(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する第１工程と、
前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成するナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うことにより前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第２工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対してレーザー光を照射するレーザー照射処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記レーザー照射処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」の平均直径の２倍以下の直径を有するビームスポットに絞ったレーザー光を用いて行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記レーザー照射処理を、レーザー光を所定の手順に従って走査しながら行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記レーザー照射処理を、所定の周期又はデューティ比を持ったパルス状レーザー光を用いて間欠的に行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記レーザー照射処理を、２つ以上のレーザー光を用いて行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して熱風を照射する熱風照射処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、リング状ヒーターに前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を通過させることにより行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して光又は赤外線を集光して照射する急速加熱処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して電磁波を照射し加熱する電磁波加熱処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に存在する金属に電流を流すことにより加熱する電流加熱処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記第１工程は、「金属被覆された帯状不織布」を製造する工程と、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて前記帯状不織布から「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する「高分子ナノ繊維からなる糸」製造工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布の表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布表面に金属を蒸着する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクターが形成された「ドラム状コレクター」における前記コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、高分子材料溶液又は溶融高分子材料から前記高分子ナノ繊維を前記コレクター上に堆積し、前記高分子ナノ繊維からなる前記帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１１のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記第１工程は、ナノ繊維からなる帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて前記帯状不織布から「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する工程と、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」の表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記帯状不織布の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記帯状不織布の製造工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクターが形成された「ドラム状コレクター」における前記コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、高分子材料溶液又は溶融高分子材料から前記高分子ナノ繊維を前記コレクター上に堆積し、前記高分子ナノ繊維からなる前記帯状不織布を製造する工程であることを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法に関する。なお、本発明において、ナノ繊維とは、平均直径が１０００ｎｍ程度又はそれ以下の繊維のことをいう。
【０００２】
「高分子ナノ繊維からなる糸」はナノ繊維が集合して糸状になったものであり、極めて大きい比表面積及び高い強度を有する。このため、「高分子ナノ繊維からなる糸」は、空気清浄用フィルター、各種産業用フィルター、ワイピングクロース、おむつ、人工皮革、人工透析用フィルター、人工血管、人工骨などに用いることができる。
【背景技術】
【０００３】
従来、「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法として、以下のような「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図１８は、特許文献１に記載された「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造装置を説明するために示す図である。すなわち、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、図１８に示すように、電界紡糸法（エレクトロスピニング法ということもある。）によって製造した高分子ナノ繊維を帯状に切断して、高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を製造する。そして、当該帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて延伸することにより「高分子ナノ繊維からなる糸」（連続フィラメント）を製造するというものである。
【０００４】
従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、別途の紡績工程を行わなくても、電界紡糸法によって製造された高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を用いて、高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５１８８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、産業界においては、より高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することのできる製造方法が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能な「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法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】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意努力を重ねた結果、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維を使用して「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造し、当該「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら加熱して高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うこととすれば、当該部分結合処理後の「高分子ナノ繊維からなる糸」においては、高分子ナノ繊維同士が金属を介して部分的に結合された状態となる。このため、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維同士に滑りが生じ難くなり、その結果、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
