JP2009144290A - ナノファイバーの合糸方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電荷誘導紡糸法により製造したナノファイバーから成る高強度でかつ形態及び力学的物性の均一な糸条を安定して製造する。
【解決手段】芯糸１を所定の直線経路２を通して供給し、直線経路２の周囲を回転する少なくとも１つの小穴３から原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にて延伸させてナノファイバー７を生成し、接地され又は高電圧発生手段６にて原料溶液の帯電電荷とは逆極性の電圧を印加された電極５を直線経路２を挟んで小穴３とは略反対側の位置で小穴３と同期して回転させることで、生成されたナノファイバー７を電極５にて収集して芯糸１に絡ませ、芯糸１に規則的にナノファイバー７が巻き付いた糸条８を製造して回収するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電荷誘導紡糸法にてナノファイバーを製造してこれを糸条にするナノファイバーの合糸方法及び装置に関するものである。

従来、高分子物質から成るサブミクロンスケールの直径を有するナノファイバーを製造する方法として、電荷誘導紡糸法（エレクトロスピニング法とも称される）が知られている。従来の電荷誘導紡糸法は、高電圧を印加した針状のノズルに高分子溶液を供給し、この針状のノズルから線状に流出する高分子溶液に電荷を帯電させることで、この電荷を帯電された線状の高分子溶液中の溶媒が蒸発するのに伴って帯電電荷間の距離が小さくなり、帯電電荷間に作用するクーロン力が大きくなり、そのクーロン力が線状の高分子溶液の表面張力より勝った時点で線状の高分子溶液が爆発的に延伸される現象が生じ、この静電爆発と称する現象が、一次、二次、場合によっては三次等と繰り返されることで、サブミクロンの直径の高分子から成るナノファイバーが製造されるものである。

また、従来は、電荷誘導紡糸法にて生成されたナノファイバーにてウェブを製造し、人造皮革、フィルター、おむつ、生理用ナプキン、癒着紡糸剤、ワイピングクロス、人造血管、骨固定器具など多様に活用されているが、１０ＭＰａ以上の力学物性を得るのが困難で広範囲な用途への利用に限界があること、このように製造されたナノファイバーのウエブを連続した糸条にして力学物性を高めようとすると、ウェブを一定長さに切断して短繊維を製造し、この短繊維から紡績糸を製造する別途の紡績工程を経なければならないという問題があることを指摘した上で、電荷誘導紡糸法にて製造されたナノファイバーのウエブを用いて連続的に糸条を製造する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、列をなして帯電されたノズルからナノファイバーを紡糸し、ノズルと逆極性に帯電されたコレクタ内の水または有機溶媒の静的な表面上にウェブをなすように堆積させ、この堆積するウェブを、ノズルの列方向で見た一方の末端側より１ｃｍ以上離れた地点から一定の線速度で回転する回転ローラによって引き上げて連続した糸条とし、圧搾、延伸、乾燥および巻取りを行って連続した糸条を得ている。また、連続した糸条は撚糸することもできるとしている。

また、電荷誘導紡糸法にてノズルから紡糸したナノファイバーをコレタタ上に堆積させてリボン形態のナノファイバーウェブを生成し、このリボン形態のウェブをエア撚り糸装置に通して撚り糸を製造する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特表２００６−５０７４２８号公報 特表２００７−５１８８９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、各ノズルから真下にナノファイバーを生成してコレクタ上のノズルに対応した位置へ静的に堆積させながら、その堆積域の広がりにより各ノズルから生成されたナノファイバー同士を絡み合わせて細帯状のウェブを形成し、このウェブの一端からナノファイバー群を引出すことでウェブの他端側に連続しているナノファイバー群を順次引き出し、連続した糸条に集束させるものであり、そのため各ノズルから紡糸されたナノファイバーの堆積が静的でほぼ同等であるのに対し、引き出し作用が引き出し側に近い堆積域に集中しやすくなる関係から、引き出し側に近い堆積域と遠い堆積域とでナノファイバーの引出し量とに差が生じる恐れがあり、その場合引出し量の差が堆積量の差を来たし、堆積量に差を生じた状態で引き出されることで連続した糸条の太さや力学物性を適正に制御するのは困難で安定しないという問題がある。さらに、引出し作用が引き出し側から遠い側の堆積域にも均等に及ぶようにするのに引出し速度を抑える必要があり大量に製造するのも困難であるという問題がある。

