JP2013155457A - 紡糸ノズル洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で紡糸ノズルの吐出口を有効に洗浄して詰まりを抑制することができ、紡糸を円滑に遂行することができる紡糸ノズル洗浄装置を提供する。
【解決手段】紡糸ノズル洗浄装置１７は、静電紡糸装置において紡糸用溶媒に溶解された紡糸原料の溶液を吐出して紡糸する紡糸ノズル１４の洗浄を行うためのものであり、紡糸原料を溶解する洗浄用溶媒１８が収容された溶媒ケース１９を備えている。この溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８には、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａが浸漬可能に構成されている。また、溶媒ケース１９には開閉可能な蓋２０が設けられ、常には蓋２０が閉じられて溶媒ケース１９が密閉され、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａを洗浄する際には蓋２０が開かれて溶媒ケース１９内に紡糸ノズル１４の吐出口１４ａが挿入可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電紡糸（エレクトロスピニング）装置の非稼動時に生ずる紡糸ノズルの詰まりを防止するための紡糸ノズル洗浄装置に関する。

一般に、ミクロンメートルオーダーやナノメートルオーダーの極細の繊維を紡糸するときには静電紡糸法が採用される。この静電紡糸法においては、紡糸ノズルとコレクタとの間に高電圧を印加した状態で紡糸ノズルの吐出口から合成樹脂溶液が噴射されて異極に帯電しているコレクタに吸引される。このとき、合成樹脂溶液中の紡糸用溶媒は揮発し、コレクタに到達する際にはナノレベルの極細の繊維のみとなる。しかし、この静電紡糸法では紡糸用溶媒として揮発性の高い溶剤を使用することから、紡糸ノズル先端の吐出口で合成樹脂溶液の粘度が高くなって固化する場合があり、その場合には紡糸ノズルの吐出口が詰まるおそれがある。

そのような事態を回避するためのクリーニング手段が特許文献１に開示されている。このクリーニング手段としては、紡糸ノズル先端の吐出口に接触して拭き取りによって吐出口をクリーニングする柔軟部材や吸い取りによって吐出口を吸引して固形物を除去する部材が用いられる。

特開２００８−２０２１６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている従来構成においては、紡糸ノズルの吐出口の外周部に柔軟部材が接触して拭き取る場合には、紡糸ノズルの内部は洗浄されない。また、紡糸ノズルの吐出口を吸引する場合には、紡糸ノズル内に一旦固着した合成樹脂の固形物を十分に取り除くことはできない。このため、静電紡糸する際において紡糸ノズルの吐出口から合成樹脂溶液の吐出が円滑に行われなくなったり、詰まりを生じたりして紡糸に支障を来たす結果を招くとともに、吐出口に付着した固形物がコレクタ上に落下して製品の品質を低下させるおそれもあった。

そこで、本発明の目的とするところは、簡易な構成で紡糸ノズルの吐出口を有効に洗浄して詰まりを抑制することができ、紡糸を円滑に遂行することができる紡糸ノズル洗浄装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の紡糸ノズル洗浄装置は、静電紡糸装置において紡糸用溶媒に溶解された紡糸原料の溶液を吐出して紡糸する紡糸ノズルの洗浄を行うための洗浄装置であって、前記紡糸原料を溶解する洗浄用溶媒が収容された溶媒ケースを備え、該溶媒ケースは上面を開放するとともに、その上面開放部を開閉する蓋を設け、該蓋の開放時に溶媒ケース内の洗浄用溶媒に紡糸ノズルの吐出口を浸漬可能に構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明の紡糸ノズル洗浄装置は、請求項１に係る発明において、前記蓋を開閉するためのアクチュエータを設けたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明の紡糸ノズル洗浄装置は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記溶媒ケースに収容される洗浄用溶媒は紡糸用溶媒であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明の紡糸ノズル洗浄装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記溶媒ケース内の洗浄用溶媒に向けて超音波を発振するための超音波発振機が設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明の紡糸ノズル洗浄装置は、請求項１に係る発明において、前記溶媒ケースと静電紡糸装置との間には、該静電紡糸装置の下降によって溶媒ケース上部の蓋を開放して溶媒ケース内への紡糸ノズルの進入を許容する構成を設けたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明の紡糸ノズル洗浄装置は、請求項５に係る発明において、前記紡糸ノズルの進入を許容する構成は、溶媒ケース上部の開口を開閉可能で、ばねにより閉鎖状態に保持される蓋と、静電紡糸装置の下降によって蓋を開放させる作動部材とよりなることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明の紡糸ノズル洗浄装置においては、静電紡糸の非稼動時に紡糸ノズルの吐出口を紡糸ノズル洗浄装置の溶媒ケース内の洗浄用溶媒中に浸漬することにより、紡糸ノズルの吐出口における外周部及び内周部に付着した紡糸原料の固化物を溶解させることができる。従って、紡糸ノズルの吐出口の外周部及び内周部を綺麗に洗浄することができ、その後の静電紡糸を支障なく進めることができる。

