修士2年 安藤　陽星 研究テーマ フリクション式仮撚における糸の走行経路解析

加工工程 　仮撚法は,合成繊維の原糸に撚りを加え,一度ヒーターを使ってその撚りを熱固定し,その後に逆の撚りを加えて撚りをほどいていくといった三つ工程を糸を送りながら連続的に行うものである.工程とそれによる糸の状態を図1に示す.走行中の糸にディスクの回転によって撚りを加えるため,その加撚部分の前後で逆の撚りを与えることとなり,一つの機構で撚りを加えることとほどくことができ連続的に加工することができるのである.図からもわかるように,一度ヒーターによって熱固定をしているために撚りをほどいても,完全には戻らず捲縮を持った加工糸となるのである. 研究目的 　以上のような特徴をもった加工装置ではあるが、ディスク型フリクションスピンドルのディスクの寸法・形状, 配列の仕方, 運転条件等は経験的に決められていることが多く, 糸とディスクの接触状態（走行経路・作用力）についての工学的な解明についての報告は少ない. ディスク型フリクションスピンドルのディスクにおけるディスクと糸の相互作用について, より一般化した形で力学的解明を行うことを目的とする. これまでの研究経過 　 　1)　枚のディスクに接触している場合に注目し, ディスクと接する糸が作る曲面を輪環面と考え, ディスク上の各点を座標式で表した. この座標式と糸に働く力の平衡関係から理論式を導出した. ディスクに接している糸の経路および進入点, 脱出点における糸張力を実際に測定することによって理論式の描く糸経路や張力変化が適切であることが証明された. 　2)　ディスク型フリクションスピンドル内の糸経路を, ディスクと糸の摩擦を無視して, 糸は対称なループを描き, ディスク曲面上では最短経路をとるとして糸傾角を理論的に解析し, 以下の結論を得た. 分幾何を用いた解析により糸傾角を理論的に求める方法を示した. 曲面上を走る糸を正面から見たときの角度を定義し, これと理論値の差異が小さいことを示し, 実験における写真撮影の糸傾角を補正なしで理論値と比較できることを明らかにした. このようにして求めた糸傾角は従来発表されている糸傾角の理論と定性的に同傾向ではあるが, 絶対値として小さい角度となった. また環半径と糸傾角の関係を明らかにした. ディスク外径, 環半径を大きくすると糸傾角および接触角度は大きくなる. 軸環距離, ディスク間距離を小さくすると糸傾角および接触角度は大きくなることを計算で明らかにした. 　3)　フリクションディスク上の糸の糸傾角を計測し, その変化および撚り数, ディスクの回転数の変化を調べ以下の結果を得た. 10枚で構成されるフリクションディスクユニットは上部3枚のディスクが走行経路においてガイドの働きをしており, 入ってくる糸経路の変化を是正している. No.4以降のディスク上の糸傾角は実験した範囲では張力条件およびディスク回転数による変化はなく, フリクションディスクユニットおよびフリクションディスクの形状により決定される値であった. 糸傾角はディスク径の増加およびディスク厚さの減少により増加し, この変化そのまま撚り数およびユニットの入り口と出口の張力比を1にするディスク回転数の変化につながり, 特にフリクションディスクユニットの糸送り力に大きく影響する. 実験により求めた糸傾角は糸の経路を滑らかなディスクの曲面上で測地線となると考えた値より若干大きくなる. ディスクの重なり部分を平面図に表し, 糸の進入位置, 離脱位置を順次記入して糸経路を表すと, 安定な場合は4枚目のディスクと7枚目のディスク上の糸経路は重なる. 一定の軸間距離を保って回転する3軸外接型フリクションユニットにおいて安定した糸経路で糸を走らすためには適切な外径と厚みおよび外周形状のディスクを用いることが必要である.

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