(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性ポリマを溶融紡出して得られた糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて冷却固化する紡糸用環状冷却装置であって、
気流導入管と、
前記気流導入管に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する第１気流通路と、
前記第１気流通路の下流に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有し前記第１気流通路の前記糸条の走行経路に垂直な断面における流路断面積より小さい断面積を備えた第２気流通路と、
前記第２気流通路の外側、または前記１気流通路および前記第２気流通路の外側に配設されたヒータ発熱部を有する外壁部材と、
前記第１気流通路および前記第２気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され気流を内向きに吹き出す流路を持つ整流フィルタと、
前記整流フィルタの外側を包囲するように配設された円筒状整流部材とを有し、該円筒状整流部材が、以下の式を満足することを特徴とする紡糸用環状冷却装置。
０．２５≦（Ｄ２Ｈ−Ｄ２Ｉ）／（Ｄ２Ｏ−Ｄ２Ｉ）≦０．７５
但し、Ｄ２Ｈ：円筒状整流部材の内径（ｍ）、
Ｄ２Ｏ：第２気流通路の外径（ｍ）、
Ｄ２Ｉ：整流フィルタの外径（ｍ）を示す。
【請求項２】
前記第１気流通路の上流に位置し前記糸条の走行経路の外側を包囲し第１気流通路の環状の流路の上流端全面を覆うように配設されたリング状整流部材を有することを特徴とする請求項１に記載の紡糸用環状冷却装置。
【請求項３】
前記第１気流通路の断面積、及び前記第２気流通路の断面積が、以下の式を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の紡糸用環状冷却装置。
０．０５≦Ａ２ＭＩＮ／Ａ１ＭＡＸ≦０．５
但し、Ａ２ＭＩＮ：第２気流通路の最小断面積（ｍ２）、
Ａ１ＭＡＸ：第１気流通路の最大断面積（ｍ２）を示す。
【請求項４】
環状の前記第１気流通路の仮想中心から半径方向に放射状に延びる線に沿い、かつ、糸条の走行方向に渡って、前記第１気流通路および／または前記第２気流通路内に仕切板を有することを特徴とする請求項１または２に記載の紡糸用環状冷却装置。
【請求項５】
紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出し、紡出された糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて冷却固化させるに際し、
気流導入管より導かれた気流を、該気流導入管に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する第１気流通路まで導き、
その後、前記第１気流通路の下流に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有し前記第１気流通路の前記糸条の走行経路に垂直な断面における流路断面積より小さい断面積を備えた第２気流通路まで導き、
その後、前記第２気流通路の外側、または前記１気流通路および前記第２気流通路の外側に配設されたヒータ発熱部を有する外壁部材により気流を加熱しつつ、前記気流通路の前記糸条の走行経路に垂直な各断面において整流フィルタの外側を包囲するように配設された以下の式を満足する円筒状整流部材に気流を導き、該整流フィルタは第１気流通路および前記第２気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように環状に配設されており、
その後、前記整流フィルタより気流を内向きに吹き出すことを特徴とする溶融紡糸方法。
０．２５≦（Ｄ２Ｈ−Ｄ２Ｉ）／（Ｄ２Ｏ−Ｄ２Ｉ）≦０．７５
但し、Ｄ２Ｈ：円筒状整流部材の内径（ｍ）、
Ｄ２Ｏ：第２気流通路の外径（ｍ）、
Ｄ２Ｉ：整流フィルタの外径（ｍ）を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紡糸用冷却装置および溶融紡糸方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マルチフィラメント糸の製造において、紡糸口金から吐出された熱可塑性ポリマに対して安定して冷却を行う方法については、従来から様々な研究・開発がなされており、幾つかの装置構造にて実施されている。一般的な冷却装置としては、環状に配列された紡糸孔を有する紡糸口金から吐出された糸条に対して、糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付ける内吹き冷却装置がある。また別に、口金直下の雰囲気を積極的に加熱しつつ、上記内吹き冷却装置を用いることで、糸物性の品質を向上させ、糸条の生産性を向上させる冷却装置がある。
【０００３】
例えば、図１５で示したような溶融紡糸冷却装置が特許文献１で開示されている。図１５は、特許文献１の紡糸用環状冷却装置の概略縦断面図である。図中、１は紡糸口金、４は集束ガイド、２２は糸条、４３は冷却筒、４４は加熱筒をそれぞれ表す。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、上下２段の冷却筒４３、加熱筒４４より構成され、紡糸口金１面に近い側の冷却筒４３により紡出された糸条２２を冷却し、出口側に近い加熱筒４４により糸条２２を焼き戻す、２段熱処理を実施する溶融紡糸用熱処理装置が提案されている。この手法を用いると、紡出された糸条２２を冷却用気流で急冷した後、加熱用気流を用いて焼き戻し作用を与えることで、急冷による糸の分子配向歪みを取り除くことができ、糸条の機械強度を向上すると共に、品質を均一にすることができると記載されている。
【０００４】
しかしながら、本発明者らの知見によれば、冷却用気流による急冷した後、加熱用気流を用いた焼き戻し作用を適正に行ったとしても、加熱用気流に円周方向風温斑が存在すれば、糸条間において、分子配向歪みに差が発生する。特に、本発明者らの知見によると、加熱筒４４は、下方から加熱用気流を供給し、その供給側の反対側の上方から排気する機構であることから、加熱用気流は下方より上方に流れるのに対して、加熱筒４４内では、糸条により起因された随伴流が上方より下方に流れるため、加熱用気流と随伴流が衝突し、気流乱れによる温度斑が発生し、糸物性は悪化する場合がある。よって、加熱筒４４内に流入した加熱用気流に対して明細書記載の構成では、円周方向風温均一性を得るには不十分である場合がある。
【０００５】
また、図９に示したような紡糸用冷却装置が特許文献２で開示されている。図９は、特許文献２の紡糸用環状冷却装置の概略縦断面図である。図中、２は冷却風吹付け装置、３は熱風吹付け装置、８は整流フィルタ、２２は糸条をそれぞれ表す。この紡糸用冷却装置は、２段の気流吹付け装置から構成されている。特許文献２には、紡糸口金１の直下１０ｃｍ以内の領域において、紡糸口金１から紡出された糸条２２の引取速度（ｍ／分）、糸条本数（本）に応じて、特定の風量（ＮＬ／分）、及び糸走行方向に特定の風温範囲となる気流を吹付ける極細繊維の製造方法が提案されている。また、同文献には、上段部の熱風吹付け装置３からの吹出風量を、下段部の冷却風吹付け装置２の吐出し風量よりも少なく、且つ熱風吹付け装置３の吐出風温を、冷却風吹付け装置２の吐出風温より高くする極細繊維の製造方法が提案されている。これらの手法を用いると、口金孔２３から吐出された糸条２２の内外側の雰囲気温度を均一化させることで、糸条冷却を均一化し、糸条間に発生する張力差、随伴流差が低減でき、その結果、糸切れを抑制し、更には糸揺れによる融着・ドローレゾナンス発生を抑制できると記載されている。更に、糸走行方向において、特定の風温分布を形成することで、急激な細化変形を抑制しつつ、適度な冷却を行なうことで、高品位の極細繊維を製造することができると記載されている。
【０００６】
しかしながら、本発明者らの知見によると、特許文献２の明細書に記載された方法は、糸条２２の内外側の雰囲気温度を均一化する手段として、口金孔２３の配列を規定しているのみであり、また、糸走行方向に雰囲気温度分布を規定しているのみであり、明細書に記載されている通りに熱風を吹き付けたとしても、熱風吹付け装置３より吹き出される気流に円周方向温度差が生じると、円周方向の糸条間において張力差、随伴流差が発生し、結局は糸切れ、更に糸揺れにより融着にて、糸物性が悪化する場合がある。
また、同文献の明細書には、紡糸口金１の直下の雰囲気温度は記載されているが、均一な高風温気流の供給手段、保温手段、吹出し手段が明記されてない。また、実施例には、ある測定点における温度変動が±１℃と記載されているが、糸走行方向に１点の温度変動値であり、円周方向の風温については明細書中に何ら記載されていない。
【０００７】
また、特許文献２と類似した装置構成を持つ紡糸用冷却装置が特許文献３に開示されている。同文献には、図９に示した様に、紡糸口金１の直下より熱風吹付け装置３、冷却風吹付け装置２を連続して設け、紡糸口金１から糸走行方向に向かい単糸繊度（デニールあるいはｄｔｅｘ）に応じて、特定の区間において、雰囲気温度Ｔ（℃）を２０５≦Ｔ≦２４５とする繊維の製造方法が提案されている。この手法を用いると、原理は十分に解明されていないが、ドローレゾナンス現象の発生を抑え、糸切れを減少させ、更には、繊維の均斉度を向上できると記載されている。
【０００８】
しかしながら、本発明者らの知見によると、特許文献３の明細書に記載された方法では、糸走行方向に雰囲気温度分布を規定しているのみであり、明細書に記載されている通りに熱風を吹き付けたとしても、熱風吹付け装置３より吹き出される気流に円周方向温度差が生じると、円周方向の糸条間において張力差、随伴流差が発生し、結局は糸切れ、更に糸揺れにより融着にて、糸物性が悪化する場合がある。また、本発明者らの知見によると、明細書に記載されている雰囲気温度範囲が最大４０℃（２４５−２０５＝４０℃）と大きく、円周方向風温を何ら制約できるものでは無く、また、特許文献２と同様に、円周方向風温斑が発生する場合がある。更に、本発明者らの知見によると、特許文献３に記載の実施例の加熱風量が１Ｌ／分と極めて小さく、糸随伴流に見合った加熱風量を供給するためには、明らかに不足する。これは、単糸繊度０．２８デニール（０．３１ｄｔｅｘ）、巻取速度２０００ｍ／分、フィラメント数２４０本のマルチフィラメント糸において、未延伸糸のウースター斑が１．５％未満という、極めて大きな太さ斑の良否判定基準として使用している点からも明かであり、ウースター斑［Ｈ］０．５％以下といった高い糸の太さ斑要求レベルには達成できない場合がある。よって、熱風吹付け装置３に流入した気流に対して、特許文献３の明細書に記載された構成では、円周方向風速均一性を得るには不十分である場合がある。
【０００９】
また、特許文献２、特許文献３と類似した装置構成を持つ紡糸用冷却装置が特許文献４で開示されている。同文献に開示された装置の構成は、図９に示した構成と同様である。また、同文献には、５０００ｍ／分以上にて糸条を巻取るに際して、紡糸口金１の直下に配列された長さ５〜２０ｃｍの熱風吹付け装置３より温度２００〜５００℃の気流を風速０．０５〜０．８ｍ／秒で糸条２２に吹き付け、次いで、熱風吹付け装置３直下に配列された冷却風吹付け装置２により冷風を吹き付けるポリエステル繊維の高速紡糸方法が提案されている。これら手法を用いると、上方の熱風吹付け装置３より加熱気体を供給することで、糸条随伴流発生に伴う上昇気流、及び冷却風吹付け装置２から供給された冷却風が直接加熱領域に流入することを抑止し、加熱領域の雰囲気温度変動を小さくできると記載されている。その結果、糸切れ、糸揺れを抑制し、均斉度の優れたポリエステル繊維、極細マルチフィラメントを安定して製造できると記載されている。
