JP2016204807A

JP2016204807A - メルトブロー用口金及び極細繊維製造装置

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Publication number: JP2016204807A
Application number: JP2015134059A
Authority: JP
Inventors: 紘邦張本; Hirokuni Harimoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: JP5946569B1; CN105803541A

Abstract

【課題】少ない熱風ガスの量であっても溶融樹脂を安定して微細な繊維に紡糸することができ、かつ、小型化や軽量化が容易で製造コストを抑制できるメルトブロー用口金及び極細繊維製造装置を提供する。
【解決手段】メルトブロー用口金２０の内部に、加熱した溶融樹脂を吐出できる１箇所以上の液ノズル２２と、液ノズル２２から吐出される溶融樹脂に熱風を吹き出して繊維状に延伸する１箇所以上の熱風ノズル２４を形成する。そして、熱風ノズル２２と液ノズル２４は互いに近接し、熱風ノズル２４の吹き出し方向と液ノズル２２の吐出方向が口金下面２０ａの下方で交差するように配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、メルトブロー口金及びこの口金を備える極細繊維製造装置に関する。

メルトブロー法により微細な繊維からなる不織布を連続的に製造する製造装置が周知である（例えば特許文献１参照）。こうした製造装置では、加熱した溶融樹脂を吐出ノズルから吐出させて高速の熱風により繊維状に延伸させて不織布や極細繊維を形成している。

特許文献１によれば、図１２及び図１３に示すように、プレート１１とプレート１２が互いにねじ止めされた状態において、溶融樹脂を吐出する円形の液ノズル６のまわりに高温高速のガスを吹き出す熱風ノズル１６が同心円状に備えられている口金の構成が示されている。

特開平４−２２８６０６号公報

ところで、メルトブロー紡糸装置において安定した紡糸を達成するためには、口金において、例えば溶融樹脂の温度だけでなく吹き出す高温ガスの温度を所定の温度範囲で管理する必要がある。
それに対し、特許文献１にみられるような構成の口金の場合、溶融樹脂を延伸させるのに大量の高温ガスを必要としていた。このため、紡糸時に吹き出しノズルを通過するガス温度が低下しないよう、口金の上流側に設けるガス加熱装置を大型にしたり、口金に直接加熱できる装置を取り付けるなどの対策が必要であった。それにより、エネルギーコストの上昇や口金の大型化・複雑化を招き、ひいては製造コストが上昇するという問題があった。

そこで、本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、少ない熱風ガスの量であっても溶融樹脂を安定して微細な繊維に紡糸することができ、かつ、小型化や軽量化が容易で製造コストを抑制できるメルトブロー用口金及び極細繊維製造装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、加熱した溶融樹脂を吐出できる１箇所以上の液ノズルと、液ノズルから吐出される溶融樹脂に熱風を吹き出して繊維状に延伸する１箇所以上の熱風ノズルを備えるメルトブロー用口金であって、熱風ノズルは液ノズルに近接し、熱風ノズルの吹き出し方向と液ノズルの吐出方向が口金下面の下方で交差するように配置することを特徴とするメルトブロー用口金である。このように構成すると、少ない熱風ガスの量であっても安定して溶融樹脂を微細な繊維に紡糸することができる。また、口金内の吐出ノズルと熱風ノズルの配置の自由度が増すこととなる。

本発明によれば、少ない熱風ガスの量で溶融樹脂を安定して微細な繊維に紡糸することができることから、熱風ガスの使用量を削減できる。また、吐出ノズルや吹き出しノズルを備えるのに要するスペースが小さく、口金内にこうしたノズルを多数配置することができる。そのため、口金の小型化や軽量化が達成できるとともに、ひいては製造コストの抑制も達成できる。

本発明の第１の実施形態によるメルトブロー用口金の断面図とそれを備える極細繊維製造装置のブロックである。図１に示すメルトブロー用口金の平面図である。本発明の第２の実施形態によるメルトブロー用口金の断面図である。本発明の第３の実施形態によるメルトブロー用口金の断面図である。図４に示すメルトブロー用口金の平面図である。本発明の第４の実施形態によるメルトブロー用口金の平面図である。本発明の第５の実施形態によるメルトブロー用口金の平面図である。図７のＡ―Ａ線に沿ったメルトブロー用口金の断面図である。本発明の第６の実施形態によるメルトブロー用口金の平面図である。図７のメルトブロー用口金を備えた極細繊維製造装置の斜視図である。図９のメルトブロー用口金を備えた極細繊維製造装置の斜視図である。従来のメルトブロー用口金の断面図である。図１２の平面図である。

