高倍率で高物性のフィラメントの製造方法及び製造装置
【課題】 特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、マルチフィラメントや機能性フィラメント、高弾性フィラメントなどを、簡便な手段で高倍率で高物性のフィラメントを製造する手段を提供することにある。
【解決手段】 原フィラメントが複数箇所からの赤外線光束で加熱されて、引取装置によって５倍以上の一定倍率で延伸され、延伸されたフィラメントの物性が測定されることにより、物性が最も適するように赤外線光束の出力を低下させていくことにより、高倍率で高物性のフィラメントの製造する。
【解決手段】 原フィラメントが複数箇所からの赤外線光束で加熱されて、引取装置によって５倍以上の一定倍率で延伸され、延伸されたフィラメントの物性が測定されることにより、物性が最も適するように赤外線光束の出力を低下させていくことにより、高倍率で高物性のフィラメントの製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高倍率で高物性のフィラメント製造方法及びその製造装置に関し、特に赤外線法により、マルチフィラメントや、分割フィラメントや芯鞘フィラメントなどの機能性フィラメント、または高弾性フィラメントなどを、高倍率で物性の良いフィラメントとして製造する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線法によりフィラメントを延伸することは、種々の方式が提案されている（例えば、特開昭６３−２４９７３２、国際公開ＷＯ００／７３５５６Ａ１）。しかしこれらの延伸手段は、マルチフィラメントには適応困難であり、また、芯鞘フィラメントなどに適用すると、芯と鞘のバランスが崩れるなど種々の問題があり、延伸倍率を上げながら高物性の延伸フィラメントを得られていなかった。
【０００３】
また本発明人は、赤外線法により、分子配向を伴って、１，０００倍以上という超高倍率の延伸倍率で極細フィラメント得る手段について発明を行った（例えば、特開２００３−１６６１１５、特開２００４−１０７８５１、国際公開ＷＯ２００４／０８５７２３Ａ１）。これらは、簡便な手段で、極細の分子配向したフィラメントが得られた。本発明は、分割フィラメントや芯鞘フィラメントなどの機能性フィラメントや高弾性フィラメントなどを、延伸倍率は通常のフィラメントの延伸倍率（１０倍未満）よりも高倍率で、しかもそれらのフィラメントの持つ物性を最大限に発揮させることができる延伸手段を提供することにある。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２４９７３２号公報（第１頁、第１図）。
【特許文献２】国際公開ＷＯ００／７３５５６Ａ１（第２２−２４頁、図１，図３）。
【特許文献３】特開２００３−１６６１１５号公報（第１−２頁、図４、図５）。
【特許文献４】特開２００４−１０７８５１号公報（第１−２頁、図１，図３）。
【特許文献５】国際公開ＷＯ２００４／０８５７２３Ａ１（第２７−３０頁、図１，図２）。
【非特許文献１】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．８８、ｐ．３２７９−３２８３、２００３年、（米国）。
【非特許文献２】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．９２、ｐ．１４４９−１４５３、２００４年、（米国）。
【非特許文献３】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．９２、ｐ．１５３４−１５３９、２００４年、（米国）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術をさらに発展させたものであって、その目的とするところは、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に高延伸倍率であって、高物性の延伸フィラメントを、連続的に得ることができるようにすることにある。また他の目的は、従来の赤外線法によるフィラメントの延伸手段は、マルチフィラメントや分割フィラメントや芯鞘フィラメント、または高弾性フィラメントなどを延伸することが困難であったが、本発明では、それらのフィラメントを高物性で高倍率に延伸する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、フィラメントの製造方法としての特徴は、下記の通りである。本発明は、原フィラメントがフィラメントの送出手段により送り出される工程と、送り出されてきた原フィラメントを複数箇所からの赤外線光束で加熱される工程と、この加熱されたフィラメントが引取装置によって５倍以上の一定倍率で延伸される工程と、この延伸されたフィラメントの物性が測定されることにより、物性が最も適するように赤外線光束の出力を低下させていく工程と、を含む高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記原フィラメントがマルチフィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記原フィラメントが機能性フィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記原フィラメントが高弾性率フィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記複数箇所からの赤外線光束による加熱が、フィラメントの走行軸に対して、対称方向からの放射である、高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記延伸後に、前記延伸されたフィラメントが加熱装置により熱処理される、高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。さらに本発明は、前記の手段により最適化された前記延伸フィラメントがコンベア上に集積されることによる連続フィラメントからなる不織布の製造方法に関する。
【０００７】
本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、フィラメントの製造装置としての特徴は、下記の通りである。
本発明は、原フィラメントの送出手段と、送り出されてきた原フィラメントが複数箇所からの赤外線光束で加熱されるように構成されている赤外線放射装置と、その加熱されたフィラメントが５倍以上の一定倍率で延伸されるように引き取る引取装置と、その延伸されたフィラメントの物性を測定する装置と、その延伸されたフィラメントの物性が最も適するように赤外線光束の出力を制御する制御装置と、を含む高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記赤外線放射装置が、炭酸ガスレーザー発振装置である、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記赤外線光束の複数箇所からの放射が、一方向から放射される光束を、鏡を用いて反射させて前記原フィラメントに集められたものである、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記赤外線光束の複数箇所からの放射が、複数の赤外線光束放射装置からの光束である、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記延伸装置に、さらに熱処理装置が備えられ、最適条件下で延伸された前記フィラメントがこの熱処理装置内を通過することにより熱処理されるように構成されている、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。さらに本発明は、前記フィラメント製造装置に、さらにコンベアが備えられ、最適条件下で延伸された前記フィラメントがこのコンベア上に集積されるように構成されている連続フィラメントからなる不織布の製造装置に関する。
【０００８】
