巻糸体 の半径方 向 ヤ ング率変化 の測定 と評価
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(2) 50. 繊 維 機 械学 会誌. て あ るか,巻 い は 糸1本. 糸 体 と して の 半 径 方 向 の ヤ ソ ク率 あ る. の 半 径 方 向 の ヤ ン ク率 を 求 め る こ と は大. 変 困 難て あ る. こ れ ま て に,巻 糸 体 の半 径 方 向 ヤ ン. ク率 に つ い て,中. 島1)ら は糸 を 束 ね た状 態 て 横 方 向. か ら月 縮 して 推 定 す る方 法 を 示 して お り,加 圧 量 と と も に 半 径 方 向 ヤ ン ク率(Er)か (Eθ)に 近 つ く と して い る 縮 特性 を調 へ,変. 又,川. 端2)ら は 撚 糸 の 圧. 位 量 と加圧 力か 両対数 上 て直線 と. な る と して い るか,巻. 糸 体 と して て は な く糸 束 を 取. り出 して 測 定 した もの て,糸 態 て は な い た め,実 われ る. 円 周 方 向 ヤ ン ク率. か 引 っ張 り を受 け た 状. 際 の も の の 近 似 て しか な い と思. さ ら に,樋 口3)らは 繊 維 塊 の 受 け る 力 か 変 形. 量 と して の ひ す み に 対 して 片 対 数 て 表 し た 場 合 に 直 線 状 に な る こ とを 報 告 して い るか,こ. の ひす みは大. き い 範 囲 を 対 象 と した もの て,実 際 的 て は な い. 又,. 平 井4)ら は 巻 糸 体 表 面 の た わ み は 付 加 荷 重 に比 例 す る と し,硬 度 か 半 径rの 増 加 に 伴 い 双 曲 線 的 に 減 少 す る こ と を 小 して い るか,こ を 考 慮 して お らす,又,巻. の実 験て は巻 張力形 状. 糸 体 の半 径 方 向 ヤ ン ク率. Fig. 1. Detail. drawing. of device. for. measuring. Er. の推 定 まて 考 察 した結 果 につ いて は示 さ れ て い な い そ こて,本. 報 に お いて は,紙. Table. 管 の強度 設 計 や糸巻. 1 Twisted. Polyester. Yarn. 量 の 設 定 の 際 に 必 要 と な る巻 糸 体 の 半 径 方 向 ヤ ン ク 率Erに. つ い て,そ の 測 定 方 法 を 示 し,そ して ポ リエ. ス テ ル 撚 糸 巻 糸 体(直. 径129mm,軸. 径93mm)と. ナ イ ロ ノ巻 糸 体(直 径58mm,軸. 径25mm)に. つい. て,糸 層 厚 さ △r(軸 表 面 か ら糸 層 表 面 ま て の 距 離) や 巻 張 力 を 変 え て,そ. れ らの 巻 糸 体 内 部 のEr分. 布. を実 験的 に求 めた結 果 を示す 2.実. 本 報 て 用 い る 実 験 装 置 は 図1に に ねlの を直. る3種 類 の ポ リエ ス テ ル 糸(表1参照)に. 験 装 置 及 ひ 実 験 方 法. 押 し付 け 棒,も. う1つ. 示 す よ うに,片. 側. ま す,巻. 糸体. 3.実. ① を 図 中 の 左 右 方 向 に 滑 らか に 動 く調 整 棒 ④ に よ っ て 釣 り 下け,巻. 3.1巻. 糸 体 ① の側 面 に ロ ー トセ ル③ の受 圧. 部 及 ひ 加 圧 ね し② の 先 端 部 か 軽 く接 触 す る 程 度 に調 整 棒 ④ を左 右 方 向 に す ら し,又,加 る. 形. 成 した ナ イ ロ ン巻 糸 体 に つ い て 測 定 して い る. の 片 側 に ロ ー トセ ル. 線 に な るよ う に設 置 して あ る. よ る撚 糸. 巻 糸 体 と4種 類 の 巻 張 力(3,10,17,25gf)て. 験 結 果 及 び 考 察 糸 体 の 圧 縮 荷 重 と変 形 量 の 関 係. 図2の(a),(b)は. 