(57)【要約】【課題】安全かつ容易に全体的に均一な微細繊維を製造することができ、生産性を向上させた微細繊維の製造方法を提供する。【解決手段】周方向に連続すると共に、表面に多数の孔が形成された多孔部材と、前記多孔部材の一部にポリマー溶液を付着させる供給部と、前記多孔部材を周方向に移動せしめる駆動部と、前記多孔部材の外周側に配置される捕集部と、前記多孔部材の内部に、前記多孔部材を介して前記捕集部に向けて空気を噴出する噴出口と、高電圧電源によって電圧が印加された電極とが収納され、前記電極と、前記噴出口から噴出される空気の電荷供給によって前記多孔部材に付着させたポリマー溶液を帯電すると共に、該帯電されたポリマー溶液を前記捕集部に向けて噴射することで微細繊維を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に連続すると共に、表面に多数の孔が形成された多孔部材と、
前記多孔部材の一部にポリマー溶液を付着させる供給部と、
前記多孔部材を周方向に移動せしめる駆動部と、
前記多孔部材の外周側に配置される捕集部と、
前記多孔部材の内部に、前記多孔部材を介して前記捕集部に向けて空気を噴出する噴出口と、高電圧電源によって電圧が印加された電極とが収納され、
前記電極と、前記噴出口から噴出される空気の電荷供給によって前記多孔部材に付着させたポリマー溶液を帯電すると共に、該帯電されたポリマー溶液を前記捕集部に向けて噴射することで微細繊維を製造することを特徴とする微細繊維の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の微細繊維の製造方法において、
前記多孔部材は円筒状に形成されることを特徴とする微細繊維の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の微細繊維の製造方法において、
前記多孔部材は楕円筒状に形成されることを特徴とする微細繊維の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の微細繊維の製造方法において、
前記噴出口は、前記多孔部材の軸方向に沿って複数の噴出口が配列されることを特徴とする微細繊維の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の微細繊維の製造方法において、
前記電極は、前記噴出口の外縁部に沿って形成されることを特徴とする微細繊維の製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の微細繊維の製造方法において、
前記電極は、前記噴出口の開口の幅方向に沿って延設されることを特徴とする微細繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細繊維の製造方法に係り、特に、より安全かつ容易に微細繊維を製造することができ、生産性を向上させた微細繊維の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、不織布等の繊維集合体は、フィルタの濾材として広く用いられており、その繊維径は濾過する対象物に応じて適宜設定されている。具体的には濾過する対象物は、空気中に含まれる塵埃といった比較的大型なものから、０．１μｍから１μｍ程度の微細なものまで様々である。
【０００３】
このような微細な対象物を濾過するために用いられる微細な繊維径を有する微細繊維は、種々の製造方法によって製造されることが知られており、例えば、高電圧を印加した針状のノズルに高分子溶液を供給することで、この針状のノズルから線状に流出する高分子溶液に電荷が帯電され、高分子溶液の溶媒の蒸発に伴って帯電電荷間の距離が小さくなって作用するクーロン力が大きくなり、そのクーロン力が線状の高分子溶液の表面張力より勝った時点で線状の高分子溶液が爆発的に延伸される現象が生じ、この現象が一次、二次、三次と繰り返されることで微細繊維が製造されるエレクトロスピニング法が知られている。
【０００４】
このような、エレクトロスピニング法は、針状のノズルを用いているので、製造される微細繊維を大量に製造することが難しく、また、ノズル先端に高分子溶液が付着してしまうためこれを除去するための定期的なメンテナンスを行う必要があるため、生産性が非常に悪いものであった。
【０００５】
また、エレクトロスピニング法の生産性を向上させるために種々の製造方法および製造装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５３２７９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１２７７２６号公報
【特許文献３】特開２０１２−０１２７５５号公報
【０００７】
特許文献１に記載された微細繊維の製造方法は、長軸を有するスプレーヘッドを備え、該スプレーヘッドの周壁に配置され、先端部を有する少なくとも一つの押出エレメントを有し、押出エレメントは、微細繊維を構成する物質を前記押出エレメントの先端部に提供するための通路を備え、押出エレメントは、長軸からの方向に延在して押出エレメントの先端部から物質を電場によって抽出してエレクトロスピニングすることで微細繊維を製造する。
