(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズル、当該複数の上向きノズルに前記ポリマー溶液を供給するポリマー溶液供給経路及び前記複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を回収するポリマー溶液回収経路を有するノズルブロックと、
前記ノズルブロックよりも上方に配置されたコレクターと、
前記複数の上向きノズルと前記コレクターとの間に高電圧を印加する電源装置とを備え、
前記複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら前記複数の上向きノズルの吐出口から前記ポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するとともに、前記複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を回収して前記ナノ繊維の原料として再利用することを可能としたナノ繊維製造装置であって、
前記上向きノズルの先端部（以下、ノズル先端部という。）は、円筒を当該円筒の軸と斜めに交わる平面に沿って切断した形状を有することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のナノ繊維製造装置において、
前記円筒の軸と、前記平面とのなす角度は、１５°〜６０°の範囲内にあることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のナノ繊維製造装置において、
前記ポリマー溶液回収経路は、前記複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を受ける受部と、前記受部を覆うとともに各上向きノズルを通す複数のノズル用孔を有する蓋部と、前記複数のノズル用孔から突出する各上向きノズルの側面を覆う複数のジャケットから形成されてなり、
前記ジャケットの基端側をジャケット基端部とし、前記ジャケットの先端側をジャケット先端部とするとき、前記ジャケット先端部は、前記ジャケット基端部よりも細いことを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載のナノ繊維製造装置において、
前記ジャケット基端部は、太さが一定の筒状の形状を有し、
前記ジャケット先端部は、当該ジャケット先端部と前記ジャケット基端部との接続部から先端にかけて徐々に太さが減少する筒状の形状を有することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のナノ繊維製造装置において、
前記ノズル先端部の先端側に形成された斜面部の先端は、前記ジャケットの先端よりも上方に位置することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載のナノ繊維製造装置において、
前記斜面部の先端と前記ジャケットの先端との前記円筒の軸に沿った間隔ｄ１は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にあることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のナノ繊維製造装置において、
前記ノズル先端部の先端側に形成された斜面部の基端は、前記ジャケットの先端よりも下方に位置することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載のナノ繊維製造装置において、
前記斜面部の基端と前記ジャケットの先端との前記円筒の軸に沿った間隔ｄ２は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にあることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記上向きノズル及び前記ジャケットを前記上向きノズルの上方から前記円筒の軸に沿って見たとき、前記ジャケットの内周に囲まれる領域の面積をＳ１とし、前記ノズル先端部の外周に囲まれる領域の面積をＳ２とするとき、「Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ２≦４×Ｓ２」の関係を満たすことを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１０】
請求項３〜９のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記蓋部は、前記ノズル用孔の周囲に蓋部側ねじ部をさらに有し、
前記ジャケットは、前記ジャケット基端部の基端側に前記蓋部側ねじ部と対応するジャケット側ねじ部をさらに有し、
前記蓋部側ねじ部と前記ジャケット側ねじ部との嵌合により前記蓋部と前記ジャケットとが結合されていることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記ポリマー溶液供給経路は、ポリマー溶液供給経路側ねじ部をさらに有し、
前記上向きノズルは、前記上向きノズルの基端側に前記ポリマー溶液供給経路側ねじ部と対応する上向きノズル側ねじ部をさらに有し、
前記ポリマー溶液供給経路側ねじ部と前記上向きノズル側ねじ部との嵌合により前記ポリマー溶液供給経路と前記上向きノズルとが結合され、
前記上向きノズルの基端部は、多角形の筒状形状からなることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記ナノ繊維の原料となる前記ポリマー溶液を貯蔵する原料タンクと、
回収された前記ポリマー溶液を再生するための再生タンクであって、再生された前記ポリマー溶液を貯蔵する再生タンクと、
前記原料タンク又は前記再生タンクから供給された前記ポリマー溶液を貯蔵する中間タンクと、
前記ノズルブロックの前記ポリマー溶液回収経路から前記再生タンクへ前記ポリマー溶液を移送する第１移送装置と、
前記第１移送装置の移送動作を制御する第１移送制御装置と、
前記原料タンク及び前記再生タンクから前記中間タンクへ前記ポリマー溶液を移送する第２移送装置と、
前記第２移送装置の移送動作を制御する第２移送制御装置とをさらに備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
長尺シートを搬送する搬送装置をさらに備えるとともに、
前記ノズルブロックと前記コレクターとを少なくとも備え、前記長尺シートの表面にナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置として、前記長尺シートの搬送方向に沿って直列に配置された複数の電界紡糸装置を備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、ナノ繊維製造装置に関する。なお、本発明において、「ナノ繊維」とは、ポリマー材料からなり、平均直径が数ｎｍ〜数千ｎｍの繊維のことをいう。また、「ポリマー溶液」とは、ポリマーを溶媒に溶解させた溶液のことをいう。
【０００２】
複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用することを可能としたナノ繊維製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。図５は、従来のナノ繊維製造装置９００を説明するために示す図である。図５（ａ）はナノ繊維製造装置９００の正面図であり、図５（ｂ）は上向きノズル９１２周辺の斜視図であり、図５（ｃ）はノズル先端部９１３の正面図である。
【０００３】
従来のナノ繊維製造装置９００は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズル９１２、当該複数の上向きノズル９１２にポリマー溶液を供給するポリマー溶液供給経路９１４及び上向きノズル９１２の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収するポリマー溶液回収経路９１６を有するノズルブロック９１０と、ノズルブロック９１０よりも上方に配置されたコレクター９２０と、複数の上向きノズル９１２とコレクター９２０との間に高電圧を印加する電源装置９３０と、ナノ繊維の原料となるポリマー溶液を貯蔵するタンク９４０と、タンク９４０に貯蔵されたポリマー溶液をノズルブロック９１０のポリマー溶液供給経路９１４に供給する計量ポンプ９５０と、複数の上向きノズル９１２の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してタンク９４０に戻す回収ポンプ９６０とを備える。
