ナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法
【課題】ナノファイバ製造空間における溶媒蒸気の濃度を閾値以下に抑えるとともに、溶媒蒸気の局所的な滞留を抑止し、製造されるナノファイバの品質の安定と、防爆対策を実現する。
【解決手段】製造空間１９０において、原料液３００を電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造するナノファイバ製造装置１００であって、製造空間１９０を略気密状態で覆うチャンバ１０８と、原料液３００を製造空間１９０中に一方向に流出させる流出孔１１８を備える流出体１０１と、製造空間中１９０の雰囲気を流出体１０１から原料液３００が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液３００に沿って流れる気体流Ａとして発生させる第一送風手段１０５と、気体流Ａの一部を分岐させてチャンバ１０８外に排気する排気量を設定可能な排気手段１０６と、排気量と略等量の気体をチャンバ１０８外から吸気する吸気手段１７２とを備える。
【解決手段】製造空間１９０において、原料液３００を電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造するナノファイバ製造装置１００であって、製造空間１９０を略気密状態で覆うチャンバ１０８と、原料液３００を製造空間１９０中に一方向に流出させる流出孔１１８を備える流出体１０１と、製造空間中１９０の雰囲気を流出体１０１から原料液３００が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液３００に沿って流れる気体流Ａとして発生させる第一送風手段１０５と、気体流Ａの一部を分岐させてチャンバ１０８外に排気する排気量を設定可能な排気手段１０６と、排気量と略等量の気体をチャンバ１０８外から吸気する吸気手段１７２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、静電延伸現象によりサブミクロンオーダーやナノオーダーの細さである繊維（ナノファイバ）を製造するナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂などから成り、サブミクロンスケールやナノスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質を製造する方法として、静電延伸現象（エレクトロスピニング）を用いた方法が知られている。
【０００３】
この静電延伸現象とは、溶媒中に樹脂などの溶質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電気的に延伸させることにより、ナノファイバを得る方法である。
【０００４】
より具体的に静電延伸現象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原料液が爆発的に線状に延伸される現象が生じる。これが静電延伸現象である。この静電延伸現象が、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オーダーからナノオーダーの樹脂から成るナノファイバが製造される。
【０００５】
従来、円筒状の流出体の周面から遠心力によって空間中に大量に原料液を高密度で流出させると共に、放射方向に流出させた原料液の飛翔方向を気体流により軸方向に変更し、気体流に乗せてナノファイバを搬送して被堆積部材の上にナノファイバを堆積させて収集する装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
当該装置によれば、ナノファイバを気体流で搬送すると共に、原料液から蒸発する溶媒の蒸気も気体流を搬送することができるため、溶媒蒸気の局所的な滞留を防止して高品質のナノファイバを高い効率で製造でき、また、被堆積部材上に堆積したナノファイバからなる不織布の厚さを均一にすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２４５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１に記載の装置のように、流出体付近の溶媒蒸気を速やかに排除するためには、装置外から大量の空気を取り込み送風する必要がある。また、ナノファイバの紡糸条件を適正に維持するためには、その取り込んだ大量の外気を適正な温度、湿度に制御する必要がある。そのための使用エネルギーが増加し、または、装置が大型化する。
【０００９】
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、装置外から取り込む気体流が比較的小流量であってもナノファイバが製造される製造空間における雰囲気を良好な状態で維持し、良好な品質のナノファイバを高い効率で製造することのできるナノファイバ製造装置、および、ナノファイバ製造方法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、製造空間において、原料液を電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、前記製造空間を略気密状態で覆うチャンバと、原料液を前記製造空間中に一方向に流出させる流出孔を備える流出体と、前記製造空間中の雰囲気を前記流出体から原料液が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液に沿って流れる気体流として発生させる第一送風手段と、前記気体流の一部を分岐させて前記チャンバ外に排気する排気量を設定可能な排気手段と、前記排気量と略等量の気体を前記チャンバ外から吸気する吸気手段と、前記流出体から流出する原料液を帯電させる帯電手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
これによれば、原料液の流れに沿って発生させた気体流により、原料液の飛翔経路の近傍に溶媒蒸気が局所的に滞留することを抑止して、飛翔中の原料液からの溶媒の蒸発を促進させることが可能となる。従って、高い品質のナノファイバを製造することが可能となる。また、装置外から取込む空気を適正な温度、湿度に制御するための使用エネルギー量を削減することが可能となる。
【００１２】
また、前記第一送風手段は、気体を流動させるためのファンと、前記チャンバの外方に配置され、前記ファンを駆動する駆動源と、前記チャンバを貫通し、前記駆動源の駆動力を前記ファンに伝達する伝達部材とを備えるものとしても良い。
【００１３】
これによれば、所定濃度の溶媒蒸気を含む雰囲気をチャンバ−内に閉じ込め、チャンバ−内の雰囲気を気体流として循環させる第一送風手段１０５に必要なモータなどの駆動源をチャンバ−外に配置しているため、駆動源が原因となって溶媒蒸気に引火することを回避することができ、ナノファイバ製造装置の安全性を高めることが可能となる。
【００１４】
また、前記排気手段は、前記チャンバ内から吸気した気体を前記チャンバ外に送る第二送風手段を備えてもよい。
【００１５】
これによれば、排気手段の排気量を容易に設定することが可能となり、また要すれば、排気量の設定値を調整することも可能となる。
【００１６】
さらに、前記気体流を吸引し、前記第一送風手段に戻るように吸引した気体流を排出する第三送風手段を備えてもよい。
【００１７】
これによれば、チャンバ内における気体流の循環経路を任意、かつ、容易に設定することが可能となる。
【００１８】
さらに、前記第一送風手段により発生した気体流を前記第一送風手段に戻すダクトを備えるものでも良い。
【００１９】
これによれば、気体流の循環経路を任意に設定することができ、チャンバ内に乱流が発生するなど予期しない気体流の乱れを抑止することが可能となる。
【００２０】
また、前記排気量は、前記原料液から蒸発する溶媒蒸気の前記チャンバ内における濃度が、ナノファイバが生産可能であるとして定められる規定値を越えないように設定した値以上の値に設定されるものでもよい。
【００２１】
これによれば、チャンバ内の溶媒濃度をナノファイバの製造にとって良好な状態に維持することができる。
【００２２】
また、上記の目的を達成するために、本願発明に係るナノファイバ製造方法は、チャンバで覆われる製造空間において、原料液を電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、原料液を前記製造空間中に一方向に流出させる流出孔から流出させる流出ステップと、第一送風手段により、前記製造空間中の雰囲気を前記流出体から原料液が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液に沿って流れる気体流として発生させる第一送風ステップと、前記気体流の一部を分岐させて前記チャンバ外に所定の排気量で排気手段により排気する排気ステップと、前記排気量と略等量の気体を前記チャンバ外から吸気手段により吸気する吸気ステップと前記流出体から流出する原料液を帯電手段により帯電させる帯電ステップとを含むことを特徴とする。
【００２３】
これによれば、原料液の流れに沿って発生させた気体流により、原料液近傍に溶媒蒸気が滞留することを抑止して、溶媒の蒸発を促進させることが可能となる。また、装置外から取込む空気を適正な温度、湿度に制御するための使用エネルギー量を削減することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本願発明によれば、エネルギーの消費を抑制しつつナノファイバの製造空間を良好な状態で維持することができ、製造されるナノファイバを高い品質で維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、ナノファイバ製造装置の外観を示す斜示図である。
【図２】図２は、ナノファイバ製造装置をチャンバの一部を省略して示す斜示図である。
【図３】図３は、流出体を切り欠いて示す斜示図である。
【図４】図４は、流出体から原料液が流出している状態を流出体の先端部側から示す斜示図である。
【図５】図５は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図６】図６は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図７】図７は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図８】図８は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本願発明に係るナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法を、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、ナノファイバ製造装置の外観を示す斜示図である。
【００２８】
図２は、ナノファイバ製造装置をチャンバの一部を省略して示す斜示図である。
【００２９】
これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、製造空間１９０において、原料液３００を電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造する装置であって、チャンバ１０８と、流出体１０１と、第一送風手段１０５と、排気手段１０６と、吸気手段１０７と、帯電手段１０２とを備えている。さらに、ナノファイバ製造装置１００は、収集手段１０３と、供給手段１０４とを備えている。
【００３０】
図３は、流出体を切り欠いて示す斜示図である。
【００３１】
流出体１０１は、原料液３００を空間中に一方向に流出させる複数の流出孔１１８を備え、流出孔１１８の先端に存在する開口部１１９が細長い帯状の仮想的な二次元範囲である配列範囲内に配列される部材であり、原料液３００の圧力（重力も含む場合がある）により原料液３００を空間中に流出させるものである。
【００３２】
ここで、「配列範囲」の語は、前述した通り、流出孔１１８の先端にある開口部１１９が配置され得る帯状の仮想的な２次元範囲の意味であり、本願明細書、および、特許請求の範囲全体において同様の意味で使用している。例えば図４において、配列範囲は、先端部１１６（後述）に該当する範囲となる。上記のように、配列範囲は、帯状の仮想的な２次元範囲であるが、図４のように、物理的な形状から示される領域（先端部１１６）と一致する場合がある。しかし、本願発明において、仮想的な配列範囲と物理的な領域とが一致する必要は無い。
【００３３】
また、流出体１０１は、流出する原料液３００に電荷を供給する電極としても機能しており、原料液３００と接触する部分の少なくとも一部は導電性を備えた部材で形成される。本実施の形態の場合、流出体１０１全体が金属で形成されており、さらに、先端部１１６と、側面部１１７と、貯留槽１１３とを備えている。
【００３４】
流出孔１１８は、原料液３００を一方向（図３において、Ｚ軸方向下向き）に向かって空間中に流出させる孔であり、先端にある開口部１１９は、流出体１０１の一部を占める領域である細い帯状の配列範囲内に複数個設けられている。本実施の形態の場合、流出孔１１８は、相互に平行となるようにＹ軸方向に一直線上に並べて配置されており、流出孔１１８の先端にある開口部１１９は、所定の間隔で一列に並んで配置されている。
