JPWO2019065971A1

JPWO2019065971A1 - 紡糸装置

Info

Publication number: JPWO2019065971A1
Application number: JP2019545685A
Authority: JP
Inventors: 秀樹西嶋; 博司狩野
Original assignee: Spiber Inc
Current assignee: Spiber Inc
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-10-22
Also published as: WO2019065971A1

Abstract

紡糸装置は、ノズルの吐出口に向けて開口して繊維が導入される第１端と、第１端とは反対側に位置して繊維が排出される第２端と、を有する管状の凝固液槽と、凝固液槽の第２端側に設けられ、繊維を所定の経路に沿って通過させる排出部と、凝固液を吸引することができるように排出部または凝固液槽の第２端に接続された吸引管を有し、凝固液を吸引することにより、凝固液槽の第１端から第２端に向けて凝固液を流動させる吸引装置と、を備える。吸引装置の吸引管は、排出部または第２端に開口する吸引口を含み、吸引口は、繊維の経路から離れた位置に設けられている。

Description

本開示は、紡糸装置に関する。

このような技術として、たとえば特許文献１に記載されるような乾湿式紡糸装置が知られている。この装置は、紡糸液（ドープ）を吐出するための多数の吐出孔を有する口金と、凝固液を貯える凝固装置とを備えている。凝固装置における凝固液の液面レベルは、一定に保たれている。口金の吐出面と凝固液の液面との間の距離が、乾湿式紡糸におけるエアギャップとなる。凝固装置は、凝固液で満たされた流管部を備えており、この流管部内を糸条が走行する。流管部内の凝固液は、所定の流速をもって流下する。

この装置では、流管部の中に、液体吸引ローラが設けられている。このローラは、その内部に凝固液を吸引できるよう、通液性の部材からなる接糸面を有する。ローラ上に載った糸条は、ローラ上を走行する。ローラは、糸条の走行速度に同期した速度で駆動される。ローラ上の糸条は、接糸面の部分でローラの外側から内側へ吸引される凝固液の液圧によって、接糸面に押し付けられる。この装置では、ローラが吸引する凝固液の量を好ましい範囲に設定することにより、流管部を流下する凝固液の流速が調整される。

特開２００９−１４４２８４号公報

上記した特許文献１に記載の装置では、ローラの接糸面に糸条が接触するため、糸すなわち繊維に対するダメージを抑えるには限界がある。本開示は、繊維にダメージを与えることを防止しつつ高速紡糸を実現することができる紡糸装置を説明する。

本開示の一態様は、ノズルから吐出された紡糸液が凝固液に接触して凝固されることで繊維を製造する紡糸装置であって、ノズルの吐出口に向けて開口して繊維が導入される第１端と、第１端とは反対側に位置して繊維が排出される第２端と、を有する管状の凝固液槽であって、凝固液を第１端から第２端に向けて流すことができる凝固液槽と、凝固液槽の第２端側に設けられ、繊維を所定の経路に沿って通過させる排出部と、凝固液を吸引することができるように排出部または凝固液槽の第２端に接続された吸引管を有し、凝固液を吸引することにより、凝固液槽の第１端から第２端に向けて凝固液を流動させる吸引装置と、を備え、吸引装置の吸引管は、排出部または第２端に開口する吸引口を含み、吸引口は、繊維の経路から離れた位置に設けられている。

この紡糸装置によれば、凝固液槽内の繊維（糸状凝固体）は、凝固液槽内を通って排出部を通過する。排出部または第２端に接続された吸引管を通じて、吸引装置によって凝固液が吸引される。この凝固液の吸引が、凝固液を、凝固液槽内で第１端から第２端に向けて流動させる。この凝固液の流動により、凝固液槽内の繊維を凝固液槽の第１端から第２端に向かって走行させることができ、高速紡糸が実現される。吸引管の吸引口は、繊維の経路から離れた位置に設けられるので、繊維は凝固液中にのみ接触しており、繊維に物体（特許文献１のような凝固液の吸引に関わる物体等）が接触することは避けられている。よって、繊維にダメージを与えることが防止される。

紡糸装置は、凝固液槽の第２端に接続されると共に凝固液を収容し、第２端から排出された繊維を経路に沿って通過させる、排出部としての出口槽を更に備え、吸引装置の吸引管は、出口槽内の凝固液を吸引することができるように出口槽に接続されており、出口槽に開口する吸引口が、繊維の経路から離れた位置に設けられてもよい。この場合、凝固液槽内の繊維（糸状凝固体）は、凝固液槽内を通って第２端から排出され、出口槽を通過する。出口槽に接続された吸引管を通じて、吸引装置によって凝固液が吸引される。この出口槽からの凝固液の吸引が、凝固液を、凝固液槽内で第１端から第２端に向けて流動させる。吸引管の吸引口は、出口槽における繊維の経路から離れた位置に設けられるので、繊維は凝固液中にのみ接触しており、繊維に物体（特許文献１のような凝固液の吸引に関わる物体等）が接触することは避けられている。よって、繊維にダメージを与えることが防止される。

紡糸装置は、凝固液槽の第１端に接続されると共に凝固液を収容し、第１端とノズルとの間に配置されてノズルから吐出された紡糸液が導入される入口槽を更に備えてもよい。この場合、入口槽を利用して、たとえば適切なエアギャップを設けたり、凝固液の供給や循環を行ったりすることができる。

