(57)【要約】【課題】複数の開口から吐出される原料液体の吐出量がほぼ一致するようにして、コレクタ上に集成される繊維の径を揃えることのできるナノ・ファイバ製造用スピナレットを提供する。【解決手段】原料液体充填空間部５４ａを内部に有し、原料液体離脱用開口５４と所定の距離を隔てて設置されたコレクタ側から見て円弧状の輪郭を持つ原料液体離脱用開口形成嘴部５３を先端部に有する導電性の材質からなる液体供給ケーシング５２に、原料液体離脱用開口形成嘴部５３の前記円弧状の輪郭に沿って配列された複数の原料液体離脱用開口５４を備え、原料液体離脱用開口５４の個々の深さが、原料液体離脱用開口形成嘴部５３の幅方向の中央から両端部に行くにつれて短くなるように形成されているナノ・ファイバ製造用スピナレット。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液体充填空間を内部に有し、後記原料液体離脱用開口と所定の距離を隔てて設置されたコレクタ側から見て中心部から外周部に行くに従って距離が遠くなる形状の輪郭を持つ原料液体離脱用開口形成嘴部を先端部に有する導電性の材質からなる液体供給ケーシングに、
前記原料液体離脱用開口形成嘴部の前記輪郭に沿って配列された複数の原料液体離脱用開口を備え、
前記原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値が、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて小さくなるように形成されているナノ・ファイバ製造用スピナレット。
【請求項２】
前記輪郭の形状が、円弧状、直線テーパー状、円弧と直線テーパーの組み合わせ形状のいずれかである請求項１記載のナノ・ファイバ製造用スピナレット。
【請求項３】
前記原料液体離脱用開口の個々の深さを、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて短くなるように形成することにより、前記原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値が設定されている請求項１記載のナノ・ファイバ製造用スピナレット。
【請求項４】
前記原料液体離脱用開口の個々の深さを、前記液体供給ケーシング内部の各原料液体離脱用開口の上の原料液体が溜まるスペースの深さにほぼ比例して変えることを特徴とする請求項３記載のナノ・ファイバ製造用スピナレット。
【請求項５】
前記原料液体離脱用開口の個々の内径を、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて大きくなるように形成することにより、前記原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値が設定されている請求項１記載のナノ・ファイバ製造用スピナレット。
【請求項６】
前記原料液体離脱用開口の個々の内径を、前記液体供給ケーシング内部の各原料液体離脱用開口の上の原料液体が溜まるスペースの深さの１／４乗にほぼ反比例して変えることを特徴とする請求項５記載のナノ・ファイバ製造用スピナレット。
【請求項７】
前記原料液体離脱用開口の個々の深さを、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて短くなるように形成するとともに、前記原料液体離脱用開口の個々の内径を、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて大きくなるように形成することにより、前記原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値が設定されている請求項１記載のナノ・ファイバ製造用スピナレット。
【請求項８】
前記原料液体離脱用開口は、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央を外して設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載のナノ・ファイバ製造用スピナレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロスピニング方式のナノ・ファイバ製造用スピナレットに関し、さらに詳しくは、ナノ・ファイバを高効率で量産化するに適したスピナレットに関する。
【背景技術】
【０００２】
