JP2012122154A - ナノ繊維製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電界紡糸装置20は、導電性の筐体100と、筐体100に絶縁部材152を介して取り付けられたコレクター150と、コレクター150に対向配置され、複数のノズル112を有するノズルブロック110と、ノズルブロック110とコレクターとの間に高電圧を印加する電源装置160と、コレクターを囲む位置に配設された補助ベルト及び補助ベルトを長尺シートの搬送速度に対応して回転させる補助ベルト駆動装置174とを備え、電源装置160は、正負電極の一方の電極が、コレクター150に接続され、他方の電極がノズルブロック110及び筐体100に接続され、絶縁部材152はその外周がコレクターの外周よりも外側に位置し、絶縁部材の厚さaがa≧6mmを満たし、絶縁部材152の外周とコレクター150の外周との距離をbとしたとき、a+b≧50mmを満たす。
【選択図】図2
Description
なお、本発明において、ナノ繊維を堆積させた長尺シートの厚さとは、長尺シート上に堆積させたナノ繊維層と、長尺シートとが積層された状態で厚さを計測した場合における厚さのことをいう。
図1は、実施形態1に係るナノ繊維製造装置1を説明するために示す図である。図1(a)はナノ繊維製造装置1の正面図であり、図1(b)はナノ繊維製造装置1の平面図である。なお、図1においては、ポリマー溶液供給部及びポリマー溶液回収部の図示を省略してある。また、図1(a)においては、一部の構成要素は図2で示している。
図2は、実施形態1に係るナノ繊維製造装置1に用いられる電界紡糸装置20を説明するために示す図である。
試験例1は、リーク電流を所定範囲内にとどめるためには、絶縁部材152の厚さ「a」をどれくらいにすればよいかを明らかにするための試験例である。表1は、試験例1における実験結果を示す表である。図8は、試験例1における実験結果を示すグラフである。
試験例2は、リーク電流を所定範囲内にとどめるためには、「絶縁部材152の表面に沿った絶縁部材152とコレクター150との間隔(a+b)」をどれくらいにすればよいかを明らかにするための試験例である。表2は、試験例2における実験結果を示す表である。図9は、試験例2における実験結果を示すグラフである。
実施形態2に係るナノ繊維製造装置2は、長時間にわたって複数の電界紡糸装置20を連続して運転するうちに、複数の電界紡糸装置20のうち1つの電界紡糸装置20についてだけ異常が発生したような場合には、当該異常を即座に検出可能とするものである。
なお、実施形態2に係るナノ繊維製造装置2の構成は、基本的には実施形態1に係るナノ繊維製造装置1の構成と同様であるので、実施形態2に係るナノ繊維製造装置2の構成は図示を省略する。
図13は、実施形態3に係るナノ繊維製造装置3の正面図である。図14は、実施形態3における電界紡糸装置20の正面図である。なお、図13及び図14においては、ノズルブロック110、原料タンク200、中間タンク230及び再生タンク270,272については断面図として表示している。
受部121は、複数の上向きノズル112の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を受ける。受部121は、ポリマー溶液供給経路114の上部に配置されている。受部121には、溝部124に向かってわずかに傾斜が設けられており、受けたポリマー溶液を溝部124に向かって導く機能を有する。
蓋部123は、受部121を覆うとともに各上向きノズル112を通す複数のノズル用孔を有する。また、蓋部123は、ノズル用孔の周囲に蓋部側ねじ部122を有する。
ナノ繊維製造装置1においては、蓋部側ねじ部122とジャケット側ねじ部との嵌合により蓋部123とジャケット134とが結合されている。
バルブ222は、原料タンク200からのポリマー溶液の移送を制御する。また、バルブ224は、原料タンク200及び再生タンク270,272から中間タンク230へ流入するポリマー溶液の量を制御する。バルブ224による制御は、後述する第1センサー239で計測された液面高さに応じて行われる。
バルブ226は、再生タンク270からのポリマー溶液の移送を制御する。また、バルブ228は、再生タンク272からのポリマー溶液の移送を制御する。
気泡除去フィルター234は、隔壁232の底部に配設され、通過するポリマー溶液から気泡を除去する。気泡除去フィルター234は、例えば、0.1mm程度の目を有する網状の構造を有する。
第2貯蔵部238は、供給経路240によりポリマー溶液供給経路114と接続されており、これにより、ナノ繊維製造装置1においては、第2貯蔵部238に貯蔵されたポリマー溶液がノズルブロック110のポリマー溶液供給経路114に供給される。
供給制御装置242は、供給装置240に設けられた1つのバルブからなり、供給装置240の供給動作を制御する。
ポンプ254は、ノズルブロック110近辺より上方にある再生タンク270,272へポリマー溶液を移送する動力を発生させる。
バルブ264は、ポリマー溶液回収経路から再生タンク270へのポリマー溶液の移送動作を制御する。
