ナノファイバ製造装置、流出体の製造方法、ナノファイバ製造方法
【課題】単位時間あたり単位面積あたりのナノファイバの生産量を高い状態に維持し、流出孔の並び方向におけるナノファイバの質の均一化を図る。
【解決手段】原料液３００を流出させる流出孔１１８を複数有する流出体１１５を備え、流出体１１５は、流出孔１１８の開口部１１９が一次元的に並んで配置される先端部１１６と、先端部１１６から流出孔１１８を挟むように延設される二つの側面部１１７と、原料液３００を流出体１１５の内部に貯留し、開口部１１９が並ぶ方向に延びて配置され、断面が円形の貯留槽１１３とを備える。
【解決手段】原料液３００を流出させる流出孔１１８を複数有する流出体１１５を備え、流出体１１５は、流出孔１１８の開口部１１９が一次元的に並んで配置される先端部１１６と、先端部１１６から流出孔１１８を挟むように延設される二つの側面部１１７と、原料液３００を流出体１１５の内部に貯留し、開口部１１９が並ぶ方向に延びて配置され、断面が円形の貯留槽１１３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、ナノファイバ製造装置に用いられる流出体の製造方法、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や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】
以上のような静電延伸現象を用いてナノファイバを製造する装置の専らの課題として生産効率の向上が挙げられる。例えば、原料液を空間中に流出させる円筒状のノズルをマトリクス状に配置し、単位時間あたり単位面積あたりのナノファイバの発生量を増加させ、ナノファイバの生産効率を向上させることが考えられる。単位面積あたりのナノファイバの発生量を増加させるためには、ノズルの配置間隔を狭めればよいが、間隔が狭まると隣接するノズル同士が電界干渉を起こして発生するナノファイバに不具合が発生する。そこで当該課題を解決するために特許文献１に記載の発明は、ノズルの間に格子状に隔離板を配置し、該隔離板に交流電圧を印加することで、電界干渉を防止している。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の発明ではノズルの間に隔離板を設ける必要があるため、その分ノズルの間隔が広くなり、生産効率低下を招くことになる。また、ノズルを隔離板で囲うことになるため、当該囲われた空間に帯電蒸気が滞りやすくなり製造されるナノファイバに悪影響を及ぼすことが懸念される。また、各ノズルに供給される原料液の圧力を均一にするのは難しく、製造されるナノファイバの質にムラが発生することが考えられる。
【０００７】
さらに、隔離板が設けられていたとしても、ノズルの外周壁や隔離版などからイオン風が発生し、該イオン風が製造されるナノファイバに悪影響を及ぼすこともある。
【０００８】
ここで、イオン風とは、次のような現象で発生するものであると考えられている。すなわち、ノズルなどの外周壁面のある部分に電荷が溜まると、該部分の周辺に存在する空気がイオン化する。そして、イオン化した空気が壁面の電荷に反発して飛び出すことで、イオンを含んだ空気の流れであるイオン風が発生する。特にイオン風は、例えば突起部の先端や角の先端など、高電圧が印加される外周壁の形状の特異な部分で発生し易いという知見を得ている。
【０００９】
また、当該イオン風が空間中を飛行している原料液と交差すると、原料液や製造されつつあるナノファイバの飛行経路を乱したり、飛行中の原料液の帯電状態に悪影響を及ぼしたりして製造されるナノファイバの品質が低下していた。また、ナノファイバの生産効率の低下にもつながっていた。
【００１０】
そこで本願出願人は先に、原料液を空間中で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、原料液を空間中に流出させる流出孔を複数有する流出体であり、前記流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部とを有する流出体と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源とを備えるナノファイバ製造装置に関する発明を出願している（特願２０１０−１７４９２８号）。
【００１１】
これによれば、ナノファイバの生産効率を向上させると共に、イオン風の発生を抑制して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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１７４８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、本願発明者らが、前記ナノファイバ製造装置について鋭意実験を重ねたところ、長時間ナノファイバを製造し続けると、流出孔が並んで配置される方向において製造されるナノファイバの質にムラが発生し、そのムラが次第に拡大することを見いだすに至った。
【００１４】
そこでさらに実験と研究とを進めたところ、流出体の内部に設けられ、原料液を一時的に貯留する貯留槽の内面にナノファイバを形成する樹脂からなる微小な固形物が発生すると、当該固形物が核となってさらに固形物が成長することを見いだした。そして、成長した固形物が貯留槽や流出孔の管路抵抗を増大させたり、流出孔を閉塞させてしまうことにより、製造されるナノファイバの質にムラが発生することを突き止めるに至った。
【００１５】
本願発明は上記知見に基づきなされたものであり、長期的な操業においても流出孔が配置される方向においてナノファイバの質にムラが発生しにくく、安定した操業を維持することのできるナノファイバ製造装置、流出体の製造方法、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】
【００１６】
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、原料液を空間中で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、原料液を空間中に流出させる流出孔を複数有する流出体と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源とを備え、前記流出体は、前記流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部と、前記流出孔から流出する原料液を当該流出体の内部に貯留し、前記開口部が並ぶ方向に延びて配置され、前記方向に直交する断面が円形の貯留槽とを備えることを特徴としている。
【００１７】
これによれば、貯留槽の内部に形状的に特異な部分が少なくなり、原料液に含まれる溶質が貯留室内部で固化する可能性を抑制することが可能となる。従って、溶質の固化によって生じる流出孔の並び方向におけるナノファイバの質のムラを長期的な操業においても抑制し続けることが可能となる。
【００１８】
また、前記流出体は、両端が開口し、前記流出孔が設けられる管形状の本体と、前記本体の開口の一方を着脱可能に閉塞する蓋体と、前記本体の開口の他方に着脱可能に取り付けられ、当該流出体の内部に形成される前記貯留槽に原料液を供給する供給口を有する供給体とを備えてもよい。
【００１９】
これによれば、蓋体と供給体とを取り外せば管形状の両端にある開口が露出し、容易に貯留槽の内部を洗浄することが可能となる。従って、ナノファイバ製造装置のメンテナンス性を向上させることが可能となる。また、本体を製造する際に貯留槽の内面の仕上げ加工も容易となり、溶質の固化原因となる切削痕やバリなどの流出体の製造時に発生する特異な部分を排除することが容易となる。
【００２０】
また、前記貯留槽は、表面粗度がＲａ５μｍ以下の内面を備えてもよい。
【００２１】
これによれば、貯留槽内で溶質が固化する可能性を可及的に抑制することが可能となる。
【００２２】
また、前記本体の長さは６０ｃｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
これによれば、ナノファイバからなる幅の広い不織布であって、幅方向にナノファイバの質にムラが少ない不織布を安定して製造することが可能となる。
【００２４】
また、前記側面部の表面は平面であってもよい。
【００２５】
これによれば、流出孔の開口部に電荷を集中させやすくなる。
【００２６】
また、上記目的を達成するために、本願発明に係る流出体の製造方法は、ナノファイバ製造装置に用いられる流出体の製造方法であって、円形管形状の導電性部材である管材の周壁に貫通状の流出孔を複数個一列に形成する流出孔形成ステップと、前記流出孔の開口部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記開口部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部を形成する側面部形成ステップとを含むことを特徴としている。
【００２７】
これによれば、貯留槽の内部に形状的に特異な部分が少なくなり、原料液に含まれる溶質が貯留室内部で固化する可能性を抑制することが可能となる。従って、溶質の固化によって生じる流出孔の並び方向におけるナノファイバの質のムラを長期的な操業においても抑制し続けることが可能となる。
【００２８】
さらに、前記管材を引抜加工により形成する管材形成ステップを含んでもよい。
【００２９】
これによれば、管材の内面を研磨などすることなく、高い表面粗度を得ることができ、特に長い貯留槽を備える本体を容易に製造することが可能となる。
【００３０】
さらに、前記流出孔形成ステップの後、流出孔の内面の表面粗度を向上させる仕上げステップを含んでもよい。
【００３１】
これによれば、貯留槽ばかりでなく流出孔の内部において溶質が固化することを回避できる。
