(57)【要約】従来のエレクトロスピニング装置は、ナノ繊維を大量に生産することができなく、製造されたナノ繊維ウエブの品質が悪いとの問題点があった。上記の問題点を解決するために、本発明は、〔I〕ノズルブロック（４）に設けられたノズル（５）の出口が上向に形成されており；〔II〕コレクター（7）がノズルブロック（４）の上部に位置し；〔III〕ノズル出口の周辺にオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）と空気供給用ノズル（４ｂ）が順に設置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を提供する。
2007527959.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、
〔I〕ノズルブロック（４）に設けられたノズル（５）の出口が上向に形成されており、〔II〕コレクター（7）がノズルブロック（４）の上部に位置し、〔III〕ノズル（５）の出口の周辺にオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）と空気供給用ノズル（４ｂ）が順に設置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】
上記ノズルブロック（４）の上段に、ノズル部位で紡糸されなかっ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、９０〜１７５°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、〔I〕ノズル（５）が配列されたノズルプレイト（４ｆ）と上記ノズルプレイトの下段に位置してノズルに紡糸溶液を供給する紡糸溶液供給板（４ｈ）；〔II〕ノズル（５）を包んでいるオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）、上記オーバーフロー除去用ノズルと連結されており、ノズルプレイトの直下段に位置するオーバーフロー液臨時貯蔵板（４ｇ）及び上記オーバーフロー液臨時貯蔵板の直上段に位置してオーバーフロー除去用ノズルを支持するオーバーフロー除去用ノズルの支持板（４ｅ）；〔III〕ノズル（５）とオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）を包んでいる空気供給用ノズル（４ｂ）、ノズルブロックの最上段に位置して空気供給用ノズルを支持する空気供給用ノズルの支持板（４ｃ）及び空気供給用ノズルの支持板の直下段に位置して空気供給用ノズルに空気を供給する空気貯蔵板（４ｄ）；〔IV〕ノズルの配列方式と同一にピンが配列されており、ノズルプレイトの直下段に位置する導電体板（４ｉ）；及び〔V〕紡糸溶液供給板の直下段に位置する加熱板（４ｊ）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）上に順序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、ナノ水準の繊度を有する繊維（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、農業用、衣類用、産業用などに広く使っている。具体的に、人造皮革、人造スエード(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】
米国特許第4,044,404号などに記載されている従来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。
【０００４】
従来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。
【０００５】
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。
【０００６】
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用い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。
【０００７】
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、収集されることにより、単繊維ウエブを形成する。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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かなり難しい短所がある。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（tip-to-collector  distance）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。
【００１１】
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１０-２〜１０-３g/分の程度にかなり少ないので、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することができるようにしなければならない。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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）ということがある〕が発生し、製品の品質が低下される問題も有する。
【００１５】
このような問題点を解決するために、コレクターがノズルの上部に位置する上向式エレクトロスピニング装置も提案されている。
【００１６】