［１］すなわち、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する第１工程と、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成するナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うことにより前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第２工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
【００１０】
このため、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維を使用して「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造し、当該「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら加熱して高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、当該部分結合処理後の「高分子ナノ繊維からなる糸」においては、高分子ナノ繊維同士が金属を介して部分的に結合された状態となる。このため、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維同士に滑りが生じ難くなり、その結果、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となる。
【００１１】
また、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、「高分子ナノ繊維からなる糸」全体で高分子ナノ繊維が溶融して単繊維からなる糸になったり、高分子ナノ繊維同士が接触している部位のすべてが結合して「高分子ナノ繊維からなる糸」が剛直化してしまったりすることはなく、それゆえ、「高分子ナノ繊維からなる糸」中に存在するナノレベルの凹凸構造による極めて大きな比表面積及び「高分子ナノ繊維からなる糸」のしなやかさを維持したまま、「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維の表面に存在する金属が高分子ナノ繊維の軸に沿った方向でも結合するため、高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっている。このため、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」においっては、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっているため、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。
【００１３】
また、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維の表面に金属が被覆されていることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」の高強度化のみでなく、高い電磁波シールド性、高い電磁波吸収性、高導電性、高保温性などの特性も「高分子ナノ繊維からなる糸」に付与することが可能となる。
【００１４】
なお、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、「高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する」とは、高分子ナノ繊維同士が接触している箇所についての全部ではなく一部を金属により結合することをいう。例えば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を部分的に加熱することによって、高分子ナノ繊維同士が接触している箇所についての一部を金属により結合することとしてもよいし、「高分子ナノ繊維からなる糸」を比較的弱い条件で加熱することにより、高分子ナノ繊維同士が接触している箇所についての一部を金属により結合することとしてもよい。
【００１５】
本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、高分子ナノ繊維表面に被覆する金属は、単元素金属であっても合金であっても良い。
【００１６】
単元素金属としては、アルミニウム、銅、すず、亜鉛、ニッケル、鉄、金、銀を好ましく例示でき、合金としては、銅系合金、アルミニウム系合金、チタニウム系合金、鉄系合金を好ましく例示できる。
【００１７】
［２］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対してレーザー光を照射するレーザー照射処理により行うことが好ましい。
【００１８】
このような方法とすることにより、レーザー照射の照射強度、照射範囲、照射位置その他の照射条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が金属により部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００１９】
［３］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記レーザー照射処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」の平均直径の２倍以下の直径を有するビームスポットに絞ったレーザー光を用いて行うことが好ましい。
【００２０】
このような方法とすることにより、効率良く「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００２１】
［４］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記レーザー照射処理を、レーザー光を所定の手順に従って走査しながら行うことが好ましい。
【００２２】
このような方法とすることにより、レーザー照射の照射位置を走査しながら、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００２３】
例えば、レーザー光を「高分子ナノ繊維からなる糸」の延伸軸に沿った方向に走査すれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」の延伸軸に沿った方向に部分結合処理を行うことが可能となる。
【００２４】
また、２本以上の「高分子ナノ繊維からなる糸」を並列に配置し、すべての「高分子ナノ繊維からなる糸」を交差するようにレーザー光を走査すれば、１つのレーザー光により２本以上の「高分子ナノ繊維からなる糸」に部分結合処理を行うことが可能となる。
【００２５】
［５］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記レーザー照射処理を、所定の周期又はデューティ比を持ったパルス状レーザー光を用いて間欠的に行うことが好ましい。
【００２６】
このような方法とすることにより、前記レーザー照射処理を間欠的に行えば、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００２７】
パルス周期又はデューティ比を調整することにより、特に、「高分子ナノ繊維からなる糸」に形成される部分結合の密度を調整することができる。
【００２８】
パルス光の周期を短くする、または、デューティ比を大きくしてレーザー照射を行うことにより、高密度に部分結合を形成することが可能となる。逆に、パルス光の周期を長くする、かつ、デューティ比を小さくしてレーザー照射を行うことにより、低密度に部分結合を形成することが可能となる。
【００２９】
［６］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記レーザー照射処理を、２つ以上のレーザー光を用いて行うことが好ましい。
【００３０】
このような方法とすることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」のより多くの部位にレーザー光を照射できるようになるため、「高分子ナノ繊維からなる糸」に対してレーザー照射処理をより均一に行うことができる。
【００３１】
［７］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記金属結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して熱風を照射する熱風照射処理により行うことが好ましい。
【００３２】
このような方法とすることによっても、上記［２］に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合と同様に、熱風照射の照射強度、照射範囲、照射位置その他の照射条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が金属により部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００３３】
