JP4591499B2

JP4591499B2 - Method and apparatus for producing nanofiber and polymer web

Info

Publication number: JP4591499B2
Application number: JP2007303536A
Authority: JP
Inventors: 寛人住田; 崇裕黒川; 和宜石川; 善章冨永; 幹夫竹澤; 光弘高橋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP4962605B2; CN101542025A; JP2008150769A; CN101542025B; JP2010265575A

Description

本発明は、高分子物質から成るナノファイバー及びそのナノファイバーを堆積した高多孔性の高分子ウェブの製造方法と装置に関するものである。 The present invention relates to a nanofiber made of a polymer material and a method and apparatus for producing a highly porous polymer web on which the nanofiber is deposited.

従来、高分子物質から成るサブミクロンスケールの直径を有するナノファイバーを製造する方法として、エレクトロスピニング法（電荷誘導紡糸法）が知られている。従来のエレクトロスピニング法では、高電圧を印加した針状のノズルに高分子溶液を供給することで、この針状のノズルから線状に流出する高分子溶液に電荷が帯電され、高分子溶液の溶媒蒸発に伴って帯電電荷間の距離が小さくなって作用するクーロン力が大きくなり、そのクーロン力が線状の高分子溶液の表面張力より勝った時点で線状の高分子溶液が爆発的に延伸される現象が生じ、この静電爆発と称する現象が、一次、二次、場合によっては三次等と繰り返されることで、サブミクロンの直径の高分子から成るナノファイバーが製造されるものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, an electrospinning method (charge-induced spinning method) is known as a method for producing a nanofiber having a submicron-scale diameter made of a polymer material. In the conventional electrospinning method, by supplying a polymer solution to a needle-shaped nozzle to which a high voltage is applied, the polymer solution that flows out linearly from the needle-shaped nozzle is charged, and the polymer solution As the solvent evaporates, the distance between the charged charges decreases and the acting Coulomb force increases, and when the Coulomb force exceeds the surface tension of the linear polymer solution, the linear polymer solution explodes. A phenomenon of stretching occurs, and this phenomenon called electrostatic explosion is repeated as primary, secondary, and in some cases, tertiary, etc., so that nanofibers made of a polymer with a submicron diameter are produced. .

こうして製造されたナノファイバーを電気的に接地された基板上に堆積させることで、立体的な網目を持つ３次元構造の薄膜を得ることができ、さらに厚く形成することでサブミクロンの網目を持つ高多孔性ウェブを製造することができる。こうして製造された高多孔性ウェブはフィルタや電池のセパレータや燃料電池の高分子電解質膜や電極等に好適に適用することができるとともに、このナノファイバーから成る高多孔性ウェブを適用することによってそれぞれの性能を飛躍的に向上させることが期待できる。 By depositing the nanofibers thus manufactured on an electrically grounded substrate, a three-dimensional thin film having a three-dimensional network can be obtained, and by forming it thicker, it has a submicron network. A highly porous web can be produced. The highly porous webs thus produced can be suitably applied to filters, battery separators, polymer electrolyte membranes and electrodes of fuel cells, etc., and by applying these highly porous webs made of nanofibers, respectively. It can be expected to dramatically improve the performance.

ところが、従来のエレクトロスピニング法では、１本のノズルの先から１〜数本のナノファイバーしか製造されないので、高多孔性の高分子ウェブを生産しようとしても、生産性が上がらないため、実現できないという問題があった。そこで、ナノファイバーを多量に生成して高分子ウェブを製造する方法として、複数のノズルを用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 However, in the conventional electrospinning method, only one to several nanofibers are produced from the tip of one nozzle, and therefore, even if an attempt is made to produce a highly porous polymer web, the productivity does not increase, which cannot be realized. There was a problem. Thus, as a method for producing a polymer web by producing a large amount of nanofibers, a method using a plurality of nozzles has been proposed (for example, see Patent Document 1).

上記特許文献１に記載された高分子ウェブ製造装置の構成を、図１８を参照して説明すると、複数のノズル６１を有する紡糸部６２にバレル６３内の液状高分子物質をポンプ６４にて送給し、高電圧発生部６５からノズル６１に５〜５０ｋＶの高電圧を印加し、接地又はノズル６１と異なる極性に帯電させたコレクタ６６上にノズル６１から排出されたファイバーを堆積させてウェブを形成するとともに、形成されたウェブをコレクタ６６にて移送して高分子ウェブを製造するように構成されている。また、ノズル６１の先端近傍に電荷分配板６７を配設してノズル６１間の電気的干渉を最小化させるとともに、コレクタ６６との間に高電圧を印加し、帯電したファイバーをコレクタ６６に向けて付勢する電界を付与することも記載されている。 The configuration of the polymer web manufacturing apparatus described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. 18. The liquid polymer substance in the barrel 63 is fed by the pump 64 to the spinning section 62 having a plurality of nozzles 61. The high voltage generator 65 applies a high voltage of 5 to 50 kV to the nozzle 61, and the web discharged from the nozzle 61 is deposited on the ground 66 or the collector 66 charged to a polarity different from that of the nozzle 61. At the same time, the formed web is transferred by the collector 66 to produce a polymer web. In addition, a charge distribution plate 67 is disposed in the vicinity of the tip of the nozzle 61 to minimize electrical interference between the nozzles 61, and a high voltage is applied between the collector 66 and the charged fiber is directed to the collector 66. It is also described that an electric field is applied.

さらに図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、紡糸部６２に、単一のノズルを複数設けるのではなく、複数本のノズル６１からなるマルチノズル６１Ａを複数設けて構成し、各マルチノズル６１Ａからそれぞれ複数本のナノファイバーを生成させるようにすることも開示されている。
特開２００２−２０１５５９号公報 Further, as shown in FIGS. 19A and 19B, the spinning unit 62 is not provided with a plurality of single nozzles but is provided with a plurality of multi-nozzles 61A including a plurality of nozzles 61. It is also disclosed that a plurality of nanofibers are generated from each nozzle 61A.
JP 2002-201559 A

ところが、図１８や図１９に示された構成で、一層生産性よく高分子ウェブを製造するため、紡糸部６２におけるノズル６１及び各マルチノズル６１Ａにおけるノズル６１の配置間隔を小さくし、単位面積当たりのノズル本数を多くしようとすると、図２０に示すように、各ノズル６１から流出した高分子物質が同極の電荷を帯電しているため、矢印Ｇで示すように互いに反発し合い、中央部のノズル６１からの流出が阻害されるとともに、周辺部のノズル６１からの流出方向が外側に向き、コレクタ６６上でのナノファイバーの堆積分布が中央部で極端に少なく、周辺部に集中してしまい、均一な高分子ウェブを製造することができないという問題がある。 However, in order to produce a polymer web with higher productivity with the configuration shown in FIGS. 18 and 19, the arrangement interval of the nozzles 61 in the spinning section 62 and the nozzles 61 in each multi-nozzle 61A is reduced, so that per unit area. When the number of nozzles is increased, as shown in FIG. 20, the polymer substances flowing out from the nozzles 61 are charged with the same polarity. Outflow from the nozzle 61 is obstructed, the outflow direction from the nozzle 61 in the peripheral portion is directed outward, the nanofiber deposition distribution on the collector 66 is extremely small in the central portion, and is concentrated in the peripheral portion. Therefore, there is a problem that a uniform polymer web cannot be produced.

また、ノズル６１の先端近傍に電荷分配板６７を配設した場合、図２１に示すように、ノズル６１間の電気的干渉を低減させるとともに、電荷分配板６７からコレクタ６６に向かう電界Ｅが形成されることで、各ノズル６１から流出した高分子物質をコレクタ６６に向けて加速させる作用が得られることで、図２０の場合に比して、中央部と周辺部とのナノファイバーの堆積分布の均一化をある程度図ることができる一方で、ノズル６１の配置パターンがそのまま堆積分布に投影されるようになり、堆積分布の均一化に十分な効果を発揮するものではないという問題がある。 Further, when the charge distribution plate 67 is disposed in the vicinity of the tip of the nozzle 61, as shown in FIG. 21, the electric interference between the nozzles 61 is reduced, and an electric field E from the charge distribution plate 67 toward the collector 66 is formed. As a result, the action of accelerating the polymer substance flowing out from each nozzle 61 toward the collector 66 can be obtained, so that compared with the case of FIG. However, there is a problem that the arrangement pattern of the nozzles 61 is projected as it is onto the deposition distribution and does not exhibit a sufficient effect for making the deposition distribution uniform.