【００３２】
また、上記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、原料液を空間中で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、流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部と、前記流出孔から流出する原料液を当該流出体の内部に貯留し、前記開口部が並ぶ方向に延びて配置され、前記方向に直交する断面が円形の貯留槽とを備える流出体から原料液を流出させる流出工程と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を印加する帯電工程とを含むことを特徴とする。
【００３３】
これによれば、貯留槽の内部に形状的に特異な部分が少なくなり、原料液に含まれる溶質が貯留室内部で固化する可能性を抑制することが可能となる。従って、溶質の固化によって生じる流出孔の並び方向におけるナノファイバの質のムラを長期的な操業においても抑制し続けることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本願発明によれば、ナノファイバの生産効率を向上させると共に、製造されるナノファイバの品質のムラの発生を長期的な操業においても安定して抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、流出体をＸＺ平面で切断して貯留槽を示す斜視図である。
【図３】図３は、先端部側から見た流出体を示す斜視図である。
【図４】図４は、先端部のバリエーションを示す斜視図である。
【図５】図５は、流出体を正面から示す平面図である。
【図６】図６は、管材から本体への切削工程を示す側面図である。
【図７】図７は、他の形態の流出体（本体）を示す斜示図である。
【図８】図８は、他の形態の流出体を切り欠いて示す断面図である。
【図９】図９は、他の形態の流出体を切り欠いて示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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、および、流出体の製造方法を図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
【００３８】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、原料液３００を空間中で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、流出体１１５と、供給手段１０７と、帯電電極１２１と、帯電電源１２２とを備えている。本実施の形態の場合さらに、ナノファイバ製造装置１００は、収集手段１２８と、誘引手段１０４と、移動手段１２９を備えている。
【００３９】
図２は、流出体をＸＺ平面で切断して貯留槽を示す斜視図である。
【００４０】
流出体１１５は、原料液３００を空間中に流出させるための部材であり、流出孔１１８と、先端部１１６と、側面部１１７とを備え、さらに、貯留槽１１３を備えている。また、流出体１１５は、流出する原料液３００に電荷を供給する帯電手段の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１１５全体が金属で形成されている。なお、流出体１１５を構成する金属の種類は、導電性を備えていれば特に限定されるものではなく、例えば黄銅やステンレス鋼、アルミニウムやその合金など任意の材料を選定しうる。
【００４１】
流出孔１１８は、原料液３００を空間中に流出させる孔であり、流出体１１５に複数個設けられている。また、流出孔１１８の先端にある開口部１１９は、所定の間隔で一次元的に並んで配置されている。本実施の形態の場合、流出孔１１８は、開口部１１９が同一平面内に直線的に並ぶように配置されており、開口部１１９が配置される方向に対し流出孔１１８の軸が直角に交わるように配置されている。
【００４２】
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。
【００４３】
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１１５の端部における開口部１１９の間隔は、流出体１１５の中央部における開口部１１９の間隔よりも広く（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程度までは短縮可能である。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。
【００４４】
また、開口部１１９は、同一直線上に配置されるばかりでなく、一次元的に並べられていればよい。ここで、一次元的とは、全ての開口部１１９が配置されるぎりぎりの領域を矩形で囲った場合、開口部１１９が前記矩形の幅方向には並ばない状態をいう。また、前記開口部１１９が配置される矩形の領域は、帯形状となる。この意味において、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。
【００４５】
先端部１１６は、流出孔１１８の開口部１１９が配置される流出体１１５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。具体的に例えば、先端部１１６の幅は、流出孔１１８の孔径により異なるが、液溜まり３０３（後述、図３参照）の根元の径が１ｍｍ程となることを勘案して、１ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００４６】
図３に示すように、開口部１１９の周囲の全てにわたって表面が平面の先端部１１６が存在することにより、開口部１１９の周りに液溜まり３０３が発生する。この液溜まり３０３は、テーラーコーンと称されており、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１１５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。
【００４７】
なお、先端部１１６は、矩形の平面を備えるものに限定されるわけではなく、また、平面ではなくとも液溜まり３０３が発生する場合もある。例えば図４（ａ）に示すように、先端部１１６は、曲面を備えてもよく、また、図４（ｂ）に示すように、端部がつきあわされた二つの平面を備えていてもよい。
【００４８】
また、先端部１１６は、上述したように開口部１１９がジグザグや波形に配置された場合、まっすぐな帯形状でもよく、開口部１１９の配置に追随したジグザグ形状や波形等であってもよい。
【００４９】
以上のように、先端部１１６は、複数存在する開口部１１９の間を面でつなげている（図４（ｂ）では、上記のように二つの平面でつなげている）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。
【００５０】
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。
【００５１】
図２に示すように、側面部１１７は、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１１５の表面部分である。また、側面部１１７は、並んで配置されている流出孔１１８の配置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２、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。双方の側面部１１７の間の角度は、鋭角である程先端部に電荷を集中することができ、原料液３００を高い電荷密度として高品質なナノファイバ３０１を製造することが可能となる。一方、双方の側面部１１７の間の角度が鋭角になる程、流出体１１５に備えられる貯留槽１１３の容積が小さくなり、また、流出体１１５に貯留槽１１３を設ける際の加工が難しくなる。以上を勘案し、双方の側面部１１７の間の角度は６０度程度に設定することが好ましい。但し、流出体１１５における双方の側面部１１７の間の角度はこれに限定されるものでは無い。
【００５２】
なお、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように先端部１１６と側面部１１７との境界は曖昧である。また、側面部１１７の形状は、平面ばかりでなく、曲面であってもかまわない。例えば図７に示すように、円筒形の流出体１１５の周壁に流出孔１１８を設けた場合、円筒形の流出体１１５の周壁における流出孔１１８の配置箇所が先端部となり、その先端部（流出孔１１８の配置箇所）を挟む両側の周壁部が側面部１１７となる。
【００５３】
なお側面部１１７や先端部１１６は、全体にわたって滑らかな表面を備えており、できる限り特異な部分を設けることなく（開口部１１９は除く）イオン風の発生を抑制する形状とすることが望ましい。
【００５４】
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。
【００５５】
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、帯電蒸気が充満することを回避することが可能となる。また、側面部１１７に沿った気体の流れが発生し、帯電蒸気の充満を積極的に回避しているとも考えられる。
【００５６】
また例えば、開口部１１９近傍から原料液３００の流出方向の下流側に向かう風を発生させると、側面部１１７から原料液３００に沿って流出方向（下方）に帯電蒸気やイオン風を排除することができ、製造されるナノファイバ３０１の品質の向上を図ることが可能となる。
【００５７】
