(57)【要約】【課題】坪量が均一で、且つ細径の繊維からなる繊維シートを高い生産性で製造可能な溶融紡糸装置を提供すること。【解決手段】溶融紡糸装置１０は、溶融樹脂供給装置２０、紡糸ユニット３０及び連結部材４０を備える。連結部材４０は、溶融樹脂供給装置２０との非対向面４１Ｒに凸状部４１Ｐを有する耐熱性材料からなる第１部材４１と、紡糸ユニット３０との非対向面４２Ｒに凸状部４１Ｐの挿入が可能な凹状部４２Ｐを有する耐熱性材料からなる第２部材４２とを備える。第１部材４１は凸状部４１Ｐの頂部を通り、第１部材４１を貫通する第１貫通孔４１Ｈを有する。第２部材４２は凹状部４２Ｐの底部を通り、第２部材４２を貫通する第２貫通孔４２Ｈを有する。第２部材４２が第１部材４１の凸状部４１Ｐの頂部によって支持されることで、第１貫通孔４１Ｈと第２貫通孔４２Ｈとの連通状態を維持しつつ、第２部材４２が第１部材４１に対して傾動する。【選択図】図１
2019073827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂を供給する溶融樹脂供給装置と、
前記溶融樹脂を紡糸する紡糸ユニットと、
前記溶融樹脂供給装置と前記紡糸ユニットとを連結する連結部材とを備えた溶融紡糸装置であって、
前記連結部材は、前記溶融樹脂供給装置と対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有する耐熱性材料からなる第１部材と、前記紡糸ユニットと対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有する耐熱性材料からなる第２部材とを備え、
第１部材はその第２面に凸状部を有するとともに、該凸状部の頂部を通り且つ第１面と第２面との間を貫通する第１貫通孔を有し、
第２部材はその第２面に、前記凸状部の挿入が可能な凹状部を有するとともに、該凹状部の底部を通り且つ第１面と第２面との間を貫通する第２貫通孔を有し、
前記溶融樹脂供給装置と第１部材とが連結して、第１貫通孔が該溶融樹脂供給装置の吐出流路と連通しており、
前記紡糸ユニットと第２部材とが連結して、第２貫通孔が該紡糸ユニットの樹脂流路と連通しており、
第１部材の第２面と第２部材の第２面とが対向して前記凸状部が前記凹状部内に挿入されると、第２部材が第１部材の前記凸状部の頂部によって支持されて、第１貫通孔と第２貫通孔との連通状態を維持しつつ、第２部材が第１部材に対して傾動するようになされている、溶融紡糸装置。
【請求項２】
溶融樹脂を供給する溶融樹脂供給装置と、
前記溶融樹脂を紡糸する紡糸ユニットと、
前記溶融樹脂供給装置と前記紡糸ユニットとを連結する連結部材とを備えた溶融紡糸装置であって、
前記連結部材は、前記溶融樹脂供給装置と対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有する耐熱性材料からなる第１部材と、前記紡糸ユニットと対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有する耐熱性材料からなる第２部材とを備え、
第２部材はその第２面に凸状部を有するとともに、該凸状部の頂部を通り且つ第１面と第２面との間を貫通する第２貫通孔を有し、
第１部材はその第２面に、前記凸状部の挿入が可能な凹状部を有するとともに、該凹状部の底部を通り且つ第１面と第２面との間を貫通する第１貫通孔を有し、
前記溶融樹脂供給装置と第１部材とが連結して、第１貫通孔が該溶融樹脂供給装置の吐出流路と連通しており、
前記紡糸ユニットと第２部材とが連結して、第２貫通孔が該紡糸ユニットの樹脂流路と連通しており、
第１部材の第２面と第２部材の第２面とが対向して前記凸状部が前記凹状部内に挿入されると、第２部材が第１部材の前記凹状部の底部によって支持されて、第１貫通孔と第２貫通孔との連通状態を維持しつつ、第２部材が第１部材に対して傾動するようになされている、溶融紡糸装置。
【請求項３】
前記連結部材は、前記第１部材と前記第２部材との角度を測定する角度測定手段を更に備える、請求項１又は２に記載の溶融紡糸装置。
【請求項４】
前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方に溶融樹脂を加熱する加熱手段を備える、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の溶融紡糸装置。
【請求項５】
前記紡糸ユニットが、
前記溶融樹脂供給装置から供給された溶融樹脂を吐出するノズルと、
前記ノズルとの間に電界を生じさせるための電極と、を有する紡糸ユニットであって、
前記電極が、前記ノズルを囲むように凹曲面が配置された凹曲面電極であり、
前記溶融樹脂供給装置と前記ノズルとの間に、溶融樹脂供給装置とノズルとを連通する連通路が形成されており、
気体が流通可能な気体流通路が前記連通路を囲むように形成されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の溶融紡糸装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の溶融紡糸装置を用いた、繊維シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融紡糸装置及びこれを用いた繊維シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融紡糸法は、繊維の原料となる樹脂を溶融させて空気中へ押し出し、冷却固化させることで繊維を形成させる方法であり、微細繊維を形成する方法として、例えば押し出された溶融樹脂に熱風を当てて微細化するメルトブローン法などが行われている。その他の溶融紡糸法として、高電圧を印加して溶融樹脂を帯電させ、帯電した溶融樹脂がクーロン力で延伸されることによって、繊維径が細い繊維を形成させる溶融電界紡糸法が、比較的簡便且つ生産性が高い製造方法として注目されている。例えば特許文献１では、溶融紡糸法による繊維の大量生産を目的として、紡糸ユニットが複数配置されたナノファイバ発生装置が提案されている。
