電界紡糸装置及びナノ繊維製造装置
【課題】ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする場合であっても、均一な品質を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能な電界紡糸装置を提供する。
【解決手段】コレクター１５０と、ノズルブロック１１０と、正電極がコレクター１５０に接続され、負電極がノズルブロック１１０に接続されるとともに当該負電極の電位が接地電位に落とされた電源装置１６０とを備える電界紡糸装置２０であって、コレクター１５０を取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト１７２及び当該補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置１７４を有する補助ベルト装置１７０をさらに備える電界紡糸装置。
【解決手段】コレクター１５０と、ノズルブロック１１０と、正電極がコレクター１５０に接続され、負電極がノズルブロック１１０に接続されるとともに当該負電極の電位が接地電位に落とされた電源装置１６０とを備える電界紡糸装置２０であって、コレクター１５０を取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト１７２及び当該補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置１７４を有する補助ベルト装置１７０をさらに備える電界紡糸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界紡糸装置及びナノ繊維製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする電界紡糸装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１１は、特許文献１に記載された電界紡糸装置９００を説明するために示す図である。特許文献１に記載された電界紡糸装置９００は、図１１に示すように、ポリマー溶液を貯蔵する原料タンク９０１と、ポリマー溶液を吐出する紡糸ノズル９０４及びガス流れを形成するガスノズル９０６を有するノズルブロック９０２と、導電性要素からなるコレクター９２０と、長尺シート９１８を搬送するための繰り出しローラー９２４及び巻き取りローラー９２６とを備える。なお、図１１中、符号９１２は吸引ブロアを示し、符号９１４はガス収集管を示し、符号９２２は支持部材を示す。
【０００４】
特許文献１に記載された電界紡糸装置９００においては、コレクター９２０に負の高電圧を印加するとともにノズルブロック９０２を接地した状態で紡糸ノズル９０４からポリマー溶液を吐出することにより、搬送されていく長尺シート上にナノ繊維を電界紡糸する。
【０００５】
特許文献１に記載された電界紡糸装置９００によれば、ノズルブロック９０２をはじめとして「紡糸ノズル９０４から吐出される前のポリマー溶液」、「ポリマー溶液を貯蔵する原料タンク９０１」、「ポリマー溶液を原料タンク９０１からノズルブロック９０２まで移送するポリマー溶液移送機構（例えば、配管や送りポンプなど。）」のすべてが接地電位となるため、原料タンク９０１やポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンク９０１やポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にすることに起因して電界紡糸装置の機構が複雑化することがなくなる。
【０００６】
また、特許文献１に記載された電界紡糸装置９００によれば、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクター９２０に高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルブロック９０２を接地した状態で電界紡糸するため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５０６８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された電界紡糸装置９００においては、コレクターに高電圧が印加されていることから、コレクターと長尺シートとの間に大きな静電引力が発生し、これに起因して長尺シートがコレクターに引き寄せられて、長尺シートの円滑な搬送が妨げられる場合がある。その結果、長時間にわたってナノ繊維を均一な条件で電界紡糸することが困難となったり、ひどいときには電界紡糸装置の運転自体を停止しなければならなくなったりしてしまい、均一な品質（例えば、ナノ繊維の平均直径、ナノ繊維の直径分布、ナノ繊維の堆積量、ナノ繊維層の目付、ナノ繊維層の厚さ、ナノ繊維層の通気度など。）を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが困難となる。
【０００９】
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、ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする場合であっても、均一な品質を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能な電界紡糸装置及び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】
【００１０】
［１］本発明の電界紡糸装置は、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を有するノズルブロックと、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であって、正電極及び負電極のうち一方の電極が前記コレクターに接続され、正電極及び負電極のうち他方の電極が前記ノズルブロックに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置とを備え、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電界紡糸する電界紡糸装置であって、前記コレクターを取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト及び当該補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電界紡糸装置によれば、一方の電極がコレクターに接続され、他方の電極がノズルブロックに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置を備えるため、ノズルブロックをはじめとして「紡糸ノズルから吐出される前のポリマー溶液」、「ポリマー溶液を貯蔵する原料タンク」、「ポリマー溶液を原料タンクからノズルまで移送するポリマー溶液移送機構（例えば、配管や送りポンプなど。）」のすべてが接地電位となるため、特許文献１に記載された電界紡糸装置の場合と同様に、原料タンクやポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンクやポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にすることに起因して電界紡糸装置の機構が複雑化することがなくなる。
【００１２】
また、本発明の電界紡糸装置によれば、一方の電極がコレクターに接続され、他方の電極がノズルブロックに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置を備えるため、特許文献１に記載された電界紡糸装置の場合と同様に、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクターに高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルブロックを接地した状態で電界紡糸するため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電界紡糸装置によれば、コレクターを取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト及び当該補助ベルトを長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置をさらに備えるため、コレクターと長尺シートとの間に大きな静電引力が発生したとしても、長尺シートとコレクターとの間に補助ベルトが存在するため、長尺シートがコレクターに引き寄せられたり、長尺シートの円滑な搬送が妨げられたりすることがなくなる。その結果、ナノ繊維を均一な条件で電界紡糸することが可能となることはもちろん、電界紡糸装置の運転自体を停止することもなくなり、均一な品質（例えば、ナノ繊維の平均直径、ナノ繊維の直径分布、ナノ繊維の堆積量、ナノ繊維不織布の厚さ、ナノ繊維不織布の通気度など。）を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能となる。
【００１４】
なお、本発明の電界紡糸装置においては、補助ベルトが長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転するため、補助ベルトの存在に起因して長尺シートの搬送状態に悪影響を与えてしまうこともない。また、本発明の電界紡糸装置においては、補助ベルトが絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなるため、コレクターとノズルブロックとの間に形成される電界分布に大きな影響を与えることもない。
【００１５】
本発明の電界紡糸装置においては、補助ベルトは、０．７ｍｍ〜１０．０ｍｍの厚さを有するポリマー基材からなることが好ましい。ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリアセチレン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ナイロンなどのポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、非晶ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマーなどを好ましく用いることができる。補助ベルトには、０．００１ｍｍ２〜１．０ｍｍ２の面積をもつ複数の孔が形成されていることが好ましい。
【００１６】
［２］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト駆動装置は、前記補助ベルトを掛け回す複数の補助ベルト用ローラーと、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも１つの補助ベルト用ローラーを回転させる駆動モーターとを有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、補助ベルトを長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で確実に回転させることができるようになる。
【００１８】
［３］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト駆動装置は、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち１つの補助ベルト用ローラーについて、当該補助ベルト用ローラーの一方の端部における、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った当該補助ベルト用ローラーの位置を制御することにより、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御する補助ベルト位置制御装置をさらに有することが好ましい。
【００１９】
このような構成とすることにより、当該補助ベルト用ローラーの傾きを適宜制御することが可能となり、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置を長時間にわたって精度良く制御することが可能となる。
【００２０】
［４］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト位置制御装置は、前記補助ベルト用ローラーの一方の端部を回転自在に支持する支持軸を両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置と、前記一対のエアースプリング装置の膨らみ量をそれぞれ独立に制御する膨らみ量制御装置とを有することが好ましい。
【００２１】
このような構成とすることにより、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置を円滑に制御することが可能となる。
【００２２】
［５］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト駆動装置は、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を計測する補助ベルト位置計測センサーと、前記補助ベルト位置計測センサーの計測結果に基づいて、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御することが好ましい。
【００２３】
このような構成とすることにより、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置をより一層精度良く制御することが可能となる。
【００２４】
［６］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト駆動装置は、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも１つの補助ベルト用ローラーについて、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った前記補助ベルト用ローラーの位置を制御して前記補助ベルトにかかる張力を制御する張力制御装置をさらに有することが好ましい。
【００２５】
このような構成とすることにより、コレクターと補助ベルトとの間に大きな静電引力が発生したとしても、補助ベルトの張力を当該静電引力に対抗できる程の大きな値に調整することが可能となり、長尺シートがコレクターに引き寄せられることや、長尺シートの円滑な搬送が妨げられることを確実に防止することができるようになる。
