JP4399095B2 - 縦配列不織布の製造装置および縦延伸不織布の製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメントが縦方向に配列された不織布、それを縦方向に延伸した不織布の製造装置に関する。
【０００２】
本発明により得られる不織布は、強度及び寸法安定性に優れており、一方向に強度を要する不織布や直交不織布の原料ウェブとして使用される。
【０００３】
【従来の技術】
不織布の製法としては、紡糸から直接不織布とするスパンボンド方式、メルトブロー方式、スパンレース方式等（以下これらを含めて広義のスパンボンド不織布と呼ぶ）がある。これらの方式によって製造された不織布は、経済性、量産性から不織布の主流をなしている。
【０００４】
これら従来の広義のスパンボンド不織布は、フィラメントがランダムな方向に配列されたランダム不織布であり、強度が小さく、寸法安定性の無いものが多かった。本発明者らは、これらの従来の不織布の持つ欠点を改善した、不織布の延伸方法やそれらを直交積層させた不織布の製法を発明した（特公平３−３６９４８号公報、特開平１０−２０４７６７号公報等参照）。
【０００５】
また、特公昭６０−２５５４１号公報には、フィラメントの射出方向に対してコンベアを傾斜させることによって高度にフィラメントを一方向に配列させる方法が記載されている。さらに、特開平７−３６０４号公報には、気流とともに噴出させたフィラメントを通気性のコンベア上に堆積させ、このコンベアの裏側に気流遮蔽手段を設けて気流の制御を行うことにより、フィラメントを縦方向に広げ、配列性を向上させる方法が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の不織布の製法では、高度にフィラメントを配列させる程度が不十分であった。特に、特開平７−３６０４号公報に開示された方法では、コンベアの傾斜に沿ってエアーが流れることと、一番重要なコンベア着地点で噴出エアーの吸引除去がなされていないこととにより、コンベアに到達した噴出エアーによりコンベア上でフィラメントが流れたり、フィラメントの配列が乱れるといった不都合がある。つまり、コンベア上でのフィラメントの乱れをなくすることが、高度にフィラメントの配列した縦配列不織布を製造するには必要である。
【０００７】
一般に、フィラメントが十分に縦方向に配列された不織布を得るには、紡糸工程におけるフィラメントの縦配列のみでは不十分である。さらに、フィラメントの配列を良くする最も良い手段は、かかる不織布を縦方向に延伸することである。しかし、一般に不織布の紡糸後の縦延伸については、フィラメントの縦配列が良くないこと、および冷却が不十分であることにより、延伸性が悪く、高倍率で高強度の延伸とすることが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、フィラメントが高度に縦方向に配列された縦配列不織布の製造装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、上記縦配列不織布をさらに縦方向に延伸してより強度を向上させた縦延伸不織布の製造装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の縦配列不織布の製造装置は、ノズルから多数本のフィラメントを押し出す紡糸機構と、ノズルから押し出されたフィラメントを細化させるためにフィラメントに随伴させる高速気流を発生する高速気流形成機構と、高速気流により細化されたフィラメントを捕集し搬送するコンベアと、高速気流の向きをコンベアの進行方向に周期的に変動させる気流振動手段とを有し、気流振動手段は、高速気流の流域の少なくとも一方の側に、製造すべき不織布の幅方向と平行な軸を中心に回転可能に設けられた、周壁面を備えた回転体を有し、回転体の周壁面は、高速気流の流れ方向に対して向きおよび距離の少なくとも一方を変化可能で、かつ周方向について軸からの距離が周期的に変化しており、回転体は楕円柱形状である。
【００１２】
上記の本発明によれば、ノズルより押し出された多数本のフィラメントは、高速気流によって細化されてコンベア上に捕集される。ここで、高速気流の向きはコンベアの進行方向つまり縦方向に周期的に変動されるので、フィラメントは、この高速気流に随伴して縦方向に周期的に振られ、縦方向に部分的に折り畳まれてコンベア上に捕集されることになる。その結果、フィラメントが縦方向に良好に配列した不織布が得られる。
【００１３】
本発明において、不織布の紡糸には広義のスパンボンド方式を採用する。スパンボンド方式は、紡糸方式として最も合理化された方式であり、経済性にも量産性にも優れているからである。広義のスパンボンド方式は、溶融（溶剤による溶解も含むが、簡便のため本明細書では熱による溶解の意味で用いる）フィラメントを音速に近い高速気流中で高倍率にドラフトさせて細化する点で共通する。
【００１４】
本発明者らが鋭意研究を進めた結果、このフィラメントの細化に利用される高速気流の向きをコンベアの進行方向に周期的に変動させることで、フィラメントの配列性を向上させることができ、さらに、高速気流の向きはコアンダ効果を利用すると簡便に変動させることができることを見出した。そのため、高速気流の流れ方向に対して向きおよび距離の少なくとも一方を変化可能な壁面を有する気流振動手段を高速気流の流域に設置し、または、高速気流の流れ方向に対して傾斜した壁面を有しこの壁面と高速気流の気流軸との距離を変化可能な気流振動手段を設置している。
【００１５】
また、フィラメントを構成する材料の融点以上の高温で供給された高速気流を霧で冷却することで、高速気流に随伴して細化されるフィラメントを、その分子が縦方向に配列される前に冷却することができる。その結果、後段階で不織布を縦方向に延伸する場合、その延伸性が向上する。
【００１６】
本発明はさらに、縦延伸不織布の製造装置を提供するものでもある。
【００１８】
本発明の縦延伸不織布の製造装置は、高速気流またはフィラメントを霧で冷却する冷却手段をさらに含み、紡糸手段はノズルを有するメルトブローダイスを含んでいる、上記した本発明の縦配列不織布の製造装置と、縦配列不織布の製造装置で製造された縦配列不織布に対して、縦方向延伸を行う延伸装置とを有する。延伸装置が縦方向延伸かつ近接延伸を行うものであると、より好ましい。