再生医療工学、創傷材料、ドラッグデリバリ等のヘルスケアの分野、生体分子の精製や汚染水質の浄化を目的としたアフィニティ膜、センサ等のバイオテクノロジー・環境工学の分野、ポリマーバッテリ、色素増感太陽電池、高分子膜燃料電池等のエネルギ分野、あるいは、複合材料の強化材、対バイオテロ攻撃、ガス攻撃を想定した防護服等の防護・セキュリティの分野等の広い分野において、ミクロン（μｍ）未満のナノオーダの径（例えば数ｎｍ〜数百ｎｍ）を有する繊維（ナノ・ファイバ）が注目されている。
【０００３】
このようなナノ・ファイバを製造する技術の一つに、エレクトロスピニング法がある。
このエレクトロスピニング法の概要を図７に示す。図７に示すように、エレクトロスピニング装置の基本構成としては、紡糸口４０ａを有し、繊維の素材となるポリマーと揮発性の溶媒とのポリマー溶液を噴射するノズル４０と、平板状のコレクタ４１と、ノズル４０とコレクタ４１との間に高電圧を印加する高圧電源４２とを備える。高電圧が印加されていない状態では、ポリマー溶液は、ノズル４０の先端の紡糸口４０ａの先端部において、表面張力で留まっている。紡糸口４０ａとコレクタ４１との間に、数ｋＶ〜１００ｋＶの電圧を印加すると、紡糸口４０ａ先端のポリマー溶液の液滴は＋（または−）に帯電し、異極に帯電（アース）しているコレクタ４１に向かう電気力線に沿って作用する静電力（クーロン力）により吸引される。静電力が表面張力よりも越えると、ポリマー溶液の紡糸ジェット４３がコレクタ４１に向かって連続的に噴射される。このとき、ポリマー溶液中の溶媒は揮発し、コレクタ４１に到達する際には、ポリマーの繊維のみとなり、ナノレベルの細さのナノ・ファイバとなる。なお、ナノ・ファイバの原料としては、有機物のポリマーのみならず、金属酸化物、セラミック等の無機物をゾル−ゲル法によって、ナノ・ファイバ形状に紡糸することも可能である。
【０００４】
紡糸口４０ａから噴射される紡糸ジェット４３は、紡糸口４０ａからコレクタ４１に到達する間に、紡糸口４０ａとコレクタ４１との間の電気力線の分布の影響により、螺旋軌道を描くことが知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。その結果、コレクタ上に集積されたナノ・ファイバは不織布状となる。
【０００５】
この配向を制御するため、円筒状の回転体コレクタが使用されている（例えば、特許文献１参照）。この回転体コレクタを用い、紡糸ジェットの移動速度よりも速い回転速度で紡糸ジェットを巻き取ることで、配向性ファイバサンプルの作製が可能となる。
【０００６】
ところで、ナノ・ファイバの製造も、試験的段階から量産的段階に入ろうとしている。ナノ・ファイバの溶液をノズルの紡糸口からコレクタに向けて吐出する場合の吐出量は、試験装置では数ｍｌ／時と非常に少ない。一般的に使用されるノズルの内径は１ｍｍ以下である。ノズル方式でナノ・ファイバの生産性を上げるために、吐出量を上げると溶液が流れ落ち、紡糸することができない。また、コレクタ上のナノ・ファイバの試料の上に溶液が落ちて、試料の品質を下げることになる。
【０００７】
ここで、ノズル方式のナノ・ファイバ製造装置において、ノズル先端からの紡糸ジェットの発生のメカニズムは、次のように説明されている。すなわち、ノズルとコレクタ間に高電圧を印加した状態でノズル先端に溶液を供給すると、ノズル先端の溶液表面に、ノズルに印加されている電圧の極性と同極性の電荷を持つイオンが集まる。この溶液表面の電荷と、ノズルとコレクタ間に印加されている電圧による電場の相互作用によって、ノズル先端では空気との界面が半円球状に盛り上がる。印加電圧を高くすると、半円球状の溶液先端は、コレクタ側に引き寄せられ、テイラーコーン（Ｔａｙｌｏｒ−ｃｏｎｅ）と呼ばれる円錐状の空気との界面の形状となる。印加電圧がさらに高くなると、テイラーコーンの先端がコレクタに向かって飛び出し、１本の紡糸ジェットとなる。
【０００８】
以上のように、ナノ・ファイバの生産性向上のために、ノズル１本当りの吐出量を上げることには限界がある。
【０００９】
これに対して、ナノ・ファイバ製造装置全体の吐出量を上げるために、ノズルの本数を増やす方法も提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。しかし、ノズルの本数が多いと、ノズル一本一本の長さを揃えることが難しくなり、これが流体抵抗のバラツキとなって、最終的に溶液の供給にバラツキが出てくる。また、コレクタとノズル先端との距離やノズル間の間隔が異なるとノズル先端の電場の強さにバラツキが生じ、紡糸ジェットが発生しない場所も出てくる。さらに、ノズルの本数を増やすと全体の吐出量は上がるが、個々のノズルの先端の溶液は空気に触れて目詰まりが生じやすいため、ノズルの本数が増える分だけ、そのメンテナンスに手間が掛かる。
