(57)【要約】従来のエレクトロスピニング装置は、生産性が低く、且つ紡糸溶液が繊維に形成されず、液滴形態に落下する現象（ドロップレット現象）が発生することにより、不織布の品質が悪い問題点があった。上記の問題点を解決するために、本発明は、紡糸溶液主タンク（１）；計量ポンプ（２）；ノズルブロック（４）；上記ノズルブロックに設置されたノズル（５）；上記ノズルブロックから紡糸される繊維などを集積するコレクター（７）；及びノズルブロック（４）とコレクター（７）に電圧を印加するための電圧発生装置（９）から構成されるエレクトロスピニング装置において、〔Ａ〕ノズルブロック（４）に設けられたノズル（５）の出口が上部方向に形成されており、〔Ｂ〕コレクター（７）がノズルブロック（４）の上部に位置し、〔Ｃ〕ノズルブロック（４）の最上部に紡糸溶液排出装置（１２）が連結されていることを特徴とする上向式エレクトロスピニング装置によって、ナノ繊維を製造する。
2007517991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡糸溶液主タンク（１）；計量ポンプ（２）；ノズルブロック（４）；上記ノズルブロックに設置されたノズル（５）；上記ノズルブロックから紡糸される繊維などを集積するコレクター（７）；及びノズルブロック（４）とコレクター（７）に電圧を印加するための電圧発生装置（９）から構成されるエレクトロスピニング装置において、〔Ａ〕ノズルブロック（４）に設けられたノズル（５）の出口が上部方向に形成されており、〔Ｂ〕コレクター（７）がノズルブロック（４）の上部に位置し、〔Ｃ〕ノズルブロック（４）の最上部に紡糸溶液排出装置（１２）が連結されていることを特徴とする上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項２】
上記紡糸溶液主タンク（１）とノズルブロック（４）の間に紡糸溶液ドロップ装置（３）が設置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項３】
上記ノズルブロック（４）全体が左右往復運動することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項４】
上記コレクター（７）の内に加熱装置が設置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項５】
上記ノズルブロック（４）の内部に攪拌機（１１ｃ）が設置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項６】
上記紡糸溶液排出装置（１２）が吸気によって過剰供給された紡糸溶液を紡糸溶液主タンク（１）に強制移送させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項７】
上記コレクター（７）が固定または連続回転することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項８】
上記ノズルブロック（４）上にノズル（５）が対角線状または一直線状で配列されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項９】
上記ノズル（５）の出口が、９０乃至１７５°の角度（θ）を有する一つ以上の喇叭管形態に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項１０】
上記ノズルブロック（４）が、〔Ａ〕ノズル（５）が配列されたノズルプレイト（４ｅ）；〔Ｂ〕ノズル（５）を包んでいるノズル外径ホール（４ｂ）；〔Ｃ〕ノズル外径ホール（４ｂ）と連結されて、ノズルプレイト（４ｅ）の直上段に位置する紡糸溶液臨時貯蔵板（４ｄ）；〔Ｄ〕紡糸溶液臨時貯蔵板（４ｄ）の直上段に設置する絶縁体板（４ｃ）；〔Ｅ〕ノズルの配列方式と同一にピンが配列されており、ノズルプレイト（４ｅ）の直下段に位置する導電体板（４ｈ）；〔Ｆ〕導電体板（４ｈ）を含む紡糸溶液主供給板（４ｆ）；〔Ｇ〕紡糸溶液主供給板（４ｆ）の直下段に位置する加熱装置（４ｇ）；及び〔Ｈ〕紡糸溶液主供給板（４ｆ）の内部に設置された攪拌機（１１ｃ）から構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置。
【請求項１１】
特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置を用いて製造されたナノ繊維。
【請求項１２】
特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置を用いて、コーティング用材料上にナノ繊維を連続または不連続的にコーティングすることを特徴とするナノ繊維のコーティング方法。
【請求項１３】
上記コーティング用材料が不織布、織物、編物、フィルムまたはメンブレイン膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のナノ繊維のコーティング方法。
【請求項１４】
