JP2009035839A - 液体供給装置及び静電紡糸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気式流量計を使用するのが困難な場合であっても、液体の消費状態を監視することのできる液体供給装置、及びそれを含む静電紡糸装置を提供すること。
【解決手段】 本発明の液体供給装置は、（１）所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置、（２）前記液体を消費する液体消費装置、（３）前記液体貯蔵装置と前記液体消費装置とを接続する消費装置路、（４）前記液体を液体貯蔵装置から液体消費装置へ供給できる液体供給手段、（５）前記液体貯蔵装置の質量を計測できる電気式秤量装置、（６）前記電気式秤量装置と前記液体貯蔵装置とを電気的に絶縁する絶縁手段、及び（７）前記電気式秤量装置に接続され、電気式秤量装置からの信号を受け取り、前記液体の消費量を表示できる表示装置、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は液体供給装置及び静電紡糸装置に関する。より具体的には、電気式流量計を損傷しやすい液体であっても、液体の供給状態を監視しながら液体を供給することのできる液体供給装置、及びその液体供給装置を含む静電紡糸装置に関する。

不織布を構成する繊維の繊維径が小さいと、分離性能、液体保持性能、払拭性能、隠蔽性能、絶縁性能、或いは柔軟性など、様々な性能に優れているため、不織布を構成する繊維の繊維径を小さくするのが好ましい。このような繊維径の小さい繊維からなる不織布の製造方法として、紡糸原液を紡糸空間へ供給するとともに、供給した紡糸原液に電界を作用させて紡糸原液を繊維化し、延伸して繊維径の小さい繊維とした後に直接捕集して不織布とする、いわゆる静電紡糸法が知られている。

このような静電紡糸法により不織布を製造できる装置として、例えば、「ポリマー配合物を静電加工する装置であって、ポリマー配合物を含む静電加工材料を連続的に噴出するよう動作可能な投入ステージと、前記投入ステージから間隔を置いて配置された集積ステージと、前記投入ステージから噴出された前記静電加工材料を前記集積ステージ上に堆積させる電場を発生するよう動作可能な電源装置と、前記集積ステージから前記静電加工材料を連続的に取り出すように配置された取出デバイスを含むピックアップステージと、を備える装置」が提案されている（特許文献１）。この投入ステージにおいて、ポリマー配合物は供給源から投入デバイスの流路に供給され、供給源と流路との間に少なくとも１つのポンプを備えているのが好ましいことを開示している。

特表２００６−５２４７３９号公報（請求項１、段落番号００１９、００２０など）

このような静電紡糸法により不織布を製造する際の紡糸原液（ポリマー配合物）の噴出量を管理する方法として、紡糸原液の流路（例えば、供給管）における紡糸原液の流量を監視する方法が考えられた。つまり、紡糸原液が流路等において漏れていない限り、流路における流量が同じであれば、紡糸原液の噴出量が同じであると判断することができる。仮に流量が著しく変化した場合には、例えば、ポンプの異常を疑い、速やかにその対応を取ることができる。

そのため、本発明者らは実際に紡糸原液の流路における流量を計測できるように、電気式流量計を設置した。ところが、前述の通り、静電紡糸法は紡糸原液に電界を作用させるために、紡糸原液に電圧を印加しているため、その電圧によって絶縁破壊を生じてしまい、電気式流量計を破損するため、設置することが困難であった。

そこで、本発明者らはアナログ式流量計を設置したが、流量の変化を速やかに察知するためには、常時オペレーターが流量を監視する必要があり、オペレーターの負担が大きく、一定時間毎に流量を監視すると異常の察知が遅くなる、という問題があった。

このような問題は、静電紡糸法に限らず、電気式流量計を腐食しやすい液体の場合、或いは電気的刺激によって爆発しやすく、防爆が必要な液体の場合にも同様の問題が生じる可能性があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、電気式流量計を使用するのが困難な場合であっても、液体の消費状態を監視することのできる液体供給装置、及びそれを含む静電紡糸装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１にかかる発明は、「（１）所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置、（２）前記液体を消費する液体消費装置、（３）前記液体貯蔵装置と前記液体消費装置とを接続する消費装置路、（４）前記液体を液体貯蔵装置から液体消費装置へ供給できる液体供給手段、（５）前記液体貯蔵装置の質量を計測できる電気式秤量装置、（６）前記電気式秤量装置と前記液体貯蔵装置とを電気的に絶縁する絶縁手段、及び（７）前記電気式秤量装置に接続され、電気式秤量装置からの信号を受け取り、前記液体の消費量を表示できる表示装置、を備えていることを特徴とする液体供給装置。」である。

