(57)【要約】【課題】長期間連続して安定的に稼動でき、高品質の微細繊維を効率よく低コストで製造することができる電界紡糸の方法及び装置を提供せんとする。【解決手段】液状ポリマーＰが貯留される貯留槽２と、貯留槽２内の液状ポリマーＰに振動を与える振動発生手段３と、貯留槽２内の液状ポリマーＰの液面１０に対向する上方位置に配される対向電極４と、液状ポリマーＰと対向電極４との間に高電圧をかける電圧供給手段５とを備え、振動発生手段により液状ポリマーに振動を与えて該液状ポリマー液面に表面波を形成するとともに、高電圧により液状ポリマーの表面波の各山頂部から電極に向けてポリマー繊維ジェットを飛翔させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状ポリマーと電極との間に高電圧をかけ、液状ポリマーを前記電極に向けてポリマー繊維ジェットとして飛翔させて繊維化する微細繊維製造方法において、
前記液状ポリマーに振動を与え、該液状ポリマーの液面に前記振動による表面波を形成し、
該表面波の山頂部から前記電極に向けて高電圧によりポリマー繊維ジェットを飛翔させることを特徴とする微細繊維製造方法。
【請求項２】
前記振動により液状ポリマー液面に形成される表面波を定在波としてなる請求項１記載の微細繊維製造方法。
【請求項３】
前記振動が超音波振動である請求項１又は２記載の微細繊維製造方法。
【請求項４】
液状ポリマーが貯留される貯留槽と、
該貯留槽内の液状ポリマーに振動を与える振動発生手段と、
前記貯留槽内の液状ポリマーの液面に対向する上方位置に配される電極と、
前記液状ポリマーと電極との間に高電圧をかける電圧供給手段と、
を備え、
前記振動発生手段により液状ポリマーに振動を与えて該液状ポリマー液面に表面波を形成するとともに、前記電圧供給手段による前記高電圧により、前記液状ポリマーの表面波の山頂部から電極に向けてポリマー繊維ジェットを飛翔させ、繊維化することを特徴とする微細繊維製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー溶液あるいは溶融ポリマー（以下、「液状ポリマー」という。）と電極の間に付加される高電圧によりポリマー表面からポリマー繊維ジェットを飛翔させて繊維化する静電紡糸法（電界紡糸法）に係り、特にナノファイバーの生成に好適な微細繊維製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電紡糸法は、液状ポリマーが流出するノズルとこれに対向する電極間で基本的に１本のジェットが飛翔することを利用し、微細繊維を集積させた微細繊維集合体を得るものである。そして生産性を上げるために、０．１〜０．２ｍｍといった注射針状のノズルを多数並べることが行われている。しかしながら、実用的には並べるノズルの本数は限定され、限られた生産性しか得ることは出来ない。また、このような注射針状のノズルでは、液状ポリマー内の異物や液状ポリマーのノズル先端での変質固化によりノズルの閉塞など生産性の向上を阻害する問題も残っている。
【０００３】
これに対し、液状ポリマーの貯留槽に細長い回転紡糸電極を部分的に没入した状態に設け、この回転紡糸電極に対向して繊維収集電極を設置し、回転紡糸電極を回転して表面に液状ポリマーの付着層を形成するとともに、両電極間に高電圧をかけることにより、回転電極表面のポリマー付着層から収集電極に向かって繊維を飛翔・集積させて微細繊維集合体を得るという方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、繊維のジェットが飛翔しやすくするために回転紡糸電極の表面に突起を数多く設けることも提案されている。また、高電圧をかけたポリマーの貯留層に気泡を発生させる装置をうめこんでポリマーの表面をあわ立たせ、この貯留層の液面に対向して接地電極を設け、ポリマー泡の表面からポリマー繊維ジェットを飛翔・集積させるという微細繊維集合体の製造方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような回転電極による方法は、飛翔するポリマー繊維ジェットを増やし生産性を向上させるという面では一定の効果があるが、回転電極全面からポリマー繊維ジェットが飛翔するわけではなく、対向電極に対向してもっとも近接する範囲からのみの飛翔であり、１セットあたりの生産性の向上には限界がある。また、特許文献２のような方法では、ポリマー液面に泡を生じさせて泡の頂点からジェットを飛翔させる際、泡の破裂による微細な飛末が飛翔して繊維表面に付着する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５３８９９２号公報