【００１９】
上記のように本発明の縦延伸不織布の製造装置では、フィラメントが高度に縦方向に配列された不織布をさらに縦方向に延伸するので、縦方向の強度に優れた不織布が得られる。
【００２０】
なお、本発明において、フィラメントの配列方向や延伸方向等を説明する場合に用いる「縦方向」とは、不織布を製造する際の機械方向すなわち不織布の送り方向を意味し、「横方向」とは、縦方向と直角な方向、すなわち不織布の幅方向を意味する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態および参考例について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１を参照すると、本発明の一実施形態である、メルトブロー法による不織布製造装置の概略構成図が示されている。図１に示す不織布製造装置は、主にメルトブローダイス１とコンベア７とで構成される紡糸ユニットと、延伸シリンダ１２ａ，１２ｂ、引取ニップローラ１６ａ，１６ｂ等で構成される延伸ユニットとを有する。
【００２３】
メルトブローダイス１は、先端（下端）に、紙面に対して垂直な方向に並べられた多数のノズル３を有し、ギアポンプ（不図示）から送入された溶融樹脂２がノズル３から押し出されることで、多数のフィラメント１１が形成される。なお、図１ではメルトブローダイス１は内部構造を明瞭にするため断面を示しており、ノズル３は一つしか示されていない。また、各ノズル３の両側にはそれぞれエアー溜５ａ，５ｂが設けられている。樹脂の融点以上に加熱された高圧加熱エアーは、これらエアー溜５ａ，５ｂに送入され、エアー溜５ａ，５ｂと連通してメルトブローダイス１の先端に開口するスリット６ａ，６ｂから噴出される。これにより、ノズル３からのフィラメント１１の押し出し方向とほぼ平行な高速気流が生じる。この高速気流により、ノズル３から押し出されたフィラメント１１はドラフト可能な溶融状態に維持され、高速気流の摩擦力によりフィラメント１１にドラフトが与えられ、フィラメント１１が細径化される。上記の機構は、通常のメルトブロー法と同様である。高速気流の温度は、フィラメント１１の紡糸温度よりも８０℃以上、望ましくは１２０℃以上高くする。
【００２４】
メルトブローダイス１を用いてフィラメント１１を形成する方法では、高速気流の温度を高くすることにより、ノズル３から押し出された直後のフィラメント１１の温度をフィラメント１１の融点よりも十分に高くすることができるため、フィラメント１１の分子配向を小さくすることができる。
【００２５】
メルトブローダイス１の下方にはコンベア７が配置される。コンベア７は、不図示の駆動源により回転されるコンベアローラ１３やその他のローラに掛け回されており、コンベアローラ１３の回転によりコンベア７を駆動することで、ノズル３から押出されたフィラメント１１は図示右方向へ搬送される。
【００２６】
メルトブローダイス１の近傍の、スリット６ａ，６ｂによる高速気流が発生している領域には、楕円柱状の気流振動機構９が設けられている。気流振動機構９は、コンベア７上でのフィラメント１１の搬送方向にほぼ直交させて、すなわち製造すべき不織布の幅方向とほぼ平行に軸９ａを配置させ、この軸９ａを回転させることで軸９ａを中心に図示矢印Ａ方向に回転される。このように、高速気流の流域に楕円柱状の気流振動機構９を配置し、これを回転させることで、後述するようにコアンダ効果を利用してフィラメント１１の流れる向きを変えることができる。
【００２７】
フィラメント１１は、ノズル３の両側のスリット６ａ，６ｂから噴出された高圧加熱エアーが合流した流れである高速気流に沿って流れる。高速気流は、スリット６ａ，６ｂから噴出された高圧加熱エアーが合流して、コンベア７の搬送面とほぼ垂直な方向に流れる。
【００２８】
ところで、気体や液体の高速噴流近傍に壁が存在しているとき、噴流軸の方向と壁面の方向とが異なっていても、噴流が壁面に沿った方向の近くを流れる傾向があることは一般に知られている。これをコアンダ効果という。気流振動機構９は、このコアンダ効果を利用してフィラメント１１の流れの向きを変える。
【００２９】
以下に、気流振動機構９の回転による、フィラメント１１の流れの向きの挙動について図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００３０】
図２（ａ）に示す状態では、気流振動機構９の楕円形端面の長軸は、高速気流の気流軸１０とほぼ平行であり、気流振動機構９の周壁面９ｂと気流軸１０との距離は、最も大きい。このとき、気流振動機構９の周壁面９ｂによるコアンダ効果は最も小さく、高速気流はほぼ気流軸１０に沿っており、フィラメント１１もほぼ気流軸１０に沿って流れる。
【００３１】
気流振動機構９が回転していき、図２（ｂ）に示すように気流振動機構９の楕円形端面の長軸９ｃが高速気流の気流軸１０に対して傾きを持つようになると、気流振動機構９の周壁面９ｂと気流軸１０との距離が次第に小さくなり、これに伴いコアンダ効果が大きくなっていく。この状態では、気流振動機構９は楕円柱状であるので、その周壁面９ｂと気流軸１０との距離は、高速気流の流れ方向下流に向かって次第に大きくなる。従って、高速気流はこの周壁面９ｂに沿って流れようとし、それに伴ってフィラメント１１は気流振動機構９側に引き寄せられる。
【００３２】
さらに気流振動機構９が回転し、図２（ｃ）に示すように可動部材９の楕円形端面の長軸９ｃが気流軸１０と垂直になると、気流振動機構９の周壁面９ｂと気流軸１０との距離は最も小さくなる。このときコアンダ効果は最も大きく、また、高速気流の流れ方向に関して周壁面９ｂの気流軸１０との距離が最も近い位置よりも下流側では、気流軸１０に対する周壁面９ｂの角度は、図２（ｂ）に示した状態よりも大きくなる。従って、フィラメント１１は、図２（ｂ）に示した状態よりもさらに気流振動機構９側に引き寄せられる。
【００３３】
