JP7186447B2 - ナノファイバー製造装置 - Google Patents

Description

本願は、ナノファイバー製造装置に関する。

特許文献１には、噴出ノズルから吐出した溶融ポリマーが、エアーノズルからの高速エアーにより延伸される構成のナノファイバーの製造装置が記載されている。

特開２０１６－１５６１１４号公報

特許文献１に記載の技術では、吐出された溶融ポリマーが高速エアーに単に合流されて延伸される構造であるが、実際に溶融ポリマーを延伸してナノファイバーを製造するにあたっては、ナノファイバーをより安定的に製造することが求められる。

本願では、ナノファイバーをより安定的に製造できるナノファイバー製造装置を得ることが目的である。

第一態様では、溶融樹脂を吐出口から吐出する樹脂吐出部材と、雰囲気よりも高温の保温気体を、前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に向けて保温気体噴射口から噴射する保温気体噴射部材と、雰囲気よりも高温の延伸気体を、前記溶融樹脂の吐出方向において前記保温気体噴射口と同位置の延伸気体噴射口から溶融樹脂に向けて噴射する延伸気体噴射部材と、を有する。

このナノファイバー製造装置では、樹脂吐出部材の吐出口から吐出された溶融樹脂に向けて、保温気体噴射部材の保温気体噴射口から保温気体を噴射し、延伸気体噴射部材の延伸気体噴射口から延伸気体を噴射する。保温気体は雰囲気よりも高温であり、この高温の保温気体が溶融樹脂に接触することで、溶融樹脂の粘度が低下された状態に維持される。延伸気体も雰囲気よりも高温であるので、溶融樹脂の粘度が低下された状態を維持しつつ熔融樹脂を延伸させることができる。

延伸気体は、延伸気体噴射口から噴射され、溶融樹脂に向かって接近する。保温気体は、保温気体噴射口から噴射され、溶融樹脂に向かって接近する。ここで、延伸気体噴射口は、溶融樹脂の吐出方向において保温気体噴射口と同位置にある。このため、保温気体及び延伸気体は、溶融樹脂の吐出方向で、実質的に同位置で接触する。すなわち、保温気体と延伸気体とが、溶融樹脂に対し、吐出方向で見て異なる位置（ずれた位置）で接触することを抑制できる。換言すれば、時間的には、保温気体及び延伸気体のいずれか一方が先に溶融樹脂に接触することを抑制できる。保温気体と延伸気体のうち先に溶融樹脂に接触してしまった気体の影響が支配的になることを抑制できるので、得られるナノファイバーの形状が安定する。

第二態様では、第一態様において、前記保温気体噴射口及び前記延伸気体噴射口がそれぞれ、前記吐出口からの前記溶融樹脂の吐出方向に見て前記吐出口を取り囲んでいる。

保温気体噴射口が吐出口を取り囲んでいるので、吐出口から吐出された溶融樹脂に対し、その周囲に保温気体を確実に接触させることができる。

延伸気体噴射口が吐出口を取り囲んでいるので、囲み領域を通過した溶融樹脂に対し、その周囲に延伸気体を吹き付けて溶融樹脂を延伸させることができる。

第三態様では、第二態様において、前記保温気体噴射口が前記延伸気体噴射口よりも前記吐出方向に沿って見て外側に位置している。

これにより、保温気体が、延伸気体及び熔融樹脂を取り囲むので、溶融樹脂だけでなく延伸気体も保温気体で保温できる。延伸気体は、保温気体よりも内側、すなわち溶融樹脂に近い位置で噴射されるので、延伸気体を溶融樹脂に確実に接触させて溶融樹脂を延伸することができる。

第四態様では、第一態様において、前記保温気体噴射口と前記延伸気体噴射口とを備える噴射口兼用ノズルを有する。

これにより、保温気体噴射口を備えるノズルと、延伸気体噴射口を備えるノズルとを別々に設ける必要がないため、ナノファイバー製造装置の構造の簡素化を図ることができる。また、噴射口兼用ノズルが保温気体噴射口と延伸気体噴射口とを有するので、保温気体噴射口と延伸気体噴射口との相対位置を一定に維持できる。

第五態様では、第一態様から第四態様のいずれか１つの態様において、前記延伸気体噴射口からの前記延伸気体の噴射方向が前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に漸近するように傾斜している。

これにより、吐出口から吐出された溶融樹脂に噴射気体が接近して接触するので、より細いナノファイバーを得ることが可能となる。

第六態様では、第一態様から第五態様のいずれか１つの態様において、前記保温気体噴射口からの前記保温気体の噴射方向が前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に漸近するように傾斜している。

