JP2004183132A

JP2004183132A - 無機系短繊維及びその製造方法

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Publication number: JP2004183132A
Application number: JP2002350019A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tarao; 隆多羅尾; Masaaki Kawabe; 雅章川部
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP4185760B2

Abstract

【課題】繊維の長さが均一である無機系短繊維を提供すること、繊維の太さも均一である無機系短繊維を提供すること、及びこれら無機系短繊維を製造できる方法を提供すること。
【解決手段】本発明の無機系短繊維は、無機成分を主体とする無機系短繊維であり、この無機系短繊維の平均繊維長Ｌａの、繊維長の標準偏差Ｌｄに対する比（Ｌｄ／Ｌａ）が０．３以下である。また、本発明の無機系短繊維の製造方法は、（１）ゾル溶液調製工程、（２）ゾル溶液をノズルから押し、ゾル溶液に電界を作用させて無機系ゲル状長繊維を形成する繊維化工程、（３）２００ｍ／ｍｉｎ．以上の速さで移動する支持体上に、無機系ゲル状長繊維を集積させる集積工程、（４）前記無機系ゲル状長繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状長繊維を形成する乾燥工程、（５）前記無機系乾燥ゲル状長繊維を所望長さに切断して無機系乾燥ゲル状短繊維を形成する切断工程、とを含む。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無機系短繊維及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、無機系短繊維（例えば、ガラス短繊維）からなる無機系短繊維シートは、濾過性能や分離性能等に優れているため、濾過材や鉛蓄電池用のセパレータなどとして好適に使用されている。
【０００３】
このような無機系短繊維シートを構成する無機系短繊維は、ブロー法や遠心法により製造されていた。つまり、前者のブロー法は、押し出された溶融物に対してガスを噴射して前記溶融物を細くして無機系短繊維を製造する方法（例えば、特公昭３７−７９２５号公報）であり、後者の遠心法は、高速回転板へ溶融セラミック組成物を供給し、前記高速回転板の高速回転による遠心力により前記溶融セラミック組成物を短繊維化する方法（例えば、特開昭５３−３８７１９号公報）である。しかしながら、これらいずれの方法を用いても、得られる短繊維の長さが不均一であるため、均一な性能を有する無機系短繊維シートを製造するのが困難な場合があった。また、前記方法によって得られる無機系短繊維は太さが不均一であり、またフレーク状の膜や粒など、繊維化していないもの（いわゆるショット）が発生しやすい方法であった。
【０００４】
【特許文献１】
特公昭３７−７９２５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開昭５３−３８７１９号公報（特許請求の範囲）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は繊維の長さが均一である無機系短繊維を提供することであり、第２の目的は繊維の太さも均一である無機系短繊維を提供することであり、第３の目的はこれら無機系短繊維を製造できる方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる発明は、「無機成分を主体とする無機系短繊維であり、この無機系短繊維の平均繊維長Ｌａの、繊維長の標準偏差Ｌｄに対する比（Ｌｄ／Ｌａ）が０．３以下であることを特徴とする無機系短繊維」である。このように、本発明の無機系短繊維は繊維長が揃っているため、均一な性能を有する無機系短繊維シートを製造できるものである。
【０００７】
本発明の請求項２にかかる発明は、「前記無機系短繊維の平均繊維径が２μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の無機系短繊維」である。このように、本発明の無機系短繊維は繊維径が小さいため、更に均一な性能を有する無機系短繊維シートを製造できるものである。
【０００８】
本発明の請求項３にかかる発明は、「前記無機系短繊維の平均繊維径Ｄａの、繊維径の標準偏差Ｄｄに対する比（Ｄｄ／Ｄａ）が０．８以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の無機系短繊維」である。このように、本発明の無機系短繊維は繊維径も揃っているため、更に均一な性能を有する無機系短繊維シートを製造できるものである。
【０００９】
本発明の請求項４にかかる発明は、「前記無機系短繊維の平均繊維長が２０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無機系短繊維」である。このように、本発明の無機系短繊維は繊維長が短いため、更に均一な性能を有する無機系短繊維シートを製造できるものである。
