JP2008088600A - 静電放出方法と装置、これらを用いた静電作業方法と装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電放出して供給する微細材の供給密度分布や混合比を均一にして、回収や表面処理の効率化や均一化が図れるようにする。
【解決手段】静電放出系２により１種またはそれ以上の原料材または処理材１を帯電した微細材３として静電放出し所定の方向に供給するのに、静電放出した微細材３にそのまわりから静電的な混合変位力Ｆを及ぼすことにより、上記の目的を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電放出系により１種またはそれ以上の原料材または処理材を帯電した微細材として所定の方向に静電放出し、この静電放出される微細材をそれと電位差を有した対象面上に静電的に付着させて回収や表面処理といった静電作業などに供する静電放出方法と装置、これらを用いた静電作業方法と装置に関するものである。

このような静電放出系は、例えば、高分子溶液である原材料や処理材を帯電による静電爆発を伴い必要に応じナノ単位の微細な繊維や粉体、粒子などの微細材として放出できる電子紡糸法や電荷誘導紡糸法などと称される電子紡糸系で代表され、静電放出した微細材は対象面上への静電的な付着堆積によりウエブなどとして回収したり（例えば、特許文献１参照。）、それをさらに製糸に供したり、あるいは対象面を表面処理するといった静電作業に供される（例えば、特許文献２参照。）。

このような静電的な作業では、ときとして、回収ないしは表面処理する、微細材の付着、堆積の密度分布が均一であることや、原料材や処理材ないしはそれらを静電放出させた微細材が異なった高分子溶液のものである場合の混合比率の分布が均一であることが、重要となったり、強く求められたりする。

直線上に配置した２箇所以上の紡糸原液供給部から静電爆発といわれる電界による延伸を伴い放出した繊維を、これと電位差を有した捕集体上に集積させながら回転するなどして前記配置方向に直交する方向に搬送して繊維集合体、つまりウエブを形成する静電作業において、少なくとも、捕集体の幅方向、つまり搬送方向に直交する方向において、中央部における繊維量が多く両端部における繊維量が少なくなる傾向があることにつき、最も端部に位置する両紡糸原液供給部よりも外側に、絶縁体が存在する環境にて行うことで、この絶縁体が静電放出した繊維が作る電界により帯電して繊維と反発し合い、繊維の集積位置の拡がりを抑えて繊維量が両端部で少なくなるのを防止する技術が既に知られ、搬送方向においても同様なことも行われている（例えば、特許文献３参照。）。

また、ベルトブロー法、ガスジェットによるナノ繊維（ＮＧＪ）技術、および電子紡糸ないしは電界紡糸法により、１以上の繊維を含んでなる不織布集合体であって、前記繊維が、接着剤成分、エラストマー成分、及び親水性成分を含む１以上の複合繊維が得られ、医療用の包帯などの不織繊維集成体として材料の組み合わせに応じた複数の性質を発揮させる技術が提案され、これを実現する親水成分、エラストマー成分、及び接着剤成分といった１以上のタイプの繊維形成材料を収容するための複数個のリザーバ、それぞれ独立してリザーバと連通する複数個のバルブ、及び紡糸口金、ＮＧＪノズル、および紡糸装置でなる群から選ばれる、バルブと連通する繊維形成装置を包含した装置と共に既に知られている（例えば、特許文献４参照）。ここに、特許文献４は、複数の異なった材料が混合した繊維と、それによる不織布繊維集成体、およびその製造方法ないし装置を開示している。
特開２００２−２０１５５９号公報 特表２００６−５０７４２８号公報 特開２００５−２６４３５３号公報 特表２００６−５０１３７３号公報

しかし、特許文献３に記載の技術では、幅方向に配置した紡糸原液供給部から帯電を伴い静電放出される繊維を捕集体上に集積させながら搬送するのに、搬送方向には繊維の堆積位置を順次に変位させる機能によって堆積密度を搬送方向にある程度均せるのに対し、幅方向には各紡糸原液供給部から静電作業空間へ放出される繊維の密度分布の不均一が反映してしまうことに対し、前記幅方向の両端部において絶縁体の帯電による微細材との反発にて端部紡糸原液供給部からの放出繊維の集積域の拡がりを抑えることで、集積体上で繊維集合体の繊維量が両端部で中央部より少なくなるのを解消する技術と認められるが、個々の紡糸原液供給部から静電放出される繊維の放出域は特許文献３の図２、図３などの平面図に見られるように円形に分布しているために、中央部と両端部での繊維量の大きな違いはある程度解消されるにしても、繊維の放出域の分布に対応した脈動的な堆積密度の違いは解消し切れないものである。このことは、搬送方向において配置した紡糸原液供給部の両端部においても絶縁体による集積域の拡がり抑制の場合もほぼ同様である。また、放出繊維の不均一な密度分布は、回収や表面処理効率の不均一をもたらし、高密度域に対し密度が低い部分ほど回収や表面処理の効率が低くなるともいえる。

