(57)【要約】【課題】ナノサイズのファイバーを好適に連続紡糸することができる電界紡糸装置を提供する。【解決手段】電界紡糸装置１は、導電性を有する複数の突起状の電極部材２と、コレクター３と、電極部材２とコレクター３との間に電圧を印加する電源４と、電極部材２の先端表面に直接的又は間接的に電界紡糸用溶液を供給する供給手段５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する複数の突起状の電極部材と、
コレクターと、
前記電極部材と前記コレクターとの間に電圧を印加する電源と、
前記電極部材の先端表面に直接的又は間接的に電界紡糸用溶液を供給する供給手段と、を備える電界紡糸装置。
【請求項２】
前記複数の電極部材は、板状であり、
板状の本体部を有し、前記複数の電極部材が前記本体部に対して櫛歯状、鋸歯状又は歯車状に設けられている請求項１に記載の電界紡糸装置。
【請求項３】
前記本体部は、水平に配置され、
前記供給手段は、前記本体部上に電界紡糸用溶液を供給する請求項２に記載の電界紡糸装置。
【請求項４】
前記複数の電極部材は、各電極部材が幅中央位置が谷部となるように折り曲げられている請求項３に記載の電界紡糸装置。
【請求項５】
前記本体部は、垂直に配置され、
前記供給手段は、前記複数の電極部材の先端上に電界紡糸用溶液を供給する請求項２に記載の電界紡糸装置。
【請求項６】
前記複数の電極部材は、
頂面に開口を有し、内部に前記供給手段からの電界紡糸用溶液を貯留可能であり、前記開口から溢れる電界紡糸用溶液を流下させる周面を有する容器状の本体部の前記周面の下端部に設けられている請求項１に記載の電界紡糸装置。
【請求項７】
前記複数の電極部材は、錐状の本体部の底辺に沿って、先端が下方を向いて突き出るように設けられており、
前記供給手段は、前記本体部上に電界紡糸用溶液を供給する請求項１に記載の電界紡糸装置。
【請求項８】
前記複数の電極部材は、先端が下方を向いて突き出るようにして放射状に配置されており、
前記供給手段は、放射状に広がる前記複数の電極部材の頂点上に電界紡糸用溶液を供給する請求項１に記載の電界紡糸装置。
【請求項９】
前記複数の電極部材は、内部に前記供給手段からの電界紡糸用溶液を流通可能な筒状の本体部の周面の下端部に設けられており、
前記本体部の周面には、内部の電界紡糸用溶液を前記複数の電極部材に供給する貫通孔が複数設けられている請求項１に記載の電界紡糸装置。
【請求項１０】
前記複数の電極部材は、回転可能なロール状の本体部の表面に、先端が上方を向いて突き出るようにして設けられており、前記本体部が回転することで前記複数の電極部材が周回し、
前記供給手段は、内部に電界紡糸用溶液を貯留する貯留槽からなり、周回する前記複数の電極部材が電界紡糸用溶液に浸漬可能なように前記本体部の下方に配置されている請求項１に記載の電界紡糸装置。
【請求項１１】
前記本体部の表面には凹状の窪みが複数設けられており、前記複数の窪み内に前記複数の電極部材が設けられている請求項１０に記載の電界紡糸装置。
【請求項１２】
前記複数の電極部材は、無端状の帯状体からなる本体部の表面に、先端が上方を向いて突き出るようにして設けられており、前記本体部が回転することで前記複数の電極部材が周回し、
前記供給手段は、内部に電界紡糸用溶液を貯留する貯留槽からなり、周回する前記複数の電極部材が電界紡糸用溶液に浸漬可能なように前記本体部の下方に配置されている請求項１に記載の電界紡糸装置。
【請求項１３】
前記本体部は絶縁性を有し、
前記本体部内には、前記コレクターと対向する領域に、前記電源と接続される導電性を有する端子部材が設けられ、前記電極部材は前記コレクターと対向する際に前記端子部材と接するように前記本体部に設けられている請求項１２に記載の電界紡糸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界紡糸を行うための電界紡糸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、新素材に関する研究開発が盛んに行われており、その中でもナノサイズのファイバー（繊維）が注目されている。このナノサイズファイバーは主にナノサイズ効果、超比表面積効果、超分子配列効果を有しており、このような効果を利用して、例えば、エアフィルター、再生医療用の素材、二次電池の電極又は衣料品などに応用されている。
【０００３】
このようなナノサイズのファイバー（繊維）を紡糸する方法して電界紡糸法（エレクトロスピニング法）が従来から知られている。電界紡糸法は、電界場が形成された雰囲気中に、高分子材料を含有する電界紡糸用溶液を供給することによりナノサイズのファイバーを形成する方法であり、主に針状ノズル方式と非ノズル方式との２種類の方法が一般的に知られている。針状ノズル方式は、シリンジに封入した電界紡糸用溶液を金属製の針状ノズルの先端から電界場が形成された雰囲気中に吐出する方法として知られている。また、非ノズル方式の電界紡糸法（エレクトロスピニング法）としては、主にドラム型エレクトロスピニング法やエレクトロバブルスピニング法が知られている。このうち、ドラム型エレクトロスピニング法は、回転するドラム型の電極を電界紡糸用溶液に部分的に浸漬させることにより電界紡糸を行う方法として知られており（例えば、エルマルコ社製ナノスパイダー：特許文献１参照）、また、エレクトロバブルスピニング法は、電界紡糸用溶液に連続的に発生した泡に高電圧を印加することにより電界紡糸を行なう方法として知られている（例えば、廣瀬製紙社製エレクトロスピニング法：特許文献２参照）。このように、種々の電界紡糸法が従来から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５０２８４６号公報