【００３５】
流出孔１１８の孔長や孔径は、特に限定されるものではなく、原料液３００の粘度などにより適した形状を選定すれば良い。具体的には、孔長は、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。孔径は、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。また、流出孔１１８の形状は、円筒形状に限定されるわけではなく、任意の形状を選定しうる。特に開口部１１９の形状は、円形に限定されるわけではなく、三角形や四角形などの多角形、星形など内側に突出する部分のある形状などでもかまわない。
【００３６】
また、開口部１１９が並べられる間隔は、全てを等間隔としてもよく、また、流出体１０１の端部における開口部１１９の間隔は、流出体１０１の中央部における開口部１１９の間隔よりも広く、または、狭くするなど任意に定めることができる。現在得られている知見において、開口部１１９の孔径が０．３ｍｍの場合、開口部１１９のピッチは、２．５ｍｍ以上が好ましい。２．５ｍｍ未満の場合、隣接して流出する原料液が合体する可能性が高まるからである。なお、これら孔径やピッチなどは、原料液３００の粘度など他の条件により変化することが考えられる。
【００３７】
また、開口部１１９は、同一直線上に配置されるばかりでなく、細い帯状の配列範囲内であればどのように配置されも良い。例えば開口部１１９は、ジグザグに配置されてもよく、サインカーブなどの波を描くように配置されてもよい。
【００３８】
先端部１１６は、流出孔１１８の開口部１１９が配置される流出体１０１の部分であり、所定の間隔で配置される開口部１１９の間を滑らかな面で接続する部分である。本実施の形態の場合、先端部１１６は、細長い矩形の平面を表面に備え、その幅は、対応する開口部１１９の径よりも広くなるように設定されている。
【００３９】
なお、先端部１１６の形状が、図４のような帯状でない場合、例えば、先端部１１６の形状が、曲面形状の場合や、切り立った形状であっても、また、針状のノズルが並んだような先端部１１６が無い場合であっても、「配列範囲」は、開口部１１９が配列されうる帯状領域として仮想的に設定できるものであることは変わりない。
【００４０】
図４は、流出体から原料液が流出している状態を流出体の先端部側から示す斜示図である。
【００４１】
同図に示すように、開口部１１９の周囲の全てにわたって表面が滑らかな面（本実施の形態の場合、平面）の先端部１１６が存在することにより、開口部１１９の周りに液溜まり３０３（いわゆるテーラーコーン）が発生する。この液溜まり３０３は、原料液３００の粘性により発生すると考えられ、開口部１１９よりも大きな円形の底面を備える円錐形状となっている。液溜まり３０３は、開口部１１９を覆うように流出体１０１の先端部１１６に付着する。そして、円錐状の液溜まり３０３から原料液３００が空間中に細く流出するものとなっている。これにより開口部１１９が空気と直接接触しないので、開口部１１９から発生するイオン風を抑制することが可能となる。
【００４２】
以上のように、先端部１１６は、複数存在する開口部１１９の間を滑らかな面でつなげているため、複数のノズルを並べたときに発生する電界干渉を抑制することが可能となる。また、開口部１１９と開口部１１９との間の領域で発生するイオン風を抑制することができる。従って、開口部１１９の間隔を狭めた状態で配置しても、良好にナノファイバ３０１を製造することができるため、単位時間、単位面積あたりのナノファイバ３０１の生産量を向上させることが可能となる。
【００４３】
また、先端部１１６により液溜まり３０３を良好な状態で保持することが可能であるため、イオン風の発生を抑制し、ナノファイバ３０１の品質向上や生産効率の向上が図れると考えられる。
【００４４】
側面部１１７は、図３に示すように、流出孔１１８を挟むように配置される二つの面であり、先端部１１６から延設され、起立状態で配置される流出体１０１の部分である。また、側面部１１７は、配列範囲の長手方向（Ｙ軸方向）に延びた状態で設けられており、全ての流出孔１１８を二つの側面部１１７で挟むように設けられている。また、側面部１１７は、図３に示すように、先端部１１６から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置されている。
【００４５】
流出体１０１は、上記側面部１１７を備えることで、イオン風の発生を抑制し、また、イオン風が発生したとしても、空間中に流出する原料液３００と交差しない方向にイオン風を飛ばせることができるため、イオン風が影響を及ぼすことなく安定した状態でナノファイバ３０１を製造することが可能となる。
【００４６】
また、側面部１１７は先端部１１６に向かって徐々に細くなるように配置されているため、先端部１１６に電荷が集中させやすく、原料液３００に効率的に電荷を供給することができる。
【００４７】
さらに、開口部１１９の周囲の空間を広く開放することができるため、側面部１１７の側方に第一送風手段１０５によって発生する気体流によって効率よく溶媒蒸気を排出できると考えられる。
【００４８】
貯留槽１１３は、図３に示すように、流出体１０１の内部に形成され、供給手段１０４（図１参照）から供給される原料液３００を貯留するタンクである。また、貯留槽１１３は、複数の流出孔１１８に接続され、流出孔１１８に同時に原料液３００を供給するものとなっている。本実施の形態の場合、貯留槽１１３は、流出体１０１に一つ設けられており、流出体１０１の一端部から他端部にわたって広く設けられ、全ての流出孔１１８と接続されている。
【００４９】
以上のように貯留槽１１３は、原料液３００を流出孔１１８の近傍で一時的に貯留し、複数の流出孔１１８に均等な圧力で原料液３００を供給する機能を備えており、これにより、各流出孔１１８から均等な状態で原料液３００を流出させることが可能となる。従って、製造されるナノファイバ３０１の品質の空間的なムラを抑制することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、流出体１０１は、細く長い先端部１１６を備え、かつ、先端部から徐々に広がるように配置される側面部１１７を備えるものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものでは無い。例えば、流出孔１１８の開口部１１９が細長い帯状の仮想的な二次元範囲である配列範囲内に配列されるものであれば、円形のパイプの周壁に流出孔１１８を設けたものや、矩形で箱形の流出体１０１の底面に行列状に流出孔１１８を並べるもの、一つの流出孔１１８が軸方向に沿って設けられる針状のノズルを複数個並べるものなどを他の形態として例示できる。
【００５１】
供給手段１０４は、図１、図２に示すように、流出体１０１に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留するタンクと、当該タンクから原料液３００を圧送するポンプと、圧送される原料液３００を案内するパイプとを備えている。
【００５２】
帯電手段１０２は、流出体１０１から流出する原料液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、帯電手段１０２は、帯電電極１２１と、帯電電源１２２とを備えている。また、流出体１０１も帯電手段１０２を構成する要素として機能している。
【００５３】
帯電電極１２１は、流出体１０１と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１０１に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、流出体１０１に電荷を誘導するための導電性を備える部材である。本実施の形態の場合、帯電電極１２１は、ナノファイバ３０１を収集手段１０３に誘引する誘引手段としても機能している。帯電電極１２１は、流出体１０１の先端部１１６と対向する位置に配置されており、帯電電源１２２を介して接地されている。一方、流出体１０１は、接地されている。従って、帯電電極１２１に正の電圧が印加されると流出体１０１には負の電荷が誘導され、原料液３００は負に帯電する。一方、帯電電極１２１に負の電圧が印加されると流出体１０１には正の電荷が誘導され、原料液３００は正に帯電する。
【００５４】
帯電電源１２２は、流出体１０１と帯電電極１２１との間に高電圧を印加して原料液３００を所望の電荷密度に帯電させることのできる電源である。帯電電源１２２は、一般には、直流電源が好ましいが交流電源の採用を妨げるものでは無い。
【００５５】
なお、流出体１０１に帯電電源１２２を接続して流出体１０１を帯電電極１２１に対し高い電圧もしくは低い電圧としてもかまわない。また、帯電電極１２１と流出体１０１とのいずれも接地しないような接続状態とし、帯電電源１２２の両極をそれぞれ帯電電極１２１と流出体１０１に接続してもかまわない。
【００５６】
収集手段１０３は、静電延伸現象により製造空間１９０中で製造されるナノファイバ３０１を収集する装置である。収集手段１０３は、被堆積部材１３１と、被堆積部材１３１を移送することのできる移送手段１３２とを備えている。
【００５７】
被堆積部材１３１は、配列範囲の長手方向全体に広がり、空間中で製造されたナノファイバ３０１を堆積状態で収集する部材である。本実施の形態の場合、被堆積部材１３１は、配列範囲の長手方向を幅とする薄い帯状の長尺の部材でありロール１３３に巻き付けられた状態で供給されている。また、被堆積部材１３１は、表面に堆積したナノファイバ３０１と分離が容易なように、表面処理が施されている。
【００５８】
移送手段１３２は、流出体１０１と被堆積部材１３１とをＹ軸方向と交差する方向（Ｘ軸方向）に相対的に移送する装置である。本実施の形態の場合、流出体１０１は固定されており、被堆積部材１３１のみを流出体１０１に対して移送するものとなっている。移送手段１３２は、長尺の被堆積部材１３１を巻き取りながらロール１３３から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に被堆積部材１３１を移送して巻き取るものとなっている。
【００５９】
なお、移送手段１３２は、被堆積部材１３１を移動させるばかりではなく、流出体１０１を収集手段１０３に対して移動させるものでもかまわない。また、移送手段１３２は、被堆積部材１３１を一定方向に移送し、流出体１０１を被堆積部材１３１の移送方向と交差する方向に往復動させるもの等でもよい。また、開口部１１９の並び方向と直交する方向に収集手段１０３を移動させているが、それに限定するものではなく、開口部１１９の並び方向に被堆積部材１３１を移動させ、流出体１０１を開口部１１９の並び方向と直交する方向に往復動させるものであってもかまわない。
【００６０】
チャンバ１０８は、帯電した原料液３００が流出し、静電延伸現象によって原料液３００からナノファイバ３０１が製造される空間である製造空間１９０を略気密状態で覆うことのできる部材である。
【００６１】
本実施の形態の場合、チャンバ１０８は、帯電電極１２１と共に、製造空間１９０の六面全てを囲む箱状の部材である。
【００６２】
ここで、略気密状態の語は、完全な気密状態ではなく、ある程度の気体の流出入を許容する意味を含むものとして用いている。本実施の形態の場合、例えば、帯電電極１２１とチャンバ１０８との間に被堆積部材１３１が配置されており、被堆積部材１３１や堆積したナノファイバ３０１が通過する部分（搬入口、搬出口）に対応するチャンバ１０８には隙間が設けられている。従って、当該隙間においては気体の流出入が避けられない。当該意味においてチャンバ１０８は、製造空間１９０を略気密状態で覆っている。さらに、チャンバ１０８には排気口１６１（後述）や吸気口１７１（後述）等の開口部が設けられており、当該部分では積極的に気体が排気され、また、吸気されているが、当該状態も「略気密状態」の語が示す範囲に含まれている。
【００６３】
第一送風手段１０５は、チャンバ１０８で囲われた製造空間１９０中の雰囲気を流出体１０１から原料液３００が流出する方向である流出方向（Ｚ軸方向）と同じ方向で原料液３００の近傍を原料液３００の流れに沿って流れる気体流として発生させる装置である。
【００６４】
本実施の形態の場合、流出体１０１に設けられる流出孔１１８の開口部１１９は、細長い帯状の二次元範囲である配列範囲の長手方向（Ｙ軸方向）全体に広がって配置されており、第一送風手段１０５は、前記配列範囲の長手方向全体にわたって広がる幕状の気体流を発生させるものとなっている。
【００６５】
第一送風手段１０５は、いわゆるエアーカーテンを発生させる装置であり、Ｙ軸方向に延びる長尺のシロッコファン（図示せず）と、チャンバ１０８の外方に配置され前記ファンを駆動させるモータ等の駆動源１５１（図１参照）と、チャンバ１０８を貫通し、駆動源１５１の駆動力を前記ファンに伝達する軸体である伝達部材１５２（図２参照）とを備えている。そして、第一送風手段１０５は、駆動源１５１により前記ファンを回転させることによりチャンバ１０８の内方にある気体を吸い込み、Ｙ軸方向に延びるスリット状の送風口から気体を吐出することにより幕状の気体流をＺ軸方向の下向きに発生させる。
【００６６】
これによれば、原料液３００の流れに沿って原料液３００の飛翔経路の近傍に強制的に気体流を略均一に流すことができ、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔に悪影響をおよぼすことなく飛翔経路の近傍に溶媒蒸気が局所的に対流することを効果的に抑止することが可能となる。