巻 張 力一 定 と巻 張 力 制 御5)に よ っ. 肝 ね しを 凋 整 す. て 形 成 し た ポ リエ ス テ ル 糸Aの. 極 糸 巻糸 体 に つ い. この 状 態 を 初 期 状熊 と し,こ れ よ り加圧 ね し を. て,ロ ー トセ ル の 測 定 荷 重(P)と. 加 圧 ね し に よ る変. 回 し,そ の と きの ロ ー トセ ル に 加 わ る荷重 を 応 力 緩. 位 量(U)と. 和 か 現 れ な い よ う な短 時 間 の う ち に 測定 す る. て 示 した もの て あ る. た た し,加圧 おね し は1/6回 軽 す つ 回 わ し,そ. の関係 を糸層 厚 さをパ ラメー ター と し た た し,巻 張 力 制 御 と は 巻 糸. のこ. 体 形成終 了時 に円周方 向 に残留 す る応力分 布 か内外. 又,加圧. ね し先. 層 の 任 意 の 位 置 て一 様 と な る よ う な 巻 張 力 て 巻 き取. 端 部 の 径 と ロ ー トセ ル受 圧 部 の 径 は φ8mmて. 同 し. と に よ っ て025mmた. に して あ る. け移 動 す る. 測 定 す る巻 糸 体 と して は,特. りを 行 う こ と て あ り,そ. 性 の異 な. す. T87. 図2よ. の 巻 張 力 曲線5)を 図3に. り,各 糸 層 厚 さ(△r)に. 対 してPとUは. 示.
(3) (論 文 集)Vol43,No10(1990). 51. ほ ほ 直 線 と 見 な す こ と か て き る. 3.2巻. 糸 体 の 半 径 方 向 ヤ ング 率 に つ い て. 1)Em",Emの. 算 出方 法. ま す,図4に. 示 す よ う に微 小 厚 さ のn個. 素 か らな る 巻 糸 体 を 考 え,図. の円筒 要. 中 の 各 糸 層 内 て は同 じ. ヤ ン グ率 を 持 っ と仮 定 す る.又,巻. 糸 体 へ の圧 縮 荷. 重 と変 位 量 か 直 線 で近 似 て き る と し,そ の 傾 き(P/ U)をKnと. Fig. 2. Relation ment. between for. twisted. radial yarn. load. and. す る.さ. ら に,加. 圧棒 先端 の断面 積 を. displace-. package Fig. 4. Relation at. between. tip of screw. cross-section. of. yarn. and. load. cell. package. A,又,心. 筒 表 面 か ら第n層. て,第n層. まて糸 層 を累積 した ときの巻糸体 半 径方. 向 の平 均 ヤ ン グ率Em'を. ま て の 距 離 をRnと. し. 次 式 て 定 義 す る. (1). (1)式で は,加. 圧 ね しの 影 響 は 加 圧 ね し先 端 の 面 積. 部 分 の み と し て い る か,尾 田6)らか 示 した よ う に,ホ ル ト ・ナ ソ ト結 合 体 か 被 締 め 付 け体 に 力 を 及 ほ す 被 締 め 付 け 域 は 広 か り を 持 ち,そ. の広 か りは被締 め付. け体 の 材 質 に よ る こ とが 知 られ て い る.そ 圧 ね じの 影 響 す る範 囲 を 考 え て,各 グ率 と して のEmの ま す,加 Fig. 3. Winding idual stant. tension. curve. circumferential in all layers. which streess. for. yarn. control to. be. に,そ. res-. package. 圧 ね し先 端 か 巻 糸 体 側 面 を 押 した と き. の 最 外 層 内 て の 力 の 影 響 す る範 囲 か,図5に. す る.又,最. T88. 層 におけ るヤ ン. 算 出 を 行 う.. 示 す よ う に 広 か り幅aを. con-. こ で,加. 外 層(第n層)の. 持 つ 円 錐 形 の 領 域 と仮 定 外 側 て は,半 径 方 向.
