JP2008223186A - ナノ・ファイバ製造方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】繊維の素材となるポリマーと揮発性の溶媒との溶液を入れたシリンジ1と、シリンジ1内の原料と溶媒との溶液を押し出すシリンジポンプ2と、溶液供給チューブ3と、紡糸口4aを有するノズル4と、回転軸5aの回りに回転駆動される回転体コレクタ5と、ノズル4と回転体コレクタ5との間に高電圧を印加する高圧電源6と、一対の平行な第1電極8および第2電極9と、第1電極8と第2電極9に電位を付与する第2高圧電源10とを備えたナノ・ファイバ製造装置。電極8,9は紡糸ジェット7の電荷とは相対的に異極に帯電されているため、紡糸ジェット7は電極8,9に引き付けられ、電極8,9間を往復するように、紡糸ジェット7が繰り出され、回転体コレクタ5上に巻き取られる。
【選択図】図1
Description
そこで本発明は、コレクタ上に積層されるナノ・ファイバの配向性を高めることを目的とする。
電極体として、紡糸口とコレクタの間の紡糸空間の両側に対向して配置された一対の平板状電極板を用いることにより、紡糸ジェットが描く螺旋軌道を平板電極に向かう往復平行軌道に変え、これにより、コレクタ上に積層されるナノ・ファイバの配向性を高めることができる。
また、電極体として、紡糸口から噴射される紡糸ジェットの周囲を囲む状態に配置される口径の異なる複数のリング状電極体を用いることにより、紡糸ジェットはリング状電極により収束されながら最終的にコレクタに到達するので、配向性の高いナノ・ファイバが得られる。
電極体は、また、紡糸口から噴射される紡糸ジェットの周囲を囲む状態に配置される逆コーン状電極体を用いることにより、紡糸ジェットは逆コーン状電極体により収束されながらコレクタに到達するので、配向性の高いナノ・ファイバが得られる。
本発明の第1の実施の形態に係るナノ・ファイバ製造装置の基本構成としては、図1に示すように、繊維の素材となるポリマーと揮発性の溶媒との溶液を入れたシリンジ1と、シリンジ1内の原料と溶媒との溶液を押し出すシリンジポンプ2と、溶液供給チューブ3と、紡糸口4aを有するノズル4と、回転軸5aの回りに回転駆動される回転体コレクタ5と、ノズル4と回転体コレクタ5との間に高電圧を印加する高圧電源6と、一対の平行な第1電極8および第2電極9と、第1電極8と第2電極9に電位を付与する第2高圧電源10とを備えた構成である。なお、溶液供給チューブ3は、シリンジポンプ2とノズル4とを直接つなぐこともあり、必須ではない。
ノズル4と回転体コレクタ5間に高電圧が印加されていない状態では、ポリマー溶液は、ノズル4の先端の紡糸口4aの先端部において、表面張力で留まっている。紡糸口4aと回転体コレクタ5との間に、例えば数kV〜30kVの高電圧を印加すると、紡糸口4a先端のポリマー溶液の液滴は+に帯電し、異極(またはアース電位)に帯電している回転体コレクタ5に向かう静電力により吸引される。静電力が表面張力よりも越えると、ポリマー溶液の紡糸ジェット7が回転体コレクタ5に向かって連続的に噴射される。
回転体コレクタ5を回転軸5aの長手方向に往復動させる代わりに、ノズル4を回転体コレクタ5の回転軸5aの長手方向に往復動させてもよい。
本発明の第2の実施の形態に係るナノ・ファイバ製造装置は、図2に示すように、第1の実施の形態と同様なシリンジ1と、シリンジポンプ2と、溶液供給チューブ3と、紡糸口4aを有するノズル4と、回転軸5aの回りに回転駆動される回転体コレクタ5と、ノズル4と回転体コレクタ5との間に高電圧を印加する高圧電源6と、紡糸口4aから噴射される紡糸ジェット7の周囲を囲む状態に配置される口径の異なる複数の(本例では3つの)リング状電極11a,11b,11cと、リング状電極11a,11b,11cに電位を付与する第2高圧電源10とを備えた構成である。なお、溶液供給チューブ3は、シリンジポンプ2とノズル4とを直接つなぐこともあり、必須ではない。
ノズル4と回転体コレクタ5間に高電圧が印加されていない状態では、ポリマー溶液は、ノズル4の先端の紡糸口4aの先端部において、表面張力で留まっている。紡糸口4aと回転体コレクタ5との間に、例えば数kV〜30kVの高電圧を印加すると、紡糸口4a先端のポリマー溶液の液滴は+に帯電し、異極(またはアース電位)に帯電している回転体コレクタ5に向かう静電力により吸引される。静電力が表面張力よりも越えると、ポリマー溶液の紡糸ジェット7が回転体コレクタ5に向かって連続的に噴射される。
