JP6425023B2 - 極細繊維生成方法及び生成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、極細繊維集合体を生成する極細繊維生成方法及び生成装置に関する。
メルトブローン法は、熱可塑性の原料樹脂を溶融して押出される繊維から繊維集合体を得る溶融紡糸方法である。この方法は、幅方向に一列に間隔を置いて配置され溶融した原料樹脂を吹き出して繊維を形成するためのノズル孔の列と、このノズル孔の列の両側に設けられかつ熱風を吹き出すための一対のスリットとを備える溶融紡糸方法である。そして、吹き出された熱風は、ノズル孔の列から吹き出した溶融樹脂に直接当てられる。この吹き出した溶融樹脂を粉砕する力で細繊維化しながら極細繊維を生成し、ノズル孔の列に対向して配置された繊維捕集部に吹きつけ、集積して極細繊維集合体を生成する。
このような極細繊維集合体の生成装置において、繊維を効率的に細繊維化するために種々の工夫が施されている。たとえば、特許文献１では、熱風を吹き出すノズル孔の列の両側に第２の熱風を吹き出すためのスリットを具備し、吹き出された第２の熱風は、ノズル孔の列の先端で合流するように導入されて、細繊維化しながら極細繊維を得る方法が開示されている。また、特許文献２では、熱可塑性樹脂を溶融する加熱装置とは独立した第２の加熱装置を紡糸ノズルの直下に配置することで、極細繊維を得る方法が開示されている。
特開２０１４−８８６３９ 特開平８−８１８１７
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、ノズル孔から押出された繊維状の溶融樹脂に、直接、熱風を吹き付けるため乱流が発生してしまい、溶融樹脂の流れを乱して振動させてしまう。このような振動の発生のため、繊維を安定した状態で延伸することができず、繊維径バラツキが大きくなってしまう。また、特許文献２に記載の技術においては、紡糸ノズルの直下に第２の加熱装置があるため、紡糸ノズルから押出された繊維状の溶融樹脂がガス化しやすく、安定した細繊維化ができない。
そこで、本発明は、以上に述べた問題を解決し、細く、均一な繊維径の極細繊維を、容易かつ安定した状態で大量に得ることができる極細繊維生成方法及び生成装置を提供する。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様にかかる極細繊維生成装置は、熱可塑性樹脂を溶融する第１加熱部と、
前記第１加熱部で溶融した前記熱可塑性樹脂を吐出するノズル部と、
高温の気体を生成する熱風加熱部と、
前記熱風加熱部で生成した前記高温の気体を、前記ノズル部より吐出しかつ溶融した前記熱可塑性樹脂に吹き付けて、溶融した前記熱可塑性樹脂を延伸して繊維化する熱風吹き出し部と、
前記熱風吹き出し部により繊維化した前記熱可塑性樹脂を通過させて加熱する貫通穴を有して、前記貫通穴を通過するときに前記熱可塑性樹脂を加熱し、前記熱可塑性樹脂をさらに細線化する第２加熱部と、
前記第２加熱部で細線化した繊維状の前記熱可塑性樹脂を捕集する繊維捕集部と、を備え、
紡糸方向が、鉛直方向に垂直な方向であり、
前記第２加熱部の貫通穴の中心は、前記熱風吹き出し部の熱風吹出孔の中心の高さに対して距離Ｄ１だけ鉛直方向に対して低い位置に配置し、前記距離Ｄ１は１ｍｍ以上でかつ１０ｍｍ以下であり、
前記第２加熱部が、前記溶融した前記熱可塑性樹脂を吐出する前記ノズル部の先端及び前記熱風吹き出し部の先端から軸方向に２０ｍｍより大きく、１００ｍｍより小さい距離だけ離れた位置に配置され、
前記熱風加熱部及び前記第２加熱部における加熱温度が、前記熱風加熱部＜前記第２加熱部 となるように設定する。
本発明の第２態様にかかる極細繊維生成装置は、前記態様において、前記第２加熱部が、前記繊維捕集部に向かって、内径が大きくなる形状を有するようにすることもできる。
本発明の第３態様にかかる極細繊維生成装置は、前記態様において、前記第２加熱部が、前記貫通穴を有する筒状ヒータで構成され、前記筒状ヒータの下部の少なくとも一部に切欠き部を持つようにすることもできる。
本発明の第４態様にかかる極細繊維生成装置は、前記態様において、前記第１加熱部と前記熱風加熱部における加熱温度が、前記第１加熱部＜前記熱風加熱部 となるように設定するようにすることもできる。
本発明の第５態様にかかる極細繊維生成装置は、前記態様において、前記１つの第１加熱部に対して、前記ノズル部と、前記熱風吹き出し部と、前記第２加熱部とを複数並べて多連ノズルに構成するようにすることもできる。
本発明の第６態様にかかる極細繊維生成装置は、前記態様において、前記第１加熱部と、前記ノズル部と、前記熱風吹き出し部と、前記第２加熱部とを複数並べて、異なる樹脂又は異なる繊維径の繊維を複合化又は積層化するようにすることもできる。
本発明の第７態様にかかる極細繊維生成方法は、
熱可塑性樹脂を溶融する第１加熱部と、
前記第１加熱部で溶融した前記熱可塑性樹脂を吐出するノズル部と、
高温の気体を生成する熱風加熱部と、
前記熱風加熱部で生成した前記高温の気体を、前記ノズル部より吐出しかつ溶融した前記熱可塑性樹脂に吹き付けて、溶融した前記熱可塑性樹脂を延伸して繊維化する熱風吹き出し部と、
前記熱風吹き出し部により繊維化した前記熱可塑性樹脂を通過させて加熱する貫通穴を有して、前記貫通穴を通過するときに前記熱可塑性樹脂を加熱し、前記熱可塑性樹脂をさらに細線化する第２加熱部と、
