(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる第一帯電手段と、製造されたナノファイバを案内する風洞を形成する案内手段と、前記案内手段内部に前記ナノファイバを案内する気体流を発生させる気体流発生手段とを有する放出手段を複数と、
前記各放出手段から放出される気体流と共にナノファイバを合流させる合流手段と、
合流したナノファイバを帯電させる第二帯電手段と、
前記ナノファイバを収集する収集手段とを備え、
前記収集手段は、
ナノファイバを堆積させる堆積手段と、
ナノファイバを吸引する吸引電極と、
ナノファイバを吸引するための電位を前記吸引電極に印加する吸引電源と
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射工程と、
前記原料液に電荷を付与して帯電させる第一帯電工程と、
前記案内手段内部に前記ナノファイバを案内する気体流を発生させる気体流発生工程とを有する原料放出工程を複数と、
前記原料放出工程で放出されるナノファイバを合流させる合流工程と、
合流したナノファイバを帯電させる第二帯電工程と、
吸引電源により吸引電極に印加された電位によりナノファイバを吸引し、合流される前記ナノファイバを堆積手段に堆積させて収集する収集工程と
を含む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、エレクトロスピニング法（静電爆発）を用いてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置に関し、特に、ナノファイバを高密度な状態で収集するナノファイバ製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子物質などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質（ナノファイバ）を製造する方法として、エレクトロスピニング（電荷誘導紡糸）法が知られている。
【０００３】
このエレクトロスピニング法とは、溶媒中に高分子物質など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噴射（吐出）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静電爆発させることにより、ナノファイバを得る方法である。
【０００４】
より具体的には、帯電され噴射された原料液は、空間を飛行中の原料液の粒から溶媒が蒸発するに伴い原料液の体積は減少していく。一方、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の粒は、電荷密度が上昇することとなる。そして、原料液中の溶媒は、継続して蒸発し続けるため、原料液の粒の電荷密度がさらに高まり、原料液の粒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高分子溶液が爆発的に線状に延伸される現象（静電爆発）が生じる。この静電爆発が、空間において次々とねずみ算式に発生することで、直径がサブミクロンの高分子から成るナノファイバが製造される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
前記エレクトロスピニング法により製造されるナノファイバを糸や不織布の原料として用いる場合、大量のナノファイバを高密度で収集する必要がある。そのために、例えば特許文献２には、ナノファイバを収集するための電極である収集電極に向けて原料液を噴射する多数のノズルを配置し、多量のナノファイバを高密度で製造する発明が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−３３０６２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２０１５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが上記のようにエレクトロスピニング法は、ノズルと収集電極との間に高電圧を発生させ、帯電したナノファイバを電界により収集する。従って、原料液を噴射するノズルの数を増やしただけでは、ノズル同士で電界干渉が生じ、ノズルと収集電極との間の電界が安定せずナノファイバを均一に収集できないなどという問題がある。また、空間中を飛行するナノファイバは同極性に帯電しているためナノファイバ同士で反発が起こり、高い密度でナノファイバを収集することが困難となっている。
【０００７】
本願発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ナノファイバを大量に安定して製造し、また、高密度でナノファイバを収集することのできるナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる第一帯電手段と、製造されたナノファイバを案内する風洞を形成する案内手段と、前記案内手段内部に前記ナノファイバを案内する気体流を発生させる気体流発生手段とを有する放出手段を複数と、前記各放出手段から放出される気体流と共にナノファイバを合流させる合流手段と、前記ナノファイバを収集する収集手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、複数の放出手段により製造されるナノファイバを気体流により合流させることができるため、ナノファイバを高い空間密度で存在させることができ、効率よくナノファイバを収集することが可能となる。
【００１０】
