CN103392032A - 场发射装置及纳米纤维制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维的场发射装置。场发射装置(20)具备机箱(100)、收集器(150)、喷嘴组(110)、电源装置(160)，电源装置(160)的正极连接于收集器(150)，电源装置(160)的负极连接于喷嘴组(110)及机箱(100)，该场发射装置在从喷嘴组(110)侧观察收集器(150)时，绝缘构件(152)的外周位于比收集器(150)的外周更外侧，当把绝缘构件(152)的厚度记为a、把绝缘构件(152)的外周与收集器(150)的外周的距离记为b时，满足a≥6mm，并且满足a＋b≥50mm。

Description

场发射装置及纳米纤维制造装置
技术领域
本发明涉及场发射装置及纳米纤维制造装置。
背景技术
以往，在使喷嘴接地的状态下向收集器施加高电压而进行场发射的场发射装置已经公知。(日本专利公开2008-506864号公报，以下称为“专利文献1”。)
图9是用于说明专利文献1中记载的场发射装置(900)的图。专利文献1中记载的场发射装置(900)如图9所示，具备：原料箱(901)，其存储聚合物溶液；喷嘴组(902)，其具有吐出聚合物溶液的纺丝喷嘴(904)及形成气流的气体喷嘴(906)；收集器(920)，其由导电性要素构成；松放辊(924)及卷绕辊(926)，其用于输送收集器材(918)。而且，在图9中，符号912代表吸引鼓风机，符号914代表气体收集管，符号922代表支撑构件。
在专利文献1中记载的场发射装置(900)中，在向收集器(920)施加负的高电压的同时，在使喷嘴组(902)接地的状态下从纺丝喷嘴(904)吐出聚合物溶液，从而在输送进入的收集器材上对纳米纤维进行场发射。
根据专利文献1中记载的场发射装置(900)，以喷嘴组(902)为开端，“从纺丝喷嘴(904)吐出之前的聚合物溶液”、“存储聚合物溶液的原料箱(901)”、“把聚合物溶液从原料箱(901)输送至喷嘴组(902)的聚合物溶液输送机构(例如，配管或输送泵等。)”全部为接地电位，因此，原料箱(901)或聚合物溶液输送机构无需使用高耐电压规格。从而消除了因使用高耐电压规格的原料箱(901)或聚合物溶液输送机构而造成场发射装置的机构复杂化的问题。
另外，根据专利文献1中记载的场发射装置(900)，在向能够以比较单纯的形状、结构构成的收集器(920)施加高电压的同时，在使具有比较复杂的形状、结构的喷嘴组(902)接地的状态下进行场发射，因此，不易引起不良的放电或电压下降，能够在始终稳定的条件下进行场发射。
发明内容
要解决的技术问题
但是，根据本发明的发明人的研究可知，象专利文献1中记载的场发射装置一样，就具有在向收集器施加高电压的同时，在使喷嘴组接地的状态下进行场发射的机构的场发射装置而言，实际上，收集器与机箱以外其它构件之间的绝缘容易不充分，在为制造具有所需性能的纳米纤维而在喷嘴组与收集器之间施加极高电压(例如35kV)而实施场发射的情况下，在收集器与机箱以外其它构件之间出现绝缘破坏，或者即使不出现绝缘破坏，也存在漏电流增大到不良水平的情形。这样一来，结果将导致需要停止场发射装置的运转，因此，难以长时间连续运转场发射装置，进而难以稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维。
因此，本发明正是鉴于如上情况而研发的，其目的在于提供一种能稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维的场发射装置及纳米纤维制造装置。
解决问题的技术方案
本发明的场发射装置具备具有导电性的机箱、通过绝缘构件安装于所述机箱的收集器、位于与所述收集器相向位置并具有吐出聚合物溶液的多个喷嘴的喷嘴组、向所述喷嘴组与所述收集器之间施加高电压的电源装置；所述电源装置的正极及负极中的一方电极连接于所述收集器，所述电源装置的正极及负极中的另一方电极连接于所述喷嘴组及所述机箱，其特征在于，当从所述喷嘴组侧观察所述收集器时，所述绝缘构件的外周位于比所述收集器的外周更外侧，当把所述绝缘构件的厚度记为a、把所述绝缘构件的外周与所述收集器的外周的距离记为b时，满足a≥6mm，并且满足a＋b≥50mm。
此时，就本发明的场发射装置而言，优选满足a≥8mm。
另外，就本发明的场发射装置而言，优选满足a+b≥80mm。
