JP5430774B2 - スチーム延伸装置 - Google Patents

Description

本発明は、繊維糸条のスチーム延伸装置に関する。更に詳しくは、特にアクリル系炭素繊維用前駆体繊維糸条を高倍率で安定して延伸できるに好適なスチーム延伸装置に関するものである。

繊維製造分野において加圧スチームを用いた延伸技術は従来から知られている。加圧スチームは、大気圧条件下の熱水よりも高温が得られるとともに、水分の存在が繊維素高分子の可塑化効果を生み、高倍率の延伸が可能となるためである。

一方、加圧スチームを用いる延伸装置では、噴出する加圧スチームによって糸条が揺動し、装置内部の構成部材と擦れる場合がある。特にスチーム延伸装置のラビリンスシール部分においては、蒸気のシール性を高めるために、シール室の内壁面から糸条に向けて直角に伸びる板片を複数有するラビリンスシール構造を採用することが好ましいが、このラビリンスシール部分と糸条とが接触した場合、糸条表面に傷が付くとともに、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルの発生原因となる。こうしたトラブルは、引き続く耐炎化、炭素化などの工程において、更に毛羽が発生して得られる炭素繊維の品位を損なう原因ともなる。

加圧スチームを使用する延伸装置において糸条の毛羽発生を防ぐ方法としては、これまでに、例えば特開平７−７０８６２号公報（特許文献１）のように、スチームが糸条に当たる直前に糸条を絞る方法や、また特開平８−２４６２８４号公報（特許文献２）のように、導入糸条を予熱するためのスチームボックスを備える方法、更には特開２００８−２４０２０３号公報（特許文献３）、特開２００９−１７４０７３号公報（特許文献４）などのように、延伸装置の直前に円筒状のガイドを配して、同ガイドを糸条に接触させることで撚りを除去する方法が提案されている。

特開平７−７０８６２号公報 特開平８−２４６２８４号公報 特開２００８−２４０２０３号公報 特開２００９−１７４０７３号公報

しかるに、上記特許文献１〜４に開示されている技術を用いたとしても糸条とラビリンス部分との接触を完全に防止できるものではなく、単繊維切断による品位の低下、生産効率の低下を大幅に改善することはできなかった。
本発明の目的は、糸条に加圧スチーム延伸を施す際、糸条とスチーム延伸装置のラビリンスシール部分との接触を防止することにより、毛羽の発生や断糸トラブルを大幅に改善し高品位の炭素繊維用前駆体繊維の製造を可能にしたスチーム延伸装置を提供することにある。

本発明の基本構成は、加圧スチームが導入される蒸気室と、前記蒸気室の糸条入口に隣接する第１シール室及び前記蒸気室の糸条出口に隣接する第２シール室とを備え、走行する糸条に加圧スチームの付与と延伸を行うスチーム延伸装置であって、前記蒸気室は、スチームを導入するスチーム導入部を有し、前記第１シール室及び前記第２シール室は、内壁面上下からそれぞれ前記糸条に向かって延設された複数の板片を有するラビリンスシール部を備え、前記スチーム延伸装置は、走行する糸条が前記板片に接触することを防止する第１糸条位置規制バーを有し、前記第１糸条位置規制バーは、前記糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向であって、前記糸条に対して前記スチーム導入部と反対側にあって、前記糸条に対して前記スチーム導入部と同じ上側又は下側に位置して蒸気室に最も近くにある前記第２シール室の板片と前記スチーム導入部との間に配置され、前記第１糸条位置規制バーの糸条に最も近い点を通る水平面が、前記糸条に対して、前記第１糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第１シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置に配置されている。

好ましい態様によれば、前記第１糸条位置規制バーが棒状又は板状であり、その糸条に近い部分が糸条走行方向にＲ加工されている。更には前記第１糸条位置規制バーは、蒸気室において、前記第１糸条位置規制バーの糸条に最も近い点が、前記蒸気室の糸条出口平面から、前記蒸気室の糸条走行方向の長さに対して１／４以下の距離に配置されるとよい。また、前記板片の糸条に近い部分が、糸条走行方向にＲ加工された板片であることが望ましい。

更に、前記スチーム延伸装置は、走行する糸条が前記板片に接触することを防止する第２糸条位置規制バーを有し、該第２糸条位置規制バーは、前記糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向であって、前記糸条に対して前記スチーム導入部と反対側における、前記糸条に対して前記第１糸条位置規制バーと同じ上側又は下側及び蒸気室の最も近くにある前記第１シール室の板片と前記スチーム導入部との間に配置され、前記第２糸条位置規制バーの糸条に最も近い点を通る水平面が、前記糸条に対して、前記第２糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第１シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置に配置されるのが好ましい。

前記第２糸条位置規制バーが棒状又は板状であり、その糸条に近い部分が糸条走行方向にＲ加工されていることが望ましく、前記第２糸条位置規制バーは、蒸気室において、前記第２糸条位置規制バーの糸条に最も近い点が、前記蒸気室の糸条入口平面から、前記蒸気室の糸条走行方向の長さに対して１／４以下の距離に配置されることが好ましい。また前記板片の糸条に近い部分が、糸条走行方向にＲ加工された板片であることが望ましい。

