多孔質部材製造方法
【課題】ナノミクロンオーダーの孔径で相互に連通する孔を備える多孔質部材の製造。
【解決手段】第一原料液３００を空間中に流出させる流出工程と、第一原料液３００を帯電させる帯電工程と、原料液３００が静電爆発することにより製造されるナノファイバ３０１を所定の場所に誘引する誘引工程と、ナノファイバ３０１を受け止めて堆積対象部材１０１に堆積させ堆積体１４２を形成する堆積工程と、堆積体１４２に第二原料液３１０を含浸させる含浸工程と、第二原料液３１０を固化させて中間部材１４３を形成する固化工程と、中間部材１４３から堆積体１４２を溶媒で溶解して除去する除去工程とを実行する。
【解決手段】第一原料液３００を空間中に流出させる流出工程と、第一原料液３００を帯電させる帯電工程と、原料液３００が静電爆発することにより製造されるナノファイバ３０１を所定の場所に誘引する誘引工程と、ナノファイバ３０１を受け止めて堆積対象部材１０１に堆積させ堆積体１４２を形成する堆積工程と、堆積体１４２に第二原料液３１０を含浸させる含浸工程と、第二原料液３１０を固化させて中間部材１４３を形成する固化工程と、中間部材１４３から堆積体１４２を溶媒で溶解して除去する除去工程とを実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は多孔質部材の製造方法に関し、特にナノオーダーの孔径を備え、三次元的に連通した孔を備える多孔質部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多孔質部材を製造する方法は種々提案されている。例えば、特許文献１には、ポリエステル系熱可塑性樹脂からなる多孔質部材の製造方法が開示されている。具体的には、熱可塑性樹脂と、水溶性気泡形成材と、滑材として作用する水溶性高分子化合物とを加熱状態下で混合して得られる混合物から、前記水溶性気泡形成材および水溶性高分子化合物を水で抽出除去して、３次元連通気泡構造を備えた多孔質部材を製造している。
【特許文献１】特開２００３−３４２４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、気泡を熱可塑性樹脂の中に形成する場合、気泡径が５０μｍ以上となり、それ以下の微細な孔を有する多孔質部材を製造することは困難であった。また、孔径がナノオーダであり、かつ、連続した孔を備える多孔質部材を製造することはさらに困難であった。
【０００４】
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ナノオーダーの孔径であり、かつ、三次元的に連通している孔を備える多孔質部材の製造法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本願発明にかかる多孔質部材製造方法は、ナノファイバの原料となる第一原料液を空間中に流出させる流出工程と、前記第一原料液を帯電させる帯電工程と、前記原料液が静電爆発することにより製造されるナノファイバを所定の場所に誘引する誘引工程と、前記誘引工程により誘引されるナノファイバを受け止めて堆積対象部材に堆積させ、堆積体を形成する堆積工程と、形成された前記堆積体に多孔質部材の原料となる第二原料液を含浸させる含浸工程と、前記堆積体に含浸された第二原料液を固化させて中間部材を形成する固化工程と、前記中間部材から前記堆積体を溶媒で溶解して除去する除去工程とを含むことを特徴とする。
【０００６】
これにより、ナノオーダーの孔径であり、かつ、三次元的に連通している孔を備える多孔質部材を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本願発明にかかる実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本願発明の実施の形態である多孔質部材製造装置を模式的に示す断面図である。
【０００８】
同図に示すように、多孔質部材製造装置１００は、放出手段２００と、誘引手段１１０と、堆積対象部材１０１と、含浸手段１２０と、除去手段１３０とを備えている。
【０００９】
放出手段２００は、帯電した第一原料液３００や製造されるナノファイバ３０１を気体流に乗せて放出することができるユニットであり、流出手段２０１と、帯電手段２０２と、風洞体２０９と、気体流発生手段２０３と、案内体２０６とを備えている。
【００１０】
ここで、ナノファイバを製造するための原料液については、第一原料液３００と記し、製造されたナノファイバについてはナノファイバ３０１と記すが、ナノファイバ３０１の製造に際しては第一原料液３００が静電爆発しながらナノファイバ３０１に変化していくため、第一原料液３００とナノファイバ３０１との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。
【００１１】
図２は、放出手段を示す断面図である。
図３は、放出手段を示す斜視図である。
【００１２】
これらの図に示すように、流出手段２０１は、第一原料液３００を空間中に流出させる装置であり、本実施の形態では、第一原料液３００を遠心力により放射状に流出させ、風洞体２０９の内包に原料液を流出させる装置である。流出手段２０１は、流出体２１１と、回転軸体２１２と、モータ２１３とを備えている。
【００１３】
流出体２１１は、第一原料液３００を空間中に流出させる装置である。本実施の形態の場合、流出体２１１は、第一原料液３００が内方に注入されながら、自身の回転による遠心力により空間中に第一原料液３００を流出させることのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には流出孔２１６を多数備えている。流出体２１１は、貯留する第一原料液３００に電荷を付与するため、導電体で形成されている。流出体２１１は支持体（図示せず）に設けられるベアリング２１５により回転可能に支持されている。
【００１４】
具体的には、流出体２１１の直径は、１０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。あまり大きすぎると後述の気体流により第一原料液３００やナノファイバ３０１を集中させることが困難になるからであり、また、流出体２１１の回転軸が偏心するなど、重量バランスが少しでも偏ると大きな振動が発生してしまい、当該振動を抑制するために流出体２１１を強固に支持する構造が必要となるからである。一方、小さすぎると遠心力により第一原料液３００を流出させるための回転を高めなければならず、駆動源の負荷や振動など問題が発生するためである。さらに流出体２１１の直径は、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。
【００１５】
また、流出孔２１６の形状は円形が好ましく、その直径は、流出体２１１の肉厚にもよるが、おおよそ０．０１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲から採用することが好適である。これは、流出孔２１６があまりに小さすぎると第一原料液３００を流出体２１１の外方に流出させることが困難となるからであり、あまりに大きすぎると一つの流出孔２１６から流出する第一原料液３００の単位時間当たりの量が多くなりすぎ（つまり、流出する第一原料液３００が形成する線の太さが太くなりすぎ）て所望の径のナノファイバ３０１を製造することが困難となるからである。
【００１６】
なお、流出体２１１の形状は、円筒形状に限定するものではなく、断面が多角形状の多角筒形状のようなものや円錐形状のようなものでもよい。流出孔２１６が回転することにより、流出孔２１６から第一原料液３００が遠心力で流出可能な形状であればよい。また、流出孔２１６の形状は、円形に限定することなく、多角形状や星形形状などであってもよい。
【００１７】
回転軸体２１２は、流出体２１１を回転させ、遠心力により第一原料液３００を流出させるための駆動力を伝達するための軸体であり、流出体２１１の他端から流出体２１１の内部に挿通され、流出体２１１の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端はモータ２１３の回転軸と接合されている。
【００１８】
モータ２１３は、遠心力により第一原料液３００を流出孔２１６から流出させるために、回転軸体２１２を介して流出体２１１に回転駆動力を付与する装置である。なお、流出体２１１の回転数は、流出孔２１６の口径や使用する第一原料液３００の粘度や原料液内の高分子物質の種類などとの関係により、数ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下の範囲から採用することが好ましく、本実施の形態のようにモータ２１３と流出体２１１とが直動の時はモータ２１３の回転数は、流出体２１１の回転数と一致する。
