JP2009291306A - マスク製造装置、マスク製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高機能なマスクを少ない工程で製造する。
【解決手段】原料液３００を空間中で静電爆発させ、製造されたナノファイバ３０１を堆積させてマスクを製造するマスク製造装置であって、原料液３００を空間中に流出させる原料液流出手段２１０と、原料液３００を帯電させる原料液帯電手段２２０と、人間の鼻孔と口とを覆うマスクの部分の形状に対応する立体形状部１１１を有し、ナノファイバ３０１を受け止めて堆積させる堆積手段１１０と、ナノファイバ３０１を堆積手段１１０に誘引する誘引手段１２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本願発明は、マスク製造装置やマスク製造方法に関し、特に、人間の鼻孔と口との周りの形状に対応する立体的な形状を備えるマスク製造装置、製造方法に関する。

マスクは、防塵や防ウイルス、防花粉などの用途などに広く用いられている。従前のマスクは、人間の鼻孔と口とを平面の布で覆うものが多かった。ところがこのようなマスクは、鼻孔や口と面状態で接触しているため、実際に空気（息）の通過する面積が小さく息苦しさがある。また、このようなマスクをつけたまま会話をしようとすると、マスクと唇とがすれて不快であったり、口紅などがマスクに付着するという不具合もあった。

そこで昨今は、口と鼻孔の周りを囲む部分のみと線状に接触し、口と鼻孔とは直接接触することなく覆うような立体的形状のマスクが登場している（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

一方、空気中に含まれるウイルスなどの微小な不要物を遮断し空気のみを取り入れる機能をマスクに付与するには、マスクを構成する布や不織布などの目を細かくするか、布などを重ね合わせて対応している（特許文献４参照）。
特開平１１−１９２３１７号公報 特開２００６−３４５９９６号公報 特開２００４−３５１１９０号公報 特開２００５−２１８６１３号公報

ところが、立体的形状のマスクを製造する場合、布や不織布などを用いて平面的なシートを製造した後、立体的な金型で前記シートをプレス加工するか、二枚のシートを拡げることで立体的な形状となるように平面的に重ね合わせた二枚のシートの縁の一部を接合するか、平面的なシートにギャザーをいれるかの方法が採用されるが、これらのいずれもが加工工程が増加し、生産性に劣るものである。

一方マスクの性能を向上させるためにシートの目を細かくしたり、シートを重ねて厚くすると通気性に問題が生じ、このようなマスクを装着する人が息苦しくなるという問題が生じる。

本願発明は、これらの問題点に鑑みなされたものであり、通気性を確保しつつ目を細かくすることができ、さらに、立体的形状のマスクを容易に製造することのできるマスク製造装置、マスク製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明にかかるマスク製造装置は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中で静電爆発させ、製造されたナノファイバを堆積させてマスクを製造するマスク製造装置であって、原料液を空間中に流出させる原料液流出手段と、前記原料液を帯電させる原料液帯電手段と、人間の鼻孔と口とを覆うマスクの部分の形状に対応する立体形状部を有し、ナノファイバを受け止めて堆積させる堆積手段と、ナノファイバを前記堆積手段に誘引する誘引手段とを備えることを特徴とする。

これにより、ナノファイバを立体的な形状で堆積させることができ、鼻孔や口と直接接触することのない立体的な形状を備えたマスクを製造することができ、平面的なシートを立体的にするための工程を省略することが可能となる。

さらに、当該装置で製造されたマスクは目を細かくできると共に、単位面積当たりに存在する目が多い。従って、ウイルスなどの微小な不要物を除去できると共に、通気性を確保することも可能となる。

本願発明によれば、立体的な形状を備え、通気性を確保しつつ目の細かいマスクを容易に製造することが可能となる。

次に、本願発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、マスク製造装置を概略的に示す図である。

同図に示すように、マスク製造装置１００は、マスクの中でも鼻孔と口とを覆い、空気から粉塵等を除去する濾過部を製造する装置であり、二つのナノファイバ放出手段２００と、堆積手段１１０と、二つの誘引手段１２０と、接合手段１８０と、剥離手段１９０とを備えている。