以下、図１と図２を参照して、第１の実施形態のメルトブロー用口金２０及び極細繊維製造装置について説明する。
図１に示すように、極細繊維製造装置は、溶融樹脂を押し出す押出機２００と、熱風を生成する熱風生成装置３００と、押出機２００から押し出された溶融樹脂を繊維状にして吐出する口金２０とを備えている。

図１及び図２に示すように、口金２０の内部には溶融樹脂を吐出する液ノズル２２と、熱風ガスを吹き出す熱風ノズル２４とが形成されている。
ここで、液ノズル２２と熱風ノズル２４は、それぞれ一定の断面を有する柱状中空体であり、互いに近接して配置されている。さらに、液ノズル２２の中心軸Ｏ_ｒと熱風ノズル２４の中心軸Ｏ_ｇが同一平面上に存在するとともに、口金２０において中心軸Ｏ_ｒが傾斜し、中心軸Ｏ_ｒの延長線と中心軸Ｏ_ｇの延長線が口金下面２０ａの下方側の点Ｘにおいて角度θ_１で交差するように構成されている。
これにより、熱風ノズル２４から吹き出される熱風ガスが少ない量であっても、液ノズル２２から吐出された溶融樹脂が熱風ノズル２４から吹き出される熱風ガスにより延伸され微細な繊維が得られる。

液ノズル２２は溶融樹脂を吐出できるものであれば良く、断面の形状は特に限定するものではないが、例えば、円形、楕円形、四角形や六角形などの多角形であることができる。均一な加工のしやすさから、円形であることが好ましい。

また、液ノズル２２の断面の大きさは溶融樹脂の種類や温度などにより適宜選択されるが、円形の場合、直径は０．１ｍｍから１．０ｍｍが好ましく、０．１５ｍｍから０．７ｍｍがより好ましく、０．２ｍｍから０．５ｍｍがさらに好ましい。

熱風ノズル２４は熱風ガスを吹き出すことができるものであれば良く、断面の形状は特に限定するものではないが、例えば、円形、楕円形、四角形や六角形などの多角形や四角形などを湾曲させた形状であっても良い。

また、熱風ノズル２４の断面の大きさは溶融樹脂の種類や温度などにより適宜選択されるが、円形の場合、直径は０．２ｍｍから２．５ｍｍが好ましく、０．２５ｍｍから１．５ｍｍがより好ましく、０．３ｍｍから１ｍｍがさらに好ましい。

液ノズル２２と熱風ノズル２４は、互いに近接して配置されており、両者の口金下面２０ａにおける最短距離ｔ₁が０．１ｍｍから５ｍｍが好ましく、１ｍｍから４．５ｍｍがより好ましく、２ｍｍから４ｍｍがさらに好ましい。０．１ｍｍ未満では、接近しすぎて加工が難しくなり、５ｍｍを超えると熱風ガスによる溶融樹脂の延伸が不十分で微細な繊維が得られ難くなるためである。

図１において、中心軸Ｏ_ｒの延長線と中心軸Ｏ_ｇの延長線が成す角度θ_１は、０度から３０度が好ましく、０度から２５度がより好ましく、５度から２０度がさらに好ましい。３０度を超えると、熱風ガスによる溶融樹脂の延伸が不十分で微細な繊維が得られ難くなるためである。なお、角度θ_１が０度に近づくとともに、図１に示す点Ｘと口金下面２０ａとの距離は大きくなるが、この場合でも熱風ガスによる溶融樹脂の延伸がなされ微細な繊維が得られる。

図１では、口金２０において、液ノズル２２を傾斜させている。代わりに熱風ノズル２４を傾斜させても良いし、両方とも傾斜させても良い。ただし、これらの場合でも、中心軸Ｏ_ｒの延長線と中心軸Ｏ_ｇの延長線が成す角度θ_１は、３０度以内が好ましい。

図３を参照して、第２の実施形態のメルトブロー用口金３０について説明する。

図３に示すように、メルトブロー用口金３０において、液ノズル３２の上流側に、液ノズル３２の断面より大きな断面を有する中空部である液保持部３２ｂを設けている。一般に、液ノズル３２の断面は、例えば直径が０．５ｍｍ程度と小さいため、口金の厚み全体を貫通する加工は困難な場合がある。そのため、このような液保持部３２ｂを設けることにより液ノズル３２の加工厚みを小さく抑えることができ好ましい。