【００１０】
このような観点から、ポリマー溶液を収容した容器内に、複数のひだを設けた回転可能な紡糸電極を配置し、この紡糸電極と収集電極との間に電圧を印加し、紡糸電極の複数のひだがポリマー溶液の表面に浸かるように回転させながら、複数のひだの先端から生じる、収集電極に向かう多数の紡糸ジェットを収集電極に集積して不織布を製造する方法が提案されている（特許文献４参照）。
【００１１】
また、高分子溶液に連続的に発生した泡に、紡糸が連続的に行なわれる状態を維持しうる電圧を印加することにより静電紡糸を行う微細繊維集合体の製造方法（特許文献５参照）や、流体供給装置と繊維受取装置の間に電圧を印加して流体を繊維状に成形する装置において、流体供給装置が、複数の流体離脱部位を有し、かつ隣接する流体離脱部位の最小間隔が１ｍｍ未満である極細繊維の製造装置が提案されている（特許文献６参照）。
【００１２】
また、複数の小穴を有する導電性の回転容器内に、高分子物質を溶媒に溶解した高分子溶液を供給し、回転容器を回転させ、小穴から流出した高分子溶液に電界を印加して遠心力と溶媒の蒸発に伴う静電爆発にて延伸させて高分子物質から成るナノ・ファイバを生成するナノ・ファイバの製造方法において、回転容器内の高分子溶液の量が所定量以上になった場合に、所定量を超えた高分子溶液を回転容器から流出させ、流出した高分子溶液を回収して再度回転容器内に供給するナノ・ファイバの製造方法が提案されている（特許文献７参照）。
【００１３】
さらに、２枚の金属板の間に形成された線状の狭い隙間に高分子溶液を供給し、金属板とコレクタの間に高電圧を印加することにより、その金属板の間の隙間の自由液面から紡糸ジェットを発生させるナノ・ファイバの製造方法が提案されている（非特許文献３参照）。
【００１４】
前掲の特許文献４に開示された不織布製造方法においては、ポリマー溶液を収容する容器の表面が広く空気に接触しているので、溶媒が揮発しやすく、紡糸中に材料の条件が変わりやすいため、安定した特性の不織布を得ることが難しい。また、各紡糸ジェットの間隔を制御できないため、密に紡糸ジェットが発生する場合は乾燥しづらく、その結果、液滴の飛散が生じやすい。さらに、紡糸を開始するために非常に高い電圧を必要とするため、放電の危険性が増す。
【００１５】
また、特許文献５に開示された微細繊維集合体の製造方法ではノズルを使用しない点では有利であるが、特許文献４と同じく、ポリマー溶液を収容する容器の表面が広く空気に接触しているので、溶媒が揮発しやすく、紡糸中に材料の条件が変わりやすいため、安定した特性の不織布を得ることが難しい。また、絶縁体であるポリマー溶液の泡に荷電するために、ポリマー溶液を収容する容器を電極として電圧を印加するが、電極である容器の導電部に近い周縁部分と遠い中央部分とでは、泡の電荷の大きさが異なる（中央部分の方が周辺部分よりも電荷量が小さくなる）ため、電圧の印加効率が低く、また安定した紡糸ジェットの発生が困難であるという問題がある。加えて、泡の浮力は溶液の粘度に依存するため、粘度の高い溶液では紡糸能力が低くなるおそれがある。
【００１６】
さらに、前掲の特許文献６に記載された装置では、高効率的な製造方法を提供するため、流体離脱部位（流体供給装置から流体が繊維受取装置へ向けて離脱する部位）の最小間隔を１ｍｍ未満に集積することが特徴であり、各流体離脱部位の形状をコレクタに向かって凸としたものである。しかし、この装置においても、流体離脱部位として各キャピラリー先端に二等辺三角形のフィルムを取り付ける方法や、流体離脱部位を形成する凸状の二次元平板を平行に二枚用い、その間隙を流体通路に使用する方法等、構造が複雑である。しかも、その装置は、流体離脱部位間の距離を１ｍｍ未満としているが、材料によっては各流体離脱部位に生じるテイラーコーンの基部のサイズを１ｍｍ未満に制限することは難しく、隣接する流体離脱部位と合併したり、同極性に荷電されている隣接するテイラーコーンに作用する反発力により、必ずしも、流体離脱部位からの紡糸ジェットの発生は安定しない。
【００１７】
また、前掲の特許文献７に記載されたナノ・ファイバの製造装置では、回転容器の周壁に設けた小穴から遠心方向のみに紡糸するため、紡糸ジェット発生場所が限定され、遠心方向とは直交する方向にコレクタが設けられるため広いスペースが必要である。
【００１８】
さらに、前掲の非特許文献３に記載されたナノ・ファイバの製造方法では、２枚の金属板により狭い隙間を形成するものであるが、隙間を狭くすると粘度の高い原料液体を使うことができない。また、紡糸開始電圧が放電電圧（空気の絶縁破壊電圧）に近いため高電圧を印加することが必要となる。
