糸の製造：古代の糸から現代のイノベーションまで

概要

糸は複数の繊維ストランドを撚り合わせて形成されます。各ストランドはさらに短い繊維が紡績されて長いフィラメントになっています。長い連続フィラメントはさらに撚りを加えたり、テクスチャリング加工で特性を変えたりします。

紡績時の撚り回数が糸の性格を決めます：強撚りは強度、中撚りは柔らかさと光沢、極強撚りは縮緬（クレープ）糸になります。構造による分類もあります：単糸、合糸（2本以上の単糸を撚り合わせ）、縒糸（2本以上の合糸を撚り合わせ）。

1995年、アメリカでは約80億ポンド（36億kg）の紡績糸を生産、うち40%がノースカロライナ州産。半数以上が綿糸で、テクスチャー加工糸、縮緬糸、バルキー糸が総生産の約半分を占めました。テクスチャー糸は物理・化学・熱処理で膨らみを持たせ、縮緬糸は熱可塑性繊維の変形形状を利用、バルキー糸は本質的に嵩高い繊維から作られます。

糸は織物、編み物、フェルトなどテキスタイル製造の基盤です。1995年の米国生産は織物用糸40億ポンド（18億kg）、機械編み用糸30億ポンド（14億kg）、カーペット・ラグ用糸10億ポンド（4.5億kg）。繊維業界は60万人以上を雇用、年間約160億ポンド（70億kg）の工場用繊維を消費し、1996年には21億ドルの利益を上げました。輸出は売上の11%以上（約70億ドル）、アパレル産業はさらに100万の雇用を生んでいます。

歴史

綿、亜麻、絹、羊毛など天然繊維が初期テキスタイル生産の主役でした。最古の糸と布の断片——亜麻繊維束と平織リネン——は約7000年前のもので、スイスのロベンハウゼン付近で発見されています。

綿の栽培と利用は少なくとも7000年。エジプトで紀元前12000年頃、メキシコ（紀元前3500年）、インド（紀元前3000年）、ペルー（紀元前2500年）、米国南西部（紀元前500年）でも出土しています。綿がヨーロッパで商業的に重要になったのは新大陸植民地化以降。絹は紀元前2600年から中国の専売特許で、6世紀にビザンツ帝国が蚕飼育を開始するまでほぼ独占でした。

合成繊維はずっと後に登場：レーヨン（綿・木材繊維由来）が1891年開発、1911年商業生産。ナイロン、各種ポリエステルが続き、天然繊維需要を減らしつつ用途を拡大しました。

14世紀以前は手紡ぎ：紡ぎ車（スピンドルとワール——回転を維持する重り付きテーパー棒）を使用。繊維は梳かした束から紡ぎ棒（ディスタフ）に結ばれたものを引き出しました。12〜13世紀にインド（500〜1000年）で紡ぎ車が登場し、後にヨーロッパへ。手回し車輪、撚りをかけるフライヤー、糸を巻き取るボビンを備えていました。約150年後に登場したザクセン式紡ぎ車はフットペダル式で、両手が繊維作業に自由になりました。

18世紀に機械化のブレークスルー：ジョン・ケイの飛び杼（1733年）、リチャード・アークライトのジェニー紡績機（1766年）、サミュエル・クロンプトンのミュール紡績機（1779年）。1828年、ジョン・ソープがリング精紡機を発明、現在も広く使用され、数百本のスピンドルが金属リング内に配置されます。オープンエンド精紡は現在多くの天然繊維で採用され、空気流で繊維を高速回転カップへ吸引、押し出しながら紡績します。

原材料

糸は約15種類の繊維から作られ、天然と合成に大別されます。天然繊維——植物または動物由来——は織物用で主流。綿は成熟種子嚢から収穫され、アメリカで最も売れる繊維で、全合成繊維の合計を上回ります。植物繊維にはアセテート（木材パルプまたは綿リンター）、リネン（亜麻）など。動物繊維には羊毛（羊）、モヘア（アンゴラ山羊）、絹（蚕が連続フィラメントとして吐き出す）があります。

