カバリング工程におけるカバード糸の被覆状態と糸張力に関する研究

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カバリング工程におけるカバード糸の被覆状態と糸張力に関する研究

著者森大介

著者別名 Mori, Daisuke

雑誌名博士学位論文要旨論文内容の要旨および論文審査

結果の要旨／金沢大学大学院自然科学研究科

巻平成16年12月

ページ 411‑418

発行年 2004‑12‑01

URL http://hdl.handle.net/2297/16654

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氏名生年月日本籍学位の種類学位記番号学位授与の日付学位授与の要件学位授与の題目論文審査委員(主査）

論文審査委員(副査）

森大介

石川県博士（工学）

博甲第６４５号平成１６年３月２５日

課程博士（学位規則第４条第１項）

カバリングエ程におけるカバード糸の被覆状態と糸張力に関する研究

新宅救徳（工学部・教授）

喜成年泰（工学部・助教授）松平光男（教育学部・教授）

北川正義（工学部・教授）上野久儀（工学部・教授）

学位

^ニム^ロHＵ

_文要

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Abstract

ltisoftentomakeacompositeyamfbrdesignanddevelopmentofnewtextileproductsattextileindustryinJapan・

Coveringprocessisoneofmethodsiｎｗｈｉｃｈｔｗｏｏｒｍｏｒｅｙａｍｓａｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄ・htheprepanngprocessfOrcovenng yambyusingabobbinwind因ahysteresistenserhasbeenusedtomaintainfilamentyamtensioninaconstantleveI，

Bythismcthod,howev団itisdifficulttocompensatcabn1ptchangesofyamtcnsion､hlthisreport,wehavedesigned thetensioncontrolsystemwhichiscomposedofatensionsensonatenserdeviceandapersonalcomputerhAsthe resultsofexperiments,itispossiblefOrthissystemtocontrolfUamentyarntensionwithindeviation超cNtosetthe tensionvalue、Andthcn，acompositionofcovermgandcoreyaｒｎｓｉｎａｃｏｖｅｒｅｄｙａｍｉｓａｎｉｍｐｏＩｔａｎｔfactorfOr affectingthequalityandcharacteristicoffabric・CoveringtensionistheorBticallyestimatedfbrclarifyinga relationshipbetweenthecompositionofcovenngandcoreyamsandmanufacturingconditionincovenngprocess・In ordertopreventthccoveringtensionfromdecrcasmgwiththechangeofbobbinradiusfbrthecovenngyam,a methodofcontroUingtheangularvelocityofspindlehasaneffectfOrkeepingaconstantcompositionofcovennｇａｎｄｃｏｒｃｙａｍｓｉｎａｃｏｖｃｒｅｄｙａｒｎ．

１．緒言

繊維産業では繊維製品の高付加価値化を図るため，複数の異なった糸による複合化糸加工が盛んに行われている．複合化糸加工の一つとして，芯糸に別の糸を螺旋状に巻付けるカバリング加工がある．カバリ

ング加工では，従来から芯糸にポリウレタン糸，カバリング糸に合成繊維を用いたストレッチ糸等が多く生産されており，また，最近はカバリング糸に機能性フイルムのスリット糸等を用いたカバード糸の製造

も行われている．ポリエステルやナイロンに代表される合繊を用いた織物は，原糸物性を始めとして撚糸

（糸加工)，製織，精練等の諸条件によって織物の風合いが異なったものになる．一般に合繊長繊維織物のそれぞれの工程では製織の目的や糸の種類に応じて，糸に一定の張力を作用させる必要がある．実際の工程ではこれまで，重りの加除を利用した重り式テンサにより，走行する糸への押圧を調節する方法が多く用いられてきた．しかし，この方法は張力の急激な変動や微小な変動に追随しにくい欠点があった．本研究では，この問題を解決するため，電磁ブレーキを応用した張力テンサを考案し，これと張力センサ，。

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ンピュータで構成される張力制御システムをパーンワインダの糸速度が変化するフィリング巻に用いることを検討した．制御方法には，Ｐ、制御とファジィ制御を用いて制御方法による違いについても調べた．

実験の結果，考案した張力制御システムは，従来手法であるヒステリシステンサに比べてより高い精度で制御でき，また，パーンワインダのフィリング巻における糸速度の変化による張力変動を軽減できることを確認した．

また，前述のカバード糸を用いた織物の風合いや品質を左右する要因として，カバード糸を構成する芯糸に対するカバリング糸の被覆状態がある．この被覆状態を評価する手法としては，カバード糸の撚数や