貯留槽１１３は、図２に示すように、流出体１１５の内部に形成され、供給手段１０７（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、流出体１１５に一つ設けられており、流出体１１５のＹ軸方向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と連通状態で接続されている。
【００５８】
貯留槽１１３は、流出孔１１８の開口部１１９が並ぶ方向（Ｙ軸方向）に延びて配置され、Ｙ軸方向に直交する貯留槽１１３の断面（ＸＺ平面）は、円形となっている。本実施の形態の場合、流出体１１５は、管形状（筒形状）となっており、貯留槽１１３として原料液３００を貯留するための空間は円柱形状となっている。
【００５９】
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Ｙ軸方向における品質の空間的なムラを抑制することが可能となる。
【００６０】
また、貯留槽１１３の内壁面が単純な曲面（円筒の内壁面）となっているため、構造的に特異な部分の存在が可及的に抑制されており、特異な部分を起点として成長する溶質の固化現象を効果的に抑止することが可能となる。
【００６１】
図５は、中間部分を省略して流出体を正面から示す図である。
【００６２】
同図に示すように、流出体１１５は、本体１３１と、本体１３１の開口の一方（同図中左側）を着脱可能に閉塞する蓋体１３２と、本体１３１の開口の他方（同図中右側）に着脱可能に取り付けられ、流出体１１５の内部に形成される貯留槽１１３に原料液３００を供給する供給口を有する供給体１３３とを備えている。
【００６３】
本体１３１は、両端が開口し、流出孔（図示せず）が設けられる管形状の部材である。本体１３１の長さは特に限定されるものでは無いが、６０ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、ナノファイバからなる幅の広い不織布であって、幅方向にナノファイバの質にムラが少ない不織布を安定して製造することが可能となる。
【００６４】
蓋体１３２は、円板状の閉塞用のフランジであり、本体１３１との間にＯリングなどの封止部材を配置し、ボルトなどの締結部材で本体１３１に取り付けることで本体１３１の開口を封止することができるものとなっている。
【００６５】
供給体１３３は、蓋体１３２とほぼ同じ構造を備え、円板の中心に厚さ方向に貫通する供給口が備えられている。また、供給口は、原料液を供給するための案内管１１４と接続することができるものとなっている。
【００６６】
以上のように、流出体１１５は、直管形状であって両端が開口した本体１３１と、両端開口をそれぞれ蓋体１３２と供給体１３３とで着脱自在に閉塞することで、内部に貯留槽１１３が形成されるものとなっている。従って、流出体１１５の内方に貯留槽１１３を形成することが容易となる。例えば、本体１３１の内部空間をドリルにより容易に切削加工することができ、さらに切削痕などの特異点を除去するための研磨なども容易に行うことができる。さらに、切削加工により内部空間を形成することが困難な長さの本体１３１であっても、引抜加工などにより容易に本体１３１を得ることが可能となる。特に、引抜加工により形成される本体１３１は、貯留槽１１３を形成する内面がなめらか（例えば表面粗度（Ｒａ）が５μｍ以下）であるため、溶質の固化現象を効果的に抑止することが可能となる。
【００６７】
また、蓋体１３２と、供給体１３３とを取り外せば、直管状の貯留槽１１３が露出し、貯留槽１１３の内面に特異な部分がないため、貯留槽１１３の清掃作業が容易となり、流出体１１５のメンテナンス性を向上させることが可能となる。
【００６８】
供給手段１０７は、図１に示すように、流出体１１５に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留する容器１５１と、原料液３００を所定の圧力で搬送するポンプ（図示せず）と、原料液３００を案内する案内管１１４とを備えている。
【００６９】
帯電電極１２１は、流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１１５に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、流出体１１５に電荷を誘導するための導電性を備える部材であり帯電手段を構成する要素である。本実施の形態の場合、帯電電極１２１は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を誘引する誘引手段１０４としても機能しており、流出体１１５の先端部１１６と対向する位置に配置されている。従って、帯電電極１２１が接地されており、流出体１１５に正の電圧が印加されると帯電電極１２１には、負の電荷が誘導され、流出体１１５に負の電圧が印加されると帯電電極１２１には、正の電荷が誘導される。
【００７０】
帯電電源１２２は、流出体１１５に高電圧を印加す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。特に、発生させるナノファイバ３０１の帯電極性に影響を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、逆極性の電位を印加した電極でナノファイバ３０１を誘引するような場合には、直流電源を採用することが好ましい。また、帯電電源１２２が直流電源である場合、帯電電源１２２が帯電電極１２１に印加する電圧は、５ＫＶ以上、１００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。
【００７１】
本実施の形態のように、帯電電源１２２の一方の電極を接地電位とし、帯電電極１２１を接地するものとすれば、比較的大型の帯電電極１２１を接地状態とすることができ、安全性の向上に寄与することが可能となる。
【００７２】
なお、帯電電極１２１に電源を接続して帯電電極１２１を高電圧に維持し、流出体１１５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、帯電電極１２１と流出体１１５とのいずれも接地しないような接続状態であってもかまわない。
【００７３】
収集手段１２８は、静電延伸現象により製造されるナノファイバ３０１を堆積させて収集する部材である。本実施の形態の場合、収集手段１２８は、ロール１２７に巻き付けられた状態で供給されている。
【００７４】
なお、収集手段１２８はこれに限定されるわけではない。例えば、収集手段１２８は、剛性のある板状の部材からなるものでもかまわない。また、ナノファイバ３０１の堆積物のみを利用する場合には、収集手段１２８の表面にフッ素樹脂コート、または、シリコンコートを行うなど、ナノファイバ３０１を剥ぎ取る際の剥離性が高い収集手段１２８であってもよい。
【００７５】
誘引手段１０４は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を収集手段１２８に誘引するための装置である。本実施の形態の場合、誘引手段１０４は、帯電電極１２１としても機能する金属板であり、収集手段１２８の後方に配置されている。誘引手段１０４は、帯電しているナノファイバ３０１を電界により収集手段１２８に誘引する。つまり、誘引手段１０４は、帯電したナノファイバ３０１を誘引するための電界を発生させるための電極である。また、誘引手段１０４は、吸引装置などによって収集手段１２８に向かう気体流を発生させるものでもよい。
【００７６】
移動手段１２９は、流出体１１５と、収集手段１２８とを相対的に移動させる装置である。本実施の形態の場合、流出体１１５は固定されており、収集手段１２８のみを移動するものとなっている。具体的に移送手段は、長尺の収集手段１２８を巻き取りながらロール１２７から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に収集手段１２８を搬送するものとなっている。
【００７７】
なお、移動手段１２９は、収集手段１２８を移動させるばかりではなく、流出体１１５を収集手段１２８に対して移動させるものでもかまわない、また、移動手段１２９は、収集手段１２８を一定方向に移動させ、流出体１１５を往復動させるなど、任意の動作状態を例示することができる。また、開口部１１９の並び方向と直交する方向に収集手段１２８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の並び方向に収集手段１２８を移動させ、流出体１１５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。
【００７８】
ここで、ナノファイバ３０１を構成する樹脂であって、原料液３００に溶解、または、分散する溶質としては、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等の高分子物質を例示できる。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、本願発明は上記樹脂に限定されるものではない。
【００７９】
原料液３００に使用される溶媒としては、揮発性のある有機溶剤などを例示することができる。具体的に例示すると、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。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、本願発明に用いられる原料液３００は上記溶媒を採用することに限定されるものではない。
【００８０】
さらに、原料液３００に無機質固体材料を添加してもよい。当該無機質固体材料としては、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、製造されるナノファイバ３０１の耐熱性、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、本願発明の原料液３００に添加される物質は、上記添加剤に限定されるものではない。
