[製造装置]
 図1は、本発明の炭素繊維糸条の製造装置の 実施形態の一例を示した概略構成図である。 本実施形態の製造装置1は、炭素繊維前駆体� �条Xの端部同士が接続された接続部aを有する 炭素繊維前駆体糸条Xを連続的に焼成して炭� �繊維糸条Zを製造する装置である。ただし、� ��成とは、炭素繊維前駆体糸条に耐炎化処理� ��よび炭素化処理を施すことを意味する。

 製造装置1は、図1に示すように、炭素繊� �前駆体糸条Xを耐炎化処理して耐炎化繊維糸� ��Yを得る耐炎化炉10と、耐炎化繊維糸条Yを炭 素化処理して炭素繊維糸条Zを得る炭素化炉12 と、炭素繊維糸条Zの表面を処理する表面処� �装置14と、炭素繊維糸条Zにサイジング剤を� �与するサイジング剤付与装置16と、複数の巻 取ボビン、炭素繊維糸条Zを切断する切断手� �、および前記切断手段により切断された各� �の炭素繊維糸条Zを別々の巻取ボビンに巻き� ��る切替機構を有する巻取機18と、接続部aを� ��知する検知手段24と、検知手段24と巻取機18� ��の間で接続部aの位置情報を取得する位置情 報取得手段26と、前記位置情報に基づいて、� ��断により生じる接続部aを含む炭素繊維糸条 Zおよび前記接続部を含まない炭素繊維糸条� �別々の巻取ボビンに巻き取られるように、� �取機18を制御する制御手段28とを具備する。� ��た、製造装置1は、炭素繊維前駆体糸条X、� �炎化繊維糸条Y、炭素繊維糸条Zを搬送する搬 送ロール30a、30b、30c、30dを具備している。ま た、炭素繊維前駆体糸条Xは供給用箱体32a、32 bから供給される。

 また、本明細書中においては、炭素繊維� ��駆体糸条X、耐炎化繊維糸条Yおよび炭素繊� �糸条Zをまとめて糸条ということがある。

 耐炎化炉10は、炭素繊維前駆体糸条Xを酸� ��性雰囲気下に加熱することにより耐炎化処� ��して耐炎化繊維糸条Yを得る炉である。耐炎 化炉10は、炭素繊維前駆体糸条Xを耐炎化でき るものであればよく、炭素繊維糸条の製造に 通常用いられる耐炎化炉を用いることができ る。耐炎化炉10は、1つのみであってもよく、 複数の耐炎化炉が連結されたものであっても よい。

 炭素化炉12は、耐炎化処理により得られ� �耐炎化繊維糸条Yを不活性雰囲気下に加熱す� ��ことにより炭素化処理して炭素繊維糸条Zを 得る炉である。炭素化炉12は、耐炎化繊維糸� ��Yを炭素化できるものであればよく、炭素繊 維糸条の製造に通常用いられる炭素化炉を用 いることができる。炭素化炉12は、1つのみで あってもよく、複数の炭素化炉が連結された ものであってもよい。

 表面処理装置14は、炭素繊維糸条Zとエポ� ��シ樹脂などの樹脂との接着性を向上させる� ��めに、炭素繊維糸条Zの表面を処理する装置 である。表面処理装置14としては、例えば、� ��ゾン酸化などの乾式法により炭素繊維糸条Z に表面処理を施す表面処理装置や、電解質中 で電解処理する湿式法によりに炭素繊維糸条 Zに表面処理を施す表面処理装置などが挙げ� �れる。

 サイジング剤付与装置16は、表面処理さ� �た炭素繊維糸条Zにサイジング剤を付与する� ��置である。サイジング剤付与装置16は、サ� �ジング剤を炭素繊維糸条Zに付与できるもの� ��あれば特に限定されない。サイジング剤を� ��与することにより、炭素繊維糸条Zの取り扱 い性や、繊維強化樹脂との親和性が向上する 。

 サイジング剤は、所望の特性を得ること� ��できるものであればよく、例えば、エポキ� ��樹脂、ポリエーテル樹脂、エポキシ変性ポ� ��ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂を主成分� ��するサイジング剤が挙げられる。

