(57)【要約】【課題】ナノファイバ製造装置のメンテナンス性を向上させる。【解決手段】原料液３００を空間中で延伸させ、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が空間に流出する先端まで、原料液３００を案内する流路と前記流路に沿った開口とを形成する流路部１５３を有する流出体１１０と、流出体１１０に原料液３００を供給する供給装置１４１と、供給された原料液３００を前記先端まで流す気体流Ｗ２を発生させる気体流発生装置１０６と、原料液３００を帯電させる帯電装置１１１とを備える。【選択図】図２
2010189782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液を空間中で延伸させ、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、
原料液が空間に流出する先端まで、原料液を案内する流路と前記流路に沿った開口とを形成する流路部を有する流出体と、
前記流出体に原料液を供給する供給装置と、
供給された原料液を前記先端まで流す気体流を発生させる気体流発生装置と、
原料液を帯電させる帯電装置と、
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記流路部は前記流出体に設けられる溝である請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
前記流出体は、先端に尖った突出部を備える
請求項１または請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
前記流出体の先端は、円筒形状であり、
前記流路部は、前記円筒形状の内面に有り、
前記開口は、前記円筒形状の内方に向いて開口し、
前記帯電装置は、前記流出体の先端を囲む環状の帯電電極を備える
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
さらに、
前記流出体は、先端に向かって徐々に縮径する
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、
前記円筒形状の軸の周りで前記流出体を回転させる駆動装置
を備える請求項４または請求項５に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項７】
前記流出体の先端は、平面形状である
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項８】
さらに、製造されたナノファイバを搬送する気体流を発生させる第二気体流発生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、
ナノファイバを収集する収集装置と、
前記収集装置にナノファイバを誘引する誘引装置と
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１０】
原料液を空間中で延伸させ、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、
供給装置から原料液を流出体に供給し、
前記流出体に設けられる流路部であって原料液が空間に流出する先端まで、原料液を案内する流路と前記流路に沿った開口を形成する流路部に気体流発生装置により発生する気体流により原料液を流し、
前記先端から原料液を空間中に流出させ、
前記原料液に電荷を付与して帯電させ、
空間中で原料液を延伸させナノファイバを製造する
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、ナノファイバの製造方法に関し、特に、メンテナンス性を向上させてナノファイバの生産効率を向上させることのできるナノファイバ製造装置、ナノファイバの製造方法に関する。
【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、溶剤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る方法である。そして、空間を飛行中の原料液が電気的に延伸することにより、ナノファイバが製造される。
【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剤が蒸発していく。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、溶剤は、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（以下、静電延伸現象と述べる）が生じる。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の高分子から成るナノファイバが製造される。
【０００５】
以上のようなエレクトロスピニング法を採用する場合、細いナノファイバを製造するには空間中にできる限り細く原料液を流出させた方が効率がよい。また、原料液を吐出する部分が尖っている方が電荷が集中しやすく、原料液を効率的に帯電させることも可能である。さらに、安定した飛行方向で原料液を吐出させるには、ある程度の長さの孔が好ましい。従って、ナノファイバ製造装置は、従来、特許文献１に記載されるように、細いノズルの先端から原料液を空間中に吐出する場合があった。
