JPH04240203A - 遠心紡糸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠心紡糸に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維状、粒状、粉末状等の種々の形態の
製品や化学反応用の触媒等の製造に遠心紡糸を使用する
ことは公知である。これらの用途やこれに使用される装
置は、英国特許公報ＧＢ−Ａ−１４３９７７７，　１５
１５５１１，　２００４２０４，　２００４２０６，　
２０２６９０４，　２１１８６６８，ヨーロッパ特許公
報ＥＰ−Ｂ−００１７５１０，　００５６００１，　Ｅ
Ｐ−Ａ−０１６８８１７，　０１７７２０７，　米国特
許ＵＳ−Ａ４１７８３３６，　４１９７０６３，　４４
４０７００，　４６７８４９０等に開示されている。紡
糸条件によって液状の媒体が繊維やフィラメントを形成
するか、ちぎれて小滴状になって粒子や粉末になるかが
決定される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、この装置は円
盤や環状部材を具え、ここから溶液や溶融物である液状
媒体が供給されて紡糸される。円盤は液状媒体をシート
状に紡糸する傾向があり、良好な繊維や均一な粉末を得
ることは難しい。環状部材を使用した装置においては、
該部材は複数の通路を有し、これを通じて液状媒体が紡
糸される。使用の際に、この部材の通路が詰まることが
ある。更に、液状媒体は、通路の出口から離れて該部材
の周囲に沿ってクリープを生じ、部材の表面から間欠的
に破断して飛び散り、製品の品質を低下させる傾向があ
る。環状部材の別の形状においては、液状媒体は該部材
の端部から紡糸される。しかし、その場合にも媒体が紡
糸される前記部材の縁部への媒体の流れの均一性が損な
われるので、媒体の周辺クリープが問題となる。繊維の
紡糸に関連するその他の問題は、“ショット”即ち小さ
な粒子の形成や，繊維同士の接着等の広い意味の制御さ
れない粒子／繊維のサイズの変動である。

【０００４】本発明の目的は、前記問題点を少なくし又
は解消する遠心紡糸装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の遠心紡糸装置は
、中心軸に回転自在に取付けられた環状紡糸部材と、該
紡糸部材を回転させる駆動手段と、前記紡糸部材に出口
を有する材料供給手段とを具え、前記環状紡糸部材は、
その端部から軸方向に延びる領域全体にわたって比較的
平滑な内面を有し、液状の材料は該端部から前記材料供
給手段の出口に向かって紡糸され、該端部はその外周に
複数の紡糸ポイントと溝を有し、該溝は内面から外周ま
で前記端部を横断して延在し、液状材料を前記紡糸ポイ
ントに供給する。

【０００６】この装置の好ましい態様によれば、前記環
状紡糸部材はカップ型をなし、その閉じた端部で中心軸
に取付けられている。別の例によれば、前記部材は両端
が開放されている環状スリーブの形をなし、該スリーブ
の中央部に設けられたフランジ等によって中心軸に回転
自在に取付けられている。この例においては、製品の形
態が粒子や粉末の場合に材料はスリーブの両端から紡糸
される。

【０００７】この装置を使用する際には、中心軸をほぼ
垂直にし、前記部材がカップ型の場合で繊維の紡出に使
用される場合には、該部材の開放端を下向きにする。内
面の平滑領域は実質的に円筒形をなしていることが望ま
しい。別の例としては、内面の平滑領域は少なくとも部
分的に、例えば材料供給手段の出口のすぐ近くで末広が
り状をなし、材料が紡出される前記部材の端部に向かっ
て広がっている。一つ以上の拡がり区域を設けてもよい
。部材の内面の他の例においては、材料供給手段の出口
のすぐ近くの部材の内部は混合を促進するように例えば
階段状に形成され、前記部材の内面に沿って該内面の平
滑領域に向かって軸方向に移動する材料に半径方向の剪
断力を付与するように構成されている。前記部材の内面
の平滑領域によって、液状材料は実質的に均一なフィル
ム状になり、均一な製品形態が得られる蓋然性を最適に
するのに寄与する。

【０００８】前記紡糸ポイントは前記溝の外側端部に一
致したＶ字型の断面によって形成されることが望ましい
。本発明の装置の一態様によれば、これらの溝とそれぞ
れのＶ字型断面は対称形をなし、溝の対称面は直径面又
は該直径面と鋭角で交差して中心軸に平行な線に沿う平
面に一致している。後者の例の場合には、交差角度は５
〜１５°，普通は１０°前後である。