よって、本発明の紡糸ノズル洗浄装置によれば、簡易な構成で紡糸ノズルの吐出口を有効に洗浄して詰まりを抑制することができ、紡糸を円滑に遂行することができるという効果を発揮する。

本発明の第１実施形態における紡糸ノズル洗浄装置を示す図であって、（ａ）は紡糸ノズルを紡糸ノズル洗浄装置の洗浄用溶媒中に浸漬した状態を示す概略断面図、（ｂ）は紡糸ノズルを洗浄する前の紡糸ノズル洗浄装置を示す概略断面図、（ｃ）は蓋の開閉機構を示す要部正面図。 静電紡糸装置を示す概略正面図。 紡糸ノズル洗浄装置の作用を示す図であって、（ａ）は紡糸ノズル洗浄装置を静電紡糸装置の近傍に配置した状態を示す要部断面図、（ｂ）は静電紡糸装置の紡糸ノズルを紡糸ノズル洗浄装置の溶媒ケースの上方位置まで移動させた状態を示す要部断面図、（ｃ）は紡糸ノズル洗浄装置の溶媒ケース内の洗浄用溶媒中に紡糸ノズルの吐出口を浸漬させた状態を示す要部断面図。 第２実施形態における紡糸ノズル洗浄装置を示す図であって、（ａ）は紡糸ノズル洗浄装置を静電紡糸装置の上方に配置した状態を示す要部断面図、（ｂ）は静電紡糸装置の紡糸ノズルを紡糸ノズル内の洗浄用溶媒中に紡糸ノズルの吐出口を浸漬させた状態を示す要部断面図。 本発明の静電紡糸装置の別例を示し、紡糸ノズル洗浄装置を静電紡糸装置の近傍に配置した状態を示す要部断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、静電紡糸装置１１を構成するタンク１２の下部には複数のノズルジョイント部１３を介して紡糸ノズル１４が設けられ、それら紡糸ノズル１４の吐出口１４ａが繊維を受けるコレクタ１５に対向するように配置されている。各紡糸ノズル１４にはタンク１２に収容され、紡糸用溶媒に溶解された紡糸原料溶液が供給されて、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａから紡糸原料溶液がコレクタ１５に向けて吐出されるようになっている。

吐出された紡糸原料溶液には電界が作用されるとともに、紡糸空間中で紡糸用溶媒が揮発し、帯電した極細の繊維が該繊維と逆極に帯電したコレクタ１５に集められ、コレクタ１５上に繊維ウェブ１６が形成されるようになっている。この繊維ウェブ１６により不織布が形成され、該不織布はエアクリーナのフィルタ、電池のセパレータ等として好適に使用される。

