(57)【要約】【課題】高い品質のナノファイバの効率的な生産を図るナノファイバ製造装置およびナノファイバ製造方法を提供すること。【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を空間中に流出させる流出孔１１８を有する流出体１１５であって流出孔１１８の先端である開口部１１９が配置される外面部１１６を有する流出体１１５と、流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極１２１と、流出体１１５と帯電電極１２１との間に所定の電圧を印加する帯電電源１２２とを備え、外面部１１６は、原料液３００に対する所定の濡れ性を有することで、流出孔１１８から流出される原料液３００により形成されるテイラーコーン３０３の底面の大きさを規制するテイラーコーン規制領域１２０を有する。【選択図】図３
2011153390.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、
原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体であって、前記流出孔の先端である開口部が配置される外面部を有する流出体と、
前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、
前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源とを備え、
前記外面部は、前記原料液に対する所定の濡れ性を有することで、前記流出孔から流出される前記原料液により形成されるテイラーコーンの底面の大きさを規制するテイラーコーン規制領域を有する
ナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記テイラーコーン規制領域は、前記開口部を囲むように形成され、前記所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有する第一領域と、前記第一領域を囲むように形成され、前記所定の濡れ性を有する第二領域とを有する
請求項１記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
前記テイラーコーン規制領域は、前記第一領域が所定の大きさ以下であることにより、前記テイラーコーンの底面の大きさを、前記所定の大きさ以下に規制する
請求項２記載のナノファイバ製造装置
【請求項４】
前記流出孔は、非円形の前記開口部から前記原料液を流出させ、
前記第一領域は、非円形の前記開口部を囲むように形成された円形の領域である
請求項２記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
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、
原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体であって、前記流出孔の先端である開口部が配置される外面部を有する流出体から原料液を流出させる流出工程と、
前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を印加する帯電工程と、
前記外面部が有するテイラーコーン規制領域が、前記原料液に対する所定の濡れ性を有することにより、前記流出工程において流出される前記原料液により形成されるテイラーコーンの底面の大きさを規制するテイラーコーン規制工程と
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、静電延伸現象によりサブミクロンオーダーから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および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。
【０００５】
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。
【０００６】
以上のような静電延伸現象を用いてナノファイバを製造する装置の専らの課題として生産効率の向上が挙げられる。例えば、原料液を空間中に流出させる細い円筒形状のノズルをマトリクス状に配置し、単位時間あたり単位面積あたりのナノファイバの発生量を増加させ、ナノファイバの生産効率を向上させることが考えられる。しかし、単位面積あたりのナノファイバの発生量を増加させるためには、ノズルの配置間隔を狭めればよいが、間隔が狭まると隣接するノズル同士が電界干渉を起こして発生するナノファイバに不具合が発生する。そこで当該課題を解決するために特許文献１に記載の発明は、ノズルの間に格子状に隔離板を配置し、該隔離板に交流電圧を印加することで、電界干渉を防止している。
【０００７】
また、特許文献２に記載の発明のように、円筒状の流出体の側面に多数の孔を放射状に設け、流出体をその軸周りで回転させることにより原料液を空間中に流出させる装置も提案されている。この発明では、滑らかな曲面（周面）に孔の開口部を配置することで、前記隔離板を設けること事無く電界干渉を抑止することができ、開口部を密に設ける事が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２０１５５９号公報
