液流処理装置および繊維処理装置
【課題】連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理が行えるノズルヘッダーを備え、低い動力エネルギーで高い処理性能が実現できる液流処理装置と、同液流処理装置を備えた繊維処理装置を提供する。
【解決手段】一端に給液源との接続部を有し、他端が閉塞された内径が一律の主管３と、主管３の軸線に対して略直角、同一方向に先端開口部６が位置する液体噴射ノズル４と、を有するノズルヘッダー１を備えた液流処理装置において、ノズルヘッダー１の液体噴射ノズル４毎の最小断面積の和Σｓと、前記主管の断面積Ｓとの比Σｓ／Ｓが３．０以下である。
【解決手段】一端に給液源との接続部を有し、他端が閉塞された内径が一律の主管３と、主管３の軸線に対して略直角、同一方向に先端開口部６が位置する液体噴射ノズル４と、を有するノズルヘッダー１を備えた液流処理装置において、ノズルヘッダー１の液体噴射ノズル４毎の最小断面積の和Σｓと、前記主管の断面積Ｓとの比Σｓ／Ｓが３．０以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液流処理装置および繊維処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、繊維の製造における糸条連続搬送式薬液表面処理工程において、表面処理後の薬液含有糸条を洗浄する方法およびその装置に関して、搬送ガイド類への接触で生じる糸条劣化がなく、洗浄速度が速く、洗浄の多段処理が不必要な、繊維糸条の洗浄方法およびその装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２７３０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の特許文献１に開示されている洗浄装置にあっては、水路内の上下内壁面構造や、水路内に対する洗浄液の流速について説明するに止まり、その洗浄液などの給液部の構造については具体的に説明されていない。一方、リボン状の繊維構造体、例えば繊維トウの洗浄について言えば、通常は１本の繊維トウのみを洗浄することはなく、複数本の繊維トウを並列して走行させながら洗浄が行われ、その場合、洗浄液の圧力が場所により変動することにより、各繊維トウ間での洗浄むらが大きくなるため、繊維品質にバラツキが出る等の問題があった。
【０００４】
また、給液部の構造が適正な形状を有していないと、洗浄液を繊維トウに高圧で噴射するとき、ノズルの開口部からは多方向に向いて噴出することとなり、繊維トウに対する噴射領域は開口形状とならないばかりか、その流速も低下しやすいため、洗浄能力が低下する。これを保障しようとすれば、更に液体の供給圧を上げなければならず、そのための動力源であるポンプの大型化が要求されるという問題があった
【０００５】
更に、５０kTexを超えるような繊維トウの場合、従来技術では、繊維トウ全体に渡って均一な洗浄が困難であり、その改善が望まれていた。
【０００６】
そこで、この発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、具体的には連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理が行えるノズルヘッダーを備え、低い動力エネルギーで高い処理性能が実現できる液流処理装置と、同液流処理装置を備えた繊維処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、一端に給液源との接続部を有し、他端が閉塞された内径が一律の主管と、該主管の軸線に対して略直角、同一方向に先端開口部が位置する液体噴射ノズルと、を有するノズルヘッダーを備えた液流処理装置において、前記ノズルヘッダーの前記液体噴射ノズル毎の最小断面積の和Σｓと、前記主管の断面積Ｓとの比Σｓ／Ｓが３．０以下であることを特徴とする。
このように構成することで、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができる。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、前記主管の内部に、一端が給液源との接続部を有し、かつ他端が閉塞された第２主管が挿入され、該第２主管には軸線方向に複数の小孔が形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、液体噴射ノズルの基端部における液体圧を平均化することができる。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、前記主管の内部に、前記主管の軸方向に平行で、かつ複数の小孔が形成された仕切板が設けられており、給液源が、前記液体噴射ノズルが位置されている側とは反対側の前記主管と前記仕切板とで形成される領域側に設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、液体噴射ノズルの基端部における液体圧を平均化することができる。
【００１０】
請求項４に記載した発明は、前記液体噴射ノズルは、前記先端開口部がスリット状または矩形断面を有し、前記基端開口部から前記先端開口部にかけて偏平化されており、前記基端開口部から前記先端開口部にかけた任意の位置での開口断面の面積が同一であることを特徴とする。
このように構成することで、先端開口部からの液体噴射むらを低減させることができると共に、液体噴射ノズル内での処理液の流速を一定に保つことができる。
【００１１】
請求項５に記載した発明は、前記ノズルヘッダーの前記先端開口部に対向して樋状プレート部材を配し、該樋状プレート部材の幅方向に開口したスリットと、前記先端開口部とが対向して配置されていることを特徴とする。
このように構成することで、スリットから処理液をより均一に噴射することができる。
【００１２】
請求項６に記載した発明は、前記樋状プレートに、１本以上６本以下の前記スリットが形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、処理効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項７に記載した発明に係る繊維処理装置は、上述の液流処理装置を備えたことを特徴とする。
このように構成することで、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載した発明によれば、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる効果がある。
【００１５】
請求項２または請求項３に記載した発明によれば、液体噴射ノズルの基端部における液体圧を平均化することができるため、主管の両端部の圧力差を小さくすることができ、複数の繊維トウを処理する際に、各繊維トウの間での処理むらを少なくすることができる効果がある。
【００１６】
請求項４に記載した発明によれば、先端開口部からの液体噴射むらを低減させることができると共に、液体噴射ノズル内での処理液の流速を一定に保つことができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる効果がある。
【００１７】
請求項５に記載した発明によれば、スリットから処理液をより均一に噴射することができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる効果がある。
【００１８】
請求項６に記載した発明によれば、処理効率を向上させることができるため、動力源であるポンプの容量を小さくすることができ、低い動力エネルギーで高い性能を実現することができる効果がある。
【００１９】
請求項７に記載した発明によれば、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる繊維処理装置を提供することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［ノズルヘッダー］
（第一実施形態）
次に、本発明に係るノズルヘッダーの第一実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図である。
図１に示すように、液流処理装置に備えられるノズルヘッダー１は、一端が給液源に接続可能な開口部２が形成され、他端が閉塞された円筒状の主管３と、主管３の軸方向に所要の間隔をおいて、かつ主管３の軸線に直交して分岐された複数の液体噴射ノズル４とで構成されている。本実施形態においては、主管３及び液体噴射ノズル４は円筒形をなしている。したがって、液体噴射ノズル４の主管３に接する基端開口部５の断面積ｓ１と、液体噴射ノズル４の先端開口部６の断面積ｓ２とは、同じ面積となる。また、基端開口部５から先端開口部６にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。ここで、主管３の開口部２の内径をＤとし、液体噴射ノズル４の内径をｄとする。そして、面積ｓ１を各液体噴射ノズル４の本数分足し合わせた値Σｓと主管３の断面積Ｓとの比Σｓ／Ｓは３．０以下に設定されている。
【００２１】
