JP2006219804A - 極短繊維の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維をミスカット無く安定して得るための方法と切断装置１台当たり生産能力を上げる装置を提供することにある。
【解決手段】 互いに引き揃えられた長単繊維群からなる繊維束を埋包材によって埋包して作製した固化された被切断材(1)から極短繊維を製造するための方法と装置であって、該装置は前記固化された被切断材(1)を切断刃(2)に対して切断に要求される量だけ精密送りする精密送り手段(4)を複数個備えて、該精密送り手段(4)によって送られた複数本の被切断材(1)の端面を薄片状に切断刃(2)によって切断して０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維を製造するための方法と装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性合成樹脂からなる長単繊維群から構成される繊維束を数ｍｍ以下、特に０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維を製造するための方法と装置に関する。

従来、ポリエステル、ポリアミドなどの熱可塑性合成ポリマーからなる長繊維を束ねて繊維束とし、この繊維束を切断して数ｍｍから数十ｍｍの長さの短繊維を得るために、各種の繊維束切断装置が慣用されている。例えば、このような切断装置として、繊維束を切断刃が放射状に多数設けられたカッターローラに巻付け、切断刃上に巻き付けられた繊維を切断刃に押圧しながら連続的に所定の長さに切断するローラカッター式繊維束切断装置が使用されている。また、固定刃と移動刃とを剪断刃として設け、これら剪断刃に対して所定の切断長だけ繊維束を押し出して切断するいわゆるギロチンカッター式繊維束切断装置も古くから知られている。

このような従来の繊維束切断装置が用いられている環境下で、最近、一部化粧品に混入させるための極めて短い合成繊維、柔らかい風合いのフロック加工品に使用する極細繊維、あるいは短く刻んだ弾性繊維などの需要が増えてくると、０．１ｍｍから数ｍｍの切断繊維長が要求されるようになってきた。ところが、例えば、前者のローラカッター式繊維束切断装置の場合では、回転するカッターローラ上に放射状に設ける切断刃群の隣接する切断刃の間隔を極めて小さくすることが要求されるために、切断刃間に切断された繊維が詰まって、その排出が困難となるばかりか、切断刃自体の厚みの問題もあって、切断繊維長を短くするのに限界がある。

これに対して、後者のギロチンカッター式繊維束切断装置の場合においては、０．５mm程度の切断繊維長であっても対応が可能である。しかしながら、従来タイプの繊維束切断装置を用いて単繊維繊度の小さな繊維を切断しようとすると、繊維自体が有する弾性のために繊維が湾曲したり、座屈したりして固定刃に直角に当接しなくなったり、固定刃と移動刃とのクリアランスの調整が極めて困難となったりして、斜め切りや切断長さの不揃いなどのミスカットが多量に発生する。そうすると、ミスカットされた多量の切断繊維の中から正常に切断されたもののみを選別し取り出すことが要求される。しかしながら、その作業は極めて繁雑であるばかりか、許容切断長に収まらないミスカットされた繊維が多くなると、正常に切断された繊維の収率そのものも悪くなる。

そこで、ギロチンカッター式繊維束切断装置が有する前記問題を解決するための装置が、例えば特開２００３−１１９６６２号公報に提案されている。この従来技術では、供給する繊維束を切断するための切断部より前に繊維束をシート状物によって包む役割を果たさせるためのガイドを取り付け、連続シート状物を繊維束に併走させてガイドローラを介してシート状物を繊維束を包むように重ねて繊維束と一緒に切断するようにしている。そして、このようにすることによって、シート状物で包まれた繊維束は、シート状物の作用によって繊維が引き揃えられた状態のまま直線状で均斉に切断部に送られ、ミスカットされることなく所要の長さに切断されるというものである。

