JP2006283241A - ナノ繊維ウェブの製造方法、ナノ繊維ウェブまたは積層体、コレクタ電極並びにナノ繊維ウェブ製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の方向に配向させたナノ繊維からなるナノ繊維ウェブの製造方法を得る。
【解決手段】本発明にかかるナノ繊維ウェブの製造方法は、エレクトロスピニング法によりコレクタ電極２０，２１，２３の表面上またはコレクタ電極２０，２１，２３の直上に配置した積層対象物上に極細繊維のウェブを製造するウェブの製造方法であって、コレクタ電極２０，２１，２３に、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に電界が強く発生するもの２０ｂ，２２，２４を使用する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ナノ繊維ウェブの製造方法、ナノ繊維ウェブ、積層体、コレクタ電極並びにナノ繊維ウェブ製造装置に関し、特に例えば、ウェブを構成するナノ繊維が任意の方向に配向したナノ繊維ウェブの製造方法、ナノ繊維ウェブ、積層体、コレクタ電極並びにナノ繊維ウェブ製造装置に関するものである。

単繊維直径がナノオーダーの極細繊維からなるウェブを製造する方法としては、特許文献１や特許文献２で適用されているエレクトロスピニング法がよく知られている。エレクトロスピニング法でウェブを製造するには、まず、溶剤で溶解した又は溶融した高分子（ポリマー）の液体を紡糸溶液としてシリンジに充填する。そして、シリンジに装着されているニードル形電極と、ナノ繊維を堆積させるコレクタ電極との間に数ｋＶ〜数十ｋＶの直流高電圧を印加して、ニードル形電極とコレクタ電極との間に強い電界場を発生させる。この環境下で、ニードル形電極から紡糸溶液をコレクタ電極に向けて放出すると、高分子を溶解していた溶剤等は電界場中で瞬間的に蒸発し、高分子は凝固しながらクーロン力で延伸されナノオーダーの極細繊維を形成する。極細繊維はウィッピングモーション（旋回状の回転運動）や、バリコスモーション（先端が細かく分裂する運動）などの複雑な挙動をした後にコレクタ電極上に堆積し、その結果ランダムに繊維が交錯して網目が形成されたナノ繊維ウェブを形成される。
特開２００２−２４９９６６号公報 特開２００２−６８１６１号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２などに開示されている方法でウェブを製造した場合には、コレクタ電極上に堆積させる極細繊維の向きを制御することが不可能であるため、極細繊維がランダムに交錯して網目が形成したナノ繊維ウェブしか製造することしかできなかった。

本発明は、上記点に鑑みてなされたもので、コレクタ電極表面や積層対象物に堆積させる極細繊維の向きを制御することで、ウェブを構成する極細繊維が任意の方向に配向されたウェブを製造することができるナノ繊維ウェブの製造方法、ナノ繊維ウェブ、積層体、コレクタ電極並びにナノ繊維ウェブ製造装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、エレクトロスピニング法によりコレクタ電極の表面上またはコレクタ電極の直上に配置した積層対象物上にナノ繊維からなるウェブを製造するナノ繊維ウェブの製造方法であって、コレクタ電極に、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に電界を強く発生するものを使用してナノ繊維に配向性を付与したことを特徴とする、ナノ繊維ウェブの製造方法である。この手段によれば、電界場中で延伸されて形成されたナノ繊維が、クーロン力により直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配向してコレクタ電極などの上に堆積する。また、ナノ繊維は、クーロン力により電界が強く発生している部分に多く堆積し、電界の弱い部分には、あまり多く堆積しない。

請求項２に記載の発明は、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配された導電体と、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配された導電体より低い導電率の導電体または非導電体とからなるコレクタ電極を使用した、請求項１に記載のナノ繊維ウェブの製造方法である。この手段によれば、電界場中で延伸されて形成されたナノ繊維が、クーロン力により直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配向してコレクタ電極などの上に堆積する。また、ナノ繊維は、クーロン力により電界が強く発生している導電体上に多く堆積し、電界の弱い半導体もしくは非導電体上には、多く堆積しない。さらに、導電体とその他の部分との導電率が大きく異なる場合には、電界が強い部分と弱い部分との差が大きくなり、さらにナノ繊維の配向性が強くなり、電界が強く発生している導電体上にはより多く繊維が堆積し、電界の弱い半導体もしくは非導電体上には、あまり多く堆積しない。

