(57)【要約】【課題】ポリマー異物の耐付着性、耐磨耗性および耐剥離性に優れた皮膜を形成した溶融紡糸口金を提供することである。【解決手段】熱可塑性ポリマーを溶融紡糸する際に使用する溶融紡糸口金であって、該紡糸口金の表面および吐出孔の少なくとも一部に、該紡糸口金の材質に対して密着性の高く、靭性に富んだDLC皮膜、またはDLC中の水素原子をフッ素原子に置換したフッ素化DLC皮膜が成膜されていることを特徴とする溶融紡糸口金とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性ポリマーからなる合成繊維を溶融紡糸する紡糸口金であって、前記紡糸口金の表面および前記紡糸口金に穿設された吐出孔の内壁に、ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜またはダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜中の水素原子をフッ素原子に置換したフッ素化ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜が形成され、かつ前記皮膜が吐出孔の直径（ｍｍ）に対する吐出孔の奥行き深さ（ｍｍ）の比で表されるアスペクト比で１以上の長さに渡って紡糸口金の奥行き方向に形成されていることを特徴とする溶融紡糸口金。
【請求項２】
前記ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜、またはフッ素化ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜のピッカーズ硬度が１０００〜４０００Ｈｖである溶融紡糸口金。
【請求項３】
前記紡糸口金の母材上に硬質クロムメッキ層を形成し、前記硬質クロムメッキ層上に前記ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜、またはフッ素化ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜が形成された溶融紡糸口金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性ポリマーを溶融紡糸する際に使用する溶融紡糸口金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融紡糸口金の材質として、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ６３０などのステンレス鋼、白金およびその合金などが好ましく使用されている。しかしながら、これらの材質で製作された紡糸口金に穿設される吐出孔付近では、紡出するポリマーとの濡れ性が良いため、ポリマーが吐出面で大きく広がり、ポリマー流の一部が口金吐出孔のまわりに残り、酸化劣化などによりゲル化し、リング状茶褐色の固形異物が堆積して、紡出糸条が曲がりや糸切れなどの不具合を発生する。
【０００３】
また、紡糸口金内やポリマー導管内などに生じたわずかなデットスペースにポリマーが長時間滞留して熱劣化によって発生する低分子量物あるいはポリマー中に含まれる添加剤などに由来する昇華物が吐出孔近傍に付着して、吐出孔から吐出されるポリマーと接触して、曲がりや糸切れなどを生じさせる。そこで、このような問題を解消するために、予めシリコン系の離型剤を吐出孔付近に塗布しておくことが多い。
【０００４】
しかしながら、このような離型剤は、通常数日経過すれば劣化により離型性を失ってしまい、口金吐出面は再び前述のような悪い状態に陥ってしまう。そこで、軟金属製や樹脂製のへら等によりワイピング清掃したり、あるいは異物の除去が困難な場合には紡糸口金を交換するなどして口金面の更新を行い、紡糸工程調子を良好に維持している。しかし、このような作業は多大な人手を要し、その間の生産の中断、ポリマー屑の発生など生産効率を著しく低下させる。このため、口金面の清掃や交換周期を少しでも延長できる紡糸口金を開発することが古くから望まれていた。
【０００５】
そこで、従来から特許文献１あるいは特許文献２などに開示されているように、前記口金面への異物付着の問題を解決すべく、紡糸口金表面に、異物が付着し難い種々の皮膜を施す手段が提案されてきた。ところが、このような従来の皮膜を使用しても、ポリマー異物の耐付着性が低い、剥離しやすい、靱性に乏しい、ピンホールやクラックが生じやすい等の問題があった。
【０００６】
このとき、特許文献１などに記載されているように、紡糸口金の吐出孔内部まで、離型性、耐磨耗性に優れたコーティングを施すことがよりよいことは周知の事実である。しかし、吐出孔径がミリオーダー以下である微小吐出孔を多数有する口金板を貼り合せによって製作できない一般的な溶融紡糸口金に対して、従来の技術においては、吐出孔内部の全面はもちろん、吐出孔出口付近の一部に対しても、密着性に優れた皮膜を均一に形成する手段は確立されていないのが現状である。
【０００７】
特に、ダイヤモンドライクカーボン(Diamond-like Carbon)膜（以下、「DLC皮膜」と言う）は、高硬度で耐磨耗性、電気絶縁性、親水性などに優れている。また、成膜方法としても、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの方法が提案され、紡糸口金への適用も多く提案されている。
【０００８】
しかし、プラズマＣＶＤ法は密着強度が低く、密着強度を上げる必要がある。このため、シリコン、シリコン酸化物などをDLC皮膜に導入して、ケイ素あるいはチタンとカーボンとの化合物の中間層を形成させる必要がある。また、スパッタリング法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）においても、密着性を向上させるため、基材温度を３００〜５００℃に加熱して成膜したりする必要があること、あるいは簡単な形状物にしか施工できないなど、なお多くの問題点が残存している。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−３１５６０５号公報