【０００９】本発明の他の例においては、前記溝とこれ
のＶ字型断面は対称であり、各溝の底は実質的に前記部
材の直径面内か、又はこれに鋭角で交差して中心軸に平
行な線に沿う平面内に存在している。後者の場合、交差
角度は５〜１５°、通常は１０°前後である。この装置
の形態においては、前記部材の回転方向に関して各溝の
後の面は溝の底が存在している平面内に載っているか、
溝の底が存在している平面に前記部材の回転方向に３０
°まで、好ましくは１０または１５°の角度で交差する
平面内に載っているかのいずれかである。

【００１０】紡糸ポイントは該紡糸ポイントに隣接する
部材の外面の半径よりも中心軸から遠く離れた半径位置
にある。好ましい配列によれば、前記部材の外面は滑ら
かに外に広がって前記紡糸ポイントの端に達している。 この場合、外面の拡がり領域が存在している円錐台面に
含まれる最小角は約１２〜１４°，好ましくは３０°前
後である。このタイプの構造は、材料が前記部材からち
ぎれて飛び散る前に、外面に沿って部材の縁全体にわた
って材料のクリープを少なくする効果を有する。

【００１１】材料が紡糸される部材の前記端部には傾斜
が設けられ、これによって該端部は内面から前記端部の
外周に向かって外方に拡がっている。この端部の境界を
形成している円錐台表面の傾斜角は６０〜１２０°の範
囲、好ましくは約９０°である。紡糸部材の内面の溝の
入口部の間の箇所にフィン等のガイド手段が設けられて
いる。このガイド手段は、使用される際に紡糸部材の内
面の平滑領域に形成された液状材料のフィルムが溝に到
達する前にこのガイド手段によって別々の流れに分割さ
れるような長さを有している。この構成により、粘弾性
的効果が少なくなり、溝内の液状材料の流れを均一にす
ることができ、均一な製品の形態を得る蓋然性を高める
のに寄与する。このガイド手段は前記部材と一体化され
てもよく、紡糸部材の中に設置されるインサートに設け
ることもできる。後者の場合、ガイド部材とインサート
とは、ガイド部材が紡糸部材の内面にぴったりと嵌合す
るような寸法関係を持っていることが必要である。

【００１２】ガイド部材は直径平面内に延在しているか
、又は、溝が非対称である場合には該溝の後の面を含む
平面内に延在している。当業者であれば、各紡糸ポイン
トに供給される材料の量が等しい場合にも任意の作業条
件の下で、この装置から得られる製品のサイズに分布を
もたせることができることを知っている。本発明の装置
は、製品のサイズを多相例えば二相分布になるように容
易に構成することが可能である。このような多相の製品
サイズは、一つまたはそれ以上の溝に供給される材料の
量がその他の各溝に対する材料供給量と異なるように、
ガイド部材を配置することによって得られる。

【００１３】本発明の好適例においては、遠心紡糸装置
は中心軸に回転自在に取付けられた環状紡糸部材と、該
紡糸部材を回転させる駆動手段と、前記紡糸部材に出口
を有する材料供給手段とを具え、前記環状紡糸部材はカ
ップ型をなし、材料供給手段の出口の近傍から、液状材
料が紡出される前記環状部材の端部に向かって延びる領
域全体にわたって比較的平滑な内面を有し、前記部材の
端部はその外周に複数の紡糸ポイントを有し、該紡糸ポ
イントは前記部材の外周面の半径より中心軸から離れた
半径位置に存在し、更に、紡糸部材は、内周面から外周
面に向かって前記端部を横断して延在して前記紡糸ポイ
ントに液状の材料を供給する溝を具えている。

【００１４】本発明の別の実施例においては、遠心紡糸
装置は中心軸に回転自在に取付けられた環状紡糸部材と
、該紡糸部材を回転させる駆動手段と、前記紡糸部材に
出口を有する材料供給手段とを具え、前記環状紡糸部材
はカップ型をなし、材料供給手段の出口の近傍から、液
状材料が紡出される前記環状部材の端部に向かって延び
る領域全体にわたって比較的平滑な内面を有し、前記部
材の端部はその外周に複数の紡糸ポイントを有し、該紡
糸ポイントは前記部材の外周面の半径より中心軸から離
れた半径位置に存在し、更に、紡糸部材は、内周面から
外周面に向かって前記端部を横断して延在して前記紡糸
ポイントに液状の材料を供給する溝と、前記紡糸部材の
内周面に前記溝の入口同士の間の箇所に取付けられたガ
イド部材とを具えていることが望ましい。