【特許文献２】特許第３９１８１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、これらの公知の技術の課題を解消し、安定して微細な繊維を形成できる生産性の高い電界紡糸の方法及び装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述の課題解決のために、液状ポリマーと電極との間に高電圧をかけ、液状ポリマーを前記電極に向けてポリマー繊維ジェットとして飛翔させて繊維化する微細繊維製造方法において、前記液状ポリマーに振動を与え、該液状ポリマーの液面に前記振動による表面波を形成し、該表面波の山頂部から前記電極に向けて高電圧によりポリマー繊維ジェットを飛翔させることを特徴とする微細繊維製造方法を提供する。
【０００８】
ここで、前記振動により液状ポリマー液面に形成される表面波を定在波とすることが好ましい。
【０００９】
また、前記振動が超音波振動であることが好ましい。
【００１０】
また本発明は、液状ポリマーが貯留される貯留槽と、該貯留槽内の液状ポリマーに振動を与える振動発生手段と、前記貯留槽内の液状ポリマーの液面に対向する上方位置に配される電極と、前記液状ポリマーと電極との間に高電圧をかける電圧供給手段とを備え、前記振動発生手段により液状ポリマーに振動を与えて該液状ポリマー液面に表面波を形成するとともに、前記電圧供給手段による前記高電圧により、前記液状ポリマーの表面波の山頂部から電極に向けてポリマー繊維ジェットを飛翔させ、繊維化することを特徴とする微細繊維製造装置をも提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明に係る微細繊維製造方法及び微細繊維製造装置によれば、液状ポリマーに振動を与え、該液状ポリマーの液面に前記振動による表面波を形成し、該表面波の山頂部から前記電極に向けて高電圧によりポリマー繊維ジェットを飛翔させるので、ノズルを使うことなく操業でき、ノズル孔の閉塞といった問題もなく、長期間連続して安定的に稼動できる。また、生産性に限界を与えるノズルや回転電極の使用をすることなく液面全面からポリマー繊維ジェットが飛翔するので、きわめて能率よく且つ低コストでポリマー繊維ジェットを生成できる。また、品質上問題となる泡の破裂の問題も回避し、高品質の微細繊維を効率よく低コストで製造することができる。
【００１２】
また、振動により液状ポリマー液面に形成される表面波を定在波としたので、液面の定在波からポリマー繊維ジェットを安定して飛翔させることができ、より高品質の微細繊維を製造できる。
【００１３】
この静電紡糸は、ポリマー液面の表面張力に静電力が打ち勝ったときにポリマー繊維ジェットが引き出されるという現象なので、ポリマーの表面張力が低いほど繊維が生成されやすいことになる。振動を超音波振動にすると、超音波は表面張力を低減する作用があり、さらに繊維の生産性を高めることができる。
【００１４】
また、液状ポリマーが貯留される貯留槽と、該貯留槽内の液状ポリマーに振動を与える振動発生手段と、前記貯留槽内の液状ポリマーの液面に対向する上方位置に配される電極と、前記液状ポリマーと電極との間に高電圧をかける電圧供給手段とを備え、前記振動発生手段により液状ポリマーに振動を与えて該液状ポリマー液面に表面波を形成するとともに、前記電圧供給手段による前記高電圧により、前記液状ポリマーの表面波の山頂部から電極に向けてポリマー繊維ジェットを飛翔させ、繊維化する装置を構成したので、液状ポリマーの液面は貯留槽の壁で囲まれた閉鎖領域となり、振動発生手段で液面に発生させる表面波を自在に制御できる。
【００１５】
また、前記振動発生手段が、貯留槽の側壁部に固定される振動発振子よりなる場合は、振動の波長および振動発振子と対向する側壁との距離によって安定した定在波を形成することも容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の代表的実施形態に係る微細繊維製造装置を示す説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】同じく微細繊維製造装置の変形例を示す要部の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
本発明に係る微細繊維製造装置１は、図１に示すように、液状ポリマーＰが貯留される貯留槽２と、貯留槽２内の液状ポリマーＰに振動を与える振動発生手段３と、貯留槽２内の液状ポリマーＰの液面１０に対向する上方位置に配される対向電極４と、液状ポリマーＰと対向電極４との間に高電圧をかける電圧供給手段５とを備えている。
【００１９】
