(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で静電爆発させ、製造されたナノファイバを収集するナノファイバ製造装置であって、
前記原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体と、
前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され、前記流出体に電荷を誘導する誘導電極と、
前記流出体と前記誘導電極との間を所定の電圧にする誘導電源と、
前記誘導電極の端部を覆う誘電体からなる抑止部材と
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記流出体は、筒型で、その周壁に複数の前記流出孔が設けられ、
前記誘導電極は、筒型で、前記流出体の周壁を取り囲み、前記流出孔を覆うように配置され、
前記抑止部材は、前記誘導電極の一方端部もしくは両端部に設けられ、
さらに、
前記流出体と前記誘導電極との間を通過し、製造されるナノファイバの飛行方向を変更する気体流を発生させる気体流発生手段を備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
さらに、前記流出体を回転させ、前記流出孔から原料液を遠心力により流出させる駆動力を発生させる駆動源を備える請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
さらに、
前記誘導電極とは別体であって、ナノファイバを誘引する電界を形成する誘引電極と、
前記誘引電極を所定の電位とする誘引電源と
を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
さらに、
ナノファイバを気体流により誘引する吸引手段を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【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しう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流出（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】
より具体的にエレクトロスピニング法を説明すると次のようになる。すなわち、帯電され空間中に流出された原料液は、空間を飛行中に徐々に溶媒が蒸発していく。これにより、飛行中の原料液の体積は、徐々に減少していくが、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は、電荷密度が徐々に上昇することとなる。そして、溶媒は、継続して蒸発し続けるため、原料液の電荷密度がさらに高まり、原料液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幾何級数的に発生することで、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。
【０００５】
以上のようなエレクトロスピニング法を実現するためには、空間を隔てて配置され、高電圧に維持される二つの電極の一方に原料液を接触させ、大量の電荷を原料液に付与して帯電させる必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
そこで、従前のナノファイバ製造装置は、前記電極から異常放電が発生しないように、電極の配置や形状が工夫されている。
【特許文献１】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】
【０００７】
本願発明者は、異常放電の発生が抑制されたナノファイバ製造装置について、更なる生産効率の向上を目指し、鋭意実験と研究とを重ねたところ、ナノファイバの製造空間に存在するイオンがナノファイバの生産効率に悪影響を及ぼすことを見いだした。そしてさらに研究を重ねたところ、ナノファイバの製造空間にイオンが存在する原因は、電極から放射されるイオン風であるとの知見を得た。
【０００８】
本願発明は、上記知見に基づきなされたものであり、電極からのイオン風の発生を可及的に抑止しうるナノファイバ製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、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で静電爆発させ、製造されたナノファイバを収集するナノファイバ製造装置であって、前記原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され、前記流出体に電荷を誘導する誘導電極と、前記流出体と前記誘導電極との間を所定の電圧にする誘導電源と、前記誘導電極の端部に設けられ、前記誘導電極からのイオン風の発生を抑止する抑止手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、ナノファイバの製造空間に対して発生するイオン風を可及的に抑止することができ、ナノファイバ製造装置の生産効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、前記抑止手段は、滑らかな曲面で構成される誘導電極の部分であってもよい。
