(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心側の芯液流路と、
その外側の製膜溶液流路と、
を備えた二重管構造の中空糸膜製造用紡糸ノズルにおいて、
前記製膜溶液流路内には、内径方向に流入してきた製膜溶液を製膜溶液流路の出口に向けて中心軸と平行な方向に整流する０．０１ｍｍ〜１ｍｍの幅の環状の流路を形成する整流流路形成部が設けられていることを特徴とする中空糸膜製造用紡糸ノズル。
【請求項２】
前記整流流路形成部は、内管の外壁から外側に向かって突出した環状凸部であることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜製造用紡糸ノズル。
【請求項３】
中心側の芯液流路と、
その外側の製膜溶液流路と、
を備えた二重管構造の中空糸膜製造用紡糸ノズルにおいて、
前記製膜溶液流路内には、内径方向に流入してきた製膜溶液を製膜溶液流路の出口に向けて中心軸と平行な方向に整流する流路を形成する整流流路形成部が設けられており、
前記整流流路形成部は、内管の外壁から外側に向かって突出した環状凸部であることを特徴とする中空糸膜製造用紡糸ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜製造用紡糸ノズルに関し、特に、乾湿式法による多孔質中空糸膜の製造に用いられる中空糸膜製造用紡糸ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
精密濾過や限外濾過等に用いられる多孔質中空糸膜（以下、中空糸膜という）の一般的な製造方法について、その概略を説明する。
【０００３】
ポリマー溶液、ドープ等と呼ばれる製膜溶液は、膜を形成するポリマーとその他適宜配合される添加剤を良溶媒中に溶解させて調整される。この製膜溶液を圧力ポンプや定量ポンプ等によって二重管構造の紡糸ノズルの環状の外側流路に供給する。環状の外側流路の内側に設けられた流路には、内部凝固液と呼ばれるポリマーを凝固（相分離）させる非溶媒（一般的には水または水に良溶媒を混ぜたもの）を芯液として供給する。
【０００４】
紡糸ノズルから管状の中空構造を呈して押し出される製膜溶液は、空気中を一定距離通過した後、外部凝固液と呼ばれるポリマーを凝固させる溶液に浸漬され、その外側が凝固される。また製膜溶液の内側（中空部）は芯液によって凝固される。このようにして中空状の中空糸膜が形成される。
【０００５】
このような一般的な中空糸膜製造方法については以下に示す文献に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−６６２７２号公報
【非特許文献１】「日本膜学会編膜学実験シリーズ第ＩＩＩ巻人工膜編」共立出版株式会社、１９９３年１２月１０日発行、ｐ．２〜９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
中空糸膜の製造に使用される紡糸ノズルとしては、例えば、図４に示すようなものがある。図４は、従来技術に係る紡糸ノズルの模式的断面図である。紡糸ノズル１０１は、製膜溶液管部１０２と、芯液管部１０３とからなる二重管構造で構成されている。
【０００７】
中空糸膜を形成する製膜溶液は、製膜溶液管部１０２に設けられた製膜溶液流入口１２１から注入され製膜溶液流路１２２を通って製膜溶液吐出口１２３から吐出される。一方、中空糸膜の中空部を形成するための芯液は、芯液管部１０３の芯液流路１３５を通って芯液吐出口１３３から吐出される。
【０００８】
このような紡糸ノズル１０１の場合、製膜溶液流入口１２１は軸方向に延びる製膜溶液流路１２２に対して径方向に設けられているため、図５に示すように、製膜溶液は製膜溶液流路１２２内に内径方向に流入する。図５は、図４の製膜溶液流路１２２を拡大して示した模式的透視図である。
【０００９】
したがって、製膜溶液流入口１２１から流入してきた製膜溶液は、図５および図６に示すように、芯液管部１０３の周りを一方の周方向と他方の周方向とに分かれて芯液管部１０３を巻き込むように流れつつ、軸方向に流れを変えて製膜溶液吐出口１２３に向かって流れていく。なお、図６は図５のＡ−Ａ断面図である
【００１０】
このような流れの分流や方向の変化等により、また、製膜溶液流入口１２１から製膜溶液流路１２２に流れ込む際に流路断面積の拡大によって生じる急激な流速低下等により、
