JP7352946B2 - メルトブロー装置 - Google Patents

Description

本発明は、メルトブロー装置に関する。

特許文献１には、複数のノズルが一列に並んで設けられている極細繊維生成装置が開示されている。

特許第６１８７９２５号

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、１つのノズルには１つのノズル孔しか形成されておらず、特許文献１には、１つのノズルから吐出される樹脂の量を増やすという課題は開示されていない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、１つのノズルから吐出される樹脂の量を増やすことができるメルトブロー装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るメルトブロー装置は、例えば、溶融ポリマーを吐出する複数の樹脂ノズルと、高温の空気を生成する高温空気生成部と、前記樹脂ノズルに隣接して設けられており、前記高温空気生成部で生成された高温の空気を吐出するエアノズルと、を有する空気流発生部と、前記溶融ポリマーが前記エアノズルから吐出された空気により延伸されて生成された繊維状の樹脂を捕集する捕集部と、を備え、複数の前記樹脂ノズルは、一列に並んで設けられており、前記樹脂ノズルは、それぞれ、隣接して設けられた複数のノズル孔を有することを特徴とする。

本発明に係るメルトブロー装置によれば、一列に並んで設けられた複数の樹脂ノズルは、それぞれ、隣接して設けられた複数のノズル孔を有する。これにより、１つのノズルから吐出される樹脂の量を増やすことができる。

ここで、前記樹脂ノズルは、第１ノズル孔及び第２ノズル孔を有し、前記第１ノズル孔及び前記第２ノズル孔は、直線状の貫通孔であり、前記第１ノズル孔は、前記溶融ポリマーが流入する略円筒形状の第１大径部と、前記第１大径部の奥側に形成されており、前記第１大径部の直径より直径が小さい第１小径部と、を有し、前記第２ノズル孔は、前記溶融ポリマーが流入する略円筒形状の第２大径部と、前記第２大径部の奥側に形成されており、前記第２大径部の直径より直径が小さい第２小径部と、を有し、前記溶融ポリマーは、前記第１小径部及び前記第２小径部の先端から吐出されてもよい。これにより、大径部から小径部へ溶融ポリマーを安定して流すことができる。

ここで、前記第１小径部の直径は、前記第２小径部の直径より大きくてもよい。これにより、異なる直径のナノファイバを同時に生成することができる。

ここで、前記第１小径部の長さを前記第１小径部の直径で割った値は、前記第２小径部の長さを前記第２小径部の直径で割った値より大きくてもよい。これにより、第１小径部の直径と第２小径部の直径とが異なる場合であっても、第１小径部及び第２小径部から同じように溶融ポリマーを吐出させることができる。

ここで、前記第１小径部の直径と前記第２小径部の直径とは略同じであり、前記第１小径部の長さと前記第２小径部の長さとは略同じであってもよい。これにより、ナノファイバの製造量を２倍にし、生産性を向上させることができる。

本発明によれば、１つのノズルから吐出される樹脂の量を増やすことができる。

メルトブロー装置１の概略を示す模式図である。 メルトブロー装置１の一部を拡大して模式的に示した斜視図である。 樹脂ノズル１４の概略を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 樹脂ノズル１４Ａの概略を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明のメルトブロー装置は、熱可塑性プラスチック樹脂を溶融して押出機のノズルから吐出し、高速高温の気流で吹き出すメルトブロー法により繊維径の小さい繊維（ナノファイバー）を製造するために用いられる装置である。

＜第１の実施の形態＞
図１は、メルトブロー装置１の概略を示す模式図である。図２は、メルトブロー装置１の一部を拡大して模式的に示した斜視図である。メルトブロー装置１は、主として、樹脂供給部１０と、空気流発生部２０と、捕集部３０と、を有する。