特許文献３に記載の技術を、静止した捕集体上で繊維を回収し、また表面処理する技術に採用しようとすると、既述のような放出域の分布による付着むら、堆積むらはそのまま反映し残ってしまうし、静電放出する微細材が粉体などの非繊維粒子、ナノ粒子と微細化するほど静電放出の分布密度の不均一が付着密度や堆積密度に反映しやすい。表面処理ではこのようなむらは均一処理の妨げとなる問題があり、同一の紡糸液供給部から静電放出される同一材料よりなる微細材自体に生じる不均一な分布自体が問題となることもあるが、特許文献３に記載の技術では全く対応できない。

また、特許文献４に記載のように医療上などの複数の特性を発揮させるために異種材料が混合したウエブを製造したり、表面処理をしたりする場合も、その意図するところから異種材料を特許文献４に記載のように１つの紡糸系から混合状態で紡糸放出するにも、特許文献１に記載のような複数の紡糸系を利用して個別に紡糸放出して混合させるにも、紡糸放出した微細材の密度分布に加え、各部分ごとの混合の均等化を図ることも大事な事項であるが、いずれも特許文献３、４に記載の技術では解決できない。しかも、異種材料の高分子溶液などには溶媒が水である水性のものと、トルエンなどの油性のものとがあり、これらは互いに混合し難くこのような材料同士の組み合わせとしたいような場合は特に強制的な混合技術が必要である。他の油性溶媒としてはジメチルホルムアシド、ジメチルアセトアシドなどがある。１つの実施例を示すと、ポリビニルアルコール樹脂に溶媒として水を用いた水性の高分子溶液と、ポリウレタン樹脂にトルエンとＤＭＦとが混合した溶媒を用いた油性の高分子溶液との組み合わせがある。

本発明の目的は、原料材や処理材を帯電した微細材として放出し供給する静電環境一般において、放出した微細材の供給密度分布を均一にして、回収や表面処理の効率化や均一化が図れる静電放出方法と装置、これらを用いた静電作業方法と装置を提供することにあり、さらには複数の静電放出系から静電放出する微細材の材料の異同を問わず均一に混合できるようにもする。

上記のような目的を達成するために、本発明の第１の態様の静電放出方法によれば、静電放出系により１種またはそれ以上の原料材または処理材を帯電した微細材として静電放出し所定の方向に供給する静電放出方法において、静電放出した微細材にそのまわりから静電的な混合変位力を及ぼすことを特徴としている。

このような構成によれば、静電放出系から１種またはそれ以上の原料材または処理材を帯電した微細材として静電放出して所定の方向に供給し、静電的な付着を伴なう回収や表面処理などの静電作業に供するのに、静電放出される微細材が帯電しているのを利用して、そのまわりからの電界による静電的な働きにより、静電放出系から放出される微細材に対しその雰囲気を含む微細材どうしの混合を促進させる変位力を与えられ、雰囲気を含む放出微細材どうしの混合比や密度分布を均一化し、また高めることができる。

このような方法は、１種またはそれ以上の原料材または処理材を帯電した微細材として静電放出し所定の方向に供給する静電放出系を備え、静電放出系から静電放出した微細材にそのまわりから静電的な混合変位力を及ぼす静電混合手段を有したことを特徴とする本発明の第１０の態様の静電放出装置によって実現できる。

本発明の第２の態様の静電放出方法によれば、第１の態様において、さらに、静電的な混合変位力は、静電放出した微細材のまわりから変動する電界を及ぼして与えることを特徴としている。

このような特徴によれば、第１の態様の場合に加え、さらに、静電放出される微細材にそのまわりから静電的に与える混合変位力を変動する電界により変動させて、微細材の混合変位を乱して混合作用が高まるので、混合比、密度分布の均一化を高められる。

本発明の第３の態様の静電放出方法によれば、第２の態様において、さらに、電界の変動は、微細材の帯電電極と同極で０Ｖ以上で変動することを特徴としている。

このような特徴によれば、第２の態様の場合に加え、さらに、電界が静電放出した微細材と同極で０Ｖ以上であることにより、微細材をまわりに拡散させることなく、高密度化方向への移動方向成分を持った混合変位力を及ぼせるので、高密度化を図りならが混合比、密度分布の均一化を高めれる。

このような方法は、第１０の態様の静電放出装置において、さらに、静電混合手段は、静電放出した微細材のまわりに配した導電性部材と、この導電性部材に微細材と同極性の０Ｖ以上で変動する電圧を印加して変動する電界を発生させ、それによる変動する混合変位力を微細材に及ぼす電圧印加手段とを有していることを特徴とする第１１の態様にて実現することができる。

本発明の第４の態様の静電放出方法によれば、第２、第３の態様のいずれかにおいて、さらに、電界の変動は、微細材の静電放出経路のまわりに静電的に独立して配した導電性部材のそれぞれに、交流成分に微細材と同極の直流成分が重畳した０Ｖ以上の変動電圧を、位相が所定量ずれるよう個別に印加して与えることを特徴としている。