しかしながら、このようなギロチンカッター式繊維束切断装置を使用しても、切断可能な繊維長は０．１〜３０ｍｍである。何故ならば、０．１ｍｍ未満の切断を行う場合、一本々々が細くて長いが故に僅かな力が作用しても屈曲する柔軟な長単繊維（フィラメント）群からなる繊維束を可動刃と固定刃の間へと一体として正確に位置決めしながら安定に送ることが極めて困難であるからである。

また、特開２００３−１１９６６２号公報に提案されているような従来のギロチンカッターでは、前述のように繊維束を固定刃と可動刃との間に挟みこんで切断する際に、繊維束を構成する長単繊維群の一本々々を強固に拘束することができないため、０．１ｍｍ未満の極短繊維を得ることは極めて困難ある。また、０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維を得ようとすると、切断時における可動刃の滑りやバックラッシュなどによっても影響を受けるため、これらの影響を排除することも難しい。このように、０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維を得ることは極めて困難である。
更に０．１ｍｍ未満の極短繊維の場合、切断長が短いため切断装置の生産性が極めて低下し、生産量を確保するために１台当たりの生産能力を上げる事がもう１つ重要な課題である。
特開２００３−１１９６６２号公報

本発明の目的は、以上に述べた従来技術が有する諸問題を解決し、特に０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維をミスカット無く安定して得るための方法と切断装置１台当たり生産能力を上げる装置を提供することにある。

ここに、前記課題を解決するための本発明に係わる「極短繊維の製造方法」として、請求項１に記載の「互いに引き揃えられた長単繊維群からなる繊維束を埋包材によって埋包して被切断材を作製し、作製した被切断材を切断刃に対して所定量ずつ精密送りし、精密送りされた被切断材の端面を前記切断刃によって薄片状に切断して、０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維を製造することを特徴とする極短繊維の製造方法」が提供される。

このとき、前記発明は、請求項２に記載の発明のように、「前記繊維束がポリエステル又はポリアミドなどからなる熱可塑性合成繊維からなる請求項１に記載の極短繊維の製造方法」であることが好ましい。

更に、前記発明は、請求項３に記載の発明のように、「前記埋包材が氷、ドライアイス又パラフィンである請求項１又は請求項２に記載の極短繊維の製造方法」とすることが好ましい。

次に、前記課題を解決するための本発明に係わる「極短繊維の製造装置」として、請求項１に記載の「互いに引き揃えられた長単繊維群からなる繊維束を埋包材によって埋包して作製した固化された被切断材から極短繊維を製造するための装置であって、該装置は前記固化された被切断材を切断刃に対して切断に要求される量だけ精密送りする精密送り手段と、該精密送り手段によって送られた被切断材の端面を薄片状に切断して０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維にする切断刃とを少なくとも備えた極短繊維の製造装置」が提供される。

更に、「複数本の被切断材を同時に切断するための前記精密送り手段および切断刃をそれぞれ複数個備えた請求項４に記載の極短繊維の製造装置極短繊維の製造装置」が提供される。

このとき、前記発明は、請求項６に記載の発明のように、「前記精密送り手段が送りネジ装置である請求項４に記載の極短繊維の製造装置」とすることが好ましい。

本発明者等は、例えば、埋包材として氷を取り上げると、この氷中に長単繊維群（繊維束）を引き揃えた状態で固化して閉じ込め、これを繊維束を構成する長単繊維群の運動の自由度を拘束すれば、繊維束は繊維としての柔軟性を喪失することに着目した。すなわち、このようにして固化された（氷結された）繊維束は、柔軟な性質を失って代わりに剛体としての性質を獲得する。したがって、固化されて剛体化した繊維束を例えば鉄材のようにして精密に位置決めして切断刃に送給することは極めて容易である。このため、切断刃へ送給する量が、０．１ｍｍ未満であったとしても、氷結した繊維束であれば、極めて正確に制御できることとなる。なお、繊維束を埋包処理する埋包材としては、前述の氷の他、ドライアイスやパラフィンなどを好適に使用できる。