【０００３】
溶融紡糸法においては、吐出した溶融樹脂の吐出方向に応じて、繊維シートにおける坪量分布にばらつきが生じる場合がある。したがって溶融樹脂の吐出方向を制御することが、得られる繊維シートの品質を高める点から重要な要素の一つである。溶融紡糸法とは直接の関連を有しないが、流体の方向を変更する機構の一つとして、特許文献２には、被接続管相互を任意の角度をもって接続し、流路方向を調節するために、流通金属パイプの内面にプラスチック製の被覆体を有する２つの部材にそれぞれ設けられた弾性部材の凹球状受面と球面凸部とを、凹球状受面に球面凸部を収納して摺動首振り可能にした管継手が提案されている。特許文献３には、流路方向を調節することを目的として、湾曲形状の溝を有する分割ブロック体を組み合わせて、樹脂流路の方向を転換する方向転換ノズルが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１６８７１号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４０６５号公報
【特許文献３】特開２００３−０２５４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載の管継手を溶融電界紡糸法に採用した場合、溶融樹脂の流路方向を調節可能であるが、溶融樹脂の接触部分にプラスチック製の部材を有していることに起因して、該部材に含まれるプラスチック成分が溶融樹脂に溶出し、繊維及び繊維シートに不純物成分として混入する可能性があるため、繊維の質の観点から問題が生じる。また、合成ゴム等でできた弾性部材が熱により溶融、分解し、シール性が損なわれるという問題も生じる。特許文献３に記載の方向転換ノズルは、摺動可能な構造とはなっていないので、製造された繊維の坪量変化に応じて流路方向を適宜変更することは容易でない。
【０００６】
したがって、本発明の課題は、溶融紡糸の際に、繊維の坪量のばらつきを低下させた溶融紡糸装置、及びこれを用いた繊維シートの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、溶融樹脂を供給する溶融樹脂供給装置と、前記溶融樹脂を紡糸する紡糸ユニットと、前記溶融樹脂供給装置と前記紡糸ユニットとを連結する連結部材とを備えた溶融紡糸装置であって、前記連結部材は、前記溶融樹脂供給装置と対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有する耐熱性材料からなる第１部材と、前記紡糸ユニットと対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有する耐熱性材料からなる第２部材とを備え、第１部材はその第２面に凸状部を有するとともに、該凸状部の頂部を通り且つ第１面と第２面との間を貫通する第１貫通孔を有し、第２部材はその第２面に、前記凸状部の挿入が可能な凹状部を有するとともに、該凹状部の底部を通り且つ第１面と第２面との間を貫通する第２貫通孔を有し、前記溶融樹脂供給装置と第１部材とが連結して、第１貫通孔が該溶融樹脂供給装置の吐出流路と連通しており、前記紡糸ユニットと第２部材とが連結して、第２貫通孔が該紡糸ユニットの樹脂流路と連通しており、第１部材の第２面と第２部材の第２面とが対向して前記凸状部が前記凹状部内に挿入されると、第２部材が第１部材の前記凸状部の頂部によって支持されて、第１貫通孔と第２貫通孔との連通状態を維持しつつ、第２部材が第１部材に対して傾動するようになされている、溶融紡糸装置を提供するものである。
【０００８】
また本発明は、溶融樹脂を供給する溶融樹脂供給装置と、前記溶融樹脂を紡糸する紡糸ユニットと、前記溶融樹脂供給装置と前記紡糸ユニットとを連結する連結部材とを備えた溶融紡糸装置であって、前記連結部材は、前記溶融樹脂供給装置と対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有する耐熱性材料からなる第１部材と、前記紡糸ユニットと対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有する耐熱性材料からなる第２部材とを備え、第２部材はその第２面に凸状部を有するとともに、該凸状部の頂部を通り且つ第１面と第２面との間を貫通する第２貫通孔を有し、第１部材はその第２面に、前記凸状部の挿入が可能な凹状部を有するとともに、該凹状部の底部を通り且つ第１面と第２面との間を貫通する第１貫通孔を有し、前記溶融樹脂供給装置と第１部材とが連結して、第１貫通孔が該溶融樹脂供給装置の吐出流路と連通しており、前記紡糸ユニットと第２部材とが連結して、第２貫通孔が該紡糸ユニットの樹脂流路と連通しており、第１部材の第２面と第２部材の第２面とが対向して前記凸状部が前記凹状部内に挿入されると、第２部材が第１部材の前記凹状部の底部によって支持されて、第１貫通孔と第２貫通孔との連通状態を維持しつつ、第２部材が第１部材に対して傾動するようになされている、溶融紡糸装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、坪量が均一な繊維シートを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の溶融紡糸装置の構造を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す溶融紡糸装置に用いられる第１部材の斜視図であり、図２（ｂ）は、図１に示す溶融紡糸装置に用いられる第２部材の一実施形態の斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、図１に示す溶融紡糸装置に用いられる第１部材の構造を断面視したときの要部拡大図であり、図３（ｂ）は、図１に示す溶融紡糸装置に用いられる第２部材の構造を断面視したときの要部拡大図である。
