(57)【要約】【課題】  繊維束を構成する単繊維群を氷結させた水によって拘束しようとする際に、埋包材である氷中に存在する気泡を極力少なくして、ミスカットが少なく、しかも、歩留まりよく大量の極短繊維を製造するための繊維束の氷結処理方法とその装置を提供する。【解決手段】  多数の単繊維群を互いに繊維長手方向に並行となるように引き揃えて束ねた繊維束(3)を氷結容器(2)内に充填した水中に静置して浸漬し、水中に浸漬した状態で繊維束(3)を氷結する方法とその装置であって、前記氷結容器(2)の上方から水面上の空気を排気装置(8)によって排気しながら、水面部を加熱装置(9)によって加熱して水面部の氷結を防止しつつ前記氷結容器(2)に充填された水を冷凍装置(1)によって氷結処理することを特徴とする。【選択図】      図１
2005325457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の単繊維群を互いに繊維長手方向に並行となるように引き揃えて束ねた繊維束を氷結容器内に充填した水中に静置して浸漬し、水中に浸漬した状態で繊維束を氷結する極短繊維を製造するための繊維束の氷結処理方法であって、前記氷結容器の上方から水面上の空気を排気しながら、水面部を加熱して水面部の氷結を防止しつつ前記氷結容器に充填された水を氷結処理する極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法。
【請求項２】
前記水面上の空気排気が、３０ｔｏｒｒ〜６５０ｔｏｒｒの弱負圧下で行われることを特徴とする、請求項１に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法。
【請求項３】
前記氷結容器に微振動を付与して氷結処理することを特徴とする、請求項１又は２に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法。
【請求項４】
氷結処理に供する水を予め脱気処理することを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法。
【請求項５】
多数の単繊維群を互いに繊維長手方向に並行となるように引き揃えて束ねた繊維束を静置すると共に前記繊維束を浸漬する水を充填する氷結容器と、前記氷結容器の上部に設けられ且つ容器内部を気密に維持する蓋部材と、前記氷結容器に充填された水の水面部を含む容器上部が氷結しないように加熱する加熱装置と、前記氷結容器を冷却するための冷凍装置と、前記蓋部材に付設された排気装置を少なくとも具備する極短繊維製造用繊維束の氷結処理装置。
【請求項６】
前記蓋部材と前記排気装置との間に気液分離器を具備する、請求項５に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理装置。
【請求項７】
前記氷結容器に微振動を付与するための微振動発生装置を具備する請求項５又は６に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
繊維長が０．１ｍｍ以下の極短繊維を製造するための原料となる、多数の長単繊維群を束ねて氷結した繊維束を得るために、水中に浸漬した繊維束を氷結処理するための方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポリエステル、ポリアミドなどの熱可塑性合成ポリマーからなる長単繊維群を束ねて繊維束とし、この繊維束を切断して数ｍｍから数十ｍｍの長さの短繊維を得るために、各種の繊維束切断装置が慣用されている。例えば、このような切断装置として、切断刃が放射状に多数設けられたカッターローラに繊維束を巻付け、切断刃上に巻き付けられて巻き太った繊維を切断刃に押圧しながら連続的に所定の長さに切断するローラカッター式繊維束切断装置が使用されている。また、固定刃と移動刃とを剪断刃として設け、これら剪断刃の間に所定の切断長づつ繊維束を押し出して切断するいわゆるギロチンカッター式繊維束切断装置も古くから知られている。
【０００３】
このような従来の繊維束切断装置が用いられている環境下で、最近、塗料として使用したり、化粧品に混入させたりするための極めて短い合成繊維、あるいは、柔らかい風合いのフロック加工品に使用する極細繊維、あるいは短く刻んだ弾性繊維などの需要が増えてくると、０．１ｍｍから数ｍｍの切断繊維長が要求されるようになってきた。ところが、繊維長が短い繊維を得ようとすると、例えば、前者のローラカッター式繊維束切断装置の場合では、回転するカッターローラ上に放射状に設ける切断刃群の隣接する切断刃の間隔を極めて小さくすることが要求される。しかしながら、このようにすると、切断刃間に切断された繊維が詰まって、その排出が困難となるばかりか、切断刃自体の厚みの問題も生じるため、切断繊維長を短くするのに限界がある。