図２は、ナノファイバ放出手段を示す断面図である。
図３は、ナノファイバ放出手段から案内体を省いて示す斜視図である。

これらの図に示すように、ナノファイバ放出手段２００は、ナノファイバ３０１の原料となる原料液３００に電荷を付与して帯電させると共に当該原料液３００を空間中に放出し、静電爆発により製造されるナノファイバ３０１を放出する装置であり、原料液流出手段２１０と、原料液帯電手段２２０と、気体流発生手段２０３と、案内手段２０６とを備えている。なお、マスク製造装置１００は、ナノファイバ放出手段２００を２個備えているが、いずれも同じ仕様であるため一方のみ説明する。

ここで図中において、ナノファイバを製造するための原料液については、“３００”の符号を付し、製造されたナノファイバについては、“３０１”の符号を付す。ただし、ナノファイバを製造するに際しては、原料液３００が静電爆発しながらナノファイバ３０１に変化していくため、原料液３００とナノファイバ３０１との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。

原料液流出手段２１０は、原料液３００を空間中に流出させる装置である。本実施の形態では、原料液流出手段２１０は、遠心力により原料液３００を放射状に流出する装置が採用されており、流出体２１１と、回転軸体２１２と、駆動源２１３とを備えている。

流出体２１１は、内方に原料液３００が注入されながら自身の回転による遠心力により空間中に原料液３００を流出させることのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には流出孔２１６を多数備えている。流出体２１１は、内方に貯留する原料液３００に電荷を付与するため、導電体で形成されており、原料液帯電手段２２０の構成要素としても機能している。

具体的には、流出体２１１の直径は、１０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。あまり大きすぎると後述の気体流により原料液３００やナノファイバ３０１を集中させることが困難になるからであり、また、流出体２１１の回転軸が偏心するなど、重量バランスが少しでも偏ると大きな振動が発生してしまい、当該振動を抑制するために流出体２１１を強固に支持する構造が必要となるからである。一方、小さすぎると遠心力により原料液３００を流出させるための回転を高めなければならず、駆動源の負荷や振動など問題が発生するためである。さらに流出体２１１の直径は、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。

また、流出孔２１６の形状は円形が好ましく、その直径は、流出体２１１の肉厚にもよるが、おおよそ０．０１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲から採用することが好適である。これは、流出孔２１６があまりに小さすぎると原料液３００を流出体２１１の外方に流出させることが困難となるからであり、あまりに大きすぎると一つの流出孔２１６から流出する原料液３００の単位時間当たりの量が多くなりすぎ（つまり、流出する原料液３００が形成する線の太さが太くなりすぎ）て所望の径のナノファイバ３０１を製造することが困難となるからである。

なお、流出体２１１の形状は、円筒形状に限定するものではなく、断面が多角形状の多角筒形状のようなものや円錐形状のようなものでもよい。流出孔２１６が回転することにより、流出孔２１６から原料液３００が遠心力で流出可能な形状であればよい。また、流出孔２１６の形状は、円形に限定することなく、多角形状や星形形状などであってもよい。

回転軸体２１２は、流出体２１１を回転させ、遠心力により原料液３００を流出させるための駆動力を伝達するための軸体であり、流出体２１１の他端から流出体２１１の内方に挿通され、流出体２１１の閉塞部と一端部が接合される棒状体である。また、他端は駆動源２１３の回転軸と接合されている。回転軸体２１２は、流出体２１１と後述の駆動源２１３とが導通しないように絶縁体を介して接続されている。

また、回転軸体２１２は、流出体２１１が回転することによりぶれないようにベアリング２０８により回転可能に支持されている。

駆動源２１３は、遠心力により原料液３００を流出孔２１６から流出させるために、回転軸体２１２を介して流出体２１１に回転駆動力を付与する装置であり、本実施の形態の場合、駆動源２１３として電動モータが採用されている。なお、流出体２１１の回転数は、流出孔２１６の口径や使用する原料液３００の粘度や原料液内の高分子物質の種類などとの関係により、数ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下の範囲から採用することが好ましい。

なお、原料液流出手段２１０は、原料液３００を空間中に放出する装置であれば良く、圧力を用いて原料液３００を噴射するものや、単に落下によって原料液３００を流出させるものでも良い。

原料液帯電手段２２０は、原料液３００に電荷を付与して帯電させる装置である。本実施の形態の場合、原料液帯電手段２２０は、誘導電荷を発生させ当該電荷を原料液３００に付与する構成が採用されており、誘導電極２２１と、誘導電源２２２と、接地手段２２３とを備えている。また、流出体２１１も原料液帯電手段２２０の一部の電極として機能している。