撚角度を調べる方法もあるが，本研究では，カバード糸を芯糸とカパリング糸に分解した後，これらの質量測定から，長さに換算することにより芯糸に対するカバリング糸の長さの比（以下，カバー脹糸の構成比）を求めた．このカバード糸の構成比に影響を与える因子には，カバリング糸の巻付け張力と芯糸張力がある．バルーニング中の糸が切断した場合に糸の切れ端は糸層にすべて巻付かず，一定の半径を保って回転することから，この半径をもって理論的にカバリング糸の巻付け張力を求めた．そこで，本研究はカ

バード糸の構成比とカバリング糸の巻付け張力の関係を明らかにするため，実機で芯糸張力を無視するに十分な剛性を有する糸を芯糸に用いてカバード糸を作製し，これらのカバー膵糸の構成比と理論的に求め

たカバリング糸の巻付け張力の関係について調べた．一方，カバリングエ程でカバリング糸の糸屑半径の減少にともなってカバリング糸の巻付け張力が小さくなるためにカバード糸の構成比が増加するという問題がある．そこで，この問題を解決するため，巻付巻付け張力の解析結果から糸層半径が変化した場合にカバリング糸の巻付け張力が一定となるスピン脹ル角速度を求め，糸層半径の変化に応じてスピンドル角速度を変えてカバリングする手法について検討した．この手法はスピンドル角速度が一定の場合と比較し

て，カバード糸の構成比を安定させる効果があることを確認した．

２．張力制御手法の提案２．１張力制御システム

本報の実験に用いたハードウェアシステムを図１に示した．クリール台に取り付けられた原糸バーンから繰り出された１本の糸は，テンサ及び張力センサを通ってアルミ製の管に巻取られる．実験に用いた張力センサは東洋製作所社製張力センサ．､OKILNA1型で,最大張力測定

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7℃鰯

辺』Sル蕊蕊:鰄霧i蕊･-厘1重

ﾉﾂ同工環張刀センサｎｑＫＩＺＮＡｌ翌』で,敢大張刀測定ＣＯ顕顧ｕｔｅｌＰ_{Ｙｉ３ｒｎ}

値は９８ｃＮである．張力センサで検出された糸FiglSchcmaticdiagramoftensioncontrolsystem 張力値は，Ａ/Ｄコンバータを通じてパーソナルコンピュータに送られ，ここでＰ、制御またはファジィ制

御によって出力値を求め，この出力値はＤ/Ａコンバータでテンサ制御電圧に変換ざれ糸張力を制御した．

２．２電磁ブレーキ張力テンサ

提案したテンサ（中越機械㈱製KBR32-OO1）

の内部構造を図２に示す．テンサは，電磁コイル，回転ローラ，及びセパセパレータローラで構成される．回転ローラとセパレータローラの．

軸は平行ではないため，走行する糸は，回転ローラとセパレータローラに螺旋状に巻かれる．

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RevolⅥn2D1atePhotOSensの Fig.２Schematicdiagramoftenserdevice

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また，電磁＝イルに流れる電流を変えることにより回転ローラと電磁＝イル間に作用する磁力を変化させることができる．これにより，回転ローラの回転トルクを変更させることで走行する糸の張力を調節す

ることができる．

２．３制御の評価方法

制御値の評価方法として，表面粗さの測定等に用いられる式（１）のＲＭＳ値を用いた．具体的には測定した張力値から設定張力値を引いた偏差２㈹の２乗を平均した値の平方根を求めることで，制御結果の評

価を行った．

Ｍ

一一 (１）

２．４実験結果と考察

糸速度が急激に変化するフィリング巻において，制御張力がどのような影響を受けるかを従来手法（ヒステリシステンサ)，Ｐ、制御及びファジィ制御の三つの方法について調べた．ポリエステル７５Ｍ６ｆの糸で設定張力値をＺ０ｃＮで制御させ，０，３０，５４分経過した場合の制御結果を図３に示した．図３より，３つの方法とも大きな張力変動が発生している箇所があるが，これはフイリング巻により糸ガイドの１トラバース間に糸屑半径が異なることにより，糸速度が急激に変化する箇所があるためである．ヒステリシステンサでは糸層半径の変化にともなって糸速度が変化することにより，糸張力が大きく変化している．また，時間の経過にともなってアルミ製の管に巻かれた糸量が増加するため，ガイＦの１トラバース間に糸の巻経が異なることによって糸速度が変化し張力が変動する範囲が増加していることがわかる．しかし，Ｐ、制御やファジィ制御では，ヒステリシステンサと比較してトラバースがターンする部分での急激な張力変化は発生しているものの，巻径が異なっていることによる糸速度変化にともなう張力変動はかなり低減していることがわかる．また，巻始めから巻終わりまでのＲＭＳ値の経時変化を図４に示す．図４より，ヒステリシステンサでは時間の経過にともなってＲＭＳ値が増加していることから，