【００１０】
本発明の請求項５にかかる発明は、「（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成するゾル溶液調製工程、（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状長繊維を形成する繊維化工程、（３）２００ｍ／ｍｉｎ．以上の速さで移動する支持体上に、前記無機系ゲル状長繊維を集積させる集積工程、（４）前記集積させた無機系ゲル状長繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状長繊維を形成する乾燥工程、（５）前記無機系乾燥ゲル状長繊維を所望長さに切断して無機系乾燥ゲル状短繊維を形成する切断工程、とを含むことを特徴とする、無機系短繊維の製造方法。」である。このような製造方法によると、前記のような繊維長及び繊維径の揃った無機系短繊維を製造することができる。また、この製造方法によればショットもほとんど発生しない。
【００１１】
本発明の請求項６にかかる発明は、「（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成するゾル溶液調製工程、（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状長繊維を形成する繊維化工程、（３）２００ｍ／ｍｉｎ．以上の速さで移動する支持体上に、前記無機系ゲル状長繊維を集積させる集積工程、（４）前記集積させた無機系ゲル状長繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状長繊維を形成する乾燥工程、（５）前記無機系乾燥ゲル状長繊維を焼結して無機系焼結長繊維を形成する焼結工程、（６）前記無機系焼結長繊維を所望長さに切断して無機系焼結短繊維を形成する切断工程、とを含むことを特徴とする、無機系短繊維の製造方法」である。このような製造方法によると、強度及び耐熱性に優れ、しかも繊維長及び繊維径の揃った無機系短繊維を製造することができる。また、この製造方法によればショットもほとんど発生しない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の無機系短繊維は、平均繊維長Ｌａの、繊維長の標準偏差Ｌｄに対する比（Ｌｄ／Ｌａ）が０．３以下の繊維長の揃った短繊維である。この比（Ｌｄ／Ｌａ）が小さければ小さい程、繊維長が揃っていることを意味するため、比（Ｌｄ／Ｌａ）は０．２以下であるのが好ましく、０．１５以下であるのが更に好ましい。なお、比（Ｌｄ／Ｌａ）の下限は理想的には０である。
【００１３】
また、無機系短繊維の平均繊維長は２０ｍｍ以下であるのが好ましい。このように平均繊維長が短いと分散性に優れているため、均一な性能を有する無機系短繊維シートを製造しやすいためである。この平均繊維長が短ければ短い程、分散性に優れているため、平均繊維長は１０ｍｍ以下であるのが好ましく、５ｍｍ以下であるのが更に好ましく、２ｍｍ以下であるのが更に好ましく、１ｍｍ以下であるのが更に好ましく、０．５ｍｍ以下であるのが更に好ましい。なお、平均繊維長の下限は切断できる長さである限り特に限定するものではないが、０．１ｍｍが適当である。
【００１４】
この「平均繊維長」は１０００倍の電子顕微鏡写真をもとに、５０本の無機系短繊維の繊維長を測定し、その測定値の算術平均値をいう。また、繊維長の標準偏差値は次の式から得られる値をいう。
標準偏差値＝｛（ｎΣＬ^２−（ΣＬ）^２）／ｎ（ｎ−１）｝^１／２
ここで、Ｌは個々の無機系短繊維の繊維長（ｍｍ）を意味し、ｎは測定本数である５０である。
【００１５】
本発明の無機系短繊維は均一な性能を有する無機系短繊維シートを形成できるように、平均繊維径が２μｍ以下であるのが好ましい。この平均繊維径が小さければ小さい程、均一に分散することができ、均一な性能を有する無機系短繊維シートを形成でき、また柔軟性に優れる無機系短繊維シートとすることができ、更には表面積が広いことによって各種機能（例えば、濾過性能、機能性物質による機能発揮性能など）を無機系短繊維シートに付与できるため、平均繊維径は１μｍ以下であるのが好ましく、平均繊維径は０．６μｍ以下であるのが更に好ましい。他方、無機系短繊維の平均繊維径の下限は特に限定するものではないが、０．０１μｍ程度が適当である。
【００１６】
本発明における「繊維径」は、繊維横断面形状が円形である場合は、その直径をいい、繊維横断面形状が非円形である場合は、その断面積と同じ面積を有する円の直径を繊維径とみなす。また、「平均繊維径」は短繊維１００本の繊維径の算術平均値をいう。
【００１７】
なお、無機系短繊維はどの点においても繊維径が２μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以下であるのがより好ましく、０．６μｍ以下であるのが更に好ましい。
【００１８】