これにより、吐出口から吐出された溶融樹脂に保温気体が接近して接触するので、溶融樹脂をより効果的に保温できる。

本願では、ナノファイバーを安定的に製造できる

図１は第一実施形態のナノファイバー製造装置を示す断面図である。 図２は第一実施形態のナノファイバー製造装置を備えたフィルタ製造装置を示す斜視図である。 図３は第一実施形態のナノファイバー製造装置を示す図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図４は第一実施形態のナノファイバー製造装置を図１の矢印ＩＶ方向に見た端面図である。 図５は第一実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出している状態を示す断面図である。 図６は第一実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出しつつ保温気体を噴射している状態を示す断面図である。 図７は第一実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出しつつ保温気体及び噴出気体を噴出している状態を示す断面図である。 図８は第二実施形態のナノファイバー製造装置を示す断面図である。 図９は第二実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出している状態を示す断面図である。 図１０は第二実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出しつつ保温気体を噴射している状態を示す断面図である。 図１１は第二実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出しつつ延伸気体及び保温気体を噴出している状態を示す断面図である。 図１２は第三実施形態のナノファイバー製造装置を示す断面図である。 図１３は第三実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出している状態を示す断面図である。 図１４は第三実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出しつつ保温気体を噴射している状態を示す断面図である。 図１５は第三実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出しつつ延伸気体及び保温気体を噴出している状態を示す断面図である。 図１６は第四実施形態のナノファイバー製造装置を示す断面図である。 図１７は第四実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出している状態を示す断面図である。 図１８は第四実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出しつつ保温気体を噴射している状態を示す断面図である。 図１９は第四実施形態のナノファイバー製造装置において溶融樹脂を吐出しつつ延伸気体及び保温気体を噴出している状態を示す断面図である。 図２０は第一変形例のナノファイバー製造装置を図４と同様の方向で見た端面図である。 図２１は第二変形例のナノファイバー製造装置を図４と同様の方向で見た端面図である。 図２２は第一比較例のナノファイバー製造装置を示す断面図である。

以下、図面を参照して第一実施形態のナノファイバー製造装置１１２と、このナノファイバー製造装置１１２を備えたフィルタ製造装置８２を説明する。

図１に示すように、ナノファイバー製造装置１１２は、吐出ユニット１１４を有している。図２に詳細に示すように、吐出ユニット１１４は、長尺状のブロック１１６を有している。ブロック１１６には、複数の樹脂吐出ノズル１１８がブロック１１６の長手方向（矢印Ｌ１方向）に一定の間隔で設けられている。

樹脂吐出ノズル１１８は、中心部分（中心線ＣＬ－１で示す）に上記した樹脂流路１２４を備えた筒状の部材である。

ブロック１１６には樹脂供給管１２０が接続されており、図示しない樹脂供給部材から、溶融樹脂ＭＲが供給される。この溶融樹脂ＭＲは、図５に示すように、樹脂吐出ノズル１１８の樹脂流路１２４を通って、下端の吐出口１２２から下方へ吐出される。樹脂流路１２４は、樹脂吐出ノズル１１８において、下方へ向かう直線状の空洞部分である。

以下において、単に「上流」及び「下流」というときは、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向における「上流」及び「下流」をそれぞれ意味する。図１における上側が上流側であり、下側が下流側である。

図１に詳細に示すように、第一実施形態のナノファイバー製造装置１１２は、複数の樹脂吐出ノズル１１８のそれぞれに対応して設けられた、第一筒状部材１２８、第二筒状部材１３０及び第三筒状部材１３２を有している。

第一筒状部材１２８は、樹脂吐出ノズル１１８と一対一で対応して設けられ、樹脂吐出ノズル１１８と同芯で固定されている。第一筒状部材１２８は、樹脂吐出ノズル１１８を取り囲む第一円筒部１２８Ａと、この第一円筒部１２８Ａの下端（下流端）から延出された第一円錐台部１２８Ｂと、を有している。

第一円筒部１２８Ａは円筒状に形成されている。これに対し、第一円錐台部１２８Ｂは、第一円筒部１２８Ａから下流側に延出されると共に、中心線ＣＬ－１に向かって円錐台状に傾斜する先細り形状である。

第一筒状部材１２８の第一円錐台部１２８Ｂは、樹脂吐出ノズル１１８の下流端１１８Ｃよりもさらに下流側に延在されており、樹脂吐出ノズル１１８の下流端１１８Ｃと第一円錐台部１２８Ｂとで囲まれる囲み領域１４２を形成している。

樹脂吐出ノズル１１８の外周面と第一円筒部１２８Ａの内周面との間には間隙ＧＰ－１が構成されており、この間隙ＧＰ－１は、エアーノズル１２６となっている。エアーノズル１２６には、図２に示すエアー供給管１３４を通ってエアーが供給される。このエアーは、囲み領域１４２に噴射される。

第二筒状部材１３０は、第一筒状部材１２８及び樹脂吐出ノズル１１８と一対一で対応して設けられ、第一筒状部材１２８及び樹脂吐出ノズル１１８と同芯で固定されている。第二筒状部材１３０は、第一円筒部１２８Ａを取り囲む第二円筒部１３０Ａと、この第二円筒部１３０Ａの下端（下流端）から延出された第二円錐台部１３０Ｂと、を有している。

第二円筒部１３０Ａは円筒状に形成されている、これに対し、第二円錐台部１３０Ｂは、第二円筒部１３０Ａから下流側に延出されると共に、中心線ＣＬ－１に向かって円錐台状に傾斜する先細り形状である。

第一筒状部材１２８の外周面と第二筒状部材１３０の内周面との間には間隙ＧＰ－２が構成されており、この間隙ＧＰ－２は高速高温エアーノズル１３８となっている。高速高温エアーノズル１３８には、図２に示す高速高温エアー供給管１４０を通って高速高温エアーが供給される。高速高温エアーは、エアーノズル１２６に供給されるエアーよりも、流れの速さが高速であり、且つ、ナノファイバー製造装置１１２の周囲の気体（空気）よりも高温の気体である。

第一円錐台部１２８Ｂ及び第二円錐台部１３０Ｂはいずれも、中心線ＣＬ－１に向かって円錐台状に傾斜しているため、高速高温エアーノズル１３８も、下流側の部分では、中心線ＣＬ－１に向かって傾斜する形状である。

第二筒状部材１３０の下流端１３０Ｃは、第一筒状部材１２８の下流端１２８Ｃと、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）において同位置にある。