誘導電極２２１は、円筒型で、流出体２１１の周壁を同心円状に取り囲み、前記流出孔２１６を覆うように配置される導体からなる部材である。誘導電極２２１は、自身がアースに対し大きな電圧（絶対値として）に維持されることで、軸心近傍に配置され接地されている流出体２１１に電荷を誘導するための部材である。また、誘導電極２２１は、気体流発生手段２０３からの気体流を案内手段２０６に案内する風洞体２０９としても機能している。

誘導電極２２１の内径は、流出体２１１と所定の間隔を隔てて配置されるものであり、流出体２１１の外径よりも大きい必要がある。具体的には、誘導電極２２１と流出体２１１との間で１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるような内径が望ましい。

また、流出体２１１から流出される原料液３００が誘導電極２２１に到達するまでに、原料液３００の飛行方向を変更する必要もある。従って、誘導電極２２１の内径は、誘導電源２２２が印加できる電圧と、原料液３００の流出速度とに基づき総合的に決定される。具体的には、誘導電極２２１の内径は、２００ｍｍ以上、８００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。なお、誘導電極２２１の形状は、円環状に限ったものではなく、多角形状を有する多角形環状の部材であってもよい。

誘導電源２２２は、誘導電極２２１に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源２２２は、直流電源であり、誘導電極２２１に印加する電圧（接地電位を基準とする）や、その極性を設定することができる装置である。

誘導電源２２２が誘導電極２２１に印加する電圧は、１０ＫＶ以上、２００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。特に、流出体２１１と誘導電極２２１との間の電界強度が重要であり、１ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるように印加電圧や誘導電極２２１の配置を行うことが好ましい。

接地手段２２３は、流出体２１１と電気的に接続され、流出体２１１を接地電位に維持することができる部材である。接地手段２２３の一端は、流出体２１１が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。

本実施の形態のように原料液帯電手段２２０に誘導方式を採用すれば、流出体２１１を接地電位に維持したまま原料液３００に電荷を付与することができる。流出体２１１が接地電位の状態であれば、流出体２１１に接続される回転軸体２１２や駆動源２１３などの部材は、流出体２１１との間で高電圧に対する対策をする必要が無くなり、原料液流出手段２１０として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。

なお、原料液帯電手段２２０として、流出体２１１に直接電源を接続し、流出体２１１を高電圧に維持し、誘導電極２２１を接地することで原料液３００に電荷を付与してもよい。また、流出体２１１と誘導電極２２１との間に接地電位とは無関係に電圧を印加するものでもかまわない。

また、流出体２１１を絶縁体で形成すると共に、流出体２１１に貯留される原料液３００に直接接触する電極を流出体２１１内部に配置し、当該電極を用いて原料液３００に電荷を付与するものでもよい。

なお、流出体２１１の流出孔２１６から流出したナノファイバ３０１の帯電極性は、本願実施例では、誘導電極２２１に印加される誘導電源２２２の極性により、異なったものになる。すなわち、誘導電源２２２が負の電圧である場合には、流出孔２１６から流出されるナノファイバ３０１は正の電荷を帯びるが、誘導電源２２２が正の電圧である場合には、前記ナノファイバ３０１は負の電荷を帯びている。

気体流発生手段２０３は、流出体２１１から流出される原料液３００の飛行方向を案内手段２０６で案内される方向に変更するための気体流を発生させる装置である。気体流発生手段２０３は、駆動源２１３の背部に備えられ、駆動源２１３から流出体２１１の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段２０３は、流出体２１１から径方向に流出される原料液３００が誘導電極２２１に到達するまでに前記原料液３００を軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。図２において、気体流は矢印で示している。本実施の形態の場合、気体流発生手段２０３として、ナノファイバ放出手段２００の端部の周囲にある雰囲気を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。

気体流発生手段２０３は、発生した気体流を発散させることなく流出体２１１の近傍に案内する導管である風洞体２０９を備えている。風洞体２０９により案内された気体流が流出体２１１から流出された原料液３００と交差し、原料液３００の飛行方向を変更する。