【００１０】
しかしながら、本発明者らの知見によると、特許文献２、特許文献３と同様に、糸条走行方向に気流供給を適正に行ったとしても、熱風吹付け装置３から吹き出す気流の円周方向風温不均一が存在すれば、糸条随伴流が発生する箇所が異なる。つまりは、糸走行方向に垂直方向の同心円状断面において随伴流のバランスが崩れて、気流の乱れによる糸条間の接触・融着が発生し、糸物性斑が悪化する。特許文献４の明細書に記載された装置構成では、高風温の気流を外部から供給し、熱風吹付け装置３にて円周方向に均一な風温を吹き付けることが明記されておらず、実現性が乏しい。そこで本発明者らの知見によると、加熱筒の保温材を強化すると装置本体が大型化し、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。更には、特許文献４の実施例として、単糸繊度２．０８デニール（２．３１ｄｔｅｘ）、フィラメント数３６のマルチフィラメント、紡糸速度５５００ｍ／分において、達成可能なウースタ斑レベル（０．３〜０．４１）であり、例えば１．０デニール（１．１１ｄｔｅｘ）以下と言った極細マルチフィラメントには適用できない場合がある。
【００１１】
また、図１０に示したような紡糸用冷却装置が特許文献５で開示されている。図中の２４は送風機、２５はガス温度調整機を示す。同文献には、気流の温度、若しくは温度と風量を、紡糸口金１直下の上流側から下流側にかけて、段階的あるいは連続的に強くし、排気用の送風機２４を中間部の１箇所に設けて排気する紡糸用冷却装置が提案されている。その手段として、冷却ゾーンを２段に区分分けし、区分毎に冷却を制御する方法、他の手段として、気流通路に電熱線２６ピッチを下流側に向かって密となるように配置し、電熱線２６により気流を加熱したのち吹き付ける方法、また他の手段として、気流通路を下流側に向かって次第に狭くなるように形成するか、圧力損失が下流側に向かって次第に増すよう形成して、吹き出し風量を下流に向かって減少させる方法がある。これら手段を用いると、紡出された糸条２２は、下流側では弱く冷却され、糸表面と内部の温度差を小さくした状態で延伸する事で、弾性率、引張強度などの糸物性が向上し、糸切れを抑制でき、上流側では強く冷却することで、固化を促進し、糸条同士の接触、融着を抑制できると記載されている。
【００１２】
しかしながら、本発明者らの知見によると、糸条走行方向に気流供給を適正に行ったとしても、各冷却ゾーンから吹き出す気流の円周方向風温不均一が存在すれば、糸走行方向に垂直方向の同心円状断面において延伸差が発生し、糸物性が悪化する場合がある。
【００１３】
特に、本発明者らの知見によれば、特許文献５の実施例において、気流通路に電熱線２６を周回させて、その電熱線２６ピッチを下流に向かって密とし、気流を直接加熱させる手法を用いているが、気流通路上に電熱線２６を直接配置することで流路断面積を制約し、気流風速を増減させているため、気流が電熱線２６から得られる熱量に差が発生し、円周方向風温斑を悪化させる場合がある。更に、流路断面積の不均一により気流乱れや、微小渦が発生するために、円周方向風速斑が悪化し、円周方向風温斑を悪化させる場合がある。更には、気流通路に電熱線を設けることは、気流通路のシール性が困難となること、また電熱線２６のメンテナンス性が悪くなることから、操業性悪化の問題が発生する場合がある。
【００１４】
また、現在までに紡糸用冷却装置の吹き出し気流の円周方向風速斑均一化について究明したものとして、図１６に示したような紡糸用冷却装置が特許文献６に、また、図１７で示したような紡糸用冷却装置が特許文献７に開示されている。図中の、７は邪魔板、５は第１気体室、６は第２気体室、１２は有孔板を示す。特許文献６の紡糸用冷却装置では、気流導入管２０において、邪魔板７を構成することで、一旦気流を邪魔板７に衝突させて、風速斑を低減させ、円周方向の風速均一化を得ることができると記載されている。
【００１５】
また、特許文献７の紡糸用冷却装置では、第１気体室５、第２気体室６の二つの気体室を設け、その境界面上に有孔板１２を設け、有孔板１２に気流を通過させることで気流乱れを低減させ、円周方向の風速均一化を得ることができると記載されている。
しかしながら、上記の各々に装置構成には、円周方向の風温均一化は明言されていない。本発明者らの知見によれば、例えば、均一な風温の気流を気流導入管２０より供給したとしても、紡糸用冷却装置全体を完全に保温することは難しく、放熱を無視できないため、必ずしも円周方向の風温均一性を達成できる訳では無い。特に、本発明者らの知見によると、糸条冷却において、糸の熱交換に重要である糸と気流の熱伝達率の主を決定しているのは、均一な気流風速では無く、均一な気流風温である。また、本発明者らの知見によると、ポリエチレンテレフタレートやポリアミドと言った汎用的ポリマに対しては、常温空気にて均一気流風速を糸条に与えることで、良好な糸太さ斑、タフネスが得られるが、共重合ポリマに対しては、常温気流に均一気流風速を与えるだけでは、タフネスが低下する問題がある。そのため、単糸繊度０．１〜１．６ｄｔｅｘ、フィラメント数が２０００以下の極細マルチフィラメントを製造するに関して、気流の円周方向風温不均一が起因の糸条接触・融着が発生しやすく、糸揺れ等が発生し、糸の太さ斑や強度・伸度等の品質が極めて悪化し、更には、毛羽・糸切れが頻発し、製糸安定性等が劣化したり、紡糸すらできない等、多くの問題があった。
【特許文献１】特公昭３８−１２３６４号公報
【特許文献２】特開昭５５−６７００７号公報
【特許文献３】特開昭６１−４７８１７号公報
【特許文献４】特開平４−４１７１１号公報
【特許文献５】特許第２６７４６５６号公報
【特許文献６】特開昭６０−１２６３０９号公報
【特許文献７】特開昭４８−３３１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、気流の円周方向風温均一性に優れ、糸揺れによる糸条の接触・融着が無く、糸条の太さ斑や強度・伸度等の品質良好な糸条を得るために顕著な効果を発揮する紡糸用冷却装置および溶融紡糸方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、熱可塑性ポリマを溶融紡出して得られた糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて冷却固化する紡糸用環状冷却装置であって、気流導入管と、該気流導入管に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流通路と、該気流通路の外側に配設されたヒータ発熱部を有する外壁部材と、前記気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され気流を内向きに吹き出す流路を持つ整流フィルタと、該整流フィルタの外側を包囲するように配設された円筒状整流部材とを有し、該円筒状整流部材が、以下の式を満足することを特徴とする紡糸用環状冷却装置が提供される。
０．２５≦（Ｄ２Ｈ−Ｄ２Ｉ）／（Ｄ２Ｏ−Ｄ２Ｉ）≦０．７５
但し、Ｄ２Ｈ：円筒状整流部材の内径（ｍ）、
Ｄ２Ｏ：気流通路、または第２気流通路の外径（ｍ）、
Ｄ２Ｉ：整流フィルタの外径（ｍ）を示す。
【００１８】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記気流通路の上流に位置し前記糸条の走行経路の外側を包囲し前記気流通路の環状の流路の上流端全面を覆うように配設されたリング状整流部材を有する紡糸用環状冷却装置が提供される。
【００１９】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記気流通路が、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する第１気流通路と、該第１気流通路の下流に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有し前記第１気流通路の前記糸条の走行経路に垂直な断面における流路断面積より小さい断面積を備えた第２気流通路から構成されている紡糸用環状冷却装置が提供される。
【００２０】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記第１気流通路の断面積、及び前記第２気流通路の断面積が、以下の式を満足する紡糸用環状冷却装置が提供される。
【００２１】
０．０５≦Ａ２ＭＩＮ／Ａ１ＭＡＸ≦０．５
但し、Ａ２ＭＩＮ：第２気流通路の最小断面積（ｍ２）、
Ａ１ＭＡＸ：第１気流通路の最大断面積（ｍ２）を示す。
【００２４】
また、本発明の別の形態によれば、熱可塑性ポリマを溶融紡出して得られた糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて冷却固化する紡糸用環状冷却装置であって、気流導入管と、該気流導入管に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する第１気流通路と、該第１気流通路の下流に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有し前記第１気流通路の前記糸条の走行経路に垂直な断面における流路断面積より小さい断面積を備えた第２気流通路と、該第２気流通路の外側に配設されたヒータ発熱部を有する外壁部材と、前記第２気流通路、及び前記第１気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され気流を内向きに吹き出す流路を持つ整流フィルタとを有する紡糸用環状冷却装置が提供される。
【００２５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記第１気流通路の上流に位置し前記糸条の走行経路の外側を包囲し前記第１気流通路の環状の流路の上流端全面を覆うように配設されたリング状整流部材を有する紡糸用環状冷却装置が提供される。
【００２６】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記第１気流通路の断面積、及び前記第２気流通路の断面積が、以下の式を満足する紡糸用環状冷却装置が提供される。
【００２７】
０．０５≦Ａ２ＭＩＮ／Ａ１ＭＡＸ≦０．５
但し、Ａ２ＭＩＮ：第２気流通路の最小断面積（ｍ２）、
Ａ１ＭＡＸ：第１気流通路の最大断面積（ｍ２）を示す。
【００２８】
また、本発明の好ましい形態によれば、環状の前記気流通路の仮想中心から半径方向に放射状に延びる線に沿い、かつ、糸条の走行方向に渡って、前記気流通路内に仕切板を有する紡糸用環状冷却装置が提供される。
【００２９】
また、本発明の好ましい形態によれば、環状の前記第１気流通路の仮想中心から半径方向に放射状に延びる線に沿い、かつ、糸条の走行方向に渡って、前記第１気流通路および／または前記第２気流通路内に仕切板を有する紡糸用環状冷却装置が提供される。
【００３０】