このような特徴によれば、第２、第３の態様の場合に加え、さらに、電界が印加する電圧の交流成分変化に従い、静電放出した微細材に及ぼす変動する電界による混合変位力の高密度化方向成分にその周波数に見合った強弱を与えて、微細材を内外方向に振動的に拡縮させる挙動が、各導電性部材に対応する隣接域ごとに位相が所定量ずれた状態で得られるので、高密度化を伴なう混合比、密度分布の均一化をさらに高められる。

本発明の第５の態様の静電放出方法によれば、第２、第３の態様のいずれかにおいて、さらに、電界の変動は、微細材の静電放出経路のまわりに静電的に独立して配した導電性部材のそれぞれに、パルス幅を周期的に変更した微細材と同極性の電圧を、位相が所定量ずつずれるように個別に印加して与えることを特徴としている。

このような特徴によれば、第２、第３の態様の場合に加え、さらに、電界が印加する電圧のパルス幅の周期的な変更に従い、静電放出した微細材に及ぼす変動する電界による混合変位力の高密度化方向成分にそのパルス幅の変更の周期に見合った強弱を与えて、微細材を内外方向に振動的に拡縮させる挙動が、各導電性部材に対応する隣接域ごとに位相が所定量ずれた状態で得られるので、高密度化を伴なう混合比、密度分布の均一化をさらに高められる。

第６の態様の静電放出方法によれば、第２〜第５の態様のいずれかにおいて、さらに、電界の変動は、各導電性部材に対し一方向回転または正逆方向回転させて与えることを特徴としている。

このような特徴によれば、第２〜第５の態様のいずれかの場合に加え、さらに、静電放出される微細材に与える変動する電界による混合変位力が、静電放出される微細材のまわりに一方向回転または正逆方向の旋回成分を持って微細材に働くので、高密度化を伴なう混合比や密度分布の均一化とその効率をさらに高められ、正逆方向の旋回成分を持って働く方が一方向の旋回成分を持って働く場合よりも格段に優れる。

このような方法は、第１１の態様の静電放出装置において、さらに、静電混合手段は、静電放出した微細材のまわりに静電的に独立して複数配した導電性部材と、各導電性部材に微細材と同極で０Ｖ以上で変動する電圧を、互いの位相が所定量ずれるように個別に印加して変動する電界を発生させるのに併せ、各導電性部材に印加する変動電圧の位相の違いを各導電性部材において一方向回転または正逆方向回転に変化させることにより、前記発生させる変動する電界を一方向回転または正逆方向回転させることを特徴とする第１２の態様により、さらに、本発明の第１３の態様での、電圧印加手段は、各導電性部材のそれぞれに、交流成分に直流成分が重畳した変動電圧を印加することを特徴として、また、さらに、本発明の第１４の態様での、電圧印加手段は、各導電性部材のそれぞれに、パルス幅を周期的に変更した変動電圧を印加することを特徴として実現する。

本発明の第７の態様の静電放出方法によれば、第１〜第６の態様において、さらに、静電放出は、高分子溶液の原料材または処理材の静電爆発またはおよび空気爆発を伴い行うことを特徴としている。

このような特徴によれば、第１〜第６の態様のいずれかの場合に加え、さらに、原料材や処理材を空気爆発を伴い放出すると、静電塗装などの表面処理一般に適用される程度の微細材を供給することができ、静電爆発を伴ない放出すると、ナノ単位といったさらに微細な繊維や粒子を供給することができ、静電爆発および空気爆発を伴い放出すると、静電放出する微細材のさらなる微細化と、混合比、密度分布の均一化を高められるし、微細材の微細度を高めるのに静電爆発単独の場合よりも印加電圧を抑えられる。

このような方法は、第１０〜第１４の態様の静電放出装置において、さらに、静電放出系は、高分子溶液の原料材または処理材の静電爆発または、静電爆発および空気爆発を伴い行うことを特徴とする第１５の態様にて実現する。

このような原料材または処理材の静電爆発および空気爆発による静電放出は、本発明の第１５の態様の静電放出装置において、さらに、静電放出系は、原料材または処理材を帯電を伴い放出する静電放出流路と、この静電放出流路にて放出させる原料材または処理材を空気爆発させるように空気を供給する空気流路とを備えた２流体ノズルであることを特徴とする第１６の態様にて実現できる。

本発明の第８の態様の静電放出方法によれば、第１〜第７の態様のいずれかにおいて、さらに、静電放出は、原料材または処理材の種類ごとに異なった静電放出系にて個別に行うことを特徴としている。