【図４】図４は、図１に示す溶融紡糸装置を複数設けて紡糸した状態を表す上面から見た模式図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、別の実施形態の溶融紡糸装置に用いられる第１部材及び第２部材の斜視図である。
【図６】図６は、実施例１及び比較例１の繊維シートにおける坪量分布を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の電界紡糸装置の第１実施形態の構造を示す断面図が示されている。図１に示す溶融紡糸装置１０は、溶融樹脂供給装置２０と、紡糸ユニット３０と、これら両者を連結する連結部材４０とを備えている。以下、各部材について説明する
【００１２】
溶融紡糸装置１０は溶融樹脂供給装置２０を備えている。溶融樹脂供給装置２０は、その内部に混練装置及びギヤポンプ（いずれも図示せず）を備えている。混練装置は繊維形成能を有する熱可塑性樹脂を溶融混練し、吐出流路２１へ供給するものである。混練装置は、金属製のシリンダ及び該シリンダに挿入された金属製のスクリュー（いずれも図示せず）を備えている。シリンダはヒーター（図示せず）によって加熱可能になっている。スクリューは例えば一軸又は二軸方式のものが用いられる。混練装置にはホッパー（図示せず）が備えられており、原料である熱可塑性樹脂は該ホッパーを通じてシリンダ内に供給される。シリンダ内に供給された熱可塑性樹脂は、熱によって溶融するとともにスクリューによって混練され、ギヤポンプによって後述する紡糸ユニット３０へ向けて送出される構造となっている。吐出流路２１に溶融樹脂を定量的に供給する観点から、溶融樹脂供給装置２０は、その内部に、溶融樹脂の供給方向に沿って、混練装置及びギヤポンプをこの順で備えていることが好ましい。
【００１３】
溶融紡糸装置１０は紡糸ユニット３０を備えている。紡糸ユニット３０は、紡糸部３０Ａと流通部３０Ｂとを具備している。紡糸ユニット３０は、溶融樹脂供給装置２０から供給された溶融樹脂を吐出して紡糸するものである。紡糸ユニット３０の紡糸部３０Ａは、溶融樹脂供給装置２０の吐出流路２１と連通している中空の針状のノズル３１を備えている。ノズル３１は、溶融樹脂供給装置２０から供給された溶融樹脂を、後述する樹脂流路３８を介してノズル３１の吐出口３１ａから吐出できるようになっている。溶融紡糸装置１０を溶融電界紡糸法に使用する場合は、帯電性向上の観点から、ノズル３１は金属等の導電体から構成されていることが好ましい。
【００１４】
ノズル３１の吐出口３１ａの内径は、その下限値を好ましくは３０μｍ以上、更に好ましくは１００μｍ以上に設定することができる。一方、その上限値を好ましくは３０００μｍ以下、更に好ましくは２０００μｍ以下に設定することができる。吐出口３１ａの内径は、好ましくは３０μｍ以上３０００μｍ以下、更に好ましくは１００μｍ以上２０００μｍ以下に設定することができる。吐出口３１ａの内径をこの範囲内に設定することで、溶融樹脂を容易に、且つ定量的に送液することができる。また溶融紡糸装置１０を溶融電界紡糸法に使用する場合は、吐出口３１ａの外径は、その下限値を好ましくは０．１ｍｍ以上、更に好ましくは０．２ｍｍ以上に設定することができる。また、吐出口３１ａの外径は、その上限値を好ましくは１０ｍｍ以下、さらに好ましくは７ｍｍ以下に設定することができる。吐出口３１ａの内径及び外径をこの範囲で設定することで、溶融樹脂を効率よく帯電させることができる。
【００１５】
溶融紡糸装置１０を溶融電界紡糸法に用いる場合には、図１に示すとおり、紡糸部３０Ａは、ノズル３１を帯電させ、電界を生じさせるための電極３２を備えていてもよい。電極３２は、導電性材料から構成され、且つ電気絶縁性材料からなる支持部材３３によって、その外面が支持されていることが好ましい。電極３２は、ノズル３１を囲むように配されており、その内面が略椀形の凹曲面３２ａとなっている凹曲面電極である。凹曲面３２ａの開口端は、真円形でもよく、あるいは楕円形でもよい。特に溶融紡糸装置１０を溶融電界紡糸法に使用する場合は、ノズル３１に電荷を集中させて、吐出する溶融樹脂の帯電量を高める観点から、凹曲面３２ａの開口端は真円形であることが好ましい。図１においては、高電圧発生装置３４によって電極３２に負の電圧が印加されている状態が示されているが、これに代えて電極３２に正電圧を印加してもよい。
【００１６】
凹曲面３２ａは、その任意の位置における法線がノズル３１の先端又はその近傍を通るような値となっていることが好ましい。この観点から、凹曲面３２ａは、真球の球殻の内面と同じ形状をしていることが特に好ましい。
【００１７】
図１に示すとおり、紡糸部３０Ａは、更に被覆体３５を備えていてもよい。被覆体３５は、電極３２の凹曲面３２ａの全面を被覆していることが好ましい。電極３２と被覆体３５とは直接に接触している。被覆体３５において電極３２の凹曲面３２ａを被覆している面は、電極３２の凹曲面３２ａと相補形状を有している。また、被覆体３５のうち、外方に露出している面は凹曲面３５ａをなしている。この凹曲面の曲率は、電極３２の凹曲面３２ａの曲率と同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。
【００１８】
溶融紡糸装置１０を溶融電界紡糸法に使用する場合、ノズル３１の帯電性向上の観点から、被覆体３５は誘電体からなることが好ましい。誘電体からなる被覆体３５を電極３２の凹曲面３２ａに接触して配置することで、ノズル３１の帯電量を一層高めることができる。被覆体３５は単一種の誘電体から構成されていてもよく、複数種の誘電体が積層された積層体であってもよい。
【００１９】
