立体製織体、金属繊維立体製織体及びそれらの製造方法
【課題】従来の立体構造布では、収縮糸の収縮によって立体構造を得ているが、収縮糸の特性によって構造布の用途に制約があった。
【解決手段】外側製織層１，２の収縮によって間に配置された起立製織層３を起立させて立体製織体を得、その後に収縮糸を除去することによって基繊維の用途を収縮糸によって制限されることがない。
【解決手段】外側製織層１，２の収縮によって間に配置された起立製織層３を起立させて立体製織体を得、その後に収縮糸を除去することによって基繊維の用途を収縮糸によって制限されることがない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体製織体、金属繊維立体製織体及びそれらの製造方法、特に加熱などによって収縮作用を有する収縮繊維を用いて、製織繊維の一部を屈曲させ、起立した立体製織体を得るための構造及び製法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、繊維の熱収縮性を利用して立体製織体を作ることが行われ、主として通気性、クッション性などに優れた立体構造布として利用されていた。特許文献１には、この種のクッション性織物が開示されており、熱収縮性の大きい合成樹脂繊維と、これより熱収縮性が小さいか又は熱収縮性のない合成樹脂繊維とを経又は緯あるいは経緯に組み合わせて織成した織り地を適当温度条件で熱処理し、熱収縮性繊維の熱収縮により熱収縮性の小さいか熱収縮性のない合成繊維の屈曲による弾性部を形成している。この結果、従来においては、衣料、サポータその他のスポーツ用品、包帯等の医療用品、更に土木、建築その他の産業用資材として広範囲に使用しうるクッション性織物が得られた。このような従来におけるクッション性織物を更に改良した立体構造布が特許文献２に示されており、高収縮糸を経糸として用い、緯糸には主としてモノフィラメントからなる繊維を用いることによって、収縮時の屈曲に方向性を与え、均一な厚みを有し、反発力が大きく弾力性に富み、通気性、クッション性、洗濯耐久性等に優れた立体構造布を提供している。この特許文献２によれば、前述した立体構造布は、寝具、座布団、マットあるいは靴中敷き等として広く利用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−３２１９４８号公報
【特許文献２】特開平６−１２８８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の立体製織体では、熱収縮糸自体が製織体の一方の基繊維として用いられ、この結果、立体製織体自体の特性が収縮糸の特性によって制約されてしまうという問題があった。
【０００５】
すなわち、従来における収縮糸としては主としてポリエステル系高収縮糸が用いられるが、これらの繊維は、熱収縮性を有するが、一方において、立体製織体に求められるその他の特性においては必ずしも最適とは言えない場合が多かった。
【０００６】
極端な場合、金属繊維によって立体製織体を作る場合、従来の構造によればポリエステル系高収縮糸が最終的な製品である立体製織体の一方の基繊維を構成するので、他方の繊維として金属繊維を用いた場合においても全体の立体製織体としては所望の耐熱性、導電性などを得ることができないといった問題があった。
【０００７】
このように、基繊維の特性を重視する場合、立体製織体と収縮糸との特性が相容れない場合は多く、例えば天然素材のみで立体製織体を作る場合などにもポリエステル系高収縮糸がじゃまになることが多かった。
【０００８】
前述した金属繊維立体構造体は、例えば表面燃焼バーナー用マットや断熱材、各種フィルター、オートバイ等の断熱マフラーあるいは電池の導電性基盤材などとして広範囲に利用される。特に表面燃焼バーナー用マットはボイラー吸収式冷温水器、乾燥炉、ガラス徐冷路、食品加熱用バーナーなどとして広く用いられ、低ＮＯＸ・ＣＯ性、低騒音性、高放射効率などを有し、幅広い分野で利用されその需要は極めて大きい。
【０００９】
従来この種の金属繊維立体構造体は図１の写真で示すように、金属短繊維の不織布積層体からなる。この不織布積層体は、厚みを確保するため、金属短繊維をランダムに重ねて積層した不織布状の構造であり、積層密度にばらつきがあり、これを表面燃焼バーナー用マットとして用いると、表面温度にむらが生じ、燃焼時に金属製かすが飛散するなどの問題が生じ、被加熱物に不良品を発生させ、また耐久性が短く高価であるなど種々の問題があった。
【００１０】
したがって、従来においては、このような金属繊維積層体を不織布のような形状でなく、製織した立体構造とすることが強く要望されていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の立体製織体は、一対の外側製織層と、両外側製織層間に配置され少なくとも一部が各外側製織層に接結された起立製織層とを含み、外側製織層は基繊維と収縮繊維との交撚糸から製織され、収縮繊維の収縮作用により起立製織層を両外側製織層間で起立させ、また起立後に収縮繊維が除去されていることを特徴とする。
【００１２】
また、外側製織層及び起立製織層を形成する基繊維は金属繊維からなることを特徴とする。
【００１３】
また、収縮繊維は水溶性収縮繊維からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の立体製織体の製造方法は、基繊維と収縮繊維との交撚糸を製織することによって一対の外側製織層を形成する工程と、一対の外側製織層間に配置され、少なくとも一部が各外側製織体に接結される起立製織層を形成する工程と、外側製織層の収縮繊維を収縮させ起立製織層を起立して立体製織体を形成する工程と、立体製織体から収縮繊維を除去する工程と、からなることを特徴とする。
【００１５】
また、外側製織層を加熱することによって収縮繊維を収縮させることを特徴とする。
【００１６】
