JPH09299834A - 溶融吹き込み用空気無し冷却方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、溶融吹き込み繊維を冷却する水冷
装置に関し、非常に優れた繊維冷却を実現することを目
的とする。 【解決手段】 溶融吹き込み熱可塑性繊維は、空気無し
ルビーノズルにより生成された微小化水滴により冷却さ
れる。水滴の平均直径は２０ミクロン未満である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不繊の繊維織物を
形成する熱塑性材料の溶融吹き込み加工に係り、特に、
織物の引抜き繊維を急冷する改良された空気無し水冷装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融吹き込み加工は、溶融された熱塑性
材料が溶融吹き込みダイスを通して引き抜かれ、複数の
横並びの溶融繊維を形成する加工法である。加熱空気の
収束噴流が引き抜かれた繊維の両側に導かれ、繊維が引
き伸ばされることで繊維径が減少される。空気噴流と繊
維とは移動収集面上に導かれる繊維・空気流を形成し、
繊維は移動収集面にランダムに堆積して不織織物即ちウ
ェブを形成する。ウェブは主に、未だ溶融状態又は半溶
融状態にある繊維同志が付着しつつ絡むことにより互い
に保持される。このように製造された不織ウェブは、一
部を挙げただけでも、医療製品や、フィルター、吸収
剤、及びバッテリー分離体を含む複数の商業的用途を有
している。

【０００３】溶融吹き込み加工の経済性を向上するため
の努力は、ウェブの最終的な品質について妥協すること
なく、かつ、製造コストを大きく上昇させることなくウ
ェブの生産性（重合体スループット）を増大させること
に集中されてきた。ウェブの重要な機械的特性には、強
度、伸張性、及び吸収性が含まれる。用途によっては、
手触りや、ひだのつきぐあいといった織物的特性も同様
に重要である。これまで、単に重合体スループットを上
昇させるだけで「ショット」として知られる重合体の凝
集が形成されることがわかっている。ショットは、重合
体スループットが増加された結果、冷えるのに十分な時
間がないために隣接する繊維と融合する前に凝固した大
径の繊維が形成され、これにより繊維が凝集しようとす
ることによって繊維及び空気流内に形成される。ショッ
トの形成により、不織ウェブの望ましい事実上全ての特
性が損なわれることになる。高品質の溶融吹き込みウェ
ブは大きな機械的絡まりにより互いに保持され、存在し
たとしても僅かな量の繊維間融合又は融着しか生じさせ
ない。

【０００４】本技術分野において、冷却流体をダイスか
ら出た直後の溶融繊維に付与して繊維を急冷凝固させた
場合に、隣接する繊維は凝集せず、ショットは形成され
ないことが知られている。冷却流体の使用により高い重
合体スループットが得られつつ、ショットの形成及び繊
維の劣化という問題が排除されるのである。冷却と同様
に重要な側面は、ウェブの特性への影響である。冷却を
行なうことにより、手触り、伸張性、及び引き裂き強度
といったウェブの特性が大幅に向上される。これは、シ
ョットの形成が細い繊維の場合ほど問題とならない状況
にもいえることである。細い繊維を有する溶融吹き込み
織物は医療及び濾過用途において重要である。冷却は、
重合体繊維の結晶化速度及び凝固速度に影響することに
よりウェブの特性を変化させる。また、冷却は繊維間融
合を最小化し、これにより、織物はほぼ繊維の絡み合い
のみにより互いに保持される。

【０００５】米国特許第3,959,421 号は、間に配置され
た水スプレーノズルを備える従来の溶融吹き込みダイス
及び収集装置を開示している。ノズルは圧縮空気を用い
て液体水を分断即ち霧化し、水滴のスプレーを生成する
空気駆動式ノズルである。滴は引き抜かれた繊維の両側
の、冷却を用いなければショットが形成されるであろう
上流位置に導かれる。水滴は主に水滴が蒸発する際の蒸
発冷却によって繊維を冷却することにより、繊維から気
化潜熱を除去する。上記特許は、冷却流体を付与するこ
とにより約３．０ポンド／時／インチの生産速度が可能
となることを開示している。生産速度は、所謂「ウェッ
ト」ウェブを形成することのない最大可能冷却水速度に
より制限される。ウェットウェブは織物内の中空部に捕
捉された液体水を有するウェブである。上記特許は、更
に、冷却が行なわれた場合にウェブ特性が大幅に向上さ
れることを示すポリプロピレンに対する実験データを開
示している。

