(57)【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、
内方に原料液が流通し放射状に配置される複数の流出口から原料液を空間に放射方向に流出させる流出体と、
前記流出体から流出した原料液やナノファイバを自身が配置される場所に誘引する誘引電極と、
前記流出体と前記誘引電極との間に所定の電圧を印加して原料液やナノファイバを誘引する電界を前記誘引電極に発生させる誘引電源と、
前記誘引電極により誘引される原料液やナノファイバの飛翔経路を調整する調整電極と、
前記流出体と前記調整電極との間に所定の電圧を印加して原料液やナノファイバの飛翔経路を調整する電界を前記調整電極に発生させる調整電源とを備え、
前記流出口は、前記流出体と前記誘引電極とを最短に結ぶ線と垂直に交わる面であって前記誘引電極が配置される面である第一面と、前記第一面と平行であって前記調整電極が配置される面である第二面との間に配置され、
原料液やナノファイバの飛翔経路を放射方向に伸ばすように、前記誘引電源と前記調整電源とは、前記流出体に対し前記誘引電極と前記調整電極とが同じ極性となるように電位を印加し、
前記流出体は、接地されており、
前記第一面と平行な面であって、前記流出口が配置される第三面と前記第二面との距離は、前記第二面と前記誘引電極が配置される第一面との距離の半分と同等か大きい、
または、前記誘引電源により前記誘引電極と前記流出体との間に印加される電圧が、前記調整電源により前記調整電極と前記流出体との間に印加される電圧と同等か大きい
ナノファイバ製造装置。
【請求項２】
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、
内方に原料液が流通し放射状に配置される複数の流出口を備え、接地された流出体から原料液を空間に放射方向に流出させる流出工程と、
前記流出体と誘引電極との間に誘引電源を用いて所定の電圧を印加し、原料液やナノファイバを誘引する電界を発生させて前記流出体から流出した原料液やナノファイバを誘引電極に誘引する誘引工程と、
前記流出体に対し前記誘引電極の反対側に配置される調整電極と前記流出体との間に調整電源を用いて所定の電圧を印加し、原料液やナノファイバの飛翔経路を調整する電界を発生させて前記誘引電極により誘引される原料液やナノファイバの飛翔経路を調整する調整工程とを含み、
原料液やナノファイバの飛翔経路を放射方向に伸ばすように、前記誘引電源と前記調整電源とは、前記流出体に対し前記誘引電極と前記調整電極とが同じ極性となるように電位を印加し、
前記流出口が配置される第三面と前記調整電極が配置される第二面との距離は、前記第二面と前記誘引電極が配置される第一面との距離の半分と同等か大きく、前記第一面、前記第二面、および、前記第三面が平行であり、
または、前記誘引電源により前記誘引電極と前記流出体との間に印加される電圧が、前記調整電源により前記調整電極と前記流出体との間に印加される電圧と同等か大きい
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、静電延伸現象によりサブミクロンオーダーやナノオーダーの細さである繊維（ナノファイバ）を製造するナノファイバ製造装置、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やナノ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やナノ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ナノファイバを効率よく製造しようとする場合、ナノファイバが製造される密度を向上させて多量にナノファイバを収集する必要がある。例えば、特許文献１や特許文献２に記載のナノファイバ製造装置は、円筒形状の流出体の周壁に放射方向に流出孔を多数設け、当該流出体を回転させることにより、遠心力で多量の原料液を空間中に流出させる構成を採用している。そして、これらに記載のナノファイバ製造装置は、放射方向に流出した原料液から製造されたナノファイバを収集するために電界や気体流を用いて原料液やナノファイバを一箇所に誘引している。
【０００６】
このような構成のナノファイバ製造装置を採用すれば、空間中に流出する原料液の密度を高めて、ナノファイバを効率よく製造することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５０７６９号公報
【特許文献２】特開２００９−４１１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１に記載のナノファイバ製造装置のように、原料液を帯電させるための電界を用いて空間中に流出する原料液やナノファイバを誘引する場合、放射状に流出した原料液が電界によってすぐに方向転換し、電極の方向に向かって飛行することになる。このような装置では、原料液が放射方向に飛行する時間を充分に確保することができないため、空間中で静電延伸現象を充分に発生させるためには流出体と電極との距離を充分に確保する必要がある。つまり、ナノファイバ製造装置が大型化する傾向となる。