【００８１】
原料液３００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％となる。
【００８２】
次に、流出体１１５の製造方法を説明する。
【００８３】
図６は、流出体の本体の加工前後の状態をＹ軸方向から示す平面図である。
【００８４】
まず、同図に実線および破線で示す外周を備える円形管形状の管材１３５を形成する（管材形成ステップ）。管材１３５の製造方法は特に限定されるものでは無く、無垢材から切削加工により前記導電性部材を形成してもよい。また、板状の部材を曲げ加工により管材１３５を形成してもよい。特に、引抜加工を採用して管材１３５を形成すると、貯留槽１１３を形成するために要求される表面Ａのなめらかさを引抜加工のみで得ることができるため、好適と考えられる。ここで、貯留槽１１３を形成する表面Ａに要求される表面粗度は５μｍ（Ｒａ）以下が好ましい。特に表面粗度が１μｍ（Ｒａ）以下の貯留槽１１３を備えた流出体１１５の場合、連続操業時間が飛躍的に向上することが経験的に確認されている。また、管材１３５を形成する材料は導電性部材であれば良く、アルミニウムやその合金、ステンレス鋼、鋼などを例示することができる。
【００８５】
次に、管材１３５の表面を切削加工し、先端部１１６や側面部１１７を形成する（図６中の破線から実線に至るまで切削加工を施す、側面部形成ステップ）。このように、容易に入手可能な管材１３５を用いて先端部１１６や側面部１１７を形成することが可能となる。特に、肉厚が均等な円管を引抜加工で製造すると、全体的に歪みが少なく高い表面粗度を備えた長尺（例えば１ｍ以上）の管材１３５を容易に得ることができるため、引抜加工により得られる管材１３５に対して切削加工すると、要求性能に合致した流出体１１５を容易に得ることが可能となる。なお、無垢材から管材１３５を形成する場合は、当初から先端部１１６や側面部１１７を形成してもかまわない。
【００８６】
最後に、先端部１１６から管材１３５の周壁に貫通状の流出孔１１８を形成する（流出孔形成ステップ）。なお、流出孔１１８はドリルや放電加工により形成すれば良い。さらに要すれば、流出孔１１８の内面を仕上げ加工して（仕上げステップ）表面粗度を向上させればよい。
【００８７】
以上により、本体１３１が形成される。さらに、別途製造された蓋体１３２と供給体１３３とを本体１３１の両端開口にそれぞれ取り付けることで流出体１１５を製造できる。なお、流出体１１５の製造方法は上記ステップの順番に限定されるものでは無く、ステップの順番は任意である。また、要すれば、流出体１１５に、メッキやコーティングなどの表面処理を施すことも任意である。
【００８８】
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。
【００８９】
まず、供給手段１０７により流出体１１５に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１１５の貯留槽１１３に原料液３００が満たされる。
【００９０】
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１１５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）。
【００９１】
前記帯電工程と供給工程とは同時期に実施され、流出体１１５の開口部１１９から帯電した原料液３００が流出する（流出工程）。
【００９２】
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。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。
【００９３】
また、流出体１１５の外観形状も先端部以外はなめらかな曲面で覆われているため、イオン風の発生の抑制に寄与している。
【００９４】
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。
【００９５】
この状態において、収集手段１２８の背方に配置される誘引手段１０４と流出体１１５との間に発生する電界により、ナノファイバ３０１が収集手段１２８に誘引される（誘引工程）。
【００９６】
以上により、収集手段１２８にナノファイバ３０１が堆積して収集される（収集工程）。収集手段１２８は、移動手段１２９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。
【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、高い生産効率を維持しつつ、品質の高いナノファイバ３０１を空間的、特に流出孔１１８が並ぶＹ軸方向にムラが発生することなく均一に製造することが可能となる。
【００９８】
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、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。
【００９９】
例えば、図７に示すように、流出体１１５（本体１３１）は、円管の周壁に流出孔１１８を設けたものでもかまわない。この場合、円管の外周面が側面部１１７となり、また、流出孔１１８の開口部１１９の近傍が先端部１１６となる。また、流出体１１５の外観形状は、円柱形状に限定されず、図８に示す断面形状の棒状でもよく、任意の形状を採用することが可能である。さらに図８や図９に示すように、流出孔１１８は、Ｘ軸方向に２列やそれ以上並ぶものでもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
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】
【０１０１】
１００ ナノファイバ製造装置
１０４ 誘引手段
１０７ 供給手段
１１３ 貯留槽
１１４ 案内管
１１５ 流出体
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
１２７ ロール
１２８ 収集手段
１２９ 移動手段
１３１ 本体
１３２ 蓋体
１３３ 供給体
１３５ 管材
１５１ 容器
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、ナノファイバ製造装置に用いられる流出体の製造方法、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や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】
以上のような静電延伸現象を用いてナノファイバを製造する装置の専らの課題として生産効率の向上が挙げられる。例えば、原料液を空間中に流出させる円筒状のノズルをマトリクス状に配置し、単位時間あたり単位面積あたりのナノファイバの発生量を増加させ、ナノファイバの生産効率を向上させることが考えられる。単位面積あたりのナノファイバの発生量を増加させるためには、ノズルの配置間隔を狭めればよいが、間隔が狭まると隣接するノズル同士が電界干渉を起こして発生するナノファイバに不具合が発生する。そこで当該課題を解決するために特許文献１に記載の発明は、ノズルの間に格子状に隔離板を配置し、該隔離板に交流電圧を印加することで、電界干渉を防止している。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の発明ではノズルの間に隔離板を設ける必要があるため、その分ノズルの間隔が広くなり、生産効率低下を招くことになる。また、ノズルを隔離板で囲うことになるため、当該囲われた空間に帯電蒸気が滞りやすくなり製造されるナノファイバに悪影響を及ぼすことが懸念される。また、各ノズルに供給される原料液の圧力を均一にするのは難しく、製造されるナノファイバの質にムラが発生することが考えられる。
【０００７】
さらに、隔離板が設けられていたとしても、ノズルの外周壁や隔離版などからイオン風が発生し、該イオン風が製造されるナノファイバに悪影響を及ぼすこともある。
【０００８】
ここで、イオン風とは、次のような現象で発生するものであると考えられている。すなわち、ノズルなどの外周壁面のある部分に電荷が溜まると、該部分の周辺に存在する空気がイオン化する。そして、イオン化した空気が壁面の電荷に反発して飛び出すことで、イオンを含んだ空気の流れであるイオン風が発生する。特にイオン風は、例えば突起部の先端や角の先端など、高電圧が印加される外周壁の形状の特異な部分で発生し易いという知見を得ている。
【０００９】
また、当該イオン風が空間中を飛行している原料液と交差すると、原料液や製造されつつあるナノファイバの飛行経路を乱したり、飛行中の原料液の帯電状態に悪影響を及ぼしたりして製造されるナノファイバの品質が低下していた。また、ナノファイバの生産効率の低下にもつながっていた。
【００１０】
そこで本願出願人は先に、原料液を空間中で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、原料液を空間中に流出させる流出孔を複数有する流出体であり、前記流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部とを有する流出体と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源とを備えるナノファイバ製造装置に関する発明を出願している（特願２０１０−１７４９２８号）。
【００１１】