【０００６】米国特許第4,594,202 号は、直径２．５ミ
クロンを越える繊維径を有する管状溶融引抜き繊維の製
造に用いられる空気駆動式水霧化ノズルの使用について
開示している。上記説明より、蒸発冷却の適用における
改良は、高い生産速度において速度でショットを排除す
る観点、及び、広範囲の生産速度にわたってウェブの品
質を向上させる観点の双方より、溶融吹き込み加工の経
済性を全体として向上するのに重要であることが明らか
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の水冷ノズルの問
題点は、液体水を小滴に霧化するのに空気駆動式ノズル
を用いることに関連している。この型式のノズルは、所
要の速度の均一なスプレーを実現するために正確な容積
関係で計量されなければならない高圧空気及び液体水源
の双方を必要とする。この方法をとった場合、ダイスが
長くなると、一般にはそれぞれ独立に調整され計量され
なければならない多数のノズルが必要とされる。例え
ば、３０個のノズルを用いた場合、６０本近くの供給ラ
イン（各ノズルについて１本の水と１本の空気）を計量
しなければならない。また、空気駆動式ノズルは比較的
大きな水滴を形成する傾向がある。更に、空気で霧化さ
れたスプレーの滴の寸法は、本発明で用いられるものよ
りはるかに大きい。例えば、空気霧化ノズルは約２０〜
約６０ミクロンの寸法の滴を生成する。大きな滴の慣性
により、ダイスから収集機への重合体フィラメントパタ
ーンが破壊されるという問題が生ずる。

【０００８】本発明の目的は、溶融吹き込みに適用され
た場合に非常に優れた繊維冷却を実現する簡単化された
冷却装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は液体水を霧化
し、溶融吹き込み繊維を蒸発冷却するのに用いられる霧
を無空気ノズルを利用して生成する新規な冷却装置を提
供するものである。本冷却装置は、ショットのない優れ
た手触り及び強度を有する溶融吹き込みされた繊維、ウ
ェブ、マット、及び管を生産するほぼあらゆる溶融吹き
込みダイスに対して用いられる。冷却装置は、微小化さ
れた水滴を生成することが可能な複数の空気無しノズル
と、水滴を移動させ溶融吹き込み繊維に接触させる手段
とを備えている。

【００１０】各空気無しノズルは、小さなオリフィスを
有するプレートと、ノズルの前方に離間して配置された
衝撃ピンと、圧縮水をオリフィスを通して送出すること
により水流をピンに衝突させ、水流を微小化された滴に
分断する手段とを備える。このように生成された霧は、
ダイスと収集機との間の位置で引き抜かれた繊維に接触
し、この繊維を冷却する。

【００１１】作動中、本発明の空気無しノズル圧縮は加
圧水源しか必要とせず、圧縮空気源は必要としない。従
って、従来の空気駆動式ノズルが溶融吹き込みに適用さ
れた場合の如く、水を圧縮空気の第２の流れに対して計
量することは不要である。空気駆動式ノズルにおける如
く、大量の空気を圧縮することは多大なエネルギーと操
業コストを必要とするため、圧縮空気源が排除されるこ
とは経済的にも有利である。また、従来の空気式霧化ノ
ズルにおいて用いられる空気は、繊維の破断やはがれを
生じさせることがある。繊維の破断やはがれは本発明の
空気無し装置においては排除されている。従って、本発
明のノズルの空気を用いないという特徴により、溶融吹
き込み用冷却流体の使用が簡単化かつ経済化され、一般
的に改良される。

【００１２】本発明の空気無しノズルからの放出はノズ
ル入口での水圧にのみ影響される。複数のノズルを供給
水マニホールドに沿って設け、マニホールド内の圧力を
小さなポンプを用いて制御してもよい。このようにし
て、多数の空気無しノズルを、各ノズルについて別々に
測量し制御する必要なく並列に動作させることができ
る。実際、本ノズルの動作にあたって、ポンプを用いて
容易に維持されるマニホールド圧以外の調整は不要であ
る。本発明の空気無しノズルは、溶融吹き込みされた繊
維に適用された場合に、特に優れた蒸発冷却を実現する
ことがわかっている。

【００１３】本発明の特に有利な特徴は、空気式霧化ノ
ズルにより生成された小滴に比較してはるかに小さな微
小化された滴（例えば１０ミクロン）で溶融吹き込みさ
れた繊維が冷却されることである。小さな水滴は伝熱性
の点、及び、水滴の慣性に起因する繊維破断を排除する
点で有利である。微小化された水滴（例えば霧）は、環
境温度の空気が供給される低速ファンにより溶融吹き込
みされた繊維に送られ接触される。あるいは、ファンを
水滴を引くように配置し、外気が繊維を通過することに
してもよい。

【００１４】好ましい実施例において、ファンに予備冷
却された空気が供給されることで、環境温度より低温の
空気が霧滴を冷却して溶融吹き込み繊維に接触させる。
好ましい別の実施例において、霧を繊維に接触させる手
段は繊維の自然吸引効果及び溶融吹き込み工程の空気流
である。この場合、本空気無しノズルは単に引き抜かれ
た繊維に隣接して設置されるだけであり、ファンは不要
である。

