ナノ繊維製造装置
【課題】長尺シートの幅方向に沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することが可能なナノ繊維製造装置を提供する。
【解決手段】長尺シートＷの搬送方向ａに沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置２０を備え、複数の電界紡糸装置２０の各々が、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ってノズルブロック１１０を所定の往復運動周期で往復運動させる往復運動駆動部２０１を有するナノ繊維製造装置１であって、往復運動駆動部２０１の往復運動周期を電界紡糸装置毎に独立して制御可能な往復運動制御装置２００をさらに備える。
【解決手段】長尺シートＷの搬送方向ａに沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置２０を備え、複数の電界紡糸装置２０の各々が、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ってノズルブロック１１０を所定の往復運動周期で往復運動させる往復運動駆動部２０１を有するナノ繊維製造装置１であって、往復運動駆動部２０１の往復運動周期を電界紡糸装置毎に独立して制御可能な往復運動制御装置２００をさらに備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ繊維製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長尺シートの搬送方向に沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置を備え、電界紡糸装置のノズルブロックを往復運動させながら電界紡糸を行うことによりナノ繊維を製造するナノ繊維製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図８は、従来のナノ繊維製造装置９００を説明するために示す図である。図８（ａ）はナノ繊維製造装置９００の側面図であり、図８（ｂ）はナノ繊維製造装置９００を図８（ａ）の矢印Ａ３方向に沿って見たときの図であり、図８（ｃ）はナノ繊維製造装置９００の上面図である。
【０００４】
従来のナノ繊維製造装置９００は、図８に示すように、長尺シートを所定の搬送方向ａに沿って搬送する搬送装置と、搬送方向ａに沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置９２０ａ，９２０ｂとを備え、複数の電界紡糸装置の各々が、コレクター９４０ａ，９４０ｂと、コレクター９４０ａ，９４０ｂに対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズル９３２ａ，９３２ｂが所定の配列ピッチで２次元的に配置されたノズルブロック９３０ａ，９３０ｂ、コレクター９４０ａ，９４０ｂとノズルブロック９３０ａ，９３０ｂとの間に高電圧を印加する電源装置（図示せず。）を備える。そして、従来のナノ繊維製造装置９００においては、図８（ｂ）に示すように、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ってノズルブロック９３０ａ，９３０ｂを往復運動させながら電界紡糸を行うことによりナノ繊維を製造する。
【０００５】
従来のナノ繊維製造装置９００によれば、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ってノズルブロック９３０ａ，９３０ｂを往復運動させながら電界紡糸を行うことによりナノ繊維を製造するため、長尺シートＷの幅方向ｂ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３１４２６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、本発明の発明者の研究の結果、ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと、長尺シートの搬送速度と、ノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たす場合には、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ってノズルブロックを往復運動させながら電界紡糸を行ったとしても、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量がそれ程均一化されない場合があることがわかった。このような場合としては、長尺シートに描くノズルの投影軌跡が、搬送方向に並ぶ複数のノズル間でたまたま重なってしまうような場合がある（後述する図６（ａ）参照。）。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することが可能なナノ繊維製造装置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方向に沿って搬送する搬送装置と、前記搬送方向に沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置とを備え、前記複数の電界紡糸装置の各々が、コレクターと、前記コレクターに対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズルが所定の配列ピッチで２次元的に配置されたノズルブロック、前記コレクターと前記ノズルブロックとの間に高電圧を印加する電源装置及び前記長尺シートの幅方向に沿って前記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往復運動駆動部とを有するナノ繊維製造装置であって、前記往復運動駆動部の往復運動周期を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能な往復運動制御装置をさらに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、往復運動駆動部の往復運動周期を電界紡糸装置毎に独立して制御可能な往復運動制御装置を備えるため、すべての電界紡糸装置で「ノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たさないようにすること」が可能となり（後述する図６（ｂ）参照。）、その結果、長尺シートの幅方向に沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することが可能となる。
【００１１】
［２］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記複数の電界紡糸装置のうち少なくとも２つの電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが異なることが好ましい。
【００１２】
このような場合には、すべての電界紡糸装置でノズル配列ピッチが同一である場合と比較して、ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまうという事態、ひいては長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量が均一化されないという事態が発生する確率が高いため、本発明の効果が特に大きい。
【００１３】
「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチ」が２つの電界紡糸装置の間で異なる場合としては、２つの電界紡糸装置の間で、堆積させるナノ繊維の材質を異ならせるような場合（例えばＰＵ及びＰＡＮ）や堆積させるナノ繊維の直径を異ならせるような場合（例えば３００ｎｍ及び５００ｎｍ）などがある。
【００１４】
［３］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記複数の電界紡糸装置のうちすべての電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが同一であることも好ましい。
【００１５】
このように、複数の電界紡糸装置のうちすべての電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが同一である場合にも、長尺シートの幅方向に沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することはもちろん可能である。
【００１６】
［４］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記往復運動制御装置は、各電界紡糸装置における前記ノズル配列ピッチと、前記長尺シートの搬送速度とに基づいて、各電界紡糸装置における前記往復運動駆動部の往復運動周期を制御することが好ましい。
