(57)【要約】【課題】  静電紡糸法により紡糸した繊維を基材シート上に集積させる場合であっても、繊維量が均一な繊維集合体を製造することができる方法、及びその製造装置を提供すること。【解決手段】  本発明の繊維集合体の製造装置は、紡糸原液を紡糸空間へ供給できる原液供給手段、前記供給された紡糸原液に電界を作用させて延伸し繊維化することのできる電位差形成手段、前記原液供給手段に対向して位置するイオン照射手段、前記原液供給手段とイオン照射手段との間に基材シートを供給することのできるシート供給手段、とを備えている。本発明の繊維集合体の製造方法は、前記製造装置を用いて製造する方法である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡糸原液を紡糸空間へ供給し、この供給した紡糸原液に電界を作用させて延伸した繊維を、基材シート上に集積して繊維集合体を製造する方法であって、前記基材シート上に繊維を集積させる際に、前記基材シートの紡糸原液の供給側と反対面にイオンを照射することを特徴とする、繊維集合体の製造方法。
【請求項２】
基材シートに対して、部分的にイオンを照射することを特徴とする、請求項１記載の繊維集合体の製造方法。
【請求項３】
紡糸原液を紡糸空間へ供給できる原液供給手段、
前記供給された紡糸原液に電界を作用させて延伸し繊維化することのできる電位差形成手段、
前記原液供給手段に対向して位置するイオン照射手段、
前記原液供給手段とイオン照射手段との間に基材シートを供給することのできるシート供給手段、
とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造装置。
【請求項４】
イオン照射手段がイオンを部分的に照射できるものであることを特徴とする、請求項３記載の繊維集合体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維集合体の製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維集合体を構成する繊維の繊維径が小さいと、分離性能、液体保持性能、払拭性能、隠蔽性能、絶縁性能、或いは柔軟性など、様々な性能に優れているため、繊維集合体を構成する繊維の繊維径は小さいのが好ましい。このような繊維径の小さい繊維からなる繊維集合体の製造方法として、紡糸原液をノズルから吐出するとともに、吐出した紡糸原液に電界を作用させて紡糸原液を延伸し、繊維径の小さい繊維とした後に捕集して繊維集合体とする、いわゆる静電紡糸法が知られている。
【０００３】
この静電紡糸法により製造された繊維集合体は機械的強度が比較的弱く、また、平均繊維径の大きい繊維集合体と積層することによって、機械的強度の向上や、濾過性能を長期間にわたって発揮できるなど、各種効果があるため、平均繊維径の大きい繊維集合体上に静電紡糸法により紡糸した繊維を直接集積して繊維集合体層を形成することが行われている。例えば、図３に示すように、搬送ローラＲ１、Ｒ２によって、電圧が印加されて対向電極として作用するグリッドＧと接触させながら基材Ｂを搬送するとともに、紡糸原液供給ホールＳから紡糸原液を吐出し、紡糸した繊維を直接基材上に集積して、繊維集合体層を備えた複合シートＨを製造することが行われていた（特許文献１）。このような方法により複合シートを製造する場合、基材がグリッドと密着して搬送されている場合には特に問題は生じないが、基材としてエンボス加工された基材を使用するなど、グリッドとの接触面が凹凸を有する基材を使用する場合や、複合シート製造中にグリッドの基材との接触面側に傷がついた場合や、或いは搬送ローラによって基材にかかるテンションが不均一になった場合など、何らかの原因によって基材の一部がグリッドと密着していない状態で搬送されると、基材は絶縁性で、基材のグリッドと密着していない部分の静電容量が下がるため、この密着していない部分には繊維が集積しにくくなり、繊維量が均一な繊維集合体層を形成できない、という問題があった。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４６５０５０６号明細書（第３欄第６６行〜第６欄第６４行、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、静電紡糸法により紡糸した繊維を基材シート上に集積させる場合であっても、繊維量が均一な繊維集合体を製造することができる方法、及びその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】
【０００６】
