高分子ファイバの合糸方法と装置
【課題】電子紡糸系にて作り出される高分子ファイバを太さむらのない優れた糸条に生産性よく合糸できるようにする。
【解決手段】電子紡糸系１００から作り出される帯電した高分子ファイバ１を、これと電位差を有した周回面２にて回収しながら高分子ファイバ束３として先へ送り、引出して糸条４に合糸することにより、上記の目的を達成する。
【解決手段】電子紡糸系１００から作り出される帯電した高分子ファイバ１を、これと電位差を有した周回面２にて回収しながら高分子ファイバ束３として先へ送り、引出して糸条４に合糸することにより、上記の目的を達成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高分子ファイバの合糸方法と装置、詳しくは、電子紡糸方法によって作り出される帯電した高分子ファイバの合糸方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子の溶融物あるいは溶液を材料として紡糸するのに、機械的な押し出しに代る方法として、電荷誘導により紡糸する電荷誘導紡糸方法（エレクトロスピニング法）ないしは電子紡糸方法（例えば、特許文献１、２参照。）が既に知られている。電子紡糸方法では、ノズルに高分子溶液を供給して線状に流出する高分子溶液がノズルを通じ帯電され、高分子溶液の溶媒の蒸発に伴ない帯電電荷間の距離が小さくなって作用するクーロン力が大きくなり、そのクーロン力が線状の高分子溶液の表面張力に勝った時点で線状の高分子溶液が爆発的に延伸される現象が得られ、しかも、この静電爆発と称される現象が一次、二次、三次と繰り返されることで、サブミクロンの直径を持った高分子ファイバ、いわゆるナノ繊維が作り出される。
【０００３】
特許文献１は、バレルに貯蔵された高分子溶液をポンプにて帯電された多数のニードル状のノズルに供給し吐出させることで多量の高分子ファイバを作り出し、これをノズルと異なる極性に帯電されたコレクタの周回面にて回収し積層しながら搬送することで、直径数ｎｍ〜数千ｎｍの高分子ファイバが３次元のネットワーク構造に積層した空隙率が非常に高い高多孔性の高分子ウエブを製造できる技術を開示しており、従来の実験的レベルから実用性レベルに高めている。
【０００４】
一方、特許文献２は、電子紡糸によるナノ繊維が従来ウエブとして製造され、人造皮革、フィルター、おむつ、生理用ナプキン、癒着紡糸剤、ワイピングクロス、人造血管、骨固定器具など多様に活用されているが、１０ＭＰａ以上の力学物性を得るのが困難で広範囲な用途への利用に限界があること、このように製造されたナノ繊維のウエブを連続したフィラメントにして力学物性を高めようとすると、ウエブを一定長さに切断して短繊維を製造し、この短繊維から紡績糸を製造する別途の紡績工程を経なければならない問題があることを指摘した上で、電子紡糸にて製造されたナノ繊維のウエブを用いて連続的にフィラメントを製造できる技術を開示している。具体的には、列をなして帯電されたノズルから、これらと逆極性に帯電されたコレクタ内の水または有機溶媒の静的な表面上に高分子ファイバを紡糸してウエブをなすように堆積させながら、この紡糸により堆積するウエブを、ノズルの列方向で見た一方の末端側より１ｃｍ以上離れた地点から一定の線速度で回転する回転ローラによって引き上げて連続状フィラメントとしながら、圧搾、延伸、乾燥および巻取りを行っている。このようにして得た連続状フィラメントによって、力学物性の高いウエブが得られその用途範囲をさらに拡大できるとしている。また、連続状フィラメントは撚糸することもできるとしている。
【特許文献１】特開２００２−２０１５５９号公報
【特許文献２】特開２００６−５０７４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２に記載の技術は、各ノズルから真下に高分子ファイバを紡糸してコレクタ上のノズルに対応した多点へ静的に堆積さながら、その堆積域の広がりにより各ノズルからの高分子ファイバどうしが一連のウエブに絡み合うのを利用して、このウエブの末端側から高分子ファイバ群を引出しながら後続の高分子ファイバ群を連続に追随させながら連続状フィラメントに集束させるものであり、各ノズルから紡糸された高分子ファイバの多点への堆積が静的でほぼ同等であるのに対し、引き出し作用が引き出し側に近い堆積域に集中しやすくなる関係から、引き出し側に近い堆積域と遠い堆積域とで高分子ファイバの引出し量とに差が生じ、連続状フィラメントの太さや力学物性を適正に制御するのは困難で安定しない問題がある。また、多点域に堆積する高分子ファイバの引出しに伴なう消費量の差は堆積量の差を増大させることにもなる。さらに、引出し作用が引き出し側から遠い側の堆積域にもなるべく及びやすくするのに引出し速度を抑える必要があり大量に製造するのも困難である。
【０００６】
そこで、本発明者等は種々に実験を繰り返し検討をかさねる中、電子紡糸系により作り出される高分子ファイバを移動するコレクタ面にて回収して先へ送りながらその送り方向に引出すことで、単位時間当りの紡糸量とコレクタ面の移動速度との関係から、移動面での高分子ファイバの堆積量を一定にし、しかもコレクタ面上に回収し堆積させる高分子ファイバの向きをコレクタ面の移動方向に引き揃える作用が得られ、そのまま移動方向、送り方向へ引き出すことで、繊維の引き揃え度の高い、従って特許文献２でいう連続状フィラメントを、高い引き揃え度、高い太さ制御性を持って優れた糸条に合糸できることを見出し、合糸の連続性、生産性も高められる合糸技術を実現するに至った。
【０００７】
本発明の目的は、このような開発結果から、電子紡糸系にて作り出される高分子ファイバから太さむらのない優れた糸条が生産性よく簡単かつ低コストに得られる高分子ファイバの合糸方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、電子紡糸系から作り出される帯電した高分子ファイバを、これと帯電やアースへの接続によって電位差を有した周回面にて回収して先へ送りながら、これを周回面から引き出し糸条に合糸することを特徴としている。
【０００９】
このような合糸方法では、電子紡糸系から作り出される高分子ファイバの電位差を利用した静電的な回収が、周回面各部においてほぼ均等に連続して繰り返し行うことができる。このように連続に回収する高分子ファイバは周回面にてその移動方向に向かせながら堆積させて、ある程度集束し連続した分断されにくい高分子ファイバ束として先へ送り周回面上から確実に引出せるようにする。周回面から引出す高分子ファイバ束は引出し時の張力により集束度をさらに高めて、太さむらがなく引き揃え度の高い、力学物性に優れた糸条に合糸することができる。
【００１０】
上記の方法は、本発明の第１０の態様によれば、電子紡糸系から作り出される帯電した高分子ファイバを、これと電位差を有した周回面にて回収しながら先へ送る周回手段と、この周回手段が回収し先へ送る高分子ウエブをその周回面から引き出し糸条に合糸する引出し合糸手段とを備えたことを特徴とする高分子ファイバの合糸装置によって自動的に達成することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、合糸が、撚糸処理を含むことを特徴としている。これにより、合糸した糸条の集束度、力学物性を高められる。
【００１２】
これは、本発明の第１２の態様によれば、引出し合糸手段は、高分子ファイバを引出す搬送部または巻取り部の上流側に撚糸手段を備えた高分子ファイバの合糸装置として実現し、周回面から引出し搬送部によって搬送されるか巻き取られる糸条が合糸状態に拘束されているのを利用して、非拘束に撚りを与えるだけで合糸を伴い撚糸できる。
【００１３】
この装置での引出し合糸手段は、第１１の態様によれば、周回面上から高分子ウエブを引出し集束を伴い先へ搬送するか巻取ることを特徴とする高分子ファイバの合糸装置に適用して実現する。
【００１４】
本発明の第３の態様によれば、高分子ファイバの回収は、周回面の周回方向に並ぶ連続域または複数域に対応して作り出される高分子ファイバにつき行うことを特徴としている。これにより、周回面での高分子ファイバの同時回収域が周回面の周回方向に増大し、周回面にて回収し先へ送る高分子ファイバの高分子ファイバの堆積量を高め、送り出す高分子ファイバの高分子ファイバの集束数を高められる。
【００１５】
本発明の第４の態様によれば、１つまたは複数の電子紡糸系から周回面の移動方向に直交する方向に広域に作り出す高分子ファイバを、平行に並んだ複数の周回面上に個別に回収して引出し合糸することを特徴としている。これにより、１つまたは複数の電子紡糸系にて、高分子ファイバの作り出し域を周回面の移動方向に直交する方向に拡張するだけで、電子紡糸系を増設することなく、その拡張した作り出し域に見合う数の周回面を並設するだけで、それら周回面上への静電的な誘導にて分割回収して個別に送り出し、複数の糸条に合糸することが同時に行える。
【００１６】
このような方法は、本発明の第１４の態様によれば、周回手段と、引出し合糸手段とは複数組並んで設置されていることを特徴とする高分子ファイバの合糸装置により実現する。
【００１７】