另外，就本发明的场发射装置而言，优选所述绝缘构件由聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、非晶态聚芳酯、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、氟树脂、液晶聚合物、聚丙烯、高密度聚乙烯或聚乙烯构成。
而且，就本发明的场发射装置而言，优选所述场发射装置安装于调整为温度20℃～40℃、湿度20%～60%的氛围的室中。
此时，就本发明的场发射装置而言，当把从所述多个喷嘴的上端至所述收集器的距离记为c时，优选满足c≥60mm。
此时，就本发明的场发射装置而言，优选满足300mm≥c≥100mm。
另外，就本发明的场发射装置而言，作为所述多个喷嘴，优选所述喷嘴组具有从吐出口向上吐出聚合物溶液的多个向上喷嘴；所述场发射装置一边使聚合物溶液从所述多个向上喷嘴的吐出口溢流(overflow)一边从所述多个向上喷嘴的吐出口吐出所述聚合物溶液而对纳米纤维进行场发射，同时，回收从所述多个向上喷嘴的吐出口溢流的所述聚合物溶液，使其能够被再利用为所述纳米纤维的原料。
另一方面，本发明的纳米纤维制造装置具备具有投入机构和卷取机构并输送长片材的输送装置、向由所述输送装置输送的长片材堆积纳米纤维的场发射装置，优选所述场发射装置为本发明的场发射装置。
此时，就本发明的纳米纤维制造装置而言，作为所述场发射装置，优选具备沿所述长片材的输送方向串联配置的多个场发射装置。
有益效果
根据本发明的场发射装置，通过使机箱或喷嘴组接地，从而以喷嘴组为开端，“从喷嘴吐出之前的聚合物溶液”、“存储聚合物溶液的原料箱”、“把聚合物溶液从原料箱输送至喷嘴组的聚合物溶液输送机构(例如，配管或输送泵等。)”全部为接地电位，因而与专利文献1中记载的场发射装置的情形一样，原料箱或聚合物溶液输送机构无需使用高耐电压规格。从而消除了因使用高耐电压规格的原料箱或聚合物溶液输送机构而造成场发射装置的机构复杂化的问题。
另外，根据本发明的场发射装置，当从喷嘴组侧观察收集器时，绝缘构件的外周位于比收集器的外周更外侧，当把绝缘构件的厚度记为a，把绝缘构件的外周与所述收集器的外周的距离记为b时，满足a≥6mm，并且满足a＋b≥50mm，因此，收集器与机箱以外其它构件之间的绝缘充分良好，从后述的试验例也明确可知，即使在喷嘴组与收集器之间施加35kV而实施场发射，在收集器与机箱以外其它构件之间也不出现绝缘破坏。另外可知，能够使漏电流止于既定范围内。结果，根据本发明的场发射装置，能够把停止场发射装置运转的需求的发生频度降低到极低水平，因而能够长时间连续运转场发射装置，能够稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维。
另外，根据本发明的场发射装置，能够使漏电流止于既定范围内，所以，通过始终监视来自电源装置的供应电流，还能够获得能及早发现场发射装置的异常的效果。
而且，就本发明的场发射装置而言可知，满足a≥8mm，因而即使在喷嘴组与收集器之间施加40kV而实施场发射，在收集器与机箱以外其它构件之间也不出现绝缘破坏。另外可知，能够使漏电流止于既定范围内。
而且，就本发明的场发射装置而言，满足a+b≥80mm，因而即使在喷嘴组与收集器之间施加40kV而实施场发射，在收集器与机箱以外其它构件之间也不出现绝缘破坏。另外，能够使漏电流止于既定范围内。
另外，就本发明的场发射装置而言，所述绝缘构件由聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、非晶态聚芳酯、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、氟树脂、液晶聚合物、聚丙烯、高密度聚乙烯或聚乙烯构成，因而，这些材料作为兼具高绝缘性能、高机械强度及高加工性的材料，能够适合地用作本发明的场发射装置的绝缘构件。
而且，就本发明的场发射装置而言，所述场发射装置调整为温度20℃～40℃、湿度20%～60%的氛围，因而漏电流稳定，能够保持于较低水平。
另外，就本发明的场发射装置而言，当把从所述多个喷嘴的上端至所述收集器的距离记为c时，满足c≥60mm，因而能够制造极细的纳米纤维。
而且，就本发明的场发射装置而言，能够从多个向上喷嘴的吐出口吐出聚合物溶液而对纳米纤维进行场发射，因而不发生专利文献1中记载的利用向下喷嘴的场发射装置可能出现的微滴现象，能够制造高质量的纳米纤维。
另外，由于能够在使聚合物溶液从多个向上喷嘴的吐出口溢流的同时对纳米纤维进行场发射，因而始终向向上喷嘴供应充分量的聚合物溶液，能够制造具有均一质量的纳米纤维。