前記第２加熱部で細線化した繊維状の前記熱可塑性樹脂を捕集する繊維捕集部と、を備え、
紡糸方向が、鉛直方向に垂直な方向であり、
前記第２加熱部の貫通穴の中心は、前記熱風吹き出し部の熱風吹出孔の中心の高さに対して距離Ｄ１だけ鉛直方向に対して低い位置に配置し、前記距離Ｄ１は１ｍｍ以上でかつ１０ｍｍ以下であり、
前記第２加熱部が、前記溶融した前記熱可塑性樹脂を吐出する前記ノズル部の先端及び前記熱風吹き出し部の先端から軸方向に２０ｍｍより大きく、１００ｍｍより小さい距離だけ離れた位置に配置され、
前記熱風加熱部及び前記第２加熱部における加熱温度が、前記熱風加熱部＜前記第２加熱部 となるように設定する、極細繊維生成装置を使用して極細繊維を生成する方法であって、
前記熱可塑性樹脂を溶融し、
前記溶融した熱可塑性樹脂を前記ノズル部から吐出するとともに、前記熱風吹き出し部から前記高温の気体を、前記ノズル部より吐出しかつ溶融した前記熱可塑性樹脂に吹き付けて、前記溶融した熱可塑性樹脂を延伸して繊維化し、
前記熱風吹き出し部により繊維化した前記熱可塑性樹脂を前記第２加熱部の前記貫通穴に通過させて加熱して、前記熱可塑性樹脂をさらに細線化し、
前記第２加熱部で細線化した繊維状の前記熱可塑性樹脂を前記繊維捕集部で捕集する。
以上のように、本発明の前記態様にかかる極細繊維生成装置及び生成方法は、ノズル部から吐出された繊維状の溶融樹脂を振動させることなく、また、第２加熱部によって溶融樹脂をガス化させてしまうことがない。このため、ノズル部から吐出された繊維状の溶融樹脂から、細く、均一な繊維径の極細繊維を、切れることなく、容易かつ、安定した状態で得ることができる。
本発明の実施形態に係る極細繊維生成装置の一例を説明する模式図 本発明の実施形態に係るノズル部及び熱風吹き出し部と第２加熱部の位置関係を説明する模式図 本発明の実施形態に係る第２加熱部の形状を説明する模式図 本発明の実施形態に係るノズル部、熱風吹き出し部、及び第２加熱部を複数並べた装置を説明する模式図 本発明の実施形態に係る溶融紡糸ユニット、第２加熱部を複数並べた装置を説明する模式図 本発明の実施例における繊維欠陥を示す説明図であって、（ａ）は本発明の実施例における繊維欠陥（大）を示す画像の図、（ｂ）は本発明の実施例における繊維欠陥（小）を示す電子顕微鏡画像の図 本発明の実施例における実施例１と比較例１の繊維径分布を比較する図
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる極細繊維生成装置１１０の一例を示している。極細繊維生成装置１１０は、溶融紡糸ユニット１００と、第２加熱部２００と、繊維捕集部３００とを備えている。
図１に示すように、原料樹脂４００から繊維７００を製造するための溶融紡糸ユニット１００は、樹脂供給部１０１と、第１加熱部１０２と、ノズル部１０３と、熱風加熱部の一例としての熱風発生装置１０５と、熱風吹き出し部１０４とで構成されている。
樹脂供給部１０１は、原料樹脂４００を第１加熱部１０２に供給する。原料樹脂４００としては、例えば、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、又は、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられる。
第１加熱部１０２は、その軸方向の一端が樹脂供給部１０１に接続されて、樹脂供給部１０１から供給された原料樹脂４００を溶融する。
ノズル部１０３は、第１加熱部１０２の軸方向の他端に配置され、ノズル孔１０３ａから、溶融樹脂５００を軸方向（鉛直方向に垂直な方向、すなわち、水平方向、言い換えれば、紡糸方向）沿いに吐出する。
熱風発生装置１０５は、ノズル部１０３の周囲に配置されて、高温（例えば４００℃）の気体（例えば空気）を発生させる。ここで、高温の例としては、３００〜５００℃程度の範囲であり、気体の例としては、空気又は窒素である。
熱風吹き出し部１０４は、一例としてノズル部１０３の下部に配置されかつ熱風発生装置１０５に接続されている。熱風吹き出し部１０４は、熱風吹出孔１０４ａから、熱風発生装置１０５で発生した高温の気体を、熱風６００として軸方向（鉛直方向に垂直な方向、すなわち、水平方向、言い換えれば、紡糸方向）沿いに吹き出す。この結果、ノズル部１０３のノズル孔１０３ａから吐出された溶融樹脂５００は、熱風吹き出し部１０４の熱風吹出孔１０４ａから吹き出した熱風６００によって、紡糸方向に一度延伸されて繊維化して、繊維７００となる。
第２加熱部２００は、ノズル部１０３の軸方向に、ある一定の距離Ｄ２だけ離れて配置され、中央部に貫通穴２００ａを有する筒状のヒータである。よって、繊維７００が熱風６００と共に第２加熱部２００の貫通穴２００ａを通過するとき、第２加熱部２００であるヒータにより繊維７００が加熱される。第２加熱部２００による加熱効果と熱風６００とによって、熱風６００で一度延伸されて繊維化した繊維７００が、更に延伸されて極細繊維７００Ａとなる。
繊維捕集部３００は、第２加熱部２００の軸方向に、ある一定の距離だけ離れて配置された板状の部材であり、極細繊維７００Ａが繊維集合体として捕集される。ここで、ある一定距離の一例としては３０ｃｍ程度の距離であるが、捕集ができれば、この値に限るものではない。
