ナノ繊維製造装置及びナノ繊維製造方法
【課題】均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能なナノ繊維製造装置及びナノ繊維製造方法を提供する。
【解決手段】長尺シートＷを所定の搬送速度Ｖで搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０により搬送されていく長尺シートＷにナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置２０と、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度を計測する通気度計測装置４０と、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する搬送速度制御装置５０とを備えるナノ繊維製造装置１。
【解決手段】長尺シートＷを所定の搬送速度Ｖで搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０により搬送されていく長尺シートＷにナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置２０と、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度を計測する通気度計測装置４０と、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する搬送速度制御装置５０とを備えるナノ繊維製造装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ繊維製造装置及びナノ繊維製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電界紡糸過程における紡糸条件（例えば、紡糸区域における浮遊物の有無、ノズルブロックとコレクターとの間隔、コレクターの構造など。）を調整することにより均一な物性を有するナノ繊維を製造することが可能なナノ繊維製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１２は、特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法に用いるナノ繊維製造装置９００を説明するために示す図である。図１２中、符号９１０はノズルブロックを示し、符号９１２はノズルを示し、符号９２０は送風装置を示し、符号９２２は風向調整板を示し、符号９２４は縁部材を示し、符号９２６は吸入装置を示し、符号９２８はファンを示し、符号９５０はコレクターを示す。
【０００４】
特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法は、例えば、図１２に示すように、送風装置９２０、２つの縁部材９２４及び吸入装置９２６で画定される紡糸区域に空気流れを形成させて揮発した溶媒や浮遊不純物を除去することなどにより、電界紡糸過程における紡糸条件を調整するというものである。
【０００５】
特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法によれば、電界紡糸過程における紡糸条件を調整することにより、均一な物性を有するナノ繊維を製造することが可能であるため、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を製造することが可能であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法をもってしても、現実には電界紡糸過程における紡糸条件を長時間にわたって一定に保つことは容易ではないため、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが困難であるのが実情である。なお、このような事情は、メルトブロー紡糸装置その他の紡糸装置によりナノ繊維を製造するナノ繊維製造方法においても同様である。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能なナノ繊維製造装置及びナノ繊維製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［１］本発明のナノ繊維製造装置は、長尺シートを所定の搬送速度で搬送する搬送装置と、前記搬送装置により搬送されていく長尺シートにナノ繊維を堆積させる紡糸装置と、前記紡糸装置によりナノ繊維を堆積させた長尺シートの通気度を計測する通気度計測装置と、前記通気度計測装置により計測された通気度に基づいて前記搬送速度を制御する搬送速度制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、通気度計測装置により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御することが可能となるため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００１１】
例えば、長時間の電界紡糸過程において通気度が大きくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度を遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより通気度を小さくすることで、通気度の値を所定の範囲に収めることが可能となる。また、長時間の電界紡糸過程において通気度が小さくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度を速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより通気度を大きくすることで、通気度の値を所定の範囲に収めることが可能となる。
【００１２】
なお、「ポリマー溶液の濃度」、「紡糸区域における温度や湿度」などの紡糸条件を調整することにより、通気度の値を所定の範囲に収めることも可能であるが、これらの場合には、通気度の変動に応じて紡糸条件を調整するのに一定の時間がかかるため、長尺方向に沿って通気度が均一なナノ繊維不織布を高い生産性で製造することが困難である。
【００１３】
また、「ノズルとコレクターとの間隔」、「ノズルとコレクターとの間に印加する電圧」などの紡糸条件を調整することにより、通気度の値を所定の範囲に収めることも可能であるが、これらの場合には、ナノ繊維の直径、ナノ繊維層の密度などのナノ繊維の物性が変動してしまい、均一な物性を有するナノ繊維不織布を製造することが困難である。
【００１４】
これに対して、本発明のナノ繊維製造装置によれば、通気度計測装置により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御するという簡単な方法で、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となるため、通気度の変動に応じて紡糸条件を調整するに一定の時間がかかるという問題もなく、また、ナノ繊維の直径、ナノ繊維層の密度などのナノ繊維の物性が変動してしまうという問題もない。
【００１５】
なお、本発明において、ナノ繊維を堆積させた長尺シートの通気度とは、長尺シート上に堆積させたナノ繊維層と、長尺シートとが積層された状態で通気度を計測した場合における通気度のことをいう。また、ナノ繊維不織布とは、ナノ繊維を堆積させた長尺シートのことをいう。ナノ繊維不織布は、これをこのまま製品としてもよいし、ナノ繊維不織布から長尺シートを除いて「ナノ繊維層のみからなる不織布」を製造し、これを製品としてもよい。また、「ナノ繊維」とは、ポリマーからなり、平均直径が数ｎｍ〜数千ｎｍの繊維のことをいう。また、「ポリマー溶液」とは、ポリマーを溶媒に溶解させた溶液のことをいう。
【００１６】
［２］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測装置により計測された通気度と、所定の目標通気度とのずれ量に基づいて前記搬送速度を制御することが好ましい。
【００１７】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、例えば、上記ずれ量が大きい場合には、搬送速度の制御量（初期値からの変化量）を大きくし、上記ずれ量が小さい場合には、搬送速度の制御量（初期値からの変化量）を小さくするというような制御をすることが可能となるため、通気度の変動の程度に応じて搬送速度を適切に制御することが可能となる。
【００１８】
また、本発明のナノ繊維製造装置によれば、例えば、上記ずれ量が所定値未満の場合には、搬送速度を初期値から変化させずに、上記ずれ量が所定値以上の場合には、搬送速度を初期値から変化させるというような制御をすることも可能となるため、搬送速度制御装置による搬送速度の制御を単純化することが可能となる。
【００１９】
［３］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記搬送速度制御装置は、前記ずれ量の時間変化率を考慮して前記搬送速度を制御することが好ましい。
【００２０】
このように、上記「ずれ量の時間変化率」を考慮することにより、ずれ量だけに基づいて搬送速度を制御する場合と比較して、搬送速度をより適切に制御することが可能となる。例えば、紡糸条件が急に変動したような場合には、ずれ量の時間変化率が大きいため、それに見合うように搬送速度の制御量（初期値からの変化量）を大きくする。また、紡糸条件の変動量が小さい場合には、ずれ量の時間変化率が小さいため、それに見合うように搬送速度の制御量（初期値からの変化量）を小さくする。
【００２１】
［４］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記通気度計測装置は、前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測部と、前記通気度計測部を前記長尺シートの幅方向に沿って所定の周期で往復移動させる駆動部とを備えることが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることにより、長尺シートの幅方向の広域にわたって通気度を計測することが可能となり、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００２３】
［５］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測部により計測された通気度を前記所定の周期又は当該周期のｎ倍に相当する時間（但し、ｎは自然数）で平均して得られる平均通気度に基づいて前記搬送速度を制御することが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることにより、長尺シートの幅方向において通気度に分布がある場合であっても、平均通気度に基づいて搬送速度を制御することで、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００２５】
［６］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記通気度計測装置は、前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測部として、前記長尺シートの幅方向における複数の位置に配置された複数の通気度計測部を備えることが好ましい。
【００２６】
このような構成とすることによっても、上記［４］に記載のナノ繊維製造装置の場合と同様に、長尺シートの幅方向の広域にわたって通気度を計測することが可能となり、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００２７】
［７］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記搬送速度制御装置は、前記複数の通気度計測部により計測された通気度を平均して得られる平均通気度に基づいて前記搬送速度を制御することが好ましい。
【００２８】
このような構成とすることにより、上記［５］に記載のナノ繊維製造装置の場合と同様に、長尺シートの幅方向において通気度に分布がある場合であっても、平均通気度に基づいて搬送速度を制御することで、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００２９】
［８］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記紡糸装置と前記通気度計測装置との間に配置され、前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートを加熱する加熱装置をさらに備えることが好ましい。
【００３０】