(4) 繊 維 機 械 学 会 誌. 52. 即 ち,上. 式 のEmか. 糸 体 内 部 の 第n層. 第n層. ま て 形 成 し た と きの 巻. の半 径 方 向 ヤ ン ク 率 と な る.こ. と き(1)式か らE用',Em‑1'に て,Em'の. 値 はEm',Em'を(6)式. に用 い る ことに よ. って 求 め ら れ る.こ れ らErn'とEmの Emは. 第n層. の. つ いて は既 知 て あ るの. 違 い は,ま す,. ま て 巻 糸 体 を 形 成 した と き の 巻 糸 体 全. 体 に つ い て の平 均 的 な半 径 方 向 ヤ ン ク率(内. 層か ら. 外 層 に至 る半 径 方 向 ヤ ン ク率 は 一 定 と考 え て い る) て あ り,又,Emは. 各 層 こ と の 変 位 量(剛 性)を. す る こ と に よ って 求 め ら れ る 第n層 Fig. 5. Transmitting. area. of. radial. compression. 11)Er',Frの 変 位unか. 生 し,又,こ. の最 外 層 と第(n‑1)層. はun‑un‑1て 第n層. さ て,こ. との. 分布. れ よ り糸 層 累 積 に 伴 う.Er',Erの. 求 め る.ま す,図2(a),(b)の. 半 径 方 向 変 位 か生 し る もの と す の み か 半 径 方 向 に変 形 す る量. 厚 さ に 対 す るP/Uを. 表 さ れ,加 圧 ね し に よ る力 の 影 響 域 は. 結 果 を 図6(a),(b)に. る.こ の と き,第n層. に お い て 円 錐 状 に広 か る こ と か ら,第n層. 半 径 方 向 の 変 位 量(un‑un‑1は. て の半 径 方 向. ヤ ン ク率 を 表 す もの て あ る.. load. 境 界 面 て は,un‑1の. 考慮. 分布 を. 測 定 結 果 よ り,各 糸 層. 求 め,(1)式 よ り.Er'を 計 算 した 示す. 図6(a)よ. り,巻 張 力 一 定. の. 次 式 て与 え られ る.. (2) た た し,Em第n層. の 半 径 方 向 ヤ ン ク率. P･加. 圧 ね しに よ って 加 え ら れ る力. ρk加. 圧 ね し先 端 断 面 の半 径. Ln･第n層 a.広. の 厚 さ(=R‑Rn‑1) か り幅. χ. 加 圧 ね し先 端 か らの 距 離. こ こて,Ln=Rn‑Rn‑1と い て 積 分 し,そ. 置 き換 え,(2)式 を χ に つ. の 結 果 か らEmを. 導 く と次 式 か 得 ら. れ る.. (3) 上 式 をEm'を. 用 い て 表 す た め に,(3)式. る.ま す,(1)式 に お い て,UはUn.に (1)式よ りUを A=πpk2て. 導 き,さ. を 変形 す. 相 当 す る の て,. ら に 加 圧 ね し先 端 の 面 積 は. あ る の て,. (4) と な る.又,第n層 と第(n‑1)層. の 外 周 側 を加 圧 した と き第n層 の 境 界 面 て の 加 圧 ね し に よ る影 響. 域 ρk‑1は次 式 と な る.. (5) こ こて,(4)式 か らのunとun‑1を(3)式 式 の 関 係 を 考 慮 して,整. に代 入 して,(5). 理 す る と 次 式 か 得 られ る. Fig. (6). T89. 6. Relation ness for. between twisted. Er' yarn. and yarn package. layer. thick.
