(57)【要約】      （修正有）【課題】繊維の生産効率を飛躍的に向上でき、しかも、得られるウェブの目付け分布を大幅に改善できるエレクトロスピニング装置、エレクトロスピニング方法、及びそれから得られるナノファイバーの集合体を提供する。【解決手段】繊維を紡出する紡糸ヘッド２と紡出された繊維を捕集するコレクター４との間に大きな電位差を付与して強電界場を形成した雰囲気中に荷電した紡糸液を紡出して極細繊維からなる集合体を前記コレクター上に形成するためのエレクトロスピニング装置１において、前記紡糸液を拡幅して薄膜状に吐出する吐出孔２１と、前記吐出孔から吐出された紡糸液を薄膜状に流下させる傾斜面２２と、前記傾斜面に対して垂直に延在した方向に前記傾斜面と平行かつ対向して設けられたコレクター４とを備え、前記傾斜面を流下する紡糸液から極細繊維を紡出してコレクター上に捕集することを特徴とするエレクトロスピニング装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を紡出する紡糸ヘッドと紡出された繊維を捕集するコレクターとの間に大きな電位差を付与して強電界場を形成した雰囲気中に荷電した紡糸液を紡出して極細繊維からなる集合体を前記コレクター上に形成するためのエレクトロスピニング装置において、
前記紡糸液を拡幅して薄膜状に吐出する吐出孔と、前記吐出孔から吐出された紡糸液を薄膜状に流下させる傾斜面と、前記傾斜面に対して垂直に延在した方向に前記傾斜面と平行かつ対向して設けられたコレクターとを備え、前記傾斜面を流下する紡糸液から極細繊維を紡出してコレクター上に捕集することを特徴とするエレクトロスピニング装置。
【請求項２】
前記コレクターが延在する方向へ先細に形成した先細突起を前記傾斜面に多数形成した、請求項１に記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項３】
前記傾斜面に形成された多数の窪み部を有し、前記窪み部に前記先細突起を設けた、請求項２に記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項４】
前記先細突起の先端部が針状形状を有する、請求項１〜請求項３の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項５】
前記傾斜面へ供給前の紡糸液に対して電荷を付与する高電圧電源を備えた、請求項１〜請求項４の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項６】
前記先細突起に紡糸液に電荷を付与するための高電圧電源を接続した、請求項１〜請求項５の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項７】
前記吐出孔が、紡糸液を貯留する貯留室と、前記貯留室から流出する紡糸液を横方向に拡幅しながら薄膜状に流すスリット流路と、前記貯留室に貯留された紡糸液に背圧を生じさせると共に前記スリット流路上に設けられた均圧部材とを備えた、請求項１〜請求項６の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
【請求項８】
前記吐出孔が、前記傾斜面の幅方向に沿って水平方向に横一列に並設された細孔群からなる、請求項１〜請求項７の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は極細繊維(特に、いわゆる「ナノファイバー」とよばれる超極細繊維)からなる繊維集合体をエレクトロスピニング(Electrospinning)によって製造するためのエレクトロスピニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、極細繊維の集合体からなるウェブを得るエレクトロスピニングという紡糸技術が注目されている。この紡糸技術は、静電界場が形成された雰囲気中へ荷電した紡糸液を紡出して、これを繊維集合体として捕集することにより、繊維径がサブミクロン・オーダーもしくはミクロン・オーダーのウェッブを得る技術であり、近年においては、ナノメータ・オーダーの繊維径を持った繊維集合体を得ることができるようにもなってきた。
【０００３】
ここで、エレクトロスピニングについて簡単に説明すると、非特許文献１などに記載されているように、エレクトロスピニングでは、高電圧を用いて紡糸を行う。このため、高電圧によって紡糸液の表面に電荷が誘発され蓄積される。この電荷はお互いに反発し合い、その反発力は紡糸液の表面張力に対抗する。そして、電場力が表面張力の臨界値を超えると、電荷の反発力が表面張力に打ち克って、荷電した紡糸液のジェットが噴射される。
【０００４】
このようにして噴射された紡糸液からなるジェットは、その体積に比較して表面積が大きいため、溶媒が効率良く蒸発する。また、体積が減少することにより電荷密度がより高くなるため、荷電した紡糸液の反発力が増して、更に細いジェットへと分裂して行く。そして、このような過程を経ながら、数十ｎｍ〜数百ｎｍの単繊維径(フィラメント径)を有する均一なフィラメント(いわゆる「ナノファイバー」)からなる繊維集合体がウェブとしてコレクター（捕集手段）上に最終的に捕集される。
【０００５】
なお、このエレクトロスピニングは、米国特許第１９７５５０４号明細書（特許文献１）に現れたのが最初と言われている。また、このエレクトロスピニングは、従来、「静電場紡糸」、「静電紡糸」、あるいは「電荷誘導紡糸」などと様々な名称で呼ばれ、古くから行われてきた紡糸方法である。したがって、我が国においても、例えば、下記の特許文献２〜特許文献９等において、その様々な応用技術が提案されている。
【０００６】
このように、エレクトロスピニングの歴史は古いが、得られるウェブの製造速度が遅いという大きな問題を有している。このため、工業的な規模でウェブを製造できない故に、近年まで工業的な規模の紡糸方法としては使用されてこなかった。
【０００７】
しかしながら、このような原理を使用したエレクトロスピニングが、一躍注目を浴びるようになったのは、最近において高分子溶融物、高分子溶液などの様々な種類の高分子が適用可能であって、数ｎｍ(ナノメートル)の直径を有する繊維からなるウェブの製造も可能であることが報告されたことによる。
【０００８】
例えば、エレクトロスピニングによって製造されたウェブは、その特性から人工血管や人工臓器等の素材として応用できることがわかり、医療・バイオテクノロジー等へ応用が精力的に研究され始められた。また、１９９０年代初頭にアメリカで、生物兵器用のガスフィルターを製造するための軍事研究として取り上げられ、また、ガスタービンや自動車用の特殊エアフィルターとして実用化もされている。