また、収縮繊維を溶解洗浄することによって立体製織体から収縮繊維を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、立体製織体の基繊維として任意の素材を用い、例えば、断熱あるいは導電性を求める製織体に対しては金属繊維を基繊維として用い、あるいは必要に応じて天然繊維を基繊維として用いあるいはその他の必要な用途に応じて任意に基繊維を選び、この基繊維の一部に収縮繊維を撚糸し、この収縮糸を加熱その他によって収縮させ所望の起立した立体構造を得た後、収縮作用に用いた収縮糸を適当な溶媒あるいは加熱によって除去し、必要な基繊維のみを残して立体製織体を得たものである。
【００１８】
したがって、得られた立体製織体はその素材が金属、天然繊維、無機繊維あるいは所望の特性を有する基繊維のみからなり、収縮糸成分が残らないので、立体製織体として所望の用途に用いることができるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図２には本発明にかかる立体製織体の基本構造が示されており、一対の外側製織層１，２は二重円の外側円が経糸を示し、またその中側円が符号４で示されるごとく緯糸を示す。一方、両外側製織層１，２間に配置された起立製織層３は外側の楕円が経糸を、また内側の円４が緯糸を示している。図示した立体製織体の基本構造において外側製織層１，２と起立製織層３とは適当な間隔をもって接結されており、図から明らかなように、一対の外側製織層１，２が収縮することによって、起立製織層３は約４５度の角度で屈曲起立し、所望の厚みを提供している。
【００２０】
このような外側製織層の収縮作用を得るため、本発明においては、外側製織層はその基繊維に対して収縮繊維が撚り込まれ、両者の交撚糸から製織されている。より具体的には、図２の場合、一対の外側製織層の経糸には金属基繊維と溶解性収縮繊維との交撚糸が用いられ、一方、起立製織層３の経糸には金属基繊維と溶解性非収縮繊維の交撚糸が用いられている。本実施形態において起立製織層の基繊維は金属基繊維のみでも良いが、溶解性非収縮繊維を交撚することで金属基繊維を製織する際の製織性を改善することができる。
【００２１】
そして、各層の緯糸は金属基繊維と溶解性収縮繊維との交撚糸で構成され、前述したように起立製織層３を両外側製織層１，２に一定の間隔で経方向に交互に接結した組織で製織している。本実施形態において、各層の緯糸は金属基繊維のみでもよいが、溶解性収縮繊維と交撚することにより、金属基繊維を緯方向に収縮する際の高密度化を図ることができる。
【００２２】
そして、この接結を含む製織が完了した後、溶解性収縮繊維には、熱水処理が施され、このときの加熱によって収縮糸が収縮し、この結果、この収縮力によって両外側製織層１，２が経糸方向に収縮することにより、起立製織層が接結された外側製織層１，２の方向に立ち上がると共に、緯糸方向にも収縮される。この結果、図２に示されるような基本構造が得られる。そして、この後、立体製織体には沸騰水あるいは溶媒による溶解洗浄処理が行われ、あるいは加熱燃焼処理が施され、この結果溶解性収縮繊維が立体製織体から除去される。この結果、最終的な立体製織体はほぼ基繊維１００％の組成で、起立による厚みを有し経緯方向とも高密度化された立体製織体となる。
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、例えば金属繊維に水溶性収縮繊維を撚り合わせ、この交撚糸を用いて多層の組織に製織し、熱水や燃焼処理をすることにより金属基繊維のみの立体製織体を得ることができる。もちろん、多層組織は一対の外側製織層間に一層の起立製織層を接結するばかりでなく、このような基本的な３層構造を順次積層することも可能であり、更に外側製織層と起立製織層とを交互に複数層を積層することも好適である。
【００２４】
このようにして織りあがった製織体は、基繊維、例えば金属繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸の収縮力、起立製織層の外側製織層との接結間距離、金属繊維の剛軟度の差、組織の層数などにより、厚み、密度、空隙を制御できる立体製織体となる。これらの立体製織体の物理性能は均一密度、耐熱性、断熱性、均一燃焼、高放射効率、吸着性、嵩高性、クッション性などにおいて良好であり、極めて機能性の高い立体製織体となる。
【００２５】
図３は、本発明にかかる立体製織体の起立変化状態を示している。図３の上部には、外側製織層１，２が収縮する前の状態を示しており、図から明らかなように、一対の外側製織層１，２の間に起立製織層３が適当な間隔で接結されて配置されている。この状態で、両側の外側製織層１，２が加熱などによって収縮作用を起こすと、あいだの起立製織層は各接結点８，９において収縮する外側製織層１，２により引っ張られ、図３の下部に示すように接結点８，９を中心として回転起立する。このとき、基繊維と収縮繊維との交撚糸が５０％収縮するとすれば、起立製織層３は理論上６０度の角度（符号７）で立ち上がることとなる。図３においては、符号５で示される外側製織層１，２の長さが符号６で示されるごとく半分に収縮している。実際上、金属繊維と収縮繊維の交撚糸の収縮力は、全てが起立製織層３の立体化に寄与できるとは限らないが、他の糸応力に対するロスを考慮しても起立製織層３は少なくとも４５度の立ち上がり角度を確保可能である。したがって、外側製織層１，２の収縮率は５０％以上であることが好適であり、またこのときの立ち上がり角度は少なくとも４５度以上とすることが好適であり、外部から加えられる圧力に対して充分な応力を持つためには、立ち上がり角度を６０度前後とすることが好適である。
【００２６】
立体製織体の経糸や緯糸に用いる基繊維は耐熱性が必要な表面燃焼用バーナーなどに用いる場合は、耐熱ステンレス糸など金属繊維を用い、炉内材などの断熱性を重視する場合は、炭素、アルミナ、セラミックス繊維などの無機繊維を用いる。立体製織体の厚みは、外側製織層を形成する金属繊維と収縮繊維との交撚糸の収縮力と起立製織層が両側の外側製織層と接結する距離に比例する。更に厚みを必要とする場合には、起立製織層を多重化することが好適である。例えば、起立製織層を五層とし、金属繊維と収縮繊維との交撚糸を、上下２層の外側製織層及び起立製織層の中心層の経糸に用い、二層目及び四層目の起立製織層の経糸に金属繊維と非収縮繊維の交撚糸を用い、各層の緯糸は金属繊維と収縮繊維との交撚糸で構成し、前記起立製織層の二層目の起立製織層を一方の外側製織層と中心起立製織層とに対して一定の間隔で経方向に交互に接結した組織で構成する。更に、四層目の起立製織層を反対側の外側製織層と中心起立製織層とに対して一定の間隔で経方向に交互に接結した組織を用いて製織し、熱水処理後、金属繊維と収縮繊維の交撚糸の収縮力により、二層目と四層目の起立製織層が立ち上がり、二層の立体製織体を得ることができる。