本発明は、原フィラメントを延伸して、高倍率で高物性の延伸されたフィラメントを提供するものである。本発明における、原フィラメントとは、既にフィラメントとして製造されて、リール等に巻き取られたものであってもよいし、紡糸過程において、溶融または溶解フィラメントが冷却や凝固によりフィラメントとなったものを、紡糸過程に引き続き使用され、本発明の延伸手段の原料とすることができる。ここで、フィラメントとは、実質的に連続した繊維であり、数ミリメータから数十ミリメータの長さである短繊維とは区別される。原フィラメントは、単独で存在することが望ましいが、数本ないし数十本に集合されていても使用することができる。なお、本発明におけるフィラメントは、一本のフィラメントからなるシングルフィラメントである場合と、複数のフィラメントからなるマルチフィラメントである場合が含められる。赤外線法におけるフィラメントの延伸においては、マルチフィラメントの高倍率延伸は困難であったが、本発明では、それを容易にしたことに特徴がある。なお、一本のフィラメントにかかる張力等では、「単糸あたり」と表現するが、一本のフィラメントでは、「その一本のフィラメントあたり」を意味し、マルチフィラメントでは、それを構成する「個々のフィラメント一本あたり」を意味する。
【０００９】
本発明の原フィラメントは、ポリエチレンテレフタレートや脂肪族ポリエステルを含むポリエステル、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン６６）を含むポリアミド、ポリプロピレンやポリエチレンを含むポリオレフィン、ポリビニルアルコール系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマー、フッ素系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、スチレン系ポリマー、ポリオキシメチレン、エーテルエステル系ポリマーなどの熱可塑性ポリマーからなるフィラメントであれば使用することができる。特に、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン６６）、ポリプロピレンは、延伸性もよく、分子配向性もよく、本発明の延伸フィラメントの製造に特に適する。またポリ乳酸やポリグリコール酸等の生分解性ポリマーや生体内分解吸収性ポリマー等も本発明の赤外線ビームによる延伸性もよく、本発明の高倍率で高物性のフィラメントの製造に特に適する。
【００１０】
本発明の延伸手段は、機能性フィラメントや高弾性フィラメントの延伸に特に適合する。これらのフィラメントは、目的の高度の物性を得るためには、延伸条件の選択が非常に重要である。また、延伸条件の他、延伸において均一に加熱することが特に重要である。機能性フィラメントとは、芯鞘フィラメント、中空フィラメント、異形断面フィラメント、分割フィラメント、海島フィラメントなど種々の構造を持つことで、特殊な機能を発揮できるフィラメントをいう。これらのフィラメントを最適な延伸条件で延伸しないと、例えば、芯鞘フィラメントの芯と鞘との位置関係が大きく崩れてしまったり、中空フィラメントの壁に穴が開いたり、分割フィラメントの延伸による分割性が悪くなるからである。また高弾性率フィラメントとは、延伸により高弾性率を示すフィラメントで、１００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上で、３００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが最も好ましい。これらは数１０ｃＮ／ｄｔｅｘ程度の弾性率を有する衣料用フィラメントとは区別される。高弾性率フィラメントとしては、アラミドフィラメント、全芳香族ポリエステル、またポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾールなどのヘテロ環系ポリマー、また超高分子量ポリエチレンを超延伸したフィラメントなどがある。
【００１１】
本発明の連続法においは、フィラメントを送出手段から送り出された原フィラメントについて延伸が行われる。送出手段は、ニップローラや数段の駆動ローラの組み合わせなどの一定の送出速度で、フィラメントを送り出すことが出来るものであれば種々のタイプのものが使用できる。
【００１２】
本発明の延伸においては、赤外線加熱される直前には、原フィラメントの位置を規制する案内具を設けることが好ましい。赤外線光束による加熱は、非常に狭い範囲において加熱されることが特徴であり、また延伸の開始時は延伸張力も小さいので延伸部が振れやすいので、フィラメントの位置を規制する案内具を設ける。案内具は、細い管や溝、コーム、細いバーの組み合わせなどが使用できる。
【００１３】
本発明の原フィラメントは、赤外線加熱手段（レーザーを含む）により照射される赤外線光束により延伸適温に加熱される。赤外線は、原フィラメントを加熱するが、延伸適温に加熱される範囲が、フィラメントの中心でフィラメントの軸方向に、上下４ｍｍ（長さ８ｍｍ）以内であることが好ましく、さらに好ましくは３ｍｍ以下、最も好ましくは２ｍｍ以下で加熱される。本発明は、狭い領域で急激に延伸することにより、高度の分子配向を伴った延伸を可能にし、しかも超高倍率延伸であっても、延伸切れを少なくすることができた。なお、この赤外線光束が照射されるフィラメントが、マルチフィラメントである場合は、上記のフィラメントの中心は、マルチフィラメントのフィラメント束の中心を意味する。
【００１４】
本発明の赤外線加熱には、レーザーによる加熱が特に好ましい。中でも、１０．６μｍの波長の炭酸ガスレーザーと、１．０６μｍの波長のＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット系）レーザーが特に好ましい。レーザーは、放射範囲を小さく絞り込むことが可能であり、また、特定の波長に集中しているので、無駄なエネルギーも少ない。本発明の炭酸ガスレーザーは、パワー密度が１０Ｗ／ｃｍ2以上、好ましくは２０Ｗ／ｃｍ2以上、最も好ましくは、３０Ｗ／ｃｍ2以上である。狭い延伸領域に高パワー密度のエネルギーを集中することによって、本発明の高倍率延伸が可能となるからである。なお、複数箇所からフィラメント上に照射された場合のパワー密度は、それぞれのパワー密度を合計して示す。
【００１５】
なお、この場合の赤外線光束の照射は、複数箇所から照射されることが好ましい。フィラメントの片側のみからの加熱は、そのポリマーの融解温度が高い場合や、良い物性を得るための均一加熱が必要な場合は、非対称加熱により、延伸が困難になるからである。なお、複数箇所からの照射は、フィラメントの走行軸に対して、対称方向からの照射であることが好ましい。高倍率で高物性のフィラメントを得るためには、対称加熱を徹底する必要があるからである。このような複数箇所からの照射は、複数個の赤外線光束の光源から照射してもよいが、一つの光源からの光束を鏡によって反射させることにより、複数回、原フィラメントの通路に沿って照射させることによって達成することもできる。鏡は、固定型ばかりでなく、ポリゴンミラーのように回転するタイプも使用することができる。
【００１６】
また、複数箇所からの照射の別な手段として、複数光源からの光源を原フィラメントに複数箇所から照射する手段がある。比較的小規模のレーザー光源で安定してコストの安いレーザー発振装置を複数セット用いて、高パワーの光源とすることができる。
【００１７】
本発明において、得られた延伸フィラメントの延伸倍率が５倍以上、好ましくは１０倍以上、さらに好ましくは３０倍以上、最も好ましくは５０倍以上の高倍率で延伸されることを特徴とする。通常の合成繊維の延伸では、３〜７倍であり、ＰＥＴ繊維のスーパードローイングでは１０数倍程度延伸するが、それは高物性は期待されていない。本発明人の先願発明（特許文献１ー３）では、数百倍や数千倍といった超高延伸倍率を行うことで、極細フィラメントを得ることを目的とした。本発明では、高物性を得る延伸手段を提供することにあるので、必ずしも高倍率延伸を必要としない。装置の延伸倍率は、原フィラメントの送出手段と引取手段によって決められるが、本発明では、５倍以上好ましくは１０倍以上の延伸倍率において、物性が最も良くなる条件において延伸される。高弾性率フィラメントにおいては、５倍から１０倍の範囲に最も物性が良くなる場合がある。
【００１８】
