(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射手段と、
前記原料液に電荷を付与して帯電させる第一帯電手段と、
製造されたナノファイバを案内する風洞を形成する案内手段と、
前記案内手段内方に前記ナノファイバを搬送する気体流を発生させる気体流発生手段と、
前記案内手段により案内されるナノファイバを拡散させる拡散手段と、
前記ナノファイバを当該ナノファイバの帯電極性とは逆の極性（接地電位を含む。以下同じ）を用いて収集する収集手段と、
前記原料液から蒸発した蒸発成分と共に前記気体流を吸引する吸引手段と
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
さらに、
気体流により搬送される前記ナノファイバを当該ナノファイバの帯電極性と同極性で帯電させる第二帯電手段を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
さらに、
気体流により搬送される前記ナノファイバが存在する空間を圧縮し、前記ナノファイバが空間中に存在する密度を上昇させる圧縮手段を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
前記原料液は、前記ナノファイバを構成する高分子樹脂を１vol%以上、５０vol%未満と、蒸発性溶媒である有機溶剤を５０vol%以上、９９vol%未満との割合で含む請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射工程と、
前記原料液に電荷を付与して帯電させる第一帯電工程と、
気体流を発生させ、発生した気体流により前記ナノファイバを搬送する搬送工程と、
搬送される前記ナノファイバを拡散させる拡散工程と、
拡散状態の前記ナノファイバを当該ナノファイバの帯電極性とは逆の極性を用いて収集する収集工程と、
前記原料液から蒸発した蒸発成分と共に前記気体流を吸引する吸引工程と
を含むナノファイバ製造方法。
【請求項６】
さらに、
気体流により搬送される前記ナノファイバを当該ナノファイバの帯電極性と同極性で帯電させる第二帯電工程を含む請求項５に記載のナノファイバ製造方法。
【請求項７】
さらに、
気体流により搬送される前記ナノファイバが存在する空間を圧縮し、前記ナノファイバが空間中に存在する密度を上昇させる圧縮工程を含む請求項５に記載のナノファイバ製造方法。
【請求項８】
前記原料液は、前記ナノファイバを構成する高分子樹脂を１vol%以上、５０vol%未満と、蒸発性溶媒である有機溶剤を５０vol%以上、９９vol%未満との割合で含む請求項５に記載のナノファイバ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、エレクトロスピニング法（静電爆発）を用いてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置に関し、特に、ナノファイバを安全に製造できるナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子物質などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質（ナノファイバ）を製造する方法として、エレクトロスピニング（電荷誘導紡糸）法が知られている。
【０００３】
このエレクトロスピニング法とは、溶媒中に高分子物質などを分散または溶解させた原料液を空間中にノズルなどにより噴射（吐出）させるとともに、原料液に電荷を付与して帯電させ、空間を飛行中の原料液を静電爆発させることにより、ナノファイバを得る方法である。
【０００４】
より具体的には、帯電され噴射された原料液は、空間を飛行中の原料液の粒から溶媒が蒸発するに伴い原料液の体積は減少していく。一方、原料液に付与された電荷は原料液に留まる。この結果として、空間を飛行中の原料液の粒は、電荷密度が上昇することとなる。そして、原料液中の溶媒は、継続して蒸発し続けるため、原料液の粒の電荷密度がさらに高まり、原料液の粒の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力より勝った時点で高分子溶液が爆発的に線状に延伸される現象（静電爆発）が生じる。この静電爆発が、空間において次々とねずみ算式に発生することで、直径がサブミクロンの高分子から成るナノファイバが製造される。
【０００５】
上記方法に用いられる原料液を構成する溶媒は、容易に揮発することが要求される。このような性質を備える液体としては、入手の容易性や価格など有機系の溶剤が代表的ではあるが、その多くに引火性がある。従って、蒸発した溶媒を爆発させない防爆対策が重要な課題となっている。
【０００６】
