(57)【要約】【課題】コストの増加を抑制しつつ、従来技術に比べて多くの極細繊維を安定して製造することのできる極細繊維の製造装置を提供する。【解決手段】原フィラメントを溶融させ、延伸させることによって極細繊維を製造する極細繊維の製造装置１は、直線状に配置された複数のオリフィス１１１〜１１ｎと、複数のオリフィス１１１〜１１ｎを気流と共に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して前記複数の原フィラメントを溶融させると共に揺動振動させるレーザー照射装置９とを含む。レーザー照射装置９は、自身から離れるほどビーム径が小さくなると共にビーム中心が複数のオリフィス１１１〜１１ｎの配列方向に平行である集束性ビームを出力するように構成されている。【選択図】図１
2019007114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原フィラメントを溶融させ、延伸させることによって極細繊維を製造する極細繊維の製造装置であって、
直線状に配置された複数のオリフィスと、
それぞれが前記複数のオリフィスのいずれかを気流と共に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し、これによって、前記複数の原フィラメントを溶融させると共に揺動振動させるレーザー照射装置と、
を含み、
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前記複数のオリフィスの配列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、
極細繊維の製造装置。
【請求項２】
前記レーザー照射装置は、
前記複数のオリフィスの配置方向に平行なレーザー光を出射するレーザー発振器と、
前記レーザー発振器から出射されたレーザー光を前記レーザー発振器から離れるほどビーム径が小さくなる集束性ビームに変換するビーム変換器と、
を有する、請求項１に記載の極細繊維の製造装置。
【請求項３】
前記レーザー発振器は、出射するレーザー光の強度及びビーム径の少なくとも一方を変更可能に構成され、
前記ビーム変換器は、複数のレンズを含み、レンズ間距離を調整することによって前記集束性ビームの集束特性を変更可能に構成されている、
請求項２に記載の極細繊維の製造装置。
【請求項４】
前記複数のオリフィスを挟んで前記レーザー照射装置とは反対側に配置され、前記レーザー発振器から出力されて揺動振動する前記複数の原フィラメントを透過したレーザー光の透過強度を検出する強度検出器を含み、
前記レーザー照射装置は、前記強度検出器の検出結果に基づいて前記レーザー発振器及びビーム変換器の少なくとも一方を制御する制御器をさらに有する、
請求項３に記載の極細繊維の製造装置。
【請求項５】
前記集束性ビームは、揺動振動する前記複数の原フィラメントによるレーザー光の強度低下に対応する集束特性を有する、請求項１〜４のいずれか一つに記載の極細繊維の製造装置。
【請求項６】
前記複数のオリフィスは等間隔に配置されており、
前記集束性ビームは、前記複数のオリフィスのそれぞれに対応する位置におけるパワー密度が等しい、
請求項１〜５のいずれか一つに記載の極細繊維の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極細繊維の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
極細繊維の製造装置の一例として、特許文献１に記載された極細フィラメントの多錘延伸装置が知られている。この極細フィラメントの多錘延伸装置は、複数のオリフィスと、レーザービーム照射装置と、ビーム整形素子とを備えている。そして、前記レーザービーム照射装置から照射されるレーザービームが前記ビーム整形素子によってフラットトップビームとされ、複数のオリフィスを通過してきた複数のフィラメントが前記レーザービームの照射方向に対して重ならないように配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６９３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、レーザービームをフラットトップビームとするためのビーム整形素子は、一般に高価である。このため、上述の極細フィラメントの多錘延伸装置では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。また、前記ビーム整形素子によって所期の出射ビーム特性が得られるのは、通常、前記ビーム整形素子の結像位置のみであり、レーザービームに進行方向における結像位置の前後ではレーザービーム強度が低下する。このため、オリフィスの数、すなわち、製造できる極細フィラメントの数をあまり多くできないという課題もある。