また、ノズル６１の配置密度を高くした場合、溶媒が十分に蒸発しない状態でファイバー同士が接触して互いに溶着してしまう恐れがあり、またノズル近傍の空間で蒸発した溶媒濃度が高くなって絶縁性が低下し、コロナ放電が発生してファイバーが形成されない恐れがあるという問題がある。 In addition, when the arrangement density of the nozzles 61 is increased, there is a risk that the fibers may come into contact with each other in a state where the solvent does not sufficiently evaporate and weld to each other. There is a problem that there is a possibility that corona discharge may occur and fibers may not be formed.

また、多数のノズル６１を配設した場合に、各ノズル６１に対して均等に液状高分子物質を供給するのが困難であり、そのため装置構成が複雑になって設備コストが高くなるという問題がある。また、ノズル６１から流出した液状高分子物質に静電爆発を起させるためには電荷を集中させる必要があり、そのため各ノズル６１は細くて長い形状に形成されているが、多数の細くて長いノズル６１を常に適正な状態に維持するためのメンテナンスも極めて困難であるという問題がある。 Further, when a large number of nozzles 61 are provided, it is difficult to uniformly supply the liquid polymer material to the nozzles 61. Therefore, there is a problem that the apparatus configuration becomes complicated and the equipment cost increases. is there. In addition, in order to cause electrostatic explosion on the liquid polymer material flowing out from the nozzle 61, it is necessary to concentrate electric charges. For this reason, each nozzle 61 is formed in a thin and long shape. There is a problem that maintenance for always maintaining the nozzle 61 in an appropriate state is extremely difficult.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ナノファイバー及びそれを用いた高分子ウェブを生産性良くかつ均一にしかも簡単な構成にて製造することができるナノファイバー及び高分子ウェブの製造方法と装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and it is possible to produce nanofibers and polymer webs that can produce nanofibers and polymer webs using the same in a highly productive, uniform and simple configuration. It is an object to provide a method and apparatus.

本発明のナノファイバーの製造方法は、複数の小穴を有する導電性の回転容器内に、高分子物質を溶媒に溶解した高分子溶液を供給しつつ回転容器を回転させ、回転容器の小穴から流出する高分子溶液に電荷を帯電させ、流出した線状の高分子溶液を遠心力と溶媒の蒸発に伴う静電爆発にて延伸させて高分子物質から成るナノファイバーを生成するナノファイバー生成工程と、生成工程中のナノファイバーを回転容器の軸心方向の一側方から他側方に向けて偏向させて流動させる偏向流動工程とを有し、前記回転容器の回転軸が支持筒体内に回転自在に支持され、且つ支持筒体に回転駆動手段としてのモータを内蔵し、前記偏向流動工程において、前記支持筒体から前記回転容器に向けた方向に、前記回転容器の外周の全周に送風することにより、ナノファイバーを偏向させて流動させるものである。 In the method for producing nanofibers of the present invention, a rotating container is rotated while supplying a polymer solution in which a polymer substance is dissolved in a solvent into a conductive rotating container having a plurality of small holes, and then flows out from the small holes of the rotating container. A nanofiber generation process in which a charged polymer solution is charged, and the linear polymer solution that has flowed out is stretched by electrostatic explosion caused by centrifugal force and evaporation of the solvent to produce nanofibers composed of the polymer material; the nanofibers in the generation step is deflected toward the other side from the one side in the axial direction of the rotating container have a deflecting flow step of flowing, rotating the rotation axis of the rotating container to the support cylinder body A motor that is freely supported and has a built-in motor as a rotation driving means in the support cylinder, and in the deflection flow process, air is blown to the entire circumference of the outer periphery of the rotary container in the direction from the support cylinder to the rotary container. in particular to Ri, is intended to flow to deflect the nanofibers.

上記構成によれば、回転容器の複数の小穴から高分子溶液が電荷を帯電されて線状に流出する際に、まず遠心力の作用によって延伸されるので、静電爆発のみで最初から延伸させるのとは異なって高分子溶液に電荷を帯電させるための細長いノズルは必要でなく、また放射状に流出することで電界干渉に左右され難いために小穴を高密度に配設しても確実かつ効果的に延伸され、その後延伸されて径が細くなるとともに溶媒が蒸発することで帯電されていた電荷が集中し、そのクーロン力が表面張力を超えた時点で一次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、その後さらに溶媒が蒸発して同様に二次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、場合によってはさらに三次静電爆発等が生じて延伸されることで、複数の小穴から流出した線状の高分子溶液からサブミクロンの直径を有する高分子物質から成るナノファイバーを効率的に製造することができ、さらに上記のように遠心力の作用で延伸された後、そのまま放射状に広がろうとするのを回転容器の軸心方向に偏向させて流動させるので、生成されるナノファイバーを所要の範囲内に容易に収集することができる。また、ファイバー化しなかった液滴などが生じても、それはそのまま遠心力で周囲に飛散し、適正なナノファイバーだけが偏向して流動するため、品質の良いナノファイバーだけを収集することができる。また、上記のように小穴を高密度に配設することができるので、多量のナノファイバーを簡単かつコンパクトな構成にて効率的に製造することができる。また、小穴から流出した高分子溶液をまず遠心力で延伸させるので、小穴を極端に小さくしなくても良く、かつ上記のように電荷を帯電させるために長いノズルを設けなくても良いので、短寸のノズル部材を配置したり、回転容器に小穴を設けるだけでも良く、容易かつ安価に製作できかつ多数の小穴を設けていてもメンテナンスを簡単に行うことができる。また、小穴を極端に小さくした場合でも、回転容器の回転数を上げて遠心力を増すことで、小穴から高分子溶液を流出することができ、ナノファイバーを安定して生成できる。 According to the above configuration, when the polymer solution is charged with electric charges from a plurality of small holes of the rotating container and flows out linearly, the polymer solution is first stretched by the action of centrifugal force. Unlike the above, there is no need for an elongated nozzle to charge the polymer solution with electric charges, and since it is difficult to be affected by electric field interference by flowing out radially, it is surely effective even if small holes are arranged at high density Stretched and then stretched, the diameter is reduced and the solvent is evaporated, and the charged charge is concentrated, and when the Coulomb force exceeds the surface tension, a primary electrostatic explosion occurs and explosively occurs. Then, the solvent further evaporates and a secondary electrostatic explosion occurs in the same manner, and it is explosively stretched. In some cases, a third electrostatic explosion or the like occurs and the film is stretched to flow out from a plurality of small holes. Linear polymer solution It is possible to efficiently produce nanofibers made of a polymer material having a diameter of submicron from the above, and after being stretched by the action of centrifugal force as described above, the rotating container is intended to spread radially. Therefore, the produced nanofibers can be easily collected within a required range. Further, even if droplets that have not been made into fibers are generated, they are scattered as they are by centrifugal force, and only appropriate nanofibers are deflected and flow, so that only high-quality nanofibers can be collected. In addition, since the small holes can be arranged with high density as described above, a large amount of nanofibers can be efficiently manufactured with a simple and compact configuration. In addition, since the polymer solution flowing out from the small hole is first stretched by centrifugal force, it is not necessary to make the small hole extremely small, and it is not necessary to provide a long nozzle to charge the charge as described above. A short nozzle member may be arranged or a small hole may be provided in the rotating container, and it can be manufactured easily and inexpensively, and maintenance can be easily performed even if a large number of small holes are provided. Even when the small holes are extremely small, the polymer solution can flow out of the small holes by increasing the rotational speed of the rotating container and increasing the centrifugal force, and nanofibers can be stably generated.

また、前記支持筒体は風洞筒体内に同芯状に配設され、前記偏向流動工程において前記支持筒体と風洞筒体の間の送風路に送風する。 The support cylinder is disposed concentrically in the wind tunnel cylinder, and blows air to the air passage between the support cylinder and the wind tunnel cylinder in the deflection flow step .

また、前記風洞筒体の前記回転容器と反対側にファン配置筒部が設けられ、このファン配置筒部に前記送風ファンが内蔵されており、前記偏向流動工程において、前記送風ファンにより前記送風路に送風する。 Further , a fan arrangement cylinder portion is provided on the opposite side of the wind tunnel cylinder to the rotary container, and the blower fan is built in the fan arrangement cylinder portion. To blow .

また、回転容器が、周面に複数の小穴を有し、これらの小穴は円周方向および回転軸方向に並べて形成されていると、筒状容器の全周から均一に多量のナノファイバーを一度に製造することができ、高い生産性を確保することができるとともに、形状・構成が簡単であるため設備コストの低廉化を図ることができる。 In addition, when the rotating container has a plurality of small holes on the peripheral surface and these small holes are formed side by side in the circumferential direction and the rotation axis direction , a large amount of nanofibers can be uniformly distributed from the entire circumference of the cylindrical container. In addition to being able to secure high productivity, it is possible to reduce the equipment cost because the shape and configuration are simple.

