JP7259384B2 - メルトブロー口金 - Google Patents

Description

本発明は不織布を紡糸するメルトブロー口金であって、組立、洗浄性を向上したメルトブロー口金に関する。

近年、繊維径がミクロンオーダーからナノオーダーの不織布がフィルター、おむつ、マスクなどの衛生材や医療材、医薬用途などの様々な分野で利用されている。これらの不織布を製造する技術としては、メルトブロー法、スパンポンド法、エレクトロスピニング法での製造が一般的であり、製品用途に合わせて製造方法が選択されている。中でもメルトブロー法は繊維径が１μｍ前後の繊維を作ることができ、多くの用途で使用されている。メルトブロー法は溶融もしくは溶液にしたポリマーを口金から吐出してノズルの周囲から噴射する高速エアーにより吐出したポリマーを引き延ばして、吐出したポリマーを繊維化している。メルトブロー法で用いられる口金は特許文献１、２に示すようにポリマーを吐出するノズルプレートの上に独立したポリマーを幅方向に拡幅、均一化するコートハンガー型のマニホールドプレートを設置した構成が一般的に用いられている。

特開平６－１６６９４４号公報 特許第６２４６０５５号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に開示されている口金の構成は、マニホールドプレートを２分割する形状であり、接続するノズルプレートのポリマーが流入する開口部の幅とマニホールドで拡幅されたポリマーを誘導するスリットの幅を同じにする必要がある。また、流量を均一化するためにはマニホールドの容量を大きくして均一化する必要がある。そのため、口金自体が大型化するため、口金の分解、洗浄、組立といった付帯作業が煩雑になり、大きな労力が必要となる。

本発明は、従来技術と同等のポリマーの流動性や均一性を保ちつつ、部品点数を削減することで小型化でき、分解、洗浄、組立といった付帯作業を軽減化できるメルトブロー口金を提供する。

上記の課題を解決する本発明のメルトブロー口金は、
隣接するノズルプレートおよびベースプレートを有し、
上記ノズルプレートは、上記ベースプレートに対向する面に形成されたポリマーを拡幅するためのマニホールドの一部およびポリマーを整流化するためのスリットの一部である一続きの凹部、複数のノズル孔、ならびにノズル孔と上記凹部の上記スリットを構成する部分とを連通するポリマー導入路を有し、
上記ベースプレートは、ポリマーが供給されるポリマー供給口、およびポリマー供給口と上記ノズルプレートに対向する面とを連通して上記凹部の上記マニホールドを構成する部分に開口するポリマー供給路を有し、
上記複数のノズルから吐出されるポリマーに向けて空気を吹き付けるためのエアーノズルを有し、
上記マニホールドおよび上記スリットが、上記ベースプレートの上記ノズルプレートに対向する面と上記凹部とで構成されている。

本発明のメルトブロー口金は、好ましくは上記ノズルプレートと間隔をあけて設けられたエアーリッププレートを有し、上記エアーノズルが、上記ノズルプレートと上記エアーリッププレートとの間の隙間で構成ており、より好ましくは上記ベースプレートが、上記エアーノズルに連通するブローエアー供給部を有している。

本発明のメルトブロー口金は、好ましくは上記ベースプレートが、外部と上記ポリマー導入路とを連通するエアーベントを有する。

本発明の紡糸口金によれば、口金内部を流動するポリマーの流動性や均一性を低下することなく、口金を構成する部品点数を削減して小型化できるので、紡糸口金の分解、洗浄、組立等の付帯作業を軽減できる。

本発明のメルトブロー口金の構成断面を示す模式図である。 図１の実施形態でポリマー流入中のエアーを示す模式図 図１の実施形態で口金内部にポリマーが充填される工程を示す模式図である。 図１の実施形態で紡糸した繊維分布を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し本発明はこれらに限定されない。

まず本発明のメルトブロー口金の実施形態の一例について、図１を用いて説明する。図１は本発明のメルトブロー口金の構成断面を示す模式図である。

図１を参照する。本発明のメルトブロー口金は、ポリマーを吐出するノズルプレート２、ポリマーを延伸するブローエアーを供給するベースプレート３、ブローエアーを整流するエアーノズル１３から構成される。以下、各構成要素について詳述していく。

