(57)【要約】【課題】製造する不織布の幅に柔軟に対応でき、メンテナンスも容易なナノファイバ製造装置の提供。【解決手段】直線的に配列される第一流出孔１１１を有する第一流出体１０１と、直線的に配列される第二流出孔１１２を有する第二流出体１０２と、第一流出孔１１１の配列方向と第二流出孔１１２の配列方向とが揃うように第一流出体１０１と第二流出体１０２とを分離可能に連結する連結手段１２４と、第一流出体１０１および第二流出体１０２を介して第一流出孔１１１および第二流出孔１１２から流出する原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段１２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、
原料液を流出させる複数の第一流出孔が直線的に配列された状態で設けられる第一流出体と、
原料液を流出させる複数の第二流出孔が直線的に配列された状態で設けられる第二流出体と、
前記第一流出孔の配列方向である第一配列方向と前記第二流出孔の配列方向である第二配列方向とが揃うように前記第一流出体と前記第二流出体とを分離可能に連結する連結手段と、
前記第一流出体および前記第二流出体を介して前記第一流出孔および前記第二流出孔から流出する原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段と
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
さらに、
前記第一流出体に原料液を供給する第一供給管と、
前記第二流出体に原料液を供給する第二供給管と、
前記第一供給管および前記第二供給管の少なくとも一方に介在配置され、前記第一流出体および前記第二流出体の少なくとも一方に供給する原料液の流量を調整する調整手段と
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】
前記第一流出体は、原料液を一時的に貯留し全ての前記第一流出孔に原料液を供給する第一貯留槽を備え、
前記第二流出体は、原料液を一時的に貯留し全ての前記第二流出孔に原料液を供給する第二貯留槽を備え、
前記第一流出体の第一配列方向の長さは、各前記第一流出孔から流出される原料液の流出圧力を均一にできる長さ以下であり、
前記第二流出体の第二配列方向の長さは、各前記第二流出孔から流出される原料液の流出圧力を均一にできる長さ以下である
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
前記第一流出体は、原料液を一時的に貯留し全ての前記第一流出孔に原料液を供給する第一貯留槽を備え、
前記第二流出体は、原料液を一時的に貯留し全ての前記第二流出孔に原料液を供給する第二貯留槽を備え、
前記連結手段は、第一流出体と第二流出体とが連結された状態で前記第一貯留槽と前記第二貯留槽とを連通する流路を備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
前記第一流出体と前記第二流出体との連結部分近傍において、
前記第一流出孔の開口部が設けられる面と、この面と隣接する面とは滑らかな曲面で接続され、
前記第二流出孔の開口部が設けられる面と、この面と隣接する面とは滑らかな曲面で接続されている
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項６】
前記第一流出体と前記第二流出体との大きさは、いずれも洗浄装置に収容可能な大きさである
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項７】
さらに、
空間中で製造されたナノファイバを堆積させて収集する被堆積部材と、
第一配列方向および第二配列方向と交差する方向に前記被堆積部材を移送する移送手段とを備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項８】
原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、
原料液を流出させる複数の第一流出孔が直線的に配列された状態で設けられる第一流出体と原料液を流出させる複数の第二流出孔が直線的に配列された状態で設けられる第二流出体とを前記第一流出孔の配列方向である第一配列方向と前記第二流出孔の配列方向である第二配列方向とが揃うように連結手段により連結し、
連結した状態の第一流出体および第二流出体から原料液を流出させ、
帯電手段により前記第一流出体および前記第二流出体を介して前記第一流出孔および前記第二流出孔から流出する原料液に電荷を付与して帯電させる
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、静電延伸現象によりサブミクロンオーダーやナノオーダーの細さである繊維（ナノファイバ）を製造す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】
樹脂などから成り、サブミクロンスケールやナノスケールの直径（繊維径）を有するナノファイバと称される糸状（繊維状）物質を製造する方法として、静電延伸現象（エレクトロスピニング）を用いた方法が知られている。
【０００３】
この静電延伸現象とは、溶媒中に樹脂などの溶質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流出（噴射）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電気的に延伸させることにより、ナノファイバを得る方法である。
【０００４】