その上、繊維束の内部にまで十分に氷結を行うことができれば、繊維束を構成する長単繊維群の一本々々をも確実に拘束できる。したがって、氷結した繊維束に切断刃による切断力が作用したとしても、長単繊維は強固に拘束されているため、切断力がそのまま長短繊維の一本々々に作用することとなる。このようにして、繊維束から、その切断長が０．１ｍｍ未満の極短繊維をミスカット無く安定して製造することができる。

さらに、繊維束を埋包材によって埋包した被切断材を切断刃に対して精密に送給する手段として、送りネジ装置を使用すれば、簡単な装置構成であって、かつ、ミクロンメータ単位での精密な位置決めが可能となるため、製造しようとする０．１ｍｍ未満の極短繊維の正確かつミスカットすることなしに切断することができる。更に切断刃、送りネジ装置を複数個設置すれば、極短繊維の生産性を上げる事が可能となる。

本発明に用いる繊維束について最初に説明すると、この繊維束としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどのポリマーからなる合成繊維、あるいは２種以上のポリマーを組み合わせた複合合成繊維からも得ることができるが、特にこれらに限定されるわけではない。つまり、絹糸、綿糸、麻糸などの天然繊維、あるいはセルロース繊維、アセテート繊維などのような半合成繊維からも得ることができる。このとき、前記繊維束を構成する長単繊維（フィラメント）群のそれぞれの繊度は、特に限定する必要は無いが、通常は、０．００１〜１０ｄｔｅｘのものを使用し、繊維束は、このような長単繊維群が互いに繊維長手方向に並行となるように引き揃えて束ねたものである。また、このような長単繊維群から構成される繊維束の総繊度としては、１万〜５０００万ｄｔｅｘである。

次に、本発明においては、埋包材として、例えば氷、ドライアイス、パラフィンなどを使用し、前記長単繊維繊群を互いに繊維長手方向に並行となるように引き揃えて束ねて総繊度を１万〜５０００万ｄｔｅｘとし、この繊維束を埋包材中に埋め込んで一体化する。そして、これによって繊維束を構成する長単繊維群を埋包材によって強固に拘束して、長単繊維群が自由に動くことができない状態を現出させる。

なお、繊維束を埋包材中に埋め込むために、埋包材は加熱によって固体状態から低粘度の流動状態（すなわち、液体状あるいは気体状）に相変化することが要求される。何故ならば、(1) 埋包材は加熱によって液体状あるいは気体状に相変化し、容易に繊維束を囲繞してこれを包み込むようにその外周から繊維束内部の長単繊維群が形成する間隙へ進入でき、(2) 加熱によって液体状あるいは気体状に相変化した埋包材をそのままの状態で冷却することによって繊維束をそっくりそのままの状態で埋包処理できるからである。

このため、本発明に使用する埋包材としては、例えば加熱するとドライアイスのように固体から気体へと相変化を起こすか、例えば氷のように加熱すると固体から液体へと相変化を起こすような材料を使用する。そうすると、埋包材を加熱して気体又は液体のような無定形でかつ低粘度の流動状態とすることによって、繊維束を囲繞するように自由に変形することができ、しかも、低粘度であるために繊維束を構成する単繊維群間へ容易に進入することができる。そして、このような状態で、埋包材が固化する温度以下に冷却すれば、繊維束を構成する単繊維群は埋包材によって一体化された状態で固化するために、例え単繊維に切断力が作用しても、柳に腕押しといった風に単繊維が容易に切断刃から逃げてしまうことも無く、大きな力を作用させることができる状態を現出できる。

