JP6741317B2 - Nanofiber manufacturing apparatus and nanofiber manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、簡易な構成により、品質の高いナノファイバーを提供することが可能なナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法に関する。 The present invention relates to a nanofiber manufacturing apparatus and a nanofiber manufacturing method capable of providing high-quality nanofibers with a simple configuration.
近年、ナノオーダーの径の繊維、所謂ナノファイバーの用途の拡大に伴い、需要が急速に高まっている。ナノファイバーはその用途の拡大に伴い、質が高く、用途に応じた特殊なものが要求されるようになった。また、ナノファイバーの製造には電界紡糸法やメルトブロー法等、種々の既知の方法が知られており、夫々の方法には利点及び欠点が存在する。 In recent years, with the expansion of applications of nano-order diameter fibers, so-called nanofibers, demand is rapidly increasing. With the expansion of its uses, nanofibers are required to have high quality and special ones according to the use. In addition, various known methods such as electrospinning method and melt blow method are known for producing nanofibers, and each method has advantages and disadvantages.
上記背景技術として特許文献1には、メルトブロー繊維に溶液吐出繊維を混入させた、複数種の繊維からなる不織布の製造方法が開示されている。具体的には、液吐出部から吐出する紡糸溶液を、ガス吐出部から噴き出すガスによって噴出させる溶液紡糸手段を用いて紡糸溶液を吐出して繊維化した溶液吐出繊維を、メルトブロー法によりノズルから吐出したメルトブロー繊維の繊維流の中に混入させるというものである。
As the background art described above,
また、非特許文献1には電界紡糸法によるナノファイバーの製造方法について開示している。同非特許文献1では、旧来では樹脂の膨潤に溶媒を必要とした電界紡糸法によるナノファイバーの製造に対し、溶媒を用いずに熱による膨潤を行うことで、溶媒を用いた際の引火・爆発を防ぐ構成等が開示されている。併せてメルトブロー法によるナノファイバー製造方法のデメリットについても詳述している。
Non-Patent
上述の非特許文献1内にも記載の通り、旧来のメルトブロー法によるナノファイバーの製造方法においてその繊維径を細くしようとするには、高温エアを高速で噴出する方法と、ポリマーの吐出を低く抑える方法が考えられるが、高温エアを高速で噴出した場合繊維径は細くなるものの繊維の長さが短く細切れ状となってしまい、その一方でポリマーの吐出を低く抑えた場合は単位時間当たりの生産量が著しく落ちてしまい、何れの場合においても品質の良いナノファイバーの大量生産は困難であった。これに対し、電界紡糸法では生産性は向上するものの、装置が複雑化し、引火・爆発の対策が必要となり製造コストが高くなってしまっていた。
As described in Non-Patent
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、メルトブロー方式のナノファイバー製造方法において、良質なナノファイバーを大量に供給することができ、さらに引火や爆発の要因を排除して安全性を向上させたナノファイバー製造方法及びナノファイバー製造装置を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, in the melt-blown method of manufacturing nanofibers, it is possible to supply a large amount of good quality nanofibers, further safety by eliminating the factors of ignition and explosion An object of the present invention is to provide an improved nanofiber manufacturing method and nanofiber manufacturing apparatus.
本発明の溶解原料を用いたナノファイバー製造装置は、
所定の溶剤に対して固形の原料或いは液状の原料を所定濃度となるように予め溶解させた溶解原料をヘッド部から吐出させて当該溶解原料からナノファイバーを形成するためのナノファイバー製造装置であって、
前記溶解原料に所定圧力をかけて押し出す機能を有する溶剤貯蔵器を備えており、前記ヘッド部には溶剤供給用ホースとガス噴射部が接続されており、前記ヘッド部には、ガス噴射部から供給されるガスの流路となるガス流路とガス噴射口が設けられ、
また、同様にヘッド部には溶解原料の流路である樹脂流路が設けられ、当該樹脂流路は樹脂吐出手段に接続されており、
前記樹脂吐出手段の構成は、溶解原料の吐出口たる樹脂吐出針と、樹脂吐出針取付部からなっており、
また、ヘッド部には樹脂吐出手段保持板部が設けられ、これに樹脂吐出針の吐出角を自在に調整可能に取り付けられていることを特徴とする。
Nanofiber manufacturing apparatus using the dissolution raw material of the present invention,
A nanofiber manufacturing apparatus for forming a nanofiber from a dissolved raw material by ejecting a dissolved raw material in which a solid raw material or a liquid raw material is dissolved in advance in a predetermined solvent to a predetermined concentration from a head portion hand,
The dissolution raw material is provided with a solvent reservoir having a function of pushing out a predetermined pressure, the solvent supply hose and the gas injection unit are connected to the head unit, the head unit, from the gas injection unit A gas flow path and a gas injection port that are the flow paths of the supplied gas are provided,
Further, similarly, the head portion is provided with a resin flow passage which is a flow passage for the dissolution raw material, and the resin flow passage is connected to a resin discharge means,
The structure of the resin discharge means is composed of a resin discharge needle that is a discharge port for the molten raw material, and a resin discharge needle mounting portion,
In addition, the head portion is provided with a resin ejection means holding plate portion, and the resin ejection means holding plate portion is attached to the head portion so that the ejection angle of the resin ejection needle can be freely adjusted.