図２（ｃ）に示した状態よりもさらに気流振動機構９が回転すると、気流振動機構９の周壁面９ａと気流軸１０との距離が次第に大きくなるとともに、気流軸１０に対する周壁面９ａの角度も小さくなり、フィラメント１１の流れ方向が気流軸１０と平行な方向に近づいて行く。そして、気流振動機構９が図２（ａ）に示した状態から１８０°回転すると、再び図２（ａ）に示したのと同じ状態になり、その後は、上述した一連の動作を繰り返す。
【００３４】
これにより、図２（ａ）〜（ｃ）に示した範囲でフィラメント１１を周期的に振らせることができる。ここで図１を参照すると、前述したように、気流振動機構９の軸９ａはコンベア７によるフィラメント１１の搬送方向と直交して配置されているので、フィラメント１１は、コンベア７による搬送方向すなわち縦方向に振られることになる。
【００３５】
ここでは気流振動機構９がフィラメント１１の流れと同方向に回転する場合について説明しているが、気流振動機構は気流と壁面との距離を周期的に変えることができるものであれば、気流振動機構９をフィラメント１１の流れと逆方向に回転させても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、気流振動機構９の幅、すなわち軸９ａと平行な方向における長さは、メルトブローダイス１（図１参照）によって紡糸されるフィラメント群の幅よりも１００ｍｍ以上大きいことが望ましい。これよりも気流振動機構９の幅が小さいと、フィラメント群の両端部で高速気流の流れ方向を十分に変えられず、フィラメント群の両端部でのフィラメント１１の縦方向の配列が不十分になるおそれがある。また、気流振動機構９の壁面と高速気流の気流軸との距離は、最も小さいときで２５ｍｍ以下、望ましくは１５ｍｍ以下である。気流振動機構９と気流軸との距離がこれ以上大きくなると、高速気流が気流振動機構９に引き寄せられる効果が小さく、フィラメント１１を十分に振らせることができなくなるおそれがある。
【００３７】
さらに、フィラメント１１の振れ幅は、高速気流の流速と気流振動機構９の回転速度に依存する。すなわち、気流振動機構９の回転による、気流振動機構の壁面の、高速気流の気流軸に対する距離の変動を、気流振動機構９の壁面の振動として考えた場合、フィラメント１１の振れ幅を最大とする壁面の振動数が存在する。この特定の振動数は紡糸条件によって異なるが、この振動数以外では、壁面の振動数と高速気流の持つ固有の振動数が異なるため、高速気流を加速する効果が小さくなり、フィラメント１１の振れ幅も小さくなる。また、壁面の振動数がこの特定の振動数の整数倍である場合でも、壁面の振動は高速気流の固有の振動とは合ってはいるものの、高速気流を加速させる効果は小さい。本実施形態では、フィラメント１１の振れ幅が最大となるように気流振動機構９を回転させている。
【００３８】
高速気流の速度は１０ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは１５ｍ／ｓｅｃ以上である。これ以下の速度では、気流は気流振動機構９の壁面に十分に引き寄せられず、結果的にフィラメント１１を十分に振らせることができなくなるおそれがある。
【００３９】
再び図１を参照すると、メルトブローダイス１とコンベア７との間には、スプレーノズル８が設けられている。スプレーノズル８は、高速気流中へ霧状の水を噴霧するもので、これによりフィラメント１１が冷却され、急速に凝固される。スプレーノズル８ｂは実際には各複数個設置されるが、煩雑さを避けるため図１では１個のみを示した。
【００４０】
凝固したフィラメント１１は、縦方向に振られながらコンベア７上に集積し、縦方向に部分的に折り畳まれて連続的に捕集される。
【００４１】
コンベア７上のフィラメント１１は、コンベア７により図示右方に搬送され、延伸温度に加熱された延伸シリンダ１２ａと押さえローラ１４とにニップされ、延伸シリンダ１２ａに移される。その後、フィラメント１１は、延伸シリンダ１２ｂと押えゴムローラ１５とにニップされて延伸シリンダ１２ｂに移され、２つの延伸シリンダ１２ａ，１２ｂに密着される。このようにフィラメント１１が延伸シリンダ１２ａ，１２ｂに密着しながら送られることで、フィラメント１１は、縦方向に部分的に折り畳まれた状態のまま、隣接するフィラメント同士が融着したウェブとなる。
【００４２】
延伸シリンダ１２ａ，１２ｂに密着して送られることにより得られたウェブは、さらに、引取ニップローラ１６ａ，１６ｂ（後段の引取ニップローラ１６ｂはゴム製）で引き取られる。引取ニップローラ１６ａ，１６ｂの周速は延伸シリンダ１２ａ，１２ｂの周速よりも大きく、これによりウェブは縦方向に延伸され、縦延伸不織布１８となる。
【００４３】
以上説明したように、気流振動機構９で高速気流の方向を縦方向に変化させることによってフィラメント１１を縦方向に振らせてコンベア７上に集積させることで、コンベア７上でのフィラメント１１の縦方向への配列性を向上させ、コンベア７上でのフィラメント１１の折り畳み幅を大きくすることができる。例えば、特開平１０−２０４７６７号公報に開示されている手段では折り畳み幅は１００ｍｍ前後であるのに対し、本発明によれば３００ｍｍ以上のものも容易に得ることができる。このようなフィラメント１１の配列は、ウェブの縦方向の強度を向上させるのに効果がある。
【００４４】
また、ウェブを縦方向に延伸することにより、フィラメント１１の縦方向への配列性をより向上させることができる。このとき、フィラメント１１の縦方向への配列性が良いものほど、ウェブの縦延伸時にフィラメント１１が実質的に延伸される確率が高くなり、最終延伸ウェブの強度も大きくなる。フィラメント１１の配列が悪いと、ウェブを延伸してもフィラメント１１の折り畳み構造やフィラメント１１の間隔が広がるだけでフィラメント１１が実質的に延伸される確率が低くなり、延伸後の十分な強度が得られなくなる。
【００４５】
また、折り畳み幅が大きいことは、フィラメント１１を縦方向に配列させる効果があるばかりでなく、後述する近接延伸における延伸間距離が長くても十分に強度が得られる延伸が可能となる。
【００４６】
