特許 6469196 開繊装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6469196

(24)【登録日】2019年1月25日

(45)【発行日】2019年2月13日

(54)【発明の名称】開繊装置

(51)【国際特許分類】

   D02J 1/18 20060101AFI20190204BHJP

   D06M 101/40 20060101ALN20190204BHJP

【ＦＩ】

   D02J1/18 Z

   D02J1/18 A

   D06M101:40

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-188821(P2017-188821)

(22)【出願日】2017年9月28日

【審査請求日】2017年9月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】314011390

【氏名又は名称】東海精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098936

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 晃司

(74)【代理人】

【識別番号】100098888

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 明子

(72)【発明者】

【氏名】鶴藤 勝夫

【審査官】 團野 克也

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６０−０９３７７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５０−１４２８３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１６０９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０７８９２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｄ０２Ｇ １／００−３／４８

Ｄ０２Ｊ １／００−１３／００

Ｄ０１Ｄ １／００−１３／０２

Ｄ０１Ｇ １／００−９９／００

Ｄ０１Ｆ ９／０８−９／３２

Ｄ０１Ｈ １／００−１７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ほぼ水平方向を軸方向とし軸周りに回転可能な回転軸と、前記回転軸の径方向外方に突設された複数のピンと、前記回転軸の上方から炭素繊維チョップドストランドを落下させる導入シュートと、各ピンの先端部の回転軌道上に櫛歯凹部を配置した櫛歯フォークで構成された開繊機構を備え、
前記炭素繊維チョップドストランドが、前記櫛歯凹部を跨いでその両側で受け止められた状態で回転により向かってきた前記ピンで叩かれることにより裂かれて開繊されることを特徴とする開繊装置。

【請求項2】

請求項１に記載した開繊装置において、
複数のピンからなるピン列が回転軸の軸方向に沿って複数設けられ、前記ピン列のピンは１列おきに周方向で対向しており、
炭素繊維チョップドストランドが前記ピンどうしの隙間にも誘導され、回転により向かってきた前記ピンで叩かれることにより裂かれて開繊されることを特徴とする開繊装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載した開繊装置において、
櫛歯フォークの櫛歯凹部は、下方に向かって窄まった傾斜部の下端側に形成されていることを特徴とする開繊装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載した開繊装置において、
導入シュートと櫛歯フォークは上下方向で連なっており、前記導入シュートに導入され落下した炭素繊維チョップドストランドは前記櫛歯フォークの櫛歯凹部から導出されることを特徴とする開繊装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載した開繊装置において、
開繊機構が上下方向に複数備えられており、上段側の開繊機構から導出された炭素繊維チョップドストランドが下段側の開繊機構の導入シュートに導入されることを特徴とする開繊装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＣＦ−ＳＭＣ（carbon fiber-sheet molding compound）用に適した開繊装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＳＭＣ成形法に使用する材料はＳＭＣ（Sheet Molding Compound）と呼ばれ、樹脂、硬化剤、増粘剤等を混合した樹脂ペーストをチョップドストランドに含浸させ、両面をフィルムで被覆したシート状の物を所定の温度条件で加熱し増粘させ、取扱い性を良好にした複合材料である。
樹脂含浸技術の改善により、炭素繊維に含浸させることが可能になっており、この炭素繊維に含浸させたものは、ＣＦ−ＳＭＣ（carbon fiber-sheet molding compound）と呼称されており、従来のＧＦ−ＳＭＣに比べて格段に高い比強度、比剛性を有するため、大幅な軽量化を実現できる。従って、自動車、航空機、更には産業機械をはじめとする幅広い分野での、金属材料からの代替化が期待されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−２００１３６号公報

【特許文献2】特開２０１４−５５８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、炭素繊維により強化された樹脂系複合材料には、ＣＦ−ＳＭＣの他に、プリプレグやＲＴＭがあり、プリプレグやＲＴＭが長繊維を主体とするのに対して、ＣＦ−ＳＭＣは１インチの長さの炭素繊維を主体とする。
炭素繊維はいずれの複合材料の原料として使用される場合でも、繊維束がストランド形態で提供されているが、炭素繊維は剛性であり、曲がりや折れが発生すると、その部位から破壊に繋がる亀裂が進展し易くなるため、最近では、開繊して配向状態としての等方性を高めた上で複合材料化することで、複合材料の強度向上を有意的に図ることが推奨されている。
そして、プリプレグやＲＴＭ用については、特許文献１、２に記載のように、空気流や振動する開繊部材を利用する具体的な開繊手法が提案されている。