本発明のナノファイバー製造方法は、高圧ガス噴出手段の噴出口から噴出する高圧ガス流に対して、複数の液状性原料吐出手段の吐出口から液状性原料を吐出してナノファイバーを製造するナノファイバー製造方法であって、前記液状性原料吐出手段の吐出口は、前記高圧ガス噴出手段の噴出口の位置を基準として、所定の後退距離aだけ後退して配置されており、さらに、前記複数の液状性原料吐出手段の吐出口から吐出した吐出原料は、前記高圧ガス噴出手段の噴出口から所定の後退距離bだけ後退した位置で交差するように配置されており、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流を中心にして、複数配置された前記液状性原料吐出手段から液状性原料が吐出される際に、前記液状性原料吐出手段から前記高圧ガス流に対する液状性原料の吐出角度を調整することを特徴とする。 The method for producing nanofibers according to the present invention is a nanofiber for producing nanofibers by discharging liquid raw materials from the discharge ports of a plurality of liquid raw material discharge units with respect to a high pressure gas flow discharged from the discharge ports of the high pressure gas discharge unit. In the fiber manufacturing method, the discharge port of the liquid raw material discharge unit is arranged so as to be retracted by a predetermined retreat distance a with respect to the position of the jet port of the high-pressure gas jetting unit. The discharge raw material discharged from the discharge port of the liquid raw material discharge means is arranged so as to intersect at a position retracted by a predetermined receding distance b from the discharge port of the high pressure gas discharge means. When the liquid raw material is discharged from the plural liquid raw material discharging means arranged around the jetted high pressure gas flow, the discharge angle of the liquid raw material from the liquid raw material discharging means to the high pressure gas flow is set. It is characterized by adjusting.
本発明によれば、より径が細く品質の高いナノファイバーを安全に製造することができる。また、ナノファイバーを製造するに当たり、高電圧を用いた装置を用いることがなく、メルトブロー方式によるデメリットであるとされていた単位時間当たりの生産量を樹脂吐出手段を複数設けることで補うことができる。 According to the present invention, nanofibers having a smaller diameter and high quality can be safely produced. Further, in manufacturing the nanofibers, it is possible to supplement the production amount per unit time, which was considered to be a disadvantage of the melt-blowing method, by providing a plurality of resin discharging means without using an apparatus using a high voltage. ..
本発明のナノファイバー製造装置は、高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流に対して液状性原料を吐出する液状性原料吐出手段を備えるナノファイバー製造装置であって、当該液状性原料吐出手段は、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流を中心にして複数配置されている。 The nanofiber manufacturing apparatus of the present invention is a nanofiber manufacturing apparatus provided with a liquid material discharge means for discharging a liquid material to a high-pressure gas stream jetted from a high-pressure gas jet means, wherein the liquid raw material discharge means is A plurality of high-pressure gas streams ejected from the high-pressure gas ejection means are arranged at the center.
また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記液状性原料吐出手段は、原料を溶融して押し出す押出し手段を備えている。 Further, in the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention, the liquid raw material discharging means includes an extruding means for melting and extruding the raw material.
また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記液状性原料吐出手段は、溶解原料を供給する手段を備えている。 Further, in the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention, the liquid raw material discharge means includes means for supplying a melting raw material.
また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記高圧ガス噴出手段には高圧かつ高温のガスを供給するためのガス供給手段が設けられ、前記高圧ガス噴出手段から高温のガスを高圧で噴出する。 Further, in the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention, the high-pressure gas jetting means is provided with gas supply means for supplying high-pressure and high-temperature gas, and the high-pressure gas jetting means jets high-temperature gas at high pressure.
また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流に対する前記液状性原料吐出手段の設置角度を調整することが可能な角度調整手段を備えている。 Further, the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention is provided with an angle adjusting means capable of adjusting an installation angle of the liquid raw material discharge means with respect to the high pressure gas flow ejected from the high pressure gas ejecting means.
また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記液状性原料吐出手段は、少なくとも2個以上が前記高圧ガス噴出手段に対して対称に配置されている。 Further, in the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention, at least two liquid raw material discharge means are arranged symmetrically with respect to the high pressure gas jetting means.
また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記液状性原料吐出手段は、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流の周囲に等間隔で配置されている。 Further, in the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention, the liquid raw material discharge means is arranged at equal intervals around the high pressure gas flow ejected from the high pressure gas ejection means.
また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流は、ナノファイバー製造装置の設置面に対して垂直方向に設置されている。 Further, in the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention, the high-pressure gas flow jetted from the high-pressure gas jetting unit is installed in a direction perpendicular to the installation surface of the nanofiber manufacturing apparatus.
本発明のナノファイバー製造方法は、高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流に対して液状性原料吐出手段から液状性原料を吐出してナノファイバーを製造するナノファイバー製造方法であって、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流を中心にして、複数配置された前記液状性原料吐出手段から液状性原料が吐出される際に、前記液状性原料吐出手段から前記高圧ガス流に対する液状性原料の吐出角度を調整する。 The nanofiber manufacturing method of the present invention is a nanofiber manufacturing method for manufacturing nanofibers by discharging a liquid raw material from a liquid raw material discharging means with respect to a high-pressure gas stream jetted from a high-pressure gas jetting means, A liquid raw material for the high-pressure gas flow from the liquid raw material discharge means when the liquid raw material is discharged from the plurality of liquid raw material discharge means arranged around the high-pressure gas flow jetted from the gas jetting means. Adjust the discharge angle of.
