(57)【要約】【課題】  複合繊維を製造するにおいて、複合口金にて生じる流路圧損を小さくし、大流量のポリマーにも対応できる複合口金を提供すること。【解決手段】  第１成分ポリマー、第２成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金は、前記第１成分ポリマーの流路、前記第２成分ポリマーの流路は、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間で湾曲して形成されており、それぞれの流路が下流で一体となっている。【選択図】図１
2016108672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１成分ポリマーおよび第２成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金であって、
前記第１成分ポリマーを流すための第１成分ポリマー流路と、前記第２成分ポリマーを流すための第２成分ポリマー流路が形成されており、
前記第１成分ポリマー流路および／または前記第２成分ポリマー流路が、ポリマー紡出経路方向の下流側に向かうにつれて分岐しており、
前記第１成分ポリマー流路および／または前記第２成分ポリマー流路が、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間で湾曲しており、
１つまたは複数の前記第１成分ポリマー流路と１つまたは複数の前記第２成分ポリマー流路とが、ポリマー紡出経路方向の最下流で一体となっている、複合口金。
【請求項２】
前記第１成分ポリマー流路および／または前記第２成分ポリマー流路を前記ポリマー紡出経路方向から観察した流路の形状が、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間で湾曲している、請求項１の複合口金。
【請求項３】
第１成分ポリマーおよび第２成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金であって、
前記第１成分ポリマーを流すための第１成分ポリマー流路と、前記第２成分ポリマーを流すための第２成分ポリマー流路が形成されており、
前記第１成分ポリマー流路および／または前記第２成分ポリマー流路が、ポリマー紡出経路方向の下流側に向かうにつれて分岐しており、
前記第１成分ポリマー流路および／または前記第２成分ポリマー流路が、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間の２ヶ所以上のそれぞれで９０度より大きな角度で屈曲しており、
１つまたは複数の前記第１成分ポリマー流路と１つまたは複数の前記第２成分ポリマー流路とが、ポリマー紡出経路の最下流で一体となっている、複合口金。
【請求項４】
前記第１成分ポリマー流路および／または前記第２成分ポリマー流路を前記ポリマー紡出経路方向から観察した流路の形状が、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間の２ヶ所以上のそれぞれで９０度より大きな角度で屈曲している、請求項３の複合口金。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの複合口金を用いた複合紡糸機により複合繊維を製造する、複合繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合口金および複合繊維の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステルやポリアミドなどの熱可塑性ポリマーを用いた繊維は、力学特性や寸法安定性に優れるため、用途が多様化し、様々な機能性を付与した繊維が数多く開発されるようになった。
【０００３】
例えば、衣料用途では、ソフトな風合い等を付与する狙いで単糸細繊度化・多フィラメント化や、吸水・速乾性の向上や光沢感を変更する等の狙いで単糸異形断面化、また、鮮明性に優れた染色の実現等の新たな機能性付与の狙いでポリマーを改質する等の改良が行われている。また、産業資材用途では、同様に単糸細繊度化・多フィラメント化や単糸異形断面化の他、高強度化、高弾性化や、耐候性、難燃性等の新たな機能性付与を狙ったポリマーの改質等の改良が行われている。さらに、上記改良に加えて、２種類以上のポリマーを組み合わせることによって、単一成分のポリマーでは不十分な性能を補完したり、また、全く新しい機能を付与する複合繊維の開発も盛んに行われている。
