複合口金および複合繊維の製造方法
【課題】島成分吐出孔の孔充填密度を拡大し、島成分の合流を防止し、多様な繊維断面形態の寸法安定性を高く維持できる複合口金とこれを用いた複合繊維の製造方法を提供する。
【解決手段】ポリマー流の下流側に向かい分配孔の孔数が増加し、上流側に位置する分配孔７と、下流側に位置する分配孔とを連通するように分配溝８が形成されている分配板と、分配板の下流側に位置し、分配孔に連通した複数の海成分吐出孔４と、海成分吐出孔の孔数よりも多くの島成分吐出孔１が形成された上層板２と、上層板の下流側に位置し、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘型海島複合ポリマー流を構成するための、島成分吐出孔と海成分吐出孔に連通した合流室２４が形成された中層板３と、中層板の下流側に位置し、合流室２４に連通した吐出孔が、島成分吐出孔と対向した位置に形成された下層板５とで構成する分配板。
【解決手段】ポリマー流の下流側に向かい分配孔の孔数が増加し、上流側に位置する分配孔７と、下流側に位置する分配孔とを連通するように分配溝８が形成されている分配板と、分配板の下流側に位置し、分配孔に連通した複数の海成分吐出孔４と、海成分吐出孔の孔数よりも多くの島成分吐出孔１が形成された上層板２と、上層板の下流側に位置し、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘型海島複合ポリマー流を構成するための、島成分吐出孔と海成分吐出孔に連通した合流室２４が形成された中層板３と、中層板の下流側に位置し、合流室２４に連通した吐出孔が、島成分吐出孔と対向した位置に形成された下層板５とで構成する分配板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類以上のポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金、およびこの複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステルやポリアミドなどの熱可塑性ポリマーを用いた繊維は、力学特性や寸法安定性に優れるため、用途が多様化し、様々な機能性を付与した繊維が数多く開発されるようになった。
【０００３】
例えば、衣料用途では、ソフトな風合い等を付与する狙いで単糸細繊度化・多フィラメント化や、吸水・速乾性の向上や光沢感を変更する等の狙いで単糸異形断面化、また、鮮明性に優れた染色の実現等の新たな機能性付与の狙いでポリマーを改質する等の改良が行われている。また、産業用途では、同様に単糸細繊度化・多フィラメント化や単糸異形断面化の他、高強度化、高弾性化や、耐候性、難燃性等の新たな機能性付与を狙ったポリマーの改質等の改良が行われている。さらに、上記改良に加えて、２種類以上のポリマーを組み合わせることによって、単一成分のポリマーでは不十分な性能を補完したり、また、全く新しい機能を付与する複合繊維の開発も盛んに行われている。
【０００４】
この複合繊維を製造する手法には、芯鞘、サイドバイサイド、海島型と言った複合口金を利用した複合紡糸法と、ポリマー同士を溶融混練するポリマーアロイ法がある。複合紡糸法は、２種類以上のポリマーを複合繊維とする原理的な面では、ポリマーアロイ法と差は無いが、複合口金で複合ポリマー流を精密に制御し、特に、糸の走行方向において高精度な糸断面形態を形成できる点においては、ポリマーアロイ法よりも優位性が高いと考えられる。
【０００５】
複合紡糸法を用いた例として、芯鞘型は、芯成分を鞘成分が被覆することで、単独繊維では達成されない風合い、嵩高性などといった感性的効果、また、強度、弾性率、耐摩耗性などといった力学特性の付与が可能となる。また、サイドバイサイド型では、単独繊維では不可能であった捲縮性を発現させ、ストレッチ性等を付与することが可能となる。また、海島型では、溶融紡糸した後に易溶出成分（海成分）を溶出することにより、難溶出成分（島成分）だけが残存し、例えば、糸径がナノオーダーの極細繊維を得ることができる。この極細繊維は、糸表面積が大きいことから、肌触りやドレープ性に優れており、不織布や織物の構成材料に幅広く使用されている。
【０００６】
そこで、これら複合紡糸法では、一般的に、２種類以上のポリマーを口金内で複合ポリマー流とし、同一の吐出孔から吐出する方法が採用されているが、当然のことながら、この複合口金技術が繊維形態を決定する上で極めて重要となっている。
【０００７】
上記の複合口金の一つとして、海島型の複合口金を大きく二つに区分けすると、パイプ方式口金と分配板方式口金になる。分配板方式口金の代表的な例として、図１２に示すように、特許文献１の複合口金が開示されている。図１２は特許文献１の複合口金の部分拡大平面図である。図中、黒丸の１は島成分ポリマーを吐出する島成分吐出孔、白丸の４は海成分ポリマーを吐出する海成分吐出孔、２は上層板、８は分配溝をそれぞれ示す。以下、各図面において、説明済みの図に対応する部材が存在する場合は、同じ参照符号を用いて説明を省略することがある。特許文献１は、分配板を複数枚重ね、その分配板の最下層に、分配溝８、島成分吐出孔１、海成分吐出孔４を設けた上層板２を配設し、分配板により島成分ポリマーと海成分ポリマーを予め多数に分配した後、上層板２の島成分吐出孔１と海成分吐出孔４より両成分のポリマーを各々吐出し、吐出直後に複合化させることで複雑な断面を形成できることが記載されている。また、孔群の配設パターンの例として、図１３に示すように、特許文献２の複合口金が開示されている。図１３は特許文献２の複合口金の部分拡大平面図である。特許文献２の口金板の一つを、上層板２とし、また、上層板２に配設された島成分吐出孔１、海成分吐出孔４と見なす。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、および特許文献２の分配方式口金では、上層板２の同一面に島成分吐出孔１と海成分吐出孔４を配置するために、島成分吐出孔１を多く配置することができず、孔充填密度を大きくできない場合がある。特に、特許文献２では、島成分ポリマー同士の合流を防止するために、一つの島成分吐出孔１の周囲に複数の海成分吐出孔４を配置していることから、上層板２には、島成分吐出孔１より多い孔数の海成分吐出孔４が配置されているため、島成分吐出孔１を配置する箇所が限定されて、島成分吐出孔１の孔数を多くできない場合がある。このように、孔充填密度が大きくできない場合には、複合口金が大型化し、繊維分野の多錘型の紡糸設備では生産性、操業性が好ましくない問題が生じる場合がある。
【０００９】
また、パイプ方式口金の代表的な例として、図１４に示すように、特許文献３の複合口金が開示されている。図１４は特許文献３の複合口金の概略断面図である。図中、３０はパイプ、３１は海成分ポリマー導入流路、３２は島成分ポリマー導入流路、３３は上口金板、３４は中口金板、３５は下口金板、４０は海成分ポリマー分配室、４１はパイプ挿入孔、４２は口金吐出孔をそれぞれ示す。
【００１０】
特許文献３は、一般的に海島型繊維を製造するパイプ方式口金として知られており、海成分ポリマー導入流路３１、島成分ポリマー導入流路３２、およびパイプ３０を設けた上口金板３３と、パイプ３０の外径と同等、もしくは大きな口径のパイプ挿入孔４１を設けた中口金板３４と、口金吐出孔４２を設けた下口金板３５にて構成されている。そこで、易溶出成分の海成分ポリマーは、海成分ポリマー導入流路３１から海成分ポリマー分配室４０に導かれ、パイプ３０の外周を充満するのに対して、難溶出成分の島成分ポリマーは、島成分ポリマー導入流路３２からパイプ３０に導かれ、パイプ３０から吐出することで、両成分のポリマーが合流し、海島複合断面を形成した後、パイプ挿入孔４１を経て、口金吐出孔４２から複合ポリマー吐出し、海島複合繊維を製造することができると記載されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献３のパイプ方式口金の大きな問題点は、１島を製作するのに、パイプ厚みが加算されることから、１つのパイプ当たりの面積が拡大する。また、口金の製作上、パイプ３０を上口金板３３に圧入し溶接固定していることから、溶接代が必要であり、さらに、パイプ３０を挿入するための孔を設けることから、強度上の問題によりパイプ間同士の間隙を狭化できない。そのため、パイプ３０を単位面積当たりに密に配置することができず（以降、孔充填密度と呼ぶ）、孔充填密度を大きくできず、糸径がナノオーダーの超極細繊維を製造することが困難である。また、所望の繊維形態を得るためには、複数の複合口金を試作して紡糸評価を幾つか繰り返す必要があるが、この複合口金の構造は非常に複雑であるため、口金の製作に期間や手間、費用が必要となり、この点においても設備費が過大となる問題がある。また、パイプ３０が密集して配設されたパイプ群の外周に、海成分ポリマー導入流路３１が配設されていることから、パイプ群の中心に海成分ポリマーを十分に供給することが困難となり、特に、パイプ群の中心のパイプ３０から吐出された島成分ポリマー同士の合流が発生する場合がある。特に、孔充填密度を大きくするために、パイプ３０をより密集して配置すれば、上記問題は、より顕著となる。本発明者らの知見によると、パイプ３０のパイプ群の中には、海成分ポリマー導入流路３１を自由に配設することは、構造的に困難な場合がある。これは、例えば、パイプ群の中に配設するためには、パイプ３０を途中で屈曲させる等をして、海成分ポリマー導入流路３１を設ける必要があるため、口金の構造が非常に複雑になり、設備費が過大となる問題がある。
【００１２】
また、パイプ方式口金に類似した例として、図１５に示すような、特許文献４の複合口金が開示されている。図１５は、特許文献４の複合口金の概略断面図である。図中、２５は吐出孔、２９は上板、４３は突出部を示す。特許文献４は、海成分ポリマー、島成分ポリマーを均一に分配するために、吐出孔２５、および島成分吐出孔１の周囲に突出部４３を有して、上口金板３３の下面と、吐出孔２５の周囲に形成された突出部４３の上面との間隙、および上板２９の下面と、島成分吐出孔１の周囲に形成された突出部４３の上面との間隙を狭幅化し、圧損を大きくすることで、ポリマーの分配性を向上させることができると記載されている。また、本発明者らの知見によると、パイプを用いずに、機械加工にて孔を形成していることから、特許文献３のような、口金製作の際のパイプ使用の問題が回避できることから、特許文献３と比べて、孔充填密度を幾分は大きくすることが可能となる。
【００１３】
しかしながら、本発明者らの知見によると、上述の様に、両成分ポリマー分配性に関して、一定の効果は確認できるが、島成分吐出孔１、および海成分吐出孔４の周囲に突出部４３を有した構造であることから、孔間ピッチが大きくなり、孔充填密度を大きくできない。これは、特許文献４の実施形態からも明らかであり、島数／１口金当たり＝５００個、島数／１Ｇ当たり＝２５個、各成分ポリマーの吐出量９ｇ〜２１ｇ／（ｍｉｎ・口金）と言ったように、太繊度糸を対象としており、近年の超極細糸には対応できない場合がある。また、本発明者らの知見によると、間隙を通過するポリマー通過量が多いため、流路圧損が大きくなり、両成分ポリマーの均一分配は可能となるが、本発明の複合口金が対象とする、ポリマー通過量がごく微量となる超細繊度糸では、流路圧損が大きくできないため、上述のような効果は得られない場合がある。
【００１４】
また、特許文献４に類似した例として、図１６に示すような、特許文献５の複合口金が開示されている。図１６は、特許文献５の複合口金の概略断面図である。図中、２７は放射状溝、２８は同心円状溝を示す。特許文献５は、島成分吐出孔１の周囲に放射状溝２７や、吐出孔２５に周囲に同心円上溝２８を形成させることで、海成分ポリマーの分配性を向上させることができると記載されている。
【００１５】
しかしながら、島成分吐出孔１や、吐出孔２５の周囲に溝加工を施していることから、孔間ピッチが大きくなり、孔充填密度を大きくできない場合がある。また、口金に複雑な溝加工を行っているため、口金の製作に期間や手間、費用が必要となり、この点においても設備費が過大となる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】国際公開１９８９−０２９３８号パンフレット
【特許文献２】特開２００８−３８２７５号公報
【特許文献３】特開２００１−１９２９２４号公報
【特許文献４】特開平７−１１８９１３号公報
【特許文献５】特開２００６−１８３１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上の様に、島成分吐出孔の孔充填密度を高めつつ、島成分ポリマー同士の合流を防止することは、海島型の複合繊維を製造する上で、極めて重要な要素であるが、上記した様に、種々の問題が残されており、海島型の複合繊維製造の妨げとなってきた。従って、この問題を解決することは、工業上、重要な意味を有するのである。
【００１８】
よって、本発明の目的は、海島型複合繊維を製造するための分配板方式口金において、複合口金が安価に製作できると共に、島成分ポリマーの吐出孔の孔充填密度を拡大しつつ、島成分ポリマーを均一に分配し、島成分ポリマー同士の合流を防止することで、多様な繊維断面形態を高精度に形成し、この断面形態の寸法安定性を高く維持できる複合口金、および複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の複合口金は次のような構成を有する。すなわち、本発明によれば、島成分ポリマーと海成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金において、島成分ポリマーと海成分ポリマーを各々分配するための分配孔および／又は分配溝が形成された複数の分配板であって、ポリマーの紡出経路方向の下流側に向かい前記分配孔の孔数が増加し、ポリマーの紡出経路方向の上流側に位置する前記分配孔と、ポリマーの紡出経路方向の下流側に位置する前記分配孔とを連通するように前記分配溝が形成されている分配板と、前記分配板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、前記分配孔に連通した複数の海成分吐出孔と、前記海成分吐出孔の孔数よりも多くの島成分吐出孔が形成された上層板と、前記上層板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘型海島複合ポリマー流を構成するための、前記島成分吐出孔と前記海成分吐出孔に連通した合流室が形成された中層板と、前記中層板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、前記芯鞘型海島複合ポリマー流を吐出するための、前記合流室に連通した吐出孔が、前記島成分吐出孔と対向した位置に形成された下層板とで構成する構造である複合口金が提供される。
【００２０】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記分配孔および前記分配溝によって形成された前記分配板内部の複数のポリマー通流経路について、前記分配板の上端から下端に至るまでの前記ポリマー通流経路の長さが相対的に長い経路における前記分配孔の孔径を相対的に短い経路における前記分配孔の孔径より大きくする複合口金が提供される。