另外，由于能够回收从多个向上喷嘴的吐出口溢流的聚合物溶液，再利用为纳米纤维的原料，因而能够减少原料的使用费，结果，能够以低廉的制造费用制造纳米纤维。另外，这顺应节约资源的潮流。
另外，具有如上所述的向上喷嘴的喷嘴组需要用于回收聚合物溶液的机构，但这些机构也无需高耐电压规格，因此，不会因为使这些机构应用高耐电压规格而导致这些机构格外复杂。
另一方面，根据本发明的纳米纤维制造装置，由于具备本发明的场发射装置，因而能够稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维。
另一方面，根据本发明的纳米纤维制造装置，由于具备多个场发射装置，因而能够利用相应多个场发射装置制造纳米纤维，能够以高生产率批量生产纳米纤维。
于是，就具备多个场发射装置的纳米纤维制造装置而言，在多个场发射装置中的某一个场发射装置中，如果收集器与机箱以外其它构件之间出现绝缘破坏，或者既使未出现绝缘破坏，但漏电流增大到不良的水平，则也会发生停止场发射装置运转的需要，因而会被认为难以长时间连续运转纳米纤维制造装置。但是，根据本发明的纳米纤维制造装置，具备能够比以往长时间连续运转的本发明的场发射装置，因而能够长时间连续运转纳米纤维制造装置，进而能够稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维。
根据本发明的场发射装置或纳米纤维制造装置，能够制造可用作高功能/高感性纺织品等衣料，医疗保健、皮肤护理等美容相关用品，擦拭布、过滤器等工业材料，二次电池的隔板、电容器的隔板、各种催化剂的载体、各种传感器材料等电子/机械材料，再生医疗材料、生物医学材料、医疗用MEMS材料、生物传感器材料等医疗材料以及其它广泛用途的纳米纤维。
附图说明
图1是用于说明实施例的纳米纤维制造装置的图。
图2是用于说明实施例的场发射装置的图。
图3是实施例的场发射装置的主要部分放大图。
图4是用于说明实施例中的主控制装置的动作的图。
图5是用于说明实施例中的主控制装置的动作的图。
图6是显示试验例1中的实验结果的图。
图7是显示试验例2中的实验结果的图。
图8是用于说明场发射装置的图。
图9是用于说明以往的场发射装置的图。
具体实施方式
下面以附图所示的实施例为基础，对本发明的场发射装置及纳米纤维制造装置进行说明。
1.实施例的场发射装置及纳米纤维制造装置
图1是用于说明实施例的纳米纤维制造装置的图。图1(a)是纳米纤维制造装置的主视图，图1(b)是纳米纤维制造装置的俯视图。图2是为说明实施例中的场发射装置而显示的图。图3是实施例的场发射装置的主要部分放大图。图3(a)是场发射装置的主要部分放大剖面图，图3(b)是场发射装置的主要部分放大俯视图。图4及图5是为说明实施例中的主控制装置的动作而显示的图。而且，在图1及图2中，省略了聚合物溶液供应部及聚合物溶液回收部的附图标识。另外，在图1的(a)中，一部分构件以剖面图显示。
如图1所示，实施例的纳米纤维制造装置(1)具备：输送装置(10)，其以既定的输送速度(V)输送长片材(W)；多个场发射装置(20)，其沿由输送装置(10)输送长片材(W)的既定输送方向(A)串联配置；通气度计量装置(40)；主控制装置(60)，其控制输送装置(10)、场发射装置(20)、后述的加热装置(30)、通气度计量装置(40)、后述的VOC处理装置(70)、后述的非活性气体供应装置(190)、聚合物供应装置及聚合物回收装置。
就实施例的纳米纤维制造装置(1)而言，作为场发射装置，具备沿输送长片材(W)的既定输送方向(A)串联配置的4台场发射装置(20)。
实施例的纳米纤维制造装置(1)追加具备：加热装置(30)，其配置于场发射装置(20)与通气度计量装置(40)之间，加热使纳米纤维堆积的长片材(W)；VOC处理装置(70)，其对使纳米纤维堆积于长片材(W)时发生的挥发性成份进行燃烧去除；非活性气体供应装置(190)(参照图4)，其接收来自主控制装置(60)的信号，向检测到异常的场发射装置(20)中的场发射室(102)供应非活性气体。
如图1所示，输送装置(10)具备投入长片材(W)的投入辊(11)及卷取长片材(W)的卷取辊(12)、位于投入辊(11)与卷取辊(12)之间的辅助辊(13,18)及驱动辊(14,15,16,17)。投入辊(11)、卷取辊(12)及驱动辊(14,15,16,17)以借助于图中未示出的驱动马达而旋转驱动的结构构成。
