(57)【要約】【課題】  ナノファイバの大量製造を実現し得るエレクトロスピニング装置を提供することを目的とする。【解決手段】  原料液を噴射して紡糸ジェットＳを形成する紡糸部１１と、紡糸ジェットＳをナノファイバとして収集するコレクタ１３と、紡糸部１１とコレクタ１３との間に電圧を印加する電源１６とを備え、電圧の印加により紡糸部１１から噴射された紡糸ジェットＳを帯電させ、当該紡糸ジェット１１を前記コレクタ１３に吸着させるエレクトロスピニング装置であって、紡糸部１１は複数のノズルを有し、当該複数のノズルから噴射された複数本の紡糸ジェットＳにエアーＡを吹き付けることにより当該紡糸ジェットＳのコレクタ１３への移動をアシストするエアー吹付部１４を設けてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液を噴射して紡糸ジェットを形成する紡糸部と、前記紡糸ジェットをナノファイバとして収集するコレクタと、前記紡糸部と前記コレクタとの間に電圧を印加する電源とを備え、
電圧の印加により前記紡糸部から噴射された前記紡糸ジェットを帯電させ、当該紡糸ジェットを前記コレクタに吸着させるエレクトロスピニング装置であって、
前記紡糸部は複数のノズルを有し、当該複数のノズルから噴射された複数本の紡糸ジェットにエアーを吹き付けることにより当該紡糸ジェットの前記コレクタへの移動をアシストするエアー吹付部を設けてあるエレクトロスピニング装置。
【請求項２】
前記エアー吹付部は、前記紡糸ジェットの進行方向視で、前記紡糸部の噴射口から所定距離離間した位置に前記エアーを吹き付けるように配置されている請求項１に記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項３】
前記紡糸部と前記コレクタとの間の紡糸空間の距離が、５００〜３０００ｍｍに設定される請求項１又は２に記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項４】
前記複数のノズルは、キャピラリー群で構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項５】
前記キャピラリー群は、結束部材で一体的に固定されている請求項４に記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項６】
前記紡糸部から前記コレクタに移動する前記紡糸ジェットの進行方向を調整する調整手段を設けてある請求項１〜５の何れか一項に記載のエレクトロスピニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノファイバを製造するためのエレクトロスピニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノファイバは、高い導電性と熱伝導性、及び機械的強度を兼ね備えており、比表面積が大きいことが特徴である。この特徴により、バイオフィルター、センサー、燃料電池電極材、精密フィルター、電子ペーパー等、様々な製品の素材として利用されており、工学や医療分野等、様々な分野において、ナノファイバの用途開発が盛んに行われている。
【０００３】
ナノファイバを製造する方法の一つに、エレクトロスピニング法がある。ここで、エレクトロスピニング法の原理について簡単に説明する。エレクトロスピニング法は、原料液を噴射して紡糸ジェットを形成する紡糸ノズルと、紡糸ジェットをナノファイバとして収集するコレクタと、紡糸ノズルとコレクタとの間に電圧を印加する電源とを備えたエレクトロスピニング装置を用いて実行される。紡糸ノズルとコレクタとの間に電圧を印加し、例えば、紡糸ノズルをマイナス、コレクタをプラスに夫々帯電させると、紡糸ノズルから噴射された原料液はマイナスに帯電した紡糸ジェットとなり、プラスに帯電したコレクタに引き寄せられて吸着される。このとき、紡糸ノズルから複数に分かれた繊維がコレクタ上で薄いナノファイバの層を形成する。電圧を上げるとナノファイバの繊維径は大きくなり、逆に下げると繊維径は小さくなるか繊維状にならず玉状になってコレクタ上に付着する。
【０００４】
従来のエレクトロスピニング装置として、例えば、紡糸ノズルとコレクタとの間の紡糸空間に、紡糸ジェット軌道誘導用の電極体を配置したナノファイバ製造装置があった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１のナノファイバ製造装置は、紡糸ジェット軌道誘導用の電極体に所定の電位を付与することにより、紡糸ノズルから噴射された紡糸ジェットの軌道を誘導し、コレクタ上に積層されるナノファイバの配向性を高めようとするものである。
