JP5482440B2 - 溶融紡糸方法及び溶融紡糸装置 - Google Patents

Description

本発明は、メルトブロー法によって溶融樹脂が押し出されて形成された繊維をベルトコンベヤ上に供給して不織布を作製するための溶融紡糸方法及びその方法に用いられる溶融紡糸装置に関する。

メルトブロー法は原料樹脂を溶融して押し出される繊維（糸）から不織布のシートを得る溶融紡糸方法であり、押出機で溶融された原料樹脂を型に流し込み、型に設けられたノズルから溶融樹脂を押し出すと同時にその周囲から高温、高速の熱風を吹き付けることにより、溶融樹脂が繊維状（糸状）に吹き出される。この繊維をコンベア上に供給して集積することにより不織布のシートが作製される。

この種の紡糸方法として、例えば特許文献１に記載されている横配列ウェブの製造方法が知られている。すなわち、紡糸ノズルから溶融樹脂を繊維状に押し出す工程と、紡糸ノズルの周囲から高温の一次エアを流して繊維状の溶融樹脂を振動させる工程と、一次エアにより振動しつつ落下する繊維状の溶融樹脂に高温の二次エアを噴出し、幅方向に広げて紡糸する工程と、コンベア上に繊維状の溶融樹脂を集積して横配列ウェブを作製する工程とを備えている。

特開２００１−９８４５５号公報

ところが、特許文献１に記載の製造方法では、横方向に配列されたウェブを得ることを目的としているため、紡糸ノズルから押し出された繊維状の溶融樹脂を一次エアで振動させ、二次エアで幅方向に広げなければならない。この場合、一次エアを高速で流すことにより紡糸ノズルから押し出された繊維状の溶融樹脂を振動させることから、繊維を安定した状態で引き伸ばすことができず、しかも繊維が切れやすくなるおそれがあった。加えて、二次エアは繊維状の溶融樹脂に対して横方向から吹き付けられるため、繊維の流れが乱されて切れやすくなり、繊維を細く、均一に形成することが難しいという問題があった。

そこで、本発明の目的とするところは、細く、均一な繊維を切れることなく、容易かつ安定した状態で得ることができる溶融紡糸方法及び溶融紡糸装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の溶融紡糸方法では、溶融樹脂をノズルから押し出し、その周囲に溶融樹脂の押し出し方向に向けて熱風を吹き付けて溶融樹脂を繊維状にし、該繊維を対象物に供給して不織布を製造するための溶融紡糸方法であって、前記ノズルの開口端部が、ノズルの周囲に斜め前方に向けて吹き付けられる熱風の仮想合流部より下流側であって、且つ、熱風の吹き出し口と同一位置か上流側に位置し、ノズルから押し出される溶融樹脂を振動させることなく、熱風の流れが溶融樹脂の流れに平行に形成されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明の溶融紡糸方法は、請求項１に係る発明において、前記熱風がノズルから押し出される溶融樹脂の繊維を引き伸ばすように、熱風の流れが溶融樹脂の流れより高速に設定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明の溶融紡糸装置は、請求項１に記載の溶融紡糸方法を実施する溶融紡糸装置であって、装置本体内に溶融樹脂を押し出すためのノズルと、該ノズルの周囲に配置されて熱風を吹き付けるための吹き付け用流路を有する筒体とを備え、ノズルの開口端部が、ノズルの周囲に溶融樹脂の押し出し方向に向けて吹き付けられる熱風の仮想合流部より下流側であって、且つ、熱風の吹き出し口と同一位置か上流側に位置するように設定されており、前記吹き付け用流路は、基端側がノズルに対して傾斜する傾斜流路になるとともに、先端側がノズルと平行に延びる平行流路となり、前記傾斜流路を流れる熱風の仮想合流部から平行流路の先端部までの長さが平行流路の外径に対して０．６〜３倍となるように構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明の溶融紡糸装置は、請求項３に係る発明において、前記ノズルは金属パイプがノズル本体に接合されて構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明の溶融紡糸方法は、溶融樹脂をノズルから押し出し、その周囲に溶融樹脂の押し出し方向に向けて熱風を吹き付けて溶融樹脂を繊維状にし、該繊維を対象物に供給して不織布を製造するためのものである。そして、ノズルの開口端部がノズルの周囲に溶融樹脂の押し出し方向に向けて吹き付けられる熱風の仮想合流部より下流側に位置し、ノズルから押し出される溶融樹脂を振動させることなく、熱風の流れが溶融樹脂の流れに平行に形成される。