張力変動が大きくなっていることがわかる．こ

6０

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Fig3Tmsionvariationbydiffe[巳ｎｃｅｉｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｏｎ位olatirr巴gularyamspeed

tengiOn

(5)

れは，時間の経過にともなって糸の巻量が増加し，糸層半径の変化量が多くなりそれにともなって糸速度の変化も大きくなることから張力の変動が大きくなったためと考えられる．しかし，Ｐ、制御やファジィ制御では糸層半径の変化にともなう張力変動を軽減しており，巻始めから巻終わりまで制御の効果が現れており，その効果はファジィ制御よりＰ、制御の方が張力の変動が小さいことがわかる．

３．巻付け張力手法の提案 3.1巻付け張力の解析折 3.1.1バルーン解析

６５４３２１［Ｚ。］の三匹

０ 2０３０４０ 5０ 6０

Time【min］

カバリング糸の巻付け張力は，カバリング糸のFig4RMSoftensionbydiffbrence バルーンの解析から求めることができる．図５

に示すように，ｘ軸およびｙ軸をボビンに対し

て直角平面上に，Ｚ軸はボビン軸上にとる．ｘ=y=z=ｏの点をバルーンの頂点とし，バング糸の張力をカバリング糸の巻付け張力とする．このバルーン解析で空気抗力と違

（２）～（４）となる．

為壼(Ｍ侭璽-Ｆｗｗ蟄一〆)鳩)'化-加瓊)）（２）

烏-(〃(RLPMl魁P｡(1mLが)Ｍ２)'(M圏）（３）

ofilregularyarnspecd

)の点をバルーンの頂点とし，バルーン頂点でのカバリこのバルーン解析で空気抗力と遠心力を考慮した式は，

譜藝2ＭＷ,ｼ』

^Ｑ

ただし，

Ｈ：バルーン高さ【m］

Ｔ：張力[N］

、：糸の線密度[kg/ml

c‘：糸の垂直な方向の空気抗力係数

、：糸の直径[ｍｌｐ：空気の密度[kgm3］

Ｘ：ＱｉＤｐｎ[kg/m2］

Ｐ：バルーンを期ｙ平面に投影した曲線の接線に回転中心より下した垂線の長さをｌで除

した無次元長さＱ：。(z/lyds（ｓは線素）

′：仮想的に張力Ｏとなる半径[m］

”：Ｋ‘ｉ７２

Ｒ：〃’（ただし，ｘ2十y2=｢2）

６：糸屑半径[ｍ］

(４）

v Z

Fig5CoveringaPparatus

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３．１．２巻付け張力の求め方

バルーンの解析により，ラッシングエンド半径Ｌ，糸層半径Z'，糸の線密度、，及びＫの関係から，糸層半径とラッシングエンド半径を測定すれば，Ｋｒと糸層半径の積を糸の線密度で除した無次元量が求まる．

この値から，バルーン中のカバリング糸が張力Ｏとなる半径を糸層半径で除した無次元長さが求まり，これと糸の線密度，スピンドル角速度及び糸屑半径から式（５）より，巻付け張力を求めることができる．

形加の262(〃)わ（５）

ただし，の：スピンドル角速度[rad/s】

3.2巻付け張力とカバーＦ糸の構成比の関係 3.2.1実機による実験

前述したカバリング糸の巻付け張力はスピンドル角速度やバルーン高さなどから求まるので，実機により実験を行い，カバリング糸の巻付け張力がカバード糸に及ぼす影響について調べた.実験には，ラッシングエンド半径の測定と同様に片岡機械工業㈱製カバリングマシンＰＦｎ型を用いた．また，カバード糸の構成比にはカバリング糸の巻付け張力だけでなく，芯糸張力も影響を及ぼすと考えられるが’巻付け張力だけを考慮するため，芯糸張力の影響を無視するに十分な剛性を有するナイロンl022dtex/ｆのモノフィラ

