(57)【要約】      （修正有）【課題】低粘度の原料流体の連続紡糸の安定化を可能にし、幅広い粘度の原料流体の静電紡糸に好適な静電紡糸用スピナレットを提供する。【解決手段】導電性金属材料の構造体より構成される静電紡糸用スピナレット１であって、該構造体は、長軸方向Ｘと短軸方向Ｚと厚み方向Ｙとを備え、該構造体の一面２２に紡糸用の原料流体の流入口を備え、他の一面２１に、複数の突起５が長軸方向に沿って並ぶように形成され、複数の突起の各々は該構造体から突出するように延び、該突起は、その頂部２に原料流体を吐出する吐出孔４を有し、該吐出孔のピッチＰが１ｍｍを越える。【選択図】図１
2020125580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性金属材料の構造体より構成される静電紡糸用スピナレットであって、
該構造体は、長軸方向と短軸方向と厚み方向とで形成される本体部を備え、
該本体部の一面に紡糸用の原料流体の流入口を備え、前記一面と対向する他の一面に、複数の突起が前記長軸方向に沿って並ぶように形成され、複数の突起の各々は該本体部から突出するように延び、
該突起は方光体の形状であり、前記突起における頂部の面積は０．１〜１００ｍｍ２の範囲であり、前記突起は、前記頂部に原料流体を吐出する吐出孔を有し、該吐出孔のピッチが１ｍｍを越え、
前記本体部の内部に、前記吐出孔の各々に前記原料流体を均一に分配する分配板を複数有し、前記分配板の各々は、表面に形成される溝と、該溝に前記分配板の厚み方向を貫通する孔を有し、前記分配板が前記原料流体の流路を形成し、
前記流路は、前記流入口から各々の吐出孔まで略等距離で繋がっており、前記流入口から各々の吐出孔までの流路の距離の差が１０％以内である静電紡糸用スピナレット。
【請求項２】
前記突起の高さが０．１ｍｍ以上である請求項１に記載の静電紡糸用スピナレット。
【請求項３】
前記本体部が２個以上の部品で構成される請求項１または２に記載の静電紡糸用スピナレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電紡糸に用いるスピナレットに関する。更に詳しくは、幅広い粘度の原料流体に対する連続紡糸の安定化及びナノファイバの品質の均質化に適したスピナレットに関する。
【背景技術】
【０００２】
超極細の繊維「ナノファイバ」は、近年注目される１次元ナノ材料である。広義の定義では、直径が１００ｎｍ以下でアスペクト比が１０以上の繊維を指すが、実用的には、直径１０００ｎｍ以下の繊維を指すことが多い（非特許文献１参照）。
【０００３】
ナノファイバを製造する方法として、静電引力を利用した静電紡糸法が知られている。
【０００４】
一般的な静電紡糸法では、ポリマーを溶解させた紡糸溶液である原料流体を金属製の噴射ニードルとともに高電圧で帯電させ、接地した捕集電極表面に向けて、噴射ニードルの先端から原料流体を吐出させる。噴射ニードルの先端における電界集中効果で形成された強力な電界によって、原料流体が、捕集電極表面の方向に引き寄せられ、テイラーコーンと呼ばれる円錐状の形状を形成する。そして、電界によって捕集電極表面に引き寄せられる力が、原料流体の表面張力を上回ったとき、テイラーコーンの先端から原料流体がジェットとして飛翔し、溶媒の揮発を伴いながら細化し、直径がサブミクロンオーダーの繊維が捕集電極表面に不織布状に捕集される。
【０００５】
これまでに報告されている静電紡糸によって製造されたナノファイバは、繊維径が最小でも１００ｎｍ前後である。将来的には、より細い繊維径のナノファイバの高精度かつ量産可能な製造技術の確立が求められている。静電紡糸法によって製造されるナノファイバの繊維径を細くするためには、原料流体中のポリマー鎖を絡み合いにくくする必要がある。そのためには、原料流体のポリマー濃度を低下させることや、低分子量のポリマーを選択するなどして、原料流体の粘度を低下させることが効果的である（非特許文献２参照）。
【０００６】
一方で、静電紡糸法における技術課題の１つとして、原料流体の粘度が低い場合にはナノファイバの連続紡糸の不安定化及び繊維径がばらつくことによる品質の低下が挙げられる。
【０００７】
本技術課題を解決するために、流体供給装置において複数の流体離脱部位を形成することが挙げられる。例えば、隣接する該流体離脱部位の最小間隔を１ｍｍ以下に集積するナノファイバの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、スピナレット先端部から吐出孔を挟むように延設される二つの側面部を有することで、スピナレットの外周壁などから発生するイオン風を抑制し、電界の干渉を抑制し、かつナノファイバの品質を向上させる方法も知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１５２４７９号公報
【特許文献２】特開２０１３−４７４１０号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ａ．Ｔａｎｉｏｋａ，Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，１（３），２４９−２６４（２０１１）
【非特許文献２】Ｓ．Ｉｍａｚｕｍｉ，Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｏｌｙｍ．Ｊ．，４１，１１２４−１１２８（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１の発明では、原料流体の表面張力によって流体を三角形の頂点に導くため、原料流体の粘度が５０００ｃＰ（センチポアズ）以上の場合に好ましいのであって、５０００ｃＰよりも低い粘度の原料流体は紡糸には好ましくない。その他にも、隣接する噴射ニードルの間隔を狭めると、噴射ノズル周辺に発生する電界同士が干渉し、全ての噴射ニードルからナノファイバを紡糸することは困難となり、ナノファイバの品質が低下する懸念がある。
【００１２】
また、特許文献２の発明では、吐出孔が開口部に配置されているため、静電紡糸をした際、吐出孔の近辺に形成される原料流体からなる円錐形状のテイラーコーン（Ｔａｙｌｏｒｃｏｎｅ）が、スピナレットの稜線に沿いながら経時で拡大し、隣接するテイラーコーン同士が接触することが懸念される。隣接するテイラーコーン同士が接触して合わさると、合わさったテイラーコーンに供給される原料流体の量が、周囲にある他のテイラーコーンよりも増え、全てのテイラーコーンからナノファイバを均質に紡糸することが困難になる。特に、原料流体の粘性が低いほどテイラーコーンは周囲に拡大しやすく、より細い繊維径のナノファイバを製造することを目的として、粘度が低い原料流体を用いた場合は、均質なナノファイバの生産には更なる改善が必要である。
【００１３】
本発明は、低粘度から高粘度といった幅広い粘度の原料流体を用いて、繊維径のばらつきが小さい均質なナノファイバを製造可能な静電紡糸用スピナレットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記した課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、吐出孔を有する特定形状の突起を複数配し、原料流体を分配する流路を有した静電紡糸用スピナレットを使用することで、課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