前記した構成にかかる極細繊維生成装置１１０によれば、以下のような極細繊維生成方法で極細繊維７００Ａを生成する。
まず、原料樹脂４００を第１加熱部１０２に供給する。
次いで、供給された原料樹脂４００が第１加熱部１０２で加熱されて溶融される。
次いで、第１加熱部１０２で溶融した溶融樹脂５００が、ノズル部１０３に供給され、ノズル部１０３のノズル孔１０３ａから軸方向（水平方向）沿いに吐出する。このとき、同時に、又は、吐出前から、熱風発生装置１０５で発生した熱風６００を熱風吹き出し部１０４の熱風吹出孔１０４ａから軸方向（水平方向）沿いに吹き出す。このように構成することによって、ノズル部１０３のノズル孔１０３ａから吐出された溶融樹脂５００は、熱風吹き出し部１０４の熱風吹出孔１０４ａから吹き出した熱風６００によって水平方向に一度延伸されて繊維化して、繊維７００となる。
次いで、繊維７００が、熱風６００と共に第２加熱部２００の貫通穴２００ａを通過する。このとき、第２加熱部２００であるヒータにより繊維７００が加熱される。この結果、第２加熱部２００による加熱効果と熱風６００とによって、熱風６００で一度延伸されて繊維化した繊維７００が、水平方向に更に延伸されて極細繊維７００Ａとなる。
次いで、繊維７００が第２加熱部２００を通過して延伸された極細繊維７００Ａが、繊維捕集部３００で繊維集合体として捕集される。
このような構成によれば、ノズル部１０３のノズル孔１０３ａから吐出された繊維状の溶融樹脂５００を振動させることなく、第２加熱部２００による加熱延伸によって、繊維７００をガス化させてしまうことがない。このため、ノズル部１０３のノズル孔１０３ａから吐出された繊維状の溶融樹脂７００から、細く、均一な繊維径の極細繊維７００Ａで構成される繊維集合体を、切れることなく、容易かつ、安定した状態で生成できる。
前記の溶融紡糸ユニット１００及び第２加熱部２００及び繊維捕集部３００は、紡糸方向が鉛直方向に垂直な方向（水平方向）に配置することによって、第２加熱部２００の貫通穴２００ａを構成するヒータ内壁に接触した繊維７００が再溶融して流動性を持った溶融樹脂に戻り、非繊維状態でノズル部１０３又は繊維捕集部３００に付着してしまい、紡糸不安定となることがないとともに、品質を悪化させることがなく、安定した状態で紡糸が可能となる。
図２は、本発明の前記実施形態のノズル部１０３と熱風吹き出し部１０４と第２加熱部２００との位置関係を示す模式図である。図２において、前記の第２加熱部２００の貫通穴２００ａの中心は、熱風吹き出し部１０４の熱風吹出孔１０４ａの中心の高さに対して距離Ｄ１だけ鉛直方向に対して低い位置に配置することにより、繊維７００の自重によって繊維７００が進行方向に対して下降してしまう影響を低減させることが可能となり、第２加熱部２００の略中心部の貫通穴２００ａに繊維７００を通過させることができる。この距離Ｄ１としては、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とすることが好ましい。その理由は、次の通りである。距離Ｄ１が１ｍｍ未満では、重力による繊維下降の影響でヒータ内壁下部に接触しやすくなり、再溶融してしまい、紡糸が不安定となってしまう。また、距離Ｄ１が１０ｍｍを越えると、ヒータの略中心部に繊維を通過させることができなくなる。さらに、この繊維７００の自重によって繊維７００が進行方向（水平方向）に対して下降してしまう影響を軽減するために、第２加熱部２００の軸方向を繊維捕集部３００の方向に対して下向きに傾けて設置しても良い。
さらに、図２において、前記の第２加熱部２００は、溶融樹脂５００を吐出するノズル部１０３の先端及び熱風吹き出し部１０４の先端とから距離Ｄ２だけ軸方向（例えば水平方向）に離れていることによって、熱風６００で繊維７００をガス化してしまうことを抑制すると共に、細繊維化を効率的に行うことが可能となる。そして、この距離Ｄ２としては、２０ｍｍより大きく、１００ｍｍより小さい寸法が好ましく、そのような距離Ｄ２だけ離れた位置に第２加熱部２００が配置されていることが好ましい。ここで、２０ｍｍ以下に第２加熱部２００がノズル部１０３及び熱風吹き出し部１０４に近接している場合には、繊維７００がガス化してしまう不具合が生じる一方、１００ｍｍ以上に離れている場合には、繊維７００が、熱風６００によって広く拡散されてしまい、第２加熱部２００の貫通穴２００ａを通過できなくなると共に、貫通穴２００ａを通過できた繊維７００においても、ヒータ内壁に接触しやすくなるため、再溶融してしまい、紡糸が不安定となってしまう。
なお、図１及び図２において、ノズル部１０３を上段に、熱風吹き出し部１０４を下段に配置した図で説明しているが、ノズル部１０３と熱風吹き出し部１０４とが上下逆に配置してもよい。ここで、ノズル部１０３を上段に、熱風吹き出し部１０４を下段に配置する場合には、重力により、溶融樹脂がエアに引き込まれやすくなり、紡糸を安定させることができる。一方、ノズル部１０３と熱風吹き出し部１０４とが上下逆に配置する場合には、メンテナンスなどで紡糸を止める際に、溶融樹脂が熱風吹き出し部１０４に流れ込んで詰まってしまうことを抑制できる。
図１及び図２において、前記の第２加熱部２００は、中空形状（円筒形状）であるヒータを用いることで、熱風６００（図１）と共に繊維７００（図１）を第２加熱部２００の内部の円柱状の貫通穴２００ａを通過させることができる。
