(57)【要約】【課題】原料の詰まりによる製造コストの増加等を解消することができる繊維の製造装置および不織布の製造装置を提供する。【解決手段】  繊維の製造装置１は、溶融した熱可塑性樹脂を含む原料液１１を貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク１２を加熱する加熱手段１３と、原料液１１に一部が含浸する回転体１４と、回転体１４に設けられるリブ部２８とを備える。回転体１４は、原料液１１側に位置する先端部１４Ａおよびその反対の後端部１４Ｂと、軸方向Ｙへ延びる回転軸１５と、回転軸１５に対して傾斜する側面１６とを備える。回転軸１５と側面１６との軸方向Ｙに直交する方向における寸法は、先端部１４Ａから後端部１４Ｂに向かって大きくなる。回転体１４の後端部１４Ｂには、回転軸１５に直交する方向へと延出するリブ部１７を設ける。不織布の製造装置２は、繊維の製造装置１および捕集体２１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した熱可塑性樹脂を含む原料液を紡糸する繊維の製造装置であって、
前記原料液の貯留タンクと、前記貯留タンクに貯留された前記原料液にその一部が含浸可能である回転体と、を備え、
前記回転体は、前記原料液の液面に直交する方向へ延びる回転軸と、前記回転軸に対して傾斜する側面とを有し、前記回転軸に直交する方向における前記回転軸から前記側面までの寸法が、前記原料液側に位置する先端部からその反対の後端部へと向かって大きくなり、
前記回転体の回転により、前記側面に沿って前記原料液が上昇する液膜流を生成させ、前記後端部において、前記原料液が分散されることによって紡糸されることを特徴とする繊維の製造装置。
【請求項２】
前記原料液を加熱する加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の合成繊維の製造装置。
【請求項３】
前記回転体の前記後端部から、前記回転軸に直交する方向へと延出するリブ部をさらに設け、前記リブ部は、前記回転体の回転に伴って回転することを特徴とする請求項１または２記載の合成繊維の製造装置。
【請求項４】
溶融した熱可塑性樹脂を含む原料液を紡糸し、紡糸した繊維を捕集して不織布を製造する不織布の製造装置であって、
原料液の貯留タンクと、前記貯留タンクに貯留された原料液にその一部が含浸可能である回転体と、前記繊維を捕集する捕集体と、を備え、
前記回転体は、前記原料液の液面に直交する方向へ延びる回転軸と、前記回転軸に対して傾斜する側面とを有し、前記回転軸に直交する方向における前記回転軸から前記側面までの寸法が、前記原料液側に位置する先端部からその反対の後端部へと向かって大きくなり、
前記回転体の回転により、前記側面に沿って前記原料液が上昇する液膜流を生成させ、前記後端部において、前記原料液が分散されることによって紡糸され前記繊維を生成するとともに、前記捕集体によって前記繊維が捕集されることを特徴とする不織布の製造装置。
【請求項５】
前記捕集体は、前記回転体の前記側面より外側に位置するとともに環状に形成されることを特徴とする請求項４記載の不織布の製造装置。
【請求項６】
前記原料液を加熱する加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の不織布の製造装置。
【請求項７】
前記回転体の前記後端部から、前記回転軸に直交する方向へと延出するリブ部をさらに設け、前記リブ部は、前記回転体の回転に伴って回転することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の不織布の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂を原料とする繊維の製造装置および不織布の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂を原料とする繊維の製造装置または不織布の製造装置として、スパンボンド法やメルトブロー法など溶融した熱可塑性樹脂を吐出ノズルから吐出して繊維または不織布を製造する装置が知られる。
【０００３】