入口槽は、ノズルの下方に配置されており、ノズルに向けて開放された上部を有し、入口槽の上部には、凝固液をオーバーフローさせるように構成された入口オーバーフロー部が設けられてもよい。入口オーバーフロー部は、入口槽の凝固液の液面の位置を維持し、安定した液面制御を可能とする。よって、ノズルの吐出口と入口槽の凝固液の液面との間の距離すなわちエアギャップが適切に保たれる。

出口槽の上部には、凝固液をオーバーフローさせるように構成された出口オーバーフロー部が設けられてもよい。出口オーバーフロー部を設けることで、紡糸装置の全体における凝固液の供給や循環を安定して行うことができる。

紡糸装置は、出口オーバーフロー部からオーバーフローした凝固液を凝固液槽の第１端に向けて循環させる第１循環手段を更に備えてもよい。凝固液槽内の凝固液には、紡糸液の溶媒が混入し得るため、凝固液としての純度が低下する傾向にある。そのような傾向下においても、出口オーバーフロー部から凝固液槽に凝固液を循環させる第１循環手段は、フレッシュな凝固液を凝固液槽に供給することを可能とする。その結果として、凝固液槽においてより望ましい凝固が行われる。

紡糸装置は、吸引管を通じて吸引した凝固液を凝固液槽の第１端に向けて循環させる第２循環手段を更に備えてもよい。出口槽から吸引された凝固液を凝固液槽に循環させる第２循環手段は、凝固液の大幅な節約を可能とする。

紡糸装置は、凝固液槽の第１端に向けて凝固液を供給する供給手段を更に備えてもよい。この場合、凝固液の供給や循環を好適に行うことができる。

紡糸装置は、凝固液槽の第１端に接続されると共に凝固液を収容し、第１端とノズルとの間に配置されてノズルから吐出された紡糸液が導入される入口槽を更に備えてもよい。供給手段は、入口槽の内壁面に沿って設けられて凝固液を周方向に分散させて供給するように構成された環状通路を有してもよい。この場合、入口槽に供給される凝固液の流れ（勢い）が周方向に分散するので、入口槽における凝固液の流動を抑えることができる。たとえば、凝固液の液面の波立ち等を抑えることができる。

紡糸装置は、凝固液槽内の凝固液の流速を検出する流速検出手段と、流速検出手段によって検出された流速に基づいて、凝固液槽内の凝固液の流速を調節する流速調節手段と、を更に備えてもよい。凝固液槽内の凝固液の流速を調節する流速調節手段は、より望ましい運転条件の実現を可能とする。

ノズルの吐出口と凝固液槽の第１端との間の空間は外部に対して密閉された構造になっており、凝固液は加圧された状態で凝固液槽に供給されてもよい。このような密閉構造は、凝固液槽に対する加圧を可能とする。よって、凝固液が加圧された状態で供給されることで、凝固液槽内における凝固液の流速を高速化できる。

紡糸装置は、空間内の圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段によって検出された圧力に基づいて、空間内の圧力を調節する圧力調節手段と、を更に備えてもよい。凝固液槽の第１端とノズルとの間に形成された空間の圧力調節により、密閉構造を採用した場合においても液面の位置（高さ）を調節することができる。圧力調節手段は、安定した液面制御を可能とする。

出口槽は、筒状の側壁と、側壁の下端に接続されて下端を閉鎖する底壁とを含んでもよい。凝固液槽の第２端は出口槽の底壁に接続されており、吸引管の吸引口は出口槽の側壁に設けられてもよい。この場合、底壁に接続された第２端を通る繊維の経路に対して、側壁に設けられた吸引口は、離れた位置にある。このような繊維の経路と吸引口のレイアウトは、繊維に吸引力がかかることを好適に防止する。

本開示のいくつかの態様によれば、繊維にダメージを与えることを防止しつつ、高速紡糸が実現される。

図１は、本開示の第１実施形態に係る紡糸装置の概略構成を示す図である。図２は、図１中のノズル、入口槽、およびその周辺の構成を示す図である。図３は、図１中の出口槽およびその周辺の構成を示す図である。図４は、入口槽に設けられた環状通路を示す図である。図５は、本開示の第２実施形態に係る紡糸装置の概略構成を示す図である。図６は、本開示の第３実施形態に係る紡糸装置の概略構成を示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、第１実施形態に係る紡糸装置１について説明する。図１に示されるように、本実施形態の紡糸装置１は、たとえばタンパク質繊維を紡糸し製造するための装置である。紡糸装置１は、たとえば、乾湿式紡糸装置である。紡糸装置１は、凝固液を収容する凝固液収容部６と、凝固液収容部６に対してドープ液（紡糸液）を供給するドープ供給装置１０とを備える。紡糸装置１は、１つ又は複数の凝固液収容部６を備えてもよい。複数の凝固液収容部６が設けられる場合、これらは、繊維１６の走行方向に関して直列に設けられてもよい。２番目以降の凝固液収容部６には、ドープ供給装置１０が設けられず、ドープ供給装置１０が省略され得る。紡糸装置１は、繊維１６を洗浄するための１つ又は複数の洗浄液槽、繊維１６を加熱・乾燥させるための１つ又は複数のホットローラ、および１つの巻取装置（いずれも図示せず）を備えてもよい。これらの機器は、繊維１６の走行方向において、凝固液収容部６の下流側（後ろ側）に設けられる。さらに、紡糸装置１は、延伸装置（図示せず）を備えてもよい。なお、紡糸される繊維の種類等に応じて、洗浄液を貯留する洗浄液槽が省略されてもよい。

