JP2008303499A - ナノファイバ製造装置、不織布製造装置、および、ナノファイバ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、高い品質のナノファイバを製造できる装置の提供。
【解決手段】ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔１１２を有する噴射手段１１０と、噴射孔１１２から噴射され製造されたナノファイバ２００を収集する収集電極１２０とを備えるナノファイバ製造装置であって、噴射手段１１０を接地電位とする第１接地手段１０２と、収集電極１２０を接地電位とする第２接地手段１０３と、噴射手段１１０と収集電極１２０との間に配置され、接地電位に対し所定の電位が印加される誘導電極１３０と、噴射手段１１０と誘導電極１３０との間に配置される遮蔽体１４０と、誘導電極１３０に電位を印加する第１電源１５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高分子物質からなるナノファイバの製造装置、及び、製造方法に関する。また、ナノファイバで構成される不織布の製造装置に関する。

高分子物質から成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状物質（以下、「ナノファイバ」と記す。）を製造する方法として、エレクトロスピニング法が知られている。

このエレクトロスピニング法とは、例えば、コレクタ（収集電極）に対し高電圧を印加した針状のノズルから溶媒中に高分子物質を分散させた高分子溶液をコレクタに向かって噴射（流出）させることにより、ナノファイバを得る方法である。

より具体的には、噴射ノズルを高電圧にすることにより帯電した高分子溶液が空間中に噴射され、溶媒が蒸発するに伴い空間中を飛翔中の高分子溶液の電荷密度が上昇する。そして、高分子溶液中に発生する反発方向のクーロン力が高分子溶液の表面張力より勝った時点で高分子溶液が爆発的に線状に延伸される現象（静電爆発）が生じる。この静電爆発が、空間において次々と発生することで、サブミクロンの直径の高分子から成るナノファイバが製造される。

また、前述の方法で製造されたナノファイバを基板上に堆積させることで、立体的な網目を持つ３次元構造の薄膜を得ることができ、さらに厚く形成することでサブミクロンの網目を持つ高多孔性ウェブ（不織布）を製造することができる。

このようにエレクトロスピニング法を採用して製造されたウェブは、ナノオーダーの孔からなる高多孔性であり、ウェブ全体としての表面積が広いため、フィルタや電池のセパレータや燃料電池の高分子電解質膜や電極等に適用され、高い効果を得ることが期待されている。

従来、ナノファイバを多量に製造してナノファイバからなる実用的なウェブを製造する方法として、複数のノズルを並列に配置し、多量のナノファイバを堆積させてウェブを製造する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

当該装置は、前記ノズルとコレクタとの間に５ＫＶ以上の高電圧を付与し、コレクタを接地するか、ノズルと反対の極性の電圧を付与してナノファイバを製造している。
特開２００２−２０１５５９号公報

ところが従前は、ノズルとコレクタとの間に直接高電圧（例えば５ＫＶ以上）を印加することで高分子溶液が帯電し、静電気爆発が発生するものと考えられていた。

従って、ノズルを高電圧で維持するため、ノズルに接続される部材、例えば、ノズルに原料液を供給するためのパイプや原料液のタンク、原料液を圧送するためのポンプ、各種情報を取得するためのセンサなどとの間に高耐圧の絶縁を施している。さらに、安全上の問題から、高電圧になるノズルやこれと同電位の部材などの全体を囲いで覆い、人の手などが触れないようにしている。

一方、産業的に用いられるコレクタは、直径数メートルの大型のローラーを回転させる場合もあり、上記と同様コレクタに高耐圧の絶縁を施し、囲いを設ける必要がある。

以上から、ノズルやコレクタを含むこれら全体を高電圧に耐えうるように絶縁しなければならず、また、これらに接続される電子部品などは高電圧に耐えうるものを選定しなければならない。従って、装置全体の構造が複雑になって装置が大型化したり、絶縁用のパーツを多く取り付けなければならないため装置製造の困難性が増加したりすることとなる。引いては、装置の製造コストの上昇を招き、装置の大型化による設置コストも上昇することになる。

また、イオン風により発生した高電圧に帯電した埃やゴミは、周辺機器に付着し、周辺機器に使用されている部品や半導体素子等を破壊して、装置そのものを使用できない状態にしてしまう場合がある。