【００２１】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記島成分吐出孔が孔群を形成する領域内に前記海成分吐出孔を形成する複合口金が提供される。
【００２２】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記島成分吐出孔を中心とした周囲に、前記上層板の下面よりもポリマーの紡出経路方向の下流側に突出した上層突出部が形成され、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように、前記上層突出部の端部周りに海成分ポリマーを供給する外端部孔を形成する複合口金が提供される。
【００２３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記分配板、または前記上層板、前記中層板、前記下層板に形成された最小孔の直径ＤＭＩＮと、前記最小孔が形成された板厚みＢＴが、以下の式を満たす複合口金が提供される。
【００２４】
ＢＴ／ＤＭＩＮ≦２
但し、ＤＭＩＮ：分配板、または上層板、中層板、下層板に形成された最小孔の直径（ｍｍ）、ＢＴ：最小孔が形成された分配板、または上層板、中層板、下層板の厚み（ｍｍ）を示す。
【００２５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記島成分吐出孔の孔充填密度が１孔／ｍｍ２以上である複合口金が提供される。
【００２６】
また、本発明の別の形態によれば、上記複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法が提供される。
【００２７】
また、本発明の別の形態によれば、上記複合口金において、前記分配板から前記上層板の前記島成分吐出孔に至る各流路における流路圧損が等しくなる複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法が提供される。
【００２８】
本発明において、「ポリマーの紡出経路方向」とは、各ポリマー成分が計量板から吐出板の口金吐出孔まで流れる主方向をいう。
【００２９】
本発明において、「分配孔」とは、一または、複数の分配板の組合せにより、孔が形成され、ポリマーの紡出経路方向に、ポリマーを分配する役割を果たすものをいう。
【００３０】
本発明において、「分配溝」とは、一または、複数の分配板の組合せにより、溝が形成され、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向に、ポリマーを分配する役割を果たすものをいう。ここで、分配溝は、細長い穴（スリット）であってもよいし、細長い溝が掘ってあってもよい。
【００３１】
本発明において、「ポリマー通流経路」とは、分配板内部に形成された分配孔および分配溝が連通することで構成される経路をいう。
【００３２】
本発明において、「孔充填密度」とは、島成分ポリマーを吐出する島成分吐出孔数を吐出導入孔径で除することによって求めた値をいう。この孔充填密度が大きい程、島成分ポリマー成分が多数にて構成される複合繊維である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の複合口金によれば、島成分ポリマーの吐出孔の孔充填密度を拡大しつつ、島成分ポリマーを均一に分配し、島成分ポリマー同士の合流を防止することで、多様な繊維断面形態を高精度に形成し、この断面形態の寸法安定性を高く維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ矢視図である。
【図５】図１のＹ−Ｙ矢視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金の概略断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金と、紡糸パック、冷却装置周辺の概略断面図である。
【図８】本発明の実施形態に用いられる複合口金により製造された代表的な複合繊維の断面形態を示した断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に用いられる上層板、分配板の概略部分断面図である。
【図１０】本発明の第１の別の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図である。
【図１１】図１０のＺ−Ｚ矢視図である。
【図１２】従来例の複合口金の下層板の部分拡大平面図である。
【図１３】従来例の複合口金の下層板の部分拡大平面図である。
【図１４】従来例の複合口金の概略断面図である。
【図１５】従来例の複合口金の概略断面図である。
【図１６】従来例の複合口金の概略断面図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に用いられる上層板、分配板の概略部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明の複合口金の実施形態について詳細に説明する。図６は本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金の概略断面図であり、図１は図６の部分拡大断面図であり、図５は図１のＹ−Ｙ矢視図であり、図９、図１７は本発明の第１の実施形態に用いられる上層板、分配板の概略部分断面図であり、図２は本発明の第２の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図であり、図３は本発明の第３の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図であり、図１０は本発明の第１の別の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図であり、図４は図３のＸ−Ｘ矢視図であり、図１１は図１０のＺ−Ｚ矢視図であり、図７は本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金と、紡糸パック、冷却装置周辺の概略断面図である。図中、３は中層板、５は下層板、６は分配板、７は分配孔、９は計量板、１０は吐出孔、１１は吐出導入孔、１２は縮小孔、１５は紡糸パック、１６はスピンブロック、１７は冷却装置、１８は複合口金、１９は上層突出部、２０は仮想外接円、２１は上層突出部の下面、２２は下層板の上面、２４は合流室、２５は吐出孔、２６は仮想内接円をそれぞれ示す。なお、これらは、本発明の要点を正確に伝えるための概念図であり、図を簡略化しており、本発明の複合口金は特に制限されるものでなく、孔および溝の数ならびにその寸法比などは実施の形態に合わせて変更可能なものとする。
【００３６】
本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金１８は、図７に示すように、紡糸パック１５に装備され、スピンブロック１６の中に固定され、複合口金１８の直下に冷却装置１７が構成される。そこで、複合口金１８に導かれた２成分以上のポリマーは、各々、計量板９、分配板６、上層板２、中層板３、下層板５を通過して、吐出板１０の口金吐出孔４２から吐出された後、冷却装置１７により吹き出される気流により冷却され、油剤を付与された後に、マルチフィラメン糸として巻き取られる。なお、図７では、環状内向きに気流を吹き出す環状の冷却装置１７を採用しているが、一方向から気流を吹き出す冷却装置を用いてもよい。また、計量板９の上流側に装備する部材に関しては、既存の紡糸パック１５にて使用された流路等を用いればよく、特別に専有化する必要が無い。
【００３７】
本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金１８は、図６に示すように、計量板９と、複数の分配板６、上層板２、中層板３、下層板５、吐出板１０を順に積層して構成され、特に、分配板６、上層板２、中層板３、下層板５は薄板にて構成されるのが好ましい。その場合、計量板９と分配板６、および上層板２、中層板３、下層板５と吐出板１０は、位置決めピンにより、紡糸パック１８の中心位置（芯）が合うように位置決めを行い、積層した後に、ネジ、ボルト等で固定してもよく、熱圧着により金属接合（拡散接合）させてもよい。特に、分配板６同士や、分配板６と上層板２、上層板２と中層板３、中層板３と下層板５は、薄板を使用するため、熱圧着により金属接合（拡散接合）させるのが好ましい。
【００３８】
そこで、図６、および図１に示すように、計量板９より供給された各成分のポリマーは、複数の積層された分配板６の分配溝８、および分配孔７を通過した後、上層板５の島成分ポリマーを吐出するための島成分吐出孔１、および海成分ポリマーを吐出するための海成分吐出孔４より、中層板３の合流室２４に吐出することで、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘型海島複合ポリマー流が形成される。その後、芯鞘型海島複合ポリマー流は、下層板５の吐出孔２５を経て、吐出板１０の吐出導入孔１１、縮小孔１２を通過して、口金吐出孔４２より吐出される。
【００３９】
まず、本発明の最も重要なポイントである、複合口金１８の孔充填密度を大きくしつつ、繊維断面形態を高精度に形成（＝島成分ポリマーを均一に分配し、島成分ポリマー同士の合流を防止する）できる原理について説明する。
【００４０】
ここで、孔充填密度を大きくするためには、図１２に示すように、上層板２に配設する島成分吐出孔１を密接させ、孔数を可能な限り多く配置しなければいけないが、その場合には、島成分ポリマー同士の合流を防止するために、島成分吐出孔１の周囲に海成分吐出孔４を配置する必要があり、そのため、上層板２に配置できる島成分吐出孔１の孔数が制約される。これは、本発明者らの知見によると、島成分ポリマー同士の合流を防止するためには、上層板２に配設された島成分吐出孔１の孔数と同一か、それ以上の海成分吐出孔４が必要となることが分かっている。例えば、図１３に示すように、一個の島成分吐出孔１を基準として、６個の海成分吐出孔４を六方向から囲い込む配列等が挙げられるが、この場合には、島成分吐出孔１の３倍の海成分吐出孔４が必要となる。
【００４１】
つまりは、孔充填密度を大きくするために、島成分吐出孔１の孔数を多く、海成分吐出孔４の孔数を極力少なくした場合には、島成分ポリマー同士の合流が発生し、反対に、島成分ポリマー同士の合流を抑制するために、海成分吐出孔４の孔数を多く、島成分吐出孔１の孔数を少なく配置した場合には、孔充填密度が大きくできないため、島充填密度と島成分ポリマー同士の合流にはトレードオフの関係が発生する。
【００４２】
また、上記に加えて、上層板２に配設された全ての島成分吐出孔１より島成分ポリマーを均一に吐出するためには、島成分吐出孔１や、その上流側において、島成分ポリマーを均一に供給・分配し、且つ計量する機構が必要となる。そこで、例えば、図１５に示すように、計量機構として、島成分吐出孔１の周囲に突出部４３を有し、間隙を狭化することで、流路圧損を大きくする等が挙げられるが、この場合には、島成分吐出孔１を密接して配設できず、上層板２に配置できる島成分吐出孔１の孔数が制約されて、孔充填密度を大きくできない。更には、上層板２に配設された全ての島成分吐出孔１の周囲に、海成分ポリマーを供給するために、例えば、図１６に示すように、海成分ポリマーの分配機構として、島成分吐出孔１の周囲に放射状溝２７や、また、吐出孔２５の周囲に同心円上溝２８を配設する等が挙げられるが、この場合には、島成分吐出孔１や、それに対向する吐出孔２５を密接して配設できず、上層板２に配置できる島成分吐出孔１の孔数が制約されて、孔充填密度を大きくできない。
【００４３】
従って、孔充填密度を大きくしつつ、島成分ポリマーを均一に分配し、島成分ポリマー同士の合流を防止することが複合繊維を製造する上で極めて重要な技術となる。そこで、本発明者らは、従来の技術では、何の配慮もされていなかった、上記問題に関して、鋭意検討を重ねた結果、本発明の新たな技術を見出すに至った。 即ち、本発明の第１の実施形態の複合口金１８は、図１に示すように、複数の積層された分配板６には、島成分ポリマーと海成分ポリマーを各々分配するための分配孔７および／又は分配溝８が形成され、上層板２には、分配孔７または分配溝８に連通した、１つ以上の海成分吐出孔４と、海成分吐出孔４の孔数よりも多く配置された島成分吐出孔１とが形成され、中層板３には、島成分吐出孔１と海成分吐出孔４とに連通した合流室２４が形成され、下層板５には、合流室２４に連通した吐出孔２５が、島成分吐出孔１と対向した位置に形成されている。そして、ポリマーの紡出経路方向の上端の分配板６の分配孔７、または分配溝８から上層板２の島成分吐出孔１に至る複数のポリマー通流経路において、流路圧損が等しくなるような構造となっている。その場合、分配板６には、分配孔７と分配溝８が形成されていてもよく、この場合には、一枚の分配板６の片側の面には分配孔７が、他方の面には分配溝８が形成され、分配孔７と分配溝８が連通している。また、分配孔７が分配板６を貫通して形成されていてもよく、また、分配溝８が分配板７を貫通して形成されていてもよい。
【００４４】
このような構造とすることで、全ての島成分吐出孔１の周囲に海成分ポリマーが充満している合流室２４に島成分ポリマーが吐出されることから、吐出直後に、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込み、芯鞘型海島複合ポリマー流を形成した後、吐出孔２５に導かれるため、島成分ポリマー同士の合流が発生し難くなる。また、島成分ポリマー同士の合流を防止するために、島成分吐出孔１の周囲に多くの海成分吐出孔４を配置する必要がなく、また、合流室２４に海成分ポリマーを供給する海成分吐出孔４の孔数を少なくできるため、島成分吐出孔１を密接して配設することができ、孔充填密度を大きくすることが可能となる。更には、ポリマー紡出経路方向の上端の分配板６から上層板２の島成分吐出孔１に至る複数のポリマー通流経路の流路圧損を等しくすることで、上層板２に配設された全ての島成分吐出孔１から島成分ポリマーを均一に吐出し、島成分ポリマー同士の合流を抑制できる。上記の結果、均一な芯鞘型海島複合ポリマー流を形成し、高精度な繊維断面形態を形成することができる。
【００４５】