また、無機系短繊維の平均繊維径Ｄａの、繊維径の標準偏差Ｄｄに対する比（Ｄｄ／Ｄａ）が０．８以下であるのが好ましい。このように、比（Ｄｄ／Ｄａ）の値が小さいと、繊維径が揃っており、濾過性能や分離性能等の各種性能にバラツキのない無機系短繊維シートを製造できるためである。この比（Ｄｄ／Ｄａ）の値が小さければ小さい程、前記性能に優れているため、好ましい比（Ｄｄ／Ｄａ）は０．６以下であり、更に好ましい比（Ｄｄ／Ｄａ）は０．４以下である。他方、比（Ｄｄ／Ｄａ）の下限は特に限定するものではないが、理論上全部同じ繊維径の場合の０である。なお、繊維径の標準偏差値Ｄｄは次の式から得られる値をいう。
Ｄｄ＝｛（ｎΣＤ^２−（ΣＤ）^２）／ｎ（ｎ−１）｝^１／２
ここで、Ｄは個々の無機系短繊維の繊維径（μｍ）を意味し、ｎは測定本数である１００を意味する。
【００１９】
本発明の無機系短繊維は無機成分を主体としている。つまり、無機系成分が５０ｍａｓｓ％以上を占めており、好ましくは６０ｍａｓｓ％以上、より好ましくは７５ｍａｓｓ％以上を占めている。
【００２０】
この無機成分を構成する元素は特に限定するものではないが、例えば、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、リン、硫黄、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、セレン、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、カドミウム、インジウム、スズ、アンチモン、テルル、セシウム、バリウム、ランタン、ハフニウム、タンタル、タングステン、水銀、タリウム、鉛、ビスマス、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、又はルテチウムなどを挙げることができる。
【００２１】
また、前記元素を含む化合物として前記元素の酸化物を挙げることができ、具体的には、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＣｅＯ_２、ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＶＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、ＳｎＯ_２、ＣｄＯ、ＬｉＯ_２、ＷＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、ＰｂＴｉ_４Ｏ_９、ＬｉＮｂＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＰｂＺｒＯ_３、ＫＴａＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４、ＳｒＴｉＯ_３などを挙げることができる。前記の無機成分は、一成分の酸化物から構成されていても、二成分以上の酸化物から構成されていても良い。例えば、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３のニ成分から構成することができる。
【００２２】
本発明の無機系短繊維は上述のような無機成分以外に、有機成分を含んでいることができる。この有機成分として、例えば、シランカップリング剤、染料などの有機低分子化合物、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子化合物、などを挙げることができる。
【００２３】
また、本発明の無機系短繊維は繊維内に、無機系又は有機系の微粒子を含んでいても良い。この無機系微粒子としては、例えば、酸化チタン、二酸化マンガン、酸化銅、二酸化珪素、活性炭、金属（白金など）を挙げることができ、有機系微粒子として、色素又は顔料などを挙げることができる。また、微粒子の平均粒径は特に限定されるものではないが、好ましくは０．００１〜１μｍ、より好ましくは０．００２〜０．１μｍである。このような微粒子を含んでいることによって、光学機能、多孔性、触媒機能、吸着機能、或いはイオン交換機能などを発揮することができる。
【００２４】
本発明の無機系短繊維は、例えば、ゲルを乾燥した状態にあっても、ゲルを不完全に焼結した状態にあっても、或いはゲルを完全に焼結した状態にあっても良い。
【００２５】
更に、本発明の無機系短繊維は機能性粉体を含んでいることができる。機能性粉体を含んでいることによって機能性粉体の機能を発揮することができる。この機能性粉体として、例えば、酸化チタン、二酸化マンガン、酸化銅、二酸化珪素、活性炭、金属（白金など）の無機系粉体や、イオン交換樹脂、色素、顔料、薬剤などの有機系粉体を挙げることができる。この機能性粉体の平均粒径は特に限定するものではないが、好ましくは０．０１〜１００μｍであり、より好ましくは０．０５〜１０μｍである。このような機能性粉体を含んでいることによって、触媒機能、研磨機能、吸着機能、或いはイオン交換機能などを発揮することができる。
【００２６】
本発明の無機系短繊維は均一な性能を有する無機系短繊維シートを形成できるため、各種用途に適用できる無機系短繊維シートを構成する一部又は全部の無機系短繊維として使用することができる。例えば、ＨＥＰＡフィルタ用濾過材、ＵＬＰＡフィルタ用濾過材、クリーンルームフィルタ用濾過材、純水フィルタ用濾過材、耐熱フィルター用濾過材、排気ガスフィルタ用濾過材、液体フィルタ用濾過材、光触媒担持用基材、電池用セパレータ、プリント基板用基材、触媒シート、電気機械変換素子、微細気泡発生シート、触媒燃焼シート、太陽電池用カバー材、断熱材、又は液晶用スペーサー材などの用途に使用できる無機系短繊維シートを構成する一部又は全部の無機系短繊維として使用することができる。