そこで、溶媒が蒸発する空間を閉鎖し、当該空間に窒素などの不活性ガスを充填することで爆発の原因となる酸素を前記空間から除去して防爆する発明が開示されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平２−２７３５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、密閉された空間で溶媒を蒸発させると、空間中の溶媒の密度が上昇し、原料液から溶媒が蒸発しにくくなる。特許文献１に記載の塗装などの場合は、溶媒の蒸発は大きな問題とはならないかもしれないが、ナノファイバを製造する場合は、溶媒の蒸発が鈍ると静電爆発が起きにくくなり、製造されるナノファイバの径が太かったり、必要な量のナノファイバが発生しないなどの問題が生じる。
【０００８】
本願発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、原料液からの溶媒の蒸発を阻害することなく防爆状態でナノファイバを製造することのできるナノファイバの製造装置、ナノファイバの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバの製造装置は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる第一帯電手段と、製造されたナノファイバを案内する風洞を形成する案内手段と、前記案内手段内方に前記ナノファイバを搬送する気体流を発生させる気体流発生手段と、前記案内手段により案内されるナノファイバを拡散させる拡散手段と、前記ナノファイバを当該ナノファイバの帯電極性とは逆の極性を用いて収集する収集手段と、前記原料液から蒸発した蒸発成分と共に前記気体流を吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、ナノファイバ製造装置は気体流の中で原料液が蒸発し、静電爆発が生じるため、揮発性の溶媒が滞留することなく吸引手段に吸引されることとなる。従って、案内手段内方において爆発限界を超えない濃度を維持したままナノファイバを製造できるため、高い防爆性能を獲得することができる。
【００１１】
さらに、気体流により搬送される前記ナノファイバを当該ナノファイバの帯電極性と同極性で帯電させる第二帯電手段を備えることが望ましい。
【００１２】
これにより、搬送され弱い帯電状態や電気的に中性になったナノファイバを再び帯電させて収集電極によりナノファイバが引きつけやすくすることができる。
【００１３】
さらに、気体流により搬送される前記ナノファイバが存在する空間を圧縮し、前記ナノファイバが空間中に存在する密度を上昇させる圧縮手段を備えてもかまわない。
【００１４】
これによれば、圧縮手段でナノファイバの空間密度を上げてから一気に拡散手段で拡散することにより、ナノファイバの空間分布の均一性を高めることが可能となる。
【００１５】
前記原料液は、前記ナノファイバを構成する高分子樹脂を１vol%以上、５０vol%未満と、蒸発性溶媒である有機溶剤を５０vol%以上、９９vol%未満との割合で含むことが望ましい。
【００１６】
これにより、原料液は、上記のように溶媒を５０vol%以上含んでいても十分に蒸発し、静電爆発を発生させることが可能となる。従って、溶質である高分子が薄い状態からナノファイバが製造されるため、より細いナノファイバをも製造することが可能となる。また、原料液の調整可能範囲が広がるため、製造されるナノファイバの性能の範囲も広くすることが可能となる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバ製造方法は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射工程と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる第一帯電工程と、気体流を発生させ、発生した気体流により前記ナノファイバを搬送する搬送工程と、搬送される前記ナノファイバを拡散させる拡散工程と、拡散状態の前記ナノファイバを当該ナノファイバの帯電極性とは逆の極性を用いて収集する収集工程と、前記原料液から蒸発した蒸発成分と共に前記気体流を吸引する吸引工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
さらに、気体流により搬送される前記ナノファイバを当該ナノファイバの帯電極性と同極性で帯電させる第二帯電工程を含んでもよい。
【００１９】
さらに、気体流により搬送される前記ナノファイバが存在する空間を圧縮し、前記ナノファイバが空間中に存在する密度を上昇させる圧縮工程を含んでもよい。
【００２０】