また、特許文献２に記載の技術は、エアにより撚りをかけて撚り糸を製造する点で特許文献１と異なっているが、特許文献１と基本的構成を共有していて同様の問題があり、形態や力学的物性の均一な糸を製造することができないという問題がある。また、エア撚り糸装置を通過させて撚り糸を製造するので、エア撚り糸装置における作用の安定性も問題になる。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電荷誘導紡糸法により製造したナノファイバーから成る高強度でかつ形態及び力学的物性の均一な糸条を安定して製造することができるナノファイバーの合糸方法と装置を提供することを目的とする。

本発明のナノファイバーの合糸方法は、芯糸を所定の直線経路を通して供給する芯糸供給工程と、直線経路の周囲を回転する少なくとも１つの小穴から原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にて延伸させてナノファイバーを生成するナノファイバー生成工程と、接地され又は原料溶液の帯電電荷とは逆極性の電圧を印加された電極を直線経路を挟んで小穴とは略反対側の位置で小穴と同期して回転させ、生成されたナノファイバーを電極にて収集して芯糸に絡ませる合糸工程と、芯糸に絡まったナノファイバーを芯糸とともに回収する回収工程とを有するものである。

なお、原料溶液としては、各種の合成樹脂材料や核酸や蛋白質などの生体高分子などの高分子物質（本発明では、分子量が１００００以上の一般的な高分子物質に限らず、分子量が１０００〜１００００の準高分子物質も含める）を溶媒に溶解したものが好適に適用される。また、上記高分子物質は単体物に限らず、各種高分子物質の混合物であっても良い。

上記構成によれば、所定の直線経路に沿って芯糸を移動させつつ、直線経路の周囲を回転する小穴から原料溶液を流出させて電荷誘導紡糸法にてナノファイバーを生成するとともに、生成したナノファイバーを小穴とは直線経路を挟んで略反対側の位置で小穴と同期して回転する電極に向けて流動させることで、生成したナノファイバーは線状若しくはその周囲の小さな断面の空間内を殆ど乱れることなく電極に向かって流動しつつ芯糸に絡むために芯糸に規則正しく巻き付き、それによってナノファイバーから成る高強度でかつ形態や力学的物性の均一な糸条を安定して製造することができる。

また、ナノファイバー生成工程で、小穴と直線経路との間の距離に比して互いに近距離に配置された複数の小穴から原料溶液を流出させてナノファイバーを生成すると、上記作用効果を損なうことなく、ナノファイバーの製造量を増加して糸条の生産性を向上することができる。

また、合糸工程で、生成されて電極にて収集されて流動するナノファイバーが芯糸を巻き込むように、小穴の原料溶液流出方向と電極の位置を調整設定するのが好ましい。こうすることで、生成されたナノファイバーが芯糸に絡まる作用を確実にかつ安定して得ることができる。

また、合糸工程で、芯糸を小穴の回転方向と逆方向に回転させると、ナノファイバーが芯糸により緊密に巻き付けられるので、さらに高強度の糸条を製造することができる。

また、本発明のナノファイバーの合糸装置は、芯糸を所定の直線経路を通して供給する芯糸供給手段と、直線経路の周囲を回転する少なくとも１つの小穴を有し、小穴から原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させるナノファイバー生成手段と、接地され又は原料溶液の帯電電荷とは逆極性の電圧を印加された電極と、電極を直線経路を挟んで小穴とは略反対側の位置で小穴と同期して回転させる電極回転手段と、ナノファイバーが絡まった芯糸を回収する回収手段とを備えたものである。

この構成によれば、ナノファイバー生成手段における直線経路の周囲を回転する小穴からナノファイバーを生成し、電極回転手段にて小穴と同期して回転する電極にてそのナノファイバーを直線経路の略反対側で吸引し、芯糸供給手段にて直線経路を移動する芯糸にナノファイバーを絡ませて糸条を製造することができ、上記ナノファイバーの合糸方法を実施して、ナノファイバーから成る高強度でかつ形態や力学的物性の均一な糸条を安定して製造することができる。