【特許文献１】特表２００７−５３２７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のナノファイバ製造装置を用いてナノファイバを製造する場合、ナノファイバ製造装置の使用時間が長くなると、ナノファイバの原料となる樹脂などが固まってナノファイバを吐出するための孔を塞ぐことがある。特に、このような場合、ナノファイバの生産効率が低下するばかりでなく、製造されたナノファイバが偏った状態で収集されるため、当該孔を塞いでいる塊を除去するために、定期的にメンテナンスをする必要がある。
【０００７】
ところが、細いノズルなどの場合、原料液を吐出する孔から樹脂の塊を取り除くことが困難な場合があった。
【０００８】
本願発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、製造されるナノファイバの品質を維持しつつメンテナンス性を向上させることのでき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、原料液を空間中で延伸させ、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、原料液が空間に流出する先端まで、原料液を案内する流路と前記流路に沿った開口を形成する流路部を有する流出体と、前記流出体に原料液を供給する供給装置と、供給された原料液を前記先端まで流す気体流を発生させる気体流発生装置と、原料液を帯電させる帯電装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、細い孔に原料液を通過させることなく空間中に一度に原料液を流出させることが可能となる。しかも、原料液は、流路に沿って開口する流路部に案内されて空間中に流出するため、途中で樹脂が固まってもメンテナンス時に容易に塊を除去することができる。従って、ナノファイバの品質を維持、または、向上させながら、メンテナンス性を向上することができ、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。
【００１１】
また、前記流路部は前記流出体に設けられる溝であることが好ましい。
【００１２】
この溝により、原料液ばかりでなく気体流も案内することが可能となり、原料液を適切に流すことが容易になる。また例えば、原料液を複数本の溝部に分けて流すことで、複数の細い流れとして原料液を空間中に流出させることも可能となる。従って、製造されるナノファイバの品質を任意に制御することも可能となる。
【００１３】
また、前記流出体は、先端に尖った突出部を備えることが好ましい。
【００１４】
これにより、突出部に電荷を集中させることができ、突起に沿って流出する原料液を効率的に帯電させることが可能となる。従って、原料液の電荷密度が高くなり、静電延伸現象が早期に発生すると共に、多段に発生し、品質の高いナノファイバを製造することが可能となる。
【００１５】
特に、溝に対応した位置に突出部を設けることで、空間中に流出する原料液の形状を制御し、原料液の帯電密度を向上させることができるため、より高い品質のナノファイバを任意に製造することが可能となる。
【００１６】
また、前記流出体の先端は、円筒形状であり、前記流路部は、前記円筒形状の内面に有り、前記開口は、前記円筒形状の内方に向いて開口し、前記帯電装置は、前記流出体の先端を囲む環状の帯電電極を備えることが好ましい。
【００１７】
これによれば、円筒形状の内方に流した気体流の圧力を高めることができ、原料液を薄く（細く）することができる。また、流出体と流出体の近傍に配置した帯電電極との位置関係が等しくすることができる。従って、原料液３００を均等に帯電させることができ、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。
【００１８】
さらに、前記流出体は、先端に向かって徐々に縮径することが好ましい。
【００１９】
これによれば、原料液３００が流出する部分の気体流の圧力をいっそう高めることができ、製造されるナノファイバの品質を向上させることが可能となる。
【００２０】
さらに、前記円筒形状の軸の周りで前記流出体を回転させる駆動装置を備えてもかまわない。
【００２１】
これにより、原料液３００を均等な状態で流出させることができ、製造されるナノファイバの品質の安定性を向上させることが可能となる。
【００２２】
また、前記流出体の先端は、平面形状であってもよい。
【００２３】
これによれば、広範囲にわたってナノファイバを製造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】
【００２４】
次に、本願発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１は、ナノファイバ製造装置の実施の形態を一部切り欠いて示す平面図である。
【００２６】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、放出装置１０１と、案内体１０２と、収集装置１０３と、誘引装置１０４と、気体流発生装置１０６とを備えている。
【００２７】
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。
【００２８】
放出装置１０１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る。
【００２９】
図２は、放出装置の一部を切り欠いて示す平面図である。
【００３０】
図３は、放出装置の外観を示す斜視図である。
【００３１】