製膜溶液の流れは不均一となり、製膜溶液が分流する箇所１０５において流れの滞留や局所的な細かい乱れ（その他の箇所で生じる大きな乱れに係る流れとは異なる流れ）が生ずる。
【００１１】
このような分流箇所１０５における流れの乱れ等が製膜溶液吐出口１２３からの製膜溶液の吐出しに与える影響により、図７に示すように、製膜後の中空糸膜に気泡１０６等が発生してしまうという問題があった。図７は、製膜後の中空糸膜の模式的断面図である。
【００１２】
特に製膜溶液はある程度の粘性を有するため、このような局所的な乱れや滞留が製膜溶液吐出口１２３まで痕跡を残し易いものと考えられる。そして、このような気泡１０６等の発生がさらに悪化すると、中空糸膜に割れが発生し中空糸膜の強度を著しく低下させていた。
【００１３】
本発明は、上述の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、製膜における気泡や割れ等の発生を抑制し、安定した強度を備えた中空糸膜を製造することができる紡糸ノズルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明における中空糸膜製造用紡糸ノズルは、中心側の芯液流路と、その外側の製膜溶液流路と、を備えた二重管構造の中空糸膜製造用紡糸ノズルにおいて、前記製膜溶液流路内には、内径方向に流入してきた製膜溶液を製膜溶液流路の出口に向けて中心軸と平行な方向に整流する０．０１ｍｍ〜１ｍｍの幅の環状の流路を形成する整流流路形成部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
このように、内径方向に流入してきた製膜溶液の流れが、整流流路形成部によって形成される整流流路により中心軸と平行で均一な流れに整流され、これにより製膜溶液の流れの中に局所的な乱れや滞留が発生するのが抑制され、製膜後の中空糸膜に気泡や割れ等が発生するのが抑制される。
【００１７】
整流流路形成部を、内管の外壁から外側に向かって突出した環状凸部としてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、中空糸膜の製膜において気泡や割れ等の発生が抑制され、気泡や割れ等の発生等による強度低下のおそれの少ない、安定した強度を備えた中空糸膜の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２０】
まず、図３を参照して、本発明の実施例に係る中空糸膜製造用紡糸ノズル（以下、紡糸ノズルという）を備えた中空糸膜製造装置について、中空糸膜の製造工程と合わせて説明する。図３は、本実施例に係る紡糸ノズルを備えた中空糸膜製造装置の構成を説明する模式図である。
【００２１】
中空糸膜製造装置１は、紡糸ノズル１０と、ギアポンプ１２と、マイクロポンプ１３と、外部凝固液浴槽１４と、巻取りロール１５とを備える。
【００２２】
紡糸ノズル１０は、中空糸膜の中空部を形成するための芯液を吐出する芯液吐出口と、該芯液吐出口の周りに環状に設けられ、製膜溶液を管状に吐出する製膜溶液吐出口と、を備える。
【００２３】
製膜溶液２は、中空糸膜を形成するポリマーとその他の適宜配合される添加剤とを良溶媒中に溶解させることにより調整される。製膜溶液２は粘性の高い溶液であり加圧によってギアポンプ１２に送り込まれ（図３中Ｐ）、ギアポンプ１２から定量的に紡糸ノズル１０に注入される。
【００２４】
芯液３には、ポリマーを凝固させる能力を持つ低粘性溶液、一般的には、水または水に良溶媒を混ぜたものが用いられ、中空糸膜の内側（中空部）を形成するための内部凝固液として、マイクロポンプ１３によって紡糸ノズル１０に注入される。
【００２５】
外部凝固液浴槽１４は、外部凝固液と呼ばれるポリマーを凝固させる溶液で満たされており、紡糸ノズル１０から吐出された製膜溶液２が浸漬される。
【００２６】
中空糸膜の成形の手順は、まず、マイクロポンプ１３によって芯液３が紡糸ノズル１０に注入され、次いで、ギアポンプ１２によって製膜溶液２が紡糸ノズル１０に注入される。
【００２７】
そして、紡糸ノズル１０から吐出されたゲル状の製膜溶液２を一定距離空走させたのち（エアギャップ１１）外部凝固液浴槽１４に導き、外部凝固液に浸漬させてその外側を凝固させることにより、中空糸膜４が形成される。中空糸膜４の内側（中空部）は芯液によって凝固されて形成される。
【００２８】
形成された中空糸膜４は、さらに外部凝固液浴槽１４中でしばらく溶媒置換（初期洗浄）が行われた後乾燥され、巻取りロール１５で回収される。