【００２６】
［７］本発明の電界紡糸装置においては、前記張力制御装置は、前記補助ベルトを前記複数の補助ベルト用ローラーに掛け回したり前記複数の補助ベルト用ローラーから取り外したりする作業を容易とする位置まで、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った前記補助ベルト用ローラーの位置を制御可能であることが好ましい。
【００２７】
このような構成とすることにより、補助ベルトを複数の補助ベルト用ローラーに掛け回したり複数の補助ベルト用ローラーから取り外したりする作業を容易とすることが可能となる。
【００２８】
［８］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルトの幅は、前記長尺シートの幅に沿った前記コレクターの幅よりも広いことが好ましい。
【００２９】
このような構成とすることにより、長尺シートとコレクターとの間に補助ベルトが確実に存在するようになり、長尺シートがコレクターに引き寄せられたり、長尺シートの円滑な搬送が妨げられたりすることを確実に防止することが可能となる。
【００３０】
［９］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルトの開口率は、１％〜４０％の範囲内にあることが好ましい。
【００３１】
補助ベルトの開口率を１％〜４０％の範囲内にしたのは、補助ベルトの開口率が１％以上である場合には、コレクターとノズルブロックとの間に形成される電界分布に大きな影響を与えないようにすることが可能となるからであり、補助ベルトの開口率が４０％以下である場合には、補助ベルトの機械的強度を大きく低下させないからである。
【００３２】
［１０］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルトは、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの糸を編むことにより作製された網状基材からなることが好ましい。
【００３３】
このような構成とすることにより、補助ベルトが高い機械的強度としなやかさとを兼ね備えたものとなるため、強い張力でかつ円滑に補助ベルトを回転させることが可能となる。
【００３４】
［１１］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルトは、前記網状基材が積層された構造を有することが好ましい。
【００３５】
このような構成とすることにより、より一層高い機械的強度を備えたものとなるため、より一層強い張力で補助ベルトを回転させることが可能となる。
この場合、補助ベルトとして、異なる材料の網状基材が積層された構造のものを用いることがより好ましい。この場合には、より一層高い機械的強度を備えるとともに耐久性に優れた補助ベルトとすることができる。例えば、長尺シート側の面に滑らかな素材を使用するとともに、コレクター側の面に高い機械的強度を有する素材を使用することも可能となる。網状基材が積層された構造としては、２層構造、３層構造、４層構造・・・の他、２．５層構造を用いることもできる。ここで、「２．５層構造」とは、２層構造のうち一方の層における糸の密度を他方の層における糸の密度よりも高くすることにより、質量を重くすることなく平滑性及び耐摩耗性を向上させたものである。
【００３６】
［１２］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電界紡糸装置とを備えるナノ繊維製造装置であって、前記電界紡糸装置は、本発明の電界紡糸装置であることを特徴とする。
【００３７】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、本発明の電界紡糸装置を備えるため、ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする場合であっても、均一な品質を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能となる。
【００３８】
［１３］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記電界紡糸装置として、前記長尺シートの搬送方向に沿って直列に配置された複数の電界紡糸装置を備えることが好ましい。
【００３９】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、複数の電界紡糸装置を備えるため、当該複数の電界紡糸装置を用いてナノ繊維を製造することが可能となり、より一層高い生産性でナノ繊維を大量生産することが可能となる。
【００４０】
［１４］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記補助ベルト装置は、前記複数の電界紡糸装置のうち「２つ」〜「全部」の前記コレクターを取り囲むように配設された１又は複数の補助ベルト及び当該１又は複数の補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置であることが好ましい。
【００４１】
このような構成とすることにより、補助ベルト駆動装置の数を減らすことが可能となる。例えば、ナノ繊維製造装置が８台の電界紡糸装置を備える場合には、２台の電界紡糸装置毎に１台の補助ベルト装置を配設しても良いし、４台の電界紡糸装置毎に１台の補助ベルト装置を配設しても良いし、８台の電界紡糸装置に１台の補助ベルト装置を配設しても良い。
【００４２】
本発明の電界紡糸装置によれば、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】
【００４３】
【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の要部拡大図である。
【図３】補助ベルト１７２を説明するために示す図である。
【図４】補助ベルト位置制御装置１７４の動作を説明するために示す図である。
【図５】補助ベルト位置制御装置１７４の動作を説明するために示す図である。
【図６】張力制御装置１７８の動作を説明するために示す図である。
【図７】補助ベルト装置の変形例を説明するための図である。
【図８】補助ベルト位置制御装置の変形例を説明するための図である。
【図９】補助ベルト位置計測センサーの変形例を説明するための図である。
【図１０】電界紡糸装置２０ａの要部正面図である。
【図１１】特許文献１に記載された電界紡糸装置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】
【００４４】
以下、本発明の電界紡糸装置及びナノ繊維製造装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００４５】
［実施形態］
１．実施形態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。図２は、電界紡糸装置２０の要部拡大図である。図２（ａ）は電界紡糸装置２０の要部正面図であり、図２（ｂ）は補助ベルト装置１７０を長尺シートの搬送方向側から見た図である。図３は、補助ベルト１７２を説明するために示す図である。図３（ａ）は補助ベルト１７２の平面拡大図であり、図３（ｂ）は補助ベルト１７２の断面拡大図である。なお、図１及び図２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。また、図３においては、縦糸及び横糸にはハッチングを施している。
【００４６】
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を所定の搬送速度Ｖで搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０により長尺シート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、後述する不活性ガス供給装置（図示せず）、ポリマー供給装置（図示せず）及びポリマー回収装置（図示せず）」を制御する主制御装置６０とを備える。
【００４７】
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。
【００４８】
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１０２に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置とをさらに備える。
【００４９】
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。
【００５０】
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、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。
【００５１】
ノズルブロック１１０は、図２に示すように、複数のノズル１１２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。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。本発明の電界紡糸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。
【００５２】
電源装置１６０は、電流供給部１６４と、電流供給部１６４からの電流を計測する電流計測部１６６と、電流供給部１６４の動作を制御するとともに電流計測部１６６からの計測結果を処理する制御部１６２とを備える。そして、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。
【００５３】
補助ベルト装置１７０は、図２に示すように、コレクター１５０を取り囲む位置に回転自在に配置された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト１７２と、補助ベルト１７２を長尺シートＷに対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置１７１とを備える。
【００５４】
補助ベルト１７２は、図２又は図３に示すように、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの糸を編むことにより作製された網状基材が積層された構造を有し、開口率は、１％〜４０％の範囲内にあるエンドレスベルトであり、幅は、長尺シートＷの幅に沿ったコレクター１５０の幅よりも広い。具体的には、例えば、直径０．２７ｍｍ及び０．１８ｍｍのポリエチレンの糸が交互に配列した１層目と、直径０．３５ｍｍのポリアセチレンの糸と０．３５ｍｍのポリエチレンが交互に配列された２層目とを直径０．２５ｍｍのポリエチレンの糸の縦糸で編むことにより作製された網状基材であり（図３（ａ）参照。）、当該網状素材が積層された「２．５層」構造を有する（図３（ｂ）参照。）ベルトを用いることができる。また、補助ベルト１７２の幅は２ｍで、複数の孔があり、開口率は４％であり、補助ベルトの１周は、コレクター１５０の長さなどにもよるが、例えば、６ｍのものを使用できる。
【００５５】
補助ベルト駆動装置１７１は、図２に示すように、補助ベルトを掛け回す５つの補助ベルト用ローラー１７３ａ，１７３ｂ，１７３ｃ，１７３ｄ，１７３ｅ（以下、１７３と記載することもある。）と、補助ベルト用ローラー１７３を回転させる駆動モーター（図示せず。）と、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を制御する補助ベルト位置制御装置１７４と、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を計測する補助ベルト位置計測センサー１７５と、補助ベルト１７２にかかる張力を制御する張力制御装置１７８とを有する。
【００５６】
補助ベルト１７２を掛け回す補助ベルト用ローラー１７３は、それぞれ幅方向に２．２ｍの長さを持つ。補助ベルト用ローラー１７３ａは、補助ベルト位置制御装置１７４からの信号を受信し、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部における、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ａの位置を制御する。補助ベルト用ローラー１７３ｃは、張力制御装置１７８からの信号を受信し、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ｃの位置を制御する。補助ベルト用ローラー１７３ｄは、図示しない駆動モーター１７６により回転する。つまり、補助ベルト用ローラー１７３ｄは駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーは従動ローラーであるということになる。なお、本発明の電界紡糸装置においては、駆動ローラーが２つ以上あってもよい。
【００５７】
補助ベルト位置制御装置１７４は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部に取り付けられた回転自在に支持する支持軸を上下両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置１７６と、一対のエアースプリング装置の膨らみ量をそれぞれ独立に制御する膨らみ量制御装置１７７とを有する。
【００５８】
膨らみ量制御装置１７７は、補助ベルト位置計測センサー１７５の計測結果に基づいて、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を上下に動かすことにより傾け、補助ベルトが長尺シートＷの幅方向に沿った所定の位置となるように一対のエアースプリング装置１７６の膨らみ量を制御する信号を送信する。
【００５９】
一対のエアースプリング装置１７６は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を上下に動かすことにより、補助ベルト用ローラー１７３ａを傾けることができる。例えば、下側のエアースプリング装置を膨らませるとともに上側のエアースプリング装置を萎ませることにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を上下に動かして、補助ベルト用ローラー１７３ａを傾けることができる。また、下側のエアースプリング装置を萎ませ、上側のエアースプリング装置を膨らませることにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの支持軸側を下に動かすことにより傾けることもできる。一対のエアースプリング装置１７６としては一般的なエアースプリング装置を用いることができる。