また、本発明の別の形態によれば、紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出し、紡出された糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて冷却固化させるに際し、気流導入管より導かれた気流を、該気流導入管に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する気流通路まで導き、その後、気流通路の外側に配設されたヒータ発熱部を有する外壁部材により気流を加熱しつつ、前記気流通路の前記糸条の走行経路に垂直な各断面において前記整流フィルタの外側を包囲するように配設された円筒状整流部材に気流を導き、その後、前記気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の整流フィルタより気流を内向きに吹き出す溶融紡糸方法が提供される。
【００３１】
また、本発明の別の形態によれば、紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出し、紡出された糸条の走行経路の外側から内向きに気流を吹き付けて冷却固化させるに際し、気流導入管より導かれた気流を、該気流導入管に連通し前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有する第１気流通路まで導き、その後、該第１気流通路の下流に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の流路を有し前記第１気流通路の前記糸条の走行経路に垂直な断面における流路断面積より小さい断面積を備えた第２気流通路まで導き、その後、該第２気流通路の外側に配設されたヒータ発熱部を有する外壁部材により気流を加熱しつつ、前記第２気流通路、及び前記第１気流通路の内側に前記糸条の走行経路の外側を包囲するように配設された環状の整流フィルタより気流を内向きに吹き出す溶融紡糸方法が提供される。
【００３２】
本発明において、「気流通路」とは、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、整流フィルタとヒータ発熱部を有する外壁部材とに挟まれた環状の流路をいう。
【００３３】
本発明において、「気流通路の外側に配設されたヒータ発熱部を有する外壁部材」とは、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、気流通路の外壁面を構成し、ヒータ発熱部を有する外壁部材をいう。その場合、「外壁部材」は、ヒータ発熱部と外壁部材の一体成型部材が好ましいが、外壁部材の内部にヒータ発熱部が内蔵されていてもよく、外壁部材の外周にヒータ発熱部が配設されていてもよい。
【００３４】
本発明において、「第２気流通路」とは、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、整流フィルタとヒータ発熱部を有する外壁部材とに挟まれた環状の流路をいう。
【００３５】
本発明において、「第２気流通路の外側に配設されたヒータ発熱部を有する外壁部材」とは、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、第２気流通路の外壁面を構成し、ヒータ発熱部を有する外壁部材をいう。その場合、「外壁部材」は、ヒータ発熱部と外壁部材の一体成型部材が好ましいが、外壁部材の内部にヒータ発熱部が内蔵されていてもよく、外壁部材の外周にヒータ発熱部が配設されていてもよい。
【００３６】
本発明において、「第１気流通路の下流」とは、第１気流通路に沿って気流の流れる方向の下流をいう。
【００３７】
本発明において、「第２気流通路の最小断面積」とは、第２気流通路の糸条の走行経路に垂直な断面における最小断面積をいう。
【００３８】
本発明において、「第１気流通路の最大断面積」とは、第２気流通路の糸条の走行経路に垂直な断面における最大断面積をいう。
【００３９】
本発明において、「円筒状整流部材の内径」とは、円筒状整流部材の走行経路に垂直な断面における内径をいう。
【００４０】
本発明において、「気流通路、または第２気流通路の外径」とは、気流通路、または第２気流通路の糸条の走行経路に垂直な断面における外径をいう。
【００４１】
本発明において、「整流フィルタの外径」とは、整流フィルタの走行経路に垂直な断面における外径をいう。本発明において、「糸条の走行経路」とは、上方の紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出し、紡出された糸条が下方にて巻き取られる主たる経路をいう。ここで、「上方」とは、紡糸口金から熱可塑性ポリマを溶融紡出し、紡出された糸条が巻き取られる主たる糸条の走行方向において、紡糸口金に近い側をいい、糸条に巻き取られる側を「下方」という。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の紡糸用環状冷却装置および溶融紡糸方法によれば、上述したように、紡糸用環状冷却装置から吹き出す気流の円周方向風温均一性に優れることで、糸条の接触・融着が無く、糸の太さ斑や強度・伸度等の品質に極めて優れたマルチフィラメント糸を、製糸性、操業性良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら、本発明の紡糸用冷却装置および溶融紡糸方法の最良の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置１００の概略縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視図であり、図４、図５、図６は、本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置１００の他の好ましい形態の概略縦断面図であり、図１１は、本発明の第１の実施形態に用いられる溶融紡糸装置の概略縦断面図である。
【００４４】
本発明の第１の実施形態に用いられる溶融紡糸装置は、図１１に示すように、紡糸口金１、本発明の紡糸用環状冷却装置１００、油剤付与装置３５、交絡付与装置４０、引取ローラ３６、３７、巻取装置３８から構成される。図１１において、紡糸口金１より紡出された糸条２２は、本発明の紡糸用環状冷却装置１００から吹き出される気流で冷却され、油剤付与装置３５で油剤を付与された後、引取ローラ３６、３７で巻き取られ、巻取装置３８でパッケージ３９として巻き取られる。本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置１００は、図１に示すように、気流導入管２０と、気流導入管２０から連結した気流供給口２９と、その気流供給口２９に横方向から連結され、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、気流通路外壁面１６と内壁面１７、及び気流通路外壁面１６と整流フィルタ８との挟まれた環状の流路を有する気流通路９と、その気流通路９の外周を構成する外壁面１８に配設されたヒータ発熱部１５と、その気流通路９を同心円内外に仕切る円筒状整流部材１３と、その円筒状整流部材１３の内側に糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され気流を内向きに吹き出す流路を持つ環状の整流フィルタ８から構成される。その場合、気流通路９において、整流フィルタ８の下方に位置し、糸条の走行経路に垂直な断面に対して、環状流路の全面を覆うように配設されたリング状整流部材１４が構成されていてもよい。
【００４５】
また、図４に示すように、ヒータ発熱部１５が、外壁面１８の上方１部分のみを覆う形態でもよい。ここで、図１２は、第１の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置から吹き出される気流の温度Ｔ（℃）と、整流フィルタ８上端からの距離Ｌ（ｍｍ）の関係を図示したものである。図４に示すような構成の場合には、図１２のｃ線に示すように、整流フィルタ８から吹き出される気流の風温は、整流フィルタ８の上端のみが高温となり、下方に従い急激に風温が低下する分布となる。また、図５に示すように、ヒータ発熱部１５が、外壁面１８の下方１部分のみを覆う形態でもよい。その場合には、図１２のｂ線に示すように、整流フィルタ８から吹き出される気流の風温は、整流フィルタ８の上端から下方に従いなだらかに下降する風温分布となる。また、本発明の第２の実施形態でも、上記で述べたのと同様に、気流風温を得ることができる。そこで、糸の強伸度等の品質を向上させるためには、徐冷効果が高いｂ線のような風温分布が好ましく、また、糸条２２の接触、融着を低減させるためにはｃ線のような風温分布が好ましく、いずれも熱可塑性ポリマや熱可塑性ポリマから構成されるマルチフィラメント糸等の特徴、求める品質等により、ヒータ発熱部１５の高さ、及び配置位置を任意に設定すれば良い。また、図６に示すように、ヒータ発熱部１５が２段以上の多段構成の形態でもよく、その際に、ヒータ発熱部１５の発熱容量を各段にて変化させてもよい。
【００４６】
また、図３は、本発明の第２の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置１００の概略断面図であり、図７、図８は、第２の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置１００の他の好ましい形態の概略縦断面図である。第２の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置１００は、図３に示すように、気流導入管２０と、気流導入管２０から連結した気流供給口２９と、その気流供給口２９に横方向から連結され、糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され、第１気流通路外壁面３０と内壁面１７、及び第１気流通路外壁面３０と整流フィルタ８とに挟まれた環状の流路を有する第１気流通路１０と、その第１気流通路１０の下流に位置し、第２気流通路外壁面３１と整流フィルタ８との挟まれた環状の流路を有し、第１気流通路１０の糸条の走行経路に垂直な断面における流路断面積より小さい断面積を備えた第２気流通路１１と、その第２気流通路１１の外周を構成する外壁面１８に配設されたヒータ発熱部１５と、その第１気流通路１０、及び第２気流通路１１の内側に糸条の走行経路の外側を包囲するように配設され気流を内向きに吹き出す流路を持つ環状の整流フィルタ８から構成される。その場合、第１気流通路１０において、整流フィルタ８の下方に位置し、糸条の走行経路に垂直な断面に対して、環状流路の全面を覆うように配設されたリング状整流部材１４が構成されていてもよく、また、第１気流通路１０、及び第２気流通路１１の一部を同心円内外に仕切るように配設された円筒状整流部材１３が構成されていてもよい。
【００４７】
