JP4013616B2 - 繊維束の接合方法及び繊維束接合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維束の接合方法及び繊維束接合装置に係り、詳しくは多数の長繊維からなる扁平な２本の繊維束の端部同士を接合する繊維束の接合方法及び繊維束接合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フィラメントワインディング法で繊維強化複合材を製造する場合、あるいは三次元繊維構造体を繊維強化複合材の強化材として使用する場合、繊維束を初めから開繊した状態で配列する方が、複合材の物性上好ましい。ここで、繊維束を開繊するとは、繊維束を構成するフィラメントを拡げて繊維束を扁平な状態にすることを意味する。
【０００３】
フィラメントワインディング法あるいは三次元繊維構造体の製造方法において、繊維束はボビンから繰り出されるため、ボビンに巻かれた繊維束が完全に使用し尽される前に、次のボビンの繊維束と接合する必要がある。繊維束の接合を通常の糸のように結節部を設けて接合すると、結節部は開繊されない状態で製品内に存在する状態となり、製品の物性が低下する。そのため、結節部を設けずに繊維の絡み合いによって繊維束の端部同士を接合する方法が提案されている。
【０００４】
例えば、特開２００１−１５１４１８に開示された接合方法では、撚りのない長繊維からなる扁平な２本の繊維束を、各繊維束の端部を重ねた状態で、各繊維束のそれぞれを支承部と把持部材とにより、繊維配列方向に所定の間隔をおいて２箇所で押さえる。当該押さえた２箇所の間において各繊維束に対して繊維配列方向と交差する方向の複数箇所に、エア噴射孔から圧縮エアを順次噴射して隣接する繊維を交絡させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００１−１５１４１８に開示された接合方法では、接合すべき２本の繊維束の端部を重ね合わせ、２箇所で押さえてエア噴射孔から一定の圧力で噴射されるエアにより繊維を交絡させて両繊維束を接合するため、結節部を設けずに繊維束を容易に接合できる。しかし、繊維束の材質によっては交絡部に強い張力がかかった場合に交絡部の接合が解除される場合がある。
【０００６】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は長繊維からなる扁平な２本の繊維束を流体の作用で接合した際、接合部の強度をより高めることができる繊維束の接合方法を提供することにある。また、第２の目的はその方法を実施するのに適した繊維束接合装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明の方法は、多数の長繊維からなる扁平な２本の繊維束の接合すべき端部同士を重ねた状態に配置し、各繊維束の重ね合わされた部分を繊維の配列方向と交差する状態で把持する把持部により所定の間隔をおいて少なくとも２箇所で把持する。そして、前記把持部により把持された繊維束の各部分に対して、繊維配列方向と交差する方向に相対移動する噴射ノズルから流体を噴射して繊維を交絡させるとともに、前記噴射ノズルを１往復以上相対移動させ、噴射ノズルの往動時より復動時にその流体噴射圧を高くする。
【０００８】
この発明では、接合すべき繊維束の端部は、繊維配列方向に所定の間隔をおいて把持された部分に、繊維配列方向と交差する方向に相対移動する噴射ノズルから流体が噴射されて、その流体の作用により繊維は両把持部を支点として回転されて互いに交絡する。従来と異なり、流体噴射圧が一定ではなく、噴射ノズルを１往復以上相対移動させ、噴射ノズルの往動時より復動時にその流体噴射圧を高くする。従って、繊維同士の交絡が複雑になり、接合部の強度が高くなる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、前記噴射ノズルの往動時に流体噴射をパルス的に行う。この発明では、噴射ノズルから連続的に流体を噴射しながら噴射ノズルを相対移動させる場合に比較して、繊維の交絡が複雑になり、接合部の強度をより高めることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記噴射ノズルの相対移動速度を５ｍｍ／ｓｅｃ以下とした。この発明では、繊維に対する流体の作用が効果的に行われ、交絡が複雑になる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記把持部を３箇所以上とした。この発明では、把持部が３箇所以上のため、繊維束の長手方向に交絡部が複数対形成され、強度がより向上する。
【００１２】
請求項５に記載の発明では請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維束は炭素繊維の繊維束である。炭素繊維の繊維束は製造方法、例えば使用されるサイジング剤や炭化条件により、繊維束を構成する繊維が単に噴射ノズルから気体を一定圧力で噴射しただけでは、接合強度の高い交絡状態を得るのが難しい場合がある。しかし、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明の方法では、繊維の交絡が効率良く行われ、炭素繊維の繊維束の接合を良好に行うことができる。