本発明の構成は下記の通りである。
［１］導電性金属材料の構造体より構成される静電紡糸用スピナレットであって、該構造体は、長軸方向と短軸方向と厚み方向とを備え、該構造体の一面に紡糸用の原料流体の流入口を備え、他の一面に、複数の突起が前記長軸方向に沿って並ぶように形成され、複数の突起の各々は該構造体から突出するように延び、該突起は、その頂部に原料流体を吐出する吐出孔を有し、該吐出孔のピッチが１ｍｍを越える静電紡糸用スピナレット。
［２］前記突起の高さが０．１ｍｍ以上である前記［１］に記載の静電紡糸用スピナレット。
［３］前記構造体が２個以上の部品で構成され、該部品の接合面に、各吐出孔に原料流体を均一に分配する流路を有する前記［１］または［２］に記載の静電紡糸用スピナレット。
［４］前記構造体の本体部の内部に設けられた、各吐出孔に原料流体を均一に分配する分配板を有し、当該分配板が原料流体の流路を形成する前記［１］〜［３］のいずれか１に記載の静電紡糸用スピナレット。
［５］前記流入口から各々の吐出孔までは略等距離の流路で繋がっており、前記流入口から各々の吐出孔までの流路の距離の差が１０％以内である前記［１］〜［４］のいずれか１に記載の静電紡糸用スピナレット。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の静電紡糸用スピナレットは、複数の突起を有し、当該複数の突起の各々に穿孔された吐出孔から原料流体を吐出するので、低粘度から高粘度といった幅広い粘度の原料流体を用いて、繊維径のばらつきが小さい均質で均一なナノファイバを生産性よく製造することが可能となる。
【００１７】
さらに  内部に流路を有する静電紡糸用スピナレットは、空気と原料流体の比重の差の影響を受けにくくし、スピナレット内部に空気を抱き込むことなく原料流体を各々の吐出孔に供給することができるため、安定した吐出ができるようになる。
【００１８】
また、内部に流路を有し、流入口から各々の吐出孔までの距離を略等距離とする静電紡糸用スピナレットは、原料流体を各々の吐出孔に均等に供給することができ、均一なナノファイバを得ることができる。
【００１９】
また、突起の高さが０．１ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上とした場合、紡糸をより安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、方光体突起を有する静電紡糸用スピナレットの斜視図である。
【図２】図２は、隣り合う突起同士で突起５の頂部２に対するスピナレットの高さが異なる方光体突起を配した静電紡糸用スピナレットの斜視図である。
【図３】図３は、静電紡糸用スピナレットが有する方光体突起の断面図である。
【図４】図４は、内部に原料流体を溜めるための内部空間を有する静電紡糸用スピナレットおよびその構成部品の断面図である。
【図５】図５は、内部に原料流体を溜めるための内部空間を有する静電紡糸用スピナレットの内部空間を可視化した斜視図である。
【図６】図６は、内部に原料流体の流路のみで構成される静電紡糸用スピナレットおよびその構成部品の断面図である。
【図７】図７は、静電紡糸用スピナレットの内部に原料流体の流路を形成するための分配板の斜視図である。
【図８】図８は、流路を有したトッププレートに対応し、隣り合う突起同士で突起５の頂部２に対するスピナレットの高さが異なる方光体突起を配した静電紡糸用スピナレットの斜視図である。
【図９】図９は、四角錐突起を有する静電紡糸用スピナレットの斜視図である。
【図１０】図１０は、四角柱突起を有する静電紡糸用スピナレットの斜視図である。
【図１１】図１１は、突起を有さない静電紡糸用スピナレットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の静電紡糸用スピナレットの複数の実施形態を図示しながら詳細に説明するが、本発明の静電紡糸用スピナレットの具体的な構成は、ここに図示するものに限定されない。
【００２２】
図１は、方光体突起５（突起５）を有する静電紡糸用スピナレットの斜視図である。
【００２３】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、導電性金属材料で構成された構造体である。該構造体は、Ｘ方向（長軸方向ともいう。）と、Ｙ方向（厚み方向ともいう。）と、Ｚ方向（短軸方向ともいう。）で形成される本体部２０で構成される。
該構造体において、その厚み方向（Ｙ方向）を構成する前記金属材料の一部が短軸方向（Ｚ方向）に沿って突起５を形成するように延びている。言い換えると、構造体の本体部２０の第一の面（一面）２２と対向する逆側の第二の面（他の一面）２１（本体部２０の一側面を構成する）において、複数の突起５が短軸方向（Ｚ方向）に沿って伸びるように形成されている。ここで本体部２０は、静電紡糸用スピナレット１を構成する構造体から突起５を除いた部分を意味する。
【００２４】
当該突起５は、頂部（突起頂部）２と側面部３とを有し、各頂部２に原料流体を吐出する吐出孔４が１孔ずつ設けられている。静電紡糸用スピナレット１を高電圧で帯電させることで、吐出孔４付近に原料流体からなるテイラーコーン７を形成し、テイラーコーン７の先端からナノファイバ８を紡出する。
【００２５】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、吐出孔４が設けられた突起５を有するため、高電圧で帯電した静電紡糸用スピナレット１の突起５に電荷が集中し、突起５の周辺に強力な電界が発生する。この強力な電界によって、テイラーコーン７に与えられる捕集電極表面へと向かう力が増大し、テイラーコーン７の拡大および隣接するテイラーコーン同士の接触を抑制する。また、静電紡糸用スピナレット１は、突起５と谷部６が長軸方向（Ｘ方向）に沿って交互に配される構成を有するため、テイラーコーン７は側面部３と谷部６に沿って、隣接する突起５まで拡大しにくく、隣接するテイラーコーン７同士の接触が抑制される。
【００２６】
静電紡糸用スピナレット１は、導電性の金属材料で構成されていればよく、鉄、アルミニウム、ステンレス剛、真鍮など任意の導電性の金属材料で構わない。また、これら複数の金属材料の組み合わせや合金から構成されていてもよい。
【００２７】
静電紡糸用スピナレット１の長軸方向、厚み方向、および短軸方向の各長さは、任意に選択することができる。例えば、スピナレットの長軸方向は１５００ｍｍ以下、スピナレットの厚み方向は１００ｍｍ以下、スピナレットの短軸方向は１５０ｍｍ以下の範囲が挙げられる。静電紡糸用スピナレット１の寸法を前記長さの範囲内にすることにより、静電紡糸装置へのスピナレットの着脱作業や紡糸後のスピナレットのメンテナンス作業を容易に行うことができる。
【００２８】
本明細書では、上記の通り、長軸方向、単軸方向と言い分けてはいるが、スピナレットの幅方向と高さ方向の長さが互いに同じものも、本発明から排除するものではない。また、本明細書では、「Ｚ方向を、「短軸方向」と言い、スピナレットの高さ方向を示す」、と説明し、突起５がスピナレットの下面に突出した構造のもののみ図示したが、これらスピナレットは、突起５が構造体の一側面から捕集電極表面に向いていればよく、突起５が地面に向かって突出する向きで使用されてもよいし、突起５が地面に対して水平方向や上向きになるように使用されてもよい。  
