JP6718254B2 - 極細繊維製造装置および極細繊維製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、極細繊維製造装置および極細繊維製造方法に関する。

プラスチックなどの原料樹脂から極細繊維（いわゆるナノ繊維）を製造する方法として溶融樹脂静電紡糸法がある。溶融樹脂静電紡糸法は、原料樹脂を加熱溶融させた溶融樹脂を帯電させて極細繊維を製造する方法であり、この方法を用いた極細繊維製造装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の極細繊維製造装置は、溶融された原料樹脂を押し出し機によって押出し、押出された溶融樹脂をノズルから噴射させるもので、ノズルから噴射する際に、溶融樹脂の噴射方向に高温気流を流すことでノズルから噴射された溶融樹脂の温度を低下させずに勢いよく拡散させて溶融樹脂を繊維化しようしたものである。

特開２０１１−８９２４０号公報

特許文献１に記載されている極細繊維製造装置および極細繊維製造方法は、ノズルから噴射された溶融樹脂に高温気流を溶融樹脂の噴射方向と同方向に高温気流を流して、溶融樹脂を極細繊維化しようとしている。しかし、溶融樹脂がノズルから離れるにつれて、溶融樹脂の温度が低下し、粘度が急激に上昇する。このことによって、直径が１０００ｎｍ以下の極細繊維（いわゆるナノ繊維）を安定して製造することは困難である。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直径が１０００ｎｍ以下の極細繊維を安定して製造できる極細繊維製造装置および極細繊維製造方法を実現しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明の極細繊維製造装置は、原料樹脂を溶融し紡糸部に向かって高圧で押出す押し出し機と、押し出し機から押出された溶融樹脂を噴射するノズルを有する溶融樹脂噴射部と、ノズルから噴射された溶融樹脂の周囲の、（１）溶融樹脂の噴射方向に沿う１次気流流路（１次高温気流流路）を有する加熱延伸部と、（２）加熱延伸部を通過した溶融樹脂に気流（高温気流）を衝突させて溶融樹脂を極細繊維化する２次気流流路（２次高温気流流路）を有する繊維回収管部と、（３）ビーズとビーズを加熱するヒーターとを有し、１次気流流路（１次高温気流流路）、２次気流流路（２次高温気流流路）の各々に、ヒーターにより１００℃〜５００℃に加熱されたビーズ間の隙間を通過することにより高温気流となった気流を、（１）の１次気流流路を流れる気流、及び、（２）の２次気流流路を流れ溶融樹脂に衝突させる気流、として供給する高圧気流供給部（高温高圧気流供給部）と、を有することとする。

また、上記発明に加えて、極細繊維製造装置は、ノズルから噴射される溶融樹脂の流速をＶ０、１次気流流路（１次高温気流流路）内の気流（高温気流）の流速をＶ１、２次気流流路（２次高温気流流路）内の気流（高温気流）の流速をＶ２としたとき、各流速が、Ｖ０＜Ｖ１Ｖ２の関係に制御される、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、押し出し機は、加熱筒内で回転するスクリューと、スクリューを軸方向に移動させる加圧ピストン機構部を有し、加圧ピストン機構部は、移動速度が一定、かつ３０ｇｆ／ｃｍ^２〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の樹脂圧力で加熱筒内の溶融樹脂を紡糸部に向かって移動させる、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、ノズルは、前記溶融樹脂が付着しにくく、断熱性が高い、アルミナ系又は窒化ケイ素系のセラミックスで形成されている、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、１次気流流路（１次高温気流流路）は、ノズルの噴射孔と連通し、噴射孔の直径よりも大きい内径を有する加熱延伸管内に形成される、ことが好ましい。

前記加熱延伸部は、前記１次気流流路（１次高温気流流路）を２方向から挟むように配置されるヒーターを有する、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、ノズルの噴射孔および１次気流流路（１次高温気流流路）は、鉛直方向に延長されている、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、高圧気流供給部（高温高圧気流供給部）は、エアタンク（高温エアタンク）と、エアタンク（高温エアタンク）の外周面に設けられたヒーターと、高温エアタンク内に配置される多数のビーズとを有し、高圧送風手段で外部の空気を多数のビーズ間の隙間に通過させることで、気流（高温気流）が生成される、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、繊維回収管部は、紡糸部側の２次気流流路（２次高温気流流路）内の繊維延伸領域と、繊維延伸領域から断面積が拡張された繊維硬化領域を備えている、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、極細繊維製造装置には、繊維回収管部の開口側に対向する位置に極細繊維を回収する繊維回収装置が配設され、繊維回収装置は、繊維回収管部の開口側に対面し、繊維回収管部に対して移動可能で複数の微細孔を備えるベルトを有し、ベルトを挟んで繊維回収管部の反対側に、繊維回収管部内の極細繊維を吸引する吸引部を有している、ことが好ましい。

上記極細繊維製造装置を用いた極細線製造方法であって、原料樹脂を押し出し機で溶融しノズルに向かって押出すことと、押出された溶融樹脂をノズルから１次気流流路（１次高温気流流路）に噴射し、１次気流流路（１次高温気流流路）内で噴射された溶融樹脂を気流（高温気流）によって細く延伸させることと、１次気流流路（１次高温気流流路）を通過した溶融樹脂を、２次気流流路（２次高温気流流路）内で気流（高温気流）を衝突させてさらに細く延伸させて極細繊維を製造すること、を含む、こととする。

本発明の第１の実施の形態に係る極細繊維製造装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る紡糸部の構成を示す図で、（Ａ）は、図１の矢印Ａ方向から見た平面図、（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ切断面で切断した縦断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る溶融樹脂噴射部の構成を示す図で、図２（Ａ）のＣ−Ｃ切断線で切断した縦断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る加熱延伸部を上方（紡糸部側）から見た平面図である。 図４のＤ−Ｄ切断線で切断した縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る極細繊維製造装置の加熱延伸部を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態の変形例に係る極細繊維製造装置の一部を示す図で、１次高温気流流路と２次高温気流流路の関係を示す図である。

（極細繊維製造装置の構成）
まず、本発明の実施の形態に係る極細繊維製造装置１Ａ，１Ｂについて、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る極細繊維製造装置１Ａの構成を示す縦断面図である。なお、以下に説明する各図は、図示右側を右方、左側を左方、上側を上方、下側を下方として説明する。ただし、押し出し機２においては、右方を上流側、左方を下流側と記載することがある。

図１に示すように、極細繊維製造装置１Ａは、原料樹脂を溶融しながら紡糸部３に向かって押出す押し出し機２と、押し出し機２から押出された溶融樹脂を噴射する紡糸部３と、紡糸部３に接続され、紡糸部３に備えられたノズル４から噴射された溶融樹脂を加熱延伸させる加熱延伸部５を有している。押し出し機２は、加熱筒６内で回転しながら原料樹脂を溶融し下流側（図示左方側）に送るスクリュー７と、スクリュー７を上流側（図示右方側）から下流側に移動させる加圧ピストン機構部８を有している。加熱筒６の下流側先端部には加熱筒ヘッド９が接続固定されている。加熱筒６と加熱筒ヘッド９各々の中心軸は一致している。したがって、加熱筒６を軸方向に貫通するスクリュー７が内挿される内筒部１０と、加熱筒ヘッド９を軸方向に貫通する中心孔１１は直線上で連通している。この中心孔１１は、溶融樹脂の流路となるので、以降、溶融樹脂流路１１と記載する。加熱筒６の外周面にはヒーター１２が設けられていて、ヒーター１２に供給する電力を制御して原料樹脂の溶融温度を制御する。なお、加熱筒ヘッド９の外周面にもヒーター１２が設けられていて、溶融樹脂流路１１を通過する溶融樹脂を所定温度に維持する。

極細繊維製造装置１Ａは、紡糸部３を通過し１次高温気流流路５４に高温気流を生成して送る高温高圧気流供給部１３と、２次高温気流流路８７（図５参照）に高温気流を生成して送る高温高圧気流供給部１４を有している。紡糸部３の構成は図２〜図４を参照し、加熱延伸部５の構成は図５を参照し、高温高圧気流供給部１３，１４は図１を参照して後述する。

図１に示すように、加熱延伸部５の下方側には、金属板などで形成された繊維回収管部２８が配設されている。この繊維回収管部２８の一方は加熱延伸部５に接続され、他方の開口部側には繊維回収装置２９（図１参照）が配設されている。