【特許文献２】特開２００８−０２５０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような電界紡糸法において、針状ノズル方式では、大量に紡糸をする場合に多くの針状ノズルが必要になり、その結果、針状ノズルのメンテナンスに多くの費用及び時間を要するという問題がある。また、針状ノズルが細いので、目詰まりが生じやすいという問題もある。そのため、針状ノズル方式はファイバーの量産に適していないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、ナノサイズのファイバーを好適に紡糸することができる電界紡糸装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、導電性を有する複数の突起状の電極部材と、コレクターと、前記電極部材と前記コレクターとの間に電圧を印加する電源と、前記電極部材の先端表面に直接的又は間接的に電界紡糸用溶液を供給する供給手段と、を備える電界紡糸装置により達成される。
【０００８】
上記構成によれば、突起状の電極部材の先端表面に電界紡糸用溶液を供給することにより電界紡糸できるので、各電極部材の目詰まりを起こすことなく、ナノサイズのファイバーを好適に紡糸することができる。また、各電極部材のメンテナンスも容易である。
【０００９】
上記構成の電界紡糸装置において、前記複数の電極部材は、板状であり、板状の本体部を有し、前記複数の電極部材が前記本体部に対して櫛歯状、鋸歯状又は歯車状に設けられていることが好ましい。
【００１０】
また、前記本体部は、水平または傾斜して配置され、前記供給手段は、前記本体部上に電界紡糸用溶液を供給することが好ましい。
【００１１】
また、前記複数の電極部材は、各電極部が幅中央位置が谷部となるように折り曲げられていることが好ましい。
【００１２】
また、前記本体部は、垂直に配置され、前記供給手段は、前記複数の電極部材の先端上に電界紡糸用溶液を供給することが好ましい。
【００１３】
また、前記複数の電極部材は、頂面に開口を有し、内部に前記供給手段からの電界紡糸用溶液を貯留可能であり、前記開口から溢れる電界紡糸用溶液を流下させる周面を有する容器状の本体部の前記周面の下端部に設けられていることが好ましい。
【００１４】
また、前記複数の電極部材は、錐状の本体部の底辺に沿って、先端が下方を向いて突き出るように設けられており、前記供給手段は、前記本体部上に電界紡糸用溶液を供給することが好ましい。
【００１５】
また、前記複数の電極部材は、先端が下方を向いて突き出るようにして放射状に配置されており、前記供給手段は、放射状に広がる前記複数の電極部材の頂点上に電界紡糸用溶液を供給することが好ましい。
【００１６】
また、前記複数の電極部材は、内部に前記供給手段からの電界紡糸用溶液を流通可能な筒状の本体部の周面の下端部に設けられており、前記本体部の周面には、内部の電界紡糸用溶液を前記複数の電極部材に供給する貫通孔が複数設けられていることが好ましい。
【００１７】
また、前記複数の電極部材は、回転可能なロール状の本体部の表面に、先端が上方を向いて突き出るようにして設けられており、前記本体部が回転することで前記複数の電極部材が周回し、前記供給手段は、内部に電界紡糸用溶液を貯留する貯留槽からなり、周回する前記複数の電極部材が電界紡糸用溶液に浸漬可能なように前記本体部の下方に配置されていることが好ましい。
【００１８】
また、前記本体部の表面には凹状の窪みが複数設けられており、前記複数の窪み内に前記複数の電極部材が設けられていることが好ましい。
【００１９】
また、前記複数の電極部材は、無端状の帯状体からなる本体部の表面に、先端が上方を向いて突き出るようにして設けられており、前記本体部が回転することで前記複数の電極部材が周回し、前記供給手段は、内部に電界紡糸用溶液を貯留する貯留槽からなり、周回する前記複数の電極部材が電界紡糸用溶液に浸漬可能なように前記本体部の下方に配置されていることが好ましい。
【００２０】
また、前記本体部は絶縁性を有し、前記本体部内には、前記コレクターと対向する領域に、前記電源と接続される導電性を有する端子部材が設けられ、前記電極部材は前記コレクターと対向する際に前記端子部材と接するように前記本体部に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の電界紡糸装置によれば、ナノサイズのファイバーを、各電極部材の目詰まりを起こすことなく、好適に紡糸することができる。また、各電極部材のメンテナンスも容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図２】図１の電極部材の構成を示す平面図である。
【図３】図１の電極部材の変形例の構成を示す平面図である。
【図４】図１の電極部材の変形例の構成を示す平面図である。
