JP2011099178A - ナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノファイバが堆積する領域を任意に調整する。
【解決手段】原料液３００を空間中に流出させる流出体１１５と、流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置され、導電性を有する収集部材１２８と、流出体１１５と収集部材１２８との間に所定の電圧を印加する帯電電源１２２と、収集部材１２８と非導通状態で収集部材１２８の近傍に配置され、流出体１１５と収集部材１２８との間に発生する主電界に影響を与えてナノファイバの堆積領域Ａを調整する副電界を発生させる、調整電極１０１と、調整電極１０１から発生する副電界の状態を制御する制御手段１０２とを備える。
【選択図】図４

Description

本願発明は、静電延伸現象によりサブミクロンオーダーの細さである繊維（ナノファイバ）を製造するナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法に関する。

樹脂などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質を製造する方法として、静電延伸現象（エレクトロスピニング）を用いた方法が知られている。

この静電延伸現象とは、溶媒中に樹脂などの溶質を分散または溶解させた原料液を空間中にノズルなどにより流出（噴射）させるとともに、原料液に電荷を付与して帯電させ、空間を飛行中の原料液を電気的に延伸させることにより、ナノファイバを得る方法である。

より具体的に静電延伸現象を説明すると次のようになる。すなわち、帯電され空間中に流出された原料液は、空間を飛行中に徐々に溶媒が蒸発していく。これにより、飛行中の原料液の体積は、徐々に減少していくが、原料液に付与された電荷は、原料液に留まる。この結果として、空間を飛行中の原料液は、電荷密度が徐々に上昇することとなる。そして、溶媒は、継続して蒸発し続けるため、原料液の電荷密度がさらに高まり、原料液の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力より勝った時点で原料液が爆発的に線状に延伸される現象が生じる。これが静電延伸現象である。この静電延伸現象が、空間において次々と幾何級数的に発生することで、直径がサブミクロンオーダーの樹脂から成るナノファイバが製造される。

以上のような静電延伸現象を用いて製造されるナノファイバは非常に細い繊維であるため、これを堆積させると多孔質で表面積の広い不織布を得ることが可能となる。そして当該不織布は、コンデンサのセパレータなど機能性材料として注目されている。このような不織布を製造する装置としては、原料液を空間中に流出させる細い円筒状のノズルをマトリクス状に配置し、ゆっくりと動く長尺のウェブ上にナノファイバを堆積させる装置が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−１７４８６７号公報

昨今、コンデンサ等の電子デバイスの構成部品を製造する場合において、ある導電性の部材の所定の部分にのみナノファイバを堆積させたいとの要望がある。

ところが、導電性の部材にマスキング部材を貼り付けてマスキングを施すと、ナノファイバを付着させる部分とそれ以外の部分とにある程度分離することができるが、境界部分のナノファイバの堆積状態が不安定で均一な膜厚が得られない場合が多い。また、導電性を備えるマスキング部材を用い、マスキング部材の表面にもナノファイバを堆積させた後、マスキング部材を剥がすという場合も考えられるが、マスキング部材を導電性の部材から剥がす際に、必要な部分のナノファイバも一緒に剥がしてしまうなどの不具合が発生する。このように、ナノファイバが堆積する部分と堆積しない部分との境界が乱れると、電子デバイスの性能に影響が出るため望ましい状態とは言えない。

また、薄い板状の導電性の部材のエッジ全体をナノファイバでカバーしたいとの要望もある。

本願発明は、上記課題や要望に鑑みなされたものであり、ナノファイバを堆積させる領域を調整し、任意の部分にナノファイバを堆積させることのできるナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法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、原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造し、該ナノファイバを所定の堆積領域に堆積させるナノファイバ製造装置であって、原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され、導電性を有する収集部材と、前記流出体と前記収集部材との間に所定の電圧を印加する帯電電源と、前記収集部材と非導通状態で前記収集部材の近傍に配置され、前記流出体と前記収集部材との間に発生する主電界に影響を与えてナノファイバの堆積領域を調整する副電界を発生させる、調整電極と、前記調整電極から発生する副電界の状態を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