従来の上向式エレクトロスピニング装置は数千または数万個のノズルを狭いノズルブロック内に容易に配列することができるので、ナノ繊維の大量生産には有利であるが、ノズルとノズルとの間隔が狭くて、エレクトロスピニングされたナノ繊維がコレクターの上に収集される時、表面の面積も狭くなって、コレクターやノズルブロックを左右に動いても、ナノ繊維の集積密度が不均一になる問題があった。
【００１７】
その結果、製造された不織布の重量密度が不均一になるか、基材の上にコーティングされるナノ繊維の収集密度が不均一になる問題があった。
【発明の開示】
【００１８】
本発明は、ナノ繊維を大量に生産することができ、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、コレクターに紡糸されたナノ繊維の分散面積を広げることにより、ナノ繊維の集積密度を均一にし、ドロップレット（droplet）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エレクトロスピニング装置を提供しようとする。
【００１９】
このため、本発明は、ノズル出口の周辺にオーバーフロー除去用ノズルと空気供給用ノズルが順に設置されている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供する。
【００２０】
上記のような課題を達するために、本発明は、〔I〕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；〔II〕コレクター（７）がノズルブロック（４）の上部に位置し；〔III〕ノズル出口の周辺にオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）と空気供給用ノズル（４ｂ）が順に設置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を提供する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
図４のように、上記ノズルブロック（４）は、〔I〕ノズル（５）が配列されたノズルプレイト（４ｆ）と上記ノズルプレイトの下段に位置してノズルに紡糸溶液を供給する紡糸溶液供給板（４ｈ）；〔II〕ノズル（５）を包んでいるオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）、上記オーバーフロー除去用ノズルと連結されており、ノズルプレイトの直下段に位置するオーバーフロー液臨時貯蔵板（４ｇ）及び上記オーバーフロー液臨時貯蔵板の直上段に位置してオーバーフロー除去用ノズルを支持するオーバーフロー除去用ノズルの支持板（４ｅ）；〔III〕ノズル（５）とオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）を包んでいる空気供給用ノズル（４ｂ）、ノズルブロックの最上段に位置して空気供給用ノズルを支持する空気供給用ノズルの支持板（４ｃ）及び空気供給用ノズルの支持板の直下段に位置して空気供給用ノズルに空気を供給する空気貯蔵板（４ｄ）；〔IV〕ノズルの配列方式と同一にピンが配列されており、ノズルプレイトの直下段に位置する導電体板（４ｉ）；及び〔V〕紡糸溶液供給板の直下段に位置する加熱板（４ｊ）から構成される。
【００２５】
図４に図示されたように、紡糸溶液をコレクター上にエレクトロスピニングするノズル（５）の周りには紡糸されなかった紡糸溶液を除去するオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）と、ナノ繊維の集積分布を広げるために空気を供給する空気供給用ノズル（４ｂ）とが順に設置されることにより、三重管の形態を有する。
【００２６】
図６及び図８のように、紡糸溶液をコレクター上にエレクトロスピニングするノズル（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象を有する。
【００２７】
この時、角度（θ）を９０〜１７５°、より好ましくは９５〜１５０°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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、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、滴の中央部位が固化されて、ノズルを詰める現象が生する問題が発生することがある。
【００３０】
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の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なく、ドロップレット現象が生ずることができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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し、５mmを超えると、繊維を形成することができないようになる。
【００３４】
図６及び図７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８及び図９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。
【００３５】
即ち、図８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。
【００３６】
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（４ｆ）に配列されており、ノズル（５）の外部にはノズル（５）を包んでいるオーバーフロー除去用ノズル（４a）と空気供給用ノズル（４ｂ）などが順に設置されている。
【００３７】
上記オーバーフロー除去用ノズル（４ａ）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（４ｆ）の直下段に位置するオーバーフロー液臨時貯蔵板（４ｇ）に移送する役割をする。
【００３８】