合成繊維はポリマー溶液を紡糸ノズルから押し出し、化学的に固化させてフィラメントを形成。アクリル、ナイロン、ポリエステル、ポリオレフィン、レーヨン、スパンデックス、トリアセテートなど。多くは天然繊維の特性を模倣しつつ縮みを防ぎ、スパンデックスのように500%以上伸びても切れない特殊機能を持つものもあります。

繊維はベール単位で搬入され、手作業または機械で開繊。ピッカーが繊維を分離・清浄、カーディングでわずかに平行なウェブ状に整えます。漏斗状装置でロープ状のストランドに変換。ローラーで延伸し——この段階をスライバーと呼び——軽い撚りをかけて大缶に収めます。

製造工程

主な紡績法は綿式、梳毛式（長繊維用）、紡毛式（羊毛用）の3つ。合成短繊維はいずれでも紡績可能。綿式が最大生産量のため、ここでは綿式を詳細に説明します。

繊維の準備

• ベールで搬入された繊維を手作業または機械で開繊。天然繊維は清浄が必要な場合あり、合成繊維は分離のみ。ピッカーが繊維をほぐし、分離、清浄。用途に応じて異なるステープル繊維をブレンドすることもあり、ラップ形成時、カーディング時、ドローイング時に実施。配合比率は厳密に管理し一貫性を確保。

カーディング（梳綿）

• 細い針金を備えたカーディング機で繊維を分離し、ゆるい平行ウェブに整列。ウェブを漏斗状装置でロープ状ストランドに変換。異なる繊維のラップを接合することでブレンドも可能。

コーミング（精梳）

• より滑らかで細い糸にするため、さらに平行度を高めます。櫛状装置で繊維を平行に整列させ、短い繊維をストランドから落とします。

ドローイング（延伸）

• カーディングまたはコーミング後、繊維塊はスライバー状態。この段階で複数のスライバーを合流させることも。異速ローラーでスライバーを延伸し、より均一なストランドにし、微小撚りを加えて大缶へ。カードスライバーはカーディング後2回、コームスライバーはコーミング前1回・後2回のドローイングを実施。

ツイスティング（粗紡）

• スライバーを粗紡機に通し、さらに延伸・撚りをかけて粗糸（ロービング）を作ります。

スピニング（精紡）

• 商業紡績の主流はリング精紡とオープンエンド精紡。リング精紡では粗糸をローラーで延伸、アイレットとトラベラーを通過。トラベラーが固定リング周りを4,000〜12,000rpmで回転、スピンドルがボビンを回転させ、撚りと巻き取りを同時に実行。オープンエンド精紡は粗紡工程を省略：スライバーを気流で精紡機へ供給、ロータリービーターで繊維を薄いストリームに分離、気流でローターのV字溝へ搬送。ローター回転で撚りが生じ、新たな繊維が連続的に流入、完成糸が溝の端から排出されます。

品質管理

自動化により品質保証が効率化：電子システムが温度、速度、撚り、効率を監視。米国材料試験協会（ASTM）が引張力、嵩高性、収縮率などの測定標準化法を提供。

未来展望

紡績システムはますます自動化・統合が進み、カーディングとドローイング機能が単一ユニットに融合。スピンドル数増加で生産速度が向上、ロボット制御機器が一般化するでしょう。

国内メーカーは最新技術を導入するアジアメーカーとの厳しい競争に直面。原材料コスト——総生産コストの最大73%を占める可能性——が課題。米国メーカーは顧客とその先のクライアントとの提携強化を図り、業界・政府・学術の共同研究プログラム「アメリカン・テキスタイル・パートナーシップ」が競争力強化を目指します。

環境規制の強化でリサイクルと公害防止対策が必須に。デニムを含むスクラップからの糸開発はすでに進行中。機械メーカーも大気・水質基準適合に向け革新を継続。

遺伝子工学で特異な特性を持つ繊維が期待されています。天然プラスチックのポリヒドロキシ酪酸を微量含み、保温性を高めた綿の開発例あり。将来的には優れた染着性と安定性を持つ繊維も。

2つのポリマーの長所を併せ持つ新合成繊維も開発中。化学的プロセス由来と、酵母・バクテリア・菌類を用いた生物学的生産由来の両方が研究されています。