また、本発明の高分子ウェブの製造方法は、回転容器に対してその軸心方向他側方に間隔をあけて配置した導電性のコレクタに、ナノファイバーの帯電電荷に対して電位差を有する電圧を印加若しくはコレクタを接地し、上記のナノファイバーの製造方法にて生成されたナノファイバーをコレクタ上に堆積させて高分子ウェブを製造するものである。 Further, the polymer web manufacturing method of the present invention includes a voltage having a potential difference with respect to the charged charge of the nanofibers on a conductive collector disposed at an interval on the other side in the axial direction with respect to the rotating container. Or the collector is grounded, and the nanofibers produced by the nanofiber production method described above are deposited on the collector to produce a polymer web.

この構成によれば、上記のように電荷を帯電した状態で多量に製造されたナノファイバーが電界の作用を受けてコレクタに向けて移動し、効率的にコレクタ上に堆積することで、高多孔性の高分子ウェブを生産性良く製造することができる。なお、コレクタに、その上に堆積された高分子ウェブを順次移送する機能を持たせても良い。また、コレクタに直接堆積しても、その上に配置した部材に堆積させても良い。 According to this configuration, the nanofibers manufactured in large quantities in the charged state as described above move toward the collector under the action of the electric field, and efficiently deposit on the collector, thereby achieving high porosity. Can be produced with good productivity. Note that the collector may have a function of sequentially transferring the polymer web deposited thereon. Further, it may be deposited directly on the collector or may be deposited on a member disposed thereon.

また、本発明のナノファイバーの製造装置は、回転自在に支持されるとともに回転軸心から径方向に距離をあけて複数の小穴を有する導電性の回転容器と、回転容器内に溶媒に高分子物質を溶解した高分子溶液を供給する高分子溶液供給手段と、回転容器を回転駆動する回転駆動手段と、回転容器の小穴から流出する高分子溶液に電荷を帯電させる帯電手段と、回転容器の軸心方向一側に配置され、回転容器の小穴から帯電して流出する高分子溶液にて生成されるナノファイバーを回転容器の軸心方向他側方に向けて偏向させて流動させる偏向流動手段と、高分子溶液供給手段と回転駆動手段と帯電手段と偏向流動手段を制御する制御部とを備え、前記回転容器の回転軸が支持筒体内に回転自在に支持され、且つ支持筒体に回転駆動手段としてのモータを内蔵し、前記偏向流動手段は、前記支持筒体から前記回転容器に向けた方向に、前記回転容器の外周の全周に送風することにより、ナノファイバーを偏向させて流動させるものであり、上記ナノファイバーの製造方法を実施してその効果を奏することができる。なお、帯電手段は、好適には回転容器に高電圧を印加し、若しくは回転容器との間で電界を発生するように回転容器と間隔をあけて配設されたナノファイバーのコレクタ等の部材に高電圧を印加する高電圧発生手段にて構成される。 In addition, the nanofiber manufacturing apparatus of the present invention includes a conductive rotating container that is rotatably supported and has a plurality of small holes at radial distances from the rotation axis, and a polymer as a solvent in the rotating container. A polymer solution supply means for supplying a polymer solution in which a substance is dissolved, a rotation drive means for rotating the rotating container, a charging means for charging the polymer solution flowing out from a small hole of the rotating container, A deflecting flow means that is arranged on one side in the axial direction and deflects and flows the nanofibers generated by the polymer solution charged and discharged from the small hole of the rotating container toward the other side in the axial direction of the rotating container. And a controller for controlling the polymer solution supply means, the rotation drive means, the charging means, and the deflection flow means, and the rotary shaft of the rotary container is rotatably supported in the support cylinder and is rotated by the support cylinder. As drive means A built-in motor, the deflection flow means, in a direction toward the rotating container from the support cylinder, by blowing the entire circumference of the outer periphery of the rotating container, intended to flow to deflect the nanofiber Yes, the above-described method for producing nanofibers can be carried out to achieve the effect. The charging means preferably applies a high voltage to the rotating container, or a member such as a nanofiber collector disposed at a distance from the rotating container so as to generate an electric field with the rotating container. It is comprised by the high voltage generation means which applies a high voltage.

また、前記支持筒体は風洞筒体内に同芯状に配設され、前記偏向流動手段は前記支持筒体と風洞筒体の間の送風路に送風する。 Further, the support cylinder is disposed concentrically in the wind tunnel cylinder, and the deflection flow means blows air to an air passage between the support cylinder and the wind tunnel cylinder .

また、前記風洞筒体の前記回転容器と反対側にファン配置筒部が設けられ、このファン配置筒部に前記送風ファンが内蔵されており、前記偏向流動手段は、前記送風ファンにより前記送風路に送風する。 Further , a fan arrangement cylinder part is provided on the opposite side of the wind tunnel cylinder to the rotary container, and the blower fan is built in the fan arrangement cylinder part. To blow .

また、回転容器は、周面に複数の小穴を有し、これらの小穴は円周方向および回転軸方向に並べて形成されていると、円筒容器の全周から均一に多量のナノファイバーを一度に製造することができ、高い生産性を確保することができるとともに、形状・構成が簡単であるため設備コストの低廉化を図ることができる。 The rotary container, have a plurality of small holes in the circumferential surface, when these small holes are formed side by side in the circumferential direction and the axial direction, uniformly from the entire circumference of the cylindrical container a large amount of nanofibers at a time It can be manufactured, high productivity can be secured, and since the shape and configuration are simple, the equipment cost can be reduced.

また、本発明の高分子ウェブの製造装置は、上記ナノファイバーの製造装置を適用した高分子ウェブの製造装置であって、回転容器に対してその軸心方向他側方に間隔をあけて、導電性を有しかつナノファイバーの帯電電荷に対して電位差を有する電圧を印加若しくは接地されたコレクタを配設したものであり、上記のように製造されたナノファイバーがコレクタ上に堆積され、効率的に高分子ウェブを製造することができる。 Further, the polymer web production apparatus of the present invention is a polymer web production apparatus to which the nanofiber production apparatus is applied, with an interval in the axial direction other side with respect to the rotating container, A collector that is electrically conductive and has a potential difference with respect to the charged charge of the nanofiber is applied or grounded, and the nanofiber manufactured as described above is deposited on the collector to improve efficiency. In particular, a polymer web can be produced.

また、ナノファイバーが付着堆積するシート材をコレクタ上を所定の速度で移動させるシート材移動手段を設けると、所要厚さの高分子ウェブが形成されたシートを連続的に製造することができる。 Further, if a sheet material moving means for moving the sheet material on which the nanofibers are adhered and deposited on the collector at a predetermined speed is provided, a sheet on which a polymer web having a required thickness is formed can be continuously produced.

また、ナノファイバーを生成してコレクタに向けて流動させるナノファイバーの製造装置を、少なくともコレンタの一辺と平行な方向又はシート材の移動方向と直交する方向に相対的に往復移動させる堆積移動手段を設けると、広い面積のコレクタや幅広のシート材上の全面にナノフアイバーを単一の製造工程にて均一に堆積させることができ、コンパクトな構成のナノファイバー生成部を用いて生産性良く大面積の高分子ウェブを製造することができる。 Also, a deposition moving means for reciprocally moving the nanofiber manufacturing apparatus for generating and flowing the nanofiber toward the collector in at least a direction parallel to one side of the collector or a direction perpendicular to the moving direction of the sheet material. If provided, nanofibers can be uniformly deposited on the entire surface of a wide area collector or wide sheet material in a single manufacturing process, and a large area with good productivity using a nanofiber generator with a compact configuration The polymer web can be produced.

本発明のナノファイバー及び高分子ウェブの製造方法と装置によれば、複数の小穴から高分子溶液が線状に流出して遠心力で延伸されるとともに静電爆発によって延伸されるため、高分子物質から成るナノファイバーが効率的に製造され、さらに遠心力で放射状に広がろうとする生成工程中のナノファイバーを回転容器の軸心方向に偏向させて流動させるので、ナノファイバーを所要の範囲内に容易に収集することができ、安定的かつ効率的にナノファイバーを製造でき、またファイバー化しなかった液滴などはそのまま遠心力で周囲に飛散し、適正なナノファイバーだけが偏向して流動するため、品質の良いナノファイバーだけを収集することができ、またそれをコレクタ上に堆積させることで高分子ウェブを生産性良く製造することができる。 According to the method and apparatus for producing nanofibers and polymer webs of the present invention, a polymer solution flows linearly from a plurality of small holes and is stretched by centrifugal force and stretched by electrostatic explosion. Nanofibers made of materials are efficiently produced, and the nanofibers in the production process that are going to spread radially by centrifugal force are deflected in the axial direction of the rotating vessel and flowed, so that the nanofibers are within the required range. Can be collected easily, and nanofibers can be manufactured stably and efficiently. In addition, droplets that have not been made into fibers are scattered around by centrifugal force, and only proper nanofibers are deflected and flow. Therefore, only high-quality nanofibers can be collected, and polymer webs can be produced with high productivity by depositing them on the collector. That.