【００２９】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１が有する突起５の数は特に限定されるものではないが、１０００個以下が好ましい。突起５の数を１０００個以下にすることにより、テイラーコーン７や紡出されて帯電したナノファイバ８同士での静電反発が発生しにくく、ナノファイバ８の紡出が均一となる。
【００３０】
図２は、隣り合う突起同士で突起５の頂部２の高さが異なる静電紡糸用スピナレット１の斜視図である。本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、トッププレート３０と、ノズル５１の二つの部品を接合することにより得られる。リード孔１６は、原料流体を吐出孔に導くために吐出孔と対で設けられ、一般的にスピナレット製作上、機能上の理由から大きい孔径を有している。
【００３１】
図３は、本静電紡糸用スピナレットが有する方光体突起５（突起５）の断面図である。図３は特に図１の静電紡糸用スピナレットの突起５を拡大したものを示し、左右に線対称な形状を有する。図２の静電紡糸用スピナレットの突起５は左右に線対称でない点を除いて、図３に示したものと同様な構成を有する。
【００３２】
本発明において静電紡糸用スピナレット１が有する突起５における、突起５の高さＨ（Ｈ方向の長さ）は特に限定されるものではないが、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。電荷は尖った箇所に集中しやすいため、突起５の先端に電荷が集中しやすい。その結果、突起５周辺に発生する電界は、同じ印加電圧であっても、突起５のないスピナレットと比べて、より強力な電界となり、テイラーコーン７の挙動は安定する。突起５の高さを０．１ｍｍ以上にすることにより、突起５の周辺に強力な電界を発生させ、テイラーコーン７が捕集電極表面へ引き寄せられる力を強めることができる。突起５の高さはより好ましくは、１ｍｍ以上である。
【００３３】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１が有する突起５の配し方は特に限定されるものではなく、静電紡糸用スピナレット１の形状や大きさによって、一次元的に配してもよいし、捕集電極表面に対して平行になるように、二次元的に配しても構わない。突起５を一次元的に配する場合、図１に例示するように隣接する突起５同士で高さが同じになるように配してもよいし、図２に例示するように隣接する突起５同士で高さが異なるように配しても構わない。この例示のように、ノズル５１の長軸方向の中心から左右対称とし、ノズル５１の長軸方向の中心から離れて配される突起５であるほど突起５の頂部２の高さ（第一の面２２から頂部２までの距離）が低くなるように配することで、各々の突起５に均一な電界を発生させ、均質なナノファイバ８を得ることができるため、好ましい。なお、隣り合う突起同士の頂部の高さが同じ場合が含まれていてもよい。
【００３４】
本静電紡糸用スピナレットが有する突起５の頂部２となる面の面方向は特に限定されるものではないが、全ての突起５の頂部２となる面が同一の面方向を向いていることが好ましい。
【００３５】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１の突起５の形状は特に限定されるものではないが、テイラーコーン７の安定性や、スピナレットの加工のしやすさや加工費などを考慮すると方光体の形状であることが好ましい。また、突起５は、方光体の形状に限定して解釈されるものではなく、多面体、半球、錐体、多角柱、かまぼこ形などその要旨を逸脱しない範囲内において、種々の実施形態を適用することができる。複数の突起５は略同一形状を有するのが好ましい。
【００３６】
本発明の静電紡糸用スピナレットを用いて静電紡糸をする場合、突起を捕集面に対して垂直方向になるようにスピナレットを設置し、垂直方向に原料流体を紡出し、ナノファイバを捕集することができるだけでなく、突起を捕集面に対して水平方向になるようにスピナレットを設置し、水平方向に原料流体を紡出し、ナノファイバを捕集することができる。
【００３７】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１が有する吐出孔４の形状は、特に限定されるものではなく、円形、多角形、星型、Ｙ型、Ｃ型などのいずれも選択できるが、スピナレットの加工の容易性を考慮すると円形がより好ましい。また、複数の吐出孔４は略同一形状を有することが好ましい。
【００３８】
また、図１、２に示す各吐出孔４の隣り合う吐出孔間の距離であるピッチＰは、１ｍｍを越えるように設定され、このようなピッチＰを確保するように複数の突起５は、構造体の長軸方向（Ｘ方向）に沿って並ぶように形成される。１ｍｍを越えるピッチＰを確保することにより、隣接する吐出孔４から吐出される原料流体のテイラーコーン７の接触が抑制される。
【００３９】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１が有する突起５における頂部２の面積（吐出孔を含む面積）は特に限定されるものではないが、０．１〜１００ｍｍ２の範囲であることが好ましい。頂部２の面積を０．１ｍｍ２以上にすることにより、テイラーコーン７を確実に保持し、テイラーコーン７の周囲への拡大および隣接するテイラーコーン７同士の接触を抑制することができる。頂部２の面積を１００ｍｍ２以下にすることにより、ピッチＰを小さくでき、十分なナノファイバ８の生産性を維持することができる。より好ましい頂部２の面積は、１〜５０ｍｍ２の範囲である。
【００４０】
本実施形態の吐出孔４の孔径は限定されるものではないが、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることが好ましい。吐出孔４の孔径を０．１ｍｍ以上にすることにより、静電紡糸用スピナレットの洗浄性が向上するため好ましい。また、吐出孔４の孔径を１．０ｍｍ以下にすることにより、低粘度の原料流体や低吐出量の場合において、テイラーコーン７が安定な挙動を示し、ナノファイバ８の紡出が均一となるため好ましい。
【００４１】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１が有する頂部２に配される吐出孔４の位置は、特に限定されるものではなく、頂部２に配されていればよく、頂部２の面の中心や外周などが例示できるが、頂部２の中心に配されることが好ましい。吐出孔４を中心として、頂部２の面に沿ってテイラーコーン７が形成されるため、テイラーコーン７が安定な挙動を示し、均一なナノファイバ８を得ることができる。
【００４２】
図４は、内部に原料流体を溜めるための内部空間を有する静電紡糸用スピナレットの断面図である。図４に示すように、本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、トッププレート３０と、ノズル４０の二つの部品を接合することにより得られる。しかしながら、静電紡糸用スピナレット１を構成する部品はこのような形態には限定されない。