【０００９】
以上に説明したように、エレクトロスピニングによるウェブの製造は、様々な分野で大きな可能性を秘めているが、その製造速度の遅さに起因する生産効率の悪さに関しては依然として大きな問題として残されている。ただし、この問題を解決するために、紡糸液から繊維を形成するためのノズルを紡糸ヘッドに多数設けて、これらのノズルから一斉に繊維を紡出することにより生産性を向上させようとする試みもなされてきた。
【００１０】
しかしながら、エレクトロスピニングのような静電界場での紡糸技術において、ノズルを多数設けると、ノズル間で電界干渉を起こすという不具合が発生する。そこで、この欠点を克服するための試みとして、特許文献１６及び特許文献１７などに見られるように、紡糸ヘッドと紡出された繊維を捕集するコレクターとの間に平板電極を設けたり、走査電極や静電四極子レンズを設けたりすることが提案されている。また、多数配列したノズルの中間に電荷分配板を用いることにより、加工速度を向上させることも提案されている。確かに、これらの従来技術によれば、同じ電荷を帯びた繊維(フィラメント)同士が互いにその斥力によって反発し合って広がってしまうという事態を防止することはできる。
【００１１】
しかしながら、多数のノズルが並設された中央部では、隣り合うノズルの電界が互いに干渉する影響が大きくなって、紡出する繊維の量が減少し、場合によっては繊維が全く紡出されないといった事態も生じる。また、これとは逆に、ノズルの設置個数が少ない端部では、隣接するノズルから受ける電界の影響が小さくなって、中央部とは逆に多量の繊維が紡出されてしまうという事態を招く。そうすると、当然のことながら、得られたウェブの幅方向における目付け分布に関して言うと、中央部で目付けが小さくなり、端部へ行くに従って目付けが大きくなるという製品品質上の問題を惹起する。
【００１２】
ところが、従来技術では、ウェブの生産性を向上させるために、どうしてもより多くのノズルを設けなければならず、それ故に、装置サイズが極端に大きくなる。しかも、このような技術では、得られるウェブに関する前述の目付け斑の悪化もより顕著になる。したがって、従来のエレクトロスピニングでは、生産速度を向上させようとしたときに生じる目付け斑が解消されず、そのために、生産効率が良いウェブの生産方法の確立という目標は未だに満足するレベルにまで達していないのが現状である。
【００１３】
【特許文献１】米国特許第１９７５５０４号明細書
【特許文献２】特公昭４４−２１８１７号公報
【特許文献３】特公昭５３−２８５４８号公報
【特許文献４】特公昭５９−１２７８１号公報
【特許文献５】特公昭６２−１１８６６１号公報
【特許文献６】特公昭６３−５４３号公報
【特許文献７】特開昭４７−１９４３号公報
【特許文献８】特表昭５６−５０１３２５号公報
【特許文献９】特開昭５９−２０４９５７号公報
【特許文献１０】米国特許第４０４４４０４号
【特許文献１１】米国特許第４３２３５２５号
【特許文献１２】米国特許第４５５２７０７号
【特許文献１３】米国特許第４８４２５０５号
【特許文献１４】米国特許第４９０４２７２号
【特許文献１５】米国特許第５８６６２１７号
【特許文献１６】特表２００２−２０１５５９号公報
【特許文献１７】特表２００５−５３４８２８号公報
【非特許文献１】Fong et al., Polymer 1999,40,4585.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上に述べた従来のエレクトロスピニング技術に係る諸問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、従来技術のように多数のノズルを立設して多数の繊維を紡出する生産効率の悪い技術に代えて、繊維の生産効率を飛躍的に向上でき、しかも、得られる繊維集合体の目付け分布を大幅に改善できるエレクトロスピニング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を達成するための本発明として、下記(1)〜(8)に係るエレクトロスピニング装置が提供される。
【００１６】
(1) 繊維を紡出する紡糸ヘッドと紡出された繊維を捕集するコレクターとの間に大きな電位差を付与して強電界場を形成した雰囲気中に荷電した紡糸液を紡出して極細繊維からなる集合体を前記コレクター上に形成するためのエレクトロスピニング装置において、
前記紡糸液を拡幅して薄膜状に吐出する吐出孔と、前記吐出孔から吐出された紡糸液を薄膜状に流下させる傾斜面と、前記傾斜面に対して垂直に延在した方向に前記傾斜面と平行かつ対向して設けられたコレクターとを備え、前記傾斜面を流下する紡糸液から極細繊維を紡出してコレクター上に捕集することを特徴とするエレクトロスピニング装置。
(2) 前記コレクターが延在する方向へ先細に形成した先細突起を前記傾斜面に多数形成した、(1) に記載のエレクトロスピニング装置。
(3) 前記傾斜面に形成された多数の窪み部を有し、前記窪み部に前記先細突起を設けた、(2) に記載のエレクトロスピニング装置。
(4) 前記先細突起の先端部が針状形状を有する、(1)〜(3)の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
(5) 前記傾斜面へ供給前の紡糸液に対して電荷を付与する高電圧電源を備えた、(1) 〜(4) の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
(6) 前記先細突起に紡糸液に電荷を付与するための高電圧電源を接続した、(1)〜(5)の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
(7) 前記吐出孔が、紡糸液を貯留する貯留室と、前記貯留室から流出する紡糸液を横方向に拡幅しながら薄膜状に流すスリット流路と、前記貯留室に貯留された紡糸液に背圧を生じさせると共に前記スリット流路上に設けられた均圧部材とを備えた、(1)〜(6)の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
(8) 前記吐出孔が、前記傾斜面の幅方向に沿って水平方向に横一列に並設された細孔群からなる、(1)〜(7)の何れかに記載のエレクトロスピニング装置。
【発明の効果】
【００１７】
以上に述べた本発明によれば、紡糸液を吐出孔から吐出して均一に傾斜面へ供給して、この傾斜面から一斉に繊維を紡出することができる。しかも、従来技術のように、強い電界を形成する先細ノズルを多数併設することが無いため、ノズルが有する強い電界間の相互干渉を抑制することができる。