【００６７】
図５は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【００６８】
排気手段１０６は、第一送風手段１０５により発生した気体流Ａの一部を分岐させてチャンバ１０８の外に排気する装置であり、排気する気体の排気量を設定可能な装置である。
【００６９】
本実施の形態の場合、排気手段１０６は、チャンバ１０８に設けられた排気口１６１と、チャンバ１０８の内方から吸気した気体（気体流Ａの一部）をチャンバ１０８の外方に送る第二送風手段１６２とを備えている。
【００７０】
このように、第二送風手段１６２を設けることで、気体流Ａの循環経路の途中において気体流Ａの一部を強制的に排気することができる。また、第二送風手段１６２の種類を選定することにより、容易に排気量を設定することが可能となる。さらに、第二送風手段１６２が送風能力を調整できるものとすれば、任意に排気量を調整することも可能となる。
【００７１】
なお、第二送風手段１６２としては、軸流ファンやシロッコファンを備える送風機などを例示することができる。また、第二送風手段１６２の送風能力の調整方法としては、ファンを駆動する駆動源の能力を調整する方法や、ダンパを備えてダンパの開閉状態により送風能力を調整する方法を例示することができる。
【００７２】
吸気手段１０７は、排気手段１０６によりチャンバ１０８の外方に排気された気体の排気量と略等量の気体をチャンバ１０８の外方から内方に吸気する装置である。
【００７３】
本実施の形態の場合、吸気手段１０７は、チャンバ１０８に設けられた吸気口１７１と、吸気口１７１につながるパイプ１７２とを備えている。
【００７４】
以上の構成により、排気手段１０６によってチャンバ１０８の外方に排気された気体の排気量に対応して、チャンバ１０８の外方からチャンバ１０８の内方に吸気手段１０７の吸気口１７１を通して前記排気量と略等量の吸気量の気体が吸気される。
【００７５】
ここで、チャンバ１０８は、略気密状態を創出する部材であり、排気口１６１や吸気口１７１意外にも隙間や開口が存在する。しかし、吸気手段１０７の配管抵抗を含む吸気抵抗は、他の隙間や開口（排気口１６１を除く）よりも十分に低いため、吸気手段１０７に基づく吸気量は、排気手段１０６に基づく排気量に対して略等量である。つまり、略等量の語は、排気量と完全に一致する場合も含め、ある程度の誤差を許容する意味で用いている。
【００７６】
なお、本実施の形態の場合、吸気手段１０７は、チャンバ１０８の外方の気体を単にチャンバ１０８の内方に導入するものであったが、本願発明はこれに限定されるものではない。例えば、吸気手段１０７は、チャンバ１０８外から気体をチャンバ１０８内に導入する際に、気体の温度や湿度などを調整する機能を備えていてもかまわない。つまり吸気手段１０７に加温装置や除湿装置、加湿装置、ほこりなどを採るためのフィルタなどを設けてもかまわない。また、吸気手段１０７は、大気をチャンバ１０８内に導入するばかりでなく、窒素を含む不活性ガスなど、任意に設定されたガスを導入するものでもかまわない。これによって、製造されるナノファイバ３０１の品質を向上させることができ、また、ナノファイバ製造装置１００の安全性を向上させることが可能となる。
【００７７】
原料液３００は、ナノファイバ３０１を製造するための液状の原料であり、ナノファイバ３０１を構成する樹脂を溶質とし、当該溶質を溶解、または、分散する溶媒とを備えている。
【００７８】
前記溶質は、具体的には、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等の高分子物質を例示できる。これらは、溶質として採用される樹脂の例示であり、本願発明は上記樹脂に限定されるものではない。
【００７９】
なお、原料液３００は、上記より選ばれる溶質を一種類のみ含んでいてもよく、また、複数種類を混在して含んでいてもかまわない。
【００８０】
前記溶媒は、前記溶質を溶解、または、分散できる揮発性のある有機溶剤などであり、原料液３００として採用される上記樹脂に対応して選定される。前記溶媒は、具体的には、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、水等を挙示することができる。これらは溶質として採用される溶剤の例示であり、本願発明は、上記溶剤に限定されるものではない。
【００８１】
なお、原料液３００は、上記より選ばれる溶媒を一種類のみ含んでいてもよく、また、複数種類を混在して含んでいてもかまわない。
【００８２】
さらに、原料液３００は、他の無機物質や有機物質を含んでいてもかまわない。例えば、無機物質としては、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。特に、原料液３００に酸化物を添加することで製造されるナノファイバの耐熱性、加工性などを向上させることが可能であるとの知見を得ている。具体的に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。これらは、原料液３００が含む他の物質の例示であり、本願発明は、原料液３００が他の物質を含むか否かで限定されるものではない。
【００８３】
原料液３００は、上記より選ばれる一種類のみを他の物質として含んでもよく、また、複数種類を含んでもかまわない。
【００８４】
原料液における溶媒と溶質との混合比率は、選定される溶媒の種類と溶質の種類とにより異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。好適には溶質が５〜３０重量％となる。
【００８５】
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の製造方法を説明する。
【００８６】
まず、供給手段１０４により流出体１０１に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１０１の貯留槽１１３に原料液３００が満たされる。
【００８７】
次に、帯電電源１２２により帯電電極１２１を正または負の高電圧とする。帯電電極１２１と対向する流出体１０１の先端部１１６に電荷が集中し、当該電荷が流出孔１１８を通過して空間中に流出する原料液３００に転移し、原料液３００が帯電する（帯電工程）。
【００８８】
前記帯電工程と供給工程とは同時期に実施することにより、流出体１０１の開口部１１９から帯電した原料液３００が流出する（流出工程）。
【００８９】
また、第一送風手段１０５により、チャンバ１０８内方の雰囲気を吸引し、原料液３００の流れに沿った気体流Ａを送風口から吐出する（第一送風工程）。
【００９０】
ここで、開口部１１９から流出する原料液３００は、開口部１１９を覆い先端部１１６から垂れ下がる液溜まり３０３を形成する。この液溜まり３０３は、複数ある開口部１１９毎に形成され、その先端から原料液３００が糸状に垂れ下がる（図４参照）。このように液溜まり３０３が形成されることで、イオン風の発生を抑制し、製造されるナノファイバ３０１の品質を高めることが可能となる。
【００９１】
また、気体流Ａは、液溜まり３０３に大きな影響を与えることなく、液溜まり３０３近傍も含めて溶媒蒸気を下方に搬送する。
【００９２】
次にある程度空間中を飛行した原料液３００に静電延伸現象が作用することによりナノファイバ３０１が製造される（ナノファイバ製造工程）。ここで、原料液３００は、イオン風に影響されることなく強い帯電状態（高い電荷密度）で流出し、また、各開口部１１９から飛行する原料液３００がまとまることなく細い状態で流出する。これにより、原料液３００のほとんどがナノファイバ３０１に変化していく。また、原料液３００は、強い帯電状態（高い電荷密度）で流出しているため、静電延伸が何次にもわたって発生し、線径の細いナノファイバ３０１が大量に製造される。
【００９３】
この状態において、被堆積部材１３１の背方に配置される帯電電極１２１と流出体１０１との間に発生する電界により、ナノファイバ３０１が被堆積部材１３１に誘引される（誘引工程）。
【００９４】
そして、被堆積部材１３１にナノファイバ３０１が堆積して収集される（収集工程）。被堆積部材１３１は、移送手段１３２によりゆっくり移送されているため、ナノファイバ３０１も移送方向に延びた長尺の帯状部材として回収される。
【００９５】
一方、気体流Ａは、堆積したナノファイバ３０１の上方近傍に達した後、被堆積部材１３１に沿って壁面に向かって流れ、その後、チャンバ１０８の内壁面に沿って上昇し、天井面に沿って第一送風手段１０５に戻る（循環行程）。
【００９６】
また、循環している気体流Ａは、排気手段１０６によって一部分岐され、所定の排気量だけチャンバ１０８の外方に排気される（排気行程）。また、排気行程に伴って、チャンバ１０８の外方から吸気手段１０７を介して気体が導入される（吸気行程）。
【００９７】
以上のような構成のナノファイバ製造装置１００を用い、以上のナノファイバ製造方法を実施することによって、チャンバ１０８の外方から取り込む空気の量を減少させることができる。従って、取り込む外気を適正な温度にすることや、適正な湿度にすることが容易に行え、取り込む外気の状態を制御するために必要なエネルギーを減少させることが可能となる。
【００９８】
また、チャンバ１０８内の雰囲気でチャンバ１０８内方を循環する気体流Ａを発生させ、原料液３００の飛翔経路近傍を通過させることで、溶媒蒸気が局所的に滞留することを抑制することが可能となる。従って、溶媒の蒸発を一定に維持して製造されるナノファイバ３０１の品質を安定させることが可能となる。
【００９９】
一方、循環する気体流Ａの一部をチャンバ１０８の外方に排気し、等量の外気をチャンバ１０８内方に導入することで、チャンバ１０８内方の溶媒蒸気の濃度を所定の規定値以下に維持することが可能となる。例えば、前記規定値を爆発限界濃度の１０分の１程度とすることで、ナノファイバ製造装置１００の防爆対策とすることが可能となる。
【０１００】
ここで所定の排気量とは、使用する原料液３００の溶媒の種類や目的とするナノファイバ３０１の品質によって異なるが、防爆対策として一般に規定されている溶媒の濃度以下にチャンバの内方が維持できる排気量が好ましい。
【０１０１】
具体的には、流出体１０１からの流出する原料液３００からチャンバ１０８内に放出される溶媒蒸気をｖｍ３／ｍｉｎとし、溶媒濃度の規定値をｋとし、排気量をＳ２（ｍ３／ｍｉｎ）とした場合、Ｓ２≧ｖ／ｋを満足する値から選定される排気量が所定の排気量となる。つまり、チャンバ１０８内方から排出する気体の排気量は、Ｓ２（ｍ３／ｍｉｎ）であり、この排気量はＳ２（ｍ３／ｍｉｎ）はチャンバ１０８内方に吸気される吸気量とほぼ一致する。一方、チャンバ１０８内方では毎分ｖｍ３の溶媒蒸気が発生する。従って、チャンバ１０８内方は、毎分Ｓ２ｍ３で気体が流れ、当該気流にｖｍ３の溶媒蒸気が加わることとなるため、チャンバ１０８内の溶媒濃度は、ｖ／Ｓ２となると考えられる。そしてこの溶媒濃度を、製造されるナノファイバの品質や、防爆などの安全性などに基づき規定値ｋ以下にする必要がある。つまり、ｋ ≧ ｖ／Ｓ２を満足する必要があり、前記式から排気量は、Ｓ２ ≧ ｖ／ｋを満足する値から選定することとなる。
【０１０２】
例えば、ｖ＝０．０００８４ｍ３／ｍｉｎ、ｋ＝２０００ｐｐｍ（爆発限界濃度の１／１０）とすると、Ｓ２≧０．４２ｍ３／ｍｉｎを満足する値を所定の排気量とすればよい。
【０１０３】
一方、排気量の上限は、気体流Ａの流量をＳ１（ｍ３／ｍｉｎ）（例えば、５０（ｍ３／ｍｉｎ））とした場合、Ｓ２＝Ｓ１となるが、この場合、チャンバ１０８の外方から取り込む空気の量を減少させるという所期の目的を達成できない。従って、選定される排気量の上限は、Ｓ１／２（例えば、２５ｍ３／ｍｉｎ）が好ましく、更に、選定される排気量の上限をＳ１／４（例えば１２．５ｍ３／ｍｉｎ）とすることが好適である。これにより、装置外から取り込む気体を適正な温度、湿度に制御するための使用エネルギーを大幅に削減することができる。
【０１０４】
なお、ナノファイバ製造装置１００は、上記全ての特徴を備える必要はなく、チャンバ１０８の内方に導入する外気の量を減少しうる特徴を備えることで足る。
【０１０５】
また、溶媒濃度の規定値ｋを爆発限界濃度の１／１０に設定したが、規定値ｋはナノファイバが適正に製造できる範囲において任意に設定可能である。例えば、溶媒が水の場合、爆発の可能性がないため、規定値ｋは要求されるナノファイバの品質によって決定される。
【０１０６】
（実施の形態２）
次に本願発明に係る他の実施の形態を説明する。
【０１０７】
図６は、他の実施の形態に係るナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【０１０８】
これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、製造空間１９０において、原料液３００を電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造する装置である点は、前記実施の形態１とかわりが無い。また、ナノファイバ製造装置１００は、チャンバ１０８と、流出体１０１と、第一送風手段１０５と、排気手段１０６と、吸気手段１０７と、帯電手段１０２と、収集手段１０３と、供給手段１０４とを備えている点も前記実施の形態１と共通する。本実施の形態に係るナノファイバ製造装置１００はさらに、第三送風手段１５３と、ダクト１０９を形成するための仕切部材１９１とを備えている。