更に、本発明のナノファイバー製造方法は、原料が供給される加熱シリンダーと、該加熱シリンダーを加熱する加熱手段と、前記加熱シリンダー内で原料を押しだす押出装置と、を具備するナノファイバー製造装置を用いたナノファイバー製造方法であって、前記加熱シリンダーの端部は高圧のガスを噴射するガス噴出口を設け、該ガス噴出口の周囲には、前記加熱シリンダー内で溶融状態となった原料を吐出する複数の原料吐出手段を設け、前記加熱手段により前記加熱シリンダーを加熱して前記加熱シリンダーの内部に供給された原料を溶融又は原料の溶融状態を維持し、前記押出装置によって原料を前記原料吐出手段から吐出させ、前記ガス噴出口から噴射するガスによって気流を生成し、前記吐出原料を外周から噴出ガスの気流に載せることで伸長させてナノオーダー径の繊維に形成する。 Further, the nanofiber manufacturing method of the present invention comprises a heating cylinder to which a raw material is supplied, a heating means for heating the heating cylinder, and an extrusion device for pushing the raw material out of the heating cylinder. A method for producing nanofibers using the above, wherein the end of the heating cylinder is provided with a gas ejection port for injecting a high-pressure gas, and the raw material in a molten state in the heating cylinder is provided around the gas ejection port. A plurality of raw material discharging means for discharging the raw material are provided, and the heating cylinder is heated by the heating means to melt the raw material supplied to the inside of the heating cylinder or maintain the molten state of the raw material, and the raw material is discharged by the extruder. A gas is discharged from the raw material discharge means, and an air flow is generated by the gas injected from the gas ejection port, and the discharged raw material is placed on the air flow of the ejected gas from the outer periphery to be elongated and formed into a nano-order diameter fiber.
本発明を実施するための形態を以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、本実施形態において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。 Modes for carrying out the present invention will be described below. Of course, it is needless to say that the present invention can be easily applied to configurations other than those described in the present embodiment without departing from the spirit of the invention.
本発明は、高圧で噴出する流体(ガス状の流体が好ましい)に対して液状性原料を供給してナノファイバーを形成するものであるが、本願明細書において、特に組成を特定せずに「ガス」と称した場合には、あらゆる組成や分子構造からなる気体を包含するものである。また、本願明細書において「原料」とはナノファイバーを成形する際の全ての材料を意味するものであり、以下の実施例においては、「原料」として合成樹脂を用いた例を説明するが、これに限定されず、種々の組成材料を用いてもよい。また、本願明細書において「液状性原料」との用語は、原料の性状が液体であることを限定するものではなく、固形の原料を溶融して押出装置で押し出してナノファイバーを形成する実施例1に適用される「溶融原料」を含み、所定の溶剤に対して固形の原料或いは液状の原料を所定濃度となるように予め溶解しておき、それを適宜手段により送給して吐出口から吐出し或いは押し出してナノファイバーを形成する実施例2に適用される「溶解原料」を含むものである。つまり、本発明における「液状性原料」とは、「原料」を供給口(噴出口、吐出口)から供給(噴出、吐出)することが可能な程度の粘性を有した性状が必要なものであり、本発明においては、このような液状の性質をもった「原料」を「液状性原料」と称している。 The present invention forms a nanofiber by supplying a liquid raw material to a fluid (preferably a gaseous fluid) ejected at high pressure, but in the present specification, the composition is not particularly specified and The term "gas" includes a gas having any composition and molecular structure. Further, in the specification of the present application, the "raw material" means all materials at the time of molding the nanofibers, and in the following examples, an example using a synthetic resin as the "raw material" will be described. The composition is not limited to this, and various composition materials may be used. In addition, in the present specification, the term "liquid raw material" does not limit that the raw material is in a liquid state, and an example in which a solid raw material is melted and extruded by an extruder to form a nanofiber Including the "melting raw material" applied to No. 1, a solid raw material or a liquid raw material is dissolved in advance in a predetermined solvent so as to have a predetermined concentration, and it is fed by an appropriate means and discharged from the discharge port. It includes the "melting raw material" applied to Example 2 for forming nanofibers by discharging or extruding. That is, the "liquid raw material" in the present invention is required to have a property that the viscosity is such that the "raw material" can be supplied (jetted, discharged) from the supply port (jet port, discharge port). Therefore, in the present invention, the “raw material” having such a liquid property is referred to as a “liquid raw material”.