また、液体噴射ノズル４における処理液吐出線速度の平均値が、０．１〜３．０ｍ／秒で使用されることが好ましい。処理液吐出線速度が０．１ｍ／秒より遅い場合、つまり少量の処理液を流した場合は、圧力がかからず、ほとんどの処理液が開口部２側の液体噴射ノズル４から噴射されてしまうため好ましくない。
【００２２】
ここで、Σｓ／Ｓの設定値について検証する。以下の説明は、液体噴射ノズル４における処理液吐出線速度の平均値を２．０ｍ／秒に設定して処理液を供給した場合である。
例えば、液体噴射ノズル４が８本の場合、このΣｓ／Ｓを８．０に設定すると、主管３の液体導入側からその閉塞端側にかけて内圧が二次関数的に１５０％増加し、液体導入側の液体噴射ノズル４ａから噴出される処理液体量と、閉塞端側の液体噴射ノズル４ｂから噴出される処理液体量とが異なり、繊維構造体に処理むらが発生する。
【００２３】
通常、マルチフィラメントからなる繊維トウを液体処理する場合、実用上、均一に液体処理するためには、主管３の液体導入側と閉塞端側との間の許容圧力差が２０％以内であることが必要とされているが、Σｓ／Ｓが３．０以内であれば、その圧力差は２０％以内の許容範囲内に収まるので、均一処理ができる点で望ましい。
【００２４】
つまり、Σｓ／Ｓが３．０を越える場合は、主管３の内部流路において、その閉塞端側の圧力が液体導入側の圧力よりも二次関数的に高くなり、繊維構造体に対する均一な液体処理が困難になる。
更に、Σｓ／Ｓを１．６以下にすると、液体導入側と閉塞端側との圧力差が更に小さくなり、均一な処理が行える点において更に好ましい。
一方、Σｓ／Ｓが０．２未満になると、液体噴射ノズル４に対して主管３の内径Ｄが相対的に大きくなりすぎて、所望の液体圧を得ようとすると動力源であるポンプ容量を大きくしなければならず、同時に主管３の設置空間の増大にもつながるので好ましくない。
また、液体噴射ノズル４が１２本を越えると、液体導入側と閉塞端側との圧力差を小さくすることが困難になるため好ましくない。
【００２５】
因みに、内径Ｄが２００ｍｍである主管２の長手方向に、隣接する繊維トウの間隔に応じたピッチで、内径ｄを１４０ｍｍとした８本の液体噴射ノズル４を分岐させて（Σｓ／Ｓを３．９）、毎時１トンの繊維製品を処理するために使用する処理液を５トンとして液体を供給したときの主管３の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、４２％の圧力差が認められ、圧力差２０％の許容範囲を超えた。
内径ｄを１２０ｍｍ（Σｓ／Ｓは、２．９）にした以外は同じ条件で主管３の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、１９％であった。
更に同様に、内径ｄが１００ｍｍの場合（Σｓ／Ｓは、２．０）は、９％の圧力差、また、内径ｄが９０ｍｍの場合（Σｓ／Ｓは、１．６）は、３％の圧力差であった。
【００２６】
ここで、図２に、第一実施形態のノズルヘッダー１の変形例を示す。
図２に示すように、液体噴射ノズル４が断面スリット形状の直方体で形成されている以外は図１と同じ構成である。したがって、液体噴射ノズル４の主管３に接する基端開口部５の断面積ｓ１と、液体噴射ノズル４の先端開口部６の断面積ｓ２とは、同じ面積となる。また、基端開口部５から先端開口部６にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。
ここで、内径Ｄが２００ｍｍである主管３の長手方向に、隣接する繊維トウの間隔に応じたピッチで、基端開口部５が、６ｍｍ×１６０ｍｍのスリット状である８本の液体噴射ノズル４を分岐させ、Σｓ／Ｓを、０．２４とし、同様な条件で主管３の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、圧力差は０．１５％であった。
【００２７】
このように、Σｓ／Ｓが１．６以下であれば、液体導入側と閉塞端側との圧力差が３％以下となり、非常に均一な処理が行える。
なお、Σｓ／Ｓが０．２より小さいと、主管３の内径Ｄに対する液体噴射ノズル４の内径ｄが相対的に小さくなりすぎるため、液体噴射ノズル４として要求される最小径を考慮すると、主管３の内径Ｄが実質的に大きくなり、設置空間の増大を招くばかりか、処理液体の上記供給量や圧損によりエネルギーの使用量も著しく増えるため、処理コストの増大につながり好ましくない。
【００２８】
本実施形態によれば、ノズルヘッダー１に円筒形または直方体の形状の液体噴射ノズル４を設け、Σｓ／Ｓを３．０以下とした。このように構成することで、主管３の液体導入側の液体噴射ノズル４ａの基端開口部と閉塞端側の液体噴射ノズル４ｂの基端開口部との液体圧の圧力差を小さくすることができ、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる。
【００２９】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態を図３、図４に基づいて説明する。図３は、本発明の第二実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図である。
図３に示すように、本実施形態のノズルヘッダー１１と第一実施形態との間で実質的に異なるところは、液体噴射ノズル１４の形態にある。本実施形態による液体噴射ノズル１４の形態は、主管１３から分岐する基端開口部１５は円形をしており、その先端開口部１６は、スリット状の矩形である。そして、基端開口部１５から先端開口部１６までの間の任意の位置での断面積を同一面積ｓ３として、基端開口部１５から先端開口部１６までを連続して偏平化している。
【００３０】
かかる液体噴射ノズル１４により、処理液が主管１３から各液体噴射ノズル１４に導入されるとき渦流状態にある液体が、先端開口部１６に流れるにしたがって整流化され、スリット状断面の先端開口部１６からはその開口形状の断面をもつ高速流体となって噴出されるため、その噴出流体は必要以上に拡散することがなく、効率的に繊維構造体を貫通することができ、液体処理効率を一段と向上させることができる。
【００３１】
ここで、液体噴射ノズル１４を偏平化し、かつ基端開口部１５から先端開口部１６までの間の任意の位置での断面積を同一面積ｓ３とした装置を用いて、紡浴後の２５０kTexのアクリル繊維トウの搬送速度を１０ｍ／分に設定し、洗浄処理液をアクリル繊維トウ１トンに対して５トン使用し、かつ、液体噴射ノズル１４における処理液吐出線速度を１．５ｍ／秒で洗浄処理を行い、その処理後のアクリル繊維トウの中央部と端部の残存溶剤を測定したところ、アクリル繊維トウの中央部と端部との処理むらは５％以下であり、図１の場合よりも向上させることができる。
【００３２】
ここで、図４に、第二実施形態のノズルヘッダー１１の変形例を示す。
図４に示すように、液体噴射ノズル１４の先端開口部１６が図３のようにスリット状断面ではなく、矩形断面で形成されている以外は図３と同じ構成である。したがって、液体噴射ノズル１４の主管１３に接する基端開口部１５の断面積と、液体噴射ノズル１４の先端開口部１６の断面積とは、同じ面積となる。また、基端開口部１５から先端開口部１６にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。
このように構成することで、一の液体噴射ノズル１４で、後述する樋状プレートに形成された複数のスリットに直接液体を噴射することができる。
本実施形態において、液体噴射ノズル１４から噴射される高速の処理液を、各繊維構造体の幅方向に均一に噴射するには、主管１３が繊維進行方向に略直角方向に配置され、各液体噴射ノズル１４の先端開口部１６のスリット状または矩形断面の長辺方向が主管１３の軸線に平行になるように設けられることが好ましい。
【００３３】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態を図５、図６に基づいて説明する。図５は、本発明の第三実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図であり、図６は、図５のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。
図５、図６に示すように、本実施形態のノズルヘッダー２１は、第一主管２３の内部に第二主管２７が収納されており、主管の構造を二重構造としている。また、第二主管２７は第一主管２３と同一軸線上に配されている。第二主管２７の一端には給液源に接続される開口部２２が形成され、他端側は閉塞されている。更に、第二主管２７の液体噴射ノズル２４の基端開口部２５が形成されている側とは反対側に、その軸線方向にわたって二列の小孔２８が並列して複数形成されている。そして、第一主管２３と第二主管２７との液体導入側端部は開口部２２を除いて閉塞されている。
【００３４】
ここで、本実施形態において、第一主管２３の内径Ｄ１と第二主管２７の内径Ｄ２との比は３／１に設定されている。この比の値は、５／４〜４／１の範囲内であれば任意に決めることができる。４／１を越えると、圧力損失が著しく増大し、一方、５／４未満であれば第二主管２７を第一主管２３に装着することが困難となるため好ましくない。
また、第二主管２７に形成された小孔２８の開孔面積の和と第二主管２７の断面積との比が０．２から３．０の範囲で任意に開けることができる。
【００３５】