上記コーティング用材料上に、二種以上の紡糸溶液を各々の上向式エレクトロスピニング装置によって、エレクトロスピニングして、ナノ繊維を多層にコーティングすることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のナノ繊維のコーティング方法。
【請求項１５】
特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置二つ以上を連続配列した後、二種以上の紡糸溶液を各々の上向式エレクトロスピニング装置によって、コレクター（７）上に順にエレクトロスピニングして、ハイブリッド（Ｈｙｂｒｉｄ）形態のナノ繊維ウエブを製造する方法。
【請求項１６】
特許請求の範囲第１項記載の上向式エレクトロスピニング装置によって、各々エレクトロスピニングされた二種以上のナノ繊維ウエブを積層して、ハイブリッド形態のナノ繊維ウエブを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その繊度がナノ水準である繊維（以下、“ナノ繊維”とする）を大量生産することができる上向式エレクトロスピニング装置及びこれを用いて製造されたナノ繊維に関するものである。
【０００２】
ナノ繊維から構成された不織布、メンブレイン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）、ブレイド（ｂｒａｉｄ）などの製品は生活用品や農業用、衣類用、産業用などで広く応用されている。具体的に、人工皮革、人工スエード（ｓｕｅｄｅ）、生理用ナプキン、衣服、おむつ、包装材、雑貨用素材、各種フィルター素材、遺伝子伝達体などの医療用素材、防弾胴衣などの国防用素材など多様な分野で使われている。
【背景技術】
【０００３】
米国第４，０４４，４０４号などに記載されている従来のエレクトロスピニング装置及びこれを用いたナノ繊維の製造方法は下のようである。従来のエレクトロスピニング装置は、紡糸溶液を保管する紡糸溶液主タンク；紡糸溶液の定量供給のための計量ポンプ；紡糸溶液を吐出する多数個のノズルが配列されたノズルブロック；上記ノズルの下段に位置して紡糸される繊維などを集積するコレクター；及び電圧を発生させる電圧発生装置などからなっている。
【０００４】
つまり、従来のエレクトロスピニング装置はコレクターがノズルの下段に位置する下向式エレクトロスピニング装置である。
【０００５】
上記下向式エレクトロスピニング装置を用いた従来のナノ繊維の製造方法をより具体的に説明すると、紡糸溶液主タンク内の紡糸溶液を計量ポンプを通じて高電圧が印加されている多数のノズル内に連続的に定量供給する。
【０００６】
次いで、ノズルなどに供給された紡糸溶液は、ノズルを通じて高電圧が印加されているコレクターに紡糸、集束されることにより、単繊維ウエブを形成する。
【０００７】
次いで、上記単繊維ウエブをエンボシング又はニードルパンチング（ｎｅｅｄｌｅ−ｐｕｎｃｈｉｎｇ）して不織布を製造する。
【０００８】
このような従来の下向式エレクトロスピニング装置及びこれを用いたナノ繊維の製造方法は、高電圧が印加されているノズルに紡糸溶液が連続的に供給されるため、付与される電気力効果が低下される問題があった。
【０００９】
なお、ノズルとコレクターを水平方向に配列させた従来の水平式エレクトロスピニング装置は、紡糸するための多数のノズルを配列させることが非常に難しいという短所がある。即ち、ノズルと紡糸溶液とを含むノズル板をコレクターと水平方向に立てるために、最上部ラインに位置するノズルと、最下部ラインに位置するノズルと、コレクターとを同一紡糸距離（先端からコレクターまでの距離）になるように配列することが難しいので、限定された個数のノズルしか配列することができないという問題点があった。
【００１０】
一般的に、エレクトロスピニングすることにおいて、ノズル当たり吐出量が１０−２乃至１０−３ｇ／分程度と非常に少ないので、商業化に要する大量生産のためには、狭い空間内に多数のノズルを配列せねばならない。
【００１１】
しかし、上記の従来エレクトロスピニング装置は、前述したように、所定の空間に限定された個数のノズルしか配列することができないので、商業化に要する大量生産が困難であった。
【００１２】
上記した従来の水平式エレクトロスピニング装置は、殆ど１ホールの水準にエレクトロスピニングするものであって、大量生産が不可能ので、商業化しにくい問題があった。
【００１３】
さらに、従来の水平式エレクトロスピニング装置は、ノズルから紡糸されなかった高分子溶液の塊がそのままコレクター板に付着される現象〔以下、“ドロップレット”（ｄｒｏｐｌｅｔ）とする〕が発生し、製品の品質が低下される問題も有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、ナノ繊維の大量生産が可能で、かつ多数のノズルを狭い領域内に配列することにより、単位時間当たり高い生産性を確保することだけでなく、ドロップレット現象を防止することにより、高品質のナノ繊維及びその不織布を製造することができる、上向式エレクトロスピニング装置を提供する。このために、本発明は、ノズルブロックがコレクターの下段に位置する上向式エレクトロスピニング装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような課題を達するために、〔Ａ〕ノズルブロック（４）に設けられたノズルの出口が上部方向に形成されており；〔Ｂ〕コレクターがノズルブロック（４）の上部に位置し；〔Ｃ〕ノズルブロックの最上部に紡糸溶液排出装置（１２）が連結されている上向式エレクトロスピニング装置が本発明によって提供される。