【０００５】
そこで、本発明は、コストの増加を抑制しつつ、従来技術に比べて多くの極細繊維を安定して製造することのできる極細繊維の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によると、原フィラメントを溶融させ、延伸させることによって極細繊維を製造する極細繊維の製造装置が提供される。前記極細繊維の製造装置は、直線状に配置された複数のオリフィスと、それぞれが前記複数のオリフィスのいずれかを気流と共に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し、これによって、前記複数の原フィラメントを溶融させると共に揺動振動させるレーザー照射装置とを含む。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ビーム中心が前記複数のオリフィスの配列方向に平行である集束性ビームを出力するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
前記極細繊維の製造装置において、前記複数のオリフィスを通過した前記複数の原フィラメントに対してレーザー光を照射する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ビーム中心が前記複数のオリフィスの配列方向に平行である集束性ビームを出力する。このため、揺動振動する原フィラメントによってレーザー光の強度が低下しても各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度をほぼ等しくすることが可能である。その結果、複数の極細繊維を安定して製造することができる。また、前記レーザー照射装置から出力されるレーザー光が集束性ビームであればよく、前記レーザー照射装置は、一般的な球面レンズを用いた光学素子等で構成され得るので、コストの増加が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る極細繊維の製造装置の概略構成を示す図である。
【図２】前記極細繊維の製造装置で用いられるオリフィスの一例を示す図である。
【図３】前記極細繊維の製造装置で用いられるレーザー照射装置の一例の概略構成を示す図である。
【図４】前記レーザー照射装置から出力されるレーザー光（集束性ビーム）の説明図であり、前記極細繊維の製造装置における複数のオリフィスの近傍を模式的に示した図である。
【図５】実施例と比較例との比較結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る極細繊維の製造装置の概略構成を示す図である。実施形態に係る極細繊維の製造装置１は、原フィラメントを溶融させ、延伸させることによって極細繊維を製造するように構成されている。なお、前記極細繊維とは、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未満の繊維も極細繊維に含まれるものとする。
【００１０】
原フィラメントは、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。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、極細繊維に製造に好適である。
【００１１】
本実施形態においては、原フィラメントとして多原糸（マルチフィラメント）が使用される。マルチフィラメントとは、複数本の単原糸（モノフィラメント）からなる束のことをいう。具体的には、モノフィラメントが１０本以上束ねられたマルチフィラメントが原フィラメントとして使用される。原フィラメントを構成する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、原フィラメントは、複数本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。
【００１２】
