JP2011149113A - ナノファイバ製造装置及びナノファイバ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に原料液の種類に応じたノズルに変更することができるナノファイバ製造装置を提供する。
【解決手段】原料液３００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１００であって、原料液３００を空間中に流出させる複数の流出孔１１４を有する流出体１１０を備え、流出体１１０は、流出孔１１４から流出される原料液の流量を調整する第一部材１１１を備える。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、静電延伸現象によりサブミクロンからナノ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及びナノファイバ製造方法に関する。

樹脂などから成り、サブミクロンからナノ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からナノ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装置の専らの課題として、ナノファイバの生産効率の向上が挙げられる。このため、従来、細い円筒形状の複数のノズルが配列されたマルチノズルから原料液を流出させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、回転する回転容器の周壁に設けられた複数のノズルから原料液を流出させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。これらの従来のナノファイバ製造装置によれば、多量のノズルから多くのナノファイバを流出させることができるため、ナノファイバの発生量を増加させ、ナノファイバの生産効率を向上させることができる。

特開２００２−２０１５５９号公報 特開２００８−１５０７６９号公報

ところが、上記従来のナノファイバ製造装置では、原料液の種類に応じて多量のノズルを変更することが困難であるという問題がある。

つまり、上記従来のナノファイバ製造装置では、原料液の種類に応じて、多量のノズルの孔径や孔の配置間隔を変更して、ノズルから流出される原料液の量を調整する必要がある。例えば、粘度の高い原料液ほど、大きい孔径のノズルに変更する必要がある。

しかし、上記従来のナノファイバ製造装置では、原料液の種類ごとに、多量のノズルを全て交換するか、ノズルが設けられているマルチノズルや回転容器ごと交換する必要があるため、原料液の種類が変更されるごとに当該交換を行うのは困難である。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、容易に原料液の種類に応じたノズルに変更することができるナノファイバ製造装置及びナノファイバ製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係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す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複数の流出孔を有する流出体を備え、前記流出体は、前記流出孔から流出される原料液の流量を調整する第一部材を備える。

これによれば、流出体は、流出孔であるノズルから流出される原料液の流量を調整する第一部材を備える。つまり、多量のノズルを交換したり、流出体（マルチノズルや回転容器）ごと交換することなく、第一部材によって、原料液の種類に応じた流量の原料液が流出されるノズルに変更することができる。このため、容易に原料液の種類に応じたノズルに変更することができる。

また、好ましくは、前記流出体は、さらに、前記複数の流出孔を有し、前記複数の流出孔に向けて原料液が流れる流路が内方に形成される第二部材を備え、前記第一部材は、前記流路の大きさを規制することで、前記流出孔から流出される原料液の流量を調整する。

これによれば、第一部材は、複数の流出孔であるノズルに向けて原料液が流れる流路の大きさを規制することで、当該ノズルから流出される原料液の流量を調整する。このため、第一部材によって当該流路の大きさを規制することで、容易に、原料液の種類に応じた流量の原料液が流出されるノズルに変更することができる。

また、好ましくは、前記第一部材は、前記流路を形成する両端が開口する溝部を備え、前記第二部材は、前記流路を形成するように、前記両端が開口した状態で前記溝部の少なくとも一部を閉塞する平面形状の閉塞面部を備える。

これによれば、第一部材の溝部と第二部材の閉塞面部とで、原料液が流れる流路を形成する。このため、溝部の深さ、幅又は本数が異なる第一部材を、原料液の種類に応じて交換することで、当該流路の大きさを調整することができ、容易に原料液の種類に応じたノズルに変更することができる。

また、前記第一部材は、前記流路の大きさを調整する調整機構を備えていてもよい。

これによれば、第一部材は、原料液が流れる流路の大きさを調整する調整機構を備える。このため、調整機構によって当該流路の大きさを調整することで、容易に、原料液の種類に応じた流量の原料液が流出されるノズルに変更することができる。