【０００５】
また、原料液を噴射する紡糸部のノズルを改良したエレクトロスピニング装置があった（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２のエレクトロスピニング装置は、多数のノズルをターゲット電極に対向して配置させ、各ノズルに原料液を均一に供給することにより、ナノファイバの繊維径を一定に維持しつつ、ナノファイバの製造速度を高めようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２３１８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８９７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エレクトロスピニング装置を用いてナノファイバを製造する場合、大量且つ効率的に製造することが求められている。この点に関し、特許文献１のナノファイバ製造装置は、生成したナノファイバの配向性を高めることを課題としており、製造量の増加についての検討はなされていない。
【０００８】
一方、特許文献２のエレクトロスピニング製造装置は、紡糸部に多数のノズルを用いてナノファイバの製造速度を高めているため、その結果として、ナノファイバの製造量を増加させることが可能になると考えられる。ところが、ノズルから原料液を噴射する場合、以下のような課題が存在する。
【０００９】
電圧を印加した状態で紡糸ノズルから原料液を噴射すると、紡糸ノズルの先端にテイラーコーンと呼ばれる原料液で構成される円錐状の突起が形成される。印加電圧を徐々に増加し、クーロン力が原料液の表面張力を上回ると、テイラーコーンの先端から原料液が飛び出し、紡糸ジェットが形成される。当該紡糸ジェットはクーロン力によってコレクタまで移動し、当該コレクタ上でナノファイバとして収集される。ここで、紡糸ノズルの本数を増加すれば、それに応じてテイラーコーンの数も増加し、コレクタ上に収集するナノファイバの製造量を増加させることができるとも考えられる。しかし、特許文献２のように紡糸部に多数のノズルを用いたとしても、原料液の粘稠性や重力等の影響を受けるため、ノズル数に比例してテイラーコーンの数もそのまま増加するわけではないことが経験上知られている。そのため、ノズルの本数を単純に増加しただけでは、ナノファイバの製造量を飛躍的に増大させることは期待し難い。また、複数のノズルを用いることで複数のテイラーコーンを形成できたとしても、テイラーコーンから発生した紡糸ジェットがコレクタに到達できなければ、ナノファイバの製造量を増加させることはできない。
【００１０】
このように、従来のエレクトロスピニング装置においては、ナノファイバの製造条件に関して十分な検討がなされていなかったのが現状である。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ナノファイバの製造量の増加を実現し得るエレクトロスピニング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】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係るエレクトロスピニング装置の特徴構成は、
原料液を噴射して紡糸ジェットを形成する紡糸部と、
前記紡糸ジェットをナノファイバとして収集するコレクタと、
前記紡糸部と前記コレクタとの間に電圧を印加する電源とを備え、
電圧の印加により前記紡糸部から噴射された前記紡糸ジェットを帯電させ、当該紡糸ジェットを前記コレクタに吸着させるエレクトロスピニング装置であって、
前記紡糸部は複数のノズルを有し、当該複数のノズルから噴射された複数本の紡糸ジェットにエアーを吹き付けることにより当該紡糸ジェットの前記コレクタへの移動をアシストするエアー吹付部を設けてあることにある。
【００１２】
本構成のエレクトロスピニング装置は、紡糸部が複数のノズルを有するため、紡糸部とコレクタとの間に電圧を印加すると、複数のノズルの先端に複数のテイラーコーンが発生し易い条件が整い、その結果、複数の紡糸ジェットが形成し始める。この状態において、エアー吹付部から複数の紡糸ジェットにエアーを吹き付けると、テイラーコーンの先端から飛び出した紡糸ジェットがエアーの力で引き出されながら、エアーに乗ってコレクタに確実に到達する。