以下、本発明のナノファイバー及び高分子ウェブの製造方法と装置の各実施形態について、図１〜図１７を参照しながら説明する。 Hereinafter, each embodiment of the manufacturing method and apparatus of the nanofiber and polymer web of the present invention will be described with reference to FIGS.

（第１の実施形態）
まず、本発明の高分子ウェブの製造装置の第１の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。 (First embodiment)
First, a first embodiment of the polymer web production apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１〜図３において、１は回転容器としての、直径が２０〜５００ｍｍの円筒状容器であり、その一端の軸心部に回転筒体２の端部が貫通されて一体固定され、回転筒体２にて軸心回りに矢印Ｒのように回転可能に支持されている。回転筒体２は電気絶縁性の高い材料にて構成されている。円筒状容器１の他端は閉鎖され、周面には、直径が０．０１〜２ｍｍ程度の小穴３が数ｍｍピッチ間隔で円周方向および回転軸方向に並べて多数形成されている。なお、小穴３は円筒状容器１の周壁に直接開口した穴にて構成しても、周壁に装着した短寸のノズル部材にて構成してもよい。回転筒体２は電気絶縁性の高い材料にて構成された支持フレーム４にてベアリング５を介して回転自在に支持され、かつその外周に設けられたプーリ６とモータ９の出力軸に設けられたプーリ７との間に巻回されたベルト８を介して回転駆動手段としてのモータ９にて、数１００〜１００００ｒｐｍの回転速度で回転駆動される。モータ９としては、センサが高圧ノイズの影響を受けて誤動作する恐れがあるので、センサレスＤＣモータが好適に適用される。 1 to 3, reference numeral 1 denotes a cylindrical container having a diameter of 20 to 500 mm as a rotating container. The end of the rotating cylinder 2 is penetrated and fixed integrally with an axial center of one end of the rotating container. The body 2 is supported so as to be rotatable around an axis as indicated by an arrow R. The rotating cylinder 2 is made of a material having high electrical insulation. The other end of the cylindrical container 1 is closed, and a plurality of small holes 3 having a diameter of about 0.01 to 2 mm are arranged in the circumferential direction and the rotation axis direction at intervals of several mm on the circumferential surface. In addition, the small hole 3 may be comprised by the hole directly opened to the surrounding wall of the cylindrical container 1, or may be comprised by the short nozzle member with which the surrounding wall was mounted | worn. The rotating cylinder 2 is rotatably supported via a bearing 5 by a support frame 4 made of a material having high electrical insulation, and is provided on an output shaft of a pulley 6 and a motor 9 provided on the outer periphery thereof. The motor 9 as a rotational drive means is rotationally driven at a rotational speed of several hundred to 10,000 rpm through a belt 8 wound between the pulley 7 and the pulley 7. A sensorless DC motor is preferably used as the motor 9 because the sensor may malfunction due to the influence of high-voltage noise.

円筒状容器１内には、回転筒体２を貫通して円筒状容器１内に挿入された溶液供給管１０を通してナノファイバーの材料である高分子物質を溶媒に溶解した高分子溶液１１が供給される。溶液供給管１０の先端部はＬ字屈曲部２０が形成され、その先端が円筒状容器１内に突出している回転筒体２の挿入端部２ａの外周より径方向外側に位置するように構成されている。高分子溶液１１は、貯留容器１２から高分子溶液供給手段としての供給ポンプ１３にて溶液供給管１０に向けて所定流量で送給される。 A polymer solution 11 in which a polymer substance, which is a nanofiber material, is dissolved in a solvent is supplied into the cylindrical container 1 through a solution supply pipe 10 that passes through the rotating cylinder 2 and is inserted into the cylindrical container 1. Is done. An L-shaped bent portion 20 is formed at the distal end of the solution supply pipe 10, and the distal end is configured to be positioned radially outward from the outer periphery of the insertion end 2 a of the rotating cylinder 2 protruding into the cylindrical container 1. Has been. The polymer solution 11 is fed from the storage container 12 to the solution supply pipe 10 at a predetermined flow rate by a supply pump 13 as a polymer solution supply unit.

高分子溶液１１を構成する高分子物質としては、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−フェニレンイソフラテート、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、ナイロン、アラミド、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、ポリペプチド等が好適なものとして例示でき、さらには核酸や蛋白質などの生体高分子なども例示でき、これらより選ばれる少なくとも一種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。 Examples of the polymer substance constituting the polymer solution 11 include polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly-m-phenylene terephthalate, poly-p-phenylene isophthalate, polyfluoride. Vinylidene, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, nylon, aramid, poly Caprolactone, polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, polypeptide, etc. are preferred Can be exemplified as ones, and even can be exemplified such as biopolymers such as nucleic acids or proteins, at least one selected from these are used, but the invention is not particularly limited thereto.

また、使用できる溶媒としては、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、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、ピリジン、水等を例示でき、これらより選ばれる少なくとも一種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。 Examples of the solvent that can be used include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, hexafluoroisopropanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, dibenzyl alcohol, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, methyl ethyl ketone, Methyl isobutyl ketone, methyl n-hexyl ketone, methyl n-propyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, acetone, hexafluoroacetone, phenol, formic acid, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl benzoate, ethyl benzoate , Propyl benzoate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, methyl chloride, ethyl chloride, methylene chloride, chloroform, o Chlorotoluene, p-chlorotoluene, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibromopropane, methyl bromide, ethyl bromide, propyl bromide, acetic acid, benzene , Toluene, hexane, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, acetonitrile, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, pyridine, water, etc., and at least one selected from these Although used, it is not particularly limited to these.

また、高分子溶液１１には無機質固体材料を混入することも可能である。その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、耐熱性、加工性などの観点からは酸化物を用いるのが好ましい。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等を例示でき、これらより選ばれる少なくとも一種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。使用する溶媒の量は、高分子物質の種類や生成する高分子溶液の粘度や回転数や生成するナノファイバーの径等の条件により異なるが、６０％体積重量から９５％体積重量の間で使用される場合が殆どである。 The polymer solution 11 can be mixed with an inorganic solid material. Examples of the inorganic solid material include oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, fluorides, sulfides, etc. From the viewpoint of heat resistance and workability, oxides are used. preferable. The oxides include Al2O3, SiO2, TiO2, Li2O, Na2O, MgO, CaO, SrO, BaO, B2O3, P2O5, SnO2, ZrO2, K2O, Cs2O, ZnO, Sb2O3, As2O3, CeO2, V2O3, Cr2O3, Cr2O3, Cr2O3 , CoO, NiO, Y 2 O 3, Lu 2 O 3, Yb 2 O 3, HfO 2, Nb 2 O 5 and the like can be exemplified, and at least one selected from these can be used, but is not particularly limited thereto. The amount of solvent used varies depending on the type of polymer material, the viscosity of the polymer solution to be produced, the number of rotations, the diameter of the nanofiber to be produced, etc., but it is used between 60% volume weight and 95% volume weight. In most cases.

円筒状容器１には、第１の高電圧発生手段１４にて発生させた１ｋＶ〜１００ｋＶ、好適には１０ｋＶ〜１００ｋＶの高電圧が、ベアリング５、導電部材１５を介して印加され、内部に収容された高分子溶液１１に電荷を帯電させるように構成されている。円筒状容器１がモータ９にて高速で回転駆動されると、電荷を帯電された高分子溶液１１に遠心力が作用して各小穴３から線状に流出し、さらに遠心力の作用で延伸されて細い高分子線状体が生成されるとともにその溶媒が蒸発することで高分子線状体の径が細くなる。それに伴って、帯電されていた電荷が集中し、そのクーロン力が高分子溶液の表面張力を超えた時点で一次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、その後さらに溶媒が蒸発して同様に二次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、場合によってはさらに三次静電爆発等が生じて延伸されることで、サブミクロンの直径を有する高分子物質から成るナノファイバーが効率的に製造される。 A high voltage of 1 kV to 100 kV, preferably 10 kV to 100 kV, generated by the first high voltage generating means 14 is applied to the cylindrical container 1 via the bearing 5 and the conductive member 15 and accommodated inside. The formed polymer solution 11 is configured to be charged. When the cylindrical container 1 is driven to rotate at high speed by the motor 9, a centrifugal force acts on the polymer solution 11 charged with electric charge to flow out linearly from each small hole 3, and further stretched by the action of the centrifugal force. As a result, a thin polymer linear body is generated, and the solvent evaporates, thereby reducing the diameter of the polymer linear body. Along with this, the charged charge is concentrated, and when the Coulomb force exceeds the surface tension of the polymer solution, a primary electrostatic explosion occurs and the film is stretched explosively. A secondary electrostatic explosion occurs and the fiber is stretched explosively. In some cases, a third electrostatic explosion or the like occurs and the nanofiber made of a polymer material having a submicron diameter is efficiently produced. Is done.