【０００４】
上向きノズル９１２の先端部であるノズル先端部９１３は、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、先端が広がった円筒状の形状からなる。
【０００５】
従来のナノ繊維製造装置９００によれば、複数の上向きノズル９１２の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するため、従来の下向きノズルを用いたナノ繊維製造装置の場合に見られるようなドロップレット現象（下向きノズルから紡糸されなかったポリマー溶液の塊がそのまま長尺シートに付着する現象）が発生することがなく、高品質なナノ繊維を製造することが可能となる。
また、従来のナノ繊維製造装置９００によれば、複数の上向きノズル９１２の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながらナノ繊維を電界紡糸するため、常に十分な量のポリマー溶液が上向きノズルに供給され、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
また、従来のナノ繊維製造装置９００によれば、複数の上向きノズル９１２の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用することが可能であるため、原料の使用料を減らすことが可能となる結果、安価な製造コストでナノ繊維を製造することが可能となる。また、このことは省資源化の流れにも沿うものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４４１４４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明の発明者の研究の結果、従来のナノ繊維製造装置においては、上向きノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら電界紡糸する過程でポリマー溶液から溶媒が揮発することに起因して上向きノズルの吐出口の近傍においてポリマー固化物が生成し、当該ポリマー固化物が「製品となるナノ繊維」に付着してナノ繊維の品質を低下させてしまう場合があるという問題があることがわかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、上向きノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら電界紡糸する場合であっても、ポリマー固化物がナノ繊維に付着してナノ繊維の品質を低下させてしまうという問題を解決可能なナノ繊維製造装置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】
【０００９】
［１］本発明のナノ繊維製造装置は、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズル、当該複数の上向きノズルに前記ポリマー溶液を供給するポリマー溶液供給経路及び前記複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を回収するポリマー溶液回収経路を有するノズルブロックと、前記ノズルブロックよりも上方に配置されたコレクターと、前記複数の上向きノズルと前記コレクターとの間に高電圧を印加する電源装置とを備え、前記複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら前記複数の上向きノズルの吐出口から前記ポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するとともに、前記複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を回収して前記ナノ繊維の原料として再利用することを可能としたナノ繊維製造装置であって、前記上向きノズルの先端部（以下、ノズル先端部という。）は、円筒を当該円筒の軸と斜めに交わる平面に沿って切断した形状を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するため、従来の下向きノズルを用いたナノ繊維製造装置の場合に見られるようなドロップレット現象が発生することがなく、高品質なナノ繊維を製造することが可能となる。
また、本発明のナノ繊維製造装置によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながらナノ繊維を電界紡糸するため、常に十分な量のポリマー溶液が上向きノズルに供給され、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
また、本発明のナノ繊維製造装置によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用することが可能であるため、原料の使用料を減らすことが可能となる結果、安価な製造コストでナノ繊維を製造することが可能となる。また、このことは省資源化の流れにも沿うものとなる。
【００１１】
また、本発明のナノ繊維製造装置によれば、ノズル先端部が、円筒を当該円筒の軸と斜めに交わる平面に沿って切断した形状を有するため、上向きノズルの吐出口からオーバーフローするポリマー溶液が、ノズル先端部の部分で滞留することなく速やかに流れ落ちるようになる。このため、電界紡糸する過程でポリマー溶液から溶媒が揮発する量を極めて少なくするとともに、上向きノズルの吐出口の近傍において生成するポリマー固化物の量を極めて少なくすることが可能となる。その結果、本発明のナノ繊維製造装置によれば、上向きノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら電界紡糸する場合であっても、ポリマー固化物がナノ繊維に付着してナノ繊維の品質を低下させてしまうという問題を解決することが可能となる。
【００１２】
［２］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記円筒の軸と、前記平面とのなす角度は、１５°〜６０°の範囲内にあることが好ましい。
【００１３】
円筒の軸と平面とのなす角度を１５°〜６０°の範囲内にしたのは、当該角度が６０°以下である場合には、上向きノズルの吐出口からオーバーフローするポリマー溶液がノズル先端部の部分で滞留することなくより一層速やかに流れ落ちるようになるからであり、当該角度が１５°以上である場合には、上向きノズルの斜面の長さが長くなりすぎることに起因して電界紡糸条件がばらついてしまうということもなくなるからである。
【００１４】
［３］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記ポリマー溶液回収経路は、前記複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローした前記ポリマー溶液を受ける受部と、前記受部を覆うとともに各上向きノズルを通す複数のノズル用孔を有する蓋部と、前記複数のノズル用孔から突出する各上向きノズルの側面を覆う複数のジャケットから形成されてなり、前記ジャケットの基端側をジャケット基端部とし、前記ジャケットの先端側をジャケット先端部とするとき、前記ジャケット先端部は、前記ジャケット基端部よりも細いことが好ましい。
【００１５】
このような構成とすることにより、上向きノズルの側面を覆うジャケットの働きにより、上向きノズルの吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となる。
【００１６】
また、ジャケット先端部はジャケット基端部よりも細いため、上向きノズルの吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となる。
【００１７】
［４］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記ジャケット基端部は、太さが一定の筒状の形状を有し、前記ジャケット先端部は、当該ジャケット先端部と前記ジャケット基端部との接続部から先端にかけて徐々に太さが減少する筒状の形状を有することが好ましい。
【００１８】
このような構成とすることにより、単純な形状のジャケットを用いて、ポリマー溶液から溶媒が揮発する量を低減することが可能となる。
【００１９】
なお、「徐々に太さが減少する」例としては、一定の割合で太さが減少することを挙げることができる。
