JP2010513745A - スレッドラインの表面凸凹のオンライン検出のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、移動中のスレッドラインの表面凸凹のレベルをモニターするための方法および装置であって、（ａ）スレッドラインに対して０度超および９０度未満の照射角でスレッドラインに付随して置かれた光源によってスレッドラインを照明して分光反射エネルギーおよび拡散反射エネルギーを生成する工程と、（ｂ）スレッドラインからの分光反射エネルギーの量を、照射角に実質的に等しい反射角でスレッドラインに付随して置かれた第１受信器で測定する工程と、（ｃ）スレッドラインからの拡散反射エネルギーの量を、照射角および反射角とは異なる角度で置かれた第２受信器で測定する工程と、（ｄ）拡散反射エネルギーの量対分光反射エネルギーの量の比を測定する工程と、（ｅ）前記比を表面凸凹のレベルと関係づける工程とを含む方法および装置に関する。

Description

本発明は、スレッドラインの表面凸凹のオンライン検出法に関する。

スレッドラインは、スレッドラインの品質に悪影響を与える表面凸凹を受ける。場合によっては、スレッドラインのフィラメントは、製造および加工中にフィブリル化を受ける。フィブリル化は多くの場合、剛性ロッドポリマーで一層ひどい。米国特許第５，０３０，８４１号明細書、同第４，９４８，２６０号明細書、および同第４，５６３，０９５号明細書は、光源を用いた、材料の様々な特質の検出に関するものであった。しかしながら、フィブリル化などの表面凸凹をモニターするための方法および装置が当該技術分野で必要とされている。

幾つかの実施形態では、本発明は、移動中のスレッドラインの表面凸凹のレベルをモニターするための方法であって、
スレッドラインに対して０度超および９０度未満の照射角でスレッドラインに付随して置かれた光源によってスレッドラインを照明して分光反射エネルギーおよび拡散反射エネルギーを生成する工程と、
スレッドラインからの分光反射エネルギーの量を、照射角に実質的に等しい反射角でスレッドラインに付随して置かれた第１受信器で測定する工程と、
スレッドラインからの拡散反射エネルギーの量を、照射角および反射角とは異なる角度で置かれた第２受信器で測定する工程と、
拡散反射エネルギーの量対分光反射エネルギーの量の比を測定する工程と、
前記比を表面凸凹のレベルと関係づける工程と
を含む方法に関する。

ある種の実施形態では、本発明は、本明細書に記載される方法および装置による移動中のスレッドラインのフィラメントフィブリル化のレベルをモニターするための方法および装置に関する。

幾つかの実施形態では、スレッドラインは単一フィラメントスレッドラインである。他の実施形態では、スレッドラインはマルチフィラメントスレッドラインである。

第２受信器は、拡散光を検出できる任意の場所に置くことができる。幾つかの実施形態では、第２受信器は、光源と第１受信器との間に置かれる。幾つかの実施形態では、第２受信器は、スレッドラインに対して６０度〜１２０度の角度で置かれる。ある種の実施形態では、第２受信器は、スレッドラインに対して実質的に９０度である角度で置かれる。

幾つかの実施形態では、照射角はスレッドラインに対して３０〜６０度である。ある種の実施形態では、照射角はスレッドラインに対して本質的に４５度である。

幾つかの好ましいスレッドラインは剛性ロッドフィラメントを含む。好適な剛性ロッドフィラメントには、アラミドポリマーを含むものが含まれる。幾つかのアラミドポリマーは、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）などのパラ−アラミドである。

他の好適なポリマーには、ポリ［２，６−ジイミダゾ［４，５−ｂ：４，５−ｅ］−ピリジニレン−１，４（２，５−ジヒドロキシ）フェニレン、ポリベンゾオキサゾールおよびポリベンゾチアゾールが含まれる。