さらに、噴射手段１１０に高電圧を印加している場合には、電気力線がそのノズルからナノファイバの製造装置を覆う囲い等に向けて、発生している。イオン風により送り出された帯電した埃やゴミ等は、猛烈な勢いで、前記電気力線に沿って、囲い等に移動し付着する。このように、周辺機器や付帯設備に付着した帯電した埃やゴミ等は、高電圧を保持しており、ノズルから発生する同極性に帯電したナノファイバ自身にも、大きな影響を与え、ナノファイバの正常な回収への妨げや、回収率の低下等につながる。

さらに、前記帯電した埃やゴミ等が所定の場所に集まった場合には、その場所は高電位になり、瞬間的に放電が起こり、火花が発生するような現象も起こっている。このような場合には、原料液の中に、有機溶媒を使用している場合には、前記発生した火花が引き金となって、発火してしまうということにもつながる危険性を有している。

そこで、本発明者らは、鋭意研究と実験の結果、ノズルとコレクタの間に高電圧を直接印加することなく、つまり、ノズルとコレクタの電位がいずれも原則的には低電位または接地電位であるにもかかわらず、静電爆発によりナノファイバを得る方法、及び、装置を見出だした。

本発明は、上記課題に鑑み、新たな理論を構築した上でなされたものであり、簡易的な絶縁処理や安全対策を採用した簡単な装置構成とすることができるナノファイバ製造装置等の提供を目的とする。

上記目的を達成するために本願発明にかかるナノファイバ製造装置は、ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備えるナノファイバ製造装置であって、前記噴射手段を接地電位とする第１接地手段と、前記収集電極を接地電位とする第２接地手段と、前記噴射手段と前記収集電極との間に配置され、接地電位に対し所定の電位が印加される誘導電極と、前記噴射手段と前記誘導電極との間に配置される遮蔽体と、前記誘導電極に電位を印加する第１電源とを備える。

また、ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備えるナノファイバ製造装置であって、前記噴射手段と前記収集電極との間に配置される誘導電極と、前記噴射手段と前記誘導電極との間に配置される遮蔽体と、前記誘導電極に−２００ＫＶ以上、−１０ＫＶ以下、または、＋１０ＫＶ以上、＋２００ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加する第１電源と、前記噴射手段または前記収集電極に−１ＫＶ以上、＋１ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加する第２電源とを備えてもよい。

これにより、誘導電極にのみ高電圧を与え、収集電極、および、噴射手段は接地、または低電圧を印加するに留まるため、ナノファイバ製造装置の構成を簡単にすることができる。また、高電圧の部分が小さいため、不要な部分が帯電することを抑止することができ、異常放電やイオン風などによる影響を抑えて、品質の高いナノファイバを製造することが可能となる。

また、前記誘導電極は、ナノファイバ収集領域を取り囲むように配置されることが好ましい。

これによれば、ナノファイバ収集領域に均等に誘導電荷を生じさせることができ、ナノファイバが収集される密度分布を平均化することが可能となる。

また、前記誘導電極の前記収集電極と対峙する部分は、鋭利な部分のない曲面で構成されることが好ましい。

前記誘導電極は、収集電極に誘導電荷を発生させるためだけに存在するため、形状に関する制約が少ない。従って、収集電極と対峙する部分を鋭利に突出する部分を無くした形状とし、表面を曲面で構成する形状を選択することも容易となる。また、この形状により電気力線が誘導電極の一部に集中することを回避し、電気力線が集中することによって生じるイオン風を抑止することが可能となる。

また、前記原料液が導入される回転体と、前記回転体を回転させる駆動源とを備え、前記回転体は、回転体の回転により遠心力が付与された前記原料液が噴射できるように、回転軸を中心として放射状に前記噴射孔を備える前記噴射手段を採用しても良い。

噴射手段が接地電位または低電位であるため、絶縁などの処理が簡単で、回転部分を有する噴射手段を容易に採用することができる。そして、回転により原料液を噴射させる噴射手段は、大量のナノファイバを製造することができる。