【００１８】
したがって、従来のエレクトロスピニング装置によるウェブ（繊維集合体）の製造と比較すると、本発明のエレクトロスピニング装置によって得られる不織布ウェブなどの形態を有するナノファイバーの集合体の生産効率を飛躍的に向上させることができる。
【００１９】
しかも、本発明のエレクトロスピニング装置では、従来のようにノズル間の強い電界の相互干渉を抑制することができる。このために、得られるナノファイバーからなる集合体の目付け分布を大幅に改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のエレクトロスピニングに使用可能な「高分子物質」には、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン１２、ナイロン−４，６などのナイロン系、アラミド、ポリベンズイミダゾール、ポリビニルアルコール、セルロース、酢酸セルロース、酢酸セルロースブチレート、ポリビニルピロリドン−酢酸ビニル、ポリ（ビス−（２−（２−メトキシ−エトキシエトキシ））ホスファゼン）、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミド、ポリこはく酸エチレン、ポリアニリン、ポリエチレンサルファイド、ポリオキシメチレン−オリゴ−オキシエチレン、ＳＢＳ共重合体、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンオキサイド、コラーゲン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリＤ，Ｌ−乳酸−グリコール酸共重合体、ポリアリレート、ポリプロピレンフマラート、ポリカプロラクトンなどの生分解性高分子、ポリペプチド、タンパク質などのバイオポリマー、コールタールピッチ、石油ピッチなどのピッチ系などの溶融または適正溶媒に溶解可能な様々な高分子が適用可能である。それだけでなく、上記高分子にエマルジョンや有機、無機物の粉末状を混合して用いることも可能である。
【００２１】
また、前記「高分子物質」を溶解する溶媒として「揮発性溶媒」を用いて「紡糸液」を製造するが、この「揮発性溶媒」は、揮発性が高い下記（ａ）群から選ばれた溶媒の少なくとも1種と、揮発性が揮発性が相対的に低い下記（ｂ）群から選ばれた少なくとも1種の溶媒との混合溶媒を使用することが好ましい。
【００２２】
ここで、揮発性の高い前記（ａ）群の溶媒としては、アセトン、クロロホルム、エタノール、イソプロパノール、メタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、水、ベンゼン、ベンジルアルコール、１，４−ジオキサン、プロパノール、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、塩化メチレン、フェノール、ピリジン、トリクロロエタン、酢酸を例示することができる。
【００２３】
また、揮発性が相対的に低い前記（ｂ）群の溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、１−メチル−２−ピロリドン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、アセトニトリル、Ｎ−メチルモルホリン−Ｎ−オキシド、ブチレンカーボネート、１，４−ブチロラクトン、ジエチルカーボネート、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，３−ジオキソラン、エチルメチルカーボネート、メチルホルマート、３−メチルオキサゾリジン−２−オン、メチルプロピオネート、２−メチルテトラヒドロフラン、スルホランを例示することができる。
【００２４】
本発明で使用される「高分子物質」を「溶媒」で溶解した紡糸液の粘度は、得られる繊維の繊維径に影響し、一般に、粘度が低ければ繊維径が細くなり、高ければ太くなる。したがって、紡糸液の粘度は、１ｃｐｓ〜１００００ｃｐｓであることが好ましく、１０ｃｐｓ〜１０００ｃｐｓとすることがより好ましい。これよりも粘度が高いと、エレクトロスピニングによって効率的に繊維を得ることが困難となり、生産性が極めて低下すると共に、細い繊維が得られ難くなり、逆に、粘度が低すぎると、紡糸液の流量制御が困難となる。
【００２５】
また、エレクトロスピニングは、電荷の反発力が紡糸液の表面張力に打ち勝って生じるので、紡糸液の表面張力は、得られる繊維の繊維径に影響し、一般に表面張力が低ければ繊維径が細くなり、高ければ太くなる。また、紡糸液の表面張力は、大きすぎるとエレクトロスピン現象が生じ難くなって繊維径が大きくなるばかりか、液球の飛散を生じるため、７０ダイン以下が好ましい。同様により好ましくは６０ダイン以下、最も好ましくは５０ダイン以下である。
【００２６】
本発明では、以上に述べた紡糸液を用いてエレクトロスピニングを行うのであるが、以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のエレクトロスピニング装置の一つの実施形態例を模式的に示した概略の装置構成図である。
【００２７】
この図１において、参照符号１はエレクトロスピニング装置である。そして、このエレクトロスピニング装置１は、参照符号２の紡糸ヘッド、参照符号３の高圧電源、参照符号４のコレクター、参照符号５の貯留容器、参照符号６の計量供給装置、参照符号７の紡糸室、参照符号８の排気装置、参照符号９の吸気装置、参照符号１０の接地端子、参照符号１１の紡糸液の回収容器、参照符号１２の紡糸液の回収配管、参照符号１３の紡糸液の供給配管、参照符号１５の基材の巻出装置、参照符号１６の巻取装置などを含んで構成されている。なお、参照符号Ｂは基材、参照符号Ｆは紡出された繊維、そして、参照符号Ｐは紡糸液をそれぞれ示す。
【００２８】
その際、前記高圧電源３は参照符号３１の第１高圧電源と参照符号３２の第２高圧電源を備えている。このとき、第１高圧電源３１は、紡糸ヘッド２とコレクター４との間の紡糸領域に強い静電界場を形成するために使用し、第２高圧電源３２は、紡糸液Ｐに予め所定の量の電荷を付与しておくために使用する。
【００２９】
なお、第１高圧電源３１と第２高圧電源３２は、一つの高圧電源３からそれぞれ電極を分岐させて共用しても良い。ただし、共用の高圧電源３を用いたとしても、第１高圧電源３１と第２高圧電源３２とで、付与する電位差を同じにする必要は無く、付与する電位差を異ならせることができるのは言うまでもない。
【００３０】