幾つかのスレッドラインでは、表面は、フィラメントフィブリル化のためにむらがある。ある種の実施形態では、フィラメントフィブリル化は、直径が１〜３ミクロンである。幾つかのフィラメントフィブリル化は、長さが４ｍｍ以下である。

幾つかの実施形態では、本方法は、製造プロセス中にあるスレッドラインに関して行われる。他の実施形態では、本方法は、スレッドラインの製造後に行われる。

幾つかの実施形態では、本発明は、移動中のスレッドラインの表面凸凹のレベルをモニターするための装置であって、
スレッドラインに対して０度超および９０度未満の照射角でスレッドラインに付随して置かれた光源であって、分光反射エネルギーおよび拡散反射エネルギーを生成する光源と、
スレッドラインからの光源の分光反射エネルギーを受け取るための第１受信器であって、照射角と実質的に等しい反射角でスレッドラインに付随して置かれた第１受信器と、
スレッドラインからの光源の拡散反射エネルギーを受け取るための第２受信器であって、照射角および反射角とは異なる角度でスレッドラインに付随して置かれた第２受信器と、
拡散反射エネルギーの量と分光反射エネルギーの量との比を測定するためのコンパレーターと
を含む装置に関する。

幾つかの実施形態では、第１および第２受信器は、光が検出器と接触する前にチャネルを通過するように、第１および第２チャネルの末端に置かれる。

幾つかの実施形態では、光源は、光がスレッドラインと接触する前にチャネルを通過するように、チャネルの末端に置かれる。

ある種の実施形態では、チャネルの一部または全てはガスパージ流れに連通している。幾つかの実施形態では、ガスは空気である。他の実施形態では、ガスは窒素または別の不活性ガスである。ガス流れは、光源、検出器、および／または開口部がダストおよび破片を含まないように保つために配置することができる。

検出装置の一実施形態を用いる検出法を例示する。 暗室および照明室での損傷した糸およびより良好な糸の拡散反射を示す。加えて、暗室での損傷した糸およびより良好な糸の分光反射が示される。

本発明は、本開示の一部を形成する例示的な、好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解されるかもしれない。特許請求の範囲は本明細書に記載されるおよび／または示される特有のデバイス、方法、条件またはパラメータに限定されないこと、ならびに本明細書に用いられる専門用語はほんの一例として特定の実施形態を記載するためのものであり、かつ、特許請求される本発明を限定することを意図されないことが理解されるべきである。同様に、添付の特許請求の範囲を含めて本明細書に用いられるところでは、単数形（「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は複数形を含み、ある特定の数値の言及は、文脈上矛盾する明らかな記載がない限り、少なくとも当該特定値を含む。値の範囲が表されるとき、別の実施形態は、１つの特定の値からおよび／または他の特定の値までを含む。同様に、値が、先行する「約」を用いて近似値として表されるとき、その特定の値は別の実施形態を形成することが理解されるであろう。全ての範囲は包含的であり、組み合わせ可能である。

平滑なまたは損傷していないフィラメントの平滑面上で輝く光は主として、照射角と同じ反射角で表面から起こる鏡のような「分光」反射を与える。この光は、照射角で反射される光線に沿って適切な場所に置かれたセンサーによって捕らえることができる。照明光が粗面（すなわち、フィブリル化損傷によってもたらされるものなどの表面凸凹）にぶつかるとき、より高い百分率の光が「ランダム角度」で散乱される。この「拡散」反射は、「分光」角度以外の角度で置かれたセンサーによって捕らえることができる。拡散反射の量を測定することによって、表面凸凹の量を推論することができる。拡散反射対分光反射の比を測定することによって、この推論は、光源強度とは無関係に行うことができる。これは、オンラインセンサーで特に有利であることができる。

一実施形態では、検出器は、フィラメントから遠く離れたチャネルの末端に置くことができる。図１は、このスキームについての潜在的な一エンクロージャを示す。光源および２つの検出器はそれぞれ、別個の小さなチャネルの末端にあり、光源または検出器を有するチャネルの末端は、本明細書ではチャネルの電子端末と呼ばれる。「停滞空気」のかかるチャネルは、潜在的な汚染からの幾らかの保護を提供する。チャネルの長さおよび直径は、特に側面が吸収性である場合に、幾らかの追加の集光を提供する。