本発明の請求項１にかかる発明は、「紡糸原液を紡糸空間へ供給し、この供給した紡糸原液に電界を作用させて延伸した繊維を、基材シート上に集積して繊維集合体を製造する方法であって、前記基材シート上に繊維を集積させる際に、前記基材シートの紡糸原液の供給側と反対面にイオンを照射することを特徴とする、繊維集合体の製造方法。」である。
【０００７】
本発明の請求項２にかかる発明は、「基材シートに対して、部分的にイオンを照射することを特徴とする、請求項１記載の繊維集合体の製造方法。」である。
【０００８】
本発明の請求項３にかかる発明は、「紡糸原液を紡糸空間へ供給できる原液供給手段、前記供給された紡糸原液に電界を作用させて延伸し繊維化することのできる電位差形成手段、前記原液供給手段に対向して位置するイオン照射手段、
前記原液供給手段とイオン照射手段との間に基材シートを供給することのできるシート供給手段、とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造装置。」である。
【０００９】
本発明の請求項４にかかる発明は、「イオン照射手段がイオンを部分的に照射できるものであることを特徴とする、請求項３記載の繊維集合体の製造装置。」である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１にかかる発明によれば、基材シートの片面にイオンを照射しており、絶縁性の基材シートであっても、密着という問題を発生させることなく、アースすることができるため、繊維量が均一な繊維集合体を製造することができる。
【００１１】
本発明の請求項２にかかる発明によれば、部分的にイオンを照射しているため、照射した部分に均一な繊維量の繊維集合体を形成することができる。
【００１２】
本発明の請求項３にかかる発明によれば、基材シートの片面にイオンを照射でき、絶縁性の基材シートであっても、基材シートの密着という問題を発生させることなく、アースすることができるため、繊維量が均一な繊維集合体を製造することができる。
【００１３】
本発明の請求項４にかかる発明によれば、部分的にイオンを照射できるため、照射した部分に均一な繊維量の繊維集合体を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の繊維集合体の製造方法及び製造装置について、製造装置の基材シートの流れ方向と平行方向における横断面概念図である図１をもとに説明する。
【００１５】
図１の繊維集合体製造装置は、紡糸原液を紡糸空間３へ吐出して供給できるノズル１と、紡糸原液に電圧を印加することのできる高電圧印加装置２と、前記ノズル１に対向して位置するイオン照射手段４と、前記ノズル１とイオン照射手段４との間に基材シート５を供給することのできる一対のローラ７１、７２、とからなる。
【００１６】
このような製造装置を用いて繊維集合体を製造する場合、まず、紡糸原液を用意する。この紡糸原液は静電紡糸可能な樹脂を溶媒に溶解させた溶液である。樹脂は静電紡糸できる限り特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレングリコール、部分けん化ポリビニルアルコール、完全けん化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、或いはポリプロピレンなどを使用できる。これら例示以外の樹脂も使用可能であり、例示以外の樹脂も含め、２種以上の樹脂を溶媒に溶解させた紡糸原液を用いることもできる。
【００１７】
この溶媒としては、樹脂によっても変化するため、特に限定するものではないが、例えば、水、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，４−ジオキサン、ピリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アセトニトリル、ギ酸、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、四塩化炭素、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロエタン、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネートなどを挙げることができる。溶媒は１種類でも良いし、２種類以上の溶剤を混ぜた混合溶媒であっても良い。
【００１８】
