(57)【要約】本システム及び方法は、外側波形、内側波形、又はその両方を有する繊維の製造に適用できる。これらの繊維は、例えば、中空糸膜モジュールに用いることができる。
2021512234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空繊維モジュールに用いられる繊維を製造するための機械であって：
基部とニードルとを備えるスピナレットであって、前記基部と前記ニードルは、軸を有するチャネルを少なくとも部分的に画成する、前記スピナレットと；
前記チャネル内に延在する少なくとも１つの突起部と；
前記少なくとも１つの突起部に接続されるモータであって、前記モータは、前記チャネルの前記軸に対して前記少なくとも１つの突起部を回転するように作動可能である、前記モータと；を備える、
中空繊維モジュールに用いられる繊維を製造するための機械。
【請求項２】
前記少なくとも１つの突起部は、前記基部を始端にして前記チャネル内に延在する、
請求項１に記載の機械。
【請求項３】
前記基部は、前記チャネルの前記軸に対して回転可能である、
請求項２に記載の機械。
【請求項４】
前記モータは、前記モータの作動によって前記基部が前記チャネルの前記軸に対して回転するように、前記基部に作動可能に結合される、
請求項３に記載の機械。
【請求項５】
前記突起部は、前記スピナレットから取り外し可能である、
請求項１に記載の機械。
【請求項６】
前記基部に取り外し可能に取り付けられたインサートを備え、
前記少なくとも１つの突起部は、前記インサートを始端にして前記チャネルに延在する、
請求項５に記載の機械。
【請求項７】
前記インサートは、前記基部に対して回転可能である、
請求項６に記載の機械。
【請求項８】
前記インサートを受容する大きさのキャップを更に備え、
前記キャップは、前記基部に対して回転可能である、
請求項６に記載の機械。
【請求項９】
前記モータは、前記モータの作動によって前記キャップが前記チャネルの前記軸に対して回転するように、前記キャップに作動可能に結合される、
請求項８に記載の機械。
【請求項１０】
前記チャネルは、第１のチャネルであり、
前記ニードルは、前記ニードルの内部に第２のチャネルを画成し、
前記第２のチャネルは、前記ニードルによって前記第１のチャネルから分離される、
請求項１に記載の機械。
【請求項１１】
前記モータに制御信号を送信するように動作可能な制御ユニットを備える、
請求項１に記載の機械。
【請求項１２】
繊維を製造するための機械であって： 
第１のチャネルを画成するスピナレットであって、前記スピナレットは、前記第１のチャネル内に延在する少なくとも１つの突起部を有する、前記スピナレットと；
前記少なくとも１つの突起部に接続されるモータであって、前記モータは、前記第１のチャネルの軸に対して前記少なくとも１つの突起部を回転させるように動作可能である、前記モータと；を備える、
繊維を製造するための機械。
【請求項１３】
前記スピナレットのニードルは、前記第１のチャネルと同心の第２のチャネルを画成する、
請求項１２に記載の機械。
【請求項１４】
前記突起部は、前記スピナレットから取り外し可能である、
請求項１２に記載の機械。
【請求項１５】
前記スピナレットの基部に取り外し可能に取り付けられたインサートを備え、
前記少なくとも１つの突起部は、前記インサートを始端にして前記第１のチャネル内に延在する、
請求項１４に記載の機械。
【請求項１６】
前記インサートは、前記基部に対して回転可能である、
請求項１５に記載の機械。
【請求項１７】
前記インサートを受容する大きさのキャップを更に備え、
前記キャップは、前記基部に対して回転可能である、
請求項１５に記載の機械。
【請求項１８】
前記モータは、前記モータの作動によって前記キャップが前記第１のチャネルの前記軸に対して回転するように、前記キャップに作動可能に結合される、
請求項１７に記載の機械。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの突起部は、前記スピナレットの基部を始端にして前記第１のチャネル内に延在する、
請求項１２に記載の機械。
【請求項２０】
前記基部は、前記第１のチャネルの前記軸に対して回転可能である、
請求項１９に記載の機械。
【請求項２１】
前記モータは、前記モータの作動によって前記基部が前記第１のチャネルの前記軸に対して回転するように、前記基部に作動可能に結合される、
請求項２０に記載の機械。
【請求項２２】
入口と出口とを有する基部を備える、
請求項１２に記載の機械。
【請求項２３】
前記突起部は、前記基部の前記出口の上流に配設される、
請求項２２に記載の機械。
【請求項２４】
前記突起部は、前記基部の前記出口の下流に配設される、
請求項２２に記載の機械。
【請求項２５】
波形を有する繊維を製造する方法であって：
スピナレットに少なくとも部分的に画成される第１のチャネルを通して第１の液体を流すステップと；
前記第１の液体が突起部を通過して流れるときに、前記スピナレットの前記第１のチャネル内に延在する、前記スピナレットの前記突起部を回転するステップと；
前記突起部の下流で繊維を形成するために前記第１の液体を凝固させるステップと；を備える、
波形を有する繊維を製造する方法。
【請求項２６】