【００１５】本発明の空気無し冷却を用いることによ
り、冷却を用いない場合に比較してスループットを少な
くとも５０％、好ましくは少なくとも６０％、最も好ま
しくは少なくとも８０％上昇する。最大スループットは
ショット及び／又は「フライ」（溶融吹き込み領域にお
ける溶融吹き込みされた残骸物又は微粉）の許容できな
いレベルの設定により決定される。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１を参照するに、溶融吹き込み
ダイス１０は、ダイスチップ１２及び側方空気プレート
１３及び１４が固定された本体１１を備えている。ダイ
ス１０の構成は、本文中に参照のために引用する米国特
許第5,145,689 号によるものである。当業者には理解さ
れるであろうが、本冷却装置はほとんどあらゆる型式の
溶融吹き込みダイスと組み合わせて用いることができ、
従って、ダイス１０についての説明は例示のためのみの
ものであって、本発明の範囲はこれに限定されるもので
はない。

【００１７】ダイス本体１１には、加圧された溶融重合
体をダイスチップ入口通路１７へ送出する中央重合体流
路１６が形成されている。ダイスチップ１２は頂点１９
を先端とする三角形ノーズピース１８を有している。複
数のオリフィス２１が頂点１９を通って重合体通路１７
内へ形成されている。オリフィスは一般には１０〜３０
ミクロンの直径を有しており、ノーズピースの頂点に沿
って、動作条件に応じて１インチあたり２０〜３０の間
隔で配置されている。ほとんどの商業なダイス１０の全
長は１２〜６０インチであるが、これより長いダイスを
用いてもよい。加圧溶融重合体は本体通路１６を通って
チップ通路１７へ流入した後、オリフィス２１へ供給さ
れる。加圧重合体はオリフィスを通して引き抜かれ、溶
融又は半溶融繊維２２が形成されて、頂点１９において
ダイスから抜ける。加圧溶融重合体は引抜き機（図示せ
ず）からダイス本体通路１６に供給される。

【００１８】空気プレート１３及び１４はそれぞれテー
パ状に形成されたエッジ２６及び２７を有しており、ノ
ーズピース１８と共に互いに収束する流れ通路２８及び
２９を画成している。プレートのノーズピースに対する
相対的な位置決めは「エアギャップ」及び「セットバッ
ク」と一般に呼ばれる２つの寸法により定められる。通
路２８及び２９はダイスのほぼ全長にわたって延びる細
長い通路である。ダイス本体１１には通路２８及び２９
にそれぞれ接続された通路３１及び３２が形成されてい
る。空気は入力ライン３３及び３４を通して本体１１に
供給される。空気は通路３１及び３２を通って収束通路
２８及び２９へ流入し、そこからノーズピース頂点１９
にて収束する収束空気層として放出される。「主空気」
と呼ばれる空気はインライン加熱器３６及び３７（例え
ば電気加熱器又はガス燃焼器）を用いて溶融吹き込み温
度（約５２０°Ｆ）まで加熱される。

【００１９】収束空気層は、溶融又は半溶融引抜き繊維
の直径を減少させる、ダイスから離れる向きに作用する
空気力学的抵抗力を発生させる。最終的な繊維径は一般
には加工状態に応じて０．５〜１５ミクロンの範囲で変
化する。繊維を細くすることは、良好な手触り及び強度
や吸収性といった他の特性を有する織物を製造する上で
重要な工程である。主空気は引抜き繊維を流れに乗せて
運び、移動収集面４２上に導かれる繊維・空気流４１を
形成する。繊維は収集面上にランダムに堆積し、不織織
物すなわち不織ウェブ４３を形成する。ウェブは収集機
から引かれて巻かれる（図示せず）。繊維・空気流４１
内では乱流が繊維内の絡まりを生じさせ、ウェブはこの
繊維・空気流４１内で主に生ずる全体的な絡まりにより
互いに保持される。繊維は収集機に堆積される前に十分
に凝固することが好ましい。繊維が溶融していれば、あ
るいは、半溶融状態であっても、互いに融合し、また収
集機に付着し、ウェブの品質に悪影響を及ぼすことにな
る。

【００２０】空気無し水冷装置の引抜き繊維２２への適
用について以下に説明する。冷却の目的は３つある。第
１に、冷却は、繊維を凝固を加速させることによりウェ
ブの高い生産レートでのショットの形成を排除するのに
用いられる。第２に、冷却は、医療用あるいは濾過用等
の微細繊維用途に対して非常に良好な手触り及び引き裂
き強度を有するウェブを製造するのに非常に有効であ
る。第３に、急冷により繊維が収集機に付着するのが防
止される。先ず冷却装置を全体的に説明し、次に、本装
置で用いられる空気無しノズルについて詳細に説明す
る。水冷装置再び図１を参照するに、冷却装置５０は、
排出ダクト５２を有するファン５１、水マニホールド５
４と流体連通する空気無し霧化ノズル５３、及び水ポン
プ５５を備えている。空気無しノズル５３はダクト５２
の内部に配設され、ダクト５２内に水霧５６を放出す
る。ファン５１はダクト５２を通して空気流を送出す
る。この空気流はダクト内の水霧を流れに乗せて、水滴
を含んだ空気／霧冷却流として出口５７を通して運ぶ。
冷却流５８は、冷却がなければショットが生ずるであろ
う点６０において引抜き繊維２２に導かれる。