本発明の第５の態様によれば、合糸した糸条は巻取ることを特徴としている。これにより、合糸した糸条を一次製品として取り扱いやすくし、また、撚糸、組紐、ウエブ、織物、編物などの二次製品の製造に供し、また使用しやすいものとすることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様によれば、高分子ファイバの周回面からの初期引出しは、周回面に予め巻き付けておいたリード材の引出しに追随させて行うことを特徴としている。これにより、リード材は周回面と同様な静電特性を持たせるか高分子ファイバとの親和性を高めるなどして、周回面上の高分子ファイバを付着、追随させて、高分子ファイバの初期引出しを容易かつ確実に達成することができる。
【００１９】
本発明の第７の態様によれば、周回面は回転体の外周面であることを特徴としている。これにより、周回面は１本の糸条に合糸するだけの高分子ファイバ群を回収するのに適した周面域が得られる最小限の大きさの円板として実用し連続回収ができる。
【００２０】
この方法は、本発明の第１３の態様によれば、周回手段が、回転駆動される回転体である合糸装置として実現できる。
【００２１】
本発明の第８の態様によれば、合糸した糸条を複数本撚り合わせて撚糸にすることを特徴としている。これにより、糸条の拠り合わせ数に比例してより合わせ糸の太さ、力学物性が高まる。
【００２２】
このような方法は、本発明の第１５の態様によれば、周回手段および引出し合糸手段の各組で合糸した糸条を複数本撚り合わせて１本の糸にする撚り合わせ手段を備えたことを特徴とする高分子ファイバの合糸装置により実現する。
【００２３】
本発明の第９の態様によれば、撚り合わせ糸も巻取ることを特徴としている。これにより、撚り合わせ糸をそのまま一次製品として取り扱いやすくし、また、ロープ、組紐、ウエブ、織物、編物などの二次製品の製造に供し、また使用しやすいものとすることができる。
【００２４】
このような方法は、本発明の第１６の態様によれば、撚り合わせた糸を巻取る巻取り手段を備えた高分子ファイバの合糸装置により実現する。
【００２５】
さらに、第１７の態様によれば、第１０〜第１５の態様の高分子ファイバの合糸装置のいずれか１つは、電子紡糸系との組み合わせた製糸装置とすることができる。
【００２６】
この製糸装置において、第１７の態様によれば、電子紡糸系は、回転駆動される周面に多数の紡糸穴ないしは紡糸ノズルを有し、供給される高分子紡糸液を荷電を伴い前記紡糸穴ないしは紡糸ノズルから流出させる紡糸容器を備えたものとすることができ、
紡糸容器に備えた多数の紡糸穴ないしは紡糸ノズルから、紡糸液の供給圧や容器が回転するときの遠心力によって線状流出性、延伸性を高めて単位時間当りの紡糸量、紡糸する高分子ファイバ径の微小化を高められる。
【００２７】
また、第１〜９の態様の方法によって、上記のように特長ある品質の各種糸条を提供することができる。
【００２８】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の具体的な説明および図面の記載によって明らかになる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、電子紡糸系から作り出される高分子ファイバ群を周回面にて連続に回収しながらそれらを引き揃えある程度集束した追随性の高い高分子ファイバ束として先へ送り、そのまま高速度で引出しても分断無く確実に合糸でき、太さむらがなく引き揃え度の高い、力学物性に優れた糸条が、生産性よく簡単かつ低コストに得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係る高分子ファイバの合糸方法と装置につき図１〜図８を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００３１】
本発明の高分子ファイバの合糸方法と装置は、既述の電子紡糸により作り出される高分子ファイバ全般を対象とするものであり、その回収過程を利用して連続した糸条に合糸する。従って、特許文献１、２などにより既に知られる電子紡糸用の各種高分子材料、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＦＶＤＦ）、ポリ(フッ化ビニリデン−コ−ヘキサフルオロプロピレン)、ポリアクリロニトリル、ポリ(アクリロニトリル−コ−メタクリレ−ト、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ(塩化ビニリデン−コ−アクリレート)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン１２、ナイロン−４,６などのナイロン系列,アラミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリビニルアルコール、セルロ−ス、酢酸セルロ−ス、酢酸酪酸セルロ−ス、ポリビニルピロリドン−酢酸ビニル、ポリ(ビス−(２−メトキシ−エトキシエトキシ)) ホスファゼン(ＭＥＥＰ))、ポリエチレンイミド(ＰＥＩ)、ポリ(コハク酸エチレン)、ポリ(硫化エチレン)、ポリ(オキシメチレン−オリゴ−オキシエチレン)、ポリ(酸化プロピレン)、ポリ(酢酸ビニル)、ポリアニリン、(ポリテレフタル酸エチレン)、ポリ(ヒドロキシ酪酸)、ポリ(酸化エチレン)、ＳＢＳコポリマー、ポリ乳酸、ポリペプチド、タンパク質などのバイオポリマー、コールタールピッチ、石油ピッチなどのピッチ系などの様々な高分子が適用でき、これらの共重合体および混合物なども適用できる。また、溶媒はこれら高分子を溶解する任意の溶媒を適用できる。
【００３２】
本実施の形態の高分子ファイバの合糸方法は、図１の摸式図で例示した電子紡糸系１００、図２の模式図で例示した電子紡糸系２００、図３の模式図で例示した電子紡糸系３００、図４の模式図で例示した電子紡糸系４００、図５の模式図で例示した電子紡糸系５００、図６の模式図で例示した電子紡糸系６００など各種の電子紡糸系から作り出される高分子ファイバ１を、これと帯電やアースへの接続によって電位差を有した周回面２にて回収し先へ送りながら、これを周回面２から引き出し糸条に合糸することを基本的な特徴としている。これにより、電子紡糸系１００、２００、３００、４００、５００、６００などから作り出される高分子ファイバ１の電位差を利用した静電的な回収が、周回面２各部においてほぼ均等に連続して繰り返し行うことができる。このように連続に回収する高分子ファイバ１は周回面２にて恰も足を掬うような形で移動方向に向かせながら堆積させて、ある程度集束し連続した分断されにくい高分子ファイバ束３として先へ送り周回面２上から確実に引出せるようにする。周回面２から引出す高分子ファイバ束３は引出し時の張力により集束度をさらに高めて、太さむらがなく引き揃え度の高い、力学物性に優れた糸条４に合糸することができる。この結果、電子紡糸系１００、２００、３００、４００、５００、６００などから作り出される高分子ファイバ１群を周回面２にて連続に回収しながらそれらを引き揃え作用を有してある程度集束した追随性の高い高分子ファイバ束３として先へ送り、そのまま高速度で引出しても分断無く確実に合糸でき、太さむらがなく引き揃え度の高い、力学物性に優れた糸条４が、生産性よく簡単かつ低コストに得られる。
【００３３】
このような高分子ファイバ１の合糸方法の基本的な特徴は、図１〜図６に摸式的に示す各例のように、電子紡糸系１００、２００、３００、４００、５００、６００などから電子紡糸方式にて作り出される帯電した高分子ファイバ１を、これと電位差を持った周回面２にて静電的に回収しながら先へ送る周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１と、これら各周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１が先へ送る高分子ファイバ束３を、各周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１の周回面２から引き出して１本の糸条４に合糸する引出し合糸手段１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２とを備えたことを基本的な特徴とする高分子ファイバの合糸装置１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３などによって自動的に達成することができ、これら合糸装置１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３と、それに対応する電子紡糸系１００、２００、３００、４００、５００、６００などとの組み合わせによって製糸装置１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４となる。
【００３４】