このように、本構成のエレクトロスピニング装置は、複数のノズルに発生し得る複数のテイラーコーンを効率よく利用し、テイラーコーンの先端から飛び出した複数の紡糸ジェットを無駄なく、略全てをナノファイバとしてコレクタ上で収集することができる。また、エアー吹付部によるアシストで紡糸ジェットの移動速度（すなわち、原料液の紡出量）が高まるため、紡糸部から噴射される原料液の吐出量が増大し、大量のナノファイバを効率よく製造することが可能となる。
【００１３】
本発明に係るエレクトロスピニング装置において、
前記エアー吹付部は、前記紡糸ジェットの進行方向視で、前記紡糸部の噴射口から所定距離離間した位置に前記エアーを吹き付けるように配置されていることが好ましい。
【００１４】
本構成のエレクトロスピニング装置であれば、紡糸部の噴射口から所定距離離間した位置にエアー吹付部が配置されているので、エアーによる紡糸ジェットの移動のアシストがスムーズに行われ、ノズルの先端での原料液の固着や、エアーの巻き込みによる紡糸不良を低減することができる。その結果、紡糸ジェットがコレクタに確実に到達することができ、コレクタ上で大量のナノファイバを効率よく製造することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るエレクトロスピニング装置において、
前記紡糸部と前記コレクタとの間の紡糸空間の距離が、５００〜３０００ｍｍに設定されることが好ましい。
【００１６】
本構成のエレクトロスピニング装置は、紡糸部とコレクタとの間に存在する紡糸空間の距離が、５００〜３０００ｍｍに設定されているので、エアー吹付部から紡糸ジェットにエアーを効率的に当てることができ、紡糸ジェットの移動を効果的にアシストすることができる。その結果、コレクタ上で大量のナノファイバを効率よく製造することが可能となる。
【００１７】
本発明に係るエレクトロスピニング装置において、
前記複数のノズルは、キャピラリー群で構成されていることが好ましい。
【００１８】
本構成のエレクトロスピニング装置は、複数のノズルをキャピラリー群で構成しているため、キャピラリー群の断面視において原料液の噴射量の偏りが少なくなる。その結果、キャピラリー群を構成する夫々のキャピラリーに原料液を安定供給できるとともに、キャピラリー群からの原料液の紡出量を均一に維持することができる。
【００１９】
本発明に係るエレクトロスピニング装置において、
前記キャピラリー群は、結束部材で一体的に固定されていることが好ましい。
【００２０】
本構成のエレクトロスピニング装置は、キャピラリー群が結束部材で一体的に固定されているため、キャピラリー群が安定し、紡糸中の紡糸姿勢を一定に維持することができる。その結果、紡糸ジェットはエアー吹付部のエアーによって効果的にアシストされ、スムーズにコレクタに到達することができる。
【００２１】
本発明に係るエレクトロスピニング装置において、
前記紡糸部から前記コレクタに移動する前記紡糸ジェットの進行方向を調整する調整手段を設けてあることが好ましい。
【００２２】
本構成のエレクトロスピニング装置は、紡糸ジェットの進行方向を調整する調整手段を設けてあることから、紡糸中に紡糸ジェットの進行方向を適正に調整しながら、紡糸ジェットをコレクタに確実に到達させることができる。その結果、コレクタ上で大量のナノファイバを効率よく製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明のエレクトロスピニング装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明のエレクトロスピニング装置の要部拡大図であり、紡糸部に形成された複数のテイラーコーンから紡糸ジェットが飛び出している状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る紡糸部の概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明のエレクトロスピニング装置により製造したナノファイバの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図５】図５は、補助電極を設けたエレクトロスピニング装置の全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るエレクトロスピニング装置の実施形態について、図１〜図５に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。
【００２５】
