(57)【要約】【課題】容易に長繊維の微細繊維を製造することができ、生産性を向上させた微細繊維の製造装置を提供する。【解決手段】第１のエアを所定の圧力で噴射する第１のノズルと、前記第１のエアよりも低い圧力で第２のエアを噴射する第２のノズルと、前記第１及び第２のエアによって紡糸される微細繊維の原料を供給する吐出ノズルと、を備えた微細繊維製造装置であって、前記第１のノズルは略水平に前記第１のエアを噴射するように配置されると共に、前記吐出ノズルは前記原料を略鉛直方向に供給するように配置され、前記第２のノズルは、前記第１のノズルと前記吐出ノズルのなす角の間に前記第１のエアに向かって前記第２のエアを噴射するように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエアを所定の圧力で噴射する第１のノズルと、
前記第１のエアよりも低い圧力で第２のエアを噴射する第２のノズルと、
前記第１及び第２のエアによって紡糸される微細繊維の原料を供給する吐出ノズルと、を備えた微細繊維製造装置であって、
前記第１のノズルは略水平に前記第１のエアを噴射するように配置されると共に、前記吐出ノズルは前記原料を略鉛直方向に供給するように配置され、
前記第２のノズルは、前記第１のノズルと前記吐出ノズルのなす角の間に前記第１のエアに向かって前記第２のエアを噴射するように配置されることを特徴とする微細繊維製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の微細繊維製造装置において、
前記第２のノズルは、前記第１のノズルに対して水平方向から２０°から６０°傾いて配置されることを特徴とする微細繊維製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の微細繊維製造装置において、
前記吐出ノズルの先端は、前記第２のノズルのノズル口よりも上方に配置されることを特徴とする微細繊維製造装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の微細繊維製造装置において、
前記第１のエアと前記第２のエアから噴射される噴射圧力は流速比で、２〜３：１であることを特徴とする微細繊維製造装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の微細繊維製造装置において、
前記第１のノズル，前記第２のノズル及び前記吐出ノズルの少なくともいずれか一方は、加熱装置を備えることを特徴とする微細繊維製造装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の微細繊維製造装置において、
前記第１のノズル及び前記第２のノズルの少なくともいずれか一方は、ノズル口がフラットノズルで構成されることを特徴とする微細繊維製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細繊維製造装置に係り、特に、より容易に微細繊維を製造することができ、生産性を向上させた微細繊維製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維径が１〜１５μｍ程度の極細繊維は、種々の用途に用いられており、その製造方法も種々の方法が知られている。
【０００３】
極細繊維の主な製造方法としては、メルトブローン方式等が知られている。メルトブローン方式は、ノズルからポリマー溶液を吐出するとともに、その周囲から吐出されたポリマー溶液に向けて熱風を送り込むことにより、ポリマー溶液を延伸させて、極細繊維を製造する方式である。
【０００４】
具体的には、極細繊維の生産性を向上させるために、特許文献１に記載された発明のように、略直方体の紡糸ダイの一の長手面において、長手方向に配置された複数のノズル孔から熱可塑性重合体を吐出させて極細繊維を得る工程、前記複数のノズル孔の配置方向片側のみに設けられたスリットから熱風を噴出させて、吐出された前記極細繊維を、前記紡糸ダイの下方に吸引させて、前記極細繊維を堆積させる工程を具備する極細繊維不織布の製造方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６０６３０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年繊維径が更に細い所謂ナノファイバーと呼ばれる微細繊維を容易に製造することが求められている。繊維径が２０〜２００ｎｍ程度の微細繊維の製造方法は、例えば、高電圧を印加した針状のノズルに高分子溶液を供給することで、この針状のノズルから線状に流出する高分子溶液に電荷が帯電され、高分子溶液の溶媒の蒸発に伴って帯電電荷間の距離が小さくなって作用するクーロン力が大きくなり、そのクーロン力が線状の高分子溶液の表面張力より勝った時点で線状の高分子溶液が爆発的に延伸される現象が生じ、この現象が一次、二次、三次と繰り返されることで微細繊維が製造されるエレクトロスピニング法が知られているが、針状のノズルを用いた製造方法では、微細繊維の大量生産が難しいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、容易に長繊維の微細繊維を製造することができ、生産性を向上させた微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】
【０００８】
