JP2010070887A

JP2010070887A - 紡糸用冷却装置および溶融紡糸方法

Info

Publication number: JP2010070887A
Application number: JP2008242250A
Authority: JP
Inventors: Shoji Funakoshi; 祥二船越; Seiji Mizukami; 誠二水上; Masakazu Kodera; 将一小寺
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-04-02

Abstract

【課題】冷却装置から吹き出す気流の円周方向風速、風温均一性に優れ、糸の太さや強度・伸度等の品質良好な糸条を得るために顕著な効果を発揮するマルチフィラメント紡糸用冷却装置を提供する。
【解決手段】ポリマを溶融紡出して得られた糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて前記糸条を冷却固化する紡糸用冷却装置５であって、前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流導入口６と、該気流導入口の環状の流路の仮想中心軸を仮想回転軸として前記気流導入口内を回転する回転板１と、該回転板の回転により送風される気流の主方向であって前記回転板の下流側に、前記気流導入口に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流通路４と、該気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の整流フィルタ２１とを有することを特徴とする紡糸用冷却装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、紡糸用冷却装置および溶融紡糸方法に関する。

マルチフィラメント糸の製造において、紡糸口金から吐出された熱可塑性ポリマに対して安定して冷却を行う方法については、従来から様々な研究・開発がなされており、幾つかの装置構造にて実施されている。一般的な冷却装置としては、環状に配列された紡糸孔を有する紡糸口金から吐出された糸条に対して、糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて冷却固化する内吹き環状冷却装置がある。この内吹き環状冷却装置は、気流導入管、均圧室、整流部材（パンチングプレート、有孔板）、多孔質フィルタから構成されており、これら適正化により、円周方向の風速、風温均一化がなされ、気流乱れの減少、気流乱れによる糸の接触・融着を回避し、良好な糸物性を得ることができる。

例えば、気流の風速均一化に関して、図１０に示したような環状冷却装置が特許文献１で開示されている。図１０は、特許文献１の環状冷却装置の概略縦断面図である。図中、３０はパンチングプレート、３１は圧力室をそれぞれ表す。以下、各図面において、説明済みの図に対応する部材が存在する場合は、同じ参照符号を用いて説明を省略することがある。特許文献１の環状冷却装置では、圧力室３１にパンチングプレート３０を設置し、均圧性を高めるためにパンチングプレート３０の開口率を３０〜６０％とし、更に不織布で覆うことが提案されている。

また、図１１に示したような紡糸筒が特許文献２で開示されている。図１１は、特許文献２の紡糸筒の概略縦断面図である。図中、３２は環状第１気体室、３３は環状第２気体室、３４は有孔板をそれぞれ表す。特許文献２の紡糸筒では、環状第１気体室３２と環状第２気体室３３を有孔板３４で分割する構成とし、環状第１気体室３２で気流ジェットを吸収し、その後、環状第２気体室３３にて均圧する手法が提案されている。

また、図１２に示したような紡糸用冷却筒が特許文献３で開示されている。図１２は、特許文献３の紡糸用冷却筒の概略縦断面図である。図中、３５は気流導入管、３６は外壁をそれぞれ表す。特許文献３の紡糸用冷却筒では、気流導入管３５に流入する気流を一旦、外壁３６に衝突させ、ジャマ板効果を利用することで、気流導入管３５内で風速斑を減少させる手法が提案されている。

しかしながら、本発明者らの知見によると、内吹き環状冷却装置に対して、気流導入管３５を糸条の走行方向に垂直な横方向から連結していることから、気流導入管３５から流入した気流は、反気流導入管側に向かい、環状流路を円周方向に流れ、気流導入管側と反気流導入管側にて圧力差が発生し、気流導入管側の風速が低下、反気流導入管側の風速が増加することが解明されている。よって、本発明者らの知見によれば、一旦発生した圧力差より生じる風速不均一を、特許文献１、特許文献２、特許文献３の明細書に記載された整流部材、均圧室の適正化により改善することには限界があり、円周方向風速不均一を完全に解消できないことが分かっている。更には、近年の紡糸速度の著しい高速化や、多糸条化、マルチフィラメント化と言った極細繊維化においては、上記の装置構成を用いた円周方向風速均一性では、要求された糸物性斑を達成することが困難となってきている。これは、特許文献１に記載の実施例の単糸繊度０．６ｄｔｅｘ、フィラメント本数３００の極細マルチフィラメント糸において、ウースター斑２％未満という、極めて大きな値を糸の太さ斑の良否判断基準として使用している点や、また、特許文献３に記載の実施例の吐出量１０００ｇ／分、引取速度１０００ｍ／分、フィラメント数２０００本（単糸繊度５ｄｔｅｘ）のマルチフィラメントにおいて、ウースター斑３％という、極めて大きな値を糸物性斑の良否判断基準として使用している点からも明らかであり、ウースター斑［Ｈ］０．５％以下と言った高い糸の太さ斑要求レベルには達成できない場合がある。更には、糸斑要求レベル自体も高まりつつある中で、更なる円周方向風速、風温均一化が必要となっている。また、本発明者らの知見によると、気流導入管３５を糸条の走行方向に直角な横方向では無く、紡糸用冷却装置の下部に縦方向（糸条の走行方向）に気流導入管３５を連結したところ、装置が長尺化し、糸掛け性が悪化、操業性に問題があることが分かっている。

