WO2019004353A1 - 極細繊維の製造装置及び極細繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

極細繊維の製造装置は、ノズル部（１０）と、レーザー照射部（２６）と、延伸室（２１）とを備える。前記ノズル部（１０）は、原繊維（２５）を供給する導入口と、前記導入口に連通し、前記原繊維を送出すると共に前記原繊維を延伸するための第１延伸気流（１６）を噴出する第１噴出口と、前記第１噴出口の周囲に配置され、第２延伸気流（１７）を噴出する第２噴出口とを有する。レーザー照射部（２６）には、前記ノズル部（１０）が設置され、前記第１噴出口から送出された前記原繊維（２５）にレーザー光を照射して溶融する。延伸室（２１）では、溶融した前記原繊維（２５）を、前記ノズル部（１０）から噴出される前記第１延伸気流（１６）及び前記第２延伸気流（１７）を用いて延伸する。

Description

極細繊維の製造装置及び極細繊維の製造方法

　本発明は、極細繊維の製造装置及び製造方法に関し、特にレーザー光により原繊維を溶融させ、ノズルから噴出される延伸気流により繊維を延伸する、レーザー延伸法によるナノファイバー紡糸に適用されるものである。

　特許文献１には、レーザー延伸法によるナノファイバー製造方法が記載されている。また、特許文献２には、マルチフィラメントの振動紡糸により、上記特許文献１の技術で課題となる生産性と均一性の悪さを改善したナノファイバーの製造方法が提案されている。この特許文献２では、ノズルにマルチフィラメントを供給して振動させることで、複数のナノファイバー化の観点から、高い生産性でナノファイバーを製造できる。また、１つのオリフィスから多数本のナノファイバーが発生し、振動によってランダムに吹き付けられるため、少ないオリフィス数で均一性の高い不織布が得られる、とされている。

国際公開第２００８／０８４７９７号 国際公開第２０１５／１４１４９５号

　ところで、上記特許文献２の技術では、マルチフィラメントの振動角を制御することが重要であり、振動角が大きすぎると溶融した原糸や延伸された繊維がノズル面に接触することがある。溶融した原糸がオリフィス面に接触したり、また、延伸された繊維が延伸気流の周辺に舞い上がることでノズル周辺に延伸された繊維等が付着して汚染され、長時間安定した運転を行う際の障害となる虞がある。また、マルチフィラメントの振動状態が不安定な場合には、原糸樹脂の溶融塊（ショット玉と呼ばれる樹脂塊）が発生することがあり、製造物に付着して品質が低下する可能性がある。

　本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、長時間安定的に極細繊維を製造可能とし、延伸不良による樹脂塊の発生量を低減できる極細繊維の製造装置及び製造方法を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、延伸された極細繊維がノズル部に付着することを防止することで、より高い生産性で長時間安定的に極細繊維を製造でき、製造物の高品質化も図れる製造装置及び製造方法を提供することにある。

　本発明の一態様によると、原繊維を供給する導入口と、前記導入口に連通し、前記原繊維を送出すると共に前記原繊維を延伸するための第１延伸気流を噴出する第１噴出口と、前記第１噴出口の周囲に配置され、第２延伸気流を噴出する第２噴出口とを有するノズル部と、前記ノズル部が設置され、前記第１噴出口から送出された前記原繊維にレーザー光を照射して溶融するレーザー照射部と、溶融した前記原繊維を、前記ノズル部から噴出される前記第１延伸気流及び前記第２延伸気流を用いて延伸する延伸室とを具備する極細繊維の製造装置が提供される。

　また、上記極細繊維の製造装置において、前記第２延伸気流は、前記第１延伸気流よりも流速が遅い。

　更に、前記第１延伸気流と前記第２延伸気流は、前記延伸室の内部と外部との圧力差により生成する。

　更に、本発明の極細繊維の製造装置は、前記第２延伸気流の流速を制御する速度調整機構を更に具備する。

　そして、前記速度調整機構は、バルブまたはレギュレータを含む。

　更に、本発明の極細繊維の製造装置は、前記第２噴出口へ流れる空気の量を調節するスピードコントローラを更に具備し、前記スピードコントローラを操作して前記第２延伸気流の流速を制御する。

　本発明の極細繊維の製造装置は、前記第２延伸気流の流速または流量を検出するセンサと、前記第２噴出口へ流れる空気の量を調節するスピードコントローラと、前記センサで検出した前記第２延伸気流の流速または流量に基づき、前記スピードコントローラを制御し、前記第２延伸気流の流速を制御する制御装置とを更に具備する。