円筒状容器１の一側部に適当間隔あけて対向するように支持フレーム４に反射電極１６が配設され、この反射電極１６に第２の高電圧発生手段１７にて発生させた高電圧が印加されている。この第２の高電圧発生手段１７は第１の高電圧発生手段１４と同極で、略同等の高電圧を発生して反射電極１６に印加するように構成され、図３に示すように、反射電極１６にて円筒状容器１から流出・延伸されて生成された高分子線状体及びその後に静電爆発にて生成されるナノファイバーｆを、矢印Ｆで示すように、円筒状容器１の他側方に向けて流動させるように構成されている。 A reflective electrode 16 is disposed on the support frame 4 so as to face one side of the cylindrical container 1 with an appropriate interval, and a high voltage generated by the second high voltage generating means 17 is applied to the reflective electrode 16. Applied. The second high voltage generating means 17 has the same polarity as the first high voltage generating means 14 and is configured to generate substantially the same high voltage and apply it to the reflective electrode 16, as shown in FIG. As indicated by the arrow F, the polymer linear body produced by flowing out and stretching from the cylindrical container 1 by the reflective electrode 16 and the nanofiber f produced by electrostatic explosion are indicated by the arrow F. It is comprised so that it may flow toward the other side.

円筒状容器１の他側方には、適当距離あけて対向するように導電性を有するコレクタ１８が配設され、第３の高電圧発生手段１９にて発生させた、円筒状容器１に対する印加電圧とは逆極性の高電圧が印加されている。この円筒状容器１や反射電極１６とコレクタ１８との間の大きな電位差によって、図３に示すように、帯電したナノファイバーｆをコレクタ１８に向けて移動させ、その上に堆積させるように構成されている。コレクタ１８に円筒状容器１とは逆極性の高電圧を印加することで、円筒状容器１とコレクタ１８の間に、例えば２ｍ程度の距離が離れていても、生成されたナノファイバーｆをコレクタ１８上に堆積させることができる。なお、第１〜第３の高電圧発生手段１４、１７、１９としては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３にて必要に応じて任意にオン・オフ切替できるものが好適である。 A conductive collector 18 is disposed on the other side of the cylindrical container 1 so as to face each other at an appropriate distance, and is applied to the cylindrical container 1 generated by the third high voltage generating means 19. A high voltage having a polarity opposite to that of the voltage is applied. Due to the large potential difference between the cylindrical container 1 and the reflective electrode 16 and the collector 18, as shown in FIG. 3, the charged nanofibers f are moved toward the collector 18 and deposited thereon. ing. By applying a high voltage having a polarity opposite to that of the cylindrical container 1 to the collector 18, the generated nanofibers f can be collected even if a distance of about 2 m is separated between the cylindrical container 1 and the collector 18. 18 can be deposited. As the first to third high voltage generation means 14, 17, and 19, those that can be arbitrarily switched on and off as needed by the switches SW1, SW2, and SW3 are suitable.

なお、円筒状容器１や反射電極１６とコレクタ１８との間に大きな電位差を付与すればよいので、単にコレクタ１８を接地するだけでもよい。また、逆に、コレクタ１８に第３の高電圧発生手段１９にて正又は負の高電圧を印加する場合には、円筒状容器１を電気的に接地した構成としても良い。この場合、円筒状容器１とコレクタ１８との間に発生する電界にて円筒状容器１の小穴３から流出する高分子溶液１１にコレクタ１８に印加される電圧の極性とは逆極性の電荷が帯電されることになる。 Since a large potential difference may be applied between the cylindrical container 1 or the reflective electrode 16 and the collector 18, the collector 18 may be simply grounded. Conversely, when a positive or negative high voltage is applied to the collector 18 by the third high voltage generating means 19, the cylindrical container 1 may be electrically grounded. In this case, a charge having a polarity opposite to the polarity of the voltage applied to the collector 18 is applied to the polymer solution 11 flowing out from the small hole 3 of the cylindrical container 1 by an electric field generated between the cylindrical container 1 and the collector 18. It will be charged.

次に、制御構成を図４を参照して説明する。図４において、モータ９と、供給ポンプ１３と、第１〜第３の高電圧発生手段１４、１７、１９が制御部２１にて制御される。制御部２１は、操作部２２からの作業指令により、記憶部２３に記憶されている動作プログラムや操作部２２から入力されて記憶している各種データに基づいて動作制御し、その動作状態や各種データを表示部２４に表示する。 Next, the control configuration will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the motor 9, the supply pump 13, and the first to third high voltage generation means 14, 17, 19 are controlled by the control unit 21. The control unit 21 performs operation control based on an operation program stored in the storage unit 23 and various data input and stored from the operation unit 22 in accordance with a work command from the operation unit 22, and the operation state and various types Data is displayed on the display unit 24.

以上の構成において、供給ポンプ１３にて貯留容器１２内から所定量の高分子溶液１１を円筒状容器１内に供給し、円筒状容器１に対して第１の高電圧発生手段１４から所定の高電圧を印加することで、円筒状容器１内に収容された高分子溶液１１に電荷を帯電させる。この状態でモータ９にて円筒状容器１を高速回転させることで、上述のように電荷を帯電された高分子溶液１１が複数の小穴３から線状に流出して形成された高分子線状体が、まず遠心力の作用によって大きく延伸され、その後延伸されて径が細くなるとともに溶媒が蒸発することで一次静電爆発が生じて爆発的に延伸され、その後さらに溶媒が蒸発して同様に二次静電爆発が生じて爆発的にさらに延伸され、場合によってはさらに三次静電爆発等が生じて延伸されることで、複数の小穴３から流出した高分子溶液線状体からサブミクロンの直径を有する高分子物質から成るナノファイバーｆが製造される。 In the above configuration, a predetermined amount of the polymer solution 11 is supplied from the storage container 12 into the cylindrical container 1 by the supply pump 13, and the first high voltage generating unit 14 supplies a predetermined amount to the cylindrical container 1. By applying a high voltage, the polymer solution 11 accommodated in the cylindrical container 1 is charged. In this state, the cylindrical container 1 is rotated at a high speed by the motor 9 so that the polymer solution 11 charged with electric charge as described above flows out from the plurality of small holes 3 into a linear shape. The body is first stretched largely by the action of centrifugal force, then stretched to reduce its diameter and the solvent evaporates, causing a primary electrostatic explosion to be stretched explosively. A secondary electrostatic explosion occurs and the film is further expanded explosively. In some cases, a third electrostatic explosion or the like occurs and the film is stretched. Nanofibers f made of a polymer material having a diameter are produced.

さらに、上記ナノファイバーｆを生成する際に高分子溶液線状体が遠心力の作用で延伸された後、そのまま放射状に広がろうとするのを反射電極１６によって円筒状容器１の軸方向の他側方に偏向させて流動させるので、生成されるナノファイバーｆをコレクタ１８の所要の範囲内に容易に収集することができる。しかも、反射電極１６が円筒状容器１の一側部に配設されているので、円筒状容器１の外周面に対向させて放物鏡状の反射電極を配設した場合のように反射電極１６が帯電した高分子溶液１１の流出方向に対向せず、高分子溶液１１の流出が反射電極１６の電荷によって阻害される恐れがないため、安定的かつ効率的にナノファイバーｆを製造できる。また、ファイバー化しなかった液滴などが生じても、それはそのまま遠心力で周囲に飛散し、適正なナノファイバーｆだけがコレクタ１８に向けて偏向して流動するため、品質の良いナノファイバーｆだけを収集することができる。こうして製造された帯電を有するナノファイバーｆがコレクタ１８上に堆積されることで高多孔性の高分子ウェブが生産性良く製造される。 Furthermore, after the polymer solution linear body is stretched by the action of centrifugal force when the nanofibers f are generated, the reflective electrode 16 is used to expand the other end in the axial direction of the cylindrical container 1. Since the liquid is deflected laterally and flows, the generated nanofibers f can be easily collected within a required range of the collector 18. In addition, since the reflective electrode 16 is disposed on one side of the cylindrical container 1, the reflective electrode 16 is disposed like a parabolic reflective electrode disposed opposite the outer peripheral surface of the cylindrical container 1. Is not opposed to the outflow direction of the charged polymer solution 11, and there is no possibility that the outflow of the polymer solution 11 is hindered by the charge of the reflective electrode 16, so that the nanofiber f can be manufactured stably and efficiently. In addition, even if a droplet that has not been made into a fiber is generated, it is scattered as it is by centrifugal force, and only the appropriate nanofiber f is deflected and flows toward the collector 18, so that only the high-quality nanofiber f is produced. Can be collected. The nanofibers f thus charged are deposited on the collector 18 to produce a highly porous polymer web with high productivity.

