JP5430405B2 - 中空状連続体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、中空糸膜製造用の支持体または中空糸膜等として使用される中空状連続体の製造方法に関する。
近年、環境汚染に対する関心が高まり、環境に関する各種規制法が強化されており、様々な分野でその対策が進められている。例えば、水処理の分野においては、汚染物質を高度に分離するために、小型の濾過膜を用いた処理が検討されている。
ところで、濾過膜を水処理に使用する場合には、高い機械的物性（例えば、耐圧性、引張強度等）が求められる。機械的強度に優れた多孔質の濾過膜を製造する方法としては、中空状の丸打ちの組紐を中空糸膜支持体として用いた中空糸膜の製造方法が提案されている（特許文献１，２，３参照）。この製造方法では、具体的には、環状ノズルの中心孔から中空糸膜製造用支持体を送出させ、その中空糸膜製造用支持体の外周に、環状ノズルの外周から紡出させた製膜原液を塗布し、凝固させて、中空糸膜を得る。
上記製造方法において、長尺の中空糸膜を得るためには、中空糸膜製造用支持体も長尺である必要があるが、通常、前記中空糸膜製造用支持体の長さは中空糸膜の所望の長さより短いため、複数の支持体を接合しなければならない。
中空糸膜の製造工程においては、通過工程中に中空糸膜の外径に近く、パイプのように閉じた形状の通過部がある。このため、中空糸膜製造用支持体同士を結ぶなどして作られた連続体を使用すると、接合部の外径が他の部分より大きくなるため、中空糸膜を連続走行させながら工程を通過させることが困難となる。
ところで、濾過膜を水処理に使用する場合には、高い機械的物性（例えば、耐圧性、引張強度等）が求められる。機械的強度に優れた多孔質の濾過膜を製造する方法としては、中空状の丸打ちの組紐を中空糸膜支持体として用いた中空糸膜の製造方法が提案されている（特許文献１，２，３参照）。この製造方法では、具体的には、環状ノズルの中心孔から中空糸膜製造用支持体を送出させ、その中空糸膜製造用支持体の外周に、環状ノズルの外周から紡出させた製膜原液を塗布し、凝固させて、中空糸膜を得る。
上記製造方法において、長尺の中空糸膜を得るためには、中空糸膜製造用支持体も長尺である必要があるが、通常、前記中空糸膜製造用支持体の長さは中空糸膜の所望の長さより短いため、複数の支持体を接合しなければならない。
中空糸膜の製造工程においては、通過工程中に中空糸膜の外径に近く、パイプのように閉じた形状の通過部がある。このため、中空糸膜製造用支持体同士を結ぶなどして作られた連続体を使用すると、接合部の外径が他の部分より大きくなるため、中空糸膜を連続走行させながら工程を通過させることが困難となる。
中空糸膜製造用支持体同士を接合する方法としては、例えば、公知のスプライサを用いる方法が知られている。しかし、スプライサを用いた接合方法では、熟練した技術を要するため、中空糸膜製造用支持体同士を適切に接合することが困難であり、これらが適切に接合されなかった場合には、接合強度不足や接合部の大径化などの不具合が生じる。その結果、中空糸膜製造用支持体の接合部分が環状ノズルの中心孔に詰まったり、引っ掛かり、製造工程の安定性を低下させることになる。
ところで、中実の紐体の接合方法については、これまでに様々な方法が提案されている。例えば、特許文献４には、プラスチック製丸紐を平行に重ね合わすか撚り合わせ、一定間隔で部分的に加熱加圧することによって、熱融着部と非熱融着部を交互に形成して紐体を接合する方法が提案されている。
しかしながら、特許文献４に記載の接合方法を、中空糸膜製造用支持体のような中空状物に適用した場合、熱融着部は２本の中空状物を合わせた大きさよりもわずかに小さくなる程度である上に、非熱融着部は２本の中空状物を合わせた大きさとなる。したがって、特許文献４に記載の接合方法では、接合後の側面に段差が形成され、得られた連続体を、環状ノズルの中心孔等、外径が規制された部分に通した際には、詰まりや、引っ掛かかりが発生し、中空糸膜の製造安定性が低下する。
しかしながら、特許文献４に記載の接合方法を、中空糸膜製造用支持体のような中空状物に適用した場合、熱融着部は２本の中空状物を合わせた大きさよりもわずかに小さくなる程度である上に、非熱融着部は２本の中空状物を合わせた大きさとなる。したがって、特許文献４に記載の接合方法では、接合後の側面に段差が形成され、得られた連続体を、環状ノズルの中心孔等、外径が規制された部分に通した際には、詰まりや、引っ掛かかりが発生し、中空糸膜の製造安定性が低下する。
また、伸縮紐体を絡めて編んだ後、編目を折り返して重ね合わせ、超音波振動あるいは加熱により融着する方法が提案されている（特許文献５参照）。しかしながら、特許文献５における融着は、２本の紐体を接合して１本の連続体を得るものではない。また、融着の対象物は中実の紐体であるから、接合後の側面のいずれかの部分に段差が形成される。