【００２７】
このような本発明の無機系短繊維は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００２８】
まず、（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成するゾル溶液調製工程を実施する。このゾル溶液は、本発明の製造方法で最終的に得られる無機系短繊維（無機系乾燥ゲル状短繊維又は無機系焼結短繊維）を構成する元素を含む化合物を含む溶液（原料溶液）を、約１００℃以下程度の温度で加水分解させ、縮重合させることによって得ることができる。前記原料溶液の溶媒は、例えば、有機溶媒（例えばアルコール）又は水である。
【００２９】
この化合物を構成する元素は特に限定するものではないが、前述の無機系短繊維を構成することのできる元素として列挙した元素を挙げることができ、この元素を含む化合物（特には酸化物）としても、前述の無機系短繊維を構成することのできる化合物として列挙した化合物（特に酸化物）を挙げることができる。
【００３０】
前記のゾル溶液は、前記原料溶液に対して、前記化合物を縮重合させる処理を行うことにより得られ、主として無機成分からなる。すなわち、無機成分が５０ｍａｓｓ％以上を占めており、好ましくは６０ｍａｓｓ％以上、より好ましくは７５ｍａｓｓ％以上を占めている。
【００３１】
前記のゾル溶液は、後述する繊維化工程においてノズルからの紡糸が可能となる粘度を有していることが必要である。その粘度は、紡糸可能な粘度である限り特に限定されるものではないが、好ましくは０．１〜１００ポイズ、より好ましくは０．５〜２０ポイズ、特に好ましくは１〜１０ポイズ、最も好ましくは１〜５ポイズである。粘度が１００ポイズを超えると細繊維化が困難となり、０．１ポイズ未満になると繊維形状が得られなくなる傾向があるためである。なお、ノズル先端部分における雰囲気を原料溶液と同様の溶媒ガス雰囲気とする場合には、１００ポイズを超えるゾル溶液であっても紡糸可能な場合がある。
【００３２】
本発明で用いるゾル溶液は、上述のような無機成分以外に、有機成分を含んでいることができ、この有機成分として、例えば、シランカップリング剤、染料などの有機低分子化合物、ポリメチルメタクリレートなどの有機高分子化合物、などを挙げることができる。より具体的には、前記原料溶液に含まれる化合物がシラン系化合物である場合には、メチル基やエポキシ基で有機修飾されたシラン系化合物が縮重合したものを含んでいることができる。
【００３３】
前記原料溶液は、前記原料溶液に含まれる化合物を安定化する溶媒（例えば、有機溶媒（例えば、エタノールなどのアルコール類、ジメチルホルムアミド）又は水）、前記原料溶液に含まれる化合物を加水分解するための水、及び加水分解反応を円滑に進行させる触媒（例えば、塩酸、硝酸など）を含んでいることができる。また、前記原料溶液に含まれる、例えば、化合物を安定化させるキレート剤、前記化合物の安定化のためのシランカップリング剤、圧電性などの各種機能を付与することができる化合物、接着性改善、柔軟性、硬度（もろさ）調整のための有機化合物（例えば、ポリメチルメタクリレート）、あるいは染料などの添加剤を含んでいることができる。なお、これらの添加剤は、加水分解を行う前、加水分解を行う際、或いは加水分解後に添加することができる。更に、前記原料溶液は、前述のような無機系又は有機系の微粒子を含んでいることができる。
【００３４】
テトラエトキシシランの場合、水の量がアルコキシドの４倍（モル比）を超えると曳糸性のゾル溶液を得ることが困難になるため、アルコキシドの４倍以下であるのが好ましい。
【００３５】
触媒として塩基を使用すると、曳糸性のゾル溶液を得ることが困難になるため、塩基を使用しないのが好ましい。
【００３６】
反応温度は使用溶媒の沸点以下であれば良いが、低い方が適度に反応速度が遅く、曳糸性のゾル溶液を形成しやすい。あまり低すぎても反応が進行しにくいため、１０℃以上であるのが好ましい。
【００３７】
次いで、（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状長繊維を形成する繊維化工程を実施する。
【００３８】
このゾル溶液の押し出し方向は特に限定するものではないが、ゾル溶液の滴下が生じにくいように、ノズルからの押し出し方向と重力の作用方向とが一致しないのが好ましい。特には、重力の作用方向と反対方向又は重力の作用方向と直角方向にゾル溶液を押し出すのが好ましい。
【００３９】
このゾル溶液を押し出すノズルの直径は、無機系短繊維（無機系乾燥ゲル状短繊維又は無機系焼結短繊維）の繊維径によって変化する。例えば、無機系短繊維の繊維径が２μｍ以下の場合には、ノズルの直径が０．１〜３ｍｍ程度であるのが好ましい。
【００４０】
また、ノズルは金属製であっても、非金属製であっても良い。ノズルが金属製であればノズルを１つの電極として使用することができ、ノズルが非金属製である場合には、ノズル内に電極を設置することにより、押し出したゾル溶液に電界を作用させることができる。