このような特徴によれば、第１〜第７の態様のいずれかの場合に加え、さらに、原料材または処理材の種類ごとに異なった静電放出系にて個別に、従って水性と油性との混合し難い相互の関係に影響なく静電爆発またはおよび空気爆発の静電放出の特徴を活かしたさらなる微細化、分散を図って静電放出させて、既述のように静電的に与える混合変位力の種類に応じた矯正混合が行なえるので、高密度化を伴なう混合比、密度分布の均一化が図れる。特に、各静電放出系からの静電放出域を重ねさせることで静電放出する各々の微細材どうしを一次混合させられるので、さらに好適である。

このような方法は、第１０〜第１６の態様の静電放出装置において、さらに、静電放出系は、原料材または処理材をその種類ごとに設けて個別に静電放出することを特徴とする第１７の態様にて実現する。

本発明の第９の態様の静電作業方法によれば、第１〜第８の態様の静電放出方法のいつれか１つによって放出される微細材を、これと電位差を持った対象面上に静電的に付着させて回収または表面処理を行うことを特徴としている。

このような構成では、静電放出して供給される微細材の回収、微細材による表面処理が効率よくむらなく行える。

このような方方は、本発明の第１０〜第１７の態様の静電放出装置のいずれかと、それによって放出される微細材を、これと電位差を持った対象面上に静電的に付着させて回収または表面処理を行うことを特徴とする第１８の態様の静電作業装置によって実現する。

それには、対象面は一方向に移動することを特徴とする本発明の第１９の態様の静電作業装置として、移動する対象面にて連続に回収または処理が進行するし、対象面の移動によって回収または処理の均一化をさらに高められる。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の具体的な説明および図面の記載によって明らかになる。

本発明によれば、静電放出系から原料材または処理材を帯電した微細材として静電放出し、静電的な付着を伴なう回収や表面処理などの静電作業に供するのに、帯電している微細材にそのまわりから電界による静電的な混合変位力を与えて混合を促進させることにより雰囲気を含む微細材どうしの混合比や密度分布を均一化し、また高めることができる。

以下、本実施の形態に係る静電放出方法と装置、これらを用いた静電作業方法と装置につき図１〜図９を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。

本実施の形態は主として、図１に示す例のように原料材や処理材となる高分子溶液１を特許文献１に記載のような電子紡糸タイプの静電放出系２により帯電を伴い繊維、粉体、粒子などの微細材３として放出し、これと電位差を有した対象面８ａ上に電荷誘導を伴い静電的に付着させて回収や表面処理に供する場合の１例である。微細材３に対する対象面８ａの電位差は印加電源９からの微細材３と逆極性に帯電を行うかアースに接続することで得られる。

微細材３としての繊維は高分子溶液を容器から自然に、あるいは回転による遠心力を利用して線状に流出させながら静電爆発により延伸させることで得られる。帯電電荷を高めて静電爆発が一次、二次、三次と繰り返し行われるようにするほど微細化し、また長繊維化もでき、その回収過程で特許文献１で知られるような高分子ウエブを製造したり、特許文献２などで既に知られる連続した高分子ファイバ束であるフィラメントや撚りを掛けた糸条に合糸したりすることができる。

ここに、原料材や処理材となる高分子溶液１としては、特許文献３などにより既に知られる電子紡糸用の各種高分子材料、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＦＶＤＦ）、ポリ(フッ化ビニリデン−コ−ヘキサフルオロプロピレン)、ポリアクリロニトリル、ポリ(アクリロニトリル−コ−メタクリレ−ト、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ(塩化ビニリデン−コ−アクリレート)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン１２、ナイロン−４,６などのナイロン系列,アラミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリビニルアルコール、セルロ−ス、酢酸セルロ−ス、酢酸酪酸セルロ−ス、ポリビニルピロリドン−酢酸ビニル、ポリ(ビス−(２−メトキシ−エトキシエトキシ)) ホスファゼン(ＭＥＥＰ))、ポリエチレンイミド(ＰＥＩ)、ポリ(コハク酸エチレン)、ポリ(硫化エチレン)、ポリ(オキシメチレン−オリゴ−オキシエチレン)、ポリ(酸化プロピレン)、ポリ(酢酸ビニル)、ポリアニリン、(ポリテレフタル酸エチレン)、ポリ(ヒドロキシ酪酸)、ポリ(酸化エチレン)、ＳＢＳコポリマー、ポリ乳酸、ポリペプチド、タンパク質などのバイオポリマー、コールタールピッチ、石油ピッチなどのピッチ系などの様々な高分子が適用でき、これらの共重合体および混合物なども適用できるほか、特許文献３などで知られる材料、その他を用いることができる。また、溶媒はこれら高分子を溶解する任意の溶媒を適用できる。

しかし、図１に示す例では、帯電を伴い静電放出する微細材３を非繊維形態、つまり粒子状とする場合の１つの具体例である。このような粒子状の微細材３を放出するいわゆる電子紡糸タイプの静電放出系２とし、キャピラリ５にポンプ７により高分子溶液１を加圧供給して帯電を伴い霧化粒子状の微細材３として噴霧し静電爆発を伴い放出する静電放出方式を採用している。また、キャピラリ５をガラス製などの非帯電材料により形成してステンレス線などよりなる電極６を挿入して印加電源４から電圧Ｖ１を印加してそこに供給される高分子溶液１への浸漬状態にて帯電させる帯電方式を採用している。これにより、霧化粒子状に放出する微細材３に十分な帯電が及び必要な程度の静電爆発の繰り返しが得られ、微細材３をナノ単位もしくはそれ以下の微粒子にすることができる。