さらにまた、気体流発生手段２０３は、気体流制御手段２０４と、加熱手段２０５とを備えている。

気体流制御手段２０４は、気体流発生手段２０３により発生する気体流が流出孔２１６に直接当たらないよう気体流を制御する機能を有する部材であり、本実施の形態の場合、風洞体２０９の内方に配置され、流出体２１１に向かって広がる漏斗状の部材が気体流制御手段２０４として機能している。気体流制御手段２０４により、気体流が直接流出孔２１６に当たらないため、流出孔２１６から流出される原料液３００が早期に蒸発して流出孔２１６を塞ぐことを可及的に防止し、原料液３００を安定させて流出させ続けることが可能となる。なお、気体流制御手段２０４は、流出孔２１６の風上に配置され気体流が流出孔２１６近傍に到達するのを防止する壁状の防風壁でもかまわない。

加熱手段２０５は、気体流発生手段２０３が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段２０５は、風洞体２０９の内方に配置される円環状のヒータであり、加熱手段２０５を通過する気体を加熱することができるものとなっている。加熱手段２０５により気体流を加熱することにより、空間中に流出される原料液３００は、蒸発が促進され効率よくナノファイバ３０１を製造することが可能となる。

なお、気体流発生手段２０３は、シロッコファンなど他の送風機により構成してもかまわない。また、気体流発生手段２０３は、高圧ガスを風洞体２０９に導入することで当該ガスよりなる気体流を発生させるものでも良い。また、気体流発生手段２０３は、気体流を押し出すものばかりではなく、気体を吸引することにより気体流を発生させるものでもかまわない。例えば真空吸引により風洞体２０９の内方に気体流が発生するものでもかまわない。

案内手段２０６は、製造されたナノファイバ３０１を堆積手段１１０の近傍に案内する風洞を形成する導管である。案内手段２０６の端部は、誘導電極２２１の端部に接続され、原料液流出手段２１０から流出し、静電爆発により製造されるナノファイバ３０１と気体流との全てを案内することのできる管状の部材である。

なお、本実施の形態の場合、マスク製造装置１００は、同種の第一のナノファイバ放出手段２００ａと第二のナノファイバ放出手段２００ｂとを備えるものとして説明した。本願発明はこれに限定されることはなく、製造するナノファイバ３０１によって異なる仕様のナノファイバ放出手段２００を備えてもかまわない。例えば、いずれかのナノファイバ放出手段２００の案内手段２０６の内方に、有機物や無機物の微粒子を噴霧できる装置を備え、製造されるナノファイバ３０１の表面に機能性材料を担持させてもかまわない。

図４は、堆積手段を模式的に示す斜視図である。
同図に示すように、堆積手段１１０は、ナノファイバ放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１を受け止めて堆積させる装置であり、主としてナノファイバ３０１を堆積させる立体形状部１１１を備えている。

堆積手段１１０は、無端軌道状の部材であり、製造対象であるマスクの濾過部の立体的形状に対応する形状で外向きに膨出する立体形状部１１１が二列に並んで複数個一体に設けられている。堆積手段１１０は、堆積したナノファイバ３０１と容易に分離可能な材質で構成された帯状の部材である。具体的には、堆積手段１１０として、アラミド繊維からなる長尺の布を例示することができる。さらに、堆積手段１１０の表面にテフロン（登録商標）コートを行うと、堆積したナノファイバ３０１を堆積手段１１０から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。また、堆積手段１１０は、ナノファイバ放出手段２００から送られる気体流を通過させることができる通気孔（図示せず）を備えており、特に立体形状部１１１は他の部分よりも高い通気性が確保されている。堆積手段１１０は、複数個のローラ１１２により円環状となるように配置されており、駆動源に接続されるローラ１１２により、間欠的、または連続的に回転するものとなっている。この場合、駆動源に接続されるローラ１１２が堆積手段１１０を移動させる移動手段として機能する。

図５は、第一の誘引手段とその近傍を示す断面図である。
同図に示すように、第一の誘引手段１２０は、第一のナノファイバ放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１を堆積手段１１０の立体形状部１１１に誘引する装置である。本実施の形態の場合、第一の誘引手段１２０は、気体を吸引することでナノファイバ３０１を誘引する装置であり、吸引手段１２１と領域規制手段１２２とを備えている。