以上の方法を採用することにより、上記と同様の作用効果を奏することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本願発明によれば、爆発に対する高い安全性を維持しつつ高効率でナノファイバを製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本願発明にかかるナノファイバ製造装置の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は、本願発明の実施の形態であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。
【００２４】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、放出手段２００と、案内手段２０６と、圧縮手段２３０と、拡散手段２４０と、収集手段１１０と、第二帯電手段２０７、吸引手段１０２とを備えている。
【００２５】
噴射手段２０１と、第一帯電手段２０２と、風洞体２０９、気体流発生手段２０３とは放出手段２００を構成しており、放出手段２００は、帯電した原料液３００や製造されるナノファイバ３０１を気体流に乗せて放出することができるユニットである。なお、放出手段２００については後で詳述する。
【００２６】
ここで、ナノファイバを製造するための原料液については原料液３００と記し、製造されたナノファイバについてはナノファイバ３０１と記すが、製造に際しては原料液３００が静電爆発しながらナノファイバ３０１に変化していくため、原料液３００とナノファイバ３０１との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。
【００２７】
案内手段２０６は、製造されたナノファイバ３０１を所定の場所に案内する風洞を形成する導管である。本実施の形態の場合、後述の圧縮手段２３０や拡散手段２４０もナノファイバ３０１を案内するという意味においては案内手段２０６に含まれる。
【００２８】
圧縮手段２３０は、気体流により搬送されるナノファイバ３０１が存在する空間（案内手段２０６の内方部分）を圧縮し、ナノファイバ３０１が空間中に存在する密度を上昇させる機能を備える装置であり、第二気体流発生手段２３２と、圧縮導管２３４とを備えている。
【００２９】
圧縮導管２３４は、案内手段２０６内方を搬送されるナノファイバ３０１が存在する空間を徐々に狭くしていく筒状の部材であり、第二気体流発生手段２３２で発生する気体流を圧縮導管２３４内方に導入することが可能な気体流導入口２３３を周壁に備えている。圧縮導管２３４の案内手段２０６と接続される部分は、案内手段２０６の導出側端部の面積に対応する面積で構成されており、圧縮導管２３４の導出側端部は、前記導出側端部の面積より小さくなっている。従って、圧縮導管２３４は、全体として漏斗形状となっており、圧縮導管２３４に導入されたナノファイバ３０１を気体流と共に圧縮できる形状となっている。
【００３０】
また、圧縮手段２３０の上流側（導入側）の端部形状は、案内手段２０６の端部形状と合致する円環状である。一方、圧縮手段２３０の下流側（吐出側）の端部形状は、矩形である。また、圧縮手段２３０の下流側（吐出側）の端部形状は、堆積手段１０１の幅方向（同図紙面と垂直方向）全体に渡って延び、堆積手段１０１の移動方向に対応する長さは、前記幅方向に対して狭い。圧縮手段２３０は、環状の上流端から矩形状の下流単に向かって徐々に形状が変化するものとなっている。
【００３１】
第二気体流発生手段２３２は、高圧ガスを圧縮導管２３４内部に導入することで気体流を発生させる装置である。本実施の形態では、第二気体流発生手段２３２は、高圧ガスを貯留しうるタンク（ボンベ）と、タンク内の高圧ガスの圧力を調節するバルブ２３５を有するガス導出手段を備える装置が採用されている。
【００３２】
第二帯電手段２０７は、圧縮手段２３０の内壁に取り付けられ、帯電しているナノファイバ３０１の帯電を増強したり、中和されて中性となっているナノファイバ３０１を帯電させる機能を備える装置である。例えば帯電しているナノファイバ３０１の極性と同極性を備えるイオンや粒子を空間中に放出することができる装置を挙示することができる。具体的には、コロナ放電方式や電圧印加方式、交流方式、定常直流方式、パルス直流方式、自己放電式、軟Ｘ線方式、紫外線式、放射線方式など任意の方式からなる第二帯電手段２０７を採用して良い。
【００３３】
拡散手段２４０は、圧縮手段２３０に接続され、一端圧縮されて高密度状態となったナノファイバ３０１を広く拡散させ分散させる導管であり、圧縮手段２３０で加速したナノファイバ３０１の速度を減速させるフード状の部材である。拡散手段２４０は、気体流が導入される上流端側の矩形の開口部と、気体流を放出する下流端側の矩形の開口部とを備え、下流端側の開口部の開口面積は、上流端側の開口部の開口面積よりも大きい設定となっている。拡散手段２４０は、上流端側の開口部から下流端側の開口部に向けて徐々に面積が大きくなるような形状が採用されている。下流端側の開口部は、堆積手段１０１の幅よりも大きな幅を備え、後述の収集電極１１２よりも長さが長い形状となっている。