請求項３に記載の発明は、導電体を用いて連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状の突条を表面に設けたコレクタ電極を使用した、請求項１に記載のナノ繊維ウェブの製造方法である。この手段によれば、電界場中で延伸されて形成されたナノ繊維が、クーロン力により直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配向してコレクタ電極などの上に堆積する。また、ナノ繊維は、クーロン力により電界が強く発生している突条上に多く堆積し、電界の弱いその他の部分には、あまり多く堆積しない。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のウェブの製造方法により製造されたことを特徴とする、ナノ繊維ウェブまたは積層体である。この手段によれば、直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状にコレクタ電極が発生する電界に従ってナノ繊維が配向されたナノ繊維ウェブまたは積層体が得られる。このナノ繊維ウェブ等は、その繊維の配向形状に従って払拭、分離等に優れた性能を発揮する。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の製造方法により製造されたナノ繊維ウェブまたは積層体であって、一方面から他方面に向かうにしたがってナノ繊維の配向性が減少した、ナノ繊維ウェブまたは積層体である。この手段によれば、直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状にコレクタ電極が発生する電界に従ってナノ繊維が配向されたナノ繊維ウェブまたは積層体が得られ、その配向の形状に従って払拭、分離等に優れた性能を発揮する。また、一方面から他方面に向かうに従って繊維の配向性が変化するので、エアフィルタ，液体フィルタなどに適用した場合に優れた分離性能を発揮する。

請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の製造方法により製造されたナノ繊維ウェブまたは積層体であって、ナノ繊維間にナノ繊維と同じ材料から形成されている薄膜が形成されたナノ繊維ウェブまたは積層体である。この手段によれば、直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状にコレクタ電極が発生する電界に従ってナノ繊維が配向されたナノ繊維ウェブまたは積層体が得られる。このナノ繊維ウェブ等は、その繊維の配向形状に従って払拭、分離等に優れた性能を発揮する。

請求項７に記載の発明は、エレクトロスピニング法によりナノ繊維からなるウェブを製造するナノ繊維ウェブ製造装置に使用するコレクタ電極であって、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に電界を強く発生する強電界発生部を備え、強電界発生部が、ナノ繊維に配向性を付与することを特徴とする、コレクタ電極である。この手段によれば、電界場中で形成されたナノ繊維は、直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配向性を有してコレクタ電極等の上に堆積する。また、ナノ繊維は、クーロン力により電界が強く発生している強電界発生部に多く堆積し、電界の弱いその他の部分には、あまり多く堆積しない。

請求項８に記載の発明は、強電界発生部は、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配された導電体で形成され、強電界発生部以外の部分は、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配された導電体より低い導電率の導電体または非導電体から形成されている、請求項７に記載のコレクタ電極である。この手段によれば、電界場中で形成されたナノ繊維は、直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配向性を有してコレクタ電極等の上に堆積する。また、ナノ繊維は、クーロン力により電界が強く発生している部分に強電界発生部上に多く堆積し、電界の弱い弱電界発生部上には、多く堆積しない。さらに、導電体とその他の部分との導電率が大きく異なる場合には、電界が強い部分と弱い部分との差が大きくなり、さらにナノ繊維の配向性が強くなり、強電界発生部上にはより多く繊維が堆積し、弱電界発生部上には、さらに堆積しない。

請求項９に記載の発明は、強電界発生部は、コレクタ電極の表面に連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に形成された導電体からなる突条である、請求項７に記載のコレクタ電極である。この手段によれば、電界場中で延伸されて形成されたナノ繊維が、クーロン力により直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配向してコレクタ電極などの上に堆積する。また、ナノ繊維は、クーロン力により電界が強く発生している突条上に多く堆積し、電界の弱いその他部分には、あまり多く堆積しない。

請求項１０に記載の発明は、請求項７ないし請求項９のいずれかに記載のコレクタ電極を備えた、ナノ繊維ウェブ製造装置である。この手段によれば、電界場中で形成されたナノ繊維は、直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配向性を有してコレクタ電極等の上に堆積する。また、ナノ繊維は、クーロン力により電界が強く発生している部分に多く堆積し、電界の弱い部分には、あまり多く堆積しない。