実施形態に係る極細繊維の製造装置１は、図１に示されるように、原フィラメント供給装置３が配置された供給室５と、供給室５の下方に配置されて原フィラメントを延伸させる延伸室７と、延伸室７の外側に配置されたレーザー照射装置９とを有する。供給室５と延伸室７とは複数のオリフィス１１１〜１１ｎを介して連通している。本実施形態において、複数のオリフィス１１１〜１１ｎは、直線状かつ等間隔に配置されている。なお、レーザー照射装置９は、延伸室７内に配置されてもよい。
【００１３】
供給室５の圧力Ｐ１は、延伸室７の圧力Ｐ２よりも高く設定されている。供給室５の圧力Ｐ１（換言すれば、オリフィス１１１〜１１ｎの入口側圧力）と、延伸室７の圧力Ｐ２（換言すれば、オリフィス１１１〜１１ｎの出口側圧力）との差ΔＰ（Ｐ１−Ｐ２）は、極細繊維の製造装置１の仕様などに応じて適宜設定され得るが、好ましくは２０ｋＰａ以上、さらに好ましくは５０ｋＰａ以上である。ここで、供給室５の圧力Ｐ１が大気圧に設定され、延伸室７の圧力Ｐ２が大気圧未満の圧力に設定されるのが特に好ましい。極細繊維の製造装置１（特に、供給室５）の構成を簡素化できるからである。また、供給室５及び延伸室７の温度は、通常、室温（常温）とされる。
【００１４】
原フィラメント供給装置３は、原フィラメントを複数のオリフィス１１１〜１１ｎのそれぞれに供給する。本実施形態において、原フィラメント供給装置３は、原フィラメントの供給速度を変更できるように構成されている。原フィラメント供給装置３は、それぞれに原フィラメントが巻かれた複数（オリフィス１１１〜１１ｎと同数）の供給リール３１１〜３１ｎと、各供給リール３１１〜３１ｎからの原フィラメントを各オリフィス１１１〜１１ｎの入口に向けて送り出す一対の送出ローラからなる送出部３２１〜３２ｎと、前記一対の送出ローラを駆動する駆動部（図示省略）とを含む。但し、これに限られるものではなく、原フィラメント供給装置３は、複数のオリフィス１１１〜１１ｎのそれぞれに原フィラメントを供給できるように構成されていればよい。
【００１５】
図２は、オリフィス１１１〜１１ｎの一例の概略構成を示す図である。図２に示されるように、本実施形態において、オリフィス１１１〜１１ｎは、供給室５側に配置されるテーパー状の導入部１１１と、導入部１１１から延伸室７内へと延びる直管状の整流部１１２とを有する。本実施形態において、オリフィス１１１〜１１ｎの整流部１１２の長さＬと整流部１１２の内径ＩＤとの比（Ｌ／ＩＤ）は、０．１〜１００に、好ましくは０．５〜５０に、より好ましくは１〜１０に設定される。
【００１６】
上述のように、供給室５の圧力Ｐ１は延伸室７の圧力Ｐ２よりも高く設定されている。このため、各オリフィス１１１〜１１ｎ内には、供給室５から延伸室７に向かう気流が生じる。供給室５において原フィラメント供給装置３によって各オリフィス１１１〜１１ｎ（の入口）に供給された原フィラメントは、前記気流と共に各オリフィス１１１〜１１ｎを通過して延伸室７へと導かれる。また、原フィラメントが各オリフィス１１１〜１１ｎを通過する際、原フィラメントの外周面と各オリフィス１１１〜１１ｎの整流部１１２の内周面との隙間には、供給室５の圧力Ｐ１と延伸室７の圧力Ｐ２との圧力差（Ｐ１−Ｐ２）に応じた高速気流が生じ、この高速気流は、各オリフィス１１１〜１１ｎの出口から延伸室７内に噴出される。
【００１７】
ここで、原フィラメントの外周面と各オリフィス１１１〜１１ｎの整流部１１２の内周面との隙間に適切な高速気流を生じさせるためには、各オリフィス１１１〜１１ｎの整流部１１２の断面積Ｓ１に対する原フィラメントの断面積Ｓ２の比率（以下「オリフィス占有率」という）Ｓ２／Ｓ１が５〜５０％、好ましくは１０〜３５％に設定される必要がある。したがって、前記オリフィス占有率が上記の範囲内となるよう、オリフィス１１１〜１１ｎ（の整流部１１２の内径ＩＤ）に応じて、原フィラメントを構成するモノフィラメントの直径や本数などが適宜調整される。
【００１８】
レーザー照射装置９は、延伸室７に形成された透光部７ａを介して、それぞれが複数のオリフィス１１１〜１１ｎのいずれかを前記気流と共に通過して延伸室７に進入した複数の原フィラメントの先端部に対してレーザー光を照射する。ここで、上述のように、各オリフィス１１１〜１１ｎの出口からは高速気流が噴出している。このため、レーザー照射装置９によってレーザー光が照射された各原フィラメントは、溶融すると共に、対応するオリフィスの出口近傍を頂点とするほぼ円錐状の空間内をランダムに揺動振動し、かつ、対応するオリフィスの出口から噴出される前記高速気流によって延伸される。極細繊維の製造装置１は、このようにして複数の原フィラメントから複数の極細繊維を製造する。なお、レーザー照射装置９の構成や動作などについては後述する。
【００１９】