メント糸を芯糸として用いた．

3.2.2カバード糸の構成比

ＬｌＣｏｒｃｙａｍカバード糸の構成比を求める手法として，ニーーニ￣、一．……-…三』……一E9W課

～ハーr不………､り゜子広こし~面已邑ゅ□■

カバード糸を１０ｃｍの長さに切断し，図６の _Covcredyam ように芯糸とカバリング糸に分解した後，こ

笏巨〃､庵_皇全.－，”＿＝…，Ｊ１＝－銭ⅡＬｌ:LengthofcorcyamW

W〉

~一二二青ﾐ三三三二魁

れらの質量をﾏｲｸﾛ天秤(ﾒﾄﾗｰ製三ｉｔ:::鑑:麗麗卿路:M…化…伽

Ｗ】:Massofcoreyam

MT5）によって５回測定して，その平均値を

糸長に換算しカバード糸の構成比(L2L,)をFig.6MeasurcmentfOrcompositionofcoveringandcoreyarns

求めた．

3.2.3巻付け張力の制御

前述のカバリング糸の巻付け張力の解析より，糸屑半径が変化してもカバリング糸の巻付け張力が一定となるスピンドル角速度を求め，糸層半径の変化に応じてスピンドル角速度を変えてカバリングを行い，

スピンドル角速度が一定の場合と比較を行ったら前述の芯糸とカバリング糸を用い，初期時のスピンドル

角速度を838rad/ｓとして実験を行った.初期時の巻付け張力は,巻付け張力の解析より求めた1/ｂと式（４）

より2.2ｃＮと求まる．また，糸屑半径を変化させた場合において，巻付け張力を一定とするスピンドル角

速度も同じ方法で求めた．

3.2.4結果と考察

図７に撚数が同じであってもカバリング糸の巻付け張力（スピンドル角速度）が異なることにより，カ

バリング糸が芯糸に螺旋状に巻付く状態が異なっている糸の外観を示す．図７の（ａ）と（ｂ）を比較す

るとスピンＦル角速度が速くカバリング糸の巻付け張力が大きい（ａ）ではカバリング糸のフィラメント

が収束して巻付いているが，スピン膜ル角速度が遅くカバリング糸の巻付け張力が小さい（ｂ）ではフィ

ラメントは収束せずにバルキー性を保持しており，カバード糸の外観も太くなっている．このことから，

(7)

カバリング糸の巻付け張力が変化するとカバード糸の構成比も異なり，カバード糸の形状が変化することがわかる．

図８は，糸種の違いによるスピンドルの角速度とカバード糸の構成比との関係を ,Jくす．糸稲が異なってもスピンドル角速度の増加にともなってL2/Llは減少している．

スピンドル角速度が419rad/ｓにおいて３種類のカバリング糸のＬ２Ｌ１を比較するとその差はかなり大きいが，スピンドル角速度が838rad/ｓ以上では，その差は小さく

なっている．これはスピンドル角速度が 419rad/ｓにおける３種類のカバリング糸の巻付け張力は，他のスピンドル角速度の場合と比較すると最小となり，図７（ｂ）

より仮撚糸である184dtex/48ｆのバルキー性が保持された状態で芯糸に螺旋状に巻付くので，他の２種類の糸と比較すると L2L,が最も大きくなったと考えられる．また，仮撚加工がされていない167dtex/32ｆと８４dtex/36ｆを比較すると，スピンドル

角速度が419rad/sでは84dtex/36fのL2/L，

が大きくなっている．これは，167dtex/32ｆより８４dtex/36ｆの巻付け張力が小さいので，８４dtex/36ｆは167dtex/32ｆと比較して芯糸に対して柔らかく巻付くので，

84dtex/36ｆのＬ２/Ｌ１はl84dtex/48ｆより小さいが，167dtex/32ｆより大きくなったと考えられる．スピンドル角速度が838rad/ｓ以上では，３種類のカパリング糸は全て 419rad/ｓの場合と比較して大きい張力で

(a)X237麺｡/ｓ

（b>41,鰯｡/s

Fig7Appearanceofcoveredyam (Coveringyam:l84dtcx/48f,日乃:2.5,3000r/､)．

６ △￣

へ、、〃6=2.5,3000Ｔ/in -O-84dtex/36f -D-167dtexB2f -Ll84dtex/48ｆ

二合二二二二合 _へo＿｡

０

一己印

５ _□

４

３

引っ張られフィラメントが収束して芯糸４００６００８００１０００１２００１４００

Angularvelocity[rad/S］

に螺旋状に巻付くので，カバリング糸の直

径が大きいほどＬ２/Ｚｌは大きくなったと考Fig.8L2LJandangularvelocityofSpindle

えられる．カバリング糸の巻付け張力制御の有無によるＬ２/L,の違いを図１０に示す．スピンドル角速度とバルーン高さが一定の場合，糸層半径の減少にともない，Ｌ２/L1が増加している．これは，式（４）とカバ