【００１５】本発明の更に別の実施例においては、遠心
紡糸装置は中心軸に回転自在に取付けられた環状紡糸部
材と、該紡糸部材を回転させる駆動手段と、前記紡糸部
材に出口を有する材料供給手段とを具え、前記環状紡糸
部材はカップ型をなし、材料供給手段の出口の近傍から
、液状材料が紡出される前記環状部材の端部に向かって
延びる領域全体にわたって比較的平滑な内面を有し、前
記部材の端部はその外周に複数の紡糸ポイントを有し、
該紡糸ポイントは前記部材の外周面の半径より中心軸か
ら離れた半径位置に存在し、更に、紡糸部材は、内周面
から外周面に向かって前記端部を横断して延在して前記
紡糸ポイントに液状の材料を供給する溝を有し、該溝は
非対称形をなし、該部材の回転方向に関して後側の面を
有し、該面は直径平面、又は該直径平面と鋭角で交差し
中心軸に平行に延在する平面内に実質的に存在し、また
更に、紡糸部材は前記紡糸部材の内周面に前記溝の入口
同士の間の箇所に取付けられたガイド部材とを具えてい
ることが望ましい。

【００１６】前記駆動手段は、紡糸部材を適宜な回転速
度、紡糸部材の直径にもよるが通常は１０００　ｒｐｍ
以上、望ましくは３０００　ｒｐｍ〜２５０００　ｒｐ
ｍ　の範囲の回転速度で駆動できるものであればどんな
ものでもよい。この駆動手段は、モータとこれに関連す
る制御装置を具えている。供給手段は、紡糸部材に設け
られたその出口を形成するか又はその近傍にある分配手
段を組み込んだ適宜な供給チューブであればよい。紡糸
部材がカップ型をなしている場合には、この供給手段は
閉鎖されている端面から該部材に入り込んでいる。通常
、供給手段は中心軸と同心的に取付けられ、該紡糸部材
を中心軸に回転自在に支持する支持体を形成している。 別の例では、供給手段は中心軸に平行に取付けられるこ
とも可能である。

【００１７】本発明の装置の紡糸部材はガスポンプとし
ての機能する傾向があり、従って、装置内のガス流の制
御はかなり困難である。その結果、実際的には、少なく
とも紡糸部材の紡糸端の近傍領域を実質的に充填する補
完的インサート部材を紡糸部材に設けることによってこ
うした問題を解決することが望ましい。紡糸部材とイン
サートとの間の環状間隙は比較的小さく、境界層ポンプ
効果（ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｌａｙｅｒｐｕｍｐｉｎｇ　
ｅｆｆｅｃｔ）を避けるために、通常は約５ｍｍを越え
ないことを要する。

【００１８】供給手段の出口に対面するこのインサート
部材の表面は、軸方向に紡糸部材に供給される材料を限
定し、出口から紡糸部材の内周面までの分布流経路の一
部を形成する。本発明の装置は液状の材料、即ち溶液や
溶融物（場合によっては分散系や粒状材料を含有する）
から種々の形態の製品を紡出するのに好適であり、製品
としては、比較的長く連続した繊維，短い繊維，粒子，
粉末等が挙げられる。溶液が加熱されたり、材料が溶融
物から紡糸される場合、この装置は誘導加熱コイル等の
ヒータ手段を具えることができる。材料が溶融物から紡
糸される場合、この材料は溶融物として紡糸部材に供給
され、このヒータ手段によって溶融状態に維持されるか
、又は紡糸部材に粉末やペレット等の使い易い形態で供
給され、ヒータ手段によって紡糸部材の内部で加熱され
て該部材の表面で溶融物を形成する。

【００１９】本発明の装置は、所望の製品形態を得るた
めに、常温，冷却又は加熱された空気やその他のガスを
供給するための適宜な送風手段を組み込むことも可能で
ある。本発明の装置で得られた製品は、例えば繊維状製
品の場合にはコンベアやロータリドラムによって、又、
粒子や粉末の場合にはサイクロンコレクタによって集め
られる。

【００２０】紡糸部材は一つのみでなく、装置内に複数
の部材を積層したり、並列したりして使用することがで
きる。以下、図面に示す好適実施例に基づいて、本発明
を更に詳細に説明する。

【００２１】

【実施例】遠心紡糸装置１０（図１）はベース１４に取
付けられたハウジング１２を有し、その内部には、垂直
軸１６に駆動機構（図示しない）によって回転自在にカ
ップ型の紡糸部材１８が装着されている。ハウジング１
２の上端には送風機構２０，２２が設けられ、これを通
じて空気その他のガスの主流と補助流がそれぞれ供給さ
れている。これらの空気又はガス流は用途に応じて環境
温度のままであったり、クーラやヒータ（図示しない）
によって冷却又は加熱されたものであってもよい。ハウ
ジング１２の下端には排気ダクト２４とコンベア２６が
設置され、これによってハウジング１２から製品が運び
出される。