ここで、上記の複数のポリマー通流経路の流路圧損を等しくする構造としては、図９に示すように、複数の積層された分配板６において、分配板６に形成された分配孔７の孔数が、ポリマーの紡出経路方向の下流側に向かい増加するように構成し、ポリマーの紡出経路方向にポリマーを導く分配孔７が形成された分配板６と、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向にポリマーを導く分配溝８が形成された分配板６とを交互に積層させて、ポリマーの紡出経路方向の上流側に位置する分配孔７と、ポリマーの紡出経路方向の下流側に位置する分配孔７とを連通するように分配溝８が形成されている。そこで、一つの分配孔７に対して、そのポリマー紡出経路方向の下流側の位置に連通する一つの分配溝８を形成し、その分配溝８の端部に連通する複数個（図９では二つ）の分配孔７を構成するトーナメント方式のポリマーの通流経路が形成されている。このトーナメント方式のポリマーの通流経路路では、ポリマー紡出経路方向の上端に位置する分配板６の分配孔７、または分配溝８から上層板２の島成分吐出孔１に至る経路長が等しくなっている。そして、複数の積層された分配板６において、各々の分配板６においては、分配孔７の孔径、分配溝８の溝幅、溝深さ、溝長を等しくした構造となっている。この場合、ポリマーの紡出経路方向の上流側に向い、トーナメント流路の数が減少するに伴って、分配溝８や、分配孔７を通過するポリマーの流量が順次大きくなり、流路圧損が大きくなるため、それに合わせて、分配孔７の孔径や、分配溝８の溝幅、溝深さを順次大きくし、流路圧損の増大を抑制するのが好ましい。また、図９に示すように、一つの分配溝８が、ポリマーの紡出経路方向の下流側に対して、二つの分配孔７に連通する２分岐のトーナメント方式のポリマーの通流経路が好適であるが、これに限定はしない。分配溝８が二つ以上の分配孔７に連通する場合（２分岐以上のトーナメント方式の流路の場合）は、ポリマー紡出経路方向の上流側の分配孔７から、下流側の分配孔７に至る分配溝８の溝長、溝幅、溝深さをそれぞれ等しくすることで、各ポリマーの通流経路の流路圧損を等しくするのがよい。また、分配溝８の端部に分配孔７を配設することで、ポリマーの異常滞留を無くし、ポリマーの分配性が高く、精密に制御できる利点を有する。
【００４６】
ここで、その他の各ポリマーの通流経路の流路圧損を等しくする構造としては、分配孔７および分配溝８によって形成された分配板６内部の複数のポリマー通流経路について、分配板６の上端から下端（上層板２の海成分吐出孔４）に至るまでのポリマー通流経路の長さが相対的に長い経路における分配孔６の孔径を、相対的に短い経路における分配孔６の孔径より大きくすることが挙げられ、これにより流路圧損を均等にすることが可能となる。
【００４７】
また、その他の各ポリマーの通流経路の流路圧損を等しくする構造としては、図１７に示すように、一つの分配溝８が、ポリマー紡出経路方向の下流側に対して、複数個の分配孔７に連通し、また、ポリマー紡出経路方向の上流側に対しても、複数個の分配孔７に連通していてもよい。この場合、分配溝８の中央部に連通した分配孔７と、端部に連通した分配孔７を通過するポリマーの流量を等しくするために、中央部と比較して、端部に位置する分配孔７の孔径を大きくすることで、流路圧損を均等にすることが可能となる。
【００４８】
また、その他の各ポリマーの通流経路の流路圧損を等しくする構造としては、上層板２の島成分吐出孔１の孔径を、その上流側の分配板６の各流路における流路圧損差を等しくするように調整する構造が挙げられる。具体的には、流路圧損が大きな流路に連通する島成分吐出孔１の孔径を大きくし、流路圧損が小さな上流側の流路に連通する島成分吐出孔１を小さくすることで、流路圧損を等しくすることが可能となる。
【００４９】
また、上記の様な、合流室２４に分配される島成分ポリマーの均一化だけでなく、海成分ポリマーの分配も同様の構造であってもよい。つまりは、ポリマー紡出経路方向の上端に位置する分配板６の分配孔７、または分配溝８から上層板２の海成分吐出孔４に至る流路圧損を等しくし、合流室２４に分配される海成分ポリマーを均一化することで、均一な芯鞘型海島複合ポリマー流を形成でき、それにより、高精度な繊維断面形態を形成することができる。
【００５０】
次に、分配板６、上層板２、中層板３、下層板５の作製方法としては、通常電気・電子部品の加工に用いられるエッチング加工が好適である。ここで、エッチング加工とは、エッチング液などの化学薬品による化学反応・腐食作用を応用して薄板を食刻（溶解加工・化学切削）する加工方法であり、目的とする加工形状にマスキング（必要な部分表面を部分的に被覆保護すること）による防食処理を施した上で、エッチング液などの腐食剤によって不要部分を除去することで目的の加工形状を非常に高精度に得ることができる。これを用いることにより、機械加工等を用いた際に発生する熱歪みの懸念が無く、特に、上層板２においては、隣り合う島成分吐出孔１間の距離が近接化でき、下層板５においても、隣り合う吐出孔２５間の距離を近接化できるため、孔充填密度をより大きくすることが可能となる。ここで、エッチング加工に用いられる薄板の板厚みは、具体的には、０．０１〜１ｍｍ範囲となるのがよく、更には、０．１〜０．５ｍｍの範囲となるのが好適である。また、他の作製方法としては、従来の口金作製で用いられるドリル加工や金属精密加工である旋盤、マニシング、プレス、レーザー加工等を用いることも可能である。但し、これらの加工は被加工物の歪抑制という観点から、加工板の厚みに制約があるため、複数の分配板を積層させる本発明の複合口金に適用するには板厚みを考慮する必要がある。
【００５１】
そこで、エッチング加工にて形成された島成分吐出孔１の中で最小となる孔の直径ＤＭＩＮと、その最小孔が形成された上層板２の板厚みＢＴが、式（１）の式を満たすことで、孔充填密度をより大きくすることができる。また、分配溝８が形成されている場合には、溝幅をＤＭＩＮとし、分配板６の板厚みＢＴとが、式（１）を満たすことで、上記と同様に、孔充填密度をより大きくすることができる。
ＢＴ／ＤＭＩＮ≦２ ・・・（１）
ここで、ＢＴ／ＤＭＩＮ＞２の場合には、上記の通り、孔充填密度をより大きくすることが可能であるが、更に、孔の加工精度を高め、島成分ポリマーの吐出斑を最小化しようとすると、式（１）を満たすことがより好ましい。
【００５２】
また、本発明における上層板２は、図５に示すように、孔群を形成した島成分吐出孔１の周囲に海成分吐出孔４が配設されている。これにより、島成分吐出孔１を密集して配設し、孔充填密度を大きくすることができる。この場合、孔群を形成した島成分吐出孔１は、周期性を持って配設されているのが好適であるが、非周期に配設されていてもよい。また、島成分吐出孔１の周囲に配設された海成分吐出孔４は、孔群の全周を取り囲む様に配設するのが好適であるが、その限りではない。例えば、孔群が矩形の場合には、対向する二つの側面にのみ海成分吐出孔４を配設しても良い。
【００５３】
また、図１１に示すように、上層板２に配設された島成分吐出孔１が孔群を形成する領域内（図１１では、５行×４列の孔群領域）において、海成分吐出孔４を配設してもよい。この場合、図５に示すような島成分吐出孔１の孔配列と比較すると、孔充填密度は若干低くなるが、海成分吐出孔４を配設することで、孔群領域の中心部に海成分ポリマーを供給することも可能となる。これにより、孔群領域内の全ての島成分吐出孔１において、島成分ポリマーの外周を囲い込むように、海成分ポリマーを供給することができる。このように、島成分吐出孔１の孔群領域内に海成分吐出孔４を配設するには、図１０に示すように、分配孔７や、分配溝８が形成された分配板６を積層させ、島成分吐出孔１の領域内に海成分吐出孔４に連通する流路を形成することで可能となる。本発明の複合口金は、分配板６を複数枚用いて流路を形成することから、流路の自由度が高く、必要な位置に必要な数、島成分吐出孔１、および海成分吐出孔４を配設することができる。よって、上記の様に、ポリマー物性、および紡糸条件等に合わせた、島成分吐出孔１、および海成分吐出孔４の孔配置を適宜決定すればよい。
【００５４】
次に、図２、図３、図４に示す本発明の別の実施形態について説明する。図２に示す本発明の第２の実施形態は、上層板２と中層板３が同一の薄板で構成されている。この実施形態では、予め１枚の薄板に合流室２４、および島成分吐出孔１、海成分吐出孔４をエッチング加工にて形成することで、積層する薄板の枚数を削減し、その結果、複合口金の製造コストを抑えることが可能となる。但し、エッチング加工の際に、薄板に形成する孔や、溝の加工精度が悪化する場合があるため、事前に加工精度を確認し、板厚み、孔径、溝幅等を決定するのが好ましい。また、明細書では省略したが、中層板３と下層板５が同一の薄板で構成されていても良く、この場合、上記と同様の特徴を有する。
【００５５】
また、図３、図４に示す本発明の第３の実施形態は、島成分吐出孔１を中心とした周囲に、上層板２の下面よりもポリマーの紡出経路方向の下流側に突出した上層突出部１９を有しており、上層突出部１９の外周形状よりも大きな仮想外接円２０と、上層突出部１９の外周形状よりも小さな仮想内接円２６とを持つ吐出孔２５が形成され、上層突出部１９の下面２１が、下層板５の上面２２と、同一、またはポリマーの紡出経路方向の下方に配設され、上層突出部１９の端部周りに海成分ポリマーを供給する外端部孔４４が形成されている。ここで、上層突出部１９の下面２１と、下層板５の上面２２とが同一面の場合は、金属圧着により拡散接合されているのが好適である。
【００５６】
これにより、吐出孔２５において、島成分ポリマーがポリマーの紡出経路方向の下流側に向かって吐出され、海成分ポリマーが、上層突出部１９の端部周りの外端部孔４４よりポリマーの紡出経路方向の下流側に向かって吐出され、その後、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘複合ポリマー流が形成され、ポリマーの紡出経路方向の下流側に導かれる。よって、本発明の第１の実施形態において、高精度な島成分ポリマーの断面形態が形成できるが、本発明の第３の実施形態とすることで、島成分ポリマーと海成分ポリマー、そして芯鞘複合ポリマー流を全て同じ方向に形成し、ポリマー流の不必要な衝突を回避し、ポリマー流乱れを抑制できることから、より高精度な島成分ポリマーの断面形態を形成し、この断面形態を高い寸法安定性で維持することができる。また、本発明の第１の実施形態において、薄板を多層に構成し、圧着することにより、分配板の強度向上が可能であるが、本発明の第３の実施形態において、上層突出部１９の下面２１と、下層板５の上面２２を同一面で接合することにより、更に、薄板の強度が向上し、撓み等を抑制することができ、撓みによるポリマー分配不良を抑制することができる。また、島成分吐出孔１のポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面を丸形状、吐出孔２５のポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面を異形状とすることにより、得られる島成分断面を異形状とすることができる。例えば、図４に示すように、島成分吐出孔１を丸形状、吐出孔２５を十字の形状とすることで、得られる島成分断面は十字となる。このように、所望の島成分断面形状に合わせて、島成分吐出孔１、吐出孔２５の断面形状を適宜決定すればよい。また、明細書では省略したが、島成分吐出孔１を十字、吐出孔２５を丸形成として構成されていても良く、この場合、上記と同様の特徴を有する。
【００５７】
また、本発明の複合繊維の製造方法としては、図６に示すように、本発明の計量板９、分配板６、上層板２、中層板３、下層板５、吐出板１０から構成される複合口金１８を用いて、溶融紡糸を行うことで、芯鞘複合繊維を得ることができる。
【００５８】
次に、図１、図２、図３に示した本発明の実施形態の複合口金１８に共通した各部材、各部材の形状について詳細に説明する。
【００５９】
本発明における複合口金１８は、円形状に限定されず、四角形であってもよく、多角形であってもよい。また、複合口金１８における口金吐出孔４２の配列は、マルチフィラメント糸の本数、糸条数、冷却装置１７に応じて、適宜決定すればよい。冷却装置１７として、環状の冷却装置では、口金吐出孔４２を一列、もしくは複数列に渡り環状に配列するのがよく、また、一方向の冷却装置では、口金吐出孔４２を千鳥に配列するのがよい。
【００６０】
また、口金吐出孔４２のポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面は丸形状に限定されず、丸形以外の断面状や中空断面状であってもよい。但し、丸形状以外の断面形状とする場合は、ポリマーの計量性を確保するために、口金吐出孔４２の長さを大きくするのが好ましい。また、本発明における島成分吐出孔１は、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面は丸形状に限定されず、丸形以外の断面状であってもよい。島成分吐出孔１が丸形以外の断面状の場合には、その直上に連通して丸形断面状の分配孔７を配置することで、直上の丸形断面の分配孔７にてポリマーの計量性を確保した後、丸形以外の断面形状の島成分吐出孔１にて島成分ポリマーを吐出するのが好ましい。また、本発明における海成分吐出孔４は、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面は丸形状に限定されず、丸形以外の断面状であってもよい。
【００６１】
次に、本発明の複合口金によって得られる繊維とは、２種類以上のポリマーが組み合わされた繊維のことを意味し、繊維横断面において２種類以上のポリマーが海島状等の形態をとって存在している繊維のことを言う。ここで、本発明で言う２種類以上のポリマーとは、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等々の分子構造が異なるポリマーを２種類以上使用するということが含まれるのは言うまでもないが、製糸安定性等を損なわない範囲で、二酸化チタン等の艶消し剤、酸化ケイ素、カオリン、着色防止剤、安定剤、抗酸化剤、消臭剤、難燃剤、糸摩擦低減剤、着色顔料、表面改質剤等の各種機能性粒子や有機化合物等の添加剤や粒子の添加量が異なること、また、分子量が異なること、あるいは、共重合がなされている等などが含まれる。
【００６２】
また、本発明の複合口金１８によって得られる繊維の単糸断面は、丸形状はもとより、三角、扁平等の丸形以外の形状や中空であってもよい。また、本発明は、極めて汎用性の高い発明であり、複合繊維の単糸繊度により特に限られるものではなく、複合繊維の単糸数により特に限られるものではなく、さらに、複合繊維の糸条数により特に限られるものでも無く、１糸条であってもよく、２糸条以上の多糸条であってもよい。
【００６３】
本発明の複合口金によって得られる海島複合繊維とは、図８（ａ）に示すように、異なる２種類以上のポリマーが繊維軸方向に垂直な断面において、海島構造（ここで言う海島構造とは、島成分ポリマー１３で構成されている島部分が、海成分ポリマー１４で構成されている海部分により複数に区別されている構造）が形成されている繊維を言う。その場合、島部分の断面形状に制約はなく、島成分吐出孔１の断面形状によって島部分の断面形状が制御され、また、島成分吐出孔１と吐出孔２５の断面形状の組合せによって島部分の断面形状が制御される。また、易溶出成分である海成分ポリマー１４を溶出することにより、いわゆる極細繊維だけでなく、分割繊維等も得ることができる。また、図８（ｂ）に示すように、島成分吐出孔１を丸形状とし、吐出孔２５を星型とする、または、島成分吐出孔１を星型、吐出孔２５を丸形状とすることで、島部分の形状を星形にすることができる。また、図８（ｃ）に示すように、海島複合繊維の島部分を２種類の島成分ポリマー１３（ｃ）、島成分ポリマー１３（ｄ）で構成することで、芯鞘複合繊維を得ることができる。芯鞘複合繊維とは、異なる２成分以上のポリマーが繊維軸方向に垂直な断面において、芯成分を鞘成分が被覆するように構成しているものである。この芯鞘複合繊維の製造方法としては、本明細書の図には記載していないが、下層板５の吐出孔２５で得られた複合芯鞘成分ポリマー流を取り囲む、３成分目のポリマーを吐出する分配板を積層することで、多重芯鞘繊維とすることができる。また、島成分の個数に関しては、理論的には２島からスペースの許す範囲で無限に作製することは可能であるが、実質的に実施可能な範囲として２〜６００００島が好ましい範囲である。本発明の複合口金の優位性を得る範囲としては１０００〜３００００島がさらに好ましい範囲である。
