JP5698508B2 - ナノ繊維製造装置 - Google Patents
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Description
また、従来のナノ繊維製造装置900によれば、複数の上向きノズル912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ナノ繊維を電界紡糸するため、常に十分な量のポリマー溶液が上向きノズルに供給され、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
また、従来のナノ繊維製造装置900によれば、複数の上向きノズル912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することが可能であるため、原料の使用料を減らすことが可能となる結果、安価な製造コストでナノ繊維を製造することが可能となる。また、このことは省資源化の流れにも沿うものとなる。
また、本発明のナノ繊維製造装置によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向き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ナノ繊維を電界紡糸するため、常に十分な量のポリマー溶液が上向きノズルに供給され、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
また、本発明のナノ繊維製造装置によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズル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することが可能であるため、原料の使用料を減らすことが可能となる結果、安価な製造コストでナノ繊維を製造することが可能となる。また、このことは省資源化の流れにも沿うものとなる。
図1は、実施形態に係るナノ繊維製造装置1の正面図である。図2は、実施形態における電界紡糸装置20の正面図である。なお、図1及び図2においては、筐体100、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。
図3は、実施形態におけるノズルブロック110の断面図である。図4は、実施形態におけるノズルブロック110の要部を示す図である。図4(a)は図3中符号Aが示す範囲を拡大して示す図であり、図4(b)は図4(a)中符号Bが示す範囲を拡大して示す図であり、図4(c)はノズル基端部130の断面図であり、図4(d)は上向きノズル126及びジャケット134の上面図である。
なお、各図面は模式図であり、各構成要素の大きさは、必ずしも現実に即したものではない。
実施形態に係るナノ繊維製造装置1は、図1に示すように、長尺シートWを所定の搬送速度で搬送する搬送装置10と、搬送装置10により搬送されている長尺シートWにナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置20と、ナノ繊維を堆積させた長尺シートWを加熱する加熱装置30と、電界紡糸装置20によりナノ繊維を堆積させた長尺シートWの通気度を計測する通気度計測装置40と、通気度計測装置40により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御する搬送速度制御装置50(図示せず。)と、「搬送装置10、電界紡糸装置20、加熱装置30、通気度計測装置40、搬送速度制御装置50、後述するVOC処理装置70」を制御する主制御装置60(図示せず。)と、長尺シートWにナノ繊維を堆積させる際に発生する揮発性成分を燃焼して除去するVOC処理装置70(図示せず。)とを備える。
通気度計測装置40としては、一般的な通気度計測装置を使用することができる。
電界紡糸装置20は、図2に示すように、筐体100と、ノズルブロック110と、コレクター150と、電源装置160と、補助ベルト装置170と、原料タンク200と、第2移送装置210と、第2移送制御装置220と、中間タンク230と、供給装置240と、供給制御装置242と、第1移送装置250と、第1移送制御装置260と、再生タンク270,272とを備える。
ノズルブロック110は、図3に示すように、複数の上向きノズル126、ポリマー溶液供給経路114、ポリマー溶液回収経路120及び第2センサー142を有する。
本発明のナノ繊維製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルブロックを用いることができるが、ノズルブロック110は、例えば、上面から見たときに一辺が0.5m〜3mの長方形(正方形を含む)に見える大きさ及び形状を有する。
複数の上向きノズル126の数は、例えば、36個(縦横同数に配列した場合、6個×6個)〜21904個(縦横同数に配列した場合、148個×148個)である。
ノズル基端部130は、図4(c)に示すように、六角形の筒状形状からなる。
受部121は、複数の上向きノズル126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126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。
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。
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。
中間タンク230は、隔壁232と、気泡除去フィルター234と、第1センサー239とを有する。
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。ポンプ254は、例えば、エアダイヤフラムポンプからなる。
第1移送制御装置260は、第1移送装置250の移送動作を制御する。第1移送制御装置260は、バルブ264,266及びポンプ254の制御装置(図示せず。)を備える。
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。
実施形態に係るナノ繊維製造方法は、複数の上向きノズル126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126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126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することを可能とするナノ繊維製造方法である。
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置1によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズル126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ナノ繊維を電界紡糸するため、常に十分な量のポリマー溶液が上向きノズルに供給され、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置1によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズル126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することが可能であるため、原料の使用料を減らすことが可能となる結果、安価な製造コストでナノ繊維を製造することが可能となる。また、このことは省資源化の流れにも沿うものとなる。
実施形態に係るナノ繊維製造装置1を用いて、複数の上向きノズル126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126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126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
Claims (13)
- ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズル、当該複数の上向き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複数の上向き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するノズルブロックと、
前記ノズルブロックよりも上方に配置されたコレクターと、
前記複数の上向きノズル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を備え、
前記複数の上向き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複数の上向き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、前記複数の上向き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することを可能としたナノ繊維製造装置であって、
前記上向きノズルの先端部(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する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1又は2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、前記複数の上向き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各上向き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各上向きノズルの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3に記載のナノ繊維製造装置において、
前記ジャケット基端部は、太さが一定の筒状の形状を有し、
前記ジャケット先端部は、当該ジャケット先端部と前記ジャケット基端部との接続部から先端にかけて徐々に太さが減少する筒状の形状を有することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項3又は4に記載のナノ繊維製造装置において、
前記ノズル先端部の先端側に形成された斜面部の先端は、前記ジャケットの先端よりも上方に位置することを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項5に記載のナノ繊維製造装置において、
前記斜面部の先端と前記ジャケットの先端との前記円筒の軸に沿った間隔d1は、0.1mm〜2.0mm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5又は6に記載のナノ繊維製造装置において、
前記ノズル先端部の先端側に形成された斜面部の基端は、前記ジャケットの先端よりも下方に位置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、
前記斜面部の基端と前記ジャケットの先端との前記円筒の軸に沿った間隔d2は、0.1mm〜1.0mm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5〜8のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記上向きノズル及び前記ジャケットを前記上向きノズルの上方から前記円筒の軸に沿って見たとき、前記ジャケットの内周に囲まれる領域の面積をS1とし、前記ノズル先端部の外周に囲まれる領域の面積をS2とするとき、「S2≦S1−S2≦4×S2」の関係を満たすことを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項3〜9のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記蓋部は、前記ノズル用孔の周囲に蓋部側ねじ部をさらに有し、
前記ジャケットは、前記ジャケット基端部の基端側に前記蓋部側ねじ部と対応するジャケット側ねじ部をさらに有し、
前記蓋部側ねじ部と前記ジャケット側ねじ部との嵌合により前記蓋部と前記ジャケットとが結合されていることを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1〜10のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記ポリマー溶液供給経路は、ポリマー溶液供給経路側ねじ部をさらに有し、
前記上向きノズルは、前記上向きノズルの基端側に前記ポリマー溶液供給経路側ねじ部と対応する上向きノズル側ねじ部をさらに有し、
前記ポリマー溶液供給経路側ねじ部と前記上向きノズル側ねじ部との嵌合により前記ポリマー溶液供給経路と前記上向きノズルとが結合され、
前記上向きノズルの基端部は、多角形の筒状形状からなることを特徴とするナノ繊維製造装置。 - 請求項1〜11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、
長尺シートを搬送する搬送装置をさらに備えるとともに、
前記ノズルブロックと前記コレクターとを少なくとも備え、前記長尺シートの表面にナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置として、前記長尺シートの搬送方向に沿って直列に配置された複数の電界紡糸装置を備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
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