JP2009013532A - 液体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気式圧力計を用いて、液体の消費状態及び／又は供給状態を管理することのできる液体供給装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の液体供給装置は、所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置、前記液体を消費する液体消費装置、前記液体貯蔵装置と前記液体消費装置とを接続し、前記液体を液体消費装置に供給することのできる消費装置路、電気式圧力計、及び前記消費装置路と前記電気式圧力計とを接続する密閉空間からなり、気体が存在することによって、前記電気式圧力計と前記液体とが隔離された状態とすることができる圧力計路、とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は液体供給装置に関する。より具体的には、電気式圧力計を損傷しやすい液体であっても、液体の供給状態を監視しながら液体を供給することのできる液体供給装置に関する。特に、静電紡糸装置における紡糸原液の紡糸装置への供給状態を監視しながら紡糸原液を供給することのできる液体供給装置に関する。

不織布を構成する繊維の繊維径が小さいと、分離性能、液体保持性能、払拭性能、隠蔽性能、絶縁性能、或いは柔軟性など、様々な性能に優れているため、不織布を構成する繊維の繊維径を小さくするのが好ましい。このような繊維径の小さい繊維からなる不織布の製造方法として、紡糸原液を紡糸空間へ供給するとともに、供給した紡糸原液に電界を作用させて紡糸原液を繊維化し、延伸して繊維径の小さい繊維とした後に直接捕集して不織布とする、いわゆる静電紡糸法が知られている。

このような静電紡糸法により不織布を製造できる装置として、例えば、「ポリマー配合物を静電加工する装置であって、ポリマー配合物を含む静電加工材料を連続的に噴出するよう動作可能な投入ステージと、前記投入ステージから間隔を置いて配置された集積ステージと、前記投入ステージから噴出された前記静電加工材料を前記集積ステージ上に堆積させる電場を発生するよう動作可能な電源装置と、前記集積ステージから前記静電加工材料を連続的に取り出すように配置された取出デバイスを含むピックアップステージと、を備える装置」が提案されている（特許文献１）。この投入ステージにおいて、ポリマー配合物は供給源から投入デバイスの流路に供給され、供給源と流路との間に少なくとも１つのポンプを備えているのが好ましいことを開示している。

特表２００６−５２４７３９号公報（請求項１、段落番号００１９、００２０など）

このような静電紡糸法により不織布を製造する際の管理方法として、紡糸原液の流路（例えば、供給管）における圧力を管理することによって、紡糸状態を管理する方法が考えられた。つまり、流路における内圧が上昇した場合には、ノズルなどの紡糸原液供給部が詰り、紡糸原液供給部からの紡糸原液の供給量が少なくなった、或いは、紡糸原液供給部（例えば、ノズル）を複数有する場合には、各紡糸原液供給部からの紡糸原液の供給量に差が生じ、結果として繊維径のバラツキが生じていると考えられるため、直ぐにその対応を取ることができる。他方で、流路における内圧が下降した場合には、ノズルなどの紡糸原液供給部と流路との接続が不十分で、紡糸原液が漏出していることが疑われるため、直ぐにその対応を取ることができる。そのため、実際の生産においては、紡糸原液の流路における圧力を管理することによって、紡糸状態を管理するのが望ましい。

そのため、本発明者らは実際に紡糸原液の流路における圧力を計測できるように、電気式圧力計を設置した。ところが、前述の通り、静電紡糸法は紡糸原液に電界を作用させるために、紡糸原液に電圧を印加しているため、その電圧によって絶縁破壊を生じてしまい、電気式圧力計を破損するため、設置することが困難であった。

そこで、本発明者らはアナログ式圧力計を設置したが、異常を速やかに察知するためには、常時オペレーターが圧力を監視する必要があり、オペレーターの負担が大きく、一定時間毎に圧力を監視すると異常の察知が遅くなる、という問題があった。

このような問題は、静電紡糸法に限らず、電気式圧力計を腐食しやすい液体の場合、或いは電気的刺激によって爆発しやすく、防爆が必要な液体の場合、にも同様の問題が生じる可能性があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、電気式圧力計を用いて、液体の消費状態及び／又は供給状態を管理することのできる液体供給装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる発明は、「所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置、前記液体を消費する液体消費装置、前記液体貯蔵装置と前記液体消費装置とを接続し、前記液体を液体消費装置に供給することのできる消費装置路、電気式圧力計、及び前記消費装置路と前記電気式圧力計とを接続する密閉空間からなり、気体が存在することによって、前記電気式圧力計と前記液体とが隔離された状態とすることができる圧力計路、とを備えていることを特徴とする、液体供給装置。」である。