【０００４】
ただし、後者のギロチンカッター式繊維束切断装置の場合においては、０．５mm程度の切断繊維長であるならば対応が可能である。しかしながら、このような従来タイプの繊維束切断装置を用いて単繊維繊度の小さな繊維を切断しようとすると、繊維自体が有する弾性のために繊維が湾曲したり、座屈したりして固定刃に直角に当接しなくなったり、あるいは、固定刃と移動刃とのクリアランスの調整が極めて困難となったりして、斜め切りや切断長さの不揃いなどのミスカットが多量に発生する。このような場合においても、繊維の切断長が一定に揃えられた短繊維を得ようとすると、ミスカットされた多量の切断繊維の中から正常に切断されたもののみを選別して取り出すことが要求される。しかしながら、その作業は極めて繁雑であるばかりか、許容切断長に収まらないミスカットされた繊維が多くなると、正常に切断された繊維の収率そのものも悪くなる。
【０００５】
そこで、ギロチンカッター式繊維束切断装置が有する前記問題を解決するための装置が、例えば特開２００３−１１９６６２号公報に提案されている。この従来技術では、供給する繊維束を切断するための切断部より前方に繊維束をシート状物によって包む役割を果たさせるためのガイドを取り付け、連続シート状物を繊維束に併走させてガイドローラを介してシート状物を繊維束を包むように重ねて繊維束と一緒に切断するようにしている。そして、このようにすることによって、シート状物で包まれた繊維束は、シート状物の作用によって繊維が引き揃えられた状態のまま直線状で均斉に切断部に送られ、ミスカットされることなく所要の長さに切断されるというものである。
【０００６】
しかしながら、このようなギロチンカッター式繊維束切断装置を使用しても、切断可能な繊維長は０．１〜３０ｍｍであって、０．１ｍｍ未満の切断繊維を安定に得ることは極めて困難である。しかも、このような短繊維を得るために繊維束を被覆するのに使用するシート状物としては、紙やポリオレフィン、ポリエステル、セロハンなどの有機高分子フィルム、布帛、不織布を使用しなければならない。
【０００７】
ところが、このようなシート状物を使用するとなると、切断後に切断された繊維とシート状物とを分離することが要求されるが、これらを完全に分離することが困難であって、わずかであっても切断した繊維に混入する可能性がある。その上、切断繊維長が０．１ｍｍに近づくにしたがって、使用できるシート状物は、より剛直なものが必要とされ、更に切断可能な繊維束の束径も生産性を上げることができるまでの径にまで大きくすることができず、どうしても小さくする必要が生じる。何故ならば、一旦多数の単繊維群を束ねて太い繊維束を形成させてしまうと、繊維束の周りをフィルム状シートで包み込んだとしても、繊維束を構成する単繊維群に強い拘束力を作用させることは容易ではなくなり、このような理由からどうしても自由に動ける状態にある単繊維群が部分的に発生してしまうからである。したがって、これを短く切断することは容易ではない。そうすると、生産効率が大幅に低下するため、生産効率の面からも好ましくなく、しかも、このような従来技術を使用したとしても、なお実質的に０．１ｍｍの切断繊維長を得るのは困難である。
【０００８】
なお、繊維を拘束するという観点のみで従来技術を検討してみると、従来の切断装置によっては切断が難しいアラミド繊維に対して溶融した熱可塑性樹脂を含浸して繊維ごと硬化させ、硬化させた樹脂をペレタイザによってペレット化する技術が特開昭６３−３５８２９号公報において提案されている。しかしながら、この従来技術はあくまでも含浸させた熱可塑性樹脂を除去する必要がない、ショートカット繊維をそのまま練りこんだ繊維強化プラスチックを得ようとするものであって、切断された繊維のみを単離して取り出すものではない。
【０００９】
また、この従来技術は、ショートカット繊維が含まれるにしても、本質的に熱可塑性樹脂をペレット化する技術である。その故に、この従来技術では、前記公報に記載されているように、ショートカットした繊維を熱可塑性樹脂中に練りこむことはできたとしても、熱可塑性樹脂とショートカットした繊維とを互いに分離して取り出すことは容易なことではなく、事実、このような事態は全く想定されていない。しかも、この従来技術は、繰り返し述べたように繊維に熱可塑性樹脂を含浸した後にペレタイズするものであって、周知のペレタイザによって繊維含有樹脂を０．１ｍｍ未満の切断長に切断してペレット化することは極めて困難である。
