(57)【要約】【課題】芯糸にナノファイバーを１又は複数層に巻き付けてなりかつナノファイバーの巻き付きが強く所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造する。【解決手段】芯糸供給手段３から供給された芯糸１を移動経路２に沿って移動させる工程と、第１の糸条製造手段５にて、移動する芯糸１の周囲に配置した小穴２４から芯糸１の少なくとも表面層よりも融点の高い高分子樹脂を含む原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて生成した第１のナノファイバー１１を芯糸１の回りに巻き付けて第１の糸条１２を形成する撚糸工程と、撚糸工程の後、第１の熱処理手段６にて形成された第１の糸条１２を芯糸１の少なくとも表面層の融点よりも高くナノファイバー１１を構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理する熱処理工程とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯糸を移動させる工程と、
移動する芯糸の周囲に配置した小穴から芯糸の少なくとも表面層よりも融点の高い高分子樹脂を含む原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて生成したナノファイバーを芯糸の回りに巻き付けて糸条を形成する撚糸工程と、
撚糸工程の後、形成された糸条を芯糸の少なくとも表面層の融点よりも高くナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理する熱処理工程とを
有することを特徴とするナノファイバーの合糸方法。
【請求項２】
芯糸の少なくとも表面層は、融点温度が１８０℃以下の熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１記載のナノファイバーの合糸方法。
【請求項３】
芯糸を移動させる工程と、
移動する芯糸の周囲に配置した小穴から第１の高分子樹脂を含む第１の原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて生成した第１のナノファイバーを芯糸の回りに巻き付けて第１の糸条を形成する第１の撚糸工程と、
第１の撚糸工程を経て移動する第１の糸条の周囲に配置した小穴から第１の高分子樹脂よりも融点の高い第２の高分子樹脂を含む第２の原料溶液を流出させて電荷誘導紡糸法にて生成した第２のナノファイバーを第１の糸条の回りに巻き付けて第２の糸条を形成する第２の撚糸工程と、
第２の撚糸工程の後、形成された第２の糸条を少なくとも第１の高分子樹脂の融点よりも高く第２の高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理する熱処理工程とを
有することを特徴とするナノファイバーの合糸方法。
【請求項４】
芯糸の表面を改質若しくは表面に凹凸を付与する表面処理工程を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のナノファイバーの合糸方法。
【請求項５】
芯糸の回りに１又は複数層にナノファイバーを巻き付けて１又は複数層のナノファイバー層を形成した糸条を製造するナノファイバーの合糸方法において、少なくとも最外層のナノファイバー層を含めて外側のナノファイバー層の内側に接するナノファイバー層若しくは芯糸を、外側のナノファイバー層を構成する高分子樹脂の融点よりも低い融点の高分子樹脂にて構成し、外側のナノファイバー層を形成した後、内側に接するナノファイバー層若しくは芯糸を構成する高分子樹脂の融点よりも高く外側のナノファイバー層を形成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することを特徴とするナノファイバーの合糸方法。
【請求項６】
外側のナノファイバー層の内側に接するナノファイバー層若しくは芯糸の表面を改質若しくは表面に凹凸を付与する表面処理工程を有することを特徴とする請求項５に記載のナノファイバーの合糸方法。
【請求項７】
表面処理工程は、大気圧プラズマ処理と、レーザー照射処理と、芯糸の表面に接触して粗し処理する接触粗し処理の少なくとも何れか１つを適用することを特徴とする請求項４又は６に記載のナノファイバーの合糸方法。
【請求項８】
芯糸を所定の移動経路に供給する芯糸供給手段と、
少なくとも１つの小穴から芯糸の少なくとも表面層よりも融点の高い高分子樹脂を含む原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にてナノファイバーを生成するナノファイバー生成手段と、ナノファイバー生成手段とは所定の距離離れて芯糸を囲むように配置され、ナノファイバーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加され又は接地された電極と、ナノファイバー生成手段の小穴と電極とを芯糸回りに相対的に回転させる回転手段から成り、芯糸の回りにナノファイバーを巻き付けた糸条を製造する糸条製造手段と、
製造された糸条を、芯糸の少なくとも表面層の融点よりも高く、ナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点より低い所定の温度で熱処理する熱処理手段とを
備えたことを特徴とするナノファイバーの合糸装置。
【請求項９】
芯糸を所定の経路を通して供給する芯糸供給手段と、
少なくとも１つの小穴から第１の高分子樹脂を含む原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にて第１のナノファイバーを生成する第１のナノファイバー生成手段と、第１のナノファイバー生成手段とは所定の距離離れて芯糸を囲むように配置され、第１のナノファイバーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加され又は接地された第１の電極と、第１のナノファイバー生成手段の小穴と第１の電極とを芯糸回りに相対的に回転させる第１の回転手段から成り、芯糸の回りに第１のナノファイバーを巻き付けた第１の糸条を製造する第１の糸条製造手段と、
製造された第１の糸条の周囲に位置する少なくとも１つの小穴から第１の高分子樹脂の融点よりも融点の高い第２の高分子樹脂を含む原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にて第２のナノファイバーを生成する第２のナノファイバー生成手段と、第２のナノファイバー生成手段とは所定の距離離れて芯糸を囲むように配置され、第２のナノファイバーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加され又は接地された第２の電極と、第２のナノファイバー生成手段の小穴と第２の電極とを第１の糸条回りに相対的に回転させる第２の回転手段から成り、第１の糸条の回りに第２のナノファイバーを巻き付けた第２の糸条を製造する第２の糸条製造手段と、
第２の糸条を、第１の高分子樹脂の融点よりも高く、第２の高分子樹脂の融点より低い所定の温度で熱処理する熱処理手段とを
備えたことを特徴とするナノファイバーの合糸装置。
【請求項１０】
芯糸の表面を改質若しくは表面に凹凸を付与する表面処理手段を設けたことを特徴とする請求項８又は９記載のナノファイバーの合糸装置。
【請求項１１】