【００３４】
拡散手段２４０の小面積の導入端側から大面積の導出端側に向かって気体流が流れると、高密度状態のナノファイバ３０１が一気に低密度状態となって分散すると共に、気体流の流速は拡散手段２４０の断面積に比例して落ちていく。従って、気体流に乗って搬送されるナノファイバ３０１も、気体流と共に速度が減速される。この際、ナノファイバ３０１は、拡散手段２４０の断面積の拡大に従い徐々に均等に拡散していく。従って、ナノファイバ３０１を堆積手段１０１上に均等に堆積させることが可能となる。また、気体流によってナノファイバ３０１が搬送されない状態、つまり、気体流とナノファイバ３０１とが分離された状態となるため、帯電しているナノファイバ３０１は、気体流に影響されることなく逆極性の状態にある収集電極１１２に吸引される。
【００３５】
収集手段１１０は、拡散手段２４０から放出されるナノファイバ３０１を収集するための装置であり、堆積手段１０１と、移送手段１０４と、収集電極１１２と、収集電源１１３とを備えている。
【００３６】
堆積手段１０１は、静電爆発により製造され飛来するナノファイバ３０１が堆積される対象となる部材である。堆積手段１０１は、堆積したナノファイバ３０１と容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシート状の部材である。具体的には、堆積手段１０１として、アラミド繊維からなる長尺の布を例示することができる。さらに、堆積手段１０１の表面にテフロン（登録商標）コートを行うと、堆積したナノファイバ３０１を堆積手段１０１から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。また、堆積手段１０１は、ロール状に巻き付けられた状態で供給ロール１１１から供給されるものとなっている。
【００３７】
移送手段１０４は、長尺の堆積手段１０１を巻き取りながら供給ロール１１１から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に堆積手段１０１を搬送するものとなっている。移送手段１０４は、不織布状に堆積しているナノファイバ３０１を堆積手段１０１とともに巻き取ることができるものとなっている。
【００３８】
収集電極１１２は、帯電しているナノファイバ３０１を電界（電場）により吸引する部材であり、拡散手段２４０の下流側端部の開口部よりも一回り小さい矩形の板状の電極である。収集電極１１２が拡散手段２４０の開口部に配置された状態では、拡散手段２４０と収集電極１１２との間に間隔が生じるものとなっている。収集電極１１２の拡散手段２４０に向かう面の周縁部は尖った部分がなく、全体的にアールが施されており、異常放電が発生するのを防止している。
【００３９】
収集電源１１３は、収集電極１１２に電位を付与するための電源であり、本実施の形態の場合は直流電源が採用されている。
【００４０】
吸引手段１０２は、拡散手段２４０と収集電極１１２との隙間に配置され、ナノファイバ３０１と分離状態となり当該隙間から流出する気体流を強制的に吸引する装置である。本実施の形態では、吸引手段１０２として、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機が採用されている。また、吸引手段１０２は、原料液３００から蒸発した溶媒が混ざったほとんどの気体流を吸引し、吸引手段１０２に接続される溶剤回収装置１０６まで前記気体流を搬送することができるものとなっている。
【００４１】
図２は、放出手段を示す断面図である。
【００４２】
図３は、放出手段を示す斜視図である。
【００４３】
放出手段２００は、噴射手段２０１と、第一帯電手段２０２と、風洞体２０９（案内手段２０６）と、気体流発生手段２０３とを備えている。
【００４４】
これらの図に示すように、噴射手段２０１は、原料液３００を空間中に噴射する装置であり、本実施の形態では、原料液３００を遠心力により放射状に噴射する装置である。噴射手段２０１は、噴射容器２１１と、回転軸体２１２と、モータ２１３とを備えている。
【００４５】
噴射容器２１１は、原料液３００が内方に注入されながら自身の回転による遠心力により空間中に原料液３００を噴射することのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には噴射口２１６を多数備えている。噴射容器２１１は、貯留する原料液３００に電荷を付与するため、導電体で形成されている。噴射容器２１１は支持体（図示せず）に設けられるベアリング（図示せず）により回転可能に支持されている。
【００４６】