【００２０】
［５］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記ノズル先端部の先端側に形成された斜面部の先端は、前記ジャケットの先端よりも上方に位置することが好ましい。
【００２１】
このような構成とすることにより、上向きノズルとコレクターとの間に形成される電界が安定するため、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
【００２２】
［６］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記斜面部の先端と前記ジャケットの先端との前記円筒の軸に沿った間隔ｄ１は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２３】
間隔ｄ１を０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にしたのは、当該間隔ｄ１が２．０ｍｍ以下である場合には、上向きノズルの吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となるからであり、間隔ｄ１が０．１ｍｍ以上である場合には、上向きノズルとコレクターとの間に形成される電界が安定するため、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となるからである。
【００２４】
［７］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記ノズル先端部の先端側に形成された斜面部の基端は、前記ジャケットの先端よりも下方に位置することが好ましい。
【００２５】
このような構成とすることにより、上向きノズルの吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となる。
【００２６】
［８］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記斜面部の基端と前記ジャケットの先端との前記円筒の軸に沿った間隔ｄ２は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
【００２７】
間隔ｄ２を０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にしたのは、当該間隔ｄ２が０．１ｍｍ以上である場合には、上向きノズルの吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となるからであり、間隔ｄ２が１．０ｍｍ以下である場合には、ポリマー溶液が上向きノズルの吐出口からコレクターに向かって安定して吐出されるようになるため、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となるからである。
【００２８】
［９］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記上向きノズル及び前記ジャケットを前記上向きノズルの上方から前記円筒の軸に沿って見たとき、前記ジャケットの内周に囲まれる領域の面積をＳ１とし、前記ノズル先端部の外周に囲まれる領域の面積をＳ２とするとき、「Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ２≦４×Ｓ２」の関係を満たすことが好ましい。
【００２９】
「Ｓ１−Ｓ２」は、上向きノズルとジャケットとの隙間の面積に対応する値であるが、「Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ２≦４×Ｓ２」の関係を満たすことが好ましいとした理由は、「Ｓ１−Ｓ２」が「４×Ｓ２」以下である場合には、上向きノズルの吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となるからであり、「Ｓ１−Ｓ２」が「Ｓ２」以上である場合には、上向きノズルとジャケットとの隙間を通過できないポリマー溶液がジャケットの外側に溢れてしまうことがなくなるからである。
【００３０】
［１０］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記蓋部は、前記ノズル用孔の周囲に蓋部側ねじ部をさらに有し、前記ジャケットは、前記ジャケット基端部の基端側に前記蓋部側ねじ部と対応するジャケット側ねじ部をさらに有し、前記蓋部側ねじ部と前記ジャケット側ねじ部との嵌合により前記蓋部と前記ジャケットとが結合されていることが好ましい。
【００３１】
このような構成とすることにより、ジャケットの着脱が容易となり、製造及びメンテナンスが容易なナノ繊維製造装置となる。
【００３２】
［１１］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記ポリマー溶液供給経路は、ポリマー溶液供給経路側ねじ部をさらに有し、前記上向きノズルは、前記上向きノズルの基端側に前記ポリマー溶液供給経路側ねじ部と対応する上向きノズル側ねじ部をさらに有し、前記ポリマー溶液供給経路側ねじ部と前記上向きノズル側ねじ部との嵌合により前記ポリマー溶液供給経路と前記上向きノズルとが結合され、前記上向きノズルの基端部は、多角形の筒状形状からなることが好ましい。
【００３３】
このような構成とすることにより、上向きノズルの着脱が容易となり、製造及びメンテナンスが容易なナノ繊維製造装置となる。
【００３４】
また、上向きノズルの基端部が多角形の筒状形状からなるため、レンチ等の工具を用いて上向きノズルを容易に着脱することが可能となり、製造及びメンテナンスがより一層容易なナノ繊維製造装置となる。
【００３５】
多角形の筒状形状の例としては、四角形の筒状形状、六角形の筒状形状及び八角形の筒状形状を挙げることができる。
【００３６】
［１２］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記ナノ繊維の原料となる前記ポリマー溶液を貯蔵する原料タンクと、回収された前記ポリマー溶液を再生するための再生タンクであって、再生された前記ポリマー溶液を貯蔵する再生タンクと、前記原料タンク又は前記再生タンクから供給された前記ポリマー溶液を貯蔵する中間タンクと、前記ノズルブロックの前記ポリマー溶液回収経路から前記再生タンクへ前記ポリマー溶液を移送する第１移送装置と、前記第１移送装置の移送動作を制御する第１移送制御装置と、前記原料タンク及び前記再生タンクから前記中間タンクへ前記ポリマー溶液を移送する第２移送装置と、前記第２移送装置の移送動作を制御する第２移送制御装置とをさらに備えることが好ましい。
【００３７】
このような構成とすることにより、回収したポリマー溶液を再生タンクに移送した後、当該ポリマー溶液の組成を測定するとともに、当該測定結果に応じてポリマー溶液に溶媒その他の必要な成分を添加することで、当該ポリマー溶液を元のポリマー溶液の組成と同じか極めて近い組成を有するポリマー溶液に再生することが可能となる。このため、本発明のナノ繊維製造装置によれば、オーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用可能としながら、電界紡糸過程における紡糸条件（この場合ポリマー溶液の組成）を長時間にわたって一定に保つことが可能となり、均一な品質を有するナノ繊維を大量生産することが可能となる。
【００３８】
なお、「移送装置」には、ポリマー溶液を通すパイプ、ポリマー溶液を移送するポンプなどが含まれる。また、「移送制御装置」には、ポリマー溶液の通過の可否及び通過量を制御するバルブ、当該バルブや上記したポンプの動作を制御する制御装置などが含まれる。
【００３９】
［１３］本発明のナノ繊維製造装置においては、長尺シートを搬送する搬送装置をさらに備えるとともに、前記ノズルブロックと前記コレクターとを少なくとも備え、前記長尺シートの表面にナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置として、前記長尺シートの搬送方向に沿って直列に配置された複数の電界紡糸装置を備えることが好ましい。
【００４０】
このような構成とすることにより、ナノ繊維をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、ナノ繊維を厚く堆積させた製品や、多種類のナノ繊維を堆積させた製品等を大量生産することも可能となる。
