JP2011122280A - ナノファイバ製造装置、および、ナノファイバ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ナノファイバを厚く堆積させる。
【解決手段】原料液３００を空間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、流出体１１５を介して原料液３００を帯電させる帯電電極１２８と、流出体１１５と帯電電極１２８との間に所定の電圧を印加する帯電電源１２２と、堆積膜３０２に対し、導電液２００を含浸させる含浸手段１０１と、導電液２００と電気的に接続され、空間中で製造されたナノファイバを誘引する電界を発生させる誘引電極１２１と、誘引電極１２１に所定の電位を印加する誘引電源１２３とを備える。
【選択図】図１

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ナノファイバを製造する場合、特許文献１に記載の装置のように、原料液を空間中に流出させるノズルと、前記ノズルと離れて配置され、前記ノズルとの間に高電圧が印加される電極とを備える装置が用いられる。そして、空間中で製造されたナノファイバは、ノズルと電極との間に発生する電界に誘引され、電極上に堆積する。

面上に堆積したナノファイバである堆積膜は、濾過用のフィルタや燃料電池などに用いられる触媒の担持体等への適用が考えられる。従って、ナノファイバ製造装置は、実製品に堆積膜を適用させるために、堆積膜が任意の膜厚となるように制御できることが望まれている。

特開２００８−１７４８６７号公報

ところが、従前のナノファイバ製造装置においては、ナノファイバを誘引するための電界を発生させる電極の表面上にナノファイバを堆積させるため、絶縁体であるナノファイバが堆積するにつれて、電界に与える悪影響が大きくなる。悪影響とは、強い電界の部分が複数箇所に偏在し、その偏在部分にナノファイバの堆積が集中してしまい、均一な膜厚の堆積膜が得られなくなる場合等である。さらに、堆積膜の膜厚が厚くなると、電界全体が弱くなるため、ナノファイバを上手く誘引できなくなり、かつ、原料液に供給する電荷の量が減少するため、静電延伸現象の発生が抑制され、所望の品質のナノファイバが得られない。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ナノファイバを電界で誘引し堆積させる装置であっても、ナノファイバの品質を落とすことなく、また、堆積膜の膜厚の均一性を維持したまま、任意の膜厚のナノファイバの堆積物を製造することが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している。

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、ナノファイバを製造するための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するナノファイバ製造装置であって、原料液を空間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、前記流出体を介して原料液を帯電させる帯電電極と、前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源と、空間中で製造され堆積状態となったナノファイバの膜である堆積膜に対し、導電性を有する液体である導電液を含浸させる含浸手段と、前記導電液と電気的に接続され、空間中で製造されたナノファイバを誘引する電界を発生させる誘引電極と、前記誘引電極に所定の電位を印加する誘引電源とを備えることを特徴とする。

これによれば、堆積状態となったナノファイバの膜である堆積膜に導電性を有する導電液がしみこんだ状態となる。また、当該導電液は、誘引電極と電気的に接続されている。つまり、堆積膜の厚みが増加する場合でも、堆積膜の表面近傍に所定の電位が印加された導電液を配置することが可能となる。従って、導電液の表面からナノファイバを誘引する電界が発生する。以上から、導電液の表面から発生する電界が弱まることなく常に堆積膜の表面近傍から電界が発生し、ナノファイバを誘引することができる為、堆積膜の厚みが増加した場合でも、同じ条件でナノファイバを誘引し堆積膜の表面にさらにナノファイバを堆積させることが可能となる。

前記含浸手段は、導電液が収容される容器を備えるものでもよい。

これによれば、容器に導電液を収容し、当該導電液に堆積膜を浸漬した状態とすることで、容易かつ充分に堆積膜に導電液を含浸させることができる。

特に、前記含浸手段は、堆積膜の前記流出体側の表面と前記容器に収容される導電液の液面との位置的関係を一定に保つ制御手段を備えることが好ましい。

これによれば、堆積膜の膜厚が厚くなったとしても、常に同じ条件でナノファイバを誘引することができ、厚さ方向に均一なナノファイバからなる堆積膜を製造することが可能となる。