さらに、前記製造されたナノファイバを除電する除電手段を備えてもかまわない。
【００１１】
これにより、帯電したナノファイバ同士が反発する状態を解消して、より空間密度の高い状態のナノファイバを製造することが可能となる。
【００１２】
さらに、合流したナノファイバを加速する加速手段を備えてもかまわない。
【００１３】
これにより、さらに高い密度でナノファイバを収集することが可能となる。
【００１４】
さらに、前記合流手段により合流するナノファイバを拡散させる拡散手段を備えてもかまわない。
【００１５】
これにより、一端合流し高い空間密度で存在するナノファイバが拡散状態となるため、ナノファイバが所定の空間内で均一に広がることとなる。従って、ナノファイバを均一に収集することができ、当該ナノファイバに基づき安定した品質の不織布などを製造することが可能となる。
【００１６】
また、前記収集手段は、前記気体流を挿通可能なシート状の堆積手段と、ナノファイバが堆積する前記堆積手段の側と反対側に配置され、前記放出手段から放出される気体流を吸引する吸引手段とを備えてもかまわない。
【００１７】
これにより、気体流と共に搬送されるナノファイバを強制的に気体流と分離し、堆積状態で収集することができ、より高密度でナノファイバを収集することが可能となる。
【００１８】
さらに、合流したナノファイバを帯電させる第二帯電手段を備え、前記収集手段は、ナノファイバを堆積させる堆積手段と、ナノファイバを吸引する吸引電極と、ナノファイバを吸引するための電位を前記吸引電極に印加する吸引電源とを備えてもかまわない。
【００１９】
これによれば、合流したナノファイバを積極的に帯電させ、当該帯電したナノファイバを電界により吸引するため、高い密度でナノファイバを収集することが可能となる。
【００２０】
また、前記噴射手段は、原料液を噴射させる噴射孔を備え、前記噴射孔は、前記気体流発生手段が発生させる気体流の方向と交差する方向に原料液を噴射させるように設けられることが好ましい。
【００２１】
これにより、収集手段のナノファイバ収集面積にかかわりなく、多くの原料液を噴射して、多くのナノファイバを製造することができる。従って、高い密度でナノファイバを収集することが可能となる。
【００２２】
また、上記目的は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射工程と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる第一帯電工程と、前記案内手段内部に前記ナノファイバを案内する気体流を発生させる気体流発生工程とを含む原料放出工程と、前記原料放出工程で放出されるナノファイバを合流させる合流工程と、合流される前記ナノファイバを収集する収集工程とを含むナノファイバ製造方法によっても解決できる。
【００２３】
当該方法の作用効果は上記と同様である。
【００２４】
さらに、前記原料放出工程の一方の放出条件は他方の放出条件とは異なるものとしてもよい。
【００２５】
これにより、傾斜組成を備える不織布など、目的に応じて様々な状態のナノファイバである収集物を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本願発明は、複数箇所で製造されるナノファイバを合流させた上で収集することができるため、高い密度でナノファイバを収集することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本願発明にかかるナノファイバ製造装置の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本願発明の実施の形態であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。
【００２９】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、噴射手段２０１と、第一帯電手段２０２と、案内手段２０６と、気体流発生手段２０３と、合流手段１３０と、収集手段１１０と、加速手段２３０と、除電手段２０７とを備えている。
【００３０】
噴射手段２０１と、第一帯電手段２０２と、案内手段２０６と、気体流発生手段２０３とは放出手段２００を構成しており、放出手段２００は、帯電した原料液３００や製造されるナノファイバ３０１を気体流に乗せて放出することができるユニットである。本実施の形態の場合、放出手段２００は２個設けられている。なお、放出手段２００については後で詳述する。
【００３１】
ここで、ナノファイバを製造するための原料液については原料液３００と記し、製造されたナノファイバについてはナノファイバ３０１と記すが、製造に際しては原料液３００が静電爆発しながらナノファイバ３０１に変化していくため、原料液３００とナノファイバ３０１との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。
【００３２】
合流手段１３０は、複数の放出手段２００から放出される原料液３００（ナノファイバ３０１）を気体流と共に合流させるための管状の部材である。合流手段１３０は、大径の主円筒体１３１の端部から小径の副円筒体１３２が２本連接された構造を有しており、２本の副円筒体１３２は異なる方向に向いた状態となっている。合流手段１３０は、原料液３００（ナノファイバ３０１）が導入される開口部が副円筒体１３２の端部に設けられており、ナノファイバ３０１が導出される開口部は主円筒体１３１の端部に設けられている。合流手段１３０は、前記開口部以外は閉鎖状態となっており、合流手段１３０内方に導入される原料液３００（ナノファイバ３０１）は、開口部に到達するまでの間、外方に漏れることなく合流され一つの流れとなって導出されるものとなっている。