加圧ピストン機構部８は、シリンダー１５と、シリンダー１５内を軸方向に往復移動可能なピストン１６を有している。シリンダー１５は、軸方向の中央部内側に突設された凸条部１７を有している。凸条部１７と、凸条部１７より上流側（図示右方側）の端部となるモーター基盤１８とで囲まれた空間は油圧空間１９であり、油圧空間１９には油圧用オイルが充填されている。ピストン１６は、油圧空間１９内に配置される胴部２０と、胴部２０から下流側（図示左方側）に向かって延長されるピストンロッド２１とを有している。ピストン１６は、胴部２０がシリンダー１５（油圧空間１９）の内周部２２に摺動できるように、ピストンロッド２１が凸条部１７の内周部２３で支持されつつ軸方向に摺動できるようなクリアランスを有している。なお、胴部２０の外周面には、油圧空間１９内の油圧用オイルが漏れないように不図示のガスケットなどが装着されている。

スクリュー７とピストンロッド２１は、スクリュー連結空間２４内で連結具２５によって固定されている。たとえば、ピストンロッド２１のスクリュー７側端面に凹部が設けられ、スクリュー７のピストンロッド２１側端部に設けられた凸部を上記凹部に嵌め込み連結具２５で固定されている。このようにして、スクリュー７とピストン１６は一体化され、両者一体となって軸方向への移動が可能となっている。

ピストン１６とモーター２６は、スプライン軸２７を介して連結されている。図示は省略するが、ピストン１６には、胴部２０を貫通しピストンロッド１６の途中までスプライン穴が形成されている。スプライン軸２７のモーター２６側の端部は不図示のモーター軸に結合ピンや結合キーなどによって連結されている。ピストン１６とモーター２６とをスプライン軸２７を介してスプライン結合することによって、ピストン１６はモーター基盤１８に固定されたモーター２６に対して軸方向に移動可能となっていて、かつモーター２６の回転に同期して回転可能な構成としている。モーター軸とモーター基盤１８の間には、ベアリングを設けると共に、油圧オイルが漏れないようにガスケットなどを設けることが好ましい（図示は省略）。

加圧ピストン機構部８は、油圧ポンプ３０を有している。図１に示すように、油圧ポンプ３０は、油圧空間１９のうちの胴部２０の上流側（図示右方側）の空間と連通する配管３１にバルブ３３を介して接続されている。胴部２０の下流側（図示左方側）の空間は、配管３２でシリンダー１５に接続されている。配管３２は、バルブ３４およびバルブ３３を介してオイルタンク３９に接続されている。連結具２５には、センサー端子３５が固定されている。センサー端子３５は、スクリュー連結空間２４の範囲でシリンダー１５の外部まで延長されていて、ピストン１６およびスクリュー７の軸方向への移動に連動する。また、センサー端子３５は、接続ロッド３６を介してセンサー３７に接続されている。センサー３７は、たとえば、リニアエンコーダーであって、ピストン１６（スクリュー７）の軸方向への移動量および位置を検出する。

また、図示は省略するが、シリンダー１５には、油圧空間１９内（胴部２０の上流側の空間）の圧力を検出する圧力計（圧力センサー）が配設されている。圧力計は、油圧空間１９内の圧力を検知し油圧ポンプ３０の吐出圧力を制御する。油圧ポンプ３０は可変ピストンポンプとすることが望ましい。

スクリュー７の上流側（図示右方側）には、ホッパー３８が配設されている。ホッパー３８は、加熱筒６の内筒部１０に連通していて、ペレット状または破砕された原料樹脂を加熱筒６内に投入することが可能となっている。

図１は、ピストン１６が下流側（図示左方側）に移動している、いわゆる下死点位置にある状態を示している。この状態は、バルブ３３を開けて油圧ポンプ３０によって配管３１から油圧オイルを胴部２０の図示右方側の油圧空間１９に注入し、ピストン１６を図示右方側から左方側に移動させた状態である。すなわち、加熱筒６内の溶融樹脂を下流側（図示左方側）に加圧移動させた状態を図示している。胴部２０の図示左方側の空間内にあった油圧オイルはバルブ３４およびバルブ３３の相互作用でオイルタンク３９に戻るようになっている。油圧ポンプ３０によるピストン加圧を停止し、バルブ３３、バルブ３４を共に開けておくと、加圧された溶融樹脂の圧力によってピストン１６は、スクリュー７と共に、上流側（図示右方側）に戻される。なお、図１に示すバルブ３３，３４と油圧ポンプ３０との接続構成は、簡略化して図示している。ピストン１６は、スクリュー７の下流側への移動速度を一定とし、樹脂圧力が３０ｋｇｆ／ｃｍ^２〜２０００ｋｇ／ｃｍ^２となるように制御される。

ホッパー３８から加熱筒６内に投入された原料樹脂は、スクリュー７の回転によって下流側に送られながら加熱筒６内で溶融される。原料樹脂は、ヒーター１２によって所定温度に溶融されるが、スクリュー７との摩擦によって溶融可塑化され、加熱筒ヘッド９の溶融樹脂流路１１を通って紡糸部３に送られる。なお、加熱筒６には、温度計４０が配設されており、溶融樹脂の温度を検出して、溶融樹脂を所定温度に制御する。なお、押し出し機２は、シリンダー１５を基台４１に水平になるように取り付けられている。

図２は、紡糸部３の構成を示す図で、（Ａ）は、図１の矢印Ａ方向から見た平面図、（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ切断線で切断した縦断面図である。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、紡糸部３は、溶融樹脂供給路４６が形成されたホットランナー４５と、複数の溶融樹脂噴射部４７を支持するブロック部４８を有する。なお、図２は、ホットランナー４５、溶融樹脂供給路４６、溶融樹脂噴射部４７など各構成要素のレイアウトを示すものであって、図示の都合上、形状を簡略化して表している。これらの詳細な形状は、図３を参照して詳しく説明する。図２（Ａ）に示すように、ホットランナー４５は、右方側ホットランナー４５Ａと左方側ホットランナー４５Ｂで構成され、図２（Ａ）のＢ−Ｂ切断線（左右方向のほぼ中央位置）で分割された各々の対向面で密着され一体化されている。溶融樹脂供給路４６は、接続流路４９および接続流路５０を介して、押し出し機２（加熱筒ヘッド９）側の溶融樹脂流路１１と連通されている。

溶融樹脂噴射部４７は、図２の例では前後方向に７個配列されていて、各々を融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇとする。なお、溶融樹脂噴射部４７は、７個に限らず６個または９個というように減らしたり、増やしたりすることが可能であり、または１個であってもよい。図２（Ｂ）に示すように、溶融樹脂供給路４６は、接続流路４９から溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇの各々に接続できるように、７本の溶融樹脂供給路４６Ａ〜４６Ｇに分岐されている。つまり、溶融樹脂供給路４６Ａは溶融樹脂噴射部４７Ａというように接続される。溶融樹脂供給路４６および接続流路４９は、右方側ホットランナー４５Ａおよび左方側ホットランナー４５Ｂそれぞれ対向する位置に溝を形成し、右方側ホットランナー４５Ａと左方側ホットランナー４５Ｂとを密着固定させることによって構成される。なお、右方側ホットランナー４５Ａと左方側ホットランナー４５Ｂのどちらか一方に溝を形成するようにして、溶融樹脂供給路４６および接続流路４９を構成してもよい。ホットランナー４５Ａ、４５Ｂを分割しないで一体のブロックとして溶融樹脂供給路４６、接続流路４９に穴加工などによって形成してもよい。

接続流路５０は、図２（Ａ）に示すように、右方側ホットランナー４５Ａに右方側側面
から穴明け加工などによって形成することができる。ここで、加熱筒ヘッド９には、ホットランナー４５に向かって突設される凸部９Ａが形成されている。この凸部９Ａは、溶融樹脂流路１１と同心円の関係にある。右方側ホットランナー４５Ａには、接続流路５０と同心円である凹部が形成されていて、この凹部に凸部９Ａを嵌め込むことによって、溶融樹脂流路１１と接続流路５０を正確に連通させることが可能となっている。このように、紡糸部３を構成することによって、押し出し機２から送り出された溶融樹脂は、溶融樹脂流路１１および接続流路５０を通り、接続流路４９で溶融樹脂供給路４６Ａ〜４６Ｇに分岐され、溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇから溶融樹脂を噴射できるようになっている。