【００１９】
そこで本願の出願人は先に、ノズルを用いないでテイラーコーンを安定して発生させ、流体離脱部位にある流体に対する荷電を効率的に行うことにより、省スペースで生産性を著しく向上することのできるナノ・ファイバ製造装置を開示した（特許文献８）。すなわち、原料液体充填空間を内部に有し、コレクタ側から見て曲線状の輪郭を持つ原料液体離脱用開口形成嘴部を先端部に有する導電性の材質からなる液体供給部と、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の前記曲線状の輪郭に沿って配列された複数の開口からなる原料液体離脱用開口と、前記液体供給部と所定の距離を隔てて設置されたコレクタと、前記液体供給部内の原料液体と前記コレクタとの間に電圧を印加する高電圧電源とを備え、前記高電圧電源により帯電した原料液体が前記原料液体離脱用開口から前記コレクタに向かって連続的に離脱することにより生成される紡糸ジェットを前記コレクタ上に収集してナノ・ファイバを製造するナノ・ファイバ製造装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００５−２６４３８６号公報
【特許文献２】特表２００６−５０７４２８号公報
【特許文献３】特許第３５２５３８２号公報
【特許文献４】ＷＯ２００６／１３１０８１号公開公報
【特許文献５】特開２００８−２５０５７号公報
【特許文献６】特開２００６−１５２４７９号公報
【特許文献７】特開２００８−２８５７９２号公報
【特許文献８】特開２０１０−１９６２３６号公報
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】エー．エル．ヤリン（A. L. Yarin）ら，“ベンディング・インスタビリティ・イン・エレクトスピニング・オブ・ナノファイバ（Bending instability in electrospinning of nanofibers）”，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Physics），８９巻，  第５号，  ２００１年３月１日，ｐ．３０１８−３０２６
【非特許文献２】エー．エル．ヤリン（A. L. Yarin）ら，“テイラー・コーン・アンド・ジェッティング・フロム・リキッド・ドロップレッツ・イン・エレクトロスピニング・オブ・ナノファイバ（Taylor cone and jetting from liquid droplets in electrospinning of nanofibers）”，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Physics），９０巻，第９号，２００１年９月１日，ｐ．４８３６−４８４６
【非特許文献３】デイビッド．ルーカス（David Lukas）ら，“セルフ−オーガナイゼイション・オブ・ジェッツ・イン・エレクトロスピニング・フロム・フリー・リキッド：・サーフィス：ジェネラライズド・アプローチ（Self-organization of jets in electrospinning from free liquid surface: A generalized approach）”，ジャーナル・オブ・アップライド：フィジックス（Journal of Applied Physics），１０３巻，第８号，２００８年４月２５日，０８４３０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
前掲の特許文献８においては、原料液体離脱用開口形成嘴部の曲線状の輪郭に沿って配列された複数の開口からなる原料液体離脱用開口を設けているが、原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央近傍の開口と側部近傍の開口とでは、コレクタに向かって吐出される原料液体の吐出量が不揃いで、コレクタ上に集成される繊維の径が一定とならないという問題があった。
そこで本発明は、複数の開口から吐出される原料液体の吐出量がほぼ一致するようにして、コレクタ上に集成される繊維の径を揃えることのできるナノ・ファイバ製造用スピナレット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】
【００２３】