【００３３】
収集手段１１０は、合流手段１３０から放出されるナノファイバ３０１を収集するための装置であり、堆積手段１０１と、搬送手段１０４と、吸引手段１０２と、吸引制御手段１０５と、領域規制手段１０３とを備えている。
【００３４】
堆積手段１０１は、静電爆発により製造され飛来するナノファイバ３０１が堆積される対象となる部材である。堆積手段１０１は、気体流により案内されるナノファイバ３０１を気体流と分離して収集する部材であり、気体流を挿通可能でナノファイバ３０１を挿通しない微細な孔を多数備えている。本実施の形態の場合、堆積手段１０１は、堆積したナノファイバ３０１と容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシート状の部材である。具体的には、堆積手段１０１として、アラミド繊維からなる長尺の網を例示することができる。さらに、堆積手段１０１の表面にテフロン（登録商標）コートを行うと、堆積したナノファイバ３０１を堆積手段１０１から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。また、堆積手段１０１は、ロール状に巻き付けられた状態で供給ロール１１１から供給されるものとなっている。
【００３５】
搬送手段１０４は、長尺の堆積手段１０１を巻き取りながら供給ロール１１１から引き出し、加速手段２３０の導出口近傍をゆっくりと移動させ、堆積するナノファイバ３０１と共に堆積手段１０１を搬送するものとなっている。搬送手段１０４は、ナノファイバ３０１が堆積している不織布を堆積手段１０１とともに巻き取ることができるものとなっている。
【００３６】
吸引手段１０２は、堆積手段１０１のナノファイバ３０１が堆積される側と反対側、すなわち、加速手段２３０が配置される側と反対側に配置され、放出手段２００から加速手段２３０を経て流れ来る気体流を堆積手段１０１に強制的に通過させて吸引する装置である。本実施の形態では、ナノファイバ製造装置１００は、吸引手段１０２として、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機が採用されており、領域規制手段１０３からダクト１２１に向かう気体流を発生させている。また、吸引手段１０２は、ダクト１２１と連通状態で配置されており、加速手段２３０から導出される気体流であって、原料液３００から蒸発した溶媒が混ざったほとんどの気体流を吸引し、ダクト１２１を通過して溶剤回収装置１０６まで搬送することができるものとなっている。
【００３７】
吸引制御手段１０５は、吸引手段１０２と電気的に接続され、吸引手段１０２の吸引量を制御する装置である。本実施の形態では吸引手段１０２として送風機が採用されており、吸引制御手段１０５は、前記送風機の回転数を制御することにより気体の吸引量を制御している。
【００３８】
領域規制手段１０３は、吸引手段１０２の吸引領域を規制する機能を有し、堆積手段１０１のナノファイバ３０１が収集される側と反対側にあって、堆積手段１０１と吸引手段１０２との間に配置される両端が開放状態の筒体である。領域規制手段１０３の形状は、ナノファイバ３０１が放出される端部形状に対応することが好ましい。本実施の形態の場合、加速手段２３０の導出端開口部の形状が矩形であるので、領域規制手段１０３も前記形状に対応する矩形の筒体が採用されている。なお、前記導出端部の形状が環状であれば、領域規制手段１０３も円筒形を採用すればよい。
【００３９】
加速手段２３０は、合流手段１３０で合流されたナノファイバ３０１の飛行速度を高める装置であり、第二気体流発生手段２３２と、加速風洞体２３４とを備えている。
【００４０】
加速風洞体２３４は、合流手段１３０の主円筒体１３１に接続され、合流手段１３０から導出されるナノファイバ３０１を堆積手段１０１まで案内する機能を有する筒状の部材であり、第二気体流発生手段２３２で発生する気体流を加速風洞体２３４内方に導入することが可能な気体流導入口２３３を周壁に備えている。加速風洞体２３４の合流手段１３０と接続される部分は、合流手段１３０の導出側端部の面積に対応する面積で構成されており、加速風洞体２３４の導出側端部は、前記導出側端部の面積より小さくなっている。従って、加速風洞体２３４は、全体として漏斗形状となっており、加速風洞体２３４に導入されたナノファイバ３０１を気体流と共に圧縮できる形状となっている。
【００４１】
また、加速手段２３０の上流側（導入側）の端部形状は、合流手段１３０の端部形状と合致する円環状である。一方、加速手段２３０の下流側（吐出側）の端部形状は、矩形である。また、加速手段２３０の下流側（吐出側）の端部形状は、堆積手段１０１の幅方向（同図紙面と垂直方向）全体に渡って延び、堆積手段１０１の移動方向は前記幅方向に対して狭い。加速手段２３０は、環状の上流端から矩形状の下流端に向かって徐々に形状が変化するものとなっている。
【００４２】
第二気体流発生手段２３２は、高圧ガスを加速風洞体２３４内部に導入することで気体流を発生させる装置である。本実施の形態では、第二気体流発生手段２３２は、高圧ガスを貯留しうるタンク（ボンベ）と、タンク内の高圧ガスの圧力を調節するバルブ２３５を有するガス導出手段を備える装置が採用されている。
【００４３】
なお、第二気体流発生手段２３２が供給するガスは、空気でもかまわないが、酸素含有比率が空気よりも低い安全ガスが望ましい。原料液３００から蒸発する溶媒による爆発を回避するためである。安全ガスとしては、空気から樹脂膜（中空糸膜）により酸素をある程度除去した低酸素濃度ガスや、過熱水蒸気を挙示することができる。なお、本記載は酸素の含有がほとんどない高純度なガスなどの使用を除外するものではなく、液体や気体等の状態でボンベに封入された高純度な窒素やドライアイスから供給される二酸化炭素なども利用可能である。