また、図７に示すように、第１気流通路１０の外周を構成する外壁面１８にヒータ発熱部１５が配置されつつ、その上方に位置する第２気流通路１１の外周を構成する外壁面１８にもヒータ発熱部１５が構成された形態でもよい。その場合、第１気流通路１０の配設されたヒータ発熱部１５により、気流の予備加熱を行い、第２気流通路１１に配設されたヒータ発熱部１５により、本加熱を行うことで、２段階加熱より高風温の気流を吹き出すことが可能となる。また、図８に示すように、第１気流通路１０と第２気流通路１１との間に助走区間３２を設けて、第１気流通路１０の糸条の走行経路に垂直な流路断面積が、助走区間３２に渡り連続的に減少し、第２気流通路１１と連結する構成の形態でもよい。あるいは第１気流通路１０の糸条の走行経路に垂直な流路断面積が、助走区間３２に渡り複数回の段階的に減少し、第２気流通路１１と連結する構成の形態でもよい。助走区間３２を設けることで、急激な流路縮小を抑制することで、過剰な圧力損失を低減することができる。また、図１８は、本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置１００の他の好ましい形態の概略縦断面図であり、図１９は、図１８のＢ−Ｂ矢視図である。図１９に示すように、気流通路９の仮想中心から半径方向に放射状に延びる線に沿い、かつ、糸条の走行方向に渡って、仕切板４５を配置し、気流通路９を円周方向に複数個の隔室に区分する構造であってもよい。その場合には、仕切板４５は、気流通路９を糸条の走行方向の全長に渡って配設されていても良いが、気流通路９の途中位置までに配設されてもよい。特に、仕切板４５が糸条の走行方向の全長に渡って配設することで、仕切板４５にて区切られた隔室間を行き来する気流が無くなり、円周方向へ気流を抑制できることから、整流フィルタ８から吹き出される気流の円周方向風速均一性を向上させることができる。更には、ヒータ発熱部１５から気流通路外壁面１６を通して、仕切板４５が加熱され、気流通路９を通過する気流を加熱するためのフィンの役割となり、その結果、整流フィルタ８から吹き出される気流の風温を効率よく上昇させることができる。更には、仕切板４５を通じて円筒状整流部材１３に熱伝導されることより、円筒状整流部材１３を通過する気流が加熱され、整流フィルタ８から吹き出される気流の風温を更に効率よく上昇させることができる。また、気流通路９の仮想中心から半径方向に放射状に配置された仕切板４５により、気流通路９を円周方向に４等分でもよく、１２等分でもよく、特に等分数は限定しない。仕切板４５の枚数を多く、気流通路９を区分する等分数が多いほど、気流が通過する加熱壁面の表面積が増えることから、整流フィルタ８から吹き出される気流の風温を効率的に上昇させることができる。また、仕切板４５は、平板であるのが好ましいが、多孔性部材であってもよい。また、図１９に示す実施形態のように、仕切板４５が、整流フィルタ８の外周面から気流通路外壁面１６までの全区間にて放射状に延設することにより、整流フィルタ８の外周面に至る気流流路９を完全に区分けしてもよいが、また、円筒状整流部材１３の外周面から気流通路外壁面１６までの部分区間にて放射状に延設することにより、円筒状整流部材８の外周面に至る気流流路９を区分けしてもよい。
【００４８】
また、本発明に第１の実施形態と同様に、本発明の第２の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置１００の第１気流通路１０、および／または第２気流通路１１に、仕切板４５が配設されていてもよい。
【００４９】
次に、図１に示した本発明の第１の実施形態と、図３に示した本発明の第２の実施形態の紡糸用環状冷却装置１００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。      
【００５０】
ここで、側面流路断面形状（気流通路９は、本発明の第１の実施形態、第１気流通路１０、第２気流通路１１は、本発明の第２の実施形態を示す。）は、長方形であることに限定されず、台形、三角形、五角形、多角形または半円形、半楕円形であってもよく、糸条の走行経路に垂直な断面における形状が二重円形状であれば、特に形状を限定しない。但し、この場合には、ヒータ発熱部１５を、糸条の走行経路に垂直な流路断面積が上方に向かって等しい位置に配置することで、気流を一旦整流させた後に、ヒータ発熱部１５にて気流を加熱するのが良い。
【００５１】
次に、ヒータ発熱部１５は、フレキシブルリボンヒータを気流通路９（本発明の第１の実施形態）、または第２気流通路１１（本発明の第２の実施形態）の外壁面１８に巻き付けても良いが、その際、巻き付けが不均等にならないようするのが良い。また、汎用バンドヒータを外壁面１８に装着してもよく、アルミ鋳込みヒータを装着してもよく、リングヒータを装着してもよく、発熱部を有するものであれば、ヒータの種類は特に問わない。また、外壁面１８とヒータ発熱部１５が一体成形型であっても良い。また、ヒータ発熱部１５の外側に保温材を装着することで、放熱を抑制するのが好ましい。ここで重要なことは、ヒータ発熱部１５を外壁面１８に装着することで、気流通路９（本発明の第１の実施形態）、または第２気流通路１１（本発明の第２の実施形態）を通過する気流を乱さずに、外壁面１８を通じて均一な熱量を気流に与えることができることである。また、ヒータ発熱部１５は、外壁面１８の外径９０ｍｍ〜３００ｍｍ範囲内に設置するのが好ましく、ヒータ発熱部１５の高さとして１０〜３００ｍｍ範囲内に、更に好ましくは５０〜１５０ｍｍの範囲内に設置するのが好適である。更に、ヒータ発熱部１５の発熱容量は、ワット密度０．５〜５．０Ｗ／ｃｍ２範囲とするのが好ましく、更には１．０〜３．５Ｗ／ｃｍ２範囲とするのが好適である。ワット密度５．０Ｗ／ｃｍ２以上と極端に大きくすると、熱応答性に優れるが、その反面、耐久性が低下するために長期間使用には適さなくなる。また、ワット密度０．５Ｗ／ｃｍ２以下と小さ過ぎると、ヒータ容量が不足し、適切な気流の吹き出し風温まで上昇しない。
【００５２】
次に、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態の円筒状整流部材１３は、容易に着脱可能な構造となっており、上部支持体３３、または下部支持体３４、あるいは双方にガイド溝を設けて、ボルト等で固定されているが、上下支持体にて挟み込んでもよく、上部支持体３３、または下部支持体３４に溶接にて固定されていてもよい。
【００５３】
その円筒状整流部材１３は、多孔性部材であり、通過気流の整流効果を得るためには流路開口率が２０〜６０％のパンチングメタルが最も好適であるが、スリット流路を持つ積層構造体でもよく、多孔質セラミックであってもよく、金網であってもよく、ハニカム構造体であってもよい。ここで、円筒状整流部材１３の整流効果とは、流路を急激縮小させた後、大きく拡幅させることにより、微小空間において微小乱れ状態を形成し、混合させて気流の風速差を均一化させることが可能となる。
【００５４】
さらに、その円筒状整流部材１３の糸条の走行方向における長さは、整流フィルタ８全長における整流効果を得るため、整流フィルタ８と同等長さが好ましいが、もしくは、整流フィルタ８全長より長さを大きくし、整流フィルタ８を包含できる長さに設定するのがよい。また、円筒状整流部材１３は、円筒径が異なる２つ以上の多段構成であってもよい。多段構成とすることで、より気流の整流効果を得ることができる。また多段構成とする利点として、流路開口率を多少大きく設定しても、単数構成の円筒状整流部材１３と同等の整流効果を得ることができるため、目詰まりを抑止し、生産性、操業性向上が可能となる。
【００５５】
次に、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態のリング状整流部材１４は、容易に着脱可能な構造となっており、内壁面１７、または気流通路外壁面１６、または第１気流通路外壁面３０、あるいは双方にガイド溝を設けて、ボルト等で固定されている。リング状整流部材１４は、気流の整流効果、及び着脱等の作業性を考慮するとリング状の一体成形品であるのが好ましいが、半月板状を数枚組み合わせて、リング状にしても構造上問題は無い。また、リング状整流部材１４は、多孔性部材であり、流路開口率が１５〜６０％のパンチングメタルを用いるのが好ましいが、多孔質セラミックであってもよく、金網であってもよく、ハニカム構造体であってもよい。また、図２に示すように、リング状整流部材１４の代替として、反気流供給口４２側の流路幅を狭く、気流供給口２９側の流路幅を広くした気流通路９とすることで、反気流供給口４２での風速の増加を抑えることで、円周方向の圧力不均衡を低減させるリング状整流部材１４と同等の効果を持つ。この流路幅の調整とリング状整流部材１４を併用してもよい。但し、流路幅の調整による円周方向圧力均一化、それに応じた円周方向風速均一化は、流路幅寸法に対する風速分布の影響が大きく、様々な紡糸条件に応じた最適寸法を見つけるのに十分な検討を要することもある。
【００５６】
次に、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態の整流フィルタ８は、気流の吹き出し口が糸条の走行経路に向かって中心方向に開口しており、かつ糸条の走行方向に直角方向から下向きに傾斜した孔が形成された多孔性部材である。この整流フィルタ８により気流は整流化され、糸走行方向に直角方向から下向きに傾斜した気流が形成される。孔の形状は、円形、台形、八角形又は六角形が採用でき、全面にわたって内径から外径に５〜２０度傾斜した孔の配列である。傾斜した孔が形成された多孔性部材としては、セルロースリボンを螺旋状に巻いて熱硬化成形した多孔性部材が挙げられる。この多孔性部材は、セルロースリボン（材質：紙）に熱硬化性樹脂（フェノール樹脂）を含浸後、加熱硬化することでリボン層に隙間（孔：４０μｍ程度の大きさ）を形成され、これらの隙間は外周側から中心に向かって均一に分布している。そして、このセルロースリボンを螺旋状に巻き付けるとき、傾斜して巻き付けることにより、隙間は中心に向かって傾斜する構造となる。また、セルロースリボンの代わりに、金属（ステンレス）製リボンに予め、微細な溝加工を施した後、螺旋状に巻いて、高温圧縮成形を施したものであってもよい。また、多孔性部材として、金属粒子、金属繊維を高温圧縮成形したものであってもよく、または外側から中心方向に向かって微細スリット溝を持つ環状リングを多層積層し、高温圧縮成形した積層構造体であってもよい。これらの多孔性部材の材質は、適度な剛性を有する紙製、木製、合成樹脂製でもよいが、耐熱性に優れる金属製が好適である。
【００５７】
この整流フィルタ８の糸条の走行方向における長さは、マルチフィラメント糸が最も急激に変化する最大細化変形位置を含有し、糸条の冷却固化位置を含有する長さが、糸の太さ斑抑制に好ましい形態である。気流の円周方向風温斑が悪い場合には、糸条の最大細化変形位置、および冷却固化位置の糸走行方向での差が発生する。特に冷却固化位置において著しい差が発生する分、冷却長さ、即ち整流フィルタ８長さを長尺化する必要があるが、円周方向風温斑が良好であれば、整流フィルタ８長さを適正長にすることが可能となる。よって、整流フィルタ８長さは、５０〜５００ｍｍがよく、さらには１００〜３００ｍｍが好適である。また、整流フィルタ８厚みは、スリット流路を通過する気流が十分に整流化できる厚みとして、１〜２０ｍｍがよく、さらには５〜１０ｍｍが好適である。
【００５８】
また、整流フィルタ８と上部支持体３３、下部支持体３４との接触面には、気密性を保ち、耐熱性に優れた、シリコン、“テフロン（登録商標）”製のパッキン１９ａ、１９ｂを取り付けるのがよい。更には、下部支持体３４にバネ伸縮構造を付与し、整流フィルタ８の上下シール面に絶えず面圧を付与することで、パッキン１９ａ、１９ｂの熱クリープ変形、エア内圧変動、または整流フィルタ８の熱寸法変化、経時的寸法変化に対応でき、連続安定して気密性を保持できる。
【００５９】