前記第１のチャネルと同心の第２のチャネルを通して第２の液体を流すステップを更に備える、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記突起部を回転するステップは、前記突起部を、第１の方向に回転するステップを備える、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記突起部を回転するステップは、前記突起部を、前記第１の方向と反対の第２の方向に回転するステップを備える、
請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記突起部を回転するステップは、前記突起部の延在の始端である、前記スピナレットの基部を回転するステップを備える、
請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記突起部を回転するステップは、複数の突起部を回転するステップを備える、
請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記スピナレットの基部の下流のキャップ内に、前記突起部の延在の視点であるインサートを配置するステップを更に備える、
請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記突起部を回転するステップは、前記インサートを回転するステップを備える、
請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
この出願は、２０１８年１月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／６２４，３１１号、及び、２０１８年４月２４日に出願された米国特許出願第１５／９６１，４６７号の優先権を主張し、その開示は、その全体において、参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜（ＨＦＭ）は、中空繊維の形態をとる半透過性バリアを含む人工膜の１つの分類である。当初、１９６０年代に逆浸透を利用する用途向けに開発された中空糸膜は、以来、気体分離、蒸気透過、水処理、脱塩、細胞培養、医学、再生医学に広く普及するようになった。市販の中空糸膜のほとんどは、様々な液体分離及び気体分離に使えるモジュール又はカートリッジに詰められている。
【０００３】
一般的に、ＨＦＭは人工ポリマを使って製造される。それにともなう特有な製造方法は、使われるポリマの種類とその分子量に大きく依存する。ＨＦＭの製造は一般に「紡糸」と呼ばれ、芯液（ボア流体）が通って押し出されるニードルと、ポリマ溶液が通って押し出される環状体とを有する「スピナレット（紡糸口金）」と呼ばれる装置を用いて実行される。ポリマはスピナレットの環状体を通して押し出され、中空円筒形状を保つ。ポリマはスピナレットを出て、相転移として知られるプロセスを経て凝固して膜になる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、スピナレットを用いて繊維を製造するための機械及び方法について述べる。繊維は、スピナレットを通ってポリマが押し出され、ポリマがスピナレットから押し出された後に凝固することによって、製造される。これらのシステム及び方法によって、外側波形を有する様々な中実繊維、並びに、外側波形、内側波形、又は、外側及び内側の両波形を有する中空繊維を製造できる。これらのシステム及び方法を、例えば、乾湿式紡糸、湿式紡糸、及び溶融紡糸を含む相転換紡糸プロセスに用いることができる。
【０００５】
これらのシステム及び方法によって製造される波形（corrugation、ひだ、畝、しわ等）のパターン（形状）を有ずる繊維は、ＨＦＭモジュールのスペーサとして用いられ、モジュール内の供給液及び／又は透過液の流れの混合を改良することによって濃度分極を低減し、スペーサの粗面でファウリング（付着物）を低減し、モジュール内のデッドスペース又は偏流を低減する。こうした効果により、これらの繊維を組み込んだＨＦＭモジュールの効率を大幅に高めることができる。
【０００６】
波形を有する繊維は、中実繊維（中実糸とも呼ばれる）又は中空繊維（中空糸とも呼ばれる）として製造できる。波形を有する中空繊維は、ＨＦＭモジュール内のスペーサとして機能する一方、実際の分離にも関与する。対照的に、波形を有する中実繊維は、実際の分離には直接関与せず、中空繊維束の外側における物質移動係数を最大化するために、混合をより良好に且つ濃度分極を最小化するスペーサとして機能する。
【０００７】
一の態様において、中空繊維モジュールに用いる繊維を製造するための機械は：基部とニードルとを有するスピナレットであって、基部とニードルは、軸を有するチャネルを少なくとも部分的に画成する、前記スピナレットと；チャネル内へ延在する少なくとも１つの突起部と；少なくとも１つの突起部に接続されるモータであって、チャネルの軸に対して少なくとも１つの突起部を回転するように作動可能である、前記モータと；を含む。
【０００８】
一の態様において、繊維を製造するための機械は：第１のチャネルを画成するスピナレットであって、スピナレットは、第１のチャネル内へ延在する少なくとも１つの突起部を有する、前記スピナレットと；少なくとも１つの突起部に接続されるモータであって、チャネルの軸に対して少なくとも１つの突起部を回転するように作動可能である、前記モータと；を含む。