【0005】

しかしながら、この手法をＣＦ−ＳＭＣ用についても適用するとなると、開繊した後に１インチの長さに切断することになるので、繊維がバラけて綿状になって、却って強度が低下してしまう。一方、切断した後に開繊するとなると、手動になってしまい、作業効率が悪かった。
それ故、本発明は、上記した問題点を解消し、ＣＦ−ＳＭＣ用に繊維束を切断した後に、その炭素繊維チョップドストランドを自動的に開繊できるよう工夫された、新規且つ有用な開繊装置を提供することを、その目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記目的を達成するために為されたものであり、請求項１の発明は、ほぼ水平方向を軸方向とし軸周りに回転可能な回転軸と、前記回転軸の径方向外方に突設された複数のピンと、前記回転軸の上方から炭素繊維チョップドストランドを落下させる導入シュートと、各ピンの先端部の回転軌道上に櫛歯凹部を配置した櫛歯フォークで構成された開繊機構を備え、前記炭素繊維チョップドストランドが、前記櫛歯凹部を跨いでその両側で受け止められた状態で回転により向かってきた前記ピンで叩かれることにより裂かれて開繊されることを特徴とする開繊装置である。

【0007】

請求項２の発明は、請求項１に記載した開繊装置において、複数のピンからなるピン列が回転軸の軸方向に沿って複数設けられ、前記ピン列のピンは１列おきに周方向で対向しており、炭素繊維チョップドストランドが前記ピンどうしの隙間にも誘導され、回転により向かってきた前記ピンで叩かれることにより裂かれて開繊されることを特徴とする開繊装置である。

【0008】

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した開繊装置において、櫛歯フォークの櫛歯凹部は、下方に向かって窄まった傾斜部の下端側に形成されていることを特徴とする開繊装置である。

【0009】

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した開繊装置において、導入シュートと櫛歯フォークは上下方向で連なっており、前記導入シュートに導入され落下した炭素繊維チョップドストランドは前記櫛歯フォークの櫛歯凹部から導出されることを特徴とする開繊装置である。

【0010】

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した開繊装置において、開繊機構が上下方向に複数備えられており、上段側の開繊機構から導出された炭素繊維チョップドストランドが下段側の開繊機構の導入シュートに導入されることを特徴とする開繊装置である。

【発明の効果】

【0011】

本発明の開繊装置によれば、ＣＦ−ＳＭＣ用に繊維束を短く切断した後に自動的に開繊でき、得られた炭素繊維チョップドストランドは綿状にならない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態に係る開繊装置の全体の概略図である。

【図2】図１と直交する方向から示す、開繊装置の全体の概略図である。

【図3】図１のピンの突設状態の説明図である。

【図4】図３のピンの配置状態の説明図である。

【図5】図１の開繊機構による炭素繊維チョップドストランドの開繊の説明図である。

【図6】図５と直交する方向から示す、開繊の説明図である。

【図7】図６とは別の部位を利用した開繊の説明図である。

【図8】図６、図７とは別の部位を利用した開繊の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施の形態に係る開繊装置１を図面に従って説明する。
図１、図２に示すように、開繊装置１は、切断装置Ｃと一体に設置されており、この切断装置Ｃの載置用フレームＦの内側に開繊装置１の筐体３が配置されている。この筐体３は断面四角形で縦長の角筒形になっており、天井部と底部とで上下が閉塞されている。これらの図では筐体３の正面側に位置する側部が図示省略されて内部が見えている。

【0014】

移送シュート５が筐体３の天井部を貫通して上下方向に直状に延びている。移送シュート５は断面四角形で縦長の角筒形になっており、上下端が開口している。その上端開口は切断装置Ｃで切断されて出てくる炭素繊維チョップドストランドＳを受入れる受入口７になっている。一方、下端開口は、開繊処理後の炭素繊維チョップドストランドＳが落下して吐出される吐出口９になっており、開繊処理後の炭素繊維チョップドストランドＳはこの吐出口９から落下して、筐体３の底部上に溜まる。筐体３の一つの側部には開放扉（図示省略）が設けられており、この開放扉を開いて溜まった炭素繊維チョップドストランドＳを取り出す。