 巻取機18は、炭素繊維糸条Zを巻き取る機� ��であり、複数の巻取ボビン、炭素繊維糸条Z を切断する切断手段、および前記切断手段に より切断された各々の炭素繊維糸条Zを別々� �巻取ボビンに巻き取る切替機構を有する。� �1の例示では、巻取機18は、巻取ボビンとし� �、製品巻取ボビン20と接続部巻取ボビン22と� ��有している。

 また、切断手段(図示せず)は、炭素繊維� �条Zを切断できるものであれば特に限定され� ��い。

 また、切替機構は、炭素繊維糸条Zを所望 の巻取ボビンで巻き取ることができる機構で あれば特に限定されない。

 巻取機18は、切断手段により炭素繊維糸� �Zを所望の位置で切断し、切替機構により、� ��続部aを含まない炭素繊維糸条Zを製品巻取� �ビン20に巻き取り、接続部aを含む炭素繊維� �条Zを接続部巻取ボビン22に巻き取ることが� �きるものであればよく、例えば、自動切換� �ーレット式巻取機などが挙げられる。

 検知手段24は、接続部aを、接続部aの厚み と非接続部の厚みとの差により検知する手段 である。検知手段24は、厚みの差により接続� ��aを検出できるものであれば特に限定されず 、例えば、リニアゲージ(接触式変位センサ� �)などの接触方式の検知手段や、超音波、レ� ��ザー、放射線、光、エアなどによる非接触� ��の検知手段が挙げられる。

 検知手段24の具体例としては、例えば、LJ -G080(キーエンス製、レーザー変位センサー)� �どが挙げられ、繊維束が並ぶ方向での位置� �、接続部分の厚みとを同時に検出すること� �、複数本が併走する繊維束糸条を一つの検� �手段で一括してモニターし、どの繊維束の� �続部かを判別することが可能である。

 位置情報取得手段26は、検知手段24と巻取 機18との間で接続部aの位置情報を取得する手 段である。位置情報取得手段26は、接続部aの 位置情報を取得できるものであればよく、例 えば、検知手段24と巻取機18との間における� �条の走行距離Lと、糸条の走行速度から接続� ��aの位置を演算する手段が挙げられる。さら に、検知手段24を巻取機18の直前に設置すれ� �、演算を省略することもできる。

 以下に、検知手段24と巻取機18との間で接続 部aの位置を演算により取得する手段を例示� �るが、位置情報取得手段26はこの手段に限定 されない。
 図1に示すように、検知手段24から耐炎化炉1 0の前までの糸条の走行距離をL1(m)、耐炎化炉 10から搬送ロール30bまでの糸条の走行距離をL 2(m)、搬送ロール30bの直後から搬送ロール30c� �での糸条の走行距離をL3(m)、搬送ロール30cの 直後から巻取機18までの糸条の走行距離をL4(m )とする。また、搬送ロール30aによる糸条の� �送速度をV1(m/分)、搬送ロール30bによる糸条� �搬送速度をV2(m/分)、搬送ロール30cによる糸� �の搬送速度をV3(m/分)、搬送ロール30dによる� �条の搬送速度をV4(m/分)とする。

 検知手段24から巻取機18までの糸条の走行時 間T(分)は、下記式によりに算出される。
 T=T1+T2+T3+T4
 ただし、T1(分)は検知手段24から耐炎化炉10� �前までの糸条の走行時間(T1=L1/V1)であり、T2(� ��)は耐炎化炉10から搬送ロール30bまでの糸条� ��走行時間(T2=L2/V2)であり、T3(分)は搬送ロー� �30bの直後から搬送ロール30cまでの糸条の走� �時間(T3=L3/V3)であり、T4(分)は搬送ロール30cの 直後から巻取機18までの糸条の走行時間(T4=L4/ V4)である。

 すなわち、検知手段24から走行距離Kn(m)ま での接続部aの走行時間をTnとすると、接続部 aの位置は、Tn<T1のときは検知手段24と耐炎� ��炉10の前までの間であり、T1<Tn<T1+T2のと きは耐炎化炉10から搬送ロール32bまでの間で� ��り、T1+T2<Tn<T1+T2+T3のときは搬送ロール30 bの直後から搬送ロール30cまでの間であり、T1 +T2+T3<Tn<Tのときは搬送ロール30cの直後か� ��巻取機18までの間である。