【００２１】図１及び図３に最も良く示されているよう
に、複数の空気無しノズル５３が水マニホールド５４に
取り付けられ、ファンダクト５２内へ放出するように配
設されている。ノズル５３はダクトの長さ（矢印Ａ）及
び幅（Ｍ）にわたって分布され、均一な密度の霧をダク
ト内に生成する。マニホールド５４は複数の供給管体部
６２ａ〜６２ｅに連結されたヘッダー６１を備えてい
る。ヘッダー及び管体部はステンレス鋼又は銅の管体部
品から構成され、溶接により連結されている。管体部は
キャップが管体に固定されることにより端部６３におい
て閉塞されている。ポンプ５５は加圧水をライン６４を
介してヘッダー６１へ送出する。ヘッダー６１は水を供
給管体６２ａ〜６２ｅへ並列に分配する。管体供給空気
無しノズル５３はファンダクト５２内に並列に放出し、
冷却流５８を形成して引抜き繊維２２を冷却する。バッ
フル５９はダクト５２内に、隣接するノズルの霧を混合
させる乱流を生成する。ポンプ５５には、都市水道ある
いは他の水源に接続された入口ライン６５より供給され
る。空気無し冷却装置の発明の要旨から逸脱することな
くマニホールド及びノズル５３の配列の他の構成をとる
ことが可能であるのは明らかである。例えば、下向きの
ノズル５３をマニホールド５４と共にダクト５２の上壁
に取り付けることにより霧を上下から空気に放出しても
よい。

【００２２】また、溶融吹き込み装置が収納される部屋
あるいは作業場に排気ファンを設け、霧流５８をダクト
５２から引いて溶融吹き込み繊維に接触させ、これによ
り、冷却を行なうこととしてもよい。この場合、ファン
５１は必須ではなくなる。冷却流５８は一般には環境室
温（例えば約７０°Ｆ）又はその近傍の温度であり、そ
の一方繊維２２は５００°Ｆ近傍の高温で排出される。
冷却霧流５８は莫大な数の微細化液体水滴を含んでい
る。繊維及び主空気は何れも水の沸点より高温であるた
め、この水滴は接触する繊維２２上及び空気流内で蒸発
する。水滴が蒸発する際、蒸発冷却過程により繊維から
蒸発潜熱が奪われる。多数の水滴と水の大きな蒸発潜熱
のため蒸発冷却は非常に効果的に行なわれる。

【００２３】霧流５８が繊維２２だけではなく、昇温さ
れた主空気（約５２０°Ｆ）にも同様に導かれる点に注
目されるべきである。従って、冷却流５８は繊維２２及
び繊維・空気流の主空気を同時に冷却する。主空気から
熱が奪われることにより、繊維を囲む主空気の温度は低
下し、この結果、繊維から冷却された主空気へ熱が伝達
される。このように、引抜き繊維は２つの方法で冷却さ
れる：(i) 冷却流の水滴の直接蒸発冷却による冷却、及
び、(ii)それ自身冷却流により蒸発冷却された主空気流
による冷却である。

【００２４】霧流５８の速度は繊維・空気流４１に比較
して非常に小さい。また、流れ５８のクロスフローの量
は小さいながら、繊維の絡み合いを妨げたり悪影響を及
ぼしたりすることはない。実際には、クロスフローは繊
維の絡み合いを促進する上で有利である。図１は繊維・
空気流の片側に導かれる単一冷却流を示しているが、反
対側に同時に導かれる第２の流れを用いてもよい。単一
流の使用はほとんどの用途に適していることがわかって
いる。しかしながら、非常に高い重合体スループット
（コース繊維）が必要とされる状況では第２の流れを用
いることが好ましい。空気無し霧化ノズル 本発明の重要な特長は、加圧水源のみを必要とする空気
無し霧化ノズル５３を用いることにより、従来の空気駆
動式霧化ノズルにおける如き圧縮空気源の必要性を排除
した点にある。上述の如く、溶融吹き込みに適用された
場合、空気駆動式ノズルを作動させて所望の特性を有す
る霧を生成するには、ノズルを通過する空気流及び水流
を正確な容積関係で同時に測量しなければならない。本
発明の空気無し霧化ノズルの構成及び動作は、以下に説
明する如く、冷却水霧の適用を容易にする。本文中にお
いて「霧」という語は細かく分割された微細化液体水滴
を示すものとする。