【００１６】
以下、添付された図面などを参考として、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
図１のように、本発明の上向式エレクトロスピニング装置は、紡糸溶液を保管する紡糸溶液主タンク（１）；紡糸溶液の定量供給のための計量ポンプ（２）；多数個のピンから構成されるノズル（５）がブロック形態に組み合われており、紡糸溶液を繊維状に吐出する上向式ノズルブロック（４）；上記ノズルブロックの上部に位置して紡糸される単繊維などを集積するコレクター（７）；高電圧を発生させる電圧発生装置（９）；及びノズルブロックの最上部に連結された紡糸溶液排出装置（１２）などを含む。
【００１８】
本発明において、ノズルブロック（４）に設けられているノズル（５）の出口が上部方向に形成されており、コレクター（７）がノズルブロック（４）の上部に位置して紡糸溶液を上部方向に紡糸する。
【００１９】
図４のように、上記ノズルブロック（４）は、〔Ａ〕ノズル（５）が配列されたノズルプレイト（４ｅ）；〔Ｂ〕ノズル（５）を包んでいるノズル外径ホール（４ｂ）；〔Ｃ〕ノズル外径ホール（４ｂ）と連結されて、ノズルプレイト（４ｅ）の直上段に位置する紡糸溶液臨時貯蔵板（４ｄ）；〔Ｄ〕紡糸溶液臨時貯蔵板（４ｄ）の直上段に設置された絶縁体板（４ｃ）；〔Ｅ〕ノズルの配列方式と同一にピンが配列されており、ノズルプレイト（４ｅ）の直下段に位置する導電体板（４ｈ）；〔Ｆ〕導電体板（４ｈ）を含んでいる紡糸溶液主供給板（４ｆ）；〔Ｇ〕紡糸溶液主供給板（４ｆ）の直下段に位置する加熱装置（４ｇ）；及び〔Ｈ〕紡糸溶液主供給板（４ｆ）の内部に設置された攪拌機（１１ｃ）から構成される。
【００２０】
図５及び図７のように、ノズル（５）の出口は、一つ以上の喇叭管形態に出口部分が拡大された形を有する。この時、角度（θ）を９０乃至１７５°、より好ましくは９５乃至１５０°になるようにすることが、ノズル（５）の出口で同一形態の紡糸溶液の滴を安定的に形成するために好ましい。
【００２１】
ノズル出口の角度（θ）が１７５°を超える場合は、ノズル部位で液滴が大きく形成され、表面張力が増加する。その結果、ナノ繊維を形成するためには、もっと高い電圧が必要になり、液滴の中央部位ではなく、  外周部分から紡糸されることにより、液滴の中央部位が固化されて、ノズルが詰まる現象が生じるという問題点がある。
【００２２】
一方、ノズル出口の角度（θ）が９０°未満である場合には、ノズル出口部位に形成された液滴がかなり小さくて、  電場が瞬間的に不均一になるか、ノズル出口部位での供給が多少不均一になることにより、液滴が非正常的に形成され、繊維を形成することができず、ドロップレット現象が生じる。
【００２３】
本発明では、ノズルの長さ（Ｌ、Ｌ１、Ｌ２）を特に限定することではない。
【００２４】
しかし、ノズル内径（Ｄｉ）は０．０１〜５ｍｍ、ノズル外径（Ｄｏ）は０．０１〜５ｍｍであることが好ましい。ノズルの内径または外径が０．０１ｍｍ未満であると、ドロップレット現象が頻繁に発生され、５ｍｍを超えると、繊維を形成することができない。
【００２５】
図５及び図６は、ノズル出口に一つの拡大部（角度）が形成されているノズルの側面と平面を示し、図７及び図８は、ノズル出口に二つの拡大部（角度）が形成されているノズルの側面と平面を示す。即ち、図７に図示されたθ１は、紡糸溶液が紡糸される部分である第１ノズル出口の角度であり、θ２は、紡糸溶液が供給される部分である第２ノズル出口の角度である。
【００２６】
ノズルブロック（４）内の多数のノズル（５）は、ノズルプレイト（４ｅ）に配列されており、ノズル（５）を包んでいるノズル外径ホール（４ｂ）などがノズル（５）の外部に設置されている。
【００２７】
上記ノズル外径ホール（４ｂ）は、ノズル（５）の出口で過量に形成された紡糸溶液が全部繊維化されない場合に発生するドロップレット現象を防止するだけでなく、溢れる紡糸溶液を回収する目的に設置され、ノズル出口で繊維化されなかった紡糸溶液を溜めて、これをノズルプレイト（４ｅ）の直上段に位置する紡糸溶液臨時貯蔵板（４ｄ）に移送する役割をする。
【００２８】
上記ノズル外径ホール（４ｂ）の直径は、ノズル（５）より当然大きく、好ましくは、絶縁体にて構成される。
【００２９】
上記紡糸溶液臨時貯蔵板（４ｄ）は、絶縁体にて製造され、ノズル外径ホール（４ｂ）を通じて流入される残余紡糸溶液を一時貯蔵した後、これを紡糸溶液主供給板（４ｆ）に移送する役割をする。
【００３０】
絶縁体板（４ｃ）は、上記紡糸溶液臨時貯蔵板（４ｄ）の直上段に設置され、ノズル部位でのみ円滑に紡糸されるように、ノズルの上部を保護する役割をする。
【００３１】
ノズルプレイト（４ｅ）の直下段には、ノズルの配列方式と同一にピンが配列されている導電体板（４ｈ）が設置され、導電体板（４ｈ）を含んでいる紡糸溶液主供給板（４ｆ）が設置される。
【００３２】
また、紡糸溶液主供給板（４ｆ）の直下段には、間接加熱方式の加熱装置（４ｇ）が設けられる。