【００１３】
請求項６及び７に記載の発明では、扁平な繊維束の端部を支承するための支承部が所定の間隔で２か所以上に配置されたベースと、前記各支承部と共同して繊維束を把持する把持位置と、繊維束を解放する退避位置とにアクチュエータにより移動される把持部材と、前記ベースに対して前記支承部に支承される繊維束と交差する方向に相対移動可能に配設された可動部材と、前記可動部材と一体移動可能に設けられ、該可動部材が前記ベースに対して相対移動する際に、前記支承部と前記把持部材とに把持された繊維束と対向する位置を移動するように配置された噴射ノズルと、前記可動部材を往復移動させるとともに移動速度を調整可能なアクチュエータと、前記噴射ノズルからの流体噴射時期を制御する制御弁と、前記噴射ノズルからの流体噴射圧を調整可能な流体圧調整手段とを備えた。
【００１４】
これらの発明では、２本の繊維束を接合する際、２本の繊維束はそれぞれの接合すべき端部が、ベースの支承部間に跨って配置され、かつ把持位置に配置された把持部材と支承部とによって把持状態に保持される。その状態で噴射ノズルから流体が噴射されるとともに、可動部材がアクチュエータの作用により、ベースに対して繊維束と交差する方向に相対移動される。可動部材の移動速度は、変更可能である。噴射ノズルは流体を噴射しながら可動部材と一体に繊維の配列方向と交差する方向に移動され、重ね合わされた繊維束は、各支承部と把持部材とで把持された状態で流体の作用を受けて把持部を支点として回転されて交絡される。噴射ノズルからの流体噴射時期は制御弁により制御され、流体噴射を連続的に行うことも、パルス的に行うことも可能である。また、噴射ノズルからの流体噴射圧は流体圧調整手段により調整可能であり、噴射ノズルの往動時と復動時とで噴射圧を変更することも簡単にできる。
そして、請求項６に記載の発明では、前記噴射ノズルを１往復以上相対移動させ、噴射ノズルの往動時より復動時にその流体噴射圧を高くすることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明では、前記噴射ノズルを１往復以上相対移動させ、噴射ノズルの相対速度を往動時と復動時とで異ならせることを特徴とする。
従って、これらの発明の繊維束接合装置は請求項１〜請求項５に記載の何れの発明の方法に対しても対応できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図９に従って説明する。
先ず繊維束接合装置について説明する。なお、この実施の形態では図３及び図４において右側を繊維束接合装置１１の前側とする。図３〜図６に示すように、繊維束接合装置１１はベース１２と、ベース１２に対して相対移動可能に配設された可動部材１３とを備えている。ベース１２は平板状に形成され、図５に示すように、その前側に扁平な繊維束Ｆの端部を支承するための支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌが所定の間隔で２箇所以上に、左右方向に並んで配設されている。即ち、繊維束Ｆの接合すべき端部は、繊維が繊維束接合装置１１の左右方向に延びる状態で支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌに支承される。この実施の形態では、中央に配置された支承部１４を挟んで両側に支承部１５Ｒ，１５Ｌが配設され、その外側に支承部１６Ｒ，１６Ｌが配設されている。
【００１６】
各支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌには繊維束Ｆを繊維束接合装置１１の左右方向に延びるように案内するガイド部１４ａ，１５ａ，１６ａが、繊維束Ｆの幅とほぼ等しい間隔をおいて突設されている。各ガイド部１４ａ〜１６ａには、後記する把持部材の一部を収容する溝１４ｂ，１５ｂ，１６ｂがそれぞれ形成されている。各支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌには溝１４ｂ，１５ｂ，１６ｂと対応する位置に弾性部材（例えば、ゴム）が貼付され、その表面が把持面１４ｃ，１５ｃ，１６ｃを構成している。支承部１４を挟んで右側に配設された支承部１５Ｒ，１６Ｒと、左側に配設された支承部１５Ｌ，１６Ｌとはそれぞれ１個のブロック１７，１８の両端に設けられている。両支承部１６Ｒ，１６Ｌの把持面１６ｃは他の支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌの把持面１４ｃ，１５ｃより若干高くなるように形成されている。各ブロック１７，１８にはガイド部１５ａ，１６ａに連続するガイド部１７ａ，１８ａが形成されるとともに、対向するガイド部１７ａ，１８ａ間の面は、把持面１５ｃと同じ高さに形成されている。