更に、第３糸条位置規制バーが、前記糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向であって、糸条を挟んだ上側及び／又は下側の、前記第１シール室における板片のうち、装置の糸条入口に最も近い板片より糸条走行方向上流側の近接位置に配置され、前記第３糸条位置規制バーの糸条に最も近い点を通る水平面が、前記糸条に対して、前記第３糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第１シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置であって且つ第３糸条位置規制バーの糸条に最も近い点と、前記糸条入口に最も近い板片の糸条に最も近い点との距離が１００ｍｍ以下の位置に配置されていてもよい。

そして、更に第４糸条位置規制バーを、前記糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向であって糸条を挟んで上側及び／又は下側の前記第２シール室における板片のうち、装置の糸条出口に最も近い板片より糸条走行方向下流側の近接位置に配置され、前記第４糸条位置規制バーの糸条に最も近い点を通る水平面が、前記糸条に対して、前記第４糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第２シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置であって且つ第４糸条位置規制バーの糸条に最も近い点と、前記糸条出口に最も近い板片の糸条に最も近い点との距離が１００ｍｍ以下の位置に配置することができる。

前記第３糸条位置規制バー及び／又は前記第４糸条位置規制バーのそれぞれ糸条に近い部分が、糸条走行方向にＲ加工されている棒状又は板状であるとよい。また前記板片の糸条に近い部分が、糸条走行方向にＲ加工された板片であることが好ましい。
前記各糸条位置規制バーを非回転バーとすることができ、前記各糸条位置規制バーの表面粗度Ｒａが、０．４ａ以下の値であるとよい。

前記蒸気室がチューブ型蒸気室であってもよく、或いはボックス型蒸気室であってもよい。
前記各糸条位置規制バーが、セラミックコーティングされたステンレス製やチタン製、或いは硬質クロムメッキされた鉄又は硬質クロムメッキされたステンレス製であることが好ましい。

本発明により、加圧スチーム延伸装置のラビリンスシール部分と糸条とが接触することを確実に防ぐことができ、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルを防止し、得られる糸条の品位を高く保ち、安定して製造できる。

本発明を例示説明するための、糸条位置規制バーを備えたスチーム延伸装置の概略横断面図である。 本発明を例示説明するための、Ｒ加工したラビリンスシール部板片を備えたスチーム延伸装置の概略断面図である。 図１に示すスチーム延伸装置の蒸気室部分を拡大した概略横断面図である。 図２に示すスチーム延伸装置の蒸気室部分を拡大した概略横断面図である。 図１に示すスチーム延伸装置の糸条入口部分を拡大した概略横断面図である。 図２に示すスチーム延伸装置の糸条入口部分を拡大した概略横断面図である。 図１に示すスチーム延伸装置の糸条出口部分を拡大した概略横断面図である。 図２に示すスチーム延伸装置の糸条出口部分を拡大した概略横断面図である。

以下、本発明の代表的な実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る走行する糸条を加圧スチームの雰囲気中で延伸するためのスチーム延伸装置１の概略構成を示す縦断面図である。本発明の加圧スチーム延伸装置１が適用できる範囲は、繊維の種類、工程等によって特に限定されないが、特に、高い紡糸速度を要求される場合に有効であり、更にはアクリル繊維に代表される炭素繊維前駆体繊維などの糸条やその他の合成繊維糸条の細繊度化、高倍率での延伸、高速化などに特に適する。

加圧スチーム延伸の前後に、繊維製造の分野で公知の工程を適宜行うことができる。例えば、アクリル系繊維を溶液紡糸する場合は、原料重合体としてアクリロニトリルのホモポリマー、あるいはコモノマーを含んだアクリロニトリル系共重合体を、公知の有機又は無機溶剤に溶解した溶液を紡糸した後、延伸する際に本発明のスチーム延伸を行うことができる。この場合、紡糸方法はいわゆる湿式、乾湿式、乾式のいずれでもよく、その後の工程で脱溶剤、浴中延伸、油剤付着処理、乾燥等を施すことができる。スチーム延伸は繊維製造のいかなる段階で実施してもよいが、溶液紡糸の場合は糸条中に溶剤をある程度除去した後、すなわち洗浄後又は浴中延伸後、あるいは乾燥後であることが好ましいが、高配向の繊維を得る観点から乾燥後がより好ましい。

本発明において、糸条とは、単繊維が複数本束ねられた繊維束を意味する。
延伸雰囲気のスチーム圧は、加圧状態すなわち大気圧より高い圧力に適宜設定でき、目的に沿うものであればよく、特に限定されない。すなわち、延伸する繊維の種類、スチーム延伸工程での処理状態、或いは目的とする繊維特性等により適宜設定できる。

本発明の加圧スチーム延伸装置１にあっては、図１に示すように、加圧スチームが導入される蒸気室１０と、当該蒸気室１０の糸条走行方向の前後にそれぞれ配置された糸条入口側の第１シール室２及び糸条出口側の第２シール室３とを備えている。

前記蒸気室１０は高圧で高温のスチーム導入部４を有している。本実施形態におけるスチーム導入部４は、前記蒸気室１０の底部中央に形成されたスチーム導入口１１と、外部の図示せぬスチーム供給源及び前記スチーム導入口１１の間を接続するスチーム配管１２とを有している。図示例では、前記スチーム導入部４を、蒸気室１０の底部中央に配しているが、蒸気室１０の天井部中央、或いは底部中央と天井部中央との双方に配することもできる。