紡糸装置１によって紡糸される繊維は、特に限定されない。紡糸装置１によって紡糸される繊維は、タンパク質繊維であってもよく、化学繊維であってもよい。いわゆる乾湿式紡糸により製造され得る公知のあらゆる繊維が、紡糸装置１によって紡糸され得る。以下、紡糸装置１によってタンパク質繊維が紡糸される場合について説明する。

ドープ供給装置１０は、タンパク質溶液であるドープ液を吐出可能に構成されたノズル７を有し、そのドープ液を凝固液収容部６に供給する。ドープ液に用いられるタンパク質としては、たとえば、天然に存在するフィブロイン等の天然型構造タンパク質や、そのような天然型構造タンパク質に由来するポリペプチド（人造構造タンパク質）が用いられてもよい。天然に存在するフィブロインやそれに由来するフィブロイン（人造フィブロイン）として、昆虫及びクモ類が産生するフィブロインやそれに由来するフィブロインが用いられ得る。たとえば、天然クモ糸フィブロインや天然絹フィブロイン、若しくはそれらに由来するクモ糸フィブロインや絹フィブロイン等が用いられ得る。スパイダーシルクタンパク質を含む構造タンパク質が用いられてもよい。ドープ液の溶媒は、特に限定されず、タンパク質の種類等によって適宜に決定される。具体的には、ドープ液の溶媒は、例えば水であってもよく、緩衝液等の水系溶媒であってもよく、各種の有機溶媒であってもよい。

凝固液収容部６は、内部に凝固液９を収容する。凝固液９としては、たとえば、メタノール溶液等が用いられる。凝固液９としては、脱溶媒が可能な溶液であればどのような溶液が使用されてもよい。凝固液９は、紡糸対象の繊維の種類等に応じて、適宜に決定され得る。凝固液収容部６は、ドープ供給装置１０の下方に配置された入口槽３と、入口槽３に並ぶように配置された排出部としての出口槽４と、これらの入口槽３および出口槽４を接続する管状の凝固液槽２とを備える。凝固液９は、入口槽３、凝固液槽２、および出口槽４の各々に収容され、これらの内部を流動する。より詳細には、凝固液９は、後述する吸引装置３０の陰圧作用（または陰圧効果）により、入口槽３から凝固液槽２へと移動し、さらに凝固液槽２から出口槽４へと移動する。

入口槽３は、ノズル７から吐出されたドープ液が導入される第１のタンクである。凝固液９を収容する入口槽３は、全体として、たとえば円筒状をなしており、上方に向けて開放されている。この開放部分が、走行する繊維１６（またはドープ液乃至糸状凝固体）の入口となっている。図２に示されるように、入口槽３は、たとえば円筒状の側壁３ａと、側壁３ａの下端に接続されて、その下端を閉鎖する底壁３ｂとを含む。側壁３ａの円形の上端縁３ｅは、開放されている。底壁３ｂは、たとえば下方に向けて内径が小さくなる円錐状の収容空間を形成する。この収容空間の下端（平面視における中央部）に、入口槽３の内外を貫通する貫通孔部３ｃが設けられている。この貫通孔部３ｃが、走行する繊維１６の出口となっている。

ドープ供給装置１０のノズル７は、入口槽３の上方であって空気中に配置される。ノズル７としては、乾湿式紡糸や湿式紡糸等に用いられる公知のノズル（口金）が採用され得る。ノズル７には、多数のホール（孔）が形成されてもよい。ノズル７は、下端に位置する吐出口７ａを有する。この吐出口７ａから、ドープ液が吐出される。吐出口７ａが設けられたノズル７の下端は、平面状であってもよい。ノズル７の下端が平面状である場合、その面内のいずれの箇所においてもエアギャップｄを均一に確保可能である。

紡糸装置１においては、ノズル７の吐出口７ａからドープ液が吐出されると、ドープ液は僅かなエアギャップｄを経由して入口槽３内の凝固液９に導入される。ドープ液が入口槽３内の凝固液９に接触すると、ドープ液から溶媒が離脱する。これにより、ドープ液内のタンパク質が凝固されてなる繊維（糸状凝固体）１６が得られる。この繊維（糸状凝固体）１６は、凝固液槽２内を通過する際に、凝固液槽２中の凝固液９にて更に脱溶媒が促進される。

図１および図３を参照して、出口槽４について説明する。出口槽４は、凝固液槽２の第２端２ｂ側に設けられ、凝固液９中から繊維１６を離脱させる第２のタンクであり、いわば離浴槽である。凝固液９を収容する出口槽４は、全体として、たとえば円筒状をなしており、上方に向けて開放されている。図３に示されるように、出口槽４は、たとえば円筒状の側壁４ａと、側壁４ａの下端に接続されて、その下端を閉鎖する円板状の底壁４ｂとを含む。側壁４ａの円形の上端縁４ｅは、開放されている。底壁４ｂの中央部に、出口槽４の内外を貫通する貫通孔部４ｃが設けられている。この貫通孔部４ｃが、走行する繊維１６の入口となっている。一方、上方の開放部分が、走行する繊維１６の出口となっている。

