JP2010189778A - ナノファイバ製造装置、および製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 高分子材料を含む液状の原料Fを空中に放出するための細孔を有するとともに、原料が通過する空間を内部に有する、複数の容器2に電荷が誘導される。原料は、複数の容器のそれぞれの細孔から空中に放出される。放出された原料から静電延伸現象により生成される繊維状物質F1は気流により偏向されて上向きに移送される。気流により移送される繊維状物質は、縦横に千鳥配列で並べられる案内体7を介して、長手方向に送られる長尺帯状の収集体11の下側の面に堆積されて収集される。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献2の実施例においては、原料放出部とコレクタとの距離を8cmまたは10cmとしている。しかしながら、このように両者間の距離を小さくしてしまうと、生成されるナノファイバの量が次第に少なくなり、継続的に大量のナノファイバを製造することができないという問題が生じる。
前記原料放出部と所定距離をおいて対向するように配置され、前記原料放出部との間に所定の電位差を与えられて、前記原料を帯電させるための電荷を前記原料放出部に誘導する帯電用電極と、
前記放出された原料から静電延伸現象により生成される繊維状物質を偏向して所定方向に移送するための気流を発生する気流発生手段と、
前記気流により移送される繊維状物質の運動を案内する筒状の案内体とから構成される、複数の繊維状物質生成部を備え、
前記複数の繊維状物質生成部は、それぞれの前記案内体が、長さ方向を互いに平行として縦横に複数個ずつ並ぶように配設されるナノファイバ製造装置を提供する。
前記送り機構が、前記収集体を巻き出す巻き出し装置、並びに前記繊維状物質が表面に堆積された収集体を巻き取る巻き取り装置を含む。
前記帯電用電極が、前記回転容器の周囲に配設される環状の電極である。
前記繊維状物質を、前記収集体を介して吸引して前記収集体に堆積させる吸引手段をさらに備える。
また、本発明の好ましい形態によれば、長手方向に送られる長尺帯状の収集体の長手方向および幅方向に千鳥配列で案内体が並ぶように繊維状物質生成部が配置される。これによって、装置全体の大型化を抑えながらナノファイバの生成量を増加させることができる。また、案内体の配置を千鳥配置とすることで、収集体の幅方向においてナノファイバの堆積密度が疎となる部分の幅を小さくすることができる。
《実施の形態1》
図1は、本発明の実施の形態1に係るナノファイバ製造装置の概略構成を示す側面図である。図2は、繊維状物質生成部の詳細を示す、一部を断面にした側面図である。
容器2は、略円筒形の外形を有し、金属などの導体から構成されている。容器2は、高分子材料を所定の液体に分散または溶解してなる液状の原料Fを一時的に保持する空間を内部に有している。容器2の周壁には原料Fを外部に放出するための多数の細孔が形成されている。原料Fは、原料供給管27を介して容器2の内部の空間に供給される。
ここで、上記細孔は、容器2の周壁に規則的に形成されるのが好ましい。例えば、容器2の軸方向および周方向に等ピッチで並ぶように形成されるのが好ましい。
図示例では、案内体7は、帯電用電極3と隣接する入口開口を下に向け、出口開口を上に向けるように配設されている。
また、案内体7は、後で示すように、横断面の形状を正方形もしくは略正方形とすることもできる。また、案内体7は、横断面の形状を正三角形もしくは略正三角形とすることも可能である。
図示例では、収集体11は、その表面が水平方向と平行となる姿勢で水平方向に送られており、その下側の面が案内体7の出口開口と対向している。そして、繊維状物質F1は、水平方向に送られる収集体11の下側の面に堆積されて収集される。
また、収集体11の素材は、絶縁性材料に限定されるものではなく、例えばカーボンナノファイバ等の導電性材料を混合して、収集体11に導電性を持たせるようにしてもよい。
