JPH03504258A

JPH03504258A - 繊維を漸増的に延伸するための改良された方法及び装置

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Publication number: JPH03504258A
Application number: JP1505980A
Authority: JP
Inventors: サスマン，マーティン　ヴィ，
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-09
Filing date: 1989-05-05
Publication date: 1991-09-19
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: EP0441782B1; EP0441782A1; WO1989010831A1; US5340523A; DE68927805D1; JPH0657901B2; US5339503A; US4891872A; EP0441782A4; DE68927805T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】繊維を漸増的に延伸するための改良された方法溝≠渉装置本発明は繊維を延伸するための方法と装置に関する。より詳細には本発明は小さな段々のついた延伸面上で高速で繊維を延伸する方法と装置に関する。

米国特許第３９７８１９２号明細書には漸増延伸法（ＩＤＰ＝ＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＤｒａｗ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）として公知となっている新規技術が開示されている。このＩＤＰ法は細長い合成樹脂材料（たとえば繊維、フィラメント、ヤーン、トウ、テープなど）を高速で延伸するために使用される。繊維など被延伸材料は２つの互いに離隔し傾斜されたスピンドルの間を多数回巻回させられる。

スピンドルの少なくとも一方は連続的に増大する半径によって定まる延伸面を有している。このスピンドル上の小さな段々のついた延伸面の形状は装置をコンパクトに構成することを可能にしかつまた働きの面でもいくつかの改良をもたらす。

繊維を急激に引いてまたは衝動的に加速して最終的配向にする従来の連続延伸法とは異なり、このＩＤＰ方法では少しずつ段階的に最終延伸状態まで延伸する。

これは、繊維を成形された２つの前進スピンドルの間をくり返し通過させることによってなされる。すなわち、このスピンドルは繊維の前進する方向に増大する直径または段を有し、スピンドルを１回通過するごとに少しずつ延伸される。このおだやかな加速技術によると延伸のスピードアンプが可能となるので生産性が向上する。そして繊維は高速紡糸から直ちに延伸され得るので紡糸機上でその最終寸法を獲得でき、中間包装や未延伸繊維の取扱いが省略できる。

ＩＤＰ法では延伸される繊維は一方のスピンドルから他方のスピンドルへそしてその逆にと巻回しながららせん通路を描いて動く、そのらせんピッチはスピンドルの直径とともに増加する。米国特許第３９７８１９２号明細書にはスピンドルの直径の増加にともなう繊維らせんピンチの増加に関連してスピンドルの軸方向の段と段との間の距離が増加するように小さな段々がつけられたスピンドルが開示されている。

さらに米国特許第３９７８１９２号明細書では最初の繊維保持面と段部とが区別されている。そしてスピンドルをまわる繊維の巻回数と少なくとも同じ数だけの段部があるべきことを教示している。

さらに、そのスピンドルでは、従来と同じく、延伸されている繊維は同一スピンドル上の段部の上を順次走行するのではなく本来のらせんピンチに一致する段部を上だけを走行する。したがって、運転中は、繊維がかかっている段部の間に１つまたはそれ以上の繊維のかかっていない段部が存在することがある。しかも、運転中、段部が常に最適かつ安定ならせん通路の位置するところに存在するとは限らない。

さらに、５ｈａｈ　　（マスターオスサイエンス学位論文、タフツ大学（Ｔｕｆｔｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）　　１９７６年提出）は２つのスピンドルを加熱ボックスで囲み延伸生繊維を加熱することを教示している。

５ｈａｈの装置は融通性のない加熱手段を使用するものであり、異なる温度に対して異なる延伸増分を加えるためには使用できない。

また、Ｏｈ　　（マスターオプサイエンス学位論文、タフツ大学１９７６年提出）は平らなスピンドル間加熱板を発表している。しかしこの加熱板は平らであるからスピンドル間の通路にあるすべての繊維巻回（ラップ）と均等に接触することはできない。すなわち、スピンドル間では繊維ラップは１つの平面内には存在せずわずかにねしれた三次元または双曲面内に存在するからである。

したがって、本発明の第１の目的は繊維を複数の互いに離隔されたスピンドルの間に複数回らせん巻回させることによりわずかな増分ずつ該繊維を延伸するための改良された装置と方法を提供することである。そのｇｉｔの各スピンドルは繊維のらせん巻回を横断する方向にのびる軸を中心にして延在しそして他方のスピンドルの軸に関して傾斜している。少なくとも第１のスピンドルは繊維を支承する回転外面を有し、該回転外面の半径はその軸に沿って不連続な増分または減分だけ変化しこれによって該外面には個々の段部が形成され、この各段部が繊維と摩擦接触する。この繊維支承面は通常繊維が最初に接触する面が円筒形面であり、そのあとがスピンドルの回転軸に実質的に並行な分離した異径の円周状の複数の分離した小さい段部によって構成されている。この繊維支承面が繊維の各らせん巻きを、その繊維に実質的になんら軸方向拘束力を加えることなくスピンドル上に支持する。各スピンドルの該繊維支承面の各段部は延伸生繊維の少なくとも１つの対応するラップと接触する。これらスピンドル上で２本またはそれ以上の繊維（糸条）を同時的に延伸することもできる。

本発明のいま１つの目的は改良された段つき延伸スピンドルを提供することである。このスピンドルは漸増延伸中繊維が通るらせん通路を安定化しそして延伸されている繊維の張力や軸方向位置の変動に影響されない安定らせん通路を保証するよう寸法づけられた段部を有する。これらの段部の数は繊維がスピンドルと線接触する接点の数と等しいかまたはそれよりも少ない。

本発明のいま１つの目的は、各段部が各スピンドル間通路において繊維に所定の延伸増分を加えることができそして各段部がその所定延伸増分によって決められる最大の軸方向寸法すなわち幅を有する改良された漸増延伸スピンドルを提供することである。

本発明のさらに１つの目的は段部の数が最少比まで減らされた漸増延伸スピンドルを提供することである。スピンドル面の複雑性を減少させることによって、スピンドルのコストは節減されそして加熱エレメントを漸、増延伸スピンドル内の段部に一致する場所に配置することが可能となる。

本発明のいま１つの目的は上記した目的を達成できしかも製造および組立が比較的安価にできるスピンドル構成を提供することである。

本発明のさらにいま１つの目的は漸増延伸スピンドルを使用した場合の延伸増分のフレキシブルな制御法を提供することである。

本発明のいま１つの目的はゲル紡出繊維または液晶繊維の紡糸および延伸のためならびにある種の合成繊維の物理的特性を改良するための改良された方法および装置を提供することである。

上記ならびにその他の本発明の利点および特徴は特許請求の範囲の中で詳細で指摘されている。しかしながら、本発明によって得られる利点および本発明の効果は添付図面を参照した以下の好ましい実施例の記載から一層明瞭となろう。

以下、添付図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。なお、全図面にわたって同じ符号は同様な構成要素を指示する。

第１図は本発明による相互に傾斜されている漸増延伸スピンドル対を両スピンドル軸の傾斜角度を示すように見た上面図である。

第２図は本発明による一対の互に傾斜されている漸増延伸スピンドルの側面図である。

第３図は本発明による相互に傾斜されている漸増延伸スピンドル対の上面図であり、１本以上の糸条が各段部に沿って走行しておりそしである糸は別の段部で漸増延伸スピンドルに進入している。

第４図は１本の糸がそれぞれの段部を１回または２回通過している相互に傾斜されている漸増延伸スピンドル対を示す閏である。

第５図はセグメント構成の、差別的に加熱される段部を存する延伸スピンドルを一部切断して示す図である。

第６図は１つのスピンドルが冷却またはアニーリングのための延伸部を有している一対の漸増延伸スピンドルの側面図である。

第７図はスピンドル間ヒータを有する一対の漸増延伸スピンドルの端面図である。

第８図は段つきスピンドル間ヒータを有している一対の漸増延伸スピンドルの側面図である。

第９図は外側補強結合部材とスピンドル間ヒータとを有している漸増延伸スピンドル上で液晶繊維が後延伸されていることろを示す側面図である。

第１０図は円筒形延伸ロールがタンデム配置されている漸増延伸スピンドルの側面図である。

第１１図は円筒形延伸ロールがタンデム配置されている漸増延伸スピンドルを使用した高速紡糸および延伸のもようを示す。

第１２図は同軸アイドラーを有する漸増延伸スピンドルを示す側面図である。

第１３図は漸増延伸スピンドルが軸出、乾燥および最終延伸の間にゲル紡糸繊維を漸増延伸するために使用されている例を示す。

第１４図は２Ｍｉの漸増延伸スピンドルをカスケード配置し、スピンドル間ヒータおよび第１＆ｌＩの漸増延伸スピンドルから第２＆ｌｌの漸増延伸スピンドルへの未転送点を制御する手段を設けたＩＤＰシステムを示す。

第１５図は１本の太いステーブルトウを形成するため合体される多数の紡出糸条を同時的に漸増延伸する例を示す。

第１図および２図に見られるように、本発明による一対の漸増延伸スピンドル１０と２０は改良された面形状を存している。繊維５は上側の第１スピンドルＩＯと下側の第２スピンドル２０のまわりを巻回するよう案内されている。スピンドル１０の軸は１１でそしてスピンドル２０の軸は２１で示されている。第１図中のφは両方のスピンドル軸のなす傾斜角度である。なお、この傾斜については後で定義する。スピンドルはいずれの軸端側で駆動されてもよいが、小直径の側から駆動するのが好ましい。

この改良された延伸スピンドル１０と２０は予め設定された導入側直径１２と２２および導出側直径１３と２３をそれぞれ有しそして所定の傾斜角φを有している。各段部の軸方向長さ寸法はそのスピンドル間通路における延伸増分の大きさに特別に関係づけられる。すなわち、この改良された面形状の特徴は各段部の軸方向長さすなわち段部（スピンドルｌＯでは２ａ、２ｂ・−２１゜スピンドル２０では２３″、２ｂ’−・２１′）が、繊維５が一対の段つき延伸スピンドル１０と２０の間を往復して通過する際に繊維５の形成するらせん通路の対応するピッチ寸法Ｐｉ（スピンドル１０の３　ａ、　　３　ｂ−３ｉ、　）およびＰｉ’ 　　（スピンドル２０の３ａ”、３ｂ°　・−３ｉ’）と等しいがまたは近似的に等しいことである。このピッチとは１つの段部上にある繊維の線分と同じスピンドルの先行段部上にある繊維の線分との間の軸方向距離である。

第１図と第２図に見られるように、段と段との間にある台部９８は回転軸に垂直な平らな環状面となっている。ただし、この台面ばらせん進行方向にやや傾斜して曲り、伸びたＳ字形をなすように形成されていてもよい。

上記のピッチＰｉは下記の式（１）で表わされる。

ｐｒ　　＝　　［（ＤＩｌ　　＋　　ｃｏｓ　φ）ｒ＋　　−ａ４ｓｉｎ　　φ コ　ｓｉｎ　　φ　　　　　　　式　　（１１この式ｆｉｌは所定の延伸増分を考慮しつつ漸増延伸スピンドルの各段に割り当てるべき最適軸方向長さ寸法を決める方法を教示するものである。したがって、この式は内円錐角αを有する円錐形スピンドル上の繊維らせんピッチを表わしたにすぎないＳｕｓｓｍａｎとその弟子５ｈａｈによって発表された方程式（下記文献参照）とは明瞭に相違するものである。