このような構成とすることにより、ナノ繊維層に残存することがある溶媒を完全に蒸発させることが可能となるため、残存溶媒量が極めて少なく高品質のナノ繊維不織布を製造することができる。また、溶媒を完全に蒸発させた状態で通気度を計測することが可能となるため、通気度を正確に計測することが可能となる。
【００３１】
［９］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記紡糸装置として、前記長尺シートが搬送されていく所定の搬送方向に沿って直列に配置された複数の紡糸装置を備えることが好ましい。
【００３２】
このような構成とすることにより、複数の紡糸装置のそれぞれにおいて長尺シート上にナノ繊維を次々と堆積させることが可能となるため、均一な通気度を有するナノ繊維不織布をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、長尺シート上に多種類のナノ繊維を順次堆積させたナノ繊維不織布を大量生産する場合にも均一な通気度を有するナノ繊維不織布をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、複数の紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置であっても、複数の紡糸装置のそれぞれにおいて紡糸条件を調整するのではなく搬送速度を制御することだけで、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００３３】
［１０］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記紡糸装置は、電界紡糸装置であることが好ましい。
【００３４】
このような構成とすることにより、紡糸装置として、極めて細い直径（数ｎｍ〜数千ｎｍ）を有するナノ繊維を製造可能な電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置においても、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００３５】
［１１］本発明のナノ繊維製造方法は、所定の搬送速度で搬送されていく長尺シートにナノ繊維を堆積させながら、前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートの通気度を計測し、当該長尺シートの通気度に基づいて長尺シートの搬送速度を制御することを特徴とする。
【００３６】
本発明のナノ繊維製造方法によれば、ナノ繊維が堆積した長尺シートの通気度を計測し、当該通気度に基づいて長尺シートの搬送速度を制御することとしているため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００３７】
本発明のナノ繊維製造装置又はナノ繊維製造方法によれば、高機能・高感性テキスタイルなどの衣料品、ヘルスケア、スキンケアなど美容関連用品、ワイピングクロス、フィルターなど産業資材、二次電池のセパレーター、コンデンサーのセパレーター、各種触媒の担体、各種センサー材料などの電子・機械材料、再生医療材料、バイオメディカル材料、医療用ＭＥＭＳ材料、バイオセンサー材料などの医療材料、その他の幅広い用途に使用可能なナノ繊維を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態に係るナノ繊維製造装置１を説明するために示す図である。
【図２】実施形態における電界紡糸装置２０の要部拡大図である。
【図３】実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の主要部のブロック図である。
【図４】ナノ繊維製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図５】通気度計測部４１の動きを説明するために示す図である。
【図６】通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。
【図７】変形例１における通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。
【図８】変形例２におけるナノ繊維製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図９】変形例２における通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。
【図１０】実施形態２における通気度計測部４１ａの構成を示す図である。
【図１１】電界紡糸装置２０ａの要部拡大図である。
【図１２】特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法に用いるナノ繊維製造装置９００を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明のナノ繊維製造装置及びナノ繊維製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００４０】
［実施形態１］
１．実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の構成
図１は、実施形態に係るナノ繊維製造装置１を説明するために示す図である。図１（ａ）はナノ繊維製造装置１の正面図であり、図１（ｂ）はナノ繊維製造装置１の平面図である。なお、図１においては、ポリマー溶液供給部及びポリマー溶液回収部の図示を省略してある。また、図１（ａ）においては、一部の部材は要部拡大図で示している。図２は、電界紡糸装置２０の要部拡大図である。
【００４１】
実施形態１に係るナノ繊維製造装置１は、図１及び図２に示すように、長尺シートＷを所定の搬送速度Ｖで搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０により搬送されていく長尺シートＷにナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置２０と、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測装置４０と、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する搬送速度制御装置５０とを備える。
【００４２】
実施形態１に係るナノ繊維製造装置１においては、電界紡糸装置として、長尺シートＷが搬送されていく所定の搬送方向ａに沿って直列に配置された４台の電界紡糸装置２０を備える。
【００４３】
実施形態１に係るナノ繊維製造装置１は、電界紡糸装置２０と通気度計測装置４０との間に配置され、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する加熱装置３０と、「搬送装置１０、電界紡糸装置２０、加熱装置３０、通気度計測装置４０、搬送速度制御装置５０、後述するＶＯＣ処理装置７０、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置」の動作を制御する主制御装置６０と、長尺シートＷにナノ繊維を堆積させる際に発生する揮発性成分を燃焼して除去するＶＯＣ処理装置７０とをさらに備える。
【００４４】
搬送装置１０は、長尺シートＷを繰り出す繰り出しローラー１１及び長尺シートＷを巻き取る巻き取りローラー１２並びに繰り出しローラー１１と巻き取りローラー１２との間に位置する補助ローラー１３，１８及び駆動ローラー１４，１５，１６，１７を備える。繰り出しローラー１１、巻き取りローラー１２及び駆動ローラー１４，１５，１６，１７は、図示しない駆動モーターにより回転駆動される構造となっている。
【００４５】
電界紡糸装置２０は、図２に示すように、筐体１００に絶縁部材１５２を介して取り付けられ、長尺シートＷにおける一方の面側に位置するコレクター１５０と、長尺シートＷにおける他方の面側におけるコレクター１５０に対向する位置に位置し、図示しないポリマー溶液供給部から供給されるポリマー溶液を長尺シートＷに向けて噴射する複数のノズルを有するノズルブロック１１０と、コレクター１５０とノズルブロック１１０との間に高電圧（例えば１０ｋＶ〜８０ｋＶ）を印加する電源装置１６０と、コレクター１５０とノズルブロック１１０とを覆う所定の空間を画定する電界紡糸室１０２と、長尺シートＷが搬送されるのを補助する補助ベルト装置１７０とを備える。電源装置１６０の正極は、コレクター１５０に接続され、電源装置１６０の負極は、筐体１００を介してノズルブロック１１０に接続されている。
【００４６】
ノズルブロック１１０は、図２に示すように、複数のノズルとして、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有する。そして、ナノ繊維製造装置１は、複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するとともに、複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用することが可能となるように構成されている。複数の上向きノズル１１２は、例えば、１．５ｃｍ〜６．０ｃｍのピッチで配列されている。複数の上向きノズル１１２の数は、例えば、３６個（縦横同数に配列した場合、６個×６個）〜２１９０４個（縦横同数に配列した場合、１４８個×１４８個）である。また、本発明のナノ繊維製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルブロックを用いることができるが、ノズルブロック１１０は、例えば、上面から見たときに一辺が０．５ｍ〜３ｍの長方形（正方形を含む）に見える大きさ及び形状を有する。
【００４７】
補助ベルト装置１７０は、図２に示すように、長尺シートＷの搬送速度に同期して回転する補助ベルト１７２と、補助ベルト１７２の回転を助ける５つの補助ベルト用ローラー１７４とを有する。５つの補助ベルト用ローラー１７４のうち１つ又は２つ以上の補助ベルト用ローラー１７４が駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーが従動ローラーである。コレクター１５０と長尺シートＷとの間に補助ベルト１７２が配設されているため、長尺シートＷは、正の高電圧の印加されているコレクター１５０に引き寄せられることなくスムーズに搬送されるようになる。
【００４８】
加熱装置３０は、電界紡糸装置２０と通気度計測装置４０との間に配置され、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する。加熱温度は、長尺シートＷやナノ繊維の種類によって異なるが、例えば、長尺シートＷを５０℃〜３００℃の温度に加熱することができる。
【００４９】
通気度計測装置４０は、図３に示すように、長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測部４１と、通気度計測部４１を長尺シートＷの幅方向に沿って所定の周期Ｔで往復移動させる駆動部４３と、駆動部４３及び通気度計測部４１の動作を制御するとともに、通気度計測部４１からの計測結果を受けて処理する制御部４４を備える。駆動部４３と、制御部４４は、本体部４２に配設されている。通気度計測装置４０としては一般的な通気度計測装置を用いることができる。
【００５０】
通気度計測装置４０は、計測された通気度Ｐの値をそのまま搬送速度制御装置５０に送信することもできるし、計測された通気度Ｐを所定の周期Ｔ又は当該周期Ｔのｎ倍に相当する時間（但し、ｎは自然数）で平均して得られる平均通気度＜Ｐ＞の値を搬送速度制御装置５０に送信することもできる。
【００５１】
搬送速度制御装置５０は、通気度計測部４０により計測された通気度Ｐ又は平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送装置１０が搬送する長尺シートＷの搬送速度Ｖを制御する。例えば、長時間の電界紡糸過程において通気度Ｐが大きくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度Ｖを遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより通気度を小さくする。一方、長時間の電界紡糸過程において通気度が小さくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度を速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより通気度を大きくする。なお、搬送速度Ｖの制御は、駆動ローラー１４，１５，１６，１７の回転速度を制御することにより行うことができる。
【００５２】
ＶＯＣ処理装置７０は、長尺シートにナノ繊維を堆積させる際に発生する揮発性成分を燃焼して除去する。
【００５３】
