JP3534108B2 - 延伸されたフィラメントの製造方法およびその製造装置および高度に分子配向した極細フィラメント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、延伸されたフィラ
メントの製造方法およびその製造装置に関し、特にそれ
らの延伸手段によって得られる１，０００倍以上の高倍
率で延伸され、高度に分子配向した極細フィラメントに
関する。

【０００２】

【従来の技術】極細フィラメントは、人工皮革やワイピ
ングクロス、フィルターなど、種々の用途で使用されて
いる。しかし、高度に分子配向したフィラメントで、繊
維径が５ミクロンメータ以下という高度の品質を備えた
極細フィラメントの製造には、海島構造紡糸（例えば、
特開平７−２５８９４０号）や分割繊維（例えば、特開
２００２−２２０７４０号）による紡糸といった、特殊
で複雑な紡糸法が用いられ、コストも高く、汎用繊維に
用いて簡便に延伸できるには至っていなかった。

【０００３】一方、繊維の延伸手段として、高強度、高
弾性率繊維を得る手段として、本発明人らによるゾーン
延伸法があるが（特公昭６０−２４８５２号）、ゾーン
延伸で細いフィラメントを安定して生産するには、さら
なる要件があることが望ましい。また極細フィラメント
を得る手段として、本発明人らの先発明があるが（特願
２００１−３５３７８１号）、連続して安定した極細フ
ィラメントを得るためには、さらなる要件があることが
望ましいことがわかった。

【０００４】

【特許文献１】特開平７−２５８９４０号公報（第１−
２頁）。

【特許文献２】特開２００２−２２０７４０号公報（第
１−２頁）。

【特許文献３】特公昭６０−２４８５２号公報（第１−
２頁）。

【特許文献４】特願２００１−３５３７８１号明細書
（第１−３頁、第５図）。

【非特許文献１】鈴木章泰、他１名 「Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃ
ｅ」、ｖｏｌ．８３、ｐ．１７１１−１７１６、２００
２年、（米国）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術をさらに発展させたものであって、その目的とすると
ころは、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせず
に、簡便な手段で容易に極細フィラメントを連続的に得
ることができるようにすることにある。また他の目的
は、ほとんど全ての熱可塑性ポリマーより５μｍ以下と
いう超極細で高度に分子配向したフィラメントを安定し
て製造可能とすることにある。さらに他の目的は、超極
細で表面円滑なフィラメントとすることができたことよ
り、抗菌性を有する繊維製品を製造可能とすることにあ
る。さらに他の目的は、高度に分子配向した超極細のフ
ィラメントからなる長繊維不織布を製造可能とするこに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するためになされたものであって、フィラメントの送
出手段により送り出された原フィラメントを、赤外線光
束で加熱し、その加熱されたフィラメントが、自己の自
重により与えられる張力により、１，０００倍以上に延
伸され、延伸フィラメントの複屈折による配向度が２
０．８％以上であることを特徴とする延伸されたフィラ
メントの製造方法に関する。また本発明は、フィラメン
トの送出手段により送り出された原フィラメントを、赤
外線光束で加熱し、その加熱されたフィラメントが、１
ＭＰａ以下の張力で、１，０００倍以上に延伸され、延
伸フィラメントの複屈折による配向度が２０．８％以上
であることを特徴とする延伸されたフィラメントの製造
方法に関する。また本発明は、上記の赤外線光束が８ｍ
ｍ以内の範囲で加熱することを特徴とする、延伸された
フィラメントの製造方法に関する。また本発明は、上記
の赤外線光束がレーザーであることを特徴とする、延伸
されたフィラメントの製造方法に関する。また本発明
は、上記において、フィラメントが赤外線光束で加熱さ
れる前に、フィラメントが送風管により送られてくるこ
とを特徴とする、延伸されたフィラメントの製造方法に
関する。また本発明は、上記において、フィラメントが
赤外線光束で加熱される前に、フィラメントの位置を規
制する案内具を設けることを特徴とする、延伸されたフ
ィラメントの製造方法に関する。また本発明は、上記の
原フィラメントが、ポリエチレンテレフタレート、ナイ
ロン、ポリプロピレンのいずれかのフィラメントである
ことを特徴とする、延伸されたフィラメントの製造方法
に関する。また本発明は、上記の原フィラメントが、複
屈折で測定した配向度が３０％以上であり、延伸開始点
において、原フィラメント径以上の膨張部をもって延伸
されていることを特徴とする、延伸されたフィラメント
の製造方法に関する。また本発明は、上記により得られ
た延伸フィラメントが、フィラメント径が５ミクロンメ
ータ以下であることを特徴とする、延伸されたフィラメ
ントの製造方法に関する。また本発明は、上記により延
伸されたフィラメントが、その後に設けられた加熱ゾー
ンにより熱処理されることを特徴とする、延伸されたフ
ィラメントの製造方法に関する。また本発明は、上記に
より延伸されたフィラメントを、また延伸した後巻き取
ることを特徴とする、延伸されたフィラメントの製造方
法に関する。また本発明は、上記により延伸されたフィ
ラメントを、走行するコンベア上に集積することを特徴
とする、延伸されたフィラメントからなる不織布の製造
方法に関する。また本発明は、原フィラメントの送出手
段と、その原フィラメントが赤外線光束で加熱される前
に、フィラメントの位置を規制する案内具と、その原フ
ィラメントを８ｍｍ以内の範囲で加熱する赤外線光束放
射装置と、延伸張力をコントロールする手段と、を備え
ることにより、その加熱されたフィラメントが自重によ
り与えられる張力、または１ＭＰａ以下の張力により
１，０００倍以上に延伸されるように構成されている延
伸されたフィラメントの製造装置に関する。また本発明
は、上記の赤外線光束放射装置がレーザー発振装置であ
ることを特徴とする、延伸されたフィラメントの製造装
置に関する。また本発明は、上記のレーザー光のパワー
密度が、１５Ｗ／ｃｍ²以上である炭酸ガスレーザーで
あることを特徴とする、延伸されたフィラメントの製造
装置に関する。また本発明は、上記の延伸手段に、加熱
ゾーンを有する加熱装置を設け、延伸されたフィラメン
トが熱処理されるように構成されていることを特徴とす
る、延伸されたフィラメントの製造装置に関する。また
本発明は、上記における延伸されたフィラメントの製造
装置に、また延伸手段を有することを特徴とする延伸さ
れたフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、
上記における延伸されたフィラメントの製造装置に、走
行するコンベアを設け、そのコンベア上に延伸されたフ
ィラメントを集積するように構成されていることを特徴
とする、延伸されたフィラメントからなる不織布の製造
装置に関する。また本発明は、上記において、原フィラ
メントが赤外線光束で加熱される前に、送風管を設け、
原フィラメントが送風管により送られてくるように構成
されていることを特徴とする、延伸されたフィラメント
の製造装置に関する。また本発明は、上記の延伸フィラ
メントが、延伸開始部において原フィラメントの径以上
の膨張部をもって延伸されたものであることを特徴とす
る極細フィラメントに関する。また本発明は、上記の延
伸フィラメントがナイロン６またはナイロン６６であ
り、複屈折が３５×１０^-3以上で、繊維径が５ミクロン
メータ以下であることを特徴とする、高度に分子配向し
た極細フィラメントに関する。また本発明は、上記の延
伸フィラメントがポリエチレンテレフタレートであり、
複屈折が３０×１０^-3以上で、繊維径が５ミクロンメー
タ以下であることを特徴とする、高度に分子配向した極
細フィラメントに関する。また本発明は、上記の延伸フ
ィラメントがアイソタクチックポリプロピレンであり、
複屈折が２０×１０^-3以上で、繊維径が５ミクロンメー
タ以下であることを特徴とする、高度に分子配向した極
細フィラメントに関する。

