(57)【要約】【課題】ナノファイバの気体流による搬送を効率よく行う。【解決手段】原料液３００を空間中で静電爆発させ、製造されたナノファイバ３０１を放出するナノファイバ製造装置であって、原料液３００を空間中に流出させる流出手段２０１と、原料液３００を帯電させる帯電手段２０２と、ナノファイバ３０１を搬送する気体流を発生させる気体流発生手段２０３と、ナノファイバ３０１を気体流と共に案内する管状の案内体２０６と、流出手段２０１と案内体２０６との間に配置され、案内体２０６外方の雰囲気を案内体２０６内方に導入する導入口２０８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノファイバの原料となる原料液を空間中で静電爆発させ、製造されたナノファイバを放出するナノファイバ製造装置であって、
原料液を空間中に流出させる流出手段と、
前記原料液を帯電させる帯電手段と、
ナノファイバを搬送する気体流を発生させる気体流発生手段と、
ナノファイバを気体流と共に案内する管状の案内体と、
前記流出手段と前記案内体との間に配置され、前記案内体外方の雰囲気を前記案内体内方に導入する導入口と
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
さらに、
前記導入口の近傍に、雰囲気の導入方向を制御する制御翼を備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
さらに、
前記原料液が内方に流出され、前記気体流発生手段により発生する気体流が一方向に通過する風洞体を備え、前記風洞体は前記案内体と一連に配置され、
前記流出手段は、前記気体流の方向と交差する方向に原料液を流出する
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
前記流出手段は、原料液が通過する流出孔が周壁に多数設けられる筒状の流出体を備え、
前記帯電手段は、前記流出体を囲むように配置される環状の誘導電極を備え、
前記導入口は、前記誘導電極と前記案内体とが接触しないように前記誘導電極と前記案内体との間に配置される
請求項３に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
前記流出手段は、原料液が通過する流出孔が多数設けられるノズルヘッドを備え、圧力により原料液を流出させる
請求項３に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項６】
前記流出手段は、圧力を付与することにより原料液が同一方向に流出する流出孔が多数設けられる流出体を備え、
前記帯電手段は、前記流出体から原料液が流出する方向に、前記流出体から所定距離離れた位置に配置される板状の誘導電極を備え、
前記気体流発生手段は、前記原料液の流出方向と交差する方向であって前記流出体と前記誘導電極との間に気体流を発生させる
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明はナノファイバの製造装置に関し、特に、気体流によりナノファイバを所望の場所に案内するナノファイバ製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子物質などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質（ナノファイバ）を製造する方法として、エレクトロスピニング（電荷誘導紡糸）法が知られている。
【０００３】
このエレクトロスピニング法とは、溶媒中に高分子物質などを分散または溶解させた原料液を空間中にノズルなどにより流出（吐出）させるとともに、原料液に電荷を付与して帯電させ、空間を飛行中の原料液を静電爆発させることにより、ナノファイバを得る方法である。
【０００４】
より具体的にエレクトロスピニング法を説明すると次のようになる。すなわち、帯電され空間中に流出された原料液は、空間を飛行中に徐々に溶媒が蒸発していく。これにより、飛行中の原料液の体積は、徐々に減少していくが、原料液に付与された電荷は、原料液に留まる。この結果として、空間を飛行中の原料液は、電荷密度が徐々に上昇することとなる。そして、溶媒は、継続して蒸発し続けるため、原料液の電荷密度がさらに高まり、原料液の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力より勝った時点で高分子溶液が爆発的に線状に延伸される現象（静電爆発）が生じる。この静電爆発が、空間において次々と幾何級数的に発生することで、直径がサブミクロンの高分子から成るナノファイバが製造される（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