さらに、図３は、第２加熱部２００の形状の別の例を示す。この図３の別の例において、前記の第２加熱部２００は、繊維捕集部３００（図１）に向かって入口側の内径ｄｉから出口側の内径ｄｏまで徐々に大きくなることが繊維７００の流れを安定化するためにも好ましい。この場合、貫通穴２００ａは、入口から出口に向かって拡大する円錐台形状となっている。
そして、図３において、前記の第２加熱部２００は、ヒータ下部の少なくとも一部に、軸方向に一端から他端まで延在したスリット状の切欠き部２０１を持つことにより、ヒータ内壁に接触した繊維７００が再溶融してしまった場合でも、流動性を持った溶融樹脂がヒータ下部に固着かつ停滞することなく、切欠き部２０１から鉛直方向下向きに流れ落ち、ヒータの中空部分である貫通穴２００ａを溶融樹脂で塞いで紡糸を遮ったりすることがないため、安定した状態で紡糸が可能となる。
また、図１に示す第１加熱部１０２と熱風発生装置１０５と第２加熱部２００とにおける加熱温度が、
第１加熱部１０２＜熱風発生装置１０５＜第２加熱部２００、
詳しくは、
第１加熱部１０２の溶融樹脂５００の加熱温度＜熱風発生装置１０５の熱風６００の加熱温度＜第２加熱部２００のヒータの加熱温度、
の順番に高い関係が成立するように設定することで、原料樹脂４００から溶融樹脂５００を経て繊維７００になり、最終的に極細繊維７００Ａとなる段階で、原料樹脂４００と溶融樹脂５００と繊維７００とをそれぞれ急激に加熱してしまうことによる、突沸的なガス化がより確実に防止でき、原料樹脂４００と溶融樹脂５００と繊維７００とを段階的に加熱することができるため、均一な繊維径を有する極細繊維をより確実に生成できる。
前記実施形態によれば、細線化の過程での樹脂のガス化を抑制でき、高温の気体（熱風６００）の乱流による繊維の流れの乱れを抑制できるため、細く、均一な繊維径の極細繊維を、切れることなく、容易かつ安定した状態で大量に得ることができる。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の前記実施形態にかかる極細繊維生成装置１１０の応用例を示している。
図４Ａにおいて、１つの第１加熱部１０２に対して、極細繊維生成装置１１０Ｂは、ノズル部１０３、熱風吹き出し部１０４、及び、第２加熱部２００を、それぞれ、縦方向又は／及び横方向に（一例として、図４Ａでは横方向に）複数並べて構成している。このような構成によれば、一度に、複数の溶融樹脂５００を複数のノズル部１０３から同時に吐出しつつ複数の熱風吹き出し部１０４から複数の熱風６００を同時に吹き出させて、紡糸方向に一度延伸されて繊維化した複数の繊維７００を同時に生成することができる。このように多連ノズル型式に構成することで、生産性を上げることができる。
また、図４Ｂにおいて、極細繊維生成装置１１０Ｃは、前記の溶融紡糸ユニット１００、第２加熱部２００を複数縦方向又は／及び横方向に（一例として、図４Ａでは縦方向に）並べて異なる樹脂の繊維集合体又は異なる繊維径の繊維集合体を複合化又は／及び積層化することができる。
次に、以下、本発明の前記実施形態の実施例に関わる極細繊維集合体とその製造方法について、図を参照しながら詳細に説明する。なお、実施例における評価方法は以下の方法を用いた。
Ａ．繊維生成量
繊維生成量については、以下のようにして求めた。すなわち、単ノズルで単位時間（１時間）に繊維捕集部３００で捕集された繊維集合体の総重量を精密天秤で計量し、その総重量で算出した。なお、精密天秤としてはザルトリウス製 ＢＰ２１０Ｄを使用した。
Ｂ．平均繊維径及び繊維径バラツキ
極細繊維７００Ａの平均直径は以下のようにして求めた。すなわち、電子顕微鏡による表面画像から極細繊維の直径を計測し、その平均値で求めた。このとき、平均に用いる極細繊維数は同一視野内で無作為に抽出した１０本以上の極細繊維の直径を測定し、これを異なる箇所からから採取した５サンプルで行い、合計５０本以上の極細繊維直径を用いて算出した。この際、繊維径バラツキについても３σ（標準偏差の３倍）として算出した。なお、電子顕微鏡としてキーエンス製 ＶＥ７８００を使用した。
Ｃ． 繊維欠陥（大）
図５は、実施例において繊維欠陥を説明する画像及び電子顕微鏡画像である。図５の（ａ）は、極細繊維の状態を観察した画像であり、繊維欠陥（大）８００を示している。この繊維欠陥（大）については、以下のようにして評価した。すなわち、繊維捕集部３００で捕集された繊維集合体において、単位面積（□１００ｍｍ）を目視観察及び触診により、１ｍｍ以上の巨大な塊状樹脂の個数を数え、その個数で評価した。
Ｄ．繊維欠陥（小）
図５の（ｂ）は、極細繊維の詳細状態を観察した画像であり、繊維欠陥（小）９００を示している。この繊維欠陥（小）については、以下のようにして評価した。すなわち、電子顕微鏡による倍率１００倍の表面画像から繊維化していない塊状樹脂の個数を数えることで求めた。このとき、異なる箇所からから採取した５サンプルの５画像で行い、合計５箇所の合計として算出した。なお、電子顕微鏡としてキーエンス製 ＶＥ７８００を使用した。
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示した極細繊維生成装置１１０を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ（メルトフローレート）：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：水平方向