本発明に係る微細繊維製造装置は、第１のエアを所定の圧力で噴射する第１のノズルと、前記第１のエアよりも低い圧力で第２のエアを噴射する第２のノズルと、前記第１及び第２のエアによって紡糸される微細繊維の原料を供給する吐出ノズルと、を備えた微細繊維製造装置であって、前記第１のノズルは略水平に前記第１のエアを噴射するように配置されると共に、前記吐出ノズルは前記原料を略鉛直方向に供給するように配置され、前記第２のノズルは、前記第１のノズルと前記吐出ノズルのなす角の間に前記第１のエアに向かって前記第２のエアを噴射するように配置されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る微細繊維製造装置において、前記第２のノズルは、前記第１のノズルに対して水平方向から２０°から６０°傾いて配置されると好適である。
【００１０】
また、本発明に係る微細繊維製造装置において、前記吐出ノズルの先端は、前記第２のノズルのノズル口よりも上方に配置されると好適である。
【００１１】
また、本発明に係る微細繊維製造装置において、前記第１のエアと前記第２のエアから噴射される噴射圧力は流速比で、２〜３：１であると好適である。
【００１２】
また、本発明に係る微細繊維製造装置において、前記第１のノズル，前記第２のノズル及び前記吐出ノズルの少なくともいずれか一方は、加熱装置を備えると好適である。
【００１３】
また、本発明に係る微細繊維製造装置において、前記第１のノズル及び前記第２のノズルの少なくともいずれか一方は、ノズル口がフラットノズルで構成されると好適である。
【００１４】
上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る微細繊維製造装置は、第１のエアを所定の圧力で噴射する第１のノズルと、前記第１のエアよりも低い圧力で第２のエアを噴射する第２のノズルと、前記第１及び第２のエアによって紡糸される微細繊維の原料を供給する吐出ノズルと、を備え、前記第１のノズルは略水平に前記第１のエアを噴射するように配置されると共に、前記吐出ノズルは前記原料を略鉛直方向に供給するように配置され、前記第２のノズルは、前記第１のノズルと前記吐出ノズルのなす角の間に前記第１のエアに向かって前記第２のエアを噴射するように配置されるので、第２のエアによって気圧層相当の流れを積極的に形成することができるので、容易に長繊維の微細繊維を製造することができ、微細繊維の生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る微細繊維製造装置のノズル部材の構成を説明するための断面図。
【図２】図１におけるＡ部拡大図。
【図３】低圧エアによって延伸された繊維の拡大図。
【図４】高圧エアによって延伸された微細繊維の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、本発明において、微細繊維とは、繊維径が２０〜２００ｎｍ程度の繊維をいう。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る微細繊維製造装置のノズル部材の構成を説明するための断面図であり、図２は、図１におけるＡ部拡大図であり、図３は、低圧エアによって延伸された繊維の拡大図であり、図４は、高圧エアによって延伸された微細繊維の拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る微細繊維製造装置１は、第１のノズル１１，第２のノズル１２及び吐出ノズル１３を備えるノズル部材１０と、第１のノズル１１及び第２のノズル１２から噴射された低圧及び高圧エアによるエアの流れによって吐出ノズル１３から供給された原料であるポリマー溶液が延伸された微細繊維を捕集する図示しない捕集装置とを備えている。
【００２０】
図２に示すように、本実施形態に係る微細繊維製造装置１は、第１のノズル１１から噴射された高圧エアによって形成される高速エアの流れＦHと、第２のノズル１２から噴射された低圧エアによって形成される低速エアの流れＦLとが形成され、吐出ノズル１３から供給されたポリマー溶液が低速エアの流れＦLと高速エアの流れＦHとによって２段階に延伸されるように構成されている。
【００２１】
図１に示すように、ノズル部材１０には、高圧エアの供給源に接続される高圧マニホルド１４を介して高圧エアを噴射する第１のノズル１１と、低圧エアの供給源に接続される低圧マニホルド１５を介して低圧エアを噴射する第２のノズル１２とポリマー溶液ストックタンク１７からギヤポンプ１６を介してポリマー溶液を供給する吐出ノズル１３とを備えている。また、ノズル部材１０の吐出ノズル１３近傍の外周にはヒーターなどの加熱装置３０が取り付けられている。なお、本実施形態に係る微細繊維製造装置１に用いられるノズル部材１０では、第１のノズル１１をフラットノズル、第２のノズル１２を直進ノズル、吐出ノズル１３をノズルピッチが１０ｍｍ以上に設定されたコーム状に形成した場合について説明を行う。
【００２２】
ここで、第１のノズル１１から噴射される高圧エアは、例えば、ノズル径１．０ｍｍ×５０ｍｍに対し０．２ＭＰａで供給され、第２のノズル１２から噴射される低圧エアは、ノズル径１．５ｍｍに対して０．０３ＭＰａで供給されると好適であり、高圧エアと低圧エアの流速比は、２〜３：１程度に設定されると好適である。具体的には、低圧エアの流速が２００〜３００ｍ／ｓｅｃに設定され、高圧エアの流速が６００ｍ／ｓｅｃ以上に設定される。
