JP7253769B2 - 積層シート体の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、押出機の樹脂ノズルから押し出される熱可塑性樹脂を略水平方向に形成された吐出気流に与えて長繊維交絡体としこれを２枚の不織布の間に連続的に挟み込んで積層シート体を製造する装置に関する。

押出機の樹脂ノズルから押し出される熱可塑性樹脂を吐出気流に与えて繊維状に延伸する、いわゆる「メルトブロー法」が知られている。得られる繊維を堆積させてシート化させる不織布の製造方法では、連続的に繊維が供給できるから、これを基材の上などに巻き取りながら連続供給し長尺の不織布を得ることができる。

例えば、特許文献１では、連続シート体を水平方向に連続的に供給しこの上にメルトブロー法によって熱可塑性樹脂からなる長繊維を連続的に与える積層シート体の製造方法を開示している。溶融混錬押出機等の混合機で溶融された熱可塑性樹脂は、複数の紡糸孔を一列に形成された紡糸口から高温の気体とともに鉛直下向きに吹き飛ばされて長繊維に延伸されながら固化する。一方、吸引機構を有する金属ネットからなる水平ステージの上面に連続シート体を通過させながら、長繊維を連続シート体の上に吸引して捕集することで積層シート体が連続的に形成できるのである。

また、特許文献２では、加熱気流を吐出する上下２列に設けられたスリットの間に水平方向に並置された複数の細径樹脂ノズルから溶融樹脂を水平方向に吐出し、水平方向に飛翔しながら形成される繊維状の樹脂を回転するスクリーンドラム上に収集しながら巻き取る不織布の製造方法を開示している。スクリーンドラムは、細径樹脂ノズルと水平方向に対向配置され、ここでも繊維状の樹脂を吸引しながら収集できるようにメッシュ状となっていてその内部の吸引ダクトで吸引できるようになっている。

さらに、特許文献３では、少なくとも１０μｍ以下の平均径の長繊維からなる長繊維交絡体を重ね合わせた２枚の連続シート体の間に挟み込んでなる連続積層シート体の製造方法を開示している。かかる方法では、長尺方向且つ同一方向に流れる上側連続シート体及び下側連続シート体を上下方向から徐々に近接させつつ上下対向ロールの間を通して面同士を重ね合わせて送出するとともに、略水平方向に形成された吐出気流に押出機の樹脂ノズルから押し出される熱可塑性樹脂を与え、上下対向ロールの手前において上側連続シート体及び連続シート体の間に形成される引き込み気流に向けて吹き付けている。これにより、長繊維交絡体を連続シート体の間に挟み込んだ積層シート体を連続的に製造することができる。

特開２０１１－１４４４８０号公報 特開２０１５－７２９６号公報 特開２０１８－１２６９０７号公報

メルトブロー法は、上述のとおり、噴射される気流で溶融樹脂を延伸して繊維を形成する方法であるため、繊維の形成される範囲は気流の到達する領域内に制限される。このため、繊維を堆積させ得る幅は、噴射される気流の幅に依存することとなる。そこで、より幅広に繊維を堆積させようとする場合には、溶融樹脂及び気流を噴射するノズルヘッドを複数並べて配置する等の手法が考えられるが製造装置を大型化させてしまう。また、気流を得るための装置が大型化すると動作コストを上昇させてしまう。

本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、メルトブロー法を用いたコンパクトな装置であって、長繊維交絡体を不織布の間に連続的に挟み込んでなる比較的幅広の積層シート体を得られる製造装置を提供することにある。

本発明による積層シート体の製造装置は、押出機の樹脂ノズルから押し出される熱可塑性樹脂を略水平方向に形成された吐出気流に与えて長繊維交絡体としこれを２枚の不織布の間に連続的に挟み込んでなる積層シート体の製造装置であって、長尺方向且つ同一方向に流れる上側連続シート体及び下側連続シート体を上下方向から徐々に近接させつつこの間を通して面同士を重ね合わせて送出する上下対向ロールと、前記上下対向ロールの上流にあって、前記吐出気流の水平進行方向に対して開口を向けたチャンバで前記吐出気流で飛ばされてくる前記長繊維交絡体を周囲の雰囲気とともに吸引するとともに、前記チャンバ内においてこの中を通過する前記下側連続シート体の上に前記長繊維交絡体を与えていく吸引ユニットと、を含み、前記チャンバ内には、前記吐出気流の前記水平進行方向に対して斜めに上るように傾斜し前記下側連続シート体をこの上面に沿って上がるように通過させる傾斜面板を備え、前記傾斜面板はその上面に前記下側連続シート体を通過させる通過領域に沿って前記下側連続シート体を間に介して前記チャンバ内を吸引する吸引口を設けられていることを特徴とする。