いずれにしても、１つの静電放出系２から静電放出する微細材３は均一な密度で分布しないことにより、対象物８の対象面８ａへの電荷誘導を伴なう静電付着により回収や表面処理を行うのにもむらが生じる。また、同極性に帯電している微細材３同士の反発による離散傾向、つまり低密度化傾向を示す上、静電爆発の繰り返し回数が増加するほど微細化が進むものの密度が低下する傾向も手伝って、回収効率、表面処理効率の低下の原因ともなる。

しかし、帯電を伴う微細材３の静電放出において、微細材３に必要な大きさや形態によっては、静電爆発を必要としない場合があり、微細材３の静電爆発に起因した分散は回避できるし、静電爆発を発生させるのに対象面８ａと微細材３との電位差は１〜１００ｋＶ程度の高電圧となるのを軽減することができる。この必要電位差は、図１に示す例のように対象面８ａに対し電源９から前記電極６とは逆極性の電荷Ｖ３を印加してＶ１とＶ３とで得られるが、対象面８ａをアースに接続してもよく、この場合Ｖ１は必要電位差である例えば１〜１００ｋＶの全電圧を満足する必要があり、これを軽減できるほど有利である。

この意味から、高分子溶液１を微細材３として静電放出する方式は、ノズルにより帯電を伴い噴霧するだけの静電爆発を伴なわないで静電放出する方式、図２に示す例の静電放出系のように２流体ノズル１１により高分子溶液１の帯電を伴なう噴出に併せ空気を同時噴出させることにより空気爆発により高分子溶液１の微細化を図って静電爆発を伴なわないで静電放出する方式、これらいずれの場合にも静電爆発を伴なわせて静電放出する方式として採用することができる。これら前２者では高電圧の印加が不要となるし、原料材や処理材とする対象材も上記したような高分子溶液１などに限定されない自由度も得られる。後２者では静電爆発を伴なう分だけ微細化しやすく、ナノ単位ないしはそれ以下の微細材３が得られるし、これに空気爆発を併用する場合では、静電爆発を軽減して微細化が図れ、静電爆発を軽減できる分だけ印加電圧を低減することができる。図２に示す例の２流体ノズル１１は高分子溶液１を帯電と静電爆発とを伴い噴霧状に静電放出する静電放出流路１１ａとこのまわりから圧縮空気を空気爆発を伴い噴出させる空気放出路１１ｂとを持ち、高分子溶液１を球状の微細材３として静電放出する。これによれば、溶媒を加えても通常スプレーできない材料も噴霧することができ、１０〜５０μｍ程度の行程の空気爆発域１２に続いて０．１〜１μｍ程度の行程の一次静電爆発域１３、１０〜１００ｎｍ程度の行程の二次静電爆発域１４が順次に生じる空気爆発併用の電子紡糸タイプの静電放出系２としてある。図２では高圧の印加電源４はオン、オフスイッチＳＷ付きのもので示しているが、他の印加電源９、１５などと共に制御系からオン、オフ制御するものでよい。

本実施の形態は、特に、これら静電爆発を伴なう図１に示す静電放出系２や図２に示す静電放出系２などのほか、静電爆発を伴なわないものを含む、静電放出系一般から電荷を有して所定の方向に静電放出される微細材３どうしが、雰囲気を含む混合比や密度分布が必ずしも均一になり難いことにつき、図１、図２に示す各例では、静電放出系２により１種またはそれ以上の原料材または処理材である高分子溶液１などを帯電した微細材３として静電放出し所定の方向に供給するのに、静電放出した微細材３にそのまわりから静電的な混合変位力Ｆを及ぼす静電放出方法を採用している。これにより、静電放出系２から１種またはそれ以上の原料材または処理材を帯電した微細材３として静電放出して所定の方向に供給し、対象面８ａへの静電的な付着を伴なう回収や表面処理などの静電作業に供するのに、静電放出される微細材３が帯電しているのを利用して、そのまわりからの電界による静電的な働きにより、静電放出系２から放出される微細材３に対しその雰囲気２１を含む微細材３どうしの混合を促進させる混合変位力Ｆを非接触に与えられ、雰囲気２１を含む微細材３どうしの混合比や密度分布を均一化し、また高めることができる。

これを実現するのに、図１、図２に示す例の静電放出装置２２は、１種またはそれ以上の原料材または処理材である高分子溶液１などを帯電した微細材３として静電放出し所定の方向に供給する図１、図２に示すような各静電放出系２を備えるのに加え、各静電放出系２から静電放出した微細材３にそのまわりから静電的な混合変位力Ｆを及ぼす静電混合手段２３を有したものとしている。

