(57)【要約】【課題】基材に対して高い密着性を持ち、かつ通気性に優れた微細繊維層を基材上に形成した積層シート及びその製造方法を提供する。【解決手段】微細繊維の構成成分を溶剤を用いて液状にした微細繊維物質溶液を、樹脂シート上に静電噴霧して微細繊維層を積層する積層シートの製造方法において、樹脂系の基材２上に第１の静電噴霧により前記微細繊維の第１の繊維直径から成る中間層３を形成する工程と、中間層３の上に第１の繊維直径より小さい第２の繊維直径から成る微細繊維の表面層４を第１の静電噴霧に続いて第２の静電噴霧により形成する工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細繊維の構成成分を溶剤を用いて液状にした微細繊維物質溶液を、樹脂シート上に静電噴霧して微細繊維層を積層する積層シートの製造方法において、
樹脂系の基材上に第１の静電噴霧により前記微細繊維の第１の繊維直径から成る中間層を形成する工程と、
前記中間層の上に前記第１の繊維直径より小さい第２の繊維直径から成る微細繊維の表面層を前記第１の静電噴霧に続いて第２の静電噴霧により形成する工程と、
を有することを特徴とする積層シートの製造方法。
【請求項２】
前記微細繊維物質溶液の荷電液滴の噴射される位置と前記樹脂系の基材との間の距離が、前記第１の静電噴霧の方が第２の静電噴霧より小さいことを特徴とする請求項１に記載の積層シートの製造方法。
【請求項３】
前記中間層は、繊維径で０．３μｍから１０μｍの間の繊維で形成され、かつ前記中間層の厚みを５μｍ〜３０μｍとすることを特徴とする請求項１に記載の積層シートの製造方法。
【請求項４】
前記樹脂系の基材の表面は、前記中間層の繊維径と同程度まで粗くすることを特徴とする請求項３に記載の積層シートの製造方法。
【請求項５】
前記微細繊維は、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸及びポリ塩化ビニルのいずれかの一の材料又は、これらのいずれかの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の積層シートの製造方法。
【請求項６】
微細繊維の構成成分を溶剤を用いて液状にした微細繊維物質溶液を静電噴霧して微細繊維層が積層される積層シートであって、
樹脂系の基材と、
前記樹脂系の基材上に第１の静電噴霧により形成される第１の繊維直径の前記微細繊維から成る中間層と、
前記中間層の上に前記第１の静電噴霧に続いて第２の静電噴霧により積層される前記第１の繊維直径より小さい第２の繊維直径の微細繊維の表面層と、
を有することを特徴とする積層シート。
【請求項７】
前記中間層は、繊維径で０．３μｍから１０μｍの間の繊維で形成され、かつ前記中間層の厚みを５μｍ〜３０μｍとすることを特徴とする請求項６に記載の積層シート。
【請求項８】
前記樹脂系の基材の表面は、前記中間層の繊維径と同程度まで粗くすることを特徴とする請求項７に記載の積層シート。
【請求項９】
前記微細繊維は、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸及びポリ塩化ビニルのいずれかの一の材料又は、これらのいずれかの混合物であることを特徴とする請求項６に記載の積層シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種フィルターや触媒担持材料などの繊維層を形成した積層シートの製造方法及び当該製造方法を用いて製造される積層シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の微細繊維層を形成した積層シートは、例えば、基材に対して微細繊維で構成されたシートを熱圧着により溶融接着させた構造のものがある。（例えば、特許文献１参照。）。また、微細繊維からなるシートと基材の一部分に超音波振動を与えて摩擦熱により、溶融し、接着する方法もある。
【特許文献１】特開平０８−２４４１２７号公報
【特許文献２】特開平０７−２０７５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載のシートは、一般的に、加熱したロールにより２枚のシートに熱及び圧力を加えることでシートの一部を軟化又は溶融させて融着し、シート同士を貼り合わせたものである。そのため、融着した区域は、繊維が溶融してフィルム状となり、通気性が低下するという課題があった。また、特許文献２に記載の方法では、熱融着させる区域の表面同士を摩擦熱により融着させるため、融着部分のシート全体がフィルム状に変化して目詰まりを生じる特許文献１の方法に比較して、通気性の低下の程度は抑えられるが、やはり通気性低下の問題は残っていた。また、密着性を得るためには、特許文献１及び２のどちらの方法においても、融着区域を増やす、または、より強固に融着させる必要があり、通気性と積層シート内の密着性は相反する要求となっていた。
