(57)【要約】【課題】簡単な構成で安定した品質のナノファイバを高い生産効率で製造する。【解決手段】原料液３００を空間中で電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造するナノファイバ製造装置１００であって、原料液３００を貯留する貯留槽１１０と、貯留槽１１０中に貯留される原料液３００上方に原料液３００の液面に沿う気体の波を発生させて原料液３００に波を発生させる造波装置１２０と、貯留槽１１０に貯留される原料液３００に電荷を供給する供給電極１４１と、貯留槽１１０に貯留される原料液３００から離れた位置に配置される帯電電極１４２と、供給電極１４１と帯電電極１４２とが所定の電圧となるように電圧を印加する帯電電源１４３とを備える。【選択図】図１
2010242251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、
原料液を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽中に貯留される原料液上方に原料液の液面に沿う気体の波を発生させて原料液に波を発生させる造波装置と、
前記貯留槽に貯留される原料液に電荷を供給する供給電極と、
前記貯留槽に貯留される原料液から離れた位置に配置される帯電電極と、
前記供給電極と前記帯電電極とが所定の電圧となるように電圧を印加する帯電電源と
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記造波装置が発生させる気体の波は、定在波である
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
前記造波装置は、所定の周波数で気体を振動させて波を発生させる振動源と、前記振動源を駆動する駆動装置とを備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
さらに、
前記造波装置によって発生される気体の波を囲むカバー部材を備える
請求項３に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
さらに、
前記カバー部材と、原料液とで囲われた気体の温度を一定に制御する温度制御装置を備える
請求項４に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項６】
さらに、
前記カバー部材と、原料液とで囲われた気体の温度を検出する検温装置と、
前記検温装置から温度に関する情報を取得し、気体の波の状態を一定に維持するように前記駆動装置を制御する制御装置を備える
請求項４に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項７】
前記造波装置はさらに、
前記貯留槽に貯留される原料液に対して前記振動源の反対側に配置され、気体の波を反射する反射体を備える
請求項３に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項８】
さらに、
前記造波装置が発生させる気体の波と交差する気体の波を発生させる第二造波装置を備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項９】
さらに、
原料液を前記貯留槽に供給する供給手段と、
前記貯留槽から溢れ出る原料液を回収する回収手段と
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１０】
さらに、
製造されたナノファイバが堆積する被堆積部材と、
堆積したナノファイバを前記被堆積部材と共に移送する移送装置と
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１１】
原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、
貯留槽中に貯留される原料液上方に原料液の液面に沿う気体の波を発生させて原料液に波を発生させる造波工程と、
貯留槽中に貯留される原料液に電荷を供給する供給電極と、原料液から離れた位置に配置される帯電電極とに電圧を印加し、原料液を帯電させる帯電工程と
を含むナノファイバ製造方法。
【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、多量のナノファイバを一度に製造することのできるナノファイバ製造装置、及び、当該ナノファイバ製造装置を用いたナノファイバ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質を製造する方法として、静電延伸現象（エレクトロスピニング）を用いた方法が知られている。
【０００３】
この静電延伸現象とは、溶媒中に樹脂などの溶質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（噴射）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電気的に延伸させることにより、ナノファイバを得る方法である。