図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ブロック部４８には、溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇに沿って前後方向に延長された高温高圧気流供給路５１が形成されている。高温高圧気流供給路５１は、前方側端部で高温高圧気流接続管５２に接続されて高温高圧気流供給部１３に接続される。高温高圧気流供給管５２は、保温ジャケット５３で覆われており、高温高圧気流供給部１３から送られる高温高圧気流が高温高圧気流供給管５２に達するまでに温度が低下しないようにしている。高温高圧気流供給部１３には、図示しない高圧送風機であるコプレッサーで高圧エア（空気）が送られ、高温高圧気流供給部１３を通過した空気は、高温高圧気流となって、高温高圧気流供給路５１に送られる。なお、ホットランナー４５およびブロック部４８の外側壁部には、加熱筒ヘッド９に接続される側璧部以外の側壁部５面に、ヒーター１２が設けられていて、ホットランナー４５内で溶融樹脂の温度を維持している。溶融樹脂供給路４６、接続流路４９，５０は、いわゆるホットランナー４５に対するランナーである。

なお、図２（Ｂ）に示すように、紡糸部３の下方側には、加熱延伸部５が接続されている。加熱延伸部５は、溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇから噴射された溶融樹脂を極細繊維化しながら繊維回収管部２８（図１参照）に送る流路５４を有している。この流路５４を１次高温気流流路５４とする。１次高温気流流路５４の構成については、図４を参照して後述する。

次に、高温高圧気流供給部１３，１４について図１を参照して説明する。高温高圧気流供給部１３，１４は同じ構成なので、高温高圧気流供給部１３を代表例として説明する。高温高圧気流供給部１３は、筒状の高温エアタンク５５と、高温エアタンク５５の内部に収容されている多数のビーズ５６と、高温エアタンク５５の外周面に設けられたヒーター５７とで構成されている。ビーズ５６は、銅や砲金などの熱容量が高い金属ビーズであり、表面積が大きくなるように、表面に深い凹凸が形成されたものが使用される。また、ヒーター５７としては、バンドヒーターなどがある。高温高圧気流供給部１３は、高温高圧気流供給管５２に接続され、高温高圧気流供給管５２は、紡糸部３の高温高圧気流供給路５１（図２、図３参照）に接続されている。高温高圧気流供給部１３と同様に構成される高温高圧気流供給部１４は、高温気流供給管８５に接続され、２次高気流流路８７（図４、図５参照）に接続されている。

高温高圧気流供給部１３，１４各々には、不図示のコンプレッサーが備えられていて、高温エアタンク５５内に高速のエア（空気）を送流している。ビーズ５６は、ヒーター５７によって高温（たとえば１００℃〜５００℃）に加熱されており、エアがこの多数のビーズ５６間の隙間を通過するときに加熱され高温高圧気流となって高温高圧気流供給路５１に送られる。エアの温度は、原料樹脂が溶融可能な所定温度に途中経路における降温を考慮した温度とする。また、高温気流供給管５１，８５各々には、バルブ５８が備えられていて、エア（高温気流）の単位時間当たりの風量を制御できる。

図３は、溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇの構成を示す図で、図２（Ａ）のＣ−Ｃ切断線で切断した縦断面図である。溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇのそれぞれは、同じ構成なので、溶融樹脂噴射部４７として説明する。溶融樹脂噴射部４７は、上方側のノズルユニット６０と、下方側のダイ６１で構成されている。ノズルユニット６０は、ノズルユニット支持ブロック６２に固定されている。ダイ６１は、筒形状を有し、ダイ部支持ブロック６３に固定されている。図２に示したブロック部４８は、図３に示すように、ノズルユニット支持ブロック６２とダイ部支持ブロック６３とを、互いに対向する面を密着固定して構成されている。

図３に示すように、ノズルユニット６０は、ノズル４を支持するノズルホルダー６４と、ノズル４に溶融樹脂を導入する導入管６５を有している。ノズル４はセラミックスで形成されていて、軸方向に貫通する噴射孔６６を有している。このセラミックスは、数あるセラミックスの中で、溶融樹脂が付着しにくく、断熱性が高いものを採用し、ノズル４を流れる溶融樹脂を互いの界面で摩擦熱を発生させ、界面の流動性を高めるセラミックスを使用している。たとえば、アルミナ系、窒化ケイ素系などである。しかも、そのノズル４には、低摩擦処理を施さなくてもよい。噴射孔６６は、ごく細い孔で、たとえば、直径０．１２５ｍｍである。ノズルホルダー６４内において、ノズル４の軸方向の上方には、導入管６５が配設され、導入管６５とノズル４は、各々の端部が密接するように配置されている。導入管６５は、溶融樹脂供給路４６に連通する孔部６７を有し、孔部６７のノズル４側の先端は、ノズル４の噴射孔６６の直径と同じになるように狭められてノズル４の噴射孔６６に連通している。ノズル４および導入管６５は共に、ノズルホルダー６４の孔部６４Ａに圧入されている。ノズルユニット６０は、ノズルユニット支持ブロック６２にダイ支持ブロック６３側から圧入またはネジ込み固定される。図３に示すように、ホットランナー４５に形成されている溶融樹脂供給路４６、導入管６５の孔部６７およびノズル４の噴射孔６６は、鉛直方向に延長される軸中心Ｐ上に配置されている。

ノズルホルダー６４は、熱伝導率が高く、強度が高いリン青銅などを採用し、ノズル４を包むように配置することで、周囲からの集熱によってノズル４の温度上昇を早めている。なお、導入管６５とノズル４をセラミックス製とし、一体に形成するようにしてもよい。また、ノズルホルダー６４、ノズル４および導入管６５を一体に成形してノズルとしてもよく、このように一体化されるノズルはセラミックス製としてもよい。

ノズルユニット６０は、ノズル４側がダイ支持ブロック６３側に突出されている。ダイ支持ブロック６３には、ノズルユニット６０に対向する位置にダイ６１が配置されているダイ６１は、ノズルユニット６０の先端部が挿入可能な孔部６８を有している。ダイ６１は、ダイ支持ブロック６３に、ダイ支持ブロック６３の下方側から圧入またはねじ込み固定されている。ダイ６１の中心軸は、ノズルユニット６０の中心軸Ｐと一致している。つまり、ダイ支持ブロック６３、ノズルユニット支持ブロック６２およびホットランナー４５を組み立てたとき、溶融樹脂供給路４６と導入管６５の孔部６５とノズル４の噴射孔６６およびダイ６１の中心軸は、中心軸Ｐ上にある。溶融樹脂供給路４６は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、接続流路４９，５０を介して押し出し機２の溶融樹脂流路１１に連通されている。したがって、押し出し機２から押出された溶融樹脂は、ノズル４の噴射孔６６から噴射される。噴射孔６６の直径（断面積）は、押し出し機２の溶融樹脂流路１１の直径（断面積）に比べ格段に小さくしてある。したがって、溶融樹脂は、噴射孔６６から高速で噴射される。

図３に示すように、ダイ支持ブロック６２には、高温高圧気流供給部１３から送流される高温気流を溜めるバッファ部７０が設けられている。バッファ部７０は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、溶融樹脂噴射部４７（４７Ａ〜４７Ｇ）を囲むように設けられる空間であり、高温高圧気流流路５１に前後方向の長さ領域で連通している。高温高圧気流流路５１は、高温高圧気流供給部１３に接続する高温高圧気流供給管５２に接続されている。そして、図３に示すように、高温高圧気流供給路５１は、バッファ部７０の右方でバッファ部７０に交差するようにダイ支持ブロック６３に穿たれていて、バッファ部７０に高温高圧気流を送り込むことを可能にしている。

図３に示すように、ノズルユニット６０のダイ６１側の先端部７１は、先細り形状をしていて、ダイ６１の孔部６８内に挿入されている。孔部６８は、ノズルユニット６０の先端部７１の形状に倣うような形状を有している。ノズルユニット６０とダイ６１を組み立てた状態では、ノズルユニット６０の先端部７１とダイ６１の孔部６８との間には隙間７２が形成される。この隙間７２は、ノズルユニット６０の先端部の外周にほぼ均一な大きさで形成され、高温高速気流の流路となる。この隙間７２は、溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇそれぞれに形成されている。高温高圧気流供給部１３から送流される高温高圧気流は、バッファ部７０で溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇ毎に分岐され高温高速気流として噴射される（図３で点線の矢印で示す）。

なお、ダイ６１の孔部６８の下方側には、孔部６８よりも直径が拡大された開口部７３が設けられている。そして、孔部６８と開口部７３はテーパ部７４で接続されている。このテーパ部７４の傾斜角度、長さおよび開口部７３の直径、長さは、少なくとも隙間７２を通過した高温高速気流が流れやすい形状になるように設定される。