【０１０９】
以下、実施の形態１と共通する部分は、説明を省略し、相違点を説明する。
【０１１０】
ダクト１０９は、第一送風手段１０５により発生した気体流を再び第一送風手段１０５に戻す部材である。つまり、ダクト１０９は、気体流Ａの循環経路の戻り部分において、気体流Ａを案内する機能を備える部材である。本実施の形態の場合、ダクト１０９は、チャンバ１０８の一部と、チャンバ１０８の内方に設けられる仕切部材１９１とにより形成された管状の部分である。具体的にはチャンバ１０８の側壁、および、天井と平行に板状の仕切部材１９１が配置されており、これらが管状に囲む空間が気体流Ａを第一送風手段１０５に戻す経路となっている。
【０１１１】
なお、本発明にかかるダクト１０９は、本実施の形態にのみ限定されるものではなく、第一送風手段１０５へ気体流Ａを戻す管路であれば、チャンバ１０８内もしくはチャンバ１０８外に設けた管路であってもかまわない。
【０１１２】
第三送風手段１５３は、気体流Ａを吸引し、第一送風手段１０５に戻るように吸引した気体流Ａを排出する装置である。本実施の形態の場合、第三送風手段１５３は、吸引した気体流Ａをダクト１０９に排出し、ダクト１０９を介して気体流Ａを第一送風手段１０５に戻すものとなっている。従って、第三送風手段１５３は、ダクト１０９の端部に取り付けられている。
【０１１３】
図６に示すように、第三送風手段１５３は、第一送風手段１０５がＹ軸方向全体に広がってＺ軸方向の下向きに幕状に発生させた気体流ＡをＹ軸方向に広がった状態で略均一に吸気するものとなっている。また、第三送風手段１５３は、空間中を飛翔する原料液３００やナノファイバ３０１に対し、第一送風手段１０５の送風口と反対側に配置されている。
【０１１４】
第三送風手段１５３は、第一送風手段１０５と同じように、Ｙ軸方向に延びる長尺のシロッコファンを駆動源により回転（第一送風手段１０５とは逆向き）させてＹ軸方向に延びるスリット状の吸気口から気体流Ａを吸気するものを例示できる。
【０１１５】
以上の様に、幕状の気体流Ａの全体を第三送風手段１５３が吸気するものとし、吸気した気体流Ａをダクト１０９に排出するものとすれば、原料液３００やナノファイバ３０１が飛翔する空間に乱流が発生することを可及的に抑制できる。従って、製造されるナノファイバ３０１の品質を高い状態で維持しつつ溶媒蒸気を効率的に飛翔空間から排出することが可能となる。
【０１１６】
また、第三送風手段１５３によって、気体流Ａの方向を変更し原料液３００やナノファイバ３０１と気体流Ａとを交差させることができるため、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を曲げ、飛翔経路を長くすることが可能となる。従って、溶媒の蒸発時間を稼ぐことができ、品質の高いナノファイバを製造することが可能となる。
【０１１７】
なお、第三送風手段１５３は、シロッコファンを備えるものに限定される訳ではない。第三送風手段１５３は、複数の軸流ファンをＹ軸方向に並べたものでもかまわない。また、駆動源をチャンバ１０８の外方に配置し、伝達手段により第三送風手段１５３のファンを回転させるものでも良い。
【０１１８】
本実施の形態の場合、排気手段１０６は、ダクト１０９を形成するチャンバ１０８の部分に設けられた排気口１６１と、ダクト１０９内に配置され気体流Ａの一部を排気口１６１に導く分岐板１６３とを備えている。
【０１１９】
このように、分岐板１６３を設けることで、気体流Ａの循環経路を形成するダクト１０９の途中において気体流Ａの一部を分岐することができる。また、分岐板１６３の大きさや取り付け位置、ダクト１０９に対する角度を調整することで排気量を設定することも可能となる。さらに、分岐板１６３を可動式にすることで、任意に排気量を調整することも可能となる。例えば、分岐板１６３の位置がチャンバ１０８の内壁に近い程排気流路の断面積が小さくなるので排気量が少なくなり、逆に、分岐板１６３の位置が仕切部材１９１に近い程排気流路の断面積が大きくなるので排気量が多くなる。
【０１２０】
以上の様に実施の形態２の構成によれば、上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。さらに、ダクト１０９を設けて気体流Ａの戻り経路を案内することで、チャンバ１０８内方に発生する乱流を抑止することが可能となる。
【０１２１】
また、第三送風手段１５３により、気体流Ａを原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路と強制的に交差させることで、前記飛翔経路を延長してより品質の高いナノファイバを製造することが可能となる。
【０１２２】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【０１２３】
例えば、図７に示すように、流出体１０１を複数個（図中は２個）備え、第一送風手段１０５を流出体１０１の間に配置してもかまわない。さらに、第三送風手段１５３を複数備えて気体流Ａを二方向から吸引して二つの循環経路を創出してもかまわない。
【０１２４】
なお、上記流出体１０１の説明においても記載したとおり、同図において流出体１０１のいずれか一方、または、両方を針状のノズルを並べた流出体１０１に置き換えたナノファイバ製造装置１００も本願発明に含まれる。
【０１２５】
これによれば、狭い空間に流出孔１１８を多数備えた場合でも、流出孔１１８の間を流れる気体流Ａによって、効率的に溶媒蒸気を排出することが可能となる。従って、品質の高いナノファイバ３０１を生産効率の高い状態で生産することが可能となる。
【０１２６】
また、図８に示すように、流出体１０１の両脇に複数の第一送風手段１０５を配置し、複数の気体流Ａで飛翔する原料液３００やナノファイバ３０１を挟むような複数の循環経路を備えてもかまわない。
【０１２７】
これによれば、溶媒蒸気の局所的な滞留をより効果的に除去することができ、製造されるナノファイバの品質の向上を図ることが可能となる。
【０１２８】
また、排気手段１０６は、気体流Ａの一部を分岐させてチャンバ１０８外に排気する排気量を設定可能であれば、どのような態様が採用されても本願発明に含まれる。例えば、排気手段１０６は、分岐版１６３に代えて第二送風手段１６２を備えるものでもかまわない。つまり、ナノファイバ製造装置１００は、第二送風手段１６２と第三送風手段１５３との両方を備えるものでも構わない。これによれば、例えば、第三送風手段１５３の送風量に対する第二送風手段１６２の送風量の比率により排気量が設定される場合や、第二送風手段１６２の送風量（能力）のみに排気量が設定される場合がある。さらに、第一送風手段１０５と第二送風手段１６２と第三送風手段１５３との送風量の調整によって設定される場合もある。
【０１２９】
また、ナノファイバ製造装置１００がダクト１０９を備える場合に、排気手段１０６として、分岐板１６３に代えて第二送風手段１６２を備えるが、ナノファイバ製造装置１００は、第三送風手段１５３を備えないものであってもかまわない。これによれば、第一送風手段１０５によるダクト１０９を介した吸引により気流Ａがダクト１０９に流入し、第一送風手段１５３の送風量に対する第二送風手段１６２の送風量の比率により排気量が設定される。
【０１３０】
また、排気手段１０６は、分岐板１６３を備えず、単に、ダクト１０９の途中で装置外へ排気する排気口１６１を備えるものであっても構わない。これによれば、例えば、排気口１６１の大きさにより排気量が設定される。
【０１３１】
なお、第三送風手段１５３は、第一送風手段１０５と同様、排気手段１０６の排気量に影響を与えるが、第三送風手段１５３の主たる機能（目的）は、気体流Ａを第一送風手段１０５に戻すことである。従って、本願発明において、第三送風手段１５３と排気手段１０６とは独立した構成であり、第三送風手段１５３の有無が発明の構成としての排気手段１０６に影響を与えるものではない。
【０１３２】
また、上記実施の形態１および実施の形態２において記載していないが、ナノファイバ製造装置１００は、排気手段１０６による排気中から溶媒を除去、回収するためのフィルタや冷却装置などの溶媒回収装置を備えていても構わない。これによれば、ナノファイバ製造装置１００の外部に排出する溶媒の量を可及的に低く抑えることができ、ナノファイバ製造装置１００が設置される場所の環境を良い状態で維持することができる。また、使用可能な溶剤の種類を増加させることができ、製造可能なナノファイバのバリエーションを増加させることが可能となる。特に、排気手段１０６によって排気される気体の排気量は、気体流Ａの一部であるため、溶媒の回収が容易である。なお、本願発明は、チャンバ１０８（ダクト１０９内を含む）内を循環する気体流Ａから溶媒を回収しない。これは、排気手段１０６により溶媒蒸気を含む気体流Ａの一部を排気することで、チャンバ１０８（ダクト１０９含む）内で溶媒の除去をしなくても、チャンバ１０８内の溶媒量が許容量を超えないようにすることができるためである。
【０１３３】
さらに、ナノファイバ製造装置１００は、チャンバ１０８内やダクト１０９内において、第一送風手段１０５まで戻す気体流Ａの温度や湿度などを適正に維持する状態維持手段を備えるものであっても構わない。これにより、チャンバ１０８内やダクト１０９内を循環中の気体流Ａの温度や湿度などが適正状態から外れることを防止することができる。また、当該状態維持手段を吸気手段１０７の上流や下流に設けてもかまわない。
【０１３４】
さらに、上記実施の形態１や実施の形態２では、気体流Ａは、被堆積部材１３１や、堆積したナノファイバ３０１の上方を流通するように記載したが、気体流Ａを被堆積部材１３１や堆積したナノファイバ３０１を通過させ、通過した気体流Ａの一部を排気手段１０６を用いてチャンバ１０８外への排気し、残りを第一送風手段１０５へ戻すものとしてもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本願発明は、ナノファイバの製造やナノファイバを用いた紡糸、不織布の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
１００ ナノファイバ製造装置
１０１ 流出体
１０２ 帯電手段
１０３ 収集手段
１０４ 供給手段
１０５ 第一送風手段
１０６ 排気手段
１０７ 吸気手段
１０８ チャンバ
１０９ ダクト
１１３ 貯留槽
１１６ 先端部
１１７ 側面部
１１８ 流出孔
１１９ 開口部
１２１ 帯電電極
１２２ 帯電電源
１３１ 被堆積部材
１３２ 移送手段
１３３ ロール
１５１ 駆動源
１５２ 伝達部材
１５３ 第三送風手段
１６１ 排気口
１６２ 第二送風手段
１６３ 分岐板
１７１ 吸気口
１７２ パイプ
１９０ 製造空間
１９１ 仕切部材
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、静電延伸現象によりサブミクロンオーダーやナノオーダーの細さである繊維（ナノファイバ）を製造するナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂などから成り、サブミクロンスケールやナノスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質を製造する方法として、静電延伸現象（エレクトロスピニング）を用いた方法が知られている。
【０００３】
この静電延伸現象とは、溶媒中に樹脂などの溶質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電気的に延伸させることにより、ナノファイバを得る方法である。
【０００４】
より具体的に静電延伸現象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原料液が爆発的に線状に延伸される現象が生じる。これが静電延伸現象である。この静電延伸現象が、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オーダーからナノオーダーの樹脂から成るナノファイバが製造される。
【０００５】
従来、円筒状の流出体の周面から遠心力によって空間中に大量に原料液を高密度で流出させると共に、放射方向に流出させた原料液の飛翔方向を気体流により軸方向に変更し、気体流に乗せてナノファイバを搬送して被堆積部材の上にナノファイバを堆積させて収集する装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
当該装置によれば、ナノファイバを気体流で搬送すると共に、原料液から蒸発する溶媒の蒸気も気体流を搬送することができるため、溶媒蒸気の局所的な滞留を防止して高品質のナノファイバを高い効率で製造でき、また、被堆積部材上に堆積したナノファイバからなる不織布の厚さを均一にすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２４５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１に記載の装置のように、流出体付近の溶媒蒸気を速やかに排除するためには、装置外から大量の空気を取り込み送風する必要がある。また、ナノファイバの紡糸条件を適正に維持するためには、その取り込んだ大量の外気を適正な温度、湿度に制御する必要がある。そのための使用エネルギーが増加し、または、装置が大型化する。
【０００９】
