JP6750067B1 - 極細フィラメントの製造装置及びこれを含む不織布の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて装置全体のコストを低減することのできる極細フィラメントの製造装置を提供する。【解決手段】極細フィラメントの製造装置１は、原フィラメント供給装置２から供給された原フィラメント５０が通過する原フィラメント通路と圧縮空気供給装置３から供給された圧縮空気が導入される圧縮空気導入部と前記原フィラメント通路の出口側近傍に設けられて前記圧縮空気導入部から導入された圧縮空気が噴出する圧縮空気噴出部とを有するノズル４と、ノズル４の前記原フィラメント通路を通過した原フィラメント５０に対してレーザー光を照射するレーザー照射装置５と、前記レーザー光の照射によって溶融した原フィラメント５０をノズル４の前記圧縮空気噴出部から噴出した圧縮空気によって延伸して極細フィラメント５１を形成する極細フィラメント形成部６と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、原フィラメントを溶融延伸して極細フィラメントを製造する極細フィラメントの製造装置及びこれを含む不織布の製造装置に関する。

特許文献１には、従来の極細フィラメントの製造装置の一例が記載されている。特許文献１に記載の極細フィラメントの製造装置は、原フィラメントの送出手段を有するＰ１気圧下の原フィラメント供給室と、前記原フィラメントがその中を通過するオリフィスと、前記オリフィスによって前記原フィラメント供給室と接続され、前記オリフィスを通過してきた原フィラメントが赤外線光束により加熱されることによって延伸されるＰ２気圧下の延伸室であって、Ｐ１≧２Ｐ２である前記延伸室と、前記赤外線光束を放射する赤外線照射装置と、を具備している。

特許第５４０７０８９号公報

特許文献１に記載の極細フィラメントの製造装置では、互いに区画された原フィラメント供給室及び延伸室が設けられると共に、前記原フィラメント供給室内が加圧され及び／又は前記延伸室内が減圧される必要がある。すなわち、互いに区画され且つ室圧が異なる原フィラメント供給室及び延伸室が必要とされる。このため、装置全体のコストが高くならざるを得ないという課題がある。

そこで、本発明は、従来に比べて装置全体のコストを低減することのできる極細フィラメントの製造装置及びこれを含む不織布の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると極細フィラメントの製造装置が提供される。この極細フィラメントの製造装置は、原フィラメントが通過する原フィラメント通路と圧縮空気が導入される圧縮空気導入部と前記原フィラメント通路の出口側近傍に設けられて前記圧縮空気導入部から導入された圧縮空気が噴出する圧縮空気噴出部とを有するノズルと、前記ノズルの前記原フィラメント通路を通過した原フィラメントに対してレーザー光を照射するレーザー照射装置と、前記レーザー光の照射によって溶融した原フィラメントを前記ノズルの前記圧縮空気噴出部から噴出した圧縮空気によって延伸して極細フィラメントを形成する極細フィラメント形成部と、を含む。前記圧縮空気噴出部は、前記原フィラメント通路の出口側の部位を囲繞するように形成され、且つ、出口端に向かって前記フィラメント通路の中心線に近づくように傾斜した通路として形成されている。

本発明の他の側面によると不織布の製造装置が提供される。この不織布の製造装置は、前記極細フィラメントの製造装置と、前記極細フィラメントの製造装置の前記極細フィラメント形成部で形成された極細フィラメントが集積される集積部と、を含む。

本発明による極細フィラメントの製造装置では、従来技術とは異なり、互いに区画され且つ室圧が異なる原フィラメント供給室及び延伸室が必要とされない。このため、本発明による極細フィラメントの製造装置によれば、従来技術に比べて、装置構成が簡素化され、装置全体のコストも低減される。

また、本発明による不織布の製造装置によれば、装置構成の簡素化及び装置全体のコストの低減を図りつつ、極細フィラメントを含む不織布を製造することができる。

本発明の第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置の要部の概略構成を示す図である。 前記極細フィラメントの製造装置で用いられるノズルの断面図である。 前記ノズルを構成する外側ノズル部の断面図である。 前記ノズルを構成する内側ノズル部の断面図である。 前記ノズルの先端部の拡大断面図である。 前記第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置を含む不織布の製造装置の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る極細フィラメントの製造装置の要部の概略構成を示す図である。 前記第２実施形態に係る極細フィラメントの製造装置を含む不織布の製造装置の一例を示す図である。 本発明における紡糸状態と従来技術における紡糸状態とを比較して示す図であり、図９（Ａ）は本発明における紡糸状態を示し、図９（Ｂ）は従来技術における紡糸状態を示している。 本発明におけるノズルの汚れと従来技術におけるノズルの汚れとを比較して示す図であり、図１０（Ａ）は本発明におけるノズルの汚れを示し、図１０（Ｂ）は従来技術におけるノズルの汚れを示している。 本発明における樹脂塊の発生状況と従来技術における樹脂塊の発生状況とを比較して示す図であり、図１１（Ａ）は本発明における樹脂塊の発生状況を示し、図１１（Ｂ）は従来技術における樹脂塊の発生状況を示している。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本発明は、極細フィラメントの製造装置及びこれを含む不織布の製造装置を提供する。本発明による極細フィラメントの製造装置は、原フィラメントを溶融延伸することによって極細フィラメントを製造するように構成される。また、本発明による不織布の製造装置は、前記極細フィラメントの製造装置を含み、前記極細フィラメントの製造装置によって製造された極細フィラメントを集積して不織布を製造するように構成される。ここで、「極細フィラメント」とは、主に平均直径（平均繊維径）が１μｍ未満のいわゆるナノファイバーのことをいう。但し、これに限られるものではなく、平均繊維径が１０μｍ未満の繊維も「極細フィラメント」に含まれるものとする。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１の要部の概略構成を示す図である。図１に示されるように、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１は、原フィラメント供給装置２と、圧縮空気供給装置３と、ノズル４と、レーザー照射装置５と、を含む。