５ｕｓｓｓａｎの論文：Ｆｉｂｅｒ　Ｗｏｒｌｄ＋　５８−６２頁、１９８５年４月；　１９８５年箱根で開催されたシンポジウム、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　ＦｉｂｅｒＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの議事録、２２８頁１１９８６年米国サウスカロライナ州グリーンビルで開催された国際会議、ＦｉｂｅｒＰｒｏｄｕｃｅｒ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅの議事録、６Ｂ−５乃至６Ｂ−９頁；および５ｈａｈ　　のマスター学位論文（タフツ大学、１９７６年）。

式＋１１中、 φは２つのスピンドルの軸に対して共通な垂線に沿った第１図に示す投影で測定した、かなり相互に離隔している両スピンドル軸のなす傾斜角度である１ａｌは上記した投影での両スピンドル軸１１と２１の交点４と、繊維と上側の第１スピンドルの軸との最初の交点との間の軸方向距離である；ａｉは上記両スピンドル軸の交点４と、上記投影での６１”番目の繊維ラップと第１スピンドル軸との交点との間の軸方向距離である。ここで、ａ８は次式のごと＜ａ＋に依存する：ｐ！は軸方向ピンチ、すなわちスピンドル軸上で測定した繊維ラップと上側の第１スピンドル軸との連続順番の交差点間の距離、換言すれば、ａｉ＋Ｉ　とａ、との軸方向長さの差である；ｒ、は軸方向距離ａ、における上側の第１の段付きスピンドルの半径である；延伸増分、ＤＩのＤＩ’　　の積）；ｒ、は最初の接点におけるスピンドルの半径すなわち直径１２の半分である：Ｄｌｉは繊維が第１スピンドル１０から第２スピンドル２０へ移動する時に半径ｒ、の段ｉかつ位Ｍａｒにおいてその繊維に加わる延伸比増分である；これは段ｉを離れる繊維を受は取る段の半径と繊維を送り出す段の半径との比に等しい、すなわちＤｌｉ　＝　ｒ　’　ｉ／ｒｉ　−である０通常ＤＩは１より大きい、しかし、場合によっては繊維の収縮または弛緩の量の制御を可能とするために１より小さくすることもできる。

漸増延伸の間に繊維の接触を受ける第２スピンドル上での繊維らせんピッチは第１スピンドル上でのピッチとは通常やや相違し、下記式（３）で与えられる。

ｐｒ　’　＝　［（ＤＩ’　７　＋　ｃｏｓφ）”ｉ　ａ’１ｓ１ｎφ〕　式（３）ここでプライム（°）の付いた符号は弐（１，１の場合と同じ量を意味するが、ただし第２のスピンドルに関するものであることを指す。

ＤＩ’　、は（ｒｌ＋１）／ｒ　’　ｉに等しく、第２のスピンドルのａｏ。

の段を離れて第１のスピンドルに移動する繊維に加わる延伸増分を意味する。

ａｏ急はａ＋１　に対しの関係があり、他方ａ＋１はａ、に対して下記の関係がある：ａ’＋＝ａ１ｃＯ５φ＋ｒｌｓｉｎφ　　　　式（５）以上の説明から明らかなように、各段部の軸方向寸法２１または２１”は上記方程式によって特定される仕方でスピンドル軸上の段部の位置と共に変化する０段部の軸方向寸法が繊維らせんピッチと一致する結果として、繊維の連続する各ランプは順次ただ１つの段部上に存在することとなりそしてＤｌ、と［１１’、の積が１に等しくない場合にはただ１つの円周方向線分をその段部に接触させるまたはその段部のまわりを巻回させることになる。したがって、第１図および２図に示されているように、１つのスピンドル上の段部の数は一般に繊維が形成する円周方向線分接点の数よりも少ない、一般に最適に設計された１組の段つきスピンドルでは、各ロール上の段部軸方向寸法すなわち段部はそのロールのらせんピンチと一致し、従って両方のスピンドルが同一である必要はない、さらに第１図および第２図に示すようにそれぞれスピンドルの段数は異っていてもよい、第１図および第２図の場合では第１スピンドルは５（Ｎ）段、そして第２スピンドルは４　（Ｎ−１）段である。

この改良は重要な利点をもたらす。すなわち、段数を減少することによってスピンドルの構造の簡単化がなされる。各段部に最大限の軸方向寸法すなわち段部を与えることができ、横方向の乱れに対する繊維らせんの安定性を向上させることができる。最も重要なことは、ただ−組のスピンドル上で複数の別個の糸条を同時的に延伸することができるようになり（第３図および第１５図）、これによって生産性が何倍にも向上されることである。軸方向寸法２１は約０．２　ｃｓ乃至１０ｃｓの範囲でありうる。

改良された形状を有するこの段つき延伸スピンドルのその他の特徴は最初に繊維が接触する面２．２′の軸方向寸法が太き（なっていることである、延伸中には場合によってランプの破断が生じることがあり、このような破断ラップを一時的に貯蔵しておくスペースを第１接触点を含むスピンドル上の領域に！１！備しておくことが所望される。この目的のためには最初の接触面の軸方向寸法は少なくとも第１の段部の軸方向寸法２ａと等しく、好ましくはその２倍以上あるべきである。このようにすれば、破断された糸ランプは容易に第１の段部材の内側の貯蔵スペースの方に押しやられ、スピンドルを止たり、漸増延伸を停止させたりする必要がなくなるのである。第１接触面２．２′の駆動軸側には隆起した肩部１０１が設けられており、繊維が駆動機構の方へ遊走してしまうのを防止している。また固定した円筒形のカバーまたは囲い板１０２によって繊維が駆動軸上および駆動装置内へ入り込むのが防止されている。

第３図は１組の段つき漸増延伸スピンドルを使用して複数の別個の繊維の組を同時的に、しかしそれぞれ別々に延伸させるための方法および装置を示す。

第３図の実施例では、２組の別個の繊維すなわち２本の繊維５ａ、５ｂが１対の段つき漸増延伸スピンドルに導入されている。

スピンドルの段部の軸方向寸法２ａ、２ｂ、−−−−−一−２＋はほぼ繊維５ａのらせんピッチ３１と等しい。繊維５ａは同時に延伸されるもう一方の繊維５ｂよりも軸交点４に近い地点で最初に延伸スピンドル面と接触している。１本のスピンドル上の段数は一般にスピンドル上の各繊維のらせん巻き数すなわちラップの数と等しい。

最後の段を離れる時に２本の繊維５ａ、５ｂを別々に取りあげてさらに加工してもよいし、また、両者をより合せてより太い１本の繊維にしてもよい。

複数の繊維を同時に延伸加工する場合には、第３図に示すようにガイド９のような導入位置決め手段を使用するのが特に望ましい。これらのガイド９によって漸増延伸スピンドルと各繊維の最初の接触地点が一定化されると共に導入される繊維相互間の初期間隔３１も固定される。この初期間隔はその後のスピンドル内通路で起こる多少の間隔の減少に対応しうるように十分広くしておく必要がある。

位置決め手段９はまた複数の繊維が最初に接触する段部面上でのそれら複数の繊維の順序を決定する。一旦それら別個の繊維の相互の順序が導入位置決め手段９によって設定されると、その順序は付加的な案内手段を用いなくても延伸工程の全過程にわたっていずれの段でも維持される。したがって、各繊維は延伸装置を離れる時のそのままの状態で包装または次ぎの加工のために分離することができる。第３図には最初導入地点に２本の繊維だけが示されているが、同時にもっと多くの本数の繊維を延伸加工することができる。この繊維の数は最初または最も狭い段に並べられる繊維の数によって制限されるだけである。

第３図に示した導入位置決め手段すなわちガイド９は好ましくは複数の繊維の並列順序と相互間隔を決定しろるローうである。

しかしこのガイドは並列されたセラミックの穴または歯であってもよい。

第３図には、また、同−組の漸増延伸スピンドルで複数の繊維を別の仕方で延伸する例が示されている。すなわち、繊維５Ｃが前記の繊維５ａおよび５ｂよりも大きな直径の段部で第１のスピンドルに初めて接触している。したがって、この繊維５ｃはより早期にスピンドルと接触した繊維よりも低い程度ですなわちより小さい延伸比で延伸される。２本またはそれ以上の繊維がスピンドルの別々の段で最初にスピンドルに接触するようなり様で漸増延伸工程に導入された場合には、早い段階で接触した繊維が遅い段部で接触した繊維よりも強い程度で延伸される。第１段よりも前にスピンドルと接触した繊維５ａと５ｂは中間の段でスピンドルと接触した繊維５Ｃよりも程度が大きく延伸されるのである。

このように延伸程度の相違する繊維５ａと５０をより合わせて１本の繊維とすることもできる。このような繊維では成分フィラメントが多少互いに異なる収縮の仕方をするので、後のけん縮および熱処理の際には非常にかさばったものとなる。

第３図はこのような差別延伸法を例示している。すなわち、この例では１本の繊維５Ｃが前記の繊維５ａおよび５ｂよりも大きな直径の段部で漸増延伸スピンドルに入りそしてスピンドル面と初めて接触する。そしてより多く延伸された繊維５ａとより少なく延伸された繊維５ｃとが点６１のところでより合わせられてより太い１本の繊維加工されている０以上の説明から明らかなように、１セントの漸増延伸スピンドルで多くの種類の糸を差別的に延伸して組合せることが可能である。繊維は第３図の例のように別々の段でスピンドルに入るだけでなく同一の段でスピンドルに入りそして別々の段でスピンドルから出て行くようにしてもよい。

このような態様でも延伸度を糸毎に相違させながら同時的に延伸することができる。

第１図、第２図、第３図を参照して説明した上記の実施例では段つき回転漸増延伸スピンドルの各スピンドル上に存在する段の数とスピンドル上をらせん巻回される繊維のラップの数とは等しい。このような場合では、各繊維らせんは各段と１回だけ接触する。従って、繊維が形成するラップと段の数とは同じである。これに対して、第４図はある段では糸が複数回巻回される漸増延伸の実施例を示すものである。なお、このような同じ段で複数回巻回する延伸では種々の組合せ、種々の実施態様が可能である。

すべり易い繊維を扱う場合または大きい延伸比で延伸する場合、あるいはヒートセットまたは熱弛緩を強化することが所望される場合あるいはその他の処理を延伸の途中で実施して、たとえば、熱収縮性の低い繊維を製造する場合などでは、段の出現回数がらせん巻回の回数よりも低くなるように漸増延伸スピンドルを構成するのが有利である。すなわち、繊維５が最初の繊維置き面取外のスピンドル面に接触する時にすべての段またはある特定の段では２回またはそれ以上の回数だけ同一段に接触させるのである。