［８］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、リング状ヒーターに前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を通過させることにより行うことが好ましい。
【００３４】
このような方法とすることによっても、リング状ヒーターの温度、加熱領域の長さ、「高分子ナノ繊維からなる糸」の通過速度その他の加熱条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が金属により部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００３５】
リング状ヒーターとしては、「高分子ナノ繊維からなる糸」が通過する領域を囲む位置にヒーターが配置された電気炉、「高分子ナノ繊維からなる糸」が通過する領域を囲む位置に赤外線源が配置された赤外線炉、半導体製造などに用いられる拡散炉を好ましく例示することができる。
【００３６】
「高分子ナノ繊維からなる糸」がリング状ヒーターの加熱領域を通過する時間は、加熱領域の長さを調整することによっても、「高分子ナノ繊維からなる糸」の通過速度を調整することによっても、またはそれら両方を調整することによっても可能である。
【００３７】
［９］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して光又は赤外線を集光して照射する急速加熱処理により行うことが好ましい。
【００３８】
このような方法とすることによっても、急速加熱処理の条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が金属により部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００３９】
［１０］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して電磁波を照射し加熱する電磁波加熱処理により行うことが好ましい。
【００４０】
このような方法とすることによっても、金属が有する電磁波吸収特性を用いて、電磁波照射の照射強度、周波数、照射範囲、照射位置その他の照射条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が金属により部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００４１】
［１１］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に存在する金属に電流を流すことにより加熱する電流加熱処理により行うことが好ましい。
【００４２】
このような方法とすることによっても、金属が有する導電性を用いて、金属に流す電流量その他の電流加熱処理条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が金属により部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００４３】
［１２］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記第１工程は、「金属被覆された帯状不織布」を製造する工程と、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて前記帯状不織布から「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する「高分子ナノ繊維からなる糸」製造工程とをこの順序で含むことが好ましい。
【００４４】
このような方法とすることにより、ナノレベルの直径の高分子ナノ繊維からなる、金属が存在する「高分子ナノ繊維からなる糸」を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。
【００４５】
また、上記［１２］に記載の方法で「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造すると、「高分子ナノ繊維からなる糸」の表面だけでなく内部にも金属が存在するようになる。
【００４６】
［１３］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布の表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことが好ましい。
【００４７】
このような方法とすることにより、表面に金属が蒸着されたナノレベルの直径の高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。
【００４８】
［１４］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布表面に金属を蒸着する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程とをこの順序で含むことが好ましい。
【００４９】
このような方法とすることによっても、表面に金属が蒸着されたナノレベルの直径の高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。
【００５０】
［１５］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクターが形成された「ドラム状コレクター」における前記コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、高分子材料溶液又は溶融高分子材料から前記高分子ナノ繊維を前記コレクター上に堆積し、前記高分子ナノ繊維からなる前記帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことが好ましい。
【００５１】
このような方法とすることによっても、表面に金属が蒸着されたナノレベルの直径の高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。また、不織布を切断する工程が不要となる。
【００５２】
［１６］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記第１工程は、ナノ繊維からなる帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて前記帯状不織布から「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する工程と、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」の表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことが好ましい。
【００５３】
このような方法とすることによっても、ナノレベルの直径の高分子ナノ繊維からなる金属が存在する「高分子ナノ繊維からなる糸」を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。
【００５４】
また、上記［１６］に記載の方法で「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造すると、金属は「高分子ナノ繊維からなる糸」の表面近傍に存在するようになる。
【００５５】
［１７］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記帯状不織布の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程とをこの順序で含むことが好ましい。
【００５６】
このような方法とすることにより、ナノレベルの直径の高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。
【００５７】
［１８］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクターが形成された「ドラム状コレクター」における前記コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、高分子材料溶液又は溶融高分子材料から前記高分子ナノ繊維を前記コレクター上に堆積し、前記高分子ナノ繊維からなる前記帯状不織布を製造する工程であることが好ましい。
【００５８】
このような方法とすることによっても、ナノレベルの直径の高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。また、不織布を切断する工程が不要となる。
【００５９】
本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維の表面に金属が被覆されていることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」の高強度化のみでなく、高い電磁波シールド性、高い電磁波吸収性、高導電性、高保温性などの特性も「高分子ナノ繊維からなる糸」に付与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における各工程を説明するために示す図である。