また、気流の風温均一化に関して、図１３に示したような熱風筒装置が特許文献４で開示されている。図１３は、特許文献４の熱風筒装置の概略横断面図である。図中、３７はファン、３８はヒータ、３９はスリット板、４０はメッシュフィルターをそれぞれ表す。特許文献４の熱風筒装置では、気流の風温均一化を行うために、ファン３７により熱風筒装置内に送風された気流を、ヒータ３８にて加熱し、その後、スリット板３９、メッシュフィルター４０を通過させることで整流化する方法が提案されている。

しかしながら、本発明者らの知見によると、ファン２個を糸条の走行方向に垂直な横方向に対向して配設していることから、各々のファン３７により供給された気流は、ヒータ３８を通過した後、スリット板３９の外周側に沿って環状流路を円周方向に流れ、気流同士の衝突が発生する。気流衝突により圧力が増加し、円周方向の圧力不均一が発生、風速不均一が一旦生じると、その後にスリット板３９、メッシュフィルター４０による整流化を行ったとしても、完全に解消できないことが分かっている。

また仮に、均一な風温の気流を供給し、均一性を保つために、断熱、保温対策を紡糸用冷却装置に施すことは、装置が大型化し、多錘生産を基本とする繊維製造工程では、生産性が低下する問題がある。

現在までに、特許文献１〜４以外にも紡糸用冷却装置において様々な技術検討が行われているが、本発明者らによって、数種類の紡糸用冷却装置の気流の吹き出し風速測定を実施した結果、一般的な紡糸用冷却装置での円周方向風速斑は５％が最良で、１０〜２０％を越えるものも多数あった。そのため、単糸繊度０．１〜１．６ｄｔｅｘ、フィラメント数が２０００本以下の極細マルチフィラメントを製造するに関して、気流の円周方向風速不均一、風温不均一が起因の糸条接触・融着が発生しやすく、糸揺れ等が発生し、糸の太さ斑や強度・伸度等の品質が極めて悪化し、更には、毛羽・糸切れが頻発し、製糸安定性等が劣化したり、紡糸すらできない等、多くの問題があった。
特開２００３−２５３５２２号公報特開昭４８−３３１１３号公報特開昭６０−１２６３０９号公報特開平５−９３３１３号公報

本発明の目的は、気流の円周方向風速、風温均一性に優れ、糸揺れによる糸条の接触・融着が無く、糸条の太さ斑や強度・伸度等の品質良好な糸条を得るために顕著な効果を発揮する紡糸用冷却装置および溶融紡糸方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、熱可塑性ポリマを溶融紡出して得られた糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて前記糸条を冷却固化する紡糸用冷却装置であって、前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流導入口と、該気流導入口の環状の流路の仮想中心軸を仮想回転軸として前記気流導入口内を回転する回転板と、該回転板の回転により送風される気流の主方向であって前記回転板の下流側に、前記気流導入口に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流通路と、該気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の整流フィルタとを有する紡糸用冷却装置を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記回転板が、該回転板の回転により送風される気流の主方向において、前記回転板の前記仮想回転軸を共有し、前記気流の主方向に直列に配置された送風板と撹拌板とを有する紡糸用冷却装置を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記送風板により送風される気流の主方向であって前記送風板の上流側に前記撹拌板を有する紡糸用冷却装置を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記送風板に気流を吹き付ける気流吹き付け手段を前記気流の主方向であって前記送風板の上流側に有し、前記撹拌板に気流を吹き付ける気流吹き付け手段を前記気流の主方向であって前記攪拌板の上流側に有する紡糸用冷却装置を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記気流の主方向であって前記送風板の下流側に、前記気流導入口の環状の流路の下流端全面を覆うように配設されたリング状整流部材を有する紡糸用冷却装置を提供する。

また、本発明の好ましい形態によれば、前記気流通路の糸条の走行経路に垂直な各断面を内外周に仕切る円筒状整流部材を有する紡糸用冷却装置を提供する。

また、本発明の別の形態によれば、紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出させて糸条とし、該糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて前記糸条を冷却固化させるに際し、前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流導入口の仮想中心軸を仮想回転軸として前記気流導入口内にて回転板を回転させることで、前記気流導入口に気流を導き、その後、前記回転板の回転により送風される気流の主方向であって前記回転板の下流側に前記気流導入口に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流通路に導き、その後、前記気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の整流フィルタより気流を吹き出す溶融紡糸方法を提供する。

本発明において、「気流導入口」とは、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、回転板により送風される気流の主方向において、下流の気流通路に至る環状の流路をいう。