表面処理手段は、大気圧プラズマ処理手段と、レーザー照射処理手段と、芯糸の表面に接触して粗し処理する接触粗し処理手段の何れかから成ることを特徴とする請求項１０記載のナノファイバーの合糸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芯糸の回りに電荷誘導紡糸法にて生成されたナノファイバーを巻き付けて糸条を製造するナノファイバーの合糸方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高分子物質から成るサブミクロンスケールの直径を有するナノファイバーを製造する方法として、電荷誘導紡糸法（エレクトロスピニング法とも称される）が知られている。従来の電荷誘導紡糸法は、高電圧を印加した針状のノズルに高分子溶液を供給し、この針状のノズルから線状に流出する高分子溶液に電荷を帯電させることで、この電荷を帯電された線状の高分子溶液中の溶媒が蒸発するのに伴って帯電電荷間の距離が小さくなり、帯電電荷間に作用するクーロン力が大きくなり、そのクーロン力が線状の高分子溶液の表面張力より勝った時点で線状の高分子溶液が爆発的に延伸される現象が生じ、この静電爆発と称する現象が、一次、二次、場合によっては三次等と繰り返されることで、サブミクロンの直径の高分子から成るナノファイバーが製造されるものである。
【０００３】
また、従来は、電荷誘導紡糸法にて生成されたナノファイバーにてウェブを製造し、人造皮革、フィルター、おむつ、生理用ナプキン、癒着紡糸剤、ワイピングクロス、人造血管、骨固定器具など多様に活用されているが、１０ＭＰａ以上の力学物性を得るのが困難で広範囲な用途への利用に限界があること、このように製造されたナノファイバーのウエブを連続した糸条にして力学物性を高めようとすると、ウェブを一定長さに切断して短繊維を製造し、この短繊維から紡績糸を製造する別途の紡績工程を経なければならないという問題があることを指摘した上で、電荷誘導紡糸法にて製造されたナノファイバーのウエブを用いて連続的に糸条を製造する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、列をなして帯電されたノズルからナノファイバーを紡糸し、ノズルと逆極性に帯電されたコレクタ内の水または有機溶媒の静的な表面上にウェブをなすように堆積させ、この堆積するウェブを、ノズルの列方向で見た一方の末端側より１ｃｍ以上離れた地点から一定の線速度で回転する回転ローラによって引き上げて連続した糸条とし、圧搾、延伸、乾燥および巻取りを行って連続した糸条を得ている。また、連続した糸条は撚糸することもできるとしている。
【０００４】
また、電荷誘導紡糸法にてノズルから紡糸したナノファイバーをコレタタ上に堆積させてリボン形態のナノファイバーウェブを生成し、このリボン形態のウェブをエア撚糸装置に通して撚糸を製造する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、医療用高分子のナノファイバーから成る不織布を少なくとも２層に積層した人工血管が知られ、その製造方法として、円柱状担体を回転させながら軸芯方向に移動させつつ、その径方向一側に軸芯方向に並列配置した複数のナノファイバー生成手段から円柱状担体の外周面に向けてナノファイバーを生成して付着させ、ナノファイバーの不織布が複数層に堆積されたものを製造する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
また、ガラス繊維コアの外周にシースストランドを巻回し、さらにその外周に１又は複数層にカバーストランドを巻回してなる複合糸が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特表２００６−５０７４２８号公報
【特許文献２】特表２００７−５１８８９１号公報
【特許文献３】特開２００４−３２１４８４号公報
【特許文献４】特表２００２−５０２４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、各ノズルから真下にナノファイバーを生成してコレクタ上のノズルに対応した位置へ静的に堆積させながら、その堆積域の広がりにより各ノズルから生成されたナノファイバー同士を絡み合わせて細帯状のウェブを形成し、このウェブの一端からナノファイバー群を引出すことでウェブの他端側に連続しているナノファイバー群を順次引き出し、連続した糸条に集束させるものであり、そのため各ノズルから紡糸されたナノファイバーの堆積が静的でほぼ同等であるのに対し、引き出し作用が引き出し側に近い堆積域に集中しやすくなる関係から、引き出し側に近い堆積域と遠い堆積域とでナノファイバーの引出し量とに差が生じる恐れがあり、その場合引出し量の差が堆積量の差を来たし、堆積量に差を生じた状態で引き出されることで連続した糸条の太さや力学物性を適正に制御するのは困難で安定しないという問題がある。さらに、引出し作用が引き出し側から遠い側の堆積域にも均等に及ぶようにするのに引出し速度を抑える必要があり、生産性良く製造するのが困難であるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に記載の技術は、エアによって撚りをかけ、撚糸を製造する点で特許文献１と異なっているが、特許文献１と基本的構成を共有していて同様の問題があり、形態や力学的物性の均一な糸を製造することができないという問題がある。また、エア撚糸装置を通過させて撚糸を製造するので、エア撚糸装置における作用の安定性も問題になる。
【０００９】
また、特許文献３に記載の技術では、骨格基材となる不織布層と生理活性物質層と細胞接着マトリックスを構成する不織布層とを積層して成る人口血管材料など、ナノファイバーから成る複合材の製造方法が記載されているが、ナノファイバーの不織布層を積層したもので、ナノファイバーを撚って成る強度の高い糸条を製造するものでない。また、特許文献４には、ガラス繊維コアの外周に各種ストランドを複数層に巻き付けてなる複合糸が記載されているが、それぞれ各別に巻き付け工程を行うものであり、高い生産性を確保することができないという問題がある。
【００１０】
このような問題を解消するため、本出願人は先に、芯糸を移動させ、移動する芯糸の周囲に配置した小穴から原料溶液を流出させて電荷誘導紡糸法にて第１のナノファイバーを生成するとともに、この第１のナノファイバーを芯糸の回りに巻き付けて一次複合糸を形成し、さらに形成されて移動する一次複合糸の周囲に配置した小穴から原料溶液を流出させて電荷誘導紡糸法にて第２のナノファイバーを生成するとともに、この第２のナノファイバーを一次複合糸の回りに巻き付けて二次複合糸を形成する合糸方法を提案している（特願２００７−３２３７９４号参照）。
【００１１】
この先願の合糸方法では、芯糸に電荷誘導紡糸法により製造されたナノファイバーを１又は複数層に巻き付けることで、ナノファイバーを適用した糸条を生産性良く製造することができるが、芯糸にナノファイバーが強く巻き付かないことがあり、またナノファイバーを複数層に巻き付けた場合に、下層に巻き付けたナノファイバーと上層に巻き付けたナノファイバーとが強固に付着しないことがあるという問題があり、糸条に所望の強度を確保できなかったり、腰を持たせることができず、その糸条を適用した各種繊維製品などに所望の強度と形態安定性を確保するのが困難であるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、芯糸に電荷誘導紡糸法により製造されたナノファイバーを１又は複数層に巻き付けてなりかつナノファイバーの巻き付きが強く所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造することができるナノファイバーの合糸方法と装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のナノファイバーの合糸方法は、芯糸を移動させる工程と、移動する芯糸の周囲に配置した小穴から芯糸の少なくとも表面層よりも融点の高い高分子樹脂を含む原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて生成したナノファイバーを芯糸の回りに巻き付けて糸条を形成する撚糸工程と、撚糸工程の後、形成された糸条を芯糸の少なくとも表面層の融点よりも高くナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理する熱処理工程とを有するものである。