【００６４】
また、本発明においては、孔充填密度が１孔／ｍｍ２以上であることが好ましい。孔充填密度が１孔／ｍｍ２以上であれば、従来の複合口金技術との差異がより明確となる。本発明者らが検討した範囲では、孔充填密度は１〜１５孔／ｍｍ２の範囲であれば実施可能であった。この孔充填密度という観点では、本発明の複合口金の優位性が得られる範囲としては１〜１５孔／ｍｍ２が好ましい範囲である。
【００６５】
また、本発明における海島複合繊維は、海成分ポリマーを溶出することで、単独紡糸では得ることができない非常に縮小された極細繊維として、繊維径が１０〜１０００ｎｍ、かつ繊維径バラツキを表す繊維径ＣＶ％が０．１〜３０％の均一性の優れた長繊維型ナノファイバーを作製することができる。この長繊維型ナノファイバーは、シート状物とすることで、磁気記録ディスクなどに用いるアルミニウム合金基板やガラス基板を超高精度の仕上げ加工を施すのに好適に用いることができる。また、他の用途として、あえて一部の島を合流させ、繊維径分布を自由に制御したシート状物も作製可能である。
【００６６】
以上のように、本発明の複合口金１８で製造可能な複合形態を従来公知の断面形態を例示して説明したが、本発明の複合口金１８においては、断面形態を任意に制御することができるため、形態にとらわれることなく、自由な形態を作製することができる。
【００６７】
また、本発明の複合繊維の強度は、強度は２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましく、産業資材用途で必要とされる力学的特性を考えれば、５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。現実的な上限としては２０ｃＮ／ｄｔｅｘである。また、伸度は延伸糸で２〜６０％、特に高強度が必要とされる産業資材分野では２〜２５％、衣料用では２５〜６０％とすることが好ましい。また、本発明の複合繊維は、繊維巻き取りパッケージやトウ、カットファイバー、わた、ファイバーボール、コード、パイル、織編、不織布、紙、液体分散体など多用な繊維製品とすることができる。
【実施例】
【００６８】
以下実施例を挙げて、本発明の複合口金の効果を具体的に説明する。各実施例、比較例では、本発明の複合口金を使用して海島型複合繊維を紡糸し、下記の通り、島成分ポリマーの合流有無を判定した。
（１）海島型複合繊維の島成分の析出
海島型複合繊維から島成分を析出するために、易溶出成分の海成分が溶出可能な溶液などに複合繊維を浸漬して除去し、難溶出成分の島成分の繊維を得た。易溶出成分が、５−ナトリウムスルホイソフタル酸などが共重合された共重合ＰＥＴやポリ乳酸（ＰＬＡ）等の場合には、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いた。また、アルカリ水溶液は５０℃以上に加熱すると、加水分解の進行を早めることができるため、また、流体染色機などを利用し、処理すれば、一度に大量に処理をすることができる。
（２）島成分ポリマーの合流有無
極細繊維からなるマルチフィラメントをエポキシ樹脂で包埋し、Ｒｅｉｃｈｅｒｔ社製ＦＣ・４Ｅ型クライオセクショニングシステムで凍結し、ダイヤモンドナイフを具備したＲｅｉｃｈｅｒｔ−Ｎｉｓｓｅｉ ｕｌｔｒａｃｕｔ Ｎ（ウルトラミクロトーム）で切削した後、その切削面を（株）キーエンス製 ＶＥ−７８００型走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて倍率５０００倍で撮影した。上記で撮影した断面写真より、画像処理ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて、得られた繊維の全島数を測定し、全島数を全吐出孔数（最下層板に配設された吐出孔と近接吐出孔の合計）で除した値が１であれば、島成分ポリマー同士の合流は無く（合流無し）、１未満であれば、島成分ポリマー同士の合流は有り（合流有り）とした。また、断面形態の経時的な変化を評価するために、紡糸開始時より７２時間連続して紡糸を行い、この７２時間後の海島型複合繊維の断面も同様の方法で撮影し、島成分ポリマー同士の合流有無を判別した。
（３）極細繊維の繊維径および繊維径バラツキ（ＣＶ％）
前述した繊維径および繊維径バラツキと同様の方法で、極細繊維の断面を撮影し、得られた写真から無作為に選定した１５０本の極細繊維を抽出し、写真について画像処理ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて全ての外接円径（繊維径）を測定し、平均繊維径および繊維径標準偏差を求めた。これらの結果から下記式に基づき繊維径ＣＶ％を算出した。以上の値は全て３ヶ所の各写真について測定を行い、３ヶ所の平均値とし、ｎｍ単位で小数点１桁目まで測定し、小数点以下を四捨五入する。
繊維径バラツキ（ＣＶ％）＝（繊維径標準偏差／平均繊維径）×１００
（４）極限粘度［η］
オルソクロロフェノールを溶媒として２５℃で測定した。
［実施例１］
島成分として、極限粘度［η］０．６５のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と、海成分ポリマーとして、極限粘度［η］０．５８の５−ナトリウムスルホイソフタル酸５．０モル％共重合したＰＥＴ（共重合ＰＥＴ）を２８５℃で別々に溶融後、計量し、図６に示した本発明の複合口金が組み込まれた紡糸パックに流入させ、口金吐出孔から芯鞘型海島複合ポリマー流を吐出した。なお、下層板には、島成分ポリマー用として、１つの吐出導入孔に対して、１８００の島成分吐出孔が等間隔に穿孔されている。海／島成分の複合比は、３０／７０とし、吐出された複合ポリマー流を冷却固化後油剤付与し、紡糸速度１５００ｍ／ｍｉｎで巻き取り、１５０ｄｔｅｘ−１５フィラメント（単孔吐出量２．２５ｇ／ｍｉｎ）の未延伸繊維を採取した。巻き取った未延伸繊維を９０℃と１３０℃に加熱したローラ間で３．０倍延伸を行い、５０ｄｔｅｘ−１５フィラメントの延伸繊維とし、前述した方法で、海成分を９９％以上溶解し、２７０００本の極細繊維からなるマルチフィラメントを採取した。
【００６９】
ここで、実施例１に用いた複合口金は、図９に示すように、分配孔が穿孔された分配板と、分配溝が穿孔された分配板を交互に積層することで、２分岐となるトーナメント方式の流路を形成し、その下流側に上層板、中層板、下層板が順に積層されている。これらの板厚み０．１ｍｍ、孔直径０．２ｍｍ、溝幅０．３ｍｍ、溝深さ０．１ｍｍ、最小孔間ピッチ０．４ｍｍにて穿孔されている。そして、１枚の分配板に穿孔されている分配溝の溝長は等しくすることで、上端の分配孔から島成分吐出孔至るポリマーの通流経路の流路圧損が均等になるようにしている。表１に記載のとおり、紡糸開始時、および７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時５．８％、７２時間経過後５．９％となった。
［実施例２］
図１１に示すように、上層板に穿孔された島成分吐出孔の孔群の領域内の一部に海成分吐出孔を穿孔する以外は実施例１と同じ複合口金を用い、実施例１と同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸して海島型複合繊維を製造した。表１に記載のとおり、紡糸開始時、７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時、および７２時間経過後共に、４．５％となった。
［実施例３］
図３に示すように、上層板には上層突出部を形成し、上層突出部の端部周りに海成分ポリマーを供給する外端部孔が形成された複合口金を用いて、実施例１の同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸して海島型複合繊維を製造した。
【００７０】
ここで、実施例３に用いた複合口金は、図４に示すように、島成分吐出孔は丸形状、吐出孔は十字形状となるように穿孔されており、上層突出部の下面と、下層板の上面の一部は拡散接合により圧着固定され、そして、非圧着部の外端部孔から、海成分ポリマーが供給されている。表１に記載のとおり、紡糸開始時、および７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、得られた島成分断面は、十字型となった。また、繊維径バラツキは、紡糸開始時７．２％、７２時間経過後７．３％となった。
［実施例４］
１枚の分配板に穿孔されている分配溝の最長長さと最短長さとの比が１．２（分配溝長さが同じ場合は１．０）である以外は、実施例１と同じ複合口金を用い、実施例１と同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸して海島型複合繊維を製造した。表１に記載のとおり、紡糸開始時、７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時９．５％、および７２時間経過後共９．６％となった。
［実施例５］
１枚の分配板に穿孔されている分配溝の最長長さと最短長さとの比が１．５（分配溝長さが同じ場合は１．０）である以外は、実施例１と同じ複合口金を用い、実施例１と同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸して海島型複合繊維を製造した。表１に記載のとおり、紡糸開始時、７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時１０．２％、および７２時間経過後共１０．６％となった。
［比較例１］
分配板が無く、計量板に配設された孔が、上層板の海成分吐出孔、および島成分吐出孔に連通している以外は実施例１と同じ複合口金を用い、実施例１と同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸し海島型複合繊維を製造した。表１に記載のとおり、紡糸開始時、７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流が発生し、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時２２．１％、７２時間経過後２４％となり、繊維所望の断面の複合繊維を得ることができなかった。
【００７１】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、一般的な溶液紡糸法に用いられる複合口金に限らず、メルトブロー法およびスパンボンド法に適用可能であるし、湿式紡糸法や、乾湿式紡糸法に用いられる口金にも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１ 島成分吐出孔
２ 上層板
３ 中層板
４ 海成分吐出孔
５ 下層板
６ 分配板
７ 分配孔
８ 分配溝
９ 計量板
１０ 吐出板
１１ 吐出導入孔
１２ 縮小孔
１３ 島成分ポリマー（Ａ）（島部分）
１４ 海成分ポリマー（Ｂ）（海部分）
１５ 紡糸パック
１６ スピンブロック
１７ 冷却装置
１８ 複合口金
１９ 上層突出部
２０ 仮想外接円
２１ 上層突出部の下面
２２ 下層板の上面
２３ 芯鞘型海島複合ポリマー
２４ 合流室
２５ 吐出孔
２６ 仮想内接円
２７ 放射状溝
２８ 同心円上溝
２９ 上板
３０ パイプ
３１ 海成分ポリマー導入流路
３２ 島成分ポリマー導入流路
３３ 上口金板
３４ 中口金板
３５ 下口金板
４０ 海成分ポリマー分配室
４１ パイプ挿入孔
４２ 口金吐出孔
４３ 突出部
４４ 外周端部孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類以上のポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金、およびこの複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステルやポリアミドなどの熱可塑性ポリマーを用いた繊維は、力学特性や寸法安定性に優れるため、用途が多様化し、様々な機能性を付与した繊維が数多く開発されるようになった。
【０００３】
例えば、衣料用途では、ソフトな風合い等を付与する狙いで単糸細繊度化・多フィラメント化や、吸水・速乾性の向上や光沢感を変更する等の狙いで単糸異形断面化、また、鮮明性に優れた染色の実現等の新たな機能性付与の狙いでポリマーを改質する等の改良が行われている。また、産業用途では、同様に単糸細繊度化・多フィラメント化や単糸異形断面化の他、高強度化、高弾性化や、耐候性、難燃性等の新たな機能性付与を狙ったポリマーの改質等の改良が行われている。さらに、上記改良に加えて、２種類以上のポリマーを組み合わせることによって、単一成分のポリマーでは不十分な性能を補完したり、また、全く新しい機能を付与する複合繊維の開発も盛んに行われている。
【０００４】
この複合繊維を製造する手法には、芯鞘、サイドバイサイド、海島型と言った複合口金を利用した複合紡糸法と、ポリマー同士を溶融混練するポリマーアロイ法がある。複合紡糸法は、２種類以上のポリマーを複合繊維とする原理的な面では、ポリマーアロイ法と差は無いが、複合口金で複合ポリマー流を精密に制御し、特に、糸の走行方向において高精度な糸断面形態を形成できる点においては、ポリマーアロイ法よりも優位性が高いと考えられる。
【０００５】
複合紡糸法を用いた例として、芯鞘型は、芯成分を鞘成分が被覆することで、単独繊維では達成されない風合い、嵩高性などといった感性的効果、また、強度、弾性率、耐摩耗性などといった力学特性の付与が可能となる。また、サイドバイサイド型では、単独繊維では不可能であった捲縮性を発現させ、ストレッチ性等を付与することが可能となる。また、海島型では、溶融紡糸した後に易溶出成分（海成分）を溶出することにより、難溶出成分（島成分）だけが残存し、例えば、糸径がナノオーダーの極細繊維を得ることができる。この極細繊維は、糸表面積が大きいことから、肌触りやドレープ性に優れており、不織布や織物の構成材料に幅広く使用されている。
【０００６】
そこで、これら複合紡糸法では、一般的に、２種類以上のポリマーを口金内で複合ポリマー流とし、同一の吐出孔から吐出する方法が採用されているが、当然のことながら、この複合口金技術が繊維形態を決定する上で極めて重要となっている。