吸引手段１２１は、堆積手段１１０の裏面、つまり、ナノファイバ放出手段２００とは反対側に配置されている。吸引手段１２１は、同図に破線の矢印で示すように、堆積手段１１０の立体形状部１１１を介してナノファイバ放出手段２００から流れてくる気体流をナノファイバ３０１と共に強制的に吸引する装置である。例えば、吸引手段１２１として、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機が採用されている。

領域規制手段１２２は、堆積手段１１０の立体形状部１１１のみから気体流が吸引できるように、吸引手段１２１の吸引領域を規制する管状の部材である。領域規制手段１２２の一端開口部の形状は、立体形状部１１１の周縁と同じ形状となされ、他端開口部は吸引手段１２１に接続されている。これにより、ナノファイバ放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１を堆積手段１１０の立体形状部１１１上に主として堆積させることが可能となる。

さらに、第一の誘引手段１２０は、圧力測定手段１２５と制御手段１２６とを備えている。

圧力測定手段１２５は、領域規制手段１２２の内方の気圧を測定することができる装置である。圧力測定手段１２５は、大気圧よりも負の気圧を測定できる装置であれば良く、ダイアフラムを用いた装置を例示することができる。

制御手段１２６は、圧力測定手段１２５からの信号を取得し、領域規制手段１２２内方の圧力が所定値以下になったか否かの信号を、マスク製造装置１００全体を制御する主制御装置（図示せず）に送信する装置である。

領域規制手段１２２内方の圧力が所定値以下となった場合、堆積手段１１０の立体形状部１１１に必要十分なナノファイバ３０１が堆積したと判断することができ、マスク製造装置１００を次の工程に移行させることが可能となる。また、領域規制手段１２２内方の圧力は堆積されたナノファイバ３０１の通気性を示す為、製造されるマスクの品質を安定させることが可能となる。

なお、案内手段２０６内方にも圧力測定手段１２５を設け、案内手段２０６側の気圧と領域規制手段１２２側の気圧との差圧に基づきマスク製造装置１００を制御するものでも良い。この場合、より正確に通気性を確認することが可能となる。

図６は、第二の誘引手段とその近傍を示す断面図である。
同図に示すように、第二の誘引手段１２０は、第二のナノファイバ放出手段２００から放出されるナノファイバ３０１を堆積手段１１０の立体形状部１１１に誘引する装置である。本実施の形態の場合、第二の誘引手段１２０は、電界により帯電しているナノファイバ３０１を誘引する装置であり、誘引電極１２３と誘引電源１２４とを備えている。

誘引電極１２３は、誘引電源１２４によりアースに対し所定の電位に維持される導体の部材であり、立体形状部１１１の凹部の形状に嵌合する形状となっている。誘引電極１２３に電位が印加されると空間中に電界が発生し、同図破線の矢印で示すように、ナノファイバ３０１が誘引電極１２３に向かって誘引される。放出されるナノファイバ３０１と誘引電極１２３との間には、堆積手段１１０が配置されているため、電界により誘引されるナノファイバ３０１は、堆積手段１１０の立体形状部１１１に堆積する。

誘引電源１２４は、誘引電極１２３をアースに対し所定の電位に維持することができる直流電源である。また、誘引電源１２４は、誘引電極１２３に印加する電位の正負（接地電位を含む）を変更することが可能である。誘引電源１２４の極性は、生成されるナノファイバ３０１の帯電極性と逆極性の電源であれば、誘引電極１２３に前記帯電したナノファイバが誘引されてくる。なお、誘引電源１２４を０Ｖにして、すなわち、接地した状態で、帯電したナノファイバを誘引電極１２３に誘引してもよい。

接合手段１８０は、第一のナノファイバ放出手段２００で放出され堆積したナノファイバ３０１の層と、第二のナノファイバ放出手段２００で放出され堆積したナノファイバ３０１の層とが分離しないように接合する装置である。具体的には熱圧着により二つの層を接合する場合や、水流により二つの層のナノファイバをからみつかせて接合する場合などを挙示することができる。

剥離手段１９０は、堆積手段１１０から堆積し不織布状となったナノファイバ３０１を剥離する装置である。具体的には、細いかぎ針などのような部材を堆積したナノファイバ３０１に挿入し、鉤の部分でナノファイバ３０１を引っ掛けながらかぎ針を堆積手段１１０から遠ざけることで堆積手段１１０からナノファイバ３０１を剥離する装置などを挙示することができる。