ところで、通常のメルトブロー紡糸では、フィラメントは熱風とともにコンベアに直線的に衝突するので、コンベアに到達するまでの時間すなわち冷却時間が短い。また、ノズルとコンベアとの距離を大きくし過ぎると、ウェブの地合（坪量の部分的な均一性）が悪くなる。従って、通常のメルトブロー紡糸では、ノズルとコンベアとの距離は３００ｍｍ前後とされている。これに対し本発明では、フィラメントが大きく振られることになるので、フィラメントがコンベア７に到達するまでの時間が長くなり、ノズルとコンベアとの距離を大きくしなくてもフィラメントを良好に冷却することができる。また、理由は必ずしも明確ではないが、ウェブの地合もむしろ良好になることが実験の結果明らかになった。
【００４７】
得られた縦延伸不織布１８は、さらに必要に応じて延伸されてもよいし、熱処理や熱エンボス等の部分接着処理等の後処理を行ってもよい。
【００４８】
前述したように、本実施形態では、紡糸したウェブを縦方向に延伸することにより、フィラメントの配列性をさらに向上させている。従って、紡糸手段は、延伸性の良いフィラメントからなるウェブとして紡糸することも可能である。そのためには、フィラメントが十分に急冷されて、延伸応力が小さく伸度が大きいフィラメントからなるウェブとする必要がある。その手段として最も有効なのが、上述したようにスプレーノズル８から霧状の水を噴霧し、高速気流に霧状の液体を含ませることである。
【００４９】
その霧状の液体に、いわゆる紡糸・延伸用油剤と称する延伸性や静電除去等の性質を付与することができる油剤を添加することも、その後の延伸性を向上させるとともに、毛羽も少なくすることができ、さらに延伸後の強度及び伸度も向上させることができるという点で有効である。なお、スプレーノズル８から噴射される流体は、フィラメント１１を冷却することができるものであれば必ずしも水分等を含む必要はなく、冷エアーであってもよい。
【００５０】
ウェブの延伸倍率は、ウェブを構成するフィラメントのポリマーの種類やウェブの紡糸手段は配列手段、目的とする縦方向及び横方向の強度や伸度等によって異なる。しかし、いずれの種類や手段を用いるにしろ、本発明の目的であるウェブの高配列性、高強度を達成できる延伸倍率が選択される。特に、通常の不織布よりも高倍率に延伸することにより、フィラメント径が細くなり、それにより、ファインデニールの不織布となり、風合いやフィルター特性を改善することができる。
【００５１】
その延伸倍率は、延伸前のウェブに延伸方向に一定の間隔で入れたマークにより以下の式で定義される。
延伸倍率＝［延伸後のマーク間の長さ］／［延伸前のマーク間の長さ］
ここでいう延伸倍率は、通常の長繊維フィラメントヤーンの延伸のように、必ずしもフィラメント１本１本の延伸倍率を意味しない。
【００５２】
以上、本実施形態では、一つの気流振動機構９を設けた例について説明したが、気流振動機構９の数は一つに限られるものではなく、必要に応じて複数個設け、フィラメント１１の振れ幅をより大きくしてもよい。
【００５３】
以下に、本発明に用いることができるフィラメント、紡糸手段、延伸手段、気流振動機構の種々の例について説明する。
【００５４】
〈フィラメント〉
本発明に用いられるフィラメントに適合するポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン、フッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂及びこれらの変性樹脂を用いることができる。また、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリルニトリル系樹脂等の湿式または乾式の紡糸手段による樹脂も使用することができる。
【００５５】
また、本発明では、本出願人が国際公開ＷＯ９６／１７１２１号公報に開示した異種ポリマーからなるフィラメントや、コンジュゲートフィラメントを使用することも可能である。
【００５６】
なお、ウェブは、フィラメントの縦方向の配列を維持しつつ、ウェブ幅を拡幅して使用する場合もある。その際、若干フィラメントは斜交する。
【００５７】
本発明におけるフィラメントは長繊維フィラメントである。ここでいう長繊維フィラメントとは実質的に長繊維であれば良く、平均長が１００ｍｍを越えているものをいう。また、紡糸直後のフィラメントの直径が５０μｍ以上ではフィラメントが剛直で交絡が不十分になる。そこで本発明に用いられるフィラメントの直径は、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２５μｍ以下である。特に強度の強い不織布を望む場合は、延伸後のフィラメント径が５μｍ以上であることが望ましい。フィラメントの径及び長さは、拡大顕微鏡写真より測定する。
【００５８】
〈紡糸手段〉
フィラメント１１の紡糸手段として、広義のスパンボンド法であるメルトブロー法によるものについて説明したが、以下に、狭義のスパンボンド法を用いた例について説明する。
【００５９】
図３は、狭義のスパンボンド法を用いた不織布製造装置の概略構成図である。通常のスパンボンド紡糸では、多数の紡糸孔を有するスパンボンドダイス２１から紡糸された多数のフィラメント２２は、エジェクター２３でエアー２４により吸引され、エジェクター２３のノズル２３ａにより加速されたエアーである高速気流に伴われてコンベア２７の上に集積される。コンベア２７は、コンベアローラ２５によって駆動され、フィラメント２２を図示右方へ搬送する。
【００６０】
エジェクター２３とコンベア２７との間の、高速気流の流域には、楕円形断面を有する気流振動機構２９が配置される。気流振動機構２９は、図１に示したものと同様のものであり、図２に示す矢印Ａ方向に回転することで高速気流の向きをコンベア２７によるフィラメント２２の搬送方向に周期的に変化させる。これにより、エジェクター２３から放出されたフィラメント２２は、方向が周期的に変化する高速気流に沿って流れ、縦方向に部分的に折り込まれてコンベア２７上に集積され、コンベア２７によって搬送される。コンベア２７上に縦配列されて集積されたフィラメント２２は、その後必要に応じて熱エンボスされ、製品となる。
【００６１】
本発明の紡糸手段が狭義のスパンボンド法やスパンレース法である場合は、フィラメントの分子配向が既になされている場合もあるが、このような場合であっても、本発明によりフィラメントの配列を飛躍的に向上させることが可能であり、縦方向に強い不織布を得ることができる。
【００６２】