次に、本発明の第１の実施形態の紡糸用環状冷却装置１００内での気流の流れ状態を図１、図２にて説明する。図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。本発明の第１の実施形態の紡糸用環状冷却装置１００内は、外部より気流を供給する装置構成上、環状流路を持つ気流通路９に対して、気流導入管２０を横方向より連結する。図２に示すように、気流導入管２０は、気流通路９に向かって放射状に開口し、流路断面積を暫増した流路とすることで、内壁面１７への気流の直接衝突を低減させ、気流通路９を均圧化し、整流フィルタ８から吹き出す気流の円周方向風速斑を低減させることができる。そこで、図１に示すように、気流導入管２０内において、外部より供給された気流を邪魔板７に衝突させ、一旦は風速斑を低減、均一化させた気流ＶＡを形成する。そこで、まず気流ＶＡが気流供給口２９から流入し、反気流供給側４２に至る環状の流路を円周方向に流れる気流ＶＲと、順次、上方に方向転換しリング状整流部材１４に向かう気流ＶＵを形成する。その際、円周方向に流れる気流ＶＲを気流ＶＵに方向転換させ、気流ＶＵを一旦形成した後、リング状整流部材１４を通過させることで、円周方向の圧力不均衡を低減し、気流ＶＵの円周方向風速斑を低減できる。
【００６０】
次に、リング状整流部材１４を通過し、整流性を向上させた気流ＶＵは、連続して上方に流れる気流ＶＵを形成するのと同時に、糸状の走行経路の中心方向に流れる気流ＶＳに分割される。そして、気流ＶＵ、及び気流ＶＳは、外壁面１８に設けられたヒータ発熱部１５により加熱され、最終的に整流フィルタ８から吹き出される。その際、円筒状整流部材１３は、気流ＶＵを気流ＶＳに方向転換させる機能を持つ。そこで、円筒状整流部材１３の流路を急激縮小させた後、大きく拡幅させることにより、微小空間において微小乱れ状態を形成、混合させることで気流ＶＳに整流効果を与え、円周方向風速斑を低減し、円周方向風温斑を低減させることができる。
【００６１】
また、円筒状整流部材１３のもう一つの重要な機能は、円筒状整流部材１３により、円筒状整流部材１３の外側を流れる気流ＶＵを形成し、リング状整流部材１４を通過した気流ＶＵが、直接、整流フィルタ８から吹き出すことを低減し、円筒状整流部材１３と気流通路外壁面１６に挟まれた空間を通過する気流ＶＵを上方まで導くことである。それにより、気流ＶＵの風速低下を抑えることで、熱伝達率を向上させ、ヒータ発熱部１５より気流ＶＵに与えられる熱量が増加し、気流の風温アップ効果が得られる。また、整流フィルタ８より吹き出される気流を、吹き出す直前で加熱することから、必要最低限の気流のみを加熱でき、省エネにも有効である。更には、ヒータ発熱部１５にて加熱された気流ＶＵは、熱せられることで上昇気流となりつつ上方に向かい、加熱ヒータ１５にて連続的、または段階的に加熱される。よって、整流フィルタ８より吹き出される気流は、必然的に上方が高温に、下方が低温となる徐冷に適した長手方向風温分布を形成できる。
【００６２】
次に、本発明の第２の実施形態の紡糸用環状冷却装置内１００での気流の流れ状態を図３にて説明する。ここで、気流導入管２０からリング状整流部材１４に至るまでの流れ形態については、上記で述べた通りであり、リング状整流部材１４より上方の流れ形態について詳細に説明する。第１気流通路１０に配置されたリング状整流部材１４を通過した気流ＶＵは、連続して上方に流れる気流ＶＵを形成すると同時に、糸条の走行経路の中心に流れる気流ＶＳに分割され、整流フィルタ８から吹き出される。更に、上方に流れる気流ＶＵは、第１気流通路１０の下流に位置し、第１気流通路１０の糸条の走行経路に垂直な断面における流路断面積より小さい断面積を備えた第２気流通路１１に導かれ、第２気流通路１１の外側に配設されたヒータ発熱部１５により加熱されて、整流フィルタ８から吹き出される。
【００６３】
ここで、第１気流通路１０と連結した第２気流通路１１の流路断面積を減少させることで、第２気流通路１１を上方に向かう気流ＶＵを制限し、第２気流通路１１の整流フィルタ８から吹き出される気流を減少させ、第１気流通路１０の整流フィルタ８から吹き出される気流を増加させる。それにより、ヒータ発熱部１５により加熱する気流風量を少なくし、熱効率を上げ、風温を向上することができる。更に、第２気流通路１１の流路断面積を減少させる重要な効果としては、ヒータ発熱部１５を小径化できるため、ヒータ発熱部１５からの放熱を低減させ、外乱影響を低減できることから保温性を向上させることが可能となり、第２気流通路１１の均温化を達成できる。更には、省エネにも対応できる。また、整流フィルタ８から吹き出す直前にて加熱できるため、外乱影響を受け難く、よって適正な風温の気流を吹き出すことが可能となる。その流路断面積の減少率は、第１気流通路１０の最大流路断面積Ａ１ＭＡＸ（ｍ２）、第２気流通路１１の最小流路断面積Ａ２ＭＩＮ（ｍ２）を以下の式（１）の範囲とすることで、気流ＶＵの円周方向風速斑を低減し、整流フィルタ８からの円周方向風温均一化を達成できる。
【００６４】
０．０５≦Ａ２ＭＩＮ／Ａ１ＭＡＸ≦０．５                    ・・・（１）
ここで、Ａ２ＭＩＮ／Ａ１ＭＡＸ≦０．０５の場合には、第２気流通路１１への流路絞りが過大となることで、気流ＶＵの円周方向風速斑が発生し、ヒータ発熱部１５から気流ＶＵに与える熱量に差が生じ、整流フィルタ８から吹き出される気流の円周方向風温斑が発生する。０．５≦Ａ２ＭＩＮ／Ａ１ＭＡＸの場合には、第２気流通路１１での気流の風速が過小すぎて、気流ＶＵがヒータ発熱部１５を通過する際に熱伝達率が小さく、熱が伝わらず十分加熱できない。更に、第１気流通路１０と第２気流通路１１に円筒状整流部材１３を設けることで、上記と同様に、気流ＶＳに整流効果を与え、整流フィルタ８から吹き出す気流の円周方向風速斑を低減し、円周方向風温斑を低減することができる。
【００６５】
次に、整流フィルタ８から吹き出す気流に円周方向風温斑均一化を達成するためには、円筒状整流部材１３の内側に配置され、整流フィルタ８に挟まれた空間と、円筒状整流部材１３の外側に配置され、気流通路外壁面１６（本発明の第１の実施形態）に挟まれ空間、または第２気流通路外壁面３１（本発明の第２の実施形態）に挟まれ空間との体積比が重要である。そこで、円筒状整流部材１３の内径Ｄ２Ｈ（ｍ）、気流通路９（本発明の第１の実施形態）、または第２気流通路１１（本発明の第２の実施形態）の外径Ｄ２Ｏ（ｍ）、整流フィルタ８の外径Ｄ２Ｉ（ｍ）を以下の式（２）の範囲とすることで、整流フィルタ８より吹き出す気流の円周方向風速、円周方向風温均一化を達成できる。
【００６６】
０．２５≦（Ｄ２Ｈ−Ｄ２Ｉ）／（Ｄ２Ｏ−Ｄ２Ｉ）≦０．７５        ・・・（２）
そこで、（Ｄ２Ｈ−Ｄ２Ｉ）／（Ｄ２Ｏ−Ｄ２Ｉ）≦０．２５の場合には、整流フィルタ８と円筒状整流部材１３との間隙が極小化することで、気流ＶＳが円筒状整流部材１３を通過後に拡幅ができなり、円筒状整流部材１３通過後に、噴流として整流フィルタ８に流入するために、円周方向風速斑が悪化する。また、０．７５≦（Ｄ２Ｈ−Ｄ２Ｉ）／（Ｄ２Ｏ−Ｄ２Ｉ）の場合には、円筒状整流部材１３と気流通路外壁面１６（本発明の第１の実施形態）、または第２気流通路外壁面３１（本発明の第２の実施形態）の流路が狭小化することで、円筒状整流部材１３の外周側を流れる気流ＶＵの円周方向風速斑が発生し、ヒータ発熱部１５から気流ＶＵに与える熱量に差が生じ、整流フィルタ８から吹き出される気流の円周方向風温斑が発生する。
【００６７】
よって、本発明の紡糸用環状冷却装置１００において、整流フィルタ８から吹き出される気流に円周方向風温斑としては、整流フィルタ８の各高さにおいて５０％以下（±２５％以下）、特に糸条の徐冷に重要となるから整流フィルタ８の上端から下方に向かって５０ｍｍの範囲においては、３０％以下を達成することができる。
【００６８】
また、本発明の環状冷却装置は、上記で述べた単錘型に限定されず、図１３のように多錘型の環状冷却装置においても適用できる。その場合には、一定間隔に配列された整流フィルタ８の外周に、気流を下方から流入するようにした円筒状の気流通路外壁面１６を形成することで気流通路９とし、その気流通路９を同心円内外に仕切る円筒状整流部材１３を設け、気流通路９の外壁面１８にヒータ発熱部１５を設けることで気流を加熱する構成となる。
【００６９】
次に、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態の整流フィルタ８より内向きに吹き出す気流の流れ形態が及ぼす糸条冷却について図１４を用いて説明する。図１４は、本発明の紡糸用環状冷却装置１００から吹き出された気流の流れ形態を示した模式図である。単糸繊度が０．１〜１．６ｄｔｅｘ以下、フィラメント数２０００本以下のマルチフィラメント糸２２を紡糸する場合、糸条の細化、固化に伴い糸随伴流ＶＺが発生し、糸条走行方向に多量の気流が流れるため、紡糸口金１の直下近傍において、空気が不足する一種の真空状態となり、この不足空気を補うために、紡糸口金１中心部では上昇気流ＶＶが発生する。そこで、本発明の紡糸用環状冷却装置１００では、紡糸口金１面から整流フィルタ８上端の気流の吹き付け開始距離（以降を冷却開始距離ＱＴＤと呼ぶ）を短くし、更に、この糸随伴流ＶＺに見合った気流を整流フィルタ８から供給することで、良好な糸斑のマルチフィラメント糸２２を得ることができる。更に、整流フィルタ８より加熱気流を供給することで、糸条２２の細化、固化挙動を遅延させること、つまりは徐冷が可能となる。ここで言う徐冷とは、糸条２２の変形速度を低減することで、高伸度化を達成し、細化挙動における応力集中を抑制することで、高強度化を達成することができる。更に加えて、徐冷により強度、及び伸度を向上すると共に、その後に冷却を強化することで、糸条２２の接触、融着を回避することができる。
【００７０】
更には、整流フィルタ８から吹き出す気流の円周方向風速斑、円周方向風温斑が小さく、且つ上記のように糸条２２の冷却固化に適切な風量を付与できることから、上昇気流ＶＺの円周方向風速斑が低減されるため、紡糸口金１の表面温度斑が解消し、繊度斑を低減できる。また、紡糸口金１の表面温度斑が解消されることにより、冷却開始距離ＱＴＤが更に短縮できるため、マルチフィラメント糸２２を製造する際の製糸性が安定し、糸物性斑良好な糸条が得られる。ここで重要なのは、紡糸口金１直下において高温雰囲気を与えることと、本発明の紡糸用環状冷却装置１００のように高温気流を吹き出すこととは、紡糸口金１直下の気流の流れ形態が大きく異なることである。紡糸口金１直下において、紡出された糸条２２の細化、固化挙動により随伴流ＶＺが発生する。これは、高温雰囲気下においても、細化挙動の遅延により糸随伴流ＶＺ発生が幾分低減されるが、発生した糸随伴流ＶＺにより口金直下が減圧されるため、給排気バランスより上昇気流ＶＶが必ず発生する。この上昇気流ＶＶは、低温度の冷却風であるため、雰囲気温度斑を発生させる。それに対して、本発明の紡糸用環状冷却装置１００は、紡糸口金１直下では、絶えず整流フィルタ８から高温気流を吹き出すため、糸随伴流ＶＺにて不足する空気を補うことができる。また、高温気流を吹き出すことで、紡糸口金１直下の雰囲気温度を向上させ、紡糸口金１面を間接的に加熱し、紡糸性を安定させることができる。
【００７１】
本発明は、極めて汎用性の高い発明であり、紡糸用冷却装置、および溶融紡糸方法によって得られる全てのマルチフィラメント糸に好適である。従って、マルチフィラメント糸を構成する熱可塑性ポリマにより特に限られるものではない。例えば、本発明に好適なマルチフィラメント糸を構成する熱可塑性ポリマの一例を挙げれば、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が挙げられる。
【００７２】
