(57)【要約】【課題】より生産性が向上したナノファイバ製造装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、収集部と、吐出部と、調整部と、電源部と、駆動部と、を備えたナノファイバ製造装置が提供される。前記収集部に被堆積材が設けられる。前記被堆積材は、第１面と、第２面と、を有する。前記第２面は、前記第１面と反対の面である。前記吐出部は、前記第１面に向かって原料液を吐出する。前記調整部は、前記第２面に対向して設けられる。前記電源部は、前記吐出部と、前記調整部と、の間に電位差を発生させる。前記駆動部は、前記吐出部及び前記調整部の前記被堆積材に対する位置を変える。前記駆動部は前記吐出部を回転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と、前記第１面と反対の第２面と、を有する被堆積材が設けられた収集部と、
前記第１面に向かって原料液を吐出する吐出部と、
前記第２面に対向して設けられた調整部と、
前記吐出部と、前記調整部と、の間に電位差を発生させる電源部と、
前記吐出部及び前記調整部の前記被堆積材に対する位置を変えて、前記吐出部を回転させる駆動部と
を備えたナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記吐出部は、前記吐出部から前記第１面に向かう第１方向に駆動軸を有し、
前記吐出部は、前記駆動軸を中心に回転する請求項１記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
前記調整部の上に設けられ、前記吐出部に発生する電位と同じ極性に帯電しているプレートをさらに備えた請求項１または２記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
前記調整部の上に設けられた絶縁体をさらに備えた請求項１または２記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
被堆積材に向かって原料液を吐出する吐出部と、
前記被堆積材の前記吐出部に対向する側と反対側に対向して設けられた対象部と、
前記吐出部と、前記対象部と、の間に電位差を発生させる電源部と、
前記吐出部及び前記対象部の前記被堆積材に対する位置を変える駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、前記吐出部及び前記対象部を回転させる第１駆動部と、前記被堆積材を回転させる第２駆動部と、を有するナノファイバ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ナノファイバ製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノ単位の直径を有する繊維物質を製造する装置として、ナノファイバ製造装置が医療分野等の広い分野に用いられている。ナノファイバ製造装置において、エレクトロスピニング技術が用いられている。
【０００３】
エレクトロスピニング技術とは、高分子物質等が溶解した原料液と、ワークと、を帯電させ、原料液及びワークの電位差によって原料液をワークに向かって吐出させる技術である。原料液が電気的に延伸することでナノファイバが製造される。このようなナノファイバ製造装置において、生産性を向上させることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９４２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、より生産性が向上したナノファイバ製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、収集部と、吐出部と、調整部と、電源部と、駆動部と、を備えたナノファイバ製造装置が提供される。前記収集部に被堆積材が設けられる。前記被堆積材は、第１面と、第２面と、を有する。前記第２面は、前記第１面と反対の面である。前記吐出部は、前記第１面に向かって原料液を吐出する。前記調整部は、前記第２面に対向して設けられる。前記電源部は、前記吐出部と、前記調整部と、の間に電位差を発生させる。前記駆動部は、前記吐出部及び前記調整部の前記被堆積材に対する位置を変える。前記駆動部は前記吐出部を回転させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係るナノファイバ製造装置を示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係るナノファイバ製造装置の一部を示す模式図である。
