JP2018171786A - 樹脂成形用粉体原料供給装置と中空糸膜成形用粉体原料調湿装置並びに中空糸膜 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ簡単に構成され、原料ホッパーからスクリュー押出成形機に粉体原料を安定して供給することができる樹脂成形用粉体原料供給装置と中空糸膜成形用粉体原料調湿装置、並びに孔径や透水量が安定して濾過性能に優れた中空糸膜を提供する。【解決手段】粉体原料６を充填した原料ホッパー７とこのホッパーから粉体原料６を成形機３側に供給する供給手段であるコイルフィーダー１０とを備えた樹脂成形用粉体原料供給装置２において、少なくとも前記原料ホッパー７と前記供給手段の一部の領域とを調湿機能を有するカバー１１で密封状態に被覆したことを特徴とする樹脂成形用粉体原料供給装置である。【選択図】図２

Description

本発明は、中空糸膜の製造に用いる樹脂成形用粉体原料供給装置と中空糸膜成形用粉体原料調湿装置、並びにこれらの装置を用いて製造された中空糸膜に関する。

従来から、中空糸膜の製造方法の一つとしてＴＩＰＳ法（熱誘起相分離法）が知られている。ＴＩＰＳ法では、原料ホッパーに充填したペレット状や粉体状の熱可塑性樹脂（ポリオレフィン）を原料フィーダーでスクリュー押出成形機に供給し、スクリュー押出成形機で供給された樹脂原料と溶剤とを高温で溶融混練して均一な高分子溶液とした後、ギアポンプによりこの高分子溶液を加圧して環状の金型ダイから吐出させて中空糸状物を成形し、その後、この中空糸状物を空気中又は水等の冷媒を通過させて冷却固化すると同時に相分離現象を起こさせ、中空糸膜を製造している。

このため、ＴＩＰＳ法では、原料フィーダーにより原料ホッパーからスクリュー押出成形機へ供給される樹脂原料の供給量が安定していることが非常に重要であり、樹脂原料の供給量が安定しない場合には、樹脂原料と溶剤との供給比率が所定の値から変化することにより、中空糸膜の構造、即ち、孔径や透水量が不安定となり、所期の濾過性能を有する中空糸膜を得ることができない。

樹脂原料として粉体状の熱可塑性樹脂（以下、「粉体原料」という。）を用いる場合には、原料ホッパーの原料落し部からコイルフィーダーを用いた原料フィーダーを介し、スクリュー押出成形機の原料供給口に粉体原料を連続的に供給しているが、粉体原料の供給量が不安定になることがある。

粉体状の樹脂原料を原料ホッパーから安定的にスクリュー押出成形機に供給する技術として、特許文献１には、原料ホッパー内に収納した粉粒体樹脂原料を原料落し部に設けた除電手段により静電除去処理しつつスクリューフィーダーに供給し、粉粒体樹脂原料の静電的反発を除去することにより嵩比重を一定に保持し、安定的に粉粒体樹脂原料をスクリュー押出成形機に定量供給する粉粒体原料の定量供給方法が提案されている。

また、特許文献２には、原料ホッパー内に収納した粉粒体樹脂原料をスクリューフィーダーに供給する際に、粉流体樹脂原料に含まれる揮発ガスを脱気口から排気しつつ供給することにより、粉粒体樹脂原料の嵩比重を一定に保持し、安定的に粉粒体樹脂原料をスクリュー押出成形機に定量供給する粉粒体原料の定量供給方法が提案されている。

さらに、特許文献３には、原料ホッパーに収納した粉粒体樹脂原料をスクリューフィーダーによってスクリュー押出成形機に供給する際に、供給される粉粒体樹脂原料に向けてレーザ光線を照射するレーザ光源と、供給される粉粒体樹脂原料間を透過するレーザ光を受光するレーザ受光素子とを設け、このレーザ受光素子によって検出されたレーザ光の光量に基づいてスクリューフィーダーのスクリューの回転を制御することにより、安定的に粉粒体樹脂原料をスクリュー押出成形機に定量供給する原料供給装置及び原料供給方法が提案されている。

特開平１０−３０９７４３号公報 特開平１０−３０５４７４号公報 特開２００１−８８１９２号公報

特許文献１の定量供給方法では、原料ホッパーの原料落し部に除電手段を設け、静電除去処理しつつスクリュー押出成形機に粉体原料を供給するが、この方法は、粉体原料が管路を圧送されて原料ホッパーに供給される場合には、圧送間に管壁との摩擦により生じた粉体原料の帯電を静電除去することができるが、粉体原料の消費量が少ない中空糸膜の製造では、作業者が手作業により原料ホッパーに粉体原料を補給するため、事実上、粉体原料が帯電することがなく、解決手段とはならない。

