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(In Japanese)異種フィラメントからなるシート及びその製造手段 meetings foreign

Patent code P140011065
File No. P11-008R
Posted date Oct 30, 2014
Application number P2013-500931
Patent number P5938730
Date of filing Jan 31, 2012
Date of registration May 27, 2016
International application number JP2012052058
International publication number WO2012114831
Date of international filing Jan 31, 2012
Date of international publication Aug 30, 2012
Priority data
  • P2011-039266 (Feb 25, 2011) JP
Inventor
  • (In Japanese)鈴木 章泰
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人山梨大学
Title (In Japanese)異種フィラメントからなるシート及びその製造手段 meetings foreign
Abstract (In Japanese)
【課題】
  性質(強度、耐熱性、疎水性、フィラメント径、親水性等)が異なるナノフィラメントを含む異種の極細フィラメントから構成されて、それら異なるフィラメントによる相乗効果を有するシートでおよびその製造手段を提供する。
【解決手段】
  フィラメントを構成するポリマーの化学種やフィラメントの平均繊維径などが異なるシートであって、それらのフィラメントが同一平面内において互いに混在、又はそれらの異なるフィラメントのそれぞれの層が積層されており、かつそれらの異種フィラメントの内の1種はナノフィラメントであるシート及びその製造手段。
【選択図】
 図1
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、繊維径が1μm未満、すなわちナノメータ(数ナノメータから数百ナノメータ)範囲のファイバーが、IT、バイオ、環境分野などの幅広い分野で、将来の革新的素材になると注目されている。そして、そのナノファイバーの製造手段として、エレクトロスピニング法(以下ES法と略す場合がある。)が代表的である(米国特許第1,975,504号、Journal of Applied Polymer Science、vol.95、p.193-200、2005年)。しかしこのES法は、ポリマーを溶剤に溶解する必要があることや、出来た製品も脱溶剤が必要であることから、製法において煩雑であり、また、フィラメントの分子配向がないこと、出来たファイバー集積体にダマやショットと呼ばれる樹脂の小さい固まりが混在するなど、品質的にも問題点が多かった。

本発明人は、赤外線法により、分子配向を伴って、1,000倍以上という超高倍率の延伸倍率で極細フィラメントおよび不織布を得る手段について発明を行った(国際公開番号WO2005/083165A1など)。これらは、簡便な手段で、極細の分子配向したフィラメントおよびそれからなる不織布が得られた。また、これらを発展させ、さらにナノフィラメントの領域までに極細化を可能にした、極細フィラメントの製造手段を発明した(国際公開公報WO2008/084797A1)。本発明は、この国際公開された発明の方式を使用して、ナノフィラメントを含む異種フィラメントからなるシート及びその製造手段に関する。

先願発明(例えば,特開2004-115980,特開2004-285509,特開2005-264420,特開2008-169521、特開2010-10305等)において、ナノファイバーを含む異種ファイバーからなるシート化が試みられている。しかし、これらのファイバーは短繊維であり、本発明のフィラメント(長繊維)からなるシートは基本的異なる。またそれらの多くはES法ファイバーを使用しているが、それらは前述の基本的問題点を有する。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、性質の異なる極細フィラメントからなるシート、およびその製造手段に関し、特にレーザービームを照射して超高延伸倍率を行うことにより、ナノフィラメントに至るまでに極細化を可能にした延伸手段により、性質(強度、耐熱性、疎水性、フィラメント径、親水性等)が異なる異種のフィラメントから構成されるシート、およびその製造方法、製造装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
原フィラメント群がP1気圧下において送出手段によって送り出されて行く工程と、
該原フィラメント群がオリフィス中を通過して、P2気圧下(P1>P2)の延伸室へ導かれる工程と、
該延伸室において、該オリフィスを通過してきた該原フィラメント群が、レーザービームを照射されることによって加熱され、P1からP2の気圧差によって生ずる該オリフィスからの気体の流れによって生ずる牽引力によって延伸される工程と、
該延伸されたフィラメント群を集積する工程と、
を有する延伸されたフィラメント群からなるシートの製造方法において、同一レーザービーム中に供給されるオリフィス群が少なくとも2種(A、B)に分かれており、それらが下記のa-fの内少なくとも1種で異なることによって、異種フィラメントからなるシートとすることを特徴とする、異種フィラメントからなるシートの製造方法。
a.オリフィス群Aを通過する原フィラメント群のポリマーと、オリフィス群Bを通過する原フィラメント群のポリマーとが化学種が異なる、
b.オリフィス群Aを通過する原フィラメント群の供給速度と、オリフィス群Bを通過する原フィラメント群の供給速度とが少なくとも50%以上異なる、
c.オリフィス群Aを通過する原フィラメント群の繊維径と、オリフィス群Bを通過する原フィラメント群の繊維径とが少なくとも30%以上異なる、
d. オリフィス群Aを通過する原フィラメント群とオリフィス群Bを通過する原フィラメント群が該原フィラメントの流れ方向でレーザービームの照射される位置が、該原フィラメントの軸方向に沿って少なくとも1mm以上異なる、
e.オリフィス群Aを通過する原フィラメント群の分子配向度と、オリフィス群Bを通過する原フィラメント群の分子配向度とが少なくとも30%以上異なる、
f.オリフィス群Aのオリフィス径と、オリフィス群Bのオリフィス径とが少なくとも20%以上異なる。