被覆体３５に使用する誘電体としては、絶縁材料であるマイカ、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム等のセラミックス材料や、ベークライト（フェノール樹脂）、ナイロン（ポリアミド）、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂系材料が挙げられる。被覆体３５に用いる誘電体には帯電防止剤を含有させることができる。帯電防止剤を含有させることによって、帯電した溶融樹脂や繊維等が被覆体３５に付着したとき、被覆体３５の帯電を低減することができる。
【００２０】
紡糸部３０Ａとともに紡糸ユニット３０の一部を構成する流通部３０Ｂは、図１に示すとおり、溶融樹脂供給装置２０と紡糸部３０Ａとの間に配置されている。流通部３０Ｂは、内筒３６と、内筒３６を覆う外筒３７で形成された二重管の構造を有している。内筒３６の内部には、樹脂流路３８が形成されている。樹脂流路３８は、その一端が溶融樹脂供給装置２０の吐出流路２１と連通しており、且つ他端がノズル３１と連通しており、溶融樹脂供給装置２０から吐出された溶融樹脂を紡糸部３０Ａへ向けて流通させるようになっている。内筒３６と外筒３７との間の空間は、気体が流通可能な気体流通路３９となっている。このように、流通部３０Ｂは、溶融樹脂を流通させる樹脂流路３８が形成されているとともに、樹脂流路３８を囲むように気体流通路３９が形成された構造となっている。
【００２１】
気体流通路３９は、紡糸部３０Ａにおいてノズル３１を囲むように開口している。図１に示すように、気体流通路３９は複数個形成されていてもよい。利便性及び極細繊維の形成性向上の観点から、気体流通路３９へ流通させる気体としては、加熱流体である空気を用いることが好ましい。空気は、後述する第２部材４２に備えられた気体導入口４５から供給される。
【００２２】
溶融紡糸装置１０は、溶融樹脂供給装置２０と紡糸ユニット３０との間に、両者を連結する連結部材４０を備えている。図１に示すとおり、連結部材４０は、紡糸ユニット３０側に隆起している凸状部を有する第１部材４１と、凸状部を挿入可能な凹状部を有する第２部材４２と、第１部材４１及び第２部材４２を固定する固定部材４３とを備えている。第１部材４１は、ネジやボルト等の固定手段（図示せず）によって溶融樹脂供給装置２０と連結している。第２部材４２も同様に、ネジやボルト等の固定手段（図示せず）によって紡糸ユニット３０と連結している。
【００２３】
連結部材４０について詳細に説明すると、第１部材４１は、図２（ａ）に示すとおり、溶融樹脂供給装置２０と対向する第１面４１Ｓと、第１面４１Ｓと反対側に位置する第２面４１Ｒとを有している。第１面４１Ｓと第２面４１Ｒとは互いに平行な平面になっている。第２面４１Ｒは、その略中央部に第２面４１Ｒから隆起するように略半球状に形成された凸状部４１Ｐを有している。凸状部４１Ｐの頂部には第１貫通孔４１Ｈが開口している。第１貫通孔４１Ｈは、凸状部４１Ｐの頂部を通り、且つ第１面４１Ｓと第２面４１Ｒとの間を貫通している。第１部材４１が溶融樹脂供給装置２０に組み付けられた状態では、溶融樹脂供給装置２０の吐出流路２１と第１貫通孔４１Ｈとが連通するようになっている。
【００２４】
第１部材４１には固定用孔４１ａが設けられている。固定用孔４１ａには固定部材４３が挿入される。固定用孔４１ａは、固定部材４３によって第１部材４１と第２部材４２とを固定するために用いられる。図２（ａ）に示す実施形態では、平面視して矩形の第１部材４１における四辺の各中央部に固定用孔４１ａが設けられている。
【００２５】
第２部材４２は、図２（ｂ）に示すとおり、紡糸ユニット３０と対向する第１面４２Ｓと、第１面４２Ｓと反対側に位置する第２面４２Ｒとを有している。第１面４２Ｓと第２面４２Ｒとは互いに平行な平面になっている。第２面４２Ｒは、その略中央部に略半球状に陥没している凹状部４２Ｐを有している。第２部材４２と、上述の第１部材４１とが固定された状態において、凹状部４２Ｐには、第１部材４１の凸状部４１Ｐが挿入可能になっている。凹状部４２Ｐはその底部に第２貫通孔４２Ｈを有している。第２貫通孔４２Ｈは凹状部４２Ｐの底部を通り、且つ第１面４２Ｓと第２面４２Ｒとの間を貫通している。第２部材４２が紡糸ユニット３０に組み付けられた状態では、紡糸ユニット３０における樹脂流路３８及びノズル３１と第２貫通孔４２Ｈとが連通するようになっている。
【００２６】
また第２部材４２には、固定部材４３によって第２部材４２と上述の第１部材４１と固定するための固定用孔４２ａが設けられている。固定用孔４２ａは、第１面４２Ｓと第２面４２Ｒとの間を貫通している。図２（ｂ）に示す実施形態では、平面視して矩形の第２部材４２における四辺の各中央部に固定用孔４２ａが設けられている。
【００２７】
固定部材４３は、第１部材４１の第２面４１Ｒと、第２部材４２の第２面４２Ｒとが対向し、且つ凸状部４１Ｐが凹状部４２Ｐ内に挿入された状態で、両部材４１，４２を固定させるための部材である。図２（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態では、固定部材４３は、ネジやボルトなどの公知の締結部材を用いることができる。
【００２８】
図１に示すとおり、第１部材４１と第２部材４２とが組み付けられた状態においては、第１部材４１の第２面４１Ｒと、第２部材４２の第２面４２Ｒとが対向し、且つ第１部材４１の凸状部４１Ｐが第２部材４２の凹状部４２Ｐ内に挿入されている。凸状部４１Ｐが凹状部４２Ｐ内に挿入された状態においては、凸状部４１Ｐの全体が凹状部４２Ｐ内に挿入されず、凸状部４１Ｐの頂部を含む上部のみが凹状部４２Ｐ内に挿入される。凸状部４１Ｐ及び凹状部４２Ｐは、そのような挿入状態となるような形状及び大きさを有している。凸状部４１Ｐがこのような状態で凹状部４２Ｐ内に挿入されていることで、第２部材４２は、第１部材４１の凸状部４１Ｐの頂部によって支持された状態になる。それによって、第１部材４１の第１貫通孔４１Ｈと第２部材４２の第２貫通孔４２Ｈとの連通状態を維持しつつ、第２部材４２が第１部材４１に対して傾動するようになる。つまり第１部材４１の第２面４１Ｒが、第２部材４２の第２面４２Ｒに対して非平行になる。傾動の方向は、図２（ａ）に示すｘ−ｙ−ｚ直交座標系におけるｘ−ｚ平面内及びｙ−ｚ平面内である。なお、図２（ａ）におけるｘ−ｙ平面は、第１部材４１の第２面４１Ｒと平行である。