これによれば、流出体と収集部材との間に発生し、ナノファイバの飛翔を誘導する強い主電界に対し、調整電極から発生する副電界を制御手段で制御することで、ナノファイバの飛翔経路を任意に調整し堆積領域を調整することが可能となる。従って、ナノファイバを堆積させる堆積領域が所定の領域となるように調整することが可能となる。

また、前記制御手段は、前記調整電極の前記流出体と対向する部分を覆う、絶縁性を有するカバー部材と、前記調整電極の電位を前記収集部材の電位と同じに調整する電位調整手段とを備えることが好ましい。

これによれば、カバー部材と電位調整手段という簡単な構成で、調整電極から発生する副電界を制御し、流出体と収集部材との間に発生する主電界に対し効果的かつ継続的に影響を及ぼすことが可能となる。従って、ナノファイバの飛翔経路を継続的に調整しナノファイバの堆積領域を調整することが可能となる。

また、前記制御手段は、前記調整電極に所定の電位を印加する副電源を備えてもよい。

これによれば、積極的に副電界を調整することができるため、堆積領域の境界部分におけるナノファイバの堆積量の調整など、ナノファイバの飛翔経路を詳細に調整しナノファイバの堆積領域を詳細に調整することが可能となる。

さらに、前記収集部材が載置される、絶縁性を有する基台を備え、前記収集部材は、シート状の部材であって、前記収集部材の一端縁が前記基台の一端縁よりも突出する突出部を有するように前記基台上に配置され、前記調整電極は、板状の部材であって、前記突出部に対し前記流出体の反対側に前記突出部に沿うように配置され、前記収集部材にさえぎられることなく少なくとも一部が前記流出体に対向するように配置されてもよい。

これによれば、基台から突出している収集部材の突出部において、流出体と対向する表面ばかりでなく裏面にまで到達するように副電界が主電界に影響し、ナノファイバの飛翔経路を調整することが可能となる。従って、突出部の裏面にまで十分な量のナノファイバをまわりこませることができ、収集部材の突出部のエッジの周囲を堆積領域として調整することが可能となる。

さらに、前記収集部材の堆積領域外である非堆積領域を覆い、前記収集部材と前記調整電極とを絶縁する絶縁性を有する絶縁部材を備え、前記調整電極は、板状の部材であって、前記絶縁部材の前記流出体に対向する面に配置され、堆積領域と非堆積領域の境界に最も近い前記調整電極の端縁が該境界と所定距離離れるように配置され、前記絶縁部材は、該境界から離れるに従い厚みが増加する傾斜部を該境界に沿って備えることが好ましい。

これによれば、堆積領域の境界近傍の主電界に副電界を影響させて境界近傍のナノファイバの飛翔経路を効果的に調整することができる。従って、堆積領域の境界ぎりぎりまで所定の厚さにナノファイバを堆積させることが可能となる。

また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方法は、原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造し、該ナノファイバを所定の堆積領域に堆積させるナノファイバ製造方法であって、流出孔を有する流出体から原料液を空間中に流出させ、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される導電性を有する収集部材と、前記流出体との間で高電圧を印加し、前記収集部材と非導通状態で前記収集部材の近傍に配置される導電性を有する調整電極と、前記調整電極から発生する副電界の状態を制御する制御手段とにより、前記流出体と前記収集部材との間に発生する主電界に影響を与えてナノファイバの堆積領域を調整することを特徴としている。

これによれば、流出体と収集部材との間に発生し、ナノファイバの飛翔を誘導する強い主電界に対し、調整電極から発生する副電界を制御手段で制御することで、ナノファイバの飛翔経路を任意に調整し堆積領域を調整することが可能となる。従って、ナノファイバを堆積させる堆積領域が所定の領域となるように調整することが可能となる。

本願発明によれば、流出体と収集部材との間に発生する主電界を調整電極から発生する副電界で調整することにより、主電界に沿って飛翔するナノファイバの飛翔経路を調整し、ナノファイバを堆積させ領域を調整することが可能となる。

ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。 流出体を切り欠いて示す斜視図である。 流出体の別例を示す斜視図である。 収集手段の移動方向に対し垂直の断面を示す図である。 流出体の別例を示す斜視図である。

