(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、
紡糸口金の下に位置するように設けられた第１段ガス入口チャンバおよび第１段ガス入口チャンバの下に配置された第２段ガス入口チャンバであって、前記フィラメントの温度を制御するために該フィラメントにガスを供給する第１段および第２段ガス入口チャンバと、
前記フィラメントが冷却されるときに該フィラメントを取り囲む、前記第２段ガス入口チャンバの下に配置された管とを含み、前記管が、絞り部分を有してその後に拡散部分が続く内壁と、
前記第１段ガス入口チャンバと第２段ガス入口チャンバとの間に形成されている第１段絞り部分と、を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸方法であって、
加熱されたポリマー溶融体を紡糸口金に通してフィラメントを形成すること、
紡糸口金の下に配置された第１段ガス入口チャンバから前記フィラメントにガスを供給すること、
第２段ガス入口チャンバから前記フィラメントにガスを供給すること、
前記第１段ガス入口チャンバと第２段ガス入口チャンバとの間に形成されている第１段絞り部分に前記第１段ガス入口チャンバから供給されたガスと共に前記フィラメントを通すこと、
前記第２段ガス入口チャンバの下に配置され絞り部分を有しその後に拡散部分が続く内壁を持つ管に、前記フィラメントを通すこと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、１９９９年４月１５日に出願された仮出願第６０／１２９，４１２号の優先権を主張し、その全体を参照により併合するものである。
【０００２】
（発明の背景）
本発明は、ポリマーフィラメントを、高速で、例えばポリエステルフィラメントの場合には１分当たり３，５００メートル（ｍｐｍ）を超える速度で、溶融紡糸するための、方法および装置に関する。
【０００３】
ポリエステルなどのほとんどの合成ポリマーフィラメントは溶融紡糸される、すなわち加熱されたポリマー溶融体から押し出される。現行のプロセスでは、新たに押し出された溶融フィラメントの流れが紡糸口金から出て来た後、その流れを冷却ガス流により急冷して、その硬化を促進させている。次いで、その流れを巻き取って連続フィラメント糸のパッケージを形成するか、または別の方法で加工し、例えば一束の平行連続フィラメント、例えば連続フィラメントのトウとして加工を行って、これを例えばステープルに変換するか、または別の方法で加工することができる。
【０００４】
ポリエステルなどのポリマーフィラメントは直接調製できることが、すなわち、紡糸したままの状態で全く延伸する必要なく５ｋｍ／分程度またはそれ以上の高速で紡糸することによって直接調製できることが、長い間知られてきた。Ｈｅｂｅｌｅｒは、このことをポリエステルに関して米国特許第２，６０４，６６７号に開示した。さらに、紡糸装置における溶融フィラメントの冷却、または急冷が、非常に注目されている。一般にはＷＯ０００５４３９、ＷＯ９５１５４０９、ＥＰ０３３４６０４、ＪＰ６２１８４１０７、およびＪＰ６０２４６８０７を参照されたい。
【０００５】
本質的に２つの基本的なタイプの急冷システムが商用として一般に使用されてきた。直交流急冷が商用として好まれ使用されてきた。直交流急冷では、新たに押し出されたフィラメントアレイの一方の側から横切るように冷却ガスを吹き込むことが必要である。この直交流の空気のほとんどは、フィラメントアレイを通過してその他方の側から出ていく。しかし、様々な要因によってその空気の一部がフィラメントに混入され、フィラメントと共に、従動型で通常は各紡糸位置のベースにあるプーラーロールに向かって下方に運ばれる可能性がある。プーラーロールの速度（「引出し速度」とも呼ばれ、ときどき紡糸速度と呼ばれる）が速くなるにつれて、直交流が一般に多くの繊維工業の会社に好まれてきたが、それは、「直交流急冷」が、速度または処理量の増大により必要とされる大量の冷却ガスを吹き込むための最良の方法を提供すると考えられていたからである。
【０００６】
別のタイプの急冷は、「ラジアル急冷」と呼ばれ、例えば、Ｋｎｏｘによる米国特許第４，１５６，０７１号やＣｏｌｌｉｎｓ他の米国特許第５，２５０，２４５号および第５，２８８，５５３号に開示されているように、何種類かのポリマーフィラメントを商業的に製造する際に使用されてきた。このタイプの「ラジアル急冷」では、冷却ガスが、新たに押し出されたフィラメントアレイを取り囲む急冷スクリーンシステムを通して、内側に向けられる。このような冷却ガスは、通常、急冷装置から出てフィラメントと共に通り過ぎて行くことによって、急冷システムから離れる。フィラメントアレイが円形である場合には「ラジアル急冷」という用語が適切であるが、これと同じシステムは、フィラメントアレイが円形ではない場合、例えば長方形や楕円形や別の形である場合でも、冷却ガスがフィラメントアレイの方に内側に向かうように、それ相応に成形された周囲システムによって、本質的に同様に作動させることができる。
【０００７】
１９８０年代に、ＶａｓｓｉｌａｔｏｓおよびＳｚｅはポリマーフィラメントの高速紡糸にかなりの改善を加え、これらおよびその結果改善されたフィラメントについて、米国特許第４，６８７，６１０号、第４，６９１，００３号、第５，１４１，７００号、および第５，０３４，１８２号に開示した。これらの特許はガス管理技法について述べているが、この技法は、ガスが、新たに押し出されたフィラメントを取り囲んで、その温度および減衰プロフィルを制御するというものである。これらの特許は高速紡糸の分野における画期的な成功について述べているが、引出し速度を増すことによって、少なくとも同等かまたはそれよりも改善された糸の性質を維持しながら糸を紡糸する生産性を増大させることが、引き続き望まれている。
【０００８】
（発明の概要）
これらのニーズによれば、ポリマーフィラメントを紡糸するための方法および装置が提供される。
【０００９】
本発明の一態様によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、
紡糸口金の下に位置するように設けられた第１段ガス入口チャンバおよびこの第１段ガス入口チャンバの下に配置された第２段ガス入口チャンバであって、前記フィラメントの温度を制御するためにフィラメントにガスを供給するこれら第１および第２段ガス入口チャンバと、
前記フィラメントが冷却されるときにこのフィラメントを取り囲む前記第２段ガス入口チャンバの下に配置された管であって、絞り部分を有し、その後に拡散部分が続く内壁を有する管と
を含む装置が提供される。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、
紡糸口金の下に位置するように設けられたハウジングと、
このハウジングの内壁にそれぞれ形成された第１段チャンバおよび第２段チャンバと、
前記第１段チャンバにガスを供給するための第１段ガス入口と、
前記第２段チャンバにガスを供給するための第２段ガス入口と、
前記第１段チャンバと第２段チャンバとを分離するために、前記第１段チャンバの下部の前記内壁に取り付けられた壁と、
前記第１段チャンバ内の中央に設置された急冷スクリーンであって、加圧ガスが前記第１段ガス入口から前記第１段チャンバを通って該急冷スクリーンの内壁に形成された領域へ内側に向かって吹き込まれるように当該装置が設けられている急冷スクリーンと、
前記急冷スクリーンの下の、前記第１段ガス入口と前記第２段ガス入口の間に配置された内壁と、
前記内壁の内側に形成された第１段絞り部分と、
前記第１段絞り部分の下の、前記第１段ガス入口と前記第２段ガス入口との間に配置された多孔管であって、前記第２段チャンバ内の中央に配置された多孔管と、
前記多孔管の下に配置された内壁と、
前記内壁の内側に配置された管であって、前記第２段チャンバ内に配置された第２段絞り部分および前記第２段チャンバの出口に配置された拡散部分を有する内壁面を持つ管と、
任意選択で、前記管の出口に配置された多孔壁を有する絞り錐体と、