【００１０】
さらに、短繊維の生産性を上げようとすると、細長い単繊維を極めて多数束ねて、総繊度が１万デシテックスを超えるような繊維束に作成して熱可塑性樹脂で固めることが要求される。しかしながら、このような太い径を有する繊維束に対して、その内部に粘度の高い熱可塑性樹脂を十分に含浸させることはこれも至難の業である。しかも、熱可塑性樹脂の内部に気泡が存在すると、これを樹脂中から除去するのは極めて困難であるために、気泡が存在する部分の単繊維群は樹脂によって拘束されない状態となる。したがって、どうしても繊維束の内部に熱可塑性樹脂で拘束できない単繊維群が部分的に生じてしまうことが回避できず、ミスカットがどうしても多くなってしまう。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１１９６６２号公報
【特許文献２】特開昭６３−３５８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者は、「背景技術」欄で説明したような従来技術では、０．１ｍｍ未満の繊維長を有する極短繊維をミスカットなく製造するのは至難のことであることをまず知見した。なお、本発明においては、“埋包剤”及び“埋包材”という用語に関し、液体状態あるいは気体状態にある場合を“埋包剤”といい、固体状態にある場合を“埋包材”という。そして、引き揃えられた多数の単繊維群からなる繊維束を水（埋包剤）で氷結させてなる氷（埋包材）や炭酸ガスを固化したドライアイスなどの埋包材中に埋包処理して、埋包処理された繊維束の端面を切削刃によって薄片状に切削して繊維長が０．１ｍｍ未満である極短繊維を得る一連の発明を完成し、その発明の一部については既に特許出願をしている。
【００１３】
しかしながら、埋包剤として水を用い、この水を氷結させて繊維束を埋包材である氷によって埋包処理する際に、従来技術のように埋包材として溶融粘度が高い熱可塑性樹脂を用いずに、極めて低粘度の水を埋包剤として用いたとしても、水を氷結するときに気泡を抜くことが極めて困難であることを本発明者は究明した。
【００１４】
何故ならば、水は０℃の大気中において、空気の溶解度が２．７８×１０−２であるが、氷中の空気の溶解度はゼロであるために、水中に溶解していた空気は凝固するに伴い氷中に気体として存在することになるからである。また、水の密度は４℃で最大となるため、０℃の水は上方に押しやられて、水面から凍り始める。このようにして、一旦水面が凍ってしまうと、水面下の水中に溶解している空気は逃げ場を失って水中に閉じ込められてしまう。しかも、氷結に伴って水中に溶解していた空気が未氷結の水中に押し出されるために、未氷結の水中の溶解空気濃度が増加する。そうすると、遂には未氷結の水中に溶解していた空気が気泡化して、この気泡が、上方に生成した氷によってその逃げ場を失って水全体が凍り終るときに、氷中に気泡として残存する。
【００１５】
ところが、埋包材である氷中に気泡が混入していると、この気泡が存在する部分の単繊維群が拘束されずにミスカットが生じてしまうという問題を惹起する。そこで、本発明の目的は、「背景技術」欄で述べたような諸問題を解消すると共に、繊維束を構成する単繊維群を氷結させた水によって拘束しようとする際に、埋包材である氷中に存在する気泡を極力少なくして、ミスカットが少なく、しかも、歩留まりよく大量の極短繊維を製造するための繊維束の氷結処理方法とその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果なされたもので有り、氷中に気泡が極力存在しないように繊維束を氷結処理する技術を探索する中で、本発明を完成するに至ったものである。
【００１７】
ここに、極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法に係わる発明として、請求項１に記載の「多数の単繊維群を互いに繊維長手方向に並行となるように引き揃えて束ねた繊維束を氷結容器内に充填した水中に静置して浸漬し、水中に浸漬した状態で繊維束を氷結する極短繊維を製造するための繊維束の氷結処理方法であって、前記氷結容器の上方から水面上の空気を排気しながら、水面部を加熱して水面部の氷結を防止しつつ前記氷結容器に充填された水を氷結処理する極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法」が提供される。