　更に、前記第２噴出口が、円形の前記第１噴出口の周囲に同心円状に設けられ、前記第２延伸気流が前記第１延伸気流の周囲を囲んで生成される。

　更に、前記第２噴出口が、前記第１噴出口の周囲に設置された多孔質金属部材の空孔である。

　更に、前記ノズル部は、前記導入口と前記第１噴出口を複数備え、前記第２噴出口は前記各第１噴出口の周囲にそれぞれ設けられる。

　更にまた、本発明の他の態様によると、ノズル部の導入口に原繊維を供給し、前記導入口に連通した第１噴出口から延伸室に送出することと、前記延伸室に送出された前記原繊維にレーザー光を照射して、前記原繊維を溶融することと、前記溶融した原繊維を、前記第１噴出口から噴出される前記原繊維を延伸するための第１延伸気流、及び前記第１噴出口の周囲に配置された第２噴出口から噴出される第２延伸気流を用いて延伸することとを具備する極細繊維の製造方法が提供される。

　上記のような構成の極細繊維の製造装置及び製造方法によれば、第１延伸気流とその周囲の第２延伸気流を用いて溶融した繊維を延伸することで、第１延伸気流で繊維を延伸する際に発生した汚れの要因となる飛沫が、第２延伸気流により吹き飛ばされ、ノズルの第１噴出口の周囲に付着するのを抑制できる。しかも、第１延伸気流の周囲に第２延伸気流を発生させることで、第１噴出口から突出した繊維の、第１噴出口を起点とした振動範囲が制限され、繊維の揺れを抑制して樹脂塊の発生量を低減することができる。したがって、長時間安定的に極細繊維を製造可能とし、延伸不良による樹脂塊の発生量を低減できる極細繊維の製造装置及び製造方法を提供できる。

　また、汚れの要因となる飛沫がノズルの第１噴出口の周囲に付着するのを抑制できるので、ノズル部のクリーニングを少なくして、製造装置の連続運転時間を長くすることが可能となる。更に、樹脂塊の発生量を少なくできるので、製造物に付着する樹脂塊を低減でき、製造物の高品質化も図れる。この結果、より高い生産性で長時間安定的に極細繊維を製造でき、製造物の高品質化も図れる極細繊維の製造装置及び製造方法を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る極細繊維の製造装置の概略斜視図である。 図１の製造装置で用いられる極細繊維の製造用ノズルの第１の構成例を示す断面図である。 図２に示したノズルの先端部の拡大断面図である。 図２に示したノズルの先端部の拡大平面図である。 図１の製造装置で用いられる極細繊維の製造用ノズルの第２の構成例を示す断面図である。 図１の製造装置で用いられる極細繊維の製造用ノズルの第３の構成例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る極細繊維の製造装置の概略斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る極細繊維の製造装置の概略斜視図である。 図７の製造装置で用いられる極細繊維の製造用ノズルの構成例を示す断面図である。 従来の極細繊維の製造用ノズルにおける先端部への汚れの付着状態を示す図である。 本発明の第１の構成例に係る製造用ノズルにおける先端部への汚れの付着状態を示す図である。 本発明の第１の構成例に係る製造用ノズルにおいて、製造条件を変えたときの先端部への汚れの付着状態を示す図である。 図９Ａにおける汚れの付着状態を拡大して示す図である。 図９Ｃにおける汚れの付着状態を拡大して示す図である。 従来の製造装置で製造したナノファイバーシートへの樹脂塊の付着状態を示す図である。 本発明の製造装置で製造したナノファイバーシートへの樹脂塊の付着状態を示す図である。 従来の極細繊維の製造用ノズルにおける先端部への汚れの付着状態を示す図である。 本発明の極細繊維の製造用ノズルにおける先端部への汚れの付着状態を示す図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
　本発明は、繊維径（直径）が１０ｎｍ～１μｍ、好ましくは３０ｎｍ～８００ｎｍの極細繊維を製造する製造法及び製造装置に関する。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る極細繊維の製造装置を示しており、いわゆる炭酸ガスレーザー超音速延伸装置の概略構成図である。この装置は、延伸室２１内で極細繊維（ナノファイバー）４０を製造するものであり、延伸室２１はｘ，ｙ，ｚ方向にそれぞれ移動可能な移動台２２上に設置され、この移動台２２は固定台２３に載置されている。繊維供給リール２４に巻回された原繊維（モノフィラメントまたはマルチフィラメント）２５は、繊維供給オリフィスとして働くノズル１０の導入口から噴出口に導かれる。原繊維２５は、熱により溶融する高分子材料（熱可塑性高分子材料）であれば適用でき、例えばポリエステル、生分解性ポリマー、難溶性ポリマー及びスーパーエンジニアリングプラスチックなど、様々な材料が適用できる。

　更に詳しくは、原繊維２５は、糸状に加工可能な熱可塑性樹脂からなる。このような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。上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、極細繊維の製造に好適である。

　また、原繊維２５がマルチフィラメントの場合、単原糸（フィラメント）が１０本以上束ねられたものが用いられる。束ねる本数は使用するノズル１０の噴出口のサイズとマルチフィラメントの総断面積との比に応じて適宜調整される。例えば１０本以上、好ましく２０本、更に好ましくは４０本以上からなるマルチフィラメントが用いられる。このマルチフィラメントを構成する１本当たりの直径は１０μｍ～２００μｍのフィラメントが用いられる。そして、複数本の原糸が束としての一体性を失い、バラバラにならないように撚りがかけられている。撚りの数は例えば２０回／ｍ以上であるが、マルチフィラメントの本数、形状、材質などによって適宜調整される。