前記第１シール室２及び前記第２シール室３は、内壁面上下からそれぞれ前記糸条に向かって延設する複数の板片を有するラビリンスシール部２２，３２を有している。
第１及び第２シール室２，３の各糸条走行路１３，１４には、図１〜８に示すように、各シール室２，３の内壁面２１，３１の上下から、一方向に走行する糸条Ｚに向けて多数の板片９，２１ａ，２１ｂ；３１ａ，３１ｂが直角に延びており、それぞれが第１及び第２シール室２，３内のラビリンスシール部２２，３２を構成する。これらの板片９，２１ａ，２１ｂ；３１ａ，３１ｂのうち、板片９以外は同じ高さを有しているが、例えば図２、図４、図６及び図８に示すように、各ラビリンスシール部２２，３２の各糸条入口及び糸条出口にそれぞれ最も近い部位に配された板片９を他の板片に比べて高さを高く設定することがある。しかも、この背の高い板片９の先端には、糸条走行方向にＲ加工がなされて、糸条Ｚとの摩擦を極力防いでいる。ここで、後述する第１〜第４糸条位置規制バー８，７，５，６に代えて上記背の高い板片９を糸条位置規制バーとして使用することも可能である。

もちろん、一般的には前記板片９を排除して複数の同等高さの前記板片２１ａ，２１ｂ；３１ａ，３１ｂのみを第１及び第２シール室２，３の各内壁面２１，３１の上下から糸条Ｚに向けて延設させている。なお、これらの複数の板片２１ａ，２１ｂ；３１ａ，３１ｂは内壁面２１，３１の上下から延設されるだけでなく、内壁面２１，３１の上下左右からそれぞれ糸条Ｚに向けて直角に延びるように配することもできる。

加圧スチーム延伸装置１の糸条入口２ａからは、連続する複数本の糸条Ｚが水平に配列されて第１シール室２に導入され、蒸気室１０の糸条入口１０ａ及び糸条出口１０ｂの間に形成されるスリット状断面の糸条走行路１４を通って、第２シール室３の糸条出口３ａに向けて連続して走行したのち、同糸条出口３ａから外部の図示せぬ次工程へと送り出される。前記糸条Ｚは前記糸条走行路１３から１４に渡って走行する間に蒸気室１０の高温・高圧のスチーム雰囲気内で所定の延伸倍率で延伸される。

本発明のスチーム延伸装置１は、第１糸条位置規制バー８を備えている。第１糸条位置規制バー８は、走行する糸条Ｚがスチームの流れ等により揺動した場合に、最初に第１糸条位置規制バー８に接触させることにより、第２シール室３内の前記板片３１ａ，３１ｂへの接触を防止するものである。
そうすることで、糸条の単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルが回避できるだけでなく、得られる糸条の品位低下をも防ぐことができる。

第１糸条位置規制バー８は、複数本の糸条Ｚが前記板片に接触することを防止するために、糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向に延設されている。
第１糸条位置規制バー８は、スチーム導入部４に対して前記糸条Ｚを挟んで反対側に設置されている。
スチーム導入部４から、スチームが導入されるため、走行する糸条Ｚが、スチーム導入部４の反対側に糸条Ｚが揺動しやすく、第２シール室３内の最も蒸気室１０に近い前記板片３１ａ，３１ｂに接触することが多いため、スチーム導入部４に対して前記糸条Ｚを挟んだ反対側に設置することが必要である。更に前記スチーム導入口１１と同じ上側又は下側に設置してもかまわない。

第１糸条位置規制バー８は、前記第２シール室３の前記複数の板片３１ａ，３１ｂのうちで、前記糸条Ｚに対して前記第１糸条位置規制バー８と同じ上側又は下側及び蒸気室１０に最も近くにある板片３１ａ，３１ｂと前記スチーム導入部４との間に配置されている。第１糸条位置規制バー８は、第２シール室３内の最も蒸気室１０に近い前記板片より上流側にあればよく、蒸気室１０内であってもよく、第２シール室３内であってもよい。

また、図３に示すように、第１糸条位置規制バー８は、第１糸条位置規制バー８の糸条Ｚに最も近い点を通る水平面が、前記糸条Ｚに対して、前記第１糸条位置規制バー８と同じ上側又は下側にある前記第２シール室３の前記複数の板片３１ａ，３１ｂのうちで、前記糸条Ｚに最も近い点を通る水平面に対する距離ｈ３が０．１ｍｍ以上糸条に近い位置に配置されている。

このように設定することにより、第２シール室３のラビリンスシール部３２の板片３１ａ、３１ｂに糸状Ｚが接触することを防ぎ、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルの発生を防止することができる。
前記距離ｈ３は、より前記板片３１ａと接触を防止する観点から０．２ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましい。
また、前記距離ｈ３の上限値は、特に制限されないが、シール効果の観点から０．５ｍｍ以下が好ましい。

第１糸条位置規制バー８は、第１糸条位置規制バー８の糸条Ｚに近い部分が、糸条走行方向にＲ加工されている棒状又は板状であることが好ましい。
前記糸条Ｚに近い部分とは、糸条Ｚがバタついたときに、第１糸条位置規制バー８に接触する部分である。接触部分をＲ加工することで、糸条Ｚの単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルの発生を防止ができ易くなる。