【図３】第２実施形態に係るナノファイバ製造装置を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第２実施形態に係るナノファイバ製造装置の一部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るナノファイバ製造装置を示す模式図である。
図２は、第１実施形態に係るナノファイバ製造装置の一部を示す模式図である。
図２は、吐出部４０の回転方向を示している。
【００１０】
図１に表すように、ナノファイバ製造装置１００は、電源部１０と、駆動部２０と、制御部３０と、吐出部４０と、調整部５０と、収集部６０と、を備える。収集部６０には、ナノファイバＮを堆積させる基材７０（被堆積部）が設けられている。図１の矢印ａ１の方向（−Ｚ軸方向）は、吐出部４０が原料液を吐出する方向を示している。
【００１１】
基材７０は、第１面７０ａ及び第２面７０ｂを有する。第２面７０ｂは、第１面７０ａに反対側の面である。また、第１面７０ａに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。第１面７０ａは、Ｘ−Ｙ平面に対して平行である。
【００１２】
本実施形態のナノファイバ製造装置１００において、吐出部４０と、調整部５０と、の間に電圧を印加すると、表面張力によって吐出部４０の先端部分に留まっている原料液は正（または負）に帯電する。また、原料液は、異極に帯電（またはアース）している調整部５０に向かう電気力線に沿って作用する静電力によって吸引される。なお、吐出部４０と、調整部５０と、の間に印加する電圧は、１０〜１００ｋＶ程度である。
【００１３】
静電力が表面張力より大きくなると、原料液が吐出部４０の先端部分から吐出される。先端部分から吐出された原料液は、収集部６０に設けられた基材７０の第１面７０ａに向かって吐出される。このとき、原料液に含まれる溶媒は揮発し、ポリマーの繊維体が基材７０に到達する。これにより、ナノファイバＮが基材７０の上に堆積される。本実施形態のナノファイバ製造装置１００は、エレクトロスピニング法を用いてナノファイバＮを形成する。
【００１４】
ナノファイバ製造装置１００によって、平滑表面、多孔表面、ビーズ状、芯鞘状、中空状、極細ファイバー等の形状を有するナノファイバＮが基材７０の上に堆積される。図１において、ナノファイバＮは、斜線部分で表している。
【００１５】
電源部１０は、吐出部４０と、調整部５０と、の間に高電圧を印加する電源装置である。電源部１０は、例えば、直流電源を用いた電源装置である。例えば、電源部１０の一方の端子は、吐出部４０に電気的に接続され、電源部１０の他方の端子は、接地されている。また、調整部５０の一端は、接地されている。このような接続によって、吐出部４０と、調整部５０と、の間に電位差を発生させることができる。
【００１６】
駆動部２０は、吐出部４０に電気的に接続されている。駆動部２０は、吐出部４０をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に可動させる。また、駆動部２０は、調整部５０に電気的に接続されている。駆動部２０は、調整部５０をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に可動させる。駆動部２０は、例えば、駆動モータ等を用いて吐出部４０及び調整部５０を駆動させる。
【００１７】
また、駆動部２０は、収集部６０と電気的に接続して、収集部６０を駆動させることができる。これにより、基材７０がシート状の部材である場合、収集部６０の駆動（例えば、ローラ６１及び回動体６２の回転）によって、収集部６０から基材７０を送り出したり、収集部６０から基材７０を巻き取ることができる。
【００１８】
制御部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリー等を備えたコンピュータである。制御部３０は、電源部１０、駆動部２０及び吐出部４０の動作を制御する。制御部３０は、電源部１０、駆動部２０及び吐出部４０に電気的に接続されている。制御部３０は、吐出液に印加される電圧値を決定するように電源部１０を制御する。制御部３０は、吐出部４０及び調整部５０を可動させるように駆動部２０を制御する。制御部３０は、吐出液の量を決定するように吐出部４０を制御する。
【００１９】
吐出部４０は、例えば、ナノファイバＮを形成する材料である原料液を吐出するノズルである。吐出部４０は、先端部分４１と、本体部分４２と、を有する。例えば、原料液は、吐出部４０とは別に設けられたタンク等に蓄えられ、タンクからパイプを介して吐出部４０の本体部分４２に供給される。本体部分４２に蓄えられた原料液は、先端部分４１から吐出される。例えば、先端部分４１は、吐出ヘッドであって、本体部分４２は、シリンジである。先端部分４１と本体部分４２との間にチューブ等の流路を設けて、本体部分４２から先端部分４１に原料液を供給しても良い。吐出部４０にセラミック等の粒子を設けても良く、これにより、吐出部４０における放電を抑制することができる。