このように構成することにより、第二主管２７の開口部２２から導入される高圧の処理液は、第二主管２７の小孔２８から下方に噴出した後、第二主管２７の外周面に沿って回流し、第一主管２３の各液体噴射ノズル２４に導入されるため、各液体噴射ノズル２４における流入圧力が液体導入側と閉塞端側との間で更に均整化されるようになり、各液体噴射ノズル２４に対応して走行する繊維構造体に対して吐出むらのない均一な吐出がなされて、更に均一な処理を行うことが可能となる。
【００３６】
この第二主管２７に開ける小孔２８の開孔面積の和と第二主管２７の断面積との比が、０．２未満であれば圧力損失が増大し、一方、３．０を越えると液体導入側と閉塞端側との圧力差が大きくなり、均一な処理ができなくなるため好ましくない。
【００３７】
ここで、図７に、第三実施形態のノズルヘッダー２１の変形例を示す。
図７に示すように、ノズルヘッダー２１は第一主管２３の内部に第二主管２７を収納した二重管構造となっている。ただし、上述の実施形態とは異なり、第二主管２７の全周面に亘って複数の小孔２８が形成されている。この変形例においても、各液体噴射ノズル２４への流入圧力が液体導入側と閉塞端側との間で均整化され、各液体噴射ノズル２４に対応して走行する繊維構造体に対して均一な処理ができる。
【００３８】
（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態を図８に基づいて説明する。図８は、本発明の第四実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの断面図である。
図８に示すように、本実施形態のノズルヘッダー３１は、主管３３の内部空間に複数の小孔３８が形成された仕切板３７が設けられ、主管３３の内部が仕切板３７により液体噴射ノズル３４を有する側と、有しない側とに分割されている。ノズルヘッダー３１への液体の供給は、仕切板３７の液体噴射ノズル３４が位置している側とは反対側の一端からなされるように開口部３２が形成されている。開口部３２に対応する他端は閉塞されている。本実施形態において、小孔３８の開孔面積の和と開口部３２の断面積との比が、０．２から３．０の範囲で任意に開けられている。
【００３９】
このように構成することで、第三実施形態と同様、液体噴射ノズル３４における流入圧力が液体導入側と閉塞端側との間で均整化され、液体噴射ノズル３４に対応して走行する繊維トウに対して、均一な処理を行うことができる。
【００４０】
因みに、液体噴射ノズル３４のノズル本数を８本とし、かつ、液体噴射ノズル３４における処理液吐出線速度の平均値を２．０ｍ／秒に設定して処理液を供給し、Σｓ／Ｓが２．０のノズルヘッダーに対して、毎時１トンの繊維製品を処理するために使用する処理液の供給量を５トンとして液体を流し、主管３３の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、二重管または仕切板が無い場合は９％の圧力差となり、所望の圧力差の範囲内には収まっているものの、小孔の開口面積の和と開口部の断面積との比を３／２とし、第一主管の内径と第二主管の内径との比の値を３／１とした二重管または仕切板を設けた場合は圧力差を３％まで減ずることができ、更なる均整化が図られることがわかる。
【００４１】
［液流処理装置］
次に、本発明の液流処理装置の実施形態を図９に基づいて説明する。図９は、本発明の実施形態における液流処理装置の部分斜視図である。本実施形態においては、図５、図６に示す実施形態のノズルヘッダー２１を採用した場合で説明する。なお、上記実施形態と同様の構成箇所には、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図９に示すように、ノズルヘッダー２１の上部には、液体噴射ノズル２４の先端開口部２６に対峙させた位置にスリット４２が形成された樋状プレート部材４１が配されている。液流処理装置５１は、上述のノズルヘッダー２１と樋状プレート部材４１とで構成されている。
【００４２】
樋状プレート部材４１は、中央に配されているプレート部本体４３と、プレート部本体４３の左右端縁に沿って上方に垂直に延設されている左右壁部４４と、で構成されている。更に、樋状プレート部材４１とノズルヘッダー２１との間に圧力調整室を設けてもよい。
プレート部本体４３の繊維構造体の流れ方向に対して直交する方向の寸法、すなわち左右壁部４４間の距離は、処理をする繊維構造体の幅寸法に略同等の寸法が確保されている。
【００４３】
図１０は、上述の液流処理装置５１の樋状プレート部材４１の変形例を示している。
図１０に示すように、樋状プレート部材４１の長手方向の中央線Ｌに対して所要の距離をおいた位置に、中央線Ｌに平行な２本以上６本以下のスリット４２がプレート部本体４３の表裏面を貫通して形成されている。これらのスリット４２の本数は、任意に設定できる。本実施形態では、５本のスリット４２が形成されている。
【００４４】
また、複数のスリット４２を形成する場合、隣接するスリット同士の間隔は任意に設定できるが、５ｍｍ以上３５０ｍｍ以下と設定するのが好ましい。繊維トウを構成する繊維は、スリット４２より噴出される高速の処理液により繊維が部分的に微小に振動しながら処理液と接触し、処理が行われるが、隣接するスリット４２同士の間隔が５ｍｍ未満の場合は、一つ目のスリット４２より噴出された高速の処理液により繊維が微小な振動を与えられた繊維トウの部分と同じところを二つ目のスリット４２より噴出された高速の処理液が貫通するため、処理液による処理効果がスリット１本の場合と同程度となり好ましくない。
【００４５】
一方、隣接するスリット４２同士の間隔が３５０ｍｍを越えると、一つ目のスリット４２より噴出された高速の処理液による繊維の微小な振動が二つ目のスリット４２に到達するまでに消滅するため、二つ目のスリット４２より噴出された高速の処理液による処理効率が向上せず、さらに液流処理装置５１自体の寸法が大きくなるため好ましくない。
【００４６】
図１０に示す変形例のごとく、各液体噴射ノズル２４の先端開口部２６に複数のスリット４２（本実施形態では５本）が形成された樋状プレート部材４１が取り付けられる場合には、液体噴射ノズル２４と樋状プレート部材４１との間に圧力調整室４５が設けられる。圧力調整室４５の上部はプレート部本体４３と略同等の大きさの開口を有しており、下部は液体噴射ノズル２４の先端開口部２６と略同等の開口部を有している。そして、ノズルヘッダー２１と樋状プレート部材４１とを圧力調整室を介して連接されるように構成されている。
【００４７】
このように構成すると、各液体噴射ノズル２４から整流されて噴出する処理液が圧力調整室４５内部で、上方のプレート部本体４３の下面に衝突し、プレート部本体４３に形成された複数のスリット４２に分配され、各スリット４２から処理液が噴出する。噴出される高速の処理液はスリット４２の全開口部にわたって、噴出圧力が均一化される。すなわち、処理される繊維構造体の走行方向の二箇所以上（本実施形態では五箇所）で同時に均一な圧力をもつ高速の処理液を噴出して繊維構造体を貫通するようになり、均質でかつ効果的な処理がなされる。
【００４８】
因みに、スリット４２が１本形成された樋状プレート部材４１を使用した場合に対して、隣接するスリット４２同士の間隔を３ｍｍ、１０ｍｍ、１５０ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍとした２本のスリット４２が形成された樋状プレート部材４１を使用し、紡浴後の２５０kTexのアクリル繊維トウの搬送速度を１０ｍ／分に設定し、洗浄処理液をアクリル繊維トウ１トンに対して５トン使用し、かつ、液体噴射ノズル１４における処理液吐出線速度を１．５ｍ／秒で洗浄処理を行い、同レベルの処理効果を得るために必要な処理液の総供給量を測定したところ、繊維トウの処理効果増加率は、各々、０．５％、１０％、１３％、１２．５％、９．０％、８．０％程度であった。
【００４９】
次に、隣接するスリット４２同士の間隔が１００ｍｍである４本のスリット４２が形成された樋状プレート部材４１を使用した場合は、スリット４２が１本形成された樋状プレート部材４１を使用した場合に対して、その繊維処理効果を２５％程度向上させることができる。
さらに、隣接するスリット４２同士の間隔が６０ｍｍである６本のスリット４２が形成された樋状プレート部材４１を使用した場合は、スリット４２が１本形成された樋状プレート部材４１を使用した場合に対して、その処理効果を４０％程度向上させることができ、液流処理装置５１の１個当たりの繊維処理効率を著しく向上させることが可能である。
【００５０】
一方、隣接するスリット４２同士の間隔が４０ｍｍである８本のスリット４２が形成された樋状プレート部材４１を使用すると、処理効果増加率は４２％程度で、液体処理効率は向上しているものの、液体処理効率の増加割合が低下した。
【００５１】
このように複数のスリット４２を形成することで、一台の液流処理装置５１において一度の貫通処理で十分な処理効果が得られ、さらに、動力源であるポンプの容量を小さくする事ができ、省エネ効果も見込まれる。その結果、液流処理装置の構造を極めて簡略化することができ、さらに５０kTex以上のような大きな繊維トウにおいても、繊維全体にわたり均一に処理液を貫通させることが可能となる。
【００５２】
次に、図１１は液流処理装置の変形例を示す斜視図である。図１１は、複数の樋状プレート部材を一体化した液流処理装置６１の外観を概略的に示している。