以上のようなエレクトロスピニング法で製造されるナノファイバの生産効率を向上させるためには空間中に流出させる原料液を多くすれば良い。しかし、原料液が同電位に帯電している等の理由から、小さな空間に多量の原料液を一度に流出させることは困難であり、また、ナノファイバを空間的に均一に製造することも困難であった。
【０００６】
そこで、本願発明者らは、原料液やナノファイバを気体流で搬送し、筒状の案内体で所望の場所に案内することで、ナノファイバの生産効率を向上させ、ナノファイバの製造品質（ナノファイバの空間分布度など）を向上させることができるナノファイバ製造装置を先に提案している。
【特許文献１】特開２００８−３１６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、本願発明者は、ナノファイバ製造装置を使用していくうちに、筒状の案内体の内壁にナノファイバが付着して、ナノファイバの生産効率が低下したり、ナノファイバの空間分布が乱れたりすることを見いだすに至った。
【０００８】
本願発明は、上記知見に基づきなされたものであり、ナノファイバの生産効率を高い状態で維持し、また、ナノファイバの製造品質を高い状態で維持しうるナノファイバ製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本願発明にかかるナノファイバ製造装置は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中で静電爆発させ、製造されたナノファイバを放出するナノファイバ製造装置であって、原料液を空間中に流出させる流出手段と、前記原料液を帯電させる帯電手段と、ナノファイバを搬送する気体流を発生させる気体流発生手段と、ナノファイバを気体流と共に案内する管状の案内体と、前記流出手段と前記案内体との間に配置され、前記案内体外方の雰囲気を前記案内体内方に導入する導入口とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、案内体内に流れる気体流により案内体内方の圧力が低下する、いわゆるベンチュリ効果により、案内体外方の雰囲気が導入口を介して案内体内方に導入される。従って、ナノファイバを搬送する気体流の流量が増加して、ナノファイバが案内体内方に付着するのを可及的に回避することが可能となる。また、ナノファイバの付着による気体流の乱れなどを回避できるため、ナノファイバの製造品質を高い状態で維持することが可能となる。
【００１１】
さらに、前記導入口の近傍に、雰囲気の導入方向を制御する制御翼を備えてもかまわない。
【００１２】
これによれば、制御翼により案内体内方を通過する気体流を制御することができる。例えば、制御翼により気体流を案内体に沿ってまっすぐに流すことも可能であり、また、渦状にしたり層流を創出することも可能である。そして、気体流を制御することはナノファイバの搬送を制御することであり、製造されたナノファイバを所望の状態で収集させることが可能となる。
【００１３】
さらに、前記原料液が内方に流出され、前記気体流発生手段により発生する気体流が一方向に通過する風洞体を備え、前記風洞体は前記案内体と一連に配置され、前記流出手段は、前記気体流の方向と交差する方向に原料液を流出することが望ましい。
【００１４】
これにより、ナノファイバを多量に製造し、製造されたナノファイバを多量に案内することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明によれば、製造されたナノファイバは案内体により安定した状態で案内される。従って、ナノファイバの高い生産効率を維持することができると共に、安定した製造品質を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本願発明にかかるナノファイバ製造装置の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は、本願発明の実施の形態であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。
【００１８】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、放出手段２００と、案内体２０６と、圧縮手段２３０と、拡散手段２４０と、収集手段１１０と、吸引手段１０２とを備えている。
【００１９】
放出手段２００は、帯電した原料液３００や製造されるナノファイバ３０１を気体流に乗せて放出することができるユニットであり、流出手段２０１と、帯電手段２０２と、風洞体２０９と、気体流発生手段２０３とを備えている。
【００２０】
ここで、ナノファイバを製造するための原料液については、原料液３００と記し、製造されたナノファイバについてはナノファイバ３０１と記すが、製造に際しては原料液３００が静電爆発しながらナノファイバ３０１に変化していくため、原料液３００とナノファイバ３０１との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。