【００１７】
ベース１２の中央前寄りには一対の支持部１９が突設され、支持部１９に支持された支軸２０に、前記各支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌと共同して繊維束Ｆを把持する把持部材２１が回動可能に支持されている。把持部材２１は、各支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌと共同して繊維束Ｆを把持する把持部２２ａを備えた支持プレート２２と、支持プレート２２を支持する支持アーム２３とで構成され、支持アーム２３はその先端で支持プレート２２を支持し、基端において支軸２０に回動可能に支持されている。
【００１８】
ベース１２の後端寄りには、アクチュエータとしてのエアシリンダ２４が、そのピストンロッド２４ａがベース１２の上方で前後方向に延びるように固定されている。ピストンロッド２４ａの先端には、支持アーム２３の中間部が支持アーム２３と直交する状態で水平に延びる連結軸２５を介して連結されている。連結軸２５はピストンロッド２４ａの先端に形成された上下方向に延びる長孔を貫通する状態で支持アーム２３に固定されている。そして、エアシリンダ２４の作動により支持アーム２３が回動されて、把持部材２１が各支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌと共同して繊維束Ｆを把持する把持位置と、繊維束Ｆを解放する退避位置とに移動されるようになっている。この実施の形態ではピストンロッド２４ａが突出位置に配置された状態で把持部材２１が把持位置に配置され、ピストンロッド２４ａが没入位置に配置された状態で把持部材２１が退避位置に配置される。
【００１９】
なお、この実施の形態では、把持部２２ａは支持プレート２２と一体成形されたものではなく、図７（ａ）に示すように、把持部２２ａを構成する把持片２６ａ，２６ｂをボルト（図示せず）で支持プレート２２に固定することで形成されている。支承部１４と対応する把持部２２ａは把持片２６ａで構成され、支承部１５Ｒ，１６Ｒと対応する把持部２２ａ及び支承部１５Ｌ，１６Ｌと対応する把持部２２ａは、それぞれ把持片２６ｂで構成されている。両支承部１６Ｒ，１６Ｌと対応する把持部２２ａは、支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌと対応する把持部２２ａより若干短く形成されている。各把持片２６ａ，２６ｂは、把持部材２１が把持位置に配置された状態において、その先端の前後両側が溝１４ｂ〜１６ｂに収容された状態で、繊維束Ｆを把持するようになっている。各把持部２２ａの先端には弾性部材（例えば、ゴム）が貼付され、把持部材２１が把持位置に配置された際、各支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌに貼付された弾性部材との間で繊維束Ｆを把持するようになっている。
【００２０】
左側のブロック１８には支承部１５Ｌの把持面１５ｃの近傍に、筒状のノズル２７が把持面１５ｃに沿って延びるように配設されている。ノズル２７はそのほぼ半分が把持面１５ｃより上側に位置するように円弧面状に形成され、円弧面に複数の孔２７ａが千鳥状に配列されている。
【００２１】
ベース１２には、各支持部１９の外側において、前後方向に延びるとともに前方が開放された切り欠き部２８が形成されている。ベース１２の下面には、両切り欠き部２８より外側おいて前後方向に延びる一対のガイドレール２９が固定されている。
【００２２】
可動部材１３は平面ほぼコ字状に形成され、ベース１２の下面に固定されたガイドレール２９に沿って移動可能に設けられている。即ち、可動部材１３は、ベース１２に対して支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌに支承される繊維束Ｆと交差（この実施の形態では直交）する方向に相対移動可能に配設されている。
【００２３】
可動部材１３には２個の噴射ノズル３０が一体移動可能に設けられ、可動部材１３がベース１２に対して相対移動する際に、支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ，１６Ｒ，１６Ｌと把持部材２１とに把持された繊維束Ｆと対向する位置を移動するように配置されている。詳述すると、ガイドレール２９に沿って延びる可動部材１３の一対のアーム部１３ａ間には、支持プレート３１が左右方向に延びる状態でかつアーム部１３ａの下面に対して垂直に固着されている。支持プレート３１の前面には、所定間隔をおいて２個の支持ブロック３２が固定され、支持ブロック３２に噴射ノズル３０が固定されている。噴射ノズル３０は可動部材１３が移動する際に、支承部１４と支承部１５Ｒとの間のほぼ中央及び支承部１４と支承部１５Ｌとの間のほぼ中央に沿って移動可能に、かつ噴射孔３０ａ（図５に図示）が上方に向くように固定されている。