また、好ましくは、前記第一部材は、前記流出孔を形成する両端が開口する溝部を備え、前記第二部材は、前記流出孔を形成するように、前記両端が開口した状態で前記溝部の少なくとも一部を閉塞する閉塞面部を備える。また、好ましくは、前記閉塞面部は、平面形状である。

これによれば、第一部材の溝部と第二部材の閉塞面部とで、流出孔であるノズルを形成する。このため、溝部の深さ、幅又は本数が異なる第一部材を、原料液の種類に応じて交換することで、当該ノズルの大きさを調整することができ、容易に原料液の種類に応じたノズルに変更することができる。

また、好ましくは、前記第一部材は、前記流出体が備える全ての流出孔から流出される原料液の流量を調整する。

これによれば、第一部材は、流出体が備える全ての流出孔から流出される原料液の流量を調整する。これにより、１つの第一部材で、全ての流出孔から流出される原料液の流量を調整することができ、容易に原料液の種類に応じたノズルに変更することができる。

また、好ましくは、さらに、前記第二部材に接続され、接地又は所定の電圧を印加する帯電部を備える。

これによれば、第二部材に接続され、接地又は所定の電圧を印加する帯電部を備える。ここで、第一部材は、ノズルから流出される原料液の流量を調整するために、交換や位置の調整が行われるが、第二部材は、当該交換や位置の調整が行われない固定された部材である。このため、帯電部が第一部材ではなく第二部材に接続されていることで、帯電部の接続を外すことなく第一部材による原料液の流量の調整を行うことができるので、容易に原料液の種類に応じたノズルに変更することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係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するナノファイバ製造方法であって、原料液を空間中に流出させる複数の流出孔を有する流出体の前記複数の流出孔から流出される原料液の流量を調整する調整工程を含む。

これによれば、流出孔であるノズルから流出される原料液の流量が調整される。つまり、多量のノズルを交換したり、流出体（マルチノズルや回転容器）ごと交換することなく、ノズルから流出される原料液の流量が調整されることで、原料液の種類に応じた流量の原料液が流出されるノズルに変更される。このため、容易に原料液の種類に応じたノズルに変更することができる。

本発明によれば、原料液の種類に応じたノズルに容易に変更することができるナノファイバ製造装置を構成することができる。

実施の形態１に係るナノファイバ製造装置を示す斜視図である。 実施の形態１に係る流出体の詳細な構成を示す図である。 実施の形態１に係る流出体の詳細な構成を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る流出体の詳細な構成を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る流出体の詳細な構成を示す図である。 実施の形態２に係る流出体の詳細な構成を示す図である。 実施の形態２に係る流出体の詳細な構成を示す図である。 実施の形態２に係る第一部材によって、流出孔から流出される原料液の流量を調整することを説明する図である。 実施の形態２に係る第一部材によって、流出孔から流出される原料液の流量を調整することを説明する図である。 実施の形態２に係る形状の異なる流出体の構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る形状の異なる流出体の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るナノファイバ製造装置及びナノファイバ製造方法について説明する。

（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１００を示す斜視図である。

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、ナノファイバを製造する装置である。同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、流出体１１０、収集手段１２１、ロール１２２、支持体１２３、供給チューブ１３０、及び帯電部１４０を備えている。

流出体１１０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る。本実施の形態の場合、流出体１１０は、所定の間隔で一次元的に並んで配置される９箇所の開口部１１５から、原料液３００を空間中に流出させる。なお、開口部１１５は９箇所に限定されず、何箇所あってもよい。流出体１１０の詳細な構成については、後述する。

収集手段１２１は、静電延伸現象により製造されるナノファイバを堆積させて収集する部材であり、ロール１２２に巻き付けられた状態で供給されている。本実施の形態の場合、収集手段１２１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るが、収集手段１２１はこれに限定されるわけではない。

また、流出体１１０は、駆動機構（図示せず）によって、開口部１１５の並び方向と直交する方向（同図に示すＹ軸方向）に往復移動する。収集手段１２１は、ロール１２２により、流出体１１０開口部１１５の並び方向と平行する方向（同図に示すＸ軸方向）に巻き取られる。