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、装置外から取り込む気体流が比較的小流量であってもナノファイバが製造される製造空間における雰囲気を良好な状態で維持し、良好な品質のナノファイバを高い効率で製造することのできるナノファイバ製造装置、および、ナノファイバ製造方法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、製造空間において、原料液を電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、前記製造空間を略気密状態で覆うチャンバと、原料液を前記製造空間中に一方向に流出させる流出孔を備える流出体と、前記製造空間中の雰囲気を前記流出体から原料液が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液に沿って流れる気体流として発生させる第一送風手段と、前記気体流の一部を分岐させて前記チャンバ外に排気する排気量を設定可能な排気手段と、前記排気量と略等量の気体を前記チャンバ外から吸気する吸気手段と、前記流出体から流出する原料液を帯電させる帯電手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
これによれば、原料液の流れに沿って発生させた気体流により、原料液の飛翔経路の近傍に溶媒蒸気が局所的に滞留することを抑止して、飛翔中の原料液からの溶媒の蒸発を促進させることが可能となる。従って、高い品質のナノファイバを製造することが可能となる。また、装置外から取込む空気を適正な温度、湿度に制御するための使用エネルギー量を削減することが可能となる。
【００１２】
また、前記第一送風手段は、気体を流動させるためのファンと、前記チャンバの外方に配置され、前記ファンを駆動する駆動源と、前記チャンバを貫通し、前記駆動源の駆動力を前記ファンに伝達する伝達部材とを備えるものとしても良い。
【００１３】
これによれば、所定濃度の溶媒蒸気を含む雰囲気をチャンバ−内に閉じ込め、チャンバ−内の雰囲気を気体流として循環させる第一送風手段１０５に必要なモータなどの駆動源をチャンバ−外に配置しているため、駆動源が原因となって溶媒蒸気に引火することを回避することができ、ナノファイバ製造装置の安全性を高めることが可能となる。
【００１４】
また、前記排気手段は、前記チャンバ内から吸気した気体を前記チャンバ外に送る第二送風手段を備えてもよい。
【００１５】
これによれば、排気手段の排気量を容易に設定することが可能となり、また要すれば、排気量の設定値を調整することも可能となる。
【００１６】
さらに、前記気体流を吸引し、前記第一送風手段に戻るように吸引した気体流を排出する第三送風手段を備えてもよい。
【００１７】
これによれば、チャンバ内における気体流の循環経路を任意、かつ、容易に設定することが可能となる。
【００１８】
さらに、前記第一送風手段により発生した気体流を前記第一送風手段に戻すダクトを備えるものでも良い。
【００１９】
これによれば、気体流の循環経路を任意に設定することができ、チャンバ内に乱流が発生するなど予期しない気体流の乱れを抑止することが可能となる。
【００２０】
また、前記排気量は、前記原料液から蒸発する溶媒蒸気の前記チャンバ内における濃度が、ナノファイバが生産可能であるとして定められる規定値を越えないように設定した値以上の値に設定されるものでもよい。
【００２１】
これによれば、チャンバ内の溶媒濃度をナノファイバの製造にとって良好な状態に維持することができる。
【００２２】
また、上記の目的を達成するために、本願発明に係るナノファイバ製造方法は、チャンバで覆われる製造空間において、原料液を電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、原料液を前記製造空間中に一方向に流出させる流出孔から流出させる流出ステップと、第一送風手段により、前記製造空間中の雰囲気を前記流出体から原料液が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液に沿って流れる気体流として発生させる第一送風ステップと、前記気体流の一部を分岐させて前記チャンバ外に所定の排気量で排気手段により排気する排気ステップと、前記排気量と略等量の気体を前記チャンバ外から吸気手段により吸気する吸気ステップと前記流出体から流出する原料液を帯電手段により帯電させる帯電ステップとを含むことを特徴とする。
【００２３】
これによれば、原料液の流れに沿って発生させた気体流により、原料液近傍に溶媒蒸気が滞留することを抑止して、溶媒の蒸発を促進させることが可能となる。また、装置外から取込む空気を適正な温度、湿度に制御するための使用エネルギー量を削減することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本願発明によれば、エネルギーの消費を抑制しつつナノファイバの製造空間を良好な状態で維持することができ、製造されるナノファイバを高い品質で維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、ナノファイバ製造装置の外観を示す斜示図である。
【図２】図２は、ナノファイバ製造装置をチャンバの一部を省略して示す斜示図である。
【図３】図３は、流出体を切り欠いて示す斜示図である。
【図４】図４は、流出体から原料液が流出している状態を流出体の先端部側から示す斜示図である。
【図５】図５は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図６】図６は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図７】図７は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図８】図８は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、本願発明に係るナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法を、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、ナノファイバ製造装置の外観を示す斜示図である。
【００２８】
図２は、ナノファイバ製造装置をチャンバの一部を省略して示す斜示図である。
【００２９】
これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、製造空間１９０において、原料液３００を電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造する装置であって、チャンバ１０８と、流出体１０１と、第一送風手段１０５と、排気手段１０６と、吸気手段１０７と、帯電手段１０２とを備えている。さらに、ナノファイバ製造装置１００は、収集手段１０３と、供給手段１０４とを備えている。
【００３０】
図３は、流出体を切り欠いて示す斜示図である。
【００３１】
流出体１０１は、原料液３００を空間中に一方向に流出させる複数の流出孔１１８を備え、流出孔１１８の先端に存在する開口部１１９が細長い帯状の仮想的な二次元範囲である配列範囲内に配列される部材であり、原料液３００の圧力（重力も含む場合がある）により原料液３００を空間中に流出させるものである。
【００３２】
ここで、「配列範囲」の語は、前述した通り、流出孔１１８の先端にある開口部１１９が配置され得る帯状の仮想的な２次元範囲の意味であり、本願明細書、および、特許請求の範囲全体において同様の意味で使用している。例えば図４において、配列範囲は、先端部１１６（後述）に該当する範囲となる。上記のように、配列範囲は、帯状の仮想的な２次元範囲であるが、図４のように、物理的な形状から示される領域（先端部１１６）と一致する場合がある。しかし、本願発明において、仮想的な配列範囲と物理的な領域とが一致する必要は無い。
【００３３】
また、流出体１０１は、流出する原料液３００に電荷を供給する電極としても機能しており、原料液３００と接触する部分の少なくとも一部は導電性を備えた部材で形成される。本実施の形態の場合、流出体１０１全体が金属で形成されており、さらに、先端部１１６と、側面部１１７と、貯留槽１１３とを備えている。
【００３４】
流出孔１１８は、原料液３００を一方向（図３において、Ｚ軸方向下向き）に向かって空間中に流出させる孔であり、先端にある開口部１１９は、流出体１０１の一部を占める領域である細い帯状の配列範囲内に複数個設けられている。本実施の形態の場合、流出孔１１８は、相互に平行となるようにＹ軸方向に一直線上に並べて配置されており、流出孔１１８の先端にある開口部１１９は、所定の間隔で一列に並んで配置されている。
【００３５】
流出孔１１８の孔長や孔径は、特に限定されるものではなく、原料液３００の粘度などにより適した形状を選定すれば良い。具体的には、孔長は、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。孔径は、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。また、流出孔１１８の形状は、円筒形状に限定されるわけではなく、任意の形状を選定しうる。特に開口部１１９の形状は、円形に限定されるわけではなく、三角形や四角形などの多角形、星形など内側に突出する部分のある形状などでもかまわない。
【００３６】
また、開口部１１９が並べられる間隔は、全てを等間隔としてもよく、また、流出体１０１の端部における開口部１１９の間隔は、流出体１０１の中央部における開口部１１９の間隔よりも広く、または、狭くするなど任意に定めることができる。現在得られている知見において、開口部１１９の孔径が０．３ｍｍの場合、開口部１１９のピッチは、２．５ｍｍ以上が好ましい。２．５ｍｍ未満の場合、隣接して流出する原料液が合体する可能性が高まるからである。なお、これら孔径やピッチなどは、原料液３００の粘度など他の条件により変化することが考えられる。
【００３７】
また、開口部１１９は、同一直線上に配置されるばかりでなく、細い帯状の配列範囲内であればどのように配置されも良い。例えば開口部１１９は、ジグザグに配置されてもよく、サインカーブなどの波を描くように配置されてもよい。
【００３８】
先端部１１６は、流出孔１１８の開口部１１９が配置される流出体１０１の部分であり、所定の間隔で配置される開口部１１９の間を滑らかな面で接続する部分である。本実施の形態の場合、先端部１１６は、細長い矩形の平面を表面に備え、その幅は、対応する開口部１１９の径よりも広くなるように設定されている。
【００３９】
なお、先端部１１６の形状が、図４のような帯状でない場合、例えば、先端部１１６の形状が、曲面形状の場合や、切り立った形状であっても、また、針状のノズルが並んだような先端部１１６が無い場合であっても、「配列範囲」は、開口部１１９が配列されうる帯状領域として仮想的に設定できるものであることは変わりない。
【００４０】
図４は、流出体から原料液が流出している状態を流出体の先端部側から示す斜示図である。
【００４１】
同図に示すように、開口部１１９の周囲の全てにわたって表面が滑らかな面（本実施の形態の場合、平面）の先端部１１６が存在することにより、開口部１１９の周りに液溜まり３０３（いわゆるテーラーコーン）が発生する。この液溜まり３０３は、原料液３００の粘性により発生すると考えられ、開口部１１９よりも大きな円形の底面を備える円錐形状となっている。液溜まり３０３は、開口部１１９を覆うように流出体１０１の先端部１１６に付着する。そして、円錐状の液溜まり３０３から原料液３００が空間中に細く流出するものとなっている。これにより開口部１１９が空気と直接接触しないので、開口部１１９から発生するイオン風を抑制することが可能となる。
【００４２】
以上のように、先端部１１６は、複数存在する開口部１１９の間を滑らかな面でつなげているため、複数のノズルを並べたときに発生する電界干渉を抑制することが可能となる。また、開口部１１９と開口部１１９との間の領域で発生するイオン風を抑制することができる。従って、開口部１１９の間隔を狭めた状態で配置しても、良好にナノファイバ３０１を製造することができるため、単位時間、単位面積あたりのナノファイバ３０１の生産量を向上させることが可能となる。
【００４３】
また、先端部１１６により液溜まり３０３を良好な状態で保持することが可能であるため、イオン風の発生を抑制し、ナノファイバ３０１の品質向上や生産効率の向上が図れると考えられる。
【００４４】
側面部１１７は、図３に示すように、流出孔１１８を挟むように配置される二つの面であり、先端部１１６から延設され、起立状態で配置される流出体１０１の部分である。また、側面部１１７は、配列範囲の長手方向（Ｙ軸方向）に延びた状態で設けられており、全ての流出孔１１８を二つの側面部１１７で挟むように設けられている。また、側面部１１７は、図３に示すように、先端部１１６から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置されている。
【００４５】
流出体１０１は、上記側面部１１７を備えることで、イオン風の発生を抑制し、また、イオン風が発生したとしても、空間中に流出する原料液３００と交差しない方向にイオン風を飛ばせることができるため、イオン風が影響を及ぼすことなく安定した状態でナノファイバ３０１を製造することが可能となる。