　ノズル１０が設置されたレーザー照射部２６は、延伸室２１の上部に設置されている。延伸室２１を真空ポンプ（図示せず）で減圧すると、延伸室２１の内部と外部との圧力差により、ノズル１０から延伸室２１に空気が流入し、第１延伸気流１６が発生する。また、この第１延伸気流１６の周囲に、当該第１延伸気流１６よりも流速が遅い第２延伸気流１７が発生する。
　この状態で、ノズル１０の噴出口から突出した原繊維２５に、炭酸ガスレーザー発振器２７から照射窓２８を介してレーザーを照射して部分溶解させ、溶融した繊維を第１延伸気流１６と第２延伸気流１７により延伸してナノファイバー（極細繊維）４０を製造する。

　この際、第２延伸気流１７の流速が速すぎると原糸振動を不安定化させる場合があり、逆に遅すぎると効果が弱くなる。よって、延伸室２１内の気圧を調整したり、第２延伸気流１７を生成する通路中にバルブを設置して流速を調整したりするとよい。
　また、原繊維２５の供給速度、炭酸ガスレーザー発振器２７の出力、ノズル１０の導入口側と噴出口側の圧力差などの延伸条件を変えることで、ナノファイバー４０の繊維径を比較的容易に制御可能である。
　なお、図１において、レーザー照射部２６には、照射窓２８に対向する位置にレーザーの透過窓２９が設けられている。この透過窓２９には、炭酸ガスレーザーの出力を計測するパワーメータ３０が配置されている。

＜ノズルの第１の構成例＞
　図２は、図１の製造装置で用いられる極細繊維の製造用ノズルの第１の構成例を示している。このノズル１０は、外形が円柱状のアウターノズル部１１における内部空間１１ａ内に、インナーノズル部１２が収容された二重構造になっている。インナーノズル部１２は、原繊維の第１導入口１４側が広がり、第１導入口１４に連通する第１噴出口１５側が絞られた中空円筒形状である。このインナーノズル部１２の内部には、中心軸ＸＡに沿って、原繊維と空気（矢印Ａ１で示す）が通過する第１通路１３が形成されている。そして、第１導入口１４側と第１噴出口１５側の圧力差により、溶融した繊維を延伸する第１延伸気流１６を第１噴出口１５から発生させる。

　アウターノズル部１１とインナーノズル部１２の境界領域には、第１延伸気流１６よりも流速が遅い第２延伸気流１７を発生させる第２通路１８が形成されている。第２噴出口１９は、インナーノズル部１２の円形の第１噴出口１５の周囲に同心円状に設けられ、第２通路１８を介して流れる第２延伸気流１７を噴出する。本例では、第２通路１８の一部が広がった拡張部１８ａが形成されており、第２導入口２０から吸入された空気（矢印Ａ２で示す）により生成される第２延伸気流１７の流速変化を抑制するチャンバーとして働くようになっている。

　インナーノズルの第１延伸気流１６の流速を決める要素は、第１、第２導入口１４，２０側と第１、第２噴出口１５，１９側の圧力差、及び第１導入口１４と第１噴出口１５の面積比である。一方、アウターノズルの第２延伸気流の流速を決める要素は、第１、第２導入口１４，２０側と第１、第２噴出口１５，１９側の圧力差、及び第２通路１８の断面積が最小となる部分と第２噴出口１９の面積比である。そして、第１延伸気流１６と第２延伸気流１７の速度比が紡糸の安定性確保及び二重ノズルの汚れ抑制効果を得るうえで重要になる。実験によると、第１延伸気流１６と第２延伸気流１７の流速比（第２延伸気流１７／第１延伸気流１６）の望ましい範囲は、１．０～０．１であった。

　例えば、図３Ａ，図３Ｂに拡大して示すように、ノズル１０の先端部は、好ましくは第１噴出口１５の直径Φａ＝０．１ｍｍ～３．０ｍｍであり、使用する糸の太さ・繊度によって適切な径を選択する。また、第２噴出口１９の内側の直径Φｂ＝０．１ｍｍ～０．５ｍｍであり、出来るだけΦａに近い値（＝肉厚が薄い方）が良好な気流を生成する上で望ましい。一方で、機械強度・金属加工精度の制約から、ある程度の肉厚が必要になる。外側の直径Φｃ＝２．０ｍｍ～１０ｍｍである。これらの条件を満たしつつ、Φｃ＞Φｂである事、Φｃ＜ノズル間距離（多ノズルの場合）である事なども必要になる。これらを考慮し、例えば内側の直径Φｂ＝０．２ｍｍ、外側の直径Φｃ＝４ｍｍに設定している。