【００２１】
案内体２０６は、放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１を所定の場所に案内する風洞を形成する円筒体であり、放出手段２００のナノファイバ３０１が放出される側の開口形状と同じ開口形状を備え、放出手段２００と一連に、かつ、所定の隙間を開けて配置されている。そして本実施の形態の場合、放出手段２００と案内体２０６との隙間が導入口２０８となっている。
【００２２】
導入口２０８は、案内体２０６外方の雰囲気を案内体２０６内方に導入する為の開口であり、本実施の形態の場合、放出手段２００と案内体２０６との間に配置され、案内体２０６の全周にわたって均一に開口している。なお、同図中導入口２０８の部分に記載されている曲がった矢印は、案内体２０６の内方に導入される雰囲気を模式的に示したものである。
【００２３】
圧縮手段２３０は、気体流により搬送されるナノファイバ３０１が存在する空間（案内体２０６の内方部分）を圧縮し、ナノファイバ３０１が空間中に存在する密度を上昇させる機能を備える装置であり、第二気体流発生手段２３２と、圧縮導管２３４とを備えている。
【００２４】
圧縮導管２３４は、案内体２０６内方を搬送されるナノファイバ３０１が存在する空間を徐々に狭くしていく筒状の部材であり、第二気体流発生手段２３２で発生する気体流を圧縮導管２３４内方に導入することが可能な気体流導入口２３３を周壁に備えている。圧縮導管２３４の案内体２０６と接続される部分は、案内体２０６の導出側端部の面積に対応する面積で構成されており、圧縮導管２３４の導出側端部は、前記導出側端部の面積より小さくなっている。従って、圧縮導管２３４は、全体として漏斗形状となっており、圧縮導管２３４に導入されたナノファイバ３０１を気体流と共に圧縮できる形状となっている。
【００２５】
また、圧縮手段２３０の上流側（導入側）の端部形状は、案内体２０６の端部形状と合致する円環状である。一方、圧縮手段２３０の下流側（吐出側）の端部形状は、矩形である。また、圧縮手段２３０の下流側（吐出側）の端部形状は、堆積手段１０１の幅方向（同図紙面と垂直方向）全体に渡って延び、堆積手段１０１の移動方向に対応する長さは、前記幅方向に対して狭い。圧縮手段２３０は、環状の上流端から矩形状の下流単に向かって徐々に形状が変化するものとなっている。
【００２６】
第二気体流発生手段２３２は、高圧ガスを圧縮導管２３４内部に導入することで気体流を発生させる装置である。本実施の形態では、第二気体流発生手段２３２は、高圧ガスを貯留しうるタンク（ボンベ）と、タンク内の高圧ガスの圧力を調節するバルブ２３５を有するガス導出手段を備える装置が採用されている。
【００２７】
拡散手段２４０は、圧縮手段２３０に接続され、一端圧縮されて高密度状態となったナノファイバ３０１を広く拡散させ分散させる導管であり、圧縮手段２３０で加速したナノファイバ３０１の速度を減速させるフード状の部材である。拡散手段２４０は、気体流が導入される上流端側の矩形の開口部と、気体流を放出する下流端側の矩形の開口部とを備え、下流端側の開口部の開口面積は、上流端側の開口部の開口面積よりも大きい設定となっている。拡散手段２４０は、上流端側の開口部から下流端側の開口部に向けて徐々に面積が大きくなるような形状が採用されている。
【００２８】
拡散手段２４０の小面積の導入端側から大面積の導出端側に向かって気体流が流れると、高密度状態のナノファイバ３０１が一気に低密度状態となって分散すると共に、気体流の流速は拡散手段２４０の断面積に比例して落ちていく。従って、気体流に乗って搬送されるナノファイバ３０１も、気体流と共に速度が減速される。この際、ナノファイバ３０１は、拡散手段２４０の断面積の拡大に従い徐々に均等に拡散していく。従って、ナノファイバ３０１を堆積手段１０１上に均等に堆積させることが可能となる。
【００２９】
収集手段１１０は、拡散手段２４０から放出されるナノファイバ３０１を収集するための装置であり、堆積手段１０１と、移送手段１０４と、収集電極１１２と、収集電源１１３とを備えている。
【００３０】
堆積手段１０１は、静電爆発により製造され飛来するナノファイバ３０１が堆積される対象となる部材である。堆積手段１０１は、堆積したナノファイバ３０１と容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシート状の部材である。具体的には、堆積手段１０１として、アラミド繊維からなる長尺の布を例示することができる。さらに、堆積手段１０１の表面にテフロン（登録商標）コートを行うと、堆積したナノファイバ３０１を堆積手段１０１から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。また、堆積手段１０１は、ロール状に巻き付けられた状態で供給ロール１１１から供給されるものとなっている。