次に、上記構成のマスク製造装置１００を用いたナノファイバ３０１の製造方法を図１から図５を参照しつつ説明する。

まず、第一のナノファイバ放出手段２００ａを稼動させ、ナノファイバ３０１を放出する。以下は、第一のナノファイバ放出手段２００ａに含まれる装置などについての説明である。具体的な稼動方法としては、気体流発生手段２０３により、案内手段２０６や風洞体２０９の内部に気体流を発生させる。

次に、流出体２１１に原料液３００を供給する。原料液３００は、別途タンク（図示せず）に蓄えられており、供給路２１７（図２参照）を通過して流出体２１１の他端部から流出体２１１内部に供給される。

ここで、ナノファイバ３０１を構成する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−フェニレンイソフタレート、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、ポリアミド、アラミド、ポリイミド、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、ポリペプチド等およびこれらの共重合体を例示できる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記高分子物質に限定されるものではない。

原料液３００に使用される溶媒としては、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、クロロホルム、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、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、ピリジン、水等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記溶媒に限定されるものではない。

さらに、原料液３００に骨材や可塑剤などの添加剤を添加してもよい。当該添加剤としては、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が、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等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記添加剤に限定されるものではない。

溶媒と高分子物質との混合比率は、溶媒と高分子物質により異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。

次に、誘導電源２２２により誘導電極２２１に電圧を印加し、流出体２１１に貯留される原料液３００に電荷を供給しつつ（第一の原料液帯電工程）、流出体２１１を駆動源２１３により回転させて、遠心力により流出孔２１６から帯電した原料液３００を流出する（第一の原料液流出工程）。

流出体２１１の径方向放射状に流出された原料液３００は、気体流により飛行方向が変更され、気体流に搬送され風洞体２０９により案内される。原料液３００は、空間を飛行中に溶媒が蒸発し、電荷密度が上昇して静電爆発によりナノファイバ３０１に変換される（第一のナノファイバ製造工程）。そして、ナノファイバ３０１は気体流と共に案内手段２０６から放出される。また、前記気体流は、加熱手段２０５により加熱されており、原料液３００の飛行を案内しつつ、原料液３００に熱を与えて溶媒の蒸発を促進し、ナノファイバ３０１の製造を促進している。

この状態において、案内手段２０６の開口部に配置されている堆積手段１１０の立体形状部１１１の裏側では、図５に示すように、第一の誘引手段１２０ａが、吸引手段１２１により気体流を吸引して立体形状部１１１にナノファイバ３０１を引きつけている（第一の誘引工程）。そして、気体流と共に誘引されるナノファイバ３０１は、堆積手段１１０の立体形状部１１１上に堆積していく（第一の堆積工程）。

そして、圧力測定手段１２５の測定値に基づき十分にナノファイバ３０１が堆積したとマスク製造装置１００が判断すると、ナノファイバ放出手段２００の稼動を停止すると共に、堆積手段１１０を所定の角度回転させる。

続いて、第二のナノファイバ放出手段２００ｂと第二の誘引手段１２０ｂとを用いて、前記第一の堆積工程で堆積されたナノファイバ３０１の上に新たなナノファイバ３０１を堆積させる。

第二のナノファイバ放出手段２００ｂを用い原料液３００を流出させる第二の流出工程は、前記第一の流出工程と同様である、原料液３００を帯電させる第二の原料液帯電工程も前記第一の原料液帯電工程と同様である。その他、第二のナノファイバ放出手段２００ｂにかかわる工程は、第一のナノファイバ放出手段２００ａと同様であるため、説明を省略する。

第二のナノファイバ放出手段２００ｂの案内手段２０６の開口部に配置されている堆積手段１１０の立体形状部１１１の裏側には、図６に示すように、第二の誘引手段１２０ｂの誘引電極１２３が配置されている。誘引電極１２３は、誘引電源１２４により帯電しているナノファイバ３０１の極性と逆の極性の電圧が印加されており（接地電位でも良い場合がある）電界によりナノファイバ３０１を誘引している（第二の誘引工程）。そして、第一の堆積工程で堆積されたナノファイバ３０１の上に堆積していく（第二の堆積工程）。

