１を径方向上方側に距離ｈだけ偏芯した状態で軸支しているため、ローラ１１の回転軸Ｒ１は支持部材１２の中心軸線と距離ｈだけ径方向上方側にずれている。ただ、回転軸Ｒ１は支持部材１２の内部を通過しているため、ローラ１１は支持部材１２の周りで回転しているものとみなすことができる。

前記可動機構部１３は、図４に示すように、ローラ１１と支持部材１２の軸支部分において、支持部材１２に対してローラ１１を回転自在および揺動自在な状態で支持させる機構である。具体的には、可動機構部１３は、ローラ１１の軸受１３１の内周面に当接する円筒状のころ１３１と、ころ１３１の内側に設けられた円筒状の軸体１３２と、該軸体１３２の内側に設けられた円柱状の揺動軸部材１３３とを備えている。

前記ころ１３１は、ローラ１１の内部に並行状態に設けられた複数の円筒状のころである。このころ１３１は、ローラ１１の軸受１１３の内周面に当接するとともに、軸体１３２の外周面に当接する態様で設けられており、軸受１１３の内周面と軸体１３２の外周面上で摺動する、いわゆる円筒ころ軸受構造になっている。

前記軸体１３２は、上述の円筒ころ軸受構造により軸受１１３の内側に摺動可能な状態で係合している。このため、ローラ１１が軸体１３２に対して各ころ１３１を介して周方向にスムーズに回転することができる。なお、本実施形態では、円筒ころ軸受構造を採用したが、玉軸受構造、円錐ころ軸受構造、すべり軸受構造などのその他の軸受構造であってもよい。

また、この軸体１３２は、図３および図４に示すように、支持部材１２の先端部１２１を挿入させる断面円形の中空部１３２ａが形成されている。この中空部１３２ａは、その中心位置が軸体１３２の中心位置より径方向上方側にずれる態様で形成されており、これにより後述する揺動軸１３３を径方向上方側に偏芯させ易くなっている。

なお、ローラ１１の中央部の左右両側にはカバー部材１３ａが設けられており、これにより粉塵等が可動機構部１３の内部に進入することを防止している。

前記揺動軸部材１３３は、図３に示すように、軸体１３２の中空部１３２ａにおいてローラ１１の回転軸Ｒ１と直交する方向に架設されており、軸体１３２の中空部１３２ａに挿入された支持部材１２が軸支されている。これにより、ローラ１１は揺動軸部材１３３を揺動軸Ｒ２として、揺動軸Ｒ２の周りで揺動することができる。

また、この揺動軸部材１３３は、図５に示すように、水平方向Ｌに対して角度Ｈで傾斜して設けられている。詳細は後述の実施例にて説明するが、揺動軸部材１３３を角度Ｈで傾斜して設けることにより、繊維束Ｙにおける幅方向の走行路の変化に応じてローラ１１を安定して揺動させることができる。

また、この揺動軸部材１３３は、図３ないし図５に示すように、ローラ１１の中心点（回転軸Ｒ１の中心点）に対して径方向上方側に偏芯する位置に設けられている。本実施形態では、ローラ１１の回転軸Ｒ１から径方向上方側に距離ｈを離した位置に設けられている。このため、ローラ１１は鉛直状態になり易くなるため、ローラ１１を安定して回転および揺動させることができる。

次に、本ガイド１の動作について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、繊維束Ｙは、ローラ１１の右方から水平方向に沿って走行し、ローラ１１の周面１１１の上部に進入し、そのままローラ１１の周面１１１に沿って走行したあと、ローラ１１の周面１１１の左部から下方に送出していき、これに伴ってローラ１１は支持部材１２（回転軸Ｒ１）の周りで回転している。

繊維束Ｙの走行路がローラ１１の幅方向中央にある場合、繊維束Ｙが揺動軸Ｒ２の真上に位置している。このため、ローラ１１は揺動軸Ｒ２の周りで揺動することなく、鉛直状態を維持しながら本来の走行路で繊維束Ｙを案内する。なお、本来の走行路とは、繊維束Ｙが鉛直状態のローラ１１の幅方向中央で走行しているときの走行路をいう。