【００６０】
補助ベルト位置計測センサー１７５は、補助ベルト１７２の幅方向に沿った補助ベルトの位置を計測する位置センサーであり、計測結果を補助ベルト位置制御装置１７４に送る。位置センサーとしてはカメラを用いることができる。
【００６１】
張力制御装置１７８は、補助ベルトにかかる張力を計測し、補助ベルト用ローラー１７３ｃを空気圧等によって移動させることにより、補助ベルト１７２にかかる張力を制御する。また、補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３に掛け回したり取り外したりする作業の際にも使用される。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
通気度計測装置４０は、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。
【００６５】
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、ＶＯＣ処理装置７０、不活性ガス供給装置、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置を制御する。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
図４は、補助ベルト位置制御装置１７４を説明するために示す図である。図５は、補助ベルト位置制御装置１７４の動作を説明するために示す図である。図５（ａ）〜図５（ｅ）は各工程図である。図６は、張力制御装置１７８を説明するために示す図である。図６（ａ）は補助ベルト１７２にかかる張力を制御する作業を行う際の張力制御装置１７８にの動作を説明するために示す図である。図６（ｂ）は補助ベルト１７２を補助ベルト用ローラーから取り外す作業を行う際の張力制御装置１７８の動作を説明するために示す図である。なお、図４〜図６において、図面の簡素化のため、補助ベルト１７２と補助ベルト用ローラー１７３以外の部分を省略している。
【００６９】
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。
【００７０】
このとき、補助ベルト装置１７０は、補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させる。それと並行して、補助ベルト位置計測センサー１７５により、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を計測し、さらに、張力制御装置１７８により、補助ベルト１７２にかかる張力を計測する。
【００７１】
このとき、補助ベルト位置計測センサー１７５による計測により、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置が所定の位置からずれを生じたときには、補助ベルト位置制御装置１７４は、図４に示すように、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を上下に動かすことにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を所定の位置となるように制御をする。
【００７２】
例えば、補助ベルトが紙面の左側に偏ってきたとする（図５（ａ）〜図５（ｂ）参照。）。この場合、補助ベルト位置計測センサー１７５による計測結果が補助ベルト位置制御装置１７４へ送信されると、補助ベルト位置制御装置１７４は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部（今回の場合は右端部）を下方に動かす変位量を算出し、算出された変位量に基づき、一対のエアースプリング装置１７６の膨らみ量を算出して、当該一対のエアースプリング装置１７６を制御する（図５（ｃ））。その結果、補助ベルト１７２は紙面の右方向に移動し（図５（ｄ））、最終的には正しい位置に戻る（図５（ｅ））。
【００７３】
また、張力制御装置１７９により、補助ベルト１７２にかかる張力が所定値よりも低くなったことを検知したときには、図６（ａ）に示すように、空気圧によって補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿って補助ベルト用ローラー１７３ｃの位置を移動させる。これにより、補助ベルトの張力は所定値にまで戻る。
【００７４】
また、図６（ｂ）に示すように、（電界紡糸を開始するとき）補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３に掛け回したり（電界紡糸を終了したとき）補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３から取り外したりする作業を行う際には、当該作業を容易とする位置まで補助ベルト用ローラー１７３ｃを（補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿って）移動させて、当該作業を容易化することができる。
【００７５】
主制御装置６０は、通気度計測部４０により計測された通気度又は平均通気度に基づいて搬送装置１０が搬送する長尺シートＷの搬送速度を制御する。例えば、計測された通気度が所定の通気度よりも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。また、計測された通気度が所定の通気度よりも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減少させることにより通気度を大きくする。このとき、主制御装置６０は、長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で補助ベルト１７２を回転させるように、補助ベルト駆動装置１７１を制御する。
【００７６】
また、主制御装置６０は、例えば、コレクター１５０とノズルブロック１１０との間に３５ｋＶの電圧を印加した状態で電界紡糸を行っているとき、例えば０．２４ｍＡよりも大きい電流が複数の電源装置１６０のうち１又は複数の電源装置１６０から供給されていることを検知したときには、当該１又は複数の電源装置１６０に対して電流供給を停止させる電流供給停止信号を送信する。
【００７７】
また、主制御装置６０は、例えば０．１８ｍＡよりも小さい電流が複数の電源装置１６０のうち１又は複数の電源装置１６０から供給されていることを検知したときには、当該１又は複数の電源装置１６０が異常状態である旨の警告信号（警告音を出させる信号又は警告表示を出させる信号）を出す。
【００７８】
また、主制御装置６０は、当該１又は複数の電源装置１６０に対して電流供給を停止させる電流供給停止信号を送信するときには、長尺シートＷに堆積する単位面積当たりのナノ繊維の累積堆積量を所定の範囲内に収めるために搬送装置１０に対して搬送速度を減速させる搬送速度減速信号を送信する。
【００７９】
このとき、主制御装置６０は、搬送速度を減速させる前の第１期間に電流供給を行っていた電源装置１６０の台数をｎ台とし、搬送速度を減速させた後の第２期間に電力供給を行なう電源装置１６０の台数をｍ台としたとき、第２期間における搬送速度を第１期間における搬送速度の「ｍ／ｎ」倍に制御する。その後、主制御装置６０は、通気度計測装置４０により計測された通気度に基づいて搬送速度をさらに細かく制御する。さらに、主制御装置６０は、補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させるように、補助ベルト駆動装置１７１を制御する。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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（実施形態における電界紡糸装置２０においては５０ｋＶ付近が好ましい。）に設定することができる。
【００８６】
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。
【００８７】
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
実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、一方の電極がコレクター１５０に接続され、他方の電極がノズルブロック１１０に接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置１６０を備えるため、ノズルブロック１１０をはじめとして「紡糸ノズル１１２から吐出される前のポリマー溶液」、「ポリマー溶液を貯蔵する原料タンク」、「ポリマー溶液を原料タンクからノズル１１２まで移送するポリマー溶液移送機構（例えば、配管や送りポンプなど。）」のすべてが接地電位となるため、特許文献１に記載された電界紡糸装置の場合と同様に、原料タンクやポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンクやポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にすることに起因して電界紡糸装置の機構が複雑化することがなくなる。
【００８８】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、一方の電極がコレクター１５０に接続され、他方の電極がノズルブロック１１０に接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置１６０を備えるため、特許文献１に記載された電界紡糸装置の場合と同様に、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクター１５０に高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルブロック１１０を接地した状態で電界紡糸するため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
【００８９】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、コレクター１５０を取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト１７２及び補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置１７１を有する補助ベルト装置１７０をさらに備えるため、コレクター１５０と長尺シートＷとの間に大きな静電引力が発生したとしても、長尺シートＷとコレクター１５０との間に補助ベルト１７２が存在するため、長尺シートＷがコレクター１５０に引き寄せられたり、長尺シートＷの円滑な搬送が妨げられたりすることがなくなる。その結果、ナノ繊維を均一な条件で電界紡糸することが可能となることはもちろん、電界紡糸装置１の運転自体を停止することもなくなり、均一な品質（例えば、ナノ繊維の平均直径、ナノ繊維の直径分布、ナノ繊維の堆積量、ナノ繊維不織布の厚さ、ナノ繊維不織布の通気度など。）を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能となる。
【００９０】
なお、実施形態に係る電界紡糸装置２０においては、補助ベルト１７２が長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転するため、補助ベルト１７２の存在に起因して長尺シートＷの搬送状態に悪影響を与えてしまうこともない。また、本発明の電界紡糸装置２０においては、補助ベルト１７２が絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなるため、コレクター１５０とノズルブロック１１０との間に形成される電界分布に大きな影響を与えることもない。
【００９１】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト駆動装置１７１は、補助ベルト１７２を掛け回す複数の補助ベルト用ローラー１７３と、補助ベルト用ローラー１７３ｃを回転させる駆動モーター１７６とを有するため、補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で確実に回転させることができるようになる。
【００９２】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト駆動装置１７１は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部における、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ａの位置を制御することにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を制御する補助ベルト位置制御装置１７４を有するため、当該補助ベルト用ローラー１７３ａの傾きを適宜制御することが可能となり、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を長時間にわたって精度良く制御することが可能となる。
【００９３】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト位置制御装置１７４は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を回転自在に支持する支持軸を両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置１７６と、一対のエアースプリング装置１７６の膨らみ量をそれぞれ独立に制御する膨らみ量制御装置１８２とを有するため、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置を円滑に制御することが可能となる。
【００９４】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト駆動装置１７１は、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を計測する補助ベルト位置計測センサー１７５をさらに有し、補助ベルト位置計測センサー１７５の計測結果に基づいて、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を制御するため、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置をより一層精度良く制御することが可能となる。