【００３１】
移送手段１０４は、長尺の堆積手段１０１を巻き取りながら供給ロール１１１から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に堆積手段１０１を搬送するものとなっている。移送手段１０４は、不織布状に堆積しているナノファイバ３０１を堆積手段１０１とともに巻き取ることができるものとなっている。
【００３２】
収集電極１１２は、帯電しているナノファイバ３０１を電界（電場）により吸引する部材であり、拡散手段２４０の下流側端部の開口部よりも一回り小さい矩形の板状の電極である。収集電極１１２が拡散手段２４０の開口部に配置された状態では、拡散手段２４０と収集電極１１２との間に間隔が生じるものとなっている。収集電極１１２の拡散手段２４０に向かう面の周縁部は尖った部分がなく、全体的にアールが施されており、異常放電が発生するのを防止している。
【００３３】
収集電源１１３は、収集電極１１２に電位を付与するための電源であり、本実施の形態の場合は直流電源が採用されている。
【００３４】
吸引手段１０２は、拡散手段２４０と収集電極１１２との隙間に配置され、ナノファイバ３０１と分離状態となり当該隙間から流出する気体流を強制的に吸引する装置である。本実施の形態では、吸引手段１０２として、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機が採用されている。また、吸引手段１０２は、原料液３００から蒸発した溶媒が混ざったほとんどの気体流を吸引し、吸引手段１０２に接続される溶剤回収装置１０６まで前記気体流を搬送することができるものとなっている。
【００３５】
図２は、放出手段を示す断面図である。
【００３６】
図３は、放出手段を示す斜視図である。
【００３７】
これらの図に示すように、流出手段２０１は、原料液３００を空間中に流出させる装置であり、本実施の形態では、原料液３００を遠心力により放射状に流出させ、誘導電極２２１の内方に原料液を流出させる装置である。流出手段２０１は、流出体２１１と、回転軸体２１２と、モータ２１３とを備えている。
【００３８】
流出体２１１は、原料液３００が内方に注入されながら自身の回転による遠心力により空間中に原料液３００を流出させることのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には流出孔２１６を多数備えている。流出体２１１は、貯留する原料液３００に電荷を付与するため、導電体で形成されている。流出体２１１は支持体（図示せず）に設けられるベアリング２１５により回転可能に支持されている。
【００３９】
具体的には、流出体２１１の直径は、１０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。あまり大きすぎると後述の気体流により原料液３００やナノファイバ３０１を集中させることが困難になるからであり、また、流出体２１１の回転軸が偏心するなど、重量バランスが少しでも偏ると大きな振動が発生してしまい、当該振動を抑制するために流出体２１１を強固に支持する構造が必要となるからである。一方、小さすぎると遠心力により原料液３００を流出させるための回転を高めなければならず、駆動源の負荷や振動など問題が発生するためである。さらに流出体２１１の直径は、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。
【００４０】
また、流出孔２１６の形状は円形が好ましく、その直径は、流出体２１１の肉厚にもよるが、おおよそ０．０１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲から採用することが好適である。これは、流出孔２１６があまりに小さすぎると原料液３００を流出体２１１の外方に流出させることが困難となるからであり、あまりに大きすぎると一つの流出孔２１６から流出する原料液３００の単位時間当たりの量が多くなりすぎ（つまり、流出する原料液３００が形成する線の太さが太くなりすぎ）て所望の径のナノファイバ３０１を製造することが困難となるからである。
【００４１】
なお、流出体２１１の形状は、円筒形状に限定するものではなく、断面が多角形状の多角筒形状のようなものや円錐形状のようなものでもよい。流出孔２１６が回転することにより、流出孔２１６から原料液３００が遠心力で流出可能な形状であればよい。また、流出孔２１６の形状は、円形に限定することなく、多角形状や星形形状などであってもよい。
【００４２】
回転軸体２１２は、流出体２１１を回転させ遠心力により原料液３００を流出させるための駆動力を伝達するための軸体であり、流出体２１１の他端から流出体２１１の内部に挿通され、流出体２１１の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端はモータ２１３の回転軸と接合されている。