また、図１の排気装置８は、参照符号８１の排気フード、参照符号８２の排気配管、参照符号８３の流量調節装置、参照符号８４の気体吸引手段、そして、参照符号８５の溶媒除去装置を含んで構成される。更に、吸気装置９は、参照符号９１のフィルター、参照符号９２の吸気孔などを含んで構成される。
【００３１】
以上のように構成される、本発明に係るエレクトロスピニング装置１は、図示したように、傾斜面２２が形成された紡糸ヘッド２を有しており、この紡糸ヘッド２に対して貯留容器５に貯えられた紡糸液Ｐが計量供給装置６によって連続的に計量されながら供給される。なお、このとき使用する計量供給装置６としては、ギアポンプ、シリンジポンプ、チューブポンプなどの計量機能を有する装置を例示することができる。
【００３２】
なお、図１には、貯留容器５及び計量供給装置６はそれぞれ１つずつ記載しているが、複数の貯留容器５及び計量供給装置６を使用することも可能である。例えば、複数の貯留容器５に各々別の高分子物質を貯蔵して、移送途中の流路内で静止混練器などを使用して混合したり、また複数の紡糸ヘッド２を設けて、各紡糸ヘッド２毎に異なる高分子物質を供給して繊維集合体を製造することも可能である。
【００３３】
このとき、前記紡糸ヘッド２の傾斜面２２には、直流高電圧電源３からの正電極が接続されており、これによって、正の高電位が傾斜面２２に印加されている。これに対して、紡糸ヘッド２の傾斜面２２から紡出された繊維Ｆを捕集する側のコレクター４は、接地端子１０を介して接地（アース）されている。したがって、当然のことながら、このコレクター４の電位は、接地によって接地端子１０と同じ電位、すなわち、０Ｖとなっている。
【００３４】
このようにして、前記紡糸ヘッド２の傾斜面２２とコレクター４との間に大きな電位差が生じさせ、これによって強い静電界場を繊維Ｆの紡糸領域に形成する。なお、図１に例示した実施形態では、紡糸ヘッド２の傾斜面２２とコレクター４との間に大きな電位差を付与するために、コレクター４を接地する場合を示しているが、陽極性（＋）を有する傾斜面２２に対して、逆の陰極性（−）を有する電圧をコレクター４に印加するようにしても良い。
【００３５】
以上に説明した静電界場において、前記計量供給装置６によって連続的に計量されながら紡糸ヘッド２に供給された紡糸液Ｐは、予め第２高圧電源３２から吐出孔２１部に設けられた電極、紡糸液Ｐ中に設けられた電極（図示せず）、及び／又は第１高圧電源３１から傾斜面２２に設けられた電極によって印加された正電圧によって、当然のことながら、その表面に正電荷が誘発され蓄積される。
【００３６】
このようにして紡糸液Ｐに帯びた正電荷は、同種の電荷間に作用する斥力によってお互いに反発し合い、その反発力は紡糸液Ｐの表面張力に対抗するまでのレベルにまで達する。そして、その反発力が表面張力の臨界値を超えると、紡糸液Ｐの反発力が表面張力に打ち克って、荷電した紡糸液Ｐがジェットとなって紡糸液Ｐの表面から噴射される。
【００３７】
このようにして紡糸液Ｐから噴射された最初のジェットは、初期段階においてその直径が大きくても、高分子物質を溶解する溶媒が急激に揮発するため、その径も急激に小さくなる。そうすると、噴射されたジェットはその体積に比較して表面積が幾何級数的に大きくなって、高分子物質を溶解している溶媒が極めて効率良く蒸発する。それとともに、ジェットの体積が急激に減少することにより、ジェット自身が帯びている電荷密度がより高くなる。
【００３８】
そうすると、密度を増した電荷の作用によってジェット内の反発力が更に急激に増して、より細いジェットへと更に分裂を重ねて行く。そして、このようなジェットの再分裂過程を経ながら、ジェットを構成する高分子物質は、最終的に数十ｎｍ〜数百ｎｍの単繊維径(フィラメント径)を有する均一なフィラメントＦ(いわゆる「ナノファイバー」)からなる繊維集合体を形成してコレクター４上に捕集される。
【００３９】
本発明において、繊維集合体からなるウェブを製造するために使用する前述の「高分子物質」としては、５μＳ／ｃｍ〜５００ｍＳ／ｃｍ（ここに記載の計量単位「Ｓ」は「ジーメンス」を表す）、好適には５μＳ／ｃｍ〜５０ｍＳ／ｃｍの導電率を有するものを用いることが好ましい。このような範囲の導電率を持つ高分子物質を用いることで、紡糸液Ｐの表面張力に打ち克って急激に紡出されて形成されたジェットの先端での電界集中を強め、より細くかつ良好な形状に分裂したナノファイバーＦを得ることが可能であり、その上、製造速度も向上する。
【００４０】
何故ならば、エレクトロスピニング技術では、繊維Ｆが形成される過程で、急激に紡出された高分子物質を含む紡糸液Ｐのジェットが分裂する際、このジェットの導電性が５μＳ／ｃｍ未満であると、ジェット先端の電位が下がる。そうすると、ジェットへの電界強度の集中が弱くなって、ナノファイバーＦへの分裂がうまく生じない恐れがあるからである。
【００４１】
他方、導電率が５００ｍＳ／ｃｍを超えると、エレクトロスピニング現象が不安定になり易い。しかも、導電率が大きくなると、前述のジェットの表面に生じた電荷の集中が、流体力学的に緩衝されるのではなく、その高い電気伝導の故に、電荷がジェット内に分散してしまう。そうすると、ジェットが分裂する現象が起き難くなって、目標とするナノファイバーＦを得ることができない。
【００４２】
このエレクトロスピニングにおいては、前述のように繊維Ｆが形成される過程で、繊維化する高分子物質を溶解している溶媒が急激に揮発する。このため、揮発した溶媒が周囲に拡散して作業環境を悪化させないように、紡糸ヘッド２とコレクター４との間の紡糸領域を取り囲む紡糸室７を設け、この紡糸室７内を空調する空調手段（図1の実施形態では、排気装置８と吸気装置９が相当する）を備えることが望ましい。また、このような空調は、紡糸室７内の溶媒濃度、温度、あるいは湿度などを一定に保ち、それ故に、常に安定した紡糸条件を維持するためにも、紡糸室７に付設することが望ましい。
【００４３】
その際、この紡糸室７内に揮散した溶媒については、排気装置８を紡糸室７に付設して、この紡糸室７内の空気を吸引して除去することが好ましい。また、排出する溶媒を含んだ空気とのマテリアル・バランスを維持調整するために、例えば吸気孔、ブロアー、ファンなどからなる吸気装置９を設けたりすることが好ましい。なお、図１の実施形態では、このような吸気装置９として、フィルター９１を付設した吸気孔９２を例示している。
【００４４】
このさとき、前記吸気装置９を通じて紡糸室７へ吸気する空気の温度は、溶媒の揮発度や紡出する繊維群（フィラメント群）Ｆの集積度を考慮すると、５℃〜８０℃の範囲内で調整することが好ましい。したがって、必要に応じて吸気装置９には、加熱器（図示せず）をが吸気配管の途中に設けられることがある。なお、溶媒を含んだ空気の排出風速は、紡出される紡糸液Ｐのジェットに悪影響が及ばないよう、紡糸領域内では、例えば、０.１ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓの範囲で調整することが望ましい。
