(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、
ナノファイバを放出する放出装置と、前記放出されるナノファイバを収集する複数の収集装置とを備え、
前記放出装置は、
ナノファイバの原料となる原料液を空間中に流出させる原料液流出手段と、
前記原料液を帯電させる原料液帯電手段とを備え、
前記収集装置は、
ナノファイバを受け止めて堆積させる長尺帯状の堆積部材と、
前記堆積部材を供給する供給手段と、
前記堆積部材を回収する回収手段と、
ナノファイバを前記堆積部材に誘引する誘引手段と、
前記堆積部材と前記供給手段と前記回収手段と前記誘引手段とが取り付けられる基体とを備え、
前記放出装置と前記収集装置とは分離可能であり、
前記基体は、前記放出装置に対し複数の前記収集装置を取り替えるために移動可能である
ナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記収集装置の一つである第一の収集装置が有する誘引手段は、印加される電圧により電界を発生させ、帯電したナノファイバを前記堆積部材に誘引する誘引電極と、前記誘引電極に電圧を印加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３】
前記収集装置の他の一つである第二の収集装置が有する前記堆積部材は、通気性を確保するための通気孔を備え、
前記第二の収集装置が有する誘引手段は、前記通気孔を通して吸引する気体流によりナノファイバを前記堆積部材に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。
【請求項４】
前記収集装置の一つである第一の収集装置が有する誘引手段は、印加される電圧により電界を発生させ、帯電したナノファイバを前記堆積部材に誘引する誘引電極と、前記誘引電極に電圧を印加する誘引電源とを備え、
前記収集装置の他の一つである第二の収集装置が有する前記堆積部材は、通気性を確保するための通気孔を備え、
前記第二の収集装置が有する誘引手段は、前記通気孔を通して吸引する気体流によりナノファイバを前記堆積部材に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】
ナノファイバの製造装置に関し、特に複数種類のナノファイバを製造する場合に好適な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（噴射）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から溶媒が蒸発するに伴い、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】
こうして製造されたナノファイバを基板上などに堆積させることで、立体的な網目を持つ３次元構造の薄膜を得ることができる。またさらに、ナノファイバ厚く堆積させることでサブミクロンの網目を持つ高多孔性ウェブを製造することができる。こうして製造された薄膜や高多孔性ウェブはフィルタや電池のセパレータや燃料電池の高分子電解質膜や電極等に好適に適用することができるとともに、このナノファイバから成る高多孔性ウェブを適用することによってそれぞれ性能を飛躍的に向上させることが期待できる。
【０００６】
従来、上記のようなナノファイバからなるウェブを製造する場合、特許文献１に開示のあるように、巻付部材に巻き付けられた長尺帯状の堆積部材に、ナノファイバを堆積させ、堆積部材と共に堆積部材上に堆積されたナノファイバを回収することにより長尺の高多孔性ウェブが製造されている。そして、供給しうる堆積部材が無くなると、新たな堆積部材と取り替えて、ナノファイバからなる高多孔性ウェブを製造していた。
【特許文献１】特開２００６−３７３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、一台のナノファイバ製造装置において、製造するナノファイバの種類を変更し、異なる種類のウェブを製造する必要が生じた場合、長尺の堆積部材を一方の巻付部材に全ての堆積部材を巻き付けた後、新しい堆積部材をナノファイバ製造装置に取り付けなければならず、段取り替えに手間取るなどの問題が生じている。
【０００８】
さらに、ナノファイバの種類によってはナノファイバを堆積させる方法が異なる場合があり、さらに段取り替えに時間と労力とを費やすことになる。
【０００９】
本願発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、段取り替えの時間を短縮させることのできるナノファイバ製造装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、ナノファイバを放出する放出装置と、前記放出されるナノファイバを収集する複数の収集装置とを備え、前記放出装置は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に流出させる原料液流出手段と、前記原料液を帯電させる原料液帯電手段とを備え、前記収集装置は、ナノファイバを受け止めて堆積させる長尺帯状の堆積部材と、前記堆積部材を供給する供給手段と、前記堆積部材を回収する回収手段と、ナノファイバを前記堆積部材に誘引する誘引手段と、前記堆積部材と前記供給手段と前記回収手段と前記誘引手段とが取り付けられた状態で移動可能な基体とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、一つの収集装置で段取り替えを行っている場合に、他の収集装置を利用してナノファイバを製造することができるため、段取り替えに要する時間を短縮することができ、ナノファイバ製造装置の生産効率を向上させることができる。
【００１２】
また、前記収集装置の一つである第一の収集装置が有する誘引手段は、印加される電圧により電界を発生させ、帯電したナノファイバを前記堆積部材に誘引する誘引電極と、前記誘引電極に電圧を印加する誘引電源とを備え、前記収集装置の他の一つである第二の収集装置が有する前記堆積部材は、通気性を確保するための通気孔を備え、前記第二の収集装置が有する誘引手段は、前記通気孔を通して吸引する気体流によりナノファイバを前記堆積部材に誘引する吸引手段を備えることが好ましい。
【００１３】
これによれば、ナノファイバの種類や堆積状態に応じて、誘引手段を容易に変更することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明によれば、複数ある収集装置により、段取り替えに要する時間を短縮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】
【００１５】
つぎに、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。
【００１６】
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。
【００１７】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、ナノファイバを製造し製造されたナノファイバ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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。原料液流出手段２０１は、図２や図３に示すように、流出容器２１１と、回転軸体２１２と、モータ２１３とを備えている。
【００２１】
流出容器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、周壁には流出口２１６を多数備えている。流出容器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おり、高速で回転してもぶれないものとなされている。
【００２２】