特許文献２の定量供給方法では、粉体原料をスクリューフィーダーに供給する際に、粉体原料に含まれる揮発ガスを脱気口から排気しつつ供給するが、この方法は、粉体原料が管路を圧送されて原料ホッパーに供給される場合において、圧送間に管壁との摩擦により粉体原料の温度が上昇することにより揮発ガスが発生する場合には有効な手段であるが、前述のように、中空糸膜の製造では、作業者が手作業により原料ホッパーに粉体原料を補給するため、粉体原料の温度が上昇することがなく、解決手段とはならない。

特許文献３の原料供給方法等は、実際にスクリューフィーダーからスクリュー押出成形機に供給される粉体原料の供給量を計測し、この計測値が所定の値となるようにスクリューフィーダーのスクリューの回転数を制御するものであるが、この原料供給法等は、レーザ光源やレーザ受光素子、さらには制御用のコンピュータを設ける必要があるので、装置が複雑化するとともにコストが嵩む問題がある。
これに加え、中空糸膜の製造において、スクリュー押出成形機に供給される粉体原料の供給量は１分間当たり数ｇと非常に少量であるとともに、それに伴いコイルフィーダーの回転数は数ｒｐｍ程度と非常に低速回転であるので、粉体原料の供給量を正確に計測することも、コイルフィーダーの回転数を供給量の変化に対応させて正確に制御することも困難である。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発に至ったものであり、その目的とするところは、小型かつ簡単に構成され、原料ホッパーからスクリュー押出成形機（以下、単に「成形機」という。）に粉体原料を安定して供給することができる樹脂成形用粉体原料供給装置と中空糸膜成形用粉体原料調湿装置、並びに孔径や透水量が安定して濾過性能に優れた中空糸膜を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、粉体原料を充填した原料ホッパーとこのホッパーから粉体原料を成形機側に供給する供給手段とを備えた樹脂成形用粉体原料供給装置において、少なくとも前記原料ホッパーと前記供給手段の一部の領域とを調湿機能を有するカバーで密封状態に被覆したことを特徴とする樹脂成形用粉体原料供給装置である。

請求項２に係る発明は、前記カバー内に湿度センサーを配置するとともに、加湿モジュールと除湿モジュールで前記カバー内の調湿空間内に湿潤ガス又は除湿ガスを導入して当該カバー内を調湿するための調湿装置を設置した樹脂成形用粉体原料供給装置である。

請求項３に係る発明は、前記ホッパー内に粉体材料を撹拌する撹拌具を備えた樹脂成形用粉体原料供給装置である。

請求項４に係る発明は、前記粉体原料は、粉体状のポリオレフィン系原料を用いた樹脂成形用粉体原料供給装置である。

請求項５に係る発明は、中空糸膜成形用の粉体原料を充填した原料ホッパーと当該ホッパー内の粉体原料を成形機に供給するフィーダーの一部の領域を調湿機能とを有するカバーで密封状態に被蓋し、このカバー内の調湿空間を調湿する調湿手段を備えた中空糸膜成形用粉体原料の調湿装置である。

請求項６に係る発明は、前記の何れかの装置により製造された中空糸膜である。

請求項１に係る発明によると、原料ホッパーとこのホッパーから粉体原料を成形機側に供給する供給手段の一部の領域とを調湿機能を有するカバーで密封状態に被覆しているので、原料ホッパー内と供給手段の一部の領域内にある粉体原料を所定の湿度に調湿することができる結果、粉体原料表面の凝着力を高めることができるとともに、粉体原料間の凝集性を高めることができる。

この結果、コイルフィーダーのコイルと周囲の粉体原料との間には、粉体原料の表面の凝着力により十分な摩擦力が生じる結果、コイルと粉体原料との間に滑りが生じないので、コイルの回転に伴ってコイル周囲の粉体原料を確実に移送することができるとともに、コイルの表面から離れて存在する粉体原料も、粉体原料間の凝集性が高まることにより、コイルの回転に伴って移動するコイル付近の粉体材料に追随して移送されるので、原料フィーダーから成形機に安定して粉体原料を供給することができる。

請求項２に係る発明によると、カバー内に湿度センサーを配置するとともに、加湿モジュールと除湿モジュールでカバー内の調湿空間内に湿潤ガス又は除湿ガスを導入するように小型かつ簡単に構成された調湿装置によってカバー内を所定の湿度に調湿することにより、粉体原料表面の凝着力を高めるとともに、粉体原料間の凝集性を高めることにより、原料フィーダーから成形機に安定して粉体原料を定量供給することができる。