【０００７】本発明は、原フィラメントを延伸する手段
を提供するものである。本発明における、原フィラメン
トとは、既にフィラメントとして製造されて、ボビン等
に巻き取られたものであってもよいし、紡糸過程におい
て、溶融または溶解フィラメントが冷却や凝固によりフ
ィラメントとなったものを、紡糸過程に引き続き使用さ
れ、本発明の延伸手段の原料となるフィラメントであ
る。ここで、フィラメントとは、実質的に連続した繊維
であり、数ミリメータから数十ミリメータの長さである
短繊維とは区別される。原フィラメントは、単独で存在
することが望ましいが、数本ないし数十本に集合されて
いても使用することができる。

【０００８】本発明の原フィラメントは、ポリエチレン
テレフタレートを含むポリエステル、ナイロン（含むナ
イロン６、ナイロン６６）を含むポリアミド、ポリプロ
ピレンやポリエチレンを含むポリオレフィン、ポリビニ
ルアルコール系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマ
ー、フッ素系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、スチレ
ン系ポリマー、ポリオキシメチレン、エーテルエステル
系ポリマーなどの熱可塑性ポリマーからなるフィラメン
トであれば使用することができる。特に、ポリエチレン
テレフタレート、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン
６６）、ポリプロピレンは、延伸性もよく、分子配向性
もよく、本発明の延伸に特に適する。

【０００９】本発明の延伸は、フィラメントを送り出す
手段から送り出された原フィラメントについて行われ
る。送り出し手段は、ニップローラや回転ローラなどの
一定の送り出し速度で、フィラメントを送り出すことが
出来るものであれば種々のタイプのものが使用できる。

【００１０】フィラメントの送り出し手段により送り出
された原フィラメントは、さらに送風管を通して、送風
管中を原フィラメントの走行方向に流れる気体によって
送られることが望ましい。送風管を流れる気体は、通
常、室温の気体が使用されるが、原フィラメントを予熱
したい場合は、加熱エアーが使用される。また、原フィ
ラメントが、酸化されるのを防ぐ場合は、窒素ガス等の
不活性ガスが使用され、水分の飛散を防ぐ場合は、水蒸
気や水分を含む気体が使用される。なお、送風管は、必
ずしも筒状である必要がなく、溝状であってもよく、そ
れらの中を気体とともに原フィラメントが流れればよ
い。管の断面は、円が好ましいが、矩形でもその他の形
状でもよい。管を流れる気体は、枝分かれした管の一方
より供給してもよく、管が２重になっており、外側の管
から内側の管へ、孔などによって供給してもよい。合成
繊維のインターレース紡糸やタスラン加工に使用される
フィラメントの空気交絡ノズルも本発明の送風管として
使用される。

【００１１】送風管の出口には、フィラメントの位置を
規制する案内具を設けることが好ましい。送風管を出た
原フィラメントは、赤外線光束による加熱で延伸される
が、その加熱は、非常に狭い範囲において加熱されるこ
とが特徴で、その狭い範囲の加熱を可能にする、フィラ
メントの位置を規制する案内具を設ける。送風管の出口
の形状によって、そのような機能を持たすことも可能で
あるが、送風管はフィラメントを送る気体の通気や、フ
ィラメントの通し易さに重点を置き、その後に簡便な案
内具でフィラメントの位置を規制することが好ましい。
案内具は、細い管や溝、コーム、細いバーの組み合わせ
などが使用できる。