【特許文献２】特開２００８−１５０７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１の発明では、ノズルの間に隔離板を設ける必要があるため、その分ノズルの間隔が広くなり、生産効率低下を招くことになる。
【００１０】
一方、特許文献２に記載の発明では、周面に開口部が並んでいるため、隣接する開口部間における電界干渉は抑制される。これにより、開口部の間隔を短くすることが可能である。しかし、原料液が流出する開口部が周面に形成されているため、開口部周辺に原料液のにじみが発生する。これにより、開口部から流出する原料液によって形成される、流出方向に先細る円錐形状のテイラーコーン（Ｔａｙｌｏｒ  ｃｏｎｅ）の底面が不要に大きくなる。
【００１１】
なお、このテイラーコーンは、原料液の表面張力、原料液を空気中に流出させる圧力、および、空気中に流出した原料液を堆積膜の方向へ誘引する電界による力などの釣り合いにより形成される円錐形状の液だまりである。
【００１２】
ここで、テイラーコーンは、電荷の集中のために必要な場合もある。しかし、本願発明者らは、テイラーコーンの底面が不要に大きくなると、高い品質のナノファイバの効率的な生産に問題が生ずることを見出すに至った。
【００１３】
具体的には、テイラーコーンの底面が大きくなるに従い、当該底面の付近に溶液の淀みが発生し原料液が空気と触れる面積が大きくなる。これにより、原料液が固化し、原料液の空間中への流出が妨げられる場合がある。更に、この淀みが液滴となって、ナノファイバが堆積される堆積膜上に落下することで繊維の品質が悪化するという問題も生じる可能性がある。
【００１４】
本願発明は、前記問題点や知見に基づくものであり、高い品質のナノファイバの効率的な生産を図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する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体であって、前記流出孔の先端である開口部が配置される外面部を有する流出体と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源とを備え、前記外面部は、前記原料液に対する所定の濡れ性を有することで、前記流出孔から流出される前記原料液により形成されるテイラーコーンの底面の大きさを規制するテイラーコーン規制領域を有する。
【００１６】
この構成により、流出体から流出する原料液によって形成されるテイラーコーンの底面の大きさは、テイラーコーン規制領域により所定の大きさ以下に規制される。
【００１７】
従って、原料液の特性等に応じた形状のテイラーコーンの形成が可能となり、その結果、流出孔の開口部付近における原料液の固化および堆積膜上への原料液の滴下などを防止することができる。また、流出孔が複数存在する場合には、複数の流出孔それぞれの開口部におけるテイラーコーンの形状を揃えることも可能となる。すなわち、本願発明にかかるナノファイバ製造装置により、高品質なナノファイバの効率的な生産が実現される。
【００１８】
また、前記テイラーコーン規制領域は、前記開口部を囲むように形成され、前記所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有する第一領域と、前記第一領域を囲むように形成され、前記所定の濡れ性を有する第二領域とを有するとしてもよい。
【００１９】
この構成により、開口部から流出する原料液の広がりを、第一領域と第二領域との境界で規制することができる。
【００２０】
また、前記テイラーコーン規制領域は、前記第一領域が所定の大きさ以下であることにより、前記テイラーコーンの底面の大きさを、前記所定の大きさ以下に規制するとしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、第一領域の大きさを調整することで、当該原料液の特性、当該ナノファイバ製造装置の設置環境、および、製造すべきナノファイバの種類などに応じた、適切な形状のテイラーコーンを形成させることができる。
【００２２】
また、前記流出孔は、非円形の前記開口部から前記原料液を流出させ、前記第一領域は、非円形の前記開口部を囲むように形成された円形の領域であるとしてもよい。
【００２３】
この構成により、開口部が多角形などの非円形である場合であっても、底面が円形の安定した形状のテイラーコーンを形成させることができる。これにより、非円形の開口部からの原料液の安定した流出が実現される。
【００２４】
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、原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体であって、前記流出孔の先端である開口部が配置される外面部を有する流出体から原料液を流出させる流出工程と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を印加する帯電工程と、前記外面部が有するテイラーコーン規制領域が、前記原料液に対する所定の濡れ性を有することにより、前記流出工程において流出される前記原料液により形成されるテイラーコーンの底面の大きさを規制するテイラーコーン規制工程とを含む。
【００２５】
これにより、流出体から流出する原料液によって形成されるテイラーコーンの底面の大きさを、所定の大きさ以下に規制することが可能となる。