を含む装置が提供される。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸方法であって、加熱されたポリマー溶融体を紡糸口金に通してフィラメントを形成すること、第１段の前記紡糸口金の下に配置されたガス入口チャンバから前記フィラメントにガスを供給すること、第２段のガス入口チャンバから前記フィラメントにガスを供給すること、前記ガス入口チャンバの下に配置され第１絞り部分を有する内壁を持つ管に前記フィラメントを移動させること、およびこの管に前記フィラメントを通すことを含む方法が提供される。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、前記フィラメントを取り囲む管と、紡糸口金の下に位置するように設けられ、前記フィラメントの温度を制御するために該フィラメントにガスを供給し、当該装置からの空気を除去するように設けられた少なくとも１つの排気段をさらに含む２つまたはそれ以上のガス入口チャンバとを含む装置が提供される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸方法であって、
加熱されたポリマー溶融体を紡糸口金に通してフィラメントを形成すること、
第１段の前記紡糸口金の下に配置されたガス入口チャンバから前記フィラメントにガスを供給すること、
前記第１段の下に配置された少なくとも１つのガス排気チャンバからガスを抜くための手段を提供すること、
前記ガス入口チャンバの下に配置され空気の速度を増大させる第１絞り部分を有する内壁を持つ管に、前記フィラメントを通すこと、および
前記フィラメントを前記管から出すこと、
を含む方法が提供される。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、前記フィラメントを取り囲む管と、紡糸口金の下に位置するように設けられた１つまたは複数のガス入口であって、少なくとも１つの入口が、前記フィラメントの温度を制御するために大気圧よりも高い圧力で前記フィラメントにガスを供給する手段を含むガス入口と、ガスを除去する真空排気部とを含む装置が提供される。
【００１５】
本発明の別の態様では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、ガス入口チャンバの下に配置され前記フィラメントが冷えているときにこのフィラメントを取り囲む管であって、ガスを加速させるための絞り部分と、その後に続く拡散部分を含む内壁を持つ管を有する装置がさらに提供される。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、
紡糸口金の下に位置するように設けられたハウジングと、
前記ハウジングの内壁にそれぞれ形成された第１段チャンバ、第２段チャンバ、および第３段チャンバと、
前記第１段チャンバにガスを供給するための第１段のガス入口と、
前記第２段チャンバにガスを供給または該第２段チャンバからガスを排気するための第２段ガス入口と、
前記第３段チャンバにガスを供給するための第３段のガス入口と、
前記段の少なくとも１つ、または前記第３段の後の、ガスを加速させるための絞り部分と、
を含む装置がさらに提供される。
【００１７】
本発明の一実施形態では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、
紡糸口金の下に位置するように設けられ、前記フィラメントの温度を制御するために該フィラメントにガスを供給する２つまたはそれ以上のガス入口チャンバと、
前記入口チャンバの１つまたは複数にガスを供給するための少なくとも１つのガス入口と、
前記入口チャンバを分離する少なくとも１つの多孔環状板と、
前記フィラメントが冷えているときにこのフィラメントを取り囲む管であって、絞り部分を有し、任意選択でその後に拡散部分が続く内壁を持つ管と、
を有する装置も提供される。
【００１８】
本発明の一態様では、溶融紡糸ポリエステルフィラメントを冷却するための方法であって、少なくとも２つの段で前記フィラメントに冷却ガスを供給すること、およびこれらの段と段との間でガスを加速させることを含む方法も提供される。
【００１９】
本発明の別の態様では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、前記フィラメントを取り囲む管であって、孔が空けられた拡散部分を有する管と、１つまたは複数のガス入口とを含む装置が提供される。
【００２０】
本発明の別の態様では、連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、前記フィラメントを取り囲む管と、１つまたは複数のガス入口と、少なくとも１つの前記入口に大気圧を超える圧力のガスを導入する手段と、少なくとも１つの前記入口に周囲空気を導入する手段とを含む装置が提供される。
【００２１】
本発明の別の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２２】
（例示する実施形態の詳細な説明）
本発明は、フィラメントの速度が速くなるように冷却ガスを管理することが可能であり、それによって生産性が高まると同時に製品特性が維持されまたは改善される装置および方法を提供する。さらに、この方法では、使用される空気を従来のプロセスよりも少なくすることができ、それによって、より多くの空気が必要とされる場合よりも費用が削減される。
【００２３】
対照として使用される急冷システムおよびプロセスは従来のラジアル急冷システムであり、これについて図面の図１を参照しながら述べる。対照として使用されるラジアル急冷システムは、ガス供給入口８を通して吹き込まれる冷却ガスで加圧される環状冷却ガス供給チャンバ５を形成する円筒形ハウジング７を含む。環状冷却ガス供給チャンバ５は、底壁１と、中央に配置された円筒形内壁１０と、内壁の頂上に配置された１つまたは複数の部品を含む同じ直径の円筒形急冷スクリーンアセンブリ１１によって形成される。急冷スクリーンアセンブリ１１は、金網スクリーンの周りに多孔管を含むことが好ましく（図示せず）、それによって均等な空気流および分布が容易になる。加圧された冷却ガス（空気や窒素、その他のガスなど）は、急冷スクリーンアセンブリ１１を通して環状チャンバ５から紡糸口金１３の下の領域１２に均一に供給され、そこで紡糸口金１３から押し出されたフィラメントのアレイ１４が冷却し始める。紡糸口金１３はハウジング７に対して中央に位置付けられており、ハウジング７が接するポンプブロック（紡糸ブロックまたは紡糸ビームとも呼ばれる）の底面２２と同一平面に、またはその底面２２に凹所形成することができる。フィラメント１４は、領域１２を通り抜け、急冷ユニットを出て環状排気シリンダ１５（排気管とも呼ばれる）を通過し、プーラロール４へと下がるが、その表面速度はフィラメント１４の引出し速度で表されるものである。
【００２４】
以下の対照急冷器の寸法を図１に示し、実施例１で具体的に述べる。
Ａ  −  急冷ディレイの高さは、紡糸口金面とポンプブロック底面２２との距離である。
Ｂ  −  急冷スクリーンの高さは、円筒形急冷スクリーンアセンブリ１１の鉛直高さである。
Ｃ  −  排気管の高さは、急冷スクリーンアセンブリ１１を通過した後に急冷器をフィラメント１４が通過していく管の高さである。
Ｄ  −  急冷スクリーンの直径は、急冷スクリーンアセンブリの内径である。
Ｄ１  −  排気管の直径は、排気管の内径である。
【００２５】
本発明によれば、ポリマーフィラメントを紡糸するための方法および装置が提供される。一般に、ガスは、１つまたは複数の段の１つまたは複数の入口を経て装置に導入される。このガスは、段の内部を下方に流れるときに一緒になる。次いで、ガスは、出口管または壁を経て装置から排出される。若干のガスが１つまたは複数の排気段を通してシステムから出る可能性があり、新たなガスを後続のガス入口を経て追加することができる。図２に、例示的なシステムを示す。図２には、本発明による二段急冷システムを示す。本発明の方法について、以下に述べる装置の動作に関連して記述する。このシステムは、紡糸口金１１３の下に位置付けられるように適合された外部円筒形ハウジング１０７など、図１と同様の要素を含む。紡糸口金１１３はハウジング１０７に対して中央に位置付けられており、図２に示すように、ハウジング１０７が接するポンプブロック底面１２２に凹所形成されている。
【００２６】
