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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024127284
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】繊維束引き出し装置、および繊維複合材料の製造方法
(51)【国際特許分類】
B29C 70/54 20060101AFI20240912BHJP
B65H 57/14 20060101ALI20240912BHJP
B65H 49/06 20060101ALI20240912BHJP
【ＦＩ】
B29C70/54
B65H57/14
B65H49/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023036327
(22)【出願日】2023-03-09
(71)【出願人】
【識別番号】000003159
【氏名又は名称】東レ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】中尾 亮太
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 保
【テーマコード（参考）】
3F109
3F110
4F205
【Ｆターム（参考）】
3F109BA00
3F109CA04
3F109CA06
3F109CA08
3F109CB11
3F110BA00
3F110CA03
3F110DA09
3F110DB01
3F110DB18
4F205AD16
4F205AG07
4F205AH55
4F205AJ08
4F205HA02
4F205HA23
4F205HA37
4F205HA46
4F205HB01
4F205HC02
4F205HF23
4F205HK23
4F205HL02
4F205HT22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】強化繊維束の断面形状を維持したまま引き出し、一定の軌跡で走行させることが可能な繊維束引き出し装置および繊維複合材料の製造方法を提供する。
【解決手段】繊維束１が綾巻されたボビン２から前記繊維束を引き出す装置１０であって、ボビンを回転可能な状態で保持するボビンホルダー３と、ボビンから引き出された繊維束を受け取り、繊維束をひねって送出することにより、ボビンの中心軸に平行な方向における、繊維束の軌跡の変化を低減するひねり機構４と、装置における繊維束の経路において、ボビンホルダーとひねり機構との間に設けられる撚り防止機構２１とを備え、撚り防止機構は、繊維束と接触する支持部と、回転抑止手段とを有し、回転抑止手段により、繊維束と支持部とが接触する接触領域を正面側としたときの背面側の空気の圧力が、繊維束における接触領域における空気の圧力より高く保たれる、繊維束引き出し装置。
【選択図】図１
【解決手段】繊維束１が綾巻されたボビン２から前記繊維束を引き出す装置１０であって、ボビンを回転可能な状態で保持するボビンホルダー３と、ボビンから引き出された繊維束を受け取り、繊維束をひねって送出することにより、ボビンの中心軸に平行な方向における、繊維束の軌跡の変化を低減するひねり機構４と、装置における繊維束の経路において、ボビンホルダーとひねり機構との間に設けられる撚り防止機構２１とを備え、撚り防止機構は、繊維束と接触する支持部と、回転抑止手段とを有し、回転抑止手段により、繊維束と支持部とが接触する接触領域を正面側としたときの背面側の空気の圧力が、繊維束における接触領域における空気の圧力より高く保たれる、繊維束引き出し装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
繊維束が綾巻されたボビンから前記繊維束を引き出す装置であって：
前記ボビンを回転可能な状態で保持するボビンホルダーと；
前記ボビンから引き出された前記繊維束を受け取り、前記繊維束をひねって送出することにより、前記ボビンの中心軸に平行な方向における、前記繊維束の軌跡の変化を低減するひねり機構と；
前記装置における前記繊維束の経路において、前記ボビンホルダーと前記ひねり機構との間に設けられる撚り防止機構とを備え、
前記撚り防止機構は、前記繊維束と接触する支持部と、回転抑止手段とを有し、
前記回転抑止手段により、前記繊維束と前記支持部とが接触する接触領域を正面側としたときの背面側の空気の圧力が、前記繊維束における前記接触領域における空気の圧力より高く保たれる、繊維束引き出し装置。
前記ボビンを回転可能な状態で保持するボビンホルダーと；
前記ボビンから引き出された前記繊維束を受け取り、前記繊維束をひねって送出することにより、前記ボビンの中心軸に平行な方向における、前記繊維束の軌跡の変化を低減するひねり機構と；
前記装置における前記繊維束の経路において、前記ボビンホルダーと前記ひねり機構との間に設けられる撚り防止機構とを備え、
前記撚り防止機構は、前記繊維束と接触する支持部と、回転抑止手段とを有し、
前記回転抑止手段により、前記繊維束と前記支持部とが接触する接触領域を正面側としたときの背面側の空気の圧力が、前記繊維束における前記接触領域における空気の圧力より高く保たれる、繊維束引き出し装置。
【請求項2】
前記回転抑止手段は、圧縮空気を噴出するノズルにより構成され、
前記ノズルは、前記繊維束の経路を介して前記接触領域と略対向する位置に向けて前記圧縮空気が噴出するように配された、請求項１に記載の繊維束引き出し装置。
前記ノズルは、前記繊維束の経路を介して前記接触領域と略対向する位置に向けて前記圧縮空気が噴出するように配された、請求項１に記載の繊維束引き出し装置。
【請求項3】
前記ノズルは、前記接触領域の法線方向に対し、前記繊維束が走行する工程の下流側に傾斜した空気流を噴出する、請求項２に記載の繊維束引き出し装置。
【請求項4】
繊維束と前記繊維束に含浸された樹脂とを含む繊維複合材料の製造方法であって、
前記繊維束が綾巻された前記ボビンから、請求項１から３のいずれかに記載の繊維束引き出し装置を用いて、前記繊維束を引き出す工程を有する、繊維複合材料の製造方法。
前記繊維束が綾巻された前記ボビンから、請求項１から３のいずれかに記載の繊維束引き出し装置を用いて、前記繊維束を引き出す工程を有する、繊維複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ボビンに綾巻された繊維束を、撚りを発生させることなく高速で引き出す繊維束引き出し装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、炭素繊維複合材料の用途として、水素自動車に用いられる高圧水素タンクの補強材が注目されている。高圧水素タンクの製造には、一般的に「トウプレグ」とよばれる中間材を、ライナーの外周に巻付けて成形する方法が、適用されている。トウプレグは、平坦、すなわち横長の略矩形の断面を有し、熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維束である。高圧水素タンクには均一な耐圧性が要求される。高圧水素タンクにおいて均一な耐圧性を実現するためには、設計値通りの幅および厚みで、トウプレグがライナーに巻き付けられる必要がある。このため、トウプレグには、炭素糸繊維束の折り畳まれや撚りなどの欠陥のない、安定した矩形断面形状を有することが要求される。
【0003】
トウプレグの製造工程においては、炭素繊維束が綾巻されたボビンから繊維束が高速で引き出され、繊維束が熱硬化性樹脂を含浸され、その後、繊維束が他のボビンに巻き取られる。そのため、安定した矩形断面形状を有するトウプレグを製造するためには、ボビンに巻き取られている状態において平坦な矩形断面形状を有している繊維束を、その断面形状を維持したまま引き出し、蛇行のない一定の軌跡で走行させて、樹脂を含浸させることが望ましい。
【0004】