これにより、ナノファイバの生産効率を向上させることが可能となる。
【００１２】
また、前記抑止手段は、前記誘導電極の端部を覆う誘電体からなる抑止部材を備えることが好ましい。
【００１３】
これにより、誘導電極からのイオン風の発生を容易かつ効果的に抑止することができ、ナノファイバの生産効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、前記流出体は、筒型で、その周壁に複数の前記流出孔が設けられ、前記誘導電極は、筒型で、前記流出体の周壁を取り囲み、前記流出孔を覆うように配置され、前記抑止手段は、前記誘導電極の一方端部もしくは両端部に設けられ、さらに、前記流出体と前記誘導電極との間を通過し、製造されるナノファイバの飛行方向を変更する気体流を発生させる気体流発生手段を備えることが好ましい。
【００１５】
これによれば、一度に多量のナノファイバを製造することができる。しかも、ナノファイバの製造空間に近接している誘導電極に抑止手段が設けられているため、より効果的にナノファイバの生産効率を向上させることが可能となる。
【００１６】
さらに、前記誘導電極とは別体であって、ナノファイバを誘引する電界を形成する誘引電極と、前記誘引電極を所定の電位とする誘引電源とを備えることが好ましい。
【００１７】
これにより、流出体と誘導電極との間で発生する電界とは異なる電界を誘引電極で発生させ、原料液に電荷を付与するための電界とナノファイバを誘引するための電界とを別々に制御することができる。従って、ナノファイバの状態に応じて適切にナノファイバを誘引することができる。
【００１８】
さらに、ナノファイバを気体流により誘引する吸引手段を備えてもよい。
これにより、製造されるナノファイバの帯電が弱まったり、帯電が０となるような場合でも、ナノファイバを所望の位置に誘引することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明によれば、ナノファイバの製造工程、特に静電爆発に悪影響を与えると考えられるイオン風の発生を抑止し、ナノファイバの生産効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本願発明にかかる実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
まず、ナノファイバ製造装置の概要を説明する。
【００２１】
図１はナノファイバ製造装置を概略的に示す断面図である。
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、ナノファイバ３０１を製造し製造されたナノファイバ３０１を放出する放出装置２００と、放出装置２００から放出されたナノファイバを収集する収集装置１１０とを備えている。
【００２２】
放出装置２００は、原料液流出手段２０１と、原料液帯電手段２０２と、案内手段２０６と、気体流発生手段２０３とを備えている。
【００２３】
ここで図中において、ナノファイバを製造するための原料液については、“３００”の符号を付し、製造されたナノファイバについては、“３０１”の符号を付すが、ナノファイバを製造するに際しては、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。
【００２４】
原料液流出手段２０１は、原料液３００を空間中に流出させる装置であり、本実施の形態では、原料液３００を遠心力により放射状に流出する装置が原料液流出手段２０１として採用されている。
【００２５】
図２は、原料液流出手段２０１を概略的に示す断面図である。
図３は、原料液流出手段２０１を概略的に示す斜視図である。
【００２６】
これらの図に示すように、原料液流出手段２０１は、流出体２１１と、回転軸体２１２と、駆動源２１３とを備えている。
【００２７】
流出体２１１は、原料液３００を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を流出させ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、周壁には流出孔２１６を多数備えている。流出体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おり、原料液帯電手段２０２の構成要素としても機能している。流出体２１１は、ベアリング２０８により回転可能に支持されており、高速で回転してもぶれないものとなされている。
【００２８】
具体的には、流出体２１１の直径は、１０ｍｍ以上、３００ｍｍ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り、また、流出体２１１の回転軸が偏心するなど、重量バランスが少しでも偏ると大きな振動が発生してしまい、当該振動を抑制するために流出体２１１を強固に支持する構造が必要となるからである。一方、小さすぎると遠心力により原料液３００を流出させるための回転を高めなければならず、駆動源の負荷や振動など問題が発生するためである。さらに流出体２１１の直径は、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。また、流出孔２１６の形状は円形が好ましく、その直径は、０．０１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲から採用することが好適である。