本発明において、「回転板により送風される気流の主方向」とは、回転板を回転させることで送風させる気流の主たる方向として、糸条の走行経路と略平行した方向をいう。

本発明において、「気流導入口の環状の流路の仮想中心軸」とは、気流導入口の外壁面、または気流導入口の内壁面を中空軸とする仮想の中心軸をいう。

本発明において、「仮想回転軸」とは、回転板がその軸を中心に気流導入口内を回転する仮想の回転軸をいう。

本発明において、「気流通路」とは、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、整流フィルタと外壁面とに挟まれた環状の流路をいう。

本発明において、「糸条の走行経路」とは、上方の紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出し、紡出された糸条が下方にて巻き取られる主たる経路をいう。ここで、「上方」とは、紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出し、紡出された糸条が巻き取られる主たる糸条の走行方向において、紡糸口金に近い側をいう。なお、糸条に巻き取られる側を「下方」という。

本発明において、「送風板」とは、気流導入口の環状の流路の仮想中心軸を仮想回転軸として回転させることで、上流側の気流を下流側に送るためのものをいう。

本発明において、「攪拌板」とは、気流導入口の環状の流路の仮想中心軸を仮想回転軸として回転させることで、周辺の気流を混合し、気流温度、及び気流成分の分布状態を均一化するためのものをいう。

本発明において、「気流を吹き付ける気流吹き付け手段」とは、気流を気流供給口から連続して補給し、気流導入口に導き、回転板に気流を吹き付けて、回転させる手段をいう。

本発明の紡糸用冷却装置および溶融紡糸方法によれば、上述したように、紡糸用冷却装置から吹き出す気流の円周方向風速、風温均一性に優れることで、糸条の接触・融着が無く、糸の太さ斑や強度・伸度等の品質に極めて優れたマルチフィラメント糸を、製糸性、操業性良く得ることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の紡糸用冷却装置および溶融紡糸方法の最良の実施形態について詳細に説明する。図２は、本発明の代表的な実施形態に用いられる紡糸用冷却装置５の概略縦断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ矢視図であり、図４、図５、図６、図７、図８は、本発明の他の好ましい実施形態に用いられる紡糸用冷却装置５の概略縦断面図である。本発明の代表的な実施形態に用いられる溶融紡糸装置は、図１に示すように、紡糸口金１０、本発明の紡糸用冷却装置５、油剤付与装置１４、交絡付与装置１５、引取ローラ１６、１７、巻取装置１９から構成される。図１において、紡糸口金１０より紡出された糸条１３は、本発明の紡糸用冷却装置５から吹き出される気流で冷却され、油剤付与装置１４で油剤を付与された後、引取ローラ１６、１７で巻き取られ、巻取装置１９でパッケージ１８として巻き取られる。

本発明の代表的な実施形態に用いられる紡糸用冷却装置５は、図２に示すように、糸条の走行経路に垂直な横方向に全周に渡って開口されている気流供給口２０と、その気流供給口２０に連結し、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流導入口６と、その気流導入口６の内壁面２２に配設され、気流導入口６の環状の流路の仮想中心軸を仮想回転軸として気流導入口６内を回転する駆動部９と、その駆動部９に連結された回転板１と、回転板１の回転により送風される気流の主方向であって回転板１の下流側に位置し、気流導入口６に連通し、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、気流通路外壁面２３と整流フィルタ２１とに挟まれた環状に流路を有する気流通路４と、その気流通路４の内側に糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され気流を内向きに吹き出す流路を持つ環状の整流フィルタ２１から構成される。

ここで、従来技術と、本発明の紡糸用冷却装置５の技術的に大きく異なる点を説明する。従来技術では、図１１に示したように、気流導入管３５を環状第１気体室３２に対して横方向（糸条の走行方向と垂直な方向）より連結し、気流導入管３５を通じて気流を供給しているため、環状の流路を有する環状第１気体室３２において、気流導入管３５側の反対側にて気流同士の衝突が発生し、その結果、気流導入管３５側と、それに対向する側にて、円周方向圧力差が生じるため、その後に有孔板３４の整流部材にて円周方向の風速均一化を図ったとしても、円筒状フィルタ２９より吹き出す気流の円周方向風速斑を完全には抑制できない。図１０、図１２、図１３に示した他の従来技術においても、気流導入管を横方向（糸条の走行方向と垂直な方向）から連結しているため、気流衝突による同様の円周方向風速斑を完全に抑制するのは困難となっている。

それに対して、本発明の紡糸用冷却装置５では、回転板１を回転することにより気流供給口２０の外周開口部全域に渡って気流を補給し、それを環状の流路を有する気流導入口６に導き、その後、気流通路４に導くことができるため、気流同士の衝突を事前に回避できる。つまり、本発明の紡糸用冷却装置５は、縦方向（糸条の走行方向と平行な方向）に気流を供給できるために、従来技術で述べた横方向より気流を供給することで発生する円周方向風速斑を根本的に抑制することができる。