【００１４】
この構成によれば、芯糸を移動させつつ、芯糸の周囲に配置した小穴から原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて生成したナノファイバーを芯糸の回りに１又は複数層に巻き付けることで糸条を生産性良く形成でき、その後芯糸の少なくとも表面層の融点よりも高くナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、芯糸の少なくとも表面層の一部が溶融し、周囲に巻き付けられたナノファイバーと芯糸が融着して相互に固着された巻き付き状態となり、芯糸に対するナノファイバーの巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造することができる。
【００１５】
また、芯糸の少なくとも表面層が、融点温度が１８０℃以下の熱可塑性樹脂で構成されていると、繊維材料に適用される高分子樹脂として融点温度が１８０℃より高いものが多いので、ナノファイバーを構成する高分子樹脂の選択幅が広く、所望の物性を有する糸条を容易に得ることができて好適である。
【００１６】
また、本発明の他のナノファイバーの合糸方法は、芯糸を移動させる工程と、移動する芯糸の周囲に配置した小穴から第１の高分子樹脂を含む第１の原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて生成した第１のナノファイバーを芯糸の回りに巻き付けて第１の糸条を形成する第１の撚糸工程と、第１の撚糸工程を経て移動する第１の糸条の周囲に配置した小穴から第１の高分子樹脂よりも融点の高い第２の高分子樹脂を含む第２の原料溶液を流出させて電荷誘導紡糸法にて生成した第２のナノファイバーを第１の糸条の回りに巻き付けて第２の糸条を形成する第２の撚糸工程と、第２の撚糸工程の後、形成された第２の糸条を少なくとも第１の高分子樹脂の融点よりも高く第２の高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理する熱処理工程とを有するものである。
【００１７】
この構成によると、芯糸を移動させつつ、芯糸の周囲に配置した小穴から第１の高分子樹脂を含む第１の原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて生成した第１のナノファイバーを芯糸の回りに巻き付けることで第１の糸条を形成し、その第１の糸条の周囲に配置した小穴から第２の高分子樹脂を含む第２の原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて生成した第２のナノファイバーを第１の糸条の回りに巻き付けることで第２の糸条を生産性良く形成でき、その後第１の高分子樹脂の融点よりも高く第２の高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、第１のナノファイバーの一部が溶融し、周囲に巻き付けられた第２のナノファイバーと第１のナノファイバーが融着して相互に固着された巻き付き状態となり、第１と第２のナノファイバーの巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造することができる。なお、この場合芯糸の溶融温度が第１の高分子樹脂の融点よりも低いと、芯糸も溶融して芯糸と第１のナノファイバーが融着して相互に固着され、逆に、芯糸の溶融温度が第１の高分子樹脂の融点よりも高くても、第１のナノファイバーの一部が溶融することで芯糸と第１のナノファイバーが融着して相互に固着される。
【００１８】
また、芯糸の表面を改質若しくは表面に凹凸を付与する表面処理工程を有すると、芯糸の回りにナノファイバーを巻き付けるときに、芯糸の表面の滑り抵抗を大きくすることができるので、より強い巻き付き状態が保持され、一層強度と腰のある糸条を得ることができる。
【００１９】
また、本発明のもう１つのナノファイバーの合糸方法は、芯糸の回りに１又は複数層にナノファイバーを巻き付けて１又は複数層のナノファイバー層を形成した糸条を製造するナノファイバーの合糸方法において、少なくとも最外層のナノファイバー層を含めて外側のナノファイバー層の内側に接するナノファイバー層若しくは芯糸を、外側のナノファイバー層を構成する高分子樹脂の融点よりも低い融点の高分子樹脂にて構成し、外側のナノファイバー層を形成した後、内側に接するナノファイバー層若しくは芯糸を構成する高分子樹脂の融点よりも高く外側のナノファイバー層を形成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理するものである。
【００２０】
この構成によると、内側に接するナノファイバー層若しくは芯糸を構成する高分子樹脂の融点よりも高く外側のナノファイバー層を形成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、外側のナノファイバー層と内側のナノファイバー層若しくは芯糸とが融着して相互に固着された巻き付き状態となり、芯糸の回りに１又は複数層のナノファイバー層を形成した糸条の巻き付きが強く保持されるため、所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造することができる。
【００２１】
また、外側のナノファイバー層の内側に接するナノファイバー層若しくは芯糸の表面を改質若しくは表面に凹凸を付与する表面処理工程を有すると、外側のナノファイバー層を形成するときに、内側のナノファイバー層若しくは芯糸の表面の改質や凹凸によって滑りがなく、より強い巻き付き状態が保持されるため、一層強度と腰のある糸条を得ることができる。
【００２２】
表面処理工程は、大気圧プラズマ処理と、レーザー照射処理と、芯糸の表面に接触して粗し処理する接触粗し処理の少なくとも何れか１つを適用するのが好適である。特に、大気圧プラズマ処理やレーザー照射処理、中でも大気圧プラズマ処理は、芯糸やナノファイバー層を形成する細い繊維の表面の改質や凹凸の形成を確実にかつ非接触で効率的にできるので好ましい。
【００２３】
また、本発明のナノファイバーの合糸装置は、芯糸を所定の移動経路に供給する芯糸供給手段と、少なくとも１つの小穴から芯糸の少なくとも表面層よりも融点の高い高分子樹脂を含む原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にてナノファイバーを生成するナノファイバー生成手段と、ナノファイバー生成手段とは所定の距離離れて芯糸を囲むように配置され、ナノファイバーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加され又は接地された電極と、ナノファイバー生成手段の小穴と電極とを芯糸回りに相対的に回転させる回転手段から成り、芯糸の回りにナノファイバーを巻き付けた糸条を製造する糸条製造手段と、製造された糸条を、芯糸の少なくとも表面層の融点よりも高く、ナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点より低い所定の温度で熱処理する熱処理手段とを備えたものである。
【００２４】
この構成によると、芯糸供給手段にて供給される芯糸の周囲に、糸条製造手段にてナノファイバーを巻き付けることで糸条を生産性良く形成でき、その後芯糸の少なくとも表面層の融点よりも高くナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、芯糸の少なくとも表面層の一部が溶融し、周囲に巻き付けられたナノファイバーと芯糸が融着して相互に固着された巻き付き状態となり、芯糸に対するナノファイバーの巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造することができる。