上記オーバーフロー除去用ノズル（４ａ）の直径は、ノズル（５）より当然に大きくて、好ましくは、絶縁体にて構成される。
【００３９】
上記オーバーフロー液臨時貯蔵板（４ｇ）は、絶縁体にて製造され、オーバーフロー除去用ノズル（４ａ）を通じて流入される残余紡糸溶液を一時貯蔵した後、これを紡糸溶液供給板（４ｈ）に移送する役割をする。
【００４０】
上記オーバーフロー液臨時貯蔵板（４ｇ）の上段には空気を供給する空気貯蔵板（４ｄ）が位置してノズル（５）及びオーバーフロー除去用ノズル（４ａ）を含んでいる空気供給用ノズル（４ｂ）に空気を供給する。
【００４１】
また、空気供給用ノズル（４ｂ）が配列されているノズルブロック（４）の最上層には空気供給用ノズルの支持板（４ｃ）が設置されており、上記空気供給用ノズルの支持板（４ｃ）は非伝導性材料からなる。
【００４２】
空気供給用ノズルの支持板（４ｃ）はノズルブロックに位置して、コレクター（７）とノズル（５）に印加される電気力をノズル（５）のみに集中させることにより、ノズル（５）部位のみで円滑に紡糸されるようにする。
【００４３】
ノズル（５）の上部チップから空気供給用ノズル（４ｂ）の上部チップまでの距離(ｈ)は１〜２０mm、好ましくは２〜１５mmである。
【００４４】
即ち、空気供給用ノズル（４ｂ）の高さをナノ繊維紡糸用ノズル（５）の高さより１〜２０mm、好ましくは２〜１５mm程度高く設定する。
【００４５】
ｈが０である場合、即ちノズル（５）と同一高さに空気供給用ノズル（４ｂ）が位置すると、ノズル（５）部分でジェット気流が効果的に形成されなくて、ナノ繊維がコレクター（７）の上に付着される面積が少なくなる。
【００４６】
一方、ｈが２０mmを越える場合、コレクターとノズルの間に掛かる高電圧によって電機力が弱くなって、エレクトロスピニングによるナノ繊維の形成能が低下されるだけでなく、ジェット気流の長さや形成パターンが不安定になる。
【００４７】
具体的に、テイラーコーン（Taylor cone）でジェット気流形成部位の安定性を妨害する。
【００４８】
従って、 ナノ繊維の円滑な紡糸が困難である。
【００４９】
空気供給用ノズル（４ｂ）で空気の速度は０．０５〜５０m/秒、より好ましくは１〜３０m/秒である。空気の速度が０．０５m/秒未満である場合は、コレクターに収集されたナノ繊維の拡がり性（spreading property）が低くて収集面積（collection area）があまり向上されなく、空気の速度が５０m/秒を超える場合は、空気の速度が速過ぎてナノ繊維がコレクターに収集される収集面積が却って減少することになって、ナノ繊維の収集の均一性が減少される。
【００５０】
ノズルプレイト（４ｆ）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（４ｉ）が設置され、導電体板（４ｉ）には電圧発生装置（９）が連結される。
【００５１】
また、紡糸溶液供給板（4ｈ）の直下段には、間接加熱方式の加熱装置（図示せず）が設けられる。
【００５２】
上記導電体板（４ｉ）は、ノズル（５）に高電圧を印加する役割をし、紡糸溶液供給板（４ｈ）は、紡糸溶液ドロップ装置（３）からノズルブロック（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、紡糸溶液供給板（４ｈ）は、紡糸溶液の貯蔵量を最少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。
【００５３】
一方、本発明の紡糸溶液ドロップ装置（３）は、全体的に図１０（ａ）及び図１０（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。
【００５４】
上記紡糸溶液ドロップ装置（３）は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）のように、全体的に密閉された円筒状の形状を有する。
【００５５】
図１０（ａ）は、紡糸溶液ドロップ装置の断面図であり、図１０（ｂ）は、紡糸溶液ドロップ装置の斜視図である。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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）に連結される。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。
【００５９】
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されることができるように、中空状態に形成されている。
【００６０】
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されて、紡糸溶液の流れが一回以上遮断される。
【００６１】
紡糸溶液がドロップ（ｄｒｏｐ）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、気体過流などによって、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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る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るナノ繊維の進行方向と直角方向に左右往復運動する。
【００６４】
また、上記ノズルブロック（４）の内部には、より具体的には、紡糸溶液供給板（４ｈ）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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
ノズルブロック（４）の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。
【００７１】