樹脂供給部１０は、主として、ホッパ１１と、押出機１２と、ダイ１３と、樹脂ノズル１４とを有する。熱可塑性プラスチック樹脂の原料チップをホッパ１１に投入し、押出機１２に備えられた図示しないヒータで加熱して熱可塑性プラスチック樹脂を溶融し、溶融ポリマーを得る。押出機１２は、溶融ポリマーをダイ１３へと押し出す。

樹脂ノズル１４は、ダイ１３に設けられており、ダイ１３から供給された溶融ポリマーを吐出する。樹脂ノズル１４は、図２に示すように、一列に並んで設けられている。樹脂ノズル１４からは、溶融ポリマーが上方から下方に向けて吐出される。樹脂ノズル１４には、それぞれ、複数のノズル孔が形成されている。樹脂ノズル１４については後に詳述する

本実施の形態では、熱可塑性プラスチック樹脂として、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が用いられるが、これに限定されるものではない。

空気流発生部２０は、主として、圧縮空気を生成するコンプレッサ２１と、圧縮空気が通過する配管２２と、レギュレータ２３と、配管２２を加熱するヒータ２４と、エアノズル２５とを有する。コンプレッサ２１、配管２２、及びヒータ２４により、高温の空気が生成される。エアノズル２５は、樹脂ノズル１４に隣接して設けられており、生成された高温かつ高圧の空気を吐出する。

エアノズル２５は、図２に示すように、一列に並んで設けられている。エアノズル２５の配列方向は、樹脂ノズル１４の配列方向と略平行であり、エアノズル２５の配置領域は樹脂ノズル１４の配置領域を含む。

エアノズル２５からは、高温の空気が水平方向に吐出される。エアノズル２５から吐出された空気を吹き付けることにより、樹脂ノズル１４から吐出された溶融ポリマーが延伸されて、繊維状の樹脂（ナノファイバ）となる。また、エアノズル２５を樹脂ノズル１４の中心軸と交差する位置に配置することで、自重で落下する溶融ポリマーをできるだけ早い段階で空気流にのせ、空気による延伸の効果を高くすることができる。

捕集部３０は、主として、繊維状の樹脂を捕集する略円筒形状のサクションドラム３１と、ブロワ３２と、ブロワ３２に接続された吸引部３３と、不織布５１、５２が巻回された不織布ロール３４、３５と、巻取りドラム３６とを有する。ここで、不織布５１は基材であり、不織布５２はカバー材である。

エアノズル２５から吐出される空気は大風量（約７０リットル／分）であり、風速も速いため、エアノズル２５から吐出された空気により、随伴流が発生する。そのため、樹脂ノズル１４から吐出された溶融ポリマーは、まず随伴流に乗って水平方向(図１における右方向)に吹き飛ばされ、その後エアノズル２５から吐出された空気により前方（エアノズル２５から吐出された空気の流れの下流側）に吹き飛ばされることで延伸されて繊維状の樹脂（ナノファイバ）となり、サクションドラム３１に吹き付けられる。サクションドラム３１には不織布ロール３４から引き出された不織布５１が巻き掛けられており、吸引部３３から空気が吸引されることでナノファイバが不織布５１の表面に吸着する。

不織布５１の端は巻取りドラム３６に設けられている。巻取りドラム３６が一定の速度で回転することで、ナノファイバが表面に吸着した不織布５１は、巻取りドラム３６に向けて一定速度で移動する。

また、不織布ロール３５から引き出された不織布５２も、端が巻取りドラム３６に設けられている。したがって、巻取りドラム３６が一定の速度で回転することで、不織布５２が不織布５１表面のナノファイバ層を覆う。そして、不織布５２が不織布５１表面のナノファイバ層を覆ったものをカレンダー加工等により一体化することで、ナノファイバが不織布５１、５２によって挟持された完成品（布状の製品）となり、巻取りドラム３６に巻回される。この布状の製品は、例えば濾材として用いることができる。ナノファイバが不織布５１、５２によって狭持されることにより形成された濾材は、空隙率が高く、通気抵抗が低いという利点がある。