如图2所示，场发射装置(20)具备：机箱(100)，其具有导电性；收集器(150)，其通过绝缘构件(152)安装于机箱(100)；喷嘴组(110)，其位于与收集器(150)相向的位置，具有吐出聚合物溶液的多个喷嘴(112)；电源装置(160)，其向收集器(150)与喷嘴组(110)之间施加高电压(例如10kV～50kV)；场发射室(102)，其确定覆盖收集器(150)与喷嘴组(110)的既定空间；辅助带装置(170)，其辅助长片材(W)输送。
如图2及图3所示，作为多个喷嘴(112)，喷嘴组(110)具有从吐出口向上吐出聚合物溶液的多个向上喷嘴(112)。而且，纳米纤维制造装置(1)构成得能够使聚合物溶液从多个向上喷嘴(112)的吐出口溢流，从多个向上喷嘴(112)的吐出口吐出聚合物溶液而对纳米纤维进行场发射，同时，回收从多个向上喷嘴(112)的吐出口溢流的聚合物溶液，再利用为纳米纤维的原料。多个向上喷嘴(112)例如以1.5cm～6.0cm的间距配置。多个向上喷嘴(112)的数量例如为36个(横向纵向以相同数排列时为6个×6个)～21904个(横向纵向以相同数排列时为148个×148个)。另外，喷嘴组(110)直接接地或通过机箱(100)接地。在本发明的场发射装置中，可以利用具有多种大小及多种形状的喷嘴组，但是，例如，喷嘴组(110)具有从上面观察时一边为0.5m～3m的呈长方形(包括正方形)的大小及形状。
如上所述，收集器(150)通过绝缘构件(152)安装于具有导电性的机箱(100)。电源装置(160)的正极连接于收集器(150)，电源装置(160)的负极连接于喷嘴组(110)及机箱(100)。而且，如图3所示，在从喷嘴组(110)侧观察收集器(150)时，绝缘构件(152)的外周位于比收集器(150)的外周更外侧，当把绝缘构件(152)的厚度记为a、把绝缘构件(152)的外周与收集器(150)的外周的距离记为b时，满足a≥6mm，并且满足a＋b≥50mm。
绝缘构件(152)例如由聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、非晶态聚芳酯、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、氟树脂、液晶聚合物、聚丙烯、高密度聚乙烯或聚乙烯构成。
当把从多个喷嘴(112)的上端至收集器(150)的距离记为c时，满足c≥60mm。
如图4及图5所示，电源装置(160)具备：电流供应部(164)；电流计量部(166)，其计量来自电流供应部(164)的电流；控制部(162)，其在控制电流供应部(164)的动作的同时，处理来自电流计量部(166)的计量结果。而且，电源装置(160)在向收集器(150)与多个喷嘴(112)之间施加高电压的同时，计量从电源装置(160)供应的电流量，把计量值发送给主控制装置(60)。另外，当从主控制装置(60)接收了电流供应停止信号时，停止电力供应。
如图2所示，辅助带装置(170)具有：辅助带(172)，其与长片材(W)的输送速度同步旋转；5个辅助带用辊(174)，其帮助辅助带(172)的旋转。5个辅助带用辊(174)中的1个或2个以上辅助带用辊(174)为驱动辊，其余的辅助带用辊为从动辊。在收集器(150)与长片材(W)之间配设有辅助带(172)，因而构成得使长片材(W)不会被施加了正高电压的收集器(150)拖拽而柔和输送。
场发射装置(20)安装于调整为温度20℃～40℃、湿度20%～60%的氛围的室中。
加热装置(30)配置于场发射装置(20)与通气度计量装置(40)之间，对使纳米纤维堆积的长片材(W)进行加热。加热温度根据长片材(W)或纳米纤维的种类而异，但是，例如，可以把长片材(W)加热为50℃～300℃的温度。
如图5所示，通气度计量装置(40)具备：通气度计量部(42)，其计量纳米纤维堆积的长片材(W)的通气度(P)；驱动部(43)，其使通气度计量部(42)沿长片材(W)的宽度方向以既定周期(T)往复移动；控制部(44)，其在控制驱动部(43)及通气度计量部(42)的动作的同时，接受并处理来自通气度计量部(42)的计量结果。驱动部(43)及控制部(44)配设于主体部(41)。作为通气度计量装置(40)，例如，可以使用普通的通气度计量装置。
如图4所示，非活性气体供应装置(190)具备：非活性气体钢瓶(192)，其供应非活性气体；非活性气体供应管线(194)，其把非活性气体供应给各场发射室(102)；开闭阀(196)，其根据来自主控制装置(60)的信号，实施非活性气体的供应控制。