【００２５】図２を参照するに、空気無しノズル５３は
ネジ切り端部６７を有する円筒本体６６、中央流路６
８、及び、ショルダー面７１を有するキャビティ６９を
備えている。ネジ切り端部６７はマニホールド５４の供
給管体６２ａに螺合され、ノズルは供給管体６２ａと流
体連通されている。ノズル５３は、出口７５を備える貫
通加工オリフィス７３を有するプレート７２を更に備え
ている。プレート７２は、圧縮リング７４により本体６
６に固定されている。圧縮リング７４はプレート７２を
本体ショルダー７１へ押圧している。本体６６及び保持
リング７４は好ましくは高品質鋼より構成され、プレー
ト７２は好ましくはルビー結晶から構成される。ルビー
結晶を用いることによりノズルの耐用期間にわたってオ
リフィス７３の優れた耐摩耗性が得られる。供給管体６
２ａ内の加圧水は中央通路６８及びオリフィス７３を通
って流れ、出口７５から液体水の小さな円形（断面形
状）の流れとして放出される。オリフィスを詰まらせる
可能性のある微粒子を除去するフィルタ７６を通路６８
への入口に設けてもよい。

【００２６】ノズル５３は、端部７８においてノズル本
体に固定されたＪ形部材７７を備えている。Ｊ形部材７
７は他端７９に固定されたインパクターピン８１を備え
ている。インパクターピン８１のインパクト端８２はオ
リフィス出口７５の上方に、オリフィス出口７５に整列
するように配置されている。出口７５から放出される水
流はピン端８２に衝突することにより分断即ち霧化さ
れ、細かく分割された液滴である霧５６となる。滴の外
向きの運動量は滴を霧５６としてノズルから遠ざかるよ
うに運ぶ。ノズル５３はファンダクト５２に開口８３を
貫通して配設されているため、霧５６はダクト内へ放出
される。マニホールド５４をボルト締めや溶接等の各種
の方法でダクト５２に固定し、開口８３をシールしても
よい。

【００２７】好ましいノズルはアトマイジング・システ
ム社（Ho-Ho-Kus, NJ07423-1433 ）により製造されるル
ビーオリフィスノズルである。各ノズルを通過する流れ
の速さは毎分約０．０２グラムであり、水滴の平均寸法
は約１０ミクロンである。ノズルは入口圧が２００〜１
２００ｐｓｉで動作するように設計されている。これら
のノズルにおいて、オリフィス７３の直径は０．００４
〜０．００６インチであり、インパクターピン８１の直
径は０．００４〜０．００６インチである。ピン８１の
オリフィス７３上での位置決めは均一な寸法の滴よりな
る霧を生成する上で決定的である。これらのノズルはも
ともと芳香制御用として販売されているものである。ピ
ン８１の下端はルビー７２の出口７５から０．００４〜
０．００６インチ離れている。

【００２８】図３を参照するに、２０個のルビー開口ノ
ズルが、５つの供給管体部６２ａ〜６２ｅの夫々の長さ
に沿って配置された４個のノズルの列（５３ａ〜５３ｄ
で示されている）として示されている。このノズル５３
の個数は単なる一例として示したものであり、実際のノ
ズルの個数は用途によって変化する。矢印Ａの方向を、
以下、空気流方向と称し、また、空気流方向に垂直な矢
印Ｍで示される方向を機械方向と称する。図３は、空気
流方向に４個のノズル５３を備え、機械方向に５個のノ
ズル５３を備える５つの供給管体部を使用した場合を示
している。空気流方向のノズルの個数は用途によって変
化するが、１〜１０個のノズルが好ましく、２〜６個が
最も好ましい。機械方向のノズルの個数はダイス１０の
長さによって変化するが、ダイス長さ１メートルあたり
１〜１０個のノズルが好ましい。ノズル５３の間隔は所
望の量の均一な霧が形成されるように調整される。２〜
１０インチの間隔が用いられる。

【００２９】ダクト５２の寸法は決定的ではない。ダク
トはダイスの全長にわたって冷却流を均一に送出するよ
う機械方向に十分な幅を有するべきである。上記した好
ましいノズル構成において、空気流方向でのダクト５２
の長さは、ノズルがダクト内に簡便に配設されるように
設定されるべきであり、隣接するノズルからの放出が混
合する時間があるように十分長くされるべきである。ダ
クト５２の高さはできる限り小さくされるべきである
が、ほぼ全ての霧５６が空気流に乗せて運ばれ、ダクト
の上壁に堆積しない程度には十分大きくなければならな
い。高さ２〜１２インチが適切である。ダクト５２の出
口はダイス出口から１〜１２インチ、好ましくは１〜８
インチ離れ、引抜き繊維流から２〜１２インチ、好まし
くは２〜８インチ離れている。ダクト５２を通過する好
ましい空気流速は一般にはダクトの機械方向での１メー
トルあたり１，０００〜１５，０００ｓｃｆｍである。