更に、本発明の紡糸用冷却装置５の重要技術としては、気流導入口６の回転板１の上流側の気流に円周方向風速斑、あるいは風量バラツキがある場合においても、一定速度で回転板１を連続的に回転させることにより、回転板１の上流側の気流は回転板１が回転する回転領域に一定量だけ吸引され、回転領域を通過し、回転領域の下流側に一定量だけ押し出されるため、回転板１の下流側における円周方向風速斑を低減することができる点である。その際には、回転板１の回転領域を通過する気流の主方向（仮想回転軸の方向）風速よりも、回転板１の回転速度を速くなるように調整するのが好ましい。

また、気流供給口２０を糸条の走行方向と垂直な外周方向に開口することで、気流供給口２０の上流より気流供給口２０に補給される気流が、紡糸用冷却装置５内の糸条走行経路を沿って下方より吹き出される気流との間に一定距離を保つことができるため、外乱影響を受け難くなり、気流導入口６に導入される気流の円周方向風速斑を低減させることができる。

また、回転板１の回転により送風される気流の主方向であって回転板１の下流側に、気流導入口６の環状の流路の下流端全面を覆うように配設されたリング状整流部材８が構成されていてもよい。気流がリング状整流部材８に一旦衝突することで、気流に整流効果を与え、円周方向風速均一効果を得ることができる。

また、気流通路４の糸条の走行経路に垂直な各断面に対して、放射状に沿って内周側に環状流路を有する内周気流通路４１と、外周側に環状流路を有する外周気流通路４２とに仕切る円筒状整流部材７が構成されていてもよい。そこで、リング状整流部材８と同様に、外周気流通路４１から内周気流通路４２に気流が通過する際に、円筒状整流部材７に一旦衝突し、円筒状整流部材７による整流効果により、円周方向風速均一化効果を得ることができる。

また、本発明の他の実施形態として、図４に示すように、駆動部９に連結された回転板１を、送風板２と撹拌板３とに分割し、回転板１により送風される気流の主方向に直列して配設され、気流導入口６の環状の流路の仮想中心軸を仮想回転軸として共有し、円周方向に回転する構成であってもよい。その場合、送風板２により送風される気流の主方向であって、送風板２の上流側に撹拌板３を設けることで、撹拌板３の回転により、撹拌板３の周辺に乱流を発生させ、撹拌気流を形成した後、送風板２の回転により、この撹拌気流を気流通路４に導くことができ、撹拌板３の撹拌による風温、及び気流成分の均一化と、送風板２による気流の均一送風を両立することが可能となる。この場合、送風板２の送風機能と、撹拌板３の撹拌機能を両立した回転板１を用いても、同様の効果を得ることができる。

従って、送風板２の仮想回転軸を共有し、送風板２の上流側に撹拌板３を設けることが、風温、及び気流成分の均一化と風速均一化のために好ましい形態であるが、送風板２の仮想回転軸を共有し、送風板２の下流側に直列して撹拌板３を設けてもよく、また、送風板２の仮想回転軸を共有し、送風板２を２個以上直列して設けてもよく、また、撹拌板３の仮想回転軸を共有し、撹拌板３を２個以上直列して設けてもよく、更には、送風板２、撹拌板３の仮想回転軸を共有し、順不動で直列して複数個設けてもよい。その場合、送風板２を連続して設けることで、風速均一化効果を得やすくなり、また、撹拌板３を連続して設けることで、風温、気流成分の均一化効果を得やすくなる。

また、回転板１、及び送風板２、撹拌板３の回転方向は、気流の主方向に対して時計回りであってもよく、反時計回りであってもよい。また、２個以上直列して設けた送風板２の回転方向が同方向であってもよく、異方向であってもよく、２個以上直列して設けた撹拌板３の回転方向が同方向であってもよく、異方向であってもよい。更には、送風板２の回転方向と、撹拌板３の回転方向が同方向であってもよく、異方向であってもよい。その場合、２個以上連続し、直列して設けた撹拌板３の回転方向を、下流に従い順に、異なる回転方向とすることで、撹拌気流が形成し易くなり、気流の風温、気流成分の均一効果が得られ易くなる。また特に、２個以上連続し、直列して設けた送風板２の回転方向を、下流に従い順に、異なる回転方向とすることで、上流側に位置する送風板２の回転にて発生する気流旋回方向に対して、その下流側に位置する送風板２を、上流側に位置する送風板２の回転方向とは反対方向に回転させることで、一方向に発生する旋回気流を低減し、円周方向風速斑を低減させることができる。

また、本発明の他の実施形態として、図５に示すように、気流供給口２０の上流側において、気流を連続して供給する気流吹き付け手段を配設してもよい。気流吹き付け手段として、ブロア、ファン等の送風装置が好適である。気流吹き付け手段を用いて、気流供給口２０の外周開口部の一方向から供給された気流が、気流導入口６において、回転板１の仮想回転軸の軸方向に沿って回転板１に当たると、気流の仮想軸方向の吐出力が回転板１を通じて駆動部９に伝わり、駆動部９の仮想回転軸方向の回転力となり、駆動部９、及び回転板１が回転する。その場合には、駆動部９に特別な駆動手段を設ける必要がないため、経済的に優位となる。また、気流吹き付け手段を用いた他の回転板１の回転手段としては、回転板１の回転方向に向かって気流を供給し、気流の円周方向の吐出力を回転板１に与え、駆動部９を回転させる構成であってもよい。また他に、回転板１の別の回転手段としては、図６に示すように、回転板１と連結した駆動部９をベルト２７、プーリー２６、モーター２５を介して駆動させる手段でもよく、また、電磁力により回転板１を駆動させる手段でもよく、特に駆動手段を限定しない。