かかる発明によれば、吐出気流で飛ばされた長繊維を周囲の雰囲気とともに吸引して下側連続シート体の一方の面に長繊維交絡体を堆積させ得て、コンパクトな装置でありながら比較的幅広の積層シート体を得られるのである。

上記した発明において、前記吸引口は、前記傾斜面板の前記通過領域に沿って所定高さ位置よりも上側に設けられていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、下側連続シート体の一方の面に幅広に且つ均一に長繊維交絡体を堆積させ得て、コンパクトな装置でありながら比較的幅広の積層シート体を得られるのである。

上記した発明において、前記吸引口は、前記通過領域に沿って下側に向けて広がる非吸引領域を形成するように設けられていることを特徴としてもよい。また、前記非吸引領域は、逆Ｖ字状に形成されていることを特徴としてもよい。また、前記吸引口は、複数の開口として設けられていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、下側連続シート体の一方の面に幅広に且つより均一に長繊維交絡体を堆積させ得て、コンパクトな装置でありながら比較的幅広の積層シート体を得られるのである。

上記した発明において、前記吸引口は、前記通過領域の幅方向端部に非吸引領域を形成するように設けられていることを特徴としてもよい。また、前記上下対向ロールの下流にあって、前記幅方向端部の前記非吸引領域で前記上側連続シート体及び前記下側連続シート体を連続的に熱融着させる融着装置を設けられていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、下側連続シート体の幅に対して長繊維交絡体を堆積させる幅を調整でき、例えば、上側連続シート体及び下側連続シート体の幅方向端部を連続的に熱融着させ得るのである。

上記した発明において、前記傾斜面板は、前記水平進行方向に対しての傾斜角度を変更可能に設けられていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、下側連続シート体上での長繊維交絡体の堆積状態を変化させ得るとともに、厚さをも調整でき得るのである。

上記した発明において、前記長繊維交絡体は、少なくとも１０μｍ以下の平均径を有する長繊維からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、下側連続シート体上での捕集がより均一になるのである。

本発明による製造装置で製造された積層シート体であって、図１（ａ）は断面斜視図であり、図１（ｂ）は長繊維交絡体の外観の写真である。 本発明による積層シート体の製造装置の要部を示す側面図である。 本発明による積層シート体の製造装置の要部を示す側面図である。 図２の吸引機構の側面図である。 吸引機構の要部の図である。図５（ａ）は正面図であり、図５（ｂ）は写真である。

以下、本発明の１つの実施例としての積層シート体の製造装置について、図１乃至７を用いて説明する。

図１に示すように、製造される連続積層シート体１０は、長尺方向且つ同一方向に不織布からなる上側連続シート体１２ａ及び下側連続シート体１２ｂを徐々に送出しつつ近接させて長手方向に面同士重ねて、この間に熱可塑性樹脂ファイバの長繊維交絡体１４を挟み込んだ積層体である。なお、幅方向端部に接合部１２ｃを設けるとともに、長手方向に所定間隔で接合部１２ｄを設けることで、周接合された袋体とできる。これを適宜、切断して個々の積層シート体１０ともし得る。ここで、上側連続シート体１２ａ及び下側連続シート体１２ｂと長繊維交絡体１４とは互いに接合されておらず、単に積層されただけである。

不織布内部の長繊維交絡体１４は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可塑性樹脂の延伸体からなる長繊維を互いに交絡させ密集させた綿毛状のものであって、その平均径は少なくとも１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下である。このような平均径の小さい長繊維を綿毛状にして用いた積層シート体１０は、例えば、その体積の数倍から数十倍の多量の油を吸着可能な吸着体や、液体又は気体用のフィルター、あるいは医療用具や衣料用の素材として用いることができる。