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。
【００７２】
まず、紡糸溶液主タンク（１）内に保管されている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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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）の紡糸溶液供給板（４ｈ）に供給される。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
紡糸溶液供給板（４ｈ）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。
【００７９】
ノズル（５）からエレクトロスピニングされたナノ繊維は空気供給用ノズル（４ｂ）から噴射される空気により広く広がりながらコレクター（７）に収集されることにより、収集面積が広くなり、集積密度が均一になる。
【００８０】
ノズル（５）で繊維化できなかった過剰の紡糸溶液は、オーバーフロー除去用ノズル（４ａ）で集まって、オーバーフロー液臨時貯蔵板（４ｇ）を経て紡糸溶液供給板（４ｈ）に再び移動することになる。
【００８１】
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。
【００８２】
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（４ｉ）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以上の電圧を掛ける。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、生産性側面からもっと有利である。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。
【００８３】
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）に巻き取ることにより、不織布の製造工程が完了される。
【００８４】
本発明の製造装置は、前説した上向式ノズルブロック（４）を使用して、収集面積を広げることにより、ナノ繊維の集積密度を均一にすることができ、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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【有利な効果】
【００９４】
本発明は、コレクター上のナノ繊維の収集面積を広げることができるので、製造されるウエブのナノ繊維集積密度を均一にすることができ、基材上にナノ繊維を均一にコーティングすることができる。
【００９５】
また、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。
【００９６】
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】
【００９７】
以下、実施例により、本発明をより具体的に説明する。
【００９８】
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】
【００９９】
実施例１
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
続いて、上記紡糸溶液を３５ｋＶの電圧が掛かっている図４のような空気供給用ノズルが設置されているノズルブロック（４）を有する上向式エレクトロスピニング装置に供給して、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）の上を９０m/分の速度に通過される紙/ポリプロピレン不織布の上にコーティングした。
【０１０２】
上記紙/ポリプロピレン不織布の重量は１５７ｇ/m2で、幅は１２０ｃｍであった。
【０１０３】
この時、使用したノズルブロック（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９，７２０個とし、上記ノズルブロックを４個使用して、総ノズルの数は３８，８８０個とし、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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
ここで、ノズルとしては、ノズルの出口角度（θ）が１２０°であり、内径（Ｄｉ）が０．９ｍｍで、外径が１ｍｍであるノズルを使用した。
【０１０６】
上記空気供給用ノズルとしては、その内径（Ｄｉ）が２０ｍｍで、外径が２３ｍで、ノズル（５）の上部チップから空気供給用ノズル（４ｂ）の上部チップまでの距離（ｈ）が８mmである空気供給用ノズルを使用し、空気速度は１０m/秒とした。
【０１０７】
電圧発生装置としては、Ｓｉｍｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のモデルＣＨ５０を用いた。
【０１０８】
ナノ繊維がコーティングされる前の紙/ポリプロピレン不織布を電子顕微鏡にて写真撮影した結果は図１１の通りであり、ナノ繊維がコーティングされた紙/ポリプロピレン不織布を電子顕微鏡にて写真撮影した結果は図１２の通りである。
【０１０９】
ナノ繊維がコーティングされる前の不織布とナノ繊維がコーティングされた不織布の各々の圧力損失値を後述する方法によって測定した結果を表１に示した。
比較実施例１
【０１１０】
ノズルブロック（４）に空気供給用ノズルが設置されていない従来の上向式エレクトロスピニング装置を使用したことを除いて、実施例１と同一の工程及び条件で、ナノ繊維がコーティングされた紙/ポリプロピレン不織布を製造した。
【０１１１】
ナノ繊維がコーティングされる前の不織布とナノ繊維がコーティングされた不織布の各々の圧力損失値を後述する方法によって測定した結果を表１に示した。
