JP2011236522A - 液体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気式圧力計を用いて、長期間にわたって安定して正確な圧力を瞬時に計測でき、液体の消費状態及び／又は供給状態をより正確に管理することができる液体供給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し、前記液体を液体消費装置に供給することのできる消費装置路、（４）電気式圧力計、及び（５）前記消費装置路と前記電気式圧力計とを接続し、前記液体の電気式圧力計への到達を防止することのできる圧力計路、とを備えた液体供給装置であり、前記圧力計路は分離部材によって二分されているとともに、分離部材よりも電気式圧力計側の空間に、絶縁性液体が充填されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は液体供給装置に関する。より具体的には、電気式圧力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に関する。特に、静電紡糸装置における紡糸原液の紡糸装置への供給状態を監視しながら紡糸原液を供給することのできる液体供給装置に関する。

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。

このような静電紡糸法により不織布を製造する際の管理方法として、紡糸原液の流路（例えば、供給管）における圧力を管理することによって、紡糸状態を管理する方法が考えられた。つまり、流路における内圧が上昇した場合には、ノズルなどの紡糸原液供給部が詰り、紡糸原液供給部からの紡糸原液の供給量が少なくなった、或いは、紡糸原液供給部（例えば、ノズル）を複数有する場合には、各紡糸原液供給部からの紡糸原液の供給量に差が生じ、結果として繊維径のバラツキが生じていると考えられるため、直ぐにその対応を取ることができる。他方で、流路における内圧が下降した場合には、ノズルなどの紡糸原液供給部と流路との接続が不十分で、紡糸原液が漏出していることが疑われるため、直ぐにその対応を取ることができる。そのため、実際の生産においては、紡糸原液の流路における圧力を管理することによって、紡糸状態を管理するのが望ましい。

そのため、本発明者らは実際に紡糸原液の流路における圧力を計測できるように、電気式圧力計を設置した。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おり、その電圧によって電気式圧力計を破損するため、設置することができなかった。

そこで、本発明者らはアナログ式圧力計を設置したが、異常を速やかに察知するためには、常時オペレーターが圧力を監視する必要があり、オペレーターの負担が大きく、一定時間毎に圧力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、電気式圧力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。

このような問題点に鑑み、本願出願人は「所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置、前記液体を消費する液体消費装置、前記液体貯蔵装置と前記液体消費装置とを接続し、前記液体を液体消費装置に供給することのできる消費装置路、電気式圧力計、及び前記消費装置路と前記電気式圧力計とを接続する密閉空間からなり、気体が存在することによって、前記電気式圧力計と前記液体とが隔離された状態とすることができる圧力計路、とを備えていることを特徴とする、液体供給装置」（特許文献２）、及び「所望液体を貯蔵する液体貯蔵装置、前記液体を消費する液体消費装置、前記液体貯蔵装置と前記液体消費装置とを接続し、前記液体を液体消費装置に供給することのできる消費装置路、電気式圧力計、及び前記消費装置路と前記電気式圧力計とを接続する密閉空間からなり、気体が存在することによって、前記電気式圧力計と前記液体とが隔離された状態とすることができる圧力計路とを備えた液体供給装置であり、前記圧力計路は、中空柱状部、中空柱状部空間を二分するとともに中空柱状部の内壁に沿って摺動可能な分離部材、前記分離部材よりも電気式圧力計側に位置し、前記分離部材の電気式圧力計側への摺動を不可能とする停止部材とを備えていることを特徴とする、液体供給装置。」（特許文献３）を提案した。これら液体供給装置は消費装置路と電気式圧力計とを接続する密閉空間からなり、気体が存在することによって、電気式圧力計と液体とを隔離した圧力計路を備えているため、電気式圧力計によって消費装置路における圧力を測定でき、圧力に異常が生じた場合に、直ぐにオペレータに通報し、速やかに対策を取ることができるものであった。