【００３０】上記データより各ノズル５３を通る流速は
マニホールド５４の全容積に対して非常に小さく、従っ
て、マニホールド内部の圧力は供給管体６２ａ〜６２ｅ
の夫々にわたって均一であることに留意することが重要
である。この結果、各ノズル（図３には２０個のノズル
が示されている）から放出される流量及び滴の寸法はほ
ぼ等しい。本発明のかかる特徴により、ダイス１０の長
さにわたって均一な冷却流５８が実現される。バッフル
５９もまた空気流及び霧をダクト全体にわたって均一に
分配するように作用する。

【００３１】操作性の観点からは、本発明は従来の空気
駆動式冷却ノズルに対して大幅に単純化されている。本
発明の装置の操作に必要なのは、ポンプ５５の速度ある
いは寸法を調節してマニホールド５４内に所要の水流速
で所要の動作圧を供給することのみである。この目的の
ためのポンプ及び電子制御装置は多数の販売者から供給
されている。

【００３２】冷却流５８の均一性、及び繊維２２の非常
に効率的な高速冷却により、ショットの形成を排除しつ
つ、高い重合体スループット及びウェブ生産レートを得
ることが可能となる。所与の最小繊維寸法のポリプロピ
レンの加工に対して、冷却流５８が適用されない場合の
最大可能重合体スループットは約０．４２グラム／穴／
分である。この上限値は、本発明の冷却装置が駆動され
冷却流５８が適用された後、０．８５グラム／穴／分に
増加する。上述したように、引抜き繊維の両側に適用さ
れた２つの冷却装置５０を用いることにより、更に高い
スループット（８０％まで増加）が実現される。

【００３３】本発明の空気無し冷却装置を使用すること
により、向上された製造レートに加えて、極めて優れた
手触り及び強度を有する微細繊維ウェブが得られる。上
述した冷却装置は好ましい実施例を表しているが、本発
明においては、この変形も可能である。例えば、マニホ
ールド５４に取り付けられた空気無しノズル５３を単
に、ダイス１０から引き抜かれる繊維・空気流４１に隣
接して配置してもよい。ノズル５３により生成された霧
は溶融吹き込みの吸入効果によって引かれ、繊維２２に
接触される。

【００３４】図４は、本発明の別の実施例を示してい
る。この実施例において、冷却流は繊維に適用されると
いうよりも、むしろ冷却装置５０が動作空間の囲いの中
を冷却霧でほぼ満たすのに用いられている。この構成
は、おそらくは周囲の装置の腐食防止のため、冷却霧を
閉じ込めて制御することが必要な場合に好ましい。囲い
４４は動作空間４５を画成しており、動作空間４５は、
その内部に放出して作動空間を冷却霧で満たすファンダ
クト５２を有している。繊維・空気流４１は霧４６を通
過することにより、上述の如く蒸発冷却される。排気開
口４７は、ダクト５２から作動空間に流入する新たな冷
却霧により置き換えられ補充される霧の出口となってい
る。図４に示す閉システムの変形として、ファン５１を
排気開口４７に設けてもよい。この場合、ダクト５２へ
の入口は周囲環境に開放される。

【００３５】本発明の空気無し冷却装置は溶融吹き込み
で通常用いられる任意の熱可塑性材料 加工するのに用
いられる。好ましい重合体はポリプロピレンである。し
かしながら、低密度及び高密度のポリエチレン、エチレ
ン、共重合体（ＥＶＡ共重合体を含む）、ナイロン、ポ
リアミド、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ−４−メ
チルペンテン、ポリメチルメタクリル酸エステル、ポリ
トリフルオロクロロエチレン、ポリウレタン、ポリカー
ボネート、シリコーン、及びこれらの混合材料を含む他
の材料にも適用できる。冷却水速度及びノズルの個数は
材料によって変化する。予冷装置 図１は、ファン５１の吸気に吸気ダクト８９を通して予
冷された空気が供給されるもう一つの実施例を示してい
る。冷却コイル８６はダクト８９に設置され、ファン５
１に供給される空気を少なくとも５°Ｆ、好ましくは１
０°、最も好ましくは１５°Ｆだけ冷却する機能を有し
ている。好ましい冷却範囲は５〜２０°Ｆであり、より
好ましくは１０〜２０°Ｆであり、最も好ましくは１５
〜２０°Ｆである。

【００３６】空調サイクル等のライン８７及び８８によ
り作動される任意の冷却装置を用いることができる。あ
るいは、この位置で蒸発冷却を空気の予冷に用いてもよ
い。単純な空調ユニットが好ましい。所望の冷却を実現
するための型式や大きさは当業者には周知である。