【００４５】
以上に説明したように、吸気装置９から紡糸室７内に吸入された空気は、紡糸ヘッド２の傾斜面２２から繊維化されて紡出される高分子物質を溶解する溶媒が揮発した溶媒含有空気となる。そして、この溶媒含有空気は、排気装置８によって紡糸室７の外へ排気される。なお、排気装置８は、例えば、ブロアー、ファン、真空吸引機、エジェクターなどからなる気体吸引手段８４を排気配管８２の途中に備えていることは言うまでもない。
【００４６】
このようにして、排気装置８によって吸引された溶媒を含む空気は、コールドトラップ、あるいは溶媒吸着装置などからなる溶媒除去装置８５を介して溶媒を回収あるいは分離除去した後、図示した矢印方向に、溶媒を含まない空気のみが放出される。このとき、排気装置８によって吸引する溶媒を含む空気量は、例えば排気装置８の排気配管８２の途中にダンパーや流量調節弁などからなる流量調節装置８３などを設けることによって、調整することが好ましい。
【００４７】
以上に述べたようにして、本発明に係るナノファイバーＦからなる繊維集合体が形成されるのであるが、このナノファイバーＦからなる繊維集合体の形成に際しては、前記紡糸ヘッド２の特徴的な構造が大きな役割を果たす。つまり、本発明のエレクトロスピニング装置１は、この紡糸ヘッド２の構造に大きな特徴を有するものである。そこで、以下に図２を参照しながら、本発明の紡糸ヘッド２の特徴について、更に詳細に説明する。
【００４８】
図２は、本発明に係る紡糸ヘッド２の構造を説明するための説明図（斜視図）である。この図２において、前記紡糸ヘッド２は、少なくとも参照符号２１の吐出孔と参照符号２２の傾斜面とを備えている。更に、前記吐出孔２１は、参照符号２１ａの上板、参照符号２１ｂのスペーサー、参照符号２１ｃの貯留室、参照符号２１ｄの紡糸液の供給孔、そして、参照符号２１ｅの基部を含んで構成される。また、この図２において、参照符号２２は、前記吐出孔２１から吐出された紡糸液Ｐがその上を流下する傾斜面を示し、本発明は、紡糸ヘッド２にこのような傾斜面２２が形成されていることを大きな特徴とするものである。
【００４９】
なお、図２において、図２（ａ）は、紡糸液Ｐが吐出される吐出孔２１の吐出部の流路形状が横方向（水平方向）に広がったスリットを有するものを例示している。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に例示した吐出孔２１が有するスリット状の流路形状に代えて、多数の細孔群を水平方向へ横一列に並列させて穿設した吐出孔２１’の実施形態例であって、本発明においては、前記吐出孔２１に代えて、このような細孔群からなる吐出孔２１’を使用することもできる。
【００５０】
以上に説明したように構成される、本発明のエレクトロスピニング装置１の紡糸ヘッド２において、本発明者らは、強い静電界場が形成された紡糸雰囲気中において、前記吐出孔２１から紡糸液Ｐを正電荷を帯びた状態で薄膜流となって前記傾斜面２２を流下させた。そうすると、驚くべきことに、正電荷を帯びた紡糸液Ｐが傾斜面２２を流下する過程において、紡糸液Ｐの一部が表面張力に打ち克って、強いクーロン力の作用で紡糸雰囲気中に繊維Ｆとして紡出されることを見出したのである。しかも、傾斜面２２を流下する紡糸液Ｐから繊維Ｆが紡出され始めると、傾斜面２２を薄膜状に流下する紡糸液Ｐの多くの部分から極めて多数の繊維Ｆが次々に紡出されることを見出した。
【００５１】
このような現象は従来技術では報告されておらず、従来技術では、本明細書の「背景技術」欄で説明したように、多数のノズル群を併設して、各ノズルの先端からそれぞれ紡糸液Ｐを吐出させるという方法を採用していた。しかしながら、このような方法では、先に説明したような数々の不利益が生じる。そこで、従来のエレクトロスピニング技術において、紡糸液Ｐを静電界場へ吐出させるための手段として使用されている先細ノズルに代えて、本発明では、前述のような傾斜面２２を使用する。
【００５２】
図２に例示した本発明の紡糸ヘッド２の実施形態において、本発明に係る紡糸ヘッド２は、スリット状の紡糸液流路を有する吐出孔２１を有している。なお、本発明で言う「吐出孔」は、従来技術のように、その先端から繊維Ｆを紡出するために用いるのではなく、紡糸液を単に均一に吐出する役割を果たしている。
【００５３】
この吐出孔２１は、図２に例示したように、スリット状の紡糸液流路を有し、この紡糸液流路は、例えば上板２１ａ、吐出孔２１のスリット間隙を規定するためのスペーサー２１ｂ、紡糸液Ｐを貯留する貯留室２１ｃ、及び紡糸液Ｐの供給孔２１ｄなどを含んで構成されている。なお、スリット状の吐出孔２１の一部を構成する貯留室２１ｃは、紡糸液Ｐを流下させる傾斜面２２の流下部の幅方向に亘って水平に設けた横長の溝状の室から形成され、その底部には紡糸液Ｐの供給孔２１ｄが単独又は複数個設けられている。
【００５４】
以上のように構成された紡糸ヘッド２において、前記吐出孔２１は、傾斜面２２の幅方向に対して均一に紡糸液Ｐを供給して液膜の形成を均一にできるような状態で紡糸液Ｐを吐出する。このために、前記吐出孔２１の構造として、紡糸液Ｐを一旦貯留する貯留室２１ｃを設け、その底部には紡糸液Ｐの供給孔２１ｄを開口させる。そうすると、吐出孔２１から吐出された紡糸液Ｐの流動について、傾斜面２２の幅方向での流動を均一にすることができる。また、これによって、傾斜面２２の両端部や中央部を流れる紡糸液Ｐの液膜が均一になり、液膜が不均一に形成されることを抑制でき、さらには、紡糸液Ｐの吐出斑をも抑制できる。
【００５５】
本発明の紡糸ヘッド２には、図２の実施形態に例示したように、紡糸ヘッド２の基部２１ｅと上板２１ａとの間にスペーサー２１ｂを設けることで、紡糸液Ｐがそこを通過する狭隘なスリット状流路を形成させている。したがって、ギャポンプなどからなる計量供給装置６（図１参照）から紡糸ヘッド２へ供給された紡糸液Ｐは、連続的に計量されながら貯留室２１ｃの底部に開口する供給孔２１ｄへ定量供給される。
【００５６】
次いで、このようにして供給孔２１ｄへ供給された紡糸液Ｐは、供給孔２１ｄから貯留室２１ｃの底部から吐出され、紡糸ヘッド２の基部２１ｅに溝状に刻説された貯留室２１ｃの幅方向（溝幅方向）に十分に満たされるまで滞留する。そして、前記貯留室２１ｃを満たした紡糸液Ｐは、スリット状流路を通過することで、吐出孔２１の吐出口から吐出され、最終的に傾斜面２２の全幅に亘って均一な液膜を形成しながら流下する。