【０００９】
これらの機械の実施の形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００１０】
実施の形態によっては、少なくとも１つの突起部は、基部を始端にしてチャネル内に延在する。場合によっては、基部はチャネルの軸を中心に回転可能である。場合によっては、モータは、モータの作動によって基部をチャネルの軸を中心に回転するよう、基部へ作動可能に結合される。
【００１１】
実施の形態によっては、突起部はスピナレットから取り外し可能である。場合によっては、機械は、基部へ取り外し可能に取り付けられるインサートを含み、少なくとも１つの突起部は、インサートを始端にしてチャネル内へ延在する。場合によっては、インサートは基部に対して回転可能である。
【００１２】
実施の形態によっては、機械は、インサートを受容できる大きさのキャップを含み、キャップは基部に対して回転可能である。場合によっては、モータは、モータの作動によってキャップをチャネルの軸に対して回転するように、キャップへ作動可能に結合される。
【００１３】
実施の形態によっては、チャネルは第１のチャネルであり、ニードルは、ニードルの内側に第２のチャネルを画成し、第２のチャネルは、ニードルによって第１のチャネルから分離される。
【００１４】
実施の形態によっては、機械は、制御信号をモータへ送信するように作動可能な制御ユニットを含む。
【００１５】
実施の形態によっては、スピナレットのニードルは、第１のチャネルと同心の第２のチャネルを画成する。場合によっては、機械は、基部へ取り外し可能に取り付けられるインサートを含み、少なくとも１つの突起部はインサートを始端にしてチャネル内に延在する。
【００１６】
実施の形態によっては、機械は、入口及び出口を有する基部を含む。場合によっては、突起部は基部の出口の上流に配設される。場合によっては、突起部は基部の出口の下流に配設される。
【００１７】
一の態様において、波形を有する繊維を製造する方法は：スピナレットに少なくとも部分的に画成される第１のチャネルを通して第１の液体を流すステップと；液体が突起部を通過するときに、スピナレットのチャネル内に延在するスピナレットの突起部を回転するステップと；突起部の下流で繊維を形成するために液体を凝固させるステップと；を含む。
【００１８】
これらの機械の実施の形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００１９】
実施の形態によっては、方法は、第１のチャネルと同心の第２のチャネルを通して第２の液体を流すステップを含む。
【００２０】
実施の形態によっては、突起部を回転するステップは、突起部を第１の方向へ回転するステップを含む。場合によっては、突起部を回転するステップは、第１の方向と反対の第２の方向へ突起部を回転するステップを含む。
【００２１】
実施の形態によっては、突起部を回転するステップは、突起部の延在の始端である、スピナレットの基部を回転するステップを含む。
【００２２】
実施の形態によっては、突起部を回転するステップは、複数の突起部を回転するステップを含む。
【００２３】
実施の形態によっては、方法は：スピナレットの基部の下流のキャップ内へ、突起部の延在の始端であるインサートを配置するステップを含む。場合によっては、突起部を回転するステップは、インサートを回転するステップを含む。
【００２４】
一の態様において、中空繊維モジュールで用いられるスペーサ繊維を製造するための機械は：入口と出口との間に延在する第１のチャネルを画成するスピナレットと；チャネル内に延在する第１のブレードとを含み、第１のブレードは、ブレードの延在の始端であるチャネルの壁に対して鋭角を成すように設定される表面を有する。
【００２５】
一の態様において、繊維を製造するための機械は：入口と出口との間に延在する第１のチャネルを画成するスピナレットを含み、スピナレットは、ブレードの延在の始端であるチャネルの壁に対して鋭角を成す表面を有する、チャネル内に設定された少なくとも１つのブレードを有する。
【００２６】
これらの機械の実施の形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００２７】
実施の形態によっては、スピナレットは：基部と、基部に挿入されるニードルとを含む。場合によっては、第１のブレードは、スピナレットの基部に配設される。場合によっては、ブレードの延在の始端であるチャネルの壁に対して鋭角を成すように設定された表面を有する第２のブレードを含み、第２のブレードは、スピナレットのニードルに配設される。
【００２８】
実施の形態によっては、第１のブレードは、スピナレットのニードルに配設される。
【００２９】
実施の形態によっては、第１のブレードは、複数の第１のブレードの１つである。場合によっては、複数の第１のブレードは、第１のチャネルの周囲に等間隔に配設される。場合によっては、複数の第１のブレードは、スピナレットの基部に配設される。場合によっては、機械は、スピナレットのニードルに配設される複数の第２のブレードを含む。
【００３０】
実施の形態によっては、鋭角は、３０度と８５度との間である。