繊維束が綾巻されたボビンから繊維束を引き出す場合、ボビンを固定した状態で、繊維束をボビンの軸方向に沿って引き出すと、以下のような問題が生じる。すなわち、ボビンに巻かれた繊維束の巻き数に応じた撚りが繊維束に発生してしまい、繊維束の断面形状が平坦な矩形形状にならない。綾巻されたボビンから、撚りを生じさせることなく繊維束を引き出すには、以下のように繊維束を引き出す必要がある。すなわち、ボビンの中心軸を中心に回転可能な状態でボビンを保持し、その状態で繊維束をボビンの中心軸に直交する方向に引き出す。しかし、そのようにボビンから繊維束を引き出しても、ボビンに綾振りされて巻かれていた際の軌跡に従って、繊維束が蛇行する。すなわち、繊維束の走行位置が、時間の経過に応じて、ボビンの中心軸方向について変化する。その結果、繊維束を一定の軌跡で走行させることができない。
【0005】
そこで、ボビンの軸方向に沿った繊維束の軌跡の変化、いわゆる「綾振り」を取り除く手段として、特許文献１の技術がある。特許文献１の技術においては、ボビンに対して一定の距離をあけた位置に、ボビンの中心軸に対して９０度の向きを有する中心軸を備えた糸条位置規制ガイドが設けられる。繊維束の綾振りは、糸条位置規制ガイドの軸に垂直な面内における、糸条位置規制ガイドへの繊維束の入射角の変化に置き換えられる。糸条位置規制ガイドから送り出される繊維束の軌跡は、糸条位置規制ガイドに対してほぼ一定となる。すなわち、ボビンから綾振りされながら引き出される繊維束は、糸条位置規制ガイドを通過することで、その走行位置を固定される。なお、上記糸条位置規制ガイドは、本開示ではひねりロールに該当する。
【0006】
一方、ボビンに巻き取られている繊維束の全体の外径は、ボビンから繊維束が引き出されることにより、時間の経過とともに小さくなる。このため、繊維束の走行位置は、時間の経過とともに、ボビンの中心軸に近づく。すなわち、ひねりロールが受け入れる繊維束の走行位置は、時間の経過とともに、ひねりロールの中心軸の方向に沿って、変化する。そこで、特許文献２の技術では、ボビンの表面から引き出された繊維束に接触するタッチロールが設けられている。特許文献２には、ひねりロールに該当する機構が存在しないが、かかる技術を応用すれば、タッチロールから繊維束が離れる位置は、ボビンの中心軸に垂直な方向、すなわち、ひねりロールが配される場合は、その中心軸の方向について、固定される。その結果、ボビンに巻き取られている繊維束の全体の外径によらず、ひねりロールが受け入れる繊維束の走行位置は、ひねりロールの軸方向について、一定に保たれることとなる。
【0007】
また、特許文献３の技術においては、繊維束のトラバース方向と平行な回転軸を有し、外周面が太鼓型の案内ローラが、ボビンとガイドローラ１７（本開示におけるひねりロールに相当）との間に、設けられる。ボビンから引き出された繊維束は、軌跡の周期的な変化に伴って、案内ローラにおける異なる位置の外周面を通過するが、かかる案内ローラは外周面が太鼓型であることから、特許文献３の構成を用いることで、ボビンからガイドローラまでの繊維束の軌跡の距離の周期的な変化が緩和され、繊維束のたるみによる撚りの発生が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2012-184279号公報
【特許文献2】特開2019-199321号公報
【特許文献3】特開2008-156104号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかし、ボビンに繊維束が綾巻されている限り、ボビン上から繊維束が離れる位置は、ボビンの軸方向に往復移動する。このため、ボビンからひねりロールまでの繊維束の軌跡の距離は、周期的に変化する。このため、ボビンとひねりロールとの間において、繊維束の張力が周期的に変化する。その結果、繊維束が緩んだ際に、繊維束が反転し、撚りが発生することがある。この繊維束の緩みによる撚りの発生は、特にボビン端部における繊維束の折り返しのポイントで起こりやすい。
【0010】
特許文献３の技術によっても、ボビンの端部において繊維束が方向転換する際に起こる急激な張力変動を抑えることはできないため、繊維束に撚りが発生する場合がある。
【0011】
かかる事態を鑑みて、本開示において解決する課題は以下の通りである。
【0012】
すなわち、ボビンに綾巻されており横長の断面形状を有する繊維束、特に、繊維複合材料の製造に用いられる強化繊維束を、その断面形状を維持したまま引き出し、一定の軌跡で走行させることが可能な繊維束引き出し装置が、求められている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本開示の一形態によれば、繊維束が綾巻されたボビンから前記繊維束を引き出す装置が提供される。この繊維束引き出し装置は、前記ボビンを回転可能な状態で保持するボビンホルダーと；前記ボビンから引き出された前記繊維束を受け取り、前記繊維束をひねって送出することにより、前記ボビンの中心軸に平行な方向における、前記繊維束の軌跡の変化を低減するひねり機構と；前記装置における前記繊維束の経路において、前記ボビンホルダーと前記ひねり機構との間に設けられる撚り防止機構とを備え、前記撚り防止機構は、前記繊維束と接触する支持部と、回転抑止手段とを有し、前記回転抑止手段により、前記繊維束と前記支持部とが接触する接触領域における空気の圧力である、接触領域空気圧力より、前記繊維束から見て前記接触領域を正面側としたときの背面側の空気の圧力である、背面側空気圧力が大きく保たれる。
（１）本開示の一形態によれば、繊維束が綾巻されたボビンから前記繊維束を引き出す装置が提供される。この繊維束引き出し装置は、前記ボビンを回転可能な状態で保持するボビンホルダーと；前記ボビンから引き出された前記繊維束を受け取り、前記繊維束をひねって送出することにより、前記ボビンの中心軸に平行な方向における、前記繊維束の軌跡の変化を低減するひねり機構と；前記装置における前記繊維束の経路において、前記ボビンホルダーと前記ひねり機構との間に設けられる撚り防止機構とを備え、前記撚り防止機構は、前記繊維束と接触する支持部と、回転抑止手段とを有し、前記回転抑止手段により、前記繊維束と前記支持部とが接触する接触領域における空気の圧力である、接触領域空気圧力より、前記繊維束から見て前記接触領域を正面側としたときの背面側の空気の圧力である、背面側空気圧力が大きく保たれる。
【0014】
このような態様においては、ひねり機構により、繊維束の軌跡の変化を低減することができる。さらに、繊維束と支持部との接触領域における空気圧と前記背面側圧力の差圧によって、繊維束の撚りを防止することができる。
（２）上記形態の繊維束引き出し装置において、前記回転抑止手段は、圧縮空気を噴出するノズルにより構成され、前記ノズルは、前記繊維束の経路を介して前記接触領域と略対向する位置に向けて前記圧縮空気が噴出するように配された、態様とすることができる。
（２）上記形態の繊維束引き出し装置において、前記回転抑止手段は、圧縮空気を噴出するノズルにより構成され、前記ノズルは、前記繊維束の経路を介して前記接触領域と略対向する位置に向けて前記圧縮空気が噴出するように配された、態様とすることができる。
【0015】
このような態様とすることにより、前記背面側空気圧力を高め、繊維束が支持部に接触する力を強くすることができ、繊維束を、その断面形状を維持したまま、引き出し、一定の軌跡で走行させることができる。
（３）上記形態の繊維束引き出し装置において、前記回転抑止手段は、前記ノズルが、前記接触領域の法線方向に対し、前記繊維束が走行する工程の下流側に傾斜した前記圧縮空気を噴出するように配された、態様とすることができる。
（３）上記形態の繊維束引き出し装置において、前記回転抑止手段は、前記ノズルが、前記接触領域の法線方向に対し、前記繊維束が走行する工程の下流側に傾斜した前記圧縮空気を噴出するように配された、態様とすることができる。
【0016】
このような態様とすることにより、前記空気流により、繊維束に追加の張力が生じ、撚りの原因となる、繊維束の弛みを抑制することができる。
（４）本開示の他の形態によれば、繊維束と前記繊維束に含浸された樹脂とを含む繊維複合材料の製造方法が提供される。この方法は、前記繊維束が綾巻された前記ボビンから、上記形態の繊維束引き出し装置、または上記形態の繊維束の引き出し方法を用いて、前記繊維束を引き出す工程を有する。
（４）本開示の他の形態によれば、繊維束と前記繊維束に含浸された樹脂とを含む繊維複合材料の製造方法が提供される。この方法は、前記繊維束が綾巻された前記ボビンから、上記形態の繊維束引き出し装置、または上記形態の繊維束の引き出し方法を用いて、前記繊維束を引き出す工程を有する。