次に、本願発明に係るナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。

同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、原料液３００を空間中で電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造し、ナノファイバ３０１を所定の堆積領域Ａに堆積させる装置であって、流出体１１５と、収集部材１２８と、帯電電源１２２と、調整電極１０１と、制御手段１０２とを備えている。また、ナノファイバ製造装置１００は、供給手段１０７と基台１３０とを備えている。なお、本実施の形態にかかるナノファイバ製造装置１００は、調整電極１０１を二つ備えており、制御手段１０２も二つ備えている。

図２は、流出体を切り欠いて示す斜視図である。

流出体１１５は、原料液３００の圧力（重力も含む場合がある）により原料液３００を空間中に流出させるための部材であり、流出孔１１８と、先端部１１６と、側面部１１７とを備え、さらに、貯留槽１１３を備えている。また、流出体１１５は、流出する原料液３００に電荷を供給する電極としても機能しており、原料液３００と接触する部分の少なくとも一部は導電性を備えた部材で形成される。本実施の形態の場合、流出体１１５全体が金属で形成されている。なお、金属の種類は導電性を備えておれば、特に限定されるものではなく、黄銅やステンレス鋼など任意の材料を選定しうる。

流出孔１１８は、原料液３００を空間中に流出させる孔であり、流出体１１５に複数個設けられている。また、流出孔１１８の先端にある開口部１１９は、所定の間隔で一次元的に並んで配置されている。本実施の形態の場合、流出孔１１８は、開口部１１９が同一平面内に直線的に並ぶように配置されており、開口部１１９が配置される方向に対し流出孔１１８の軸が直角に交わるように配置されている。

流出孔１１８の孔長や孔径は、特に限定されるものではなく、原料液３００の粘度などにより適した形状を選定すれば良い。具体的には、孔長は、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。孔径は、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。また、流出孔１１８の形状は、円筒形状に限定されるわけではなく、任意の形状を選定しうる。特に開口部１１９の形状は、円形に限定されるわけではなく、三角形や四角形などの多角形、星形など内側に突出する部分のある形状などでもかまわない。

また、開口部１１９が並べられる間隔は、全てを等間隔としてもよく、また、流出体１１５の端部（図１のＹ方向における端部）における開口部１１９の間隔は、流出体１１５の中央部（図１のＹ方向における中央部）における開口部１１９の間隔よりも広く（狭く）するなど任意に定めることができる。現在得られている知見において、開口部１１９の孔径が０．３ｍｍの場合、開口部１１９のピッチは、２．５ｍｍ程度までは短縮可能である。なお、これら孔径やピッチなどは、原料液３００の粘度など他の条件により変化することが考えられる。

また、開口部１１９は、同一直線上に配置されるばかりでなく、一次元的に並べられていればよい。ここで、一次元的とは、全ての開口部１１９が配置されるぎりぎりの領域を矩形で囲った場合、開口部１１９が前記矩形の幅方向には並ばない状態をいう。また、前記開口部１１９が配置される矩形の領域は、帯形状となる。この意味において、開口部１１９は、ジグザグに配置されてもよく、サインカーブなどの波を描くように配置されてもよい。

先端部１１６は、流出孔１１８の開口部１１９が配置される流出体１１５の部分であり、所定の間隔で配置される開口部１１９の間を滑らかな面で接続する部分である。本実施の形態の場合、先端部１１６は、細長い矩形の平面を表面に備え、その幅は、対応する開口部１１９の径よりも広くなるように設定されている。

なお、本実施の形態においては流出孔１１８を複数備える流出体１１５を説明したが、流出体１１５は、これに限定されるものではない。例えば、流出孔１１８は少なくとも一つあればよい。また、流出体１１５の形状も、三角柱を横に倒したようなものばかりでなく、図３に示すように、ノズルを複数個配置したものでもよい。また、流出孔１１８は単数でもかまわない。また、先端部１１６の形状も上記に限定される必要は無く、二つの側面部１１７により突き合わされた、切り立った形状でもかまわない。