本願の発明者は、特許文献８に係る、原料液体離脱用開口形成嘴部の曲線状の輪郭に沿って配列された複数の開口からなる原料液体離脱用開口を設けたナノ・ファイバ製造用スピナレットを用いてナノ・ファイバを製造する過程で、コレクタとスピナレット間に印加する電圧を変化させて原料液体離脱用開口からの原料液体の紡糸ジェットの吐出状況を観察したところ、内側（原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央近傍）と外側（端部側）とでは、吐出量が異なることが判明した。例えば、ある電圧まで上昇させたときに内側からの開口から紡糸ジェットが出はじめて、さらに電圧を上げていくと、外側の開口からも紡糸ジェットが出てくるが、そのときには内側からの紡糸ジェットが液滴になってコレクタ上に垂れて来るという不具合が生じた。複数の開口全体から紡糸ジェットが出ることと、出過ぎて垂れないことの両方を満たすことは、電圧を調整しても困難であった。
【００２４】
そこで、開口全体の吐出量がほぼ一定になる要件について鋭意検討した結果、次の知見を得た。
１．スピナレットのケーシング先端の孔にかかる圧力を検討する。
孔にかかる圧力は、以下の（１）式から求められる。
Ｐ＝ρｇｚ＋Ｐ0・・・・・・・・・（１）
ρ：比重  ｋｇ／ｍ3  有機溶媒の比重は比較的小さいため、設計には水の比重を適用
例）ＤＭＦ：ρ＝０．９４、アセトン：ρ＝０．７９，水：ρ＝１
ｇ：重力加速度  ９．８ｍ／ｓ2
ｚ：高さ／液体深さ  ｍ
Ｐ0：スピナレットケーシング入口の圧力となるが、シリンジが密閉されているため、ここでは０とする。
結論：原料液体離脱用開口のそれぞれに掛かる圧力Ｐは、原料液体離脱用開口形成嘴部を有するケーシング内部の各開口の上の原料液体が溜まるスペースの深さと比例する。
２．各孔／円管内の流体抵抗値ｐは次の流量を表す（２）式を変形して、（３）式より求められる（図８参照）。
Ｑ＝（π＊ｒ4＊ｐ）／（ｄ＊μ＊８）・・・・・（２）
Ｑ：流量
ｒ：孔の半径
ｄ：孔の長さ
μ：流体の粘度
ｐ：流体抵抗値
∴ｐ＝（ｄ＊μ＊Ｑ＊８）／（π＊ｒ4）・・・・・（３）
結論：各開口を通過する液体抵抗値ｐは開口の長さｄに比例し、孔の半径ｒの４乗に反比例する。
以上より、ケーシング内部の各開口の上の原料液体が溜まるスペースの深さに比例して各開口の長さｄを変えるか、前記スペースの深さの１／４乗に反比例して各開口の半径ｒを変えることで、１つの流入経路からケーシング内に一定の圧力で供給された溶液を複数の開口に一様に導き、吐出することができるという結論に至った。
【００２５】
そこで本発明に係るナノ・ファイバ製造用スピナレットは、原料液体充填空間を内部に有し、後記原料液体離脱用開口と所定の距離を隔てて設置されたコレクタ側から見て円弧状の輪郭を持つ原料液体離脱用開口形成嘴部を先端部に有する導電性の材質からなる液体供給ケーシングに、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の前記円弧状の輪郭に沿って配列された複数の原料液体離脱用開口を備え、前記原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値ｐが、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００２６】
原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値ｐが、原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて小さくなるようにする一形態は、前記原料液体離脱用開口の個々の深さを、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて短くなるように形成することである。
具体的には、原料液体離脱用開口の個々の深さを、前記液体供給ケーシング内部の各原料液体離脱用開口の上の原料液体が溜まるスペースの深さにほぼ比例して変える。
【００２７】
原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値ｐが、原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて小さくなるようにする他の形態は、前記原料液体離脱用開口の個々の開口の半径を、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて大きくなるように形成することである。