本発明では、最初は５倍以上の一定延伸倍率において、充分に過剰のエネルギーの赤外線光束によって延伸される。この延伸切れのない安定した延伸状態から、徐々に赤外線光束のエネルギー出力を低下していき、延伸されたフィラメントの物性を測定して、最適な延伸条件を検討する。本発明における延伸されたフィラメントの物性は、延伸されたフィラメントの複屈折に顕著性のあるフィラメント例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどでは、複屈折が有効に利用される。複屈折は、インラインでも測定できるので、本発明の延伸手段の後工程に複屈折測定手段を設けて連続的に測定して最適値を求めることができる。また、強度や弾性率に特徴のあるフィラメントでは、弾性率を測定する。弾性率は、振動法や音波法でインラインで測定できるが、バッチで、延伸されたフィラメントを力学的に測定して、強度や弾性率を求めることもできる。
【００１９】
芯鞘フィラメント、中空フィラメント、異形断面フィラメント、分割フィラメント、海島フィラメントなどの機能性フィラメントにおいては、その物性として、上述の複屈折や弾性率などの他、例えば、分割性フィラメントにおいては、その分割性を物性とすることが出来る。また、芯鞘フィラメントでは、芯と鞘との位置関係より偏芯度を物性とすることも出来る。これらの物性は、目的とするフィラメントの種類により適当なものが選ばれ、インラインで測定することが望ましいが、バッチにおいても測定することができる。
【００２０】
なお、本発明における原フィラメントの複屈折で測定した配向度ｆは、下式により示される。なお、この式では、密度の補正が必要であるが、煩雑になるので無視して計算する。
ｆ（％）＝（Δｎ／Δｎｃ）×１００
ここで、Δｎは実測で得た複屈折で、Δｎｃは、それぞれのポリマーの結晶の複屈折で、理論値等から求められており、それらの値は必ずしも一致しないが、一般に多く用いられる値として、ポリエチレンテレフタレートでは、０．２４であり、ナイロン６または６６では、０．０９６であり、アイソタクチックポリプロピレンでは、０．０４２である。また、本発明における延伸倍率λは、原フィラメントの径ｄｏと延伸後のフィラメントの径ｄより、下記の式で表される。この場合、フィラメントの密度は一定として計算する。繊維径の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、原フィラメントは３５０倍、延伸フィラメントは１０００倍での撮影写真に基づき、１０点の平均値で行う。
λ＝（ｄo／ｄ）2
【００２１】
本発明の延伸工程の後に、加熱ゾーンを有する加熱装置を設け、延伸されたフィラメントを熱処理することもできる。加熱は、加熱気体中を通過させる手段や、赤外線加熱等の輻射加熱、加熱ローラ上を通す、またはそれらの併用などの手段で行うことができる。熱処理は、延伸フィラメントの熱収縮を小さくすることや、結晶化度を上げ、フィラメントの経時変化を小さくしヤング率を向上させるなど、種々の効果をもたらす。
【００２２】
本発明の延伸されたフィラメントを、さらに延伸した後に巻き取ることもできる。後段階の延伸の手段は、前の段階で行った延伸手段を用いることもできるが、前の段階で充分に高倍率延伸されている場合は、通常のゴデットローラ等のローラ間延伸や、ピン延伸などを用いることもできる。また、本発明の後延伸の手段として、本発明人による（非特許文献１、２、３）ゾーン延伸法やゾーン熱処理法が用いられることが望ましい。
【００２３】
本発明の延伸されたフィラメントは、その後続工程で、ボビン、チーズ、リール等（以下リールで代表させる場合がある）に巻き取られ、リールやチーズ巻の形態の製品とされる。これらの巻き取りにおいては、延伸フィラメントはトラバースされながら巻き取られることが望ましい。トラバースされることにより、均一な巻き上げ形態を確保できるからである。マルチフィラメントの巻取に際しては、空気交絡ノズルなどを用いて、フィラメント間を交絡させて巻き取ることが望ましい。本発明におけるフィラメントの巻取速度は、ニップローラや数段の駆動ローラの組み合わせなどの一定の送出速度で、フィラメントを巻き取る手段が使用される。
【００２４】
本発明の最適条件で延伸されてフィラメント、または延伸され必要に応じて熱処理されたフィラメントは、コンベア上に集積されて、連続したフィラメントからなる不織布とすることができる。従来のフィラメントからなる不織布の代表であるスパンボンド不織布は、フィラメント強度が１〜２ｃＮ／ｄｔｅｘと不十分であるが、本発明においては、充分に強度が出せる。また本発明における不織布は、芯鞘フィラメントや分割フィラメント、中空フィラメント、異形断面フィラメントなどの連続フィラメントからなる不織布を、簡便な手段で提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、上記のように、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に高倍率で高物性のフィラメントが得られることを特徴とする。また、従来の赤外線法によるフィラメントの延伸手段が、マルチフィラメントや、異径断面フィラメント、分割フィラメント、中空フィラメント、芯鞘フィラメント、または高弾性フィラメントなどを延伸することが困難であったが、本発明では、それらのフィラメントを高物性で高倍率に延伸する手段を提供することにある。また、機能性フィラメントとしての芯鞘フィラメントは、偏芯度を大きくすることで、捲縮性をアップさせるとができる。また、鞘が接着性ポリマーである場合は、芯のポリマーの強度を充分にアップさせたフィラメントとすることができる。また、分割フィラメントにおいては、得られたフィラメントは、分割性が良く、後工程の織機やウオータジェット等での叩打効果によりファインなフィラメントに分割され易くなっている。また本発明により最適に延伸されたフィラメントからなる長繊維不織布は、フィラメントの強度が高く、また、種々の機能を有するフィラメントからなる不織布とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の連続法のプロセスの例を示した。原フィラメント１は、リール１１に巻かれた状態から繰り出され、コーム１２を経て、繰出ニップローラ１３ａ、１３ｂより一定速度で送り出される。原フィラメント１は、シングルフィラメントであっても、マルチフィラメントであってもよい。また、複数のリール１１から繰り出され、コーム１２で合わされて次工程にに送り出されてもよい。送り出された原フィラメント１は、案内具１５で位置を規制されて一定速度で下降する。案内具１５は、レーザーの照射位置とフィラメントの走行位置を正確に定めるもので、図では、内径が０．５ｍｍの注射針を使用したが、細いパイプやコーム、スネイルワイヤなども使用できる。案内具１５の直下に、レーザー発振装置５より、走行する原フィラメント１に対して、一定幅の加熱域Ｍにレーザー光束６が照射される。このレーザー光束６は、図２で詳細に説明される鏡２２、２４，２５等で反射されて、フィラメント１を複数箇所からの照射する。レーザー光束６により加熱された原フィラメント１は、送出ニップロール１３と引取ニップローラ１６によって定められる５倍以上の一定延伸倍率で延伸され、延伸されたフィラメント１７となって下降する。下降過程には、複屈折測定装置１８が備えられ、複屈折が測定される。この最初の段階では、レーザー発振装置５のレーザー光束６の出力は、延伸切れがない大きな値に保つ。そしてその後に、この複屈折測定装置１８により測定された複屈折を、目的の複屈折に近づけるよう、レーザー発振装置５のレーザー光束６の出力を低下していき、最適複屈折を有する延伸フィラメント１７として巻取リール１９に巻かれていく。
【００２７】
本発明においては、延伸されたフィラメント１７が巻取リール１９に巻かれている過程において、図では省略してあるが、熱処理工程を設けることもできる。また他の熱処理手段として、巻取リールに巻かれているフィラメントを熱風発生器等により発生する熱風で加熱されることにより熱処理することもできる。この熱処理は、巻かれている時間が長いので、長時間の熱処理が可能となる。
【００２８】