バルブ266は、ポリマー溶液回収経路から再生タンク272へのポリマー溶液の移送動作を制御する。
また、第1移送制御装置260は、上記バルブ264,266及びポンプ254の制御装置により、第2センサー142で測定されたポリマー溶液の液面高さに応じて、第1移送装置250の移送動作を制御する。
実施形態3に係るナノ繊維製造装置3を用いて、複数の上向きノズル112の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら複数の上向きノズル112の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するとともに、複数の上向きノズル112の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用した。具体的には、回収したポリマー溶液を再生タンク270,272に移送した後、当該ポリマー溶液の組成を測定するとともに、当該測定結果に応じてポリマー溶液に溶媒その他の必要な成分を添加することによりポリマー溶液を再生した。
物質名 相対重量
ポリウレタン(ポリマー) 100.0
ジメチルホルムアミド(溶媒) 240.0
メチルエチルケトン(溶媒) 160.0
物質名 相対重量
ポリウレタン(ポリマー) 100.0
ジメチルホルムアミド(溶媒) 199.2
メチルエチルケトン(溶媒) 85.4
物質名 相対重量
ポリウレタン(ポリマー) 100.0
ジメチルホルムアミド(溶媒) 240.0
メチルエチルケトン(溶媒) 160.0
図17は、実施形態4に係るナノ繊維製造装置4を説明するために示す図である。実施形態4に係るナノ繊維製造装置4は、図17に示すように、通気度計測装置40により計測された通気度Pに基づいて搬送速度Vを制御する搬送速度制御装置50を備えている。搬送速度制御装置50は、主制御装置60(図1(b)参照。)が有する複数の機能のうちの1つとして当該主制御装置60に設けられる。
なお、実施形態4に係るナノ繊維製造装置4の全体的な構成は、基本的には実施形態1に係るナノ繊維製造装置1の構成(図1参照。)と同様であるので、実施形態4に係るナノ繊維製造装置4の全体的な構成は図示を省略する。
長尺シートWを搬送装置10にセットし、その後、長尺シートWを繰り出しローラー11から巻き取りローラー12に向けて所定の搬送速度Vで搬送させながら、各電界紡糸装置20において長尺シートWにナノ繊維を順次堆積させる。その後、加熱装置30により、ナノ繊維を堆積させた長尺シートWを加熱する。これにより、ナノ繊維が堆積した長尺シートからなるナノ繊維不織布が製造される。
まず、図19(a)〜図19(f)に示すように、通気度計測部41を長尺シートWの幅方向yに沿って所定の周期T(例えば1秒)で往復移動させながら、長尺シートWの通気度を計測する。通気度計測部41による通気度の計測は例えば10ms毎に行う。その結果、図20(a)に示すようなグラフが得られる。
次に、通気度計測部41により計測された通気度Pを所定の周期T(例えば1秒)で平均することにより平均通気度<P>を算出する。その結果、図20(b)に示すようなグラフが得られる。
次に、上記の平均通気度<P>と、所定の目標通気度P0とのずれ量ΔPを算出する。
次に、上記ずれ量ΔPに基づいて搬送速度Vを制御する。
例えば、長時間の電界紡糸過程において通気度Pが大きくなる方向に紡糸条件が変動した場合(ずれ量ΔPが正の場合)には、搬送速度Vを遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより通気度を小さくする。一方、長時間の電界紡糸過程において通気度が小さくなる方向に紡糸条件が変動した場合(ずれ量ΔPが負の場合)には、搬送速度Vを速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより通気度を大きくする(図20(c)参照。)。これにより、時間t経過後、徐々に通気度Pは所定の目標通気度P0の値に収斂する。
一な通気度を有するナノ繊維を堆積させることにより均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産する場合はもちろん、それほど均一ではない通気度を有する長尺シートにそれに応じた通気度を有するナノ繊維を堆積させることにより全体として均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産する場合にも好適に用いることができる。
図21は、実施形態5に係るナノ繊維製造装置5を説明するために示す図である。図21(a)は厚さ計測装置90と搬送速度制御装置50と搬送装置10との関係を示すブロック図であり、図21(b)は厚さ計測部92の構成を示す図である。図22は、厚さ計測部92の動きを説明するために示す平面図である。
なお、実施形態5に係るナノ繊維製造装置5は、上記した実施形態4に係るナノ繊維製造装置4において、通気度計測装置40を厚さ計測装置90に換えた構成となっており、その他の構成は実施形態4に係るナノ繊維製造装置4と同様である。
製造するナノ繊維不織布の厚さを目標厚さk0として設定する。