また、小穴と電極の間の直線経路の長手方向の距離は、小穴と直線経路との間の距離の１〜１０倍に設定するのが好ましい。小穴と電極間には、小穴から流出した原料溶液が電荷誘導紡糸法にて延伸されたナノファイバーが生成されるのに必要な距離（例えば１００〜１０００ｍｍ程度）を設ける必要があり、直線経路に対して径方向にその距離をとると、芯糸に対する巻き付け角が９０度近くなってしまい、糸条の引張強度を確保するのが困難になるとともに、ナノファイバーが重力の作用方向と直交する方向に長距離流動するので流動状態が不安定になり、巻き付け状態が不均一になる恐れがある。一方、直線経路の長手方向に距離を大きくとり、径方向の距離が小さくなり過ぎると、芯糸に対する巻き付け角が小さくなって芯糸に対するナノファイバーの絡みつきの程度が小さくなり、糸条としての機能が損なわれる恐れがあり、かつ生成中のナノファイバーと芯糸が干渉する恐れがある。したがって、上記のように距離設定するのが好ましい。

また、ナノファイバー生成手段の小穴は、直線経路の周囲を回転する回転体の電極配置側の側面、若しくは外周面、又は内周面に配置することができ、原料溶液の組成、濃度、流出量、小穴の配置位置と回転速度、電極の配置位置、芯糸の移動速度等の各種製造条件に応じて最適なものを選択するのが好ましい。

また、ナノファイバー生成手段の小穴を、小穴と直線経路との間の距離に比して互いに近距離に配置された複数の小穴にて構成すると、上記作用効果を損なうことなく、ナノファイバーの製造量を増加して糸条の生産性を向上することができる。

また、芯糸を小穴の回転方向と逆方向に回転させる芯糸回転手段を設けると、ナノファイバーが芯糸により緊密に巻き付けられるので、さらに高強度の糸条を製造することができる。

また、電極と直線経路との間の距離を、５０ｍｍ以下に設定すると、電極に向けて吸引されて流動してくるナノファイバーを芯糸に確実に絡ませることができて好ましい。

本発明のナノファイバーの合糸方法と装置によれば、直線経路の周囲を回転する小穴からナノファイバーを生成し、小穴と同期して回転する電極にてそのナノファイバーを直線経路の略反対側で収集し、直線経路を移動する芯糸にナノファイバーを絡ませて糸条を製造することにより、ナノファイバーから成る高強度でかつ形態や力学的物性の均一な糸条を安定して製造することができる。

以下、本発明のナノファイバーの合糸方法と装置の各実施形態について、図１〜図１３を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
本発明のナノファイバー合糸装置の第１の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。

まず、本実施形態におけるナノファイバー合糸方法を、図１、図２を参照して説明する。図１において、芯糸１を供給して所定の直線経路２を通して矢印ａの如く移動させている状態で、小穴３を有しているノズル部材４を矢印ｂの如く直線経路２の周囲に回転させ、その小穴３からナノファイバーの原料溶液に電荷を帯電させて流出させ、かつ生成されたナノファイバー７を吸引する電極５を直線経路２を挟んで小穴と３は略反対側の位置で矢印ｃの如く小穴３と同期して回転させている。小穴３から流出する原料溶液に電荷を帯電させ、電極５にてナノファイバー７を吸引するため、本実施形態では、ノズル部材４を接地し、電極５に高電圧発生手段６にて１ｋＶ〜１００ｋＶ、好適には１０ｋＶ〜１００ｋＶの正（又は負、図示例は正）の高電圧を印加している。これにより、ノズル部材４と電極５間に電界が発生し、小穴３から流出する原料溶液には負（又は正）の電荷が帯電し、負（又は正）に帯電したナノファイバー７がそれとは逆極性の高電圧が印加されている電極５に吸引される。なお、ノズル部材４に高電圧発生手段（図示せず）にて負（又は正）の高電圧を印加して、流出する原料溶液及びナノファイバーに負（又は正）の電荷を帯電させるようにしても良く、その場合電極５を接地しても、若しくは電極５に高電圧発生手段６にて正（又は負）の高電圧を印加しても良い。