図３では、液ノズルの上流側にこうした大きな断面を有する中空部３２ｂを設けているが、代わりに熱風ノズルの上流側に設けても良いし、互いに中空部がぶつからない範囲で両方に設けても良い。

図４及び図５を参照して、第３の実施形態のメルトブロー用口金４０について説明する。

図４及び図５に示すように、口金４０の内部には溶融樹脂を吐出する液ノズル４２と、熱風ガスを吹き出す熱風ノズル４４が形成されている。
ここで、口金４０において、液ノズル４２を傾斜させている。
一方、熱風ノズル４４は、口金下面４０ａ近くにおいて、その一部がテーパー形状からなるテーパー部４４ａを有している。
これにより、熱風ノズル４４から吹き出される熱風ガスが少ない量であっても、液ノズル４２から吐出された溶融樹脂が熱風ノズルのテーパー部４４ａに沿って吹き出す熱風ガスにより効果的に延伸され微細な繊維となる。

なお、テーパー部４４ａは、熱風ノズル４４の出口側の周囲全体に設ける必要はなく、少なくとも液ノズル４２に最も近い側に設けることが好ましく、熱風ノズル４４又は液ノズル４２の断面が円形の場合は、どちらかの直径と同程度の幅を有することが好ましい。
さらに、図４において、テーパー部４４ａにおいて、熱風ノズルの中心軸とテーパー方向の成す角度θ_２は、３５度以内が好ましく、２５度以内がより好ましく、１５度以内がさらに好ましい。３５度を超えると、熱風ガスによる溶融樹脂の延伸が不十分で微細な繊維が得られ難くなるためである。
また、図４及び図５において、テーパー形状４４ａは、口金下面４０ａにおいて、液ノズル４２の出口とほぼ接するように設けているが、角度θ_２を小さくして液ノズル４２の出口に近づけるように設けてもよい。

以上、図４及び図５では、第１の実施形態のメルトブロー用口金を用いて熱風ノズルの吹き出し部の少なくとも一部がテーパー状をなす場合について説明したが、第２の実施形態のメルトブロー用口金を用いた場合にも同様に適用できる。

図６を参照して、第４の実施形態のメルトブロー用口金５０について説明する。

図６に示すように、口金５０の内部には溶融樹脂を吐出する液ノズル５２が直径Ｄ_１を有する円周上に多数設けられている。さらに、それぞれの液ノズル５２には、ここでは図示していないが熱風を吹き出す熱風ノズルが近接し、熱風ノズルの吹き出し方向と液ノズル５２の吐出方向が口金下面５０ａの下方で交差するように設けられている。これにより、それぞれの熱風ノズルから吹き出される熱風ガスが少ない量であっても、それぞれの液ノズル５２から吐出された溶融樹脂が吹き出す熱風ガスにより延伸され微細な繊維が多数得られるので生産性に優れている。また、熱風ノズルの配置に柔軟性を持たせることができるので液ノズルを高密度に備える場合に有利である。

口金５０の外形は、断面が必ずしも円形である必要はなく、楕円形、四角形や六角形などの多角形であっても良い。口金の加工のしやすさから、円形であることが好ましい。

また、図６では、液ノズル５２を円周上に１２箇所備えているが、口金５０の外形や寸法などに応じてさらに多数備えてもよい。
ここで、隣接する液ノズル５２間の距離は、２ｍｍから１２ｍｍが好ましく、３ｍｍから１０ｍｍがより好ましい。２ｍｍ未満では、接近しすぎて隣の液ノズルとの干渉により紡糸が安定せず、１２ｍｍを超えると液ノズルが少なく生産性が低下するためである。

図７及び図８を参照して、第５の実施形態のメルトブロー用口金６０について説明する。

図７に示すように、口金６０の内部には溶融樹脂を吐出する液ノズル６２が直径Ｄ_１を有する円周上に多数設けられている。さらに、多数の熱風ノズル６４は、液ノズル６２が配置されている円と同じ中心を有する直径Ｄ_２の円周上にそれぞれの液ノズル６２に近接して配置されている。ここで、直径Ｄ_２は直径Ｄ_１より小さくしている。

これにより、それぞれの熱風ノズルから吹き出される熱風ガスが少ない量であっても、それぞれの液ノズル６２から吐出された溶融樹脂が吹き出された熱風ガスにより延伸され微細な繊維が多数得られるので生産性に優れている。