本発明に好適なポリエステルの一例を挙げれば、例えば、ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体およびジオールまたはそのエステル形成性誘導体から合成される熱可塑性ポリマで、繊維、フィルム、ボトル等の成形品として用いることができるものが挙げられる。ポリエステルの具体的な一例を挙げれば、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリエチレン−２、６−ナフタレンジカルボキシレート、ポリエチレン−１、２−ビス（２−クロロフェノキシ）エタン−４、４’−ジカルボキシレート等々が挙げられる。上記において、ポリエチレンテレフタレートが最も汎用的であるが、本発明は、ポリエチレンテレフタレートまたは主としてエチレンテレフタレート単位を含むポリエステル共重合体にも好適である。また、製糸安定性等を損なわない範囲で、各種のエステル形成性誘導体が共重合されていても良い。例えば、鮮明性に優れた染色が可能なポリエステルカチオン可染糸においては、一般的にソジウムソルホネート基を有するエステル形成性誘導体を、製糸安定性等を損なわない範囲で、１０モル％以下共重合されるが、その様なものでも良い。
【００７３】
本発明に好適なポリアミドの一例を挙げれば、例えば、ナイロン６、ナイロン６６等々が挙げられる。本発明は、ナイロン６、ナイロン６６にも好適である。
【００７４】
また、本発明は、可塑剤を含有したセルロースエステル系熱可塑性ポリマにも好適である。セルロースエステルとは、セルロースの水酸基がエステル結合によって封鎖されているものを言い、具体例としては、例えば、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートフタレートなどカルボン酸とのエステル結合を有するものであっても良く、乳酸、グリコール酸、ヒドロキシ酸などオキシルカルボン酸あるいはそれらの重合体とのエステル結合を有するものであっても良く、カプロラクトン、プロピオラクトン、バレロラクトン、ピバロラクトンなどの環状エステルあるいはそれらの重合体とのエステルとなっているものであっても良く、更にはこれらの混合エステルとなっているものであっても良い。これらセルロースは、可塑剤を含有していても良く、可塑剤の具体例としては、例えば、比較的低分子量のものとしては、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジヘキシルフタレート、ジオクチルフタレート、ジメトキシエチルフタレート、エチルフタリルエチルグルコート、ブチルフタリルブチルグリコートなどのフタル酸エステル類、テトラオクチルピロメリテート、トリオクチルトリメリテートなどの芳香族多価カルボン酸エステル類、ジブチルアジペート、ジオクチルアジペート、ジブチルセバケート、ジオクチルセバケート、ジエチルアゼテート、ジブチルアゼテート、ジオクチルアゼテートなどの脂肪族多価カルボン酸エステル類、グリセリントリアセテート、ジグリセリンテトラアセテートなどの多価アルコールの低級脂肪酸エステル類、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリブトキシエチルホスフェート、トリクレジルホスフェートなどのリン酸エステル類などを挙げることができる。また、可塑剤の具体例としては、例えば、比較的高分子量のものとしては、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートなどのグリコールと二塩基酸とからなる脂肪族ポリエステル類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸などのオキシカルボン酸からなる脂肪族ポリエステル類、ポリカプロラクトン、ポリプロピオラクトン、ポリバレロラクトンなどのラクトンからなる脂肪族ポリエステル類、ポリビニルピロリドンなどのビニルポリマ類などが挙げられる。可塑剤は、これらを単独、あるいは併用して使用することができる。
【００７５】
更に、上記した熱可塑性ポリマに、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が含有されていても良く、共重合が含まれても良い。
【００７６】
また、本発明に用いられる熱可塑性ポリマは、単一成分で構成しても、複数成分で構成してもよく、複数成分の場合には、例えば、芯鞘、サイドバイサイド等の構成が挙げられる。また、マルチフィラメント糸の断面形状は、丸、三角、扁平等の異形状や中空であってもよい。
【００７７】
本発明は、極めて汎用性の高い発明であり、紡糸用冷却装置、および溶融紡糸方法によって得られる全てのマルチフィラメント糸に好適である。従って、マルチフィラメント糸の単糸繊度により特に限られるものではない。例えば、延伸前または延伸されずに巻き取られた際の単糸繊度、あるいは延伸または延伸・仮撚後の単糸繊度が、０．１〜１０デシテックスの範囲であっても良い。また、延伸または延伸・仮撚後の単糸繊度が、０．１〜３．２デシテックスあるいは０．２〜３．２デシテックスの範囲であっても良い。更に、延伸または延伸・仮撚後の単糸繊度が、０．１〜３．１デシテックス、あるいは０．１〜３．０デシテックス、あるいは０．１〜２．９デシテックス、あるいは０．１〜２．８デシテックス、あるいは０．１〜２．７デシテックス、あるいは０．１〜２．６デシテックス、あるいは０．１〜２．５デシテックス、あるいは０．１〜２．４デシテックス、あるいは０．１〜２．３デシテックス、あるいは０．１〜２．２デシテックス、あるいは０．１〜２．１デシテックス、あるいは０．１〜２．０デシテックス、あるいは０．１〜１．９デシテックス、あるいは０．１〜１．８デシテックス、あるいは０．１〜１．７デシテックス、あるいは０．１〜１．６デシテックスの範囲であっても良い。単糸繊度が小さければ小さいほど、従来の技術との差異が明確となる。
本発明は、極めて汎用性の高い発明であり、紡糸用冷却装置、および溶融紡糸方法によって得られる全てのマルチフィラメント糸に好適である。従って、マルチフィラメント糸の単糸数により特に限られるものではない。例えば、マルチフィラメント糸の単糸数が、３０〜２０００本あるいは５０〜２０００本の範囲であっても良い。また、マルチフィラメント糸の単糸数が、３０〜１９００本の範囲であっても良い。更に、マルチフィラメント糸の単糸数が、３０〜１８００本、あるいは３０〜１７００本、あるいは３０〜１６００本、あるいは３０〜１５００本、あるいは３０〜１４００本、あるいは３０〜１３００本、あるいは３０〜１２００本、あるいは３０〜１１００本、あるいは３０〜１０００本、あるいは３０〜９００本、あるいは３０〜８００本、あるいは３０〜７００本、あるいは３０〜６００本の範囲であっても良い。マルチフィラメント糸の単糸数が多ければ多いほど、従来の技術との差異が明確となる。
【実施例】
【００７８】
実施例中に使用した各特性値は以下の測定方法により求めた。
（１）糸太さ斑、ウースター斑［Ｈ］：
ＺＥＬＬＷＥＧＥＲ  ＵＳＴＥＲ社製  ＵＳＴＥＲ  ＴＥＳＴＥＲ  ＵＴ−４を使用し、糸速１００ｍ／分、供給張力１／３０ｇ／ｄｔｅｘ、ツイスタ回転数８０００ｒｐｍで５分間測定し、ＨＩｎｅｒｔで評価したウースター斑［Ｈ］が、「０．４未満」を◎、「０．４以上０．６未満」を○、「０．６以上１．０未満」を×として糸太さ斑として評価した。
（２）強度・伸度・強伸度積、タフネス
ＯＲＩＥＮＴＥＣ社のＴＥＮＳＩＬＯＮ  ＲＴＣ−１２１０Ａを用い、製造された糸条（マルチフィラメント糸）より任意に切り出した試長２００ｍｍを、引張速度２００ｍｍ／分で測定した強度・伸度を、次式より求めた強伸度積に対して、「２０未満」を×、「２０以上３０未満」を○、「３０以上」を◎とし、タフネスとして評価した。
【００７９】
強伸度積＝強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）×（伸度（％））１／２
（３）気流の吹き出し風速：
気流の吹き出し風速は、常温・常湿下において、アネモマスター風速計（日本カノマックス株式会社：ＭＯＤＥＬ６００４）、またはケンブリッジアキュセンス風速計（デグリーコントロールズインク社：ＵＡＳ１１００ＰＣ）を用いて、風速計のプローブを整流フィルタ８内周面から中心に向かって５ｍｍ〜１０ｍｍの間隙に設置し、測定したものを言う。
（４）円周方向風速斑、円周方向風速不均一：
円周方向風速斑とは、常温・常湿の室内において、整流フィルタ８での気流の吹き出し風速として、円周方向に気流供給口２９を０度とし、４５度刻みに８点、糸走行方向に整流フィルタ８の上端より１０ｍｍ位置、３０ｍｍ位置、５０ｍｍ位置として３箇所、８点×３箇所＝２４点を測定し、（下記［１］〜［３］式）、各高さ位置において円周方向風速値８点の平均値を算出し（下記［４］式）、各高さ位置において測定値との変動率を求め（下記［５］式）、その全変動率（ΔＶ１０ｉ、ΔＶ３０ｉ、ΔＶ５０ｉ：ｉ＝０〜３１５、４５度）の標準偏差を求めたものをいう。
［１］整流フィルタ８の上端より１０ｍｍ位置の風速；Ｖ１０ｉ（ｉ＝０〜３１５、４５度）
［２］整流フィルタ８の上端より３０ｍｍ位置の風速；Ｖ３０ｉ（ｉ＝０〜３１５、４５度）
［３］整流フィルタ８の上端より５０ｍｍ位置の風速；Ｖ５０ｉ（ｉ＝０〜３１５、４５度）
［４］整流フィルタ８の上端より１０、３０、５０ｍｍ位置の風速平均値：
Ｖ１０ａｖｅ＝（Sum（Ｖ１０ｉ））／８
Ｖ３０ａｖｅ＝（Sum（Ｖ３０ｉ））／８
Ｖ５０ａｖｅ＝（Sum（Ｖ５０ｉ））／８  （ｉ＝０〜３１５、４５度）
［５］整流フィルタ８の上端より１０、３０、５０ｍｍ位置における風速平均値からの風速変動率；
ΔＶ１０ｉ＝（Ｖ１０ｉ−Ｖ１０ａｖｅ）／Ｖ１０ａｖｅ
ΔＶ３０ｉ＝（Ｖ３０ｊ−Ｖ３０ａｖｅ）／Ｖ３０ａｖｅ
ΔＶ５０ｉ＝（Ｖ５０ｊ−Ｖ５０ａｖｅ）／Ｖ５０ａｖｅ（ｉ＝０〜３１５、４５度）
（５）製糸性：
３６錘紡糸で、２４時間の紡糸を行い、この間の糸切れ回数評価を実施し、「１回未満」を◎、「１回以上２回未満」を○、「２回以上３回未満」を△、「３回以上」を×として評価した。
（６）気流供給風量：
紡糸冷却装置への気流供給風量Ｑ（ｍ３／秒）は、常温、常湿の室内において、紡糸用冷却装置の気流供給口２９の入口にオリフィス風量計を設置し、オリフィス前後の差圧を測定して風量として求めた。
（７）整流フィルタ８からの吹き出される気流の長手方向風速分布とは、整流フィルタ８外周から中心方向に吹き出される気流の風速として、円周方向には、気流供給口２９を０度とし、４５度刻み毎に８点、糸走行方向（整流フィルタ８高さ方向）には、整流フィルタ８上端から０ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍ（整流フィルタ８全長が３００ｍｍ以上の場合、０〜５０ｍｍまでは０ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ位置、５０ｍｍ以降は５０ｍｍ間隔にて測定）の８箇所、８点×８箇所＝６４点を測定し、各々整流フィルタ８高さにおける平均値を求めたもの。
（８）気流の吹き出し風温：
気流の吹き出し風温は、Ｋ型熱電対、または温度測定センサのプローブを整流フィルタ８内周面から中心に向かって５ｍｍ〜１０ｍｍの間隙に設置し、風温変動率が１℃／分以内となった場合に測定したものを言う。
（９）円周方向風温斑：
整流フィルタ８からの吹き出し風温として、円周方向に気流供給口２９を０度とし、４５度刻みに８点、糸走行方向に整流フィルタ８の上端より０ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍ（整流フィルタ８全長が３００ｍｍ以上の場合、０〜５０ｍｍまでは０ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ位置、５０ｍｍ以降は５０ｍｍ間隔にて測定）の各高さにおいて、最大風温Ｔmax、最小風温Ｔmin、平均風温Ｔaveを求め、下記式より算出された値である。