【００４４】
また、第二気体流発生手段２３２により発生する気体流を加熱する加熱手段を設けてもかまわない。
【００４５】
上記加速手段２３０によれば、加速風洞体２３４に導入されるナノファイバ３０１は、第二気体流発生手段２３２から気体流導入口２３３を経て導入される高圧（高速）のガスにより加速される。さらに、加速風洞体２３４の形状により、ナノファイバ３０１が存在する空間は除除に圧縮されてナノファイバ３０１が高密度状態となりながら収集手段１１０に向かって搬送される。
【００４６】
また、搬送されたナノファイバ３０１は、加速手段２３０により均一に分散した状態で収集手段１１０に向かって導出される。従って、収集手段１１０においては、均一な状態のナノファイバ３０１を収集することができる。これにより、収集したナノファイバ３０１をそのまま不織布とするような場合は、幅方向に厚さが均一な不織布を得ることが可能となる。また、収集したナノファイバ３０１を用いて紡糸する場合も、均一な糸を得ることが可能となる。
【００４７】
除電手段２０７は、帯電しているナノファイバ３０１を除電する装置であり、本実施の形態の場合、加速手段２３０の内方に備えられている。除電手段２０７は、例えば帯電しているナノファイバ３０１の極性と逆の極性を備えるイオンや粒子を空間中に放出することができる装置を挙示することができる。具体的には、コロナ放電方式や電圧印加方式、交流方式、定常直流方式、パルス直流方式、自己放電式、軟Ｘ線方式、紫外線式、放射線方式など任意の方式からなる除電手段２０７を採用して良い。また、除電手段は静電爆発が終了した後のナノファイバ３０１に対して除電を行う必要がある。
【００４８】
図２は、放出手段を示す断面図である。
【００４９】
図３は、放出手段を示す斜視図である。
【００５０】
放出手段２００は、前述の通り、噴射手段２０１と、第一帯電手段２０２と、案内手段２０６と、気体流発生手段２０３とを備えている。
【００５１】
これらの図に示すように、噴射手段２０１は、原料液３００を空間中に噴射する装置であり、本実施の形態では、原料液３００を遠心力により放射状に噴射する装置である。噴射手段２０１は、噴射容器２１１と、回転軸体２１２と、モータ２１３とを備えている。
【００５２】
噴射容器２１１は、原料液３００が内方に注入されながら自身の回転による遠心力により空間中に原料液３００を噴射することのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には噴射口２１６を多数備えている。噴射容器２１１は、貯留する原料液３００に電荷を付与するため、導電体で形成されている。噴射容器２１１は支持体（図示せず）に設けられるベアリング（図示せず）により回転可能に支持されている。
【００５３】
具体的には、噴射容器２１１の直径は、１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。あまり大きすぎると気体流により原料液３００やナノファイバ３０１を集中させることが困難になるからである。一方、小さすぎると遠心力により原料液３００を噴射させるための回転を高めなければならず、モータの負荷や振動など問題が発生するためである。さらに噴射容器２１１の直径は、２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。また、噴射口２１６の形状は円形が好ましく、その直径は、０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲から採用することが好適である。
【００５４】
回転軸体２１２は、噴射容器２１１を回転させ遠心力により原料液３００を噴射させるための駆動力を伝達するための軸体であり、噴射容器２１１の他端から噴射容器２１１の内部に挿通され、噴射容器２１１の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端はモータ２１３の回転軸と接合されている。
【００５５】
モータ２１３は、遠心力により原料液３００を噴射口２１６から噴射させるために、回転軸体２１２を介して噴射容器２１１に回転駆動力を付与する装置である。なお、噴射容器２１１の回転数は、噴射口２１６の口径や使用する原料液３００の粘度や原料液内の高分子物質の種類などとの関係により、数ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下の範囲から採用することが好ましく、本実施の形態のようにモータ２１３と噴射容器２１１とが直動の時はモータ２１３の回転数は、噴射容器２１１の回転数と一致する。
【００５６】
第一帯電手段２０２は、原料液３００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、第一帯電手段２０２は、誘導電極２２１と、誘導電源２２２と、接地手段２２３とを備えている。また、噴射容器２１１も第一帯電手段２０２の一部として機能している。
【００５７】
誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い電圧となることで、近傍に配置され接地されている噴射容器２１１に電荷を誘導するための部材であり、噴射容器２１１の先端部分を取り囲むように配置される円環状の部材である。また、誘導電極２２１は、気体流発生手段２０３からの気体流を合流手段１３０の副円筒体１３２に案内する案内手段２０６としても機能している。