主控制装置(60)控制输送装置(10)、场发射装置(20)、加热装置(30)、通气度计量装置(40)、VOC处理装置(70)、非活性气体控制装置(192)、聚合物供应装置及聚合物回收装置。
VOC处理装置(70)燃烧去除在使纳米纤维堆积于长片材时发生的挥发性成份。
2.利用实施例的纳米纤维制造装置的纳米纤维制造方法
下面，对利用如上构成的实施例的纳米纤维制造装置(1)制造纳米纤维无纺布的方法进行说明。
首先，把长片材(W)加装于输送装置(10)，然后，使长片材(W)从投入辊(11)向卷取辊(12)以既定的输送速度(V)输送，同时，在各场发射装置(20)中，使纳米纤维依次堆积于长片材(W)。然后，借助于加热装置(30)，加热使纳米纤维堆积的长片材(W)。从而，制造出由堆积了纳米纤维的长片材构成的纳米纤维无纺布。
此时，例如，当在向收集器(150)与喷嘴组(110)之间施加35kV电压的状态下实施场发射时，例如，主控制装置(60)在检测到从多个电源装置(160)中的一个或多个电源装置(160)供应大于0.24mA的电流时，针对相应一个或多个电源装置(160)发送使电流供应停止的电流供应停止信号。
另外，当主控制装置(60)针对相应一个或多个电源装置(160)发送使电流供应停止的电流供应停止信号时，为把堆积于长片材(W)的每单位面积的纳米纤维累计堆积量保持在既定的范围内，针对输送装置(10)发送使输送速度减速的输送速度减速信号。
此时，当把在输送速度减速之前的第1期间实施电流供应的电源装置(160)的台数设为n台，把在输送速度减速之后的第2期间进行电力供应的电源装置(160)的台数设为m台时，主控制装置(60)把第2期间中的输送速度控制为第1期间中的输送速度的“m/n”倍。然后，主控制装置(60)以借助于通气度计量装置(40)而计量的通气度为基础，进一步精细地控制输送速度。
而且，输送速度(V)的控制可以通过控制驱动辊(14,15,16,17)的旋转速度来实施。
另外，主控制装置(60)在检测到从多个电源装置(160)中的一个或多个电源装置(160)供应大于0.24mA的电流时，针对非活性气体供应装置(190)，发送使之向相应一个或多个电源装置(160)所属的场发射装置(20)中的场发射室(102)供应非活性气体的信号。
另外，例如，主控制装置(60)在检测到从多个电源装置(160)中的一个或多个电源装置(160)供应小于0.18mA的电流时，发出相应一个或多个电源装置(160)处于异常状态的警告(警告音或警告标识)。
下面，示例性地列举实施例的纳米纤维制造方法中的纺丝条件。
作为长片材，可以利用由各种材料构成的无纺布、织物、编织物等。长片材的厚度例如可以利用5μm～500μm者。长片材的长度例如可以利用10m～10km者。
作为成为纳米纤维原料的聚合物，例如，可以利用聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚醋酸乙烯(PVAc)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PUR)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚己内酰胺(PCL)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、蚕丝、纤维素、壳聚糖等。
作为用于聚合物溶液的溶剂，例如，可以利用二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、甲基乙基酮、三氯甲烷、丙酮、水、甲酸、醋酸、环己烷、THF等。也可以混合利用多个种类的溶剂。在聚合物溶液中，还可以添加导电性提高剂等添加剂。
制造的纳米纤维无纺布的通气度(P)例如可以设置为0.15cm3/cm2/s～200cm3/cm2/s。输送速度例如可以设置为0.2m/分～100m/分。施加喷嘴和收集器(150)和喷嘴组(110)的电压可以设置为10kV～80kV。
纺丝区域的温度例如可以设置为25℃。纺丝区域的湿度例如可以设置为30％。
3.实施例的场发射装置及纳米纤维制造装置的效果