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リング糸の巻付け張力の解析結果より，バルーン高さが一定の場合，糸層半径６の減少にともなうｌ/ｂの増加の影響より，ｂの減少の効果が大きいため，カバリング糸の巻付け張力が減少することが原因である．また，（ａ)，

（ｂ）を比較すると全体的にバルーン高さが高い（ｂ）の方がカバー朕糸の構成比が小さくなっていることがわかる．これは，糸屑半径が同じ場合，Ｈ/ｂが大きいとカバリング糸の巻付け張力も大きくなることが原因と考えられる．一方，スピンドル角速度を変えてカバリング糸の巻付け張力を一定とする手法を用いた場合は,Ｌ２/Ｌ１が糸層半径の変化の影響をあまり受けていないことがわかる．

この結果から，カバリング糸の巻付け張力の解析より糸層半径の変化に応じてスピンドル角速度を変えてカバリングする手法は，糸層半径の減少により，Ｌ２/Ｌ１が小さくなるこ

とを防ぐ効果があることがわかる．

４．結言

製織準備工程で糸加工手法の一つであるカバリング手法とそれによって作製されるカバード糸に着目し，このカバリング手法における様々な問題について改善策を提案するべく，カバリング糸と芯糸の名一々の糸にっＩ

1.70

■838【rad/S](Fbpedamgularvclocity）

1.65

■

熟'､６０

￣

1.55

1.501４１６１８ 2０２２２４２６２８６(m、）

（a)Ｈ=65ｍ

3０３２３４

凱曰

’４１６１８２０２２２４２６２８３０３２３４６(m、）

（b)H=100ｍｍ

Fig.９EffectofcontrolofspindlcangularvelocityfbrL2/Ｚノ

るべく,カバリング糸と芯糸の各々の糸についての張力制御手法とカバリング糸の巻付け張力と芯糸張力がカバード糸の被覆状態に及ぼす影響について考察・検討を行った．

先ず，製織準備工程で繰返工程の一種であるパーンワインターにおいて，急激に糸速度が変化するフイリング巻きにも対応できるテンサについて提案した．具体的には，電磁ブレーキを応用した張力テンサを考案し，ＰＩＤ制御とファジィ制御を応用した張力制御システムを構築し，これが糸速度や設定張力値の影響を受けにくいことがわかった．また，糸速度が急激に変化するフイリング巻工程において，ヒステリシステンサと比較して，急激な糸速度の変化によって生じる張力変動を軽減することができる．

また，カバリング糸の巻付け張力を数値解析により求め，カバリング糸の巻付け張力の変化がカバード

糸の被覆状態に及ぼす影響について調べた．さらに，理論的にカバリング糸の巻付け張力を求める手法か

らスピンドル角速度を変化させることによりカバリング糸の巻付け張力が一定となるよう制御する手法に

ついて検討を行った.その結果，カバリング糸の巻付け張力が変化する従来手法と比較して巻付け張力が

一定となる手法を用いるとカバード糸における芯糸とカバリング糸の構成比が安定することがわかった．

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学位論文審査結果の要旨

平成１６年１月２７曰に第１回学位論文審査委員会を開催して本論文の内容を検討し、１月２８日の口頭発表後第２回審査委員会を開催し、慎重に協議した結果、以下のとおり判定した。

今日の日本における繊維産業は、高付加価値商品をクイックレスポンスで供給することが求められているが､高度な製品を短期間で開発するためには、系統立てた理論に裏付けされた加工技術の確立が必要である。

本論文は高付加価値織物の原料となるカバード糸について理論に基づいた張力管理法を提案したものである。カバード糸は引張り特性の大きく異なる２種類以上の糸から構成される複合糸であり、同一製造条件であっても織物欠点を発生きせてクレームを生ずることがしばしば見受けられる。カバード糸を構成する糸の割合（以下構成比）は織物の品質に重大な影響を及ぼす。構成比は二本の糸の張力によって決まるが、機械的な条件から直接制御できないバルーン現象による張力を含むため、従来、その張力管理は経験に頼ってきた。これに対して本研究では提案した張力解析理論に基づいた張力管理のもとで各種の複合糸を作成し、均一な構成比であることを実証している。また、併せて開発したＰＩＤ制御あるいはファジィ制御を応用した張力制御装置の併用によって張力の均一性向上を達成している。さらに、これらの結果は織布準備工程における他の糸加工中に発生する張力制御の問題にも適用可能であることを示している。

以上のように本研究は高付加価値織物の開発に有益な知見を与えるもので、地域の産業への貢献も大であそ。よって本論文は博士（工学）の学位に値するものと判定する。

、、

カバリング工程におけるカバード糸の被覆状態と糸 張力に関する研究