図１１に示すように、この液流処理装置６１は、繊維構造体である複数の繊維トウをそれぞれ収容できるように、複数の樋部６２が列設されたプレート部本体６３と、プレート部本体６３の裏面中央部に配されるノズルヘッダー２１とを備えている。液流処理装置６１のプレート部本体６３は天板６４及び図示せぬ底板と四方を囲む側壁とを有する矩形箱体からなり、その天板６４の上面を底面とする樋部６２の側壁を構成する複数枚の縦壁６５が、それぞれ一本の繊維トウの幅間隔をおいて立設されている。更に樋部６２の全体を、図示せぬ断熱カバーにより密閉状に覆っている。
即ち、図１１における樋部６２は図９、１０における樋状プレート部材４１に相当し、プレート部本体６３は樋状プレート部材４１が複数一体化されたものである。
【００５３】
各樋部６２の底面を構成する天板６４には、繊維トウの走行方向に直交して、それぞれ幅方向に長孔６６がプレート部本体６３の内部まで貫通して形成されている。図示例では、長孔６６は１本だけであるが、図１０に示すスリット４２のごとく、所要の間隔をおいて複数本の長孔６６を形成することもできる。各樋部６２の底部に形成された長孔６６にはノズルヘッダー２１の液体噴射ノズル２４の先端開口部２６が接続される。
【００５４】
このように、本実施形態の液流処理装置６１によれば、一回の貫通処理を行うだけでも、十分な処理効果を得ることができる。その結果、液流処理装置６１の構造を、上述のごとく極めて簡略化することが可能となる。
【００５５】
［繊維処理装置］
図１２は、上述の液流処理装置５１，６１が適用された各種の繊維処理装置２００の代表的な実施形態である湿式紡糸によるアクリル系繊維の紡糸・洗浄延伸・乾燥の各工程を概略的に示している。なお、本実施形態はアクリル系繊維に限らず、例えばセルロース系繊維やビニール系繊維、或いは炭素繊維前駆体としてのアクリル繊維にも適用が可能である。
【００５６】
図１２に示すように、繊維処理装置２００で行われる工程として、紡浴工程７０、洗浄（第１洗浄）工程８０、延伸（第２洗浄）工程９０、油剤付与工程１００及び乾燥工程１１０を有している。更に、紡浴工程７０と油剤付与工程１００との間に、洗浄工程８０と延伸工程９０とを分けずに同時に行う洗浄・延伸工程１２０を配する場合、或いは洗浄工程８０及び延伸工程９０に代わる洗浄／染色工程１３０を配する場合もある。
【００５７】
すなわち、紡浴工程７０で紡出された繊維トウに対して洗浄液、染液、油剤などの液体を付与する際に、その洗浄、染色、油剤付与のいずれの工程にあっても液流処理装置５１，６１が適用できることを示している。以下の説明は、液流処理装置６１を繊維処理装置２００の各所に採用した場合のものである。
【００５８】
また、紡浴工程７０と油剤付与工程１００との間で洗浄と延伸とを同時に行う洗浄・延伸工程１２０と、油剤付与工程１００とに適用する液流処理装置６１の液体付与機構を説明する。
紡浴工程７０では、例えばポリアクリロニトリルをジメチルアセトセアドの溶剤に溶解した紡糸原液を、紡糸ノズルを通して溶剤−水系の凝固浴中に押出し、アクリル繊維からなる多数の長繊維状に凝固させる。この凝固した繊維トウは次工程である洗浄・延伸工程１２０に導入される。本実施形態における洗浄・延伸工程１２０には、その前後に図示せぬ延伸ロールを備えており、繊維トウは前後の延伸ロールの間で所要の延伸がなされる。
【００５９】
前後に配された延伸ロールの間には、液流処理装置６１を備えた図示せぬ洗浴が多段に配されている。洗浴には高温の洗浄水が使用される。本実施形態にあっては、単一の液流処理装置６１をもって、高温の洗浄水を高速噴射により繊維トウに一回限り貫通させるだけで十分な洗浄効果が得られる。
【００６０】
紡浴工程７０から出た複数本の繊維トウは、洗浄・延伸工程１２０において、前後の延伸ロール間で延伸がなされると同時に、全ての繊維トウ毎にその全幅に亘り下方から高速の洗浄水（処理液）がノズルヘッダーの各ノズルを介して液流処理装置６１に形成された長孔６６を介して噴射され、繊維トウの上方へと貫通して飛散する。この貫通時に繊維トウは所要の延伸倍率で延伸されている。そのため、各繊維トウの構成繊維毎に洗浄水が強い力で吹き付けられると共に、各構成繊維間を容易に高速で吹き抜けることができ、効率的に溶剤が除去される。
【００６１】
アクリル系繊維の最適な延伸温度は９０〜１００℃であるため、この高温下にある延伸によって繊維トウに対する所要の延伸が一気に行われる。このように、高温洗浄と同時に延伸を行うときは、繊維に延伸むらなどが発生せず、均等な延伸が可能となり、高品質の製品が得られる。こうして洗浄・延伸工程１２０を経た繊維トウは、油剤付与工程１００へと移る。
この油剤付与工程１００にあっても、液流処理装置６１を使用する。このとき、液流処理装置６１から高速噴射される油剤は、繊維トウを貫通して水分と油剤とを効率的に置換し、繊維トウの構成繊維に均一に付与することができる。油剤が付与された後、乾燥工程１１０にて乾燥され、次工程以降の後処理工程へと回される。
【００６２】
ここで、洗浄・延伸工程１２０に代えて、洗浄工程と染色工程とを備えた洗浄／染色工程１３０を採用するにあたっても、液流処理装置６１を使用することができる。この洗浄／染色工程１３０にあっては、液流処理装置６１を使って紡出される繊維トウを洗浄水で効率的に洗浄した後、同じく液流処理装置６１を使って染液を繊維トウに対して高速に噴射すれば、繊維トウ中の残存溶媒や、その構成繊維に付着する水分と染料とを強制的に置換させることができ、効率的な染色を行うことが可能となる。
【００６３】
尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。すなわち、本実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第一実施形態におけるノズルヘッダーの斜視図である。
【図２】同第一実施形態におけるノズルヘッダーの変形例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二実施形態におけるノズルヘッダーの斜視図である。
【図４】同第二実施形態におけるノズルヘッダーの変形例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第三実施形態におけるノズルヘッダーの斜視図である。
【図６】図５のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。
【図７】同第三実施形態におけるノズルヘッダーの変形例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第四実施形態におけるノズルヘッダーの斜視図である。
【図９】本発明の第五実施形態におけるノズルヘッダーの部分斜視図である。
【図１０】本発明の第五実施形態におけるスリット付き樋状プレートの斜視図である。
【図１１】本発明の第五施形態におけるスリット付き樋状プレートの変形例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の液流処理装置が適用された繊維処理装置の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１１，２１，３１…ノズルヘッダー ３，１３，２３，３３…主管、第一主管 ４，１４，２４，３４…液体噴射ノズル ５，１５，２５…基端開口部 ６，１６，２６…先端開口部 ２７…第二主管 ３７…仕切板 ２８，３８…小孔 ４１…樋状プレート部材 ４２…スリット ５１，６１…液流処理装置 ６６…長孔（スリット） ２００…繊維処理装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液流処理装置および繊維処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、繊維の製造における糸条連続搬送式薬液表面処理工程において、表面処理後の薬液含有糸条を洗浄する方法およびその装置に関して、搬送ガイド類への接触で生じる糸条劣化がなく、洗浄速度が速く、洗浄の多段処理が不必要な、繊維糸条の洗浄方法およびその装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２７３０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の特許文献１に開示されている洗浄装置にあっては、水路内の上下内壁面構造や、水路内に対する洗浄液の流速について説明するに止まり、その洗浄液などの給液部の構造については具体的に説明されていない。一方、リボン状の繊維構造体、例えば繊維トウの洗浄について言えば、通常は１本の繊維トウのみを洗浄することはなく、複数本の繊維トウを並列して走行させながら洗浄が行われ、その場合、洗浄液の圧力が場所により変動することにより、各繊維トウ間での洗浄むらが大きくなるため、繊維品質にバラツキが出る等の問題があった。
【０００４】
また、給液部の構造が適正な形状を有していないと、洗浄液を繊維トウに高圧で噴射するとき、ノズルの開口部からは多方向に向いて噴出することとなり、繊維トウに対する噴射領域は開口形状とならないばかりか、その流速も低下しやすいため、洗浄能力が低下する。これを保障しようとすれば、更に液体の供給圧を上げなければならず、そのための動力源であるポンプの大型化が要求されるという問題があった
【０００５】
更に、５０kTexを超えるような繊維トウの場合、従来技術では、繊維トウ全体に渡って均一な洗浄が困難であり、その改善が望まれていた。