【００４１】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、高機能・高感性テキスタイルなどの衣料品、ヘルスケア、スキンケアなど美容関連用品、ワイピングクロス、フィルターなど産業資材、二次電池のセパレーター、コンデンサーのセパレーター、各種触媒の担体、各種センサー材料などの電子・機械材料、再生医療材料、バイオメディカル材料、医療用ＭＥＭＳ材料、バイオセンサー材料などの医療材料、その他の幅広い用途に使用可能なナノ繊維を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態に係るナノ繊維製造装置１の正面図である。
【図２】実施形態における電界紡糸装置２０の正面図である。
【図３】実施形態におけるノズルブロック１１０の断面図である。
【図４】実施形態におけるノズルブロック１１０の要部を示す図である。
【図５】従来のナノ繊維製造装置９００を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明のナノ繊維製造装置を、実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。
【００４４】
［実施形態］
図１は、実施形態に係るナノ繊維製造装置１の正面図である。図２は、実施形態における電界紡糸装置２０の正面図である。なお、図１及び図２においては、筐体１００、ノズルブロック１１０、原料タンク２００、中間タンク２３０及び再生タンク２７０，２７２については断面図として表示している。
図３は、実施形態におけるノズルブロック１１０の断面図である。図４は、実施形態におけるノズルブロック１１０の要部を示す図である。図４（ａ）は図３中符号Ａが示す範囲を拡大して示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中符号Ｂが示す範囲を拡大して示す図であり、図４（ｃ）はノズル基端部１３０の断面図であり、図４（ｄ）は上向きノズル１２６及びジャケット１３４の上面図である。
なお、各図面は模式図であり、各構成要素の大きさは、必ずしも現実に即したものではない。
【００４５】
１．実施形態に係るナノ繊維製造装置１の構成
実施形態に係るナノ繊維製造装置１は、図１に示すように、長尺シートＷを所定の搬送速度で搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０により搬送されている長尺シートＷにナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置２０と、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する加熱装置３０と、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度を計測する通気度計測装置４０と、通気度計測装置４０により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御する搬送速度制御装置５０（図示せず。）と、「搬送装置１０、電界紡糸装置２０、加熱装置３０、通気度計測装置４０、搬送速度制御装置５０、後述するＶＯＣ処理装置７０」を制御する主制御装置６０（図示せず。）と、長尺シートＷにナノ繊維を堆積させる際に発生する揮発性成分を燃焼して除去するＶＯＣ処理装置７０（図示せず。）とを備える。
【００４６】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１においては、電界紡糸装置として、長尺シートＷが搬送されていく所定の搬送方向に沿って直列に配置された２台の電界紡糸装置２０を備える。
【００４７】
搬送装置１０は、長尺シートＷを繰り出す繰り出しローラー１１及び長尺シートＷを巻き取る巻き取りローラー１２並びに繰り出しローラー１１と巻き取りローラー１２との間に位置する補助ローラー１３を備える。繰り出しローラー１１及び巻き取りローラー１２は、図示しない駆動モーターにより回転駆動される構造となっている。
【００４８】
電界紡糸装置２０の構成については後述する。
【００４９】
加熱装置３０は、電界紡糸装置２０と通気度計測装置４０との間に配置され、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する。加熱温度は、長尺シートＷやナノ繊維の種類によって異なるが、例えば、長尺シートＷを５０℃〜３００℃の温度に加熱することができる。
通気度計測装置４０としては、一般的な通気度計測装置を使用することができる。
【００５０】
以下、電界紡糸装置２０の構成について詳しく説明する。
電界紡糸装置２０は、図２に示すように、筐体１００と、ノズルブロック１１０と、コレクター１５０と、電源装置１６０と、補助ベルト装置１７０と、原料タンク２００と、第２移送装置２１０と、第２移送制御装置２２０と、中間タンク２３０と、供給装置２４０と、供給制御装置２４２と、第１移送装置２５０と、第１移送制御装置２６０と、再生タンク２７０，２７２とを備える。
【００５１】
筐体１００は、導電体からなる。
ノズルブロック１１０は、図３に示すように、複数の上向きノズル１２６、ポリマー溶液供給経路１１４、ポリマー溶液回収経路１２０及び第２センサー１４２を有する。
本発明のナノ繊維製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルブロックを用いることができるが、ノズルブロック１１０は、例えば、上面から見たときに一辺が０．５ｍ〜３ｍの長方形（正方形を含む）に見える大きさ及び形状を有する。
【００５２】
各上向きノズル１２６は、図４（ａ）に示すように、上向きノズル１２６の基端部であるノズル基端部１３０、上向きノズル１２６の中間部であるノズル中間部１２８及び上向きノズル１２６の先端部であるノズル先端部１３２からなる。上向きノズル１２６は、図示による詳しい説明は省略するが、上向きノズル１２６の基端側（ノズル基端部１３０の基端側）にポリマー溶液供給経路側ねじ部１１８（後述）と対応する上向きノズル側ねじ部を有する。上向きノズル１２６の内部は空洞になっており、当該空洞はポリマー溶液供給経路１１４内の空洞と連通している。上向きノズル１２６は、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する。上向きノズル１２６は導電体、例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウム等からなる。
【００５３】
複数の上向きノズル１２６は、例えば、１．５ｃｍ〜６．０ｃｍのピッチで配列されている。
複数の上向きノズル１２６の数は、例えば、３６個（縦横同数に配列した場合、６個×６個）〜２１９０４個（縦横同数に配列した場合、１４８個×１４８個）である。
【００５４】
ノズル先端部１３２は、図４（ｂ）に示すように、円筒を当該円筒の軸と斜めに交わる平面に沿って切断した形状からなる。円筒の軸と平面とのなす角度θは、５０°である。
【００５５】
ノズル先端部１３２の先端側には斜面部１３３が形成され、当該斜面部１３３の先端は、ジャケット１３４の先端よりも上方に位置する。斜面部１３３の先端とジャケット１３４の先端との円筒の軸に沿った間隔ｄ１は０．５ｍｍである。
【００５６】
斜面部１３３の基端は、ジャケット１３４の先端よりも下方に位置する。斜面部１３３の基端とジャケット１３４の先端との円筒の軸に沿った間隔ｄ２は０．５ｍｍである。
【００５７】
上向きノズル１２６及びジャケット１３４を上向きノズル１２６の上方から円筒の軸に沿って見たとき（図４（ｄ）参照。）、ジャケット１３４の内周に囲まれる領域の面積をＳ１とし、ノズル先端部１３２の外周に囲まれる領域の面積をＳ２とするとき、上向きノズル１２６及びジャケット１３４は、「Ｓ１−Ｓ２＝３．３×Ｓ２」となるように構成されている。
【００５８】
ノズル中間部１２８は、略円筒形状からなる。
ノズル基端部１３０は、図４（ｃ）に示すように、六角形の筒状形状からなる。
【００５９】
ポリマー溶液供給経路１１４は、図３に示すように、略直方体形状を有し、内部に空洞を有し、この内部の空洞を介して供給装置２４０からのポリマー溶液を複数の上向きノズル１２６に供給する。ポリマー溶液供給経路１１４は、供給装置との接続部１１６を有し、当該供給装置との接続部１１６のところで供給装置２４０と接続されている。また、ポリマー溶液供給経路１１４は、ポリマー溶液供給経路側ねじ部１１８をさらに有する。ナノ繊維製造装置１においては、ポリマー溶液供給経路側ねじ部１１８と上向きノズル側ねじ部との嵌合によりポリマー溶液供給経路１１４と上向きノズル１２６とが結合されている。