【００４６】
また、側面部１１７は先端部１１６に向かって徐々に細くなるように配置されているため、先端部１１６に電荷が集中させやすく、原料液３００に効率的に電荷を供給することができる。
【００４７】
さらに、開口部１１９の周囲の空間を広く開放することができるため、側面部１１７の側方に第一送風手段１０５によって発生する気体流によって効率よく溶媒蒸気を排出できると考えられる。
【００４８】
貯留槽１１３は、図３に示すように、流出体１０１の内部に形成され、供給手段１０４（図１参照）から供給される原料液３００を貯留するタンクである。また、貯留槽１１３は、複数の流出孔１１８に接続され、流出孔１１８に同時に原料液３００を供給するものとなっている。本実施の形態の場合、貯留槽１１３は、流出体１０１に一つ設けられており、流出体１０１の一端部から他端部にわたって広く設けられ、全ての流出孔１１８と接続されている。
【００４９】
以上のように貯留槽１１３は、原料液３００を流出孔１１８の近傍で一時的に貯留し、複数の流出孔１１８に均等な圧力で原料液３００を供給する機能を備えており、これにより、各流出孔１１８から均等な状態で原料液３００を流出させることが可能となる。従って、製造されるナノファイバ３０１の品質の空間的なムラを抑制することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、流出体１０１は、細く長い先端部１１６を備え、かつ、先端部から徐々に広がるように配置される側面部１１７を備えるものとして説明したが、本願発明はこれに限定されるものでは無い。例えば、流出孔１１８の開口部１１９が細長い帯状の仮想的な二次元範囲である配列範囲内に配列されるものであれば、円形のパイプの周壁に流出孔１１８を設けたものや、矩形で箱形の流出体１０１の底面に行列状に流出孔１１８を並べるもの、一つの流出孔１１８が軸方向に沿って設けられる針状のノズルを複数個並べるものなどを他の形態として例示できる。
【００５１】
供給手段１０４は、図１、図２に示すように、流出体１０１に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留するタンクと、当該タンクから原料液３００を圧送するポンプと、圧送される原料液３００を案内するパイプとを備えている。
【００５２】
帯電手段１０２は、流出体１０１から流出する原料液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、帯電手段１０２は、帯電電極１２１と、帯電電源１２２とを備えている。また、流出体１０１も帯電手段１０２を構成する要素として機能している。
【００５３】
帯電電極１２１は、流出体１０１と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１０１に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、流出体１０１に電荷を誘導するための導電性を備える部材である。本実施の形態の場合、帯電電極１２１は、ナノファイバ３０１を収集手段１０３に誘引する誘引手段としても機能している。帯電電極１２１は、流出体１０１の先端部１１６と対向する位置に配置されており、帯電電源１２２を介して接地されている。一方、流出体１０１は、接地されている。従って、帯電電極１２１に正の電圧が印加されると流出体１０１には負の電荷が誘導され、原料液３００は負に帯電する。一方、帯電電極１２１に負の電圧が印加されると流出体１０１には正の電荷が誘導され、原料液３００は正に帯電する。
【００５４】
帯電電源１２２は、流出体１０１と帯電電極１２１との間に高電圧を印加して原料液３００を所望の電荷密度に帯電させることのできる電源である。帯電電源１２２は、一般には、直流電源が好ましいが交流電源の採用を妨げるものでは無い。
【００５５】
なお、流出体１０１に帯電電源１２２を接続して流出体１０１を帯電電極１２１に対し高い電圧もしくは低い電圧としてもかまわない。また、帯電電極１２１と流出体１０１とのいずれも接地しないような接続状態とし、帯電電源１２２の両極をそれぞれ帯電電極１２１と流出体１０１に接続してもかまわない。
【００５６】
収集手段１０３は、静電延伸現象により製造空間１９０中で製造されるナノファイバ３０１を収集する装置である。収集手段１０３は、被堆積部材１３１と、被堆積部材１３１を移送することのできる移送手段１３２とを備えている。
【００５７】
被堆積部材１３１は、配列範囲の長手方向全体に広がり、空間中で製造されたナノファイバ３０１を堆積状態で収集する部材である。本実施の形態の場合、被堆積部材１３１は、配列範囲の長手方向を幅とする薄い帯状の長尺の部材でありロール１３３に巻き付けられた状態で供給されている。また、被堆積部材１３１は、表面に堆積したナノファイバ３０１と分離が容易なように、表面処理が施されている。
【００５８】
移送手段１３２は、流出体１０１と被堆積部材１３１とをＹ軸方向と交差する方向（Ｘ軸方向）に相対的に移送する装置である。本実施の形態の場合、流出体１０１は固定されており、被堆積部材１３１のみを流出体１０１に対して移送するものとなっている。移送手段１３２は、長尺の被堆積部材１３１を巻き取りながらロール１３３から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に被堆積部材１３１を移送して巻き取るものとなっている。
【００５９】
なお、移送手段１３２は、被堆積部材１３１を移動させるばかりではなく、流出体１０１を収集手段１０３に対して移動させるものでもかまわない。また、移送手段１３２は、被堆積部材１３１を一定方向に移送し、流出体１０１を被堆積部材１３１の移送方向と交差する方向に往復動させるもの等でもよい。また、開口部１１９の並び方向と直交する方向に収集手段１０３を移動させているが、それに限定するものではなく、開口部１１９の並び方向に被堆積部材１３１を移動させ、流出体１０１を開口部１１９の並び方向と直交する方向に往復動させるものであってもかまわない。
【００６０】
チャンバ１０８は、帯電した原料液３００が流出し、静電延伸現象によって原料液３００からナノファイバ３０１が製造される空間である製造空間１９０を略気密状態で覆うことのできる部材である。
【００６１】
本実施の形態の場合、チャンバ１０８は、帯電電極１２１と共に、製造空間１９０の六面全てを囲む箱状の部材である。
【００６２】
ここで、略気密状態の語は、完全な気密状態ではなく、ある程度の気体の流出入を許容する意味を含むものとして用いている。本実施の形態の場合、例えば、帯電電極１２１とチャンバ１０８との間に被堆積部材１３１が配置されており、被堆積部材１３１や堆積したナノファイバ３０１が通過する部分（搬入口、搬出口）に対応するチャンバ１０８には隙間が設けられている。従って、当該隙間においては気体の流出入が避けられない。当該意味においてチャンバ１０８は、製造空間１９０を略気密状態で覆っている。さらに、チャンバ１０８には排気口１６１（後述）や吸気口１７１（後述）等の開口部が設けられており、当該部分では積極的に気体が排気され、また、吸気されているが、当該状態も「略気密状態」の語が示す範囲に含まれている。
【００６３】
第一送風手段１０５は、チャンバ１０８で囲われた製造空間１９０中の雰囲気を流出体１０１から原料液３００が流出する方向である流出方向（Ｚ軸方向）と同じ方向で原料液３００の近傍を原料液３００の流れに沿って流れる気体流として発生させる装置である。
【００６４】
本実施の形態の場合、流出体１０１に設けられる流出孔１１８の開口部１１９は、細長い帯状の二次元範囲である配列範囲の長手方向（Ｙ軸方向）全体に広がって配置されており、第一送風手段１０５は、前記配列範囲の長手方向全体にわたって広がる幕状の気体流を発生させるものとなっている。
【００６５】
第一送風手段１０５は、いわゆるエアーカーテンを発生させる装置であり、Ｙ軸方向に延びる長尺のシロッコファン（図示せず）と、チャンバ１０８の外方に配置され前記ファンを駆動させるモータ等の駆動源１５１（図１参照）と、チャンバ１０８を貫通し、駆動源１５１の駆動力を前記ファンに伝達する軸体である伝達部材１５２（図２参照）とを備えている。そして、第一送風手段１０５は、駆動源１５１により前記ファンを回転させることによりチャンバ１０８の内方にある気体を吸い込み、Ｙ軸方向に延びるスリット状の送風口から気体を吐出することにより幕状の気体流をＺ軸方向の下向きに発生させる。
【００６６】
これによれば、原料液３００の流れに沿って原料液３００の飛翔経路の近傍に強制的に気体流を略均一に流すことができ、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔に悪影響をおよぼすことなく飛翔経路の近傍に溶媒蒸気が局所的に対流することを効果的に抑止することが可能となる。
【００６７】
図５は、ナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【００６８】
排気手段１０６は、第一送風手段１０５により発生した気体流Ａの一部を分岐させてチャンバ１０８の外に排気する装置であり、排気する気体の排気量を設定可能な装置である。
【００６９】
本実施の形態の場合、排気手段１０６は、チャンバ１０８に設けられた排気口１６１と、チャンバ１０８の内方から吸気した気体（気体流Ａの一部）をチャンバ１０８の外方に送る第二送風手段１６２とを備えている。
【００７０】
このように、第二送風手段１６２を設けることで、気体流Ａの循環経路の途中において気体流Ａの一部を強制的に排気することができる。また、第二送風手段１６２の種類を選定することにより、容易に排気量を設定することが可能となる。さらに、第二送風手段１６２が送風能力を調整できるものとすれば、任意に排気量を調整することも可能となる。
【００７１】
なお、第二送風手段１６２としては、軸流ファンやシロッコファンを備える送風機などを例示することができる。また、第二送風手段１６２の送風能力の調整方法としては、ファンを駆動する駆動源の能力を調整する方法や、ダンパを備えてダンパの開閉状態により送風能力を調整する方法を例示することができる。
【００７２】
吸気手段１０７は、排気手段１０６によりチャンバ１０８の外方に排気された気体の排気量と略等量の気体をチャンバ１０８の外方から内方に吸気する装置である。
【００７３】
本実施の形態の場合、吸気手段１０７は、チャンバ１０８に設けられた吸気口１７１と、吸気口１７１につながるパイプ１７２とを備えている。
【００７４】
以上の構成により、排気手段１０６によってチャンバ１０８の外方に排気された気体の排気量に対応して、チャンバ１０８の外方からチャンバ１０８の内方に吸気手段１０７の吸気口１７１を通して前記排気量と略等量の吸気量の気体が吸気される。
【００７５】
ここで、チャンバ１０８は、略気密状態を創出する部材であり、排気口１６１や吸気口１７１意外にも隙間や開口が存在する。しかし、吸気手段１０７の配管抵抗を含む吸気抵抗は、他の隙間や開口（排気口１６１を除く）よりも十分に低いため、吸気手段１０７に基づく吸気量は、排気手段１０６に基づく排気量に対して略等量である。つまり、略等量の語は、排気量と完全に一致する場合も含め、ある程度の誤差を許容する意味で用いている。
【００７６】
なお、本実施の形態の場合、吸気手段１０７は、チャンバ１０８の外方の気体を単にチャンバ１０８の内方に導入するものであったが、本願発明はこれに限定されるものではない。例えば、吸気手段１０７は、チャンバ１０８外から気体をチャンバ１０８内に導入する際に、気体の温度や湿度などを調整する機能を備えていてもかまわない。つまり吸気手段１０７に加温装置や除湿装置、加湿装置、ほこりなどを採るためのフィルタなどを設けてもかまわない。また、吸気手段１０７は、大気をチャンバ１０８内に導入するばかりでなく、窒素を含む不活性ガスなど、任意に設定されたガスを導入するものでもかまわない。これによって、製造されるナノファイバ３０１の品質を向上させることができ、また、ナノファイバ製造装置１００の安全性を向上させることが可能となる。
【００７７】
原料液３００は、ナノファイバ３０１を製造するための液状の原料であり、ナノファイバ３０１を構成する樹脂を溶質とし、当該溶質を溶解、または、分散する溶媒とを備えている。
【００７８】
前記溶質は、具体的には、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等の高分子物質を例示できる。これらは、溶質として採用される樹脂の例示であり、本願発明は上記樹脂に限定されるものではない。
【００７９】
なお、原料液３００は、上記より選ばれる溶質を一種類のみ含んでいてもよく、また、複数種類を混在して含んでいてもかまわない。
【００８０】
前記溶媒は、前記溶質を溶解、または、分散できる揮発性のある有機溶剤などであり、原料液３００として採用される上記樹脂に対応して選定される。前記溶媒は、具体的には、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、水等を挙示することができる。これらは溶質として採用される溶剤の例示であり、本願発明は、上記溶剤に限定されるものではない。
【００８１】
なお、原料液３００は、上記より選ばれる溶媒を一種類のみ含んでいてもよく、また、複数種類を混在して含んでいてもかまわない。
【００８２】