主制御装置６０は、搬送装置１０、電界紡糸装置２０、加熱装置３０、通気度計測装置４０、搬送速度制御装置５０、ＶＯＣ処理装置７０、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置の動作を制御する。
【００５４】
２．実施形態１に係るナノ繊維製造装置１を用いたナノ繊維製造方法
以下、上記のように構成された実施形態１に係るナノ繊維製造装置１を用いてナノ繊維不織布を製造する方法（実施形態１に係るナノ繊維製造方法）について説明する。
【００５５】
図４は、実施形態１に係るナノ繊維製造方法を説明するために示すフローチャートである。図５は、通気度計測部４１の動きを説明するために示す図である。図５（ａ）〜図５（ｆ）は各工程図である。なお、図５中、正弦曲線状に示される曲線は通気度計測部４１が長尺シートＷ上で通気度を計測した部位を繋ぐ軌跡である。
【００５６】
図６は、通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図６（ａ）は通気度Ｐの時間変化を表すグラフであり、図６（ｂ）は平均通気度＜Ｐ＞の時間変化を表すグラフであり、図６（ｃ）は搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図６（ａ）及び図６（ｂ）中、符号Ｐ０は目標通気度を示し、符号ＰＨは許容される通気度の上限を示し、符号ＰＬは許容される通気度の下限を示す。図６（ｃ）中、符号Ｖ０は搬送速度の初期値を示す。
【００５７】
実施形態１に係るナノ繊維製造方法は、図４に示すように、「長尺シート搬送・電界紡糸」、「通気度計測」、「平均通気度算出」、「ずれ量ΔＰ算出」の「搬送速度制御」の各工程を含む。
【００５８】
１．長尺シートの搬送・電界紡糸（Ｓ１０）
長尺シートＷを搬送装置１０にセットし、その後、長尺シートＷを繰り出しローラー１１から巻き取りローラー１２に向けて所定の搬送速度Ｖで搬送させながら、各電界紡糸装置２０において長尺シートＷにナノ繊維を順次堆積させる。その後、加熱装置３０により、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する。これにより、ナノ繊維が堆積した長尺シートからなるナノ繊維不織布が製造される。
【００５９】
このとき、以下の手順により、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度Ｐを計測するとともに、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する。なお、実施形態１においては、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、時間ｔ経過前の期間については搬送速度の制御を行わず、時間ｔ経過後の期間については搬送速度の制御を行うこととしている。以下の変形例１及び２においても同様である。
【００６０】
２．通気度計測（Ｓ１２）
まず、図５（ａ）〜図５（ｆ）に示すように、通気度計測部４１を長尺シートＷの幅方向に沿って所定の周期Ｔ（例えば１秒）で往復移動させながら、長尺シートＷの通気度を計測する。通気度計測部４１による通気度の計測は例えば１０ｍｓ毎に行う。その結果、図６（ａ）に示すようなグラフが得られる。
【００６１】
３．平均通気度算出（Ｓ１４）
次に、通気度計測部４１により計測された通気度Ｐを所定の周期Ｔ（例えば１秒）で平均することにより平均通気度＜Ｐ＞を算出する。その結果、図６（ｂ）に示すようなグラフが得られる。
【００６２】
４．ずれ量ΔＰ算出（Ｓ１６）
次に、上記の平均通気度＜Ｐ＞と、所定の目標通気度Ｐ０とのずれ量ΔＰを算出する。
【００６３】
５．搬送速度制御（Ｓ１８〜Ｓ２４）
次に、上記ずれ量ΔＰに基づいて搬送速度Ｖを制御する。
例えば、長時間の電界紡糸過程において通気度Ｐが大きくなる方向に紡糸条件が変動した場合（ずれ量ΔＰが正の場合）には、搬送速度Ｖを遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより通気度を小さくする。一方、長時間の電界紡糸過程において通気度が小さくなる方向に紡糸条件が変動した場合（ずれ量ΔＰが負の場合）には、搬送速度Ｖを速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより通気度を大きくする（図６（ｃ）参照。）。これにより、時間ｔ経過後、徐々に通気度Ｐは所定の目標通気度Ｐ０の値に収斂する。
【００６４】
以下に、実施形態１に係るナノ繊維製造方法における紡糸条件を例示的に示す。
【００６５】
長尺シートとしては、各種材料からなる不織布、織物、編物などを用いることができる。長尺シートの厚さは、例えば５μｍ〜５００μｍのものを用いることができる。長尺シートの長さは、例えば１０ｍ〜１０ｋｍのものを用いることができる。
【００６６】
ナノ繊維の原料となるポリマーとしては、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）、シルク、セルロース、キトサンなどを用いることができる。
【００６７】
ポリマー溶液に用いる溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、クロロホルム、アセトン、水、蟻酸、酢酸、シクロヘキサン、ＴＨＦなどを用いることができる。複数種類の溶媒を混合して用いてもよい。ポリマー溶液には、導電性向上剤などの添加剤を含有させてもよい。
【００６８】
製造するナノ繊維不織布の通気度Ｐは、例えば０．１５ｃｍ３／ｃｍ２／ｓ〜２００ｃｍ３／ｃｍ２／ｓに設定することができる。搬送速度Ｖは、例えば０．２ｍ／分〜１００ｍ／分に設定することができる。ノズルとコレクター１５０とノズルブロック１１０に印加する電圧は、１０ｋＶ〜８０ｋＶに設定することができ、５０ｋＶ付近に設定することが好ましい。
【００６９】
紡糸区域の温度は、例えば２５℃に設定することができる。紡糸区域の湿度は、例えば３０％に設定することができる。
【００７０】
３．実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の効果
【００７１】
実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測装置４０と、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する搬送速度制御装置５０とを備えるため、通気度計測装置により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御することが可能となる。このため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００７２】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置によれば、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐと、所定の目標通気度Ｐ０とのずれ量ΔＰに基づいて搬送速度Ｖを制御するため、例えば、上記ずれ量ΔＰが大きい場合には、搬送速度Ｖの制御量（初期値Ｖ０からの変化量）を大きくし、上記ずれ量ΔＰが小さい場合には、搬送速度Ｖの制御量（初期値Ｖ０からの変化量）を小さくするというような制御をすることが可能となり、通気度の変動の程度に応じて搬送速度を適切に制御することが可能となる。
【００７３】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、通気度計測装置４０が長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測部４１と、通気度計測部４１を長尺シートＷの幅方向に沿って所定の周期Ｔで往復移動させる駆動部４３とを備えるため、長尺シートＷの幅方向の広域にわたって通気度を計測することが可能となり、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００７４】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、搬送速度制御装置５０が、通気度計測部４０により計測された通気度Ｐを所定の周期Ｔ又は当該周期Ｔのｎ倍に相当する時間（但し、ｎは自然数）で平均して得られる平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送速度Ｖを制御することが可能であるため、長尺シートＷの幅方向において通気度Ｐに分布がある場合であっても、平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送速度Ｖを制御することで、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００７５】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、電界紡糸装置２０と通気度計測装置４０との間に配置され、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する加熱装置３０をさらに備えることから、ナノ繊維層に残存することがある溶媒を完全に蒸発させることが可能となるため、残存溶媒量が極めて少なく高品質のナノ繊維不織布を製造することができる。また、溶媒を完全に蒸発させた状態で通気度Ｐを計測することが可能となるため、通気度を正確に計測することが可能となる。
【００７６】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、電界紡糸装置として、長尺シートＷが搬送されていく所定の搬送方向ａに沿って直列に配置された複数の電界紡糸装置２０を備えるため、複数の電界紡糸装置２０のそれぞれにおいて長尺シートＷ上にナノ繊維を次々と堆積させることが可能となり、均一な通気度を有するナノ繊維不織布をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、長尺シートＷ上に多種類のナノ繊維を順次堆積させたナノ繊維不織布を大量生産する場合にも均一な通気度を有するナノ繊維不織布をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、複数の電界紡糸装置２０を備えるナノ繊維製造装置であっても、複数の電界紡糸装置２０のそれぞれにおいて紡糸条件を調整するのではなく搬送速度Ｖを制御することだけで、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００７７】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、紡糸装置として、極めて細い直径（数ｎｍ〜数千ｎｍ）を有するナノ繊維を製造可能な電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置でありながら、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００７８】
実施形態１に係るナノ繊維製造方法によれば、所定の搬送速度Ｖで搬送されていく長尺シートＷにナノ繊維を堆積させるとともに、ナノ繊維が堆積した長尺シートＷの通気度Ｐを計測し、当該長尺シートＷの通気度Ｐに基づいて長尺シートＷの搬送速度Ｖを制御することとしているため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００７９】
［変形例１］
図７は、変形例１における通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図７（ａ）は通気度Ｐの時間変化を表すグラフであり、図７（ｂ）は平均通気度＜Ｐ＞の時間変化を表すグラフであり、図７（ｃ）は搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図７（ａ）及び図７（ｂ）中、符号Ｐ０は目標通気度を示し、符号ＰＨは許容される通気度の上限を示し、符号ＰＬは許容される通気度の下限を示す。図７（ｃ）中、符号Ｖ０は搬送速度の初期値を示す。
【００８０】
変形例１においては、図７（ｃ）からも分かるように、搬送速度Ｖをステップ状に制御することとしている。このように、搬送速度Ｖをステップ状に制御する場合であっても、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、実施形態１の場合と同様に、通気度Ｐ及び平均通気度＜Ｐ＞を目標通気度Ｐ０に収斂させることが可能となる。
【００８１】
［変形例２］
図８は、変形例２に係るナノ繊維製造方法を説明するために示すフローチャートである。図９は、変形例２における通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図９（ａ）は通気度Ｐの時間変化を表すグラフであり、図９（ｂ）は平均通気度＜Ｐ＞の時間変化を表すグラフであり、図９（ｃ）は搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図９（ａ）及び図９（ｂ）中、符号Ｐ０は目標通気度を示し、符号ＰＨは許容される通気度の上限を示し、符号ＰＬは許容される通気度の下限を示し、符号ＰＨ１は上側制御開始通気度を示し、符号ＰＬ１は下側制御開始通気度を示す。図９（ｃ）中、符号Ｖ０は搬送速度の初期値を示す。