【0017】
このような態様により、所望の幅および厚みを有する断面形状を備えた繊維複合材料を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本開示に係る繊維束引き出し装置の一実施形態を示す模式図である。
【図3】本開示に係る繊維束引き出し装置の別の実施形態を示す模式図である。
【図5】本開示に係る繊維束引き出し装置のさらに別の実施形態を示す模式図である。
【図5A】本開示に係る繊維束引き出し装置のさらに別の実施形態を示す模式図である。
【図7】本開示に係る繊維束引き出し装置のさらに別の実施形態を示す模式図である。
【図9】本開示に係る繊維複合材料の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、理解を容易にするため、適宜図面を参照しつつ本発明を説明するが、本発明はこれらの図面によって何ら限定されるものではない。また、図面に示される特定の実施形態についての説明は、上位概念としての本発明の説明としても理解し得るものである。
Ａ．実施形態：
Ａ１．繊維束引き出し装置の構成および機能：
（１）繊維束引き出し装置１０
図１に、本実施の形態による繊維束引き出し装置１０を示す。なお、本明細書に添付する図面が、いずれも繊維束引き出し装置や繊維束の寸法を正確に反映したものではない。繊維束引き出し装置１０は、繊維束１が綾巻されたボビン２から繊維束１を引き出す装置である。繊維束１は、横長の断面形状を有する。本明細書において「綾巻き」とは、ボビンの中心軸に沿って巻き付け位置を往復動させながら繊維束が巻き付けられる、巻き付けの態様である。綾巻きにおいては、繊維束がボビンに１周巻き付けられたとき、巻き付け終了時の繊維束の位置は、巻き付け開始時の繊維束の位置に対して、繊維束の幅以上にずれている。
Ａ．実施形態：
Ａ１．繊維束引き出し装置の構成および機能：
（１）繊維束引き出し装置１０
図１に、本実施の形態による繊維束引き出し装置１０を示す。なお、本明細書に添付する図面が、いずれも繊維束引き出し装置や繊維束の寸法を正確に反映したものではない。繊維束引き出し装置１０は、繊維束１が綾巻されたボビン２から繊維束１を引き出す装置である。繊維束１は、横長の断面形状を有する。本明細書において「綾巻き」とは、ボビンの中心軸に沿って巻き付け位置を往復動させながら繊維束が巻き付けられる、巻き付けの態様である。綾巻きにおいては、繊維束がボビンに１周巻き付けられたとき、巻き付け終了時の繊維束の位置は、巻き付け開始時の繊維束の位置に対して、繊維束の幅以上にずれている。
【0020】
なお、本明細書において、「繊維束の幅」は、繊維束の長手方向に垂直な断面において、繊維束が占める領域の外縁上の任意の２点を結ぶ線分のうち、最も長い線分の長さである。「繊維束の厚み」は、繊維束の長手方向に垂直な断面において、繊維束が占める領域の外縁上の２点であって、繊維束の幅を規定する線分に垂直な方向に沿って位置する２点を結ぶ線分のうち、最も長い線分の長さである。繊維束の幅と繊維束の厚みは、繊維束がボビンに巻かれた状態で計測されるものとする。
【0021】
繊維束引き出し装置１０は、繊維束引き出し装置１０における繊維束１の経路に沿って、順に、ボビンホルダー３と、撚り防止機構２１と、ひねりロール４と、ドライブ装置５と、を備えている。なお、以下本明細書において、繊維束引き出し装置を単に「引き出し装置」という場合がある。
【0022】
より詳細には、引き出し装置１０は、繊維束１が綾巻されたボビン２を取り付けるボビンホルダー３と、ボビン２の中心軸方向、すなわちボビンホルダー３の中心軸方向に対して略直交する中心軸を有して設けられ、ボビン２から引き出された繊維束１からボビンホルダーの中心軸方向の綾振り成分を取り除くひねりロール４と、ボビンホルダー３とひねりロール４との間、すなわちボビンホルダー３からひねりロール４に至るまでの繊維束１の通過領域に設けられ、ボビン２から引き出された繊維束１と接触して繊維束を支持する支持部であるフリーロール１２と、ボビンから引き出された繊維束の経路を介してフリーロール１２と略対向する位置またはそれに近しい位置に配置された、回転抑止手段であるノズルユニット２３と、繊維束を駆動するドライブ装置５を備えている。
【0023】
なお、本明細書において「軸Ａが軸Ｂに略直交する」とは、軸Ａを、軸Ｂに垂直な方向に沿って軸Ｂに投写したとき、二本の軸がなす角の大きさが９０度±１０度の範囲内であることをいう。
【0024】
ボビンホルダー３は、ボビン２を回転可能な状態で保持する（図１の下段参照）。より具体的には、ボビンホルダー３は、ボビン２が備える穴の内側からボビン２を保持する、棒状の部材である。ボビンホルダー３は、ボビン２の円周方向にボビン２を回転させることができるように構成されている。ボビン２を支持するボビンホルダー３の軸には、図示しないトルク付与モーターが接続されている。トルク付与モーターは、ボビン２から繊維束１が引き出される際に、ボビン２の回転に対して反対方向にトルクを発生させ、繊維束１に一定の張力を付与するよう構成されている。図１において、ボビンホルダー３がボビン２を回転させる際の回転軸を、ＡＲ０で示す。ボビン２の回転の回転軸ＡＲ０は、ボビン２の中心軸と一致する。
【0025】
撚り防止機構２１は、繊維束１の撚りを防止する。撚り防止機構２１は、引き出し装置１０における繊維束１の経路において、ボビンホルダー３とひねりロール４との間に設けられる（図１の中央部参照）。撚り防止機構２１は、支持部であるフリーロール１２と、回転抑止手段であるノズルユニット２３と、を有する。ノズルユニット２３は、図示しないコンプレッサーに接続され、コンプレッサーは前記ノズルユニットに圧縮空気を供給する。
【0026】
図２は、撚り防止機構２１の構成を示す模式図である。フリーロール１２は、ボビン２から引き出された繊維束１と接触する。具体的には、フリーロール１２は、ボビン２の中心軸と略平行な軸を中心として回転可能に構成されるロールである（図１の中段右部参照）。その結果、フリーロール１２は、ボビン２の回転軸ＡＲ０の方向に平行な軸を中心に回転可能に構成されている。フリーロール１２は、フリーロール１２に接触している繊維束１の搬送に伴って、回転する。
【0027】
なお、本明細書において「軸Ａが軸Ｂに略平行である」とは、軸Ａを、軸Ｂに垂直な方向に沿って軸Ｂに投写したとき、二本の軸がなす角の大きさが１０度以下であることをいう。
【0028】
ここで、ボビン２から繊維束１が引き出される際の、ボビン２の半径方向における繊維束１の経時的な走行位置の変化によらず、フリーロール１２は常に繊維束１と接触し、このとき、フリーロール１２と繊維束１との間に、フリーロール１２に沿った曲面状の接触領域１６が生じる。
【0029】
ノズルユニット２３は、フリーロール１２と、繊維束１の経路を介して略対向する位置またはそれに近しい位置に、すなわち、繊維束における接触領域１６を有する側と反対側の空間に、フリーロール１２の中心軸と略平行に設置される。ノズルユニット２３は、ボビン２の回転軸ＡＲ０に平行な方向に複数のノズル２４を備え、図示しないコンプレッサーから供給される圧縮空気を、ノズル２４から、空気流２５として、繊維束の経路を介して前記接触領域１６と略対向する位置に向けて噴出する。このような態様とすることにより、繊維束１における接触領域１６を正面とした場合の背面にあたる背面１７が空気流２５に曝される。その結果、背面１７における空気の圧力である背面側空気圧力１９を、接触領域１６にかかる接触領域空気圧力１８よりも高めることができ、フリーロール１２に強く押し付けることができ、繊維束１に撚りが生じ難いようにすることができる。したがって、繊維束１を、その断面形状を維持したままボビン２から引き出し、一定の軌跡で走行させることができる。
【0030】
また、ノズル２４は、接触領域１６の法線に対し、工程下流方向（すなわち、図２の上方向）に向かって傾斜しており、同様に、空気流２５も工程下流方向に向かって傾斜して噴出される。このような態様とすることにより、空気流２５に曝される繊維束１において、背面側空気圧力１９が高まると同時に、追加の張力が付与されることで、繊維束１をより強くフリーロール１２に押し付けることができ、したがって、断面形状を維持したままボビン２から引き出し、一定の軌跡で走行させることができる。