長尺シートWを搬送装置10にセットし、その後、長尺シートWを繰り出しローラー11から巻き取りローラー12に向けて所定の搬送速度Vで搬送させながら、各電界紡糸装置20において長尺シートWにナノ繊維を順次堆積させる。その後、加熱装置30により、ナノ繊維を堆積させた長尺シートWを加熱する。これにより、ナノ繊維が堆積した長尺シートからなるナノ繊維不織布が製造される。
まず、図22に示すように、3台の厚さ計測部42により、長尺シートWの厚さkを計測する。厚さ計測部42による厚さの計測は例えば10ms毎に行う。その結果、図24(a)に示すようなグラフが得られる。
次に、3台の厚さ計測部41により計測された厚さkを平均することにより平均厚さ<k>を算出する。その結果、図24(b)に示すようなグラフが得られる。
次に、上記の平均厚さ<k>と、所定の目標厚さk0とのずれ量Δkを算出する。
次に、上記ずれ量Δkに基づいて搬送速度Vを制御する。
例えば、長時間の電界紡糸過程において厚さkが薄くなる方向に紡糸条件が変動した場合(ずれ量Δkが負の場合)には、搬送速度Vを遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより厚さkを厚くする。一方、長時間の電界紡糸過程において厚さが厚くなる方向に紡糸条件が変動した場合(ずれ量Δkが正の場合)には、搬送速度Vを速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより厚さを薄くする(図24(c)参照。)。これにより、時間t経過後、徐々に厚さkは所定の目標厚さk0の値に収斂する。
な厚さを有するナノ繊維を堆積させることにより均一な厚さを有するナノ繊維不織布を大量生産する場合はもちろん、それほど均一ではない厚さを有する長尺シートにそれに応じた厚さを有するナノ繊維を堆積させることにより全体として均一な厚さを有するナノ繊維不織布を大量生産する場合にも好適に用いることができる。
図25は、実施形態6に係るナノ繊維製造装置6の正面図である。図26は、実施形態1に係るナノ繊維製造装置1の平面図である。なお、図25及び図26においては、ポリマー溶液供給部及びポリマー溶液回収部の図示を省略してある。
するための空気)が流通する空気流通路820と、湿度及び温度などが適切に調整された
雰囲気調整空気が流通する雰囲気調整空気流通路830と、VOC処理装置70でVOCを燃焼した際に生じる燃焼熱によって生成した温風が流通する温風流通路840と、除湿装置810を通過した温風を排出させるための温風排出路850と、除湿装置810を駆動するための除湿装置駆動部860とを有している。なお、除湿装置810の詳細は後述する。
び他方の端面810Rは、空気の流通が可能で、かつ、充填されている除湿剤が外部に流出することがないような素材で形成されている。
Claims (19)
- 所定の搬送速度で搬送されていく長尺シートの搬送方向に沿って直列に配置され、前記長尺シートにナノ繊維を堆積させるための複数の電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置であって、
前記電界紡糸装置は、
導電性を有する筐体と、
前記筐体に絶縁部材を介して取り付けられたコレクターと、
前記コレクターに対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズルを有するノズルブロックと、
前記ノズルブロックと前記コレクターとの間に高電圧を印加する電源装置と、
前記コレクターを取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト及び当該補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置と、
を備え、
前記電源装置は、当該電源装置の正電極及び負電極のうち一方の電極が、前記コレクターに接続され、前記電源装置の正電極及び負電極のうち他方の電極が、前記ノズルブロック及び前記筐体に接続され、
前記絶縁部材は、ノズルブロック側から前記コレクターを見たとき、当該絶縁部材の外周が、前記コレクターの外周よりも外側に位置し、前記絶縁部材の厚さを「a」とし、前記絶縁部材の外周と前記コレクターの外周との距離を「b」としたとき、「a≧6mm」を満たし、かつ、「a+b≧50mm」を満たすことを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1に記載のナノ繊維製造装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、
前記補助ベルトを掛け回す複数の補助ベルト用ローラーと、
前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも1つの補助ベルト用ローラーを回転させる駆動モーターと、
前記複数の補助ベルト用ローラーのうち1つの補助ベルト用ローラーについて、当該補助ベルト用ローラーの一方の端部における、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った当該補助ベルト用ローラーの位置を制御することにより、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御する補助ベルト位置制御装置と、