【００２９】
なお、流出体２１１の形状は、円筒形状に限定するものではなく、断面が多角形状の多角筒形状のようなものや円錐形状のようなものでもよい。流出孔２１６が回転することにより、流出孔２１６から原料液３００が遠心力で流出可能な形状であればよい。また、流出孔２１６の形状は、円形に限定することなく、多角形状や星形形状などであってもよい。
【００３０】
回転軸体２１２は、流出体２１１を回転させ、遠心力により原料液３００を流出させるための駆動力を伝達するための軸体であり、流出体２１１の他端から流出体２１１の内部に挿通され、流出体２１１の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端は駆動源２１３の回転軸と接合されている。回転軸体２１２は、流出体２１１と後述の駆動源２１３とが導通しないように絶縁体の部分である絶縁体部（図示せず）を備えている。
【００３１】
駆動源２１３は、遠心力により原料液３００を流出孔２１６から流出させるために、回転軸体２１２を介して流出体２１１に回転駆動力を付与する装置であり、本実施の形態の場合、駆動源２１３として電動モータが採用されている。なお、流出体２１１の回転数は、流出孔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駆動源２１３と流出体２１１とが直動の時は駆動源２１３の回転数は、流出体２１１の回転数と一致する。
【００３２】
原料液帯電手段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、原料液帯電手段２０２は、誘導電荷を発生させ当該電荷を原料液３００に付与する装置であり、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、流出体２１１も原料液帯電手段２０２の一部の電極として機能している。
【００３３】
誘導電極２２１は、円筒型で、流出体２１１の周壁を同心円状に取り囲み、前記流出孔を覆うように配置される導体からなる部材である。誘導電極２２１は、自身がアースに対し大きな電圧（絶対値として）に維持されることで、軸心近傍に配置され接地されている流出体２１１に電荷を誘導するための部材である。また、誘導電極２２１は、気体流発生手段２０３からの気体流を案内手段２０６に案内する風洞体２０９としても機能している。
【００３４】
誘導電極２２１の内径は、流出体２１１と所定の間隔を隔てて配置されるものであり、流出体２１１の外径よりも大きい必要があり、流出体２１１との間で１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるような内径が望ましい。また、流出体２１１から流出される原料液３００が誘導電極２２１に到達するまでに、原料液３００の飛行方向を変更する必要もある。従って、誘導電極２２１の内径は、誘導電源２２２が印加できる電圧と、原料液３００の流出速度とに基づき総合的に決定される。
【００３５】
具体的には、誘導電極２２１の内径は、２００ｍｍ以上、８００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。なお、誘導電極２２１の形状は、円環状に限ったものではなく、多角形状を有する多角形環状の部材であってもよい。
【００３６】
誘導電極２２１の両端部には抑止部材２２４が取り付けられている。抑止部材２２４は、樹脂やゴムなどの誘電体からなる部材であり、誘導電極２２１の端部に存在する角を覆う部材である。以上のように設けられる抑止部材２２４は、イオン風を抑止する抑止手段２２５として機能している。なお、抑止部材２２４の取り付けは、これに限定するものではなく、誘導電極２２１の一方端部のみに、抑止部材２２４を取り付けても同様の効果が得られる。特に、案内手段２０６側の誘導電極２２１の一方端部からは、イオン風が出た後、直ぐに生成されたナノファイバ３０１と混合する為に、その効果は大きいものがある。
【００３７】
本実施の形態の場合、抑止部材２２４は、柔軟性があるチューブ形状となっており、周壁を軸方向に１本の切れ目で切断されるものとなっている。そして、抑止部材２２４は、当該切断部に誘導電極２２１の端部を突き入れた状態で誘導電極２２１に取り付けられている。また、抑止部材２２４の表面は、滑らかな面で構成されており、電気的に特異な点や線ができる限り存在しないものとなっている。
【００３８】
これにより、イオン風が最も発生しやすい誘導電極２２１の角を覆うことができ、イオン風の発生を抑止することが可能となる。特に、本実施の形態における誘導電極２２１の角は、ナノファイバ３０１が製造される空間近傍に存在するため、当該角から発生するイオン風を抑止することで、ナノファイバ３０１の生産効率を効果的に向上させることが可能となる。
【００３９】
また、抑止部材２２４を設けることにより、ナノファイバ３０１の繊維径も細くすることが可能となる。
【００４０】
なお、抑止部材２２４は、チューブ状である必要はなく、断面円形の中実の円環であってもかまわない。この場合、抑止部材２２４に誘導電極２２１の端部を差し入れることのできる溝を設け、当該溝に誘導電極２２１を差し込むことで抑止部材２２４を設けてもかまわない。
【００４１】
また、図４に示すように、誘導電極２２１の端部の表面を電気的に特異な点や線を無くし、滑らかな面で構成されるようにしてもかまわない。この場合、当該誘導電極２２１の端部が抑止手段２２５として機能する。