不織布を特にマスク等の衛生用品として使用する場合には、肌への刺激を考慮して繊維径はより小さい方が好ましい。熱可塑性樹脂を吐出する吐出ノズルの径を小さくすることによって繊維径を小さくすることができる。また、繊維に抗菌性を付与するために抗菌剤粒子を原料に混合させ、混合物を吐出ノズルから吐出させる手法も存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４２２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１を含めた従来の技術では、吐出ノズルを用いて原料を吐出するから、特に繊維径を小さくするためにノズル径を小さくした場合や、抗菌粒子を混合した場合には、吐出ノズルに原料が詰まりやすくなる。原料の詰まりを防止するためには、特許文献１に記載されたように抗菌粒子を特別なものにしたりしなければならず、製造コストの増加が懸念される。また、吐出ノズルが詰まった場合には、詰まった原料の除去等の必要があり、装置のメンテナンスが煩雑になる。
【０００６】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、原料の詰まりによる製造コストの増加等を解消することができる繊維の製造装置および不織布の製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するための本発明は、第１の発明および第２の発明を含む。
第１の発明は、溶融した熱可塑性樹脂を含む原料液を紡糸する繊維の製造装置であって、前記原料液の貯留タンクと、前記貯留タンクに貯留された前記原料液にその一部が含浸可能である回転体と、を備え、前記回転体は、前記原料液の液面に直交する方向へ延びる回転軸と、前記回転軸に対して傾斜する側面とを有し、前記回転軸に直交する方向における前記回転軸から前記側面までの寸法が、前記原料液側に位置する先端部からその反対の後端部へと向かって大きくなり、前記回転体の回転により、前記側面に沿って前記原料液が上昇する液膜流を生成させ、前記後端部において、前記原料液が分散されることによって紡糸されることを特徴とする。
【０００８】
第１の発明は、前記原料液を加熱する加熱手段をさらに備えてもよい。
【０００９】
第１の発明は、前記回転体の前記後端部から、前記回転軸に直交する方向へと延出するリブ部をさらに設け、前記リブ部は、前記回転体の回転に伴って回転してもよい。
【００１０】
第２の発明は、溶融した熱可塑性樹脂を含む原料液を紡糸し、紡糸した繊維を捕集して不織布を製造する不織布の製造装置であって、原料液の貯留タンクと、前記貯留タンクに貯留された原料液にその一部が含浸可能である回転体と、前記繊維を捕集する捕集体と、を備え、前記回転体は、前記原料液の液面に直交する方向へ延びる回転軸と、前記回転軸に対して傾斜する側面とを有し、前記回転軸に直交する方向における前記回転軸から前記側面までの寸法が、前記原料液側に位置する先端部からその反対の後端部へと向かって大きくなり、前記回転体の回転により、前記側面に沿って前記原料液が上昇する液膜流を生成させ、前記後端部において、前記原料液が分散されることによって紡糸され前記繊維を生成するとともに、前記捕集体によって前記繊維が捕集されることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、前記捕集体は、前記回転体の前記側面より外側に位置するとともに環状に形成されてもよい。
【００１２】
第２の発明は、前記原料液を加熱する加熱手段をさらに備えてもよい。
【００１３】
第２の発明は、前記回転体の前記後端部から、前記回転軸に直交する方向へと延出するリブ部をさらに設け、前記リブ部は、前記回転体の回転に伴って回転してもよい。
【００１４】
本発明において、「前記貯留タンクに貯留された前記原料液にその一部が含浸可能である回転体」とは、回転体の回転により液膜流が発生する条件において原料液に含浸させることを意味する。また、回転体の一部が、常に原料液に含浸されている状態を示すものではなく、一時的に含浸する状態、または含浸しない状態を含むものである。さらに、一部が含浸する状態、または、すべてが含浸する状態を含む。
【００１５】