このような混合比、分布密度の均一化は、図３に示す例のように図１に示すタイプの静電放出系２の複数から、または、図４に示す例のように図２に示す例の静電放出系２の複数から、それぞれ異なった高分子溶液１Ａ、１Ｂ、１Ｃなどを静電放出した複数の異種材料よりなる微細材３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対しても同様に行うことができ、異種材料よりなる微細材３Ａ、３Ｂ、３Ｃの雰囲気２１中の空気を含む混合比、密度分布が均一化し、水性の高分子溶媒と油性の高分子溶媒のように難混合性の材料を含む微細材３Ａ、３Ｂ、３Ｃ同士の混合に特に有効である。なお、図示しないが、各静電放出系２からの放出域２４が重なるように微細材３の静電放出方向を同一域に向け供給するように調整することで、静電放出する各々の微細材３どうしを静電放出エネルギを利用して一次混合させられるので、さらに好適である。また、各静電放出系２からの静電放出に際し高分子溶液１などの材料の種類別に印加電源４Ａ、４Ｂ、４Ｃからの印加電圧Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ１ｃを種々に異ならせることができる。

このように複数の静電放出系２を利用する場合、必要数を静電放出装置２２に備えればよく、１つの静電放出系２などから静電放出される１種の微細材３自体が異種材料を混合したものであってもよいし、複数の静電放出系２などの幾つか同士、あるいは全てが同じ材料の微細材３を静電放出してもよいのは勿論である。また、複数の静電放出系２などで同時に静電放出する場合、静電放出装置２２において、それら静電放出系２に高分子溶液１などの原料材、処理材を供給する経路に電磁弁３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃを設けて、供給する高分子溶液１Ａ、１Ｂ、１Ｃなどの材料に応じて供給量などを調整できるし、ポンプ７Ａ、７Ｂ、７Ｃなどによる供給圧を調整することもできる。

前記のような電界による混合変位力Ｆは、図１、図２、図３、図４の各例に示すように静電放出される微細材３のまわりに銅板などの導電性部材３１を配置して印加電源１５から電圧Ｖ２を印加し必要な混合変位力Ｆをもたらす電界を発生させれば得られる。この場合印加電圧Ｖ２は微細材３の帯電電極と同極で０Ｖ以上とすることで、混合変位力Ｆは微細材３の高密度化方向の分力を有して、微細材３の拡散や導電性部材３１への静電的な付着を防止するのに併せ、混合比や密度分布の均一化が図れる。また、大きな相互反発はかえって微細材３同士の混合比、密度分布の均一化や静電作業の妨げになり、前記微細材３を帯電させ対象面８ａ上へ電化誘導するための電位差１〜１００ｋＶに対し５００Ｖ程度以下にするのが好適であり、静電作業条件、環境の違いによって調整できる。

また、このような静電的な混合変位力Ｆは、静電放出した微細材３のまわりから変動する電界を及ぼして与えるのが良好である。このようにすると、静電放出される微細材３にそのまわりから静電的に与える混合変位力Ｆを変動する電界により変動させて、微細材３の混合変位を乱して混合挙動を複雑化し混合作用を高められるので、混合比、密度分布の均一化を高められる。

これを実現するのに、図１、図２、図３、図４に示す各静電放出装置２２の静電混合手段２３は、静電放出した微細材３のまわりに配した導電性部材３１と、この導電性部材３１に微細材３と同極性の０Ｖ以上で変動する電圧Ｖ２を印加して変動する電界を発生させ、それによる変動する混合変位力Ｆを微細材３に及ぼす電圧印加手段３４とを有したものとしている。電圧印加手段３４は印加電源１５からの電圧を制御に従い変動させて印加する。これにより、電圧印加手段３４は単独のあるいは外部機器との組み合わせによる電圧変動機能により、導電性部材３１に印加する電圧をどのようにも変動させられる。

そこで、電界の変動は、例えば、電圧Ｖ２の図５に示すような交流特性や、図６に示すようなパルス幅が周期的に変動するようにパルス幅変調（ＰＷＭ）されたパルス特性などを利用することができ、既述した微細材３と同極性で０Ｖ以上である条件を満足するには、交流特性は図５に示すように交流成分に直流成分を重畳した電圧変化とすればよいし、パルス特性は図６に示すような単純なオン、オフの時間間隔によるパルス幅、パルス間隔の変動などとすればよく、電界が印加する電圧Ｖ２の交流成分変化やパルス幅の周期的な変化に従い、静電放出した微細材３に及ぼす変動する電界による混合変位力Ｆの高密度化方向成分にその周波数やパルス幅の周期的な変化に見合った強弱を与えて、微細材３を内外方向に振動的に拡縮させる挙動が得られるので、高密度化を伴なう混合比、密度分布の均一化をさらに高められる。