また、上記ナノファイバ製造装置を採用した不織布製造装置であれば、装置構成が簡易であるが、高品質の不織布を製造することが可能となる。

また、上記目的は本願発明にかかるナノファイバ製造方法を採用することによっても達成することができる。また、その作用、効果は、上記と同様である。

本発明によれば、製造されるナノファイバの性能の向上を図ると共に、高い安全性を確保し、構成を簡易とするナノファイバの製造装置などを提供することが可能となる。

次に、本発明にかかるナノファイバ製造装置を備える不織布製造装置の実施の形態を説明する。

図１は、本発明にかかる不織布製造装置を概略的に示す斜視図である。

同図に示すように不織布製造装置１００は、噴射手段１１０と、収集電極１２０と、誘導電極１３０と、遮蔽体１４０とで構成されるナノファイバ製造装置１８０と、被堆積手段としてのシート１６０とを備えている。なお、噴射される原料液と、製造されつつあるナノファイバとは明確に区別できないため、いずれにも２００の符号を付し、製造された不織布には２１０を付している。

噴射手段１１０は、ナノファイバを製造するための原料液を噴射（流出）する噴射孔を備えた装置であり、第１接地手段１０２を介してアース１０１と接続されるか、第２電源１５１を介してアース１０１と接続される。なお、同図ではいずれを介して接続するかが選択可能に記載されているが特にこれに限定されるものではなく、いずれかを固定的に接続するものであってもよい。また、原料液を貯蔵するタンク（図示せず）と接続されるパイプ１１１が噴射手段１１０に接続されており、所定の圧力で原料液が供給されるようになっている。

収集電極１２０は、噴射手段１１０から噴射され製造されたナノファイバを収集するコレクタの機能を備えるものであり、第２接地手段１０３を介してアース１０１と接続されるか、第２電源１５１を介してアース１０１と接続される。なお、同図ではいずれを介して接続するかが選択可能に記載されているが特にこれに限定されるものではなく、いずれかを固定的に接続するものであってもよい。

誘導電極１３０は、噴射手段１１０と収集電極１２０との間の収集電極１２０寄りに配置され、収集電極１２０との間に高電圧を発生させることで、誘導電極１３０と対峙する収集電極１２０の面やその近傍に誘導電荷を発生させる電極である。誘導電極１３０は、第１電源と接続され、アース１０１に対して所定の電位が印加されるものとなっている。

遮蔽体１４０は、噴射手段１１０と誘導電極１３０との間の誘導電極１３０寄りに配置され、噴射手段１１０と誘導電極１３０との間に電気力線（電界）が発生するのを阻止するための部材である。遮蔽体１４０としては、誘電率の高い物質が好ましく、いわゆる絶縁体と称される物質を用いることが好ましい。

第１電源１５０は、−２００ＫＶ以上、−１０ＫＶ以下、または、＋１０ＫＶ以上、＋２００ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加することのできる直流電源である。また、第１電源１５０は、±２００ＫＶ以下の電圧振幅を発生できる交流電源であっても良い。

第２電源１５１は、噴射手段１１０や収集電極１２０に接地電位に対し−１ＫＶ以上、＋１ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加することができる電源である。

ナノファイバ製造用の高分子物質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフラテート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等が例示できる。また、ナノファイバ製造に用いられる高分子物質は１種類に限定されるわけではなく、前記例示の高分子物質などから任意の複数種類を選定して用いても構わない。

また、原料液を製造するために用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ピリジン、水等を例示することができる。また、ナノファイバ製造に用いられる溶媒は１種類に限定されるわけではなく、前記例示の溶媒などから任意の複数種類を選定し、混合して用いても構わない。

また、原料液に無機質固体材料を混入しても構わない。これら無機質固体材料は、製造されるナノファイバの骨材として機能したり、ナノファイバに担持させる触媒等として機能するものである。当該無機質固体材料としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を挙げることができる。また、耐熱性、加工性などの観点から酸化物を用いることが好ましい。

当該酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、ＳｎＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅ 等を例示でき、これらより選ばれる少なくとも一種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。

また、ナノファイバを形成する樹脂材料としては、前記高分子物質ばかりでなく、低分子物質でも構わない。低分子物質でも原料液の内容は高分子物質と変わるわけではなく、低分子物質を溶媒に溶解すればよい。この場合、ナノファイバが長く連なる状態になるのではなく、微粒子の状態のナノファイバが製造される。このような微粒子状のナノファイバの応用例としては、有機ＥＬや液晶用のカラーフィルタの顔料を溶媒に溶解して、顔料そのものを微細化するような場合が考えられる。