これによれば、ナノファイバの生産効率を向上させると共に、イオン風の発生を抑制して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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−１７４８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところが、本願発明者らが、前記ナノファイバ製造装置について鋭意実験を重ねたところ、長時間ナノファイバを製造し続けると、流出孔が並んで配置される方向において製造されるナノファイバの質にムラが発生し、そのムラが次第に拡大することを見いだすに至った。
【００１４】
そこでさらに実験と研究とを進めたところ、流出体の内部に設けられ、原料液を一時的に貯留する貯留槽の内面にナノファイバを形成する樹脂からなる微小な固形物が発生すると、当該固形物が核となってさらに固形物が成長することを見いだした。そして、成長した固形物が貯留槽や流出孔の管路抵抗を増大させたり、流出孔を閉塞させてしまうことにより、製造されるナノファイバの質にムラが発生することを突き止めるに至った。
【００１５】
本願発明は上記知見に基づきなされたものであり、長期的な操業においても流出孔が配置される方向においてナノファイバの質にムラが発生しにくく、安定した操業を維持することのできるナノファイバ製造装置、流出体の製造方法、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】
【００１６】
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、原料液を空間中で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、原料液を空間中に流出させる流出孔を複数有する流出体と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源とを備え、前記流出体は、前記流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部と、前記流出孔から流出する原料液を当該流出体の内部に貯留し、前記開口部が並ぶ方向に延びて配置され、前記方向に直交する断面が円形の貯留槽とを備えることを特徴としている。
【００１７】
これによれば、貯留槽の内部に形状的に特異な部分が少なくなり、原料液に含まれる溶質が貯留室内部で固化する可能性を抑制することが可能となる。従って、溶質の固化によって生じる流出孔の並び方向におけるナノファイバの質のムラを長期的な操業においても抑制し続けることが可能となる。
【００１８】
また、前記流出体は、両端が開口し、前記流出孔が設けられる管形状の本体と、前記本体の開口の一方を着脱可能に閉塞する蓋体と、前記本体の開口の他方に着脱可能に取り付けられ、当該流出体の内部に形成される前記貯留槽に原料液を供給する供給口を有する供給体とを備えてもよい。
【００１９】
これによれば、蓋体と供給体とを取り外せば管形状の両端にある開口が露出し、容易に貯留槽の内部を洗浄することが可能となる。従って、ナノファイバ製造装置のメンテナンス性を向上させることが可能となる。また、本体を製造する際に貯留槽の内面の仕上げ加工も容易となり、溶質の固化原因となる切削痕やバリなどの流出体の製造時に発生する特異な部分を排除することが容易となる。
【００２０】
また、前記貯留槽は、表面粗度がＲａ５μｍ以下の内面を備えてもよい。
【００２１】
これによれば、貯留槽内で溶質が固化する可能性を可及的に抑制することが可能となる。
【００２２】
また、前記本体の長さは６０ｃｍ以上であることが好ましい。
【００２３】
これによれば、ナノファイバからなる幅の広い不織布であって、幅方向にナノファイバの質にムラが少ない不織布を安定して製造することが可能となる。
【００２４】
また、前記側面部の表面は平面であってもよい。
【００２５】
これによれば、流出孔の開口部に電荷を集中させやすくなる。
【００２６】
また、上記目的を達成するために、本願発明に係る流出体の製造方法は、ナノファイバ製造装置に用いられる流出体の製造方法であって、円形管形状の導電性部材である管材の周壁に貫通状の流出孔を複数個一列に形成する流出孔形成ステップと、前記流出孔の開口部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記開口部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部を形成する側面部形成ステップとを含むことを特徴としている。
【００２７】
これによれば、貯留槽の内部に形状的に特異な部分が少なくなり、原料液に含まれる溶質が貯留室内部で固化する可能性を抑制することが可能となる。従って、溶質の固化によって生じる流出孔の並び方向におけるナノファイバの質のムラを長期的な操業においても抑制し続けることが可能となる。
【００２８】
さらに、前記管材を引抜加工により形成する管材形成ステップを含んでもよい。
【００２９】
これによれば、管材の内面を研磨などすることなく、高い表面粗度を得ることができ、特に長い貯留槽を備える本体を容易に製造することが可能となる。
【００３０】
さらに、前記流出孔形成ステップの後、流出孔の内面の表面粗度を向上させる仕上げステップを含んでもよい。
【００３１】
これによれば、貯留槽ばかりでなく流出孔の内部において溶質が固化することを回避できる。
【００３２】
また、上記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、原料液を空間中で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、流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部と、前記流出孔から流出する原料液を当該流出体の内部に貯留し、前記開口部が並ぶ方向に延びて配置され、前記方向に直交する断面が円形の貯留槽とを備える流出体から原料液を流出させる流出工程と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を印加する帯電工程とを含むことを特徴とする。
【００３３】
これによれば、貯留槽の内部に形状的に特異な部分が少なくなり、原料液に含まれる溶質が貯留室内部で固化する可能性を抑制することが可能となる。従って、溶質の固化によって生じる流出孔の並び方向におけるナノファイバの質のムラを長期的な操業においても抑制し続けることが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本願発明によれば、ナノファイバの生産効率を向上させると共に、製造されるナノファイバの品質のムラの発生を長期的な操業においても安定して抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、流出体をＸＺ平面で切断して貯留槽を示す斜視図である。
【図３】図３は、先端部側から見た流出体を示す斜視図である。
【図４】図４は、先端部のバリエーションを示す斜視図である。
【図５】図５は、流出体を正面から示す平面図である。
【図６】図６は、管材から本体への切削工程を示す側面図である。
【図７】図７は、他の形態の流出体（本体）を示す斜示図である。
【図８】図８は、他の形態の流出体を切り欠いて示す断面図である。
【図９】図９は、他の形態の流出体を切り欠いて示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
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、および、流出体の製造方法を図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
【００３８】
同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、原料液３００を空間中で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、流出体１１５と、供給手段１０７と、帯電電極１２１と、帯電電源１２２とを備えている。本実施の形態の場合さらに、ナノファイバ製造装置１００は、収集手段１２８と、誘引手段１０４と、移動手段１２９を備えている。
【００３９】
図２は、流出体をＸＺ平面で切断して貯留槽を示す斜視図である。
【００４０】
流出体１１５は、原料液３００を空間中に流出させるための部材であり、流出孔１１８と、先端部１１６と、側面部１１７とを備え、さらに、貯留槽１１３を備えている。また、流出体１１５は、流出する原料液３００に電荷を供給する帯電手段の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１１５全体が金属で形成されている。なお、流出体１１５を構成する金属の種類は、導電性を備えていれば特に限定されるものではなく、例えば黄銅やステンレス鋼、アルミニウムやその合金など任意の材料を選定しうる。
【００４１】
流出孔１１８は、原料液３００を空間中に流出させる孔であり、流出体１１５に複数個設けられている。また、流出孔１１８の先端にある開口部１１９は、所定の間隔で一次元的に並んで配置されている。本実施の形態の場合、流出孔１１８は、開口部１１９が同一平面内に直線的に並ぶように配置されており、開口部１１９が配置される方向に対し流出孔１１８の軸が直角に交わるように配置されている。
【００４２】
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。
【００４３】
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１１５の端部における開口部１１９の間隔は、流出体１１５の中央部における開口部１１９の間隔よりも広く（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程度までは短縮可能である。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。