【００４１】
このようなノズルからゾル溶液を押し出した後、押出物に電界を作用させることにより延伸して繊維化し、無機系ゲル状長繊維を形成する。この電界は、目的とする無機系短繊維（無機系乾燥ゲル状短繊維又は無機系焼結短繊維）の繊維径、ノズルと支持体との距離、原料溶液の溶媒、ゾル溶液の粘度などによって変化するため、特に限定するものではないが、例えば、無機系短繊維の繊維径を３μｍ以下程度とする場合には、０．５〜５ｋＶ／ｃｍであるのが好ましい。印加する電界が大きければ、その電界値の増加に応じて無機系ゲル状長繊維の繊維径が細くなるが、５ｋＶ／ｃｍを超えると、空気の絶縁破壊が生じやすいので好ましくない。また、０．５ｋＶ／ｃｍ未満になると、繊維形状となりにくい。
【００４２】
電界を印加することにより、ゾル溶液に静電荷が蓄積され、支持体側の電極によって電気的に引張られ、引き伸ばされて繊維化する。特に電気的に引き伸ばしているため、無機系ゲル状長繊維が支持体に近づくにしたがって、繊維の速度が加速され、より細い繊維となる。また、溶媒の蒸発によって細くなり、静電気密度が高まり、その電気的反発力によって分裂し、更に細径の無機系ゲル状長繊維になると考えている。
【００４３】
このような電界は、例えば、ノズル（金属製ノズルの場合にはノズル自体、非金属製ノズルの場合にはノズル内の電極）と支持体との間に電位差を設けることによって、作用させることができる。例えば、ノズルに電圧を印加するとともに支持体をアースすることによって電位差を設けることができるし、逆に、支持体に電圧を印加するとともにノズルをアースすることによって電位差を設けることもできる。
【００４４】
なお、ノズルから押し出され、電界の作用により繊維化された無機系ゲル状長繊維が集積される前に、その無機系ゲル状長繊維に対して、機能性粉体をエアガン等によって吹き付けることができ、この方法によれば、これら吹き付けた機能性粉体と無機系ゲル状長繊維とが混合した状態とすることができる。このような機能性粉体の吹き付けは無機系ゲル状長繊維が支持体へ向かう方向に対して任意の方向から実施することができ、例えば、無機系ゲル状長繊維が支持体へ向かう方向に対して直角方向や斜め方向から吹き付けることができる。
【００４５】
なお、この繊維化工程は、無機系ゲル状長繊維同士が接着せず、分散性良く、安定して実施できるように、温度及び湿度が調節された雰囲気下で実施するのが好ましい。より具体的には、温度が２５℃前後で、相対湿度が６０％以下（より好ましくは５０％以下）の雰囲気下で実施するのが好ましい。このような雰囲気は、例えば、ノズル周囲を覆う紡糸室を設け、紡糸室内の温度及び相対湿度を調節して作り出すことができる。
【００４６】
次いで、（３）２００ｍ／ｍｉｎ．以上の速さで移動する支持体上に、前述の無機系ゲル状長繊維を集積させる集積工程を実施する。
【００４７】
本発明においては、無機系ゲル状長繊維を支持体で集積させる際に、支持体を２００ｍ／ｍｉｎ．以上の速さで移動させることによって、無機系ゲル状長繊維の配向方向を支持体の移動方向と近似させることによって、後述のような切断工程により繊維長の揃った無機系短繊維（無機系乾燥ゲル状短繊維又は無機系焼結短繊維）の製造を可能としている。
【００４８】
支持体の移動速度が２００ｍ／ｍｉｎ．以上であれば、比（Ｌｄ／Ｌａ）が０．３以下である無機系短繊維を製造しやすいが、支持体の移動速度が速ければ速いほど、比（Ｌｄ／Ｌａ）が更に小さい繊維長の揃った無機系短繊維を製造できるため、支持体の移動速度は３００ｍ／ｍｉｎ．以上であるのが好ましく、４００ｍ／ｍｉｎ．以上であるのが更に好ましい。なお、支持体の移動速度の上限は特に限定するものではない。
【００４９】
このように繊維化した無機系ゲル状長繊維を集積する支持体は、特に限定されるものではないが、例えば、円筒状ドラム、長尺状ベルトなどを挙げることができる。なお、これら支持体は集積した無機系ゲル状長繊維を剥がして切断工程を実施しやすいように、支持体の集積側表面が凹凸構造を有するのが好ましい。
【００５０】
前述のように支持体を電極の１つとして使用する場合には、支持体は体積抵抗が１０^９Ω以下の導電性材料（例えば、金属製）からなるのが好ましい。一方、ノズル側から見て、支持体よりも後方に対向電極として導電性材料を配置する場合には、支持体は必ずしも導電性材料である必要はない。後者のように、支持体よりも後方に対向電極を配置する場合、支持体と対向電極とは直接接触していても良いし、離間していても良い。
【００５１】
なお、支持体上に機能性粉体を配置しておき、機能性粉体上に無機系ゲル状長繊維を集積させて複合することもできる。
【００５２】
また、支持体とノズルとの距離は特に限定するものではないが、支持体とノズルとの距離が短すぎると、無機系ゲル状長繊維同士の接着が生じやすく、比（Ｄｄ／Ｄａ）が大きくなるため、支持体とノズルとの距離は１０ｃｍ以上であるのが好ましい。
【００５３】
次いで、（４）前記集積させた無機系ゲル状長繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状長繊維を形成する乾燥工程を実施する。この乾燥工程によって、無機系乾燥ゲル状長繊維を形成する。