図２及び図３に示すように、積層シート体１０の製造装置１００は、押出機１１４の複合ノズルブロック１１６の樹脂ノズルから押し出される熱可塑性樹脂を略水平方向に形成された吐出気流Ｂ１に与えて長繊維交絡体１４としこれを２枚の不織布からなる上側連続シート体１２ａ及び下側連続シート体１２ｂの間に連続的に挟み込んでいく製造装置である。詳細には、メルトブロー法により水平方向に且つチャンバ１３５の開口１５に向けて長繊維交絡体１４を連続的に供給する繊維供給機構１１０と、ロール状に巻かれた上側連続シート体１２ａ及び下側連続シート体１２ｂを連続的に繰り出す繰り出し機構１２０と、繊維供給機構１１０と下側連続シート体１２ｂを挟んで対向する位置に配置されて下側連続シート体１２ｂの裏面側をチャンバ１３５の内部で支持する吸引機構（吸引ユニット）１３０と、を含む。また、上側連続シート体１２ａ及び長繊維交絡体１４が積層された下側連続シート体１２ｂを長手方向に重ねて連続積層シート体１０ｂとする重ね合わせ機構１４０と、重ね合わされた連続積層シート体１０ｂを送給しつつその幅方向の両端近傍を連続的に重ね合わせ接合を行う送給方向接合機構１５０と、送られてきた連続積層シート体１０ｂの幅方向に重ね合わせ接合を行うとともに接合後の連続積層シート体１０ｂを幅方向に切断して積層シート体１０に分離する幅方向接合切断機構（切断ユニット）１６０と、送給方向接合機構１５０及び幅方向接合切断機構１６０との間に配置されて幅方向接合切断機構１６０での接合及び切断の作業中に連続積層シート体１０ｂを滞留させる滞留機構１７０と、を備える。

特に、図２に示すように、繊維供給機構１１０は、押出機１１４の一端に取り付けられた複合ノズルブロック１１６から、水平方向に向けられた高圧ガスの吐出気流Ｂ１に乗せて溶融樹脂を噴射し、この噴き出し力を用いて、溶融した樹脂を極細長繊維である樹脂ファイバに延伸させるメルトブロー法による繊維製造装置である。

ホッパー１１７に導入された所定の熱可塑性樹脂のペレットは、押出機１１４の内部の図示しないスクリューで加熱溶融され、複合ノズルブロック１１６に供給される。また、加熱された高圧ガスも複合ノズルブロック１１６に供給され、ガス流が水平方向に形成される。好ましくは、ガス流が図示しない溶融樹脂の０．５ｍｍ以上といった繊維径に比べて比較的大なる径の吐出口の近傍に負圧を与えながら、溶融樹脂をその外部に引き出すことで特に極細の長繊維にまで強延伸させながら気流Ｂ１中に放出させることができて綿毛状の長繊維交絡体１４（図１参照）とできて好ましい。このような、溶融樹脂を空中に放出させて冷却させながら延伸する一種のメルトブロー法により長繊維交絡体１４を同時かつ連続的に製造することができる。

繰り出し機構１２０は、長尺帯状でロール状に巻かれた上側連続シート体１２ａを繰り出す第１のリール１２２と、同様にロール状に巻かれた下側連続シート体１２ｂを繰り出す第２のリール１２４と、を含む。ここで、第１のリール１２２は、繰り出し機構１２０の高さ方向で第２のリール１２４よりも所定の距離だけ上方に配置される。そして、第１のリール１２２は時計回りの方向Ｒ１に回転して上側連続シート体１２ａを連続的に繰り出し、第２のリール１２４も時計回りの方向Ｒ２に回転して下側連続シート体１２ｂを連続的に繰り出す。

図４を合わせて参照すると、吸引機構（吸引ユニット）１３０は、箱状の支持部材１３２と、この支持部材１３２の内部空間Ｓ２を脱気する排気装置１３４と、支持部材１３２の前方にあって吐出気流Ｂ１の水平進行方向に対して向けた開口１５を有するチャンバ１３５と、を含み、チャンバ１３５によって吐出気流Ｂ１で飛ばされてくる長繊維交絡体１４を周囲の雰囲気とともに吸引し、極細長繊維の場合、軽量であるため、経路Ｐ１のように上方に進んでから、又は、経路Ｐ２のように下方に進んでから上昇し、各種経路を辿って、チャンバ１３５内を通過する下側連続シート体１２ｂの上に長繊維交絡体１４を与えていく。

支持部材１３２は、チャンバ１３５の底部１３５ａを形成し、吐出気流Ｂ１と対向してこの気流の水平進行方向に沿って斜めに上るようにして傾斜しており、メッシュ状又は複数の吸引口１３２ｂを有する傾斜面板１３２ａを含む。排気装置１３４は、例えば内部又はダクトを通じてファン（図示せず）を有し、支持部材１３２の内部空間Ｓ２から空気を吸い込んで排気口１３４ａから排出するように構成されている。