【００１８】
その際、請求項２に記載の発明のように、「前記水面上の空気排気が、３０ｔｏｒｒ〜６５０ｔｏｒｒの弱負圧下で行われることを特徴とする、請求項１に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法」とすることが好ましい。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明のように、「前記氷結容器に微振動を付与して氷結処理することを特徴とする、請求項１又は２に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法」とすることが好ましい。
【００２０】
そして、請求項４に記載の発明のように、「氷結処理に供する水を予め脱気処理することを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法」とすることが好ましい。
【００２１】
次に、極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法に係わる発明として、請求項５に記載の「多数の単繊維群を互いに繊維長手方向に並行となるように引き揃えて束ねた繊維束を静置すると共に前記繊維束を浸漬する水を充填する氷結容器と、前記氷結容器の上部に設けられ且つ容器内部を気密に維持する蓋部材と、前記氷結容器に充填された水の水面部を含む水上部が氷結しないように加熱する加熱装置と、前記氷結容器を冷却するための冷凍装置と、前記蓋部材に付設された排気装置を少なくとも具備する極短繊維製造用繊維束の氷結処理装置」が提供される。
【００２２】
その際、請求項６に記載の発明のように、「前記蓋部材と前記排気装置との間に気液分離器を具備する、請求項５に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理装置」とすることが好ましい。
【００２３】
また、請求項７に記載のように、「前記氷結容器に微振動を付与するための微振動発生装置を具備する請求項５又は６に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理装置」とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
以上に述べた請求項１に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法と請求項５に記載の極短繊維製造用繊維束の氷結処理装置によれば、氷結容器内に充填された水中に静置された繊維束を氷結処理する際に、氷結容器の上部が加熱されているために、この部分が氷結することがない。したがって、氷結処理時に水中に溶解されていた空気などの気体が気泡化しても、気泡化した気体は氷中に閉じ込められることなく、上方から排気して逃がすことができる。
【００２５】
このため、氷結処理された繊維束部に気泡が残留することがなくなって、氷によって繊維束を構成する単繊維群がそれぞれ確実に拘束されて、気泡が残留したために拘束されない部分がなくなる。そうすると、繊維束を構成する単繊維群を切削刃によって薄片状に切削する際に、切削力が単繊維の一本々々に十分に作用させることができるので、例えば、０．１ｍｍ以下の繊維長を有する極短繊維をミスカットなく歩留まり良く大量の極短繊維を製造することが可能となる。
【００２６】
また、本発明のように氷結容器の水面が加熱されずにそのまま氷結処理を始めると、氷結容器内の水は水面を含む周囲から凍結を始める。そうすると、未氷結の水は、凍った氷の内部に閉じ込められてしまい、その後に、内部に閉じ込められた水の氷結が始まると、この時の相変化に伴う体積膨張によって内部応力が発生して、ひび、割れなどの欠陥が生じることとなる。もちろん、このような欠陥が生じれば、氷結処理した繊維束を切削して極短繊維を製造する際のミスカットの原因となることは言うまでもない。
【００２７】
これに対して、本発明によれば、氷結処理時に、水面部は氷結せずに氷結容器の底部から徐々に上方に向かって氷結して、最後に水面部を氷結させることができる。このために、氷結が進行する上部へ内部応力が開放され、氷結時に水が氷に相変化する際に生じる体積膨張による内部応力の発生がほとんどなく、残留応力が生じることもなくなり、前述の問題が解消される。