【００８２】
変形例２に係るナノ繊維製造方法においては、図８及び図９からも分かるように、平均通気度＜Ｐ＞が上側制御開始通気度ＰＨ１よりも高くなった場合又は下側制御開始通気度ＰＬ１よりも低くなった場合に、搬送速度Ｖを制御する（初期値から変化させる）こととしている。このような制御を行う場合であっても、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、実施形態１の場合と同様に、通気度Ｐ及び平均通気度＜Ｐ＞を目標通気度Ｐ０に収斂させることが可能となる。また、変形例２に係るナノ繊維製造方法によれば、搬送速度Ｖを変更する頻度を少なくすることが可能となるという効果も得られる。
【００８３】
［実施形態２］
図１０は、実施形態２における通気度計測部４１ａの構成を示す図である。図１０（ａ）は通気度計測部４１ａの構成を示す図であり、図１０（ｂ）はそれに通気度計測部４１が長尺シートＷ上で通気度を計測した部位を繋ぐ軌跡を追記したものである。
【００８４】
実施形態２に係るナノ繊維製造方法２（図示せず）は、基本的には実施形態１に係るナノ繊維製造装置１と同様の構成を有するが、通気度計測装置の構成が実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と異なる。すなわち、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２においては、通気度計測装置４０ａ（図示せず）は、図１０に示すように、長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測部として、長尺シートＷの幅方向における複数の位置（長尺シートの幅方向における中央部、左端部、右端部）に配置された３つの通気度計測部４１ａを備える。
【００８５】
このように、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２は、通気度計測装置の構成が実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と異なるが、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測装置４０ａと、通気度計測装置４０ａにより計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する搬送速度制御装置５０とを備えるため、通気度計測装置により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御することが可能となる。このため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様に、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００８６】
また、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２によれば、通気度計測装置４０ａが、通気度計測部として、長尺シートＷの幅方向における複数の位置に配置された複数の通気度計測部４１ａを備えるため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様に、長尺シートの幅方向の広域にわたって通気度を計測することが可能となり、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００８７】
また、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２によれば、搬送速度制御装置５０が、複数の通気度計測部４１ａにより計測された通気度Ｐを平均して得られる平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送速度Ｖを制御することとしているため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様に、長尺シートＷの幅方向において通気度Ｐに分布がある場合であっても、平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送速度Ｖを制御することで、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００８８】
なお、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２は、通気度計測装置の構成以外は実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。
【００８９】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００９０】
（１）上記各実施形態においては、電界紡糸装置として４台の電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１台〜３台又は５台以上の電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。また、電界紡糸装置に代えてメルトブロー紡糸装置等を用いたナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。加えて、本発明のナノ繊維製造装置は、メルトブロー紡糸装置、スパンボンド紡糸装置、ニードルパンチ紡糸装置その他の紡糸装置を用いて長尺シート上に不織布を製造し、さらにナノ繊維を堆積させたシートの通気度に基づいて搬送速度を制御する場合にも好適に用いることができる。
【００９１】
（２）上記各実施形態においては、上向きノズルを有する上向き式電界紡糸装置を用いて本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下向きノズルを有する下向き式電界紡糸装置や横向きノズルを有する横向き式電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【００９２】
（３）上記各実施形態においては、電源装置１６０の正極がコレクター１５０に接続され、電源装置１６０の負極がノズルブロック１１０に接続された電界紡糸装置を用いて本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電源装置の正極がノズルに接続され、電源装置の負極がコレクターに接続された電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【００９３】
（４）本発明のナノ繊維製造装置は、均一な通気度を有する長尺シートに均一な通気度を有するナノ繊維を堆積させることにより均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産する場合はもちろん、それほど均一ではない通気度を有する長尺シートにそれに応じた通気度を有するナノ繊維を堆積させることにより全体として均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産する場合にも好適に用いることができる。
【００９４】
（５）上記実施形態においては、１つの電界紡糸装置に１つのノズルブロックが配設されたナノ繊維製造装置を用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。電界紡糸装置２０ａの要部拡大図である。例えば、図１１に示すように、１つの電界紡糸装置２０ａに２つのノズルブロック１１０ａ１，１１０ａ２が配設されたナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできるし、２つ以上のノズルブロックが配設されたナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【００９５】
この場合、すべてのノズルブロックでノズル配列ピッチを同一にすることもできるし、各ノズルブロックでノズル配列ピッチを異ならせることもできる。また、すべてのノズルブロックでノズルブロックの高さ位置を同一にすることもできるし、各ノズルブロックでノズルブロックの高さ位置を異ならせることもできる。
【００９６】
（６）本発明のナノ繊維製造装置においては、長尺シートの幅方向に沿ってノズルブロックを所定の往復運動周期で往復運動させる機構を備えていてもよい。当該機構を用いてノズルブロックを所定の往復運動周期で往復運動させながら電界紡糸を行うことにより、長尺シートの幅方向に沿ったポリマー繊維の堆積量を均一化することができる。この場合、ノズルブロックの往復運動周期や往復距離を、電界紡糸装置毎又はノズルブロック毎に独立して制御可能としてもよい。このような構成とすることにより、すべてのノズルブロックを同じ周期で往復運動させることもできるし、各ノズルブロックを異なる周期で往復運動させることもできる。また、すべてのノズルブロックで往復運動の往復距離を同一にすることもできるし、各ノズルブロックで往復運動の往復距離を異ならせることもできる。
【符号の説明】
【００９７】
１…ナノ繊維製造装置、１０…搬送装置、１１…繰り出しローラー、１２…巻き取りローラー、１３，１８…補助ローラー、１４，１５，１６，１７…駆動ローラー、２０，２０ａ…電界紡糸装置、３０…加熱装置、３２…ヒーター、４０…通気度計測装置、４１，４１ａ…通気度計測部、４２…本体部、４３…駆動部、４３ａ…支持部、４４…制御部、５０…搬送速度制御装置、６０…主制御装置、７０…ＶＯＣ処理装置、１００…筐体、１０２…電界紡糸室、１１０，１１０ａ１，１１０ａ２…ノズルブロック、１５０…コレクター、１５２…絶縁部材、１６０…電源装置、１７０…補助ベルト装置、１７２…補助ベルト、１７４…補助ベルト用ローラー、ａ…搬送方向、ｂ…長尺シートの幅方向、Ｐ…通気度、＜Ｐ＞…平均通気度、Ｖ…搬送速度、Ｗ…長尺シート、ΔＰ…ずれ量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ繊維製造装置及びナノ繊維製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電界紡糸過程における紡糸条件（例えば、紡糸区域における浮遊物の有無、ノズルブロックとコレクターとの間隔、コレクターの構造など。）を調整することにより均一な物性を有するナノ繊維を製造することが可能なナノ繊維製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１２は、特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法に用いるナノ繊維製造装置９００を説明するために示す図である。図１２中、符号９１０はノズルブロックを示し、符号９１２はノズルを示し、符号９２０は送風装置を示し、符号９２２は風向調整板を示し、符号９２４は縁部材を示し、符号９２６は吸入装置を示し、符号９２８はファンを示し、符号９５０はコレクターを示す。
【０００４】
特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法は、例えば、図１２に示すように、送風装置９２０、２つの縁部材９２４及び吸入装置９２６で画定される紡糸区域に空気流れを形成させて揮発した溶媒や浮遊不純物を除去することなどにより、電界紡糸過程における紡糸条件を調整するというものである。
【０００５】
特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法によれば、電界紡糸過程における紡糸条件を調整することにより、均一な物性を有するナノ繊維を製造することが可能であるため、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を製造することが可能であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法をもってしても、現実には電界紡糸過程における紡糸条件を長時間にわたって一定に保つことは容易ではないため、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが困難であるのが実情である。なお、このような事情は、メルトブロー紡糸装置その他の紡糸装置によりナノ繊維を製造するナノ繊維製造方法においても同様である。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能なナノ繊維製造装置及びナノ繊維製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［１］本発明のナノ繊維製造装置は、長尺シートを所定の搬送速度で搬送する搬送装置と、前記搬送装置により搬送されていく長尺シートにナノ繊維を堆積させる紡糸装置と、前記紡糸装置によりナノ繊維を堆積させた長尺シートの通気度を計測する通気度計測装置と、前記通気度計測装置により計測された通気度に基づいて前記搬送速度を制御する搬送速度制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、通気度計測装置により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御することが可能となるため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００１１】