図５を合わせて参照すると、吸引口１３２ｂは、下側連続シート体１２ｂを傾斜面板１３２ａの上面に沿って上がるように通過させる通過領域１３２ｃに沿って設けられる。すなわち、吸引口１３２ｂは、下側連続シート体１２ｂを間に介してチャンバ１３５内を吸引することになる。ここで、吸引口１３２ｂは、通過領域１３２ｃに沿って所定高さ位置Ｈ１よりも上側にあり、且つ、通過領域１３２ｃに沿って下側に向けて広がる非吸引領域、好ましくは、逆Ｖ字状に形成されていると、重力で落下する長繊維交絡体１４を均一に堆積できて好ましい。かかる配置では、下側連続シート体１２ｂにおける吸引口１３２ｂ上の通過距離を中央部よりも両側端部近傍側でより長くでき、幅広に且つより均一に長繊維交絡体１４を堆積させ得るのである。つまり、コンパクトな装置でありながら比較的幅広の積層シート体を得られるようになるのである。

また、傾斜面板１３２ａは、気流Ｂ１の水平進行方向に対して傾斜角度を変更可能に設けられていると、長繊維交絡体１４の堆積状態を変化させ得る。つまり、傾斜角度が小さくなると、下側連続シート体１２ｂの長手方向（通過領域１３２ｃでの進行方向）に長繊維交絡体１４が流れ、逆に、傾斜角度が大きいと、下側連続シート体１２ｂの上に長繊維交絡体１４が固まって堆積するのである。

なお、吸引口１３２ｂは、通過領域１３２ｃの幅方向端部に非吸引領域を形成するように設けられると、接合部１２ｃ（図１参照）を容易に設け得て、袋状に積層シート体１０を形成できやすくなるのである。

図２に戻ると、重ね合わせ機構１４０は、連続的に繰り出される上側連続シート体１２ａを周面で受ける上側ロール１４２と、連続的に繰り出される下側連続シート体１２ｂを周面で受ける下側ロール１４４と、の上下方向に配列される一対の上下対向ロールを含む。また、上側ロール１４２及び下側ロール１４４は、互いに対して独立して回転するとともに、互いの回転軸間距離を接近又は離間できる調整機能を有しており、これにより、２つのロール間に間隙を形成しつつ、連続的に搬送される連続積層シート体１０ｂに与える挟持力を調整可能となる。

図３に示すように、送給方向接合機構１５０は、上流の重ね合わせ機構１４０から搬送されてきた連続積層シート体１０を挟み込んで送給する一対の上流側搬送ロール１５２と、一対の下流側搬送ロール１５４と、これらの間の搬送路に配置された搬送台１５６と、この搬送台１５６に対向して配置される接合装置１５８と、を含む。接合装置１５８は、連続積層シート体１０の上側連続シート体１２ａと下側連続シート体１２ｂとを重ね合わせて接合部１２ｃ（図１参照）を形成することができるものであれば、どのような接合手法を用いてもよいが、図３においては、先端に接触振動子１５８ａを備えるとともに搬送台１５６の上面との間にワークを挟んで超音波振動により接合を行う超音波接合装置を例示している。また、接合装置１５８は、連続積層シート体１０の幅方向の両端近傍に一対で配置される。これにより、送給方向接合機構１５０は、重ね合わされた連続積層シート体１０ｂを送給しつつその幅方向の両端近傍を連続的に重ね合わせ接合を行う。

幅方向接合切断機構（切断ユニット）１６０は、その上面に連続積層シート体１０の搬送方向と直交する方向に配置された一対のスライドレールを有するレール部材１６２ａを備えた本体部１６２と、このレール部材１６２ａの一方の側面にスライドアーム１６３を介してスライド自在に取り付けられた接合装置１６４と、レール部材１６２ａの他方の側面にスライドアーム１６５を介してスライド自在に取り付けられた切断装置１６６と、を含む。また、レール部材１６２ａの下端の一部には、連続積層シート体１０を挿通可能な搬送空間Ｓ３が形成されている。

接合装置１６４は、送給方向接合機構１５０の場合と同様に任意の接合手法を用い得るが、先端に接触振動子１６４ａを備えるとともに本体部１６２の上面との間にワークを挟んで超音波振動により接合を行う融着装置を例示できる。そして、接合装置１６４が重ね合わされた連続積層シート体１０ｂの幅方向に連続的に重ね合わせ熱融着させることにより、連続積層シート体１０を所定長さだけ搬送して２か所の接合部１２ｄを形成することができる。

一方、切断装置１６６は、下端部に切断刃１６６ａが取り付けられており、切断刃１６６ａの先端を連続積層シート体１０の全厚に対して切り込んだ状態でスライドアーム１６５が移動することにより、シート体の任意の位置で幅方向に切断線を入れられるように構成されている。これにより、前段の接合装置１６４で幅方向に形成された接合部１２ｄの近傍を切断して、所定長の積層シート体１０（図１参照）に分離する。