【００５４】
この乾燥温度は無機系ゲル状長繊維の構成成分によって変化するため特に限定するものではないが、有機成分の分解温度未満の温度、例えば、２００℃以下程度の温度で実施するのが好ましい。この乾燥はオーブンなどで加熱することによって実施することができるし、凍結乾燥或いは超臨界乾燥によっても実施することができる。
【００５５】
この乾燥工程においては、各種用途に適用するのに必要な取り扱い強度を有するまで乾燥する。
【００５６】
次いで、（５）前記無機系乾燥ゲル状長繊維を所望長さに切断して無機系乾燥ゲル状短繊維を形成する切断工程を実施して、本発明の無機系乾燥ゲル状短繊維（無機系短繊維）を製造する。
【００５７】
この切断工程は所望長さで切断することができ、前述のように無機系短繊維の平均繊維長は２０ｍｍ以下であるのが好ましいため、平均繊維長が２０ｍｍ以下となるように適宜調整して切断するのが好ましい。つまり、この集積した状態の無機系乾燥ゲル状長繊維はある程度支持体の移動方向に配向しているものの、支持体の移動方向と完全に一致して配向しているわけではないため、平均繊維長が２０ｍｍ以下とするために２０ｍｍよりもやや短い長さで切断する。この長さは無機系乾燥ゲル状長繊維の配向度合いによって異なるため、適宜実験により設定する。
【００５８】
この切断工程において使用できる切断装置としては、従来から繊維を切断するために使用されている装置を使用することができ、例えば、ギロチン式切断装置やロータリーカッター式切断装置などを挙げることができる。本発明の製造方法においては、平均繊維径が２μｍ以下の非常に細い繊維径の無機系乾燥ゲル状長繊維を切断する場合もあるが、この場合であっても、無機系乾燥ゲル状長繊維はある程度束になった状態にあるため、切断しやすく、特に支障は生じない。
【００５９】
以上は、無機系乾燥ゲル状短繊維（無機系短繊維）を製造する方法であるが、無機系焼結短繊維を製造するには、上述の無機系乾燥ゲル状短繊維の製造方法と同様にして、（１）のゾル溶液調製工程から（４）の乾燥工程を実施して無機系乾燥ゲル状長繊維を形成した後、（５）無機系乾燥ゲル状長繊維を焼結して無機系焼結長繊維を形成する焼結工程を実施した後に、上述の無機系乾燥ゲル状短繊維の製造方法の（５）の切断工程と全く同様にして切断工程を実施して、無機系焼結短繊維を製造することができる。このように焼結後に切断工程を実施すると、無機系焼結長繊維の強度が優れており、取り扱いやすいという効果を奏する。
【００６０】
このように、無機系乾燥ゲル状短繊維の製造方法と無機系焼結短繊維の製造方法では、（５）の焼結工程のみが相違するため、焼結工程についてのみ説明する。
【００６１】
この焼結温度は無機系乾燥ゲル状長繊維を構成する無機成分によって変化するため、特に限定されるものではないが、例えば、無機成分と有機成分とを含む無機系乾燥ゲル状長繊維を、温度約２００℃以上、有機成分の分解温度未満で焼結すれば、有機成分が残留した無機系焼結長繊維を得ることができ、この無機系焼結長繊維を切断した無機系焼結短繊維は残留した有機成分の機能（例えば、接着性改善、柔軟性、硬さ（もろさ）調整、色素などの光学機能、撥水性）を発揮することができる。また、有機成分の分解温度以上で焼結すれば、無機成分のみからなり、強度及び耐熱性の優れる無機系焼結長繊維、結果として強度及び耐熱性の優れる無機系焼結短繊維を得ることができる。
【００６２】
より具体的には、無機系乾燥ゲル状長繊維が有機成分を含むシリカ成分からなる場合、２００〜４００℃程度の温度で焼結すれば、有機成分の残留したシリカ焼結長繊維を得ることができ、このシリカ焼結長繊維を切断したシリカ焼結短繊維は接着性改善、柔軟性、硬さ（もろさ）調整、色素などの光学機能、撥水性の機能を有するものである。また、８００℃以上の温度で焼結すれば、有機成分を含まないシリカ焼結長繊維を形成でき、切断によりシリカ焼結短繊維を製造することができる。
【００６３】
以上は集積させた無機系ゲル状長繊維を乾燥して、無機系乾燥ゲル状長繊維を形成した後に、焼結して、無機系焼結長繊維を形成し、次いで切断して無機系焼結短繊維を製造する方法であるが、本発明においては、乾燥工程を経ることなく、集積させた無機系ゲル状長繊維を直接焼結して、無機系焼結長繊維を形成した後に切断して、無機系焼結短繊維を製造しても良い。なお、この場合には、いきなり焼結温度で焼結すると、無機系ゲル状長繊維が急激に収縮して損傷する場合があるため、焼結温度まで徐々に昇温して焼結するのが好ましい。
【００６４】
更に、本発明においては、この工程順序に限定されず、例えば、（１）無機系ゲル状長繊維の切断工程−焼結工程、（２）無機系ゲル状長繊維の乾燥工程−切断工程−焼結工程、（３）無機系ゲル状長繊維の切断工程−乾燥工程−焼結工程、（４）無機系ゲル状長繊維の切断工程−焼結工程、によっても本発明の無機系焼結短繊維を製造することができる。
【００６５】
なお、平均繊維径が２μｍ以下の無機系短繊維は、電界強度、ノズルからのゾル溶液の吐出量、ゾル溶液中における溶媒量、及び吐出部における雰囲気（ゾル溶液と同様の溶媒ガス雰囲気となっているかどうか）を調節することによって製造することができる。