一方、中空状物の中空部に芯材を挿入し、芯材と中空状物を超音波融着させる方法が提案されている（特許文献６参照）。しかしながら特許文献6における接合方法においては、所望の接合強度を得るために端部の各々を接合する必要があることから、接合部が長くなる。これに加えて芯材を中空部に挿入することから、接合部における中空状物の柔軟性が低下する。こうした接合部の柔軟性低下は、中空状物を連続して走行させる際、走行方向の変更等に使用される、回転ガイドや固定ガイド走行時に、ガイドへの追従性が低下し、中空状物の安定走行に支障をきたすことになる。特に接合長が長くなるほど、その影響が大きいことが懸念される。また、芯材が別に必要となり、コスト及び操作性の面での負荷が増加することも考えられる。
本発明の目的は、中空糸膜製造法支持体に代表される中空状物の接合部分の接合強度不足及び大径化などの不具合を防止でき、柔軟性を大きく損ねることなく、中空糸膜製造や加工時における工程安定性の低下が防止された、中空状連続体の製造方法を提供することである。
本発明の要旨は、一対の中空状物を、その端部同士が互いの外周面で接触するように配置、もしくはそれぞれの端部が１つの接続用部材に前記端部の外周面で接触するように配置した後、その端部全体を圧縮変形させた後接合する中空状連続体の製造方法にある。
本発明の中空状連続体の製造方法によれば、中空状物の接合部分の接合強度不足及び大径化などの不具合を防止でき、柔軟性を大きく損ねることなく中空糸膜製造や加工時における工程安定性の低下が防止された中空状連続体を製造できる。
本願発明でいう中空状物とは、長手方向に沿って連続した空間部を有する物であり、内部が中空状となった繊維や、中実のモノフィラメントまたはマルチフィラメントを内部が中空状となるよう織り、または編んだもの、スポンジのような連続あるいは不連続な空隙部を有する多孔質体などがあり、更に具体的には、中空繊維、中空組紐、中空編紐、中空糸膜等が挙げられる。
中空部の形状は特に限定されないが、略円形状のものが好ましい。中空状物の外径は特に限定されないが、０．５〜５ｍｍが好ましい。また、その内径は、０．２〜４ｍｍが好ましい。なお、前記内径は、中空状物の中空部の体積が、中空状物の外径から求めた中空状物の体積の容１０〜９０％、好ましくは２０〜８０％となるように決められることが好ましい。
中空部の形状は特に限定されないが、略円形状のものが好ましい。中空状物の外径は特に限定されないが、０．５〜５ｍｍが好ましい。また、その内径は、０．２〜４ｍｍが好ましい。なお、前記内径は、中空状物の中空部の体積が、中空状物の外径から求めた中空状物の体積の容１０〜９０％、好ましくは２０〜８０％となるように決められることが好ましい。
中空状物の材質は、特に限定されないが、融着が可能であるものが好ましい。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、セルロースアセテート、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を組み合わせてもよい。
一対の中空状物は同一の素材からなっていてもよいし、異なっていてもよく、またこれら複数の組み合わせでも良い。
一対の中空状物は同一の素材からなっていてもよいし、異なっていてもよく、またこれら複数の組み合わせでも良い。
本発明においては、一対の中空状物を、その端部同士が互いに接触するように、もしくはそれぞれの端部が１つの接続用部材にその外周面で接触するように配置する。
一対の中空状物を、その端部同士が互いに接触するように配置する場合、接触部分の糸長方向における接触部分の長さは、所望の接合強度や接合後の柔軟性に応じて適宜決められるが、得られた中空状連続体を繰返し使用した際の安定性等を考慮すると、（糸長方向における接触部分の長さＡ（ｍｍ））／（一対の中空状物のそれぞれの外径のうち、いずれか大きい方の外径（ｍｍ））の比が１以上であることが好ましい。この比が３０を超えると、接合の際に中空状物を変形させる際に要する力が大きくなり、接合のための装置が大型化する傾向にある。
更に、中空状物が接合された部分は、他の部分に比べ剛直化し易く、中空状連続体をガイドなどに沿わせて走行させた場合、接合部がガイド表面から浮き上がり、中空状物がガイドから外れてしまう恐れがある。
従って、後に接合部分の長さに該当することになる接触部分の長さＡは、５ｍｍ〜1５0ｍｍ、更に好ましくは５mm〜１００mm、もっとも好ましくは１０mm〜４０mmの範囲が好ましい。接触部分の長さを前述した範囲とし、この部分を接合することで、高い接合強度が得られ、柔軟性にもすぐれた中空状連続体を得ることができる。
さらに、中空状物同士を接触させるに際しては、側面に段差のない中空状連続体を容易に製造できることから、各中空状物の端部の軸心が、鉛直方向に沿った同一直線上となるように接触させることが好ましい。