シート１６０は、空間中で製造されたナノファイバ２００が堆積する対象となる部材であり、堆積したナノファイバ２００と容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシートである。シート１６０は、ロール状に巻き付けられた状態で供給され、ナノファイバ２００が堆積する部分をゆっくりと移動手段１７０により図中矢印方向に移動するものとなっている。そして、シート１６０上で製造された不織布２１０とともに再びロール状に巻き付けられるようになっている。

移動手段１７０は、シート１６０を所定の張力を維持しつつ一方方向に送ることができる装置であり、モータ（図示せず）などの駆動により図に示されるローラーを回転させてシート１６０を移動させるものである。

なお、噴射手段１１０と、収集電極１２０と、誘導電極１３０と、遮蔽体１４０とは種々の態様があり、また、それらの組み合わせ態様も種々存在する。図１においては、噴射手段１１０、収集電極１２０、誘導電極１３０、遮蔽体１４０については一点鎖線で象徴的に示しており、これらの具体的態様については後述の実施の形態において具体的に説明する。

図２は、噴射手段、誘導電極、遮蔽体および収集電極の具体例を示す図である。

なお、図２は、噴射手段１１０、収集電極１２０、誘導電極１３０、遮蔽体１４０の位置的関係を示すため、噴射手段１１０を大きく示しているが、実際は、収集電極１２０の径が数メートルの大きさであるのに対し、ロータリーシリンダ１１６の径は数センチメートルから数十センチメートル程度である。

収集電極１２０は、水平方向に回転軸を有する円筒形状となされており、シート１６０の移動に伴い、または同期して回転しうるものとなされている。また、収集電極１２０は、収集電極１２０の端面に向かって徐々に縮径するように、円筒形状のエッジ部分にアール面取りが施されている。

このように、誘導電極１３０から望む収集電極１２０の周縁部を誘導電極１３０から遠ざかるような曲面とすることで、収集電極１２０のエッジによる電場の乱れを抑止し、収集電極１２０の表面近傍の誘導電荷の発生状態を良好とし、ナノファイバ２００の堆積状態を良好とすることができる。

噴射手段１１０は、遠心力により原料液を噴射（流出）する装置であり、ロータリーシリンダ１１６と、原料液２００を供給するためのパイプ１１１と兼用される回転軸となるシャフト１１７と、モータ１１８と、基体１１９と、ベルト１１５と、プーリー１１４とを備えている。

ロータリーシリンダ１１６は、一端が封止された円筒の周壁に噴射孔１１２を備えたノズル１１３を複数個放射状に備えている。ロータリーシリンダ１１６の他端中央部分にはシャフト１１７が取り付けられている。ロータリーシリンダ１１６は、シャフト１１７を介して基体１１９に回転自在に取り付けられている。

また、モータ１１８とシャフト１１７に固着されているプーリー１１４とはベルト１１５で接続されており、モータ１１８は、基体１１９に取り付けられている。モータ１１８を回転させることにより、ロータリーシリンダ１１６を基体１１９に対して回転させることができる構造となっている。

また、図３に示すように、シャフト１１７とロータリーシリンダ１１６の他端とは液体を挿通可能に接続されている。また、シャフト１１７とロータリーシリンダ１１６とはいずれも導体で構成されており、シャフト１１７との接続は、ブラシ２０３を用い第１接地手段１０２を介してアース１０１と接続され接地されている。従って、ロータリーシリンダ１１６もシャフト１１７を介して接地された状態となる。また、ブラシ２０３を用いているため、ロータリーシリンダ１１６が回転状態であっても、接地電位を維持することが可能となっている。

ロータリーシリンダ１１６は、シャフト１１７を介して原料液２００が貯蔵されているタンク２０２と接続されている。また、原料液２００の流通経路上にはポンプ２０１が取り付けられており、原料液２００をロータリーシリンダ１１６に向かって圧送することができるようになっている。