しかし、例えば、図２に示す本発明は、２つの段と、空気を加速するための絞り部分１１６と、管１１９内の絞り拡散部分とを含んでおり、その点で本発明による急冷システムおよび方法は図１に示す対照とは異なっている。第１段チャンバ１０５および第２段チャンバ１０６は、それぞれ、ハウジング１０７の円筒形内壁内に形成されている。第１段チャンバ１０５は、紡糸口金１１３の下に位置付するように設けられ、ガスをフィラメント１１４に供給してこのフィラメント１１４の温度を制御する。第２段チャンバ１０６は、第１段ガス入口１０８と、第１ガス流入口１０８の下に配置された管１１９との間に配置され、フィラメントが冷却されるときにこのフィラメントを取り囲む。第１段チャンバ１０５の底部で円筒形内壁１０３に取着されている環状壁１０２は、第１段チャンバ１０５と第２段チャンバ１０６を分離する。しかし、図１１に示すように、本発明の装置では、単一のガス入口を備える１つまたは複数のチャンバであってもよい。ガス入口の数に変更を加えて、ガス流の制御に融通性を持たせることができる。第１段ガス入口１０８は、第１段チャンバ１０５にガスを供給する。同様に、第２段ガス入口１０９は、第２段チャンバ１０６にガスを供給する。冷却媒質としては、どのようなガスも使用することができる。冷却ガスとしては、特にポリエステルを加工する場合は他のガスよりも安価であるという理由で空気が好ましいが、特に高温で新たに押し出されるとき、ポリマーフィラメントが感受性の高い性質であるという理由で望まれる場合には、例えば、水蒸気や窒素などの不活性ガスといったその他のガスを使用することができる。各段に流れる冷却ガスは、加圧した冷却ガスを、入口１０８および１０９のそれぞれを通して供給することによって、独立に調節することができる。
【００２７】
図１に示す円筒形急冷スクリーンアセンブリ１１１は、１つまたは複数の部品、好ましくは円筒形多孔管およびワイヤスクリーン管を含むものであり、第１段チャンバ１０５の中央に設置されている。本発明の全ての実施形態で、「多孔管」は、段の内部にガス流を半径方向に分布させるための手段である。金網スクリーン、電気腐食スクリーン、または、金網スクリーンおよび多孔管からなるスクリーンアセンブリを使用することができる。加圧した冷却ガスは、第１段入口１０８から第１段チャンバ１０５および円筒形急冷スクリーンアセンブリ１１１を通り、紡糸口金１１３の下の、円筒形急冷スクリーンアセンブリ１１１の円筒形内壁内に形成された領域１１２へと、内側に向かって吹き込まれる。紡糸口金の孔（図示せず）を通って押し出された後、一束の溶融フィラメント１１４は領域１１２を通過し、そこでフィラメント１１４は冷却し始める。内壁１０３は、円筒形急冷スクリーンアセンブリ１１１の下であって第１段ガス入口１０８と第２段ガス入口１０９の間に配置される。第１段絞り部分１１６は、ハウジング１０７の内側に形成され、より具体的には内壁１０３の内側の壁であって、第１段ガス入口１０８と第２段ガス入口１０９の間に形成される。絞り部分は、空気の速度が加速されるように、本発明の装置の任意の部分に位置付けることができる。絞り部分は、所望のガス管理を実現するために、管内を上下に移動することができる。そのような絞り部分を、１つまたは複数設けることができる。フィラメント１１４は、領域１１２から急冷システムの第１段を出て内壁１０３の短い管状部分を通った後、第１段絞り部分１１６を第１段冷却ガスと共に通過するが、これはフィラメント１１４が冷却されるにつれてフィラメントの移動方向で加速する。
【００２８】
円筒形多孔管１１７は、第１段絞り部分１１６の下であって第１段ガス入口１０８と第２段ガス入口１０９の間に配置される。円筒形多孔管１１７は、第２段チャンバ１０６内の中央に位置付けられている。しかし、多孔管は、フィラメントに所望のガスが供給されるよう望み通りに位置付けることができる。例えば、第２段ガス入口の下で、円筒形内壁１１８を円筒形多孔管１１７の下に位置付ける。冷却ガスの第２の供給は、第２段供給入口１０９から、ガスを円筒形多孔管１１７に通すことによって行われる。第１段絞り部分１１６と第２段絞り部分１２６の間には、それぞれ、入口径Ｄ３、出口径Ｄ４、および高さＬ２の絞り部分１１６の内壁によって、管状部分１２５が形成されている。管状部分１２５および絞り部分１１６は単一部片として形成することができ、または例えばねじ切りなどによって一緒に接続された別個の部片として形成することができる。
【００２９】
管状部分１２５は、図２に示すように真っ直ぐでもよく、または図４に示すようにテーパ状でもよい。直径Ｄ２とＤ４の比は、一般にＤ４／Ｄ２＜０．７５であり、好ましくはＤ４／Ｄ２＜０．５である。このような比を使用することによって、冷却空気の速度を速くすることができる。第２段冷却ガスは、第１絞り部分１１６の管状部分１２５の出口と紡糸管１１９の入口とによって作り出された直径がＤ５の、第２段絞り部分入口を通過する。紡糸管という用語は、絞り拡散用配置構成を有する装置のその部分を指すのに使用する。管の最後の部分はそのような配置構成を有することが好ましい。紡糸管１１９の上端は、円筒形内壁１１８の内面に位置付けられる。
【００３０】
長さがＬ３で出口径がＤ６の第２段絞り部分１２６が管１１９の内壁に形成され、その後に、やはり管１１９の内壁に形成されて管１１９の端部まで延在する長さがＬ４で出口径がＤ７の拡散部分１２７が続く。フィラメント１１４は、出口径Ｄ７を通って管１１９を離れ、ロール１０４に巻き取られるが、この表面速度はフィラメント１１４の引出し速度で表されるものである。この速度は望み通りに変更することができる。ロールは、５００ｍｐｍよりも速い表面速度で駆動されることが好ましく、ポリエステルの場合は３，５００ｍｐｍよりも速い表面速度であることが好ましい。第１段および第２段のガスが一緒になったときの平均速度は、第２段絞り部分１２６のフィラメントの移動方向で速くなり、次いで冷却ガスが拡散部分１２７内を移動するにつれて遅くなる。第２段冷却ガスは、第２段絞り部分１２６内で第１段冷却ガスと一緒になって、フィラメントの冷却を補助する。冷却ガスの温度と入口１０８および１０９への流れは、独立に制御することができる。
【００３１】
紡糸管１１９の出口には、多孔壁を有する任意選択の絞りスクリーン１２０またはディフューザ錐体を位置付けることができる。冷却ガスは、ディフューザ錐体１２０の多孔壁を通って排出することができ、それによって出口ガス速度が低下し、フィラメントの経路に沿った乱流が減少する。その他の図は、乱流が減少するような、出口ガスを排出する代替の手段を例示している。フィラメント１１４は、絞りスクリーン１２０の出口ノズル１２３を通って紡糸管１１９を離れることができ、そこからロール１０４で巻き取ることができる。
【００３２】
図１で定義された高さの寸法ＡおよびＢの他、本発明による好ましい急冷器は以下の寸法を有する。
Ｌ１  −  第１段絞り部分の長さ
Ｌ２  −  第１段管の長さ
Ｄ２  −  第１段絞り部分入口径
Ｌ３  −  第２段絞り部分の長さ
Ｄ３  −  第１段絞り部分の管状部分入口径
Ｄ４  −  第１段絞り部分の管状部分出口径
Ｌ４  −  第２段絞り部分の長さ
Ｄ５  −  第２段絞り部分入口径
Ｄ６  −  第２段絞り部分出口径
Ｄ７  −  第２段拡散部分出口径
Ｌ５  −  任意選択の絞りスクリーンの長さ
【００３３】
図２に例示する装置は二段装置であるが、管１１９の出口に配置された任意選択の絞りスクリーン１２０は、任意の多段装置と同様に一段式のものにも利用可能である。さらに、図２に示す管１１９の出口の前にある絞り部分１１６および１２６は、管１１９の内部の絞り（１２６）／拡散（１２７）配置構成と同様に、任意の多段装置または一段式装置に利用することができる。本発明は、二段装置に限定されない。ガスは、大気圧かまたはそれよりも高い圧力で、１０８および１０９に独立に導入することができる。また、ガスが１０８に吸引されるように、ガスを大気圧よりも高い圧力で強制的にガス入口１０９に入れることができる。１０８および１０９には同じかまたは異なるガスを追加することができる。
【００３４】
図２のディレイ（Ａ）は、加熱されていないディレイでも加熱されたディレイでもよい。加熱されたディレイ（しばしばアニーラ（ａｎｎｅａｌｅｒ）と呼ばれる）が使用される。ディレイの長さおよび温度は、フィラメントの所望の冷却速度が得られるように様々に変えることができる。
【００３５】
本発明の全ての実施形態では、ロール２０４に加えて、またはロール２０４の代わりに、任意の所望のタイプの巻取りを使用することができると考えられる。例えば、連続フィラメント糸の場合、Ｋｎｏｘにより米国特許第４，１５６，０７１号に示されるように、その中で示されるインターレース処理を行う３本ロール巻取りシステムを使用することができ、または、例えば、図３に示すように、糸をインターレス処理して、次いで第１従動ロール２０４でパッケージとして巻き取るいわゆるゴデットレスシステムを使用することができ、または、例えば、インターレース処理も巻取りもなされていないフィラメントを一束の平行な連続フィラメントとして通過させてトウとして加工することができ、この場合、そのようないくつかの束は、一般にトウとして加工するために一まとめにされるものである。