ビームをさらに集中させるために、かつ、要素および決定的に重要な光路を、不均一に光を遮断し得る汚染から保護するために、下記の１つまたは両方が用いられてもよい：
・チャネルの電子端末近くの開口部、および／または
・チャネル、および存在する場合に開口部を吹き抜けるきれいなガスの絶えない流れを保つ、電子端末の近くに入る純ガスパージ流れ（計器用空気など）。
これらの手段で、チャネルの開口端での汚染は、開口部に通常は達するであろう光路を遮断するのに非常に重要にならざるを得ない。ガス流れは開口部をきれいに保ち、そしてまた開口端での主要な汚染を防ぐ。かかる手段は、モニタリング区域に存在する汚染の影響を大きく低減することができる。

本方法は、入口または受信器フィルターを全く使わずに白色光を用いることができる。しかしながら、幾つかの実施形態では、カラーフィルターを用いることができる。光は可視光に限定されなければならないわけではなく、スペクトル中の他の特定波長を用いることができよう。さらに、偏光および偏光検出器を用いることができよう。

本発明に用いられる受信器は、受信器と接触する光の強度を検出するための手段を含む。

本明細書で用いるところでは、コンパレーターは、２つの信号を比較する回路である。かかるデバイスは当業者に周知である。幾つかの実施形態では、コンパレーターは、拡散反射エネルギーの量対分光反射エネルギーの量の比を測定するために用いられる。この比は、受信器が検出する反射光の量（または強度）に対応して第１および第２受信器から生成する信号から測定することができる。ある種の実施形態では、コンパレーターは場合により、２つの受信器の比較から得られた値を基準値（既知サンプルから得られるものなどの）と関係づけ、そして糸品質または表面凸凹の指標を生み出すことができる。

好適な繊維の例には、フィブリル化可能なフィラメントを有するものが挙げられる。かかる繊維には、剛性ロッドポリマーから製造されたものが含まれ、ポリベンザゾール；商品名ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）でＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ（ＤｕＰｏｎｔ）（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）によって販売されるポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）などの、アラミド；および商品名Ｍ５（登録商標）で知られるポリピリドビスイミダゾールなどの、ポリピリダゾールのタイプが含まれる。幾つかの実施形態では、繊維の靱性は、優れた耐弾道貫通性を提供するために少なくとも約９００ＭＰａであるべきである。幾つかの実施形態では、繊維は好ましくはまた、少なくとも約１０ＧＰａの弾性率を有する。

一実施形態では、ポリマーがポリアミドであるとき、アラミドが好ましい。「アラミド」とは、アミド（−ＣＯ−ＮＨ−）結合の少なくとも８５％が２つの芳香環に直接結合しているポリアミドを意味する。好適なアラミド繊維は、Ｍａｎ−Ｍａｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ−Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第２巻、繊維形成芳香族ポリアミド（Ｆｉｂｅｒ−Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｒｏｍａｔｉｃ Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ）という表題のセクション、２９７ページ、Ｗ．Ｂｌａｃｋら、Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、１９６８年に記載されている。アラミド繊維はまた、米国特許第４，１７２，９３８号明細書、同第３，８６９，４２９号明細書、同第３，８１９，５８７号明細書、同第３，６７３，１４３号明細書、同第３，３５４，１２７号明細書および同第３，０９４，５１１号明細書に開示されている。添加物をアラミドと共に使用することができ、最大１０重量パーセントもの他のポリマー材料をアラミドとブレンドできること、および１０パーセントもの他のジアミンをアラミドのジアミンと、または１０パーセントもの他の二酸塩化物をアラミドの二酸塩化物と置き換えたコポリマーを使用できることが分かった。