具体的には、流出容器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、流出容器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容器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、モータの負荷や振動など問題が発生するためである。さらに流出容器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。
【００２３】
なお、流出容器２１１の形状は、円筒形状に限定するものではなく、側面が多角形状の多角柱形状のようなものや円錐形状のようなものでもよい。流出口２１６が回転することにより、流出口２１６から原料液３００が遠心力で、流出するようにできればよい。また、流出口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。
【００２４】
回転軸体２１２は、流出容器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、流出容器２１１の他端から流出容器２１１の内部に挿通され、流出容器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。回転軸体２１２は、流出容器２１１と後述のモータ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。
【００２５】
モータ２１３は、遠心力により原料液３００を流出口２１６から流出させるために、回転軸体２１２を介して流出容器２１１に回転駆動力を付与する装置である。なお、流出容器２１１の回転数は、流出口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と流出容器２１１とが直動の時はモータ２１３の回転数は、流出容器２１１の回転数と一致する。
【００２６】
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、流出容器２１１も原料液帯電手段２０２の一部として機能している。
【００２７】
誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い（または、低い）電圧となることで、近傍に配置され接地されている流出容器２１１に電荷を誘導するための部材であり、流出容器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からの気体流を案内手段２０６に案内する風洞体２０９としても機能している。
【００２８】
誘導電極２２１の大きさは、流出容器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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、流出容器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。
【００３１】
接地手段２２３は、流出容器２１１と電気的に接続され、流出容器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、流出容器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。
【００３２】
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。流出容器２１１が接地電位の状態であれば、流出容器２１１に接続される回転軸体２１２やモータ２１３などの部材は、流出容器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。
【００３３】
なお、原料液帯電手段２０２として、流出容器２１１に直接電源を接続し、流出容器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、流出容器２１１を絶縁体で形成すると共に、流出容器２１１に貯留される原料液３００に直接接触する電極を流出容器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。
【００３４】
気体流発生手段２０３は、流出容器２１１から流出される原料液３００の飛行方向を案内手段２０６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、モータ２１３の背部に備えられ、モータ２１３から流出容器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、流出容器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。
【００３５】
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容器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容器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。
【００３６】
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。
【００３７】
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洞体が採用されている。気体流制御手段２０４により、気体流が直接流出口２１６に当たらないため、流出口２１６から流出される原料液３００が早期に蒸発して流出口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、流出口２１６の風上に配置され気体流が流出口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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、風洞体２０９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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
ナノファイバ製造装置１００は、電界でナノファイバ３０１を誘引する第一の収集装置１１０と、気体流でナノファイバ３０１を誘引する第二の収集装置１１０とを備えている。
【００４８】
第一の収集装置１１０は、図１および図４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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
車輪１１８は、第一の収集装置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。
【００５９】
第二の収集装置１１０は、図５および図６に示すように、堆積部材１０１と、供給手段１１１と、回収手段１０４と、誘引手段としての吸引手段１０２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】
また、堆積部材１０１は、気体流発生手段２０３が発生させた気体流の通気性を確保するための通気孔（図示せず）を多数備えており、ナノファイバ３０１は堆積するが気体流は通過するメッシュ状のフィルタである。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
吸引手段１０２は、堆積部材１０１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。本実施の形態では、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１０６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。
【００６５】
領域規制手段１０３は、堆積部材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。これにより、拡散手段２４０で拡散されたナノファイバ３０１全体を堆積部材１０１の上に誘引すると共に、全ての気体流を吸引するものとなっている。