【００２５】
また、本発明の他のナノファイバーの合糸装置は、芯糸を所定の経路を通して供給する芯糸供給手段と、少なくとも１つの小穴から第１の高分子樹脂を含む原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にて第１のナノファイバーを生成する第１のナノファイバー生成手段と、第１のナノファイバー生成手段とは所定の距離離れて芯糸を囲むように配置され、第１のナノファイバーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加され又は接地された第１の電極と、第１のナノファイバー生成手段の小穴と第１の電極とを芯糸回りに相対的に回転させる第１の回転手段から成り、芯糸の回りに第１のナノファイバーを巻き付けた第１の糸条を製造する第１の糸条製造手段と、製造された第１の糸条の周囲に位置する少なくとも１つの小穴から第１の高分子樹脂の融点よりも融点の高い第２の高分子樹脂を含む原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にて第２のナノファイバーを生成する第２のナノファイバー生成手段と、第２のナノファイバー生成手段とは所定の距離離れて芯糸を囲むように配置され、第２のナノファイバーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加され又は接地された第２の電極と、第２のナノファイバー生成手段の小穴と第２の電極とを第１の糸条回りに相対的に回転させる第２の回転手段から成り、第１の糸条の回りに第２のナノファイバーを巻き付けた第２の糸条を製造する第２の糸条製造手段と、第２の糸条を、第１の高分子樹脂の融点よりも高く、第２の高分子樹脂の融点より低い所定の温度で熱処理する熱処理手段とを備えたものである。
【００２６】
この構成によると、芯糸供給手段にて供給される芯糸の周囲に、第１の糸条製造手段にて第１のナノファイバーを巻き付けることで第１の糸条を形成し、この第１の糸条の周囲に、第２の糸条製造手段にて第２のナノファイバーを巻き付けることで第２の糸条を生産性良く形成でき、その後第１の高分子樹脂の融点よりも高く、第２の高分子樹脂の融点より低い所定の温度で熱処理することで、第１のナノファイバーの一部が溶融し、周囲に巻き付けられた第２のナノファイバーと融着して相互に固着された巻き付き状態となり、第１と第２のナノファイバーの巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造することができる。
【００２７】
また、芯糸の表面を改質若しくは表面に凹凸を付与する表面処理手段を設けると、芯糸の回りにナノファイバーを巻き付けるときに、芯糸の表面の滑り抵抗を大きくすることができ、より強い巻き付き状態が保持されるため、一層強度と腰のある糸条を得ることができる。
【００２８】
また、表面処理手段は、大気圧プラズマ処理手段と、レーザー照射処理手段と、芯糸の表面に接触して粗し処理する接触粗し処理手段の何れかから成るのが好適である。特に、大気圧プラズマ処理手段やレーザー照射処理手段、中でも大気圧プラズマ処理手段は、芯糸やナノファイバー層を形成する細い繊維の表面の改質や凹凸の形成によって滑り抵抗の大きい状態にすることが確実にかつ非接触で効率的にできるので好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のナノファイバーの合糸方法及び装置によれば、芯糸を移動させつつ電荷誘導紡糸法にて生成したナノファイバーを芯糸の回りに１又は複数層に巻き付けることでナノファイバーの糸条を生産性良く形成でき、その後芯糸の少なくとも表面層又は内側のナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点よりも高く外側のナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、芯糸又は内側のナノファアバーと外側のナノファイバーとが融着して相互に固着され、ナノファイバーの巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明のナノファイバーの合糸方法及び装置の各実施形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
本発明のナノファイバーの合糸方法及び装置の第１の実施形態について、図１〜図４と図７を参照して説明する。
【００３２】
まず、本実施形態におけるナノファイバーの合糸方法及び装置の全体構成を、図１を参照して説明する。図１において、芯糸１が芯糸供給手段３にて垂直な所定の移動経路２に向けて供給される。芯糸供給手段３は、芯糸１を繰り出して供給する供給リール３ａと供給された芯糸１を垂直な移動経路２の上端にガイドするガイドローラ３ｂにて構成されている。移動経路２には、その上部から、芯糸１の表面を改質又は表面に凹凸を形成する表面処理手段としての第１の大気圧プラズマ処理手段４、芯糸１の回りに第１のナノファイバー１１を巻き付けて第１の糸条１２を形成する第１の糸条製造手段５、第１の糸条１２を熱処理する第１の熱処理手段６が順に配設され、さらにその下部に、第１の糸条１２の表面を改質又は表面に凹凸を形成する表面処理手段としての第２の大気圧プラズマ処理手段７、第１の糸条１２の回りに第２のナノファイバー１３を巻き付けて第２の糸条１４を形成する第２の糸条製造手段８、第２の糸条１４を熱処理する第２の熱処理手段９が順に配設されている。第２の熱処理手段９で熱処理された第２の糸条１４は回収手段１５にて回収される。
【００３３】
第１の糸条製造手段５は、第１のナノファイバー１１を生成する第１のナノファイバー生成手段２１と、第１のナノファイバー生成手段２１とは所定の距離離れて移動経路２を囲むように配置された第１の電極２２にて構成されている。同様に、第２の糸条製造手段８は、第２のナノファイバー１３を生成する第２のナノファイバー生成手段３１と、第２のナノファイバー生成手段３１とは所定の距離離れて移動経路２を囲むように配置された第２の電極３２にて構成されている。
【００３４】
第１と第２のナノファイバー生成手段２１、３１は、それぞれ外周面に複数の小穴２４、３４が配設され、内部に原料溶液が供給される回転容器２３、３３を備え、これら回転容器２３、３３を回転駆動手段２５、３５にて回転させることで発生する遠心力にて原料溶液を小穴２４、３４から流出させ、第１と第２のナノファイバー１１、１３を生成するように構成されている。回転容器２３、３３の回転速度は、数１００〜１００００ｒｐｍに設定される。また、回転容器２３、３３に対して、移動経路２の上手側位置に送風手段２６、３６が配設され、送風手段２６、３６にて下手側に向けて偏向気体流２７、３７を発生させることで、遠心力にて小穴２４、３４から放射状に原料溶液が流出して生成される第１と第２のナノファイバー１１、１３を移動経路２の下手側に向けて確実に偏向流動させるように構成されている。また、第１と第２の電極２２、３２は、回転駆動手段２８、３８にて絶縁筒体２９、３９を介して回転駆動するように構成されている。
【００３５】