図２に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の例を示す。図Ａは平面図であり、図Ｂは側面図である。赤外線照射器より照射された赤外線光束２１ａは、原フィラメント１の通る領域Ｐ（図の点線内）を通って、鏡２２に達し、鏡２２で反射された赤外線光束２１ｂとなり、鏡２３で反射されて赤外線光束２１ｃとなる。赤外線光束２１ｃは、領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置から１２０度後から、原フィラメントを照射する。領域Ｐを通過した赤外線光束２１ｃは、鏡２４で反射されて、赤外線光束２１ｄとなり、鏡２５で反射されて、赤外線光束２１ｅとなる。赤外線光束２１ｅは領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置の赤外線光束２１ｃとは逆の１２０度後から、原フィラメント１を照射する。このように、原フィラメント１は、３つの赤外線光束２１ａ、２１ｃ、２１ｅにより、１２０度ずつ対称の位置から均等に原フィラメント１を加熱することができる。このように原フィラメント１に対して、赤外線光束２１を対称位置位置から照射できるようにすることが重要で、非対称では、均一加熱にならず、良い物性のフィラメントとすることが困難である。
【００２９】
図３に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の他の例で、複数の光源を使用する例を、平面図で示す。赤外線放射装置から放射された赤外線光束２７ａは、原フィラメント１へ放射される。また、別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束２７ｂも、原フィラメント１へ放射される。さらに別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束２７ｃも、原フィラメント１へ放射される。このように、複数の光源からの放射は、比較的小規模の光源で安定したコストの安いレーザー発信装置を複数用いて、高パワーの光源とすることができる。なお、図では光源が３個の場合を示したが、２個でもよいし、４個以上も使用できる。特に、複数本延伸では、このような複数光源による延伸が特に有効である。
【００３０】
図４に、本発明で使用される機能性原フィラメントの例を示す。図Ａは、芯鞘型複合フィラメントの例で、図Ｂはサイダバイサイド型のフィラメントの例を示す。また、図Ｃは中空フィラメントの例で、図Ｄは他の形態の中空フィラメントの例である。図Ｅは、中空フィラメントからなる分割フィラメントの例で、延伸やその後の工程で、斜線部と斜線部でない部分に分割される。図Ｆは、剥離型分割フィラメントの例である。図Ｇは、海島フィラメントの例である。図Ｈは、異形断面フィラメントの例として、絹ずれの音が発生する切り込みが入っている三角断面のフィラメントの例を示す。これらは形状や伝熱に異方性があり、多方面からの均一加熱が求められる。
【実施例１】
【００３１】
芯がポリプロピレンで鞘部がポリエチレンである複合フィラメント（フィラメント径１５４μ）を原フィラメントとして使用して、図１の装置を使用して延伸を行った。レーザーは、株式会社鬼塚硝子社製で、最大１０Ｗの炭酸ガスレーザー発振機延伸倍率を使用した。このときビーム径は４ｍｍで、パワー密度は２３．７Ｗ／ｃｍ2であった。この状態で、延伸倍率を１１倍にセットして原フィラメントを延伸しておき、その倍率でパワー密度を徐々に低下していく。そして、それぞれの延伸状態で、芯鞘の偏芯度、鞘部の剥離の有無、得られたフィラメントの強度、弾性率等を測定する。そして、パワー密度が６．４Ｗ／ｃｍ2であるとき、それらの物性が最もバランスの取れたものとすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
これらの高度の物性を備えた延伸されたフィラメントは、衣料分野ばかりでなく、産業資材等の広い分野において使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の高倍率で物性を向上させた延伸フィラメントを製造するための連続法のプロセス概念図。
【図２】本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射するための鏡の配置の例を示し、Ａ図は平面図、Ｂ図は側面図で示す。
【図３】本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射する他の例で、複数の光源を有する場合で、平面図で示す。
【図４】本発明の機能性フィラメントの様々なタイプの例を示す概念図。
【符号の説明】
【００３４】
１：原フィラメント、 ５：レーザー発振器装置、 ６：レーザー光束、
１１：リール、 １２：コーム、 １３ａ、１３ｂ：繰出ニップロール、
１５：案内具、 １６ａ、１６ｂ：引取ニップロール、
１７：延伸されたフィラメント、 １８：複屈折測定装置、
１９：巻取リール、
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ：赤外線光束、
２２、２３、２４、２５：鏡、 Ｐ：領域。
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ：赤外線光束、 Ｑ：領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高倍率で高物性のフィラメント製造方法及びその製造装置に関し、特に赤外線法により、マルチフィラメントや、分割フィラメントや芯鞘フィラメントなどの機能性フィラメント、または高弾性フィラメントなどを、高倍率で物性の良いフィラメントとして製造する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線法によりフィラメントを延伸することは、種々の方式が提案されている（例えば、特開昭６３−２４９７３２、国際公開ＷＯ００／７３５５６Ａ１）。しかしこれらの延伸手段は、マルチフィラメントには適応困難であり、また、芯鞘フィラメントなどに適用すると、芯と鞘のバランスが崩れるなど種々の問題があり、延伸倍率を上げながら高物性の延伸フィラメントを得られていなかった。
【０００３】
また本発明人は、赤外線法により、分子配向を伴って、１，０００倍以上という超高倍率の延伸倍率で極細フィラメント得る手段について発明を行った（例えば、特開２００３−１６６１１５、特開２００４−１０７８５１、国際公開ＷＯ２００４／０８５７２３Ａ１）。これらは、簡便な手段で、極細の分子配向したフィラメントが得られた。本発明は、分割フィラメントや芯鞘フィラメントなどの機能性フィラメントや高弾性フィラメントなどを、延伸倍率は通常のフィラメントの延伸倍率（１０倍未満）よりも高倍率で、しかもそれらのフィラメントの持つ物性を最大限に発揮させることができる延伸手段を提供することにある。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２４９７３２号公報（第１頁、第１図）。
【特許文献２】国際公開ＷＯ００／７３５５６Ａ１（第２２−２４頁、図１，図３）。
【特許文献３】特開２００３−１６６１１５号公報（第１−２頁、図４、図５）。
【特許文献４】特開２００４−１０７８５１号公報（第１−２頁、図１，図３）。
【特許文献５】国際公開ＷＯ２００４／０８５７２３Ａ１（第２７−３０頁、図１，図２）。
【非特許文献１】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．８８、ｐ．３２７９−３２８３、２００３年、（米国）。
【非特許文献２】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．９２、ｐ．１４４９−１４５３、２００４年、（米国）。