【００２４】
図３に示すように、噴射ノズル３０は圧縮エア供給配管３３を介して圧縮エア源Ｃに接続され、圧縮エア供給配管３３の途中に噴射ノズル３０からの流体噴射時期を制御する制御弁３４と、噴射ノズル３０からの圧縮エア（流体）噴射圧を調整可能な流体圧調整手段３５とが装備されている。なお、制御弁３４、流体圧調整手段３５等は図４では図示を省略している。
【００２５】
ベース１２には可動部材１３を往復移動させるとともに移動速度を調整可能なアクチュエータとしての２個のエアシリンダ３６，３７が装備されている。第１のエアシリンダ３６はベース１２の下面後端中央に固着されたブラケット３８に固定され、第２のエアシリンダ３７はベース１２の下面前端中央に固着されたブラケット３９に固定され、いずれも前後方向に延びるように固定されている。第１のエアシリンダ３６のピストンロッド３６ａは、その先端が支持プレート３１の後面中央に固定され、第２のエアシリンダ３７のピストンロッド３７ａは、その先端が支持プレート３１の前面中央に固定されている。この実施の形態では両ピストンロッド３６ａ，３７ａが一直線上に位置するように、エアシリンダ３６，３７が配設されている。
【００２６】
第１のエアシリンダ３６は可動部材１３を低速で移動させる際に使用し、第２のエアシリンダ３７は可動部材１３を高速で移動させる際に使用するためのものである。第１のエアシリンダ３６は配管４０を介して低圧の圧縮エア源４１ａに接続され、第２のエアシリンダ３７は配管４２を介して高圧の圧縮エア源４１ｂに接続されている。各エアシリンダ３６，３７は一方が使用される際は、他方がフリーの状態となるように構成されている。この実施の形態では、配管４０，４２の途中に４ポート３位置切り換えの電磁切換弁４３ａ，４３ｂが設けられ、両電磁切換弁４３ａ，４３ｂは、そのスプールが中立位置に配置された状態において、Ａポート及びＢポートが互いに連通状態となるように構成されている。
【００２７】
図３に示すように、可動部材１３には可動部材１３が基準位置に配置された状態において、支承部１４，１５Ｒの間と、支承部１４，１５Ｌの間とにおいて、それぞれ各支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌの把持面１４ｃ，１５ｃより僅かに下方に位置する載置部４４が設けられている。図３、図４等に示すように、載置部４４の基端には軸支部４４ａが突設され、軸支部４４ａに支持された支軸４５に対して第１及び第２の押さえ部材４６，４７が基端において回動可能に支持されている。両押さえ部材４６，４７は、支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌに支承された繊維束Ｆと接触可能な作用位置と、繊維束Ｆの支承部１４，１５Ｒ，１５Ｌ間への配置を許容する退避位置とに移動配置可能に設けられている。
【００２８】
第１の押さえ部材４６は載置部４４と共同して、第１の繊維束Ｆを支承部１４，１５Ｌ，１５Ｒの把持面１４ｃ，１５ｃより下方で挟持可能になっている。第２の押さえ部材４７は第１の押さえ部材４６と共同して、第２の繊維束Ｆを支承部１４，１５Ｌ，１５Ｒの把持面１４ｃ，１５ｃとほぼ同じ高さで挟持可能になっている。
【００２９】
次に前記のように構成された繊維束接合装置１１の作用を説明する。図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）〜（ｄ）は接合手順を示す模式斜視図である。なお、図中接合する２本の繊維束Ｆを区別するために、繊維束Ｆにハッチングが施してある。また、把持部材２１の退避位置は、実際は図１（ａ）〜（ｄ）に示す位置より下方であるが、該位置に図示すると押さえ部材４６等が隠れるため、便宜上実際の退避位置より上方に配置した状態で示している。
【００３０】
繊維束Ｆを接合する際は、先ず可動部材１３を基準位置に配置した状態で、図１（ａ）に示すように、把持部材２１及び両押さえ部材４６，４７を退避位置に配置する。その状態で、図１（ｂ）に示すように、第１の繊維束Ｆを支承部１６Ｌ，１５Ｌ，１４，１５Ｒ，１６Ｒに跨る状態で両載置部４４上に配置した後、両第１の押さえ部材４６を作用位置に配置する。そして、第１の繊維束Ｆを移動させて、図１（ｃ）に示すように、第１の繊維束Ｆの端がブロック１８の把持面１５ｃ上となるように配置させる。第１の繊維束Ｆの端は支承部１５Ｌと把持部２２ａによる把持位置より支承部１６Ｌ側に位置してノズル２７を覆うように配置される。
【００３１】
次に第２の繊維束Ｆを第１の押さえ部材４６上で支承部１６Ｌ，１５Ｌ，１４，１５Ｒ，１６Ｒに跨るように配置した後、第２の押さえ部材４７を作用位置に配置する。そして、第２の繊維束Ｆを移動させて、図１（ｄ）に示すように、第２の繊維束Ｆの端がブロック１７の把持面１５ｃと対向する位置となるように配置させる。なお、接合後の繊維束Ｆを図示しない繊維束供給ヘッドを経て繰り出す際、第１の繊維束Ｆの端部か゛第２の繊維束Ｆの端部より進行方向前側となる。