【００２９】
凸状部４１Ｐが凹状部４２Ｐ内に挿入された状態においては、凸状部４１Ｐの頂部において開口する第１貫通孔４１Ｈと、凹状部４２Ｐの底部において開口する第２貫通孔４２Ｈが連通し、この連通状態は、第２部材４２が第１部材４１に対して傾動しても維持される。凸状部４１Ｐが略半球状であることによって、第２部材４２の傾動に伴って、第２部材４２と連結している紡糸ユニット３０の紡糸方向や角度を三次元的に自在に変化させることができる。紡糸ユニット３０の傾動の方向や角度は、固定部材４３による緩め度合又は締め度合を調節することによって適宜変更することができる。
【００３０】
連結部材４０における溶融樹脂の流通と、紡糸ユニット３０の三次元的な傾動とを両立させる観点から、図３（ａ）に示すとおり、凸状部４１Ｐの直径Ｄ１は、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。第１貫通孔４１Ｈの直径ｄ１は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。凸状部４１Ｐの高さＨ１は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３１】
同様の観点から、図３（ｂ）に示すとおり、凹状部４２Ｐの直径Ｄ２は、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。第２貫通孔４２Ｈの直径ｄ２は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。凹状部４２Ｐの深さＨ２は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
紡糸ユニット３０の傾動の方向や角度を定量的に調節する観点から、装置１０は、第１部材４１の第２面４１Ｒと第２部材４２の第２面４２Ｒとの間の角度を測定する角度測定手段を更に備えていることが好ましい。角度測定手段は、例えば分度器、プロトラクター、レーザー型角度計、マイクロメーターヘッドなどが挙げられる。これらの角度測定手段のうちマイクロメーターヘッドを使用する場合、定量的且つ三次元的な角度測定を行う観点から、図２（ａ）に示すｘ−ｚ平面方向及びｙ−ｚ平面方向に少なくとも一つずつ設けられていることが好ましい。角度測定手段は、固定部材４３のうち少なくとも一つを置換することで設けられていてもよく、固定部材４３とは別に設けられていてもよい。第１部材４１と第２部材４２との固定性を向上する観点から、角度測定手段は固定部材４３とは別に設けられていることが好ましい。
【００３３】
溶融樹脂供給装置２０からの溶融樹脂の供給を首尾よく行う観点から、第１部材４１及び第２部材４２は、それらのうち少なくとも一方に、溶融樹脂を加熱又は保温する加熱手段を備えていることが好ましい。加熱手段としては、ヒーターなどの公知の手段を用いることができる。加熱又は保温する温度としては、繊維の製造に使用する原料樹脂の融点以上に加熱又は保温しておくことが好ましい。同様の観点から、第１部材４１及び／又は第２部材４２は、耐熱性材料からなり、一般的に熱伝導性が高い材料で構成されていることが好ましく、材料の例としてはアルミナや炭化ケイ素等のセラミックス、ステンレスや銅等の金属が挙げられる。これらのうち、加工性及び強度を両立する観点から、ステンレス等の金属がさらに好ましい。
【００３４】
図１に示すとおり、第２部材４２には気体導入口４５が設けられている。この気体導入口４５を通じて、溶融紡糸装置１０の外部に設置された気体供給源（図示せず）から気体流通路３９へ気体が供給される。気体流通路３９へ供給される気体としては特に制限はないが、溶融樹脂を保温又は加熱するという観点からは、加熱された気体を用いることが好ましい。利便性の観点から、気体としては、加熱空気を用いることが好ましい。
【００３５】
図１に示すとおり、溶融紡糸装置１０には、連結部材４０と紡糸ユニット３０との間に、これらを接続するための接続部５０が更に設けられていてもよい。接続部５０は、第２部材４２の第１面４２Ｓ側と接続されている第１接続部材５１と、流通部３０Ｂの一端を第１接続部材５１に押し当てて固定する第２接続部材５２とを具備している。第１接続部材５１と第２接続部材５２とは、例えば螺合やボルト締結等の結合手段によって結合されるようになっている。
【００３６】
第１接続部材５１は貫通孔５１ａを有しており、連結部材４０と接続部５０とが接続された状態において、該貫通孔５１ａと、連結部材４０における第２貫通孔４２Ｈと、流通部３０Ｂにおける樹脂流路３８とが連通するようになっている。この構造を有することによって、溶融樹脂供給装置２０から供給された溶融樹脂をノズル３１へ供給することができる。第１接続部材５１は、貫通孔５１ａに加えて気体流通孔５１ｂ及び気体分配路（図示せず）を有している。気体流通孔５１ｂは、接続部５０と紡糸ユニット３０とが組み付けられた状態において、気体流通孔５１ｂと、紡糸ユニット３０における気体流通路３９とが連通するように形成されている。この構造を有することによって、気体導入口４５から供給された気体をノズル３１側へ供給することができる。接続部５０の第１接続部材５１及び第２接続部材５２は、耐熱性や機械的強度等の観点から、例えば金属で構成されていることが好ましい。溶融紡糸装置１０を溶融電界紡糸法に用いる場合には、溶融樹脂供給装置２０へ電圧が印加されることを防止する観点から、少なくとも第１接続部材５１は接地されていることが好ましい。
【００３７】
