JP2014148763A - 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】ナノファイバ製造装置の再稼働時に貯留槽に残存した原料液を無駄なく利用する。
【解決手段】原料液３００を流出させる複数の流出孔１１１と、原料液を貯留する貯留槽１１２を有する絶縁性材料からなる流出体１０１と、少なくとも流出孔１１１の貯留槽側開口部１１０に対向する位置に滑らかな曲面を有する棒状の供給電極１０２と、流出体１０１と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極１０３と、供給電極１０２と帯電電極１０３との間に所定の電圧を印加する帯電電源１０４とを備え、流出体１０１は、供給電極１０２を流出体１０１の外方から貯留槽１１２内に挿入する挿入口１１４を有し、挿入口１１４の周囲に設けられ挿入口１１４を封止する封止手段１１５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やナノオーダーの細さであるナノファイバ（繊維）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や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、細径のナノファイバ（繊維）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電界に沿って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や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としては、例えば、特許文献１に記載されているように、原料液を空間中に流出させる流出孔が複数並べて設けられる金属製の流出体と、当該流出体から離れて配置される帯電電極との間に高電圧を印加するナノファイバ製造装置がある。

特開２０１１−１６８９４９号公報

ところが、前述の複数の流出孔が一列に設けられる流出体を備えるナノファイバ製造装置の場合、ナノファイバ製造装置の操業を一旦停止させた後、操業を再開すると流出孔が目詰まりするなどの不具合が発生する場合があることを見出すに至った。

さらに、発明者が前記不具合について実験と研究とを重ねた結果、流出体の内部に形成され原料液を複数の流出孔に均等に供給するための貯留槽に蓄えられている原料液と、流出体を構成する金属材料とが操業停止中に反応し、原料液がゲル化するため、流出孔が目詰まりすることを見出すに至った。

本願発明は、前記知見に基づき発明者のみが為しえたものであり、操業停止中における原料液に電荷を供給するための金属部品と原料液との反応を容易に回避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と、複数の前記流出孔に接続され、前記流出孔に同時に原料液を供給する貯留槽を有する絶縁性材料からなる流出体と、前記貯留槽内に前記流出孔の管軸に交差する方向に延びて配置され、導電性材料からなり、少なくとも流出孔の貯留槽側開口部に対向する位置に滑らかな曲面を有する棒状の供給電極と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記供給電極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を備え、前記流出体は、前記供給電極を当該流出体の外方から前記貯留槽内に挿入する挿入口とを有し、前記挿入口の周囲に設けられ、前記挿入口を封止する封止手段を備えることを特徴とする。

これによれば、ナノファイバ製造装置の操業を停止する際は、供給電極を流出体の貯留槽から抜き去ることで、貯留槽内に保持される原料液が金属と接触しない状態を創出できる。その後、供給電極が抜き去られた流出体の貯留槽に通じる挿入口や流出孔などを別途封止すれば、貯留槽内の原料液は空気との接触も抑制することができるため、原料液の経時的劣化や変質を抑制することが可能となる。

また、供給電極は、流出孔の管軸と交差する方向に配置され、流出孔に対向する面が滑らかな曲面となされているため、各流出孔を通過する原料液に対し均等に電荷を供給することができる。

従って、ナノファイバ製造装置の操業を再開する際は、貯留槽に蓄えられた原料液を利用してナノファイバを製造することが可能となる。また、製造されるナノファイバの質を均等にすることが可能となる。

また、前記流出体は、前記貯留槽に向かって開口し、挿入された前記供給電極の先端部を収容する凹陥部を備えてもよい。

これによれば、少なくとも供給電極の先端部分において、供給電極の形状として特異な部分が原料液と接触する状態を回避できるため、各流出孔に対し供給電極を均等な関係で配置することができる。従って、各流出孔から流出する原料液に対し、均等に電荷を供給することができる。

また、前記流出体は、前記供給電極の長さ方向の中間部をスライド可能に保持するガイド手段を備えてもよい。

これによれば、特に供給電極が長尺である場合の供給電極の撓みを抑制することができ、各流出孔に対する供給電極の位置関係（距離）を均一にすることができる。また、流出体に対する供給電極の挿脱動作を容易にすることができる。