【特許文献２】特開平０９−３００４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記従来技術が有する諸問題を解決することを目的としてなされたものである。すなわち、その目的とするところは、ポリマー異物の耐付着性、耐磨耗性および耐剥離性に優れたDLC皮膜からなる皮膜を吐出孔の内部にまで均一に形成した溶融紡糸口金を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を達成するために、本発明者が鋭意検討した結果、以下の溶融紡糸口金によって解決できることを見出した。
【００１２】
ここに、前記課題を解決するための請求項１に係る本発明として、「熱可塑性ポリマーからなる合成繊維を溶融紡糸する紡糸口金であって、前記紡糸口金の表面および前記紡糸口金に穿設された吐出孔の内壁に、ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜またはダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜中の水素原子をフッ素原子に置換したフッ素化ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜が形成され、かつ前記皮膜が吐出孔の直径（ｍｍ）に対する吐出孔の奥行き深さ（ｍｍ）の比で表されるアスペクト比で１以上の長さに渡って紡糸口金の奥行き方向に形成されていることを特徴とする溶融紡糸口金」が提供される。
【００１３】
このとき、請求項２に係る本発明のように、「前記ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜、またはフッ素化ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜のピッカーズ硬度が１０００〜４０００Ｈｖである溶融紡糸口金」が提供される。
【００１４】
そして、請求項３に係る本発明のように、「前記紡糸口金の母材上に硬質クロムメッキ層を形成し、前記硬質クロムメッキ層上に前記ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜、またはフッ素化ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜が形成された溶融紡糸口金」であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、溶融紡糸口金吐出孔内面を含む口金表面に、均一に且つ密着性の高いDLCまたはフッ素化DLCを成膜することにより、ポリマー異物の耐付着性、耐磨耗性および耐剥離性に優れた皮膜を形成した溶融紡糸口金提供することができるという極めて顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は従来の一般的な溶融紡糸口金を模式的に例示した正断面図であって、図中の参照記号において、符号１は溶融紡糸口金本体、符号２はポリマー導入孔、そして、符号３はポリマー導入孔に引き続いて設けられたポリマーの吐出孔である。
【００１７】
一般に紡糸口金に穿設された吐出孔から吐出されるポリマーは、独自の粘弾性特性により、吐出される際のバラス効果により吐出後に膨張するため、吐出孔３のポリマー出口に形成されたエッジ部を磨耗させる要因となっている。また、紡出されたポリマー中から出た消化物などが吐出孔３の出口周辺の表面に付着し、この付着した異物が空気中で熱による酸化劣化などを受けて固形異物として吐出孔３のエッジ部周辺に堆積する。
【００１８】
図２は本発明の溶融紡糸口金を模式的に例示した正断面図であって、図中の参照符号において、符号４及び符号５はプラズマベースイオン注入・成膜法により形成されたDLC皮膜である。
【００１９】
ここで、本発明の一大特徴とするところは、図２に例示したように、特に吐出孔３の出口付近とその近傍内部の少なくともアスペクト比（吐出孔直径（ｍｍ）に対する吐出孔の奥行き深さ（ｍｍ）の比）が１以上の部分まで、均一かつ密着性の高いDLC皮膜を形成することにある。そして、このようにして形成したDLC皮膜の作用によって、摩擦係数が低く、しかも、耐磨耗性に優れた皮膜により、吐出孔３のエッジ部の磨耗を抑え、吐出孔から紡出されるポリマーの流出状態を長期間にわたって安定させる。その際、DLC皮膜中に５〜３０at％のフッ素原子を含有させると更に高い離型性を付与できる。
【００２０】
次に、前記皮膜の形成方法について概説する。
本発明の皮膜型性方法においては、例えばその直径が１ｍｍ以下の微小な吐出孔が穿設された溶融紡糸口金に対して放電プラズマを接触させる。その際、放電プラズマ電位に対して正のパルス電圧を印加することにより前記紡糸口金に放電プラズマを電子照射し、紡糸口金の微小孔内にマイクロプラズマを生起させる。このとき、微小径の吐出孔であっても、その孔内には放電ガス中に含まれる原子や分子のイオン及び励起原子や励起分子が瞬時に形成されるのである。
【００２１】
この状態において、放電プラズマ電位に対して、前述の「正のパルス電圧」と逆の「負のパルス電圧」を正のパルス電圧から負のパルス電圧への反転時間を１マイクロ秒以下で急激に印加すると、紡糸口金の表面および吐出孔内に形成された前述の励起電子は瞬時に吸い出されると同時に、吐出孔内では電子が孔の内壁に吸収されるので、孔内では正電荷が過剰になり、孔の内壁に対して数１０Ｖ以上の高電圧になって電離した所定の元素イオンを吐出孔内へ注入することができる。そして、所定元素を含んだガスは、電子照射によって電離及び励起され、相互に化学反応した化合物が孔内壁に堆積して薄膜が形成される。なお、このとき励起原子や励起分子も薄膜形成に寄与する。