【００１９】
帯電手段２０２は、第一原料液３００に電荷を付与して帯電させる装置である。本実施の形態の場合、帯電手段２０２は、誘導電極２２１と、誘導電源２２２と、接地手段２２３とを備えている。また、流出体２１１も帯電手段２０２の一部として機能している。
【００２０】
誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い電圧となることで、近傍に配置され接地されている流出体２１１に電荷を誘導するための部材であり、流出体２１１の先端部分を取り囲むように配置される円環状の部材である。また、誘導電極２２１は、気体流発生手段２０３からの気体流を案内体２０６に案内する風洞体２０９としても機能している。
【００２１】
誘導電極２２１の大きさは、流出体２１１の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、２００ｍｍ以上、８００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。
【００２２】
誘導電源２２２は、誘導電極２２１に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源２２２は、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、電極上に回収するような場合には、直流電源が好ましい。また、誘導電源２２２が直流電源である場合、誘導電源２２２が誘導電極２２１に印加する電圧は、１０ＫＶ以上、２００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。特に、流出体２１１と誘導電極との間の電界強度が重要であり、１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるように印加電圧や誘導電極２２１の配置を行うことが好ましい。なお、誘導電極２２１の形状は、円環状に限ったものではなく、多角形状を有する多角形環状の部材であってもよい。
【００２３】
接地手段２２３は、流出体２１１と電気的に接続され、流出体２１１を接地電位に維持することができる部材である。接地手段２２３の一端は、流出体２１１が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。
【００２４】
本実施の形態のように帯電手段２０２に誘導方式を採用すれば、流出体２１１を接地電位に維持したまま第一原料液３００に電荷を付与することができる。流出体２１１が接地電位の状態であれば、流出体２１１に接続される回転軸体２１２やモータ２１３などの部材を流出体２１１から電気的に絶縁する必要が無くなり、流出手段２０１として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。なお、実施例では、誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い電圧となるようにしたが、低い電圧になるように誘導電源２２２の極性を逆にしてもよい。このようにすることで、流出孔２１６から流出する第一原料液３００は正の電荷を有することになる。
【００２５】
なお、帯電手段２０２として、流出体２１１に電源を接続し、流出体２１１を高電圧に維持し、誘導電極２２１を接地することで第一原料液３００に電荷を付与してもよい。また、流出体２１１を絶縁体で形成すると共に、流出体２１１に貯留される第一原料液３００に直接接触する電極を流出体２１１内部に配置し、当該電極を用いて第一原料液３００に電荷を付与するものでもよい。
【００２６】
気体流発生手段２０３は、流出体２１１から流出される第一原料液３００の飛行方向を案内体２０６で案内される方向に変更するための気体流を発生させる装置である。気体流発生手段２０３は、モータ２１３の背部に備えられ、モータ２１３から流出体２１１の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段２０３は、流出体２１１から径方向に流出される第一原料液３００が誘導電極２２１に到達するまでに前記第一原料液３００を軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。図２において、気体流は矢印で示している。本実施の形態の場合、気体流発生手段２０３として、放出手段２００の周囲にある雰囲気を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。
【００２７】
なお、気体流発生手段２０３は、シロッコファンなど他の送風機により構成してもかまわない。また、高圧ガスを導入することにより流出された第一原料液３００の方向を変更するものでもかまわない。また、吸引手段１０２などにより案内体２０６内方に気体流を発生させるものでもかまわない。この場合、気体流発生手段２０３は積極的に気体流を発生させる装置を有しないこととなるが、本願発明の場合、案内体２０６の内方に気体流が発生していることをもって気体流発生手段２０３が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、風洞体２０９や案内体２０６の内方に気体流を発生させるようにすることも気体流発生手段が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、風洞体２０９や案内体２０６の内方に気体流が発生する場合、吸引手段１０２が気体流発生手段として機能しているとみなす。
【００２８】
風洞体２０９は、気体流発生手段２０３で発生した気体流を流出体２１１の近傍に案内する導管である。風洞体２０９により案内された気体流が流出体２１１から流出された第一原料液３００と交差し、第一原料液３００の飛行方向を変更する。
【００２９】
さらにまた、放出手段２００は、気体流制御手段２０４と、加熱手段２０５とを備えている。
【００３０】
気体流制御手段２０４は、気体流発生手段２０３により発生する気体流が流出孔２１６に当たらないよう気体流を制御する機能を有するものであり、本実施の形態の場合、気体流制御手段２０４として、気体流を所定の領域に流れるように案内する風路体が採用されている。気体流制御手段２０４により、気体流が直接流出孔２１６に当たらないため、流出孔２１６から流出される第一原料液３００が早期に蒸発して流出孔２１６を塞ぐことを可及的に防止し、第一原料液３００を安定させて流出させ続けることが可能となる。なお、気体流制御手段２０４は、流出孔２１６の風上に配置され気体流が流出孔２１６近傍に到達するのを防止する壁状の防風壁でもかまわない。
【００３１】
加熱手段２０５は、気体流発生手段２０３が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段２０５は、案内体２０６の内方に配置される円環状のヒータであり、加熱手段２０５を通過する気体を加熱することができるものとなっている。加熱手段２０５により気体流を加熱することにより、空間中に流出される第一原料液３００は、蒸発が促進され効率よくナノファイバを製造することが可能となる。
【００３２】
案内体２０６は、製造されるナノファイバ３０１を所定の場所に案内する風洞を形成する円筒体である。
【００３３】
また、案内体２０６と誘導電極２２１との間には隙間２０８が設けられている。当該隙間を設けることにより、ベンチュリ効果が発生し、案内体２０６内方の気体流の流量を増加させ、ナノファイバ３０１が案内体２０６内壁に付着するのを防止することができる。
【００３４】
誘引手段１１０（図１参照）は、案内体２０６から放出されるナノファイバ３０１を収集するための装置であり、誘引電極１１２と、誘引電源１１３と、吸引手段１０２とを備えている。
【００３５】
誘引電極１１２は、帯電しているナノファイバ３０１を電界（電場）により吸引する部材であり、矩形の板状の電極である。また、気体流を通過させることができる孔を多数備えている。
【００３６】
誘引電源１１３は、誘引電極１１２に電位を付与するための電源であり、本実施の形態の場合は直流電源が採用されている。
【００３７】
吸引手段１０２は、誘引電極１１２の背部に配置され、ナノファイバ３０１と分離状態となり誘引電極１１２を通過して流出する気体流を強制的に吸引する装置である。本実施の形態では、吸引手段１０２として、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機が採用されている。