【非特許文献３】鈴木章泰、他１名 「Journal of Applied Polymer Science」、ｖｏｌ．９２、ｐ．１５３４−１５３９、２００４年、（米国）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術をさらに発展させたものであって、その目的とするところは、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に高延伸倍率であって、高物性の延伸フィラメントを、連続的に得ることができるようにすることにある。また他の目的は、従来の赤外線法によるフィラメントの延伸手段は、マルチフィラメントや分割フィラメントや芯鞘フィラメント、または高弾性フィラメントなどを延伸することが困難であったが、本発明では、それらのフィラメントを高物性で高倍率に延伸する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、フィラメントの製造方法としての特徴は、下記の通りである。本発明は、原フィラメントがフィラメントの送出手段により送り出される工程と、送り出されてきた原フィラメントを複数箇所からの赤外線光束で加熱される工程と、この加熱されたフィラメントが引取装置によって５倍以上の一定倍率で延伸される工程と、この延伸されたフィラメントの物性が測定されることにより、物性が最も適するように赤外線光束の出力を低下させていく工程と、を含む高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記原フィラメントがマルチフィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記原フィラメントが機能性フィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記原フィラメントが高弾性率フィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記複数箇所からの赤外線光束による加熱が、フィラメントの走行軸に対して、対称方向からの放射である、高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。また本発明は、前記延伸後に、前記延伸されたフィラメントが加熱装置により熱処理される、高倍率で高物性のフィラメントの製造方法に関する。さらに本発明は、前記の手段により最適化された前記延伸フィラメントがコンベア上に集積されることによる連続フィラメントからなる不織布の製造方法に関する。
【０００７】
本発明は上記の目的を達成するためになされたものであって、フィラメントの製造装置としての特徴は、下記の通りである。
本発明は、原フィラメントの送出手段と、送り出されてきた原フィラメントが複数箇所からの赤外線光束で加熱されるように構成されている赤外線放射装置と、その加熱されたフィラメントが５倍以上の一定倍率で延伸されるように引き取る引取装置と、その延伸されたフィラメントの物性を測定する装置と、その延伸されたフィラメントの物性が最も適するように赤外線光束の出力を制御する制御装置と、を含む高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記赤外線放射装置が、炭酸ガスレーザー発振装置である、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記赤外線光束の複数箇所からの放射が、一方向から放射される光束を、鏡を用いて反射させて前記原フィラメントに集められたものである、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記赤外線光束の複数箇所からの放射が、複数の赤外線光束放射装置からの光束である、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。また本発明は、前記延伸装置に、さらに熱処理装置が備えられ、最適条件下で延伸された前記フィラメントがこの熱処理装置内を通過することにより熱処理されるように構成されている、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置に関する。さらに本発明は、前記フィラメント製造装置に、さらにコンベアが備えられ、最適条件下で延伸された前記フィラメントがこのコンベア上に集積されるように構成されている連続フィラメントからなる不織布の製造装置に関する。
【０００８】
本発明は、原フィラメントを延伸して、高倍率で高物性の延伸されたフィラメントを提供するものである。本発明における、原フィラメントとは、既にフィラメントとして製造されて、リール等に巻き取られたものであってもよいし、紡糸過程において、溶融または溶解フィラメントが冷却や凝固によりフィラメントとなったものを、紡糸過程に引き続き使用され、本発明の延伸手段の原料とすることができる。ここで、フィラメントとは、実質的に連続した繊維であり、数ミリメータから数十ミリメータの長さである短繊維とは区別される。原フィラメントは、単独で存在することが望ましいが、数本ないし数十本に集合されていても使用することができる。なお、本発明におけるフィラメントは、一本のフィラメントからなるシングルフィラメントである場合と、複数のフィラメントからなるマルチフィラメントである場合が含められる。赤外線法におけるフィラメントの延伸においては、マルチフィラメントの高倍率延伸は困難であったが、本発明では、それを容易にしたことに特徴がある。なお、一本のフィラメントにかかる張力等では、「単糸あたり」と表現するが、一本のフィラメントでは、「その一本のフィラメントあたり」を意味し、マルチフィラメントでは、それを構成する「個々のフィラメント一本あたり」を意味する。
【０００９】
本発明の原フィラメントは、ポリエチレンテレフタレートや脂肪族ポリエステルを含むポリエステル、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン６６）を含むポリアミド、ポリプロピレンやポリエチレンを含むポリオレフィン、ポリビニルアルコール系ポリマー、アクリロニトリル系ポリマー、フッ素系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、スチレン系ポリマー、ポリオキシメチレン、エーテルエステル系ポリマーなどの熱可塑性ポリマーからなるフィラメントであれば使用することができる。特に、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン（含むナイロン６、ナイロン６６）、ポリプロピレンは、延伸性もよく、分子配向性もよく、本発明の延伸フィラメントの製造に特に適する。またポリ乳酸やポリグリコール酸等の生分解性ポリマーや生体内分解吸収性ポリマー等も本発明の赤外線ビームによる延伸性もよく、本発明の高倍率で高物性のフィラメントの製造に特に適する。
【００１０】
本発明の延伸手段は、機能性フィラメントや高弾性フィラメントの延伸に特に適合する。これらのフィラメントは、目的の高度の物性を得るためには、延伸条件の選択が非常に重要である。また、延伸条件の他、延伸において均一に加熱することが特に重要である。機能性フィラメントとは、芯鞘フィラメント、中空フィラメント、異形断面フィラメント、分割フィラメント、海島フィラメントなど種々の構造を持つことで、特殊な機能を発揮できるフィラメントをいう。これらのフィラメントを最適な延伸条件で延伸しないと、例えば、芯鞘フィラメントの芯と鞘との位置関係が大きく崩れてしまったり、中空フィラメントの壁に穴が開いたり、分割フィラメントの延伸による分割性が悪くなるからである。また高弾性率フィラメントとは、延伸により高弾性率を示すフィラメントで、１００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上で、３００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが最も好ましい。これらは数１０ｃＮ／ｄｔｅｘ程度の弾性率を有する衣料用フィラメントとは区別される。高弾性率フィラメントとしては、アラミドフィラメント、全芳香族ポリエステル、またポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾールなどのヘテロ環系ポリマー、また超高分子量ポリエチレンを超延伸したフィラメントなどがある。
【００１１】
本発明の連続法においは、フィラメントを送出手段から送り出された原フィラメントについて延伸が行われる。送出手段は、ニップローラや数段の駆動ローラの組み合わせなどの一定の送出速度で、フィラメントを送り出すことが出来るものであれば種々のタイプのものが使用できる。
【００１２】
本発明の延伸においては、赤外線加熱される直前には、原フィラメントの位置を規制する案内具を設けることが好ましい。赤外線光束による加熱は、非常に狭い範囲において加熱されることが特徴であり、また延伸の開始時は延伸張力も小さいので延伸部が振れやすいので、フィラメントの位置を規制する案内具を設ける。案内具は、細い管や溝、コーム、細いバーの組み合わせなどが使用できる。
【００１３】