ここで、高分子ファイバ１の回収は、図１、図３〜図６の各例のように周回面２の周回方向に並ぶ連続域Ａか、図２のように周回面２の周回方向に並ぶ複数域Ｂか、に対応して作り出される高分子ファイバ１につき行う。このようにすると、周回面２での高分子ファイバ１の同時回収域が周回面２の周回方向に増大し、周回面２にて回収し先へ送り引出しに供する高分子ファイバ束３の高分子ファイバ１の堆積量、重なり量を高め、回収し送り出す高分子ファイバ束３における高分子ファイバ１の集束数を高められる。従って、高速度な回収、引出しにてもデニール値を十分に上げられるし、その分力学物性を高められる。また、周回面２の図１の例にて代表して示す幅Ｃは合糸する糸条４のデニールに対し過大であると、幅広く回収した高分子ファイバ１群を所定のデニール値の糸条４にまで集束させる難度が高くなり、過小であると周回面２の周回方向における連続域Ａまたは複数域Ｂを大きくして堆積量、重なり量を多くすればよいが安定して送り出す難度が高くなるので、合糸のための集束ができる範囲または集束が容易な範囲で周回面２の幅Ｃを合糸する糸条４の太さよりも大きくした上で、単位時間当りの紡糸量とコレクタ面の移動速度との関係を基に、連続域Ａまたは複数域Ｂを必要範囲に設定するのが好ましい。
【００３５】
ここに、周回面２をなす周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１は周回駆動されるベルトによる外周面であっても、回転駆動される回転体の外周面であってもよいが、図１〜図６に示す各例のように回転体とすることにより、周回面２は１本の糸条４に合糸するだけの高分子ファイバ１群を回収するのに適した周面域が得られる最小限の大きさの円板として実用し、回転駆動するモータなどを含めても極く小さなスペースにて連続回収することができる。
【００３６】
一方、周回面２の幅Ｃは小さいほど静電的に回収する高分子ファイバ１の堆積量、重なり量を高めやすいので、電子紡糸される高分子ファイバ1側と周回面２側との電位差は通常、１〜１００ｋＶの高電圧を両者間に印加することによる逆極性間のものとして設定されるが、可能な限り高電位差となるように設定して、回収する高分子ファイバ１の堆積量、重なり量と、送り出しの安定度とを高めるのが好適であり、１０ｋＶ以上とするのがより好適であるし、その方が高速化に対する安定度も向上する利点がある。もっとも、電子紡糸される高分子ファイバ１と周回面２との電位差を、図１〜図６に示す各例での帯電手段としての荷電電源１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８と、帯電手段としての荷電電源１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９とによる帯電にて与えてもよく、この場合図示する例のように逆極性の帯電とせず、同極性であっても、またアースへの接続によっても、所定の電位差を持たせることで帯電した高分子ファイバ１を帯電した周回面２の側に静電的に回収することができる。
【００３７】
電子紡糸される高分子ファイバ１の側の帯電は、例えば、高分子材料から高分子ファイバ１を作り出すための金属製の容器やノズルを帯電させて間接的に行えるし、周回面２側の帯電は、例えば周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１における周回面２を樹脂製の回転体１０１ｂ、２０１ｂ、３０１ｂ、４０１ｂ、５０１ｂ、６０１ｂによって支持した金属板１０１ａ、２０１ａ、３０１ａ、４０１ａ、５０１ａ、６０１ａにて形成して帯電させることで行えるし、周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１における高分子ファイバ１の静電的な回収を周回面２の部分に集中させ、他に回収が及ぶようなことを防止することができる。もっとも、周回面２の高分子ファイバ１に対する回収域から引出しに供する送り出し点までの間を帯電させて、それ以外の部分では帯電を中和ないしは消去して帯電域を必要範囲に限定することもできる。それには、周回面２による高分子ファイバ１の回収および集束を伴なう送り出しの連続性を損なわない範囲で金属板１０１ａ、２０１ａ、３０１ａ、４０１ａ、５０１ａ、６０１ａを周回方向に絶縁間隔を持って配置し、必要な周回位置範囲の金属板部分にのみ帯電させればよい。なお、部分的な帯電保持、帯電除去ができる誘電体による周回面２を構成することでも対応できる。この場合誘電体は金属部材でバックアップするのが帯電保持に有効となり図示例とは金属体と誘電体との配置が逆になる。なお、周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１の非回収域表面は周回面２と絶縁を図った金属板で覆い高分子ファイバ１の回収極性とは逆極性に帯電させておくか電荷を除電ないしは中和しておくことで高分子ファイバ１が非回収域表面に付着するのを防止し、回収率を高められる。非回収域表面に高分子ファイバ１が付着することによるトラブルを回避することができる。
【００３８】
図１の例の合糸装置１０３、図２の例の合糸装置２０３、図６の例の合糸装置６０３はいずれも、１つの周回面２を持った周回手段１０１、２０１、６０１と、これに対応する引出し合糸手段１０２、２０２、６０２を備えたものとし、図１の例の合糸装置１０３、図６の例の合糸装置６０３では１つの電子紡糸系１００、６００自体が周回面２の周回方向に並ぶ連続域Ａに対応した範囲に向け高分子ファイバ１を図示しない例えば１ｍｍ間隔に配列するなどした多数の紡糸穴ないしは紡糸ノズルを通じて作り出す構成としているのに対し、図２の例の合糸装置２０３ではノズルタイプの複数の電子紡糸系２００を周回面２の周回方向に配列して、周回方向に並ぶ複数域Ｂに向け個々の電子紡糸系２００を通じて作り出すように構成している。
【００３９】
一方、図３〜図５に示す各例の合糸装置３０３、４０３、５０３は、それぞれ１つの電子紡糸系３００、４００、５００などから、周回面２の周回方向に直交する方向に広域に作り出す高分子ファイバ１群を、平行に並んだ複数の周回面２上に回収して個別に引き出し合糸するようにしている。これにより、電子紡糸系３００、４００、５００などからの高分子ファイバ１の作り出し域を周回面２の周回方向に直交する方向に拡張するだけで、従って紡糸穴や紡糸ノズルの配列域を拡張するだけで、電子紡糸系３００、４００、５００を増設することなく、その拡張した作り出し域に見合う数の周回面２を図２〜図５に示すように並設するだけで、それら周回面２上への静電的な荷電誘導にて分割回収して個別に送り、複数の糸条４に個別に合糸することが同時に行える。このために、図３〜図５に示す例の合糸装置３０３、４０３、５０３は、いずれも、周回面２を持った周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１と、これらに対応する引出し合糸手段１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２とを備えたものとしている。もっとも、複数並んだ周回面２のそれぞれに対応して図２の例のようなノズルタイプの電子紡糸系２００を周回方向と直交する方向に個別に配列することもできる。
【００４０】
図４に示す例の電子紡糸系４００は、周面に直径が０．１〜２ｍｍ程度の紡糸穴４００ａを数ｍｍピッチで設けた回転ドラム４００ｂに高分子溶液を図示しないポンプなどにより連続に供給しながら、その供給圧と紡糸容器としての回転ドラム４００ｂが回転することによる遠心力とでより広域によりスムーズにナノ繊維といったより細い高分子ファイバ１を作り出し、複数の周回面２の各連続域Ａに十分に供給できるようにしている。
【００４１】
また、上記各場合の合糸が、撚糸処理を含むものとすることにより、合糸した糸条４の力学物性をさらに高められる。このために、図１〜図６に示す各合糸装置１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３の引出し合糸手段１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２は、高分子ファイバ束３を引出し合糸するための図１〜図４、図６に示す例の回転駆動される巻取り部１０５、２０５、３０５、４０５、６０５、あるいはこれらに代る図５の例に示す回転駆動される搬送部５０７の上流側に、それぞれ撚糸手段１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６を備えたものとすればよい。ここに、撚糸手段１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６は、周回面２から引出し搬送部５０７によって搬送されるか巻取り部１０５、２０５、３０５、４０５、６０５によって巻き取られる糸条４が合糸状態に拘束されているのを利用して、非拘束に撚りを与えるだけで合糸を伴い撚糸できる。従って、周回面２から引出した高分子ファイバ束３を通してまわりから回転により撚りを与えればよく、例えば図７に示すような中空軸モータ７００の中空軸７００ａ内に通して行える。中空軸７００ａによる回転は図１〜図７に示すように周回面２からの引出し位置と巻取り部１０５、２０５、３０５、４０５、６０５による巻取り点、または搬送部５０７による搬送点とを結ぶ線に対して少なくとも一端側が片寄って配置されるだけで、回転する内周面がそれに通されている高分子ファイバ束３にまわりから摺接して撚りを与え合糸することができる。