【００３６】
図３を参照すると、本発明による三段急冷システムが示されている。図中、矢印は、ガス流の方向を示す。図１に示す二段急冷システムと同様に、このシステムは、紡糸口金２１３の下に位置付けられるように適合された外部円筒形ハウジング２０７と、一般に１つまたは複数の部品を含む円筒形急冷スクリーンアセンブリ２１１とを含む。第１段チャンバ２０５、および第２段チャンバ２０６は、それぞれハウジングの円筒形内壁内に形成されている。
【００３７】
第１段チャンバ２０５は、紡糸口金２１３の下に位置付けられるように適合され、ガスをフィラメント２１４に供給して、フィラメント２１４の温度を制御する。第２段チャンバ２０６は、第１段チャンバ２０５の下に位置付けられる。図３の多段システムは、ハウジングの円筒形内壁内に形成された第２段チャンバ２０６の下に配置された第３段チャンバ２３０をさらに含む。
【００３８】
図２と同様に、第１段チャンバ２０５の下部で円筒形内壁２０３に取着されている環状壁２０２は、第１段チャンバ２０５と第２段チャンバ２０６を分離する。さらに、図３では、第２段チャンバ２０６の下部で第２円筒形内壁２３３に第２環状壁２３２が取着され、第２段チャンバ２０６と第３段チャンバ２３０を分離している。
【００３９】
第１段ガス入口２０８は第１段チャンバ２０５にガスを供給し、第２段ガス入口２０９は第２段チャンバ２０６にガスを供給し、第３段ガス入口２３１は第３段チャンバ２３０にガスを供給する。第２段チャンバ２０６の第１段絞り部分２１６の下には、円筒形多孔管２１７が配置されている。第２段絞り部分２３５と第３段絞り部分２３６の間には、別の円筒形多孔管２４８が配置されている。各段に流れる冷却ガスは、これらの入口を通して加圧した冷却ガスを供給することにより、独立に調節することができる。
【００４０】
図３では、連続的に絞る第１段絞り部分２１６が、第１段ガス入口２０８と第３段ガス入口２３１の間に形成されている。絞り部分の出口に真っ直ぐな管を有する第２段絞り部分２３５は、第２段ガス入口２０９と底壁２０１の間に形成されている。絞り部分２３６、次いで拡散部分２２７を含む管２１９は、第３段入口２３１から延在している。管２１９の上端は、円筒形内壁２１８の内面に位置付けられている。入口径がＤ５′であり出口径がＤ６′である長さＬ６の第３段絞り部分２３６が管２１９の内壁に形成され、その後に、やはり管２１９の内壁に形成されて管２１９の端部に延びる、長さＬ７の拡散部分２２７が続いている。図２に示す実施形態と同様に、フィラメント２１４は出口ノズル２２３を通って管２１９を離れ、ロール２０４で巻き取られる。図３には、上述の任意選択の絞りスクリーンまたは多孔排気ディフューザ錐体２２０も示されている。
【００４１】
本発明の装置の全ての実施形態は、図３に示すように、仕上げ用アプリケータ２３８およびインターレースジェット２３９を含むこともできる。急冷システムを離れた後のフィラメント２１４は、ロール２０４へと流下し続ける。ロール２０４は、フィラメント２１４を頭部紡糸口金からその経路に引き入れ、したがってフィラメントのロール２０４での速度はロール２０４の表面速度と同じになるが、この速度は引出し速度と呼ばれている。従来のように、仕上げは、フィラメントがロール２０４に到達する前に、仕上げ用アプリケータ２３８によって中実フィラメント２１４に対して行うことができる。
【００４２】
本発明は、部分延伸糸（ＰＯＹ）、高延伸糸（ＨＯＹ）、および全延伸糸（ＦＤＹ）のフィラメント糸プロセスに適用される。ＰＯＹおよびＨＯＹプロセスでは、フィラメント糸は引出し速度と本質的に同じ速度で巻き上げられる。ＦＤＹプロセスでは、糸は引き出された後に機械的に延伸され、引出し速度のＸ倍近くで巻き上げられるが、この場合Ｘは延伸比である。
【００４３】
図３に示すように、三段式を使用することによってガスをより良好に制御することが可能になり、かつ冷却により融通性を持たせることが可能になるので有利であると考えられる。
【００４４】
図４は、本発明による多段急冷システムを示す。図４のシステムは図２のシステムと同様であるが、２つの排気段をさらに含んでいる。図４の多段急冷システムは、図３の三段急冷システムのように、紡糸口金３１３の下に位置付けられるように適合されかつ図３に示す３つの段２０５、２０６、および２３０と同様の３つの段３０５、３０６、および３３０を有する外部円筒形ハウジング３０７を含む。しかし、変更が加えられた図４の急冷システムは、図３に示す第２段ガス入口２０９の代わりに第２段３０６を第１排気段３０９として使用する点が、図３のシステムとは異なっている。図４の急冷システムは、第２排気段３４２を収容する第４段チャンバ３４１をさらに含む。第４段チャンバ３４１は、第３段チャンバ３３０の下に位置付けられ、これは第２段３０６と同様のものである。図４は、入口および排気部の特定の配置構成について述べているが、入口および排気段の位置および数は、冷却ガスを望み通りに制御できるように様々に変えることができる。
【００４５】
ガスは、任意の所望の手法でシステムに導入することができる。一般に、第１ガス入口３０８は第１段チャンバ３０５にガスを供給し、第２ガス入口３３１は第３段チャンバ３３０にガスを供給する。第１段チャンバは、１つまたは複数の部品を有する円筒形急冷スクリーンアセンブリ３１１をさらに含む。第１排気段３０９および第２排気段３４２によって、第２段チャンバ３０６および第４段チャンバ３４１にはシステム排気部がそれぞれ設けられる。第２段３０６内の、第１絞り部分３１６の下でありかつ第１ガス入口３０８の下には、円筒形多孔管３１７が配置されている。テーパ状端部３５０を有する第２絞り部分３３５と第３絞り部分３４０の間には、別の円筒形多孔管３４８が配置されている。第３絞り部分３４０と管３１９の間には、第３円筒形多孔管３４９が配置されている。図４のシステムの各チャンバに流れる冷却ガスは、入口を通して加圧された冷却ガスを供給することにより、独立に調節することもできる。
【００４６】
ガスは、任意の所望の手法でシステムから排気することができる。一般に、真空または自然／大気圧を使用する。例えば、この排気部によれば、大気圧でガスを大気中に単に放出することができ、または真空を使用することによってガスを除去することができる。排気部によって高温の空気が除去され、またこの排気部はフィラメントの冷却速度を制御するために使用される。
【００４７】
図４は、例えば図２に示す最後の段に、絞り拡散部分を任意選択で含むことができると考えられる。管３１９のの上端は、円筒形内壁３１８の内面に位置付けられている。あるいは管３１９は、図１に示す排気管のような真っ直ぐな管でよい。図２に示す実施形態と同様に、フィラメント３１４は管３１９を離れ、任意の所望の手法でロール３０４に巻き取られる。
【００４８】
ガスは、任意の手段によりガス入口３０８および３３１を介してシステムに導入することができ、大気圧にまたは加圧することができる。供給と排気は望み通りに構成され、例えば、交互に行われる。一実施形態では、３０８を通して新たな急冷空気を供給する。次いで、第２段チャンバ３０６を使用して、第１段チャンバ３０５から熱風の一部を除去する。除去される熱風の速度は、第１排気段３０９の圧力によって、かつ／または第２段チャンバ３０６内の円筒形多孔管３１７の流動領域を適正に寸法決めすることによって（第２絞り部分３３５の出口の流動領域に対して）、積極的に制御することができる。第２段チャンバ３０６内で熱風の一部を除去した後、必要に応じてより新しい急冷空気を第３段チャンバ３３０に供給する。
【００４９】
第４段チャンバ３４１では、熱風の一部が第２段チャンバ３０６の場合と同様の手法で再び除去される。これは、主に、スレッドラインの移動方向における全体的な急冷空気流を減少させることによって、すなわち急冷出口での著しい乱流および大規模な蛇行を減少させることによって、スレッドラインの安定性／均一性が改善されるように行われる。
【００５０】