このため、溶融樹脂の押し出し方向に向けて吹き付けられた熱風は、ノズルの開口端部から吹き出された溶融樹脂の流れに対して平行に整流される。従って、熱風は繊維状の溶融樹脂を振動させることなく、溶融樹脂に対して引き伸ばす力を示すことができるとともに、溶融樹脂から形成される繊維を切れ難くすることができる。

よって、本発明の溶融紡糸方法によれば、細く、均一な繊維を切れることなく、容易かつ安定した状態で得ることができる。

本発明の実施形態における溶融紡糸装置を示す断面図。 試験用の溶融紡糸装置の要部を示す断面図。 ノズルから吹き出される溶融樹脂と熱風の流れを示す説明図であって、平行流路の外径に対する傾斜流路を流れる熱風の合流部から平行流路の先端部までの長さが（ａ）では０．６倍、（ｂ）では１．３倍及び（ｃ）では０倍の場合の説明図。 溶融紡糸装置の別例を示す要部断面図。 溶融紡糸装置のさらなる別例を示す要部断面図。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、原料樹脂から不織布１１のシートを製造するための溶融紡糸装置１０は、装置本体１２内で溶融樹脂１３を繊維状（糸状）に押し出すためのノズル１４と、該ノズル１４の周囲に配置されて熱風１５を繊維状の溶融樹脂１３に吹き付けるための吹き付け用流路１６を有する筒体１７とにより構成されている。原料樹脂としては、例えばポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の紡糸性の良い熱可塑性樹脂が用いられる。溶融樹脂１３は図示しない押出装置で原料樹脂が溶融されて形成され、ノズル１４へと押し出され、そのノズル１４から押し出される。このノズル１４は、ステンレス鋼等により形成された金属パイプがノズル本体１８の固定孔１９に差し込まれた状態でレーザ光を金属パイプとノズル本体１８との境界の複数箇所に照射することにより接合されて形成されている。該ノズル１４の内径は例えば０．２〜０．３ｍｍ、外径は例えば０．４〜０．５ｍｍに設定される。

前記吹き付け用流路１６は、その基端側がノズル１４に対して前方ほどノズル１４に近接するように傾斜する傾斜流路２０になるとともに、先端側がノズル１４と平行に延びる平行流路２１となっている。傾斜流路２０及び平行流路２１はノズル１４と同心円状に形成されている。ノズル１４の開口端部１４ａは、ノズル１４の周囲に傾斜流路２０から斜め前方に向けて吹き付けられる熱風１５の仮想合流部２２より下流側に位置するように設定されている。ノズル１４の開口端部１４ａの位置をこのように設定することで平行流路２１から吹き出される熱風１５の流れをノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れに対して平行にすることができる。ノズル１４の開口端部１４ａが仮想合流部２２より上流側に位置する場合には、傾斜流路２０から吹き出された熱風１５により乱流が生じて熱風１５の流れを溶融樹脂１３の流れに平行になるように整流することはできない。

前記熱風１５の仮想合流部２２から平行流路２１の先端部２１ａまでの長さＬは、平行流路２１の外径Ｗに対して０．６〜３倍の比率ｒ（＝Ｌ／Ｗ）であることが好ましい。この場合、熱風１５の流れはノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れに平行に整流され、溶融紡糸を精度良く、円滑に行うことができる。この比率ｒは大きいほどよいが、大きくなるほど溶融紡糸装置１０が大型化するため、その上限は３倍程度であることが好ましい。上記比率ｒが０．６倍を下回る場合には、傾斜流路２０から斜め前方に流れ込む熱風１５によってノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れが乱され、良好な溶融紡糸を行うことができない。