【0031】
なお、接触領域１６の法線について、支持部としてフリーロール１２以外を用いた場合も考慮すると、接触領域１６は曲面もしくは平面、もしくはそれらが複合した面を形成している態様をとり得るが、そのいずれの場合においても、接触領域１６の法線とは、接触領域１６の中心近傍の微小領域を平面と見なした際の法線を意味する。
【0032】
ひねりロール４は、ボビン２の回転軸ＡＲ０に垂直な向きを中心として回転するロールである。ひねりロール４の中心軸とボビン２の中心軸とがなす角度が９０度であることは必須ではないが、繊維束１の走行位置を固定し、蛇行を防止するためには、上記角度は、９０度もしくはこれに近い角度であることが好ましい。ひねりロール４は、引き出し装置１０における繊維束１の経路において、撚り防止機構２１とドライブ装置５との間に設けられる（図１の中央部参照）。ひねりロール４は、ボビン２から引き出された繊維束１を受け取り、繊維束１をひねって送出する。さらに、ひねりロール４を介することで、繊維束１の経路は屈曲される。その結果、繊維束１の軌跡の変化が低減される。
【0033】
繊維束１は、横長の断面形状を有する。繊維束１は、断面の長手方向がボビン２の回転軸ＡＲ０と略平行な姿勢で、ボビン２から引き出され、ほぼその姿勢を保って撚り防止機構２１を通過する（図１の中段参照）。その後、繊維束１は、ひねり機構としてのひねりロール４に接触して、その搬送方向を略９０度変更されて、ひねりロール４から送出される。その結果、ボビン２における繊維束１の綾振りＡｔ２は、ひねりロール４の中心軸に垂直な面内における、ひねりロール４への繊維束１の入射角の変化に置き換えられる。
【0034】
ひねりロール４から送り出される繊維束１の軌跡は、ひねりロール４に対して一定となる（図１の中段右部参照）。繊維束１が、ひねりロール４の表面に接触し、ひねりロール４の表面に約９０度の範囲にわたり巻きつくことにより、繊維束１の断面の長手方向がボビン２の回転軸ＡＲ０と略垂直な方向に、変更される。
【0035】
ドライブ装置５は、繊維束１を搬送する（図１の上段右部参照）。ドライブ装置５に保持され、搬送されることにより、繊維束１は、ボビン２から引き出される。ドライブ装置５は、ひねりロール４のさらに下流側に設けられている。すなわち、ドライブ装置５は、引き出し装置１０における繊維束１の経路において、ひねりロール４に対して、撚り防止機構２１とは逆の側に位置する。ドライブ装置５は、駆動ロール６とニップロール７によって構成されている。
【0036】
駆動ロール６は、ひねりロール４の中心軸と略平行な中心軸を有する。駆動ロール６は、図示されない速度調整可能なモーターに接続されている。駆動ロール６は、繊維束１が所望の引き取り速度でボビン２から引き出され搬送されるよう、回転速度を設定可能である。
【0037】
ニップロール７は、駆動ロール６の中心軸と略平行な中心軸を有する。ニップロール７は、繊維束１を駆動ロール６に押しつける。ドライブ装置５は、ひねりロール４を通過した繊維束１を、一定の軌跡に沿って直線的に走行させるよう構成されている。
【0038】
本開示の技術に係る引き出し装置１０を用いて繊維束１を引き出す場合、以下のような処理が行われる。まず、ドライブ装置５において、駆動ロール６とニップロール７で繊維束１をニップした状態から、駆動ロール６を回転させる。これにより、ボビンホルダー３に保持されたボビン２が回転し、ボビン２に綾巻きされていた繊維束１がボビン２から引き出される。ボビン２から引き出された繊維束１は、続いて撚り防止機構２１へ到達し、フリーロール１２の表面に接触して支持されつつ、ボビン２の回転軸ＡＲ０の方向に沿って綾振りされながら、ひねりロール４に向かって通過する。
【0039】
繊維束１は撚り防止機構２１を通過する際、接触領域１６においてフリーロール１２に接触し、フリーロール１２の表面に沿って走行する。その結果、繊維束１が巻き付けられているボビン２の外径に関わらず、ひねりロール４の中心軸の方向については、フリーロール１２と接触するポイントに、走行位置が固定される。また、フリーロール１２の表面に沿って綾振りされながら引き出された繊維束１は、ボビン２の中心軸に対して９０度交差したひねりロール４を通過することで、ボビン２の中心軸方向の綾振り成分が取り除かれ、ボビン２の中心軸方向の走行位置が、このひねりロール４と接触するポイントで固定される。なお、本明細書において、「綾振り成分」とは、ボビンに綾巻きされた繊維束がボビンから引き出される際の、時間の経過に伴う、軌跡の変化を意味する。かかる軌跡の変化には、ボビンの中心軸に平行な方向の変化と、ボビンの中心軸に垂直な方向の変化とがあり、ひねりロール４は、ボビンの中心軸に平行な方向の軌跡の変化を低減するものである。なお、一般に、ボビンから引き出された繊維束の軌跡の変化は、相対的に短い時間でみれば、実質的にボビンの中心軸に平行な方向の変化といってよいことが多いが、相対的に長い時間で見れば、繊維束の引き出しに伴って生じるボビンの巻径の変化により、ボビンの中心軸に垂直な方向の変化も含み得る。
【0040】
そして、接触領域１６から見て繊維束１の背面側、かつ、フリーロール１２と略対向する位置またはそれに近しい位置に、ノズルユニット２３が設けられることで、以下のような効果が得られる。すなわち、空気流２５によって、繊維束１の背面側空気圧力１９は、接触領域空気圧力１８よりも高く保たれているため、フリーロール１２に倣って走行していた繊維束１が、ボビン２からひねりロール４までの距離の周期的な変化によって生じる張力変化のために緩んで翻りかけた場合においても、圧力１９と圧力１８との差圧と、空気流２５が工程下流方向に流れる際の随伴流による追加の張力と、によって、繊維束１はフリーロール１２に押し付けられ、その回転が抑制される。そのため、上記撚り防止機構２１を通過する際に繊維束１が翻る、すなわち回転する、ということがない。その結果、フリーロール１２からひねりロール４に至る領域において、繊維束１に不安定な撚りが発生することなく、ひねりロール４にて９０度だけひねられる状態が安定して続く。このため、繊維束１は、ボビン２上の平坦な矩形断面形状を維持できる。また、繊維束の撚りに伴う蛇行も発生せず、ひねりロール４から下流において直線状に安定して走行させることができる。
【0041】
本実施形態の繊維束引き出し装置１０においては、ひねりロール４により、主としてボビン２の回転軸ＡＲ０の方向について、繊維束１の軌跡の変化を低減することができる。さらに、ひねりロール４の上流において、フリーロール１２によって、繊維束１の経路を、接触領域１６の法線方向に変動させず一定に保つことができる。そして、ノズルユニット２３によって、繊維束１の撚りを防止することができる。その結果、ボビン２に綾巻されており横長の断面形状を有する繊維束を、その断面形状を維持したまま引き出し、一定の軌跡で走行させることができる。
【0042】
ここで、上記の張力の変化は、繊維束１の引き出し速度の増加に伴って激しくなる。このため、繊維束１の引き出し速度の増加に伴って、撚りの発生原因となる繊維束１に翻りが生じる確率が増加する。しかしながら、本実施形態の引き出し装置１０を用いて繊維束１を引き出す場合、速度条件によらず、繊維束１の回転を抑制可能である。このため、繊維束１の引き出し速度が１０ｍ／分程度である低速の条件下に限らず、５０ｍ／分以上、更には１００ｍ／分以上のような高速の条件下で繊維束１を引き出した場合においても、撚りを発生させることなく、安定して走行させることができる。従って、高速条件での安定走行のために、本開示の技術は特に好適である。同時に、繊維束１が撚り防止機構２１を通過する際に、フリーロール１２にのみ接触させる態様が可能となるため、繊維束１の擦過を最小限に抑えることができる。したがって、繊維束を構成する単糸の径が小さい場合や、繊維束が多量の毛羽を含む場合といった、対擦過性の低い繊維束を引き出すために、本開示の技術は特に好適である。
（２）繊維束引き出し装置３０
図３に、繊維束引出し装置１０とは異なる実施の形態である、繊維束引き出し装置３０を示す。繊維束引き出し装置３０においては、撚り防止機構２１の代わりに、撚り防止機構３１を備える。