【００５８】
誘導電極２２１の大きさは、噴射容器２１１の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、２００ｍｍ以上、８００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。
【００５９】
誘導電源２２２は、誘導電極２２１に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源２２２は、一般には、直流電源が好ましい。特に、発生させるナノファイバ３０１の帯電極性に影響受けないような場合、生成したナノファイバ３０１の帯電を利用して、電極上に回収するような場合には、直流電源が好ましい。また、それ以外の場合には、交流電源でもかまわない。また、誘導電源２２２が直流電源である場合、誘導電源２２２が誘導電極２２１に印加する電圧は、１０ＫＶ以上、２００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。特に、電界強度が重要であり、１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるように印加電圧や誘導電極の配置を行うことが好ましい。
【００６０】
接地手段２２３は、噴射容器２１１と電気的に接続され、噴射容器２１１を接地電位に維持することができる部材である。接地手段２２３の一端は、噴射容器２１１が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。
【００６１】
本実施の形態のように第一帯電手段２０２に誘導方式を採用すれば、噴射容器２１１を接地電位に維持したまま原料液３００に電荷を付与することができる。噴射容器２１１が接地電位の状態であれば、噴射容器２１１に接続される回転軸体２１２やモータ２１３などの部材を噴射容器２１１から電気的に絶縁する必要が無くなり、噴射手段２０１として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。
【００６２】
なお、帯電手段２０２として、噴射容器２１１に電源を接続し、噴射容器２１１を高電圧に維持して原料液３００に電荷を付与してもよい。また、噴射容器２１１を絶縁体で形成すると共に、噴射容器２１１に貯留される原料液３００に直接接触する電極を噴射容器２１１内部に配置し、当該電極を用いて原料液３００に電荷を付与するものでもよい。
【００６３】
気体流発生手段２０３は、噴射容器２１１から噴射される原料液３００の飛行方向を案内手段２０６の方向に変更するための気体流を発生させる装置である。気体流発生手段２０３は、モータ２１３の背部に備えられ、モータ２１３から噴射容器２１１の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段２０３は、噴射容器２１１から径方向に噴射される原料液３００が誘導電極２２１に到達するまでに前記原料液３００を軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。図２において、気体流は矢印で示している。本実施の形態の場合、気体流発生手段２０３として、放出手段２００の周囲にある雰囲気を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。
【００６４】
なお、気体流発生手段２０３は、シロッコファンなど他の送風機により構成してもかまわない。また、高圧ガスを導入することにより噴射された原料液３００の方向を変更するものでもかまわない。また、吸引手段１０２や第二気体流発生手段２３２などにより案内手段２０６内方に気体流を発生させるものでもかまわない。この場合、気体流発生手段２０３は積極的に気体流を発生させる装置を有しないこととなるが、本願発明の場合、案内手段２０６の内方に気体流が発生していることをもって気体流発生手段２０３が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、案内手段２０６の内方に気体流を発生させるようにすることも気体流発生手段が存在しているものとする。
【００６５】
さらにまた、放出手段２００は、気体流制御手段２０４と、加熱手段２０５とを備えている。
【００６６】
気体流制御手段２０４は、気体流発生手段２０３により発生する気体流が噴射口２１６に当たらないよう気体流を制御する機能を有するものであり、本実施の形態の場合、気体流制御手段２０４として、気体流を所定の領域に流れるように案内する風路体が採用されている。気体流制御手段２０４により、気体流が直接噴射口２１６に当たらないため、噴射口２１６から噴射される原料液３００が早期に蒸発して噴射口２１６を塞ぐことを可及的に防止し、原料液３００を安定させて噴射させ続けることが可能となる。なお、気体流制御手段２０４は、噴射口２１６の風上に配置され気体流が噴射口２１６近傍に到達するのを防止する壁状の防風壁でもかまわない。
【００６７】
加熱手段２０５は、気体流発生手段２０３が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段２０５は、案内手段２０６の内方に配置される円環状のヒータであり、加熱手段２０５を通過する気体を加熱することができるものとなっている。加熱手段２０５により気体流を加熱することにより、空間中に噴射される原料液３００は、蒸発が促進され効率よくナノファイバを製造することが可能となる。
【００６８】
次に、ナノファイバ３０１の製造方法の概略を説明する。
【００６９】