(5) (論 文 集)Vol43,No10(1990). 53. て 形 成 した 巻 糸 体 のEr'糸 層 を 累 積 して い くに 従 っ て大 き く な り巻 糸 体 は 固 くな る こ とか 分 か る.し し,図6(b)に. 見 ら れ る よ う に,巻. 形 成 し た 巻 糸 体 のEr'は とな って い る.こ. 張力制 御 を行 って. 内 層 か ら外 層 にか け て 一 定. の.Er'の 測 定 て は,巻. 一 旦 終 了 して か ら,今. 糸体形 成 を. 度 は逆 に 糸 を解 し ょして い. き,糸 層 を あ る 程 度 減 して か らPとUの って い る.よ. って,内. 測定 を行. 層 側 は外 層 の 糸 層 に よ る締 め. 付 けを加 え られた後 の特 性 を示す ことにな る こ と を 考 え る と,巻. か. この. 張 力 一 定 て 形 成 した 巻 糸 体 は 内. 層 側 の 糸 層 の 剛 性 か 低 下 す る傾 向 に あ り,こ れ は圧 縮 に よ っ て 糸 の 集 束 度 か 低 下 して い る こ と を 示 す も のて あ る. し か し,巻 張 力 制 御 を行 っ た場 合 に は内 Fig. 外 層 の 特 性 か ほ ほ 均 一 に な る こ と か 示 さ れ て お り,. 7. 巻 張 力 制 御 を 行 う こ と に よ って 内 外 層 に よ る 品 質 差. Relation between Er and yarn ness for twisted yarn package radial stress. layer thick for various. の な い巻 糸 体 形成 か可 能 と な る こ とを示 す の て あ る.又,糸. 種 に よ る特 性 の違 い は,B糸. ほ 同 し傾 向 と な り,A糸. とC糸. かほ. か 若 干 大 き くな っ て お り,. の 図3に. 糸 長 軸 方 向 ヤ ン ク率 の 影 響 か現 れ た と い え る. 次 に,図7(a),(b)は,図6(a),(b)のA糸 のEr'を(6)式. 示 し た よ うに 巻 張 力 曲 線 か 凸 状 と な って い. るた め に 外 層 ほ と巻 張 力 か 小 さ く な り,そ の た め 外. につ いて. 層 部 ほ と 巻 糸 体 自 体 か 柔 らか く な る た め と思 わ れ. に 用 い て 計 算 し た 半 径 方 向 ヤ ン ク率. る.以 上 よ り,本 報 に お け るErの 推 定 か ら,撚 糸 巻. Erを 示 した もの て あ り,こ こ て は加 圧 ね しに よ る力. 糸 体 の 各 糸 層 の 半 径 方 向 ヤ ン ク率Erは. の 影 響 域 と して の 広 か り幅aを0か. ン ク 率Eθ に比 へ て 小 さ く,又,巻. て あ る.こ れ らの 図 よ り,Erの. らLnま. 変 化 の 様 子 はaの 大. き さ に よ って 変 わ り,例 え は 広 か り幅aか 合 に は,全. て変 え. ら に 小 さ く な る と い え る.. 大 き い場 3.3半. 体 の ヤ ン ク率 は小 さ くな る傾 向 を 示 して. い る.し か し,aかL/20よ. 円周 方 向 ヤ. 張力 制 御時 には さ. り小 さ い 場 合(実 際 の巻. 径 方 向 ヤ ン グ 率 と巻 張 力 の 関 係. こ こて は,半. 径 方 向 ヤ ン ク率 と巻 張 力 の 関 係 を ナ. 糸 体 て は この よ う な 場 合 に相 当 して い る と考 え られ. イ ロ ン巻 糸 体 に つ い て 測 定 した結 果 か ら考 察 す る.. る),Erは. ます,図8は. 巻 張 力 一 定 の 巻 糸 体 に つ い て は糸 層 厚 さ. と と も に増 加 す る傾 向 か 見 られ,巻 た 巻 糸 体 に つ い て は,ほ. 張 力制御 を行 っ. ほ 横 は い に な って い る. 張 力 制 御 を 行 っ た 場 合 にErか. (0167),そ. 巻 張 力 を3(0029),10(0098),17 して25gf(0245N)一. 定 の4条. 件 て形. 巻. 増 加 しな い の は,先. Fig. T90. 8. Relation between ness for nylon-6. Er' and yarn yarn package. layer. thick.