【００２０】
原料液は、ナノファイバＮの基材となる溶質を溶媒中に分散または溶解させた液体である。また、原料液は、ナノファイバＮの材質やナノファイバＮの性質等により適宜調整される液体である。例えば、原料液に分散または溶解する溶質として樹脂がある。また、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がある。原料液に無機質固体材料を添加しても良い。
【００２１】
吐出部４０は、駆動部２０によってＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に可動する。吐出部４０は、矢印ａ２〜矢印ａ４の方向に可動する。また、図２に表すように、吐出部４０の駆動軸４０ａをＺ軸方向に設けた場合、吐出部４０は、駆動軸４０ａを中心に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に回転する。吐出部４０は、矢印ａ５及び矢印ａ６の方向に回転する。この場合、Ｚ軸方向が第１方向である。
【００２２】
吐出部４０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に可動し、駆動軸４０ａを中心に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に回転するので、吐出部４０の基材７０に対する位置が変化して、基材７０にナノファイバＮを立体的（３次元的）に堆積させることができる。これにより、基材７０にナノファイバＮを均一に堆積させることができる。
【００２３】
調整部５０は、基材７０の第２面７０ｂに対向して設けられている。調整部５０は、導電性の部材である。調整部５０は、例えば、矩形状を有する。調整部５０は、例えば、吐出部４０に発生する電位と極性が逆の電位を有するように設けられている。また、調整部５０は、アースされていても良い。調整部５０が吐出部４０の電位と極性が逆の電位を有する、もしくは、アースされているので、吐出部４０から原料液が吐出されてナノファイバＮが基材７０の上に堆積される。
【００２４】
調整部５０は、駆動部２０によってＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に可動する。調整部５０は、所定の方向（Ｘ軸方向からＺ軸方向）に駆動軸を設けることができる。調整部５０は、矢印ａ７〜矢印ａ９の方向に可動する。調整部５０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に可動するので、調整部５０の基材７０に対する位置が変化して、基材７０にナノファイバＮを均一に堆積させることができる。
【００２５】
また、プレート５１が調整部５０の上に設けられている。例えば、プレート５１は、導電性の部材であって、吐出部４０に発生する電位と同じ極性に帯電している。例えば、吐出部４０に発生する電位が正電位である場合、プレート５１は、正に帯電している。このようなプレート５１を設けると、基材７０の上であって、基材７０とプレート５１との重畳する部分にはナノファイバＮが堆積され難くなる。これにより、ナノファイバＮが基材７０の上に堆積される範囲を制御することができる。また、調整部５０の上に絶縁体を設けてナノファイバＮが基材７０の上に堆積される範囲を制御しても良い。
【００２６】
収集部６０は、ナノファイバＮが堆積した基材７０を収集する。
基材７０は、例えば、紙等のシート状の部材である。
収集部６０には、例えば、ローラ６１と、回動体６２と、が設けられている。例えば、収集部６０は、ナノファイバＮが堆積した基材７０を搬送して収集する。基材７０がシート状の部材である場合、基材７０は、ローラ６１に巻かれている。ローラ６１は、回動体６２により駆動されることによって、基材７０を巻くように回転する。ローラ６１の駆動によって、基材７０の上に堆積されたナノファイバＮは、吐出部４０が原料液を吐出する方向（矢印ａ１の方向）に垂直な方向（Ｙ軸方向）に搬送される。
【００２７】
ここで、エレクトロスピンニング法を用いたナノファイバ製造装置において、ナノファイバが基材に堆積されると、ナノファイバが堆積した基材の近傍は電位が高くなり、続いて生成されたナノファイバは、基板の電位が高い領域（ナノファイバが既に堆積した領域）には堆積され難くなる。これにより、基材にナノファイバを均一に堆積することは困難であった。