　更に、第１噴出口１５が第２噴出口１９よりもＴ＝０ｍｍ～１．０ｍｍ、例えば０．２ｍｍ内側になることで、ノズル１０先端部のクリーニングの際に、第１噴出口１５の破損を抑制できる。０～０．５ｍｍであれば紡糸への悪影響は無視できるレベルである。１．０ｍｍを超えるオフセットを付けると、オフセット量が大きくなるほど振動紡糸状態が不安定化する。なお、Ｌａ＝０．１ｍｍ～１０ｍｍ、Ｌｃ＝０．１ｍｍ～Φｃである。Ｌａ／Φａが大きくなりすぎると糸詰まりが発生しやすくなる。Ｌｃは第２通路１８を閉塞しなければ良い。これらを考慮した好ましい一例を挙げると、Ｌａ＝３×Φａ、Ｌｃ＝０．９×Φｃである。

　この場合、延伸室２１の気圧をＰ１、原繊維の供給室の気圧をＰ２としたとき、Ｐ１とＰ２の気圧は、Ｐ１＞Ｐ２であるが、Ｐ１≧２Ｐ２であることが好ましく、Ｐ１≧３Ｐ２がさらに好ましく、Ｐ１≧５Ｐ２であることが最も好ましい。Ｐ１とＰ２の圧力差（Ｐ１－Ｐ２）としては、具体的には、２０ｋＰａ以上であることが好ましく、５０ｋＰａ以上がより好ましく、７０ｋＰａ以上が最も好ましい。このような圧力比にすることで、第１延伸気流１６は亜音速から超音速領域になる。

　そして、ノズル１０の第１導入口１４から供給した原繊維を第１噴出口１５に導き、第２噴出口１９から第１延伸気流１６の周囲に第２延伸気流１７を噴出させた状態で、第１噴出口１５から突出した原繊維にレーザーを照射して部分溶解させ、溶融した繊維を第１延伸気流１６と第２延伸気流１７で延伸して極細繊維を製造する。
　第１導入口１４から供給する原繊維としては、モノフィラメント（単原糸）でも良いが、マルチフィラメント（多原糸）を用いることで、１つのノズル１０から多数本のナノファイバーが発生し、生産性を向上できる。マルチフィラメントとは、複数本のモノフィラメントの束である。マルチフィラメントを構成する各々のモノフィラメントの断面形状については特に制限はなく、円形、楕円形、四角形、三角形、台形、その他多角形などの各種異形原糸などを用いることができる、また中空糸、芯鞘型原糸、サイドバイサイド型原糸などの複合原糸でも構わない。更に、マルチフィラメントを構成する原糸は、全て同じものである必要はない。形状、材質が異なっているものを組み合わせたマルチフィラメントとしても良い。

　上記のような構成のノズル１０を用いると、第２噴出口１９から第１延伸気流１６の周囲に第２延伸気流１７を発生させた状態でレーザーを照射して原繊維２５を部分溶解させることで、第１延伸気流１６で繊維を延伸する際に発生した汚れの要因となる飛沫が、第２延伸気流１７により下方向に吹き飛ばされ、ノズル１０の第１噴出口１５の周囲に付着するのを抑制できる。更に、第２噴出口１９から第１延伸気流１６の周囲に第２延伸気流１７を発生させることで、第１噴出口１５から下方向に突出した繊維（振動子）の、第１噴出口１５を起点とした振動範囲が制限され、繊維の揺れを抑制できるので、延伸不良による樹脂塊の発生量を低減することができる。

　上記のような製造装置及び製造方法によれば、ノズル１０のクリーニングを少なくできるので、製造装置の連続運転時間を長くすることが可能となる。また、樹脂塊が製造物（例えばナノファイバー４０やナノファイバー不織布）に付着するのを抑制して高品質化も図れる。したがって、紡糸技術をさらに発展させることができる。

＜ノズルの第２の構成例＞
　図４は、図１の製造装置で用いられる極細繊維の製造用ノズルの第２の構成例を示している。上述した第１の構成例では、円形の第１噴出口１５の周囲に同心円状に第２噴出口１９を設けた。これに対し、本第２の構成例では、第１噴出口１５の周囲に多孔質金属部材３１を設置し、この多孔質金属部材３１の空孔を第２噴出口１９と同様に作用させて第２延伸気流１７を発生させている。
　この構成では、多孔質金属の通気性を適切に選択して、第２延伸気流１７の流速を適正範囲に保つ事が有効である。そして、この場合にも、第１延伸気流１６と第２延伸気流１７の流速比（第２延伸気流１７／第１延伸気流１６）の望ましい範囲は、１．０～０．１である。
　他の構成は図１と同様であるので、同一部分に同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
　このような構成のノズル１０であっても、上述した第１の構成例と実質的に同様な作用効果が得られる。また、図１に示した極細繊維の製造装置のノズル１０として同様に適用できる。