本実施形態では、回転容器２３の回転方向ａと第１の電極２２の回転方向ｂを逆方向にして芯糸１に第１のナノファイバー１１が強く巻き付くように構成し、また、回転容器３３の回転方向ｃと第２の電極３２の回転方向ｄも逆方向にして第１の糸条１２に第２のナノファイバー１３が強く巻き付くように構成している。なお、回転方向ａとｂ、及びｃとｄを同じ方向にして回転速度を異ならせても良い。また、回転容器２３と第１の電極２２のどちらか一方のみを回転させ、或いは回転容器３３と第２の電極３２のどちらか一方のみを回転させてもよい。また、芯糸１に対する第１のナノファイバー１１の巻き付き方向と、第１の糸条１２に対する第２のナノファイバー１３の巻き付き方向が互いに逆になるように、回転方向ａとｃを逆方向にしても良い。すなわち、回転容器２３上の小穴と第１の電極が芯糸１の周囲に相対的に回転すればよく、また、回転容器３３上の小穴と第２の電極が第１の糸条１２の周囲に相対的に回転すればよい。回転容器２３と回転容器３３を回転させない場合には、圧力を用いて小穴２４、３４から原料溶液を流出させることができる。
【００３６】
第１と第２の電極２２、３２には、第１と第２の高電圧発生手段３０、４０にて発生させた高電圧が印加されるとともに、回転容器２３、３３が接地されており、これによって回転容器２３、３３と電極２２、３２の間に電界が発生され、小穴２４、３４から流出する原料溶液に電荷が印加されて静電爆発にてナノファイバー１１、１３が生成されるように構成している。なお、静電爆発にてナノファイバーを生成するには、回転容器２３、３３と電極２２、３２の間に電界を発生させれば良いので、逆に回転容器２３、３３に高電圧を印加し、電極２２、３２を接地しても良く、また互いに逆極性の高電圧を印加しても良い。
【００３７】
第１、第２のナノファイバー１１、１３の原料溶液としては、高分子樹脂を溶媒に溶解したものが好適である。その高分子樹脂としては、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−フェニレンイソフラテート、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、ナイロン、アラミド、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、ポリペプチド等が好適なものとして例示でき、これらより選ばれる少なくとも一種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３８】
また、使用できる溶媒としては、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、蟻酸、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、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、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、ピリジン、水等を例示でき、これらより選ばれる少なくとも一種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。原料溶液の中の溶媒の占める割合は、６０％位から９８％位が好適で、使用する高分子樹脂の材料、溶媒の種類、生成するナノファイバーの径等によって適切に決定される。
【００３９】
原料溶液における高分子樹脂と溶媒の具体的な組み合わせ例を示すと、１）ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を１０ｗｔ％の濃度で水に溶解したもの、２）ポリウレタン（ＰＵ）を２０ｗｔ％の濃度でＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解したもの、３）ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）を１０ｗｔ％の濃度でＤＭＦに溶解したもの、４）ポリフッ化ビニリデンを２０ｗｔ％の濃度でジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）に溶解したもの、５）ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を５ｗｔ％の濃度で水に溶解したもの、６）ナイロンを３０ｗｔ％の濃度で蟻酸に溶解したもの、７）ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を１０ｗｔ％の濃度でメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解したものなどを例示することができる。
【００４０】
また、芯糸１としては、ステープル、マルチフィラメント、モノフィラメント等の形態のものを使用することができる。また、その材料として、１）芯糸の全体が単一の熱可塑性樹脂で構成されたもの、２）芯部が耐薬品性や耐熱性が高いポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンなどからなり、鞘部が低融点の熱可塑性樹脂から成る芯鞘構成を有したもの、３）耐薬品性や耐熱性が高いポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンなどからなる芯糸に、溶融紡糸などでは繊維形状を形成しない分子量の小さい熱可塑性樹脂などの熱活性を有する樹脂を被覆したもの、４）芯糸に１液硬化性や２液混合硬化性の接着剤を被覆したものなどを適用することができる。
【００４１】
第１、第２の大気圧プラズマ処理装置４、７の具体的な構成を、図２を参照して説明すると、反応管４１の外周に巻回されたコイル４２に高周波電源４３に高周波電力を供給し、反応管４１内に不活性ガス４４を供給することによって反応管４１内で一次プラズマ４５を発生させ、その一次プラズマ４５を混合ガス容器４６内に吹き出させ、混合ガス容器４６内に供給された不活性ガスと反応性ガスの混合ガス４７に一次プラズマ４５を衝突させることで、混合ガス容器４６内の混合ガス領域の全体にプラズマを一気に展開させて広範囲に均一で長寿命の二次プラズマ４８を発生させ、この二次プラズマ４８を、移動経路２上に同心状に配設した処理筒４９に導入するように構成されている。かくして、移動経路２を移動する芯糸１や第１の糸条１２の表面をプラズマ処理して、ナノファイバーに対して滑り抵抗の大きな性状に改質することができる。
【００４２】
第１、第２の電極２２、３２の好適な構成例を、図３を参照して説明すると、電極２２、３２は、回転容器２３、３３側の一端部に拡大頭部５２を有しかつその軸芯部に移動経路２を通す貫通孔を有する回転体５１からなり、少なくとも拡大頭部５２の外表面が導電性を有するように構成されている。また、好適には、図示の如く、拡大頭部５２の回転容器２３、３３に対向する面に１又は複数の突起部５３を突設される。そうすることで、回転容器２３、３３と電極２２、３２の間の電界によって発生する電気力線が、回転容器２３、３３の小穴２４、３４が配設されている面から出て、電極２２、３２の拡大頭部５２に配設された突起部５３に収束するように形成され、それによって帯電して流出した原料溶液及び生成された第１、第２のナノファイバー１１、１３が電極２２、３２に向けて上記電気力線に沿って吸引され、第１、第２のナノファイバー１１、１３を確実に集束させて芯糸１や第１の糸条１２に確実に巻き付けることができる。
【００４３】
なお、電極２２、３２を構成する回転体５１の拡大頭部５２の最大外径は、回転容器２３、３３と電極２２、３２間の距離の１／１００〜１／１０の範囲、好ましくは１／５０〜１／１５に設定するのが好適である。そうすることで、回転体３、１３と電極３２、４２の間の電界によって発生する電気力線が、回転体２３、３３の小穴２４、３４が配設されている面から出て電極２２、３２の拡大頭部５２の貫通孔の周囲の突起部５３に収束するように形成され、それによって帯電して流出した原料溶液及び生成されたナノファイバー１１、１３が電極２２、３２に向けて上記電気力線に沿って吸引され、ナノファイバー１１、１３を確実に集束させて芯糸１や第１の糸条１２により強く絡ませることができる。
【００４４】