第二筒状部材１３０の下流端１３０Ｃと第一筒状部材１２８の下流端１２８Ｃの間の領域は、高速高温エアーノズル１３８から高速高温エアーが延伸気体ＥＡとして噴射される延伸気体噴射口１４４である。

延伸気体噴射口１４４は、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）に見て、吐出口を取り囲んでいる。そして、延伸気体噴射口１４４からの延伸気体ＥＡの噴射方向は、吐出口１２２から吐出された溶融樹脂ＭＲ（図５参照）に漸近するように傾斜している。このため、延伸気体噴射口１４４から噴射された延伸気体ＥＡは、吐出口１２２から吐出された溶融樹脂ＭＲに対し、下流に向かうにしたがって接近する。

第三筒状部材１３２は、第二筒状部材１３０、第一筒状部材１２８及び樹脂吐出ノズル１１８と一対一で対応して設けられ、第二筒状部材１３０、第一筒状部材１２８及び樹脂吐出ノズル１１８と同芯で固定されている。第三筒状部材１３２は、第二円筒部１３０Ａを取り囲む第三円筒部１３２Ａと、この第三円筒部１３２Ａの下端（下流端）から延出された第三円錐台部１３２Ｂと、を有している。

第三円筒部１３２Ａは円筒状に形成されている。これに対し、第三円錐台部１３２Ｂは、第三円筒部１３２Ａから下流側に延出されると共に、中心線ＣＬ－１に向かって円錐台状に傾斜する先細り形状である。

第二筒状部材１３０の外周面と第三筒状部材１３２の内周面との間には間隙ＧＰ－３が構成されており、この間隙ＧＰ－３は加熱水蒸気ノズル１４６となっている。加熱水蒸気ノズル１４６には、図２に示す加熱水蒸気供給管１４８を通って加熱水蒸気が供給される。加熱水蒸気は、高速高温エアーノズル１３８に供給される高速高温エアーよりも高湿であり、且つ、ナノファイバー製造装置１１２の周囲の気体（空気）よりも高温の気体である。そして、本実施形態では、延伸気体ＥＡの噴射圧は、保温気体ＨＡの噴射圧よりも高く設定されている。

第二円錐台部１３０Ｂ及び第三円錐台部１３２Ｂはいずれも、中心線ＣＬ－１に向かって円錐台状に傾斜しているため、加熱水蒸気ノズル１４６も、中心線ＣＬ－１に向かって傾斜する形状である。

第三筒状部材１３２の下流端１３２Ｃは、第二筒状部材１３０の下流端１３０Ｃと、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）において同位置にある。

第三筒状部材１３２の下流端１３２Ｃと第二筒状部材１３０の下流端１３０Ｃの間の領域は、加熱水蒸気ノズル１４６から加圧水蒸気が保温気体ＨＡとして噴射される保温気体噴射口１３６である。

保温気体噴射口１３６は、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）に見て、吐出口を取り囲んでいる。そして、保温気体噴射口１３６からの保温気体ＨＡの噴射方向は、吐出口１２２から吐出された溶融樹脂ＭＲ（図５参照）に漸近するように傾斜している。したがって、保温気体噴射口１３６から噴射された保温気体ＨＡは、吐出口１２２から吐出された溶融樹脂ＭＲに対し、下流に向かうにしたがって接近する。

さらに、保温気体噴射口１３６は、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）に見て、延伸気体噴射口１４４よりも外側に位置している。

吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）において、第三筒状部材１３２の下流端１３２Ｃ、第二筒状部材１３０の下流端１３０Ｃ及び第一筒状部材１２８の下流端１２８Ｃは、同位置にある。したがって、延伸気体噴射口１４４と、保温気体噴射口１３６と、に関しても、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）において同位置にある。

図２に示すように、吐出ユニット１１４の下方には、無端ベルト８４が配置され、複数の張架ローラ８６に張架されている。なお、図２では無端ベルト８４を部分的に示し、張架ローラ８６を１つのみ示している。

無端ベルト８４の平坦部分の上には、支持体８８が配置されて、巻き取りロール９０で巻き取られるようになっている。樹脂吐出ノズル１１８から吐出された細線状の溶融樹脂ＭＲは、支持体８８の矢印Ｍ１方向への移動に伴って、この支持体８８上で織り込まれるようにして支持される。そして、支持体８８上では、たとえば不織布状のフィルタが形成される。

次に、本実施形態の作用を説明する。

第一実施形態のナノファイバー製造装置１１２によりナノファイバーを製造するには、まず、図５に示すように、吐出口１２２から溶融樹脂ＭＲを吐出する。この溶融樹脂ＭＲは、囲み領域１４２を通り、吐出方向下流側、すなわち下側に向けて垂下する。

この状態で、図６に示すように、保温気体噴射口１３６から保温気体ＨＡを噴射する。保温気体ＨＡは、吐出口１２２から吐出された溶融樹脂ＭＲに向かって接近する。このとき、保温気体ＨＡの噴射方向は溶融樹脂ＭＲに向かう方向であるが、保温気体ＨＡは徐々に広がりつつ溶融樹脂ＭＲに近づいて接触する。この保温気体ＨＡにより、溶融樹脂ＭＲは、温度低下が抑制されるので、粘度が低い状態が維持される。