原フィラメント供給装置２は、原フィラメント５０をノズル４に供給するように構成されている。本実施形態において、原フィラメント供給装置２は、原フィラメント５０が巻かれた供給リール２１と、供給リール２１から引き出された原フィラメント５０をノズル４に向けて送り出す一対の送出ローラで構成される送出部２２と、前記一対の送出ローラを回転駆動する駆動部（図示省略）と、を有する。原フィラメント供給装置２は、前記一対の送出ローラの回転速度を調整することによって、原フィラメント５０の供給速度を変更可能である。なお、原フィラメント供給装置２は、原フィラメント５０を連続的にノズル４に供給できればよく、図１に示される構成に限られない。

ここで、原フィラメント５０について説明する。原フィラメント５０は、糸状に加工可能な熱可塑性樹脂からなる長繊維である。前記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリアリレートを含むポリエステル系、ナイロン（ナイロン６、ナイロン１２、ナイロン６６）、芳香族ポリアミドを含むポリアミド系、ポリプロピレン及びポリエチレンを含むポリオレフィン系、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体を含むポリビニルアルコール系ポリマー、ポリアクリロニトリル系ポリマー、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(ＰＦＡ)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデンを含むフッ素系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンを含むポリ塩化ビニル系ポリマー、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレンを含むポリスチレン系ポリマー、ポリメタクリル酸メチルを含むポリ（メタ）アクリル系ポリマー、ポリオキシメチレン、エーテルエステル系ポリマー、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、等のセルロース系ポリマー、ポリウレタン系、ポリアセタール系、ポリカーボネート系、変性ポリフェニレンエーテル系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリスルフォン系、ポリエーテルスルフォン系、ポリエーテルケトン系、ポリイミド系、ポリエーテルイミド系、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などのエンジニアリングプラスチックが該当する。前記ポリマーは複数種ブレンドしてもよいし、必要に応じて可塑剤や界面活性剤、酸化防止剤等の添加剤を加えてもよい。特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ナイロン（ナイロン６、ナイロン６６）及びポリプロピレンは、延伸性及び分子配向性が良いため、極細フィラメントの製造に好適である。

本実施形態においては、複数のモノフィラメントを束ねて形成されるマルチフィラメントが原フィラメント５０として使用される。前記マルチフィラメントを構成する各モノフィラメントの直径は、特に制限されないが、好ましくは１０〜２００μｍである。また、前記マルチフィラメントは、複数のモノフィラメントが束としての一体性を失うことがないように、例えば撚りがかけられているのが好ましい。但し、これに限られるものではなく、モノフィラメントが原フィラメント５０として使用されてもよい。

圧縮空気供給装置３は、コンプレッサ（図示省略）を含み、圧縮空気を生成し、生成した圧縮空気をノズル４に供給するように構成されている。なお、圧縮空気供給装置３によって生成される圧縮空気の圧力、すなわち、ノズル４に供給される圧縮空気の圧力については後述する。

ノズル４は、図示省略のホルダなどによって鉛直下向きに保持されている。本実施形態において、ノズル４は、大気圧（約０．１ＭＰａ）下に配置されている。ノズル４は、原フィラメント供給装置２から供給された原フィラメント５０を下方に通過させると共に圧縮空気供給装置３から供給された圧縮空気を下方に噴出するように、さらに言えば、ノズル４を通過した原フィラメント５０に対して原フィラメント５０の軸線方向に沿って吹き付けるように構成されている。なお、ノズル４の構成等について後に詳述する。

レーザー照射装置５は、図示省略のレーザー発振器（例えば、炭酸ガスレーザー発振器）を含み、ノズル４を通過した原フィラメント５０、すなわち、ノズル４から繰出された原フィラメント５０に対してレーザー光を照射するように構成されている。具体的には、本実施形態において、レーザー照射装置５は、ノズル４から１〜１０ｍｍ下の位置で原フィラメント５０にレーザー光を照射するように構成されている。

ノズル４から繰出された原フィラメント５０は、レーザー照射装置５によるレーザー光の照射によって加熱されて溶融する。また、上述のように、ノズル４から繰出された原フィラメント５０には、ノズル４から噴出された圧縮空気が原フィラメント５０の軸線方向（すなわち、繰出し方向）に沿って吹き付けられている。このため、溶融した原フィラメント５０は、ノズル４から噴出される圧縮空気（すなわち、高速気流）によって軸線方向（繰出し方向）に延伸される。これにより、原フィラメント５０から極細フィラメント５１が形成される。したがって、本実施形態においては、ノズル４から繰出された原フィラメント５０にレーザー光が当たる位置とその下方の所定範囲とを含む領域６（図１においてハッチングで示す）が本発明の「極細フィラメント形成部」に相当する。

なお、極細フィラメントの製造装置１は、原フィラメント５０の供給速度や前記レーザー光の強度などを変更することにより、製造される極細フィラメント５１の直径（繊維径）を調整することが可能である。また、図１において、符号１００は、レーザー光の強度を検出するパワーメーターである。