【００３８】
堆積対象部材１０１は、静電爆発により製造され飛来するナノファイバ３０１が堆積される対象となる部材であり、堆積体１４２が形成される基礎となる部材である。堆積対象部材１０１は、堆積したナノファイバ３０１などと容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシート状の部材である。具体的には、堆積対象部材１０１として、アラミド繊維からなる長尺の布を例示することができる。さらに、堆積対象部材１０１の表面にテフロン（登録商標）コートを行うと、堆積したナノファイバ３０１を堆積対象部材１０１から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。堆積対象部材１０１は、ナノファイバ３０１を堆積可能で、かつ、気体流を通過可能なメッシュ構造となっている。
【００３９】
含浸手段１２０は、堆積対象部材１０１上に形成された堆積体１４２に多孔質部材１４４の原料となる第二原料液３１０を含浸させ、中間部材１４３を形成する装置である。本実施の形態の場合、含浸手段１２０は、第二原料液３１０を堆積体１４２に対し塗布することのできる装置である。
【００４０】
除去手段１３０は、中間部材１４３から堆積体１４２を溶媒で溶解して除去する装置である。本実施の形態の場合、除去手段１３０は、溶媒を貯留する貯留槽１３１と、中間部材１４３を溶媒に浸漬するための軌道を形成するローラ１３３と、溶媒に浸漬された中間部材１４３に対し超音波振動を付加する、超音波発生装置１３２とを備えている。
【００４１】
次に、上記構成の多孔質部材製造装置１００を用いた多孔質部材１４４の製造方法を説明する。
【００４２】
まず、堆積対象部材１０１に対し、含浸手段１２０と同様の塗布装置１２１を用い、第二原料液３１０を塗布し、堆積対象部材１０１表面に下地１４１を形成する（下塗り工程）。堆積対象部材１０１は、放出手段２００から除去手段１３０に向かう方向にゆっくりと移動している。
【００４３】
以上のように、ナノファイバ３０１を堆積させる前の堆積対象部材１０１の表面に第二原料液３１０を塗布し、下地１４１を形成することで、後述の中間部材１４３の表面にナノファイバ３０１が露出することが無くなる。従って、表面に孔や溝が存在しない多孔質部材１４４を製造することが可能となる。
【００４４】
次に、放出手段２００からナノファイバ３０１を堆積対象部材１０１に対して放出し、第二原料液３１０が下塗りされた堆積対象部材１０１上にナノファイバ３０１を堆積させていく。
【００４５】
ここで、ナノファイバ３０１の放出方法を説明する。
まず、気体流発生手段２０３により、案内体２０６や風洞体２０９の内部に気体流を発生させる。一方、吸引手段１０２により、案内体２０６内に発生する気体流を吸引する。案内体２０６内を通過する気体流により、案内体２０６の内方は案内体２０６外方よりも圧力が低くなっているため、隙間２０８から案内体２０６外方の雰囲気（本実施の形態の場合は空気）が流入する。いわゆるベンチュリ効果である。
【００４６】
次に、流出手段２０１の流出体２１１に第一原料液３００を供給する。第一原料液３００は、別途タンク（図示せず）に蓄えられており、供給路２１７（図２参照）を通過して流出体２１１の他端部から流出体２１１内部に供給される。
【００４７】
次に、誘導電源２２２により流出体２１１に貯留される第一原料液３００に電荷を供給しつつ（帯電工程）、流出体２１１をモータ２１３により回転させて、遠心力により流出孔２１６から帯電した第一原料液３００を流出する（流出工程）。
【００４８】
流出体２１１の径方向放射状に流出された第一原料液３００は、気体流により飛行方向が変更され、気体流に乗り風洞体２０９により案内される。第一原料液３００は静電爆発によりナノファイバ３０１を製造しつつ（ナノファイバ製造工程）案内体２０６に搬送される。また、前記気体流は、加熱手段２０５により加熱されており、第一原料液３００の飛行を案内しつつ、第一原料液３００に熱を与えて溶媒の蒸発を促進している。
【００４９】
ここで、案内体２０６の端部に配置される隙間２０８からは空気が流入しているため、ナノファイバ３０１は、案内体２０６の軸心方向に押し付けられながら搬送される（搬送工程）。従って、ナノファイバ３０１は案内体２０６の内壁に付着することなく案内体２０６の軸心に沿って案内される。
【００５０】
この状態において、案内体２０６の開口部に配置されている誘引電極１１２は、ナノファイバ３０１の帯電極性とは逆極性に帯電しているため、ナノファイバ３０１を引きつける。さらに、吸引手段１０２により気体流を吸引するため、ナノファイバ３０１は、堆積対象部材１０１上に誘引され堆積していく（誘引工程、堆積工程）。そして、堆積対象部材１０１上に堆積体１４２が形成される。
【００５１】
ここで、ナノファイバ３０１や多孔質部材１４４を構成する高分子物質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、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を例示できる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００５２】
ただし、ナノファイバ３０１を構成する高分子物質と多孔質部材１４４を構成する高分子物質とは異なる。具体的には、ナノファイバ３０１を構成する高分子物質を溶解することができる溶液がＡである場合、多孔質部材１４４を構成する高分子物質は、溶液Ａに対しては難溶、または、溶解しない性質を備える必要がある。
【００５３】
第一原料液３００に使用される溶媒や第二原料液３１０に使用される溶媒、除去手段１３０に用いられる溶液としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、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、水等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記溶媒に限定されるものではない。
【００５４】
次に、堆積体１４２に第二原料液３１０を含浸させる（含浸工程）。本実施の形態の場合、含浸工程は、堆積体１４２に対し、含浸手段１２０を用い第二原料液３１０を塗布することにより、第二原料液３１０を堆積体１４２に含浸させる。この段階で、下地１４１と含浸した第二原料液３１０は一体となる。
【００５５】
なお、図４に示すように、堆積体１４２を第二原料液３１０に浸漬することにより、第二原料液３１０を堆積体１４２に含浸させるものでも良い。
【００５６】
次に、含浸させた第二原料液３１０を固化させ中間部材１４３を形成する（固化工程）。第二原料液３１０は、放置により固化させてもかまわないが、本実施の形態の場合、固化手段１２２により第二原料液３１０を強制的に固化し、中間部材１４３を形成している。
【００５７】
ここで、固化手段１２２とは、例えば、熱風を照射して第二原料液３１０を固化させるドライヤーや、赤外線などの光を当てて第二原料液３１０を固化させるもの、電気ヒータなどにより加熱して固化させるものなどを例示することができる。
【００５８】
次に中間部材１４３から、堆積体１４２を除去する（除去工程）。すなわち、中間部材１４３からナノファイバ３０１を除去する。本実施の形態の場合、中間部材１４３をヒータにより温度が調整された溶媒に浸漬し、超音波発生装置１３２により中間部材１４３に超音波を付加することで中間部材１４３から、堆積体１４２を除去している。
【００５９】
以上により、多孔質部材１４４が製造される。この多孔質部材１４４は、ナノファイバ３０１が三次元的に絡まって形成される堆積体１４２に、第二原料液３１０が含浸され固化して中間部材１４３が形成され、当該中間部材１４３から堆積体１４２が除去されて製造されるものである。従って、多孔質部材１４４は、孔径がナノオーダーでかつ三次元的に絡まった状態の孔が形成されている。また、当該孔は連続しており、多孔質部材１４４は連続多孔質となっている。
【００６０】
次に、他の堆積工程を説明する。
図５は、他の堆積工程に用いられる放出手段と、誘引手段（帯電手段）と、堆積対象部材とを示す斜視図である。
【００６１】
放出手段２００を構成する流出手段２０１は、固定された複数本のノズルが斜めに並んで配置された流出体２１１を備えている。前記ノズルは第一原料液３００が供給される供給路２１７に接続され、圧力により第一原料液３００を噴射することができるものである。また、流出体２１１は、導電体で形成されており、接地されている。従って、流出体２１１は、帯電手段２０２としても機能している。