＜エレクトロスピニング装置の全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るエレクトロスピニング装置１００の全体構成を示す概略図である。エレクトロスピニング装置１００は、原料液の貯留容器１０と、原料液を噴射する紡糸部１１と、貯留容器１０から紡糸部１１に原料液を汲み上げるポンプ１２と、紡糸部から噴射された紡糸ジェットＳをナノファイバとして収集するコレクタ１３と、コレクタ１３への紡糸ジェットＳの移動をアシストするエアーＡを吹き付けるエアーアシスト１４と、エアーアシスト１４にエアーを供給するエアーブロワー１５と、紡糸部とコレクタ１３との間に電圧を印加するための電源１６とを備えている。なお、ナノファイバの原料液は、ポリマーを溶媒に溶解したポリマー溶液、又はポリマーを溶媒に分散させたポリマーエマルジョンが挙げられる。本発明に使用されるポリマーとして、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポロプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリルニトリル、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。また、溶媒として、水、アルコール、ベンゼン、トルエン、アセトン等が挙げられる。
【００２６】
＜紡糸部＞
紡糸部１１は、ナノファイバの原料液を噴射して紡糸ジェットＳを形成する紡糸ノズルとして機能する。紡糸部１１は、後述するコレクタ１３との間に電圧を印加するため、ステンレス、アルミニウム合金、銅合金、チタン合金等の導電性材料で構成される。紡糸を開始すると、貯留容器１０の原料液がポンプ１２によって紡糸部１１に圧送される。ただし、後述の電源１６により電圧を印加しない状態では、まだ原料液は紡糸部１１から外部に噴射されず、紡糸部１１の先端において原料液の表面張力で留まった状態にある。電源１６により紡糸部１１と後述のコレクタ１３との間に電圧を印加し始めると、紡糸部１１はマイナスに帯電し、コレクタ１３はプラスに帯電する。このとき、紡糸部１１の先端に留まっている原料液もマイナスに帯電することになる。電源１６の印加電圧を徐々に上昇させると、紡糸部１１とコレクタ１３との電位差が徐々に大きくなり、それに伴って原料液とコレクタ１３との間に作用するクーロン力も徐々に大きくなる。すると、紡糸部１１の先端には、原料液が盛り上がって円錐状のテイラーコーンＴが形成される。そして、電源１６の印加電圧をさらに上昇させ、クーロン力が原料液の表面張力より大きくなると、テイラーコーンＴの先端から原料液が飛び出し、ナノファイバの前駆体であるモノフィラメント状の紡糸ジェットＳが形成される。
【００２７】
図２は、エレクトロスピニング装置１００の要部拡大図であり、紡糸部１１の先端を示している。紡糸部１１の先端には複数のテイラーコーンＴが形成されており、当該テイラーコーンＴの先端から夫々紡糸ジェットＳが飛び出している。図２中の吹き出しは、テイラーコーンＴの一つを拡大表示したものである。電源１６の印加電圧をさらに上昇させると、テイラーコーンＴの表面に二次的なテイラーコーンＴが発生し、テイラーコーンＴの数が増加する。そして、上述したように、原料液とコレクタ１３との間に作用するクーロン力が表面張力を上回ると、各テイラーコーンＴの先端から原料液が飛び出して複数の紡糸ジェットＳが形成され、コレクタ１３に向かって進行する。複数の紡糸ジェットＳは、コレクタ１３の表面に吸着され、収集されてナノファイバとなる。
【００２８】
ナノファイバを効率よく大量に製造するためには、紡糸部１１の先端に紡糸ジェットＳを発生し得るテイラーコーンＴを多数形成する必要がある。そこで、本発明のエレクトロスピニング装置１００は、紡糸部１１が複数のノズルを有する構成を採用する。紡糸部１１を複数のノズルで構成した場合、各ノズルに個別に原料液が供給されることになるため、紡糸部１１とコレクタ１３との間に電圧を印加すると、複数のノズルの先端に複数のテイラーコーンＴが発生し易くなる。ただし、実際に複数のテイラーコーンＴが発生し、それらが紡糸ジェットＳとなるためには、ノズルの構成以外にも様々な要因が関係する。従って、複数のノズルを採用することは、あくまでも複数のテイラーコーンＴが発生し易い条件が整うことに留まる。
【００２９】