【００６６】
無機系短繊維の平均繊維径Ｄａの、繊維径の標準偏差Ｄｄに対する比（Ｄｄ／Ｄａ）が０．８以下である無機系短繊維は、ゾル溶液の吐出と電界の釣り合いのバランスを保たせることにより製造することができる。なお、このようにゾル溶液の吐出と電界の釣り合いのバランスを保たせることにより、ショットの発生を防止できる。
【００６７】
本発明の無機系短繊維の製造方法を、集積工程までを実施できる装置の概念図である図１をもとに説明する。
【００６８】
まず、前述のようにして調製されたゾル溶液は、ゾル溶液貯留部（図示せず）から定量ポンプ等（図示せず）によって、金属製のノズル１へと供給される。このノズル１への供給量は特に限定されるものではないが、ノズル１本あたり０．０１ｍＬ／時間〜１００ｍＬ／時間で変化させることができる。なお、図１においては、１本のノズルを備えているが、無機系ゲル状長繊維の集積量を増やすために、２本以上であっても良い。
【００６９】
このようにノズル１へ供給されたゾル溶液は、ノズル１から押し出される。一方、前記ノズル１に対して電圧が印加され、支持体である円筒状ドラム２はアースされているため、ノズル１と円筒状ドラム２との間には電界が形成され、この電界によって押し出されたゾル溶液は延伸されて繊維化し、無機系ゲル状長繊維が形成される。なお、電界強度を０．５〜５ｋＶ／ｃｍに調整できるように、また、無機系ゲル状長繊維同士が接着しにくいように、ノズル１と円筒状ドラム２との距離を５０〜５００ｍｍ程度、好ましくは１００〜３００ｍｍ程度に設定できるように、ノズル１の位置を変えることができるのが好ましい。また、前記方法とは逆に、ノズル１をアースし、円筒状ドラム２に電圧を印加しても良い。
【００７０】
なお、円筒状ドラム２はワイヤー等を介して駆動モーター３と接続されており、駆動モーター３の設定を調節することにより、円筒状ドラム２の表面速度を２００ｍ／ｍｉｎ．以上に設定できるようになっている。そのため、無機系ゲル状長繊維を円筒状ドラム２の回転方向（ａ方向）へ配向させることができる。なお、円筒状ドラムに替えて、長尺状ベルトを使用することができる。
【００７１】
また、図示していないが、ノズル１の先端部分が乾燥すると、ゾル溶液が硬化しやすいため、ノズル１の先端部分における雰囲気を原料溶液と同様の溶媒ガス雰囲気としたり、ゾル溶液中に沸点が１００℃以上の高沸点溶媒（例えば、ブタノールなど）を添加して、ノズル１の先端部分における乾燥を防止するのが好ましい。
【００７２】
ノズル１から押し出されたゾル溶液を延伸して繊維化した無機系ゲル状長繊維は、円筒状ドラム２上に集積される。この円筒状ドラム２は矢印ａの方向へ２００ｍ／ｍｉｎ．以上の表面速度で回転するため、無機系ゲル状長繊維は円筒状ドラム２の回転方向（ａ方向）へ配向しながら集積する。この集積量は円筒状ドラム２の表面速度、ノズルからの押し出し量、ノズル数などによって、調節することができる。
【００７３】
なお、繊維化工程実施の際に、ゾル溶液を押し出すノズル１からは原料溶液中の溶媒が揮発するため、ノズル１及び円筒状ドラム２を含む紡糸室４は前記溶媒による影響を受けない材料から構成されているのが好ましい。また、紡糸室４は揮発した溶剤を排気しやすいように、気体供給部６と排気部５を備えているのが好ましい。
【００７４】
次いで、円筒状ドラム２上に集積した無機系ゲル状長繊維は、所望集積量となった後に円筒状ドラムから剥がされ、ヒーター（図示せず）へと供給され、ヒーターの熱によって乾燥され、個々の無機系乾燥ゲル状長繊維が独立した（接着していない）集積体となる。又は、円筒状ドラムから剥がされ、焼結炉（例えば、電気炉）へと供給され、焼結炉の熱によって焼結され、個々の無機系焼結長繊維が独立した（接着していない）集積体となる。
【００７５】
次いで、この無機系乾燥ゲル状長繊維集積体又は無機系焼結長繊維集積体を、ギロチン式切断装置やロータリーカッター式切断装置などの切断装置へ供給し、切断して、本発明の無機系短繊維（無機系乾燥ゲル状短繊維又は無機系焼結短繊維）を製造することができる。
【００７６】
以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７７】
【実施例】
（実施例１）
（１）ゾル溶液調製工程
金属化合物としてテトラエトキシシラン、溶媒としてエタノール、加水分解のための水、及び触媒として１規定の塩酸を、１：５：２：０．００３のモル比で混合し、温度７８℃で、１０時間の還流操作を行い、次いで、溶媒をロータリーエバポレーターにより除去して濃縮した後、温度６０℃に加温して、粘度が２ポイズのゾル溶液を形成した。
【００７８】
（２）（３）繊維化工程及び集積工程
次いで、１本のステンレス製ノズル（内径：０．６ｍｍ）から１ｍＬ／時間の割合でゾル溶液を、重力の作用方向と反対方向へ押し出すとともに、ノズルに電圧（−２０ｋＶ）を印加し、支持体であるステンレス製円筒状ドラム（集積表面に凹凸構造を有する）をアースして、前記押し出したゾル溶液に電界（２ｋＶ／ｃｍ）を作用させることによって繊維化し、無機系ゲル状長繊維を形成して、回転するステンレス製円筒状ドラム上に集積させた。なお、ノズルとステンレス製円筒状ドラムとの距離は１０ｃｍとし、ステンレス製円筒状ドラムの表面速度を２１０ｍ／ｍｉｎ．とした。また、この繊維化工程及び集積工程は温度２３℃、相対湿度４５％に設定された紡糸室内で実施した。更に、これら工程において、フレークやショットのような不純物は観察されなかった。