これら図に示すように放出装置１０１は、流出体１１０と、帯電装置１１１と、風洞体１１２と、第二気体流発生装置１１３と、供給装置１４１とを備えている。
【００３２】
図４は、流出体を示す斜視図である。
【００３３】
なお、同図において、気体流発生装置１０６の記載は省略されている。
【００３４】
同図に示すように本実施の形態の場合、流出体１１０は、中空の半球形状（ドーム形状）となっており、先端が円形に開口した円筒形状となっている。流出体１１０は、原料液３００を空間に流出させる先端まで、原料液を案内する流路と前記流路に沿った開口を形成する溝状の流路部１５３を備えている。
【００３５】
また流出体１１０は、流路部１５３と、突出部１５１とを備えている。
【００３６】
流路部１５３は、原料液３００を案内する流路を形成すると共に、前記流路に存在する原料液３００に気体流を当てるための開口とを形成する流出体１１０の部分であり、本実施の形態の場合、流路部１５３は、流出体１１０の内面に溝状に掘られた状態で形成されている。
【００３７】
なお、流路部１５３の形状は限定されるものではなく、例えば、溝状に刻まれる部分のない平面や曲面であってもかまわない。この場合、前記平面や曲面に対し流出体１１０の反対側は全て開口として機能する。また、流路部１５３は、原料液３００の流出量を調整するため、流出体１１０の先端に行くほど流路部１５３の幅が狭くなる形状や、原料液３００の流れを緩めるために蛇行する形状が採用されてもかまわない。
【００３８】
突出部１５１は、流出体１１０の開口部先端に尖った状態で突設される部材である。本実施の形態の場合、突出部１５１は、先端部１５２が尖った円錐形状に流路部１５３を延長するように一部削った形状となっている。また、突出部１５１は、先端部１５２が点状に尖っている。
【００３９】
特に、本実施の形態の場合のように、流路部１５３の先端に突出部１５１を設けることにより、突出部１５１に原料液３００を案内することができる。従って、電荷が集中する突出部１５１に原料液３００を接触させることができ、効率的に原料液３００を帯電させることが可能となる。
【００４０】
なお、突出部１５１は、流出体１１０の先端に点在しなくても良い。例えば、流出体１１０の先端部全周にわたって一連の突出部１５１を設けてもかまわない。この場合は、突出部１５１の先端を線状（エッジ状）に尖らせることで電荷を集中させやすくすることができる。
【００４１】
具体的には、流出体１１０の原料液３００が流出する先端部分の直径は、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高い密度でナノファイバを収集することが困難になるからである。一方、小さすぎると空間中に大量の原料液３００を流出させることが困難となるからである。さらに流出体１１０の先端部分の直径は、２０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。
【００４２】
なお、流出体１１０は、先端に向かうに従い徐々に縮径するものでもかまわない。
【００４３】
供給装置１４１は、流出体１１０の内面に原料液３００を供給する装置であり、供給部１４２と供給路１１４と、供給源１４４（図１参照）とを備えている。
【００４４】
供給部１４２は、流出体１１０に一体に取り付けられる円柱状の部材であり、原料液３００を供給するための供給孔が周縁部に複数個設けられる部材である。
【００４５】
供給路１１４は、外部にある供給源１４４から供給部１４２の内方に原料液３００を供給するための経路である。本実施の形態の場合、供給路１１４は、管体で形成されている。
【００４６】
供給源１４４は、原料液３００を貯留するためのタンクと、原料液３００を所定の圧力で圧送するためのポンプを備えた装置である。
【００４７】
なお、供給装置１４１は、上記実施例に限定されるものではない。例えば、供給部１４２を回転させ、遠心力により原料液３００を流出体１１０に供給するものでも良い。
【００４８】
図５は、流出体、供給部、噴射部を示す断面図である。
【００４９】
気体流発生装置１０６は、供給部１４２から供給される原料液３００が流出体１１０の流路部１５３に沿って先端まで流れるための気体流Ｗ１を発生させる装置であり、コンプレッサ１６１（図１参照）と、チューブ１６２と、噴射部１６３とを備えている。
【００５０】
コンプレッサ１６１は、空気を所定の圧力に昇圧して送り出すことのできるいわゆるエアーコンプレッサである。チューブ１６２は、当該昇圧された空気を案内することのできる管体である。
【００５１】
噴射部１６３は、昇圧された空気を流出体１１０の表面に吐出するノズルである。本実施の形態の場合、噴射部１６３は流出体１１０の内面に均等に広がるように、円形のスリットから空気が噴射されるものとなっている。
【００５２】
なお、気体流発生装置１０６が発生させる気体流は空気ばかりでなく、例えば、窒素などの不活性ガスなどでも良く、また、過熱水蒸気など任意の気体を利用すればよい。気体流発生装置１０６は、気体を高圧に封入したボンベなどから気体を供給し、気体流を発生させてもかまわない。
【００５３】
帯電装置１１１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、図１〜図３に示すように、帯電装置１１１は、帯電電極１２１と、帯電電源１２２と、接地装置１２３とを備えている。
【００５４】