より具体的に静電延伸現象を説明すると次のようになる。すなわち、帯電され空間中に流出された原料液は、空間を飛行中に徐々に溶媒が蒸発していく。これにより、飛行中の原料液の体積は、徐々に減少していくが、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は、電荷密度が徐々に上昇することとなる。そして、溶媒は、継続して蒸発し続けるため、原料液の電荷密度がさらに高まり、原料液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原料液が爆発的に線状に延伸される現象が生じる。これが静電延伸現象である。この静電延伸現象が、空間において次々と幾何級数的に発生することで、直径がサブミクロンからナノオーダーの樹脂から成るナノファイバが製造される。
【０００５】
以上のような静電延伸現象を用いてナノファイバを製造する場合、特許文献１に記載の発明のように、マトリクス状に並べられた小径の流出孔を備える流出体から原料液を空間中に流出させた後、紐形状で空間中を飛翔する原料液に静電延伸現象を発生させてナノファイバを製造することが行われている。そして空間中で製造されたナノファイバをベルト状の被堆積部材の上に堆積させ、被堆積部材を徐々に移送することで長尺のナノファイバからなる不織布を製造することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９００９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来のナノファイバ製造装置においては、製造される不織布の幅を変えたいと言う要望に対しては、大きさの異なる流出体に取り替えるなど多大な労力が必要とされる。
【０００８】
また、製造される不織布の幅を広くしたい場合、単に流出体を大きくしただけでは、要求される不織布の品質を達成することが困難な場合がある。つまり、製造されるナノファイバの繊維径のばらつきが大きくなったり偏りが発生したりして、幅方向に均一な品質の不織布を製造することが困難な場合がある。
【０００９】
さらに、流出孔が溶質で目詰まりした場合の除去や、目詰まりを発生させないために流出体をメンテナンスする必要があるが、流出体を大型化した場合、メンテナンスにも多大な労力が必要となり、また、大型の流出体に対応したメンテナンス用の装置が別途必要になるなどメンテナンスに費やすコストも上昇することとなる。
【００１０】
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、製造されるナノファイバの品質を維持しつつ、製造される不織布の幅に柔軟に対応でき、かつ、メンテナンス作業も容易となるナノファイバ製造装置、および、ナノファイバ製造方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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装置は、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、原料液を流出させる複数の第一流出孔が直線的に配列された状態で設けられる第一流出体と、原料液を流出させる複数の第二流出孔が直線的に配列された状態で設けられる第二流出体と、前記第一流出孔の配列方向である第一配列方向と前記第二流出孔の配列方向である第二配列方向とが揃うように前記第一流出体と前記第二流出体とを分離可能に連結する連結手段と、前記第一流出体および前記第二流出体を介して前記第一流出孔および前記第二流出孔から流出する原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
これによれば、第一流出体や第二流出体（以下、第一流出体や第二流出体を総称して「単位流出体」と記す場合がある。）を選択したり組み合わせたりすることで、原料液が流出される空間の幅を調整することが可能となる（以下、選択された単位流出体や組み合わされた単位流出体を総称して「流出体」と記す場合がある。）。従って、製造される不織布の幅を容易に変更することが可能となる。なお、第一流出孔や第二流出孔を総称して「流出孔」と記す場合がある。
【００１３】
また、製造される不織布の幅が長い場合であっても、個々の単位流出体の長さは、不織布の幅よりは短いため、取り扱いが容易であり、溶剤に単位流出体を浸漬して超音波により洗浄するようなメンテナンスをする場合でも、汎用的な洗浄装置を用いることができるなど、メンテナンス作業を容易とし、コストの低減を図ることも可能となる。
【００１４】
また、単位流出体は比較的小型であるため、単位流出体が備える流出孔から流出する原料液の状態（圧力など）を均一化することは比較的容易である。従って、単位流出体を組み合わせた流出体の流出体全体から流出する原料液の状態を均一化でき、不織布の幅全体にわたって品質の均一なナノファイバを製造することが可能となる。
【００１５】
さらに、前記第一流出体に原料液を供給する第一供給管と、前記第二流出体に原料液を供給する第二供給管と、前記第一供給管および前記第二供給管の少なくとも一方に介在配置され、前記第一流出体および前記第二流出体の少なくとも一方に供給する原料液の流量を調整する調整手段とを備えてもよい。
【００１６】
これによれば、第一流出体から流出する原料液の状態と、第二流出体から流出する原料液の状態との相違により製造されるナノファイバの品質にばらつきが発生する場合、第一流出体に供給される原料の流量と第二流出体に供給される原料の流量とを調整手段によりバランスさせることで、流出体から空間中に流出される原料液の状態を均一化でき製造されるナノファイバの品質の均一化を図ることが可能となる。
【００１７】