【００３２】
次にエアシリンダ２４を作動させて支持アーム２３を回動させて把持部材２１を図２（ａ）及び図３に実線で示すように把持位置に配置する。この状態では両繊維束Ｆはそれぞれ繊維配列方向に所定の間隔をおいて４箇所で支持プレート２２に押さえられて把持部２２ａと支承部１６Ｌ，１５Ｌ，１４，１５Ｒ，１６Ｒとによって把持される。
【００３３】
次に両噴射ノズル３０への圧縮空気の供給を開始した後、第１のエアシリンダ３６を突出作動させ、可動部材１３をベース１２に対して相対移動させる。その結果、可動部材１３が繊維束Ｆと直交する方向へ移動され、図２（ｂ）に示すように、支承部１６Ｌ，１５Ｌ，１４，１５Ｒ，１６Ｒと把持部材２１とに把持された繊維束Ｆが、噴射孔３０ａと対向する位置へ向かって相対移動される。噴射ノズル３０の相対移動速度を５ｍｍ／ｓｅｃ以下、例えば２ｍｍ／ｓｅｃとした。繊維束Ｆは両押さえ部材４６，４７及び載置部４４によって挟持されているが、挟持力は両押さえ部材４６，４７の自重によるものであるため、可動部材１３の移動により繊維束Ｆは両押さえ部材４６，４７及び載置部４４の間から円滑に脱出する。
【００３４】
そして、図２（ｃ）に示すように、噴射孔３０ａが繊維束Ｆの下方を横切るように移動される。図２（ｄ）及び図３に示すように、噴射孔３０ａが繊維束Ｆに対して基準位置と反対側の位置まで移動した時点で、エアシリンダ３６の作動が停止され、可動部材１３の往動が終了する。その状態で両押さえ部材４６，４７を退避位置に配置した後、第１のエアシリンダ３６を没入作動させ、可動部材１３を基準位置側へ移動（復動）させる。可動部材１３が基準位置へ復帰されるまでに再び繊維束Ｆは圧縮エアの噴射作用を受け、可動部材１３が基準位置に復帰した状態で繊維束Ｆの接合が完了する。
【００３５】
噴射ノズル３０からの圧縮エアの噴射圧は、可動部材１３の往動時、即ち噴射ノズル３０の往動時より、復動時にその噴射圧が高くなるように調整される。例えば、往動時の噴射圧が０．２ＭＰａに、復動時の噴射圧が０．５ＭＰａに設定される。
【００３６】
また、ノズル２７からは可動部材１３の復動時に、圧縮エアが噴射される。そして、第２の繊維束Ｆより下側に位置する第１の繊維束Ｆの端部が孔２７ａから噴射される圧縮エアにより吹き上げられ、端部先端が第２の繊維束Ｆを貫通して、第２の繊維束Ｆの第１の繊維束Ｆと対向する面と反対側の面から露出する状態になる。
【００３７】
可動部材１３の復動が完了した後、ノズル２７及び噴射ノズル３０からの圧縮エアの供給を停止させる。次いで、エアシリンダ２４を作動させて支持アーム２３を回動させて把持部材２１を退避位置へ移動させた後、繊維束Ｆを支承部１６Ｌ，１５Ｌ，１４，１５Ｒ，１６Ｒから離脱させて一連の接合作業が終了する。そして、図９に示すように、繊維束Ｆの長手方向に交絡部４８を複数対（この実施の形態では２対）有する接合部４９が形成される。
【００３８】
次に噴射孔３０ａからの噴射エアが繊維束Ｆの重合部の繊維を交絡させる作用を図８（ａ）〜（ｄ）の模式図に従って説明する。なお、図において白丸及び黒丸はそれぞれ繊維束Ｆを構成する複数本の繊維の集合体を示す。前記のように２本の扁平な繊維束Ｆの重合部はその両端が把持された状態で、圧縮エアの噴射領域を繊維束Ｆの幅方向（図８（ａ）〜（ｄ）の左右方向）の一端側から順に通過する。図８（ｂ），（ｃ）に示すように、重合部の繊維はその間に、開繊作用と回転作用を受け、繊維同士が交絡する。繊維は１本ずつ交絡されるのではなく、ある程度まとまった単位として交絡される。繊維は噴射気流Ｇの作用によって両把持部を支点として回転されるため、一端が自由な状態で回転される場合と異なり、交絡された状態においても、繊維は基本的に繊維束Ｆの長手方向（繊維配列方向）に沿って配列される。
【００３９】
前記のようにして接合された繊維束Ｆは繊維強化複合材の強化繊維として使用される。例えば、フィラメントワインディング装置によるプロペラシャフト用のＦＲＰ製パイプの製造に使用される。ＦＲＰ製プロペラシャフトは、ＦＲＰ製パイプの両端に、ＦＲＰ製パイプを駆動軸や従動軸等と連結する金属製の継手（ヨーク）を圧入接合した構造となっている（例えば、特開２０００−１２０６４９号公報）。
【００４０】
７００００本の炭素繊維フィラメントからなる繊維束の端部を接合したものを使用して、フィラメントワインディング装置で実際にマンドレル上に繊維束Ｆを配列した。そして、接合部がボビンから繊維束供給ヘッドまでの経路の途中に存在するガイドバー及び繊維束供給ヘッドを通過する際に、ガイドバーへの繊維の巻き付き、ガイドバー通過時の糸剥がれ、ヘッド通過時の糸剥がれ、ヘッド通過時の繊維端のめくれの有無を調べた。その結果、ガイドバーへの繊維の巻き付き、ガイドバー通過時の糸剥がれ、ヘッド通過時の糸剥がれは発生しなかった。また、ヘッド通過時に繊維端のめくれも発生せず、繊維束は円滑に供給された。
【００４１】