本発明の第3の実施の形態に係るナノ・ファイバ製造装置は、図3に示すように、第1の実施の形態と同様なシリンジ1と、シリンジポンプ2と、溶液供給チューブ3と、紡糸口4aを有するノズル4と、回転軸5aの回りに回転駆動される回転体コレクタ5と、ノズル4と回転体コレクタ5との間に高電圧を印加する高圧電源6と、紡糸口4aから噴射される紡糸ジェット7の周囲を囲む状態に配置される逆コーン状電極12と、その逆コーン状電極12に電位を付与する第2高圧電源10とを備えた構成である。なお、溶液供給チューブ3は、シリンジポンプ2とノズル4とを直接つなぐこともあり、必須ではない。
ノズル4と回転体コレクタ5間に高電圧が印加されていない状態では、ポリマー溶液は、ノズル4の先端の紡糸口4aの先端部において、表面張力で留まっている。紡糸口4aと回転体コレクタ5との間に、例えば数kV〜30kVの高電圧を印加すると、紡糸口4a先端のポリマー溶液の液滴は+に帯電し、異極(またはアース電位)に帯電している回転体コレクタ5に向かう静電力により吸引される。静電力が表面張力よりも越えると、ポリマー溶液の紡糸ジェット7が回転体コレクタ5に向かって連続的に噴射される。
2 シリンジポンプ
3 溶液供給チューブ
4 ノズル
4a 紡糸口
5 回転体コレクタ
5a 回転軸
6 高圧電源
7 紡糸ジェット
8 第1電極
9 第2電極
10 第2高圧電源
11a,11b,11c リング状電極
12 逆コーン状電極
20 ノズル
20a 紡糸口
21 平板状コレクタ
22 高圧電源
23 紡糸ジェット
24 ディスクコレクタ
25 帯状第1コレクタ
26 帯状第2コレクタ
27 回転体コレクタ
Claims (10)
- 紡糸口とコレクタ間に高電圧を印加し、前記紡糸口から、荷電されたファイバ原料と溶剤の溶液を前記コレクタに向かって噴射、吸引することにより前記コレクタ上にナノ・ファイバを集積させるエレクトロスピニング法を用いたナノ・ファイバ製造方法において、
前記紡糸口とコレクタ間の紡糸空間に電極体を配置し、この電極体に所定の電位を付与することにより前記紡糸口から噴射される紡糸ジェットの軌道を誘導し、前記コレクタ表面に、一方向に並んだナノ・ファイバを紡糸することを特徴とするナノ・ファイバ製造方法。 - 前記コレクタは、円筒状の回転体コレクタである請求項1記載のナノ・ファイバ製造方法。
- 前記電極体は、前記紡糸口とコレクタの間の紡糸空間の両側に対向して配置された一対の平板状電極板である請求項1または2に記載のナノ・ファイバ製造方法。
- 前記電極体は、前記紡糸口から噴射される紡糸ジェットの周囲を囲む状態に配置される口径の異なる複数のリング状電極体である請求項1または2に記載のナノ・ファイバ製造方法。
- 前記電極体は、前記紡糸口から噴射される紡糸ジェットの周囲を囲む状態に配置される逆コーン状電極体である請求項1または2に記載のナノ・ファイバ製造方法。
- 紡糸口とコレクタ間に高電圧を印加し、前記紡糸口から、荷電されたファイバ原料と溶剤の溶液を前記コレクタに向かって噴射、吸引することにより前記コレクタ上にナノ・ファイバを集積させるエレクトロスピニング法を用いたナノ・ファイバ製造装置において、
前記紡糸口とコレクタ間の紡糸空間に、所定の電位が付与される紡糸ジェット軌道誘導用の電極体を配置したことを特徴とするナノ・ファイバ製造装置。 - 前記コレクタは、円筒状の回転体コレクタである請求項6記載のナノ・ファイバ製造装置。
- 前記電極体は、前記紡糸口とコレクタの間の紡糸空間の両側に対向して配置された一対の平板状電極板である請求項6または7に記載のナノ・ファイバ製造装置。
- 前記電極体は、前記紡糸口から噴射される紡糸ジェットの周囲を囲む状態に配置される口径の異なる複数のリング状電極体である請求項6または7に記載のナノ・ファイバ製造装置。
- 前記電極体は、前記紡糸口から噴射される紡糸ジェットの周囲を囲む状態に配置される逆コーン状電極体である請求項6または7に記載のナノ・ファイバ製造装置。
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