【００２８】
また、請求項２に記載の本発明によれば、氷結させない水面から３０ｔｏｒｒ〜６５０ｔｏｒｒの弱負圧下で水面上の空気を強制的に吸引して排気することができるので、氷結処理時に水中に気泡化した空気などの気体を積極的に水中から排出させて、これを排気することができる。したがって、氷結処理した繊維束には、気泡がほとんど含まれないようにすることができる。
【００２９】
また、請求項３又は請求項７に記載の発明のように、微振動発生装置などを設けて氷結処理前や氷結処理中に氷結容器に微振動を付与しながら氷結処理すると、氷結容器の振動と共に振動する水の作用によって繊維束に付着した空気を繊維束から離脱させることができる。また、これと共に、気泡化した空気などの微小気体の合体などを促進させると共に、合体した気泡が受ける浮力の増大などによる気泡の上方への移動を促進することができる。そうすると、白濁の無い透明な気泡がほとんど存在しない氷結処理繊維束を得ることができるのである。
【００３０】
また、請求項４に記載の発明のように、氷結容器内に充填する水を予め別途脱気しておくことによって、氷結処理中に発生する気泡を少なくすることができる。このため、氷結処理した繊維束中に残留する気泡をなくすという点で効果的である。
【００３１】
更に、請求項６に記載の氷結処理装置のように、本発明の装置が、前記蓋部材と前記排気装置との間に気液分離器を具備することが、氷結容器に充填された水が振動したり、３０ｔｏｒｒ〜６５０ｔｏｒｒの弱負圧下といった弱真空で水面上の空気が吸引されたりした場合に随伴するおそれがある水飛沫などをトラップでき、良好な排気操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態例について、図面に基づいて詳細に説明する。ここで、図１は、本発明の方法とその装置を模式的に説明するために、その装置構成を例示した概略構成図であって、一部に断面を施したものである。
【００３３】
この図１において、１は冷凍装置、２は氷結容器、３は繊維束、４は固定具、５は減圧室、６は気液分離器、８は排気装置、９は加熱装置、１０は微振動発生装置、そして、１１は制御装置をそれぞれ示す。なお、図１中に二点鎖線で囲った部分は、例えば冷凍庫などで構成される冷凍装置１であって、氷結容器２内に静置された繊維束３を浸漬した水（埋包剤）を氷結するために設けられ、このようにして繊維束３は埋包材（氷）によって埋包処理される。なお、この冷凍装置１は、例示の冷凍庫に限定されるものでなく、氷結容器２を冷媒浴槽中に浸漬するような方式のものであっても良い。
【００３４】
ここで、前記繊維束３として、本発明では、多数の長単繊維群を互いに繊維長手方向に並行となるように一方向に引き揃えて束ねた１万〜１０００万ｄｔｅｘの総繊度を有する繊維束３を準備するのが好ましい。そして、このようにして準備した繊維束３は、その両端が固定具４によって引き揃え状態を維持したまま固定され、その後、固定具４の外側でその両端が切断されて形成されたものである。そして、この繊維束３は、固定具４によって固定された状態のままで、別途脱気処理された水が充填された氷結容器２内に吊り下げた状態で静置する。
【００３５】
このとき、前記氷結容器２の上部には、氷結容器２の蓋部材を兼ねる減圧室５が設けられており、更に、この減圧室５の外周には、氷結処理時にこの減圧室５を加熱するための加熱装置９が付設されている。なお、この加熱装置９は、氷結容器２に充填された水が形成する水面部からの氷結を遅延させるために設けられたものである。つまり、この加熱装置９の役割は、氷結処理に供する水の密度は４℃で最大となるため、０℃の水は上方の氷結容器２の蓋部材部に押しやられて、この蓋部材部に形成された水面から凍り始めるのを防止する役割を果たす。
【００３６】
何故ならば、もし、氷結容器２の蓋部材部に形成された水面が氷結すると、その下部の水中に溶解している空気は水面での氷の生成に伴って、水中に溶解する空気濃度が増加し、遂には水中に気泡化するが、この気泡化した空気は既に上方に生成している氷によって、その逃げ場が阻止されるからである。ところが、前記加熱装置９によって、氷結容器２の蓋部材部を加熱することによって、この蓋部材部での水面の氷結が防止されると、この氷結していない水面から気泡化した空気を容易に逃がすことができるのである。
【００３７】