【０００７】
上記の複合口金の一つとして、海島型の複合口金を大きく二つに区分けすると、パイプ方式口金と分配板方式口金になる。分配板方式口金の代表的な例として、図１２に示すように、特許文献１の複合口金が開示されている。図１２は特許文献１の複合口金の部分拡大平面図である。図中、黒丸の１は島成分ポリマーを吐出する島成分吐出孔、白丸の４は海成分ポリマーを吐出する海成分吐出孔、２は上層板、８は分配溝をそれぞれ示す。以下、各図面において、説明済みの図に対応する部材が存在する場合は、同じ参照符号を用いて説明を省略することがある。特許文献１は、分配板を複数枚重ね、その分配板の最下層に、分配溝８、島成分吐出孔１、海成分吐出孔４を設けた上層板２を配設し、分配板により島成分ポリマーと海成分ポリマーを予め多数に分配した後、上層板２の島成分吐出孔１と海成分吐出孔４より両成分のポリマーを各々吐出し、吐出直後に複合化させることで複雑な断面を形成できることが記載されている。また、孔群の配設パターンの例として、図１３に示すように、特許文献２の複合口金が開示されている。図１３は特許文献２の複合口金の部分拡大平面図である。特許文献２の口金板の一つを、上層板２とし、また、上層板２に配設された島成分吐出孔１、海成分吐出孔４と見なす。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、および特許文献２の分配方式口金では、上層板２の同一面に島成分吐出孔１と海成分吐出孔４を配置するために、島成分吐出孔１を多く配置することができず、孔充填密度を大きくできない場合がある。特に、特許文献２では、島成分ポリマー同士の合流を防止するために、一つの島成分吐出孔１の周囲に複数の海成分吐出孔４を配置していることから、上層板２には、島成分吐出孔１より多い孔数の海成分吐出孔４が配置されているため、島成分吐出孔１を配置する箇所が限定されて、島成分吐出孔１の孔数を多くできない場合がある。このように、孔充填密度が大きくできない場合には、複合口金が大型化し、繊維分野の多錘型の紡糸設備では生産性、操業性が好ましくない問題が生じる場合がある。
【０００９】
また、パイプ方式口金の代表的な例として、図１４に示すように、特許文献３の複合口金が開示されている。図１４は特許文献３の複合口金の概略断面図である。図中、３０はパイプ、３１は海成分ポリマー導入流路、３２は島成分ポリマー導入流路、３３は上口金板、３４は中口金板、３５は下口金板、４０は海成分ポリマー分配室、４１はパイプ挿入孔、４２は口金吐出孔をそれぞれ示す。
【００１０】
特許文献３は、一般的に海島型繊維を製造するパイプ方式口金として知られており、海成分ポリマー導入流路３１、島成分ポリマー導入流路３２、およびパイプ３０を設けた上口金板３３と、パイプ３０の外径と同等、もしくは大きな口径のパイプ挿入孔４１を設けた中口金板３４と、口金吐出孔４２を設けた下口金板３５にて構成されている。そこで、易溶出成分の海成分ポリマーは、海成分ポリマー導入流路３１から海成分ポリマー分配室４０に導かれ、パイプ３０の外周を充満するのに対して、難溶出成分の島成分ポリマーは、島成分ポリマー導入流路３２からパイプ３０に導かれ、パイプ３０から吐出することで、両成分のポリマーが合流し、海島複合断面を形成した後、パイプ挿入孔４１を経て、口金吐出孔４２から複合ポリマー吐出し、海島複合繊維を製造することができると記載されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献３のパイプ方式口金の大きな問題点は、１島を製作するのに、パイプ厚みが加算されることから、１つのパイプ当たりの面積が拡大する。また、口金の製作上、パイプ３０を上口金板３３に圧入し溶接固定していることから、溶接代が必要であり、さらに、パイプ３０を挿入するための孔を設けることから、強度上の問題によりパイプ間同士の間隙を狭化できない。そのため、パイプ３０を単位面積当たりに密に配置することができず（以降、孔充填密度と呼ぶ）、孔充填密度を大きくできず、糸径がナノオーダーの超極細繊維を製造することが困難である。また、所望の繊維形態を得るためには、複数の複合口金を試作して紡糸評価を幾つか繰り返す必要があるが、この複合口金の構造は非常に複雑であるため、口金の製作に期間や手間、費用が必要となり、この点においても設備費が過大となる問題がある。また、パイプ３０が密集して配設されたパイプ群の外周に、海成分ポリマー導入流路３１が配設されていることから、パイプ群の中心に海成分ポリマーを十分に供給することが困難となり、特に、パイプ群の中心のパイプ３０から吐出された島成分ポリマー同士の合流が発生する場合がある。特に、孔充填密度を大きくするために、パイプ３０をより密集して配置すれば、上記問題は、より顕著となる。本発明者らの知見によると、パイプ３０のパイプ群の中には、海成分ポリマー導入流路３１を自由に配設することは、構造的に困難な場合がある。これは、例えば、パイプ群の中に配設するためには、パイプ３０を途中で屈曲させる等をして、海成分ポリマー導入流路３１を設ける必要があるため、口金の構造が非常に複雑になり、設備費が過大となる問題がある。
【００１２】
また、パイプ方式口金に類似した例として、図１５に示すような、特許文献４の複合口金が開示されている。図１５は、特許文献４の複合口金の概略断面図である。図中、２５は吐出孔、２９は上板、４３は突出部を示す。特許文献４は、海成分ポリマー、島成分ポリマーを均一に分配するために、吐出孔２５、および島成分吐出孔１の周囲に突出部４３を有して、上口金板３３の下面と、吐出孔２５の周囲に形成された突出部４３の上面との間隙、および上板２９の下面と、島成分吐出孔１の周囲に形成された突出部４３の上面との間隙を狭幅化し、圧損を大きくすることで、ポリマーの分配性を向上させることができると記載されている。また、本発明者らの知見によると、パイプを用いずに、機械加工にて孔を形成していることから、特許文献３のような、口金製作の際のパイプ使用の問題が回避できることから、特許文献３と比べて、孔充填密度を幾分は大きくすることが可能となる。
【００１３】
しかしながら、本発明者らの知見によると、上述の様に、両成分ポリマー分配性に関して、一定の効果は確認できるが、島成分吐出孔１、および海成分吐出孔４の周囲に突出部４３を有した構造であることから、孔間ピッチが大きくなり、孔充填密度を大きくできない。これは、特許文献４の実施形態からも明らかであり、島数／１口金当たり＝５００個、島数／１Ｇ当たり＝２５個、各成分ポリマーの吐出量９ｇ〜２１ｇ／（ｍｉｎ・口金）と言ったように、太繊度糸を対象としており、近年の超極細糸には対応できない場合がある。また、本発明者らの知見によると、間隙を通過するポリマー通過量が多いため、流路圧損が大きくなり、両成分ポリマーの均一分配は可能となるが、本発明の複合口金が対象とする、ポリマー通過量がごく微量となる超細繊度糸では、流路圧損が大きくできないため、上述のような効果は得られない場合がある。
【００１４】
また、特許文献４に類似した例として、図１６に示すような、特許文献５の複合口金が開示されている。図１６は、特許文献５の複合口金の概略断面図である。図中、２７は放射状溝、２８は同心円状溝を示す。特許文献５は、島成分吐出孔１の周囲に放射状溝２７や、吐出孔２５に周囲に同心円上溝２８を形成させることで、海成分ポリマーの分配性を向上させることができると記載されている。
【００１５】
しかしながら、島成分吐出孔１や、吐出孔２５の周囲に溝加工を施していることから、孔間ピッチが大きくなり、孔充填密度を大きくできない場合がある。また、口金に複雑な溝加工を行っているため、口金の製作に期間や手間、費用が必要となり、この点においても設備費が過大となる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】国際公開１９８９−０２９３８号パンフレット
【特許文献２】特開２００８−３８２７５号公報
【特許文献３】特開２００１−１９２９２４号公報
【特許文献４】特開平７−１１８９１３号公報
【特許文献５】特開２００６−１８３１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
以上の様に、島成分吐出孔の孔充填密度を高めつつ、島成分ポリマー同士の合流を防止することは、海島型の複合繊維を製造する上で、極めて重要な要素であるが、上記した様に、種々の問題が残されており、海島型の複合繊維製造の妨げとなってきた。従って、この問題を解決することは、工業上、重要な意味を有するのである。
【００１８】
よって、本発明の目的は、海島型複合繊維を製造するための分配板方式口金において、複合口金が安価に製作できると共に、島成分ポリマーの吐出孔の孔充填密度を拡大しつつ、島成分ポリマーを均一に分配し、島成分ポリマー同士の合流を防止することで、多様な繊維断面形態を高精度に形成し、この断面形態の寸法安定性を高く維持できる複合口金、および複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の複合口金は次のような構成を有する。すなわち、本発明によれば、島成分ポリマーと海成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金において、島成分ポリマーと海成分ポリマーを各々分配するための分配孔および／又は分配溝が形成された複数の分配板であって、ポリマーの紡出経路方向の下流側に向かい前記分配孔の孔数が増加し、ポリマーの紡出経路方向の上流側に位置する前記分配孔と、ポリマーの紡出経路方向の下流側に位置する前記分配孔とを連通するように前記分配溝が形成されている分配板と、前記分配板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、前記分配孔に連通した複数の海成分吐出孔と、前記海成分吐出孔の孔数よりも多くの島成分吐出孔が形成された上層板と、前記上層板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘型海島複合ポリマー流を構成するための、前記島成分吐出孔と前記海成分吐出孔に連通した合流室が形成された中層板と、前記中層板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、前記芯鞘型海島複合ポリマー流を吐出するための、前記合流室に連通した吐出孔が、前記島成分吐出孔と対向した位置に形成された下層板とで構成する構造である複合口金が提供される。
【００２０】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記分配孔および前記分配溝によって形成された前記分配板内部の複数のポリマー通流経路について、前記分配板の上端から下端に至るまでの前記ポリマー通流経路の長さが相対的に長い経路における前記分配孔の孔径を相対的に短い経路における前記分配孔の孔径より大きくする複合口金が提供される。
【００２１】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記島成分吐出孔が孔群を形成する領域内に前記海成分吐出孔を形成する複合口金が提供される。
【００２２】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記島成分吐出孔を中心とした周囲に、前記上層板の下面よりもポリマーの紡出経路方向の下流側に突出した上層突出部が形成され、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように、前記上層突出部の端部周りに海成分ポリマーを供給する外端部孔を形成する複合口金が提供される。
【００２３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記分配板、または前記上層板、前記中層板、前記下層板に形成された最小孔の直径ＤＭＩＮと、前記最小孔が形成された板厚みＢＴが、以下の式を満たす複合口金が提供される。
【００２４】
ＢＴ／ＤＭＩＮ≦２
但し、ＤＭＩＮ：分配板、または上層板、中層板、下層板に形成された最小孔の直径（ｍｍ）、ＢＴ：最小孔が形成された分配板、または上層板、中層板、下層板の厚み（ｍｍ）を示す。
【００２５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記島成分吐出孔の孔充填密度が１孔／ｍｍ２以上である複合口金が提供される。
【００２６】
また、本発明の別の形態によれば、上記複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法が提供される。
【００２７】
また、本発明の別の形態によれば、上記複合口金において、前記分配板から前記上層板の前記島成分吐出孔に至る各流路における流路圧損が等しくなる複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法が提供される。
【００２８】
本発明において、「ポリマーの紡出経路方向」とは、各ポリマー成分が計量板から吐出板の口金吐出孔まで流れる主方向をいう。
【００２９】
本発明において、「分配孔」とは、一または、複数の分配板の組合せにより、孔が形成され、ポリマーの紡出経路方向に、ポリマーを分配する役割を果たすものをいう。
【００３０】
本発明において、「分配溝」とは、一または、複数の分配板の組合せにより、溝が形成され、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向に、ポリマーを分配する役割を果たすものをいう。ここで、分配溝は、細長い穴（スリット）であってもよいし、細長い溝が掘ってあってもよい。
【００３１】
本発明において、「ポリマー通流経路」とは、分配板内部に形成された分配孔および分配溝が連通することで構成される経路をいう。
【００３２】
本発明において、「孔充填密度」とは、島成分ポリマーを吐出する島成分吐出孔数を吐出導入孔径で除することによって求めた値をいう。この孔充填密度が大きい程、島成分ポリマー成分が多数にて構成される複合繊維である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の複合口金によれば、島成分ポリマーの吐出孔の孔充填密度を拡大しつつ、島成分ポリマーを均一に分配し、島成分ポリマー同士の合流を防止することで、多様な繊維断面形態を高精度に形成し、この断面形態の寸法安定性を高く維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ矢視図である。
【図５】図１のＹ−Ｙ矢視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金の概略断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金と、紡糸パック、冷却装置周辺の概略断面図である。
【図８】本発明の実施形態に用いられる複合口金により製造された代表的な複合繊維の断面形態を示した断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に用いられる上層板、分配板の概略部分断面図である。