図１に示すとおり、溶融紡糸装置１０には、ノズル３１の吐出口３１ａと対向する位置に、繊維Ｆの捕集部６１が配置されている。捕集部６１は、ノズル３１から紡出された溶融樹脂を繊維Ｆとして捕集するために用いられる。図１に示す形態では、捕集部６１は平板状のものであるが、溶融樹脂を捕集できる形状であればその形状は特に制限されず、ベルトコンベアや円筒の周面などの形状であってもよい。
【００３８】
溶融紡糸装置１０に捕集部６１が配置されている場合、捕集部６１とノズル３１の先端との距離は、その下限値を好ましくは５０ｍｍ以上、更に好ましくは１００ｍｍ以上とすることができる。上限値は好ましくは３０００ｍｍ以下、更に好ましくは２０００ｍｍ以下とすることができる。捕集部６１とノズル３１の先端との距離は、好ましくは５０ｍｍ以上３０００ｍｍ以下、更に好ましくは１００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下とすることができる。
【００３９】
以上の構成を有する溶融紡糸装置１０においては、溶融樹脂供給装置２０とノズル３１との間に、溶融樹脂供給装置２０とノズル３１とを連通する連通路が形成されている。具体的には、溶融樹脂供給装置２０から、ノズル３１にわたって連通した溶融樹脂の流通路が、連結部材４０の第１貫通孔４１Ｈ及び第２貫通孔４２Ｈ、接続部材５０の貫通孔５１ａ並びに流通部３０Ｂの樹脂流路３８が連通した連通路を介して形成される。また、連結部材４０の第２部材４２に設けられた気体導入口４５から、流通部３０Ｂに設けられた気体流通路３９にわたって連通した気体の流通路が形成される。本実施形態では、連通路を囲むように気体の流通路（気体流通路３９）が設けられている。なお、「連通路を囲む」とは、連通路全長に亘って囲む場合の他、一部の長さに亘って囲む形態も含む意味である。そして、この溶融紡糸装置１０によれば、溶融樹脂の流通路の連通状態を維持しつつ、連結部材４０における第２部材４２が第１部材４１に対してｘ−ｚ平面内及びｙ−ｚ平面内において傾動可能になっているので、繊維Ｆの吐出方向を任意に調整できる。その結果、繊維Ｆが堆積して得られる繊維シートの坪量を一層均一にすることができる。
【００４０】
溶融紡糸装置１０を用いた繊維シートの製造においては、通常の溶融紡糸法や溶融電界紡糸法などを採用することができる。溶融紡糸法によって紡糸を行う方法としては、メルトブローン法などが挙げられる。本発明の溶融紡糸装置１０では、ノズル３１の伸びる方向に沿って気体流通路３９を通じて気体を噴射することが可能になっているので、特にメルトブローン法によって極細繊維を製造することができ、その繊維を用いた繊維シートを形成することができる。
【００４１】
例えばメルトブローン法では、溶融樹脂供給装置２０に原料樹脂を含む樹脂組成物を供給し、その樹脂組成物を溶融樹脂供給装置２０に備えられた混練装置で溶融混練する。樹脂組成物はスクリューの回転によって混練されて溶融樹脂供給装置２０に備えられたギヤポンプ等によりノズル３１に向けて送出されて、ノズル３１の吐出口３１ａから吐出される。吐出された溶融樹脂Ｒに向けて気体流通路３９を通じて気体を吹き付けることにより、溶融樹脂Ｒから細径の繊維を生成させながら、捕集部６１側へ搬送する。捕集部６１に堆積した繊維は、例えばベルトコンベアなどの搬送手段により下流の工程に搬送された後、ニップロールやプレスロールなどによるプレス加工を経て、本発明の繊維シートを製造することができる。溶融紡糸法での紡糸条件は特に限定されず、樹脂の種類や製品の用途等に応じて適切な条件が採用される。
【００４２】
一方、溶融電界紡糸法によって紡糸を行った場合、比較的簡便に極細繊維を形成することができる。溶融電界紡糸法とは、ノズル３１の近傍に電界が生じている状態下で、溶融樹脂Ｒを吐出することによって、吐出された溶融樹脂Ｒを帯電させて細長く引き伸ばし、繊維を形成する方法である。
【００４３】
溶融電界紡糸法においても、例えば上述の溶融紡糸法の場合と同様に、溶融樹脂供給装置２０に原料樹脂を含む樹脂組成物を供給し、その樹脂組成物を溶融樹脂供給装置２０に備えられた混練装置で加熱溶融する。溶融した樹脂組成物をスクリューの回転によって混練し溶融樹脂供給装置２０に備えられたギヤポンプにより、ノズル３１に向けて送出してノズル３１の吐出口３１ａから吐出する。
【００４４】
吐出された溶融樹脂Ｒを電界紡糸法によって紡糸する。詳細には、電極３２を高電圧発生装置３４に接続して電圧を印加し、ノズル３１の先端と電極３２との間に電界を発生させ、ノズル３１の吐出口３１ａから吐出された溶融樹脂Ｒを帯電させる。帯電した溶融樹脂Ｒは、その電気的斥力によって、延伸を繰り返して極細繊維化するように紡糸される。溶融樹脂Ｒから生成した繊維は、気体流通路３９からの気体によって搬送され、捕集部６１の表面に堆積する。
【００４５】
捕集部６１に堆積した繊維は、上述の溶融紡糸法の場合と同様に、例えばベルトコンベアなどの搬送手段により下流の工程に搬送された後、ニップロールやプレスロールなどによるプレス加工を経て、本発明の繊維シートを製造することができる。
【００４６】
溶融紡糸装置１０によって紡糸した繊維の生成量を高め、生産性を向上させる観点から、複数の溶融紡糸装置１０が設けられていることが好ましい。この場合、溶融紡糸装置１０は、繊維の坪量を幅方向に均一にする観点から、繊維の搬送方向に直交する方向と平行に複数設けられていることが好ましい。溶融紡糸装置１０の台数については特に制限はなく、繊維の搬送方向に直交する方向に一列に設けられていてもよく、複数列にわたって設けられていてもよい。
【００４７】