【００６０】
ポリマー溶液回収経路１２０は、受部１２１、溝部１２４、蓋部１２３及び複数のジャケット１３４から形成されてなる。ポリマー溶液回収経路１２０は、複数の上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収する。
受部１２１は、複数の上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を受ける。受部１２１は、ポリマー溶液供給経路１１４の上部に配置されている。受部１２１には、溝部１２４に向かってわずかに傾斜が設けられており、受けたポリマー溶液を溝部１２４に向かって導く機能を有する。
【００６１】
溝部１２４は、受部１２１の側方に配置されている。溝部１２４は、底面において第１移送装置との接続部１２５を有し、当該第１移送装置との接続部１２５のところで第１移送装置２５０と接続されている。
蓋部１２３は、受部１２１を覆うとともに各上向きノズル１２６を通す複数のノズル用孔を有する。また、蓋部１２３は、ノズル用孔の周囲に蓋部側ねじ部１２２を有する。
【００６２】
ジャケット１３４は、複数のノズル用孔から突出する各上向きノズル１２６の側面を覆う。ジャケット１３４は、ジャケット１３４の基端側であるジャケット基端部１３８と、ジャケット１３４の先端側であるジャケット先端部１４０を有する。ジャケット１３４においては、ジャケット先端部１４０は、ジャケット基端部１３８よりも細い。具体的には、ジャケット基端部１３８は、太さが一定の円筒状の形状を有し、ジャケット先端部１４０は、当該ジャケット先端部１４０とジャケット基端部１３８との接続部１３６から先端にかけて徐々に、具体的には一定の割合で太さが減少する円筒状の形状を有する（図４（ａ）及び図４（ｄ）参照。）。
【００６３】
ジャケット１３４は、図示による詳しい説明は省略するが、ジャケット基端部１３８の基端側に蓋部側ねじ部１２２と対応するジャケット側ねじ部を有する。
ナノ繊維製造装置１においては、蓋部側ねじ部１２２とジャケット側ねじ部との嵌合により蓋部１２３とジャケット１３４とが結合されている。
【００６４】
第２センサー１４２は、ポリマー溶液回収経路１２０におけるポリマー溶液の液面高さを測定する。具体的には、第２センサー１４２は溝部１２４の壁面に配置されており、溝部１２４に溜まったポリマー溶液の液面高さを測定する。第２センサー１２４は、例えば、光ファイバーセンサーからなる。
【００６５】
コレクター１５０は、ノズルブロック１１０よりも上方に配置されている。コレクター１５０は、導電体からなり、図２に示すように、絶縁部材１５２を介して筐体１００に取り付けられている。
【００６６】
電界紡糸装置２０は、複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸する。
【００６７】
電源装置１６０は、複数の上向きノズル１２６とコレクター１５０との間に高電圧を印加する。電源装置１６０の正極は、コレクター１５０に接続され、電源装置１６０の負極は、筐体１００を介してノズルブロック１１０に接続されている。
【００６８】
補助ベルト装置１７０は、長尺シートＷの搬送速度に同期して回転する補助ベルト１７２と、補助ベルト１７２の回転を助ける５つの補助ベルト用ローラー１７４とを有する。５つの補助ベルト用ローラー１７４のうち１つ又は２以上の補助ベルト用ローラーが駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーが従動ローラーである。コレクター１５０と長尺シートＷとの間に補助ベルト１７２が配設されているため、長尺シートＷは、正の高電圧が印加されているコレクター１５０に引き寄せられることなくスムーズに搬送されるようになる。
【００６９】
原料タンク２００は、ナノ繊維の原料となるポリマー溶液を貯蔵する。原料タンク２００は、ポリマー溶液の分離や凝固を防ぐための撹拌装置２０１を内部に有する。原料タンク２００には、第２移送装置２１０のパイプ２１２が接続されている。
【００７０】
第２移送装置２１０は、原料タンク２００又は再生タンク２７０，２７２から中間タンク２３０へポリマー溶液を移送する。第２移送装置２１０は、原料タンク２００と中間タンク２３０とを接続するパイプ２１２と、再生タンク２７０，２７２と中間タンク２３０とを接続するパイプ２１４とを有する。なお、パイプ２１２の末端は第１貯蔵部２３６（後述。）に接続されており、パイプ２１４の末端はパイプ２１２に接続されている。
【００７１】
第２移送制御装置２２０は、第２移送装置２１０の移送動作を制御する。第２移送制御装置２２０は、バルブ２２２，２２４，２２６，２２８を有する。
バルブ２２２は、原料タンク２００からのポリマー溶液の移送を制御する。
バルブ２２４は、原料タンク２００及び再生タンク２７０，２７２から中間タンク２３０へ流入するポリマー溶液の量を制御する。バルブ２２４による制御は、後述する第１センサー２３９で計測された液面高さに応じて行われる。
バルブ２２６は、再生タンク２７０からのポリマー溶液の移送を制御する。
バルブ２２８は、再生タンク２７２からのポリマー溶液の移送を制御する。
【００７２】
第２移送制御装置２２０は、上記したバルブ２２２，２２４，２２６，２２８により、ポリマー溶液を、原料タンク２００及び再生タンク２７０，２７２のうちいずれのタンクから中間タンク２３０へ移送するかについて制御する。また、第２移送制御装置２２０は、バルブ２２４により、第１センサー２３９で計測された液面高さに応じて、第２移送装置２１０の移送動作を制御する。また、第２移送制御装置２２０は、バルブ２２６，２２８により、ポリマー溶液を再生タンク２７０，２７２から中間タンク２３０へ移送する場合には、ポリマー溶液を複数の再生タンク２７０，２７２のうちいずれの再生タンクから移送するかについても制御する。
【００７３】
中間タンク２３０は、原料タンク２００又は再生タンク２７０，２７２から供給されたポリマー溶液を貯蔵する。中間タンク２３０は、当該中間タンク２３０の下端が各上向きノズル１２６の上端よりも上方に位置するように配置されている。
中間タンク２３０は、隔壁２３２と、気泡除去フィルター２３４と、第１センサー２３９とを有する。
【００７４】
隔壁２３２は、ポリマー溶液が供給される供給部位を覆う。
気泡除去フィルター２３４は、隔壁２３２の底部に配設され、通過するポリマー溶液から気泡を除去する。気泡除去フィルター２３４は、例えば、０．１ｍｍ程度の目を有する網状の構造を有する。
【００７５】
中間タンク２３０においては、隔壁２３２及び気泡除去フィルター２３４により、気泡除去フィルター２３４によって気泡が除去される前のポリマー溶液を貯蔵する第１貯蔵部２３６と、気泡除去フィルター２３４によって気泡が除去された後のポリマー溶液を貯蔵する第２貯蔵部２３８とが画成されている。
第２貯蔵部２３８は、供給経路２４０によりポリマー溶液供給経路１１４と接続されており、これにより、ナノ繊維製造装置１においては、第２貯蔵部２３８に貯蔵されたポリマー溶液がノズルブロック１１０のポリマー溶液供給経路１１４に供給される。
【００７６】
第１センサー２３９は、第２貯蔵部２３８におけるポリマー溶液の液面高さを測定する。第１センサーは、例えば、光ファイバーセンサーからなる。
【００７７】
供給装置２４０は、１本のパイプからなり、中間タンク２３０の第２貯蔵部２３８に貯蔵されたポリマー溶液をノズルブロック１１０のポリマー溶液供給経路１１４に供給する。なお、供給装置は、１つのノズルブロックにつき最低１本あればよい。
供給制御装置２４２は、供給装置２４０に設けられた１つのバルブからなり、供給装置２４０の供給動作を制御する。
【００７８】
第１移送装置２５０は、パイプ２５２及びポンプ２５４を有し、ノズルブロック１１０のポリマー溶液回収経路１２０から再生タンク２７０，２７２へポリマー溶液を移送する。
ポンプ２５４は、ノズルブロック１１０近辺より上方にある再生タンク２７０，２７２へポリマー溶液を移送する動力を発生させる。ポンプ２５４は、例えば、エアダイヤフラムポンプからなる。
第１移送制御装置２６０は、第１移送装置２５０の移送動作を制御する。第１移送制御装置２６０は、バルブ２６４，２６６及びポンプ２５４の制御装置（図示せず。）を備える。
バルブ２６４は、ポリマー溶液回収経路から再生タンク２７０へのポリマー溶液の移送動作を制御する。
バルブ２６６は、ポリマー溶液回収経路から再生タンク２７２へのポリマー溶液の移送動作を制御する。
【００７９】