前記第１糸条位置規制バー８を、蒸気室１０において配置する場合は、前記第１糸条位置規制バー８の糸条Ｚに最も近い点が、前記蒸気室１０の糸条出口平面から、前記蒸気室１０の糸条走行方向の長さに対して１／４以下の距離に配置することが好ましい。
スチーム導入部４は、通常、蒸気室１０の中央に配されるため、前記距離が１／４以下とすることで、スチームの影響を抑えることができ、第２シール室３のラビリンスシール部３２の板片３１ａ，３１ｂへの接触を防止しやすくなる。
具体的には、前記蒸気室１０の糸条出口平面から、第１糸条位置規制バー８の糸条Ｚに最も近い点との距離が７０ｍｍ以下とすることが、第２シール室３のラビリンスシール部３２の板片３１ａ，３１ｂへの糸条Ｚの接触を防止しやすくなる点で好ましい。前記距離は、前記接触を防止する観点から５０ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以下がより好ましい。

第１糸条位置規制バー８は、図２に示すように、ラビリンスシール部３２の板片３１ａ，３１ｂのうち、蒸気室１０に最も近い板片３１ａ，３１ｂの糸条Ｚに近い部分を、糸条走行方向にＲ加工した板片でもよい。
この場合、第１糸条位置規制バー８は、第２シール室３内に配置されることになり、第１糸条位置規制バー８の糸条に最も近い点と、第１糸条位置規制バー８に最も近いラビリンスシール部の板片の側面との距離は、７０ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以下が更に好ましい。

上述のように、第１糸条位置規制バー８を備えることにより、糸条Ｚが室内に導入された蒸気によって煽られたとしても、第２シール室３の内壁面から糸条に向かって直角に伸びる板片３１ａ，３１ｂを複数有するラビリンスシールとの接触を防ぐことができ、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルを防止できるだけでなく、得られる糸条の品位低下も防ぎやすくなる。

また本発明では、上記第１糸条位置規制バー８に加えて、第２糸条位置規制バー７が、前記糸条Ｚの走行方向に対して直交する方向かつ水平な方向、前記スチーム導入部４に対して前記糸条Ｚを挟んだ反対側、前記第１シール室２の前記複数の板片の内で、前記糸条に対して前記第２糸条位置規制バー７と同じ上側又は下側及び蒸気室１０の最も近くにある板片２１ａ，２１ｂと前記スチーム導入部４との間に配置され、前記第２糸条位置規制バー７の糸条Ｚに最も近い点を通る水平面が、前記糸条Ｚに対して、前記第２糸条位置規制バー７と同じ上側又は下側にある前記第１シール室２の前記複数の板片２１ａ，２１ｂのうちで、前記糸条Ｚに最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条Ｚに近い位置に配置することが好ましい。

この第２糸条位置規制バー７は、走行する糸条Ｚが、第１シール室２のラビリンスシール部の板片２１ａ，２１ｂに接触しないようにするものである。第２糸条位置規制バー７は、蒸気室１０の糸条走行方向の中間部分から見て、第１糸条位置規制バー８と対象の位置にあり、第２糸条位置規制バー７と第１シール室２との配置関係は、第１糸条位置規制バー８と第２シール室３との配置関係と同様の配置が好ましい。
また、第２糸条位置規制バー７の形状も、第１糸条位置規制バー８の形状と同様が好ましい。

更に、図５及び図７に示すように、第１及び第２シール室２，３の糸条入口２ａ及び糸条出口３ａに、走行する糸条Ｚを挟んで上下一対の第３及び第４糸条位置規制バー５ａ，５ｂ；６ａ，６ｂを設けることもできる。この場合、上記第１及び第２糸条位置規制バー８，７の設置と相まって、糸条Ｚは第１及び第２シール室２，３内のラビリンスシール部２２，３２を構成する第１及び第２シール室２，３の内壁面上下から糸条Ｚに向かって直角に伸びる上下板片２１ａ，２１ｂ；３１ａ，３１ｂとの接触を防ぐことができ、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルが回避できるようになり、得られる糸条の品位低下を効果的に防止できる。

図５に示すように、第３糸条位置規制バー５が、前記糸条Ｚの走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向に、糸条Ｚを挟んだ上側及び／又は下側、前記第１シール室２における板片２１ａ，２１ｂのうちの糸条入口２ａに最も近い板片２１ａ，２１ｂより糸条走行方向上流側の近接位置に配置され、前記第３糸条位置規制バー５の糸条Ｚに最も近い点を通る水平面が、前記糸条Ｚに対して、前記第３糸条位置規制バー５と同じ上側又は下側にある前記第１シール室２の前記複数の板片２１ａ，２１ｂのうちで、前記糸条Ｚに最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置にあって、第３糸条位置規制バー５の糸条Ｚに最も近い点と前記糸条入口２ａとの距離ｄ１が１００ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましい。

また、図７に示すように、第４糸条位置規制バー６が、前記糸条Ｚの走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向に、糸条Ｚを挟んだ上側及び／又は下側であって、前記第２シール室３における板片３１ａ，３１ｂのうちの糸条出口３ａに最も近い板片３１ａ，３１ｂよりも糸条走行方向下流側の近接位置に配置され、前記第４糸条位置規制バー６の糸条Ｚに最も近い点を通る水平面が、前記糸条Ｚに対して、前記第４糸条位置規制バー６と同じ上側又は下側にある前記第２シール室３の前記複数の板片３１ａ，３１ｂのうちで、前記糸条Ｚに最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置であって、第４糸条位置規制バー６の糸条Ｚに最も近い点と前記糸条出口３ａとの距離ｄ４が１００ｍｍ以下の位置に配置されることが好ましい。