ここで、円筒状容器１の小穴３から流出して形成された高分子溶液線状体が遠心力で大きく延伸されるので、小穴３の直径を０．０１〜２ｍｍ程度とすることができて、極端に小さくする必要がなく、また最初に静電爆発を発生させる場合とは異なって電荷を集中させる必要がないため、小穴３は細長いノズルに形成する必要がなく、また電界干渉に左右され難いために高密度に配設しても確実かつ効果的に延伸させることができるので、多量のナノファイバーｆを簡単かつコンパクトな構成にて効率的に製造することができる。また、小穴を極端に小さくした場合でも、回転容器の回転数を上げて遠心力を増すことで、小穴から高分子溶液を流出することができ、ナノファイバーを安定して生成できる。また、円筒状容器１の全周から均一に多量のナノファイバーを一度に製造することができ、高い生産性を確保することができるとともに、形状・構成が簡単であるため設備コストの低廉化を図ることができる。また、小穴３は長く形成する必要がないので、円筒状容器１の外周壁に単純に小穴３を設けるだけで良く、容易かつ安価に製作でき、かつ多数の小穴３を設けていてもメンテナンスも簡単である。 Here, since the polymer solution linear body formed by flowing out from the small hole 3 of the cylindrical container 1 is greatly stretched by centrifugal force, the diameter of the small hole 3 can be set to about 0.01 to 2 mm. The small hole 3 does not need to be formed in a long and narrow nozzle and does not depend on electric field interference because it is not necessary to make it extremely small and it is not necessary to concentrate charges unlike the case where an electrostatic explosion is first generated. Since it is difficult and can be stretched reliably and effectively even when arranged at high density, a large amount of nanofibers f can be efficiently produced with a simple and compact configuration. Even when the small holes are extremely small, the polymer solution can flow out of the small holes by increasing the rotational speed of the rotating container and increasing the centrifugal force, and nanofibers can be stably generated. In addition, a large amount of nanofibers can be manufactured uniformly from the entire circumference of the cylindrical container 1 at a time, and high productivity can be ensured, and the shape and configuration are simple, so the equipment cost is reduced. Can be planned. Further, since the small holes 3 do not need to be formed long, it is only necessary to simply provide the small holes 3 on the outer peripheral wall of the cylindrical container 1, and they can be manufactured easily and inexpensively, and maintenance is possible even if a large number of small holes 3 are provided. Simple.

なお、モータ９は、円筒状容器１内に収容されている高分子溶液１１の粘度に基づいて円筒状容器１の回転速度を制御できるように構成されており、これによって高分子溶液１１の粘度に応じて必要な遠心力を高分子溶液１１に作用させて、確実にかつ効率的にナノファイバーｆを製造することができる。また、円筒状容器１自体を、内部に収容される高分子溶液１１の粘度に基づいてその径を決定し、回転速度を極端に変化させることなく、高分子溶液１１の粘度に応じて必要な遠心力を作用させることもできる。 The motor 9 is configured to control the rotation speed of the cylindrical container 1 based on the viscosity of the polymer solution 11 accommodated in the cylindrical container 1, thereby the viscosity of the polymer solution 11. Accordingly, the necessary centrifugal force can be applied to the polymer solution 11 to manufacture the nanofiber f reliably and efficiently. Moreover, the cylindrical container 1 itself determines the diameter based on the viscosity of the polymer solution 11 accommodated therein, and is necessary according to the viscosity of the polymer solution 11 without extremely changing the rotation speed. Centrifugal force can be applied.

なお、以上の図示例では、反射電極１６を円筒状容器１と絶縁された支持フレーム４に固定して配設し、第２の高電圧発生手段１７で発生された高電圧を印加するようにした例を示したが、図５に示すように、反射電極１６を回転筒体２の外周に固定するとともに導電部材１５に電気的に接続し、第１の高電圧発生手段１４で発生された円筒状容器１と同じ高電圧がともに印加されるようにしても良い。この場合、反射電極１６も円筒状容器１と共に回転するが機能的には何ら影響はない。 In the above illustrated example, the reflective electrode 16 is fixedly disposed on the support frame 4 insulated from the cylindrical container 1, and the high voltage generated by the second high voltage generating means 17 is applied. As shown in FIG. 5, the reflective electrode 16 is fixed to the outer periphery of the rotating cylinder 2 and is electrically connected to the conductive member 15, and is generated by the first high voltage generating means 14. The same high voltage as that of the cylindrical container 1 may be applied together. In this case, the reflective electrode 16 also rotates together with the cylindrical container 1, but has no functional effect.

また、以上の説明では、円筒状容器１を、図６（ａ）に示すように、その軸方向が水平になるように配設した例を示したが、円筒状容器１の軸心の配設方向は任意で良く、例えば図６（ｂ）に示すように、円筒状容器１の軸心を垂直方向に向け、高分子溶液１１を下方から上向きに供給し、円筒状容器１の下側に配設された反射電極１６にて生成されたナノファイバーｆを上方に向けて流動させるように構成しても、図６（ｃ）に示すように、高分子溶液１１を上方から下向きに供給し、円筒状容器１の上側に配設された反射電極１６にて生成されたナノファイバーｆを下方に向けて流動させるように構成しても良い。これらの場合も、溶液供給管１０の先端にＬ字屈曲部２０が設けられ、円筒状容器１内に回転筒体２の挿入端部２ａが突出していることで、高分子溶液１１は円筒状容器１の向きに関わらず外部に漏れ出すことなく内部に供給され、円筒状容器１の高速回転による遠心力がその内周面の全体に供給され、全ての小穴３から略均等に流出される。 In the above description, the cylindrical container 1 is arranged such that its axial direction is horizontal as shown in FIG. 6A. The installation direction may be arbitrary. For example, as shown in FIG. 6B, the axis of the cylindrical container 1 is oriented in the vertical direction, the polymer solution 11 is supplied upward from below, and the lower side of the cylindrical container 1 Even if the nanofibers f generated by the reflective electrode 16 disposed on the substrate are made to flow upward, as shown in FIG. 6C, the polymer solution 11 is supplied downward from above. The nanofibers f generated by the reflective electrode 16 disposed on the upper side of the cylindrical container 1 may be configured to flow downward. Also in these cases, the polymer solution 11 is cylindrical because the L-shaped bent portion 20 is provided at the tip of the solution supply pipe 10 and the insertion end 2a of the rotating cylinder 2 protrudes into the cylindrical container 1. Regardless of the orientation of the container 1, it is supplied to the inside without leaking to the outside, and the centrifugal force due to the high-speed rotation of the cylindrical container 1 is supplied to the entire inner peripheral surface and flows out almost uniformly from all the small holes 3. .

（第２の実施形態）
次に、本発明の高分子ウェブの製造装置の第２の実施形態について、図７〜図１０を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明では、先行する実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
Next, 2nd Embodiment of the manufacturing apparatus of the polymer web of this invention is described with reference to FIGS. In the following description of the embodiment, the same components as those in the preceding embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only differences will be mainly described.

上記実施形態では、高分子ウェブの製造量に基づいて所定量の高分子溶液１１を円筒状容器１内に供給する例を説明したが、本実施形態は、円筒状容器１内に収容されている高分子溶液１１の量を検出し、その検出結果に応じて供給ポンプ１３を作動制御し、円筒状容器１内にほぼ一定量の高分子溶液１１が収容されている状態となるようにしている。 In the above embodiment, an example in which a predetermined amount of the polymer solution 11 is supplied into the cylindrical container 1 based on the production amount of the polymer web has been described. However, the present embodiment is accommodated in the cylindrical container 1. The amount of the polymer solution 11 is detected and the operation of the supply pump 13 is controlled according to the detection result so that a substantially constant amount of the polymer solution 11 is accommodated in the cylindrical container 1. Yes.

図７において、円筒状容器１内に高分子溶液１１の量が所定の量になると接触して回転するように配設された回転板２６と、この回転板２６の回転を検出する回転検出手段２７とから成る収容量検出手段２５が設けられ、回転検出手段２７の検出信号を制御部２１に入力して供給ポンプ１３の作動制御を行うように構成されている。これによって、簡単な構成によって円筒状容器１内の高分子溶液１１の量を所定量に制御することができ、円筒状容器１内の高分子溶液１１に一定の遠心力を作用させて、均一なナノファイバーｆを製造することができる。 In FIG. 7, a rotating plate 26 arranged to contact and rotate when the amount of the polymer solution 11 reaches a predetermined amount in the cylindrical container 1, and a rotation detecting means for detecting the rotation of the rotating plate 26. 27 is provided to control the operation of the supply pump 13 by inputting the detection signal of the rotation detection means 27 to the control unit 21. Accordingly, the amount of the polymer solution 11 in the cylindrical container 1 can be controlled to a predetermined amount with a simple configuration, and a uniform centrifugal force is applied to the polymer solution 11 in the cylindrical container 1 to make it uniform. Nanofiber f can be manufactured.