【０００６】
そこで、この発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、具体的には連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理が行えるノズルヘッダーを備え、低い動力エネルギーで高い処理性能が実現できる液流処理装置と、同液流処理装置を備えた繊維処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、一端に給液源との接続部を有し、他端が閉塞された内径が一律の主管と、該主管の軸線に対して略直角、同一方向に先端開口部が位置する液体噴射ノズルと、を有するノズルヘッダーを備えた液流処理装置において、前記ノズルヘッダーの前記液体噴射ノズル毎の最小断面積の和Σｓと、前記主管の断面積Ｓとの比Σｓ／Ｓが３．０以下であることを特徴とする。
このように構成することで、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができる。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、前記主管の内部に、一端が給液源との接続部を有し、かつ他端が閉塞された第２主管が挿入され、該第２主管には軸線方向に複数の小孔が形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、液体噴射ノズルの基端部における液体圧を平均化することができる。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、前記主管の内部に、前記主管の軸方向に平行で、かつ複数の小孔が形成された仕切板が設けられており、給液源が、前記液体噴射ノズルが位置されている側とは反対側の前記主管と前記仕切板とで形成される領域側に設けられていることを特徴とする。
このように構成することで、液体噴射ノズルの基端部における液体圧を平均化することができる。
【００１０】
請求項４に記載した発明は、前記液体噴射ノズルは、前記先端開口部がスリット状または矩形断面を有し、前記基端開口部から前記先端開口部にかけて偏平化されており、前記基端開口部から前記先端開口部にかけた任意の位置での開口断面の面積が同一であることを特徴とする。
このように構成することで、先端開口部からの液体噴射むらを低減させることができると共に、液体噴射ノズル内での処理液の流速を一定に保つことができる。
【００１１】
請求項５に記載した発明は、前記ノズルヘッダーの前記先端開口部に対向して樋状プレート部材を配し、該樋状プレート部材の幅方向に開口したスリットと、前記先端開口部とが対向して配置されていることを特徴とする。
このように構成することで、スリットから処理液をより均一に噴射することができる。
【００１２】
請求項６に記載した発明は、前記樋状プレートに、１本以上６本以下の前記スリットが形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、処理効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項７に記載した発明に係る繊維処理装置は、上述の液流処理装置を備えたことを特徴とする。
このように構成することで、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載した発明によれば、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる効果がある。
【００１５】
請求項２または請求項３に記載した発明によれば、液体噴射ノズルの基端部における液体圧を平均化することができるため、主管の両端部の圧力差を小さくすることができ、複数の繊維トウを処理する際に、各繊維トウの間での処理むらを少なくすることができる効果がある。
【００１６】
請求項４に記載した発明によれば、先端開口部からの液体噴射むらを低減させることができると共に、液体噴射ノズル内での処理液の流速を一定に保つことができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる効果がある。
【００１７】
請求項５に記載した発明によれば、スリットから処理液をより均一に噴射することができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる効果がある。
【００１８】
請求項６に記載した発明によれば、処理効率を向上させることができるため、動力源であるポンプの容量を小さくすることができ、低い動力エネルギーで高い性能を実現することができる効果がある。
【００１９】
請求項７に記載した発明によれば、液体噴射ノズルから噴射される液体の圧力差を小さくすることができるため、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる繊維処理装置を提供することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［ノズルヘッダー］
（第一実施形態）
次に、本発明に係るノズルヘッダーの第一実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図である。
図１に示すように、液流処理装置に備えられるノズルヘッダー１は、一端が給液源に接続可能な開口部２が形成され、他端が閉塞された円筒状の主管３と、主管３の軸方向に所要の間隔をおいて、かつ主管３の軸線に直交して分岐された複数の液体噴射ノズル４とで構成されている。本実施形態においては、主管３及び液体噴射ノズル４は円筒形をなしている。したがって、液体噴射ノズル４の主管３に接する基端開口部５の断面積ｓ１と、液体噴射ノズル４の先端開口部６の断面積ｓ２とは、同じ面積となる。また、基端開口部５から先端開口部６にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。ここで、主管３の開口部２の内径をＤとし、液体噴射ノズル４の内径をｄとする。そして、面積ｓ１を各液体噴射ノズル４の本数分足し合わせた値Σｓと主管３の断面積Ｓとの比Σｓ／Ｓは３．０以下に設定されている。
【００２１】
また、液体噴射ノズル４における処理液吐出線速度の平均値が、０．１〜３．０ｍ／秒で使用されることが好ましい。処理液吐出線速度が０．１ｍ／秒より遅い場合、つまり少量の処理液を流した場合は、圧力がかからず、ほとんどの処理液が開口部２側の液体噴射ノズル４から噴射されてしまうため好ましくない。
【００２２】
ここで、Σｓ／Ｓの設定値について検証する。以下の説明は、液体噴射ノズル４における処理液吐出線速度の平均値を２．０ｍ／秒に設定して処理液を供給した場合である。
例えば、液体噴射ノズル４が８本の場合、このΣｓ／Ｓを８．０に設定すると、主管３の液体導入側からその閉塞端側にかけて内圧が二次関数的に１５０％増加し、液体導入側の液体噴射ノズル４ａから噴出される処理液体量と、閉塞端側の液体噴射ノズル４ｂから噴出される処理液体量とが異なり、繊維構造体に処理むらが発生する。
【００２３】
通常、マルチフィラメントからなる繊維トウを液体処理する場合、実用上、均一に液体処理するためには、主管３の液体導入側と閉塞端側との間の許容圧力差が２０％以内であることが必要とされているが、Σｓ／Ｓが３．０以内であれば、その圧力差は２０％以内の許容範囲内に収まるので、均一処理ができる点で望ましい。
【００２４】
つまり、Σｓ／Ｓが３．０を越える場合は、主管３の内部流路において、その閉塞端側の圧力が液体導入側の圧力よりも二次関数的に高くなり、繊維構造体に対する均一な液体処理が困難になる。
更に、Σｓ／Ｓを１．６以下にすると、液体導入側と閉塞端側との圧力差が更に小さくなり、均一な処理が行える点において更に好ましい。
一方、Σｓ／Ｓが０．２未満になると、液体噴射ノズル４に対して主管３の内径Ｄが相対的に大きくなりすぎて、所望の液体圧を得ようとすると動力源であるポンプ容量を大きくしなければならず、同時に主管３の設置空間の増大にもつながるので好ましくない。
また、液体噴射ノズル４が１２本を越えると、液体導入側と閉塞端側との圧力差を小さくすることが困難になるため好ましくない。
【００２５】
因みに、内径Ｄが２００ｍｍである主管２の長手方向に、隣接する繊維トウの間隔に応じたピッチで、内径ｄを１４０ｍｍとした８本の液体噴射ノズル４を分岐させて（Σｓ／Ｓを３．９）、毎時１トンの繊維製品を処理するために使用する処理液を５トンとして液体を供給したときの主管３の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、４２％の圧力差が認められ、圧力差２０％の許容範囲を超えた。
内径ｄを１２０ｍｍ（Σｓ／Ｓは、２．９）にした以外は同じ条件で主管３の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、１９％であった。
更に同様に、内径ｄが１００ｍｍの場合（Σｓ／Ｓは、２．０）は、９％の圧力差、また、内径ｄが９０ｍｍの場合（Σｓ／Ｓは、１．６）は、３％の圧力差であった。
【００２６】
ここで、図２に、第一実施形態のノズルヘッダー１の変形例を示す。