【０００４】
より具体的に静電延伸現象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原料液が爆発的に線状に延伸される現象が生じる。これが静電延伸現象である。この静電延伸現象が、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オーダーの樹脂から成るナノファイバが製造される。
【０００５】
以上のような静電延伸現象を用いて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。そこで、従前は、空間中に原料液を流出させるためのノズルを多数設け、空間中に強制的に原料液を流出させることで、ナノファイバの生産効率の向上を図っている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ノズルを多数配置する従前の構成、及び、方法では、ノズルの形状の不均一さやノズルの電気的な位置関係など、多数のノズルを均一とすることが困難であった。このような場合、製造されるナノファイバも不均一となって、得られるナノファイバの品質が安定しなかったり、原料液に電荷が供給されてないノズルが発生することで、当該ノズルからはナノファイバが製造されず、ナノファイバの生産効率が向上しないとの課題が発生する。さらに多数のノズルを設けるには、製造コストや組立コストがかかり、ナノファイバ製造装置の価格が上昇する問題もある。
【０００８】
一方、空間中に強制的に原料液を流出させるためには、原料液に圧力を加え、当該圧力によりノズルから原料液を強制的に流出させたり、原料液を保持する部材を回転させることにより、遠心力で原料液を強制的に流出させたりしている。圧力を発生させるポンプや、部材を回転させる駆動源などが必要な装置は、構造的に複雑になるという問題を有している。
【０００９】
本願発明は上記課題を解決するためになされたものであり、比較的簡単な構造の装置であって、製造するナノファイバの品質の安定と、ナノファイバの生産効率の向上を図ることのできる装置の提供、及び、当該装置を用いたナノファイバの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバ製造装置は、原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、原料液を貯留する貯留槽と、前記貯留槽中に貯留される原料液上方に原料液の液面に沿う気体の波を発生させて原料液に波を発生させる造波装置と、前記貯留槽に貯留される原料液に電荷を供給する供給電極と、前記貯留槽に貯留される原料液から離れた位置に配置される帯電電極と、前記供給電極と前記帯電電極とが所定の電圧となるように電圧を印加する帯電電源とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、帯電した原料液に波が発生すると、波の山の頂上部分に電荷が集まる。原料液に対し離れた位置に配置される帯電電極と前記電荷との間に引力が発生する。当該引力により前記電荷と共に原料液が帯電電極の方向に引きつけられる。帯電電極に向かって飛行中の原料液から溶媒が蒸発し、電気的な延伸現象が発生してナノファイバが製造される。
【００１２】
以上のように、非常に簡単な構成でナノファイバを製造することが可能である。しかも、発生する波によっては多数の波の山が発生し、当該複数の山の頂上からそれぞれ原料液が帯電電極に向かって飛行し、電気的延伸現象によりナノファイバが製造される。従ってナノファイバの生産効率を向上させることができる。また、貯留槽を大きくすることにより、簡単にナノファイバの製造量を増加させることも可能である。
【００１３】
前記造波装置が発生させる気体の波は、定在波であることが好ましい。
【００１４】
これにより、一定の場所から原料液が帯電電極に向かって飛行し、安定した状態でナノファイバを製造することが可能となる。
【００１５】
前記造波装置は、所定の周波数で気体を振動させて波を発生させる振動源と、前記振動源を駆動する駆動装置とを備え、さらに、前記造波装置によって発生される気体の波を囲むカバー部材を備えることが好ましい。
【００１６】
これにより、カバー部材と原料液とで共鳴管で得られる状態に相当する状態を形成することができ、原料液により強い波を発生させることが可能となる。この場合、波の先端が細くなり、より細いナノファイバを製造することが可能となる。
【００１７】
さらに、前記カバー部材と、原料液とで囲われた気体の温度を一定に制御する温度制御装置を備えてもよい。また、前記カバー部材と、原料液とで囲われた気体の温度を検出する検温装置と、前記検温装置から温度に関する情報を取得し、気体の波の状態を一定に維持するように前記駆動装置を制御する制御装置を備えてもよい。
【００１８】
これにより、原料液に安定した波を派生させることが可能となる。従って、製造されるナノファイバの品質を安定させることが可能となる。
【００１９】
前記造波装置はさらに、前記貯留槽に貯留される原料液に対して前記振動源の反対側に配置され、気体の波を反射する反射体を備えてもよい。