一対の中空状物を、その端部同士が互いに接触するように配置する場合、接触部分の糸長方向における接触部分の長さは、所望の接合強度や接合後の柔軟性に応じて適宜決められるが、得られた中空状連続体を繰返し使用した際の安定性等を考慮すると、（糸長方向における接触部分の長さＡ（ｍｍ））／（一対の中空状物のそれぞれの外径のうち、いずれか大きい方の外径（ｍｍ））の比が１以上であることが好ましい。この比が３０を超えると、接合の際に中空状物を変形させる際に要する力が大きくなり、接合のための装置が大型化する傾向にある。
更に、中空状物が接合された部分は、他の部分に比べ剛直化し易く、中空状連続体をガイドなどに沿わせて走行させた場合、接合部がガイド表面から浮き上がり、中空状物がガイドから外れてしまう恐れがある。
従って、後に接合部分の長さに該当することになる接触部分の長さＡは、５ｍｍ〜1５0ｍｍ、更に好ましくは５mm〜１００mm、もっとも好ましくは１０mm〜４０mmの範囲が好ましい。接触部分の長さを前述した範囲とし、この部分を接合することで、高い接合強度が得られ、柔軟性にもすぐれた中空状連続体を得ることができる。
さらに、中空状物同士を接触させるに際しては、側面に段差のない中空状連続体を容易に製造できることから、各中空状物の端部の軸心が、鉛直方向に沿った同一直線上となるように接触させることが好ましい。
以下、一対の中空状物を、それぞれの端部が１つの接続用部材にその外周面で接触するように配置する場合について説明する。
接続用部材としては、中空状物同士を接合するための部材であり、中空状物と容易に接合することができ、中空糸膜製造工程や加工工程を安定して通過させるのに必要な接合強度、柔軟性を維持できるものが好ましく、具体的には、繊維束、中空又は中実の組紐、中空又は中実の組紐、繊維編織物の帯状物、多孔質棒状物、多孔質帯状物などが挙げられる。また接合部を圧縮変形させ接合する際、側面に段差のない中空状連続体を得る上で、接続用部材として圧縮変形時の体積減少率が大きい物が好ましく、そのような接続用部材としては、中空繊維束、中空組紐、中空編紐、中空糸膜、中空状多孔質物、中空状ネット、チューブ等が挙げられる。
接続用部材としては、熱的特性、対薬品性などの面から、接合する中空状物と同一の素材、からなるものを使用することが好ましい。
接続用部材は、一対の中空状物のそれぞれの端部とその外周面で接触するように配置される。
この場合、接触部が接続部となることから、効果的に接続するためには、接触面を大きく取り、隙間が極力生じないよう密着させるのが好ましい。
接続用部材としては、中空状物同士を接合するための部材であり、中空状物と容易に接合することができ、中空糸膜製造工程や加工工程を安定して通過させるのに必要な接合強度、柔軟性を維持できるものが好ましく、具体的には、繊維束、中空又は中実の組紐、中空又は中実の組紐、繊維編織物の帯状物、多孔質棒状物、多孔質帯状物などが挙げられる。また接合部を圧縮変形させ接合する際、側面に段差のない中空状連続体を得る上で、接続用部材として圧縮変形時の体積減少率が大きい物が好ましく、そのような接続用部材としては、中空繊維束、中空組紐、中空編紐、中空糸膜、中空状多孔質物、中空状ネット、チューブ等が挙げられる。
接続用部材としては、熱的特性、対薬品性などの面から、接合する中空状物と同一の素材、からなるものを使用することが好ましい。
接続用部材は、一対の中空状物のそれぞれの端部とその外周面で接触するように配置される。
この場合、接触部が接続部となることから、効果的に接続するためには、接触面を大きく取り、隙間が極力生じないよう密着させるのが好ましい。
本発明においては、一対の中空状物を、その端部同士が互いに接触するように、もしくはそれぞれの端部が１つの接続用部材にその外周面で接触するように配置した後、その端部を圧縮変形させる。
圧縮変形させる方法としては、特に限定されないが、例えば、重り、エアーシリンダ等により一定荷重を付与する方法をあげることができる。特にエアーシリンダーを用いた場合、供給エアー圧の増減により付与する荷重を変更でき、さらに供給エアーのシリンダー供給方向をバルブなどで反転させ荷重付与、除去を簡便に行うことができる。
圧縮変形させる方法としては、特に限定されないが、例えば、重り、エアーシリンダ等により一定荷重を付与する方法をあげることができる。特にエアーシリンダーを用いた場合、供給エアー圧の増減により付与する荷重を変更でき、さらに供給エアーのシリンダー供給方向をバルブなどで反転させ荷重付与、除去を簡便に行うことができる。
本発明においては、中空状物の端部を圧縮変形させた後、中空状物同士若しくは中空状物と接合用部材の接合を行う。
接合を行う方法としては、接着剤により接合する方法、融着により接合する方法が挙げられる。