また、前記第一流出体は、原料液を一時的に貯留し全ての前記第一流出孔に原料液を供給する第一貯留槽を備え、前記第二流出体は、原料液を一時的に貯留し全ての前記第二流出孔に原料液を供給する第二貯留槽を備え、前記第一流出体の第一配列方向の長さは、各前記第一流出孔から流出される原料液の流出圧力を均一にできる長さ以下であり、前記第二流出体の第二配列方向の長さは、各前記第二流出孔から流出される原料液の流出圧力を均一にできる長さ以下であることが好ましい。
【００１８】
これによれば、単位流出体に備えられる流出孔から流出する原料液の状態を高い水準で均一化することができる。従って、単位流出体を連結させて構成される流出体で製造されるナノファイバを高い水準で均一化することが可能となる。
【００１９】
また、前記第一流出体は、原料液を一時的に貯留し全ての前記第一流出孔に原料液を供給する第一貯留槽を備え、前記第二流出体は、原料液を一時的に貯留し全ての前記第二流出孔に原料液を供給する第二貯留槽を備え、前記連結手段は、第一流出体と第二流出体とが連結された状態で前記第一貯留槽と前記第二貯留槽とを連通する流路を備えるものでもよい。
【００２０】
これによれば、原料液の流通経路を単一化でき、ナノファイバ製造装置の構造、特に原料液の供給経路を単純化することが可能となる。
【００２１】
また、前記第一流出体と前記第二流出体との連結部分近傍において、前記第一流出孔の開口部が設けられる面と、この面と隣接する面とは滑らかな曲面で接続され、前記第二流出孔の開口部が設けられる面と、この面と隣接する面とは滑らかな曲面で接続されているものでもよい。
【００２２】
これによれば、第一流出体と第二流出体との連結部分近傍のいずれかの点に電荷が集中してイオン風が発生し、該イオン風が製造されるナノファイバに悪影響を及ぼすことを回避することが可能である。
【００２３】
ここで、イオン風とは、空間に露出している部分に電荷が留まると該部分の周辺近傍の空気がイオン化し、イオン化した空気が留まった電荷と反発して高速に飛び出すことで発生するイオンを含んだ空気の流れである。特にイオン風は、例えば、突起部の先端や角の先端など、空間中において形状的に特異な部分で発生し易いという知見を得ている。
【００２４】
また、当該イオン風が空間中を飛行している原料液と交差すると、原料液や製造されつつあるナノファイバの飛行経路を乱したり、原料液の耐電状態に悪影響を及ぼしたりして製造されるナノファイバの品質が低下していた。また、ナノファイバの生産効率の低下につながるという知見も得ている。
【００２５】
また、前記第一流出体と前記第二流出体との大きさは、いずれも洗浄装置に収容可能な大きさであることが好ましい。
【００２６】
これによれば、ナノファイバ製造装置のメンテナンスが容易になり、メンテナンスに費やす労力を低減でき、製造されるナノファイバの品質を高い状態で維持することが可能となる。
【００２７】
さらに、空間中で製造されたナノファイバを堆積させて収集する被堆積部材と、第一配列方向および第二配列方向と交差する方向に前記被堆積部材を移送する移送手段とを備えるものでもよい。
【００２８】
これにより、幅方向に均一な品質のナノファイバで製造された長尺の不織布を製造することが可能となる。
【００２９】
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、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、原料液を流出させる複数の第一流出孔が直線的に配列された状態で設けられる第一流出体と原料液を流出させる複数の第二流出孔が直線的に配列された状態で設けられる第二流出体とを前記第一流出孔の配列方向である第一配列方向と前記第二流出孔の配列方向である第二配列方向とが揃うように連結手段により連結し、連結した状態の第一流出体および第二流出体から原料液を流出させ、帯電手段により前記第一流出体および前記第二流出体を介して前記第一流出孔および前記第二流出孔から流出する原料液に電荷を付与して帯電させることを特徴とする。
【００３０】
これによれば、第一流出体や第二流出体を選択したり組み合わせたりすることで、原料液が流出される空間の幅を調整することが可能となる。従って、製造される不織布の幅を容易に変更することが可能となる。
【００３１】
また、製造される不織布の幅が長い場合であっても、個々の単位流出体の長さは、不織布の幅よりは短いため、取り扱いが容易であり、溶剤に単位流出体を浸漬して超音波により洗浄するようなメンテナンスをする場合でも、汎用的な洗浄装置を用いることができるなど、メンテナンス作業を容易とし、コストの低減を図ることも可能となる。
【００３２】
また、単位流出体を連結した場合でも、単位流出体で実現できるナノファイバの品質を維持することができ、不織布の幅全体にわたって品質の均一なナノファイバを製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
本願発明によれば、所望の不織布の幅に柔軟に対応することができ、メンテナンスが容易で、幅方向に均一な品質のナノファイバを製造することができ、高い品質の不織布を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜示図である。
【図２】図２は、第一流出体を切り欠いて示す斜示図である。
【図３】図３は、第一流出体の連結部の下方近傍を第一配列方向（Ｙ軸方向）から望む平面図である。
【図４】図４は、連結された第一流出体と第二流出体との連結部の下方近傍をＸ軸方向から望む平面図である。
【図５】図５は、分離された状態の第一流出体と第二流出体と示す斜示図である。
【図６】図６は、連結された状態の第一流出体と第二流出体と示す斜示図である。
【図７】図７は、帯電手段の他の実施の形態を模式的に示す平面図である。