第３糸条位置規制バー５及び第４糸条位置規制バー６の配置は、糸条Ｚを挟んだ上側又は下側のいずれかでもよく、上下両方に配置してもよい。第３糸条位置規制バー５及び第４糸条位置規制バー６は、スチーム導入口１１から距離が離れているので、スチームの影響を受けにくいため、スチーム導入口１１の糸条Ｚを挟んだ反対側に必ずしも設置する必要はない。

第３糸条位置規制バー５の糸条Ｚに最も近い点と、第１シール室２の糸条入口２ａとの距離ｄ１は１００ｍｍ以下が好ましい。
前記距離ｄ１が１００ｍｍ以下であれば、第１シール室２のラビリンスシール部２２の板片２１ａ，２１ｂに接触することを防止しやすく、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルが回避できるようになり、得られる糸条の品位低下を効果的に防止できる。
前記接触を防止する観点から、前記距離は７０ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以下が更に好ましい。
その他の配置、糸条位置規制バーの形状は、第２糸条位置規制バー７と同様であればよい。

また、図７に示すように、第４糸条位置規制バー６の糸条Ｚに最も近い点と、第２シール室３の糸条出口３ａとの距離ｄ４は１００ｍｍ以下が好ましい。
前記距離ｄ４が１００ｍｍ以下であれば、第２シール室３のラビリンスシール部３２の板片３１ａ，３１ｂに接触することを防止しやすく、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルが回避できるようになり、得られる糸条の品位低下を効果的に防止できる。
前記接触を防止する観点から、前記距離ｄ４は７０ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以下がさらに好ましい。
その他の配置、糸条位置規制バーの形状は、第１糸条位置規制バー８と同様であれば良い。

これらの糸条位置規制バー５〜８は、図１〜図８に示すように、円形断面の固定バー又は自由回転ロール、糸条に近い部分がＲ加工された板状、或いは図２、図４、図６及び図８に示すように、ラビリンスシール部２２，３２の糸条出入口端部に配される、他の板片２１ａ，２１ｂ；３１ａ，３１ｂよりも背の高い板片９のいずれであってもよいが、板片９の先端部で糸状Ｚに近い部分をＲ加工している。
板片９を第１及び第２シール室２，３内に配置する場合は、配置の容易さ、スチームをシールする観点から、ラビリンスシール部２２，３２の板片９の糸条に近い部分をＲ加工することが好ましく、それ以外の配置にする場合は、配置の容易さ、巻付きによるトラブルを防止する観点から、円形断面の固定バーとすることが好ましい。

前記各位置規制バー５〜８の表面粗度Ｒａが、０．４ａ以下の値であることが好ましい。
表面粗度Ｒａが０．４ａ以下の値であれば、糸条Ｚと各位置規制バー５〜８とが接触したとしても、糸条Ｚに与えるダメージは小さく、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルが発生することはない。

また、各糸条位置規制バーは、糸条Ｚを構成する単繊維がバーに巻付くのを抑制する点では回転しない固定バーであることが好ましい。ただし、この場合には固定バー表面に平滑加工を施して、少しでも摩擦を小さくすることが肝要である。各糸条位置規制バーは自由回転ロールにより構成することもできる。
蒸気室１０についてはチューブ型もしくはボックス型のいずれであってもよい。
本発明は、単錘処理に適したチューブ型、多錘処理に適したボックス型のいずれにも採用できる。

前記各糸条位置規制バー５〜９は、セラミックコーティングされたステンレス製であることが好ましい。
また、糸条位置規制バーの摩擦による糸条Ｚの擦過を抑制するには、上述のように、その表面を平滑加工して粗度を極力小さくすることが望ましいことから、前述のとおり、各位置規制バー５〜９としてセラミックコーティングされたステンレス製が好ましいが、その他にも、硬質クロムメッキされた鉄又はステンレス製、もしくはチタン製を挙げることができる。

上述の第１及び第２糸条位置規制バー８，７と第３及び第４糸条位置規制バー５，６には、糸条へのダメージを抑えるためにＲ加工を施しておくことが好ましい。更には、第１及び第２シール室２，３内のラビリンスシール部２２，３２を構成する板片２１ａ，２１ｂ；３１ａ，３１ｂにもＲ加工を施すことが好ましい。
本発明に係る加圧スチーム延伸装置１では、走行する糸条Ｚを加圧スチームで延伸するための蒸気室１０の糸条走行方向の前後に第１シール室２と第２シール室３を設置し、この第１及び第２シール室２，３の好適な実施形態としては、そのシール構造をラビリンスシールにより構成することが望ましい。このラビリンスシールは、各シール室２，３の内壁面２１，３１からそれぞれ糸条に向かって直角に延びる多数の板片２１ａ，３１ａから構成されるラビリンスシール部２２，３２からなる。ここで、Ｒ加工がなされた板片２１ａ，３１ａに、第１シール室２の糸条入口２ａから第２シール室３の糸条出口３ａに到る間に糸条Ｚが接触しないことが肝要である。この接触を防ぐことが、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルの発生がなくなり、得られる糸条Ｚの品位低下も防ぐことにつながる。