また、前記含浸手段は、堆積膜に対し導電液を吐出するノズルを備えてもかまわない。

これによれば、ノズルから導電液を吐出することで、堆積膜の配置状態に影響されることなく堆積膜に導電液を含浸させることができる。つまり例えば、堆積膜の表面が平面でない場合や、堆積膜を傾斜させた状態にしたい場合などにおいても、堆積膜に対し導電液を含浸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、ナノファイバを製造するための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す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に流出させ、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され前記流出体を介して原料液を帯電させる帯電電極と前記流出体との間に帯電電源により所定の電圧を印加し、含浸手段により空間中で製造され堆積状態となったナノファイバの膜である堆積膜に対し、導電性を有する液体である導電液を含浸させ、誘引電極を介して前記導電液に所定の電位を印加する誘引電源により前記導電液からナノファイバを誘引する電界を発生させることを特徴としている。

これによれば、堆積状態となったナノファイバの膜である堆積膜に導電性を有する導電液がしみこんだ状態となる。また、当該導電液は、誘引電極と電気的に接続されている。つまり、堆積膜の厚みが増加する場合でも、堆積膜の表面近傍に所定の電位が印加された導電液を配置することが可能となる。従って、導電液の表面からナノファイバを誘引する電界が発生する。以上から、導電液の表面から発生する電界が弱まることなく常に堆積膜の表面近傍から電界が発生し、ナノファイバを誘引することができる為、堆積膜の厚みが増加した場合でも、同じ条件でナノファイバを堆積膜の表面に誘引することが可能となる。

本願発明によれば、ナノファイバで構成される堆積膜の厚さにかかわらず、常に堆積膜の表面近傍からナノファイバを誘引する電界を発生させることができ、厚い堆積膜であって、厚さ方向に均質な堆積膜を製造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。 ナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。 流出体を切り欠いて示す斜視図である。 別態様のナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。 ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。 ナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。 別態様のナノファイバ製造装置を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部を切り欠いて示す側面図である。

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。

（実施の形態１）
図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。

図２は、ナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。

これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、ナノファイバ３０１を製造するための原料液３００を空間中で電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造する装置であって、流出体１１５と、帯電電極１２８と、帯電電源１２２と、含浸手段１０１と、誘引電極１２１と、誘引電源１２３とを備えている。

なお、本実施の形態の場合、誘引電極１２１が帯電電極１２８としても機能している。つまり、一つの電極が、誘引電極１２１としても機能すると共に帯電電極１２８としても機能している。また、誘引電源１２３が帯電電源１２２としても機能している。つまり、一つの電源が、誘引電源１２３としても機能すると共に、帯電電源１２２としても機能している。

また、本明細書や図面において、原料液３００とナノファイバ３０１とを便宜上区別して記載しているが、ナノファイバ３０１の製造過程、つまり、静電延伸現象が発生している段階においては原料液３００からナノファイバ３０１が徐々に製造されるものであるため、必ずしも原料液３００とナノファイバ３０１の境界が明確ではない。

図３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と貯留槽１１３とを備えている。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ている。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いれば、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を一定の方向に流出させるための孔である。本実施の形態の場合、流出孔１１８は、流出体１１５に複数個設けられており、流出体１１５が備える細長い短冊状の面に、流出孔１１８の先端にある先端開口部１１９が並んで配置されるように設けられている。そして、流出孔１１８から流出する原料液３００の流出方向が流出体１１５に対して同じ方向となるように流出孔１１８は流出体１１５に設けられている。

なお、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。特に先端開口部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、流出体１１５は、帯電電極１２８に対し移動してもかまわない。

また、本実施の形態の場合、図１に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、供給手段１０７を備えている。供給手段１０７は、流出体１１５に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留するタンク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。

帯電電極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ことで、流出体１１５を帯電させる電極である。帯電電極１２８は、本実施の形態の場合、導電液２００（後述）と電気的に接続され、空間中で製造されたナノファイバ３０１を誘引する電界を発生させる誘引電極１２１としても機能している。つまり、帯電電極１２８は、流出体１１５との間に印加される高電圧により、導電液２００（後述）と流出体１１５との間に強い電界を発生させることにより、流出体１１５に電荷を集めて原料液３００を帯電させる部材であり、かつ、前記電界により、ナノファイバ３０１を誘引する部材でもある。

本実施の形態の場合、帯電電極１２８（誘引電極１２１）は、容器１０２（後述）に収容される導電液２００（後述）の中に浸漬した状態となることで導電液２００（後述）と電気的に接続されている。

帯電電源１２２は、流出体１１５と帯電電極１２８との間に高電圧を印加することのできる電源である。帯電電源１２２は、本実施の形態の場合、誘引電極１２１に所定の電位を印加する誘引電源１２３としても機能している。帯電電源１２２（誘引電源１２３）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（誘引電源１２３）の一方の電極を接地電位とし、流出体１１５を接地するものとすれば、比較的大型の流出体１１５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。