【００４３】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、第一の面２２に設けられた流入口１０より紡糸用の原料流体が供給される。流入口１０より供給された原料流体は、スピナレット内部の内部空間９に溜められ、内部空間９の底面に穿孔されるとともに突起５内を貫通する吐出孔４より吐出される。高粘度の原料流体を用いる場合、内部空間９がバッファとして機能するため、各々の吐出孔から均一に原料流体が吐出される。また、スピナレット構造が単純なため、紡糸後の洗浄工程やメンテナンスを容易に行うことができる。
【００４４】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１への原料流体の供給方法は、特に限定されるものではないが、ギアポンプ、シリンジポンプ、溶液への加圧による供給などが例示できる。ギアポンプは、分解洗浄に時間を要するなどメンテナンス性に難があるが、連続的に原料流体を供給できる利点がある。また、シリンジポンプはバッチ式であり、一度に原料流体を供給可能な量に限りがあるが、ギアポンプよりも広い範囲の粘度の原料流体を供給することが可能である。使用する原料流体や生産量、メンテナンス性に応じて、適宜選択することができる。
【００４５】
図５は、内部に原料流体を溜めるための内部空間を有する静電紡糸用スピナレットの内部空間を可視化した斜視図である。
【００４６】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１に有する内部空間９の体積と、吐出孔４の面積と長さは、内部空間９のスピナレットの長軸方向に対して垂直方向の断面積をＡ、内部空間９のスピナレットの長軸方向の長さをＢ、吐出孔４の断面積をａ、吐出孔４の長さ（内部空間９から吐出孔の出口までのノズルを貫通する長さ）をｂ、１つの内部空間９の底面に穿孔された吐出孔４の数をｎとした場合、下記の式（１）の関係を満たすことが好ましい。該式（１）を満たす範囲にすることにより、原料流体を各々の吐出孔４に供給する際、吐出孔４の長さ方向への原料流体の流動性が、内部空間９の長軸方向への原料流体の流動性を上回り、静電紡糸用スピナレット１内部の背圧が上がり、各々の吐出孔４に均一に原料流体が供給されやすく、ナノファイバ８の紡出が均一となりやすい。
【００４７】
【数１】
2020125580.tif 000003
【００４８】
図６は、内部に原料流体の流路を有する静電紡糸用スピナレットおよびその構成部品の断面図の一例である。
【００４９】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、原料流体を流入口１０より複数の吐出孔４へ供給することができる。流入口１０から各々の吐出孔４へ分配するために、内部に内部空間９を有していてもよいが、流体を分配するために分岐した複数の流路１１を有していることが好ましい。極めて低粘度の原料流体を、内部空間９を有するスピナレットに流入させると、内部空間９に原料流体を充填する過程で原料流体の方が空気よりも比重が大きいため、内部空間９に空気を抱き込みながら充填され、原料流体を各々の吐出孔４に均一に供給することが困難である。また、内部空間９に空気を抱き込むことなく原料流体を充填させたとしても、流入口１０から各々の吐出孔までの距離が異なり、各々の吐出孔４へ原料流体を均一に供給することが困難である。
静電紡糸用スピナレット１の内部に流路１１を形成することで、空気と原料流体の比重の差の影響を受けにくくすることができる。これにより、スピナレット内部に空気を抱き込むことなく原料流体を内部空間９に充填することができ、さらに流入口から各々の吐出孔までの距離が略等距離であることから、原料流体を各々の吐出孔４に均一に供給することができ、均一なナノファイバ８を得ることができる。
【００５０】
本実施形態の流入口１０から各々の吐出孔４までの距離の差、すなわち、各流路１１の距離の差は各々の吐出孔４に原料流体を均一に供給することができるという点で、１０％以内であることが好ましい。流入口１０から各々の吐出孔４までの距離の差を１０％以内にすることにより、各々の吐出孔４にかかる背圧の差が小さく、各々の吐出孔４からの原料流体の吐出量の差がナノファイバ８に与える影響を抑制することができる。
【００５１】
本実施形態の流路１１の形状は、特に限定されないが、流路１１の形状と原料流体の流れの関係を解析した結果、効率よく各々の吐出孔４に原料流体を均一に供給することができるという点で、図６に例示するような枝分かれ図の形状であることが好ましい。また、図６の下半分に示すように、本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、トッププレート３０、ノズル４０に加え、二枚の分配板１２、１５の合計四つの部品を接合することにより得られる。各部品の内部および接合面には流路１１が形成されており、容易に流路１１を形成することができる。
【００５２】
図７は、静電紡糸用スピナレット１の内部に原料流体の流路を有するための分配板１２、１５の斜視図である。
【００５３】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１では、内部に流路１１を形成するために、図６、図７に例示するような取り外し可能な分配板１２、１５が設置される。分配板１２は、表面（接合面）を掘削されて形成される溝１３と、当該溝に分配板１２の厚み方向を貫通する孔１４を有しており、製作とスピナレット洗浄が容易になるために用いられる。分配板１２の設置によって流路１１を形成させることができ、紡糸後にノズル４０と分配板１２、１５とに分解することで、スピナレットの洗浄工程を簡便かつ効果的に行うことができる。また、分配板１２の溝およびの孔の形状が異なる分配板（たとえば分配板１５）を複数作製しておくことで、随時、原料流体の粘度に適した分配板１２に取り替えることができ、更に幅広い粘度の原料流体に対応することができる。
【００５４】
分配板の溝の体積と、溝を貫通する孔の面積および長さは、原料流体が流れる方向に対して垂直方向の分配板の溝１３の断面積をＤ、分配板の溝を貫通する孔１４の面積をｄとした場合、流路１１の形状と原料流体の流れの関係を解析した結果、効率よく各々の吐出孔４に原料流体を均一に供給することができるという点で、Ｄは０．１〜５ｍｍ２、ｄは０．１〜１ｍｍ２の範囲にすることが好ましい。前記範囲を満たすと、粘度１０〜５０００ｃＰの原料流体を分配する際、低粘度の原料流体の場合は空気を抱きこむことなく、高粘度の原料流体は背圧が上がりすぎることもなく、各々の吐出孔４に均一に原料流体が供給されやすく、ナノファイバ８の紡出が均一となりやすい。
【００５５】
分配板１５は、表面を掘削されて形成される二つの溝１３ａ、１３ｂを有する。溝１３ａに分配板１５の厚み方向を貫通する孔１４ａ、１４ｂが設けられ、溝１３ｂに孔１４ｃ、１４ｄが設けられる。分配板１５の溝１３ａ、１３ｂ各々においても、分配板１２におけるＤ、Ｌ、ｄ、ｌと同様の前記の理由から前記範囲を満たすことが好ましい。
【００５６】
図８は、流路を有したトッププレート３１を使用した静電紡糸用スピナレット１の斜視図である。本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、トッププレート３０と、ノズル５２の二つの部品を接合することにより得られる。