本発明の紡糸原液は上述のような樹脂を溶媒に溶解させたものであるが、その濃度は、樹脂の組成、樹脂の分子量、溶媒等によって変化するため、特に限定するものではないが、静電紡糸への適用性の点から、粘度が１０〜６０００ｍＰａ・ｓの範囲となるような濃度であるのが好ましく、２０〜５０００ｍＰａ・ｓの範囲となるような濃度であるのがより好ましい。粘度が１０ｍＰａ・ｓ未満であると、粘度が低すぎて曳糸性が悪く、繊維になりにくい傾向があり、粘度が６０００ｍＰａ・ｓを超えると、紡糸原液が延伸されにくくなり、繊維となりにくい傾向があるためである。なお、この「粘度」は、粘度測定装置を用い、温度２５℃で測定した、シェアレート１００ｓ−１の時の値をいう。
【００１９】
このような紡糸原液は、例えば、シリンジ、ステンレスタンク、プラスチックタンク、或は樹脂製バッグ（例えば、塩化ビニル樹脂製、ポリエチレン樹脂製）などの紡糸原液貯留部（図示せず）に蓄えられており、この紡糸原液は紡糸原液貯留部に接続された、例えば、シリンジポンプ、チューブポンプ、マグネット式マイクロギアポンプ、ディスペンサ等の供給吐出手段（図示せず）により、ノズル１へ供給され、ノズル１から紡糸原液が紡糸空間３へ吐出される。図１の製造装置においては、紡糸原液に対して電圧を印加できるように、ノズル１に高電圧印加装置２が接続されている。なお、図１の製造装置とは異なり、紡糸原液貯留部とノズル１との間の供給管内の紡糸原液に対して電圧を印加しても良い。
【００２０】
なお、ノズル１からの吐出方向は特に限定するものではないし、ノズル１の直径（内径）も繊維集合体を構成する繊維径によって変化するため、特に限定するものではない。また、ノズル１の材質は、ノズル１に対して電圧を印加する場合には金属であるのが好ましいが、供給管内の紡糸原液に対して電圧を印加するような場合には、金属である必要はない。更に、ノズル１は１本である必要はなく、繊維集合体の生産性を高める上では、ノズル１は２本以上であるのが好ましく、ノズル１は固定されていても、移動可能（例えば、長円状に移動可能）であっても良い。
【００２１】
また、図１の製造装置においては、紡糸原液を紡糸空間３へ供給できる原液供給手段としてノズル１を使用しているが、紡糸原液を紡糸空間３へ供給できるのであればノズルである必要はなく、例えば、ノコギリ状歯車、コンベア状ワイヤーであっても良い。
【００２２】
図１の製造装置においては、ノズル１に対向してイオン照射手段４として沿面放電電極が配置され、この沿面放電電極４はアースされているため、ノズル１と沿面放電電極４との間に電位差が生じ、紡糸原液に対して電界を作用させて延伸して、繊維化することができる。このように、図１の製造装置においては、ノズル１と沿面放電電極４とで電位差形成手段を構成している。また、この沿面放電電極４はイオンを発生させることができるため、紡糸原液と反対極性のイオンはノズル１の方向へ向かって移動し、後述のように、ノズル１と沿面放電電極４との間には基材シート５が供給され、基材シート５の紡糸原液の供給側と反対面にイオンが付着するため、基材シートのイオン照射面が擬似的にアース電極の作用を奏する。このように、イオンは基材シート５に付着し、従来のように固体の対向電極と密着させる必要がないため、基材シート上に繊維量が均一な繊維集合体を形成することができる。また、沿面放電電極４を使用すると放電極４ｂの近傍でイオンが発生するため、スパーク放電による基材シート５及び繊維集合体の損傷が生じにくいという特長もある。
【００２３】
この沿面放電電極４は従来から公知のもので、図１においては、平板状誘電体４ａの一方の表面上に放電極４ｂを担持し、他方の表面上に誘起電極４ｃを担持し、誘起電極４ｃに交流電源を接続するとともに、放電極４ｂがアースされている。したがって、交流電源から印加すれば、放電極４ｂからイオンを発生させることができる。なお、図１においては、平板状の沿面放電電極４を使用しているが、平板状である必要はなく、円筒状であっても良い。
【００２４】
なお、ノズル１と沿面放電電極４との間に形成される電界は、繊維径、紡糸原液の溶媒、紡糸原液の粘度、沿面放電電極４と基材シート５との距離などによって変化するため、特に限定するものではないが、０．１〜５ｋＶ／ｃｍであるのが好ましい。電界強度が５ｋＶ／ｃｍを超えると、空気の絶縁破壊が生じやすい傾向があり、０．１ｋＶ／ｃｍ未満であると、基材シート５のイオン照射面へのイオンの供給が遅くなる場合があるためである。また、この印加電圧値（Ｖ）とノズル１と基材シート５との間の距離（ｄ）の関係は、（Ｖ／ｄ）値が０．２〜５ＫＶ／ｃｍの範囲であるのが好ましい。（Ｖ／ｄ）値が５ＫＶ／ｃｍを超えると、上記と同様に空気の絶縁破壊が生じやすい傾向があり、０．２ＫＶ／ｃｍ未満であると、紡糸原液の延伸が不十分で繊維形状となりにくい傾向があるためである。また、印加する電圧の極性はプラスとマイナスのいずれであっても良い。