フィラメントの分子配向が大きい場合は、フィラメントに伸度がなく、延伸張力が高くなるので、高倍率の後延伸が困難になる場合もある。高倍率の後延伸を望む場合は、本発明者が特開平１０−２０４７６７号公報に示したようにノズル直下でフィラメントを冷却することによりフィラメントの分子配向を小さくするのが有効である。
【００６３】
なお、広義のスパンボンド不織布の紡糸手段において、いわゆる衝突板にフィラメントを衝突させる方式がある（例えば、特公昭４９−４０２６号公報、特公平５−２４２６１号公報等参照）。このような衝突板は、フィラメントを開繊、拡散させ、コンベア上でのウェブの異方性を小さくするのを目的としている。これに対して本発明で用いる気流振動機構は、ウェブの異方性を大きくすること、すなわちフィラメントを一方向に良好に配列させることを目的としており、上記衝突板とは目的及び効果が異なる。また、本発明で用いる気流振動機構は、フィラメントに直接衝突させるものではなく、高速気流の流域で高速気流の流れ方向を変化させ、しかも非常に短い周期で壁面の位置を変動させるものであり、上記衝突板とは作用も異なる。
【００６４】
〈延伸手段〉
紡糸手段によるウェブを縦方向に延伸する手段としては、図１に示したものの他に種々の延伸手段を用いることができる。
【００６５】
ウェブの延伸には、１段で全延伸する場合もあるが、主に多段延伸法が用いられている。多段延伸法においては、１段目の延伸は紡糸直後の予備延伸として行われ、さらにその後に延伸する２段目以降の延伸が主延伸として行われている。その中でも特に、多段延伸の１段目の延伸に近接延伸法を用いることが本発明に適している。
【００６６】
近接延伸とは、隣接する２組のローラの表面速度の差によりウェブを延伸する方式において、延伸間距離（延伸の開始点から終点までの距離）がウェブの幅に比較して十分に狭い延伸法である。通常の近接延伸では延伸間距離は１００ｍｍ以下であるが、本発明ではフィラメントの折り畳み幅が非常に大きいので、延伸間距離が数百ｍｍでも十分に近接延伸の効果を発揮することができることが実験結果より確認できた。
【００６７】
延伸間距離を大きくとれることにより延伸ローラや押えローラの直径を大きくすることができる。その結果、延伸装置の設計が容易になり、また、ウェブ中のフィラメントがローラに巻き付いてしまうという不具合も解消することができる。
【００６８】
近接延伸における熱は、通常は延伸するローラを加熱することにより与えられ、その延伸点が熱風や赤外線により補助的に加熱される。また、近接延伸の際の熱源としては、温水や蒸気等も使用することができる。
【００６９】
一方、多段延伸においては、２段目以降の延伸には近接延伸ばかりでなく、通常のウェブ（不織布などにおける繊維やフィラメントの集合体）の延伸に用いられる種々の手段を適用することができる。例えば、ロール延伸、温水延伸、蒸気延伸、熱盤延伸、ロール圧延等の延伸方式である。近接延伸が必ずしも必要ないのは、１段目の延伸で既に個々のフィラメントが縦方向に長くわたっているためである。
【００７０】
〈気流振動機構〉
気流振動機構は、フィラメントをドラフトさせるための高速気流の向きを縦方向に周期的に変化させることができるものであれば、どのような形態のものを用いてもよい。
【００７１】
以下に、気流振動機構の種々の例について説明する。
【００７２】
図４は、円筒体を利用した気流振動機構の例を示す。この気流振動機構は主要な構成部品として円筒体３１を有している。円筒体３１の両端には、軸部材３２ａ，３２ｂが円筒体３１の軸線と同軸上に一体的に設けられている。これら軸部材３２ａ，３２ｂを回転自在に軸支し不図示の駆動源で回転させることで、円筒体３１は軸部を中心に回転される。円筒体３１の周壁面には、それぞれ先端部が曲面で構成された２つの突出部３３が一体的に設けられている。突出部３３は、円筒体３１の軸線を挟んで対向する位置に、円筒体３１の軸線方向に沿って設けられている。
【００７３】
これにより、気流振動機構が回転すると、円筒体３１の周壁面と突出部３３とが交互に高速気流の気流軸に対面することになる。高速気流の気流軸に円筒体３１の周壁面が対面しているときは、気流軸との距離は十分に大きく、高速気流の流れに影響を与えない。気流振動機構がさらに回転し、突出部３３が気流軸と対面し始めると、気流軸との距離が次第に小さくなり、コアンダ効果により高速気流は突出部３３の表面に沿って流れる。従って、高速気流に沿って流れるフィラメントは気流振動機構に引き寄せられ、結果的に、図１に示した例と同様に、フィラメントを周期的に振らせることができる。
【００７４】
なお、図４に示したように、円筒体３１の周壁面に、円筒体３１の軸線に沿って複数３４の穴をあけ、これら穴３４から空気を噴出させることにより、高速流体の流れを気流振動機構から遠ざかる方向に変化させ、フィラメントの振れ幅をより大きくすることもできる。この場合は、一方の軸部材３２ａを中空とし、この軸部材３２ａから円筒体３１の内部に空気を供給する。また、図示していないが、突出部３３に穴をあけ、この穴から空気を吸引して高速気流の一部を引き込むことで、高速気流をより突出部に沿って流れ易くし、これによってフィラメントの振れ幅をより大きくすることもできる。
【００７５】
図５は、断面が三角形の気流振動機構の例を示す。図５に示した気流振動機構は三角柱形状の回転体４１を有し、この回転体４１を回転させることにより高速気流の流れ方向を変化させるものである。この回転体４１を回転させた場合、高速気流は、エッジ部４１ａが高速気流の気流軸に接近するときには、回転体４１のエッジ部４１ａよりも下流側の壁面に沿って流れようとし、エッジ部４１ａが気流軸から離れていくときには、回転体４１の壁面の影響を受けずに流れようとする。この高速気流の流れ方向の変化により、フィラメントを縦方向に振らせることができる。
【００７６】
図５では断面が三角形の気流振動機構を示したが、これに限らず、断面が正方形や正五角形など、正多角形の横断面を持つ回転体であれば、高速気流の気流軸と気流振動機構の壁面との距離を周期的に変えることができるので、同様の効果を得ることができる。
【００７７】