さらに、図７に示すように、延伸気体噴射口１４４からは、延伸気体ＥＡを噴射する。延伸気体ＥＡは、吐出口１２２から吐出された溶融樹脂ＭＲに向かって接近する。このとき、延伸気体ＥＡの噴射方向は溶融樹脂ＭＲに向かう方向であるが、延伸気体ＥＡは徐々に広がりつつ溶融樹脂ＭＲに近づいて接触する。この延伸気体ＥＡにより、溶融樹脂ＭＲが下流側に延伸されてナノファイバーが形成される。形成されたナノファイバーは、支持体８８（図２参照）上で支持される。

ここで、図２２には、第一比較例のナノファイバー製造装置３２が示されている。比較例のナノファイバー製造装置３２では、溶融樹脂ＭＲを吐出する吐出口３４と、延伸気体ＥＡを噴射する噴射口３６と、を有しているが、保温気体ＨＡ（図６及ぶ図７参照）を噴射する噴射口は設けられていない。したがって、比較例のナノファイバー製造装置３２では、保温気体を噴射することもない。

第一比較例のナノファイバー製造装置３２では、吐出口３４から吐出された溶融樹脂ＭＲに対し、延伸気体ＥＡのみが吹き付けられる。吐出口３４から吐出された溶融樹脂ＭＲに保温気体を吹き付けないので、溶融樹脂ＭＲの粘度が高い状態で延伸気体ＥＡを吹き付けてしまう場合には、溶融樹脂ＭＲを効果的に延伸させてナノファイバーを細くするには限界がある。

これに対し、第一実施形態のナノファイバー製造装置１１２では、吐出口１２２から細長く垂下した溶融樹脂ＭＲに対し、延伸気体ＥＡだけでなく保温気体ＨＡも噴射している。保温気体ＨＡにより、溶融樹脂ＭＲの温度低下が抑制され、溶融樹脂ＭＲの粘度が低下された状態が維持される。そして、このように粘度が低下された溶融樹脂ＭＲに延伸気体ＥＡが噴射されるので、粘度が低下されない状態で延伸気体ＥＡが噴射される構成と比較して、溶融樹脂ＭＲをより細く延伸させることができ、より細いナノファイバーを形成することが可能である。

しかも、本実施形態では、延伸気体ＥＡも、ナノファイバー製造装置１１２の周囲の気体より高温である。したがって、延伸気体ＥＡがたとえばナノファイバー製造装置１１２の周囲の気体と同温度である構成と比較して、溶融樹脂ＭＲの温度低下を抑制し、粘度が低い状態に維持しやすい。

本実施形態では、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向で、延伸気体噴射口１４４が保温気体噴射口１３６と同位置にある。ここで、たとえば、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向で、延伸気体噴射口が保温気体噴射口よりも上流側にある構成を第二比較例として想定する。第二比較例の構成では、溶融樹脂に対し、延伸気体が保温気体よりも、溶融樹脂の吐出方向の上流側で接触する。換言すれば、溶融樹脂に対し、延伸気体が保温気体よりも時間的に先に接触する。すなわち、溶融樹脂の粘度が十分に低下していない状態で延伸気体が溶融樹脂に接触する可能性があり、溶融樹脂を効果的に延伸させてナノファイバーを細くするには限界がある。

また、第三比較例として、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向で、保温気体噴射口が延伸気体噴射口よりも上流側にある構成を想定する。第三比較例の構成では、溶融樹脂に対し、保温気体が延伸気体よりも、溶融樹脂の吐出方向の上流側で接触する。換言すれば、溶融樹脂に対し、保温気体が延伸気体よりも時間的に先に接触する。このように、保温気体が延伸気体よりも先に溶融樹脂に接触すると、保温気体によって溶融樹脂の粘度が低下されてから、延伸気体によって延伸されるまでの間に時間が経過するので、溶融樹脂をどのように延伸させるか、という点で制御が難しい場合がある。

すなわち、上記第二比較例及び第三比較例のように、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向で、延伸気体噴射口と保温気体噴射口とが同位置にない構成では、先に（溶融樹脂の吐出方向の上流側で）溶融樹脂ＭＲに接触した気体の影響が支配的になる。そしてこれにより、溶融樹脂を効果的に延伸させることが難しい場合がある。しかし、本実施形態では、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向で、延伸気体噴射口１４４が保温気体噴射口１３６と同位置にあり、溶融樹脂ＭＲに対し延伸気体ＥＡと保温気体ＨＡとが実質的に同時に接触する。このため、溶融樹脂ＭＲに対し、先に接触した気体の影響が支配的になることを抑制して、溶融樹脂ＭＲを効果的に延伸させる効果、すなわちナノファイバーを細くする効果が高い。

なお、溶融樹脂ＭＲの吐出方向において、延伸気体噴射口１４４が保温気体噴射口１３６と「同位置」にある、とは、上記したように、吐出口１２２から吐出された溶融樹脂ＭＲに対し、吐出方向において実質的に同じ位置で延伸気体ＥＡと保温気体ＨＡとが接触する程度に「同位置」であればよい。

次に、第二実施形態のナノファイバー製造装置について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、第二実施形態のナノファイバー製造装置を備えたフィルタ製造装置は、第一実施形態と同様の構造なので、図示を省略する。

図８に示すように、第二実施形態のナノファイバー製造装置２１２では、吐出ユニット２１４のブロック２１６が、上下に分割されている。図８に示す例では上ブロック２１６Ｕ、第一中間ブロック２１６Ｍ１、第二中間ブロック２１６Ｍ２及び下ブロック２１６Ｌの３つに分割されているが、４つ以上に分割されていてもよい。