【００２６】
従って、上述の原料液の固化および堆積膜上への滴下などを防止することができる。また、流出孔が複数存在する場合には、複数の流出孔それぞれの開口部におけるテイラーコーンの形状を揃えることも可能となる。すなわち、本願発明にかかるナノファイバ製造方法により、高品質なナノファイバの効率的な生産が実現される。
【発明の効果】
【００２７】
本願発明によれば、ナノファイバの生産効率を向上させると共に、製造されるナノファイバの品質の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態のナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
【図２】流出体を切り欠いて示す斜視図である。
【図３】外面部側から見た流出体を示す斜視図である。
【図４Ａ】テイラーコーン規制領域の構成の第一の例を示す、外面部を下方から見た図である。
【図４Ｂ】テイラーコーン規制領域の構成の第一の例を示す、外面部を斜め下方から見た図である。
【図４Ｃ】テイラーコーン規制領域の構成の第一の例を示す、開口部付近の流出体の部分断面図である。
【図５Ａ】テイラーコーン規制領域の構成の第二の例を示す、外面部を下方から見た図である。
【図５Ｂ】テイラーコーン規制領域の構成の第二の例を示す、外面部を斜め下方から見た図である。
【図５Ｃ】テイラーコーン規制領域の構成の第二の例を示す、開口部付近の流出体の部分断面図である。
【図６Ａ】矩形の開口部が配置された外面部を下方から見た図である。
【図６Ｂ】矩形の開口部が配置された外面部を斜め下方から見た図である。
【図７】曲面を備える外面部を斜め下方から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本願発明の実施の形態のナノファイバ製造装置およびナノファイバ製造方法を、図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
まず、図１および図２を用いて、実施の形態のナノファイバ製造装置の基本的な構成について説明する。
【００３１】
図１は、実施の形態のナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
図１に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、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を製造する装置であって、流出体１１５と、供給手段１０７と、帯電電極１２１と、帯電電源１２２と、収集手段１２８と、誘引手段１０４と、移動手段１２９を備える。
【００３２】
図２は、流出体１１５を切り欠いて示す斜視図である。
流出体１１５は、原料液３００の圧力（重力も含む場合がある）により原料液３００を空間中に流出させるための部材であり、流出孔１１８と、外面部１１６と、側面部１１７とを備え、さらに、貯留槽１１３を備えている。また、流出体１１５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１１５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。
【００３３】
流出孔１１８は、原料液３００を空間中に流出させる孔であり、流出体１１５に複数個設けられている。また、複数の流出孔１１８それぞれの先端にある開口部１１９は、所定の間隔で一次元的に並んで外面部１１６に配置されている。
【００３４】
流出孔１１８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よい。具体的には、孔長は、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１１８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。特に開口部１１９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、非円形であってもかまわない。
【００３５】
また、開口部１１９が並べられる間隔は、全てを等間隔としてもよい。また、流出体１１５の、開口部１１９の並び方向（Ｘ方向）における端部における開口部１１９の間隔は、流出体１１５の中央部における開口部１１９の間隔よりも広く（狭く）するなど任意に定めることができる。現在得られている知見において、開口部１１９の孔径が０．３ｍｍの場合、開口部１１９のピッチは、２．５ｍｍ程度までは短縮可能である。なお、これら孔径やピッチなどは、原料液３００の粘度など他の条件に応じて決定することが考えられる。
【００３６】
また、開口部１１９は、同一直線上に配置されるばかりでなく、一次元的に並べられていればよい。ここで、一次元的とは、全ての開口部１１９が配置されるぎりぎりの領域を矩形で囲った場合、開口部１１９が前記矩形の幅方向には並ばない状態をいう。また、前記開口部１１９が配置される矩形の領域は、帯形状となる。この意味において、開口部１１９は、ジグザグに配置されてもよく、サインカーブなどの波を描くように配置されてもよい。
【００３７】
また、図２に示すように、側面部１１７は外面部１１６に向かって徐々に細くなるように配置されている。そのため、外面部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。