【００２７】
更に、緯糸に金属繊維と収縮繊維の交撚糸を高密度化のために用いる際、この緯糸に金属繊維の束あるいは短冊状の金属不織布を織り込むことにより、厚みや緻密性を有した細密充填型金属繊維立体製織体を得ることができる。図４，５には、このような細密充填型立体製織体の基本構造が示され、外側製織層１，２と起立製織層３との間に、それぞれ密度の異なる金属繊維束あるいは金属不織布２４，２５が織り込まれ、細密充填された金属繊維立体製織体が得られている。
【００２８】
本実施形態における各製織層を作る製織においては、金属繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸と金属繊維と水溶性非収縮繊維の交撚糸は、別々のビームに巻いて用いる。用いる織機等は、少なくとも２種類の経糸を使用することから、二重以上の送り出し装置を有し、各経糸原料に適した張力で送り出す必要があるため、独立して制御が可能である電動送り出し装置が望ましい。さらに、金属繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸は、非常に伸度が低く、製織時の張力むらが厚さや製織不良を引き起こす原因となることから、精度の高い張力制御が必要であり、マイクロコンピュータ制御による電動送り出し制御装置を有していることが望ましい。また、開口装置は、多層織物組織の製織が可能で、多種の経糸を確実に開口するため、ドビー機であることが望ましい。
【００２９】
本発明において特徴的なことは、前述した外側製織層１，２の収縮により起立製織層３が起立して製織体の立体化が行われた後、収縮繊維が、溶解あるいは焼結、燃焼によって立体製織体から取り除かれることである。
【００３０】
このために、本発明においては、前記収縮繊維は水溶性収縮繊維などの溶解性あるいは可燃性収縮繊維からなる。
【００３１】
前述した水溶性収縮繊維としては、例えば水溶性ビニロン高収縮糸が好適であり、収縮糸が加熱によって収縮した後に、溶解洗浄によって容易に収縮繊維を除去することができ、これによってほぼ基繊維のみの立体製織体を得ることができる。
【００３２】
前述した水溶性ビニロン高収縮糸の場合、約７０℃の熱水で収縮が起こり、更に１００℃の沸騰水洗浄によって容易に溶解することが可能となる。もちろん、収縮繊維として、ポリエステル高収縮糸、ポリウレタン糸、ウーリー糸あるいは強撚糸（強い撚り糸を糊などで固めた糸）なども所定の溶媒にて溶解除去することが可能である。
【００３３】
また、収縮繊維の種類によっては、水溶解あるいは溶媒溶解ばかりでなく、燃焼によって収縮繊維を飛散させることも好適である。
【００３４】
さらに、熱水処理により得られたほぼ金属繊維１００％の立体製織体に、焼結処理を施すことで立体製織体組成が変化し、耐熱特性や断熱性、高密度化などが向上した金属繊維立体製織体とすることができる。
【００３５】
このように得られた金属繊維立体製織体は従来の金属短繊維をランダムに重ねて積層した不織布状の構造体と比較して、積層密度にバラツキが無く、表面温度にむらが生じないので、燃焼時に金属繊維カスが飛散しないという利点がある。また、耐久性に優れ、多軸状で厚みを有し、たて・よこ方向とも高密度化された構造を有している。このため、均一密度、耐熱性、断熱性、均一燃焼、高放射効率、吸着性、嵩高性、クッシュン性などに好成績を得ることができ、表面燃焼バーナー用マットなどの従来これらの性能が不足していた分野への利用のほか、断熱材や各種フィルターなど新たな活用分野を広めるものである。
【実施例１】
【００３６】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３７】
外側製織層の経糸には、金属基繊維として、線径０．０６ｍｍで耐熱最高温度１３５０℃の耐熱金属糸に、水溶性収縮繊維として、繊度８４ｄｔｅｘで熱水７０℃における最大収縮率６５％、溶解温度１００℃の水溶性ビニロン高収縮糸や、繊度１１０ｄｔｅｘで溶解温度３０℃の水溶性ビニロン非収縮糸を、撚り合わせた交撚糸を使用した。緯糸は、高密度化を図るため、金属基繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸を用いた。
【００３８】
金属繊維と水溶性収縮繊維の撚糸は、交撚糸を熱水処理後５０％以上の収縮力で収縮させるため、積極的に撚りをかけられるリング加撚機構の合撚糸機を使用して、金属繊維１本と水溶性繊維数本の糸を１ｍ当たり５４１回の撚り数で撚り合わせた。
【００３９】
本発明において、１ｍ当たりの撚り数は３００〜８００回が好適である。
【００４０】
実施例１において、各経糸を、多層製織の層の違い、繊度の違い、糸種の違いにより、４本のビームにわけ、適宜のテンションを掛けながら、キンクの発生を抑制するため、ボビン転がし方式で整経を行い、できた各ビームの経糸を、織機の綜絖に順通しの状態に通し、これをさらに筬へ引き込み、織機に織り付け製織準備した。
【００４１】
織物組織として、三層の多層組織で、起立製織層には架橋構造を強固にするため平組織とし、外側製織層には経糸収縮力の向上を図るため平組織より組織点の少ない１／３斜文組織を用いて、接結組織より各層を部分的に接結した。収縮後の織物バランスを考慮して、外側製織層と起立製織層の構成比率を１：２とし、ドビー機により開口し製織した。
【００４２】
本発明において、織物組織は、平組織、斜文組織、朱子組織などの交錯組織を用いることができ、また、構成比率は、１：１〜１：５が好適である。
【００４３】