第４図を見ると、繊維５は段１３と段１５を２回通りそして段１６と段１７は１回だけ通過している。この場合、段の数が漸増延伸スピンドル上の繊維のラップ数よりもかなり少なくなるようスピンドルを構成することができる。漸増延伸される繊維５が１つの段で２回ラップをつくる場合には、すべりに対する摩擦抵抗は各延伸増分について増加し、かつまた繊維の延伸帯域滞留時間および弛緩時間も増える。このような構成を非同期式段形成方式（ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｔｅｒｒａｃｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）と呼ぶが、この方式での延伸でも各種の実施態様が可能である。この方式を差別延伸法と組合わせることもできる。

この非同期式段形成方式を実施するためには、本願の改良された１組の段つき漸増延伸スピンドルのために特定されるＤＩｔは連続すの延伸増分値を包含することになろう。すなわち、同し段にある１本の糸が２つの連続するランプを形成する場合には常にそれらの積が１に等しくなるＤＩ、とＤＴ”。

またはＤＩ’、とＤ［，。、の連続する数値を包含する。

第５図は回転段つき延伸スピンドル上で温度勾配を付与する改良された手段を示す。ごの実施例では各段ごとまたは各段グループごとに個別に制御可能な加熱手段が設けられている。段つきスピンドルは伝導性材料の複数の環状セグメント３６を組み合わせて構成することができ、各セグメントは薄い熱絶縁体層３７によって隣接するセグメントから絶縁される。連続するセグメント間に特に急傾斜の温度差が要求されるところには、はめ合わせたセグメント上に半径方向ひれ付き空気通路３日が形成されており、隣接セグメントどうしの接触面積を少なくしている。空気通路３８はセグメント間の速い空気の流れを促進し、高温のセグメントから低温のセグメントへの熱の流れを減少させるためにも利用することができる。これによって、隣接するセグメント間の温度差を１００℃はどの高さに安定的に保持することが可能となる。セグメントは段の端と一致するように形成され、段３９の出口側は隣接するより大きい段の中に挿入されて組み合わせられる。

したがってセグメント間のジヨイント部分はカバーされるので糸が加工中にセグメントのジヨイント部に捕えられてしまうおそれはない。

組立体を一体に保持するため適当にボルト締めまたはクランプ締めがなされる。

第５図はさらにセグメント的延伸装置内に配置された加熱手段４０を示す、すなわち、漸増延伸スピンドルは中空となっており、その軸よ沿って回転式または静置式熱エネルギー発注要素が配置されておりそしてスピンドルの内面に固定されている。これからスピンドルの各セグメントに熱が供給されるのである。加熱手段は電気的に作動されるものでありうる。そしてセグメントは誘導加熱または抵抗加熱あるいは蒸気または他の熱流体の供給によって加熱されうる。低温域のセグメントは個別に加熱してもよいし、また、高温域のセグメントからの伝導された熱によって加熱してもよい。

第６図は冷却またはアニールまたはヒートセットの処理を新規に延伸された繊維５にほどこすことができるようにした漸増延伸スピンドルの構成を示す。

第６図において、漸増延伸スピンドル１０と２０は第１のスピンドル１０が加熱されそして第ニスピンドル２０が加熱されないように構成されている。もちろん、両方のスピンドルが加熱されるようにしてもよい。そして図示実施例では一方のスピンドル（図示例ではスピンドル間０）のみが同心的にのびる延長部２３を有している。この延長部は段つきスピンドルに衝合された段つきでない円筒形の空冷延長セグメントを包含する。このセグメントはその衝合面に複数の空気通路３８を存し、セグメント接合部を通して半径方向に空気が流れるようにしている。この延長部の近くには分離アイドラーローラ４１が配置されており、わずかな間隔で多数の繊維ラップを空冷延長部上に置くことができるようになっている。

この延長部上に置かれた繊維のラップの数はスピンドルの段部上における繊維のランプの数およびらせんピンチに依存しない、この構成によると、糸の円筒形延長部の滞在時間が長くなりしたがって延伸された熱い繊維をコンパクトなスペース内でかつ延伸のために使用されるスピンドル駆動装置をそのまま使用して冷却することが可能となる。また、この構成はその延長部に適当な加熱手段を設けることによって糸のアニーリングのためにもし一トセッティングのためにも使用することができる。

第７図と第８図はスピンドル間の各繊維通路で繊維の温度を制御するためスピンドル間スペースに加熱手段２７を配置し、これによって高い配向性と高い延伸比の繊維を製造する実施例を示すものである。このスピンドル間の加熱器２７は前記したスピンドル加熱の実施例と関連させてまたは関連なく使用することができよう。また、スピンドル間の各々の繊維ｉｌｌ路に対して、または１つおきに、あるいはその他の組合せで加熱器２７を設けることができよう。またこのスピンドル間のヒータとしては繊維に接触することなく赤外放射エネルギーまたはマイクロ波エネルギーを付与する放射式のものあるいは凸面２８を存する接触加熱式のものなどでよく、特に好ましいのは双曲とつ面を有し、スピンドル間通路で繊維がその上をすべり移動して行くタイプのヒータである。

もう】くの好適なスピンドル間接触型ヒータの形状例は第８図に示したものである。この実施例では繊維の移動方向に垂直な方向の段部寸法７１が繊維５が向かっているスピンドル上の段部の軸方向長さ２ｉ’　に等しい段つき面を有し、加熱面７・９とスピンドル段部は１つの共通の正接面（ヒータから段部へ移動する繊維を包含する）を存している。さらにいま１つの好ましいスピンドル間ヒータの形状はわずかにねじれたリボンまたは双曲面７３の形状で、その入口側エツジ７４が繊維を供与する側の段部を並行で出口側エフシフ２が繊維を受は取る側の段部に並行しているものである。

スピンドル間ヒータは各漸増延伸の段階で異なる加熱温度を繊維に加えることができる。したがって、好ましい実施例では加熱手段は複数の段つき面を有し、それらの衝合部分はそれぞれ絶縁可能であり、各セグメントには電熱エレメントのごとき独立的に制御可能な熱源と熱電対やサーミスタのごとき温度センサが具備される。

スピンドル間に加熱帯域を設けることは格別に高い延伸比で延伸すべき繊維の製造ならびにきわめて高いレベルの分子配向性を有する繊維の製造のために特に効果的である。従来通常の延伸法では延伸比の限度は延伸の際にクリメタリフト間で伸ばされる結合分子に集中する応力によって決定されていた。これらの結合分子、そして繊維はこの応力集中が大きくなりすぎると破断してしまう＊　　（Ｐｒｅｖｏｒｓｅｋ　Ｃ，等の論文、Ｊ、　Ｍａｔｅｒ、　Ｓｃｉ、　１２．２３１０−２３２８　（１９７７）参照）、漸増延伸にスピンドル間加熱を使用すると結合分子内での応力集中が各漸増延伸段階で分散され、したがって応力蓄積が回避されてさらに結合分子を伸ばすことが可能となり、このため非常に高い延伸比と高度の分子配向が達成できる。この周期的応力緩和の効果は、特に繊維の加工が１分間１０００メートルを超す速度でおこなわれている際には、スピンドル間のこの加熱帯域を長くすることによって増大させることができる。

この加熱帯域の長さは２１以下から５メートル以上の範囲であり得、好ましくは０．５乃至１５メートルである。

上記のスピンドル間加熱の温度は加工されるべき繊維を構成する重合体の性質ならびに加工速度により変りうる。すべての加熱器の温度は同一であってもあるいは最大または最低に至る１つの温度プロフィールに従って変化させてもよい、モジユラスの高い繊維を製造する場合には、延伸の進行と共に単調に増加する温度プロフィールが好ましい。この場合、その最初段の温度は被延伸重合体のガラス転移温度（Ｔｇ）より約５℃高い温度そして最終段の温度は完全に延伸された繊維の粘着点または融点より約１０℃低い温度が好ましい。

スピンドル間の距離を調節することは繊維のスピンドル間経過時間の制御手段として役立つから、その繊維内の応力緩和時間ならびに覆和程度をそれによって調節することができる。

アラミド繊維は通常Ｋｗｏｌｅｋに与えられた米国特許第３６７１．５４２号（１９７２）およびＢｌａｄｅｓに与えられた米国特許第３８６９４３０号（１９７４）の各明細書に記載されている紡績方法によってつくられる。この種の繊維およびある種の他の繊維は分子基本骨格に沿って配列されたベンゼン環とポリ芳香族基とを有し、それらの基が固い柔軟性のない化学結合で相互に結合されている長い柔軟性のない棒状重合体分子から構成されている。このような棒状分子は紡糸口金のノズルから押出された時に整然とした凝集体すなわち流れの方向に高度に配向された状態の“液晶”を形成する。

したがって、液晶重合体は紡糸された状態のままでさらに延伸加工しなくとも非常に高度に分子配向されたきわめて丈夫な繊維となる。

しかし、アラミド繊維のような紡糸液晶繊維の引張り強度および特にモジュラスは少しずつ漸進的に延伸し、加熱漸増延伸スピンドルを使用して全部で繊維長を３乃至１５％延長させることによって実質的に向上させることができる。したがって、かかる液晶重合体のガラス転移温度近辺の表面温度を作動温度とするスピンドル間ヒータが好ましい加熱手段である。漸増延伸の各段階の延伸程度がそれぞれ０．２乃至３％、そして漸増延伸の段数が約３乃至１２段であるのが好ましい。延伸を１２段階で実施し、各段階での平均延伸増分を約１．０１とした場合には、全体の延伸比は（１，０１）目すなわち１．１２となる。この後、繊維はアニールおよび冷却処理にかけられる。

たとえば、デュポン社の“ｋｅｖｌａｒ　２９”　すなわち３５０デニールアラミド繊維の場合では、最小直径３０ｃｍ、最大直径３３ｃ１１の１対の段つき漸増延伸スピンドルにかけられている。この段つきスピンドルの外観は第９図に示されている。糸（紡出繊維）５は地点７で第１のスピンドル１０と接触しその第１の接触面１２上で２回巻回しそして次ぎに５つの段部１５乃至１９をそれぞれ１回ずつ順次通過する。６番目の段部１３は糸導出段であり終りの４つのラップを収容しうるように大きくなっている。この段部はアニール段または熱安定化段として働く。この段から糸は１対の常温冷却ローラ４４へ案内され、そして最後に巻取り包装工程４１　（図示なし）に送られる。

アラミド繊維を延伸するために必要な大きな力に抵抗しうるようにするため、漸増延伸スピンドル１０と２０は両スピンドルの片持ち軸の外側端部に弾性的に設けられた２つの軸受４７を結合している結合部材４６によって安定化されている。この結合部材４６は２つのスピンドルの軸４８を強固にして軸が互いの方に向ってたわむのを防止している。スピンドル間にある接触型ヒータは約２７０℃の一定温度で作動される。このそうち装置で処理されたアラミド繊維は未処理繊維に比較して約１乃至２％の引張り強度の増加そして約５０乃至７０％のモジュラスの増加を示す。

破断時のパーセント伸びは未処理の４％の数値から約２乃至３％の数値まで減少する。

引張り強度とモジュラスの向上はピッチから製造された炭素／グラファイト繊維および特にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）前駆物質から製造された繊維の場合にもみられる。炭素繊維のためのポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）前駆物質繊維および特にポリアクリロニトリル共重合体前駆物質繊維は約１３０℃に設定されたスピンドル間ヒータを使用した漸増延伸スピンドルにかけることによって約３５％まで延伸される。このようなポリアクリロニトリル繊維の延伸は通常の延伸方法では一般に達成不可能である。