図２に示すように、液体噴射ノズル４が断面スリット形状の直方体で形成されている以外は図１と同じ構成である。したがって、液体噴射ノズル４の主管３に接する基端開口部５の断面積ｓ１と、液体噴射ノズル４の先端開口部６の断面積ｓ２とは、同じ面積となる。また、基端開口部５から先端開口部６にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。
ここで、内径Ｄが２００ｍｍである主管３の長手方向に、隣接する繊維トウの間隔に応じたピッチで、基端開口部５が、６ｍｍ×１６０ｍｍのスリット状である８本の液体噴射ノズル４を分岐させ、Σｓ／Ｓを、０．２４とし、同様な条件で主管３の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、圧力差は０．１５％であった。
【００２７】
このように、Σｓ／Ｓが１．６以下であれば、液体導入側と閉塞端側との圧力差が３％以下となり、非常に均一な処理が行える。
なお、Σｓ／Ｓが０．２より小さいと、主管３の内径Ｄに対する液体噴射ノズル４の内径ｄが相対的に小さくなりすぎるため、液体噴射ノズル４として要求される最小径を考慮すると、主管３の内径Ｄが実質的に大きくなり、設置空間の増大を招くばかりか、処理液体の上記供給量や圧損によりエネルギーの使用量も著しく増えるため、処理コストの増大につながり好ましくない。
【００２８】
本実施形態によれば、ノズルヘッダー１に円筒形または直方体の形状の液体噴射ノズル４を設け、Σｓ／Ｓを３．０以下とした。このように構成することで、主管３の液体導入側の液体噴射ノズル４ａの基端開口部と閉塞端側の液体噴射ノズル４ｂの基端開口部との液体圧の圧力差を小さくすることができ、連続長を有する繊維構造体に対して均一な液体処理を行うことができる。
【００２９】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態を図３、図４に基づいて説明する。図３は、本発明の第二実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図である。
図３に示すように、本実施形態のノズルヘッダー１１と第一実施形態との間で実質的に異なるところは、液体噴射ノズル１４の形態にある。本実施形態による液体噴射ノズル１４の形態は、主管１３から分岐する基端開口部１５は円形をしており、その先端開口部１６は、スリット状の矩形である。そして、基端開口部１５から先端開口部１６までの間の任意の位置での断面積を同一面積ｓ３として、基端開口部１５から先端開口部１６までを連続して偏平化している。
【００３０】
かかる液体噴射ノズル１４により、処理液が主管１３から各液体噴射ノズル１４に導入されるとき渦流状態にある液体が、先端開口部１６に流れるにしたがって整流化され、スリット状断面の先端開口部１６からはその開口形状の断面をもつ高速流体となって噴出されるため、その噴出流体は必要以上に拡散することがなく、効率的に繊維構造体を貫通することができ、液体処理効率を一段と向上させることができる。
【００３１】
ここで、液体噴射ノズル１４を偏平化し、かつ基端開口部１５から先端開口部１６までの間の任意の位置での断面積を同一面積ｓ３とした装置を用いて、紡浴後の２５０kTexのアクリル繊維トウの搬送速度を１０ｍ／分に設定し、洗浄処理液をアクリル繊維トウ１トンに対して５トン使用し、かつ、液体噴射ノズル１４における処理液吐出線速度を１．５ｍ／秒で洗浄処理を行い、その処理後のアクリル繊維トウの中央部と端部の残存溶剤を測定したところ、アクリル繊維トウの中央部と端部との処理むらは５％以下であり、図１の場合よりも向上させることができる。
【００３２】
ここで、図４に、第二実施形態のノズルヘッダー１１の変形例を示す。
図４に示すように、液体噴射ノズル１４の先端開口部１６が図３のようにスリット状断面ではなく、矩形断面で形成されている以外は図３と同じ構成である。したがって、液体噴射ノズル１４の主管１３に接する基端開口部１５の断面積と、液体噴射ノズル１４の先端開口部１６の断面積とは、同じ面積となる。また、基端開口部１５から先端開口部１６にかけての任意の位置における断面積も同じ面積となる。
このように構成することで、一の液体噴射ノズル１４で、後述する樋状プレートに形成された複数のスリットに直接液体を噴射することができる。
本実施形態において、液体噴射ノズル１４から噴射される高速の処理液を、各繊維構造体の幅方向に均一に噴射するには、主管１３が繊維進行方向に略直角方向に配置され、各液体噴射ノズル１４の先端開口部１６のスリット状または矩形断面の長辺方向が主管１３の軸線に平行になるように設けられることが好ましい。
【００３３】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態を図５、図６に基づいて説明する。図５は、本発明の第三実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの斜視図であり、図６は、図５のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。
図５、図６に示すように、本実施形態のノズルヘッダー２１は、第一主管２３の内部に第二主管２７が収納されており、主管の構造を二重構造としている。また、第二主管２７は第一主管２３と同一軸線上に配されている。第二主管２７の一端には給液源に接続される開口部２２が形成され、他端側は閉塞されている。更に、第二主管２７の液体噴射ノズル２４の基端開口部２５が形成されている側とは反対側に、その軸線方向にわたって二列の小孔２８が並列して複数形成されている。そして、第一主管２３と第二主管２７との液体導入側端部は開口部２２を除いて閉塞されている。
【００３４】
ここで、本実施形態において、第一主管２３の内径Ｄ１と第二主管２７の内径Ｄ２との比は３／１に設定されている。この比の値は、５／４〜４／１の範囲内であれば任意に決めることができる。４／１を越えると、圧力損失が著しく増大し、一方、５／４未満であれば第二主管２７を第一主管２３に装着することが困難となるため好ましくない。
また、第二主管２７に形成された小孔２８の開孔面積の和と第二主管２７の断面積との比が０．２から３．０の範囲で任意に開けることができる。
【００３５】
このように構成することにより、第二主管２７の開口部２２から導入される高圧の処理液は、第二主管２７の小孔２８から下方に噴出した後、第二主管２７の外周面に沿って回流し、第一主管２３の各液体噴射ノズル２４に導入されるため、各液体噴射ノズル２４における流入圧力が液体導入側と閉塞端側との間で更に均整化されるようになり、各液体噴射ノズル２４に対応して走行する繊維構造体に対して吐出むらのない均一な吐出がなされて、更に均一な処理を行うことが可能となる。
【００３６】
この第二主管２７に開ける小孔２８の開孔面積の和と第二主管２７の断面積との比が、０．２未満であれば圧力損失が増大し、一方、３．０を越えると液体導入側と閉塞端側との圧力差が大きくなり、均一な処理ができなくなるため好ましくない。
【００３７】
ここで、図７に、第三実施形態のノズルヘッダー２１の変形例を示す。
図７に示すように、ノズルヘッダー２１は第一主管２３の内部に第二主管２７を収納した二重管構造となっている。ただし、上述の実施形態とは異なり、第二主管２７の全周面に亘って複数の小孔２８が形成されている。この変形例においても、各液体噴射ノズル２４への流入圧力が液体導入側と閉塞端側との間で均整化され、各液体噴射ノズル２４に対応して走行する繊維構造体に対して均一な処理ができる。
【００３８】
（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態を図８に基づいて説明する。図８は、本発明の第四実施形態における液流処理装置に備えられたノズルヘッダーの断面図である。
図８に示すように、本実施形態のノズルヘッダー３１は、主管３３の内部空間に複数の小孔３８が形成された仕切板３７が設けられ、主管３３の内部が仕切板３７により液体噴射ノズル３４を有する側と、有しない側とに分割されている。ノズルヘッダー３１への液体の供給は、仕切板３７の液体噴射ノズル３４が位置している側とは反対側の一端からなされるように開口部３２が形成されている。開口部３２に対応する他端は閉塞されている。本実施形態において、小孔３８の開孔面積の和と開口部３２の断面積との比が、０．２から３．０の範囲で任意に開けられている。
【００３９】
このように構成することで、第三実施形態と同様、液体噴射ノズル３４における流入圧力が液体導入側と閉塞端側との間で均整化され、液体噴射ノズル３４に対応して走行する繊維トウに対して、均一な処理を行うことができる。
【００４０】
因みに、液体噴射ノズル３４のノズル本数を８本とし、かつ、液体噴射ノズル３４における処理液吐出線速度の平均値を２．０ｍ／秒に設定して処理液を供給し、Σｓ／Ｓが２．０のノズルヘッダーに対して、毎時１トンの繊維製品を処理するために使用する処理液の供給量を５トンとして液体を流し、主管３３の液体導入側と閉塞端側との圧力差を測定したところ、二重管または仕切板が無い場合は９％の圧力差となり、所望の圧力差の範囲内には収まっているものの、小孔の開口面積の和と開口部の断面積との比を３／２とし、第一主管の内径と第二主管の内径との比の値を３／１とした二重管または仕切板を設けた場合は圧力差を３％まで減ずることができ、更なる均整化が図られることがわかる。
【００４１】
［液流処理装置］