なお、本実施の形態においては、繊維状物質F1は、送風機6が発生する気流により押し流されて、収集体11に向かって移送される構成であるが、これに限定するものではなく、例えば図1の収集用電極15の上方に、気体(空気)を吸引する吸引手段を設置し、その吸引動作により気流を発生させることで、繊維状物質F1を収集体11に向かって移送することも可能である。
原料供給管27を介して容器2の内部に原料Fが供給される。容器2は、電動機5の回転出力により所定速度で回転される。容器2の内部に供給された原料Fは、容器2の回転による遠心力により周壁の細孔から放出される。また、接地された容器2と、電源4により高電圧が印加された帯電用電極3との間には電界が発生し、容器2と帯電用電極3とには、それぞれ逆極性の電荷が誘導される。図1に示す例では、容器2に正電荷が誘導され、帯電用電極3に負電荷が誘導される。
このように、案内体7を繊維状物質F1に帯電している電荷と同じ極性の電荷に帯電されやすい素材から構成することによって、繊維状物質F1が案内体7の内面に付着するのを防止することができる。これにより、案内体7に付着した繊維状物質F1等を取り除くためのメンテナンスを行う頻度を少なくすることができ、生産性が向上する。
本実施の形態においては、容器2は、金属などの導体であったが、これに限定するものではなく、容器2が導電性を有しない材料で構成された場合においても、原料Fを空中に放出するための孔の近傍が導電性を有する材料から構成されていれば、その部分と帯電用電極3との間に電界を発生させて、その孔から放出される原料を帯電させることができる。
次に、本発明の実施の形態2を、図9を参照しながら説明する。実施の形態2は、実施の形態1を改変したものであり、以下に、実施の形態1とは異なる部分のみを主に説明する。
図9に示すように、実施の形態2においては、容器2Aは、気密な供給系統により原料Fが内部に供給される回転容器となっている。そして、原料Fは、容器2Aの回転による遠心力のみならず、容器2A内部への原料Fの供給圧力をも利用して容器2Aから放出されるように構成されている。
以上の構成により、原料配管42、回転継手40および原料供給管27Aを介して、原料Fが、原料ポンプ52により原料タンク50から容器2Aの内部に所定圧力で供給される。
送風機6Aよりも容器2により近い位置に、原料Fの偏向をより確実に行うための気体噴射機構54が設けられている。
次に、本発明の実施の形態3を、図10を参照しながら説明する。実施の形態3は、実施の形態1を改変したものであり、以下に、実施の形態1とは異なる部分のみを主に説明する。
図10に示すように、実施の形態3においては、容器2Bは、原料Fの供給系統が気密に構成された箱形の容器とされている。原料Fは、容器2Bの内部に、図示しないポンプにより原料供給管27を介して所定圧力で送られる。
容器2の1つの壁部には、原料Fを空中に放出するための図示しない多数の細孔が形成されており、その細孔は、上記1つの壁部の外側面に設けられた多数の突起2aの先端部に開口している。
次に、図11を参照して本発明の実施の形態4を説明する。実施の形態4は、実施の形態1を改変したものであり、以下に、実施の形態1とは異なる部分のみを主に説明する。
実施の形態4においては、収集体11のさらに上側に、収集体11を介して気流により繊維状物質F1を吸引して、収集体11による繊維状物質F1の収集を補助する収集補助装置60が配設されている。それに対応して、収集体11は、より通気性の高い素材から構成される。例えば、収集体11を目の粗い布状の素材から構成することができる。
なお、実施の形態1において付言したように、収集補助装置60の吸引装置62により発生される気流を、単独で原料F等を偏向し得る大きさのものとするように構成することで、実施の形態1、2および3における送風機6および6Aを省略することが可能となり、この場合においても、繊維状物質F1の運動の方向を気流により偏向することができる。
実施の形態1、2および4の容器2および2Aの外径は10mm〜300mmとするのがよい。この理由は次の通りである。