を有することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1又は2に記載のナノ繊維製造装置において、
前記絶縁部材は、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、非晶ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポロブロビレン、高密度ポリエチレン又はポリエチレンからなることを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記長尺シートを搬送する搬送装置と、前記搬送装置及び前記複数の電界紡糸装置の動作を制御する主制御装置とをさらに備え、
前記主制御装置は、各電源装置から供給される電流量を各電界紡糸装置ごとに監視するとともに、所定の第1設定電流量よりも大きい電流が前記複数の電源装置のうちの1又は複数の電源装置から供給されていることを検知したときには、当該1又は複数の電源装置に対して電流供給を停止させる信号(以下、電流供給停止信号という。)を送信するとともに、前記長尺シートに堆積する単位面積当たりのナノ繊維の累積堆積量を所定の範囲内に収めるために前記搬送装置に対して前記搬送速度を減速させる信号(以下、搬送速度減速信号という。)を送信することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項4に記載のナノ繊維製造装置において、
前記主制御装置は、所定の第2設定電流量よりも小さい電流が前記複数の電源装置のうちの1又は複数の電源装置から供給されていることを検知したときには、当該1又は複数の電源装置が異常状態である旨の警告(警告音又は警告表示)を出すことを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項4又は5に記載のナノ繊維製造装置において、
前記主制御装置は、前記搬送速度を減速させる前の第1期間に電流供給を行っていた前記電源装置の台数をn台とし、前記搬送速度を減速させた後の第2期間に電流供給を行なう前記電源装置の台数をm台としたとき、前記第2期間における前記搬送速度を前記第1期間における前記搬送速度の「m/n」倍に制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記ノズルは、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出するように上向きに取り付けられており、かつ、前記ノズルの先端部(以下、ノズル先端部という。)は、円筒を当該円筒の軸と斜めに交わる平面に沿って切断した形状を有し、
前記ノズルブロックは、当該ノズルに前記ポリマー溶液を供給するポリマー溶液供給経路及び前記ノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を回収するポリマー溶液回収経路を有し、
前記ノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら前記ノズルの吐出口から前記ポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するとともに、前記ノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を回収して前記ナノ繊維の原料として再利用可能とすることを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項7に記載のナノ繊維製造装置において、
前記円筒の軸と、前記平面とのなす角度は、15°〜60°の範囲内にあることを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項7又は8に記載のナノ繊維製造装置において、
前記ポリマー溶液回収経路は、前記ノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を受ける受部と、前記受部を覆うとともに前記ノズルを通す複数のノズル用孔を有する蓋部と、前記複数のノズル用孔から突出する前記ノズルの各側面を覆う複数のジャケットから形成されてなり、
前記ジャケットの基端側をジャケット基端部とし、前記ジャケットの先端側をジャケット先端部とするとき、前記ジャケット先端部は、前記ジャケット基端部よりも細いことを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項7〜9のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記ナノ繊維の原料となる前記ポリマー溶液を貯蔵する原料タンクと、
回収された前記ポリマー溶液を再生するための再生タンクであって、再生された前記ポリマー溶液を貯蔵する再生タンクと、