以上のようにして、マスクの濾過部を構成する立体形状をしたナノファイバ３０１の積層体が製造される。

ここで、第一のナノファイバ放出手段２００ａにより堆積させるナノファイバ３０１の種類と、第二のナノファイバ放出手段２００ｂにより堆積させるナノファイバ３０１の種類は、同じ種類でも良く異なる種類でも良い。また、同一種のナノファイバ３０１を堆積させるが、堆積させるナノファイバ３０１の径を変更してもかまわない。ナノファイバ３０１の径は、原料液３００を帯電させる際の流出体２１１と誘導電極２２１との間の電圧に比例する傾向にあり、当該電圧が高いほどナノファイバ３０１の径は細くなるようである。

また、堆積させるナノファイバ３０１の種類や径によって、二つのナノファイバ放出手段２００の仕様を異なるものとしてもかまわない。

次に、第一の堆積工程で堆積させたナノファイバ３０１と前記第二の堆積工程で堆積させたナノファイバ３０１とを接合する（接合工程）。当該接合は、２層に堆積されたナノファイバ３０１の周縁のみ熱圧着により接合する。これにより堆積されたナノファイバ３０１の目（通気性）を損なうことなく、２層のナノファイバ３０１を接合することができる。また、圧着の際、マスクとして不要な部分（バリ）を切断により除去しても良い。

最後に、剥離手段１９０を用い堆積手段１１０から堆積したナノファイバ３０１を剥ぎ取り、回収する。

以上のような装置、及び、工程により、マスクの濾過部が製造される。このようにして製造されたマスクの濾過部は、無縫製でギャザーも無いため人間の鼻孔や口の周りにフィットすることができる。また、濾過部は、複雑に入り組んだナノファイバ３０１により微細な孔が形成されており、ウイルスなどの微小な物質も濾過により空気から除去することが可能となる。さらに、孔を形成するナノファイバ３０１も径が細いため、単位面積当たりの孔の密度が高くなる。つまり、マスクの濾過部全体における孔の面積の合計は大きくなるため、濾過部全体としての通気性を確保することも可能となる。

さらに、縫製やしわ寄せ加工などの工程を経ることなく、立体形状の濾過部を形成することができる。

なお、上記実施の形態では、堆積手段１１０と誘引手段１２０とが別体の場合を説明したが、誘引電極１２３が堆積手段１１０の立体形状部１１１として機能するものでも良い。例えば図７に示すように、マスクの濾過部の形状に対応する形状の誘引電極１２３を細めのブスバー１３１で２個接続し、これらの誘引電極１２３を絶縁体の無端ベルトに複数個取り付ける。そして、必要な誘引電極１２３にのみ電圧を印加する為の接続端子１３２を設ける。これによりナノファイバ放出手段２００の案内手段２０６の開口部に配置される誘引電極１２３にのみ誘引電源１２４から電圧が印加され、誘引電極１２３の表面に直接ナノファイバ３０１が堆積される。

さらに、堆積手段１１０の立体形状部１１１や誘引電極１２３を、マスクの形状としてもかまわない。例えば図８に示すように、堆積手段１１０の立体形状部１１１の形状を、マスクの濾過部に対応する形状（同図中Ｆで示す部分）だけでなく、濾過部の両側部に設けられるマスクの耳掛け部に対応する形状（同図中Ｙで示す部分）も含めた形状としてもかまわない。この場合、立体形状部１１１の形状に対応した領域規制手段１２２や誘引電極１２３とすることで、ナノファイバ３０１を堆積させるだけで耳掛け部も含んだマスクを無縫製で、または、無接合で製造することが可能となる。

また、このような場合、濾過部だけをナノファイバ３０１で複数層に堆積させてもかまわない。

本願発明は、風邪用のマスクや防塵用のマスクなど人間の鼻孔と口とを覆い微粒子や微生物を空気から除去するマスクに適用可能である。

マスク製造装置を概略的に示す図である。 ナノファイバ放出手段を示す断面図である。 ナノファイバ放出手段から案内体を省いて示す斜視図である。 堆積手段を模式的に示す斜視図である。 第一の誘引手段とその近傍を示す断面図である。 第二の誘引手段とその近傍を示す断面図である。 堆積手段（誘引電極）の別例を示す斜視図である。 堆積手段の立体形状部の別例を示す斜視図である。