この構成によれば、芯糸１が所定の直線経路２に沿って移動している状態で、直線経路２の周囲を回転する小穴３から電荷を帯電された原料溶液が流出することで、電荷誘導紡糸法にてナノファイバー７が生成されるとともに、その生成したナノファイバー７が小穴３とは直線経路２を挟んで略反対側の位置で小穴３と同期して回転している電極５に向けて、線状若しくはその周囲の小さな断面の空間内を殆ど乱れることなく流動する。こうして電極５に向けて流動するナノファイバー７が、小穴３と電極５の回転によって芯糸１と交差する位置で芯糸１に絡むため、ナノファイバー７が芯糸１に規則正しく巻き付きられ、それによってナノファイバー７から成る高強度でかつ形態や力学的物性の均一な糸条８が安定して製造される。

芯糸１としては、繊維の種類は限定されるものではなく、木綿のような天然繊維や、ナイロンなどの合成繊維などを例示することができる。線径が１μｍ以下のモノフィラメントを用いるのが好適であるが、複数の繊維が束となったマルチフィラメントを採用することができる。その際の繊維の径は特に限定するものではないが、５００ｎｍ以下の繊維から成る撚糸を用いることができる。

原料溶液としては、高分子物質を溶媒に溶解したものが好適である。そ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、ポリペプチド等が好適なものとして例示でき、さらには核酸や蛋白質などの生体高分子なども例示でき、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、使用できる溶媒としては、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、原料溶液中の溶媒の占める割合は、６０％位から９８％位が好適で、使用する高分子物質の種類、溶媒の種類、生成するファイバーの径等に応じて適切に決定する。

なお、図１の図示例では、図１（ｂ）に示すように、ノズル部材４の小穴３の向きを直線経路２に向けるとともに、小穴３と電極５を直線経路２を中心として略直径方向に対向して配置した例を示したが、小穴３から流出して生成され、電極５に向けて吸引されるたナノファイバー７を、芯糸１に安定して絡ませるため、例えば図２、特に図２（ｂ）に示すように、ノズル部材４を、直線経路２と交差する直径方向の中心線に対して角度αだけ回転方向の後向きに傾斜させて配置するとともに、電極５を前記中心線に対して角度βだけ回転方向後方側の位置に配置することで、小穴３及び電極５が回転していない状態では仮想線で示すようにナノファイバー７が流動するようにすることで、小穴３及び電極５の回転に伴って実線で示すように流動するナノファイバー７が芯糸１に確実に絡み、生成されたナノファイバー７が芯糸１に絡まる作用が確実にかつ安定して得られるようにするのが好ましい。

また、芯糸１を、図２（ｂ）の矢印ｄの如く、小穴３の回転方向（矢印ｂ方向）と逆方向に回転させるようにしても良い。そうすると、構成が多少複雑になるものの、ナノファイバー７が芯糸１により緊密に巻き付けられるため、さらに高強度の糸条を製造することができて好ましい。

次に、図３〜図６を参照してより具体的な構成を説明する。図３〜図５において、１０はナノファイバー合糸装置であって、ナノファイバー７を生成する紡糸ヘッド１１と、回転電極部１２と、芯糸供給手段１３と、回収手段１４とを備えている。

ナノファイバー生成手段としての紡糸ヘッド１１は、鉛直な軸心周りに回転自在に支持された円筒容器状の回転体１５の下面の適所１箇所に先端に小穴３を有するノズル部材４を装着して構成されている。回転体１５の上壁には、電気絶縁性を有する上部回転筒体１６の下端部が一体的に固定され、その上部回転筒体１６の中間部が上部支持フレーム１７にて軸受１８を介して回転自在に支持されるとともに、上部回転筒体１６の上部は回転手段１９に接続されている。回転体１５又は少なくともノズル部材４は導電性を有し、上部回転筒体１６に設けた導電部材１６ａと軸受１８を介してノズル部材４が電気的に接地されている。なお、ノズル部材４にて小穴３を構成する代わりに、回転体１５に直接小穴３を形成しても良い。回転手段１９は、上部回転筒体１６の外周に固定された従動プーリ１９ａと、上部支持フレーム１７に設置されたモータ１９ｄと、モータ１９ｄの出力軸に固定された駆動プーリ１９ｃと、プーリ１９ａと１９ｃ間に巻き掛けれたベルト１９ｂにて構成され、モータ１９ｄにて回転体１５を介して小穴３を回転させるように構成されている。小穴３の回転速度は、数１００〜１００００ｒｐｍに設定される。