次に、ノズル４について詳細に説明する。但し、ここで説明される構成は一例にすぎず、ノズル４が他の構成を有してもよいことはもちろんである。

図２は、ノズル４の断面図である。図２に示されるように、ノズル４は、外側ノズル部４１と、内側ノズル部４２と、固定部材４３と、を有する。なお、図２における上側がノズル４の後端側であり、図２における下側がノズル４の先端側である。

外側ノズル部４１は、略円柱状の外形を有している。図３は、外側ノズル部４１の断面図である。図２及び図３に示されるように、外側ノズル部４１には、内側ノズル部４２の一部（先端側の部位）を収容する収容孔４１１が形成されている。収容孔４１１は、外側ノズル部４１を軸方向に貫通する（すなわち、鉛直方向に延びる）断面円形の孔であり、後端面４１ａから先端面４１ｂに向かって、大径孔部４１１ａと、大径孔部４１１ａよりも小径の小径孔部４１１ｂと、小径孔部４１１ｂから第１テーパ角αで縮径する第１テーパ孔部４１１ｃと、第１テーパ角αよりも小さい第２テーパ角βで縮径する第２テーパ孔部４１１ｄと、を有する。

また、外側ノズル部４１には、圧縮空気供給装置３から供給された圧縮空気を収容孔４１１に導入するための導入孔４１２が形成されている。導入孔４１２の一端は外側ノズル部４１の側面に開口しており、導入孔４１２の他端は収容孔４１１の小径孔部４１１ｂの内周面に開口している。本実施形態においては、一対の（すなわち、二つの）導入孔４１２が収容孔４１１（の小径孔部４１１ｂ）を挟んで設けられている。但し、これに限られるものではなく、導入孔４１２の数や配置は任意に設定され得る。

内側ノズル部４２は、断面円形の軸状部材として形成されている。図４は、内側ノズル部４２の断面図である。図２及び図４に示されるように、内側ノズル部４２は、後端面４２ａから先端面４２ｂに向かって、大径軸部４２１と、中径軸部４２２と、第１テーパ軸部４２３と、小径軸部４２４と、第２テーパ軸部４２５と、を有する。

大径軸部４２１は、外側ノズル部４１の収容孔４１１の大径孔部４１１ａよりも小径であり且つ小径孔部４１１ｂよりも大径に形成されている。中径軸部４２２は、外側ノズル部４１の収容孔４１１の小径孔部４１１ｂよりも小径であり且つ第２テーパ孔部４１１ｄの最大径（第１テーパ孔部４１１ｃの最小径）よりも大径に形成されている。第１テーパ軸部４２３は、中径軸部４２２から第１テーパ角αで縮径している。小径軸部４２４は、外側ノズル部４１の収容孔４１１の第２テーパ孔部４１１ｄの最大径（第１テーパ孔部４１１ｃの最小径）よりも小径に形成されている。第２テーパ軸部４２５は、小径軸部４２４から第２テーパ角βで縮径している。

また、内側ノズル部４２には、原フィラメント供給装置２から供給された原フィラメント５０が通過する断面円形の原フィラメント通路４２６が形成されている。原フィラメント通路４２６は、内側ノズル部４２を軸方向に貫通しており（すなわち、鉛直方向に延びており）、内側ノズル部４２の後端面４２ａに開口する入口４２６ａから内側ノズル部４２の先端面４２ｂに開口する出口４２６ｂに向かって徐々に又は段階的に縮径している。

図２に戻り、固定部材４３は、有底円筒状に形成されている。固定部材４３は、その開口端側の内周面が外側ノズル部４１の後端面４１ａ側の外周面に螺合可能に構成されている。また、固定部材４３の底部には、内側ノズル部４２の原フィラメント通路４２６の入口４２６ａに対応する直径を有した貫通孔４３ａが形成されている。

本実施形態において、ノズル４は、外側ノズル部４１、内側ノズル部４２及び固定部材４３が次のようにして組み立てられて構成される。

まず、内側ノズル部４２が先端側から外側ノズル部４１の収容孔４１１に収容される。これにより、内側ノズル部４２の大径軸部４２１と中径軸部４２２との段差面４２７が外側ノズル部４１の収容孔４１１の大径孔部４１１ａと小径孔部４１１ｂとの段差面４１３に当接する。なお、図示省略されているが、内側ノズル部４２の大径軸部４２１と中径軸部４２２との段差面４２７と、外側ノズル部４１の収容孔４１１の大径孔部４１１ａと小径孔部４１１ｂとの段差面４１３と、の間にシール材やスペーサなどの介在部材が介在されてもよい。

次に、内側ノズル部４２の後端側を収容するように、固定部材４３が外側ノズル部４１に取り付けられる。すなわち、固定部材４３の前記開口端側が外側ノズル部４１の後端側に装着される。

そして、固定部材４３が外側ノズル部４１に螺合され、固定部材４３の内底面４３ｂが内側ノズル部４２の後端面４２ａに当接することにより、内側ノズル部４２が外側ノズル部４１に固定され、これによってノズル４が完成する。

ノズル４が完成すると、図２に示されるように、ノズル４内には外側ノズル部４１の収容孔４１１の内周面と内側ノズル部４２の外周面との隙間によって環状通路４５が形成される。環状通路４５は、外側ノズル部４１の収容孔４１１の第２テーパ孔部４１１ｄの内周面と内側ノズル部４２の第２テーパ軸部４２５の外周面との隙間によってノズル４の先端側（原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂ側近傍）に形成されるテーパ通路４５１と、テーパ通路４５１と導入孔４１２とを連通する連通路４５２と、を含む。