また、本発明の他の実施形態として、図７に示すように、気流導入口６、回転板１を糸条の走行方向に対して上方に配置、気流通路４を下方に配置し、回転板１の回転による送風される気流の主方向を上方から下方とすることで、整流フィルタ２１より吹き出す気流の糸走行方向の風速分布を適宜変更することができる。その場合、紡糸口金１０に駆動部９が近接するため、駆動部９の断熱対策を施す等の工夫が必要となる。

また、本発明の他の実施形態として、図８に示すように、駆動部９を気流導入口６の外壁面２４に配設してもよい。その場合は、駆動部９を回転させる駆動手段を紡糸用冷却装置５の外周側に設置できるため、気流導入口６、及び糸条の走行経路空間を拡大することが可能となる。また、駆動部９の設置スペースを確保できる利点を有する。

次に、図２に示した本発明に代表的な実施形態と、図４、図５、図６、図７、図８に示した他の実施形態に共通した各部材、各部材の形状について詳細に説明する。

本発明の実施形態の気流通路４は、糸条の走行経路に垂直な断面における形状が二重円形状であれば、特に形状を限定しない。糸条の走行経路に垂直な流路断面積が上方に向かって減少、または増加するような円錐、逆円錐型の形状であってもよく、多段的に減少、増加が繰り返す形状であってもよい。

次に、本発明の実施形態の送風板２は、送風板２の上流側の気流を下流に導くことを主目的とすることから、面状部面積を大きく取ることができる矩形スリット平板、あるいは翼型形状であるのが好ましいが、断面形状が円弧状断面であってもよい。その際、送風板２の仮想回転軸方向からの投影面積が、気流導入口６の送風板２の仮想回転軸に垂直な流路断面積の５０％以上を占めるように、送風板２の形状、及び設置枚数を決定するのが好ましく、更に好ましくは８０％以上を占めるのが好ましい。

また、本発明の実施形態の撹拌板３は、撹拌板３の回転により撹拌板３の周辺に乱流を発生させ、撹拌による風温、または気流成分の均一化を図ることを主目的とすることから、丸棒、あるいは細長板であるのが好ましいが、丸棒を組み合わせた棒状体、細長板の組合せた板状体、または丸棒、細長板を組合せたものであってもよい。その際、撹拌板３が丸棒のような気流が当たる面状部面積が小さく、気流吐出力を受け難く、気流吹き付け手段を用いて回転させることが困難な場合には、送風板２のみを気流吹き付け手段を用いて回転させ、撹拌板３は別の駆動手段を用いて回転させることが好ましい。

また、撹拌板３の回転速度は、送風板２の回転領域を通過する気流の主方向（仮想回転軸の方向）風速よりも速くするのが好ましい。

また、本発明の実施形態の回転板１は、送風板２と撹拌板３の両方の機能を併せ持つように、形状、断面形状を適宜決定するのがよい。

また、送風板２の送風機能を得るためには、図９に示したように、送風板２の仮想回転軸の方向と送風板２の平面方向が成す角度である傾斜角度θを４５度とすることで最も効率良く送風でき、必要な風量に応じて傾斜角度θを０〜９０度で適宜設定するのが好ましい。また、撹拌板３の撹拌機能を得るためには、送風板２の仮想回転軸の方向と撹拌板３の平面方向が成す角度である傾斜角度θを０度、または９０度とすることで効率よく撹拌でき、気流の成分バラツキ、風温バラツキに応じて０〜９０度で適宜設定するのが好ましい。

次に、本発明の実施形態の円筒状整流部材７は、多孔性部材であり、通過気流の整流効果を得るためには流路開口率が２０〜６０％のパンチングメタルが最も好適であるが、スリット流路を持つ積層構造体でもよく、多孔質セラミックであってもよく、金網であってもよく、ハニカム構造体であってもよい。ここで、円筒状整流部材７の整流効果とは、圧損抵抗を設けることで、均圧効果を得ることができる。円筒状整流部材７の糸条の走行方向における長さは、整流フィルタ２１全長における整流効果を得るため、整流フィルタ２１と同等長さが好ましいが、もしくは、整流フィルタ２１全長より長さを大きくし、整流フィルタ２１を包含できる長さに設定するのがよい。また、円筒状整流部材７は、円筒径が異なる２つ以上の多段構成であってもよい。多段構成とすることで、より気流の整流効果を得ることができる。また多段構成とする利点として、流路開口率を多少大きく設定しても、単数構成の円筒状整流部材７と同等の整流効果を得ることができるため、目詰まりを抑止し、生産性、操業性向上が可能となる。