図１に示されるように、出口槽４の上方には、たとえば１つ又は複数のガイドローラ１５が設けられている。ガイドローラ１５には繊維１６が巻き掛けられている。ガイドローラ１５は、巻取装置によって巻き取られる繊維１６を案内する。

本実施形態の紡糸装置１では、入口槽３および出口槽４の間に、管状の凝固液槽２が設けられている。凝固液槽２は、たとえば可撓性のチューブからなる。凝固液槽２は、内部の流路が確保された状態で（折れることなく）、変形自在である。凝固液槽２は、たとえば一定の内径を有する。この内径は、入口槽３の内径や出口槽４の内径よりも小さい。凝固液槽２は、たとえば、繊維１６の入口である第１端２ａと、第１端２ａとは反対側に位置し、繊維１６の出口である第２端２ｂとを有する。第１端２ａに入口槽３が接続されており、第２端２ｂに出口槽４が接続されている。

凝固液槽２は、さらに、入口側の直線部２ｃと、出口側の直線部２ｄと、これらの直線部２ｃおよび直線部２ｄの間に形成された湾曲部２ｅとを有する。このように、凝固液槽２は、全体として、たとえばＵ字状をなしている。可撓性の凝固液槽２は、この他にあらゆる形状に変形されることもできる。たとえば、凝固液槽２は、複数回巻かれた円形をなしてもよいし、蛇行するような形状をなしてもよい。凝固液槽２の距離（凝固液槽２内の繊維１６の走行距離すなわち滞留時間）は、適宜に設定可能である。

図２に示されるように、入口槽３は、ノズル７と凝固液槽２の第１端２ａとの間に配置されている。入口槽３の底壁３ｂには、凝固液槽２の第１端２ａが接続されている。第１端２ａは、ノズル７の吐出口７ａに向けて開口している。凝固液槽２の内部の流路は、貫通孔部３ｃを介して、入口槽３の内部の凝固液の収容空間に連通する。第１端２ａの中心軸線と貫通孔部３ｃの中心軸線とは、略一致しており、たとえば鉛直方向に沿って延びている。この中心軸線に沿って、繊維１６を通過させる経路Ｐ´が形成される。第１端２ａは、繊維１６の導入口である。

一方、図３に示されるように、入口槽３の底壁３ｂには、凝固液槽２の第２端２ｂが接続されている。凝固液槽２の内部の流路は、貫通孔部４ｃを介して、出口槽４の内部の凝固液の収容空間に連通する。第２端２ｂの中心軸線と貫通孔部４ｃの中心軸線とは、略一致しており、たとえば鉛直方向に沿って延びている。この中心軸線に沿って、繊維１６を通過させる所定の経路Ｐが形成される。第２端２ｂは、繊維１６の排出口である。

このように、入口槽３で形成された繊維１６（糸状凝固体）は、凝固液槽２の第１端２ａに導入され、凝固液槽２を通って、凝固液槽２の第２端２ｂから排出される。それと同時に、凝固液槽２は、凝固液９を第１端２ａから第２端２ｂに向けて流すことができるように構成されている。

図１に示されるように、紡糸装置１は、出口槽４から凝固液９を吸引するように構成された吸引装置３０と、入口槽３へ凝固液９を供給するように構成された供給装置（供給手段）２０とを備える。さらに、図１および図２に示されるように、入口槽３の上部には、凝固液９をオーバーフローさせるように構成された入口オーバーフロー部１１が設けられている。図１および図３に示されるように、出口槽４の上部には、凝固液９をオーバーフローさせるように構成された出口オーバーフロー部１２が設けられている。そして、紡糸装置１は、入口槽３の入口オーバーフロー部１１からオーバーフローした凝固液９、および、出口槽４の出口オーバーフロー部１２からオーバーフローした凝固液９を貯留する交換液タンク８を備える。これらの構成を備えることにより、紡糸装置１は、開放式の高速紡糸装置になっている。以下、各構成要素について説明する。

図２に示されるように、入口槽３の上端縁３ｅは、均一な高さを有しており、上端縁３ｅからオーバーフローする凝固液９は、所定の高さの液面Ａを形成している。入口槽３の上部は開放されているので、凝固液９の液面Ａは、たとえば大気圧に晒されている。ノズル７の吐出口７ａと凝固液９の液面Ａとの間の距離すなわちエアギャップｄは、適切に保たれている。入口槽３では、上端縁３ｅの外側に、上端縁３ｅを隠すような壁部は設けられておらず、上端縁３ｅが径方向の外側から直接に視認可能である。これにより、入口槽３は、入口槽３の全周囲の方向から、エアギャップｄを視認可能な構造とされている。

入口槽３の上部の外周側には、オーバーフローした凝固液９を回収するための環状の回収溝１１ａが設けられている。この回収溝１１ａに、入口オーバーフロー管１３（図１も参照）の第１端１３ａが接続されている。すなわち、入口オーバーフロー部１１は、上端縁３ｅと回収溝１１ａと入口オーバーフロー管１３とを含む。入口オーバーフロー管１３の第２端１３ｂは、交換液タンク８のたとえば下部に接続されている。

図１および図３に示されるように、出口槽４の上端縁４ｅは、均一な高さを有しており、上端縁４ｅからオーバーフローする凝固液９は、所定の高さの液面を形成している。出口槽４の上部は開放されているので、凝固液９の液面は、たとえば大気圧に晒されている。出口槽４の上部の外周側には、オーバーフローした凝固液９を回収するための環状の回収溝１２ａが設けられている。この回収溝１２ａに、出口オーバーフロー管１４の第１端１４ａが接続されている。すなわち、出口オーバーフロー部１２は、上端縁４ｅと回収溝１２ａと出口オーバーフロー管１４とを含む。出口オーバーフロー管１４の第２端１４ｂは、交換液タンク８のたとえば上部に接続されている。