ノズルプレート２には、ポリマーを拡幅するマニホールド５とポリマーを整流化するスリット６とが一続きの凹部となって、ベースプレート３に対向する面に形成されている。マニホールド５部分とスリット６部分を除いたノズルプレート２の面がベースプレート３と接して連結することで、マニホールド５とスリット６とが閉じた一続きの凹部となり、ポリマーを流動させる。マニホールド５、スリット６はポリマー粘度やポリマーの流量に応じて均一にポリマーを流動できる形状となっている。マニホールド５は流入したポリマーを拡幅する部分であり、半円状の凹部が図１のＹ方向に均一な形状を有している。ただし、ポリマーを均一に拡幅する形状であればよいので、半円形状には限定されない。また、液の流動性を高めるため、マニホールド５の面粗度がＲａ０．２以下にすることが好ましい。スリット６はマニホールド５で拡幅されたポリマーを均一に整流するために、凹部は図１のＹ方向に均一な形状になるように平面度が０．００５以下に加工することが好ましく、表面粗さはＲａ０．２以下が好ましい。マニホールド５およびスリット６の一続きの凹部は、複数のノズル孔７にポリマーを導入するポリマー導入路１９に連通する。ノズル孔７の孔径Ｄはポリマー粘度や孔長さＬによる圧損を考慮して決定されるが、細繊化やショットと呼ばれる微小なポリマー塊による不良の発生を防ぐために、孔径Ｄを小径化し、１孔あたりのポリマー吐出量を少なくすることが好ましく、孔径Ｄは１００μｍ～４００μｍが好ましい。以上の構成によりノズルプレート２は、ポリマーを吐出することと、ポリマーを口金幅方向に均一に拡幅することの２つ機能を備える。

ベースプレート３は上述したように、ノズルプレート２に対面しメタルタッチによりボルト１１でノズルプレート２と直接締結されることで、ノズルプレート２のマニホールド５およびスリット６の一続きの凹部でポリマーが流動する閉空間を構成する。ベースプレート３はノズルプレート２にポリマーを供給するポリマー供給口８を有する。ポリマー供給口８は、ポリマー供給路１０を介してベースプレート３に対向するノズルプレート２に連通し、マニホールド５にポリマーを供給する。また、ポリマー供給口８はマニホールド５に連通するように配置し、ポリマー流路が全てマニホールド５の上部になるように配置することが好ましい。ポリマー供給路１０の流路形状は限定しないが、加工が比較的容易な丸孔にすることが好ましい。

ポリマー供給口８から流入したポリマーは、ポリマー供給路１０、マニホールド５、スリット６、およびポリマー導入路１９を流動して吐出孔７から吐出され、エアーノズル１３から吹き出された高速エアーで延伸、開繊して繊維状となる。

エアーノズル１３は、エアーリッププレート４とノズルプレート２のノズル先端１５の間隙でエアーの風速を調整する。エアーリッププレート４はベースプレート３とボルトで締結されて、エアーノズル１３の間隙が調整できることが好ましい。また、エアーノズル１３の間隙が一定ではない場合は、ブロー風速にムラが発生し、ノズル孔７から吐出したポリマーの延伸ムラが発生し、繊維径が不均一となる。そのため、エアーノズル１３の間隙は図１のＹ方向に均一となるように調整することが好ましく、間隙のズレは１０μｍ以下が好ましい。

ベースプレート３には、エアーノズル１３に連通するブローエアー供給部９が備えられている。ブローエアー供給部９は、ノズル孔７から吐出したポリマーをノズルプレート２のノズル先端１５の両サイドから均一にブローエアーを当てるために、ノズルプレート２に２個備えられている。また、供給されたブローエアーを多数のブロー整流孔１４で均一に分散してエアーノズル１３に連通することが好ましい。

また、ベースプレート３には、ポリマーを供給した時に混入したエアーを抜くために、エアーベント１２が形成されていることが好ましい。図２はポリマー流入中のエアーを示す模式図であり、エアーベント１２はポリマー導入流路１９に溜まるエアー１６を排出するため、ポリマー導入路１９に連通している。また、エアーベント１２の個数は限定されないが、滞留するエアー１６はポリマー導入路１９の端部に溜まりやすいため、両端部に２個配置されることが好ましく、エアーベント１２の流路が全てポリマー導入路１９の上に配置されることがより好ましい。

次に図３を用いて本発明の紡糸口金内部でのポリマーが充填される工程を説明する。
図３ａ）～ｄ）は図１の実施形態で口金内部にポリマーが充填される工程を示す模式図である。図３ａ）はポリマー供給路１０にポリマー１７が流入している状態を示す。図３ｂ）～図３ｃ）は図３ａ）の状態からマニホールド５にポリマー１７が流入し、マニホールド５で拡幅して、スリット６で均一に整流される工程を示す。ポリマー１７の拡幅を早く均一にするために、マニホールド５の形状を流動計算により小さくすることで、マニホールド内でポリマー１７が滞留する時間を短縮することができる。さらにスリット６による隙間でポリマー１７を整流することで、口金の全幅でポリマーを均一に押し出すことができる。