【０００８】
このように、特許文献１に記載された微細繊維の製造方法によれば、長軸を有するスプレーヘッドの周壁で押出エレメントの先端部に微細繊維を構成する物質を供給して、スプレーヘッドまたは収集体を長軸中心に回転させて、微細繊維を形成するために押出エレメントの先端部から電場によって物質を抽出してエレクトロスピニングするために、スプレーヘッドの長軸から押出エレメントの先端部への電場を印加して、収集体に微細繊維を集めることが可能となる。
【０００９】
特許文献２に記載された微細繊維の製造装置は、回転自在に支持されるとともに回転軸芯から径方向に距離をあけて複数の小穴を有する導電性の円筒容器と、円筒容器を回転駆動する回転駆動手段と、円筒容器に電荷を帯電させる高電圧発生手段と、円筒容器内に溶媒に高分子物質を溶解した高分子溶液を供給する高分子溶液供給手段と、円筒容器内の小穴の内側に配置された多孔性部材とを備え、円筒容器を所定速度で回転させながら、円筒容器内に高分子溶液を供給し、円筒容器に高電圧を印加するようにした微細繊維の製造装置が記載されている。
【００１０】
このように、特許文献２に記載された製造装置によれば、円筒容器内で電荷を帯電された高分子溶液が複数の小穴から線状に流出されて遠心力で延伸され、その後延伸されるとともに溶媒が蒸発することで径が細くなって電荷が集中し、数次にわたって静電爆発により爆発的に延伸されることで、サブミクロンの直径を有する微細繊維を効率的に製造することができ、さらに小穴の内側に多孔性部材を配置しているので、小穴の径を大きく設定しても高分子溶液が毛細管現象にて多孔性部材に適切に保持されて垂れる恐れがなく、かつ多孔性部材は円筒容器内でその全体が常に高分子溶液に浸漬している状態となっているので、高分子溶液の溶媒が蒸発して多孔性部材や小穴の周縁に固化した高分子材料が付着する恐れもなく、円筒容器の全ての小穴から均一で品質の安定した微細繊維を長期にわたって安定して製造することができ、簡単な構成にて品質の良い微細繊維を生産性良くかつ安定して製造することができる。
【００１１】
特許文献３に記載された微細繊維の製造装置は、電気紡績溶液を入れるための原料タンクと、前記原料タンク中に回転するかきあげローラとを有する電気紡績溶液浸漬手段と、前記電気紡績溶液が付着するように前記かきあげローラに接触するチェーン形印加電極と、捕集電極と、前記チェーン形印加電極及び前記捕集電極にそれぞれ接続される高圧電発生手段とを備えるローラ式電界紡績装置が記載されている。
【００１２】
このように特許文献３に記載された微細繊維の製造装置は、チェーン形印加電極は突起の立体構造を有するビーズを備え、該ビーズの突起によって、電界紡績溶液が電界に作用されて吐出されやすくなり、微細繊維の形成に必要とする電圧の閾値を有効に低減することができるほか、チェーン形印加電極の幅方向の範囲内でビーズが均等に配置されるので、チェーン形印加電極の各ビーズから微細繊維が安定に吐出され、全体に大幅で均一な電界紡績の効果を達成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した従来の微細繊維の製造方法又は製造装置は、特許文献１に記載された微細繊維の製造方法では、スプレーヘッドの回転数が１０００〜１００００ｒｐｍと高速に回転する必要があり、紡糸した微細繊維のうち収集体で回収されない微細繊維がスプレーヘッドに巻きついてしまい、紡糸に悪影響を与える恐れがあり、また、押出エレメントにポリマー溶液が詰まることを防止するために依然として定期的なメンテナンスが必要であるという問題を有していた。
【００１４】
また、特許文献２に記載された微細繊維の製造装置は、円筒容器を遠心力が発生するだけの回転数（２０００〜３０００ｒｐｍ）で回転させる必要があり、収集体で回収されない微細繊維が円筒容器に巻きついてしまい、紡糸に悪影響を与える恐れがあり、多孔性部材に目詰まりが発生した場合にはこれを交換する必要があるなど依然として定期的なメンテナンスが必要であるという問題を有していた。
【００１５】
さらに、特許文献３に記載された微細繊維の製造装置は、かきあげローラに接触するチェーン形印加電極にポリマー溶液を付着させて微細繊維を紡糸しているが、チェーン形印加電極に付着するポリマー溶液がかきあげローラとの接触によって付着しているので、各ビーズごとに均一にポリマー溶液を付着させることが難しく、全体に均一な紡糸を行うことができないという問題を有していた。
【００１６】
またさらに、従来の製造方法および製造装置によれば、高電圧が印加された電極が露出して構成されているため、微細繊維の製造中に電極に接触して怪我をするという危険性があった。
【００１７】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、安全かつ容易に全体的に均一な微細繊維を製造することができ、生産性を向上させた微細繊維の製造方法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】