【０００４】
本発明は、従来の課題を解決するもので、微細繊維層と基材から構成される積層シートに関し、通気性をほとんど低下させずに、かつ高い密着性が得られる積層シートの作製方法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】
【０００５】
従来の課題を解決するために、本発明の積層シートの製造方法は、微細繊維の構成成分を溶剤を用いて液状にした微細繊維物質溶液を、樹脂シート上に静電噴霧して微細繊維層を積層する積層シートの製造方法において、
樹脂系の基材上に第１の静電噴霧により前記微細繊維の第１の繊維直径から成る中間層を形成する工程と、前記中間層の上に前記第１の繊維直径より小さい第２の繊維直径から成る微細繊維の表面層を前記第１の静電噴霧に続いて第２の静電噴霧により形成する工程と、を有することを特徴としたものであり、通気性が良好で密着性のすぐれた積層シートを実現できる。
【０００６】
また、本発明の積層シートは、微細繊維の構成成分を溶剤を用いて液状にした微細繊維物質溶液を静電噴霧して微細繊維層が積層される積層シートであって、
樹脂系の基材と、前記樹脂系の基材上に第１の静電噴霧により形成される第１の繊維直径の前記微細繊維から成る中間層と、前記中間層の上に前記第１の静電噴霧に続いて第２の静電噴霧により積層される前記第１の繊維直径より小さい第２の繊維直径の微細繊維の表面層と、を有することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の方法によれば、基材に対して高い密着性を持ち、かつ通気性に優れた微細繊維層を基材上に形成する事が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の積層シートの作製方法及び当該製造方法を用いて製造される積層シートに関し、実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の実施例１における積層シートの構造を示す図である。
【００１０】
図１において、１は微細繊維層である。微細繊維層１の材質はポリウレタンである。２は基材であり、材質はフッ素樹脂である。微細繊維層１は、中間層３と表面層４から構成されている。図２は図１に示す構造の積層シートの製造工程を示す。図３は、積層シートの作製に用いる静電噴霧装置である。図２及び図３を参照しながら、図１に示す積層シートの製造方法について説明する。
【００１１】
まず基材表面５に中間層形成工程７で、中間層３を形成する。この中間層形成工程７では、図３に示す静電噴霧装置を用いて、静電噴霧により基材表面５上にポリウレタンを塗布する。
【００１２】
図３に示す装置において、９は、キャピラリである。キャピラリ内には、微細繊維層の構成成分となる材料を溶液状態にして入れておく。本実施例では、トルエンとジメチルホルムアミドで溶解したポリウレタンの溶液を使用した。２は基材であり、キャピラリ９の下側に配置される。また１０は高電圧電源であり、高電圧電源１０のマイナス極１１は基材ホルダー１６に接続される。高電圧電源１０のプラス極１２は、キャピラリ９内に挿入される電極線１３に接続される。高電圧電源１０が、キャピラリ９と基材２の間に電位差を発生させるように構成されている。高電圧電源１０には制御装置１４が接続されており、高電圧電源１０が発生する電圧を制御する。中間層形成工程７では、高電圧電源１０で、９ｋＶの電圧を発生し、基材２からキャピラリ９の先端までの距離１５を、１００ｍｍとして中間層３を形成した。
【００１３】
中間層３は表面層４と同様にポリウレタンの繊維から構成されているが、繊維の直径は、表面層４の繊維直径より大きくなるように形成する。表面層４の繊維直径を大きくする理由については後述する。本実施例では、基材２からキャピラリ９までの距離１５により、繊維の直径を制御した。具体的には、距離１５を大きくすると、繊維は微細になり、距離１５を小さくすると、繊維は太くなる。即ち、第１の静電噴霧により基材２上に中間層を形成し、次にその形成された中間層の上に距離１５を第１の静電噴霧時より大きくして第２の静電噴霧により表面層を形成する。このような２段階の静電噴霧により繊維直径の大きい中間層の上に繊維直径の小さい表面層を形成することができる。発明者らは、この現象が生じる理由を以下のように考えている。
【００１４】
本実施例１において、高電圧電源１０によりキャピラリ９と基材２の間に高電圧を加えると、キャピラリ９が正に帯電する。キャピラリ９の先端は、１００μｍ〜１ｍｍ程度の直径で鋭利な形状になっているため、電荷の集中が生じ、電気的な反発作用により、正に帯電したポリウレタンの液滴が空気中に噴霧される。噴霧されたポリウレタンの液滴は、接地された基材２に向かって飛行し、付着する。飛行中、液滴の帯電量はほとんど変化しないが、乾燥により液滴の体積が小さくなるため、液滴内部での電気的な反発力が大きくなり、１つの液滴が複数の小さな液滴に分裂する。分裂により小さな液滴になると、体積に対する表面積の割合が大きくなるため、乾燥が更に進むことになる。液滴の乾燥が分裂を引き起こし、更に乾燥が進むという作用によりポリウレタンの液滴は小さくなる。