誘導電極１３０は、円柱の先端に球体が取り付けられたような形状となされ、全体的に鋭利な部分のない曲面で構成されている。これは、鋭利な部分などから発生する電気風を抑止するためである。誘導電極１３０は、ナノファイバ収集領域２２０を取り囲むように、収集電極１２０と噴射手段１１０との間の収集電極１２０寄りの位置に配置されている。本実施の形態の場合、ナノファイバ製造装置１８０は、４つの誘導電極１３０を備えており、これらの誘導電極１３０は、ナノファイバ収集領域２２０を取り囲む円周上均等に配置されている。また、誘導電極１３０は、球体部分を内側に向け、かつ、球体部分が若干下がった状態で配置されている。

全ての誘導電極１３０は、第１電源１５０により−２００ＫＶ以上、−１０ＫＶ以下、または、＋１０ＫＶ以上、＋２００ＫＶ以下の範囲から選定される電位が印加されている。誘導電極１３０の電位を−１０ＫＶ以下、または、＋１０ＫＶ以上とするのは、接地された収集電極１２０に十分な電荷を誘導するためである。一方、−２００ＫＶ以上、または、＋２００ＫＶ以下とするのは、これよりも高電位（低電位）とすると異常放電が多発する可能性が高くなるからである。

遮蔽体１４０は、誘導電極１３０に印加される電位によって噴射手段１１０と誘導電極１３０との間に電気力線（電界）が発生するのを回避するためのものである。遮蔽体１４０の材質としては、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などの樹脂や、アルミナなどのセラミクスなどが例示できる。本実施の形態の場合、遮蔽体１４０は、ロータリーシリンダ１１６から誘導電極１３０が望めないような大きさであり、ロータリーシリンダ１１６から誘導電極１３０が望めないように配置されている。

なお、図２において遮蔽体１４０は、破線で示しているが、これは誘導電極１３０を明示するためであり、何らかの意味を示すものではない。また、遮蔽体１４０は、電気力線を遮蔽すれば良く、可視光線が透過する透明の材質であっても、不透明の材質であっても構わない。

次に、図３を用い、本実施の形態においてナノファイバが製造される態様を説明する。

まず、誘導電極１３０に高電位を印加する。当該誘導電極１３０の電位により、収集電極１２０の表面および表面の内側近傍に負の電荷が静電誘導により発生する。ここで、噴射手段１１０と誘導電極１３０の間には遮蔽体１４０が存在するため、噴射手段１１０には静電誘導による負の電荷は発生しないか、発生したとしても非常に少量である。

次に、収集電極１２０と噴射手段１１０との間には遮蔽体１４０が存在しない部分が大きく広がっており、収集電極１２０から噴射手段１１０を直接望むことが可能となっている。従って、収集電極１２０に発生した負の電荷に基づき、噴射手段１１０の表面に及び表面の内側近傍に正の電荷が静電誘導により発生する。

この状態で、原料液２００は、シャフト１１７（パイプ１１１）を通過してロータリーシリンダ１１６の内部に注入される。ロータリーシリンダ１１６は、モータ１１８により回転される。これに伴い、注入された原料液２００にも回転による遠心力が発生する。そしてロータリーシリンダ１１６の周壁に穿設される噴射孔１１２を介して原料液２００が遠心力によりロータリーシリンダ１１６外部に放射状に噴射される。正の電荷を帯びたロータリーシリンダ１１６から原料液２００を噴射することで、正の電荷を帯びた原料液２００が飛翔し、静電爆発を繰り返しつつナノファイバ２００が製造されていく。ナノファイバ２００は正の電荷を帯びているため、誘導電極１３０と反発しつつ、収集電極１２０に向かって飛翔する。

以上によって、ナノファイバが製造される。なお、図３において破線で示すのは電気力線(仮想)である。

また、本実施の形態では誘導電極１３０を高電位にする場合を説明したが、低電位とすれば、前記の正と負との関係が逆になるだけである。

また、誘導電極１３０に交流電圧を印加すれば、前記正と負との関係が交互に発生する。

次に、ナノファイバ製造装置１８０によるナノファイバ２００の製造方法と、製造されたナノファイバ２００を堆積させて不織布を製造する不織布の製造方法を説明する。

上記のように静電爆発を繰り返して製造されたナノファイバ２００は、シート１６０上に堆積していく。一方、シート１６０は徐々に移動するため、シート１６０上に長尺の不織布が製造されていく。収集電極１２０は、シート１６０と接触状態で配置されており、シート１６０の移動に従って回転している。