【００１８】
本発明に係る微細繊維の製造方法は、周方向に連続すると共に、表面に多数の孔が形成された多孔部材と、前記多孔部材の一部にポリマー溶液を付着させる供給部と、前記多孔部材を周方向に移動せしめる駆動部と、前記多孔部材の外周側に配置される捕集部と、前記多孔部材の内部に、前記多孔部材を介して前記捕集部に向けて空気を噴出する噴出口と、高電圧電源によって電圧が印加された電極とが収納され、前記電極と、前記噴出口から噴出される空気の電荷供給によって前記多孔部材に付着させたポリマー溶液を帯電すると共に、該帯電されたポリマー溶液を前記捕集部に向けて噴射することで微細繊維を製造することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る微細繊維の製造方法において、前記多孔部材は円筒状に形成されると好適である。
【００２０】
また、本発明に係る微細繊維の製造方法において、前記多孔部材は楕円筒状に形成されると好適である。
【００２１】
また、本発明に係る微細繊維の製造方法において、前記噴出口は、前記多孔部材の軸方向に沿って複数の噴出口が配列されると好適である。
【００２２】
また、本発明に係る微細繊維の製造方法において、前記電極は、前記噴出口の外縁部に沿って形成されると好適である。
【００２３】
また、本発明に係る微細繊維の製造方法において、前記電極は、前記噴出口の開口の幅方向に沿って延設されると好適である。
【００２４】
上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る微細繊維の製造方法は、電極が周方向に連続した多孔部材の内部に収納されているので、微細繊維の製造中に誤って電極に触れてしまうことがなく、また、電極と噴出口から噴出される空気の電荷供給によって多孔部材に付着させたポリマー溶液を帯電させて捕集部に向けて噴射して微細繊維を製造するので、多孔部材にポリマー溶液が固化して残ることがなく、全体的に均一な微細繊維を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る微細繊維の製造方法の概要を説明するための構成図。
【図２】本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる多孔部材の斜視図。
【図３】（ａ）は、本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる電極及び噴出口の斜視図であり、（ｂ）は、電極の変形例を示す斜視図。
【図４】本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる多孔部材の変形例を示す斜視図。
【図５】本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる電極及び噴出口の変形例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る微細繊維の製造方法の概要を説明するための構成図であり、図２は、本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる多孔部材の斜視図であり、図３は、（ａ）は、本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる電極及び噴出口の斜視図であり、（ｂ）は、電極の変形例を示す斜視図であり、図４は、本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる多孔部材の変形例を示す斜視図であり、図５は、本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる電極及び噴出口の変形例を示す斜視図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態に係る微細繊維の製造方法に用いられる微細繊維の製造装置１は、周方向に連続して概略中空円筒状に形成された多孔部材２と、高分子物質を溶解したポリマー溶液Ｐが入れられる供給部３と、多孔部材２の内部に収納された噴出口５及び電極７と、電極７に電圧を印加する高電圧電源６と、微細繊維Ｆを捕集する捕集部４とを備えている。
【００３０】
図２に示すように、多孔部材２は表面に多数の孔が形成された網状シートを周方向に連続させて略円筒状に形成した部材であり、図示しない駆動部によって周方向に回転可能に保持されている。駆動部は、円筒状の多孔部材２を周方向に回転可能に駆動することができれば如何なる構成でも構わないが、例えば多孔部材２の軸端部に回転モータの回転軸を取り付けて構成すると好適である。なお、回転軸は多孔部材２と直結しても構わないし、変速機構を介して接続しても構わない。
【００３１】