【００４２】
また、図１〜図４、図６に示す例の引出し合糸装置１０３、２０３、３０３、４０３、６０３のように、合糸した糸条４を巻取り部１０５、２０５、３０５、４０５、６０５により巻取ることで、合糸した糸条４を一次製品として取り扱いやすくし、また、撚糸、組紐、ウエブ、織物、編物などの二次製品の製造に供し、また使用しやすいものとすることができる。
【００４３】
また、図５に示す例の引出し合糸装置５０３では、複数並んだ周回面２から引出した複数の高分子ファイバ束３を個別の撚糸手段５０６によって撚糸した複数の糸条４とし、これを搬送部５０７を介して巻取り部５０５の上流にある次の撚り合わせ手段５１１に通して撚り合わせ１本の撚り合せ糸１４に二次合糸し、巻取り部５０５にて巻取るようにしている。このように、合糸した糸条を複数本撚り合わせて撚り合せ糸１４にすることにより、糸条４の拠り合わせ数に比例してデニールに併せ力学物性が高まる。この場合の撚り合せ手段５１１も、先の撚糸手段５０６の場合同様に図８に示すような中空軸モータ７００の中空軸７００ａを同様に用いることができる。また、撚り合わせ糸１４の巻取りにより、そのまま一次製品として取り扱いやすくし、また、ロープ、組紐、ウエブ、織物、編物などの二次製品の製造に供し、また使用しやすいものとすることができる。
【００４４】
図６の例では特に、金属製の細線や糸などをリード材２１として予め周回面２に巻き付けておき、このリード材２１の引出しに周回面２上に回収し先へ送る高分子ファイバを追随させて周回面２上に回収する高分子ファイバ１の初期引出しを行うようにしている。これにより、リード材２１は周回面２と同様な静電特性を持たせるか高分子ファイバ１との親和性や引っ掛かり性を高めるなどして、周回面２上の回収した高分子ファイバ１を付着、追随させて、高分子ファイバ１の初期引出しを容易かつ確実に達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
電子紡糸系にて作り出される高分子ファイバからの合糸に実用して、太さむらのない優れた糸条を生産性よく得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置の１つの例を示す摸式図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置の別の例を示す摸式図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置の他の例を示す摸式図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置の今１つの例を示す摸式図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置のさらに別の例を示す摸式図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置のさらに他の例を示す摸式図である。
【図７】図１〜図６に示す例での撚糸手段による撚糸状態を示す斜視図である。
【図８】図５に示す例の撚り合せ手段による複数の糸条の撚り合せ状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 高分子ファイバ
２ 周回面
３ 高分子ファイバ束
４ 糸条
１４ 撚り合わせ糸
２１ リード材
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 電子紡糸系
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ 周回手段
１０１ａ、２０１ａ、３０１ａ、４０１ａ、５０１ａ、６０１ａ 金属板
１０１ｂ、２０１ｂ、３０１ｂ、４０１ｂ、５０１ｂ、６０１ｂ 回転体
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２ 引出し合糸手段
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ 合糸装置
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４ 製糸装置
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ 巻取り部
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６ 撚糸手段
５０７ 搬送部
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８ 荷電電源
１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９ 荷電電源
５１１ 撚り合わせ手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は高分子ファイバの合糸方法と装置、詳しくは、電子紡糸方法によって作り出される帯電した高分子ファイバの合糸方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高分子の溶融物あるいは溶液を材料として紡糸するのに、機械的な押し出しに代る方法として、電荷誘導により紡糸する電荷誘導紡糸方法（エレクトロスピニング法）ないしは電子紡糸方法（例えば、特許文献１、２参照。）が既に知られている。電子紡糸方法では、ノズルに高分子溶液を供給して線状に流出する高分子溶液がノズルを通じ帯電され、高分子溶液の溶媒の蒸発に伴ない帯電電荷間の距離が小さくなって作用するクーロン力が大きくなり、そのクーロン力が線状の高分子溶液の表面張力に勝った時点で線状の高分子溶液が爆発的に延伸される現象が得られ、しかも、この静電爆発と称される現象が一次、二次、三次と繰り返されることで、サブミクロンの直径を持った高分子ファイバ、いわゆるナノ繊維が作り出される。
【０００３】
特許文献１は、バレルに貯蔵された高分子溶液をポンプにて帯電された多数のニードル状のノズルに供給し吐出させることで多量の高分子ファイバを作り出し、これをノズルと異なる極性に帯電されたコレクタの周回面にて回収し積層しながら搬送することで、直径数ｎｍ〜数千ｎｍの高分子ファイバが３次元のネットワーク構造に積層した空隙率が非常に高い高多孔性の高分子ウエブを製造できる技術を開示しており、従来の実験的レベルから実用性レベルに高めている。
【０００４】
一方、特許文献２は、電子紡糸によるナノ繊維が従来ウエブとして製造され、人造皮革、フィルター、おむつ、生理用ナプキン、癒着紡糸剤、ワイピングクロス、人造血管、骨固定器具など多様に活用されているが、１０ＭＰａ以上の力学物性を得るのが困難で広範囲な用途への利用に限界があること、このように製造されたナノ繊維のウエブを連続したフィラメントにして力学物性を高めようとすると、ウエブを一定長さに切断して短繊維を製造し、この短繊維から紡績糸を製造する別途の紡績工程を経なければならない問題があることを指摘した上で、電子紡糸にて製造されたナノ繊維のウエブを用いて連続的にフィラメントを製造できる技術を開示している。具体的には、列をなして帯電されたノズルから、これらと逆極性に帯電されたコレクタ内の水または有機溶媒の静的な表面上に高分子ファイバを紡糸してウエブをなすように堆積させながら、この紡糸により堆積するウエブを、ノズルの列方向で見た一方の末端側より１ｃｍ以上離れた地点から一定の線速度で回転する回転ローラによって引き上げて連続状フィラメントとしながら、圧搾、延伸、乾燥および巻取りを行っている。このようにして得た連続状フィラメントによって、力学物性の高いウエブが得られその用途範囲をさらに拡大できるとしている。また、連続状フィラメントは撚糸することもできるとしている。
【特許文献１】特開２００２−２０１５５９号公報
【特許文献２】特開２００６−５０７４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２に記載の技術は、各ノズルから真下に高分子ファイバを紡糸してコレクタ上のノズルに対応した多点へ静的に堆積さながら、その堆積域の広がりにより各ノズルからの高分子ファイバどうしが一連のウエブに絡み合うのを利用して、このウエブの末端側から高分子ファイバ群を引出しながら後続の高分子ファイバ群を連続に追随させながら連続状フィラメントに集束させるものであり、各ノズルから紡糸された高分子ファイバの多点への堆積が静的でほぼ同等であるのに対し、引き出し作用が引き出し側に近い堆積域に集中しやすくなる関係から、引き出し側に近い堆積域と遠い堆積域とで高分子ファイバの引出し量とに差が生じ、連続状フィラメントの太さや力学物性を適正に制御するのは困難で安定しない問題がある。また、多点域に堆積する高分子ファイバの引出しに伴なう消費量の差は堆積量の差を増大させることにもなる。さらに、引出し作用が引き出し側から遠い側の堆積域にもなるべく及びやすくするのに引出し速度を抑える必要があり大量に製造するのも困難である。
【０００６】