また、当該ナノファイバ製造装置は、複数の前記供給電極を備え、前記流出体は、複数の前記供給電極に対応する複数の挿入口を備えてもよい。

これによれば、一つの貯留槽に接続される流出孔が一列に多数配置されるような場合であって、供給電極が長尺になる場合でも、複数の挿入口から挿入された複数の供給電極により各流出孔に電荷を供給することができる。また、複数の供給電極に対し個別に供給電極を配置し、各供給電極に異なる電圧を印加することで、原料液への電荷の供給状態を場所により変化させることができ、また、場所による電荷の供給状態の違いを補正して均一にすることができる。

また、上記目的を達成するために、本願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と、複数の前記流出孔に接続され、前記流出孔に同時に原料液を供給する貯留槽を有する絶縁性材料からなる流出体と、前記貯留槽内に前記流出孔の管軸に交差する方向に延びて配置され、導電性材料からなり、少なくとも流出孔の貯留槽側開口部に対向する位置に滑らかな曲面を有する棒状の供給電極と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記供給電極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を備え、前記流出体は、前記供給電極を当該流出体の外方から前記貯留槽内に挿入する挿入口とを有し、前記供給電極が挿入された前記挿入口の周囲に設けられ、前記挿入口を封止する封止手段を備えるナノファイバ製造装置を用い、ナノファイバ製造装置を稼働させる際に、前記挿入口を開放し、前記挿入口に前記供給電極を挿入して前記流出体の前記貯留槽に前記供給電極を配置し、前記封止手段を用いて前記挿入口を封止した後、ナノファイバを製造することを特徴とする。

これによれば、ナノファイバ製造装置を再稼働する際に、供給電極を流出体の貯留槽に挿入することで、非稼働時に長期間にわたりナノファイバ製造装置の操業を停止した場合において、貯留槽内で金属や空気と接触する恐れがなく、経時的劣化や変質が抑制された原料液を用いてナノファイバを製造することがきる。

従って、ナノファイバ製造装置の操業を停止した際に残存している原料液を無駄なく有効利用することが可能となる。

ナノファイバ製造装置の操業を停止した場合でも、流出体の貯留槽に残存する原料液を劣化や変質させずに保存でき、ナノファイバ製造装置の再稼働時に貯留槽に残存した原料液を無駄なく利用することができる。

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、供給電極が外された流出体の挿入口側端部を示す斜視図である。 図３は、供給電極が挿入された状態の流出体の断面を示す斜視図である。 図４は、供給電極を流出体に挿脱する状態を示す斜視図である。 図５は、流出体の挿入口とは反対側の端部を示す斜視図である。 図６は、供給電極が挿入された流出体を断面で示す側面図である。 図７は、供給電極が挿入された状態の流出体の断面を示す斜視図である。 図８は、供給電極が挿入された状態の流出体の断面を示す斜視図である。 図９は、供給電極が挿入された状態の流出体の断面を示す斜視図である。 図１０は、供給電極が挿入された流出体を断面で示す側面図である。

次に、本願発明に係るナノファイバ製造装置、および、ナノファイバ製造方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係るナノファイバ製造装置、および、ナノファイバ製造方法の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

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を製造する装置であり流出体１０１と、供給電極１０２（図１では図示せず。図３参照）と、帯電電極１０３と、帯電電源１０４とを備えている。

図２は、供給電極が外された流出体の挿入口側端部を示す斜視図である。

図３は、供給電極が挿入された状態の流出体の断面を示す斜視図である。

図４は、供給電極を流出体に挿脱する状態を示す斜視図である。

これらの図に示すように流出体１０１は、複数の流出孔１１１が長手方向（Ｙ軸方向）に直線的に並べられた状態で設けられ（図３参照）、複数の流出孔１１１に連通する円柱形状の貯留空間を有する貯留槽１１２が設けられている。流出体１０１の外形は、三角柱形状であり、断面（ＸＺ平面で仮想的に切断した断面）が逆三角形となるようにナノファイバ製造装置１００に配置されている。また、流出体１０１の下側の頂点に対応する部分（Ｚ軸方向における最下部）は、平面（ＸＹ平面において広がる）の先端部１１３となっている。流出体１０１は、絶縁性の材料で形成されている。例えば流出体１０１は、樹脂で形成されており、流出体１０１を構成する樹脂材料としては、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン等が例示できる。また、流出体１０１は、挿入口１１４と、封止手段１１５とを備えている。