図６は、断面が正方形の気流振動機構の例を示す。図６に示す気流振動機構は、図５ａ及び図５ｂに示したものの応用であり、四角柱形状の回転体５１のエッジ部５１ａが曲面加工され、隣り合う側壁面同士がが滑らかに繋がっている。これにより、高速気流の気流軸にエッジ部５１ａが近づくときと遠ざかるときとでの高速気流の流れの向きがより滑らかに変化する。このような曲面加工は、エッジ部５１ａに対してだけでなく側壁面に対して行っても同様の効果が得られる。
【００７８】
図７は、回転ではなく揺動によって高速気流の向きを変化させる気流振動機構の参考例の側面を示す。図７において、主面６１ａが高速気流に対面して配置された板部材６１は、その下端部が、製造すべき不織布の幅方向と平行な軸に支持されている。つまり、板部材６１は、下端部の点ｐを中心に揺動自在に設けられいる。さらに、板部材６１は、その上下方向の中間部において、連結棒６３を介して、回転軸ｒを中心に回転する回転部材６２と連結されている。連結棒６３は、その一端が回転部材６２の偏心点ｓに揺動自在に連結され、他端は板部材６２の上下方向中央部の点ｑに揺動自在に連結されている。
【００７９】
これにより、回転部材６２を回転させると、板部材６１は、点ｐを中心に、図中一点鎖線で示した位置と二点鎖線で示した位置との間の範囲で揺動する。なお、板部材６１の揺動範囲は、板部材６１の上端が気流軸から最も遠ざかった状態のときに板部材６１の主面６１ａが気流軸とほぼ平行となるように、回転軸ｒと偏心点ｓとの距離や、点ｐと点ｑとの距離が設定される。従って、板部材６１が一点鎖線で示した状態のときには高速気流の向きは変わらず、上端部が気流軸に次第に近づき、板部材６１の主面６１ａが傾くにつれて高速気流は主面６１ａに沿って流れようとし、高速気流の向きが図示右方へ変化していく。つまり、板部材６１を揺動させることにより、板部材６１の揺動に伴って高速気流の向きを周期的に変化させることができる。
【００８０】
図８も、図７と同様に揺動によって高速気流の向きを変化させるものであるが、板部材７１は、下端部ではなく上端部の点ｏを軸として揺動自在に設けられている。その他、板部材７１が連結棒７３を介して回転部材７２と連結されていることや、連結棒７３と板部材７１とが点ｑで連結されていること、及び連結棒７３と回転部材７１とが偏心点ｓで連結されていることは、図７に示したものと同様である。これにより、板部材７１は、点ｏを中心として、一点鎖線で示した位置と二点鎖線で示した位置との間の範囲で揺動する。
【００８１】
このような構造で板部材７１を揺動させることで、高速気流を板部材７１側に引き寄せるのではなく、板部材７１によって高速気流を押し出すような状態で、高速気流の向きを周期的に変化させることができる。
【００８２】
図７及び図８に示した参考例では、板部材６１，７１は平板の例を示したが、高速気流の振れ幅すなわちフィラメントの振れ幅をより大きくするために、湾曲した板を用いてもよい。
【００８３】
上記の実施形態および参考例では、単一の気流振動機構を設けた例を示したが、気流振動機構を複数個設置しそれらを同時に使用することにより、フィラメントの振れ幅をより大きくしたり、捕集装置への着地点を制御することも可能である。
【００８４】
図９に、断面が楕円形の２つの気流振動機構を並列に設置した不織布製造装置の例を示す。図９に示す装置は、上方から順に、メルトブローダイス８１と、一対の気流振動機構８９ａ，８９ｂと、冷却ボックス８９と、コンベア８７とを有する。図９に示す装置では、延伸ユニットは省略している。
【００８５】
気流振動機構８９ａ，８９ｂは、断面が楕円形の柱状回転体であり、それぞれ回転軸がコンベア８７上でのフィラメント９１の搬送方向にほぼ直交し、かつ、メルトブローダイス８１により生じる高速気流の気流軸（図中、一点鎖線で示す）に対称となるように並列に配置されている。また、各気流振動機構８９ａ，８９ｂは、互いに頂点位置の位相が９０度ずらして配置され、同期して回転される。
【００８６】
冷却ボックス８９は各気流振動機構８９ａ，８９ｂの下方に設置され、それぞれ、フィラメント９１を冷却するために高速気流中へ霧状の水を噴霧するスプレーノズル８８と、整流板９０とを有する。コンベア８７はメッシュコンベアであり、そのフィラメント９２が捕集される領域の裏面には、フィラメント９１を吸引する吸引ボックス９２が配置されている。これにより、コンベア８７上へのフィラメント９１の捕集がより確実なものとなる。
【００８７】
メルトブローダイス８１から押し出され、高速気流に随伴して運ばれたフィラメント９１は、一対の気流振動機構８９ａ，８９ｂの間を通過する。このとき、上述したように各気流振動機構８９ａ，８９ｂは互いに位相を９０度ずらして同期して回転されるので、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明したコアンダ効果によるフィラメント９１の引き寄せおよび反発が、各気流振動機構８９ａ，８９ｂで交互に行われる。その結果、互いのコアンダ効果がより効果的に発揮されるため、フィラメント９１の振れ幅がより大きくなり、縦方向へのフィラメント９１の配列性をより向上させることができる。
【００８８】
図９に示す例では、各気流振動機構８９ａ，８９ｂを、位相を９０度ずらして配置した例を示したが、互いの位相がずれておりフィラメント９１の引き寄せが交互に行われる配置であれば、位相のずれは９０度である必要はない。また、図９に示す例では断面が楕円形の一対の気流振動機構を用いた例を示したが、気流振動機構の互いのコアンダ効果を高めあう配置であれば、気流振動機構の数および種類は限定されるものではなく、前述した例に示したような種々の機構を適宜選択し、組み合わせて使用することもできる。
【００９０】
本発明によって製造される不織布は、縦方向の強度を要求される、電線押巻テープ用不織布、包装テープリボン用不織布、粘着剤含浸不織布等に使用される。また、通常の不織布や紙等の補強を風合いよく実現することにも使用される。また、本発明によって製造される不織布は、不織布単独で用いられる他に、紙、不織布、フィルム、布等の縦方向の強度の補強用として、これらと積層して用いることもできる。
【００９１】
本発明によって製造される縦延伸不織布は、光沢がよく、その光沢を生かした包装材料等に用いることができる。また、本発明による縦延伸不織布を、本発明者らの先願発明である、特公平３−３６９４８号公報、特開平２−２６９８５９号公報、特開平２−２６９８６０号公報、国際公開公報ＷＯ９６／１７１２１号等に開示された直交積層不織布や斜交積層不織布の原料ウェブとして用いることもできる。