＜ノズルの第３の構成例＞
　図５は、図１の製造装置で用いられる極細繊維の製造用ノズルの第３の構成例を示している。上記第１の構成例では、ノズル１０の第１、第２導入口１４，２０側と第１、第２噴出口１５，１９側の圧力差、ノズル１０の第１導入口１４と第２導入口２０との面積比、及び先端部における第１噴出口１５と第２噴出口１９の面積比に基づいて、第２延伸気流１７の流速を制御するようにした。これに対し、本第３の構成例では、第２導入口２０の周辺に、第２延伸気流１７の流速を制御する速度調整機構３２を設け、原糸樹脂の溶解塊の発生状態に応じて第２延伸気流１７の流速を制御するようにしている。速度調整機構３２としては、例えばバルブやレギュレータなどを用いることができる。
　他の構成は図２と同様であるので、同一部分に同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
　このような構成のノズル１０であっても、上述した第１、第２の構成例と実質的に同様な作用効果が得られる。また、図１に示した極細繊維の製造装置のノズル１０として同様に適用でき、実質的に同じ作用効果が得られる。

［第２の実施形態］
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る極細繊維の製造装置の概略斜視図である。上述したノズルの第３の構成例では、速度調整機構３２を設けて第２延伸気流１７の流速を制御した。これに対し、本第２の実施形態では、スピードコントローラ５０、流量制御装置（制御装置）５１及び流量センサ（エアフローセンサ）５２を用いて第２延伸気流１７の流速を制御している。

　すなわち、ノズル１０の第２導入口２０を覆うように、中空環状形状の速度調整室５３を設け、スピードコントローラ５０から配管５４を介して空気を速度調整室５３に供給する。スピードコントローラ５０は、流量制御装置５１の制御により、エアフローセンサ５２で検出した空気量または流速に基づき、第２延伸気流１７の流速が所定値になるように、導入した空気（矢印Ａ３）の量を調節しつつ速度調整室５３に供給する。速度調整室５３に導入された空気は、ノズル１０の第２導入口２０に供給される。そして、ノズル１０の第１導入口１４から供給した原繊維を第１噴出口１５に導き、第２噴出口１９から第１延伸気流１６の周囲に、流速を制御された第２延伸気流１７を噴出させる。この状態で、第１噴出口１５から突出した原繊維にレーザーを照射して部分溶解させ、溶融した繊維を第１延伸気流１６と第２延伸気流１７で延伸して極細繊維を製造する。
　このように、第２延伸気流１７の流速をフィードバック制御することで、第２延伸気流の流速をより精密に制御することができ、延伸不良による樹脂塊の発生量を更に低減できる。

＜変形例１＞
　なお、本第２の実施形態では、フィードバック制御により第２延伸気流１７の流速制御を行うようにした。しかしながら、流量制御装置５１や流量センサ５２は設けずに、例えば目盛付スピードコントローラを設け、作業者が目盛を目視で確認しつつ手動操作で流量制御を行うように構成することもできる。

［第３の実施形態］
　図７は、本発明の第３の実施形態に係る極細繊維の製造装置を示しており、いわゆるマルチフィラメントの炭酸ガスレーザー超音速延伸装置の概略構成図である。この装置は、延伸室３３内に複数のナノファイバーを同時に捕集して、ナノファイバー不織布４１を製造するものである。繊維供給リール３４に巻回された複数の原繊維３５は、ニップロール３６を介して繊維供給オリフィスとして働く多連ノズル１００における各ノズル部の第１導入口部側から第１噴出口部側に導かれる。この多連ノズル１００は、上述した第１乃至第３の構成例で説明したノズルがｎ個並列配置された構成になっている。

　多連ノズル１００が設置されたレーザー照射部３７は、延伸室３３の上部に設置されており、延伸室３３を真空ポンプ（図示せず）で減圧すると、延伸室３３の内部と外部との圧力差により、各ノズル部から延伸室３３内に空気が流入し、第１噴出口部から第１延伸気流が発生する。また、第２噴出口部から第１延伸気流の周囲に、第１延伸気流よりも流速が遅い第２延伸気流が発生する。

　この状態で、各ノズル部の第１噴出口部から突出した原繊維３５に、炭酸ガスレーザー発振器３８から照射窓を介してノズル部の配列方向に沿ってレーザーを照射して部分溶解させ、溶融した繊維を第１及び第２延伸気流で延伸してｎ本の繊維を同時にナノファイバー化する。形成されたナノファイバーは、ネットコンベア３９上でシート状にされてナノファイバー不織布４１を製造する。
　ここで、第１の実施形態と同様に、原繊維３５の供給速度、レーザー発振器３８の出力、多連ノズル１００の導入口側と噴出口側の圧力差などの延伸条件を変えることで、ナノファイバーの繊維径を比較的容易に制御可能である。
　なお、延伸室３３の窓からレーザーを照射するようにすれば、必ずしも延伸室３３から突出したレーザー照射部３７を設ける必要はない。