【００２０】
これにより、容易に定在波を発生させることが可能となる。
【００２１】
さらに、前記造波装置が発生させる気体の波と交差する気体の波を発生させる第二造波装置を備えてもよい。
【００２２】
これにより、三角波などの波の形状が錐状となる波を発生させることができ、かつ、当該波を制御することも可能となる。従って、より品質が高く生産効率が高いナノファイバ製造装置を提供することが可能となる。
【００２３】
さらに、原料液を前記貯留槽に供給する供給手段と、前記貯留槽から溢れ出る原料液を回収する回収手段とを備えても良い。
【００２４】
これにより、原料液の液面を一定の状態に保つことができ、安定してナノファイバを製造することが可能となる。
【００２５】
また、上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバ製造方法は、原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、貯留槽中に貯留される原料液上方に原料液の液面に沿う気体の波を発生させて原料液に波を発生させる造波工程と、貯留槽中に貯留される原料液に電荷を供給する供給電極と、原料液から離れた位置に配置される帯電電極とに電圧を印加し、原料液を帯電させる帯電工程とを備えることを特徴とする。
【００２６】
これにより、帯電した原料液に波が発生すると、波の山の頂上部分に電荷が集まる。原料液に対し離れた位置に配置される帯電電極と前記電荷との間に引力が発生する。当該引力により前記電荷と共に原料液が帯電電極の方向に引きつけられる。帯電電極に向かって飛行中の原料液から溶媒が蒸発し、電気的な延伸現象が発生してナノファイバが製造される。
【００２７】
以上のように、非常に簡単な構成による方法でナノファイバを製造することが可能である。しかも、発生する波によっては多数の波の山が発生し、当該複数の山の頂上からそれぞれ原料液が帯電電極に向かって飛行し、電気的延伸現象によりナノファイバが製造される。従ってナノファイバの生産効率を向上させることができる。また、貯留槽を大きくすることにより、簡単にナノファイバの製造量を増加させることも可能である。
【発明の効果】
【００２８】
本願発明によれば、簡単な構成で多量の原料液を空間中に流出させることができ、多くのナノファイバを一度に製造することができ、ナノファイバの生産効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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斜視図である。
【図２】ナノファイバ製造装置を模式的に正面から示す断面図である。
【図３】ナノファイバ製造装置を模式的に側面から示す断面図である。
【図４】ナノファイバの製造工程を説明するためにナノファイバ製造装置を概略的に示す断面図である。
【図５】波の状態と他の装置との関係を模式的に示す断面図である。
【図６】他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斜視図である。
【図７】他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斜視図である。
【図８】カバー部材を切り欠いてナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本願発明に係る実施の形態を説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
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斜視図である。
【００３２】
図２は、ナノファイバ製造装置を模式的に正面から示す断面図である。
【００３３】
図３は、ナノファイバ製造装置を模式的に側面から示す断面図である。
【００３４】
なお、図１、図２においては、カバー部材を省略したナノファイバ製造装置を示している。
【００３５】
これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、貯留槽１１０と、造波装置１２０と、帯電装置１４０と、カバー部材１３１と、収集装置１６０と、検温装置１５１と、制御装置１５２とを備えている。
【００３６】
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が電気的に延伸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。
【００３７】
貯留槽１１０は、原料液３００を貯留するための容器である。本実施の形態では、貯留槽１１０は、上部が開放された立方体の箱形状である。貯留槽１１０は、原料液３００を内方に供給する供給手段１１１が接続され、貯留槽１１０から溢れ出る原料液３００を回収する回収手段１１２を備えている。
【００３８】
なお、貯留槽１１０は、比較的深い態様として図示しているが、これは便宜上の物であり、深さの浅い貯留槽１１０でもかまわない。浅い貯留槽１１０の場合、貯留する原料液３００に発生する波の形が比較的尖り、波の頂上部分に電荷が集中する傾向にある。