【００３１】
実施の形態によっては、第１のブレードの厚さは、チャネルの幅の１０％と５０％との間である。
【００３２】
実施の形態によっては、少なくとも１つのブレードは、スピナレットの基部に配設される複数の第１のブレードを含む。場合によっては、少なくとも１つのブレードは、スピナレットのニードルに配設される複数の第２のブレードを含む。場合によっては、複数の第１のブレードは、チャネル周りに等間隔で配設される。
【００３３】
実施の形態によっては、少なくとも１つのブレードは、スピナレットのニードルに配設される複数のブレードを含む。
【００３４】
一の態様において、繊維を製造する方法は：スピナレットに画成されたチャネルを通して液体を流すステップと；ブレードの延在の始端であるチャネルの壁に対してブレードの表面が鋭角を成すようにチャネル内に設定される少なくとも１つのブレードを用いて、液体の流れを撹乱するステップと；チャネルの出口の下流で繊維を形成するために液体を凝固させるステップと；を含む。
【００３５】
これらの方法の実施の形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。
【００３６】
実施の形態によっては、スピナレットに画成されたチャネルを通して液体を流すステップは、スピナレットに画成された環状チャネルを通して液体を流すステップを含む。場合によっては、少なくとも１つのブレードは、環状チャネルを画成する外壁を始端としてチャネル内に延在する少なくとも１つのブレードである。場合によっては、少なくとも１つのブレードは、環状チャネルを画成する内壁を始端としてチャネル内に延在する少なくとも１つのブレードである。
【００３７】
実施の形態によっては、少なくとも１つのブレードの延在の始端であるチャネルの壁に対して鋭角を成す表面を有するチャネル内に設定された少なくとも１つのブレードを用いて液体の流れを撹乱するステップは、チャネルの軸を中心とする液体の回転を誘発する。
【００３８】
これらのシステム及び方法の１つ又は複数の実施の形態の詳細について、添付の図面及び以下の説明で述べる。これらのシステム及び方法の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、スピナレットを用いて繊維を製造する際に用いる機械を示す。
【００４０】
【図２】図２は、図１に示す機械のスピナレットの出口部分の断面図である。
【００４１】
【図３】図３は、図１に示す機械のスピナレットの出口部分の平面図である。
【００４２】
【図４】図４は、繊維を製造する方法を示す。
【００４３】
【図５Ａ】図５Ａは、一定値の信号を受信するモータを有するスピナレットシステムによって製造される中実繊維の例を示す。
【００４４】
【図５Ｂ】図５Ｂは、正弦波信号を受信するモータを有するスピナレットシステムによって製造される中実繊維の例を示す。
【００４５】
【図５Ｃ】図５Ｃは、一定信号を受信するモータを有するスピナレットシステムによって製造される中空繊維の例を示す。
【００４６】
【図５Ｄ】図５Ｄは、正弦波信号を受信するモータを有するスピナレットシステムによって製造される中空繊維の例を示す。
【００４７】
【図６】図６は、スピナレットを用いて繊維を製造する際に用いる機械を示す。
【００４８】
【図７】図７は、図６に示す機械のスピナレットの出口部分の断面図である。
【００４９】
【図８】図８は、図６に示す機械のスピナレットの出口部分の平面図である。
【００５０】
【図９】図９は、スピナレットを用いて繊維を製造する際に用いる機械を示す。
【００５１】
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９に示す機械で用いることができるスピナレットの出口部分の概略図である。
【００５２】
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａに示すスピナレットのスピナレット基部の出口部分の斜視図である。
【００５３】
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図１０Ｂに示すスピナレット基部の出口部分の内面の一部の概略側面図である。図１０Ｃは、ブレードの向きを示すため、円形の内面を展開した平面状の側面図として表示されている。
【００５４】
【図１１】図１１は、スピナレットの終端部で切断した、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃに示すスピナレットの出口部分の断面図である。
【００５５】
【図１２】図１２は、繊維を製造する方法を示す。
【００５６】
【図１３Ａ】図１３Ａは、スピナレットの基部にブレードを有するスピナレットによって製造される中実繊維の例を示す。
【００５７】
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃに示すスピナレットを用いて、図９に示す機械によって製造された中空繊維の例を示す。
【００５８】
【図１４】図１４は、図９に示す機械で用いることができるスピナレットの出口部分の概略図である。
【００５９】
【図１５】図１５は、図１４に示す機械のスピナレットの出口部分の概略平面図である。
【００６０】