具体的には、前記原料液体離脱用開口の個々の内径を、前記液体供給ケーシング内部の各原料液体離脱用開口の上の原料液体が溜まるスペースの深さの１／４乗にほぼ反比例して変える。
また、原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値ｐが、原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて小さくなるようにするもう一つの他の形態は、前記原料液体離脱用開口の個々の開口の個々の深さと半径をともに、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて変えて形成することである。
【００２８】
この構成により、各原料液体離脱用開口からの吐出量が一様になり、紡糸ジェット噴出不良や垂れを防止して、コレクタ上に集成される繊維の径を揃えることができる。
【００２９】
なお、原料液体離脱用開口は、前記原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央を外して設けることが好ましい。原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央に原料液体離脱用開口を設けると、その原料液体離脱用開口はコレクタに一番近く、吐出量が調整しにくいため、中央には原料液体離脱用開口は設けず、中央近傍の両側から設け始めて外側近傍までの範囲に設けることで、吐出量を揃えることが容易になる。
【００３０】
以下、本発明につき具体的に説明する。
本発明において、使用できるナノ・ファイバ原料としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の合成高分子；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル；ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン；ナイロン６，ナイロン６６、ナイロン１２等のポリアミド；アラミド；ポリイミド（ＰＩ）；ポリメチルメタクリレ−ト（ＰＭＭＡ）やポリメタクリレート等のポリアクリレート：ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリペプチド、タンパク質などのバイオポリマー：コールタールピッチ、石油ピッチなどのピッチ系などの様々な高分子が例示される。また、ゾル−ゲル法による紡糸の場合は、カーボン（炭素）、アルミナ、シリカ、チタン、銅などの無機酸化物や前駆体を原料として用いることもできる。これらは、単独または２種以上混合して用いることができる。
【００３１】
上記原料は、そのまま溶融状態で原料液体として使用できるが、これらの原料を溶媒に溶かし溶液として使用することもできる。溶媒としては、例えばポリマーが脂肪族ポリエステルであるときは、塩化メチレン、クロロホルム、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、トルエン、テトラヒドロフラン、１，１，３，３−ヘキサフルオロイソプロパノール、水、１，４−ジオキサン、四塩化炭素、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジクロロメタン、ギ酸、ピリジン、Ｎ，Ｎジメチルアセトアミド等の、揮発性の高い溶剤を適宜使用することができる。
【００３２】
前記の原料液体離脱用開口形成嘴部に設けられた原料液体離脱用開口から噴出しようとしている原料液体には、コレクタとの間に高電圧が印加されているので、コレクタと原料液体離脱用開口から突き出した原料液体との間に電場が形成され、荷電された原料液体は、原料液体離脱用開口部からコレクタ側に電気力によって吸引されることにより、三角形状のテイラーコーンが安定的に形成される。これにより、紡糸ジェットがテイラーコーンの先端から連続的に発生してコレクタ側に収集されることになり、ナノ・ファイバの製造が可能となる。
【００３３】