まず、各気体流発生手段２０３により、各案内手段２０６内部に気体流を発生させる。一方、吸引手段１０２により、堆積手段１０１よりも下流側から前記気体流を吸引する。
【００７０】
次に、各噴射容器２１１に原料液３００を供給する。原料液３００は、別途タンク（図示せず）に蓄えられており、各原料液供給路２１７（図２参照）を通過して各噴射容器２１１の他端部から噴射容器２１１内部に供給される。次に、各誘導電源２２２により各噴射容器２１１に貯留される原料液３００に電荷を供給しつつ、各噴射容器２１１を各モータ２１３により回転させて、遠心力により噴射口２１６から帯電した原料液３００を噴射する。
【００７１】
噴射容器２１１の径方向放射状に噴射された原料液３００は、気体流により飛行方向が変更される。原料液３００は静電爆発によりナノファイバ３０１を製造しつつ放出手段２００から放出される。また、前記気体流は、加熱手段２０５により加熱されており、原料液３００の飛行を案内しつつ、原料液３００に熱を与えて溶媒の蒸発を促進している。
【００７２】
これにより、堆積手段１０１の堆積面に対し垂直方向または略垂直方向に噴射口２１６を多数個並べることができ、一定の空間中に多量の原料液３００を噴射することが可能となる。これはつまり、堆積面の面積にかかわりなく、理論的には無限に噴射口２１６を設け、そこから噴射され製造されたナノファイバ３０１が前記堆積面に堆積されることを意味している。
【００７３】
また、気体流が加熱手段２０５により加熱されているため、溶媒の蒸発が促進され、静電爆発が促進され効率よくナノファイバ３０１を製造することが可能となる。従って、原料液３００の飛行距離を短くすることが可能となるため、装置全体の大きさを小さくすることが可能となる。
【００７４】
ここで、原料液３００の飛行方向を変更し溶媒の蒸発を促進させる気体流は、気体流制御手段２０４により噴射口２１６およびその近傍に到達しないように制御されている。従って、噴射口２１６の近傍では原料液３００に含まれる溶媒の蒸発が促進されにくい状態となるため、溶質により噴射口２１６が狭められ、また、封鎖されることが無い。よって、噴射容器２１１から長期間原料液３００を噴射し続けても、噴射量が低下することを可及的に抑止することができる。つまり、空間中の原料液３００やナノファイバ３０１の濃度を高い状態で長期間維持することが可能となる。
【００７５】
次に、各放出手段２００から放出され静電爆発により製造されたナノファイバ３０１は、合流手段１３０により気体流と共に合流する。そして、合流手段１３０の内方を気体流に乗って搬送される。この段階で、ナノファイバ３０１は、第一段階の高密度状態となって加速手段２３０に到達する。
【００７６】
加速手段２３０内方を通過するナノファイバ３０１は、高圧ガスの噴流により加速されつつ、加速手段２３０の内方が狭くなるにつれて徐々に圧縮され第二段階の高密度状態となって堆積手段１０１に到達する。堆積手段１０１は、背部（下流側）から気体流が吸引手段１０２により吸引されているため、フィルタとして機能し、ナノファイバ３０１と気体流とを分離してナノファイバ３０１のみを堆積させながら収集する。ナノファイバ３０１が堆積する堆積手段１０１は、搬送手段１０４の巻き取りにより一定の移動速度で移動しており、堆積手段１０１の上に堆積したナノファイバ３０１は、不織布を形成しながら堆積手段１０１と共に移動し、搬送手段１０４に巻き取られる。
【００７７】
上記構成により、複数箇所に配置される放出手段２００から放出された製造されたナノファイバ３０１は、合流手段１３０により集められ収集手段１１０により収集される。従って、多量のナノファイバ３０１を高密度で収集することが可能となる。
【００７８】
また、上記構成では、収集手段１１０に高電圧を必要とする電極などが必要とならないため、装置全体の構成が従来よりもシンプルとなり、対人安全性も向上させることが可能となる。
【００７９】
なお、本実施の形態１では、放出手段２００を２個備える場合を示したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、放出手段２００を３個以上備えるものでもかまわない。また、合流手段１３０は、上記機能を備えるのであれば放出手段２００の数や配置により適当な形状を選択しうる。
【００８０】
なお、ナノファイバ３０１を構成する高分子物質としては、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、ナイロン、アラミド、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、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００８１】
原料液３００に使用される溶媒としては、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、ピリジン、水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、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００８２】
さらに、原料液３００に骨材や可塑剤などの添加剤を添加してもよい。当該添加剤としては、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、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、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００８３】
溶媒と高分子との混合比率は、溶媒と高分子により異なるが、溶媒量は、約６０％から９８％の間が望ましい。