【００９５】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト駆動装置１７１は、補助ベルト用ローラー１７３ｃについて、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ｃの位置を制御して補助ベルト１７２にかかる張力を制御する張力制御装置１７８をさらに有するため、コレクター１５０と補助ベルト１７２との間に大きな静電引力が発生したとしても、補助ベルト１７２の張力を当該静電引力に対抗できる程の大きな値に調整することが可能となり、長尺シートＷがコレクター１５０に引き寄せられることや、長尺シートＷの円滑な搬送が妨げられることを確実に防止することができるようになる。
【００９６】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、張力制御装置１７８は、補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３に掛け回したり複数の補助ベルト用ローラー１７３から取り外したりする作業を容易とする位置まで、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ｃの位置を制御可能であるため、補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３に掛け回したり複数の補助ベルト用ローラー１７３から取り外したりする作業を容易とすることが可能となる。
【００９７】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト１７２の幅は、長尺シートＷの幅に沿ったコレクター１５０の幅よりも広いため、長尺シートＷとコレクター１５０との間に補助ベルト１７２が確実に存在するようになり、長尺シートＷがコレクター１５０に引き寄せられたり、長尺シートＷの円滑な搬送が妨げられたりすることを確実に防止することが可能となる。
【００９８】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト１７２の開口率は、１％〜４０％の範囲内にある。補助ベルト１７２の開口率を１％〜４０％の範囲内にしたのは、補助ベルト１７２の開口率が１％以上である場合には、コレクター１５０とノズルブロック１１０との間に形成される電界分布に大きな影響を与えないレベルに収めることが可能となるからであり、補助ベルト１７２の開口率が４０％以下である場合には、補助ベルト１７２の機械的強度を大きく低下させないからである。
【００９９】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト１７２は、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの糸を編むことにより作製された網状基材からなるため、補助ベルト１７２が高い機械的強度としなやかさとを兼ね備えたものとなるため、強い張力でかつ円滑に補助ベルト１７２を回転させることが可能となる。
【０１００】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト１７２は、網状基材が積層された構造を有する。その結果、より一層高い機械的強度を備えたものとなるため、より一層強い張力で補助ベルト１７２を回転させることが可能となる。この場合、補助ベルト１７２として、異なる材料の網状基材が積層された構造のものを用いることがより好ましい。この場合には、より一層高い機械的強度を備えるとともに耐久性に優れた補助ベルト１７２とすることができる。例えば、長尺シートＷ側の面に滑らかな素材を使用するとともに、コレクター１５０側の面に高い機械的強度を有する素材を使用することも可能となる。網状基材が積層された構造としては、２層構造、３層構造、４層構造・・・の他、２．５層構造を用いることもできる。ここで、「２．５層構造」とは、２層構造のうち一方の層における糸の密度を他方の層における糸の密度よりも高くすることにより、質量を重くすることなく平滑性及び耐摩耗性を向上させたものである。
【０１０１】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、本発明の電界紡糸装置を備えるため、ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする場合であっても、均一な品質を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能となる。
【０１０２】
また、実施形態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、当該複数の電界紡糸装置２０を用いてナノ繊維を製造することが可能となり、より一層高い生産性でナノ繊維を大量生産することが可能となる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
（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。
【０１０５】
（２）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とともに電界紡糸装置毎に１台の補助ベルト装置を配設したナノ繊維製造装置（図７（ａ）参照。）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。図７は、実施形態における補助ベルト装置１７２の変形例を説明するための図である。補助ベルト装置１７２は、図７に示すように、複数の電界紡糸装置２０のうち「２つ」〜「全部」のコレクター１５０を取り囲むように配設された１又は複数の補助ベルト１７２及び当該１又は複数の補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置１７１を有するナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。このような構成とすることにより、補助ベルト駆動装置１７１の数を減らすことが可能となる。例えば、ナノ繊維製造装置が４台の電界紡糸装置２０を備える場合には、２台の電界紡糸装置毎に１台の補助ベルト装置１７０を配設（図７（ｂ）及び図７（ｃ）参照。）しても良いし、４台の電界紡糸装置２０毎に１台の補助ベルト装置１７０を配設（図７（ｄ）及び図７（ｅ）参照。）しても良い。
【０１０６】
（３）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。
【０１０７】
（４）上記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及び筐体１００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。
【０１０８】
（５）上記実施形態においては、一対のエアースプリング装置として、支持軸を上下両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置１８１を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図８は、補助ベルト位置制御装置の変形例を説明するための図である。例えば、図８に示すように、一対のエアースプリング装置支持軸を左右両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置１７６を用いることもできる。この場合、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を水平方向に動かすことにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を制御することが可能となる。
【０１０９】
（６）上記実施形態においては、位置センサーとして、カメラを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、補助ベルト位置計測センサーの変形例を説明するための図である。例えば、位置センサーとして、図９に示すような、円盤型の位置計測センサーを用いることもできる。また、一般的なレーザー測距装置その他の位置計測センサーを用いることもできる。
【０１１０】
（７）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１０は、電界紡糸装置２０ａの要部正面図である。例えば、図１０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。
【０１１１】
この場合、全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。
【０１１２】
（８）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】
【０１１３】
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、３２…ヒーター、４０…通気度計測装置、６０…主制御装置、７０…ＶＯＣ処理装置、１００…筐体、１０２…電界紡糸室、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、１７１…補助ベルト駆動装置、１７２…補助ベルト、１７３，１７３ａ，１７３ｂ，１７３ｃ，１７３ｄ，１７３ｅ…補助ベルト用ローラー、１７４…補助ベルト位置制御装置、１７５…補助ベルト位置計測センサー、１７６…一対のエアースプリング装置、１７７…膨らみ量制御装置、１７８…張力制御装置、１９０…不活性ガス供給装置、１９２…不活性ガスボンベ、１９４…不活性ガス供給ライン、１９６…開閉バルブ、Ａ…搬送方向、Ｗ…長尺シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界紡糸装置及びナノ繊維製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする電界紡糸装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１１は、特許文献１に記載された電界紡糸装置９００を説明するために示す図である。特許文献１に記載された電界紡糸装置９００は、図１１に示すように、ポリマー溶液を貯蔵する原料タンク９０１と、ポリマー溶液を吐出する紡糸ノズル９０４及びガス流れを形成するガスノズル９０６を有するノズルブロック９０２と、導電性要素からなるコレクター９２０と、長尺シート９１８を搬送するための繰り出しローラー９２４及び巻き取りローラー９２６とを備える。なお、図１１中、符号９１２は吸引ブロアを示し、符号９１４はガス収集管を示し、符号９２２は支持部材を示す。
【０００４】
特許文献１に記載された電界紡糸装置９００においては、コレクター９２０に負の高電圧を印加するとともにノズルブロック９０２を接地した状態で紡糸ノズル９０４からポリマー溶液を吐出することにより、搬送されていく長尺シート上にナノ繊維を電界紡糸する。
【０００５】
特許文献１に記載された電界紡糸装置９００によれば、ノズルブロック９０２をはじめとして「紡糸ノズル９０４から吐出される前のポリマー溶液」、「ポリマー溶液を貯蔵する原料タンク９０１」、「ポリマー溶液を原料タンク９０１からノズルブロック９０２まで移送するポリマー溶液移送機構（例えば、配管や送りポンプなど。）」のすべてが接地電位となるため、原料タンク９０１やポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンク９０１やポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にすることに起因して電界紡糸装置の機構が複雑化することがなくなる。
【０００６】
また、特許文献１に記載された電界紡糸装置９００によれば、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクター９２０に高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルブロック９０２を接地した状態で電界紡糸するため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−５０６８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された電界紡糸装置９００においては、コレクターに高電圧が印加されていることから、コレクターと長尺シートとの間に大きな静電引力が発生し、これに起因して長尺シートがコレクターに引き寄せられて、長尺シートの円滑な搬送が妨げられる場合がある。その結果、長時間にわたってナノ繊維を均一な条件で電界紡糸することが困難となったり、ひどいときには電界紡糸装置の運転自体を停止しなければならなくなったりしてしまい、均一な品質（例えば、ナノ繊維の平均直径、ナノ繊維の直径分布、ナノ繊維の堆積量、ナノ繊維層の目付、ナノ繊維層の厚さ、ナノ繊維層の通気度など。）を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが困難となる。
【０００９】
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、ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする場合であっても、均一な品質を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能な電界紡糸装置及び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】
【００１０】