【０００４】
この複合繊維には、複合口金を用いて得られる芯鞘型、サイドバイサイド型、海島型と、ポリマー同士を溶融混練することで得られるアロイ型がある。芯鞘型は、芯成分を鞘成分が被覆することで、単独繊維では達成されない風合い、嵩高性などといった感性的効果、また、強度、弾性率、耐摩耗性などといった力学特性の付与が可能となる。また、サイドバイサイド型では、単独繊維では不可能であった捲縮性を発現させ、ストレッチ性等を付与することが可能となる。
【０００５】
そして、海島型では、溶融紡糸した後に易溶出成分（海成分）を溶出することにより、難溶出成分（島成分）だけが残存し、単繊維の糸径がナノオーダーの極細繊維を得ることが可能となる。このような極細繊維になると、衣料用途では、一般の繊維では得ることができない柔軟なタッチやきめ細やかさが発現し、人工皮革や新感触テキスタイル等に適用でき、また、繊維間隔が緻密となることから、高密度織物として、防風性、撥水性が必要とされるスポーツ衣料用途にも展開できる。また、産業資材用途では、比表面積が増大し、塵埃捕集性が高まることによる高性能フィルタ等への適用や、また、極細繊維が微細な溝に入りこみ、汚れを拭き取ることによる精密機器などのワイピングクロスや、精密研磨布等にも適用が可能となる。
【０００６】
また、芯鞘型は、芯成分を鞘成分が被覆することで、単独繊維では達成されない風合い、嵩高性などといった感性的効果、また、強度、弾性率、耐摩耗性などといった力学特性の付与が可能となる。また、サイドバイサイド型では、単独繊維では不可能であった捲縮性を発現させ、ストレッチ性等を付与することが可能となる。
【０００７】
また、近年では、海島型の極細繊維でありながら、各単糸では芯鞘型やサイドバイサイド型となる繊維も創出されるようになってきた。更には、芯成分と海成分とを同一成分とすることで、または芯成分と鞘成分と海成分とがそれぞれ異なる３成分ポリマー（芯成分と海成分は溶解性ポリマー）とすることで、中空型の極細繊維も創出されるようになってきた。
【０００８】
海島型複合繊維を製造するにおいて、多様な繊維断面形態を高精度に形成し、この断面形態の寸法安定性を高く維持できる複合口金が提案されている（たとえば、特許文献１）。
【０００９】
この複合口金は、各ポリマー成分を分配するための分配孔および／又は分配溝が形成された１枚以上の分配板と、分配板のポリマーの紡出経路方向の下流側に位置し、複数の島成分吐出部と複数の海成分吐出部とが形成された最下層分配板とで構成されている。また、各島成分吐出部は、島成分ポリマーを吐出するための１つ以上の島成分吐出孔で構成されており、各海成分吐出部は、海成分ポリマーを吐出するための１つ以上の海成分吐出孔で構成されている。最も短い中心間距離で隣接する２つの島成分吐出部と、該２つの島成分吐出部の２本の共通外接線とで囲まれる領域内に、海成分吐出部の少なくとも一部が存在することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−２０８３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の複合口金は、安価に製作できると共に、島成分ポリマーの吐出孔の孔充填密度を拡大しつつ、島成分ポリマー同士の合流を防止し、多様な繊維断面形態を高精度に形成し、この断面形態の寸法安定性を高く維持できるという特徴があるが、薄板の積層体で構成されていることから、複合口金にて生じる流路圧損が大きく、大流量のポリマーに対応できないおそれがある。よって、本発明の目的は、各成分ポリマーの複合口金に生じる流路圧損を小さくし、大流量のポリマーにも対応できる複合口金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の第１の形態の複合口金は、
第１成分ポリマーおよび第２成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金であって、
第１成分ポリマーを流すための第１成分ポリマー流路と、第２成分ポリマーを流すための第２成分ポリマー流路が形成されており、