【００８４】
（実施の形態２）
次に、本願発明にかかる他の実施の形態を説明する。
【００８５】
図４は、本願発明の実施の形態であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。なお、上記実施の形態１と同じ機能を有する部材、装置等には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８６】
本実施の形態も、放出手段２００を複数備え、放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１を合流させる合流手段１３０、合流したナノファイバを加速させる加速手段２３０、飛来するナノファイバ３０１を気体流とナノファイバ３０１とに分離し、ナノファイバ３０１を堆積させる収集手段１１０とを備えている。これらは上記実施の形態１と同様である。
【００８７】
本実施の形態にかかるナノファイバ製造装置１００は、上記実施の形態１に加えて拡散手段２４０を備えている。また、領域規制手段１０３の形状は、拡散手段２４０の形状に対応して上記実施の形態１と異なっている。
【００８８】
拡散手段２４０は、加速手段２３０に接続され、合流手段１３０により合流したナノファイバ３０１を広く拡散させる部材であり、加速手段２３０で加速したナノファイバ３０１の速度を減速させるフード状の部材である。拡散手段２４０は、気体流が導入される上流端側の矩形の開口部と、気体流を放出する下流端側の矩形の開口部とを備え、下流端側の開口部の開口面積は、上流端側の開口部の開口面積よりも大きい設定となっている。拡散手段２４０は、上流端側の開口部から下流端側の開口部に向けて徐々に面積が大きくなるような形状が採用されている。下流端側の開口部は、堆積手段１０１の幅に対応する幅を有し、堆積手段１０１の移動方向に長く延びた形状となっている。
【００８９】
拡散手段２４０の小面積の導入端側から大面積の導出端側に向かって気体流が流れると、気体流の流速は拡散手段２４０の断面積に比例して落ちていく。従って、気体流は拡散手段２４０で減速することになる。一方、気体流に乗って搬送されるナノファイバ３０１も、気体流と共に速度が減速される。この際、ナノファイバ３０１は、拡散手段２４０の断面積の拡大に従い徐々に均等に拡散していく。従って、ナノファイバ３０１を堆積手段１０１上に均等に堆積させることが可能となる。
【００９０】
領域規制手段１０３は、堆積手段１０１側に拡散手段２４０の導出側開口端と同じ形状、同じ面積の開口部を備え、吸引手段１０２に接続される側の開口部は、吸引手段１０２に対応する円形となっている。
【００９１】
これにより、拡散手段２４０で流速の落ちた気体流を吸引し、堆積手段１０１によりナノファイバ３０１と分離することができる。その結果、均一に分散されたナノファイバ３０１を堆積手段１０１に強固に引きつけることができ、堆積手段１０１上に均一かつ高密度にナノファイバ３０１を収集することが可能となる。
【００９２】
なお、上記実施の形態２では、吸引手段１０２を一つ備える場合を例示したが、本願発明はこれに限定されるわけではない。例えば、拡散手段２４０の下流端開口部に対応する領域を複数の領域規制手段１０３で複数分割し、分割された領域それぞれに吸引手段１０２を複数備えてもかまわない。これにより、吸引手段１０２の吸引量を領域毎に調整することで、ナノファイバ３０１の堆積状態を任意にコントロールすることが可能となる。
【００９３】
また、実施の形態２においては、合流手段１３０により合流したナノファイバ３０１を加速手段２３０に接続し、その後、拡散手段２４０でナノファイバ３０１を拡散するように構成したが、合流手段１３０により合流したナノファイバ３０１を直接拡散手段２４０に接続して、ナノファイバ３０１を堆積手段１０１に堆積させてもよい。
【００９４】
（実施の形態３）
次に、本願発明にかかる他の実施の形態を説明する。
【００９５】
図５は、本願発明の実施の形態であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。なお、上記と同じ機能を有する部材、装置等には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００９６】
本実施の形態も、放出手段２００を複数備え、放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１を合流させる合流手段１３０、合流したナノファイバを加速させる加速手段２３０とを備えている。これらは上記実施の形態１と同様である。
【００９７】
本実施の形態にかかるナノファイバ製造装置１００は、上記実施の形態２に変えて収集手段１１０の態様が異なっており、また、除電手段２０７に変えて第二帯電手段２０８を備えている。
【００９８】
収集手段１１０は、合流手段１３０から放出されるナノファイバ３０１を収集するための装置であり、堆積手段１０１と、搬送手段１０４と、吸引電極１１２と、吸引電源１１３とを備えている。
【００９９】
吸引電極１１２は、帯電しているナノファイバ３０１を電界（電場）により吸引する部材であり、拡散手段２４０の下流側端部の開口部全体を覆う矩形の板状の電極である。吸引電極１１２の拡散手段２４０に向かう面の周縁部は尖った部分がなくアールが施されており、異常放電が発生するのを防止している。
【０１００】
吸引電源１１３は、吸引電極１１２に電位を付与するための電源であり、本実施の形態の場合は直流電源が採用されている。
【０１０１】