本発明の原フィラメントは、赤外線加熱手段（レーザーを含む）により照射される赤外線光束により延伸適温に加熱される。赤外線は、原フィラメントを加熱するが、延伸適温に加熱される範囲が、フィラメントの中心でフィラメントの軸方向に、上下４ｍｍ（長さ８ｍｍ）以内であることが好ましく、さらに好ましくは３ｍｍ以下、最も好ましくは２ｍｍ以下で加熱される。本発明は、狭い領域で急激に延伸することにより、高度の分子配向を伴った延伸を可能にし、しかも超高倍率延伸であっても、延伸切れを少なくすることができた。なお、この赤外線光束が照射されるフィラメントが、マルチフィラメントである場合は、上記のフィラメントの中心は、マルチフィラメントのフィラメント束の中心を意味する。
【００１４】
本発明の赤外線加熱には、レーザーによる加熱が特に好ましい。中でも、１０．６μｍの波長の炭酸ガスレーザーと、１．０６μｍの波長のＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット系）レーザーが特に好ましい。レーザーは、放射範囲を小さく絞り込むことが可能であり、また、特定の波長に集中しているので、無駄なエネルギーも少ない。本発明の炭酸ガスレーザーは、パワー密度が１０Ｗ／ｃｍ2以上、好ましくは２０Ｗ／ｃｍ2以上、最も好ましくは、３０Ｗ／ｃｍ2以上である。狭い延伸領域に高パワー密度のエネルギーを集中することによって、本発明の高倍率延伸が可能となるからである。なお、複数箇所からフィラメント上に照射された場合のパワー密度は、それぞれのパワー密度を合計して示す。
【００１５】
なお、この場合の赤外線光束の照射は、複数箇所から照射されることが好ましい。フィラメントの片側のみからの加熱は、そのポリマーの融解温度が高い場合や、良い物性を得るための均一加熱が必要な場合は、非対称加熱により、延伸が困難になるからである。なお、複数箇所からの照射は、フィラメントの走行軸に対して、対称方向からの照射であることが好ましい。高倍率で高物性のフィラメントを得るためには、対称加熱を徹底する必要があるからである。このような複数箇所からの照射は、複数個の赤外線光束の光源から照射してもよいが、一つの光源からの光束を鏡によって反射させることにより、複数回、原フィラメントの通路に沿って照射させることによって達成することもできる。鏡は、固定型ばかりでなく、ポリゴンミラーのように回転するタイプも使用することができる。
【００１６】
また、複数箇所からの照射の別な手段として、複数光源からの光源を原フィラメントに複数箇所から照射する手段がある。比較的小規模のレーザー光源で安定してコストの安いレーザー発振装置を複数セット用いて、高パワーの光源とすることができる。
【００１７】
本発明において、得られた延伸フィラメントの延伸倍率が５倍以上、好ましくは１０倍以上、さらに好ましくは３０倍以上、最も好ましくは５０倍以上の高倍率で延伸されることを特徴とする。通常の合成繊維の延伸では、３〜７倍であり、ＰＥＴ繊維のスーパードローイングでは１０数倍程度延伸するが、それは高物性は期待されていない。本発明人の先願発明（特許文献１ー３）では、数百倍や数千倍といった超高延伸倍率を行うことで、極細フィラメントを得ることを目的とした。本発明では、高物性を得る延伸手段を提供することにあるので、必ずしも高倍率延伸を必要としない。装置の延伸倍率は、原フィラメントの送出手段と引取手段によって決められるが、本発明では、５倍以上好ましくは１０倍以上の延伸倍率において、物性が最も良くなる条件において延伸される。高弾性率フィラメントにおいては、５倍から１０倍の範囲に最も物性が良くなる場合がある。
【００１８】
本発明では、最初は５倍以上の一定延伸倍率において、充分に過剰のエネルギーの赤外線光束によって延伸される。この延伸切れのない安定した延伸状態から、徐々に赤外線光束のエネルギー出力を低下していき、延伸されたフィラメントの物性を測定して、最適な延伸条件を検討する。本発明における延伸されたフィラメントの物性は、延伸されたフィラメントの複屈折に顕著性のあるフィラメント例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどでは、複屈折が有効に利用される。複屈折は、インラインでも測定できるので、本発明の延伸手段の後工程に複屈折測定手段を設けて連続的に測定して最適値を求めることができる。また、強度や弾性率に特徴のあるフィラメントでは、弾性率を測定する。弾性率は、振動法や音波法でインラインで測定できるが、バッチで、延伸されたフィラメントを力学的に測定して、強度や弾性率を求めることもできる。
【００１９】
芯鞘フィラメント、中空フィラメント、異形断面フィラメント、分割フィラメント、海島フィラメントなどの機能性フィラメントにおいては、その物性として、上述の複屈折や弾性率などの他、例えば、分割性フィラメントにおいては、その分割性を物性とすることが出来る。また、芯鞘フィラメントでは、芯と鞘との位置関係より偏芯度を物性とすることも出来る。これらの物性は、目的とするフィラメントの種類により適当なものが選ばれ、インラインで測定することが望ましいが、バッチにおいても測定することができる。
【００２０】
なお、本発明における原フィラメントの複屈折で測定した配向度ｆは、下式により示される。なお、この式では、密度の補正が必要であるが、煩雑になるので無視して計算する。
ｆ（％）＝（Δｎ／Δｎｃ）×１００
ここで、Δｎは実測で得た複屈折で、Δｎｃは、それぞれのポリマーの結晶の複屈折で、理論値等から求められており、それらの値は必ずしも一致しないが、一般に多く用いられる値として、ポリエチレンテレフタレートでは、０．２４であり、ナイロン６または６６では、０．０９６であり、アイソタクチックポリプロピレンでは、０．０４２である。また、本発明における延伸倍率λは、原フィラメントの径ｄｏと延伸後のフィラメントの径ｄより、下記の式で表される。この場合、フィラメントの密度は一定として計算する。繊維径の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、原フィラメントは３５０倍、延伸フィラメントは１０００倍での撮影写真に基づき、１０点の平均値で行う。
λ＝（ｄo／ｄ）2
【００２１】
本発明の延伸工程の後に、加熱ゾーンを有する加熱装置を設け、延伸されたフィラメントを熱処理することもできる。加熱は、加熱気体中を通過させる手段や、赤外線加熱等の輻射加熱、加熱ローラ上を通す、またはそれらの併用などの手段で行うことができる。熱処理は、延伸フィラメントの熱収縮を小さくすることや、結晶化度を上げ、フィラメントの経時変化を小さくしヤング率を向上させるなど、種々の効果をもたらす。
【００２２】
本発明の延伸されたフィラメントを、さらに延伸した後に巻き取ることもできる。後段階の延伸の手段は、前の段階で行った延伸手段を用いることもできるが、前の段階で充分に高倍率延伸されている場合は、通常のゴデットローラ等のローラ間延伸や、ピン延伸などを用いることもできる。また、本発明の後延伸の手段として、本発明人による（非特許文献１、２、３）ゾーン延伸法やゾーン熱処理法が用いられることが望ましい。
【００２３】
本発明の延伸されたフィラメントは、その後続工程で、ボビン、チーズ、リール等（以下リールで代表させる場合がある）に巻き取られ、リールやチーズ巻の形態の製品とされる。これらの巻き取りにおいては、延伸フィラメントはトラバースされながら巻き取られることが望ましい。トラバースされることにより、均一な巻き上げ形態を確保できるからである。マルチフィラメントの巻取に際しては、空気交絡ノズルなどを用いて、フィラメント間を交絡させて巻き取ることが望ましい。本発明におけるフィラメントの巻取速度は、ニップローラや数段の駆動ローラの組み合わせなどの一定の送出速度で、フィラメントを巻き取る手段が使用される。
【００２４】