【００３８】
貯留槽１１３は、図２に示すように、流出体１１５の内部に形成され、供給手段１０７（図１参照）から供給される原料液３００を貯留するタンクである。また、貯留槽１１３は、複数の流出孔１１８に接続され、これら流出孔１１８に同時に原料液３００を供給する。つまり、貯留槽１１３は、原料液３００を流出孔１１８の近傍で一時的に貯留し、複数の流出孔１１８に均等な圧力で原料液３００を供給する機能を備えている。
【００３９】
供給手段１０７は、図１に示すように、流出体１１５に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留する容器１５１と、原料液３００を所定の圧力で搬送するポンプ（図示せず）と、原料液３００を案内する案内管１１４とを備えている。
【００４０】
帯電電極１２１は、流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１１５に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、流出体１１５に電荷を誘導するための導電性を備える部材である。本実施の形態の場合、帯電電極１２１は、ナノファイバ３０１を誘引する誘引手段１０４としても機能しており、流出体１１５の外面部１１６と対向する位置に配置されており、接地されている。従って、流出体１１５に正の電圧が印加されると帯電電極１２１には、負の電荷が誘導され、流出体１１５に負の電圧が印加されると帯電電極１２１には、正の電荷が誘導される。
【００４１】
帯電電源１２２は、流出体１１５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。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、５ＫＶ以上、５０ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。
【００４２】
本実施の形態のように、帯電電源１２２の一方電極を接地電位とし、帯電電極１２１を接地すれば、比較的大型の帯電電極１２１を接地状態とすることができ、安全性の向上に寄与することが可能となる。
【００４３】
なお、帯電電極１２１に電源を接続して帯電電極１２１を高電圧に維持し、流出体１１５を接地することで原料液３００に電荷を付与してもよい。また、帯電電極１２１と流出体１１５とのいずれも接地しないような接続状態であってもかまわない。
【００４４】
更に、流出体１１５と帯電電極１２１とにそれぞれ逆の極性の高圧電源を接続してもかまわない。
【００４５】
収集手段１２８は、静電延伸現象により製造されるナノファイバ３０１を堆積させて収集する部材である。本実施の形態の場合、収集手段１２８は、電子デバイスであるコンデンサを形成する部材であるタングステンのシートであり、ロール１２７に巻き付けられた状態で供給されている。
【００４６】
なお、収集手段１２８はこれに限定されるわけではない。例えば、収集手段１２８は、剛性のある板状の部材からなるものでもかまわない。また、ナノファイバ３０１の堆積物のみを利用する場合には、収集手段１２８の表面にフッ素コートを行うなど、ナノファイバ３０１を剥ぎ取る際の剥離性が高い収集手段１２８であってもよい。
【００４７】
誘引手段１０４は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を収集手段１２８に誘引するための装置である。本実施の形態の場合、誘引手段１０４は、帯電電極１２１としても機能する金属板であり、収集手段１２８の後方に配置されている。誘引手段１０４は、帯電しているナノファイバ３０１を電界により収集手段１２８に誘引する。つまり、誘引手段１０４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。
【００４８】
移動手段１２９は、流出体１１５と、収集手段１２８とを相対的に移動させる装置である。本実施の形態の場合、流出体１１５は固定されており、収集手段１２８のみを移動する。具体的に移動手段１２９は、長尺の収集手段１２８を巻き取りながらロール１２７から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に収集手段１２８を搬送する。
【００４９】
なお、移動手段１２９は、収集手段１２８を移動させるばかりではなく、流出体１１５を収集手段１２８に対して移動させるものでもかまわない、また、移動手段１２９は、収集手段１２８を一定方向に移動させ、流出体１１５を往復動させるなど、任意の動作状態を例示することができる。また、開口部１１９の並び方向と直交する方向に収集手段１２８を移動させているが、それに限定するものではなく、開口部１１９の並び方向に収集手段１２８を移動させ、流出体１１５を開口部１１９の並び方向と直交する方向に往復動させるものであってもかまわない。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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％となる。
【００５４】
次に、図３を用いて、実施の形態における外面部１１６の詳細について説明する。
図３は、外面部１１６側から見た流出体１１５を示す斜視図である。
【００５５】