圧縮空気供給装置３から供給された圧縮空気は、外側ノズル部４１に形成された導入孔４１２からノズル４内に導入され、連通路４５２を通過した後にテーパ通路４５１から噴出する。したがって、本実施形態においては、導入孔４１２が本発明の「圧縮空気導入部」に相当し、テーパ通路４５１が本発明の「圧縮空気噴出部」に相当する。

図５は、ノズル４の先端部の拡大断面図である。図５に示されるように、テーパ通路４５１は、原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂ側の部位を囲繞するように形成されている。また、上述のように、テーパ通路４５１は、外側ノズル部４１の収容孔４１１の第２テーパ孔部４１１ｄ（テーパ角：第２テーパ角β）の内周面と内側ノズル部４２の第２テーパ軸部４２５（テーパ角：第２テーパ角β）の外周面との隙間によって形成されている。したがって、テーパ通路４５１は、ノズル４の先端側に向かって第２テーパ角βで縮径している。換言すれば、テーパ通路４５１は、原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂ側から入口４２６ａ側に向かって原フィラメント通路４２６から徐々に離れるように傾斜しており、原フィラメント通路４２６に対するテーパ通路４５１の傾斜角γはβ／２である。

ノズル４の先端部における各寸法は以下のとおりである。なお、以下に示す各寸法は一例であり、これらに限られるものではない。

原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂの直径Φａは０．５〜２．０ｍｍであり、原フィラメント５０の直径に応じて適宜選択される。なお、本実施形態において、原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂの直径Φａは０．８ｍｍに設定されている。また、本発明者らの実験により、極細フィラメント５１を安定して製造するためには、原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂは、その直径Φａの３倍程度の長さを有することが好ましいことが確認されている。そのため、本実施形態において、原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂの長さＬは２．４ｍｍに設定されている。

テーパ通路４５１は、溶融した原フィラメント５０がテーパ通路４５１から噴出される圧縮空気（高速気流）によって安定して延伸され得る（極細化され得る）ように、設けられる必要がある。この点を考慮し、本実施形態においては、テーパ通路４５１の出口端ができるだけ原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂの近傍に位置するように、内側ノズル部４２の先端面４２ｂ（第２テーパ軸部４２５の端面）の直径Φｂは１．１ｍｍに設定され、外側ノズル部４１の収容孔４１１（の第２テーパ孔部４１１ｄ）の外側ノズル部４１の先端面４１ｂにおける開口径Φｃは１．５ｍｍに設定されている。また、第２テーパ角βは１０〜４０度、好ましくは１５〜３５度に設定されている。すなわち、原フィラメント通路４２６に対するテーパ通路４５１の傾斜角γは５〜２０度、好ましくは７．５〜１７．５度に設定されている。なお、本発明者らの実験により、上記各設定値に基づくテーパ通路４５１から噴出される圧縮空気（高速気流）は、原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０に対してその軸線方向（繰出し方向）に沿って吹き付けられることになり、溶融した原フィラメント５０の揺動を抑制しつつ溶融した原フィラメント５０を延伸させることができることが確認されている。

内側ノズル部４２の先端面４２ｂが外側ノズル部４１の先端面４１ｂよりも突出していると、ノズル４の設置時やノズル４のクリーニング時などに内側ノズル部４２の先端部が破損されるおそれがある。一方、内側ノズル部４２の先端面４２ｂが外側ノズル部４１の先端面４１ｂに対して内側に入り込みすぎていると、原フィラメント通路４２６を通過した原フィラメント５０の位置、ひいては原フィラメント５０の溶融状態にバラツキが生じて極細フィラメント５１が安定して製造できないおそれがある。そこで、本実施形態において、外側ノズル部４１の先端面４１ｂに対する内側ノズル部４２の先端面４２ｂの引っ込み量Ｔは０〜０．５ｍｍに設定されている。

そして、上述のように構成されたノズル４が用いられた場合、０．５〜１．０ＭＰａの圧縮空気がノズル４に供給されることにより、換言すれば、テーパ通路４５１から０．５〜１．０ＭＰａの圧縮空気が噴出されることにより、溶融した原フィラメント５０の延伸が安定して行われ、その結果、極細フィラメント５１が安定して製造され得ることが本発明者らの実験によって確認されている。よって、本実施形態において、圧縮空気供給装置３は、０．５〜１．０ＭＰａの圧縮空気を生成し、生成した圧縮空気をノズル４に供給するように構成されている。

以上のように、本実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１は、原フィラメント供給装置２と、圧縮空気供給装置３と、ノズル４と、レーザー照射装置５と、を含む。ノズル４は、原フィラメント供給装置２から供給された原フィラメント５０が通過する原フィラメント通路４２６と、圧縮空気供給装置３から供給された圧縮空気が導入される導入孔（圧縮空気導入部）４１２と、原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂ側近傍に設けられて導入孔４１２から導入された圧縮空気が噴出するテーパ通路（圧縮空気噴出部）４５１と、を有する。ここで、ノズル４の原フィラメント通路４２６を通過した原フィラメント５０、すなわち、原フィラメント供給装置２によって供給されてノズル４の原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０には、ノズル４のテーパ通路（圧縮空気噴出部）４５１から噴出された圧縮空気が原フィラメント５０の軸線方向（繰出し方向）に沿って吹き付けられる。また、レーザー照射装置５は、ノズル４の原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０に対してレーザー光を照射するように構成されている。そして、極細フィラメントの製造装置１は、ノズル４の原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０にレーザー光が当たる前記位置とその下方の前記所定範囲とを含む領域（極細フィラメント形成部）６において、前記レーザー光の照射によって加熱されて溶融した原フィラメント５０を、ノズル４のテーパ通路（圧縮機噴出部）４５１から噴出された圧縮空気によって延伸して極細フィラメント５１を形成するように構成されている。