【０００９】
また、特許文献２に記載のナノファイバ製造装置のように、流出体の周囲であって原料液が流出する放射方向の延長上の付近に原料液を帯電させるための環状の電極を配置し、前記流出体と電極との間に発生する電界から原料液やナノファイバを気体流によって引き離して誘引する場合、原料液やナノファイバが前記電極に付着してしまい、ナノファイバの生産効率が低下することとなる。また、電極に原料液やナノファイバが付着することを回避するためには、環状の電極の径を大きくする必要が生じ、ナノファイバ製造装置が大型化してしまうこととなる。
【００１０】
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、大型化することを抑制しつつ、ナノファイバを効率よく大量に製造することのできるナノファイバ製造装置およびナノファイバ製造方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、内方に原料液が流通し放射状に配置される複数の流出口から原料液を空間に流出させる流出体と、前記流出体から流出した原料液やナノファイバを自身が配置される場所に誘引する誘引電極と、前記流出体と前記誘引電極との間に所定の電圧を印加して原料液やナノファイバを誘引する電界を前記誘引電極に発生させる誘引電源と、前記誘引電極により誘引される原料液やナノファイバの飛翔経路を調整する調整電極と、前記流出体と前記調整電極との間に所定の電圧を印加して原料液やナノファイバの飛翔経路を調整する電界を前記調整電極に発生させる調整電源とを備え、前記流出口は、前記流出体と前記誘引電極とを最短に結ぶ線と垂直に交わる面であって前記誘引電極が配置される面である第一面と、前記第一面と平行であって前記調整電極が配置される面である第二面との間に配置されることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、誘引電極から発生する電界により形成される原料液の飛翔経路を、調整電極から発生する電界により調整することが可能となる。従って、流出口から流出する原料液の放射方向の飛翔経路を充分に確保でき、流出体と誘引電極との距離を短くしても静電延伸現象を発生させる時間を充分に確保することが可能となる。
【００１３】
また、本構成のナノファイバ製造装置によれば、高い導電性を備えたナノファイバを製造することが可能であり、例えばナノファイバにより形成されるイオン交換不織布の製造が可能となる。さらに、原料液が導電性を有していてもナノファイバを製造することが可能となる。
【００１４】
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、内方に原料液が流通し放射状に配置される複数の流出口を備える流出体から原料液を空間に流出させる流出工程と、前記流出体と誘引電極との間に誘引電源を用いて所定の電圧を印加し、原料液やナノファイバを誘引する電界を発生させて前記流出体から流出した原料液やナノファイバを誘引電極に誘引する誘引工程と、前記流出体に対し前記誘引電極の反対側に配置される調整電極と前記流出体との間に調整電源を用いて所定の電圧を印加し、原料液やナノファイバの飛翔経路を調整する電界を発生させて前記誘引電極により誘引される原料液やナノファイバの飛翔経路を調整する調整工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
これによれば、誘引電極から発生する電界により形成される原料液の飛翔経路を、調整電極から発生する電界により調整することが可能となる。従って、流出口から流出する原料液の放射方向の飛翔経路を充分に確保でき、流出体と誘引電極との距離を短くしても静電延伸現象を発生させる時間を充分に確保することが可能となる。
【００１６】
また、本構成のナノファイバ製造装置によれば、高い導電性を備えたナノファイバを製造することが可能であり、例えばナノファイバにより形成されるイオン交換不織布の製造が可能となる。さらに、原料液が導電性を有していてもナノファイバを製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明によれば、流出体から流出する原料液やナノファイバの飛翔経路を調整電極から発生する電界により調整することができ、原料液を放射方向に長く飛翔させることが可能となる。従って、コンパクトなナノファイバ製造装置であっても静電延伸現象を発生させる時間を充分に確保することができ、良質なナノファイバを効率よく製造することが可能となる。
【００１８】
また、導電性のナノファイバを製造することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ナノファイバ製造装置を模式的に一部を切り欠いて正面から示す平面図である。
【図２】ナノファイバ製造装置を模式的に一部を切り欠いて側面から示す平面図である。
【図３】流出体とその近傍を切り欠いて示す正面から示す平面図である。