請求項３に係る発明によると、原料ホッパー内に粉体材料を撹拌する撹拌具を備えているので、原料ホッパー内の粉体材料を撹拌することによって粉体材料周囲の湿度を早期に目標湿度にすることができるとともに、原料ホッパー下部の原料落し部で粉体原料がブリッジすることを防止し、粉体原料をコイル内に円滑に供給することができる。

請求項４に係る発明によると、粉体原料として粉体状のポリオレフィン系原料を用いるが、粉体原料を充填した原料ホッパー等を調湿しても、混練時の樹脂内のガスを十分抜くことができれば、柔軟性が高く屈曲に対する耐久性に優れるとともに、耐薬品性、コスト性などに優れた中空糸膜を得ることができる。

請求項５に係る発明によると、中空糸膜製造用に少量の粉体原料を充填した原料ホッパー等をカバーで密封状態に被蓋し、このカバー内を小型かつ簡単に構成された調湿装置によって調湿するため、原料ホッパーに充填された粉体原料をコイルフィーダーによる移送に適した湿度に調湿し、安定的に原料ホッパーから成形機側に所定量を移送することができるので、孔径や透水量が安定して所期の濾過性能を有する中空糸膜を製造することができる。

請求項６に係る発明によると、孔径や透水量が安定して所期の濾過性能を有するとともに、柔軟性が高く屈曲に対する耐久性に優れるとともに、耐薬品性、コスト性などに優れた中空糸膜を製造することができる。

本発明の樹脂成形用粉体原料供給装置を成形機に装着した押出装置を示す模式図である。 図１のＡ部の拡大図（正面図）である。 図２の側面図である。 本発明の中空糸膜成形用粉体原料調湿装置の基本構成を示す模式図である。 調湿部の変化方法の説明する模式図である。 調湿部の違いによる湿度と平均フィード量の関係を示すグラフである。 各調湿部を湿度６０％に調湿した場合のフィード量を比較したグラフである。

本発明における樹脂成形用粉体原料供給装置及び中空糸膜成形用粉体原料調湿装置を図面に基づいて、詳細に説明する。
図１においては、本発明の樹脂成形用粉体原料供給装置（以下、単に「原料供給装置」という。）を成形機に装着した状態の押出成形装置の模式図を示している。押出成形装置１は、粉体原料を供給する原料供給装置２と、原料供給装置２から供給された粉体原料と溶剤とを高温で溶融混練して均一な高分子溶液を生成して送り出す成形機３と、成形機３から送り出された高分子溶液を中空糸状物に成形する図示しない金型ダイと、調湿されたガスを供給する調湿装置４とから構成されている。

図２は、図１のＡ部を拡大した原料供給装置２正面の模式図を、図３は原料供給装置２側面の模式図を示す。図２及び図３に示すように、原料供給装置２は、粉体原料６を充填した原料ホッパー７と、原料ホッパー７内に充填された粉体原料６を回転しながら撹拌する撹拌翼８と、原料ホッパー７の下部に設けた原料落し部９から供給される粉体原料を成形機３側に供給する供給手段であるコイルフィーダー１０と、原料ホッパー７とコイルフィーダー１０の一部の領域とを被覆するカバー１１と、カバー１１内のエア湿度を計測するセンサー１２とから構成されている。なお、図１に示すように、カバー１１内のエアを循環させるエア循環路１４とエア循環ポンプ１５を設けると、カバー１１内のエア湿度を速やかに均一化することができるため好ましいが、必須ではない。

原料ホッパー７は、コイルフィーダー１０を介して成形機３に供給する粉体原料を充填・保管するが、本発明では、原料ホッパー７内を調湿することが重要なので、ホッパーの上部７ａは蓋をせず、上部を開放した状態で使用する。また、中空糸膜の製造では粉体原料の消費量が少量であるため、本実施例の原料ホッパー７のサイズは、約１４０×１１０×２１０（ｍｍ）と小型である。

原料ホッパー７の内部には撹拌翼８が設けられており、撹拌翼８が原料ホッパー７内で回転することにより、原料ホッパー７内で粉体原料６を流動させ、粉体原料周囲の湿度を均一化することができるとともに、原料ホッパー７の下部に設けた原料落し部９で粉体原料がブリッジすることを防止し、粉体原料をコイルフィーダー１０へ円滑に供給することができる。

コイルフィーダー１０は内部に回転するコイル１６を内蔵しており、原料ホッパー７の下部に設けた原料落し部９から落下する粉体原料を成形機３の原料供給口１８に供給する。なお、中空糸膜の製造では粉体原料の供給量は少量であり、本実施例では、φ１７（ｍｍ）のコイル１６の回転速度を数ｒｐｍと低速に設定している。
なお、コイルフィーダー１０のコイル１６と撹拌翼８とは図示しない駆動装置を介して連動しており、所定の回転速度比で回転するように構成されている。