【図５】図４の電極部材後端の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図８】図８の電極部材の変形例の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【図１６】本発明の他の実施形態に係る電界紡糸装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電界紡糸装置１の概略構成を示している。電界紡糸装置１は、電界紡糸法（エレクトロスピニング法）によりナノサイズのファイバーを紡糸するものであり、導電性を有する複数の突起状の電極部材２と、コレクター３と、電極部材２及びコレクター３の間に電圧を印加する電源４と、電極部材２の先端表面に直接的又は間接的に電界紡糸用溶液を供給する供給手段５と、を備えている。
【００２４】
電界紡糸法とは、電界場が形成された雰囲気中に電界紡糸用溶液を供給することによりナノサイズのファイバーを形成する方法であり、電界紡糸用溶液としては、高分子材料を溶媒に溶かしたものを用いることができる。また、高分子材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの水溶性の高分子材料、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリアクリロニトリルなどの有機溶剤に可溶な高分子材料、或いは、ポリ乳酸、キチンなどの生分解性の高分子材料などを用いることができる。また、溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、水、エタノール、メタノール、アセトン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレンなどを用いることができる。また、銀、シリカ、チタニアなどのナノ粒子を電界紡糸用溶液に添加してもよい。また、紡糸されたファイバーの太さは、約２０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度となる。
【００２５】
複数の突起状の電極部材２は、導電性を有する材料からなり、材料としては特に限定されるものではないが、例えば、ステンレス、鉄などの金属を例示することができる。各電極部材２は、本実施形態では、板状であり、電極部材２と同材料からなり導電性を有する平板矩形状の本体部２０の一方の側縁に所定の間隔をあけて並列配置されている。各電極部材２の外形は、図２に示すように、先端が尖った三角形状であり、複数の電極部材２が本体部２０に対して鋸歯状に設けられている。なお、各電極部材２の外形は、必ずしも先端が尖っている必要はなく、先端に向けて幅が小さくなる先細り形状であればよく、図示は省略するが、台形状などであってもよい。また、各電極部材２の外形は、図３のように、矩形状とすることもでき、この場合には複数の電極部材２が本体部２０に対して櫛歯状に設けられている。各電極部材２が、図２のような先の尖った三角形状ではない場合には、各電極部材２の先端の幅（例えば図３では幅Ｗ）は、３ｍｍ以下であることが好ましい。詳細は後述するが、電極部材２の先端表面に供給された電界紡糸用溶液は、電極部材２とコレクター３との間に形成された電界場の作用により、先端から落下しながら細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散するが、この際に、電極部材２の先端の幅（例えば図３の幅Ｗ）が３ｍｍよりも大きいと、先端から落下する電界紡糸用溶液の液滴の大きさが大きくなり、しかも、液滴が細く引き延ばされた状態とならない結果、電極部材２とコレクター３との間に電圧を印加しても電界紡糸用溶液の液滴が電界紡糸されにくくなるからである。
【００２６】
電極部材２の長さＬは、特に限定されるものではないが、この実施形態では１ｍｍ〜５０ｍｍが好ましい。また、隣り合う電極部材２の間隔Ｄ（図２及び図３に示す）は、３ｍｍ〜２０ｍｍが好ましい。間隔Ｄが３ｍｍよりも小さいと、隣接する一方の電極部材２の先端表面に供給された電界紡糸用溶液と、他方の電極部材２の先端表面に供給された電界紡糸用溶液とが一体化し、その結果、電界紡糸用溶液の液滴が大きることで、上述した通り、電極部材２とコレクター３との間に電圧を印加しても電界紡糸用溶液の液滴が電界紡糸されにくくなるからである。
【００２７】
上記構成の複数の電極部材２及び本体部２０（以下、「装置本体２１」という。）は、水平または傾斜して配置され、複数の電極部材２の先端と対向するように、コレクター３が配置されている。コレクター３は、板状の金属から構成されており、一方の板面が複数の電極部材２と対向することで、電界紡糸法により生じたファイバーが前記板面に捕集される。
【００２８】
電源４は、直流電源であり、コレクター３及び装置本体２１に接続され、コレクター３と複数の電極部材２との間に電圧を印加して電界場を形成する。コレクター３と複数の電極部材２との電位差は特に限定されるものではないが、例えば１ｋＶ〜１００ｋＶにすることができ、装置本体２１側を高電位にし、コレクター３側を低電位にしている。なお、高電位、低電位を逆に接続してもよい。また、図１では、電源４が装置本体２１の本体部２０と接続されているが、各電極部材２と接続されるように構成してもよい。この場合には、本体部２０は、非導電性（絶縁性）の材料、例えば、合成樹脂、ガラス、あるいはこれらの複合材料などで形成することができる。