図５は、図３の別の実施形態を示し、図３と同様の要素については２００番台の同じ参照番号で示し、図３に見られない要素については新たな４００番台の参照番号で示す。図５に示す多段システムは、第２段チャンバ４０６に排気部４０９を備える。図５のシステムは、図３の三段システムと同様に、２つの絞り部分４１６および４３５と、絞り、次いで拡散する管４１９と、出口にある任意選択の絞りスクリーン４２０を含む。第１ガス入口４０８は、第１段チャンバ４０５にガスを供給する。第２ガス入口２０９の代わりに排気段４０９を使用し、第２段チャンバ４０６からガスを除去する。第３段チャンバ４３０は、この第３段チャンバ４３０にガスを供給する第２ガス入口４３１を含む。各段に流れ、各段から出て行く冷却ガスは、これらの入口を通して冷却ガスを供給することにより、独立に調節することができる。
【００５１】
排気部４０９は、図４の排気部と同様でよい。この場合も、全ての図と同様に、ガスに所望の速度が与えられるように拡散部分の位置を様々に変えることができる。また、図５では絞り部分を必要とせず、したがって管は真っ直ぐな管でよい。
【００５２】
図３で論じた実施形態と同様に、ガスは、任意の手段によってガス入口４０８および４３１を介してシステムに導入することができ、このガスは大気圧でも加圧されたものでもよい。供給と排気は交互にすることができる。本発明の一実施形態で、新たな急冷空気は通常通りに供給される。次いで第２段チャンバ４０６を使用して、第１段チャンバ４０５からの熱風の一部を除去する。除去される熱風の速度は、第１排気段４０９の圧力によって、かつ／または第２段チャンバ４０６内の円筒形多孔管２１７の流動領域を適正に寸法決めすることによって（第２絞り部分４３５の出口の流動領域に対して）、積極的に制御することができる。第２段チャンバ４０６内で熱風の一部を除去した後、必要に応じてより新しい急冷空気を第３段チャンバ４３０に供給する。
【００５３】
本発明には、本発明の範囲から逸脱することなく変更を加えることができることが、当業者に明らかであるべきである。例えば、図６には、図２の装置のそのような変形例の１つが示されており、図２と同様の要素については１００番台の同じ参照番号で示し、図２に見られない要素については新しい５００番台の参照番号で示している。図６では、任意選択の絞りスクリーン１２０の外側に、真空ボックス５２１を介して適切なレベルの真空がもたらされる。この真空により、ガスは側方に容易に出るようになり、それによって、ガス出口速度およびそれに関連する紡糸ライン方向でのガスの乱流が最小限に抑えられる。真空ボックス５２１は、絞りスクリーン１２０の出口、および真空または吸引アウトレット５４７近くに設置された任意選択の多孔板（図示せず）を、任意選択で含むことができる。孔が空けられていることにより、ガスは静かに出て行くことができる。
【００５４】
図７は、図２の装置の別の変形例を示し、図２と同様の要素については１００番台の同じ参照番号で示し、図２に見られない要素については６００番台の新たな参照番号で示す。この実施形態では、任意選択の絞りスクリーン１２０の代わりに、真空ボックス６２１を介してガスが側方に出ることができるように孔が空けられた直壁管６４５を使用する。
【００５５】
図８および図９は、本発明のその他の実施形態を示す。やはりこれらの図でも、図２と同様の要素については同じ１００番台の参照番号で示すが、その他については７００番台の新たな参照番号で示す。図８は、第１段絞り部分１１６および第２段絞り部分１２６と、Ｄ６を出たガスがその方向を急激に変えることなく緩やかに曲がり易くなるよう湾曲した拡散部片７２７とを有する二段急冷システムを示す。直径がＤ８の直壁管、すなわち、その直径が好ましくはＤ６の少なくとも２倍である直壁管によれば、ガス流の残部が下方に流れて静かに出て行くことが可能である。また、出口ノズル１２３を有する任意選択の絞りスクリーン１２０を備えることもでき、その場合は、ガス流が任意選択の絞りスクリーン１２０を通って下方に流れ、ノズル１２３から出て行くことができる。図９における装置は、任意選択の絞りスクリーン１２０を取り除いて図７と同様の多孔管７２０に代えたこと以外、図８の装置と同じである。
【００５６】
図６〜９の構成には図２の構成と類似の効果があり、すなわち、これらの構成によれば、ガスが側方に出易くなり、それによって、ガス出口速度およびそれに関連する紡糸ライン方向でのガスの乱流が最小限に抑えられる。図６〜９に示される概念は、１つまたは複数のガス入口を備え、任意選択で１つまたは複数の排気部を備える急冷装置に、等しく十分に当てはめることができる。
【００５７】
図１０は、図２の装置の別の変形例を示し、図２と同様の要素については同じ１００番台の参照番号で示し、図２に見られない要素については新たな８００番台の参照番号で示す。図１０に示す本発明は、二段式であり、空気を加速するためのテーパ状絞り部分８１６と、管８１９に設けられた絞り拡散部分を含む。拡散部分８２７の全てまたは一部には孔が空けられており、ガスは、その一部が広がりながら、かつ図６〜９に示すものと同様の効果を実現させながら、排気することが可能になる。
【００５８】
図１１は、図２の装置の別の変形例を示し、図２と同様の要素については同じ１００番台の参照番号で示し、図２に見られない要素については新たな９００番台の参照番号で示す。図１１は、本発明による単一入口二段装置を示す。単一入口二段装置は図２の装置と同様であるが、単一のガス入口を有する。第１段チャンバ１０５および第２段チャンバ１０６は、それぞれハウジング１０７の円筒形内壁内に形成されている。第１段チャンバ１０５は、紡糸口金１１３の下に位置付けられるように適合される。第２段チャンバ１０６は、第１段チャンバ１０５と管１１９の間に位置付けられる。第１段チャンバ１０５の下部で円筒形内壁１０３に取着されている多孔環状壁９０２は、第１段チャンバ１０５と第２段チャンバ１０６を分離する。第２段ガス入口１０９を介して供給されたガスは、第２段チャンバ１０６にガスを供給し、ガスは多孔環状壁９０２を通って第１段チャンバ１０５へと流れる。したがって、第２段ガス入口を通って供給されるガスは、第１段チャンバおよび第２段チャンバの両方でフィラメントにガスを供給する。
【００５９】
図１２は、図３および図４の装置の変形例を示し、図３および図４と同様の要素については同じ２００番台および３００番台の参照番号で示し、図３および図４に見られない要素については新たな１１００番台の参照番号で示す。図１２は、本発明による四段装置を示す。第１段１１０５は大気に通じている。第２段チャンバ１１０６内で空気を加速させると、このチャンバがアスピレータとしての役目をし、ガス流が第１段１１０５内に流れ込んで通って行くようになる。第２段ガス入口１１０８のガス供給は大気圧を超えた圧力状態にある。第１絞り部分１１１６での加速空気速度が速いとアスピレータとしての役目をし、第１段１１０５から周囲（大気）ガスを引き込む。第３段チャンバ１１３０には排気部１１０９が設けられている。したがって、第１段チャンバ１１０５および第２段チャンバ１１０６から熱風の一部を除去するために第３段チャンバ１１３０を使用する。除去される熱風の速度は、排気段１１０９の圧力によって、かつ／または円筒形急冷スクリーンアセンブリ１１１１および／または多孔管１１１７の流動領域を適正に寸法決めすることによって、積極的に制御することができる。ガスは、大気圧または大気圧を超えた圧力で、第４段チャンバ１１４１のガス入口１１３１を介してシステム内にさらに導入される。
【００６０】
図１３は、図４の装置の別の変更例を示し、図４と同様の要素については同じ３００番台の参照番号で示し、図４に見られない要素については新たな１２００番台の参照番号で示す。図１３に示す本発明は、急冷出口に絞り部分１２３６および真っ直ぐな部分１２２７を有する管１２１９を含む。管の真っ直ぐな部分１２２７の直径および長さは、第４段チャンバ３４１で除去される空気の量を制御するため最適な背圧が得られるように、寸法決めすることができる。同様に、絞り部分１２３６は、フィラメントを取り巻く空気にブレーシングおよび安定性をもたらすように、寸法決めすることができる。
【００６１】
図１３では、第１段チャンバ３０５の下部で円筒形内壁３０３に取り付けられた環状壁３０２が、第１段チャンバ３０５と第２段チャンバ３０６を分離する。第１排気段３０９と環状壁３４３の間には、絞り部分の出口にテーパ状または連続的な絞りを有する第１絞り部分１２１６が形成されている。第２段チャンバ３０６の下部で円筒形内壁３３３に取り付けられている別の環状壁３３２は、第２段チャンバ３０６と第３段チャンバ３３０を分離する。第２ガス入口３３１と底壁３０１の間には、第２絞り部分１２３５が形成されている。第３段チャンバ３３０の下部で円筒形内壁３４４に取り付けられている第３環状壁３４３は、第３段チャンバ３３０と第４段チャンバ３４１を分離する。
【００６２】