【００１７】
このような構成とすることにより、「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまう」という事態の発生を、どの電界紡糸装置においても確実に防止することができる。
【００１８】
ところで、ナノ繊維不織布の厚さや通気度を所定の範囲に収めるために長尺シートの搬送速度を制御する場合においては、長時間電界紡糸を行ううちに長尺シートの搬送速度が変動することがある。その結果、電界紡糸の初期には「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしていない」状態であったにもかかわらず電界紡糸の時間が経過するうちに「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまう」状態になってしまう恐れもある。
【００１９】
しかしながら、長尺シートの搬送速度を常に考慮しながら各電界紡糸装置における往復運動駆動部の往復運動周期を制御することにすれば、「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまう」という事態の発生をどの電界紡糸装置においても確実に防止することができ、ひいては長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量が均一化されないという事態の発生を確実に防止することができる。
【００２０】
［５］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記往復運動制御装置は、前記往復運動駆動部の往復運動の往復距離を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能であることが好ましい。
【００２１】
このような構成とすることにより、材質の異なるナノ繊維（例えばＰＵ及びＰＡＮ）や直径の異なるナノ繊維（例えば３００ｎｍ及び５００ｎｍ）を積層させるために、ノズル配列ピッチの異なる２つ以上の電界紡糸装置を用いることがあるが、このような場合であっても、ノズル配列ピッチに応じた常に最適な往復距離でもって各ノズルブロックを往復駆動することが可能となる。
【００２２】
［６］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記ノズルブロックから前記コレクターに沿った方向における前記ノズルブロックの高さ位置を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能なノズルブロック高さ制御装置をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
このような構成とすることにより、電界紡糸装置毎に最適な条件で電界紡糸を行うことが可能となる。
【００２４】
［７］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記複数の電界紡糸装置における前記ノズルブロックはすべて接地されていることが好ましい。
【００２５】
このような構成とすることにより、ノズルブロックが常に接地状態にあるため、ノズルブロックの往復運動の制御やノズルブロックの高さ位置の制御を容易に行うことができる。
【００２６】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、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】
【００２７】
【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】電界紡糸装置２０の断面図である。
【図３】主制御装置６０の動作を説明するために示す図である。
【図４】ノズルブロック１１０の高さ調整をしているときの様子を示す図である。
【図５】ノズルブロック１１０が往復運動しているときの様子を示す図である。
【図６】長尺シートＷの幅方向ｂ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原理を示す図である。
【図７】電界紡糸装置２０ａの断面図である。
【図８】従来のナノ繊維製造装置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】
【００２８】
以下、本発明のナノ繊維製造装置について、図に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２９】
［実施形態］
１．実施形態に係るナノ繊維製造装置
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、一部の部材は断面図で示している。図２は、電界紡糸装置２０の断面図である。図３は、主制御装置６０の動作を説明するために示す図である。
【００３０】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１は、図１に示すように、長尺シートＷを所定の搬送方向ａに沿って搬送する搬送装置１０と、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と、通気度計測装置４０と、「搬送装置１０、電界紡糸装置２０、後述する加熱装置３０、通気度計測装置４０、後述するＶＯＣ処理装置７０、後述する活性ガス供給装置１９０、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置」を制御する主制御装置６０とを備える。主制御装置６０は、図３に示すように、往復運動駆動部２０１の往復運動周期を制御する往復運動制御装置２００と、ノズルブロック高さ可変部２２１を制御するノズルブロック高さ制御装置２２０を有する。
【００３１】
実施形態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。
【００３２】
実施形態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、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、主制御装置６０からの信号を受信し、異常が検出された電界紡糸装置２０における電界紡糸室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置１９０（図示せず。）とをさらに備える。
【００３３】
搬送装置１０は、図１に示すように、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。
【００３４】
電界紡糸装置２０は、図２に示すように、導電性を有する筐体１００と、筐体１００に絶縁部材１５２を介して取り付けられたコレクター１５０と、コレクター１５０に対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズル１１２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、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、ノズルブロック１１０及び筐体１００に接続されている。
【００３５】
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１１２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１１２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１１２の吐出口から所定の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１１２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、すべてのノズルブロック１１０は、直接接地されているか、筐体１００を介して接地されている。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。
【００３６】
往復運動駆動部２０１は、ノズルブロック１１０を長尺シートＷの幅方向ｂに沿って往復運動させる。往復運動駆動部２０１は、偏心ピンが取り付けられ、正逆回転する往復運動用モーター２０４を備える。そして、往復運動用モーター２０４の偏心ピンを、ノズルブロック１１０の下面に形成された長孔に係合される。これにより、往復運動用モーター２０４が正逆回転するのに応じて、ノズルブロック１１０が往復運動する。ノズルブロック１１０の往復運動の往復距離は、各電界防止装置２０で同一であっても、各電界防止装置２０で異なってもよい。