図３に示すように、外面部１１６は、流出孔１１８の開口部１１９が配置される流出体１１５の部分であり、所定の間隔で配置される開口部１１９の間を滑らかな面で接続する部分である。本実施の形態の場合、外面部１１６は、細長い矩形の平面を表面に備え、その幅は、開口部１１９の径よりも広くなるように設定されている。
【００５６】
また、このように、開口部１１９の周囲の全てにわたって表面が平面の外面部１１６が存在することにより、それぞれの開口部１１９には、流出する原料液３００によって形成される、開口部１１９の孔径以上の円形の底面を有する原料液３００の液だまりであるテイラーコーン３０３が発生する。
【００５７】
このテイラーコーン３０３は、上述のように、原料液３００の表面張力などに起因して発生し、外面部１１６上に円形の底面を備える円錐形状となっている。
【００５８】
また、図３に示すように、円錐形状のテイラーコーン３０３から原料液３００が空間中に細く流出する。これにより開口部１１９が空気と直接接触しないので、開口部１１９から発生するイオン風は抑制される。
【００５９】
また、外面部１１６は、複数存在する開口部１１９の間を面でつなげているため、電界干渉を抑制することが可能となる。また、開口部１１９と開口部１１９との間の領域で発生するイオン風を抑制することができる。従って、開口部１１９の間隔を狭めた状態で配置しても、良好にナノファイバ３０１を製造することができる。
【００６０】
ここで、本実施の形態における外面部１１６は、原料液３００に対する所定の濡れ性を有することでテイラーコーン３０３の底面の大きさを規制するテイラーコーン規制領域１２０を有している。
【００６１】
これにより、テイラーコーン３０３の底面が不必要に大きくなることが防止される。その結果、当該底面の付近に発生する溶液の淀みの量が抑制され、原料液３００の固化および堆積膜上への滴下などが防止される。
【００６２】
なお、テイラーコーン規制領域１２０は、外面部１１６の全域を覆うように配置されていてもよく、各開口部１１９の周囲を含む、外面部１１６の一部のみに配置されていてもよい。また、テイラーコーン規制領域１２０が有する所定の濡れ性とは、原料液３００をはじくことで原料液３００の濡れ広がりを抑える程度の濡れ性である。例えば外面部１１６を形成する金属の表面にフッ素コーティングを施すことにより、原料液３００が濡れ広がらないようにすることができる。
【００６３】
以下、図４Ａ〜図６を用いて、テイラーコーン規制領域１２０の構成例について説明する。
【００６４】
図４Ａ〜図４Ｃは、テイラーコーン規制領域１２０の構成の第一の例を示す図である。具体的には図４Ａは、外面部１１６を下方から見た図であり、図４Ｂは、外面部１１６を斜め下方から見た図であり、図４Ｃは、開口部１１９付近の流出体１１５の部分断面図である。
【００６５】
これら図４Ａ〜図４Ｃに示すテイラーコーン規制領域１２０は、第一領域１２０ａと第二領域１２０ｂとを有する。第一領域１２０ａは、当該所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有し、開口部１１９を囲むように形成されている。また、第二領域１２０ｂは、当該所定の濡れ性を有し、第一領域１２０ａを囲むように形成されている。
【００６６】
このように形成された第一領域１２０ａでは、第一領域１２０ａが、第二領域１２０ｂが有する所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有することで、原料液３００の濡れ広がりが許容される。しかし、第二領域１２０ｂでは、第二領域１２０ｂが、当該所定の濡れ性を有することで濡れ広がりが抑えられる。その結果、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、第一領域１２０ａと第二領域１２０ｂとの境界でテイラーコーン３０３の底面の大きさは規制される。
【００６７】
例えば、原料液３００が溶媒として水を有する場合、第一領域１２０ａを、例えば酸化チタンでコーティングし、第二領域１２０ｂを、例えばフッ素でコーティングする。これにより、第一領域１２０ａでは原料液３００が濡れ広がり、第一領域１２０ａと第二領域１２０ｂとの境界で濡れ広がりが停止させることができる。
【００６８】
なお、第二領域１２０ｂが、開口部１１９から流出する原料液３００が濡れ広がらない程度の所定の濡れ性を有し、かつ、第一領域１２０ａが、当該所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有していれば、第一領域１２０ａおよび第二領域１２０ｂへの、濡れ性を向上または低下させる素材のコーティング等の積極的な加工の有無はいずれかには限定されない。
【００６９】
このように構成されたテイラーコーン規制領域１２０において、第一領域１２０ａの大きさを調整することで、テイラーコーン３０３の底面の大きさを変化せることができる。
【００７０】
例えば、原料液３００に含まれる溶質がポリウレタンであり溶媒がジメチルアセトアミドである場合など、原料液３００が比較的に乾燥しにくい場合、第一領域１２０ａを大きくする、具体的には、第一領域１２０ａの外周円の半径を比較的大きな値に設定する。これにより、テイラーコーン３０３の底面が大きくなるとともにテイラーコーン３０３の表面積が大きくなり、原料液３００の適切な乾燥が促進される。
【００７１】