(6) 繊 維 機 械 学 会 誌. 54. 成 した ナ イ ロ ン巻 糸 体 に つ い て,Er'を 果 を 示 した も の て あ る.こ. 計 算 し た結. の 図 よ り,糸 層 厚 さ と と. も にEr'は 増 え て お り,巻 張 力 か 大 き い ほ とEr'の 値 や そ の 増 加 す る傾 き か 大 き くな って い る.こ て,巻 張 力 か 小 さ い3gfの. の中. 場 合 は,糸 層 厚 は の 増 加. に 従 いEr'は わ す か て あ る か 低 下 す る 傾 向 に あ る. こ の 理 由 と して は,巻 張 力 か3gfの P/Uの. 場合 内外層 ての. 差 か 大 き く,糸 層 か 内 部 を圧 縮 す る力 に よ っ. て 生 し る変 形 量 か 糸 層 累 積 に比 例 して 大 き くな り, Er'か 糸 層 厚 さ に対 し て 低 下 す る 傾 向 を持 っ た め と 考 え ら れ る.又,巻. 張 力 か10,17,25gfの. 場 合,図. 9よ り巻 糸 体 形 成 終 了 時 の 巻 糸 体 外 半 径 か 巻 張 力 に 比 例 して 小 さ くな り,糸 層 内 の 空 孔 か 減 少 して い る こ と,さ. ら に 巻 糸 体 のEr'か 糸 層 累 積 に従 い大 き く. な って い る な と の こ とか ら,巻 張 力 か 大 き い ほ と巻 糸 体 は固 く な る こ と か 考 え られ る. 次 に,図10(a)〜(d)は い,加. Fig. 図8のEr'の. 結 果 を(6)式 に用. 圧 ね しに よ る力 の広 か り幅aを0か. 9. Relation winding. between tension. external for. nylon-6. らLnま. radius yarn. and. package. Fig. 10. Relation between ness for nylon-6. Er and yarn yarn package. layer. thick. て 変 え た場 合 に つ い て の 半 径 方 向 ヤ ン ク 率Erを した も の て あ る.こ の 図 よ り,張 力 か3gfと. 示. 小 さい. 場 合 に は糸 層 厚 さ と と も に ヤ ン ク率 か小 さ く な る傾 向 か あ る か,張 力 か 大 き くな る に 従 い,糸 層 厚 さ と. T91.
(7) (論 文 集)Vol43,No10(1990). 55. か 減 少 した 場 合,こ. れ は 糸 層 内 に お い て よ り糸 か 密. な状 態 へ と変 化 す る こ と か らErは 増 加 す る と 考 え られ る.次. に,糸. 自 体 か 変 形 す る場 合,糸. 断面は多. 数 の フ ィ ラ メ ン トか 集 中 して 円形 状 を 成 して い る と 考 え,糸. 断 面 か 円 形 状 態 を 保 ち な か ら変 形 して い る. 間 は 糸 と して の 半 径 方 向 ヤ ン ク率 の 変 化 は 小 さ い か,糸. の 変 形 量 か 大 き くな りす き る と 糸 断 面 の 円 形. 状 態 か つ ふ れ て し ま うた め ヤ ン ク率 か 低 トす る と 考 え られ る. Fig. 11. Relation for. between. nylon-6. Er and. yarn. winding. 4.結. tension. package. 本 報 告 て は,ポ. と もに ヤ ン ク率 か 増 加 す る傾 向 へ と変 化 して い る 又,図11は. 図10に お い て,糸. 次 の こ と を 明 ら か と した. 位置て. 1). 巻 張 力 こ と に 示 し た も の て あ り,い す れ の. 広 か り 幅 に つ い て も巻 張 力 に比 例 してErか. ポ リ エ ス テ ル撚 糸 巻 糸 体 て の 外 表 面 て の 圧 縮 荷. 重(P)と. 大 きく. 2). な って い くことか示 されて い る こ こて,巻. リエ ス テ ル撚 糸 巻 糸 体 と ナ イ ロ ソ. 巻 糸 体 の 半 径 方 向 ヤ ン ク率 を推 定 す る 方 法 を 考 え,. 