回転体１５の中心部の貫通開口を形成する内側筒壁２０は、その上部が全周にわたって開口され、回転体１５の外周壁と内側筒壁２０との間の環状収容空間２０ａに原料溶液供給手段２２にて供給された原料溶液２１を収容し、ノズル部材４を通して小穴３から流出させるように構成されている。原料溶液供給手段２２は、貯留容器２３内の原料溶液２１を供給ポンプ２４にて取り出し、上部回転筒体１６を貫通させて回転体１５内に挿入配置された溶液供給管２５の先端のＬ字屈曲部２５ａから環状収容空間２０ａ内に原料溶液２１を供給するように構成されている。図示例では、原料溶液２１に作用する重力と回転体１５の回転による遠心力と小穴３と電極５間の電界の作用で、小穴３から原料溶液２１を流出させるようにしているが、環状収容空間２０ａ内を加圧可能な構成として、原料溶液２１を圧力で押し出して流出させるようにしても良い。

回転電極部１２は、リング状の導電性の回転板２６の上面の適所１箇所に上端部が略半球状に形成された短寸の電極５が配置され、この回転板２６が電気絶縁性を有する下部回転筒体２９の上端に一体固定され、下部回転筒体２９の中間部が軸受２８を介して下部支持フレーム２７にて回転自在に支持され、下部回転筒体２９の下部が回転駆動手段３０に接続されている。電極５には、回転板２６と下部回転筒体２９に設けられた導電部材２９ａと軸受２８を介して高電圧発生手段６にて発生された高電圧が印加されている。回転駆動手段３０は、下部回転筒体２９の外周に固定された従動プーリ３０ａと、下部支持フレーム２７に設置されたモータ３０ｄと、モータ３０ｄの出力軸に固定された駆動プーリ３０ｃと、プーリ３０ａと３０ｃ間に巻き掛けれたベルト３０ｂにて構成され、モータ３０ｄにて回転板２６を介して電極５を回転駆動するように構成されている。電極５は、小穴３と同期して回転するように回転駆動される。電極５は、少なくとも頂部が、半径が数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の半球形又はそれに類似した形状で、尖った部分の無いものが好ましい。尖った部分があると、その部分からイオン風が発生し、異常放電の発生原因となるためである。

芯糸供給手段１３は、上部支持フレーム１７に配設され、芯糸１を所定の速度で供給する芯糸供給リール３１と、芯糸１の供給位置を直線経路２の上端に位置決めするガイドローラ３２にて構成されている。回収手段１４は、下部支持フレーム２７に配設され、芯糸１にナノファイバー７を巻き付けて製造された糸条８を巻き取って回収する糸条巻取リール３３と、直線経路２の下端を位置決めし、製造された糸条８を直線経路２から側方に取り出すためのガイドローラ３４にて構成されている。かくして、ガイドローラ３２、３４にて、それらの間に直線経路２が設定され、この直線経路２に対して上部回転筒体１６、回転体１５、下部回転筒体２９が同一軸芯状態となるように配設されている。なお、図２（ｂ）に矢印ｄのように芯糸１を回転させるには、芯糸供給手段１３と回収手段１４、又は少なくとも回収手段１４を直線経路２を回転中心として回転させる手段を設けることで実施できる。