図１に示されるように、供給装置２０は、交換液タンク８と入口槽３とを接続する供給ライン２５と、供給ライン２５に設けられた供給ポンプ２１とを有する。本明細書において、「ライン」とは、内部を流体が流れる配管または空間を意味する。供給ライン２５は、供給ポンプ２１の吸込側に接続された吸込ライン２２と、供給ポンプ２１の吐出側に接続された吐出ライン２３とを含む。吸込ライン２２の第１端２２ａは交換液タンク８に接続され、吸込ライン２２の第２端２２ｂは、供給ポンプ２１の吸込口に接続される。吐出ライン２３の第１端２３ａは供給ポンプ２１の吐出口に接続され、吐出ライン２３の第２端２３ｂは、入口槽３に接続される。

図２に示されるように、吐出ライン２３の第２端２３ｂは、たとえば、入口槽３の側壁３ａに接続されている。第２端２３ｂの端部の吐出口は、入口槽３の内周面（内壁面）３ｄに開口してもよい。特に本実施形態では、図４に示されるように、入口槽３の内周面３ｄに沿って、環状壁部２６が設けられている。この環状壁部２６は、外筒と内筒とを含み、これらの間に環状通路２７を形成している。環状壁部２６の上端は閉鎖されており、環状壁部２６の下端は下方に向けて開口している。これにより、環状通路２７は、下方にのみ開口している。環状通路２７は、吐出ライン２３内の流路に連通しており、凝固液９を周方向に分散させて供給するように構成されている。これにより、入口槽３内における、流入する凝固液９による急激な流れや、周方向の一部のみから流入する偏った流れの発生が防止されている。供給装置２０は、凝固液槽２の第１端２ａに向けて凝固液９を供給する。なお、第２端２３ｂは、周方向の一箇所に設けられる場合に限られず、周方向の複数の箇所に分岐して（図４参照）設けられてもよい。

入口槽３の内部に、凝固液９の供給に伴う液面Ａでの波立ちを抑える１つ又は複数の波消し部材が設置されてもよい。このような波消し部材として、たとえばメッシュ状の部材を採用することができる。

図１に示されるように、吸引装置３０は、交換液タンク８と出口槽４とを接続する吸引ライン３５と、吸引ライン３５に設けられた吸引ポンプ３１とを有する。吸引ライン３５は、吸引ポンプ３１の吸込側に接続された吸込ライン（吸引管）３２と、吸引ポンプ３１の吐出側に接続された吐出ライン３３とを含む。吸込ライン３２の第１端３２ａは出口槽４に接続され、吸込ライン３２の第２端３２ｂは、吸引ポンプ３１の吸込口に接続される。吐出ライン３３の第１端３３ａは吸引ポンプ３１の吐出口に接続され、吸込ライン３２の第２端３３ｂは、交換液タンク８に接続される。

以上にように構成された入口オーバーフロー部１１、出口オーバーフロー部１２、供給装置２０、および吸引装置３０によって、凝固液９の循環回路が形成されている。

交換液タンク８では、凝固液９の濃度または温度を調節する機構が備わっていてもよい。

図１に示されるように、凝固液槽２には、たとえば流量計４１が設けられている。流量計４１は、凝固液槽２内の凝固液９の流速および流量を検出する。紡糸装置１は、さらに、流量計４１によって検出された凝固液９の流速または流量に基づいて、吸引ポンプ３１の吸引量を調節するコントローラ４０を備える。コントローラ４０は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。なお、「流量」は、「流速」と「断面積」とに基づいて算出される数値であるので、流量計４１は、流速のみを検出し、コントローラ４０が流量を算出してもよい。流量計４１およびコントローラ４０は、流速のみを用いて吸引ポンプ３１の制御を行ってもよい。

コントローラ４０は、所定の流量または流速で、凝固液槽２内を凝固液９が流動するように、吸引装置３０の吸引ポンプ３１を制御する。すなわち、吸引装置３０は、出口槽４内の凝固液９を吸引することができるように出口槽４に接続された吸込ライン３２を有し、凝固液９を吸引することにより、凝固液槽２の第１端２ａから第２端２ｂに向けて、所定の流量または流速で、凝固液９を流動させる。吸引装置３０およびコントローラ４０は、流量計４１によって検出された凝固液９の流速に基づいて、凝固液槽２内の凝固液９の流速を調節する流速調節手段を構成している。

一方、凝固液９は、供給ポンプ２１によって入口槽３内に過剰に供給される。これにより、入口オーバーフロー部１１から凝固液９が常にオーバーフローする。それと同時に、出口オーバーフロー部１２からも、凝固液９がオーバーフローし得る。

出口オーバーフロー管１４、交換液タンク８、および供給装置２０は、出口オーバーフロー部１２からオーバーフローした凝固液９を凝固液槽２の第１端２ａに向けて循環させる第１循環手段を構成している。また、吸引装置３０、交換液タンク８、および供給装置２０は、吸込ライン３２を通じて吸引した凝固液９を凝固液槽２の第１端２ａに向けて循環させる第２循環手段を構成している。