層 厚 さ △r=17mm. (巻 糸 体 形 成 終 了 時 の 糸 層 厚 さ に 近 い値)の のErを. 言. 変 位 量(U)の. ク率 は巻 張 力 一 定 と して 形 成 し た巻 糸 体 に つ い て は. 糸 体 内 部 の ヤ ン ク率 の 分 布 かr方 向 に. 特 異 的 に変 化 す る理 由 を 考 察 して み る. 糸 層 累 積 と と も に大 き くな る か,巻. 巻糸 体を構. さ に お い て 形 成 さ れ た 直 後 のErは. る. 等 しい と考 え る. 3). こ とか て き る.し か し,巻 糸 体 形 成 終 了 時 のEr分 布 は,内 外 層 に お い て 異 な った 値 を と る. ナ イ ロ ン巻 糸 体 の 半 径 方 向 ヤ ン ク率 は巻 張 力 に. 比 例 して大 き く な る. そ の 原 因 は,. 以 上 よ り,巻 糸 体 内 部 の 半 径 方 向 ヤ ン ク率 は,巻. 外 側 に 累 積 して い く糸 層 に よ る締 め付 け の 影 響 と考. 張 力,糸. え られ,こ. さ と と もに 変 化 す る. の 張 力 緩 和 と,そ. は圧 縮 に よ る 円 周 方 向. して も う1つ. 力 の 変 化 か 考 え られ る. 張力 制御 を行 っ. た 巻 糸 体 に つ い て は 糸 層 厚 さ に 関 係 な く一 定 と な. 成 す る糸 層 は糸 張 力 か 一 定 て あ れ は,任 意 の 糸 層 厚. の 影 響 に は,1つ. 関係 は ほほ直線 とな る. ポ リエ ス テ ル撚 糸 巻 糸 体 の 半 径 方 向 の 平 均 ヤ ン. は半 径 方 向 の 圧 縮 応. 種 に よ っ て そ の 値 か 異 な り,さ. ひ す み 解 析 て は,こ. ま す,前 者 の 影 響 と して は,. らに糸層 厚. ゆ え に,巻 糸 体 内 部 の 応 力 ・ の 半 径 方 向 ヤ ン ク率 の 変 化 を 考. 慮 す る必 要 性 か あ る こ と か 明 らか と な った. 張 力 緩 和 に よ っ て フ ィ ラ メ ン ト間 の収 束 力 か 低 下 し. 最 後 に本 研 究 を 遂 行 す る に際 し,当 時 金 沢 大 学 工. 糸 自 体 の 半 径 方 向 ヤ ン ク 率 か 低 下 す る と考 え られ. 学 部 の 卒 業 研 究 生 て あ った 平 野 敬 君 に 多大 な る協 力. る. を頂 い た. 次 に,後. 者 の影響 について は糸層 の半 径方 向の. 圧 縮 応 力 の 変 化 か 糸 層 内 の 空 孔 量 を変 化 さ せ,か. 引 っ張 り状 態 に あ る糸 の 半 径 方 向 圧 縮 力 か こ れ に 組. 参 考文献 1) 中 島 達 夫,大 田 計正,高 木 久 弥 繊 機誌,20,No9,T226 (1967) 2) 川 端 季雄,丹 羽 雅 子,河 合 芳 子 繊 機 誌,31,No5,T74 (1978) 3) 樋 口健 二,清 水 信 一,繊 機 誌,13,No12,850(1960) 4) 平 井 恒 夫,津 久 間 新,繊 機 誌,19,No12,T291(1966) 5) 新 宅 救 徳,尾 田十 八,奥 野 登 起 男 繊 学 誌,46,No3,115 (1990) 6) 瀬 口靖 幸,尾 田 十 八,室 津 義定,「 機 械 設 計 工 学1」,培 館,p74(1982). み 合 わ さ る こ と に よ り ヤ ン ク率 変 化 か 生 し る と考 え られ る. こ の 組 み 合 わ せ は,糸. か 弱 い場 合,糸. 層 に 作 用 す る圧 縮 力. 自 体 よ り も,空 孔 か 減 少 して 糸 層 か. 変 形 を起 こ す と考 え られ,圧 か 減 少 して ゆ くと,次. 縮 力 増 加 と と も に空 孔. に糸 自体 の 半 径 方 向 の 変 化 か. 起 こ る と 考 え ら れ る.こ. こ こ に記 して 感 謝 の意 を 表 す る. っ. れ らの圧 縮 形 態 か糸 層 の. Erに 与 え る 影 響 に つ い て 考 え る と,ま す 空 孔 量 の み. T92. 風.
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