カバー１１は、主に原料ホッパー７を被覆すれば足り、本実施例のカバー１１のサイズは、約２００×１７０×３２０（ｍｍ）と小型に構成されている。また、カバー１１には、調湿装置４からカバー１１内に調湿ガスを導入する導入口１１ａと、調湿ガスの導入に伴ってカバー１１内から押し出されるエアを排出する排出口１１ｂが設けられている。

センサー１２は、カバー１１内の湿度を計測し、その計測値に基づいて調湿装置４の運転が制御されるが、後述するように、本発明においては原料ホッパー７内の湿度調整が重要であることから、原料ホッパー７内部の湿度を正確に計測することができる原料ホッパー７の直上部に配置することが好ましい。なお、エア循環路１４とエア循環ポンプ１５を設ける場合には、これに加え、エア循環路１４の吹出口１４ａと直線状になるように配置することが好ましい。

成形機３は、内部にモータで回転するスクリュー１９を備え、原料供給口１８から供給された粉体原料と溶剤とを加熱混練し、均一な高分子溶液を作成する。その後、この高分子溶液を２重管構造である環状ノズルを有する金型ダイにより中空糸状に押出成形する。この中空糸状物を冷却固化すると同時に相分離現象を起こさせ、中空糸膜を製造する。

次いで、本発明の中空糸膜成形用粉体原料調湿装置（以下、単に「調湿装置」という。）を図面に基づいて説明する。
図４においては、調湿装置の模式図を示している。調湿装置４は、加湿モジュール２１を有する加湿ライン２２、除湿モジュール２３を有する除湿ライン２４、圧縮供給源２５、電磁弁２６、内部に調湿空間Ｓを有する容器２７（カバー１１）を有している。電磁弁２６は、圧縮供給源２５から調湿装置４に圧縮ガスを供給する一次側経路２８の途中に設けられ、一次側経路２８は、電磁弁２６を介して加湿ライン２２と除湿ライン２４とに分岐している。

加湿ライン２２の途中には、加湿モジュール２１と、加湿モジュール２１の一次側には流量調節弁２９が設けられ、この流量調節弁２９を介して流量調節された圧縮ガスが加湿モジュール２１に供給される。この流量調節弁２９により、加湿モジュール２１内への過度な圧力の印加が防止され、加圧による露点上昇の結露を発生せずに、十分な加湿能力を得ることができる。

加湿モジュール２１は、例えば、疎水性多孔質膜又は水蒸気透過性無孔膜等からなる中空糸膜３１からなる中空糸膜束３２、この中空糸膜束３２収納用のケース３３を有している。中空糸膜３１は、水蒸気に対して透過性を有し、水Ｗに対して阻止性を有する疎水性多孔質膜で形成され、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ４−メチルペンテン−１等のオレフィン系中空糸やポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系中空糸が挙げられる。また、水蒸気透過性を有する無孔膜でもよく、その材料としては、ポリマー鎖内に親水基を持つ透湿性ウレタン、ポリマー鎖内に塩基又は酸基を有するイオン交換ポリマー、芳香族ポリイミド等が挙げられる。

ケース３３には、圧縮ガスを加湿するための水Ｗをケース３３内に供給する入口３４と、ケース３３内から水Ｗを排出する入出口３５が設けられ、ケース３３に両端部をポッティング部３６によりポッティングした前記中空糸膜束３２が密封されている。加湿モジュール２１の一次側には所定圧の圧縮ガスを供給するための一次側経路３８が設けられている。加湿モジュール２１は、一次側経路３８を介して中空糸膜３１内側に圧縮ガスが供給され、この中空糸膜束３２の外側（外周）に入口３４より水Ｗが供給されて圧縮ガスを加湿する構造になっている。ここで、所定圧とは、例えば、圧縮ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎの場合、２ｋＰａ程度の圧力である。また、圧縮ガスとは、調湿装置を配置した室内の空気を圧縮したもの、あるいは、窒素等の不活性ガスを圧縮したものをいう。ここで、圧縮供給源２５には、ポンプに変えてガスボンベを用いてもよい。