【００４３】
モータ２１３は、遠心力により原料液３００を流出孔２１６から流出させるために、回転軸体２１２を介して流出体２１１に回転駆動力を付与する装置である。なお、流出体２１１の回転数は、流出孔２１６の口径や使用する原料液３００の粘度や原料液内の高分子物質の種類などとの関係により、数ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下の範囲から採用することが好ましく、本実施の形態のようにモータ２１３と流出体２１１とが直動の時はモータ２１３の回転数は、流出体２１１の回転数と一致する。
【００４４】
帯電手段２０２は、原料液３００に電荷を付与して帯電させる装置である。本実施の形態の場合、帯電手段２０２は、誘導電極２２１と、誘導電源２２２と、接地手段２２３とを備えている。また、流出体２１１も帯電手段２０２の一部として機能している。
【００４５】
誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、近傍に配置され接地されている流出体２１１に電荷を誘導するための部材であり、流出体２１１の先端部分を取り囲むように配置される円環状の部材である。誘導電極２２１に正の電圧が印加されると流出体２１１には、負の電荷が誘導され、誘導電極２２１に負の電荷が印加されると流出体２１１には、正の電荷が誘導される。また、誘導電極２２１は、気体流発生手段２０３からの気体流を案内体２０６に案内する風洞体２０９としても機能している。
【００４６】
誘導電極２２１の大きさは、流出体２１１の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、２００ｍｍ以上、８００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。
【００４７】
誘導電源２２２は、誘導電極２２１に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源２２２は、一般には、直流電源が好ましい。特に、発生させるナノファイバ３０１の帯電極性に影響受けないような場合、生成したナノファイバ３０１の帯電を利用して、電極上に回収するような場合には、直流電源が好ましい。また、誘導電源２２２が直流電源である場合、誘導電源２２２が誘導電極２２１に印加する電圧は、１０ＫＶ以上、２００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。誘導電源２２２に負の電圧が印加される場合には、前記の印加する電圧の極性は、負になる。特に、流出体２１１と誘導電極との間の電界強度が重要であり、１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるように印加電圧や誘導電極２２１の配置を行うことが好ましい。なお、誘導電極２２１の形状は、円環状に限ったものではなく、多角形状を有する多角形環状の部材であってもよい。
【００４８】
接地手段２２３は、流出体２１１と電気的に接続され、流出体２１１を接地電位に維持することができる部材である。接地手段２２３の一端は、流出体２１１が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。
【００４９】
本実施の形態のように帯電手段２０２に誘導方式を採用すれば、流出体２１１を接地電位に維持したまま原料液３００に電荷を付与することができる。流出体２１１が接地電位の状態であれば、流出体２１１に接続される回転軸体２１２やモータ２１３などの部材を流出体２１１から電気的に絶縁する必要が無くなり、流出手段２０１として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。
【００５０】
なお、帯電手段２０２として、流出体２１１に電源を接続し、流出体２１１を高電圧に維持し、誘導電極２２１を接地することで原料液３００に電荷を付与してもよい。また、流出体２１１を絶縁体で形成すると共に、流出体２１１に貯留される原料液３００に直接接触する電極を流出体２１１内部に配置し、当該電極を用いて原料液３００に電荷を付与するものでもよい。このような流出体２１１に直接もしくは原料液に直接電極を配置する場合には、原料液に帯電する電荷の極性は、印加する電圧の極性と同じ極性になる。
【００５１】