【００４２】
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、直流電源であり、誘導電極２２１に印加する電圧（接地電位を基準とする）や、その極性を設定することができる装置である。
【００４３】
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、流出体２１１と誘導電極２２１との間の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２２１の配置を行うことが好ましい。
【００４４】
接地手段２２３は、流出体２１１と電気的に接続され、流出体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、流出体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。
【００４５】
本実施の形態のように原料液帯電手段２０２に誘導方式を採用すれば、流出体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。流出体２１１が接地電位の状態であれば、流出体２１１に接続される回転軸体２１２や駆動源２１３などの部材は、流出体２１１との間で高電圧に対する対策をする必要が無くなり、原料液流出手段２０１として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。
【００４６】
なお、原料液帯電手段２０２として、流出体２１１に直接電源を接続し、流出体２１１を高電圧に維持し、誘導電極２２１を接地することで原料液３００に電荷を付与してもよい。また、流出体２１１を絶縁体で形成すると共に、流出体２１１に貯留される原料液３００に直接接触する電極を流出体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。
【００４７】
気体流発生手段２０３は、流出体２１１から流出される原料液３００の飛行方向を案内手段２０６（図１参照）で案内される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、駆動源２１３の背部に備えられ、駆動源２１３から流出体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、流出体２１１から径方向に流出される原料液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、放出装置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。
【００４８】
気体流発生手段２０３は、発生した気体流を発散させることなく流出体２１１の近傍に案内する導管である風洞体２０９を備えている。風洞体２０９により案内された気体流が流出体２１１から流出された原料液３００と交差し、原料液３００の飛行方向を変更する。
【００４９】
さらにまた、気体流発生手段２０３は、気体流制御手段２０４と、加熱手段２０５とを備えている。
【００５０】
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流出孔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、気体流が直接流出孔２１６に当たらないため、流出孔２１６から流出される原料液３００が早期に蒸発して流出孔２１６を塞ぐことを可及的に防止し、原料液３００を安定させて流出させ続けることが可能となる。なお、気体流制御手段２０４は、流出孔２１６の風上に配置され気体流が流出孔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。
【００５１】
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、風洞体２０９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、空間中に流出される原料液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。
【００５２】
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流出された原料液３００の方向を変更するものでもかまわない。また、後述の第二気体流発生手段２３２や収集装置１１０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、風洞体２０９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。
【００５３】
案内手段２０６は、製造されたナノファイバ３０１を収集装置１１０の近傍に案内する風洞を形成する導管である。案内手段２０６の端部は、誘導電極２２１の端部に接続され、原料液流出手段２０１から流出し製造されるナノファイバ３０１と気体流との全てを案内することのできる管状の部材である。本実施の形態の場合、後述の圧縮手段２３０もナノファイバ３０１を案内するという意味においては案内手段２０６に含まれる。
【００５４】
圧縮手段２３０は、気体流により搬送されるナノファイバ３０１が存在する空間（案内手段２０６の内方部分）を圧縮し、ナノファイバ３０１が空間中に存在する密度を上昇させる機能を備える装置であり、第二気体流発生手段２３２と、圧縮導管２３４とを備えている。