ここで、図３を参照して、出口槽４に対する吸込ライン３２の接続構造について説明する。出口槽４は、凝固液槽２の第２端２ｂから排出された繊維１６を所定の経路Ｐに沿って通過させる。吸込ライン３２の第１端３２ａは、出口槽４の内周面（内壁面）４ｄに開口する吸引口３２ｄを含む。この吸引口３２ｄは、繊維１６の経路Ｐから離れた位置に設けられている。より詳細には、吸引口３２ｄは、たとえば、側壁３ａの下部に設けられており、底壁３ｂに接続された第２端２ｂとは離れている。これにより、高い流速で凝固液９を吸引したとしても、入口槽３内を通過する繊維１６に対する影響は最小限に抑えられている。すなわち、繊維１６に、吸引流に由来する大きな外力が加わることはない。なお、第１端３２ａは、周方向の一箇所に設けられる場合に限られず、周方向の複数の箇所に分岐して設けられてもよい。

紡糸装置１の動作について説明すると、ドープ供給装置１０のノズル７からドープ液が吐出され、入口槽３内で繊維１６（糸状凝固体）が生成される。繊維１６は、入口槽３、凝固液槽２、および出口槽４を通過し、その際に脱溶媒された後、次の工程（たとえば、２番目の凝固工程、洗浄工程、延伸工程、または巻取工程等）に送られる。このとき、吸引装置３０によって、凝固液槽２内を高い流速で凝固液９が流動（流下）させられる。繊維１６も、凝固液９の流動に伴って凝固液槽２内を高速で走行することが可能である。凝固液槽２内を走行する繊維１６は、凝固液槽２の内壁面に接触することはほとんどなく、繊維１６に対するダメージは抑えられている。凝固液９の流速は、繊維１６の走行速度と同じか、繊維１６の走行速度より幾分高く設定される。凝固液９の流速により、繊維１６の走行を助ける機能も得られる。紡糸装置１では、管状の凝固液槽２を採用することにより、凝固液９の液量は格段に少なく済むようになっており、あらゆる面（コスト面や環境面など）におけるメリットが生じる。

紡糸装置１によれば、凝固液槽２内の繊維１６は、凝固液槽２内を通って第２端２ｂから排出され、出口槽４を通過する。出口槽４に接続された吸込ライン３２を通じて、吸引装置３０によって凝固液９が吸引される。この出口槽４からの凝固液９の吸引が、凝固液９を、凝固液槽２内で第１端２ａから第２端２ｂに向けて流動させる。この凝固液９の流動により、凝固液槽２内の繊維１６を凝固液槽２の第１端２ａから第２端２ｂに向かって走行させることができ、高速紡糸が実現される。吸込ライン３２の吸引口３２ｄは、出口槽４における繊維１６の経路Ｐから離れた位置に設けられるので、繊維１６は凝固液９中にのみ接触しており、繊維１６に物体（特許文献１のような凝固液９の吸引に関わる物体等）が接触することは避けられている。よって、繊維１６にダメージを与えることが防止される。

入口槽３を備える紡糸装置１によれば、入口槽３を利用して、たとえば適切なエアギャップｄを設けたり、凝固液９の供給や循環を行ったりすることができる。

入口オーバーフロー部１１は、入口槽３の凝固液９の液面Ａの位置を維持し、安定した液面制御を可能とする。よって、エアギャップｄが適切に保たれる。入口槽３のオーバーフロー構造は、凝固工程の安定化に寄与する。

出口オーバーフロー部１２を設けることで、紡糸装置１の全体における凝固液９の供給や循環を安定して行うことができる。出口槽４のオーバーフロー構造は、凝固工程の安定化に寄与する。

凝固液槽２内の凝固液９には、ドープ液の溶媒が混入し得るため、凝固液９としての純度が低下する傾向にある。そのような傾向下においても、出口オーバーフロー部１２から凝固液槽２に凝固液９を循環させる第１循環手段は、フレッシュな凝固液９を凝固液槽２に供給することを可能とする。その結果として、凝固液槽２においてより望ましい凝固が行われる。

出口槽４から吸引された凝固液９を凝固液槽２に循環させる第２循環手段は、凝固液９の大幅な節約を可能とする。たとえば、従来法に比して、液量は１００分の１程度に抑えることもできる。

供給装置２０によれば、凝固液９の供給や循環を好適に行うことができる。

入口槽３に設けられた環状通路２７によれば、入口槽３に供給される凝固液９の流れ（勢い）が周方向に分散するので、入口槽３における凝固液９の流動を抑えることができる。たとえば、凝固液９の液面Ａの波立ち等を抑えることができる。

凝固液槽２内の凝固液９の流速を調節する流速調節手段は、より望ましい運転条件の実現を可能とする。

また、出口槽４の底壁４ｂに接続された第２端２ｂを通る繊維１６の経路Ｐに対して、側壁４ａに設けられた吸引口３２ｄは、離れた位置にある。このような繊維１６の経路Ｐと吸引口３２ｄのレイアウトは、繊維１６に吸引力がかかることを好適に防止する。