【図８】図８は、第一流出体と第二流出体との連結態様を断面で示す平面図である。
【図９】図９は、第一流出体と第二流出体とを分離した状態を断面で示す平面図である。
【図１０】図１０は、中間に配置される単位流出体を断面で示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に、本願発明にかかるナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造装置のメンテナンス方法を、図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜示図である。
【００３７】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造する装置であって、第一流出体１０１と、第二流出体１０２と、連結手段１２４と、帯電手段１２０とを備えている。さらに、ナノファイバ製造装置１００は、第一供給管１７１と、第二供給管１７２と、調整手段１７５とを備えている。また、ナノファイバ製造装置１００は、基礎体２００と、誘引手段１４０と、被堆積部材１２６と、移送手段１２９とを備えている。また、本実施の形態の場合、ナノファイバ製造装置１００は、第三流出体１０３と、第四流出体１０４と、第三供給管１７３と、第四供給管１７４とを備えている。
【００３８】
基礎体２００は、ナノファイバ製造装置１００の構造的な基礎となる部材である。本実施の形態の場合、基礎体２００は、剛性のある構造材を組み合わせて形成される枠体である。なお、基礎体２００は、ナノファイバ製造装置１００の各部材を載置しうる基台や、各部材を収容する筐体などでもかまわない。
【００３９】
図２は、第一流出体を切り欠いて示す斜示図である。
【００４０】
第一流出体１０１は、直線的に配列され、原料液を空間中に流出させる複数の第一流出孔１１１を有する部材であり、本実施の形態の場合、内部に第一貯留槽１１３を備えている。また、第一流出体１０１は、流出する原料液に電荷を供給する電極としても機能しており、原料液と接触する部分の少なくとも一部は導電性を備えた部材で形成される。本実施の形態の場合、第一流出体１０１全体が金属で形成されている。なお、金属の種類は導電性を備えておれば、特に限定されるものではなく、黄銅やステンレス鋼など任意の材料を選定しうる。
【００４１】
本実施の形態の場合、第一流出体１０１は、側面視三角形の筒状の部材であり、第一流出体１０１の長さ方向に延びて配置される二つの側壁１０５は、表面はなめらかであり、下方に向かうほど相互の間隔が狭くなるような配置となっている。このように、流出体１１０の表面がなめらかな表面を備えており、できる限り特異な部分を少なくすることが好ましい。これにより、イオン風の発生を抑制することができるからである。
【００４２】
また、第一流出孔１１１が配置される部分１０６をできる限り狭くしておくことで、第一流出孔１１１の近傍に電荷を集中させやすく、原料液に効率的に電荷を供給することができる。
【００４３】
また、第一流出体１０１は、上面中央部に第一供給管１７１が着脱自在に取り付けられており、第一流出体１０１の中央部から両端部に向けて均等に原料液が供給できるものとなっている。
【００４４】
第一流出孔１１１は、原料液を空間中に流出させる孔であり、第一流出体１０１に複数個設けられており、第一配列方向Ａ（Ｙ軸方向）に沿って直線的に並んで配置されている。
【００４５】
ここで、「直線的に並んで配置される」とは、図２に示すように一直線上に全ての第一流出孔１１１が並ぶ場合ばかりでなく、第一配列方向Ａに沿って配置されていればある程度分散状態であってもよい。例えば、隣接する第一流出孔１１１同士を仮想的に結べばジグザグを描く場合や波を描く場合であっても、第一流出孔１１１全体として直線的に並んでいるものとしている。
【００４６】
なお、第一流出孔１１１の孔長や孔径は、特に限定されるものではなく、原料液の粘度などにより適した形状を選定すれば良い。具体的には、孔長は、０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。孔径は、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。また、第一流出孔１１１の形状は、円筒形状に限定されるわけではなく、任意の形状を選定しうる。特に開口部の形状は、円形に限定されるわけではなく、三角形や四角形などの多角形、星形など内側に突出する部分のある形状などでもかまわない。
【００４７】
第一貯留槽１１３は、第一流出体１０１の内部に形成され、供給源１０７（図１参照）から供給される原料液を一時的に貯留するタンクである。また、第一貯留槽１１３は、全ての第一流出孔１１１と連通し、第一流出孔１１１に同時に原料液を供給するものとなっており、第一配列方向Ａ（Ｙ軸方向）に沿った筒形状となっている。第一貯留槽１１３の第一配列方向Ａの長さは、第一配列方向Ａと垂直に交差する面での第一貯留槽１１３の断面積を３０平方ミリ以下とした場合に、第一流出孔１１１から流出される原料液の流出圧力を均一にできる長さ以下である。ここで、流出圧力が均一とは、各第一流出孔１１１から流出する流出圧力のばらつきが、中心圧力０．０５ＭＰａに対して±１％以内の場合を示す。
【００４８】
第一配列方向Ａと垂直に交差する面での第一貯留槽１１３の断面積を大きくすれば、第一流出孔１１１からの原料液の流出圧力の均一化には効果があるが、第一貯留槽１１３の断面積を３０平方ミリ以下に限定するのは、第一流出体１０１が大型化して第一流出体１０１の側壁１０５の立ち上がりが鈍角となり、第一流出体１０１の先端部に電荷を集中させるのが困難となるためである。また、側壁１０５で発生したイオン風が原料液やナノファイバに悪影響をおよぼす可能性が高まるためである。一方、前記側壁１０５の立ち上がりを鋭角にした場合でも第一貯留槽１１３の断面積の形状を薄くかつ高くすることで第一貯留槽１１３の断面積を大きくすることは可能である。しかしこの場合、側壁１０５の先端部までの距離も長くなってイオン風が発生する確率が高まり、また、第一貯留槽１１３の加工も難しくなる。従って、断面積は上記の値以下に設定することが好ましい。