次に図３ｄ）～ｆ）は図３ｃ）でスリット６から均一に整流されたポリマー１７がポリマー導入路１９に流入後に充填し、エアーベント１２からポリマー１７が排出される工程を示す。

流入したポリマー１７は、ノズル孔７があるポリマー導入路１９の下部からエアーベント１２の上部に充填するため、ポリマー導入路１９のエアー空間１８がポリマー１７の充填に伴い徐々にエアーベント１２に導かれ、ポリマーへのエアーの混入や口金内部でエアーが滞留するのを防止することができる。

図１の実施形態で紡糸を実施した。
ノズルプレート２のＹ方向の幅は２００ｍｍとし、先端角度６０度のノズル先端１５に孔径Ｄ＝０．３ｍｍのノズル孔７をピッチ１．５ｍｍで１００個形成した。また、スリット５の長さを１０ｍｍ、間隙を０．５ｍｍとし、マニホールド５は半径が１０ｍｍの半円形状を形成し、ポリマー供給口８がφ６ｍｍを１箇所、φ６ｍｍのエアーベント１２を２箇所有するベースプレート３を組み付けて流路を形成した。また、ベースプレート３とエアーリップ４の組み付けの調整により、エアーノズル１３とノズル先端１５との間隙を０．８ｍｍとし口金を構成した。

上記構成した口金にポリ乳酸を酢酸エチルに１２ｗｔ％で溶かした、粘度１０００ｍＰａ・sのポリマーを３０ｍ／ｍｉｎでポリマー供給ロ８から供給した。吐出孔７からポリマーを吐出しながら、片側のエアーノズルから１０００Ｌ／ｍｉｎの流量のエアーでブローしポリマーを延伸して紡糸をした。得られた不織布の繊維径を電子顕微鏡で測定したところ、図４に示すように平均繊維径０．４７μｍであった。

本発明は、ポリマーの流動を均一化しつつ、口金の部品点数を削減することで、口金の分解、洗浄、組立の付帯作業を軽減し、安定的に紡糸が可能な紡糸口金として利用することができる。

１ メルトブロー口金
２ ノズルプレート
３ ベースプレート
４ エアーリップ
５ マニホールド
６ スリット
７ ノズル孔
８ ポリマー供給口
９ ブローエアー供給口
１０ ポリマー供給路
１１ ボルト
１２ エアーベント
１３ エアーノズル
１４ ブロー整流孔
１５ ノズル先端
１６ 混入エアー
１７ ポリマー
１８ エアー空間
１９ ポリマー導入路
Ｄ 孔径
Ｌ 孔長さ

Claims (5)

1. 隣接するノズルプレートおよびベースプレートを有し、
   前記ノズルプレートは、前記ベースプレートに対向する面に形成されたポリマーを拡幅するためのマニホールドの一部および前記拡幅されたポリマーを整流化するための幅方向に均一な形状のスリットの一部である一続きの凹部、複数のノズル孔、ならびにノズル孔と前記凹部の前記スリットを構成する部分とを連通するポリマー導入路を有し、
   前記ベースプレートは、ポリマーが供給されるポリマー供給口、およびポリマー供給口と前記ノズルプレートに対向する面とを連通して前記凹部の前記マニホールドを構成する部分に開口するポリマー供給路を有し、
   前記複数のノズルから吐出されるポリマーに向けて空気を吹き付けるためのエアーノズルを有し、
   前記マニホールドおよび前記スリットが、前記ベースプレートの前記ノズルプレートに対向する面と前記凹部とで構成された、メルトブロー口金。
2. 前記ノズルプレートと間隔をあけて設けられたエアーリッププレートを有し、
   前記エアーノズルが、前記ノズルプレートと前記エアーリッププレートとの間の隙間で構成された、請求項１のメルトブロー口金。
3. 前記ベースプレートが、前記エアーノズルに連通するブローエアー供給部を有する、請求項２のメルトブロー口金。
4. 前記ベースプレートが、外部と前記ポリマー導入路の両端部とを連通するエアーベントを有する、請求項１～３のいずれかのメルトブロー口金。
5. 前記ノズルプレートが有する前記スリットの平面度が０．００５以下である、請求項１～４のいずれかのメルトブロー口金。
   

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