好ましい一アラミドはパラ−アラミドであり、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＰＤ−Ｔ）が好ましいパラ−アラミドである。ＰＰＤ−Ｔとは、ｐ−フェニレンジアミンと塩化テレフタロイルとのおおよそモル対モル重合から生じるホモポリマーそして、また、ｐ−フェニレンジアミンと共に少量の他のジアミンのおよび塩化テレフタロイルと共に少量の他の二酸塩化物の組み入れから生じるコポリマーを意味する。原則として、他のジアミンおよび他の二酸塩化物は、他のジアミンおよび二酸塩化物が重合反応を妨げる反応性基を全く持たないことのみを条件として、ｐ−フェニレンジアミンまたは塩化テレフタロイルの最大約１０モルパーセントもの、または場合によりそれより僅かに多い量で使用することができる。ＰＰＤ−Ｔはまた、例えば、塩化２，６−ナフタロイルまたは塩化クロロ−もしくはジクロロテレフタロイル、または３，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどの他の芳香族ジアミンおよび他の芳香族二酸塩化物の組み入れから生じるコポリマーを意味する。

ポリベンザゾールおよびポリピリダゾールなどの、ポリアレーンアゾールポリマーは、乾燥原料の混合物をポリリン酸（ＰＰＡ）溶液と反応させることによって製造することができる。乾燥原料は、アゾール形成モノマーおよび金属粉末を含んでもよい。これらの乾燥原料の正確に秤量されたバッチは、本発明の好ましい実施形態の少なくとも幾つかの利用によって得ることができる。

例示的なアゾール形成モノマーには、２，５−ジメルカプト−ｐ−フェニレンジアミン、テレフタル酸、ビス−（４−安息香酸）、オキシ−ビス−（４−安息香酸）、２，５−ジヒドロキシテレフタル酸、イソフタル酸、２，５−ピリドジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、２，６−キノリンジカルボン酸、２，６−ビス（４−カルボキシフェニル）ピリドビスイミダゾール、２，３，５，６−テトラアミノピリジン、４，６−ジアミノレゾルシノール、２，５−ジアミノヒドロキノン、１，４−ジアミノ−２，５−ジチオベンゼン、またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。好ましくは、アゾール形成モノマーには、２，３，５，６−テトラアミノピリジンおよび２，５−ジヒドロキシテレフタル酸が含まれる。ある種の実施形態では、アゾール形成モノマーはリン酸化されていることが好ましい。好ましくは、リン酸化アゾール形成モノマーは、ポリリン酸および金属触媒の存在下に重合させられる。

最終ポリマーの分子量を構築するのを助けるために金属粉末を用いることができる。金属粉末には、典型的には鉄粉、スズ粉末、バナジウム粉末、クロム粉末、およびそれらの任意の組み合わせが含まれる。

アゾール形成モノマーおよび金属粉末は混合され、次に混合物はポリリン酸と反応してポリアレーンアゾールポリマー溶液を形成する。追加のポリリン酸を必要に応じてポリマー溶液に加えることができる。ポリマー溶液は典型的には、フィラメントを製造するかまたは紡糸するためにダイまたは紡糸口金を通して押し出されるかまたは紡糸される。

ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）およびポリベンゾチアゾール（ＰＢＺ）は、２つの好適なポリベンザゾールポリマーである。これらのポリマーは、ＰＣＴ出願国際公開第９３／２０４００号パンフレットに記載されている。ポリベンゾオキサゾールおよびポリベンゾチアゾールは好ましくは、以下の構造の繰り返し単位で構成される：

窒素原子に結合して示される芳香族基は複素環であってもよいが、それらは好ましくは炭素環であり、そしてそれらは縮合または非縮合多環系であってもよいが、それらは好ましくは単６員環である。ビス−アゾールの主鎖に示される基は、好ましいパラ−フェニレン基であるが、当該基は、ポリマーの製造を妨げない任意の二価有機基で置き換えられても、または全く基を含まなくてもよい。例えば、当該基は、１２個以下の炭素原子の脂肪族、トリレン、ビフェニレン、ビス−フェニレンエーテルなどであってもよい。