接着剤により接合を行う場合、その方法は特に限定されないが、例えば、中空状物同士若しくは中空状物と接合用部材の接続面に、適量の接着剤を塗布した後接続ジグに挿入、圧縮変形させたまま接着剤を硬化させ、所望の形状に接合する方法等が挙げられる。使用する接着剤としては、溶媒蒸発型、ホットメルト型、反応硬化型等が挙げられる。また、接続時間、柔軟性、接続強度等、所望の条件に応じ接着剤を適宜選定すればよい。また、接合に使用する接着剤量としては、接合部を圧縮変形させた際、中空状物同士若しくは中空状物と接合用部材の接合面に接着剤が十分浸透し、接合面から外部に多量に流出し、接続ジグに付着しない程度の量を、中空状物若しくは接合用部材の空隙率に応じて選択することが好ましい。また、接続ジグ内面には接着剤が付着硬化した場合、接着部と接続ジグが容易に分離できるように剥離性表面処理、例えばフッ素系樹脂コーティングを行っておくと良い。
融着により接合を行う場合、その方法は特に限定されないが、例えば、加熱した接続ジグを直接中空状物と接触させながら圧縮変形させて所望の形状に融着し接合する方法や、あらかじめ非加熱の接続ジグによって圧縮変形させた後、加熱した接続ジグに接触させて融着し接合する方法等が挙げられる。その際の加熱温度は、例えばポリエチレンテレフタレートを融着させる場合、融点近傍の温度である２５０℃から２８０℃程度が好ましい。また、本発明でいう融着とは、一対の中空状物の端部同士を重ね合わせた部分の一部又は全部が溶融した状態をいう。また、接続ジグ内面には、融着時に溶融した中空状物同士若しくは接合用部材が付着し冷却固化した場合に備えて、接着部と接続ジグが容易に分離できるように剥離性表面処理を、融着温度が高い場合には耐熱剥離性表面処理を施しておくことが好ましい。
融着により接合を行う場合、融着状態で加熱した接続ジグ等を離すと融着物の形状が固定されないため、一旦接続ジグを冷却する必要があるが、超音波による融着では融着を行う超音波ホーンや接続ジグ等が非加熱であり、且つ短時間処理が可能であることから、超音波による融着を行うことが最も好ましい。また超音波融着の場合は接続ジグの温度が上がらないため、接続ジグ内面の剥離性表面処理は通常のフッ素系樹脂コーティングを用いることができる。
接合を行う方法としては、接着剤により接合する方法、融着により接合する方法が挙げられる。
接着剤により接合を行う場合、その方法は特に限定されないが、例えば、中空状物同士若しくは中空状物と接合用部材の接続面に、適量の接着剤を塗布した後接続ジグに挿入、圧縮変形させたまま接着剤を硬化させ、所望の形状に接合する方法等が挙げられる。使用する接着剤としては、溶媒蒸発型、ホットメルト型、反応硬化型等が挙げられる。また、接続時間、柔軟性、接続強度等、所望の条件に応じ接着剤を適宜選定すればよい。また、接合に使用する接着剤量としては、接合部を圧縮変形させた際、中空状物同士若しくは中空状物と接合用部材の接合面に接着剤が十分浸透し、接合面から外部に多量に流出し、接続ジグに付着しない程度の量を、中空状物若しくは接合用部材の空隙率に応じて選択することが好ましい。また、接続ジグ内面には接着剤が付着硬化した場合、接着部と接続ジグが容易に分離できるように剥離性表面処理、例えばフッ素系樹脂コーティングを行っておくと良い。
融着により接合を行う場合、その方法は特に限定されないが、例えば、加熱した接続ジグを直接中空状物と接触させながら圧縮変形させて所望の形状に融着し接合する方法や、あらかじめ非加熱の接続ジグによって圧縮変形させた後、加熱した接続ジグに接触させて融着し接合する方法等が挙げられる。その際の加熱温度は、例えばポリエチレンテレフタレートを融着させる場合、融点近傍の温度である２５０℃から２８０℃程度が好ましい。また、本発明でいう融着とは、一対の中空状物の端部同士を重ね合わせた部分の一部又は全部が溶融した状態をいう。また、接続ジグ内面には、融着時に溶融した中空状物同士若しくは接合用部材が付着し冷却固化した場合に備えて、接着部と接続ジグが容易に分離できるように剥離性表面処理を、融着温度が高い場合には耐熱剥離性表面処理を施しておくことが好ましい。
融着により接合を行う場合、融着状態で加熱した接続ジグ等を離すと融着物の形状が固定されないため、一旦接続ジグを冷却する必要があるが、超音波による融着では融着を行う超音波ホーンや接続ジグ等が非加熱であり、且つ短時間処理が可能であることから、超音波による融着を行うことが最も好ましい。また超音波融着の場合は接続ジグの温度が上がらないため、接続ジグ内面の剥離性表面処理は通常のフッ素系樹脂コーティングを用いることができる。
以下、超音波融着を行う場合の製造例について具体的に説明する。
本製造例においては、隣接した一対の中空状物の端部の全体を、前記端部同士が互いに重なり合うように圧縮変形させるために、図１および図２に示すような、超音波ホーン１と接続ジグ２とを備えた接続装置を用いる。