【００３９】
供給手段１１１は、貯留槽１１０に原料液３００を供給するための装置である。本実施の形態の場合、供給手段１１１は、原料液３００を蓄えておくタンク１１４（図２参照）と、タンク１１４から原料液３００を貯留槽１１０に向けて圧送することのできるポンプ１１３とを備えている。また、ポンプ１１３は、回収手段１１２から原料液３００を吸引し、貯留槽１１０に当該原料液３００を再度圧送できる。また、ポンプ１１３は、回収手段１１２から吸引した原料液３００の量によって、タンク１１４から吸引する原料液３００の量を調整し、常に一定の吐出量を確保することができるものとなっている。
【００４０】
回収手段１１２は、貯留槽１１０の上端縁から溢れ出る原料液３００を回収する部材である。本実施の形態の場合、回収手段１１２は、貯留槽１１０の周壁外面に取り付けられる樋である。回収手段１１２は、所定の部分に向かって下るように傾斜しており、貯留槽１１０から溢れ出た原料液３００が所定部分に集まるものとなっている。また、原料液３００が集まる所定の部分には、ポンプ１１３につながる回収路が設けられている。以上により、ポンプ１１３は、回収手段１１２の一部としても機能している。
【００４１】
造波装置１２０は、貯留槽１１０中に貯留される原料液３００の上方に原料液３００の液面に沿う気体の波を発生させて原料液３００に波を発生させる装置である。本実施の形態の場合、造波装置１２０は、駆動装置１２１と、振動源１２２と、反射体１２４とを備えている。
【００４２】
振動源１２２は、気体を振動させて波を発生させる装置である。本実施の形態の場合、振動源１２２としてスピーカーが採用されている。振動源１２２は、貯留槽１１０の長手方向の端部の外方近傍に配置されており、振動源１２２の下端面は、貯留槽１１０に貯留される原料液３００の液面とほぼ同じレベルとなるように配置されている。また、振動源１２２は、振動する部分が原料液３００方向に向くように貯留槽１１０に沿って配置されている。
【００４３】
駆動装置１２１は、所定の周波数で振動源１２２を振動させるための装置であり発信器と増幅器とを備えている。本実施の形態の場合、駆動装置１２１は、１００Ｈｚ以上、２ＫＨｚ以下の範囲から選定される任意の周波数で振動源１２２を振動させることができるものとなっている。
【００４４】
反射体１２４は、貯留槽１１０に貯留される原料液３００に対して振動源１２２の反対側に配置され、気体の波を反射する部材である。本実施の形態の場合、反射体１２４は、空気の波を反射する硬質の材料からなる板状の部材である。
【００４５】
なお、振動源１２２と反射体１２４との距離は微調整可能となっている。
【００４６】
カバー部材１３１は、造波装置１２０によって発生される気体の波を囲む部材である。本実施の形態の場合、造波装置１２０によって発生する空気の波は、貯留槽１１０に貯留される原料液３００と収集装置１６０とで上下方向において囲われているため、カバー部材１３１は、左右方向に空気の波を囲んでいる。つまりカバー部材１３１は、貯留槽１１０の長手方向に沿って配置される板状の部材であり、貯留槽１１０の幅方向の端部の外方近傍に起立した状態で壁状に配置されている。カバー部材１３１の下端面は、貯留槽１１０に貯留される原料液３００の液面とほぼ同じレベルとなるように配置されている。
【００４７】
検温装置１５１は、カバー部材１３１と原料液３００とで囲われた気体の温度を検出する装置である。本実施の形態の場合、輻射温度計が用いられている。
【００４８】
制御装置１５２は、検温装置１５１から温度に関する情報を取得し、気体の波の状態を一定に維持するように駆動装置１２１を制御する装置である。
【００４９】
ここで、制御装置１５２の制御方法の一例を説明する。本実施の形態の場合、気体は空気である。
【００５０】
空気中の音速をＶとすると、温度Ｔにおける音速Ｖを次式で表すことができる。
【００５１】
Ｖ＝３３１．５＋０．６×Ｔ（ｍ／ｓ）
【００５２】
例えば、Ｔを２５℃とすると、音速Ｖは約３４６．５（ｍ／ｓ）になる。
【００５３】
一方、振動源１２２と反射体１２４との距離をＬとすると、定在波を形成するために必要な周波数ｆ（ｍ）は、次式で表すことができる。
【００５４】
ｆ（ｍ）＝（ｍ×Ｖ）／（２×Ｌ）  （ｍ＝１，２，３，４・・・・：自然数）
【００５５】
上記二つの式を組み合わせると次式のようになる。
【００５６】
ｆ（ｍ）＝（ｍ×（３３１．５＋０．６×Ｔ））／（２×Ｌ）
【００５７】
例えば、液面状に１０倍振動の定在波を発生させたい場合は次式となる。
【００５８】
ｆ（１０）＝（３３１５＋６×Ｔ）／（２×Ｌ）
【００５９】
ナノファイバ製造装置の操業中においてＬは一定であるので、定在波を安定して発生させる場合、検温装置１５１から空気の温度Ｔを常時取得しておき、温度の変化に従って発生させる周波数ｆ（１０）を常識に従って変化させればよい。
【００６０】
帯電装置１４０は、原料液３００を帯電させると共に、空間中で製造されたナノファイバ３０１を収集装置１６０に誘引する装置であり、供給電極１４１と帯電電極１４２と帯電電源１４３とを備えている。