［１］本発明の電界紡糸装置は、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を有するノズルブロックと、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であって、正電極及び負電極のうち一方の電極が前記コレクターに接続され、正電極及び負電極のうち他方の電極が前記ノズルブロックに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置とを備え、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電界紡糸する電界紡糸装置であって、前記コレクターを取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト及び当該補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の電界紡糸装置によれば、一方の電極がコレクターに接続され、他方の電極がノズルブロックに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置を備えるため、ノズルブロックをはじめとして「紡糸ノズルから吐出される前のポリマー溶液」、「ポリマー溶液を貯蔵する原料タンク」、「ポリマー溶液を原料タンクからノズルまで移送するポリマー溶液移送機構（例えば、配管や送りポンプなど。）」のすべてが接地電位となるため、特許文献１に記載された電界紡糸装置の場合と同様に、原料タンクやポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンクやポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にすることに起因して電界紡糸装置の機構が複雑化することがなくなる。
【００１２】
また、本発明の電界紡糸装置によれば、一方の電極がコレクターに接続され、他方の電極がノズルブロックに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置を備えるため、特許文献１に記載された電界紡糸装置の場合と同様に、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクターに高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルブロックを接地した状態で電界紡糸するため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電界紡糸装置によれば、コレクターを取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト及び当該補助ベルトを長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置をさらに備えるため、コレクターと長尺シートとの間に大きな静電引力が発生したとしても、長尺シートとコレクターとの間に補助ベルトが存在するため、長尺シートがコレクターに引き寄せられたり、長尺シートの円滑な搬送が妨げられたりすることがなくなる。その結果、ナノ繊維を均一な条件で電界紡糸することが可能となることはもちろん、電界紡糸装置の運転自体を停止することもなくなり、均一な品質（例えば、ナノ繊維の平均直径、ナノ繊維の直径分布、ナノ繊維の堆積量、ナノ繊維不織布の厚さ、ナノ繊維不織布の通気度など。）を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能となる。
【００１４】
なお、本発明の電界紡糸装置においては、補助ベルトが長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転するため、補助ベルトの存在に起因して長尺シートの搬送状態に悪影響を与えてしまうこともない。また、本発明の電界紡糸装置においては、補助ベルトが絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなるため、コレクターとノズルブロックとの間に形成される電界分布に大きな影響を与えることもない。
【００１５】
本発明の電界紡糸装置においては、補助ベルトは、０．７ｍｍ〜１０．０ｍｍの厚さを有するポリマー基材からなることが好ましい。ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリアセチレン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ナイロンなどのポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、非晶ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマーなどを好ましく用いることができる。補助ベルトには、０．００１ｍｍ２〜１．０ｍｍ２の面積をもつ複数の孔が形成されていることが好ましい。
【００１６】
［２］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト駆動装置は、前記補助ベルトを掛け回す複数の補助ベルト用ローラーと、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも１つの補助ベルト用ローラーを回転させる駆動モーターとを有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、補助ベルトを長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で確実に回転させることができるようになる。
【００１８】
［３］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト駆動装置は、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち１つの補助ベルト用ローラーについて、当該補助ベルト用ローラーの一方の端部における、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った当該補助ベルト用ローラーの位置を制御することにより、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御する補助ベルト位置制御装置をさらに有することが好ましい。
【００１９】
このような構成とすることにより、当該補助ベルト用ローラーの傾きを適宜制御することが可能となり、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置を長時間にわたって精度良く制御することが可能となる。
【００２０】
［４］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト位置制御装置は、前記補助ベルト用ローラーの一方の端部を回転自在に支持する支持軸を両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置と、前記一対のエアースプリング装置の膨らみ量をそれぞれ独立に制御する膨らみ量制御装置とを有することが好ましい。
【００２１】
このような構成とすることにより、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置を円滑に制御することが可能となる。
【００２２】
［５］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト駆動装置は、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を計測する補助ベルト位置計測センサーと、前記補助ベルト位置計測センサーの計測結果に基づいて、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御することが好ましい。
【００２３】
このような構成とすることにより、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置をより一層精度良く制御することが可能となる。
【００２４】
［６］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルト駆動装置は、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも１つの補助ベルト用ローラーについて、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った前記補助ベルト用ローラーの位置を制御して前記補助ベルトにかかる張力を制御する張力制御装置をさらに有することが好ましい。
【００２５】
このような構成とすることにより、コレクターと補助ベルトとの間に大きな静電引力が発生したとしても、補助ベルトの張力を当該静電引力に対抗できる程の大きな値に調整することが可能となり、長尺シートがコレクターに引き寄せられることや、長尺シートの円滑な搬送が妨げられることを確実に防止することができるようになる。
【００２６】
［７］本発明の電界紡糸装置においては、前記張力制御装置は、前記補助ベルトを前記複数の補助ベルト用ローラーに掛け回したり前記複数の補助ベルト用ローラーから取り外したりする作業を容易とする位置まで、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った前記補助ベルト用ローラーの位置を制御可能であることが好ましい。
【００２７】
このような構成とすることにより、補助ベルトを複数の補助ベルト用ローラーに掛け回したり複数の補助ベルト用ローラーから取り外したりする作業を容易とすることが可能となる。
【００２８】
［８］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルトの幅は、前記長尺シートの幅に沿った前記コレクターの幅よりも広いことが好ましい。
【００２９】
このような構成とすることにより、長尺シートとコレクターとの間に補助ベルトが確実に存在するようになり、長尺シートがコレクターに引き寄せられたり、長尺シートの円滑な搬送が妨げられたりすることを確実に防止することが可能となる。
【００３０】
［９］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルトの開口率は、１％〜４０％の範囲内にあることが好ましい。
【００３１】
補助ベルトの開口率を１％〜４０％の範囲内にしたのは、補助ベルトの開口率が１％以上である場合には、コレクターとノズルブロックとの間に形成される電界分布に大きな影響を与えないようにすることが可能となるからであり、補助ベルトの開口率が４０％以下である場合には、補助ベルトの機械的強度を大きく低下させないからである。
【００３２】
［１０］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルトは、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの糸を編むことにより作製された網状基材からなることが好ましい。
【００３３】
このような構成とすることにより、補助ベルトが高い機械的強度としなやかさとを兼ね備えたものとなるため、強い張力でかつ円滑に補助ベルトを回転させることが可能となる。
【００３４】
［１１］本発明の電界紡糸装置においては、前記補助ベルトは、前記網状基材が積層された構造を有することが好ましい。
【００３５】
このような構成とすることにより、より一層高い機械的強度を備えたものとなるため、より一層強い張力で補助ベルトを回転させることが可能となる。
この場合、補助ベルトとして、異なる材料の網状基材が積層された構造のものを用いることがより好ましい。この場合には、より一層高い機械的強度を備えるとともに耐久性に優れた補助ベルトとすることができる。例えば、長尺シート側の面に滑らかな素材を使用するとともに、コレクター側の面に高い機械的強度を有する素材を使用することも可能となる。網状基材が積層された構造としては、２層構造、３層構造、４層構造・・・の他、２．５層構造を用いることもできる。ここで、「２．５層構造」とは、２層構造のうち一方の層における糸の密度を他方の層における糸の密度よりも高くすることにより、質量を重くすることなく平滑性及び耐摩耗性を向上させたものである。
【００３６】
［１２］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電界紡糸装置とを備えるナノ繊維製造装置であって、前記電界紡糸装置は、本発明の電界紡糸装置であることを特徴とする。
【００３７】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、本発明の電界紡糸装置を備えるため、ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする場合であっても、均一な品質を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能となる。
【００３８】
［１３］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記電界紡糸装置として、前記長尺シートの搬送方向に沿って直列に配置された複数の電界紡糸装置を備えることが好ましい。
【００３９】
本発明のナノ繊維製造装置によれば、複数の電界紡糸装置を備えるため、当該複数の電界紡糸装置を用いてナノ繊維を製造することが可能となり、より一層高い生産性でナノ繊維を大量生産することが可能となる。
【００４０】
［１４］本発明のナノ繊維製造装置においては、前記補助ベルト装置は、前記複数の電界紡糸装置のうち「２つ」〜「全部」の前記コレクターを取り囲むように配設された１又は複数の補助ベルト及び当該１又は複数の補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置であることが好ましい。
【００４１】
このような構成とすることにより、補助ベルト駆動装置の数を減らすことが可能となる。例えば、ナノ繊維製造装置が８台の電界紡糸装置を備える場合には、２台の電界紡糸装置毎に１台の補助ベルト装置を配設しても良いし、４台の電界紡糸装置毎に１台の補助ベルト装置を配設しても良いし、８台の電界紡糸装置に１台の補助ベルト装置を配設しても良い。
【００４２】
本発明の電界紡糸装置によれば、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】
【００４３】
【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の要部拡大図である。
【図３】補助ベルト１７２を説明するために示す図である。
【図４】補助ベルト位置制御装置１７４の動作を説明するために示す図である。
【図５】補助ベルト位置制御装置１７４の動作を説明するために示す図である。
【図６】張力制御装置１７８の動作を説明するために示す図である。
【図７】補助ベルト装置の変形例を説明するための図である。