第１成分ポリマー流路および／または第２成分ポリマー流路が、ポリマー紡出経路方向の下流側に向かうにつれて分岐しており、
第１成分ポリマー流路および／または第２成分ポリマー流路が、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間で湾曲しており、
１つまたは複数の第１成分ポリマー流路と１つまたは複数の第２成分ポリマー流路とが、ポリマー紡出経路方向の最下流で一体となっている。
【００１３】
本発明の第１の形態の複合口金は、第１成分ポリマー流路および／または第２成分ポリマー流路をポリマー紡出経路方向から観察した流路の形状が、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間で湾曲していることが好ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決する本発明の第２の形態の複合口金は、
第１成分ポリマーおよび第２成分ポリマーによって構成される複合ポリマー流を吐出するための複合口金であって、
第１成分ポリマーを流すための第１成分ポリマー流路と、第２成分ポリマーを流すための第２成分ポリマー流路が形成されており、
第１成分ポリマー流路および／または第２成分ポリマー流路が、ポリマー紡出経路方向の下流側に向かうにつれて分岐しており、
第１成分ポリマー流路および／または第２成分ポリマー流路が、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間の２ヶ所以上のそれぞれで９０度より大きな角度で屈曲しており、
１つまたは複数の第１成分ポリマー流路と１つまたは複数の第２成分ポリマー流路とが、ポリマー紡出経路の最下流で一体となっている。
【００１５】
本発明の第２の形態の複合口金は、第１成分ポリマー流路および／または第２成分ポリマー流路をポリマー紡出経路方向から観察した流路の形状が、各流路で隣り合う分岐点と分岐点の間２ヶ所以上のそれぞれで９０度より大きな角度で屈曲していることが好ましい。  
【００１６】
本発明の複合繊維の製造方法は、本発明の複合口金を用いた複合紡糸機により複合繊維を製造する方法である。
【００１７】
本発明において、「ポリマー紡出経路方向」とは、各成分ポリマーが計量板から吐出板の口金吐出孔まで流れる主方向をいう。
本発明において、「各流路で隣り合う分岐点と分岐点」とは、第１成分ポリマー流路、第２成分ポリマー流路が、ポリマー紡出経路方向に連通して上流から下流に向かい分岐される流路において、最も近接した上流側の分岐点と下流側の分岐点のことをいう。
本発明において、「分岐点」とは、第１成分ポリマー流路、第２成分ポリマー流路において、上流側の流路が、下流に向かい複数個に分割されている流路の分岐点をいう。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の複合口金によれば、各成分ポリマーの吐出孔の孔充填密度を拡大しつつ、複合口金に生じる流路圧損を小さくし、大流量のポリマーにも対応できる。また、本発明の複合口金を用いることで、多様な繊維断面形態を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に用いられる分配板の概略部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態に用いられる分配板のポリマー紡出経路方向から見た部分拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に用いられる複合口金の概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態に用いられる複合口金と、紡糸パック、冷却装置周辺の概略断面図である。
【図５】図３のＸ−Ｘ矢視図である。