図６〜１３に示される概念は、１つまたは複数のガス入口と、任意選択で１つまたは複数の排気部を備えた１つまたは複数の段を有する急冷装置に等しく十分に当てはまる。単段式は、１つまたは複数のガス入口、あるいは１つまたは複数のガス排気部、あるいは少なくとも１つの排気部と少なくとも１つの入口の組合せを含むことができる。さらに、本発明は、円形および円筒形の幾何形状に限定されない。例えば、紡糸口金（フィラメント）のアレイが長方形または異形の断面である場合、急冷スクリーン、多孔管、絞りおよび拡散部分は、その断面を長方形または楕円形にすることができる。
【００６３】
本発明は、フィラメントの円形のアレイを取り囲む急冷システムに限定されず、より広く適用することができ、例えば、紡糸口金の下の領域で、新たに押し出された溶融フィラメントの適切に構成されたアレイに冷却ガスを導入する、その他の適切な急冷システムに適用することができる。
【００６４】
上記の記述および以下の事項により、ポリエステルフィラメントの調製の詳細が得られる。しかし、本発明はポリエステルフィラメントにとどまらず、例えばポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィンを含めたその他の溶融紡糸可能なポリマーに適用することができる。ポリマーには、ほんの２、３の例として、コポリマー（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、混合ポリマー（ｍｉｘｅｄ  ｐｏｌｙｍｅｒ）、ブレンド、鎖分枝状ポリマーが含まれる。また、合成ポリマーは、一般に、溶融紡糸されたままの（押し出されたままの）連続ポリマーフィラメントの形として初めに調製されるが、フィラメントという用語は総称として使用され、カットされた繊維（しばしばステープルと呼ばれる）を必ずしも除外するとは限らない。フィラメントの速度は、使用されるポリマーによって異なる。しかし本発明の装置は、従来のシステムよりも速い速度で使用することができる。
【００６５】
（実施例）
次に、以下の非限定的な実施例によって、本発明を例示する。図１の従来のラジアル急冷システムをラジアル急冷の対照として使用し、以下これを「ＲＱ対照Ａ」と呼ぶ。この実施例で生成された繊維は、ある性質を測定することにより特徴付けられる。
【００６６】
繊維の性質の大部分を占めるものは、従来の引張り特性および収縮特性であり、これらは、米国特許第４，６７８，６１０号、第４，６９１，００３号、第５，１４１，７００号、第５，０３４，１８２号、および第５，８２４，２４８号に記載されているように、従来通りに測定される。
【００６７】
デニールスプレッド（ＤＳ）は、糸に沿って規則的に間隔を空けて測定された質量のばらつきを計算することによる、糸のアロングエンド（ａｌｏｎｇ−ｅｎｄ）でのむらの尺度である。デニールのばらつきは、キャパシタスロット内に糸を走らせることによって測定されるが、これはスロット内の瞬間質量に応答するものである。試験サンプルは、０．５ｍごとに測定された３０ｍのサブ部分８個に電子的に分割される。８個のサブ部分のそれぞれにおける最大質量測定値と最小質量測定値との差を平均する。デニールスプレッドは、この平均差を２４０ｍの糸全体に沿った平均質量で割った値を、パーセンテージとして記録する。試験は、Ｌｅｎｚｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｋ、Ｌｅｎｚｉｎｇ、Ａｕｓｔｒｉａ、Ａ−４８６０から入手可能なＡＣＷ４００／ＤＶＡ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃｕｔ  ａｎｄ  Ｗｅｉｇｈｔ／Ｄｅｎｉｅｒ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ  Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ）器で行うことができる。
【００６８】
ｇを単位とする延伸張力（ＤＴ）は、１８０℃のヒータ温度で１．７倍の延伸比で測定した。延伸張力は、延伸の尺度として使用する。延伸張力は、やはりＬｅｎｚｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｋから入手可能なＤＴＩ  ４００  Ｄｒａｗ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（延伸張力器）で測定することができる。
【００６９】
テナシティ（Ｔｅｎ）は、単位当たりのグラム数を単位として測定し、伸び（Ｅ）は％を単位とする。これらの値は、ＡＳＴＭ  Ｄ２２５６に従って、１０インチ（２５．４ｃｍ）ゲージ長のサンプルを使用し、かつ６５％ＲＨおよび華氏７０度（約２１℃）で、伸び率を１分当たり６０％として測定する。
【００７０】
水のＣＦＭについて、インチを単位として測定した。
【００７１】
スイスのＵｓｔｅｒ、Ｚｅｌｌｗｅｇｅｒ  Ｕｓｔｅｒ  ＡＧ  ＣＨ−８６１０製のＵｓｔｅｒ  Ｔｅｓｔｅｒ  ３  Ｍｏｄｅｌ  Ｃを使用して、対照および試験用の糸の質量の不規則性Ｕ％（Ｎ）を測定した。パーセントを単位とする数値は、試験をしたサンプルの平均質量からの質量のずれの量を示し、全体的な材料の均一性に関するテナシティなインジケータである。試験は、ＡＳＴＭ法Ｄ１４２５に従って行った。試験をした全ての糸を、２００ｙｄｓ．／分（約１８０ｍ／分）で２．５分間走らせた。試験者のＲｏｔｏｆｉｌ撚糸機ユニットを、糸がＳ撚りになるように設定し、その圧力は、最適なＵ％が得られるように調整した。１２７−３４、１７０−３４、および１１５−１００  ＰＯＹの場合、その圧力は１．０バールであり、２６５−３４  ＰＯＹでは１．５バールを使用した。１．０バールの圧力は、１００−３４  ＨＯＹ製品を試験する場合にも使用した。
【００７２】
実施例１
上述の図２に示す急冷システムであって、以下の表１に列挙する主な装置パラメータを有する急冷システムを使用して、ポリ（エチレンテレフタレート）ポリマーから、１２７デニール、３４ラウンド断面フィラメント（１２７−３４）ポリエステル糸を紡糸し、その結果、その性質がやはり表１に示されている糸が生成された。第１段急冷空気は、内径がＤの急冷スクリーンアセンブリ１１１を通して供給されるが（５０ＣＦＭ、２３  ｌ／秒）、このアセンブリ１１１の下には、入口径がＤ２で高さがＬ１の第１段絞り部分がある。絞り部分１１６の内壁によって形成される管状部分１２５は、その入口径がＤ３であり、出口径はＤ４、長さはＬ２である。独立の、冷却空気の二次供給源（４４ＣＦＭ、２０．５  ｌ／秒）を、円筒形多孔管１１７を通して供給し、第２段絞り部分１２６の入口（直径Ｄ５）で第１段空気供給と一緒にする。第２段絞り部分１２６は、その出口径がＤ６であり、絞りの長さがＬ３であり、紡糸管１１９の入口に位置決めされている。紡糸管１１９の下部は、その長さＬ４全体を通して直径Ｄ７にまで拡がり、長さＬ５の多孔排気ディフューザ錐体１２０に取り付けられている。全ての実施例および適用可能な対照では、第２段多孔管の長さ１１７は１．８７５インチ（約４．７６ｃｍ）である。実施例１の本発明による装置を、以後「実施形態Ａ」と呼ぶ。実施形態Ａにより紡糸された糸は、その引出し速度が３，９００ｍｐｍであった。
【００７３】
比較のため、図１を参照しながら前に記述しかつ示された急冷システムを使用して、同じポリマーから対照の糸も紡糸し、その関連するプロセスおよび得られた糸の性質も、比較のために、表１に示す。対照の糸のプロセスは従来の「ラジアル急冷」設計であり、この場合、冷却空気は、冷却空気がそこを通って供給される急冷スクリーンアセンブリ１１の直径と同様の直径を有する排気管１５を通って、急冷器から出て行く。急冷器には、４２ＣＦＭ（１９．５  ｌ／秒）の冷却空気が供給され、糸の引出し速度は３，１００ｍｐｍであった。
【００７４】
この実施例では、デニールスプレッドの近似値によって反映されるように、本発明の装置でのフィラメント速度を速くすることができ、同等の優れた性質の糸が実現されることが実証される。この実施例では、本発明の空気を利用した紡糸の重要な特徴についても実証され、例えば、同じかまたはより良好な製品を生成しながら紡糸を高速で（かつより高い生産性で）行うことができる。空気の作用を利用した紡糸を行わずに、より速い速度、例えば３，４００ｍｐｍかまたはそれよりも速い速度で操作しようとする場合、製品は異なるものになると考えられ、したがって受け入れることができない。延伸張力は高くなり、Ｅｂ％は低くなると考えられる。例えば、実施例１で対照試験（空気を利用しない）を３，９００ｍｐｍで実施した場合、延伸張力は、おそらく約１４０ｇになると考えられる（米国特許第５，８２４，２４８号の第８欄、第１９〜２２行を参照）。ポリエステルＰＯＹの場合、事実上、延伸張力が糸を特徴付ける。２つのサンプルの延伸張力が同じ場合、Ｅｂ％、テナシティ、およびその他の性質はほぼ同じになる。