ここで、前述した平行流路２１の外径Ｗに対する仮想合流部２２から平行流路２１の先端部２１ａまでの長さＬの比率ｒに関して試験を行った結果について説明する。
図２は試験を行った溶融紡糸装置１０であってその構成は図１に示す溶融紡糸装置１０と同様であり、仮想合流部２２から平行流路２１の先端部２１ａまでの長さＬが変更できるようになっている。図３（ａ）に示す溶融紡糸装置１０では前記比率ｒが０．６、図３（ｂ）に示す溶融紡糸装置１０では前記比率ｒが１．３、図３（ｃ）に溶融紡糸装置１０では前記比率ｒが０に設定されている。これらの条件下でそれぞれポリプロピレン樹脂の溶融紡糸試験を行った。

その結果、図３（ｂ）に示すように、前記比率ｒが１．３である場合には、ノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れが熱風１５の流れとともにほぼ真直ぐに下降し、良好な紡糸が行われた。図３（ａ）に示すように、前記比率ｒが０．６である場合には、ノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れと熱風１５の流れがほぼ平行に延び、概ね良好な紡糸が行われた。これに対し、図３（ｃ）に示すように、前記比率ｒが０である場合すなわちノズル１４の開口端部１４ａが仮想合流部２２に位置している場合には、ノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れと熱風１５の流れとが途中から屈曲し、乱流状態で下降し、所望とする紡糸を行うことができなかった。

前記ノズル１４の開口端部１４ａは平行流路２１の先端面に対して通常同一面上に位置しているが、ノズル１４の開口端部１４ａは平行流路２１の先端部２１ａから内側へ５ｍｍの位置と外側へ５ｍｍの位置との間に位置するように構成することができる。この場合、ノズル１４の開口端部１４ａが平行流路２１の先端面と同一面上に位置するときとほぼ同様の効果を奏することができる。ノズル１４の開口端部１４ａが平行流路２１の先端部２１ａより５ｍｍを超えて内側に位置する場合には、平行流路２１を流れる熱風１５が傾斜流路２０からの熱風１５により影響を受けて揺れ動き、ノズル１４から押し出される溶融樹脂１３が平行流路２１を形成する内壁面２３に付着したりして好ましくない。その一方、ノズル１４の開口端部１４ａが平行流路２１の先端部２１ａより５ｍｍを超えて外側に位置する場合には、ノズル１４から押し出される溶融樹脂１３に対して吹き付けられる熱風１５の効果が低下する。

前記平行流路２１から吹き出される熱風１５の流れは、ノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れより高速になるように設定され、熱風１５の流れが溶融樹脂１３の流れと平行を保持した状態で溶融樹脂１３の繊維を細く引き伸ばすようになっている。この場合、熱風１５の速度は高速の熱風１５によって溶融樹脂１３と熱風１５との間に生じる減圧作用に基づいて溶融樹脂１３が振動しない程度に設定される。

前記溶融紡糸装置１０の下方位置にはベルトコンベヤ装置２４が配設され、前後一対のローラ２５，２６間に掛装されたベルト２７が周回するように構成されている。そして、ノズル１４から下方へ押し出された溶融樹脂１３の繊維がベルト２７上に堆積され、不織布１１のシートが形成されるようになっている。

次に、上記のように構成された溶融紡糸装置１０を用いた樹脂の溶融紡糸方法について説明する。
さて、図１に示すように、溶融樹脂１３がノズル１４から下方へ吐出される一方、その周囲において熱風１５が傾斜流路２０から平行流路２１を経て吹き出される。熱風１５は傾斜流路２０からノズル１４に向けて斜め方向に吹き出された後、平行流路２１から溶融樹脂１３の流れと平行方向に吹き出され、溶融樹脂１３が揺れながら下降する。この過程で、溶融樹脂１３は次第に固化されて繊維となり紡糸される。