【００３３】
上記導電体板（４ｈ）は、ノズル（５）に高電圧を印加する役割をし、紡糸溶液主供給板（４ｆ）は、紡糸溶液ドロップ装置（３）から紡糸ブロック（４）に流入される紡糸溶液を貯蔵した後、ノズル（５）に供給する役割をする。この時、紡糸溶液主供給板（４ｆ）は、紡糸溶液の貯蔵量を最小化することができるように、最小空間を占めるように製作することが好ましい。
【００３４】
一方、本発明の紡糸溶液ドロップ装置（３）は、全体的に図１４（ａ）及び図１４（ｂ）のように、密閉された円筒状の形状を有するように設計されて、紡糸溶液主タンク（１）から連続的に流入される紡糸溶液をノズルブロック（４）に液滴形態に供給する役割をする。
【００３５】
上記紡糸溶液ドロップ装置（３）は、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）のように、全体的に密閉された円筒状の形状を有する。図１４（ａ）は、紡糸溶液ドロップ装置の断面図であり、図１４（ｂ）は、紡糸溶液ドロップ装置の斜視図である。紡糸溶液ドロップ装置（３）の上端部は、紡糸溶液をノズルブロックに誘導する紡糸溶液誘導管（３ｃ）と気体流入管（３ｂ）が並んで配列されている。この時、紡糸溶液誘導管（３ｃ）を気体流入管（３ｂ）より若干長く形成することが好ましい。
【００３６】
気体は上記気体流入管の下端から流入され、気体が初めて流入される部分はフィルター（３ａ）と連結される。紡糸溶液ドロップ装置（３）の下端部には、ドロップされた紡糸溶液をノズルブロック（４）に誘導する紡糸溶液排出管（３ｄ）が形成されている。紡糸溶液ドロップ装置（３）の中間部は、紡糸溶液が紡糸溶液誘導管（３ｃ）の末端部でドロップ（ｄｒｏｐ）されることができるように、中空状態に形成されている。
【００３７】
上記紡糸溶液ドロップ装置（３）に流入された紡糸溶液は、紡糸溶液誘導管（３ｃ）を沿って流れ、その末端部でドロップ（ｄｒｏｐ）されて、紡糸溶液の流れが一回以上遮断される。
【００３８】
紡糸溶液がドロップされる原理を具体的に説明する。気体がフィルター（３ａ）及び気体流入管（３ｂ）を沿って密閉された紡糸溶液ドロップ装置（３）の上端部に流入されると、気体渦流などによって、紡糸溶液誘導管（３ｃ）の圧力が自然的に不規則になり、この時発生する圧力差によって紡糸溶液がドロップすることになる。
【００３９】
本発明において、流入される気体としては、空気または窒素などの不活性ガスを使用することができる。
【００４０】
本発明のノズルブロック（４）全体は、エレクトロスピニングされたナノ繊維の分布を均一にするために、ノズルブロックの左右往復運動装置（１０）によって、エレクトロスピニングされたナノ繊維の進行方向と直角方向に左右往復運動する。
【００４１】
また、上記ノズルブロック（４）の内部には、より具体的には、紡糸溶液主供給板（４ｆ）の内部には、紡糸溶液がノズルブロック（４）の内でゲル化されることを防止するために、ノズルブロック（４）の内に保管されている紡糸溶液を攪拌する攪拌機（１１ｃ）が設置されている。
【００４２】
上記攪拌機（１１ｃ）は、非伝導性絶縁棒（１１ｂ）によって、攪拌機用モーター（１１ａ）と連結されている。
【００４３】
ノズルブロック（４）内に攪拌機（１１ｃ）が設置されると、無機金属を含有する溶液をエレクトロスピニングするか、長時間混合溶媒を使用して溶解させた紡糸溶液をエレクトロスピニングする時、ノズルブロック（４）内の紡糸溶液のゲル化を効果的に防止することができる。
【００４４】
また、上記ノズルブロック（４）の最上部には、ノズルブロックに過剰供給された紡糸溶液を紡糸溶液主タンク（１）に強制移送させる紡糸溶液排出装置（１２）が連結されている。
【００４５】
上記紡糸溶液排出装置（１２）は、ノズルブロック内に過剰供給された紡糸溶液を吸気などによって紡糸溶液主タンク（１）に強制移送させる。
【００４６】
また、本発明のコレクター（７）には、直接加熱方式または間接加熱方式の加熱装置（図示せず）が設置（付着）されており、上記コレクター（７）は固定または連続回転する。
【００４７】
ノズルブロック（４）上に位置するノズル（５）などは、対角線状または一直線状に配列される。
【００４８】
次いでは、上記本発明の上向式エレクトロスピニング装置を用いて不織布を製造する方法について説明する。
【００４９】
まず、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の紡糸溶液を計量ポンプ（２）にて計量して、定量的に紡糸溶液ドロップ装置（３）に供給する。この時、紡糸溶液を製造するに使用される熱可塑性または熱硬化性の樹脂としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ポリ（グリコライド（ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）／Ｌ−ラクチド）共重合体、ポリ（Ｌ−ラクチド）樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、ポリビニールクロライド樹脂などが含まれる。紡糸溶液としては、上記樹脂の溶融液を使用してもよく、またはその他の樹脂溶液を使用してもよい。