また、口金６０において、溶融樹脂の導入経路を直径Ｄ_１の円周付近の厚み方向に、一方、熱風ガスの導入経路を直径Ｄ_２の円周付近の厚み方向に、分けて配置している。
このような配置をとることにより、溶融樹脂と熱風ガスのそれぞれの導入経路の切り分けが容易となり、口金の加工や小型化に有利となる。

なお、図７及び図８では、熱風ノズル６４の吹き出し部にテーパー部６４ａを設けている。それにより、吐出される溶融樹脂が熱風ガスにより効果的に延伸される。
また、図７では、熱風ノズル６４に繋がる熱風導入口３００ｂを側面部から中心部に設けているため、それと干渉する位置にある液ノズルと熱風ノズルを省略している。それを避けるため、熱風導入口３００ｂを口金下面の反対面である口金上面に移しても良い。

図７において、熱風ノズル６４は断面を円形としたが、楕円形、四角形や六角形などの多角形であってもよい。また、細長い四角形を直径Ｄ_２の円周上に沿うよう湾曲させた形状であっても良く、この場合、吐出された微細な繊維が直径Ｄ_２の円周の内側に飛び込むことを防止でき好ましい。

以上述べてきた口金６０では、直径Ｄ_２は直径Ｄ_１より小さい場合の構成である。
逆に、直径Ｄ_２が直径Ｄ_１より大きい場合でも、同じく微細な繊維からなる極細繊維を多数得ることができ、また、溶融樹脂と熱風ガスのそれぞれの導入経路の切り分けが容易であることなど同様である。

図９を参照して、第６の実施形態のメルトブロー用口金７０について説明する。

図９に示すように、口金７０の内部には溶融樹脂を吐出する液ノズル７２が直線ｌ_１上に多数設けられている。さらに、それぞれの液ノズル７２には、熱風を吹き出す熱風ノズル７４が配置されている。熱風ノズル７４は液ノズル７２に近接し、熱風ノズル７４の吹き出し方向と液ノズル７２の吐出方向が口金下面７０ａの下方で交差するように設けられている。これにより、それぞれの熱風ノズル７４から吹き出される熱風ガスが少ない量であっても、それぞれの液ノズル７２から吐出された溶融樹脂が吹き出す熱風ガスにより延伸され微細な繊維からなる極細繊維が得られるので生産性に優れている。また、熱風ノズルの配置に柔軟性を持たせることができるので液ノズルを高密度に備える場合に有利であり、極細繊維からなる幅広の不織布を製造する上で好ましい。

なお、口金７０の外形は、断面が細長い四角形の形状が好ましいが、特にそれに限定されない。

また、隣接する液ノズル７２間の距離は、２ｍｍから１２ｍｍが好ましく、３ｍｍから１０ｍｍがより好ましい。２ｍｍ未満では、接近しすぎて隣の液ノズルとの干渉により紡糸が安定せず、１２ｍｍを超えると溶液ノズルが少なく生産性が低下するためである。

図１０は、図７に示すメルトブロー用口金６０を複数備えた極細繊維製造装置である。
押出機から押し出された溶融樹脂は、液導入配管２００ａより液導入口２００ｂを経て口金６０に多数形成されている液ノズル６２から繊維状に吐出される。一方、熱風生成装置から出された熱風ガスは、熱風導入配管３００ａより熱風導入口３００ｂを経て口金６０に多数形成されている熱風ノズル６４より吹き出す。これにより、液ノズル６２から吐出された樹脂繊維は延伸され微細化された樹脂繊維が得られる。

また、図１０に示すように、口金６０の下方にはメッシュ状のベルトコンベアが設けられており、微細化された樹脂繊維が走行中のベルト上に集積されることで極細繊維が形成される。

なお、図１０では口金６０を幅方向に３台備えているが、生産性をアップさせるためより多数備えても良い。
また、複数の口金６０に同種の樹脂材料からなる溶融樹脂を供給してもよい。一方、口金６０ごとに種類や特性が異なる樹脂材料からなる溶融樹脂を供給することで、複合化した極細繊維とすることもできる。