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１４に示すスピナレットを用いて、図９に示す機械により製造された中空繊維の例を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１４に示すスピナレットを用いて、図９に示す機械により製造された中空繊維の例を示す。
【００６１】
【図１７】図１７は、図９に示す機械で用いることができるスピナレットの出口部分の概略図である。
【００６２】
【図１８】図１８は、図１７に示す機械のスピナレットの出口部分の概略平面図である。
【００６３】
【図１９Ａ】図１９Ａは、図１７に示すスピナレットを用いて、図９に示す機械によって製造された中空繊維の例を示す。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１７に示すスピナレットを用いて、図９に示す機械によって製造された中空繊維の例を示す。
【００６４】
様々な図面に共通する同様の符号は、同様の要素であることを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本開示は、スピナレットを用いて繊維を製造するための機械及び方法に関する。繊維は、スピナレットを通ってポリマが押し出され、ポリマがスピナレットから押し出された後に凝固することによって、製造される。これらのシステム及び方法によって、外側波形を有する様々な中実繊維、並びに、外側波形、内側波形、又は、外側及び内側の両波形を有する中空繊維を製造できる。
【００６６】
これらのシステム及び方法によっては、ポリマが収容されているチャネル内に延在する突起部を回転することによって波形を形成する。これらのシステム及び方法によっては、ポリマが収容されているチャネル内に延在する、角度付きブレードを用いることによって波形を形成する。
【００６７】
図１は、スピナレット１０２を用いて繊維を製造する際に用いる機械１００を示す。スピナレット１０２は、基部１０４とニードル１０６とを含む。接続ギヤ１０８は、モータ１１０及び基部１０４に結合され、モータ１１０の作動により接続ギヤ１０８を介して基部１０４が回転する。基部１０４とニードル１０６は取り外し可能に結合されているが、互いに対して回転できる。例えば、基部１０４とニードル１０６は、液体が結合部で漏れ出すのを防ぐために、ねじ結合されてもよい。
【００６８】
制御ユニット１１１は、機械１００を制御するように作動できる。制御ユニット１１１は、モータ１１０へ信号を送信する。制御ユニット１１１が送信する信号によってモータ１１０はスイッチオンする、第１の方向に回転する、第２の方向に回転する、回転を停止する、又は、スイッチオフすることができる。スピナレット１０２は、外側入口１１２、中央入口１１４、及び出口１１６を有する。外側入口１１２及び中央入口１１４は、出口１１６に流体連通しているが、出口１１６での流体連通を除けば、互いに流体連通していない。
【００６９】
図２及び図３は、機械１００のスピナレット１０２の出口部分を示す。基部１０４とニードル１０６は、少なくとも部分的に第１のチャネル１１８を画成する。第１のチャネル１１８は、軸１２０を有する環状チャネルである。基部１０４は、第１のチャネル１１８の外壁１２２を提供し、ニードル１０６は、第１のチャネル１１８の内壁１２４を提供する。第１のチャネル１１８は、外側入口１１２及び出口１１６と流体連通している。ニードル１０６は、その内側に第２のチャネル１２６を画成する。第２のチャネル１２６は、スピナレット１０２の中央入口１１４及び出口１１６と流体連通している。ニードル１０６は、第２のチャネル１２６を第１のチャネル１１８から分離する。
【００７０】
スピナレット１０２は、第１のチャネル１１８内に延在する突起部１２８を有する。機械１００では、４つの突起部１２８が第１のチャネル１１８内に延在する。機械によっては、より多くの突起部（例えば６つの突起部、又は８つの突起部）を有する。機械によっては、より少ない突起部（例えば３つの突起部、２つの突起部、又は１つの突起部）を有する。機械１００では、突起部１２８は、基部１０４を始端にして第１のチャネル１１８内を内方に延在する。本開示で後述するように、機械によっては、基部１０４を始端にして延在する突起部に代えて、又は、加えて、ニードル１０６を始端にして延在する突起部を有する。突起部１２８は、出口１１６に配置される。
【００７１】
図１を参照して説明したように、モータ１１０の作動によって、接続ギヤ１０８と、基部１０４と、基部１０４を始端にして第１のチャネル１１８内に延在する突起部１２８とが回転する。図２及び図３の矢印１３０は、基部１０４の回転を示す。矢印１３０は、基部の単一方向の回転を示す。前述したように、モータ１１０を逆回転して、基部１０４を反対方向に回転することができる。突起部１２８は第１のチャネル１１８内に延在し、基部１０４及び突起部１２８が回転する間、第１の液体の流れを少なくとも部分的に撹乱する。
【００７２】