挿入口１１４は、供給電極１０２を流出体１０１の外方から貯留槽１１２内に挿入し、また、貯留槽１１２内から抜き出すために流出体１０１の端部、または、周壁に設けられる孔である。挿入口１１４は、流出体１０１の内方に配置される貯留槽１１２と流出体１０１の外部とを連通する孔である。本実施の形態の場合、挿入口１１４は、棒状の流出体１０１の一端面から貯留槽１１２に至るまで貫通状に設けられている。

封止手段１１５は、流出体１０１の挿入口１１４を封止するための構造である。本実施の形態の場合、封止手段１１５は、挿入口１１４の周囲に設けられるＯリング溝１１６、および、フランジ１１７、Ｏリング（図示せず）で構成されている。フランジ１１７は、供給電極１０２の一端部側に設けられ、供給電極１０２の中心軸から放射方向に広がる円板状の部材である。なお、フランジ１１７には、円周上にボルト孔（図示せず）が複数個設けられており、流出体１０１とはボルトやフランジ１１７側に設けられる図示しないネジ部などによって締結され、Ｏリング溝１１６に配置されたＯリングをフランジ１１７と流出体１０１の挿入口１１４側との間で押しつぶすことにより、挿入口１１４を封止する。また、フランジ１１７は、供給電極１０２の端部に固定的に取り付けられており、供給電極１０２に電圧を印加するための導線が貫通状態で配置されている。

なお、封止手段１１５としてのＯリング、および、Ｏリングが配置されるＯリング溝１１６は、挿入口１１４の周囲に設けられるが、詳細には流出体１０１の挿入口１１４が封止できれば、流出体１０１の挿入口１１４側または供給電極１０２の一端部側にあるフランジ１１７側のいずれに設けられるものであっても良い。

流出孔１１１は、原料液３００を空間中に流出させる孔であり、流出体１０１に複数個設けられている。また、流出孔１１１の先端にある先端開口部１１８は、所定の間隔で一次元的に並んで（Ｙ軸方向に）配置されている。本実施の形態の場合、図３に示すように、流出孔１１１は、先端開口部１１８が同一平面（ＸＹ平面）内に直線的に並ぶように配置されており、先端開口部１１８が配置される方向（Ｙ軸方向）に対し流出孔１１１の管軸が直角に交わるように（Ｚ軸方向に）配置されている。

流出孔１１１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。また、先端開口部１１８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１０１の端部における先端開口部１１８の間隔は、流出体１０１の中央部における先端開口部１１８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。また、先端開口部１１８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、全ての先端開口部１１８が配置されるぎりぎりの領域を矩形で囲った場合、先端開口部１１８が前記矩形の幅方向には並ばない状態をいう。また、前記先端開口部１１８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、先端開口部１１８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１１３は、流出孔１１１の先端開口部１１８が配置される流出体１０１の部分であり、所定の間隔で配置される先端開口部１１８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１１３は、細長い矩形の平面（ＸＹ平面内に広がる）を表面に備え、その幅は、対応する先端開口部１１８の径よりも広くなるように設定されている。これにより、先端開口部１１８に発生する液溜まり３０３（テーラーコーン）を良好に保持することができる。

流出体１０１はさらに、流出孔１１１を挟むように配置される二つの側面部１１９を備えている。側面部１１９は、先端部１１３から滑らかに延設され、起立状態で配置される流出体１０１の部分である。なお、図中では先端部１１３と側面部１１９との間は、模式的に直線的に描かれている。また、側面部１１９は、先端部１１３から離れるに従い相互の間隔が広がるように配置されている。以上により、流出体１０１からイオン風が発生することを抑制し、また、イオン風が発生したとしても、空間中に流出する原料液３００と交差しない方向にイオン風を飛ばせることができるため、イオン風が影響を及ぼすことなく安定した状態でナノファイバ３０１を製造することが可能となる。