具体的には、噴射容器２１１の直径は、１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。あまり大きすぎると気体流により原料液３００やナノファイバ３０１を集中させることが困難になるからである。一方、小さすぎると遠心力により原料液３００を噴射させるための回転を高めなければならず、モータの負荷や振動など問題が発生するためである。さらに噴射容器２１１の直径は、２０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。また、噴射口２１６の形状は円形が好ましく、その直径は、０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲から採用することが好適である。
【００４７】
なお、噴射容器２１１の形状は、円筒形状に限定するものではなく、側面が多角形状の多角柱形状のようなものや円錐形状のようなものでもよい。噴射口２１６が回転することにより、噴射口２１６から原料液が遠心力で、流出するようにできればよい。
【００４８】
回転軸体２１２は、噴射容器２１１を回転させ遠心力により原料液３００を噴射させるための駆動力を伝達するための軸体であり、噴射容器２１１の他端から噴射容器２１１の内部に挿通され、噴射容器２１１の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端はモータ２１３の回転軸と接合されている。
【００４９】
モータ２１３は、遠心力により原料液３００を噴射口２１６から噴射させるために、回転軸体２１２を介して噴射容器２１１に回転駆動力を付与する装置である。なお、噴射容器２１１の回転数は、噴射口２１６の口径や使用する原料液３００の粘度や原料液内の高分子物質の種類などとの関係により、数ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下の範囲から採用することが好ましく、本実施の形態のようにモータ２１３と噴射容器２１１とが直動の時はモータ２１３の回転数は、噴射容器２１１の回転数と一致する。
【００５０】
第一帯電手段２０２は、原料液３００に電荷を付与して帯電させる装置である。本実施の形態の場合、第一帯電手段２０２は、誘導電極２２１と、誘導電源２２２と、接地手段２２３とを備えている。また、噴射容器２１１も第一帯電手段２０２の一部として機能している。
【００５１】
誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い電圧となることで、近傍に配置され接地されている噴射容器２１１に電荷を誘導するための部材であり、噴射容器２１１の先端部分を取り囲むように配置される円環状の部材である。また、誘導電極２２１は、気体流発生手段２０３からの気体流を案内手段２０６に案内する風洞体２０９としても機能している。
【００５２】
誘導電極２２１の大きさは、噴射容器２１１の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、２００ｍｍ以上、８００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。
【００５３】
誘導電源２２２は、誘導電極２２１に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源２２２は、一般には、直流電源が好ましい。特に、発生させるナノファイバ３０１の帯電極性に影響を受けないような場合、生成したナノファイバ３０１の帯電を利用して、電極上に回収するような場合には、直流電源が好ましい。また、誘導電源２２２が直流電源である場合、誘導電源２２２が誘導電極２２１に印加する電圧は、１０ＫＶ以上、２００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。特に、噴射容器２１１と誘導電極との間の電界強度が重要であり、１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるように印加電圧や誘導電極２２１の配置を行うことが好ましい。なお、誘導電極２２１の形状は、円環状に限ったものではなく、多角形状を有する多角形環状の部材であってもよい。
【００５４】
接地手段２２３は、噴射容器２１１と電気的に接続され、噴射容器２１１を接地電位に維持することができる部材である。接地手段２２３の一端は、噴射容器２１１が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。
【００５５】
本実施の形態のように第一帯電手段２０２に誘導方式を採用すれば、噴射容器２１１を接地電位に維持したまま原料液３００に電荷を付与することができる。噴射容器２１１が接地電位の状態であれば、噴射容器２１１に接続される回転軸体２１２やモータ２１３などの部材を噴射容器２１１から電気的に絶縁する必要が無くなり、噴射手段２０１として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。
【００５６】