【００１２】送風管をでた原フィラメントは、赤外線加
熱手段（レーザーを含む）により、延伸適温に加熱され
る。赤外線は、原フィラメントを加熱するが、延伸適温
に加熱される範囲が８ｍｍ以内であることを特徴とし、
好ましくは５ｍｍ以下、最も好ましくは３ｍｍ以下で加
熱される。本発明は、狭い領域で急激に延伸することに
より、高度の分子配向を伴った延伸を可能にし、しかも
超高倍率延伸であっても、延伸切れを少なくすることが
できた。赤外線は、波長０．７８μｍから１ｍｍまでと
されているが、高分子化合物のＣ−Ｃボンドの３．５μ
ｍの吸収を中心とした、０．７８μｍから２０μｍ程度
の近赤外の範囲が特に好ましい。これらの赤外線は、鏡
やレンズにより、線状または点状に焦点を絞り、フィラ
メントの加熱域を８ｍｍ以下に絞り込むスポットヒータ
やラインヒータと呼ばれる加熱ヒータが使用できる。特
に、ラインヒータは、複数本のフィラメントを同時に加
熱する場合に好適である。

【００１３】本発明の赤外線加熱には、レーザーによる
加熱が特に好ましい。中でも、１０．６μｍの波長の炭
酸ガスレーザーと、１．０６μｍの波長のＹＡＧ（イッ
トリウム、アルミニウム、ガーネット系）レーザが特に
好ましい。レーザーは、放射範囲を小さく絞り込むこと
が可能であり、また、特定の波長に集中しているので、
無駄なエネルギーも少ない。本発明の炭酸ガスレーザー
は、パワー密度が１５Ｗ／ｃｍ^２以上、好ましくは２０
Ｗ／ｃｍ^２以上、最も好ましくは、３０Ｗ／ｃｍ^２以上
である。狭い延伸領域に高パワー密度のエネルギーを集
中することによって、本発明の超高倍率延伸が可能とな
るからである。

【００１４】一般に、延伸はフィラメント等を延伸適温
に加熱して、それに張力が加わることにより行われる。
本発明の延伸における張力は、自己の自重により与えら
れる張力により延伸されることを特徴とする。これは、
一般の延伸が、ローラ間の速度差によって与えられる張
力や、巻き取りによる張力によって延伸されることと原
理的に異なる。本発明では、加熱部に加わるフィラメン
トの自重の大きさ（加熱部から自由落下している距離に
よって定まる）を、自由落下距離を変化させることで最
適の張力を選択することができる。通常のローラ間の延
伸では、１０００倍以上という大きな延伸倍率は、コン
トロールが困難であるが、本発明では、距離という簡便
な手段で、容易にコントロールできるようにしたことに
特徴がある。

【００１５】また、本発明における張力を、非常に小さ
く、好ましくは１ＭＰａ以下、さらに好ましくは０．３
ＭＰａ以下、最も好ましくは０．１ＭＰａ以下にするこ
とでも延伸される。１ＭＰａを越えると、延伸切れが生
じ易くなり、高倍率延伸するためには、このような張力
範囲にあることが望ましい。このように小さい延伸張力
で、延伸倍率が１，０００倍以上と極端に大きな倍率が
実現できるのは、延伸温度が融点前後と、極端に高い温
度を維持しつつ、非常に狭い延伸領域であるため、フィ
ラメントの切断を免れて変形できるものと思われる。合
成繊維の通常のローラ間延伸では、１０ＭＰａから１０
０ＭＰａという張力で延伸されていることと、大幅に異
なる範囲で延伸されていることに特徴がある。

【００１６】本発明において、得られた延伸フィラメン
トの延伸倍率が１，０００倍以上、好ましくは２，００
０倍以上、さらに好ましくは５，０００倍以上、最も好
ましくは１０，０００倍以上の超高倍率で延伸されるこ
とを特徴とする。通常の合成繊維の延伸では、３〜７倍
であり、ＰＥＴ繊維のスーパードローイングでも１０数
倍程度であることを考慮すると、現状の延伸の１００倍
以上の超高倍率での延伸を可能にしたところに本発明の
特徴がある。このように超高倍率の延伸を可能にしたの
は、非常に狭い領域での延伸を可能にしたことにより、
その間の延伸温度を原フィラメントの融点前後まで上昇
することができ、そのために延伸張力が小さくなるが、
その小さい延伸張力と超高倍率をコントロールする手段
を見いだしたことに本発明の特徴がある。このように超
高倍率延伸を可能にしたことにより、繊維径が１０μｍ
以下、さらには５μｍ以下、さらに３μｍ以下といった
超極細フィラメントの製造を可能にしたばかりでなく、
フィラメント製造の生産速度を数百倍に高めたことによ
り、生産性の面からも意義がある。

【００１７】本発明において、原フィラメントが、複屈
折で測定した配向度が３０％、好ましくは５０％以上で
ある場合、延伸開始点において、原フィラメント径以上
の膨張部をもって延伸されていることを特徴とする。こ
のような特異な現象は、通常の合成繊維での延伸では観
察されていない。この現象も、延伸温度を原フィラメン
トの融点前後まで上昇し、狭い領域での延伸を可能にし
たことに由来すると思われる。このように、既にある程
度の配向度を有する原フィラメントでは、通常の延伸で
は、せいぜい２倍から３倍の延伸しかできないが、本発
明では、このような膨張部を伴いながら延伸する場合、
１０倍以上から数１０００倍以上の延伸が可能であり、
条件を選択することにより１０，０００倍以上も可能と
なった。なお、この場合における既に分子配向した原フ
ィラメントは、通常の延伸手段で得られたものであって
もよく、また、高速紡糸等の紡糸段階で分子配向させた
ものであってもよいが、ゾーン延伸法によって得られた
原フィラメントが、最終の延伸されたフィラメントの分
子配向度を大きくする意味で好ましい。