このとき、ノズル１４の開口端部１４ａが熱風１５の仮想合流部２２よりも下流側に位置しているため、傾斜流路２０から平行流路２１を介して吹き出される熱風１５は溶融樹脂１３の流れに平行方向に流れるように整流される。特に、傾斜流路２０を流れる熱風１５の仮想合流部２２から平行流路２１の先端部２１ａまでの長さＬが平行流路２１の外径Ｗに対して０．６〜３倍に設定されていることにより、平行流路２１から吹き出される熱風１５は溶融樹脂１３の流れに平行になるように一層良好に整流される。このため、溶融樹脂１３の流れは熱風１５の流れに包まれるようにして安定した状態で鉛直方向の下方へ真直ぐに延びる。

この際、熱風１５の流れが溶融樹脂１３の流れよりも高速に設定されていることにより、熱風１５よりも低速で下降する溶融樹脂１３に対してその周囲から下方への引張力が作用し、溶融樹脂１３の繊維が下方へ細長く引き伸ばされる。熱風１５の流れとともに下降する繊維は、ベルトコンベヤ装置２４のベルト２７上に供給され、集積されて不織布１１のシートが形成される。得られた不織布１１のシートは、ベルト２７とともに移動して所定位置で取得される。

以上の実施形態により発揮される効果について以下にまとめて説明する。
(1) 本実施形態の溶融紡糸方法では、ノズル１４の開口端部１４ａがノズル１４の周囲に斜め前方に向けて吹き付けられる熱風１５の仮想合流部２２より下流側に位置し、平行流路２１の中心に位置するノズル１４から溶融樹脂１３が吐出される。一方、熱風１５は傾斜流路２０から平行流路２１を経て溶融樹脂１３の外周部に吹き出される。つまり、熱風１５は平行流路２１を通過して吹き出されることにより、ノズル１４の開口端部１４ａから吹き出された溶融樹脂１３の流れに対して平行方向に整流される。

このため、熱風１５は、溶融樹脂１３に対して引き伸ばす力を示すことができるとともに、溶融樹脂１３の繊維を切れ難くすることができる。従って、この溶融紡糸方法によれば、細く、均一な繊維を切れることなく、容易かつ安定した状態で得ることができる。よって、良好な品質を有する不織布を歩留まり良く生産することができる。

(2) 平行流路２１から吹き出される熱風１５の流れがノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れより高速に設定されていることにより、熱風１５の流れが溶融樹脂１３の流れと平行を保持した状態で溶融樹脂１３の繊維を効果的に引き伸ばすことができる。この場合、得られる繊維の繊維径を例えば３μｍ以下にすることができる。

(3) 溶融紡糸装置１０は溶融樹脂１３を吹き出すノズル１４と、該ノズル１４の周囲に配置されて熱風１５を吹き付けるための吹き付け用流路１６を有する筒体１７とにより構成され、ノズル１４の開口端部１４ａが傾斜流路２０から吹き出される熱風１５の仮想合流部２２より下流側に位置するように設定されている。このため、溶融紡糸装置１０によれば、構成を簡易にすることができるとともに、細く、均一な繊維を切れることなく、容易かつ安定した状態で得ることができる。

(4) 吹き付け用流路１６は、基端側がノズル１４に対して傾斜する傾斜流路２０、先端側がノズル１４と平行に延びる平行流路２１となり、前述した比率ｒが０．６〜３倍となるように設定されている。このため、熱風１５の流れはノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の流れに平行に整流され、溶融紡糸を精度良く、円滑に行うことができる。