このため、本実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１は、従来技術とは異なり、互いに区画され且つ室圧が異なる原フィラメント供給室及び延伸室が必要とされない。したがって、従来技術に比べて、装置構成が簡素化され、装置全体のコストも低減される。

ここで、原フィラメント通路４２６は、入口４２６ａから出口４２６ｂに向かって鉛直方向に延びている。このため、原フィラメント供給装置２は、原フィラメント５０を原フィラメント通路４２６の入口４２６ａに供給すればよく、供給された原フィラメント５０は原フィラメント通路４２６を容易に通過することができる。つまり、ノズル４から原フィラメント５０が安定して下方に繰出され得る。

また、テーパ通路４５１は、原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂ側の部位を囲繞するように形成され、且つ、原フィラメント通路４２６の出口４２６ｂ側から入口４２６ａ側に向かって原フィラメント通路４２６から徐々に離れるように傾斜している。具体的には、原フィラメント通路４２６に対するテーパ通路４５１の傾斜角γは５〜２０度に設定されている。このため、テーパ通路４５１から噴出した圧縮空気が、溶融した原フィラメント５０の延伸に効果的に利用され得ると共に、溶融した原フィラメント５０の揺動や溶融樹脂の飛沫のノズル４への付着も抑制され得る。したがって、極細フィラメント５１の安定した製造が可能であり、延伸不良などによる樹脂塊の発生が抑制され、及び、ノズル４のクリーニング頻度も低減される。

また、ノズル４は大気圧（０．１ＭＰａ）下に配置され、原フィラメント通路４２６の入口４２６ａ側の圧力と出口４２６ｂ側の圧力とは等しく、圧縮空気供給装置３は０．５〜１．０ＭＰａの圧縮空気をノズル４に供給するように構成されている。このようにすれば、極細フィラメントの製造装置１の大型化が抑制されると共に、極細フィラメントの製造装置１の装置構成がさらに簡素化され得る。

図６は、上述の極細フィラメントの製造装置１を含む不織布の製造装置１０の一例を示す図である。図６に示されるように、不織布の製造装置１０は、極細フィラメントの製造装置１に加えて、極細フィラメントの製造装置１で製造された極細フィラメント５１が集積される集積台（集積部）７を含む。本実施形態において、集積台７は、固定台７１と、固定台７１上に設けられた前後方向（Ｘ方向）及び左右方向（Ｙ方向）に移動可能な移動体７２と、を有するいわゆるＸ−Ｙステージとして構成されている。

図６に示される不織布の製造装置１０において、極細フィラメントの製造装置１で製造された極細フィラメント５１、より具体的には、極細フィラメントの製造装置１における領域（極細フィラメント形成部）６で形成された極細フィラメント５１は、集積台７上に集積される。そして、本実施形態においては、集積台７上で極細フィラメント５１同士が適度に結合することによって極細フィラメント５１からなる不織布ＮＷが形成される。ここで、集積台７上に集積された極細フィラメント５１同士の結合が不十分な場合、不織布の製造装置１０は、極細フィラメント５１同士を適度に結合させる第１後処理装置（図示省略）をさらに含み得る。この場合、例えば、集積台７上に形成された極細フィラメント５１の集積体が集積台７から前記第１後処理装置に移送され、前記第1後処理装置が極細フィラメント５１の前記集積体を加熱及び加圧する。これにより、極細フィラメント５１の前記集積体に含まれる極細フィラメント５１同士が適度に結合されて不織布ＮＷが形成され得る。

また、極細フィラメントの製造装置１で製造された極細フィラメント５１は、集積台７上にあらかじめ配置された基材（図示省略）の上に集積されてもよい。この場合、不織布の製造装置１０は、前記基材と前記基材上に形成された極細フィラメント５１の集積体とを結合させる第２後処理装置（図示省略）をさらに含む。例えば、前記基材と前記基材上に形成された極細フィラメント５１の前記集積体とが集積台７から前記第２後処理装置に移送され、前記第２後処理装置が前記基材と前記基材上に形成された極細フィラメント５１の前記集積体とを加熱及び加圧する。これにより、前記基材と前記基材上に形成された極細フィラメント５１の前記集積体とが結合されて前記基材と極細フィラメント５１とからなる複合不織布が形成され得る。

[第２実施形態]
図７は、本発明の第２実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１１の要部の概略構成を示す図である。第２実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１１は、ほぼ同時に複数の極細フィラメントを製造可能に構成されている。なお、上述の第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１と共通する要素については同一の符号を用いてその説明は省略する。

図７に示されるように、第２実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１１は、原フィラメント供給装置１２と、圧縮空気供給装置１３と、複数のノズル４−１〜４−ｎと、レーザー照射装置１５と、を有する。

原フィラメント供給装置１２は、原フィラメント５０を複数のノズル４−１〜４−ｎのそれぞれに供給するように構成されている。原フィラメント供給装置１２は、複数（ノズルと同数）の供給リール２１−１〜２１−ｎ、各供給リール２１−１〜２１−ｎから引き出された原フィラメント５０を各ノズル４−１〜４−ｎに送り出す送出部２２−１〜２２−ｎと、送出部２２−１〜２２−ｎを構成する一対の送出ローラを回転駆動する駆動部（図示省略）と、を含む。

圧縮空気供給装置１３は、圧縮空気を生成し、生成した圧縮空気を複数のノズル４−１〜４−ｎのそれぞれに供給するように構成されている。なお、圧縮空気供給装置１３が複数のノズル４−１〜４−ｎのそれぞれに供給する圧縮空気の圧力は、第１実施形態の場合と同様、０．５〜１．０ＭＰａである。