【００６１】
供給電極１４１は、貯留槽１１０に貯留される原料液３００と接触し、原料液３００に電荷を供給して帯電させる電極である。本実施の形態の場合、供給電極１４１は、貯留槽１１０の底部のほぼ全体にわたって配置される板状金属製の部材である。
【００６２】
帯電電極１４２は、貯留槽１１０に貯留される原料液３００から離れた位置に配置される電極である。帯電電極１４２は、貯留槽１１０の原料液３００の液面の上方に位置している。帯電電極１４２は、供給電極１４１に対して所定の電圧が印加されることで、供給電極１４１に電荷を誘導する機能を備えている。本実施の形態の場合、帯電電極１４２は、原料液３００の液面と対向する位置に液面と平行に配置される板状の部材である。帯電電極１４２は、後述の帯電電源１４３によりアースに対し低い電圧が印加されている。従って、接地されている供給電極１４１に正の電荷が誘導される。
【００６３】
帯電電源１４３は、供給電極１４１に対し帯電電極１４２に高い電圧を印加することができ、また、供給電極１４１に対し帯電電極１４２に低い電圧を印加することができる電源である。本願発明の場合、帯電電源１４３は、直流電源が採用されている。また、帯電電源１４３が帯電電極１４２に印加する電圧は、供給電極１４１に対し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。
【００６４】
なお、供給電極１４１と帯電電極１４２との間の空間中の電界強度は、１ＫＶ／ｃｍ以上であることが好ましく、当該電界強度となるように、供給電極１４１と帯電電極１４２との距離や、供給電極１４１が原料液３００に浸漬されている深さ、印加する電圧を調整することが好ましい。
【００６５】
また、本実施の形態の場合、供給電極１４１側を接地したが、帯電電極１４２側を接地しても良く、いずれも接地しなくても良い。
【００６６】
また、帯電電極１４２に正の電圧を印加してもかまわない。特に、原料液３００が正に帯電しやすい場合には、帯電電極１４２に負の電圧を印加し、原料液３００が負に帯電しやすい場合には、帯電電極１４２に正の電圧を印加することが好ましい。これにより、原料液３００の電荷密度が向上して容易に電気的な延伸を発生させることが可能となる。容易に静電延伸現象が発生すると、容易にナノファイバ３０１を大量に製造することができナノファイバの生産性を向上させることが可能となる。
【００６７】
また、本実施の形態では供給電極１４１を原料液３００の中に浸漬した状態で配置したが、貯留槽１１０の全体や一部を導体で形成し、貯留槽１１０を供給電極１４１として機能させても良い。
【００６８】
さらに、ナノファイバ製造装置１００は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を堆積させて収集する被堆積部材１６１と、堆積したナノファイバを被堆積部材１６１と共に移送する移送装置１６２と、被堆積部材１６１を供給する供給ロール１６３とを収集装置１６０として備えている。
【００６９】
被堆積部材１６１は、帯電電極１４２に誘引されて飛来するナノファイバ３０１の堆積対象となる部材である。本実施の形態の場合、被堆積部材１６１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。具体的に被堆積部材１６１としては、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、被堆積部材１６１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を被堆積部材１６１から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。また、被堆積部材１６１は、ロール状に巻き付けられた状態で供給ロール１６３から供給されるものとなっている。
【００７０】
本実施の形態の場合、被堆積部材１６１は、造波装置１２０で発生した空気の波を囲むカバー部材としても機能している。
【００７１】
移送装置１６２は、被堆積部材１６１を移送することができる装置である。本実施の形態の場合、長尺の被堆積部材１６１を巻き取りながら供給ロール１６３から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に被堆積部材１６１を移送するものとなっている。移送装置１６２は、不織布状に堆積しているナノファイバ３０１を被堆積部材１６１とともに巻き取ることができるものとなっている。
【００７２】
なお、供給電極１４１は、実施形態においては、貯留槽１１０の底面付近に配置しているが、これに限定するものではなく、原料液３００が貯留されている表面の近傍近くの原料液内に配置してもよい。特に、原料液が貯留されている貯留槽の表面に発生する波に影響を与えなければ、前記供給電極１４１の配置は、原料液３００内の液面近傍に配置するのが、電界強度が強くなり好適である。
【００７３】
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。
【００７４】