本製造例の超音波ホーン１は、下面１ａが中空状物３ａ及び３ｂに接触する面になっており、下面から中空状物３ａ，３ｂに超音波を伝達させるものである。
本製造例の接続ジグ２は、矩形状のプレートであって、プレートの一辺からその辺に対向する辺に向かって直線的に溝２ａが形成され、その溝２ａの深さが、一対の中空状物３ａ，３ｂを重ねて収納可能になっているものである。
上記の超音波ホーン１と接続ジグ２を用いた融着では、図３に示すように、接続ジグ２の溝２ａに中空状物の端部３ｃ，３ｄを各々挿入し、次いで、図４に示すように、溝２ａに超音波ホーン１の先端を挿入して端部３ｃ，３ｄを溝２ａの底部に押圧して、端部３ｃ，３ｄ同士が重なり合うように隣接した中空状物３ａ，３ｂの端部３ｃ，３ｄを圧縮変形させる。そして、その圧縮変形状態を維持したまま、超音波ホーン１から隣接した中空状物３ａ，３ｂの端部３ｃ，３ｄに超音波を伝達させて融着する。
上記超音波ホーン１を用いて中空状物３ａ，３ｂ同士を融着する場合には、中空状物３ａ，３ｂの接触部に摩擦による局所発熱が生じて被接合部分が熱変形、融着したり、表面の酸化被膜が消失して界面が活性化し分子間結合するため、中空状物３ａ，３ｂの繊維間や多孔質部等に水等の液体が存在するウェットな状態でも、液体は融着界面から蒸発や移動し、融着が可能となる。
本製造例においては、隣接した一対の中空状物の端部の全体を、前記端部同士が互いに重なり合うように圧縮変形させるために、図１および図２に示すような、超音波ホーン１と接続ジグ２とを備えた接続装置を用いる。
本製造例の超音波ホーン１は、下面１ａが中空状物３ａ及び３ｂに接触する面になっており、下面から中空状物３ａ，３ｂに超音波を伝達させるものである。
本製造例の接続ジグ２は、矩形状のプレートであって、プレートの一辺からその辺に対向する辺に向かって直線的に溝２ａが形成され、その溝２ａの深さが、一対の中空状物３ａ，３ｂを重ねて収納可能になっているものである。
上記の超音波ホーン１と接続ジグ２を用いた融着では、図３に示すように、接続ジグ２の溝２ａに中空状物の端部３ｃ，３ｄを各々挿入し、次いで、図４に示すように、溝２ａに超音波ホーン１の先端を挿入して端部３ｃ，３ｄを溝２ａの底部に押圧して、端部３ｃ，３ｄ同士が重なり合うように隣接した中空状物３ａ，３ｂの端部３ｃ，３ｄを圧縮変形させる。そして、その圧縮変形状態を維持したまま、超音波ホーン１から隣接した中空状物３ａ，３ｂの端部３ｃ，３ｄに超音波を伝達させて融着する。
上記超音波ホーン１を用いて中空状物３ａ，３ｂ同士を融着する場合には、中空状物３ａ，３ｂの接触部に摩擦による局所発熱が生じて被接合部分が熱変形、融着したり、表面の酸化被膜が消失して界面が活性化し分子間結合するため、中空状物３ａ，３ｂの繊維間や多孔質部等に水等の液体が存在するウェットな状態でも、液体は融着界面から蒸発や移動し、融着が可能となる。
この圧縮変形では、得られる中空状連続体の工程安定性がより高くなることから、圧縮変形後の、一対の中空状物の端部同士が重なり合った部分の、長さ方向に対する垂直な断面の形状（以下、断面形状という。）を、圧縮変形させる前の一方の中空状物の断面形状と略同一、すなわち略円形状にすることが好ましい。
圧縮変形後の、一対の中空状物の端部同士が重なり合った部分の断面形状を、圧縮変形させる前の一方の中空状物の断面形状と略同一にするためには、例えば、図１に示すように、超音波ホーン１として下面１ａに円弧状に凹んだ溝が形成されたものを用い、接続ジグ２としてＵ字状の溝２ａが形成されたものを用いる方法を採用できる。上記接続ジグ２の溝２ａに超音波ホーン１を挿入した際には、断面形状が略円形の空洞部を形成するようになる。
上記接続ジグ２および超音波ホーン１を用いた場合には、それらの間に微小な隙間が生じ、超音波融着後にバリ状のものが生じることがあるが、工程通過性が損なわなければ、バリ状のものが発生しても構わない。
圧縮変形後の、一対の中空状物の端部同士が重なり合った部分の断面形状を、圧縮変形させる前の一方の中空状物の断面形状と略同一にするためには、例えば、図１に示すように、超音波ホーン１として下面１ａに円弧状に凹んだ溝が形成されたものを用い、接続ジグ２としてＵ字状の溝２ａが形成されたものを用いる方法を採用できる。上記接続ジグ２の溝２ａに超音波ホーン１を挿入した際には、断面形状が略円形の空洞部を形成するようになる。
上記接続ジグ２および超音波ホーン１を用いた場合には、それらの間に微小な隙間が生じ、超音波融着後にバリ状のものが生じることがあるが、工程通過性が損なわなければ、バリ状のものが発生しても構わない。
上記超音波ホーン１と接続ジグ２を用いると、隣接した中空状物３ａ，３ｂの端部３ｃ，３ｄを一度に融着することができる。隣接した中空状物３ａ，３ｂの端部３ｃ，３ｄを一度に融着することにより、所望の接合強度をより容易に得ることができる。