【００６６】
基体１１７は、堆積部材１０１と供給手段１１１と回収手段１０４と吸引手段１０２とが一体となるように取り付けられる部材である。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、吸引手段１０２は、ナノファイバ３０１を溶媒と共に吸引しており、ナノファイバ３０１は、堆積部材１０１上に安定して堆積される。
【００７０】
車輪１１８は、第二の収集装置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。
【００７１】
第二の収集装置１１０において、ナノファイバ３０１は、吸引手段１０２により堆積部材１０１上に誘引されるため、特に帯電が弱くなったナノファイバ３０１を安定して堆積部材１０１上に堆積させることができる。
【００７２】
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６により説明する。
【００７３】
まず、第一の種類のナノファイバを製造する。
【００７４】
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、供給路２１７（図２参照）を通過して流出容器２１１の他端部から流出容器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、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。
【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、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、前記ナノファイバを構成する高分子樹脂を１vol%以上、５０vol%未満の範囲から選定し、これに対応して溶剤を５０vol%以上、９９vol%未満の範囲から選定することが望ましい。
【００８０】
上記のように、溶媒蒸気が気体流により滞留することなく処理されるため、原料液３００は、上記のように溶媒を５０vol%以上含んでいても十分に蒸発し、静電爆発を発生させることが可能となる。従って、溶質である高分子が薄い状態からナノファイバ３０１が製造されるため、より細いナノファイバ３０１をも製造することが可能となる。また、原料液３００の調整可能範囲が広がるため、製造されるナノファイバ３０１の性能の範囲も広くすることが可能となる。
【００８１】
次に、誘導電源２２２により流出容器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）、流出容器２１１をモータ２１３により回転させて、遠心力により流出口２１６から帯電した原料液３００を流出する（原料液流出工程）。
【００８２】
流出容器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、気体流に乗り風洞体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を製造しつつ（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）。
【００８３】
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）。
【００８４】
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）。
【００８５】
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）。
【００８６】
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）。
【００８７】
ここで、第一の種類のナノファイバの製造が予定に達した場合、第二の種類のナノファイバを製造するための段取り替えをする。
【００８８】
段取り替えとしては、放出装置２００の稼動を停止させてから、放出装置２００と収集装置１１０との結合を解除し、収集装置１１０をレールに沿って移動させる。そして、事前に準備を整えていた他の収集装置１１０を前記レールに沿って移動させ、放出装置２００と結合させる。そして、再び放出装置２００を稼動させ、第二の種類のナノファイバを製造する。
【００８９】
そして、第二の種類のナノファイバを製造している間に、第一の収集装置１１０の堆積部材１０１の全てを回収した後、新しい堆積部材１０１を第一の収集装置１１０に取り付けて、次の種類のナノファイバの製造のために準備しておく。
【００９０】
以上のような構成により、放出装置２００と収集装置１１０とが分離可能とすることができる。つまり、原料液３００は、放出装置２００に備えられる原料液帯電手段２０２によって電荷が付与されて帯電し、収集装置１１０に影響されることがない。従って、収集装置１１０を取り替えても問題なくナノファイバ３０１の製造を続行させることが可能となる。そして、収集手段を気体流によるものや電界によるものなど、一つの放出装置２００に対して選択的に用いることが可能となっている。
【００９１】
従って、上記のように、段取り替えを短時間で行うことができ、ナノファイバ製造装置１００の生産効率を高めることが可能となる。
【００９２】
なお、段取り替え後の収集装置１１０は、電界で誘引する第一の収集装置１１０でも気体流で誘引する第二の収集装置１１０でもいずれでも良い。
【００９３】
また、ナノファイバ製造装置１００が備える収集装置１１０装置の数は、２台に限定されるわけではなく、例えば、第一の収集装置１１０を複数台備え、第二の収集装置１１０を複数台備えてもかまわない。
【００９４】
なお、実施例では、第一の収集装置と第二の収集装置を混合して使用できる場合も記載したが、電界で誘引する収集装置のみ、もしくは、気体流で誘引する収集装置のみで構成してもよい。
【００９５】
また、上記実施の形態において、収集装置は、拡散手段２４０を含む構成として説明したが、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を放出装置２００側に組み込み、拡散手段と収集装置１１０との間で分離できる構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本願発明は、ナノファイバの製造に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】放出装置と第一の収集装置とが取り付けられた状態を模式的に示す断面図である。
【図２】流出装置近傍を示す断面図である。
【図３】流出装置近傍を示す斜視図である。
【図４】第一の収集装置を基体の一部を省略して示す斜視図である。
【図５】放出装置と第二の収集装置とが取り付けられた状態を模式的に示す断面図である。
【図６】第二の収集装置を基体の一部を省略して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９８】
１００  ナノファイバ製造装置
１０１  堆積部材
１０２  吸引手段
１０３  領域規制手段
１０４  回収手段
１０６  溶剤回収装置
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
２０９  風洞体
２１１  流出容器
２１２  回転軸体
２１３  モータ
２１６  流出口
２１７  供給路
２２１  誘導電極
２２２  誘導電源
２２３  接地手段
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】
0004880638.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004880638.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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