（２）繊維束引き出し装置３０
図３に、繊維束引出し装置１０とは異なる実施の形態である、繊維束引き出し装置３０を示す。繊維束引き出し装置３０においては、撚り防止機構２１の代わりに、撚り防止機構３１を備える。
【0043】
図４は、撚り防止機構３１の構成を示す模式図である。撚り防止機構３１は、フリーロール１２と、吸引ノズルユニット３３を有する。吸引ノズルユニット３３は、接触領域１６における繊維束１から見て、接触領域１６側の方向にあり、フリーロール１２からみると、フリーロール１２を挟んで接触領域１６と反対側に設置されている。また、吸引ノズルユニット３３は、図示しない吸引ブロワに接続され、吸引ブロワは、その動作によって吸引ノズルユニット３３の内部に負圧を生じさせる。
【0044】
吸引ノズルユニット３３は、吸引ノズル３４を備え、吸引ブロワの動作により生じる負圧によって、吸引ノズル３４の周囲の空気を吸引する、吸引空気流３５が生成される。吸引空気流３５により、フリーロール１２の周りの空気が吸引され、コアンダ効果によって接触領域１６近傍の空気も吸引される。このような態様とすることにより、背面側空気圧力１９よりも接触領域空気圧力１８を低減せしめ、差圧を生じさせることで、フリーロール１２に倣って走行していた繊維束１が、ボビン２からひねりロール４までの周期的な距離の変化によって生じる張力変化のために緩んで翻りかけた場合においても、繊維束１がフリーロール１２に押し付けられ、その回転が抑制される。その結果、ボビン２に綾巻された横長の断面形状を有する繊維束１を、その断面形状を維持したまま引き出し、一定の軌跡で走行させることができる。また、本態様においては、フリーロール１２の近傍において、繊維束からみてフリーロール１２を正面とした場合の繊維束１の背面側に機器を設置する必要がないため、引き出し装置３０を用いて繊維束１を引き出す場合、予めドライブ装置５に繊維束１を把持させるまでの作業が容易に可能となる。
（３）繊維束引き出し装置４０
図５に、繊維束引出し装置１０および３０とは異なる実施の形態である、繊維束引き出し装置４０を示す。繊維束引き出し装置４０においては、撚り防止機構１１または３１の代わりに、撚り防止機構４１を備える。
（３）繊維束引き出し装置４０
図５に、繊維束引出し装置１０および３０とは異なる実施の形態である、繊維束引き出し装置４０を示す。繊維束引き出し装置４０においては、撚り防止機構１１または３１の代わりに、撚り防止機構４１を備える。
【0045】
図６は撚り防止機構４１の構成を示す模式図である。撚り防止機構４１は、繊維束引出し装置１０および３０におけるフリーロール１２の位置に、代わりにフリーロール４２を有する。フリーロール４２の表面には複数の吸引口４３が設けられている。また、フリーロール４２は、その軸心に設けられた吸引パイプ４４を介して図示しない吸引ブロワに接続され、吸引ブロワは、その動作により、フリーロール４２の内部に負圧を生じさせる。吸引口４３は、フリーロール４２の表面に設けられ、かつ、フリーロール４２の軸心部にまで通気する空洞であって、吸引ブロワが動作することでフリーロール４２内部に生じた負圧に伴い、吸引口４３から空気が吸引される。
【0046】
フリーロール４２は、吸引ブロワの動作により生じる負圧によって、吸引口４３から接触領域１６とその付近の空気を直接吸引する。吸引パイプ４４は、フリーロール４２の回転軸に対し、回転自在に設けられており、フリーロール４２が繊維束１の搬送に伴って回転しても、吸引パイプ４４の位置は保持される。
【0047】
このような態様とすることにより、上記した態様と同様の作用により、相対的に圧力１９を圧力１８よりも高め、差圧を生じさせることができる。その結果、フリーロール４２に倣って走行していた繊維束１が緩んで翻り回転することが抑制され、また、繊維束１を、その断面形状を維持したまま引き出し、一定の軌跡で走行させることができる。また、本態様においては、接触領域１６近傍の空気を直接吸引するため、吸引に要する空気の流量を最小限に抑えることができ、したがって、運転に要するコストを低減せしめることができる。
（４）繊維束引き出し装置５０
図７に、繊維束引出し装置１０、３０および４０とは異なる実施の形態である、繊維束引き出し装置５０を示す。繊維束引き出し装置５０においては、撚り防止機構１１、３１もしくは４１の代わりに、撚り防止機構５１を備える。
（４）繊維束引き出し装置５０
図７に、繊維束引出し装置１０、３０および４０とは異なる実施の形態である、繊維束引き出し装置５０を示す。繊維束引き出し装置５０においては、撚り防止機構１１、３１もしくは４１の代わりに、撚り防止機構５１を備える。
【0048】
図８は撚り防止機構５１の構成を示す模式図である。撚り防止機構５１は、フリーロール５２を有し、その回転により周囲に生成される随伴気流５５が図８に示されている。撚り防止機構５１は、また、繊維束１の通過領域外、かつ、接触領域１６から見て工程の上流側に、随伴流制限部材５３を有する。
【0049】
随伴流制限部材５３は、接触領域１６の近傍において、随伴気流５５がフリーロール５２に沿って流れるための制限部５４を有する。制限部５４とフリーロール５２とは、フリーロール５２の回転に伴って生成される随伴気流５５の厚みよりも小さい間隔を有して配置される。随伴気流５５は、制限部５４を通過する際にその流量を制限される。制限部５４より下流の領域（すなわち、接触領域１６の近傍）において随伴気流５５は再びその流量を増大させるため、周囲の空気を引き込むよう、負圧を生じさせる。その結果、制限部５４の下流にある接触領域１６およびその近傍において、接触領域空気圧力１８が低下する。このような態様とすることにより、上記した態様と同様の作用で、相対的に圧力１９を圧力１８よりも高めることができ、その結果、上記と同様の作用にて、繊維束１が緩んで翻り回転することが抑制され、また、繊維束１を、その断面形状を維持したまま引き出し、一定の軌跡で走行させることができる。また、本態様においては、コンプレッサーや吸引ブロワといった追加の機器を必要としないため、引き出し装置をより安価に構成することができる。
【0050】
上述の各実施形態において、ひねりロール４を、「ひねり機構」とも呼ぶ。また、フリーロール１２、および、フリーロール４２、および、フリーロール５２を「支持部」とも呼ぶ。さらに、ノズルユニット２３、および、吸引ノズルユニット３３、および、吸引口４３、および、随伴流制限部材５３を「回転抑止手段」とも呼ぶ。
Ａ２．繊維束引き出し装置に係る各構成要素の好ましい仕様：
繊維束引出し装置１０、２０、３０、４０、および、５０において、これらに係る各要素について、それぞれの好ましい態様を以下に示す。
Ａ２．繊維束引き出し装置に係る各構成要素の好ましい仕様：
繊維束引出し装置１０、２０、３０、４０、および、５０において、これらに係る各要素について、それぞれの好ましい態様を以下に示す。
【0051】
（１）フリーロール
（ｉ）フリーロール共通
フリーロール１２、４２および５２は、繊維束１と接触領域１６において接触し、ボビン２から繊維束１を連続的に引き出す際における、接触領域１６の法線方向における経路を一定に保ちつつ、ひねりロール４に向かって、繊維束１を誘導する。繊維束１との接触によってフリーロールが回転する際において、繊維束１に生じる擦過を最小限に留められるよう、フリーロールにおいては、接触領域１６の幾何的な面積に対する繊維束１との真実接触面積の比を最小化し、かつ、自身の回転に伴う抵抗が最小化されることが好ましい。具体的には、繊維束１との真実接触領域積を最小化するため、フリーロールは、金属で構成され、その表面を硬化クロムメッキ、またはセラミック処理され、かつ、その表面性状について、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：１９９４記載の算術平均粗さＲａが０．８～１．６の梨地状であることが好ましい。また、フリーロールの回転抵抗は、ボビンホルダー３で付与される繊維束１の張力に対し、１０％未満であることが好ましく、５％未満であることがより好ましい。さらに、ボビン２から引き出される繊維束１の綾振りにより僅かに生じる、フリーロール上を通過する繊維束１の走行速度の周期的な変化に対して、フリーロールの回転速度が即時に追従できるよう、フリーロールの回転慣性は最小化されることが好ましい。