詳細は後述するが、本発明の実施例1及び実施例2として説明するナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法の共通した基本発明の概念は、図11に示すように、中心に高圧ガス噴出手段71を備え、高圧ガス噴出手段71から噴出された高圧ガス流90の周囲に複数の液状性原料を吐出する吐出手段73aを、その設置角度を可変にしている。つまり、高圧ガス流90に対する液状性原料の供給角度θを可変にしたものである。本発明の基本概念は、図11に示すように、液状性原料を吐出する吐出手段73aが高圧ガス流90の中心線91に対して供給角度θで配置されており、複数の吐出手段73aから吐出供給される吐出液状性原料は高圧ガス流90の中心線91に向けて配置されている。複数の吐出手段73aから吐出供給される吐出液状性原料は中心線91上で交差するように配置するのが好ましい。
Although the details will be described later, the concept of the basic invention common to the nanofiber manufacturing apparatus and the nanofiber manufacturing method described as the first and second embodiments of the present invention is, as shown in FIG. The discharge means 73a, which is provided with 71 and discharges a plurality of liquid raw materials around the high pressure gas flow 90 jetted from the high pressure gas jetting means 71, has a variable installation angle. That is, the supply angle θ of the liquid material with respect to the high pressure gas flow 90 is variable. As shown in FIG. 11, the basic concept of the present invention is that a discharge means 73a for discharging a liquid material is arranged at a supply angle θ with respect to a
図11において、各構成要件の配置状態は以上のとおりであり、位置関係は次のとおりである。これらを高圧ガスのガス噴出口71(開口ノズル)の位置を基準として、それよりも下流側に後退した位置関係で表現すれば、aは吐出手段73aの吐出口からの原料吐出口後退距離であり、bは吐出手段73aの吐出口からの吐出原料が交差する位置の後退距離であり、cは吐出手段73aの吐出口の開口径であり、dはガス噴出口離間距離である。
ここで、高圧ガス流90の中心線91に対して、液状性原料を吐出する吐出手段73aの供給角度はθで配置されており、
tanθ=d/(b−a) (1)
で表される原料供給正接角度θが 0°<θ<90°の範囲で調整可能に構成するものである。一例として、原料吐出口後退距離a=30mm、吐出口開口径=2mm、ガス噴出口離間距離d=7mm、噴出高圧ガスの圧力を約0.15MPaとした場合、θ=20°±10°が望ましい。
In FIG. 11, the arrangement state of each constituent element is as described above, and the positional relationship is as follows. If these are expressed by a positional relationship in which the high-pressure gas is ejected 71 (opening nozzle) as a reference and retracted to the downstream side thereof, a is the material ejection port retreat distance from the ejection port of the ejection means 73a. Yes, b is the retreat distance of the position where the discharge raw material from the discharge port of the discharge means 73a intersects, c is the opening diameter of the discharge port of the discharge means 73a, and d is the gas jet separation distance.
Here, with respect to the
tan θ=d/(b−a) (1)
The raw material supply tangent angle θ represented by is adjustable in the range of 0°<θ<90°. As an example, when the material discharge port retreat distance a=30 mm, the discharge port opening diameter=2 mm, the gas discharge port separation distance d=7 mm, and the pressure of the jetted high-pressure gas is about 0.15 MPa, θ=20°±10° desirable.
このように、原料供給正接角度θは、原料吐出口後退距離a、吐出原料交差位置後退距離b、ガス噴出口離間距離dによって決められるべきものであり、更に、高圧ガスの噴出口開口径c及び噴出高圧ガスの圧力及び温度との関係により決められるべきものである。 As described above, the raw material supply tangent angle θ should be determined by the raw material discharge outlet retreat distance a, the discharge raw material crossing position retreat distance b, the gas jet separation distance d, and the high pressure gas jet opening diameter c. And the relationship with the pressure and temperature of the jetted high-pressure gas.
本発明の実施例1のナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法においては、ホッパーに投入されるペレット状の原料(樹脂)をヒーターによって加熱された加熱シリンダー内に供給して溶融し、モーターにて回転するスクリューによって加熱シリンダーの前方に送出する。加熱シリンダーにはヘッド部が設けられており、高圧ガスをヘッド部の中心に形成されたガス噴出口から噴き出す。加熱シリンダーの先端まできた液状性溶融原料(溶融樹脂)は、ヘッド部の内部を経由してガス噴出手段の下流側に配置された複数本の極細管の液状性溶融原料(溶融樹脂)の供給手段(吐出手段)から供給(吐出)される。複数本の極細管の液状性溶融原料吐出手段は中心に配置されたガス噴出口の周囲に均等に配置される。これにより、液状性溶融原料吐出手段から吐出する溶融樹脂を延伸させ、ナノオーダー径の繊維を形成する。 In the nanofiber manufacturing apparatus and the nanofiber manufacturing method of Example 1 of the present invention, the pellet-shaped raw material (resin) to be fed into the hopper is fed into the heating cylinder heated by the heater to be melted, and then the motor is used. It is delivered in front of the heating cylinder by a rotating screw. The heating cylinder is provided with a head portion, and high-pressure gas is ejected from a gas ejection port formed at the center of the head portion. The liquid molten raw material (molten resin) that has reached the tip of the heating cylinder is supplied to the liquid molten raw material (molten resin) of a plurality of ultrafine tubes arranged downstream of the gas ejection means via the inside of the head part. It is supplied (discharged) from the means (discharge means). The liquid melted raw material discharge means of a plurality of ultrafine tubes are evenly arranged around the gas ejection port arranged at the center. As a result, the molten resin discharged from the liquid molten raw material discharging means is stretched to form fibers of nano-order diameter.