次に、図５を参照して、第２実施形態に係る紡糸装置１Ａについて説明する。本実施形態の紡糸装置１Ａが図１に示される第１実施形態の紡糸装置１と異なる点は、交換液タンク８に接続された吐出ライン３３を含む吸引ライン３５に代えて、入口槽３に接続された吐出ライン３４を含む吸引ライン３５Ａを備えた点である。吐出ライン３４の第１端３４ａは吸引ポンプ３１の吐出口に接続され、第２端３４ｂは、入口槽３のたとえば側壁３ａに接続される。このような吸込ライン３２、吸引ポンプ３１、および吐出ライン３４を含む吸引装置３０Ａは、吸込ライン３２を通じて吸引した凝固液９を凝固液槽２の第１端２ａに向けて循環させる第２循環手段を構成している。

紡糸装置１Ａによれば、上記した紡糸装置１と同様の作用・効果が奏される。紡糸装置１Ａでは、第２循環手段が、凝固液槽２にフレッシュな凝固液９を持ち込まない密閉系で構成される。フレッシュな凝固液９を凝固液槽２に供給することを可能とするという点では、紡糸装置１の方が有利である。

次に、図６を参照して、第３実施形態に係る紡糸装置１Ｂについて説明する。本実施形態の紡糸装置１Ｂが図１に示される第１実施形態の紡糸装置１と異なる点は、入口槽３の上端縁３ｅに設けられて入口槽３内を密閉構造とする密閉蓋４５を備える点である。ノズル７の吐出口７ａと凝固液槽２の第１端２ａとの間の空間は、外部に対して密閉された構造になっている。凝固液９は、加圧された状態で凝固液槽２に供給されることができるようになっている。紡糸装置１Ｂは、密閉式の高速紡糸装置である。紡糸装置１Ｂの吸引装置３０Ｂは、入口槽３に接続された吐出ライン３４を備える。吐出ライン３４の第１端３４ａは吸引ポンプ３１の吐出口に接続され、第２端３４ｂは、入口槽３のたとえば側壁３ａに接続される。紡糸装置１Ｂでは、吸引ポンプ３１のみならず、供給ポンプ２１によっても、凝固液９を大気圧以上の圧力をもって押し込む（圧送する）ことが可能になっている。紡糸装置１Ｂには、入口オーバーフロー部１１および入口オーバーフロー管１３は設けられていない。

入口槽３の上部には、入口槽３内の空間（空気層に相当する空間）の圧力を検出する圧力計４３が設けられている。さらに、入口槽３の上部には、圧力調節部４４が設けられている。圧力調節部４４は、圧力調節弁４６と、圧力導入口４７と、圧力開放口４８とを含む。コントローラ４０は、圧力計４３によって検出された当該空間の圧力に基づいて、圧力調節部４４を制御し、当該空間内の圧力を調節する。コントローラ４０および圧力調節部４４は、圧力調節手段を構成する。この圧力調節手段により、送液の圧力に対して、空気層の圧力を調節することで液面Ａの高さを調節することができる。なお、圧力調節部４４として、他の圧力調整機構が用いられてもよい。

紡糸装置１Ｂによれば、上記した紡糸装置１と同様の作用・効果が奏される。また、紡糸装置１Ｂの密閉構造は、凝固液槽２に対する加圧を可能とする。よって、凝固液９が加圧された状態で供給されることで、凝固液槽２内における凝固液の流速を高速化できる。よって、紡糸装置１Ｂによれば、紡糸装置１に比して、凝固液槽２内の更なる高速化が可能である。なお、フレッシュな凝固液９を凝固液槽２に供給することを可能とするという点では、紡糸装置１の方が有利である。

凝固液槽２の第１端２ａとノズル７との間に形成された空間の圧力調節により、密閉構造を採用した紡糸装置１Ｂにおいても液面Ａの位置（高さ）を調節することができる。圧力調節手段は、安定した液面制御を可能とする。

出口オーバーフロー部１２を設けることで、紡糸装置１Ｂの全体における凝固液９の供給や循環を安定して行うことができる。また、密閉系の紡糸装置１Ｂにおいては、交換液タンク８との協働により、凝固液９の濃度および温度を十分に調整することができる。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、流速調節手段および圧力調節手段の両方またはいずれか一方が、省略されてもよい。入口槽における環状流路は、省略されてもよい。凝固液を循環させるための配管およびポンプの配置や構成は、適宜に変更されてもよい。凝固液を供給ための配管およびポンプの配置や構成は、適宜に変更されてもよい。供給ポンプ２１を備えた供給装置２０が省略され、別の方法で凝固液９が供給されてもよい。

上記の第１〜第３実施形態において、出口オーバーフロー部は省略されてもよい。

入口槽は省略されてもよい。その場合、ノズルの吐出口が、管状の凝固液槽の第１端に対面するように設けられる。

吸込ライン３２の吸引口は、側壁４ａの下部以外の箇所に設けられてもよい。吸引口が、繊維１６の経路Ｐから離れた位置に設けられればよく、たとえば、吸引口は底壁４ｂに設けられてもよい。また、吸引口は、排出部としての出口槽４ではなく、出口槽４に接続された凝固液槽２の第２端２ｂの管壁に設けられてもよい。このような構成を採用する際には、例えば、第２端２ｂの内径が大きくされる等して、吸引口が、第２端２ｂにおいて繊維１６の経路Ｐから離れた位置に設けられる。

出口槽４は省略されてもよい。その場合、排出部が、凝固液槽２の第２端２ｂにて構成されてもよく、第２端２ｂの管壁に吸込ライン３２の吸引口が設けられてもよい。このような構成を採用する際には、例えば、第２端２ｂの内径が大きくされる等して、吸引口が、第２端２ｂにおいて繊維１６の経路Ｐから離れた位置に設けられる。