第１移送制御装置２６０は、上記バルブ２６４，２６６により、ポリマー溶液を、複数の再生タンク２７０，２７２のうちいずれの再生タンクへ移送するかについて制御する。
また、第１移送制御装置２６０は、上記バルブ２６４，２６６及びポンプ２５４の制御装置により、第２センサー１４２で測定されたポリマー溶液の液面高さに応じて、第１移送装置２５０の移送動作を制御する。
【００８０】
複数の再生タンク２７０，２７２は、回収されたポリマー溶液を再生するための再生タンクであって、再生されたポリマー溶液を貯蔵する。再生タンク２７０，２７２は、ポリマー溶液の分離や凝固を防ぐための撹拌装置２７１，２７３をそれぞれ内部に有する。
【００８１】
上記構成要素により、実施形態に係るナノ繊維製造装置１は、複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用することを可能としたナノ繊維製造装置となる。
【００８２】
２．実施形態に係るナノ繊維製造装置１を用いたナノ繊維製造方法
実施形態に係るナノ繊維製造方法は、複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するとともに、複数の上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用することを可能とするナノ繊維製造方法である。
【００８３】
まず、ポリマー溶液を、第２移送装置２１０のパイプ２１２を用いて、原料タンク２００から中間タンク２３０へ移送する。次に、中間タンク２３０内で気泡除去フィルター２３４を通って第１貯蔵部２３２から第２貯蔵部２３４に移動したポリマー溶液を、供給装置２４０を通じてポリマー溶液供給経路１１４に供給する。ナノ繊維製造装置１は、当該ポリマー溶液供給経路１１４に供給された複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸する。
【００８４】
また、ナノ繊維製造装置１は、オーバーフローしたポリマー溶液をポリマー溶液回収経路１２０で回収する。ポリマー溶液がポリマー溶液回収経路１２０の溝部１２４にある程度溜まったところで第１移送装置２５０を用いて再生タンク２７０へ移送し、回収する。
【００８５】
再生タンク２７０に所定の量のポリマー溶液が溜まった後に、第１移送制御装置２６０により第１移送装置２５０による移送先を再生タンク２７２に切り替える。これにより、オーバーフローしたポリマー溶液は再生タンク２７２に回収されることとなり、再生タンク２７０で後の工程を行っているときに、再生タンク２７０にオーバーフローしたポリマー溶液が入ってしまうことがない。
【００８６】
次に、回収したポリマー溶液における溶媒及び添加剤の含有率を測定する。当該測定は、再生タンク２７０中のポリマー溶液の一部をサンプルとして抜き取り、当該サンプルを分析することにより行うことができる。ポリマー溶液の分析は、既知の方法で行うことができる。
【００８７】
次に、当該測定結果に基づいて、必要な量の溶媒及び添加剤その他の成分をポリマー溶液に添加する。これにより、回収されたポリマー溶液が再生される。その後に、当該再生タンク２７０内のポリマー溶液を第２移送装置２１０のパイプ２１２を用いて中間タンク２３０へ移送する。再生タンク２７０内のポリマー溶液を原料タンク２００内のポリマー材料に代えて、又は原料タンク２００内のポリマー材料とともに電界紡糸に用いることにより、再生タンク２７０内のポリマー溶液をナノ繊維の原料として再利用することができる。
【００８８】
なお、再生タンク２７２に所定の量のポリマー溶液が溜まった後には、再生タンク２７０に所定の量のポリマー溶液が溜まった後にしたのと同様の方法により再生タンク２７２内のポリマー溶液をナノ繊維の原料として再利用することができる。
【００８９】
以下に、実施形態に係るナノ繊維製造方法における紡糸条件を例示的に示す。
【００９０】
長尺シートとしては、各種材料からなる不織布、織物、編物、フィルムなどを用いることができる。長尺シートの厚さは、例えば５μｍ〜５００μｍのものを用いることができる。長尺シートの長さは、例えば１０ｍ〜１０ｋｍのものを用いることができる。
【００９１】
ナノ繊維の原料となるポリマーとしては、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）、シルク、セルロース、キトサンなどを用いることができる。
【００９２】
ポリマー溶液に用いる溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、クロロホルム、アセトン、水、蟻酸、酢酸、シクロヘキサン、ＴＨＦなどを用いることができる。複数種類の溶媒を混合して用いてもよい。ポリマー溶液には、導電性向上剤などの添加剤を含有させてもよい。
【００９３】
製造するナノ繊維不織布の通気度は、例えば０．１５ｃｍ３／ｃｍ２／ｓ〜２００ｃｍ３／ｃｍ２／ｓに設定することができる。搬送速度は、例えば０．２ｍ／分〜１００ｍ／分に設定することができる。ノズルブロック１１０とコレクター１５０とに印加する電圧は、１０ｋＶ〜８０ｋＶに設定することができ、５０ｋＶ付近に設定することが好ましい。
【００９４】
紡糸区域の温度は、例えば２５℃に設定することができる。紡糸区域の湿度は、例えば３０％に設定することができる。
【００９５】
３．実施形態に係るナノ繊維製造装置１の効果
【００９６】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するため、従来の下向きノズルを用いたナノ繊維製造装置の場合に見られるようなドロップレット現象が発生することがなく、高品質なナノ繊維を製造することが可能となる。
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながらナノ繊維を電界紡糸するため、常に十分な量のポリマー溶液が上向きノズルに供給され、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、従来のナノ繊維製造装置の場合と同様に、複数の上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用することが可能であるため、原料の使用料を減らすことが可能となる結果、安価な製造コストでナノ繊維を製造することが可能となる。また、このことは省資源化の流れにも沿うものとなる。
【００９７】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、ノズル先端部１３２が、円筒を当該円筒の軸と斜めに交わる平面に沿って切断した形状を有するため、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液が、ノズル先端部１３２の部分で滞留することなく速やかに流れ落ちるようになる。このため、電界紡糸する過程でポリマー溶液から溶媒が揮発する量を極めて少なくするとともに、上向きノズル１２６の吐出口の近傍において生成するポリマー固化物の量を極めて少なくすることが可能となる。その結果、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら電界紡糸する場合であっても、ポリマー固化物がナノ繊維に付着してナノ繊維の品質を低下させてしまうという問題を解決することが可能となる。
【００９８】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、円筒の軸と、平面とのなす角度は、１５°〜６０°の範囲内にあるため、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液がノズル先端部１３２の部分で滞留することなくより一層速やかに流れ落ちるようになり、また、上向きノズル１２６の斜面の長さが長くなりすぎることに起因して電界紡糸条件がばらついてしまうということもなくなる。
【００９９】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、上向きノズル１２６の側面を覆うジャケット１３４の働きにより、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となる。
【０１００】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、ジャケット先端部１４０はジャケット基端部１３８よりも細いため、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となる。