本発明においては、後述するように、極短繊維の製造後において、極短繊維と埋包材とを易かつ完全に分離できることが重要である。したがって、これらを容易かつ完全に分離するために、埋包材として、ドライアイスあるいは氷を使用することが好ましい。何故ならば、ドライアイスを埋包材として使用する場合には、ドライアイスが気化して炭酸ガスとなってしまわない条件下で切断することに留意すれば、通常の作業温度（例えば、２０℃に維持された室温）下におくことで、極短繊維から容易かつ簡単に埋包材を分離することができる。また、氷を埋包材として使用する場合には、これを０℃よりも高い温度に加熱して水に戻し、その後、乾燥工程を通過させれば、容易かつ簡単に極短繊維と埋包材とを分離することができる。なお、埋包材として氷を使用する場合は、予備張力を付与した繊維束を例えば氷結用ポットなどに収納して水中に浸漬した後、該氷結用ポット内を冷却して氷結させるなどの方法によって、繊維束を容易に埋包処理（氷結）できるため、特に好ましい。

また、埋包材としてドライアイスあるいは氷以外の材料、例えばパラフィンや熱可塑性樹脂を使用する場合については、例えば、加熱によって埋包材を溶融状態にした後、有機溶媒などによって溶融した埋包材を溶解させて除去し、その後、乾燥工程を通すことによって有機溶媒を極短繊維から分離除去する方法などを採用することができる。このように、本発明の製造方法によれば、従来技術のように、製造する極短繊維中に他の材料が混入するのを極めて良好に防止できる。

以下、本発明の極短繊維の製造方法と製造装置に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の極短繊維の製造装置の概略構成を模式的に例示した説明図（斜視図）であり、図２は繊維束1Ａを埋包材1Ｂによって埋包処理した被切断材１を例示した繊維軸に対して直角方向に破断した模式断面図である。これら図１及び図２において、１は被切断材、２は切断刃、３はＶ字状の平面を有する固定基盤、４は送りネジ装置（すなわち、精密送り手段である）、は移動部材、６は駆動装置、７はギアボックス、そして、８は送給量制御装置を示している。

なお、図１は４本の被切断材１を同時に効率的に切断して極短繊維を製造するために、切断刃２、固定基盤３、送りネジ装置４、移動部材５、駆動装置６、ギアボックス７を各４式設置した構造を有する実施形態例を示している。しかしながら、本発明は、このような実施態様に限定されること無く、例えば、作業性及び設置スペースを考慮して切断可能な被切断材１の本数を決定して、切断する本数にあわせた構造にすれば良いことは言うまでも無い。また、装置の構造についても、本発明の趣旨を満足する限りにおいて、ある程度の改変が可能である。なお、本発明においては、前記送りネジ装置４は一つの実施形態例であって、肝要なことは被切断材１を切断刃２方向へと精密に送給することができる装置であれば良いことである。

その際、図１において切断刃２は被切断材の本数と同じ４枚構成としているが、特に限定される事は無く、刃物交換の作業性を考慮して切断刃の長さを長くする事により２枚構成や１枚構成にしても良い。

本発明においては、埋包材1Ｂによって埋包処理された繊維束１Ｂからなる被切断材１を前記固定基盤３上に載置して、切断長分だけ図１の紙面の右側方向から左側方向へと精密に位置決め制御しながら送給することが肝要である。すなわち、精密送り手段（例えば、前記送りネジ装置４）を使用して精密に所定量ずつ送給された被切断材１を、図示した矢印方向へ間欠的に往復運動する切断刃２によって、被切断材１の端面を薄片状に削って、切断長が０．１ｍｍ未満の極短繊維とすることが重要である。

その際、本発明においては、被切断材１は鉄材などと同様に極めて高い剛性を有しているから、図示したような精密送り手段（例えば、前記送りネジ装置４）によって、精密に被切断材１の送給量を制御することができるのである。これに対して、埋包処理されていない繊維束１Ａを単独で一体として送給しようとしても、図１に示したような簡単な装置構成では到底実現できないことは言うまでも無い。