【００３７】

【実施例】従前の溶融吹き込みダイスが本発明にかかる
冷却装置と共に設置され、試験された。装置、重合体、
及び試験条件は以下の通りである： ダイス： 長さ ４４インチ １インチ当たりのオリフィス数 ３０ オリフィス寸法（ｍｉｌｓ） １５ 動作条件 ダイス ５１０°Ｆ 主空気 ５１０°Ｆ エアギャップ ０．０６０ ｍｉｌｓ セットバック ０．０６０ ｍｉｌｓ ダイスから収集機まで ２６．２５ インチ 重合体スループット ０．７８グラム/ 開口/ 分 主空気速度 １５ ＳＣＦＭ 重合体 ＰＰ ８００ ＦＲ 冷却装置 ノズルの数 ３０ タイプ CF-006/2 ０．００６インチ （アトマイジングシステム社製） ダクト幅 ４４．０８インチ ノズル間隔 １．５２インチ 総水速度 ０．１４グラム／分 ダイス中心線からの ノズルの距離 ６インチ ダイス下への ノズルの距離 ２インチ 霧の温度 ６２°Ｆ（相対湿度１００％） （ファンは使用しなかった。溶融吹き込み工程の吸入効
果によりが霧を繊維に接触させた。） 第１の試験は水冷無しで実行された。その結果は以下の
通りである：ポリマースループットは僅かに０．４２グ
ラム／オリフィス／分であった。

【００３８】第２の試験は従来の空気駆動式ノズルを用
いて行なわれた。達成可能な最大重合体流速は０．５５
グラム／オリフィス／分であった。上記した本発明の空
気無し霧ノズルを用いた第３の試験により、最大流速
０．７８グラム／オリフィス／分が得られた。図１、図
３、及び図４を参照して述べた如く、滴を駆動して繊維
に接触させるファンを用いた場合には、更に高い速度が
可能である。

【００３９】良好な結果が得られた理由は完全にはわか
っていないが、空気無し霧ノズルの２つの特徴が関連し
ていると考えられる：(1) 空気無し滴の小さな粒子寸
法、及び(2) 大容量の空気が存在しないこと、である。
空気無しノズルは以下の寸法分布を有する滴を生成す
る： 小滴のパーセント 滴寸法 ０〜４０％ １５ミクロン未満 ０〜６０％ ２０ミクロン未満 ０〜１００％ ３〜６０ミクロン 平均 ２０ミクロン未満（５〜１９ミクロン）、好ましくは １５ミクロン未満（５〜１４ミクロン）、最も好まし くは１０ミクロン未満（５〜９ミクロン） 滴寸法が小さいため冷却のための表面積が非常に大きく
なる。更に、滴の質量が小さいため慣性が低くなり、収
集機への繊維流パターンを破壊することがない。従来の
空気駆動式ノズルに対する滴寸法は典型的には２０〜６
０ミクロンである。

【００４０】本文中で用いた「空気無し」ノズルという
語は従来の冷却装置で用いられている空気式霧化ノズル
と区別するために用いられている。空気式霧化器におい
ては、水を分断して滴を形成するために制御された大容
積の高速空気が必要とされる。大容積の空気は繊維流パ
ターンを破壊し得る乱流を生成する。本発明で用いた装
置において、空気は水を分断させるのには用いられない
が、滴を溶融吹き込み繊維へ運ぶために低速の空気が用
いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶融吹き込みダイス及び水冷装置の断
面側面図である。

【図２】本発明において使用され得る空気無し水ノズル
を図１の直線２−２に沿って切断した際の断面図であ
る。

【図３】本発明の水マニホールド及び空気無しノズルを
図１の直線３−３で示す平面から見た図である。

【図４】囲いを冷却霧で満たす冷却装置の断面側面図で
ある。

【符号の説明】

１０ 溶融吹き込みダイス ５０ 冷却装置 ５２ ダクト ５３ 空気無しノズル ５４ マニホールド ７２ プレート ７３ オリフィス ８１ インパクターピン

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【手続補正書】

【提出日】平成９年６月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ティー フェチコ アメリカ合衆国，ジョージア州，ゲーンズ ヴィル，オールド・ミル・ドライヴ 8210 番