【図１０】本発明の第１の別の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図である。
【図１１】図１０のＺ−Ｚ矢視図である。
【図１２】従来例の複合口金の下層板の部分拡大平面図である。
【図１３】従来例の複合口金の下層板の部分拡大平面図である。
【図１４】従来例の複合口金の概略断面図である。
【図１５】従来例の複合口金の概略断面図である。
【図１６】従来例の複合口金の概略断面図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に用いられる上層板、分配板の概略部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明の複合口金の実施形態について詳細に説明する。図６は本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金の概略断面図であり、図１は図６の部分拡大断面図であり、図５は図１のＹ−Ｙ矢視図であり、図９、図１７は本発明の第１の実施形態に用いられる上層板、分配板の概略部分断面図であり、図２は本発明の第２の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図であり、図３は本発明の第３の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図であり、図１０は本発明の第１の別の実施形態に用いられる複合口金の部分拡大断面図であり、図４は図３のＸ−Ｘ矢視図であり、図１１は図１０のＺ−Ｚ矢視図であり、図７は本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金と、紡糸パック、冷却装置周辺の概略断面図である。図中、３は中層板、５は下層板、６は分配板、７は分配孔、９は計量板、１０は吐出孔、１１は吐出導入孔、１２は縮小孔、１５は紡糸パック、１６はスピンブロック、１７は冷却装置、１８は複合口金、１９は上層突出部、２０は仮想外接円、２１は上層突出部の下面、２２は下層板の上面、２４は合流室、２５は吐出孔、２６は仮想内接円をそれぞれ示す。なお、これらは、本発明の要点を正確に伝えるための概念図であり、図を簡略化しており、本発明の複合口金は特に制限されるものでなく、孔および溝の数ならびにその寸法比などは実施の形態に合わせて変更可能なものとする。
【００３６】
本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金１８は、図７に示すように、紡糸パック１５に装備され、スピンブロック１６の中に固定され、複合口金１８の直下に冷却装置１７が構成される。そこで、複合口金１８に導かれた２成分以上のポリマーは、各々、計量板９、分配板６、上層板２、中層板３、下層板５を通過して、吐出板１０の口金吐出孔４２から吐出された後、冷却装置１７により吹き出される気流により冷却され、油剤を付与された後に、マルチフィラメン糸として巻き取られる。なお、図７では、環状内向きに気流を吹き出す環状の冷却装置１７を採用しているが、一方向から気流を吹き出す冷却装置を用いてもよい。また、計量板９の上流側に装備する部材に関しては、既存の紡糸パック１５にて使用された流路等を用いればよく、特別に専有化する必要が無い。
【００３７】
本発明の第１の実施形態に用いられる複合口金１８は、図６に示すように、計量板９と、複数の分配板６、上層板２、中層板３、下層板５、吐出板１０を順に積層して構成され、特に、分配板６、上層板２、中層板３、下層板５は薄板にて構成されるのが好ましい。その場合、計量板９と分配板６、および上層板２、中層板３、下層板５と吐出板１０は、位置決めピンにより、紡糸パック１８の中心位置（芯）が合うように位置決めを行い、積層した後に、ネジ、ボルト等で固定してもよく、熱圧着により金属接合（拡散接合）させてもよい。特に、分配板６同士や、分配板６と上層板２、上層板２と中層板３、中層板３と下層板５は、薄板を使用するため、熱圧着により金属接合（拡散接合）させるのが好ましい。
【００３８】
そこで、図６、および図１に示すように、計量板９より供給された各成分のポリマーは、複数の積層された分配板６の分配溝８、および分配孔７を通過した後、上層板５の島成分ポリマーを吐出するための島成分吐出孔１、および海成分ポリマーを吐出するための海成分吐出孔４より、中層板３の合流室２４に吐出することで、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘型海島複合ポリマー流が形成される。その後、芯鞘型海島複合ポリマー流は、下層板５の吐出孔２５を経て、吐出板１０の吐出導入孔１１、縮小孔１２を通過して、口金吐出孔４２より吐出される。
【００３９】
まず、本発明の最も重要なポイントである、複合口金１８の孔充填密度を大きくしつつ、繊維断面形態を高精度に形成（＝島成分ポリマーを均一に分配し、島成分ポリマー同士の合流を防止する）できる原理について説明する。
【００４０】
ここで、孔充填密度を大きくするためには、図１２に示すように、上層板２に配設する島成分吐出孔１を密接させ、孔数を可能な限り多く配置しなければいけないが、その場合には、島成分ポリマー同士の合流を防止するために、島成分吐出孔１の周囲に海成分吐出孔４を配置する必要があり、そのため、上層板２に配置できる島成分吐出孔１の孔数が制約される。これは、本発明者らの知見によると、島成分ポリマー同士の合流を防止するためには、上層板２に配設された島成分吐出孔１の孔数と同一か、それ以上の海成分吐出孔４が必要となることが分かっている。例えば、図１３に示すように、一個の島成分吐出孔１を基準として、６個の海成分吐出孔４を六方向から囲い込む配列等が挙げられるが、この場合には、島成分吐出孔１の３倍の海成分吐出孔４が必要となる。
【００４１】
つまりは、孔充填密度を大きくするために、島成分吐出孔１の孔数を多く、海成分吐出孔４の孔数を極力少なくした場合には、島成分ポリマー同士の合流が発生し、反対に、島成分ポリマー同士の合流を抑制するために、海成分吐出孔４の孔数を多く、島成分吐出孔１の孔数を少なく配置した場合には、孔充填密度が大きくできないため、島充填密度と島成分ポリマー同士の合流にはトレードオフの関係が発生する。
【００４２】
また、上記に加えて、上層板２に配設された全ての島成分吐出孔１より島成分ポリマーを均一に吐出するためには、島成分吐出孔１や、その上流側において、島成分ポリマーを均一に供給・分配し、且つ計量する機構が必要となる。そこで、例えば、図１５に示すように、計量機構として、島成分吐出孔１の周囲に突出部４３を有し、間隙を狭化することで、流路圧損を大きくする等が挙げられるが、この場合には、島成分吐出孔１を密接して配設できず、上層板２に配置できる島成分吐出孔１の孔数が制約されて、孔充填密度を大きくできない。更には、上層板２に配設された全ての島成分吐出孔１の周囲に、海成分ポリマーを供給するために、例えば、図１６に示すように、海成分ポリマーの分配機構として、島成分吐出孔１の周囲に放射状溝２７や、また、吐出孔２５の周囲に同心円上溝２８を配設する等が挙げられるが、この場合には、島成分吐出孔１や、それに対向する吐出孔２５を密接して配設できず、上層板２に配置できる島成分吐出孔１の孔数が制約されて、孔充填密度を大きくできない。
【００４３】
従って、孔充填密度を大きくしつつ、島成分ポリマーを均一に分配し、島成分ポリマー同士の合流を防止することが複合繊維を製造する上で極めて重要な技術となる。そこで、本発明者らは、従来の技術では、何の配慮もされていなかった、上記問題に関して、鋭意検討を重ねた結果、本発明の新たな技術を見出すに至った。 即ち、本発明の第１の実施形態の複合口金１８は、図１に示すように、複数の積層された分配板６には、島成分ポリマーと海成分ポリマーを各々分配するための分配孔７および／又は分配溝８が形成され、上層板２には、分配孔７または分配溝８に連通した、１つ以上の海成分吐出孔４と、海成分吐出孔４の孔数よりも多く配置された島成分吐出孔１とが形成され、中層板３には、島成分吐出孔１と海成分吐出孔４とに連通した合流室２４が形成され、下層板５には、合流室２４に連通した吐出孔２５が、島成分吐出孔１と対向した位置に形成されている。そして、ポリマーの紡出経路方向の上端の分配板６の分配孔７、または分配溝８から上層板２の島成分吐出孔１に至る複数のポリマー通流経路において、流路圧損が等しくなるような構造となっている。その場合、分配板６には、分配孔７と分配溝８が形成されていてもよく、この場合には、一枚の分配板６の片側の面には分配孔７が、他方の面には分配溝８が形成され、分配孔７と分配溝８が連通している。また、分配孔７が分配板６を貫通して形成されていてもよく、また、分配溝８が分配板７を貫通して形成されていてもよい。
【００４４】
このような構造とすることで、全ての島成分吐出孔１の周囲に海成分ポリマーが充満している合流室２４に島成分ポリマーが吐出されることから、吐出直後に、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込み、芯鞘型海島複合ポリマー流を形成した後、吐出孔２５に導かれるため、島成分ポリマー同士の合流が発生し難くなる。また、島成分ポリマー同士の合流を防止するために、島成分吐出孔１の周囲に多くの海成分吐出孔４を配置する必要がなく、また、合流室２４に海成分ポリマーを供給する海成分吐出孔４の孔数を少なくできるため、島成分吐出孔１を密接して配設することができ、孔充填密度を大きくすることが可能となる。更には、ポリマー紡出経路方向の上端の分配板６から上層板２の島成分吐出孔１に至る複数のポリマー通流経路の流路圧損を等しくすることで、上層板２に配設された全ての島成分吐出孔１から島成分ポリマーを均一に吐出し、島成分ポリマー同士の合流を抑制できる。上記の結果、均一な芯鞘型海島複合ポリマー流を形成し、高精度な繊維断面形態を形成することができる。
【００４５】
ここで、上記の複数のポリマー通流経路の流路圧損を等しくする構造としては、図９に示すように、複数の積層された分配板６において、分配板６に形成された分配孔７の孔数が、ポリマーの紡出経路方向の下流側に向かい増加するように構成し、ポリマーの紡出経路方向にポリマーを導く分配孔７が形成された分配板６と、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向にポリマーを導く分配溝８が形成された分配板６とを交互に積層させて、ポリマーの紡出経路方向の上流側に位置する分配孔７と、ポリマーの紡出経路方向の下流側に位置する分配孔７とを連通するように分配溝８が形成されている。そこで、一つの分配孔７に対して、そのポリマー紡出経路方向の下流側の位置に連通する一つの分配溝８を形成し、その分配溝８の端部に連通する複数個（図９では二つ）の分配孔７を構成するトーナメント方式のポリマーの通流経路が形成されている。このトーナメント方式のポリマーの通流経路路では、ポリマー紡出経路方向の上端に位置する分配板６の分配孔７、または分配溝８から上層板２の島成分吐出孔１に至る経路長が等しくなっている。そして、複数の積層された分配板６において、各々の分配板６においては、分配孔７の孔径、分配溝８の溝幅、溝深さ、溝長を等しくした構造となっている。この場合、ポリマーの紡出経路方向の上流側に向い、トーナメント流路の数が減少するに伴って、分配溝８や、分配孔７を通過するポリマーの流量が順次大きくなり、流路圧損が大きくなるため、それに合わせて、分配孔７の孔径や、分配溝８の溝幅、溝深さを順次大きくし、流路圧損の増大を抑制するのが好ましい。また、図９に示すように、一つの分配溝８が、ポリマーの紡出経路方向の下流側に対して、二つの分配孔７に連通する２分岐のトーナメント方式のポリマーの通流経路が好適であるが、これに限定はしない。分配溝８が二つ以上の分配孔７に連通する場合（２分岐以上のトーナメント方式の流路の場合）は、ポリマー紡出経路方向の上流側の分配孔７から、下流側の分配孔７に至る分配溝８の溝長、溝幅、溝深さをそれぞれ等しくすることで、各ポリマーの通流経路の流路圧損を等しくするのがよい。また、分配溝８の端部に分配孔７を配設することで、ポリマーの異常滞留を無くし、ポリマーの分配性が高く、精密に制御できる利点を有する。
【００４６】
ここで、その他の各ポリマーの通流経路の流路圧損を等しくする構造としては、分配孔７および分配溝８によって形成された分配板６内部の複数のポリマー通流経路について、分配板６の上端から下端（上層板２の海成分吐出孔４）に至るまでのポリマー通流経路の長さが相対的に長い経路における分配孔６の孔径を、相対的に短い経路における分配孔６の孔径より大きくすることが挙げられ、これにより流路圧損を均等にすることが可能となる。
【００４７】
また、その他の各ポリマーの通流経路の流路圧損を等しくする構造としては、図１７に示すように、一つの分配溝８が、ポリマー紡出経路方向の下流側に対して、複数個の分配孔７に連通し、また、ポリマー紡出経路方向の上流側に対しても、複数個の分配孔７に連通していてもよい。この場合、分配溝８の中央部に連通した分配孔７と、端部に連通した分配孔７を通過するポリマーの流量を等しくするために、中央部と比較して、端部に位置する分配孔７の孔径を大きくすることで、流路圧損を均等にすることが可能となる。
【００４８】
また、その他の各ポリマーの通流経路の流路圧損を等しくする構造としては、上層板２の島成分吐出孔１の孔径を、その上流側の分配板６の各流路における流路圧損差を等しくするように調整する構造が挙げられる。具体的には、流路圧損が大きな流路に連通する島成分吐出孔１の孔径を大きくし、流路圧損が小さな上流側の流路に連通する島成分吐出孔１を小さくすることで、流路圧損を等しくすることが可能となる。
【００４９】
また、上記の様な、合流室２４に分配される島成分ポリマーの均一化だけでなく、海成分ポリマーの分配も同様の構造であってもよい。つまりは、ポリマー紡出経路方向の上端に位置する分配板６の分配孔７、または分配溝８から上層板２の海成分吐出孔４に至る流路圧損を等しくし、合流室２４に分配される海成分ポリマーを均一化することで、均一な芯鞘型海島複合ポリマー流を形成でき、それにより、高精度な繊維断面形態を形成することができる。
【００５０】
次に、分配板６、上層板２、中層板３、下層板５の作製方法としては、通常電気・電子部品の加工に用いられるエッチング加工が好適である。ここで、エッチング加工とは、エッチング液などの化学薬品による化学反応・腐食作用を応用して薄板を食刻（溶解加工・化学切削）する加工方法であり、目的とする加工形状にマスキング（必要な部分表面を部分的に被覆保護すること）による防食処理を施した上で、エッチング液などの腐食剤によって不要部分を除去することで目的の加工形状を非常に高精度に得ることができる。これを用いることにより、機械加工等を用いた際に発生する熱歪みの懸念が無く、特に、上層板２においては、隣り合う島成分吐出孔１間の距離が近接化でき、下層板５においても、隣り合う吐出孔２５間の距離を近接化できるため、孔充填密度をより大きくすることが可能となる。ここで、エッチング加工に用いられる薄板の板厚みは、具体的には、０．０１〜１ｍｍ範囲となるのがよく、更には、０．１〜０．５ｍｍの範囲となるのが好適である。また、他の作製方法としては、従来の口金作製で用いられるドリル加工や金属精密加工である旋盤、マニシング、プレス、レーザー加工等を用いることも可能である。但し、これらの加工は被加工物の歪抑制という観点から、加工板の厚みに制約があるため、複数の分配板を積層させる本発明の複合口金に適用するには板厚みを考慮する必要がある。