帯電電極１２１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、接地されている流出体１１０に電荷を誘導するための部材である。本実施の形態の場合、帯電電極１２１は、流出体１１０の先端の周囲を取り囲むように配置される円環状の部材であり、断面は円状となっている。帯電電極１２１に正の電圧が印加されると流出体１１０には、負の電荷が誘導され、帯電電極１２１に負の電圧が印加されると流出体１１０には、正の電荷が誘導される。
【００５５】
また、帯電電極１２１は、流出体１１０のどのような部分よりも突出部１５１との距離が近くなるように配置されるのが好ましい。特に、突出部１５１の先端と最も近くなる配置がよい。これにより、突出部１５１の先端に電荷が誘導されやすくなる。
【００５６】
帯電電極１２１の大きさは、流出体１１０の先端部分の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、５０ｍｍ以上、１５００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。なお、帯電電極１２１の形状は、円環状に限ったものではなく、流出体１１０の形状との関係によって、多角形の環状や平板状などであってもよい。また、帯電電極１２１の断面形状も丸形ばかりでなく矩形などでもかまわない。
【００５７】
接地装置１２３は、流出体１１０と電気的に接続され、流出体１１０を接地電位に維持することができる部材である。接地装置１２３の一端は、流出体１１０と接続され、他端は大地と接続されている。
【００５８】
帯電電源１２２は、帯電電極１２１に高電圧を印加することのできる電源である。帯電電源１２２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の帯電極性に影響を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、逆極性の電位を印加した電極でナノファイバ３０１を誘引するような場合には、直流電源を採用することが好ましい。また、帯電電源１２２が直流電源である場合、帯電電源１２２が帯電電極１２１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。帯電電源１２２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１１０と帯電電極との間の電界強度が重要であり、帯電電極１２１と流出体１１０との距離が最も近い空間において１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるように印加電圧を調整するのが好ましい。
【００５９】
本実施の形態のように帯電装置１１１に一方の電極を接地電位とする誘導方式を採用すれば、流出体１１０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１１０が接地電位の状態であれば、流出体１１０に接続される回転軸体１１６や駆動装置１１７などの部材を流出体１１０から電気的に絶縁する必要が無くなり、流出体１１０として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。
【００６０】
なお、帯電装置１１１として、流出体１１０に電源を接続し、流出体１１０を高電圧に維持し、帯電電極１２１を接地することで原料液３００に電荷を付与してもよい。
【００６１】
第二気体流発生装置１１３は、流出体１１０から空間中に流出した原料液３００や製造されるナノファイバ３０１を搬送するための気体流を発生させるための装置である。第二気体流発生装置１１３は、駆動装置１１７の背部に備えられ、駆動装置１１７から流出体１１０の先端に向かう気体流を発生させる。第二気体流発生装置１１３は、流出体１１０から流出される原料液３００の方向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。第二気体流発生装置１１３としては、軸流ファンを備える送風機等を例示することができる。
【００６２】
なお、第二気体流発生装置１１３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、後述する吸引装置１３２により風洞体１１２の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、ナノファイバ製造装置１００は、積極的に気体流を発生させる第二気体流発生装置１１３を有しないこととなるが、何らかの装置により、風洞体１１２などの内方に気体流が発生していることをもってナノファイバ製造装置１００が第二気体流発生装置１１３を備えているものとする。
【００６３】
風洞体１１２は、第二気体流発生装置１１３で発生した気体流を帯電電極１２１と流出体１１０との間に案内する導管である。本実施の形態の場合、風洞体１１２により案内された気体流は、帯電電極１２１の内側を通過しつつ、流出体１１０から流出された原料液３００を搬送する。
【００６４】
さらにまた、放出装置１０１は、加熱装置１２５を備えている。
【００６５】
加熱装置１２５は、第二気体流発生装置１１３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、加熱装置１２５は、案内体１０２の内方に配置される円環状のヒータであり、加熱装置１２５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。加熱装置１２５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３０１を製造することが可能となる。
【００６６】