そこで、本発明者等は種々に実験を繰り返し検討をかさねる中、電子紡糸系により作り出される高分子ファイバを移動するコレクタ面にて回収して先へ送りながらその送り方向に引出すことで、単位時間当りの紡糸量とコレクタ面の移動速度との関係から、移動面での高分子ファイバの堆積量を一定にし、しかもコレクタ面上に回収し堆積させる高分子ファイバの向きをコレクタ面の移動方向に引き揃える作用が得られ、そのまま移動方向、送り方向へ引き出すことで、繊維の引き揃え度の高い、従って特許文献２でいう連続状フィラメントを、高い引き揃え度、高い太さ制御性を持って優れた糸条に合糸できることを見出し、合糸の連続性、生産性も高められる合糸技術を実現するに至った。
【０００７】
本発明の目的は、このような開発結果から、電子紡糸系にて作り出される高分子ファイバから太さむらのない優れた糸条が生産性よく簡単かつ低コストに得られる高分子ファイバの合糸方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、電子紡糸系から作り出される帯電した高分子ファイバを、これと帯電やアースへの接続によって電位差を有した周回面にて回収して先へ送りながら、これを周回面から引き出し糸条に合糸することを特徴としている。
【０００９】
このような合糸方法では、電子紡糸系から作り出される高分子ファイバの電位差を利用した静電的な回収が、周回面各部においてほぼ均等に連続して繰り返し行うことができる。このように連続に回収する高分子ファイバは周回面にてその移動方向に向かせながら堆積させて、ある程度集束し連続した分断されにくい高分子ファイバ束として先へ送り周回面上から確実に引出せるようにする。周回面から引出す高分子ファイバ束は引出し時の張力により集束度をさらに高めて、太さむらがなく引き揃え度の高い、力学物性に優れた糸条に合糸することができる。
【００１０】
上記の方法は、本発明の第１０の態様によれば、電子紡糸系から作り出される帯電した高分子ファイバを、これと電位差を有した周回面にて回収しながら先へ送る周回手段と、この周回手段が回収し先へ送る高分子ウエブをその周回面から引き出し糸条に合糸する引出し合糸手段とを備えたことを特徴とする高分子ファイバの合糸装置によって自動的に達成することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、合糸が、撚糸処理を含むことを特徴としている。これにより、合糸した糸条の集束度、力学物性を高められる。
【００１２】
これは、本発明の第１２の態様によれば、引出し合糸手段は、高分子ファイバを引出す搬送部または巻取り部の上流側に撚糸手段を備えた高分子ファイバの合糸装置として実現し、周回面から引出し搬送部によって搬送されるか巻き取られる糸条が合糸状態に拘束されているのを利用して、非拘束に撚りを与えるだけで合糸を伴い撚糸できる。
【００１３】
この装置での引出し合糸手段は、第１１の態様によれば、周回面上から高分子ウエブを引出し集束を伴い先へ搬送するか巻取ることを特徴とする高分子ファイバの合糸装置に適用して実現する。
【００１４】
本発明の第３の態様によれば、高分子ファイバの回収は、周回面の周回方向に並ぶ連続域または複数域に対応して作り出される高分子ファイバにつき行うことを特徴としている。これにより、周回面での高分子ファイバの同時回収域が周回面の周回方向に増大し、周回面にて回収し先へ送る高分子ファイバの高分子ファイバの堆積量を高め、送り出す高分子ファイバの高分子ファイバの集束数を高められる。
【００１５】
本発明の第４の態様によれば、１つまたは複数の電子紡糸系から周回面の移動方向に直交する方向に広域に作り出す高分子ファイバを、平行に並んだ複数の周回面上に個別に回収して引出し合糸することを特徴としている。これにより、１つまたは複数の電子紡糸系にて、高分子ファイバの作り出し域を周回面の移動方向に直交する方向に拡張するだけで、電子紡糸系を増設することなく、その拡張した作り出し域に見合う数の周回面を並設するだけで、それら周回面上への静電的な誘導にて分割回収して個別に送り出し、複数の糸条に合糸することが同時に行える。
【００１６】
このような方法は、本発明の第１４の態様によれば、周回手段と、引出し合糸手段とは複数組並んで設置されていることを特徴とする高分子ファイバの合糸装置により実現する。
【００１７】
本発明の第５の態様によれば、合糸した糸条は巻取ることを特徴としている。これにより、合糸した糸条を一次製品として取り扱いやすくし、また、撚糸、組紐、ウエブ、織物、編物などの二次製品の製造に供し、また使用しやすいものとすることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様によれば、高分子ファイバの周回面からの初期引出しは、周回面に予め巻き付けておいたリード材の引出しに追随させて行うことを特徴としている。これにより、リード材は周回面と同様な静電特性を持たせるか高分子ファイバとの親和性を高めるなどして、周回面上の高分子ファイバを付着、追随させて、高分子ファイバの初期引出しを容易かつ確実に達成することができる。
【００１９】
本発明の第７の態様によれば、周回面は回転体の外周面であることを特徴としている。これにより、周回面は１本の糸条に合糸するだけの高分子ファイバ群を回収するのに適した周面域が得られる最小限の大きさの円板として実用し連続回収ができる。
【００２０】
この方法は、本発明の第１３の態様によれば、周回手段が、回転駆動される回転体である合糸装置として実現できる。
【００２１】
本発明の第８の態様によれば、合糸した糸条を複数本撚り合わせて撚糸にすることを特徴としている。これにより、糸条の拠り合わせ数に比例してより合わせ糸の太さ、力学物性が高まる。
【００２２】
このような方法は、本発明の第１５の態様によれば、周回手段および引出し合糸手段の各組で合糸した糸条を複数本撚り合わせて１本の糸にする撚り合わせ手段を備えたことを特徴とする高分子ファイバの合糸装置により実現する。
【００２３】
本発明の第９の態様によれば、撚り合わせ糸も巻取ることを特徴としている。これにより、撚り合わせ糸をそのまま一次製品として取り扱いやすくし、また、ロープ、組紐、ウエブ、織物、編物などの二次製品の製造に供し、また使用しやすいものとすることができる。
【００２４】
このような方法は、本発明の第１６の態様によれば、撚り合わせた糸を巻取る巻取り手段を備えた高分子ファイバの合糸装置により実現する。
【００２５】
さらに、第１７の態様によれば、第１０〜第１５の態様の高分子ファイバの合糸装置のいずれか１つは、電子紡糸系との組み合わせた製糸装置とすることができる。
【００２６】
この製糸装置において、第１７の態様によれば、電子紡糸系は、回転駆動される周面に多数の紡糸穴ないしは紡糸ノズルを有し、供給される高分子紡糸液を荷電を伴い前記紡糸穴ないしは紡糸ノズルから流出させる紡糸容器を備えたものとすることができ、
紡糸容器に備えた多数の紡糸穴ないしは紡糸ノズルから、紡糸液の供給圧や容器が回転するときの遠心力によって線状流出性、延伸性を高めて単位時間当りの紡糸量、紡糸する高分子ファイバ径の微小化を高められる。
【００２７】
また、第１〜９の態様の方法によって、上記のように特長ある品質の各種糸条を提供することができる。
【００２８】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の具体的な説明および図面の記載によって明らかになる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、電子紡糸系から作り出される高分子ファイバ群を周回面にて連続に回収しながらそれらを引き揃えある程度集束した追随性の高い高分子ファイバ束として先へ送り、そのまま高速度で引出しても分断無く確実に合糸でき、太さむらがなく引き揃え度の高い、力学物性に優れた糸条が、生産性よく簡単かつ低コストに得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係る高分子ファイバの合糸方法と装置につき図１〜図８を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【００３１】
本発明の高分子ファイバの合糸方法と装置は、既述の電子紡糸により作り出される高分子ファイバ全般を対象とするものであり、その回収過程を利用して連続した糸条に合糸する。従って、特許文献１、２などにより既に知られる電子紡糸用の各種高分子材料、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＦＶＤＦ）、ポリ(フッ化ビニリデン−コ−ヘキサフルオロプロピレン)、ポリアクリロニトリル、ポリ(アクリロニトリル−コ−メタクリレ−ト、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ(塩化ビニリデン−コ−アクリレート)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン１２、ナイロン−４,６などのナイロン系列,アラミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリビニルアルコール、セルロ−ス、酢酸セルロ−ス、酢酸酪酸セルロ−ス、ポリビニルピロリドン−酢酸ビニル、ポリ(ビス−(２−メトキシ−エトキシエトキシ)) ホスファゼン(ＭＥＥＰ))、ポリエチレンイミド(ＰＥＩ)、ポリ(コハク酸エチレン)、ポリ(硫化エチレン)、ポリ(オキシメチレン−オリゴ−オキシエチレン)、ポリ(酸化プロピレン)、ポリ(酢酸ビニル)、ポリアニリン、(ポリテレフタル酸エチレン)、ポリ(ヒドロキシ酪酸)、ポリ(酸化エチレン)、ＳＢＳコポリマー、ポリ乳酸、ポリペプチド、タンパク質などのバイオポリマー、コールタールピッチ、石油ピッチなどのピッチ系などの様々な高分子が適用でき、これらの共重合体および混合物なども適用できる。また、溶媒はこれら高分子を溶解する任意の溶媒を適用できる。