本発明の実施例2のナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法においては、高圧ガスを中心に形成されたガス噴出口から噴き出すように構成されており、それに対して液状性溶解原料吐出手段の下流側に配置された複数本の極細管の液状性溶解原料吐出手段から吐出される。 In the nanofiber manufacturing apparatus and the nanofiber manufacturing method of Example 2 of the present invention, the high-pressure gas is ejected from the gas ejection port formed mainly, and the downstream of the liquid soluble raw material ejection means It is discharged from the liquid-soluble-melting-material discharge means of a plurality of ultrafine tubes arranged on the side.
以下、本発明の実施例1におけるナノファイバー製造装置の全体構成について、図1〜図3に基づいて説明する。 Hereinafter, the overall configuration of the nanofiber manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
本発明の実施例1として図1に示すナノファイバー製造装置1は、ナノファイバーの素材となる樹脂(微細粒径の粒体状合成樹脂)をナノファイバー製造装置1へ投入するためのホッパー2と、ホッパー2から樹脂の供給を受けてこれを加熱溶融させるための加熱シリンダー3と、加熱シリンダーを外側から加熱する加熱手段としてのヒーター4と、加熱シリンダー3内にて回転可能に収容され、回転することで溶融樹脂を加熱シリンダー3の先端へ移動させるための押出装置としてのスクリュー5と、スクリュー5を連結部61(詳細は図示せず)を介して回転させる駆動手段としてのモーター6と、加熱シリンダー3の先端に設けられると共に、後述の溶融樹脂を周囲から吐出するための樹脂吐出手段を内部に具備し、中心部からガス状の熱風を噴射するガス噴出口71(開口ノズル)を備えた円筒状のヘッド部7とからなる。この円筒状ヘッド部7には、中心部から噴射ガスを噴射するために、ガス供給管としてのガス配管部8に連結されたパイプ81を介して高圧ガスが供給される。ガス配管部8にはヒーター等の図示しない加熱手段を設けており、ガス噴出口71(開口ノズル)から熱風を噴射するよう構成されている。尚、ヘッド部7と加熱シリンダー3とはOリングやドーナツ状のシート部材等のシール部9を介して接続されており、溶融樹脂が装置外に漏れ出さない構成を備えている。
As a first embodiment of the present invention, a
加熱シリンダー3外周に配された複数のヒーター4は、図示しない制御手段によって、夫々独立または一括して温度制御が可能に構成される。本実施例においては、図1に示すように4基のヒーター4を配したものとして示したが、これに限定せず、使用する樹脂の素材や性質、加熱シリンダー3の径や長さなどの諸条件に合わせて、設置数を変更したり、各ヒーターの大きさを変更したり、配置条件を適宜変更してもよい。
The plurality of
図2は本実施例のナノファイバー製造装置1の平面図であり、図3は正面図である。図4乃至図6は、ヘッド部7の構造を示す説明図である。
2 is a plan view of the
本発明の実施例としてのヘッド部7には、図3に示すように、加熱シリンダー3の外周からガス配管部8を介して高圧ガスが供給されるパイプ81が連結されている。パイプ81からの高圧ガスはヘッド部7の内部に導入されて中心部に形成されたガス噴出口71(開口ノズル:図3)から噴出される。このガス噴出口71の周囲には、樹脂吐出手段73が等間隔に複数配置されている。本実施例においては、樹脂吐出手段73は、樹脂吐出針73aと、この樹脂吐出針73aをヘッド部7に取り付ける構造を具備する樹脂吐出針取付部73bから構成されるものとする。
As shown in FIG. 3, a
図3に示すヘッド部7は、加熱シリンダー3の先端部をカバーする加熱シリンダーカバー部77と、樹脂吐出手段73を保持する手段としての樹脂吐出手段保持環部78とを備えている。樹脂吐出手段保持環部78は、加熱シリンダーカバー部77に対してボルト等の固着手段(符号なし)によって固着されている。
The
この樹脂吐出手段保持環部78により樹脂吐出手段73をガス噴出口71(開口ノズル)の周囲に複数配置する際には、複数の樹脂吐出手段73を等間隔、等距離(ガス噴出口からの距離a)、或いは等角度(吐出角度θ)に設けることで、均一な径と繊維長を持つナノファイバーの生産量を大幅に向上させることができる。
When a plurality of resin ejection means 73 are arranged around the gas ejection port 71 (opening nozzle) by the resin ejection means retaining
ここで、ガス噴出口71(開口ノズル)と周囲に配置された樹脂吐出手段73との配置関係を図11により説明する。ヘッド部7の中心部に配置されたガス噴出口71から噴出されるガス流90により噴出される。このガス流90に対して、周囲に複数個配置された樹脂吐出手段73が設けられており、樹脂吐出口としての樹脂吐出針73aからは、吐出角θにより噴出口71から噴出されるガス流90に向けて吐出される。樹脂吐出針73aの樹脂吐出口は、噴出口71から距離aだけ前方(噴出口71からのガス流90に沿っては下流側)に配置されている。複数の樹脂吐出針73aの各樹脂吐出口は、噴出口71から距離bだけ前方(噴出口71からのガス流90に沿っては下流側)に向けて吐出樹脂が交差するようにして吐出される。
Here, the positional relationship between the gas ejection port 71 (opening nozzle) and the resin ejection means 73 arranged around the
複数の樹脂吐出手段73の配置条件として、樹脂吐出手段73の個数、配置間隔、配置距離(ガス噴出口からの距離a)、配置角度(θ)を変更することにより、均一でない径或いは繊維長を持つナノファイバーを形成することもできる。従って製造するナノファイバーの用途に応じて適宜樹脂吐出手段73の配置間隔等の配置条件を選択・変更すればよい。 By varying the number of resin ejection means 73, the arrangement interval, the arrangement distance (distance a from the gas ejection port), and the arrangement angle (θ) as the arrangement conditions of the plurality of resin ejection means 73, a non-uniform diameter or fiber length is obtained. Nanofibers with can also be formed. Therefore, the arrangement conditions such as the arrangement interval of the resin ejection means 73 may be appropriately selected and changed according to the application of the nanofiber to be manufactured.