滞留機構１７０は、搬送される連続積層シート体１０の入側に固定された第１ガイドローラ１７２と、出側に固定された第２ガイドローラ１７４と、これらの中間に位置して上下動可能なダンサローラ１７６と、を含み、送給方向接合機構１５０及び幅方向接合切断機構１６０との間に配置される。ダンサローラ１７６は、矢印Ａ１で示される方向に上下動するための昇降機構（図示せず）に取り付けられており、第１ガイドローラ及び第２ガイドローラとの相対距離を調整することにより、連続積層シート体１０ｂを滞留させる。これにより、後流側の幅方向接合切断機構１６０で接合あるいは切断中に連続積層シート体１０の搬送を停止させた状態で作業を行うことが可能となる。

以上述べた積層シート体１０の製造装置１００によれば、複合ノズルブロック１１６と下側連続シート体１２ｂを挟んで対向する位置に配置され、繊維供給機構１１０からの吐出気流Ｂ１で飛ばされた長繊維交絡体１４をチャンバ１３５によって周囲の雰囲気とともに吸引して下側連続シート体１２ｂの一方の面に積層させる吸引ユニット１３０を設けている。そして、吸引ユニット１３０の傾斜面板１３２ａには、下側連続シート体１２ｂを通過させる通過領域１３２ｃに沿って、下側連続シート体１２ｂを間に介してチャンバ１３５内を吸引する吸引口１３２ｂを設けている。ここで、所定の非吸引領域を設けることで、下側連続シート体１２ｂの一方の面に長繊維交絡体１４を均一に堆積させ得て、コンパクトな装置でありながら比較的幅広の積層シート体を得られるのである。

ここまで本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれらの例に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１０ 連続積層シート体
１２ａ 上側連続シート体
１２ｂ 下側連続シート体
１４ 長繊維交絡体
１５ 開口
１００ 積層シート体の製造装置
１１０ 繊維供給機構
１１４ 押出機
１１６ 複合ノズルブロック
１１７ ホッパー
１２０ 繰り出し機構
１３０ 吸引機構（吸引ユニット）
１３２ 支持部材
１３４ 排気装置
１３５ チャンバ
１４０ 重ね合わせ機構
１５０ 送給方向接合機構
１６０ 幅方向接合切断機構（切断ユニット）
１７０ 滞留機構

Claims (7)

1. 押出機の樹脂ノズルから押し出される熱可塑性樹脂を略水平方向に形成された吐出気流に与えて長繊維交絡体としこれを２枚の不織布の間に連続的に挟み込んでなる積層シート体の製造装置であって、
   長尺方向且つ同一方向に流れる上側連続シート体及び下側連続シート体を上下方向から徐々に近接させつつこの間を通して面同士を重ね合わせて送出する上下対向ロールと、
   前記上下対向ロールの上流にあって、前記吐出気流の水平進行方向に対して開口を向けたチャンバで前記吐出気流で飛ばされてくる前記長繊維交絡体を周囲の雰囲気とともに吸引するとともに、前記チャンバ内においてこの中を通過する前記下側連続シート体の上に前記長繊維交絡体を与えていく吸引ユニットと、を含み、
   前記チャンバ内には、前記吐出気流の前記水平進行方向に対して斜めに上るように傾斜し前記下側連続シート体をこの上面に沿って上がるように通過させる傾斜面板を備え、前記傾斜面板はその上面に前記下側連続シート体を通過させる通過領域に沿って前記下側連続シート体を間に介して前記チャンバ内を吸引する吸引口を設けられており、前記吸引口が前記通過領域に沿って下側に向けて広がる非吸引領域を形成するように設けられていることを特徴とする積層シート体の製造装置。
2. 前記非吸引領域は、逆Ｖ字状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の積層シート体の製造装置。
3. 前記吸引口は、複数の開口として設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層シート体の製造装置。
4. 前記吸引口は、前記通過領域の幅方向端部に非吸引領域を形成するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうちの１つに記載の積層シート体の製造装置。
5. 前記上下対向ロールの下流にあって、前記幅方向端部の前記非吸引領域で前記上側連続シート体及び前記下側連続シート体を連続的に熱融着させる融着装置を設けられていることを特徴とする請求項４記載の積層シート体の製造装置。
6. 前記傾斜面板は、前記水平進行方向に対しての傾斜角度を変更可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のうちの１つに記載の積層シート体の製造装置。
7. 前記長繊維交絡体は、少なくとも１０μｍ以下の平均径を有する長繊維からなることを特徴とする請求項１乃至６のうちの１つに記載の積層シート体の製造装置。

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