ここで、繊維束Ｙの走行路が幅方向の一方側に変化した場合、ローラ１１は揺動軸Ｒ２の周りで揺動する。

具体的に説明すると、図６（ａ）に示すように、繊維束Ｙの走行路が走行方向右側に変化した場合、それに伴ってローラ１１に対して走行方向右側に回転モーメントが生じるため、ローラ１１が揺動軸Ｒ２の周りで走行方向右側に揺動して右傾斜状態になり、繊維束Yがローラ１１のフランジ１１２に接触することを防止する。このあと、繊維束Ｙが本来の走行路に戻ろうとすると、それに伴ってローラ１１の走行方向左側に回転モーメントが生じて、ローラ１１が揺動軸Ｒ２の周りで走行方向左側に揺動することにより本来の鉛直状態（図中点線）に戻り、繊維束Ｙを本来の走行路で案内する。

一方、図６（ｂ）に示すように、繊維束Ｙの走行路が走行方向左側に変化した場合、それに伴ってローラ１１の走行方向左側に回転モーメントが生じるため、ローラ１１が揺動軸Ｒ２の周りで走行方向左側に揺動して左傾斜状態になり、繊維束Yがローラ１１のフランジ１１２に接触することを防止する。このあと、繊維束Ｙが本来の走行路に戻ろうとすると、それに伴ってローラ１１に対して走行方向右側に回転モーメントが生じて、ローラ１１が揺動軸Ｒ２の周りで走行方向右側に揺動することにより本来の鉛直状態（図中点線）に戻り、繊維束Ｙを本来の走行路で案内する。

このように、繊維束Ｙの走行路が幅方向の一方側に走行路を変化した場合、ローラ１１が揺動軸Ｒ２の周りで揺動するため、繊維束Ｙがローラ１１の両側周縁部に必要以上にずれることを防止できる。このため繊維束Ｙがガイドローラ１１のフランジ１１２に接触することにより収縮したりあるいは折り曲げられることがなくなり、繊維束Ｙに対して撚りを生じさせることなく案内することができ、ひいては巻取装置で繊維束を精度良く巻き取ることが可能となる。

なお、本実施形態では、揺動軸Ｒ２がローラ１１の中心点に対して径方向上方側に偏芯する位置に設けられている場合について説明したが、径方向下方側であってもよい。また、揺動軸Ｒ２がローラ１１の中心点に対して径方向に偏芯している場合について説明したが、偏芯していなくてもよい。

また、揺動軸Ｒ２がローラ１１の幅方向中央に配置される場合について説明したが、その他の位置に配置されてもよい。

また、可動機構部１３によりローラ１１が支持部材１２に回転自在および揺動自在に支持されている場合について説明したが、その他の機構によってローラ１１が回転自在および揺動自在に支持されていてもよい。

また、ころ１３１が円筒状である場合について説明したが、玉（ボール）であってもよい。

また、軸体１３２が軸受１１３ところ１３１を介して摺動可能に係合されている場合について説明したが、軸受１１３に摺動可能に直接係合されていてもよい。

また、繊維束Ｙが炭素繊維束である場合について説明したが、その他の材質の繊維束であってもよい。

また、前記ローラ１１が繊維束Ｙから受ける張力Ｆの方向と水平方向Ｌのなす角度αを４５°としたが、繊維束Ｙの架ける方向によっては角度αはその他の角度になる。

次に、本ガイド１の実施例について、実験データを参照しつつ説明する。

本実施例では、図５に示すように、前記ローラ１１が繊維束Ｙから受ける張力Ｆ（合力）の方向と水平方向Ｌのなす角度α、揺動軸部材１３３の揺動軸Ｒ２と水平方向Ｌのなす角度がＨとした場合、下記（式１）で表される角度Ｋとなるように、揺動軸部材１３３が水平方向Ｌに対して傾斜するように設けられている。なお、本実施例では、角度αは４５°に設定されている。