【００２３】
このように、第１のノズル１１や第２のノズル１２が高圧又は低圧マニホルド１４、１５を介して高圧又は低圧エアを噴射するので、第１のノズル１１又は第２のノズル１２がフラットノズルで構成された場合であっても均等な圧力のエアを噴射することが可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態に係る微細繊維製造装置１に用いられるポリマー溶液はポリマーを溶媒で溶解させたものが適宜用いられるが、用いられるポリマーとしては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンやポリウレタンなどが用いられる。また、ポリエステルとしては、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、ポリ乳酸等が用いられ、ポリアミドとしては、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１等が用いられ、ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリスチレンなどが用いられる。
【００２５】
また、溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジンアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサンなどが用いられる。
【００２６】
また、ポリマー溶液はギヤポンプ１６を介して供給されるので、脈動などが発生することなく連続して安定的にポリマー溶液を供給することが可能となる。また、ポリマー溶液の供給は、ギヤポンプ１６を介する場合に限られず、種々の供給方法を適用することが可能である。例えば、ポリマー溶液を加圧エアによる押し出しによって供給するように構成しても構わない。
【００２７】
さらに、ノズル部材１０には、加熱装置３０が取り付けられているので、製造現場の気温が低下した場合等にポリマー溶液の温度を上げることができるので、ポリマー溶液の粘度を安定させることができる。なお、加熱装置３０は、電熱線等を用いても構わないし、温水等を用いても構わない。
【００２８】
ここで、第１のノズル１１は、略水平方向に高圧エアを噴射するように配置され、吐出ノズル１３はポリマー溶液を鉛直下方に供給するように鉛直方向下側に向いて配置されている。このように、第１のノズル１１と吐出ノズル１３とは、互いに概略直角になるように配置されている。また、第２のノズル１２は、第１のノズル１１と吐出ノズル１３のなす角の間に配置され、低圧エアを第１のノズル１１が噴射した高圧エアに向かって噴射するように配置されている。なお、第２のノズル１２は、第１のノズル１１に対して２０〜６０°傾いて配置されると好適であり、より好ましくは、４０°程度に配置されると好適である。ここで、第２のノズル１２が２０°よりも小さい角度で配置されると、微細繊維に粒子が発生すると共に捕集具合が悪化し、６０°よりも大きい角度に配置されると吐出ノズル１３から供給されたポリマー溶液が高速エアの流れＦHを抜けてしまい検証できない結果となった。
【００２９】
また、図２に示すように、吐出ノズル１３の先端は、第２のノズル１２のノズル口よりも上方に配置されており、第２のノズル１２から噴射される低圧エアの流れＦLにポリマー溶液をのせるように配置されている。また、図示しない位置調整機構を用いて、このように吐出ノズル１３から供給されるポリマー溶液が第２のノズル１２から噴射された緩やかな気流に乗るように適宜調整可能に構成されている。
【００３０】
このように構成された本実施形態に係る微細繊維製造装置１は、吐出ノズル１３から供給されたポリマー溶液が、低圧エアによって、ポリマー溶液の１次爆発を起こし図３に示すように平均繊維径が５００ｎｍまで延伸され、高圧エアによって、図４に示すように平均繊維径が１００ｎｍまで延伸され、バラツキの少ないナノレベルの微細繊維を製造することが可能となることが確認できた。また、本実施形態に係る微細繊維製造装置１は、各種ノズルが一体となったノズル部材１０を用いているので、より安定的に繊維生成が可能となり、生産性をより向上させることができる。
【００３１】
以上説明した本実施形態に係る微細繊維製造装置において、第１のノズル１１及び第２のノズル１２によって高速エアの流れ及び低速エアの流れを用いて３段階にポリマー溶液を延伸させる場合について説明をおこなったが、延伸の回数はこれに限定されず例えば、複数のノズルを用いて３段階以上行っても構わない。また、延伸に用いるポリマー溶液は、溶媒方式を用いた場合について説明を行ったが、ポリマー溶液は溶融方式を用いても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３２】
１  微細繊維製造装置，  １０  ノズル部材，    １１  第１のノズル,    １２  第２のノズル，    １３  吐出ノズル，    １４  高圧マニホルド，    １５  低圧マニホルド，    １６  ギヤポンプ，    １７  溶液タンク，    ３０  加熱装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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