本発明の請求項２にかかる発明は、「液体貯蔵装置が紡糸原液貯蔵装置であり、液体消費装置が気体中へ前記紡糸原液を供給できる装置である請求項１に記載の液体供給装置に加えて、紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置、及び紡糸原液に由来する繊維を捕集できる移動可能な捕集体を更に備えていることを特徴とする静電紡糸装置。」である。

本発明の請求項３にかかる発明は、「表示装置は捕集体の移動速度を計測できる計測装置からの信号も受け取り、紡糸原液の供給量と捕集体の移動速度とから算出した、捕集体上に集積した繊維ウエブの目付も表示できることを特徴とする、請求項２記載の静電紡糸装置。」である。

本発明の請求項４にかかる発明は、「繊維ウエブの目付に応じて、液体供給手段による供給量、及び／又は捕集体の移動速度を制御する制御手段を更に備えていることを特徴とする、請求項３記載の静電紡糸装置。」である。

本発明の請求項１にかかる発明は、液体とは電気的に絶縁された電気式秤量装置からの信号によって液体の消費量を表示し、監視できる。したがって、液体の消費量に著しい変化が生じた場合には、速やかに対策を取ることができる。

本発明の請求項２にかかる発明は、液体の消費量を紡糸原液の供給量と考えることができるため、紡糸原液の供給量を監視しながら、連続的に静電紡糸した繊維ウエブを製造することができる。

本発明の請求項３にかかる発明は、紡糸原液の供給量と捕集体の移動速度とから算出した、捕集体上に集積した繊維ウエブの目付も表示できるため、繊維ウエブの目付に著しい変化が生じた場合には、速やかに対策を取ることができる。

本発明の請求項４にかかる発明は、液体供給手段による供給量及び／又は捕集体の移動速度を制御する制御手段を備えているため、瞬時に修正し、所望目付の繊維ウエブを製造することができる。

本発明の液体供給装置について、本発明の液体供給装置を含む静電紡糸装置における各装置の配置状態を示す概念図である図１をもとに説明する。

図１に示すように、本発明の静電紡糸装置は、紡糸原液貯蔵装置１、紡糸原液吐出装置２、紡糸原液吐出装置路３、紡糸原液供給手段４、電気式秤量装置５、絶縁手段６、表示装置７、電圧印加装置８、捕集体９、計測装置１０、供給量制御手段１１ａ、及び移動速度制御手段１１ｂ、を備えている。

（１）紡糸原液貯蔵装置１は紡糸原液を貯蔵するものであり、特に限定するものではないが、このような紡糸原液貯蔵装置１として、例えば、プラスチック製、ステンレス製などのタンク、バッグなどを挙げることができる。

なお、静電紡糸装置以外に使用する場合には、所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置に相当し、電気式流量計と接触することによって、電気式流量計を損傷する液体であっても貯蔵できる。例えば、電気式流量計を腐食しやすい液体、電気的刺激によって爆発しやすく、防爆が必要な液体などを貯蔵できる。なお、電気式流量計を損傷しない液体であっても貯蔵できる。

（２）紡糸原液吐出装置２は、気体中へ紡糸原液を吐出し、供給できる装置である。例えば、ノズルを備えた装置、孔を有するチューブを備えた装置を挙げることができる。なお、紡糸原液を気体中へ供給できれば良く、紡糸原液を吐出する必要はない。

なお、静電紡糸装置以外に使用する場合には、液体消費装置に相当し、液体消費装置は液体を消費するものであり、特に限定するものではない。例えば、液体を個別にビンに封入する装置などを挙げることができる。このように、「消費」とは液体を繊維に変換したり、液体を封入するなど、液体を使用することを意味し、液体を消滅させる必要はない。

（３）紡糸原液吐出装置路３は紡糸原液貯蔵装置１と紡糸原液吐出装置２とを接続する紡糸原液の流通路である。紡糸原液吐出装置路３は、例えば、パイプ、チューブ、管などから構成される。

なお、静電紡糸装置以外に使用する場合には、消費装置路に相当し、液体貯蔵装置と液体消費装置とを接続する液体の流通路であり、同様に、パイプ、チューブ、管などから構成される。