漸増延伸され、次いで標準的熱安定化、酸化および黒鉛化処理されたポリアクリロニトリル前駆物質繊維から製造された炭素／グラファイト繊維は未処理の前駆物質繊維から製造された炭素／グラファイト繊維よりも高い引張り強度とモジュラスを有する。

メソ相（液晶）ピッチから押出した炭素前駆物質繊維は安定化処理しながら、すなわち、ピッチ分子の架橋、ならびに部分的酸化を促進するため熱処理しながら漸増延伸加工することができる。

この漸増延伸はピッチの屈熱性結晶の配向を強めそして最終的な炭素／グラファイト繊維の引張強度と引張りのモジュラスを改良する。ポリアクリロニトリル前駆物質繊維の安定化と部分的酸化を行ないながら同様に漸増延伸する方法によりＰＡＮから製造された繊維の引張り強度とモジュラスを改良することもできる。

前駆物質繊維の漸増延伸の１例として、メソ相ピッチは溶融物から紡出されて繊維に成形され、これらの繊維は冷却されそして低速度で１対の漸増延伸スピンドルと長いダブルバンクのスピンドル間ヒータ（好ましくは放射加熱型または対流加熱型ヒータ）とからなる組立体に供給される。スピンドルの内部には加熱手段を設ける必要はない。なぜならば、架橋、酸化および延伸のために必要な熱はスピンドル間の加熱手段によって供給されるからである。スピンドル間加熱手段は大気に開放されておりそして繊維温度がスピンドル間の最初の繊維ｉ！１路で約２００℃そして最後の通路では約３１０℃になるよう配置される。スピンドルはこのスピンドル間加熱集合体中の繊維の滞在時間が約２時間になるような緩速で運転される。漸増延伸スピンドルは最初のスピンドル間通路で約３％延伸され、最後の通路ではわずか０．２％だけ延伸されそして全体で約３倍の延伸比になるような非線形延伸増分プロフィールを有し、この漸増延伸スピンドルのまわりに繊維は約２０のう、ブを形成するよう巻回される。スピンドル表面スピンドル開面はセラミックまたは非粘着性のフルオロカーボンでコーティングされうる。

この後、繊維は窒素雰囲気中約１９００℃で運転される黒鉛化炉へ通される。繊維はこの時１９００℃の窒素雰囲気中に少なくとも５分間滞在する。この方法で製造された繊維は、漸増延伸なしで同じ熱処理を受けた繊維に比較して３０乃至５０％高い引張り強度とモジュラスを有する。

ガラス繊維も同様に複数の段を有する延伸スピンドルにかけて漸増延伸することができる。ガラス繊維の場合、電熱エレメントのようなスピンドル間放射加熱器を使用してガラス繊維の温度をその最低軟化温度まで上げるのが望ましい、直径が１ミクロンまたはそれ以下の丈夫なガラス繊維がこの方法で高速で製造することができる。延伸された繊維はただちに高分子油または重合体塗料でコーティングして繊維を水分ならびに使用時の亀裂発生に対して保護してやる必要がある。

第１０図は米国特許第３９７８１９２号明細書に“タンデム延伸”と呼ばれて開示されている延伸方式に対する改良を示すものである。

その改良点は段つき漸増延伸スピンドルと直列に１組またはそれ以上の段なし円筒形延伸スピンドル５０を配置したことである。

この場合、その円筒形延伸スピンドルは段つき漸増延伸スピンドルの上流側に置いても下流側に置いてもよい。第１０図にはこの円筒形延伸スピンドル５０の斜視図が含まれている。この円筒形延伸スピンドルが段つき漸増延伸スピンドルの上流側に配置された場合には、それを繊維のガラス転移温度以上まで加熱しそして繊維が最初に接触する第１段部の面速度よりも遅い面速度で運転し、これによってその繊維が段つき漸増延伸スピンドルに入る前に部分的に延伸されるようにするのが好ましい。反対に、あるいは、付加的に、第９図に示したように漸増延伸スピンドル１０と２０の下流側に円筒形延伸スピンドル５０を配置した場合には、それを漸増延伸スピンドル２０上の最大延伸面２６の面速度よりも高速で運転し漸増延伸スピンドルを去った後でもさらに追加的延伸を受けるようにするのが望ましい。段なしの円筒形延伸スピンドルは内部加熱手段を有していてもをしていなくてもよい。

上記の段つき延伸スピンドルと段なし円筒形延伸スピンドルとをタンデム配置することにより得られる重要な利点は段つき漸増延伸スピンドルだけでは達成できないような柔軟かつ綿密な延伸比の調節が可能となることである。たとえば、漸増延伸スピンドル上の段部の最小直径が３インチそして最大直径が６インチ、すなわち１：２の比である場合において、漸増延伸に後続するタンデム円筒形延伸スピンドルの面速度を上記最大段部の面速度の何倍かの速度に設定すれば、１：２よりも分数または整数でより大きい延伸比が得られ、所望の全体的延伸比が与えられる０例を示せば、２．４６の延伸比が必要な場合、後続タンデム円筒形スピンドルを最後の段部５２の面速度の１．２３倍の速度で運転するのである。いま１つの例を示せば、５．２３の全延伸比が必要な場合、タンデム円筒形スピンドルの面速度を最大段部の面速度の５．２３／２すなわち２．６１５倍の速度に設定するのである。他方、段なし円筒形スピンドルが段つき漸増延伸スピンドルに先行して前置されている場合には、段つきスピンドルの最初の接触面５１の面速度よりも、たとえば、１．７５倍だけ低い面速度で運転することができる。そして後置の円筒形延伸スピンドルは最後の段５２の面速度よりも、たとえば、１．４９４倍だけ高い速度で運転できる。

この組合せによる合計タンデム延伸比は、したがって、１．７５Ｘ２、　ＯＸ　１．４９４　＝　５．２３となる。タンデム円筒形延伸スピンドルの設定速度を変更することは円筒形延伸スピンドル５０および特に段つき漸増延伸スピンドル１０と２０の直径を変更することによりもはるかに簡単かつ柔軟性のある作業である。段つき漸増延伸スピンドルと段なし円筒形延伸スピンドルとをタンデム配置することにより得られるその他の重要な利点を示せば以下のごとくである。

（１）全体の延伸比を減少することなく漸増延伸スピンドルの軸方向寸法および重量を減らすことができる：（２）コンパクトなスピンドルの組合せで高い延伸比が得られる；（３）１組のタンデムスピンドルを非常に広範囲な加工条件に適合させて運転することができる。これは機械の所有者にとっては重要な利点である；（４）供給される繊維の重合体粘度、デニールおよびその他特性の変動を補償するためきめ細かな延伸比の調節ができる。したがって、最終繊維の破断伸びなどの緒特性を所望のごとく補正することができる。

タンデム延伸は繊維成形工程は繊維延伸工程とが１つの作業工程として組合せられている場合に使用する方法として特に好適である。このような場合では、漸増延伸スピンドルは新らしく紡出された繊維を受取り、加速しそして過度または傷害的力を加えることなく繊維を漸進的に延伸する。複数の段をもつこの漸増延伸スピンドルから出て行く繊維５は部分的に配向されておりかつ十分に強化されているから、その後のタンデム配置された円筒形延伸スピンドル５０によって最終目的延伸比まで高速で完全に延伸することが可能となる。

米国特許第３９７８１９２号明細書は”漸増延伸を繊維が溶融紡出または押出される速度で実行すれば、繊維の中間貯蔵が不要になる′ことを教示している。熔融紡糸工程が後述する特定の作動原理に従ってタンデム式漸増延伸工程と直接的に結合されるならば、まったく予期されなかったような生産性の増大および品質向上が実現できる。そしてその原理に従って運転された場合には、向上された複屈折Ｃｂｒｒｅｆｒ：ｎｇａｎｃｅ）均一性、断面的−性およびその他物理的特性の向上が得られる。かかる結合方式を示したものが第１１図であり、１つの紡糸段がＩＭまたは複数組の漸増延伸スピンドル１０と２０と組み合されており、かつその漸増延伸スピンドル１０と２０には１組または複数組の円筒形延伸スピンドル５０がタンデムに後置されて全体が構成されている。

好ましい運転方法では、各フィラメントが口金パック６２を通じて押出されそして冷風６３で冷却または急冷される。各フィラメントは繊維冷却帯域の出口５６を出る時に１本またはそれ以上の繊維に合体される。この時に各フィラメントが均゛等に冷却されておりそして最低の配向と複屈折性を有していることが好ましい。

冷却および複屈折の均一性ならびに低い配向を達成するためには次ぎのことが要求される。すなわち、溶融紡出されたフィラメント６４が紡糸口金６２から冷却後最初に接触する固体面６６までのｉ！１路において最少限の伸張と加速のみを受けるべきことおよび冷却空気流が各フィラメントのまわりに渦巻流を最少にして均等に流れるべきことである。溶融紡糸された繊維に加えられるべき伸張および加速の正確な蓋は紡糸口金の穴の直径（図示せず）および最終デニールならびに重合体の粘度と化学組成により決定されるであろう。一般的原則は紡糸段の領域では伸張を最少限におさえ、つぎの延伸頭域で伸張を最大限になすべきことである。これは、新らしく形成されたばかりの未固化繊維６４が冷却ゾーン６５にある間は伸びと加速をできるだけ低くしそして紡糸口金の面から加工点まで安定した繊維線の流れを維持しうる必要最少限の張力を発生させることを意味する。

したがって、冷却ゾーン出口５６における繊維線の速度はその繊維の自由落下速度に近いものであるべきである。一般的に、それは自由落下速度の１乃至２０倍の速度、ただし、押出しが下向きになされる場合には、好ましくは自由落下速度の１乃至５倍の速度である。紡糸口金オリフィス内での重合体流れ速度と冷却ゾーン出口５６との間の区間での好ましい速度増加は、フィラメント１本につき５乃至３０デニール（９０００メートル当りのグラム数）の最終延伸重量の繊維の場合において、５乃至１５倍である。１フイラメントにつき１乃至３デニールの極細繊維の場合ではより高い加速が使用されるであろう。また、押出し上向きである場合にもより高い加速が使用されるであろう。

漸増延伸スピンドル１０と２０と、円筒形スピンドル５０とからなるタンデム漸増延伸スピンドル組立体は冷却されたばかりの繊！５９をおだやかに加速しそして最終速度まで延伸する。延伸度は従来の延伸方式または高速紡糸法で通常可能な程度よりある程度高くすることができる。冷却ゾーンを出ると、低配向の糸は高速で紡出されてきた糸よりも高程度に加速し伸張することができるから全体としての生産性は向上される。冷却ゾーン６５においてフィラメント６４を低加速するので冷却時間が延長され、そして特に同一の口金から多数のフィラメントが出てくる場合、フィラメント間の複屈折性の一様性が向上される。