収容量検出手段２５の具体構成は、支持フレーム４に配設された軸受２９にて回転自在に支持された軸体２８が回転筒体２を貫通して円筒状容器１内に挿入され、その先端に回転板２６が固定されている。回転板２６は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、外周部に回転方向と直交するように切り起し成形された羽根２６ｂを有する円板２６ａにて構成されている。軸体２８の他端には、図９（ａ）に示すように、周方向に複数の開口３０ａが等間隔に配置形成された検出板３０が固定され、図９（ｂ）に示すように、この検出板３０の両側に開口３０ａを挟んで対向するように配設された投光器３１ａと受光器３１ｂからなる光検出器３１が配設され、これら検出板３０と光検出器３１にて回転検出手段２７が構成されている。 The specific configuration of the accommodation amount detection means 25 is such that a shaft body 28 rotatably supported by a bearing 29 disposed on the support frame 4 passes through the rotary cylinder 2 and is inserted into the cylindrical container 1. A rotating plate 26 is fixed to the tip. As shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the rotating plate 26 is constituted by a circular plate 26a having blades 26b that are cut and raised at the outer peripheral portion so as to be orthogonal to the rotating direction. As shown in FIG. 9A, a detection plate 30 having a plurality of openings 30a arranged at equal intervals in the circumferential direction is fixed to the other end of the shaft body 28, as shown in FIG. 9B. A light detector 31 composed of a light projector 31a and a light receiver 31b is provided on both sides of the detection plate 30 so as to face each other with the opening 30a interposed therebetween, and is rotated by the detection plate 30 and the light detector 31. A detecting means 27 is configured.

以上の構成において、供給ポンプ１３により円筒状容器１内に高分子溶液１１を供給してゆくと、図１０に示すように、高分子溶液１１の量が徐々に増加し、Ｔ１時点で高分子溶液１１の量が所定のＬ１となると、その液面が回転板２６に接触し、円筒状容器１の回転に連動して回転板２６が回転を開始し、その回転が回転検出手段２７にて検出され、その検出信号が制御部２１に入力される。Ｔ２時点で、回転板２６の回転数がＦ１を越えると、制御部２１にて供給ポンプ１３の動作がオフされ、高分子溶液１１の供給が停止される。その後、高分子ウェブの製造に伴って円筒状容器１内の高分子溶液１１の量が徐々に減少し、Ｔ３時点で高分子溶液１１の量がＬ１まで低下すると、高分子溶液１１の液面に回転板２６が接触しなくなって回転板２６の回転数が低下し、その後Ｔ４時点で回転板２６の回転数がＦ２まで低下すると、再び供給ポンプ１３による高分子溶液１１の供給動作を行い、以後Ｔ１〜Ｔ４時点の動作を繰り返すことにより、円筒状容器１内の高分子溶液１１の量が常にほぼ一定に制御される。 In the above configuration, when the polymer solution 11 is supplied into the cylindrical container 1 by the supply pump 13, the amount of the polymer solution 11 gradually increases as shown in FIG. When the amount of the solution 11 reaches a predetermined L1, the liquid level comes into contact with the rotating plate 26, the rotating plate 26 starts rotating in conjunction with the rotation of the cylindrical container 1, and the rotation is detected by the rotation detecting means 27. The detected signal is input to the control unit 21. When the rotational speed of the rotating plate 26 exceeds F1 at time T2, the operation of the supply pump 13 is turned off by the control unit 21 and the supply of the polymer solution 11 is stopped. Thereafter, as the polymer web is manufactured, the amount of the polymer solution 11 in the cylindrical container 1 gradually decreases, and when the amount of the polymer solution 11 decreases to L1 at time T3, the liquid level of the polymer solution 11 is increased. When the rotation plate 26 is not in contact with the rotation plate 26 and the rotation number of the rotation plate 26 is decreased, and then the rotation number of the rotation plate 26 is decreased to F2, the supply operation of the polymer solution 11 by the supply pump 13 is performed again. Thereafter, by repeating the operations from time T1 to time T4, the amount of the polymer solution 11 in the cylindrical container 1 is always controlled to be substantially constant.

本実施形態によれば、以上のように簡単な構成の収容量検出手段２５を設けることによって、円筒状容器１内の高分子溶液１１の量を所定量に制御することができるので、円筒状容器１内の高分子溶液１１に一定の遠心力を作用させ、円筒状容器１の小穴３から押し出される高分子溶液１１に作用する遠心力が一定し、高分子溶液１１を均一に線状に流出させることができ、均一にナノファイバー及び高分子ウェブを製造することができる。 According to the present embodiment, the amount of the polymer solution 11 in the cylindrical container 1 can be controlled to a predetermined amount by providing the accommodation amount detection means 25 having a simple configuration as described above. A constant centrifugal force is applied to the polymer solution 11 in the container 1, the centrifugal force acting on the polymer solution 11 pushed out from the small hole 3 of the cylindrical container 1 is constant, and the polymer solution 11 is uniformly made linear. The nanofiber and the polymer web can be produced uniformly.

（第３の実施形態）
次に、本発明の高分子ウェブの製造装置の第３の実施形態について、図１１を参照して説明する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the polymer web production apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態では、図１１に示すように、円筒状容器１とその一側の反射電極１６との間に送風手段３４を配設している。具体的には、反射電極１６と円筒状容器１との間の位置で回転筒体２に送風羽根３５を取り付け、回転筒体２の回転に伴って、矢印Ｄの如く円筒状容器１の他側方に向けて送風するように構成されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 11, a blowing means 34 is disposed between the cylindrical container 1 and the reflective electrode 16 on one side thereof. Specifically, the blower blades 35 are attached to the rotating cylinder 2 at a position between the reflective electrode 16 and the cylindrical container 1, and the cylindrical container 1 other than the cylindrical container 1 as indicated by an arrow D as the rotating cylinder 2 rotates. It is comprised so that it may blow toward the side.

この構成によると、送風手段３４による送風によって蒸発した溶媒が速やかに排出され、周辺の雰囲気中の溶媒濃度が高くならないため、溶媒の蒸発が円滑に行われて静電爆発作用が確実に得られ、所望のナノファイバーｆが確実に生成される。また、生成工程中のナノファイバーｆの流動方向をより効果的に偏向させる作用も得られる。 According to this configuration, the solvent evaporated by the blowing by the blowing means 34 is quickly discharged, and the concentration of the solvent in the surrounding atmosphere does not increase, so that the solvent is smoothly evaporated and the electrostatic explosion action is reliably obtained. The desired nanofiber f is reliably generated. Moreover, the effect | action which deflects the flow direction of the nanofiber f in a production | generation process more effectively is also acquired.

（第４の実施形態）
次に、本発明の高分子ウェブの製造装置の第４の実施形態について、図１２を参照して説明する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the polymer web production apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

上記実施形態では、回転容器が円筒状容器１から成る例を示したが、その場合円筒状容器１の軸心方向一側の小穴３と他側の小穴３にて形成されるナノファイバーｆの回転軸心に対する半径方向の位置が何れもほぼ同じ位置となり、これらの小穴３にて形成されるナノファイバーｆが半径方向に重なり合い、ナノファイバーｆの筒状流動域３７の断面形状が幅の狭いドーナツ形状となり、均等に分布しない場合も考えられる。 In the above embodiment, an example in which the rotating container is formed of the cylindrical container 1 has been shown. In this case, the nanofiber f formed by the small hole 3 on one side in the axial direction of the cylindrical container 1 and the small hole 3 on the other side. The positions in the radial direction with respect to the rotational axis are almost the same, the nanofibers f formed by these small holes 3 overlap in the radial direction, and the cross-sectional shape of the cylindrical flow region 37 of the nanofibers f is narrow. It may be a donut shape and not evenly distributed.