【００７５】
【表１】
0004545951.tif 000002
【００７６】
実施例２
第１段絞り錐体と第２段絞り錐体の間に配置された、入口径がＤ３で出口径がＤ４である直管がテーパ状である他は、実施例１と同じ急冷システムを使用して、第２の１２７−３４ポリエステル糸を紡糸した。入口径Ｄ３は実施例１と同様に１インチ（約２．５４ｃｍ）であるが、この部分の出口径Ｄ４は０．７５インチ（約１．９ｃｍ）となってテーパ状になっており、第１段冷却ガスはこの絞り部分通ることにより加速され、この部分が真っ直ぐである場合よりも速い平均速度になる。上述の実施例１に変更を加えた装置を、以後「実施形態Ｂ」と呼ぶ。実施例２では、第１段に３３ＣＦＭ（１５．４  ｌ／秒）の冷却空気を供給し、一方第２段への空気供給は３５ＣＦＭ（１６．３  ｌ／秒）であった。実施例２での第１段の管１２５の出口の平均空気速度は、実施例１の場合よりも１７％速いものであった（３２２５ｍｐｍ対２７５５ｍｐｍ）。テーパ状の管により、紡糸プロセスに必要とされる冷却空気の全消費量を約３０％削減することができ（第１段および第２段の空気供給に関し、６８ＣＦＭ（３１．７  ｌ／秒）対９４ＣＦＭ（４３．８  ｌ／秒））、それでも依然として同等の引出し速度（約３９００ｍｐｍ）または生産性が提供され、デニールスプレッドを下げることによって、すなわち０．６５％対１．１％にすることによって、なお糸の均一性が改善されることが重要である。
【００７７】
【表２】
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【００７８】
実施例３
この実施例によれば、本発明の装置を使用して、その他のタイプの製品を紡糸し急冷できることが実証される。例えば、本発明の空気急冷システムを制御することによって、任意の所望のデニールの糸を従来のシステムよりも速い速度で生成することができる。これらの実験に関する対照には、市販のＢＡＲＭＡＧ直交流急冷システム（ＸＦＱ対照）と、第２ラジアル急冷対照、ＲＱ対照Ｂも含まれる。従来の直交流急冷システムは、長さ４７．２インチ（１１９．９ｃｍ）、幅３２．７インチ（８３．１ｃｍ）、および断面積１５４３ｉｎ２（９９５５ｃｍ２）の拡散スクリーンを通して、６スレッドライン当たり１２７８ｃｆｍ（６０３リットル／秒）を供給した。ＲＱ対照Ｂは、Ｄ＝３インチおよびＤ１＝２．７５インチおよびＣ＝７．８インチである他はその幾何形状が図１に示されるものである商用のラジアル急冷ディフューザである。
【００７９】
得られた結果を表３に示す。本発明の全ての実施形態および適用可能な対照では、第２段多孔管の長さ１１７は１．８７５インチ（約４．７６ｃｍ）である。実験３以外の全ての実験では、急冷ディレイが３．２５ｉｎ．（約８．２６ｃｍ）であった。
【００８０】
図２による装置を使用して、６種の異なるタイプのポリエステル糸を紡糸した。第１の実験は、１２７−３４または３．７ｄｐｆといった低デニールのポリエステル部分延伸糸（ＰＯＹ）であり、これは、ＸＦＱ対照を使用し３０３５ｍｐｍで、ＲＱ対照Ａを使用し３１００ｍｐｍで、実施形態Ａを使用し３９４０ｍｐｍで、実施形態Ｂを使用し３９００ｍｐｍで、かつアニーラを備えた実施形態Ｂを使用し４５００ｍｐｍで紡糸した。
【００８１】
その他の寸法およびパラメータは、以下の通りである。
対照の紡糸ブロック温度＝２９３℃
本発明の紡糸ブロック温度＝２９７℃
第１段での急冷空気流
ＲＱ対照Ａ＝４２．０ＣＦＭ
実施形態Ａ＝４４．０ＣＦＭ
実施形態Ｂ＝３３．０ＣＦＭ
第２段での急冷空気流＝３５．０ＣＦＭ（適用可能な場合）
実施形態Ａとラジアル急冷対照を比較すると、本発明により、紡糸速度が２７％速い状態で同様の製品が提供されることが示される。
【００８２】
実施形態Ａと実施形態Ｂの比較は、テーパ状の錐体部分（管径１″から０．７５″（約２．５４ｃｍから約１．９ｃｍ）の管）と、真っ直ぐな錐体部分（管径１″（約２．５４ｃｍ））とを比較することになる。この結果は、テーパ状の錐体出口によって、より少ない空気を使用しながら良好な均一性（ＤＳ％、Ｕ％（Ｎ））を得ることができることが示される。紡糸速度はほぼ同じであった。
【００８３】
実施形態Ｂと同様の急冷システムと共にアニーラを使用する実施形態Ｂも、この実験で示されている。アニーラは、より小さい装置、すなわち第１段（１Ｓ）錐体出口径（直径０．６０″（約１．５ｃｍ）の直管対直径１．０／０．７５の実施形態Ｂ）と、非常に少ない第１段空気流（１９ＣＦＭ対３３ＣＦＭ（実施形態Ｂ））と、より低いポリマー温度（２９０対２９７（実施形態Ｂ））を有するより小さい装置と組み合せて使用した（２００℃、アニーリング長１００ｍｍ）。紡糸速度は、３９００ｍｐｍからアニーラと共に４５００ｍｐｍまで増大させた。この実施例は、本発明の別の変形例と、アニーラなどその他のハードウェアと組み合せたときの追加の利益を示している。この実施例は、溶融減衰を最大限にするために、第１段の設計によって、紡糸生産性を独立に制御できることも実証している。
【００８４】
次の実験は、１７０−３４または５ｄｐｆという中デニールのポリエステルＰＯＹであり、これは、ＲＱ対照Ａを使用し３４４５ｍｐｍで、実施形態Ａを使用し４２９０ｍｐｍで、かつ実施形態Ａを使用し４６９０ｍｐｍで紡糸した。
【００８５】
その他の寸法およびパラメータは以下の通りであった。
対照の紡糸ブロック温度＝２９１℃
本発明の紡糸ブロック温度＝２９３℃
第１段での急冷空気流
ＲＱ対照Ａ＝５８．０ＣＦＭ
実施形態Ａ（４２９０ｍｐｍ）＝３５．０ＣＦＭ
実施形態Ａ（４６９０ｍｐｍ）＝４４．０ＣＦＭ
第２段での急冷空気流
実施形態Ａ（４２９０ｍｐｍ）＝３５．０
実施形態Ａ（４６９０ｍｐｍ）＝５０．０
中デニールの糸に関し、高速でのＲＱ対照Ａと実施形態Ａを比較した。その結果は、一段および二段での空気流の増加による紡糸生産性に対する影響を示している。生産性は、９４ＣＦＭの場合３６．１％向上し、それに対し７０ＣＭＦの場合は２４．５％向上した。
【００８６】
第３の実験は、２６５−３４または７．８ｄｐｆという高デニールのポリエステルＰＯＹであり、これは、ＸＦＱ対照を使用し３２００ｍｐｍで、ＲＱ対照Ａを使用し３４０６ｍｐｍでかつ第１段での空気流を４２．０ＣＦＭとして、ＲＱ対照Ａを使用し３４０６ｍｐｍでかつ第１段での空気流を５８．０ＣＦＭとして、実施形態Ｂを使用し４２７２ｍｐｍでかつ第１段での空気流を２９．５ＣＦＭとして、実施形態Ｂを使用し４４２２ｍｐｍでかつ第１段での空気流を３３．０ＣＦＭとして、紡糸した。
【００８７】
その他の寸法およびパラメータは、以下の通りであった。
ＲＱ対照および本発明での紡糸ブロック温度＝２８１℃
第１段での急冷空気流
ＲＱ対照Ａ（４２ＣＦＭ）＝４２．０
ＲＱ対照Ａ（５８ＣＦＭ）＝５８．０
実施形態Ｂ（２９．５ＣＦＭ）＝２９．５
実施形態Ｂ（３３ＣＦＭ）＝３３．０
第２段での急冷空気流＝３５．０
急冷ディレイ＝１．２５ｉｎ．（約３．１８ｃｍ）
【００８８】
第３の実験の結果は、急冷空気流の増加がＲＱ対照の生産性に及ぼす影響について示している。空気流が４２ＣＦＭから５８ＣＦＭに増加したとき（＋３８％）には何の影響も見られなかった。この結果は、急冷空気の増加が実施形態Ｂの急冷システムの生産性に及ぼす影響について、さらに示している。空気流が２９．５ＣＦＭから３３ＣＦＭに増加したとき（＋１１．９％）、生産性は２５．４％から２９．８％に増大した。
【００８９】
実験４は、１１５−１００ポリエステルミクロＰＯＹを使用し、２６７０ｍｐｍのＲＱ対照Ｂ、３４９０ｍｐｍの実施形態Ｂ、および３５００ｍｐｍの実施形態Ｂについて行った。その結果は、ミクロデニールの糸に関し、より速い紡糸速度で同等の製品が生成されることを示していた。
【００９０】
その他の寸法およびパラメータは以下の通りであった。
紡糸ブロック温度＋２９７℃
第１段での急冷空気流
ＲＱ対照Ｂ＝４２．０
実施形態Ｂ（３４９０ｍｐｍ）＝２９．５
第２段での急冷空気流＝３５．０