＜ノズルの第４の構成例＞
　図８は、図７の製造装置で用いられる極細繊維の製造用ノズル（多連ノズル）の構成例を示している。この多連ノズル１００は、ｎ個（複数個）のノズル部１０－１，１０－２，…，１０－ｎが１列に配置された構成になっている。板状部材１１０の一方の面（大気解放面）に配置された複数の第１導入口部１４－１，１４－２，…，１４－ｎと、この板状部材１１０の対向面（延伸室側面）の各第１導入口部１４－１，１４－２，…，１４－ｎに対応する位置に配置され、各導入口に連通した複数の第１噴出口部１５－１，１５－２，…，１５－ｎとを備えている。

　板状部材１１０の他方の面には、第２通路１８－１，１８－２，…，１８－ｎが形成されている。第２噴出口１９－１，１９－２，…，１９－ｎは、第１噴出口１５－１，１５－２，…，１５－ｎの周囲に同心円状に設けられる。本例では、第２通路１８－１，１８－２，…，１８－ｎに拡張部１８ａが形成されており、流速変化を抑制するチャンバーとして働くようになっている。

　そして、第１導入口部１４－１，１４－２，…，１４－ｎ側と第１噴出口部１５－１，１５－２，…，１５－ｎ側の圧力差により、溶融した繊維を延伸する第１延伸気流１６－１，１６－２，…，１６－ｎを各第１噴出口部１５－１，１５－２，…，１５－ｎから発生させ、第２延伸気流１７－１，１７－２，…，１７－ｎを各第２噴出口部１９－１，１９－２，…，１９－ｎから発生させるものである。
　個々のノズル部１０－１，１０－２，…，１０－ｎの構成は、基本的には図１に示したノズルと同様な構成になっている。よって、同一部分に同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

　上記のような構成の多連ノズル１００では、第１乃至第３の構成例と同様に、第２噴出口部１９－１，１９－２，…，１９－ｎから第１延伸気流１６－１，１６－２，…，１６－ｎの周囲に第２延伸気流１７－１，１７－２，…，１７－ｎを発生させた状態でレーザーを照射して原繊維３５を部分溶解させることで、第１延伸気流１６－１，１６－２，…，１６－ｎで繊維を延伸する際に発生した汚れの要因となる飛沫が、第２延伸気流１７－１，１７－２，…，１７－ｎにより下方向に吹き飛ばされ、各ノズル部１０－１，１０－２，…，１０－ｎの第１噴出口部１５－１，１５－２，…，１５－ｎの周囲に付着するのを抑制できる。更に、第２噴出口部１９－１，１９－２，…，１９－ｎから第１延伸気流１６－１，１６－２，…，１６－ｎの周囲に第２延伸気流１７－１，１７－２，…，１７－ｎを発生させることで、各第１噴出口部１５－１，１５－２，…，１５－ｎからそれぞれ下方向に突出した繊維（振動子）の、各第１噴出口部１５－１，１５－２，…，１５－ｎを起点とした振動範囲を制限して揺れを抑制できるので、延伸不良による樹脂塊の発生量を低減することができる。

　従って、上記のような製造装置及び製造方法によれば、各ノズル部１０－１，１０－２，…，１０－ｎのクリーニングを少なくできるので、製造装置の連続運転時間を長くすることが可能となる。また、樹脂塊が製造物（例えばナノファイバー不織布４１）に付着するのを抑制して高品質化も図れる。しかも、ｎ個のノズル部１０－１，１０－２，…，１０－ｎからそれぞれ多数本のナノファイバーを形成できるので、紡糸技術をさらに発展させ、効率良くナノファイバー不織布４１を製造することができる。

　なお、上記第４の構成例では、コンベア捕集型のマルチ延伸装置を例に取って説明したが、リール巻き取り型のマルチ延伸装置にも適用可能である。また、ネットコンベア上に捕集したナノファイバー不織布をＰＥＴフィルムなどの層間紙に移すことで、連続的な巻き取りを行う連続巻き取り型のマルチ延伸装置に適用することもできる。

　また、上記第４の構成例でも、第２、第３の構成例と同様に、第１噴出口部１５－１，１５－２，…，１５－ｎの周囲に多孔質金属部材３１を設置したり、第２導入口の周辺に、第２延伸気流１７－１，１７－２，…，１７－ｎの流速を制御する速度調整機構３２を設けたりしても良い。

　更に、第２の実施形態と同様に、スピードコントローラ５０を設けて第２延伸気流１７の流速をフィードバック制御してもよい。変形例１のように目盛付スピードコントローラを設けて、手動操作で流量制御を行うように構成できるのは勿論である。

［検証結果］
　本発明者等は、従来のノズルと本発明のノズルを用いて、ノズルの噴出口付近の汚れを測定して検証した。図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃはそれぞれ、従来と本発明の極細繊維の製造用ノズルにおける汚れの付着状態を比較して示す図である。ここでは、ノズルの導入口側と噴出口側の圧力差が－７０ｋＰａ、原繊維の太さが８３０ｄＴ、原繊維の供給速度が１．０ｍ／ｍｉｎ、振動子長が約２．５ｍｍの条件で測定した。
　図９Ａは直径が０．８ｍｍの噴出口を有する従来のノズルであり、溶融した繊維を延伸気流で１５分間延伸して極細繊維を製造したときの汚れである。このときに付着した汚れの重量を測定したところ、１２．６ｍｇであった。