なお、氷結容器２内の水が氷結する際に水中に溶解していた空気が気泡化するのは、水は大気中０℃において、２．７８×１０−２の空気の溶解度を有するが、水が凍結した氷中の空気の溶解度はゼロであるので、水中に溶解していた空気は水が凍結するに伴い氷中に気体として存在することになるためである。
【００３８】
その際、前述の蓋部材部は減圧室５を兼ねているから、この減圧室５から気泡化した空気を排気するようにすれば、氷結容器２内の水全体が凍り終ったときには、気泡化した空気は氷中に残存することがなくなる。なお、加熱装置９は、このような重要な役割を担っているために、その加熱温度及び加熱時間を任意に設定可能なように制御されることが好ましく、このための手段として、制御装置１１が設けられていることが好ましい。
【００３９】
このとき、加熱装置９による加熱温度と加熱時間は、実験などによって決定することが好ましい。何故なら、冷凍装置１によって氷結容器２内に充填された水全体の氷結が完了してからは、加熱装置９を作動させておくことの意義がなく、それどころか、冷凍装置１の継続使用も要求され、ランニングコストなどの点で不利となるからである。なお、極短繊維の製造工程において、氷結処理した繊維束の両端部はカッターによって切り落とされる。このため、氷結容器２内に充填された水全体が氷結を完了するまで冷凍操作を継続する意義は余りなく、カッターによって切り落とされる部分まで既に繊維束３の氷結処理が完了していれば、それ以上、繊維束３の氷結処理を続行する必要はない。
【００４０】
次に、本発明においては、気体と液体とを分離するための気液分離器６を前記減圧室５の後段側に取り付けた後、排気配管７を介して真空ポンプや排風機などからなる排気装置８によって、水面上の減圧室５内に存在する空気を３０ｔｏｒｒ〜６５０ｔｏｒｒの弱負圧下で排気することが好ましい。ここで、前記減圧室５の内部の減圧度を前述のような弱負圧下に置くことが好ましいのは、減圧度を余りにも大きくすることは、氷結容器２内に充填された水の蒸発を必要以上に促進すると共に、このような能力を有する設備を構成するための設備コストや運転コストがかさむために得策ではないからである。他方、減圧度を余りにも下げ過ぎると、氷結処理時に水中に気泡化した空気を追い出すための効果が小さくなり好ましくない。
【００４１】
このようにして、本発明においては、減圧室５から吸引排気された水飛沫を含んだ空気から水分が取り除かれ、空気のみが排気配管７から排気装置８を通して系外へと排気される。したがって、別途脱気処理された水が充填された繊維束３の氷結容器２内に静置された脱気処理水中に生成した気泡、あるいは繊維束３を氷結容器２内に静置する時に繊維束３と共に持ち込まれた気体などが氷結処理中も継続して連続的または間歇的に吸引排気される。
【００４２】
以上に述べた本発明の装置によれば、氷結処理（埋包処理）中も継続して吸引排気を効率良く行うことができるため、氷結処理中に気泡化した空気も良好に排気することができる。しかしながら、このような操作と共に、氷結容器２の中で水中に溶解した空気を積極的に気泡化して、これを合体させて成長させることによって浮力を増大させ、加熱によって未氷結状態に維持された水面から逃がすことを助長できるために、氷結容器２を微振動させることが好ましい。また、繊維束３と水とを微振動させることによって、繊維束３に付着した空気を繊維束表面から剥離させることができ、この点においても極めて効果的である。なお、本発明で言う“微振動”の中には、超音波を照射して振動させる“超音波振動”も含まれることを付言しておく。
【００４３】
そこで、このような微振動を発生させるために、氷結容器２の側面または下面の任意の位置に氷結容器２に容易に着脱が可能な微振動発生装置１０を付設して、この微振動発生装置１０によって、氷結容器２全体に微振動を付与する。なお、このような微振動発生装置１０としては、電気機械式バイブレータ、音響式バイブレータなど周知の微振動発生装置を使用することができる。その際、微振動発生装置によって生成される振動周波数や振幅は、氷結容器２の寸法や形状、あるいは繊維束３の総繊度などの条件によって変更する必要があるために、これら条件に合わせて所定の値に任意に設定変更可能なようにしておくことが好ましい。
【００４４】
なお、前述のように微振動発生装置１０を氷結容器２に付設した状態で、繊維束３を氷結処理するが、０℃の水の密度は０．９９９８ｇ／ｃｍ３であるのに対し、０℃の氷の密度は０．９１７ｇ／ｃｍ３であるので、水が氷になるときに約１０％の体積が膨張するので、この点を考慮しておく必要がある。このような理由から、一定体積の氷結容器２中の水が凍る場合、氷の体積膨張に伴う内部応力に起因するひび、割れなどの欠陥が生じることがある。もし、凍結した氷にひび、割れなどの欠陥が生じると、氷結処理した繊維束３の端面を薄片状に切削して、０．１ｍｍ未満の繊維長を有する極短繊維を良好に製造する上での障害となる。