第一中間ブロック２１６Ｍ１、第二中間ブロック２１６Ｍ２及び下ブロック２１６Ｌには、上下方向（厚み方向）に貫通する貫通孔２１６Ｆ、２１６Ｇ、２１６Ｈが形成されている。貫通孔２１６Ｇは、貫通孔２１６Ｆと同芯であり、且つ、貫通孔２１６Ｆよりも内径が大きい。貫通孔２１６Ｈは、貫通孔２１６Ｇと同芯であり、且つ、貫通孔２１６Ｇよりも内径が大きい。

第二実施形態では、樹脂吐出ノズル１１８が第一中間ブロック２１６Ｍ１の上部から延出されている。樹脂吐出ノズル１１８は、貫通孔２１６Ｆ、２１６Ｇ、２１６Ｈ内に配置されており、樹脂吐出ノズル１１８の下流端１１８Ｃは、下ブロック２１６Ｌの厚み方向（矢印Ｔ２方向）の中間部に位置している。

樹脂吐出ノズル１１８の上端には樹脂吐出ノズル１１８を部分的に拡径したフランジ部１１８Ｆが設けられている。フランジ部１１８Ｆは、第一中間ブロック２１６Ｍ１に形成された凹部２１６Ｐに収容されており、これによって樹脂吐出ノズル１１８が第一中間ブロック２１６Ｍ１に対し位置決めされている。

また、第二実施形態では、第一筒状部材１２８が、第二中間ブロック２１６Ｍ２の上部から延出されている。第一筒状部材１２８は、貫通孔２１６Ｇ、２１６Ｈ内に配置されており、第一筒状部材１２８の下流端１２８Ｃは、下ブロック２１６Ｌの下面２１６Ｃと同じ高さ位置にある。

第一筒状部材１２８の上端には、第一円筒部１２８Ａを部分的に拡径したフランジ部１２８Ｆが設けられている。フランジ部１２８Ｆは、第二中間ブロック２１６Ｍ２に形成された凹部２１６Ｑに収容されており、これによって第一筒状部材１２８が第二中間ブロック２１６Ｍ２に対し位置決めされている。

さらに、第二実施形態では、第二筒状部材１３０が、下ブロック２１６Ｌの上部から延出されている。第二筒状部材１３０は、貫通孔２１６Ｈ内に配置されており、第二筒状部材１３０の下流端１３０Ｃは、下ブロック２１６Ｌの下面２１６Ｃと同じ高さ位置にある。

第二筒状部材１３０の上端には、第二円筒部１３０Ａを部分的に拡径したるフランジ部１３０Ｆが設けられている。フランジ部１３０Ｆは、下ブロック２１６Ｌに形成された凹部２１６Ｒに収容されており、これによって第二筒状部材１３０が、下ブロック２１６Ｌに対し位置決めされている。

第二実施形態では、第二筒状部材１３０の外周面と、貫通孔２１６Ｈの内周面との間隙ＧＰ－４が加熱水蒸気ノズル１４６となっている。実質的に、下ブロック２１６Ｌが、第一実施形態における第三筒状部材１３２を兼ねている構成である。そして、下ブロック２１６Ｌに複数の貫通孔２１６Ｈが並べて設けられているので、下ブロック２１６Ｌが複数の第三筒状部材１３２を一体的に備えている構造でもある。

第二実施形態においても、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）で、延伸気体噴射口１４４が保温気体噴射口１３６と同位置にある。

このような構成とされた第二実施形態のナノファイバー製造装置２１２においても、第一実施形態のナノファイバー製造装置１１２と同様にして、ナノファイバーを製造することが可能である。

すなわち、まず、図９に示すように、吐出口１２２から溶融樹脂ＭＲを吐出する。この溶融樹脂ＭＲは、吐出方向下流側、すなわち下側に向けて垂下する。そして、図１０に示すように、保温気体噴射口１３６から保温気体ＨＡを噴射し、溶融樹脂ＭＲを粘度が低下された状態とする。さらに、図１１に示すように、延伸気体噴射口１４４からは、延伸気体ＥＡを噴射し、溶融樹脂ＭＲを下流側に延伸させて、ナノファイバーが形成される。

第二実施形態のナノファイバー製造装置２１２においても、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向で、延伸気体噴射口１４４が保温気体噴射口１３６と同位置にある。溶融樹脂ＭＲに対し延伸気体ＥＡと保温気体ＨＡとが実質的に同時に接触するため、溶融樹脂ＭＲに対し、先に接触した気体の影響が支配的になることを抑制できる。そして、第二実施形態においても、溶融樹脂ＭＲを効果的に延伸させる効果、すなわちナノファイバーを細くする効果が高い。

第一実施形態及び第二実施形態において、保温気体噴射口１３６及び延伸気体噴射口１４４は、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向に見て吐出口１２２を取り囲んでいる。したがって、吐出口１２２から吐出された溶融樹脂ＭＲに対し、周囲から保温気体ＨＡ及び延伸気体ＥＡを取り囲んで接触させることができる。

しかも、第一実施形態及び第二実施形態において、保温気体噴射口１３６は、延伸気体噴射口１４４よりも、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向に見て、外側に位置している。保温気体ＨＡが、溶融樹脂ＭＲだけでなく延伸気体ＥＡを取り囲むので、溶融樹脂ＭＲだけでなく延伸気体ＥＡも保温できる。

また、延伸気体噴射口１４４は、保温気体噴射口１３６よりも吐出方向に見て内側に位置している。延伸気体ＥＡは保温気体ＨＡよりも溶融樹脂ＭＲに近い位置で噴射されるので、延伸気体ＥＡを溶融樹脂ＭＲに接触させて溶融樹脂ＭＲを延伸させる効果が高く発揮される。