前記紡糸原料としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の合成樹脂が好適に用いられ、紡糸用溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等の化合物が用いられる。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、紡糸ノズル洗浄装置１７は、前記紡糸用の紡糸原料を溶解する洗浄用溶媒１８が収容され、上面を開放した溶媒ケース１９により構成されている。この洗浄用溶媒１８としては前記紡糸用溶媒と同一の溶媒が好ましいが、紡糸原料を溶解できる洗浄用溶媒１８であれば紡糸用溶媒とは異なるその他の溶媒であってもよい。この洗浄用溶媒１８として具体的には、前記紡糸用溶媒として挙げた溶媒のほかに、アセトニトリル、シクロヘキサン、ジメチルスルホキシド等が挙げられ、それらの１種又は２種以上の混合物が用いられる。

溶媒ケース１９の上端部には蓋２０がアクチュエータとしてのエアシリンダ３０により溶媒ケース１９の上面開放部を開閉可能に設けられ、エアシリンダ３０により常には蓋２０が閉じられるように構成されて溶媒ケース１９が密閉されている。そして、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａを洗浄する際には蓋２０がエアシリンダ３０の動作によって開かれ、溶媒ケース１９内に紡糸ノズル１４の吐出口１４ａが挿入可能になっている。溶媒ケース１９の上端面にはシール部材２２が嵌着され、溶媒ケース１９の上端面と蓋２０との間のシール性が確保されている。

図１（ａ）及び（ｃ）に示すように、蓋２０の両側方には、蓋２０の開閉移動を案内する案内面３１が設けられている。この案内面３１には、蓋２０の両側面のカムフォロア２０ａのためのカム溝３２が形成されている。そして、このカム溝３２の作用により蓋２０は開放位置においてシール部材２２の上方に配置され、閉鎖位置においてシール部材２２に圧接される。

この溶媒ケース１９内には前記紡糸ノズル１４が挿入され、この状態でノズルジョイント部１３の下端部が溶媒ケース１９内の段部１９ａ内に位置するようになっている。溶媒ケース１９の段部１９ａにはシールリング２４が嵌着され、その段部１９ａとノズルジョイント部１３の下端部との間がシールされるようになっている。図１（ａ）に示す状態で、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａが溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８中に浸漬され、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａ及びその付近に付着した紡糸原料の固化物を溶解できるようになっている。なお、溶媒ケース１９の底部には栓を有する排出部２５が設けられ、溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８が汚れたり、洗浄力が低下したりしたとき交換できるように構成されている。溶媒ケース１９の周壁１９ｂには超音波発振機２９が配設され、溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８に向けて超音波を発振できるように構成されている。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、静電紡糸装置１１はコレクタ１５の上方位置と、そこから離れた紡糸ノズル洗浄装置１７の上方位置との間を移動可能に構成されるとともに、紡糸ノズル洗浄装置１７の位置において昇降可能に構成されている。

次に、上記のように構成された紡糸ノズル洗浄装置１７について作用を説明する。
さて、静電紡糸が停止したときに紡糸ノズル１４の吐出口１４ａを洗浄する場合には、図３（ｂ）に示すように、静電紡糸装置１１を紡糸ノズル洗浄装置１７の溶媒ケース１９の上方位置まで移動させた後、同図の二点鎖線に示すように、エアシリンダ３０を駆動させて蓋２０をスライドさせて開く。続いて、図３（ｃ）に示すように、紡糸ノズル１４を下降させて紡糸ノズル１４を溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８中に挿入する。このとき、ノズルジョイント部１３の下端外周部が溶媒ケース１９の段部１９ａのシールリング２４に密着して、ノズルジョイント部１３と溶媒ケース１９の段部１９ａとの間がシールされる。

その状態で超音波発振機２９から超音波を一定時間発振する。この超音波発振により、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａ部分に超音波振動が加えられ、紡糸ノズル１４先端部の外周面１４ｂ及び内周面１４ｃに固着した紡糸原料の付着物が剥がれ易くなり、紡糸ノズル１４の洗浄を有効に行うことができる。