紡糸機または押出機に直列に作動する段つき延伸スピンドルと円筒形タンデム延伸スピンドルとの組立体にかけて新規に紡出された繊維を加速および伸張することにより、加速と伸張が従来通常の延伸スピンドルを使用した場合よりもはるかに円滑かつ高度に行なわれる０重合体特性の変動または製品仕様の変更を補償するための小さなまたは大きな延伸比の補正が最終タンデム延伸段における延伸比を変更することによって容易に実施することができる。熔融紡糸繊維の場合、漸増延伸域に対してタンデムである延伸域内での繊維の加速と伸張は通常約１．５倍以上である。

第１２図は非同形スピンドル対を使用して繊維５を漸増延伸する実施例を示す。

この実施例では、第２スピンドル２０は同軸的にのびる小直径円筒形延長部８１を有している。この延長部は主スピンドル軸２１のまわりを独立的かつ自由に回転しうるように取り付けられている。これによって、糸らせんは先行の段部上のピッチ８４より小さいピッチ８３をとることができる。したがって段部上の滞在時間が実質的に増加されうる。この実施例は延伸の後で冷却およびヒートセットする場合に有用であり、第６図の実施例に類似した使用ができる。ただし、第６図の構成よりコンパクトであり、糸の整列も容易である。

第１３図は高分子ポリエチレン繊維のようなゲル紡糸繊維の漸増延伸法を示すものである。ゲル紡糸繊維は分子量の非常に大きい重合体の比較的Ｉ＠頂な溶液からつくられる。このような重合体の代表的例は約１．９百万ダルトンの分子量をもつ線状ポリエチレンである。繊維はこのような高分子ポリエチレンをデカリンやパラフィンに溶解した比較的稀薄な（約５％）溶液を押出して製造される。このような繊維を紡出および延伸する方法は米国特許第４４２２４３３号（Ｓｗｉｔｈ等、１９８３年１２月２７日）および米国特許第４４１３１１０号（ＫａｖｅｓｈおよびＰｒｅｖｏｒｓｅｋ、　　１９８３年１１月１日）各明細書等の文献に記載されている。

ゲル紡糸繊維の１つの特徴はその極端な延伸性であり、これにより非常に高い分子配向と非常に大きな強度が与えられる。この延伸性を完全に実現するためには、低い延伸速度で延伸する必要があり、これは必然的に生産スピードを低下させることになる。

ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニルのような重合体のゲル紡糸繊維、アクリロニトリル、ナイロン−６および特に鎖状高分子ポリエチレンからつくられた繊維は漸増延伸スピンドルにかけて漸増延伸加工した場合にはその延伸性の限界まで延伸することができそして非常に高い配向と引張強度が得られる。さらに、漸増延伸法では機械の生産性が向上される。なぜならば、漸増延伸により延伸速度は低く保持されるが、繊維の送り速度は高くできるからである。漸増延伸は本来繊維の延伸速度と繊維の送り速度とを切りはなす効果を存するものである。

第１３図に示すように、新らたに押出された重合体ゲルフィラメント６４は液体浴８７に入る。この浴は重合体ゲルを冷却硬化しかつ／または繊維から溶剤を抽出する。フィラメントの束は適当なガイドおよびローラ８８によって１組の漸増延伸スピンドル８９まで案内される。この１組の漸増延伸スピンドルは冷却または抽出浴内に潜水されており、繊維が抽出を受けている間にそれを漸進的に延伸する。この漸増延伸スピンドル対８９は抽出の完全性と速度とを上昇させ、かつ同時に冷却または抽出の程度に応じて調節可能な速度で繊維を延伸する。

もし、現在普通に行なわれているように、新規押出しゲル繊維が冷却または押出浴内を引っ張られて通過されるだけであったならば、その繊維のすべての伸長または変形は制御されない速い速度でゲル化したフィラメントの熔融された、未抽出の最も柔らか部分に起こり、この時に重合体分子の配向を効果的に増進することはないであろう。この結果として、箱板で１９８５年８月に開催された国際シンポジウムの議事録、　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　　ｏｆ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　５ｙｎｐｏｓｉｕ＋＊　ｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　５ｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第４図、２０−２３頁、ｌ５Ｆ−８５の　＠［ＩＩｔｒａ−Ｈｉｇｈ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｐｏ１ｙｅｔｈｙｌｅｎｅＦｉｂｅｒｓ　 ’で７１．　Ｊ、　ｐｅｎｎｉｎｇｓは、湿潤繊維の伸張が増加するにつれてゲル紡糸繊維の引張り強度は減少すると報告している。これとは対照的に、浴に沈潜された漸増延伸スピンドルは固化と抽出がすでに開始された後そして冷却と抽出が継続している時に制御された低速度でゲル繊維を伸張させている。延伸速度は延伸増分の数および各延伸増分の大きさによって決定されるから、繊維の軸とポリエチレン分子とのより効果的アラインメントが生じ、Ｐｅｎｎｉｎｇｓによって報告された湿潤繊維伸張に伴なう引張り強度の低下ということが８亥当しなくなる。

冷却または抽出された繊維９０は通風乾燥室９１に送られ、ここで残存溶剤が除去されると共に繊維は第２の組の漸増延伸スピンドル６６にかけられてさらに延伸される。この乾燥室から出た乾燥繊維はスピンドル間ヒータ２７とタンデム延伸ローラ５０との具備した最終組の漸増延伸スピンドル９３へ送られ、ここで繊維５はその最終延伸度に到達しそしてまた熱処理、欠陥修復、アニール、冷却の処理にかけられる。冷却・抽出浴、乾燥室、最終延伸スピンドルで達成される典型的延伸比は、純延伸比が７３．５倍である場合において、それぞれ、７倍、２．１倍、５．０である。

ゲル紡糸プロセスにおける上記した複数組の漸増延伸スピンドルの配置ならびに延伸比の配分については各種の変更および実施Ｂ様が可能である。１つの特に効果的な実施匙様は乾燥デル紡出繊維にのみ働＜Ｈｆｌの漸増クンデム延伸スピンドルをカスケード配置するものである。このような実施例が第１４図に示されており、以下にその説明をする。

図で繊維５は合計で３５０デニールの２０本のフィラメントからなる乾燥され部分的に配向されたゲル紡出超高分子ポリエチレン繊維である。この繊維５が供給ボビン３４から、あるいは、直接的に前延伸段階、即ち乾燥室から計量供給ローラ６８へ案内されそして次ぎに最小段直径が３インチそして最大段直径が１２．１５インチの第１組の漸増延伸スピンドル１０．２０へ送られる。繊維５が最初に接触するスピンドル１０は全部で１０段そして２番目のスピンドル２０は１つ少ない９段の段部を有する。これら段部の配置は繊維らせんがこの１対のスピンドル上で１０のランプをつくり、各スピンドル上の各段部には１回だけ接触し、最後の接触は最初に接触したスピンドル１０上でなされるようになっている。第１組の漸増延伸スピンドルＩＯと２０を通過する時に、繊維５０は２０の延伸増分で４．５倍延伸される。各延伸増分は繊維に平均１．０７２倍の延伸を加える。これは繊維によって接触される連続する各段部の直径が先行段部よりも平均７．２％大きくなっているためである。実際の延伸増分は最初が９％そして最後が５％である。２つのスピンドル間を通る時に繊維はスピンドル間ヒータ２７によって加熱されうる。このヒータは、本実施例の場合、繊維の最初のスピンドル間の通路に対する約１３０℃の温度から始まり最後のスピンドル間通路に対する約１４０℃の温度まで漸進的に上昇する温度勾配を維持している。

計量供給ローラ６８は繊維５の漸増延伸スピンドルｌ０５２０までの流れを制ｊ１する。そしてスピンドル１０における繊維の最初の接触面の面速度よりも１乃至５％低い面速度で通常運転される。このローラ６８は、特に内部加熱される場合、タンデム延伸ローラとしても役立てることができる。

点６の位置で第１組の漸増延伸スピンドルを退去した繊維は次ぎに第２組の漸増延伸スピンドル９５．９６に入る。スピンドル１０上の任意の段から出して繊維を第２組の漸増延伸スピンドル９５．９６上の任意の段に入れるための手段として１Ｍｉの調節可能なガイド９９を使用することができる。最大延伸比で運転する場合には、これらガイド９９の位置は繊維をスピンドル１０上の最大直径の段部で退出させそしてスピンドル９５上の最小直径の段部に向かわせるように調節される。スピンドル９５上の繊維進入面は通常第１組の漸増延伸スピンドル上の繊維退出面の速度よりも調節可能にやや高いまたはやや低い速度で動く。これは第１組の漸増延伸スピンドルから第２ｍの漸増延伸スピンドルへカスケードしている繊維の張力と延伸度を正確に制御できるようにするためである。

本実施例の場合、第２組の漸増延伸スピンドル９５．９６は第１組の漸増延伸スピンドルとは動作が相違する。この第２組の漸増延伸スピンドルは典型的には繊維の１０ラツプを収容し、各ラップは各スピンドルの段部に順次各１回接触する。最初のスピンドル９５には１０の段部があり、２番目のスピンドル９６には９の段部がある。これら各スピンドル上の各段部は順次、同じスピンドル上の先行段部よりも直径が平均名目４％ずつ大きくなっている。したがって、第２組の漸増延伸スピンドルによって達成される全体の延伸比は１．４８０倍すなわち１．０４の１０乗である。

実際の延伸増分は最初が５％そして最後が３％である。さらに、最初に接触するスピンドル９５は２番目に接触するスピンドル２６とは次ぎの点で相違する。すなわち、糸を受は取る２番目のスピンドル９６上の各段部は糸のその部分が丁度そこから出ていった１番目のスピンドル９５上の段部と実質的に同じ直径を有しており、したがって糸はこのスピンドル対を巻回する１つの完全なラップがそれぞれ２回ではなく１回延伸を受けるようになることである。このような段部直径増分の配分によると延伸の段階間に加工中の繊維の加熱、応力緩和、分子欠陥除去のためにより多くの時間を与えることができる。このような時間の増加は繊維延伸比の上限においては特に重要となる。第２組の漸増延伸スピンドル上での延伸増分はより小さくなるからである。第２＆ｌｌの漸増延伸スピンドルについても第２の組のスピンドル間ヒータ９７を組込むことができる。このヒータは好ましくは最初のラップに対する約１４０℃の温度からスタートして最後のラップに対する約１４６℃の温度までの温度勾配をもって作動する。

本実施例における２つの組の漸増延伸スピンドルによって達成される総延伸は第１１１による延伸と第２組による延伸との積であり、ｔ　０５　Ｘ　１．４８、すなわち名目６倍である。第２ｋｌｌの漸増延伸スピンドルを退出した後、繊維はさらにタンデム円筒形ローラ対５０により延伸され、そしてヒートセット処理、冷却処理およびその他処理にかけることができまた包装されてもよい、仕上げられた繊維は１デニールにつき約３４グラムまたはそれ以上の破断強度およびと１デニールにつき約１２００グラムのモジュラスを有する。その破断時伸びは４％である。

第１５図は新規なステーブルファイバートウ製造プロセスに漸増延伸スピンドルを使用した実施例を示す。

多数の紡糸バック６２から押出されそして隣接する冷却段６３で空冷された繊維５を受取りそして延伸するために複数組の漸増延伸スピンドル９３が機械の面仮に取り付けられている。漸増延伸スピンドルは１組で複数本の繊維を扱うよう設計されている。