図３は、複数のノズルを有する紡糸部１１の構成例を示す概略斜視図である。図３に示すように、紡糸部１１は、複数のノズルの一形態であるキャピラリー群で構成することが好ましい。図３（ａ）は、通常のキャピラリー群１１ａで構成される紡糸部１１を示す。図３（ｂ）は、先端を斜めにカットしたキャピラリー群１１ｂで構成される紡糸部１１を示す。紡糸部１１の複数のノズルとして、このようなキャピラリー群１１ａ、１１ｂを使用した場合、キャピラリー群１１ａ、１１ｂの断面視において原料液の噴射量の偏りが少なくなる。その結果、原料液を、キャピラリー群１１ａ、１１ｂを構成する夫々のキャピラリーに安定供給できるとともに、キャピラリー群１１ａ、１１ｂからの原料液の紡出量を均一に維持することができる。また、紡糸部１１の断面視において、原料液の噴射量の偏りが少なくなると、生成するテイラーコーンＴの数も増加し易くなるため、紡糸ジェットが多く形成されることになり、最終的なナノファイバの生産量増加にも寄与することになる。なお、図３（ｂ）のように、先端を斜めにカットしたキャピラリー群１１ｂを紡糸部１１として使用すると、原料液の液垂れを低減することが可能となる。キャピラリー群１１ａ、１１ｂは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、結束部材１１ｃで一体的に固定されている。これにより、キャピラリー群１１ａ、１１ｂが安定し、紡糸中の紡糸姿勢を一定に維持することができる。
【００３０】
＜コレクタ＞
コレクタ１３は、紡糸部１１から噴射された紡糸ジェットＳをナノファイバとして収集する電極板であり、金属等の導電性のものを用いる。電源１６により紡糸部１１とコレクタ１３との間に電圧を印加すると、マイナスに帯電した紡糸ジェットＳがプラスに帯電したコレクタ１３に引き寄せられる。そして、コレクタ１３に到達する間に、紡糸ジェットＳを形成している原料液の溶媒が揮発し、紡糸ジェットＳの繊維径が減少する。そして、紡糸ジェットＳがコレクタ１３に到達する際には、紡糸ジェットＳの繊維径はｎｍオーダー〜数十ｎｍオーダーにまで減少し、ナノファイバの層がコレクタ１３上に形成される。このように、紡糸部１１から連続的に噴射される紡糸ジェットＳは、コレクタ１３上に収集されてナノファイバとなる。なお、本実施形態におけるナノファイバは平坦な不織布状の製品として得られ、このためコレクタ１３には図１に示すような平板状のものを採用し得るが、コレクタ１３の形状は限定されない。例えば、コレクタ１３として円筒状の回転体を採用することができる。この場合、回転体の表面に筒状のナノファイバが形成するため、紡糸後に回転体から筒状のナノファイバを抜き取り、所望の大きさ及び形状にカットしてナノファイバ製品とすることができる。
【００３１】
コレクタ１３上で収集されたナノファイバを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した写真を図４に示す。図４（ａ）〜（ｄ）は、同一のナノファイバについて観察倍率を変更したものであり、（ａ）は３００倍、（ｂ）は６００倍、（ｃ）は３０００倍、（ｄ）は６０００倍である。本実施形態では、ナノファイバがランダムな配向で得られていることが分かる。なお、後述の補助電極１７を用いれば、ナノファイバの配向やコレクタ１３上での積層状態を調整することが可能となる。
【００３２】
＜電源＞
電源１６は、紡糸部１１とコレクタ１３との間に電圧を印加する。本実施形態では、紡糸部１１がマイナスに、コレクタ１３がプラスに帯電するように、電源１６が紡糸部１１及びコレクタ１３に夫々接続されている。
【００３３】
上述のとおり、電源１６により紡糸部１１とコレクタ１３との間に電圧を印加すると、紡糸部１１の先端で表面張力により留まっている原料液の表面にテイラーコーンＴが形成する。テイラーコーンＴの状態は、電源１６の印加電圧により変化し得る。例えば、印加電圧を徐々に上昇させると、テイラーコーンＴが徐々に盛り上がり、さらに印加電圧を上昇させると、テイラーコーンＴの表面に分岐した二次的なテイラーコーンＴが発生する。つまり、印加電圧が大きくなるほど、テイラーコーンＴの数が増加する傾向がある。従って、印加電圧を調整することにより、複数のテイラーコーンＴが発生し易い条件を整えることができる。
【００３４】
＜エアーアシスト＞
紡糸部１１より噴射されたマイナスに帯電した原料液は、紡糸ジェットＳとなってコレクタ１３へ向かって移動する。このとき、紡糸ジェットＳにはエアーアシスト１４からエアーＡが吹き付けられる。エアーアシスト１４にはエアーブロワー１５が接続されており、エアーブロワー１５が外部から取り込んだエアーＡをエアーアシスト１４に供給可能に構成されている。テイラーコーンＴの先端から飛び出した紡糸ジェットＳは、エアーＡの力でテイラーコーンＴから引き出されながら、エアーＡに乗って距離Ｌの先にあるコレクタ１３に到達する。このように、エアーアシスト１４からのエアーＡの力により、紡糸ジェットＳはコレクタ１３への移動がアシストされる。
【００３５】