以上のように、モータ１１８や基体１１９、原料液２００を供給する経路を構成するパイプ１１１、原料液のタンク２０２、ポンプ２０１、収集電極１２０などは、接地電位であるため、噴射手段１１０や収集電極１２０などを高電圧に維持するための高度な絶縁を施す必要が無い。

また、上記部材が接地電位であるため、異常放電などが抑止され、モータ１１８等に使用している電子部品や半導体等が破壊されることが抑止される。

従って、本実施の形態のように、噴射手段１１０は、原料液２００を回転により噴射させる機構を簡単に備えることができる。また、原料液２００のタンク等に接続されるモータ１１８やセンサも絶縁状態で取り付ける必要が無くなる。従って、噴射手段１１０全体の構成を簡単にすることができる。引いては、構造が簡単な噴射手段１１０は、高い耐久性や信頼性を容易に獲得でき、また、高い設計の自由度を有する。また、製造コストやメンテナンスコストの低減に寄与することができる。

また、噴射手段１１０の周囲に囲いを設けたとしても噴射手段１１０がアース１０１に接続され接地電位であるため、アース１０１と接続される囲いが帯電することがない。従って、囲いなどからイオン風が発生せず、また、コロナ放電も生じないと考えられる。従って、製造されるナノファイバの品質を向上させることが可能となる。

なお、本実施の形態では、噴射手段１１０をアース１０１と接続し接地電位としたが、噴射手段１１０や収集電極１２０に第２電源１５１を接続し−１ＫＶ〜＋１ＫＶの範囲で電圧を印加しても構わない。なお、第２電源１５１は、出力インピーダンスが低く、電荷の連続供給が可能な構成の電源であればよい。比較的低電圧を噴射手段１１０に印加しておくことで、コロナ放電などの異常放電を可及的に抑制しつつ噴射手段１１０の接地電位に対する電位を安定させることが可能となる。また、収集電極１２０との間に発生する電界（電気力線）を安定させることができる。

また、図１、２においては、噴射手段１１０は、固定にしているが、移動手段を設けて、シート１６０の移動方向に対して略直角方向に、周期的にもしくは、所定の動作パターンで移動させてもよい。そのようにすることで、シート１６０の幅が広くなっても、ナノファイバ２００をシート１６０上の幅全体に堆積させることができる。

また、図１、２においては、噴射手段１１０は、一つのみを記載しているが、複数個並べて配置すれば、シート１６０の幅が広くなった場合や、堆積させたい厚みを増やす場合には、有効な手段である。

なお、噴射手段１１０は、上記実施の形態に記載した構造に限定されるわけではない。

例えば、図４に示すように、ノズル１１３を収集電極１２０に対して固定的に配置するものであっても構わない。この場合、シート１６０の移動方向に対して複数個のノズル１１３を斜めに配置することで、各ノズル１１３の間隔を広くすることができ、シート１６０に対してナノファイバ２００を均等に堆積することが可能となる。

また、誘導電極１３０はドーナツ形状であり、遮蔽体１４０は円環形状であっても構わない。

また、図１、２においては、噴射手段１１０は、固定にしているが、移動手段を設けて、シート１６０の移動方向に対して略直角方向に、周期的もしくは、所定の動作パターンで移動させてもよい。そのようにすることで、シート１６０の幅が広くなっても、ナノファイバ２００をシート１６０上の幅全体に堆積させることができる。

本発明は、ナノファイバの製造に利用可能であり、特に、ナノファイバを用いた紡糸や不織布の製造に利用可能である。

本発明にかかる不織布製造装置を概略的に示す斜視図である。 噴射手段、誘導電極、遮蔽体および収集電極の具体例を示す図である。 電荷の状態を示す側面図である。 他の態様を示す斜視図である。

符号の説明

１００ 不織布製造装置
１０１ アース
１０２ 第１接地手段
１０３ 第２接地手段
１１０ 噴射手段
１１１ パイプ
１１２ 噴射孔
１１３ ノズル
１１４ プーリー
１１５ ベルト
１１６ ロータリーシリンダ
１１７ シャフト
１１８ モータ
１１９ 基体
１２０ 収集電極
１３０ 誘導電極
１４０ 遮蔽体
１５０ 第１電源
１５１ 第２電源
１６０ シート
１７０ 移動手段
１８０ ナノファイバ製造装置
２００ ナノファイバ
２００ 原料液
２０１ ポンプ
２０２ タンク
２０３ ブラシ
２１０ 不織布
２２０ ナノファイバ収集領域