次に、本発明の実施形態のリング状整流部材８は、気流の整流効果、及び着脱等の作業性を考慮するとリング状の一体成形品であるのが好ましいが、半月板状を数枚組み合わせて、リング状にしても構造上問題は無い。また、リング状整流部材８は、多孔性部材であり、流路開口率が１５〜６０％のパンチングメタルを用いるのが好ましいが、多孔質セラミックであってもよく、金網であってもよく、ハニカム構造体であってもよい。

次に、本発明の実施形態の整流フィルタ２１は、気流の吹き出し口が糸条の走行経路に向かって中心方向に開口しており、かつ糸条の走行方向に直角方向から下向きに傾斜した孔が形成された多孔性部材が好ましい。この整流フィルタ２１により気流は整流化され、糸走行方向に直角方向から下向きに傾斜した気流が形成される。また、その他の多孔性部材として、金属粒子、金属繊維を高温圧縮成形したものであってもよく、または外側から中心方向に向かって微細スリット溝を持つ環状リングを多層積層し、高温圧縮成形した積層構造体であってもよい。これらの多孔性部材の材質は、適度な剛性を有する紙製、木製、合成樹脂製でもよいが、耐熱性に優れる金属製が好適である。

次に、整流フィルタ２１より吹き出す気流の風量は、品種（糸条数、繊度、単糸繊度、ポリマ種類等）により決定されるが、その場合、回転板１、または送風板２の回転数を制御することにより適宜調整するのがよい。

本発明は、極めて汎用性の高い発明であり、紡糸用冷却装置、および溶融紡糸方法によって得られる全てのマルチフィラメント糸に好適である。従って、マルチフィラメント糸を構成する熱可塑性ポリマにより特に限られるものではない。例えば、本発明に好適なマルチフィラメント糸を構成する熱可塑性ポリマの一例を挙げれば、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等々が挙げられる。

更に、上記した熱可塑性ポリマに、製糸安定性等を損なわない範囲で、二酸化チタン等の艶消し剤、酸化ケイ素、カオリン、着色防止剤、安定剤、抗酸化剤、消臭剤、難燃剤、糸摩擦低減剤、着色顔料、表面改質剤等の各種機能性粒子や有機化合物等の添加剤が含有されていても良く、共重合が含まれても良い。

また、本発明に用いられる熱可塑性ポリマは、単一成分で構成しても、複数成分で構成してもよく、複数成分の場合には、例えば、芯鞘、サイドバイサイド等の構成が挙げられる。また、マルチフィラメント糸の断面形状は、丸、三角、扁平等の異形状や中空であってもよい。

本発明は、極めて汎用性の高い発明であり、紡糸用冷却装置、および溶融紡糸方法によって得られる全てのマルチフィラメント糸に好適である。従って、マルチフィラメント糸の単糸繊度により特に限られるものではない。例えば、延伸前または延伸されずに巻き取られた際の単糸繊度、あるいは延伸または延伸・仮撚後の単糸繊度が、０．１〜１０デシテックスの範囲であっても良い。単糸繊度が小さければ小さいほど、従来の技術との差異が明確となる。

本発明は、極めて汎用性の高い発明であり、紡糸用冷却装置、および溶融紡糸方法によって得られる全てのマルチフィラメント糸に好適である。従って、マルチフィラメント糸の単糸数により特に限られるものではない。例えば、マルチフィラメント糸の単糸数が、３０〜２０００本あるいは５０〜２０００本の範囲であっても良い。マルチフィラメント糸の単糸数が多ければ多いほど、従来の技術との差異が明確となる。