ノズル４から噴射された溶融樹脂（実線の矢印で図示）は、ノズル４から出た瞬間に勢いよく拡散しようとして延伸され、ノズル４の噴射孔６６から出た直後の直径よりも細い繊維Ｆ０となる。このとき、噴射された繊維Ｆ０の進行方向の周囲には、高温高速気流が送流されているので、噴射直後の繊維Ｆ０は、この高温高速気流によって噴射直後の温度が維持されながら加熱延伸部５に送られる。なお、噴射直後の温度とは、溶融樹脂温度に近い温度である。紡糸部３は、ダイ６１側で加熱延伸部５に筒形状の接続部７５で接続されている。加熱延伸部５の構成は、図４、図５を参照して説明する。

図４は、加熱延伸部５を上方（紡糸部３側）から見た平面図、図５は、図４のＤ−Ｄ切断線で切断した縦断面図である。なお、図４は、上板部７６および外殻７７の上面（図５参照）を透視して表した図である。図４、図５に示すように、加熱延伸部５は、側面側、上面側および下面側の６面を外殻７７で囲まれた空間内に２つのヒーター７８Ａ、７８Ｂを有している。ヒーター７８Ａ，７８Ｂは、たとえばセラミックヒーターなどの赤外線ヒーターである。なお、加熱筒６および高温高圧気流供給部１３，１４に備えられるヒーター１２と区別するためにヒーター７８Ａ，７８Ｂを赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂと記載する。紡糸部３と接続する筒形状の接続部７５は、前後方向に配列されている溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇを囲むように形成されており、接続部７５で囲まれた空間（ノズル４の先端側を含む）は、ノズル４から噴射された溶融樹脂が延伸されて繊維化される領域で、この領域を１次延伸領域８０とする。１次延伸領域８０で形成される繊維Ｆ０は、直径が１０００ｎｍ以下のものと１０００ｎｍ以上のものが混在している。

赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂは、左右方向に空間（隙間）を有して配設されている。赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂで挟まれた空間には、高温高圧気流供給部１３から送流される高温気流が下方に向かって流れる流路であり、この流路を１次高温気流流路５４とする。図５に示すように、１次高温気流流路５４は、ノズル４から噴射された溶融樹脂が１次延伸領域８０で形成された繊維Ｆ０が下方に向かって高速で移動する領域である。この繊維Ｆ０の移動領域の周囲には、高温高速気流が送流されている（図５に点線の矢印で図示）。ここで、噴射された直後の溶融樹脂（繊維Ｆ０となっている）の速度をＶ０、１次高温気流流路５４に流れる高温気流の速度をＶ１としたとき、Ｖ０＜Ｖ１となるように、流速Ｖ０および流速Ｖ１が制御されている。そして、１次高温気流流路５４内の高温気流の温度は、噴射された繊維を硬化させない温度としていることから、Ｖ１−Ｖ０の流速差効果によって、繊維Ｆ０は細く延伸される。そこで、１次高温気流流路５４を２次延伸領域５４と表すことができる。２次延伸領域５４で形成される繊維Ｆ１の直径は、１次延伸領域８０で形成された繊維Ｆ０よりも細くなるが、狙いの直径７００ｎｍ以上のものも含まれる。

なお、図５に示すように、赤外線センサー７８Ａ、７８Ｂは、上方側の上板部７６と、下方側の下板部８２とで上下で挟み込まれて固定されている。ノズル４から噴射された繊維Ｆ０は、下方に向かって広がろうとするが、高温気流によって実線の矢印で図示するように、赤外線ヒーター７８Ａ、７８Ｂには接触しない範囲に広がりを抑えることができる。１次高温気流流路５４の左右方向の幅は、噴射された繊維Ｆ０，Ｆ１が赤外線ヒーター７８Ａ、７８Ｂと接触しない範囲で狭い方がよい。これは、噴射された繊維が赤外線ヒーター７８Ａ、７８Ｂに接触して１次高温気流流路５４が塞がってしまわないようにするためである。また、１次高温気流流路５４の長さは、繊維Ｆ１が赤外線ヒーターに接触しないよう管理できる長さとする。噴射されて加熱延伸部５４で細分化され延伸された繊維Ｆ１は高温度を保ちながら繊維回収管部２８内に進行する。

図４、図５に示すように、加熱延伸部５の下方側には、繊維回収管部２８が接続されている。繊維回収管部２８の一方は、１次高温気流流路５４に連通されている。繊維回収管部２８は、１次高温気流流路５４に連通する側は左右方向に狭く、１次高温気流流路５４との連通部から離れるに従い広くなる喇叭のような形状を有している（図１参照）。図４に示すように、繊維回収管部２８の加熱延伸部５との接続部近傍には、前後方向に繊維回収管部２８に沿って延びる高温気流供給管８５が配置されている。高温気流供給管８５には、繊維回収管部２８に連通する接続管部８６（図５参照）が設けられていて、高温気流供給管８５と繊維回収管部２８とが連通している。図１に示すように、高温気流供給管８５は、高温高圧気流生成部１４に接続され、高温高圧気流生成部１４から高温気流供給管８５、接続管部８６を介して繊維回収管部２８内に高温高速気流を噴射している。高温気流供給管８５には、保温ジャケット５３が巻かれていて、高温高圧気流供給部１４から接続管部８６に至る間に高温気流の温度の低下を抑制している。高温気流の温度は、たとえば、溶融樹脂の温度が２６５℃で、ノズルを通過する溶融樹脂の温度が２６０℃になる場合、２６０℃以上で、溶融樹脂が熱分解しない温度の範囲とすることが好ましい。

接続管部８６からは、高温高速気流が中心軸Ｐに対してほぼ直交する左方向に向かって噴射される（太い矢印で図示）。接続管部８６から噴射される高温高速気流の流路を２次高温気流流路８７とする。２次高温気流流路８７の高温高速気流の流速をＶ２とすると、前述したノズル４から噴射される溶融樹脂（繊維Ｆ０）の流速Ｖ０、１次高温気流流路５４内の高温気流の流速Ｖ１との関係は、Ｖ０＜Ｖ２≦Ｖ１で表すように制御される。また、２次高温気流流路８７内の高温気流の温度は、１次高温気流流路５４（２次延伸領域）内の高温気流の温度とほぼ同じであって、加熱延伸部５から繊維回収管部２８内に噴射された繊維Ｆ１を硬化させない温度である。紡糸部３から繊維回収管部２８内に噴射された繊維Ｆ１は、２次高温気流流路８７の高温高速気流によって吹き飛ばされる過程でさらに細く延伸されて、１０００ｎｍ以下（たとえば５００ｎｍ〜７００ｎｍ）の極細繊維Ｆ２として下流側に移動され、繊維回収装置２９で回収される。２次高温気流流路８７内における繊維延伸領域８８を３次延伸領域８８とする。２次高温気流流路８７内に流れる高温気流の温度は、１次高温気流流路５４に流れる気流とほぼ同じとすることが好ましい。

以上説明したように、押し出し機２から紡糸部３に送られた溶融樹脂は、ノズル４から繊維Ｆ０として噴射され、１次延伸領域８０、２次延伸領域５４、３次延伸領域８１を通過するに従い細く伸ばされ直径５００〜７００ｎｍの極細繊維Ｆ２が安定して形成される。

次に、繊維回収管部２８および繊維回収装置２９の構成について図１、図５を参照して説明する。図１に示すように、繊維回収管部２８は、一方の端部が加熱延伸部５に接続され、繊維回収装置２９側の他方の端部は極細繊維Ｆ２が排出される開口部９０となっている。繊維回収管部２８は、加熱延伸部５側の接続部から繊維回収装置２９に向かって縦断面積が徐々に広がるような形状を有している。ここで、縦断面積とは、繊維回収管部２８を図示上下方向の切断線で切断したときの断面積とする。繊維回収管部２８の加熱延伸部５側は、繊維回収部２９に向かって縦断面積が緩やかに広がり、途中から繊維回収装置２９までは急激に縦断面積が拡がるような喇叭のような形状をしている。加熱延伸部５から縦断面積が急激に変化する変曲点９１までの領域は３次延伸領域である。繊維回収管部２８において、加熱延伸部５から遠ざかるにつれ内部温度は低下していく。変曲点９１から繊維回収装置２９までの間は、極細繊維Ｆ２が個体として安定状態になる硬化領域９２である。

硬化領域９２に入った極細繊維Ｆ２は、ランダムに付着し合い固まってしまわないようにするため、素早く硬化させた方がよい。そこで、繊維回収管部２８の硬化領域９２には、内部より温度が低い外部空気（エア）を取り入れるノズル９３が設けられている。硬化領域９２は、外気よりも温度が高く負圧となっているので、外気が内部に自然吸引されて極細繊維Ｆ２を硬化させる。