前記原料タンク又は前記再生タンクから供給された前記ポリマー溶液を貯蔵する中間タンクと、
前記ノズルブロックの前記ポリマー溶液回収経路から前記再生タンクへ前記ポリマー溶液を移送する第1移送装置と、
前記第1移送装置の移送動作を制御する第1移送制御装置と、
前記原料タンク及び前記再生タンクから前記中間タンクへ前記ポリマー溶液を移送する第2移送装置と、
前記第2移送装置の移送動作を制御する第2移送制御装置と、
をさらに備えることを特徴としたナノ繊維製造装置。 - 請求項10に記載のナノ繊維製造装置において、
前記第2移送制御装置は、前記ポリマー溶液を、前記原料タンク及び前記再生タンクのうちいずれのタンクから前記中間タンクへ移送するかについて制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項11に記載のナノ繊維製造装置において、
前記再生タンクとして、複数の再生タンクを備え、
前記第1移送制御装置は、前記ポリマー溶液を、前記複数の再生タンクのうちいずれの再生タンクへ移送するかについて制御し、
前記第2移送制御装置は、前記ポリマー溶液を前記再生タンクから前記中間タンクへ移送する場合には、前記ポリマー溶液を前記複数の再生タンクのうちいずれの再生タンクから移送するかについても制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1〜12のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記電界紡糸装置によりナノ繊維を堆積させた前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測装置と、
前記通気度計測装置により計測された通気度に基づいて前記搬送速度を制御する搬送速度制御装置と、
をさらに備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項13に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測装置により計測された通気度と所定の目標通気度とのずれ量に基づいて前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1〜12のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記電界紡糸装置によりナノ繊維を堆積させた前記長尺シートの厚さを計測する厚さ計測装置と、
前記厚さ計測装置により計測された厚さに基づいて前記搬送速度を制御する搬送速度制御装置と、
をさらに備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項15記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記厚さ計測装置により計測された厚さと所定の目標厚さとのずれ量に基づいて前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1〜16のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
雰囲気調整された空気を前記電界紡糸装置に供給する空気供給装置と、
前記電界紡糸装置で発生する揮発性成分(以下、VOCという。)を燃焼して除去するVOC処理装置とをさらに備え、
前記空気供給装置は、前記VOC処理装置で前記VOCを燃焼した際に生じる燃焼熱によって生成した温風により乾燥させた除湿剤を用いて除湿空気を生成する除湿装置を有することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項17に記載のナノ繊維製造装置において、
前記除湿装置は、
前記除湿剤を収納する除湿剤収納部と、前記除湿空気とするための空気を取り入れる空気取り入れ部と、前記除湿空気を送出する除湿空気送出部と、前記燃焼熱によって生成した温風を取り入れる温風取り入れ部と、温風取り入れ部から取り入れた前記温風を外部に排出する温風排出部とを有し、
前記取り入れた空気を除湿する際に用いた除湿剤を、前記温風取り入れ部から取り入れた温風により乾燥させて再生することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項18に記載のナノ繊維製造装置において、
前記空気供給装置は、
前記除湿空気とするための空気が流通する空気流通路と、
前記除湿空気送出部から送出される除湿空気が流通する雰囲気調整空気流通路と、
前記雰囲気調整空気流通路とは離間して設けられ、前記燃焼熱によって生成した温風を前記温風取入れ部に導く温風流通路と、
前記除湿装置を駆動させる除湿装置駆動部と、
を有し、
前記除湿装置駆動部は、
前記除湿装置の前記空気取り入れ部が、前記空気流通路を流通してくる空気の取り入れが可能で、かつ、前記温風取り入れ部が、前記温風流通路を流通してくる温風の取入れが可能となるように前記除湿装置を駆動することを特徴とするナノ繊維製造装置。
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