本発明の繊維を製造するために使用されるポリベンゾオキサゾールおよびポリベンゾチアゾールは、少なくとも２５、好ましくは少なくとも１００の繰り返し単位を有するべきである。ポリマーの製造およびそれらのポリマーの紡糸は、上述のＰＣＴ出願国際公開第９３／２０４００号パンフレットに開示されている。

ポリ（ピリダゾール）ポリマーから製造された繊維は、本発明での使用に好適である。これらのポリマーには、ポリ（ピリドイミダゾール）、ポリ（ピリドチアゾール），ポリ（ピリドオキサゾール）、ポリ（ピリドビスイミダゾール）、ポリ（ピリドビスチアゾール）、およびポリ（ピリドビスオキサゾール）が含まれる。

ポリ（ピリドビスイミダゾール）は、高強度のものである剛性ロッドポリマーである。ポリ（ピリドビスイミダゾール）繊維は、少なくとも２０ｄｌ／ｇまたは少なくとも２５ｄｌ／ｇまたは少なくとも２８ｄｌ／ｇの固有粘度を有することができる。かかる繊維には、ＰＩＰＤ繊維（Ｍ５（登録商標）繊維としても知られ、ポリ［２，６−ジイミダゾ［４，５−ｂ：４，５−ｅ］−ピリジニレン−１，４（２，５−ジヒドロキシ）フェニレン）から製造される繊維）が含まれる。ＰＩＰＤ繊維は、構造：

をベースとしている。

ＰＩＰＤ繊維は、約３１０ＧＰａ（２１００グラム／デニール）の平均弾性率および約５．８ＧＰａ（３９．６グラム／デニール）以下の平均靱性を有すると報告されてきた。これらの繊維は、Ｂｒｅｗら、Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ５９（１９９９）、１１０９ページ；Ｖａｎ ｄｅｒ Ｊａｇｔ、Ｂｅｕｋｅｒｓ、Ｐｏｌｙｍｅｒ ４０（１９９９）、１０３５ページ；Ｓｉｋｋｅｍａ、Ｐｏｌｙｍｅｒ ３９（１９９８）、５９８１ページ；Ｋｌｏｐ、Ｌａｍｍｅｒｓ、Ｐｏｌｙｍｅｒ ３９（１９９８）、５９８７ページ；Ｈａｇｅｍａｎら、Ｐｏｌｙｍｅｒ ４０（１９９９）、１３１３ページに記載されてきた。

本明細書での目的のためには、用語「繊維」は、長さ対その長さに垂直のその断面積を横切る幅の高い比を有する、比較的可撓性の、巨視的に均一の物体と定義される。繊維断面は任意の形状であり得るが、典型的には円形である。本明細書では、用語「フィラメント」または「連続フィラメント」は、用語「繊維」と同じ意味で用いられる。

「スレッドライン」は、本明細書で用いるところでは、モノフィラメントおよびマルチフィラメントスレッドラインを包含する。

用語「マルチフィラメントスレッドライン」は、互いに結び付いている複数のフィラメントを意味する。かかるスレッドラインは当業者に周知である。フィラメントは撚られても、または撚りの不存在下に別の方法で互いに結び付けられてもよい。

本発明は、以下の実施例によって例示されるが、それによって限定されることを意図されない。

拡散反射および分光反射を、本発明の装置および方法を用いて暗室および照明室条件下で損傷したＭ５（登録商標）糸およびより良好なＭ５（登録商標）糸について観察した。図２は、暗室での損傷した糸およびより良好な糸の拡散反射ならびに照明室での損傷した糸およびより良好な糸の拡散反射を示す。加えて、図２は、暗室での損傷した糸およびより良好な糸の分光反射を示す。

Claims (20)