直線経路２と小穴３と電極５の配置関係を図５を参照して説明する。直線経路２と電極５の径方向の距離Ｌ１は、電極５に向けて吸引されて流動してくるナノファイバー７を芯糸１に確実に絡ませるために、５０ｍｍ以下に設定するのが好ましい。しかし、小穴３の向きと配置位置によってはそれ以上に設定した方が良い場合もある。直線経路２と小穴３の径方向の距離Ｌ２は、特に限定されないが、小穴３と電極５との間の直線経路２の長手方向の距離Ｌ３と相関的に設定される。すなわち、小穴３と電極５の間で、ナノファイバーを生成するのに必要な距離（例えば１００〜１０００ｍｍ程度）を確保する必要があり、その上で距離Ｌ３を距離Ｌ２の１〜１０倍に設定するのが好ましい。距離Ｌ２を大きくして距離Ｌ３を小さくすると、芯糸１に対するナノファイバー７の巻き付け角が９０度近くなってしまい、糸条８の引張強度を確保するのが困難になるとともに、ナノファイバー７が重力の作用方向と直交する方向に長距離流動するので流動状態が不安定になり、巻き付け状態が不均一になる恐れがあり、一方距離Ｌ３を大きくして、距離Ｌ２を小さくし過ぎると、芯糸１に対するナノファイバー７の巻き付け角が小さくなって芯糸１に対するナノファイバー７の絡みつきの程度が小さくなり、糸条８としての機能が損なわれる恐れがあり、かつ生成中のナノファイバー７が芯糸１と干渉する恐れもあるためである。

次に、制御構成を図６を参照して説明する。図６において、回転体１５を所定の回転速度で回転させる回転手段１９と、電極５を回転体１５の小穴３と回転方向の相対位置を所定位置に位置決めしかつその位置決め状態を維持しつつ同期して回転させる回転駆動手段３０と、電極５に高電圧を印加する高電圧発生手段６と、回転体１５に原料溶液２１を供給する原料溶液供給手段２２の供給ポンプ２４とを制御部４１にて制御するように構成されている。制御部４１は、操作部４３からの作業指令により、記憶部４２に記憶されている動作プログラムや操作部４３から入力されて記憶している各種データに基づいて動作制御し、その動作状態や各種データを表示部４４に表示する。

本実施形態によれば、所定の直線経路２に沿って芯糸１を移動させつつ、直線経路２の周囲を回転する小穴３から原料溶液２１を流出させて電荷誘導紡糸法にてナノファイバー７を生成するとともに、生成したナノファイバー７を小穴３とは直線経路２を挟んで略反対側の位置で小穴３と同期して回転する電極５に向けて流動させるようにしているので、生成されたナノファイバー７が線状若しくはその周囲の小さな断面の空間内を殆ど乱れることなく電極５に向かって流動し、かつ小穴３と電極５の同期回転に伴って流動してきたナノファイバー７が芯糸１に絡み、芯糸１に規則正しく巻き付くことになり、それによって芯糸１に巻き付いたナノファイバー７から成る高強度でかつ形態や力学的物性の均一な糸条８を安定的に製造することができる。

具体数値例を示すと、距離Ｌ１を５０ｍｍ、距離Ｌ２を１００ｍｍ、距離Ｌ３を３００ｍｍとし、回転体１５（小穴３）の回転速度Ｔ１、及び回転板２６（電極５）の回転速度Ｔ２を、共に３０００ｒｐｍとし、回転体１５を接地し、電極５に高電圧発生手段６にて５０ｋＶの電圧を印加し、直線経路２に芯糸１を１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で供給することで、芯糸１にナノファイバー７が規則的に巻き付き、芯糸１に強固に絡んだ強度特性の高い糸条８を製造することができた。なお、芯糸１の移動速度は、生成されるナノファイバー７の量や芯糸１の周囲に巻き付ける量によって異なる。

（第２の実施形態）
次に、本発明のナノファイバー合糸装置の第２の実施形態について、図７を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と同一の構成要素について同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。

上記第１の実施形態においては、回転体１５の下面に単一のノズル部材４を配置して単一の小穴３からナノファイバー７を生成するようにした例を示したが、本実施形態においては、回転体１５の下面に複数のノズル部材４を互いに近接して配置し、それらの小穴３からナノファイバー７を生成するようにしている。これらの小穴３は、小穴３と直線経路２との間の距離Ｌ２よりも小さい距離の範囲内に配置されている。なお、複数の小穴３の配置は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、周方向に同一位置で径方向に配列しても、図７（ｃ）に示すように、径方向に同一位置で周方向に配列しても、さらに周方向及び径方向に分散配置しても良い。