また、一つの導電性の部材に誘引電極１２１の機能と帯電電極１２８の機能とを併有させることで、ナノファイバ製造装置１００の構造を単純化できる。これにより、高電圧が印加される部分が簡単になるため、簡単な絶縁構造を採用しても充分に安全を維持することができ、装置コストの低減にも寄与することができる。

なお、流出体１１５に電源を接続する一方、帯電電極１２８（誘引電極１２１）を接地することで流出体１１５と帯電電極１２８（誘引電極１２１）との間に電界を発生させてもよい。また、帯電電極１２８（誘引電極１２１）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。

含浸手段１０１は、空間中で製造され堆積状態となったナノファイバ３０１の膜である堆積膜３０２に対し、導電性を有する液体である導電液２００を含浸させる装置である。本実施の形態の場合、含浸手段１０１は、容器１０２と、制御手段１０３とを備えている。

容器１０２は、導電液２００が収容される箱体である。本実施の形態の場合、容器１０２は、水平に配置される矩形板状の帯電電極１２８（誘引電極１２１）を上下方向に移動可能に収容しうる矩形の箱体であり、上部全体が開口している。容器１０２は、導電液２００を収容するものであるため、絶縁体で構成されることが好ましい。

制御手段１０３は、次々とナノファイバ３０１が堆積することで徐々に膜厚が増加する堆積膜３０２の流出体１１５に対向する表面と容器１０２に収容される導電液２００の液面との位置的関係を一定に保つ装置である。本実施の形態の場合、制御手段１０３は、容器１０２の底部と帯電電極１２８（誘引電極１２１）とを接続するバネである。バネである制御手段１０３は、堆積膜３０２の膜厚の増加に応じて、堆積膜３０２の表面と導電液２００の液面とが一定の位置関係となるばね係数を有している。

以上の含浸手段１０１により、堆積膜３０２は、下方の一部または全部が導電液２００に浸漬しているため、導電液２００が常に含浸した状態となる。

なお、制御手段１０３が制御する、堆積膜３０２の表面と導電液２００の液面との位置的関係は、例えば、堆積膜３０２の表面と導電液２００の液面とが一致する関係でもよく、また、堆積膜３０２の表面が導電液２００の液面よりも僅かに下方の場合や上方の場合でもかまわない。

また、制御手段１０３は、バネに限定されるわけではなく、図４に示すように、堆積膜３０２の膜厚の増加に応じて、堆積膜３０２を直接上下させる駆動手段および駆動機構を備えたものでもよい。制御手段１０３は、堆積膜３０２の表面と導電液２００の液面との高さ関係を調整するものであればよく、図２のように、帯電電極１２８（誘引電極１２１）を上下させなくても構わない。つまり、帯電電極１２８（誘引電極１２１）は、図４に示すように、導電液２００に浸されることで、導電液２００と電気的に接続されていれば良い。

導電液２００は、導電性を有する液体である。例えば水道水や工業用水を例示することができる。また、好ましくは、導電液２００は、１×１０＾５（Ω・ｃｍ）（＾はべき乗を示す）以上の電気抵抗率を有する水に、水素、炭素、酸素、窒素のいずれか、または、全てを組み合わせてなる物質を溶解した液体であることが好ましい。なお、水素、炭素、酸素、窒素のいずれか、または、全てを組み合わせてなる物質の濃度は、１×１０＾５（Ω・ｃｍ）（＾はべき乗を示す）以上の電気抵抗率を有する水に、ナノファイバ３０１を充分に誘引できる程度の電界を発生させることのできる導電性を付与できる濃度である。

このような導電液２００の場合、高い抵抗率の水、すなわち純水や超純水を用いるため、堆積膜３０２に含浸させた後、当該水を除去しても残渣が発生することがほとんど無く、堆積膜３０２の品質に影響を与えにくい。また、当該水に溶解する物質は、堆積膜３０２から導電液２００を除去する際に、堆積膜３０２に残存しても、堆積膜３０２に大きく影響しない場合が多く、また、加熱などによって揮発させることで、堆積膜３０２から除去することも可能であるため好ましい。具体的には、水に溶解させる物質としては、二酸化炭素やアンモニアを例示することができる。

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（誘引電源１２３）により帯電電極１２８（誘引電極１２１）を介して導電液２００を正または負の高電圧とする。導電液２００と対向する流出体１１５の先端部に電荷が集中し、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の先端開口部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）。