【００５７】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１の内部に流路１１を形成するために、図８に例示するような流路を有するトッププレート３１を使用してもよい。流路１１を有するトッププレート３１を使用した場合、分配板を使用した場合よりも部品数を少なくすることができ、紡糸後の洗浄工程やメンテナンスを容易に行うことができる。
【００５８】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１を用いて静電紡糸をする際、原料流体に含まれる材料は特に限定されるものではなく、適宜選択することができる。この様な材料としては、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルなどの高分子材料の他、アルミナや酸化チタンなどの無機材料などを例示できる。ナノファイバ化した際に発現する効果を考慮し、適宜選択することができる。また、これらポリマーは、単独で使用してもよく、２種類以上のポリマーを混合して使用してもよい。更には、これらポリマーは他の機能性材料と複合されていてもよく、そのような機能性材料としては、難燃剤、消臭剤、酸化防止剤、帯電防止剤、顔料などの機能付与材の他、金ナノ粒子や二酸化チタンナノ粒子、ハイドロキシアパタイトナノ粒子、カーボンナノチューブやグラフィンなどのナノ材料を例示できる。
【００５９】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１を用いて静電紡糸をする際、原料流体に含まれる溶媒は特に限定されるものではなく、ポリマーを室温もしくは加熱下で溶解可能な溶媒を、適宜選択することができる。この様な溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、テトラヒドロフラン、テトラメチルユリア、トリメチルフォスフェート、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２−プロパノール、ヘキサフルオロ酢酸、メチルエチルケトン、ジメチルスルホキシド、アセトン、ブチルアセテート、シクロヘキサン、ブチロラクトン、テトラエチルユリア、イソホロン、トリエチルフォスフェート、カルビトールアセテート、プロピレンカーボネートなどが例示でき、溶媒のポリマーに対する溶解性や揮発性、誘電率、粘度、表面張力などを考慮して、適宜選択することができる。また、これら溶媒は、単独で使用してもよく、２種類以上の溶媒を混合して使用してもよい。２種類以上の溶媒を混合して使用する場合には、揮発性の高い溶媒と揮発性の低い溶媒を混合することで、電界紡糸過程におけるポリマー溶液の揮発性を制御することができるので、より好ましい。この様な組み合わせとしては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドとアセトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドとアセトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンとアセトンなどを例示することができる。２種類以上の溶媒を混合して使用する場合の混合比率は、特に限定されるものではなく、求めるポリマー溶液の物性、例えば濃度や粘度、揮発性、導電性、表面張力などを考慮して、適宜調整することができる。これによって、得られるナノファイバ８の繊維径や繊維形態を容易に制御可能となったり、また静電紡糸時の溶液吐出量の調整が容易となり、例えば吐出量を増大させてナノファイバ８の生産性を向上させることができたりする。
【００６０】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１を用いて静電紡糸をする際、原料流体の特性を調整する目的で、添加剤を添加することができる。添加剤の種類は特に限定されるものではなく、有機もしくは無機の塩などを、適宜選択することができる。例えば、イオン性の界面活性剤を添加した場合には、原料流体の表面張力が低下し、また電気伝導率が向上するので、イオン性の界面活性剤が添加されていない原料流体を静電紡糸した場合に比べて、球状粒子（ビーズ）の発現が少なく、平均繊維径が小さいナノファイバ８が得られるので好ましい。添加剤の添加量についても特に限定されるものではなく、求める原料流体の特性調整効果に応じて適宜選択することができるが、好ましい範囲としては、原料流体中に０．００５〜０．５質量％、更に好ましい範囲としては、原料流体中に０．０１〜０．３質量％を例示できる。
【００６１】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１を用いて静電紡糸をする際、原料流体のポリマー濃度は特に限定されるものではなく、原料流体の粘度、そして静電紡糸して得られるナノファイバ８の平均繊維径や繊維形態、そして生産性などを考慮して、適宜調整することができるが、好ましい濃度範囲としては３〜３０質量％、より好ましい範囲としては４〜２５質量％を例示することができる。ポリマーの濃度が３質量％以上であれば、ビーズ構造があまり見られない、十分に小さい平均繊維径のナノファイバ８が、満足できる生産性で得られるので好ましく、４質量％以上であれば、ビーズ構造がほぼ見られない、満足できる平均繊維径のナノファイバ８が、十分な生産性で得られるのでより好ましい。また、ポリマーの濃度が３０質量％以下であれば、静電紡糸に適した粘度となり、安定した紡糸性でナノファイバ８が得られるので好ましく、２５質量％以下であれば、さらに安定した紡糸性となるのでより好ましい。
【００６２】
本実施形態の静電紡糸用スピナレット１を用いて静電紡糸をする際、原料流体の粘度は特に限定されるものではなく、１０〜５０００ｃＰの範囲であることが好ましく、３０〜３０００ｃＰの範囲であることがより好ましい。原料流体の粘度を１０ｃＰ以上にすることにより、曳糸性がよく、ビーズが発現しにくい。原料流体の粘度を５０００ｃＰ以下にすることにより、粘性が低いため、原料流体を静電紡糸用スピナレット１の各々の吐出孔４まで供給することが容易である。本実施形態の静電紡糸用スピナレット１は、突起５に吐出孔４を有する構成であるために、突起５周辺に発生する強力な電界によって、テイラーコーン７は安定な挙動を示し、特に、粘度が１０〜２００ｃＰであるような低粘度の原料流体を用いて、均一で細い繊維径のナノファイバ８を製造することができる。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は、下記実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。なお、実施例中に示したナノファイバの平均繊維径の測定方法を以下に示す。
【００６４】
（原料流体の粘度）
気温２５℃および湿度３０％の条件でＢＲＯＯＫＦＩＥＬＤ社製の粘度計ＲＶＤＶ−ＩＰｒｉｍｅと、コーンスピンドルＣＰＥ−４１を使用して、後述する原料流体の粘度を測定した。
【００６５】
（平均繊維径）
株式会社日立ハイテクノロジーズ製の走査型電子顕微鏡ＳＵ８０２０を使用して、ナノファイバを観察し、画像解析ソフトを用いてナノファイバ５０ヶ所の直径を測定した。ナノファイバ５０ヶ所の繊維径の平均値を平均繊維径とした。