（４）紡糸原液供給手段４は紡糸原液貯蔵装置１の紡糸原液を紡糸原液吐出装置２へ供給する原動力を発揮するものである。例えば、回転ポンプを使用し、一定容量の紡糸原液を連続して供給できるものを使用するのが好ましい。より具体的には、歯車ポンプ（ギヤポンプ）、ベーンポンプ、ねじポンプを使用するのが好ましい。なお、図１において、紡糸原液供給手段４は紡糸原液吐出装置路３の途中に接続されているが、紡糸原液貯蔵装置１に接続され、紡糸原液貯蔵装置１にガスを供給できるバルブ等であることもできる。この場合も、紡糸原液貯蔵装置１の紡糸原液を紡糸原液吐出装置２へ供給する原動力を発揮する。

なお、静電紡糸装置以外に使用する場合には、液体供給手段に相当し、液体貯蔵装置から液体消費装置へ供給する原動力を発揮するものであり、回転ポンプ（例えば、歯車ポンプ（ギヤポンプ）、ベーンポンプ、ねじポンプ）を使用するのが好ましい。

（５）電気式秤量装置５は紡糸原液貯蔵装置１の質量を計測できるものである。静電紡糸装置以外に使用する場合は液体貯蔵装置の質量を計測できるものである。

（６）絶縁手段６は電気式秤量装置５と紡糸原液貯蔵装置１とを電気的に絶縁するものである。このように、電気式秤量装置５は絶縁手段６によって絶縁されており、帯電した紡糸原液を貯蔵している紡糸原液貯蔵装置１によって絶縁破壊を生じないため、紡糸原液貯蔵装置１の質量を計測することができる。この絶縁手段は電気式秤量装置５と紡糸原液貯蔵装置１とを電気的に絶縁できるものであれば良く、その材質は特に限定するものではないが、耐薬品性も考慮すると、例えば、ポリオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン）又はフッ素系樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン、パーフロロアルキルビニールエーテル樹脂）、ガラス、ゴム（例えば、シリコーンゴム）などを挙げることができ、その形状も特に限定するものではないが、例えば、板形状、容器形状を挙げることができる。

なお、静電紡糸装置以外に使用する場合も同様に、液体貯蔵装置が帯電した液体を貯蔵していたとしても、液体貯蔵装置によって絶縁破壊を生じないため、液体貯蔵装置の質量を計測することができる。この場合も上記と同様の絶縁手段から構成することができる。

（７）表示装置７は電気式秤量装置５に接続され、電気式秤量装置５からの信号を受け取り、紡糸原液の供給量（吐出量）を表示できるものである。つまり、表示装置７は電気式秤量装置５から信号を受け取り、紡糸原液貯蔵装置１の質量の情報（Ｉ_１）を得る。その後、一定時間経過後に、再度、電気式秤量装置５から信号を受け取り、紡糸原液貯蔵装置１の質量の情報（Ｉ_２）を得る。これらの情報から、紡糸原液の供給量、つまり、紡糸原液の紡糸原液吐出装置２からの吐出量を演算（Ｉ_１−Ｉ_２）し、表示する。このような表示を繰り返し、監視することによって、オペレーターは異常を早期に発見し、紡糸原液供給手段４の調整、及び／又は後述の捕集体９の移動速度の調整を行い、目的とする目付の静電紡糸した繊維ウエブを製造することができる。なお、前記吐出量の変化を記録し、繊維ウエブを製造した後に、繊維ウエブの著しく吐出量の変化した箇所を取り除くなど、事後処理のための情報とすることもできる。また、表示装置７は、例えば、ディスプレイを備えたコンピューターであることができる。

なお、静電紡糸装置以外に使用する場合も同様に、液体貯蔵装置の消費量を表示し、監視することによって、オペレーターは異常の早期発見、及び／又は各種調整を行い、目的とする消費を行うことができる。また、事後処理のために消費量を記録することもできる。

（８）電圧印加装置８は紡糸原液に対して電圧を印加できるものである。そのため、紡糸原液吐出装置２と後述の捕集体９との間に電界を形成することができ、紡糸原液吐出装置２から吐出された紡糸原液を電気的に牽引し、繊維径の小さい繊維を紡糸することができる。このような電圧印加装置８としては、例えば、直流高電圧発生装置、ヴァン・デ・グラフ起電機などを挙げることができる。なお、図１においては、紡糸原液供給手段（例えば、回転ポンプ）に対して電圧印加装置８を接続しているが、紡糸原液に電圧を印加できる限り、紡糸原液供給手段以外に接続することができる。