（ｉ）フリーロール共通
フリーロール１２、４２および５２は、繊維束１と接触領域１６において接触し、ボビン２から繊維束１を連続的に引き出す際における、接触領域１６の法線方向における経路を一定に保ちつつ、ひねりロール４に向かって、繊維束１を誘導する。繊維束１との接触によってフリーロールが回転する際において、繊維束１に生じる擦過を最小限に留められるよう、フリーロールにおいては、接触領域１６の幾何的な面積に対する繊維束１との真実接触面積の比を最小化し、かつ、自身の回転に伴う抵抗が最小化されることが好ましい。具体的には、繊維束１との真実接触領域積を最小化するため、フリーロールは、金属で構成され、その表面を硬化クロムメッキ、またはセラミック処理され、かつ、その表面性状について、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：１９９４記載の算術平均粗さＲａが０．８～１．６の梨地状であることが好ましい。また、フリーロールの回転抵抗は、ボビンホルダー３で付与される繊維束１の張力に対し、１０％未満であることが好ましく、５％未満であることがより好ましい。さらに、ボビン２から引き出される繊維束１の綾振りにより僅かに生じる、フリーロール上を通過する繊維束１の走行速度の周期的な変化に対して、フリーロールの回転速度が即時に追従できるよう、フリーロールの回転慣性は最小化されることが好ましい。
【0052】
上記実施形態において、支持部として示されるフリーロール１２、４２および５２は、ボビン２の回転軸ＡＲ０に平行な回転軸を有し、当該軸に対して回転自在に構成されている。しかし、該支持部においては、繊維束１と接触し、ボビン２の半径方向における繊維束１の走行位置を一定に保つことができれば、必ずしも回転自在に構成されている必要はなく、その回転が固定されたバーでもよい。一方で、支持部を通過する際において、繊維束１に生じる擦過を最小限に抑えるため、支持部は回転自在に構成されていることが好ましい。
【0053】
また、支持部と繊維束との接触によって生じる接触領域は、繊維束の経時的な走行位置の変化に伴い、その面積を経時的に変化させる。支持部における繊維束の擦過による破損を最小限にするため、接触領域の面積の経時変化が最小となるよう、支持部が設置されることが好ましい。
【0054】
（ｉｉ）フリーロール４２
図５、図６等に示すフリーロール４２は、その表面に複数の吸引口４３を備えていれば、その構成は特に限定されるものではなく、吸引口４３は、フリーロール４２の表面に穿孔されて形成されていても良く、または、フリーロール４２の表面材質を多孔質材料とし、吸引口４３を当該多孔質材料に予め形成されている細孔としても良い。後者の場合、吸引口４３からフリーロール４２内部の流路まで直線状に流路が接続されている必要はなく、多孔質材料が粉状の粒子を焼結させてなるものであって、焼結された粒子同士の隙間を複数経由して流路が構成されていても良い。
図５、図６等に示すフリーロール４２は、その表面に複数の吸引口４３を備えていれば、その構成は特に限定されるものではなく、吸引口４３は、フリーロール４２の表面に穿孔されて形成されていても良く、または、フリーロール４２の表面材質を多孔質材料とし、吸引口４３を当該多孔質材料に予め形成されている細孔としても良い。後者の場合、吸引口４３からフリーロール４２内部の流路まで直線状に流路が接続されている必要はなく、多孔質材料が粉状の粒子を焼結させてなるものであって、焼結された粒子同士の隙間を複数経由して流路が構成されていても良い。
【0055】
図５Ａおよび６Ａに、回転が固定されたバー４２Ａと、その表面に、繊維束１と接触する領域に複数の吸引口４３Ａを備える撚り防止機構４１Ａの模式図を示す。吸引口４３Ａは、バー４２Ａ上で繊維束１の綾振り往復移動が折り返す位置に備わっていれば良いが、その一方で、ボビン２がテーパ巻きである等、綾振り幅が経時的に変動する場合に備えるため、吸引口４３Ａはバー４２Ａの長手方向にわたって設けられていることが好ましい。
【0056】
（２）空気流およびその制御手段
（ｉ）ノズルユニット２３から噴出される空気流２５の圧力
図１、図２等に示す態様にて、ノズルユニット２３から噴出される空気流２５の圧力は、接触領域１６においてフリーロール１２に接する繊維束１を、フリーロール１２に押し付けることができるよう、接触領域空気圧力１８以上の大きさに設定されることが好ましい。圧力１８は、繊維束１に付加される張力と、接触領域１６の面積によって決定され、そのどちらも運転中に経時的に変化する要素であるため、背面側空気圧力１９が確実に圧力１８を上回ることができるよう、空気流２５の圧力は０．３ＭＰａ以上であることが好ましく、０．５ＭＰａ以上であることがより好ましい。さらに、繊維束１に空気流２５が衝突した際、背面１７において、空気流２５の繊維束１に垂直な方向の運動量が、繊維束１に平行な方向に転換されるため、その運動量変化分の動圧も、圧力１９として付加される。したがって、使用する圧縮空気の流量を低減し、すなわち、運転に要する用役コストを低減するため、空気流２５の流速は高速であることが好ましく、具体的には、１０ｍ/秒以上であることが好ましく、２０ｍ/秒以上であることがより好ましい。ノズルユニット２３およびノズル２４の設計に当たっては、上記空気流２５の圧力および流速条件を達成できるよう、その耐圧力や噴出口径が決定されることが好ましい。
（ｉ）ノズルユニット２３から噴出される空気流２５の圧力
図１、図２等に示す態様にて、ノズルユニット２３から噴出される空気流２５の圧力は、接触領域１６においてフリーロール１２に接する繊維束１を、フリーロール１２に押し付けることができるよう、接触領域空気圧力１８以上の大きさに設定されることが好ましい。圧力１８は、繊維束１に付加される張力と、接触領域１６の面積によって決定され、そのどちらも運転中に経時的に変化する要素であるため、背面側空気圧力１９が確実に圧力１８を上回ることができるよう、空気流２５の圧力は０．３ＭＰａ以上であることが好ましく、０．５ＭＰａ以上であることがより好ましい。さらに、繊維束１に空気流２５が衝突した際、背面１７において、空気流２５の繊維束１に垂直な方向の運動量が、繊維束１に平行な方向に転換されるため、その運動量変化分の動圧も、圧力１９として付加される。したがって、使用する圧縮空気の流量を低減し、すなわち、運転に要する用役コストを低減するため、空気流２５の流速は高速であることが好ましく、具体的には、１０ｍ/秒以上であることが好ましく、２０ｍ/秒以上であることがより好ましい。ノズルユニット２３およびノズル２４の設計に当たっては、上記空気流２５の圧力および流速条件を達成できるよう、その耐圧力や噴出口径が決定されることが好ましい。
【0057】
（ｉｉ）ノズルユニット２３から噴出される空気流２５の角度
ノズルユニット２３から噴出される空気流２５は、接触領域１６の法線方向に対し、繊維束引出し装置１０の繊維束が走行する工程の下流方向、すなわち、フリーロール１２から見て、ひねりロール４の方向、に向かって傾斜していることが好ましい。ただし、正確にひねりロール４が配置された方向に向ける必要はない。これにより、背面１７において、空気流２５の、繊維束１に平行な成分のうち、工程下流方向に向かう成分の割合が増加するため、空気の粘性によって、空気流２５から繊維束１に対し工程下流方向への力が加えられ、繊維束１に追加の張力が付加される。当該追加の張力は、繊維束１をフリーロール１２へより強く押し付ける力として機能するため、繊維束１が翻ろうとする際にこれを抑止する力として働く。一方で、空気流２５の工程下流方向への傾斜に伴い、上述の繊維束１に対し垂直な方向の成分が相対的に減少するため、前記傾斜の度合いは、空気流２５の繊維束１に垂直な方向の成分による背面側空気圧力１９の増加と、繊維束１に対し平行方向かつ上記工程下流向きの成分と、の割合を鑑みて設定されることが好ましく、具体的には、空気流２５が上記工程下流方向に対し、５～６０度の範囲で傾斜していることが好ましく、１０～４５度の範囲で傾斜していることがより好ましい。または、空気流２５を、接触領域１６の法線方向を基準として、３０～８５度の範囲で傾斜させても好ましく、５５～８０度の範囲で傾斜させても、より好ましいものといえる。また、繊維束１の材料、および、ボビンホルダー３により付加される張力、および、ドライブ装置５で決定される工程速度に応じて最適な角度で圧縮空気を吹付けできるよう、ノズルユニット２３、および/もしくは、ノズル２４には、その搭載位置および角度を調整する機構が備わっていることが好ましい。