本例では、図２にも示すように液状ポリマーＰの液面１０と対向電極４の間に横方向に走行するコンベアネット６を設け、該コンベアネット６の下面にポリマー繊維ジェットＪを順次集積するように構成されている。対向電極４は固定されているが、コンベアネット６等の集積手段自体が対向電極を兼ねるようにしてもよい。対向電極４は、好ましくは液状ポリマーＰの液面１０と平行な板状電極とされているが、これに限定されるものではない。また、液面１０と略同一面積の下面を有し、各ポリマー繊維ジェットＪがまっすぐ上方に向かって飛翔するようにされているが、互いに異なる面積としてもよい。
【００２０】
振動発生手段３は、図１及び図２に示すように貯留槽２の側壁部２０に固定される振動発振子３１と、該振動発振子３１に発振信号を送信する振動発振器３０より構成されており、振動発振器３０により振動発振子３１の振動強度を連続的に調整することもできる。振動発振子３１は、貯留槽２の側壁部２０以外に、底壁や中央部など適宜な箇所に設置することができる。振動発振子と振動発振器は、それぞれ超音波発振子と超音波発振器としたものが好ましい。
【００２１】
振動発生手段３により液状ポリマーＰに振動が与えられると、液状ポリマー液面１０に表面波１１が形成される。振動の振幅が大きくなると、この表面波１１の山谷も大きくなる。この振幅を大きくしていき臨界点になると、表面波１１は山の頂点から崩れ、微細な液粒子が液面から飛びはねるようになる。好ましくは、このような臨界点に達する直前の状態に近づくように振動を調整する。より好ましくは、振動により液状ポリマー液面１０に形成される表面波は、好ましくは定在波となるように調整される。振動発振子が超音波振動発振子の場合は、ポリマー液面や液内部に周波数固有のキャピラリ波（毛細表面波）やキャビテーション（空洞現象，cavitation）を発生させることになり、液面に無数の毛細表面波が発生し、液体の表面張力を減少させることからポリマー繊維ジェットがさらに飛翔しやすくなる。
【００２２】
ここで、図３に示すように、上方から見て方形の貯留槽２における互いに９０度を成す２つの隣接する側壁にそれぞれ振動発振子３１を設けることで、縦横に並んだより多くの波を形成することができ、特にいずれも定在波とすることで図示したような格子状の安定した定在波を形成することができる。
【００２３】
電圧供給手段５としては、図１に示すように貯留槽２の底部にアース電極５０が設置され、該アース電極５０と対向電極４との間に高電圧を付与する給電装置５１が設けられている。ここでアース電極５０を省略し、貯留槽２の壁部がアース電極を兼ねるように構成してもよい。
【００２４】
そして、振動発生手段３により液状ポリマー液面１０に前記表面波１１が形成されている状態で、電圧供給手段５によりアース電極５０と対向電極４との間に高電圧をかけると、図１及び図２に示すように表面波１１の各山頂部から対向電極４に向けてポリマー繊維ジェットＪが飛翔し、多数のポリマー繊維ジェットＪであたかも液状ポリマー液面から霧が立ち上ったようになる。各ポリマー繊維ジェットＪは繊維化した状態で途中のコンベアネット６下面に順次集積する。
【００２５】
コンベアネット６は、駆動ローラ６０と従動ローラ６１との間に懸架されるネット状の環状ベルトであり、本例では、対向電極４を上下に挟むように循環走行し、液状ポリマー液面１０と対向電極４の間を横方向に走行するネット下面にポリマー繊維ジェットＪが集積された微細繊維集合体Ｆが形成され、横方向の駆動ローラ６０の延長線上に該微細繊維集合体Ｆを前記コンベアネット６下面から当該延長上の横方向に引き剥がして巻き取る巻取り装置７が設けられている。
【００２６】
コンベアネット６は一定の速度で走行し、繊維化したポリマー繊維ジェットＪによりコンベアネット６下面に一定厚さの微細繊維集合体Ｆが形成される。コンベアネット６は液状ポリマー液面１０及び対向電極４のそれぞれに対して平行な水平方向に移動するようにされているが、これに限定されない。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００２８】
１  微細繊維製造装置
２  貯留槽
３  振動発生手段
４  対向電極
５  電圧供給手段
６  コンベアネット
７  巻取り装置
１０  液面
１１  表面波
２０  側壁部
３０  振動発振器
３１  振動発振子
５０  アース電極
５１  給電装置
６０  駆動ローラ
６１  従動ローラ
Ｆ  微細繊維集合体
Ｊ  ポリマー繊維ジェット
Ｐ  液状ポリマー
【図１】
2012224958.tif 000003
【図２】
2012224958.tif 000004
【図３】
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