■乃至３つの紡糸バック６２からの形成された糸条５がガイド８８によってスピンドル９３まで導かれトウに入る前にここで漸増延伸される。スピンドル９３に後続して延伸比の調節のできる１組のタンデム延伸ロール５０を配置することができる。各組の漸増延伸スピンドルから出た延伸後の繊維は合体されて太い１本のトウ９８にされる。このトウはつぎにけん縮、ヒートセットおよびその他の処理に高速かつ最少限のハンドリングでかけられる。図示したプロセスは従来のステーブルファイバートウ製造プロセスとは繊維が集められてトウにされる前に延伸が行われる点で相違する。従来のプロセスでは未延伸の繊維が集合されて１本の大いトウが形成されていた。この未延伸トウがつぎに大いトウを延伸するトウ延伸機に送られるのであるう本実施例によるステーブルファイバー製造法は低速大型のトウ延伸機が不要となる利点を有する。未延伸の紡出したままの繊維からなるトウを緩慢に取扱い、貯蔵し、輸送する必要もない。

これらの利点は、延伸が複数の離隔した段つき漸増延伸スピンドルで実施された場合には繊維を紡出速度に匹敵する速度で延伸することができるという理由にもっばら依存するものである。

以下は、本発明の原理をとり入れたスピンドルが、式ｆｌ）ないしく５）のすべてに従ってどのように設計されるかを示す例である。本例においては以下のパラメータは予め設定されている、即ち、傾斜角度（φ）＝８°；最初の交点の軸方向距離（ａ　＋）　−３，３５″；最初の接点におけるスピンドルの半径（ｒ　、）　＝　２．５０″。さらに、連続する１０段の延伸増分（Ｄ［ｉおよびＤｌｉ’）は、以下のように設定された、即ち、＋１０．１．１０．１．０９．１．０９，１．０Ｂ。

１．０７．　１．０７．　１．０５．　１．０４．および１．０３計算した結果、諸式より、以下の値が得られた。

スピンドル■に肢して指（」　−■Ｌ　　ＬＬ　　主Ｌ　　ＬＬＬ　　　　　１．１０　　　２．５　　　３．３５　　　．６６２２　　　　１．０９　　　３．０３　　　４．０１　　　．７９８３　　　　１．０Ｂ　　　　３．５９　　　４．８１　　　．９４２４　　　　１．０７　　　４．１５　　　５．７５　　１．０７９５　　　　１．０４　　　４．６７　　　６．８３　　１．１８６６　　　　　　　　　５、００スビンール■に・し指ＪＬ１　−１月二　　　二　　　主Ｌ　　　ＩＬ］、　　　　１．１０　　　２．７５　　３．６７　　　．７２９２　　　１．０９　　　３．３０　　４．３９　　　．８６９３　　　１．０７　　　３．８８　　５．２６　　１．０１１４　　　１．０５　　　４．４４　　６．２８　　１．１４０５　　　１．０３　　　４．４８項ｐ、およびｐ＋’はそれぞれ式＋１１および（３）を順次適用して得られたものである。式（２）および（４）からは、ａ、およびｈ′の対応する値が得られた。ここでｐｔ　、ｐｉ’およびａｉ、ａｉ’はそれぞれ、他のパラメータも用いて、所望の延伸増分を与えるスピンドルの微小段部の、連続する軸方向の幅寸法および連続する半径であることがわかるだろう。

本明細書において用いられた「繊維」という語は、連続する長さの単フィラメントの繊維、および多フィラメントの繊維を含む。

以上、本発明の特徴および効果を図示した実施例を参照しながら説明したが、これらは本発明を説明するものであって、本発明を限定するものではない。本発明は特許請求の範囲で使用されている広い一般的な言葉の意味で理解されるべきである。

ノフグ２コＪｒ４Ｊア５Ｌ７Ｆ？ノブ７、１２補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成２年１１月　９日特許庁長官　植　松　　敏　　殿ｌ、特許出願の表示ＰＣＴ／ＵＳ８９１０１９３０２、発明の名称繊維を漸増的に延伸するための改良された方法及び装置３、特許出願人氏名　　　サスマン、マーティン　ヴイ。

（１１補正書の翻訳文　　　　　　　　１通繊維はこのような高分子ポリエチレンをデカリンやパラフィンに溶解した比較的稀薄な（約５％）溶液を押出して製造される。

このような繊維を紡出および延伸する方法は米国特許第４４２２９９３号（Ｓｍ４ｔｈ等、１９８３年１２月２７日）および米国特許第４４１３１１０号（ＫａｖｅｓｈおよびＰｒｅｖｏｒｓｅｋ＋　　１９８３年１１月１日）各明細書等の文献に記載されている。

ポリアセタール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニルのような重合体のゲル紡糸繊維、アクリロニトリル、ナイロン−６および特に鎖状高分子ポリエチレンからつくられた繊維は漸増延伸スピンドルにかけて漸増延伸加工した場合にはその延伸性の限界まで延伸することができそして非常に高い配向と引張強度が得られる。さらに、漸増延伸法では機械の生産性が向上される。なぜならば、漸増延伸により延伸速度は低く保持されるが、繊維の送り速度は高くできるからである。漸増延伸は本来繊維の延伸速度と繊維の送り速度とを切りはなす効果を有するものである。

第１３図に示すように、新らたに押出された重合体ゲルフィラメント６４は液体浴８７に入る。この浴は重合体ゲルを冷却硬化しかつ／または繊維から溶剤を特徴する請求の範囲１、　繊維を複数の互いに離隔されたスピンドルの間に複数のらせん巻回させながら通してわずかな増分ずつ該繊維を延伸するための方法であって、該繊維は、一部前もって引き伸ばされていてもよく、各スピンドルは該繊維のらせん巻回を横断する方向にのびる軸を中心にして延在しそして他方のスピンドルの軸に関して傾斜されており、該各スピンドルは繊維を支承する回転外面を有し、該回転外面の半径は上記軸に沿って変化しこれによって該外面はテーバをつけられており、この繊維支承面は該スピンドルの回転軸に実質的に並行な分離した異径の円周状の複数の小段部によって構成されており、該繊維支承面は該繊維の各らせん巻きと摩擦係合しそしてその繊維に実質的になんら軸方向の拘束力を加えることなく該らせん巻きを支持するようになっている上記繊維延伸方法において、第１のスピンドル上の該小段部のそれぞれにその小段部に接触している繊維部分に加えられる延伸増分に依存しかつ下記第１の式によって実質的に定まる該繊維のらせん巻きのピッチＰ、に等しい幅寸法を与えることを特徴とする繊維延伸方法。

ｐｉ　＝　［（Ｄｒｔ　＋　ｃｏｓφ）ｒ＝　−ａ！ｓｉｎ　φ］ｓｉｎ　φ［式中、 φは該複数スピンドルに対して共通な垂線に沿った投影で測定した該複数スピンドル軸の傾斜角度；ａ；は上記スピンドル軸どうしの交点と、上記投影での“ｉ″番目の繊維ラップと第１スピンドル軸との交点との間の軸方向距離である、ここで、ａ８はａ、以外のものでありａ、に関して下記第２の式で示される関係がある：ａｌは上記した投影での複数スピンドル軸どうしの交点と、繊維と第１スピンドルの軸との最初の交点との間の軸方向距離；ｐ、は軸方向ピッチ、すなわち該スピンドル軸上で測定した繊維ラップと第１スピンドル軸との連続順番の交差点間の距離である、ＤＩ、は繊維が第１スピンドルから第２スピンドルへ移動する時に位置ａ、においてその繊維に加わる延伸比増分であり、半径　＋。

とｒｌ　との比、すなわち第２スピンドルの繊維を受は取る段の半径と第１スピンドルの繊維を送り出す段の半径との比に等しい；そして、ｒｉ　は軸方開路Ｍ　ａ　、における第１スピンドルの半径であり、ｒ、に小段部ｒ、に先行するすべての延伸増分の積を乗じたものにほぼ等しい、ｒｌ　は該第１スピンドル上の最初の接触面の半径である。

Ｚ　少なくとも１つの、中間の小段部に、１つの連続する繊維の２つないしそれ以上のラップが接触することを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

３、少なくとも１つの小段部に、２つないしそれ以上の並行する、連続的な個々の繊維が接触することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の繊維延伸方法。

４、　該スピンドル間の距離が調節可能であり、それによって（ａ）繊維がスピンドル間を通過する時間、および伽）繊維に加わる応力の弛緩の程度を制御することを特徴とする請求項第１項記載の繊維延伸方法。

５、　一つないしそれ以上の小段部の温度が調節できることを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

６、　温度の異なる連続する小段部の間が、熱的に絶縁されていることを特徴とする請求の範囲第５項記載の繊維延伸方法。

７、　繊維の延伸後に繊維のアニールを行なうことを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

８、　別設の回転自在のアイドラーローラーと、少なくとも１つの該小段部を設けたスピンドル上の段部を持たない円筒状の同軸のスピンドル延長部であって、繊維が接触する咳小段部のうち最終のものの直径とほぼ等しいかあるいはやや大きな直径を持つ延長部とに、繊維が繰り返し接触し、また該繊維を冷却あるいは加熱するために該延長部の温度が調節できることを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

９１．該繊維の延伸が２００ｍ／分以上、好適には２０００ｍ／分以上の速度で成されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

１０、繊維に物理的処理、あるいは化学的処理、あるいはそれらを組み合わせた処理を施すために、該スピンドルを気体ないし液体の雰囲気の中に置くことを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

１１、繊維が１つのスピンドルから別のスピンドルへ移動する際に、繊維を温度調節可能なエレメントに接触させることにより、繊維を加熱することを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

１２、該繊維は溶剤を含むあるいは含まないゲル状の重合体より成ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

１３、該繊維は重合体の溶液よりなり、該繊維が複数段の漸増延伸を受ける間に溶剤が同時にそれから抽出されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

１４゜該重合体繊維はガラス転移温度付近で延伸されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

】５．該増分は延伸増加の程度として、小さいものとされていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

１６、第２の該スピンドル上の第２の一連の小段部のそれぞれにその小段部に接触している繊維部分に加えられる延伸増分に依存し、かつ下記第３の弐によって実質的に定まる繊維のらせん巻きのピッチＰ、′に依存する幅寸法を与えることを特徴とする繊維延伸方法。