【００４９】
具体的には、第一貯留槽１１３の断面積を３０平方ミリ以下とした場合、第一貯留槽１１３の第一配列方向Ａにおける中央部に原料液を供給する条件において、第一貯留槽１１３の第一配列方向Ａの長さは２５０ｍｍ以下であれば、各第一流出孔１１１からの原料液の流出圧力を均一化することができる。
【００５０】
なお、上記具体的な数値は一例であり、本願発明はこれらの数値に限定されるものでは無い。
【００５１】
第二流出体１０２は、第一流出体１０１と同様、第二流出孔（図示せず）と第二貯留槽（図示せず）とを備える。第二流出孔は第二配列方向に沿って直線的に配列されており、その機能や形状は第一流出孔１１１と同じである。また、第二貯留槽の機能や形状、数値的な制限事項は第一貯留槽１１３と同じであるため、図示および説明を省略する。
【００５２】
以下、第一流出体１０１や第二流出体１０２を総称して「単位流出体」と記す場合がある。また、選択された単位流出体や組み合わされた単位流出体を総称して「流出体」と記す場合がある。また、第一流出孔や第二流出孔を総称して「流出孔」と記す場合がある。
【００５３】
また、本実施の形態の場合、ナノファイバ製造装置１００は、第三流出孔（図示せず）を有する第三流出体１０３と第四流出孔（図示せず）を有する第四流出体１０４とを備えているが、これらは第一流出体１０１と、機能や構造が同一であるため説明を省略する。
【００５４】
図３は、第一流出体の連結部の下方近傍を第一配列方向（Ｙ軸方向）から望む平面図である。
【００５５】
図４は、連結された第一流出体と第二流出体との連結部の下方近傍をＸ軸方向から望む平面図である。
【００５６】
これらの図に示すように、第一流出体１０１と第二流出体１０２との連結部分近傍において、第一流出孔１１１の開口部が設けられる面Ｃと、この面と隣接する面Ｅ（第一流出体１０１の側壁１０５の表面）や面Ｇ（第一流出体１０１の第二流出体１０２との当接面）などとは滑らかな曲面で接続されている。また、第二流出孔１１２の開口部が設けられる面Ｄと、この面と隣接する面Ｆ（第二流出体１０２の側壁の表面）などとは滑らかな曲面で接続されている。
【００５７】
以上の様に流出体の連結部近傍に存在する角部が丸められていることにより、連結部近傍に電荷がたまることを抑止してイオン風の発生を抑止することができる。特に、流出体の加工精度や取り付け精度などによって、図４に示すように面Ｃと面Ｄとが同一平面内に無い場合でも、面Ｃと面Ｇとの角部やその近傍が丸められることにより、面Ｃと面Ｄと間の段差部分に発生しがちな電荷の集中を緩和し、イオン風の発生を抑止することが可能となる。
【００５８】
図５は、分離された状態の第一流出体と第二流出体と示す斜示図である。
【００５９】
図６は、連結された状態の第一流出体と第二流出体と示す斜示図である。
【００６０】
これらの図に示すように連結手段１２４は、第一配列方向Ａと第二配列方向Ｂとが揃うように第一流出体１０１と第二流出体１０２とを分離可能に連結する機構である。
【００６１】
本実施の形態の場合、連結手段１２４は、一端が開放される溝１２５が設けられている。連結手段１２４が備える溝１２５は、いわゆるアリ溝と称される溝１２５であり、溝の底面に向かって（同図中上向き）徐々に溝の幅が広がる形状となっている。
【００６２】
一方、第一流出体１０１および第二流出体１０２の端部上面には係合部１５１が設けられている。係合部１５１は、連結手段１２４の溝１２５に対し溝１２５の長さ方向には挿脱自在であり、溝１２５に挿入した状態では溝１２５の長さ方向と直交する方向には抜脱できないレール部１５２を備えている。つまり、レール部１５２は、溝１２５の形状と対応する形状となっている。
【００６３】
以上から、連結手段１２４の溝１２５の一端開口部から第一流出体１０１の係合部１５１のレール部１５２を挿入し、溝１２５の他端開口部から第二流出体１０２の係合部１５１のレール部１５２を挿入し、第一流出体１０１と第二流出体１０２とを突き合わせることにより、連結手段１２４は、第一流出体１０１と第二流出体１０２を連結することが可能となる。
【００６４】
また、連結手段１２４は、基礎体２００に取り付けられており、第一流出体１０１と第二流出体１０２とが連結した状態で、第一流出体１０１と第二流出体１０２とを基礎体２００に取り付ける機能も備えている。
【００６５】
なお、第一流出体１０１の上面他端部や第二流出体１０２の上面他端部にも係合部１５１が設けられている。第三流出体１０３や第四流出体１０４も同様である。さらに、ナノファイバ製造装置１００は、複数の連結手段１２４を備えている。以上により、ナノファイバ製造装置１００は、単位流出体が備える流出孔の配列方向をそろえて直線的に単位流出体を分離可能に連結し、連結した状態を維持することができるものとなっている。
【００６６】
図１において、第一供給管１７１は、第一流出体１０１に着脱自在に取り付けられ、供給源１０７から第一流出体１０１に原料液を供給するための流路を形成する管体である。
【００６７】
第二供給管１７２は、第二流出体１０２に着脱自在に取り付けられ、供給源１０７から第二流出体１０２に原料液を供給するための流路を形成する管体である。
【００６８】
本実施の形態の場合、さらに、ナノファイバ製造装置１００は、第一供給管１７１と機能が同様の第三供給管１７３と第四供給管１７４とを備えており、原料液を供給するために第三流出体１０３と第四流出体１０４にそれぞれ取り付けられている。