例えば、長時間の電界紡糸過程において通気度が大きくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度を遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより通気度を小さくすることで、通気度の値を所定の範囲に収めることが可能となる。また、長時間の電界紡糸過程において通気度が小さくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度を速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより通気度を大きくすることで、通気度の値を所定の範囲に収めることが可能となる。
【００１２】
なお、「ポリマー溶液の濃度」、「紡糸区域における温度や湿度」などの紡糸条件を調整することにより、通気度の値を所定の範囲に収めることも可能であるが、これらの場合には、通気度の変動に応じて紡糸条件を調整するのに一定の時間がかかるため、長尺方向に沿って通気度が均一なナノ繊維不織布を高い生産性で製造することが困難である。
【００１３】
また、「ノズルとコレクターとの間隔」、「ノズルとコレクターとの間に印加する電圧」などの紡糸条件を調整することにより、通気度の値を所定の範囲に収めることも可能であるが、これらの場合には、ナノ繊維の直径、ナノ繊維層の密度などのナノ繊維の物性が変動してしまい、均一な物性を有するナノ繊維不織布を製造することが困難である。
【００１４】
これに対して、本発明のナノ繊維製造装置によれば、通気度計測装置により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御するという簡単な方法で、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となるため、通気度の変動に応じて紡糸条件を調整するに一定の時間がかかるという問題もなく、また、ナノ繊維の直径、ナノ繊維層の密度などのナノ繊維の物性が変動してしまうという問題もない。
【００１５】
なお、本発明において、ナノ繊維を堆積させた長尺シートの通気度とは、長尺シート上に堆積させたナノ繊維層と、長尺シートとが積層された状態で通気度を計測した場合における通気度のことをいう。また、ナノ繊維不織布とは、ナノ繊維を堆積させた長尺シートのことをいう。ナノ繊維不織布は、これをこのまま製品としてもよいし、ナノ繊維不織布から長尺シートを除いて「ナノ繊維層のみからなる不織布」を製造し、これを製品としてもよい。また、「ナノ繊維」とは、ポリマーからなり、平均直径が数ｎｍ〜数千ｎｍの繊維のことをいう。また、「ポリマー溶液」とは、ポリマーを溶媒に溶解させた溶液のことをいう。
【００１６】
［２］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測装置により計測された通気度と、所定の目標通気度とのずれ量に基づいて前記搬送速度を制御することが好ましい。
【００１７】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、例えば、上記ずれ量が大きい場合には、搬送速度の制御量（初期値からの変化量）を大きくし、上記ずれ量が小さい場合には、搬送速度の制御量（初期値からの変化量）を小さくするというような制御をすることが可能となるため、通気度の変動の程度に応じて搬送速度を適切に制御することが可能となる。
【００１８】
また、本発明のナノ繊維製造装置によれば、例えば、上記ずれ量が所定値未満の場合には、搬送速度を初期値から変化させずに、上記ずれ量が所定値以上の場合には、搬送速度を初期値から変化させるというような制御をすることも可能となるため、搬送速度制御装置による搬送速度の制御を単純化することが可能となる。
【００１９】
［３］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記搬送速度制御装置は、前記ずれ量の時間変化率を考慮して前記搬送速度を制御することが好ましい。
【００２０】
このように、上記「ずれ量の時間変化率」を考慮することにより、ずれ量だけに基づいて搬送速度を制御する場合と比較して、搬送速度をより適切に制御することが可能となる。例えば、紡糸条件が急に変動したような場合には、ずれ量の時間変化率が大きいため、それに見合うように搬送速度の制御量（初期値からの変化量）を大きくする。また、紡糸条件の変動量が小さい場合には、ずれ量の時間変化率が小さいため、それに見合うように搬送速度の制御量（初期値からの変化量）を小さくする。
【００２１】
［４］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記通気度計測装置は、前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測部と、前記通気度計測部を前記長尺シートの幅方向に沿って所定の周期で往復移動させる駆動部とを備えることが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることにより、長尺シートの幅方向の広域にわたって通気度を計測することが可能となり、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００２３】
［５］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測部により計測された通気度を前記所定の周期又は当該周期のｎ倍に相当する時間（但し、ｎは自然数）で平均して得られる平均通気度に基づいて前記搬送速度を制御することが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることにより、長尺シートの幅方向において通気度に分布がある場合であっても、平均通気度に基づいて搬送速度を制御することで、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００２５】
［６］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記通気度計測装置は、前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測部として、前記長尺シートの幅方向における複数の位置に配置された複数の通気度計測部を備えることが好ましい。
【００２６】
このような構成とすることによっても、上記［４］に記載のナノ繊維製造装置の場合と同様に、長尺シートの幅方向の広域にわたって通気度を計測することが可能となり、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００２７】
［７］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記搬送速度制御装置は、前記複数の通気度計測部により計測された通気度を平均して得られる平均通気度に基づいて前記搬送速度を制御することが好ましい。
【００２８】
このような構成とすることにより、上記［５］に記載のナノ繊維製造装置の場合と同様に、長尺シートの幅方向において通気度に分布がある場合であっても、平均通気度に基づいて搬送速度を制御することで、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００２９】
［８］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記紡糸装置と前記通気度計測装置との間に配置され、前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートを加熱する加熱装置をさらに備えることが好ましい。
【００３０】
このような構成とすることにより、ナノ繊維層に残存することがある溶媒を完全に蒸発させることが可能となるため、残存溶媒量が極めて少なく高品質のナノ繊維不織布を製造することができる。また、溶媒を完全に蒸発させた状態で通気度を計測することが可能となるため、通気度を正確に計測することが可能となる。
【００３１】
［９］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記紡糸装置として、前記長尺シートが搬送されていく所定の搬送方向に沿って直列に配置された複数の紡糸装置を備えることが好ましい。
【００３２】
このような構成とすることにより、複数の紡糸装置のそれぞれにおいて長尺シート上にナノ繊維を次々と堆積させることが可能となるため、均一な通気度を有するナノ繊維不織布をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、長尺シート上に多種類のナノ繊維を順次堆積させたナノ繊維不織布を大量生産する場合にも均一な通気度を有するナノ繊維不織布をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、複数の紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置であっても、複数の紡糸装置のそれぞれにおいて紡糸条件を調整するのではなく搬送速度を制御することだけで、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００３３】
［１０］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記紡糸装置は、電界紡糸装置であることが好ましい。
【００３４】
このような構成とすることにより、紡糸装置として、極めて細い直径（数ｎｍ〜数千ｎｍ）を有するナノ繊維を製造可能な電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置においても、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００３５】
［１１］本発明のナノ繊維製造方法は、所定の搬送速度で搬送されていく長尺シートにナノ繊維を堆積させながら、前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートの通気度を計測し、当該長尺シートの通気度に基づいて長尺シートの搬送速度を制御することを特徴とする。
【００３６】
本発明のナノ繊維製造方法によれば、ナノ繊維が堆積した長尺シートの通気度を計測し、当該通気度に基づいて長尺シートの搬送速度を制御することとしているため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００３７】
本発明のナノ繊維製造装置又はナノ繊維製造方法によれば、高機能・高感性テキスタイルなどの衣料品、ヘルスケア、スキンケアなど美容関連用品、ワイピングクロス、フィルターなど産業資材、二次電池のセパレーター、コンデンサーのセパレーター、各種触媒の担体、各種センサー材料などの電子・機械材料、再生医療材料、バイオメディカル材料、医療用ＭＥＭＳ材料、バイオセンサー材料などの医療材料、その他の幅広い用途に使用可能なナノ繊維を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施形態に係るナノ繊維製造装置１を説明するために示す図である。
【図２】実施形態における電界紡糸装置２０の要部拡大図である。
【図３】実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の主要部のブロック図である。
【図４】ナノ繊維製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図５】通気度計測部４１の動きを説明するために示す図である。
【図６】通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。
【図７】変形例１における通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。
【図８】変形例２におけるナノ繊維製造方法を説明するために示すフローチャートである。