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ４００℃
第２加熱部：設定温度 ５００℃
熱風速度：２００ｍ／ｓｅｃ
距離Ｄ１：５ｍｍ
距離Ｄ２：５０ｍｍ
ヒータ内径ｄｉ−ｄｏ：３０ｍｍ−３０ｍｍ
ヒータ肉厚Ｔ：５ｍｍ
ヒータ長さＬ：４０ｍｍ
ヒータ切り欠き幅ｂ：０ｍｍ
この結果として、作製した極細繊維集合体は、繊維生成量０．８ｋｇ／ｈ、平均繊維径３４５ｎｍ、繊維径バラツキは±４０％であった。また、繊維欠陥（大）については、５個であり、繊維欠陥（小）は２０個という結果であった。
（実施例２）
実施例２についても、図１に示した極細繊維生成装置１１０を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。実施例１との違いは、第２加熱部２００の形状として、繊維捕集部３００に向かって、内径が徐々に大きくなる形状とした。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：水平方向
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ４００℃
第２加熱部：設定温度 ５００℃
熱風速度：２００ｍ／ｓｅｃ
距離Ｄ１：５ｍｍ
距離Ｄ２：５０ｍｍ
ヒータ内径ｄｉ−ｄｏ：３０ｍｍ−６０ｍｍ
ヒータ肉厚Ｔ：５ｍｍ
ヒータ長さＬ：４０ｍｍ
ヒータ切り欠き幅ｂ：０ｍｍ
この結果として、作製した極細繊維集合体は、繊維生成量は、実施例１とほぼ同じ０．８ｋｇ／ｈであったが、平均繊維径は３０７ｎｍと細くなり、繊維径バラツキも±２８％と小さくすることができた。また、繊維欠陥（大）については３個であり、繊維欠陥（小）は５個と実施例１と比較して少なくなる傾向を得た。
（実施例３）
実施例３についても、図１に示した極細繊維生成装置１１０を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。実施例１との違いは、第２加熱部２００の形状として、ヒータ下部に切欠き部２０１を持つ形状とした。本実施例３では、切欠き部２０１の形状として、切欠き幅ｂでヒータ長さＬに渡って貫通する形で切欠きを形成したが、この形状に限定するものではなく、ヒータ下部の少なくとも一部に切欠き部を持つ形状で実施することができる。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：水平方向
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ４００℃
第２加熱部：設定温度 ５００℃
熱風速度：２００ｍ／ｓｅｃ
距離Ｄ１：５ｍｍ
距離Ｄ２：５０ｍｍ
ヒータ内径ｄｉ−ｄｏ：３０ｍｍ−３０ｍｍ
ヒータ肉厚Ｔ：５ｍｍ
ヒータ長さＬ：４０ｍｍ
ヒータ切欠き幅ｂ：５ｍｍ
この結果として、作製した極細繊維集合体は、繊維生成量は、実施例１とほぼ同じ０．８ｋｇ／ｈ、平均繊維径及び繊維径バラツキも、それぞれ３５５ｎｍ、±３８％と同程度となったが、繊維欠陥（大）については０個であり、繊維欠陥（小）についても１個と実施例１と比較して大幅に軽減できる傾向を得た。
（比較例１）
比較例１としては、第２加熱部２００がないことを除いて、図１に示した極細繊維生成装置と同様の装置を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：水平方向
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ４００℃
第２加熱部：なし
この結果として、作製した極細繊維集合体は、繊維生成量は０．８ｋｇ／ｈと実施例１〜３と同程度であったが、平均繊維径は８０７ｎｍと実施例１〜３よりも太く、更に、繊維径バラツキは±６４％と実施例１〜３よりも大きくなった。また、繊維欠陥（大）については６個であり、繊維欠陥（小）は１８個でいう結果であった。
（比較例２）
比較例２としては、紡糸方向が垂直方向下向きであることを除いて、図１に示した極細繊維生成装置と同様の装置を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。但し、第２加熱部２００と熱風吹き出し部１０４との距離Ｄ１については、垂直方向では重力の影響を受けないため、０ｍｍと設定した。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：垂直方向（下向き）
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ４００℃
第２加熱部：設定温度 ５００℃
熱風速度：２００ｍ／ｓｅｃ
距離Ｄ１：０ｍｍ
距離Ｄ２：５０ｍｍ
ヒータ内径ｄｉ−ｄｏ：３０ｍｍ−３０ｍｍ
ヒータ肉厚Ｔ：５ｍｍ
ヒータ長さＬ：４０ｍｍ
ヒータ切り欠き幅ｂ：０ｍｍ
この結果として、作製した極細繊維集合体は、実施例１と、繊維生成量、平均繊維径、及び繊維径バラツキについては同程度となり、それぞれ、０．８ｋｇ／ｈ、３５３ｎｍ、±４２％であった。しかし、繊維欠陥（大）及び、繊維欠陥（小）については５２個、１０５個と、実施例１よりも大幅に増加する結果であった。
（比較例３）