図６は、案内体近傍を示す斜視図である。
【００６７】
同図に示すように、案内体１０２は、放出装置１０１から放出され、気体流によって搬送されるナノファイバ３０１を所定の場所に案内する風洞である。
【００６８】
拡散体１２７は、案内体１０２と接続され、高密度状態のナノファイバ３０１を広く均等に拡散させ低密度状態とする導管であり、ナノファイバ３０１が案内される空間を滑らか、かつ、連続的に拡大することで、ナノファイバ３０１を搬送する気体流の速度とナノファイバ３０１の速度とを徐々に減速させるフード状の部材である。本実施の形態の場合、拡散体１２７は、案内体１０２の高さをそのまま維持し、幅のみ徐々に広がるフード形状となっている。
【００６９】
収集装置１０３は、案内体１０２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る。本実施の形態の場合、収集装置１０３は、被堆積部材１２８と、巻回装置１２９と、部材供給装置１３０とを備えている。
【００７０】
被堆積部材１２８は、静電延伸現象により製造され気体流により搬送されるナノファイバ３０１と気体流とを分離し、ナノファイバ３０１のみが堆積する部材である。本実施の形態の場合、被堆積部材１２８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り、気体流を容易に透過でき、ナノファイバ３０１を捕集しうる網状の部材である。具体的に被堆積部材１２８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１２８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１２８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１２８は、ロール状に巻き付けられた状態で部材供給装置１３０から供給されるものとなっている。
【００７１】
巻回装置１２９は、被堆積部材１２８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１２８を巻き取りながら部材供給装置１３０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１２８を搬送するものとなっている。巻回装置１２９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１２８とともに巻き取ることができるものとなっている。
【００７２】
誘引装置１０４は、図１に示すように、ナノファイバ３０１を被堆積部材１２８に誘引するための装置である。本実施の形態の場合、誘引装置１０４は、異なる誘引方式を同時、または、選択的に実施できるように、気体誘引装置１４３と、電界誘引装置１３３とを備えている。
【００７３】
気体誘引装置１４３は、気体流を吸引することによりナノファイバ３０１を被堆積部材１２８に誘引する装置であり、被堆積部材１２８の後方に配置されている。本実施の形態の場合、気体誘引装置１４３は吸引装置１３２と集中体１３１とを備えている。
【００７４】
集中体１３１は、拡散体１２７で広がった気体流を受け取り、吸引装置１３２に至るまでの間に気体流を集中させる部材であり、拡散体１２７とは逆向きの漏斗形状となっている。
【００７５】
吸引装置１３２は、被堆積部材１２８を通過する気体流を強制的に吸引する送風機である。吸引装置１３２は、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機であって、被堆積部材１２８を通過して速度が落ちた気体流を高い速度に加速することのできる装置である。
【００７６】
電界誘引装置１３３は、帯電しているナノファイバ３０１を電界により被堆積部材１２８に誘引する装置であり、誘引電極１３４と、誘引電源１３５とを備えている。
【００７７】
誘引電極１３４は、帯電したナノファイバ３０１を誘引するための電界を発生させるための電極である。本実施の形態の場合、誘引電極１３４には気体流を通過させることのできる金属製の網が採用されている。誘引電極１３４は、拡散体１２７の開口部全体に広がって設けられている。
【００７８】
誘引電源１３５は、誘引電極１３４を所定の電圧及び極性に維持することができる直流電源である。本実施の形態の場合、誘引電源１３５は、０Ｖ（接地状態）から２００ＫＶ以下の範囲で自由に電圧と極性を変更することができる直流電源である。
【００７９】
なお、誘引電極１３４は、実施の形態において金属製の網が採用されているが、それに限定するものではなく、被堆積部材１２８の幅位の長さの所定の幅を有する誘引電極でもよい。吸引装置１３２により吸引することで、ナノファイバは、誘引電極に誘引されると共に、気体流によって、被堆積部材１２８に吸引される。そのようにすることで、引火性の高い溶剤を使用する場合においても、高密度の溶剤を使用しても、爆発する溶剤の濃度まで達することはなく、安心して装置の使用ができるようになる。
【００８０】
なお、帯電電源１２２が交流電源の場合は、誘引電源１３５を交流電源としても良い。
【００８１】
回収装置１０５は、原料液３００から蒸発した溶剤を気体流から分離して回収することのできる装置である。回収装置１０５に関しては、原料液３００に用いられる溶剤の種類によって異なるが、例えば、気体を低温にして溶剤を結露させて回収する装置や、活性炭やゼオライトを用いて溶剤のみを吸着させる装置、液体などに溶剤を溶け込ませる装置やこれらを組み合わせた装置を例示できる。
【００８２】