【００１８】なお、本発明における原フィラメントの複
屈折で測定した配向度ｆは、下式により示される。な
お、この式では、密度の補正が必要であるが、煩雑にな
るので無視して計算する。 ｆ（％）＝（Δｎ／Δｎｃ）×１００ ここで、Δｎは実測で得た複屈折で、Δｎｃは、それぞ
れのポリマーの結晶の複屈折で、理論値等から求められ
ており、それらの値は必ずしも一致しないが、一般に多
く用いられる値として、ポリエチレンテレフタレートで
は、０．２４、ナイロン６または６６では、０．０９
６、アイソタクチックポリプロピレンでは、０．０４２
がある。また、本発明は高度に分子配向している極細フ
ィラメントが得られることを特徴とし、延伸されたフィ
ラメントの複屈折による配向度に関しては、ナイロン６
またはナイロン６６では、複屈折が３５×１０^-3以上
（配向度で３６．４％以上）、ポリエチレンテレフタレ
ートでは、複屈折が３０×１０^-3以上（配向度１２．５
％以上）、好ましくは５０×１０^-3以上（配向度２０．
８％以上）、アイソタクチックポリプロピレンでは複屈
折が２０×１０^-3以上（配向度４７．６％以上）である
ことより、高度に分子配向したフィラメントとは、少な
くとも２０．８％以上の複屈折による分子配向度を有し
ていることが好ましい。また、本発明における延伸倍率
λは、原フィラメントの径ｄｏと延伸後のフィラメント
の径ｄより、下記の式で表される。この場合、フィラメ
ントの密度は一定として計算する。繊維径の測定は、走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、原フィラメントは３５０
倍、延伸フィラメントは１０００倍での撮影写真に基づ
き、１０点の平均値で行う。 λ＝（ｄo／ｄ）²

【００１９】本発明の延伸されたフィラメントは、その
後続工程で、ボビンやチーズ等に巻き取られ、ボビン巻
やチーズ巻の形態の製品とされる。これらの巻き取りに
おいては、延伸フィラメントはトラバースされながら巻
き取られることが望ましい。トラバースされることによ
り、均一な巻き上げ形態を確保できるからである。極細
フィラメントでは、糸切れや毛羽の発生が最も問題とな
るが、本発明では、高度に分子配向しているためと、延
伸張力が小さいため、小さな巻き取り張力で巻き取るこ
とが可能となるので、糸切れ毛羽を少なくできることも
本発明の特徴である。

【００２０】本発明の延伸工程の後に、加熱ゾーンを有
する加熱装置を設け、延伸されたフィラメントを熱処理
することもできる。加熱は、加熱気体中を通過させた
り、赤外線加熱等の輻射加熱、加熱ローラ上を通す、ま
たはそれらの併用などで行うことができる。熱処理は、
延伸フィラメントの熱収縮を小さくしたり、結晶化度を
上げ、フィラメントの経時変化を小さくしヤング率を向
上させるなど、種々の効果をもたらす。なお、本発明の
不織布の場合は、熱処理は、コンベア上で行ってもよ
い。

【００２１】本発明の延伸されたフィラメントを、さら
に延伸した後に巻き取ることもできる。後段階の延伸の
手段は、前の段階で行った延伸手段を用いることもでき
るが、前の段階で充分に高倍率延伸されて、既に極細フ
ィラメントが得られている場合は、通常のゴデットロー
ラ等のローラ間延伸や、ピン延伸などを用いることもで
きる。

【００２２】本発明における延伸されたフィラメント
を、走行するコンベア上に集積することによって、延伸
されたフィラメントからなる不織布を製造することがで
き、特に、極細フィラメントで高度に分子配向したフィ
ラメントからなる不織布を簡便に製造できることに意義
がある。近年、不織布は、単に織物の代替というだけで
はなく、不織布独特の特性が注目されて、種々の業界で
需要が活発化している。その中で、極細繊維の不織布と
して、メルトブローン不織布があり、溶融フィラメント
を熱風で吹き飛ばすことで３μｍ前後のフィラメントと
し、コンベア上に集積して不織布となしたものが、エア
ーフィルターを中心に使用されている。しかし、このメ
ルトブローン不織布を構成するフィラメントは、０．１
ｃＮ／ｄｔｅｘ前後と、通常の未延伸繊維よりも弱い強
度であり、また、ショットまたはダマと呼ばれる樹脂の
小さい塊が多数存在するものである。本発明の延伸され
たフィラメントからなる不織布は、メルトブローン不織
布と同様の３μｍ前後の繊維径を有していながら、フィ
ラメントが高度に分子配向しているので、通常の延伸さ
れた合成繊維と同等以上のフィラメント強度を有してお
り、しかも、ショットやダマを全く含まない不織布とす
ることができる。不織布は、通常、何らかの繊維間の交
絡を行う必要があるが、本発明では繊維径が非常に小さ
いので、単位重量あたりのフィラメント数が極端に多く
なり、特に交絡工程を設けなくても、メルトブローン不
織布同様、フィラメントをコンベア上に集積する際の、
コンベア下からの負圧吸引でフィラメントが絡み合い、
簡単なプレス程度良い場合も多い。勿論、通常の不織布
で行われている、熱エンボスやニードルパンチ、接着剤
接合等の手段を用いることもでき、用途によって判断さ
れる。極細繊維不織布の大きな用途であるフィルター用
途では、不織布をエレクトレット加工することで、捕集
効率を桁違いに大きくすることができ、本発明の不織布
もエレクトレット加工してフィルター分野に向けること
ができる。なお、本発明の不織布の製造において、コン
ベア上にフィラメントを集積させる際、コンベア背面か
らの負圧を行うが、この負圧によるエアーの吸引による
エアーの流れや、また、積極的にエアーのサッカー等を
用いることによるエアーの流れが、フィラメントの延伸
における延伸の張力として働く場合もあり、その場合
も、本発明の延伸張力に含められる。