【００５５】
圧縮導管２３４は、案内手段２０６内方を搬送されるナノファイバ３０１が存在する空間を徐々に狭くしていく筒状の部材であり、第二気体流発生手段２３２で発生する気体流を圧縮導管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。圧縮導管２３４の案内手段２０６と接続される部分は、案内手段２０６の導出側端部の面積に対応する面積で構成されており、圧縮導管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、圧縮導管２３４は、全体として漏斗形状となっており、圧縮導管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。
【００５６】
また、圧縮手段２３０の上流側（導入側）の端部形状は、案内手段２０６の端部形状と合致する円環状である。一方、圧縮手段２３０の下流側（吐出側）の端部形状も円環状である。
【００５７】
第二気体流発生手段２３２は、高圧ガスを圧縮導管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。なお、圧縮導管２３４の周壁には気体流導入口２３３が複数箇所設けられており、それぞれの気体流導入口２３３に第二気体流発生手段２３２が接続されているが、図１においては、一部だけを示し、他の記載を省略している。
【００５８】
また、案内手段２０６の内方には除電帯電手段２０７が取り付けられている。
除電帯電手段２０７は、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、一方帯電しているナノファイバ３０１の帯電を除電する機能も合わせて備える装置である。本実施の形態の場合、除電帯電手段２０７は、圧縮手段２３０の内壁に取り付けられている。除電帯電手段２０７としては、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で帯電を増強させ、逆極性を備えるイオンや粒子を空間中に放出することでナノファイバ３０１を中和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帯電手段２０７が例示できる。
【００５９】
収集装置１１０は、図１および図５に示すように、堆積部材１０１と、供給手段１１１と、回収手段１０４と、誘引手段としての誘引電極１１２と、誘引手段としての誘引電源１１３と、基体１１７とを備えている。
【００６０】
堆積部材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。堆積部材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、堆積部材１０１として、アラミド繊維からなる長尺の布を例示することができる。さらに、堆積部材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を堆積部材１０１から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。
【００６１】
供給手段１１１は、巻付部材に巻き付けられた状態の堆積部材１０１を順次供給することのできる装置であり、所定のテンションで堆積部材１０１を供給できるようテンショナーが設けられている。
【００６２】
回収手段１０４は、長尺の堆積部材１０１を巻き取りながら供給手段１１１から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に堆積部材１０１を回収する装置である。回収手段１０４は、不織布状に堆積しているナノファイバ３０１を堆積部材１０１とともに巻き取ることができるものとなっている。
【００６３】
誘引電極１１２は、誘引電源１１３によりアースに対し所定の電位に維持される導体の部材である。誘引電極１１２に電位が印加されると、空間中に電界が発生する。誘引電極１１２は、矩形の板状の部材であり、放電防止のため突起部分がなく、また、角は全て丸められている。
【００６４】
誘引電源１１３は、誘引電極１１２をアースに対し所定の電位に維持することができる直流電源である。また、誘引電源１１３は、誘引電極１１２に印加する電位の正負（接地電位を含む）を変更することが可能である。
【００６５】
基体１１７は、堆積部材１０１と供給手段１１１と回収手段１０４と誘引電極１１２と誘引電源１１３とが一体となるように取り付けられる部材である。本実施の形態の場合、基体１１７は、堆積部材１０１と供給手段１１１と回収手段１０４と誘引電極１１２と誘引電源１１３とを内方に収容しうる箱状の部材となっている。
【００６６】
また、基体１１７の内方には拡散手段２４０が取り付けられており、基体１１７の下部には車輪１１８が設けられている。
【００６７】
拡散手段２４０は、圧縮手段２３０により一端圧縮されて高密度状態となったナノファイバ３０１を広く拡散させ分散させる導管であり、圧縮手段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、堆積部材１０１の幅とほぼ同等の幅を備えている。
【００６８】