【００５７】
このとき、紡糸ヘッド２の基部２１ｅと上板２１ａとの間に形成された狭隘な間隙を有するスリット状流路は、その毛細管作用によって紡糸液Ｐの流れを拡幅して横方向に均一に流れ出させ、これによって、貯留室２１ｃから流れ出る紡糸液Ｐの流れを傾斜面２２の全幅に亘って均一に流下させる役割を果たしている。なお、紡糸液Ｐの流下面である傾斜面２２には、必要に応じて紡糸液Ｐが流下方向に形成された細い溝、或いは細いメッシュ溝を刻設しておいても構わない。
【００５８】
なお、紡糸ヘッド２の基部２１ｅと上板２１ａとの間に形成された狭隘な間隙を有するスリット状流路は、紡糸液Ｐの吐出方向に対して先細形状を有する流路としても良い。なお、このような先細形状については、図２の実施形態例に示したスペーサー２１ｂに対して、紡糸液Ｐの吐出方向に対してテーパーを付与することによって容易に形成することができる。
【００５９】
更には、紡糸液Ｐの流れを傾斜面２２の幅方向へ均一に吐出するために、前記スリット状流路部に金属細線などからなる不織布フィルター、金網フィルター、あるいは多孔質焼結金属などを均圧部材（図示せず）として設けるようにしても良い。このようにすることで、前記貯留室２１ｃ内に背圧を発生させて、前記均圧部材（図示せず）を介して、紡糸液Ｐを押し出すように吐出孔２１からそのスリット状吐出口の全幅からより均一に紡糸液Ｐを吐出させることができる。
【００６０】
ここで、前記吐出孔２１のスリット間隙ｔとスリット幅Ｗについては、使用する紡糸液Ｐの粘度、吐出量と吐出圧力、電気伝導率などの紡糸液Ｐの性状、あるいは繊維Ｆの製造量と生産効率などの条件によって最適な範囲が決まる。したがって、これらの条件に適合させて最適な値を適宜選択使用すればよく、特に限定する必要はない。しかしながら、通常の条件下では、スリット間隙ｔは、０．０５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましく、スリット幅Ｗは、１ｃｍ〜１００ｃｍが好ましい。
【００６１】
なお、吐出孔２１から吐出され、傾斜面２２から紡出されて繊維化された紡糸液Ｐに対して、繊維化されずに傾斜面２２を流下して通り過ぎた残余の紡糸液Ｐは、回収容器１１へ流入する。そして、回収容器１１へ流入した紡糸液Ｐは、回収配管１２を介して紡糸液Ｐを貯留する貯留容器へと還流し、還流した紡糸液Ｐは供給配管１３を経由して、計量供給装置６によって、再び紡糸ヘッド２へと供給される。
【００６２】
以上に説明したように、紡糸ヘッド２から繊維化されなかった紡糸液Ｐについては、循環使用することが理想である。しかしながら、紡糸液Ｐの循環使用を繰り返すと、高分子物質を溶解している紡糸液Ｐ中の溶媒が蒸発して不足したりするなどの事態が生じる。そうすると、この影響によって、紡糸液Ｐの成分組成の比が変化してしまったりする。そのため、図１には記載を省略したが、一度紡糸ヘッド２に供給して、繊維化されずに回収した紡糸液Ｐについては、貯留容器６とは別の容器に回収することが好ましい。そして、回収した紡糸液Ｐの成分組成を再度調製して、貯留容器６に戻すことが好ましい。
【００６３】
本発明の紡糸ヘッド２に形成する傾斜面２２は、その上に供給された紡糸液Ｐを薄膜状で流下させる役割を果たしている。したがって、この紡糸液Ｐを流下させる機能を有する限りにおいて、その面形状は、曲率がゼロである平面であっても、あるいはある程度の曲率を有する曲面で構成されていても良い。要するに、本発明のエレクトロスピニング装置１は、帯電した紡糸液Ｐが薄膜状で強い静電場に曝されることによって、繊維化現象が発生するのを利用することを大きな特徴とするものである。
【００６４】
このようにして、本発明の紡糸ヘッド２は、実質的に傾斜面２２上を薄膜状に広がって流下する紡糸液Ｐの全面を利用して、多数の紡糸液Ｐからなるジェットを形成させて、繊維化することができる。なお、本発明に係る傾斜面２２は、その傾斜を利用して、紡糸液Ｐを連続的に供給可能とするための役割を果たしている。
【００６５】
以上に説明したように、本発明のエレクトロスピニング装置１では、傾斜面２２上に帯電した紡糸液Ｐを薄膜状に流すことによってナノファイバーからなる繊維集合体を得ることができる。しかしながら、このような単純な傾斜面２２を使用するエレクトロスピニング装置１の実施形態の他に、下記に説明するような実施形態例を採用することができる。
【００６６】
そこで、その他の実施形態例について説明する。本発明のエレクトロスピニング装置１の傾斜面２２から形成する紡糸液Ｐのジェットは、紡糸液Ｐの表面張力に打ち克たなければならない。そのためには、傾斜面２２を流下する紡糸液Ｐの一部に大きな電荷の蓄積（集中）を生じさせるか、紡糸液Ｐの表面張力を局所的に低下させることも有効である。
【００６７】
以下、このような作用を使用する他の実施形態例について、図４を参照しながら詳細に説明する。
図４は、本発明に係る傾斜面２２の実施形態例を説明するための説明図であって、図４（ａ）は、図１及び図２に例示した傾斜面２２だけを取り出して、水平面上に静置した模式正断面図であって、図４（ｂ）及び（ｃ）は傾斜面２２の他の実施形態例を示した模式正断面図である。なお、この図４において、参照符号２２ａは電気絶縁部材、参照符号２２ｂは良導電部材、参照符号２２ｃは先細突起、そして、参照符号２２ｄは微小窪み部（凹部）をそれぞれ示す。
【００６８】
前記図４の実施形態例のように構成される本発明の傾斜面２２において、この傾斜面２２は、紡糸液Ｐと接触する部分が電気絶縁性を示す電気絶縁部材２２ａと、電気を良く通す良導電部材２２ｂとのサンドイッチ構造を採る。なお、前述の実施形態例では、電気絶縁部材２２ａと良導電部材２２ｂとのサンドイッチ構造を採用したが、本発明はこのような構造に限定されるものではなく、電気絶縁部材２２ａを半電気伝導部材としてもよく、また、良電気伝導部材としてもよい。
【００６９】
このとき、前記先細突起２２ｃは、図示したように、前記電気絶縁部材２２ａに設けられた微小窪み部（凹部）２２ｄを貫いて良導電部材２２ｂに植設されている。このとき、前記先細突起２２ｃの先端部の形状としては、先細であれば特に限定する必要は無いが、特に好ましくは針状の形状である。何故ならば、針状形状の先端が最も電荷が集中しやすく、しかも、先細突起２２ｃに沿って噴射するジェットの噴射方向を一方向に規制するために好適だからである。なお、傾斜面２２に付与される正の高電圧（高電位）は、図４の実施形態例においては、前記良導電部材２２ｂを介して付与されている。
【００７０】