【図４】流出体とその近傍を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本願発明に係るナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法を、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、ナノファイバ製造装置を模式的に一部を切り欠いて正面から示す平面図である。
【００２２】
図２は、ナノファイバ製造装置を模式的に一部を切り欠いて側面から示す平面図である。
【００２３】
これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、流出体２１１と、誘引電極１２１と、誘引電源１２２と、調整電極２２１と、調整電源２２２と、保持手段２１５と、駆動源２１３と、加圧手段１３０とを備えている。
【００２４】
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。
【００２５】
図３は、流出体とその近傍を切り欠いて示す正面から示す平面図である。
【００２６】
図４は、流出体とその近傍を示す斜視図である。
【００２７】
流出体２１１は、内方に原料液３００が流通し放射状に配置される複数の流出口２３３から原料液３００を空間に流出させるための部材である。本実施の形態の場合、流出体２１１の流出口２３３は、図１、図２に示す第三面３１３（後述）に配置されている。
【００２８】
また、流出体２１１は、流出する原料液３００に電荷を供給する電極としても機能しており、原料液３００と接触する部分の少なくとも一部は導電性を備えた部材で形成される。本実施の形態の場合、流出体２１１全体が金属で形成されている。なお、金属の種類は導電性を備えておれば、特に限定されるものではなく、黄銅やステンレス鋼など任意の材料を選定しうる。
【００２９】
流出体２１１は、原料液３００に電荷を付与する必要があるため、電源やアースと電気的に接続されている。本実施の形態の場合、流出体２１１は、接地手段２２３により接地されている。つまり、アースに接続されている後述の電源とアースを介して接続されている。  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。
【００３０】
また、本実施の形態の場合、流出体２１１は回転によって原料液３００を流出させるものとなっており、回転軸体としても機能する筒部２３１と、フランジ部２３２とを備えている。
【００３１】
筒部２３１は、内方に原料液３００が流通する筒形状の部材であり、流出体２１１の胴体となる部分である。また、流出体２１１は、回転による遠心力により原料液３００を流出させるものであり、筒部２３１は、流出体２１１の回転軸体としても機能している。また、筒部２３１は、内方に原料液３００を貯留する貯留空間を備えており、一端部は圧力を調整するための比較的細い孔が設けられ、他方はピストン２３５で閉塞されている。筒部２３１は、内方の貯留空間に貯留された原料液３００がピストン２３５によって圧縮されることで、フランジ部２３２側に原料液３００を吐出できるものとなっている。
【００３２】
フランジ部２３２は、筒部２３１を通過する原料液３００を空間中に流出させる流出孔２１６が放射方向に設けられる部材であり、流出孔２１６の先端である流出口２３３が円周上に並んで配置される先端部１１６と、先端部１１６から中央方向に向かって相互の間隔が徐々に広がるように配置され、先端部１１６から流出孔２１６を挟むように延設される二つの側面部１１７とを備える。
【００３３】
本実施の形態の場合、フランジ部２３２は、外に向かって厚みが徐々に薄くなる断面三角形状の円板である。具体的には、フランジ部２３２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、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。また、ナノファイバ製造装置１００の大きさや流出させる原料液３００の密度などを考慮すると、フランジ部２３２の直径は、５０ｍｍ以上、８５ｍｍ以下の範囲から選定することが好ましい。
【００３４】
流出孔２１６の孔長や孔径は、特に限定されるものではなく、原料液３００の粘度などにより適した形状を選定すれば良い。具体的には、孔長は、０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。孔径は、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。また、流出孔２１６の形状は、円筒形状に限定されるわけではなく、任意の形状を選定しうる。特に流出口２３３の形状は、円形に限定されるわけではなく、三角形や四角形などの多角形、星形など内側に突出する部分のある形状などでもかまわない。
【００３５】
なお、本願発明に係る流出体２１１に置いて、筒部２３１やフランジ部２３２は必須の構成要素ではないが、フランジ部２３２の形状により、イオン風の発生を抑制し、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。また、側面部１１７は先端部１１６に向かって徐々に細くなるように配置されているため、先端部１１６に電荷を集中させやすく、原料液３００に効率的に電荷を供給することができる。また、全ての流出口２３３が第三面３１３に配置される必要は無く、いくつかの流出口２３３が第三面３１３から外れた位置に配置されていてもよい。