図１１は、図９に示すメルトブロー用口金７０を複数備えた極細繊維製造装置である。押出機から押し出された溶融樹脂は、液導入配管２１０ａより液導入口２１０ｂを経て口金７０に多数形成されている液ノズル７２から繊維状に吐出される。一方、熱風生成装置から出された熱風ガスは、熱風導入配管３１０ａより熱風導入口３１０ｂを経て口金７０に多数形成されている熱風ノズル７４より吹き出す。これにより、液ノズル７２から吐出された樹脂繊維は延伸され微細化された樹脂繊維が得られる。

また、図１１に示すように、口金７０の下方にはメッシュ状のベルトコンベアが設けられており、微細化された樹脂繊維が走行中のベルト上に集積されることで極細繊維が形成される。

なお、図１１では口金７０をベルトコンベアの進行方向に３台備えているが、生産性をアップさせるためより多数備えても良い。
また、複数の口金７０に同種の樹脂材料からなる溶融樹脂を供給してもよい。一方、口金７０ごとに種類や特性が異なる樹脂材料からなる溶融樹脂を供給することで、複合化した極細繊維とすることもできる。

２０、３０、４０、５０、６０、７０：メルトブロー用口金
２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ、６０ａ、７０ａ：口金下面
２２、３２、４２、５２、６２、７２：液ノズル
２４、３４、４４、６４、７４：熱風ノズル
３２ｂ：液保持部
４４ａ、６４ａ：熱風ノズルのテーパー部
２００：押出機
２００ａ、２１０ａ：液導入配管
２００ｂ：液導入口
３００：熱風生成装置
３００ａ、３１０ａ：熱風導入配管
３００ｂ：熱風導入口

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、加熱した溶融樹脂を吐出できる１箇所以上の液ノズルと、液ノズルから吐出される溶融樹脂に熱風を吹き出して繊維状に延伸する１箇所以上の熱風ノズルを備えるメルトブロー用口金であって、液ノズルと熱風ノズルは、それぞれ一定の断面を有する柱状中空体であって、互いに交わらず、かつ、熱風ノズルは液ノズルに近接し、熱風ノズルの吹き出し方向と液ノズルの吐出方向が口金下面の下方で交差するように配置することを特徴とするメルトブロー用口金である。このように構成すると、少ない熱風ガスの量であっても安定して溶融樹脂を微細な繊維に紡糸することができる。また、口金内の吐出ノズルと熱風ノズルの配置の自由度が増すこととなる。

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、加熱した溶融樹脂を吐出できる１箇所以上の液ノズルと、液ノズルから吐出される溶融樹脂に熱風を吹き出して繊維状に延伸する１箇所以上の熱風ノズルを備えるメルトブロー用口金であって、液ノズルと熱風ノズルは、それぞれ一定の断面形状を有する柱状中空体であり、互いに近接し、液ノズルの中心軸と熱風ノズルの中心軸は同一平面上に存在するとともに、液ノズルの中心軸の延長線と熱風ノズルの中心軸の延長線が口金下面の下方側において交差するように配置されることを特徴とするメルトブロー用口金である。このように構成すると、少ない熱風ガスの量であっても安定して溶融樹脂を微細な繊維に紡糸することができる。また、口金内の吐出ノズルと熱風ノズルの配置の自由度が増すこととなる。

Claims

加熱した溶融樹脂を吐出できる１箇所以上の液ノズルと、前記液ノズルから吐出される溶融樹脂に熱風を吹き出して繊維状に延伸する１箇所以上の熱風ノズルを備えるメルトブロー用口金であって、
前記熱風ノズルは前記液ノズルに近接し、前記熱風ノズルの吹き出し方向と前記液ノズルの吐出方向が前記口金下面の下方で交差するように配置することを特徴とするメルトブロー用口金。
前記熱風ノズルの吹き出し部の少なくとも一部がテーパー形状をなしていることを特徴とする、請求項１に記載のメルトブロー用口金。
複数の前記液ノズルが直径Ｄ_１の円周上に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のメルトブロー用口金。
複数の前記熱風ノズルが、前記液ノズルが配置されている円と同じ中心を有する直径Ｄ_２の円周上に配置されているとともに、Ｄ_２はＤ_１よりも小さいか又は大きいことを特徴とする請求項３に記載のメルトブロー用口金。
複数の前記液ノズルが直線上に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のメルトブロー用口金。
請求項〜請求項５のいずれかに記載のメルトブロー用口金を備え、
前記液ノズルより溶融樹脂を吐出するとともに、吐出された溶融樹脂に対して前記熱風ノズルから熱風を吹き出して繊維状に延伸された樹脂繊維によって微細な繊維を製造することを特徴とする極細繊維製造装置。