供給手段１０７は、図１に示すように、流出体１１５に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留する容器１５１と、原料液３００を所定の圧力で搬送するポンプ（図示せず）と、原料液３００を案内する案内管１１４とを備えている。

基台１３０は収集部材１２８が載置される絶縁性を有する部材である。本実施の形態の場合、基台１３０は、図１に示すように、収集部材１２８の移動方向（ｙ軸方向）の中央部分が上方（ｚ軸方向）に突出するように湾曲している。このように基台１３０を湾曲させることにより、基台１３０に載置される収集部材１２８もナノファイバ３０１が堆積する部分が突出するように湾曲する。これにより、収集部材１２８に堆積された後のナノファイバ３０１が収縮することによって収集部材１２８が反ってしまうことを防止することが可能となる。

収集部材１２８は、流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置され、流出体１１５との間で高電圧が印加される、導電性を有する部材である。本実施の形態の場合、収集部材１２８は、シート状の部材であって、供給ロール１２７に巻き付けられた状態で供給される。また、収集部材１２８は、回収ロール１２９に巻き取られることによって、図１中に矢印で示される方向に移動可能となっている。また、収集部材１２８は、基台１３０の湾曲に沿って配置され、また、移動できるように、基台１３０の両端縁近傍に配置される回転可能に取り付けられる棒状の押さえ部材１２５で上方から押さえつけられている。

収集部材１２８は、静電延伸現象により製造されるナノファイバ３０１を流出体１１５との間で発生する主電界で誘引し、誘引したナノファイバ３０１を堆積させる部材である。本実施の形態の場合、収集部材１２８は、電子デバイスであるコンデンサを形成する部材であるタングステンのシートであり、供給ロール１２７に巻き付けられた状態で供給されている。

なお、収集部材１２８はこれに限定されるわけではない。例えば、収集部材１２８は、剛性のある板状の部材からなるものでもかまわない。

帯電電源１２２は、流出体１１５と収集部材１２８との間に高電圧を印加することのできる電源である。本実施の形態の場合、帯電電源１２２は、直流電源であり、印加する電圧は、５ＫＶ以上、５０ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。

本実施の形態のように、帯電電源１２２の一方電極を接地電位とし、収集部材１２８を接地するものとすれば、比較的大型の収集部材１２８を接地状態とすることができ、安全性の向上に寄与することが可能となる。

なお、収集部材１２８に電源を接続して収集部材１２８を高電圧に維持し、流出体１１５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、収集部材１２８と流出体１１５とのいずれも接地しないような接続状態であってもかまわない。

図４は、収集手段の移動方向に対し垂直の断面を示す図である。

同図に示すように、収集部材１２８は、収集部材１２８の一端縁が基台１３０の一端縁よりも突出する突出部１２４を有するように基台１３０の上に配置されている。

本実施の形態の場合、ナノファイバ製造装置１００は、調整電極１０１と制御手段１０２とを各二つ備えている。まず、突出部１２４の下方に配置される調整電極１０１と制御手段１０２とについて説明する。

調整電極１０１は、収集部材１２８と非導通状態で収集部材１２８の近傍に配置され、流出体１１５と収集部材１２８との間に発生する主電界に影響を与えてナノファイバの堆積領域を調整する副電界を発生させる導電性を備えた部材である。本実施の形態の場合、調整電極１０１は、板状の部材であって、突出部１２４に対し流出体１１５の反対側に配置されている。また、図１に示すように突出部１２４に沿うように配置されている。そして調整電極１０１は、収集部材１２８にさえぎられることなく少なくとも一部が流出体１１５に対向するように配置されている。

制御手段１０２は、調整電極１０１から発生する副電界の状態を制御するものである。突出部１２４の下方に配置される調整電極１０１から発生する副電界の状態を制御する制御手段１０２は、カバー部材１０３と、電位調整手段１０５とを備えている。

カバー部材１０３は、少なくとも調整電極１０１の流出体１１５と対向する部分を覆う、絶縁性を有する部材である。本実施の形態の場合、カバー部材１０３は、片面に粘着性を備えた薄いポリエチレン製のテープであり、薄い板状の調整電極１０１の一面とその周縁部を覆うように貼り付けられている。