【００９２】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を具体的に示す。ここでは、以下に示す種々の条件で縦延伸不織布を作製し、その物性評価を行った。
【００９３】
実施例１−１
本実施例では、図１に示した装置と同様の装置を用いて縦延伸不織布を作製した。メルトブローダイスは、ノズル径が０．３８ｍｍ、ノズルピッチが１．０ｍｍ、紡糸幅が５００ｍｍの紡糸ノズルを有するものを用いた。フィラメントの材料としては、極限粘度が０．５７ｄｌ／ｇのポリエチレンテレフタレート樹脂を用いた。このメルトブローダイスより、１ノズル当たりの吐出量を０．３３ｇ／ｍｉｎ、ダイスの温度を３２０℃としてフィラメントを押し出した。ノズルから押し出されたフィラメントにドラフトをかけて細化するための高速気流は、温度を４００℃、流量を２０００Ｎｌ／ｍｉｎとした。また、スプレーノズルからは霧状の水を噴霧してフィラメントを冷却した。
【００９４】
気流振動機構としては、図４に示した形態のものを用い、メルトブローダイスのノズルの延長線との距離が最小で１５ｍｍとなるように配置した。この気流振動機構の回転数を計測し、壁面の振動数が２０．０Ｈｚとなるように回転させ、フィラメントを縦方向に配列させた状態でコンベア上に捕集した。そして、コンベア上に捕集されたフィラメント群を延伸シリンダで加熱し、縦方向に５．５倍に延伸して縦延伸不織布とした。
【００９５】
実施例１−２
実施例１−１と同様の装置で気流振動機構の回転数のみを変更し、その他の条件は実施例１−１と同様にして縦延伸不織布を作製した。本実施例での気流振動機構の回転数は、壁面の振動数が１１．７Ｈｚとなるような回転数とした。
【００９６】
実施例１−３
実施例１−１と同様の装置で気流振動機構の回転数のみを変更し、その他の条件は実施例１−１と同様にして縦延伸不織布を作製した。本実施例での気流振動機構の回転数は、壁面の振動数が５３．３Ｈｚとなるような回転数とした。
【００９７】
実施例１−４
実施例１−１と同様の装置で気流振動機構の回転方向を逆方向とし、その他の条件は実施例１−１と同様にして縦延伸不織布を作製した。
【００９８】
実施例１−５
図９に示した装置と同様の装置を用い、壁面の回転数を２５．０Ｈｚとした以外は実施例１−１と同様の条件で、縦延伸不織布を作製した。
【００９９】
比較例１−１
実施例１−１において気流振動機構を用いずにコンベア上にフィラメント群を捕集し、このフィラメント群を縦方向に延伸して縦延伸不織布とした。本例ではフィラメント群を５．５倍に延伸できなかったため、最高延伸倍率での物性評価を行った。
【０１００】
比較例１−２
実施例１−１において、コンベア上にフィラメントを捕集する際にスプレーノズルによるフィラメントの冷却を行わずにフィラメント群を捕集し、このフィラメント群を縦方向に延伸して縦延伸不織布とした。本例ではフィラメント群を５．５倍に延伸できなかったため、最高延伸倍率での物性評価を行った。
【０１０１】
実施例２−１
本実施例では、図３に示した装置と同様の装置を用いて縦延伸不織布を作製した。スパンボンドダイスは、ノズル径が０．３ｍｍであり、このダイスの温度を３３０℃として、ダイスから極限粘度が０．６３ｄｌ／ｇのポリエチレンテレフタレート溶融樹脂を多数のフィラメントとして押し出した。これをエジェクターのエアーで引き取り、ドラフトがかかることにより細化されたフィラメント群とする。細化されたフィラメント群は、気流振動機構の作用により縦方向に振られ、縦方向に配列されてコンベア上に捕集される。気流振動機構としては、図４に示した形態のものを用い、壁面の振動数が２６．６Ｈｚになるように回転させた。そして、コンベア上に捕集されたフィラメント群を縦方向に５．５倍延伸して縦延伸不織布とした。
【０１０２】
比較例２−１
実施例２−１において気流振動機構を用いずにコンベア上にフィラメント群を捕集し、このフィラメント群を縦方向に延伸して縦延伸不織布とした。本例ではフィラメント群を５．５倍に延伸できなかったため、最高延伸倍率での物性評価を行った。
【０１０３】
図１０に、上記の各実施例及び各比較例で得られたサンプルの物性を示す。なお、図１０には、参考のため市販品の５．５倍縦延伸不織布についても、スパンボンド不織布（比較例３）及びメルトブロー不織布（比較例４）の物性を示した。物性は、ＪＩＳ Ｌ１０９６に規定されている長繊維フィラメント不織布試験法により縦方向のみの試験結果を示した。ＪＩＳでは、切断強度を５ｃｍ当たりの切断荷重で表わすが、図１０では、試料となる不織布の坪量が種々であるので、不織布の重さからｔｅｘ（フィラメント１０００ｍ当たりの質量）に換算し、１ｔｅｘ当たりの強度（ｍＮ／ｔｅｘ）で表わした。また、フィラメント振幅については、延伸前の状態の不織布を採取し、フィラメントを解して実際に測定して求めた。ただし、比較例３及び比較例４については、エンボス接着などによりフィラメント同士が接着されているため、振幅の測定はできなかった。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フィラメントを細化する高速気流の流れの向きをコンベアの進行方向に周期的に変動させ、フィラメントをその方向に振らせることにより、フィラメントの縦方向への配列を向上させ、縦方向の強度および寸法安定性のよい不織布を製造することができる。特に、高速気流を冷却することで、フィラメントをその分子が縦方向に配向する前に冷却することができるので、縦方向への延伸性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である、メルトブロー法による不織布製造装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した気流振動機構の回転によるフィラメントの流れの向きの変化を説明する図である。
【図３】本発明に用いられる、スパンボンド法による不織布製造装置の概略構成図である。