第１、第２の熱処理手段６、９の具体構成としては、図４（ａ）に示すように、移動経路２の側方に熱風吹出し手段５４又はヒータを配設したものや、図４（ｂ）に示すように、移動経路２を挟んで一対の加熱ローラ５５ａ、５５ｂを配設し、移動経路２を移動する第１の糸条１２や第２の糸条１４を加熱するようにしたものなどが適用される。なお、一対の加熱ローラ５５ａ、５５ｂを適用した構成では、加熱ローラ５５ａ、５５ｂの回転速度を第１の糸条製造手段５や第２の糸条製造手段８における製造速度より速くして第１の糸条１２や第２の糸条１４を延伸するようにすることもできる。
【００４５】
なお、熱処理手段は、上記の実施形態に限定するものではなく、前記熱風吹出し手段の代わりに、加熱した水蒸気を吹きかける加熱水蒸気吹出し手段を用いてもよい。その他に、所定の温度の液体を有するウォーターバスやオイルバスなどの容器内に、前記糸条を直接浸漬させてもよい。
【００４６】
また、図４（ｂ）には、一対の加熱ローラの実施例を示したが、これに限定するものではなく、一個の加熱したローラに前記糸条を所定時間の間、接触させたり、又は、前記糸条を所定の速度で移動させながら、前記加熱ローラに所定の巻き数で巻きつけることで、加熱することもできる。また、前記糸条の乾燥状態によっては、前記加熱ローラを複数配置することも可能である。
【００４７】
次に、以上の構成にて第２の糸条１４を製造する工程を説明する。芯糸供給手段３から芯糸１を供給して移動経路２に沿って移動させるとともに、第１の大気圧プラズマ処理手段４にて芯糸１の表面をプラズマ処理することで滑り抵抗の大きい表面性状に改質する。その状態で第１のナノファイバー生成手段２１にて第１の高分子樹脂を含む第１の原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて第１のナノファイバー１１を生成するとともに、第１の電極２２との協働によって第１のナノファイバー１１が芯糸１の回りに巻き付けられて第１の糸条１２を形成される。このとき、芯糸１の表面の滑り抵抗が大きいので、第１のナノファイバー１１が芯糸１の表面に容易かつ確実に絡んで強く巻き付けられる。その後、形成された第１の糸条１２を第１の熱処理手段６に通して、芯糸１の少なくとも表面層の融点よりも高く第１のナノファイバー１１を構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、芯糸１の少なくとも表面層の一部が溶融し、周囲に巻き付けられた第１のナノファイバー１１と芯糸１が融着して相互に固着された巻き付き状態となり、芯糸１に対する第１のナノファイバー１１の巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する第１の糸条１２が形成される。この第１の糸条１２を製品としても良いが、本実施形態では第２の糸条１４を形成するため次の工程に供給される。
【００４８】
次に、第１の糸条１２を移動経路２に沿って移動させるとともに、第２の大気圧プラズマ処理手段７にて第１の糸条１２の表面をプラズマ処理することで滑り抵抗の大きい表面性状に改質する。なお、第１のナノファイバー１１を巻き付けた状態で、第１の糸条１２の表面が所要の凹凸を有し、十分に大きな滑り抵抗を有する性状である場合には第２の大気圧プラズマ処理手段７は配設しなくても良い。その状態で第２のナノファイバー生成手段３１にて第２の高分子樹脂を含む第２の原料溶液を流出させ電荷誘導紡糸法にて第２のナノファイバー１３を生成するとともに、第２の電極３２との協働によって第２のナノファイバー１３を第１の糸条１２の回りに巻き付けて第２の糸条１４を形成する。このとき、第１の糸条１２の表面の滑り抵抗の大きい性状によって第２のナノファイバー１３が第１の糸条１２の表面に容易かつ確実に絡んで強く巻き付けられる。その後、形成された第２の糸条１２を第２の熱処理手段９に通して、少なくとも第１のナノファイバー１１を構成する第１の高分子樹脂の融点よりも高く第２のナノファイバー１３を構成する第２の高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、第１のナノファイバーの一部が溶融し、周囲に巻き付けられた第２のナノファイバーと第１のナノファイバーが融着して相互に固着された巻き付き状態となり、第１の糸条１２に対する第２のナノファイバーの巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する第２の糸条１４が生産性良く製造される。かくして、図７に示すように、芯糸１の回りに第１のナノファイバー１１が強く巻き付き、その回りに第２のナノファイバー１３が強く巻き付いた構成の第２の糸条１４を生産性良く製造することができる。
【００４９】
以上に説明した例では、芯糸１の融点より第１のナノファイバー１１を構成する第１の高分子樹脂の融点の方が高く、さらに第１のナノファイバー１１を構成する第１の高分子樹脂の融点より第２のナノファイバー１３を構成する第２の高分子樹脂の融点の方が高く、芯糸１が溶融して第１のナノファイバー１１が融着し、さらに第１のナノファイバー１１が溶融して第２のナノファイバー１１が融着する例を示したが、図７に示すような第２の糸条１４を製造する場合においては、芯糸１の融点の高さについては問うことなくかつ第１の熱処理手段６を配設せず、第１のナノファイバー１１を構成する第１の高分子樹脂の融点より第２のナノファイバー１３を構成する第２の高分子樹脂の融点の方を高くして、第２の熱処理手段９にて第１のナノファイバー１１を溶融させることで、第１のナノファイバー１１を内周側の芯糸１と外周側の第２のナノファイバー１３の両方に融着させるようにしても良い。
【００５０】
ここで、芯糸１と第１のナノファイバー１１と第２のナノファイバー１３に好適に適用できる高分子樹脂の例とその融点を、融点の低いものから順に示す。
【００５１】
1)ポリプロピレン（ＰＰ）              −  １６０〜１７０℃
2)ナイロン１２                        −  １７６℃
3)ナイロン１１                        −  １８７℃
4)ナイロン６．１０                    −  ２１０℃
5)ナイロン６                          −  ２２５℃
6)ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）−  ２６０℃
7)ナイロン６．６                      −  ２６５℃
かくして、例えばポリプロピレン（ＰＰ）やナイロン（登録商標）１２やナイロン１１を芯糸１に適用し、ナイロン６．１０やナイロン６を第１のナノファイバー１１に適用し、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やナイロン６．６を第２のナノファイバー１３に適用した場合には、第１の熱処理手段６では１９０〜２００℃で熱処理し、第２の熱処理手段９では２３０〜２５０℃で熱処理するのが適当である。
【００５２】
芯糸１と第１のナノファイバー１１から成る第１の糸条１２を製品とする場合の具体実施例を示すと、芯糸１として融点が１７６℃のナイロン１２を使用し、融点が２２５℃のナイロン６を３０ｗｔ％の濃度で蟻酸にて溶解した原料溶液を、外径が６０ｍｍで、外周に孔径０．３ｍｍの８個の小穴２４が形成された回転容器２３を回転数１８００ｒｐｍで回転させて第１のナノファイバー１１を生成して、１００ｍｍ／分の速度で移動させている芯糸１に巻き付け、第１の熱処理手段６にて２００℃で熱処理して第１の糸条１２を製造した。
【００５３】