中空状物の端部同士を圧縮変形させながら超音波融着処理する際の、中空状物を圧縮変形させるために付与する推力（面圧）および超音波発振時間は、超音波ホーンの種類、中空状物の種類、所望の接合強度および柔軟性に応じて適宜選択すればよい。
また超音波融着を行うための超音波ウェルダーにおける最大出力、発振周波数は、融着が可能であれば特に限定されることは無いが、最大出力は３０Ｗから２５００Ｗ、発振周波数は６０ｋＨｚから１５．１５ｋＨｚ程度の範囲となる市販のウェルダーを接合条件に応じ、適宜選定すればよい。
中空状物を圧縮変形させるために付与する推力（面圧）は、所望の推力が付与可能であればどのような方法を用いても良い。例えば、重りやバネ、人力による方法や空圧、油圧を用いる方法等が挙げられる。中でも、空圧を利用したエアーシリンダは、動力源が空気であり、市販のコンプレッサー等を用い、レギュレータを用いて所望の圧力に調整し、容易に供給可能である。エアーシリンダは、供給圧力を変えることにより、推力を容易に変更でき、種々の条件に対応可能であり、好適に使用される。この場合の推力は、エアーシリンダ径より求める断面積とエアーシリンダ供給圧力の積で、推力を求めることができる。
例えば、最大出力３００Ｗ、発振周波数２８．５ｋＨｚの超音波ウェルダーと直径３２ｍｍのエアーシリンダを使用し、外径２．５ｍｍ、内径１．２ｍｍ程度の中空状組紐（ポリエチレンテレフタレート，８３０ｄｔｅｘ−９６ｆｉｌ×１６打）同士を２．５〜３０ｍｍ程度並列させて接合する場合には、発振時間を０．４〜２秒程度、推力を５０〜４００Ｎ程度（エアーシリンダ供給圧力は０．０６ＭＰａ〜０．５１ＭＰａ程度）、とすることが好ましい。
また超音波融着を行うための超音波ウェルダーにおける最大出力、発振周波数は、融着が可能であれば特に限定されることは無いが、最大出力は３０Ｗから２５００Ｗ、発振周波数は６０ｋＨｚから１５．１５ｋＨｚ程度の範囲となる市販のウェルダーを接合条件に応じ、適宜選定すればよい。
中空状物を圧縮変形させるために付与する推力（面圧）は、所望の推力が付与可能であればどのような方法を用いても良い。例えば、重りやバネ、人力による方法や空圧、油圧を用いる方法等が挙げられる。中でも、空圧を利用したエアーシリンダは、動力源が空気であり、市販のコンプレッサー等を用い、レギュレータを用いて所望の圧力に調整し、容易に供給可能である。エアーシリンダは、供給圧力を変えることにより、推力を容易に変更でき、種々の条件に対応可能であり、好適に使用される。この場合の推力は、エアーシリンダ径より求める断面積とエアーシリンダ供給圧力の積で、推力を求めることができる。
例えば、最大出力３００Ｗ、発振周波数２８．５ｋＨｚの超音波ウェルダーと直径３２ｍｍのエアーシリンダを使用し、外径２．５ｍｍ、内径１．２ｍｍ程度の中空状組紐（ポリエチレンテレフタレート，８３０ｄｔｅｘ−９６ｆｉｌ×１６打）同士を２．５〜３０ｍｍ程度並列させて接合する場合には、発振時間を０．４〜２秒程度、推力を５０〜４００Ｎ程度（エアーシリンダ供給圧力は０．０６ＭＰａ〜０．５１ＭＰａ程度）、とすることが好ましい。
上記のように、本製造例の製造方法では、隣接した一対の中空状物の端部を部分的でなく全体を、前記端部同士が互いに重なり合うように圧縮変形させて融着するため、中空状物の接合部分の接合強度不足及び大径化などの不具合を防止でき、得られる中空状連続体の側面に段差が生じることを防止できる。これは、超音波融着処理により中空状物の空間部が圧縮され、減少あるいは消失するよう変形するためである。
したがって、得られる中空状連続体は一直線状になり、外径が規制された部分を通した際に詰まったり、引っ掛かったりしにくい。また、柔軟性を大きく損ねないことから、中空状物の走行が安定しており、中空糸膜製造や加工時における工程安定性の低下が防止されている。
また、上記製造例の中空状連続体の製造方法によれば、接合時間を短くできる上に、超音波ホーンや接続ジグ等の加熱が不要なため、これらに対する融着が防止されている。また、超音波融着するから、中空状物がドライ、ウェットの状態のいずれであっても同様の条件で接合できる。そのため、中空状連続体を効率的に製造できる。
したがって、得られる中空状連続体は一直線状になり、外径が規制された部分を通した際に詰まったり、引っ掛かったりしにくい。また、柔軟性を大きく損ねないことから、中空状物の走行が安定しており、中空糸膜製造や加工時における工程安定性の低下が防止されている。
また、上記製造例の中空状連続体の製造方法によれば、接合時間を短くできる上に、超音波ホーンや接続ジグ等の加熱が不要なため、これらに対する融着が防止されている。また、超音波融着するから、中空状物がドライ、ウェットの状態のいずれであっても同様の条件で接合できる。そのため、中空状連続体を効率的に製造できる。