ｐｔ’　　＝　　［（０１％　　十　ｃｏｓ　φ）ｒｔ’　　　　　ａｔ’　　ｓｉｎ　φ　コ　ｓｉｎ　φ［式中、ａｉ’は上記スピンドル軸どうしの交点と、上記投影での“ｉ”番目の繊維ランプと第２スピンドル軸との交点との間の軸方向距離である、ここで、ａ　、　ｌはａ　、　Ｉ以外のものでありａ、Ｌに関して下記第４の式で示される関係がある：ａ、′は上記した投影での複数スピンドル軸どうしの交点と、繊維と第２スピンドルの軸との最初の交点との間の軸方向距離；ｐ＝’は軸方向ピッチ、すなわち該スピンドル軸上で測定した繊維ラップと第２スピンドル軸との連続順番の交差点間の距離である、ＤＩ、　’は繊維が第２スピンドルから第１スピンドルへ移動する時に位置ａ、 ′においてその繊維に加わる延伸比増分であり、半径ｒ、とｒＩ′との比、すなわち第１スピンドルの繊維を受は取る段の半径と第２スピンドルの繊維を送り出す段の半径との比に等しい；そして、ｒ、′は軸方向距離ａ、における第２スピンドルの半径であり２、Ｉに小段部ｒｉ’に先行するすべての延伸増分の積を乗じたものにほぼ等しい、ｒ１′は該第２スピンドル上の最初の接触面の半径である。

１７、該繊維を該繊維が該スピンドルを離れたすぐ後に、さらに部分的に延伸することを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

１８、該繊維を該繊維が該スピンドルに接触するすぐ前に、部分的に延伸することを特徴とする請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。

１９、炭素／グラファイト繊維を先駆物質の繊維から形成する方法において、該繊維を安定処理し、酸化し、熱分解し、かつ／または該繊維を複数の互いに離隔されたスピンドルの間に複数のらせん巻回させながら通して延伸し、各スピンドルは該繊維のらせん巻回を横断する方向にのする軸を中心にして延在しそして他方のスピンドルの軸に関して傾斜されており、該各スピンドルは繊維を支承する回転外面を有し、該回転外面の半径は上記軸に沿って変化しこれによって該外面は勾配をつけられており、この繊維支承面は該スピンドルの回転軸に実質的に並行な分離した異径の円周方向にのびる複数の小さい段部によって構成されており、該繊維支承面は該繊維の各らせん巻きと摩擦係合しそしてその繊維に実質的になんら軸方向拘束力を加えることなく該らせん巻きを支持するようになっている上記繊維延伸方法において、該ｗ４雄をそのガラス転移温度近辺またはそれ以上の温度まで加熱することを特徴とする方法。

２０、繊維を複数の互いに離隔されたスピンドルの間に複数のらせん巻回させながら通してわずかな増分ずつ該繊維を延伸するための装置であって、各スピンドルは該繊維のらせん巻回を横断する方向にのびる軸を中心にして延在しそして他方のスピンドルの軸に関して傾斜されており、該各スピンドルは繊維を支承する回転外面を有し、該回転外面の半径は上記軸に沿って変化し、この繊維支承面は該スピンドルの１つの回転軸に実質的に並行な分離した異径の円周方向にのびる複数の小さい段部によって構成されており、該繊維支承面は該繊維の各らせん巻きと摩擦係合するように設計、配置され、そしてその繊維に実質的になんら軸方向拘束力を加えることなく該らせん巻きを支持するようになっている上記繊維延伸装置において、少なくとも該第１のスピンドル上の各小段部がその小段部に接触している繊維部分に加えられる延伸増分に依存しかつ下記第１の弐によって定まる該繊維のらせん巻きのピッチｐ８に依存する軸方向長さ寸法を有していることを特徴とする繊維延伸装置。

ｐ＝　　＝　　［（ＤＩＨ＋　　ｃｏｓ　φ）ｒ６　−　　ａＨｓｉｎ　　φ　コ　ｓｉｎ　　φ［式中、 φは該複数スピンドルに対して共通な垂線に沿った投影で測定した該複数スピンドル軸の傾斜角度；ａｌ　は上記した投影での複数スピンドル軸どうしの交点と、繊維と第１スピンドルの軸との最初の交点との間の軸方向距離；ａ、は上記スピンドル軸どうしの交点と、上記投影での“１″番目の繊維ラップと第１スピンドル軸との交点との間の軸方向距離である、ここで、ａ、はａ１以外のものでありａ、に関して下記第２の弐で示される関係を実質的に満たす：＋１１＋　は軸方向ピッチ、すなわち該スピンドル軸上で測定した繊維ラップと第１スピンドル軸との連続順番の交差点間の距離である、ｒ＋　は該第１スピンドル上の最初の接触面の半径、ＤＩ、は繊維が第１スピンドルから第２スピンドルへ移動する時に位置ａ、においてその繊維に加わる延伸比増分であり、半径　＋１とｒｌ　との比、すなわち第２スピンドルの繊維を受は取る段の半径と第１スピンドルの繊維を送り出す段の半径との比に等しい；そして、ｒ８は軸方向路Ｈａ、における第１スピンドルの半径であり、ｒ、はｒｌｘ（小段部ｒ、に先行するすべての延伸増分の積）にほぼ等しい］。

２１、　ｔｉ他方のスピンドル上の各小段部がその小段部に接触している繊維部分に加えられる延伸増分に依存しかつ下記式によって定まる該繊維のらせん巻きのピンチル′工に等しい幅すなわち軸方向長さ寸法を有している請求項２０記載の装置。

ｐ’　ｒ　＝　［（Ｄｒ’　Ｈ＋　ｃｏｓφ）ｒ’　ｒ　　　ａ’　ｔｓｉｎφ ］　ｓｉｎ　φ［式中、プライム（゛）を付けた符号は上記した第１のスピンドルの場合と同じ量を意味するものであり、ＤＩ′、は（ｒ、＋１）／ｒｉに等しくそして　＋、の位置で下側すなわち第２のスピンドルの段部を退去して上側すなわち第１のスピンドルに移動する繊維に加えられる延伸増分である；ここで、ａ″□はａ゛、に関して下記式で示される関係があり：他方、　＋１はａｌに関して下記式で示される関係がある：ａ’　、＝ａ、ＣｏＳφ＋ｒ、ｓｉｎ　φ、　　］。

２２、該小段部の少なくとも１つを加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

２３、該加熱手段により加熱された小段部のそれぞれを熱的に絶縁する絶縁手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第２２項載の繊維延伸装置。

２４、該加熱手段は少なくとも１つのスピンドル上の１つないしそれ以上の小段部間に温度差を作るようになされていることを特徴とする請求の範囲第２２記載の繊維延伸装置。

２５、８８１隔された複数のスピンドルの少なくとも１つのスピンドルの直径の大きな側の端部に、段部を持たない円筒状のスピンドル延長部手段を同軸的に設けたことを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

２６、該軸方向延長部は繊維が最初に接触する小段部の幅の少なくとも２倍の寸法を有することを特徴とする請求の範囲第２５項記載の繊維延伸装置。

２７、繊維をアニールするための、独立して取りつけられた別設のアイドラーロラーを備え、該アイドラーローラーは該延長部手段に隣接して位置することによって、繊維がアイドラーロラーと延長部との両者をらせん状に巻回するようにし、そのらせんピッチを、該延長部を担うスピンドルの小段部状でのらせんピンチより小さくしたことを特徴とする請求の範囲第２５項記載の繊維延伸装置。

２８、スピンドル間過熱手段を設け、スピンドル間のそれぞれの繊維経路において繊維を異なった温度に過熱するようにしたことを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

２９、該スピンドル間通熱手段は小段部を設けた固定表面を有することを特徴とする請求の範囲第２８項記載の繊維延伸装置。

３０、咳小段部を設けたスピンドル間加熱手段はわずかにねしったリボン状の形状であることを特徴とする請求の範囲第２８項記載の繊維延伸装置。

３１、各々の小段部は隣接する小段部からＳ字形の立ち上がり部によって隔てられていることを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

３２、該立ち上がり部は該離隔されたスピンドルの出口側の端部に向かって、スピンドル軸に垂直な平面から０度ないし３５度の角度で傾いていることを特徴とする請求の範囲第３１項記載の繊維延伸装置。

３３、各々のスピンドル上の小段部の数は、他のスピンドル上の小段部の数と異なることを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

３４、各々のスピンドルの小段部の段数の違いが１であることを特徴とする請求の範囲第３３項記載の繊維延伸装置。

３５、ある一つのスピンドル上の小段部の直径はそのスピンドル上の他のすべての小段部の直径と異なることを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

３６、該各スピンドルの繊維支承面の形状がそれぞれ実質的に同しであることを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

３７、小段部を持たない円筒状の延伸スピンドルを小段部を設けたスピンドルの上流に設け、それが繊維をその自然延伸比まで延伸することを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

３８、小段部を持たない円筒状の延伸スピンドルを設け、それが小段部を設けたスピンドル上で漸増延伸された後の繊維を延伸することを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

３９、各々の繊維支承面の半径がその軸に沿って、等しくない大きさの一般に正の不連続な増加量で変化し、該増加量は該繊維を送り出す段の半径と繊維がそれを受は取るスピンドル表面部分へ向かうスピンドル間経路にある繊維部分に加えられる一般に正の延伸増分との積に等しく、また繊維は延伸時に各々のスピンドルの繊維支承面の各々の小段部に少なくとも１度部分的に円周状の接触をなすことを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