次に、第三実施形態のナノファイバー製造装置について説明する。第三実施形態において、第一実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、第三実施形態のナノファイバー製造装置を備えたフィルタ製造装置は、第一実施形態と同様の構造なので、図示を省略する。

第三実施形態のナノファイバー製造装置３１２は、図１２に示すように、吐出ユニット３１４を有している。吐出ユニット３１４は、図２の矢印Ｌ１方向を長手方向とする長尺状のブロック３１６を有している。

ブロック３１６には樹脂供給管１２０が接続されており、図示しない樹脂供給部材から、溶融樹脂ＭＲが供給されるようになっている。

ブロック３１６には、樹脂供給管１２０と連通する樹脂供給路３１８が長手方向に沿って形成されると共に、複数の樹脂吐出ノズル１１８がブロック３１６の長手方向（矢印Ｌ１方向）に一定の間隔で設けられている。この溶融樹脂ＭＲは、図１３に示すように、樹脂吐出ノズル１１８の樹脂流路１２４を通って、下端の吐出口１２２から下方へ吐出される。樹脂流路１２４は、樹脂吐出ノズル１１８において、下方へ向かう直線状の空洞部分である。

第三実施形態では、ブロック３１６は、幅方向（矢印Ｗ１方向）で２つの部分に分割された構造である。図１２に示す例では、ブロック３１６は、幅方向右側の右ブロック３１６Ｒと、幅方向左側の左ブロック３１６Ｌの３つを有している。樹脂吐出ノズル１１８は、右ブロック３１６Ｒから下方に延出されている。

左ブロック３１６Ｌには、厚み方向に貫通する貫通孔３１６Ｇが形成されている。そして、左ブロック３１６Ｌには、樹脂吐出ノズル１１８に対し幅方向（矢印Ｗ１方向）で離間した位置に、気体噴射部材３２０が設けられている。気体噴射部材３２０は、内側筒状部材３２２及び外側筒状部材３２４を有している。

内側筒状部材３２２は、貫通孔３１６Ｇと同芯で左ブロック３１６Ｌに固定されている。

内側筒状部材３２２は、円筒状に形成された内側円筒部３２２Ａと、この内側円筒部３２２Ａから延出された内側円錐台部３２２Ｂと、を有している。貫通孔３１６Ｇ及び内側筒状部材３２２の内側部分は、高速高温エアーを延伸気体ＥＡとして噴射する高速高温エアーノズル１３８になっている。

内側円錐台部３２２Ｂは、内側円筒部３２２Ａから、延伸気体ＥＡの噴射方向（矢印Ｔ２方向）に向かって円錐台状に傾斜する先細り形状である。したがって、第三実施形態の高速高温エアーノズル１３８では、延伸気体ＥＡの噴射方向に向かってノズル径が漸減する（次第に絞られる）形状である。

外側筒状部材３２４は、内側筒状部材３２２と一対一で対応して向けられ、内側筒状部材３２２と同芯で固定されている。外側筒状部材３２４は、内側円筒部３２２Ａを取り囲む外側円筒部３２４Ａと、内側円錐台部３２２Ｂを取り囲む外側円錐台部３２４Ｂと、を有している。

内側筒状部材３２２の外周と外側筒状部材３２４の内周との間には、間隙ＧＰ－４が構成されており、この間隙ＧＰ－４が、第三実施形態では、この間隙ＧＰ－４が加熱水蒸気ノズル１４６となっている。

外側円筒部３２４Ａは円筒状に形成されている。これに対し、外側円錐台部３２４Ｂは、内側筒状部材３２２の中心線ＣＬ－２に向かって円錐台状に傾斜する先細り形状である。したがって、第三実施形態では、保温気体噴射口１３６からの保温気体ＨＡの噴射方向は、延伸気体噴射口１４４から噴射された延伸気体ＥＡに対し、この延伸気体ＥＡの流れ方向で下流に向かうにしたがって接近する。

第三実施形態では、高速高温エアーノズル１３８と加熱水蒸気ノズル１４６と兼ねた気体噴射部材３２０が、本願における噴射口兼用ノズルの一例となっている。

気体噴射部材３２０は、樹脂吐出ノズル１１８からの樹脂の吐出方向に対し、所定の傾斜角θで溶融樹脂ＭＲに向かう方向に傾斜している。

そして、第三実施形態においても、内側筒状部材３２２の下流端３２２Ｃと、外側筒状部材３２４の下流端３２４Ｃとは、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）において同位置にある。したがって、延伸気体噴射口１４４と、保温気体噴射口１３６との関係も、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向において同位置にある。

このような構成とされた第三実施形態のナノファイバー製造装置３１２によりナノファイバーを製造するには、まず、図１３に示すように、吐出口１２２から溶融樹脂ＭＲを吐出する。この溶融樹脂ＭＲは、吐出方向下流側、すなわち下側に向けて垂下する。

この状態で、図１４に示すように、保温気体噴射口１３６から保温気体ＨＡを噴射する。保温気体ＨＡにより、溶融樹脂ＭＲは、その粘度が低下された状態となる。さらに、図１５に示すように、延伸気体噴射口１４４からは、延伸気体ＥＡを噴射する。溶融樹脂ＭＲは延伸気体ＥＡによって下流側に延伸されて、ナノファイバーが形成される。形成されたナノファイバーは、支持体８８（図２参照）上で支持される。