根据实施例的场发射装置(20)，通过使机箱(100)或喷嘴组(110)接地，从而以喷嘴组(110)为开端，“从纺丝喷嘴(112)吐出之前的聚合物溶液”、“存储聚合物溶液的原料箱”、“把聚合物溶液从原料箱输送至喷嘴组(110)的聚合物溶液输送机构(例如，配管或输送泵等。)”全部为接地电位，因此，与专利文献1中记载的场发射装置的情形相同，原料箱或聚合物溶液输送机构无需使用高耐电压规格。从而消除了因使用高耐电压规格的原料箱或聚合物溶液输送机构而造成场发射装置的机构复杂化的问题。
另外，根据实施例的场发射装置(20)，当从喷嘴组(110)侧观察收集器(150)时，绝缘构件(152)的外周位于比收集器(150)的外周更外侧，当把绝缘构件(152)的厚度记为a、把绝缘构件(152)的外周与收集器(150)的外周的距离记为b时，满足a≥6mm，并且满足a＋b≥50mm，因此，收集器(150)与机箱(100)以外其它构件之间的绝缘充分良好，从后述的试验例也明确可知，即使在喷嘴组(110)与收集器(150)之间施加35kV而实施场发射，在收集器(150)与机箱(100)以外其它构件之间也不出现绝缘破坏。另外，能够使漏电流止于既定范围内。结果，根据实施例的场发射装置(20)，能够把停止场发射装置运转的需求的发生频度降低到极低水平，因而能够长时间连续运转场发射装置，能够稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维。
另外，根据实施例的场发射装置(20)，能够使漏电流止于既定范围内，所以，借助于始终监视来自电源装置(160)的供应电流，还能够获得能及早发现场发射装置的异常的效果。
另外，根据实施例的场发射装置(20)，由于安装于调整为温度20℃～40℃、湿度20%～60%的氛围的室中，因而能够把漏电流保持于稳定而低的水平。
另外，根据实施例的场发射装置(20)，当把从所述多个喷嘴(112)的上端至所述收集器(150)的距离记为c时，满足c≥60mm，因而能够制造极细的纳米纤维。
另外，根据实施例的场发射装置(20)，能够从多个向上喷嘴(112)的吐出口吐出聚合物溶液，并对纳米纤维进行场发射，因而不发生专利文献1中记载的利用向下喷嘴的场发射装置可能出现的微滴现象，能够制造高质量的纳米纤维。
另外，根据实施例的场发射装置(20)，由于能够在使聚合物溶液从多个向上喷嘴(112)的吐出口溢流的同时对纳米纤维进行场发射，因而能够始终向向上喷嘴供应充分量的聚合物溶液，制造具有均一质量的纳米纤维。
另外，根据实施例的场发射装置(20)，由于能够回收从多个向上喷嘴(112)的吐出口溢流的聚合物溶液，再利用为纳米纤维的原料，因而能够减少原料的使用费，结果，能够以低廉的制造费用制造纳米纤维。
另外，这顺应节约资源的潮流。
而且，具有这种向上喷嘴的喷嘴组(112)需要用于回收聚合物溶液的机构，但这些机构也无需高耐电压规格，因此，不会因为使这些机构应用高耐电压规格而导致这些机构格外复杂。
根据实施例的纳米纤维制造装置(1)，由于具备实施例的场发射装置(20)，因而能够稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维。
另外，根据实施例的纳米纤维制造装置(1)，作为场发射装置，具备沿长片材的输送方向串联配置的多个场发射装置(20)，因而能够利用相应多个场发射装置制造纳米纤维，能够以高生产率批量生产纳米纤维。
另外，根据实施例的纳米纤维制造装置(1)，由于具备能够比以往更长时间连续运转的本发明的场发射装置，因而能够长时间连续运转纳米纤维制造装置，进而能够稳定地批量生产具有所需性能的纳米纤维。
另外，根据实施例的纳米纤维制造装置(1)，由于具备上述构成的主控制装置(60)，因而在长时间连续运转多个场发射装置(20)期间，即使只有多个场发射装置(20)中的一个场发射装置(20)发生异常(感知到从多个电源装置中的一个或多个电源装置供应了比既定的第1设定电流量大的电流)，也能够立即检测到相应异常，能够实现高安全性的纳米纤维制造装置。
另外，根据实施例的纳米纤维制造装置(1)，由于具备上述构成的主控制装置(60)，因而在长时间连续运转多个场发射装置期间，即使只有多个场发射装置中的一个场发射装置发生异常，也只使发生异常的场发射装置停止运转，其余场发射装置不停止运转，因而无需停止纳米纤维制造也能够完成。
因此，根据实施例的纳米纤维制造装置，没有必要宽泛地设置判定为“场发射装置异常”时的标准。因此，能够无需牺牲安全性，以高生产率批量生产纳米纤维。
另外，根据实施例的纳米纤维制造装置(1)，由于具备上述构成的主控制装置(60)，因此，即使使发生异常的场发射装置停止运转，通过随之使输送速度减速，也能够把堆积于长片材的每单位面积的纳米纤维累计堆积量置于既定的范围内。结果，能够批量生产具有均一通气度或均一厚度的纳米纤维无纺布。