【００２８】
本実施形態のナノファイバ製造装置１００において、吐出部４０及び調整部５０がＸ軸方向からＺ軸方向に可動し、吐出部４０がＺ軸方向に設けられた駆動軸を中心にＸ軸方向及びＹ軸方向に回転する。このような吐出部４０及び調整部５０を設けると、基材７０の上にナノファイバＮを均一に堆積することができる。また、吐出部４０が回転するので、基材７０にナノファイバＮを立体的に堆積させることができる。これにより、歩留りが向上する。
【００２９】
本実施形態によれば、より生産性が向上したナノファイバ製造装置が提供できる。
【００３０】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係るナノファイバ製造装置を示す模式図である。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第２実施形態に係るナノファイバ製造装置の一部を示す模式図である。
【００３１】
図３に表すように、ナノファイバ製造装置１１０には、電源部１０と、駆動部２０と、吐出部４０と、対象部８０と、除電部９０と、絶縁部９１と、支持プレートＰ１〜Ｐ３と、連結部分Ｃと、が設けられている。駆動部２０は、第１駆動部２０ａ及び第２駆動部２０ｂを有する。第２駆動部２０ｂには、ナノファイバＮを堆積させるワークＷ（被堆積部）が設けられている。図３の矢印ａ１０の方向は、第１駆動部２０ａが回転する方向を示している。また、ナノファイバ製造装置１１０に、電源部１０等を制御する制御部を設けても良い。
【００３２】
本実施形態のナノファイバ製造装置１１０において、吐出部４０と、対象部８０と、の間に電圧を印加すると、表面張力によって吐出部４０の先端部分に留まっている原料液は正（または負）に帯電する。また、原料液は、異極に帯電（またはアース）している対象部８０に向かう電気力線に沿って作用する静電力によって吸引される。
【００３３】
静電力が表面張力より大きくなると、原料液が吐出部４０の先端部分から吐出される。先端部分から吐出された原料液は、第２駆動部２０ｂに設けられたワークＷに向かって吐出される。このとき、原料液に含まれる溶媒は揮発し、ポリマーの繊維体がワークＷに到達する。これにより、ナノファイバＮがワークＷの上に堆積される。本実施形態のナノファイバ製造装置１１０は、エレクトロスピニング法を用いてナノファイバＮを形成する。
【００３４】
電源部１０は、吐出部４０と、対象部８０と、の間に高電圧を印加する電源装置である。例えば、電源部１０の一方の端子は、吐出部４０に電気的に接続され、電源部１０の他方の端子は、接地されている。また、対象部８０の一端は、接地されている。このような接続によって、吐出部４０と、対象部８０と、の間に電位差を発生させることができる。
【００３５】
第１駆動部２０ａは、連結部分Ｃに接続して連結部分Ｃを回転させる。第１駆動部２０ａは、所定の方向に駆動軸を有する。第２駆動部２０ｂは、ワークＷを回転させる。なお、第２駆動部２０ｂによってワークＷを回転させる方法は、後に説明する。第１駆動部２０ａ及び第２駆動部２０ｂは、例えば、駆動モータ等を用いて連結部分Ｃ及びワークＷを回転させることができる。
【００３６】
吐出部４０は、支持プレートＰ１の上に設けられている。対象部８０は、支持プレートＰ３の上に設けられている。第１駆動部２０ａが矢印ａ１０の方向に回転駆動することで、連結部分Ｃを介して第１駆動部２０ａに連結した支持プレートＰ１及び支持プレートＰ３が、ワークＷの周囲を回転する。つまり、支持プレートＰ１に設けられた吐出部４０と、支持プレートＰ３に設けられた対象部８０と、がワークＷの周囲を回転する。これにより、ワークＷにナノファイバＮを立体的（３次元的）に堆積させることができる。ワークＷにナノファイバＮを均一に堆積することができる。
【００３７】
例えば、第１駆動部２０ａの駆動軸をＹ軸方向に設けた場合、第１駆動部２０ａは、Ｙ軸を中心に回転する。第１駆動部２０ａがＹ軸を中心に回転すると、連結部分Ｃを介して第１駆動部２０ａに連結した支持プレートＰ１及び支持プレートＰ３がＹ軸を中心にワークＷの周囲を回転する。これにより、吐出部４０及び対象部８０がＹ軸を中心にワークＷの周囲を回転する。なお、第１駆動部２０ａの駆動軸は、Ｘ軸方向またはＺ軸方向に設けても良い。このような場合、吐出部４０及び対象部８０がＸ軸またはＺ軸を中心にワークＷの周囲を回転する。
【００３８】
ワークＷは、第２駆動部２０ｂに設けられている。第２駆動部２０ｂは、ワークＷを回転させる。例えば、図４（ａ）に表すように、第２駆動部２０ｂは、ワークＷを把持するアームを有する。アームによってワークＷの把持面を変えることで、ワークＷの吐出部４０に対向する面を変えることができる。これにより、第２駆動部２０ｂは、ワークＷを回転させる。例えば、ワークＷを載置する台を用いてワークＷの把持面を変えても良い。