【図２】実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における各工程を説明するために示す図である。
【図３】実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における各工程を説明するために示す図である。
【図４】実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における各工程を説明するために示す図である。
【図５】変形例１における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図６】変形例２における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図７】変形例３における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図８】変形例４における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図９】変形例５における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図１０】変形例６における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図１１】変形例７における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図１２】変形例８における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図１３】変形例９における部分結合処理を説明するために示す図である。
【図１４】実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を説明するために示す図である。
【図１５】実施形態３に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を説明するために示す図である。
【図１６】実施形態４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を説明するために示す図である。
【図１７】実施形態４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を説明するために示す図である。
【図１８】特許文献１に記載された「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造装置を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００６２】
［実施形態１］
図１〜図４は、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における各工程を説明するために示す図である。このうち、図１〜図３は実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における第１工程を説明するために示す図であり、図４は第２工程を説明するために示す図である。
図１（ａ）は電界紡糸装置１００を用いて高分子ナノ繊維１２からなるシート状不織布１４を製造する様子を示す図であり、図１（ｂ）はシート状不織布１４を切断して帯状不織布１６を製造する様子を示す図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）における符号Ｒ１で示す領域を拡大して示す図である。
【００６３】
図２は帯状不織布１６に金属を蒸着して金属の蒸着された帯状不織布１８を製造する金属蒸着工程を示す図であり、図２（ｂ）は金属が蒸着される前の帯状不織布１６の走査型電子顕微鏡写真であり、図２（ｃ）は金属が蒸着された後の帯状不織布１８の走査型電子顕微鏡写真である。
図３は金属が蒸着された帯状不織布１８を撚り糸装置３００を通過させて「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を製造する様子を示す図である。
図４（ａ）は「高分子ナノ繊維からなる糸２０」にレーザー光を照射することにより部分結合処理を行う様子を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）を上部より見た図である。
【００６４】
実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、図１〜図４に示すように、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を製造する第１工程と、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を加熱して「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うことにより「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第２工程とをこの順序で含む。以下、製造工程に従って、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を詳細に説明する。
【００６５】
（１）第１工程
第１工程は、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を製造する工程である。第１工程は、帯状不織布１６を製造する帯状不織布製造工程と、帯状不織布に金属を蒸着して金属が蒸着された帯状不織布１８を製造する金属蒸着工程と、金属が蒸着された帯状不織布１８を撚り糸装置３００内に通過させて帯状不織布１８から、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を製造する撚糸工程である。
【００６６】
（１−１）帯状不織布製造工程
帯状不織布製造工程は、コレクター１０８とノズル１０６との間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液からシート状不織布１４を製造する工程と、シート状不織布１４を切断して帯状不織布１６を製造する工程とをこの順序で含む。
【００６７】
まず、シート状不織布１４を製造する工程は、以下のようにして行う。すなわち、図１（ａ）に示すように、電界紡糸装置１００に備え付けられた原料タンク１０２に高分子ナノ繊維１２の原料となる高分子材料溶液１０を充填しバルブ１０４を開けノズル１０６に原料供給可能な状態とする。高圧電源１１０を用いてノズル１０６とコレクター１０８との間に高電圧を印加することによりノズル１０６とコレクター１０８との間の空間に高分子ナノ繊維１２が紡糸され、ノズル１０６とコレクター１０８との間に生じる電界により高分子ナノ繊維１２がコレクター１０８へ堆積し、高分子ナノ繊維１２からなるシート状の不織布１４が製造される。
【００６８】
シート状の不織布１４の厚さは、例えば５μｍ〜５０μｍである。高分子ナノ繊維の平均直径は、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍである。なお、電界紡糸装置１００は、図示はしていないが、ナノ繊維を連続して巻き取る機構を有しており、長尺のシート状の不織布１４が製造される。
【００６９】
原料として用いる高分子材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）などを用いることができる。用途に応じて最適なものを選択すればよい。
【００７０】
電界紡糸装置１００を用いてシート状不織布を製造する際に、ノズル１０６とコレクター１０８の間に印加する電圧は、ノズル１０６とコレクター１０８の距離や用いる原料などにより異なるが、数ｋＶ〜数１０ｋＶである。高分子原料や電界紡糸装置１００の構造に応じて適宜最適な値を選択すればよい。
【００７１】
次に、帯状不織布１６を製造する工程は、以下のようにして行う。すなわち、図１（ｂ）に示すように、シート状不織布１４を１〜１００ｍｍ程度の幅に切断し撚糸可能な帯状不織布１６を製造する。
【００７２】
（１−２）金属蒸着工程
次に、金属蒸着工程は、図２（ａ）に示すように、帯状不織布１６を真空蒸着装置２００に通しながら、帯状不織布１６を構成する高分子ナノ繊維の表面に金属を蒸着する。金属は、各高分子ナノ繊維の表面に例えば図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、平均粒径が数十ｎｍ程度の微粒子状に付着する。金属蒸着は例えば抵抗加熱又は電子ビーム加熱により行われる。真空度、温度、帯状不織布１６の搬送速度などは、帯状不織布１６に蒸着される金属の量（厚さ：例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍ）が所定の厚さになるような条件とする。