ノズルユニット２３から噴出される空気流２５は、接触領域１６の法線方向に対し、繊維束引出し装置１０の繊維束が走行する工程の下流方向、すなわち、フリーロール１２から見て、ひねりロール４の方向、に向かって傾斜していることが好ましい。ただし、正確にひねりロール４が配置された方向に向ける必要はない。これにより、背面１７において、空気流２５の、繊維束１に平行な成分のうち、工程下流方向に向かう成分の割合が増加するため、空気の粘性によって、空気流２５から繊維束１に対し工程下流方向への力が加えられ、繊維束１に追加の張力が付加される。当該追加の張力は、繊維束１をフリーロール１２へより強く押し付ける力として機能するため、繊維束１が翻ろうとする際にこれを抑止する力として働く。一方で、空気流２５の工程下流方向への傾斜に伴い、上述の繊維束１に対し垂直な方向の成分が相対的に減少するため、前記傾斜の度合いは、空気流２５の繊維束１に垂直な方向の成分による背面側空気圧力１９の増加と、繊維束１に対し平行方向かつ上記工程下流向きの成分と、の割合を鑑みて設定されることが好ましく、具体的には、空気流２５が上記工程下流方向に対し、５～６０度の範囲で傾斜していることが好ましく、１０～４５度の範囲で傾斜していることがより好ましい。または、空気流２５を、接触領域１６の法線方向を基準として、３０～８５度の範囲で傾斜させても好ましく、５５～８０度の範囲で傾斜させても、より好ましいものといえる。また、繊維束１の材料、および、ボビンホルダー３により付加される張力、および、ドライブ装置５で決定される工程速度に応じて最適な角度で圧縮空気を吹付けできるよう、ノズルユニット２３、および/もしくは、ノズル２４には、その搭載位置および角度を調整する機構が備わっていることが好ましい。
【0058】
図４、図４Ａ等に示す態様にて、吸引空気流３５は、フリーロール１２の周囲の空気の吸引、すなわち、吸引ノズルユニット３３に接続された吸引ブロワにより生成されるものであるが、接触領域１６の空気を確実に吸引できるよう、吸引ノズル３４の位置および流量が設定されることが好ましい。また、吸引ノズルユニット３３は、繊維束１から見て接触領域１６と同じ側に設けられていればよく、その形状は特に限定されるものではない。例えば、図３および図４に示すような、フリーロール１２の後方に設けられていても良く、また、図４Ａに示すような、フリーロール１２を包み、フリーロール１２がその吸引ノズル３４Ａの一部を構成する吸引ノズルユニット３３Ａであっても良い。吸引ノズルユニット３３Ａには、フリーロール１２の上部および下部に吸引ノズル３４Ａがあり、フリーロール１２との間に吸引口が形成され、接触領域１６近傍の空気を効率的に吸引することができる。ここで、吸引ノズル３４Ａの内部に繊維束１が引き込まれることを防止するため、吸引ノズル３４Ａと繊維束１との間の距離は、５ｍｍ以上確保されることが好ましい。
【0059】
また、吸引空気流３５の風速は、１０ｍ/秒以上であることが好ましく、吸引ブロワの流量を低く制限するためにも、吸引ノズルユニット３３は、その内部の流路において、吸引ノズル３４の口径よりも小さい絞りを設け、通過する風速を向上させる形状とすることができる。吸引ノズルユニット３３は、さらに、吸引ブロワとの接続箇所および接続方法によらず、繊維束１の綾振り方向、すなわち、フリーロール１２の回転軸方向において、均一な吸引空気流３５を生成できるよう、フリーロール１２の回転軸方向の圧力損失を均一化するバッファタンクを備えていることが好ましい。
【0060】
（ｉｖ）随伴流制限部材
図７、図８等に示す態様にて、随伴流制限部材５３に係る制限部５４がフリーロール１２に近接することによって、フリーロール１２の回転に伴う随伴気流５５の一部を遮蔽し、その通過を制限することで、接触領域１６に負圧を生じさせる。したがって、制限部５４とフリーロール１２との距離は小さいほど、繊維束１の翻りを抑止する効果が高まることから、制限部５４は、フリーロール５２に最大限接近させることが好ましく、また、その形状は随伴気流５５を受けても変形しないものであることが好ましい。すなわち、図８Ａに示すような、板状の随伴流制限部材５３Ａおよびその角部に形成される制限部５４Ａよりも、図８に示すような、フリーロール５２の回転軸と平行であって、フリーロール５２の回転軸を中心した、フリーロール５２の外径よりもわずかに大きい円筒面の一部であることが好ましい。制限部５４とフリーロール５２との最小の距離は、繊維束１の厚み以下であることが好ましく、繊維束１の厚みの５０％以下であることがより好ましい。また、随伴流制限部材５３は、繊維束１の通過領域に干渉しないよう、小型であることが好ましく、一方で、制限部５４とフリーロール５２との距離を確実に保持し続けるため、一定の剛性を有することが好ましい。このような要求を満たす材料として、随伴流制限部材５３の材質は、金属やセラミックスのほか、エンジニアリングプラスチックや木材といった材料から、そのコストや加工性を鑑みて自由に選択することができる。
図７、図８等に示す態様にて、随伴流制限部材５３に係る制限部５４がフリーロール１２に近接することによって、フリーロール１２の回転に伴う随伴気流５５の一部を遮蔽し、その通過を制限することで、接触領域１６に負圧を生じさせる。したがって、制限部５４とフリーロール１２との距離は小さいほど、繊維束１の翻りを抑止する効果が高まることから、制限部５４は、フリーロール５２に最大限接近させることが好ましく、また、その形状は随伴気流５５を受けても変形しないものであることが好ましい。すなわち、図８Ａに示すような、板状の随伴流制限部材５３Ａおよびその角部に形成される制限部５４Ａよりも、図８に示すような、フリーロール５２の回転軸と平行であって、フリーロール５２の回転軸を中心した、フリーロール５２の外径よりもわずかに大きい円筒面の一部であることが好ましい。制限部５４とフリーロール５２との最小の距離は、繊維束１の厚み以下であることが好ましく、繊維束１の厚みの５０％以下であることがより好ましい。また、随伴流制限部材５３は、繊維束１の通過領域に干渉しないよう、小型であることが好ましく、一方で、制限部５４とフリーロール５２との距離を確実に保持し続けるため、一定の剛性を有することが好ましい。このような要求を満たす材料として、随伴流制限部材５３の材質は、金属やセラミックスのほか、エンジニアリングプラスチックや木材といった材料から、そのコストや加工性を鑑みて自由に選択することができる。
【0061】
（３）ひねり機構
上記実施形態において、ひねり機構は、ひねりロール４である。しかし、ひねり機構は繊維束の綾振り成分を低減し得る機構であれば特に限定されるものではなく、回転しないバーや、リング状部材であってもよい。たとえば、ひねり機構は、繊維束と接触する接糸部を有し、該接糸部は、ボビンの回転軸とは異なる方向の軸を有する、少なくとも筒形状の一部をなす曲面とすることができる。ボビンから引き出された繊維束は、ひねり機構の接糸面に沿って接触することにより、ボビンとひねり機構との間で繊維束にひねりが加えられ、下流へと送出される態様とすることができる。接糸面の軸の向きは、曲面が一定の形状を有する場合は、ボビンの回転軸の向きに対して略直交していることが好ましい。また、ひねり機構は、繊維束に対して一方の側からは接触せず、他方の側から接触することにより、繊維束をひねって、ひねり機構から送出する態様とすることができる。そのような態様とすることにより、繊維束がひねり機構に引っかかって、繊維束が切断されたり、繊維束引き出し装置が故障したりするリスクを低減できる。
上記実施形態において、ひねり機構は、ひねりロール４である。しかし、ひねり機構は繊維束の綾振り成分を低減し得る機構であれば特に限定されるものではなく、回転しないバーや、リング状部材であってもよい。たとえば、ひねり機構は、繊維束と接触する接糸部を有し、該接糸部は、ボビンの回転軸とは異なる方向の軸を有する、少なくとも筒形状の一部をなす曲面とすることができる。ボビンから引き出された繊維束は、ひねり機構の接糸面に沿って接触することにより、ボビンとひねり機構との間で繊維束にひねりが加えられ、下流へと送出される態様とすることができる。接糸面の軸の向きは、曲面が一定の形状を有する場合は、ボビンの回転軸の向きに対して略直交していることが好ましい。また、ひねり機構は、繊維束に対して一方の側からは接触せず、他方の側から接触することにより、繊維束をひねって、ひねり機構から送出する態様とすることができる。そのような態様とすることにより、繊維束がひねり機構に引っかかって、繊維束が切断されたり、繊維束引き出し装置が故障したりするリスクを低減できる。