本実施形態によれば、芯糸１を移動させつつ、電荷誘導紡糸法にて生成した第１のナノファイバー１１を芯糸１の回りに巻き付けることで第１の糸条１２を形成し、その後芯糸１の融点よりも高く第１の第１のナノファイバー１１を構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、芯糸１の一部が溶融し、芯糸１と第１のナノファイバー１１の一部が融着して相互に固着された巻き付き状態となり、次いでこの第１の糸条１２の回りに電荷誘導紡糸法にて生成した第２のナノファイバー１３を巻き付けることで第２の糸条１４を生産性良く形成でき、その後第１のナノファイバー１１を構成する高分子樹脂の融点よりも高く第２のナノファイバー１３を構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、第１のナノファイバーの一部が溶融し、第１のナノファイバーと第２のナノファイバーが融着して相互に固着された巻き付き状態となる。かくして、芯糸１に対して第１と第２のナノファイバー１１、１３の巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する第２の糸条１４を生産性良く製造して回収手段１５にて回収することができる。
【００５４】
また、第１、第２の大気圧プラズマ処理手段４、７にて芯糸１及び第１の糸条１２の表面を滑り抵抗が大きくなる表面性状となるように改質しているので、芯糸１や第１の糸条１２の回りに第１、第２のナノファイバー１１、１３を巻き付けたときに、より強い巻き付き状態が保持されるため、一層強度と腰のある第２の糸条１４を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、回転容器２３、３３の外周の小穴２４、３４から遠心力にて原料溶液を流出させるので、電荷誘導紡糸法による延伸に先立って電荷を帯電した原料溶液が遠心力の作用で延伸され、かつそのため電荷の相互影響を受けないので、多数の小穴２４、３４を近接して配置しても円滑にかつ均一に原料溶液を流出・延伸することができ、その後電荷誘導紡糸法にて延伸することで、多量の第１、第２のナノファイバー１１、１３を効率的に生成することができ、第１、第２の糸条１２、１４の生産性を著しく向上できるという効果が得られる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、表面処理手段として大気圧プラズマ処理手段４、７を適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、レーザー照射処理手段にて表面に微細な凹凸を形成するようにしても、また芯糸１や第１の糸条の表面に接触して粗し処理する接触粗し処理手段を適用しても良い。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、本発明のナノファイバーの合糸方法及び装置の第２の実施形態について、図５を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と共通の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
【００５８】
本実施形態では、図５に示すように、第１、第２のナノファイバー生成手段２１、３１を、移動経路２を取り囲む環状の回転体６１、７１の下面に複数のノズル部材６２、７２を全周にわたって配設し、その先端の小穴６３、７３から第１、第２のナノファイバー１１、１３の原料溶液を流出させるように構成している。そして、この第１、第２のナノファイバー生成手段２１、３１と、回転体６１、７１の回転方向ａ、ｃに対してそれぞれ逆方向の回転方向ｂ、ｄ方向に回転駆動させるように構成された第１、第２の電極２２、３２とによって、第１、第２の糸条製造手段５、８を構成している。
【００５９】
本実施形態においても、上記実施形態と同様に芯糸１に対して第１と第２のナノファイバー１１、１３の巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する第２の糸条１４を生産性良く製造することができる。
【００６０】
なお、本実施形態においても、上記実施形態と同様に、回転体６１、７１と、電極２２、３２を逆方向に回転させているが、同方向に回転させてもよく、回転体６１、７１と電極２２、３２の回転数が異なるように構成すれば、同様の効果が得られる。また、回転体６１、７１と電極２２、３２は、両方が同時に回転する必要はなく、少なくとも第１の糸条製造手段５と第２の糸条製造手段８のそれぞれにおいて、回転体６１、７１と電極２２、３２の内の一方が回転すれば、同様の効果が得られる。また、第１の糸条製造手段５において回転している回転体６１と電極２２の回転方向と、第２の糸条製造手段８において回転している回転体７１と電極３２の回転方向を、逆方向に構成すれば、第１の糸条１２と第２の糸条１４の撚り方向が交互に逆方向になるので、より強度の高い糸条を製造することができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
次に、本発明のナノファイバーの合糸方法及び装置の第３の実施形態について、図６を参照して説明する。
【００６２】
本実施形態では、芯糸１の移動経路２の周囲を回転する回転体６１、７１に設けた１つの又は近接配置した複数の小穴６３、７３から原料溶液を流出させて電荷誘導紡糸法にてナノファイバー１１、１３を生成する第１と第２のナノファイバー生成手段２１、３１と、小穴６３、７３とは移動経路２を挟んで略反対側の位置で小穴６３、７３と同期して回転する電極６５、７５とによって第１の糸条製造手段５と第２の糸条製造手段８がそれぞれ構成されている。
【００６３】
具体的には、芯糸１が軸芯部を貫通する貫通孔を有するとともに、軸芯回りに矢印ａの如く回転駆動可能な回転体６１が配設されている。回転体６１の回転速度は、数１００〜１００００ｒｐｍに設定される。回転体６１には、先端に小穴６３を有する１つのノズル部材６２が設けられ、その小穴６３からナノファイバーの原料溶液に電荷を帯電させて流出させるように構成されている。なお、ノズル部材６２は、ノズル部材６２と移動経路２の間の径方向に距離に比して小さい距離をあけた近接状態で複数配設しても良い。小穴６３から電荷を帯電されて流出した原料溶液が電荷誘導紡糸法にて延伸されて第１のナノファイバー１１が生成され、第１のナノファイバー生成手段２１が構成されている。
【００６４】
回転体６１から芯糸１の移動方向に適当な距離の位置に、生成された第１のナノファイバー１１を収集する第１の電極６５が配設されている。第１の電極６５は、平面視で移動経路２を挟んで小穴６３とは略反対側に位置した状態で小穴６３と同期して回転するように、回転体６１と同期して矢印ｂの如く回転するリング状ないし筒状の回転部材６４上に配設されている。第１の電極６５は、少なくとも頂部が、半径が数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の半球形又はそれに類似した形状で、尖った部分の無いものが好ましい。尖った部分があると、その部分からイオン風が発生し、異常放電の発生原因となるためである。
【００６５】
そして、小穴６３から流出する原料溶液に電荷を帯電させ、第１の電極６５にて第１のナノファイバー１１を収集するため、本実施形態では、ノズル部材６２を接地し、第１の電極６５に第１の高電圧発生手段３０にて１ｋＶ〜１００ｋＶ、好適には１０ｋＶ〜１００ｋＶの正（又は負、図示例は正）の高電圧を印加している。これにより、ノズル部材６２と第１の電極６５間に電界が発生し、小穴６３から流出する原料溶液には負（又は正）の電荷が帯電し、負（又は正）に帯電した第１のナノファイバー１１がそれとは逆極性の高電圧が印加されている第１の電極６５に収集される。なお、ノズル部材６２に高電圧発生手段（図示せず）にて負（又は正）の高電圧を印加して、流出する原料溶液及びナノファイバーに負（又は正）の電荷を帯電させるようにしても良く、その場合には第１の電極６５を接地しても、若しくは第１の電極６５に第１の高電圧発生手段３０にて正（又は負）の高電圧を印加しても良い。