上記の製造方法により得た中空状連続体は、中空糸膜を製造する際に使用する支持体として好適に使用できる。
支持体として中空状連続体を使用して中空糸膜を製造する具体的な方法としては、環状ノズルの中心孔から中空状連続体を送出させ、その中空状連続体の外周に、環状ノズルの外周から紡出させた製膜原液を塗布し、凝固させて、中空糸膜の連続体を形成し、これを切断する方法が挙げられる。
支持体として中空状連続体を使用して中空糸膜を製造する具体的な方法としては、環状ノズルの中心孔から中空状連続体を送出させ、その中空状連続体の外周に、環状ノズルの外周から紡出させた製膜原液を塗布し、凝固させて、中空糸膜の連続体を形成し、これを切断する方法が挙げられる。
また、圧縮変形後の、一対の中空状物の一端部同士が重なり合った部分の断面形状を略円形状にしたが、外径が規制された部分の通過性が損なわなければ、どのような形状（例えば、楕円形、三角形、四角形等）であってもよい。
さらに、本発明では、隣接した一対の中空状物の端部を複数に分けて融着し、最終的に全体を融着させてもよい。しかし、その場合には、融着部が熱収縮する一方で非融着部が膨張して、得られる中空状連続体の走行安定性を損ねることがある。また、先に融着処理した端部に後の融着処理が作用し、過溶融になるため、所望の接合強度が得られないことがある。これらのことから、上記実施形態例のように、隣接した一対の中空状物の端部の全体を一度に融着することが好ましい。
以下、実施例に基づいて本発明を更に詳しく説明する。
なお、中空状物の接合では、図１および図２に示すような、接続ジグ２と、超音波ホーン１を備える超音波ウェルダーとを用いた。
［接続ジグ］
Ｕ字状に凹んだ深さＣが６．１ｍｍの溝２ａが直線的に形成されたものを用いた。
［超音波ウェルダー］
精電舎電子工業株式会社製、ＳＯＮＯＰＥＴ ３０２Ｓ−Ｇ−Ｍ（最大出力３００Ｗ、発振周波数２８．５ｋＨｚ）を使用した。
超音波ホーン１としては、先端幅Ｅが２．２ｍｍ、長さＤが４０ｍｍで、押圧面である下面１ａに長さ方向に沿って円弧状に凹んだ溝が形成され、鉛直方向に上下動するものを用いた。また、超音波ホーン１は、その先端が接続ジグ２の溝２ａに進入可能なように設置した。
超音波ホーン１の上下動の動力には、低速度用エアシリンダを使用した。このエアシリンダには、減圧弁で圧力調整し、低速度用スピードコントローラで排気速度を調整した空気が供給されている。
超音波ホーン１の先端が接続ジグ２の溝２ａの底面の直前で停止するようにストッパーを設けて、超音波ホーン１の先端と接続ジグ２の溝２ａの底面との接触を防止した。
なお、中空状物の接合では、図１および図２に示すような、接続ジグ２と、超音波ホーン１を備える超音波ウェルダーとを用いた。
［接続ジグ］
Ｕ字状に凹んだ深さＣが６．１ｍｍの溝２ａが直線的に形成されたものを用いた。
［超音波ウェルダー］
精電舎電子工業株式会社製、ＳＯＮＯＰＥＴ ３０２Ｓ−Ｇ−Ｍ（最大出力３００Ｗ、発振周波数２８．５ｋＨｚ）を使用した。
超音波ホーン１としては、先端幅Ｅが２．２ｍｍ、長さＤが４０ｍｍで、押圧面である下面１ａに長さ方向に沿って円弧状に凹んだ溝が形成され、鉛直方向に上下動するものを用いた。また、超音波ホーン１は、その先端が接続ジグ２の溝２ａに進入可能なように設置した。
超音波ホーン１の上下動の動力には、低速度用エアシリンダを使用した。このエアシリンダには、減圧弁で圧力調整し、低速度用スピードコントローラで排気速度を調整した空気が供給されている。
超音波ホーン１の先端が接続ジグ２の溝２ａの底面の直前で停止するようにストッパーを設けて、超音波ホーン１の先端と接続ジグ２の溝２ａの底面との接触を防止した。
（実施例１〜１８）
表１〜３に示す組み合わせの中空状物（Ａ）３ａと中空状物（Ｂ）３ｂとを接合して中空状物の連続体を得た。
具体的には、接続ジグ２の溝２ａ内に中空状物（Ａ）３ａの端部３ｃを挿入し、次いで、中空状物（Ｂ）３ｂの端部３ｄを、表１〜３に示す並列長さＡで並列するよう挿入した。次いで、表１〜３に示す条件で、エアシリンダに空気を供給して超音波ホーン１を下降させ、中空状物（Ａ）３ａおよび中空状物（Ｂ）３ｂに推力（面圧）を掛けた。
そして、隣接した中空状物（Ａ）３ａおよび中空状物（Ｂ）３ｂの端部３ｃ，３ｄの全体を、端部３ｃ，３ｄ同士が互いに重なり合うように圧縮変形させ（図４参照）、その状態で超音波を発振させた。これにより、中空状物（Ａ）３ａと中空状物（Ｂ）３ｂとを超音波融着させて接合して、中空状連続体を得た。実施例１８では、実施例１６と同じ中空状物（Ａ）、（Ｂ）それぞれの端部より、水の供給可能なシリンジの針を中空部に差し込み、２００ＫＰａの加圧圧力で中空部に水を供給し、中空状物端部の外表面から水が出るまで供給して中空状物をウェット状態とした。
表１〜３に示す組み合わせの中空状物（Ａ）３ａと中空状物（Ｂ）３ｂとを接合して中空状物の連続体を得た。