実施例中に使用した各特性値は以下の測定方法により求めた。
（１）糸太さ斑、ウースター斑［Ｈ］：
ＺＥＬＬＷＥＧＥＲＵＳＴＥＲ社製ＵＳＴＥＲＴＥＳＴＥＲＵＴ−４を使用し、糸速１００ｍ／分、供給張力１／３０ｇ／ｄｔｅｘ、ツイスタ回転数８０００ｒｐｍで５分間測定し、ＨＩｎｅｒｔで評価したウースター斑［Ｈ］が、「０．４未満」を◎、「０．４以上０．６未満」を○、「０．６以上１．０未満」を△、「１．０以上」を×として糸太さ斑として評価した。
（２）気流の吹き出し風速：
気流の吹き出し風速は、常温・常湿下において、アネモマスター風速計（日本カノマックス株式会社：ＭＯＤＥＬ６００４）、またはケンブリッジアキュセンス風速計（デグリーコントロールズインク社：ＵＡＳ１１００ＰＣ）を用いて、風速計のプローブを整流フィルタ２１内周面から中心に向かって５ｍｍ〜１０ｍｍの間隙に設置し、測定したものを言う。
（３）円周方向風速斑、円周方向風速不均一：
円周方向風速斑とは、常温・常湿の室内において、整流フィルタ２１での気流の吹き出し風速として、円周方向に４５度刻みに８点、糸走行方向に整流フィルタ２１の上端より１０ｍｍ位置、３０ｍｍ位置、５０ｍｍ位置として３箇所、８点×３箇所＝２４点を測定し、（下記［１］〜［３］式）、各高さ位置において円周方向風速値８点の平均値を算出し（下記［４］式）、各高さ位置において測定値との変動率を求め（下記［５］式）、その全変動率（ΔＶ_１０ｉ、ΔＶ_３０ｉ、ΔＶ_５０ｉ：ｉ＝０〜３１５、４５度）の標準偏差を求めたものをいう。
［１］整流フィルタ２１上端より１０ｍｍ位置の風速；Ｖ_１０ｉ（ｉ＝０〜３１５、４５度）
［２］整流フィルタ２１上端より３０ｍｍ位置の風速；Ｖ_３０ｉ（ｉ＝０〜３１５、４５度）
［３］整流フィルタ２１上端より５０ｍｍ位置の風速；Ｖ_５０ｉ（ｉ＝０〜３１５、４５度）
［４］整流フィルタ２１上端より１０、３０、５０ｍｍ位置の風速平均値：
Ｖ_{１０ａｖｅ}＝（Sum（Ｖ_１０ｉ））／８
Ｖ_{３０ａｖｅ}＝（Sum（Ｖ_３０ｉ））／８
Ｖ_{５０ａｖｅ}＝（Sum（Ｖ_５０ｉ））／８（ｉ＝０〜３１５、４５度）
［５］整流フィルタ２１上端より１０、３０、５０ｍｍ位置における風速平均値からの風速変動率；
ΔＶ_１０ｉ＝（Ｖ_１０ｉ−Ｖ_{１０ａｖｅ}）／Ｖ_{１０ａｖｅ}
ΔＶ_３０ｉ＝（Ｖ_３０ｊ−Ｖ_{３０ａｖｅ}）／Ｖ_{３０ａｖｅ}
ΔＶ_５０ｉ＝（Ｖ_５０ｊ−Ｖ_{５０ａｖｅ}）／Ｖ_{５０ａｖｅ}（ｉ＝０〜３１５、４５度）
（４）製糸性：
３６錘紡糸で、２４時間の紡糸を行い、この間の糸切れ回数評価を実施し、「１回未満」を◎、「１回以上２回未満」を○、「２回以上３回未満」を△、「３回以上」を×として評価した。
（５）気流供給風量：
紡糸冷却装置への気流供給風量Ｑ（ｍ^３／秒）は、常温、常湿の室内において、紡糸用冷却装置の気流導入口６にオリフィス風量計を設置し、オリフィス前後の差圧を測定して風量として求めた。
（６）極限粘度［η］
オルソクロロフェノールを溶媒として２５℃で測定した。
［実施例１］
極限粘度［η］が０．７のポリエチレンテレフタレートを紡糸口金１０から単孔吐出量０．３９ｇ／分にて紡出し、図１に示す紡糸用冷却装置５を用いて冷却し、油剤付与装置１４にて油剤付与後に２５００ｍ／分の速度で巻き取った後、延伸と仮撚加工を実施することにより、５６ｄｔｅｘ、１４４フィラメント、１糸条のポリエステル極細繊維を製造した。その際、図５示したように、紡糸用冷却装置５には、開口率２２．７％（孔径１ｍｍ、ピッチ２ｍｍ、千鳥配置、板厚１ｍｍ）のパンチングメタルをチューブ状にした円筒状整流部材７を配置し、開口率２２．７％（孔径１ｍｍ、ピッチ２ｍｍ、千鳥配置、板厚１ｍｍ）のパンチングメタルをリング状整流部材８として配置した。また、整流フィルタ２１は、セルロースリボン（材質：紙）を螺旋状に巻いて、熱硬化性樹脂（フェノール樹脂）を含浸後、加熱硬化させた多孔性部材（内径１００ｍｍ、外径１１０ｍｍ、高さ２００ｍｍ、糸条の走行方向に直角方向から下向きに１５度傾斜）を使用した。気流導入口６に送風板２を備え、送風板２の傾斜角度θを４５度とし、回転数６００ｒｐｍにて回転させ、供給空気風量５０．０ｍ^３／時間、常温２０℃の空気を整流フィルタ２１より吹き出した結果、円周方向風速斑は２％となった。表１に記載のとおり、紡糸の際の製糸性は最良な結果、および得られた極細繊維のウースター斑は良好な結果を得た。