本発明の極短繊維の製造装置では、前記駆動装置６をパルスモータあるいはステップモータなどのサーボモータで構成し、このサーボモータなどからなる駆動手段６の回転数を送給量制御装置８によって制御する。なお、このとき前記駆動装置６はギアボックス７を介して送りネジ装置４へと連結されている。ここで、このギアボックス７は駆動装置６から入力される回転数を、例えば、１／２、１／３、１／５、１／１０、１／１５、１／６０などといった比率で変換出力するために設けられたものである。したがって、例えば、１／６０、１／１２０といったギア比を有するギアボックス７を使用した場合を仮定すると、駆動装置６からギアボックス７へ伝達される（入力される）回転数が正確に１回転だとすると、ギアボックス７の出力軸の回転数（回転角度）は、１／６０回転（回転角度にして６０度）ということになる。

本発明は、既に述べたように、送りネジ装置４によって精密に被切断材１を位置決め制御しながら、この被切断材１を一定長ずつ切断刃２方向へ正確に送給できることが一大特徴であるので、この点について、更に図３を参照しながら詳細に説明する。なお、図３は、図１に例示した送りネジ装置４の要部の断面拡大図である。

図３に示したように、本発明の送りネジ装置４は、その外周面に少なくとも一条の螺旋状のボールネジ溝が螺設されたネジ軸４０には前記ギアボックス７の出力軸が連結され、更に、被切断材１を後方から所定の量だけ切断刃２の方向へ押し出すための移動部材５が取付けられている。また、この移動部材５の内部空間には複数の環状ボール溝４２が刻設された転動リング４３が嵌挿され、この環状ボール溝４２と前記ネジ軸４０に螺設されたボールネジ溝とには各ボール４１が嵌合している。

更に、前記移動部材５には、前記ネジ軸４０と並行して設けられた丸棒状の案内部材４４を挿通すると共に、この案内部材４４を軸方向（スラスト方向）へと摺動自在に軸支するスラスト軸受４５が設けられている。このため、ネジ軸４０が自転しても移動部材５はネジ軸４０と共に連れ回りせず、そのままの状態で被切断材１を後方から押し出すことができる。このようにして、図１に示した駆動装置６からの回転数は、ギアボックス７を介してギアボックス７によって所定の比率で変換されてネジ軸４０に首尾よく伝達されるのである。

このようにして、ネジ軸４０が図示した矢印方向へ自転すると、ネジ軸４０の自転運動がボールネジ溝に嵌合された各ボール４１へ伝達され、各ボール４１はボールネジ溝内と環状ボール溝４２内を転動しながら、ボール軸４０の送り運動によって各ボール４１は軸方向へ送られることになる。そうすると、この各ボール４１の軸方向への移動と共に、転動リング４３を嵌挿する移動部材５も軸方向へ移動する。

すなわち、本発明の送りネジ装置４においては、送給量制御装置８の制御下で、図１に示した駆動装置６が所定の回転数だけ回転すると、この駆動装置６に連結されたギアボックス７によって所定の比率で回転数が減少させられてネジ軸４０に回転が伝達される。このとき、移動部材５の移動量は、ネジ軸４０に螺設されたボールネジ溝のピッチとネジ軸４０の回転数とによって決る。しかしながら、ボールネジ溝の１回転当りのピッチは設計時（製作時）に設計された値に固定されてしまうので、ネジ軸４０の回転数（回転角度）、すなわち駆動装置６の回転数（回転角度）を制御すれば、厳密に任意の値に位置決め制御することができる。もちろん、駆動装置６は前述のようにサーボモータなどの回転数制御が容易なモータで構成されているので、送給量制御装置８によって、駆動装置６の回転数を任意に制御できることは言うまでもない。