円周方向風温斑（％）＝（最大風温Ｔmax−最小風温Ｔmin）／平均風温Ｔave×１００
（１０）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］
金属スルホネート基を含有するイソフタル酸ジメチルをジカルボン酸成分に対し３．０ｗｔ％、ＰＥＧを１．０ｗｔ％共重合し、極限粘度［η］が０．７０で、艶消し剤として酸化チタンを０．３０ｗｔ％含有するポリエチレンテレフタレートを紡糸口金１から単孔吐出量０．１５ｇ／分にて紡出し、本発明の第２の実施形態の紡糸用環状冷却装置１００を用いて冷却し、油剤付与装置３５にて油剤付与後に２１７５ｍ／分の速度で巻き取り、マルチフィラメント糸を製造した。その際、紡糸口金１下面から整流フィルタ８上端までの距離（冷却開始距離ＱＴＤ）を２６．５ｍｍとした。紡糸用環状冷却装置１００は、図３に示したように、第１気流通路１０、第２気流通路１１を備え、その第１気流通路１０において、開口率４０．３％（孔径２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、千鳥配置、板厚１．５ｍｍ）のパンチングメタルをリング状整流部材１４として配置した。第１気流通路１０の外径１７０ｍｍ、内径１１０ｍｍ（整流フィルタ８の外径と一致）、また第２気流通路１１の外径１３７ｍｍ（第２気流通路外壁面３１と一致）、内径１１０ｍｍ（整流フィルタ８の外径と一致）とし、第１気流通路１０のリング状整流部材１４下流側、及び第２気流通路１１には、開口率４０．３％（孔径２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、千鳥配置、板厚１．５ｍｍ）のパンチングメタルをチューブ状にした円筒状整流部材１３（内径１２６ｍｍ／外径１２９ｍｍ）を配置した。また、整流フィルタ８は、微細な溝加工を施した金属製リボン（材質：ＳＵＳ３０４）を螺旋状に巻いて、高温圧縮成型させた多孔性部材（内径９７ｍｍ、外径１１０ｍｍ、高さ３００ｍｍ紡糸方向に直角方向から下向きに１５度傾斜）を使用した。また、ヒータ発熱部１５として、第２気流通路１１の外壁面１８（外径１４０ｍｍ）に、内径１４０ｍｍ、整流フィルタ８を上端に下方に向かって高さ７０ｍｍと１００ｍｍの２段構成とし、各段のワット密度３．０Ｗ／ｃｍ２のバンドヒータを設け、バンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。
【００８０】
上記の紡糸用環状冷却装置１００を用いて、３３ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、２糸条のポリエステル極細繊維を製造した。このとき、気流導入管２０から供給風量４９．９ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は１８０℃、円周方向風温斑は８．５％となった。その際、気流としては空気を用いた。表１に記載のとおり、紡糸の際の製糸性は最良な結果、および得られた極細繊維のウースター斑は最良、タフネスは良好な結果を得た。
【００８１】
【表１】
0005526531.tif 000002
【００８２】
［実施例２］
実施例１と同等のポリエチレンテレフタレート、同等の繊度で紡糸し、本発明の第１の実施形態の紡糸用環状冷却装置１００を用いた実施例として、実施例２を説明する。なお、実施例２は参考例である。紡糸用環状冷却装置１００として、図１に示したように、気流通路９を備え、気流通路９の外径１３７ｍｍ（気流通路外壁面１６と一致）、内径１１０ｍｍ（整流フィルタ８の外径と一致）とした。また、リング状整流部材１４は、開口率４０．３％（孔径２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、千鳥配置、板厚１．５ｍｍ）のパンチングメタルを気流通路９に配置し、円筒状整流部材１３は、開口率４０．３％（孔径２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、千鳥配置、板厚１．５ｍｍ）のパンチングメタルをチューブ状（内径１２６ｍｍ／外径１２９ｍｍ）にしたものを気流通路９に配置した。また、整流フィルタ８は実施例１と同等寸法、同等仕様のものを配置し、ヒータ発熱部１５は、実施例１と同等仕様のバンドヒータを整流フィルタ８上端から下方に向かって高さ７０ｍｍと１００ｍｍの２段構成に配置し、バンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。
【００８３】
上記の紡糸用環状冷却装置１００を用いて、３３ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、２糸条の極細繊維を製造した。このとき、気流導入管２０から供給風量４９．９ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は１８０℃、円周方向風温斑は８．２％となった。表１に記載のとおり、紡糸の際の製糸性は最良な結果、および得られた極細繊維のウースター斑は最良、タフネスは良好な結果を得た。
［実施例３、実施例４、実施例５］
次に、実施例２と同じ紡糸用環状冷却装置１００の構成であり、同等のポリエチレンテレフタレート、単糸繊度が異なる実施例として、実施例３、実施例４、実施例５を説明する。なお、これら実施例３、実施例４および実施例５は参考例である。実施例３にて、５６ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、１糸条の極細繊維を、実施例４にて、６６ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、１糸条の極細繊維を、実施例５にて、８４ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、１糸条の極細繊維を製造した。その際、紡糸口金１から吐出する単孔吐出量を実施例３では０．３９ｇ／分、実施例４では０．４６ｇ／分、実施例５では０．５９ｇ／分とした。表１に記載のとおり、最も単糸繊度の小さな実施例３において、ウースタ斑が良好な結果、それ以外の実施例４、実施例５において製糸性、繊維のウースタ斑、タフネスは最良な結果を得た。
［実施例６］
実施例１と同等のポリエチレンテレフタレートで紡糸し、本発明の第２の実施形態の紡糸用環状冷却装置１００の他の好ましい形態の実施例として、実施例６を説明する。第１気流通路１０の糸条走行方向に垂直な断面における流路断面積と、第２気流通路１１の糸条走行方向に垂直な断面における流路断面積の比、及び円筒状整流部材１３の円周方向風温斑へ及ぼす影響を確認した。実施例６で用いた紡糸用環状冷却装置１００は、実施例１にて述べた通り、同等の構成において、円筒状整流部材１３を取り除いた構成とした。第１気流通路１０の外径１７７ｍｍ、内径１１０ｍｍ（整流フィルタ８の外径と一致）とし、また第２気流通路１１の外径１１６ｍｍ（第２気流通路外壁面３１と一致）、内径１１０ｍｍ（整流フィルタ８の外径と一致）とした。また、ヒータ発熱部１５として、第２気流通路１１の外壁面１８（外径１１９ｍｍ）に、整流フィルタ８を上端に下方に向かって内径１１９ｍｍ、高さ５０ｍｍ×３個＝１５０ｍｍの３段構成、各段のワット密度３．０Ｗ／ｃｍ２のバンドヒータを設け、バンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。
【００８４】
上記の紡糸用環状冷却装置１００を用いて、５６ｄｔｅｘ、９６本のフィラメント糸、２糸条の極細繊維を製造した。その際、紡糸口金１から吐出する単孔吐出量を０．４８ｇ／分とした。このとき、気流導入管２０から供給風量４３．７ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は２００℃、円周方向風温斑は１５．９％となった。実施例６では、円筒状整流部材１３が無く、整流効果が得られないために、円周方向風温斑は若干悪化傾向となり、また、第２気流通路１１に流路幅を減少させることで、ヒータ発熱部１５からの受熱効率が向上し、整流フィルタ８上端より吹き出す気流の風温が高くなる傾向が得られた。表１に記載のとおり、紡糸の際の製糸性は最良な結果、および得られた極細繊維のウースター斑は最良、タフネスは良好な結果を得た。
［実施例７］
次に、以下の式のパラメータ範囲の下限を超えた場合の糸斑、及びタフネス影響を実施例７にて説明する。
【００８５】
０．０５≦Ａ２ＭＩＮ／Ａ１ＭＡＸ≦０．５
但し、Ａ２ＭＩＮ：第２気流通路の最小断面積（ｍ２）、Ａ１ＭＡＸ：第１気流通路の最大断面積（ｍ２）を示す。
【００８６】
実施例７で用いた紡糸用環状冷却装置１００は、第２気流通路１１の外径１１４．３ｍｍ（第２気流通路外壁面３１と一致）、内径１１０ｍｍ（整流フィルタ８の外径と一致）とし、円筒状整流部材１３を取り除いた構成とした。その他は、実施例１と同じ装置構成とし、バンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。このとき、気流導入管２０から供給風量４３．７ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は２１０℃、円周方向風温斑は１６．３％となった。実施例７では、円筒状整流部材１３が無く、整流効果が得られないために、円周方向風温斑は若干ながら悪化傾向となり、また、第２気流通路１１の流路幅が更に減少することで、ヒータ発熱部１５からの受熱効率が向上し、整流フィルタ８上端より吹き出す気流の風温が上昇する結果となった。表２に記載のとおり、実施例１と比較して、ウースタ斑［Ｈ］は悪化傾向を示したが、強伸度積は向上し、紡糸の際の製糸性は良好な結果、および得られた極細繊維のウースター斑、タフネスは良好な結果を得た。
【００８７】
【表２】
0005526531.tif 000003
【００８８】
［実施例８、実施例９］
次に、以下の式のパラメータ範囲の上限域、上限を越えた場合での糸斑、及びタフネス影響を実施例８、実施例９にて説明する。
【００８９】
０．０５≦Ａ２ＭＩＮ／Ａ１ＭＡＸ≦０．５
但し、Ａ２ＭＩＮ：第２気流通路の最小断面積（ｍ２）、Ａ１ＭＡＸ：第１気流通路の最大断面積（ｍ２）を示す。
【００９０】
実施例８で用いた紡糸用環状冷却装置１００は、第２気流通路１１の外径１４４ｍｍ（第２気流通路外壁面３１と一致）、内径１１０ｍｍ（整流フィルタ８の外径と一致）とし、その他は、実施例１と同じ装置構成とし、また、実施例９では、第２気流通路１１の外径１５４ｍｍ（第２気流通路外壁面３１と一致）、内径１１０ｍｍ（整流フィルタ８の外径と一致）とし、その他は、実施例１と同じ装置構成とし、実施例８、実施例９共に、バンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。このとき、気流導入管２０から供給風量４３．７ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は、実施例８では１８０℃、円周方向風温斑は８．４％となり、実施例９では１７０℃、円周方向風温斑は８．９％となった。表２に記載のとおり、第１気流通路１０の糸条走行方向に垂直な断面における流路断面積と、第２気流通路１１の糸条走行方向に垂直な断面における流路断面積の比率が大きい程、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温が低下することより、強伸度積が低下するが、紡糸の際の製糸性は良好な結果、および得られた極細繊維のウースター斑、タフネスは良好な結果を得た。