本実施形態において、上述のようにして製造された複数の極細繊維は、延伸室７内における複数のオリフィス１１１〜１１ｎの下方に配置されたコンベア１３上に集積され、ウェブ（不織布）Ｗとなって紙面手前から奥側へと向かって搬送される。このとき、例えば負圧吸引装置１５によってコンベア１３上に集積されたウェブＷをコンベア１３の裏から吸引し、コンベア１３上のウェブＷを安定化させることが好ましい。コンベア１３によって搬送されるウェブＷは、必要に応じて熱処理が施された後、図示省略の巻取りローラによって巻き取られる。
【００２０】
なお、本実施形態においては、揺動振動する原フィラメント同士が接触することを防止すると共にコンベア１３上に集積されるウェブ（不織布）の均一性を確保するため、隣り合うオリフィス間の距離（オリフィス間距離）が１ｍｍ以上２５ｍｍ以下に設定される。また、図１において、複数のオリフィス１１１〜１１ｎの配置方向は、コンベア１３によるウェブＷの搬送方向に対して直交している。しかし、これに限られるものではなく、複数のオリフィス１１１〜１１ｎの配置方向は、ウェブＷの搬送方向に対して９０±４５°の範囲内に設定され得る。
【００２１】
レーザー照射装置９についてさらに詳細に説明する。本実施形態において、レーザー照射装置９は、各原フィラメントの溶融部が対応するオリフィスの出口の垂直下１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の位置となるように、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いる。このようにするのは、原フィラメントを所定範囲で揺動振動させると共に、対応するオリフィスから噴出される前記高速気流によって原フィラメントを効果的に延伸させるためである。なお、前記所定範囲は、オリフィスの中心軸線に対して５〜８０°であり、好ましくは１５〜５０°であり、より好ましくは２０〜４０°である。
【００２２】
ところで、本実施形態において、複数のオリフィス１１１〜１１ｎのそれぞれを通過した原フィラメントは、レーザー照射装置９から出力されたレーザー光が照射されることによって溶融すると共に揺動振動する。このため、レーザー照射装置９から出力されたレーザー光の強度は、各オリフィス１１１〜１１ｎに対応する位置において局所的に低下するのではなく、全体的にほぼ均一に低下する。また、各原フィラメントは同様に揺動振動するので、各オリフィス１１１〜１１ｎに対応する位置におけるレーザー光の強度低下量はほぼ等しい。さらに、本実施形態において、複数のオリフィス１１１〜１１ｎは等間隔に配置されている。これらのことを考慮すれば、本実施形態において、レーザー照射装置９から出力されたレーザー光は、複数のオリフィス１１１〜１１ｎのそれぞれを通過した原フィラメントが極細繊維となる紡糸領域において、レーザー照射装置９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。
【００２３】
したがって、上記のような減衰特性に応じてレーザー照射装置９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、すなわち、レーザー照射装置９から離れるほどビーム径を小さく設定することにより、各オリフィス１１１〜１１ｎ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、延伸室７に進入した各原フィラメント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、各原フィラメント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、複数の原フィラメントのそれぞれから製造される極細繊維のバラツキが大幅に低減される。なお、ここでいう「均一化」は、厳密に均一化される必要はなく、ほぼ均一化であればよい。特に制限されるものではないが、例えば各オリフィス１１１〜１１ｎに対応する位置におけるレーザー光のパワー密度のうちの最小値と最大値との比率Ｒ（＝最小パワー密度／最大パワー密度）によってパワー密度均一性を表した場合、Ｒは、０．７以上であり、好ましくは０．８以上である。
【００２４】
そこで、本実施形態において、レーザー照射装置９は、ビーム中心が複数のオリフィス１１１〜１１ｎの配置方向に平行であり、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。より具体的には、レーザー照射装置９は、複数のオリフィス１１１〜１１ｎの配置方向に平行であり、ビーム中心が各オリフィスの中心軸線上を通過し、かつ、揺動振動する複数の原フィラメントによるレーザー光の強度低下に対応する集束特性を有する集束性ビームを出力するように構成されている。