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。
【００８３】
原料液３００に使用される溶剤としては、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、本願発明は上記溶剤に限定されるものではない。
【００８４】
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。
【００８５】
溶剤と高分子物質との混合比率は、溶剤と高分子物質により異なるが、溶剤量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。
【００８６】
上記のように、溶剤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、上記のように溶剤を５０重量％以上含んでいても十分に蒸発し、静電延伸現象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。
【００８７】
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。
【００８８】
まず、第二気体流発生装置１１３、及び、吸引装置１３２を稼働させ、風洞体１１２や、案内体１０２、拡散体１２７、集中体１３１の内方に一定方向の気体流を発生させる（気体流発生工程）。以上の状態で、案内体１０２内の風量が毎分３０立米となるようナノファイバ製造装置１００を調整した。
【００８９】
次に、供給装置１４１により供給部１４２から流出体１１０の内方に原料液３００を供給する（原料液供給工程）。原料液３００は、供給源１４４から供給路１１４を通過して供給部１４２の端部から流出体１１０の内方に供給される。具体的には、ナノファイバ３０１の材質はポリウレタンを選定し、溶剤（溶媒とも呼ばれている。）は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを選定した。混合比率はポリウレタンを２５重量％、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを７５重量％とした。
【００９０】
次に、帯電電源１２２により帯電電極１２１を正または負の高電圧とする。帯電電極１２１に最も近い距離に配置される流出体１１０の突出部１５１には特に電荷が集中し、当該電荷が流出体１１０の流路部１５３に沿って空間中に流出する原料液３００に転移し、原料液３００が帯電する（帯電工程）。
【００９１】
前記帯電工程と同時期に気体流発生装置１０６により噴射部１６３から気体流を噴射する。当該気体流により供給部１４２から流出した原料液３００が流出体１１０の流路部１５３を先端に向かって流れ空間中に流出する（供給工程、流出工程）。
【００９２】
具体的には、先端の外径がΦ６０ｍｍの流出体１１０を用いた。流出体１１０は、周方向等間隔に２４個の流路部１５３が設けられており、流路部１５３の深さは０．５ｍｍであった。また、突出部１５１は、流出体１１０の表面から１．５ｍｍ突出させた。一方、帯電電極１２１は内径Φ６００ｍｍのものを用い、帯電電源１２２により帯電電極１２１を接地電位に対して負の６０ＫＶとした。これにより、流出体１１０の突出部１５１には正の電荷が誘導され、正に帯電した原料液３００が流出することとなる。
【００９３】
以上により、原料液３００は、流出体１１０の表面に滞留することなく突出部１５１に沿って空間中に流出した。
【００９４】
流出体１１０の先端から流出された原料液３００は、気体流により搬送され（搬送工程）、気体流に乗り案内体１０２に案内される。
【００９５】
ここで、原料液３００の帯電状態と帯電電極１２１とは逆極性であるため、クーロン力により引きつけられて帯電電極１２１の方向に向いて飛行しようとするが、帯電電極１２１に向かうほとんどの原料液３００が気体流により方向が変えられ、案内体に向かって飛行することとなる。
【００９６】
原料液３００は、静電延伸現象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）放出装置１０１から放出される。ここで、原料液３００は、強い帯電状態（高い電荷密度）で流出しているため、静電延伸が容易に発生し、流出した原料液３００のほとんどがナノファイバ３０１に変化していく。また、原料液３００は、強い帯電状態（高い電荷密度）で流出し、流路部１５３によって細い状態で流出しているため、静電延伸が何次にもわたって発生し、線径の細いナノファイバ３０１が大量に製造される。
【００９７】
また、前記気体流は、加熱装置１２５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に熱を与えて溶剤の蒸発を促進し静電延伸を促進している。
【００９８】
以上のようにして放出装置１０１から放出されるナノファイバ３０１は、案内体１０２に導入される。そして、ナノファイバ３０１は、案内体１０２の内方を気体流に搬送されながら収集装置１０３に向かって案内される（案内工程）。
【００９９】
拡散体１２７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、均一な分散状態となる（拡散工程）。
【０１００】
この状態において、被堆積部材１２８の背方に配置される吸引装置１３２は、蒸発した蒸発成分である溶剤と共に気体流を吸引し、ナノファイバ３０１を被堆積部材１２８上に誘引する（誘引工程）。また、電圧が印加された誘引電極１３４により電界が発生し、当該電界によってもナノファイバ３０１が誘引される（誘引工程）。