【０１０１】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、ジャケット基端部１３８は、太さが一定の筒状の形状を有し、ジャケット先端部１４０は、当該ジャケット先端部１４０とジャケット基端部１３８との接続部１３６から先端にかけて徐々に太さが減少する筒状の形状を有するため、単純な形状のジャケット１３４を用いて、ポリマー溶液から溶媒が揮発する量を低減することが可能となる。
【０１０２】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、ノズル先端部１３２の先端側に形成された斜面部１３３の先端は、ジャケット１３４の先端よりも上方に位置するため、上向きノズル１２６とコレクター１５０との間に形成される電界が安定するため、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
【０１０３】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、間隔ｄ１は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にあるため、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となり、また、上向きノズル１２６とコレクター１５０との間に形成される電界が安定するため、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
【０１０４】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、ノズル先端部１３２の先端側に形成された斜面部１３３の基端は、ジャケット１３４の先端よりも下方に位置するため、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となる。
【０１０５】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、間隔ｄ２は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にあるため、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となり、かつ、ポリマー溶液が上向きノズル１２６の吐出口からコレクター１５０に向かって安定して吐出されるようになり、均一な品質を有するナノ繊維を製造することが可能となる。
【０１０６】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、「Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ２≦４×Ｓ２」の関係を満たすため、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液から溶媒が揮発する量をより一層低減することが可能となり、また、上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローするポリマー溶液が上向きノズル１２６とジャケット１３４との隙間で淀むことがなくなる。
【０１０７】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、蓋部側ねじ部１２２とジャケット側ねじ部との嵌合により蓋部１２３とジャケット１３４とが結合されているため、ジャケット１３４の着脱が容易となり、製造及びメンテナンスが容易なナノ繊維製造装置となる。
【０１０８】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、ポリマー溶液供給経路側ねじ部１１８と上向きノズル側ねじ部との嵌合によりポリマー溶液供給経路１１４と上向きノズル１２６とが結合されているため、上向きノズル１２６の着脱が容易となり、製造及びメンテナンスが容易なナノ繊維製造装置となる。
【０１０９】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、上向きノズル１２６の基端部（ノズル基端部１３０）が六角形の筒状形状からなるため、レンチ等の工具を用いて上向きノズル１２６を容易に着脱することが可能となり、製造及びメンテナンスがより一層容易なナノ繊維製造装置となる。
【０１１０】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、原料タンク２００と、再生タンク２７０，２７２と、中間タンク２３０と、第１移送装置２５０と、第１移送制御装置２６０と、第２移送装置２１０と、第２移送制御装置２２０とを備えるため、回収したポリマー溶液を再生タンク２７０，２７２に移送した後、当該ポリマー溶液の組成を測定するとともに、当該測定結果に応じてポリマー溶液に溶媒その他の必要な成分を添加することで、当該ポリマー溶液を元のポリマー溶液の組成と同じか極めて近い組成を有するポリマー溶液に再生することが可能となる。このため、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、オーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用可能としながら、電界紡糸過程における紡糸条件（この場合ポリマー溶液の組成）を長時間にわたって一定に保つことが可能となり、均一な品質を有するナノ繊維を大量生産することが可能となる。
【０１１１】
また、実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、長尺シートＷを搬送する搬送装置１０をさらに備えるとともに、ノズルブロック１１０とコレクター１５０とを少なくとも備え、長尺シートＷの表面にナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置として、長尺シートＷの搬送方向に沿って直列に配置された複数の電界紡糸装置２０を備えるため、ナノ繊維をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、ナノ繊維を厚く堆積させた製品や、多種類のナノ繊維を堆積させた製品等を大量生産することも可能となる。
【０１１２】
［実験例］
実施形態に係るナノ繊維製造装置１を用いて、複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら複数の上向きノズル１２６の吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するとともに、複数の上向きノズル１２６の吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用した。具体的には、回収したポリマー溶液を再生タンク２７０，２７２に移送した後、当該ポリマー溶液の組成を測定するとともに、当該測定結果に応じてポリマー溶液に溶媒その他の必要な成分を添加することによりポリマー溶液を再生した。
【０１１３】
表１は、原料となるポリマー溶液の組成を示す表である。表２は、回収したポリマー溶液の組成を示す表である。表３は、再生したポリマー溶液の組成を示す表である。なお、表１〜表３における「相対重量」は、ポリウレタンの重量を１００としたときにおける各物質の相対重量を表している。
【０１１４】
［表１］                                                        
物質名                                              相対重量    
ポリウレタン（ポリマー）                            １００．０
ジメチルホルムアミド（溶媒）                        ２４０．０
メチルエチルケトン（溶媒）                          １６０．０  
【０１１５】
［表２］                                                        
物質名                                              相対重量    
ポリウレタン（ポリマー）                            １００．０
ジメチルホルムアミド（溶媒）                        １９９．２
メチルエチルケトン（溶媒）                            ８５．４  
【０１１６】