図４は、ナノファイバの製造工程を説明するためにナノファイバ製造装置を概略的に示す断面図である。
【００７５】
まず、供給手段１１１により、原料液３００を貯留槽１１０に供給する（原料液供給工程）。原料液３００の供給は、原料液３００が貯留槽１１０から常に溢れ出る状態とする。溢れ出た原料液３００は、回収手段１１２で回収され、再び貯留槽１１０に供給される（循環工程）。このように、常に原料液３００を貯留槽１１０に供給し、貯留槽１１０から原料液３００を溢れ出させることで、原料液３００の液面のレベルを一定とすることができる。従って、原料液３００の液面に発生する波も、帯電電極１４２との位置関係が一定となり、安定した状態でナノファイバ３０１を製造することが可能となる。
【００７６】
具体的には、使用した原料液３００は、溶媒を水とし、水にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を１０重量％で溶解したものを用いた。この原料液３００から得られるナノファイバ３０１は、ＰＶＡで構成される繊維である。
【００７７】
次に、造波装置１２０を稼動させ、原料液３００の情報に空気の波（定在波）を発生させ、原料液３００に波を発生させる（造波工程）。具体的には、駆動装置１２１により所定の周波数で振動源１２２を振動させる。振動源１２２から発生する空気の波は反射体１２４で反射する。この二つの波が重なり合って定在波が発生する（同図中破線で示す。）。
【００７８】
原料液３００の液面に沿って定在波が発生した場合、波の節に対応する部分に原料液３００の山が発生する。これはクントの実験でも明らかにされているように、空気の波は粗密波であり、節の部分が最も大きな加速度で変化すると考えられるからである。
【００７９】
図５は、波の状態と他の装置との関係を模式的に示す断面図である。
【００８０】
本実施の形態の場合、造波装置１２０は、空気の定在波の節の部分に対応する原料液３００の表面に波の山が形成される。原料液３００の波の山３０２の頂点を含む垂直な面で原料液３００を切断した場合、図５に示す状態となる。
【００８１】
次に、帯電電源１４３により供給電極１４１と帯電電極１４２との間を所定の電圧とする（帯電工程）。本実施の形態の場合、電圧を６０ｋｖとし、供給電極１４１を接地し、帯電電極１４２を負の極性にした。
【００８２】
以上により、原料液３００の波の山３０２、つまり、波の頂上には、正の電荷が集中することとなる。そして、正の電荷は、負の極性である帯電電極１４２に引きつけられ、原料液３００と共に、帯電電極１４２の方向に向かって空間中を飛行する。原料液３００は、飛行中に溶媒が蒸発し、正の電荷同士の反発力が原料液３００の表面張力より勝るようになる。この時点で飛行中の原料液３００はクーロン力により爆発的に延伸し（静電延伸現象という。）、ナノファイバ３０１が製造される。そして、２次、３次と幾何級数的に延伸しつつ空間中を飛行し、被堆積部材１６１に到達する。本願実施形態においては、帯電電極１４２は、前記波の発生する箇所の上方に位置している。しかしながら、それに限定するものではなく、生成された波の頂上に正の電荷が集中し、その電荷を有した原料液３００が所定の場所離れた位置に配置された帯電電極１４２の方に、飛行するように帯電電極１４２を配置すればよい。
【００８３】
被堆積部材１６１には、多数のナノファイバ３０１が堆積し（堆積工程）、不織布が形成される。また、被堆積部材１６１は、移送装置１６２によりゆっくりと移送され、長尺帯状の不織布として回収される。
【００８４】
以上のような構成のナノファイバ製造装置１００を用いてナノファイバ３０１を製造することによって、ナノファイバ３０１を簡単な構成で製造することが可能となる。また、波の状態を制御することにより、多くのナノファイバを一度に発生させることができ、高い効率でナノファイバ３０１を製造し収集することができる。また、発生させる波の形状を均質にすることで、製造されるナノファイバ全体にわたり、品質を均一化することが可能となる。従って、均質なナノファイバを高い生産効率で製造することが可能となる。
【００８５】
なお、本実施の形態では、振動源１２２の振動周波数を共振周波数とし、原料液３００に定在波を発生させたが、本願発明はこれに限定されるわけではない。例えば、振動源１２２の振動周波数を共振周波数より若干異なる周波数としても良い。この場合、原料液３００に発生する波の頂上が徐々に移動することとなる。
【００８６】
また、振動源１２２にスピーカーを用いたが、これに限定されるものでもない。例えば、圧電素子により空気を振動させるものでもよい。また、防爆対策などのため、貯留槽１１０周辺を窒素などの不活性ガスで充填した場合、振動源１２２は、窒素などの不活性ガスを振動させることになる。
【００８７】
ここで、ナノファイバ３０１を構成する樹脂としては、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等の高分子物質を例示できる。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、本願発明は上記樹脂に限定されるものではない。