【００６２】
以下、誘引手段１１０として装置の態様を説明するが、本実施の形態の場合、下記装置は同時に帯電手段２０２としても機能するものである。
【００６３】
誘引手段１１０は、円周上に配置された複数の導電円筒１１７と、誘引電極１１２とを備えている。
【００６４】
導電円筒１１７は、軸心を中心として自転自在で有ると共に、配置された円周上を公転可能となっている。なお、導電円筒１１７の公転は、図示しない駆動源により行われる。
【００６５】
誘引電極１１２は、流出体２１１と対向する位置に配置されており、導電円筒１１７の内側から導電円筒１１７に接触するように配置されている。このように、誘引電極１１２と接触する導電円筒１１７は、公転により流出体２１１と対向する位置に部分のみ誘引電極１１２として機能する。従って、回転体の径が大きな場合であっても不必要な部分に電場が形成されることが回避され、必要な部分にナノファイバ３０１を誘引することが可能となる。
【００６６】
また、誘引電極１１２とこれに接触する導電円筒１１７は、誘導電極２２１としても機能している。つまり、接地電位である流出体２１１と、誘引電極１１２等との間には誘引電源１１３（誘導電源２２２）により高電圧が印加される。従って、流出体２１１には電荷が誘導され、当該電荷により第一原料液３００が帯電する。
【００６７】
堆積対象部材１０１は、導電円筒１１７が配置される円周上に配置されており、導電円筒１１７の公転に従って堆積対象部材１０１も公転するものとなっている。また、堆積対象部材１０１は、導電円筒１１７が配置される円周の内方に配置され、導電円筒１１７の公転と同期し、導電円筒１１７の公転軸と同じ位置を軸として公転する供給ロール１１８から供給され、同様に公転する回収ロール１１９で回収されるものとなっている。
【００６８】
以上により、堆積対象部材１０１を高速で公転させることが可能となる。
堆積工程においては、導電円筒１１７と堆積対象部材１０１とを高速に公転させることで、ナノファイバ３０１の到達速度と同等、またはそれ以上の速さで堆積対象部材１０１を移動させる。このような状態でナノファイバ３０１を堆積させることによって、図６に示すように、公転方向（図中矢印）に沿ってナノファイバ３０１が堆積し、配向性を備える堆積体１４２を製造することが可能となる。
【００６９】
ここで、ナノファイバ３０１の到達速度とは、空間中で製造されたナノファイバ３０１が、堆積対象部材１０１に到達する単位時間当たりの長さである。例えば、１０ｃｍの長さのナノファイバ３０１が堆積対象部材１０１に対し垂直に飛行してきた場合において、ナノファイバ３０１の一端が堆積対象部材１０１に到達してから、ナノファイバ３０１の他端が到達するまでの時間が１秒であった場合、到達速度は秒速１０ｃｍとなる。
【００７０】
そして、当該堆積体１４２に第二原料液３１０を含浸させ、第二原料液３１０を固化させて中間部材１４３を製造した後、堆積体１４２を除去すれば、同一方向に沿って配置される孔を備えた多孔質部材１４４を製造することが可能となる。
【００７１】
なお、図６は、配向性を備えた堆積体１４２を模式的に示した図であり、実際の状態を示すものではない。
【実施例】
【００７２】
次に、本願発明の実施例を説明する。
以下の実験を行った。
【００７３】
第一原料液は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）の１０重量％水溶液とした。
第二原料液は、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）を溶媒であるメチルエチルケトンで溶解させて５％溶液とした。
【００７４】
前記第一原料液を６０ｋＶの電圧で帯電させ、モータ２１３を１５００ｒｐｍで回転させ孔径０．３mmの流出孔から遠心力で流出させてナノファイバを製造した。
【００７５】
上記ナノファイバを５分間堆積させて、厚さ２０μｍのシート状の堆積体を製造した。ナノファイバの繊維径は５００nm〜１５００nmであった。
【００７６】
その後、前記堆積体に第二原料液を含浸させて、中間部材を製造した。
最後に、中間部材を水中に浸漬し、１８０分間超音波を付加した。
【００７７】
その結果、図７に示す多孔質部材が製造された。
多孔質部材の孔及び溝の径は４００nm〜１０００nmであった。
【００７８】
また、図７に示すように、孔は長孔であり、三次元的に絡まり合って相互に連通している状態であった。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本願発明は、フィルターや触媒用担持体など多孔質部材の製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本願発明の実施の形態である多孔質部材製造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】放出手段を示す断面図である。
【図３】放出手段を示す斜視図である。
【図４】本願発明の他の実施の形態である多孔質部材製造装置を模式的に示す断面図である。
【図５】、他の堆積工程に用いられる放出手段と、誘引手段（帯電手段）と、堆積対象部材とを示す斜視図である。
【図６】配向性のある堆積体を示す斜視図である。
【図７】多孔質部材の断面を斜視的に示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 多孔質部材製造装置
１０１ 堆積対象部材
１０２ 吸引手段
１１０ 誘引手段
１１２ 誘引電極
１１３ 誘引電源
１１７ 導電円筒
１１８ 供給ロール
１１９ 回収ロール
１２０ 含浸手段
１２１ 塗布装置
１２２ 固化手段
１３０ 除去手段
１３１ 貯留槽
１３２ 超音波発生装置
１３３ ローラ
１４１ 下地
１４２ 堆積体
１４３ 中間部材
１４４ 多孔質部材
２００ 放出手段
２０１ 流出手段
２０２ 帯電手段
２０３ 気体流発生手段
２０４ 気体流制御手段
２０５ 加熱手段
２０６ 案内体
２０８ 隙間
２０９ 風洞体
２１１ 流出体
２１２ 回転軸体
２１３ モータ
２１５ ベアリング
２１６ 流出孔
２１７ 供給路
２２１ 誘導電極
２２２ 誘導電源
２２３ 接地手段
３００ 第一原料液
３０１ ナノファイバ
３１０ 第二原料液
【技術分野】
【０００１】
本願発明は多孔質部材の製造方法に関し、特にナノオーダーの孔径を備え、三次元的に連通した孔を備える多孔質部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多孔質部材を製造する方法は種々提案されている。例えば、特許文献１には、ポリエステル系熱可塑性樹脂からなる多孔質部材の製造方法が開示されている。具体的には、熱可塑性樹脂と、水溶性気泡形成材と、滑材として作用する水溶性高分子化合物とを加熱状態下で混合して得られる混合物から、前記水溶性気泡形成材および水溶性高分子化合物を水で抽出除去して、３次元連通気泡構造を備えた多孔質部材を製造している。
【特許文献１】特開２００３−３４２４１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、気泡を熱可塑性樹脂の中に形成する場合、気泡径が５０μｍ以上となり、それ以下の微細な孔を有する多孔質部材を製造することは困難であった。また、孔径がナノオーダであり、かつ、連続した孔を備える多孔質部材を製造することはさらに困難であった。
【０００４】
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ナノオーダーの孔径であり、かつ、三次元的に連通している孔を備える多孔質部材の製造法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本願発明にかかる多孔質部材製造方法は、ナノファイバの原料となる第一原料液を空間中に流出させる流出工程と、前記第一原料液を帯電させる帯電工程と、前記原料液が静電爆発することにより製造されるナノファイバを所定の場所に誘引する誘引工程と、前記誘引工程により誘引されるナノファイバを受け止めて堆積対象部材に堆積させ、堆積体を形成する堆積工程と、形成された前記堆積体に多孔質部材の原料となる第二原料液を含浸させる含浸工程と、前記堆積体に含浸された第二原料液を固化させて中間部材を形成する固化工程と、前記中間部材から前記堆積体を溶媒で溶解して除去する除去工程とを含むことを特徴とする。
【０００６】