［実施例２］
実施例１と繊度を等しく、糸条数を増加させた実施例として、実施例２を説明する。実施例１と同じ紡糸用冷却装置５を用いて、５６ｄｔｅｘ、２８８本のフィラメント糸、２糸条（１糸条当たり１４４本のフィラメント糸）のポリエステル極細繊維を製造した。このとき、送風板２の傾斜角度θを４５度とし、回転数７２０ｒｐｍにて回転させ、供給空気風量６０ｍ^３／時間、常温２０℃の空気を整流フィルタ２１より吹き出した結果、円周方向風速斑は２％となった。表１に記載のとおり、紡糸の際の製糸性は良好な結果、および得られた極細繊維のウースター斑は良好な結果を得た。
［比較例１］
図５に示した紡糸用冷却装置５の構造において、回転板１を取り除いた紡糸用冷却装置を比較例１に用いた。その他は、実施例１と同等のポリエチレンテレフタレート、同等の繊維（５６ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、１糸条）、同等の紡糸条件により極細繊維を得た。このとき、気流供給口２０から供給風量５０ｍ^３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ２１から吹き出す気流の円周方向風温斑は１１．７％となった。結果、表１に記載のとおり、紡糸の際には糸切れが数回発止し製糸性は悪く、得られた極細繊維のウースター斑は不良であった。
［比較例２］
クロスフロータイプの紡糸用冷却装置を用いて、実施例１と同等のポリエチレンテレフタレート、同等の繊維（５６ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、１糸条）を得た。表１に記載のとおり、紡糸の際には糸切れが数回発止し製糸性は悪く、得られた繊維のウースター斑は不良であった。

本発明は、衣料用極細マルチフィラメント糸の紡糸用冷却装置に限らず、産業用ナイロン糸用の紡糸用冷却装置や、産業用テトロン糸用の紡糸用冷却装置などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。

本発明の代表的な実施形態に用いられる溶融紡糸装置の概略縦断面図である。本発明の代表的な実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の概略断面図である。図２のＡ−Ａ矢視図である。本発明の他の好ましい実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の概略断面図である。本発明の他の好ましい実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の概略断面図である。本発明の他の好ましい実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の概略断面図である。本発明の他の好ましい実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の概略断面図である。本発明の他の好ましい実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の概略断面図である。本発明の他の好ましい実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の送風板、撹拌板の斜視部分拡大図である。従来例の紡糸用冷却装置の概略縦断面図である。従来例の紡糸用冷却装置の概略縦断面図である。従来例の紡糸用冷却装置の概略縦断面図である。従来例の紡糸用冷却装置の概略横断面図である。

符号の説明

１回転板
２送風板
３撹拌板
４気流通路
５紡糸用冷却装置
６気流導入口
７円筒状整流部材
８リング状整流部材
９駆動部
１０紡糸口金
１１紡糸パック
１２スピンブロック
１３糸条（マルチフィラメント）
１４油剤付与装置
１５交絡付与装置
１６、１７引取ローラ
１８パッケージ
１９巻取装置
２０気流供給口
２１整流フィルタ
２２内壁面
２３気流通路外壁面
２４外壁面
２５モーター
２６プーリー
２７ベルト
２９円筒状フィルタ
３０パンチングプレート
３１圧力室
３２環状第１気体室
３３環状第２気体室
３４有孔板
３５気流導入管
３６外壁
３７ファン
３８ヒータ
３９スリット板
４０メッシュフィルター
４１内周気流通路
４２外周気流通路

Claims

熱可塑性ポリマを溶融紡出して得られた糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて前記糸条を冷却固化する紡糸用冷却装置であって、前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流導入口と、該気流導入口の環状の流路の仮想中心軸を仮想回転軸として前記気流導入口内を回転する回転板と、該回転板の回転により送風される気流の主方向であって前記回転板の下流側に、前記気流導入口に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流通路と、該気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の整流フィルタとを有することを特徴とする紡糸用冷却装置。
前記回転板が、該回転板の回転により送風される気流の主方向において、前記回転板の前記仮想回転軸を共有し、前記気流の主方向に直列に配置された送風板と撹拌板とを有することを特徴とする請求項１に記載の紡糸用冷却装置。
前記送風板により送風される気流の主方向であって前記送風板の上流側に前記撹拌板を有することを特徴とする請求項２に記載の紡糸用冷却装置。
前記送風板に気流を吹き付ける気流吹き付け手段を前記気流の主方向であって前記送風板の上流側に有し、前記撹拌板に気流を吹き付ける気流吹き付け手段を前記気流の主方向であって前記攪拌板の上流側に有することを特徴とする請求項３に記載の紡糸用冷却装置。
前記気流の主方向であって前記送風板の下流側に、前記気流導入口の環状の流路の下流端全面を覆うように配設されたリング状整流部材を有することを特徴とする請求項３または４に記載の紡糸用冷却装置。
前記気流通路の糸条の走行経路に垂直な各断面を内外周に仕切る円筒状整流部材を有することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の紡糸用冷却装置。
紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出させて糸条とし、該糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて前記糸条を冷却固化させるに際し、前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流導入口の仮想中心軸を仮想回転軸として前記気流導入口内にて回転板を回転させることで、前記気流導入口に気流を導き、その後、前記回転板の回転により送風される気流の主方向であって前記回転板の下流側に前記気流導入口に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流通路に導き、その後、前記気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の整流フィルタより気流を吹き出すことを特徴とする溶融紡糸方法。