【００３９】
また、図４（ｂ）に表すように、第２駆動部２０ｂを絶縁体によって形成し、絶縁体の内部に電磁石２０ｍを設けることで、第２駆動部２０ｂはワークＷを回転させても良い。このような場合、第２駆動部２０ｂは、電磁石２０ｍの磁力を加える部分を切り替えることで、ワークＷを回転させることができる。
【００４０】
また、図４（ｃ）に表すように、第２駆動部２０ｂを板状の絶縁体によって形成し、この絶縁板内に開口部２０ｏを設けて、開口部２０ｏに供給される空気によって、第２駆動部２０ｂはワークＷを回転させても良い。このような場合、第２駆動部２０ｂは、開口部２０ｏの空気の流量によってワークＷを浮遊させることで、ワークＷを回転させることができる。
【００４１】
第２駆動部２０ｂがワークＷを回転させると、吐出部４０がナノファイバＮを堆積させるワークＷの堆積面を変えることができる。これにより、ワークＷにナノファイバＮを立体的（３次元的）に堆積させることができる。ワークＷにナノファイバＮを均一に堆積することができる。
【００４２】
対象部８０は、支持プレートＰ３に設けられた導電性の部材である。対象部８０は、例えば、吐出部４０に発生する電位と極性が逆の電位を有するように設けられている。また、対象部８０は、アースされていても良い。対象部８０が吐出部４０の電位と極性が逆の電位を有する、もしくは、アースされているので、吐出部４０から原料液が吐出されてナノファイバＮがワークＷの上に堆積される。
【００４３】
除電部９０は、例えば、イオン発生器等の静電除去装置（イオナイザ）である。例えば、吐出部４０の先端部分が正に帯電している場合、ワークＷの上に堆積されたナノファイバＮは正電荷を有する。このような場合、正に帯電したナノファイバＮ同士は反発するのでナノファイバＮを連続して堆積し難い。したがって、除電部９０にマイナスイオン発生器を用いて、既に堆積したナノファイバＮの正電荷を除電（中和）することにより、ワークＷの上にナノファイバＮを連続して堆積することができる。
【００４４】
除電部９０は、ワークＷに対して固定しているが、これに限定するものではない。除電部９０は、ワークＷに対して可動（例えば、回転）しても良い。例えば、除電部９０がワークＷに対して固定している場合、第２駆動部２０ｂの駆動によってワークＷによるナノファイバＮの堆積面が変わると、除電部９０は、既に堆積したナノファイバＮに対して除電処理を行うことができる。
【００４５】
一方、除電部９０がワークＷに対して回転している場合、例えば、除電部９０は、第１駆動部２０ａの回転駆動に基づいて、既に堆積したナノファイバＮに対して除電処理を行うことができる。例えば、除電部９０は、ワークＷの吐出部４０が吐出する側と反対側から既に堆積したナノファイバＮに対して除電処理を行うことができる。
【００４６】
絶縁部９１は、ワークＷをＹ軸方向から挟み込むように、ワークＷと対象部８０との間に設けられている。絶縁部９１は、例えば、絶縁カバーである。
【００４７】
前述したように、第１駆動部２０ａの回転駆動によって、吐出部４０及び対象部８０がワークＷの周囲を回転してワークＷにナノファイバＮを堆積する。また、第２駆動部２０ｂの駆動によって、吐出部４０がナノファイバを堆積させるワークＷの堆積面を変えることができる。このような第１駆動部２０ａ及び第２駆動部２０ｂによって、ワークＷにナノファイバＮを立体的（３次元的）に堆積させることができる。ワークＷにナノファイバＮを均一に堆積することができる。
【００４８】
本実施形態によれば、より生産性が向上したナノファイバ製造装置が提供できる。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０…電源部、  ２０…駆動部、  ２０ａ…第１駆動部、  ２０ｂ…第２駆動部、  ２０ｍ…電磁石、  ２０ｏ…開口部、  ３０…制御部、  ４０…吐出部、  ４０ａ…駆動軸  ４１…先端部分、  ４２…本体部分、  ５０…調整部、  ５１…プレート、  ６０…収集部、  ６１…ローラ、  ６２…回動体、  ７０…基材、  ７０ａ…第１面、  ７０ｂ…第２面、  ８０…対象部、  ９０…除電部、  ９１…絶縁部、  １００、１１０…ナノファイバ製造装置、  ａ１〜ａ１０…矢印、  Ｃ…連結部分、  Ｎ…ナノファイバ、  Ｐ１〜Ｐ３…支持プレート、  Ｗ…ワーク
【図１】
2016176150.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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