【００３６】
保持手段２１５は、流出体２１１を回転可能に保持する部材である。本実施の形態の場合、保持手段２１５は、ベアリングなどの軸受である。
【００３７】
駆動源２１３は、流出口２３３から遠心力により原料液３００を流出させる回転力を流出体２１１に付与する装置である。
【００３８】
本実施の形態の場合、流出体２１１は、図３に示すように、筒部２３１が保持手段２１５で回転可能に固定されており、駆動源２１３によって軸を中心に回転するものとなっている。一方、流出体２１１は、加圧手段１３０により筒部２３１の内部に配置されるピストン２３５に力が与えられ、筒部２３１の内部に貯留される原料液３００がフランジ部２３２の内方に供給することができるものとなっている。
【００３９】
以上により流出体２１１は、回転による遠心力と加圧手段１３０による圧力により原料液３００を流出させることができるものとなっている。
【００４０】
なお、原料液３００は、回転による遠心力のみによって流出体２１１から流出させてもよく、また、加圧手段１３０による圧力のみで流出体２１１から流出させてもよい。
【００４１】
加圧手段１３０は、筒部２３１の内方に配置されるピストン２３５に力を付与する装置である。本実施の形態の場合、気体の圧力でピストン２３５に力を付与するものとなっている。なお、加圧手段１３０は、流出体２１１の回転を維持したままピストン２３５に力を加えることができるものであれば、ステムなどを利用して機械的に力をピストン２３５に付与するものでもよい。
【００４２】
なお、加圧手段１３０は、流出体２１１の内方に配置されるピストン２３５に力を加えて間接的に原料液３００に圧力を加える物ばかりでなく、ポンプなどにより原料液３００に直接圧力を加えるものでもよい。
【００４３】
誘引電極１２１は、流出体２１１から流出した原料液３００やナノファイバ３０１を自身が配置される場所に誘引する導電性を有する部材である。また、誘引電極１２１は、流出体２１１と誘引電極１２１とを最短に結ぶ線と垂直に交わる面である第一面３１１に配置されている。本実施の形態の場合、誘引電極１２１は、矩形板状の金属板であり、イオン風などの発生を抑制するために角部が丸められている。
【００４４】
誘引電源１２２は、流出体２１１と誘引電極１２１との間に所定の電圧を印加して原料液３００やナノファイバ３０１を誘引する電界を誘引電極１２１に発生させる電源である。本実施の形態の場合、誘引電源１２２は、誘引電極１２１を所定の電圧に維持することができる直流電源であり、一方が誘引電極１２１に接続され、他方が接地されている（誘引電源１２２は、接地されている流出体２１１とアースを介して接続されている）。これにより、誘引電極１２１に０Ｖ（接地状態）から２００ＫＶ以下の範囲で設定された電圧を印加することができるものとなっている。
【００４５】
調整電極２２１は、誘引電極１２１により誘引される原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を調整する電界を発生させる導電性を有する部材である。本実施の形態の場合、調整電極２２１は、流出体２１１の筒部２３１の周囲を取り囲むように配置される円環状の部材である。また、図１〜図４に示すように、調整電極２２１の断面は円形となっている。また、調整電極２２１は、誘引電極１２１が配置される第一面３１１と平行であって流出体２１１の流出口２３３に対し第一面３１１の反対側に位置する第二面３１２に配置されている。調整電極２２１の直径は、流出体２１１の直径などによって、任意に設定可能であるが、流出口２３３が配置される円周の直径（フランジ部２３２の直径）が５０ｍｍ以上、８５ｍｍ以下の場合、２００ｍｍ以下とすることができる。特に、調整電極２２１の径は１２０ｍｍ以下とすることにより、ナノファイバ製造装置１００を小型化できるので好ましい。つまり、後述するような流出口２３３と調整電極２２１との位置関係にするので、調整電極２２１に原料液３００やナノファイバ３０１が付着しにくい。従って、従来（特許文献２）の環状電極に比べてかなり径を小さくでき、ナノファイバ３０１を小型化できる。
【００４６】
なお、調整電極２２１の形状は、円環状に限ったものではなく、多角形の環状でもよい。また、断面形状は矩形などであってもよい。
【００４７】
調整電源２２２は、流出体２１１と調整電極２２１との間に所定の電圧を印加して原料液３００やナノファイバ３０１との飛翔経路を調整する電界を調整電極２２１に発生させる電源である。本実施の形態の場合、調整電源２２２は、調整電極２２１を所定の電圧に維持することができる直流電源であり、一方が調整電極２２１に接続され、他方が接地されている（調整電源２２２は、接地されている流出体２１１とアースを介して接続されている）。これにより、調整電極２２１に０Ｖ（接地状態）から２００ＫＶ以下の範囲で設定された電圧を印加することができるものとなっている。
【００４８】
なお、誘引電源１２２や調整電源２２２は、一般には、直流電源が採用される場合が多いが、交流電源の採用を排除するものではない。