「前記回転軸に直交する方向における回転軸から前記側面までの寸法が、前記原料液側に位置する先端部からその反対の後端部へと向かって大きくなり」とは、側面が後端部に向かって広がることを意味する。側面は直線的であってもよいし、一部に曲線を含むものであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、吐出ノズルを用いることなく、繊維を製造することができるので、原料液によるノズルの詰まりが生じることがなく、詰まりに起因するコスト増等を防止することができる繊維の製造装置およびこれを用いた不織布の製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る繊維の製造装置および不織布の製造装置を示した模式図であって、貯留タンクおよび捕集体を断面で示した図。
【図２】実験例において回転体を回転させたときの原料液の様子を示した画像。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照すれば、不織布の製造装置２は、繊維の製造装置１を含む。すなわち、繊維の製造装置１で製造された繊維を捕集する捕集体をさらに備えることによって不織布の製造装置２を構成する。
【００１９】
繊維の製造装置１は、溶融した熱可塑性樹脂を含む原料液１１を貯留する貯留タンク１２と、貯留タンク１２を加熱する加熱手段１３と、原料液１１に一部が含浸する回転体１４と、回転体１４に設けられるリブ部１７とを備える。このような繊維の製造装置１は、貯留タンク１２に貯留された原料液１１面に直交する軸方向Ｙを有する。
【００２０】
原料である熱可塑性樹脂としては、繊維を紡糸できる樹脂であれば特に限定されるものではなく、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、フッ素系樹脂、ウレタン系樹脂等を用いることができる。また、一種類の樹脂を用いてもよいし、複数の樹脂を混合して用いてもよい。さらに、原料液１１は抗菌性粒子を含むものであってもよい。抗菌性粒子としては、銀などの抗菌材をゼオライト等の無機質粒子に担持させたもの等を用いることができる。
【００２１】
回転体１４は、原料液１１側に位置する先端部１４Ａおよびその反対の後端部１４Ｂを備える とともに、軸方向Ｙへ延びる回転軸１５と、回転軸１５に対して傾斜する側面１６とを備える。側面１６は、回転軸１５の周囲において環状に形成され、回転軸１５と側面１６との軸方向Ｙに直交する方向における寸法は、先端部１４Ａから後端部１４Ｂに向かって大きくなる。この実施形態では、回転体１４は先端部１４Ａに頂点を有し、後端部１４Ｂに底面を有する円錐形である。
【００２２】
回転体１４の後端部１４Ｂには、回転軸１５に直交する方向へと延出するリブ部１７を設ける。リブ部１７は、回転体１４の回転に伴って一体的に回転する。この実施形態においてリブ部１７は、後端部１４Ｂよりもその直径が大きい円形であり、その中心と回転体１４の回転軸とが一致する。回転体１４にはモータ等の駆動源１８が接続され、回転軸１５を中心に回転可能とされる。回転体１４が回転すると、これに伴いリブ部１７も回転体１４の回転速度と同じ速度で同方向に回転する。リブ部１７は、回転体１４と一体的に形成されてもよいし、これとは別体で形成されてもよい。
【００２３】
繊維の製造装置１には、貯留された原料液１１が融点以上になるように保持する加熱手段１３を設ける。加熱手段１３は、原料液１１を一定温度に保持できるものであればいかなる手段も用いることができるが、例えば、貯留タンク１２に電熱線を設け、貯留タンク１２を加熱するようにしてもよいし、直接原料液１１を加熱するようなものであってもよい。
【００２４】
貯留タンク１２には、原料液１１を供給するための供給管１９が取り付けられる。加熱手段１３は、供給管１９に設けられ、加熱された原料液１１が貯留タンク１２に供給されるようにしてもよい。
【００２５】
上記のような繊維の製造装置１に捕集体２１を備え、不織布の製造装置２とすることができる。捕集体２１は、回転体１４の外側に位置するとともに、回転体１４の周囲を環状に覆い、回転体１４の軸方向Ｙの寸法より大きい。この実施形態では、捕集体２１は回転体１４の径方向外側に位置する円形の筒型である。