【００７３】
（１−３）撚糸工程
撚糸工程は、金属が蒸着された帯状不織布１８を撚り糸装置３００内に通過させて帯状不織布１８から「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造する工程である。すなわち、図３に示すように、第１工程で製造した帯状不織布１８を主撚り糸装置２０２を用いて撚糸化することにより「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を製造することができ、糸送り装置３０４，３０６を用いて「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を図２（ａ）の左から右に撚りながら糸送りすることによりさらに強固に撚り糸された「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が連続的に製造できる。
【００７４】
糸送り装置３０４，３０６を用いて糸送りするときに、糸送り装置３０６の糸送り速度Ｖ１を糸送り装置３０４の糸送り速度Ｖ２よりも速くすれば、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸を行うこともできる。
【００７５】
撚糸工程で製造される「高分子ナノ繊維からなる糸２０」は、高分子ナノ繊維１２が「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に対して約３０度の角度をもって配向している。
【００７６】
撚糸工程で製造される「高分子ナノ繊維からなる糸」の直径は、例えば１０μｍ〜２０００μｍである。
【００７７】
（２）第２工程
【００７８】
第２工程は、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を撚りと延伸とを行いながら当該「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を加熱して高分子ナノ繊維１２同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うことにより「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を高強度化する工程である。具体的には、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を撚りと延伸とを行いながらレーザー発生装置４０２とレンズ４０４からなるレーザー光照射装置４００を用いてレーザー光を「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の所定の位置に照射すると、レーザー光が照射された部分Ｒ３においては「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が加熱され、Ｒ３領域に存在する金属微粒子の温度が金属微粒子の核成長が起こる温度以上になり（図４（ａ）の符号２１参照。）、高分子ナノ繊維１２同士が金属を介して部分的に結合された状態となる（図４（ａ）の符号２２参照。）。なお、Ｒ３領域に存在する高分子ナノ繊維１２の温度が高分子ナノ繊維１２のガラス転移温度以上になり、高分子ナノ繊維１２同士が溶融して結合点２２を形成することもある。
【００７９】
一方、レーザー光が照射されていない部分Ｒ４においては、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が加熱されないため、高分子ナノ繊維１２同士が金属を介して部分的に結合されることもないし、高分子ナノ繊維１２同士が溶融して結合点２２を形成することもない。
【００８０】
なお、レーザー光を用いて部分結合処理を行う際は、レーザー光照射された部分に存在する高分子ナノ繊維のすべてが金属を介して又は高分子ナノ繊維１２自体が溶融して結合して単繊維化してしまわないように、照射するレーザー光の強度を調整する。  
【００８１】
レーザー発生装置は、半導体レーザー、炭酸ガスレーザーやヘリウムネオンレーザーといったガスレーザーなどを用いることができる。加熱に必要なレーザーの波長や出力などに応じて選択すればよい。
【００８２】
また、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸は、糸送り装置４０８の糸送り速度Ｖ３を糸送り装置４０６の糸送り速度Ｖ４よりも速くすることにより行う。
【００８３】
なお、「高分子ナノ繊維からなる糸」の送り速度は、例えば１ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍ／ｍｉｎである。また、レーザー光のパワーは、２０Ｗ〜６００Ｗである。レーザー光が照射された部位における高分子ナノ繊維の温度は例えば１００℃〜３００℃である。
【００８４】
以上の工程を経て、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を製造することができる。
【００８５】
実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維を使用して「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造し、当該「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら加熱して高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、当該部分結合処理後の「高分子ナノ繊維からなる糸」においては、高分子ナノ繊維同士が金属を介して部分的に結合された状態となる。このため、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維同士に滑りが生じ難くなり、その結果、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となる。
【００８６】
また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、「高分子ナノ繊維からなる糸」全体で高分子ナノ繊維が溶融して単繊維からなる糸になったり、高分子ナノ繊維同士が接触している部位のすべてが結合して「高分子ナノ繊維からなる糸」が剛直化してしまったりすることはなく、それゆえ、「高分子ナノ繊維からなる糸」中に存在するナノレベルの凹凸構造による極めて大きな比表面積及び「高分子ナノ繊維からなる糸」のしなやかさを維持したまま、「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００８７】
また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維の表面に存在する金属が高分子ナノ繊維の軸に沿った方向でも結合するため、高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっている。このため、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」においっては、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっているため、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。
【００８８】
また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維の表面に金属が被覆されていることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」の高強度化のみでなく、高い電磁波シールド性、高い電磁波吸収性、高導電性、高保温性などの特性も「高分子ナノ繊維からなる糸」に付与することが可能となる。
【００８９】
さらにまた、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、ノズルと平面状のコレクターとの間に高電圧を印加し電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造し、シート状不織布を切断して帯状不織布を製造しているため、ナノレベルの直径を持った高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。
【００９０】
［変形例１］
図５は、変形例１における部分結合処理を説明するために示す図である。図５（ａ）はレーザー光照射装置４００ａを「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に対して垂直に移動させることを示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）を「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸軸に沿って見た図である。
【００９１】