【００４４】
また、開口部１１９は、同一直線上に配置されるばかりでなく、一次元的に並べられていればよい。ここで、一次元的とは、全ての開口部１１９が配置されるぎりぎりの領域を矩形で囲った場合、開口部１１９が前記矩形の幅方向には並ばない状態をいう。また、前記開口部１１９が配置される矩形の領域は、帯形状となる。この意味において、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。
【００４５】
先端部１１６は、流出孔１１８の開口部１１９が配置される流出体１１５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。具体的に例えば、先端部１１６の幅は、流出孔１１８の孔径により異なるが、液溜まり３０３（後述、図３参照）の根元の径が１ｍｍ程となることを勘案して、１ｍｍ以上に設定することが好ましい。
【００４６】
図３に示すように、開口部１１９の周囲の全てにわたって表面が平面の先端部１１６が存在することにより、開口部１１９の周りに液溜まり３０３が発生する。この液溜まり３０３は、テーラーコーンと称されており、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１１５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。
【００４７】
なお、先端部１１６は、矩形の平面を備えるものに限定されるわけではなく、また、平面ではなくとも液溜まり３０３が発生する場合もある。例えば図４（ａ）に示すように、先端部１１６は、曲面を備えてもよく、また、図４（ｂ）に示すように、端部がつきあわされた二つの平面を備えていてもよい。
【００４８】
また、先端部１１６は、上述したように開口部１１９がジグザグや波形に配置された場合、まっすぐな帯形状でもよく、開口部１１９の配置に追随したジグザグ形状や波形等であってもよい。
【００４９】
以上のように、先端部１１６は、複数存在する開口部１１９の間を面でつなげている（図４（ｂ）では、上記のように二つの平面でつなげている）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。
【００５０】
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。
【００５１】
図２に示すように、側面部１１７は、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１１５の表面部分である。また、側面部１１７は、並んで配置されている流出孔１１８の配置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２、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。双方の側面部１１７の間の角度は、鋭角である程先端部に電荷を集中することができ、原料液３００を高い電荷密度として高品質なナノファイバ３０１を製造することが可能となる。一方、双方の側面部１１７の間の角度が鋭角になる程、流出体１１５に備えられる貯留槽１１３の容積が小さくなり、また、流出体１１５に貯留槽１１３を設ける際の加工が難しくなる。以上を勘案し、双方の側面部１１７の間の角度は６０度程度に設定することが好ましい。但し、流出体１１５における双方の側面部１１７の間の角度はこれに限定されるものでは無い。
【００５２】
なお、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように先端部１１６と側面部１１７との境界は曖昧である。また、側面部１１７の形状は、平面ばかりでなく、曲面であってもかまわない。例えば図７に示すように、円筒形の流出体１１５の周壁に流出孔１１８を設けた場合、円筒形の流出体１１５の周壁における流出孔１１８の配置箇所が先端部となり、その先端部（流出孔１１８の配置箇所）を挟む両側の周壁部が側面部１１７となる。
【００５３】
なお側面部１１７や先端部１１６は、全体にわたって滑らかな表面を備えており、できる限り特異な部分を設けることなく（開口部１１９は除く）イオン風の発生を抑制する形状とすることが望ましい。
【００５４】
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。
【００５５】
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、帯電蒸気が充満することを回避することが可能となる。また、側面部１１７に沿った気体の流れが発生し、帯電蒸気の充満を積極的に回避しているとも考えられる。
【００５６】
また例えば、開口部１１９近傍から原料液３００の流出方向の下流側に向かう風を発生させると、側面部１１７から原料液３００に沿って流出方向（下方）に帯電蒸気やイオン風を排除することができ、製造されるナノファイバ３０１の品質の向上を図ることが可能となる。
【００５７】
貯留槽１１３は、図２に示すように、流出体１１５の内部に形成され、供給手段１０７（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、流出体１１５に一つ設けられており、流出体１１５のＹ軸方向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と連通状態で接続されている。
【００５８】
貯留槽１１３は、流出孔１１８の開口部１１９が並ぶ方向（Ｙ軸方向）に延びて配置され、Ｙ軸方向に直交する貯留槽１１３の断面（ＸＺ平面）は、円形となっている。本実施の形態の場合、流出体１１５は、管形状（筒形状）となっており、貯留槽１１３として原料液３００を貯留するための空間は円柱形状となっている。
【００５９】
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Ｙ軸方向における品質の空間的なムラを抑制することが可能となる。
【００６０】
また、貯留槽１１３の内壁面が単純な曲面（円筒の内壁面）となっているため、構造的に特異な部分の存在が可及的に抑制されており、特異な部分を起点として成長する溶質の固化現象を効果的に抑止することが可能となる。
【００６１】
図５は、中間部分を省略して流出体を正面から示す図である。
【００６２】
同図に示すように、流出体１１５は、本体１３１と、本体１３１の開口の一方（同図中左側）を着脱可能に閉塞する蓋体１３２と、本体１３１の開口の他方（同図中右側）に着脱可能に取り付けられ、流出体１１５の内部に形成される貯留槽１１３に原料液３００を供給する供給口を有する供給体１３３とを備えている。
【００６３】
本体１３１は、両端が開口し、流出孔（図示せず）が設けられる管形状の部材である。本体１３１の長さは特に限定されるものでは無いが、６０ｃｍ以上であることが好ましい。これによれば、ナノファイバからなる幅の広い不織布であって、幅方向にナノファイバの質にムラが少ない不織布を安定して製造することが可能となる。
【００６４】
蓋体１３２は、円板状の閉塞用のフランジであり、本体１３１との間にＯリングなどの封止部材を配置し、ボルトなどの締結部材で本体１３１に取り付けることで本体１３１の開口を封止することができるものとなっている。
【００６５】
供給体１３３は、蓋体１３２とほぼ同じ構造を備え、円板の中心に厚さ方向に貫通する供給口が備えられている。また、供給口は、原料液を供給するための案内管１１４と接続することができるものとなっている。
【００６６】
以上のように、流出体１１５は、直管形状であって両端が開口した本体１３１と、両端開口をそれぞれ蓋体１３２と供給体１３３とで着脱自在に閉塞することで、内部に貯留槽１１３が形成されるものとなっている。従って、流出体１１５の内方に貯留槽１１３を形成することが容易となる。例えば、本体１３１の内部空間をドリルにより容易に切削加工することができ、さらに切削痕などの特異点を除去するための研磨なども容易に行うことができる。さらに、切削加工により内部空間を形成することが困難な長さの本体１３１であっても、引抜加工などにより容易に本体１３１を得ることが可能となる。特に、引抜加工により形成される本体１３１は、貯留槽１１３を形成する内面がなめらか（例えば表面粗度（Ｒａ）が５μｍ以下）であるため、溶質の固化現象を効果的に抑止することが可能となる。
【００６７】
また、蓋体１３２と、供給体１３３とを取り外せば、直管状の貯留槽１１３が露出し、貯留槽１１３の内面に特異な部分がないため、貯留槽１１３の清掃作業が容易となり、流出体１１５のメンテナンス性を向上させることが可能となる。
【００６８】
供給手段１０７は、図１に示すように、流出体１１５に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留する容器１５１と、原料液３００を所定の圧力で搬送するポンプ（図示せず）と、原料液３００を案内する案内管１１４とを備えている。
【００６９】
帯電電極１２１は、流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１１５に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、流出体１１５に電荷を誘導するための導電性を備える部材であり帯電手段を構成する要素である。本実施の形態の場合、帯電電極１２１は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を誘引する誘引手段１０４としても機能しており、流出体１１５の先端部１１６と対向する位置に配置されている。従って、帯電電極１２１が接地されており、流出体１１５に正の電圧が印加されると帯電電極１２１には、負の電荷が誘導され、流出体１１５に負の電圧が印加されると帯電電極１２１には、正の電荷が誘導される。