【００６９】
調整手段１７５は、第一流出体１０１および第二流出体１０２の少なくとも一方に供給する原料液の流量を調整する装置である。本実施の形態の場合、調整手段１７５は、第一供給管１７１と、第二供給管１７２と、第三供給管１７３と、第四供給管１７４と（以下総称して「供給管」と記す場合がある）のそれぞれに介在配置されている流量調整弁である。調整手段１７５は、各供給管に流れる原料液の流量を調整することにより、各単位流出体の流出孔から流出する原料液の流出圧力を調整して均一化し、流出孔の配列方向全体にわたって均一な品質のナノファイバを製造することが可能となる。
【００７０】
なお、調整手段１７５は、各供給管に設ける必要はなく、流量の調節が必要な単位流出体に接続される供給管にのみ設けてもよい。また、供給管の分岐路に調整手段１７５を設けて分岐される原料液の流量の割合を調整するものでもよい。
【００７１】
帯電手段１２０は、第一流出体１０１および第二流出体１０２を介して第一流出孔１１１および第二流出孔から流出する原料液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、帯電手段１２０は、帯電電源１２２と帯電電極１２１とを備えている。
【００７２】
帯電電極１２１は、第一流出体１０１や第二流出体１０２を含む流出体１１０と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１１０に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、流出体１１０に電荷を誘導するための導電性を備える部材である。
【００７３】
本実施の形態の場合、帯電電極１２１は、帯電状態のナノファイバを逆極性で誘引する誘引手段１４０としても機能しており、流出体１１０の先端部と対向する位置に配置されており、帯電電源１２２を介して接地されている。一方、流出体１１０は接地されている。従って、帯電電極１２１に所定の電位を印加することで、流出体１１０と帯電電極１２１との間には前記電位に対応する電圧が発生する。そして、帯電電極１２１に正の電位が印加されると流出体１１０には、負の電荷が誘導され、帯電電極１２１に負の電位が印加されると流出体には、正の電荷が誘導される。
【００７４】
なお、本実施の形態の場合、第四流出体１０４に接地のための電線が取り付けられているが、単位流出体は導電体で形成されており、連結された状態で電気的にも接続されるため、流出体１１０全体が同電位となる。
【００７５】
また、帯電電極１２１は、単位流出体と対応して複数個に分割され（本実施の形態であれば例えば４分割）、各単位帯電電極の電位を独立して調整できるものでもかまわない。
【００７６】
帯電電源１２２は、流出体１１０と帯電電極１２１との間に高電圧を印加することのできる電源である。本実施の形態の場合、帯電電源１２２は、接地されており、流出体１１０も接地されているので、帯電電源１２２は、帯電電極１２１に接続され、アースを介して流出体１１０に接続されている。帯電電源１２２は、本実施の形態では直流電源が採用されるが、交流電源でもよい場合がある。また、帯電電源１２２は、５ＫＶ以上の出力が得られるものが好ましい。これは、流出体１１０と誘引電極として機能する帯電電極１２１との間の空間で原料液が静電延伸現象によりナノファイバに変化しなければならないため、流出体１１０と帯電電極１２１との間は十分な間隔が必要となる。このような状態で、流出体１１０に電荷を誘導し、原料液を帯電させるためには、少なくとも５ＫＶ程度の電圧が必要と考えられるからである。なお、ナノファイバ製造装置１００を通常に操業する場合には、流出体１１０と帯電電極１２１との間に２０ＫＶ程度の電圧を印加するため、帯電電源１２２は、５０ＫＶまで出力できるものが好ましい。これにより２０ＫＶ程度の電圧を出力する際の安定性が向上するからである。
【００７７】
なお、帯電電源１２２は、流出体１１０に接続されるものでもかまわない。この場合、帯電電極１２１が接地されることで、流出体１１０と帯電電極１２１との間に電圧を印加することが可能となる。従って、アースの位置はいずれでもかまわない。また、帯電電源１２２は、アースを介することなく、直接流出体１１０と帯電電極１２１とのそれぞれに直接接続するものでもかまわない。
【００７８】
また、図７に示すように、流出体１１０と帯電電極１２１とが近い距離に配置され、帯電電極１２１に引き寄せられそうになる原料液やナノファイバが気体流（同図中矢印）等により飛翔方向が変更され、帯電電極１２１に引き寄せられず他の場所（図７では、一対の帯電電極１２１の間を通過して図の下方）に放出される場合、帯電電源１２２は、５ＫＶ未満の出力しか得られないものでもかまわない。これは、流出体１１０と帯電電極１２１とが近接しているため、比較的低い電圧でも原料液を十分に帯電させることができるためである。
【００７９】
図１において、被堆積部材１２６は、空間中で製造されたナノファイバを堆積させて収集する部材である。本実施の形態の場合、被堆積部材１２６は、誘引手段１４０により発生する気体流が通過する網状のシートであり、被堆積部材１２６から堆積したナノファイバを容易にはがせるように表面にシリコンでコーティングが施されている。
【００８０】
移送手段１２９は、流出体１１０と、被堆積部材１２６とを相対的に移動させる装置である。本実施の形態の場合、流出体１１０は固定されており、被堆積部材１２６のみを移送するものとなっている。具体的に移送手段１２９は、長尺の被堆積部材１２６を帯電電極１２１の一方側で巻き取りながら他方側に配置されるロールから引き出し、堆積するナノファイバと共に被堆積部材１２６を移送するものとなっている。
【００８１】