【００５１】
そこで、エッチング加工にて形成された島成分吐出孔１の中で最小となる孔の直径ＤＭＩＮと、その最小孔が形成された上層板２の板厚みＢＴが、式（１）の式を満たすことで、孔充填密度をより大きくすることができる。また、分配溝８が形成されている場合には、溝幅をＤＭＩＮとし、分配板６の板厚みＢＴとが、式（１）を満たすことで、上記と同様に、孔充填密度をより大きくすることができる。
ＢＴ／ＤＭＩＮ≦２ ・・・（１）
ここで、ＢＴ／ＤＭＩＮ＞２の場合には、上記の通り、孔充填密度をより大きくすることが可能であるが、更に、孔の加工精度を高め、島成分ポリマーの吐出斑を最小化しようとすると、式（１）を満たすことがより好ましい。
【００５２】
また、本発明における上層板２は、図５に示すように、孔群を形成した島成分吐出孔１の周囲に海成分吐出孔４が配設されている。これにより、島成分吐出孔１を密集して配設し、孔充填密度を大きくすることができる。この場合、孔群を形成した島成分吐出孔１は、周期性を持って配設されているのが好適であるが、非周期に配設されていてもよい。また、島成分吐出孔１の周囲に配設された海成分吐出孔４は、孔群の全周を取り囲む様に配設するのが好適であるが、その限りではない。例えば、孔群が矩形の場合には、対向する二つの側面にのみ海成分吐出孔４を配設しても良い。
【００５３】
また、図１１に示すように、上層板２に配設された島成分吐出孔１が孔群を形成する領域内（図１１では、５行×４列の孔群領域）において、海成分吐出孔４を配設してもよい。この場合、図５に示すような島成分吐出孔１の孔配列と比較すると、孔充填密度は若干低くなるが、海成分吐出孔４を配設することで、孔群領域の中心部に海成分ポリマーを供給することも可能となる。これにより、孔群領域内の全ての島成分吐出孔１において、島成分ポリマーの外周を囲い込むように、海成分ポリマーを供給することができる。このように、島成分吐出孔１の孔群領域内に海成分吐出孔４を配設するには、図１０に示すように、分配孔７や、分配溝８が形成された分配板６を積層させ、島成分吐出孔１の領域内に海成分吐出孔４に連通する流路を形成することで可能となる。本発明の複合口金は、分配板６を複数枚用いて流路を形成することから、流路の自由度が高く、必要な位置に必要な数、島成分吐出孔１、および海成分吐出孔４を配設することができる。よって、上記の様に、ポリマー物性、および紡糸条件等に合わせた、島成分吐出孔１、および海成分吐出孔４の孔配置を適宜決定すればよい。
【００５４】
次に、図２、図３、図４に示す本発明の別の実施形態について説明する。図２に示す本発明の第２の実施形態は、上層板２と中層板３が同一の薄板で構成されている。この実施形態では、予め１枚の薄板に合流室２４、および島成分吐出孔１、海成分吐出孔４をエッチング加工にて形成することで、積層する薄板の枚数を削減し、その結果、複合口金の製造コストを抑えることが可能となる。但し、エッチング加工の際に、薄板に形成する孔や、溝の加工精度が悪化する場合があるため、事前に加工精度を確認し、板厚み、孔径、溝幅等を決定するのが好ましい。また、明細書では省略したが、中層板３と下層板５が同一の薄板で構成されていても良く、この場合、上記と同様の特徴を有する。
【００５５】
また、図３、図４に示す本発明の第３の実施形態は、島成分吐出孔１を中心とした周囲に、上層板２の下面よりもポリマーの紡出経路方向の下流側に突出した上層突出部１９を有しており、上層突出部１９の外周形状よりも大きな仮想外接円２０と、上層突出部１９の外周形状よりも小さな仮想内接円２６とを持つ吐出孔２５が形成され、上層突出部１９の下面２１が、下層板５の上面２２と、同一、またはポリマーの紡出経路方向の下方に配設され、上層突出部１９の端部周りに海成分ポリマーを供給する外端部孔４４が形成されている。ここで、上層突出部１９の下面２１と、下層板５の上面２２とが同一面の場合は、金属圧着により拡散接合されているのが好適である。
【００５６】
これにより、吐出孔２５において、島成分ポリマーがポリマーの紡出経路方向の下流側に向かって吐出され、海成分ポリマーが、上層突出部１９の端部周りの外端部孔４４よりポリマーの紡出経路方向の下流側に向かって吐出され、その後、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘複合ポリマー流が形成され、ポリマーの紡出経路方向の下流側に導かれる。よって、本発明の第１の実施形態において、高精度な島成分ポリマーの断面形態が形成できるが、本発明の第３の実施形態とすることで、島成分ポリマーと海成分ポリマー、そして芯鞘複合ポリマー流を全て同じ方向に形成し、ポリマー流の不必要な衝突を回避し、ポリマー流乱れを抑制できることから、より高精度な島成分ポリマーの断面形態を形成し、この断面形態を高い寸法安定性で維持することができる。また、本発明の第１の実施形態において、薄板を多層に構成し、圧着することにより、分配板の強度向上が可能であるが、本発明の第３の実施形態において、上層突出部１９の下面２１と、下層板５の上面２２を同一面で接合することにより、更に、薄板の強度が向上し、撓み等を抑制することができ、撓みによるポリマー分配不良を抑制することができる。また、島成分吐出孔１のポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面を丸形状、吐出孔２５のポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面を異形状とすることにより、得られる島成分断面を異形状とすることができる。例えば、図４に示すように、島成分吐出孔１を丸形状、吐出孔２５を十字の形状とすることで、得られる島成分断面は十字となる。このように、所望の島成分断面形状に合わせて、島成分吐出孔１、吐出孔２５の断面形状を適宜決定すればよい。また、明細書では省略したが、島成分吐出孔１を十字、吐出孔２５を丸形成として構成されていても良く、この場合、上記と同様の特徴を有する。
【００５７】
また、本発明の複合繊維の製造方法としては、図６に示すように、本発明の計量板９、分配板６、上層板２、中層板３、下層板５、吐出板１０から構成される複合口金１８を用いて、溶融紡糸を行うことで、芯鞘複合繊維を得ることができる。
【００５８】
次に、図１、図２、図３に示した本発明の実施形態の複合口金１８に共通した各部材、各部材の形状について詳細に説明する。
【００５９】
本発明における複合口金１８は、円形状に限定されず、四角形であってもよく、多角形であってもよい。また、複合口金１８における口金吐出孔４２の配列は、マルチフィラメント糸の本数、糸条数、冷却装置１７に応じて、適宜決定すればよい。冷却装置１７として、環状の冷却装置では、口金吐出孔４２を一列、もしくは複数列に渡り環状に配列するのがよく、また、一方向の冷却装置では、口金吐出孔４２を千鳥に配列するのがよい。
【００６０】
また、口金吐出孔４２のポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面は丸形状に限定されず、丸形以外の断面状や中空断面状であってもよい。但し、丸形状以外の断面形状とする場合は、ポリマーの計量性を確保するために、口金吐出孔４２の長さを大きくするのが好ましい。また、本発明における島成分吐出孔１は、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面は丸形状に限定されず、丸形以外の断面状であってもよい。島成分吐出孔１が丸形以外の断面状の場合には、その直上に連通して丸形断面状の分配孔７を配置することで、直上の丸形断面の分配孔７にてポリマーの計量性を確保した後、丸形以外の断面形状の島成分吐出孔１にて島成分ポリマーを吐出するのが好ましい。また、本発明における海成分吐出孔４は、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面は丸形状に限定されず、丸形以外の断面状であってもよい。
【００６１】
次に、本発明の複合口金によって得られる繊維とは、２種類以上のポリマーが組み合わされた繊維のことを意味し、繊維横断面において２種類以上のポリマーが海島状等の形態をとって存在している繊維のことを言う。ここで、本発明で言う２種類以上のポリマーとは、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン等々の分子構造が異なるポリマーを２種類以上使用するということが含まれるのは言うまでもないが、製糸安定性等を損なわない範囲で、二酸化チタン等の艶消し剤、酸化ケイ素、カオリン、着色防止剤、安定剤、抗酸化剤、消臭剤、難燃剤、糸摩擦低減剤、着色顔料、表面改質剤等の各種機能性粒子や有機化合物等の添加剤や粒子の添加量が異なること、また、分子量が異なること、あるいは、共重合がなされている等などが含まれる。
【００６２】
また、本発明の複合口金１８によって得られる繊維の単糸断面は、丸形状はもとより、三角、扁平等の丸形以外の形状や中空であってもよい。また、本発明は、極めて汎用性の高い発明であり、複合繊維の単糸繊度により特に限られるものではなく、複合繊維の単糸数により特に限られるものではなく、さらに、複合繊維の糸条数により特に限られるものでも無く、１糸条であってもよく、２糸条以上の多糸条であってもよい。
【００６３】
本発明の複合口金によって得られる海島複合繊維とは、図８（ａ）に示すように、異なる２種類以上のポリマーが繊維軸方向に垂直な断面において、海島構造（ここで言う海島構造とは、島成分ポリマー１３で構成されている島部分が、海成分ポリマー１４で構成されている海部分により複数に区別されている構造）が形成されている繊維を言う。その場合、島部分の断面形状に制約はなく、島成分吐出孔１の断面形状によって島部分の断面形状が制御され、また、島成分吐出孔１と吐出孔２５の断面形状の組合せによって島部分の断面形状が制御される。また、易溶出成分である海成分ポリマー１４を溶出することにより、いわゆる極細繊維だけでなく、分割繊維等も得ることができる。また、図８（ｂ）に示すように、島成分吐出孔１を丸形状とし、吐出孔２５を星型とする、または、島成分吐出孔１を星型、吐出孔２５を丸形状とすることで、島部分の形状を星形にすることができる。また、図８（ｃ）に示すように、海島複合繊維の島部分を２種類の島成分ポリマー１３（ｃ）、島成分ポリマー１３（ｄ）で構成することで、芯鞘複合繊維を得ることができる。芯鞘複合繊維とは、異なる２成分以上のポリマーが繊維軸方向に垂直な断面において、芯成分を鞘成分が被覆するように構成しているものである。この芯鞘複合繊維の製造方法としては、本明細書の図には記載していないが、下層板５の吐出孔２５で得られた複合芯鞘成分ポリマー流を取り囲む、３成分目のポリマーを吐出する分配板を積層することで、多重芯鞘繊維とすることができる。また、島成分の個数に関しては、理論的には２島からスペースの許す範囲で無限に作製することは可能であるが、実質的に実施可能な範囲として２〜６００００島が好ましい範囲である。本発明の複合口金の優位性を得る範囲としては１０００〜３００００島がさらに好ましい範囲である。
【００６４】
また、本発明においては、孔充填密度が１孔／ｍｍ２以上であることが好ましい。孔充填密度が１孔／ｍｍ２以上であれば、従来の複合口金技術との差異がより明確となる。本発明者らが検討した範囲では、孔充填密度は１〜１５孔／ｍｍ２の範囲であれば実施可能であった。この孔充填密度という観点では、本発明の複合口金の優位性が得られる範囲としては１〜１５孔／ｍｍ２が好ましい範囲である。
【００６５】
また、本発明における海島複合繊維は、海成分ポリマーを溶出することで、単独紡糸では得ることができない非常に縮小された極細繊維として、繊維径が１０〜１０００ｎｍ、かつ繊維径バラツキを表す繊維径ＣＶ％が０．１〜３０％の均一性の優れた長繊維型ナノファイバーを作製することができる。この長繊維型ナノファイバーは、シート状物とすることで、磁気記録ディスクなどに用いるアルミニウム合金基板やガラス基板を超高精度の仕上げ加工を施すのに好適に用いることができる。また、他の用途として、あえて一部の島を合流させ、繊維径分布を自由に制御したシート状物も作製可能である。
【００６６】
以上のように、本発明の複合口金１８で製造可能な複合形態を従来公知の断面形態を例示して説明したが、本発明の複合口金１８においては、断面形態を任意に制御することができるため、形態にとらわれることなく、自由な形態を作製することができる。
【００６７】
また、本発明の複合繊維の強度は、強度は２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましく、産業資材用途で必要とされる力学的特性を考えれば、５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。現実的な上限としては２０ｃＮ／ｄｔｅｘである。また、伸度は延伸糸で２〜６０％、特に高強度が必要とされる産業資材分野では２〜２５％、衣料用では２５〜６０％とすることが好ましい。また、本発明の複合繊維は、繊維巻き取りパッケージやトウ、カットファイバー、わた、ファイバーボール、コード、パイル、織編、不織布、紙、液体分散体など多用な繊維製品とすることができる。
【実施例】
【００６８】
以下実施例を挙げて、本発明の複合口金の効果を具体的に説明する。各実施例、比較例では、本発明の複合口金を使用して海島型複合繊維を紡糸し、下記の通り、島成分ポリマーの合流有無を判定した。
（１）海島型複合繊維の島成分の析出
海島型複合繊維から島成分を析出するために、易溶出成分の海成分が溶出可能な溶液などに複合繊維を浸漬して除去し、難溶出成分の島成分の繊維を得た。易溶出成分が、５−ナトリウムスルホイソフタル酸などが共重合された共重合ＰＥＴやポリ乳酸（ＰＬＡ）等の場合には、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いた。また、アルカリ水溶液は５０℃以上に加熱すると、加水分解の進行を早めることができるため、また、流体染色機などを利用し、処理すれば、一度に大量に処理をすることができる。
（２）島成分ポリマーの合流有無
極細繊維からなるマルチフィラメントをエポキシ樹脂で包埋し、Ｒｅｉｃｈｅｒｔ社製ＦＣ・４Ｅ型クライオセクショニングシステムで凍結し、ダイヤモンドナイフを具備したＲｅｉｃｈｅｒｔ−Ｎｉｓｓｅｉ ｕｌｔｒａｃｕｔ Ｎ（ウルトラミクロトーム）で切削した後、その切削面を（株）キーエンス製 ＶＥ−７８００型走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて倍率５０００倍で撮影した。上記で撮影した断面写真より、画像処理ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて、得られた繊維の全島数を測定し、全島数を全吐出孔数（最下層板に配設された吐出孔と近接吐出孔の合計）で除した値が１であれば、島成分ポリマー同士の合流は無く（合流無し）、１未満であれば、島成分ポリマー同士の合流は有り（合流有り）とした。また、断面形態の経時的な変化を評価するために、紡糸開始時より７２時間連続して紡糸を行い、この７２時間後の海島型複合繊維の断面も同様の方法で撮影し、島成分ポリマー同士の合流有無を判別した。