貯留槽１１２は、流出体１０１の内部に形成され、供給手段１０７（図１参照）から供給される原料液３００を貯留するタンクである。また、貯留槽１１２は、複数の流出孔１１１に接続され、流出孔１１１に同時に原料液３００を供給するものとなっている。本実施の形態の場合、貯留槽１１２は、流出体１０１に一つ設けられており、流出体１０１の一端部から他端部にわたって広く設けられ、全ての流出孔１１１と接続されている。

以上のように貯留槽１１２は、原料液３００を流出孔１１１の近傍で一時的に貯留し、複数の流出孔１１１に均等な圧力で原料液３００を供給する機能を備えており、これにより、各流出孔１１１から均等な状態で原料液３００を流出させることが可能となる。従って、製造されるナノファイバ３０１の品質の空間的なムラを抑制することが可能となる。また、貯留槽１１２内において、貯留槽１１２内に配置される供給電極１０２から原料液３００に電荷が供給されるものとなっている。

図５は、流出体の挿入口とは反対側の端部を示す斜視図である。

図６は、供給電極が挿入された流出体を断面で示す側面図である。

これらの図に示すように、本実施の形態における流出体１０１は、貯留槽１１２の内方に向かって開口し、挿入された供給電極１０２の先端部を収容する凹陥部１２０を備えている。凹陥部１２０によれば、供給電極１０２の先端を絶縁体で覆うことができるため、供給電極１０２の先端部において電気的に特異な角部などが貯留槽１１２内に配置される状態を回避することが可能となる。また、棒状の供給電極１０２を両端で保持することができるため、貯留槽１１２内で供給電極１０２が構造的に安定し、流出孔１１１の貯留槽側開口部１１０と供給電極１０２との位置関係を均一に維持することが可能となる。

供給手段１０７は、図１に示すように、流出体１０１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１７１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１７２とを備えている。

帯電電極１０３は、流出体１０１と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１０１の内部に配置された供給電極１０２に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、原料液３００に電荷を誘導するための導電性を備える部材である。本実施の形態の場合、帯電電極１０３は、ナノファイバ３０１を誘引する誘引手段としても機能しており、流出体１０１の先端部１１３と対向する位置に配置されている。供給電極１０２に正の電圧が印加されると帯電電極１０３には、負の電荷が誘導され、供給電極１０２に負の電圧が印加されると帯電電極１０３には、正の電荷が誘導される。

帯電電源１０４（図１参照）は、流出体１０１に高電圧を印加することのできる電源である。帯電電源１０４は、一般には、直流電源が好ましい。また、帯電電源１０４が帯電電極１０３と供給電極１０２との間に印加する電圧は、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。

本実施の形態のように、帯電電源１０４の一方電極を接地電位とし、帯電電極１０３を接地するものとすれば、比較的大型の帯電電極１０３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、帯電電極１０３に電源を接続して帯電電極１０３を高電圧に維持し、供給電極１０２を接地してもよい。また、帯電電極１０３と流出体１０１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。

収集手段１０５は、静電延伸現象により製造されるナノファイバ３０１を堆積させて収集する部材である。本実施の形態の場合、収集手段１０５は、シート状の収集部材１５１と、ロール１５２とを備えており、長尺状の収集部材１５１にナノファイバ３０１を堆積させながら、一方のロール１５２から他方のロール１５２へ収集部材１５１をゆっくりと送ることで、ナノファイバ３０１で構成される長尺の不織布を製造することができるものとなっている。

供給電極１０２は、貯留槽１１２内に流出孔１１１の管軸に交差する方向に延びて配置され、導電性材料からなり、貯留槽１１２と連通する流出孔１１１の貯留槽側開口部１１０に少なくとも対向する位置に滑らかな曲面を有する棒状の部材である。本実施の形態の場合、供給電極１０２はステンレス製の丸棒である。なお、供給電極１０２の材質は、導電性を備えておれば特に限定されるものではないが、原料液３００との反応性が低い材質を選ぶことが好ましい。この点においてはステンレス鋼は妥当な材質と言える。また、供給電極１０２の形状は、断面が円形の棒形状ばかりでなく、断面が半円形などでもかまわない。また、供給電極１０２は、円筒形など中空のものでもかまわない。