本発明の請求項２にかかる発明は、「気体の圧力を調整することのできる圧力調整装置を更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の液体供給装置。」である。

本発明の請求項３にかかる発明は、「圧力計路に、液面位置センサーを備えていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の液体供給装置。」である。

本発明の請求項４にかかる発明は、「液面位置センサーを２ヶ所に備えていることを特徴とする、請求項３に記載の液体供給装置。」である。

本発明の請求項５にかかる発明は、「電気式圧力計と電気圧力計側の液面位置センサーとの間、及び圧力計路と消費装置路との接続部と消費装置路側の液面位置センサーとの間に、前記センサーに連動して液体の移動を止めることのできる液体移動阻止装置をそれぞれ備えていることを特徴とする、請求項４に記載の液体供給装置。」である。

本発明の請求項６にかかる発明は、「液体貯蔵装置が紡糸原液貯蔵装置であり、液体消費装置が気体中へ前記紡糸原液を供給できる装置であり、しかも前記紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置を更に備えていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液体供給装置。」である。

本発明の請求項１にかかる発明は、消費装置路と電気式圧力計とを接続する密閉空間からなり、気体が存在することによって、電気式圧力計と液体とが隔離された状態とすることができる圧力計路を備えているため、電気式圧力計によって消費装置路内における圧力を測定できる。したがって、圧力に異常が生じた場合に、直ぐにオペレータに通報し、速やかに対策を取ることができる。つまり、電気式圧力計と液体とが気体によって隔離されており、気体の圧力から液体の圧力を間接的に計測できるため、液体によって電気式圧力計を損傷することなく、圧力を監視することができる。

本発明の請求項２にかかる発明は、圧力調整装置を備えており、気体の圧力を調整できるため、電気式圧力計に液体が到達しないように、また、消費装置路に気体が進入するのを防止しやすい。

本発明の請求項３にかかる発明は、液面位置センサーを備えており、所定位置に溶液が到達した場合に、直ぐに対応できるため、液体の電気式圧力計への到達、又は消費装置路への気体の進入を未然に防ぐことができる。

本発明の請求項４にかかる発明は、液面位置センサーを２ヶ所に備えているため、１つの液面位置センサーを液体の電気式圧力計への異常接近を知らせるセンサーとして使用でき、もう１つの液面位置センサーを消費装置路への気体進入の危険性を知らせるセンサーとして使用できるため、液体の電気式圧力計への到達及び消費装置路への気体の進入を未然に防ぐことができる。

本発明の請求項５にかかる発明は、液体移動阻止装置を備えているため、液体の電気式圧力計への到達及び消費装置路への気体の進入を、未然に速やかに防ぐことができる。

本発明の請求項６にかかる発明は、紡糸原液に対して電圧を印加できる、いわゆる静電紡糸装置に使用できるものである。つまり、省人化することができ、生産性良く、静電紡糸不織布を製造することができる。

本発明の液体供給装置について、各装置の配置状態を示す配置図である図１をもとに説明する。

図１に示すように、本発明の液体供給装置は、（１）液体貯蔵装置、（２）液体消費装置、（３）消費装置路、（４）電気式圧力計及び（５）圧力計路を基本構成とし、好ましくは、（６）圧力調整装置、（７）液面位置センサーＡ、Ｂ及び／又は（８）液体移動阻止装置Ａ、Ｂを備えている。

（１）液体貯蔵装置は所望液体を貯蔵するものであり、特に限定するものではない。本発明においては、電気式圧力計と接触することによって、電気式圧力計を損傷する液体であっても使用することができる。そのため、静電紡糸に使用する紡糸原液、電気式圧力計を腐食しやすい液体、電気的刺激によって爆発しやすく、防爆が必要な液体であっても使用することができる。なお、電気式圧力計を損傷しない液体であっても使用することができる。このような液体貯蔵装置としては、例えば、プラスチック製、ステンレス製などのタンク、バッグ、プラスチック製、ガラス製などのシリンジポンプなどを挙げることができる。