【００２３】本発明の延伸フィラメントがナイロン（ナ
イロン６またはナイロン６６）である場合、複屈折が３
５×１０^−３以上で、好ましくは４０×１０^−３以上で
あって、繊維径が５ミクロンメータ以下、好ましくは３
μｍ以下、最も好ましくは２μｍ以下であることを特徴
とする高度に分子配向された極細ナイロンフィラメント
とすることができる。ナイロンは、高度に分子配向した
ものであても、独特の触覚を有し、極細フィラメントと
することで、ピーチスキンの肌触りを有する衣料や、自
動車のエアーバッグ用織物用フィラメントとすることが
できるなど、種々の用途において有望視されている。

【００２４】本発明の延伸フィラメントがポリエチレン
テレフタレートである場合、複屈折が３０×１０^−３以
上で、好ましくは５０×１０^−３以上、最も好ましくは
１５０×１０^−３であって、繊維径が５ミクロンメータ
以下、好ましくは３μｍ以下、最も好ましくは２μｍ以
下であることを特徴とする、高度に分子配向された極細
ポリエステルフィラメントとすることができる。ポリエ
ステルはコストも安く、耐熱性も大きく、強度、ヤング
率を大きくできることから、衣料ばかりでなく、種々の
産業用途において使用されており、高度に分子配向した
極細フィラメントとすることで、さらに高度な用途にお
いて展開が期待される。

【００２５】本発明の延伸フィラメントがアイソタクチ
ックポリプロピレンである場合、複屈折が２０×１０
^−３以上で、好ましくは２５×１０^−３以上であって、
繊維径が５ミクロンメータ以下、好ましくは３μｍ以
下、最も好ましくは２μｍ以下であることを特徴とする
高度に分子配向された極細ポリプロピレンフィラメント
とすることができる。ポリプロピレンは、撥水性や耐薬
品性があり、エレクトレット加工が容易など、種々の性
質を有するので、ポリプロピレンの高度に分子配向した
極細フィラメントとすることで、フィルターなど種々の
産業用用途において展開が期待される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図面に基づいて説明する。原フィラメント１は、リ
ール２に巻かれた状態から繰り出され、コーム３を経
て、繰出ニップローラ４ａ、４ｂより一定速度で送り出
される。送り出された原フィラメント１は、送風管５に
よって送られ、案内具６で位置を規制されて一定速度で
下降する。送風管５は、矢印ａより導入された空気が原
フィラメント１の通路に導かれ、フィラメントが空気の
流れによって送られるようになっている。案内具６は、
レーザーの照射位置とフィラメントの走行位置を正確に
定めるもので、図では、内径が０．５ｍｍの注射針を使
用したが、細いパイプやコームや図３で示すスネイルワ
イヤなども使用できる。案内具６の直下に、レーザー発
振装置７より、走行する原フィラメント１に対して、一
定幅の加熱域Ｍにレーザ光８が照射される。レーザー光
８により加熱された、フィラメントの自重と送風管のエ
アーの送り出される風速により与えられる張力により、
フィラメントは延伸されて、延伸されたフィラメント９
となって下降する。下降過程に形成されている熱処理ゾ
ーン１０レーザー発振装置７より、走行する原フィラメ
ント１に対して、一定幅の加熱域Ｍにレーザ光８が照射
される。レーザー光８により加熱された、フィラメント
の自重と送風管のエアーの送り出される風速により与え
られる張力により、フィラメントは延伸されて、延伸さ
れたフィラメント９となって下降する。下降過程に形成
されている熱処理ゾーン１０を通過することが望まし
い。延伸されたフィラメント９は、滑車１１を通り、引
取ニップロール１２ａ、１２ｂを経て、巻取リール１３
で巻き取られる。この場合において、滑車１１への延伸
フィラメント９の通路は、フィラメントの自由落下の軌
跡ｐとして延伸される場合と、滑車１１への直線的な軌
跡ｑとして延伸される場合と、それらの中間的な軌跡と
して延伸される場合がある。軌跡ｐの延伸フィラメント
８の自重で延伸される場合は、延伸張力に送風管５から
の空気の流れが張力に加算される場合もあるが、それら
も自重による延伸の範疇に含める。軌跡ｑおよび軌跡ｐ
と軌跡ｑの中間位置では、巻取のテンションが延伸の張
力に及ぶが、その場合は、延伸張力が１ＭＰａ以下であ
ることが望ましい。延伸張力は、滑車１１に張力測定機
構を設けることもできるが、他の方法として、特願２０
０１−３５３７８１号明細書に記載したバッチ的手法に
おいて、本発明と同一送出速度やレーザー照射条件、延
伸倍率等の関係から推定することができる。引取巻取リ
ール１２で巻き取る前に、加熱されている延伸ロール１
４ａ、１４ｂと延伸ロール１５ａ、１５ｂ間で、延伸ロ
ール１４と１５の速度の比で、さらに延伸することもで
きる。この場合のフィラメントの熱処理ゾーン１０は、
延伸ローラ１５の後に設けることが望ましい。

【００２７】図２に、本発明で採用される種々の送風管
の例を示す。図Ａは、二重管２１で、内部が空洞になっ
ており、矢印ｂより導入された空気は、二重管内壁に空
けられた多数の孔２２により、フィラメントの通路へ導
かれる。孔２２は、フィラメントの走行方向へ傾斜して
いることが望ましい。図１の送風管５や図Ａの二重管２
１も、フィラメントの走行方向へ積極的に空気が流れる
ようにしているのは、本発明では、延伸張力が小さいの
で、案内具等の抵抗によるフィラメントの走行が損なわ
れないようにするためである。図Ｂは、インターレース
紡糸に使用されている空気交絡ノズル２３の例で、両サ
イドｃ１、ｃ２から空気が吹き込まれる例を示した。な
お、送風管は、図で示した管状のものばかりでなく、一
部が開放になっていて、フィラメントを通し易くなって
いる溝状のものも使用できる。