紡糸部１１の先端にテイラーコーンＴが複数形成した状態では、エアーアシスト１４の効果は顕著となる。通常、テイラーコーンＴが複数形成しても、それら全てから紡糸ジェットＳにすることは困難であるが、エアーアシスト１４によりテイラーコーンＴの先端から紡糸ジェットＳを引き出す効果が得られるので、複数のテイラーコーンＴを効率よく利用し、テイラーコーンＴの先端から飛び出した複数の紡糸ジェットＳを無駄なく、略全てをナノファイバとしてコレクタ１３上で収集することができる。また、紡糸ジェットＳは、側方及び後方からエアーアシスト１４のエアーＡを受けることにより、紡糸ジェットＳの移動速度（すなわち、原料液の紡出量）が高まるため、紡糸部１１から噴射される原料液の吐出量が増大し、大量のナノファイバを効率よく製造することが可能となる。
【００３６】
エアーアシスト１４から紡糸ジェットＳにエアーＡを吹き付けるに際し、その吹き付け位置は、紡糸ジェットＳの進行方向視で、紡糸部１１の先端（噴射口）から所定距離離間した位置とすることが好ましい。例えば、図２に示すように、エアーアシスト１４を紡糸部１１の側方に配置し、紡糸部１１とエアーアシスト１４との離間距離ｄを５〜１００ｍｍに設定する。このような離間距離ｄであれば、エアーＡによる紡糸ジェットＳの移動のアシストがスムーズに行われ、ノズルの先端での原料液の固着や、エアーＡの巻き込みによる紡糸不良を低減することができる。その結果、紡糸ジェットＳをコレクタ１３に確実に到達させることができ、コレクタ１３上で大量のナノファイバを効率よく製造することが可能となる。離間距離ｄが５ｍｍより短い場合、紡糸部１１の複数のノズルの先端で原料液が固着したり、エアーＡの巻き込みによる紡糸不良を引き起こしてしまうおそれがある。一方、離間距離ｄが１００ｍｍより長い場合、テイラーコーンＴの先端から原料液を十分に引き出すことができない場合がある。
【００３７】
エアーアシスト１４を有効に作用させるためには、紡糸空間の距離（図１中に示す紡糸部１１とコレクタ１３との距離Ｌ）を適切に設定する必要がある。距離Ｌは、５００〜３０００ｍｍに設定することが好ましい。この範囲であれば、エアーアシスト１４から紡糸ジェットＳにエアーＡを効率的に当てることができ、紡糸ジェットＳの移動を効果的にアシストすることができる。その結果、コレクタ１３上で大量のナノファイバを効率よく製造することが可能となる。なお、５００〜３０００ｍｍという紡糸空間の距離は、従来のエレクトロスピニング装置の紡糸空間に比して長距離である。当該距離に設定すると、原料液に含まれる溶媒が揮発性の低いものであっても、揮発するまでの時間を十分に確保することができるため、そのような原料液を用いた場合でもナノファイバを確実に製造することが可能となる。その結果、ナノファイバの適用範囲が広がる。距離Ｌが５００ｍｍより短い場合、紡糸ジェットＳの原料液中の溶媒が十分に揮発しないままコレクタ１３に到達してしまい、ナノファイバとしてコレクタ１３に収集することができない虞がある。一方、距離Ｌが３０００ｍｍより長い場合、コレクタ１３の位置までエアーアシスト１４の効果を持続させることが困難となる。本実施形態においては、距離Ｌは１５００ｍｍが好適である。当該距離の場合、エアーアシスト１４が好適に作用し、且つ原料液に含まれる溶媒も十分に揮発するため、紡糸ジェットＳは確実にコレクタ１３に到達し、コレクタ１３上で高品質のナノファイバを効率的に製造することが可能となる。
【００３８】
＜紡糸ジェットの進行方向調整手段＞
エアーアシスト１４により紡糸ジェットＳにエアーＡを吹き付けると、例えば、紡糸ジェットＳが広がって進行方向がそれることがある。また、エアーＡの吹き付け角度が変わると、紡糸ジェットＳの進行方向が大きく変化することもある。そこで、本発明のエレクトロスピニング装置は、紡糸部１１からコレクタ１３に移動する紡糸ジェットＳの進行方向を調整する調整手段として、補助電極１７を設けることもできる。
【００３９】
図５は、補助電極１７を設けたエレクトロスピニング装置１００の全体構成を示す概略図である。補助電極１７は、紡糸ジェットＳの進行経路に沿って設けられる。例えば、補助電極１７をプラスに帯電させると、紡糸部１１の先端に形成されたテイラーコーンＴから飛び出した紡糸ジェットＳはマイナスに帯電しているため、図５中の白抜矢印に示すように、補助電極１７に引き寄せられる。その結果、紡糸ジェットＳの進行方向が補助電極１７側（紙面右側）にシフトし、コレクタ１３に到達する時点においてナノファイバの収集位置が紙面右側にシフトする。また、図示しないが、補助電極１７をマイナスに帯電させると、マイナスに帯電している紡糸ジェットＳは補助電極に対して反発する。その結果、紡糸ジェットＳの進行方向が補助電極１７の反対側（紙面左側）にシフトし、コレクタ１３に到達する時点においてナノファイバの収集位置が紙面左側にシフトする。
【００４０】