以上の説明から明らかなように、本発明にかかるナノ繊維ウェブの製造方法、ナノ繊維ウェブ、積層体、コレクタ電極並びにナノ繊維ウェブ製造装置によれば、任意の方向にナノ繊維が配向されたナノ繊維ウェブを製造することが可能である。また、ナノ繊維と高分子等が薄膜状に形成された複合的構造物を得ることができる。

図１は、本発明にかかるナノ繊維ウェブ製造装置の一実施の形態を示す図解図である。ナノ繊維ウェブ製造装置１０は、シリンジ１２を有する。シリンジ１２は、ポリマー溶解液やポリマー溶融液等の紡糸溶液Ｓを備蓄しておくものである。また、シリンジ１２は、プランジャ１２ａを一定時間当たり一定の移動量で押動することで、一定時間当りに一定量の紡糸溶液Ｓを吐出する。

シリンジ１２の吐出口１２ｂには、ニードル形電極１４が取付けられている。ニードル形電極１４は、所望の繊維直径のナノ繊維を得るために紡糸溶液Ｓを所定の径で放出するために用いるものである。また、ニードル形電極１４には、電気的に高電圧直流電源１６の正極が接続され、プラスに印加されている。これにより、ニードル形電極１４を経て放出された紡糸溶液Ｓは、正電荷を帯びた状態となる。

シリンジ１２は、シリンジポンプ１８に装着されている。シリンジポンプ１８は、シリンジ１２のプランジャ１２ａを一定の移動量で押動するものである。このように、シリンジポンプ１８を用いてシリンジ１２から紡糸溶液Ｓを放出することで、時間当り一定の量で紡糸溶液Ｓを吐出する。

ニードル形電極１４から少し距離を置いて、コレクタ電極２０がニードル形電極１４と対向するように設置されている。コレクタ電極２０は、基板２０ａと、強電界発生部２０ｂと、弱電界発生部２０ｃとから構成されている。基板２０ａは、アルミニウム等の導電体からなる略矩形状の平板である。基板２０ａの表面上には、強電界発生部２０ｂが基板２０ａと電気的に接続された状態で固着されている。強電界発生部２０ｂは、金属などの導電体からなる箔や薄板から形成されている。その形状は、図１や図２に示すように、細長く、直線長尺状に設けられており、その長さは、基板２０ａの高さに略等しく設けられている。そして、強電界発生部２０ｂは、図１乃至図３に示すように、基板２０ａ上に一定の間隔を隔てて平行に固着されている。さらに、基板２０ａ上に平行に並設された強電界発生部２０ｂの両端には、各強電界発生部２０ｂを接続するように、強電界発生部２０ｂが架設されている。これにより、各強電界発生部２０ｂの電界の強さは、一定の強さとなる。また、強電界発生部２０ｂに電圧を印加するときには、一箇所にだけ印加すれば全ての強電界発生部２０ｂに電圧を印加することが可能となる。

強電界発生部２０ｂの間には、強電界発生部２０ｂ間の隙間をうめるように、弱電界発生部２０ｃが固着されている。弱電界発生部２０ｃは、絶縁テープなどの非導電体や半導体などから形成されている。その形状は、図１や図２に示すように、細長く、直線長尺状に設けられており、その長さは、強電界発生部２０ｂと同様に、基板２０ａの高さに略等しく設けられている。

基板２０ａには、電気的に高電圧直流電源１６の負極が接続され接地されている。これにより、高電圧直流電源１６によりニードル形電極１４とコレクタ電極２０との間に直流高電圧を印加した場合には、ニードル形電極１４とコレクタ電極２０との間に強い電界場を発生する。このとき、強電界発生部２０ｂには基板２０ａを介して直流高電圧が印加されているので、強電界発生部２０ｂからは電界が強く発生される。他方、弱電界発生部２０ｃは、非導電体や半導体で形成されているので、強電界発生部２０ｂ部分に比べて弱く電界が発生するか、全く電界を発生しない。