【００５０】
このように、紡糸溶液ドロップ装置（３）内に供給された紡糸溶液は、紡糸溶液ドロップ装置（３）を通過しながら不連続的に、即ち、紡糸溶液の流れが一回以上遮断されながら、本発明に係る高電圧が印加されており、且つ攪拌機（１１ｃ）が設置されたノズルブロック（４）の紡糸溶液主供給板（４ｆ）に供給される。上記紡糸溶液ドロップ装置（３）は、紡糸溶液の流れを遮断して、紡糸溶液主タンク（１）に電気が通じないようにする役割もする。
【００５１】
次いで、上記ノズルブロック（４）では、紡糸溶液を上向式ノズル（５）を通じて、高電圧が掛かっている上部のコレクター（７）に上向吐出して不織布ウエブ（ｗｅｂ）を製造する。
【００５２】
紡糸溶液主供給板（４ｆ）に移送された紡糸溶液は、ノズル（５）を通じて上部コレクター（７）に吐出されることにより、繊維を形成する。ノズル（５）で繊維化できなかった過剰の紡糸溶液は、ノズル外径ホール（４ｂ）で集まって、紡糸溶液臨時貯蔵板（４ｄ）を経て紡糸溶液主供給板（４ｆ）に再び移動することになる。
【００５３】
さらに、ノズルブロックの最上部に過剰供給された紡糸溶液は、紡糸溶液排出装置（１２）によって紡糸溶液主タンク（１）に強制移送される。
【００５４】
この時、電気力によって繊維形成を促進するために、ノズルブロック（４）の下段部に設置された導電体板（４ｈ）とコレクター（７）には、電圧発生装置（６）で発生された１ｋＶ以上、より好ましくは、２０ｋＶ以上の電圧を印加する。上記コレクター（７）としては、エンドレス（ｅｎｄｌｅｓｓ）ベルトを使用することが、生産性側面からより有利である。上記コレクター（７）は、不織布の密度を均一にするために、左右に一定距離を往復運動することが好ましい。
【００５５】
このように、コレクター（７）上に形成された不織布ウエブは、ウエブ支持ローラー（１４）を経て、巻き取りローラー（１６）に巻き取られることにより、不織布の製造工程が完了される。
【００５６】
前説した上向式ノズルブロック（４）を使用することにより、本発明の製造装置は、ドロップレット現象を効果的に防止して、不織布の品質を向上することができ、電気力が増加するにつれて繊維形成効果が高くなって、ナノ繊維及び不織布を大量に生産することができる。さらに、本発明の製造方法は、多数個のピンから構成されるノズルなどをブロック形態に配列することにより、不織布の幅及び厚さを自由に変更、調節することができる。
【００５７】
本発明の装置によって製造されるナノ繊維の不織布は、人口皮革、生理用ナプキン、フィルター、人造血管などの医療用素材、防寒胴衣、半導体用ウエハー、電池用不織布など、多様な用途として使われる。
【００５８】
本発明は、上記上向式エレクトロスピニング装置を用いて、不織布、織物、編物、フィルム、メンブレイン膜（以下、“コーティング用材料”とする）の上にナノ繊維をコーティングする方法を含む。
【００５９】
図２は、本発明の上向式エレクトロスピニング装置を用いてコーティング用材料上にナノ繊維をコーティングする工程概略図である。
【００６０】
具体的に、コーティング用材料の供給ローラー（１７）から移動しているコレクター（７）の上にコーティング用材料を連続的に供給しながら、コレクター（７）の上に位置するコーティング用材料の上に本発明の上向式エレクトロスピニング装置によってナノ繊維をエレクトロスピニングした後、ナノ繊維がコーティングされたコーティング用材料を巻き取りローラー（１６）によって巻き取る。
【００６１】
この時、コーティング用材料の上に２種以上の紡糸溶液を別の上向式エレクトロスピニング装置によって各々エレクトロスピニングすることにより、ナノ繊維を多層にコーティングすることもできる。
【００６２】
コーティングの厚さは、用途によって適切に調節することができる。
【００６３】
また、本発明は、図３のように、二つ以上の上記上向式エレクトロスピニング装置を並んで連続配列させてから、２種以上の紡糸溶液を各々の上向式エレクトロスピニング装置によってエレクトロスピニングして、ハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）形態のナノ繊維のウエブを製造する方法と、上記上向式エレクトロスピニング装置によって各々エレクトロスピニングされた２種以上のナノ繊維のウエブを積層してハイブリッド形態のナノ繊維のウエブを製造する方法も含む。
【００６４】
図３は、  並んで配列された二つの上向式エレクトロスピニング装置を用いて、ハイブリッド形態のナノ繊維のウエブを製造する工程概略図であって、図面の主要部に対する符号は省略した。
【発明の効果】
【００６５】
本発明は、ナノ繊維をエレクトロスピニングすることにおいて、多数のノズルを平らなノズルブロック板に配列することにより、無限のノズル配列が可能であり、繊維形成能が改まって、単位時間当たりの生産性を向上させることができる。
【００６６】
その結果、本発明によってナノ繊維ウエブが商業的に製造可能である。また、本発明はドロップレット現象を効果的に防止することにより、高品質のナノ繊維を大量生産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下、実施例により、本発明をより具体的に説明する。