【００３２】
本実施の形態の高分子ファイバの合糸方法は、図１の摸式図で例示した電子紡糸系１００、図２の模式図で例示した電子紡糸系２００、図３の模式図で例示した電子紡糸系３００、図４の模式図で例示した電子紡糸系４００、図５の模式図で例示した電子紡糸系５００、図６の模式図で例示した電子紡糸系６００など各種の電子紡糸系から作り出される高分子ファイバ１を、これと帯電やアースへの接続によって電位差を有した周回面２にて回収し先へ送りながら、これを周回面２から引き出し糸条に合糸することを基本的な特徴としている。これにより、電子紡糸系１００、２００、３００、４００、５００、６００などから作り出される高分子ファイバ１の電位差を利用した静電的な回収が、周回面２各部においてほぼ均等に連続して繰り返し行うことができる。このように連続に回収する高分子ファイバ１は周回面２にて恰も足を掬うような形で移動方向に向かせながら堆積させて、ある程度集束し連続した分断されにくい高分子ファイバ束３として先へ送り周回面２上から確実に引出せるようにする。周回面２から引出す高分子ファイバ束３は引出し時の張力により集束度をさらに高めて、太さむらがなく引き揃え度の高い、力学物性に優れた糸条４に合糸することができる。この結果、電子紡糸系１００、２００、３００、４００、５００、６００などから作り出される高分子ファイバ１群を周回面２にて連続に回収しながらそれらを引き揃え作用を有してある程度集束した追随性の高い高分子ファイバ束３として先へ送り、そのまま高速度で引出しても分断無く確実に合糸でき、太さむらがなく引き揃え度の高い、力学物性に優れた糸条４が、生産性よく簡単かつ低コストに得られる。
【００３３】
このような高分子ファイバ１の合糸方法の基本的な特徴は、図１〜図６に摸式的に示す各例のように、電子紡糸系１００、２００、３００、４００、５００、６００などから電子紡糸方式にて作り出される帯電した高分子ファイバ１を、これと電位差を持った周回面２にて静電的に回収しながら先へ送る周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１と、これら各周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１が先へ送る高分子ファイバ束３を、各周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１の周回面２から引き出して１本の糸条４に合糸する引出し合糸手段１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２とを備えたことを基本的な特徴とする高分子ファイバの合糸装置１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３などによって自動的に達成することができ、これら合糸装置１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３と、それに対応する電子紡糸系１００、２００、３００、４００、５００、６００などとの組み合わせによって製糸装置１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４となる。
【００３４】
ここで、高分子ファイバ１の回収は、図１、図３〜図６の各例のように周回面２の周回方向に並ぶ連続域Ａか、図２のように周回面２の周回方向に並ぶ複数域Ｂか、に対応して作り出される高分子ファイバ１につき行う。このようにすると、周回面２での高分子ファイバ１の同時回収域が周回面２の周回方向に増大し、周回面２にて回収し先へ送り引出しに供する高分子ファイバ束３の高分子ファイバ１の堆積量、重なり量を高め、回収し送り出す高分子ファイバ束３における高分子ファイバ１の集束数を高められる。従って、高速度な回収、引出しにてもデニール値を十分に上げられるし、その分力学物性を高められる。また、周回面２の図１の例にて代表して示す幅Ｃは合糸する糸条４のデニールに対し過大であると、幅広く回収した高分子ファイバ１群を所定のデニール値の糸条４にまで集束させる難度が高くなり、過小であると周回面２の周回方向における連続域Ａまたは複数域Ｂを大きくして堆積量、重なり量を多くすればよいが安定して送り出す難度が高くなるので、合糸のための集束ができる範囲または集束が容易な範囲で周回面２の幅Ｃを合糸する糸条４の太さよりも大きくした上で、単位時間当りの紡糸量とコレクタ面の移動速度との関係を基に、連続域Ａまたは複数域Ｂを必要範囲に設定するのが好ましい。
【００３５】
ここに、周回面２をなす周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１は周回駆動されるベルトによる外周面であっても、回転駆動される回転体の外周面であってもよいが、図１〜図６に示す各例のように回転体とすることにより、周回面２は１本の糸条４に合糸するだけの高分子ファイバ１群を回収するのに適した周面域が得られる最小限の大きさの円板として実用し、回転駆動するモータなどを含めても極く小さなスペースにて連続回収することができる。
【００３６】
一方、周回面２の幅Ｃは小さいほど静電的に回収する高分子ファイバ１の堆積量、重なり量を高めやすいので、電子紡糸される高分子ファイバ1側と周回面２側との電位差は通常、１〜１００ｋＶの高電圧を両者間に印加することによる逆極性間のものとして設定されるが、可能な限り高電位差となるように設定して、回収する高分子ファイバ１の堆積量、重なり量と、送り出しの安定度とを高めるのが好適であり、１０ｋＶ以上とするのがより好適であるし、その方が高速化に対する安定度も向上する利点がある。もっとも、電子紡糸される高分子ファイバ１と周回面２との電位差を、図１〜図６に示す各例での帯電手段としての荷電電源１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８と、帯電手段としての荷電電源１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９とによる帯電にて与えてもよく、この場合図示する例のように逆極性の帯電とせず、同極性であっても、またアースへの接続によっても、所定の電位差を持たせることで帯電した高分子ファイバ１を帯電した周回面２の側に静電的に回収することができる。
【００３７】
電子紡糸される高分子ファイバ１の側の帯電は、例えば、高分子材料から高分子ファイバ１を作り出すための金属製の容器やノズルを帯電させて間接的に行えるし、周回面２側の帯電は、例えば周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１における周回面２を樹脂製の回転体１０１ｂ、２０１ｂ、３０１ｂ、４０１ｂ、５０１ｂ、６０１ｂによって支持した金属板１０１ａ、２０１ａ、３０１ａ、４０１ａ、５０１ａ、６０１ａにて形成して帯電させることで行えるし、周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１における高分子ファイバ１の静電的な回収を周回面２の部分に集中させ、他に回収が及ぶようなことを防止することができる。もっとも、周回面２の高分子ファイバ１に対する回収域から引出しに供する送り出し点までの間を帯電させて、それ以外の部分では帯電を中和ないしは消去して帯電域を必要範囲に限定することもできる。それには、周回面２による高分子ファイバ１の回収および集束を伴なう送り出しの連続性を損なわない範囲で金属板１０１ａ、２０１ａ、３０１ａ、４０１ａ、５０１ａ、６０１ａを周回方向に絶縁間隔を持って配置し、必要な周回位置範囲の金属板部分にのみ帯電させればよい。なお、部分的な帯電保持、帯電除去ができる誘電体による周回面２を構成することでも対応できる。この場合誘電体は金属部材でバックアップするのが帯電保持に有効となり図示例とは金属体と誘電体との配置が逆になる。なお、周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１の非回収域表面は周回面２と絶縁を図った金属板で覆い高分子ファイバ１の回収極性とは逆極性に帯電させておくか電荷を除電ないしは中和しておくことで高分子ファイバ１が非回収域表面に付着するのを防止し、回収率を高められる。非回収域表面に高分子ファイバ１が付着することによるトラブルを回避することができる。
【００３８】