【００２９】
供給手段５は、電界紡糸用溶液を供給できるものであれば特に限定されず、例えば、電界紡糸用溶液を貯留するタンク５０から導入ライン５１を介してシリンジ５２の先端から電界紡糸用溶液を装置本体２１に供給することができる。本実施形態では、供給手段５からの電界紡糸用溶液が本体部２０上に供給されるようになっており、本体部２０上に供給された電界紡糸用溶液は、本体部２０から各電極部材２上に移動し、電極部材２上を伝って電極部材２の先端表面まで到達する。なお、本体部２０上に供給された電界紡糸用溶液のうち、各電極部材２の間から流れ落ちた電界紡糸用溶液は、回収容器（図示せず）により回収される。回収容器に回収された電解紡糸用溶液は、回収ライン（図示せず）を通じてタンク５０に送られる。
【００３０】
装置本体２１が水平または傾斜して配置される図１の例では、図４及び図５に示すように、複数の電極部材２は、各電極部材が幅中央位置が谷部２２となるようにＶ字状に折り曲げられていてもよい。このように、各電極部材２が谷折りされて谷部２２を備えることで、本体部２０から各電極部材２上に移動した電界紡糸用溶液が電極部材２上を伝う際に、電極部材２上から流れ落ちることが防止され、電界紡糸用溶液を無駄なく先端表面まで伝達させることができる。また、本体部２０についても、各電極部材２の谷部２２と対応する位置に谷部２３が設けられるように、凸凹状に折り曲げることができる。これにより、本体部２０上に供給された電界紡糸用溶液は各谷部２３に供給されて、各谷部２３から各電極部材２の谷部２２を流れるので、本体部２０から複数の電極部材２上に電界紡糸用溶液を率先して供給できる。よって、供給手段５から供給される電界紡糸用溶液のうち、電界紡糸に供されずロスとなる電界紡糸用溶液の量を少なくすることができる。
【００３１】
なお、複数の電極部材２及び本体部２０（装置本体２１）が、図６に示すように、水平面に対して垂直にして配置されるように構成してもよい。この図６の例では、供給手段５は、複数の電極部材２の先端上に電界紡糸用溶液を供給するように配置される。この図６の例では、供給手段５からの電界紡糸用溶液は、まず、上下方向に並べられた最上段の電極部材２の先端表面に供給され、この最上段の電極部材２の先端表面から落下する電界紡糸用溶液が一つ下段の電極部材２の先端表面に供給される。このように、供給手段５からの電界紡糸用溶液は、下段の電極部材２に順次供給され、最下段の電極部材２の先端表面から落下する電界紡糸用溶液が回収容器により回収されるため、供給手段５から供給される電界紡糸用溶液のうち、電界紡糸に供されずロスとなる電界紡糸用溶液の量を少なくすることができる。
【００３２】
次に、上記構成の電界紡糸装置１により行う電界紡糸法について説明する。電界紡糸法により紡糸するときは、まず、電源４をオンにすることにより、複数の電極部材２とコレクター３との間に電圧を印加して電界場を形成する。次に、供給手段５から電解紡糸用溶液を、図１の例では本体部２０上に、図６の例では最上段の電極部材２の先端上に、それぞれ供給する。これにより、各電極部材２の先端表面に電界紡糸用溶液が供給され、各電極部材２の先端表面から電界紡糸用溶液の微小な液滴が落下する際に、電極部材２とコレクター３との間に形成された電界場の作用により、多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散する。飛散したファイバーがコレクター３の板面に付着することで、電界紡糸法により多数の細いファイバーが生じ、コレクター３に捕集される。
【００３３】
上記構成の電界紡糸装置１によれば、複数の突起状の電極部材２の先端表面に電界紡糸用溶液を供給することにより、ナノサイズのファイバーを連続的に紡糸することができる。よって、各電極部材２が目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを製造することができる。また、複数の突起状の電極部材２が鋸歯状又は櫛歯状であり、その先端が細くなっているため、各電極部材２の先端表面から落下する電界紡糸用溶液の液滴の大きさを小さく、かつ、細く引き延ばすことができる。これにより、電極部材２とコレクター３との間に電圧を印加したときに、ナノサイズのファイバーを生じさせやすくすることができるので、効率よくファイバーを紡糸することができる。したがって、ファイバーを量産することができる。また、複数の突起状の電極部材２が板状であるため、洗浄などの各電極部材２のメンテナンスも容易である。
【００３４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、複数の電極部材２の形状は板状であるが、必ずしも板状である必要はなく、細長い棒状や先端が尖ったピン状などであっても、同様の効果を奏する。
【００３５】
また、上記実施形態では、複数の電極部材２が平板矩形状の本体部２０の一つの側縁に間隔をあけて並列配置されているが、図７に示すように、板状の本体部２０の周縁に複数の電極部材２を所定の間隔をあけて配置するように構成してもよい。各電極部材２は、図７では、先端が尖った三角形状であり、複数の電極部材２が本体部２０に対して歯車状に設けられているが、必ずしも先端が尖っている必要はなく、台形状などの先端に向けて幅が小さくなる先細り形状のほか、矩形状とすることもできる。
【００３６】