複数のノズル４−１〜４−ｎは、図示省略のホルダなどによって鉛直下向きに保持されている。また、複数のノズル４−１〜４−ｎは、直線状かつ等間隔に配置されている。特に制限されないが、本実施形態において、隣り合うノズル間の距離（ノズル間隔）は、１０〜２０ｍｍに設定されている。なお、各ノズル４−１〜４−ｎは、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１に用いられるノズル４と実質的に同じ構成を有している（図２〜図５参照）。

レーザー照射装置１５は、それぞれが複数のノズル４−１〜４−ｎのいずれかを通過した複数の原フィラメント５０、すなわち、原フィラメント供給装置１２によって供給されてそれぞれが複数のノズル４−１〜４−ｎのいずれかから繰出された複数の原フィラメント５０に対してレーザー光を照射するように構成されている。具体的には、レーザー照射装置１５は、各ノズル４−１〜４−ｎから１〜１０ｍｍ下の位置で各ノズル４−１〜４−ｎの原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０にレーザー光を照射するように構成されている。

各ノズル４−１〜４−ｎの原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０は、レーザー照射装置１５によるレーザー光の照射によって加熱されて溶融する。また、各ノズル４−１〜４−ｎの原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０には、各ノズル４−１〜４−ｎのテーパ通路４５１から噴出された圧縮空気が原フィラメント５０の軸線方向（すなわち、繰出し方向）に沿って吹き付けられている。このため、溶融した原フィラメント５０は、対応するノズルのテーパ通路４５１から噴出された圧縮空気（すなわち、高速気流）によって軸線方向（繰出し方向）に延伸される。これにより、本実施形態においては、ほぼ同時に複数（ノズルと同数）の極細フィラメント５１が形成される。したがって、本実施形態においては、各ノズル４−１〜４−ｎの原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０にレーザー光が当たる位置とその下方の所定範囲とを含む領域、すなわち、図７においてハッチングで示される複数（ノズルと同数）の領域１６が本発明の「極細フィラメント形成部」に相当する。

ところで、本実施形態において、レーザー照射装置１５から出力されたレーザー光の強度は、各領域１６においてほぼ等しく低下すると考えられる。ここで、複数のノズル４−１〜４−ｎは等間隔に配置されているので、レーザー照射装置１５から出力されたレーザー光は、レーザー照射装置１５からの距離に応じてほぼ比例的に減衰する減衰特性を有していると考えることができる。したがって、前記減衰特性に応じてレーザー照射装置１５から出力されるレーザー光のビーム径を設定することにより、具体的には、レーザー照射装置１５から離れるほどビーム径を小さく設定することにより、各ノズル４−１〜４−ｎに対応する位置におけるレーザー光のパワー密度、つまり、各ノズル４−１〜４−ｎの原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０に照射されるレーザー光のパワー密度を均一化することが可能である。そして、各ノズル４−１〜４−ｎの原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０に照射されるレーザー光のパワー密度が均一化されれば、複数のノズル４−１〜４−ｎの原フィラメント通路４２６を通して繰出された原フィラメント５０から形成される極細フィラメント５１のバラツキが抑制され得る。そのため、本実施形態において、レーザー照射装置１５は、ビーム中心が複数のノズル４−１〜４−ｎの配置方向に平行で、かつ、自身から離れるほどビーム径が小さくなる集束性を有するレーザー光（集束性ビーム）を出力するように構成されている。なお、レーザー照射装置１５は、例えば、複数のノズル４−１〜４−ｎの配置方向と平行にレーザー光（ガウシアンビーム）を出射するレーザー発振器と、前記レーザー発振器９１出射されたレーザー光を前記集束性ビームに変換するビーム変換器、とを含むように構成され得る。

本実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１１によれば、複数の極細フィラメント５１をほぼ同時に製造することができる。また、本実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１１においても、上述の第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１と同様の効果が得られる。

図８は、上述の極細フィラメントの製造装置１１を含む不織布の製造装置２０の一例を示す図である。図８に示されるように、不織布の製造装置２０は、極細フィラメントの製造装置１１に加えて、極細フィラメントの製造装置１１で製造された極細フィラメント５１が集積されるコンベア（集積部）１７を含む。

図８に示される不織布の製造装置２０において、極細フィラメントの製造装置１１で製造された極細フィラメント５１、より具体的には、極細フィラメントの製造装置１１における複数の領域（極細フィラメント形成部）１６で形成された極細フィラメント５１がコンベア１７上に集積される。そして、本実施形態においては、コンベア１７上で極細フィラメント５１同士が適度に結合することによって極細フィラメント５１からなる不織布ＮＷが形成される。好ましくは、例えば負圧吸引装置１８によってコンベア１７上に集積される極細フィラメント５１をコンベア１７の裏面側から吸引する。このようにすれば、コンベア１７上で不織布ＮＷをより安定して形成することが可能になる。形成された不織布ＮＷは、コンベア１７によって紙面手前から奥側へと向かって搬送され、例えば図示省略の巻取りローラによって巻き取られてロール体とされ得る。