【００２２】
以上のように、本発明に係る成膜方法では、正負一対のパルス電圧を溶融紡糸口金にくり返し印加（例えば、正負パルス電源から、パルス幅５μｓ、波高値３００Ｖの正パルス及びパルス幅０．１μｓ、波高値１ｋＶの負パルスの一対の正負パルス電圧を繰り返し周期２５μｓで６分間に渡って印加）することによって微小直径を有する吐出孔内に炭素あるいはフッ素を含むDLC皮膜を任意の厚さで形成することが可能となる。
【００２３】
また、吐出孔内にほぼ一様なマイクロプラズマが形成されるので、従来技術では困難であった吐出孔内部における均一な成膜が可能となり、しかも、数１０Ｖ以上の高電圧によりイオンを注入しながらの薄膜形成も可能となった。しかも、紡糸口金に穿設された吐出孔の内部、例えば吐出孔直径（ｍｍ）に対する吐出孔の奥行き深さ（ｍｍ）の比で定義されるアスペクト比で表現するならば、紡糸口金の表面から吐出孔内部の奥行き方向へ向ってアスペクト比が１以上の長さに渡って、均一な厚みを有する皮膜を形成することができる。このため、口金母材との密着性が極めて高い良好なDLC皮膜またはフッ素化DLC皮膜を形成することができる。
【００２４】
このとき、本発明においては、DLC皮膜またはフッ素化DLC皮膜を形成する前の紡糸口金母材に下地処理として、硬質Ｃｒメッキを施しておくことが、DLC皮膜またはフッ素化DLC皮膜と紡糸口金母材との間の密着性を十分強固にでき、皮膜の耐剥離性を向上させることができるので好ましい。
【００２５】
本発明で使用する薄膜形成方法においては、放電ガスに所定の元素を含むガスを導入し、所定の元素を含む薄膜を形成することができる。したがって、炭化水素系ガスを導入すれば通常のDLC皮膜を形成でき、更に、炭化フッ素等のフッ素系ガスを混入することによって、フッ素化DLC皮膜（フッ素を含むDLC皮膜）を形成できる。
【００２６】
その際、炭化水素系ガスとしては、メタン、エタン、ベンゼン、トルエン等、あるいはこれらの混合ガスを例示でき、フッ素系ガスとしては、二フッ化炭素、四フッ化炭素、ＡｒＦ２などを例示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の溶融紡糸口金の正断面図である。
【図２】本発明に係る溶融紡糸口金の正断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    溶融紡糸口金
２    ポリマー導入孔
３    吐出孔
４    DLC皮膜またはフッ素化DLC皮膜
５    DLC皮膜またはフッ素化DLC皮膜
【図１】
2010007210.tif 000002
【図２】
2010007210.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月12日(2008.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性ポリマーからなる合成繊維を溶融紡糸する紡糸口金であって、前記紡糸口金の表面および前記紡糸口金に穿設された吐出孔の内壁に、ダイヤモンドライクカーボン皮膜またはダイヤモンドライクカーボン皮膜中の水素原子をフッ素原子に置換したフッ素化ダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成され、かつ前記皮膜が吐出孔の直径（ｍｍ）に対する吐出孔の奥行き深さ（ｍｍ）の比で表されるアスペクト比で１以上の長さに渡って紡糸口金の奥行き方向に形成されていることを特徴とする溶融紡糸口金。
【請求項２】
前記ダイヤモンド・ライク・コーティング皮膜、またはフッ素化ダイヤモンドライクカーボン皮膜のピッカーズ硬度が１０００〜４０００Ｈｖである溶融紡糸口金。
【請求項３】
前記紡糸口金の母材上に硬質クロムメッキ層を形成し、前記硬質クロムメッキ層上に前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜、またはフッ素化ダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成された溶融紡糸口金。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
ここに、前記課題を解決するための請求項１に係る本発明として、「熱可塑性ポリマー
からなる合成繊維を溶融紡糸する紡糸口金であって、前記紡糸口金の表面および前記紡糸
口金に穿設された吐出孔の内壁に、ダイヤモンドライクカーボン皮膜またはダイヤモンドライクカーボン皮膜中の水素原子をフッ素原子に置換したフッ素化ダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成され、かつ前記皮膜が吐出孔の直径（ｍｍ）に対する吐出孔の奥行き深さ（ｍｍ）の比で表されるアスペクト比で１以上の長さに渡って紡糸口金の奥行き方向に形成されていることを特徴とする溶融紡糸口金」が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
このとき、請求項２に係る本発明のように、「前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜、またはフッ素化ダイヤモンドライクカーボン皮膜のピッカーズ硬度が１０００〜４０００Ｈｖである溶融紡糸口金」が提供される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
そして、請求項３に係る本発明のように、「前記紡糸口金の母材上に硬質クロムメッキ層を形成し、前記硬質クロムメッキ層上に前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜、またはフッ素化ダイヤモンドライクカーボン皮膜が形成された溶融紡糸口金」であることが好ましい。