比較例３としては、図１に示した極細繊維生成装置を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。実施例１との違いは、第２加熱部２００と熱風吹き出し部１０４との距離Ｄ１を０ｍｍと設定した点である。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：水平方向
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ４００℃
第２加熱部：設定温度 ５００℃
熱風速度：２００ｍ／ｓｅｃ
距離Ｄ１：０ｍｍ
距離Ｄ２：５０ｍｍ
ヒータ内径ｄｉ−ｄｏ：３０ｍｍ−３０ｍｍ
ヒータ肉厚Ｔ：５ｍｍ
ヒータ長さＬ：４０ｍｍ
ヒータ切り欠き幅ｂ：０ｍｍ
この結果として、作製した極細繊維集合体は、実施例１と比較して繊維生成量が０．５ｋｇ／ｈと少なくなり、平均繊維径は３６０ｎｍと同程度であったが、繊維径バラツキが±５３％と実施例１より悪化する結果となった。また、繊維欠陥（大）については５個と同程度であったが、繊維欠陥（小）については６０個と実施例１よりも大幅に増加した。
（比較例４）
比較例４としては、図１に示した極細繊維生成装置を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。実施例１との違いは、第２加熱部２００が、溶融樹脂を吐出するノズル部１０３及び熱風吹き出し部１０４からの距離Ｄ２を２０ｍｍと近接配置した点である。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：水平方向
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ４００℃
第２加熱部：設定温度 ５００℃
熱風速度：２００ｍ／ｓｅｃ
距離Ｄ１：５ｍｍ
距離Ｄ２：２０ｍｍ
ヒータ内径ｄｉ−ｄｏ：３０ｍｍ−３０ｍｍ
ヒータ肉厚Ｔ：５ｍｍ
ヒータ長さＬ：４０ｍｍ
ヒータ切り欠き幅ｂ：０ｍｍ
この結果として、作製した極細繊維集合体は、実施例１と比較して、繊維生成量が０．３ｋｇ／ｈと大幅に少なくなり、平均繊維径も太く、繊維径バラツキも悪化する結果となった。平均繊維径と繊維径バラツキとは、それぞれ、５３０ｎｍ、±５５％であった。また、繊維欠陥（大）については４個と同程度であったが、繊維欠陥（小）については３５個と大幅に増加した。
（比較例５）
比較例５としては、図１に示した極細繊維生成装置を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。実施例１との違いは、第２加熱部２００が、溶融樹脂を吐出するノズル部１０３及び熱風吹き出し部１０４からの距離Ｄ２を１００ｍｍと離して配置した点である。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：水平方向
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ４００℃
第２加熱部：設定温度 ５００℃
熱風速度：２００ｍ／ｓｅｃ
距離Ｄ１：５ｍｍ
距離Ｄ２：１００ｍｍ
ヒータ内径ｄｉ−ｄｏ：３０ｍｍ−３０ｍｍ
ヒータ肉厚Ｔ：５ｍｍ
ヒータ長さＬ：４０ｍｍ
ヒータ切り欠き幅ｂ：０ｍｍ
この結果として、作製した極細繊維集合体は、実施例１と比較して、繊維生成量は０．８ｋｇ／ｈと実施例１と同程度であったが、平均繊維径は太く、繊維径バラツキも悪化する結果となった。平均繊維径と繊維径バラツキとは、それぞれ、６１０ｎｍ、±８９％であった。また、繊維欠陥（大）については７個と同程度であったが、繊維欠陥（小）については５７個と大幅に増加した。
（比較例６）
比較例６としては、図１に示した極細繊維生成装置を用いて極細繊維集合体を作製した。製造条件は以下の通りである。実施例１との違いは、熱風吹き出し部１０４の設定温度を第２加熱部２００の設定温度以上に設定したことである。
原料樹脂：ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ：１２００ｇ／１０分）
紡糸方向：水平方向
第１加熱部：設定温度 ３００℃
熱風吹き出し部：設定温度 ５００℃
第２加熱部：設定温度 ５００℃
熱風速度：２００ｍ／ｓｅｃ
距離Ｄ１：５ｍｍ
距離Ｄ２：５０ｍｍ
ヒータ内径ｄｉ−ｄｏ：３０ｍｍ−３０ｍｍ
ヒータ肉厚Ｔ：５ｍｍ
ヒータ長さＬ：４０ｍｍ
ヒータ切り欠き幅ｂ：０ｍｍ
この結果として、作製した極細繊維集合体は、実施例１と比較して、繊維生成量が０．１ｋｇ／ｈと少なくなったが、平均繊維径及び繊維径バラツキは、それぞれ３５８ｎｍ、±４３％と同程度となった。また、繊維欠陥（大）については５個と同程度であったが、繊維欠陥（小）については１５０個と大幅に増加した。
これらの結果を表１にまとめて示す。
Figure 0006425023
また、図６には、実施例１及び比較例１の繊維径を測定した結果から作成した分布図を示す。表１より、実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１の第２加熱部２００によって、繊維生成量を減少することなく、大幅な細繊維化及び繊維径バラツキ低減が可能であることがわかる。ただし、実施例１においては、１μｍ以下の極細繊維で述べているが、１μｍ以上の繊維であっても本発明の効果は期待できる。そして、図６の繊維径分布より、実施例１において繊維径を細くできていると共に、繊維径バラツキとしても、小さくできることがわかる。