前述の図４に示した本発明の実施形態例においては、紡糸ヘッド２に設けられた傾斜面２２の表面にコレクター４が延在する方向へ先細に形成した先細突起２２ｃが多数形成されている。したがって、電荷が先細突起２２ｃの鋭い先端に集中するという性質を利用して、先細突起２２ｃの周囲に存在する紡糸液Ｐに対して局所的に強い電荷を先細突起２２ｃから付与することができる。なお、図４（ｂ）に示すように先細突起２２ｃの先端は傾斜面２２の上端面レベルからわずかに突出させても良いし、図４（ｃ）に示すように傾斜面２２の上端面レベルからへこませるようにしても良い。
【００７１】
本発明において、傾斜面２２を流下しながら、必要に応じて設けられた前記微小窪み部２２ｄに短時間滞留して、その表面張力によって先細突起２２ｃを濡らす紡糸液Ｐは、先細突起２２ｃの上では、必然的に平板上に位置する場合と比較してその濡れ角度が大きくなる。そうすると、その表面張力が相対的に低下して、紡糸液Ｐの表面張力に打ち克って紡糸液Ｐから離脱しやすい状態となり、前述のように局所的に強い電荷が先細突起２２ｃを濡らす紡糸液Ｐへ付与されると、先細突起２２ｃの先端方向に沿ってジェットとなった紡糸液Ｐが勢いよく紡出される。
【００７２】
このとき、本発明においては、前述のように先細突起２２ｃから紡糸液Ｐに電荷を付与することと合わせて、第２高圧電源３２から予め紡糸液Ｐに所定量の電荷を付与しておくことが好ましい。このようにすれば、紡糸液Ｐの表面張力に打ち克つことができる量の電荷を先細突起２２ｃのみから付与する必要がなくなる。つまり、予め第２高圧電源３２から紡糸液Ｐに所定量の電荷を付与しておくと、その分だけ先細突起２２ｃから付与する電荷量を減らすことができ、先細突起２２ｃの負荷を減少させることができる。
【００７３】
なお、微小窪み部は図４（ｂ）及び（ｃ）に例示したように、紡糸液Ｐが先細突起２２ｃを良好に濡らす役割を果たすと共に、短時間ではあるが先細突起２２ｃの周りに停滞することで、それ以外の紡糸液Ｐよりも強い電荷を蓄積させる役割を果たしている。このために、図４（ａ）及び（ｂ）に例示したように、紡糸液Ｐが接触する傾斜面２２は、碍子などに慣用されている周知のセラミックス製電気絶縁材料とすることが好ましく、逆に、紡糸液Ｐに電荷を付与する先細突起２２ｃは良電導性を有する金属材料で形成することが好ましい。
【００７４】
以上に述べた本発明のエレクトロスピニング装置１に対して、従来のエレクトロスピニング装置では、紡糸液をノズルの内部に穿設された小孔から吐出させて供給している。このため、どうしても、ノズルを設置するためのスペースを確保すると共に、ノズル間の間隔も確保しなければならない。また、ノズルの形状をできるだけ小さくしようとしても、最適な紡糸条件とするためには、その構造上どうしてもノズル形状を大きくしなければならないという限界が生じていた。したがって、個々独立に併設された多数のノズル間での電界の相互干渉が生じてしまい、これを解消することが極めて困難であった。
【００７５】
しかしながら、本発明のエレクトロスピニング装置１では、従来のノズルに代えて微小な先細突起群が設けられ、しかも、紡糸液Ｐはノズルに穿設された小孔から吐出させるのではなく、傾斜面２２上を流下させることによって供給する。このように、本発明では、従来のノズルのようにノズル内に穿設した小孔から紡糸液を吐出する構造ではないため、紡糸ヘッド２の構造を極めてシンプルにできる。
【００７６】
その上、ある程度の大きさを持ったノズル群が多数突設された構造を採らないため、先細突起２２ｃの設置間隔ｓをより小さくすることができる。例えば、このような先細突起の設置間隔ｓとして、紡糸液Ｐの粘度などの性状にもよるが、約０．１ｍｍ程度にまで短くできる。このため、非常に多くの先細突起２２ｃから紡糸液Ｐのジェットを生成することができる。したがって、当然のことながら、繊維集合体の生産効率も従来のエレクトロスピニング装置と比較すると、飛躍的に向上する。
【００７７】
以上に説明したように、本発明の紡糸ヘッド２は、複雑な構造を有するノズル群を併設せずに、極めて多数の小さな先細突起２２ｃを傾斜面２２に形成している。この個々の先細突起２２ｃは、その形状が小さいため、個々の先細突起２２ｃ自体が有する電荷容量は従来のノズルと比較して格段に小さくなる。また、図４（ｃ）の実施形態例のような構造とすると、傾斜面２２の平面レベルよりも引っ込んだ位置に先細突起２２ｃが存在するので、更に、電界の干渉が少なくなる。もちろん、本発明に係る先細突起２２ｃは、先細形状を有するため、その先端に大きな電荷を集中できるという利点はそのまま維持できる。
【００７８】
したがって、先細突起２２ｃ同士による電界干渉の悪影響を解消しながら、ジェットとして紡出させる紡糸液Ｐに対して、大きな電荷を局所的に蓄積させることができる。したがって、本発明に係る傾斜面２２上には、多数の従来型ノズルがその形状を極めて小さくした形で傾斜面２２に併設されたと同じ状態であるとも考えられ、このようなノズルの小型化は従来技術では不可能であったものである。
【００７９】
つまり、本発明に係るエレクトロスピニング装置１は、最適な紡糸条件などを考慮すると従来技術では不可能であったノズルの極小化を実現したものであるとも言える。このように、本発明に係るエレクトロスピニング装置１は、静電界場の相互干渉を強く抑制することができる。したがって、本発明の紡糸ヘッド２から紡出されてコレクター４に捕集されたナノファイバーからなる繊維集合体（ウェブ）は、従来の多数のノズルを併設した方法で得られた繊維集合体と比較しても、その幅方向における目付け分布斑が大きく改善されており、その生産性も格段に向上している。
【００８０】
その際、本発明の紡糸ヘッド２に形成する前記傾斜面２２の傾斜角度θとしては、紡糸液Ｐの粘度、流量、静電界場の強さ、面上を流れる紡糸液Ｐの厚みなどの紡糸条件に応じて適宜調整すればよく、それ故に、特に限定する必要はない。しかしながら、その傾斜角度θとして好ましくは５°〜６５°、より好ましくは１０°〜３５°である。
【００８１】
一般的に、傾斜角度θを５°未満にすると、傾斜面２２がそれだけ水平面に近づくことになるため、エレクトロスピニングに適した粘度を有する紡糸液Ｐを傾斜面２２から流下させる過程で多数の繊維Ｆを安定させて紡出させるという本発明の傾斜面２２が奏する作用効果がなくなる。逆に、この傾斜角度θを６５°より大きくすると、大部分の紡糸液Ｐが傾斜面２２から紡出されずに、大部分の紡糸液Ｐが傾斜面２２を単に流下するだけになってしまう。更には、傾斜角度θが急になり過ぎたため、傾斜面２２上に常に安定した厚さの液膜を形成する膜厚の制御が難しくなり、また、エレクトロスピニング自体を行うことすらも困難となる場合がある。
【００８２】
