(57)【要約】【課題】  ナノファイバー繊維製品を製造する方法として、Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ法とＥＳＤ法が用いられてきた。しかし、Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ法は、繊維が短繊維でありナノファイバー化が難しくさらに繊維が大量生産できない問題があった。また、ＥＳＤ法はナノファイバー化を可能としたが、やはり大量生産が難しい事と有機溶剤を使用するため、安全性の問題が懸念されることからナノファイバーの製造する方法の改善が望まれていた。【解決手段】  本発明の解決手段は、ナノファイバー発生装置を溶融ポリマーを吐出する噴出ノズルと、高速高温エアーを吹き出すエアーノズルと、ナノファイバー化の延伸を助長する機能を有する加熱ガイド部材とから構成し、さらなるナノファイバーの細線化を可能としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ポリマーを吐出する噴出ノズルと、高速高温エアーを吹き出すエアーノズルと、ナノファイバーの延伸を助長する機能を有する加熱ガイド部材とから構成したことを特徴としたナノファイバー発生装置。
【請求項２】
加熱ガイド部材を下流方向に向かって巻環した細巻ヒーターから構成したことを特徴とした請求項１のナノファイバー発生装置。
【請求項３】
加熱ガイド部材を構成する細巻ヒーター隣接間にはわずかな隙間を形成したことを特徴とした請求項１のナノファイバー発生装置。
【請求項４】
加熱ガイド部材の内部にはナノファイバーの流通路を形成したことを特徴とした請求項１のナノファイバー発生装置。
【請求項５】
エアーノズルからの高速高温エアーにより細巻ヒーター隣接間のわずかな隙間から吸い込まれたエアーを加熱し、加熱ガイド部材の流通路に加熱エアーとして高速高温エアーに巻き込むようにしたことを特徴とした請求項１のナノファイバー発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は新規なナノファイバー発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ナノファイバーを含んだナノファイバー繊維製品は、衣料、電気、自動車、医療、建材などの様々な分野で用いられており、近年、ナノファイバーやナノファイバー繊維製品の用途の多様化により、より繊維径の小さいナノファイバーが求められている。【０００３】  特に、繊維径の小さいナノファイバーを用いたナノファイバー繊維製品は、表面積が大きいこと、空間率が高いこと、孔径が小さいこと、通気性が高いこと、且つ流体透過速度が速いことなどの特徴を持つため、フィルタ分野、衣料分野、医療材料分野、バイオテクノロジー分野、自動車分野、建材分野などの特殊分野への開発が盛んに行われている。【０００４】  そして、ナノファイバーを含んだナノファイバー繊維製品を製造する方法としては、主にメルトブローン（Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ）方式と電界紡糸（ＥＳＤ）方式が用いられている。【０００５】  しかしながら、Ｍｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ方式では１μｍ以下のナノファイバー化が難しい上、ノズル当たりの繊維が大量生産できない問題があった。【０００６】  また、ＥＳＤ方式は１本のキャピラリの先からは、微量のナノファイバーしか製造されない。そのため、キャピラリを大量装備して、多数のキャピラリから静電噴霧するという単純な構成で大量生産を目ざすといった方法がこれまで実施されているが、このような多数のキャピラリを使用する方法は電界干渉を避けるために広大なスプレー面積を必要としメンテナンスが非常に難しい。また、引火性有機溶剤と高電圧を使用する場合は爆発を引き起こし易い。その結果、溶剤が水もしくは引火しないまたは引火しにくい溶剤を使うポリマーだけが製造されることで、ＥＳＤ方式の利点である常温常圧で生産ができるといった優位性が損なわれてきた。これらの問題があるため、ナノファイバー繊維製品の製造コストが非常に高くなってしまった。【０００７】  さらに、ＥＳＤ方式で生成したナノファイバー繊維製品の品質の問題では、狭空間でＥＳＤ方式を使用してナノファイバーを大量生成する場合、ポリマー溶液が繊維化せずに、液滴や玉状の物質が基盤上に付着する。そして、液滴や玉状の物質は材料利用効率を著しく下げ、出来上がったナノファイバー層の目詰まりを起こしたりする原因となるため、ナノファイバー層の機械的特性を大きく損ないかねなかった。