【００３７】
往復運動制御装置２００は、往復運動駆動部２０１の往復運動周期を電界紡糸装置毎に制御可能である。往復運動制御装置２００は、図３に示すように、往復運動駆動部２０１における往復運動用モーター２０４を駆動制御する。往復運動制御装置２００が制御する往復運動周期は、各電界紡糸装置間で同一であっても、各電界防止装置間で異なってもよい。往復運動制御装置２００は、各電界紡糸装置２０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートの搬送速度とに基づいて、各電界紡糸装置２０における往復運動駆動部２０１の往復運動周期を制御する。
【００３８】
ノズルブロック高さ可変部２２１は、基台に設置され、回転軸に雄ネジが形成されたノズルブロック高さ可変用モーター２２２と、往復運動駆動部２０１の下面に設置され、雌ねじが形成された高さ可変受座を備える。そして、ノズルブロック高さ可変用モーター２２２の回転軸に形成された雄ネジは、高さ可変受座に形成された雌ネジにネジ込まれている。このため、ノズルブロック高さ可変用モーター２２２が正逆回転するのに応じて、高さ可変受座が高さ方向ｃに沿って上下に移動し、ノズルブロック１１０も高さ方向ｃに沿って上下に移動する。ノズルブロック高さ可変部２２１は、ノズルブロック１１０の平面四隅付近に配置されている。
【００３９】
ノズルブロック高さ制御装置２２０は、ノズルブロック１１０からコレクター１５０に沿った方向におけるノズルブロック１１０の高さ位置を電界紡糸装置毎に独立して制御可能である。ノズルブロック高さ制御装置２２０は、図３に示すように、ノズルブロック高さ可変部２２１におけるノズルブロック高さ可変用モーター２２２を駆動制御する。
【００４０】
電源装置１６０は、コレクター１５０と複数のノズル１１２との間に高電圧を印加するとともに、電源装置１６０から供給される電流量を計測し、計測値を主制御装置６０へ送信する。また、主制御装置６０から電流供給停止信号を受信したときには電力供給を停止する。
【００４１】
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１７４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。
【００４２】
電界紡糸装置２０は、温度２０℃〜４０℃、湿度２０％〜６０％の雰囲気に調整された部屋に設置されている。
【００４３】
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。
【００４４】
通気度計測装置４０は、図示していないが、ナノ繊維の堆積した長尺シートＷの通気度を計測する通気度計測部と、通気度計測部を長尺シートＷ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、駆動部及び通気度計測部の動作を制御するとともに、通気度計測部からの計測結果を受けて処理する制御部を備える。駆動部及び制御部は、本体部に配設されている。
【００４５】
不活性ガス供給装置１９０は、図示していないが、不活性ガスを供給する不活性ガスボンベと、不活性ガスを各電界紡糸室に供給する不活性ガス供給ラインと、主制御装置からの信号に応じて不活性ガスの供給制御を行う開閉バルブとを備える。
【００４６】
主制御装置６０は、図３に示すように、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、ＶＯＣ処理装置７０、不活性ガス制御装置１９０、往復運動駆動部２０１、ノズルブロック高さ可変部２２１、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置を制御する。
【００４７】
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。
【００４８】
２．実施形態に係るナノ繊維製造装置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について説明する。
【００４９】
図４は、ノズルブロック１１０の高さ調整をしているときの様子を示す図である。図４（ａ）はノズルブロック１１０が標準高さ位置にあるときの図であり、図４（ｂ）はノズルブロック１１０が最高高さ位置にあるときの図であり、図４（ｃ）はノズルブロック１１０が最低高さ位置にあるときの図である。
【００５０】
図５は、ノズルブロック１１０が往復運動しているときの様子を示す図である。図５（ａ）はノズルブロック１１０が標準位置にあるときの図であり、図５（ｂ）はノズルブロック１１０が右端位置にあるときの図であり、図５（ｃ）はノズルブロック１１０が右端位置にあるときの図である。
【００５１】
まず、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においてノズル１１２から所定ポリマー溶液をコレクター１５０に向けて吐出させ長尺シート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。
【００５２】
このとき、ノズルブロック高さ制御装置は、電界紡糸を開始する前に、図４に示すように、ノズルブロック１１０からコレクター１５０に沿った方向におけるノズルブロック１１０の高さ位置を電界紡糸装置毎に独立して制御する。ノズルブロック１１０の高さ位置は、各電界紡糸装置２０の紡糸条件、ポリマー溶液の種類、ナノ繊維の平均直径、ナノ繊維不織布の厚さ、通気度などを考慮して決定することができる。これにより、ノズルブロック１１０とコレクター１５０との距離が最適に設定された状態の下で電界紡糸を行うことができる。
【００５３】
また、往復運動制御装置２００は、電界紡糸を開始した後、図５に示すように、往復運動駆動部２０２の往復運動周期を電界紡糸装置毎に独立して制御する。往復運動駆動部２０２の往復運動周期は、各電界紡糸装置におけるノズル配列ピッチと、長尺シートの搬送速度とに基づいて制御することができる。これにより、長尺シートＷの幅方向ｃに沿ったポリマー繊維の堆積量を均一化することが可能となる。
【００５４】
図６は、長尺シートＷの幅方向ｃ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原理を示す図である。図６（ａ）は「ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度と、ノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たす場合」におけるノズルの軌跡を示す図である。図６（ｂ）は「ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度と、ノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たさない場合」におけるノズルの軌跡を示す図である。
【００５５】
ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度と、ノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たす場合には、図６（ａ）に示すように、搬送方向ａに沿って隣接するノズル１１２の軌跡が重なってしまう。このため、長尺シートＷの幅方向ｂ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ない。
【００５６】
これに対して、ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度と、ノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たさない場合には、図６（ｂ）に示すように、搬送方向ａに沿って隣接するノズル１１２の軌跡が重なることがなくなる。このため、長尺シートＷの幅方向ｂ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。
【００５７】
以下に、実施形態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。
【００５８】
長尺シートとしては、各種材料からなる不織布、織物、編物、フィルム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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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る。好ましくは、５０ｋＶ付近である。
【００６２】
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。
【００６３】
３．実施形態に係る電界紡糸装置及びナノ繊維製造装置の効果