次に、樹脂ノズル１４について説明する。図３は、樹脂ノズル１４の概略を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。樹脂ノズル１４は、中心軸１４ａｘが略鉛直方向に沿っており、図３（Ｂ）では、左側が鉛直方向上側であり、右側が鉛直方向下側である。

樹脂ノズル１４は、フランジ部１４ａと、略円筒形状の筒状部１４ｂとを有する。フランジ部１４ａはダイ１３に設けられ、筒状部１４ｂの先端（フランジ部１４ａが設けられている側と反対側）がダイ１３の下側から露出する。

樹脂ノズル１４は、直線状の貫通孔である第１ノズル孔１４１及び第２ノズル孔１４５を有する。第１ノズル孔１４１及び第２ノズル孔１４５は、隣接して設けられている。第１ノズル孔１４１及び第２ノズル孔１４５は、樹脂ノズル１４を鉛直方向に貫通する孔であり、両側がフランジ部１４ａの上側の面１４ｃと筒状部１４ｂの下側の面１４ｄとに開口する。

なお、樹脂ノズル１４の根元側を、樹脂ノズル１４のダイ１３に近い側とし、樹脂ノズル１４の先端側を、樹脂ノズル１４のダイ１３から遠い側とする。つまり、フランジ部１４ａは、樹脂ノズル１４の根元側に設けられている。

第１ノズル孔１４１は、略円筒形状の大径部１４２と、略円筒形状の小径部１４３とを有する。大径部１４２は樹脂ノズル１４の根元側に形成されており、一端が面１４ｃ（ここでは、穴１４９の底面）に開口している。小径部１４３は、大径部１４２の奥側に形成されており、一端が大径部１４２の端に開口しており、他端が面１４ｄに開口している。

本実施の形態では、面１４ｃに穴１４９が設けられており、大径部１４２の一端が穴１４９の底面に開口しているが、穴１４９は必須ではなく、穴１４９の底面と面１４ｃとは同義である。

なお、樹脂ノズル１４の根元側（面１４ｃ側）から見たときに、面１４ｃから樹脂ノズル１４の中へ入った側を奥側とし、面１４ｃ側を手前側とする。

小径部１４３の直径φ１は、大径部１４２の直径より小さく、その大きさは０．５ｍｍ程度とかなり小さい。ただし、小径部１４３の直径は、第２ノズル孔１４５の小径部１４７（後に詳述）の直径より大きい。

大径部１４２には、面１４ｃ側の端から溶融ポリマーが流入する。溶融ポリマーは、大径部１４２の奥に向かって流れ、小径部１４３に流入する。小径部１４３に流入した溶融ポリマーは、小径部１４３の奥側の端、つまり面１４ｄに開口している端から吐出される。

第２ノズル孔１４５は、略円筒形状の大径部１４６と、略円筒形状の小径部１４７とを有する。大径部１４６は樹脂ノズル１４の根元側に形成されており、一端が面１４ｃに開口している。小径部１４７は、大径部１４６の奥側に形成されており、一端が大径部１４６の端に開口しており、他端が面１４ｄに開口している。

小径部１４７の直径φ２は、大径部１４６の直径より小さく、その大きさは０．３ｍｍ程度とかなり小さい。また、小径部１４７の直径φ２は、小径部１４３の直径φ１より小さい。

大径部１４６には、面１４ｃ側の端から溶融ポリマーが流入する。溶融ポリマーは、大径部１４６の奥に向かって流れ、小径部１４７に流入する。小径部１４７に流入した溶融ポリマーは、小径部１４７の奥側の端、つまり面１４ｄに開口している端から吐出される。

樹脂ノズル１４は、中心軸１４ａｘが略鉛直方向に沿っている。したがって、第１ノズル孔１４１の中心軸ａｘ１及び第２ノズル孔１４５の中心軸ａｘ２もが略鉛直方向に沿っており、小径部１４３、１４７から吐出された溶融ポリマーは、自重で鉛直下向きに落下する。