【0015】

筐体３には、開繊機構１１が上中下三段にわたって配設されているが、いずれの段の構成も同じになっている。
開繊機構１１は断面円筒形の回転軸１３を備えている。その軸方向両端部は移送シュート５を超え筐体３の両側部を貫通して外方に突出しており、筐体３の両側部の外面にそれぞれ取付けられた軸受に回転可能に支持されている。この支持により、回転軸１３は水平方向を向いた姿勢に保持されている。
一方の軸受側には、モーター１５が取付けられている。このモーター１５の駆動軸に上記した回転軸１３が連結されており、モーター１５により駆動されて回転軸１３が軸周りに回転する。

【0016】

図３に詳細に示すように、移送シュート５の内側では、回転軸１３に複数のネジ孔１７、１７、……が形成されている。ネジ孔１７、１７、……は、回転軸１３の軸方向に沿って一定の間隔をあけて配置されており、ネジ孔列１９が形成されている。このネジ孔列１９は、周方向に一定の間隔をあけて複数設けられている。
ピン２１は、このネジ孔１７に着脱自在に取付けられる。ピン２１は断面円形のシャフト状になっている。ピン２１の突出側が平面になっており、取付け側の外周面にはネジ２３が形成されている。ピン２１をネジ孔１７に差し込んでネジ２３をネジ孔１７に対して螺進させると、所定の深さまで進んだ後それ以上の螺進は阻止されて固定される。従って、回転軸１３の外周面からのピン２１の突出高さは一定になっている。ピン２１を回転軸１３に取付けると、回転軸１３から径方向外方に突設した状態になる。

【0017】

ピン２１はネジ孔列１９のネジ孔１７、１７、……に一つおきに取付けられており、ピン列２５が回転軸１３の軸方向に沿って形成されている。また、隣り合うピン列２５、２５は、周方向ではピン２１が互い違いになるように配置されている。すなわち、ピン列２５のピン２１は１列おきに周方向で対向している。従って、ピン２１の周囲が隙間として残された状態となっている。図４ではネジ孔１７が図示省略されている。

【0018】

図５に示すように、回転軸１３の上方には導入シュート２７が配設されている。この導入シュート２７は水平方向に垂直な断面が長方形の角筒形になっており、下方に向かって窄まっている。対向する一対の側部が２つあるが、短辺側の一対の側部は板面が水平方向を向いているが、長辺側の一対の側部は同じ角度で互いに近づく方向に向かって傾斜して傾斜部２９、２９になっている。

【0019】

この２つの傾斜部２９、２９の下端側にそれぞれ櫛歯フォーク３１、３１が設けられている。櫛歯フォーク３１は下端縁から上方に向かって凹状に切り込まれて、複数の櫛歯凹部３３、３３、……が形成されている。櫛歯凹部３３は上下に縦長の長方形をしており、一定の間隔をあけて櫛歯凹部３３、３３どうしが隣り合っている。
導入シュート２７は、その長手方向と平行な中心線が回転軸１３の軸方向に上下で合わさるように位置決めされて配設されている。導入シュート２７の上端部は移送シュート５に隙間無く内嵌されて固定されている。そして、下端部が回転軸１３の外周面に接近している。下端の短手方向の寸法は、回転軸１３よりもわずかに小さくなっている。

【0020】

導入シュート２７の下端部が回転軸１３に接近しているので、ピン２１の先端部を含む大部分の回転軌道は傾斜部２９と交差するが、ピン２１の回転軌道上には櫛歯凹部３３がくるように位置決めされているので、櫛歯凹部３３を通り抜けることにより、ピン２１の全周回転が可能になっている。
通り抜けるピン２１と櫛歯凹部３３の対向する両側縁との間には１ｍｍ程度の僅かな隙間が形成されるよう設計されている。また、櫛歯凹部３３の切込み深さの寸法は、炭素繊維チョップドストランドＳの縦方向、すなわち切断方向と垂直な方向の寸法よりも僅かに大きくなるよう設計されている。

【0021】

開繊機構１１は上記のように構成されており、上下の開繊機構１１、１１のモーター１５は同じ側に配置され、中段の開繊機構１１は反対側に配置されているが、これは取付け易さや重量バランスを考慮したためであり、開繊動作に違いはない。
回転軸１３、ピン２１、導入シュート２７は鋼製になっている。

【0022】

次に開繊装置１の動作について説明する。
図５に示すように、切断装置Ｃで切断されて生成された炭素繊維チョップドストランドＳが移送シュート５内を落下し、白矢印に示すように、更に上段の開繊機構１１の導入シュート２７に全て落下導入されて、回転軸１３上に誘導されていく。
炭素繊維チョップドストランドＳが櫛歯凹部３３を跨いでその両側縁で受け止められた状態で隙間に入り込んだ場合には黒矢印に示すように回転により向かってきたピン２１で叩かれる。その状態では、炭素繊維チョップドストランドＳの炭素繊維の配向方向がピン２１の軸方向と揃っているかそれに近いので、図６に示すように、回転により向かってきたピン２１が炭素繊維チョップドストランドＳを叩くことで速やかに裂かれ、そこから亀裂が進展していき、最終的には両端まで裂かれて、開繊される。