【図８】補助ベルト位置制御装置の変形例を説明するための図である。
【図９】補助ベルト位置計測センサーの変形例を説明するための図である。
【図１０】電界紡糸装置２０ａの要部正面図である。
【図１１】特許文献１に記載された電界紡糸装置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】
【００４４】
以下、本発明の電界紡糸装置及びナノ繊維製造装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００４５】
［実施形態］
１．実施形態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。図２は、電界紡糸装置２０の要部拡大図である。図２（ａ）は電界紡糸装置２０の要部正面図であり、図２（ｂ）は補助ベルト装置１７０を長尺シートの搬送方向側から見た図である。図３は、補助ベルト１７２を説明するために示す図である。図３（ａ）は補助ベルト１７２の平面拡大図であり、図３（ｂ）は補助ベルト１７２の断面拡大図である。なお、図１及び図２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。また、図３においては、縦糸及び横糸にはハッチングを施している。
【００４６】
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を所定の搬送速度Ｖで搬送する搬送装置１０と、搬送装置１０により長尺シート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、後述する不活性ガス供給装置（図示せず）、ポリマー供給装置（図示せず）及びポリマー回収装置（図示せず）」を制御する主制御装置６０とを備える。
【００４７】
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。
【００４８】
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１０２に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置とをさらに備える。
【００４９】
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。
【００５０】
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、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。
【００５１】
ノズルブロック１１０は、図２に示すように、複数のノズル１１２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。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。本発明の電界紡糸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。
【００５２】
電源装置１６０は、電流供給部１６４と、電流供給部１６４からの電流を計測する電流計測部１６６と、電流供給部１６４の動作を制御するとともに電流計測部１６６からの計測結果を処理する制御部１６２とを備える。そして、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。
【００５３】
補助ベルト装置１７０は、図２に示すように、コレクター１５０を取り囲む位置に回転自在に配置された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト１７２と、補助ベルト１７２を長尺シートＷに対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置１７１とを備える。
【００５４】
補助ベルト１７２は、図２又は図３に示すように、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの糸を編むことにより作製された網状基材が積層された構造を有し、開口率は、１％〜４０％の範囲内にあるエンドレスベルトであり、幅は、長尺シートＷの幅に沿ったコレクター１５０の幅よりも広い。具体的には、例えば、直径０．２７ｍｍ及び０．１８ｍｍのポリエチレンの糸が交互に配列した１層目と、直径０．３５ｍｍのポリアセチレンの糸と０．３５ｍｍのポリエチレンが交互に配列された２層目とを直径０．２５ｍｍのポリエチレンの糸の縦糸で編むことにより作製された網状基材であり（図３（ａ）参照。）、当該網状素材が積層された「２．５層」構造を有する（図３（ｂ）参照。）ベルトを用いることができる。また、補助ベルト１７２の幅は２ｍで、複数の孔があり、開口率は４％であり、補助ベルトの１周は、コレクター１５０の長さなどにもよるが、例えば、６ｍのものを使用できる。
【００５５】
補助ベルト駆動装置１７１は、図２に示すように、補助ベルトを掛け回す５つの補助ベルト用ローラー１７３ａ，１７３ｂ，１７３ｃ，１７３ｄ，１７３ｅ（以下、１７３と記載することもある。）と、補助ベルト用ローラー１７３を回転させる駆動モーター（図示せず。）と、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を制御する補助ベルト位置制御装置１７４と、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を計測する補助ベルト位置計測センサー１７５と、補助ベルト１７２にかかる張力を制御する張力制御装置１７８とを有する。
【００５６】
補助ベルト１７２を掛け回す補助ベルト用ローラー１７３は、それぞれ幅方向に２．２ｍの長さを持つ。補助ベルト用ローラー１７３ａは、補助ベルト位置制御装置１７４からの信号を受信し、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部における、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ａの位置を制御する。補助ベルト用ローラー１７３ｃは、張力制御装置１７８からの信号を受信し、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ｃの位置を制御する。補助ベルト用ローラー１７３ｄは、図示しない駆動モーター１７６により回転する。つまり、補助ベルト用ローラー１７３ｄは駆動ローラーであり、残りの補助ベルト用ローラーは従動ローラーであるということになる。なお、本発明の電界紡糸装置においては、駆動ローラーが２つ以上あってもよい。
【００５７】
補助ベルト位置制御装置１７４は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部に取り付けられた回転自在に支持する支持軸を上下両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置１７６と、一対のエアースプリング装置の膨らみ量をそれぞれ独立に制御する膨らみ量制御装置１７７とを有する。
【００５８】
膨らみ量制御装置１７７は、補助ベルト位置計測センサー１７５の計測結果に基づいて、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を上下に動かすことにより傾け、補助ベルトが長尺シートＷの幅方向に沿った所定の位置となるように一対のエアースプリング装置１７６の膨らみ量を制御する信号を送信する。
【００５９】
一対のエアースプリング装置１７６は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を上下に動かすことにより、補助ベルト用ローラー１７３ａを傾けることができる。例えば、下側のエアースプリング装置を膨らませるとともに上側のエアースプリング装置を萎ませることにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を上下に動かして、補助ベルト用ローラー１７３ａを傾けることができる。また、下側のエアースプリング装置を萎ませ、上側のエアースプリング装置を膨らませることにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの支持軸側を下に動かすことにより傾けることもできる。一対のエアースプリング装置１７６としては一般的なエアースプリング装置を用いることができる。
【００６０】
補助ベルト位置計測センサー１７５は、補助ベルト１７２の幅方向に沿った補助ベルトの位置を計測する位置センサーであり、計測結果を補助ベルト位置制御装置１７４に送る。位置センサーとしてはカメラを用いることができる。
【００６１】
張力制御装置１７８は、補助ベルトにかかる張力を計測し、補助ベルト用ローラー１７３ｃを空気圧等によって移動させることにより、補助ベルト１７２にかかる張力を制御する。また、補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３に掛け回したり取り外したりする作業の際にも使用される。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
通気度計測装置４０は、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。
【００６５】
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、ＶＯＣ処理装置７０、不活性ガス供給装置、ポリマー供給装置及びポリマー回収装置を制御する。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
図４は、補助ベルト位置制御装置１７４を説明するために示す図である。図５は、補助ベルト位置制御装置１７４の動作を説明するために示す図である。図５（ａ）〜図５（ｅ）は各工程図である。図６は、張力制御装置１７８を説明するために示す図である。図６（ａ）は補助ベルト１７２にかかる張力を制御する作業を行う際の張力制御装置１７８にの動作を説明するために示す図である。図６（ｂ）は補助ベルト１７２を補助ベルト用ローラーから取り外す作業を行う際の張力制御装置１７８の動作を説明するために示す図である。なお、図４〜図６において、図面の簡素化のため、補助ベルト１７２と補助ベルト用ローラー１７３以外の部分を省略している。
【００６９】
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。
【００７０】
このとき、補助ベルト装置１７０は、補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させる。それと並行して、補助ベルト位置計測センサー１７５により、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を計測し、さらに、張力制御装置１７８により、補助ベルト１７２にかかる張力を計測する。
【００７１】
このとき、補助ベルト位置計測センサー１７５による計測により、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置が所定の位置からずれを生じたときには、補助ベルト位置制御装置１７４は、図４に示すように、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を上下に動かすことにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を所定の位置となるように制御をする。
【００７２】
例えば、補助ベルトが紙面の左側に偏ってきたとする（図５（ａ）〜図５（ｂ）参照。）。この場合、補助ベルト位置計測センサー１７５による計測結果が補助ベルト位置制御装置１７４へ送信されると、補助ベルト位置制御装置１７４は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部（今回の場合は右端部）を下方に動かす変位量を算出し、算出された変位量に基づき、一対のエアースプリング装置１７６の膨らみ量を算出して、当該一対のエアースプリング装置１７６を制御する（図５（ｃ））。その結果、補助ベルト１７２は紙面の右方向に移動し（図５（ｄ））、最終的には正しい位置に戻る（図５（ｅ））。
【００７３】
また、張力制御装置１７９により、補助ベルト１７２にかかる張力が所定値よりも低くなったことを検知したときには、図６（ａ）に示すように、空気圧によって補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿って補助ベルト用ローラー１７３ｃの位置を移動させる。これにより、補助ベルトの張力は所定値にまで戻る。
【００７４】
また、図６（ｂ）に示すように、（電界紡糸を開始するとき）補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３に掛け回したり（電界紡糸を終了したとき）補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３から取り外したりする作業を行う際には、当該作業を容易とする位置まで補助ベルト用ローラー１７３ｃを（補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿って）移動させて、当該作業を容易化することができる。
【００７５】
主制御装置６０は、通気度計測部４０により計測された通気度又は平均通気度に基づいて搬送装置１０が搬送する長尺シートＷの搬送速度を制御する。例えば、計測された通気度が所定の通気度よりも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。また、計測された通気度が所定の通気度よりも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減少させることにより通気度を大きくする。このとき、主制御装置６０は、長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で補助ベルト１７２を回転させるように、補助ベルト駆動装置１７１を制御する。
【００７６】
また、主制御装置６０は、例えば、コレクター１５０とノズルブロック１１０との間に３５ｋＶの電圧を印加した状態で電界紡糸を行っているとき、例えば０．２４ｍＡよりも大きい電流が複数の電源装置１６０のうち１又は複数の電源装置１６０から供給されていることを検知したときには、当該１又は複数の電源装置１６０に対して電流供給を停止させる電流供給停止信号を送信する。
【００７７】