また、補助電極１７を設けた場合、紡糸ジェットＳの広がりを防止することができ、進行方向を一定にすることができるため、発生した紡糸ジェットＳ全体にエアーＡを吹き付け易くなる。これにより、紡糸ジェットＳは、エアーアシスト１４の作用を最も効率的に受けることができる。このように、補助電極１７を設けることで、紡糸中に紡糸ジェットＳの進行方向を適正に調整しながら、紡糸ジェットＳをコレクタ１３に確実に到達させることができる。その結果、コレクタ１３上で大量のナノファイバを効率よく製造することが可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態においては、紡糸ジェットＳの進行方向調整手段として補助電極１７を採用したが、紡糸ジェットＳの広がりを防止し、コレクタ１３への進行方向を適切に調整することができるものであれば、進行方向調整手段として他の形態も採用し得る。例えば、エアーの力により紡糸ジェットＳを側方から吸引又は押圧するエアー吸排気装置を進行方向調整手段として採用することができる。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明に係るエレクトロスピニング装置を用いて実施したナノファイバの製造試験を実施例として説明する。
【００４３】
表１に、実施例１及び比較例１〜３における製造試験条件を示す。ナノファイバの原料液として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）１０％水溶液を使用した。実施例１又は比較例１〜３で使用したノズルの材質はステンレスであり、ノズルの形状は先端を水平にカットしたものを用いた。実施例１及び比較例１は、直径０．４ｍｍのノズルを１０１本集束して直径８ｍｍの紡糸ノズルを構成し、各ノズルを安定させるためにステンレス製の結束部材で一体的に固定した。比較例２及び３は、直径０．４ｍｍのノズル１本をそのまま紡糸ノズルとして使用した。実施例１及び比較例２については、上記実施形態で説明した距離ｄが１０ｍｍの位置からエアーアシスト（風量：３ｍ３／ｍｉｎ）を行い、比較例１及び３については、エアーアシスト無しとした。電源の印加電圧（８５ｋＶ）、原料液の搬送量（３０ｍｌ／ｈ）、及び上記実施形態で説明した紡糸空間の距離Ｌ（１５００ｍｍ）は、実施例１及び比較例１〜３において共通とした。表２に、実施例１及び比較例１〜３におけるナノファイバの紡糸量を示す。
【００４４】
【表１】
2014047440.tif 000003
【００４５】
【表２】
2014047440.tif 000004
【００４６】
実施例１及び比較例１〜３の製造試験より、以下の知見が得られた。
（１）エアーアシストを行った実施例１は、エアーアシストの無い比較例１に比して、３倍の紡糸量が得られた。
（２）紡糸ノズルとして複数のノズルを使用した実施例１は、単一のノズルを使用した比較例２に比して、１０倍以上の紡糸量が得られた。
（３）比較例３は、紡糸ノズルが単一のノズルであり、且つエアーアシストが無いため、紡糸量は最も少量であった。
【００４７】
以上の結果より、紡糸部を複数のノズルで構成し、且つエアーアシストを作用させた本発明に係るエレクトロスピニング装置であれば、紡糸ノズルに形成した複数のテイラーコーンから効率よく原料液を引き出し、それらを紡糸ジェットとして無駄なく確実にコレクタへ移動させ、収集することがきるので、ナノファイバの大量製造を実現することが可能となることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のエレクトロスピニング装置は、ナノファイバが使用される分野において利用可能であり、例えば、バイオフィルター、センサー、燃料電池電極材、精密フィルター、電子ペーパー等の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１１              紡糸部
１１ａ、１１ｂ    キャピラリー群
１１ｃ            結束部材
１３              コレクタ
１４              エアーアシスト（エアー吹付部）
１５              エアーブロワー
１６              電源
１７              補助電極（調整手段）
Ａ                エアー
Ｓ                紡糸ジェット
【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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