この図７の実施形態では、複数の電極部材２及び本体部２０（装置本体２１）を水平にして配置し、複数の電極部材２の先端と対向するように、装置本体２１の周囲に筒状のコレクター３を配置する。そして、供給手段５から本体部２０上に電界紡糸用溶液を供給するとともに、本体部２０を図示しない回転駆動手段により回転させる。これにより、本体部２０上に供給された電界紡糸用溶液は、本体部２０から各電極部材２上、さらには、各電極部材２の先端表面まで遠心力により供給され、各電極部材２の先端から微小な液滴として落下する際に多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図７の実施形態においても、各電極部材２の目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。
【００３７】
なお、図７の実施形態においても、図８に示すように、本体部２０の中心部と各電極部材２の先端とを結ぶ線Ｌ１において、本体部２０及び各電極部材２を谷折りし、本体部２０の中心部と隣り合う電極部材２の境界とを結ぶ線Ｌ２において、本体部２０及び各電極部材２を山折りすることで、本体部２０及び各電極部材２に谷部２３，２２が設けられるように構成してもよい。このように、本体部２０及び各電極部材２が谷部２３，２２を備えることで、上記実施形態と同様に、供給手段５から供給される電界紡糸用溶液のうち、電界紡糸に供されずロスとなる電界紡糸用溶液の量を少なくすることができる。
【００３８】
また、図９に示すように、本体部２０を錐状に形成し、複数の電極部材２を、錐状の本体部２の底辺に沿って一周に亘り設けるようにして、装置本体２１を構成してもよい。この場合、複数の電極部材２は、その先端が斜め下方に向けて本体部２０の底辺から突き出るようにして設けるのが好ましい。なお、各電極部材２は、図９では、板状でありかつ先端が尖った三角形状であるが、台形状などの先端に向けて幅が小さくなる先細り形状のほか、矩形状でもよい。また、複数の電極部材２は、必ずしも板状である必要はなく、細長い棒状や先端が尖ったピン状などであってもよい。本体部２０は、電極部材２と同材料からなり導電性を有していてもよいし、非導電性（絶縁性）の材料で形成されていてもよい。
【００３９】
コレクター３は、複数の電極部材２の先端と対向するように、装置本体２１の下方に配置されているが、装置本体２１の直下にはコレクター３が存在せず、装置本体２１の直下から外側に外れた位置に配置するのが好ましい。図９では、リング状のコレクター３を装置本体２１の下方に配置しており、リング状のコレクター３の中央部の空洞上に、装置本体２１が位置している。なお、筒状のコレクターを、装置本体２１の周囲を囲むようにして配置してもよい。
【００４０】
この図９の実施形態では、供給手段５から本体部２０上に電界紡糸用溶液を供給することにより、電界紡糸用溶液が本体部２０の周面、さらには、各電極部材２を流れ落ちることで、各電極部材２の先端表面まで供給される。その結果、電界紡糸用溶液が各電極部材２の先端から微小な液滴として落下する際に多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図９の実施形態においても、各電極部材２が目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。また、装置本体２１を回転させる必要はないうえ、装置本体２１の直下位置にコレクター３が配置されないようにすることで、電界紡糸用溶液がコレクター３上に落下することを防止できる。なお、本体部２０は、図９では、円錐状に形成されているが、角錐状などであってもよい。
【００４１】
また、図１０に示すように、本体部２０を容器状に形成し、本体部２０内に供給手段５（図示は省略）から供給される電界紡糸用溶液を貯留させるように構成してもよい。本体部２０は、電極部材２と同材料からなり導電性を有していてもよいし、非導電性（絶縁性）の材料で形成されていてもよい。この図１０の実施形態では、本体部２０は、水平方向に延びるように形成されており、周面２０Ａ及び側面２０Ｂを有しているとともに頂面に開口２０Ｃを有している。周面２０Ａは、開口２０Ｃの両側縁からそれぞれ斜め下方に向かって延びるＶ字状をなしており、開口２０Ｃから溢れた電界紡糸用溶液が周面２０Ａに沿って斜め下方へ流下するように構成されている。複数の電極部材２が、容器状の本体部２の周面２０Ａの下端部に垂下するようにして、前記水平方向に沿って設けられることで、装置本体２１が構成されている。なお、各電極部材２は、図１０では、板状でありかつ先端が尖った三角形状であるが、台形状などの先端に向けて幅が小さくなる先細り形状のほか、矩形状でもよい。また、複数の電極部材２は、必ずしも板状である必要はなく、細長い棒状や先端が尖ったピン状などであってもよい。コレクター３は、複数の電極部材２の側方に、各電極部材２の先端が一方の板面と対向するようにして配置されている。
【００４２】
この図１０の実施形態では、供給手段５から本体部２０内に供給された電界紡糸用溶液が開口２０Ｃから溢れ、周面２０Ａに沿って斜め下方に流れ落ちた後、各電極部材２に沿って流れ落ちることで、各電極部材２の先端表面に供給される。その結果、電界紡糸用溶液が各電極部材２の先端から微小な液滴として落下する際に多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図１０の実施形態においても、各電極部材２が目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。なお、本体部２０の周面２０Ａが造る断面形状は、必ずしもＶ字状である必要はなく、半円形状や半楕円形状などであってもよい。