また、主制御装置６０は、例えば０．１８ｍＡよりも小さい電流が複数の電源装置１６０のうち１又は複数の電源装置１６０から供給されていることを検知したときには、当該１又は複数の電源装置１６０が異常状態である旨の警告信号（警告音を出させる信号又は警告表示を出させる信号）を出す。
【００７８】
また、主制御装置６０は、当該１又は複数の電源装置１６０に対して電流供給を停止させる電流供給停止信号を送信するときには、長尺シートＷに堆積する単位面積当たりのナノ繊維の累積堆積量を所定の範囲内に収めるために搬送装置１０に対して搬送速度を減速させる搬送速度減速信号を送信する。
【００７９】
このとき、主制御装置６０は、搬送速度を減速させる前の第１期間に電流供給を行っていた電源装置１６０の台数をｎ台とし、搬送速度を減速させた後の第２期間に電力供給を行なう電源装置１６０の台数をｍ台としたとき、第２期間における搬送速度を第１期間における搬送速度の「ｍ／ｎ」倍に制御する。その後、主制御装置６０は、通気度計測装置４０により計測された通気度に基づいて搬送速度をさらに細かく制御する。さらに、主制御装置６０は、補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させるように、補助ベルト駆動装置１７１を制御する。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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（実施形態における電界紡糸装置２０においては５０ｋＶ付近が好ましい。）に設定することができる。
【００８６】
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。
【００８７】
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
実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、一方の電極がコレクター１５０に接続され、他方の電極がノズルブロック１１０に接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置１６０を備えるため、ノズルブロック１１０をはじめとして「紡糸ノズル１１２から吐出される前のポリマー溶液」、「ポリマー溶液を貯蔵する原料タンク」、「ポリマー溶液を原料タンクからノズル１１２まで移送するポリマー溶液移送機構（例えば、配管や送りポンプなど。）」のすべてが接地電位となるため、特許文献１に記載された電界紡糸装置の場合と同様に、原料タンクやポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にする必要がなくなる。従って、原料タンクやポリマー溶液移送機構を高耐電圧仕様にすることに起因して電界紡糸装置の機構が複雑化することがなくなる。
【００８８】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、一方の電極がコレクター１５０に接続され、他方の電極がノズルブロック１１０に接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置１６０を備えるため、特許文献１に記載された電界紡糸装置の場合と同様に、比較的単純な形状・構造にすることが可能なコレクター１５０に高電圧を印加するとともに、比較的複雑な形状・構造を有するノズルブロック１１０を接地した状態で電界紡糸するため、望ましくない放電や電圧降下を起こし難くなり、常に安定した条件の下で電界紡糸することが可能となる。
【００８９】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、コレクター１５０を取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト１７２及び補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置１７１を有する補助ベルト装置１７０をさらに備えるため、コレクター１５０と長尺シートＷとの間に大きな静電引力が発生したとしても、長尺シートＷとコレクター１５０との間に補助ベルト１７２が存在するため、長尺シートＷがコレクター１５０に引き寄せられたり、長尺シートＷの円滑な搬送が妨げられたりすることがなくなる。その結果、ナノ繊維を均一な条件で電界紡糸することが可能となることはもちろん、電界紡糸装置１の運転自体を停止することもなくなり、均一な品質（例えば、ナノ繊維の平均直径、ナノ繊維の直径分布、ナノ繊維の堆積量、ナノ繊維不織布の厚さ、ナノ繊維不織布の通気度など。）を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能となる。
【００９０】
なお、実施形態に係る電界紡糸装置２０においては、補助ベルト１７２が長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転するため、補助ベルト１７２の存在に起因して長尺シートＷの搬送状態に悪影響を与えてしまうこともない。また、本発明の電界紡糸装置２０においては、補助ベルト１７２が絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなるため、コレクター１５０とノズルブロック１１０との間に形成される電界分布に大きな影響を与えることもない。
【００９１】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト駆動装置１７１は、補助ベルト１７２を掛け回す複数の補助ベルト用ローラー１７３と、補助ベルト用ローラー１７３ｃを回転させる駆動モーター１７６とを有するため、補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で確実に回転させることができるようになる。
【００９２】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト駆動装置１７１は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部における、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ａの位置を制御することにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を制御する補助ベルト位置制御装置１７４を有するため、当該補助ベルト用ローラー１７３ａの傾きを適宜制御することが可能となり、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を長時間にわたって精度良く制御することが可能となる。
【００９３】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト位置制御装置１７４は、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を回転自在に支持する支持軸を両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置１７６と、一対のエアースプリング装置１７６の膨らみ量をそれぞれ独立に制御する膨らみ量制御装置１８２とを有するため、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置を円滑に制御することが可能となる。
【００９４】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト駆動装置１７１は、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を計測する補助ベルト位置計測センサー１７５をさらに有し、補助ベルト位置計測センサー１７５の計測結果に基づいて、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を制御するため、補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った補助ベルトの位置をより一層精度良く制御することが可能となる。
【００９５】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト駆動装置１７１は、補助ベルト用ローラー１７３ｃについて、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ｃの位置を制御して補助ベルト１７２にかかる張力を制御する張力制御装置１７８をさらに有するため、コレクター１５０と補助ベルト１７２との間に大きな静電引力が発生したとしても、補助ベルト１７２の張力を当該静電引力に対抗できる程の大きな値に調整することが可能となり、長尺シートＷがコレクター１５０に引き寄せられることや、長尺シートＷの円滑な搬送が妨げられることを確実に防止することができるようになる。
【００９６】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、張力制御装置１７８は、補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３に掛け回したり複数の補助ベルト用ローラー１７３から取り外したりする作業を容易とする位置まで、補助ベルト１７２の内側から外側に向かう方向に沿った補助ベルト用ローラー１７３ｃの位置を制御可能であるため、補助ベルト１７２を複数の補助ベルト用ローラー１７３に掛け回したり複数の補助ベルト用ローラー１７３から取り外したりする作業を容易とすることが可能となる。
【００９７】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト１７２の幅は、長尺シートＷの幅に沿ったコレクター１５０の幅よりも広いため、長尺シートＷとコレクター１５０との間に補助ベルト１７２が確実に存在するようになり、長尺シートＷがコレクター１５０に引き寄せられたり、長尺シートＷの円滑な搬送が妨げられたりすることを確実に防止することが可能となる。
【００９８】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト１７２の開口率は、１％〜４０％の範囲内にある。補助ベルト１７２の開口率を１％〜４０％の範囲内にしたのは、補助ベルト１７２の開口率が１％以上である場合には、コレクター１５０とノズルブロック１１０との間に形成される電界分布に大きな影響を与えないレベルに収めることが可能となるからであり、補助ベルト１７２の開口率が４０％以下である場合には、補助ベルト１７２の機械的強度を大きく低下させないからである。
【００９９】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト１７２は、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの糸を編むことにより作製された網状基材からなるため、補助ベルト１７２が高い機械的強度としなやかさとを兼ね備えたものとなるため、強い張力でかつ円滑に補助ベルト１７２を回転させることが可能となる。
【０１００】
また、実施形態に係る電界紡糸装置２０によれば、補助ベルト１７２は、網状基材が積層された構造を有する。その結果、より一層高い機械的強度を備えたものとなるため、より一層強い張力で補助ベルト１７２を回転させることが可能となる。この場合、補助ベルト１７２として、異なる材料の網状基材が積層された構造のものを用いることがより好ましい。この場合には、より一層高い機械的強度を備えるとともに耐久性に優れた補助ベルト１７２とすることができる。例えば、長尺シートＷ側の面に滑らかな素材を使用するとともに、コレクター１５０側の面に高い機械的強度を有する素材を使用することも可能となる。網状基材が積層された構造としては、２層構造、３層構造、４層構造・・・の他、２．５層構造を用いることもできる。ここで、「２．５層構造」とは、２層構造のうち一方の層における糸の密度を他方の層における糸の密度よりも高くすることにより、質量を重くすることなく平滑性及び耐摩耗性を向上させたものである。
【０１０１】
実施形態に係るナノ繊維製造装置１によれば、本発明の電界紡糸装置を備えるため、ノズルブロックを接地した状態でコレクターに高電圧を印加して電界紡糸をする場合であっても、均一な品質を有するナノ繊維を高い生産性で大量生産することが可能となる。
【０１０２】
また、実施形態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、当該複数の電界紡糸装置２０を用いてナノ繊維を製造することが可能となり、より一層高い生産性でナノ繊維を大量生産することが可能となる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
（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。
【０１０５】
（２）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とともに電界紡糸装置毎に１台の補助ベルト装置を配設したナノ繊維製造装置（図７（ａ）参照。）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。図７は、実施形態における補助ベルト装置１７２の変形例を説明するための図である。補助ベルト装置１７２は、図７に示すように、複数の電界紡糸装置２０のうち「２つ」〜「全部」のコレクター１５０を取り囲むように配設された１又は複数の補助ベルト１７２及び当該１又は複数の補助ベルト１７２を長尺シートＷの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置１７１を有するナノ繊維製造装置に本発明を適用することもできる。このような構成とすることにより、補助ベルト駆動装置１７１の数を減らすことが可能となる。例えば、ナノ繊維製造装置が４台の電界紡糸装置２０を備える場合には、２台の電界紡糸装置毎に１台の補助ベルト装置１７０を配設（図７（ｂ）及び図７（ｃ）参照。）しても良いし、４台の電界紡糸装置２０毎に１台の補助ベルト装置１７０を配設（図７（ｄ）及び図７（ｅ）参照。）しても良い。
【０１０６】
（３）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。
【０１０７】
（４）上記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及び筐体１００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。