（９）捕集体９は紡糸原液吐出装置２から吐出された紡糸原液に由来する繊維を捕集できるように、紡糸原液吐出装置２の吐出部に対向して配置されており、また、連続的に繊維を捕集して長尺状の繊維ウエブを形成できるように、移動可能なコンベアである。前述の通り、紡糸原液吐出装置２と捕集体９との間に電界を形成することができるように、捕集体９は体積固有抵抗値が１０^９Ω・ｃｍ以下の導電性を有し、接地されている。なお、捕集体９はその表面から裏面へ導電性である必要はなく、少なくとも表面が導電性を有すれば、紡糸原液吐出装置２と捕集体９との間に電界を形成することができる。また、紡糸原液吐出装置２と捕集体９との間に電界を形成することができるのであれば、捕集体９に電圧を印加することもできる。また、連続的に繊維を捕集して長尺状の繊維ウエブを形成できるのであれば、コンベアである必要はない。

（１０）計測装置１０は捕集体９の移動速度を計測できるものである。この計測した移動速度の信号は表示装置へ送られ、前述の紡糸原液の吐出量（供給量）とから、捕集体上に集積した繊維ウエブの目付が算出され、表示装置にその目付が表示される。つまり、前述のような紡糸原液吐出装置２からの吐出量（Ｉ_１−Ｉ_２）、計測装置１０からの捕集体９の移動速度（Ｖ）に関する情報、予め設定した繊維ウエブの幅の情報（Ｗ）、及び紡糸原液の濃度（Ｃ）とから、目付を演算し、表示する。このような目付の表示を繰り返し、監視することによって、オペレーターは異常を早期に発見し、紡糸原液供給手段の調整、及び／又は捕集体の移動速度の調整を行い、目的とする目付の静電紡糸した繊維ウエブを製造することができる。なお、前記目付の変化を記録し、繊維ウエブを製造した後に、繊維ウエブの著しく目付の変化した箇所を取り除くなど、事後処理のための情報とすることもできる。この計測装置としては、例えば、ロータリーエンコーダーを使用できる。

（１１）供給量制御手段１１ａは繊維ウエブの目付に応じて、液体供給手段による供給量を制御できるものである。例えば、繊維ウエブの目付が所望目付よりも低い場合には、表示装置７からの信号を受け、液体供給手段の能力を高めて、紡糸原液の供給量を増やし、反対に、繊維ウエブの目付が所望目付よりも高い場合には、表示装置７からの信号を受け、液体供給手段の能力を低くして、紡糸原液の供給量を減らし、所望目付に調整することができる。このような供給量制御手段１１ａによれば、オペレーターの判断によらず、瞬時に対応することができるため、省人化が可能となる。この供給量制御手段としては、例えば、紡糸原液供給手段４（例えば、ポンプ）に接続されたサーボアンプを使用できる。

（１２）移動速度制御手段１１ｂは繊維ウエブの目付に応じて、捕集体９の移動速度を制御できるものである。例えば、繊維ウエブの目付が所望目付よりも低い場合には、表示装置７からの信号を受け、捕集体９の移動速度を遅くし、単位面積あたりにおける紡糸原液の供給量を増やし、反対に、繊維ウエブの目付が所望目付よりも高い場合には、表示装置７からの信号を受け、捕集体９の移動速度を速くし、単位面積あたりにおける紡糸原液の供給量を減らし、所望目付に調整することができる。このような移動速度制御手段１１ｂによれば、オペレーターの判断によらず、瞬時に対応することができるため、省人化が可能となる。この移動速度制御手段１１ｂとしては、例えば、捕集体９の駆動モーターに接続されたサーボアンプを使用できる。