本発明の最適条件で延伸されてフィラメント、または延伸され必要に応じて熱処理されたフィラメントは、コンベア上に集積されて、連続したフィラメントからなる不織布とすることができる。従来のフィラメントからなる不織布の代表であるスパンボンド不織布は、フィラメント強度が１〜２ｃＮ／ｄｔｅｘと不十分であるが、本発明においては、充分に強度が出せる。また本発明における不織布は、芯鞘フィラメントや分割フィラメント、中空フィラメント、異形断面フィラメントなどの連続フィラメントからなる不織布を、簡便な手段で提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、上記のように、特殊で高精度・高レベルな装置を必要とせずに、簡便な手段で容易に高倍率で高物性のフィラメントが得られることを特徴とする。また、従来の赤外線法によるフィラメントの延伸手段が、マルチフィラメントや、異径断面フィラメント、分割フィラメント、中空フィラメント、芯鞘フィラメント、または高弾性フィラメントなどを延伸することが困難であったが、本発明では、それらのフィラメントを高物性で高倍率に延伸する手段を提供することにある。また、機能性フィラメントとしての芯鞘フィラメントは、偏芯度を大きくすることで、捲縮性をアップさせるとができる。また、鞘が接着性ポリマーである場合は、芯のポリマーの強度を充分にアップさせたフィラメントとすることができる。また、分割フィラメントにおいては、得られたフィラメントは、分割性が良く、後工程の織機やウオータジェット等での叩打効果によりファインなフィラメントに分割され易くなっている。また本発明により最適に延伸されたフィラメントからなる長繊維不織布は、フィラメントの強度が高く、また、種々の機能を有するフィラメントからなる不織布とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の連続法のプロセスの例を示した。原フィラメント１は、リール１１に巻かれた状態から繰り出され、コーム１２を経て、繰出ニップローラ１３ａ、１３ｂより一定速度で送り出される。原フィラメント１は、シングルフィラメントであっても、マルチフィラメントであってもよい。また、複数のリール１１から繰り出され、コーム１２で合わされて次工程にに送り出されてもよい。送り出された原フィラメント１は、案内具１５で位置を規制されて一定速度で下降する。案内具１５は、レーザーの照射位置とフィラメントの走行位置を正確に定めるもので、図では、内径が０．５ｍｍの注射針を使用したが、細いパイプやコーム、スネイルワイヤなども使用できる。案内具１５の直下に、レーザー発振装置５より、走行する原フィラメント１に対して、一定幅の加熱域Ｍにレーザー光束６が照射される。このレーザー光束６は、図２で詳細に説明される鏡２２、２４，２５等で反射されて、フィラメント１を複数箇所からの照射する。レーザー光束６により加熱された原フィラメント１は、送出ニップロール１３と引取ニップローラ１６によって定められる５倍以上の一定延伸倍率で延伸され、延伸されたフィラメント１７となって下降する。下降過程には、複屈折測定装置１８が備えられ、複屈折が測定される。この最初の段階では、レーザー発振装置５のレーザー光束６の出力は、延伸切れがない大きな値に保つ。そしてその後に、この複屈折測定装置１８により測定された複屈折を、目的の複屈折に近づけるよう、レーザー発振装置５のレーザー光束６の出力を低下していき、最適複屈折を有する延伸フィラメント１７として巻取リール１９に巻かれていく。
【００２７】
本発明においては、延伸されたフィラメント１７が巻取リール１９に巻かれている過程において、図では省略してあるが、熱処理工程を設けることもできる。また他の熱処理手段として、巻取リールに巻かれているフィラメントを熱風発生器等により発生する熱風で加熱されることにより熱処理することもできる。この熱処理は、巻かれている時間が長いので、長時間の熱処理が可能となる。
【００２８】
図２に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の例を示す。図Ａは平面図であり、図Ｂは側面図である。赤外線照射器より照射された赤外線光束２１ａは、原フィラメント１の通る領域Ｐ（図の点線内）を通って、鏡２２に達し、鏡２２で反射された赤外線光束２１ｂとなり、鏡２３で反射されて赤外線光束２１ｃとなる。赤外線光束２１ｃは、領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置から１２０度後から、原フィラメントを照射する。領域Ｐを通過した赤外線光束２１ｃは、鏡２４で反射されて、赤外線光束２１ｄとなり、鏡２５で反射されて、赤外線光束２１ｅとなる。赤外線光束２１ｅは領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置の赤外線光束２１ｃとは逆の１２０度後から、原フィラメント１を照射する。このように、原フィラメント１は、３つの赤外線光束２１ａ、２１ｃ、２１ｅにより、１２０度ずつ対称の位置から均等に原フィラメント１を加熱することができる。このように原フィラメント１に対して、赤外線光束２１を対称位置位置から照射できるようにすることが重要で、非対称では、均一加熱にならず、良い物性のフィラメントとすることが困難である。
【００２９】
図３に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の他の例で、複数の光源を使用する例を、平面図で示す。赤外線放射装置から放射された赤外線光束２７ａは、原フィラメント１へ放射される。また、別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束２７ｂも、原フィラメント１へ放射される。さらに別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束２７ｃも、原フィラメント１へ放射される。このように、複数の光源からの放射は、比較的小規模の光源で安定したコストの安いレーザー発信装置を複数用いて、高パワーの光源とすることができる。なお、図では光源が３個の場合を示したが、２個でもよいし、４個以上も使用できる。特に、複数本延伸では、このような複数光源による延伸が特に有効である。
【００３０】
図４に、本発明で使用される機能性原フィラメントの例を示す。図Ａは、芯鞘型複合フィラメントの例で、図Ｂはサイダバイサイド型のフィラメントの例を示す。また、図Ｃは中空フィラメントの例で、図Ｄは他の形態の中空フィラメントの例である。図Ｅは、中空フィラメントからなる分割フィラメントの例で、延伸やその後の工程で、斜線部と斜線部でない部分に分割される。図Ｆは、剥離型分割フィラメントの例である。図Ｇは、海島フィラメントの例である。図Ｈは、異形断面フィラメントの例として、絹ずれの音が発生する切り込みが入っている三角断面のフィラメントの例を示す。これらは形状や伝熱に異方性があり、多方面からの均一加熱が求められる。
【実施例１】
【００３１】
芯がポリプロピレンで鞘部がポリエチレンである複合フィラメント（フィラメント径１５４μ）を原フィラメントとして使用して、図１の装置を使用して延伸を行った。レーザーは、株式会社鬼塚硝子社製で、最大１０Ｗの炭酸ガスレーザー発振機延伸倍率を使用した。このときビーム径は４ｍｍで、パワー密度は２３．７Ｗ／ｃｍ2であった。この状態で、延伸倍率を１１倍にセットして原フィラメントを延伸しておき、その倍率でパワー密度を徐々に低下していく。そして、それぞれの延伸状態で、芯鞘の偏芯度、鞘部の剥離の有無、得られたフィラメントの強度、弾性率等を測定する。そして、パワー密度が６．４Ｗ／ｃｍ2であるとき、それらの物性が最もバランスの取れたものとすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
これらの高度の物性を備えた延伸されたフィラメントは、衣料分野ばかりでなく、産業資材等の広い分野において使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の高倍率で物性を向上させた延伸フィラメントを製造するための連続法のプロセス概念図。
【図２】本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射するための鏡の配置の例を示し、Ａ図は平面図、Ｂ図は側面図で示す。
【図３】本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射する他の例で、複数の光源を有する場合で、平面図で示す。
【図４】本発明の機能性フィラメントの様々なタイプの例を示す概念図。
【符号の説明】
【００３４】
１：原フィラメント、 ５：レーザー発振器装置、 ６：レーザー光束、
１１：リール、 １２：コーム、 １３ａ、１３ｂ：繰出ニップロール、
１５：案内具、 １６ａ、１６ｂ：引取ニップロール、
１７：延伸されたフィラメント、 １８：複屈折測定装置、