【図６】従来例の分配板の概略部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。図３は、本発明の実施形態に用いられる複合口金の概略断面図であり、図５は図３のＸ−Ｘ矢視図であり、図１は図３の一部である分配板の概略部分断面図であり、図２は、図３の一部である分配板の部分拡大平面図であり、図４は本発明の実施形態に用いられる複合口金と、紡糸パック、冷却装置周辺の概略断面図である。なお、これらは、本発明の要点を正確に伝えるための概念図であり、図を簡略化しており、本発明の複合口金は特に制限されるものでなく、孔および溝の数ならびにその寸法比などは実施の形態に合わせて変更可能なものとする。また、本発明の複合口金においては、第１成分ポリマーと第２成分ポリマーの２つのポリマー流路（第１成分ポリマー流路３、第２成分ポリマー流路４）を実際には有しているが、説明を簡単化するために、１成分のポリマー流路のみで説明する。
【００２１】
初めに、本発明も最も重要なポイントである、複合口金１８の孔充填密度（孔充填密度とは、吐出孔５の数を複合口金１８の断面積で除することによって求めた値であり、値が大きいほど、複合繊維の断面を多島、または多様化が可能になる）を大きくしつつ、大流量ポリマーであっても、複合口金に生じる流路圧損が小さくできる原理について説明する。
【００２２】
ここで、複合口金１８の孔充填密度を大きくするためには、複合口金１８に配置された分配板６に微細な流路を狭いピッチで形成し、それに連通した吐出孔５を狭い孔間ピッチにて配置する必要がある。
【００２３】
この微細な流路の製作方法としては、エッチング加工が知られており、これは通常電気・電子部品の加工に用いられており、薄板にパターンを転写し、化学的に処理することで微細加工を施すものである。
【００２４】
この加工の特徴としては、被加工物の歪への配慮が必要ないため、被加工物の厚みの下限に制約がなく、極めて薄い金属板に合流溝８や分配孔７を穿設することが可能となる。また、金属材の厚みによって製作できる分配溝８の溝幅、分配孔７の孔径、および溝間／孔間ピッチが決まっており、金属板の厚みと同等レベルの溝幅、孔径、および溝・溝（孔・孔）間距離まで穿設することが可能となる（例えば、金属板の板厚み０．１ｍｍには、孔径φ０．１ｍｍ、溝幅０．１ｍｍ、溝・溝間距離０．１ｍｍが加工可能となる）。
【００２５】
このエッチング加工を用いて、微細な流路を形成するには、極めて薄い１枚の金属板に微細な溝や孔を、狭小の溝・溝（孔・孔）間ピッチで穿設した後、それらを複数枚積層させることが好ましい。
【００２６】
この場合に形成される流路構造を説明する。図６に示すように、複数の積層された分配板６（上記の金属板）において、分配板６に形成された分配孔７（上記の孔）が、ポリマーの紡出経路方向の下流側に向かい増加するように構成し、ポリマーの紡出経路方向にポリマーを導く分配孔７が形成された分配板６と、ポリマーの紡出経路方向に垂直な方向にポリマーを導く分配溝８（上記の溝）が形成された分配板６とを交互に積層させて、ポリマーの紡出経路方向の上流側に位置する分配孔７と、ポリマーの紡出経路方向の下流側に位置する分配孔７とを連通するように分配溝８が形成されている。そこで、一つの分配孔７に対して、そのポリマー紡出経路方向の下流側の位置に連通する一つの分配溝８を形成し、その分配溝８の端部に連通する複数個（図６では２つ）の分配孔７を構成するトーナメント方式のポリマーの通流経路が形成されている。この場合、上流側に配置した分配孔７と、下流側に配置した分配溝８との接合部分が分岐点１４となり、ポリマー紡出経路方向の下流に向かい、ポリマーが微細に分割される。そして、最も下流側に配置された分配板６の吐出孔５の孔充填密度を極限まで大きくすることができる。
【００２７】
しかしながら、この方式を採用すると、ポリマーの紡出経路方向（分配板６の積層方向）、またはポリマーの紡出経路方向に垂直な方向（分配板６の面方向）にしか流路を形成することができない。そのため、ポリマーを上流から下流に向け微細に分割する流路を形成するには、９０度に屈曲する階段状の流路しか形成することができず、流路長さが必然的に長くなり、つまりは流路圧損が大きくなる。
【００２８】
また、微細な流路を製作するために、板厚みの非常に薄い分配板６を採用することから、分配溝８の溝高さは、分配板６の板厚み以上には大きくできず、ポリマー通過時の流路圧損が必然的に大きくなる。また、溝高さが大きくできない場合に溝幅を拡大していく方法があるが、この際には、製作できる分配溝８の個数が少なくなるため、その結果、最も下流に配置される吐出孔５の数が少なくなり、孔充填密度を大きくできない。また、流路圧損には、溝幅よりも、間隙が狭い溝高さの影響が大きいため、溝幅の拡大にも限界がある。特に、複合口金１８に供給されるポリマー流量が大きい場合には、流路圧損が極めて大きくなり、複合口金１８に撓みが発生し、微細なポリマーに分割することが困難となる。