Ｋ＝α−Ｈ・・・（式１）
α：前記ローラ１１が繊維束Ｆから受ける張力Ｆの方向と水平方向Ｌのなす角度（４５°）
Ｈ：前記揺動軸部材１３３の揺動軸Ｒ２と水平方向Ｌのなす角度をＨ

この角度Ｋと本ガイド１の状況の関係について記録した結果、下記（表１）にようになった。

上記（表１）において、「自動補正機能判定」とは、繊維束Ｙの幅方向の走行路の変化に応じてローラ１１が自動的に揺動する「補正機能」があるか否かを示しており、「○」が補正機能があることを示し、「×」が補正機能がないことを示し、「△」が補正されたが改良の余地があることを示す。また、「ハンチングの有無」とは、ローラ１１が極めて短い周期で揺動したか否かを示しており、「○」がハンチングが生じなかったことを示し、「×」がハンチングが生じたことを示す。

また、上記（表１）の結果を受けて、「自動補正機能判定」および「ハンチングの有無」について、さらに下記の基準で点数評価を行った。
（自動補正機能判定：５段階評価）
５点・・・進入側の繊維束Ｙにおける走行路の幅方向の変化に応じて、きわめてスムーズに揺動する。
４点・・・進入側の繊維束Ｙにおける走行路の幅方向の変化に応じて、スムーズに揺動する。
３点・・・進入側の繊維束Ｙにおける走行路の幅方向の変化に応じて揺動するが、スムーズではない。
２点・・・進入側の繊維束Ｙにおける幅方向の走行路の変化に応じて揺動するが、時折揺動しない。
１点・・・進入側の繊維束Ｙにおける幅方向の走行路の変化に応じて揺動しない。
（ハンチング有無：３段階評価）
３点・・・ハンチングは発生しない。
２点・・・ハンチングは発生するが、短時間で収まる。
１点・・・ハンチングは常時発生する。

この評価基準による自動補正機能判定の点数およびハンチングの有無の点数と、それらの総合評価（両点数の積）は、下記（表２）のようになった。

さらに、上記（表２）をグラフ化すると図７に示す結果が得られた。図７のグラフは、横軸は各角度Ｋを示し、縦軸は「自動補正機能判定」の点数、「ハンチングの有無」の点数、および「自動補正機能判定」と「ハンチングの有無」の積で算出される総合評価の点数を示している。

図７のグラフによれば、角度Ｋが５°〜３５°の範囲内（５°および３５°を含む）となる態様で揺動軸Ｒ２が傾斜している場合、総合評価が概ね６点以上を維持しているため、繊維束Ｙを安定して案内できるといえる。

また、角度Ｋが１０°〜３０°の範囲内（１０°および３０°を含む）となる態様で揺動軸Ｒ２が傾斜している場合、総合評価が概ね９点以上を維持しているため、繊維束Ｙをより安定して案内できるといえる。この角度Ｋが１０°〜３０°の場合は、自動補正機能が著しく向上していると判断できる。

さらに、角度Ｋが１５°〜３０°（１５°および３０°を含む）の範囲内となる態様で揺動軸Ｒ２が傾斜している場合、総合評価が概ね１２点以上を維持しているため、繊維束Ｙをより安定して案内できるといえる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る繊維束用ガイドの第２の実施形態について図８および図９を参照しつつ説明する。

なお、以下では、上記各実施形態と異なる構成について説明することとし、同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態の繊維束用ガイド（以下、本ガイドという）２は、図８に示すように、支持部材１２の側面に設けられた角度指示部材１４と、該角度指示部材１４の近傍位置に設けられた目盛盤１５とを備えている。また、本実施形態では、支持部材１２は、固定部材１２ａに対して回転可能であるとともに、任意の回転量で固定することができるものとなされている。