これにより、ナノオーダーの孔径であり、かつ、三次元的に連通している孔を備える多孔質部材を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本願発明にかかる実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本願発明の実施の形態である多孔質部材製造装置を模式的に示す断面図である。
【０００８】
同図に示すように、多孔質部材製造装置１００は、放出手段２００と、誘引手段１１０と、堆積対象部材１０１と、含浸手段１２０と、除去手段１３０とを備えている。
【０００９】
放出手段２００は、帯電した第一原料液３００や製造されるナノファイバ３０１を気体流に乗せて放出することができるユニットであり、流出手段２０１と、帯電手段２０２と、風洞体２０９と、気体流発生手段２０３と、案内体２０６とを備えている。
【００１０】
ここで、ナノファイバを製造するための原料液については、第一原料液３００と記し、製造されたナノファイバについてはナノファイバ３０１と記すが、ナノファイバ３０１の製造に際しては第一原料液３００が静電爆発しながらナノファイバ３０１に変化していくため、第一原料液３００とナノファイバ３０１との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。
【００１１】
図２は、放出手段を示す断面図である。
図３は、放出手段を示す斜視図である。
【００１２】
これらの図に示すように、流出手段２０１は、第一原料液３００を空間中に流出させる装置であり、本実施の形態では、第一原料液３００を遠心力により放射状に流出させ、風洞体２０９の内包に原料液を流出させる装置である。流出手段２０１は、流出体２１１と、回転軸体２１２と、モータ２１３とを備えている。
【００１３】
流出体２１１は、第一原料液３００を空間中に流出させる装置である。本実施の形態の場合、流出体２１１は、第一原料液３００が内方に注入されながら、自身の回転による遠心力により空間中に第一原料液３００を流出させることのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には流出孔２１６を多数備えている。流出体２１１は、貯留する第一原料液３００に電荷を付与するため、導電体で形成されている。流出体２１１は支持体（図示せず）に設けられるベアリング２１５により回転可能に支持されている。
【００１４】
具体的には、流出体２１１の直径は、１０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。あまり大きすぎると後述の気体流により第一原料液３００やナノファイバ３０１を集中させることが困難になるからであり、また、流出体２１１の回転軸が偏心するなど、重量バランスが少しでも偏ると大きな振動が発生してしまい、当該振動を抑制するために流出体２１１を強固に支持する構造が必要となるからである。一方、小さすぎると遠心力により第一原料液３００を流出させるための回転を高めなければならず、駆動源の負荷や振動など問題が発生するためである。さらに流出体２１１の直径は、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。
【００１５】
また、流出孔２１６の形状は円形が好ましく、その直径は、流出体２１１の肉厚にもよるが、おおよそ０．０１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲から採用することが好適である。これは、流出孔２１６があまりに小さすぎると第一原料液３００を流出体２１１の外方に流出させることが困難となるからであり、あまりに大きすぎると一つの流出孔２１６から流出する第一原料液３００の単位時間当たりの量が多くなりすぎ（つまり、流出する第一原料液３００が形成する線の太さが太くなりすぎ）て所望の径のナノファイバ３０１を製造することが困難となるからである。
【００１６】
なお、流出体２１１の形状は、円筒形状に限定するものではなく、断面が多角形状の多角筒形状のようなものや円錐形状のようなものでもよい。流出孔２１６が回転することにより、流出孔２１６から第一原料液３００が遠心力で流出可能な形状であればよい。また、流出孔２１６の形状は、円形に限定することなく、多角形状や星形形状などであってもよい。
【００１７】
回転軸体２１２は、流出体２１１を回転させ、遠心力により第一原料液３００を流出させるための駆動力を伝達するための軸体であり、流出体２１１の他端から流出体２１１の内部に挿通され、流出体２１１の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端はモータ２１３の回転軸と接合されている。
【００１８】
モータ２１３は、遠心力により第一原料液３００を流出孔２１６から流出させるために、回転軸体２１２を介して流出体２１１に回転駆動力を付与する装置である。なお、流出体２１１の回転数は、流出孔２１６の口径や使用する第一原料液３００の粘度や原料液内の高分子物質の種類などとの関係により、数ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下の範囲から採用することが好ましく、本実施の形態のようにモータ２１３と流出体２１１とが直動の時はモータ２１３の回転数は、流出体２１１の回転数と一致する。
【００１９】
帯電手段２０２は、第一原料液３００に電荷を付与して帯電させる装置である。本実施の形態の場合、帯電手段２０２は、誘導電極２２１と、誘導電源２２２と、接地手段２２３とを備えている。また、流出体２１１も帯電手段２０２の一部として機能している。
【００２０】
誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い電圧となることで、近傍に配置され接地されている流出体２１１に電荷を誘導するための部材であり、流出体２１１の先端部分を取り囲むように配置される円環状の部材である。また、誘導電極２２１は、気体流発生手段２０３からの気体流を案内体２０６に案内する風洞体２０９としても機能している。
【００２１】
誘導電極２２１の大きさは、流出体２１１の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、２００ｍｍ以上、８００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。
【００２２】
誘導電源２２２は、誘導電極２２１に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源２２２は、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、電極上に回収するような場合には、直流電源が好ましい。また、誘導電源２２２が直流電源である場合、誘導電源２２２が誘導電極２２１に印加する電圧は、１０ＫＶ以上、２００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。特に、流出体２１１と誘導電極との間の電界強度が重要であり、１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるように印加電圧や誘導電極２２１の配置を行うことが好ましい。なお、誘導電極２２１の形状は、円環状に限ったものではなく、多角形状を有する多角形環状の部材であってもよい。
【００２３】
接地手段２２３は、流出体２１１と電気的に接続され、流出体２１１を接地電位に維持することができる部材である。接地手段２２３の一端は、流出体２１１が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。
【００２４】
本実施の形態のように帯電手段２０２に誘導方式を採用すれば、流出体２１１を接地電位に維持したまま第一原料液３００に電荷を付与することができる。流出体２１１が接地電位の状態であれば、流出体２１１に接続される回転軸体２１２やモータ２１３などの部材を流出体２１１から電気的に絶縁する必要が無くなり、流出手段２０１として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。なお、実施例では、誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い電圧となるようにしたが、低い電圧になるように誘導電源２２２の極性を逆にしてもよい。このようにすることで、流出孔２１６から流出する第一原料液３００は正の電荷を有することになる。
【００２５】
なお、帯電手段２０２として、流出体２１１に電源を接続し、流出体２１１を高電圧に維持し、誘導電極２２１を接地することで第一原料液３００に電荷を付与してもよい。また、流出体２１１を絶縁体で形成すると共に、流出体２１１に貯留される第一原料液３００に直接接触する電極を流出体２１１内部に配置し、当該電極を用いて第一原料液３００に電荷を付与するものでもよい。