1. 移動中のスレッドラインの表面凸凹のレベルをモニターする方法であって、
   スレッドラインに対して０度超および９０度未満の照射角でスレッドラインに付随して置かれた光源によってスレッドラインを照明して分光反射エネルギーおよび拡散反射エネルギーを生成する工程と、
   スレッドラインからの分光反射エネルギーの量を、照射角に実質的に等しい反射角でスレッドラインに付随して置かれた第１受信器で測定する工程と、
   スレッドラインからの拡散反射エネルギーの量を、照射角および反射角とは異なる角度で置かれた第２受信器で測定する工程と、
   拡散反射エネルギーの量対分光反射エネルギーの量の比を測定する工程と、
   前記比を表面凸凹のレベルと関係づける工程と
   を含む方法。
2. 前記第２受信器が前記スレッドラインに対して６０度〜１２０度の角度で置かれる請求項１に記載の方法。
3. 前記第２受信器が前記スレッドラインに対して実質的に９０度である角度で置かれる請求項１に記載の方法。
4. 前記照射角が前記スレッドラインに対して３０〜６０度である、請求項１に記載の方法。
5. 前記照射角が前記スレッドラインに対して本質的に４５度である、請求項１に記載の方法。
6. 前記スレッドラインが剛性ロッドポリマーフィラメントを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記スレッドラインがパラ−アラミドポリマーを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記パラ−アラミドがポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である、請求項７に記載の方法。
9. 前記スレッドラインが、ポリベンゾオキサゾール、ポリピリダゾール、およびそれらの混合物の群から選択される剛性ロッドポリマーフィラメントを含む、請求項６に記載の方法。
10. 前記スレッドラインがポリ［２，６−ジイミダゾ［４，５−ｂ：４，５−ｅ］−ピリジニレン−１，４（２，５−ジヒドロキシ）フェニレン）を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記スレッドラインがマルチフィラメントスレッドラインである請求項１に記載の方法。
12. 前記スレッドラインがモノフィラメントスレッドラインである請求項１に記載の方法。
13. 移動中のスレッドラインの表面凸凹のレベルをモニターするための装置であって、
    前記スレッドラインに対して０度超および９０度未満の照射角で前記スレッドラインに付随して置かれた光源であって、分光反射エネルギーおよび拡散反射エネルギーを生成する光源と、
    前記スレッドラインからの光源の分光反射エネルギーを受け取るための第１受信器であって、前記照射角と実質的に等しい反射角で前記スレッドラインに付随して置かれた第１受信器と、
    前記スレッドラインからの光源の拡散反射エネルギーを受け取るための第２受信器であって、前記照射角および前記反射角とは異なる角度で前記スレッドラインに付随して置かれた第２受信器と、
    拡散反射エネルギーの量と分光反射エネルギーの量との比を測定するためのコンパレーターと
    を含む装置。
14. 前記第２受信器が前記スレッドラインに対して６０度〜１２０度の角度で置かれる、請求項１３に記載の装置。
15. 前記第２受信器が前記スレッドラインに対して実質的に９０度である角度で置かれる、請求項１３に記載の装置。
16. 前記照射角が前記スレッドラインに対して３０〜６０度である、請求項１３に記載の装置。
17. 前記照射角が前記スレッドラインに対して本質的に４５度である、請求項１３に記載の装置。
18. 光が前記検出器と接触する前にチャネルを通過するように、前記第１および第２受信器がチャネルの末端に置かれる、請求項１３に記載の装置。
19. 光が前記スレッドラインと接触する前にチャネルを通過するように、前記光源がチャネルの末端に置かれる、請求項１３に記載の装置。
20. 光が前記検出器と接触する前にチャネルを通過するように、前記第１および第２受信器がチャネルの末端に配置され、
    光が前記スレッドラインと接触する前にチャネルを通過するように、前記光源がチャネルの末端に配置され、かつ、
    前記チャネルがガスパージ流れに連通している、請求項１３に記載の装置。

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