第三実施形態のナノファイバー製造装置３１２においても、延伸気体噴射口１４４と、保温気体噴射口１３６と、は、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）において同位置にある。溶融樹脂ＭＲに対し延伸気体ＥＡと保温気体ＨＡとが実質的に同時に接触するので、溶融樹脂ＭＲに対し、先に接触した気体の影響が支配的になることを抑制できる。そして、溶融樹脂ＭＲを効果的に延伸させる効果、すなわちナノファイバーを細くする効果が高い。

次に、第四実施形態のナノファイバー製造装置について説明する。第四実施形態において、第一～第三実施形態と同様の要素、部材等については同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、第四実施形態のナノファイバー製造装置を備えたフィルタ製造装置は、第一四施形態と同様の構造なので、図示を省略する。

第四実施形態のナノファイバー製造装置４１２は、図１６に示すように、吐出ユニット４１４を有している。吐出ユニット４１４は、図２の矢印Ｌ１方向を長手方向とする長尺状のブロック４１６を有している。ブロック４１６には、樹脂供給路３１８から連続する複数の樹脂流路１２４が形成されている。第四実施形態では、これら複数の樹脂流路１２４が、樹脂吐出ノズル１１８を形成している。

ブロック４１６に対し、幅方向（Ｗ１方向）で接触して、ブロック４１８が設けられている。図１６に示す例では、ブロック４１８は、上ブロック４１８Ｕと下ブロック４１８Ｌの２つに分割されている。

上ブロック４１８Ｕ及び下ブロック４１８Ｌには、それぞれを厚み方向に貫通する貫通孔４１８Ｇ、４１８Ｈが形成されている。貫通孔４１８Ｈは、貫通孔４１８Ｇと同芯であり、且つ、貫通孔４１８Ｇよりも内径が大きい。

下ブロック４１８Ｌの貫通孔４１８Ｈには、内側筒状部材３２２が収容されている。内側筒状部材３２２の下流端３２２Ｃは、下ブロック４１８Ｌの下面４１８Ｃと同じ位置にある。内側筒状部材３２２の外周面と、貫通孔４１８Ｈの内周面との間には間隙ＧＰ－５が構成されており、この間隙ＧＰ－５が加熱水蒸気ノズル１４６となっている。したがって、第四実施形態では、下ブロック４１８Ｌが、複数の外側筒状部材３２４を兼ねている構造である。そして、第四実施形態においても、延伸気体噴射口１４４と、保温気体噴射口１３６と、は、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）において同位置にある。

このような構成とされた第四実施形態のナノファイバー製造装置４１２によりナノファイバーを製造するには、第三実施形態のナノファイバー製造装置３１２と同様に、図１７に示すように、吐出口１２２から溶融樹脂ＭＲを吐出する。この溶融樹脂ＭＲは、吐出方向下流側、すなわち下側に向けて垂下する。

そして、図１８に示すように、保温気体噴射口１３６から保温気体ＨＡを噴射し、溶融樹脂ＭＲを粘度が低下された状態とする。さらに、図１９に示すように、延伸気体噴射口１４４からは、延伸気体ＥＡを噴射し、溶融樹脂ＭＲを下流側に延伸させて、ナノファイバーが形成される。

第四実施形態のナノファイバー製造装置４１２においても、延伸気体噴射口１４４と、保温気体噴射口１３６と、は、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向（矢印Ｔ１方向）において同位置にある。溶融樹脂ＭＲに対し延伸気体ＥＡと保温気体ＨＡとが実質的に同時に接触するので、溶融樹脂ＭＲに対し、先に接触した気体の影響が支配的になることを抑制できる。そして、溶融樹脂ＭＲを効果的に延伸させる効果、すなわちナノファイバーを細くする効果が高い。

第三実施形態及び第四実施形態では、高速高温エアーノズル１３８と加熱水蒸気ノズル１４６とが、気体噴射部材３２０として兼用されている。したがって、高速高温エアーノズル１３８と加熱水蒸気ノズル１４６とを別々の部材として設けた構成と比較して、部品点数を少なくできる。

しかも、高速高温エアーノズル１３８と加熱水蒸気ノズル１４６とを一体化することで、延伸気体噴射口１４４と保温気体噴射口１３６とが実質的に同じ位置にある構造を容易に実現できる。延伸気体噴射口１４４と保温気体噴射口１３６とが同じ位置にあるので、溶融樹脂ＭＲに対しても、同じ位置で延伸気体ＥＡ及び保温気体ＨＡが接触する。したがって、延伸気体ＥＡ及び保温気体ＨＡが溶融樹脂ＭＲに対し異なる位置で接触する構造と比較して、延伸気体ＥＡ又は保温気体ＨＡのいずれか一方の影響が延伸気体ＥＡに作用することを抑制できる。

第三実施形態及び第四実施形態では、気体噴射部材３２０は、樹脂吐出ノズル１１８からの樹脂の吐出方向に対し、所定の傾斜角θで溶融樹脂ＭＲに向かう方向に傾斜している。すなわち、延伸気体噴射口１４４からの延伸気体ＥＡの噴射方向（矢印Ｔ２方向）が、吐出口１２２から吐出される溶融樹脂ＭＲに漸近するように傾斜している。したがって、たとえば、延伸気体ＥＡの噴射方向が、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向と直交している構成と比較して、溶融樹脂ＭＲを延伸させて、より細いナノファイバーを得る効果が高い。