【0023】

また、ピン２１の周りには隙間が設けられており、炭素繊維チョップドストランドＳがその隙間に縦方向や横方向から入り込むことができる。従って、回転軸１３上に誘導され落下して入り込む過程でピン２１に中間部分を叩かれれば、裂かれ、そこから亀裂が進展していき最終的には両端まで裂かれて、図７、図８に示すように、開繊される。

【0024】

炭素繊維チョップドストランドＳは、上記のように、開繊されて幅寸法が短くなった後には、図５に示すように、櫛歯凹部３３を通り抜けて導出される。但し、開繊されていないものについても、その平面側が櫛歯凹部３３の対向する一対の縁部を向いている場合には、櫛歯凹部３３を通り抜けて導出される。
回転軸１３が回転し続ける限りは、炭素繊維チョップドストランドＳは、櫛歯凹部３３を通り抜ける方向に移送されるので、ピン２１の隙間に嵌り込んで滞まることはない。

【0025】

上段の開繊機構１１の櫛歯凹部３３を通り抜けた炭素繊維チョップドストランドＳは、移送シュート５内を落下して、中段の開繊機構１１の導入シュート２７に全て導入されて、回転軸１３上に誘導されていき、再び開繊処理に供される。
下段の開繊機構１１についても同様である。
このように、三段の開繊機構１１、１１、１１により繰り返し開繊処理に供されるので、炭素繊維チョップドストランドＳの開繊処理の歩留まりは高くなっている。しかも、ピン２１で叩いて開繊しているので、炭素繊維チョップドストランドＳはバラけて綿状になることはない。

【0026】

本発明の開繊装置１によれば、ピン２１の叩きを利用しているので開裂応力が炭素繊維チョップドストランドＳ上に集中し易く、叩きどころが良ければ開繊がスムーズに進行する。
従って、開繊装置１を利用すれば、ＣＦ−ＳＭＣ用に適したサイズで綿状にならずに開繊された炭素繊維チョップドストランドを歩留まり良く得ることができる。

【0027】

炭素繊維ストランドはフィラメント数が大きいものほど安く購入できるので、６０Ｋを利用できれば原料コストを下げることができるが、フィラメント数が大きくなるほど、開繊した後に切断すると綿状になり易くなる。本発明の開繊装置１によれば、ピン２１、櫛歯凹部３３等の寸法や間隔をフィラメント数に合わせて設計可能であり、これらのフィラメント数の多いものについても、切断した後に歩留まり良く開繊できるものと期待される。

【実施例】

【0028】

開繊装置１を、図４、図５に記載した寸法（ｍｍ単位）で設計して、試験した。
１２Ｋを開繊したときには、以下の結果が確認されている。

【表1】

【0029】

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0030】

本発明の開繊装置は、切断装置と連動させて、切断から開繊まで連続して効率よく作業を進めることができる。

【符号の説明】

【0031】

１…開繊装置 ３…筐体 ５…移送シュート ７…受入口
９…吐出口 １１…開繊機構 １３…回転軸 １５…モーター
１７…ネジ孔 １９…ネジ孔列 ２１…ピン ２３…ネジ
２５…ピン列 ２７…導入シュート ２９…傾斜部 ３１…櫛歯フォーク
３３…櫛歯凹部
Ｃ…切断装置 Ｆ…載置用フレーム Ｓ…炭素繊維チョップドストランド

【要約】

【課題】ＣＦ−ＳＭＣ用に繊維束を切断した後に綿状にならずに開繊できるよう工夫された開繊装置の提供。
【解決手段】ほぼ水平方向を軸方向とし軸周りに回転可能な回転軸１３と、回転軸１３の径方向外方に突設された複数のピン２１と、回転軸１３の上方から炭素繊維チョップドストランドＳを落下させる導入シュート２７と、各ピン２１の先端部の回転軌道上に櫛歯凹部３３を配置した櫛歯フォーク３１で構成された開繊機構１１を備える。炭素繊維チョップドストランドＳが、櫛歯凹部３３を跨いでその両側で受け止められた状態で回転により向かってきたピン２１で叩かれることにより裂かれて開繊される。
【選択図】 図５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】