圧縮エアの噴射流を繊維束Ｆに対して１往復作用させた場合と、２往復作用させた場合とを比較したところ、２往復作用させた場合の方が接合部における交絡状態が密になり、引っ張り強度は高くなった。しかし、１往復作用させた場合でも、引っ張り強度は２０ｋｇ近くあり、１往復するだけで十分な強度が得られた。なお、引っ張り強度の測定は、１本の繊維束の両端を接合してリング状とし、その繊維束をバネばかりで引っ張り、接合部が剥がれた時の値を引っ張り強度とした。
【００４２】
この実施の形態では次の効果を有する。
（１） 接合すべき２本の繊維束Ｆの端部は、繊維配列方向に所定の間隔で把持された部分に、繊維配列方向と交差する方向に相対移動する噴射ノズル３０から流体（圧縮エア）が噴射され、その流体の作用により繊維が把持部２２ａを支点として回転されて互いに交絡する。従来と異なり、流体噴射圧が一定ではなく、噴射ノズル３０の往動時より復動時にその流体噴射圧を高くする。その結果、繊維同士の交絡が複雑になり、接合部の強度が高くなる。
【００４３】
（２） 噴射ノズル３０の相対移動速度を５ｍｍ／ｓｅｃ以下としたため、繊維に対する流体（圧縮エア）の作用が効果的に行われ、交絡が複雑になって接合部の強度がより向上する。
【００４４】
（３） 噴射ノズル３０の相対移動速度を２ｍｍ／ｓｅｃとしたため、接合時間をあまり長くすることなく、接合部の強度がより向上する。
（４） 噴射孔３０ａが繊維束Ｆの幅方向へ往復移動し、繊維束Ｆの重さね合わせ部（重合部）に対して幅方向の一端から順次反対側の端部へと向かって圧縮エアが作用するため、繊維の開繊と回転とが効率良く行われる。また、噴射ノズル３０を所定位置に固定して、繊維束Ｆ側を移動させる構成や、多数の噴射ノズルあるいは噴射孔を繊維束の幅方向に並べて、リレー式に順次噴射する構成に比較して構成が簡単になる。
【００４５】
（５） 把持部２２ａを３箇所以上としたため、接合部４９には繊維束Ｆの長手方向に交絡部４８が複数対（この実施の形態では２対）形成され、強度がより向上する。
【００４６】
（６） 繊維束Ｆは炭素繊維の繊維束である。炭素繊維の繊維束は製造方法、例えば使用されるサイジング剤の量や炭化条件等により、繊維束を構成する繊維が単に噴射ノズルから気体を一定圧力で噴射しただけでは、接合強度の高い交絡状態を得るのが難しい場合がある。しかし、この発明の方法では、繊維の交絡が効率良く行われ、炭素繊維の繊維束Ｆの接合を良好に行うことができる。
【００４７】
（７） 第１の押さえ部材４６は押さえ位置に配置された状態で載置部４４と対向する面と反対側の面が、支承部１４，１５Ｌ，１５Ｒの把持面１４ｃ，１５ｃと同一平面上となる。従って、エア噴射側に位置する繊維束Ｆの弛み量が、第１の押さえ部材４６の厚さによって設定され、弛み量を適正な値に設定するのが簡単になる。
【００４８】
（８） 繊維束Ｆの接合部４９の繊維の端のうち、図示しない繊維束供給ヘッドを通過する際に、進行方向前側となる繊維の端が対向する繊維束Ｆを貫通して反対側に露出するように処理されている。この処理がなされていない場合は、接合部４９が繊維束供給ヘッドを通過する際、繊維の端が繊維束供給ヘッドに引っかかり、繊維の端と繊維束供給ヘッドとの摩擦で繊維が端から順にめくれて接合部４９から剥がれる虞がある。しかし、前記の処理が施されているため、繊維の端はめくれても、容易に元に戻り繊維束Ｆの端部が接合部４９から剥がれる虞がなく、複合材の物性が向上する。
【００４９】
（９） ２本の繊維束Ｆの重合部を把持する際、載置部４４と第１の押さえ部材４６とで第１の繊維束Ｆを挟持してその端の位置決めを行い、第１の押さえ部材４６と第２の押さえ部材４７とで第２の繊維束Ｆを挟持してその端の位置決めを行う。従って、繊維束Ｆをその端部が支承部１５Ｒ，１５Ｌから所定の距離に配置するのが容易になる。
【００５０】
（１０） 載置部４４及び両押さえ部材４６，４７が可動部材１３と共に移動するため、把持状態にある繊維束Ｆに圧縮エアが作用する際に、載置部４４及び両押さえ部材４６，４７を圧縮エアの作用に悪影響を及ぼさない位置に退避させるための構成が簡単になる。
【００５１】
（１１） 把持部２２ａの先端と、支承部１６Ｌ，１５Ｌ，１４，１５Ｒ，１６Ｒとに弾性部材が貼付されているため、把持部材２１が把持位置に配置された際、繊維束Ｆの把持が確実になされる。
【００５２】
（１２） 前記の接合方法で接合された繊維束Ｆを用い、フィラメントワインディング装置を使用してプロペラシャフト用のＦＲＰ製パイプを製造すると、接合部が製品中に存在しても、必要な物性を確保したプロペラシャフトを製造できる。
【００５３】
実施の形態は前記に限らず、例えば次のように構成してもよい。
○ 噴射ノズル３０からの流体噴射を連続的に行うのではなく、流体噴射をパルス的に行ってもよい。往復移動時ともパルス的に噴射しても、いずれか一方のみパルス的に噴射してもよいが、噴射ノズル３０の往動時に流体噴射をパルス的に行う方が好ましい。流体噴射をパルス的に行うと、繊維が部分的に繊維束Ｆの厚さ方向に食い込み易くなり、流体噴射を連続的に行いつつ噴射ノズル３０を相対移動させる場合に比較して、繊維の交絡が複雑になり、接合部４９の強度をより高めることができる。