【００６６】
（紡糸安定性）
静電紡糸を開始して、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上経過し、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的であった場合を「◎」、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上経過したが、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が断続的であった場合を「○」、隣接するテイラーコーン同士が接触するまでに要した時間が１０分〜２時間の範囲であり、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的または断続的であった場合を「△」、隣接するテイラーコーン同士が接触するまでに要した時間が１０分以下であり、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的または断続的であった場合を「×」として紡糸安定性を評価した。
【００６７】
＜実施例１＞
Ｓｏｌｖａｙ製のポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）樹脂であるＳｏｌｅｆ  ２１２１６を、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに８質量％の濃度で溶解し、添加剤としてラウリル硫酸ナトリウムを０．１質量％となるように添加し、原料流体を調製した。この原料流体の粘度は４６１ｃＰであった。次に、捕集電極の上に置いたアルミシートを基材として、この上に前記原料流体を、図１に記載の突起を有する静電紡糸用スピナレットを用いて、静電紡糸をして、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。なお、スピナレットの長さは１００ｍｍ、スピナレットの厚さは２０ｍｍ、スピナレットの高さは４０ｍｍ、突起の高さは１．５ｍｍ、突起の形状は方光体、突起は一次元的に配され、吐出孔出口の形状は円形、吐出孔の出口の孔径は０．３ｍｍ、頂部の面積（吐出孔出口の面積を含む）は１ｍｍ２、１つの突起につき１つの吐出孔を配し、スピナレットは４個の突起を有し、隣り合う吐出孔間の距離は８ｍｍ、流入口の孔径は２ｍｍであった。本実施例の静電紡糸用スピナレットは、その内部に、原料流体を流入口から各々の吐出孔へ分配するため、図４に例示するような内部空間を形成している。内部空間の長さは８０ｍｍ、内部空間の厚さは１０ｍｍ、内部空間の高さは３５ｍｍ、吐出孔の長さは５ｍｍであった。本実施例の紡糸条件は、１個の吐出孔（単孔）への原料流体の供給量は１．０ｍＬ／ｈｒ、印加電圧は４５ｋＶ、紡糸距離は１５０ｍｍ、紡糸空間は気温２５度Ｃおよび湿度３０％であった。本実施例では、原料流体の粘度が高いため、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上に亘って安定的な紡糸が可能であったため、十分な操業性であった。また、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られた。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、７８±１５ｎｍであった。
【００６８】
＜実施例２＞
Ｓｏｌｖａｙ製のＰＶＤＦ−ＨＦＰ樹脂であるＳｏｌｅｆ  ２１２１６を、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに６質量％の濃度で溶解し、添加剤としてラウリル硫酸ナトリウムを０．１質量％となるように添加し、原料流体を調製した。この原料流体の粘度は１６２ｃＰであった。次に、アルミシートを基材として、この上に前記原料流体を、実施例１と同様の静電紡糸用スピナレットを用いて、実施例１と同様の紡糸条件で静電紡糸をして、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。本実施例では、原料流体の粘度が低いが、方光体の突起の周辺に強力な電界を発生させ、テイラーコーンが捕集電極表面へ引き寄せられる力を強めることができたため、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上に亘って安定的な紡糸が可能で十分な操業性であった。しかし、スピナレットの内部に原料流体を分配する流路を有しておらず、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が断続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られなかった。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、６２±２５ｎｍであった。
【００６９】
＜実施例３＞
原料流体は実施例２と同様の条件で調製した。次に、捕集電極の上に置いたアルミシートを基材として、この上に前記原料流体を、図１に記載の突起を有する静電紡糸用スピナレットを用いて、静電紡糸をして、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。スピナレットの長さは１００ｍｍ、スピナレットの厚さは２０ｍｍ、スピナレットの高さは４０ｍｍ、突起の高さは１．５ｍｍ、突起の形状は方光体、突起は一次元的に配され、吐出孔出口の形状は円形、吐出孔の出口の孔径は０．３ｍｍ、頂部の面積（吐出孔出口の面積を含む）は１ｍｍ２、１つの突起につき１つの吐出孔を配し、スピナレットは４個の突起を有し、隣り合う吐出孔間の距離は８ｍｍ、流入口の孔径は２ｍｍであった。本実施例の静電紡糸用スピナレットは、その内部に、原料流体を流入口から各々の吐出孔へ分配するため、図６に例示するようなトーナメント状の流路を、図７の斜視図に例示するような分配板を用いて形成した。原料流体が流れる方向に対して垂直方向の分配板の溝の断面積は２ｍｍ２、原料流体が流れる方向の溝の長さは３５ｍｍ、分配板の溝を貫通する孔の面積は０．５ｍｍ２、分配板の溝を貫通する孔の長さは３ｍｍであった。本実施例の紡糸条件は、実施例１と同様の紡糸条件であった。本実施例では、原料流体の粘度が低いが、方光体の突起の周辺に強力な電界を発生させ、テイラーコーンが捕集電極表面へ引き寄せられる力を強めることができたため、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上に亘って安定的な紡糸が可能で十分な操業性であった。また、スピナレットの内部に原料流体を分配する流路を有しており、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られた。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、６４±１３ｎｍであった。
【００７０】
＜実施例４＞