変形例１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図５に示すように、レーザー照射処理を、「高分子ナノ繊維からなる糸」の平均直径の２倍以下の直径を有するビームスポットに絞ったレーザー光を用いて行うこととしている。
【００９２】
なお、実施形態２においては、レーザー光が照射された部位における高分子ナノ繊維の温度は例えば１００℃〜３００℃である。
【００９３】
図５を参照しながら変形例１におけるレーザー光照射の方法を説明する。レーザー光のビームスポット直径ｄは、レーザー光照射装置４００ａを「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に対して垂直な方向に沿って移動させ、レンズ４０４と「高分子ナノ繊維からなる糸２０」との距離Ｄを調整することにより行う。
【００９４】
レンズ４０４と「高分子ナノ繊維からなる糸２０」との距離Ｄがレンズ４０４の焦点距離に近くなるほどビームスポット直径ｄは小さくなる。一方、距離Ｄとレンズ４０４の焦点距離の差（距離Ｄがレンズ４０４の焦点距離よりも大きくなる場合も小さくなる場合も含む）が大きくなるに従い、ビームスポット直径ｄは大きくなる。
【００９５】
変形例１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、部分結合処理を、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の平均直径の２倍以下の直径を有するビームスポットに絞ったレーザー光を用いて行うこととしているため、効率良く「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【００９６】
［変形例２］
図６は、変形例２における部分結合処理を説明するために示す図である。図６（ａ）はレーザー光照射装置４００ｂを「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に沿って走査しレーザー照射を行っていることを示す図であり、図６（ｂ）はレーザー光照射装置４００ｂを用いて複数の「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に対して平行な方向と垂直な方向に走査しレーザー照射を行っていることを示す図である。
【００９７】
変形例２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図６に示すように、レーザー照射処理を、レーザー光を所定の手順に従って走査しながら行うこととしている。
【００９８】
図６を参照しながら変形例２における部分結合処理を説明する。図６(ａ)に示すように、レーザー光照射装置４００ｂを「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に沿って走査すると、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に沿って部分結合処理を行うことができる。
【００９９】
また、図６（ｂ）に示すように、複数の「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を交差するようにレーザー光照射装置４００ｂを走査すれば、１つのレーザー光照射装置４００ｂで複数の「高分子ナノ繊維からなる糸２０」に部分結合処理を行うことができる。
【０１００】
変形例２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、部分結合処理を、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」にレーザー光を所定の手順に従って走査しながら行うこととしているため、レーザー照射の照射位置を走査しながら、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【０１０１】
［変形例３］
図７は、変形例３における部分結合処理を説明するために示す図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）はパルス状レーザー照射を行い間欠的にレーザー光照射を行う様子を示す図であり、図７（ｄ）はパルス状レーザー照射の実行と停止を時間軸でグラフ化した図であり、図７(ｅ)は図７（ｄ）で示したレーザー照射パターンで部分結合処理を行った後の「高分子ナノ繊維からなる糸２４」を示す図である。
【０１０２】
変形例３に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図７に示すように、レーザー照射処理を、所定の周期又はデューティ比を持ったパルス状レーザー光を用いて間欠的に行うこととしている。
【０１０３】
図７を参照しながら変形例３における部分結合処理を説明する。図７(ａ)に示すように、時間Ｔ１のときにレーザー光照射装置４００ｃからパルス状レーザー光を発生し部分結合処理２６を形成する。次に、時間Ｔ２のときにはパルス状レーザー光照射を行わず（図７（ｂ））、時間Ｔ３において再びパルス状レーザー光を発生させ部分結合処理２６を形成し（図７（ｃ））、図７（ｄ）に示すようなパターンで間欠的にレーザー照射処理を行うと、図７(ｅ)のようにパルス状レーザー光照射された部分にのみ部分結合処理が施された「高分子ナノ繊維からなる糸２４」が製造される。
【０１０４】
変形例３に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、部分結合処理を、所定の周期又はデューティ比を持ったパルス状レーザー光を用いて間欠的に行うこととしているため、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【０１０５】
［変形例４］
図８は、変形例４における部分結合処理を説明するために示す図である。図８（ａ）は２本のレーザーでレーザー照射を行っていることを示す図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）を延伸軸に沿って見た図であり、図８（ｃ）は３つのレーザーを１２０°の角度で配置してレーザー照射を行うことを示す図であり、図８（ｄ）は４つのレーザーを９０°の角度で配置してレーザー照射を行うことを示す図である。
【０１０６】
変形例４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図８に示すように、レーザー照射処理を、２つ以上のレーザー光を用いて行うこととしている。
【０１０７】
図８を参照しながら変形例４における部分結合処理を説明する。図８(ａ)及び図８（ｂ）のように２つのレーザー光照射装置４００を「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に垂直な軸上に配置することにより、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」に両面からレーザー光を照射できる。
【０１０８】
図８（ｃ）のように、３つのレーザー光照射装置４００を「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に対して垂直な面上で１２０°の角度をもって配置すると、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の３方向からレーザー光を照射できる。
【０１０９】
図８（ｄ）のように、４つのレーザー光照射装置４００を「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸に対して垂直な面上で９０°の角度をもって配置すると、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の延伸軸の上下左右からレーザー光を照射できる。
【０１１０】
変形例４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、部分結合処理を、レーザー照射処理を、２つ以上のレーザー光を用いて行うこととしているため、高分子ナノ繊維からなる糸」のより多くの部位にレーザー光を照射でき、より均一に「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【０１１１】
［変形例５］
図８は、変形例５における部分結合処理を説明するために示す図である。
変形例５に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図８に示すように、部分結合処理を、ホットガン装置４１０を用いて「高分子ナノ繊維からなる糸２０」に対して熱風を照射する熱風照射処理により行うこととしている。
【０１１２】
図８を参照しながら変形例５における部分結合処理を説明する。糸送り装置４０６，４０８により「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を撚りと延伸とを行いながら、ホットガン４１２から吐出された熱風４１４を「高分子ナノ繊維からなる糸２０」に照射して熱風照射処理を行い、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の部分結合処理を行う。