【０１０１】
以上により、被堆積部材１２８により気体流から分けられてナノファイバ３０１が収集される（収集工程）。被堆積部材１２８は、巻回装置１２９によりゆっくり移送されているため、ナノファイバ３０１も移送方向に延びた長尺の帯状部材として回収される。
【０１０２】
被堆積部材１２８を通過した気体流は、吸引装置１３２により加速され、回収装置１０５に到達する。回収装置１０５では、気体流から溶剤成分を分離回収する（回収工程）。
【０１０３】
以上のような構成のナノファイバ製造装置１００を用い、以上のナノファイバ製造方法を実施することによって、原料液３００が安定的に空間中に流出し、品質の高いナノファイバ３０１を安定した状態で長期間製造し続けることができる。また、流出体１１０に樹脂が付着した場合でも、流路部１５３の開口から容易に樹脂などを除去することができる。
【０１０４】
次に、本願発明の他の実施の形態を説明する。
【０１０５】
図７は、他の実施の形態を模式的に示す斜視図である。
【０１０６】
同図に示すナノファイバ製造装置１００は、帯電電極１２１の機能と誘引電極１３４との機能を一体化し、帯電装置１１１と電界誘引装置１３３とを一体化したものである。この場合、流出体１１０と帯電電極１２１との間に高電圧を印加すると流出体１１０から流出する原料液３００を流出体１１０側の極性で帯電させることができる。そして、静電延伸現象によりナノファイバ３０１が製造され、ナノファイバ３０１は、流出体１１０とは逆極性の誘引電極１３４（帯電電極１２１）に誘引される。誘引されたナノファイバ３０１は誘引電極１３４と流出体１１０との間に配置される被堆積部材１２８の上に堆積して収集される。
【０１０７】
図８は、流出体を側方から示す断面図である。
【０１０８】
これらの図に示すように、流出体１１０は、円筒の軸と平行な面であって軸から離れた面で円筒を切断した形状であり、流出体１１０の内面に沿って流れる原料液３００は、噴射部１６３から噴射された気体流に対し交差するように配置される流出体１１０のエッジから流出するものとなっている。これにより、流出体１１０に沿って流れる原料液３００が流出体１１０から薄い（細い）状態で空間中に流出させることができ、製造されるナノファイバ３０１の品質を向上させることが可能となる。
【０１０９】
また、本実施の形態に係る流出体１１０の形状のように、原料液３００が流出する部分が略平面形状とすれば、直線状の長い範囲で原料液３００を流出させることができるため、広い範囲でナノファイバ３０１を製造することが可能となる。
【０１１０】
なお、本実施の形態においても、帯電電極１２１を流出体１１０の近傍に配置してもかまわない。また、帯電電極１２１とは別体の誘引電極１３４を配置したり、第二気体流発生装置１１３により発生した気体流によりナノファイバ３０１を搬送してもかまわない。
【０１１１】
また、図９に示すように、流出体１１０を回転体形状とし、モータ１７０等によって回転させてもかまわない。この場合、製造されるナノファイバ３０１の周方向の均一性を確保可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本願発明は、ナノファイバの製造やナノファイバを用いた紡糸、不織布の製造に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】ナノファイバ製造装置の実施の形態を一部切り欠いて示す平面図である。
【図２】放出装置の一部を切り欠いて示す平面図である。
【図３】放出装置の外観を示す斜視図である。
【図４】流出体を示す斜視図である。
【図５】流出体、供給部、噴射部を示す断面図である。
【図６】案内体近傍を示す斜視図である。
【図７】他の実施の形態を模式的に示す斜視図である。
【図８】流出体を側方から示す断面図である。
【図９】他の流出体を側方から示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１００  ナノファイバ製造装置
１０１  放出装置
１０２  案内体
１０３  収集装置
１０４  誘引装置
１０５  回収装置
１０６  気体流発生装置
１１０  流出体
１１１  帯電装置
１１２  風洞体
１１３  第二気体流発生装置
１１４  供給路
１１６  回転軸体
１１７  駆動装置
１２１  帯電電極
１２２  帯電電源
１２３  接地装置
１２５  加熱装置
１２７  拡散体
１２８  被堆積部材
１２９  巻回装置
１３０  部材供給装置
１３１  集中体
１３２  吸引装置
１３３  電界誘引装置
１３４  誘引電極
１３５  誘引電源
１４１  供給装置
１４２  供給部
１４３  気体誘引装置
１４４  供給源
１５１  突出部
１５２  先端部
１５３  流路部
１６１  コンプレッサ
１６２  チューブ
１６３  噴射部
１７０  モータ
３００  原料液
３０１  ナノファイバ
【図１】
2010189782.tif 000003
【図２】
2010189782.tif 000004
【図３】
2010189782.tif 000005
【図４】
2010189782.tif 000006
【図５】
2010189782.tif 000007
【図６】
2010189782.tif 000008
【図７】
2010189782.tif 000009
【図８】
2010189782.tif 000010
【図９】
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