容器2等の外径が300mmを超えると、上記気流により原料F等を適度に集中させることが困難となる。また、容器2等の外径が300mmを超えると、容器2等を安定して回転させるためには容器2等を支持する支持構造の剛性をかなり高くする必要が生じ、装置が大型化する。一方、容器2等の直径が10mmより小さいと、原料を放出させるのに十分な遠心力を得るためには回転数を高くする必要があり、その場合にはモータの負荷や振動が増大するために振動対策等を施す必要が生じる。以上の点を考慮すると、容器2および2Aの外径は、20〜150mmとするのがより好ましい。
容器2および2Aの回転数は、原料Fの粘度、原料Fの組成(高分子材料の種類)、溶媒の種類並びに細孔の径等に応じて例えば数rpm以上10,000rpm以下の範囲で調節することができる。
3 帯電用電極
4 高電圧電源
5 電動機
6 送風機
7 案内体
11 収集体
13 送り機構
15 収集用電極
20 繊維状物質生成部
F 原料
F1 繊維状物質
Claims (12)
- 高分子材料を含む液状の原料を空中に放出するための孔を有するとともに、前記原料が通過する空間を内部に有する原料放出部と、
前記原料放出部と所定距離をおいて対向するように配置され、前記原料放出部との間に所定の電位差を与えられて、前記原料を帯電させるための電荷を前記原料放出部に誘導する帯電用電極と、
前記放出された原料から静電延伸現象により生成される繊維状物質を偏向して所定方向に移送するための気流を発生する気流発生手段と、
前記気流により移送される繊維状物質の運動を案内する筒状の案内体とから構成される、複数の繊維状物質生成部を備え、
前記複数の繊維状物質生成部は、それぞれの前記案内体が、長さ方向を互いに平行として縦横に複数個ずつ並ぶように配設されるナノファイバ製造装置。 - 前記気流により移送される繊維状物質を表面に堆積させて収集するシート状の収集体をさらに備える請求項1記載のナノファイバ製造装置。
- 前記収集体は長尺帯状であり、
前記収集体を長手方向に送る送り機構をさらに備え、
前記送り機構が、前記収集体を巻き出す巻き出し装置、並びに前記繊維状物質が表面に堆積された収集体を巻き取る巻き取り装置を含む請求項2記載のナノファイバ製造装置。 - 前記複数の繊維状物質生成部は、それぞれの前記案内体が、長さ方向を前記収集体の繊維状物質が堆積される面と略垂直として前記収集体の長手方向および幅方向に複数個ずつ並ぶように配設される請求項3記載のナノファイバ製造装置。
- 前記複数の繊維状物質生成部は、それぞれの前記案内体が、千鳥配列で前記収集体の長手方向および幅方向に複数個ずつ並ぶように配設される請求項4記載のナノファイバ製造装置。
- 前記案内体は、横断面の形状が円形もしくは略円形である請求項1〜5のいずれかに記載のナノファイバ製造装置。
- 前記案内体は、横断面の形状が正多角形もしくは略正多角形である請求項1〜5のいずれかに記載のナノファイバ製造装置。
- 前記案内体は、横断面の形状が正六角形もしくは略正六角形であり、ハニカム構造をなしている請求項7記載のナノファイバ製造装置。
- 前記原料放出部が、前記孔を周壁に有する、所定の軸を中心として回転される、回転容器から構成されており、
前記帯電用電極が、前記回転容器の周囲に配設される環状の電極である請求項1〜8のいずれかに記載のナノファイバ製造装置。 - 前記収集体の前記繊維状物質が堆積される面の反対側に配置され、前記原料に帯電させた電荷とは逆極性の電荷が与えられて、その電荷により前記繊維状物質を前記収集体の方向に引き寄せる収集用電極をさらに備える請求項1〜9のいずれかに記載のナノファイバ製造装置。
- 前記収集体は、気体の通過が可能な素材から構成されており、
前記繊維状物質を、前記収集体を介して吸引して前記収集体に堆積させる吸引手段をさらに備える請求項1〜10のいずれかに記載のナノファイバ製造装置。 - 前記複数の繊維状物質生成部は、前記収集体の幅方向に並ぶ少なくとも1列の繊維状物質生成部が、他の繊維状物質生成部とは、放出する原料の組成が異なっている請求項1〜11のいずれかに記載のナノファイバ製造装置。
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