第１ノズル孔１４１の小径部１４３の直径φ１は、第２ノズル孔１４５の小径部１４７の直径φ２より大きい。そして、小径部１４３の長さＬ１を小径部１４３の直径φ１で割った値Ｘ１は、小径部１４７の長さＬ２を小径部１４７の直径φ２で割った値Ｘ２より大きい。そのため、小径部１４３の直径φ１と小径部１４７の直径φ２とが異なる場合であっても、小径部１４３及び小径部１４７から同じように溶融ポリマーを吐出させることができる。

小径部１４３の長さＬ１を小径部１４３の直径φ１で割った値Ｘ１が、小径部１４７の長さＬ２を小径部１４７の直径φ２で割った値Ｘ２より大きいことを数式で示すと、以下の数式（１）のようになる。
［数１］
Ｘ１＝Ａ×（φ１／φ２）×Ｘ２ （ただし、Ａは１以上の数）・・・（１）

値Ｘ１、Ｘ２が大きすぎると、第１ノズル孔１４１内部の圧損過大により、小径部１４３の先端から溶融ポリマーが噴き出さなかったり、溶融ポリマーが不連続に噴き出したりする不具合が発生するおそれがある。したがって、値Ｘ２を４～６程度とし、係数Ａを３以下（好ましくは、２～３程度）とすることが望ましい。

本実施の形態によれば、１つの樹脂ノズル１４が２つのノズル孔（第１ノズル孔１４１及び第２ノズル孔１４５）を有することで、１つの樹脂ノズル１４から吐出される樹脂の量を増やすことができる。

また、本実施の形態によれば、第１ノズル孔１４１の小径部１４３の直径φ１と、第２ノズル孔１４５の小径部１４７の直径φ２とが異なるため、異なる直径のナノファイバを同時に生成することができる。そして、異なる直径のナノファイバが表面に混在して吸着された不織布５１を不織布５２で覆った完成品を濾材として用いることで、同径のナノファイバのみを含む濾材に比べ、濾過性能、断熱性能、吸音性能を改善することができる。また、直径の異なるナノファイバが混在する完成品は、断熱性能、吸音性能が改善されているため、この完成品を断熱材、防音材として使用することができる。

なお、本実施の形態では、大径部１４２、１４６の底面（奥側（小径部１４３、１４７側）の面）が中心軸ａｘ１、ａｘ２と略直交していたが、大径部１４２、１４６の底面の形状はこれに限られない。例えば、大径部１４２、１４６の底面が、溶融ポリマーの流れを妨げないように、直径が徐々に細くなるテーパー形状となっていてもよい。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態は、直径が異なる第１ノズル孔１４１と第２ノズル孔１４５が樹脂ノズル１４に設けられていたが、樹脂ノズルが有する第１ノズル孔及び第２ノズル孔の形態はこれに限られない。本発明の第２の実施の形態は、樹脂ノズルが２つの同じノズル孔を有する形態である。以下、第２の実施の形態にかかるメルトブロー装置について説明する。

第１の実施の形態にかかるメルトブロー装置１と第２の実施の形態にかかるメルトブロー装置との差異は、樹脂ノズルのみであり、その他の構成は同一である。したがって、以下、第２の実施の形態にかかるメルトブロー装置の樹脂ノズル１４Ａについてのみ説明し、その他の部分については説明を省略する。また、第１の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図４は、樹脂ノズル１４Ａの概略を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。樹脂ノズル１４Ａは、中心軸１４ａｘが略鉛直方向に沿っており、図４（Ｂ）では、左側が鉛直方向上側であり、右側が鉛直方向下側である。

樹脂ノズル１４Ａは、フランジ部１４ａと、略円筒形状の筒状部１４ｂとを有する。また、樹脂ノズル１４Ａは、直線状の貫通孔である第１ノズル孔１４１Ａと第２ノズル孔１４５Ａとを有する。