特表２００６−５２４７３９号公報 特開２００９−０１３５３２号公報 特開２０１０−０１８８９１号公報

しかしながら、これらいずれの液体供給装置も気体によって電気式圧力計と液体とを隔離しているが、各所接続箇所から気体が抜けやすく、長期間にわたって安定して正確な圧力を測定しにくいという問題があった。また、気体は液体からの圧力を吸収しやすく、電気式圧力計の応答性が悪くなりやすいという問題もあった。

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、電気式圧力計を用いて、長期間にわたって安定して正確な圧力を瞬時に計測でき、液体の消費状態及び／又は供給状態をより正確に管理することができる液体供給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し、前記液体を液体消費装置に供給することのできる消費装置路、（４）電気式圧力計、及び（５）前記消費装置路と前記電気式圧力計とを接続し、前記液体の電気式圧力計への到達を防止することのできる圧力計路、とを備えた液体供給装置であり、前記圧力計路は分離部材によって二分されているとともに、分離部材よりも電気式圧力計側の空間に、絶縁性液体が充填され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り、しかも前記紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置を更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の液体供給装置。」である。

本発明の請求項１にかかる発明は、圧力計路は分離部材によって二分されているとともに、分離部材よりも電気式圧力計側の空間に、絶縁性液体が充填されているため、電気式圧力計によって消費装置路における圧力を長期間にわたって安定して正確にしかも瞬時に計測することができる。つまり、絶縁性液体は気体と比較して各所接続箇所から漏れにくく、また、絶縁性液体は気体と比較して圧力によって圧縮されにくく、液体からの圧力を吸収しにくいため、電気式圧力計の応答性を良くすることができる。したがって、圧力に異常が生じた場合に、直ぐにオペレータに通報し、速やかに対策を取ることができる。なお、電気式圧力計は絶縁性液体によって隔離されているため、液体によって電気式圧力計が損傷することなく、圧力を監視することができる。

本発明の請求項２にかかる発明は、紡糸原液に対して電圧を印加できる、いわゆる静電紡糸装置に使用できるものである。つまり、長期間にわたって安定して正確な圧力を瞬時に計測できるため、液体の消費状態及び／又は供給状態をより正確に管理することができる、静電紡糸装置に適用できる液体供給装置である。

本発明の液体供給装置における各装置の配置状態を示す配置図 本発明の圧力計路の概念的模式断面図

本発明の液体供給装置について、各装置の配置状態を示す配置図である図１をもとに説明する。

図１に示すように、本発明の液体供給装置は、（１）液体貯蔵装置、（２）液体消費装置、（３）消費装置路、（４）電気式圧力計、及び（５）圧力計路を備えている。

（１）液体貯蔵装置は所望液体を貯蔵するものであり、特に限定するものではない。本発明においては、電気式圧力計と接触することによって、電気式圧力計を損傷する液体であっても使用することができる。そのため、静電紡糸に使用する紡糸原液、電気式圧力計を腐食させやすい液体、電気的刺激によって爆発しやすく、防爆が必要な液体であっても使用することができる。なお、電気式圧力計を損傷しない液体であっても使用することができる。このような液体貯蔵装置としては、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、プラスチック製、ガラス製などのシリンジポンプなどを挙げることができる。

（２）液体消費装置は前記液体を消費するものであり、特に限定するものではないが、例えば、液体が静電紡糸に使用する紡糸原液である場合には、紡糸原液を気体中へ供給できる装置（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など）である。このように、「消費」とは液体を繊維に変換するなど、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）消費装置路は液体貯蔵装置と液体消費装置とを接続し、液体を液体消費装置に供給することのできるものである。この消費装置路は特に限定されるものではないが、パイプ、チューブ、管などを挙げることができる。なお、図１においては図示していないが、液体を液体貯蔵装置から液体消費装置へ供給できるように、ポンプが液体貯蔵装置又は消費装置路に接続されている。

（４）電気式圧力計は後述のように、絶縁性液体の圧力を測定することによって、間接的に液体の圧力を測定するものである。この電気式圧力計は圧力を電気信号として出力できるため、異常な圧力を検知した場合には、速やかにオペレーターに知らせることができる。なお、電気式圧力計は従来から公知のものを使用することができ、特に限定するものではない。