気体流発生手段２０３は、流出体２１１から流出される原料液３００の飛行方向を案内体２０６で案内される方向に変更するための気体流を発生させる装置である。気体流発生手段２０３は、モータ２１３の背部に備えられ、モータ２１３から流出体２１１の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段２０３は、流出体２１１から径方向に流出される原料液３００が誘導電極２２１に到達するまでに前記原料液３００を軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。図２において、気体流は矢印で示している。本実施の形態の場合、気体流発生手段２０３として、放出手段２００の周囲にある雰囲気を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。
【００５２】
なお、気体流発生手段２０３は、シロッコファンなど他の送風機により構成してもかまわない。また、高圧ガスを導入することにより流出された原料液３００の方向を変更するものでもかまわない。また、吸引手段１０２や第二気体流発生手段２３２などにより案内体２０６内方に気体流を発生させるものでもかまわない。この場合、気体流発生手段２０３は積極的に気体流を発生させる装置を有しないこととなるが、本願発明の場合、案内体２０６の内方に気体流が発生していることをもって気体流発生手段２０３が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、風洞体２０９や案内体２０６の内方に気体流を発生させるようにすることも気体流発生手段が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、風洞体２０９や案内体２０６の内方に気体流が発生する場合、吸引手段１０２が気体流発生手段として機能しているとみなす。
【００５３】
風洞体２０９は、気体流発生手段２０３で発生した気体流を流出体２１１の近傍に案内する導管である。風洞体２０９により案内された気体流が流出体２１１から流出された原料液３００と交差し、原料液３００の飛行方向を変更する。
【００５４】
さらにまた、放出手段２００は、気体流制御手段２０４と、加熱手段２０５とを備えている。
【００５５】
気体流制御手段２０４は、気体流発生手段２０３により発生する気体流が流出孔２１６に当たらないよう気体流を制御する機能を有するものであり、本実施の形態の場合、気体流制御手段２０４として、気体流を所定の領域に流れるように案内する風路体が採用されている。気体流制御手段２０４により、気体流が直接流出孔２１６に当たらないため、流出孔２１６から流出される原料液３００が早期に蒸発して流出孔２１６を塞ぐことを可及的に防止し、原料液３００を安定させて流出させ続けることが可能となる。なお、気体流制御手段２０４は、流出孔２１６の風上に配置され気体流が流出孔２１６近傍に到達するのを防止する壁状の防風壁でもかまわない。
【００５６】
加熱手段２０５は、気体流発生手段２０３が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段２０５は、案内体２０６の内方に配置される円環状のヒータであり、加熱手段２０５を通過する気体を加熱することができるものとなっている。加熱手段２０５により気体流を加熱することにより、空間中に流出される原料液３００は、蒸発が促進され効率よくナノファイバを製造することが可能となる。
【００５７】
次に、上記構成のナノファイバ製造装置１００を用いたナノファイバ３０１の製造方法を説明する。
【００５８】
まず、気体流発生手段２０３と第二気体流発生手段２３２とにより、案内体２０６や風洞体２０９の内部に気体流を発生させる。一方、吸引手段１０２により、案内体２０６内に発生する気体流を吸引する。案内体２０６内を通過する気体流により、案内体２０６内方は案内体２０６外方よりも圧力が低くなっているため、導入口２０８から案内体２０６外方の雰囲気（本実施の形態の場合は空気）が流入する。いわゆるベンチュリ効果である。
【００５９】
次に、流出手段２０１の流出体２１１に原料液３００を供給する。原料液３００は、別途タンク（図示せず）に蓄えられており、供給路２１７（図２参照）を通過して流出体２１１の他端部から流出体２１１内部に供給される。
【００６０】
次に、誘導電源２２２により流出体２１１に貯留される原料液３００に電荷を供給しつつ（帯電工程）、流出体２１１をモータ２１３により回転させて、遠心力により流出孔２１６から帯電した原料液３００を流出する（流出工程）。
【００６１】
流出体２１１の径方向放射状に流出された原料液３００は、気体流により飛行方向が変更され、気体流に乗り風洞体２０９により案内される。原料液３００は静電爆発によりナノファイバ３０１を製造しつつ（ナノファイバ製造工程）放出手段２００から放出される。また、前記気体流は、加熱手段２０５により加熱されており、原料液３００の飛行を案内しつつ、原料液３００に熱を与えて溶媒の蒸発を促進している。
【００６２】
以上のようにして放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１は、案内体２０６に導入される。ここで、案内体２０６の端部に配置される導入口２０８からは空気が流入しているため、ナノファイバ３０１は、案内体２０６の軸心方向に押し付けられながら搬送される（搬送工程）。