実施例２においては、第２加熱部２００の貫通穴２００ａの形状を繊維捕集部３００に向かって徐々に大きくすることで、繊維７００の流れを安定化できるため、及び、繊維７００がヒータ内壁に接触して再溶融することを抑制できるため、繊維性生成量を増加できると共に、繊維径を更に細くでき、繊維径バラツキも軽減できていることがわかる。また、同様の効果によって、繊維欠陥（小）についても軽減できている。
実施例３においては、第２加熱部２００のヒータ下部に切欠き部２０１があることで、ヒータ内壁に接触した繊維７００が再溶融してしまった場合でも、流動性を持った溶融樹脂が、ヒータ下部に固着かつ停滞することなく流れ落ち、ヒータの中空部分を塞いで紡糸を遮ったりすることがない。このため、安定した状態で紡糸が可能となり、繊維欠陥（大）及び繊維欠陥（小）の発生を大幅に抑制できている。
表１より、実施例１と比較例２とを比較すると、比較例２では、紡糸方向を垂直方向（下向き）に配置するようにしている。このような構成によって、比較例２では、第２加熱部２００のヒータ内壁に接触して繊維７００が再溶融してしまい、流動性を持った溶融樹脂が非繊維状態で繊維捕集部３００に脱落し、極細繊維集合体に付着してしまい、図５の（ａ）に示すような繊維欠陥（大）が増加する結果となっている。比較例２では下向きで紡糸しているが、上向きに紡糸した場合には、同様の流動性を持った溶融樹脂が非繊維状態でノズル部１０３及び熱風吹き出し部１０４に、付着してしまう。このため、紡糸が不安定となり、結果的には、下向きと同様に図５の（ａ）に示すように繊維欠陥（大）が増加してしまったり、場合によっては、図５の（ｂ）に示すように繊維欠陥（小）も増加する結果となる。
表１より、実施例１と比較例３とを比較すると、比較例３では、第２加熱部２００は、熱風吹き出し部１０４の高さの差である距離Ｄ１を同じ高さに配置するように構成している。このような構成により、重力による繊維下降の影響で、繊維７００が第２加熱部２００の貫通穴２００ａを構成するヒータ内壁、特にヒータ下部に接触しやすくなる。このため、繊維７００が再溶融してしまい、繊維生成量が減少すると共に、流動性を持った溶融樹脂によって、繊維化が不安定となる。この結果、繊維径バラツキが大きくなり、繊維欠陥（小）も増加する結果となっている。
表１より、実施例１と比較例４とを比較すると、比較例４では、第２加熱部２００が、溶融樹脂を吐出するノズル部１０３及び熱風吹き出し部１０４からの距離Ｄ２が２０ｍｍ以下と近接配置するように構成している。このような構成により、繊維７００がノズル部１０３及び熱風吹き出し部１０４によって加熱されやすくなり、ガス化してしまう。このため、繊維生成量が減少すると共に、繊維化が不安定となり、繊維径バラツキが大きくなり、繊維欠陥（小）も増加する結果となっている。さらに、本発明者らは、この結果に鑑み、距離Ｄ２を２０ｍｍより離していくことで、この影響が減少し、逆に距離Ｄ２を２０ｍｍ以下に近づけていくほど悪化していく傾向を確認した。
表１より、実施例１と比較例５とを比較すると、比較例５では、第２加熱部２００が、溶融樹脂を吐出するノズル部１０３及び熱風吹き出し部１０４からの距離Ｄ２が１００ｍｍ以上に離れた状態で配置するように構成している。このような構成により、繊維７００が、熱風６００によって広く拡散されてしまい、第２加熱部２００の貫通穴２００ａを通過できなくなると共に、貫通穴２００ａを通過できた繊維７００においても、ヒータ内壁に接触しやすくなる。このため、再溶融してしまい紡糸が不安定となってしまうために、繊維生成量が減少すると共に、繊維化が不安定となる。この結果、繊維径バラツキが大きくなり、繊維欠陥（小）も増加する結果となっている。さらに、本発明者らは、この結果を鑑み、距離Ｄ２を１００ｍｍより近づけることでこの影響が減少し、逆に距離Ｄ２を１００ｍｍ以上に離していくほど悪化していく傾向を確認している。
表１より、実施例１と比較例６とを比較すると、比較例６では、熱風吹き出し部１０４の温度を、第２加熱部２００の設定温度以上に設定するように構成している。このような構成により、溶融樹脂５００が急激に熱風６００の温度で加熱されることでガス化してしまうため、効率的な繊維化ができなくなる。そのため、繊維生成速度も遅くなり、紡糸が不安定となることで、繊維欠陥（小）も増加する結果となった。また、第１加熱部１０２の温度を熱風吹き出し部１０４や第２加熱部２００の設定温度以上に設定する場合にも、同様にガス化、不安定となることを確認している。このため、第１加熱部１０２と熱風発生装置１０５と第２加熱部２００における加熱温度が、
第１加熱部１０２の溶融樹脂５００の加熱温度＜熱風発生装置１０５の熱風６００の加熱温度＜第２加熱部２００のヒータの加熱温度
の順番に高い関係が成立するように設定することが、ガス化させてしまうことがなく、極細繊維７００Ａを、より安定的に生成することができる条件であることを、本発明者らは発見した。
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本発明の前記態様にかかる極細繊維生成方法及び生成装置によれば、細線化の過程での樹脂のガス化を抑制でき、高温気体による乱流による繊維の流れの乱れを抑制できるため、細く、均一な繊維径の極細繊維を切れることなく、容易かつ安定した状態で大量に得ることができる。