【００７９】
（４）乾燥工程
次いで、集積させた無機系ゲル状長繊維を、温度１５０℃に設定されたヒーターにより乾燥して、無機系乾燥ゲル状長繊維（ＳｉＯ_２からなる）の集積体を製造した。
【００８０】
（５）焼結工程
次いで、この無機系乾燥ゲル状長繊維集積体を温度８００℃で１時間焼成し、完全にガラス化させて、石英ガラス焼結長繊維集積体を製造した。
【００８１】
（６）切断工程
次いで、前記石英ガラス焼結長繊維集積体を、ギロチン方式切断装置を用い、切断長さ２００μｍに設定し、石英ガラス焼結長繊維集積体の円筒状ドラムの回転方向に相当する方向に対して直角方向に切断して、本発明の石英ガラス焼結短繊維を製造した。
【００８２】
（実施例２）
実施例１の（２）（３）繊維化工程及び集積工程におけるステンレス製円筒状ドラムの表面速度を４２０ｍ／ｍｉｎ．としたこと以外は実施例１と全く同様にして、本発明の石英ガラス焼結短繊維を製造した。なお、（２）（３）繊維化工程及び集積工程において、フレークやショットのような不純物は観察されなかった。
【００８３】
（比較例１）
実施例１の（２）（３）繊維化工程及び集積工程におけるステンレス製円筒状ドラムの表面速度を６０ｍ／ｍｉｎ．としたこと以外は実施例１と全く同様にして、比較用の石英ガラス焼結短繊維を製造した。なお、（２）（３）繊維化工程及び集積工程において、フレークやショットのような不純物は観察されなかった。
【００８４】
（各種物性の測定）
実施例１〜２及び比較例１の石英ガラス焼結短繊維の「平均繊維長」、「比（Ｌｄ／Ｌａ）」、「平均繊維径」及び「比（Ｄｄ／Ｄａ）」を前述の方法により測定した。これらの結果は表１に示す通りであった。
【００８５】
【表１】

【００８６】
この表１から明らかなように、本発明の石英ガラス焼結短繊維は細く、短く、しかも繊維長及び繊維径が揃っているため、均一な性能を有する無機系短繊維シートを製造できることを予測できるものであった。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の無機系短繊維は繊維長が揃っているため、均一な性能を有する無機系短繊維シートを製造できるものである。
【００８８】
本発明の無機系短繊維の製造方法によれば、繊維長及び繊維径の揃った無機系短繊維を製造することができる。また、ショットもほとんど発生しない。
【００８９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無機系短繊維の製造方法における集積工程までを実施できる装置の概念図
【符号の説明】
１ノズル
２円筒状ドラム
３駆動モーター
４紡糸室
５排気部
６気体供給部

Claims

無機成分を主体とする無機系短繊維であり、この無機系短繊維の平均繊維長Ｌａの、繊維長の標準偏差Ｌｄに対する比（Ｌｄ／Ｌａ）が０．３以下であることを特徴とする無機系短繊維。
前記無機系短繊維の平均繊維径が２μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の無機系短繊維。
前記無機系短繊維の平均繊維径Ｄａの、繊維径の標準偏差Ｄｄに対する比（Ｄｄ／Ｄａ）が０．８以下であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の無機系短繊維。
前記無機系短繊維の平均繊維長が２０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の無機系短繊維。
（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成するゾル溶液調製工程、
（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状長繊維を形成する繊維化工程、
（３）２００ｍ／ｍｉｎ．以上の速さで移動する支持体上に、前記無機系ゲル状長繊維を集積させる集積工程、
（４）前記集積させた無機系ゲル状長繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状長繊維を形成する乾燥工程、
（５）前記無機系乾燥ゲル状長繊維を所望長さに切断して無機系乾燥ゲル状短繊維を形成する切断工程、
とを含むことを特徴とする、無機系短繊維の製造方法。
（１）無機成分を主体とするゾル溶液を形成するゾル溶液調製工程、
（２）前記ゾル溶液をノズルから押し出すとともに、押し出したゾル溶液に電界を作用させることにより繊維化して、無機系ゲル状長繊維を形成する繊維化工程、
（３）２００ｍ／ｍｉｎ．以上の速さで移動する支持体上に、前記無機系ゲル状長繊維を集積させる集積工程、
（４）前記集積させた無機系ゲル状長繊維を乾燥して無機系乾燥ゲル状長繊維を形成する乾燥工程、
（５）前記無機系乾燥ゲル状長繊維を焼結して無機系焼結長繊維を形成する焼結工程、
（６）前記無機系焼結長繊維を所望長さに切断して無機系焼結短繊維を形成する切断工程、
とを含むことを特徴とする、無機系短繊維の製造方法。