また、加湿モジュール２１には、中空糸膜束３２の外側に水Ｗを加圧・循環することが可能なタンク３９、供給経路４０、水循環用のポンプ４１、還流経路４２が設置されている。タンク３９内に蓄積される純水からなる水Ｗは、供給経路４０を介してケース３３の入口３４からケース３３内に供給され、圧縮供給源２５から供給される圧縮ガスを加湿する。圧縮ガスを加湿した水Ｗは、ケース３３の出口３５から還流経路４２を介してタンク３９へと還流する。供給経路４０の途中には、水循環用のポンプ４１が設けられており、本ポンプにより水Ｗを加圧して加湿モジュール２１に送り込むともに、タンク３９と加湿モジュール２１の間を循環させている。このため、入口３４内の空間の圧力はＰ１となり、加湿モジュール２１の中空糸膜３１内の圧力Ｐ２よりも大きくなる圧力Ｐ１＞圧力Ｐ２の関係となるので、水蒸気が中空糸膜３１を透過して中空糸膜３１内の圧縮ガスを加湿することが可能となり、加湿モジュール２１の二次側より湿潤ガスを発生することができる。なお、中空糸膜３１の外側に過度な水圧が加わることにより、中空糸膜３１が破裂したり、水Ｗが中空糸膜３１の疎水性の細孔を通過して中空糸膜３１内に水のまま浸入したりすることを防止し、適切な加湿を行うために、ポンプ４１の作動を調整し、流量及び圧力を適切に調整する必要がある。

タンク３９から加湿モジュール２１に供給される水Ｗを水循環用のポンプ４１で加圧・循環させているため、加湿モジュール２１に供給される水Ｗの圧力を加湿モジュール２１内の中空糸膜３１内側を流れる圧縮ガスの圧力より高くすることができるので、中空糸膜束３２の外側に安定して水Ｗを供給し、圧縮供給源２５から供給される圧縮ガスを安定して加湿することがきる。なお、水循環用のポンプ４１を設けずに、水の自重落下により加湿モジュール２１へ水を供給する方法では、最大でも４５％ＲＨ程度の加湿能力しか得られないので、水循環用のポンプを使用することが好ましい。

上記においては、圧縮供給源２５からポッティング部３６を介して中空糸膜３１内側に圧縮ガス、入口３４から中空糸膜束３２の外側に水Ｗを供給することで、加湿モジュール２１の二次側に湿潤ガスを発生させているが、中空糸膜束３２の外側に圧縮ガス、中空糸膜３１の内側に水を供給して湿潤ガスを発生させるようにしてもよい。

以上のように、加湿モジュール２１、タンク３９、供給経路４０、水循環用のポンプ４１及び還流経路４２により加湿ユニット４３を構成し、継続的かつ安定的に圧縮ガスを加湿している。

加湿ユニット４３は、調湿する対象である調湿空間Ｓ（カバー１１内）に対して、後述の調湿ガス供給管４５を介して接続されており、調湿空間Ｓ（カバー１１内）に対して湿潤ガスを供給することができる。なお、タンク３９内の水Ｗを継続的に加湿ユニット４３内で循環させて加湿モジュール２１で湿潤ガスを発生させると、加湿モジュール２１内で圧縮ガスを加湿する際に気化熱を奪われ、水Ｗの温度が低下して加湿能力が低下するので、加湿能力の低下を抑制するため、タンク３９内に恒温ヒータを設けたり、還流経路４２の途中に還流経路４２の外部とその内部を流れる水Ｗとの間で熱の交換が可能な熱交換部を設けたりすることが好ましい

除湿ライン２４の途中には、除湿モジュール２３と、この除湿モジュール２３の二次側に流量調節弁４６が設けられている。除湿モジュール２３は、水蒸気透過性無孔膜からなる中空糸膜４７からなる中空糸膜束４８、この中空糸膜束４８収納用のケース４９を有し、ケース４９内に両端部をポッティングした中空糸膜束４８が密封されている。この中空糸膜４７は、水蒸気透過性を有する無孔膜で、その材料は、ポリマー鎖内に親水基を持つ透湿性ウレタン、ポリマー鎖内に塩基又は酸基を有するイオン交換ポリマー、芳香族ポリイミド等が挙げられる。二次側の流量調節弁４６により、除湿モジュール２３の中空糸膜４７の内側に加圧下で圧縮ガスが供給されると、水蒸気のみが中空糸膜４７の外側に排出されて除湿ガスが発生し、この除湿ガスの一部を中空糸膜４７の外側にパージして連続除湿を行いながら除湿ガスを供給可能になっている。

加湿ライン２２と除湿ライン２４とは合流経路５１で合流している。図４に示すように、合流経路５１の二次側には調湿ガス供給管４５が設けられ、調湿装置４は、電磁弁２６を切換えることにより圧縮供給源２５から供給される圧縮ガスの供給先を加湿ライン２２又は除湿ライン２４のどちらか一方に切換え、この調湿ガス供給管４５を介して調湿空間Ｓ（カバー１１内）に適宜に湿潤ガス又は除湿ガスを導入して調湿空間Ｓ（カバー１１内）の雰囲気エアと混合させることにより、調湿空間Ｓ（カバー１１内）を目的の湿度に調湿する。