（５）圧力計路は消費装置路と電気式圧力計とを接続し、前記液体の電気式圧力計への到達を防止することができるものである。より具体的には、圧力計路は分離部材によって二分されているとともに、分離部材よりも電気式圧力計側の空間に、絶縁性液体が充填されているため、液体の電気式圧力計への到達を防止することができる。このように、圧力計路は絶縁性液体が存在することによって、電気式圧力計と液体とが隔離されているため、電気式電圧計は損傷しない。また、液体の圧力は絶縁性液体を介して電気式電圧計で計測できるため、間接的に液体の圧力を監視することができる。特に、本発明においては、絶縁性液体を使用し、圧力計路から漏れにくいため長期間にわたって安定して正確に液体の圧力を計測できる。また、絶縁性液体は圧力によって圧縮されにくく、液体からの圧力を吸収しにくいため、電気式圧力計の応答性を良くすることができる。

なお、圧力計路は液体の圧力を絶縁性液体に伝播させ、絶縁性液体を介して電気式圧力計で圧力を計測できるように、圧力計路は密閉空間である。

本発明においては、分離部材により圧力計路を二分しているため、液体の絶縁性液体との混合が防がれる。そのため、液体による電気式圧力計の損傷を確実に防止することができる。この分離部材は液体と絶縁性液体とを分離でき、液体の圧力を絶縁性液体に伝播できる限り、特に限定するものではないが、例えば、ダイヤフラムなどの可撓性膜、プランジャ（ピストン）などの圧力計路を摺動可能な硬質材料などを挙げることができる。

絶縁性液体は分離部材により二分された空間のうち、分離部材よりも電気式圧力計側の空間に充填されているため、電気式圧力計を液体から隔離し、電気式圧力計の損傷を防ぐことができるとともに、液体から伝播した圧力を確実に電気式圧力計に伝播させる作用を奏する。この絶縁性液体はこのような作用を奏するものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、ハイドロフルオロエーテルなどのフッ素系液体、鉱油系オイル、アルキルベンゼン系オイル、ポリブテン系オイル、アルキルナフタレン系オイル、メチルポリアリルメタン系オイル、アルキルジフェニルエタン系オイル、シリコーン系オイル、などを使用することができる。

ここで、本発明の圧力計路の一例について、圧力計路の概念的模式断面図である図２をもとに説明する。図２の圧力計路は、（イ）消費装置路５と電気式圧力計４とを繋ぐ中空柱状部１からなり、中空柱状部１はシリンジ状中空柱状部１ｂと、消費装置路５とシリンジ状中空柱状部１ｂとを繋ぐ管状部１ａと、シリンジ状中空柱状部１ｂと電気式圧力計４とを繋ぐ管状部１ｃとからなり、（ロ）シリンジ状中空柱状部１ｂにはシリンジ状中空柱状部１ｂの空間を二分するとともに、シリンジ状中空柱状部１ｂの内壁に沿って摺動可能な硬質材料からなる分離部材２（プランジャ）を備えている。なお、図２の圧力計路においては、分離部材２よりも電気式圧力計側の空間に、分離部材２の横断面積よりも横断面積が小さいことによって、分離部材２の電気式圧力計側への摺動を不可能とする停止部３を備えている。

（イ）中空柱状部１は消費装置路５と電気式圧力計４とを繋ぐものであり、密閉空間である限り、図２の態様に限定されるものではない。なお、図２のように摺動可能な硬質材料からなる分離部材２を備えている場合には、柱状中空部１は円柱状中空部であるのが好ましく、特に、液体Ｌｓの圧力によって分離部材２が摺動して液体Ｌｓの圧力を伝播しやすいように、シリンジ状中空柱状部１ｂは円柱状中空部であるのが好ましい。