制御ユニット１１１（図１参照）は、モータ１１０の回転数（又は回転スピード）及び回転方向を制御するように作動可能である。制御ユニット１１１は、モータ１１０に取り付けた受信装置へ多種多様な信号を送信できる。例えば、制御ユニット１１１によって送信される信号は、一定であっても（一定回転の生成）、正弦波であっても（交互回転の生成）、矩形波（回転の始動／停止の生成）であってもよい。先に検討したように、モータ１１０は、ギヤ１０８によってスピナレット１０２に作動可能に接続される。機械１００において、モータ１１０の回転により接続ギヤ１０８が回転し、それによって基部１０４及び突起部１２８が回転する。
【００７３】
図４は、例えば機械１００を用いて繊維を製造する方法１５０を示す。方法１５０について、図１から図３に示す機械１００及びその構成要素を参照して説明する。方法１５０は、スピナレット１０２のチャネルを通して液体を流すステップ（ステップ１５２）と、スピナレット１０２の突起部１２８を回転するステップ（ステップ１５４）と、突起部１２８の下流で繊維を形成するために液体を凝固させるステップ（ステップ１５６）とを含む。
【００７４】
作動時に、機械１００は、第１のチャネル１１８を通して第１の液体（例えばポリマ溶液）を流し、第２のチャネル１２６を通して第２の液体（例えば芯液）を流す。２つの液体が出口１１６を通過する場合に、ポリマがスピナレット１０２を出るときに溶媒が存在するゆえに、ポリマは中空円筒形状を保つ。
【００７５】
ポリマが第１のチャネル１１８を通って矢印１５８方向に流れると、モータ１１０の作動により、基部１０４と、基部１０４から第１のチャネル１１８内に延在する突起部１２８とが回転する。突起部１２８と基部は、第１の液体の外面に波形を形成する。第１の液体が出口１１６を出るとき、第１の液体は凝固して外面に波形を有する繊維になる。
【００７６】
機械１００を用いて、第２のチャネル１２６を通して芯液を流さずに、第１のチャネル１１８を通してポリマを押し出すことによって中実繊維を形成することができる。芯液が無いと、ポリマは液体の流れの中央を満たし、中実繊維として凝固する。凝固した繊維の表面は第１の液体の表面からの波形を保ち、外面に波形を有する中実繊維が生成される。
【００７７】
制御ユニット１１１は、モータ１１０へ信号を送信することによってモータ１１０を制御するように作動できる。制御ユニット１１１は、様々な信号を送信できる。信号は、モータ１１０をスイッチオンする、第１の方向に回転を始める、回転を停止する、第２の方向に回転を始める、又は、スイッチオフするように作用してもよい。加えて、信号は、モータ１１０の回転数にも作用することができる。
【００７８】
図５Ａから図５Ｄは、機械１００を用いて形成される繊維の例を示す。図５Ａは、制御ユニット１１１が一定信号を送信し、モータ１１０が、基部１０４と突起部１２８とを一定回転数で一方向に回転させるときに形成される繊維１６０を示す。この作動モードは、一定のピッチと高さを有する螺旋状又はコイル状の波形を繊維１６０に提供する。図５Ｂは、制御ユニット１１１が正弦波信号を送り、モータ１１０を正回転及び逆回転に交互に作動し、基部１０４と突起部１２８とを第１の方向に回転し、次いで反対の第２の方向に回転するときに形成される繊維１６２を示す。この作動モードは、繊維１６２の外面へ千鳥状（ジグザク）波形を提供する。図５Ｃ及び図５Ｄは、それぞれ、螺旋状波形を有する中空繊維１６４及び千鳥状波形を有する中空繊維１６６を示す。
【００７９】
図６、図７及び図８は、スピナレット２０２を用いて繊維を製造する際に用いる機械２００を示す。機械２００は機械１００と概ね同様であるが、スピナレット２０２の基部１０４を回転するのではなく、スピナレット２０２の下側に取り付けたインサート２１０を回転する。機械２００は、インサート２１０を受容するインサートホルダ２１２を含む。機械２００の接続ギヤ１０８は、機械１００の接続ギヤ１０８のようにモータ１１０及び基部１０４に結合されるのではなく、モータ１１０及びインサートホルダ２１２に結合される。インサートホルダ２１２は、基部１０４に対して自由に回転し得るように、基部１０４に結合される。インサートホルダ２１２とインサート２１０は、インサートホルダ２１２を回転するとインサート２１０も回転するように結合される。制御ユニット１１１を用いてモータ１１０を作動すると、接続ギヤ１０８とインサートホルダ２１２とを介してインサート２１０が回転する。
【００８０】
スピナレット２０２は、スピナレット１０２と概ね同様であり、図１から図３を参照して説明する基部１０４とニードル１０６とを含む。しかし、スピナレット２０２は、スピナレット１０２の一部である突起部１２８を含まない従来のスピナレットである。
【００８１】
スピナレット２０２の基部１０４とニードル１０６とは、図１から図３を参照して説明する第１のチャネル１１８と第２のチャネル１２６を画成する。第１のチャネル１１８と第２のチャネル１２６は、スピナレット２０２の出口１１６で合流する。インサート２１０は、インサート２１０を通って延在する中央チャネル２１４を画成する。インサート２１０は、中央チャネル２１４が出口１１６と整列して、インサート２１０の中央のチャネル２１４とスピナレット２０２の出口１１６とが流体連通するように、基部１０４へ取り外し可能に取り付けられる。
【００８２】