次に、本発明の液流処理装置の実施形態を図９に基づいて説明する。図９は、本発明の実施形態における液流処理装置の部分斜視図である。本実施形態においては、図５、図６に示す実施形態のノズルヘッダー２１を採用した場合で説明する。なお、上記実施形態と同様の構成箇所には、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図９に示すように、ノズルヘッダー２１の上部には、液体噴射ノズル２４の先端開口部２６に対峙させた位置にスリット４２が形成された樋状プレート部材４１が配されている。液流処理装置５１は、上述のノズルヘッダー２１と樋状プレート部材４１とで構成されている。
【００４２】
樋状プレート部材４１は、中央に配されているプレート部本体４３と、プレート部本体４３の左右端縁に沿って上方に垂直に延設されている左右壁部４４と、で構成されている。更に、樋状プレート部材４１とノズルヘッダー２１との間に圧力調整室を設けてもよい。
プレート部本体４３の繊維構造体の流れ方向に対して直交する方向の寸法、すなわち左右壁部４４間の距離は、処理をする繊維構造体の幅寸法に略同等の寸法が確保されている。
【００４３】
図１０は、上述の液流処理装置５１の樋状プレート部材４１の変形例を示している。
図１０に示すように、樋状プレート部材４１の長手方向の中央線Ｌに対して所要の距離をおいた位置に、中央線Ｌに平行な２本以上６本以下のスリット４２がプレート部本体４３の表裏面を貫通して形成されている。これらのスリット４２の本数は、任意に設定できる。本実施形態では、５本のスリット４２が形成されている。
【００４４】
また、複数のスリット４２を形成する場合、隣接するスリット同士の間隔は任意に設定できるが、５ｍｍ以上３５０ｍｍ以下と設定するのが好ましい。繊維トウを構成する繊維は、スリット４２より噴出される高速の処理液により繊維が部分的に微小に振動しながら処理液と接触し、処理が行われるが、隣接するスリット４２同士の間隔が５ｍｍ未満の場合は、一つ目のスリット４２より噴出された高速の処理液により繊維が微小な振動を与えられた繊維トウの部分と同じところを二つ目のスリット４２より噴出された高速の処理液が貫通するため、処理液による処理効果がスリット１本の場合と同程度となり好ましくない。
【００４５】
一方、隣接するスリット４２同士の間隔が３５０ｍｍを越えると、一つ目のスリット４２より噴出された高速の処理液による繊維の微小な振動が二つ目のスリット４２に到達するまでに消滅するため、二つ目のスリット４２より噴出された高速の処理液による処理効率が向上せず、さらに液流処理装置５１自体の寸法が大きくなるため好ましくない。
【００４６】
図１０に示す変形例のごとく、各液体噴射ノズル２４の先端開口部２６に複数のスリット４２（本実施形態では５本）が形成された樋状プレート部材４１が取り付けられる場合には、液体噴射ノズル２４と樋状プレート部材４１との間に圧力調整室４５が設けられる。圧力調整室４５の上部はプレート部本体４３と略同等の大きさの開口を有しており、下部は液体噴射ノズル２４の先端開口部２６と略同等の開口部を有している。そして、ノズルヘッダー２１と樋状プレート部材４１とを圧力調整室を介して連接されるように構成されている。
【００４７】
このように構成すると、各液体噴射ノズル２４から整流されて噴出する処理液が圧力調整室４５内部で、上方のプレート部本体４３の下面に衝突し、プレート部本体４３に形成された複数のスリット４２に分配され、各スリット４２から処理液が噴出する。噴出される高速の処理液はスリット４２の全開口部にわたって、噴出圧力が均一化される。すなわち、処理される繊維構造体の走行方向の二箇所以上（本実施形態では五箇所）で同時に均一な圧力をもつ高速の処理液を噴出して繊維構造体を貫通するようになり、均質でかつ効果的な処理がなされる。
【００４８】
因みに、スリット４２が１本形成された樋状プレート部材４１を使用した場合に対して、隣接するスリット４２同士の間隔を３ｍｍ、１０ｍｍ、１５０ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍとした２本のスリット４２が形成された樋状プレート部材４１を使用し、紡浴後の２５０kTexのアクリル繊維トウの搬送速度を１０ｍ／分に設定し、洗浄処理液をアクリル繊維トウ１トンに対して５トン使用し、かつ、液体噴射ノズル１４における処理液吐出線速度を１．５ｍ／秒で洗浄処理を行い、同レベルの処理効果を得るために必要な処理液の総供給量を測定したところ、繊維トウの処理効果増加率は、各々、０．５％、１０％、１３％、１２．５％、９．０％、８．０％程度であった。
【００４９】
次に、隣接するスリット４２同士の間隔が１００ｍｍである４本のスリット４２が形成された樋状プレート部材４１を使用した場合は、スリット４２が１本形成された樋状プレート部材４１を使用した場合に対して、その繊維処理効果を２５％程度向上させることができる。
さらに、隣接するスリット４２同士の間隔が６０ｍｍである６本のスリット４２が形成された樋状プレート部材４１を使用した場合は、スリット４２が１本形成された樋状プレート部材４１を使用した場合に対して、その処理効果を４０％程度向上させることができ、液流処理装置５１の１個当たりの繊維処理効率を著しく向上させることが可能である。
【００５０】
一方、隣接するスリット４２同士の間隔が４０ｍｍである８本のスリット４２が形成された樋状プレート部材４１を使用すると、処理効果増加率は４２％程度で、液体処理効率は向上しているものの、液体処理効率の増加割合が低下した。
【００５１】
このように複数のスリット４２を形成することで、一台の液流処理装置５１において一度の貫通処理で十分な処理効果が得られ、さらに、動力源であるポンプの容量を小さくする事ができ、省エネ効果も見込まれる。その結果、液流処理装置の構造を極めて簡略化することができ、さらに５０kTex以上のような大きな繊維トウにおいても、繊維全体にわたり均一に処理液を貫通させることが可能となる。
【００５２】
次に、図１１は液流処理装置の変形例を示す斜視図である。図１１は、複数の樋状プレート部材を一体化した液流処理装置６１の外観を概略的に示している。
図１１に示すように、この液流処理装置６１は、繊維構造体である複数の繊維トウをそれぞれ収容できるように、複数の樋部６２が列設されたプレート部本体６３と、プレート部本体６３の裏面中央部に配されるノズルヘッダー２１とを備えている。液流処理装置６１のプレート部本体６３は天板６４及び図示せぬ底板と四方を囲む側壁とを有する矩形箱体からなり、その天板６４の上面を底面とする樋部６２の側壁を構成する複数枚の縦壁６５が、それぞれ一本の繊維トウの幅間隔をおいて立設されている。更に樋部６２の全体を、図示せぬ断熱カバーにより密閉状に覆っている。
即ち、図１１における樋部６２は図９、１０における樋状プレート部材４１に相当し、プレート部本体６３は樋状プレート部材４１が複数一体化されたものである。
【００５３】
各樋部６２の底面を構成する天板６４には、繊維トウの走行方向に直交して、それぞれ幅方向に長孔６６がプレート部本体６３の内部まで貫通して形成されている。図示例では、長孔６６は１本だけであるが、図１０に示すスリット４２のごとく、所要の間隔をおいて複数本の長孔６６を形成することもできる。各樋部６２の底部に形成された長孔６６にはノズルヘッダー２１の液体噴射ノズル２４の先端開口部２６が接続される。
【００５４】
このように、本実施形態の液流処理装置６１によれば、一回の貫通処理を行うだけでも、十分な処理効果を得ることができる。その結果、液流処理装置６１の構造を、上述のごとく極めて簡略化することが可能となる。
【００５５】
［繊維処理装置］
図１２は、上述の液流処理装置５１，６１が適用された各種の繊維処理装置２００の代表的な実施形態である湿式紡糸によるアクリル系繊維の紡糸・洗浄延伸・乾燥の各工程を概略的に示している。なお、本実施形態はアクリル系繊維に限らず、例えばセルロース系繊維やビニール系繊維、或いは炭素繊維前駆体としてのアクリル繊維にも適用が可能である。
【００５６】
図１２に示すように、繊維処理装置２００で行われる工程として、紡浴工程７０、洗浄（第１洗浄）工程８０、延伸（第２洗浄）工程９０、油剤付与工程１００及び乾燥工程１１０を有している。更に、紡浴工程７０と油剤付与工程１００との間に、洗浄工程８０と延伸工程９０とを分けずに同時に行う洗浄・延伸工程１２０を配する場合、或いは洗浄工程８０及び延伸工程９０に代わる洗浄／染色工程１３０を配する場合もある。
【００５７】
すなわち、紡浴工程７０で紡出された繊維トウに対して洗浄液、染液、油剤などの液体を付与する際に、その洗浄、染色、油剤付与のいずれの工程にあっても液流処理装置５１，６１が適用できることを示している。以下の説明は、液流処理装置６１を繊維処理装置２００の各所に採用した場合のものである。
【００５８】
また、紡浴工程７０と油剤付与工程１００との間で洗浄と延伸とを同時に行う洗浄・延伸工程１２０と、油剤付与工程１００とに適用する液流処理装置６１の液体付与機構を説明する。
紡浴工程７０では、例えばポリアクリロニトリルをジメチルアセトセアドの溶剤に溶解した紡糸原液を、紡糸ノズルを通して溶剤−水系の凝固浴中に押出し、アクリル繊維からなる多数の長繊維状に凝固させる。この凝固した繊維トウは次工程である洗浄・延伸工程１２０に導入される。本実施形態における洗浄・延伸工程１２０には、その前後に図示せぬ延伸ロールを備えており、繊維トウは前後の延伸ロールの間で所要の延伸がなされる。
【００５９】