引き続いて、本発明にかかるナノ繊維ウェブ製造装置１０の動作説明を行う。

まず、シリンジ１２内には、高分子などを溶解した液または高分子の溶融液を紡糸溶液Ｓとしてシリンジ１２に充填する。

なお、本発明にかかる実施の形態で紡糸溶液Ｓとして使用できる高分子としては、ナイロン、ナイロン６６、ポリアクリルニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、セルロース、ポリエーテルウレタン、導電性高分子、ポリ乳酸、ポリカプロラクタン、フィブロイン、コラーゲン、その他のタンパク質等の高分子が使用することができる。なお、本発明で使用できる高分子は、上述したものに限られず、エレクトロスピニング法で紡糸することができる高分子を使用することができる。また、紡糸溶液Ｓは単一成分に限定されるものではなく、上述の高分子等を２種以上混合して使用してもよい。またさらに、紡糸溶液Ｓは高分子だけに限られず、例えば金属、セラミックスなどの無機物を主成分としたゾル，ゲルを用いてもよい。これらゾル，ゲルを紡糸溶液Ｓとして使用することにより、配向性を有する無機系ナノ繊維からなるウェブを製造することが可能である。さらに、このウェブを焼結することで無機系焼結繊維からなるナノ繊維ウェブを製造することが可能である。

上に例示した高分子を溶解するのに用いる溶剤としては、アセトン、クロロホルム、エタノール、メタノール、トルエン、キシロール、シクロヘキサン、ジメチルホルムアミド等が使用することができる。なお、本発明で使用できる溶剤は、上述したものに限られず、溶解する高分子の種類に応じて適宜エレクトロスピニング法に適した溶剤を選択して使用することが可能である。また、使用する溶媒は、単一成分に限定されるものではなく、上述の溶剤等を２種以上混合して使用してもよい。さらに、紡糸溶液Ｓの電気特性を改善するために、水、水酸化ナトリウム溶液、塩化リチウム溶液などの電解質を添加してもよい。

ニードル形電極１４とコレクタ電極２０との間に直流高電圧を印加した状態で、シリンジポンプ１８を作動させてシリンジ１２より紡糸溶液Ｓを放出する。放出された紡糸溶液Ｓは、二ードル形電極１４から正電荷を帯びた状態でニードル形電極１４とコレクタ電極２０との間に生じている電界場中に放出される。

電界場に放出された紡糸溶液Ｓは、高分子等を溶解していた溶剤等が電界場中で瞬間的に蒸発し、高分子は凝固しながらクーロン力で延伸され、バリコスモーションを繰り返しながらナノ繊維を形成する。コレクタ電極２０表面近傍でウィッピングモーションが発生するとき、ナノ繊維はクーロン力による延伸する力が加えられていない弛緩状態となり、電界強度の強い強電界発生部２０ｂに沿って直線状に堆積する。強電界発生部２０ｂに沿って堆積したナノ繊維は、その次に弱電界発生部２０ｃを横切るように堆積して、次の強電界発生部２０ｂに沿って直線状に堆積する。この動作が順次繰り返し行われることにより、結果、強電界発生部２０ｂ上には、強電界発生部２０ｂに沿うようにナノ繊維が平行に配向されたウェブが形成され、弱電界発生部２０ｃ上には、ランダムに繊維が交錯して網目が形成されたウェブが形成されている。強電界発生部２０ｂに沿って堆積する現象は、強電界発生部２０ｂで発生する電界の強度が強いほど顕著に現われる。すなわち、強電界発生部２０ｂで発生する電界の強度が強い場合ほど、ナノ繊維が強電界発生部２０ｂに沿って配向され堆積される。また、この現象は、強電界発生部２０ｂの幅が細いほど現われやすく、強電界発生部２０ｂの幅は２〜３ｍｍ以下が望ましい。さらに、この現象には強電界発生部２０ｂと弱電界発生部２０ｃとの幅の比率が関係しており、強電界発生部２０ｂを弱電界発生部２０ｃより幅広くとった場合には、全体としてより強く繊維が強電界発生部２０ｂの形状に沿って配向したウェブが形成される。

このように、本発明にかかるナノ繊維ウェブ製造装置では、ランダムに交錯して形成された網目が形成されたウェブではなく、一定の方向に配向されたナノ繊維からなるウェブを製造することができる。例えば本実施の形態のように、強電界発生部２０ｂを細長く直線長尺状に設け、それを平行に配置させた場合には、強電界発生部２０ｂに沿って、平行に配向されたナノ繊維によりウェブが形成される。このようなウェブは、ランダムに繊維が交錯して網目を形成したウェブに比べ、繊維の交点が少なく比表面面積が増大しているので、従来のナノ繊維ウェブより吸湿・吸着特性の優れている。また、本発明で形成されるウェブの空隙は極めて小さくなるので、フィルタ効率が大きく向上しエアフィルタ，液体フィルタ，光学フィルタとして優れた性能を備えたフィルタ材を得ることができる。さらに、ウェブを構成するナノ繊維を一方方向に配向させることで、ウェブに強い偏光吸収などの光学的特性を付与することが可能であり、赤外線・紫外線などの特定の光線をカットする光学フィルタ（偏光フィルタ）としての適用が可能となる。