第１ノズル孔１４１Ａ及び第２ノズル孔１４５Ａは、隣接して設けられている。第１ノズル孔１４１Ａ及び第２ノズル孔１４５Ａは、樹脂ノズル１４Ａを鉛直方向に貫通する孔であり、両側が面１４ｃ及び面１４ｄに開口する。

第１ノズル孔１４１Ａは、略円筒形状の大径部１４２Ａと、略円筒形状の小径部１４３Ａとを有する。大径部１４２Ａは樹脂ノズル１４の根元側に形成されており、一端が面１４ｃに開口している。小径部１４３Ａは、大径部１４２の奥側に形成されており、一端が大径部１４２Ａの端に開口しており、他端が面１４ｄに開口している。

第２ノズル孔１４５Ａは、略円筒形状の大径部１４６Ａと、略円筒形状の小径部１４７Ａとを有する。大径部１４６Ａは樹脂ノズル１４Ａの根元側に形成されており、一端が面１４ｃに開口している。小径部１４７Ａは、大径部１４６Ａの奥側に形成されており、一端が大径部１４６Ａの端に開口しており、他端が面１４ｄに開口している。

小径部１４３Ａ、１４７Ａの直径φ３は、それぞれ、大径部１４２Ａ、１４６Ａの直径より小さい。小径部１４３Ａの直径φ３と小径部１４７Ａの直径φ３とは略同じであり、その大きさは０．３ｍｍ程度である。

大径部１４２Ａ、１４６Ａには、それぞれ、面１４ｃ側の端から溶融ポリマーが流入する。溶融ポリマーは、それぞれ、大径部１４２Ａ、１４６Ａの奥に向かって流れ、小径部１４３Ａ、１４７Ａに流入する。小径部１４３Ａ、１４７Ａに流入した溶融ポリマーは、それぞれ、面１４ｄ側の端から吐出される。第１ノズル孔１４１Ａの中心軸ａｘ１及び第２ノズル孔１４５Ａの中心軸ａｘ２が略鉛直方向に沿っており、小径部１４３Ａ、１４７Ａから吐出された溶融ポリマーは、自重で鉛直下向きに落下する。

第１ノズル孔１４１Ａの小径部１４３Ａの直径φ３と第２ノズル孔１４５Ａの小径部１４７Ａの直径φ３とは略同じであり、小径部１４３Ａの長さＬ３と小径部１４７Ａの長さＬ３とは略同じである。そのため、小径部１４３Ａ及び小径部１４７Ａから同じ条件で溶融ポリマーを吐出させることができる。

本実施の形態によれば、１つの樹脂ノズル１４Ａが２つのノズル孔（第１ノズル孔１４１Ａ及び第２ノズル孔１４５Ａ）を有することで、１つの樹脂ノズル１４Ａから吐出される樹脂の量を増やすことができる。また、小径部１４３Ａの直径φ１３と小径部１４７Ａの直径φ３とを略同じとすることで、ナノファイバの製造量を２倍にし、生産性を向上させることができる。

なお、第１、２の実施の形態では、樹脂ノズルが２つのノズル孔（第１ノズル孔及び第２ノズル孔）を有したが、樹脂ノズルが有するノズル孔の数は２つに限られない。樹脂ノズルは、隣接して設けられた複数のノズル孔を有すればよく、ノズル孔の数は３個以上でもよい。例えば、３個のノズル孔は、２つのノズル孔の組み合わせとして考えることができる。また、例えば、樹脂ノズルが、２つの第１ノズル孔１４１Ａと、第１ノズル孔１４１Ａと直径の異なる第２ノズル孔１４５Ａを有していてもよいし、第１ノズル孔１４１Ａ及び第２ノズル孔１４５Ａを２つずつ有していてもよい。