【００２５】
図３は、レーザー照射装置９の一例の概略構成を示す図である。図３に示されるように、本実施形態において、レーザー照射装置９は、レーザー発振器９１と、ビーム変換器９３と、制御器９５とを含む。
【００２６】
レーザー発振器９１は、例えば炭酸ガスレーザー発振器であり、複数のオリフィス１１１〜１１ｎ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。本実施形態において、レーザー発振器９１は、出射するレーザー光の強度及びビーム径の少なくとも一方を変更可能に構成されている。
【００２７】
ビーム変換器９３は、レーザー発振器９１から出射されたレーザー光を前記集束性ビーム、すなわち、レーザー発振器９１（レーザー照射装置９）から離れるほどビーム径が小さくなり、かつ、揺動振動する複数の原フィラメントによるレーザー光の強度低下に対応する集束特性を有した前記集束性ビームに変換する。本実施形態において、ビーム変換器９３は、入射レンズ９３ａと出射レンズ９３ｂとを含み、入射レンズ９３ａと出射レンズ９３ｂとの距離を調整することで前記集束性ビームの前記集束特性を変更可能に構成されている。但し、これに限られるものではなく、ビーム変換器９３は、三つ以上のレンズ（例えば一つの固定レンズと二つの可動レンズ）を含み、レンズ間距離を調整することによって、レーザー発振器９１から出射されたレーザー光を、そのビーム径を変更しつつ前記集束性ビームに変換すること及び前記集束特性を変更することが可能に構成され得る。例えば、いわゆる可変ビームエキスパンダーがビーム変換器９３として使用され得る。
【００２８】
制御器９５は、図示省略の入力部を介したオペレータ等の入力操作に基づいてレーザー発振器９１及びビーム変換器９３の状態を設定し又は変更するように構成されている。つまり、制御器９５は、前記オペレータ等の入力操作に基づいて、レーザー照射装置９から出力されるレーザー光の強度、ビーム径（出力ビーム径）及び集光角度などを調整することが可能である。
【００２９】
また、本実施形態において、制御器９５は、光強度検出器１７によって検出されるレーザー光の強度に基づいて、レーザー発振器９１を制御するように構成されている。光強度検出器１７は、延伸室７を間に挟んで、換言すれば、複数のオリフィス１１１〜１１ｎを間に挟んでレーザー照射装置９とは反対側に配置されており（図１参照）、レーザー照射装置９から出力され、揺動振動する複数の原フィラメントを透過し、かつ、延伸室７の形成された透光部７ｂを通過したレーザー光の強度（以下「透過強度」という）ＰＯＵＴを検出する。いわゆるパワーメータが光強度検出器１７として使用され得る。
【００３０】
ここで、図４を参照してレーザー照射装置９から出力される前記集束性ビームについて説明する。図４は、極細繊維の製造装置１における複数のオリフィス１１１〜１１ｎの近傍を模式的に示した図である。なお、本実施形態において、レーザー照射装置９からレーザー照射装置９に最も近いオリフィス１１１までの距離は、前記オリフィス間距離と等しく設定されている。
【００３１】
図４に示されるように、レーザー照射装置９から出力される前記集束性ビームの強度（すなわち、レーザー発振器９１から出射されるレーザー光の強度）をＰ０（Ｗ）、レーザー照射装置９から出力された直後の前記集束性ビームの初期ビーム半径（ここでは、レーザー発振器９１から出射されるレーザー光のビーム半径）をｒ０（ｍｍ）、レーザー照射装置９から出力される前記集束性ビームの集光角度をθ（ｍｒａｄ）、オリフィス間距離をｄ（ｍｍ）、各原フィラメントの揺動振動によるレーザー光の強度低下量をδ（Ｗ／個）とする。なお、ビーム半径は１／ｅ２半径を用いる。
【００３２】
極細繊維の製造装置１の作動中、レーザー照射装置９に最も近いオリフィス１１１を通過した原フィラメントに照射される前記集束性ビームの強度Ｐ１、ビーム半径ｒ１及びパワー密度Ｄ１は、単純な幾何光学を用いて下式１〜３で表される。
Ｐ１＝Ｐ０−δ  （式１）
ｒ１＝ｒ０−ｄｔａｎθ  （式２）
Ｄ１＝２（Ｐ０−δ）／π（ｒ０−ｄｔａｎθ）２  （式３）
【００３３】
また、レーザー照射装置９から最も離れたオリフィス１１ｎを通過した原フィラメントに照射される前記集束性ビームの強度Ｐｎ、ビーム半径ｒｎ及びパワー密度Ｄｎは、下式４〜６で表される。
Ｐｎ＝Ｐ０−ｎδ  （式４）
ｒｎ＝ｒ０−ｎｄｔａｎθ  （式５）