この状態において、ナノファイバ３０１は、流出体１１５と導電液２００との間に発生する電界に沿って導電液２００に向かって飛行し、帯電電極１２８（誘引電極１２１）にナノファイバ３０１が堆積し、堆積膜３０２が形成される（堆積工程）。

堆積膜３０２は徐々に膜厚が増加するが、導電液２００が含浸しているため表面張力や毛細管現象により、堆積膜３０２の流出体１１５側表面には常に所定の電位の導電液２００が配置されることになる。従って、導電液２００と流出体１１５との間に発生する電界が堆積膜３０２に影響され難くなる。また、本実施の形態の場合は、堆積膜３０２の表面と導電液２００の液面との位置関係が常に一定に保たれているため、堆積膜３０２の表面近傍に配置される導電液２００と流出体１１５との位置関係（距離）を一定に保つことができる為、さらに電界を安定させることが可能になる。従って、当該電界によって誘引されるナノファイバ３０１は安定した状態で堆積する。以上から、ナノファイバ３０１が堆積して形成される堆積膜３０２は、膜厚方向における品質も安定した状態となる。

最後に、堆積膜３０２を導電液２００から取り出し（取り出し工程）、堆積膜３０２を乾燥させることで（乾燥工程）、ナノファイバ３０１からなる不織布を得ることが可能になる。

以上の様なナノファイバ製造装置１００を用い、ナノファイバ製造方法を実施すれば、ナノファイバ３０１が堆積するにつれて堆積膜３０２の厚さは増加していくが、常に、堆積膜３０２の表面近傍に含浸状態で配置される導電液２００と、流出体１１５との間で電界が発生するため、安定した状態でナノファイバ３０１を堆積膜３０２の表面に誘引することができる。従って、堆積膜３０２の膜厚を任意に厚くすることができ、かつ、膜厚方向の品質を均一にすることが可能となる。特に、制御手段１０３により堆積膜３０２と導電液２００との位置関係を一定に保つことで、更に膜厚方向において品質が均一な堆積膜３０２を得ることが可能となる。

（実施の形態２）
次に、本願発明にかかる第二の実施の形態を図面に基づき説明する。本実施の形態に係るナノファイバ製造装置１００は、導電液２００をノズル１０４から吐出することにより導電液２００を堆積膜３０２に含浸させる装置である。また、ナノファイバ製造装置１００は、誘引電極１２１と帯電電極１２８とを別体として備え、誘引電極１２１と帯電電極１２８とに印加する電位は独立して調整できるものとなっている。

なお、本実施の形態も、上記実施の形態１と同様に本願発明の一例を示したものに過ぎず、本願発明を実現しうるナノファイバ製造装置１００のバリエーションの一つを示したものである。従って、以下に示す複数のノズルを一列に配置した流出体１１５を実施の形態１に記載した流出体１１５（複数の流出孔１１８が一列に並べて設けられ、これら流出孔１１８と共通に接続される貯留槽１１３を備える）に交換することは勿論かまわない。つまり、本願発明の本質は、導電液２００を堆積膜３０２に含浸させる点であり、本実施の形態２は、導電液２００をノズル１０４から吐出することにより、導電液２００を堆積膜３０２に含浸させている。従って、導電液２００の含浸に関係しない他の構成要素の違いは本願発明の本質に影響を与えるものではない。従って、本実施の形態に示すナノファイバ製造装置１００であっても、実施の形態１に示したように、誘引電極１２１に帯電電極１２８としての機能を併有させてもかまわない。また、誘引電極１２１の形状自体は、本願発明の本質に関係しないが、誘引電極１２１のバリエーションの一つを示す意味のみにおいて、図６に曲面を有する誘引電極１２１を示している。ただし、これは先にも記載したとおり、本願発明を限定するものではなく、本願発明の誘引電極１２１の形状は、水平面を有するものでも、凹凸面など複雑な形状を備えていようと、導電液２００と接触するだけの小さな矩形でもかまわない。

以上の様に、本願発明を実現しうる実施の形態はきわめて多数存在すると考えられるが、全てを例示することはできないため、上記実施の形態１とは異なる構成要素が採用される別のナノファイバ製造装置１００の一つを以下で説明する。ただし、本願発明の外縁は、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味により定められるべきであり、以下の記載に本願発明を限定する意図はない。