【図４】回転する円筒体を有する気流振動機構を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】三角柱形状の回転体を有する気流振動機構を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図６】四角柱状の回転体を有する気流振動機構を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図７】揺動する板部材を有する気流振動機構の一例の側面図である。
【図８】揺動する板部材を有する気流振動機構の他の例の側面図である。
【図９】２つの気流振動機構を有する不織布製造装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の具体的な種々の実施例、および比較例の主な製造条件および物性を示す表である。
【符号の説明】
１，８１ メルトブローダイス
２ 溶融樹脂
３，２３ａ ノズル
５ａ，５ｂ エアー溜
６ａ，６ｂ スリット
７，２７，８７ コンベア
８，８８ スプレーノズル
９，２９，８９ａ，８９ｂ 気流振動機構
９ａ 軸
１０ 気流軸
１１，２２，９１ フィラメント
１２ａ，１２ｂ 延伸シリンダ
１３，２５ コンベアロール
１４ 押えロール
１５ 押えゴムロール
１６ａ，１６ｂ 引取ニップロール
１８ 縦延伸不織布
２１ スパンボンドダイス
２３ エジェクター
２４ エアー
３１ 円筒体
３２ａ，３２ｂ 軸部材
３３ 突出部
３４ 穴
４１，５１ 回転体
４１ａ，５１ａ エッジ部
６１，７１ 板部材
６２，７２ 回転部材
６３，７３ 連結棒
８９ 冷却ボックス
９０ 整流板
９２ 吸引ボックス
９３ 冷却ボックス

Claims (5)

1. ノズルから多数本のフィラメントを押し出す紡糸手段と、
   前記ノズルから押し出されたフィラメントを細化させるために前記フィラメントに随伴させる高速気流を発生する高速気流形成手段と、
   前記高速気流により細化されたフィラメントを捕集し搬送するコンベアと、
   前記高速気流の向きを前記コンベアの進行方向に周期的に変動させる少なくとも一つの気流振動手段とを有し、
   前記気流振動手段は、前記高速気流の流域の少なくとも一方の側に、製造すべき不織布の幅方向と平行な軸を中心に回転可能に設けられた、周壁面を備えた回転体を有し、
   前記回転体の前記周壁面は、前記高速気流の流れ方向に対して向きおよび距離の少なくとも一方を変化可能で、かつ周方向について前記軸からの距離が周期的に変化しており、
   前記回転体は楕円柱形状である、縦配列不織布の製造装置。
2. ノズルから多数本のフィラメントを押し出す紡糸手段と、
   前記ノズルから押し出されたフィラメントを細化させるために前記フィラメントに随伴させる高速気流を発生する高速気流形成手段と、
   前記高速気流により細化されたフィラメントを捕集し搬送するコンベアと、
   前記高速気流の向きを前記コンベアの進行方向に周期的に変動させる少なくとも一つの気流振動手段とを有し、
   前記気流振動手段は、前記高速気流の流域の少なくとも一方の側に、製造すべき不織布の幅方向と平行な軸を中心に回転可能に設けられた、周壁面を備えた回転体を有し、
   前記回転体の前記周壁面は、前記高速気流の流れ方向に対して向きおよび距離の少なくとも一方を変化可能で、かつ周方向について前記軸からの距離が周期的に変化しており、
   前記回転体は、円筒体であり、前記円筒体の前記周壁面に、前記軸を挟んで対向する位置にそれぞれ前記軸方向に沿って設けられた突出部を有し、
   前記円筒体の前記周壁面の、前記突出部が設けられていない領域に、空気噴射用の穴が形成されている、縦配列不織布の製造装置。
3. ノズルから多数本のフィラメントを押し出す紡糸手段と、
   前記ノズルから押し出されたフィラメントを細化させるために前記フィラメントに随伴させる高速気流を発生する高速気流形成手段と、
   前記高速気流により細化されたフィラメントを捕集し搬送するコンベアと、
   前記高速気流の向きを前記コンベアの進行方向に周期的に変動させる少なくとも一つの気流振動手段とを有し、
   前記気流振動手段は、前記高速気流の流域の少なくとも一方の側に、製造すべき不織布の幅方向と平行な軸を中心に回転可能に設けられた、周壁面を備えた回転体を有し、
   前記回転体の前記周壁面は、前記高速気流の流れ方向に対して向きおよび距離の少なくとも一方を変化可能で、かつ周方向について前記軸からの距離が周期的に変化しており、
   前記回転体は正多角柱形状である、縦配列不織布の製造装置。
4. 前記高速気流または前記フィラメントを霧で冷却する冷却手段をさらに含み、前記紡糸手段は前記ノズルを有するメルトブローダイスを含んでいる、請求項１から３のいずれか１項に記載の縦配列不織布の製造装置と、
   前記縦配列不織布の製造装置で製造された縦配列不織布に対して、縦方向延伸かつ近接延伸を行う延伸装置と、
   を有する、縦延伸不織布の製造装置。
5. ノズルから多数本のフィラメントを押し出す紡糸手段と、前記ノズルから押し出されたフィラメントを細化させるために前記フィラメントに随伴させる高速気流を発生する高速気流形成手段と、前記高速気流により細化されたフィラメントを捕集し搬送するコンベアと、前記高速気流の向きを前記コンベアの進行方向に周期的に変動させる少なくとも一つの気流振動手段と、前記高速気流または前記フィラメントを霧で冷却する冷却手段とを有し、前記紡糸手段は前記ノズルを有するメルトブローダイスを含んでおり、前記気流振動手段は、前記高速気流の流域の少なくとも一方の側に、製造すべき不織布の幅方向と平行な軸を中心に回転可能に設けられた、周壁面を備えた回転体を有し、前記回転体の前記周壁面は、前記高速気流の流れ方向に対して向きおよび距離の少なくとも一方を変化可能で、かつ周方向について前記軸からの距離が周期的に変化しており、前記回転体は楕円柱形状である、縦配列不織布の製造装置と、
   前記縦配列不織布の製造装置で製造された縦配列不織布に対して縦方向延伸を行う延伸装置と、
   を有する、縦延伸不織布の製造装置。

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