図４は、本発明にかかるナノ繊維ウェブ製造装置の別の実施の形態に用いられるコレクタ電極を示す図解図である。このコレクタ電極２１は、図１乃至図３に示したコレクタ電極２０とは、強電界発生部２１ｂおよび弱電界発生部２１ｃの構造が異なる。このコレクタ電極２１は、表面部分が全て金属等の導電体から形成されている。また、図５に示すように、その表面には強電界発生部２１ｂである、突条２２が設けられている。突条２２の頂面形状は、図１乃至図３に示した強電界発生部２０ｂと同様に、細長く、直線長尺状で平らに設けられている。突条２２は、強電界発生部２０ｂと同様に、一定の間隔を隔てて平行に形成されている。その高さは、１０ｍｍ以内に形成されるのが望ましい。なお、突条２２は、コレクタ電極２１表面をフライス加工、レーザ加工などの機械加工やエッチングなどの化学処理により突条２２となる部分以外の表面を除去したり、金属などの導電体からなる線材、薄膜やメッシュ材等をコレクタ電極上に電気的に導通した状態で固定・固着して形成する。

このコレクタ電極２１は、突条２２が強い電界を発生することで強電界発生部２１ｂと機能し、その他の突条が設けられていない部分が突条２２より弱い電界を発生するので弱電界発生部２１ｃとして機能する。これにより、ナノ繊維は、突条２２の頂面に沿って堆積しやすくなり、結果、突条２２に沿って繊維を配向させたナノ繊維ウェブを得ることができる。なお、この実施の形態においても、突条２２で発生する電界の強度が強い場合ほど、ナノ繊維が突条２２に沿って配向され堆積される。また、この現象は突条２２の幅が細いほど現われやすい。さらに、この現象には突条２２の幅とその他の部分の幅の比率が関係しており、突条２２をその他の部分より幅広くとった場合には、全体としてより強く繊維が突条２２に沿って配向したウェブが形成される。

図６は、本発明にかかるナノ繊維ウェブ製造装置のさらに別の実施の形態に用いられるコレクタ電極を示す図解図である。このコレクタ電極２３は、図４に示したコレクタ電極２１と同様に、表面に突条２４が設けられている。しかし、この実施の形態の突条２４は、突条２４が直交されメッシュ状に配置されている。この場合、ナノ繊維が突条２４に沿って堆積するのは、コレクタ電極２１のときと同様であるが、さらにこのコレクタ電極２３の場合には、ナノ繊維を構成する高分子等がコレクタ電極２３表面近傍において面状にも拡散し、堆積したナノ繊維間を高分子等の薄膜が埋めた、ナノ繊維ウェブと薄膜（フィルム）とが混在する複合構造物を得ることができる。この現象は、曳糸性に優れたポリエチレンオキサイド・ナイロン系高分子、ポリ乳酸等の生分解性樹脂、天然あるいは合成ゴム系高分子、ウレタン系高分子、タンパク質あるいはポリアミノ酸系高分子を紡糸溶液Ｓに用いた場合に顕著に現われる。なお、この複合構造物は、優れたコーティング材やその他優れた工業資材として利用することが可能である。

なお、上述の説明では、強電界発生部や突条の電界の効果を多く受けるように、ナノ繊維を薄く堆積させた状態について説明を行ったが、これに限らず本発明では、堆積したナノ繊維が強電界発生部や突条の電界を遮蔽するように、ナノ繊維を厚く堆積させるように構成してもよい。この場合には、コレクタ電極に対向していた面は、強電界発生部や突条の形状に沿ってナノ繊維が強く配向しており、多方面に向かうにしたがって、配向性が減少するナノ繊維ウェブを得ることができる。このナノ繊維ウェブは、一方面から他方面に向かうに従って繊維の配向性が変化するので、エアフィルタ，液体フィルタなどに適用した場合に優れた分離性能を発揮する。