また、実施の形態１で説明した項目と同じ機能を備えるものは同じ符号を付し、その機能の説明を省略する。

図５は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。

図６は、ナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。

これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、複数のノズルを一列に配置した流出体１１５を備えている。また、一列に配置されたノズルの先端開口部１１９の近傍には、丸棒状の帯電電極１２８が配置されている。

本実施の形態の場合、帯電電極１２８は、流出孔１１８の先端開口部１１９の近傍にノズルのならびに沿って２本配置されている。このように、帯電電極１２８が流出孔１１８の先端開口部１１９の近傍に配置されることで、流出体１１５と帯電電極１２８との間に印加する電圧を比較的低い値に設定することが可能となる。

誘引電極１２１は、丸棒をその軸を含む水平面で切断した形状の導電性の部材である。

誘引電源１２３は、空間で製造されたナノファイバ３０１を誘引しうる電界を誘引電極１２１を介して導電液２００の液面から発生させることのできる電源である。

含浸手段１０１は、堆積膜３０２に対し導電液２００を吐出するノズル１０４を備えている。

以上の様に、ノズル１０４から吐出した導電液２００により堆積膜３０２に導電液２００を含浸させる含浸手段１０１を採用すれば、本実施の形態のように曲面状の堆積膜３０２に対しても均一に導電液２００を含浸させることが可能となる。また、堆積膜３０２が傾斜している場合等にも、本実施の形態に係る含浸手段１０１は有効である。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて実現される別の実施の形態を本願発明としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、誘引電極１２１と帯電電極１２８とを別体として備えるナノファイバ製造装置１００に、容器１０２を有する含浸手段１０１を設け、円筒状の誘引電極１２１をその軸を中心に揺動または回転させ、誘引電極１２１の外周面全体にわたってナノファイバ３０１を堆積させるものでもかまわない。また、流出体１１５は、図７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。

本願発明は、ナノファイバを用いた不織布の製造、特に膜厚の厚い不織布の製造に利用可能である。

１００ ナノファイバ製造装置
１０１ 含浸手段
１０２ 容器
１０３ 制御手段
１０４ ノズル
１０７ 供給手段
１１３ 貯留槽
１１４ 案内管
１１５ 流出体
１１８ 流出孔
１１９ 先端開口部
１２１ 誘引電極
１２２ 帯電電源
１２３ 誘引電源
１２８ 帯電電極
１５１ タンク
２００ 導電液
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ
３０２ 堆積膜
３０３ モータ

Claims (8)

1. ナノファイバを製造するための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するナノファイバ製造装置であって、
   原料液を空間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、前記流出体を介して原料液を帯電させる帯電電極と、
   前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源と、
   空間中で製造され堆積状態となったナノファイバの膜である堆積膜に対し、導電性を有する液体である導電液を含浸させる含浸手段と、
   前記導電液と電気的に接続され、空間中で製造されたナノファイバを誘引する電界を発生させる誘引電極と、
   前記誘引電極に所定の電位を印加する誘引電源と
   を備えるナノファイバ製造装置。
2. 前記誘引電極が前記帯電電極としても機能し、
   前記誘引電源が前記帯電電源としても機能する
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
3. 前記含浸手段は、
   導電液が収容される容器を備える
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
4. 前記含浸手段は、
   堆積膜の前記流出体側の表面と前記容器に収容される導電液の液面との位置的関係を一定に保つ制御手段を備える
   請求項３に記載のナノファイバ製造装置。
5. 前記含浸手段は、
   堆積膜に対し導電液を吐出するノズルを備える
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
6. 前記導電液は、
   １×１０＾５（Ω・ｃｍ）（＾はべき乗を示す）以上の電気抵抗率を有する水に、水素、炭素、酸素、窒素のいずれか、または、全てを組み合わせてなる物質を溶解した液体である
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
7. 前記水素、炭素、酸素、窒素のいずれか、または、全てを組み合わせてなる物質は、常温常圧において気体である
   請求項６に記載のナノファイバ製造装置。
8. ナノファイバを製造するための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す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に流出させ、
   前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され前記流出体を介して原料液を帯電させる帯電電極と前記流出体との間に帯電電源により所定の電圧を印加し、
   含浸手段により空間中で製造され堆積状態となったナノファイバの膜である堆積膜に対し、導電性を有する液体である導電液を含浸させ、
   誘引電極を介して前記導電液に所定の電位を印加する誘引電源により前記導電液からナノファイバを誘引する電界を発生させる
   ナノファイバ製造方法。

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