（ロ）分離部材２は液体Ｌｓが圧力計路に進入した際に、電気式圧力計４に液体Ｌｓが到達しないように、堰き止める作用を奏する。また、液体Ｌｓの供給作業が終わり、液体Ｌｓが消費装置路方向に移動する場合に、液体Ｌｓの移動と一緒に分離部材２がシリンジ状中空柱状部１ｂの内壁を摺動して移動することによって、シリンジ状中空柱状部１ｂにおける気体の発生を防止することができる。なお、分離部材２はシリンジ状中空柱状部１ｂを二分し、分離部材２よりも電気式圧力計側には絶縁性液体Ｌｉが充填されているため、電気式圧力計４は損傷することなく、絶縁性液体Ｌｉを介して圧力を監視することができる。また、絶縁性液体Ｌｉは気体と比較して漏れにくく、しかも圧縮されにくいため、長期間にわたって安定して正確な圧力を瞬時に電気式圧力計４に伝播することができる。なお、「摺動可能」とは内壁面と接触しながら、液体Ｌｓの移動と一緒に移動できることをいう。

本発明の分離部材２は図２のような摺動可能な硬質材料からなる分離部材に限定されず、ダイヤフラムなどの可撓性膜であっても良い。つまり、液体Ｌｓが圧力計路に進入したとしても、可撓性膜からなる分離部材によって液体Ｌｓの電気式圧力計４への到達を確実に防止して電気式圧力計４の損傷を防止でき、また、液体Ｌｓの圧力によって可撓性膜からなる分離部材が変形し、分離部材よりも電気式圧力計側に存在する絶縁性液体Ｌｉへ圧力を伝播できるため、絶縁性液体Ｌｉを介して圧力を監視することができる。この場合であっても、絶縁性液体Ｌｉは気体と比較して漏れにくく、しかも圧縮されにくいため、長期間にわたって安定して正確な圧力を瞬時に電気式圧力計４に伝播することができる。なお、分離部材が可撓性膜からなる場合には、図２のように、分離部材は柱状空間に設置されている必要はなく、例えば、半球状空間、球状空間に設置されていても良い。

図１及び図２に示すような本発明の液体供給装置は上述のような構成からなるため、電気式圧力計４を用いて、液体Ｌｓの消費状態を管理することのできるものである。つまり、液体貯蔵装置から消費装置路５を通って液体消費装置に液体Ｌｓが供給されると、消費装置路５には圧力計路が接続されているため、液体Ｌｓの一部は圧力計路に進入する。この状態で液体消費装置によって液体Ｌｓを順調に消費している場合は、圧力計路に進入した液体Ｌｓの進入度合いに変化はないため、電気式圧力計４によって、一定の圧力を観測する。しかしながら、液体消費装置に不具合が生じ、予定していた量よりも液体Ｌｓが消費されない場合であっても、予定通り液体Ｌｓが液体貯蔵装置から供給されるため、液体Ｌｓが行き場を失い、圧力計路へ進入することになる。このように液体Ｌｓが圧力計路に進入すると、液体Ｌｓの圧力により分離部材２を摺動させて押し上げるため、分離部材２を介して絶縁性液体Ｌｉに圧力がかかる。そして、この絶縁性液体Ｌｉの圧力の上昇を電気式圧力計４によって感知できるため、液体消費装置の異常を速やかにオペレーターに知らせることができる。一方で、液体消費装置に不具合が生じ、予定していた量よりも多くの液体Ｌｓが消費される場合には、圧力計路へ進入していた液体Ｌｓは液体消費装置へと向かい、この液体Ｌｓと一緒に分離部材２も移動し、絶縁性液体Ｌｉの圧力が低くなり、この圧力の変化を電気式圧力計４によって感知できるため、液体消費装置の異常を速やかにオペレーターに知らせることができる。

なお、上述の液体供給装置は消費装置路５における圧力を監視し、圧力の変化をオペレーターに知らせる液体供給装置であるが、消費装置路５における内圧が一定となるように、ポンプなどの供給能力を調節するようにすることもできる。

また、上述の液体供給装置は消費装置路５における圧力を監視するために、消費装置路５の１ヶ所に圧力計路を接続しているが、例えば、消費装置路５にポンプなどの供給手段を接続し、この供給手段の前後に圧力計路を接続して、供給手段前後における圧力を監視することによって、高精度に消費装置路５における圧力を監視することができる。