その際、加湿ライン２２と除湿ライン２４の合流経路５１の手前の加湿ライン２２と除湿ライン２４には、逆止弁５２、５２がそれぞれ設けられ、これらの逆止弁５２、５２を介して合流経路５１が調湿空間Ｓ）に連通されている。これらの逆止弁５２により、調湿空間Ｓからの加湿ライン２２、除湿ライン２４への調湿ガスの逆流が防止され、適宜必要なときに一方のラインにおける逆止弁５２の一次側から直ちに十分な性能を有する湿潤ガス又は除湿ガスを供給可能となる。

なお、調湿空間Ｓを構成する容器（カバー１１）には、調湿ガス供給管４５を介して調湿ガスを導入する導入口１１ａと、調湿ガスの導入に伴ってカバー１１内から押し出されるエアを排出する排出口１１ｂと、センサー１２のケーブル５３を取出すための取出し口１１ｃが設けられている。

次に、原料ホッパーに充填された粉体原料を調湿する理由について説明する。本発明者らは、原料ホッパーから成形機への粉体原料の供給量が不安定となる現象の対策を検討するにあたり、原料が合成樹脂の粉体であるということから、前述したとおりの使用状況から判断すると粉体原料が帯電する可能性はほぼ無いであろうと考えつつも、先ず、静電気の影響を調査した。これは、粉体原料が帯電することによりホッパーへ付着し、それによりコイルフィーダーへの供給量が減少することを疑ったためである。しかしながら、原料ホッパーと充填された粉体原料に除電対策を施しても、供給量が不安定となる現象は解消されなかった。

このため、静電気の影響を離れ、供給手段としてのコイルフィーダーの特性に着目した。コイルフィーダーは、内蔵したコイルを回転させることにより粉体原料を移送する簡単な構造であり、このコイルは、線材を螺旋状に巻いて作製されている。このため、螺旋状に巻かれた線材の内周側は空間であり、コイルを回転させた際に、コイルから粉体原料に移送力が作用するのは、コイル表面と直接接触している粉体原料部分だけである。コイル表面から離れている粉体原料は、コイル表面と直接接触している粉体原料部分の動きに引きずられて移送される。この点が同じ供給手段であるスクリューフィーダーとの違いである。

したがって、粉体原料の付着性及び凝集性を改善することが、コイルフィーダーによる粉体原料の供給を安定させる上で極めて重要であると認識するに至った。粉体の凝集性は、大気中の湿度が高くなると大きくなる現象が知られており、これは、粒子接点間に液体架橋が形成されるためであると言われている。

そこで、粉体原料の湿度が凝集性に与える影響の確認と、調湿部位の違いによる調湿効果を確認する実験を行った。この実験で使用した実験装置５５は、図５に示すように、原料供給装置２と原料供給口１８を組合せ、原料ホッパー７に充填した粉体原料をコイルフィーダー１０で原料供給口１８に供給するように構成し、原料供給口１８の下に設置した電子天秤５６に載せた受け皿５７で供給される粉体原料を受け止め、供給される粉体原料の重量（フィード量）を電子天秤５６計測するように構成した。なお、原料ホッパー７の上部７ａは蓋をせず、上部を開放した状態とした。

また、調湿部位に違いによる調湿効果を確認できるようにするため、図５に示すように、原料ホッパー７、コイルフィーダー１０及び原料供給口１９の上部側をボックス５８で覆うとともに、ボックス５８の内部に仕切板５９を装着可能とし、この仕切板５９の有無により、調湿部位をボックス全体、原料ホッパー部、コイルフィーダー部の３箇所に変更可能にした。

ボックス５８内の調湿には、前述した調湿装置４を使用し、仕切板５９を装着して調湿部位を変化させた場合でも、調湿装置４から調湿ガス供給管４５を介して調湿ガスを導入する導入口と、調湿ガスの導入に伴って押し出されるエアを排出する排出口をボックス５８に設けた。また、調湿装置４の動作を制御するためボックス内の湿度を測定する湿度センサーを調湿部位の変化に対応させてボックス内に設置した。

コイルフィーダーの回転数は、実際に中空糸膜を製造する場合と同じ回転数に設定し、ボックス内の湿度変化がフィード量（ｇ／ｍｉｎ）に与える影響を調湿部位毎に測定した。測定結果は図６に示すとおりであり、ボックス全体を調湿した場合とホッパー部を調湿した場合には、調湿湿度を高く設定するに従って平均フィード量は大きく増加するが、フィーダー部を調湿した場合には、調湿湿度を高く設定してもフィーダー量は微増するだけであった。