【００４３】
また、図１１に示すように、本体部２０を筒状に形成し、本体部２０内に供給手段５から供給される電界紡糸用溶液を流通させるように構成してもよい。本体部２０は、電極部材２と同材料からなり導電性を有していてもよいし、非導電性（絶縁性）の材料で形成されていてもよい。この図１１の実施形態では、複数の電極部材２が、本体部２の周面の下端部に垂下するようにして、本体部２０の長さ方向に沿って設けられることで、装置本体２１が構成されている。なお、各電極部材２は、図１１では、板状でありかつ先端が尖った三角形状であるが、台形状などの先端に向けて幅が小さくなる先細り形状のほか、矩形状でもよい。また、複数の電極部材２は、必ずしも板状である必要はなく、細長い棒状や先端が尖ったピン状などであってもよい。また、本体部２０の周面には、内部の電界紡糸用溶液を複数の電極部材２に供給する貫通孔２０Ｄが複数設けられている。コレクター３は、複数の電極部材２の側方に、各電極部材２の先端が一方の板面と対向するようにして配置されている。
【００４４】
この図１１の実施形態では、供給手段５から本体部２０内に供給された電界紡糸用溶液が貫通孔２０Ｄから流出し、本体部２０の周面、さらに、各電極部材２に沿って流れ落ちることで、各電極部材２の先端表面に供給される。その結果、電界紡糸用溶液が各電極部材２の先端から微小な液滴として落下する際に多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図１１の実施形態においても、各電極部材２が目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。なお、本体部２０の形状は、必ずしも円筒状である必要はなく、角筒状であってもよい。
【００４５】
また、図１２に示すように、複数の電極部材２を、先端が斜め下方に向けて突き出るようにして放射状に配置することで、装置本体２１を構成してもよい。この場合、各電極部材２は、板状のほか、細長い棒状や先端が尖ったピン状などであってもよい。また、板状の場合には、先端が尖った三角形状、台形状などの先端に向けて幅が小さくなる先細り形状のほか、矩形状でもよい。また、コレクター３は、複数の電極部材２の先端と対向するように、図９の実施形態と同様に、装置本体２１の直下位置から外側に外れた位置に配置するのが好ましい。なお、筒状のコレクターを、装置本体２１を囲むようにして配置してもよい。
【００４６】
この図１２の実施形態では、放射状に広がる複数の電極部材２の頂点Ｔ上に供給手段５から電界紡糸用溶液を供給することにより、電界紡糸用溶液が斜め下方に向けて突き出る各電極部材２に沿って流れ落ちることで、各電極部材２の先端表面に供給される。その結果、電界紡糸用溶液が各電極部材２の先端から微小な液滴として落下する際に多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図１２の実施形態においても、各電極部材２の目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。また、装置本体２１の直下位置にコレクター３が配置されないようにすることで、装置本体２１に供給された電界紡糸用溶液がコレクター３上に落下することを防止できる。
【００４７】
また、図１３に示すように、本体部２０をロール状に形成し、ロール状の本体部２０の表面に、複数の電極部材２を先端が上方を向くようにして、本体部２０の長さ方向に沿って設けることで装置本体２１を構成してもよい。本体部２０は、電極部材２と同材料からなって導電性を有し、図示しない回転駆動手段により回転可能となっている。本体部２０の下方には、内部に電界紡糸用溶液を貯留する貯留槽５５が設けられている。この貯留槽５５は、供給手段５を構成し、本体部２０が回転することにより周回する複数の電極部材２が電界紡糸用溶液に浸漬可能なように、その高さ位置が設定されている。なお、各電極部材２は、図１３では、板状でありかつ先端が尖った三角形状であるが、台形状などの先端に向けて幅が小さくなる先細り形状のほか、矩形状でもよい。また、複数の電極部材２は、必ずしも板状である必要はなく、細長い棒状や先端が尖ったピン状などであってもよい。コレクター３は、例えば本体部２０の上方に配置され、各電極部材２が周回する際にコレクター３と対向する。
【００４８】