ここで、コンベア１７上における極細フィラメント５１同士の結合が不十分な場合、不織布の製造装置２０は、極細フィラメント５１同士を適度に結合させる第３後処理装置（図示省略）をさらに含み得る。この場合、前記第３後処理装置は、極細フィラメント５１がコンベア１７上に集積される位置よりもコンベア１７の搬送方向下流側に設けられ、コンベア１７によって搬送された極細フィラメント５１の集積体を加熱及び加圧し、これによって、極細フィラメント５１の前記集積体に含まれる極細フィラメント５１同士を適度に結合させて不織布ＮＷを形成するように構成され得る。形成された不織布ＮＷは、コンベア１７によってさらに下流側に搬送され、例えば図示省略の巻取りローラによって巻き取られてロール体とされ得る。

また、極細フィラメントの製造装置１１で製造された極細フィラメント５１は、コンベア１７上にあらかじめ配置された基材（図示省略）の上に集積されてもよい。この場合、不織布の製造装置２０は、前記基材と前記基材上に形成された極細フィラメント５１の集積体とを結合させる第４後処理装置（図示省略）をさらに含む。前記第４後処理装置は、極細フィラメント５１が前記基材上に集積される位置よりもコンベア１７の搬送方向下流側に設けられ、コンベア１７によって搬送された前記基材と前記基材上に形成された極細フィラメント５１の前記集積体とを加熱及び加圧し、これによって、前記基材と前記基材上に形成された極細フィラメント５１の前記集積体とを結合させて前記基材と極細フィラメント５１とからなる複合不織布を形成するように構成され得る。形成された複合不織布は、コンベア１７によってさらに下流側に搬送され、例えば図示省略の巻取りローラによって巻き取られてロール体とされ得る。

なお、以上では、極細フィラメントの製造装置１、１１及び不織布の製造装置１０、２０について説明したが、これらに限られるものではなく、本発明は極細フィラメント５１の製造方法及び／又は不織布の製造方法としても把握され得る。

例えば、極細フィラメント５１は、原フィラメント通路４２６を通して原フィラメント５０を繰出す工程（第１工程）と、繰出された原フィラメント５０に対して繰出し方向に沿って圧縮空気を吹き付ける工程（第２工程）と、前記圧縮空気が吹き付けられた原フィラメント５０にレーザー光を照射し、原フィラメント５０を加熱して溶融させつつ延伸して極細フィラメント５１を形成する工程（第３工程）と、を含む製造方法によって製造されると把握され得る。

また、例えば、極細フィラメント５１を含む不織布は、前記第１〜第３工程に加えて、形成された極細フィラメント５１を集積する工程（第４工程）を含む製造方法によって、必要に応じて、集積された極細フィラメント５１同士を結合させる工程（第５工程）をさらに含む製造方法によって製造されると把握され得る。

[本発明と従来技術との比較]
本発明者らは、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１及び従来の極細フィラメントの製造装置で極細フィラメントを製造し、（１）原フィラメントが極細化するときの状態（紡糸状態）、（２）製造された極細フィラメントの直径（繊維径）分布、（３）ノズルの汚れ、及び、（４）溶融樹脂の塊（樹脂塊）の発生状況を比較した。

ここで、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１及び従来の極細フィラメントの製造装置の双方において、１６７０ｄＴ／５０Ｆのポリプロピレンマルチフィラメントが原フィラメントとして用いられ、原フィラメントの供給速度は０．５ｍ／ｍｉｎであり、共通のレーザー照射装置が用いられている。また、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１において、圧縮空気供給装置３は０．５ＭＰａの圧縮空気をノズル４に供給し、従来の極細フィラメントの製造装置において、原フィラメント供給室の圧力は０．１ＭＰａであり、延伸室の圧力は０．０１ＭＰａであり、オリフィスに相当するノズルが用いられている。

「紡糸状態」
図９は、本発明における紡糸状態と従来技術における紡糸状態とを比較して示す図であり、図９（Ａ）は、本発明における紡糸状態の一例である第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１における紡糸状態を示し、図９（Ｂ）は、従来の極細フィラメントの製造装置における紡糸状態を示している。

図９（Ａ）に示されるように、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１においては、溶融した原フィラメントが揺動（振動）することなく、すなわち、非揺動状態で延伸されて極細フィラメントが製造される。一方、図９（Ｂ）に示されるように、従来の極細フィラメントの製造装置では、溶融した原フィラメントが比較的大きく揺動（振動）して、すなわち、揺動状態で延伸されて極細フィラメントが製造される。

原フィラメントの揺動（量）は、溶融した原フィラメントの延伸に影響を与える。したがって、極細フィラメントを安定して製造するためには、溶融した原フィラメントの揺動量を制御しなければならず、そのための工夫が必要になる。また、溶融した原フィラメントの揺動量が大きくなると、溶融樹脂の飛沫がノズルや周囲に付着してこれらを汚すおそれがある。これらのことを考慮すると、本発明は、従来技術に比べて、簡素な構成で極細フィラメントを安定して製造することができると共に、ノズル等のクリーニング頻度を低減することが可能であるといえる。

「極細フィラメントの直径（繊維径）」
第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１で製造された極細フィラメントの直径（繊維径）は２２０±１１０ｎｍであり、従来の極細フィラメントの製造装置で製造された極細フィラメントの直径（繊維径）は２７０±１４０ｎｍであった。つまり、本発明は、従来技術と同等かそれ以下の直径（繊維径）の極細フィラメントを製造できることが確認された。

「ノズルの汚れ」
図１０は、本発明におけるノズルの汚れと従来技術におけるノズルの汚れとを比較して示す図であり、図１０（Ａ）は、本発明におけるノズルの汚れの一例である第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１におけるノズルの先端部の汚れを示し、図１０（Ｂ）は、従来の極細フィラメントの製造装置におけるノズルの先端部の汚れを示している。なお、図１０（Ａ）、（Ｂ）は、いずれも１５分間連続して極細フィラメントを製造した直後のノズルの先端部の汚れを示している。