例えば、図４に示すとおり、２台の溶融紡糸装置１０を繊維の搬送方向に直交する方向に沿って設けることができる。同図において繊維の搬送方向は紙面と直交する方向である。図４に示す方法で紡糸を行い繊維シートＳを製造する場合には、繊維シートＳの幅方向、すなわち搬送方向と直交する方向における繊維の坪量に分布が生じることがある。そこで繊維シートＳの幅方向における繊維の坪量を一層均一にする観点から、溶融紡糸装置１０が繊維シートＳの搬送方向に直交する方向に沿って複数台設置されている場合には、図４に示すとおり、各溶融紡糸装置１０を傾動させて、繊維シートＳの幅方向における繊維の坪量が均一になるように傾動の程度を調整することが好ましい。なお、図４においては、２台の溶融紡糸装置１０が設置されおり、各溶融紡糸装置１０におけるノズル３１が繊維シートＳの幅方向の中央を向くように、図４の紙面内において該溶融紡糸装置１０が傾動している状態が示されているが、傾動方向はこれに限られない。例えば、図４の紙面と直交する面内において各溶融紡糸装置１０を傾動させてもよい。
【００４８】
本実施形態によれば、溶融紡糸法を実施する条件に応じて様々な繊維径の繊維を有する繊維シートを製造することができる。特にナノファイバと呼ばれる極細繊維を容易に製造することができる。ナノファイバの繊維径は、その繊維径を円相当直径で表した場合、１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であることが好ましい。繊維径は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって測定することができる。
【００４９】
次に本発明の第２実施形態を、図５を参照しながら説明する。本実施形態に関し特に説明しない点については、第１実施形態の説明が適宜適用される。また図５において図１ないし図４と同じ部材には同じ符号を付してある。
【００５０】
図５に示す第２実施形態では、連結部材４０における第１部材４１及び第２部材４２の形状が第１実施形態と相違している。溶融紡糸装置１０におけるその他の構造は第１実施形態と同様である。本実施形態においては、図５（ａ）に示すとおり、連結部材４０における第１部材４１’は、溶融樹脂供給装置２０と対向する第１面４１Ｓ’と、第１面４１Ｓ’と反対側に位置する第２面４１Ｒ’とを有している。第１面４１Ｓ’と第２面４１Ｒ’とは互いに平行な平面になっている。第２面４１Ｒ’は、その略中央部に第２面４１Ｒ’から隆起するように略半円柱状に形成された凸状部４１Ｐ’を有している。凸状部４１Ｐ’の高さ方向及び周方向の中央部には第１貫通孔４１Ｈ’が開口している。第１貫通孔４１Ｈ’は、凸状部４１Ｐ’の前記中央部を通り、且つ第１面４１Ｓ’と第２面４１Ｒ’との間を貫通している。第１部材４１’が溶融樹脂供給装置２０に組み付けられた状態では、溶融樹脂供給装置２０の吐出流路２１と第１貫通孔４１Ｈ’とが連通するようになっている。
【００５１】
第１部材４１’には固定用孔４１ａ’が設けられている。固定用孔４１ａ’には固定部材４３が挿入される。固定用孔４１ａ’は、固定部材４３によって第１部材４１’と第２部材４２’とを固定するために用いられる。図５（ａ）に示す実施形態では、平面視して矩形の第１部材４１’における四辺の各中央部に固定用孔４１ａ’が設けられている。
【００５２】
第２部材４２’は、図５（ｂ）に示すとおり、紡糸ユニット３０と対向する第１面４２Ｓ’と、第１面４２Ｓ’と反対側に位置する第２面４２Ｒ’とを有している。第１面４２Ｓ’と第２面４２Ｒ’とは互いに平行な平面になっている。第２面４２Ｒ’は、その略中央部に略半円柱状に陥没している凹状部４２Ｐ’を有している。第２部材４２’と、上述の第１部材４１’とが固定された状態において、凹状部４２Ｐ’には、第１部材４１’の凸状部４１Ｐ’が挿入可能になっている。凹状部４２Ｐ’はその底部における高さ方向及び周方向の中央部に第２貫通孔４２Ｈ’を有している。第２貫通孔４２Ｈ’は凹状部４２Ｐ’の底部の中央部を通り、且つ第１面４２Ｓ’と第２面４２Ｒ’との間を貫通している。第２部材４２’が紡糸ユニット３０に組み付けられた状態では、紡糸ユニット３０における樹脂流路３８及びノズル３１と第２貫通孔４２Ｈ’とが連通するようになっている。
【００５３】
また第２部材４２’には、固定部材４３によって第２部材４２’と上述の第１部材４１’と固定するための固定用孔４２ａ’が設けられている。固定用孔４２ａ’は、第１面４２Ｓ’と第２面４２Ｒ’との間を貫通している。図５（ｂ）に示す実施形態では、平面視して矩形の第２部材４２’における四辺の各中央部に固定用孔４２ａ’が設けられている。
【００５４】
第１部材４１’と第２部材４２’とが組み付けられた状態においては、第１部材４１’の第２面４１Ｒ’と、第２部材４２’の第２面４２Ｒ’とが対向し、且つ第１部材４１’の凸状部４１Ｐ’と第２部材４２‘の凹状部４２Ｐ’とが、それらの高さ方向を一致させて、該凸状部４１Ｐ’が該凹状部４２Ｐ’内に挿入される。凸状部４１Ｐ’が凹状部４２Ｐ’内に挿入された状態においては、凸状部４１Ｐ’の全体が凹状部４２Ｐ’内に挿入されず、凸状部４１Ｐ’の頂部稜線を含む上部のみが凹状部４２Ｐ’内に挿入される。凸状部４１Ｐ’及び凹状部４２Ｐ’は、そのような挿入状態となるような形状及び大きさを有している。凸状部４１Ｐ’がこのような状態で凹状部４２Ｐ’内に挿入されていることで、第２部材４２’は、第１部材４１’の凸状部４１Ｐ’の頂部稜線によって支持された状態になる。それによって、第１部材４１’の第１貫通孔４１Ｈ’と第２部材４２’の第２貫通孔４２Ｈ’との連通状態を維持しつつ、第２部材４２’が第１部材４１’に対して傾動するようになる。つまり第１部材４１’の第２面４１Ｒ’が、第２部材４２’の第２面４２Ｒ’に対して非平行になる。傾動の方向は、図５（ａ）に示すｘ−ｙ−ｚ直交座標系におけるｘ−ｚ平面内のみである。この傾動に起因して、第２部材４２’と連結している紡糸ユニット３０の紡糸方向や角度を二次元方向に自在に変化させることができる。紡糸ユニット３０の傾動の方向や角度は、固定部材４３による緩め度合又は締め度合を調節することによって適宜変更することができる。
【００５５】