なお、移送手段１２９は、被堆積部材１２６を移送させるばかりではなく、流出体１１０を被堆積部材１２６に対して移動させるものでもかまわない。この場合、流出体１１０は可動状態で基礎体２００に取り付けられることとなる。また、移送手段１２９は、被堆積部材１２６を一定方向に移動させると共に、流出体１１０を往復動させるなど、任意の動作状態を採用することができる。
【００８２】
誘引手段１４０は、空間中で製造されたナノファイバを被堆積部材１２６に誘引するための装置である。誘引手段１４０は、気体流を用いてナノファイバを所定の位置に誘引する方式（気体流方式）や、空間を飛翔しているナノファイバが帯電していることを利用して、電界を発生させてナノファイバを所定の位置に誘引する方式（電界方式）を採用することができ、また、気体流方式と電界方式を併有するものでもかまわない。
【００８３】
本実施の形態の場合、誘引手段１４０は、図１に示すように、流出体１１０と所定距離離れた位置に流出体１１０よりも長く幅の広い板状の帯電電極１２１が誘引電極としても機能している。帯電電極１２１は、誘引電源としても機能する帯電電源１２２と接続されて所定の電位が印加される導電性の部材であり、帯電電極１２１から発生する電界により流出体１１０に電荷を発生させると共に、ナノファイバを帯電電極１２１の方向に誘引する。また、誘引手段１４０は、吸引手段１４２を備えている。吸引手段１４２は、帯電電極１２１の厚さ方向に多数設けられた貫通孔から気体を吸い込んで気体流を発生させ、ナノファイバを所定の位置に誘引する装置である。
【００８４】
供給源１０７は、図１に示すように、各単位流出体に原料液を供給する装置であり、原料液を大量に貯留する容器と、原料液を所定の圧力で搬送するポンプとを備えている。
【００８５】
ここで、ナノファイバを構成する樹脂であって、原料液に溶解、または、分散する溶質としては、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、ポリアミド、アラミド、ポリイミド、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、ポリペプチド等およびこれらの共重合体等の高分子物質を例示できる。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、本願発明は上記樹脂に限定されるものではない。
【００８６】
原料液に使用される溶媒としては、揮発性のある有機溶剤などを例示することができる。具体的に例示すると、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、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、ピリジン、水等を挙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、本願発明に用いられる原料液は上記溶媒を採用することに限定されるものではない。
【００８７】
さらに、原料液に無機質固体材料を添加してもよい。当該無機質固体材料としては、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、製造されるナノファイバの耐熱性、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、本願発明の原料液に添加される物質は、上記添加剤に限定されるものではない。
【００８８】
原料液における溶媒と溶質との混合比率は、選定される溶媒の種類と溶質の種類とにより異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。好適には溶質が５〜３０％となる。
【００８９】
次に、上記ナノファイバ製造装置１００を用いてナノファイバを製造するナノファイバ製造方法について説明する。
【００９０】
まず、第一流出体１０１と第二流出体１０２、その他の単位流出体を連結手段に取り付けて、単位流出体を直線的に連結する（連結工程）。
【００９１】
次に、帯電手段１２０により、流出体１１０と帯電電極１２１との間に所定の電圧を印加する（帯電工程）。
【００９２】
次に、調整手段１７５を用いて原料液の流量を空間中に流出する原料液の流出圧力が均一となるように調整する（調整工程）。
【００９３】
以上により、原料液は、帯電手段１２０により帯電しつつ流出体１１０から空間中に流出し、静電延伸現象によりナノファイバが製造される（ナノファイバ製造工程）。
【００９４】
一方、誘引手段１４０は、逆電位で帯電したナノファイバを被堆積部材１２６に誘引し、空気を吸い込むことでナノファイバを被堆積部材１２６に誘引する（誘引工程）。
【００９５】
被堆積部材１２６は誘引されたナノファイバを堆積させつつ、移送手段１２９により徐々に移送されナノファイバからなる長尺で幅広の不織布が製造される（堆積工程）。
【００９６】
また、調整工程において、製造する不織布の所望の幅に対応して原料液を流出させる単位流出体および原料液を流出させない単位流出体を変更することで、製造される不織布の幅を容易に変更することが可能となる。例えば、図１の第一の流出体１０１、第二の流出体１０２への原料液の流量を均一になるように調整し、第三の流出体１０３、第四の流出体１０４への原料液の流量を０とすれば、第一の流出体１０１の長さと第二の流出体１０２の長さを加算した長さに該当する幅の不織布を製造することができる。また、要すれば、帯電電極１２１の電圧が印加される領域を、原料液の流出幅に応じて調整してもかまわない。
【００９７】
次に、上記構成のナノファイバ製造装置１００のメンテナンス方法を説明する。
【００９８】