【図９】変形例２における通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。
【図１０】実施形態２における通気度計測部４１ａの構成を示す図である。
【図１１】電界紡糸装置２０ａの要部拡大図である。
【図１２】特許文献１に記載されたナノ繊維製造方法に用いるナノ繊維製造装置９００を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明のナノ繊維製造装置及びナノ繊維製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００４０】
［実施形態１］
１．実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の構成
図１は、実施形態に係るナノ繊維製造装置１を説明するために示す図である。図１（ａ）はナノ繊維製造装置１の正面図であり、図１（ｂ）はナノ繊維製造装置１の平面図である。なお、図１においては、ポリマー溶液供給部及びポリマー溶液回収部の図示を省略してある。また、図１（ａ）においては、一部の部材は要部拡大図で示している。図２は、電界紡糸装置２０の要部拡大図である。
【００４１】
実施形態１に係るナノ繊維製造装置１は、図１及び図２に示すように、長尺シートＷを所定の搬送速度Ｖで搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０により搬送されていく長尺シートＷにナノ繊維を堆積させる電界紡糸装置２０と、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測装置４０と、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する搬送速度制御装置５０とを備える。
【００４２】
実施形態１に係るナノ繊維製造装置１においては、電界紡糸装置として、長尺シートＷが搬送されていく所定の搬送方向ａに沿って直列に配置された４台の電界紡糸装置２０を備える。
【００４３】
実施形態１に係るナノ繊維製造装置１は、電界紡糸装置２０と通気度計測装置４０との間に配置され、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する加熱装置３０と、「搬送装置１０、電界紡糸装置２０、加熱装置３０、通気度計測装置４０、搬送速度制御装置５０、後述するＶＯＣ処理装置７０、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置」の動作を制御する主制御装置６０と、長尺シートＷにナノ繊維を堆積させる際に発生する揮発性成分を燃焼して除去するＶＯＣ処理装置７０とをさらに備える。
【００４４】
搬送装置１０は、長尺シートＷを繰り出す繰り出しローラー１１及び長尺シートＷを巻き取る巻き取りローラー１２並びに繰り出しローラー１１と巻き取りローラー１２との間に位置する補助ローラー１３，１８及び駆動ローラー１４，１５，１６，１７を備える。繰り出しローラー１１、巻き取りローラー１２及び駆動ローラー１４，１５，１６，１７は、図示しない駆動モーターにより回転駆動される構造となっている。
【００４５】
電界紡糸装置２０は、図２に示すように、筐体１００に絶縁部材１５２を介して取り付けられ、長尺シートＷにおける一方の面側に位置するコレクター１５０と、長尺シートＷにおける他方の面側におけるコレクター１５０に対向する位置に位置し、図示しないポリマー溶液供給部から供給されるポリマー溶液を長尺シートＷに向けて噴射する複数のノズルを有するノズルブロック１１０と、コレクター１５０とノズルブロック１１０との間に高電圧（例えば１０ｋＶ〜８０ｋＶ）を印加する電源装置１６０と、コレクター１５０とノズルブロック１１０とを覆う所定の空間を画定する電界紡糸室１０２と、長尺シートＷが搬送されるのを補助する補助ベルト装置１７０とを備える。電源装置１６０の正極は、コレクター１５０に接続され、電源装置１６０の負極は、筐体１００を介してノズルブロック１１０に接続されている。
【００４６】
ノズルブロック１１０は、図２に示すように、複数のノズルとして、ポリマー溶液を吐出口から上向きに吐出する複数の上向きノズルを有する。そして、ナノ繊維製造装置１は、複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液をオーバーフローさせながら複数の上向きノズルの吐出口からポリマー溶液を吐出してナノ繊維を電界紡糸するとともに、複数の上向きノズルの吐出口からオーバーフローしたポリマー溶液を回収してナノ繊維の原料として再利用することが可能となるように構成されている。複数の上向きノズル１１２は、例えば、１．５ｃｍ〜６．０ｃｍのピッチで配列されている。複数の上向きノズル１１２の数は、例えば、３６個（縦横同数に配列した場合、６個×６個）〜２１９０４個（縦横同数に配列した場合、１４８個×１４８個）である。また、本発明のナノ繊維製造装置には様々な大きさ及び様々な形状を有するノズルブロックを用いることができるが、ノズルブロック１１０は、例えば、上面から見たときに一辺が０．５ｍ〜３ｍの長方形（正方形を含む）に見える大きさ及び形状を有する。
【００４７】
補助ベルト装置１７０は、図２に示すように、長尺シートＷの搬送速度に同期して回転する補助ベルト１７２と、補助ベルト１７２の回転を助ける５つの補助ベルト用ローラー１７４とを有する。５つの補助ベルト用ローラー１７４のうち１つ又は２つ以上の補助ベルト用ローラー１７４が駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーが従動ローラーである。コレクター１５０と長尺シートＷとの間に補助ベルト１７２が配設されているため、長尺シートＷは、正の高電圧の印加されているコレクター１５０に引き寄せられることなくスムーズに搬送されるようになる。
【００４８】
加熱装置３０は、電界紡糸装置２０と通気度計測装置４０との間に配置され、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する。加熱温度は、長尺シートＷやナノ繊維の種類によって異なるが、例えば、長尺シートＷを５０℃〜３００℃の温度に加熱することができる。
【００４９】
通気度計測装置４０は、図３に示すように、長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測部４１と、通気度計測部４１を長尺シートＷの幅方向に沿って所定の周期Ｔで往復移動させる駆動部４３と、駆動部４３及び通気度計測部４１の動作を制御するとともに、通気度計測部４１からの計測結果を受けて処理する制御部４４を備える。駆動部４３と、制御部４４は、本体部４２に配設されている。通気度計測装置４０としては一般的な通気度計測装置を用いることができる。
【００５０】
通気度計測装置４０は、計測された通気度Ｐの値をそのまま搬送速度制御装置５０に送信することもできるし、計測された通気度Ｐを所定の周期Ｔ又は当該周期Ｔのｎ倍に相当する時間（但し、ｎは自然数）で平均して得られる平均通気度＜Ｐ＞の値を搬送速度制御装置５０に送信することもできる。
【００５１】
搬送速度制御装置５０は、通気度計測部４０により計測された通気度Ｐ又は平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送装置１０が搬送する長尺シートＷの搬送速度Ｖを制御する。例えば、長時間の電界紡糸過程において通気度Ｐが大きくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度Ｖを遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより通気度を小さくする。一方、長時間の電界紡糸過程において通気度が小さくなる方向に紡糸条件が変動した場合には、搬送速度を速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより通気度を大きくする。なお、搬送速度Ｖの制御は、駆動ローラー１４，１５，１６，１７の回転速度を制御することにより行うことができる。
【００５２】
ＶＯＣ処理装置７０は、長尺シートにナノ繊維を堆積させる際に発生する揮発性成分を燃焼して除去する。
【００５３】
主制御装置６０は、搬送装置１０、電界紡糸装置２０、加熱装置３０、通気度計測装置４０、搬送速度制御装置５０、ＶＯＣ処理装置７０、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置の動作を制御する。
【００５４】
２．実施形態１に係るナノ繊維製造装置１を用いたナノ繊維製造方法
以下、上記のように構成された実施形態１に係るナノ繊維製造装置１を用いてナノ繊維不織布を製造する方法（実施形態１に係るナノ繊維製造方法）について説明する。
【００５５】
図４は、実施形態１に係るナノ繊維製造方法を説明するために示すフローチャートである。図５は、通気度計測部４１の動きを説明するために示す図である。図５（ａ）〜図５（ｆ）は各工程図である。なお、図５中、正弦曲線状に示される曲線は通気度計測部４１が長尺シートＷ上で通気度を計測した部位を繋ぐ軌跡である。
【００５６】
図６は、通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図６（ａ）は通気度Ｐの時間変化を表すグラフであり、図６（ｂ）は平均通気度＜Ｐ＞の時間変化を表すグラフであり、図６（ｃ）は搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図６（ａ）及び図６（ｂ）中、符号Ｐ０は目標通気度を示し、符号ＰＨは許容される通気度の上限を示し、符号ＰＬは許容される通気度の下限を示す。図６（ｃ）中、符号Ｖ０は搬送速度の初期値を示す。
【００５７】
実施形態１に係るナノ繊維製造方法は、図４に示すように、「長尺シート搬送・電界紡糸」、「通気度計測」、「平均通気度算出」、「ずれ量ΔＰ算出」の「搬送速度制御」の各工程を含む。
【００５８】
１．長尺シートの搬送・電界紡糸（Ｓ１０）
長尺シートＷを搬送装置１０にセットし、その後、長尺シートＷを繰り出しローラー１１から巻き取りローラー１２に向けて所定の搬送速度Ｖで搬送させながら、各電界紡糸装置２０において長尺シートＷにナノ繊維を順次堆積させる。その後、加熱装置３０により、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する。これにより、ナノ繊維が堆積した長尺シートからなるナノ繊維不織布が製造される。
【００５９】
このとき、以下の手順により、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度Ｐを計測するとともに、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する。なお、実施形態１においては、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、時間ｔ経過前の期間については搬送速度の制御を行わず、時間ｔ経過後の期間については搬送速度の制御を行うこととしている。以下の変形例１及び２においても同様である。
【００６０】
２．通気度計測（Ｓ１２）
まず、図５（ａ）〜図５（ｆ）に示すように、通気度計測部４１を長尺シートＷの幅方向に沿って所定の周期Ｔ（例えば１秒）で往復移動させながら、長尺シートＷの通気度を計測する。通気度計測部４１による通気度の計測は例えば１０ｍｓ毎に行う。その結果、図６（ａ）に示すようなグラフが得られる。
【００６１】
３．平均通気度算出（Ｓ１４）
次に、通気度計測部４１により計測された通気度Ｐを所定の周期Ｔ（例えば１秒）で平均することにより平均通気度＜Ｐ＞を算出する。その結果、図６（ｂ）に示すようなグラフが得られる。
【００６２】
４．ずれ量ΔＰ算出（Ｓ１６）
次に、上記の平均通気度＜Ｐ＞と、所定の目標通気度Ｐ０とのずれ量ΔＰを算出する。
【００６３】
５．搬送速度制御（Ｓ１８〜Ｓ２４）
次に、上記ずれ量ΔＰに基づいて搬送速度Ｖを制御する。
例えば、長時間の電界紡糸過程において通気度Ｐが大きくなる方向に紡糸条件が変動した場合（ずれ量ΔＰが正の場合）には、搬送速度Ｖを遅くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を増大させることにより通気度を小さくする。一方、長時間の電界紡糸過程において通気度が小さくなる方向に紡糸条件が変動した場合（ずれ量ΔＰが負の場合）には、搬送速度Ｖを速くして単位面積当たりのナノ繊維の堆積量を低減させることにより通気度を大きくする（図６（ｃ）参照。）。これにより、時間ｔ経過後、徐々に通気度Ｐは所定の目標通気度Ｐ０の値に収斂する。
【００６４】
以下に、実施形態１に係るナノ繊維製造方法における紡糸条件を例示的に示す。
【００６５】
長尺シートとしては、各種材料からなる不織布、織物、編物などを用いることができる。長尺シートの厚さは、例えば５μｍ〜５００μｍのものを用いることができる。長尺シートの長さは、例えば１０ｍ〜１０ｋｍのものを用いることができる。