【００６６】
こうして、ノズル部材６２と第１の電極６５が芯糸１の回りに同期回転するのに伴って、第１の電極６５にて収集された第１のナノファイバー１１が移動する芯糸１の回りに絡まって巻き付けられ、芯糸１に第１のナノファイバー１１が撚られた第１の糸条１２が形成される。かくして、第１のナノファイバー生成手段２１と第１の電極６５にて第１の糸条製造手段５が構成されている。第１の糸条製造手段５と第２の糸条製造手段８の間に、第１の糸条１２に上記第１の実施形態で説明した所要の熱処理を施す第１の熱処理手段６が配設されている。
【００６７】
以上の第１の糸条製造手段５から移動経路２の下手側に適当な距離の位置に、形成された第１の糸条１２が軸芯部を貫通するとともに、軸芯回りに矢印ｃの如く回転駆動可能に構成され、かつ先端に小穴７３を有するノズル部材７２が１つ又は複数設けられた回転体７１が配設されている。そして、小穴７３から電荷を帯電されて流出した原料溶液が電荷誘導紡糸法にて延伸されて第２のナノファイバー１３が生成され、第２のナノファイバー生成手段３１が構成されている。
【００６８】
また、回転体７１から移動経路２の下手側に適当な距離の位置に、生成された第２のナノファイバー１３を収集する第２の電極７５が配設されている。第２の電極７５は、平面視で移動経路２を挟んで小穴７３とは略反対側に位置した状態で小穴７３と同期して回転するように、回転体７１と同期して矢印ｄの如く回転するリング状ないし筒状の回転部材７４上に配設されている。また、小穴７３から流出する原料溶液に電荷を帯電させ、第２の電極７５にて第２のナノファイバー１３を吸引するため、本実施形態では、ノズル部材７２を接地し、第２の電極７５に第２の高電圧発生手段４０にて正（又は負、図示例は正）の高電圧を印加している。これにより、ノズル部材７２と第２の電極７５間に電界が発生し、小穴７３から流出する原料溶液には負（又は正）の電荷が帯電し、負（又は正）に帯電した第２のナノファイバー１３がそれとは逆極性の高電圧が印加されている第２の電極７５に吸引される。
【００６９】
第２の電極７５にて収集された第２のナノファイバー１３は、ノズル部材７２と第２の電極７５が第１の糸条１２の回りに同期回転するのに伴って、移動する第１の糸条１２の回りに絡まって巻き付けられ、第１の糸条１２に第２のナノファイバー１３が撚られた第２の糸条１４が形成される。かくして、第２のナノファイバー生成手段２１と第２の電極７５にて、第１の糸条製造手段５とほぼ同様の構成の第２の糸条製造手段８が構成されている。この第２の糸条製造手段８の後段に、製造された第２の糸条１４に上記第１の実施形態で説明した所要の熱処理を施す第２の熱処理手段９が配設されている。
【００７０】
本実施形態においては、所定の移動経路２に沿って芯糸１を移動させつつ、その移動経路２の周囲を回転する小穴６３、７３から原料溶液を流出させて電荷誘導紡糸法にてナノファイバー１１、１３を生成するとともに、生成したナノファイバー１１、１３を小穴６３、７３とは移動経路２を挟んで略反対側の位置で小穴６３、７３と同期して回転する電極６５、７５に向けて流動させるようにしているので、生成されたナノファイバー１１、１３が線状若しくはその周囲の小さな断面の空間内を殆ど乱れることなく電極６３、７３に向かって流動し、かつ小穴６３、７３と電極６５、７５の同期回転に伴って流動してきたナノファイバー１１、１３が芯糸１や第１の糸条１２に絡んで規則正しく巻き付くことになり、それによって形態や物性の均一な第２の糸条１４を安定的に製造することができる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、第１の糸条製造手段５における回転体６１と第１の電極６５の回転方向ａ、ｂと、第２の糸条製造手段８における回転体７１と第２の電極７５の回転方向ｃ、ｄが共に同じ方向であり、第１のナノファイバー１１と第２のナノファイバー１３が同一方向に巻き付けられるようにした例を示したが、第１の糸条製造手段５における回転体６１と第１の電極６５の回転方向ａ、ｂと、第２の糸条製造手段８における回転体７１と第２の電極７５の回転方向ｃ、ｄを互いに逆方向にしても良く、そうすることで第１のナノファイバー１１と第２のナノファイバー１３の撚り方向が交互に逆方向になるので、より強度の高い糸条を製造することができる。なお、回転体と電極の回転方向については、他の実施形態と同様に、すなわち、回転体６１上の小穴と第１の電極６５が芯糸１の周囲に相対的に回転すればよく、また、回転体７１上の小穴と第２の電極７５が第１の糸条１２の周囲に相対的に回転すればよい。回転体６１と回転体７１を回転させない場合には、圧力を用いて小穴６３、７３から原料溶液を流出させることができる。
【００７２】
なお、以上の各実施形態では、移動経路２に沿って第１の糸条製造手段５と第２の糸条製造手段８を配設した例を示したが、第３、第４・・・の糸条製造手段を配設することもでき、そうすることで芯糸１の外周にナノファイバーを多層に撚った糸条を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明のナノファイバーの合糸方法及び装置によれば、芯糸を移動させつつ電荷誘導紡糸法にて生成したナノファイバーを芯糸の回りに１又は複数層に巻き付けることでナノファイバーの糸条を生産性良く形成でき、その後芯糸の少なくとも表面層又は内側のナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点よりも高く外側のナノファイバーを構成する高分子樹脂の融点よりも低い温度で熱処理することで、芯糸又は内側のナノファアバーと外側のナノファイバーとが融着してナノファイバーの巻き付きが強く保持されて所望の強度と腰を有する糸条を生産性良く製造することができ、芯糸に１又は複数層にナノファイバーを巻き付けて成る糸条の生産に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１の実施形態のナノファイバーの合糸方法及び装置の全体概略構成図。
【図２】同実施形態におけるプラズマ処理手段の構成例を示す縦断面図。
【図３】同実施形態における電極の他の構成例を示す斜視図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は同実施形態における熱処理手段の構成例の説明図。
【図５】本発明の第２の実施形態のナノファイバーの合糸方法及び装置の全体概略構成図。
【図６】本発明の第３の実施形態のナノファイバーの合糸方法及び装置の全体概略構成図。
【図７】本発明の各実施形態にて製造される糸条の一例の横断模式図。
【符号の説明】
【００７５】
１  芯糸
２  移動経路
３  芯糸供給手段
４  第１の大気圧プラズマ処理手段（表面処理手段）
５  第１の糸条製造手段
６  第１の熱処理手段
７  第２の大気圧プラズマ処理手段（表面処理手段）
８  第２の糸条製造手段
９  第２の熱処理手段
１１  第１のナノファイバー
１２  第１の糸条
１３  第２のナノファイバー
１４  第２の糸条
２１  第１のナノファアイバー生成手段
２２  第１の電極
２３  回転容器
２４  小穴
３１  第２のナノファイバー生成手段
３２  第２の電極
３３  回転容器
６１  回転体
６３  小穴
６５  第１の電極
７１  回転体
７３  小穴
７５  第２の電極
【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】
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【図７】
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