【００６３】
従って、ナノファイバ３０１は案内体２０６の内壁に付着することなく案内体２０６の軸心に沿って案内される。
【００６４】
次に圧縮手段２３０内方を通過するナノファイバ３０１は、高圧ガスの噴流により加速されつつ、圧縮手段２３０の内方が狭くなるにつれて徐々に圧縮され高密度状態となって拡散手段２４０に到達する（圧縮工程）。
【００６５】
拡散手段２４０にまで搬送されたナノファイバ３０１は、ここで急速に速度が低下すると共に、均一に分散状態となる（拡散工程）。
【００６６】
この状態において、拡散手段２４０の開口部に配置されている収集電極１１２は、ナノファイバ３０１の帯電極性とは逆極性の電圧を印加しているため、ナノファイバ３０１を引きつける。ナノファイバ３０１と収集電極１１２との間には堆積手段１０１が存在しているため、収集電極１１２に引きつけられるナノファイバ３０１は、堆積手段１０１上に堆積していく（収集工程）。
【００６７】
一方、収集電極１１２と拡散手段２４０との隙間近傍に配置される吸引手段１０２は、蒸発した蒸発成分である溶媒と共に気体流を吸引する（吸引工程）。
【００６８】
以上により、原料液３００に含まれる溶媒の蒸発は、案内体２０６の内方で発生するが、案内体２０６内方は気体流が存在し吸引手段１０２に吸引されて回収されるまで常に流れているため、案内体２０６内方に溶媒の蒸気が滞留することはない。従って、案内体２０６内方は、爆発限界を超えることがなく、安全な状態を維持しながらナノファイバ３０１を製造することが可能となる。
【００６９】
さらに、引火性のある溶媒を用いることが可能となるため、溶媒として用いることができる有機溶剤の種類の幅が広がり、人体に体して悪影響の少ない有機溶剤を溶媒として選定することも可能となる。また、蒸発効率の高い有機溶剤を溶媒として選定し、ナノファイバ３０１の製造効率を向上させることも可能となる。
【００７０】
さらに、ナノファイバ３０１は拡散手段２４０により均一に拡散し分散した後に収集電極１１２により引きつけられるため、ナノファイバ３０１は、堆積手段１０１上に均一に堆積する。従って、堆積したナノファイバ３０１を不織布として利用する場合には、面全体に渡って性能が安定した不織布を得ることが可能となる。また、堆積したナノファイバ３０１を紡糸する場合においても、性能が安定した糸を得ることが可能となる。
【００７１】
ここで、ナノファイバ３０１を構成する高分子物質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ポリアミド、アラミド、ポリイミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等およびこれらの共重合体を例示できる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００７２】
原料液３００に使用される溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、ピリジン、水等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記溶媒に限定されるものではない。
【００７３】
さらに、原料液３００に骨材や可塑剤などの添加剤を添加してもよい。当該添加剤としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を挙げることができるが、耐熱性、加工性などの観点から酸化物を用いることが好ましい。当該酸化物としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｎｂ2Ｏ5等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記添加剤に限定されるものではない。
【００７４】
溶媒と高分子物質との混合比率は、溶媒と高分子物質により異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。
【００７５】
上記のように、溶媒蒸気が気体流により滞留することなく処理されるため、原料液３００は、上記のように溶媒を５０vol%以上含んでいても十分に蒸発し、静電爆発を発生させることが可能となる。従って、溶質である高分子が薄い状態からナノファイバ３０１が製造されるため、より細いナノファイバ３０１をも製造することが可能となる。また、原料液３００の調整可能範囲が広がるため、製造されるナノファイバ３０１の性能の範囲も広くすることが可能となる。
【００７６】