【００２８】図３に、本発明の不織布の製造の例を示
す。多数の原フィラメント１がボビン１に巻かれた状態
で、架台３２に取り付けられている（煩雑さを避けるた
め３本のみ図示する）。これらの原フィラメント１ａ、
１ｂ、１ｃは、案内具であるスネイルワイヤ３３ａ、３
３ｂ、３３ｃを通じて、送出ニップロール３４ａ、３４
ｂの回転により送り出されるようになっている。送り出
された原フィラメント１は、自重で下降する過程で、赤
外線放射装置３５より放射されるライン状の赤外線光束
により加熱される。原フィラメント１の走行過程での赤
外線光束による加熱部Ｎの範囲を斜線で示す。原フィラ
メント１に吸収されずに通過した光束は、点線で示した
凹面鏡３６で反射して、加熱部Ｎに集光するように、戻
される。赤外線放射装置３５側にも、凹面鏡を設ける
（但し、赤外線放射装置よりの光束の進行部は窓が開い
ている）が、図では省略してある。原フィラメント１
は、加熱部Ｎにおける赤外線の放射熱により加熱され、
その部分より下でのフィラメント自身の自重により延伸
されて、延伸フィラメント３７ａ、３７ｂ、３７ｃとな
り、走行しているコンベア３８上に集積し、ウェブ３９
を形成する。コンベア３７の裏面からは、負圧吸引によ
り矢印ｄの方向にエアーが吸引され、ウェブ３９の走行
の安定性に寄与する。負圧ｄが延伸フィラメント３７に
及ぼす張力で牽引され、フィラメントの細化や配向度の
アップに寄与し、これらの張力も本発明の自重による張
力の一部と見なされる。図では省略してあるが、コンベ
ア３８の進行方向に、原フィラメント１の多数のボビン
３２を多段に設置し、ニップロール３４や赤外線放射装
置等を多段に設けて、ウェブ３９の生産性をアップする
ようにされている。なお、このように進行方向に多段に
送出ニップロール３４等を設ける場合、赤外線放射装置
３５や、凹面鏡３６は、数段分を兼ねることもできる。

【００２９】

【実施例】〔実施例１〕 原フィラメントとして未延伸
ナイロン６フィラメント（繊維径１８５μｍ、複屈折
６．２５×１０^−３、浮沈法による密度による結晶化度
２７．６％）を使用した。延伸装置は、図１の装置によ
り延伸した。フィラメントの送出速度０．４７ｍ／分
で、巻取速度１４１４ｍ／分で延伸した。この時のレー
ザー発振装置は、（株）鬼塚硝子社製で、最大出力１０
Ｗの炭酸ガスレーザー発振装置を使用した。レーザーの
パワー密度２３．７Ｗ／ｃｍ^２でビーム径は４．０ｍｍ
であった。延伸フィラメントは、図１における軌跡ｐを
辿り、レーザー加熱部Ｍから一番下までの距離は、１５
０ｃｍであった。得られた延伸フィラメントの繊維径
は、３．１６μｍ（延伸倍率３４２７）で、複屈折は４
４．１２×１０^−３であった。この原フィラメントと延
伸フィラメントの比較を、図４の走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）写真で示す。この原フィラメントについて、送出
速度と巻取速度を種々変化させた場合の、繊維径と複屈
折の関係を図５、６に示す。図５ではレーザーのワット
密度は、２３．７Ｗ／ｃｍ^２で、図６ではレーザーのワ
ット密度は、４０Ｗ／ｃｍ^２の場合である。

【００３０】〔実施例２〕 原フィラメントとして未延
伸ポリエチレンテレフタレートフィラメント（繊維径２
４０μｍ、複屈折０．５×１０^−３であり、広角Ｘ線回
折写真より、非晶質無配向であることを確認した）を使
用し、図１の装置で延伸した。レーザー発振装置は、実
施例１と同じである。フィラメントの送出速度０．３０
ｍ／分で、巻取速度１４００ｍ／分で延伸した。この時
のレーザーのパワー密度１９．１Ｗ／ｃｍ^２でビーム径
は４．０ｍｍであった。延伸フィラメントは、図１にお
ける軌跡ｑを辿り、このときの延伸張力は、先願のバッ
チ方式から推定して、０．４５ＭＰａであった。得られ
た延伸フィラメントの繊維径は３μｍ（延伸倍率６４０
０）で、複屈折は３８．０×１０^−３であった。この原
フィラメントについて、送出速度と巻取速度を種々変化
させた場合の、繊維径と複屈折とレーザーパワー密度の
関係を図７の表に示す。

【００３１】〔実施例３〕 原フィラメントとして未延
伸アイソタクチック（ｉｔ）ポリプロピレンフィラメン
ト（繊維径２１１．０μｍ、複屈折０．３×１０^−３、
結晶化度４７％）を使用し、図１の装置で延伸した。こ
の原フィラメントは、エースポリマー（株）のペレット
（Ｍｗ＝３×１０^５、Ｍｗ＝５×１０^４より溶融紡糸し
て得た。レーザー発振装置は、実施例１と同じである。
フィラメントの送出速度０．３８ｍ／分で、巻取速度１
３８６．９ｍ／分で延伸した。延伸フィラメントは、図
１における軌跡ｑを辿り、このときの延伸張力は、先願
のバッチ方式から推定して、０．３３ＭＰａであった。
得られた延伸フィラメントの繊維径は、３．８μｍ（延
伸倍率３０８２）で、フィラメントの複屈折は２５．６
×１０^−３であった。この原フィラメントについて、送
出速度と巻取速度を種々変化させた場合における繊維径
と複屈折の関係を図８に示す。