［実施例１０、実施例１１］
次に、以下の式のパラメータ下限域での糸斑、タフネス変化を実施例１０にて、パラメータ上限域での糸斑、タフネス影響を実施例１１にて説明する。
【００９１】
０．２５≦（Ｄ２Ｈ−Ｄ２Ｉ）／（Ｄ２Ｏ−Ｄ２Ｉ）≦０．７５
但し、Ｄ２Ｈ：円筒状整流部材の内径（ｍ）、Ｄ２Ｏ：気流通路、または第２気流通路の外径（ｍ）、Ｄ２Ｉ：整流フィルタの外径（ｍ）を示す。
【００９２】
その際、円筒状整流部材１３は、開口率４０．３％（孔径２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、千鳥配置、板厚１．５ｍｍ）のパンチングメタルをチューブ状にしたものであり、実施例１０では、内径１１９ｍｍ（外径１２２ｍｍ）にて配置し、実施例１１では、内径１２９ｍｍ（外径１３２ｍｍ）にて配置し、その他の装置構成は、実施例１と同じとなるようにした。また、実施例１０、実施例１１、共に、バンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。このとき、気流導入管２０から供給風量４３．７ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は、実施例１０では１８０℃、円周方向風温斑は１４．４％となり、実施例１１では２００℃、円周方向風温斑は１５．９％となった。表２の記載のとおり、円筒状整流部材１３の内径と整流フィルタ８の外周面に挟まれた流路の間隙距離と、第２気流通路外壁面３１と整流フィルタ８の外周面に挟まれた流路の間隙距離との比率が大きい方が、円筒状整流部材１３の外周面と第２気流通路外壁面３１との流路幅が狭くなり、ヒータ発熱部１５からの受熱効率が向上することから、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温が上昇し、その結果、強伸度積が増加する結果を得た。また、実施例１０、実施例１１においては、紡糸の際の製糸性は最良な結果、および得られた極細繊維のウースター斑、タフネスは良好な結果を得た。
［実施例１２］
次に、第２の実施形態の紡糸用環状冷却装置１００に仕切板４５を配設した場合における糸斑、及びタフネス影響を実施例１２にて説明する。実施例１０と同じ紡糸用環状冷却装置１００に加えて、第１気流通路１０、第２気流通路１１にて仕切板４５を、糸条の走行方向に渡って１２等配となるように放射状に配置し、バンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。このとき、気流導入管２０から供給風量４３．７ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は、１９０℃、円周方向風温斑は１２．３％となった。仕切板４５が加熱フィンの役割となり、気流の風温が上昇し、また、環状流路を円周方向に区分けすることで、円周方向への気流を制限し、円周方向風速、風温斑が抑制されることから、紡糸の際の製糸性は最良な結果、および得られた極細繊維のウースター斑、タフネスは良好な結果を得た。
［比較例１］
実施例１にて使用した紡糸用環状冷却装置１００の構造において、円筒状整流部材１３、ヒータ発熱部１５を取り除いた紡糸用環状冷却装置を比較例１に用いた。その他は、実施例１と同等のポリエチレンテレフタレート、同等の紡糸条件により極細繊維を得た。このとき、気流導入管２０から供給風量４９．９ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は２５℃、円周方向風温斑は１６．５％となった。結果、表１に記載のとおり、紡糸の際の製糸性は良好、得られた極細繊維のウースター斑も良好であったが、タフネスが悪化した。
［比較例２］
次に、比較例１にて使用した紡糸用環状冷却装置１００の構造において、円筒状整流部材１３を取り除き、第１気流通路１０の糸条走行方向に垂直な断面における流路断面積Ａ１ＭＡＸと、第２気流通路１１の糸条走行方向に垂直な断面における流路断面積２ＭＩＮの比を０．０４とした紡糸用環状冷却装置を比較例２に用いた。その他は、実施例１と同等のポリエチレンテレフタレート、同等の紡糸条件により極細繊維を得た。このとき、気流導入管２０から供給風量４９．９ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は２１０℃、円周方向風温斑は２１．３％と悪化した。結果、表１に記載のとおり、紡糸の際の製糸性は良好、得られた極細繊維のタフネスも良好であったが、ウースタ斑が悪化した。
［比較例３］
クロスフロータイプの紡糸用冷却装置を用いて、実施例４と同等のポリエチレンテレフタレート、同等の繊維（６６ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、１糸条）を得た。表１に記載のとおり、紡糸の際には糸切れが数回発止し製糸性は悪く、得られた繊維のウースター斑は不良であった。
［比較例４］
比較例３と同様に、クロスフロータイプの紡糸用冷却装置を用いて、実施例５と同等のポリエチレンテレフタレート、同等の繊維（８４ｄｔｅｘ、１４４本のフィラメント糸、１糸条）を得た。表１に記載のとおり、得られた繊維のウースター斑は比較的良好であったが、紡糸の際には糸切れが数回発止し製糸性は悪化した。
［比較例５］
実施例１にて使用した紡糸用環状冷却装置１００の構造において、円筒状整流部材１３は、開口率４０．３％（孔径２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、千鳥配置、板厚１．５ｍｍ）のパンチングメタルをチューブ状にしたものであり、内径１１３ｍｍ（外径１１６ｍｍ）にて配置し、その他の装置構成は、実施例１と同じとなるようにした。また、実施例１０、１１と同様にバンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。このとき、気流導入管２０から供給風量４３．７ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は、１７０℃、円周方向風温斑は２３．２％となった。結果、表２に記載のとおり、間隙比率が小さくなると、気流が円筒状整流部材１３を通過後に拡幅ができなくなり、円周方向風速、風温斑が悪化し、得られた極細繊維のウースター斑が悪化する傾向を得た。
［比較例６]
比較例５にて使用した紡糸用環状冷却装置１００の構造において、円筒状整流部材１３は、開口率４０．３％（孔径２ｍｍ、ピッチ３ｍｍ、千鳥配置、板厚１．５ｍｍ）のパンチングメタルをチューブ状にしたものであり、内径１３２ｍｍ（外径１３５ｍｍ）にて配置し、その他の装置構成は、実施例１と同じとなるようにした。また、比較例５と同様にバンドヒータ発熱部の表面温度を３００℃となるように、温度制御盤にて制御した。このとき、気流導入管２０から供給風量４３．７ｍ３／時間、常温２０℃の気流を供給した結果、整流フィルタ８の上端から吹き出す気流の風温は、２１０℃、円周方向風温斑は２０．７％となった。結果、表２に記載のとおり、間隙比率が大きくなると、円筒状整流部材１３の外周面と第２気流通路外壁面３１との流路幅が狭小化することで、気流の風速斑が発生し、円周方向風温斑が悪化し、得られた極細繊維のウースター斑が悪化する傾向を得た。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、衣料用極細マルチフィラメント糸の紡糸用冷却装置に限らず、産業用ナイロン糸用の紡糸用冷却装置や、産業用テトロン糸用の紡糸用冷却装置など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。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の概略断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の他の好ましい形態の概略断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の他の好ましい形態の概略断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の他の好ましい形態の概略断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の他の好ましい形態の概略断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の他の好ましい形態の概略断面図である。
【図９】従来例の紡糸用冷却装置の概略断面図である。
【図１０】従来例の紡糸用冷却装置の概略断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に用いられる溶融紡糸装置の概略縦断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態、または第２の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置から吹き出される気流の温度Ｔ（℃）と、整流フィルタ上端からの距離Ｌ（ｍｍ）の関係を図示したものである。
【図１３】本発明の第１の実施形態に用いられる多錘型紡糸用冷却装置の概略断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態、または第２の実施形態に用いられる紡糸用環状冷却装置から吹き出された気流の流れ形態を示した模式図である。
【図１５】従来例の紡糸用冷却装置の概略断面図である。
【図１６】従来例の紡糸用冷却装置の概略断面図である。
【図１７】従来例の紡糸用冷却装置の概略断面図である。
【図１８】本発明の第１の実施形態に用いられる紡糸用冷却装置の他の好ましい形態の概略断面図である。
【図１９】図１８のＢ−Ｂ矢視図である。
【符号の説明】
【００９５】
１    紡糸口金
２    冷却風吹付け装置
３    熱風吹付け装置
４    集束ガイド
５    第１気体室
６    第２気体室
７    邪魔板
８    整流フィルタ
９    気流通路
１０  第１気流通路
１１  第２気流通路
１２  有孔板
１３  円筒状整流部材
１４  リング状整流部材
１５  ヒータ発熱部
１６  気流通路外壁面
１７  内壁面
１８  外壁面
１９ａ  １９ｂ  パッキン
２０  気流導入管
２２  糸条（マルチフィラメント糸）
２３  紡糸孔
２４  送風機
２５  ガス温度調整機
２６  電熱線
２７  紡糸パック
２８  スピンブロック
２９  気流供給口
３０  第１気流通路外壁面
３１  第２気流通路外壁面
３２  助走区間
３３  上部支持体
３４  下部支持体
３５  油剤付与装置
３６  ３７  引取ローラ
３８  巻取装置
３９  パッケージ
４０  交絡付与装置
４２  反気流供給口
４３  冷却筒
４４  加熱筒
４５  仕切板
１００  紡糸用環状冷却装置
ＶＡ  気流供給口において、風速斑を低減、均一化された気流
ＶＲ  外壁面に沿って、空気供給口から反気流供給口へ周り込む気流
ＶＵ  気流通路、または第１気流通路、第２気流通路を上方に流れる気流
ＶＳ  糸走行方向に垂直方向における同心円状中心方向に流れる気流
ＶＺ  糸随伴流
ＶＶ  上昇気流
ＱＴＤ  冷却開始距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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