　図９Ｂは直径が０．８ｍｍの第１噴出口の周囲に、直径が４ｍｍの第２噴出口を形成した二重構造のノズル（第１の構成例に対応する）により、溶融した繊維を第１及び第２延伸気流で１５分間延伸して極細繊維を製造したときの汚れである。このときに付着した汚れの重量は、０．１ｍｇ以下であり、測定不能であった。従来のノズルを１としたときの汚れの比率は、０．００８以下である。

　図９Ｃは、図９Ｂの二重構造のノズルにより、溶融した繊維を延伸気流で６０分間延伸して極細繊維を製造したときの汚れである。付着した汚れの重量は、０．１ｍｇであった。よって、従来のノズルを１としたときの汚れの比率は０．００２である。
　この測定結果から、飛沫の付着による汚れは従来のノズルの１／１００以下にまで減少できることが分かる。

　図１０Ａは図９Ａの噴出口付近の拡大像であり、図１０Ｂは図９Ｃの噴出口付近の拡大像である。図１０Ａでは粒状の汚れ、すなわち延伸不良による樹脂塊が１２．５ｍｇ付着し、汚れの比率が１．０％で樹脂塊の発生量が多い。これに対し、図１０Ｂでは樹脂塊の付着が０．１ｍｇ、汚れの比率が０．１％であり、樹脂塊の付着量が大幅に低減しており、短繊維の付着が主である。

　図１１Ａは、従来の製造装置で製造したナノファイバー不織布への樹脂塊の付着状態を示し、図１１Ｂは、本発明の製造装置で製造したナノファイバー不織布への樹脂塊の付着状態を示している。樹脂塊の被覆率は、従来が１．２％であるのに対し、本発明では０．２％、密度は従来が３２ｍｍ^－２であるのに対し、本発明では９ｍｍ^－２であり、従来に比べて本発明の製造装置で製造したナノファイバーシートは、樹脂塊の付着が少なくなっている。特に、サイズの大きな樹脂塊は大幅に削減できている。

　図１２Ａは、従来の多連ノズル（単孔ノズル）における汚れの付着状態を示し、図１２Ｂは、本発明の多連ノズル（第４の構成例に対応する）１００における汚れの付着状態を示している。ともに１０分間運転した後の汚れ量と汚れ比率を比較して示しており、従来の汚れ量が０．７９ｇで汚れの比率が１．６％であったのに対し、本発明では汚れ量が０．２５ｇで汚れの比率が０．５％であった。
　但し、本発明では１０分間の運転では汚れ量が少なすぎて計測できなかったので、３０分間運転して計測した数値を１０分間の運転に換算している。

　以上第１乃至第３の実施形態と変形例１、及び第１乃至第４のノズルの構成例を用いて本発明の説明を行ったが、本発明はこれらに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

＜変形例２＞
　例えば、延伸室２１内を減圧にして、原繊維２５の供給を大気圧で行うようにしたが、原繊維供給室を設けて加圧し、延伸を大気圧で行うようにしてもよい。更に、延伸室と原繊維供給室を設けて圧力差を生成することもできるのは勿論である。この場合には、延伸室の気圧をＰ１、原繊維の供給室の気圧をＰ２としたとき、「Ｐ２＞Ｐ１」の関係を満たすようにすればよい。加えて、原繊維２５の供給を第１導入口１４から大気圧で行い、拡張部（チャンバー）１８ａにポンプなどを介して空気を供給するようにすることもできる。この場合の気圧Ｐ３は、例えば「Ｐ３＞Ｐ１」且つ「Ｐ３＜Ｐ２」とする。

＜変形例３＞
　また、ノズル部１０の先端部に、第１噴出口１５の周囲を囲むように複数のスリット状の第２噴出口を設け、第１延伸気流よりも流速が遅い第２延伸気流１７を噴出するようにしても良い。溶融した繊維を延伸気流で延伸する際に、第１延伸気流１６の周囲に、当該第１延伸気流１６よりも流速が遅い第２延伸気流１７を噴出させることができれば、二重ノズル構造に限らず様々な構成を適用できる。

　更に、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…ノズル
１１…アウターノズル部
１１ａ…内部空間
１２…インナーノズル部
１３…第１通路
１４…第１導入口
１５…第１噴出口
１６…第１延伸気流
１７…第２延伸気流
１８…第２通路
１８ａ…拡張部（チャンバー）
１９…第２噴出口
２０…第２導入口
２１，３３…延伸室
２２…移動台
２３…固定台
２４，３４…繊維供給リール
２５，３５…原繊維
２６，３７…レーザー照射部
２７，３８…炭酸ガスレーザー発振器
２８…照射窓
２９…透過窓
３０…パワーメータ
３１…多孔質金属部材
３２…速度調整機構
３６…ニップロール
３９…ネットコンベア
４０…極細繊維（ナノファイバー）
４１…ナノファイバー不織布
５０…スピードコントローラ
５１…流量制御装置（制御装置）
５２…流量センサ（エアフローセンサ）
５３…速度調整室
５４…配管
１００…多連ノズル
１１０…板状部材