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (a) 熱可塑性材料を引き抜いて複数の横
   並びの溶融又は半溶融繊維を生成する溶融吹き込みダイ
   スと; (b) 前記引き抜かれた繊維が堆積されて不織ウェブを
   形成する収集面と; (c) 複数の空気無しノズルであって、それぞれ、(i)
   オリフィスが形成されたプレートと、(ii)前記オリフィ
   スに対向して配置されたインパクトピンと、(iii) 加圧
   水を前記ノズルへ送出することにより、水を各ノズルに
   流通させ、前記インパクトピンに衝突させて、霧を形成
   する微小化された滴に分断する手段とを備える複数の空
   気無しノズルと； （ｄ） 前記霧を送出して前記繊維に接触させる手段
   と、を備える熱可塑性材料を溶融吹き込み加工する装
   置。
2. 【請求項２】 前記霧を送出して繊維に接触させる手段
   は、溶融吹き込み工程の繊維・空気流により生成された
   吸入空気流よりなる請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記プレートはルビー製であり、前記オ
   リフィスの寸法は０．００２インチ〜０．００８インチ
   の範囲である請求項１又は２記載の装置。
4. 【請求項４】 前記オリフィスの寸法は０．１２〜０．
   １８ｍｍ（０．００４〜０．００６インチ）の範囲であ
   る請求項１、２、又は３記載の装置。
5. 【請求項５】 前記空気無しノズルは平均直径が２０ミ
   クロン未満の水滴を生成する請求項１乃至５のうち何れ
   か１項記載の装置。
6. 【請求項６】 前記空気無しノズルは１５ミクロン未満
   の水滴を生成する請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 前記霧を送出して繊維に接触させる手段
   は、空気を前記霧へ吹き込み、前記霧及び空気を移動さ
   せて前記繊維に接触させるファンを備える請求項１乃至
   ６のうち何れか１項記載の装置。
8. 【請求項８】 前記霧を送出して繊維に接触させる手段
   は、空気及び霧を吸引して前記繊維に接触させるファン
   を備える請求項１乃至７のうち何れか１項記載の装置。
9. 【請求項９】 前記ノズルは前記引き抜かれた繊維の片
   側に配置され、前記霧を送出して繊維に接触させる手段
   は、前記ノズルを囲み前記繊維へ放出する出口ダクトへ
   送風するファンと、空気を前記ファンへ供給する入口ダ
   クトと、前記入口ダクトに配置され、前記入口ダクトを
   通過する空気を冷却する手段とを備える請求項１乃至８
   のうち何れか１項記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記入口ダクト内の空気を冷却する手
    段は空調コイルである請求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記水を各ノズルへ送出する手段は、
    各ノズルに並列に水を供給する水マニホールドと、前記
    マニホールドへ選択された圧力の水を送出する手段とを
    備える請求項１乃至１０のうち何れか１項記載の装置。
12. 【請求項１２】 溶融吹き込みダイスから収集機へ放出
    される熱可塑性繊維を冷却する方法であって、 前記放出部と前記収集機との間で繊維を空気無しノズル
    により生成された微細化水滴の霧に接触させる段階を備
    える方法。
13. 【請求項１３】 前記水滴の平均寸法は２０ミクロン未
    満である請求項１２記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記空気無しノズルは空気無しルビー
    ノズルである請求項１２又は１３記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記熱可塑性繊維を、該繊維に隣接す
    る位置に霧を生成させ、前記繊維が十分に冷却する前に
    空気流により前記霧を吹き込むことによって前記霧に接
    触させ、これにより、前記繊維の急速冷却を行なう請求
    項１２、１３、又は１４記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記霧の温度は、前記霧を前記繊維に
    吹き込むのに用いられる空気よりも低温の６°Ｃ（１０
    °Ｆ）である請求項１５記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記霧に吹き込まれる空気を、環境空
    気よりも少なくとも３°Ｃ低い温度に予備冷却する請求
    項１６記載の方法。
18. 【請求項１８】 溶融吹き込みダイスから横並びの列の
    繊維として引き抜かれる溶融吹き込み熱可塑性繊維を冷
    却する装置であって、 (a) 前記繊維の列に隣接して配置され、前記繊維の列に
    導かれた出口と、入口とを有するダクトと； (b) 前記ダクト内に取り付けられ、前記繊維の列に平行
    に延び、寸法が２０ミクロン未満の滴を有する霧を生成
    する一列の空気無しノズルと； (c) 空気を前記入口へ送出して前記霧に接触させ、空気
    ／霧の混合を前記ダクト出口から放出して前記繊維の列
    に接触させるファンとを備える装置。
19. 【請求項１９】 前記霧及び繊維を囲んで隔離するハウ
    ジングを更に備える請求項１８記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記ファンは前記ダクトの前記入口に
    接続され、空気を前記ファンに導く供給ダクトと、該供
    給ダクト内に取り付けられ、該供給ダクトを通過する空
    気を冷却する手段とを更に備える請求項１８又は１９記
    載の装置。
21. 【請求項２１】 前記ダクト出口は前記繊維の列から５
    ０乃至３０５ｍｍ（２乃至１２インチ）以内、かつ、前
    記ダイス出口から２５乃至３０５ｍｍ（１乃至１２イン
    チ）以内に配置された請求項１８、１９、又は２０記載
    の装置。