【０００８】  そのため、本発明者は、噴出ノズルから吐出した溶融ポリマーをエアーノズルから吹き出した高速高温エアーで溶融ポリマーを延伸し細線化したナノファイバーを形成したナノファイバー発生装置を開発し従来の問題を解決した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  そして、このナノファイバー発生装置は、噴出ノズルから吐出した溶融ポリマーの冷却時間をいかに遅くするかで繊維径が決まることから、本発明の第１の目的は、冷たいエアーで噴出ノズルの先端と溶融ポリマーを急速に冷却しないようにしたことである。【００１０】  次に本発明の第２の目的は、これまでのＥＳＤ方式に比べて高電圧を使用しないため、安全性が高く生産場所の温度、湿度の受けないナノファイバーの発生装置を用いて均一で細いナノファイバーを生成したことである。【００１１】  本発明の第３の目的は、液滴やビーズを発生することなく、電界干渉やイオン風の現象がなく、最適なナノファイバーの大量生産を可能にしたものである。【００１２】  本発明の第４の目的は、装置内温湿度調整に係るエネルギーコストを低減しょうとしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  本発明の第１の解決手段は、噴出ノズルから吐出した溶融ポリマーをエアーノズルから吹き出した高速高温エアーで、溶融ポリマーを延伸しナノファイバーを生成するようにしたことである。【００１４】  本発明の第２の解決手段は、溶融ポリマーを吐出する噴出ノズルと、高速高温エアーを吹き出すエアーノズルと、ナノファイバーの延伸を助長する機能を有する加熱ガイド部材とから構成したことである。【００１５】  本発明の第３の解決手段は、加熱ガイド部材を下流方向に向かって巻環した細巻ヒーターから構成したことである。【００１６】  本発明の第４の解決手段は、加熱ガイド部材を構成する細巻ヒーター隣接間にはわずかな隙間を形成したことである。【００１７】  本発明の第５の解決手段は、加熱ガイド部材の内部にナノファイバーの流通路を形成したことである。【００１８】  本発明の第６の解決手段は、加熱ガイド部材の流通路に、吹き出されたエアーノズルからの高速高温エアーにより、細巻ヒーター隣接間のわずかな隙間から吸い込まれたエアーを加熱し、加熱エアーとして高速高温エアーに巻き込むようにしたことである。【００１９】  ここで、溶融ポリマーは熱可塑性樹脂を加熱または溶媒にて溶融した溶融ポリマーのことである。【００２０】  熱可塑性樹脂は、ポリエステルやポリアミド、ポリオレフイン、ポリウレタン（ＰＵ）などが挙げられる。ポリエステルとしてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリトリメチレンテレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などが挙げられる。また、ポリアミドとしてはナイロン６（Ｎ６）、ナイロン６６（Ｎ６６）、ナイロン１１（Ｎ１１）などが挙げられる。ポリオレフインとしてはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）などが使用される。
【発明の効果】
【００２１】  エアーノズルから吹き出した高速高温エアーに引き込まれた外周エアーは加熱ガイド部材の細管ヒーターで加熱され、高温となった外周エアーは高速高温エアーと一緒になってナノファイバーの延伸をさらに助長するようにしたナノファイバー発生装置は次のような効果が得られる。
（１）エアーノズルから吹き出した高速高温エアーの流れに溶融ポリマーを乗せて溶融ポリマーを延伸したナノファイバーに、さらに加熱ガイド部材で加熱すると共に加熱部材を構成する細管ヒーターの間隙から加熱部材内部に引き込まれた加熱された外周エアーで更に延伸することからナノファイバーの細線化が達成される。
（２）さらに、ナノファイバー径を２００ｎｍ以下の細線化を可能にしたことから、均一の径のナノファイバーを形成することができる。
（３）液玉や液滴を生じることなくナノファイバーを発生することができるようにしたので、均一の径のナノファイバーを形成することができる。
（４）溶融ポリマーのナノファイバー化を確実にしたので、ナノファイバーの発生量も多くなり、装置の規模に対し大量生産を可能としたものである。
（５）ナノファイバーの細線化を可能にしたことから、ナノファイバーが捕集され積層されたナノファイバー層は嵩高く層状になった形状に形成される。そのために、以下に示す利点を有する。