このように、調湿湿度を高くするに従って平均フィード量が増加する傾向が確認された。そこで、ボックス全体を６０％に調湿し実際に押出成形を行ったところ、フィード量が不安定になった。これは、成形が進むにつれカバー内温度が上昇し、相対湿度を一定に保っても、カバー内の雰囲気中の水分量が変わってくるためである。そこで、原料ホッパー部のみを調湿して成形を行ったところ、成形中のカバー内温度の変化を小さくすることができ、フィード量を安定させることができた。

以上より、フィード量の向上と安定には、原料ホッパー部を調湿することが最も効果的であるとの試験結果を得ることができた。これは、原料ホッパーに充填された粉体原料を効率的に調湿することができるためであり、原料ホッパー内部と外部とを連通させて調湿ガスが原料ホッパー内部に侵入し易くするとともに、撹拌翼により積極的に粉体原料を撹拌し、充填された粉体原料の周囲に調湿ガスを行き渡らせ、粉体原料全体を調湿することが重要となる。

このように、調湿により粉体原料の供給量が増加する原因は、湿度が高くなるに従い、粉体原料の周囲に存在する水蒸気が粉体原料の粒子間接点に凝縮して液体架橋を形成し、粒子間に強い凝集性が生じるためであると考える。また、この液体架橋は、粉体原料の粒子間だけでなく、粉体原料の粒子とコイルフィーダーのコイル表面の接点にも形成され、粉体原料とコイル表面との間に凝着力を生じさせていると考えることができる。

このため、コイルフィーダーのコイルと周囲の粉体原料との間には、粉体原料の表面の凝着力により十分な摩擦力が生じ、コイルと粉体原料との間に滑りが生じないので、コイルの回転に伴ってコイル周囲の粉体原料を確実に移送することができるとともに、コイルの表面から離れて存在する粉体原料も、粉体原料の粒子間の凝集性が高まることにより、コイルの回転に伴って移動するコイル付近の粉体原料に追随して移送されこととなり、原料フィーダーから成形機に安定して粉体原料を供給することができるようになると考えることができる。

また、調湿湿度が低い場合にコイルフィーダーのフィード量が小さかった原因は、湿度が低いと粉体原料の凝着力と凝集性が弱いため、コイルフィーダーのコイルと周囲の粉体原料との間の摩擦力が小さくなり、コイルと粉体原料との間に滑りが生じてコイルが空回りするため、コイルの回転に伴う粉体原料の移送量が小さくなるとともに、コイルの表面から離れて存在する粉体原料も、粉体原料の粒子間の凝集性が小さくなることにより、コイルの回転に伴って移動するコイル付近の粉体原料に十分に追随することができなくなるためであると考えられる。

従って、コイルフィーダーで原料ホッパーから成形機に粉体原料を安定して供給するためには、原料ホッパーに充填された粉体原料を所定の湿度に調湿するとともに、調湿状態を継続させることが重要となる。なお、調湿された粉体原料を成形機で混練する際には、加水分解を防止するため、混練時の樹脂（溶液）内のガスを十分抜くことに留意する必要がある。

また、試験結果からは、原料ホッパー部の設定湿度を高くする程粉体原料の粒子間の凝集性が高まることになるが、過度に粉体原料の湿度を高めると、粉体がコイルフィーダーから排出される際に大きな塊を形成することがあり、それによってフィード量が脈動するおそれがあるので、設定湿度は６０％を上限とすることにした。

粉体原料を湿度６０％に調湿（加湿）するということは、従来の樹脂成形機においてはホッパーから原料樹脂を円滑に供給するため、ホッパーに充填した原料を乾燥させる努力をしていたことからすれば正反対の方向性であるが、粉体原料をコイルフィーダーにより供給するという本発明の樹脂成形用粉体原料供給装置の特性によるものである。

本発明の調湿装置は、本発明の出願人が出願（特願２０１３−２６０１０２）した調湿装置を応用したものであり、この調湿装置は、コンパクトかつシンプルに構成され、調湿空間に高精度に調湿されたクリーンな湿潤ガスを小流量供給して中湿度領域に調湿することに適している。このため、原料消費量が少ないために原料ホッパーの容量が小さく、また製品の特性からクリーンな湿潤ガスで調湿する必要があるという中空糸膜成形装置のホッパーを被覆したカバー内を調湿する用途に最適であり、調湿装置がコンパクトに構成されているため、図１に示すように、成形機３の空間内に配置することができるので設置場所に困ることもない。