なお、第一帯電手段２０２として、噴射容器２１１に電源を接続し、噴射容器２１１を高電圧に維持し、誘導電極２２１を接地することで原料液３００に電荷を付与してもよい。また、噴射容器２１１を絶縁体で形成すると共に、噴射容器２１１に貯留される原料液３００に直接接触する電極を噴射容器２１１内部に配置し、当該電極を用いて原料液３００に電荷を付与するものでもよい。
【００５７】
気体流発生手段２０３は、噴射容器２１１から噴射される原料液３００の飛行方向を案内手段２０６で案内される方向に変更するための気体流を発生させる装置である。気体流発生手段２０３は、モータ２１３の背部に備えられ、モータ２１３から噴射容器２１１の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段２０３は、噴射容器２１１から径方向に噴射される原料液３００が誘導電極２２１に到達するまでに前記原料液３００を軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。図２において、気体流は矢印で示している。本実施の形態の場合、気体流発生手段２０３として、放出手段２００の周囲にある雰囲気を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。
【００５８】
なお、気体流発生手段２０３は、シロッコファンなど他の送風機により構成してもかまわない。また、高圧ガスを導入することにより噴射された原料液３００の方向を変更するものでもかまわない。また、吸引手段１０２や第二気体流発生手段２３２などにより案内手段２０６内方に気体流を発生させるものでもかまわない。この場合、気体流発生手段２０３は積極的に気体流を発生させる装置を有しないこととなるが、本願発明の場合、案内手段２０６の内方に気体流が発生していることをもって気体流発生手段２０３が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、案内手段２０６の内方に気体流を発生させるようにすることも気体流発生手段が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、案内手段２０６の内方に気体流を発生させるようにすることも気体流発生手段が存在しているものとする。
【００５９】
風洞体２０９は、気体流発生手段２０３で発生した気体流を噴射容器２１１の近傍に案内する導管である。風洞体２０９により案内された気体流が噴射容器２１１から噴射された原料液３００と交差し、原料液３００の飛行方向を変更する。
【００６０】
さらにまた、放出手段２００は、気体流制御手段２０４と、加熱手段２０５とを備えている。
【００６１】
気体流制御手段２０４は、気体流発生手段２０３により発生する気体流が噴射口２１６に当たらないよう気体流を制御する機能を有するものであり、本実施の形態の場合、気体流制御手段２０４として、気体流を所定の領域に流れるように案内する風路体が採用されている。気体流制御手段２０４により、気体流が直接噴射口２１６に当たらないため、噴射口２１６から噴射される原料液３００が早期に蒸発して噴射口２１６を塞ぐことを可及的に防止し、原料液３００を安定させて噴射させ続けることが可能となる。なお、気体流制御手段２０４は、噴射口２１６の風上に配置され気体流が噴射口２１６近傍に到達するのを防止する壁状の防風壁でもかまわない。
【００６２】
加熱手段２０５は、気体流発生手段２０３が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段２０５は、案内手段２０６の内方に配置される円環状のヒータであり、加熱手段２０５を通過する気体を加熱することができるものとなっている。加熱手段２０５により気体流を加熱することにより、空間中に噴射される原料液３００は、蒸発が促進され効率よくナノファイバを製造することが可能となる。
【００６３】
次に、上記構成のナノファイバ製造装置１００を用いたナノファイバ３０１の製造方法を説明する。
【００６４】
まず、気体流発生手段２０３と第二気体流発生手段２３２とにより、案内手段２０６や風洞体２０９の内部に気体流を発生させる。一方、吸引手段１０２により、案内手段２０６内に発生する気体流を吸引する。
【００６５】
次に、噴射手段２０１の噴射容器２１１に原料液３００を供給する。原料液３００は、別途タンク（図示せず）に蓄えられており、供給路２１７（図２参照）を通過して噴射容器２１１の他端部から噴射容器２１１内部に供給される。
【００６６】
次に、誘導電源２２２により噴射容器２１１に貯留される原料液３００に電荷を供給しつつ（第一帯電工程）、噴射容器２１１をモータ２１３により回転させて、遠心力により噴射口２１６から帯電した原料液３００を噴射する（噴射工程）。
【００６７】