使用した織機は、図６に示すような、マイクロコンピュータ制御の四重電動送り出し装置および電子ドビーコントローラ付きのドビー開口装置を有した片側レピア織機である。金属基繊維と水溶性収縮繊維との交撚糸の張力にあうように送り出し装置を調整した。製織時には、厚さが少ない織物であるが、熱水処理後は、図３の説明図に示すように、収縮力を有した水溶性収縮繊維の応力により外側製織層が収縮し、収縮しない起立製織層が接結間ごとに立ち上がり多軸状の嵩高い織物を得ることができる。つまり、製織時には、図３上部に示した織物構造であるが、製織後、起立製織層が立ち上がり、多軸構造に変化した織物が得られる。これらに基づいて、製造した多軸構造の織物は、一般織物の断面に比較して、多軸状で厚みや立体性の高い織物とすることができた。
【００４４】
実施例１の緯糸には、金属基繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸２本諸糸を用い、緯糸密度が１ｃｍ当たり３０本であれば、外側製織層をたて方向に５０％以上収縮でき、立体的で高密度、圧縮に対する形状安定性や回復性に優れた立体製織体が得られた。
【００４５】
本発明において、前記織物密度は、１ｃｍ当たり１０〜１２０本が好適であった。
【００４６】
実施例１における起立のための収縮を起こす熱水処理を施す際、図７に示すように、２枚の板２０，２１で製織層３０を挟み込むことにより、得られる立体製織体の表面形状に平滑性を持たせることができる。すなわち、図７の初期状態において、２枚の板２０，２１の間隙は製織層３０よりも大きく開いており、その間隙は予想される立体製織体の最終厚さとほぼ同等に設定されている。
【００４７】
したがって、前述した説明のとおり、収縮繊維の収縮によって起立製織層が起立すると、図８の３０ａで示されるように得られた立体製織体の厚みはほぼ２枚の板２０，２１の間隙と等しくなり、この状態で立体製織体の表面に平滑性を与えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明において、立体製織体は、各種材質の基繊維に対して用いることができ、前述した実施例で示した金属基繊維ばかりでなく、その他のポリエステル、ナイロン、セラミックス、アラミド、アルミナ、炭素あるいはガラス繊維なども対象とすることができる。
【００４９】
また、基繊維として用いられる糸の太さに対しても広範囲の選択が可能である。例えば、ステンレスあるいは鉄系の金属においては、１０μｍ〜１０００μｍの糸径を対象とすることができ、その中でも１０〜１００μｍの太さが好適である。さらにこれらを数本撚り合わせたものも好適である。
【００５０】
金属繊維として銅あるいはアルミニウムを用いる場合、その太さは１０〜２０００μｍを利用することができ、特に１０〜２００μｍの線径が好適である。さらにこれらを数本撚り合わせたものも好適である。
【００５１】
更にポリエステル繊維においては、１〜３０００μｍまで幅広く用いることができ、特に、１０〜３００μｍの線径が好適である。さらにこれらを数本撚り合わせたものも好適である。
【００５２】
図９は本発明にかかる金属繊維立体製織体を表面燃焼バーナー用マット１６として用いた例であり、混合ガス２６によって表面燃焼を行う場合に、良好な断熱作用を与えることができる。
【００５３】
図１０はオートバイなどの排気ガス２７を導くマフラー用断熱材として金属繊維立体製織体１６を用いた例であり、良好な断熱作用を与えることができる。
【００５４】
図１１には本発明によって製造された金属繊維立体製織体の一例が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来の不織布による金属繊維断熱構造体を示す写真である。
【図２】本発明にかかる立体製織体の基本構造を示す説明図である。
【図３】本発明にかかる立体製織体の起立作用を示す説明図である。
【図４】本発明にかかる起立製織体の充填された状態を示す基本構造を示す図である。
【図５】本発明にかかる起立製織体の充填された状態を示す他の基本構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例において用いられる四重送り出し装置付き織機の一例を示す説明図である。
【図７】本発明にかかる立体製織体を製造する際の熱水処理装置の一例を示す説明図である。
【図８】図７に示した熱水処理装置において、立体製織体が得られた状態を示す説明図である。
【図９】本発明にかかる立体製織体を表面燃焼バーナー用マットに用いた一例を示す説明図である。
【図１０】本発明にかかる立体製織体をオートバイ用マフラー断熱材に応用した説明図である。
【図１１】本発明によって得られた金属繊維立体製織体の一例を示す写真である。
【符号の説明】
【００５６】
１，２ 外側製織層、３ 起立製織層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体製織体、金属繊維立体製織体及びそれらの製造方法、特に加熱などによって収縮作用を有する収縮繊維を用いて、製織繊維の一部を屈曲させ、起立した立体製織体を得るための構造及び製法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、繊維の熱収縮性を利用して立体製織体を作ることが行われ、主として通気性、クッション性などに優れた立体構造布として利用されていた。特許文献１には、この種のクッション性織物が開示されており、熱収縮性の大きい合成樹脂繊維と、これより熱収縮性が小さいか又は熱収縮性のない合成樹脂繊維とを経又は緯あるいは経緯に組み合わせて織成した織り地を適当温度条件で熱処理し、熱収縮性繊維の熱収縮により熱収縮性の小さいか熱収縮性のない合成繊維の屈曲による弾性部を形成している。この結果、従来においては、衣料、サポータその他のスポーツ用品、包帯等の医療用品、更に土木、建築その他の産業用資材として広範囲に使用しうるクッション性織物が得られた。このような従来におけるクッション性織物を更に改良した立体構造布が特許文献２に示されており、高収縮糸を経糸として用い、緯糸には主としてモノフィラメントからなる繊維を用いることによって、収縮時の屈曲に方向性を与え、均一な厚みを有し、反発力が大きく弾力性に富み、通気性、クッション性、洗濯耐久性等に優れた立体構造布を提供している。この特許文献２によれば、前述した立体構造布は、寝具、座布団、マットあるいは靴中敷き等として広く利用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−３２１９４８号公報