Claims (20)

1. 　原繊維を供給する導入口と、前記導入口に連通し、前記原繊維を送出すると共に前記原繊維を延伸するための第１延伸気流を噴出する第１噴出口と、前記第１噴出口の周囲に配置され、第２延伸気流を噴出する第２噴出口とを有するノズル部と、
   　前記ノズル部が設置され、前記第１噴出口から送出された前記原繊維にレーザー光を照射して溶融するレーザー照射部と、
   　溶融した前記原繊維を、前記ノズル部から噴出される前記第１延伸気流及び前記第２延伸気流を用いて延伸する延伸室と
   　を具備する極細繊維の製造装置。
2. 　前記第２延伸気流は、前記第１延伸気流よりも流速が遅い、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
3. 　前記第１延伸気流と前記第２延伸気流は、前記延伸室の内部と外部との圧力差により生成する、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
4. 　前記第２延伸気流の流速を制御する速度調整機構を更に具備する、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
5. 　前記速度調整機構は、バルブまたはレギュレータを含む、請求項４に記載の極細繊維の製造装置。
6. 　前記第２噴出口へ流れる空気の量を調節するスピードコントローラを更に具備し、前記スピードコントローラを操作して前記第２延伸気流の流速を制御する、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
7. 　前記第２延伸気流の流速または流量を検出するセンサと、前記第２噴出口へ流れる空気の量を調節するスピードコントローラと、前記センサで検出した前記第２延伸気流の流速または流量に基づき、前記スピードコントローラを制御し、前記第２延伸気流の流速を制御する制御装置とを更に具備する、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
8. 　前記第２噴出口が、円形の前記第１噴出口の周囲に同心円状に設けられ、前記第２延伸気流が前記第１延伸気流の周囲を囲んで生成される、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
9. 　前記第２噴出口が、前記第１噴出口の周囲に設置された多孔質金属部材の空孔である、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
10. 　前記原繊維が、熱可塑性高分子材料からなる単原糸、又は複数本の単原糸を束ねた多原糸である、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
11. 　前記ノズル部は、前記導入口と前記第１噴出口を複数備え、前記第２噴出口は前記各第１噴出口の周囲にそれぞれ設けられる、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
12. 　ノズル部の導入口に原繊維を供給し、前記導入口に連通した第１噴出口から延伸室に送出することと、
    　前記延伸室に送出された前記原繊維にレーザー光を照射して、前記原繊維を溶融することと、
    　前記溶融した原繊維を、前記第１噴出口から噴出される前記原繊維を延伸するための第１延伸気流、及び前記第１噴出口の周囲に配置された第２噴出口から噴出される第２延伸気流を用いて延伸することと
    　を具備する極細繊維の製造方法。
13. 　前記溶融した原繊維を延伸することにおいて、前記第２延伸気流は、前記第１延伸気流よりも流速が遅い、請求項１２に記載の極細繊維の製造方法。
14. 　前記ノズル部の導入口に原繊維を供給し、前記導入口に連通した第１噴出口から延伸室に送出することの前に、前記延伸室の内部と外部との圧力差を生成することを更に具備する、請求項１２に記載の極細繊維の製造方法。
15. 　前記溶融した原繊維を延伸することは、前記第２延伸気流の流速を速度調整機構で制御することを含む、請求項１２に記載の極細繊維の製造方法。
16. 　前記第２延伸気流の流速を速度調整機構で制御することは、バルブまたはレギュレータで前記第２延伸気流の流速を制御することを含む、請求項１５に記載の極細繊維の製造方法。
17. 　前記溶融した原繊維を延伸することは、前記第２噴出口へ流れる空気の量を調節するスピードコントローラを操作して、前記第２延伸気流の流速を制御することを含む、請求項１２に記載の極細繊維の製造方法。
18. 　前記溶融した原繊維を延伸することは、センサにより前記第２延伸気流の流速または流量を検出することと、前記センサで検出した前記第２延伸気流の流速または流量に基づき、制御装置でスピードコントローラを制御し、前記第２延伸気流の流速を制御すること、とを更に具備する、請求項１２に記載の極細繊維の製造方法。
19. 　前記原繊維が、熱可塑性高分子材料からなる単原糸、又は複数本の単原糸を束ねた多原糸である、請求項１２に記載の極細繊維の製造方法。
20. 　前記第２噴出口が、円形の前記第１噴出口の周囲に同心円状に設けられ、前記溶融した原繊維を延伸することは、前記第２延伸気流を前記第１延伸気流の周囲を囲んで生成することを含む、請求項１２に記載の極細繊維の製造方法。

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