【００５４】
○ 噴射ノズル３０の繊維束Ｆに対する相対移動方向は、繊維束Ｆの繊維配列方向と直交する方向に限らず、斜めに交差する方向であってもよい。
○ 噴射ノズル３０を固定し、繊維束Ｆ側を移動させる構成としてもよい。
【００５５】
○ 噴射ノズル３０から噴射する流体は圧縮エア等の気体に限らず、液体であってもよい。
○ 圧縮エアの噴射圧縮が同じであれば、可動部材１３の移動速度、即ち噴射ノズル３０の移動速度が遅い方が、接合部の強度が高くなる傾向にあるが、あまり遅いと、接合に必要な時間が長くなるため、２〜４ｍｍ／ｓｅｃ程度が好ましく、２ｍｍ／ｓｅｃがより好ましい。
【００５６】
○ 可動部材１３の移動速度は５ｍｍ／ｓｅｃより速くてもよい。
○ 可動部材１３の移動速度を往動時と復動時とで異なる速度にしてもよい。往動時と復動時とで移動速度を代えることにより、圧縮エアの作用が異なる状態となり、交絡が複雑になる。例えば、往動時の速度を復動時の速度より遅くすることにより、往動時における単位時間当たりの圧縮エアの繊維に対する作用が復動時より強くなり、繊維束の厚さ方向における交絡が複雑になる。
【００５７】
○ 低速移動用のエアシリンダ３６と、高速移動用のエアシリンダ３７とを設ける代わりに、１個のエアシリンダを設けるとともに、該エアシリンダに低速移動時には低圧の圧縮エアを供給し、高速移動時には高圧の圧縮エアを供給する構成としてもよい。この場合、配管内に残っている圧縮エアの影響により、移動速度が多少ばらつくが、支障はない。
【００５８】
○ 把持部材２１を移動させるアクチュエータとしてエアシリンダ２４に代えて油圧シリンダを使用したり、ソレノイドを使用してもよい。
○ 把持部材２１を把持位置と退避位置とに移動させる構成として、把持部材２１の支持アーム２３を回動させる構成に代えて、把持部材２１の開放位置を把持位置から垂直に上昇した位置とし、把持部材２１を支承部１４等に対して垂直方向に昇降させる構成としてもよい。
【００５９】
○ 第１の繊維束Ｆを弛ませずに、単に２本の繊維束の端部を重ねて重合部を把持部２２ａで把持した状態で、噴射ノズル３０から圧縮エアを噴射して繊維を交絡させてもよい。
【００６０】
○ 第２の押さえ部材４７を省略して、第１の繊維束Ｆの弛み量を設定する第１の押さえ部材４６のみを設けてもよい。また、両押さえ部材４６，４７を省略してもよい。しかし、両押さえ部材４６，４７が無い場合は、２本の繊維束Ｆの端部同士の重合部の長さを長くしないと、把持部材２１による把持が難しくなる。
【００６１】
○ エアシリンダ３６，３７をベース１２に固定する代わりに、エアシリンダ３６，３７をベース１２と別の固定部材に固定する構成としてもよい。
○ 接合すべき繊維束Ｆの端部を２箇所で把持するとともに、両把持部の中央と対向する位置を１個の噴射ノズル３０が往復移動する構成としてもよい。
【００６２】
○ 繊維束Ｆの重合部における繊維の端の処理は前記実施の形態の方法に限らず、特開２００１−１５１４１８に記載された方法を採用してもよい。即ち、繊維束Ｆの重合部及びその近傍の繊維を開繊して幅を５割以上拡げ、その状態で重合部の接合処理を行った後、繊維束を繊維束供給ヘッドへ供給する際の進行方向前側の繊維の端が内側となるように繊維束Ｆを二つに折る。そして、その状態で繊維の端より前記進行方向前側に対して噴射ノズル３０から圧縮エアを噴射して接合処理（交絡処理）を行う。
【００６３】
○ 繊維束Ｆの重合部における繊維の端の処理は必ずしも行わなくてもよい。この場合、ノズル２７を省略できる。
○ 把持部２２ａの先端及び支承部１４，１５Ｌ，１５Ｒ，１６Ｌ，１６Ｒに貼付された弾性部材を無くしてもよい。
【００６４】
○ 繊維束の材質は炭素繊維に限らず、ポリアラミドや超高分子量ポリエチレン繊維等他の繊維を使用してもよい。
前記実施の形態から把握できる技術的思想（発明）について以下に記載する。
【００６５】
（１） 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記噴射ノズルの相対移動速度は、往動時と復動時とで異なる速度に設定されている。
（２） 前記技術的思想（１）に記載の発明において、前記噴射ノズルの相対移動速度は、往動時の速度が復動時の速度より遅く設定されている。
【００６６】
（３） 請求項１〜請求項５、前記技術的思想（１）及び（２）のいずれか一項に記載の発明の接合方法により接合された接合部を有する繊維束。
（４） 少なくとも２対の交絡部が、各対を成す交絡部間の距離が、異なる対に属する交絡部であって互いに隣接する交絡部同士の距離より大きくなるように設けられている接合部を有する繊維束。
【００６７】
（５） 前記技術的思想（４）に記載の発明の繊維束は、その接合部が請求項１〜請求項５、前記技術的思想（１）及び（２）のいずれか一項に記載の発明の接合方法により接合されたものである。