【００６６】
ナノ繊維の原料となるポリマーとしては、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）、シルク、セルロース、キトサンなどを用いることができる。
【００６７】
ポリマー溶液に用いる溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、メチルエチルケトン、クロロホルム、アセトン、水、蟻酸、酢酸、シクロヘキサン、ＴＨＦなどを用いることができる。複数種類の溶媒を混合して用いてもよい。ポリマー溶液には、導電性向上剤などの添加剤を含有させてもよい。
【００６８】
製造するナノ繊維不織布の通気度Ｐは、例えば０．１５ｃｍ３／ｃｍ２／ｓ〜２００ｃｍ３／ｃｍ２／ｓに設定することができる。搬送速度Ｖは、例えば０．２ｍ／分〜１００ｍ／分に設定することができる。ノズルとコレクター１５０とノズルブロック１１０に印加する電圧は、１０ｋＶ〜８０ｋＶに設定することができ、５０ｋＶ付近に設定することが好ましい。
【００６９】
紡糸区域の温度は、例えば２５℃に設定することができる。紡糸区域の湿度は、例えば３０％に設定することができる。
【００７０】
３．実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の効果
【００７１】
実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測装置４０と、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する搬送速度制御装置５０とを備えるため、通気度計測装置により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御することが可能となる。このため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００７２】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置によれば、通気度計測装置４０により計測された通気度Ｐと、所定の目標通気度Ｐ０とのずれ量ΔＰに基づいて搬送速度Ｖを制御するため、例えば、上記ずれ量ΔＰが大きい場合には、搬送速度Ｖの制御量（初期値Ｖ０からの変化量）を大きくし、上記ずれ量ΔＰが小さい場合には、搬送速度Ｖの制御量（初期値Ｖ０からの変化量）を小さくするというような制御をすることが可能となり、通気度の変動の程度に応じて搬送速度を適切に制御することが可能となる。
【００７３】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、通気度計測装置４０が長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測部４１と、通気度計測部４１を長尺シートＷの幅方向に沿って所定の周期Ｔで往復移動させる駆動部４３とを備えるため、長尺シートＷの幅方向の広域にわたって通気度を計測することが可能となり、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００７４】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、搬送速度制御装置５０が、通気度計測部４０により計測された通気度Ｐを所定の周期Ｔ又は当該周期Ｔのｎ倍に相当する時間（但し、ｎは自然数）で平均して得られる平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送速度Ｖを制御することが可能であるため、長尺シートＷの幅方向において通気度Ｐに分布がある場合であっても、平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送速度Ｖを制御することで、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００７５】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、電界紡糸装置２０と通気度計測装置４０との間に配置され、ナノ繊維を堆積させた長尺シートＷを加熱する加熱装置３０をさらに備えることから、ナノ繊維層に残存することがある溶媒を完全に蒸発させることが可能となるため、残存溶媒量が極めて少なく高品質のナノ繊維不織布を製造することができる。また、溶媒を完全に蒸発させた状態で通気度Ｐを計測することが可能となるため、通気度を正確に計測することが可能となる。
【００７６】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、電界紡糸装置として、長尺シートＷが搬送されていく所定の搬送方向ａに沿って直列に配置された複数の電界紡糸装置２０を備えるため、複数の電界紡糸装置２０のそれぞれにおいて長尺シートＷ上にナノ繊維を次々と堆積させることが可能となり、均一な通気度を有するナノ繊維不織布をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、長尺シートＷ上に多種類のナノ繊維を順次堆積させたナノ繊維不織布を大量生産する場合にも均一な通気度を有するナノ繊維不織布をより一層高い生産性で大量生産することが可能となる。また、複数の電界紡糸装置２０を備えるナノ繊維製造装置であっても、複数の電界紡糸装置２０のそれぞれにおいて紡糸条件を調整するのではなく搬送速度Ｖを制御することだけで、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００７７】
また、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１によれば、紡糸装置として、極めて細い直径（数ｎｍ〜数千ｎｍ）を有するナノ繊維を製造可能な電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置でありながら、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００７８】
実施形態１に係るナノ繊維製造方法によれば、所定の搬送速度Ｖで搬送されていく長尺シートＷにナノ繊維を堆積させるとともに、ナノ繊維が堆積した長尺シートＷの通気度Ｐを計測し、当該長尺シートＷの通気度Ｐに基づいて長尺シートＷの搬送速度Ｖを制御することとしているため、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００７９】
［変形例１］
図７は、変形例１における通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図７（ａ）は通気度Ｐの時間変化を表すグラフであり、図７（ｂ）は平均通気度＜Ｐ＞の時間変化を表すグラフであり、図７（ｃ）は搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図７（ａ）及び図７（ｂ）中、符号Ｐ０は目標通気度を示し、符号ＰＨは許容される通気度の上限を示し、符号ＰＬは許容される通気度の下限を示す。図７（ｃ）中、符号Ｖ０は搬送速度の初期値を示す。
【００８０】
変形例１においては、図７（ｃ）からも分かるように、搬送速度Ｖをステップ状に制御することとしている。このように、搬送速度Ｖをステップ状に制御する場合であっても、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、実施形態１の場合と同様に、通気度Ｐ及び平均通気度＜Ｐ＞を目標通気度Ｐ０に収斂させることが可能となる。
【００８１】
［変形例２］
図８は、変形例２に係るナノ繊維製造方法を説明するために示すフローチャートである。図９は、変形例２における通気度Ｐ、平均通気度＜Ｐ＞及び搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図９（ａ）は通気度Ｐの時間変化を表すグラフであり、図９（ｂ）は平均通気度＜Ｐ＞の時間変化を表すグラフであり、図９（ｃ）は搬送速度Ｖの時間変化を表すグラフである。図９（ａ）及び図９（ｂ）中、符号Ｐ０は目標通気度を示し、符号ＰＨは許容される通気度の上限を示し、符号ＰＬは許容される通気度の下限を示し、符号ＰＨ１は上側制御開始通気度を示し、符号ＰＬ１は下側制御開始通気度を示す。図９（ｃ）中、符号Ｖ０は搬送速度の初期値を示す。
【００８２】
変形例２に係るナノ繊維製造方法においては、図８及び図９からも分かるように、平均通気度＜Ｐ＞が上側制御開始通気度ＰＨ１よりも高くなった場合又は下側制御開始通気度ＰＬ１よりも低くなった場合に、搬送速度Ｖを制御する（初期値から変化させる）こととしている。このような制御を行う場合であっても、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、実施形態１の場合と同様に、通気度Ｐ及び平均通気度＜Ｐ＞を目標通気度Ｐ０に収斂させることが可能となる。また、変形例２に係るナノ繊維製造方法によれば、搬送速度Ｖを変更する頻度を少なくすることが可能となるという効果も得られる。
【００８３】
［実施形態２］
図１０は、実施形態２における通気度計測部４１ａの構成を示す図である。図１０（ａ）は通気度計測部４１ａの構成を示す図であり、図１０（ｂ）はそれに通気度計測部４１が長尺シートＷ上で通気度を計測した部位を繋ぐ軌跡を追記したものである。
【００８４】
実施形態２に係るナノ繊維製造方法２（図示せず）は、基本的には実施形態１に係るナノ繊維製造装置１と同様の構成を有するが、通気度計測装置の構成が実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と異なる。すなわち、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２においては、通気度計測装置４０ａ（図示せず）は、図１０に示すように、長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測部として、長尺シートＷの幅方向における複数の位置（長尺シートの幅方向における中央部、左端部、右端部）に配置された３つの通気度計測部４１ａを備える。
【００８５】
このように、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２は、通気度計測装置の構成が実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と異なるが、電界紡糸装置２０によりナノ繊維を堆積させた長尺シートＷの通気度Ｐを計測する通気度計測装置４０ａと、通気度計測装置４０ａにより計測された通気度Ｐに基づいて搬送速度Ｖを制御する搬送速度制御装置５０とを備えるため、通気度計測装置により計測された通気度に基づいて搬送速度を制御することが可能となる。このため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様に、長時間の電界紡糸過程において紡糸条件が変動して通気度が変動したとしても、それに応じて搬送速度を適切に制御することで通気度の変動量を所定の範囲に収めることが可能となり、その結果、均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産することが可能となる。
【００８６】
また、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２によれば、通気度計測装置４０ａが、通気度計測部として、長尺シートＷの幅方向における複数の位置に配置された複数の通気度計測部４１ａを備えるため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様に、長尺シートの幅方向の広域にわたって通気度を計測することが可能となり、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００８７】
また、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２によれば、搬送速度制御装置５０が、複数の通気度計測部４１ａにより計測された通気度Ｐを平均して得られる平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送速度Ｖを制御することとしているため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様に、長尺シートＷの幅方向において通気度Ｐに分布がある場合であっても、平均通気度＜Ｐ＞に基づいて搬送速度Ｖを制御することで、より適切に搬送速度の制御をすることが可能となる。
【００８８】
なお、実施形態２に係るナノ繊維製造装置２は、通気度計測装置の構成以外は実施形態１に係るナノ繊維製造装置１の場合と同様の構成を有するため、実施形態１に係るナノ繊維製造装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。