【特許文献２】特開平６−１２８８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の立体製織体では、熱収縮糸自体が製織体の一方の基繊維として用いられ、この結果、立体製織体自体の特性が収縮糸の特性によって制約されてしまうという問題があった。
【０００５】
すなわち、従来における収縮糸としては主としてポリエステル系高収縮糸が用いられるが、これらの繊維は、熱収縮性を有するが、一方において、立体製織体に求められるその他の特性においては必ずしも最適とは言えない場合が多かった。
【０００６】
極端な場合、金属繊維によって立体製織体を作る場合、従来の構造によればポリエステル系高収縮糸が最終的な製品である立体製織体の一方の基繊維を構成するので、他方の繊維として金属繊維を用いた場合においても全体の立体製織体としては所望の耐熱性、導電性などを得ることができないといった問題があった。
【０００７】
このように、基繊維の特性を重視する場合、立体製織体と収縮糸との特性が相容れない場合は多く、例えば天然素材のみで立体製織体を作る場合などにもポリエステル系高収縮糸がじゃまになることが多かった。
【０００８】
前述した金属繊維立体構造体は、例えば表面燃焼バーナー用マットや断熱材、各種フィルター、オートバイ等の断熱マフラーあるいは電池の導電性基盤材などとして広範囲に利用される。特に表面燃焼バーナー用マットはボイラー吸収式冷温水器、乾燥炉、ガラス徐冷路、食品加熱用バーナーなどとして広く用いられ、低ＮＯＸ・ＣＯ性、低騒音性、高放射効率などを有し、幅広い分野で利用されその需要は極めて大きい。
【０００９】
従来この種の金属繊維立体構造体は図１の写真で示すように、金属短繊維の不織布積層体からなる。この不織布積層体は、厚みを確保するため、金属短繊維をランダムに重ねて積層した不織布状の構造であり、積層密度にばらつきがあり、これを表面燃焼バーナー用マットとして用いると、表面温度にむらが生じ、燃焼時に金属製かすが飛散するなどの問題が生じ、被加熱物に不良品を発生させ、また耐久性が短く高価であるなど種々の問題があった。
【００１０】
したがって、従来においては、このような金属繊維積層体を不織布のような形状でなく、製織した立体構造とすることが強く要望されていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の立体製織体は、一対の外側製織層と、両外側製織層間に配置され少なくとも一部が各外側製織層に接結された起立製織層とを含み、外側製織層は基繊維と収縮繊維との交撚糸から製織され、収縮繊維の収縮作用により起立製織層を両外側製織層間で起立させ、また起立後に収縮繊維が除去されていることを特徴とする。
【００１２】
また、外側製織層及び起立製織層を形成する基繊維は金属繊維からなることを特徴とする。
【００１３】
また、収縮繊維は水溶性収縮繊維からなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の立体製織体の製造方法は、基繊維と収縮繊維との交撚糸を製織することによって一対の外側製織層を形成する工程と、一対の外側製織層間に配置され、少なくとも一部が各外側製織体に接結される起立製織層を形成する工程と、外側製織層の収縮繊維を収縮させ起立製織層を起立して立体製織体を形成する工程と、立体製織体から収縮繊維を除去する工程と、からなることを特徴とする。
【００１５】
また、外側製織層を加熱することによって収縮繊維を収縮させることを特徴とする。
【００１６】
また、収縮繊維を溶解洗浄することによって立体製織体から収縮繊維を除去することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、立体製織体の基繊維として任意の素材を用い、例えば、断熱あるいは導電性を求める製織体に対しては金属繊維を基繊維として用い、あるいは必要に応じて天然繊維を基繊維として用いあるいはその他の必要な用途に応じて任意に基繊維を選び、この基繊維の一部に収縮繊維を撚糸し、この収縮糸を加熱その他によって収縮させ所望の起立した立体構造を得た後、収縮作用に用いた収縮糸を適当な溶媒あるいは加熱によって除去し、必要な基繊維のみを残して立体製織体を得たものである。
【００１８】
したがって、得られた立体製織体はその素材が金属、天然繊維、無機繊維あるいは所望の特性を有する基繊維のみからなり、収縮糸成分が残らないので、立体製織体として所望の用途に用いることができるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図２には本発明にかかる立体製織体の基本構造が示されており、一対の外側製織層１，２は二重円の外側円が経糸を示し、またその中側円が符号４で示されるごとく緯糸を示す。一方、両外側製織層１，２間に配置された起立製織層３は外側の楕円が経糸を、また内側の円４が緯糸を示している。図示した立体製織体の基本構造において外側製織層１，２と起立製織層３とは適当な間隔をもって接結されており、図から明らかなように、一対の外側製織層１，２が収縮することによって、起立製織層３は約４５度の角度で屈曲起立し、所望の厚みを提供している。
【００２０】
このような外側製織層の収縮作用を得るため、本発明においては、外側製織層はその基繊維に対して収縮繊維が撚り込まれ、両者の交撚糸から製織されている。より具体的には、図２の場合、一対の外側製織層の経糸には金属基繊維と溶解性収縮繊維との交撚糸が用いられ、一方、起立製織層３の経糸には金属基繊維と溶解性非収縮繊維の交撚糸が用いられている。本実施形態において起立製織層の基繊維は金属基繊維のみでも良いが、溶解性非収縮繊維を交撚することで金属基繊維を製織する際の製織性を改善することができる。
【００２１】
そして、各層の緯糸は金属基繊維と溶解性収縮繊維との交撚糸で構成され、前述したように起立製織層３を両外側製織層１，２に一定の間隔で経方向に交互に接結した組織で製織している。本実施形態において、各層の緯糸は金属基繊維のみでもよいが、溶解性収縮繊維と交撚することにより、金属基繊維を緯方向に収縮する際の高密度化を図ることができる。
【００２２】