【００６８】
（６） 前記技術的思想（３）〜（５）のいずれかに記載の発明の繊維束を強化繊維として使用した繊維強化複合材。
（７） 前記技術的思想（３）〜（５）のいずれかに記載の発明の繊維束を強化繊維として使用し、フィラメントワインディング法により製造されたＦＲＰ製パイプを備えたプロペラシャフト。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項５に記載の発明の接合方法によれば、長繊維からなる扁平な２本の繊維束を流体の作用で接合した際、接合部の強度をより高めることができる。また、請求項６及び７に記載の発明は、その方法を実施するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）〜（ｄ）は一実施の形態の繊維束接合手順を示す模式斜視図。
【図２】 （ａ）〜（ｄ）は同じく繊維束接合手順を示す模式斜視図。
【図３】 可動部材が基準位置に配置された繊維束接合装置の模式側面図。
【図４】 可動部材の往動が完了した状態の繊維束接合装置の模式側面図。
【図５】 同じく繊維束接合装置の一部破断模式平面図。
【図６】 繊維束接合装置の模式正面図。
【図７】 （ａ）は把持部材の模式正面図、（ｂ）は押さえ部材の模式斜視図。
【図８】 （ａ）〜（ｄ）は繊維束の接合作用を説明する模式図。
【図９】 繊維束の接合部を示す模式平面図。
【符号の説明】
Ｆ…繊維束、１２…ベース、１３…可動部材、１４，１５Ｌ，１５Ｒ，１６Ｌ，１６Ｒ…支承部、２１…把持部材、２２ａ…把持部、２４…アクチュエータとしてのエアシリンダ、３０…噴射ノズル、３４…制御弁、３５…流体圧調整手段、３６，３７…アクチュエータとしてのエアシリンダ。

Claims (7)

1. 多数の長繊維からなる扁平な２本の繊維束の接合すべき端部同士を重ねた状態に配置し、各繊維束の重ね合わされた部分を繊維の配列方向と交差する状態で把持する把持部により所定の間隔をおいて少なくとも２箇所で把持し、前記把持部により把持された繊維束の各部分に対して、繊維配列方向と交差する方向に相対移動する噴射ノズルから流体を噴射して繊維を交絡させるとともに、前記噴射ノズルを１往復以上相対移動させ、噴射ノズルの往動時より復動時にその流体噴射圧を高くする繊維束の接合方法。
2. 前記噴射ノズルの往動時に流体噴射をパルス的に行う請求項１に記載の繊維束の接合方法。
3. 前記噴射ノズルの相対移動速度を５ｍｍ／ｓｅｃ以下とした請求項１又は請求項２に記載の繊維束の接合方法。
4. 前記把持部を３箇所以上とした請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維束の接合方法。
5. 前記繊維束は炭素繊維の繊維束である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の繊維束の接合方法。
6. 扁平な繊維束の端部を支承するための支承部が所定の間隔で２か所以上に配置されたベースと、
   前記各支承部と共同して繊維束を把持する把持位置と、繊維束を解放する退避位置とにアクチュエータにより移動される把持部材と、
   前記ベースに対して前記支承部に支承される繊維束と交差する方向に相対移動可能に配設された可動部材と、
   前記可動部材と一体移動可能に設けられ、該可動部材が前記ベースに対して相対移動する際に、前記支承部と前記把持部材とに把持された繊維束と対向する位置を移動するように配置された噴射ノズルと、
   前記可動部材を往復移動させるとともに移動速度を調整可能なアクチュエータと、
   前記噴射ノズルからの流体噴射時期を制御する制御弁と、
   前記噴射ノズルからの流体噴射圧を調整可能な流体圧調整手段とを備え、
   前記噴射ノズルを１往復以上相対移動させ、噴射ノズルの往動時より復動時にその流体噴射圧を高くすることを特徴とする繊維束接合装置。
7. 扁平な繊維束の端部を支承するための支承部が所定の間隔で２か所以上に配置されたベースと、
   前記各支承部と共同して繊維束を把持する把持位置と、繊維束を解放する退避位置とにアクチュエータにより移動される把持部材と、
   前記ベースに対して前記支承部に支承される繊維束と交差する方向に相対移動可能に配設された可動部材と、
   前記可動部材と一体移動可能に設けられ、該可動部材が前記ベースに対して相対移動する際に、前記支承部と前記把持部材とに把持された繊維束と対向する位置を移動するように配置された噴射ノズルと、
   前記可動部材を往復移動させるとともに移動速度を調整可能なアクチュエータと、
   前記噴射ノズルからの流体噴射時期を制御する制御弁と、
   前記噴射ノズルからの流体噴射圧を調整可能な流体圧調整手段とを備え、
   前記噴射ノズルを１往復以上相対移動させ、噴射ノズルの相対速度を往動時と復動時とで異ならせることを特徴とする繊維束接合装置。

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