図１に示すような本発明の静電紡糸装置は上述のような構成からなるため、紡糸原液が帯電しているにもかかわらず、紡糸原液の紡糸原液吐出装置２への供給量、つまり紡糸原液吐出装置２からの吐出量を経時的に監視できるものである。つまり、紡糸原液貯蔵装置１から紡糸原液供給手段４の作用により、紡糸原液は紡糸原液吐出装置路３を通って、紡糸原液吐出装置２へと供給され、吐出される。この紡糸原液に対して、電圧印加装置８により電圧が印加されており、また、捕集体９は接地されているため、吐出された紡糸原液は電界の作用を受けて捕集体９方向へ牽引され、繊維化した後に、捕集体９上に集積し、繊維ウエブとなる。一方で、紡糸原液貯蔵装置１は絶縁手段６を介して電気式秤量装置５上に載置されているため、電気式秤量装置５は絶縁破壊を生じることなく、安定して紡糸原液貯蔵装置１の質量を計測することができる。この計測した質量の信号は一定時間ごとに表示装置７へ送られ、表示装置７による演算により、紡糸原液貯蔵装置１の質量減少分、つまり、紡糸原液の紡糸原液吐出装置２への供給・吐出量が表示されるため、紡糸原液の吐出量を監視できる。また、捕集体９の移動速度計測装置１０が併設されており、この移動速度計測装置１０からの信号も一定時間ごとに表示装置７へ送られ、表示装置７による演算により、捕集体上に集積した繊維ウエブの目付も表示できるため、繊維ウエブの目付を監視できる。更には、繊維ウエブの目付に応じて、供給量制御手段１１ａ及び／又は移動速度制御手段１１ｂに信号が送られ、目付が低い場合には紡糸原液の供給量を増やすか、捕集体９の移動速度を遅くするか、或いはこれらを併用し、他方で、目付が高い場合には紡糸原液の供給量を減らすか、捕集体９の移動速度を速くするか、或いはこれらを併用し、瞬時に所望目付に修正することができる。このように供給量制御手段１１ａ及び／又は移動速度制御手段１１ｂを備えていると、省人化が可能となり、合理的に静電紡糸した繊維ウエブを製造することができる。

なお、図１においては、捕集体の移動速度を計測できる計測装置１０を併設しているが、必ずしも併設する必要はない。この場合には、紡糸原液吐出装置２への供給・吐出量のみを監視する。また、計測装置１０を併設した場合であっても、供給量制御手段１１ａ、移動速度制御手段１１ｂの両方を設置する必要はないし、両方とも設置する必要はない。一方のみを設置した場合には、設置した制御装置によって目付を管理でき、両方とも設置していない場合には、オペレータの判断によって目付を管理できる。

以上の図１をもとにした説明は基本的に静電紡糸装置に関するものであったが、静電紡糸装置以外に使用する液体供給装置も全く同様に、液体が電気式流量計を腐食しやすい液体や、電気的刺激によって爆発しやすく、防爆が必要な液体であっても、液体の液体消費装置への供給量を監視できる。つまり、液体貯蔵装置から液体供給手段の作用により、液体は消費装置路を通って、液体消費装置へと供給され、消費される。一方で、液体貯蔵装置は絶縁手段を介して電気式秤量装置上に載置されているため、安定して液体貯蔵装置の質量を計測することができる。この計測した質量の信号は一定時間ごとに表示装置へ送られ、表示装置による演算により、液体貯蔵装置の質量減少分、つまり、液体の液体消費装置への供給・消費量が表示されるため、液体の消費量を監視できる。

静電紡糸装置における各装置の配置状態を示す概念図

符号の説明

１ 紡糸原液貯蔵装置
２ 紡糸原液吐出装置
３ 紡糸原液吐出装置路
４ 紡糸原液供給手段
５ 電気式秤量装置
６ 絶縁手段
７ 表示装置
８ 電圧印加装置
９ 捕集体
１０ 計測装置
１１ａ 供給量制御手段
１１ｂ 移動速度制御手段

Claims (4)

1. （１）所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置、（２）前記液体を消費する液体消費装置、（３）前記液体貯蔵装置と前記液体消費装置とを接続する消費装置路、（４）前記液体を液体貯蔵装置から液体消費装置へ供給できる液体供給手段、（５）前記液体貯蔵装置の質量を計測できる電気式秤量装置、（６）前記電気式秤量装置と前記液体貯蔵装置とを電気的に絶縁する絶縁手段、及び（７）前記電気式秤量装置に接続され、電気式秤量装置からの信号を受け取り、前記液体の消費量を表示できる表示装置、を備えていることを特徴とする液体供給装置。
2. 液体貯蔵装置が紡糸原液貯蔵装置であり、液体消費装置が気体中へ前記紡糸原液を供給できる装置である請求項１に記載の液体供給装置に加えて、紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置、及び紡糸原液に由来する繊維を捕集できる移動可能な捕集体を更に備えていることを特徴とする静電紡糸装置。
3. 表示装置は捕集体の移動速度を計測できる計測装置からの信号も受け取り、紡糸原液の供給量と捕集体の移動速度とから算出した、捕集体上に集積した繊維ウエブの目付も表示できることを特徴とする、請求項２記載の静電紡糸装置。
4. 繊維ウエブの目付に応じて、液体供給手段による供給量、及び／又は捕集体の移動速度を制御する制御手段を更に備えていることを特徴とする、請求項３記載の静電紡糸装置。

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