符号の説明

１００ マスク製造装置
１１０ 堆積手段
１１１ 立体形状部
１１２ ローラ
１２０（１２０ａ、１２０ｂ） 誘引手段
１２１ 吸引手段
１２２ 領域規制手段
１２３ 誘引電極
１２４ 誘引電源
１２５ 圧力測定手段
１２６ 制御手段
１３１ ブスバー
１３２ 接続端子
１８０ 接合手段
１９０ 剥離手段
２００（２００ａ、２００ｂ） ナノファイバ放出手段
２０３ 気体流発生手段
２０４ 気体流制御手段
２０５ 加熱手段
２０６ 案内手段
２０８ ベアリング
２０９ 風洞体
２１０ 原料液流出手段
２１１ 流出体
２１２ 回転軸体
２１３ 駆動源
２１６ 流出孔
２１７ 供給路
２２０ 原料液帯電手段
２２１ 誘導電極
２２２ 誘導電源
２２３ 接地手段
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ

Claims (9)

1. ナノファイバの原料となる原料液を空間中で静電爆発させ、製造されたナノファイバを堆積させてマスクを製造するマスク製造装置であって、
   原料液を空間中に流出させる原料液流出手段と、
   前記原料液を帯電させる原料液帯電手段と、
   人間の鼻孔と口とを覆うマスクの部分の形状に対応する立体形状部を有し、ナノファイバを受け止めて堆積させる堆積手段と、
   ナノファイバを前記堆積手段に誘引する誘引手段と
   を備えるマスク製造装置。
2. 前記誘引手段は、
   印加される電圧により電界を発生させ、帯電したナノファイバを前記堆積手段に誘引する誘引電極と、
   前記誘引電極に電圧を印加する誘引電源と
   を備える請求項１に記載のマスク製造装置。
3. 前記誘引電極は、人間の鼻孔と口とを覆うマスクの部分の形状に対応する立体形状となされる請求項２に記載のマスク製造装置。
4. 前記誘引電極は、ナノファイバを受け止めて堆積させる前記堆積手段としても機能する請求項３に記載のマスク製造装置。
5. 前記堆積手段は、通気性を確保するための通気孔を備え、
   前記誘引手段は、前記通気孔を通して吸引する気体流によりナノファイバを前記堆積手段に誘引する吸引手段を備える
   請求項１に記載のマスク製造装置。
6. 前記吸引手段と前記堆積手段との間の圧力を測定する圧力測定手段と、
   前記圧力測定手段の測定結果に基づきマスク製造装置を制御する制御手段と
   を備える請求項５に記載のマスク製造装置。
7. 前記堆積手段は、前記立体形状部の両側方に前記立体形状部と連続して配置され、マスクの人間の耳にかける部分の形状に対応する耳掛形状部を備える請求項１に記載のマスク製造装置。
8. さらに、
   前記原料液流出手段と前記原料液帯電手段とを複数個備え、
   一方の前記原料液流出手段と前記原料液帯電手段との組みで製造され堆積された第一のナノファイバに、他方の前記原料液流出手段と前記原料液帯電手段との組みで製造される第二のナノファイバを重ねて堆積させるために前記第一の原料液流出手段の対応位置から前記第二の原料液流出手段の対応位置に前記堆積手段を移動させる移動手段と
   を備える請求項１に記載のマスク製造装置。
9. ナノファイバの原料となる原料液を空間中で静電爆発させ、製造されたナノファイバを堆積させてマスクを製造するマスク製造方法であって、
   ナノファイバの原料となる第一の原料液を空間中に流出させる第一の原料液流出工程と、
   前記第一の原料液を帯電させる第一の原料液帯電工程と、
   人間の鼻孔と口とを覆うマスクの部分の形状に対応する立体形状部を有する堆積手段に、ナノファイバを堆積させる第一の堆積工程と、
   ナノファイバの原料となる第二の原料液を空間中に流出させる第二の原料液流出工程と、
   前記第二の原料液を帯電させる第二の原料液帯電工程と、
   前記第一の堆積工程で堆積させたナノファイバの上に重ねてナノファイバを堆積させる第二の堆積工程と、
   前記第一の堆積工程で堆積させたナノファイバと前記第二の堆積工程で堆積させたナノファイバとを接合する接合工程と
   を含むマスク製造方法。

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