 検知手段24と巻取機18との間における接続部 aの位置情報(検知手段24から走行距離Kn(m))は� �下記式により算出される。
 Tn<T1の場合:
 Kn=L1×Tn/T1
 T1<Tn<T1+T2の場合:
 Kn=L1+L2×(Tn-T1)/T2
 T1+T2<Tn<T1+T2+T3の場合:
 Kn=L1+L2+L3×(Tn-T1-T2)/T3
 T1+T2+T3<Tn<Tの場合:
 Kn=L1+L2+L3+L4×(Tn-T1-T2-T3)/T4

 制御手段28は、位置情報取得手段26による 接続部aの位置情報に基づいて、接続部aを含� ��炭素繊維糸条Zおよび接続部aを含まない炭� �繊維糸条Zが別々の巻取ボビンに巻き取られ� ��ように巻取機18を制御する制御手段である� �すなわち、制御手段28は、位置情報取得手段 26による接続部aの位置情報に基づき、接続部 aの前後で炭素繊維糸条Zを切断するように切� ��手段を制御し、かつ、接続部aを含む炭素繊 維糸条Zが製品巻取ボビン20に巻き取られ、接 続部aを含まない炭素繊維糸条Zが接続部巻取� ��ビン22に巻き取られるように切替機構を制� �する制御手段である。

 制御手段28は、接続部aの位置情報に基づ� ��て巻取機18を制御できるものであれば特に� �定はない。

 制御手段28は、例えば、市販品にて構成� �れていてもよく、専用のハードウエア、ソ� �トウエアにて構成されていてもよい。また� �制御手段28には、必要に応じて、入力装置、 表示装置などの周辺装置が接続されていても よい。入力装置としては、例えば、ディスプ レイタッチパネル、スイッチパネル、キーボ ードなどの入力デバイスが挙げられる。表示 装置としては、例えば、CRT(Cathode Ray Tube、� �ラウン管)、液晶表示装置などが挙げられる� ��

 搬送ロール30a、30b、30c、30dは、糸条を搬� ��できるものであればよく、炭素繊維糸条の� ��造に通常用いられる搬送ロールを用いるこ� ��ができる。

 また、供給用箱体32a、32bは、炭素繊維前� ��体糸条Xを製造装置1に供給できるものであ� �ばよく、例えば、炭素繊維前駆体糸条Xを折� ��畳んで積層させて収納する箱体などを用い� ��ことができる。また、供給用箱体32a、32bの� ��わりに巻取ボビンに巻き上げた炭素繊維前� ��体糸条Xを製造装置1に供給してもよい。

 尚、本発明の炭素繊維糸条の製造装置は� ��図1に例示した装置には限定されない。例え ば、本実施形態の製造装置1では検知手段24が 耐炎化炉10の一次側に設けられているが、検� ��手段24は巻取機18の一次側であればいずれの 位置に配置されていてもよい。検知手段24の� ��置は、検知手段24と巻取機18との距離と接続 部aの位置情報の誤差との関係、巻取機18の切 替機構による巻取ボビンの切り替えに要する 時間などを考慮して決定すればよい。また、 表面処理装置14やサイジング剤付与装置16を� �えていない製造装置であってもよい。

 炭素繊維前駆体糸条Xは用途に応じて選択 すればよく、例えば、ポリアクリロニトリル の単独重合体、あるいはポリアクリロニトリ ルと他の単量体との共重合体などのポリアク リロニトリル系重合体からなる炭素繊維前駆 体糸条などが挙げられる。

[製造方法]
 本発明の炭素繊維糸条の製造方法は、炭素� ��維前駆体糸条の端部同士を接続した接続部� ��有する炭素繊維前駆体糸条を連続的に焼成� ��て炭素繊維糸条を製造する方法であって、� ��記接続部を、接続部の厚みと非接続部の厚� ��との差により検知する工程(1)と、前記炭素� ��維前駆体糸条を焼成して炭素繊維糸条を得� ��工程(2)と、前記接続部を検知した位置から� ��素繊維糸条を巻き取るまでの間で、前記接� ��部が存在する位置の位置情報を取得する工� ��(3)と、前記位置情報に基づいて、前記接続� ��の前後で炭素繊維糸条を切断する工程(4)と� ��切断により生じる前記接続部を含む炭素繊� ��糸条と前記接続部を含まない炭素繊維糸条� ��を別々に巻き取る工程(5)とを含む方法であ� ��。