１００ 溶融紡糸ユニット
１０１ 樹脂供給部
１０２ 第１加熱部
１０３ ノズル部
１０３ａ ノズル孔
１０４ 熱風吹き出し部
１０４ａ 熱風吹出孔
１０５ 熱風発生装置
１１０，１１０Ｂ，１１０Ｃ 極細繊維生成装置
２００ 第２加熱部
２００ａ 貫通穴
２０１ 切欠き部
３００ 繊維捕集部
４００ 原料樹脂
５００ 溶融樹脂
６００ 熱風
７００ 繊維
７００Ａ 極細繊維
８００ 繊維欠陥（大）
９００ 繊維欠陥（小）
Ｄ１ 熱風吹き出し部と第２加熱部との高さ方向の距離
Ｄ２ ノズル部及び熱風吹き出し部と第２加熱部との水平方向の距離
ｄｉ 第２加熱部のヒータ入口内径
ｄｏ 第２加熱部のヒータ出口内径
Ｌ 第２加熱部のヒータ長さ
Ｔ 第２加熱部のヒータ肉厚
ｂ 第２加熱部のヒータ下部の切欠き幅

Claims (7)

  1. 熱可塑性樹脂を溶融する第１加熱部と、
    前記第１加熱部で溶融した前記熱可塑性樹脂を吐出するノズル部と、
    高温の気体を生成する熱風加熱部と、
    前記熱風加熱部で生成した前記高温の気体を、前記ノズル部より吐出しかつ溶融した前記熱可塑性樹脂に吹き付けて、溶融した前記熱可塑性樹脂を延伸して繊維化する熱風吹き出し部と、
    前記熱風吹き出し部により繊維化した前記熱可塑性樹脂を通過させて加熱する貫通穴を有して、前記貫通穴を通過するときに前記熱可塑性樹脂を加熱し、前記熱可塑性樹脂をさらに細線化する第２加熱部と、
    前記第２加熱部で細線化した繊維状の前記熱可塑性樹脂を捕集する繊維捕集部と、を備え、
    紡糸方向が、鉛直方向に垂直な方向であり、
    前記第２加熱部の貫通穴の中心は、前記熱風吹き出し部の熱風吹出孔の中心の高さに対して距離Ｄ１だけ鉛直方向に対して低い位置に配置し、前記距離Ｄ１は１ｍｍ以上でかつ１０ｍｍ以下であり、
    前記第２加熱部が、前記溶融した前記熱可塑性樹脂を吐出する前記ノズル部の先端及び前記熱風吹き出し部の先端から軸方向に２０ｍｍより大きく、１００ｍｍより小さい距離だけ離れた位置に配置され、
    前記熱風加熱部及び前記第２加熱部における加熱温度が、前記熱風加熱部＜前記第２加熱部となるように設定する、極細繊維生成装置。
  2. 前記第２加熱部が、前記繊維捕集部に向かって、内径が大きくなる形状を有する請求項１に記載の極細繊維生成装置。
  3. 前記第２加熱部が、前記貫通穴を有する筒状ヒータで構成され、前記筒状ヒータの下部の少なくとも一部に切欠き部を持つ請求項１又は２に記載の極細繊維生成装置。
  4. 前記第１加熱部と前記熱風加熱部における加熱温度が、前記第１加熱部＜前記熱風加熱部となるように設定する請求項１〜３のいずれか１つに記載の極細繊維生成装置。
  5. 前記１つの第１加熱部に対して、前記ノズル部と、前記熱風吹き出し部と、前記第２加熱部とを複数並べて多連ノズルに構成する請求項１〜４のいずれか１つに記載の極細繊維生成装置。
  6. 前記第１加熱部と、前記ノズル部と、前記熱風吹き出し部と、前記第２加熱部とを複数並べて、異なる樹脂又は異なる繊維径の繊維を複合化又は積層化する請求項１〜４のいずれか１つに記載の極細繊維生成装置。
  7. 熱可塑性樹脂を溶融する第１加熱部と、
    前記第１加熱部で溶融した前記熱可塑性樹脂を吐出するノズル部と、
    高温の気体を生成する熱風加熱部と、
    前記熱風加熱部で生成した前記高温の気体を、前記ノズル部より吐出しかつ溶融した前記熱可塑性樹脂に吹き付けて、溶融した前記熱可塑性樹脂を延伸して繊維化する熱風吹き出し部と、
    前記熱風吹き出し部により繊維化した前記熱可塑性樹脂を通過させて加熱する貫通穴を有して、前記貫通穴を通過するときに前記熱可塑性樹脂を加熱し、前記熱可塑性樹脂をさらに細線化する第２加熱部と、
    前記第２加熱部で細線化した繊維状の前記熱可塑性樹脂を捕集する繊維捕集部と、を備え、
    紡糸方向が、鉛直方向に垂直な方向であり、
    前記第２加熱部の貫通穴の中心は、前記熱風吹き出し部の熱風吹出孔の中心の高さに対して距離Ｄ１だけ鉛直方向に対して低い位置に配置し、前記距離Ｄ１は１ｍｍ以上でかつ１０ｍｍ以下であり、
    前記第２加熱部が、前記溶融した前記熱可塑性樹脂を吐出する前記ノズル部の先端及び前記熱風吹き出し部の先端から軸方向に２０ｍｍより大きく、１００ｍｍより小さい距離だけ離れた位置に配置され、
    前記熱風加熱部及び前記第２加熱部における加熱温度が、前記熱風加熱部＜前記第２加熱部 となるように設定する、極細繊維生成装置を使用して極細繊維を生成する方法であって、
    前記熱可塑性樹脂を溶融し、
    前記溶融した熱可塑性樹脂を前記ノズル部から吐出するとともに、前記熱風吹き出し部から前記高温の気体を、前記ノズル部より吐出しかつ溶融した前記熱可塑性樹脂に吹き付けて、前記溶融した熱可塑性樹脂を延伸して繊維化し、
    前記熱風吹き出し部により繊維化した前記熱可塑性樹脂を前記第２加熱部の前記貫通穴に通過させて加熱して、前記熱可塑性樹脂をさらに細線化し、
    前記第２加熱部で細線化した繊維状の前記熱可塑性樹脂を前記繊維捕集部で捕集する、極細繊維生成方法。
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