【０１１２】
（表１）
圧力損失の測定結果
2007527959.tif 000003
【０１１３】
上記表１に記載されている圧力損失はテックステスト(Ｔｅｘｔｅｓｔ)  ＦＸ  ３３００  空気透過測定器（Ａｉｒ  Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ  Ｔｅｓｔｅｒ）を用いてＤＩＮ  ５３，８８７の規格によって測定した。
実施例２
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
続いて、上記紡糸溶液を３５ｋＶの電圧が掛かっている図４のような空気供給用ノズルが設置されているノズルブロック（４）を有する上向式エレクトロスピニング装置に供給して、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）の上を通過するシリコン離型剤付きポリプロピレンフィルムの上にナノ繊維を収集した。
【０１１７】
この時、ポリプロピレンフィルムの進行速度は４m/分で、幅は120ｃｍであった。
【０１１８】
使用したノズルブロック（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９，７２０個とし、上記ノズルブロックを４個使用して、総ノズルの数は３８，８８０個とし、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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
ウエブの生産速度は４m/分とした。
【０１２１】
ここで、ノズルとしては、ノズルの出口角度（θ）が１２０°であり、内径（Ｄｉ）が０．９ｍｍで、外径が１ｍｍであるノズルを使用した。
【０１２２】
上記空気供給用ノズルとしては、その内径（Ｄｉ）が２０ｍｍで、外径が２３ｍｍで、ノズル（５）の上部チップから空気供給用ノズル（４ｂ）の上部チップまでの距離（ｈ）が１０ｍmである空気供給用ノズルを使用し、空気速度は８m/秒とした。
【０１２３】
電圧発生装置としては、Ｓｉｍｃｏ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のモデルＣＨ５０を用いた。
【０１２４】
こうした製造された不織布から無作為に直径が４cmである円形試料を５０個採取し、これらの試料の重量を小数点以下第５位まで測定できる秤で測定した結果、試料の単位面積当たりの重量は0.0122±3.7×１０−４g/cm2であった。
比較実施例２
【０１２５】
ノズルブロック（４）に空気供給用ノズルが設置されていない従来の上向式エレクトロスピニング装置を使用したことを除いて、実施例２と同一の工程及び条件で、ナノ繊維不織布を製造した。
【０１２６】
実施例２と同一方法によって測定した試料の単位面積当たりの重量は0.0122±1.4×10−3g/cm2であった。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
本発明による好ましい実施例の特徴、態様及び利点を添付図面を参考として、下記の詳細な説明によって、より十分に説明する。
【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である。
【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である。
【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である。
【図４】本発明によるノズルブロック（４）の模式図である。
【図５】ナノ繊維がエレクトロスピニングされるノズル出口部分の拡大模式図である。
【図６】ノズル（５）の側面を示す模式図である。
【図７】ノズル（５）の平面例示図である。
【図８】ノズル（５）の側面を示す模式図である。
【図９】ノズル（５）の平面例示図である。
【図１０（ａ）】本発明における紡糸原液ドロップ装置（３）の断面図である。
【図１０（ｂ）】本発明における紡糸原液ドロップ装置（３）の斜視図である。
【図１１】実施例１において、ナノ繊維をコーティングする前の紙/ポリプロピレン不織布の電子顕微鏡の写真である。
【図１２】実施例1において、ナイロン-６のナノ繊維がコーティングされた紙/ポリプロピレン不織布の電子顕微鏡の写真である。
【符合の説明】
【０１２８】
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
４ａ：オーバーフロー除去用ノズル            
４ｂ：空気供給用ノズル
４ｃ：空気供給用ノズルの支持板（非導電体）
４ｄ：空気貯蔵板          
４ｅ：オーバーフロー除去用ノズルの支持板
４ｆ：ノズルプレイト      
４ｇ：オーバーフロー液臨時貯蔵板
４ｈ:紡糸溶液供給板      
４ｉ：導電体板
４ｊ：加熱板              
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
ｈ：ノズルの上部チップから空気供給用ノズルの上部チップまでの距離
【図１】
2007527959.tif 000004
【図２】
2007527959.tif 000005
【図３】
2007527959.tif 000006
【図４】
2007527959.tif 000007
【図５】
2007527959.tif 000008
【図６】
2007527959.tif 000009
【図７】
2007527959.tif 000010
【図８】
2007527959.tif 000011
【図９】
2007527959.tif 000012
【図１０】
2007527959.tif 000013
【図１１】
2007527959.tif 000014
【図１２】
2007527959.tif 000015
【国際調査報告】
2007527959.tif 000016
2007527959.tif 000017