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、高密度状態のナノファイバ３０１が一気に低密度状態となって分散すると共に、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を堆積部材１０１上に均等に堆積させることが可能となる。また、気体流によってナノファイバ３０１が搬送されない状態、つまり、気体流とナノファイバ３０１とが分離された状態となるため、帯電しているナノファイバ３０１は、気体流に影響されることなく逆極性の状態にある誘引電極１１２に誘引される。
【００６９】
車輪１１８は、収集装置１１０を移動可能とするために設けられる車輪であり、基体１１７の下部に回転可能に取り付けられている。本実施の形態の場合、車輪１１８はレールの上で回転するものとなされている。
【００７０】
なお、収集装置１１０は、図６、図７に示すように、誘引手段としての吸引手段１０２を備えるものでも良い。
【００７１】
吸引手段１０２は、堆積部材１０１の裏面に配置され、堆積部材１０１を通過する気体流を原料液３００から蒸発した溶媒と共に、強制的に吸引する装置である。例えば、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いる。また、吸引手段１０２は、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、吸引手段１０２に接続される溶剤回収装置まで前記気体流を搬送することができるものとなっている。
【００７２】
また、電界で誘引する収集装置１１０と、気体流で誘引する収集装置１１０とをそれぞれユニット化し、これらのユニットを状況に応じて入れ替えて使用してもかまわない。
【００７３】
次に、上記構成のナノファイバ製造装置１００を用いたナノファイバ３０１の製造方法を図１から図５を参照しつつ説明する。
【００７４】
まず、気体流発生手段２０３と第二気体流発生手段２３２とにより、案内手段２０６や風洞体２０９の内部に気体流を発生させる。
【００７５】
次に、原料液流出手段２０１の流出体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、供給路２１７（図２参照）を通過して流出体２１１の他端部から流出体２１１内部に供給される。
【００７６】
ここで、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、ポリアミド、アラミド、ポリイミド、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、ポリペプチド等およびこれらの共重合体を例示できる。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。
【００７７】
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、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、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、本願発明は上記溶媒に限定されるものではない。
【００７８】
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、本願発明は上記添加剤に限定されるものではない。
【００７９】
溶媒と高分子物質との混合比率は、溶媒と高分子物質により異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。
【００８０】
次に、誘導電源２２２により流出体２１１に貯留される原料液３００に電荷を供給しつつ（原料液帯電工程）、流出体２１１を駆動源２１３により回転させて、遠心力により流出孔２１６から帯電した原料液３００を流出する（原料液流出工程）。
【００８１】
流出体２１１の径方向放射状に流出された原料液３００は、気体流により飛行方向が変更され、気体流に搬送され風洞体２０９により案内される。原料液３００は、静電爆発によりナノファイバ３０１を変換されつつ（ナノファイバ製造工程）案内手段２０６へ放出される。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。以上のようにしてナノファイバ３０１は、案内手段２０６の内方を気体流によって搬送される（搬送工程）。
【００８２】
次に圧縮手段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、圧縮手段２３０の内方が狭くなるにつれて徐々に圧縮され高密度状態となって拡散手段２４０に到達する（圧縮行程）。
【００８３】
ここで、これまで気体流により搬送されたナノファイバ３０１は、帯電が弱まっている可能性があるため、除電帯電手段２０７により、ナノファイバ３０１を同極性で強制的に帯電させる（追加帯電工程）。
【００８４】
拡散手段２４０にまで搬送されたナノファイバ３０１は、ここで急速に速度が低下すると共に、均一に分散状態となる（拡散工程）。
【００８５】
この状態において、拡散手段２４０の開口部に配置されている誘引電極１１２は、ナノファイバ３０１の帯電極性とは逆極性に帯電しているため、ナノファイバ３０１を引きつける（誘引工程）。ナノファイバ３０１と誘引電極１１２との間には堆積部材１０１が存在しているため、誘引電極１１２に引きつけられるナノファイバ３０１は、堆積部材１０１上に堆積していく（堆積工程）。