繊維回収装置２９は、繊維回収管部２８の開口部９０に対面し、たとえば、メッシュベルトなどのような複数の微細孔を有するベルト９４を有している。繊維回収装置２９は、ベルト９４を挟んで繊維回収管部２８の反対側に、繊維回収管部２８内の極細繊維Ｆ２を吸引する吸引部９５を有している。図１に示すように、繊維回収装置２９は、送りローラー９６と、巻き取りローラー９７と、２個の中間ローラー９８を有している。図１の例では環状のベルト９４は、図示時計回りに回転する。吸引部９５は、ベルト９４の微細孔を通して繊維回収管部２８内の極細繊維Ｆ２を吸引し、ベルト９４の繊維回収管部２８側の表面に極細繊維Ｆ２を層状に回収し、シート化する。このシートは、いわゆる不織布９９である。

不織布９９の厚みや、極細繊維Ｆ２の密度は、ベルト９４の送り速度を制御することによって調整可能である。また、不織布９９の幅は、溶融樹脂噴射部４７の配列数で変更可能である。図１に示すように、ベルト９４の繊維回収管部２８の下方側には、先端が薄いヘラ１００が配置されていて、ベルト９４の送り、つまり不織布９９の送りによって、ベルト９４から不織布９９を剥がして、不図示の巻き取りローラーで巻き取れるようになっている。この巻き取りローラーは、不織布９９の進行方向に対して直交方向に配置される。

以上説明した第１の実施の形態に係る極細繊維製造装置１Ａは、原料樹脂を溶融し紡糸部３に向かって押出す押し出し機２と、押し出し機２から押出された溶融樹脂を噴射するノズル４を有する溶融樹脂噴射部４７と、ノズル４から噴射された溶融樹脂（繊維Ｆ０）の周囲に、溶融樹脂の噴射方向に沿う１次高温気流流路５４を有する加熱延伸部５と、加熱延伸部５を通過した溶融樹脂に、１次高温気流流路５４に交差する方向から高温気流を衝突させて溶融樹脂を極細繊維化する２次高温気流流路８７を有する繊維回収管部２８と、１次高温気流流路５４および２次高温気流流路８７に高温気流を供給する高温高圧気流供給部１３，１４と、を有している。

特許文献１に記載の極細繊維製造装置では、ノズルから噴射された溶融樹脂に溶融樹脂に高温気流を流し、溶融樹脂を極細繊維化しようとしている。しかし、ノズルから離れるにつれ、溶融樹脂の温度が低下し、粘度が急激に上昇する。このことによって、噴射された線をさらに細く延伸させて直径が１０００ｎｍ以下の極細繊維（ナノ繊維）を安定して製造することは困難とされる。本実施の形態による極細繊維製造装置１Ａでは、ノズル４から噴射され繊維Ｆ０に、繊維Ｆ０を硬化させない温度の高温高速気流を送流する１次高温気流流路５４内で繊維Ｆ０を細く延伸させることで、噴射直後の繊維Ｆ０よりも細い繊維Ｆ１を形成する。さらに、２次高温気流流路８７内で繊維Ｆ１に高温高速気流を衝突させて細く延伸させ、繊維Ｆ１よりも細い極細繊維Ｆ２を形成する。このように、極細繊維製造装置１Ａは、ノズル４から噴射直後の１次延伸領域８０、１次高温気流流路５４内の２次延伸領域および２次高温気流流路８７内の３次延伸領域の３段階の延伸領域を設けることで、直径が１０００ｎｍ以下（たとえば５００ｎｍ〜７０ｎｍ）の極細繊維Ｆ２（いわゆるナノ繊維）を安定して量産することができる。

また、極細繊維製造装置１Ａは、ノズル４から噴射される溶融樹脂の流速をＶ０、１次高温気流流路内５４の高温気流の流速をＶ１、２次高温気流流路８７内の高温気流の流速をＶ２としたとき、各流速が、Ｖ０＜Ｖ１≦Ｖ２の関係になるように制御している。溶融樹脂に沿う１次高温気流流路内５４の高温気流の流速Ｖ１は、噴射される溶融樹脂の流速Ｖ０よりも高くしているので、流速差（Ｖ１−Ｖ０）によって繊維Ｆ１を形成することが可能となる。また、２次高温気流流路８７内の高温気流の流速をＶ１≦Ｖ２とし、繊維Ｆ１に強い高温気流を衝突させることで、繊維Ｆ１よりも細い極細繊維Ｆ２を形成することが可能となる。

また、押し出し機２は、加熱筒６内で回転するスクリュー７と、スクリュー７を軸方向に移動させる加圧ピストン機構部８を有し、加圧ピストン機構部８は、移動速度がほぼ一定、かつ３０ｋｇｆ／ｃｍ^２〜２０００ｋｇ／ｃｍ^２の樹脂圧力で加熱筒６内の溶融樹脂を紡糸部３に向かって移動させている。

図２に示すように、本実施の形態の例では、７個の溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇを有していて、各溶融樹脂噴射部に押し出し機２から押し出された溶融樹脂を溶融樹脂供給路４６Ａ〜４６Ｇに分岐して供給している。溶融樹脂供給路４６Ａ〜４６Ｇの各々は、接続流路５０からの距離が異なり流体抵抗の影響で、溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｂそれぞれは溶融樹脂の押出速度や押出圧力に差が出ることがある。しかし、加圧ピストン機構部８の樹脂圧力を３０ｋｇｆ／ｃｍ^２〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２と高圧にしているため、溶融樹脂噴射部４７を複数個備えても、一つひとつの流体抵抗の影響は軽微となり、溶融樹脂の噴射速度、噴射圧力は、各溶融樹脂噴射部でほぼ一定であるといえる。すなわち、各溶融樹脂噴射部の溶融樹脂噴射量は、ほぼ一定となる。なお、特許文献１に記載の極細繊維製造装置では、ノズル噴射の分岐手前にギヤポンプを備え、ノズルに送る溶融樹脂の単位時間当たりの流量、流速を一定している。このような構成に対して、本実施の形態では、加圧ピストン機構８によって高圧で溶融樹脂を噴射させているので、ノズル４からの噴射の勢い（速度）がはるかに大きく、噴射直後の１次延伸領域８０で形成される繊維Ｆ０は、従来技術による繊維よりも細い繊維を形成することができ、以降の２次、３次繊維延伸領域を設けることで、極細繊維Ｆ２を安定して量産できる。なお、第１の実施の形態の構成では、樹脂圧力は３０ｋｇｆ／ｃｍ^２〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の範囲内で高めに設定される。

また、ノズル４は、溶融樹脂が付着しにくく、断熱性が高いセラミックスで形成されている。細い流路に溶融樹脂を流動すると、溶融樹脂が噴射孔６６内で粘度が上昇して目詰まりが発生することがある。しかし、セラミックス製のノズル４は、溶融樹脂が付着しにくく、断熱性が高いことから、ノズル界面から離れた外周側に熱が逃げにくいため噴射孔６６内の目詰まりを防止することが可能となる。また、セラミックスと溶融樹脂の界面で摩擦熱が発生し、溶融樹脂の表面温度が上がるので、溶融樹脂の流動性を損なわず、溶融樹脂が噴射孔６６内で目詰まりしにくくなるという効果がる。

また、加熱延伸部５は、１次高温気流流路５４を２方向から挟むように配置されるヒーターである赤外線センサー７８Ａ，７８Ｂを有している。吹出し口（ノズル４とダイ６１との隙間７２）から吹出した高温高速気流（空気）は断熱膨張によって温度が低下する。そこで、赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂの輻射熱によって、噴射された繊維Ｆ０および吹出された高温高速気流に熱補給することによって、繊維Ｆ０の温度が低下することを防止できる。なお、筒形状の接続部７５を赤外線センサー７８Ａ，７８Ｂの隙間とほぼ同じ広さにすることによって、高温の空気が１次高温気流流路５４内（接続部７５内）に滞留することで、吹出し部近傍の温度を所定温度に維持できる。

また、極細繊維製造装置１Ａは、ノズル４の噴射孔６６および１次高温気流流路５４を、鉛直方向に延長している。このようにすれば、ノズル４から噴射された溶融樹脂（繊維Ｆ０，Ｆ１）は、鉛直方向に移動し、１次高温気流流路５４を構成する赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂに接触せずに、２次高温気流流路８７まで達することができる。