【００６８】
しかし、本発明は下記の実施例のみに限定されることではない。
【実施例１】
【００６９】
相対粘度が３．２である（９６％硫酸溶液で）ナイロン６のチップをギ酸に溶解して、２５％紡糸溶液を製造した。上記紡糸溶液は、レオメーター（Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ−ＤＶ、III、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  Ｃｏ．、米国）を用いて測定した粘度が１２００センチポアズ（ｃＰＳ）であり、導電率計（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｍｅｔｅｒ、ＣＭ−４０Ｇ、ＴＯＡ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏ．，日本）にて測定した電気伝導度が３５０ｍＳ／ｍであり、テンションメーター（Ｋ１０Ｓｔ、Ｋｒｕｓｓ  Ｃｏ．，ドイツ）にて測定した表面張力が５８ｍＮ／ｍであった。
【００７０】
主タンク（１）に保管されている上記紡糸溶液を計量ポンプ（２）にて定量計量した後、紡糸溶液ドロップ装置（３）に供給して、紡糸溶液の流れを不連続的に転換させた。続いて、上記紡糸溶液を３５ｋＶの電圧が掛かっている図１のような上向式エレクトロスピニング装置のノズルブロック（４）に供給して、ノズル（５）を通じて繊維状に上向紡糸して、上部に位置するコレクター（７）の上で集積して、幅が６０ｃｍで、重量が３．０ｇ／ｍ２である不織布のウエブを製造した。この時、ノズルブロック（４）に配列されたノズル（５）は対角線に配列し、ノズルの数は３，０００とし、紡糸距離は１５ｃｍとし、ノズル当たりの吐出量は１．２ｍｇ／分とし、ノズルブロック（４）の往復運動は２ｍ／分とし、コレクター（７）に電気ヒーターを設置してコレクターの表面温度を３５℃として、エレクトロスピニングを行った。紡糸過程中、ノズルブロック（４）の最上部に溢れる紡糸溶液は、吸気を用いる紡糸溶液排出装置（１２）によって強制に紡糸溶液主タンク（１）に移送した。ウエブの生産速度は２ｍ／分とした。ここで、ノズルとしては、ノズルの出口角度（θ）が１２０°であり、ノズル内径（Ｄｉ）が０．９ｍｍであるノズルを使った。電圧発生装置としては、Ｓｉｍｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のモデルＣＨ５０を用いた。製造されたナイロン６のナノ繊維の不織布を電子顕微鏡によって写真撮影した結果は図９の通りであり、ナノ繊維の直径は２００ｎｍで、ドロップレット現象が全く発生しなかった。
【実施例２】
【００７１】
相対粘度が３．２である（９６％硫酸溶液で）ナイロン６のチップをギ酸に溶解して、２０％紡糸溶液を製造した。上記紡糸溶液は、レオメーター（Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ−ＤＶ、III、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  Ｃｏ．、米国）を用いて測定した粘度が１０５０センチポアズ（ｃＰＳ）であり、導電率計（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｍｅｔｅｒ、ＣＭ−４０Ｇ、ＴＯＡ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏ．，日本）にて測定した電気伝導度が３５０ｍＳ／ｍであり、テンションメーター（Ｋ１０Ｓｔ、Ｋｒｕｓｓ  Ｃｏ．，ドイツ）にて測定した表面張力が５１ｍＮ／ｍであった。
【００７２】
主タンク（１）に保管されている上記紡糸溶液を、計量ポンプ（２）にて定量計量した後、紡糸溶液ドロップ装置（３）に供給して、紡糸溶液の流れを不連続的に転換させた。続いて、上記紡糸溶液を３５ｋＶの電圧が掛かっている図１のような上向式エレクトロスピニング装置のノズルブロック（４）に供給して、ノズル（５）を通じて繊維状に上向紡糸して、上部に位置するコレクター（７）の上にエレクトロスピニングした。一方、上記コレクター（７）の上には幅が６０ｃｍで、重量が１５７ｇ／ｍ２であるポリプロピレン不織布を連続供給して、エレクトロスピニングされるナノ繊維が上記ポリプロピレン不織布の上にコーティングされるようにした。この時、３，０００個のノズルから構成された二枚のノズルブロックの紡糸板を連続に並んで位置させ、総６，０００個のノズルを用いてコーティングした。ポリプロピレン不織布の進行速度は４０ｍ／分とした。ノズル当たりの吐出量は１．０ｍｇ／分とし、ノズルブロック（４）の往復運動は４ｍ／分とし、コレクター（７）に電気ヒーターを設置してコレクターの表面温度を３５℃として、エレクトロスピニングを行った。紡糸過程中、ノズルブロック（４）の最上部に溢れる紡糸溶液は、吸気を用いる紡糸溶液排出装置（１２）によって強制的に紡糸溶液主タンク（１）に移送した。ウエブの生産速度は２ｍ／分とした。ここで、ノズルとしては、ノズルの出口角度（θ）が１２０°であり、ノズル内径（Ｄｉ）が０．９ｍｍであるノズルを使った。電圧発生装置としては、Ｓｉｍｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のモデルＣＨ５０を用いた。製造されたナイロン６のナノ繊維がポリプロピレン不織布にコーティングされた状態を電子顕微鏡によって写真撮影した結果は図１０の通りであり、ナノ繊維の直径は１５６ｎｍで、ドロップレット現象が全く発生しなかった。