【００８６】
以上のような工程により、ナノファイバが製造され回収される。
以上のような構成、及び、工程により、イオン風の発生を抑止しつつナノファイバ３０１を製造することができるため、ナノファイバ３０１の生産効率を向上させることが可能となる。
【００８７】
なお、本願実施例では、ナノファイバを生成する原料液流出手段２０１は、流出体２１１が筒型である実施例で説明したが、これに限定するものではない。例えば、図８に示すように、平面にマトリクス状に配置される流出孔２１６（ノズル）から所定の圧力で原料液３００を流出させ、前記流出孔２１６（ノズル）に対向するように配置した誘導電極２２１により原料液３００を帯電させる放出装置２００において、板状の誘導電極２２１の周縁に、イオン風を抑止する為に使用する抑止手段２２５を取り付けても、同様の効果が得えられる。
【００８８】
つまり、ナノファイバを生成するために、原料液の静電爆発を利用するが、その時に使用する電極と原料液を内蔵する容器との間には、高電圧が印加されるが、その場合に、前記電極上から発生するイオン風が、生成されたナノファイバの帯電状況を変えるので、本願発明は、そのような現象を大きく抑える効果があり、大量に安定してナノファイバを生成する場合には、重要な手段である。
【実施例】
【００８９】
次に、本願発明の効果を実証すべく行った実験を説明する。
図１に示すナノファイバ製造装置１００において、流出体２１１の直径を６０ｍｍ、流出孔２１６の直径を０．３ｍｍ、流出孔２１６の数を１０８個、流出体２１１の回転数を１８００ｒｐｍ、誘導電極２２１の内径を６００ｍｍとしてナノファイバ３０１の製造を行った。使用した樹脂は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）で、溶媒としては水を使用し、溶媒比率９０％で原料液を生成した。使用した電圧は、誘導電極２２１には、誘導電源２２２を用い、負の６０ＫＶを印加した。この場合には、流出孔２１６から流出する原料液３００は正の電荷を帯びる。
【００９０】
以上の設備状況、製造条件の下、誘導電極２２１に抑止手段２２５の有無によるナノファイバ３０１の製造状態の差異を目視にて確認した。
【００９１】
（１）抑止手段２２５がない場合、すなわち抑止部材２２４が誘導電極２２１に取り付けられていない場合。
【００９２】
誘導電極２２１には負の６０ＫＶの電圧が印加されており、誘導電極２２１の両端部は、尖っているので、負のイオン風が発生しやすい状況にある。この場合において、流出孔２１６から流出する原料液３００が静電爆発せずに、液滴となって誘導電極２２１や案内手段２０６に付着することを確認した。また、ナノファイバ３０１の生産量を目視にて確認した。
【００９３】
（２）抑止手段２２５がある場合、すなわち抑止部材２２４が誘導電極２２１に取り付けられている場合。
【００９４】
誘導電極２２１や案内手段２０６に付着する液滴の量が（１）の場合に比べて減少していることを確認した。また、ナノファイバ３０１の生産量が（１）の場合に比べて増加していることを確認した。
【００９５】
以上から、誘導電極２２１から発生する逆極性のイオン風が帯電している原料液３００に対して作用し、静電爆発を抑制することが推認できる。そして、誘導電極２２１に抑止手段２２５を設けることで、イオン風の発生を可及的に抑止し、ナノファイバ製造装置１００の生産効率を向上させることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本願発明は、サブミクロンの網目を持つ高多孔性ウェブの製造や、ナノファイバからなる糸の製造などの分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】ナノファイバ製造装置を概略的に示す断面図である。
【図２】原料液流出手段を概略的に示す断面図である。
【図３】原料液流出手段２０１を概略的に示す斜視図である。
【図４】他の抑止手段を示す断面図である。
【図５】収集装置を示す斜視図である。
【図６】他のナノファイバ製造装置を概略的に示す断面図である。
【図７】他の収集装置を示す斜視図である。
【図８】他の原料液放出手段を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１００  ナノファイバ製造装置
１０１  堆積部材
１０４  回収手段
１１０  収集装置
１１１  供給手段
１１２  誘引電極
１１３  誘引電源
１１７  基体
１１８  車輪
２００  放出装置
２０１  原料液流出手段
２０２  原料液帯電手段
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  除電帯電手段
２０８  ベアリング
２０９  風洞体
２１１  流出体
２１２  回転軸体
２１３  駆動源
２１６  流出孔
２１７  供給路
２２１  誘導電極
２２２  誘導電源
２２３  接地手段
２２４  抑止部材
２２５  抑止手段
２３０  圧縮手段
２３２  第二気体流発生手段
２３３  気体流導入口
２３４  圧縮導管
２３５  バルブ
２４０  拡散手段
３００  原料液
３０１  ナノファイバ
【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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