【００３２】［実施例４］ 実施例３と同じポリマーを
使用し、４０８．６μｍのフィラメントを紡糸し、それ
を延伸温度１４０℃で９．７倍のゾーン延伸を行ったフ
ィラメントを原フィラメント（このときのフィラメント
径１３４．１μｍ、複屈折３４．０×１０^−３、複屈折
による配向度８１．０）とし、図１により延伸を行っ
た。延伸初期の段階で、原フィラメントの径の３倍以上
の径に急激に膨張した後、繊維径は減少していき（図
９）、最終的には、２μｍ（延伸倍率４４８９）で、複
屈折が２８×１０^−３の極細フィラメントを得ることが
できた。延伸フィラメントは、図１における軌跡ｑを辿
り、このときの延伸張力は、先願のバッチ方式から推定
して、０．２５ＭＰａであった。なお、原フィラメント
の複屈折が１１．８×１０^−３（複屈折よりの配向度２
８％）の場合の延伸は、顕著な膨張現象は見られなかっ
た。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、上記のように、特殊で高精度
・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に
極細フィラメントを得ることができた。また、ほとんど
全ての熱可塑性ポリマーより５μｍ以下という超極細で
高度に分子配向したフィラメントを製造できた。これら
の極細フィラメントは、１０００倍以上という超高倍率
延伸によって実現できたものであり、このような高倍率
な延伸を実現する手段を提供できたことは、極細フィラ
メントが簡便に得られると云うばかりでなく、延伸フィ
ラメントを高速で生産できることを意味しており、生産
性の面からの意義が大きい。これらの高度に分子配向し
た極細フィラメントは、人工皮革やワイピングクロス、
エアーフィルター等の従来極細フィラメントが使用され
てきた分野ばかりでなく、スクリーン印刷用基布、自動
車用エアーバッグ、タイヤコード等の分野にも使用する
ことができる。

【００３４】また、本発明の極細フィラメントは、２μ
ｍから３μｍといった超極細であり、かつ表面円滑なフ
ィラメントとすることができたことより、抗菌性を有す
る繊維製品を製造できた。これらの抗菌性を利用した手
術衣等の衣類や、種々の抗菌グッズ等にも使用すること
ができる。

【００３５】さらに、高度に分子配向で超極細のフィラ
メントからなる長繊維不織布を製造できた。市場にある
極細フィラメントからなる不織布として、メルトブロー
ン不織布があるが、フィラメント強度がなく、補強用ネ
ット等が必要であり、また、ショットやダマと呼ばれる
小さな樹脂の塊が混在するが、本発明の不織布は、同様
に極細フィラメントからなるが、高度に分子配向したフ
ィラメントからなり、強度があり、ショットやダマのな
い、光沢のある不織布とすることができた。本発明の不
織布は、エレクトレット加工して、高性能なフィルター
として使用できる。また、繊維径が小さいことより、単
一面積当たりのフィラメント数を極端に多くできるの
で、印刷適正の良い包装用不織布として使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の延伸されたフィラメントを製造する
ためのプロセスの概念図。