１．嵩高く層状になっているため、通気性が高い。
２．嵩高く層状になっているため、緻密な高密度捕捉機能が高い。
３．嵩高く層状になっているため、ダストやウイルスなどの捕集量が多い。
（６）加熱ガイド部材を設け加熱された外周エアーで更に延伸してナノファイバー細線化を可能にしたもので、簡単な方法でエネルギーコストの低減がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】加熱ガイド部材として細管ヒーターから構成したナノファイバー発生装置の断面概略図。
【図２】加熱ガイド部材として細管ヒーターから構成したナノファイバー発生装置の平面概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  以下、細管ヒーターから加熱ガイド部材を構成した場合のナノファイバー発生装置について図を参照して説明する。
【００２４】  １はナノファイバー発生装置の本体で、本体１には溶融ポリマーを吐出する噴出ノズル２と、噴出ノズル２から吐出する溶融ポリマーを延伸するために使用される高速高温エアーを発生するエアーノズル３が設けられている。さらに、本体１内には溶融ポリマーの加工源と噴出ノズル２とを接続する配管および高速高温エアーの発生源とエアーノズル３とを接続する通気管が配置されている。４は生成されたナノファイバー５の延伸を助長する機能を有する加熱ガイド部材である。
【００２５】  この加熱ガイド部材４は本体１に取り付けた支柱６と、この支柱６に巻環して取り付けた細管ヒーター７と支柱の先端に取り付けた中央開口の固定板８とから構成されている。さらに、細管ヒーター７の隣接間には間隙９が形成されている。また、加熱ガイド部材４の内部は流通路１０が形成され、この流通路１０にはエアーノズル３から発生した高速高温エアーによって、細管ヒーター７隣接間のわずかな隙間８から細管ヒーター７外周のエアーが細管ヒーター７に加熱されて吸い込まれるようになっている。
【００２６】  上記のように構成された本発明のナノファイバー発生装置の作動について説明する。
【００２７】  まず、噴出ノズル２から吐出する溶融ポリマーをエアーノズル３から吹き出された高速高温エアーの流れに乗せて加熱ガイド部材４の流通路１０を通過することにより、溶融ポリマー延伸させナノファイバー５を生成する。同時に、細管ヒーター７外周のエアーが細管ヒーター７の隙間９から吸い込まれ細管ヒーター７に加熱されて、加熱エアーとして加熱ガイド部材４の流通路１０を通過する高速高温エアーに巻き込まれるようにして流れる。
【００２８】  このことから、細管ヒーターで加熱することで、噴出ノズル２先端のポリマー球を炭化することなく柔らかく溶かすことができる。また高速高温エアーが巻き込む冷たいエアーを加熱し高速高温エアーの周りに高温の膜を形成する。これによって冷却時間が伸びることで繊維がより細くなる。
【００２９】  細管ヒーター７外周の加熱エアーが高速高温エアーに加算されナノファイバー５は加熱された多風量の流れに乗せられて延伸するためナノファイバー５はさらに細線化される。
【００３０】  このように、本発明のナノファイバー発生装置は単純な構造で従来にない細線化したナノファイバーの生成を可能にしたものである。
【００３１】  なお、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、また前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】  本発明者は、種々の研究の末、従来のＭｅｌｔ  Ｂｌｏｗｎ方式やＥＳＤ方式でない新規なナノファイバー発生装置を開発し、さらにナノファイバーの細線化を可能としたもので、本発明のナノファイバー発生装置により生成したナノファイバーを使用して理想の性能をもったナノファイバー繊維製品を製作することを可能としたもので本発明は産業上極めて利用価値の高いものである。
【符号の説明】
【００３３】１・・・ナノファイバー発生装置の本体        ２・・・噴出ノズル
３・・・エアーノズル        ４・・・加熱ガイド部材
５・・・ナノファイバー      ６・・・支柱        ７・・・細管ヒーター
８・・・固定板      ９・・・間隙        １０・・・流通路
【図１】
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【図２】
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