【００４９】
次に、図１、図２に基づき、流出体２１１と誘引電極１２１と調整電極２２１との位置関係を説明する。
【００５０】
流出体２１１に設けられる流出口２３３は、流出体２１１と誘引電極１２１とを最短に結ぶ線と垂直に交わる面であって誘引電極１２１が配置される面である第一面３１１と、第一面３１１と平行であって調整電極２２１が配置される面である第二面３１２との間に配置されている。本実施の形態の場合、流出口２３３が配置される第三面３１３は、第一面３１１や第二面３１２と平行である。なお、流出体２１１において、流出口２３３以外の部位の位置は特に限定されない。
【００５１】
また、流出口２３３が配置される第三面３１３と、調整電極２２１が配置される面である第二面３１２との距離Ｌ１は、第二面３１２と誘引電極１２１が配置される第一面３１１との距離Ｌ０の半分よりも大きいことが望ましい。これは、距離Ｌ１が距離Ｌ０の半分より長いと、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を放射方向に伸ばす効果を容易に得やすくなるためである。また、このような配置を採用すれば、調整電極２２１の直径を小さくしても上記効果を得ることができ、ナノファイバ製造装置１００の小型化に寄与することができる。つまり、調整電極２２１からの吸引力は、誘引電極１２１からの吸引力を下回るため、飛翔中の原料液３００やナノファイバ３０１は、誘引電極１２１側に飛翔することとなる。その中で、調整電極２２１からの吸引力の影響により、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を放射方向に伸ばすことができる。しかも、原料液３００やナノファイバ３０１は、調整電極２２１に向かっては飛翔しないので、調整電極２２１に付着することを防止できる。従って、従来技術（特許文献２）と比較して調整電極２２１の径を小さくすることが可能となる。更に、従来技術（特許文献２）のように、誘引電極１２１側へ原料液３００やナノファイバ３０１を飛翔させるための気体流を発生させる手段が必須とならない。
【００５２】
次に、流出体２１１と誘引電極１２１と調整電極２２１との電位の関係について説明する。
【００５３】
誘引電源１２２と調整電源２２２とは、流出体２１１に対し誘引電極１２１と調整電極２２１とが同じ極性となるように電位を印加している。誘引電源１２２と調整電源２２２とによってこのような電位関係に調整することにより、流出体２１１から原料液３００に多くの電荷を供給することができるものとなっている。本実施の形態の場合、流出体２１１は、接地されており、誘引電極１２１や調整電極２２１と逆極性の電荷を原料液３００に供給することにより接地電位を維持するものとなっている。このような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、流出体２１１に接続される駆動源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ナノファイバ製造装置１００の構造を簡略化することが可能となる。
【００５４】
なお、流出体２１１に電源を接続し、誘引電極１２１と調整電極２２１とを接地してもよい。
【００５５】
また、誘引電源１２２と調整電源２２２とにより誘引電極１２１の電位と調整電極２２１の電位とを次の状態を実現するように調整する。すなわち、誘引電源１２２によって流出体２１１と誘引電極１２１との間に発生する電界の強度であって、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路上のいずれかの位置における電界強度が、調整電源２２２によって流出体２１１と調整電極２２１との間に発生する電界の強度であって、前記位置と同じ位置における電界強度よりも強くなる状態とする。
【００５６】
なお、請求項１に記載の発明については、重力、流出体の回転による遠心力および風力の内、少なくともいずれか一つをも考慮し、これらと電界による誘引力との合力に基づき、原料液３００やナノファイバ３０１が誘引電極１２１に向かうように、誘引電極１２１による電界の強度と調整電極２２１による電界の強度とを調整してもかまわない。従い、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路において、誘引電極１２１による電界の強度よりも、調整電極２２１による電界の強度が上回る場合はありえる。
【００５７】
なお、上記状態は、誘引電極１２１が配置される第一面３１１と調整電極２２１が配置される第二面３１２と流出口２３３が配置される第三面３１３との位置関係や、誘引電極１２１や調整電極２２１や流出体２１１の形状などにより異なるが、誘引電源１２２により誘引電極１２１と流出体２１１との間に印加される電圧が、調整電源２２２により調整電極２２１と流出体２１１との間に印加される電圧よりも大きいことが好ましい。これにより、上記したような、距離Ｌ１が距離Ｌ０の半分より長くした場合の効果と同様な効果が得られる。
【００５８】