実験５は、１７０−１００または１７０−３４のポリエステル糸を使用して行った。１７０−１００または１７０−３４のポリエステル糸は、ＲＱ対照Ｂを使用し３２００ｍｐｍで、実施形態Ｂを使用し４５８０ｍｐｍで、紡糸した。その結果は、やはりミクロデニールの糸の場合、より速い紡糸速度で同等の製品が生成されることを示していた。
【００９１】
最後の実験は、１００−３４ＨＯＹを、実施形態Ｂに関して５０００ｍｐｍ、６０００ｍｐｍ、７０００ｍｐｍ、および７，５００ｍｐｍで紡糸することによって構成された。その結果は、高延伸糸を高速で紡糸できることを示していた。
【００９２】
【表３】
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【表４】
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【００９３】
本発明について、例示を目的として詳細に述べてきたが、当業者なら、上述の特許請求の範囲により定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく数多くの変形例および変更例を作り上げることができると理解される。
以下に、本発明の好ましい態様を示す。
［１］  連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸装置であって、
紡糸口金の下に位置するように設けられた第１段ガス入口チャンバおよび第１段ガス入口チャンバの下に配置された第２段ガス入口チャンバであって、前記フィラメントの温度を制御するために該フィラメントにガスを供給する第１段および第２段ガス入口チャンバと、前記フィラメントが冷却されるときに該フィラメントを取り囲む、前記第２段ガス入口チャンバの下に配置された管とを含み、前記管が、絞り部分を有してその後に拡散部分が続く内壁を有することを特徴とする装置。
［２］  第１段絞り部分が、前記第１段ガス入口チャンバと第２段ガス入口チャンバとの間に形成されていることを特徴とする［１］に記載の装置。
［３］  紡糸口金の下に位置するように設けられたハウジングと、該ハウジングの内壁にそれぞれ形成された第１段チャンバおよび第２段チャンバとをさらに含み、壁が、前記第１段チャンバと前記第２段チャンバを分離するように第１段チャンバの下部の前記内壁に取り付けられていることを特徴とする［１］に記載の装置。
［４］  前記第１段チャンバの中央に設置された急冷スクリーンをさらに含み、加圧ガスが、前記第１段ガス入口から前記第１段チャンバを通って前記急冷スクリーンの内壁に形成された領域に向かって内側に吹き込まれるように設けられていることを特徴とする［１］に記載の装置。
［５］  前記内壁の内側に形成された第１段絞り部分と、該第１段絞り部分の下の前記第１段ガス入口と前記第２段ガス入口との間に配置された多孔管とをさらに含み、該多孔管が前記第２段チャンバ内の中央に配置されていることを特徴とする［１］に記載の装置。
［６］  前記拡散部分の下に配置された多孔壁を有する絞り錐体をさらに含むことを特徴とする［１］に記載の装置。
［７］  前記ハウジングの内壁に形成された第３段チャンバと、該第３段チャンバにガスを供給するための第３段ガス入口とをさらに含み、管が、前記第３段ガス入口チャンバの下に配置されていることを特徴とする［１］に記載の装置。
［８］  前記拡散部分の下に配置された真空ボックスをさらに含み、当該真空ボックスが前記絞り錐体を取り囲んでいることを特徴とする［６］に記載の装置。
［９］  前記拡散部分の下に配置された真空ボックスと、前記拡散部分の下に配置された直壁管とをさらに含み、前記真空ボックスが前記直壁管を取り囲んでいることを特徴とする［１］に記載の装置。
［１０］  前記拡散部分が、湾曲した拡散部片であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
［１１］  前記拡散部分が、湾曲した拡散部片であり、該拡散部分の下に配置された多孔管をさらに含むことを特徴とする［１］に記載の装置。
［１２］  ガスの一部が広がりながら排気されるように、前記拡散部分に孔が空いていることを特徴とする［１］に記載の装置。
［１３］  １つの前記ガス入口が周囲空気を前記第１段チャンバに導入し、第２のガス入口が大気圧を超える圧力のガスを前記第２段チャンバに導入することを特徴とする［１］に記載の装置。
［１４］  連続ポリマーフィラメントを紡糸するための溶融紡糸方法であって、
加熱されたポリマー溶融体を紡糸口金に通してフィラメントを形成すること、
第１段の紡糸口金の下に配置されたガス入口チャンバから前記フィラメントにガスを供給すること、
第２段のガス入口チャンバから前記フィラメントにガスを供給すること、
前記ガス入口チャンバの下に配置され絞り部分を有しその後に拡散部分が続く内壁を持つ管に、前記フィラメントを通すこと、
を含むことを特徴とする方法。
［１５］  前記フィラメントが前記管を離れて巻取りロールによって巻き取られ、当該ロールが少なくとも１分当たり５００メートルの表面速度で駆動されることを特徴とする［１４］に記載の方法。
［１６］  前記フィラメントおよび前記ガスが前記絞り部分を通過し、さらに、前記フィラメントが冷却され続けるにつれて前記ガスが前記フィラメントの移動方向で加速されることを特徴とする［１４］に記載の方法。
［１７］  前記第１段ガス入口チャンバで前記フィラメントが冷却し始める領域に向かって内側に加圧ガスが吹き込まれ、さらに、加圧ガスが前記第２段ガス入口から内側に向かって吹き込まれ、前記第２段のガスと前記第１段のガスが前記絞り部分で一緒になって前記フィラメントの冷却を補助することを特徴とする［１４］に記載の方法。
［１８］  前記一緒になった第１段および第２段のガスの速度が前記絞り部分の前記フィラメント移動方向で増大し、次いで、前記ガスが前記拡散部分を進むにつれて低下することを特徴とする［１７］に記載の方法。
［１９］  前記フィラメントにあるレベルの真空をもたらすことをさらに含む［１４］に記載の方法。
［２０］  大気に対して前記第１段チャンバを開放すること、前記第２段ガス入口に大気圧を超える圧力の空気を供給すること、前記第１段チャンバから大気圧のガスを引き出すこと、前記第１段および前記第２段チャンバから空気の一部を除去すること、および前記第４段ガス入口に大気圧または大気圧を超える圧力のガスを導入することをさらに含むことを特徴とする［１４］に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】  比較装置を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図２】  本発明の一実施形態を部分的に断面で示す、実施例１および２で使用される概略立面図である。
【図３】  本発明の第２の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図４】  本発明の第３の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図５】  本発明の第４の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図６】  本発明の第５の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図７】  本発明の第６の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図８】  本発明の第７の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図９】  本発明の第８の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図１０】  本発明の第９の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図１１】  本発明の第１０の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図１２】  本発明の第１１の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【図１３】  本発明の第１２の実施形態を部分的に断面で示す概略立面図である。
【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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