【０１０８】
（５）上記実施形態においては、一対のエアースプリング装置として、支持軸を上下両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置１８１を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図８は、補助ベルト位置制御装置の変形例を説明するための図である。例えば、図８に示すように、一対のエアースプリング装置支持軸を左右両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置１７６を用いることもできる。この場合、補助ベルト用ローラー１７３ａの一方の端部を水平方向に動かすことにより、補助ベルト用ローラー１７３ａの幅方向に沿った補助ベルト１７２の位置を制御することが可能となる。
【０１０９】
（６）上記実施形態においては、位置センサーとして、カメラを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、補助ベルト位置計測センサーの変形例を説明するための図である。例えば、位置センサーとして、図９に示すような、円盤型の位置計測センサーを用いることもできる。また、一般的なレーザー測距装置その他の位置計測センサーを用いることもできる。
【０１１０】
（７）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１０は、電界紡糸装置２０ａの要部正面図である。例えば、図１０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。
【０１１１】
この場合、全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。
【０１１２】
（８）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】
【０１１３】
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、３２…ヒーター、４０…通気度計測装置、６０…主制御装置、７０…ＶＯＣ処理装置、１００…筐体、１０２…電界紡糸室、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、１７１…補助ベルト駆動装置、１７２…補助ベルト、１７３，１７３ａ，１７３ｂ，１７３ｃ，１７３ｄ，１７３ｅ…補助ベルト用ローラー、１７４…補助ベルト位置制御装置、１７５…補助ベルト位置計測センサー、１７６…一対のエアースプリング装置、１７７…膨らみ量制御装置、１７８…張力制御装置、１９０…不活性ガス供給装置、１９２…不活性ガスボンベ、１９４…不活性ガス供給ライン、１９６…開閉バルブ、Ａ…搬送方向、Ｗ…長尺シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を有するノズルブロックと、
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であって、正電極及び負電極のうち一方の電極が前記コレクターに接続され、正電極及び負電極のうち他方の電極が前記ノズルブロックに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置とを備え、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電界紡糸する電界紡糸装置であって、
前記コレクターを取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト及び当該補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置をさらに備えることを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、前記補助ベルトを掛け回す複数の補助ベルト用ローラーと、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも１つの補助ベルト用ローラーを回転させる駆動モーターとを有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち１つの補助ベルト用ローラーについて、当該補助ベルト用ローラーの一方の端部における、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った当該補助ベルト用ローラーの位置を制御することにより、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御する補助ベルト位置制御装置をさらに有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト位置制御装置は、前記補助ベルト用ローラーの一方の端部を回転自在に支持する支持軸を両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置と、前記一対のエアースプリング装置の膨らみ量をそれぞれ独立に制御する膨らみ量制御装置とを有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を計測する補助ベルト位置計測センサーをさらに有し、前記補助ベルト位置計測センサーの計測結果に基づいて、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも１つの補助ベルト用ローラーについて、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った前記補助ベルト用ローラーの位置を制御することにより、前記補助ベルトにかかる張力を制御する張力制御装置をさらに有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電界紡糸装置において、
前記張力制御装置は、前記補助ベルトを前記複数の補助ベルト用ローラーに掛け回したり前記複数の補助ベルト用ローラーから取り外したりする作業を容易とする位置まで、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った前記補助ベルト用ローラーの位置を制御可能であることを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルトの幅は、前記長尺シートの幅に沿った前記コレクターの幅よりも広いことを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルトの開口率は、１％〜４０％の範囲内にあることを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルトは、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの糸を編むことにより作製された網状基材からなることを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルトは、前記網状基材が積層された構造を有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項１２】
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電界紡糸装置とを備えるナノ繊維製造装置であって、
前記電界紡糸装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の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１３】
請求項１２に記載のナノ繊維製造装置において、
前記電界紡糸装置として、前記長尺シートの搬送方向に沿って直列に配置された複数の電界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１４】
請求項１３に記載のナノ繊維製造装置において、
前記補助ベルト装置は、前記複数の電界紡糸装置のうち２つ〜全部の前記コレクターを取り囲むように配設された１又は複数の補助ベルト及び当該１又は複数の補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置であることを特徴とするナノ繊維製造装置。
【請求項１】
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を有するノズルブロックと、
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であって、正電極及び負電極のうち一方の電極が前記コレクターに接続され、正電極及び負電極のうち他方の電極が前記ノズルブロックに接続されるとともに当該他方の電極の電位が接地電位に落とされた電源装置とを備え、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電界紡糸する電界紡糸装置であって、
前記コレクターを取り囲む位置に回転自在に配設された絶縁性かつ多孔性のエンドレスベルトからなる補助ベルト及び当該補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置をさらに備えることを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、前記補助ベルトを掛け回す複数の補助ベルト用ローラーと、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも１つの補助ベルト用ローラーを回転させる駆動モーターとを有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち１つの補助ベルト用ローラーについて、当該補助ベルト用ローラーの一方の端部における、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った当該補助ベルト用ローラーの位置を制御することにより、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御する補助ベルト位置制御装置をさらに有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト位置制御装置は、前記補助ベルト用ローラーの一方の端部を回転自在に支持する支持軸を両側から挟むように配設された一対のエアースプリング装置と、前記一対のエアースプリング装置の膨らみ量をそれぞれ独立に制御する膨らみ量制御装置とを有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を計測する補助ベルト位置計測センサーをさらに有し、前記補助ベルト位置計測センサーの計測結果に基づいて、前記補助ベルト用ローラーの幅方向に沿った前記補助ベルトの位置を制御することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルト駆動装置は、前記複数の補助ベルト用ローラーのうち少なくとも１つの補助ベルト用ローラーについて、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った前記補助ベルト用ローラーの位置を制御することにより、前記補助ベルトにかかる張力を制御する張力制御装置をさらに有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電界紡糸装置において、
前記張力制御装置は、前記補助ベルトを前記複数の補助ベルト用ローラーに掛け回したり前記複数の補助ベルト用ローラーから取り外したりする作業を容易とする位置まで、前記補助ベルトの内側から外側に向かう方向に沿った前記補助ベルト用ローラーの位置を制御可能であることを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルトの幅は、前記長尺シートの幅に沿った前記コレクターの幅よりも広いことを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルトの開口率は、１％〜４０％の範囲内にあることを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルトは、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの糸を編むことにより作製された網状基材からなることを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電界紡糸装置において、
前記補助ベルトは、前記網状基材が積層された構造を有することを特徴とする電界紡糸装置。
【請求項１２】
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電界紡糸装置とを備えるナノ繊維製造装置であって、
前記電界紡糸装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の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１３】
請求項１２に記載のナノ繊維製造装置において、
前記電界紡糸装置として、前記長尺シートの搬送方向に沿って直列に配置された複数の電界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１４】
請求項１３に記載のナノ繊維製造装置において、
前記補助ベルト装置は、前記複数の電界紡糸装置のうち２つ〜全部の前記コレクターを取り囲むように配設された１又は複数の補助ベルト及び当該１又は複数の補助ベルトを前記長尺シートの搬送速度に対応する回転速度で回転させる補助ベルト駆動装置を有する補助ベルト装置であ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９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１２２１４７（Ｐ２０１２−１２２１４７Ａ）
【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２０１０−２７２０７１（Ｐ２０１０−２７２０７１）
【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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