【００２２】スクリューコンベア等の図示しない適宜な
供給機構を具えたフィードホッパ３０が、送風機構２０
内に中心軸１６と同軸に取付けられた供給チューブ３２
を経て前記部材１８に材料を供給するために配置されて
いる。このチューブ３２は紡糸部材１８の閉鎖端近傍に
該部材１８の出口を具えている。図示されているように
、ホッパ３０は粒状のポリマ材料３４を貯留している。 紡糸部材１８は適宜な電源と制御手段（図示しない）に
接続された誘導コイル３６等のヒータ手段を有し、更に
、装置１０内及び部材１８内のガスの渦流を少なくする
インサート部材３８を具えている。

【００２３】図２，３に示す第１実施例によれば、紡糸
部材１８は、平らなベース４０と該ベース４０から延び
た円筒壁４２を有するカップ型部材である。部材１８の
ベース４０は中心孔４４を有し、これを通じて供給パイ
プが延び、又、前記部材１８を中心軸１６に回転自在に
駆動手段に取りつけるための固定孔４６が設けられてい
る。

【００２４】部材１８の円筒壁４２の内面４８は、ベー
ス４０から部材１８の底縁５０まで広がる領域全体にわ
たって平滑に形成されている。部材１８の底縁５０は斜
めに形成され、該縁５０を取り囲むほぼ円錐台状の表面
は図３に示すように２αの傾斜角をなし、αは４５°で
ある。溝５２は部材１８の内周面４８から部材１８の外
周面まで縁５０を横切って延在している。中心線又は溝
５２の底部５４と頂部５６は直径平面に存在している。

【００２５】溝５２は、部材１８の外周面のＶ字型断面
６０によって形成される紡糸ポイント５８で終わってい
る。断面６０は部材１８のベース４０に平行な共通平面
内に存在している。断面６０に隣接する部材１８の外周
面の一部は外向きに滑らかに拡がり、この拡がった領域
６２が存在している円錐台面は２βの傾斜角（β＝１５
°）（図３参照）を有する。深さが７０ｍｍで直径が１
００ｍｍの紡糸部材１８の場合、１２０〜１８０個の紡
糸ポイントを有する。

【００２６】直径平面内に配置されたガイドフィン６４
が溝５２同士の間に設置され、部材１８の内周面の下部
領域に設けられている。装置１０を使用する際に、部材
１８は所望の速度で回転駆動され、紡糸されるべき材料
の溶液や材料の粒子が該部材１８に供給され、部材１８
のベース４０とインサート部材３６の隣接する表面との
間に形成された環状供給通路に送られる。該材料は遠心
力によってベース４０の外周に押しやられ、部材１８の
内周面４８を降下する。遠心力の影響を受けて溶液又は
溶融状態の材料は部材１８の内周面上に実質的に均一な
フィルムを形成する。溶液又は溶融物のフィルムがフィ
ン６４に到達すると、該フィルムは実質的に均等な複数
の流れに分割され、溝５２の入口までガイドされる。次
いで、溶液又は溶融物は溝５２に沿って紡糸ポイント５
８まで流れ、そこから個々のフィラメントとして紡出さ
れる。紡糸条件に応じて、溶剤が蒸発除去され又は溶融
物が冷却された後に、これらのフィラメントは連続又は
不連続のフィラメントのままで留まったり、又はばらば
らに千切れて粒状／粉末状の製品になったりする。

【００２７】図４に示す実施例においては溝５２は非対
称形であり、部材の回転方向（図のＡ方向）に関して溝
５２の後方の面５３は直径平面Ｄ内に存在している。溝
５２の前面は後面５３に対して３０°傾いている。溝５
２の後面５３が直径平面Ｄ内に存在しているので、溶液
又は溶融物は溝の頂部を越えて隣接する溝に流れ込むよ
りも、溝５２に沿って紡糸ポイント５８に流れる傾向が
大きくなる。

【００２８】図５に示す別の例においては、溝５２の後
面５３は溝５２のベースに沿って直径平面Ｄと交差する
平面内に存在している。これらの平面は、矢印Ａで示さ
れた回転方向に平面Ｄに対して１０°の角度をなしてい
る。図５には更に他の例が示されている。フィン６４が
溝５２の後面５３と同じ平面内に存在している。フィン
６４がこのように傾斜しているので、面４８から溝５２
への材料の移転が更に円滑に行われる。