ここで、原料液３００は、溶質としてナノファイバ３０１を構成する樹脂（高分子樹脂）、溶質を溶解、または、分散させる溶媒とを含んでいる。

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樹脂を例示できる。また、溶質としては、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、本願発明は上記溶質に限定されるものではない。

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に無機質固体材料などを添加してもよい。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、本願発明は、上記添加剤が原料液３００に含まれるか否かについて影響は受けない。

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重量％〜３０重量％の範囲である。

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１０１に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１０１の貯留槽１１２に原料液３００が満たされる。

次に、帯電電源１０４により帯電電極１０３を正または負の高電圧とする。帯電電極１０３と対向する流出体１０１の先端部１１３に電荷が集中し、当該電荷が流出孔１１１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１０１の先端開口部１１８から帯電した原料液３００が流出する（流出工程）。

ここで、先端開口部１１８から流出する原料液３００は、先端開口部１１８を覆い先端部１１３から垂れ下がる液溜まり３０３を形成する。この液溜まり３０３は、複数ある先端開口部１１８毎に形成され、その先端から原料液３００が糸状に垂れ下がる。このように液溜まり３０３が形成されることで、イオン風の発生を抑制し、製造されるナノファイバ３０１の品質を高めることが可能となる。

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、原料液３００は、イオン風に影響されることなく強い帯電状態（高い電荷密度）で流出し、また、各先端開口部１１８から飛行する原料液３００が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、収集手段１０５の背方に配置される帯電電極１０３（誘引手段）と流出体１０１との間に発生する電界により、ナノファイバ３０１が収集手段１０５誘引される（誘引工程）。

以上により、収集手段１０５にナノファイバ３０１が堆積して収集される（収集工程）。収集手段１０５は、移動手段１２９によりゆっくり移送されているため、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回収される。なお、移動手段１２９とは、収集手段１０５と流出体１０１とを相対的に移動させる装置であり、本実施の形態の場合移動手段１２９は、ロール１５２を回転させるモータ（図示せず）などである。移動手段１２９であるモータがロール１５２を回転させることによりシート状の収集部材１５１が流出体１０１に対し相対的に移動する。

次に、ナノファイバ製造装置１００の操業を所定期間（例えば数時間乃至数日間）停止するために、原料液３００の供給を中止し、帯電電源１０４を切る。また、流出体１０１の流出孔１１１から原料液３００が漏れ出ないように、粘着テープなどにより流出孔１１１を封止する。この状態では、金属である供給電極１０２と原料液３００とが貯留槽１１２の中で接触した状態となっている。

次に、流出体１０１の挿入口１１４が上を向くように流出体１０１を配置した後、封止手段１１５のフランジ１１７を流出体１０１から分離する。なお、フランジ１１７と流出体１０１とはボルトなどによって締結されている場合は、ボルトを外してフランジ１１７を取り外す。フランジ１１７と供給電極１０２とが接続されている場合、フランジ１１７と共に流出体１０１から挿入口１１４を通して供給電極１０２を上方に向かって抜き出す。以上により、流出体１０１の貯留槽１１２内に保持される原料液３００は金属と接触しなくなる。

次に、供給電極１０２が抜き去られた流出体１０１の貯留槽１１２に通じる挿入口１１４を図示しない円板状の封止フランジ等により封止する。これにより貯留槽１１２内に空気が流入することを防止できる。なお、流出体１０１の挿入口１１４を封止する封止手段１１５のＯリングは、当該封止フランジ側に設けても良い。

以上により、原料液３００は、金属と接触することなく樹脂製の流出体１０１内部に保存され、安定した状態で長期間保存することが可能となる。

次に、ナノファイバ製造装置１００を再稼働する場合は、挿入口１１４を開放し、挿入口１１４に供給電極１０２を挿入し、封止手段１１５により挿入口１１４を封止すれば、貯留槽１１２内で保存された原料液３００を用いてナノファイバ３０１を製造することが可能となる。

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、操業を所定期間中断しても流出体１０１の貯留槽１１２に蓄えられた原料液３００を無駄にすることなく使用す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、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、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。