そして、この接結を含む製織が完了した後、溶解性収縮繊維には、熱水処理が施され、このときの加熱によって収縮糸が収縮し、この結果、この収縮力によって両外側製織層１，２が経糸方向に収縮することにより、起立製織層が接結された外側製織層１，２の方向に立ち上がると共に、緯糸方向にも収縮される。この結果、図２に示されるような基本構造が得られる。そして、この後、立体製織体には沸騰水あるいは溶媒による溶解洗浄処理が行われ、あるいは加熱燃焼処理が施され、この結果溶解性収縮繊維が立体製織体から除去される。この結果、最終的な立体製織体はほぼ基繊維１００％の組成で、起立による厚みを有し経緯方向とも高密度化された立体製織体となる。
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、例えば金属繊維に水溶性収縮繊維を撚り合わせ、この交撚糸を用いて多層の組織に製織し、熱水や燃焼処理をすることにより金属基繊維のみの立体製織体を得ることができる。もちろん、多層組織は一対の外側製織層間に一層の起立製織層を接結するばかりでなく、このような基本的な３層構造を順次積層することも可能であり、更に外側製織層と起立製織層とを交互に複数層を積層することも好適である。
【００２４】
このようにして織りあがった製織体は、基繊維、例えば金属繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸の収縮力、起立製織層の外側製織層との接結間距離、金属繊維の剛軟度の差、組織の層数などにより、厚み、密度、空隙を制御できる立体製織体となる。これらの立体製織体の物理性能は均一密度、耐熱性、断熱性、均一燃焼、高放射効率、吸着性、嵩高性、クッション性などにおいて良好であり、極めて機能性の高い立体製織体となる。
【００２５】
図３は、本発明にかかる立体製織体の起立変化状態を示している。図３の上部には、外側製織層１，２が収縮する前の状態を示しており、図から明らかなように、一対の外側製織層１，２の間に起立製織層３が適当な間隔で接結されて配置されている。この状態で、両側の外側製織層１，２が加熱などによって収縮作用を起こすと、あいだの起立製織層は各接結点８，９において収縮する外側製織層１，２により引っ張られ、図３の下部に示すように接結点８，９を中心として回転起立する。このとき、基繊維と収縮繊維との交撚糸が５０％収縮するとすれば、起立製織層３は理論上６０度の角度（符号７）で立ち上がることとなる。図３においては、符号５で示される外側製織層１，２の長さが符号６で示されるごとく半分に収縮している。実際上、金属繊維と収縮繊維の交撚糸の収縮力は、全てが起立製織層３の立体化に寄与できるとは限らないが、他の糸応力に対するロスを考慮しても起立製織層３は少なくとも４５度の立ち上がり角度を確保可能である。したがって、外側製織層１，２の収縮率は５０％以上であることが好適であり、またこのときの立ち上がり角度は少なくとも４５度以上とすることが好適であり、外部から加えられる圧力に対して充分な応力を持つためには、立ち上がり角度を６０度前後とすることが好適である。
【００２６】
立体製織体の経糸や緯糸に用いる基繊維は耐熱性が必要な表面燃焼用バーナーなどに用いる場合は、耐熱ステンレス糸など金属繊維を用い、炉内材などの断熱性を重視する場合は、炭素、アルミナ、セラミックス繊維などの無機繊維を用いる。立体製織体の厚みは、外側製織層を形成する金属繊維と収縮繊維との交撚糸の収縮力と起立製織層が両側の外側製織層と接結する距離に比例する。更に厚みを必要とする場合には、起立製織層を多重化することが好適である。例えば、起立製織層を五層とし、金属繊維と収縮繊維との交撚糸を、上下２層の外側製織層及び起立製織層の中心層の経糸に用い、二層目及び四層目の起立製織層の経糸に金属繊維と非収縮繊維の交撚糸を用い、各層の緯糸は金属繊維と収縮繊維との交撚糸で構成し、前記起立製織層の二層目の起立製織層を一方の外側製織層と中心起立製織層とに対して一定の間隔で経方向に交互に接結した組織で構成する。更に、四層目の起立製織層を反対側の外側製織層と中心起立製織層とに対して一定の間隔で経方向に交互に接結した組織を用いて製織し、熱水処理後、金属繊維と収縮繊維の交撚糸の収縮力により、二層目と四層目の起立製織層が立ち上がり、二層の立体製織体を得ることができる。
【００２７】
更に、緯糸に金属繊維と収縮繊維の交撚糸を高密度化のために用いる際、この緯糸に金属繊維の束あるいは短冊状の金属不織布を織り込むことにより、厚みや緻密性を有した細密充填型金属繊維立体製織体を得ることができる。図４，５には、このような細密充填型立体製織体の基本構造が示され、外側製織層１，２と起立製織層３との間に、それぞれ密度の異なる金属繊維束あるいは金属不織布２４，２５が織り込まれ、細密充填された金属繊維立体製織体が得られている。
【００２８】
本実施形態における各製織層を作る製織においては、金属繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸と金属繊維と水溶性非収縮繊維の交撚糸は、別々のビームに巻いて用いる。用いる織機等は、少なくとも２種類の経糸を使用することから、二重以上の送り出し装置を有し、各経糸原料に適した張力で送り出す必要があるため、独立して制御が可能である電動送り出し装置が望ましい。さらに、金属繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸は、非常に伸度が低く、製織時の張力むらが厚さや製織不良を引き起こす原因となることから、精度の高い張力制御が必要であり、マイクロコンピュータ制御による電動送り出し制御装置を有していることが望ましい。また、開口装置は、多層織物組織の製織が可能で、多種の経糸を確実に開口するため、ドビー機であることが望ましい。
【００２９】
本発明において特徴的なことは、前述した外側製織層１，２の収縮により起立製織層３が起立して製織体の立体化が行われた後、収縮繊維が、溶解あるいは焼結、燃焼によって立体製織体から取り除かれることである。
【００３０】
このために、本発明においては、前記収縮繊維は水溶性収縮繊維などの溶解性あるいは可燃性収縮繊維からなる。
【００３１】