図4は、図3のヘッド部7のA−A線における断面図であり、図5(a),(b),(c)は、図4のヘッド部7の要部(B−B断面、C−C断面、D−D断面)における各断面図を示している。また、図6は、高圧ガスの流路A及び溶融樹脂の流路Bを示す説明図である。図4乃至図6に示すように、ヘッド部7の内部には樹脂吐出手段73に対応する6本の樹脂流路75(図中の矢印B)が等間隔に形成されている。樹脂吐出手段73は、樹脂流路75を介して加熱シリンダー3に接続されている。スクリュー5の回転により押圧された溶融樹脂は、図5(c)のD−D断面図が示す樹脂流路75へ流入し、C−C断面図が示す樹脂流路75を介して、B−B断面図が示す樹脂吐出針取付部73bの内部に流入し、樹脂吐出針73aから吐出される。またその際、図4に示すように、ガス流路72(図中の矢印A)は、樹脂流路75(図中の矢印B)に干渉しないようにヘッド部7の中央に形成されており、図5(b)のC−C断面図が示すように、任意の隣り合う樹脂流路75の間を通り、ヘッド部7の外側から内方に向けて方向を変えて形成されている。高圧ガスは、パイプ81を介してガス配管部8がガス流路72に接続されている。このように形成されたガス流路72を介して、ガス噴出口71(開口ノズル)からガス噴射部8によって供給される高圧且つ高温のガスが噴射される。このように、樹脂流路75とガス流路72は、ヘッド部7内において互いに干渉することが無いよう形成される。なお、図7(b)における符号79は、加熱シリンダーカバー部77に対してパイプ(ガス流路)81を取付ける際のネジ部79である。
4 is a cross-sectional view of the
樹脂吐出手段73のガス流路72に対する配置条件を調節するために、樹脂吐出手段73の保持調節手段74を設けている。しかし、樹脂吐出手段73の樹脂吐出針73aの樹脂吐出口の径は非常に細く、装置の振動や樹脂の圧力などのストレスに非常に影響を受け易く、前述の樹脂吐出手段73の配置条件が変化したり、ヘッド部7からの離脱が生じたりする場合もある。そこで、樹脂吐出口74の角度を調節変化させても樹脂吐出針73aにストレスがかからないようにし、樹脂吐出針73aがヘッド部7から離脱しないような構成にすることも必要となる。
In order to adjust the arrangement condition of the resin discharging means 73 with respect to the
図7(a)は、樹脂吐出手段73を樹脂吐出手段保持環部78に対して固定し、その取り付け角度を調整可能とするための樹脂吐出口支持部74による支持構造を示す説明図である。樹脂吐出手段73は、樹脂吐出針73aと樹脂吐出針取付部73bとからなり、樹脂吐出針取付部73bは、図示しない螺合、係合、ピンなどによる適宜な固定手段によってヘッド部7の樹脂吐出手段保持環部78に固定される。樹脂吐出針73aには、樹脂吐出口支持部74を設ける。この樹脂吐出口支持部74は、樹脂吐出針73aを周囲から把持するように樹脂吐出針把持部74aと、図7に示すように、ヘッド部7の外側から内部へと貫通して設けられた進退可能な調整杆74cを備えた調整手段74bとからなる。調整手段74bを作動させることで、調整杆74cを進退させて樹脂吐出針把持部74aがヘッド部7の径方向に向けて移動し、これによって樹脂吐出針73aを所望の位置・角度にて固定することができる。このような樹脂吐出口支持部74によって、樹脂吐出手段73は、吐出溶融樹脂を、ガス噴出口71からの噴出ガス流に対して所望の吐出角度にて吐出するように調整でき、その角度で確実に固定可能とされる。
FIG. 7A is an explanatory diagram showing a support structure by the resin discharge
この構成によれば、噴出ガス流に対する溶融樹脂の吐出角度の調整手段としては有用であり、樹脂吐出針73aは非常に細い管状をしており、その先端はナノファイバー製造装置1の稼動の際、モーター6やスクリュー5の駆動により大きく振動してしまう虞があるが、この樹脂吐出口支持部74はこの振動も効果的に抑止することができる。尚、本実施例の図2においては樹脂吐出手段73を6本とし、樹脂吐出口支持部74を併せて6基設けるものとして示したが、これに限定せず、使用する樹脂や生産量、製品の特性等の条件によってその数を適宜選択すればよい。
According to this configuration, it is useful as a means for adjusting the discharge angle of the molten resin with respect to the jetted gas flow, and the
図7(b)は、樹脂吐出手段73の角度調整機能の他の例を示している。この実施例においても、樹脂吐出口支持部74は、樹脂吐出針73aを周囲から把持するように樹脂吐出針把持部74dと、ヘッド部7の外側から内部へと貫通して設けられた進退可能な調整杆74eを備えた調整手段(図示なし)とからなる。この場合においても、調整手段を作動させることで、調整杆74eを進退させて樹脂吐出針把持部74dがヘッド部7の径方向に向けて移動し、これによって樹脂吐出針73aを所望の位置・角度にて固定することができる。その際に、樹脂吐出針取付部73cを球状または円筒状とし、この樹脂吐出針取付部73cが回転・回動自在となるような摺動面76をヘッド部7の樹脂吐出手段保持環部78に形成し、樹脂吐出針取付部73cを取り付けることで、樹脂吐出針73aの角度を容易に調整することができる。これにより、樹脂吐出針73aの脱落の心配もなく樹脂吐出手段73の角度調整が可能となる。
FIG. 7B shows another example of the angle adjusting function of the
なお、ガス噴出口71と樹脂吐出手段73は、図示される通り、ガス噴出口71が樹脂吐出手段73より下流側に後退した位置に配置するよう構成される。このように構成することで、ガス噴出口71から噴射されるガスの噴出ガス流の分布に沿って溶融樹脂が徐々に伸長されて、ナノオーダー径の繊維状となる。また、図示しない加温手段により、ガス噴射部8から熱風となってガスが噴射されることから、樹脂吐出手段73から吐出される樹脂は常温のガスが噴射される場合よりも、長くより繊維径の細いナノファイバーの製造を可能とする。
Note that the