特に、このように変動する電圧Ｖ２を導電性部材３１に印加するのに、図７に示すように静電放出される微細材３のまわりに絶縁材３２などにより互いに静電的に独立して配置した各導電性部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆに対し、電圧印加手段３４による印加電圧は、それに有する個別な印加電源１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆから個別に印加する変動する電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ｃ、Ｖ２ｄ、Ｖ２ｅ、Ｖ２ｆの位相が、図５、図６に示すように所定量、例えば図示するように６０°ずつずれるように制御することができる。これにより、静電放出される微細材３のまわりに配設した複数の導電性部材３１を利用して、それらに印加する電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ｃ、Ｖ２ｄ、Ｖ２ｅ、Ｖ２ｆの交流成分による変動やパルス電圧の周期的なパルス幅変調による変動に見合って変化する混合変位力Ｆが、各導電性部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆの隣接のものどうしの間では特に所定量の位相のずれを持って働かせて微細材３の混合挙動をより複雑化することになるので、高密度化を伴い混合比や密度分布の均一化とその効率をさらに高められる。

この場合、各導電性部材３１に印加する交流成分やパルス変調による変動を持った電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ｃ、Ｖ２ｄ、Ｖ２ｅ、Ｖ２ｆは、見掛け上、図５、図６に示すような一方向回転する位相変化、または図８（ａ）（ｂ）に示す左回りと右回りとの正逆方向回転に位相変化で、その電圧変動状態を隣接する導電性部材３１へ順次に移していくことで、静電放出される微細材３のまわりに図１、図２、図３、図４、図７に示す一方向回転または図９に示す正逆方向回転するように変化させられ、微細材３に与える変動する電界による混合変位力が、静電放出される微細材３のまわりに一方向回転または正逆方向の旋回成分を持って微細材３に働くので、高密度化を伴なう混合比や密度分布の均一化とその効率をさらに高められ、図９に示すように正逆方向の旋回成分を持って働く方が図１〜図４、図７に示す一方向の旋回成分を持って働く場合よりも格段に優れる。

ここで、電圧印加手段３４による印加電圧は、例えば０Ｖ以上で、最大１０Ｖ程度から１ｋＶ程度としてよく、周波数は０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度とするのが好ましい。

図６、図７に示す静電的に独立して配置した複数の導電性部材３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆは、多角形、具体的には角形をなしており、横断形状がほぼ円形に静電放出される微細材３に対する距離が近い中央位置では、遠い両側位置よりも微細材３に及ぼす混合変位力Ｆが大きくなる傾向を示し、微細材３に混合変位力Ｆが働くランダム性を高められる。もし仮に、このような多角形形態が混合比、密度分布の均一化に悪影響するのであれば、微細材３の静電噴射形態に相似となる円筒形態に配すればよい。しかし、基本的には最低３角形にて実現できる。

なお、このような静電放出やこれを用いたせ静電作業を種々な条件設定にて自動的に達成するには、図７で代表して例示するように種々の作業条件を設定する操作を行い、また設定状態や動作状態を表示する操作・表示パネル４１と、操作・表示パネル４１などからの入力や初期設定を記憶部４５で記憶し、記憶した設定条件とプログラム４２に従い、電圧Ｖ１、Ｖ３を調整する電圧調整手段４３、電圧印加手段３４による電圧Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ｃ、Ｖ２ｄ、Ｖ２ｅ、Ｖ２ｆに所定の変動を与える電圧変動手段４４、ポンプ７Ａ、７Ｂ、７Ｃや電磁弁３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃなどの動作制御を司るマイクロコンピュータ４６などを備えたせ静電作業装置とすればよく、電圧調整手段４３、電圧変動手段４４、記憶部４５はマイクロコンピュータ４６の内部機能としてあるが、これに限らず独立した外部機器とすることもできる。

本発明は、静電紡糸技術に類した帯電を伴い微細材を静電放出して回収や表面加工に供する技術において、微細材の混合比や密度分布を均一化して、回収や表面処理の効率を高め、むらを解消できる。

本発明に係る実施の形態の静電爆発を伴なう静電放出系を利用した静電作業装置の例を示す摸式図である。 本発明に係る実施の形態の空気爆発および静電爆発を伴なう１つの静電放出系を利用した静電作業装置の例を示す摸式図である。 本発明に係る実施の形態の図１の静電放出系を複数利用した静電作業装置の例を示す摸式図である。 本発明に係る実施の形態の図２の静電放出系を複数利用した静電作業装置の例を示す摸式図である。 変動する電界を発生させるために交流成分に直流成分を重畳した変化を持った電圧を複数の導電性部材に所定量の位相のずれ量を持たせて一方向回転させながら印加する場合の１つの例を示す波形図である。 変動する電界を発生させるためにパルス幅を周期的に変化させた電圧を複数の導電性部材に所定量の位相のずれ量を持たせて一方向回転させながら印加する場合の１つの例を示す波形図である。 図５、図６に示す一方向回転する波形の電圧を印加する場合の導電性部材の配置例を示す摸式図である。 変動する電界を発生させるために交流成分に直流成分を重畳した変化を持った電圧を複数の導電性部材に所定量の位相のずれ量を持たせて正逆方向回転させながら印加する場合の１つの例を示す波形図である。 図８に示す波形の電圧を印加する場合の導電性部材の配置例を示す摸式図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 高分子溶液
２ 静電放出系
３ 微細材
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、９、１５ 印加電源
５ キャピラリ
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ ポンプ
８ 対象物
８ａ 対象面
１１ ２流体ノズル
１２ 空気爆発域
１３ 一次静電爆発域
１４ 二次静電爆発域
２１ 雰囲気
２２ 静電放出装置
２３ 静電混合手段
２４ 放出域
３１ 導電性部材
３２ 絶縁材
３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ 電磁弁
３４ 電圧印加手段
４１ 操作・表示パネル
４２ プログラム
４３ 電圧調整手段
４４ 電圧変動手段
４５ 記憶部