【実施例３】
【００７３】
酸化ニオブ（Ｎｉｏｂｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ、ＮｂＯ２、５０重量部の溶液状態）のゾル（ｓｏｌ）溶液を一般のゾル−ゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）工程によって、ニオビウムエトキシド（Ｎｉｏｂｉｕｍ  ｅｔｈｏｘｉｄｅ）から製造した。即ち、ニオブ（Ｎｉｏｂｉｕｍ）１，０００ｇをエタノール１，０００ｇに溶解し、ここに酢酸３ｇを添加した。その後、４０℃で１００ｒｐｍ程度に攪拌した。２時間後、淡黄色のゾル溶液を得た。酢酸はゾルの製造時に沈殿が起こられないようにし、且つ加水分解及び凝縮の触媒として作用する。ポリビニールアセテート１４重量部をアセトンに溶解した溶液２，５００ｇと酸化ニオブのゾル溶液２，０００ｇを混合した。混合溶液を５時間、３５℃、６０ｒｐｍで攪拌した。この溶液を用いて上向式エレクトロスピニング装置によってエレクトロスピニングを行った。主タンク（１）に保管されている上記紡糸溶液を、計量ポンプ（２）にて定量計量した後、紡糸溶液ドロップ装置（３）に供給して、紡糸溶液の流れを不連続的に転換させた。続いて、上記紡糸溶液を３０ｋＶの電圧が掛かっている図１のような上向式エレクトロスピニング装置のノズルブロック（４）に供給して、ノズル（５）を通じて繊維状に上向紡糸して、上部に位置するコレクター（７）の上で集積して、幅が６０ｃｍで、重量が４．０ｇ／ｍ２である不織布のウエブを製造した。この時、ノズルブロック（４）に配列されたノズル（５）は対角線に配列し、ノズルの数は４，０００とし、ノズル当たりの吐出量は１．６ｍｇ／分とし、ゲル化を防止するために、ノズルブロックの温度を４０℃とし、ノズルブロックに攪拌機を設置して溶液を３０ｒｐｍで回転させた。攪拌回転モーターの安全を確保するために、絶縁体として、その中間がテフロン（登録商標）からなる棒を連結して電気の流れを遮断した。ノズルブロック（４）の往復運動は２ｍ／分とし、コレクター（７）に電気ヒーターを設置してコレクターの表面温度を４０℃として、エレクトロスピニングを行った。紡糸過程中、ノズルブロック（４）の最上部に溢れる紡糸溶液は、吸気を用いる紡糸溶液排出装置（１２）によって強制に紡糸溶液主タンク（１）に移送した。ウエブの生産速度は１．６ｍ／分とし、ノズルとしては、ノズルの出口角度（θ）が１２０°であり、ノズル内径（Ｄｉ）が１．０ｍｍであるノズルを使った。電圧発生装置としては、Ｓｉｍｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のモデルＣＨ５０を用いた。製造された酸化ニオブ／ポリビニールアセテート〔ｎｉｏｂｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ／ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ  ａｃｅｔａｔｅ）〕のナノ繊維の不織布を電子顕微鏡によって写真撮影した結果は図１１の通りであり、ナノ繊維の直径は２５０ｎｍで、ドロップレット現象が全く発生しなかった。また、純粋な酸化ニオブのナノ繊維を製造するために、１０００℃で３時間焼結処理した結果、図１２のような無機ナノ繊維が製造された。結晶構造を確認するためにＸ線にて確認した結果、純粋な酸化ニオブであることがわかった。
【実施例４】
【００７４】
二つの紡糸溶液（紡糸溶液Ａ及び紡糸溶液Ｂ）を用い、図３の上向式エレクトロスピニング装置によってナノ繊維をエレクトロスピニングした。具体的に、紡糸溶液Ａとしては、実施例１のようなナイロン６の紡糸溶液を用い、紡糸溶液Ｂとしては、平均分子量が８０，０００であるポリウレタン樹脂（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ製  Ｐｅｌｌｅｔｈａｎｅ  ２１０３−８０ＡＥ）をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド／テトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）に１０重量％溶解して製造した紡糸溶液を用いた。上記紡糸溶液Ｂをレオメーター（Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ、ＤＶIII、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  Ｃｏ．，米国）にて測定した粘度が７００センチポアズ（ｃＰｓ）であり、導電率計（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｍｅｔｅｒ、ＣＭ−４０Ｇ、ＴＯＡ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏ．，日本）にて測定した電気伝導度０．１５ｍＳ／ｍであり、テンションメーター（Ｋ１０Ｓｔ、Ｋｒｕｓｓ  Ｃｏ．，ドイツ）にて測定した表面張力が３８ｍＮ／ｍであった。上記紡糸溶液Ａを実施例１と同一の工程及び条件で、図３のように二つの上向式エレクトロスピニング装置の中で一つの上向式エレクトロスピニング装置によってエレクトロスピニングした。それと同時に、上記紡糸溶液Ｂを下のように、残りの一つの上向式エレクトロスピニング装置によってエレクトロスピニングした。具体的に、主タンク（１）に保管されている上記紡糸溶液Ｂを、計量ポンプ（２）にて定量計量した後、紡糸溶液ドロップ装置（３）に供給して紡糸溶液の流れを不連続的に転換させた。続いて、上記紡糸溶液を３５ｋＶの電圧が掛かっている図３のような上向式エレクトロスピニング装置のノズルブロック（４）に供給して、ノズル（５）を通じて繊維状に上向エレクトロスピニングした。この時、ノズルブロック（４）に配列されたノズル（５）は対角線に配列し、ノズルの数は３，０００とし、紡糸距離は１５ｃｍとし、ノズル当たりの吐出量は１．６ｍｇ／分とし、ノズルブロック（４）の往復運動は２ｍ／分とし、コレクター（７）に電気ヒーターを設置してコレクターの表面温度を８５℃として、エレクトロスピニングを行った。紡糸過程中、ノズルブロック（４）の最上部に溢れる紡糸溶液は、吸気を用いる紡糸溶液排出装置（１２）によって強制に紡糸溶液主タンク（１）に移送した。ノズルとしては、ノズルの出口角度（θ）が１２０°であり、ノズル内径（Ｄｉ）が０．８ｍｍであるノズルを使った。電圧発生装置としては、Ｓｉｍｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のモデルＣＨ５０を用いた。製造されたナイロンのナノ繊維の不織布を電子顕微鏡によって写真撮影した結果は図１３の通りであり、ナノ繊維の直径は３２０ｎｍで、ドロップレット現象が全く発生しなかった。
【００７５】
上記のように製造したナイロンのナノ繊維ウエブとポリウレタンのナノ繊維ウエブを進行速度２ｍ／分に合わせて、ハイブリッド形態のナノ繊維ウエブを製造した。ナイロン６−ポリウレタンのハイブリッド形態のナノ繊維ウエブの機械的物性を測定した結果、引張強度が９ＭＰａで、伸度が１５０％で、弾性率が３５ＭＰａであった。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の上向式エレクトロスピニング装置を用いて、ナノ繊維ウエブを製造する工程概略図。
【図２】本発明の上向式エレクトロスピニング装置を用いて、コーティング用材料上にナノ繊維をコーティングする工程概略図。
【図３】本発明の上向式エレクトロスピニング装置を用いて、ハイブリッド形態のナノ繊維ウエブを製造する工程概略図。
【図４】ノズルブロック（４）の模式図。
【図５】ノズル（５）の側面を示す模式図。
【図６】ノズル（５）の平面例示図。
【図７】ノズル（５）の側面を示す模式図。
【図８】ノズル（５）の平面例示図。
【図９】本発明の実施例１から製造したナノ繊維の不織布を撮影した電子顕微鏡の写真。
【図１０】本発明の実施例２から製造したナノ繊維の不織布を撮影した電子顕微鏡の写真
【図１１】本発明の実施例３から製造したナノ繊維の不織布を撮影した電子顕微鏡の写真
【図１２】図１１のナノ繊維不織布を焼結処理した後の電子顕微鏡の写真であり。
【図１３】本発明の実施例４から製造したポリウレタンナノ繊維の不織布を撮影した電子顕微鏡の写真。
【図１４ａ】本発明の中で、紡糸原液ドロップ装置（３）の断面図。
【図１４ｂ】本発明の中で、紡糸原液ドロップ装置（３）の斜視図。
【符号の説明】
【００７７】
１：紡糸溶液主タンク
２：計量ポンプ
３：紡糸溶液ドロップ装置
３ａ：紡糸溶液ドロップ装置のフィルター  
３ｂ：気体流入管      
３ｃ：紡糸溶液誘導管
３ｄ：紡糸溶液排出管
４：ノズルブロック
４ｂ：ノズル外径ホール
４ｃ：絶縁体板
４ｄ：紡糸溶液臨時貯蔵板  
４ｅ：ノズルプレイト
４ｆ：紡糸溶液主供給板
４ｇ：加熱装置
４ｈ：導電体板
５：ノズル
６：ナノ繊維
７：コレクター（コンベヤーベルト）
８ａ、８ｂ：コレクター支持ローラー
９：電圧発生装置
１０：ノズルブロックの左右往復運動装置
１１ａ：攪拌機用モーター
１１ｂ：非伝導性絶縁棒
１１ｃ：攪拌機
１２：紡糸溶液排出装置
１３：移送管
１４：ウエブ支持ローラー
１５：ウエブ
１６：ウエブ巻き取りローラー
１７：コーティング用材料の供給ローラー
θ：ノズル出口角度
Ｌ：ノズルの長さ
Ｄｉ：ノズル内径
Ｄｏ：ノズル外径
【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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【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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【国際調査報告】
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