【００７０】
帯電電源１２２は、流出体１１５に高電圧を印加す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。特に、発生させるナノファイバ３０１の帯電極性に影響を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、逆極性の電位を印加した電極でナノファイバ３０１を誘引するような場合には、直流電源を採用することが好ましい。また、帯電電源１２２が直流電源である場合、帯電電源１２２が帯電電極１２１に印加する電圧は、５ＫＶ以上、１００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。
【００７１】
本実施の形態のように、帯電電源１２２の一方の電極を接地電位とし、帯電電極１２１を接地するものとすれば、比較的大型の帯電電極１２１を接地状態とすることができ、安全性の向上に寄与することが可能となる。
【００７２】
なお、帯電電極１２１に電源を接続して帯電電極１２１を高電圧に維持し、流出体１１５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、帯電電極１２１と流出体１１５とのいずれも接地しないような接続状態であってもかまわない。
【００７３】
収集手段１２８は、静電延伸現象により製造されるナノファイバ３０１を堆積させて収集する部材である。本実施の形態の場合、収集手段１２８は、ロール１２７に巻き付けられた状態で供給されている。
【００７４】
なお、収集手段１２８はこれに限定されるわけではない。例えば、収集手段１２８は、剛性のある板状の部材からなるものでもかまわない。また、ナノファイバ３０１の堆積物のみを利用する場合には、収集手段１２８の表面にフッ素樹脂コート、または、シリコンコートを行うなど、ナノファイバ３０１を剥ぎ取る際の剥離性が高い収集手段１２８であってもよい。
【００７５】
誘引手段１０４は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を収集手段１２８に誘引するための装置である。本実施の形態の場合、誘引手段１０４は、帯電電極１２１としても機能する金属板であり、収集手段１２８の後方に配置されている。誘引手段１０４は、帯電しているナノファイバ３０１を電界により収集手段１２８に誘引する。つまり、誘引手段１０４は、帯電したナノファイバ３０１を誘引するための電界を発生させるための電極である。また、誘引手段１０４は、吸引装置などによって収集手段１２８に向かう気体流を発生させるものでもよい。
【００７６】
移動手段１２９は、流出体１１５と、収集手段１２８とを相対的に移動させる装置である。本実施の形態の場合、流出体１１５は固定されており、収集手段１２８のみを移動するものとなっている。具体的に移送手段は、長尺の収集手段１２８を巻き取りながらロール１２７から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に収集手段１２８を搬送するものとなっている。
【００７７】
なお、移動手段１２９は、収集手段１２８を移動させるばかりではなく、流出体１１５を収集手段１２８に対して移動させるものでもかまわない、また、移動手段１２９は、収集手段１２８を一定方向に移動させ、流出体１１５を往復動させるなど、任意の動作状態を例示することができる。また、開口部１１９の並び方向と直交する方向に収集手段１２８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の並び方向に収集手段１２８を移動させ、流出体１１５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。
【００７８】
ここで、ナノファイバ３０１を構成する樹脂であって、原料液３００に溶解、または、分散する溶質としては、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等の高分子物質を例示できる。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、本願発明は上記樹脂に限定されるものではない。
【００７９】
原料液３００に使用される溶媒としては、揮発性のある有機溶剤などを例示することができる。具体的に例示すると、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。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、本願発明に用いられる原料液３００は上記溶媒を採用することに限定されるものではない。
【００８０】
さらに、原料液３００に無機質固体材料を添加してもよい。当該無機質固体材料としては、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、製造されるナノファイバ３０１の耐熱性、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、本願発明の原料液３００に添加される物質は、上記添加剤に限定されるものではない。
【００８１】
原料液３００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％となる。
【００８２】
次に、流出体１１５の製造方法を説明する。
【００８３】
図６は、流出体の本体の加工前後の状態をＹ軸方向から示す平面図である。
【００８４】
まず、同図に実線および破線で示す外周を備える円形管形状の管材１３５を形成する（管材形成ステップ）。管材１３５の製造方法は特に限定されるものでは無く、無垢材から切削加工により前記導電性部材を形成してもよい。また、板状の部材を曲げ加工により管材１３５を形成してもよい。特に、引抜加工を採用して管材１３５を形成すると、貯留槽１１３を形成するために要求される表面Ａのなめらかさを引抜加工のみで得ることができるため、好適と考えられる。ここで、貯留槽１１３を形成する表面Ａに要求される表面粗度は５μｍ（Ｒａ）以下が好ましい。特に表面粗度が１μｍ（Ｒａ）以下の貯留槽１１３を備えた流出体１１５の場合、連続操業時間が飛躍的に向上することが経験的に確認されている。また、管材１３５を形成する材料は導電性部材であれば良く、アルミニウムやその合金、ステンレス鋼、鋼などを例示することができる。
【００８５】
次に、管材１３５の表面を切削加工し、先端部１１６や側面部１１７を形成する（図６中の破線から実線に至るまで切削加工を施す、側面部形成ステップ）。このように、容易に入手可能な管材１３５を用いて先端部１１６や側面部１１７を形成することが可能となる。特に、肉厚が均等な円管を引抜加工で製造すると、全体的に歪みが少なく高い表面粗度を備えた長尺（例えば１ｍ以上）の管材１３５を容易に得ることができるため、引抜加工により得られる管材１３５に対して切削加工すると、要求性能に合致した流出体１１５を容易に得ることが可能となる。なお、無垢材から管材１３５を形成する場合は、当初から先端部１１６や側面部１１７を形成してもかまわない。
【００８６】
最後に、先端部１１６から管材１３５の周壁に貫通状の流出孔１１８を形成する（流出孔形成ステップ）。なお、流出孔１１８はドリルや放電加工により形成すれば良い。さらに要すれば、流出孔１１８の内面を仕上げ加工して（仕上げステップ）表面粗度を向上させればよい。
【００８７】
以上により、本体１３１が形成される。さらに、別途製造された蓋体１３２と供給体１３３とを本体１３１の両端開口にそれぞれ取り付けることで流出体１１５を製造できる。なお、流出体１１５の製造方法は上記ステップの順番に限定されるものでは無く、ステップの順番は任意である。また、要すれば、流出体１１５に、メッキやコーティングなどの表面処理を施すことも任意である。
【００８８】
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。
【００８９】
まず、供給手段１０７により流出体１１５に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１１５の貯留槽１１３に原料液３００が満たされる。
【００９０】
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１１５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）。
【００９１】
前記帯電工程と供給工程とは同時期に実施され、流出体１１５の開口部１１９から帯電した原料液３００が流出する（流出工程）。
【００９２】
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。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。
【００９３】
また、流出体１１５の外観形状も先端部以外はなめらかな曲面で覆われているため、イオン風の発生の抑制に寄与している。
【００９４】
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。
【００９５】
この状態において、収集手段１２８の背方に配置される誘引手段１０４と流出体１１５との間に発生する電界により、ナノファイバ３０１が収集手段１２８に誘引される（誘引工程）。
【００９６】
以上により、収集手段１２８にナノファイバ３０１が堆積して収集される（収集工程）。収集手段１２８は、移動手段１２９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。
【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、高い生産効率を維持しつつ、品質の高いナノファイバ３０１を空間的、特に流出孔１１８が並ぶＹ軸方向にムラが発生することなく均一に製造することが可能となる。