上記のような構成のナノファイバー製造装置1の一連の動作について、説明する。ホッパー2に投入される原料(樹脂)が、加熱シリンダー3内でヒーター4によって加熱されることで溶融し、モーター6にて回動されるスクリューによって加熱シリンダー3の前方に送出される。加熱シリンダー3の先端まで到達した溶融樹脂は、ヘッド部7の内部に形成された6本の樹脂流路75を経由して6本の樹脂吐出針の原料吐出口から吐出される。吐出された溶融樹脂は、ガス噴射部8によって供給されてガス噴出口71から噴射された高圧・高温ガスによって生じる気流に乗って搬送される。この時、より速い高温ガスの気流とより遅い周囲に滞留する空気との速度の差により、溶融樹脂が延伸されてナノファイバーが形成される。
A series of operations of the
本発明の実施例1として微細粒径の粒体状合成樹脂を溶融し、原料として用いるナノファイバー製造装置を詳述したが、先に述べたとおり、ナノファイバーの液状性原料としてはこれに限定せず、所定の溶剤に対して固形の原料或いは液状の原料を所定濃度となるように予め溶解させた溶解原料を用いても良い。これも液状性原料である。図8乃至図10は、溶解原料からナノファイバーを形成するためのナノファイバー製造装置を示している。尚、実施例1と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 As Example 1 of the present invention, the nanofiber manufacturing apparatus which melts the granular synthetic resin having a fine particle diameter and is used as the raw material has been described in detail. However, as described above, the liquid raw material of the nanofiber is not limited to this. Instead, a dissolved raw material in which a solid raw material or a liquid raw material is dissolved in advance in a predetermined solvent to a predetermined concentration may be used. This is also a liquid material. 8 to 10 show a nanofiber manufacturing apparatus for forming nanofibers from a molten raw material. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
本発明の実施例2では、実施例1のホッパー2、スクリュー5、モーター6に替えて、溶解原料に所定圧力をかけて押し出す機能を有する溶剤貯蔵器5Aを用いる。所定圧力は高低差に起因する重力による圧力でも良い。ヘッド部7Aには溶剤供給用ホース3Aとガス噴射部8が接続される。図示は省略するが、ガスを噴出するための手段は、適宜ガス噴射部8内に配備するか高圧ガス供給部(図示なし)からガス噴射部8内に導入すればよい。ヘッド部7Aには図9に示すようにガス噴射部8から供給されるガスの流路となるガス流路72Aとガス噴射口71Aが設けられる。また、同様にヘッド部7Aには溶解原料の流路である樹脂流路75Aが設けられ、樹脂流路75Aは樹脂吐出手段73に接続する。樹脂吐出手段73の構成は、実施例1と同様に溶解原料の吐出口たる樹脂吐出針73aと、図8乃至図10に図示しない樹脂吐出針取付部からなる。また、ヘッド部7Aには樹脂吐出手段保持板部78Aが設けられ、これに、樹脂吐出針把持部74aと、ヘッド部7Aの外側から内部へと貫通して設けられた進退可能な調整杆74cを備えた調整手段74bとからなる樹脂吐出口支持部74を設置することで、実施例1と同様に樹脂吐出口支持部74によって樹脂吐出針73aの吐出角を自在に調整することが可能となる。
In Example 2 of the present invention, instead of the
実施例2におけるナノファイバー製造装置は、図10に示す通り、樹脂吐出手段73を2つ設置している。勿論、樹脂吐出手段73の配置は2つに限られるものではなく、ガス噴射口71Aの周囲に3つ以上の樹脂吐出手段73を設けても良い。その際には、均等に樹脂吐出手段73を設けるのが望ましい。また、図に示した実施例は横噴出型を示したが、ガス噴射口71Aからのガス流路72Aを垂直方向として垂直(上方から下方、或いは下方から上方)に噴出する変形例は当業者であれば容易に想到できるものである。
As shown in FIG. 10, the nanofiber manufacturing apparatus according to the second embodiment is provided with two
このように構成することで、実施例1の構成と比較して、溶剤に原料を溶かした溶解原料を用いることで、加熱シリンダーやモーター、スクリューといった複雑な装置を用いることなくナノファイバー製造装置を構成することが可能となるので、装置のサイズがコンパクトになり、省スペース化を図ることができる。また、装置がコンパクトに構成できることにより、ポータブルなナノファイバー製造装置を構成することも可能となる。このようなポータブルタイプのナノファイバー製造装置の場合は、ナノファイバーを付着させたい場所に向けてナノファイバーを吹き付けることでナノファイバーを形成することが可能となり、ナノファイバーの用途が広がる。 With such a configuration, compared with the configuration of Example 1, by using a dissolved raw material obtained by dissolving the raw material in a solvent, a nanofiber manufacturing apparatus can be provided without using a complicated apparatus such as a heating cylinder, a motor, or a screw. Since the device can be configured, the size of the device can be made compact and the space can be saved. Further, since the apparatus can be made compact, it becomes possible to construct a portable nanofiber manufacturing apparatus. In the case of such a portable type nanofiber manufacturing apparatus, it becomes possible to form the nanofiber by spraying the nanofiber toward the place where the nanofiber is to be attached, and the application of the nanofiber is expanded.