【００４５】
本発明においては、氷結容器２は冷凍装置１内に設置されているために内部の水は、氷結容器２の壁面側から氷結し始めるが、前述のように蓋部材部は加熱装置９によって加熱されているから、この部分の水は最後に氷結することになる。したがって、氷の成長は氷結容器２の底部壁面側から徐々に生じ、しかも、未氷結の水には微振動が付与されるので、氷結容器２内の水の氷結は、氷結容器２の上部を除いて、氷結容器２底部及び側部から蓋部材の存在する上部へと進行する。
【００４６】
これに対して、本発明の装置を使用しない場合には、水面を含む上部と氷結容器２の壁面とから未氷結の水の周りを囲むようにして氷結が始まり、徐々に内部へ向かって氷結が進行する。このため、内部に閉じ込められた未氷結の水の氷結が始まると、この時の氷の体積膨張に伴う内部応力に起因してひび、割れなどの欠陥が生じる。しかしながら、本発明では、既に述べたような理由から、氷結時に未氷結の水が上方へ自由に移動することができるために、水が氷に相変化する際の体積膨張に伴う内部応力が低減され、ひび、割れなどの欠陥が生じるのを防止することができる。
【００４７】
もちろん、このようにして氷結容器２内の水を氷結処理することは、氷結する水の中に溶解されていた空気が未氷結の水中へ気泡化しながら、気泡化した空気を含む水を最後に氷結することによって、埋包材である氷中の気泡をなくすという点でも極めて効果的である。そうすると、繊維束３の周辺に溶在気体が気泡となって氷結されるために、これを切削刃によって切削して、例えば、０．１ｍｍ以下の繊維長を有する極短繊維をミスカットもなく歩留まり良く大量生産することが可能となる。
【００４８】
以上に述べたように、本発明においては、氷結容器２の上方と下方間で一定の温度勾配を持たせた状態でこの氷結容器２中の水に微振動を付与したり、毎分５０回転で攪拌したりしながら氷結させることが好ましい実施態様である。このとき、例えば、氷結容器２の底部及び側面部の温度を−１℃〜−２０℃に冷却し、氷結容器２の上部（蓋部材部）の温度を０℃〜５℃に加熱しておくことが好ましい。そして、これによって、氷結容器２の底部および側面部は所定の低温に保持され、上部は所定の高い温度に保持される結果、水は氷結容器２の底部より上方に向かって氷結するので、気泡化した空気は氷結容器２内に閉じ込められることがなくなる。
【００４９】
その際、氷結容器２内の水は微振動発生装置１０などによって常時動かされるので、氷結し始めた氷に捕捉されようとする気泡がはじかれて未氷結の水中に戻される。このため、最終的に無気泡で透明な氷によって埋包処理された繊維束３ができあがる。なお、前述した温度勾配について、氷結容器２の底部を冷却する温度を−１℃〜−２０℃（好ましくは、−２℃〜−５℃）としたのは、これより高い温度では温度勾配が緩やかになり過ぎ、氷結容器２の底部から氷結しないためである。また、蓋部材を兼ねる減圧室５を加熱して、この部分の水温を０℃〜５℃（好ましくは、０℃から２℃）としたのは、これより低い温度に保てば氷結容器２の上部より氷結し始めて、気泡が上部へ逃げられなくなるためである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の極短繊維製造用繊維束の氷結処理方法とその装置によれば、氷結処理した繊維束の内部に気泡がほとんど存在しない氷結繊維束を製造することができる。このために、このように氷結処理した繊維束の端部を切削して極短繊維を製造する際に、ミスカットなく大量に歩留まり良く、例えば０．１ｍｍ以下の繊維長を有する極短繊維を製造できる氷結繊維束の製造方法と製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の極短繊維製造用繊維束の氷結処理装置の一実施形態例を模式的に示した概略の装置構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１：凍結処理製造専用冷凍装置
２：氷結容器
３：繊維束
４：固定具
５：減圧室（蓋部材）
６：気液分離器
８：排気装置
９：加熱装置
１０：微振動発生装置
１１：制御装置
【図１】
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