第二帯電手段２０８は、加速手段２３０の内壁に取り付けられ、帯電しているナノファイバ３０１の帯電を増強したり、中和されて中性となっているナノファイバ３０１を帯電させる機能を備える装置である。例えば帯電しているナノファイバ３０１の極性と同極性を備えるイオンや粒子を空間中に放出することができる装置を挙示することができる。具体的には、コロナ放電方式や電圧印加方式、交流方式、定常直流方式、パルス直流方式、自己放電式、軟Ｘ線方式、紫外線式、放射線方式など任意の方式からなる第二帯電手段２０８を採用して良い。
【０１０２】
次に、本実施の形態３におけるナノファイバ製造方法を説明する。
【０１０３】
ナノファイバ３０１の発生から、加速までは上記と同様である。次に、加速手段２３０の内壁に設けられる第二帯電手段２０８により、加速され圧縮されつつあるナノファイバ３０１を帯電させる。
【０１０４】
これにより、合流など長時間気体流で搬送され、自然放電で中性となったナノファイバ３０１に再度電荷を付与することが可能になる。
【０１０５】
そして、拡散手段２４０により、帯電したナノファイバ３０１が空間中に均一に分散する状態となる。一方、収集手段１１０の吸引電極１１２は、吸引電源１１３により帯電したナノファイバ３０１とは逆の極性の電圧が印加されているため、ナノファイバ３０１を電界（電場）により吸引し、堆積手段１０１の上にナノファイバ３０１を堆積させていく。
【０１０６】
以上のような構成、及び、方法によれば、目が細かく気体流が容易に通過しないような場合でもナノファイバ３０１を効率よく収集し堆積させることが可能となる。
【０１０７】
また、第二帯電手段２０８によりナノファイバ３０１を帯電させる極性を周期的に変化させ、これに対応して吸引電極１１２に印加される電圧の極性も変化させれば、堆積されたナノファイバ３０１自体が、次のナノファイバ３０１を吸引することができ、より厚くナノファイバ３０１を収集することも可能である。
【０１０８】
また、実施の形態３においては、合流手段１３０により合流したナノファイバ３０１を加速手段２３０に接続し、その後、拡散手段２４０でナノファイバ３０１を拡散するように構成したが、合流手段１３０により合流したナノファイバ３０１を直接拡散手段２４０に接続して、ナノファイバ３０１を堆積手段１０１に堆積させてもよい。
【０１０９】
上記実施の形態は、噴射手段２０１として原料液３００を遠心力により噴射させる装置を開示したが、本願発明はこれに限定されるわけではない。例えば、加圧された原料液３００をノズルから噴射させるものでもかまわない。また、２流体ノズルなどを用い気体流と原料液３００とを噴霧するものでもかまわない。
【０１１０】
また、一つのナノファイバ製造装置１００に対し放出手段２００を備える個数は限定されることはない。また、一の放出手段２００の放出条件と他の放出手段２００の放出条件とが異なるものとしてもよい。例えば放出条件とは、溶質の種類や溶媒の種類、帯電させる極性、帯電させる電圧、原料液３００を噴射するタイミング（間欠運転の間隔など）、原料液３００の噴射の量、気体流の流速、気体流の温度などである。また、これらを徐々に変化させることで傾斜組成を備えた不織布を製造することも可能となる。特に、各放出手段２００に使用する原料液３００の高分子物質の種類を変更して、タイミングをずらせて、ナノファイバ３０１を生成して、堆積手段１０１の移動速度を間欠運転等を行い、堆積手段１０１上に堆積させることができれば、多層の種類の異なる高分子物質が堆積することが可能になり、本願発明の実施の形態は、その応用範囲を拡大することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、ナノファイバ製造装置や、製造されたナノファイバを用いて紡糸する装置、製造されたナノファイバを用いて不織布を製造する装置などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本願発明の実施の形態１であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】放出手段を示す断面図である。
【図３】放出手段を示す斜視図である。
【図４】本願発明の実施の形態２であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。
【図５】本願発明の実施の形態３であるナノファイバ製造装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１００  ナノファイバ製造装置
１０１  堆積手段
１０２  吸引手段
１０３  領域規制手段
１０４  搬送手段
１０５  吸引制御手段
１１０  収集手段
１１１  供給ロール
１１２  吸引電極
１１３  吸引電源
１２１  ダクト
１３０  合流手段
１３１  主円筒体
１３２  副円筒体
２００  放出手段
２０１  噴射手段
２０２  第一帯電手段
２０３  気体流発生手段
２０４  気体流制御手段
２０５  加熱手段
２０６  案内手段
２０７  除電手段
２０８  第二帯電手段
２１１  噴射容器
２１２  回転軸体
２１３  モータ
２１６  噴射口
２２１  誘導電極
２２２  誘導電源
２２３  接地手段
２３０  加速手段
２３２  第二気体流発生手段
２３３  気体流導入口
２３４  加速風洞体
２３５  バルブ
２４０  拡散手段
３００  原料液
３０１  ナノファイバ
【図１】
0004960279.tif 000002
【図２】
0004960279.tif 000003
【図３】
0004960279.tif 000004
【図４】
0004960279.tif 000005
【図５】
0004960279.tif 000006