【００２９】
従って、孔充填密度を拡大しつつ、複合口金に生じる流路圧損を小さくし、大流量のポリマーにも対応し、多種多様な繊維断面形態を有する繊維を製造するのは極めて重要な技術となる。そこで、本発明者らは、従来の技術では、何の配慮もされていなかった、上記問題に関して、鋭意検討を重ねた結果、本発明の新たな技術を見出すに至った。
【００３０】
すなわち、本発明の実施形態の複合口金１８は、図１に示すように、ポリマー紡出経路方向に垂直な方向から観察して、第１成分ポリマー流路と第２成分ポリマー流路とが形成されており（以降は、説明の簡単化のためポリマー流路と呼ぶ）、ポリマー紡出経路方向の下流側に向かうにつれて、ポリマー流路が分岐点１４において複数個（図１では２つ）に分岐され、トーナメント方式の流路が形成されている。そして、このポリマー流路は、各流路で隣り合う分岐点と分岐点との間、言い換えると、上流側に位置する分岐点１４と下流側に位置する分岐点１４との間において湾曲されている。そこで、このポリマー流路が、分配板の最下流となる吐出孔５に最終的には連通しており、ポリマー紡出経路方向の最下流となる吐出導入孔１１にて一体となっている。
【００３１】
分配板６に供給された第１成分ポリマーと第２成分ポリマーは、トーナメント方式に形成された各々のポリマー流路を通過し、分岐点１４を通過する毎に、複数のポリマー流に分割される。そして、分割されたポリマーが吐出孔５から吐出された後、吐出導入孔１１にて合流し、複合ポリマー流が形成される。
【００３２】
この場合、隣り合う分岐点１４と分岐点１４との間で、ポリマー流路が湾曲されていることから、従来の階段状となる流路と比べて、流路長さを短尺化することができ、流路圧損を低減することができる。また、分配板６に微細な流路として、数百から数十万個の流路を形成する場合には、第１成分ポリマー流路３と第２成分ポリマー流路４とが完全に分離し、かつ第１成分ポリマー流路３と第２ポリマー流路４に連通した吐出孔５が互いに隣接し、混在した状態で配置することになるため、分岐点１４と分岐点１４との間を階段状に連結した流路だけでは、到底、連通した流路を形成できない。
【００３３】
そこで、本発明の湾曲したポリマー流路とすることで、ポリマー流路同志の干渉を自由に回避することができ、複材なポリマー流路を形成することができる。これを利用して、極めて狭い領域に吐出孔５を密集させることが可能となり、ひいては多様な断面となる複合繊維を得ることができる。なお、第１成分ポリマー、第２成分ポリマーの２成分にて説明しているが、２成分だけでは無く、３成分以上のポリマーであっても、本発明の複合口金１８は適用が可能である。（上記のポリマー流路を第３成分ポリマー流路とすればよい）
また、本発明の別の実施形態として、図２に示すように、ポリマー流路は、ポリマー紡出経路方向から観察して、各流路で隣り合う分岐点１４と分岐点１４との間で湾曲していてもよく、上記と同様に、ポリマー流路同志の干渉を回避することができる。
【００３４】
また、本発明の別の実施形態として、分岐点１４と分岐点１４との間の２ヶ所以上のそれぞれで９０度より大きな角度で流路を屈曲させてもよい。屈曲部分と屈曲部分との間の流路は直線であっても、わずかに湾曲していてもよい。このように、分岐点１４と分岐点１４との間の流路を９０度より大きな角度で複数回屈曲させることで、分岐点１４と分岐点１４との間の流路を全体として湾曲した形状とすることができる。この実施形態においても、ポリマー流路は、ポリマー紡出経路方向から観察して、各流路で隣り合う分岐点１４と分岐点１４との間の２ヶ所以上のそれぞれで９０度より大きな角度で屈曲していてもよい。
【００３５】
本発明で用いられている湾曲した微細な流路の製作方法としては、積層造形法（Additive Manufacturing）を用いることが好ましい。金属に適用できる積層造形法には、大きく分けて熱溶解積層法（Fused Deposition Molding）と、指向性エネルギー堆積法（Direct Metal Deposition）とがあり、前者（熱溶解積層法）は、金属粉末を層状に敷き詰め、レーザで直接焼結することで、立体的に造形することが可能であり、後者（指向性エネルギー堆積法）は、高出力レーザで溶融金属を吹き付けて造形することが可能であり、それぞれ用途別に使い分けることが可能となる。  この加工方法の特徴としては、上記の手法を用いて、ポリマー流路を有した金属の板材（分配板６）を一から製作していくため、直線状の流路だけでは無く、３次元状に屈曲したポリマー流路を自在に製作することが可能となる。