また、高温高圧気流供給部１３，１４は、高温エアタンク５５と、高温エアタンク５５の外周面に設けられたヒーター５７と、高温エアタンク５５内に配置される多数のビーズ５６とを有し、高圧送風手段であるコンプレッサー（不図示）で外部の空気を多数のビーズ５６間の隙間に通過させることで、高温気流を生成する。ビーズ５６は、ヒーター５７によって所定温度に加熱される。ビーズ５６は、銅や砲金などの熱容量が大きい金属製であり、ビーズ５６に外部空気を通過させることによって、単純にヒーターの間にエア（空気）を流したり、ブロアなどで加熱されたエアを流したりするよりも、効率的にエアの加熱が可能で、消費電力を抑えることが可能である。

また、繊維回収管部２８は、紡糸部３側の２次高温気流流路８７内の繊維延伸領域である３次延伸領域８８と、３次延伸領域８８から縦断面積が拡張された繊維硬化領域９２を備えている。３次延伸領域８８では、高温高速気流で繊維Ｆ１を極細繊維Ｆ２に変換する領域であり、この温度のままで極細繊維Ｆ２を回収しようとすると、繊維どうしが付着し合い固まりになってしまうことがある。そこで、３次延伸領域８８の下流側の縦断面性（容積）を拡げることで、内部の温度を低下させて極細繊維Ｆ２を硬化させ極細繊維Ｆ２が固まりになることを防いでいる。また、繊維硬化領域９２に外部の空気（エア）を取り入れるノズル９３を設けているので、素早く極細繊維Ｆ２を硬化させることが可能となっている。

また、極細繊維製造装置１Ａは、繊維回収管部２８の開口部９０に対向する位置に極細繊維Ｆ２を回収する繊維回収装置２９を配設し、極細繊維回収装置２９は、繊維回収管部２８の開口部９０に対面し、繊維回収管部２８に対して移動可能で複数の微細孔を備えるベルト９４を有し、ベルト９４を挟んで繊維回収管部２８の反対側に、繊維回収管部２８内の極細繊維Ｆ３を吸引する吸引部９５を有している。

繊維回収管部２８内の極細繊維Ｆ２は、極細繊維回収装置２９によって吸引され、微細孔を有するベルト９４の繊維回収管部２８側の表面に、繊維方向がランダムに積層された不織布９９として回収することができる。

（第２の実施の形態）
続いて、第２の実施の形態に係る極細繊維製造装置１Ｂについて図面を参照して説明する。前述した第１の実施の形態の極細繊維製造装置１Ａが、ノズル４から溶融樹脂をヒーター７８Ａとヒーター７８Ｂとで挟まれた１次高温気流流路５４に噴射されていることに対して、第２の実施の形態の極細繊維製造装置１Ｂは、ノズル４に接続された細管である加熱延伸管１０５を１次高温気流流路１０６としていることが異なる。加熱延伸管１０５を含む加熱延伸部１０７以外は、第１の実施の形態と同じものを使用できるので、詳しい説明は省略する。また、第１の実施の形態と同じ部分には、図５と同じ符号を付している。また、第２の実施の形態は、加工能力などでノズル径を細くできない場合に有効である。すなわち、極細繊維製造装置１Ｂは、加熱延伸管１０５の中で溶融樹脂の温度を降下させずにノズル径を細くすることと同じ効果が得られるものである。

図６は、第２の実施の形態に係る極細繊維製造装置１Ｂの加熱延伸部１０７を示す縦断面図である。図６に示すように、加熱延伸部１０７は、側面側、上面側および下面側の６面を外殻１０９で囲まれた空間内にヒーターである赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂを有している。紡糸部３と接続する筒形状の接続部１０８は、前後方向に配列されている溶融樹脂噴射部４７Ａ〜４７Ｇ（図２参照）を囲むように外殻１０９から上方に突設されている。赤外線センサー７８Ａと赤外センサー７８Ｂは、左右方向に隙間（空間）１１０を有して配列され、上方側の上板部７６と、下方側の下板部８２とで挟み込まれて固定されている。赤外線センサー７８Ａと赤外線ヒーター７８Ｂとの左右方向のほぼ中央には、加熱延伸管１０５が配置されている。

加熱延伸管１０５は、ステンレス鋼などで成形された細管である。ノズル４の内径が０．５ｍｍの場合に、たとえばノズル４から溶融樹脂が１０ｃｍ／ｓで吐出され、加熱延伸管１０５の中で０．２５ｍｍにしたいとすると、気流の流速は２０ｃｍ／s以上なくてはならない。ここで、加熱延伸管１０５の内径は、気体流速が２０ｃｍ／ｓのときに乱流とならない大きさとする。加熱延伸管１０５は、溶融樹脂噴射部４７に配置されるダイ６１の下方側の孔部１１１に圧入固定され、加熱延伸部１０７の下方側に突出するまで延長されている。加熱延伸管１０５の中心は、ノズルユニット６０の中心軸Ｐと一致し、鉛直方向に延脹されている。加熱延伸管１０５の下方側端部には、スリーブ１１２が取り付けられている。スリーブ１１２の孔部１１３は、繊維回収管部１１４に連通している。孔部１１３の内径は、ノズル６の噴射孔６６（図３参照）よりも大きい。

ノズルユニット６０からは、高温高速気流（図示点線で表す）が、ノズル４の先端部周囲から加熱延伸管１０５内に流される。この高温高速気流は、加熱延伸管１０５内では層流となっているため、ノズル４から噴射される溶融樹脂は、拡散せずに１本の線（または線状の繊維）となってスリーブ１１２の孔部１１３を通過して繊維回収管部１１４に達している。ノズル４から噴出される溶融樹脂を線状に噴射すために、樹脂圧力は３０ｋｇｆ／ｃｍ^２〜１００ｋｇｆ／ｃｍ^２程度に設定される。ここで、加熱延伸管１０５内の気流の流路を１次高温気流流路１０６とする。ノズル４が噴射する溶融樹脂の流速をＶ０、１次高温気流流路１０６の流速をＶ１としたとき、それぞれの流速はＶ０＜Ｖ１の関係にある。そして、１次高温気流流路１０６における高温高速気流の温度は、原料樹脂の溶融温度とほぼ同じとしているので、流速と温度の関係から細線状の溶融樹脂１１５は、ノズル４から噴射された時の直径よりも末端部では細く延伸される。

ノズル４から噴射された直後の溶融樹脂１１５の直径が噴射孔６６とほぼ同じ０．５ｍｍとすれば、スリーブ１１２近傍に達した溶融樹脂１１５の直径は、たとえば約１／２の０．２５ｍｍとなる。また、スリーブ１１２の孔部１１３は、加熱延伸管１０５の内径よりもはるかに小さいので、孔部１１３を通る高温気流の流速が増し、孔部１１３を通過する細線状の溶融樹脂１１５は、たとえば０．１ｍｍというようにさらに細線化されて繊維回収管部２８に入る。なお、ノズル４から噴射される溶融樹脂の温度および噴射速度は、加熱延伸管部１０５内をスリーブ１１２に向かって直線で延長するように制御される。

なお、噴射孔６６から噴射された溶融樹脂は、１次高温気流流路１０６内で高温気流によって延伸され細くなり始める。この領域を１次延伸領域とする。そして、スリーブ１１２側に近づくにつれて、高温気流によってさらに細く延伸されて、スリーブ１１２から噴射され拡散し、１次延伸領域よりも細い繊維Ｆ１となる。この領域を２次延伸領域とする。そして、繊維Ｆ１は、繊維回収管部１１４内に噴射される。なお、加熱延伸管１０５の左右両側には、ヒーターである赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂを備え、赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂで加熱延伸管１０５を加熱することで、１次高温気流流路１０６に流れる高温気流の温度を所定温度に維持できる。

スリーブ１１２は、加熱延伸管１０５側から中央の孔部１１３に向かって孔径が小さくなるテーパ部１１７と、中央の孔部１１３から下方（繊維回収管部１１４側）に向かって孔径が大きくなるテーパ部１１８を有している。テーパ部１１７を設けることによって、細線状の溶融樹脂１１６を、スリーブ１１２の孔部１１３に挿入し易くしている。また、細線状の溶融樹脂１１６が、スリーブ１１２の孔部１１３に挿入した後は、溶融樹脂１１５が加熱延伸管１０５に接触することなく、スムーズに送り出せる。一方、テーパ部１１８を設けることによって、孔部１１３より下方側が急激に広がるので、溶融樹脂１１５が、孔部１１３を通過した直後に拡散し、細線状の溶融樹脂１１６よりも細い繊維Ｆ１となる。孔部１１３の下方側には、中心軸Ｐに対して左方向側にほぼ直交するように高温気流を噴射する（太い矢印で図示）接続管部８６を有している。接続管部８６から噴射される高温高速気流の流路を２次高温気流流路８７とする。