Claims (19)

1. 静電放出系により１種またはそれ以上の原料材または処理材を帯電した微細材として静電放出し所定の方向に供給する静電放出方法において、
   静電放出した微細材にそのまわりから静電的な混合変位力を及ぼすことを特徴とする静電放出方法。
2. 静電的な混合変位力は、静電放出した微細材のまわりから変動する電界を及ぼして与える請求項１に記載の静電放出方法。
3. 電界の変動は、微細材の帯電電極と同極で０Ｖ以上で変動する請求項２に記載の静電放出方法。
4. 電界の変動は、微細材の静電放出経路のまわりに静電的に独立して配した導電性部材のそれぞれに、交流成分に微細材と同極の直流成分が重畳した０Ｖ以上の変動電圧を、位相が所定量ずれるよう個別に印加して与える請求項２、３のいずれか１項に記載の静電放出方法。
5. 電界の変動は、微細材の静電放出経路のまわりに静電的に独立して配した導電性部材のそれぞれに、パルス幅を周期的に変更した微細材と同極性の電圧を、位相が所定量ずつずれるように個別に印加して与える請求項２、３のいずれか１項に記載の静電放出方法。
6. 電界の変動は、各導電性部材に対し一方向回転または正逆方向回転させて与える請求項２〜５のいずれか１項に記載の静電放出方法。
7. 静電放出は、高分子溶液の原料材または処理材の静電爆発またはおよび空気爆発を伴い行う請求項１〜６のいずれか１項に記載の静電放出方法。
8. 静電放出は、原料材または処理材の種類ごとに異なった静電放出系にて個別に行う請求項１〜７のいずれか１項に記載の静電放出方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の静電放出方法によって放出される微細材は、これと電位差を持った対象面上に静電的に付着させて回収または表面処理を行う静電作業方法。
10. １種またはそれ以上の原料材または処理材を帯電した微細材として静電放出し所定の方向に供給する静電放出系を備え、
    静電放出系から静電放出した微細材にそのまわりから静電的な混合変位力を及ぼす静電混合手段を有したことを特徴とする静電放出装置。
11. 静電混合手段は、静電放出した微細材のまわりに配した導電性部材と、この導電性部材に微細材と同極性の０Ｖ以上で変動する電圧を印加して変動する電界を発生させ、それによる変動する混合変位力を微細材に及ぼす電圧印加手段とを有している請求項１０に記載の静電放出装置。
12. 静電混合手段は、静電放出した微細材のまわりに静電的に独立して複数配した導電性部材と、各導電性部材に微細材と同極で０Ｖ以上で変動する電圧を、互いの位相が所定量ずれるように個別に印加して変動する電界を発生させるのに併せ、各導電性部材に印加する変動電圧の位相の違いを各導電性部材において一方向回転または正逆方向回転に変化させることにより、前記発生させる変動する電界を一方向回転または正逆方向回転させる請求項１１に記載の静電放出装置。
13. 電圧印加手段は、各導電性部材のそれぞれに、交流成分に直流成分が重畳した変動電圧を印加する請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の静電放出装置。
14. 電圧印加手段は、各導電性部材のそれぞれに、パルス幅を周期的に変更した変動電圧を印加する請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の静電放出装置。
15. 静電放出系は、高分子溶液の原料材または処理材の静電爆発または、静電爆発および空気爆発を伴い行う請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の静電放出装置。
16. 静電放出系は、原料材または処理材を帯電を伴い放出する静電放出流路と、この静電放出流路にて放出させる原料材または処理材を空気爆発させるように空気を供給する空気流路とを備えた２流体ノズルである請求項１５に記載の静電放出装置。
17. 静電放出系は、原料材または処理材をその種類ごとに設けて個別に静電放出する請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の静電放出装置。
18. 請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の静電放出装置と、それによって放出される微細材を、これと電位差を持った対象面上に静電的に付着させて回収または表面処理を行う静電作業装置。
19. 対象面は一方向に移動する請求項１８に記載の静電作業装置。

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