インサートは、インサートの中央チャネル内に延在する少なくとも１つの突起部を有する。インサート２１０は、中央チャネル２１４内に延在する４つの突起部１２８を有する。インサートによっては、他の数の突起部（例えば１つの突起部、２つの突起部、３つの突起部、５つの突起部、又は6つの突起部）を有する。矢印２１６は、インサート２１０及びインサートホルダ２１２が回転する第１の方向を示す。作動時に、モータ１１０は、第１の方向とは反対の第２の方向にも回転できる。
【００８３】
機械２００は、図４を参照して説明する方法４００を実行するために用いることができる。機械２００及び機械１００（図１参照）は同様に作動して、（すなわち、スピナレット１０２、２０２内のチャネルを通して第１及び第２の液体を流すことによって）中実繊維又は中空繊維を製造する。しかし、モータ１１０は、基部１０４を回転させるのではなく、インサート２１０及び連動する突起部１２８を回転するように作動する。
【００８４】
システム及び方法によっては、樹脂用チャネル内に延在する固定ブレードを用いて、製造される繊維に波形を形成する。これらのシステムはブレードを回転するのではなく、内部にブレードが延在するチャネルの軸に対してある角度に設定されたブレードを用い、ポリマに波形を形成しながら、押し出されるポリマの回転を誘発する。ブレードは、スピナレットの基部、スピナレットのニードル、又は、スピナレットの基部とニードルの両方を始端として、樹脂又は他の液体を運ぶためのチャネル内に延在することができる。
【００８５】
図９は、スピナレット３０２を含んで、スペーサ繊維を製造するための機械３００を示す。スピナレット３０２は、基部１０４とニードル１０６とを含む。
【００８６】
図１０Ａから図１０Ｃ及び図１１は、スピナレット３０２の出口１１６付近のスピナレット３０２の一部を示す。スピナレット３０２は、図１から図３を参照して説明するスピナレット１０２と概ね同様である。しかし、スピナレット３０２が有するのは、回転する突起部ではなく、機械３００によって製造される繊維の表面に波形を形成するために第１のチャネル１１８内に延在するブレード３０４である。ブレード３０４は、ブレード３０４が内部に延在するチャネル１１８の軸１２０に対して鋭角を成すように設定された表面３０６を含む。
【００８７】
基部１０４とニードル１０６は、少なくとも部分的にチャネル１１８を画成する。基部１０４は、チャネル１１８の外壁を提供し、ニードル１０６は、チャネル１１８の内壁を提供する。チャネル１１８は、外側入口１１２及び出口１１６に流体連通している。ニードル１０６は、その内側にチャネル１２６も有する。チャネル１２６は、スピナレット３０２の中央入口及び出口１１６と流体連通している。ニードル１０６は、チャネル１１８をチャネル１２６から分離する。チャネル１１８は環状であり、チャネル１２６はチャネル１１８と同心である。作動時に、機械３００は、チャネル１１８を通して第１の液体（例えばポリマ）を流し、ニードル１０６内のチャネル１２６を通して第２の液体（例えば芯液）を流す。
【００８８】
スピナレット３０２は、その遠位端に４枚のブレード３０４を含む。ブレード３０４は、スピナレット３０２の基部１０４に配設され、チャネル１１８内に延在する。ブレード３０４はそれぞれ、ブレード３０４が内部に延在するチャネル１１８の軸１２０に対して、３０度と８５度との間の鋭角α（図１１参照）を成すように設定された表面を有する。図１０Ｃに、ブレード３０４の延在の始端である壁に対してチャネル１１８の軸１２０を投影した、投影線３０５に対する角度αを示す。
【００８９】
この角度は、液体を押し出すように構成されたシステムが押し出す液体の粘度に基づいて選択される。比較的小さい角度（ニードルの方向と比較して少し傾いている場合）は、粘度のより高い溶液（例えば７，０００センチポアズ以上）に適し、比較的大きい角度は、粘度のより低い溶液（例えば７，０００センチポアズ未満）に適する。スピナレット３０２の場合、角度αは約３０度である。スピナレット３０２のブレード３０４は、チャネル１１８の周囲へ等間隔に配置される。ブレード３０４は、スピナレット３０２の出口１１６で終端を成す。
【００９０】
チャネル１１８は幅ｔｃを有し、ブレード３０４は厚さｔｂを有する。ブレード３０４の厚さｔｂは、一般的に、チャネル１１８の幅ｔｃの１０％から５０％の間である。図示のスピナレット３０２では、ブレード３０４の厚さｔｂは、チャネル１１８の幅ｔｃの約３０％である。
【００９１】
スピナレットによっては、ブレード構成が異なる。スピナレットによっては、他の枚数のブレード（例えば１枚のブレード、２枚のブレード、３枚のブレード、５枚のブレード、又は６枚のブレード）を有する。ブレードの長さ、厚さ、及び角度は異なってもよい。長さ、厚さ、又はチャネル１１８での角度など、ブレードの特徴を変更すると、繊維の表面の波形は変化する。例えば、ブレードの角度を大きくするとピッチはより小さくなり、より密なコイル状波形となる。スピナレットによっては、角度αは５度と６０度との間である。あるいは、ブレードをより厚くすると、より薄いブレードに比べて、コイル状波形に、より深い、より広い、又はより深く且つより広い溝を生成する。スピナレットによっては、ブレードはスピナレット出口よりも上流で終端を成す。
【００９２】