【００１５】
基材２に付着するポリウレタンの繊維は、ポリウレタンの液滴が乾燥したものであるため、ポリウレタンの液滴を小さく分裂させるほど、細い繊維が形成されることになる。キャピラリ９から基材２までの距離１５を大きくすると、乾燥と分裂の生じる長い時間が長くなり、細い繊維が形成され、距離１５が小さければ、乾燥と分裂の生じる時間が短くなるため、太い繊維が形成されると考えている。また、キャピラリ９から基材２までの距離１５を小さくして、乾燥が不十分な状態のポリウレタン繊維を基材２に付着させれば、基材表面５に付着した瞬間には、ポリウレタン繊維はまだ溶液状態であり、流動性があるため、基材表面５の凹凸に沿って付着し、乾燥するので高い密着性が得られる。これに対して、距離１５を大きくすると、ポリウレタンの液滴は乾燥した状態で基材２に付着し、流動性がなく、基材表面５の凹凸に沿って付着しないため、高い密着性を得られないと考えられる。
【００１６】
つまり、静電噴霧において、微細繊維層１と基材２との密着性を改善するためには、完全に乾燥していない状態のポリウレタンの液滴を基材２に塗布することで、中間層３を形成することが有効で、特に、中間層３内の繊維の直径が、微細繊維層１を構成する繊維の直径と比較して大きくなるように形成すれば、表面層４を基材２に直接形成する場合に比較して、中間層３の形成時に乾燥していない溶液状態のポリウレタンの液滴を基材２上に塗布することになり、高い密着性が得られる。
【００１７】
次に、微細繊維層の形成工程８で、中間層３の形成された基材２に対して、表面層４を形成する。表面層４の形成は、中間層３の形成と同様に、図３に示す装置を用いて行った。
【００１８】
表面層の形成工程８では、高電圧電源１０で、２０ｋＶの電圧を発生し、基材２からキャピラリ９の先端までの距離１５を、２００ｍｍとした。表面層４と中間層３の密着性に関しては、中間層３と表面層４が同じ材料であることから、特別な条件を用いなくても高い密着性が得られることが分かっており、結果として、中間層３の形成において、表面層４内の繊維より太い繊維を形成するようにすれば、微細繊維層１と基材２の間に高い密着性が得られる。
【００１９】
以上のようにして製造した積層シートに関して、微細繊維層１と基材２との密着性の評価を行った。評価は図４に示す方法で行った。図４において、２は基材であり、１は微細繊維層であり、微細繊維層１は、中間層３と表面層４から構成されている。この積層シートを折り曲げ線１３に沿って折り曲げ後に、折り曲げ線１３上で基材２から微細繊維層１が剥離した部分の広さを観察して密着性を評価した。
【００２０】
本実施例では、剥離した部分が１０％以下の場合を○、剥離した部分が１０％から５０％までのものを△、剥離した部分が５０％以上の場合を×とした。結果を図５に示す。結果として、中間層を形成しなかった場合と比較して、密着性が改善していることが確認できた。また、積層シート自体が柔らかい繊維のため、破れやすく、剥離強度の絶対値を測定することは、難しいため、折り曲げテストで判定を行なった。
【００２１】
通気性を評価するため、電子顕微鏡及び光学顕微鏡により、微細繊維層を観察し目詰まりがないか確認すると、特許文献１及び２の方法で作製されたシートと比較して、ほとんど目詰まりはなく、通気性も大幅に改善されていることが確認できる。図５（ａ）に中間層３形成後の繊維層の構造を顕微鏡での観察結果を模式的に示す。また、密着性を更に高めるため、中間層３の繊維径を太くして、検討を行った結果、繊維径がおよそ１０μｍを超えると、図５（ｂ）に示すように、繊維が太くなることにともない、多数の繊維が集合した繊維の節２１が大きくなり、そのため、目詰まりを生じることが確認でき、繊維径は、１０μ以下が好ましい。
【００２２】
また、中間層３の形成時に、０．３μｍ以下の繊維径で中間層３を形成すると、密着性の改善がほとんどみられなかった。これは、０．３μｍ以下の繊維を形成する場合、ほぼ完全に繊維が乾燥してしまっていることが原因と考えられる。そのため、中間層３は、繊維径で０．３μｍから１０μｍの間の繊維により形成することが望ましい。
【００２３】
本実施例では、中間層３の厚みを５μｍ〜３０μｍ程度にした。中間層３の厚みが厚いほど形成に時間がかかるため、生産性は悪くなるが、中間層３の繊維径と同程度以下の厚みでは、部分的に微細繊維層１と基板２が直接接触することになるため、密着性の低下につながる。
【００２４】