上記実施形態では、乾湿式紡糸装置について説明したが、本発明は、湿式紡糸装置に適用されてもよい。その場合、湿式紡糸により製造され得る公知のあらゆる繊維が、本発明の紡糸装置によって紡糸され得る。ドープ液や凝固液も、紡糸対象の繊維の種類等に応じて、適宜に決定され得る。

１、１Ａ、１Ｂ…紡糸装置、２…凝固液槽、２ａ…第１端、２ｂ…第２端、３…入口槽、４…出口槽、８…交換液タンク、９…凝固液、１１…入口オーバーフロー部、１２…出口オーバーフロー部、１６…繊維、２０…供給装置、２７…環状通路、３０、３０Ａ、３０Ｂ…吸引装置、３２…吸込ライン（吸引管）、３２ｄ…吸引口、４１…流量計（流速検出手段）、４３…圧力計（圧力検出手段）、４４…圧力調節部、Ａ…液面、Ｐ…経路。

Claims

ノズルから吐出された紡糸液が凝固液に接触して凝固されることで繊維を製造する紡糸装置であって、
前記ノズルの吐出口に向けて開口して前記繊維が導入される第１端と、前記第１端とは反対側に位置して前記繊維が排出される第２端と、を有する管状の凝固液槽であって、前記凝固液を前記第１端から前記第２端に向けて流すことができる前記凝固液槽と、
前記凝固液槽の前記第２端側に設けられ、前記繊維を所定の経路に沿って通過させる排出部と、
前記凝固液を吸引することができるように前記排出部または前記凝固液槽の前記第２端に接続された吸引管を有し、前記凝固液を吸引することにより、前記凝固液槽の前記第１端から前記第２端に向けて前記凝固液を流動させる吸引装置と、を備え、
前記吸引装置の前記吸引管は、前記排出部または前記第２端に開口する吸引口を含み、前記吸引口は、前記繊維の前記経路から離れた位置に設けられている、紡糸装置。
前記凝固液槽の前記第２端に接続されると共に前記凝固液を収容し、前記第２端から排出された前記繊維を前記経路に沿って通過させる、前記排出部としての出口槽を更に備え、
前記吸引装置の前記吸引管は、前記出口槽内の前記凝固液を吸引することができるように前記出口槽に接続されており、前記出口槽に開口する前記吸引口が、前記繊維の前記経路から離れた位置に設けられている、請求項１に記載の紡糸装置。
前記凝固液槽の前記第１端に接続されると共に前記凝固液を収容し、前記第１端と前記ノズルとの間に配置されて前記ノズルから吐出された前記紡糸液が導入される入口槽を更に備える、請求項１または２に記載の紡糸装置。
前記入口槽は、前記ノズルの下方に配置されており、前記ノズルに向けて開放された上部を有し、
前記入口槽の前記上部には、前記凝固液をオーバーフローさせるように構成された入口オーバーフロー部が設けられている、請求項３に記載の紡糸装置。
前記凝固液槽の前記第２端に接続されると共に前記凝固液を収容し、前記第２端から排出された前記繊維を前記経路に沿って通過させる、前記排出部としての出口槽を更に備え、
前記出口槽の上部には、前記凝固液をオーバーフローさせるように構成された出口オーバーフロー部が設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の紡糸装置。
前記出口オーバーフロー部からオーバーフローした前記凝固液を前記凝固液槽の前記第１端に向けて循環させる第１循環手段を更に備える、請求項５に記載の紡糸装置。
前記吸引管を通じて吸引した前記凝固液を前記凝固液槽の前記第１端に向けて循環させる第２循環手段を更に備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の紡糸装置。
前記凝固液槽の前記第１端に向けて前記凝固液を供給する供給手段を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の紡糸装置。
前記凝固液槽の前記第１端に接続されると共に前記凝固液を収容し、前記第１端と前記ノズルとの間に配置されて前記ノズルから吐出された前記紡糸液が導入される入口槽を更に備え、
前記供給手段は、前記入口槽の内壁面に沿って設けられて前記凝固液を周方向に分散させて供給するように構成された環状通路を有する、請求項８に記載の紡糸装置。
前記凝固液槽内の前記凝固液の流速を検出する流速検出手段と、
前記流速検出手段によって検出された前記流速に基づいて、前記凝固液槽内の前記凝固液の流速を調節する流速調節手段と、を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の紡糸装置。
前記ノズルの前記吐出口と前記凝固液槽の前記第１端との間の空間は外部に対して密閉された構造になっており、前記凝固液は加圧された状態で前記凝固液槽に供給される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の紡糸装置。
前記空間内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段によって検出された前記圧力に基づいて、前記空間内の圧力を調節する圧力調節手段と、を更に備える、請求項１１に記載の紡糸装置。
前記凝固液槽の前記第２端に接続されると共に前記凝固液を収容し、前記第２端から排出された前記繊維を前記経路に沿って通過させる、前記排出部としての出口槽を更に備え、
前記出口槽は、筒状の側壁と、前記側壁の下端に接続されて前記下端を閉鎖する底壁とを含み、
前記凝固液槽の前記第２端は前記出口槽の前記底壁に接続されており、前記吸引管の前記吸引口は前記出口槽の前記側壁に設けられている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の紡糸装置。