【請求項2】
 
原フィラメント群がP1気圧下において送出手段によって送り出されて行く工程と、
該原フィラメント群がオリフィス中を通過して、P2気圧下(P1>P2)の延伸室へ導かれる工程と、
該延伸室において、該オリフィスを通過してきた該原フィラメント群が、レーザービームを照射されることによって加熱され、P1からP2の気圧差によって生ずる該オリフィスからの気体の流れによって生ずる牽引力によって延伸される工程と、
該延伸されたフィラメント群を集積する工程と、
を有する延伸されたフィラメント群からなるシートの製造方法において、あるレーザービーム中に供給されるオリフィス群Cを通過するフィラメント群と、他のレーザービーム中に供給されるオリフィス群Dを通過するフィラメントとが、下記のa-hの内少なくとも1種で異なることによって異種フィラメントからなるシートとすることを特徴とする、異種フィラメントからなるシートの製造方法。
a.オリフィス群Cを通過する原フィラメント群のポリマーと、オリフィス群Dを通過する原フィラメント群のポリマーとが化学種において異なる、
b.オリフィス群Cを通過する原フィラメント群の供給速度と、オリフィス群Dを通過する原フィラメント群の供給速度とが少なくとも50%以上異なる、
c.オリフィス群Cを通過する原フィラメントに照射されるレーザービーム強度と、オリフィス群Dを通過する原フィラメントに照射されるレーザービーム強度とが少なくとも20%以上異なる、
d.オリフィス群Cを通過する原フィラメント群の繊維径と、オリフィス群Dを通過する原フィラメント群の繊維径とが少なくとも30%以上異なる、
e.オリフィス群Cを通過する原フィラメント群とオリフィス群Dを通過する原フィラメント群が該原フィラメントの流れ方向でレーザービームの照射される位置が、該原フィラメントの軸方向に沿って少なくとも1mm以上異なる、
f.オリフィス群Cを通過する原フィラメント群のP1-P2の圧力差と、オリフィス群Dを通過する原フィラメント群のP1-P2の圧力差とが少なくとも30%以上異なる、
g.オリフィス群Cを通過する原フィラメント群の分子配向度と、オリフィス群Dを通過する原フィラメント群の分子配向度とが少なくとも30%以上異なる、
h.オリフィス群Cのオリフィス径と、オリフィス群Dのオリフィス径とが少なくとも20%以上異なる。

【請求項3】
 
前記P1が大気圧であり、前記P2が減圧下であることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の異種フィラメントからなるシートの製造方法。

【請求項4】
 
前記オリフィス群CとDにおける片方のP1が加圧室により加圧されていることを特徴とする、請求項2記載の異種フィラメントからなるシートの製造方法。

【請求項5】
 
前記集積された異種フィラメントからなるシートが熱処理されて、異種フィラメント相互間が接合されていることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載の異種フィラメントからなるシートの製造方法。

【請求項6】
 
請求項1で製造された前記異種フィラメントからなるシートと請求項28で製造された前記異種フィラメントからなる積層シートとがさらに積層される工程を含む、異種フィラメントからなるシートの製造方法。

【請求項7】
 
請求項2における複数列のオリフィス列が3列以上あり、請求項2で製造された前記異種フィラメントからなる積層シートが3層以上の異種フィラメント層からなる積層工程を含む、異種フィラメントからなるシートの製造方法。

【請求項8】
 
請求項2における前記オリフィス群Cによって製造されたシートと、請求項2における前記オリフィス群Dによって製造されたシートとの間において、請求項1における同一レーザービーム中に配列されたオリフィス群A、Bが設置されることにより製造された前記異種フィラメントからなるシートが製造され、これらのシートが積層される工程を含む、異種フィラメントからなるシートの製造方法。