２次高温気流流路８７内の高温気流の流速をＶ２とすると、１次高温気流流路５４の高温気流の流速Ｖ１とすると、Ｖ１とＶ２とはＶ１≦Ｖ２となるように制御される。また、２次高温気流流路８７内の高温高速気流の温度は、１次高温気流流路１０６内の高温高速気流の温度とほぼ同じであって、加熱延伸管１０５から繊維回収管部１１４内に噴射された極細繊維Ｆ２を硬化させない温度である。紡糸部３から繊維回収管部１１４内に噴射された極細繊維Ｆ２は、２次高温気流流路８７の高温高速気流によって吹き飛ばされる過程でさらに細く延伸されて、１０００ｎｍ以下（たとえば５００ｎｍ〜７００ｎｍ）の極細繊維Ｆ２として下流側に移動される。極細繊維Ｆ２が形成される領域を３次延伸領域とする。極細繊維Ｆ２は繊維回収装置２９（図１参照）で回収される。

なお、スリーブ１１２の材質は、ステンレス鋼などの金属で形成したものでもよいが、セラミックス製としてもよい。細線化された溶融樹脂１１５がスリーブ１１２を通過する際、溶融樹脂１１５がスリーブ１１２の孔部１１３に付着してしまうことがある。そこで、スリーブをセラミックス製とすれば、溶融樹脂１１５が、孔部１１３を通過する際に接触してしても、溶融樹脂１１５のスリーブ１１５との界面で摩擦熱が発生し、溶融樹脂１１５の表面温度が上がるので、溶融樹脂１１５の流動性を損なわず、溶融樹脂１１５がスリーブ１１２の孔部に付着することを防止できる。スリーブ１１２の材質としては、たとえば、多孔質のセラミックスや焼結金属などでもよい。多孔質セラミックスの場合、周囲から高温空気を送り込むことが可能で、この高温空気によって溶融樹脂が付着しにくくなる。

以上説明した第２の実施の形態の極細繊維製造装置１Ｂにおいて、１次高温気流流路１０６は、ノズル４の噴射孔６６と連通し、噴射孔６６の直径よりも大きい内径を有する加熱延伸管１０５内に形成している。加熱延伸管１０５（１次高温気流流路１０６）内に噴射された溶融樹脂は、高温高速気流によって線状に細く延伸される。そして、スリーブ１１２から噴射されて拡散し、加熱延伸管１０５内よりも細く延伸された繊維Ｆ１となる。繊維Ｆ１は、前述した第１の実施の形態と同様に、２次高温気流流路８７内で、高温高速気流を衝突させることで極細繊維Ｆ２となる。このように、極細繊維製造装置１Ｂは、ノズル４から噴射直後の１次延伸領域、１次高温気流流路５４内下流側の２次延伸領域および２次高温気流流路８７内の３次延伸領域の３段階の延伸領域を設けることで、直径が１０００ｎｍ以下（たとえば５００ｎｍ〜７００ｎｍ）の極細繊維Ｆ２（いわゆるナノ繊維）を安定して量産することができる。

また、ノズル４の噴射孔６６および加熱延伸管１０５は、鉛直方向に延長されているため、ノズル４から噴射された溶融樹脂は、加熱延伸管１０５の内壁に接触することなくスリーブ１１２の孔部１１３を通過することが可能となっている。また、紡糸部３４と加熱延伸部１０５との接続部１０８は、赤外線ヒーター７８Ａと赤外線ヒーター７８Ｂとの間の隙間１１０とほぼ同じ大きさにしているので、赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂからの輻射熱が、紡糸部３のダイ６１の周囲まで伝わり、ダイ６１の周囲の温度を高温に維持できる。

なお、第２の実施の形態は、加熱延伸管１０５を含む加熱延伸部１０７以外は、第１の実施の形態と同じ構成なので、第１の実施の形態と同様な効果を奏することができる。

（第２の実施の形態の変形例）
上述した第２の実施の形態は、１次高温気流流路１０６に対して交差する２次高温気流流８７を有しているが、１次高温気流流路１０６に沿う方向に２次高温気流流路１２０を設けるようにしてもよい。この構成を第２の実施の形態の変形例として、図７を参照して説明する。

図７は、第２の実施の形態の変形例に係る極細繊維製造装置１Ｂの一部を示す図で、１次高温気流流路１０６と２次高温気流流路１２０の関係を示す図である。なお、図６と同じ部分には、図６と同じ符号を付している。図７に示すように、加熱延伸部１２１には、赤外線ヒーター７８Ａ，７８Ｂの下方に高温気流供給ブロック１２２が取り付けられている。加熱延伸管１０５は、溶融樹脂噴射部４７（図６参照）から高温気流供給ブロック１２２を貫通する位置まで延長されている。加熱延伸管１０５の下方側先端部は、内径が下方側に小さくなるようなテーパ形状に形成されている。先端の孔１２３は、細線状の溶融樹脂１１５が通過可能で、この溶融樹脂１１５の周囲に１次高温気流流路１０６を流れた高温気流が繊維回収管部１２４内に達することが可能な内径を有している。

高温気流供給ブロック１２２には、高温高圧気流供給部１４から送られる高温気流を流す高温気流供給路１２５と、加熱延伸管１０５の先端部周囲に設けられたバッファ部１２６を有している。高温気流供給路１２５は、図６に示す高温気流供給管８５を介して高温高圧気流供給部１４に接続されている（図１参照）。バッファ部１２６は、加熱延伸部１０５の先端部の周囲に設けられた空間１２７で繊維回収管部１２４に連通されている。この空間１２７が２次高温気流流路１２０となる。２次高温気流流路１２０は、バッファ部１２６容積に対し、出口側である２次高温気流流路１２０が急激に狭くなっているので、バッファ部１２６内の圧力が高まり、２次高温気流流１２０から高温高速気流が噴射される。なお、高温気流供給ブロック１２２の外周表面には、不図示のヒーターが配置されていて、高温気流供給ブロック１２２内の細線状の溶融樹脂１１５、高温気流の温度を維持できるようにしている。

図６で説明したように、ノズル４から噴射された細線状の溶融樹脂１１５は、加熱延伸管１０５の先端の孔１２３を通過する。１次高温気流流路１０６から孔１２３を通る高温気流は、内径が縮小されていることから流速が増す。したがって、細線状の溶融樹脂１１５は、孔１２３を通過する際に、１次高温気流流路１０６を通過する間よりも細く延伸される。孔１２３を通過した直後の細線状の溶融樹脂１１５は、１次高温気流流路１０６からの高温気流に加えて２次高温気流流路１２０から噴射される高温高速気流とで繊維回収管部１２４内に吹き飛ばされて繊維Ｆ１となる。繊維Ｆ１は、繊維回収管部１２４内において、高温高速気流によってさらに細く延伸され、極細繊維Ｆ２が形成され、加熱延伸部１０７の鉛直方向下方に配置される繊維回収装置２９で回収される。なお、回収管部１２４は、第１の実施の形態の繊維回収管部２８および第２の実施の形態の繊維回収管部１１４に対して外形こそ異なるが、構成、機能などは同じなので図示および説明を省略する。

以上説明した変形例は、加熱延伸部１０７の下方に、高温気流供給ブロック１２２を設け、高温気流供給ブロック１２２内に２次高温気流流路１２０を形成している。加熱延伸管１０５の先端部から溶融樹脂１１５が突出した直後に２次高温気流流路１２０からの高温高速気流を当てることによって、極細繊維Ｆ２を形成することが可能となる。細線状の溶融樹脂１１５は、噴射直後に、１次高温気流流路１０６および２次高温気流流路１２０の両方からの高温高速気流によって撹拌されて繊維Ｆ１となり、さらに吹き飛ばされる間に極細繊維Ｆ２が形成される。なお、繊維回収管部１２４内は外気とは隔離されていて、２次高温気流流路１２０に近い領域は溶融樹脂の温度が維持されているので、粘度が急激に高くなることはなく、５００ｎｍ〜７００ｎの極細繊維を安定して製造することが可能となる。