なお、流出体１１０が収集手段１２１に対して移動するのであればよく、例えば、流出体１１０及び収集手段１２１のうちのいずれか一方が静止し、他方が移動することにしてもよい。また、流出体１１０は、流出体１１０の開口部１１５の並び方向が収集手段１２１の送り方向と直交するように、静止して配置されていてもよい。

支持体１２３は、流出体１１０と所定の間隔を隔てて配置され、収集手段１２１を支持する部材である。また、支持体１２３は、導電性の部材であり、本実施の形態の場合、接地されているが、マイナスの電圧が印加されていてもよい。このため、収集手段１２１は、支持体１２３を介して接地又はマイナスの電圧が印加されるので、流出体１１０に電荷を誘導し、また、生成されるナノファイバを誘引することができる。

帯電部１４０は、流出体１１０に接続され、流出体１１０に高電圧を印加することのできる電源である。帯電部１４０は、一般には、直流電源が好ましい。また、帯電部１４０が直流電源である場合、帯電部１４０が流出体１１０に印加する電圧は、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。

なお、支持体１２３に電源を接続して支持体１２３を高電圧に維持し、帯電部１４０により流出体１１０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、支持体１２３と流出体１１０とのいずれも接地しないような接続状態であっても構わない。

供給チューブ１３０は、流出体１１０に原料液３００を案内する案内管である。具体的には、原料液３００を大量に貯留する容器（図示せず）から、原料液３００を所定の圧力で搬送するポンプ（図示せず）によって、原料液３００が供給チューブ１３０に送られる。

次に、本実施の形態１に係る流出体１１０の詳細な構成について、説明する。

図２Ａ及び図２Ｂは、本実施の形態１に係る流出体１１０の詳細な構成を示す図である。具体的には、図２Ａは、流出体１１０の構成を示す断面図であり、図２Ｂは、流出体１１０が備える第一部材１１１の外観を示す斜視図である。

図２Ａに示すように、流出体１１０は、第一部材１１１、第二部材１１２及び蓋１１６を備えている。そして、第二部材１１２は、複数の開口部１１５に対応した複数の流出孔１１４を備えている。

第一部材１１１は、流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整する部材である。つまり、第一部材１１１は、第二部材１１２とで形成される流路１１３の大きさを規制することで、流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整する。

具体的には、図２Ｂに示すように、第一部材１１１は、流路１１３を形成する両端が開口する溝部１１１ａを備えている。ここで、溝部１１１ａは、溝部１１１ａによって形成される流路１１３の断面積が、流出孔１１４によって形成される孔の断面積よりも小さくなるように、形成されている。

なお、流路１１３の断面積の大きさは限定されず、例えば、流出孔１１４の長さに比べて流路１１３の長さが長く、原料液３００が高粘度であるような場合には、流路１１３の断面積が、流出孔１１４によって形成される孔の断面積よりも大きくなってもよい。流出孔１１４の長さに比べて流路１１３の長さが長く、原料液３００が高粘度であるような場合には、流路１１３の抵抗により圧力損失が発生するために、流路１１３の断面積が流出孔１１４の断面積より大きくても、あたかも流路１１３の断面積が小さくなったのと同様の流量になることがあるからである。

また、第一部材１１１は、３本の溝部１１１ａを備えている。ここで、溝部１１１ａの位置は限定されないが、複数の流出孔１１４のそれぞれの流量を均等にするためには、溝部１１１ａの位置が流出孔１１４の位置と一致する、もしくは、一致しない場合でも流出孔１１４と最寄の溝部１１１ａとの距離が各流出孔１１４において均等であることが好ましい。

なお、同図では、第一部材１１１は、３本の溝部１１１ａを備えているが、溝部１１１ａの数は３本に限定されない。また、第一部材１１１の個数及び長さ（図１に示されたＸ軸方向の長さ）も限定されず、第二部材１１２の長さに合うように、１つの第一部材１１１が備えられていてもよく、複数の第一部材１１１が配列されることにしてもよい。