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、往復運動駆動部２０１の往復運動周期を電界紡糸装置２０毎に独立して制御可能な往復運動制御装置２００を備えるため、すべての電界紡糸装置２０で「ノズル配列ピッチと長尺シートＷの搬送速度とノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たさないようにすること」が可能となり、その結果、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することが可能となる。
【００６４】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１においては、複数の電界紡糸装置２０のうち少なくとも２つの電界紡糸装置２０の間でノズル１１２の配列ピッチが異なる場合には、すべての電界紡糸装置でノズル配列ピッチが同一である場合と比較して、「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまう」という事態、ひいては「長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量が均一化されない」という事態が発生する確率が高いため、本発明の効果が特に大きい。
【００６５】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、往復運動制御装置２００は、各電界紡糸装置２０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度とに基づいて、各電界紡糸装置２０における往復運動駆動部２０１の往復運動周期を制御するため、ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと長尺シートＷの搬送速度とノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまうという事態の発生を、どの電界紡糸装置２０においても確実に防止することが可能となる。
【００６６】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、往復運動制御装置２００は、往復運動駆動部２０１の往復運動の往復距離を電界紡糸装置毎に独立して制御可能であるため、材質の異なるナノ繊維（ＰＵ及びＰＡＮ）や直径の異なるナノ繊維（３００ｎｍ及び５００ｎｍ）を積層させるためにノズル配列ピッチの異なる２つ以上の電界紡糸装置を用いた場合であっても、ノズル配列ピッチに応じた常に最適な往復距離でもって各ノズルブロックを往復駆動することが可能となる。
【００６７】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、ノズルブロック１１０からコレクター１５０に沿った方向におけるノズルブロック１１０の高さ位置を電界紡糸装置２０毎に独立して制御可能なノズルブロック高さ制御装置２２０を備えるため、電界紡糸装置２０毎に最適な条件で電界紡糸を行うことが可能となる。
【００６８】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、複数の電界紡糸装置２０におけるノズルブロック１１０はすべて接地されているため、ノズルブロック１１０の往復運動の制御やノズルブロック１１０の高さ位置の制御を容易に行うことが可能となる。
【００６９】
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。
【００７０】
（１）上記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、２台若しくは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。
【００７１】
（２）上記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。
【００７２】
（３）上記実施形態においては、電源装置の正極がコレクターに接続され、電源装置の負極がノズルブロック及び筐体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、電源装置の負極がコレクター１５０に接続され、電源装置の正極がノズルブロック１１０及び筐体１００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。
【００７３】
（４）上記実施形態においては、往復駆動モーターに固定された偏心ピンとノズルブロックの長孔とによりノズルブロックを往復運動させているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、往復駆動モーターとして左右回転可能なステッピングモーターを用いるとともに、当該ステッピングモーターによりノズルブロックを直接往復運動させてもよい。
【００７４】
（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。図７は、電界紡糸装置２０ａの断面図である。例えば、図７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。
【００７５】
この場合、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。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。
【符号の説明】
【００７６】
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…電界紡糸装置、３０…加熱装置、４０…通気度計測装置、６０…主制御装置、７０…ＶＯＣ処理装置、１００…筐体、１１０…ノズルブロック、１１２…ノズル、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、１９０…不活性ガス供給装置、２００…往復運動制御装置、２０１…往復運動駆動部、２０４…往復運動用モーター、２２０…ノズルブロック高さ制御装置、２２１…ノズルブロック高さ可変部、２２２…ノズルブロック高さ可変用モーター、２４０…基台、ａ…搬送方向、ｂ…長尺シートの幅方向、ｃ…高さ方向、Ｗ…長尺シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ繊維製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長尺シートの搬送方向に沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置を備え、電界紡糸装置のノズルブロックを往復運動させながら電界紡糸を行うことによりナノ繊維を製造するナノ繊維製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図８は、従来のナノ繊維製造装置９００を説明するために示す図である。図８（ａ）はナノ繊維製造装置９００の側面図であり、図８（ｂ）はナノ繊維製造装置９００を図８（ａ）の矢印Ａ３方向に沿って見たときの図であり、図８（ｃ）はナノ繊維製造装置９００の上面図である。
【０００４】
従来のナノ繊維製造装置９００は、図８に示すように、長尺シートを所定の搬送方向ａに沿って搬送する搬送装置と、搬送方向ａに沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置９２０ａ，９２０ｂとを備え、複数の電界紡糸装置の各々が、コレクター９４０ａ，９４０ｂと、コレクター９４０ａ，９４０ｂに対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズル９３２ａ，９３２ｂが所定の配列ピッチで２次元的に配置されたノズルブロック９３０ａ，９３０ｂ、コレクター９４０ａ，９４０ｂとノズルブロック９３０ａ，９３０ｂとの間に高電圧を印加する電源装置（図示せず。）を備える。そして、従来のナノ繊維製造装置９００においては、図８（ｂ）に示すように、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ってノズルブロック９３０ａ，９３０ｂを往復運動させながら電界紡糸を行うことによりナノ繊維を製造する。
【０００５】