そして、紡糸ノズル１４先端部の外周面１４ｂ及び内周面１４ｃに固着した紡糸原料の固化物が洗浄用溶媒１８中に溶解される。すなわち、溶媒ケース１９内に収容されている洗浄用溶媒１８としてのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドは紡糸用溶媒であることから、紡糸原料としてのポリアクリロニトリルを溶解する性質に優れている。このため、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド中に浸漬された紡糸ノズル１４先端部に固着したポリアクリロニトリルを速やかに溶解させて紡糸ノズル１４先端部の洗浄を完了させることができる。

紡糸ノズル１４先端部の洗浄後には、紡糸ノズル１４を溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８から引き上げ、ノズルジョイント部１３を紡糸ノズル洗浄装置１７から離間させ、コレクタ１５に対向する位置に戻すことにより、静電紡糸を再開することができる。一方、図１（ｂ）に示すように、紡糸ノズル洗浄装置１７の蓋２０をスライドさせて閉じることにより、蓋２０の内面が紡糸ノズル洗浄装置１７のシール部材２２に密着し、溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８の揮発が防止される。

以上の第１実施形態により発揮される効果を以下にまとめて説明する。
（１）この第１実施形態における紡糸ノズル洗浄装置１７においては、溶媒ケース１９に紡糸原料を溶解する洗浄用溶媒１８が収容され、その洗浄用溶媒１８に紡糸ノズル１４の吐出口１４ａが浸漬可能に構成されている。このため、静電紡糸の非稼動時に紡糸ノズル１４の吐出口１４ａを紡糸ノズル洗浄装置１７の溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８中に浸漬することにより、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａにおける外周面１４ｂ及び内周面１４ｃに付着した紡糸原料の固化を防止できるとともに、固化した場合にはその固化物を溶解させることができる。従って、紡糸ノズル１４先端部の外周面１４ｂ及び内周面１４ｃを綺麗に維持することができ、その後の静電紡糸を支障なく進めることができる。

よって、第１実施形態の紡糸ノズル洗浄装置１７によれば、簡易な構成で紡糸ノズル１４の吐出口１４ａの詰まりを抑制することができ、紡糸を円滑に遂行することができるという効果を発揮する。
（２）前記溶媒ケース１９には開閉可能な蓋２０が設けられ、常には蓋２０が閉じられて溶媒ケース１９が密閉され、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａを洗浄する際には蓋２０が開かれて溶媒ケース１９内に紡糸ノズル１４の吐出口１４ａが挿入可能に構成されている。このため、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａを洗浄するときには蓋２０を開いて紡糸ノズル１４を溶媒ケース１９内に挿入することにより容易に行うことができるとともに、紡糸ノズル洗浄装置１７の不使用時には蓋２０を閉じることにより溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８の揮発を防止することができる。
（３）前記溶媒ケース１９に収容される洗浄用溶媒１８は紡糸用溶媒である。従って、溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８は紡糸原料に対する溶解性に優れ、その紡糸原料を迅速に溶解させることができる。
（４）前記紡糸ノズル１４を移動させて溶媒ケース１９上に置くだけで、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａを容易かつ速やかに洗浄することができる。
（５）前記溶媒ケース１９の内径は紡糸ノズル１４のノズルジョイント部１３の外径と同じに設定され、溶媒ケース１９上にノズルジョイント部１３を載せたときノズルジョイント部１３が溶媒ケース１９の蓋２０としての機能を果たすように構成されている。従って、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａの洗浄時に洗浄用溶媒１８の揮発を防止することができる。
（６）前記溶媒ケース１９の周壁１９ｂには溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８中に向けて超音波を発振するための超音波発振機２９が設けられている。そのため、紡糸ノズル１４の吐出口１４ａの洗浄を一層有効かつ短時間に行うことができる。
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図４に基づいて説明する。なお、この第２実施形態では前記第１実施形態と異なる部分について主に説明し、重複する部分については説明を省略する。