【００２６】
気体流発生手段２０３は、流出体２１１から流出される第一原料液３００の飛行方向を案内体２０６で案内される方向に変更するための気体流を発生させる装置である。気体流発生手段２０３は、モータ２１３の背部に備えられ、モータ２１３から流出体２１１の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段２０３は、流出体２１１から径方向に流出される第一原料液３００が誘導電極２２１に到達するまでに前記第一原料液３００を軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。図２において、気体流は矢印で示している。本実施の形態の場合、気体流発生手段２０３として、放出手段２００の周囲にある雰囲気を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。
【００２７】
なお、気体流発生手段２０３は、シロッコファンなど他の送風機により構成してもかまわない。また、高圧ガスを導入することにより流出された第一原料液３００の方向を変更するものでもかまわない。また、吸引手段１０２などにより案内体２０６内方に気体流を発生させるものでもかまわない。この場合、気体流発生手段２０３は積極的に気体流を発生させる装置を有しないこととなるが、本願発明の場合、案内体２０６の内方に気体流が発生していることをもって気体流発生手段２０３が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、風洞体２０９や案内体２０６の内方に気体流を発生させるようにすることも気体流発生手段が存在しているものとする。また、気体流発生手段２０３を有しない状態で、吸引手段１０２により吸引することで、風洞体２０９や案内体２０６の内方に気体流が発生する場合、吸引手段１０２が気体流発生手段として機能しているとみなす。
【００２８】
風洞体２０９は、気体流発生手段２０３で発生した気体流を流出体２１１の近傍に案内する導管である。風洞体２０９により案内された気体流が流出体２１１から流出された第一原料液３００と交差し、第一原料液３００の飛行方向を変更する。
【００２９】
さらにまた、放出手段２００は、気体流制御手段２０４と、加熱手段２０５とを備えている。
【００３０】
気体流制御手段２０４は、気体流発生手段２０３により発生する気体流が流出孔２１６に当たらないよう気体流を制御する機能を有するものであり、本実施の形態の場合、気体流制御手段２０４として、気体流を所定の領域に流れるように案内する風路体が採用されている。気体流制御手段２０４により、気体流が直接流出孔２１６に当たらないため、流出孔２１６から流出される第一原料液３００が早期に蒸発して流出孔２１６を塞ぐことを可及的に防止し、第一原料液３００を安定させて流出させ続けることが可能となる。なお、気体流制御手段２０４は、流出孔２１６の風上に配置され気体流が流出孔２１６近傍に到達するのを防止する壁状の防風壁でもかまわない。
【００３１】
加熱手段２０５は、気体流発生手段２０３が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段２０５は、案内体２０６の内方に配置される円環状のヒータであり、加熱手段２０５を通過する気体を加熱することができるものとなっている。加熱手段２０５により気体流を加熱することにより、空間中に流出される第一原料液３００は、蒸発が促進され効率よくナノファイバを製造することが可能となる。
【００３２】
案内体２０６は、製造されるナノファイバ３０１を所定の場所に案内する風洞を形成する円筒体である。
【００３３】
また、案内体２０６と誘導電極２２１との間には隙間２０８が設けられている。当該隙間を設けることにより、ベンチュリ効果が発生し、案内体２０６内方の気体流の流量を増加させ、ナノファイバ３０１が案内体２０６内壁に付着するのを防止することができる。
【００３４】
誘引手段１１０（図１参照）は、案内体２０６から放出されるナノファイバ３０１を収集するための装置であり、誘引電極１１２と、誘引電源１１３と、吸引手段１０２とを備えている。
【００３５】
誘引電極１１２は、帯電しているナノファイバ３０１を電界（電場）により吸引する部材であり、矩形の板状の電極である。また、気体流を通過させることができる孔を多数備えている。
【００３６】
誘引電源１１３は、誘引電極１１２に電位を付与するための電源であり、本実施の形態の場合は直流電源が採用されている。
【００３７】
吸引手段１０２は、誘引電極１１２の背部に配置され、ナノファイバ３０１と分離状態となり誘引電極１１２を通過して流出する気体流を強制的に吸引する装置である。本実施の形態では、吸引手段１０２として、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機が採用されている。
【００３８】
堆積対象部材１０１は、静電爆発により製造され飛来するナノファイバ３０１が堆積される対象となる部材であり、堆積体１４２が形成される基礎となる部材である。堆積対象部材１０１は、堆積したナノファイバ３０１などと容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシート状の部材である。具体的には、堆積対象部材１０１として、アラミド繊維からなる長尺の布を例示することができる。さらに、堆積対象部材１０１の表面にテフロン（登録商標）コートを行うと、堆積したナノファイバ３０１を堆積対象部材１０１から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。堆積対象部材１０１は、ナノファイバ３０１を堆積可能で、かつ、気体流を通過可能なメッシュ構造となっている。
【００３９】
含浸手段１２０は、堆積対象部材１０１上に形成された堆積体１４２に多孔質部材１４４の原料となる第二原料液３１０を含浸させ、中間部材１４３を形成する装置である。本実施の形態の場合、含浸手段１２０は、第二原料液３１０を堆積体１４２に対し塗布することのできる装置である。
【００４０】
除去手段１３０は、中間部材１４３から堆積体１４２を溶媒で溶解して除去する装置である。本実施の形態の場合、除去手段１３０は、溶媒を貯留する貯留槽１３１と、中間部材１４３を溶媒に浸漬するための軌道を形成するローラ１３３と、溶媒に浸漬された中間部材１４３に対し超音波振動を付加する、超音波発生装置１３２とを備えている。
【００４１】
次に、上記構成の多孔質部材製造装置１００を用いた多孔質部材１４４の製造方法を説明する。
【００４２】
まず、堆積対象部材１０１に対し、含浸手段１２０と同様の塗布装置１２１を用い、第二原料液３１０を塗布し、堆積対象部材１０１表面に下地１４１を形成する（下塗り工程）。堆積対象部材１０１は、放出手段２００から除去手段１３０に向かう方向にゆっくりと移動している。
【００４３】
以上のように、ナノファイバ３０１を堆積させる前の堆積対象部材１０１の表面に第二原料液３１０を塗布し、下地１４１を形成することで、後述の中間部材１４３の表面にナノファイバ３０１が露出することが無くなる。従って、表面に孔や溝が存在しない多孔質部材１４４を製造することが可能となる。
【００４４】
次に、放出手段２００からナノファイバ３０１を堆積対象部材１０１に対して放出し、第二原料液３１０が下塗りされた堆積対象部材１０１上にナノファイバ３０１を堆積させていく。
【００４５】
ここで、ナノファイバ３０１の放出方法を説明する。
まず、気体流発生手段２０３により、案内体２０６や風洞体２０９の内部に気体流を発生させる。一方、吸引手段１０２により、案内体２０６内に発生する気体流を吸引する。案内体２０６内を通過する気体流により、案内体２０６の内方は案内体２０６外方よりも圧力が低くなっているため、隙間２０８から案内体２０６外方の雰囲気（本実施の形態の場合は空気）が流入する。いわゆるベンチュリ効果である。
【００４６】
次に、流出手段２０１の流出体２１１に第一原料液３００を供給する。第一原料液３００は、別途タンク（図示せず）に蓄えられており、供給路２１７（図２参照）を通過して流出体２１１の他端部から流出体２１１内部に供給される。
【００４７】
次に、誘導電源２２２により流出体２１１に貯留される第一原料液３００に電荷を供給しつつ（帯電工程）、流出体２１１をモータ２１３により回転させて、遠心力により流出孔２１６から帯電した第一原料液３００を流出する（流出工程）。
【００４８】