従来のナノ繊維製造装置９００によれば、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ってノズルブロック９３０ａ，９３０ｂを往復運動させながら電界紡糸を行うことによりナノ繊維を製造するため、長尺シートＷの幅方向ｂ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３１４２６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、本発明の発明者の研究の結果、ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと、長尺シートの搬送速度と、ノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たす場合には、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ってノズルブロックを往復運動させながら電界紡糸を行ったとしても、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量がそれ程均一化されない場合があることがわかった。このような場合としては、長尺シートに描くノズルの投影軌跡が、搬送方向に並ぶ複数のノズル間でたまたま重なってしまうような場合がある（後述する図６（ａ）参照。）。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することが可能なナノ繊維製造装置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方向に沿って搬送する搬送装置と、前記搬送方向に沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置とを備え、前記複数の電界紡糸装置の各々が、コレクターと、前記コレクターに対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズルが所定の配列ピッチで２次元的に配置されたノズルブロック、前記コレクターと前記ノズルブロックとの間に高電圧を印加する電源装置及び前記長尺シートの幅方向に沿って前記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往復運動駆動部とを有するナノ繊維製造装置であって、前記往復運動駆動部の往復運動周期を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能な往復運動制御装置をさらに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、往復運動駆動部の往復運動周期を電界紡糸装置毎に独立して制御可能な往復運動制御装置を備えるため、すべての電界紡糸装置で「ノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たさないようにすること」が可能となり（後述する図６（ｂ）参照。）、その結果、長尺シートの幅方向に沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することが可能となる。
【００１１】
［２］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記複数の電界紡糸装置のうち少なくとも２つの電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが異なることが好ましい。
【００１２】
このような場合には、すべての電界紡糸装置でノズル配列ピッチが同一である場合と比較して、ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまうという事態、ひいては長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量が均一化されないという事態が発生する確率が高いため、本発明の効果が特に大きい。
【００１３】
「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチ」が２つの電界紡糸装置の間で異なる場合としては、２つの電界紡糸装置の間で、堆積させるナノ繊維の材質を異ならせるような場合（例えばＰＵ及びＰＡＮ）や堆積させるナノ繊維の直径を異ならせるような場合（例えば３００ｎｍ及び５００ｎｍ）などがある。
【００１４】
［３］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記複数の電界紡糸装置のうちすべての電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが同一であることも好ましい。
【００１５】
このように、複数の電界紡糸装置のうちすべての電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが同一である場合にも、長尺シートの幅方向に沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することはもちろん可能である。
【００１６】
［４］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記往復運動制御装置は、各電界紡糸装置における前記ノズル配列ピッチと、前記長尺シートの搬送速度とに基づいて、各電界紡糸装置における前記往復運動駆動部の往復運動周期を制御することが好ましい。
【００１７】
このような構成とすることにより、「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまう」という事態の発生を、どの電界紡糸装置においても確実に防止することができる。
【００１８】
ところで、ナノ繊維不織布の厚さや通気度を所定の範囲に収めるために長尺シートの搬送速度を制御する場合においては、長時間電界紡糸を行ううちに長尺シートの搬送速度が変動することがある。その結果、電界紡糸の初期には「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしていない」状態であったにもかかわらず電界紡糸の時間が経過するうちに「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまう」状態になってしまう恐れもある。
【００１９】
しかしながら、長尺シートの搬送速度を常に考慮しながら各電界紡糸装置における往復運動駆動部の往復運動周期を制御することにすれば、「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまう」という事態の発生をどの電界紡糸装置においても確実に防止することができ、ひいては長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量が均一化されないという事態の発生を確実に防止することができる。
【００２０】
［５］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記往復運動制御装置は、前記往復運動駆動部の往復運動の往復距離を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能であることが好ましい。
【００２１】
このような構成とすることにより、材質の異なるナノ繊維（例えばＰＵ及びＰＡＮ）や直径の異なるナノ繊維（例えば３００ｎｍ及び５００ｎｍ）を積層させるために、ノズル配列ピッチの異なる２つ以上の電界紡糸装置を用いることがあるが、このような場合であっても、ノズル配列ピッチに応じた常に最適な往復距離でもって各ノズルブロックを往復駆動することが可能となる。
【００２２】
［６］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記ノズルブロックから前記コレクターに沿った方向における前記ノズルブロックの高さ位置を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能なノズルブロック高さ制御装置をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
このような構成とすることにより、電界紡糸装置毎に最適な条件で電界紡糸を行うことが可能となる。
【００２４】
［７］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記複数の電界紡糸装置における前記ノズルブロックはすべて接地されていることが好ましい。
【００２５】
このような構成とすることにより、ノズルブロックが常に接地状態にあるため、ノズルブロックの往復運動の制御やノズルブロックの高さ位置の制御を容易に行うことができる。
【００２６】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、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】
【００２７】
【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】電界紡糸装置２０の断面図である。
【図３】主制御装置６０の動作を説明するために示す図である。