また、例えば、原料液３００に含まれる溶質がポリビニルアルコールであり溶媒が水である場合など、原料液３００の表面張力が比較的大きな場合、第一領域１２０ａの外周円の半径を比較的大きな値に設定する。
【００７２】
この場合、テイラーコーン３０３の底面の半径が長くなることで、開口部１１９から流出する原料液３００が球になろうとする力が弱まる。その結果、開口部１１９から流出する原料液３００は、安定的な円錐形状を形成する。つまり、テイラーコーン３０３が形成され、原料液３００の安定した流出が図られる。
【００７３】
また、乾燥しやすい原料液３００、言い換えると固化しやすい原料液３００を用いる場合など、テイラーコーン３０３の底面の大きさを極力小さくしたい場合、テイラーコーン規制領域１２０を、原料液３００が濡れ広がらない程度の所定の濡れ性を有する領域のみで構成してもよい。
【００７４】
図５Ａ〜図５Ｃは、テイラーコーン規制領域１２０の構成の第二の例を示す図である。具体的には図５Ａは、外面部１１６を下方から見た図であり、図５Ｂは、外面部１１６を斜め下方から見た図であり、図５Ｃは、開口部１１９付近の流出体１１５の部分断面図である。
【００７５】
これら図５Ａ〜図５Ｃに示すテイラーコーン規制領域１２０は、例えばフッ素コーティングがなされていることで、原料液３００が濡れ広がらない程度の所定の濡れ性を有する領域のみで構成されている。その結果、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、開口部１１９の端縁でテイラーコーン３０３の底面の大きさは規制される。
【００７６】
つまり、テイラーコーン３０３の底面は、開口部１１９の孔径と略同一の半径の円形に留められ、原料液３００の淀みが防止される。また、テイラーコーン３０３の表面積も小さくなる。そのため、原料液３００が乾燥しやすい特性を有する場合であっても、原料液３００の固化、および、原料液３００の淀みからの滴下が防止され、その結果、原料液３００の安定した流出が図られる。
【００７７】
このように、実施の形態におけるナノファイバ製造装置１００によれば、所定の濡れ性を有するテイラーコーン規制領域１２０により、テイラーコーン３０３の底面の大きさは、所定の大きさ以下に規制される。
【００７８】
従って、原料液３００の特性等に応じた形状のテイラーコーン３０３の形成が可能となり、その結果、開口部１１９付近における原料液３００の固化および収集手段１２８上への原料液３００の滴下などを防止することができる。また、複数の開口部１１９におけるテイラーコーン３０３の形状を揃えることも可能となる。
【００７９】
例えば、原料液３００の粘性が高い場合などにおいて、複数の開口部１１９それぞれで、開口部１１９周囲への原料液３００の濡れ広がり量、言い換えると原料液３００のにじみ量が異なる場合がある。その結果、複数の開口部１１９それぞれからの原料液３００の単位時間当たりの流出量が異なることになり、製造されるナノファイバ３０１の質が低下する。
【００８０】
しかしながら、実施の形態におけるナノファイバ製造装置１００であれば、複数の開口部１１９それぞれに形成されるテイラーコーン３０３の底面の大きさを均一化することができる。その結果、複数の開口部１１９それぞれからの原料液３００の単位時間当たりの流出量は均一化され、高品質なナノファイバ３０１の効率的な製造が可能となる。
【００８１】
また、実施の形態におけるナノファイバ製造装置１００は、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、テイラーコーン３０３の底面を、所定の大きさの円形にすることができる。そのため、例えば、開口部１１９の形状が非円形であっても、円錐形状のテイラーコーン３０３を形成することができ、その結果、原料液３００の安定した流出が図られる。
【００８２】
図６Ａは、矩形の開口部１１９ａが配置された外面部１１６を下方から見た図であり、図６Ｂは、矩形の開口部１１９ａが配置された外面部１１６を斜め下方から見た図である。
【００８３】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、矩形の開口部１１９ａを囲むように外周が円形の第一領域１２０ａが配置されている。また、第一領域１２０ａを囲むように第二領域１２０ｂが配置されている。
【００８４】
なお、第一領域１２０ａおよび第二領域１２０ｂのそれぞれが有する濡れ性は、図４Ａ〜図４Ｃに示す第一領域１２０ａおよび第二領域１２０ｂと同じである。つまり、開口部１１９ａから流出する原料液３００は、第一領域１２０ａを濡れ広がり、その濡れ広がりは第一領域１２０ａと第二領域１２０ｂとの境界で停止する。
【００８５】
これにより、図６Ｂに示すように、それぞれの開口部１１９ａには円錐状のテイラーコーン３０３が形成され、それぞれの開口部１１９ａから原料液３００が安定的に流出する。もちろん、開口部１１９ａが楕円または三角形等の非円形であっても同様である。
【００８６】
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。
【００８７】
まず、供給手段１０７により流出体１１５に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１１５の貯留槽１１３に原料液３００が満たされる。
【００８８】