（２）液体消費装置は前記液体を消費するものであり、特に限定するものではないが、例えば、液体が静電紡糸に使用する紡糸原液である場合には、紡糸原液を気体中へ供給できる装置（例えば、ノズルを備えた装置、孔を有するチューブを備えた装置など）である。このように、「消費」とは液体を繊維に変換するなど、液体を使用することを意味し、液体を消滅させる必要はない。

（３）消費装置路は液体貯蔵装置と液体消費装置とを接続し、液体を液体消費装置に供給することのできるものである。この消費装置路は特に限定されるものではないが、パイプ、チューブ、管などを挙げることができる。なお、図１においては図示していないが、液体を液体貯蔵装置から液体消費装置へ供給できるように、ポンプが液体貯蔵装置又は消費装置路に接続されている。

（４）電気式圧力計は後述のように、気体の圧力を測定することによって、間接的に液体の圧力を測定するものである。この電気式圧力計は圧力を電気信号として出力できるため、異常な圧力を検知した場合には、速やかにオペレーターに知らせることができる。なお、電気式圧力計は従来から公知のものを使用することができ、特に限定するものではない。

（５）圧力計路は消費装置路と電気式圧力計とを接続する密閉空間からなり、気体が存在することによって、電気式圧力計と液体とが隔離された状態とすることができるものである。このように、圧力計路における気体の存在によって、電気式圧力計と液体とが隔離されているため、電気式電圧計が損傷を受けることがない。また、液体の圧力は気体を介して電気式電圧計で計測できるため、間接的に液体の圧力を監視することができる。

前述の通り、圧力計路は液体の圧力を気体に伝播させる作用を奏するため、圧力計路は密閉空間である。つまり、液体及び気体が漏出することのない空間からなる。また、気体は前述の通り、液体の圧力を電気式圧力計に伝播させるとともに、電気式圧力計と液体とを隔離する作用を奏する。この気体はこのような作用を奏するものであれば良く、特に限定するものではないが、空気や不活性ガス（例えば、窒素ガス）を使用することができ、取り扱い上、空気であるのが好ましい。また、気体の存在量は圧力計路の種類、液体消費装置、気体の種類、使用圧力範囲等によって異なるため、実験を繰り返して、前記作用を奏する量を適宜設定する。

このような圧力計路は前記作用を奏するものである限り、特に限定するものではないが、例えば、パイプ、チューブ、管などを挙げることができる。なお、これらに加えて、液体の電気式圧力計への進行を抑制しやすいように、気体を貯留させることのできる容器を接続することもできる。

（６）圧力調整装置は圧力計路に接続されており、気体の圧力を調整することができるものであるため、電気式圧力計に液体が到達しないように、また、消費装置路に気体が進入するのを防止しやすい。つまり、気体の圧力を強くすれば、液体の電気式圧力計への進行力を抑えることができ、気体の圧力を弱くすれば、気体の消費装置路への進入を防止することができる。この圧力調整装置としては、例えば、自動又は手動圧力調節装置を使用することができる。前者の自動圧力調節装置の場合には、所望圧力となるようにコンプレッサーエアーを自動で電磁弁により注入することができる。なお、気体として不活性ガスを使用する場合には、ボンベから直接注入することができる。また、後者の手動圧力調節装置の場合には、所望圧力となるようにシリンジなどを用い、手動でエアーを注入し、バルブを閉じて気体の圧力を調整できる。

（７）液面位置センサーＡ、Ｂを圧力計路の２ヶ所に備えているため、一方の液面位置センサーＡが、液体の電気式圧力計への異常接近を知らせるセンサーとして作用し、もう一方の液面位置センサーＢが消費装置路への気体進入の危険性を知らせるセンサーとして作用できる。そのため、液体の電気式圧力計との接触及び気体の消費装置路への進入を未然に防ぐことができる。なお、液面位置センサーは従来から公知のものを使用することができ、特に限定するものではない。

なお、図１においては、２ヶ所に液面位置センサーを設けているが、液体の種類、圧力計路の構造等によって、液体の電気式圧力計への到達、又は消費装置路への気体の進入のいずれか一方の可能性が高い場合には、１ヶ所に液面位置センサーを設置するだけでも、直ぐに対応して、トラブルを未然に防ぐことができる。