【図４】ノズルブロック１１０の高さ調整をしているときの様子を示す図である。
【図５】ノズルブロック１１０が往復運動しているときの様子を示す図である。
【図６】長尺シートＷの幅方向ｂ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原理を示す図である。
【図７】電界紡糸装置２０ａの断面図である。
【図８】従来のナノ繊維製造装置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】
【００２８】
以下、本発明のナノ繊維製造装置について、図に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２９】
［実施形態］
１．実施形態に係るナノ繊維製造装置
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、一部の部材は断面図で示している。図２は、電界紡糸装置２０の断面図である。図３は、主制御装置６０の動作を説明するために示す図である。
【００３０】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１は、図１に示すように、長尺シートＷを所定の搬送方向ａに沿って搬送する搬送装置１０と、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と、通気度計測装置４０と、「搬送装置１０、電界紡糸装置２０、後述する加熱装置３０、通気度計測装置４０、後述するＶＯＣ処理装置７０、後述する活性ガス供給装置１９０、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置」を制御する主制御装置６０とを備える。主制御装置６０は、図３に示すように、往復運動駆動部２０１の往復運動周期を制御する往復運動制御装置２００と、ノズルブロック高さ可変部２２１を制御するノズルブロック高さ制御装置２２０を有する。
【００３１】
実施形態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。
【００３２】
実施形態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、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、主制御装置６０からの信号を受信し、異常が検出された電界紡糸装置２０における電界紡糸室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置１９０（図示せず。）とをさらに備える。
【００３３】
搬送装置１０は、図１に示すように、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。
【００３４】
電界紡糸装置２０は、図２に示すように、導電性を有する筐体１００と、筐体１００に絶縁部材１５２を介して取り付けられたコレクター１５０と、コレクター１５０に対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズル１１２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、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、ノズルブロック１１０及び筐体１００に接続されている。
【００３５】
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１１２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１１２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１１２の吐出口から所定の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１１２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、すべてのノズルブロック１１０は、直接接地されているか、筐体１００を介して接地されている。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。
【００３６】
往復運動駆動部２０１は、ノズルブロック１１０を長尺シートＷの幅方向ｂに沿って往復運動させる。往復運動駆動部２０１は、偏心ピンが取り付けられ、正逆回転する往復運動用モーター２０４を備える。そして、往復運動用モーター２０４の偏心ピンを、ノズルブロック１１０の下面に形成された長孔に係合される。これにより、往復運動用モーター２０４が正逆回転するのに応じて、ノズルブロック１１０が往復運動する。ノズルブロック１１０の往復運動の往復距離は、各電界防止装置２０で同一であっても、各電界防止装置２０で異なってもよい。
【００３７】
往復運動制御装置２００は、往復運動駆動部２０１の往復運動周期を電界紡糸装置毎に制御可能である。往復運動制御装置２００は、図３に示すように、往復運動駆動部２０１における往復運動用モーター２０４を駆動制御する。往復運動制御装置２００が制御する往復運動周期は、各電界紡糸装置間で同一であっても、各電界防止装置間で異なってもよい。往復運動制御装置２００は、各電界紡糸装置２０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートの搬送速度とに基づいて、各電界紡糸装置２０における往復運動駆動部２０１の往復運動周期を制御する。
【００３８】
ノズルブロック高さ可変部２２１は、基台に設置され、回転軸に雄ネジが形成されたノズルブロック高さ可変用モーター２２２と、往復運動駆動部２０１の下面に設置され、雌ねじが形成された高さ可変受座を備える。そして、ノズルブロック高さ可変用モーター２２２の回転軸に形成された雄ネジは、高さ可変受座に形成された雌ネジにネジ込まれている。このため、ノズルブロック高さ可変用モーター２２２が正逆回転するのに応じて、高さ可変受座が高さ方向ｃに沿って上下に移動し、ノズルブロック１１０も高さ方向ｃに沿って上下に移動する。ノズルブロック高さ可変部２２１は、ノズルブロック１１０の平面四隅付近に配置されている。
【００３９】
ノズルブロック高さ制御装置２２０は、ノズルブロック１１０からコレクター１５０に沿った方向におけるノズルブロック１１０の高さ位置を電界紡糸装置毎に独立して制御可能である。ノズルブロック高さ制御装置２２０は、図３に示すように、ノズルブロック高さ可変部２２１におけるノズルブロック高さ可変用モーター２２２を駆動制御する。
【００４０】
電源装置１６０は、コレクター１５０と複数のノズル１１２との間に高電圧を印加するとともに、電源装置１６０から供給される電流量を計測し、計測値を主制御装置６０へ送信する。また、主制御装置６０から電流供給停止信号を受信したときには電力供給を停止する。
【００４１】
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１７４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。
【００４２】
電界紡糸装置２０は、温度２０℃〜４０℃、湿度２０％〜６０％の雰囲気に調整された部屋に設置されている。
【００４３】
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。
【００４４】
通気度計測装置４０は、図示していないが、ナノ繊維の堆積した長尺シートＷの通気度を計測する通気度計測部と、通気度計測部を長尺シートＷ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、駆動部及び通気度計測部の動作を制御するとともに、通気度計測部からの計測結果を受けて処理する制御部を備える。駆動部及び制御部は、本体部に配設されている。
【００４５】
不活性ガス供給装置１９０は、図示していないが、不活性ガスを供給する不活性ガスボンベと、不活性ガスを各電界紡糸室に供給する不活性ガス供給ラインと、主制御装置からの信号に応じて不活性ガスの供給制御を行う開閉バルブとを備える。
【００４６】
主制御装置６０は、図３に示すように、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、ＶＯＣ処理装置７０、不活性ガス制御装置１９０、往復運動駆動部２０１、ノズルブロック高さ可変部２２１、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置を制御する。
【００４７】
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。
【００４８】