【００８９】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００９０】
（１）上記各実施形態においては、電界紡糸装置として４台の電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置を例にとって本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１台〜３台又は５台以上の電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。また、電界紡糸装置に代えてメルトブロー紡糸装置等を用いたナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。加えて、本発明のナノ繊維製造装置は、メルトブロー紡糸装置、スパンボンド紡糸装置、ニードルパンチ紡糸装置その他の紡糸装置を用いて長尺シート上に不織布を製造し、さらにナノ繊維を堆積させたシートの通気度に基づいて搬送速度を制御する場合にも好適に用いることができる。
【００９１】
（２）上記各実施形態においては、上向きノズルを有する上向き式電界紡糸装置を用いて本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、下向きノズルを有する下向き式電界紡糸装置や横向きノズルを有する横向き式電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【００９２】
（３）上記各実施形態においては、電源装置１６０の正極がコレクター１５０に接続され、電源装置１６０の負極がノズルブロック１１０に接続された電界紡糸装置を用いて本発明のナノ繊維製造装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電源装置の正極がノズルに接続され、電源装置の負極がコレクターに接続された電界紡糸装置を備えるナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【００９３】
（４）本発明のナノ繊維製造装置は、均一な通気度を有する長尺シートに均一な通気度を有するナノ繊維を堆積させることにより均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産する場合はもちろん、それほど均一ではない通気度を有する長尺シートにそれに応じた通気度を有するナノ繊維を堆積させることにより全体として均一な通気度を有するナノ繊維不織布を大量生産する場合にも好適に用いることができる。
【００９４】
（５）上記実施形態においては、１つの電界紡糸装置に１つのノズルブロックが配設されたナノ繊維製造装置を用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。電界紡糸装置２０ａの要部拡大図である。例えば、図１１に示すように、１つの電界紡糸装置２０ａに２つのノズルブロック１１０ａ１，１１０ａ２が配設されたナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできるし、２つ以上のノズルブロックが配設されたナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。
【００９５】
この場合、すべてのノズルブロックでノズル配列ピッチを同一にすることもできるし、各ノズルブロックでノズル配列ピッチを異ならせることもできる。また、すべてのノズルブロックでノズルブロックの高さ位置を同一にすることもできるし、各ノズルブロックでノズルブロックの高さ位置を異ならせることもできる。
【００９６】
（６）本発明のナノ繊維製造装置においては、長尺シートの幅方向に沿ってノズルブロックを所定の往復運動周期で往復運動させる機構を備えていてもよい。当該機構を用いてノズルブロックを所定の往復運動周期で往復運動させながら電界紡糸を行うことにより、長尺シートの幅方向に沿ったポリマー繊維の堆積量を均一化することができる。この場合、ノズルブロックの往復運動周期や往復距離を、電界紡糸装置毎又はノズルブロック毎に独立して制御可能としてもよい。このような構成とすることにより、すべてのノズルブロックを同じ周期で往復運動させることもできるし、各ノズルブロックを異なる周期で往復運動させることもできる。また、すべてのノズルブロックで往復運動の往復距離を同一にすることもできるし、各ノズルブロックで往復運動の往復距離を異ならせることもできる。
【符号の説明】
【００９７】
１…ナノ繊維製造装置、１０…搬送装置、１１…繰り出しローラー、１２…巻き取りローラー、１３，１８…補助ローラー、１４，１５，１６，１７…駆動ローラー、２０，２０ａ…電界紡糸装置、３０…加熱装置、３２…ヒーター、４０…通気度計測装置、４１，４１ａ…通気度計測部、４２…本体部、４３…駆動部、４３ａ…支持部、４４…制御部、５０…搬送速度制御装置、６０…主制御装置、７０…ＶＯＣ処理装置、１００…筐体、１０２…電界紡糸室、１１０，１１０ａ１，１１０ａ２…ノズルブロック、１５０…コレクター、１５２…絶縁部材、１６０…電源装置、１７０…補助ベルト装置、１７２…補助ベルト、１７４…補助ベルト用ローラー、ａ…搬送方向、ｂ…長尺シートの幅方向、Ｐ…通気度、＜Ｐ＞…平均通気度、Ｖ…搬送速度、Ｗ…長尺シート、ΔＰ…ずれ量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺シートを所定の搬送速度で搬送する搬送装置と、
前記搬送装置により搬送されていく前記長尺シートにナノ繊維を堆積させる紡糸装置と、
前記紡糸装置により前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測装置と、
前記通気度計測装置により計測された通気度に基づいて前記搬送速度を制御する搬送速度制御装置とを備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測装置により計測された通気度と、所定の目標通気度とのずれ量に基づいて前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記ずれ量の時間変化率を考慮して前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記通気度計測装置は、前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測部と、前記通気度計測部を前記長尺シートの幅方向に沿って所定の周期で往復移動させる駆動部とを備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測部により計測された通気度を前記所定の周期又は当該周期のｎ倍に相当する時間（但し、ｎは自然数）で平均して得られる平均通気度に基づいて前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記通気度計測装置は、前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測部として、前記長尺シートの幅方向における複数の位置に配置された複数の通気度計測部を備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項７】
請求項６に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記複数の通気度計測部により計測された通気度を平均して得られる平均通気度に基づいて前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記紡糸装置と前記通気度計測装置との間に配置され、前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートを加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記紡糸装置として、前記長尺シートが搬送されていく所定の搬送方向に沿って直列に配置された複数の紡糸装置を備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記紡糸装置は、電界紡糸装置であることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１１】
所定の搬送速度で搬送されていく長尺シートにナノ繊維を堆積させながら、前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートの通気度を計測し、計測された前記長尺シートの通気度に基づいて長尺シートの搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造方法。
【請求項１】
長尺シートを所定の搬送速度で搬送する搬送装置と、
前記搬送装置により搬送されていく前記長尺シートにナノ繊維を堆積させる紡糸装置と、
前記紡糸装置により前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測装置と、
前記通気度計測装置により計測された通気度に基づいて前記搬送速度を制御する搬送速度制御装置とを備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測装置により計測された通気度と、所定の目標通気度とのずれ量に基づいて前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記ずれ量の時間変化率を考慮して前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記通気度計測装置は、前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測部と、前記通気度計測部を前記長尺シートの幅方向に沿って所定の周期で往復移動させる駆動部とを備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記通気度計測部により計測された通気度を前記所定の周期又は当該周期のｎ倍に相当する時間（但し、ｎは自然数）で平均して得られる平均通気度に基づいて前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記通気度計測装置は、前記長尺シートの通気度を計測する通気度計測部として、前記長尺シートの幅方向における複数の位置に配置された複数の通気度計測部を備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項７】
請求項６に記載のナノ繊維製造装置において、
前記搬送速度制御装置は、前記複数の通気度計測部により計測された通気度を平均して得られる平均通気度に基づいて前記搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記紡糸装置と前記通気度計測装置との間に配置され、前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートを加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記紡糸装置として、前記長尺シートが搬送されていく所定の搬送方向に沿って直列に配置された複数の紡糸装置を備えることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記紡糸装置は、電界紡糸装置であることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１１】
所定の搬送速度で搬送されていく長尺シートにナノ繊維を堆積させながら、前記ナノ繊維を堆積させた前記長尺シートの通気度を計測し、計測された前記長尺シートの通気度に基づいて長尺シートの搬送速度を制御することを特徴とするナノ繊維製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１２２１５１（Ｐ２０１２−１２２１５１Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２０７５（Ｐ２０１０−２７２０７５）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（５０８２３１８２１）トップテック・カンパニー・リミテッド (40)
【氏名又は名称原語表記】ＴＯＰＴＥＣ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（５０８２３１８２１）トップテック・カンパニー・リミテッド (40)
【氏名又は名称原語表記】ＴＯＰＴＥＣ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]