以上説明した製造方法に加えて、更に、基材２と中間層３の密着性を改善する方法として、基材２に中間層３と同じ材料を含む材料を用いることが有効である。例えば、フッ素樹脂の基材にポリウレタンを編み込んだ材料を基材２として用いることで、図５（ａ）に示すような目詰まりの少ない密着性が改善され良好な積層シートが得られる。この方法においては、中間層３の初期形成時に、基材２の表面５上で、基材２中のポリウレタンが溶解し、中間層３を構成するポリウレタン繊維と混合した状態で乾燥するため、高い密着性が得られる。
【００２５】
またその他の密着性を改善する方法としては、上記の実施例において、基材２の表面５は繊維径に比較して凹凸が小さい平坦な面としたが、中間層３の繊維径と同程度まで基材２の表面５を粗くすることで、基材２表面の凹凸のサイズが大きくなるため、中間層３を形成する繊維が中間層３の凹凸に入り込みやすくなり、また、凹凸のサイズが小さい場合に比較して、より深く繊維が凹凸形状の凹部に入り込むため、アンカー効果が働き密着性が改善されると考えられる。
【００２６】
量産性を向上させる場合に、中間層３と微細繊維層１の形成を連続で行うことが効果的である。この場合、中間層３及び微細繊維層１の乾燥にともない発生する溶液を含む空気の清浄化が重要になる。溶液を含む空気をそのままにしておくと、中間層３や微細繊維層１の形成時に、乾燥が進まず、噴霧された液滴の分裂が抑制され、繊維直径が制御目標に比較して太くなり、目詰まりを生じる可能性もある。そのため、中間層３と微細繊維層１の形成を連続して高速に行い、量産性を向上させるには、製造工程において製品周辺で発生する溶液を含む空気の清浄化が重要になる。
【００２７】
空気の清浄化は、送風ファンによる強制的な送風や、排気ポンプにより製品周辺の空気を排気することで行うことが可能であり、また製品周辺の雰囲気温度を高くして、溶液の蒸発を促進させることで液滴の乾燥を促進できるため、高速な微細繊維層の形成に有効である。
【００２８】
本実施例では、ポリウレタンを材料として用いたが、ポリエチレングリコールの微細繊維層を積層する場合にも、本実施例の方法を有効に適用である。また、その他ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリ塩化ビニルなどの微細繊維層を形成可能である。
【００２９】
また基材については、本実施例では、フッ素樹脂を用いた場合について記載したが、本発明は基材の種類に限定されるものではなく、例えば、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレン、アクリル、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリウレタンなどの樹脂材料を基材として用いる場合にも有効に適用できる。またこれら以外の樹脂を用いる場合にも、本発明の中間層と基材の密着メカニズムが成立する範囲において、本発明の方法を有効に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる極細繊維を用いた製品及び製造方法は、基材に対して高い密着性を持ち、かつ通気性に優れた微細繊維層を形成した積層シート及びその製造方法であり、各種フィルターや触媒担持材料などの繊維層を形成した基材等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１における積層シートの構造図
【図２】本発明の実施例１における積層シートの作製手順を説明するための図
【図３】本発明の実施例１における積層シートを作製する装置を示す図
【図４】本発明の実施例１における積層シートの微細繊維層と基材の密着性の評価を説明するための図
【図５】本発明の実施例１における積層シートの中間層の繊維構造を模式的に説明するための図
【図６】本発明の実施例１における積層シートの密着性の評価結果を説明するための図
【図７】従来の微細繊維層を形成した積層シートの構造図
【符号の説明】
【００３２】
１  微細繊維層
２  基材
３  中間層
４  表面層
５  基材表面
６  準備工程
７  中間層形成工程
８  表面層形成工程
９  キャピラリ
１０  高電圧電源
１１  マイナス極
１２  プラス極
１３  電極線
１４  制御装置
１５  基材２からキャピラリ９の先端までの距離
１６  基材ホルダー
１７  装置外壁
１８  キャピラリホルダー１
１９  キャピラリホルダー２
２０  ホルダー固定部
２１  顕微鏡
２２  繊維の節
２３  従来の微細繊維層
２４  基材
【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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【図６】
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【図７】
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