噴射容器２１１の径方向放射状に噴射された原料液３００は、気体流により飛行方向が変更され、気体流に乗り風洞体２０９により案内される。原料液３００は静電爆発によりナノファイバ３０１を製造しつつ（ナノファイバ製造工程）放出手段２００から放出される。また、前記気体流は、加熱手段２０５により加熱されており、原料液３００の飛行を案内しつつ、原料液３００に熱を与えて溶媒の蒸発を促進している。以上のようにして放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１は、案内手段２０６の内方を気体流によって搬送される（搬送工程）。
【００６８】
次に圧縮手段２３０内方を通過するナノファイバ３０１は、高圧ガスの噴流により加速されつつ、圧縮手段２３０の内方が狭くなるにつれて徐々に圧縮され高密度状態となって拡散手段２４０に到達する（圧縮工程）。
【００６９】
ここで、これまで気体流により搬送されたナノファイバ３０１は、帯電が弱まっている可能性があるため、第二帯電手段２０７により、ナノファイバ３０１を同極性で強制的に帯電させる（第二帯電工程）。
【００７０】
拡散手段２４０にまで搬送されたナノファイバ３０１は、ここで急速に速度が低下すると共に、均一に分散状態となる（拡散工程）。
【００７１】
この状態において、拡散手段２４０の開口部に配置されている収集電極１１２は、ナノファイバ３０１の帯電極性とは逆極性に帯電しているため、ナノファイバ３０１を引きつける。ナノファイバ３０１と収集電極１１２との間には堆積手段１０１が存在しているため、収集電極１１２に引きつけられるナノファイバ３０１は、堆積手段１０１上に堆積していく（収集工程）。
【００７２】
一方、収集電極１１２と拡散手段２４０との隙間近傍に配置される吸引手段１０２は、蒸発した蒸発成分である溶媒と共に気体流を吸引する（吸引工程）。
【００７３】
以上により、原料液３００に含まれる溶媒の蒸発は、案内手段２０６の内方で発生するが、案内手段２０６内方は気体流が存在し吸引手段１０２に吸引されて回収されるまで常に流れているため、案内手段２０６内方に溶媒の蒸気が滞留することはない。従って、案内手段２０６内方は、爆発限界を超えることがなく、安全な状態を維持しながらナノファイバ３０１を製造することが可能となる。
【００７４】
さらに、引火性のある溶媒を用いることが可能となるため、溶媒として用いることができる有機溶剤の種類の幅が広がり、人体に対して悪影響の少ない有機溶剤を溶媒として選定することも可能となる。また、蒸発効率の高い有機溶剤を溶媒として選定し、ナノファイバ３０１の製造効率を向上させることも可能となる。
【００７５】
さらに、ナノファイバ３０１は拡散手段２４０により均一に拡散し分散した後に収集電極１１２により引きつけられるため、ナノファイバ３０１は、堆積手段１０１上に均一に堆積する。従って、堆積したナノファイバ３０１を不織布として利用する場合には、面全体に渡って性能が安定した不織布を得ることが可能となる。また、堆積したナノファイバ３０１を紡糸する場合においても、性能が安定した糸を得ることが可能となる。
【００７６】
ここで、ナノファイバ３０１を構成する高分子物質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、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、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等を例示できる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００７７】
原料液３００に使用される溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ピリジン、水等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００７８】
さらに、原料液３００に骨材や可塑剤などの添加剤を添加してもよい。当該添加剤としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を挙げることができるが、耐熱性、加工性などの観点から酸化物を用いることが好ましい。当該酸化物としては、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、Ｋ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ2Ｏ3、Ａｓ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｌｕ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＨｆＯ2、Ｎｂ2Ｏ5等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００７９】
溶媒と高分子との混合比率は、前記ナノファイバを構成する高分子樹脂を１vol%以上、５０vol%未満の範囲から選定し、これに対応して蒸発性溶媒である有機溶剤を５０vol%以上、９９vol%未満の範囲から選定することが望ましい。