第２シール室３のラビリンスシール部３２における最も出口側に位置するＲ加工された板片９を第４糸条位置規制バーとする場合、第４糸条位置規制バーの糸条に最も近い点と、隣り合う板片３１ａの側面との距離が７０ｍｍ以下であることが好ましい。更に、第１シール室２のラビリンスシール部２２における最も糸条入口側に位置する第３糸条位置規制バーとなるＲ加工された板片９の中心と、隣り合う板片２１ａの側面との距離が７０ｍｍ以下であることが好ましい。この距離を７０ｍｍ以下にすることで、糸条Ｚのラビリンスシール部２２，３２との接触防止効果が十分に得られ、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルの発生などを低減でき、得られる糸条の品位低下を防ぐことができる。

また、第２シール室３の最も糸条出口３ａ側に位置するＲ加工されたラビリンスシール部３２の板片を第４糸条位置規制バーとする場合、第４糸条位置規制バーの糸条Ｚに最も近い点を通る水平面と、前記第２シール室３の板片３１ａの内で糸条Ｚに最も近い点を通る水平面との間の距離ｈ４が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲で糸状に近い位置の配置に規定している。
更に、前記第１シール室２の最も糸条入口２ａ側に位置するＲ加工されたラビリンスシール部２２の板片を第３糸条位置規制バーとする場合、第３糸条位置規制バーの糸条Ｚに最も近い点を通る水平面と、前記第１シール室の板片２１ａの内で糸条Ｚに最も近い点を通る水平面との間の距離ｈ１が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲で糸条に近い位置の配置に規定している。この距離を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下にすることで、ラビリンスシール部２２，３２の各板片２１ａ，３１ａとの接触を防ぎ、なお且つ第１及び第２糸条位置規制バー８，７との接触も必要最小限に抑えることができるため、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルの発生を防止することができる。

以上のような構成を備えた加圧スチーム延伸装置を使って糸条、特に炭素繊維の前駆体であるアクリロニトリル系糸条を延伸することにより、単繊維の切断、毛羽の発生、糸条全体の切断といったトラブルの発生を抑制できるだけでなく、得られた炭素繊維用前駆体糸条は、毛羽が少ないので、その後に焼成しても、高性能、高品位を有する炭素繊維を得ることができる。

以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
なお、本実施例中、延伸糸条の毛羽の発生状況の評価は、スチーム延伸後の走行状態にある糸条を肉眼で３分間観察し、糸条表面の毛羽の数を計測することにより行った。

（実施例１）
アクリロニトリル９８％、メタクリル酸２％からなるアクリル系共重合体を、ジメチルホルムアミドに溶解して重合体濃度２３％の紡糸原液を調整した。この紡糸原液を、紡糸ノズルを用いて、温度１０℃、濃度８０％からなる凝固浴中に吐出し凝固糸を得た。この凝固糸を、洗浄、冷延伸及び熱水中延伸を実施し、油剤付着及び乾燥緻密化処理を行って、アクリル系糸条を得た。

得られたアクリル系糸条を、図１に示すように、糸条走行方向の長さが５００ｍｍの加圧スチームが導入される蒸気室と、前記蒸気室の糸条入口及び出口にそれぞれ隣接する第１シール室及び第２シール室を備えるスチーム延伸装置において、シール室としてシール室の内壁面上下からそれぞれ糸条に向かって直角に延びる複数の板片からなるラビリンスシールを用い、表面粗度Ｒａが０．４ａにＲ加工された回転しないチタン製の第１及び第２糸条位置規制バーを、蒸気室内の糸条入口及び出口の内側に所定距離を離間させ、且つスチーム導入口と糸条を挟んで反対側に配置した。更に、第３及び第４糸条位置規制バーを、第１シール室と第２シール室との外側にそれぞれ所定距離を離間させて、糸条の上下になるように一対ずつ配置した。

蒸気室内の糸条出口面と第１糸条位置規制バーの糸条に最も近い点との間の最も近い距離（ｄ３）と、蒸気室内の糸条入口面と第２糸条位置規制バーの糸条の最も近い点との間の最も近い距離（ｄ２）と、第３糸条位置規制バーの糸条の最も近い点と第１シール室の糸条入口面との間の最も近い距離（ｄ１）と、第２シール室の糸条出口面と第４糸条位置規制バーの糸条の最も近い点との間の最も近い距離（ｄ４）とを、それぞれ１０ｍｍとした。

第１糸条位置規制バーの糸条の最も近い点を通る水平面と、前記糸条に対して、前記第１糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第２シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面との間の最も短い距離（ｈ３）と、第２糸条位置規制バーの糸条の最も近い点を通る水平面と、前記糸条に対して、前記第１糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第２シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面との間の最も短い距離（ｈ２）と、第３糸条位置規制バーの糸条の最も近い点を通る水平面と、前記糸条に対して、前記第３糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第１シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面との間の最も短い距離（ｈ１）と、第４糸条位置規制バーの糸条の最も近い点を通る水平面と、前記糸条に対して、前記第１糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第２シール室の前記複数の板片の内で、前記糸条に最も近い点を通る水平面との間の最も短い距離（ｈ４）を、それぞれ０．３ｍｍとなるよう、各糸条位置規制バーを設置した。