（３）極細繊維の繊維径および繊維径バラツキ（ＣＶ％）
前述した繊維径および繊維径バラツキと同様の方法で、極細繊維の断面を撮影し、得られた写真から無作為に選定した１５０本の極細繊維を抽出し、写真について画像処理ソフト（ＷＩＮＲＯＯＦ）を用いて全ての外接円径（繊維径）を測定し、平均繊維径および繊維径標準偏差を求めた。これらの結果から下記式に基づき繊維径ＣＶ％を算出した。以上の値は全て３ヶ所の各写真について測定を行い、３ヶ所の平均値とし、ｎｍ単位で小数点１桁目まで測定し、小数点以下を四捨五入する。
繊維径バラツキ（ＣＶ％）＝（繊維径標準偏差／平均繊維径）×１００
（４）極限粘度［η］
オルソクロロフェノールを溶媒として２５℃で測定した。
［実施例１］
島成分として、極限粘度［η］０．６５のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と、海成分ポリマーとして、極限粘度［η］０．５８の５−ナトリウムスルホイソフタル酸５．０モル％共重合したＰＥＴ（共重合ＰＥＴ）を２８５℃で別々に溶融後、計量し、図６に示した本発明の複合口金が組み込まれた紡糸パックに流入させ、口金吐出孔から芯鞘型海島複合ポリマー流を吐出した。なお、下層板には、島成分ポリマー用として、１つの吐出導入孔に対して、１８００の島成分吐出孔が等間隔に穿孔されている。海／島成分の複合比は、３０／７０とし、吐出された複合ポリマー流を冷却固化後油剤付与し、紡糸速度１５００ｍ／ｍｉｎで巻き取り、１５０ｄｔｅｘ−１５フィラメント（単孔吐出量２．２５ｇ／ｍｉｎ）の未延伸繊維を採取した。巻き取った未延伸繊維を９０℃と１３０℃に加熱したローラ間で３．０倍延伸を行い、５０ｄｔｅｘ−１５フィラメントの延伸繊維とし、前述した方法で、海成分を９９％以上溶解し、２７０００本の極細繊維からなるマルチフィラメントを採取した。
【００６９】
ここで、実施例１に用いた複合口金は、図９に示すように、分配孔が穿孔された分配板と、分配溝が穿孔された分配板を交互に積層することで、２分岐となるトーナメント方式の流路を形成し、その下流側に上層板、中層板、下層板が順に積層されている。これらの板厚み０．１ｍｍ、孔直径０．２ｍｍ、溝幅０．３ｍｍ、溝深さ０．１ｍｍ、最小孔間ピッチ０．４ｍｍにて穿孔されている。そして、１枚の分配板に穿孔されている分配溝の溝長は等しくすることで、上端の分配孔から島成分吐出孔至るポリマーの通流経路の流路圧損が均等になるようにしている。表１に記載のとおり、紡糸開始時、および７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時５．８％、７２時間経過後５．９％となった。
［実施例２］
図１１に示すように、上層板に穿孔された島成分吐出孔の孔群の領域内の一部に海成分吐出孔を穿孔する以外は実施例１と同じ複合口金を用い、実施例１と同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸して海島型複合繊維を製造した。表１に記載のとおり、紡糸開始時、７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時、および７２時間経過後共に、４．５％となった。
［実施例３］
図３に示すように、上層板には上層突出部を形成し、上層突出部の端部周りに海成分ポリマーを供給する外端部孔が形成された複合口金を用いて、実施例１の同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸して海島型複合繊維を製造した。
【００７０】
ここで、実施例３に用いた複合口金は、図４に示すように、島成分吐出孔は丸形状、吐出孔は十字形状となるように穿孔されており、上層突出部の下面と、下層板の上面の一部は拡散接合により圧着固定され、そして、非圧着部の外端部孔から、海成分ポリマーが供給されている。表１に記載のとおり、紡糸開始時、および７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、得られた島成分断面は、十字型となった。また、繊維径バラツキは、紡糸開始時７．２％、７２時間経過後７．３％となった。
［実施例４］
１枚の分配板に穿孔されている分配溝の最長長さと最短長さとの比が１．２（分配溝長さが同じ場合は１．０）である以外は、実施例１と同じ複合口金を用い、実施例１と同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸して海島型複合繊維を製造した。表１に記載のとおり、紡糸開始時、７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時９．５％、および７２時間経過後共９．６％となった。
［実施例５］
１枚の分配板に穿孔されている分配溝の最長長さと最短長さとの比が１．５（分配溝長さが同じ場合は１．０）である以外は、実施例１と同じ複合口金を用い、実施例１と同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸して海島型複合繊維を製造した。表１に記載のとおり、紡糸開始時、７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流は無く、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時１０．２％、および７２時間経過後共１０．６％となった。
［比較例１］
分配板が無く、計量板に配設された孔が、上層板の海成分吐出孔、および島成分吐出孔に連通している以外は実施例１と同じ複合口金を用い、実施例１と同等のポリマー、吐出比、同等の繊度、紡糸条件で紡糸し海島型複合繊維を製造した。表１に記載のとおり、紡糸開始時、７２時間経過後共に、島成分ポリマーの合流が発生し、また、繊維径バラツキは、紡糸開始時２２．１％、７２時間経過後２４％となり、繊維所望の断面の複合繊維を得ることができなかった。
【００７１】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、一般的な溶液紡糸法に用いられる複合口金に限らず、メルトブロー法およびスパンボンド法に適用可能であるし、湿式紡糸法や、乾湿式紡糸法に用いられる口金にも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００７３】
１ 島成分吐出孔
２ 上層板
３ 中層板
４ 海成分吐出孔
５ 下層板
６ 分配板
７ 分配孔
８ 分配溝
９ 計量板
１０ 吐出板
１１ 吐出導入孔
１２ 縮小孔
１３ 島成分ポリマー（Ａ）（島部分）
１４ 海成分ポリマー（Ｂ）（海部分）
１５ 紡糸パック
１６ スピンブロック
１７ 冷却装置
１８ 複合口金
１９ 上層突出部
２０ 仮想外接円
２１ 上層突出部の下面
２２ 下層板の上面
２３ 芯鞘型海島複合ポリマー
２４ 合流室
２５ 吐出孔
２６ 仮想内接円
２７ 放射状溝
２８ 同心円上溝
２９ 上板
３０ パイプ
３１ 海成分ポリマー導入流路
３２ 島成分ポリマー導入流路
３３ 上口金板
３４ 中口金板
３５ 下口金板
４０ 海成分ポリマー分配室
４１ パイプ挿入孔
４２ 口金吐出孔
４３ 突出部
４４ 外周端部孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
島成分ポリマーと海成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金において、島成分ポリマーと海成分ポリマーを各々分配するための分配孔および／又は分配溝が形成された複数の分配板であって、ポリマーの紡出経路方向の下流側に向かい前記分配孔の孔数が増加し、ポリマーの紡出経路方向の上流側に位置する前記分配孔と、ポリマーの紡出経路方向の下流側に位置する前記分配孔とを連通するように前記分配溝が形成されている分配板と、前記分配板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、前記分配孔に連通した複数の海成分吐出孔と、前記海成分吐出孔の孔数よりも多くの島成分吐出孔が形成された上層板と、前記上層板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘型海島複合ポリマー流を構成するための、前記島成分吐出孔と前記海成分吐出孔に連通した合流室が形成された中層板と、前記中層板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、前記芯鞘型海島複合ポリマー流を吐出するための、前記合流室に連通した吐出孔が、前記島成分吐出孔と対向した位置に形成された下層板とで構成する構造であることを特徴とする複合口金。
【請求項２】
前記分配孔および前記分配溝によって形成された前記分配板内部の複数のポリマー通流経路について、前記分配板の上端から下端に至るまでの前記ポリマー通流経路の長さが相対的に長い経路における前記分配孔の孔径を相対的に短い経路における前記分配孔の孔径より大きくすることを特徴とする請求項１に記載の複合口金。
【請求項３】
前記島成分吐出孔が孔群を形成する領域内に前記海成分吐出孔を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の複合口金。
【請求項４】
前記島成分吐出孔を中心とした周囲に、前記上層板の下面よりもポリマーの紡出経路方向の下流側に突出した上層突出部が形成され、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように、前記上層突出部の端部周りに海成分ポリマーを供給する外端部孔を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合口金。
【請求項５】
前記分配板、または前記上層板、前記中層板、前記下層板に形成された最小孔の直径ＤＭＩＮと、前記最小孔が形成された板厚みＢＴが、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の複合口金。
ＢＴ／ＤＭＩＮ≦２
但し、ＤＭＩＮ：分配板、または上層板、中層板、下層板に形成された最小孔の直径（ｍｍ）、ＢＴ：最小孔が形成された分配板、または上層板、中層板、下層板の厚み（ｍｍ）を示す。
【請求項６】
前記島成分吐出孔の孔充填密度が１孔／ｍｍ２以上である請求項１から５のいずれかに記載の複合口金。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の複合口金において、前記分配板から前記上層板の前記島成分吐出孔に至る各流路における流路圧損が等しくなる複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法。
【請求項１】
島成分ポリマーと海成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金において、島成分ポリマーと海成分ポリマーを各々分配するための分配孔および／又は分配溝が形成された複数の分配板であって、ポリマーの紡出経路方向の下流側に向かい前記分配孔の孔数が増加し、ポリマーの紡出経路方向の上流側に位置する前記分配孔と、ポリマーの紡出経路方向の下流側に位置する前記分配孔とを連通するように前記分配溝が形成されている分配板と、前記分配板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、前記分配孔に連通した複数の海成分吐出孔と、前記海成分吐出孔の孔数よりも多くの島成分吐出孔が形成された上層板と、前記上層板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように合流し、芯鞘型海島複合ポリマー流を構成するための、前記島成分吐出孔と前記海成分吐出孔に連通した合流室が形成された中層板と、前記中層板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、前記芯鞘型海島複合ポリマー流を吐出するための、前記合流室に連通した吐出孔が、前記島成分吐出孔と対向した位置に形成された下層板とで構成する構造であることを特徴とする複合口金。
【請求項２】
前記分配孔および前記分配溝によって形成された前記分配板内部の複数のポリマー通流経路について、前記分配板の上端から下端に至るまでの前記ポリマー通流経路の長さが相対的に長い経路における前記分配孔の孔径を相対的に短い経路における前記分配孔の孔径より大きくすることを特徴とする請求項１に記載の複合口金。
【請求項３】
前記島成分吐出孔が孔群を形成する領域内に前記海成分吐出孔を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の複合口金。
【請求項４】
前記島成分吐出孔を中心とした周囲に、前記上層板の下面よりもポリマーの紡出経路方向の下流側に突出した上層突出部が形成され、島成分ポリマーの外周を海成分ポリマーが囲い込むように、前記上層突出部の端部周りに海成分ポリマーを供給する外端部孔を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合口金。
【請求項５】
前記分配板、または前記上層板、前記中層板、前記下層板に形成された最小孔の直径ＤＭＩＮと、前記最小孔が形成された板厚みＢＴが、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の複合口金。
ＢＴ／ＤＭＩＮ≦２
但し、ＤＭＩＮ：分配板、または上層板、中層板、下層板に形成された最小孔の直径（ｍｍ）、ＢＴ：最小孔が形成された分配板、または上層板、中層板、下層板の厚み（ｍｍ）を示す。
【請求項６】
前記島成分吐出孔の孔充填密度が１孔／ｍｍ２以上である請求項１から５のいずれかに記載の複合口金。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載の複合口金において、前記分配板から前記上層板の前記島成分吐出孔に至る各流路における流路圧損が等しくなる複合口金を用いた複合紡糸機により溶融紡糸を行う複合繊維の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１３６８０４（Ｐ２０１２−１３６８０４Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８９９８０（Ｐ２０１０−２８９９８０）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００３１５９）東レ株式会社 (7,677)
【Ｆターム（参考）】
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