【００２９】図６の例においては、溝５２は図４の溝と
同じであるが、溝の後面５３は直径平面Ｄと１０°の角
度で交差し、中心軸１６に平行な直線に沿った平面Ｉ内
に存在している。紡糸ポイント５８から紡出されるフィ
ラメントに半径方向成分に加えて円周方向成分が働くの
で、フィラメントの安定性が増加し、紡糸ポイントから
千切れて飛び散る傾向が少なくなる。更に、フィラメン
トは断面６０の後縁から紡出されるよりもＶ字型断面の
実際の先端から紡出される傾向が強くなる。

【００３０】図７に示す例においては、溝５２Ｂの両側
の二つの溝５２Ａが満たされている。各溝５２Ａには拡
大されたガイドフィン６４Ａが連携している。使用に際
し、フィン６４Ａは通常は三つの溝に分配されるべき量
の材料を溝５２Ｂに供給する。溝５２Ｂから流れる多量
の材料によって、溝５２からの材料の紡出によって得ら
れるサイズの分布とは異なる二相の製品サイズ分布が得
られる。

【００３１】一組以上の溝５２Ａと５２Ｂを紡糸部材１
８の外周面の周囲に設けてもよく、又、含まれる溝の数
を２とか４にすることもできる。更に、三相分布等の多
相分布を得ることも容易なことは言うまでもない。図示
の各例はそれぞれ組み合わせて使用することもできる。 図１の装置は例示的に示したもに過ぎず、本発明はこれ
に限定されるものではない。この装置は繊維の紡出、ス
プレー乾燥等の使用目的に応じて種々の改変を行うこと
が可能である。

【００３２】本発明は次のような好適形態をとることも
可能である。 １）紡糸部材はカップ型をなし、その閉鎖端面で中心軸
に回転可能に取付けられている。 ２）該紡糸部材は両端が開いた環状スリーブの形をし、
該スリーブのほぼ中心に設置された手段によって中心軸
に回転自在に取付けられている。

【００３３】３）内周面の滑らかな領域は実質的に円筒
状をなしている。 ４）紡糸ポイントは前記溝の外端に一致するＶ字型断面
によって形成される。 ５）特徴４と組み合わせて、溝とそのＶ字型断面とが対
称形であり、溝の対称面は直径平面か、これに鋭角で交
差し前記軸に平行な直線に沿う平面と一致している。

【００３４】６）特徴４と組み合わせて、溝とそのＶ字
型断面とが非対称形であり、各溝のベースは実質的に直
径平面内に存在するか、又はこれに鋭角で交差し前記軸
に平行な直線に沿う平面内に存在している。 ７）特徴６と組み合わせて、前記部材の回転方向に関し
て各溝の後面は溝のベースが存在している平面内に存在
するか、又は溝のベースが存在している平面にベースに
沿って鋭角で交差する平面内に存在する。

【００３５】８）紡糸ポイントは、紡糸ポイントに隣接
する部材の外周面の半径よりも中心軸から離れた半径位
置に形成されている。 ９）材料が紡出される前記部材の端部は傾斜しており、
これによって該端部は部材の内周面から該端部の外周面
に向かって外向きに拡がっている。 １０）紡糸部材の内周面には溝の入口間の箇所にガイド
部材が装着され、該ガイド部材は、使用に際し、紡糸部
材の内周面の平滑領域に形成された液状材料のフィルム
を、それが前記溝に到達する前に複数の流れに分割する
長さを持っている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の紡糸部材を組み込んだ遠心紡糸装置の
模式的側断面図、

【図２】紡糸ポイントを示す本発明の紡糸部材の底面図
、

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ　線に沿う断面図、

【図
４】本発明の第２実施例の紡糸部材の一部を示す底面図
、

【図５】同じく第２実施例の変形を示す底面図、

【図６
】同じく第２実施例の他の変形を示す底面図、

【図７】
図５の紡糸部材の一部の内部側断面図である。

【符号の説明】

１０…遠心紡糸装置 １２…ハウジング １４…ベース １６…中心軸 １８…紡糸部材 ３８…インサート部材 ４０…ベース ４２…円筒状壁 ５０…縁 ５２…溝 ６０…溝断面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　中心軸に回転自在に取付けられた環状
   紡糸部材と、該紡糸部材を回転させる駆動手段と、前記
   紡糸部材に出口を有する材料供給手段とを具え、前記環
   状紡糸部材は、その端部から軸方向に延びる領域全体に
   わたって比較的平滑な内面を有し、液状の材料は該端部
   から前記材料供給手段の出口に向かって紡糸され、該端
   部はその外周に複数の紡糸ポイントと溝を有し、該溝は
   内面から外周まで前記端部を横断して延在し、液状材料
   を前記紡糸ポイントに供給する、遠心紡糸装置。