この図１３の実施形態では、複数の電極部材２と本体部２０とで、電界紡糸用溶液に対する濡れ性が異なるように表面処理が施されている。つまりは、電極部材２の表面は、電界紡糸用溶液が濡れやすい（つまりは、付着しやすい）ような表面処理がなされており、本体部２０の表面は、電界紡糸用溶液が濡れにくい（つまりは、はじきやすくて付着しにくい）ような表面処理がなされている。このような電極部材２及び本体部２０の表面に親水性と疎水性とを付与して、電界紡糸用溶液に対する濡れ性を異なるようにするための表面処理には、種々の方法を用いることができるが、例えば、電極部材２の表面に酸化チタンなどの親水性材料をコーティングすることで、親水性化することができる一方で、本体部２０の表面にフッ素やシリコン、ダイヤモンドライクカーボンなどの疎水性（撥水性）材料をコーティングすることで、疎水性化することができる。また、電極部材２及び本体部２０の表面にメッキ処理を施すことによっても、電極部材２及び本体部２０の表面に親水性と疎水性との差をつけることができる。また、電極部材２及び本体部２０の表面に研磨処理やサンドブラスト処理などを施し、表面を滑らかにしたり、微細な凹凸形状として粗くしたりすることによっても、電極部材２及び本体部２０の表面に親水性と疎水性との差をつけることができる。本体部２０の表面の表面粗さを小さくすることで疎水性が向上し、電極部材２の表面の表面粗さを大きくすることで、電極部材２の表面と液との接触面積が大きくなるので、親水性が向上する。これにより、本体部２０の回転により複数の電極部材２が周回し、貯留槽５５内の電界紡糸用溶液に浸漬した際、本体部２０と各電極部材２との間で液が切れ、電界紡糸用溶液が濡れやすい部分である各電極部材２の先端表面に効果的に付着する。そして、更なる本体部２０の回転により複数の電極部材２が周回して、コレクター３と対向することで、各電極部材２の先端表面に付着した電界紡糸用溶液の微小な液滴が多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図１２の実施形態においても、各電極部材２の目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。また、本体部２０は、電界紡糸用溶液に対して濡れにくくなっているので、複数の電極部材２以外の領域で紡糸されるのを防ぐことができる。
【００４９】
なお、図１３の実施形態において、ロール状の本体部２０の表面に、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、凹状の微小な窪み２４を複数設け、各窪み２４内に電極部材２を設けるように構成してもよい。電極部材２は窪み２４の中心部に設けることが好ましい。窪み２４の深さは、電極部材２の長さとほぼ同じか小さいことが好ましい。この図１４の実施形態では、本体部２０が図示しない回転駆動手段により回転すると、複数の窪み２４及び電極部材２が周回し、貯留槽５５内の電界紡糸用溶液に浸漬する。その後、本体部２０の表面に付着した液を、例えばドクターブレードなどのゴム製のブレード部を有する掻き取り板（図示せず）で払拭して本体部２０の表面から落下させることで、複数の窪み２４内にだけに電界紡糸用溶液を供給する。そして、更なる本体部２０の回転により複数の窪み２４及び電極部材２が周回して、コレクター３と対向することで、各窪み２４内の電界紡糸用溶液が各電極部材２の先端表面から多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図１４の実施形態においても、各電極部材２の目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。また、本体部２０の表面に付着した電界紡糸用溶液は掻き取られ、各窪み２４内に電界紡糸用溶液が貯留されるので、図１３の実施形態のように、複数の電極部材２と本体部２０とで、電界紡糸用溶液に対する濡れ性が異なるように表面処理を施す必要はなく、複数の電極部材２以外の領域で紡糸されるのを防ぐことができる。
【００５０】
また、図１５に示すように、本体部２０を、一対のプーリ２５，２５に掛け渡された無端状の帯状体（ベルト）で形成し、帯状の本体部２０の表面に、複数の電極部材２を先端が上方を向くようにして、本体部２０の長さ方向に沿って設けることで装置本体２１を構成してもよい。本体部２０は、電極部材２と同材料からなって導電性を有し、各プーリ２５が図示しない回転駆動手段により回転することで、回転可能となっている。本体部２０の下方には、図１３の実施形態と同様に、内部に電界紡糸用溶液を貯留する貯留槽５５が設けられており、貯留槽５５は、本体部２０が回転することにより周回する複数の電極部材２が電界紡糸用溶液に浸漬可能なように、その高さ位置が設定されている。なお、各電極部材２は、図１５では、板状でありかつ先端が尖った三角形状であるが、台形状などの先端に向けて幅が小さくなる先細り形状のほか、矩形状でもよい。また、複数の電極部材２は、必ずしも板状である必要はなく、細長い棒状や先端が尖ったピン状などであってもよい。コレクター３は、例えば本体部２０の側方に配置され、各電極部材２が周回する際にコレクター３と対向する。
【００５１】
この図１５の実施形態においても、図１３の実施形態と同様に、複数の電極部材２と本体部２０とで、電界紡糸用溶液に対する濡れ性が異なるように表面処理を施すことが好ましい。これにより、本体部２０の複数の電極部材２以外の領域で紡糸されるのを防ぐことができる。この図１５の実施形態では、本体部２０の回転により複数の電極部材２が周回し、貯留槽５５内の電界紡糸用溶液に浸漬した際、電界紡糸用溶液が各電極部材２の先端表面に微小な液滴として付着する。そして、更なる本体部２０の回転により複数の電極部材２が周回して、コレクター３と対向することで、各電極部材２の先端表面に付着した電界紡糸用溶液の微小な液滴が多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図１５の実施形態においても、各電極部材２の目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。