【００２６】
上記のような繊維の製造装置１および不織布の製造装置２において回転体１４の先端部１４Ａを貯留タンク１２の原料液１１に含浸する。回転体１４を駆動源１８によって回転させると、原料液１１が側面１６に沿って上昇する液膜流を生成する。すなわち、回転体１４の回転速度が上昇すると、原料液１１の水面および水中が撹拌され、回転体１４の周囲の水面が持上げられる。持上げられた原料液１１は回転体１４による回転力や原料液１１の表面張力等によって回転体１４の側面１６を伝って上昇し、これが液膜流となって側面１６を覆う。
【００２７】
側面１６の液膜流は、後端部１４Ｂに向かうほど薄くなり、さらにリブ部１７を伝うときには糸状となって径方向外側へと延びる。原料液１１は、熱可塑性樹脂を含むので水に比べて粘性が高く糸を引きやすい。そのため、リブ部１７において糸状となるものと推測される。糸状となった原料液１１は、遠心力によってリブ部１７の端部１７Ａからさらに外側へと放出される。原料液１１は、貯留タンク１２においては加熱されるが、回転体１４においては加熱されず、徐々に冷却され固化されるから、糸状を維持しながらリブ部１７から離れる。この時、原料液１１は繊維へと紡糸される。糸状の原料液１１は、さらに外側へと遠心力によって放出されることによって、引き伸ばされてより細いフィラメント状の繊維を形成することができる。
【００２８】
繊維径および繊維長さは回転体１４の回転速度、回転体１４の形状・大きさ、リブ部１７の大きさ、または原料液１１における熱可塑性樹脂の濃度等により適宜調整可能である。また、回転体１４の形状・大きさによってはリブ部１７は必須の構成ではなく、繊維が形成されるものであればリブ部１７を省略することもできる。
【００２９】
貯留タンク１２には供給管１９を備えるので、貯留タンク１２内の原料液１１の量が一定になるように、供給管１９から原料液１１を追加することができる。したがって、原料液１１が繊維となって貯留タンク１２から放出された場合であっても、原料液１１が不足することがない。また、原料液１１を貯留タンク１２内に一定量保持することによって、側面１６に形成された液膜流の厚さを一定に保つことができ、一定の繊維径および長さを有する繊維を得ることができる。
【００３０】
回転体１４の外側へと放出された繊維は、捕集体２１によって捕集される。捕集された繊維が積層されることによって、不織布を形成することができる。回転体１４の回転数、回転時間等によって捕集される繊維の量を制御することができ、所望の密度の不織布を得ることができる。
【００３１】
上記のような装置によれば、樹脂の紡糸において吐出ノズルを用いることがないので、吐出ノズルが詰まるという問題が発生することがない。したがって、吐出ノズルに起因する種々の問題を回避することができる。また、繊維径をノズルの径に依存することなく決定することができ、用途に応じた設計変更を容易におこなうことができる。さらに、吐出ノズルを用いないので、抗菌性粒子を原料液１１に添加した場合であっても、これがノズルに詰まってしまうということがない。
【００３２】
回転体１４が回転することによって、貯留タンク１２には強い渦糸を伴う循環渦が形成され、回転体１４の底部から上部への大規模な上昇循環流が作り出される。すなわち、貯留タンク１２内には、回転体１４の回転によって、原料液１１は側面１６の内側近傍においては上部から底部へと流れ、回転軸１５の延長線上近傍においては底部から上部へ向かって流れ、さらに、全体的に回転体１４の回転に沿って周方向への流れが発生する。このような流れが発生することによって、貯留タンク１２内には循環流が形成され、原料液１１が貯留タンク１２内において循環される。原料液１１が循環されるので、原料液１１の温度の偏りを抑制することができ、原料の均質化をすることができる。また、原料液１１に抗菌性粒子を添加した場合であっても、抗菌性粒子が凝集沈降するのを防止し、原料液１１に分散させることができる。
【００３３】