なお、本発明の紡糸ヘッド２の材質としては、紡糸液Ｐとの接触面において腐食などが発生せず、しかも、導電性が良い金属材料を用いることが、紡糸液Ｐに望ましい帯電量を付与する上で好ましい。ただし、紡糸ヘッド２の材質は、金属材料に限定されるものではなく、用いられる紡糸液Ｐの電気伝導度が高ければ、半絶縁体あるいは絶縁体を使用することも可能である。
【００８３】
しかしながら、電気伝導度が高い紡糸液Ｐは、高い電気伝導の故に内部に電荷が蓄積しがたく、それ故に、電界の集中が緩和されてしまう。このため、一般に、高い電気伝導性を有する紡糸液Ｐを用いると、エレクトロスピニングすることが難くなり、この点を考慮すると、紡糸液Ｐの電気伝導度を調整可能な範囲を広げる意味で、適度な導電性を有するものが好ましい。例えば、このような適度な導電性を有する材料としては、ガラス、プラスチックなどの絶縁体に導電性物質をコーティングあるいはライニング加工して適度な導電性を付与したものを例示することができる。
【００８４】
次に、以上に述べた紡糸ヘッド２の傾斜面２２から紡出された繊維Ｆを捕集する側のコレクター４について説明する。このコレクター４は、図１に例示したように、紡糸ヘッド２に設けられた傾斜面２２に対して垂直に延在した方向に傾斜面２２と平行かつ対向して設けられている。その際、紡糸ヘッド２（傾斜面２２）とコレクター４との間に形成する電圧差(電位差)は、好ましくは１ｋＶ〜５００ｋＶ、より好ましくは２ｋＶ〜２００ｋＶ、さらに好ましくは５ｋＶ〜１００ｋＶである。なお、エレクトロスピニングによって得られる繊維Ｆは、一般に印加電圧が高いほど得られる繊維径は細くなる。
【００８５】
しかしながら、電圧差が５００ｋＶを越えると、電極間（紡糸ヘッド２の傾斜面２２とコレクター４間）でショート（短絡）が発生しやすくなるため好ましくない。また、あまりにも高電圧になると、漏電や放電現象が発生し易くなるにもかかわらず、これらを防止するための絶縁が困難となる。逆に、電圧が１ｋＶ未満になるとエレクトロスピニング現象が発生し難くなり、目的とする繊維径を有するナノファイバーＦも得られないため好ましくない。
【００８６】
本発明に係るエレクトロスピニング装置では、紡糸ヘッド２に形成した傾斜面２２とコレクター４との間の距離を変化させることによって、得られる繊維Ｆの単繊維径や繊維長、あるいは、捕集された繊維Ｆ同士が交絡して形成される網目構造の形態などを変化させることができる。すなわち、この距離が長いほど繊維径は小さくなり、短いほど、繊維径は大きくなる。
【００８７】
更に、距離を大きくし、紡出されたジェットの広がりを大きくして、コレクター４上での繊維Ｆの捕集範囲を大きくしたり、溶媒の蒸発を促進することによって繊維Ｆの乾燥度を向上させることができる。逆に、距離を短くすると、繊維Ｆの捕集面積は減少するが、繊維Ｆが弱い乾燥状態で捕集されるので、捕集した繊維Ｆ同士の密着性を向上させることができる。
【００８８】
以上に説明したように、本発明のエレクトロスピニングでは、その傾斜面２２とコレクター４との間の距離Ａは、その目的や製造する繊維集合体の形態などに応じて任意に調節可能である。しかしながら、捕集する繊維集合体の生産性、操業性、あるいは安全性などを考慮すると、その距離Ａは、好ましくは１ｃｍ〜１００ｃｍの範囲であり、より好ましくは５ｃｍ〜３０ｃｍである。
【００８９】
以上の説明においては、紡糸ヘッド２から紡出された繊維Ｆが直接コレクター４に捕集されるように説明してきた。しかしながら、通常、コレクター４の上には、図１に例示したように、導電性を有する金属性薄板のような基材Ｂを設けて、この基材Ｂの上に繊維Ｆを捕集されており、このようにすることが好ましい。
【００９０】
ただし、図３（ａ）に例示したように、コレクター４上に捕集した繊維集合体１４が、コレクター４の表面を滑りながら移動できるような場合には、捕集した繊維集合体１４を所定の速度で巻取装置１６の方向へ移動させながら繊維集合体１４を巻き取ることもできる。なお、この巻取に際して、巻き取った繊維集合体１４を互いに容易に分離可能とするために、一般に慣用されている周知の巻取方法として、離型紙と共に巻き取る方法を使用するようにしても良い。
【００９１】
この点に関して、更に敷衍するならば、長尺物の不織布ウェブ（繊維集合体）を製造する場合においては、図３（ｂ）に例示したように、巻出装置１５から基材Ｂをコレクター４上に所定の速度で巻き出してコレクター４と接触させ、これによって基材Ｂを接地する。そうすると、基材Ｂの電位は０Ｖとなるから、基材Ｂを新たにコレクターとして使用することができる。
【００９２】
そして、このようにして巻出装置１５から巻き出した基材Ｂの上にナノファイバーＦからなる繊維集合体を連続的に形成し、この基材Ｂを巻取装置１６で巻き取ることによって、ナノファイバーの集合体からなる「長尺物の不織布ウェブ」を製造することができる。このとき、新たにコレクターとなる前記基材Ｂとしては、導電性の良い金属製の不織布や織物、薄い金属板などを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に係るエレクトロスピニング装置の一つの実施形態例を模式的に示した概略の装置構成図である。
【図２】本発明に係る紡糸ヘッドの実施形態例を模式的に示した概略の装置構成図である。
【図３】コレクター上に捕集した繊維集合体を巻き取る様子を例示した説明図である。
【図４】図４は、図１及び図２に例示した傾斜面２２を取り出して、水平面上に静置した模式正断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  ：エレクトロスピニング装置
２  ：紡糸ヘッド
３  ：高圧電源
４  ：コレクター
５  ：貯留容器
６  ：計量供給装置
７  ：紡糸室
８  ：排気装置
９  ：吸気装置
１０  ：接地端子
１１  ：紡糸液の回収容器
１２  ：紡糸液の回収配管
１３  ：紡糸液の供給配管
１４  ：繊維集合体
１５  ：基材の巻出装置
１６  ：巻取装置
２１  ：吐出孔
２１ａ：上板
２１ｂ：スペーサー
２１ｃ：貯留室
２１ｄ：紡糸液の供給孔
２１ｅ：基部
２２  ：傾斜面
２２ａ：電気絶縁部材
２２ｂ：導電部材
２２ｃ：先細突起
２２ｄ：微小窪み部（凹部）
８１  ：排気フード
８２  ：排気配管
８３  ：流量調節装置
８４  ：気体吸引手段
８５  ：溶媒除去装置
９１  ：フィルター
９２  ：吸気孔
Ｂ  ：基材
Ｆ  ：紡出された繊維
Ｐ  ：紡糸液
【図１】
2008190055.tif 000003
【図２】
2008190055.tif 000004
【図３】
2008190055.tif 000005
【図４】
2008190055.tif 000006