また、第１、２の実施の形態では、高温の空気が水平方向に吐出されるエアノズル２５を設けたが、エアノズル２５の形態はこれに限られない。例えば、高温の空気が鉛直下向きに吐出されるエアノズル２５を、樹脂ノズル１４に隣接するようにダイ１３に設けてもよい。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に他の構成の追加、削除、置換等をすることが可能である。

また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、「略鉛直方向」とは、厳密に鉛直方向の場合には限られず、例えば数度程度の誤差を含む概念である。また、例えば、単に直交、平行、一致等と表現する場合において、厳密に直交、平行、一致等の場合のみでなく、略平行、略直交、略一致等の場合を含むものとする。

また、本発明において「近傍」とは、基準となる位置の近くのある範囲（任意に定めることができる）の領域を含むことを意味する。例えば、端近傍という場合に、端の近くのある範囲の領域であって、端を含んでもいても含んでいなくてもよいことを示す概念である。

１ ：メルトブロー装置
１０ ：樹脂供給部
１１ ：ホッパ
１２ ：押出機
１３ ：ダイ
１４、１４Ａ：樹脂ノズル
１４ａ ：フランジ部
１４ａｘ ：中心軸
１４ｂ ：筒状部
１４ｃ、１４ｄ：面
２０ ：空気流発生部
２１ ：コンプレッサ
２２ ：配管
２３ ：レギュレータ
２４ ：ヒータ
２５ ：エアノズル
３０ ：捕集部
３１ ：サクションドラム
３２ ：ブロワ
３３ ：吸引部
３４、３５：不織布ロール
３６ ：巻取りドラム
５１、５２：不織布
１４１、１４１Ａ：第１ノズル孔
１４２、１４２Ａ：大径部
１４３、１４３Ａ：小径部
１４５、１４５Ａ：第２ノズル孔
１４６、１４６Ａ：大径部
１４７、１４７Ａ：小径部
１４９ ：穴

Claims (5)

1. 溶融ポリマーを吐出する複数の樹脂ノズルと、
   高温の空気を生成する高温空気生成部と、前記樹脂ノズルに隣接して設けられており、前記高温空気生成部で生成された高温の空気を吐出するエアノズルと、を有する空気流発生部と、
   前記溶融ポリマーが前記エアノズルから吐出された空気により延伸されて生成された繊維状の樹脂を捕集する捕集部と、
   を備え、
   複数の前記樹脂ノズルは、一列に並んで設けられており、
   前記樹脂ノズルは、それぞれ、隣接して設けられた複数のノズル孔を有する
   ことを特徴とするメルトブロー装置。
2. 前記樹脂ノズルは、第１ノズル孔及び第２ノズル孔を有し、
   前記第１ノズル孔及び前記第２ノズル孔は、直線状の貫通孔であり、
   前記第１ノズル孔は、前記溶融ポリマーが流入する略円筒形状の第１大径部と、前記第１大径部の奥側に形成されており、前記第１大径部の直径より直径が小さい第１小径部と、を有し、
   前記第２ノズル孔は、前記溶融ポリマーが流入する略円筒形状の第２大径部と、前記第２大径部の奥側に形成されており、前記第２大径部の直径より直径が小さい第２小径部と、を有し、
   前記溶融ポリマーは、前記第１小径部及び前記第２小径部の先端から吐出される
   ことを特徴とする請求項１に記載のメルトブロー装置。
3. 前記第１小径部の直径は、前記第２小径部の直径より大きい
   ことを特徴とする請求項２に記載のメルトブロー装置。
4. 前記第１小径部の長さを前記第１小径部の直径で割った値は、前記第２小径部の長さを前記第２小径部の直径で割った値より大きい
   ことを特徴とする請求項３に記載のメルトブロー装置。
5. 前記第１小径部の直径と前記第２小径部の直径とは略同じであり、
   前記第１小径部の長さと前記第２小径部の長さとは略同じである
   ことを特徴とする請求項２に記載のメルトブロー装置。

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