前述した水溶性収縮繊維としては、例えば水溶性ビニロン高収縮糸が好適であり、収縮糸が加熱によって収縮した後に、溶解洗浄によって容易に収縮繊維を除去することができ、これによってほぼ基繊維のみの立体製織体を得ることができる。
【００３２】
前述した水溶性ビニロン高収縮糸の場合、約７０℃の熱水で収縮が起こり、更に１００℃の沸騰水洗浄によって容易に溶解することが可能となる。もちろん、収縮繊維として、ポリエステル高収縮糸、ポリウレタン糸、ウーリー糸あるいは強撚糸（強い撚り糸を糊などで固めた糸）なども所定の溶媒にて溶解除去することが可能である。
【００３３】
また、収縮繊維の種類によっては、水溶解あるいは溶媒溶解ばかりでなく、燃焼によって収縮繊維を飛散させることも好適である。
【００３４】
さらに、熱水処理により得られたほぼ金属繊維１００％の立体製織体に、焼結処理を施すことで立体製織体組成が変化し、耐熱特性や断熱性、高密度化などが向上した金属繊維立体製織体とすることができる。
【００３５】
このように得られた金属繊維立体製織体は従来の金属短繊維をランダムに重ねて積層した不織布状の構造体と比較して、積層密度にバラツキが無く、表面温度にむらが生じないので、燃焼時に金属繊維カスが飛散しないという利点がある。また、耐久性に優れ、多軸状で厚みを有し、たて・よこ方向とも高密度化された構造を有している。このため、均一密度、耐熱性、断熱性、均一燃焼、高放射効率、吸着性、嵩高性、クッシュン性などに好成績を得ることができ、表面燃焼バーナー用マットなどの従来これらの性能が不足していた分野への利用のほか、断熱材や各種フィルターなど新たな活用分野を広めるものである。
【実施例１】
【００３６】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３７】
外側製織層の経糸には、金属基繊維として、線径０．０６ｍｍで耐熱最高温度１３５０℃の耐熱金属糸に、水溶性収縮繊維として、繊度８４ｄｔｅｘで熱水７０℃における最大収縮率６５％、溶解温度１００℃の水溶性ビニロン高収縮糸や、繊度１１０ｄｔｅｘで溶解温度３０℃の水溶性ビニロン非収縮糸を、撚り合わせた交撚糸を使用した。緯糸は、高密度化を図るため、金属基繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸を用いた。
【００３８】
金属繊維と水溶性収縮繊維の撚糸は、交撚糸を熱水処理後５０％以上の収縮力で収縮させるため、積極的に撚りをかけられるリング加撚機構の合撚糸機を使用して、金属繊維１本と水溶性繊維数本の糸を１ｍ当たり５４１回の撚り数で撚り合わせた。
【００３９】
本発明において、１ｍ当たりの撚り数は３００〜８００回が好適である。
【００４０】
実施例１において、各経糸を、多層製織の層の違い、繊度の違い、糸種の違いにより、４本のビームにわけ、適宜のテンションを掛けながら、キンクの発生を抑制するため、ボビン転がし方式で整経を行い、できた各ビームの経糸を、織機の綜絖に順通しの状態に通し、これをさらに筬へ引き込み、織機に織り付け製織準備した。
【００４１】
織物組織として、三層の多層組織で、起立製織層には架橋構造を強固にするため平組織とし、外側製織層には経糸収縮力の向上を図るため平組織より組織点の少ない１／３斜文組織を用いて、接結組織より各層を部分的に接結した。収縮後の織物バランスを考慮して、外側製織層と起立製織層の構成比率を１：２とし、ドビー機により開口し製織した。
【００４２】
本発明において、織物組織は、平組織、斜文組織、朱子組織などの交錯組織を用いることができ、また、構成比率は、１：１〜１：５が好適である。
【００４３】
使用した織機は、図６に示すような、マイクロコンピュータ制御の四重電動送り出し装置および電子ドビーコントローラ付きのドビー開口装置を有した片側レピア織機である。金属基繊維と水溶性収縮繊維との交撚糸の張力にあうように送り出し装置を調整した。製織時には、厚さが少ない織物であるが、熱水処理後は、図３の説明図に示すように、収縮力を有した水溶性収縮繊維の応力により外側製織層が収縮し、収縮しない起立製織層が接結間ごとに立ち上がり多軸状の嵩高い織物を得ることができる。つまり、製織時には、図３上部に示した織物構造であるが、製織後、起立製織層が立ち上がり、多軸構造に変化した織物が得られる。これらに基づいて、製造した多軸構造の織物は、一般織物の断面に比較して、多軸状で厚みや立体性の高い織物とすることができた。
【００４４】
実施例１の緯糸には、金属基繊維と水溶性収縮繊維の交撚糸２本諸糸を用い、緯糸密度が１ｃｍ当たり３０本であれば、外側製織層をたて方向に５０％以上収縮でき、立体的で高密度、圧縮に対する形状安定性や回復性に優れた立体製織体が得られた。
【００４５】
本発明において、前記織物密度は、１ｃｍ当たり１０〜１２０本が好適であった。
【００４６】
実施例１における起立のための収縮を起こす熱水処理を施す際、図７に示すように、２枚の板２０，２１で製織層３０を挟み込むことにより、得られる立体製織体の表面形状に平滑性を持たせることができる。すなわち、図７の初期状態において、２枚の板２０，２１の間隙は製織層３０よりも大きく開いており、その間隙は予想される立体製織体の最終厚さとほぼ同等に設定されている。
【００４７】
したがって、前述した説明のとおり、収縮繊維の収縮によって起立製織層が起立すると、図８の３０ａで示されるように得られた立体製織体の厚みはほぼ２枚の板２０，２１の間隙と等しくなり、この状態で立体製織体の表面に平滑性を与えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明において、立体製織体は、各種材質の基繊維に対して用いることができ、前述した実施例で示した金属基繊維ばかりでなく、その他のポリエステル、ナイロン、セラミックス、アラミド、アルミナ、炭素あるいはガラス繊維なども対象とすることができる。
【００４９】
また、基繊維として用いられる糸の太さに対しても広範囲の選択が可能である。例えば、ステンレスあるいは鉄系の金属においては、１０μｍ〜１０００μｍの糸径を対象とすることができ、その中でも１０〜１００μｍの太さが好適である。さらにこれらを数本撚り合わせたものも好適である。
【００５０】
金属繊維として銅あるいはアルミニウムを用いる場合、その太さは１０〜２０００μｍを利用することができ、特に１０〜２００μｍの線径が好適である。さらにこれらを数本撚り合わせたものも好適である。