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例では溶融樹脂及びガス噴出口を水平方向に向けた横型のナノファイバー製造装置として示しているが、これに限定せず、下方に向けて構成した縦型のナノファイバー製造装置及び製造方法としても何ら問題ない。その方が重力による影響が有効に避けられる。また、押出装置をスクリュー5として説明したが、製造するナノファイバーが途切れることの対策が必要となるが、ダイカストのように溶液を順次供給してピストン等を用いた間欠的な押し出しによっても何ら問題ない。更に、ガス噴出口71をテーパー状に形成してノズル形状とし、圧力を高めるよう構成してもよい。更に、樹脂吐出針73aの角度調整のための構造について、2つの具体例を挙げて説明したが、例えば、蛇腹式の樹脂吐出手段等の角度調整が可能な構造であればどのような形態であってもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in the above embodiment, the molten resin and the gas ejection port are shown as a horizontal type nanofiber manufacturing apparatus oriented in the horizontal direction, but the present invention is not limited to this, and a vertical type nanofiber manufacturing apparatus configured to face downward and There is no problem as a manufacturing method. In that case, the influence of gravity can be effectively avoided. Moreover, although the
1 ナノファイバー製造装置
2 ホッパー
3 加熱シリンダー
4 ヒーター(加熱手段)
5 スクリュー(押出装置)
6 モーター(駆動手段)
7 ヘッド部
71 ガス噴出口
72 ガス流路
73 樹脂吐出手段
73a 樹脂吐出針(原料吐出口)
73b、73c 樹脂吐出針取付部
74 樹脂吐出口支持部
74a 樹脂吐出針把持部
74b 調整部
74c 調整杵
75 樹脂流路
76 ガス流路
77 加熱シリンダーカバー部
78 樹脂吐出手段保持環部
8 ガス噴射部(ガス噴射手段)
81 パイプ(ガス流路)
90 高圧ガス流
91 高圧ガス流の中心線
1
5 screw (extruder)
6 Motor (drive means)
7
73b, 73c Resin ejection
81 Pipe (gas flow path)
90 High-
Claims (1)
前記溶解原料に所定圧力をかけて押し出す機能を有する溶剤貯蔵器を備えており、前記ヘッド部には溶剤供給用ホースとガス噴射部が接続されており、前記ヘッド部には、ガス噴射部から供給されるガスの流路となるガス流路とガス噴射口が設けられ、The dissolution raw material is provided with a solvent reservoir having a function of pushing out a predetermined pressure, the solvent supply hose and the gas injection unit are connected to the head unit, the head unit, from the gas injection unit A gas flow path and a gas injection port that are the flow paths of the supplied gas are provided,
また、同様にヘッド部には溶解原料の流路である樹脂流路が設けられ、当該樹脂流路は樹脂吐出手段に接続されており、 Further, similarly, the head portion is provided with a resin flow passage which is a flow passage for the dissolution raw material, and the resin flow passage is connected to a resin discharge means,
前記樹脂吐出手段の構成は、溶解原料の吐出口たる樹脂吐出針と、樹脂吐出針取付部からなっており、The structure of the resin discharge means is composed of a resin discharge needle that is a discharge port for the molten raw material, and a resin discharge needle mounting portion,
また、ヘッド部には樹脂吐出手段保持板部が設けられ、これに樹脂吐出針の吐出角を自在に調整可能に取り付けられていることを特徴とした溶解原料を用いたナノファイバー製造装置。Further, a nanofiber manufacturing apparatus using a melting raw material, characterized in that a resin ejection means holding plate portion is provided in the head portion, and the resin ejection needle is attached to the holding plate portion so as to be freely adjustable.
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