次に、前記の各実施形態に共通する事項について説明する。繊維シートの製造に用いられる溶融樹脂は、熱可塑性樹脂を含む。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂；ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂；ナイロン６等のポリアミド樹脂；ポリ塩化ビニル等のビニル系ポリマー；ポリアクリル酸等のアクリル系ポリマーなどが挙げられる。これらの樹脂は一種を単独で、又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５６】
溶融樹脂は、本発明の効果を損なわない限り、熱可塑性樹脂に加えて、添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば帯電剤、酸化防止剤、中和剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤などが挙げられる。帯電剤としては、例えば、ステアリン酸等の高級脂肪酸と、Ｎａ、Ｋ及びＺｎ等の金属との塩や、アルキルスルホン酸塩、第四級アンモニウム塩等の界面活性剤などが挙げられる。
【００５７】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば第１実施形態においては、第１部材４１に凸状部４１Ｐが設けられ、第２部材４２に凹状部４２Ｐが設けられていたが、これに代えて、第１部材４１及び第２部材４２の貫通孔４１Ｈ，４２Ｈの連通状態が維持されることを条件として、第１部材４１に凹状部を設け、第２部材４２に凸状部を設けてもよい。第２実施形態に関しても同様であり、同実施形態においては、第１部材４１’に凸状部４１Ｐ’が設けられ、第２部材４２’に凹状部４２Ｐ’が設けられていたが、これに代えて、第１部材４１’及び第２部材４２’の貫通孔４１Ｈ’，４２Ｈ’の連通状態が維持されることを条件として、第１部材４１’に凹状部を設け、第２部材４２’に凸状部を設けてもよい。
【００５８】
また図４に示す実施形態においては、繊維シートＳの搬送方向と直交する方向に沿って２台の溶融紡糸装置１０，１０が配置されていたが、これに代えて３台以上の溶融紡糸装置１０を配置してもよい。また、繊維シートＳの搬送方向と直交する方向に沿って複数台の溶融紡糸装置１０を配置し、且つ該搬送方向に沿って複数台の溶融紡糸装置１０を配置してもよい。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。
【００６０】
〔実施例１〕
図１ないし図４に示す溶融紡糸装置１０を用いて、熱可塑性樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ；ＰｏｌｙＭｉｒａｅ社製、ＭＦ６５０Ｙ）８０質量％と、添加剤としてステアリン酸亜鉛を２０質量％を含む樹脂組成物からなる溶融樹脂Ｒを電界紡糸法によって紡糸して繊維を得た。電界紡糸法の紡糸条件は以下のとおりとし、捕集部６１上に設けられたベルトコンベアに坪量３３ｇ／ｍ２となるように捕集し、幅方向３００ｍｍの繊維シートを得た。
【００６１】
・製造環境：２７℃、５０％ＲＨ
・溶融樹脂供給装置２０内の加熱温度：２５０℃
・溶融樹脂の吐出量：９１２ｇ／ｈｒ
・ノズル３１（ステンレス製）の印加電圧：０ｋＶ（接地されている。）
・電極３２への印加電圧：−３８ｋＶ
・捕集部６１の印加電圧：０ｋＶ（接地されている。）
・ノズル先端と捕集部６１との間の距離：１０００ｍｍ
・気体流通路３９から噴出される気体の温度：２６０℃
・気体流通路３９から噴出される気体の流量：２００Ｌ／ｍｉｎ
・溶融紡糸装置１０の台数：４台（上下２列に２台ずつ配置）
・紡糸ユニット３０の傾斜角度：水平方向（ｘ−ｚ方向）内向きに３°、鉛直方向（ｙ−ｚ方向）０°
【００６２】
〔比較例１〕
紡糸ユニット３０の傾斜角度を０°（ノズル３１と捕集部６１とが直交している状態）とし、捕集部６１上に設けられたベルトコンベアに坪量６４ｇ／ｍ２となるように繊維を捕集した以外は、実施例１と同様の条件で電界紡糸して、繊維シートを製造した。
【００６３】
〔評価〕
実施例１及び比較例１で作製した繊維シートについて、繊維シートの中央部の幅方向３００ｍｍ×長手方向１００ｍｍの部分を取り出し、更に幅方向３０ｍｍ×長手方向１００ｍｍとなるように幅方向に１０分割した評価用サンプルを作製した。各評価用サンプルの坪量をそれぞれ測定して、平均坪量を算出した。繊維シートの一端を幅方向位置０ｍｍとし、幅方向位置０〜３００ｍｍの評価用サンプルにおける平均坪量を１としたときのそれぞれの評価用サンプルの相対坪量（基準化坪量）を図６に示した。また、各幅方向位置における基準化坪量のばらつきを標準偏差として算出した。
【００６４】
図６に示されるとおり、実施例１の繊維シートの相対坪量は、最も低い基準化坪量（幅方向位置１５０〜１８０ｍｍ）に対する最も高い基準化坪量（幅方向位置０〜３０ｍｍ）の比は約１．３倍となり、標準偏差は０．０７であった。それに対して、比較例１の繊維シートの相対坪量は、最も低い基準化坪量（幅方向位置１２０〜１５０ｍｍ）に対する最も高い基準化坪量（幅方向位置２４０〜２７０ｍｍ）の比は約２倍となり、標準偏差は０．２４であった。したがって、実施例１によれば、幅方向の坪量のばらつきが少なく、坪量が均一である繊維シートが製造できることが判る。
【符号の説明】
【００６５】
１０  溶融紡糸装置
２０  溶融樹脂供給装置
３０  紡糸ユニット
３１  ノズル
３９  気体流通路
４０  連結部材
４１  第１部材
４２  第２部材
４３  固定部材
４５  気体導入口
５０  接続部
６１  捕集部
【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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【図６】
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