なお、請求項１に記載の発明については、重力、流出体の回転による遠心力および風力の内、少なくともいずれか一つをも考慮し、これらと電界による誘引力との合力に基づき、原料液３００やナノファイバ３０１が誘引電極１２１に向かうように、誘引電極１２１に印加する電圧と調整電極２２１に印加する電圧とを調整してもかまわない。
【００５９】
これにより、誘引電極１２１や調整電極２２１の電位を調整するだけで原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を広いレンジで調整することができ、製造するナノファイバ３０１の種類や原料液３００の種類に柔軟に対応できるナノファイバ製造装置１００を提供することが可能となる。また、流出体２１１と誘引電極１２１と調整電極２２１と位置関係や個々の形状を柔軟に設定することが可能となる。
【００６０】
特に、第三面３１３と第二面３１２との距離Ｌ１が、第二面３１２と第一面３１１との距離Ｌ０の半分と同等か大きく、誘引電極１２１と流出体２１１との間の電圧が、調整電極２２１と流出体２１１との間の電圧と同等か大きいことが好ましい。これにより、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を任意に調整し、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。特に、導電性を有する原料液３００やナノファイバ３０１の場合、生産の安定性を高めることが可能となる。
【００６１】
次に、本願発明に必須の構成ではないが、収集手段１１０について説明する。
【００６２】
収集手段１１０は、図１、図２に示すように、流出体２１１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、被堆積部材１０１と、移送手段１０４と、供給手段１１１とを備えている。
【００６３】
被堆積部材１０１は、静電延伸現象により製造され飛来するナノファイバ３０１を堆積させる部材である。本実施の形態の場合、被堆積部材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。
【００６４】
移送手段１０４は、被堆積部材１０１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１０１を巻き取りながら供給手段１１１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を被堆積部材１０１とともに巻き取ることができるものとなっている。
【００６５】
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。
【００６６】
本ナノファイバ製造方法に用いるナノファイバ製造装置１００は以下の通りである。流出体２１１のフランジ部２３２は外径がΦ６０ｍｍであった。流出孔２１６は、フランジ部２３２の周方向等間隔に２４個設けられており、流出孔２１６の孔径は０．３ｍｍであった。第二面３１２と第三面３１３との距離Ｌ１は、第一面３１１と第二面３１２との距離Ｌ０の半分よりも若干長かった。誘引電源１２２により誘引電極１２１と流出体２１１との間に印加する電圧は、−３０ＫＶ以上、−５０ＫＶの範囲から選定される電圧とした。調整電源２２２により調整電極２２１と流出体２１１との間に印加する電圧は、−２０ＫＶ以上、−３５ＫＶの範囲から選定し、かつ、誘引電極１２１と流出体２１１との間に印加される電圧よりも小さくした。流出体２１１は、２０００ｒｐｍで回転させた。
【００６７】
ここで、ナノファイバ３０１を構成する樹脂であって、原料液３００に溶解、または、分散する溶質としては、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。
【００６８】
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、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。
【００６９】
さらに、原料液３００に無機質固体材料を添加してもよい。当該無機質固体材料としては、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、製造されるナノファイバ３０１の耐熱性、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。
【００７０】
原料液３００における溶媒と溶質との混合比率は、選定される溶媒の種類と溶質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。好適には溶質が５〜３０重量％となる。
【００７１】
本実施の形態の場合、ナノファイバ３０１の材質はＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を選定し、原料液３００は、溶媒を水とし、水にＰＶＡを１０重量％で溶解したものを用いた。
【００７２】
次に、流出体２１１に加圧手段１３０からエアーを供給しピストン２３５を介して内部に貯留される原料液３００に圧力を加える。同時に、流出体２１１を駆動源２１３により回転させる。圧力と遠心力により原料液３００は、放射状に配置される複数の流出口２３３から流出する（流出工程）。