具体的には、接続ジグ２の溝２ａ内に中空状物（Ａ）３ａの端部３ｃを挿入し、次いで、中空状物（Ｂ）３ｂの端部３ｄを、表１〜３に示す並列長さＡで並列するよう挿入した。次いで、表１〜３に示す条件で、エアシリンダに空気を供給して超音波ホーン１を下降させ、中空状物（Ａ）３ａおよび中空状物（Ｂ）３ｂに推力（面圧）を掛けた。
そして、隣接した中空状物（Ａ）３ａおよび中空状物（Ｂ）３ｂの端部３ｃ，３ｄの全体を、端部３ｃ，３ｄ同士が互いに重なり合うように圧縮変形させ（図４参照）、その状態で超音波を発振させた。これにより、中空状物（Ａ）３ａと中空状物（Ｂ）３ｂとを超音波融着させて接合して、中空状連続体を得た。実施例１８では、実施例１６と同じ中空状物（Ａ）、（Ｂ）それぞれの端部より、水の供給可能なシリンジの針を中空部に差し込み、２００ＫＰａの加圧圧力で中空部に水を供給し、中空状物端部の外表面から水が出るまで供給して中空状物をウェット状態とした。
得られた中空状連続体の接合部分の接合強度を、株式会社イマダ製デジタルフォースゲージ（ＺＰ−５００Ｎ）を用いて以下のように測定した。
まず、中空状連続体の両端にフックを掛けることが可能な輪を作り、一方の輪を、固定したフックに掛け、他方の輪をデジタルフォースゲージのフックに掛けた。次いで、デジタルフォースゲージの引張り移動方向が概ね鉛直方向か水平方向となるようにし、中空状連続体に引張り張力がかからない状態でデジタルフォースゲージの電源を投入し、表示値のゼロリセットを行った。そして、手動で引張り、ピークホールド機能を利用して破断荷重を測定した。破断荷重の測定は２回行い、その平均値を求めた。測定結果を表１〜３に示す。
まず、中空状連続体の両端にフックを掛けることが可能な輪を作り、一方の輪を、固定したフックに掛け、他方の輪をデジタルフォースゲージのフックに掛けた。次いで、デジタルフォースゲージの引張り移動方向が概ね鉛直方向か水平方向となるようにし、中空状連続体に引張り張力がかからない状態でデジタルフォースゲージの電源を投入し、表示値のゼロリセットを行った。そして、手動で引張り、ピークホールド機能を利用して破断荷重を測定した。破断荷重の測定は２回行い、その平均値を求めた。測定結果を表１〜３に示す。
実施例１〜１８のいずれにおいても、得られた中空状連続体の接合部分の破断荷重はいずれも充分に高かった。また、接合部分の断面形状は圧縮変形前の中空状物の断面形状とほぼ同様であった。そのため、実施例１〜１１で得られた中空状連続体を、環状ノズルの中心孔に通したところ、接合部分にて引っ掛かることがなく、円滑に通過した。また、実施例１２〜１８で得られた中空状連続体を中空糸膜製造工程に通したところ、実施例１〜１１と同様、接合部分にて引っ掛かることがなく、円滑に通過した。したがって、中空糸膜製造における工程安定性の低下が防止されていた。
また、実施例１６と実施例１８とを比較することにより、接合させる中空状物がドライ、ウェットのいずれであっても、充分な接合強度が発現することが判明した。
また、実施例１６と実施例１８とを比較することにより、接合させる中空状物がドライ、ウェットのいずれであっても、充分な接合強度が発現することが判明した。
本発明の製造方法は、中空状物の接合部分の接合強度不足及び大径化などの不具合が防止され、柔軟性を大きく損ねることなく中空糸膜製造や加工時における工程安定性の低下が防止された、中空状連続体の製造に有用である。
１ 超音波ホーン
１ａ 下面
２ 接続ジグ
２ａ 溝
３ａ，３ｂ 中空状物
３ｃ，３ｄ 端部
Ａ 並列長さ
Ｂ 溝の幅
Ｃ 溝の深さ
Ｄ 超音波ホーン長
Ｅ 超音波ホーン幅
ｄ１ 中空状物外径
ｄ２ 中空状物内径
１ａ 下面
２ 接続ジグ
２ａ 溝
３ａ，３ｂ 中空状物
３ｃ，３ｄ 端部
Ａ 並列長さ
Ｂ 溝の幅
Ｃ 溝の深さ
Ｄ 超音波ホーン長
Ｅ 超音波ホーン幅
ｄ１ 中空状物外径
ｄ２ 中空状物内径
Claims (7)
- 一対の中空状物を、その端部同士が互いの外周面で接触するように配置、もしくはそれぞれの端部が１つの接続用部材に前記端部の外周面で接触するように配置した後、その端部全体を圧縮変形させた後接合する中空状連続体の製造方法。
- 端部を融着により接合する請求項１記載の中空状連続体の製造方法。
- 端部を超音波融着により接合する請求項２記載の中空状連続体の製造方法。
- 接合した部分の糸長方向における長さが１５０ｍｍ以下である請求項１記載の中空状連続体の製造方法。
- 中空状物が組紐、編紐、中空糸膜から選ばれる何れか１種以上である請求項１記載の中空状連続体の製造方法。
- 接続用部材が中空状である請求項１記載の中空状連続体の製造方法。
- 接続用部材が中空状物と同じ素材からなる請求項６記載の中空状連続体の製造方法。
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