另外，根据实施例的纳米纤维制造装置(1)，由于主控制装置(60)把第2期间(T2)的输送速度(V2)减速为第1期间(T1)的输送速度(V1)的m/n倍，因而能够把堆积于长片材的每单位面积的纳米纤维的累计堆积量置于既定的范围内。
另外，根据实施例的纳米纤维制造装置(1)，由于能够以借助于通气度计量装置(40)计量的通气度为基准，控制输送速度，因而即使各场发射装置中的每单位面积的堆积量有若干差异，也能够批量生产具有均一通气度的纳米纤维无纺布。
［试验例1］
试验例1是用于明确为使漏电流止于既定范围内而把绝缘构件(152)的厚度a设定为何种程度为好的试验例。表1是显示试验例1中的实验结果的表。图6是显示试验例1中的实验结果的图表。
[表1]
Figure BDA00003313354800131
在试验例1中，利用实施例中的场发射装置(20)(不过，厚度a为5mm、6mm、8mm、10mm或12mm。另外，距离b固定为30mm。)，在不向喷嘴组(110)供应聚合物溶液的状态下，在收集器(150)与喷嘴组(110)之间施加电压，使得从电源装置(160)供应的电流(此时为漏电流)为既定的电流(例如，0.01mA、0.02mA、0.03mA、0.04mA、0.05mA)。而且，把此时的漏电流和施加电压记录于图表中。
从表1及图6可知，绝缘构件(152)的厚度a如果为6mm以上，那么即使在收集器(150)与喷嘴组(110)之间施加35kV的电压，也能够把漏电流抑制于0.01mA左右。另外，绝缘构件(152)的厚度a如果为8mm以上，那么即使在收集器(150)与喷嘴组(110)之间施加40kV的电压，也能够把漏电流抑制于0.01mA左右。另外，绝缘构件(152)的厚度a如果为12mm以上，那么即使在收集器(150)与喷嘴组(110)之间施加45kV的电压，也能够把漏电流抑制于0.01mA左右。
［试验例2］
试验例2是用于明确为使漏电流止于既定范围内而把“沿绝缘构件(152)表面的绝缘构件(152)与收集器(150)的间隔(a＋b)”设定为何种程度为好的试验例。表2是显示试验例2中的实验结果的表。图7是显示试验例2中的实验结果的图表。
[表2]
Figure BDA00003313354800141
在试验例2中，利用实施例中的场发射装置(20)(不过，间隔a＋b为45mm、50mm、60mm、80mm、100mm、120mm、140mm或160mm。另外，厚度a固定为40mm。)，在不向喷嘴板(110)供应聚合物溶液的状态下，在收集器(150)与喷嘴组(110)之间施加电压，使得从电源装置(160)供应的电流(此时为漏电流)为既定的电流(例如，0.01mA、0.02mA、0.03mA、0.04mA、0.05mA)。而且，把此时的漏电流和施加电压记录于图表中。
从表2及图7可知，间隔(a+b)如果为50mm以上，那么即使在收集器(150)与向上喷嘴(112)之间施加35kV的电压，也能够把漏电流抑制于0.01mA左右。另外，间隔(a+b)如果为80mm以上，那么即使在收集器(150)与向上喷嘴(112)之间施加40kV的电压，也能够把漏电流抑制于0.01mA左右。
从试验例1及试验例2可知，当把绝缘构件(152)的厚度记为a、把绝缘构件(152)的外周与收集器(150)的外周的距离记为b时，在满足a≥6mm，并且满足a＋b≥50mm的情况下，能够把对场发射不利的漏电流抑制为极低的值。因此，能够使“判断为场发射装置异常的上限阀值电流量处的既定第1设置电流量与正常运转时的电流量的差异”或“判断为场发射装置异常的下限阀值电流量处的既定第2设置电流量与正常运转时的电流量的差异”极小。结果，能够及早发现异常，能够更安全地实现纳米纤维制造装置。
以上以所述实施例为基础，对本发明进行了说明，但本发明并非限定于所述实施例。在不脱离其宗旨的范围内，能够以多种形态实施，例如，能够进行如下变形。
(1)在所述各实施例中，作为场发射装置，以具备4台场发射装置的纳米纤维制造装置为例，说明了本发明的纳米纤维制造装置，但本发明并非限定于此。例如，还可以把本发明应用于具备1台～3台或5台以上的场发射装置的纳米纤维制造装置。
(2)在所述各实施例中，利用具有向上喷嘴的向上式场发射装置，说明了本发明的纳米纤维制造装置，但本发明并非限定于此。例如，还可以把本发明应用于具备具有向下喷嘴的向下式场发射装置或具有侧面喷嘴的侧面式场发射装置的纳米纤维制造装置。