つまり、第一部材１１１は、１つ又は複数で、流出体１１０が備える全ての流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整する。なお、第一部材１１１は、全ての流出孔１１４ではなく、一部の流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整することにしてもよい。

第二部材１１２は、内方に空間が形成されるＶ字型形状の部材である。そして、第二部材１１２の内方に第一部材１１１が配置されることで、第二部材１１２の内方には、複数の流出孔１１４に向けて原料液３００が流れる流路１１３が形成される。

具体的には、第二部材１１２は、流路１１３を形成するように、溝部１１１ａの両端が開口した状態で溝部１１１ａの少なくとも一部を閉塞する平面形状の閉塞面部である内側面部１１２ａを備える。

つまり、溝部１１１ａの開口部が内側面部１１２ａで閉塞されることで、流路１１３が形成され、第二部材１１２の内方に貯留された原料液３００が、流路１１３を流れて流出孔１１４から流出される。

また、流出孔１１４は、原料液３００を空間中に流出させる円筒形状の孔である。なお、流出孔１１４の孔長や孔径は、特に限定されず、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１１４の形状は、円筒形状に限定されず、任意の形状を選定しうる。特に開口部１１５の形状は、円形に限定されず、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構わない。

なお、第二部材１１２には、図１に示された帯電部１４０が接続されている。なお、帯電部１４０は、導電性の蓋１１６に接続されることにしてもよい。この場合、第二部材１１２には、蓋１１６を介して帯電部１４０が接続されている。なお、蓋１１６は、第一部材１１１のように原料液３００の流量調整を行うための部材ではないので、蓋１１６を第二部材１１２に含まれる１部材とみなせば、第二部材１１２に帯電部１４０が接続されていると言うことができる。

蓋１１６は、第二部材１１２の上部の開口部を塞ぐ導電板である。具体的には、蓋１１６は、流路１１３が形成されるように、第一部材１１１を第二部材１１２に押圧し、第一部材１１１の両側面部を第二部材１１２の内側面部に当接させる。なお、蓋１１６は、導電板に限定されず、非導電性の板状の蓋であってもよい。

ここで、流出体１１０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、第一部材１１１、第二部材１１２及び蓋１１６の表面は、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。

以上のように、流出体１１０は、流出孔１１４の先端である開口部１１５が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、当該先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、当該先端部から流出孔１１４を挟むように延設される二つの側面部とを有する、Ｖ字型形状の部材である。なお、開口部１１５は、先端部に一次元的に並んで配置されることに限定されず、先端部に千鳥状に配置されることにしてもよい。

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の製造方法を説明する。

まず、流出体１１０の流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整する（調整工程）。具体的には、原料液３００の種類に応じた第一部材１１１を、第二部材１１２の内方に配置することで、流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整する。

つまり、原料液３００の粘度に応じて、溝部１１１ａの溝の幅、深さ又は本数が異なる複数の第一部材１１１が用意されている。そして、原料液３００の粘度に応じた溝の幅、深さ及び本数の溝部１１１ａを有する第一部材１１１を、第二部材１１２の内方に配置する。

そして、供給チューブ１３０から流出体１１０に原料液３００を供給する（供給工程）とともに、帯電部１４０により原料液３００が帯電し（帯電工程）、流出体１１０の開口部１１５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、ナノファイバが製造される（ナノファイバ製造工程）。そして、収集手段１２１にナノファイバが堆積して収集される（収集工程）。

以上の本実施の形態１に係るナノファイバ製造装置１００によれば、流出体１１０は、流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整する第一部材１１１を備える。つまり、原料液３００を流出する多量のノズルを交換したり、流出体１１０ごと交換することなく、１つ又は複数の第一部材１１１によって、原料液３００の種類に応じた流量の原料液３００が流出される流出体１１０に変更することができる。

また、第一部材１１１は、複数の流出孔１１４に向けて原料液３００が流れる流路１１３の大きさを規制することで、当該流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整する。このため、第一部材１１１によって流路１１３の大きさを規制することで、容易に、原料液３００の種類に応じた流量の原料液３００が流出される流出体１１０に変更することができる。