【００５２】
なお、図１５の実施形態においては、本体部２０が導電性の材料で形成されているが、合成樹脂などの非導電性（絶縁性）の材料で形成し、その表面に、複数の導電性の電極部材２を別途設置するように構成してもよい。この場合には、図１６に示すように、複数の電極部材２は、帯状の本体部２０の厚み方向に貫通するようにして、本体部２０に設置される。また、本体部２０内には、コレクター３と対向する領域に、電源４と接続される導電性を有する材料からなる端子部材２６が複数設けられ、複数の電極部材２は、コレクター３と対向する際に各端子部材２６と接するように本体部２０に設けられている。
【００５３】
この図１６の実施形態では、本体部２０の回転により複数の電極部材２が周回し、貯留槽５５内の電界紡糸用溶液に浸漬した際、電界紡糸用溶液が各電極部材２の先端表面に付着する。そして、更なる本体部２０の回転により複数の電極部材２が周回して、コレクター３と対向する。この際、複数の電極部材２が各端子部材２６と接することで、各電極部材２とコレクター３との間に電界場が形成され、電界場の作用により、各電極部材２の先端表面に付着した電界紡糸用溶液の微小な液滴が多数の細いファイバーとなってコレクター３に向けて飛散し、コレクター３に捕集される。この図１５の実施形態においても、各電極部材２の目詰まりなどを起こすことなく、好適にナノサイズのファイバーを量産することができるうえ、各電極部材２のメンテナンスも容易である。さらに、複数の電極部材２だけに電圧印加され、本体部２０も含めた装置本体２１全体に電圧印加されないので、エネルギー効率よく紡糸することができる。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例を用いて本発明を更に説明する。ただし、本発明が本実施例に限定されるものではない。実施例として、本発明の図１の実施形態及び図６の実施形態に係る電界紡糸装置を用いて電界紡糸を行った。
【００５５】
実施例１，２では、複数の板状の電極部材を板状の本体部に対して鋸歯状に設け、実施例１では、電極部材の長さＬを１０ｍｍとし、隣り合う電極部材の間隔Ｄを５ｍｍとし、実施例２では、電極部材の長さＬを１０ｍｍとし、隣り合う電極部材の間隔Ｄを１０ｍｍとした（図２を参照）。また、実施例３，４では、複数の板状の電極部材を板状の本体部に対して櫛歯状に設け、実施例３では、電極部材の突出長さＬを１０ｍｍとし、隣り合う電極部材の間隔Ｄを４ｍｍとし、実施例４では、電極部材の突出長さＬを１０ｍｍとし、隣り合う電極部材の間隔Ｄを９ｍｍとした（図３を参照）。
【００５６】
実施例１〜４のいずれについても、コレクターとして、１００μｍの厚みを有するＰＥＴフィルムの表面にアルミニウムテープを貼り付けたものを用いた。また、電界紡糸用溶液として、ポリビニルアルコール（積水化学工業社製のSelvol 350）を水に溶解して、濃度が７ｗｔ％の水溶液とし、この水溶液に、濃度が１５ｗｔ％のナノシリカ分散液（ＣＩＫナノテック社製）を加え、固形分中のシリカの濃度が１０ｗｔ％になるように調整したものを用いた。また、各電極部材からコレクターまでの距離を１５ｃｍとした。この状態で、シリンジポンプによって、５ｍｌ／ｈで電界紡糸用溶液を供給しながら、各電極部材とコレクター３との間に電圧を印加した。電圧は１５ｋＶとした。
【００５７】
そして、実施例１〜４の電界紡糸装置を連続運転して、紡糸の可否を目視で観察したところ、いずれの実施例１〜４においても、目詰まりなくファイバーを連続的に紡糸できることを確認できた。また、実施例１〜４について電界紡糸を５分間連続的に行った後、ファイバーのサンプリングを５分間行い、サンプリングしたファイバーの平均径を求めた。いずれの実施例１〜４においても、ファイバー径は５００ｎｍよりも小さく、良好な細さのファイバーを製造できることを確認できた。よって、本発明の電界紡糸装置によれば、電極部材の目詰まりが生じず、好適にファイバーを連続的に紡糸できることを確認できた。
【符号の説明】
【００５８】
１    電界紡糸装置
２    電極部材
３    コレクター
４    電源
５    供給手段
２０  本体部
２０Ａ  周面
２０Ｃ  開口
２０Ｄ  貫通孔
２２  谷部
２６  端子部材
５５  貯留槽
【図１】
2015081391.tif 000003
【図２】
2015081391.tif 000004
【図３】
2015081391.tif 000005
【図４】
2015081391.tif 000006
【図５】
2015081391.tif 000007
【図６】
2015081391.tif 000008
【図７】
2015081391.tif 000009
【図８】
2015081391.tif 000010
【図９】
2015081391.tif 000011
【図１０】
2015081391.tif 000012
【図１１】
2015081391.tif 000013
【図１２】
2015081391.tif 000014
【図１３】
2015081391.tif 000015
【図１４】
2015081391.tif 000016
【図１５】
2015081391.tif 000017
【図１６】
2015081391.tif 000018