また、本発明にかかるウェブ製造装置のコレクタ電極２０，２１，２３の強電界発生部や突条の形状は、上述してきたものに限られず、ウェブや不織布に求める各種性能、例えば分離性能、払拭性能等の各種性能が発揮される形態にナノ繊維が配向するように、直線、曲線、直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に適宜変更されてもよい。図７に、コレクタ電極の強電界発生部または突条の頂面の形状パターンの例を幾つか例示する。なお、図７において、太い実線はコレクタ電極の強電界発生部または突条の頂面形状を示したものであるが、強電界発生部，突条の形状は、図７に示す線の幅や間隔に限られず、適宜その幅や間隔に変更が加えられて用いられればよい。

さらに、上述の実施の形態においては、コレクタ電極２０，２１，２３を平板状に形成したが、本発明はこれに限らず、図８に示すように、基板２０等を長尺状物で形成し、その両端をつなぎ合せて形成してロール状に形成されてもよい。このロール状のコレクタ電極を任意の速度で回転させながら、ウェブを製造することで連続的に製造か可能となる。このとき、強電界発生部２０ｂには摺動端子等を用いて高電圧が印加される。

またさらに、上述の実施の形態においては、ニードル形電極１４をプラスに、コレクタ電極２０等にマイナスの電圧を印加したが、電界場中でのナノ繊維の拡がり等を考慮して反対に印加するように構成されてもよい。

なお、上述の実施の形態においては、シリンジ１２を１つだけ設置してナノ繊維ウェブを製造したが、本発明はこれに限らず、ニードル形電極１４を備えたシリンジ１２を複数設置してそれぞれのニードル形電極１４とコレクタ電極２０，２１，２３との間に直流電圧を印加して一度に紡糸溶液液Ｓを複数本放出するように構成してもよい。また、上述した実施の形態については、紡糸溶液Ｓを吐出するためにシリンジ１２を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリンジ１２の代わりに時間当たり一定の量で紡糸溶液Ｓを吐出できる定量ポンプ等を用いてもよい。

また、上述の実施の形態においては、コレクタ電極２０に強電界発生部２０ｂを設けるのに、金属などの導電体からなる箔や薄板を用いて形成したが、本発明はこれに限らず、導電性テープ、導電性フィルム、導電性塗料の塗布、導電性金属によるメッキ、導電性金属の蒸着・スパッタリングにより強電界発生部２０ｂを設けてもよい。他方、上述の実施の形態においては、弱電界発生部２０ｃを設けるのに、絶縁テープを用いたがこれに限らず、絶縁体や半導体からなるフィルム、絶縁体や半導体からなる塗料の塗布により弱電界発生部２０ｃを設けてもよい。また、上述の実施の形態においては、基板２０ａ上に強電界発生部２０ｂと弱電界発生部２０ｃとを設けてコレクタ電極２０としたが、本発明はこれに限らず、基板２０ａを設けずに、強電界発生部２０ｂとなる材料の上に弱電界発生部２０ｃを設けてもよいし、反対に、弱電界発生部２０ｃとなる材料の上に強電界発生部２０ｂを設けてもよい。

さらに、上述の実施の形態においては、コレクタ電極２０，２１，２３の表面上に直接、ナノ繊維を堆積させてナノ繊維ウェブを製造するように構成したが、本発明はこれに限られることはない。例えば、図９に示すように、コレクタ電極２０が発する電界の影響を受ける範囲内に、他のウェブ，不織布などの積層対象物を配置して、その上にウェブを堆積させるように構成されてもよい。なお、この時、積層対象物は、コレクタ電極２０，２１，２３上に静止させていても、コレクタ電極２０，２１，２３上を通過するように動かしていてもよい。

（実施例１）
コレクタ電極２０の基板２０ａには、厚み０．３ｍｍのアルミ箔を使用した。強電界発生部２０ｂには、厚さ０．３ｍｍのアルミ箔を幅２ｍｍに切り出して直線長尺状に形成したものを基板２０ａ上に２ｍｍピッチ間隔で市販の接着剤で接着した。強電界発生部２０ｂの間には、２ｍｍ幅の非導電材料であるナイロン繊維不織布テープを強電界発生部２０ｂ間の隙間をうめるように貼着した。これら強電界発生部２０ｂを設けた後、基板２０ａを３０ｃｍ角の正方形に切り出してコレクタ電極２０とした。なお、今回基板２０ａに市販のアルミ箔を用いたのは、ナノ繊維不織布をコレクタ電極２０上に形成した後、任意の部分を切り出して容易に顕微鏡観察を行うためである。