（極細繊維製造方法）
続いて、第１の実施の形態および第２の実施の形態で説明した極細繊維製造装置１Ａ，１Ｂを用いた極細繊維製造方法について、図１〜図６を参照しながら説明する。まず、原料樹脂を押し出し機２に投入し、押し出し機２で溶融し紡糸部３に備えらえたノズル４に向かって高圧で押出す。そして、押出された溶融樹脂をノズル４から１次高温流路５４内に噴射する。１次高温気流流路５４内には、溶融樹脂とほぼ同じ温度の高温高速気流が送流されていて、１次高温気流流路５４内で噴射された溶融樹脂を高温高速気流によって細く延伸させる。１次高温気流流路５４を通過した溶融樹脂は、２次高温気流流路８７内で高温高速気流を衝突させてさらに細く延伸させる。このようにして極細繊維は製造される。１次高温気流流路５４および２次高気流流路８７には、ノズル４から溶融樹脂を噴射する前から高温気流を送流しておくものとする。

なお、第１の実施の形態では、溶融樹脂は、繊維Ｆ０としてノズル４から噴射される。繊維Ｆ０は、ノズル４の内径よりも細い繊維である。しかし、繊維Ｆ０は、１次高温気流流路５４でさらに細く延伸され（繊維Ｆ１）、２次高温気流流路８７で５００ｎｍ〜７００ｎｍレベルの極細繊維Ｆ２に延伸される。また、第２の実施の形態では、溶融樹脂は、加熱延伸管１０５内の１次高温気流流路１０６で細線状の溶融樹脂１１５に延伸され、加熱延伸管１０５に設けられたスリーブ１１２から繊維Ｆ１として噴射される。噴射された繊維Ｆ１は、２次高温気流流路８７で５００ｎｍ〜７００ｎｍレベルの極細繊維Ｆ２に延伸される。

なお、本発明は前述の第１、第２の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。たとえば、前述した第１の実施の形態および第２の実施の形態では、極細繊維製造装置１Ａ、１Ｂは、１個の押し出し機２を備えているが、押し出し機２を２個または２個以上備える構成にすることができる。たとえば、押し出し機２を２個備える構成の場合、一方の押し出し機が上死点側に移動するときに、他方の押し出し機で溶融樹脂を押出すようにすれば、切れ間なくノズル４から溶融樹脂を噴射することができ、量産性が向上する。追加する押し出し機は、押し出し機２に対向するように配置し、図２に示す紡糸部３の接続流路４９に加熱筒ヘッド９の溶融樹脂流路１１を接続するようにすれば実現できる。

また、前述した第１の実施の形態および第２の実施の形態では、１次高温気流流路５４，１０６に高温高圧気流を供給する高温高圧気流供給部１３と、２次高温気流流路８７に高温気流を供給する高温高圧気流供給部１４を備えているが、高温高圧気流供給部１３と高温高圧気流供給部１４とを一つにまとめて、１次高温気流流路と２次高温気流流路に分岐して高温高圧気流を供給するようにしてもよい。このような構成にする場合には、１次高温気流流路側、２次高温気流流路側にそれぞれにバルブ５８を備え、バルブ５８によって高温気流の供給量などを制御すればよい。

また、前述した第１の実施の形態および第２の実施の形態では、ノズル４の噴射孔６６および１次高温気流流路５４，１０６の中心軸Ｐを鉛直方向に延長し、押し出し機２を水平に配置しているが、押し出し機２の軸を中心軸Ｐの延長上に配置するようにしてもよい。このようにすれば、紡糸部３の構成を簡単にすることができる。このような構成の場合、ホッパー３８の原料樹脂の投入口を上方に向くように配置すれば実現可能である。

また、前述した第１の実施の形態および第２の実施の形態では、繊維回収装置２９をノズル４の噴射孔６６および１次高温気流流路５４，１０６の中心軸Ｐの延長方向に対して繊維回収部（ベルト９４）を平行になるように配置しているが、中心軸Ｐに対して直交するように配置してもよい。

１Ａ…極細繊維製造装置（第１の実施の形態）
１Ｂ…極細繊維製造装置（第２の実施の形態）
２…押し出し機
３…紡糸部
４…ノズル
５…加熱延伸部
６…加熱筒
７…スクリュー
８…加圧ピストン機構部
１３…高温高圧気流供給部（１次高温気流流路側）
１４…高温高圧気流供給部（２次高温気流流路側）
２８…繊維回収管部
２９…繊維回収装置
４７（４７Ａ〜４７Ｇ）…溶融樹脂噴射部
５４…１次高温気流流路
６６…（ノズルの）噴射孔
７８Ａ，７８Ｂ…赤外線ヒーター（ヒーター）
８７…２次高温気流流路
８８…繊維延伸領域（３次延伸領域）
９２…繊維硬化領域
９４…ベルト
９５…吸引部
１０５…加熱延伸管
１０６…１次高温気流流路（第２の実施の形態）
１０７…加熱延伸部（第２の実施の形態）

Claims (11)

1. 原料樹脂を溶融し溶融樹脂を紡糸部に向かって高圧で押出す押し出し機と、
   前記押し出し機から押出された溶融樹脂を噴射するノズルを有する溶融樹脂噴射部と、
   前記ノズルから噴射された前記溶融樹脂の周囲の、
   （１）前記溶融樹脂の噴射方向に沿う１次気流流路を有する加熱延伸部と、
   （２）前記加熱延伸部を通過した前記溶融樹脂に気流を衝突させて前記溶融樹脂を極細繊維化する２次気流流路を有する繊維回収管部と、
   （３）ビーズと前記ビーズを加熱するヒーターとを有し、前記１次気流流路、前記２次気流流路の各々に、前記ヒーターにより１００℃〜５００℃に加熱された前記ビーズ間の隙間を通過することにより高温気流となった気流を、前記（１）の前記１次気流流路を流れる気流、及び、前記（２）の前記２次気流流路を流れ前記溶融樹脂に衝突させる前記気流、として供給する高圧気流供給部と、を有する、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
2. 請求項１に記載の極細繊維製造装置において、
   前記ノズルから噴射される溶融樹脂の流速をＶ０、
   前記１次気流流路内の気流の流速をＶ１、
   前記２次気流流路内の気流の流速をＶ２としたとき、
   各流速が、Ｖ０＜Ｖ１Ｖ２の関係に制御される、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の極細繊維製造装置において、
   前記押し出し機は、加熱筒内で回転するスクリューと、該スクリューを軸方向に移動させる加圧ピストン機構部を有し、
   前記加圧ピストン機構部は、移動速度が一定、かつ３０ｋｇｆ／ｃｍ^２〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で前記加熱筒内の前記溶融樹脂を前記紡糸部に向かって移動させる、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の極細繊維製造装置において、
   前記ノズルは、アルミナ系又は窒化ケイ素系のセラミックスで形成されている、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の極細繊維製造装置において、
   前記１次気流流路は、前記ノズルの噴射孔と連通し、前記噴射孔の直径よりも大きい内径を有する加熱延伸管内に形成される、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の極細繊維製造装置において、
   前記加熱延伸部は、前記１次気流流路を２方向から挟むように配置されるヒーターを有する、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の極細繊維製造装置において、
   前記ノズルの前記噴射孔および前記１次気流流路は、鉛直方向に延長されている、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の極細繊維製造装置において、
   前記高圧気流供給部は、エアタンクと、該エアタンクの外周面に設けられたヒーターと、前記エアタンク内に配置される多数のビーズとを有し、
   高圧送風手段で外部の空気を前記多数のビーズ間の隙間に通過させることで、気流が生成される、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の極細繊維製造装置において、
   前記繊維回収管部は、前記紡糸部側の２次気流流路内の繊維延伸領域と、該繊維延伸領域から断面積が拡張された繊維硬化領域を備えている、
   ことを特徴とする極細繊維製造装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の極細繊維製造装置において、
    前記繊維回収管部の開口部に対向する位置に極細繊維を回収する極細繊維回収装置が配設され、
    前記極細繊維回収装置は、前記繊維回収管部の開口側に対面し、前記繊維回収管部に対して移動可能で複数の微細孔を備えるベルトを有し、該ベルトを挟んで前記繊維回収管部の反対側に、前記繊維回収管部内の前記極細繊維を吸引する吸引部を有している、
    ことを特徴とする極細繊維製造装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の極細繊維製造装置を用いた極細繊維製造方法であって、
    原料樹脂を押し出し機で溶融しながらノズルに向かって押出すことと、
    押出された前記溶融樹脂を前記ノズルから１次気流流路に噴射し、該１次気流流路内で噴射された前記溶融樹脂を気流によって細く延伸させることと、
    前記１次気流流路を通過した前記溶融樹脂を、２次気流流路内で気流を衝突させてさらに細く延伸させて極細繊維を製造すること、を含む、
    ことを特徴とする極細繊維製造方法。

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