Ｄｎ＝２（Ｐ０−ｎδ）／π（ｒ０−ｎｄｔａｎθ）２  （式６）
【００３４】
ここで、原フィラメント数（＝オリフィス数）ｎ及びオリフィス間隔ｄは、極細繊維の製造装置１に応じて定まる値である。また、強度低下量δは、原フィラメントやその供給速度などによって定まる値であり、実験等によってあらかじめ測定しておくことが可能である。したがって、レーザー発振器９１から出射されるレーザー光の強度がＰ０、ビーム半径がｒ０である場合、Ｄ１（式３）とＤｎ（式６）とが等しくなるように前記集束性ビームの集光角度θを設定することによって、各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度をほぼ均一化することができる。よって、ビーム変換器９３は、レーザー発振器９１から出射されるレーザー光を上記のようにして設定された集光角度θを有する集束性ビームに変換するように調整される。なお、特に制限されるものではないが、集光角度θは、０．５〜１０ｍｒａｄ、好ましくは１〜５ｍｒａｄに設定され得る。
【００３５】
また、レーザー発振器９１から出射されるレーザー光の強度Ｐ０やビーム径（ビーム半径ｒ０）を調整することによって、各原フィラメントにほぼ等しく照射されるレーザー光のパワー密度を調整することも可能である。なお、各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度を変化させると、各原フィラメントの溶融状態が変化するため、得られる（製造される）極細繊維の平均繊維径（繊維径分布）も変化する。
【００３６】
次に、レーザー照射装置９の動作を説明する。極細繊維の製造装置１の作動中、レーザー発振器９１は、前記オペレータ等の入力操作に基づき、原フィラメントの種類や原フィラメント供給装置３の原フィラメント供給速度などに応じてあらかじめ設定されたレーザー光（強度Ｐ０、ビーム半径ｒ０）を出射し、ビーム変換器９３は、前記オペレータ等の入力操作に基づき、レーザー発振器９１から出射されたレーザー光を前記集束性ビームに変換する。変換された前記集束性ビームの集光角度θは上述のようにしてあらかじめ設定された値である。また、制御器９５は、光強度検出器１７によって検出されたレーザー光の透過強度ＰＯＵＴを監視する。
【００３７】
制御器９５は、光強度検出器１７によって検出されたレーザー光の透過強度ＰＯＵＴとあらかじめ設定された閾値（上限閾値Ｐｔｈ１、下限閾値Ｐｔｈ２）との比較を行う。上限閾値Ｐｔｈ１は、例えば（Ｐ０−ｎδ）＋αとされ、下限閾値Ｐｔｈ２は、例えば（Ｐ０−ｎδ）−αとされ得る。
【００３８】
そして、制御器９５は、光強度検出器１７によって検出されたレーザー光の透過強度ＰＯＵＴが上限閾値Ｐｔｈ１を超えた場合、レーザー発振器９１を制御してレーザー発振器９１から出射されるレーザー光の強度Ｐ０を低下させ又はビーム径を大きくする。この場合、各原フィラメントの揺動振動による実際のレーザー光の強度低下量δｒが、前記集束性ビームの集光角度θを設定する際に用いた強度低下量δよりも小さく、各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度が所期の値からずれている（所期の値よりも高い）可能性があるからである。
【００３９】
一方、制御器９５は、光強度検出器１７によって検出されたレーザー光の透過強度ＰＯＵＴが下限閾値Ｐｔｈ２を下回った場合、レーザー発振器９１を制御してレーザー発振器９１から出射されるレーザー光の強度Ｐ０を上昇させ又はビーム径を小さくする。この場合、各原フィラメントの揺動振動による実際のレーザー光の強度低下量δｒが、前記集束性ビームの集光角度θを設定する際に用いた強度低下量δよりも大きく、各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度が所期の値からずれている（所期の値よりも低い）可能性があるからである。
【００４０】