多孔部材２は、図１に示すようにポリマー溶液Ｐに下方が浸漬することで、表面にポリマー溶液Ｐを付着させることができるように配置されている。また、供給部３には多孔部材２の表面に向けてスリット８が延設しているので、多孔部材２の表面に付着した余分なポリマー溶液Ｐをスリット８によって削ぎ落とすことで多孔部材２に付着するポリマー溶液Ｐの量を一定に保つことができる。
【００３２】
また、図３（ａ）に示すように噴出口５は外部から圧縮空気を供給する供給管５ｂと、供給管５ｂと連続するとともに多孔部材２に向けて上方に空気を噴出する噴出部５ａとを備えている。また、噴出部５ａの外縁近傍には、円環状の電極７が配置されている。
【００３３】
このように電極７を配置することで、電極７と噴出部５ａから噴出される空気の電荷供給によって多孔部材２に付着したポリマー溶液Ｐを帯電させることができる。
【００３４】
なお、電極は、図３（ｂ）に示すように、噴出部５ａの開口の幅方向に沿って延設される針状の電極７´とすることもできる。針状の電極７´は、噴出部５ａの開口の略中心部が針状の電極７´の先端と一致するように配置しても構わないし、該開口を横断するように配置しても構わない。
【００３５】
また、図１に示すように、多孔部材２は、周方向に回転しているので、多孔部材２の下方で付着されたポリマー溶液Ｐが回転方向に沿って上方に移動され、スリット８によって均一に付着されたポリマー溶液Ｐに噴出部５ａから噴出された空気が捕集部４に向けて噴出される。
【００３６】
なお、噴出される空気は、噴出部５ａの開口における出口流速で２０〜６０ｍ／ｓで噴出されると好適である。また、多孔部材２の回転数は、高速に回転させると表面に付着したポリマー溶液Ｐを適切に電界紡糸することができないので、３〜２０ｒｐｍの速度で回転させることが好適である。
【００３７】
このように、ポリマー溶液Ｐに電荷供給せしめる空気が噴出されるので、ポリマー溶液Ｐの帯電電荷間の距離が小さくなって作用するクーロン力が大きくなり、このクーロン力がポリマー溶液Ｐの表面張力より勝った時点でポリマー溶液Ｐが延伸されることで微細繊維を製造することができる。
【００３８】
このように、本実施形態に係る微細繊維の製造方法によれば、多孔部材２の表面に均一に付着したポリマー溶液Ｐを噴出口５から噴出した空気によって電荷供給するので、多孔部材２にポリマー溶液Ｐが付着することがないと共に、多孔部材２がポリマー溶液Ｐに下方が浸漬するように回転しているので、電界紡糸されなかったポリマー溶液が供給部３に再度浸漬されることで、溶媒の蒸発を防止してポリマー溶液Ｐが固化することを防止することができる。また、多孔部材２の回転数が低速であるため、捕集部４に捕集されなかった微細繊維Ｆが多孔部材２に巻きつくことがなく、定期的なメンテナンスを行うことなく、生産性の優れた微細繊維の製造方法を実現することができる。
【００３９】
また、高電圧が印加される電極７は、多孔部材２の内部に収納されているので、微細繊維の製造中に誤って電極７に触れることによる怪我を防止することができ、多孔部材２の回転数も低速度に設定することができるので、簡便な構成でより安全な微細繊維の製造方法を実現することができる。
【００４０】
さらに、多孔部材２の表面に付着した余分なポリマー溶液Ｐをスリット８によって削ぎ落としており、このポリマー溶液Ｐに空気を噴出することで微細繊維を製造しているので、全体的に均一な微細繊維を製造することができる。
【００４１】
以上説明した本実施形態に係る微細繊維の製造方法において、多孔部材２の形状を概略円筒状に形成した場合について説明を行ったが、多孔部材の形状はこれに限られず、例えば図４に示すように、楕円筒状に形成しても構わない。
【００４２】
この場合、楕円筒状の多孔部材２ａは、二つの駆動輪によって無限軌道のように周方向に移動することで、長辺部分に沿って複数の噴出口を配置することができるので、より効率的に多孔部材２ａの表面に付着したポリマー溶液Ｐを電界紡糸することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態に係る微細繊維の製造方法において、噴出口５は、単一の噴出部５ａを有する場合について説明を行ったが、図５に示すように多孔部材の軸方向に沿って複数の噴出部５´ａを配置した噴出口５´を用いても構わない。さらに、電極７，７´は、円環状及び針状に限らず、図５に示すように噴出部５´ａの開口を横断するように電極７ａを直線状に形成しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４４】
１  微細繊維製造装置，    ２  多孔部材，    ３  供給部，    ４  捕集部，    ５，５´  噴出口，    ６  高電圧電源，    ７，７ａ  電極，    ８  スリット，    Ｆ  微細繊維，    Ｐ  ポリマー溶液。
【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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