本実施形態によれば、複数の小穴３からナノファイバー７を生成するので、ナノファイバー７の製造量を増加することができ、かつ複数の小穴３が近接して配置されていることで、芯糸１に対して規則的にナノファイバー７を巻き付けることができるという作用効果を損なうことがないので、糸条８の生産性を向上することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明のナノファイバー合糸装置の第３の実施形態について、図８、図９を参照して説明する。

上記第１の実施形態では、回転体１５の下面にノズル部材４及びその小穴３を配置した例を示したが、本実施形態では、図８に示すように、回転体１５の外周面にノズル部材４及びその小穴３を配置している。このように小穴３を回転体１５の外周に配置しても、図９に示すように、小穴３と電極５を直線経路２の反対側に配置して同期回転させることで、これら小穴３と電極５の回転に伴って小穴３から電極５に向けて流動するナノファイバー７を芯糸１に絡ませて規則的に巻き付けることができて、高強度で均一な糸条８を製造することができる。なお、第２の実施形態で説明したように、回転体１５の外周面に複数のノズル部材４を近接させて設けてもよい。

（第４の実施形態）
次に、本発明のナノファイバー合糸装置の第４の実施形態について、図１０を参照して説明する。

上記第１の実施形態では、回転体１５の下面にノズル部材４及びその小穴３を配置した例を示したが、本実施形態では、図１０に示すように、回転体１５の下部外周にテーパ部１５ａを形成し、このテーパ部１５ａに斜め下方外側に向けてノズル部材４及びその小穴３を配置している。このように小穴３を配置した構成としても、上記と同様に小穴３と電極５を直線経路２の反対側に配置して同期回転させることで、ナノファイバー７を芯糸１に絡ませて規則的に巻き付けることができて、高強度で均一な糸条８を製造することができる。なお、第２の実施形態で説明したように、回転体１５の外周面に複数のノズル部材４を近接させて設けてもよい。

（第５の実施形態）
次に、本発明のナノファイバー合糸装置の第５の実施形態について、図１１〜図１３を参照して説明する。

上記第１の実施形態では、回転体１５の下面にノズル部材４及びその小穴３を配置した例を示したが、本実施形態では、図１１、図１２に示すように、大径円筒状の回転体１５を適用し、その回転体１５の内周面の下部に斜め下方内側に向けてノズル部材４及びその小穴３を配置している。このように小穴３を配置した構成としても、上記と同様に小穴３と電極５を直線経路２の反対側に配置して同期回転させることで、ナノファイバー７を芯糸１に絡ませて規則的に巻き付けることができて、高強度で均一な糸条８を製造することができる。なお、本実施形態の場合には、回転体１５の内周側に原料溶液２１を流出させるため、回転体１５内を加圧可能に構成し、原料溶液２１の液面に圧力を作用させて原料溶液２１を小穴３から流出させるようにするのが好ましい。

また、図１２に示したように、回転体１５の内周面に単一のノズル部材４及び小穴３を配置した構成に限らず、図１３に示すように、回転体１５の内周面に複数のノズル部材４及び小穴３を配置した構成とすることもでき、そうするとナノファイバー７の製造量を増加することができ、糸条８の生産性を向上することができる。

本発明のナノファイバーの合糸方法と装置によれば、直線経路の周囲を回転する小穴からナノファイバーを生成し、小穴と同期して回転する電極にてそのナノファイバーを直線経路の略反対側で収集し、直線経路を移動する芯糸にナノファイバーを絡ませて糸条を製造することにより、ナノファイバーから成る高強度でかつ形態や力学的物性の均一な糸条を安定して製造することができるので、ナノファイバーから成る高強度で均一な糸条の生産に好適に利用することができる。