繊維の製造装置１および不織布の製造装置２において、必要とされる動力は、回転体１４を回転させる駆動源１８のみである。従来の吐出ノズルを用いたメルトブロー法などによれば、吐出ノズルからの押し出しと、ジェットによる吹き出しとの少なくとも二つの動力が必要であるのに対して、この実施形態では動力を減少させることができ、その分、消費電力を減少させることができる。
【００３４】
この実施形態において、回転体１４は円錐形を有しているが、側面１６に沿って上昇する液膜流が発生するものであれば、この形状に限られない。すなわち、側面１６は、軸方向Ｙに直交する断面が円形であることが好ましいが、完全な円形である必要はない。また、先端部１４Ａが軸方向Ｙに直交する面にほぼ平行な面を有する円錐台形であってもよい。回転軸１５と側面１６との間の寸法は、一定の比率で後端部１４Ｂに向かって増加していくものであってもよいし、増加率が変動するものであってもよい。
【００３５】
（実験例）
繊維の製造装置１において、貯留タンク１２は円柱形であり、その直径は約７０ｍｍ、軸方向Ｙにおける寸法は約１００ｍｍである。貯留タンク１２の周囲には加熱手段１３として電熱線を巻き付け、原料液１１が約５０℃になるように貯留タンク１２を加熱した。原料液１１としては、５重量％濃度のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）水溶液にホウ砂を少量添加したものを２００ｇ用い、これに抗菌粒子のモデルとしてアルミニウム粉末少量を添加した。実用面において抗菌粒子としては、銀をゼオライトに担持させた銀粒子を用いることができる。
【００３６】
回転体１４は、軸方向Ｙの寸法が約６０ｍｍ、後端部１４Ｂにおける直径が約６０ｍｍ、側面１６と回転軸１５との角度が約３０°である。リブ部１７は、回転体１４の後端部１４Ｂに接触して設けられ、その直径は約１５０ｍｍ、軸方向Ｙの寸法（厚さ）は約２ｍｍである。回転体１４およびリブ部１７は、約１０００〜３０００ｒｐｍの回転数で回転させた。回転させる駆動源１８としてモータを用いた。駆動源１８の回転前において、回転体１４は約２５ｍｍ、原料液１１に含浸させた。
【００３７】
捕集体２１は、円柱形であり、回転体１４の径方向外側に配置した。捕集体２１の軸方向Ｙの寸法は約３１０ｍｍ、直径は約３００ｍｍである。リブ部１７の端部１７Ａから捕集体２１までの離間寸法は約７０ｍｍである。
【００３８】
図２は、この実験例において回転体１４を回転させたときの貯留タンク１２内における原料液１１の様子を示したものであり、可視化のためにトレーサーとしてアルミニウム粉末を添加している。図示したように、回転体１４を回転させると、回転体１４の図面下方の原料液１１には強い渦糸１１Ａを伴う循環渦が形成されることが確認された。渦糸１１Ａは、回転体１４の回転軸とほぼ一致して貯留タンク１２の底部まで延びる。このような循環渦が形成されることによって、回転体１４の底部から上部への大規模な上昇循環流が作り出される。
【００３９】
回転体１４には側面１６を上昇する原料液１１の液膜流が形成された。原料液１１は、リブ部１７において端部１７Ａに向かって延びる線条流を形成した。これは線条の原料液１１がリブ部１７をスリップしながら流れていることを示唆している。線条の原料液１１は、端部１７Ａにおいてさらに径方向外側へと放出され引き伸ばされて、フィラメント状の繊維が生成された。生成された繊維は捕集体２１によって捕集および積層され、不織布が形成された。
【００４０】
上記のような実施例において、原料液１１と捕集体２１との間に電位差を設けるようにすることで、捕集体２１による捕集率を向上させることができる。例えば、貯留タンク１２に電圧を印加し、原料液１１およびこれによって生成された繊維が負の電荷を帯びるようにすることで、捕集体２１との間に電位差を設けることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１    繊維の製造装置
２    不織布の製造装置
１１    原料液
１２    貯留タンク
１３    加熱手段
１４    回転体
１４Ａ  先端部
１４Ｂ  後端部
１５    回転軸
１６    側面
１７    リブ部
１９    加熱手段
２１    捕集体
Ｙ    軸方向
【図１】
2015209608.tif 000003
【図２】
2015209608.tif 000004