以上に述べた本発明の送りネジ装置４は、被切断材１を精密送りするために採用したものである。したがって、その詳細説明は省略するが、特開昭６１−６５９５８号公報等において提案されている予圧可変型の送りネジ装置４などのように、軸方向隙間（バックラッシュ）をゼロにすると共に、剛性を高めて軸方向荷重に対する弾性変位量を小さくした装置を採用することが好ましいことは言うまでもない。また、本発明においては、ボール４１を介して移動部材５を精密に送給する装置を例示したが、ボール４１を介さずに、ネジ軸４０に雄ネジを螺設し、螺設した雄ネジに直接螺合する雌ネジを前記転動リング４３に設けたような構造であっても良い。

以上に述べたようにして、被切断材１が上死点（図１に示した切断刃２の位置）に待機する切断刃２に対して精密に所定量送給されると、切断刃２が図示した矢印方向へと移動して被切断材１の端面を薄片状に削り取る（切断する）ことができる。このとき、繊維束１Ａを構成する長単繊維群は、埋包材によって強固に拘束されているから、切断刃２の切断力が効率よく被切断材１に作用することは言うまでもない。したがって、被切断材１の精密送りと切断刃２の切断運動をワンセットとして、このような切断運動を連続的に繰り返すことによって、切断長が０．１ｍｍ未満の極短繊維をミスカットすることなく製造することができる。

なお、切断刃２の矢印方向への往復運動させる手段については、説明を省略したが、これについては、空気圧あるいは油圧など流体圧を使用した流体圧シリンダーなどのアクチュエータ、あるいは回転運動を往復直線運動に変換するクランク機構など周知の手段を採用することができることは言うまでもない。

本発明の繊維切断装置を用いれば、繊維束を０．１ｍｍ未満で安定して刃物に供給出来、０．１ｍｍ未満の極短繊維を得る事が可能となる。０．１ｍｍ未満の極短繊維は、極短の光学干渉性繊維を接着剤中に混入してこれを塗料として使用したり、化粧品に混入させたりして使用したり、あるいはフロック加工用、印刷機のトナー原料などとしても使用することができるなど広範な用途が期待できる。

本発明に係わる極短繊維の製造装置の概略構成を模式的に例示した説明図（斜視図）である。 繊維束を埋包材によって埋包処理した被切断材を例示した繊維軸に対して直角方向に破断した模式断面図である。 図１に例示した送りネジ装置の要部断面拡大図である。

符号の説明

１：被切断材
１Ａ：繊維束
１Ｂ：埋包材
２：切断刃
３：Ｖ字状の平面を有する固定基盤
４：精密送り手段（送りネジ装置）
５：移動部材
６：駆動装置
７：ギアボックス
８：送給量制御装置
４０：ネジ軸
４１：ボール
４２：環状ボール溝
４３：転動リング
４４：案内部材
４５：スラスト軸受

Claims (6)

1. 互いに引き揃えられた長単繊維群からなる繊維束を埋包材によって埋包して被切断材を作製し、作製した被切断材を切断刃に対して所定量ずつ精密送りし、精密送りされた被切断材の端面を前記切断刃によって薄片状に切断して、０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維を製造することを特徴とする極短繊維の製造方法。
2. 前記繊維束がポリエステル又はポリアミドなどからなる熱可塑性合成繊維からなる請求項１に記載の極短繊維の製造方法。
3. 前記埋包材が氷、ドライアイス又はパラフィンである請求項１又は請求項２に記載の極短繊維の製造方法。
4. 互いに引き揃えられた長単繊維群からなる繊維束を埋包材によって埋包して作製した固化された被切断材から極短繊維を製造するための装置であって、該装置は前記固化された被切断材を切断刃に対して切断に要求される量だけ精密送りする精密送り手段と、該精密送り手段によって送られた被切断材の端面を薄片状に切断して０．１ｍｍ未満の切断長を有する極短繊維にする切断刃とを少なくとも備えた極短繊維の製造装置。
5. 複数本の被切断材を同時に切断するための前記精密送り手段および切断刃をそれぞれ複数個備えた請求項４に記載の極短繊維の製造装置。
6. 前記精密送り手段が送りネジ装置である請求項４に記載の極短繊維の製造装置。

Images