【００２５】
また、高電圧印加装置２は上述のような電界強度とすることができるものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、直流高電圧発生装置やヴァン・デ・グラフ起電機を用いることができる。なお、図１においては、ノズル１に電圧を印加し、沿面放電電極４をアースしているが、図１とは逆に、ノズル１をアースし、沿面放電電極４に電圧を印加しても良いし、ノズル１と沿面放電電極４の両方に電位差が生じるように電圧を印加しても良い。
【００２６】
ノズル１と基材シート５との間の距離、及び沿面放電電極４と基材シート５との間の距離は、紡糸溶液の性質、湿度等の雰囲気などに依存するため、特に限定するものではないが、基材シート５上に繊維を集積させやすいように、ノズル１と基材シート５との間の距離は１〜５０ｃｍの範囲内が好ましい。また、沿面放電電極４と基材シート５との間の距離は、イオンの流れが悪くならないように、１００ｃｍ以下であるのが好ましい。特に、部分的にイオンを照射する場合には、照射領域が広がってしまうので、好ましくは１０ｃｍ以下、更に好ましくは５ｃｍ以下とする。なお、後述の別の態様のように、イオン照射手段の一部として対向電極を備えている場合には、対向電極と基材シートとの間の距離が上記範囲内にあるのが好ましい。
【００２７】
イオン照射手段によるイオンの照射は、連続的に照射しても良いし、間欠的に照射しても良い。間欠的にイオンを照射すると、部分的にイオンを照射することになり、基材シート上に部分的に繊維集合体を形成することができる。
【００２８】
図１の製造装置においては、ノズル１（原液供給手段）と沿面放電電極４（イオン照射手段）との間に基材シート５を供給することのできる一対のローラ７１、７２（シート供給手段）を備えているため、ノズル１から吐出され、繊維化した繊維は基材シート５の片面に集積するとともに、ノズル１の反対面にはイオンが照射されるため、基材シート５のイオン照射面が擬似的にアース電極の作用を奏し、基材シート５が絶縁性であっても、基材シート上に繊維量が均一な繊維集合体が形成され、複合シート６となる。この基材シート５としては、特に限定されるものではないが、例えば、不織布、織物、フィルム、メッシュなどを挙げることができる。また、シート供給手段は原液供給手段とイオン照射手段４との間に基材シート５を供給できるのであれば一対のローラである必要はない。
【００２９】
図１の製造装置においては、ノズル１が上方に位置し、下方に沿面放電電極４が位置しているが、沿面放電電極４が上方に位置し、ノズル１が下方に位置していても良い。なお、基材シート５は水平方向に供給される必要はなく、水平方向と交差する方向（特には水直方向）に供給されても良い。いずれの場合であっても、ノズル１と沿面放電電極４とが基材シート５を挟むように、ノズル１と沿面放電電極４を配置する。また、基材シートはコンベア状のエンドレス構造であっても良い。この場合には、基材シート上に集積させた繊維集合体を基材シートから剥離して使用する。更に、ノズル１と沿面放電電極４との１組である必要はなく、ノズル１と沿面放電電極４との組合せ２組以上、又はノズル１と沿面放電電極４との組合せ１組以上と他の組合せ１組以上とを使用することができる。このように組み合わせることによって、繊維組成及び／又は繊維径の点で異なる２層以上の繊維集合体を製造することができる。
【００３０】
なお、原液供給手段とイオン照射手段とを２組以上備えている場合には、繊維の集積初期の段階では、基材シートへのイオン照射量を少なくし、繊維の集積が進むにつれてイオン照射量を多くする、というように、イオン照射量を変化させることができる。例えば、基材シートがメッシュであるように、開口の大きい基材シートの場合、開口からイオンが透過してしまい擬似アース電極としての作用を奏するのが困難になる傾向があるが、このように繊維の集積初期の段階でイオン量を少なくして極めて少量の繊維集合体薄膜を形成すると、この繊維集合体薄膜自体が擬似アース電極として作用できるため、繊維集合体の製造が可能となる。
【００３１】