図１２は、機械３００を用いて繊維を製造する方法４００を示す。方法４００について、図９から図１１に示す機械３００及びその構成要素を参照して説明する。方法４００は、スピナレットのチャネルを通して液体を流すステップ（ステップ４０２）と、ブレードの延在の始端であるチャネルの壁に対してブレードの表面が鋭角を成すようにチャネル内に設定される、少なくとも１つのブレードを用いて、液体の流れを撹乱するステップ（ステップ４０４）と、チャネルの出口の下流で繊維を形成するために液体を凝固させるステップ（ステップ４０６）とを含む。
【００９３】
作動において、機械３００は、チャネル１１８を通して第１の液体（例えばポリマ）を流す。第１の液体は、チャネル１１８を通って矢印方向へ進む。ブレード３０４は、基部１０４の壁を始端として第１のチャネル１１８内に延在する。第１の液体が流れると、ブレード３０４は第１の流体の外面と相互作用し、液体の流れを撹乱する。液体はチャネル１１８の軸１２０に対して回転し、ブレード３０４によって第１の液体の外面に波形が形成される。第１の液体は出口１１６を出て凝固し、外面に波形を有する繊維となる。機械１００と同様に、機械３００を用いて、中実繊維と中空繊維の両方を形成することができる。
【００９４】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、機械３００によって製造された繊維を示す。繊維３０８は、波形外面を有する中実繊維である。繊維３１０は、波形外面と平滑内面を有する中空繊維である。
【００９５】
図１４及び図１５は、機械３００でも用いることができる別のスピナレットを示す。スピナレット４１０は、図９から図１１を参照して説明するスピナレット３０２と概ね同様である。しかし、スピナレット４１０は、スピナレット４１０の基部１０４ではなく、ニードル１０６を始端としてチャネル１１８内に延在するブレードを有する。スピナレット４１０を用いて、機械３００は、波形内面を有する中空繊維を製造する。
【００９６】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、機械３００でスピナレット４０２を用いて形成された繊維４１２を示す。繊維４１２は、波形内面４１４と平滑外面４１６とを有する中空繊維である。
【００９７】
図１７及び図１８は、機械３００で用いることができる別のスピナレットを示す。スピナレット４２０は、図９から図１１を参照して説明したスピナレット３０２と概ね同様である。しかし、スピナレット４２０では、第１のセットのブレード３０４は、ニードル１０６を始端としてチャネル１１８内に延在し、第２のセットのブレード３０４は、チャネル１１８の基部１０４を始端としてチャネル１１８内に延在する。機械３００はスピナレット４２０を用いて、波形内面及び波形外面を有する中空繊維を製造する。
【００９８】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、機械３００でスピナレット４０２を用いて形成された中空繊維を示す。繊維４２２は、波形内面と波型外面を有する中空繊維である。
【００９９】
本発明のいくつかの実施の形態について述べた。しかし、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、様々な改変が可能であることが理解されよう。例えば、図９から図１１を参照して説明したスピナレット３０２は４枚のブレード３０４を含むが、スピナレットによっては、他の枚数のブレード（例えば１枚のブレード、２枚のブレード、３枚のブレード、５枚のブレード、又は６枚のブレード）を有する。したがって、その他の実施の形態は、以下の特許請求の範囲に包含される。
【図１】
2021512234.tif 000003
【図２】
2021512234.tif 000004
【図３】
2021512234.tif 000005
【図４】
2021512234.tif 000006
【図５Ａ】
2021512234.tif 000007
【図５Ｂ】
2021512234.tif 000008
【図５Ｃ】
2021512234.tif 000009
【図５Ｄ】
2021512234.tif 000010
【図６】
2021512234.tif 000011
【図７】
2021512234.tif 000012
【図８】
2021512234.tif 000013
【図９】
2021512234.tif 000014
【図１０Ａ】
2021512234.tif 000015
【図１０Ｂ】
2021512234.tif 000016
【図１０Ｃ】
2021512234.tif 000017
【図１１】
2021512234.tif 000018
【図１２】
2021512234.tif 000019
【図１３Ａ】
2021512234.tif 000020
【図１３Ｂ】
2021512234.tif 000021
【図１４】
2021512234.tif 000022
【図１５】
2021512234.tif 000023
【図１６Ａ】
2021512234.tif 000024
【図１６Ｂ】
2021512234.tif 000025
【図１７】
2021512234.tif 000026
【図１８】
2021512234.tif 000027
【図１９Ａ】
2021512234.tif 000028
【図１９Ｂ】
2021512234.tif 000029
【国際調査報告】
2021512234.tif 000030
2021512234.tif 000031