本発明で使用される原料液体離脱用開口形成嘴部を有する液体供給部としては、原料液体を構成するナノ・ファイバ材料やその溶媒と実質的に不活性なものであれば良く、使用される原料液体により適宜選択される。原料液体離脱用開口形成嘴部としては、同様に不活性であれば、ガラスのような無機材料、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の有機材料を使用できるが、ステンレススチール、アルミニウムのような金属材料等の導電性材料が良い。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、原料液体充填空間を内部に有し、原料液体離脱用開口と所定の距離を隔てて設置されたコレクタ側から見て円弧状のように中心部から外周部に行くにつれて距離が遠くなる形状輪郭を持つ原料液体離脱用開口形成嘴部を先端部に有する導電性の材質からなる液体供給ケーシングに、原料液体離脱用開口形成嘴部の輪郭に沿って配列された複数の原料液体離脱用開口を備え、原料液体離脱用開口の個々の流量抵抗値が、原料液体離脱用開口形成嘴部の幅方向の中央から両端部に行くにつれて小さくなるように形成されているので、複数の原料液体離脱用開口から吐出される原料液体の吐出量がほぼ一致するようにして、コレクタ上に集成される繊維の径を揃えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係るナノ・ファイバ製造用スピナレットを用いたナノ・ファイバ製造装置の構成を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るナノ・ファイバ製造用スピナレットを示すもので、（ａ）は横断正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るナノ・ファイバ製造用スピナレットの原料液体噴出孔の深さの例を示す平面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の原料液体離脱用開口形成嘴部の形状の他の例を示す正面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明の原料液体離脱用開口の他の形態を示す底面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るナノ・ファイバ製造用スピナレットの原料液体噴出孔の向きの他の例を示す正面図である。
【図７】一般的なエレクトロスピニング装置の概要を示す説明図である。
【図８】各開口の流体抵抗値を求めるための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１および図２は本発明の実施の形態を示すものである。この実施の形態においては、液体供給部１は、内部に原料液体充填空間が形成された原料液体分配ベース５１と、先端部に円弧状の原料液体離脱用開口形成嘴部５３が形成されたケーシング５２とよりなる。ケーシング５２には、原料液体離脱用開口形成嘴部５３の円弧の円周方向に沿って設けられた複数（本例では２２個）の原料液体離脱用開口（以下、単に「開口」ということがある。）５４と、原料液体離脱用開口形成嘴部５３より所定長さ突出するようにケーシング５２に形成された原料液体離脱促進ガイド５５とを有する。ケーシング５２の先端の開口５４は、ケーシング５２の反対側から開けられた空間部５４ａと連通しており、その空間部５４ａを通して原料液体が開口５４の先端に導かれるようになっている。本実施の形態３でも、原料液体分配ベース５１とケーシング５２とはアルミニウムで構成されている。
【００３７】
図１に示すように、原料液体分配ベース５１はケーシング５２とボルトで一体化され、金属マウント５６に固定されている。金属マウント５６は絶縁基台５７に固定されている。図中５８は高電圧電源の一方の端子（コレクタとは逆極性）に接続するための接続端子、５９はシールド板である。
【００３８】
この実施の形態において、図示しない液体供給チューブによって液体供給源から原料液体分配ベース５１の原料液体充填空間に供給された原料液体は、ケーシング５２の空間部５４ｂ、孔５４ａを通って反対側の開口５４の出口側に導かれる。
【００３９】
ケーシング５２とコレクタ（図示せず）との間には高電圧が印加されており、ケーシング５２先端の原料液体離脱促進開口形成用嘴部５３に開けられている開口５４に導かれた原料液体も、高電圧に荷電されているため、それとは逆極性に荷電されているコレクタ側に吸引され、発射しようとするときに、テイラーコーンが形成される。そして、ついには紡糸ジェットとなって、ケーシング５２とコレクタとの間の空間に飛び出し、連続的な繊維となってコレクタの表面に到達し、積層される。
【００４０】