【請求項9】
 
原フィラメントの送出手段を有するP1気圧下の原フィラメント供給室と、該原フィラメント供給室に配設されており、該原フィラメントがその中を通過するオリフィスと、該オリフィスによって該原フィラメント供給室と接続されており、該オリフィスを通過してきた該原フィラメントがレーザービームにより加熱されることによって延伸されるP2気圧下(P1>P2)の延伸室と、該レーザービームを放射する炭酸ガスレーザー発振装置とを具備している、極細フィラメントの製造装置において、
該炭酸ガスレーザー発振装置から照射される一つの該レーザービーム中に配置されているオリフィス群の内の複数のオリフィス群Eと、
同一の該レーザービーム中に配置されているオリフィス群の内の他のオリフィス群Fと、
からなり、オリフィス群Eとオリフィス群Fに供給されるフィラメトとが、下記のa-eの内の少なくとも1点で異なることを特徴とする、異種フィラメントからなるシート製造装置。
a.オリフィス群Eを通過する原フィラメント群の供給速度と、オリフィス群Fを通過する原フィラメント群の供給速度とが少なくとも30%以上異なるフィラメント供給装置
b.オリフィス群Eを通過する原フィラメントに照射されるレーザービーム強度と、オリフィス群Fを通過する原フィラメントに照射されるレーザービーム強度とが少なくとも20%以上異なるように構成されているレーザービーム発振装置、
c. オリフィス群Eを通過する原フィラメント群とオリフィス群Fを通過する原フィラメント群が該原フィラメントの流れ方向でレーザービームの照射される位置が、該原フィラメントの軸方向に沿って少なくとも1mm以上異なるように構成されているオリフィス群、
d.オリフィス群Eを通過する原フィラメント群のP1-P2の圧力差と、オリフィス群Fを通過する原フィラメント群のP1-P2の圧力差とが少なくとも30%以上異なる原フィラメント供給室、
e.オリフィス群Eのオリフィス径と、オリフィス群Fのオリフィス径とが少なくとも20%以上異なるオリフィス径を有する。

【請求項10】
 
原フィラメントの送出手段を有するP1気圧下の原フィラメント供給室と、該原フィラメント供給室に配設されており、該原フィラメントがその中を通過するオリフィスと、該オリフィスによって該原フィラメント供給室と接続されており、該オリフィスを通過してきた該原フィラメントがレーザービームにより加熱されることによって延伸されるP2気圧下(P1>P2)の延伸室と、該レーザービームを放射する炭酸ガスレーザー発振装置とを具備している、極細フィラメントの製造装置において、
該炭酸ガスレーザー発振装置から照射される一つの該レーザービーム中に配置されているオリフィス群Gを通過したフィラメント群と、
他の該炭酸ガスレーザー発振装置から照射される別の該レーザービーム中に配置されているオリフィス群Hを通過したフィラメント群と、
からなり、オリフィス群Gとオリフィス群Hに供給されるフィラメントとが、下記のa-e内の少なくとも1点で異なることを特徴とする、異種フィラメントからなるシート製造装置。
a.オリフィス群Gを通過する原フィラメント群の供給速度と、オリフィス群Hを通過する原フィラメント群の供給速度とが少なくとも30%以上異なるフィラメント供給装置、
b.オリフィス群Gを通過する原フィラメントに照射されるレーザービーム強度と、オリフィス群Hを通過する原フィラメントに照射されるレーザービーム強度とが少なくとも20%以上異なるように構成されている異なるレーザービーム発振装置、
c. オリフィス群Gを通過する原フィラメント群とオリフィス群Hを通過する原フィラメント群が該原フィラメントの流れ方向でレーザービームの照射される位置が、該原フィラメントの軸方向に沿って少なくとも1mm以上異なるように構成されているオリフィス群、
d.オリフィス群Gを通過する原フィラメント群のP1-P2の圧力差と、オリフィス群Hを通過する原フィラメント群のP1-P2の圧力差とが少なくとも30%以上異なる原フィラメント供給室、
e.オリフィス群Gのオリフィス径と、オリフィス群Hのオリフィス径とが少なくとも20%以上異なるオリフィス径を有する。

【請求項11】
 
前記延伸されたフィラメント群が集積されるコンベアを有することを特徴とする請求項9又は請求項10に記載された異種フィラメントからなるシート製造装置

【請求項12】
 
前記シートが、熱処理される熱処理装置を有することを特徴とする請求項9又は請求項10に記載された異種フィラメントからなるシート製造装置。

【請求項13】
 
請求項10における前記オリフィス群GとHとの間に、請求項9における同一レーザービーム中に配列されたオリフィス群E、Fが設置されることを特徴とする、異種フィラメントからなるシートの製造装置。

【請求項14】
 
前記原フィラメント供給室が大気下にあり、前記延伸室が減圧下にある、請求項9又は請求項10に記載された異種フィラメントからなるシート製造装置。

【請求項15】
 
前記レーザービームの中心が、前記オリフィスの出口より30mm以内で前記原フィラメントに照射され、かつ該レーザービームが前記原フィラメントの中心でフィラメントの軸方向に沿って上下4mm以内の範囲に照射されるように構成されている、請求項9又は請求項10に記載された異種フィラメントからなるシート製造装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013500931thum.jpg
State of application right Registered
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