本発明の液体供給装置は上述のような構造からなるが、特に、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紡糸原液を供給できる装置（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など、以下、「紡糸装置」という）であり、しかも紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置を更に備えていると、静電紡糸における紡糸原液供給装置として好適に使用することができる。この場合も前述の通り作用する。つまり、紡糸原液貯蔵装置から紡糸装置路を通って紡糸装置に紡糸原液が供給されると、紡糸装置路には圧力計路が接続されているため、紡糸原液の一部は圧力計路に進入する。この状態で紡糸装置によって紡糸原液を順調に紡糸している場合は、圧力計路に進入した紡糸原液の進入度合いに変化はないため、電気式圧力計によって、一定の圧力を観測する。しかしながら、紡糸装置に不具合（例えば、ノズル詰り）が生じ、予定していた量よりも紡糸原液が紡糸されない場合であっても、設定通りに紡糸原液が紡糸原液貯蔵装置から紡糸装置に供給されるため、紡糸原液が行き場を失い、圧力計路へ進入することになる。このように紡糸原液が圧力計路に進入すると、紡糸原液は分離部材を摺動させて押し上げ、分離部材を介して絶縁性液体に圧力がかかり、この絶縁性液体の圧力の上昇を電気式圧力計によって感知できるため、紡糸装置の異常を速やかにオペレーターに知らせることができる。一方で、紡糸装置に不具合が生じ、予定していた量よりも多くの紡糸原液が消費される場合（例えば、紡糸原液の紡糸装置からの漏出）には、圧力計路へ進入していた紡糸原液も紡糸装置に向かい、紡糸原液と一緒に分離部材も移動し、絶縁性液体の圧力が低くなり、この圧力の変化を電気式圧力計によって感知できるため、紡糸装置の異常を速やかにオペレーターに知らせることができる。

なお、静電紡糸における紡糸原液供給装置として使用した場合も、絶縁性液体によって、紡糸原液が電気式圧力計に到達するのを確実に防止することができるため、電気式圧力計によって計測し、正確な紡糸状態を把握することができる。また、絶縁性液体は気体と比較して漏れにくく、しかも圧縮されにくいため、長期間にわたって安定して正確な圧力を瞬時に電気式圧力計に伝播し、正確な紡糸状態を把握することができる。

また、前述の液体供給装置と同様に、紡糸装置路における圧力を検出し、紡糸装置路における内圧が一定となるように、ポンプなどの供給能力を調節するようにすることもできる。更に、紡糸装置路にポンプなどの供給手段を接続し、この供給手段の前後に圧力計路を接続し、高精度に紡糸装置路における圧力を監視することもできる。

このように、本発明の液体供給装置を静電紡糸における紡糸原液供給装置として使用する場合には、静電紡糸できるように、紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置を、紡糸原液貯蔵装置、紡糸装置路又は紡糸装置に接続する。

なお、紡糸原液貯蔵装置は前述の液体貯蔵装置と同様のタンク、バッグ、シリンジポンプなどから構成することができ、紡糸装置は、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などを挙げることができ、電圧印加装置としては、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。

１ 柱状中空部
１ａ （消費装置路側）管状部
１ｂ シリンジ状中空柱状部
１ｃ （電気式圧力計側）管状部
２ 分離部材
３ 停止部
４ 電気式圧力計
５ 消費装置路
Ｌｓ 液体
Ｌｉ 絶縁性液体

Claims (2)

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し、前記液体を液体消費装置に供給することのできる消費装置路、（４）電気式圧力計、及び（５）前記消費装置路と前記電気式圧力計とを接続し、前記液体の電気式圧力計への到達を防止することのできる圧力計路、とを備えた液体供給装置であり、前記圧力計路は分離部材によって二分されているとともに、分離部材よりも電気式圧力計側の空間に、絶縁性液体が充填され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り、しかも前記紡糸原液に対して電圧を印加できる電圧印加装置を更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の液体供給装置。

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