また、第１シール室及び第２シール室の上下ラビリンスシール部板片の間隔を１．６ｍｍとし、スチーム延伸装置内のスチーム圧力は０．４ＭＰａとして糸条を４倍に延伸した。その後、乾燥して、単繊維繊度が０．７ｄｔｅｘで単繊維数数が１２０００の炭素繊維前躯体糸条を得た。
得られた前駆体糸条の毛羽の発生状況を評価した結果を表１に示した。

（実施例２〜１４）
位置規制バーの設置位置を、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体糸条を得た。得られた前駆体糸条の毛羽の発生状況を評価した結果を表１に示した。

（実施例１５）
第１シール室における板片のうち糸条入口に最も近い板片を、Ｒ加工して第３糸条位置規制バーとし、第２シール室における板片のうち糸条出口に最も近い板片を、Ｒ加工して第４糸条位置規制バーとし、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体糸条を得た。得られた前駆体糸条の毛羽の発生状況を評価した結果を表１に示した。
第３糸条位置規制バーは第１シール室内、第４糸条位置規制バーは第２シール室内に配置されている。

（実施例１６）
第２シール室における板片の内の蒸気室に最も近い板片を、Ｒ加工して第１糸条位置規制バーとし、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体糸条を得た。得られた前駆体糸条の毛羽の発生状況を評価した結果を表１に示した。
第１糸条位置規制バーは第２シール室内に配置されている。

（比較例１）
位置規制バーを用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体糸条を得た。得られた前駆体糸条の毛羽の発生状況を評価した結果を表１に示した。

（比較例２〜４）
位置規制バー設置位置を、表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして炭素繊維用前駆体糸条を得た。得られた前駆体糸条の毛羽の発生状況を評価した結果を表１に示した。

表１から理解できるとおり、本発明の実施例１３、１４を除き、第１及び第２シール室の糸条出入口近傍の所定位置と蒸気室内の所定位置のそれぞれに糸条位置規制バーを設けることにより、加圧スチーム延伸装置を一方向に連続走行する糸条が、加圧スチームを噴出する蒸気室の前後に配された第１及び第２シール室内のラビリンスシール部を構成する多数の板片に接触することなく、円滑に連続走行できるようになり、この延伸時における糸条の切断や毛羽立ちがなく安定した製造が可能である。

また実施例１３にあっても、装置入側及び出側に第３及び第４糸条位置規制バーを設けていないが、蒸気室入側及び出側に第２及び第１糸条位置規制バーを設けることによって、他の実施例と大差のない毛羽立ち数で納まっている。

更に実施例１４にあっては、装置入側及び出側に第３及び第４糸条位置規制バーを、蒸気室入側に第２糸条位置規制バーを設けていないが、蒸気室出側に第１糸条位置規制バーを設けることによって、他の実施例と大差のない毛羽立ち数で納まっている。
これより、少なくとも、蒸気室出側に第１糸条位置規制バーを設けることによって、糸条の毛羽の発生を防止し易くなることが分かる。

実施例１５及び１６にあっては、シール室内のラビリンスシール部の内の複数の板片のうち、最も端部に設置されている板片をＲ加工して、糸条位置規制バーとしても、毛羽防止の効果があることが分かる。

一方、比較例を見ると、特に比較例１及び２のように、蒸気室内に糸条規制ガイドを設けない場合は毛羽立ち数が極端に多くなり、また比較例４のように、糸条位置規制バーと板片の高さが同じ場合も、毛羽立ち数が極端に多くなった。
比較例３のように、蒸気室入側だけに糸条位置規制バーを設けた場合は、蒸気室出側だけに糸条位置規制バーを設けた実施例１４に比較して、毛羽立ち数が多くなった。

１ 加圧スチーム延伸装置
１０ 蒸気室
１０ａ （蒸気室の）糸条入口
１０ｂ （蒸気室の）糸条出口
１１ スチーム導入口
１２ スチーム配管
１３ （第１シール室の）糸条走行路
１４ （第２シール室の）糸条走行路
２ 第１シール室
２ａ 糸条入口
２１ 内壁面
２１ａ，２１ｂ （上下）板片
２２ ラビリンスシール部
３ 第２シール室
３ａ 糸条出口
３１ 内壁面
３１ａ，３１ｂ （上下）板片
３２ ラビリンスシール部
４ スチーム導入部
５ 第３糸条位置規制バー
５ａ，５ｂ （上下）第３糸条位置規制バー
６ 第４糸条位置規制バー
６ａ，６ｂ （上下）第４糸条位置規制バー
７ （蒸気室内の）第２糸条位置規制バー
８ （蒸気室内の）第１糸条位置規制バー
９ Ｒ加工されたラビリンスシール部の板片（糸条位置規制バー）
Ｚ 糸条

Claims (17)