また、保温気体噴射口１３６からの保温気体ＨＡの噴射方向（矢印Ｔ２方向）も、吐出口１２２から吐出される溶融樹脂ＭＲに漸近するように傾斜している。したがってたとえば、保温気体ＨＡも噴射方向が、吐出口１２２からの溶融樹脂ＭＲの吐出方向と直交している構成と比較して、溶融樹脂ＭＲを広い範囲に渡って保温できる。

第一及び第二上記各実施形態では、図３に示すように、保温気体噴射口１３６は、矢印ＩＶ方向（図１参照）に見て周方向に連続する環状である。また、図４に示すように、延伸気体噴射口１４４も、矢印ＩＶ方向（図１参照）に見て周方向に連続する環状である。これにより、周方向で均等に保温気体ＨＡ及び延伸気体ＥＡを噴射することができる。ただし、保温気体噴射口１３６及び延伸気体噴射口１４４は、周方向に連続している必要はない。たとえば、第一実施形態の変形例として図２０に示すように、延伸気体噴射口１４４が、周方向で複数（図２０に示す例では４つ）に分割された分割噴射孔１４４Ｄで構成されていてもよい。同様に、保温気体噴射口１３６も、周方向で複数に分割された分割噴射孔１３６Ｄで構成されていてもよい。

さらには、図２１に示すように、延伸気体噴射口１４４として、周方向に一定の間隔で、小孔状の噴射細孔１４４Ｈが並べて配置されている構造でもよい。同様に、保温気体噴射口１３６も、周方向に一定の間隔で並べて配置された小孔状の噴射細孔１３６Ｈで構成されていてもよい。

上記各実施形態において、保温気体ＨＡとしては、大気を加熱することで所定の温度範囲に昇温した空気を用いることが可能であるが、さらに、この空気を加湿して所定の湿度範囲とした空気を用いることが可能である。保温気体ＨＡが所定の湿度範囲にあれば、吐出口１２２から吐出される溶融樹脂ＭＲが細い繊維状のナノファイバーになる際に、不用意な結合や絡まりを抑制できる。特に、上記各実施形態では、保温気体ＨＡとして、加熱水蒸気を用いている。大気より高湿となる水蒸気により、溶融樹脂ＭＲが細長く垂れて繊維状になった状態で、この繊維どうしの結合や丸まり、絡まり等を抑制する効果が、大気を保温気体として用いが場合よりも高い。

１１２ ナノファイバー製造装置
１１４ 吐出ユニット
１１８ 樹脂吐出ノズル
１１８Ｃ 下流端
１２０ 樹脂供給管
１２２ 吐出口
１２４ 樹脂流路
１２６ エアーノズル
１２８ 第一筒状部材
１２８Ｃ 下流端
１３０ 第二筒状部材
１３０Ｃ 下流端
１３２ 第三筒状部材
１３２Ｃ 下流端
１３６ 保温気体噴射口
１３６Ｄ 分割噴射孔
１３６Ｈ 噴射細孔
１３８ 高速高温エアーノズル
１４０ 高速高温エアー供給管
１４４ 延伸気体噴射口
１４６ 加熱水蒸気ノズル
２１２ ナノファイバー製造装置
２１４ 吐出ユニット
３１２ ナノファイバー製造装置
３２０ 気体噴射部材
４１２ ナノファイバー製造装置
４１４ 吐出ユニット

Claims (5)

1. 溶融樹脂を吐出口から吐出する樹脂吐出部材と、
   前記吐出口からの前記溶融樹脂の吐出方向に見て前記吐出口を環状に取り囲むと共に前記溶融樹脂の吐出方向において前記吐出口よりも下流側にある延伸気体噴射口を有し、 雰囲気よりも高温の延伸気体を、前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に向けて、前記延伸気体噴射口から噴射する延伸気体噴射部材と、
   前記延伸気体噴射口を環状に取り囲むと共に前記環状の中心が前記溶融樹脂の吐出方向において前記延伸気体噴射口の環状の中心と同位置にある保温気体噴射口を有し、 雰囲気よりも高温で且つ前記延伸気体の噴射圧よりも低い噴射圧の保温気体を、前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に向けて、前記保温気体噴射口から噴射する保温気体噴射部材と、
   を有するナノファイバー製造装置。
2. 溶融樹脂を吐出口から吐出する樹脂吐出部材と、
   前記吐出口からの前記溶融樹脂の吐出方向に対し傾斜すると共に前記溶融樹脂の吐出方向において前記吐出口よりも下流側にある延伸気体噴射口を有し、 雰囲気よりも高温の延伸気体を、前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に向けて、前記延伸気体噴射口から噴射する延伸気体噴射部材と、
   前記延伸気体噴射口を環状に取り囲むと共に前記環状の中心が前記溶融樹脂の吐出方向において前記延伸気体噴射口の中心と同位置にある保温気体噴射口を有し、 雰囲気よりも高温で且つ前記延伸気体の噴射圧よりも低い噴射圧の保温気体を、前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に向けて、前記保温気体噴射口から噴射する保温気体噴射部材と、
   を有するナノファイバー製造装置。
3. 前記保温気体噴射口と前記延伸気体噴射口とを備える噴射口兼用ノズルを有する請求項１又は請求項２に記載のナノファイバー製造装置。
4. 前記延伸気体噴射口からの前記延伸気体の噴射方向が前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に漸近するように傾斜している請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のナノファイバー製造装置。
5. 前記保温気体噴射口からの前記保温気体の噴射方向が前記吐出口から吐出された前記溶融樹脂に漸近するように傾斜している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のナノファイバー製造装置。

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