シリンジ１２には、１０ｍｌを溶液を充填できるシリンジを使用した。シリンジ１２に装着するニードル形電極１４には、長さ４０ｍｍ，外径０．６３ｍｍ，内径０．２５ｍｍの注射針を使用した。シリンジ１２をシリンジポンプ１８であるマイクロシリンジポンプ（ＫＤ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＩＣ３１００）に装着し、ニードル形電極１４の先端とコレクタ電極２０表面との距離が８ｃｍとなるように各機器を配置した。ニードル形電極１４には、高電圧直流電源１６である、高電圧発生装置（松定プレシジョン株式会社製ＨＡＲ３０Ｒ３．３）の正極を接続し、さらに、コレクタ電極２０を接地した状態にして、ニードル形電極１４に直流高電圧１５ｋＶを印加させた。

使用する紡糸溶液Ｓには、エチレンオキサイドを開環重合して得たポリマーを使用した、具体的には、明成化学工業株式会社製のアルコックス（登録商標）Ｒ−１５０を使用した。なお、アルコックスＲ−１５０は、水に対して１０重量％の割合で溶解させた後、さらにアセトンで希釈してポリエチレンオキサイドが２重量％含まれるアセトン溶液としてシリンジ１２に充填した。なお、この紡糸溶液の物性は、粘度が２０ｍｐａ．ｓで、導電率は、１５．５μｓ／ｃｍであった。

上述の構成により、シリンジ１２内の紡糸溶液Ｓを２０ｍｌ／ｈの吐出量で２ｍｌ放出させて、ナノ繊維ウェブをコレクタ電極２０表面上に作成した。作成したナノ繊維ウェブには、顕微鏡観察を容易にするために、銀スパッタリングを行い繊維表面に銀を蒸着させた。

図１０は、実施例２で得たナノ繊維ウェブの強電界発生部２０ｂと弱電界発生部２０ｃとの境界部分を拡大（倍率２００倍）して写した写真である。図１１は、弱電界発生部上に堆積したナノ繊維ウェブを拡大（倍率７５０倍）して写した写真である。図１２は、強電界発生部上に堆積したナノ繊維ウェブを拡大（倍率７５０倍）して写した写真である。

図１１と図１２を比較してわかるように、強電界発生部２０ｂ上には、弱電界発生部２０ｃと比べて強電界発生部２０ｂに沿うように配向性が付与されてナノ繊維が堆積している。また、強電界発生部２０ｂ上の繊維密度は明らかに弱電界発生部２０ｃ上の繊維密度より高くなっている。これは、本来コレクタ電極２０上に均一に堆積すべきナノ繊維が、強電界発生部２０ｂの強い電界により強電界発生部２０ｂに引きつけられ強電界発生部２０ｂ上に多く堆積した結果である。
（実施例２）
コレクタ電極２０には厚み２ｍｍのアルミ板を使用した。そして、アルミ板の表面に、フライス盤加工により幅１ｍｍ、高さ１ｍｍの直線状の突条２２が２ｍｍ間隔で交差する網目状の突条２２を形成した。

紡糸溶液Ｓには、ポリ乳酸を使用した、具体的には、三井化学株式会社製のレイシア（登録商標）Ｈ−１００Ｊのペレットをクロロホルム溶剤で溶解してポリ乳酸が２重量％含まれるクロロホルム溶液を作成した。なお、この紡糸溶液Ｓの物性は、粘度が３５ｍＰａ．ｓで、導電率は、１０．５μｓ／ｃｍであった。

上述のコレクタ電極および紡糸溶液Ｓを用いて実施例１と同様の装置・条件によりナノ繊維ウェブの作成を行った。

図１３は、実施例２で得たナノ繊維ウェブの一部を拡大（倍率３０倍）して写した写真である。図１４は、実施例２で得たナノ繊維ウェブの一部をさらに拡大（倍率７５０倍）して写した写真である。図１５は、突条上に形成されたナノ繊維ウェブを拡大（倍率７５０倍）して写した写真である。