Claims (9)

1. ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備えるナノファイバ製造装置であって、
   前記噴射手段を接地電位とする第１接地手段と、
   前記収集電極を接地電位とする第２接地手段と、
   前記噴射手段と前記収集電極との間に配置され、接地電位に対し所定の電位が印加される誘導電極と、
   前記噴射手段と前記誘導電極との間に配置される遮蔽体と、
   前記誘導電極に電位を印加する第１電源と
   を備えるナノファイバ製造装置。
2. ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備えるナノファイバ製造装置であって、
   前記噴射手段と前記収集電極との間に配置される誘導電極と、
   前記噴射手段と前記誘導電極との間に配置される遮蔽体と、
   前記誘導電極に−２００ＫＶ以上、−１０ＫＶ以下、または、＋１０ＫＶ以上、＋２００ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加する第１電源と
   前記噴射手段または前記収集電極に−１ＫＶ以上、＋１ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加する第２電源と
   を備えるナノファイバ製造装置。
3. 前記誘導電極は、ナノファイバ収集領域を取り囲むように配置される請求項１または請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
4. 前記誘導電極の前記収集電極と対峙する部分は、鋭利な部分のない曲面で構成される請求項１または請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
5. 前記噴射手段は、前記原料液が導入される回転体と、前記回転体を回転させる駆動源とを備え、
   前記回転体は、回転体の回転により遠心力が付与された前記原料液が噴射できるように、回転軸を中心として放射状に前記噴射孔を備える請求項１または請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
6. ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備える不織布製造装置であって、
   前記収集電極の前記噴射孔側に配置され、製造されたナノファイバを堆積状に保持する被堆積手段と、
   前記被堆積手段を所定方向に移動させる移動手段と、
   前記噴射手段を接地電位とする第１接地手段と、
   前記収集電極を接地電位とする第２接地手段と、
   前記噴射手段と前記収集電極との間に配置され、接地電位に対し所定の電位が印加される誘導電極と、
   前記噴射手段と前記誘導電極との間に配置される遮蔽体と、
   前記誘導電極に電位を印加する電源と
   を備える不織布製造装置。
7. ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備える不織布製造装置であって、
   前記収集電極の前記噴射孔側に配置され、製造されたナノファイバを堆積状に保持する被堆積手段と、
   前記被堆積手段を所定方向に移動させる移動手段と、
   前記噴射手段と前記収集電極との間に配置される誘導電極と、
   前記噴射手段と前記誘導電極との間に配置される遮蔽体と、
   前記誘導電極に−２００ＫＶ以上、−１０ＫＶ以下、または、＋１０ＫＶ以上、＋２００ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加する第１電源と
   前記噴射手段または前記収集電極に−１ＫＶ以上、＋１ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加する第２電源と
   を備える不織布製造装置。
8. ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備えるナノファイバ製造装置に適用するナノファイバ製造方法であって、
   前記噴射手段を接地し、
   前記収集電極を接地し、
   接地電位に対し所定の電位が印加される誘導電極を前記噴射手段と前記収集電極との間に配置し、
   前記噴射手段と前記誘導電極との間に遮蔽体を配置し、
   前記誘導電極に電位を印加するとともに
   前記電位状態により発生する電界中で前記原料液を飛翔させてナノファイバを得る
   ナノファイバ製造方法。
9. ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備えるナノファイバ製造装置に適用するナノファイバ製造方法であって、
   前記噴射手段と前記収集電極との間に誘導電極を配置し、
   前記噴射手段と前記誘導電極との間に遮蔽体を配置し、
   前記誘導電極に−２００ＫＶ以上、−１０ＫＶ以下、または、＋１０ＫＶ以上、＋２００ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加し
   前記噴射手段または前記収集電極に−１ＫＶ以上、＋１ＫＶ以下の範囲から選定される電位を印加するとともに
   前記電位状態により発生する電界中で前記原料液を飛翔させてナノファイバを得る
   ナノファイバ製造方法。

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