図１の製造装置においては、イオン照射手段４として、沿面放電電極を使用しているが、沿面放電電極である必要はない。例えば、図２に製造装置の基材シートの流れ方向と平行方向における横断面概念図を示すように、対電極とＸ線発生装置との組合せからなるイオン照射手段４０であっても良い。図２のイオン照射手段４０の場合、ノズル１０に対向して対電極４０ａが配置され、この対電極４０ａはアースされているため、ノズル１０と対電極４０ａとの間に電位差が生じ、紡糸原液に対して電界を作用させて延伸し、繊維化することができる。このように、図２の製造装置の場合、ノズル１０と対電極４０ａとで電位差形成手段を構成する。また、ノズル１０から見て対電極４０ａよりも遠方にはＸ線発生装置４０ｂが配置されており、Ｘ線、つまりイオンを発生させることができるため、紡糸原液と反対極性のイオンはノズル１０の方向へ向かって移動し、基材シート５０の片面に付着するため、擬似的にアース電極の作用を奏する。このように、図２の製造装置においても、イオンは基材シート５０に付着し、従来のように対向電極と密着させる必要がないため、基材シート上に繊維量が均一な繊維集合体を形成することができる。また、Ｘ線発生装置４０ｂによってイオンを発生させているため、スパーク放電による基材シート５０及び繊維集合体の損傷が生じにくいという特長もある。なお、図２における製造装置はイオン照射手段４０として、対電極４０ａとＸ線発生装置４０ｂとの組合せを使用していること以外は、図１の製造装置と全く同じである。また、Ｘ線発生装置の筐体を対向電極として利用することもでき、この場合には、図２に示すような対向電極は必要ない。
【００３２】
また、沿面放電電極、対電極とＸ線発生装置との組合せ以外にも、コロナ放電用ニードルやコロナ放電用ワイヤー、対電極とイオナイザーとの組合せ等をイオン照射手段として使用することができる。そのため、これらイオン照射手段と前述のようなノズル（原液供給手段）とで電位差形成手段を構成することができる。
【００３３】
なお、イオン照射手段と基材シートとの間に、一部のイオンの移動を阻止できるマスキング材を設置すれば、基材シートに対して部分的（例えば、文字、図形、模様、記号、絵、或いはこれらの組み合わせ）にイオンを照射することができ、様々な特性を付与することができる。このマスキング材として、イオンフロー印刷等で用いられている、電界を利用してイオン流を制御できる、いわゆる電界シャッターを用いれば、イオンの部分照射の精度が向上する。更に、イオン照射手段を複数設置し、各イオン照射手段による照射領域を微小領域とし、各イオン照射手段によるイオン照射量を制御することによっても、部分的にイオンを照射することができる。
【００３４】
本発明の製造方法を実施できる図１〜図２の製造装置は、開放系の態様のものであるが、ノズルとイオン照射手段を閉鎖系空間に配置したものであっても良い。例えば、ノズルとイオン照射手段を容器内に収納し、この容器に所望相対湿度の気体を供給することによって、紡糸空間３を所望湿度に制御することができるため、繊維径の揃った繊維集合体を製造することができる。なお、所望相対湿度の気体はどのように供給しても良いが、ノズルの周囲に選択的に供給すると、繊維径の揃った繊維集合体を製造しやすいばかりでなく、紡糸原液から揮発した溶媒を速やかに除去し、ノズル先端周辺が飽和蒸気圧に達することを防ぎやすいため好適である。この所望相対湿度の気体は、例えば、プロペラファン、シロッコファン、エアコンプレッサー、或いは送風機などによって供給できる。なお、このように容器内にノズルとイオン照射手段を収納する場合には、排気装置を接続して気体を排出するのが好ましい。静電紡糸を行っていると、容器内における溶媒の蒸気濃度が次第に高くなり、溶媒の蒸発が抑制され、繊維径が細くなり、繊維径のバラツキが発生しやすい傾向があり、最悪の場合には、溶媒の蒸気濃度が飽和に達してしまい、静電紡糸を行うことが困難となるためである。なお、排気装置としては、例えば、排気口に設置されたファンであることができ、気体を供給する場合には、単に排気口を設けるだけでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の製造装置の基材シートの流れ方向と平行方向における横断面概念図
【図２】本発明の別の製造装置の基材シートの流れ方向と平行方向における横断面概念図
【図３】従来の製造装置の基材シートの流れ方向と平行方向における横断面概念図
【符号の説明】
【００３６】
１  ノズル
２  高電圧印加装置
３  紡糸空間
４  イオン照射手段（沿面放電電極）
４ａ  平板状誘電体
４ｂ  放電極
４ｃ  誘起電極
５  基材シート
６  複合シート
７  ローラ
１０  ノズル
２０  高電圧印加装置
３０  紡糸空間
４０  イオン照射手段
４０ａ  対電極
４０ｂ  Ｘ線発生装置
５０  基材シート
６０  複合シート
７０  ローラ
Ｇ  グリッド
Ｂ  基材
Ｓ  紡糸原液供給ホール
Ｈ  複合シート
Ｒ  搬送ローラ
【図１】
2007092257.tif 000003
【図２】
2007092257.tif 000004
【図３】
2007092257.tif 000005