［表３］                                                        
物質名                                              相対重量    
ポリウレタン（ポリマー）                            １００．０
ジメチルホルムアミド（溶媒）                        ２４０．０
メチルエチルケトン（溶媒）                          １６０．０  
【０１１７】
表１〜表３に示すように、実験例によれば、当該ポリマー溶液を元のポリマー溶液の組成と同じか極めて近い組成を有するポリマー溶液に再生することができた。
【０１１８】
なお、実験例においては、回収したポリマー溶液に、ポリウレタン１００ｇ当たり４０．８ｇのジメチルホルムアミド及び７４．６ｇのメチルエチルケトンを添加することにより、ポリマー溶液を再生した。
【０１１９】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【０１２０】
（１）上記実施形態における各構成要素の数、位置関係、大きさは例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１２１】
（２）上記実施形態においては、円筒の軸と平面とのなす角度が５０°であるナノ繊維製造装置１を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、円筒の軸と平面とのなす角度が１５°〜６０°の範囲内にあるナノ繊維製造装置に本発明を適用することができる。
【０１２２】
（３）上記実施形態においては、斜面部の先端とジャケットの先端との円筒の軸に沿った間隔ｄ１が０．５ｍｍであるナノ繊維製造装置１を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、斜面部の先端とジャケットの先端との円筒の軸に沿った間隔ｄ１が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲内にあるナノ繊維製造装置に本発明を適用することができる。
【０１２３】
（４）上記実施形態においては、ノズル先端部の先端側に形成された斜面部の基端がジャケットの先端よりも下方に位置するナノ繊維製造装置１を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ノズル先端部の先端側に形成された斜面部の基端がジャケットの先端と同じ高さ又はジャケットの先端よりも上方に位置するナノ繊維製造装置に本発明を適用することができる。
【０１２４】
（５）上記実施形態においては、斜面部の基端とジャケットの先端との円筒の軸に沿った間隔ｄ２が０．５ｍｍであるナノ繊維製造装置１を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、斜面部の基端とジャケットの先端との円筒の軸に沿った間隔ｄ２が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内にあるナノ繊維製造装置に本発明を適用することができる。
【０１２５】
（６）上記実施形態においては、ジャケットの内周に囲まれる領域の面積をＳ１とし、ノズル先端部の外周に囲まれる領域の面積をＳ２とするとき、「Ｓ１−Ｓ２＝３．３×Ｓ２」の関係を満たすナノ繊維製造装置１を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、「Ｓ２≦Ｓ１−Ｓ２≦４×Ｓ２」の関係を満たすナノ繊維製造装置に本発明を適用することができる。
【０１２６】
（７）上記実施形態においては、電界紡糸装置として２台の電界紡糸装置２０を備えるナノ繊維製造装置１を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１台又は３台以上の電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【０１２７】
（８）上記実施形態においては、電源装置１６０の正極がコレクター１５０に接続され、電源装置１６０の負極がノズルブロック１１０に接続された電界紡糸装置を用いて本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電源装置の正極がノズルブロックに接続され、電源装置の負極がコレクターに接続された電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【０１２８】
（９）上記実施形態においては、原料タンク２００と、再生タンク２７０，２７２と、中間タンク２３０と、第１移送装置２５０と、第１移送制御装置２６０と、第２移送装置２１０と、第２移送制御装置２２０とを備えるナノ繊維製造装置１を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。他のナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【０１２９】
（１０）上記実施形態においては、１つの電界紡糸装置に１つのノズルブロックが配設されたナノ繊維製造装置を用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１つの電界紡糸装置に２つのノズルブロックが配設されたナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできるし、２つ以上のノズルブロックが配設されたナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【０１３０】
この場合、全てのノズルブロックでノズル配列ピッチを同一にすることもできるし、各ノズルブロックでノズル配列ピッチを異ならせることもできる。また、すべてのノズルブロックでノズルブロックの高さ位置を同一にすることもできるし、各ノズルブロックでノズルブロックの高さ位置を異ならせることもできる。
【０１３１】
（１１）本発明のナノ繊維製造装置においては、長尺シートの幅方向に沿ってノズルブロックを所定の往復運動周期で往復運動させる機構を備えていてもよい。当該機構を用いてノズルブロックを所定の往復運動周期で往復運動させながら電界紡糸を行うことにより、長尺シートの幅方向に沿ったポリマー繊維の堆積量を均一化することができる。この場合、ノズルブロックの往復運動周期や往復距離を、電界紡糸装置毎又はノズルブロック毎に独立して制御可能としてもよい。このような構成とすることにより、すべてのノズルブロックを同じ周期で往復運動させることもできるし、各ノズルブロックを異なる周期で往復運動させることもできる。また、すべてのノズルブロックで往復運動の往復距離を同一にすることもできるし、各ノズルブロックで往復運動の往復距離を異ならせることもできる。
【符号の説明】
【０１３２】
１…ナノ繊維製造装置、１０…搬送装置、１１…繰り出しローラー、１３…巻き取りローラー、１２…補助ローラー、２０，２２…電界紡糸装置、３０…加熱装置、４０…通気度計測装置、１００…筐体、１１０，９１０…ノズルブロック、１１２…ノズルブロック本体部、１１４…ポリマー溶液供給経路、１１６…供給装置との接続部、１１８…供給経路側ノズル接続部、１２０…ポリマー溶液回収経路、１２１…受部、１２２…回収経路側ジャケット取付部、１２３…蓋部、１２４…溝部、１２５…第１移送装置との接続部、１２６…上向きノズル、１２８…ノズル中間部、１３０…ノズル基端部、１３２…ノズル先端部、１３４…ジャケット、１３６…ジャケット先端部とジャケット基端部との接続部、１３８…ジャケット基端部、１４０…ジャケット先端部、１５０…コレクター、１５２…絶縁体、１６０…電源装置、１７０…補助ベルト装置、１７２…補助ベルト、１７４…補助ベルト用ローラー、２００…原料タンク、２０１，２７１，２７３…撹拌装置、２１０…第２移送装置、２１２，２１３，２１４…パイプ、２２０…第２供給制御装置、２２２，２２４，２２６，２２８，２６４…バルブ、２３０…中間タンク、２３２…隔壁、２３４…気泡除去フィルター、２３６…第１貯蔵部、２３８…第２貯蔵部、２４０…供給装置、２４２…供給制御装置、２５０…第１移送装置、２５４…ポンプ、２６０…第１移送制御装置、２７０，２７２…再生タンク、Ｗ…長尺シート
【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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