【００２９】
次に、図１を参照して、本実施例に係る紡糸ノズルについてさらに詳しく説明する。図１は、本実施例に係る紡糸ノズルの模式的断面図である。本実施例に係る紡糸ノズル１０は、製膜溶液管部２０と、芯液管部３０とを有する二重管構造で構成される。
【００３０】
製膜溶液管部２０は、軸方向に貫通する軸方向穴２１と、該軸方向穴２１の周面から径方向に製膜溶液管部２の側面まで貫通する径方向穴２２とを備える。軸方向穴２１は一方の開口部が先細に形成されており、径方向穴２２は製膜溶液の流入口であり軸方向穴２１の他方の開口部側に設けられている。
【００３１】
芯液管部３０は、軸方向に突出したノズル部３１と、ノズル基部３２と、これらの中心を軸方向に貫通する軸方向穴（芯液流路）３３とを備える。
【００３２】
ノズル部３１が軸方向穴２１の他方の開口部から挿入され、ノズル部３１根元のノズル基部３２の端面が製膜溶液管部２０の軸方向穴２１の他方の開口部側の端面に当接し、ボルト等の締結具５によって製膜溶液管部２０と芯液管部３０とが軸方向に締め付けられることにより、製膜溶液管部２０と芯液管部３０とが一体となって紡糸ノズル１０が構成される。
【００３３】
ノズル部３１の根元側の外周面は、製膜溶液管部２０の軸方向穴２１の内周面と嵌合す
るように形成されており、これにより、ノズル部３１が軸方向穴２１に対して正確に位置決めされる
【００３４】
ノズル部３１と軸方向穴２１の軸方向の寸法はほぼ同じに設定されており、また、ノズル部３１先端部の外径は、先細に形成された軸方向穴２１の一方の開口部の径よりも小さく設定されている。したがって、ノズル部３１が軸方向穴２１に挿入されることにより、ノズル部３１先端の外周面と、軸方向穴２１の一方の開口部の内周面とによって製膜溶液の環状の吐出口２３が形成される。一方、芯液の吐出口３４は、ノズル部３１先端の開口部となる。
【００３５】
製膜溶液は、製膜溶液管部２０の径方向穴（流入口）２２から注入され、ノズル部３１の外周面と軸方向穴２１の内周面とにより環状に形成された流路２４を通り、環状の吐出口２３から管状に吐出される。
【００３６】
中空糸膜の中空部を形成する芯液は、軸方向穴３３のノズル基部３２側の開口部（流入口３５）から注入され、ノズル部３１先端の開口部（吐出口３４）から吐出される。
【００３７】
本実施例に係る紡糸ノズル１０においては、芯液管部３０のノズル部３１の外周に、径方向に突出する（ノズル部３１の外壁から外側に向かって突出する）環状の凸部（整流流路形成部）３６が設けられており、凸部３６の外周面と製膜溶液管部２０の軸方向穴２１の内周面との間に、凸部３６より上流の流路２６及び凸部３６より下流の流路２７に対して幅の小さい環状の整流流路２５が形成される。したがって、製膜溶液の流路２４は、整流流路２５と、整流流路２５より上流の流路２６と、整流流路２５よりも下流の流路２７とにより構成されることになる。
【００３８】
ここで、図２を参照して、本実施例に係る紡糸ノズルの製膜溶液流路における製膜溶液の流れ及び整流流路による整流効果について説明する。図２は、本実施例に係る紡糸ノズルの製膜溶液流路を拡大して示した透視図である。ここで、同図中の矢印は製膜溶液の流れを表している。
【００３９】
製膜溶液は、軸方向穴２１に対して径方向に設けられた流入口２２から流路２６内に流入する。流入した製膜溶液は、ノズル部３１の外周を両周方向に分かれてノズル部３１を巻き込むようにして流れつつ、吐出口２３に向かって軸方向に流れの向きを変えながら流れていくことになる。
【００４０】
このような流れの分流や方向の変化等や、流入口２２から流路２６に流れ込む際の流路断面積の拡大によって生じる急激な流速低下等により、製膜溶液の流れは不均一となり、製膜溶液の分流箇所で流れの滞留や局所的な細かい乱れ等が生ずる。
【００４１】
滞留や乱れの生じた製膜溶液は、流路２６に対して流路面積の小さい整流流路２５に流入することにより、流れの向きが軸方向（中心軸と平行）に概ね揃えられるとともに、整流流路２５を流れる流量の偏りが抑制されて概ね均一となる。
【００４２】
以上のようにして整流流路２５で整流された製膜溶液は、流路２７を流れる過程でさらに流れが整えられ吐出口２３から吐出される。すなわち、凸部３６を設けて整流流路２５を形成することで製膜溶液の流れの向きを概ね揃えることができ、流れに偏り等が生じるのを抑制され、安定した吐出が可能となる。
【００４３】