【図２】 本発明の送風管の例を示す断面図。

【図３】 本発明の延伸されたフィラメントからなる不
織布を製造するためのプロセスの概念図。

【図４】 ナイロン６の原フィラメントとそれを本発明
により延伸した延伸フィラメントの電子顕微鏡写真（３
５０倍）。

【図５】 本発明におけるナイロン６延伸フィラメント
の繊維径と複屈折との関係を示す図表 （レーザーワッ
ト密度２３．７Ｗ／ｃｍ^２の場合）。

【図６】 本発明におけるナイロン６の延伸フィラメン
トの繊維径と複屈折との関係を示す図表 （レーザーワ
ット密度４０．０Ｗ／ｃｍ^２の場合）。

【図７】 本発明におけるポリエチレンテレフタレート
延伸フィラメントの繊維径と複屈折とレーザーワット密
度の関係を示す表。

【図８】 本発明におけるポリプロピレン延伸フィラメ
ントの繊維径と複屈折の関係を示す図表。

【図９】 本発明の膨張部を伴って延伸される様子を示
すフィラメントの光学顕微鏡写真（２０倍）。

【符号の説明】

１：原フィラメント、 ２：リール、 ３：コーム、４
ａ、４ｂ：繰出ニップロール、 ５：送風管、 ６：案
内具、７：レーザー発信装置、 ８：レーザー光、
９：延伸フィラメント、１０：熱処理ゾーン、 １１：
滑車、 １２：引取ニップロール、１３：巻取リー
ル、 １４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ：延伸ローラ、
Ｍ：フィラメント上のレーザー光の照射域、 ａ：空気
の流れ、ｐ：延伸フィラメントが自由落下の場合の延伸
フィラメントの軌跡、ｑ：延伸フィラメントに巻取張力
が及ぶ場合の延伸フィラメントの軌跡。２１：２重管式
送風管、 ２２：孔、 ２３：２方向空気導入式送風
管、ｂ、ｃ１、ｃ２：空気の流れ。３１：ボビン、 ３
２：架台、 ３３：スネイルワイヤ、３４：送出ニップ
ロール、 ３５：赤外線放射装置、 ３６：凹面鏡、３
７：延伸フィラメント、 ３８：コンベア、 ３９：ウ
ェブ、Ｎ：フィラメント上の赤外線光束、 ｄ：空気の
流れ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−290823（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−81621（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−21737（ＪＰ，Ａ) 国際公開00／073556（ＷＯ，Ａ１) 鈴木 章泰，ＰＥＴ繊維への高出力炭 酸ガスレーザーゾーン延伸法の適用，高 分子学会予稿集，日本，高分子学会, 2001年 ５月 ７日，50巻４号，787 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D02G 1/00 - 3/48 D02J 1/00 - 13/00 D01D 1/00 - 13/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィラメントの送出手段により送り出さ
   れた原フィラメントを、赤外線光束で加熱し、該加熱さ
   れたフィラメントが、自己の自重により与えられる張力
   により、１，０００倍以上に延伸され、延伸フィラメン
   トの複屈折による配向度が２０．８％以上であることを
   特徴とする、延伸されたフィラメントの製造方法。
2. 【請求項２】 フィラメントの送出手段により送り出さ
   れた原フィラメントを、赤外線光束で加熱し、該加熱さ
   れたフィラメントが、１ＭＰａ以下の張力で、１，００
   ０倍以上に延伸され、延伸フィラメントの複屈折による
   配向度が２０．８％以上であることを特徴とする、延伸
   されたフィラメントの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２の赤外線光束が８
   ｍｍ以内の範囲で加熱することを特徴とする、延伸され
   たフィラメントの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２の赤外線光束がレ
   ーザーであることを特徴とする、延伸されたフィラメン
   トの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項２において、フィラ
   メントが赤外線光束で加熱される前に、フィラメントが
   送風管により送られてくることを特徴とする、延伸され
   たフィラメントの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１又は請求項２において、フィラ
   メントが赤外線光束で加熱される前に、フィラメントの
   位置を規制する案内具を設けることを特徴とする、延伸
   されたフィラメントの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１又は請求項２の原フィラメント
   が、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリプロ
   ピレンのいずれかのフィラメントであることを特徴とす
   る、延伸されたフィラメントの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１又は請求項２又は請求項７の原
   フィラメントが、複屈折で測定した配向度が３０％以上
   であり、延伸開始点において、原フィラメント径以上の
   膨張部をもって延伸されていることを特徴とする、延伸
   されたフィラメントの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１又は請求項２により得られた延
   伸フィラメントが、フィラメント径が５ミクロンメータ
   以下であることを特徴とする、延伸されたフィラメント
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１又は請求項２により延伸され
    たフィラメントが、その後に設けられた加熱ゾーンによ
    り熱処理されることを特徴とする、延伸されたフィラメ
    ントの製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１又は請求項２により延伸され
    たフィラメントを、さらに延伸した後巻き取ることを特
    徴とする、延伸されたフィラメントの製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１又は請求項２により延伸され
    たフィラメントを、走行するコンベア上に集積すること
    を特徴とする、延伸されたフィラメントからなる不織布
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 原フィラメントの送出手段と、 該原フィラメントが赤外線光束で加熱される前に、フィ
    ラメントの位置を規制する案内具と、 該原フィラメントを８ｍｍ以内の範囲で加熱する赤外線
    光束放射装置と、 延伸張力をコントロールする手段と、 を備えることにより、該加熱されたフィラメントが自重
    により与えられる張力、または１ＭＰａ以下の張力によ
    り１，０００倍以上に延伸されるように構成されている
    ことを特徴とする、延伸されたフィラメントの製造装
    置。
14. 【請求項１４】 請求項１３の赤外線光束放射装置がレ
    ーザー発振装置であることを特徴とする、延伸されたフ
    ィラメントの製造装置。
15. 【請求項１５】 請求項１３又は請求項１４のレーザー
    光のパワー密度が、１５Ｗ／ｃｍ²以上である炭酸ガス
    レーザーであることを特徴とする、延伸されたフィラメ
    ントの製造装置。
16. 【請求項１６】 請求項１３の延伸手段に、加熱ゾーン
    を有する加熱装置を設け、延伸されたフィラメントが熱
    処理されるように構成されていることを特徴とする、延
    伸されたフィラメントの製造装置。
17. 【請求項１７】 請求項１３における延伸されたフィラ
    メントの製造装置に、さらに延伸手段を有することを特
    徴とする延伸されたフィラメントの製造装置。
18. 【請求項１８】 請求項１３における延伸されたフィラ
    メントの製造装置に、走行するコンベアを設け、該コン
    ベア上に延伸されたフィラメントを集積するように構成
    されていることを特徴とする、延伸されたフィラメント
    からなる不織布の製造装置。
19. 【請求項１９】 請求項１３において、原フィラメント
    が赤外線光束で加熱される前に、送風管を設け、原フィ
    ラメントが送風管により送られてくるように構成されて
    いることを特徴とする、延伸されたフィラメントの製造
    装置。
20. 【請求項２０】 請求項１又は請求項２の延伸フィラメ
    ントが、延伸開始部において原フィラメントの径以上の
    膨張部をもって延伸されたものであることを特徴とする
    極細フィラメント。
21. 【請求項２１】 請求項１又は請求項２の延伸フィラメ
    ントがナイロン６またはナイロン６６であり、複屈折が
    ３５×１０^-3以上で、繊維径が５ミクロンメータ以下で
    あることを特徴とする、高度に分子配向した極細フィラ
    メント。
22. 【請求項２２】 請求項１又は請求項２の延伸フィラメ
    ントがポリエチレンテレフタレートであり、複屈折が３
    ０×１０^-3以上で、繊維径が５ミクロンメータ以下であ
    ることを特徴とする、高度に分子配向した極細フィラメ
    ント。
23. 【請求項２３】 請求項１又は請求項２の延伸フィラメ
    ントがアイソタクチックポリプロピレンであり、複屈折
    が２０×１０^-3以上で、繊維径が５ミクロンメータ以下
    であることを特徴とする、高度に分子配向した極細フィ
    ラメント。