原料流体は実施例２と同様の条件で調製した。この原料流体の粘度は１６２ｃＰであった。次に、捕集電極の上に置いたアルミシートを基材として、この上に前記原料流体を、図９に記載の突起を有する静電紡糸用スピナレットを用いて、静電紡糸をして、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。なお、スピナレットの長さは１００ｍｍ、スピナレットの厚さは２０ｍｍ、スピナレットの高さは４０ｍｍ、突起の高さは１．５ｍｍ、突起の形状は四角錘、突起は一次元的に配され、吐出孔出口の形状は円形、吐出孔の出口の孔径は０．３ｍｍ、頂部の面積（吐出孔出口の面積を含む）は１ｍｍ２、１つの突起につき１つの吐出孔を配し、スピナレットは４個の突起を有し、隣り合う吐出孔間の距離は８ｍｍ、流入口の孔径は２ｍｍであった。本実施例の静電紡糸用スピナレットは、その内部に、原料流体を流入口から各々の吐出孔へ分配するため、図４に例示するような内部空間を形成している。内部空間の長さは８０ｍｍ、内部空間の厚さは１０ｍｍ、内部空間の高さは３５ｍｍ、吐出孔の長さは５ｍｍであった。本実施例の紡糸条件は、本実施例１と同様の紡糸条件であった。本実施例では、原料流体の粘度が低いが、方光体の突起の周辺に強力な電界を発生させ、テイラーコーンが捕集電極表面へ引き寄せられる力を強めることができたため、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上に亘って安定的な紡糸が可能で十分な操業性であった。しかし、スピナレットの内部に原料流体を分配する流路を有しておらず、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が断続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られなかった。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、５８±２６ｎｍであった。
【００７１】
＜実施例５＞
原料流体は実施例２と同様の条件で調製した。この原料流体の粘度は１６２ｃＰであった。次に、アルミシートを基材として、この上に前記原料流体を、図９に記載の突起を有する静電紡糸用スピナレットを用いて、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。なお、スピナレットの長さは１００ｍｍ、スピナレットの厚さは２０ｍｍ、スピナレットの高さは４０ｍｍ、突起の高さは１．５ｍｍ、突起の形状は四角錘、突起は一次元的に配され、吐出孔出口の形状は円形、吐出孔の出口の孔径０．３ｍｍ、１つの突起につき１つの吐出孔を配し、スピナレットは４個の突起を有し、隣り合う吐出孔間の距離は８ｍｍ、流入口の孔径２ｍｍであった。本実施例の静電紡糸用スピナレットは、その内部に、原料流体を流入口から各々の吐出孔へ分配するため、図６に例示するようなトーナメント形状の流路を、図７の斜視図に例示するような分配板を用いて形成した。原料流体が流れる方向に対して垂直方向の分配板の溝の断面積は２ｍｍ２、原料流体が流れる方向の溝の長さは３５ｍｍ、分配板の溝を貫通する孔の面積は０．５ｍｍ２、分配板の溝を貫通する孔の長さは３ｍｍであった。本実施例の紡糸条件は、実施例１と同様の紡糸条件であった。本実施例の紡糸条件は、実施例１と同様の紡糸条件であった。本実施例では、原料流体の粘度が低いが、方光体の突起の周辺に強力な電界を発生させ、テイラーコーンが捕集電極表面へ引き寄せられる力を強めることができたため、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上に亘って安定的な紡糸が可能で十分な操業性であった。また、スピナレットの内部に原料流体を分配する流路を有しており、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られた。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、５６±１７ｎｍであった。
【００７２】
＜実施例６＞
原料流体は実施例２と同様の条件で調製した。この原料流体の粘度は１６２ｃＰであった。次に、アルミシートを基材として、この上に前記原料流体を、図１０に記載の突起を有する静電紡糸用スピナレットを用いて、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。なお、スピナレットの長さは１００ｍｍ、スピナレットの厚さは２０ｍｍ、スピナレットの高さは４０ｍｍ、突起の高さは１．５ｍｍ、突起の形状は四角柱、突起は一次元的に配され、吐出孔出口の形状は円形、吐出孔の出口の孔径０．３ｍｍ、１つの突起につき１つの吐出孔を配し、スピナレットは４個の突起を有し、隣り合う吐出孔間の距離は８ｍｍ、流入口の孔径２ｍｍであった。本実施例の静電紡糸用スピナレットは、その内部に、原料流体を流入口から各々の吐出孔へ分配するため、図４に例示するような内部空間を形成している。内部空間の長さは８０ｍｍ、内部空間の厚さは１０ｍｍ、内部空間の高さは３５ｍｍ、吐出孔の長さは５ｍｍであった。本実施例の紡糸条件は、実施例１と同様の紡糸条件であった。本実施例では、原料流体の粘度が低いが、方光体の突起の周辺に強力な電界を発生させ、テイラーコーンが捕集電極表面へ引き寄せられる力を強めることができたため、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上に亘って安定的な紡糸が可能で十分な操業性であった。しかし、スピナレットの内部に原料流体を分配する流路を有しておらず、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が断続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られなかった。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、６５±２８ｎｍであった。
【００７３】
＜実施例７＞
原料流体は実施例２と同様の条件で調製した。この原料流体の粘度は１６２ｃＰであった。次に、アルミシートを基材として、この上に前記原料流体を、図１０に記載の突起を有する静電紡糸用スピナレットを用いて、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。なお、スピナレットの長さは１００ｍｍ、スピナレットの厚さは２０ｍｍ、スピナレットの高さは４０ｍｍ、突起の高さは１．５ｍｍ、突起の形状は四角柱、突起は一次元的に配され、吐出孔の形状は円形、吐出孔の出口の孔径は０．３ｍｍ、１つの突起につき１つの吐出孔を配し、スピナレットは４個の突起を有し、頂部の面積（吐出孔出口の面積を含む）は１ｍｍ２、隣り合う吐出孔間の距離は８ｍｍ、流入口の孔径は２ｍｍであった。本実施例の静電紡糸用スピナレットは、その内部に、原料流体を流入口から各々の吐出孔へ分配するため、図６に例示するようなトーナメント形状の流路を、図７の斜視図に例示するような分配板を用いて形成した。原料流体が流れる方向に対して垂直方向の分配板の溝の断面積は２ｍｍ２、原料流体が流れる方向の溝の長さは３５ｍｍ、分配板の溝を貫通する孔の面積は０．５ｍｍ２、分配板の溝を貫通する孔の長さは３ｍｍであった。本実施例の紡糸条件は、実施例１と同様の紡糸条件であった。本実施例の紡糸条件は、実施例１と同様の紡糸条件であった。本実施例では、原料流体の粘度が低いが、方光体の突起の周辺に強力な電界を発生させ、テイラーコーンが捕集電極表面へ引き寄せられる力を強めることができたため、隣接するテイラーコーン同士が接触することなく２時間以上に亘って安定的な紡糸が可能で十分な操業性であった。また、スピナレットの内部に原料流体を分配する流路を有しており、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られた。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、６２±１９ｎｍであった。