さらに、原料液３００は、他の無機物質や有機物質を含んでいてもかまわない。例えば、無機物質としては、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。特に、原料液３００に酸化物を添加することで製造されるナノファイバの耐熱性、加工性などを向上させることが可能であるとの知見を得ている。具体的に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。これらは、原料液３００が含む他の物質の例示であり、本願発明は、原料液３００が他の物質を含むか否かで限定されるものではない。
【００８３】
原料液３００は、上記より選ばれる一種類のみを他の物質として含んでもよく、また、複数種類を含んでもかまわない。
【００８４】
原料液における溶媒と溶質との混合比率は、選定される溶媒の種類と溶質の種類とにより異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。好適には溶質が５〜３０重量％となる。
【００８５】
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の製造方法を説明する。
【００８６】
まず、供給手段１０４により流出体１０１に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１０１の貯留槽１１３に原料液３００が満たされる。
【００８７】
次に、帯電電源１２２により帯電電極１２１を正または負の高電圧とする。帯電電極１２１と対向する流出体１０１の先端部１１６に電荷が集中し、当該電荷が流出孔１１８を通過して空間中に流出する原料液３００に転移し、原料液３００が帯電する（帯電工程）。
【００８８】
前記帯電工程と供給工程とは同時期に実施することにより、流出体１０１の開口部１１９から帯電した原料液３００が流出する（流出工程）。
【００８９】
また、第一送風手段１０５により、チャンバ１０８内方の雰囲気を吸引し、原料液３００の流れに沿った気体流Ａを送風口から吐出する（第一送風工程）。
【００９０】
ここで、開口部１１９から流出する原料液３００は、開口部１１９を覆い先端部１１６から垂れ下がる液溜まり３０３を形成する。この液溜まり３０３は、複数ある開口部１１９毎に形成され、その先端から原料液３００が糸状に垂れ下がる（図４参照）。このように液溜まり３０３が形成されることで、イオン風の発生を抑制し、製造されるナノファイバ３０１の品質を高めることが可能となる。
【００９１】
また、気体流Ａは、液溜まり３０３に大きな影響を与えることなく、液溜まり３０３近傍も含めて溶媒蒸気を下方に搬送する。
【００９２】
次にある程度空間中を飛行した原料液３００に静電延伸現象が作用することによりナノファイバ３０１が製造される（ナノファイバ製造工程）。ここで、原料液３００は、イオン風に影響されることなく強い帯電状態（高い電荷密度）で流出し、また、各開口部１１９から飛行する原料液３００がまとまることなく細い状態で流出する。これにより、原料液３００のほとんどがナノファイバ３０１に変化していく。また、原料液３００は、強い帯電状態（高い電荷密度）で流出しているため、静電延伸が何次にもわたって発生し、線径の細いナノファイバ３０１が大量に製造される。
【００９３】
この状態において、被堆積部材１３１の背方に配置される帯電電極１２１と流出体１０１との間に発生する電界により、ナノファイバ３０１が被堆積部材１３１に誘引される（誘引工程）。
【００９４】
そして、被堆積部材１３１にナノファイバ３０１が堆積して収集される（収集工程）。被堆積部材１３１は、移送手段１３２によりゆっくり移送されているため、ナノファイバ３０１も移送方向に延びた長尺の帯状部材として回収される。
【００９５】
一方、気体流Ａは、堆積したナノファイバ３０１の上方近傍に達した後、被堆積部材１３１に沿って壁面に向かって流れ、その後、チャンバ１０８の内壁面に沿って上昇し、天井面に沿って第一送風手段１０５に戻る（循環行程）。
【００９６】
また、循環している気体流Ａは、排気手段１０６によって一部分岐され、所定の排気量だけチャンバ１０８の外方に排気される（排気行程）。また、排気行程に伴って、チャンバ１０８の外方から吸気手段１０７を介して気体が導入される（吸気行程）。
【００９７】
以上のような構成のナノファイバ製造装置１００を用い、以上のナノファイバ製造方法を実施することによって、チャンバ１０８の外方から取り込む空気の量を減少させることができる。従って、取り込む外気を適正な温度にすることや、適正な湿度にすることが容易に行え、取り込む外気の状態を制御するために必要なエネルギーを減少させることが可能となる。
【００９８】
また、チャンバ１０８内の雰囲気でチャンバ１０８内方を循環する気体流Ａを発生させ、原料液３００の飛翔経路近傍を通過させることで、溶媒蒸気が局所的に滞留することを抑制することが可能となる。従って、溶媒の蒸発を一定に維持して製造されるナノファイバ３０１の品質を安定させることが可能となる。
【００９９】
一方、循環する気体流Ａの一部をチャンバ１０８の外方に排気し、等量の外気をチャンバ１０８内方に導入することで、チャンバ１０８内方の溶媒蒸気の濃度を所定の規定値以下に維持することが可能となる。例えば、前記規定値を爆発限界濃度の１０分の１程度とすることで、ナノファイバ製造装置１００の防爆対策とすることが可能となる。
【０１００】
ここで所定の排気量とは、使用する原料液３００の溶媒の種類や目的とするナノファイバ３０１の品質によって異なるが、防爆対策として一般に規定されている溶媒の濃度以下にチャンバの内方が維持できる排気量が好ましい。
【０１０１】
具体的には、流出体１０１からの流出する原料液３００からチャンバ１０８内に放出される溶媒蒸気をｖｍ３／ｍｉｎとし、溶媒濃度の規定値をｋとし、排気量をＳ２（ｍ３／ｍｉｎ）とした場合、Ｓ２≧ｖ／ｋを満足する値から選定される排気量が所定の排気量となる。つまり、チャンバ１０８内方から排出する気体の排気量は、Ｓ２（ｍ３／ｍｉｎ）であり、この排気量はＳ２（ｍ３／ｍｉｎ）はチャンバ１０８内方に吸気される吸気量とほぼ一致する。一方、チャンバ１０８内方では毎分ｖｍ３の溶媒蒸気が発生する。従って、チャンバ１０８内方は、毎分Ｓ２ｍ３で気体が流れ、当該気流にｖｍ３の溶媒蒸気が加わることとなるため、チャンバ１０８内の溶媒濃度は、ｖ／Ｓ２となると考えられる。そしてこの溶媒濃度を、製造されるナノファイバの品質や、防爆などの安全性などに基づき規定値ｋ以下にする必要がある。つまり、ｋ ≧ ｖ／Ｓ２を満足する必要があり、前記式から排気量は、Ｓ２ ≧ ｖ／ｋを満足する値から選定することとなる。
【０１０２】
例えば、ｖ＝０．０００８４ｍ３／ｍｉｎ、ｋ＝２０００ｐｐｍ（爆発限界濃度の１／１０）とすると、Ｓ２≧０．４２ｍ３／ｍｉｎを満足する値を所定の排気量とすればよい。
【０１０３】
一方、排気量の上限は、気体流Ａの流量をＳ１（ｍ３／ｍｉｎ）（例えば、５０（ｍ３／ｍｉｎ））とした場合、Ｓ２＝Ｓ１となるが、この場合、チャンバ１０８の外方から取り込む空気の量を減少させるという所期の目的を達成できない。従って、選定される排気量の上限は、Ｓ１／２（例えば、２５ｍ３／ｍｉｎ）が好ましく、更に、選定される排気量の上限をＳ１／４（例えば１２．５ｍ３／ｍｉｎ）とすることが好適である。これにより、装置外から取り込む気体を適正な温度、湿度に制御するための使用エネルギーを大幅に削減することができる。
【０１０４】
なお、ナノファイバ製造装置１００は、上記全ての特徴を備える必要はなく、チャンバ１０８の内方に導入する外気の量を減少しうる特徴を備えることで足る。
【０１０５】
また、溶媒濃度の規定値ｋを爆発限界濃度の１／１０に設定したが、規定値ｋはナノファイバが適正に製造できる範囲において任意に設定可能である。例えば、溶媒が水の場合、爆発の可能性がないため、規定値ｋは要求されるナノファイバの品質によって決定される。
【０１０６】
（実施の形態２）
次に本願発明に係る他の実施の形態を説明する。
【０１０７】
図６は、他の実施の形態に係るナノファイバ製造装置の一部を切り欠いて示す側面図である。
【０１０８】
これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、製造空間１９０において、原料液３００を電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造する装置である点は、前記実施の形態１とかわりが無い。また、ナノファイバ製造装置１００は、チャンバ１０８と、流出体１０１と、第一送風手段１０５と、排気手段１０６と、吸気手段１０７と、帯電手段１０２と、収集手段１０３と、供給手段１０４とを備えている点も前記実施の形態１と共通する。本実施の形態に係るナノファイバ製造装置１００はさらに、第三送風手段１５３と、ダクト１０９を形成するための仕切部材１９１とを備えている。
【０１０９】
以下、実施の形態１と共通する部分は、説明を省略し、相違点を説明する。
【０１１０】
ダクト１０９は、第一送風手段１０５により発生した気体流を再び第一送風手段１０５に戻す部材である。つまり、ダクト１０９は、気体流Ａの循環経路の戻り部分において、気体流Ａを案内する機能を備える部材である。本実施の形態の場合、ダクト１０９は、チャンバ１０８の一部と、チャンバ１０８の内方に設けられる仕切部材１９１とにより形成された管状の部分である。具体的にはチャンバ１０８の側壁、および、天井と平行に板状の仕切部材１９１が配置されており、これらが管状に囲む空間が気体流Ａを第一送風手段１０５に戻す経路となっている。
【０１１１】
なお、本発明にかかるダクト１０９は、本実施の形態にのみ限定されるものではなく、第一送風手段１０５へ気体流Ａを戻す管路であれば、チャンバ１０８内もしくはチャンバ１０８外に設けた管路であってもかまわない。
【０１１２】
第三送風手段１５３は、気体流Ａを吸引し、第一送風手段１０５に戻るように吸引した気体流Ａを排出する装置である。本実施の形態の場合、第三送風手段１５３は、吸引した気体流Ａをダクト１０９に排出し、ダクト１０９を介して気体流Ａを第一送風手段１０５に戻すものとなっている。従って、第三送風手段１５３は、ダクト１０９の端部に取り付けられている。
【０１１３】
図６に示すように、第三送風手段１５３は、第一送風手段１０５がＹ軸方向全体に広がってＺ軸方向の下向きに幕状に発生させた気体流ＡをＹ軸方向に広がった状態で略均一に吸気するものとなっている。また、第三送風手段１５３は、空間中を飛翔する原料液３００やナノファイバ３０１に対し、第一送風手段１０５の送風口と反対側に配置されている。
【０１１４】
第三送風手段１５３は、第一送風手段１０５と同じように、Ｙ軸方向に延びる長尺のシロッコファンを駆動源により回転（第一送風手段１０５とは逆向き）させてＹ軸方向に延びるスリット状の吸気口から気体流Ａを吸気するものを例示できる。
【０１１５】
以上の様に、幕状の気体流Ａの全体を第三送風手段１５３が吸気するものとし、吸気した気体流Ａをダクト１０９に排出するものとすれば、原料液３００やナノファイバ３０１が飛翔する空間に乱流が発生することを可及的に抑制できる。従って、製造されるナノファイバ３０１の品質を高い状態で維持しつつ溶媒蒸気を効率的に飛翔空間から排出することが可能となる。
【０１１６】
また、第三送風手段１５３によって、気体流Ａの方向を変更し原料液３００やナノファイバ３０１と気体流Ａとを交差させることができるため、原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路を曲げ、飛翔経路を長くすることが可能となる。従って、溶媒の蒸発時間を稼ぐことができ、品質の高いナノファイバを製造することが可能となる。
【０１１７】
なお、第三送風手段１５３は、シロッコファンを備えるものに限定される訳ではない。第三送風手段１５３は、複数の軸流ファンをＹ軸方向に並べたものでもかまわない。また、駆動源をチャンバ１０８の外方に配置し、伝達手段により第三送風手段１５３のファンを回転させるものでも良い。
【０１１８】
本実施の形態の場合、排気手段１０６は、ダクト１０９を形成するチャンバ１０８の部分に設けられた排気口１６１と、ダクト１０９内に配置され気体流Ａの一部を排気口１６１に導く分岐板１６３とを備えている。
【０１１９】
このように、分岐板１６３を設けることで、気体流Ａの循環経路を形成するダクト１０９の途中において気体流Ａの一部を分岐することができる。また、分岐板１６３の大きさや取り付け位置、ダクト１０９に対する角度を調整することで排気量を設定することも可能となる。さらに、分岐板１６３を可動式にすることで、任意に排気量を調整することも可能となる。例えば、分岐板１６３の位置がチャンバ１０８の内壁に近い程排気流路の断面積が小さくなるので排気量が少なくなり、逆に、分岐板１６３の位置が仕切部材１９１に近い程排気流路の断面積が大きくなるので排気量が多くなる。
【０１２０】
以上の様に実施の形態２の構成によれば、上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。さらに、ダクト１０９を設けて気体流Ａの戻り経路を案内することで、チャンバ１０８内方に発生する乱流を抑止することが可能となる。
【０１２１】
また、第三送風手段１５３により、気体流Ａを原料液３００やナノファイバ３０１の飛翔経路と強制的に交差させることで、前記飛翔経路を延長してより品質の高いナノファイバを製造することが可能となる。
【０１２２】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【０１２３】