なお、上記実施の形態では、原料液３００を遠心力を用いて流出させたが、本願発明はこれに限定されるわけではない。例えば、図４に示すように、断面矩形の風洞体２０９の一壁面を流出孔２１６が多数設けられた流出体としてのノズルヘッド２１０を配置し、風洞体２０９の対向面に誘導電極２２１を配置して前記流出孔２１６と誘導電極２２１間に電位差を持たせることで電界を発生させて前記原料液を帯電させることで、帯電手段２０２とする。また、風洞体２０９の開口端の一方には気体流発生手段２０３を設ける。また、このような放出手段２００と所定の間隔を隔てて、風洞体２０９と同じ断面形状の案内体２０６を配置してもかまわない。この場合放出手段２００と案内体２０６との隙間が導入口２０８となる。
【００７７】
また、図５に示すように、一端が閉塞される円筒形の風洞体２０９の端部に導電性の物質で形成される２流体ノズル（２流体ノズルは、原料液３００を流出する穴とその近傍に設けた高圧ガスを流出する穴を設けて構成され、原料液３００に高圧ガスを吹きかけることで原料液３００を噴霧状にするようになっている。）を貫通状態で設け、当該２流体ノズルを囲むように円環形状の誘導電極２２１を設ける。２流体ノズルの内側の管は原料液３００が流出される流出手段２０１として機能し、外側の管は、原料液３００を霧状にすると共に、風洞体２０９、及び、案内体２０６の内方に気体流を発生させる気体流発生手段２０３として機能するものである。以上のような構成の放出手段２００であってもかまわない。
【００７８】
また、圧縮手段２３０は、必要に応じ適宜省略することが可能である。すなわち、案内体２０６から拡散手段２４０に直接接続して、帯電したナノファイバ３０１を収集手段１１０により収集してもよい。
【００７９】
収集電極１１２は、収集電源１１３と接続を行っているが、収集電極１１２を接地して、帯電したナノファイバを収集するようにしても、本願発明に記載した効果は得られる。
【００８０】
また、導入口２０８は、環形状ばかりでなく、図６に示すような矩形の開口や、その他円形の開口など任意の形状であってもかまわない。この場合、導入口２０８の並びを中心として一方側を案内体２０６とし、他方側を風洞体２０９とみなせばよい。
【００８１】
また、図７、図８に示すように、導入口２０８の近傍に、案内体２０６の外方の雰囲気の案内体２０６への導入方向を制御する制御翼２２５を備えてもかまわない。同図に示す制御翼２２５は、案内体２０６の導入口２０８側の端部外周壁に取り付けられた漏斗形状の部材である。これによりベンチュリ効果によって導入される雰囲気の流入状態を制御することができる。例えば、案内体２０６軸心部近傍よりも圧力の高い層流を案内体２０６の内壁近傍に形成することも可能である。このような層流を形成することで、ナノファイバ３０１が案内体２０６に付着するのを効果的に抑制することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本願発明は、静電爆発（エレクトロスピニング法）によるナノファイバの製造や、当該ナノファイバを堆積させた不織布等の製造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本願発明の実施の形態であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】放出手段を示す断面図である。
【図３】放出手段を示す斜視図である。
【図４】放出手段の別例を模式的に示す断面図である。
【図５】放出手段の別例を模式的に示す断面図である。
【図６】導入口の別例を示す斜視図である。
【図７】放出手段と制御翼が取り付けられた案内体を示す断面図である。
【図８】放出手段と制御翼が取り付けられた案内体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８４】
１００  ナノファイバ製造装置
１０１  堆積手段
１０２  吸引手段
１０４  移送手段
１０６  溶剤回収装置
１１０  収集手段
１１１  供給ロール
１１２  収集電極
１１３  収集電源
２００  放出手段
２０１  流出手段
２０２  帯電手段
２０３  気体流発生手段
２０４  気体流制御手段
２０５  加熱手段
２０６  案内体
２０８  導入口
２０９  風洞体
２１０  ノズルヘッド
２１１  流出体
２１２  回転軸体
２１３  モータ
２１５  ベアリング
２１６  流出孔
２１７  供給路
２２１  誘導電極
２２２  誘導電源
２２３  接地手段
２２５  制御翼
２３０  圧縮手段
２３２  第二気体流発生手段
２３３  気体流導入口
２３４  圧縮導管
２３５  バルブ
２４０  拡散手段
３００  原料液
３０１  ナノファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010018897.tif 000008
【図７】
2010018897.tif 000009
【図８】
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