２．実施形態に係るナノ繊維製造装置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について説明する。
【００４９】
図４は、ノズルブロック１１０の高さ調整をしているときの様子を示す図である。図４（ａ）はノズルブロック１１０が標準高さ位置にあるときの図であり、図４（ｂ）はノズルブロック１１０が最高高さ位置にあるときの図であり、図４（ｃ）はノズルブロック１１０が最低高さ位置にあるときの図である。
【００５０】
図５は、ノズルブロック１１０が往復運動しているときの様子を示す図である。図５（ａ）はノズルブロック１１０が標準位置にあるときの図であり、図５（ｂ）はノズルブロック１１０が右端位置にあるときの図であり、図５（ｃ）はノズルブロック１１０が右端位置にあるときの図である。
【００５１】
まず、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においてノズル１１２から所定ポリマー溶液をコレクター１５０に向けて吐出させ長尺シート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。
【００５２】
このとき、ノズルブロック高さ制御装置は、電界紡糸を開始する前に、図４に示すように、ノズルブロック１１０からコレクター１５０に沿った方向におけるノズルブロック１１０の高さ位置を電界紡糸装置毎に独立して制御する。ノズルブロック１１０の高さ位置は、各電界紡糸装置２０の紡糸条件、ポリマー溶液の種類、ナノ繊維の平均直径、ナノ繊維不織布の厚さ、通気度などを考慮して決定することができる。これにより、ノズルブロック１１０とコレクター１５０との距離が最適に設定された状態の下で電界紡糸を行うことができる。
【００５３】
また、往復運動制御装置２００は、電界紡糸を開始した後、図５に示すように、往復運動駆動部２０２の往復運動周期を電界紡糸装置毎に独立して制御する。往復運動駆動部２０２の往復運動周期は、各電界紡糸装置におけるノズル配列ピッチと、長尺シートの搬送速度とに基づいて制御することができる。これにより、長尺シートＷの幅方向ｃに沿ったポリマー繊維の堆積量を均一化することが可能となる。
【００５４】
図６は、長尺シートＷの幅方向ｃ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原理を示す図である。図６（ａ）は「ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度と、ノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たす場合」におけるノズルの軌跡を示す図である。図６（ｂ）は「ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度と、ノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たさない場合」におけるノズルの軌跡を示す図である。
【００５５】
ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度と、ノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たす場合には、図６（ａ）に示すように、搬送方向ａに沿って隣接するノズル１１２の軌跡が重なってしまう。このため、長尺シートＷの幅方向ｂ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ない。
【００５６】
これに対して、ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度と、ノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たさない場合には、図６（ｂ）に示すように、搬送方向ａに沿って隣接するノズル１１２の軌跡が重なることがなくなる。このため、長尺シートＷの幅方向ｂ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。
【００５７】
以下に、実施形態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。
【００５８】
長尺シートとしては、各種材料からなる不織布、織物、編物、フィルム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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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る。好ましくは、５０ｋＶ付近である。
【００６２】
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。
【００６３】
３．実施形態に係る電界紡糸装置及びナノ繊維製造装置の効果
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、往復運動駆動部２０１の往復運動周期を電界紡糸装置２０毎に独立して制御可能な往復運動制御装置２００を備えるため、すべての電界紡糸装置２０で「ノズル配列ピッチと長尺シートＷの搬送速度とノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たさないようにすること」が可能となり、その結果、長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量を常に均一化することが可能となる。
【００６４】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１においては、複数の電界紡糸装置２０のうち少なくとも２つの電界紡糸装置２０の間でノズル１１２の配列ピッチが異なる場合には、すべての電界紡糸装置でノズル配列ピッチが同一である場合と比較して、「ノズルブロックにおけるノズル配列ピッチと長尺シートの搬送速度とノズルブロックの往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまう」という事態、ひいては「長尺シートＷの幅方向ｂに沿ったポリマー繊維の堆積量が均一化されない」という事態が発生する確率が高いため、本発明の効果が特に大きい。
【００６５】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、往復運動制御装置２００は、各電界紡糸装置２０におけるノズル配列ピッチと、長尺シートＷの搬送速度とに基づいて、各電界紡糸装置２０における往復運動駆動部２０１の往復運動周期を制御するため、ノズルブロック１１０におけるノズル配列ピッチと長尺シートＷの搬送速度とノズルブロック１１０の往復運動周期とがある特定の関係を満たしてしまうという事態の発生を、どの電界紡糸装置２０においても確実に防止することが可能となる。
【００６６】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、往復運動制御装置２００は、往復運動駆動部２０１の往復運動の往復距離を電界紡糸装置毎に独立して制御可能であるため、材質の異なるナノ繊維（ＰＵ及びＰＡＮ）や直径の異なるナノ繊維（３００ｎｍ及び５００ｎｍ）を積層させるためにノズル配列ピッチの異なる２つ以上の電界紡糸装置を用いた場合であっても、ノズル配列ピッチに応じた常に最適な往復距離でもって各ノズルブロックを往復駆動することが可能となる。
【００６７】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、ノズルブロック１１０からコレクター１５０に沿った方向におけるノズルブロック１１０の高さ位置を電界紡糸装置２０毎に独立して制御可能なノズルブロック高さ制御装置２２０を備えるため、電界紡糸装置２０毎に最適な条件で電界紡糸を行うことが可能となる。
【００６８】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、複数の電界紡糸装置２０におけるノズルブロック１１０はすべて接地されているため、ノズルブロック１１０の往復運動の制御やノズルブロック１１０の高さ位置の制御を容易に行うことが可能となる。
【００６９】
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。
【００７０】
（１）上記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、２台若しくは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。
【００７１】
（２）上記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。
【００７２】