また、図７に示すように、流出体１０１の貯留槽１１２の内部に、供給電極１０２の長さ方向の中間部をスライド可能に保持するガイド手段１２１を備えてもかまわない。本実施の形態の場合、ガイド手段１２１は、貯留槽１１２内に吊り下げ状態で取り付けられる部材であり、供給電極１０２の下面を露出させつつ、供給電極１０２を保持することができるＣ字状の溝または丸状の孔を備えている。

また、図８に示すように、ガイド手段１２１は、貯留槽１１２の長手方向の全体にわたって設けられるものでもかまわない。なお、図８の場合、ガイド手段１２１は、流出体１０１と一体に形成されている。

また、図９に示すように、流出体１０１の長手方向に交差して挿入される複数の供給電極１０２を貯留槽１１２に配置してもかまわない。この場合、流出体１０１は、供給電極１０２の数に対応した複数の挿入口１１４を備える。これによれば、複数の供給電極１０２に個別に電圧を印加することができ、流出体１０１の長手方向の電界分布を調整して、ナノファイバ３０１の製造を行うことが可能となる。

また、図１０に示すように、流出体１０１の長手方向に供給電極１０２を突き合わせ状態で配置するような、供給電極１０２の数に対応した複数の挿入口１１４を備える流出体１０１の構成でもよい。この場合、挿入口１１４は、流出体１０１の両端面にそれぞれ１箇所ずつ設けられる。この配置は、流出体１０１が長い場合に有効である。また、突き合わせ部分が電気的に特異な部分となる状態を解消するため、二つの供給電極１０２の突き合わせ部分には、絶縁部材で構成される当接部１２２を設けてもかまわない。

本願発明は、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
１０１ 流出体
１０２ 供給電極
１０３ 帯電電極
１０４ 帯電電源
１０５ 収集手段
１０７ 供給手段
１１０ 貯留槽側開口部
１１１ 流出孔
１１２ 貯留槽
１１３ 先端部
１１４ 挿入口
１１５ 封止手段
１１６ Ｏリング溝
１１７ フランジ
１１８ 先端開口部
１１９ 側面部
１２０ 凹陥部
１２１ ガイド手段
１２２ 当接部
１２９ 移動手段
１５１ 収集部材
１５２ ロール
１７１ 容器
１７２ 案内管
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ

Claims (5)

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と、複数の前記流出孔に接続され、前記流出孔に同時に原料液を供給する貯留槽を有する絶縁性材料からなる流出体と、
   前記貯留槽内に前記流出孔の管軸に交差する方向に延びて配置され、導電性材料からなり、少なくとも流出孔の貯留槽側開口部に対向する位置に滑らかな曲面を有する棒状の供給電極と、
   前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、
   前記供給電極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
   を備え、
   前記流出体は、
   前記供給電極を当該流出体の外方から前記貯留槽内に挿入する挿入口とを有し、
   前記挿入口の周囲に設けられ、前記挿入口を封止する封止手段を備える
   ナノファイバ製造装置。
2. 前記流出体は、
   前記貯留槽に向かって開口し、挿入された前記供給電極の先端部を収容する凹陥部を備える
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
3. 前記流出体は、前記供給電極の長さ方向の中間部をスライド可能に保持するガイド手段を備える
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
4. 当該ナノファイバ製造装置は、複数の前記供給電極を備え、
   前記流出体は、複数の前記供給電極に対応する複数の挿入口を備える
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
5. 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と、複数の前記流出孔に接続され、前記流出孔に同時に原料液を供給する貯留槽を有する絶縁性材料からなる流出体と、前記貯留槽内に前記流出孔の管軸に交差する方向に延びて配置され、導電性材料からなり、少なくとも流出孔の貯留槽側開口部に対向する位置に滑らかな曲面を有する棒状の供給電極と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記供給電極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を備え、前記流出体は、前記供給電極を当該流出体の外方から前記貯留槽内に挿入する挿入口とを有し、前記供給電極が挿入された前記挿入口の周囲に設けられ、前記挿入口を封止する封止手段を備えるナノファイバ製造装置を用い、
   ナノファイバ製造装置を稼働させる際に、
   前記挿入口を開放し、
   前記挿入口に前記供給電極を挿入して前記流出体の前記貯留槽に前記供給電極を配置し、
   前記封止手段を用いて前記挿入口を封止した後、
   ナノファイバを製造する
   ナノファイバ製造方法。

Images