また、第一部材１１１の溝部１１１ａと第二部材１１２の内側面部１１２ａとで、原料液３００が流れる流路１１３を形成する。このため、溝部１１１ａの深さ、幅又は本数が異なる第一部材１１１を、原料液３００の種類に応じて交換することで、流路１１３の大きさを調整することができる。

また、第二部材１１２に接続され、接地又は所定の電圧を印加する帯電部１４０を備えている。ここで、第一部材１１１は、原料液３００の流量を調整するために、交換が行われるが、第二部材１１２は、交換が行われない固定された部材である。このため、帯電部１４０が第一部材１１１ではなく第二部材１１２に接続されていることで、帯電部１４０の接続を外すことなく第一部材１１１による原料液３００の流量の調整を行うことができる。

以上により、容易に原料液３００の種類に応じたノズルである流出体１１０に変更することができる。

また、第一部材１１１を交換することにより原料液３００の粘度変更に対応できるので、ナノファイバ製造装置１００は簡単な構成でよい。このため、ナノファイバ製造装置１００を低コストで製作することができ、ナノファイバの製造に係る段取り時間を短縮することができる。

また、溝部１１１ａの深さ、幅又は本数が、原料液３００の粘度に対応した第一部材１１１を製作すればよいので、第一部材１１１を低コストで製作することができる。

さらに、第一部材１１１を清掃する際には、溝部１１１ａを清掃すればよいので、清掃を容易に行うことができる。

（実施の形態１の変形例）
上記実施の形態１では、第一部材１１１は溝部１１１ａを備え、第二部材１１２に固定されて流路１１３が形成されることとした。しかし、本変形例では、第一部材の位置が調整機構により調整されることで、流路１１３が形成される。

図３Ａ及び図３Ｂは、本変形例に係る流出体１５０の詳細な構成を示す図である。具体的には、図３Ａは、流出体１５０の構成を示す断面図であり、図３Ｂは、流出体１５０が備える第一部材１５１の外観を示す斜視図である。

図３Ａに示すように、流出体１５０は、第一部材１５１、第二部材１１２及び蓋１１６を備えている。なお、第二部材１１２及び蓋１１６は、実施の形態１における第二部材１１２及び蓋１１６と同様であるため、詳細な説明は省略する。

第一部材１５１は、流出孔１１４から流出される原料液３００の流量を調整する部材である。具体的には、第一部材１５１は、第二部材１１２とで形成される流路１１３の大きさを調整する調整機構１５２を備える。

つまり、図３Ｂに示すように、第一部材１５１は、平面形状の外側面部１５１ａを備え、外側面部１５１ａと第二部材１１２の内側面部１１２ａとで、流路１１３を形成する。そして、第一部材１５１は、調整機構１５２によって、第二部材１１２に当接しながら摺動することで、流路１１３の大きさを変更する。

なお、第一部材１５１の個数及び長さ（図１に示されたＸ軸方向の長さ）は限定されず、第二部材１１２の長さに合うように、１つの第一部材１５１が備えられていてもよく、複数の第一部材１５１が配列されることにしてもよい。

以上のように、第一部材１５１は、原料液３００が流れる流路１１３の大きさを調整する調整機構１５２を備える。このため、調整機構１５２によって流路１１３の大きさを調整することで、容易に、原料液３００の種類に応じた流量の原料液３００が流出される流出体１５０に変更することができる。

（実施の形態２）
上記本実施の形態１及びその変形例では、流出体１１０の第二部材１１２が流出孔１１４を備えていた。しかし、本実施の形態２では、流出体が第一部材と第二部材とに分割され、当該第一部材と第二部材とで流路としての流出孔２１３を形成する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本実施の形態２に係る流出体２１０の詳細な構成を示す図である。具体的には、図４Ａは、流出体２１０の構成を示す斜視図であり、図４Ｂは、流出体２１０を流出孔２１３の位置で縦方向に切断した場合の断面図である。