電位調整手段１０５は、調整電極１０１の電位を収集部材１２８の電位と同じに調整するものである。本実施の形態の場合、収集部材１２８が接地されているため、電位調整手段１０５は、調整電極１０１を接地するための部材である。なお、電位調整手段１０５は、収集部材１２８と直接電気的に接続する導体からなる部材でもかまわない。

以上の様に調整電極１０１を突出部１２４の下方に配置すると共に収集部材１２８と同電位とし、調整電極１０１を絶縁体であるカバー部材１０３で覆うことで、ナノファイバ３０１を製造中は、カバー部材１０３の表面にナノファイバ３０１が備える電荷と反発する電荷が現れて副電界が発生する。この副電界により、ナノファイバ３０１の飛行経路は突出部１２４を巻き込むような経路に調整され、突出部１２４全体にナノファイバ３０１が堆積するように堆積領域が調整される。また、薄いカバー部材１０３の裏側には電位が一定に保たれた調整電極１０１が配置されているため、副電界は一定の状態で保たれる。従って、調整されたナノファイバ３０１の飛行経路も一定の状態に保たれるため、突出部１２４に均一にナノファイバ３０１を堆積させることが可能となる。つまり、ナノファイバ３０１の飛散により、ナノファイバ３０１に付与された電荷が一時的にカバー部材１０３上に現れる。しかし、この電荷は、調整電極１０１経由でグランドに逃げるので、カバー部材１０３上に滞留しない。従って、この電荷により飛散されたナノファイバは適度に反発してカバー部材１０３上を避けて突出部１２４の裏側に誘導されるが、この電荷によりナノファイバ３０１は突出部１２４の裏側へのまわり込みを阻害する程には反発しない。

次に、収集部材１２８の上方に配置される調整電極１０１と制御手段１０２とについて説明する。

ナノファイバ製造装置１００は、収集部材１２８の堆積領域Ａの外である非堆積領域Ｂを覆い、収集部材１２８と調整電極１０１とを絶縁する絶縁性を有する絶縁部材１０６を備えている。また、絶縁部材１０６は、堆積領域Ａと非堆積領域Ｂの境界から離れるに従い厚みが増加する傾斜部１０８を該境界に沿って備えている。

調整電極１０１は、収集部材１２８と非導通状態で収集部材１２８の近傍に配置され、流出体１１５と収集部材１２８との間に発生する主電界に影響を与えてナノファイバの堆積領域Ａを調整する副電界を発生させる導電性を備えた部材である。本実施の形態の場合、調整電極１０１は、板状の部材であって、絶縁部材１０６の流出体１１５に対向する面に配置され、堆積領域Ａと非堆積領域Ｂの境界に最も近い調整電極１０１の端縁が該境界と所定距離離れるように配置される部材である。本実施の形態の場合、調整電極１０１は、絶縁部材１０６の傾斜部１０８以外を覆うように配置されている。

制御手段１０２は、調整電極１０１から発生する副電界の状態を制御するものである。収集部材１２８の上方に配置される調整電極１０１から発生する副電界の状態を制御する制御手段１０２は、調整電極１０１に所定の電位を印加する副電源１２１を備えている。

本実施の形態の場合、副電源１２１は、製造されるナノファイバ３０１が帯電している極性と同極性の電位を調整電極１０１に与えるものであり、電圧は、１ｋｖ以上、５ｋｖ以下の範囲から任意に設定することができるものである。

以上の様に調整電極１０１を収集部材１２８の非堆積領域Ｂの上方に配置すると共に、ナノファイバ３０１の帯電極性と同極性の電位が調整電極１０１に印加されることで、ナノファイバ３０１が調整電極１０１から離れる様な副電界が発生する。この副電界により、非堆積領域Ｂに向かおうとしているナノファイバ３０１の飛行経路は堆積領域Ａ内に堆積するように調整される。しかも、傾斜部１０８があるため、堆積領域Ａと非堆積領域Ｂとの境界で立ち上がるようにナノファイバ３０１を堆積させることが可能となる。