【００７３】
前記流出工程に加え、流出体２１１と誘引電極１２１との間に誘引電源１２２を用いて前記電圧を印加し、原料液３００やナノファイバ３０１を誘引する電界を発生させて流出体２１１から流出した原料液３００やナノファイバ３０１を誘引電極１２１に誘引する（誘引工程）。
【００７４】
さらに、調整電極２２１と流出体２１１との間に調整電源２２２を用いて前記電圧を印加し、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を調整する電界を発生させて誘引電極１２１により誘引される原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を調整する（調整工程）。
【００７５】
ここで、流出体２１１に対し、誘引電極１２１および調整電極２２１は同極性で高電圧（負）となっているため、電荷（正）が流出体２１１を介して原料液３００に転移し、原料液３００が帯電する（帯電工程）。なお、本実施の形態のように、流出口２３３が尖った部分の先端に配置されると、先端部分に電荷が集中し、高い電荷密度で原料液３００を帯電させる事ができるため、原料液３００は強い帯電状態（高い電荷密度）で空間中に流出することとなる。
【００７６】
流出体２１１の径方向に流出された原料液３００やナノファイバ３０１は、誘引電極１２１から発生する電界に誘引されながら、調整電極２２１から発生する電界により飛翔経路が調整され、放射方向にも所定距離分飛翔する。
【００７７】
原料液３００は、長く調整された飛翔経路の間で静電延伸現象によりナノファイバ３０１に変化しつつ（ナノファイバ製造工程）飛翔する。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、静電延伸現象が容易に発生し、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）で流出しているため、静電延伸現象が何次にもわたって発生し、繊維径の細いナノファイバ３０１が大量に製造される。
【００７８】
以上により、誘引電極１２１の流出体２１１側に配置された被堆積部材１０１上にナノファイバ３０１が堆積していく（堆積工程）。被堆積部材１０１は、移送手段１０４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。
【００７９】
以上のような構成のナノファイバ製造装置１００を用い、ナノファイバ製造方法を実施することにより、流出体２１１と誘引電極１２１との距離が短いコンパクトなナノファイバ製造装置１００であっても、第一面３１１と第三面３１３とに挟まれた空間を有効に活用して、原料液３００から溶媒が揮発する時間を長く確保することができる。従って、静電延伸現象が発生する可能性を高めることができ、良質なナノファイバ３０１を製造することが可能となる。
【００８０】
また、同様の構成のナノファイバ製造装置１００を用いれば、導電性を有する樹脂をナノファイバとして製造し、堆積させることができるため、イオン交換不織布などを製造することも可能となる。
【００８１】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて実現される別の実施の形態を本願発明の一例としてもよい。
【００８２】
また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【００８３】
例えば、フランジ部がなくて、筒部のみで流出体を構成してもよい。この場合、筒部の外周面に流出口が配置されるものとなる。また、筒部が存在せず、フランジ部のみで流出体を構成してもよい。この場合、フランジ部に直接原料液が供給される。
【００８４】
また、図面には誘引電極と調整電極とを上下方向に記載しているが、これは単なる本願発明を実現しうる好ましい態様の一つを例示したに過ぎない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本願発明は、ナノファイバを用いた糸や不織布の製造に利用可能である。特に、導電性を備えたナノファイバからなる糸や不織布の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１００  ナノファイバ製造装置
１０１  被堆積部材
１０４  移送手段
１１０  収集手段
１１１  供給手段
１１６  先端部
１１７  側面部
１２１  誘引電極
１２２  誘引電源
１３０  加圧手段
２１１  流出体
２１３  駆動源
２１５  保持手段
２１６  流出孔
２２１  調整電極
２２２  調整電源
２２３  接地手段
２３１  筒部
２３２  フランジ部
２３３  流出口
２３５  ピストン
３００  原料液
３０１  ナノファイバ
３１１  第一面
３１２  第二面
３１３  第三面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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