（３）上記実施形態においては、電源装置の正極がコレクターに接続され、電源装置の負極がノズルブロック及び筐体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、電源装置の負極がコレクター１５０に接続され、電源装置の正極がノズルブロック１１０及び筐体１００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。
【００７３】
（４）上記実施形態においては、往復駆動モーターに固定された偏心ピンとノズルブロックの長孔とによりノズルブロックを往復運動させているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、往復駆動モーターとして左右回転可能なステッピングモーターを用いるとともに、当該ステッピングモーターによりノズルブロックを直接往復運動させてもよい。
【００７４】
（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。図７は、電界紡糸装置２０ａの断面図である。例えば、図７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。
【００７５】
この場合、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。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。
【符号の説明】
【００７６】
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…電界紡糸装置、３０…加熱装置、４０…通気度計測装置、６０…主制御装置、７０…ＶＯＣ処理装置、１００…筐体、１１０…ノズルブロック、１１２…ノズル、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、１９０…不活性ガス供給装置、２００…往復運動制御装置、２０１…往復運動駆動部、２０４…往復運動用モーター、２２０…ノズルブロック高さ制御装置、２２１…ノズルブロック高さ可変部、２２２…ノズルブロック高さ可変用モーター、２４０…基台、ａ…搬送方向、ｂ…長尺シートの幅方向、ｃ…高さ方向、Ｗ…長尺シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺シートを所定の搬送方向に沿って搬送する搬送装置と、
前記搬送方向に沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置とを備え、
前記複数の電界紡糸装置の各々が、コレクターと、前記コレクターに対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズルが所定の配列ピッチで２次元的に配置されたノズルブロック、前記コレクターと前記ノズルブロックとの間に高電圧を印加する電源装置及び前記長尺シートの幅方向に沿って前記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往復運動駆動部とを有するナノ繊維製造装置であって、
前記往復運動駆動部の往復運動周期を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能な往復運動制御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２】
請求項１に記載のナノ繊維製造装置において、
前記複数の電界紡糸装置のうち少なくとも２つの電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが異なることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載のナノ繊維製造装置において、
前記複数の電界紡糸装置のうちすべての電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが同一であ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、
前記往復運動制御装置は、各電界紡糸装置における前記ノズル配列ピッチと、前記長尺シートの搬送速度とに基づいて、各電界紡糸装置における前記往復運動駆動部の往復運動周期を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記往復運動制御装置は、前記往復運動駆動部の往復運動の往復距離を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能であることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記ノズルブロックから前記コレクターに沿った方向における前記ノズルブロックの高さ位置を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能なノズルブロック高さ制御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７】
請求項１〜６のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記複数の電界紡糸装置における前記ノズルブロックはすべて接地されていることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１】
長尺シートを所定の搬送方向に沿って搬送する搬送装置と、
前記搬送方向に沿って直列に配列された複数の電界紡糸装置とを備え、
前記複数の電界紡糸装置の各々が、コレクターと、前記コレクターに対向する位置に位置し、ポリマー溶液を吐出する複数のノズルが所定の配列ピッチで２次元的に配置されたノズルブロック、前記コレクターと前記ノズルブロックとの間に高電圧を印加する電源装置及び前記長尺シートの幅方向に沿って前記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往復運動駆動部とを有するナノ繊維製造装置であって、
前記往復運動駆動部の往復運動周期を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能な往復運動制御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２】
請求項１に記載のナノ繊維製造装置において、
前記複数の電界紡糸装置のうち少なくとも２つの電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが異なることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載のナノ繊維製造装置において、
前記複数の電界紡糸装置のうちすべての電界紡糸装置の間でノズル配列ピッチが同一であ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、
前記往復運動制御装置は、各電界紡糸装置における前記ノズル配列ピッチと、前記長尺シートの搬送速度とに基づいて、各電界紡糸装置における前記往復運動駆動部の往復運動周期を制御することを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記往復運動制御装置は、前記往復運動駆動部の往復運動の往復距離を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能であることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記ノズルブロックから前記コレクターに沿った方向における前記ノズルブロックの高さ位置を前記電界紡糸装置毎に独立して制御可能なノズルブロック高さ制御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７】
請求項１〜６のいずれかに記載のナノ繊維製造装置において、
前記複数の電界紡糸装置における前記ノズルブロックはすべて接地されていることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【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２０１２−１２２１４８（Ｐ２０１２−１２２１４８Ａ）
【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２０１０−２７２０７２（Ｐ２０１０−２７２０７２）
【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）】
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