ＴＩＰＳ法における中空糸膜の製造において、中空糸膜の構造の決定に重要な因子は、冷却速度、高分子の重合度、高分子濃度、溶液の粘度等であるが、原料樹脂の供給量が不安定であることは、前記のうち、高分子濃度と溶液の粘度を変化させる要因となる。粉体原料の湿度の変化により、コイルフィーダーの回転数と粉体原料の供給量の関係が崩れると、粉体原料と溶剤の供給比率が変化することになり、膜の構造、即ち孔径や透水量が不安定となる。本発明における樹脂成形用粉体原料供給装置と中空糸膜成形用粉体原料調湿装置を用いてコイルフィーダーから成形機への粉体原料の供給量を安定させることにより、孔径や透水量が安定した高品質の中空糸膜を得ることができる。

以上説明したとおり、本技術は中空糸膜の製造において、成形機へのコイルフィーダーによる粉体原料の供給量を安定させることに関する技術であるが、本技術の利用分野は中空糸膜の製造に限られることはなく、合成樹脂繊維の製造においても本技術を利用することができる。例えば、釣り糸やテニスラケットに用いるガット等の製品は引張り強度や伸び率等の機械的性質が重要であるが、本技術を用いるとホッパー等の内部に充填されている粉体原料の湿度が安定することにより、製造装置に粉体原料を安定供給することができるので、所定の機械的特性を備えた製品を製造することができる。

さらに、コイルフィーダーが供給の対象とする粉体原料は合成樹脂の粉体原料に限られるものではなく、粉体を移動させる処理であれば、粉体の種類や処理目的、用途がいずれのものであっても、適用できることはいうまでもない。したがって、製薬、化粧品等の分野において、製造装置に粉体原料を安定して供給するためにも、ホッパー等の内部に充填されている粉体原料を調湿する本技術は好適である。

また、ホッパー等の内部に充填されている粉体原料を調湿する本技術は、食品分野において大量の粉体原料を安定供給して製品を製造する場合にも使用可能であり、例えば、パスタの製造ラインでも利用可能である。パスタは粉体状の小麦粉と水等を混練し製造されているが、混ぜ込む物の割合が重要な製造ラインにおいては、割合に合った粉体の質量を確実に供給することが肝要である。本技術を用いると、粉体が保管されているホッパー等に充填されている粉体原料を調湿してその湿度を安定させるので、粉体原料を確実に安定供給することができる。このような大規模な製造工場で粉体原料を調湿する場合には、本実施例のように調湿装置を１台だけ使用するのではなく、複数台の調湿装置の使用を考慮する必要がある。なお、本実施例のように、カバーにより調湿空間を作り出すのではなく、原料ホッパーそのものに調湿機能を持たせ、原料ホッパーに充填した粉体原料を調湿するようにしてもよい。

１ 押出成形装置
２ 原料供給装置
３ 成形機
４ 調湿装置
６ 粉体原料
７ 原料ホッパー
８ 撹拌翼
９ 原料落し部
１０ コイルフィーダー
１１ カバー
１２ センサー
１６ スクリュー
１８ 原料供給口
２１ 加湿モジュール
２２ 加湿ライン
２３ 除湿モジュール
２４ 除湿ライン
２５ 圧縮供給源
２６ 電磁弁
３９ タンク
４０ 供給経路
４２ 還流経路
４５ 調湿ガス供給管
５１ 合流経路
Ｐ１ ケース入口に供給する入口３４内の内間（中空糸膜束の外側）の圧力
Ｐ２ 加湿モジュールの中空糸膜内の圧力
Ｓ 調湿空間
Ｗ 水

Claims (6)

1. 粉体原料を充填した原料ホッパーとこのホッパーから粉体原料を成形機側に供給する供給手段とを備えた樹脂成形用粉体原料供給装置において、少なくとも前記原料ホッパーと前記供給手段の一部の領域とを調湿機能を有するカバーで密封状態に被覆したことを特徴とする樹脂成形用粉体原料供給装置。
2. 前記カバー内に湿度センサーを配置するとともに、加湿モジュールと除湿モジュールで前記カバー内の調湿空間内に湿潤ガス又は除湿ガスを導入して当該カバー内を調湿するための調湿装置を設置した請求項１に記載の樹脂成形用粉体原料供給装置。
3. 前記ホッパー内に粉体材料を撹拌する撹拌具を備えた請求項１又は２に記載の樹脂成形用粉体原料供給装置。
4. 前記粉体原料は、粉体状のポリオレフィン系原料を用いた請求項１乃至３の何れか１項に記載の樹脂成形用粉体原料供給装置。
5. 中空糸膜成形用の粉体原料を充填した原料ホッパーと当該ホッパー内の粉体原料を成形機に供給するフィーダーの一部領域とを調湿機能を有するカバーで密封状態に被蓋し、このカバー内の調湿空間を調湿する調湿手段を備えた請求項１に記載の中空糸膜成形用粉体原料の調湿装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置を用いて製造された中空糸膜。

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