1. 加圧スチームが導入される蒸気室と、前記蒸気室の糸条入口に隣接する第１シール室及び前記蒸気室の糸条出口に隣接する第２シール室とを備え、走行する糸条に加圧スチームの付与と延伸を行うスチーム延伸装置であって、
   前記蒸気室は、スチームを導入するスチーム導入部を有し、
   前記第１シール室及び前記第２シール室は、内壁面上下からそれぞれ前記糸条に向かって延設する複数の板片を有するラビリンスシール部を備え、
   前記スチーム延伸装置は、走行する糸条が前記板片に接触することを防止する第１糸条位置規制バーを有し、
   当該第１糸条位置規制バーは、
   前記糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向に延び、前記糸条に対して前記スチーム導入部と反対側にあって、前記糸条に対して前記スチーム導入部と同じ上側又は下側に位置して前記蒸気室に最も近くにある前記第２シール室の板片と前記スチーム導入部との間に配置され、
   前記第１糸条位置規制バーの糸条に最も近い点を通る水平面が、前記糸条に対して前記第１糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第２シール室の前記複数の板片のうち、その先端が前記糸条に最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置に配置された、スチーム延伸装置。
2. 前記第１糸条位置規制バーが棒状又は板状であって、その糸条に近い部分が糸条走行方向にＲ加工されている、請求項１に記載されたスチーム延伸装置。
3. 前記第１糸条位置規制バーは、蒸気室における前記第１糸条位置規制バーの糸条に最も近い点と前記蒸気室の糸条出口平面との間の距離が、前記蒸気室の糸条走行方向の長さに対して１／４以下の距離に配置される請求項１又は２に記載されたスチーム延伸装置。
4. 前記板片の糸条に近い部分が、糸条走行方向にＲ加工されている、請求項１に記載されたスチーム延伸装置。
5. 前記スチーム延伸装置は、走行する糸条が前記板片に接触することを防止する第２糸条位置規制バーを更に有し、
   前記第２糸条位置規制バーは、
   前記糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向に延び、前記糸条に対して前記スチーム導入部と反対側にあって、前記糸条に対して前記第２糸条位置規制バーと同じ上側又は下側に位置し前記蒸気室の最も近くにある前記第１シール室の板片と前記スチーム導入部との間に配置され、
   前記第２糸条位置規制バーの糸条に最も近い点を通る水平面が、前記糸条に対して前記第２糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第１シール室の前記複数の板片のうち、その先端が前記糸条に最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置に配置された、請求項１〜４のいずれかに記載されたスチーム延伸装置。
6. 前記第２糸条位置規制バーが棒状又は板状であり、その糸条に近い部分が糸条走行方向にＲ加工されている、請求項５に記載されたスチーム延伸装置。
7. 前記第２糸条位置規制バーは、蒸気室における前記第２糸条位置規制バーの糸条に最も近い点と前記蒸気室の糸条出口平面との間の距離が、前記蒸気室の糸条走行方向の長さに対して１／４以下の距離に配置される請求項５又は６に記載のスチーム延伸装置。
8. 前記板片の糸条に近い部分が、糸条走行方向にＲ加工されている、請求項５に記載のスチーム延伸装置。
9. 更に、第３糸条位置規制バーが、前記糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向に延び、糸条を挟んだ上側及び／又は下側に位置し前記第１シール室における板片のうち、装置の糸条入口に最も近い板片より糸条走行方向上流側の近接位置に配置され、
   前記第３糸条位置規制バーの糸条に最も近い点を通る水平面が、前記糸条に対して前記第３糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第１シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置であって、第３糸条位置規制バーの糸条に最も近い点と、第一シール室入口との距離が１００ｍｍ以下の位置に配置され、及び又は
   更に、第４糸条位置規制バーが、前記糸条の走行方向に対して直交する方向で且つ水平な方向に延び、糸条を挟んだ上側及び／又は下側に位置し前記第２シール室における板片のうち、装置の糸条出口に最も近い板片より糸条走行方向下流側の近接位置に配置され、
   前記第４糸条位置規制バーの糸条に最も近い点を通る水平面が、前記糸条に対して前記第４糸条位置規制バーと同じ上側又は下側にある前記第２シール室の前記複数の板片のうち、前記糸条に最も近い点を通る水平面に対して、０．１ｍｍ以上糸条に近い位置に配置され、第４糸条位置規制バーの糸条に最も近い点と、第２シール室出口との距離が１００ｍｍ以下の位置に配置される、請求項１〜４のいずれかに記載されたスチーム延伸装置。
10. 前記第３糸条位置規制バー及び／又は前記第４糸条位置規制バーが棒状又は板状であり、その糸条に近い部分が、糸条走行方向にＲ加工されている、請求項９に記載されたスチーム延伸装置。
11. 前記板片の糸条に近い部分が、糸条走行方向にＲ加工された板片である、請求項９に記載されたスチーム延伸装置。
12. 前記各糸条位置規制バーが非回転バーである、請求項１〜１１のいずれかに記載されたスチーム延伸装置。
13. 前記各糸条位置規制バーの表面粗度Ｒａが、０．４ａ以下の値である、請求項１〜１１のいずれかに記載されたスチーム延伸装置。
14. 蒸気室がチューブ型蒸気室である、請求項１〜１３のいずれかに記載されたスチーム延伸装置。
15. 蒸気室がボックス型蒸気室である、請求項１〜１３のいずれかに記載されたスチーム延伸装置。
16. 前記各糸条位置規制バーが、セラミックコーティングされたステンレス製である、請求項１〜１５のいずれかに記載されたスチーム延伸装置。
17. 前記各糸条位置規制バーが、チタン製、硬質クロムメッキされた鉄又は硬質クロムメッキされたステンレス製である、請求項１〜１５のいずれかに記載されたスチーム延伸装置。

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