図１０（Ａ）に示されるように、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１では、ノズルの先端部に溶融樹脂の飛沫の付着はほとんどなかった。一方、図１０（Ｂ）に示されるように、従来の極細フィラメントの製造装置では、ノズルの先端部に多くの溶融樹脂の飛沫が付着していた。これらのことから、本発明によれば、従来技術に比べて、ノズルのクリーニング頻度を大幅に低減することができ、さらに言えば、従来技術でノズルのクリーニングに要していた時間を極細フィラメントの製造に割り当てることが可能になるといえる。

「樹脂塊の発生状況」
図１１は、本発明における樹脂塊の発生状況と従来技術における樹脂塊の発生状況とを比較して示す図であり、図１１（Ａ）は、本発明における樹脂塊の発生状況の一例である第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１で製造された極細フィラメント及び発生した樹脂塊を示し、図１１（Ｂ）は、従来の極細フィラメントの製造装置で製造された極細フィラメント及び発生した樹脂塊を示している。

図１１（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１では、従来の極細フィラメントの製造装置に比べて、樹脂塊の発生量が大幅に減少すると共に発生する樹脂塊の大きさも小さいことが確認された。具体的には、第１実施形態に係る極細フィラメントの製造装置１における樹脂塊の発生量は、従来の極細フィラメントの製造装置における樹脂塊の発生量の１／３以下であり、特に直径が１０μｍ以上の比較的大きな樹脂塊の発生量が大幅に減少していた。なお、原フィラメントの供給速度を増加させた場合も同様の結果が得られた。これらのことから、本発明によれば、従来技術に比べて、樹脂塊の発生量を大幅に低減することができ、その結果、原フィラメントの供給速度を増加させて極細フィラメントの生産性を高めることが可能になるといえる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能である。

１…極細フィラメントの製造装置、２…原フィラメント供給装置、３…圧縮空気供給装置、４…ノズル、５…レーザー照射装置、１０…不織布の製造装置、１１…極細フィラメントの製造装置、１２…原フィラメント供給装置、１３…圧縮空気供給装置、１５…レーザー照射装置、２０…不織布の製造装置、４１…外側ノズル部、４２…内側ノズル部、４３…固定部材、５０…原フィラメント、５１…極細フィラメント、４１２…導入孔（圧縮空気導入部）、４２６…原フィラメント通路、４２６ａ…原フィラメント通路の入口、４２６ｂ…原フィラメント通路の出口、４５１…テーパ通路（圧縮空気噴出部）

Claims (9)

1. 原フィラメントが通過する原フィラメント通路と圧縮空気が導入される圧縮空気導入部と前記原フィラメント通路の出口側近傍に設けられて前記圧縮空気導入部から導入された圧縮空気が噴出する圧縮空気噴出部とを有するノズルと、
   前記ノズルの前記原フィラメント通路を通過した原フィラメントに対してレーザー光を照射するレーザー照射装置と、
   前記レーザー光の照射によって溶融した原フィラメントを前記ノズルの前記圧縮空気噴出部から噴出した圧縮空気によって延伸して極細フィラメントを形成する極細フィラメント形成部と、
   を含み、
   前記圧縮空気噴出部は、前記原フィラメント通路の出口側の部位を囲繞するように形成され、且つ、出口端に向かって前記原フィラメント通路の中心線に近づくように傾斜した通路として形成されている、極細フィラメントの製造装置。
2. 前記原フィラメント通路は、入口側から出口側に向かって鉛直方向に延びている、請求項１に記載の極細フィラメントの製造装置。
3. 前記原フィラメント通路は、入口側から出口側に向かって徐々に又は段階的に縮径している、請求項２に記載の極細フィラメントの製造装置。
4. 前記原フィラメント通路に対する前記圧縮空気噴出部の傾斜角が５〜２０度である、請求項１〜３のいずれか一つに記載の極細フィラメントの製造装置。
5. 前記ノズルが大気圧下に配置されると共に、前記圧縮空気の圧力が０．５〜１．０ＭＰａである、請求項１〜４のいずれか一つに記載の極細フィラメントの製造装置。
6. 複数の前記ノズルが直線状に配置され、
   前記レーザー照射装置は、それぞれが複数の前記ノズルのいずれかを通過した複数の原フィラメントに対してレーザー光を照射するように構成されており、
   前記レーザー照射装置は、自身から離れるほどビーム径が小さくなると共に複数の前記ノズルの配置方向に平行な集束性ビームを出力するように構成されている、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の極細フィラメントの製造装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の極細フィラメントの製造装置と、
   前記極細フィラメントの製造装置における前記極細フィラメント形成部で形成された極細フィラメントが集積される集積部と、
   を含む、不織布の製造装置。
8. 原フィラメント通路を通して原フィラメントを繰出すこと、
   繰出された原フィラメントに対して圧縮空気噴出部から噴出された圧縮空気を繰出し方向に沿って吹き付けること、
   圧縮空気が吹き付けられた原フィラメントにレーザー光を照射し、原フィラメントを加熱して溶融させつつ延伸して極細フィラメントを形成すること、
   を含み、
   前記圧縮空気噴出部は、前記原フィラメント通路の出口側の部位を囲繞するように形成され、且つ、出口端に向かって前記フィラメント通路の中心線に近づくように傾斜した通路として形成されている、極細フィラメントの製造方法。
9. 請求項８に記載の極細フィラメントの製造方法と、
   形成された極細フィラメントを集積する工程と、
   を含む、不織布の製造方法。