【００８０】
上記のように、溶媒蒸気が気体流により滞留することなく処理されるため、原料液３００は、上記のように溶媒を５０vol%以上含んでいても十分に蒸発し、静電爆発を発生させることが可能となる。従って、溶質である高分子が薄い状態からナノファイバ３０１が製造されるため、より細いナノファイバ３０１をも製造することが可能となる。また、原料液３００の調整可能範囲が広がるため、製造されるナノファイバ３０１の性能の範囲も広くすることが可能となる。
【００８１】
なお、上記実施の形態では、原料液３００を遠心力を用いて噴射させたが、本願発明はこれに限定されるわけではない。例えば、図４に示すように、矩形の風洞体２０９に導電性の物質で形成されるノズルを多数設け、風洞体２０９の対向面に誘導電極２２１を設けて第一帯電手段２０２とする。また、風洞体２０９の端部には気体流発生手段２０３を設ける。以上のような構成の放出手段２００であってもかまわない。
【００８２】
また、図５に示すように、一端が閉塞される円筒形の風洞体２０９の端部に導電性の物質で形成される２流体ノズル（２流体ノズルは、原料液３００を流出する穴とその近傍に設けた高圧ガスを噴射する穴を設けて構成され、原料液３００に高圧ガスを吹きかけることで原料液３００を噴霧状にするようになっている。）を貫通状態で設け、当該２流体ノズルを囲むように円環形状の誘導電極２２１を設ける。２流体ノズルの内側の管は原料液３００が噴射される噴射手段２０１として機能し、外側の管は、原料液３００を霧状にすると共に、風洞体２０９、及び、案内手段２０６の内方に気体流を発生させる気体流発生手段２０３として機能するものである。以上のような構成の放出手段２００であってもかまわない。
【００８３】
なお、本実施の形態では、気体流発生手段２０３として送付機を例示したが、本願発明はこれに限定されるわけではない。例えば、放出手段２００の必要な部分に開口部を設け吸引手段１０２により吸引した場合に、前記開口部から周囲の雰囲気が吸入され案内手段２０６内方に気体流が発生すれば、前記開口部が気体流発生手段２０３となる。
【００８４】
また、圧縮手段２３０や第二帯電手段２０７は、必要に応じ適宜省略することが可能である。
【００８５】
また、図１において圧縮手段２３０を省略して、案内手段２０６から拡散手段２４０に直接接続した場合には、引火性の高い溶媒を使用する場合においても、爆発がおこらないようになるという効果は得られる。特に、堆積手段１０１近傍の溶媒の濃度は、吸引手段１０２を近傍に配置することで、溶媒によって爆発する爆発限界までは達しない状態を維持でし、しかも、生成された帯電したナノファイバは、堆積手段１０１上に均一に堆積するという効果が得られる。さらに、第二帯電手段を、案内手段２０６の壁面に設けて、帯電したナノファイバをさらに同極性に帯電させるようにしてもよい。
【００８６】
なお、収集電極１１２は、収集電源１１３と接続を行っているが、収集電極１１２を接地して、帯電したナノファイバを収集するようにしても、本願発明に記載した効果は得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本願発明は、ナノファイバの製造に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本願発明の実施の形態であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】放出手段を示す断面図である。
【図３】放出手段を示す斜視図である。
【図４】放出手段の別例を模式的に示す断面図である。
【図５】放出手段の別例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１００  ナノファイバ製造装置
１０１  堆積手段
１０２  吸引手段
１０４  移送手段
１０６  溶剤回収装置
１１０  収集手段
１１１  供給ロール
１１２  収集電極
１１３  収集電源
２００  放出手段
２０１  噴射手段
２０２  第一帯電手段
２０３  気体流発生手段
２０４  気体流制御手段
２０５  加熱手段
２０６  案内手段
２０７  第二帯電手段
２０９  風洞体
２１１  噴射容器
２１２  回転軸体
２１３  モータ
２１６  噴射口
２１７  供給路
２２１  誘導電極
２２２  誘導電源
２２３  接地手段
２３０  圧縮手段
２３２  第二気体流発生手段
２３３  気体流導入口
２３４  圧縮導管
２３５  バルブ
２４０  拡散手段
３００  原料液
３０１  ナノファイバ
【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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