ナノファイバ製造装置１００の操業を停止した後、基礎体２００から第一流出体１０１などの単位流出体を取り外す（取り外し工程）。取り外しは、第一流出体１０１を水平方向にスライドさせることにより、第二流出体１０２との連結が解消され、連結手段１２４と係合部１５１との係合関係が解除さる（分離工程）。なお、この際、連結手段１２４と供給管とが干渉しないように単位流出体から供給管を取り外しておく。
【００９９】
次に、取り外された単位流出体を溶剤などを用いて洗浄する（洗浄工程）。洗浄は、溶剤が満たされた槽に単位流出体を浸漬し、当該状態で溶剤に超音波を印加することにより行えばよい。この際、ナノファイバ製造装置１００は、幅の広い（単位流出体のＹ軸方向の長さの四倍程度）長尺の不織布を製造できるが、単位流出体を洗浄するための槽の大きさや超音波の発信子などを大きくする必要が無く、容易に洗浄を行うことができる。
【０１００】
次に、洗浄された単位流出体を基礎体２００に固定されている連結手段１２４に順次取り付けていく（取り付け工程）。取り付けは、第一流出体１０１を連結手段１２４の近傍に配置した後、第一流出体１０１を水平方向にスライドさせることにより、連結手段１２４と係合部１５１とが係合する。他の単位流出体も同様に、連結手段１２４に取り付け単位流出体同士を連結させる。
【０１０１】
上記構成のナノファイバ製造装置１００によれば、基礎体２００に対し、複数の単位流出体を分離連結自在に連結することができるため、要求される不織布の幅に応じて、単位流出体を取り付ける数を調整すれば原料液の流出空間の幅を容易に調整し、ナノファイバが製造される空間の幅を調整することが可能となる。また、要すれば、単位流出体を基礎体２００に取り付けた状態でも、調整手段１７５により原料液が流出する空間の幅を調整することも可能である。
【０１０２】
また、単位流出体を小型軽量化することができるため、持ち運びや取り付け作業などが容易となり、洗浄作業も容易となるため、メンテナンス作業に費やす時間を短縮できる。
【０１０３】
次に、第一流出体１０１と第二流出体１０２との他の連結態様について説明する。
【０１０４】
図８は、第一流出体と第二流出体との連結態様を断面で示す平面図である。
【０１０５】
図９は、第一流出体と第二流出体とを分離した状態を断面で示す平面図である。
【０１０６】
これらの図に示すように、第一流出体１０１は、原料液を一時的に貯留し、全ての第一流出孔１１１に原料液を供給する第一貯留槽１１３を備え、第二流出体１０２は、原料液を一時的に貯留し全ての第二流出孔１１２に原料液を供給する第二貯留槽１１４を備え、連結手段１２４は、第一流出体１０１と第二流出体１０２とが連結された状態で第一貯留槽１１３と第二貯留槽１１４とを連通する流路１２７を備えている。
【０１０７】
連結手段１２４は、第一流出体１０１に設けられる貫通孔１２８と、第二流出体１０２に突出状に設けられた貫通孔１２８に嵌合する突出部１３０とからなり、貫通孔１２８に突出部１３０を嵌合させることで第一流出体１０１と第二流出体１０２とを連結させることができる。
【０１０８】
また、原料液は、第一供給管１７１から第一貯留槽１１３に供給され、さらに流路１２７を介して第二貯留槽１１４にも供給される。
【０１０９】
これによれば、原料液の流通経路を単一化でき、複数の供給管を配管することなく全ての単位流出体に原料液を供給することが可能となる。また、図１０に示すような一端部に突出部１３０を備え、他端部に貫通孔１２８を備えるような中間的な単位流出体を用いれば、任意に流出体の長さを変更することが可能となる。
【０１１０】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、流出体のＸＺ平面における断面形状を三角形としたがこれに限定される訳ではなく、矩形や円形など任意の断面形状を選択しうる。また、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。例えば、図８や図９に示される連結手段１２４であるが、流路１２７を備え無いものとしてもよい。この場合、第一貯留槽１１３と第二貯留槽１１４とは連通しないので、図１に示すように、第一流出体１０１や第二流出体１０２にそれぞれ供給管１７１、１７２を接続して別個に原料液を供給するものとなる。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【０１１１】
また、「垂直」「均一」などの各文言は本願発明の趣旨を逸脱しない程度の誤差（広がり）を許容する意味で使用している。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本願発明は、ナノファイバの製造やナノファイバを用いた紡糸、不織布の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１００  ナノファイバ製造装置
１０１  第一流出体
１０２  第二流出体
１０３  第三流出体
１０４  第四流出体
１０５  側壁
１０７  供給源
１１０  流出体
１１１  第一流出孔
１１２  第二流出孔
１１３  第一貯留槽
１１４  第二貯留槽
１２０  帯電手段
１２１  帯電電極
１２２  帯電電源
１２４  連結手段
１２５  溝
１２６  被堆積部材
１２７  流路
１２８  貫通孔
１２９  移送手段
１３０  突出部
１４０  誘引手段
１４２  吸引手段
１５１  係合部
１５２  レール部
１７１  第一供給管
１７２  第二供給管
１７３  第三供給管
１７４  第四供給管
１７５  調整手段
２００  基礎体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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