これらの図に示すように、流出体２１０は、第一部材２１１、第二部材２１２、パッキン２１７及び蓋２１６を備えている。つまり、流出体２１０は、第一部材２１１と第二部材２１２と、パッキン２１７を介して蓋２１６とが接続されることで、構成されている。

また、流出体２１０は、第一部材２１１と第二部材２１２とが接続された状態で、複数の流出孔２１３を備える。また、第二部材２１２には、帯電部１４０が接続されている。なお、蓋２１６及び帯電部１４０は、実施の形態１における蓋１１６及び帯電部１４０と同様であるため、詳細な説明は省略する。また、流出孔２１３は、第一部材２１１と第二部材２１２とが接続されることにより形成されること以外は、実施の形態１における流出孔１１４と同様であるため、詳細な説明は省略する。

第一部材２１１は、流出体２１０の後部に備えられ、流出孔２１３から流出される原料液３００の流量を調整する部材である。具体的には、第一部材２１１は、流出孔２１３を形成する溝部２１１ａを備えている。

溝部２１１ａは、上下両端が開口し、断面の形状が半円形の溝部であり、複数の流出孔２１３に対応して複数備えられている。なお、溝部２１１ａの断面の形状は半円形に限定されず、三角形や四角形などの多角形でも構わない。

第二部材２１２は、流出体２１０の前部に備えられ、第一部材２１１の溝部２１１ａを閉塞する部材である。具体的には、図４Ｂに示すように、第二部材２１２は、流出孔２１３を形成するように、溝部２１１ａの上下両端が開口した状態で溝部２１１ａの少なくとも一部を閉塞する平面形状の閉塞面部２１２ａを備えている。

つまり、第一部材２１１が備える溝部２１１ａと、第二部材２１２が備える平坦な閉塞面部２１２ａとで、原料液３００の流路である流出孔２１３を形成する。

図５Ａ及び図５Ｂは、本実施の形態２に係る第一部材によって、流出孔から流出される原料液３００の流量を調整することを説明する図である。

本実施の形態２に係る流出体は、原料液３００の種類に応じて、流出孔の大きさ、数又は配置間隔が異なる複数の第一部材を交換可能に備えている。例えば、原料液３００の種類を、粘度が大きい原料液から粘度が小さい原料液に変更する場合、図５Ａに示すように、第一部材２１１が、溝部２１１ａよりも小さい溝部２２１ａを備えた第一部材２２１に変更される。

このようにして、図５Ｂに示すように、粘度が小さい原料液３００に対応して、第一部材２１１を備えた流出体２１０が、第一部材２２１を備えた流出体２２０に変更される。つまり、第二部材２１２の閉塞面部２１２ａと、第一部材２２１の溝部２２１ａとで、流出孔２１３よりも小さい流出孔２２３が形成され、流出孔から流出される原料液３００の流量が調整される。

なお、流出体２１０の断面の形状はＶ字型形状に限定されず、第一部材２１１と第二部材２１２とで流出孔２１３を形成することができるのであれば、流出体２１０の形状は、どのような形状であってもよい。

図６Ａ及び図６Ｂは、本実施の形態２に係る形状の異なる流出体の構成を示す断面図である。

図６Ａに示すように、流出体２３０は、第一部材２３１と第二部材２３２とパッキン２１７と蓋２１６とで構成され、断面の形状が四角形（箱型形状）である。そして、第一部材２３１は溝部２３１ａを備え、第二部材２３２は平坦な閉塞面部２３２ａを備え、溝部２３１ａと閉塞面部２３２ａとで流出孔２３３が形成される。

また、図６Ｂに示すように、流出体２３０は、原料液３００の種類に応じて、流出孔２３３の大きさ、数又は配置間隔が異なる複数の第一部材２３１を交換可能に備えており、流出孔２３３から流出される原料液３００の流量を調整することができる。

以上の本実施の形態２に係るナノファイバ製造装置１００によれば、第一部材２１１の溝部２１１ａと第二部材２１２の閉塞面部２１２ａとで、流出孔２１３を形成する。このため、溝部２１１ａの深さ、幅又は本数が異なる第一部材２１１を、原料液３００の種類に応じて交換することで、流出孔２１３の大きさを調整することができ、容易に原料液３００の種類に応じた流出体２１０に変更することができる。