なお、二つの調整電極１０１と制御手段１０２との組合せは上記の組合せが好ましい態様であるが、本願発明はこれに限定されるわけではなく、任意の組合せを採用することができ、同様の作用効果を奏することが可能である。

また、ナノファイバ製造装置１００は、調整電極１０１や制御手段１０２を複数備える必要は無く、調整電極１０１と制御手段１０２との組みを一組備えるだけでもよい。

また、本実施の形態の場合、流出体１１５は静止し、収集部材１２８は移動するものとしたが、流出体１１５と収集部材１２８とが共に静止する場合や、流出体１１５を移動させて収集部材１２８を静止させる場合、流出体１１５と収集部材１２８とが共に移動する場合のいずれかを採用することができる。例えば、収集部材１２８が図１に示す矢印の方向に移動している場合に流出体１１５は前記方向に垂直方向かつ水平面内で移動するものでもかまわない。

また、図５に示すように、流出体１１５が円筒形状となっていて、周壁に流出孔１１８が設けられており、モータ３０３の回転駆動力により流出体１１５が回転することによる遠心力で原料液３００を空間中に流出させるものでもかまわない。

次に、上記構成のナノファイバ製造装置１００を用いたナノファイバ３０１の製造方法を説明する。

まず、供給手段１０７により流出体１１５に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１１５の貯留槽１１３に原料液３００が満たされる。

ここで、ナノファイバ３０１を構成する樹脂であって、原料液３００に溶解、または、分散する溶質としては、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等の高分子物質を例示できる。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、本願発明は上記樹脂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、揮発性のある有機溶剤などを例示することができる。具体的に例示すると、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、水等を挙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、本願発明に用いられる原料液３００は上記溶媒を採用することに限定されるものではない。

さらに、原料液３００に無機質固体材料を添加してもよい。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が、製造されるナノファイバ３０１の耐熱性、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、本願発明の原料液３００に添加される物質は、上記添加剤に限定されるものではない。

原料液３００における溶媒と溶質との混合比率は、選定される溶媒の種類と溶質の種類とにより異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。好適には溶質が５〜３０重量％となる。

次に、帯電電源１２２により流出体１１５を正または負の高電圧とする。接地されている収集部材１２８と対向する流出体１１５の先端部１１６に電荷が集中し、当該電荷が流出孔１１８を通過して空間中に流出する原料液３００に転移し、原料液３００が帯電する（帯電工程）。

前記帯電工程と供給工程とは同時期に実施され、流出体１１５の開口部１１９から帯電した原料液３００が流出する（流出工程）。

次にある程度空間中を飛行した原料液３００に静電延伸現象が作用することによりナノファイバ３０１が製造される（ナノファイバ製造工程）。ここで、各流出孔１１８から飛行する原料液３００は、相互にまとまることなく細い状態で流出する。これにより、原料液３００のほとんどがナノファイバ３０１に変化していく。また、原料液３００は、強い帯電状態（高い電荷密度）で流出しているため、静電延伸が何次にもわたって発生し、線径の細いナノファイバ３０１が大量に製造される。

この状態において、ナノファイバ３０１は、流出体１１５と収集部材１２８との間に発生する主電界に沿って収集部材１２８に向かって飛行する。堆積領域Ａを離れ突出部１２４の外側に向かって飛行するナノファイバ３０１は、突出部１２４の背方に配置される調整電極１０１と制御手段１０２とにより発生する副電界により影響を受けた主電界に沿って突出部１２４に押し戻される方向に飛行する。そしてナノファイバ３０１は、突出部１２４の背面に回り込んで堆積する。これにより堆積領域Ａが調整される（第一調整工程）。

一方、堆積領域Ａを離れ非堆積領域Ｂに向かって飛行するナノファイバ３０１は、非堆積領域Ｂの上方に配置される調整電極１０１と制御手段１０２とにより発生する副電界により影響を受けた主電界に沿って堆積領域Ａに押し戻される方向に飛行する。この押し戻しの状態は、副電源１２１により調整電極１０１に印加される電位と傾斜部１０８の傾斜状態と調整電極１０１の位置とのバランスにより決定される。これらを適切に調整すれば、堆積領域Ａと非堆積領域Ｂとの境界ぎりぎりまで所定の膜厚でナノファイバ３０１を堆積できるように堆積領域Ａを調整することができる（第二調整工程）。