(3)在所述各实施例中，利用电源装置(160)的正极连接于收集器(150)、电源装置(160)的负极连接于喷嘴组(110)及机箱(100)的场发射装置，说明了本发明的纳米纤维制造装置，但本发明并非限定于此。例如，还可以把本发明应用于具备电源装置的负极连接于收集器(150)、电源装置的正极连接于喷嘴组(110)及机箱(100)的场发射装置的纳米纤维制造装置。
(4)在所述实施例中，利用在一个场发射装置中配设一个喷嘴组的纳米纤维制造装置，对本发明进行了说明，但本发明并非限定于此。图8是用于说明场发射装置(20a)的图。例如，如图8所示，既可以把本发明应用于在一个场发射装置(23a)中配设2个喷嘴组(110a1,110a2)的纳米纤维制造装置，也可以把本发明应用于配设了2个以上的喷嘴组的纳米纤维制造装置。
此时，既可以使所有喷嘴组的喷嘴排列间距保持相同，也可以使各喷嘴组保持不同喷嘴排列间距。另外，既可以使所有喷嘴组的喷嘴组高度位置保持相同，也可以使各喷嘴组保持不同喷嘴组高度位置。
(5)就本发明的纳米纤维制造装置而言，还可以具备沿长片材的宽度方向，使喷嘴组以既定的往复运动周期进行往复运动的机构。利用相应机构，在使喷嘴组以既定的往复运动周期往复运动的同时实施场发射，从而能够使沿长片材的宽度方向的聚合物纤维的堆积量实现均一化。此时，还可以按每个场发射装置或每个喷嘴组，独立控制喷嘴组的往复运动周期或往复距离。通过这种构成，能够使所有喷嘴组以相同周期进行往复运动，也能够使各喷嘴组以不同周期进行往复运动。另外，能够使所有喷嘴组的往复运动的往复距离保持相同，也能够使各喷嘴组的往复运动的往复距离保持不同。

Claims (9)

1.一种场发射装置，具备：具有导电性的机箱；通过绝缘构件安装于所述机箱的收集器；位于与所述收集器相向位置并具有吐出聚合物溶液的多个喷嘴的喷嘴组；以及向所述喷嘴组与所述收集器之间施加高电压的电源装置，所述电源装置的正极及负极中的一方电极连接于所述收集器，所述电源装置的正极及负极中的另一方电极连接于所述喷嘴组及所述机箱，其特征在于，
当从所述喷嘴组侧观察所述收集器时，所述绝缘构件的外周位于比所述收集器的外周更外侧，当把所述绝缘构件的厚度记为a、把所述绝缘构件的外周与所述收集器的外周的距离记为b时，满足a≥6mm，并且满足a＋b≥50mm。
2.根据权利要求1所述的场发射装置，其特征在于，
满足a≥8mm。
3.根据权利要求1或2所述的场发射装置，其特征在于，
满足a＋b≥80mm。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的场发射装置，其特征在于，
所述绝缘构件由聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、非晶态聚芳酯、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、氟树脂、液晶聚合物、聚丙烯、高密度聚乙烯或聚乙烯构成。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的场发射装置，其特征在于，
所述场发射装置安装于氛围调整为温度20℃～40℃、湿度20%～60%的室中。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的场发射装置，其特征在于，
当把从所述多个喷嘴的上端至所述收集器的距离记为c时，满足c≥60mm。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的场发射装置，其特征在于，
所述喷嘴组具有从吐出口向上吐出聚合物溶液的多个向上喷嘴作为所述多个喷嘴；所述场发射装置一边使聚合物溶液从所述多个向上喷嘴的吐出口溢流一边从所述多个向上喷嘴的吐出口吐出所述聚合物溶液而对纳米纤维进行场发射，并且回收从所述多个向上喷嘴的吐出口溢流的所述聚合物溶液而使其能够被再利用为所述纳米纤维的原料。
8.一种纳米纤维制造装置，具备具有投入机构和卷取机构并输送长片材的输送装置、以及向由所述输送装置输送的长片材堆积纳米纤维的场发射装置，其特征在于，
所述场发射装置是权利要求1～7中任意一项记载的场发射装置。
9.根据权利要求8所述的纳米纤维制造装置，其特征在于，
具备沿所述长片材的输送方向串联配置的多个场发射装置作为所述场发射装置。
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