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と対向する流出体１１５の外面部１１６に電荷が集中し、当該電荷が流出孔１１８を通過し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）。
【００８９】
前記帯電工程と供給工程とは同時期に実施され、流出体１１５の開口部１１９から帯電した原料液３００が流出する（流出工程）。
【００９０】
ここで、開口部１１９から流出する原料液３００は、上述のようにテイラーコーン３０３を形成する。このテイラーコーン３０３の形成の際、テイラーコーン３０３の底面の大きさは、テイラーコーン規制領域１２０により規制される（テイラーコーン規制工程）。
【００９１】
次にある程度空間中を飛行した原料液３００に静電延伸現象が作用することによりナノファイバ３０１が製造される（ナノファイバ製造工程）。ここで、原料液３００は、イオン風に影響されることなく強い帯電状態（高い電荷密度）で流出し、また、各開口部１１９から飛行する原料液３００がまとまることなく細い状態で流出する。これにより、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。
【００９２】
この状態において、収集手段１２８の背方に配置される誘引手段１０４と流出体１１５との間に発生する電界により、ナノファイバ３０１が収集手段１２８に誘引される（誘引工程）。
【００９３】
以上により、収集手段１２８にナノファイバ３０１が堆積して収集される（収集工程）。収集手段１２８は、移動手段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。
【００９４】
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、流出体１１５から流出する原料液３００により形成されるテイラーコーン３０３の底面の大きさを、原料液３００の特性等に応じた大きさに規制することができる。その結果、高い生産効率を維持しつつ、品質の高いナノファイバ３０１を均一に製造することが可能となる。
【００９５】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるわけではない。例えば、外面部１１６が平面ではなくてもテイラーコーン３０３が発生する場合もある。従って、外面部１１６は矩形の平面を備えるものに限定されない。
【００９６】
図７は、曲面を備える外面部１１６を斜め下方から見た図である。
図７に示すように、外面部１１６は曲面を備えている場合であっても、外面部１１６にテイラーコーン規制領域１２０を配置することで、各開口部１１９におけるテイラーコーン３０３の底面の大きさのコントロールは可能である。
【００９７】
また、外面部１１６が単一平面および局面以外の形状を有していても、テイラーコーン３０３が形成されるのであれば、外面部１１６にテイラーコーン規制領域１２０を配置することで、実施の形態と同様にテイラーコーン３０３の底面の大きさのコントロールは可能である。
【００９８】
なお、曲面を備える外面部１１６に、図５Ａ等で説明した、原料液３００が濡れ広がらない程度の所定の濡れ性を有する領域のみで構成されたテイラーコーン規制領域１２０を配置してもよい。
【００９９】
また、本実施の形態では、流出体１１５には流出孔１１８および開口部１１９がそれぞれ複数備えられるとした。しかしながら、流出体１１５に、流出孔１１８および開口部１１９が一組のみ備えられていてもかまわない。
【０１００】
また、本実施の形態では、帯電電極１２１が、ナノファイバ３０１を誘引する誘引手段１０４としても機能するとした。しかしながら、この構成に限定されず、誘引手段１０４と帯電電極１２１とが互いに別の構成要素として設けられていてもよい。例えば、誘引手段１１４は、電界によりナノファイバ３０１を誘引するものではなく、エア吸引、または送風によりナノファイバ３０１を誘引するものでもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
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。
【符号の説明】
【０１０２】
１００  ナノファイバ製造装置
１０４  誘引手段
１０７  供給手段
１１３  貯留槽
１１４  案内管
１１５  流出体
１１６  外面部
１１７  側面部
１１８  流出孔
１１９、１１９ａ  開口部
１２０  テイラーコーン規制領域
１２０ａ  第一領域
１２０ｂ  第二領域
１２１  帯電電極
１２２  帯電電源
１２７  ロール
１２８  収集手段
１２９  移動手段
１５１  容器
３００  原料液
３０１  ナノファイバ
３０３    テイラーコーン
【図１】
2011153390.tif 000003
【図２】
2011153390.tif 000004
【図３】
2011153390.tif 000005
【図４Ａ】
2011153390.tif 000006
【図４Ｂ】
2011153390.tif 000007
【図４Ｃ】
2011153390.tif 000008
【図５Ａ】
2011153390.tif 000009
【図５Ｂ】
2011153390.tif 000010
【図５Ｃ】
2011153390.tif 000011
【図６Ａ】
2011153390.tif 000012
【図６Ｂ】
2011153390.tif 000013
【図７】
2011153390.tif 000014