１９：巻取リール、
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ：赤外線光束、
２２、２３、２４、２５：鏡、 Ｐ：領域。
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ：赤外線光束、 Ｑ：領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原フィラメントがフィラメントの送出手段により送り出される工程と、
送り出されてきた該原フィラメントを複数箇所からの赤外線光束で加熱される工程と、
該加熱されたフィラメントが引取装置によって５倍以上の一定倍率で延伸される工程と、
該延伸されたフィラメントの物性が測定されることにより、物性が最も適するように該赤外線光束の出力を低下させていく工程と、
を含む高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項２】
請求項１の前記原フィラメントがマルチフィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項３】
請求項１の前記原フィラメントが機能性フィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項４】
請求項１の前記原フィラメントが高弾性率フィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項５】
請求項１における前記複数箇所からの赤外線光束による加熱が、フィラメントの走行軸に対して、対称方向からの加熱である、高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項６】
請求項１における前記延伸後に、前記延伸されたフィラメントが加熱装置により熱処理される、高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項７】
請求項１における最適化された前記延伸フィラメントがコンベア上に集積されることによる連続フィラメントからなる不織布の製造方法。
【請求項８】
原フィラメントの送出手段と、
送り出されてきた該原フィラメントが複数箇所からの赤外線光束で加熱されるように構成されている赤外線放射装置と、
該加熱されたフィラメントが５倍以上の一定倍率で延伸されるように引き取る引取装置と、
該延伸されたフィラメントの物性を測定する装置と、
該延伸されたフィラメントの物性が最も適するように該赤外線光束の出力を制御する制御装置と、
を含む高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項９】
請求項８における前記赤外線放射装置が、炭酸ガスレーザー発振装置である、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項１０】
請求項８における前記赤外線光束の複数箇所からの放射が、一方向から放射される光束を、鏡を用いて反射させて前記原フィラメントに集められたものである、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項１１】
請求項８における前記赤外線光束の複数箇所からの放射が、複数の赤外線光束放射装置からの光束である、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項１２】
請求項８における前記延伸装置に、さらに熱処理装置が備えられ、最適条件下で延伸された前記フィラメントが該熱処理装置内を通過することにより熱処理されるように構成されている、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項１３】
請求項８における前記フィラメント製造装置に、さらにコンベアが備えられ、最適条件下で延伸された前記フィラメントが該コンベア上に集積されるように構成されている連続フィラメントからなる不織布の製造装置。
【請求項１】
原フィラメントがフィラメントの送出手段により送り出される工程と、
送り出されてきた該原フィラメントを複数箇所からの赤外線光束で加熱される工程と、
該加熱されたフィラメントが引取装置によって５倍以上の一定倍率で延伸される工程と、
該延伸されたフィラメントの物性が測定されることにより、物性が最も適するように該赤外線光束の出力を低下させていく工程と、
を含む高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項２】
請求項１の前記原フィラメントがマルチフィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項３】
請求項１の前記原フィラメントが機能性フィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項４】
請求項１の前記原フィラメントが高弾性率フィラメントである高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項５】
請求項１における前記複数箇所からの赤外線光束による加熱が、フィラメントの走行軸に対して、対称方向からの加熱である、高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項６】
請求項１における前記延伸後に、前記延伸されたフィラメントが加熱装置により熱処理される、高倍率で高物性のフィラメントの製造方法。
【請求項７】
請求項１における最適化された前記延伸フィラメントがコンベア上に集積されることによる連続フィラメントからなる不織布の製造方法。
【請求項８】
原フィラメントの送出手段と、
送り出されてきた該原フィラメントが複数箇所からの赤外線光束で加熱されるように構成されている赤外線放射装置と、
該加熱されたフィラメントが５倍以上の一定倍率で延伸されるように引き取る引取装置と、
該延伸されたフィラメントの物性を測定する装置と、
該延伸されたフィラメントの物性が最も適するように該赤外線光束の出力を制御する制御装置と、
を含む高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項９】
請求項８における前記赤外線放射装置が、炭酸ガスレーザー発振装置である、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項１０】
請求項８における前記赤外線光束の複数箇所からの放射が、一方向から放射される光束を、鏡を用いて反射させて前記原フィラメントに集められたものである、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項１１】
請求項８における前記赤外線光束の複数箇所からの放射が、複数の赤外線光束放射装置からの光束である、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項１２】
請求項８における前記延伸装置に、さらに熱処理装置が備えられ、最適条件下で延伸された前記フィラメントが該熱処理装置内を通過することにより熱処理されるように構成されている、高倍率で高物性のフィラメントの製造装置。
【請求項１３】
請求項８における前記フィラメント製造装置に、さらにコンベアが備えられ、最適条件下で延伸された前記フィラメントが該コンベア上に集積されるように構成されている連続フィラメントからなる不織布の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２４９６１７（Ｐ２００６−２４９６１７Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６９３４１（Ｐ２００５−６９３４１）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（８００００００７９）株式会社山梨ティー・エル・オー (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（８００００００７９）株式会社山梨ティー・エル・オー (11)
【Ｆターム（参考）】
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