本発明の第１の実施形態におけるナノファイバー合糸方法の基本構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図。 同基本構成における他の配置構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図。 同実施形態に係るナノファイバー合糸装置の概略構成を示す縦断正面図。 同ナノファイバー合糸装置の概略構成を示す斜視図。 同ナノファイバー合糸装置の主要構成要素の配置構成を示す斜視図。 同ナノファイバー合糸装置の制御構成を示すプロック図。 本発明の第２の実施形態に係るナノファイバー合糸装置を示し、（ａ）は要部構成を示す斜視図、（ｂ）は回転体の下面図、（ｃ）は他の構成例における回転体の下面図。 本発明の第３の実施形態に係るナノファイバー合糸装置の概略構成を示す斜視図。 同実施形態における主要構成要素の平面配置図。 本発明の第４の実施形態に係るナノファイバー合糸装置の概略構成を示す斜視図。 本発明の第５の実施形態に係るナノファイバー合糸装置の概略構成を示す斜視図。 同ナノファイバー合糸装置における要部構成を示す縦断正面図。 同ナノファイバー合糸装置における他の要部構成を示す縦断正面図。

符号の説明

１ 芯糸
２ 直線経路
３ 小穴
４ ノズル部材
５ 電極
６ 高電圧発生手段
７ ナノファイバー
８ 糸条
１０ ナノファイバー合糸装置
１１ 紡糸ヘッド（ナノファイバー生成手段）
１２ 回転電極部
１３ 芯糸供給手段
１４ 回収手段
１５ 回転体
１９ 回転手段
２１ 原料溶液
３０ 回転駆動手段

Claims (10)

1. 芯糸を所定の直線経路を通して供給する芯糸供給工程と、直線経路の周囲を回転する少なくとも１つの小穴から原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させ、静電爆発にて延伸させてナノファイバーを生成するナノファイバー生成工程と、接地され又は原料溶液の帯電電荷とは逆極性の電圧を印加された電極を直線経路を挟んで小穴とは略反対側の位置で小穴と同期して回転させ、生成されたナノファイバーを電極にて収集して芯糸に絡ませる合糸工程と、芯糸に絡まったナノファイバーを芯糸とともに回収する回収工程とを有することを特徴とするナノファイバーの合糸方法。
2. ナノファイバー生成工程で、小穴と直線経路との間の距離に比して互いに近距離に配置された複数の小穴から原料溶液を流出させてナノファイバーを生成することを特徴とする請求項１記載のナノファイバーの合糸方法。
3. 合糸工程で、生成されて電極にて収集されて流動するナノファイバーが芯糸を巻き込むように、小穴の原料溶液流出方向と電極の位置を調整設定することを特徴とする請求項１又は２記載のナノファイバーの合糸方法。
4. 合糸工程で、芯糸を小穴の回転方向と逆方向に回転させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のナノファイバーの合糸方法。
5. 芯糸を所定の直線経路を通して供給する芯糸供給手段と、直線経路の周囲を回転する少なくとも１つの小穴を有し、小穴から原料溶液を流出させるとともに流出する原料溶液に電荷を帯電させるナノファイバー生成手段と、接地され又は原料溶液の帯電電荷とは逆極性の電圧を印加された電極と、電極を直線経路を挟んで小穴とは略反対側の位置で小穴と同期して回転させる電極回転手段と、ナノファイバーが絡まった芯糸を回収する回収手段とを備えたことを特徴とするナノファイバーの合糸装置。
6. 小穴と電極の間の直線経路の長手方向の距離を、小穴と直線経路との間の距離の１〜１０倍に設定したことを特徴とする請求項５記載のナノファイバーの合糸装置。
7. ナノファイバー生成手段の小穴は、直線経路の周囲を回転する回転体の電極配置側の側面、若しくは外周面、又は内周面に配置したことを特徴とする請求項５又は６載のナノファイバーの合糸装置。
8. ナノファイバー生成手段の小穴は、小穴と直線経路との間の距離に比して互いに近距離に配置された複数の小穴にて構成したことを特徴とする請求項５又は６記載のナノファイバーの合糸装置。
9. 芯糸を小穴の回転方向と逆方向に回転させる芯糸回転手段を設けたことを特徴とする請求項５〜８の何れか１つに記載のナノファイバーの合糸装置。
10. 電極と直線経路との間の距離を、５０ｍｍ以下に設定したことを特徴とする請求項５〜９の何れか１つに記載のナノファイバーの合糸装置。

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