【００５１】
更にポリエステル繊維においては、１〜３０００μｍまで幅広く用いることができ、特に、１０〜３００μｍの線径が好適である。さらにこれらを数本撚り合わせたものも好適である。
【００５２】
図９は本発明にかかる金属繊維立体製織体を表面燃焼バーナー用マット１６として用いた例であり、混合ガス２６によって表面燃焼を行う場合に、良好な断熱作用を与えることができる。
【００５３】
図１０はオートバイなどの排気ガス２７を導くマフラー用断熱材として金属繊維立体製織体１６を用いた例であり、良好な断熱作用を与えることができる。
【００５４】
図１１には本発明によって製造された金属繊維立体製織体の一例が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来の不織布による金属繊維断熱構造体を示す写真である。
【図２】本発明にかかる立体製織体の基本構造を示す説明図である。
【図３】本発明にかかる立体製織体の起立作用を示す説明図である。
【図４】本発明にかかる起立製織体の充填された状態を示す基本構造を示す図である。
【図５】本発明にかかる起立製織体の充填された状態を示す他の基本構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例において用いられる四重送り出し装置付き織機の一例を示す説明図である。
【図７】本発明にかかる立体製織体を製造する際の熱水処理装置の一例を示す説明図である。
【図８】図７に示した熱水処理装置において、立体製織体が得られた状態を示す説明図である。
【図９】本発明にかかる立体製織体を表面燃焼バーナー用マットに用いた一例を示す説明図である。
【図１０】本発明にかかる立体製織体をオートバイ用マフラー断熱材に応用した説明図である。
【図１１】本発明によって得られた金属繊維立体製織体の一例を示す写真である。
【符号の説明】
【００５６】
１，２ 外側製織層、３ 起立製織層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の外側製織層と、両外側製織層間に配置され、少なくとも一部が各外側製織層に接結された起立製織層とを含み、
外側製織層は、基繊維と収縮繊維との交撚糸から製織され、収縮繊維の収縮作用により起立製織層を両外側製織層間で起立させ、また起立後に収縮繊維が除去されていることを特徴とする立体製織体。
【請求項２】
請求項１記載の立体製織体において、
外側製織層及び起立製織層を形成する基繊維は金属繊維からなることを特徴とする金属繊維立体製織体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の立体製織体において、
収縮繊維は水溶性収縮繊維からなることを特徴とする立体製織体及び金属繊維立体製織体。
【請求項４】
基繊維と収縮繊維との交撚糸を製織することによって一対の外側製織層を形成する工程と、
一対の外側製織層間に配置され、少なくとも一部が各外側製織体に接結される起立製織層を形成する工程と、
外側製織層の収縮繊維を収縮させ、起立製織層を起立して立体製織体を形成する工程と、
立体製織体から収縮繊維を除去する工程と、
を含む立体製織体の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、
外側製織層を加熱することによって収縮繊維を収縮させることを特徴とする立体製織体の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の製造方法において、
収縮繊維を溶解洗浄することによって立体製織体から収縮繊維を除去することを特徴とする立体製織体の製造方法。
【請求項１】
一対の外側製織層と、両外側製織層間に配置され、少なくとも一部が各外側製織層に接結された起立製織層とを含み、
外側製織層は、基繊維と収縮繊維との交撚糸から製織され、収縮繊維の収縮作用により起立製織層を両外側製織層間で起立させ、また起立後に収縮繊維が除去されていることを特徴とする立体製織体。
【請求項２】
請求項１記載の立体製織体において、
外側製織層及び起立製織層を形成する基繊維は金属繊維からなることを特徴とする金属繊維立体製織体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の立体製織体において、
収縮繊維は水溶性収縮繊維からなることを特徴とする立体製織体及び金属繊維立体製織体。
【請求項４】
基繊維と収縮繊維との交撚糸を製織することによって一対の外側製織層を形成する工程と、
一対の外側製織層間に配置され、少なくとも一部が各外側製織体に接結される起立製織層を形成する工程と、
外側製織層の収縮繊維を収縮させ、起立製織層を起立して立体製織体を形成する工程と、
立体製織体から収縮繊維を除去する工程と、
を含む立体製織体の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の製造方法において、
外側製織層を加熱することによって収縮繊維を収縮させることを特徴とする立体製織体の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の製造方法において、
収縮繊維を溶解洗浄することによって立体製織体から収縮繊維を除去することを特徴とする立体製織体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２２６６（Ｐ２００６−２２６６Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７７５６２（Ｐ２００４−１７７５６２）
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（５９１０４３５８１）東京都 (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１５日（２００４．６．１５）
【出願人】（５９１０４３５８１）東京都 (107)
【Ｆターム（参考）】
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