 以下、本発明の製造方法の実施形態の一� ��として、前述の製造装置1を用いて炭素繊維 糸条を製造する方法について説明する。

 まず、供給用箱体32a、32bのそれぞれに収� ��された炭素繊維前駆体糸条Xの端部同士を接 続することにより接続部aを形成させる。図1� ��図示例では、供給用箱体32bに収納されてい� ��炭素繊維前駆体糸条Xの後端と、供給用箱体 32aに収納されている炭素繊維前駆体糸条Xの� �端とが接続されて接続部aが形成されている� ��また、供給用箱体32aに収納されている炭素� ��維前駆体糸条Xの後端は、次の供給用箱体(� �示せず)に収納されている炭素繊維前駆体糸� ��Xの先端と接続される。このように、炭素繊 維前駆体糸条Xの端部同士を接続していくこ� �により、炭素繊維前駆体糸条Xを連続的に製� ��装置1に供給して焼成を行う。

 炭素繊維前駆体糸条Xの端部同士を接続す る方法は特に限定されないが、焼成中に蓄熱 などにより糸切れすることを防止する点から 、炭素繊維前駆体糸条Xの接続部aが耐炎化さ� ��ていることが好ましい。すなわち、接続部a が耐炎化された部位を有していることが好ま しい。

 炭素繊維前駆体糸条Xの端部同士を接続す る方法としては、炭素繊維前駆体糸条Xの少� �くとも一方の端部が耐炎化された状態で接� �する方法、耐炎化処理が施された別の耐炎� �繊維糸条を介して炭素繊維前駆体糸条Xの端� ��同士を接続する方法などが挙げられ、前者� ��あることが好ましく、図2に例示したように 両端部が耐炎化された炭素繊維前駆体糸条X� �端部同士を接続することがより好ましい。� �者の方法としては、特開2000-144534号公報、特 開2002-302341号公報などに記載の方法などが挙� ��られ、後者の方法としては、特開平10-226918� ��公報に記載の方法などが挙げられる。

 炭素繊維前駆体糸条Xの接続部aの厚みD1と 非接続部の厚みD2との比(D1/D2)は、D1/D2=2.0~6.0� �することが好ましい。比(D1/D2)を2.0以上とす� ��ことにより、接続部aの誤検知および未検知 が低減される。また、比(D1/D2)を6.0以下とす� �ことにより、毛羽等の発生による誤検知が� �減される。

 炭素繊維前駆体糸条Xの厚みは、0.2~0.35mm� �度とすることが好ましく、接続部aの厚みは0 .4~2.1mmとすることが好ましい。

 接続部aを有する炭素繊維前駆体糸条Xは� �搬送ロール30aにより耐炎化炉10に導入される 。

 工程(1)では、搬送ロール30aの一次側で、� ��知手段24により接続部aを検知する。検知手� ��24による接続部aの検知は、検知手段24を接� �部a全体が通過する時間がt(秒)である場合、� ��知手段24において接続部aに相当する厚みが0 .2t秒~1.0t秒の間で検知されたときに、接続部a が検知手段24を通過したとして検知すること� ��好ましい。これにより、接続部aの誤検知を 防止しやすくなる。

 工程(2)では、耐炎化炉10で炭素繊維前駆� �糸条Xを耐炎化処理して耐炎化繊維糸条Yを得 て、ついで、搬送ロール30cにより耐炎化繊維 糸条Yを炭素化炉12に導入して炭素化すること により炭素繊維糸条Zを得る。工程(2)におい� �は、耐炎化炉10および炭素化炉12による処理� ��の糸条の張力を適正な張力に保つ点から、� ��送ロール30bと搬送ロール30cの搬送速度に速� ��差がつけられる。

 また、本実施形態では、炭素化炉12で炭� �化されて得られた炭素繊維糸条Zの表面を表� ��処理装置14により処理し、洗浄、乾燥を行� �た後、サイジング剤付与装置16により炭素繊 維糸条Zにサイジング剤を付与して乾燥する� �

 工程(3)では、接続部aを検知した位置から 炭素繊維糸条を巻き取るまでの間、すなわち 検知手段24から巻取機18までの間で、接続部a� ��位置情報を取得する。接続部aの位置情報の 取得は、位置情報取得手段26における演算に� ��り行う。

 工程(4)では、接続部aの前後で得られた炭 素繊維糸条Zを切断する。これにより、炭素� �維糸条Zが、接続部aを含む炭素繊維糸条Zと� �接続部aを含まない炭素繊維糸条Zとに分けら れる。工程(4)における炭素繊維糸条Zの切断� �、位置情報取得手段26の演算により接続部a� �巻取機18に到達するまでの時間を算出し、そ れに基づいて制御手段28により巻取機18の切� �手段による切断を制御することにより行う� �

 炭素繊維糸条Zの切断は、接続部aから前� �に25~50m以上離れた場所で行うことが好まし� �。接続部aから前後に25m以上離れた場所で炭� ��繊維糸条Zを切断することにより、接続部a� �よびその周辺部の強度が低下した部分が製� �に混入することを防ぐことが容易になる。� �た、接続部aから前後に50m以内の場所で炭素� ��維糸条Zを切断することにより、炭素繊維糸 条Zの損失を低減して生産性を向上させるこ� �が容易になる。

 工程(5)では、接続部aを含まない炭素繊維 糸条Zを製品巻取ボビン20に巻き取り、接続部 aを含む炭素繊維糸条Zを接続部巻取ボビン22� �巻き取る。工程(5)における炭素繊維糸条Zの� ��き取りは、工程(4)の切断と同様に、位置情� ��取得手段26の演算により接続部aが巻取機18� �到達するまでの時間を算出し、それに基づ� �て制御手段28により巻取機18の切替機構を制� ��して製品巻取ボビン20と接続部巻取ボビン22 を切り替えることにより行う。

 以下、工程(4)および工程(5)の具体的な方� ��を例示するがこの方法に限定されるもので� ��ない。

 接続部aを含ませずに炭素繊維糸条Zを製� �巻取ボビン20に巻き取り、製品巻取ボビン20� ��待機位置に移動させると共に接続部巻取ボ� ��ン22を巻取位置の手前まで移動させる。こ� �とき、炭素繊維糸条Zは切断せずに繋がった� ��態でヤーンガイド(図示せず)のトラバース� �間を変更し、炭素繊維糸条Zを糸把持装置(図 示せず)の方へ導き把持させる。その後、ヤ� �ンガイドは通常のトラバース区間に戻り、� �続部巻取ボビン22に炭素繊維糸条Zが巻き付� �られ、製品巻取りボビン20と接続部巻取ボビ ンの間に渡る炭素繊維糸条Zが切断手段によ� �自動的に切断され、接続部巻取ボビン22によ る巻取りが開始される。

 ついで、接続部巻取ボビン22に接続部aを� ��む炭素繊維糸条Zが巻き取られている間に、 満管となった製品巻取ボビン20を巻取機18か� �取り外し、新たに空の製品巻取ボビン20を取 り付ける。そして、接続部aを含む炭素繊維� �条Zを所定の長さ分だけ巻き取った後に、接� ��部巻取ボビン22を待機位置に移動させると� �に製品巻取ボビン20を巻取位置に移動させ、 製品である接続部aを含まない炭素繊維糸条Z� ��巻き取りを開始し、接続部巻取ボビン22と� �品巻取ボビン20の間で炭素繊維糸条Zを切断� �段により切断する。

 以上説明したように、本発明の炭素繊維� ��条の製造装置および製造方法は、炭素繊維� ��駆体糸条の端部同士を接続した接続部を有� ��る炭素繊維前駆体糸条を連続的に焼成する� ��また、検知手段による接続部の位置情報に� ��づいて、得られた炭素繊維糸条を接続部の� ��後で切断し、接続部を含む炭素繊維糸条と� ��続部を含まない炭素繊維糸条とを別々に巻� ��取ることができる。これにより、目視確認� ��よる接続部の誤検知および未検知を防ぎ、� ��質に優れた炭素繊維糸条を得ることができ� ��また炭素繊維前駆体糸条の焼成から巻き取� ��までを自動化できる。そのため、高い操業� ��でかつ低コストに高品質な炭素繊維糸条を� ��造することができる。