図１の例の合糸装置１０３、図２の例の合糸装置２０３、図６の例の合糸装置６０３はいずれも、１つの周回面２を持った周回手段１０１、２０１、６０１と、これに対応する引出し合糸手段１０２、２０２、６０２を備えたものとし、図１の例の合糸装置１０３、図６の例の合糸装置６０３では１つの電子紡糸系１００、６００自体が周回面２の周回方向に並ぶ連続域Ａに対応した範囲に向け高分子ファイバ１を図示しない例えば１ｍｍ間隔に配列するなどした多数の紡糸穴ないしは紡糸ノズルを通じて作り出す構成としているのに対し、図２の例の合糸装置２０３ではノズルタイプの複数の電子紡糸系２００を周回面２の周回方向に配列して、周回方向に並ぶ複数域Ｂに向け個々の電子紡糸系２００を通じて作り出すように構成している。
【００３９】
一方、図３〜図５に示す各例の合糸装置３０３、４０３、５０３は、それぞれ１つの電子紡糸系３００、４００、５００などから、周回面２の周回方向に直交する方向に広域に作り出す高分子ファイバ１群を、平行に並んだ複数の周回面２上に回収して個別に引き出し合糸するようにしている。これにより、電子紡糸系３００、４００、５００などからの高分子ファイバ１の作り出し域を周回面２の周回方向に直交する方向に拡張するだけで、従って紡糸穴や紡糸ノズルの配列域を拡張するだけで、電子紡糸系３００、４００、５００を増設することなく、その拡張した作り出し域に見合う数の周回面２を図２〜図５に示すように並設するだけで、それら周回面２上への静電的な荷電誘導にて分割回収して個別に送り、複数の糸条４に個別に合糸することが同時に行える。このために、図３〜図５に示す例の合糸装置３０３、４０３、５０３は、いずれも、周回面２を持った周回手段１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１と、これらに対応する引出し合糸手段１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２とを備えたものとしている。もっとも、複数並んだ周回面２のそれぞれに対応して図２の例のようなノズルタイプの電子紡糸系２００を周回方向と直交する方向に個別に配列することもできる。
【００４０】
図４に示す例の電子紡糸系４００は、周面に直径が０．１〜２ｍｍ程度の紡糸穴４００ａを数ｍｍピッチで設けた回転ドラム４００ｂに高分子溶液を図示しないポンプなどにより連続に供給しながら、その供給圧と紡糸容器としての回転ドラム４００ｂが回転することによる遠心力とでより広域によりスムーズにナノ繊維といったより細い高分子ファイバ１を作り出し、複数の周回面２の各連続域Ａに十分に供給できるようにしている。
【００４１】
また、上記各場合の合糸が、撚糸処理を含むものとすることにより、合糸した糸条４の力学物性をさらに高められる。このために、図１〜図６に示す各合糸装置１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３の引出し合糸手段１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２は、高分子ファイバ束３を引出し合糸するための図１〜図４、図６に示す例の回転駆動される巻取り部１０５、２０５、３０５、４０５、６０５、あるいはこれらに代る図５の例に示す回転駆動される搬送部５０７の上流側に、それぞれ撚糸手段１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６を備えたものとすればよい。ここに、撚糸手段１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６は、周回面２から引出し搬送部５０７によって搬送されるか巻取り部１０５、２０５、３０５、４０５、６０５によって巻き取られる糸条４が合糸状態に拘束されているのを利用して、非拘束に撚りを与えるだけで合糸を伴い撚糸できる。従って、周回面２から引出した高分子ファイバ束３を通してまわりから回転により撚りを与えればよく、例えば図７に示すような中空軸モータ７００の中空軸７００ａ内に通して行える。中空軸７００ａによる回転は図１〜図７に示すように周回面２からの引出し位置と巻取り部１０５、２０５、３０５、４０５、６０５による巻取り点、または搬送部５０７による搬送点とを結ぶ線に対して少なくとも一端側が片寄って配置されるだけで、回転する内周面がそれに通されている高分子ファイバ束３にまわりから摺接して撚りを与え合糸することができる。
【００４２】
また、図１〜図４、図６に示す例の引出し合糸装置１０３、２０３、３０３、４０３、６０３のように、合糸した糸条４を巻取り部１０５、２０５、３０５、４０５、６０５により巻取ることで、合糸した糸条４を一次製品として取り扱いやすくし、また、撚糸、組紐、ウエブ、織物、編物などの二次製品の製造に供し、また使用しやすいものとすることができる。
【００４３】
また、図５に示す例の引出し合糸装置５０３では、複数並んだ周回面２から引出した複数の高分子ファイバ束３を個別の撚糸手段５０６によって撚糸した複数の糸条４とし、これを搬送部５０７を介して巻取り部５０５の上流にある次の撚り合わせ手段５１１に通して撚り合わせ１本の撚り合せ糸１４に二次合糸し、巻取り部５０５にて巻取るようにしている。このように、合糸した糸条を複数本撚り合わせて撚り合せ糸１４にすることにより、糸条４の拠り合わせ数に比例してデニールに併せ力学物性が高まる。この場合の撚り合せ手段５１１も、先の撚糸手段５０６の場合同様に図８に示すような中空軸モータ７００の中空軸７００ａを同様に用いることができる。また、撚り合わせ糸１４の巻取りにより、そのまま一次製品として取り扱いやすくし、また、ロープ、組紐、ウエブ、織物、編物などの二次製品の製造に供し、また使用しやすいものとすることができる。
【００４４】
図６の例では特に、金属製の細線や糸などをリード材２１として予め周回面２に巻き付けておき、このリード材２１の引出しに周回面２上に回収し先へ送る高分子ファイバを追随させて周回面２上に回収する高分子ファイバ１の初期引出しを行うようにしている。これにより、リード材２１は周回面２と同様な静電特性を持たせるか高分子ファイバ１との親和性や引っ掛かり性を高めるなどして、周回面２上の回収した高分子ファイバ１を付着、追随させて、高分子ファイバ１の初期引出しを容易かつ確実に達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
電子紡糸系にて作り出される高分子ファイバからの合糸に実用して、太さむらのない優れた糸条を生産性よく得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置の１つの例を示す摸式図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置の別の例を示す摸式図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置の他の例を示す摸式図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置の今１つの例を示す摸式図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置のさらに別の例を示す摸式図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の高分子ファイバの合糸方法と装置のさらに他の例を示す摸式図である。
【図７】図１〜図６に示す例での撚糸手段による撚糸状態を示す斜視図である。
【図８】図５に示す例の撚り合せ手段による複数の糸条の撚り合せ状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 高分子ファイバ
２ 周回面
３ 高分子ファイバ束
４ 糸条
１４ 撚り合わせ糸
２１ リード材
１００、２００、３００、４００、５００、６００ 電子紡糸系
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ 周回手段
１０１ａ、２０１ａ、３０１ａ、４０１ａ、５０１ａ、６０１ａ 金属板
１０１ｂ、２０１ｂ、３０１ｂ、４０１ｂ、５０１ｂ、６０１ｂ 回転体
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２ 引出し合糸手段
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ 合糸装置
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４ 製糸装置
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ 巻取り部
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６ 撚糸手段
５０７ 搬送部
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８ 荷電電源
１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９ 荷電電源