【００７４】
＜比較例１＞
原料流体は実施例２と同様の条件で調製した。この原料流体の粘度は１６２ｃＰであった。次に、アルミシートを基材として準備し、この上に前記原料流体を、図１１に記載の突起を有していない静電紡糸用スピナレットを用いて、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。なお、スピナレットの長さは１００ｍｍ、スピナレットの厚さは２０ｍｍ、スピナレットの高さは４０ｍｍ、吐出孔は一次元的に配され、吐出孔の形状は円形、吐出孔の出口の孔径は０．３ｍｍ、スピナレットは４個の吐出孔を有し、隣り合う吐出孔間の距離は８ｍｍであった。本比較例の静電紡糸用スピナレットは、その内部に、原料流体を流入口から各々の吐出孔へ分配するため、図４に例示するような内部空間を形成している。内部空間の長さは８０ｍｍ、内部空間の厚さは１０ｍｍ、内部空間の高さは３５ｍｍ、吐出孔の長さは５ｍｍであった。本比較例の紡糸条件は、実施例１と同様の紡糸条件であった。本比較例では、原料流体の粘度が低く、突起を有していないスピナレットを用いており、テイラーコーンが捕集電極表面へ引き寄せられる力を十分に強めることができなかったため、静電紡糸を開始してから１０分後に隣接するテイラーコーン同士が接触してしまい、十分な操業性を満足することができなかった。また、スピナレットの内部に原料流体を分配する流路を有しておらず、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られなかった。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、６５±３３ｎｍであった。
【００７５】
＜比較例２＞
原料流体は実施例２と同様の条件で調製した。この原料流体の粘度は１６２ｃＰであった。次に、アルミシートを基材として準備し、この上に前記原料流体を、図１１に記載の突起を有していない静電紡糸用スピナレットを用いて、ＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを作製した。なお、スピナレットの長さは１００ｍｍ、スピナレットの厚さは２０ｍｍ、スピナレットの高さは４０ｍｍ、吐出孔は一次元的に配され、吐出孔の形状は円形、吐出孔の出口の孔径は０．３ｍｍ、スピナレットは４個の吐出孔を有し、隣り合う吐出孔間の距離は８ｍｍであった。本実施例の静電紡糸用スピナレットは、その内部に、原料流体を流入口から各々の吐出孔へ分配するため、図６に例示するようなトーナメント形状の流路を、図７の斜視図に例示するような分配板を用いて形成した。原料流体が流れる方向に対して垂直方向の分配板の溝の断面積は２ｍｍ２、原料流体が流れる方向の溝の長さは３５ｍｍ、分配板の溝を貫通する孔の面積は０．５ｍｍ２、分配板の溝を貫通する孔の長さは３ｍｍであった。本比較例の紡糸条件は、実施例１と同様の紡糸条件であった。本比較例では、原料流体の粘度が低く、突起を有していないスピナレットを用いており、テイラーコーンが捕集電極表面へ引き寄せられる力を十分に強めることができなかったため、静電紡糸を開始してから１０分後に隣接するテイラーコーン同士が接触してしまい、十分な操業性を満足することができなかった。しかし、スピナレットの内部に原料流体を分配する流路を有しており、テイラーコーンからのナノファイバの紡出が連続的であったため、十分な品質のＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバを得られた。得られたＰＶＤＦ−ＨＦＰナノファイバの平均繊維径は、６３±２１ｎｍであった。
【００７６】
以上の実験の結果について、表１にまとめて示す。
【００７７】
【表１】
2020125580.tif 000004
【符号の説明】
【００７８】
１  静電紡糸用スピナレット
２  頂部（突起頂部）
３  側面部
４  吐出孔
５  突起
６  谷部
７  テイラーコーン
８  ナノファイバ
９  内部空間
１０  流入口
１１  流路
１２  分配板
１３、１３ａ、１３ｂ  分配板の溝
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  分配板の孔
１５  分配板
１６  リード孔
２０  本体部
２１  第二の面（一面）
２２  第一の面（他の一面）
３０  トッププレート
３１  流路を有するトッププレート
４０、５１、５２  ノズル
Ｘ  構造体の長手方向、または幅方向に沿った長軸方向
Ｙ  構造体の厚みの方向に沿った厚み方向
Ｚ  構造体の短手方向、または高さ方向に沿った短軸方向
Ｐ  ピッチ
Ｈ  突起の高さ
【図１】
2020125580.tif 000005
【図２】
2020125580.tif 000006
【図３】
2020125580.tif 000007
【図４】
2020125580.tif 000008
【図５】
2020125580.tif 000009
【図６】
2020125580.tif 000010
【図７】
2020125580.tif 000011
【図８】
2020125580.tif 000012
【図９】
2020125580.tif 000013
【図１０】
2020125580.tif 000014
【図１１】
2020125580.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月1日(2020.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性金属材料の構造体より構成される静電紡糸用スピナレットであって、
該構造体は、長軸方向と短軸方向と厚み方向とで形成される本体部を備え、
該本体部の一面に紡糸用の原料流体の流入口を備え、前記一面と対向する他の一面に、複数の突起が前記長軸方向に沿って並ぶように形成され、複数の突起の各々は該本体部から突出するように延び、
該突起は四角錘又は四角柱の形状であり、前記突起における頂部の面積は０．１〜１００ｍｍ２の範囲であり、前記突起は、前記頂部に原料流体を吐出する吐出孔を有し、該吐出孔のピッチが１ｍｍを越え、
前記本体部の内部に、前記吐出孔の各々に前記原料流体を均一に分配する分配板を複数有し、前記分配板の各々は、表面に形成される溝と、該溝に前記分配板の厚み方向を貫通する孔を有し、前記分配板が前記原料流体の流路を形成し、
前記流路は、前記流入口から各々の吐出孔まで略等距離で繋がっており、前記流入口から各々の吐出孔までの流路の距離の差が１０％以内である静電紡糸用スピナレット。
【請求項２】
前記突起の高さが０．１ｍｍ以上である請求項１に記載の静電紡糸用スピナレット。
【請求項３】
前記本体部が２個以上の部品で構成される請求項１または２に記載の静電紡糸用スピナレット。