例えば、図７に示すように、流出体１０１を複数個（図中は２個）備え、第一送風手段１０５を流出体１０１の間に配置してもかまわない。さらに、第三送風手段１５３を複数備えて気体流Ａを二方向から吸引して二つの循環経路を創出してもかまわない。
【０１２４】
なお、上記流出体１０１の説明においても記載したとおり、同図において流出体１０１のいずれか一方、または、両方を針状のノズルを並べた流出体１０１に置き換えたナノファイバ製造装置１００も本願発明に含まれる。
【０１２５】
これによれば、狭い空間に流出孔１１８を多数備えた場合でも、流出孔１１８の間を流れる気体流Ａによって、効率的に溶媒蒸気を排出することが可能となる。従って、品質の高いナノファイバ３０１を生産効率の高い状態で生産することが可能となる。
【０１２６】
また、図８に示すように、流出体１０１の両脇に複数の第一送風手段１０５を配置し、複数の気体流Ａで飛翔する原料液３００やナノファイバ３０１を挟むような複数の循環経路を備えてもかまわない。
【０１２７】
これによれば、溶媒蒸気の局所的な滞留をより効果的に除去することができ、製造されるナノファイバの品質の向上を図ることが可能となる。
【０１２８】
また、排気手段１０６は、気体流Ａの一部を分岐させてチャンバ１０８外に排気する排気量を設定可能であれば、どのような態様が採用されても本願発明に含まれる。例えば、排気手段１０６は、分岐版１６３に代えて第二送風手段１６２を備えるものでもかまわない。つまり、ナノファイバ製造装置１００は、第二送風手段１６２と第三送風手段１５３との両方を備えるものでも構わない。これによれば、例えば、第三送風手段１５３の送風量に対する第二送風手段１６２の送風量の比率により排気量が設定される場合や、第二送風手段１６２の送風量（能力）のみに排気量が設定される場合がある。さらに、第一送風手段１０５と第二送風手段１６２と第三送風手段１５３との送風量の調整によって設定される場合もある。
【０１２９】
また、ナノファイバ製造装置１００がダクト１０９を備える場合に、排気手段１０６として、分岐板１６３に代えて第二送風手段１６２を備えるが、ナノファイバ製造装置１００は、第三送風手段１５３を備えないものであってもかまわない。これによれば、第一送風手段１０５によるダクト１０９を介した吸引により気流Ａがダクト１０９に流入し、第一送風手段１５３の送風量に対する第二送風手段１６２の送風量の比率により排気量が設定される。
【０１３０】
また、排気手段１０６は、分岐板１６３を備えず、単に、ダクト１０９の途中で装置外へ排気する排気口１６１を備えるものであっても構わない。これによれば、例えば、排気口１６１の大きさにより排気量が設定される。
【０１３１】
なお、第三送風手段１５３は、第一送風手段１０５と同様、排気手段１０６の排気量に影響を与えるが、第三送風手段１５３の主たる機能（目的）は、気体流Ａを第一送風手段１０５に戻すことである。従って、本願発明において、第三送風手段１５３と排気手段１０６とは独立した構成であり、第三送風手段１５３の有無が発明の構成としての排気手段１０６に影響を与えるものではない。
【０１３２】
また、上記実施の形態１および実施の形態２において記載していないが、ナノファイバ製造装置１００は、排気手段１０６による排気中から溶媒を除去、回収するためのフィルタや冷却装置などの溶媒回収装置を備えていても構わない。これによれば、ナノファイバ製造装置１００の外部に排出する溶媒の量を可及的に低く抑えることができ、ナノファイバ製造装置１００が設置される場所の環境を良い状態で維持することができる。また、使用可能な溶剤の種類を増加させることができ、製造可能なナノファイバのバリエーションを増加させることが可能となる。特に、排気手段１０６によって排気される気体の排気量は、気体流Ａの一部であるため、溶媒の回収が容易である。なお、本願発明は、チャンバ１０８（ダクト１０９内を含む）内を循環する気体流Ａから溶媒を回収しない。これは、排気手段１０６により溶媒蒸気を含む気体流Ａの一部を排気することで、チャンバ１０８（ダクト１０９含む）内で溶媒の除去をしなくても、チャンバ１０８内の溶媒量が許容量を超えないようにすることができるためである。
【０１３３】
さらに、ナノファイバ製造装置１００は、チャンバ１０８内やダクト１０９内において、第一送風手段１０５まで戻す気体流Ａの温度や湿度などを適正に維持する状態維持手段を備えるものであっても構わない。これにより、チャンバ１０８内やダクト１０９内を循環中の気体流Ａの温度や湿度などが適正状態から外れることを防止することができる。また、当該状態維持手段を吸気手段１０７の上流や下流に設けてもかまわない。
【０１３４】
さらに、上記実施の形態１や実施の形態２では、気体流Ａは、被堆積部材１３１や、堆積したナノファイバ３０１の上方を流通するように記載したが、気体流Ａを被堆積部材１３１や堆積したナノファイバ３０１を通過させ、通過した気体流Ａの一部を排気手段１０６を用いてチャンバ１０８外への排気し、残りを第一送風手段１０５へ戻すものとしてもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本願発明は、ナノファイバの製造やナノファイバを用いた紡糸、不織布の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
１００ ナノファイバ製造装置
１０１ 流出体
１０２ 帯電手段
１０３ 収集手段
１０４ 供給手段
１０５ 第一送風手段
１０６ 排気手段
１０７ 吸気手段
１０８ チャンバ
１０９ ダクト
１１３ 貯留槽
１１６ 先端部
１１７ 側面部
１１８ 流出孔
１１９ 開口部
１２１ 帯電電極
１２２ 帯電電源
１３１ 被堆積部材
１３２ 移送手段
１３３ ロール
１５１ 駆動源
１５２ 伝達部材
１５３ 第三送風手段
１６１ 排気口
１６２ 第二送風手段
１６３ 分岐板
１７１ 吸気口
１７２ パイプ
１９０ 製造空間
１９１ 仕切部材
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造空間において、原料液を電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、
前記製造空間を略気密状態で覆うチャンバと、
原料液を前記製造空間中に一方向に流出させる流出孔を備える流出体と、
前記製造空間中の雰囲気を前記流出体から原料液が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液に沿って流れる気体流として発生させる第一送風手段と、
前記気体流の一部を分岐させて前記チャンバ外に排気する排気量を設定可能な排気手段と、
前記排気量と略等量の気体を前記チャンバ外から吸気する吸気手段と、
前記流出体から流出する原料液を帯電させる帯電手段と
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記第一送風手段は、
気体を流動させるためのファンと、
前記チャンバの外方に配置され、前記ファンを駆動する駆動源と、
前記チャンバを貫通し、前記駆動源の駆動力を前記ファンに伝達する伝達部材とを備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
前記排気手段は、
前記チャンバ内から吸気した気体を前記チャンバ外に送る第二送風手段を備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
さらに、
前記気体流を吸引し、前記第一送風手段に戻るように吸引した気体流を排出する第三送風手段
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５】
さらに、
前記第一送風手段により発生した気体流を前記第一送風手段に戻すダクトを備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項６】
前記排気量は、前記原料液から蒸発する溶媒蒸気の前記チャンバ内における濃度が、ナノファイバが生産可能であるとして定められる規定値を越えないように設定した値以上の値に設定される
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項７】
前記排気量をＳ２（ｍ３／ｍｉｎ）とし、前記流出体からの流出する前記原料液から前記チャンバ内に放出される溶媒蒸気の単位時間あたりの体積をｖ（ｍ３／ｍｉｎ）とし、前記規定値をｋとした場合、Ｓ２≧ｖ／ｋを満足するように前記排気量が設定される
請求項６に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項８】
チャンバで覆われる製造空間において、原料液を電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、
原料液を前記製造空間中に一方向に流出させる流出孔から流出させる流出ステップと、
第一送風手段により、前記製造空間中の雰囲気を前記流出体から原料液が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液に沿って流れる気体流として発生させる第一送風ステップと、
前記気体流の一部を分岐させて前記チャンバ外に所定の排気量で排気手段により排気する排気ステップと、
前記排気量と略等量の気体を前記チャンバ外から吸気手段により吸気する吸気ステップと
前記流出体から流出する原料液を帯電手段により帯電させる帯電ステップと
を含むナノファイバ製造方法。
【請求項１】
製造空間において、原料液を電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、
前記製造空間を略気密状態で覆うチャンバと、
原料液を前記製造空間中に一方向に流出させる流出孔を備える流出体と、
前記製造空間中の雰囲気を前記流出体から原料液が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液に沿って流れる気体流として発生させる第一送風手段と、
前記気体流の一部を分岐させて前記チャンバ外に排気する排気量を設定可能な排気手段と、
前記排気量と略等量の気体を前記チャンバ外から吸気する吸気手段と、
前記流出体から流出する原料液を帯電させる帯電手段と
を備えるナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記第一送風手段は、
気体を流動させるためのファンと、
前記チャンバの外方に配置され、前記ファンを駆動する駆動源と、
前記チャンバを貫通し、前記駆動源の駆動力を前記ファンに伝達する伝達部材とを備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項３】
前記排気手段は、
前記チャンバ内から吸気した気体を前記チャンバ外に送る第二送風手段を備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
さらに、
前記気体流を吸引し、前記第一送風手段に戻るように吸引した気体流を排出する第三送風手段
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５】
さらに、
前記第一送風手段により発生した気体流を前記第一送風手段に戻すダクトを備える
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項６】
前記排気量は、前記原料液から蒸発する溶媒蒸気の前記チャンバ内における濃度が、ナノファイバが生産可能であるとして定められる規定値を越えないように設定した値以上の値に設定される
請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項７】
前記排気量をＳ２（ｍ３／ｍｉｎ）とし、前記流出体からの流出する前記原料液から前記チャンバ内に放出される溶媒蒸気の単位時間あたりの体積をｖ（ｍ３／ｍｉｎ）とし、前記規定値をｋとした場合、Ｓ２≧ｖ／ｋを満足するように前記排気量が設定される
請求項６に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項８】
チャンバで覆われる製造空間において、原料液を電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、
原料液を前記製造空間中に一方向に流出させる流出孔から流出させる流出ステップと、
第一送風手段により、前記製造空間中の雰囲気を前記流出体から原料液が流出する方向である流出方向と同じ方向で原料液に沿って流れる気体流として発生させる第一送風ステップと、
前記気体流の一部を分岐させて前記チャンバ外に所定の排気量で排気手段により排気する排気ステップと、
前記排気量と略等量の気体を前記チャンバ外から吸気手段により吸気する吸気ステップと
前記流出体から流出する原料液を帯電手段により帯電させる帯電ステップと
を含むナノファイバ製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−４６８５４（Ｐ２０１２−４６８５４Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９２５７９（Ｐ２０１０−１９２５７９）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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