【００８８】
原料液３００に使用される溶媒としては、揮発性のある有機溶剤などを例示することができる。具体的に例示すると、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、水等を挙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、本願発明に用いられる原料液３００は上記溶媒を採用することに限定されるものではない。
【００８９】
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、本願発明の原料液３００に添加される物質は、上記添加剤に限定されるものではない。
【００９０】
原料液３００における溶媒と樹脂との混合比率は、溶媒の種類と樹脂の種類とにより異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。
【００９１】
（実施の形態２）
図６は、他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斜視図である。
【００９２】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、振動源１２２と反射体１２４との組みを二つ備えている。振動源１２２と反射体１２４との組みは、それぞれが発生する波が垂直に交差するように配置されている。
【００９３】
なお、振動源１２２と反射体１２４との組みが複数存在する点以外は、前記実施の形態と同じであるため、図示、及び説明を省略する。
【００９４】
この場合、気体の定在波が交差するため、原料液３００の液面には三角波がマトリクス状に発生すると考えられる。従って、二次元的に広がってナノファイバ３０１を製造することができ、ナノファイバ３０１を一度に大量に製造することが可能となる。
【００９５】
（実施の形態３）
図７は、他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斜視図である。
【００９６】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、貯留槽１１０の上方を矩形に囲むカバー部材１３１が配置されている。以上から貯留槽１１０に貯留される原料液３００とカバー部材とで共鳴管が形成されている。当該共鳴管の一方の端部には、振動源１２２が配置されている。他方の端部には何も配置されず開口端となっている。
【００９７】
この場合でも、共鳴管の内方には気体の定在波が形成される。なお、開口端の近傍には定在波の腹が位置する。
【００９８】
また、被堆積部材１６１は、カバー部材１３１の内方に共鳴管を挿通する態様で配置されている。従って、本実施の形態の場合、被堆積部材１６１は、カバー部材としての機能は有していない。
【００９９】
この場合、一端が開口しているため、原料液３００から蒸発する溶媒が滞留することを防止することができ、静電延伸現象を促進することが可能である。
【０１００】
図８は、カバー部材を切り欠いてナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
【０１０１】
同図に示すように、カバー部材１３１の内壁には、カバー部材１３１と、原料液３００とで囲われた気体の温度を一定に制御する温度制御装置１４５が設けられている。
【０１０２】
温度制御装置１４５は、ヒータと測温装置と制御装置とを備え、常にカバー部材１３１と、原料液３００とで囲われた気体の温度を測定し、このデータに基づきヒータをＰＩＤ制御して温度が一定となるようにしている。
【０１０３】
これにより、気体の温度が一定に保たれるため、気体に発生する波の速度も一定となり、発生させる定在波を安定させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本願発明は、静電延伸現象を用いた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。
【符号の説明】
【０１０５】
１００  ナノファイバ製造装置
１１０  貯留槽
１１１  供給手段
１１２  回収手段
１１３  ポンプ
１１４  タンク
１２０  造波装置
１２１  駆動装置
１２２  振動源
１２４  反射体
１３１  カバー部材
１４０  帯電装置
１４１  供給電極
１４２  帯電電極
１４３  帯電電源
１４５  温度制御装置
１５１  検温装置
１５２  制御装置
１６０  収集装置
１６１  被堆積部材
１６２  移送装置
１６３  供給ロール
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】
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【図７】
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【図８】
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