前後に配された延伸ロールの間には、液流処理装置６１を備えた図示せぬ洗浴が多段に配されている。洗浴には高温の洗浄水が使用される。本実施形態にあっては、単一の液流処理装置６１をもって、高温の洗浄水を高速噴射により繊維トウに一回限り貫通させるだけで十分な洗浄効果が得られる。
【００６０】
紡浴工程７０から出た複数本の繊維トウは、洗浄・延伸工程１２０において、前後の延伸ロール間で延伸がなされると同時に、全ての繊維トウ毎にその全幅に亘り下方から高速の洗浄水（処理液）がノズルヘッダーの各ノズルを介して液流処理装置６１に形成された長孔６６を介して噴射され、繊維トウの上方へと貫通して飛散する。この貫通時に繊維トウは所要の延伸倍率で延伸されている。そのため、各繊維トウの構成繊維毎に洗浄水が強い力で吹き付けられると共に、各構成繊維間を容易に高速で吹き抜けることができ、効率的に溶剤が除去される。
【００６１】
アクリル系繊維の最適な延伸温度は９０〜１００℃であるため、この高温下にある延伸によって繊維トウに対する所要の延伸が一気に行われる。このように、高温洗浄と同時に延伸を行うときは、繊維に延伸むらなどが発生せず、均等な延伸が可能となり、高品質の製品が得られる。こうして洗浄・延伸工程１２０を経た繊維トウは、油剤付与工程１００へと移る。
この油剤付与工程１００にあっても、液流処理装置６１を使用する。このとき、液流処理装置６１から高速噴射される油剤は、繊維トウを貫通して水分と油剤とを効率的に置換し、繊維トウの構成繊維に均一に付与することができる。油剤が付与された後、乾燥工程１１０にて乾燥され、次工程以降の後処理工程へと回される。
【００６２】
ここで、洗浄・延伸工程１２０に代えて、洗浄工程と染色工程とを備えた洗浄／染色工程１３０を採用するにあたっても、液流処理装置６１を使用することができる。この洗浄／染色工程１３０にあっては、液流処理装置６１を使って紡出される繊維トウを洗浄水で効率的に洗浄した後、同じく液流処理装置６１を使って染液を繊維トウに対して高速に噴射すれば、繊維トウ中の残存溶媒や、その構成繊維に付着する水分と染料とを強制的に置換させることができ、効率的な染色を行うことが可能となる。
【００６３】
尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。すなわち、本実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などは一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第一実施形態におけるノズルヘッダーの斜視図である。
【図２】同第一実施形態におけるノズルヘッダーの変形例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二実施形態におけるノズルヘッダーの斜視図である。
【図４】同第二実施形態におけるノズルヘッダーの変形例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第三実施形態におけるノズルヘッダーの斜視図である。
【図６】図５のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。
【図７】同第三実施形態におけるノズルヘッダーの変形例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第四実施形態におけるノズルヘッダーの斜視図である。
【図９】本発明の第五実施形態におけるノズルヘッダーの部分斜視図である。
【図１０】本発明の第五実施形態におけるスリット付き樋状プレートの斜視図である。
【図１１】本発明の第五施形態におけるスリット付き樋状プレートの変形例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の液流処理装置が適用された繊維処理装置の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１１，２１，３１…ノズルヘッダー ３，１３，２３，３３…主管、第一主管 ４，１４，２４，３４…液体噴射ノズル ５，１５，２５…基端開口部 ６，１６，２６…先端開口部 ２７…第二主管 ３７…仕切板 ２８，３８…小孔 ４１…樋状プレート部材 ４２…スリット ５１，６１…液流処理装置 ６６…長孔（スリット） ２００…繊維処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に給液源との接続部を有し、他端が閉塞された内径が一律の主管と、該主管の軸線に対して略直角、同一方向に先端開口部が位置する液体噴射ノズルと、を有するノズルヘッダーを備えた液流処理装置において、
前記ノズルヘッダーの前記液体噴射ノズル毎の最小断面積の和Σｓと、前記主管の断面積Ｓとの比Σｓ／Ｓが３．０以下であることを特徴とする液流処理装置。
【請求項２】
前記主管の内部に、一端が給液源との接続部を有し、かつ他端が閉塞された第２主管が挿入され、該第２主管には軸線方向に複数の小孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液流処理装置。
【請求項３】
前記主管の内部に、前記主管の軸方向に平行で、かつ複数の小孔が形成された仕切板が設けられており、
給液源が、前記液体噴射ノズルが位置されている側とは反対側の前記主管と前記仕切板とで形成される領域側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液流処理装置。
【請求項４】
前記液体噴射ノズルは、前記先端開口部がスリット状または矩形断面を有し、前記基端開口部から前記先端開口部にかけて偏平化されており、前記基端開口部から前記先端開口部にかけた任意の位置での開口断面の面積が同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液流処理装置。
【請求項５】
前記ノズルヘッダーの前記先端開口部に対向して樋状プレート部材を配し、
該樋状プレート部材の幅方向に開口したスリットと、前記先端開口部とが対向して配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液流処理装置。
【請求項６】
前記樋状プレートに、１本以上６本以下の前記スリットが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の液流処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の液流処理装置を備えたことを特徴とする繊維処理装置。
【請求項１】
一端に給液源との接続部を有し、他端が閉塞された内径が一律の主管と、該主管の軸線に対して略直角、同一方向に先端開口部が位置する液体噴射ノズルと、を有するノズルヘッダーを備えた液流処理装置において、
前記ノズルヘッダーの前記液体噴射ノズル毎の最小断面積の和Σｓと、前記主管の断面積Ｓとの比Σｓ／Ｓが３．０以下であることを特徴とする液流処理装置。
【請求項２】
前記主管の内部に、一端が給液源との接続部を有し、かつ他端が閉塞された第２主管が挿入され、該第２主管には軸線方向に複数の小孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液流処理装置。
【請求項３】
前記主管の内部に、前記主管の軸方向に平行で、かつ複数の小孔が形成された仕切板が設けられており、
給液源が、前記液体噴射ノズルが位置されている側とは反対側の前記主管と前記仕切板とで形成される領域側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液流処理装置。
【請求項４】
前記液体噴射ノズルは、前記先端開口部がスリット状または矩形断面を有し、前記基端開口部から前記先端開口部にかけて偏平化されており、前記基端開口部から前記先端開口部にかけた任意の位置での開口断面の面積が同一であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液流処理装置。
【請求項５】
前記ノズルヘッダーの前記先端開口部に対向して樋状プレート部材を配し、
該樋状プレート部材の幅方向に開口したスリットと、前記先端開口部とが対向して配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液流処理装置。
【請求項６】
前記樋状プレートに、１本以上６本以下の前記スリットが形成されていることを特徴とする請求項５に記載の液流処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の液流処理装置を備えたことを特徴とする繊維処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−９５２５６（Ｐ２００８−９５２５６Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８１３３９（Ｐ２００６−２８１３３９）
【出願日】平成１８年１０月１６日（２００６．１０．１６）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１６日（２００６．１０．１６）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]