(5) ノズル１４の開口端部１４ａは、平行流路２１の先端部２１ａから内側へ５ｍｍの位置と外側へ５ｍｍの位置との間に位置するように構成されている。このため、ノズル１４の開口端部１４ａが前記仮想合流部２２より下流側に位置している限り、平行流路２１の先端部２１ａより若干内側又は若干外側にずれていても、ずれていない場合と同様の効果を発揮することができるとともに、ノズル１４の開口端部１４ａの位置を厳密に設計する必要がなく、設計を容易に行うことができる。

(6) 前記ノズル１４は金属パイプがノズル本体１８に接合されて構成されていることにより、ノズル本体１８に微小な孔開け加工を行う場合に比べてノズル１４を精度良く、容易に加工することができる。

なお、前記各実施形態を次のように変更して実施することも可能である。
・ 図４に示すように、ノズル１４に対する傾斜流路２０の傾斜角度を実施形態の傾斜流路２０の傾斜角度より大きく設定し、仮想合流部２２を実施形態の場合よりもノズル１４の基端側に設定することができる。さらに、ノズル１４の開口端部１４ａの位置を平行流路２１の先端部２１ａよりも内側（５ｍｍ以内）に設定することができる。この場合、平行流路２１の長さを十分に確保することができ、熱風１５の整流効果を向上させることができる。

・ 図５に示すように、平行流路２１の外径Ｗを実施形態の平行流路２１の外径Ｗより小さく設定し、ノズル１４の開口端部１４ａの位置を平行流路２１の先端部２１ａよりも外側（５ｍｍ以内）に設定することができる。この場合、平行流路２１から吹き出される熱風１５の流速を実施形態の場合より大きくすることができ、ノズル１４から押し出される溶融樹脂１３の繊維を引き伸ばす効果を高めることができる。

・ 溶融樹脂１３を押し出すノズル１４を、ノズル本体１８に対して孔開け加工を施すことにより形成することも可能である。

１０…溶融紡糸装置、１１…不織布、１２…装置本体、１３…溶融樹脂、１４…ノズル、１４ａ…開口端部、１５…熱風、１６…吹き付け用流路、１７…筒体、１８…ノズル本体、２０…傾斜流路、２１…平行流路、２１ａ…先端部、２２…仮想合流部、Ｌ…長さ、Ｗ…外径。

Claims (4)

1. 溶融樹脂をノズルから押し出し、その周囲に溶融樹脂の押し出し方向に向けて熱風を吹き付けて溶融樹脂を繊維状にし、該繊維を対象物に供給して不織布を製造するための溶融紡糸方法であって、
   前記ノズルの開口端部が、ノズルの周囲に斜め前方に向けて吹き付けられる熱風の仮想合流部より下流側であって、且つ、熱風の吹き出し口と同一位置か上流側に位置し、ノズルから押し出される溶融樹脂を振動させることなく、熱風の流れが溶融樹脂の流れに平行に形成されることを特徴とする溶融紡糸方法。
2. 前記熱風がノズルから押し出される溶融樹脂の繊維を引き伸ばすように、熱風の流れが溶融樹脂の流れより高速に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融紡糸方法。
3. 請求項１に記載の溶融紡糸方法を実施する溶融紡糸装置であって、
   装置本体内に溶融樹脂を押し出すためのノズルと、該ノズルの周囲に配置されて熱風を吹き付けるための吹き付け用流路を有する筒体とを備え、
   ノズルの開口端部が、ノズルの周囲に溶融樹脂の押し出し方向に向けて吹き付けられる熱風の仮想合流部より下流側であって、且つ、熱風の吹き出し口と同一位置か上流側に位置するように設定されており、
   前記吹き付け用流路は、基端側がノズルに対して傾斜する傾斜流路になるとともに、先端側がノズルと平行に延びる平行流路となり、前記傾斜流路を流れる熱風の仮想合流部から平行流路の先端部までの長さが平行流路の外径に対して０．６〜３倍となるように構成されていることを特徴とする溶融紡糸装置。
4. 前記ノズルは金属パイプがノズル本体に接合されて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の溶融紡糸装置。

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