【０１１３】
なお、ホットガン装置４１０は、気流吸引装置４１６及び気流吸引ポンプ４１８をさらに供えており、熱風照射処理は、気流吸引装置４１６により気流を吸引しながら行う。熱風４１４の温度は、熱風４１４が「高分子ナノ繊維からなる糸２０」に照射されたときに、高分子ナノ繊維の表面に付着している金属微粒子の温度が、金属微粒子の核成長が起こる温度以上になり、高分子ナノ繊維１２同士が金属を介して部分的に結合された状態となるような条件を採用することが好ましい。なお、Ｒ３領域に存在する高分子ナノ繊維１２の温度が高分子ナノ繊維１２のガラス転移温度以上になり、高分子ナノ繊維１２同士が溶融して結合点２０を形成するような条件を採用することも好ましい。
【０１１４】
［変形例６］
図９は、変形例６における部分結合処理を説明するために示す図である。
変形例６に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図９に示すように、部分結合処理をリング状ヒーター４２０に「高分子ナノ繊維からなる糸」を通過させることにより行う。
【０１１５】
図９を参照しながら変形例６に係る部分結合処理を説明する。糸送り装置４０６，４０８により「高分子ナノ繊維からなる糸１２」を撚りと延伸とを行いながら、リング状ヒーター４２０の中を「高分子ナノ繊維からなる糸２０」を通過させることにより「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が加熱され、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の部分結合処理が行われる。
【０１１６】
なお、リング状ヒーターの中を通過中の高分子ナノ繊維の表面温度は例えば１００℃〜３００℃である。
【０１１７】
リング状ヒーター４２０としては、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が通過する領域を囲む位置にヒーター４２２が配置された電気炉を用いる。その他、「高分子ナノ繊維からなる糸」が通過する領域を囲む位置に赤外線源が配置された赤外線炉、半導体製造などに用いられる拡散炉をも用いることができる。用途に応じて適宜選択することができる。
【０１１８】
「高分子ナノ繊維からなる糸」がリング状ヒーターの加熱領域を通過する時間は、加熱領域の長さを調整することによっても、「高分子ナノ繊維からなる糸」の通過速度を調整することによっても、又はそれら両方を調整することによっても可能である。
【０１１９】
［変形例７］
図１１は、変形例７における部分結合処理を説明するために示す図である。図１１(ａ)は急速加熱処理装置４３０を用いて部分結合処理を行っている様子を示す図であり、図１１（ｂ）は急速加熱処理装置４３０の内部構造を示す図である。
【０１２０】
変形例７に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図１１に示すように、部分結合処理を、急速加熱装置４３０を用いて、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」に対して光又は赤外線を集光して照射する急速加熱処理により行うこととしている。
【０１２１】
図１１を参照しながら変形例７における部分結合処理を説明する。急速加熱処理装置４３０の中を「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が通過することにより「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が加熱され、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の部分結合処理が行われる。
【０１２２】
なお、急速加熱処理を施されている最中の高分子ナノ繊維の表面温度は例えば１００℃〜３００℃である。
【０１２３】
［変形例８］
図１２は、変形例８における部分結合処理を説明するために示す図である。図１２中、符号４４２は電磁波を示す。
変形例８に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図１２に示すように、部分結合処理を、電磁波加熱処理により行うこととしている。
【０１２４】
図１２を参照しながら変形例８における部分結合処理を説明する。「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」に電磁波を照射することにより、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が加熱され、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の部分結合処理が行われる。このような方法とすることによっても、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成するナノ繊維同士を金属により部分的に結合することができる。
【０１２５】
なお、電磁波加熱処理を行っている最中の高分子ナノ繊維の表面温度は例えば１００℃〜３００℃である。
【０１２６】
［変形例９］
図１３は、変形例９における部分結合処理を説明するために示す図である。
変形例９における部分結合処理においては、図１３に示すように、部分結合処理を、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」に存在する金属に電流を流すことにより加熱する電流加熱処理により行うこととしている。
【０１２７】
図１３を参照しながら変形例９における部分結合処理を説明する。撚りと延伸とが行われている「高分子ナノ繊維からなる糸」に一対の電極４５４を用いて「高分子ナノ繊維からなる糸２０」に存在する金属に電流を流すことにより、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」が加熱され、「高分子ナノ繊維からなる糸２０」の部分結合処理が行われる。このような方法とすることによっても、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成するナノ繊維同士を金属により部分的に結合することができる。
【０１２８】
なお、電流加熱処理を行っている最中の高分子ナノ繊維の表面温度は例えば１００℃〜３００℃である。
【０１２９】
［実施形態２］
図１４及び図１５は、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を説明するために示す図である。図１４（ａ）は電界紡糸法により製造されたシート状の不織布を示す図であり、図１４（ｂ）はシート状の不織布１４に金属蒸着を施している様子を示す図である。図１５は金属蒸着されたシート状の不織布１７を切断している様子を示す図である。
【０１３０】
実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、図１４に示すように、まず、電界紡糸法により製造されたシート状の不織布１４を切断することなくそのまま用いて金属蒸着を行って金属蒸着されたシート状の不織布１７を製造し、その後、図１５に示すように、金属蒸着されたシート状の不織布１７を切断して金属蒸着のされた帯状不織布１８を製造することとしている。
【０１３１】
このような方法とすることによっても、表面に金属が蒸着されたナノレベルの直径の高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。
【０１３２】
［実施形態３］
上記実施形態１においては、電界紡糸法により一旦シート状の不織布１４を製造し、当該シート状不織布１４を切断することにより帯状不織布１６を製造することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電界紡糸法により直接帯状不織布１６を製造することとしてもよい。図１６は、実施形態３における帯状不織布製造工程を説明するために示す図である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）はドラム状コレクター５００を用いて帯状不織布１６を製造する様子をそれぞれ異なる角度から見たときの図であり、図１６（ｃ）はドラム状コレクター５００で製造された帯状不織布１６を示す図である。
【０１３３】
実施形態６に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における帯状不織布製造工程においては、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、コレクターとして、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクター５０２が形成されたドラム状コレクター５００を用いるとともに、当該ドラム状コレクター５００におけるコレクター５０２と、ノズル１０６との間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、高分子材料溶液又は溶融高分子材料から高分子ナノ繊維１２を帯状のコレクター５０２上に堆積し、図１６（ｃ）に示すように、高分子ナノ繊維１２からなる帯状不織布１６を直接製造することとしている。