４０、複数のスピンドルの片持ちの外側端部を結合する結合手段を設け、延伸のさいにスピンドルが互いに対してたわまない様にすることを特徴とする請求の範囲第２０項記載の繊維延伸装置。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．繊維を複数の互いに離隔されたスピンドルの間に複数のらせん巻回させながら通してわずかな増分ずつ該繊維を延伸するための方法であって、該繊維は、一部前もって引き伸ばされていてもよく、各スピンドルは該繊維のらせん巻回を横断する方向にのびる軸を中心にして延在しそして他方のスピンドルの軸に関して傾斜されており、該各スピンドルは繊維を支承する回転外面を有し、該回転外面の半径は上記軸に沿って変化しこれによって該外面はテーパをつけられており、この繊維支承面は該スピンドルの回転軸に実質的に並行な分離した異径の円周状の複数の小段部によって構成されており、該繊維支承面は該繊維の各らせん巻きと摩擦係合しそしてその繊維に実質的になんら軸方向の拘束力を加えることなく該らせん巻きを支持するようになっている上記繊維延伸方法において、延伸の間１つないしそれ以上の繊維の１つないしそれ以上のラップが、該各スピンドルの該支承面の該小段部の各々に接触することを特徴とする方法。
２．少なくとも１つの、中間の小段部に、１つの連続する繊維の２つないしそれ以上のラップが接触することを特徴とする、請求の範囲第１項記載の繊維延伸方法。
３．少なくとも１つの小段部に、２つないしそれ以上の並行する、連続的な個々の繊維が接触することを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項記載の繊維延伸方法。
４．第１のスピンドル上の該小段部のそれぞれにその小段部に接触している繊維部分に加えられる延伸増分に依存しかつ下記第１の式によって定まる該繊維のらせん巻きのピツチｐｉに等しい幅寸法を与える請求の範囲第１項ないし第３項記載の繊維延伸方法。ｐｉ＝［（Ｄｌｉ＋ｃｏｓφ）ｒｉ−ａｉｓｉｎ φ］ｓｉｎφ ［式中、 φは該複数スピンドルに対して共通な垂線に沿った投影で測定した該複数スピンドル軸の傾斜角度；ａ１は上記した投影での複数スピンドル軸どうしの交点と、繊維と第１スピンドルの軸との最初の交点との間の軸方向距離；ａｉは上記スピンドル軸どうしの交点と、上記投影での“ｉ”番目の繊維ラップと第１スピンドル軸との交点との間の軸方向距離である、ここで、ａｉはａｌ以外のものでありａｌに関して下記第２の式で示される関係がある：ａｉ＝ａｌ十Σｉｐ（ｉ−１）Ｐｉは軸方向ピツチ、すなわち該スピンドル軸上で測定した繊維ラップと第１スピンドル軸との連続順番の交差点間の距離である、ｒｌは該第１スピンドル上の最初の接触面の半径、Ｄｌｉは繊維が第１スピンドルから第２スピンドルへ移動する侍に位置ａｉにおいてその繊維に加わる延伸比増分であり、半径ｒ′１とｒｌとの比、すなわち第２スピンドルの繊維を受け取る段の半径と第１スピンドルの繊維を送り出す段の半径との比に等しい；そして、ｒｉは軸方向距離ａｉにおける第１スピンドルの半径であり、ｒｉ＝ｒｌｘ（小段部ｒｉに先行するすべての延伸増分の積）に等しい〕。
５．該スピンドル間の距離が調節可能であり、それによって（ａ）繊維がスピンドル間を通過する時間、および（ｂ）繊維に加わる応力の弛緩の程度を制御することを特徴とする請求項第１項ないし第４項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
６．一つないしそれ以上の小段部の温度が調節できることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
７．温度の異なる連続する小段部の間が、熱的に絶縁されていることを特徴とする請求の範囲第６項記載の繊維延伸方法。
８．繊維の延伸後に繊維のアニールを行なうことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
９．別設の回転自在のアイドラーローラーと、少なくとも１つの該小段部を設けたスピンドル上の段部を持たない円筒状の同軸のスピンドル延長部であって、繊維が接触する該小段部のうち最終のものの直径とほぼ等しいかあるいはやや大きな直径を持つ延長部とに、繊維が繰り返し接触し、また該繊維を冷却あるいは加熱するために該延長部の温度が調節できることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
１０．該繊維の延伸が２００ｍ／分以上、好適には２０００ｍ／分以上の速度で成されることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
１１．繊維に物理的処理、あるいは化学的処理、あるいはそれらを組み合わせた処理を施すために、該スピンドルを気体ないし液体の雰囲気の中に置くことを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
１２．繊維が１つのスピンドルから別のスピンドルへ移動する際に、繊維を温度調節可能なエレメントに接触させることにより、繊維を加熱することを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
１３．該方法は繊維を総体的に処理するただ一つの工程より成ることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
１４．該繊維は溶剤を含むあるいは含まないゲル状の重合体より成ることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
１５．該繊維は重合体の溶液よりなり、該繊維が複数段の漸増延伸を受ける間に溶剤が同時にそれから抽出されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
１６．該重合体繊維はガラス転移温度付近で延伸されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項記載の繊維延伸方法。
１７．炭素／グラファイト繊維を先駆物質の繊維から形成する方法において、該繊維を安定処理し、酸化し、熱分解し、かつ／または該繊維を複数の互いに離隔されたスピンドルの間に複数のらせん巻回させながら通して延伸し、各スピンドルは該繊維のらせん巻回を横断する方向にのずる軸を中心にして延在しそして他方のスピンドルの軸に関して傾斜されており、該各スピンドルは繊維を支承する回転外面を有し、該回転外面の半径は上記軸に沿って変化しこれによって該外面は勾配をつけられており、この繊維支承面は該スピンドルの回転軸に実質的に並行な分離した異径の円周方向にのびる複数の小さい段部によって構成されており、該繊維支承面は該繊維の各らせん巻きと摩擦係合しそしてその繊維に実質的になんら軸方向拘束力を加えることなく該らせん巻きを支持するようになっている上記繊維延伸方法において、該繊維をそのガラス転移温度近辺またはそれ以上の温度まで加熱することを特徴とする方法。
１８．繊維を複数の互いに離隔されたスピンドルの間に複数のらせん巻回させながら通してわずかな増分ずつ該繊維を延伸するための装置であって、各スピンドルは該繊維のらせん巻回を横断する方向にのびる軸を中心にして延在しそして他方のスピンドルの軸に関して傾斜されており、該各スピンドルは繊維を支承する回転外面を有し、該回転外面の半径は上記軸に沿って変化し、この繊維支承面は該スピンドルの１つの回転軸に実質的に並行な分離した異径の円周方向にのびる複数の小さい段部によって構成されており、該繊維支承面は該繊維の各らせん巻きと摩擦係合するように設計、配置され、そしてその繊維に実質的になんら軸方向拘束力を加えることなく該らせん巻きを支持するようになっている上記繊維延伸装置において、少なくとも該第１のスピンドル上の各小段部がその小段部に接触している繊維部分に加えられる延伸増分に依存しかつ下記第１の式によって定まる該繊維のらせん巻きのピッチｐｉに依存する軸方向長さ寸法を有していることを特徴とする繊維延伸装置。ｐｉ＝［〔Ｄｌｉ＋ｃｏｓφ）ｒｉ −ａｉｓｉｎφ］ｓｉｎφ ［式中、 φは該複数スピンドルに対して共通な垂線に沿った投影で測定した該複数スピンドル軸の傾斜角度；ａｔは上記した投影での複数スピンドル軸どうしの交点と、繊維と第１スピンドルの軸との最初の交点との間の軸方向距離；ａｉは上記スピンドル軸どうしの交点と、上記投影での“ｉ”番目の繊維ラップと第１スピンドル軸との交点との間の軸方向距離である、ここで、ａｉはａｌ以外のものでありａｌに関して下記第２の式で示される関係を実質的に満たす：ａｉ＝ａｌ＋Σｉｐ（ｉ−１）ｐｉは軸方向ピッチ、すなわち該スピンドル軸上で測定した繊維ラップと第１スピンドル軸との連続順番の交差点間の距離である、ｒｌは該第１スピンドル上の最初の接触面の半径、Ｄｌｉは繊維が第１スピンドルから第２スピンドルへ移動する時に位置ａｉにおいてその繊維に加わる延伸比増分であり、半径ｒ′ｌとｒｌとの比、すなわち第２スピンドルの繊維を受け取る段の半径と第１スピンドルの繊維を送り出す段の半径との比に等しい；そして、ｒｉは軸方向距離ａｉにおける第１スピンドルの半径であり、ｒｉはｒｌｘ（小段部ｒｉに先行するすべての延伸増分の積）にほぼ等しい］。
１９．該他方のスピンドル上の各小段部がその小段部に接触している繊維部分に加えられる延伸増分に依存しかつ下記式によって定まる咳繊維のらせん巻きのピッチｐ′ｉに等しい幅すなわち軸方向長さ寸法を有している請求項１８記載の装置。Ｐ′ｉ＝［（Ｄｌ′ ｉ＋ｃｏｓφ）ｒ′ ｉ−ａ′ｉｓｉｎφ］ｓｉｎφ ［式中、プライム（′）を付けた符号は上記した第１のスピンドルの場合と同じ量を意味するものであり、ｄｌ′ｉは（ｒｉ＋１）／ｒｉに等しくそしてａ′ｉの位置で下側すなわち第２のスピンドルの段部を退去して上側すなわち第１のスピンドルに移動する繊維に加えられる延伸増分である；ここで、ａ′ｉはａ′ｌに関して下記式で示される関係があり：ａ′ｉ＝ａ′ｌ十Σｉｐ′（ｉ−１）他方、ａ′ｌはａｌに関して下記式で示される関係がある：ａ′ｌ＝ａｌｃｏｓ φ＋ｒｌｓｉｎφ．］。
２０．該小段部の少なくとも１つを加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第１８項または第１９項記載の繊維延伸装置。
２１．該加熱手段により加熱された小段部のそれぞれを熱的に絶縁する絶縁手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第２０項載の繊維延伸装置。
２２．該加熱手段は少なくとも１つのスピンドル上の１つないしそれ以上の小段部間に温度差を作るようになされていることを特徴とする請求の範囲第２０項または第２１項記載の繊維延伸装置。
２３．該離隔された複数のスピンドルの少なくとも１つのスピンドルの直径の大きな側の端部に、段部を持たない円筒状のスピンドル延長部手段を同軸的に設けたことを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第２２項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
２４．該軸方向延長部は繊維が最初に接触する小段部の幅の少なくとも２倍の寸法を有することを特徴とする請求の範囲第２３項記載の繊維延伸装置。
２５．繊維をアニールするための、独立して取りつけられた別設のアイドラーロラーを備え、該アイドラーローラーは該延長部手段に隣接して位置することによって、繊維がアイドラーロラーと延長部との両者をらせん状に巻回するようにし、そのらせんピッチを、該延長部を担うスピンドルの小段部状でのらせんピッチより小さくしたことを特徴とする請求の範囲第２３項または第２４項記載の繊維延伸装置。
２６．スピンドル間過熱手段を設け、スピンドル間のそれぞれの繊維経路において繊維を異なった温度に過熱するようにしたことを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第２５項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
２７．該スピンドル間過熱手段は小段部を設けた固定表面を有することを特徴とする請求の範囲第２６項記載の繊維延伸装置。
２８．該小段部を設けたスピンドル間加熱手段はわずかにねじったリボン状の形状であることを特徴とする請求の範囲第２６項または第２７項記載の繊維延伸装置。
２９．各々の小段部は隣接する小段部からＳ字形の立ち上がり部によって隔てられていることを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第２８項のいずれか１項に記載の繊維延伸装置。
３０．該立ち上がり部は該離隔されたスピンドルの出口側の端部に向かって、スピンドル軸に垂直な平面から０度ないし１５度の角度で傾いていることを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第２９項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
３１．各々のスピンドル上の小段部の数は、他のスピンドル上の小段部の数と異なることを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第３０項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
３２．各々のスピンドルの小段部の段数の違いが１であることを特徴とする請求の範囲第３１項記載の繊維延伸装置。
３３．ある一つのスピンドル上の小段部の直径はそのスピンドル上の他のすべての小段部の直径と異なることを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第３２項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
３４．該各スピンドルの繊維支承面の形状がそれぞれ実質的に同じであることを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第３３項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
３５．小段部を持たない円筒状の延伸スピンドルを小段部を設けたスピンドルの上流に設け、それが繊維をその自然延伸比まで延伸することを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第３４項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
３６．小段部を持たない円筒状の延伸スピンドルを設け、それが小段部を設けたスピンドル上で漸増延伸された後の繊維を延伸することを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第３５項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
３７．各々の繊維支承面の半径がその軸に沿って、等しくない大きさの一般に正の不連続な増加量で変化し、該増加量は該繊維を送り出す段の半径と繊維がそれを受け取るスピンドル表面部分へ向かうスピンドル間径路にある繊維部分に加えられる一般に正の延伸増分との積に等しく、また繊維は延伸時に各々のスピンドルの繊維支承面の各々の小段部に少なくとも１度部分的に円周状の接触をなすことを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第３６項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。
３８．複数のスピンドルの片持ちの外側端部を結合する結合手段を設け、延伸のさいにスピンドルが互いに対してたわまない様にすることを特徴とする請求の範囲第１８項ないし第３７項のいずれか１項記載の繊維延伸装置。