（８）液体移動阻止装置Ａ、Ｂは圧力計路に接続されており、前記液面位置センサーＡ、Ｂからの情報に連動して液体の移動を止めることのできるものである。そのため、液体の電気式圧力計への到達及び消費装置路への気体の進入を、未然に速やかに防ぐことができる。このような作用を奏するように、液体移動阻止装置Ａは圧力計路における電気式圧力計と電気圧力計側の液面位置センサーＡとの間に設置され、液体移動阻止装置Ｂは圧力計路における圧力計路と消費装置路との接続部と消費装置路側の液面位置センサーＢとの間に設置されている。この液体移動阻止装置としては、例えば、エアで駆動するバルブ、ソレノイドバルブなどを挙げることができる。

図１に示すような本発明の液体供給装置は上述のような構成からなるため、電気式圧力計を用いて、液体の消費状態を管理することのできるものである。つまり、液体貯蔵装置から消費装置路を通って液体消費装置に液体が供給されると、消費装置路には圧力計路が接続されているため、液体の一部は圧力計路に進入する。この状態で液体消費装置によって液体を順調に消費している場合は、圧力計路に進入した液体の進入度合いに変化はないため、電気式圧力計によって、一定の圧力を観測する。しかしながら、液体消費装置に不具合が生じ、予定していた量よりも液体が消費されない場合であっても、予定通り液体が液体貯蔵装置から供給されるため、液体が行き場を失い、圧力計路へ進入することになる。このように液体が圧力計路に進入すると、圧力計路における気体が圧縮され、この圧縮による圧力の上昇を電気式圧力計によって感知できるため、液体消費装置の異常を速やかにオペレーターに知らせることができる。一方で、液体消費装置に不具合が生じ、予定していた量よりも多くの液体が消費される場合には、圧力計路へ進入していた液体も液体消費装置に向かうため、圧力計路における気体の圧力が低くなるが、この圧力の変化を電気式圧力計によって感知できるため、液体消費装置の異常を速やかにオペレーターに知らせることができる。

なお、図１の液体供給装置においては、圧力計路に圧力調整装置が接続されているため、気体の圧力を調節することによって、液体の圧力計路への進入の程度を調整することができる。また、液体消費装置における不具合が急激に進行し、液体が急激に圧力計路を進入し、電気式圧力計にまで到達しようかという勢いであったとしても、液面位置センサーＡ及び液体移動阻止装置Ａの働きにより、電気式圧力計の液体との接触による損傷を確実に防止することができる。反対に、液体消費装置における不具合が急激に進行し、液体が急激に圧力計路から液体消費装置に向かい、消費装置路に気体が進入しようかという勢いであったとしても、液面位置センサーＢ及び液体移動阻止装置Ｂの働きにより、気体の消費装置路への進入による液体消費装置による不均一な消費を確実に防止することができる。

なお、上述の液体供給装置は消費装置路における圧力を監視し、圧力の変化をオペレーターに知らせたり、液体の移動を止めることのできる液体供給装置であるが、その他に、消費装置路における圧力を検出し、消費装置路における内圧が一定となるように、ポンプなどの供給能力を調節するようにすることもできる。

更に、上述の液体供給装置は消費装置路における圧力を監視するために、消費装置路の１ヶ所に圧力計路を接続しているが、例えば、消費装置路にポンプなどの供給手段を接続し、この供給手段の前後に圧力計路を接続して、供給手段前後における圧力を監視することによって、高精度に消費装置路における圧力を監視することができる。