このように、制御器９５が光強度検出器１７によって検出されるレーザー光の透過強度ＰＯＵＴを監視し、必要に応じてレーザー発振器９１を制御することにより、極細繊維の製造装置１の作動中、各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度を一定に維持することができ、製造される極細繊維のバラツキが抑制される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る極細繊維の製造装置１において、複数のオリフィス１１１〜１１ｎを通過した複数の原フィラメントのレーザー光を照射するレーザー照射装置９は、複数のオリフィス１１１〜１１ｎの配置方向に平行なレーザー光を出射するレーザー発振器９１と、レーザー発振器９１から出射されたレーザー光をレーザー発振器９１から離れるほどビーム径が小さくなる集束性ビームに変換するビーム変換器９３とを有する。このため、揺動振動する原フィラメントによってレーザー光の強度が低下しても各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度をほぼ等しくすることができる。これにより、一つのレーザー照射装置９によって、複数の原フィラメントから複数の極細繊維を安定して製造され得る。
【００４２】
また、レーザー発振器９１は、出射するレーザー光の強度及びビーム径の少なくとも一方を変更可能に構成され、ビーム変換器９３は、入射レンズ９３ａと出射レンズ９３ｂとを含み、入射レンズ９３ａと出射レンズ９３ｂとの距離を調整することで前記集束性ビームの前記集束特性を変更可能に構成されている。このため、例えば、原フィラメントの種類や原フィラメントの供給速度などに応じて各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度を調整することが可能であり、あるいは、パワー密度の調整することにより、原フィラメントから製造される極細繊維の平均繊維径を変更することが可能である。
【００４３】
また、レーザー照射装置９は、レーザー照射装置９から出力され、かつ、揺動振動する複数の原フィラメントを透過したレーザー光の透過強度ＰＯＵＴに基づいてレーザー発振器９１を制御する制御器９５を有している。したがって、必要に応じて、制御器９５によってレーザー発振器９１から出射されるレーザー光の強度Ｐ０又はビーム径が調整されることとなり、各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度を一定に維持される。この結果、製造される極細繊維のバラツキが抑制される。
【００４４】
なお、上述の実施形態においては、複数のオリフィス１１１〜１１ｎが等間隔に配置されている。しかし、これに限られるものではなく、複数のオリフィス１１１〜１１ｎは不等間隔に配置され得る。但し、複数のオリフィス１１１〜１１ｎが不等間隔に配置された場合には各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度の均一性が低下する。このため、複数のオリフィス１１１〜１１ｎは等間隔に配置されるのが好ましい。また、上述の実施形態において、制御器９５は、光強度検出器１７の検出結果（すなわち、レーザー光の透過強度ＰＯＵＴ）に基づいてレーザー発振器９１を制御している。しかし、これに限られるものではなく、制御器９５は、光強度検出器１７の検出結果に基づき、レーザー発振器９１に代えて又はレーザー発振器９１に加えてビーム変換器９３を制御するようにしてもよい。さらに、レーザー照射装置９から出力されるレーザー光は、必ずしも円形ビームである必要はなく、異形ビーム（例えば横長の楕円形ビーム）であってもよい。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。但し、以下の実施例は本発明を限定するものではない。なお、以下の実施例１、２及び比較例１、２のいずれにおいても、前記原フィラメントとしてポリプロピレンマルチフィラメントが用いられ、オリフィス径（整流部の内径ＩＤ）が１ｍｍのオリフィス１１が１０ｍｍ間隔で６０個配置されている。
【００４６】
［実施例１］
実施例１では、極細繊維の製造装置１において、製造される極細繊維の繊維径が約３００ｎｍとなるように、原フィラメントの供給速度やレーザー照射装置９などを調整した。なお、実施例１において、レーザー照射装置９から出力される前記集束性ビームの強度Ｐ０は１１００Ｗであり、レーザー照射装置９から出力された直後の前記集束性ビームの初期ビーム半径ｒ０は１０ｍｍであり、レーザー照射装置９から出力される前記集束性ビームの集光角度θは、３．３ｍｒａｄである。
【００４７】
［実施例２］
実施例２では、実施例１に対して、各オリフィスを通過した原フィラメントに照射される前記集束性ビームのビーム半径を小さく（パワー密度を高く）した。なお、実施例２において、レーザー照射装置９から出力される前記集束性ビームの強度Ｐ０は１１００Ｗであり、レーザー照射装置９から出力された直後の前記集束性ビームの初期ビーム半径ｒ０は５ｍｍであり、レーザー照射装置９から出力される前記集束性ビームの集光角度θは２．５ｍｒａｄである。