流出体２１１の径方向放射状に流出された第一原料液３００は、気体流により飛行方向が変更され、気体流に乗り風洞体２０９により案内される。第一原料液３００は静電爆発によりナノファイバ３０１を製造しつつ（ナノファイバ製造工程）案内体２０６に搬送される。また、前記気体流は、加熱手段２０５により加熱されており、第一原料液３００の飛行を案内しつつ、第一原料液３００に熱を与えて溶媒の蒸発を促進している。
【００４９】
ここで、案内体２０６の端部に配置される隙間２０８からは空気が流入しているため、ナノファイバ３０１は、案内体２０６の軸心方向に押し付けられながら搬送される（搬送工程）。従って、ナノファイバ３０１は案内体２０６の内壁に付着することなく案内体２０６の軸心に沿って案内される。
【００５０】
この状態において、案内体２０６の開口部に配置されている誘引電極１１２は、ナノファイバ３０１の帯電極性とは逆極性に帯電しているため、ナノファイバ３０１を引きつける。さらに、吸引手段１０２により気体流を吸引するため、ナノファイバ３０１は、堆積対象部材１０１上に誘引され堆積していく（誘引工程、堆積工程）。そして、堆積対象部材１０１上に堆積体１４２が形成される。
【００５１】
ここで、ナノファイバ３０１や多孔質部材１４４を構成する高分子物質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、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を例示できる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。
【００５２】
ただし、ナノファイバ３０１を構成する高分子物質と多孔質部材１４４を構成する高分子物質とは異なる。具体的には、ナノファイバ３０１を構成する高分子物質を溶解することができる溶液がＡである場合、多孔質部材１４４を構成する高分子物質は、溶液Ａに対しては難溶、または、溶解しない性質を備える必要がある。
【００５３】
第一原料液３００に使用される溶媒や第二原料液３１０に使用される溶媒、除去手段１３０に用いられる溶液としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、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、水等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記溶媒に限定されるものではない。
【００５４】
次に、堆積体１４２に第二原料液３１０を含浸させる（含浸工程）。本実施の形態の場合、含浸工程は、堆積体１４２に対し、含浸手段１２０を用い第二原料液３１０を塗布することにより、第二原料液３１０を堆積体１４２に含浸させる。この段階で、下地１４１と含浸した第二原料液３１０は一体となる。
【００５５】
なお、図４に示すように、堆積体１４２を第二原料液３１０に浸漬することにより、第二原料液３１０を堆積体１４２に含浸させるものでも良い。
【００５６】
次に、含浸させた第二原料液３１０を固化させ中間部材１４３を形成する（固化工程）。第二原料液３１０は、放置により固化させてもかまわないが、本実施の形態の場合、固化手段１２２により第二原料液３１０を強制的に固化し、中間部材１４３を形成している。
【００５７】
ここで、固化手段１２２とは、例えば、熱風を照射して第二原料液３１０を固化させるドライヤーや、赤外線などの光を当てて第二原料液３１０を固化させるもの、電気ヒータなどにより加熱して固化させるものなどを例示することができる。
【００５８】
次に中間部材１４３から、堆積体１４２を除去する（除去工程）。すなわち、中間部材１４３からナノファイバ３０１を除去する。本実施の形態の場合、中間部材１４３をヒータにより温度が調整された溶媒に浸漬し、超音波発生装置１３２により中間部材１４３に超音波を付加することで中間部材１４３から、堆積体１４２を除去している。
【００５９】
以上により、多孔質部材１４４が製造される。この多孔質部材１４４は、ナノファイバ３０１が三次元的に絡まって形成される堆積体１４２に、第二原料液３１０が含浸され固化して中間部材１４３が形成され、当該中間部材１４３から堆積体１４２が除去されて製造されるものである。従って、多孔質部材１４４は、孔径がナノオーダーでかつ三次元的に絡まった状態の孔が形成されている。また、当該孔は連続しており、多孔質部材１４４は連続多孔質となっている。
【００６０】
次に、他の堆積工程を説明する。
図５は、他の堆積工程に用いられる放出手段と、誘引手段（帯電手段）と、堆積対象部材とを示す斜視図である。
【００６１】
放出手段２００を構成する流出手段２０１は、固定された複数本のノズルが斜めに並んで配置された流出体２１１を備えている。前記ノズルは第一原料液３００が供給される供給路２１７に接続され、圧力により第一原料液３００を噴射することができるものである。また、流出体２１１は、導電体で形成されており、接地されている。従って、流出体２１１は、帯電手段２０２としても機能している。
【００６２】
以下、誘引手段１１０として装置の態様を説明するが、本実施の形態の場合、下記装置は同時に帯電手段２０２としても機能するものである。
【００６３】
誘引手段１１０は、円周上に配置された複数の導電円筒１１７と、誘引電極１１２とを備えている。
【００６４】
導電円筒１１７は、軸心を中心として自転自在で有ると共に、配置された円周上を公転可能となっている。なお、導電円筒１１７の公転は、図示しない駆動源により行われる。
【００６５】
誘引電極１１２は、流出体２１１と対向する位置に配置されており、導電円筒１１７の内側から導電円筒１１７に接触するように配置されている。このように、誘引電極１１２と接触する導電円筒１１７は、公転により流出体２１１と対向する位置に部分のみ誘引電極１１２として機能する。従って、回転体の径が大きな場合であっても不必要な部分に電場が形成されることが回避され、必要な部分にナノファイバ３０１を誘引することが可能となる。
【００６６】
また、誘引電極１１２とこれに接触する導電円筒１１７は、誘導電極２２１としても機能している。つまり、接地電位である流出体２１１と、誘引電極１１２等との間には誘引電源１１３（誘導電源２２２）により高電圧が印加される。従って、流出体２１１には電荷が誘導され、当該電荷により第一原料液３００が帯電する。
【００６７】
堆積対象部材１０１は、導電円筒１１７が配置される円周上に配置されており、導電円筒１１７の公転に従って堆積対象部材１０１も公転するものとなっている。また、堆積対象部材１０１は、導電円筒１１７が配置される円周の内方に配置され、導電円筒１１７の公転と同期し、導電円筒１１７の公転軸と同じ位置を軸として公転する供給ロール１１８から供給され、同様に公転する回収ロール１１９で回収されるものとなっている。
【００６８】
以上により、堆積対象部材１０１を高速で公転させることが可能となる。
堆積工程においては、導電円筒１１７と堆積対象部材１０１とを高速に公転させることで、ナノファイバ３０１の到達速度と同等、またはそれ以上の速さで堆積対象部材１０１を移動させる。このような状態でナノファイバ３０１を堆積させることによって、図６に示すように、公転方向（図中矢印）に沿ってナノファイバ３０１が堆積し、配向性を備える堆積体１４２を製造することが可能となる。
【００６９】
ここで、ナノファイバ３０１の到達速度とは、空間中で製造されたナノファイバ３０１が、堆積対象部材１０１に到達する単位時間当たりの長さである。例えば、１０ｃｍの長さのナノファイバ３０１が堆積対象部材１０１に対し垂直に飛行してきた場合において、ナノファイバ３０１の一端が堆積対象部材１０１に到達してから、ナノファイバ３０１の他端が到達するまでの時間が１秒であった場合、到達速度は秒速１０ｃｍとなる。
【００７０】
そして、当該堆積体１４２に第二原料液３１０を含浸させ、第二原料液３１０を固化させて中間部材１４３を製造した後、堆積体１４２を除去すれば、同一方向に沿って配置される孔を備えた多孔質部材１４４を製造することが可能となる。
【００７１】
なお、図６は、配向性を備えた堆積体１４２を模式的に示した図であり、実際の状態を示すものではない。
【実施例】
【００７２】
次に、本願発明の実施例を説明する。
以下の実験を行った。
【００７３】
第一原料液は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）の１０重量％水溶液とした。
第二原料液は、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）を溶媒であるメチルエチルケトンで溶解させて５％溶液とした。