本実施の形態においては、原料液体離脱用開口形成嘴部５３の形状を円弧状にし、開口５４を下向きでコレクタとの間に電圧を印加して紡糸ジェットを発生させるようにしている。そうすると、原料液体離脱促進開口形成用嘴部５３の円弧の頂点がコレクタに一番近いため他の箇所よりも電界強度が高くなり、まずそこから紡糸ジェットが発生する。したがって、原料液体離脱用開口形成嘴部５３が直線状の場合よりも紡糸ジェット発生電圧が低くなる。また、原料液体離脱用開口形成嘴部５３の頂点近傍のほか、隣接する場所からも紡糸ジェットが発生していくが、隣接する紡糸ジェットの電荷の大きさが次第に小さくなっていくため、紡糸ジェット同士の干渉が小さくなり、各紡糸ジェットの軌道が本来の螺旋軌道を描きやすくなり、コレクタへの到達時間も確保できるため、液滴の発生を少なくすることができる。したがって、ナノ・ファイバ製品の歩留まりを向上させることができる。これにより、より高い吐出量で紡糸が可能になる。
【００４１】
ところで、本実施の形態においては、複数設けられている開口５４の深さを、原料液体離脱用開口形成嘴部５３の幅方向の中央から両端部に行くにつれて短くなるように形成することが特徴である。具体的には、図２（ｃ）に示すように、ケーシング内部の各開口の上の原料液体が溜まるスペース、すなわちケーシング５２の空間部５４ａの深さｓにほぼ比例して各開口の長さｄを変える。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、開口５４の数を２２としているが、これに限らず、４つ以上の偶数個であればよい。なお、偶数個としたのは、円弧の頂点には開口５４を設けると、コレクタに一番近く、吐出量が最大になることは決まっており、調整が難しいので、その頂点には開口を設けないことにして開口５４を配置すれば、偶数個になるためである。
【００４３】
図３は、開口５４の数を１２個（片側６個ずつ）としたスピナレットの場合の開口５４の長さの例を示すものである。このように、開口１つずつについて開口の上の空間部の深さを決めるほかに、開口の上の空間部の深さが近いもの複数について同じ開口の長さとすることもできる。本例では、３．０ｍｍが片側３つ、１．０ｍｍが片側２つとしている。
【００４４】
本実施の形態においては、図２、図３に示すように原料液体離脱用開口形成嘴部５３の形状を円弧状にしているが、中心部から外周部に行くにつれてコレクタからの距離が遠くなる形状、例えば、図４（ａ）に示すように曲率の異なる円弧から形成された円弧状、図４（ｂ）に示すように直線テーパー形状、またここでは図示しないが円弧と直線テーパーを組み合わせた形状などでも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、開口５４は図２（ｂ）に示すように原料液体離脱用開口形成嘴部５３に直線状に並べているが、図５（ａ）に示すようにこれを直交する方向に２列並べた十字状、あるいはそれ以上の数の直線状の原料液体離脱用開口形成嘴部５３を交差して並べた放射状とすることができる。そのほか、図５（ｂ）に示すように図２（ｂ）に示す直線状配列を渦巻き状に曲げて配列した形態、また図示していないが同心円状などでも同様の効果が得られる。図２（ａ）および図３に示すように、開口５４の向きはすべてコレクタ（図７参照）に向かう同一方向としているが、図６に示すように原料液体離脱用開口形成嘴部５３の曲線の接線に対してほぼ直交する方向など、外周部に行くに従って内向きに傾けて設けてもよい。
【００４５】
さらに、本実施の形態においては、ケーシング５２の空間部５４ａの深さｓにほぼ比例して各開口の長さｄを変えるようにしたが、（３）式から導かれる前記の結論のように、ケーシング５２の空間部の深さｓの１／４乗に反比例して各開口の半径ｒを変えること、あるいはそれらを組み合わせて複数の開口からの吐出量を一様にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、複数の開口から吐出される原料液体の吐出量がほぼ一致するようにして、コレクタ上に集成される繊維の径を揃えることのできる、量産化に適したナノ・ファイバ製造用スピナレットとして、ヘルスケアの分野、バイオテクノロジー・環境工学の分野、エネルギ分野、あるいは、防護・セキュリティの分野等の広い分野において利用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  液体供給部
５１  原料液体分配ベース
５２  ケーシング
５３  原料液体離脱用開口形成嘴部
５４  原料液体離脱用開口（開口）
５４ａ  空間部
５５  原料液体離脱促進ガイド
５６  金属マウント
５７  絶縁基台
５８  接続端子
５９  シールド板
【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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