また、帯電部１４０が、交換が行われる第一部材２１１ではなく、固定された第二部材２１２に接続されている。これにより、帯電部１４０の接続を外すことなく第一部材２１１による原料液３００の流量の調整を行うことができるので、容易に原料液３００の種類に応じた流出体２１０に変更することができる。

また、第一部材２１１は簡単な構成であり、流出体２１０は第一部材２１１を交換するだけでよいので、低コストで製作することができ、ナノファイバの製造に係る段取り時間を短縮することができる。さらに、第一部材２１１を清掃する際には、溝部２１１ａを清掃すればよいので、清掃を容易に行うことができる。

ここで、ナノファイバ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。

以上、本発明に係るナノファイバ製造装置について、上記実施の形態及び変形例を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。

つまり、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記複数の実施の形態及び変形例における各構成要素を任意に組み合わせても良い。

例えば、実施の形態１及びその変形例では、流出体１１０及び１５０はＶ字型形状の部材であることとした。しかし、流出体１１０及び１５０の形状は限定されず、流出体１１０及び１５０は、実施の形態２における図６Ａに示されたような箱型形状の部材であってもよい。

本発明は、ナノファイバの製造やナノファイバを用いた紡糸、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
１１０、１５０、２１０、２２０、２３０ 流出体
１１１、１５１、２１１、２２１、２３１ 第一部材
１１１ａ 溝部
１１２、２１２、２３２ 第二部材
１１２ａ 内側面部
１１３ 流路
１１４、２１３、２２３、２３３ 流出孔
１１５ 開口部
１１６、２１６ 蓋
１２１ 収集手段
１２２ ロール
１２３ 支持体
１３０ 供給チューブ
１４０ 帯電部
１５１ａ 外側面部
１５２ 調整機構
２１１ａ、２２１ａ、２３１ａ 溝部
２１２ａ、２３２ａ 閉塞面部
２１７ パッキン
３００ 原料液

Claims (10)

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す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複数の流出孔を有する流出体を備え、
   前記流出体は、前記流出孔から流出される原料液の流量を調整する第一部材を備える
   ナノファイバ製造装置。
2. 前記流出体は、さらに、
   前記複数の流出孔を有し、前記複数の流出孔に向けて原料液が流れる流路が内方に形成される第二部材を備え、
   前記第一部材は、前記流路の大きさを規制することで、前記流出孔から流出される原料液の流量を調整する
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
3. 前記第一部材は、前記流路を形成する両端が開口する溝部を備え、
   前記第二部材は、前記流路を形成するように、前記両端が開口した状態で前記溝部の少なくとも一部を閉塞する平面形状の閉塞面部を備える
   請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
4. 前記第一部材は、前記流路の大きさを調整する調整機構を備える
   請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
5. 前記第一部材は、前記流出孔を形成する両端が開口する溝部を備え、
   前記第二部材は、前記流出孔を形成するように、前記両端が開口した状態で前記溝部の少なくとも一部を閉塞する閉塞面部を備える
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
6. 前記閉塞面部は、平面形状である
   請求項５に記載のナノファイバ製造装置。
7. 前記第一部材は、前記流出体が備える全ての流出孔から流出される原料液の流量を調整する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のナノファイバ製造装置。
8. さらに、
   前記第二部材に接続され、接地又は所定の電圧を印加する帯電部を備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のナノファイバ製造装置。
9. 前記流出体は、前記流出孔の先端である開口部が所定の間隔で一次元的に並んで配置される先端部と、前記先端部から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置され、前記先端部から前記流出孔を挟むように延設される二つの側面部とを有する
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のナノファイバ製造装置。
10. 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、
    原料液を空間中に流出させる複数の流出孔を有する流出体の前記複数の流出孔から流出される原料液の流量を調整する調整工程を含む
    ナノファイバ製造方法。

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