５１１ 撚り合わせ手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子紡糸系から作り出される帯電した高分子ファイバを、これと電位差を有した周回面にて回収して先へ送りながら、これを周回面から引き出し糸条に合糸することを特徴とする高分子ファイバの合糸方法。
【請求項２】
合糸は、撚糸処理を含む請求項１に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項３】
高分子ファイバの回収は、周回面の周回方向に並ぶ連続域または複数域に対応して作り出される高分子ファイバにつき行う請求項１、２のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項４】
１つまたは複数の電子紡糸系から周回面の移動方向に直交する方向に広域に作り出す高分子ファイバを、平行に並んだ複数の周回面上に個別に回収して引出し合糸する請求項１〜３のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項５】
糸条は巻取る請求項１〜４のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項６】
高分子ファイバの周回面からの初期引出しは、周回面に予め巻き付けておいたリード材の引出しに追随させて行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の合糸方法。
【請求項７】
周回面は回転体の外周面である請求項１〜６のいずれか１項に記載の合糸方法。
【請求項８】
個別に合糸した糸条を複数本撚り合わせて撚り合わせ糸にする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項９】
撚り合わせ糸は巻取る請求項８に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項１０】
電子紡糸系から作り出される帯電した高分子ファイバを、これと電位差を有した周回面にて回収しながら先へ送る周回手段と、この周回手段が回収し先へ送る高分子ウエブをその周回面から引き出し糸条に合糸する引出し合糸手段とを備えたことを特徴とする高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１１】
引出し合糸手段は、周回面上から高分子ウエブを引出して集束させて合糸し先へ搬送するか巻取る請求項１０に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１２】
引出し合糸手段は、高分子ファイバを引出す搬送部または巻取り部の上流側に撚糸手段を備えている請求項１０、１１のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１３】
周回手段は、回転駆動される回転体である請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１４】
周回手段と、引出し合糸手段とは周回手段の移動方向に直交する方向に複数組並んで設置されている請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１５】
周回手段および引出し合糸手段の各組で合糸した糸条を複数本撚り合わせて１本の撚り合わせ糸にする撚り合わせ手段を備えた請求項１４に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１６】
撚り合わせた糸を巻取る巻取り手段を備えた請求項１５に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１７】
電子紡糸系と、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸装置とを備えたことを特徴とする製糸装置。
【請求項１８】
電子紡糸系は、回転駆動される周面に多数の紡糸穴ないしは紡糸ノズルを有し、供給される高分子紡糸液を荷電を伴い前記紡糸穴ないしは紡糸ノズルから流出させる紡糸容器を備えている請求項１７に記載の製糸装置。
【請求項１９】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法によって合糸された糸条。
【請求項１】
電子紡糸系から作り出される帯電した高分子ファイバを、これと電位差を有した周回面にて回収して先へ送りながら、これを周回面から引き出し糸条に合糸することを特徴とする高分子ファイバの合糸方法。
【請求項２】
合糸は、撚糸処理を含む請求項１に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項３】
高分子ファイバの回収は、周回面の周回方向に並ぶ連続域または複数域に対応して作り出される高分子ファイバにつき行う請求項１、２のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項４】
１つまたは複数の電子紡糸系から周回面の移動方向に直交する方向に広域に作り出す高分子ファイバを、平行に並んだ複数の周回面上に個別に回収して引出し合糸する請求項１〜３のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項５】
糸条は巻取る請求項１〜４のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項６】
高分子ファイバの周回面からの初期引出しは、周回面に予め巻き付けておいたリード材の引出しに追随させて行う請求項１〜５のいずれか１項に記載の合糸方法。
【請求項７】
周回面は回転体の外周面である請求項１〜６のいずれか１項に記載の合糸方法。
【請求項８】
個別に合糸した糸条を複数本撚り合わせて撚り合わせ糸にする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項９】
撚り合わせ糸は巻取る請求項８に記載の高分子ファイバの合糸方法。
【請求項１０】
電子紡糸系から作り出される帯電した高分子ファイバを、これと電位差を有した周回面にて回収しながら先へ送る周回手段と、この周回手段が回収し先へ送る高分子ウエブをその周回面から引き出し糸条に合糸する引出し合糸手段とを備えたことを特徴とする高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１１】
引出し合糸手段は、周回面上から高分子ウエブを引出して集束させて合糸し先へ搬送するか巻取る請求項１０に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１２】
引出し合糸手段は、高分子ファイバを引出す搬送部または巻取り部の上流側に撚糸手段を備えている請求項１０、１１のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１３】
周回手段は、回転駆動される回転体である請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１４】
周回手段と、引出し合糸手段とは周回手段の移動方向に直交する方向に複数組並んで設置されている請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１５】
周回手段および引出し合糸手段の各組で合糸した糸条を複数本撚り合わせて１本の撚り合わせ糸にする撚り合わせ手段を備えた請求項１４に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１６】
撚り合わせた糸を巻取る巻取り手段を備えた請求項１５に記載の高分子ファイバの合糸装置。
【請求項１７】
電子紡糸系と、請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸装置とを備えたことを特徴とする製糸装置。
【請求項１８】
電子紡糸系は、回転駆動される周面に多数の紡糸穴ないしは紡糸ノズルを有し、供給される高分子紡糸液を荷電を伴い前記紡糸穴ないしは紡糸ノズルから流出させる紡糸容器を備えている請求項１７に記載の製糸装置。
【請求項１９】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の高分子ファイバの合糸方法によって合糸された糸条。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−３１６１０（Ｐ２００８−３１６１０Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０９３６９（Ｐ２００６−２０９３６９）
【出願日】平成１８年８月１日（２００６．８．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１日（２００６．８．１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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