その結果、製膜後の中空糸膜に気泡や割れ等が発生するのが抑制され、安定した強度を備えた中空糸膜の製造が可能となる。
【００４４】
なお、整流流路２５よりも上流の流路２６では、ノズル部３１のノズル基部３２側から凸部３６にかけての外形形状が、図１および図２に示すように中間部でくびれた形成を呈している。これにより、流入口２２から内径方向に流入してきた製膜溶液の流れの向きをゆるやかに軸方向に変えることができ、よりスムーズに整流流路２５に向けて流すことによってより効果的な整流効果を得ることができる。
【００４５】
また、ノズル部３１の凸部３６からノズル部３１先端にかけての外形形状は、釣鐘状に先細となった形状を呈しており、整流流路２５よりも下流の流路２７の空間は、整流流路２５を出てから一旦広がり、その後吐出口２３に向かって徐々に狭くなっていくように変化する。
【００４６】
流路２７をこのように形成することにより、整流流路２５で整流された製膜溶液をよりスムーズに吐出口２３に向けて流すことができるとともに、粘調の製膜溶液の圧力損失を小さくして、吐出口２３における吐出圧を十分に確保することができる。これにより、製膜溶液の安定した吐出形状を形成することができ、吐出の偏り等による糸裂け等を防止することができる。
【００４７】
ただし、ノズル部３１や流路２４の形状は上述の形状に限定されるものではなく、流路を流れる流体の性質等によって適宜変更されることは言うまでもない。すなわち、本実施例のような粘調流体ではなく低粘度の溶液等を流すような場合には、吐出時における最終的な隙間間隔のまま吐出口まで続くように流路を構成してもよい。
【００４８】
ここで、整流流路２５の幅（凸部３６の外周面と軸方向穴２１の周面との間の距離、すなわち、整流流路２５の内径と外径との差の２分の１）は、広過ぎると凸部３６による作用効果が低下し十分な整流効果を得ることができなくなる。また、逆に狭すぎると溶液中のコンタミの目詰まり、圧力損失による溶液供給圧の上昇、溶液の圧縮流れによる乱れ等により、粘調の製膜溶液の流れを阻害してしまう。
【００４９】
そこで、整流流路２５の幅を０．０１ｍｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとすることで、上述の問題を回避しつつ十分な整流効果を得ることができる。なお、軸方向穴２１の径（図中のＲ）は１０ｍｍ〜２０ｍｍとする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例に係る紡糸ノズルの模式的断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る紡糸ノズルの製膜溶液流路部分の一部拡大透視図である。
【図３】本発明の実施例に係る紡糸ノズルを備えた中空糸膜製造装置の構成を説明する模式図である。
【図４】従来技術に係る紡糸ノズルの模式的断面図である。
【図５】従来技術に係る紡糸ノズルの製膜溶液流路部分の一部拡大透視図である。
【図６】従来技術に係る紡糸ノズルにおける製膜溶液の流れを説明する模式図である。
【図７】従来技術に係る紡糸ノズルにより製造された中空糸膜の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  中空糸膜製造装置
２  製膜溶液
３  芯液
４  中空糸膜
１０  紡糸ノズル
１１  エアギャップ
１２  ギアポンプ
１３  マイクロポンプ
１４  外部凝固液浴槽
１５  巻取りロール
２０  製膜溶液管部
２１  軸方向穴
２２  径方向穴（流入口）
２３  吐出口
２４  製膜溶液流路
２５  整流流路
２６  上流流路
２７  下流流路
３０  芯液管部
３１  ノズル部
３２  ノズル基部
３３  軸方向穴（芯液流路）
３４  吐出口
３５  流入口
３６  整流流路形成部
５  締結具
１０１  紡糸ノズル
１０２  製膜溶液管部
１０５  分流箇所
１０６  気泡
１２１  製膜溶液流入口
１２２  製膜溶液流路
１２３  製膜溶液吐出口
１０３  芯液管部
１３３  芯液吐出口
１３５  芯液流路
【図１】
0004830551.tif 000002
【図２】
0004830551.tif 000003
【図３】
0004830551.tif 000004
【図４】
0004830551.tif 000005
【図５】
0004830551.tif 000006
【図６】
0004830551.tif 000007
【図７】
0004830551.tif 000008