この第２実施形態では、紡糸ノズル洗浄装置１７の溶媒ケース１９の上部に開口４１が形成されている。溶媒ケース１９にはその開口４１を開閉可能な蓋４２が設けられており、この蓋４２は図示しないばねによって閉鎖方向に付勢されるとともに、開口４１の縁部との係合によって閉鎖位置に保持される。一方、紡糸ノズル１４の先端部には上下位置に斜面４３ａ、４３ｂを有する作動部材としてのカム４３が固定されている。

そして、静電紡糸装置１１の紡糸ノズル１４が下降すると、カム４３の一方の斜面４３ａによって蓋４２が開放されて、紡糸ノズル１４が洗浄用溶媒１８内に浸漬される。従って、紡糸ノズル１４を洗浄することができる。洗浄終了後、紡糸ノズル１４が上昇すれば、斜面４３ｂの作用によってカム４３の上方への通過が許容される。このため、紡糸ノズル１４が溶媒ケース１９の上方へ離脱されるとともに、前記ばねによって蓋４２が閉鎖される。

従って、この第２実施形態では以下の効果がある。
（７）この第２実施形態では、紡糸ノズル１４の昇降を利用して蓋４２が開閉されるため、蓋４２を開閉するためのアクチュエータが不要になり、構成が簡単になる。

なお、前記各実施形態を次のように変更して実施することも可能である。
・ 図５に示すように、紡糸ノズル１４をピストン２６が内装された筒体２７の底面に設けてもよい。

・ 前記超音波発振機２９を省略してもよい。
・ 前記静電紡糸用の紡糸原料として、金属酸化物、セラミック等の無機材料を使用してもよい。

・ 前記静電紡糸装置１１の移動や、蓋２０の開閉を手動によって行うようにしてもよい。
・ 前記超音波発振機２９の振動数を紡糸ノズル１４の内側を洗浄することに適する値を設定してもよい。

・ 溶媒ケース１９を透明材料で形成したり、溶媒ケース１９に透明窓を設けたりすることによって、溶媒ケース１９内の洗浄用溶媒１８の量や汚れ具合を視認できるようにしてもよい。

１１…静電紡糸装置、１４…紡糸ノズル、１４ａ…吐出口、１７…紡糸ノズル洗浄装置、１８…洗浄用溶媒、１９…溶媒ケース、２０…蓋、２６…ピストン、２７…筒体、２９…超音波発振機、３０…アクチュエータとしてのエアシリンダ、４１…開口、４２…蓋、４３…作動部材としてのカム。

Claims (6)

1. 静電紡糸装置において紡糸用溶媒に溶解された紡糸原料の溶液を吐出して紡糸する紡糸ノズルの洗浄を行うための洗浄装置であって、
   前記紡糸原料を溶解する洗浄用溶媒が収容された溶媒ケースを備え、該溶媒ケースは上面を開放するとともに、その上面開放部を開閉する蓋を設け、該蓋の開放時に溶媒ケース内の洗浄用溶媒に紡糸ノズルの吐出口を浸漬可能に構成したことを特徴とする紡糸ノズル洗浄装置。
2. 前記蓋を開閉するためのアクチュエータを設けたことを特徴とする請求項１に記載の紡糸ノズル洗浄装置。
3. 前記溶媒ケースに収容される洗浄用溶媒は紡糸用溶媒であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の紡糸ノズル洗浄装置。
4. 前記溶媒ケース内の洗浄用溶媒に向けて超音波を発振するための超音波発振機が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の紡糸ノズル洗浄装置。
5. 前記溶媒ケースと静電紡糸装置との間には、該静電紡糸装置の下降によって溶媒ケース上部の蓋を開放して溶媒ケース内への紡糸ノズルの進入を許容する構成を設けたことを特徴とする請求項１に記載の紡糸ノズル洗浄装置。
6. 前記紡糸ノズルの進入を許容する構成は、溶媒ケース上部の開口を開閉可能で、ばねにより閉鎖状態に保持される蓋と、静電紡糸装置の下降によって蓋を開放させる作動部材とよりなることを特徴とする請求項５に記載の紡糸ノズル洗浄装置。