図１３を見ればわかるように、強電界発生部２０ｂである突条２４上には、その他の部分より多くの繊維が堆積されているのがわかる。また、図１５を見ればわかるように突条２４上のナノ繊維は突条２４に沿って配向した状態に堆積してしるのが観察できる。さらに、この実施例で作成したウェブでは、図１４を見てもわかるように、ナノ繊維間に高分子が拡散して薄膜状形成された部位が確認することができる。このように、突条をメッシュ状に設けたコレクタ電極を用いることにより、一定方向に配向したナノ繊維の間をうめるように薄膜が形成された複合構造物を得ることができる。

本発明にかかるナノ繊維ウェブ製造装置の一実施の形態を示す図解図である。 図１に示すウェブ製造装置のコレクタ電極表面の一部を示す要部拡大図解図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける要部を拡大した断面図解図である。 本発明にかかるナノ繊維ウェブ製造装置の別の実施の形態に用いられるコレクタ電極を示す図解図である。 図４の線Ｖ−Ｖにおける要部を拡大した断面図解図である。 本発明にかかるナノ繊維ウェブ製造装置のさらに別の実施の形態に用いられるコレクタ電極を示す図解図である。 コレクタ電極の強電界発生部または突条の頂面の形状パターンを示す図である。 ロール状に形成したコレクタ電極を示す図解図である。 積層対象物にナノ繊維ウェブを堆積している状態を示す図解図である。 実施例１で得たナノ繊維ウェブの強電界発生部２０ｂと弱電界発生部２０ｃとの境界部分を拡大（倍率２００倍）して写した写真である。 弱電界発生部上に堆積したナノ繊維ウェブを拡大（倍率７５０倍）して写した写真である。 強電界発生部上に堆積したナノ繊維ウェブを拡大（倍率７５０倍）して写した写真である。 実施例２で得たナノ繊維ウェブの一部を拡大（倍率３０倍）して写した写真である。 実施例２で得たナノ繊維ウェブの一部をさらに拡大（倍率７５０倍）して写した写真である。 突条上に形成されたナノ繊維ウェブを拡大（倍率７５０倍）して写した写真である。

符号の説明

１０ ナノ繊維ウェブ製造装置
１２ シリンジ
１４ ニードル形電極
２０，２１，２３ コレクタ電極
２０ｂ 高電界発生部
２０ｃ 弱電界発生部
２２，２４ 突条

Claims (10)

1. エレクトロスピニング法によりコレクタ電極の表面上またはコレクタ電極の直上に配置した積層対象物上にナノ繊維からなるウェブを製造するナノ繊維ウェブの製造方法であって、
   前記コレクタ電極に、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状の電界を強く発生するものを使用したことを特徴とする、ナノ繊維ウェブの製造方法。
2. 連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配された導電体と、
   連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配された前記導電体より低い導電率の導電体または非導電体とからなるコレクタ電極を使用した、請求項１に記載のナノ繊維ウェブの製造方法。
3. 導電体を用いて連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状の突条を表面に設けたコレクタ電極を使用した、請求項１に記載のナノ繊維ウェブの製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のウェブの製造方法により製造されたことを特徴とする、ナノ繊維ウェブまたは積層体。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の製造方法により製造されたナノ繊維ウェブまたは積層体であって、
   一方面から他方面に向かうにしたがってナノ繊維の配向性が減少した、ナノ繊維ウェブまたは積層体。
6. 請求項３に記載の製造方法により製造されたナノ繊維ウェブまたは積層体であって、
   前記ナノ繊維間に前記ナノ繊維と同じ材料からなる薄膜が形成されたナノ繊維ウェブまたは積層体。
7. エレクトロスピニング法によりナノ繊維からなるウェブを製造するナノ繊維ウェブ製造装置に使用するコレクタ電極であって、
   連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に電界を強く発生する強電界発生部を備え、
   前記強電界発生部が、前記ナノ繊維に配向性を付与することを特徴とする、コレクタ電極。
8. 前記強電界発生部は、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配された導電体で形成され、
   前記強電界発生部以外の部分は、連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に配された前記導電体より低い導電率の導電体または非導電体から形成されている、請求項７に記載のコレクタ電極。
9. 前記強電界発生部は、前記コレクタ電極の表面に連続した直線、連続した曲線、連続した直線と曲線との組合せのうちのいずれかからなる任意の紋様または形状に形成された導電体からなる突条である、請求項７に記載のコレクタ電極。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれかに記載のコレクタ電極を備えた、ナノ繊維ウェブ製造装置。
    
    
    

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