【０１３４】
図１６を参照しながら実施形態６における帯状不織布製造工程を説明する。図１６(ａ)に示す「ドラム状コレクター５００」は、導電体の軸５０４に複数枚の導電体ディスク５０６を非導電体のディスク５０８を介して通すことによりこれらのディスク５０６，５０８を積層することにより製造することができる。ドラム状コレクター５００からは中心から軸５０４が伸びており、軸５０４の一方は軸受５１０を通してモーター５１２に接続されている。軸５０４の他方は接続端子を介して高圧電源１１０と接続されている。なお、軸受５１０はモーター５１２と軸５０４とを電気的に絶縁できるように構成されている。
【０１３５】
ドラム状コレクター５００のコレクター５０２とノズル１０６との間に高圧電源１１０を用いて高電圧を印加して電界紡糸を行うと、コレクター５０２上に高分子ナノ繊維１２が堆積する。このとき、図１６（ｂ）に示すように、ドラム状コレクター５００を図１６（ｂ）に示した矢印方向に低速で回転させながら電界紡糸を行うことにより、ドラム状コレクター５００の外周面に高分子ナノ繊維１２が周方向に連続して堆積される。電界紡糸を行う一方で堆積した高分子ナノ繊維からなる不織布を搬送用ローラー５１４，５１６を介して巻き取りドラム５１８に巻き取ることにより、帯状不織布１６を連続して製造し、回収することができる。
【０１３６】
実施形態３に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、ナノレベルの直径を持った高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。また、不織布を切断する工程が不要となる。
【０１３７】
［実施形態４］
図１７は、実施形態４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を説明するために示す図である。そして、図１７は「高分子ナノ繊維からなる糸」に連続的に金属蒸着を施している様子を示す図である。
【０１３８】
実施形態４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、まず、電界紡糸法により製造されたシート状の不織布１４から帯状不織布を製造した後、これを切断して帯状不織布を製造する。その後、帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて当該帯状不織布から「高分子ナノ繊維からなる糸３０」を製造する。そして、その後に、「高分子ナノ繊維からなる糸３０」の表面に金属を蒸着しすることにより金属蒸着がされた「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造し、さらにその後「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成するナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うことにより「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第２工程を行うこととしている。
【０１３９】
このような方法とすることによっても、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合と同様に、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維を使用して「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造し、当該「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら加熱して高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、当該部分結合処理後の「高分子ナノ繊維からなる糸」においては、高分子ナノ繊維同士が金属を介して部分的に結合された状態となる。このため、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維同士に滑りが生じ難くなり、その結果、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となる。
【０１４０】
また、実施形態４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して高分子ナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、「高分子ナノ繊維からなる糸」全体で高分子ナノ繊維が溶融して単繊維からなる糸になったり、高分子ナノ繊維同士が接触している部位のすべてが結合して「高分子ナノ繊維からなる糸」が剛直化してしまったりすることはなく、それゆえ、「高分子ナノ繊維からなる糸」中に存在するナノレベルの凹凸構造による極めて大きな比表面積及び「高分子ナノ繊維からなる糸」のしなやかさを維持したまま、「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。
【０１４１】
また、実施形態４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維の表面に存在する金属が高分子ナノ繊維の軸に沿った方向でも結合するため、高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっている。このため、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」においっては、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっているため、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。
【０１４２】
また、実施形態４に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維の表面に金属が被覆されていることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」の高強度化のみでなく、高い電磁波シールド性、高い電磁波吸収性、高導電性、高保温性などの特性も「高分子ナノ繊維からなる糸」に付与することが可能となる。
【０１４３】
以上、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０…高分子原料溶液、１２…高分子ナノ繊維、１４…シート状の不織布、１６…帯状不織布、１７…金属被覆されたシート状の不織布、１８…金属被覆された帯状不織布、２０…「高分子ナノ繊維からなる糸」、２２…結合点、２４…第２工程により部分結合処理がなされた「高分子ナノ繊維からなる糸」、２６…レーザー光が照射された領域、１００…電界紡糸装置、１０２…原料タンク、１０４…バルブ、１０６…ノズル、１０８…コレクター、１１０…高圧電源、２００，２００ａ…真空蒸着装置、２０４…繰り出しドラム、２０６，２０８…搬送用ローラー、２１０…巻き取り用ドラム、２１２…抵抗加熱用電源、３００…撚り糸装置、３０２…主撚り糸装置、３０４，３０６，４０６，４０８…糸送り装置、４００，４００ａ，４００ｂ，４００ｃ…レーザー光照射装置、４０２…レーザー発生装置、４０４…レンズ、４１０…ホットガン装置、４１２…ホットガン、４１４…熱風、４１６…気流吸引装置、４１８…気流吸引ポンプ、４２０…リング状ヒーター、４２２…ヒーター、４２４…電源、４３０…急速加熱処理装置、４３２…光又は赤外線発生装置、４３４…集光ミラー、４４０…電磁波照射装置、４４２電磁波、４５０…電流供給装置、４５２…大電流電流電源、４５４…接触子、５００…ドラム状コレクター、５０２…コレクター、５０４…導電体の軸、５０６…導電体ディスク、５０８…非導電体ディスク、５１０…軸受、５１２…モーター、５１４，５１６…搬送用ローラー、５１８…巻き取りドラム、ｄ…レーザー光のビームスポット径、Ｄ…レンズ３０４と「高分子ナノ繊維からなる糸１８」との距離、Ｒ１…帯状不織布１６の拡大部分、Ｒ２…「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の拡大部分、Ｒ３…部分結合処理点の拡大部分、Ｒ４…非部分結合処理点の拡大部分、Ｖ１…糸送り装置２０６の糸送り速度、Ｖ２…糸送り装置２０８の糸送り速度、Ｖ３…糸送り装置３０８の糸送り速度、Ｖ４…糸送り装置３０６の糸送り速度、Ｖ５…糸送り装置３０８の回転速度、Ｖ６…糸送り装置３０６の回転速度
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１】
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【図２】
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【図１５】
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