以上により、収集部材１２８の堆積領域Ａにナノファイバ３０１が堆積して収集される（堆積工程）。収集部材１２８は、回収ロール１２９によりゆっくり移送されているため（いずれの調整電極１０１も静止している。絶縁部材１０６も静止している）、ナノファイバ３０１も移送方向に延びた長尺の帯状部材として堆積する。

以上のような構成のナノファイバ製造装置１００を用い、以上のナノファイバ製造方法を実施することによって、収集部材１２８の一部である堆積領域Ａにのみナノファイバ３０１を堆積させることが可能となる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるわけではない。例えば、収集部材１２８の近傍に配置する調整電極１０１の形状や位置は、堆積領域Ａの形状に従い任意に選択することが可能である。

本願発明は、ナノファイバを所定の領域にのみ堆積させて電子デバイスなどを構成する機能部材の製造に利用可能である。

１００ ナノファイバ製造装置
１０１ 調整電極
１０２ 制御手段
１０３ カバー部材
１０５ 電位調整手段
１０６ 絶縁部材
１０７ 供給手段
１０８ 傾斜部
１１３ 貯留槽
１１４ 案内管
１１５ 流出体
１１６ 先端部
１１７ 側面部
１１８ 流出孔
１１９ 開口部
１２１ 副電源
１２２ 帯電電源
１２４ 突出部
１２５ 部材
１２７ 供給ロール
１２８ 収集部材
１２９ 回収ロール
１３０ 基台
１５１ 容器
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ
３０３ モータ

Claims (6)

1. 原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造し、該ナノファイバを所定の堆積領域に堆積させるナノファイバ製造装置であって、
   原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体と、
   前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され、導電性を有する収集部材と、
   前記流出体と前記収集部材との間に所定の電圧を印加する帯電電源と、
   前記収集部材と非導通状態で前記収集部材の近傍に配置され、前記流出体と前記収集部材との間に発生する主電界に影響を与えてナノファイバの堆積領域を調整する副電界を発生させる、調整電極と、
   前記調整電極から発生する副電界の状態を制御する制御手段と
   を備えるナノファイバ製造装置。
2. 前記制御手段は、
   前記調整電極の前記流出体と対向する部分を覆う、絶縁性を有するカバー部材と、
   前記調整電極の電位を前記収集部材の電位と同じに調整する電位調整手段と
   を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
3. 前記制御手段は、
   前記調整電極に所定の電位を印加する副電源
   を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
4. さらに、
   前記収集部材が載置される、絶縁性を有する基台を備え、
   前記収集部材は、シート状の部材であって、前記収集部材の一端縁が前記基台の一端縁よりも突出する突出部を有するように前記基台上に配置され、
   前記調整電極は、板状の部材であって、前記突出部に対し前記流出体の反対側に前記突出部に沿うように配置され、前記収集部材にさえぎられることなく少なくとも一部が前記流出体に対向するように配置される
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
5. さらに、前記収集部材の堆積領域外である非堆積領域を覆い、前記収集部材と前記調整電極とを絶縁する絶縁性を有する絶縁部材を備え、
   前記調整電極は、板状の部材であって、前記絶縁部材の前記流出体に対向する面に配置され、堆積領域と非堆積領域の境界に最も近い前記調整電極の端縁が該境界と所定距離離れるように配置され、
   前記絶縁部材は、
   該境界から離れるに従い厚みが増加する傾斜部を該境界に沿って備える
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
6. 原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造し、該ナノファイバを所定の堆積領域に堆積させるナノファイバ製造方法であって、
   流出孔を有する流出体から原料液を空間中に流出させ、
   前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される導電性を有する収集部材と、前記流出体との間で高電圧を印加し、
   前記収集部材と非導通状態で前記収集部材の近傍に配置される導電性を有する調整電極と、前記調整電極から発生する副電界の状態を制御する制御手段とにより、前記流出体と前記収集部材との間に発生する主電界に影響を与えてナノファイバの堆積領域を調整する
   ナノファイバ製造方法。

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