本発明の液体供給装置は上述のような構造からなるが、特に、液体貯蔵装置が紡糸原液貯蔵装置であり、液体消費装置が気体中へ紡糸原液を供給できる装置（例えば、ノズルを備えた装置、孔を有するチューブを備えた装置など、以下、「紡糸装置」という）である、静電紡糸における紡糸原液供給装置として好適に使用することができる。この場合も前述の通り作用する。つまり、紡糸原液貯蔵装置から紡糸装置路を通って紡糸装置に紡糸原液が供給されると、紡糸装置路には圧力計路が接続されているため、紡糸原液の一部は圧力計路に進入する。この状態で紡糸装置によって紡糸原液を順調に紡糸している場合は、圧力計路に進入した紡糸原液の進入度合いに変化はないため、電気式圧力計によって、一定の圧力を観測する。しかしながら、紡糸装置に不具合（例えば、ノズル詰り）が生じ、予定していた量よりも紡糸原液が紡糸されない場合であっても、予定通り紡糸原液が紡糸原液貯蔵装置から紡糸装置に供給されるため、紡糸原液が行き場を失い、圧力計路へ進入することになる。このように紡糸原液が圧力計路に進入すると、圧力計路における気体が圧縮され、この圧縮による圧力の上昇を電気式圧力計によって感知できるため、紡糸装置の異常を速やかにオペレーターに知らせることができる。一方で、紡糸装置に不具合が生じ、予定していた量よりも多くの紡糸原液が消費される場合（例えば、紡糸原液の紡糸装置からの漏出）には、圧力計路へ進入していた紡糸原液も紡糸装置に向かうため、圧力計路における気体の圧力が低くなるが、この圧力の変化を電気式圧力計によって感知できるため、紡糸装置の異常を速やかにオペレーターに知らせることができる。

なお、図１の液体供給装置を紡糸原液供給装置として使用した場合には、圧力計路に圧力調整装置が接続されているため、気体の圧力を調節することによって、紡糸原液の圧力計路への進入の程度を調整することができる。また、紡糸装置における不具合が急激に進行し、紡糸原液が急激に圧力計路を進入し、電気式圧力計にまで到達しようかという勢いであったとしても、液面位置センサーＡ及び紡糸原液移動阻止装置Ａの働きにより、電気式圧力計の紡糸原液との接触による絶縁破壊を確実に防止することができる。反対に、紡糸装置における不具合が急激に進行し、紡糸原液が急激に圧力計路から紡糸装置に向かい、紡糸装置路に気体が進入しようかという勢いであったとしても、液面位置センサーＢ及び紡糸原液移動阻止装置Ｂの働きにより、気体の紡糸装置路への進入による紡糸装置の不均一な紡糸を確実に防止することができる。

また、前述の液体供給装置と同様に、紡糸装置路における圧力を検出し、紡糸装置路における内圧が一定となるように、ポンプなどの供給能力を調節するようにすることもできる。更に、紡糸装置路にポンプなどの供給手段を接続し、この供給手段の前後に圧力計路を接続し、高精度に紡糸装置路における圧力を監視することもできる。

このように、本発明の液体供給装置を静電紡糸における紡糸原液供給装置として使用する場合には、静電紡糸できるように、紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置を、紡糸原液貯蔵装置、紡糸装置路又は紡糸装置に接続する。

なお、紡糸原液貯蔵装置は前述の液体貯蔵装置と同様のタンク、バッグ、シリンジポンプなどから構成することができ、紡糸装置は、例えば、ノズルを備えた装置、孔を有するチューブを備えた装置などを挙げることができ、電圧印加装置としては、例えば、直流高電圧発生装置、ヴァン・デ・グラフ起電機などを挙げることができる。

本発明の液体供給装置における各装置の配置状態を示す配置図

Claims (6)

1. 所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置、前記液体を消費する液体消費装置、前記液体貯蔵装置と前記液体消費装置とを接続し、前記液体を液体消費装置に供給することのできる消費装置路、電気式圧力計、及び前記消費装置路と前記電気式圧力計とを接続する密閉空間からなり、気体が存在することによって、前記電気式圧力計と前記液体とが隔離された状態とすることができる圧力計路、とを備えていることを特徴とする、液体供給装置。
2. 気体の圧力を調整することのできる圧力調整装置を更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の液体供給装置。
3. 圧力計路に、液面位置センサーを備えていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の液体供給装置。
4. 液面位置センサーを２ヶ所に備えていることを特徴とする、請求項３に記載の液体供給装置。
5. 電気式圧力計と電気圧力計側の液面位置センサーとの間、及び圧力計路と消費装置路との接続部と消費装置路側の液面位置センサーとの間に、前記センサーに連動して液体の移動を止めることのできる液体移動阻止装置をそれぞれ備えていることを特徴とする、請求項４に記載の液体供給装置。
6. 液体貯蔵装置が紡糸原液貯蔵装置であり、液体消費装置が気体中へ前記紡糸原液を供給できる装置であり、しかも前記紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置を更に備えていることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の液体供給装置。

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