【００４８】
［比較例１］
比較例１では、集束性ビームを出力するレーザー照射装置９に代えて平行ビーム（コリメート光）を出力する第２レーザー照射装置を用いた極細繊維の製造装置において、製造される極細繊維の繊維径が約３００ｎｍとなるように、原フィラメントの供給速度や前記第２レーザー照射装置などを調整した。前記第２レーザー照射装置は、レーザー照射装置９におけるビーム変換器９３がコリメーターに置換された構成を有するレーザー照射装置であり得る。なお、比較例１において、前記第２レーザー照射装置から出力される平行ビームの強度Ｐ０は１１４０Ｗであり、第２レーザー照射装置から出力される平行ビームのビーム半径ｒは６ｍｍである。
【００４９】
［比較例２］
比較例２では、集束性ビームを出力するレーザー照射装置９に代えてフラットトップビーム（方形ビーム）を出力する第３レーザー照射装置を用いた極細繊維の製造装置において、製造される極細繊維の繊維径が約３００ｎｍとなるように、原フィラメントの供給速度や前記第３レーザー照射装置などを調整した。前記第３レーザー照射装置は、レーザー照射装置９におけるビーム変換器９３がフラットトップビームシェイパーに置換された構成を有するレーザー照射装置であり得る。なお、比較例２において、前記第３レーザー照射装置から出力されるフラットトップビームの強度Ｐ０は１１２５Ｗであり、第３レーザー照射装置から出力されるフラットトップビームのビームサイズ径は、結像位置において２５×３（ｍｍ）である。
【００５０】
［実施例１、２と比較例１、２との比較］
まず、実施例１、２及び比較例１、２のそれぞれにおいて極細繊維を製造した。なお、比較例２においては、フラットトップビームの結像位置を中央のオリフィス、すなわち、前記第３レーザー照射装置から３０個目のオリフィスに対応する位置とした。その結果、実施例１、２においては、６０個のオリフィス１１のそれぞれを通過した原フィラメントが十分に溶融して６０本の極細繊維が得られた。一方、比較例１、２においては、前記第２レーザー照射装置又は前記第３レーザー照射装置から概ね４５個目以降の各オリフィス１１を通過した原フィラメントが十分に溶融せず、約４０本の極細繊維しか得られなかった。つまり、レーザー照射装置から出力されるレーザービームの強度Ｐ０がほぼ同じ条件（ここでは約１１００Ｗ）である場合、実施例１、２（集束性ビーム）は、比較例１（平行ビーム）や比較例２（フラットトップビーム）に比べて、より多くの極細繊維を製造することができることが確認された。
【００５１】
次に、実施例１、２では、６０個すべてのオリフィス１１に原フィラメントを供給して極細繊維を製造する一方、比較例１、２では、前記第２レーザー照射装置又は前記第３レーザー照射装置から４０個目までのオリフィス１１に原フィラメントを供給して極細繊維を製造した。そして、製造された極細繊維の平均繊維径Ｄを算出すると共に、エネルギー利用効率ηを算出した。なお、平均繊維径Ｄについては、コンベア１３上の集積されたウェブＷを走査型電子顕微鏡により撮影し、得られた写真内の繊維の本数を数えると共に全ての繊維の径を測定し、全ての繊維の径の合算値を繊維の本数で除算することにより求めた。また、エネルギー利用効率ηについては、レーザー照射装置から出力されるレーザービームの強度Ｐ０及び光強度検出器１７によって検出された透過強度ＰＯＵＴに基づいて下式７によって算出した。
η（％）＝｛（Ｐ０−ＰＯＵＴ）／Ｐ０}×１００  （式７）
【００５２】
結果を図５に示す。図５に示されるように、実施例１、２（集束性ビーム）は、比較例１（平行ビーム）や比較例２（フラットトップビーム）に比べて、明らかにエネルギー利用効率ηが高いこと、具体的には、実施例１、２のエネルギー利用効率ηは、比較例１のエネルギー効率ηの３倍以上であり、比較例２のエネルギー効率ηの２倍以上であることが確認された。また、実施例１、２よって製造された極細繊維の繊維径より、各原フィラメントに照射されるレーザー光のパワー密度が高くなる（ビーム径が小さくなる）ほど、製造される極細繊維の平均繊維径が小さくなる傾向があることが確認された。
【符号の説明】
【００５３】
１…極細繊維の製造装置、３…原フィラメント供給装置、５…供給室、７…延伸室、９…レーザー照射装置、１１１〜１１ｎ…オリフィス、１７…光強度検出器、９１…レーザー発振器、９３…ビーム変換器、９５…制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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