【００３６】
次に、図１、図２、図３、図４、図５に示した本発明の実施形態の複合口金１８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。
【００３７】
本発明における複合口金１８は、円形状に限定されず、四角形であってもよく、多角形であってもよい。また、複合口金１８における口金吐出孔７の配列は、複合繊維の本数、糸条数、冷却装置１７に応じて、適宜決定すればよい。口金吐出孔７のポリマーの紡出経路方向に垂直な方向の断面は丸形状に限定されず、丸形以外の断面状や中空断面状であってもよい。但し、丸形以外の断面形状とする場合は、ポリマーの計量性を確保するために、口金吐出孔７の長さを大きくするのが好ましい。
【００３８】
また、本発明における第１ポリマー流路、第２ポリマー流路、吐出孔５は、断面形状が丸形状に限定されず、丸形以外の異形断面状であってもよく、丸形と矩形と言った複合形態であってもよい。また、第１ポリマー流路、第２ポリマー流路の断面積は、分岐点１４と分岐点１４の間において、ポリマーの流れ方向に一定であるのが好ましいが、断面積が漸減、または漸増、もしくは漸減と漸増していてもよい。これは、本発明では、主に積層造形法を用いて加工していることから、断面形状、断面積は容易に変更することが可能となる。
【００３９】
また、本発明の吐出導入孔１１、縮流孔１２は、ポリマーの紡出経路方向に垂直な断面は、丸形状に限定されず、丸形以外の異形断面状であってもよい。但し、複合ポリマー流の流動安定性を考慮すれば、吐出導入孔１１、縮流孔１２、および口金吐出孔７は、相似しているのが好ましい。
【００４０】
また、本発明の分配板６は、一体構成であってもよいが、複数個が積層されていてもよい。また、本発明の分配板６のポリマー紡出経路方向の上方、または下方、または中間（複数個の分配板６の中間）に第１成分ポリマー流路３、または／および第２成分ポリマー流路４に連通した他のポリマー流路（例えばエッチング加工により形成されたポリマー流路）を有したが分配板６が形成されていても良い。
【００４１】
次に、図１、図２、図３、図４、図５に示した本発明の実施形態の複合口金１８に共通した複合繊維の製造方法について詳細に説明する。本発明の複合繊維の製造方法は、公知の複合紡糸機で、本発明の複合口金１８を使用すればよい。溶融紡糸において、芯鞘型の複合繊維を製造するには、第１成分ポリマー、第２成分ポリマーの一方を芯成分ポリマー、他方を鞘成分ポリマーとすればよい。また、海島型の複合繊維を製造するには、一方を島成分ポリマー、他方を海成分ポリマーとすればよい。また、芯鞘型や海島型以外の複合繊維を製造する場合には、適宜、ポリマーを選定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、一般的な溶液紡糸法に用いられる複合口金に限らず、メルトブロー法およびスパンボンド法に用いられる口金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。
【符号の説明】
【００４３】
１    第１成分ポリマー
２    複合ポリマー
３    第１成分ポリマー流路
４    第２成分ポリマー流路
５    吐出孔
６    分配板
７    口金吐出孔
８    分配溝
９    計量板
１０  吐出板
１１  吐出導入孔
１２  縮小孔
１３  第２成分ポリマー
１４  分岐点
１５  紡糸パック
１６  スピンブロック
１７  冷却装置
１８  複合口金
【図１】
2016108672.tif 000003
【図２】
2016108672.tif 000004
【図３】
2016108672.tif 000005
【図４】
2016108672.tif 000006
【図５】
2016108672.tif 000007
【図６】
2016108672.tif 000008