前記角度指示部材１４は、図９に示すように、支持部材１２の側面から該支持部材１２と直交する方向に延びる態様で設けられている棒状部材である。この角度指示部材１４を手動あるいは電動で周方向に回動させることにより、支持部材１２を介して揺動軸部材１３３による揺動軸Ｒ２の傾斜角度Ｈを変更することができる。また、角度指示部材１４の位置や角度等を認識することにより、揺動軸Ｒ２の位置や角度等を把握することができる。

前記目盛盤１５は、図９に示すように、角度指示部材１４の近傍位置で支持部材１２と直交する方向に延びる態様で設けられた扇状の板部材である。この目盛盤１５は、図８に示すように、外周縁から支持部材１２側に向かって複数の目盛１５１が表示されている。このため、目盛盤１５に対する角度指示部材１４の位置から角度指示部材１４の回動量を認識し得るため、これに基づいて揺動軸Ｒ２の傾斜角度Ｈを精度よく設定することができる。

なお、本実施形態では、角度指示部材１４が支持部材１２と直交する方向に延びる態様で設けられる場合について説明したが、直交していなくてもよい。

また、角度指示部材１４が棒状である場合について説明したが、その他の形状であってもよい。

また、目盛盤１５が支持部材１２と直交する方向に延びる態様で設けられる場合について説明したが、直交していなくてもよい。

また、目盛盤１５が扇状に板部材である場合について説明したが、その他の形状であってもよい。

また、目盛盤１５が設けられている場合について説明したが、設けられていなくてもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１、２…繊維束用ガイド
１１…ガイドローラ
１１１…周面
１１２…フランジ
１１３…軸受
１１ａ…連結片
１２…支持部材
１２１…先端部
１２ａ…固定部材
１３…可動機構部
１３１…ころ
１３２…軸体
１３３…揺動軸部材
１３ａ…カバー部材
１４…角度指示部材
１５…目盛盤
１５１…目盛

Claims (7)

1. 複数の繊維が集合してなる扁平状の繊維束を案内する繊維束用ガイドであって、
   繊維束が周面に架けられる円柱状のガイドローラと、
   該ガイドローラを周方向に回転自在に軸支する支持部材とを備え、
   前記ガイドローラと支持部材の軸支部分において、前記ガイドローラの中央部に設けられた軸受と、該軸受の内側に摺動可能に係合された軸体と、該軸体の内側においてガイドローラの回転軸と直交する方向に設けられ、前記支持部材が軸支されている揺動軸部材とを備え、
   前記ガイドローラは、繊維束の走行に応じて前記支持部材の周りで回転するとともに、繊維束における幅方向の走行路の変化に応じて揺動軸部材の周りで揺動することを特徴とする繊維束用ガイド。
2. 前記揺動軸部材は、前記ガイドローラの中心点に対して径方向に偏芯する位置に設けられている請求項１に記載の繊維束用ガイド。
3. 前記支持部材の側面から該支持部材と交差する方向に延びる態様の角度指示部材が設けられている請求項１または請求項２に記載の繊維束用ガイド。
4. 前記角度指示部材の近傍位置において、該支持部材と交差する方向に延びる態様の目盛盤が設けられている請求項３に記載の繊維束用ガイド。
5. 前記ガイドローラが繊維束から受ける張力の方向と水平方向のなす角度をα、前記揺動軸部材の揺動軸と水平方向のなす角度をＨとした場合、下記（式１）で表される角度Ｋが５°〜３５°の範囲内となるように、前記揺動軸部材が水平方向に対して傾斜して設けられている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の繊維束用ガイド。
   Ｋ＝α−Ｈ・・・（式１）
   α：前記ガイドローラが繊維束から受ける張力の方向と水平方向のなす角度
   Ｈ：前記揺動軸部材の揺動軸と水平方向のなす角度をＨ
6. 前記角度Ｋは、１０°〜３０°の範囲内である請求項５に記載の繊維束用ガイド。
7. 前記角度Ｋは、１５°〜３０°の範囲内である請求項６に記載の繊維束用ガイド。