【0062】
また、上記実施形態において、ひねりロール４は、繊維束１から綾振り成分を取り除くものとして説明した（図１の上段左部参照）。しかし、ひねり機構は、ボビンからの繊維束の引き出しにおいて、綾振り成分を完全に取り除くものではなくてもよい。すなわち、ひねり機構は、ボビンの回転軸の方向についての繊維束の軌跡の変化を低減するものであればよい。
【0063】
さらに、ひねり機構は、ボビンの回転軸の向きとは異なる向きについて一定の形状を有する曲面を備えた、複数のひねり部材から構成されていても良く、その際、前記ひねり部材の曲面は、互いに異なる向きで、繊維束のひねり角度を徐々に変化させる態様とすることができる。
【0064】
また、ボビンの回転軸の方向についての繊維束の軌跡の変化を工程上流で抑制し、工程下流への影響を低減するため、ひねり機構はボビンホルダーに近しい、上流に設置されることが好ましく、繊維束の通過領域において、ボビンホルダーとひねり機構との間に設置される機器は最小限であることがより好ましい。
【0065】
さらに、繊維束がひねり機構を通過する際に、繊維束に急激なひねりが加えられ、そのひねりによって繊維束に撚りが生じることを防ぐため、繊維束の通過方向において、ひねり機構とその上流側に設置された機器との距離を、繊維束の幅の３０倍以上確保することが好ましい。
Ａ３．繊維複合材料の製造方法：
図９は、繊維複合材料の製造方法を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートの各工程を経て、繊維複合材料が製造される。製造される繊維複合材料は、繊維束と、繊維束に含浸された樹脂と、を含む。本実施形態において繊維束に含浸される樹脂は、熱硬化性樹脂である。繊維束を構成する繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維等から自由に採用することができる。
Ａ３．繊維複合材料の製造方法：
図９は、繊維複合材料の製造方法を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートの各工程を経て、繊維複合材料が製造される。製造される繊維複合材料は、繊維束と、繊維束に含浸された樹脂と、を含む。本実施形態において繊維束に含浸される樹脂は、熱硬化性樹脂である。繊維束を構成する繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維等から自由に採用することができる。
【0066】
ステップＳ１００において、繊維束１が綾巻されたボビン２から、繊維束１が連続的に引き出される。ステップＳ１００の処理においては、本開示の繊維束引き出し装置１０が使用される（図１および図２参照）。繊維束引き出し装置２０、３０、４０、５０など、本開示の任意の装置および引き出し方法が使用されてもよい（図３～図８参照）。
【0067】
このような処理を行うことにより、ボビン２に綾巻されており横長の断面形状を有する繊維束１を、その断面形状を維持したまま引き出し、一定の軌跡で走行させることができる。
【0068】
ステップＳ１００においては、フリーロール１２と繊維束１との接触領域に向かって噴出される空気流２５の圧力は、接触領域空気圧力１８より大きく、たとえば、圧力１８の２倍に設定される。
【0069】
ステップＳ２００において、繊維束１に樹脂が含浸される。より具体的には、ボビン２から引き出された繊維束１が、未硬化の熱硬化性樹脂を収容している槽内を通される。その結果、繊維束１に樹脂が含浸され、繊維複合材料が完成する。ステップＳ１００，２００の処理を行うことにより、設計値通りの幅および厚みを有する断面形状を備えた、繊維複合材料を製造することができる。
【0070】
ステップＳ３００において、樹脂が含浸された繊維束１が、ステップＳ１００において繊維束１が綾巻きされていたボビン２とは異なるボビンに巻き付けられる。
【0071】
なお、当業者には容易に理解されるように、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。例えば、各実施形態において説明した部材や構成等を、適宜その組み合わせを変更して適用することや、公知技術、あるいは公知技術から当業者が容易に想定し得る部材や構成等に適宜置換して適用することは、本発明の一態様と理解されるべきである。また、本発明の引き出し装置を用いた繊維束の引き出し方法、および繊維複合材料の製造方法も本発明の一側面として理解されるべきである。
Ｂ．他の実施形態：
図９に示す繊維複合材料の製造方法のステップＳ１００においては、技術の理解を容易にするため、繊維束１が綾巻されたボビン２から、繊維束１が連続的に引き出されるものとして説明した。しかし、綾巻きされた繊維束のすべてがボビンから引き出されるまでの間には、繊維束の引き出しは、１回以上、停止されてもよい。
Ｂ．他の実施形態：
図９に示す繊維複合材料の製造方法のステップＳ１００においては、技術の理解を容易にするため、繊維束１が綾巻されたボビン２から、繊維束１が連続的に引き出されるものとして説明した。しかし、綾巻きされた繊維束のすべてがボビンから引き出されるまでの間には、繊維束の引き出しは、１回以上、停止されてもよい。
【符号の説明】
【0072】
１…繊維束
２…ボビン
３…ボビンホルダー
４…ひねりロール（ひねり機構）
５…ドライブ装置
６…駆動ロール
７…ニップロール
１０…繊維束引き出し装置
１２…フリーロール（支持部）
１６…接触領域
１７…支持部との接触領域を正面側としたときの繊維束の背面
１８…接触領域空気圧力が付与される方向を示す矢印
１９…背面側空気圧力が付与される方向を示す矢印
２１…撚り防止機構
２３…ノズルユニット（回転抑止手段）
２４…ノズル
２５…空気流を示す矢印
３０…繊維束引出し装置
３１…撚り防止機構
３３・３３Ａ…吸引ノズルユニット（回転抑止手段）
３４・３４Ａ…吸引ノズル
３５…吸引空気流を示す矢印
４０…繊維束引出し装置
４１・４１Ａ…撚り防止機構
４２…フリーロール（支持部）
４２Ａ…バー（支持部）
４３・４３Ａ…吸引口（回転抑止部）
４４…吸引パイプ
４５…吸引空気流を示す矢印
５０…繊維束引出し装置
５１…撚り防止機構
５２…フリーロール
５３・５３Ａ…随伴流制限部材
５４・５４Ａ…制限部
５５…随伴気流
ＡＲ０…ボビンの回転軸
Ａｔ２…繊維束の綾振りのうちボビンの回転軸に平行な方向の成分を示す矢印
２…ボビン
３…ボビンホルダー
４…ひねりロール（ひねり機構）
５…ドライブ装置
６…駆動ロール
７…ニップロール
１０…繊維束引き出し装置
１２…フリーロール（支持部）
１６…接触領域
１７…支持部との接触領域を正面側としたときの繊維束の背面
１８…接触領域空気圧力が付与される方向を示す矢印
１９…背面側空気圧力が付与される方向を示す矢印
２１…撚り防止機構
２３…ノズルユニット（回転抑止手段）
２４…ノズル
２５…空気流を示す矢印
３０…繊維束引出し装置
３１…撚り防止機構
３３・３３Ａ…吸引ノズルユニット（回転抑止手段）
３４・３４Ａ…吸引ノズル
３５…吸引空気流を示す矢印
４０…繊維束引出し装置
４１・４１Ａ…撚り防止機構
４２…フリーロール（支持部）
４２Ａ…バー（支持部）
４３・４３Ａ…吸引口（回転抑止部）
４４…吸引パイプ
４５…吸引空気流を示す矢印
５０…繊維束引出し装置
５１…撚り防止機構
５２…フリーロール
５３・５３Ａ…随伴流制限部材
５４・５４Ａ…制限部
５５…随伴気流
ＡＲ０…ボビンの回転軸
Ａｔ２…繊維束の綾振りのうちボビンの回転軸に平行な方向の成分を示す矢印
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図4A】
【図5】
【図5A】
【図6】
【図6A】
【図7】
【図8】
【図8A】
【図9】