【００７４】
前記第一原料液を６０ｋＶの電圧で帯電させ、モータ２１３を１５００ｒｐｍで回転させ孔径０．３mmの流出孔から遠心力で流出させてナノファイバを製造した。
【００７５】
上記ナノファイバを５分間堆積させて、厚さ２０μｍのシート状の堆積体を製造した。ナノファイバの繊維径は５００nm〜１５００nmであった。
【００７６】
その後、前記堆積体に第二原料液を含浸させて、中間部材を製造した。
最後に、中間部材を水中に浸漬し、１８０分間超音波を付加した。
【００７７】
その結果、図７に示す多孔質部材が製造された。
多孔質部材の孔及び溝の径は４００nm〜１０００nmであった。
【００７８】
また、図７に示すように、孔は長孔であり、三次元的に絡まり合って相互に連通している状態であった。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本願発明は、フィルターや触媒用担持体など多孔質部材の製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本願発明の実施の形態である多孔質部材製造装置を模式的に示す断面図である。
【図２】放出手段を示す断面図である。
【図３】放出手段を示す斜視図である。
【図４】本願発明の他の実施の形態である多孔質部材製造装置を模式的に示す断面図である。
【図５】、他の堆積工程に用いられる放出手段と、誘引手段（帯電手段）と、堆積対象部材とを示す斜視図である。
【図６】配向性のある堆積体を示す斜視図である。
【図７】多孔質部材の断面を斜視的に示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００８１】
１００ 多孔質部材製造装置
１０１ 堆積対象部材
１０２ 吸引手段
１１０ 誘引手段
１１２ 誘引電極
１１３ 誘引電源
１１７ 導電円筒
１１８ 供給ロール
１１９ 回収ロール
１２０ 含浸手段
１２１ 塗布装置
１２２ 固化手段
１３０ 除去手段
１３１ 貯留槽
１３２ 超音波発生装置
１３３ ローラ
１４１ 下地
１４２ 堆積体
１４３ 中間部材
１４４ 多孔質部材
２００ 放出手段
２０１ 流出手段
２０２ 帯電手段
２０３ 気体流発生手段
２０４ 気体流制御手段
２０５ 加熱手段
２０６ 案内体
２０８ 隙間
２０９ 風洞体
２１１ 流出体
２１２ 回転軸体
２１３ モータ
２１５ ベアリング
２１６ 流出孔
２１７ 供給路
２２１ 誘導電極
２２２ 誘導電源
２２３ 接地手段
３００ 第一原料液
３０１ ナノファイバ
３１０ 第二原料液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノファイバの原料となる第一原料液を空間中に流出させる流出工程と、
前記第一原料液を帯電させる帯電工程と、
前記原料液が静電爆発することにより製造されるナノファイバを所定の場所に誘引す誘引工程と、
前記誘引工程により誘引されるナノファイバを受け止めて堆積対象部材に堆積させ、堆積体を形成する堆積工程と、
形成された前記堆積体に多孔質部材の原料となる第二原料液を含浸させる含浸工程と、
前記堆積体に含浸された第二原料液を固化させて中間部材を形成する固化工程と、
前記中間部材から前記堆積体を溶媒で溶解して除去する除去工程と
を含む多孔質部材製造方法。
【請求項２】
さらに、
ナノファイバが堆積する前の前記堆積対象部材表面に、第二原料液を塗布する塗布工程を含む請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項３】
前記除去工程において、中間部材を溶媒に浸漬し、超音波で前記堆積体の溶解を促進させる請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項４】
前記含浸工程において、第二原料液を前記堆積体に塗布することにより前記堆積体に第二原料液を含浸させる請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項５】
前記含浸工程において、第二原料液を溶融温度以上、ガラス転移温度以下に加熱し、第二原料液に前記堆積体を浸漬することにより前記堆積体に第二原料液を含浸させる請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項６】
前記堆積工程において、前記ナノファイバが前記堆積対象部材に到達する到達速度と同等、または、それ以上の速度で前記堆積対象部材を移動させる請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項７】
ナノファイバの原料となる第一原料液を空間中に流出させる流出手段と、
前記第一原料液を帯電させる帯電手段と、
前記原料液が静電爆発することにより製造されるナノファイバを所定の場所に誘引する誘引手段と、
前記誘引手段により誘引されるナノファイバを受け止めて堆積させ、堆積体を形成させる堆積対象部材と、
形成された前記堆積体に多孔質部材の原料となる第二原料液を含浸させる含浸手段と、
前記中間部材から前記堆積体を溶媒で溶解して除去する除去手段と
を含む多孔質部材製造装置。
【請求項１】
ナノファイバの原料となる第一原料液を空間中に流出させる流出工程と、
前記第一原料液を帯電させる帯電工程と、
前記原料液が静電爆発することにより製造されるナノファイバを所定の場所に誘引す誘引工程と、
前記誘引工程により誘引されるナノファイバを受け止めて堆積対象部材に堆積させ、堆積体を形成する堆積工程と、
形成された前記堆積体に多孔質部材の原料となる第二原料液を含浸させる含浸工程と、
前記堆積体に含浸された第二原料液を固化させて中間部材を形成する固化工程と、
前記中間部材から前記堆積体を溶媒で溶解して除去する除去工程と
を含む多孔質部材製造方法。
【請求項２】
さらに、
ナノファイバが堆積する前の前記堆積対象部材表面に、第二原料液を塗布する塗布工程を含む請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項３】
前記除去工程において、中間部材を溶媒に浸漬し、超音波で前記堆積体の溶解を促進させる請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項４】
前記含浸工程において、第二原料液を前記堆積体に塗布することにより前記堆積体に第二原料液を含浸させる請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項５】
前記含浸工程において、第二原料液を溶融温度以上、ガラス転移温度以下に加熱し、第二原料液に前記堆積体を浸漬することにより前記堆積体に第二原料液を含浸させる請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項６】
前記堆積工程において、前記ナノファイバが前記堆積対象部材に到達する到達速度と同等、または、それ以上の速度で前記堆積対象部材を移動させる請求項１に記載の多孔質部材製造方法。
【請求項７】
ナノファイバの原料となる第一原料液を空間中に流出させる流出手段と、
前記第一原料液を帯電させる帯電手段と、
前記原料液が静電爆発することにより製造されるナノファイバを所定の場所に誘引する誘引手段と、
前記誘引手段により誘引されるナノファイバを受け止めて堆積させ、堆積体を形成させる堆積対象部材と、
形成された前記堆積体に多孔質部材の原料となる第二原料液を含浸させる含浸手段と、
前記中間部材から前記堆積体を溶媒で溶解して除去する除去手段と
を含む多孔質部材製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１３６１２（Ｐ２０１０−１３６１２Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７７２５２（Ｐ２００８−１７７２５２）
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「革新的部材産業創出プログラム／新産業創造高度部材基盤技術開発／先端機能発現型新構造繊維部材基盤技術の開発」にかかる委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「革新的部材産業創出プログラム／新産業創造高度部材基盤技術開発／先端機能発現型新構造繊維部材基盤技術の開発」にかかる委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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