【００９８】
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、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。
【００９９】
例えば、図７に示すように、流出体１１５（本体１３１）は、円管の周壁に流出孔１１８を設けたものでもかまわない。この場合、円管の外周面が側面部１１７となり、また、流出孔１１８の開口部１１９の近傍が先端部１１６となる。また、流出体１１５の外観形状は、円柱形状に限定されず、図８に示す断面形状の棒状でもよく、任意の形状を採用することが可能である。さらに図８や図９に示すように、流出孔１１８は、Ｘ軸方向に２列やそれ以上並ぶものでもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
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】
【０１０１】
１００ ナノファイバ製造装置
１０４ 誘引手段
１０７ 供給手段
１１３ 貯留槽
１１４ 案内管
１１５ 流出体
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
１２７ ロール
１２８ 収集手段
１２９ 移動手段
１３１ 本体
１３２ 蓋体
１３３ 供給体
１３５ 管材
１５１ 容器
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液を空間中で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、
原料液を空間中に流出させる流出孔を複数有する流出体と、
前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、
前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源とを備え、
前記流出体は、
前記流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、
前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部と、
前記流出孔から流出する原料液を当該流出体の内部に貯留し、前記開口部が並ぶ方向に延びて配置され、前記方向に直交する断面が円形の貯留槽とを備える
ナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記流出体は、
両端が開口し、前記流出孔が設けられる管形状の本体と、
前記本体の開口の一方を着脱可能に閉塞する蓋体と、
前記本体の開口の他方に着脱可能に取り付けられ、当該流出体の内部に形成される前記貯留槽に原料液を供給する供給口を有する供給体と
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】
前記貯留槽は、表面粗度（Ｒａ）が５μｍ以下の内面を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
前記本体の長さは６０ｃｍ以上である請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
前記側面部の表面は平面である請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項６】
ナノファイバ製造装置に用いられる流出体の製造方法であって、
円形管形状の導電性部材である管材の周壁に貫通状の流出孔を複数個一列に形成する流出孔形成ステップと、
前記流出孔の開口部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記開口部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部を形成する側面部形成ステップと
を含む流出体の製造方法。
【請求項７】
さらに、
前記管材を引抜加工により形成する管材形成ステップを含む請求項６に記載の流出体の製造方法。
【請求項８】
さらに、
前記流出孔形成ステップの後、流出孔の内面の表面粗度を向上させる仕上げステップを含む請求項６に記載の流出体の製造方法。
【請求項９】
原料液を空間中で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、
流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部と、前記流出孔から流出する原料液を当該流出体の内部に貯留し、前記開口部が並ぶ方向に延びて配置され、前記方向に直交する断面が円形の貯留槽とを備える流出体から原料液を流出させる流出工程と、
前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を印加する帯電工程と
を含むナノファイバ製造方法。
【請求項１０】
さらに、
空間中で製造されるナノファイバを収集手段により収集する収集工程と、
前記収集手段にナノファイバを誘引する誘引工程と
を含む請求項９に記載のナノファイバ製造方法。
【請求項１】
原料液を空間中で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、
原料液を空間中に流出させる流出孔を複数有する流出体と、
前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、
前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源とを備え、
前記流出体は、
前記流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、
前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部と、
前記流出孔から流出する原料液を当該流出体の内部に貯留し、前記開口部が並ぶ方向に延びて配置され、前記方向に直交する断面が円形の貯留槽とを備える
ナノファイバ製造装置。
【請求項２】
前記流出体は、
両端が開口し、前記流出孔が設けられる管形状の本体と、
前記本体の開口の一方を着脱可能に閉塞する蓋体と、
前記本体の開口の他方に着脱可能に取り付けられ、当該流出体の内部に形成される前記貯留槽に原料液を供給する供給口を有する供給体と
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】
前記貯留槽は、表面粗度（Ｒａ）が５μｍ以下の内面を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項４】
前記本体の長さは６０ｃｍ以上である請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項５】
前記側面部の表面は平面である請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
【請求項６】
ナノファイバ製造装置に用いられる流出体の製造方法であって、
円形管形状の導電性部材である管材の周壁に貫通状の流出孔を複数個一列に形成する流出孔形成ステップと、
前記流出孔の開口部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記開口部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部を形成する側面部形成ステップと
を含む流出体の製造方法。
【請求項７】
さらに、
前記管材を引抜加工により形成する管材形成ステップを含む請求項６に記載の流出体の製造方法。
【請求項８】
さらに、
前記流出孔形成ステップの後、流出孔の内面の表面粗度を向上させる仕上げステップを含む請求項６に記載の流出体の製造方法。
【請求項９】
原料液を空間中で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、
流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部と、前記流出孔から流出する原料液を当該流出体の内部に貯留し、前記開口部が並ぶ方向に延びて配置され、前記方向に直交する断面が円形の貯留槽とを備える流出体から原料液を流出させる流出工程と、
前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を印加する帯電工程と
を含むナノファイバ製造方法。
【請求項１０】
さらに、
空間中で製造されるナノファイバを収集手段により収集する収集工程と、
前記収集手段にナノファイバを誘引する誘引工程と
を含む請求項９に記載の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９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８０６１７（Ｐ２０１２−１８０６１７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４４５０６（Ｐ２０１１−４４５０６）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【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９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【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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