そこで、本実施形態では、図１２に示すように、回転容器を接頭円錐筒状容器３６にて構成することで、小穴３が回転容器の軸心方向の一側から他側に向けて回転半径が小さくなるように配置している。また、接頭円錐筒状容器３６の軸心方向他側部におけるナノファイバーｆの筒状流動域３７の軸心空洞部に軸心集束電極３８を配設するとともに、筒状流動域３７の外周部に外周集束電極３９を配設し、軸心集束電極３８にはコレクタ１８と同極でそれより低い電圧を印加し、外周集束電極３９には接頭円錐筒状容器３６や反射電極１６と同極でそれより低い電圧を印加している。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the rotating container is configured by the prefix conical cylindrical container 36 so that the small hole 3 has a rotation radius from one side to the other side in the axial direction of the rotating container. It arranges so that becomes small. In addition, an axial focusing electrode 38 is disposed in the axial hollow portion of the cylindrical flow region 37 of the nanofiber f on the other side in the axial direction of the prefix conical cylindrical container 36, and the outer peripheral portion of the cylindrical flow region 37. An outer focusing electrode 39 is disposed on the center focusing electrode 38, and a voltage having the same polarity as the collector 18 is applied to the axial focusing electrode 38. The outer focusing electrode 39 has the same polarity as the prefix conical cylindrical container 36 and the reflection electrode 16. A lower voltage is applied.

本実施形態によると、各小穴３から流出する高分子溶液が受ける遠心力の差によって一側の小穴３にて形成されるナノファイバーｆは筒状流動域３７の径方向外方位置を、他側の小穴３にて形成されるナノファイバーｆは筒状流動域３７の径方向内方位置を他側に向けて流動するので、各小穴３にて形成されたナノファイバーｆが半径方向に重ならず、ナノファイバーｆの流動域の断面形状を幅の狭いドーナツ形状から円形に近づけることができる。さらに、軸心集束電極３８と外周集束電極３９の少なくとも一方を配設することで、ナノファイバーｆの筒状流動域３７の断面形状の中心空洞部を一層小さくした形状にすることができ、さらに外周集束電極３９の形状や配置を適宜に設定することで、ナノファイバーｆの筒状流動域３７を矩形状等の任意断面形状に集束させることも可能である。 According to the present embodiment, the nanofiber f formed in the small hole 3 on one side due to the difference in centrifugal force received by the polymer solution flowing out from each small hole 3 changes the radially outward position of the cylindrical flow region 37 to the other position. Since the nanofibers f formed in the small holes 3 on the side flow toward the other side in the radial direction of the cylindrical flow region 37, the nanofibers f formed in the small holes 3 overlap in the radial direction. In addition, the cross-sectional shape of the flow region of the nanofiber f can be made closer to a circular shape from a narrow donut shape. Furthermore, by disposing at least one of the axial focusing electrode 38 and the outer peripheral focusing electrode 39, the central cavity portion of the cross-sectional shape of the cylindrical flow region 37 of the nanofiber f can be further reduced, By appropriately setting the shape and arrangement of the outer peripheral focusing electrode 39, the cylindrical flow region 37 of the nanofiber f can be focused into an arbitrary cross-sectional shape such as a rectangular shape.

この第４の実施形態では、軸心集束電極３８と外周集電電極３９を用いて、コレクタ１８にナノファイバーｆを付着堆積させたが、これに限定するものではなく、図１３に示すように、軸心集束電極３８と外周集束電極がない場合においても、回転容器を接頭円錐筒状容器３６にすると、円筒状容器の場合に比較して、ナノファイバーｆを付着しない中心部分の面積が減少し、また付着堆積するナノファイバーｆも均一に付着するようになる。 In the fourth embodiment, the nanofiber f is deposited and deposited on the collector 18 using the axial focusing electrode 38 and the outer peripheral collecting electrode 39. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. Even when the axial focusing electrode 38 and the outer peripheral focusing electrode are not provided, if the rotating container is the prefix conical cylindrical container 36, the area of the central portion where the nanofiber f is not attached is reduced as compared with the cylindrical container. In addition, the deposited nanofibers f also adhere uniformly.

（第５の実施形態）
次に、本発明の高分子ウェブの製造装置の第５の実施形態について、図１４を参照して説明する。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the polymer web manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

上記実施形態では、コレクタ１８上にナノファイバーｆを堆積させ、コレクタ１８上に形成された高分子ウェブを回収し、またはコレクタ１８上に高分子ウェブを形成すべき部材を配置し、高分子ウェブを形成して回収する例を示したが、本実施形態では、図１４に示すように、コレクタ１８上に沿ってナノファイバーｆが付着堆積するシート材４１を所定の速度で移動させるシート材移動手段４２を設けている。このように構成すると、所要厚さの高分子ウェブが形成されたシートを連続的に製造することができる。 In the above embodiment, the nanofibers f are deposited on the collector 18, the polymer web formed on the collector 18 is collected, or a member for forming the polymer web is disposed on the collector 18, and the polymer web In this embodiment, as shown in FIG. 14, the sheet material movement for moving the sheet material 41 on which the nanofibers f adhere and deposit on the collector 18 is moved at a predetermined speed. Means 42 are provided. If comprised in this way, the sheet | seat in which the polymer web of required thickness was formed can be manufactured continuously.

（第６の実施形態）
次に、本発明の高分子ウェブの製造装置の第６の実施形態について、図１５〜図１７を参照して説明する。 (Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the polymer web manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.

上記第５の実施形態では、シート材移動手段４２にて平板状のコレクタ１８の上面に沿ってシート材４１を移動させるようにした例を示したが、本実施形態では円筒状容器１の径に比べて格段に大きな径と幅寸法を有するドラム状コレクタ４３を採用し、ドラム状コレクタ４３の外周の一部にシート材４１を巻き付けた状態で、ドラム状コレクタ４３の回転に伴ってシート材４１を移動させるように構成している。すなわち、ドラム状コレクタ４３が、コレクタとしての機能とシート材移動手段の両機能を果たしている。ドラム状コレクタ４３は、円筒状容器１の軸心方向他側方に適当な距離をあけた位置で、円筒状容器１の回転軸心及びシート材４１の移動方向と直交する軸心回りに矢印Ｑ方向に所定の回転速度で回転駆動される。シート材４１はシート供給ロール４４からドラム状コレクタ４３の外周に供給され、ナノファイバーｆからなる高分子ウェブＷが堆積された状態で、シート巻取ロール４５にて巻き取られる。シート材４１は、ドラム状コレクタ４３の円筒状容器１に対向する位置よりもシート材移動方向上手側に適当距離離れた位置でドラム状コレクタ４３の外周に対する巻き付けを開始し、シート材移動方向下手側に適当距離離れた位置でドラム状コレクタ４３の外周から離れる。 In the said 5th Embodiment, although the sheet material 41 was moved along the upper surface of the flat collector 18 by the sheet material moving means 42, the diameter of the cylindrical container 1 was shown in this embodiment. The drum-shaped collector 43 having a remarkably large diameter and width is used, and the sheet material 41 is wound around a part of the outer periphery of the drum-shaped collector 43. 41 is moved. That is, the drum-shaped collector 43 fulfills both functions as a collector and sheet material moving means. The drum-shaped collector 43 has an arrow around an axis orthogonal to the rotational axis of the cylindrical container 1 and the moving direction of the sheet material 41 at a position spaced apart from the axial direction of the cylindrical container 1 by an appropriate distance. It is rotationally driven at a predetermined rotational speed in the Q direction. The sheet material 41 is supplied from the sheet supply roll 44 to the outer periphery of the drum-shaped collector 43, and is taken up by the sheet take-up roll 45 in a state where the polymer web W made of nanofibers f is deposited. The sheet material 41 starts to be wound around the outer periphery of the drum-shaped collector 43 at a position that is a suitable distance away from the position facing the cylindrical container 1 of the drum-shaped collector 43 in the sheet material moving direction. It moves away from the outer periphery of the drum-shaped collector 43 at a position separated by an appropriate distance.

また、本実施形態では、支持フレーム４上で、円筒状容器１を回転駆動可能に支持している回転筒体２の一側部に送風ファン４６を配設し、円筒状容器１の一側方から他側方に向けて矢印Ｄのように送風し、この送風と、円筒状容器１とドラム状コレクタ４３の間の電界によってナノファイバーｆを矢印Ｆのように偏向流動させるようにしている。また、本実施形態では、支持フレーム４、回転筒体２、及び円筒状容器１を含むナノファイバー製造装置５０の全体を接地電位とし、ドラム状コレクタ４３に第３の高電圧発生手段１９にて高電圧を印加している。 Further, in the present embodiment, a blower fan 46 is disposed on one side of the rotating cylinder 2 that supports the cylindrical container 1 so as to be able to rotate and drive on the support frame 4, and one side of the cylindrical container 1. The air is blown from one side to the other side as indicated by an arrow D, and the nanofiber f is deflected and flowed as indicated by an arrow F by the blown air and an electric field between the cylindrical container 1 and the drum-shaped collector 43. . In the present embodiment, the entire nanofiber manufacturing apparatus 50 including the support frame 4, the rotating cylinder 2, and the cylindrical container 1 is set to the ground potential, and the third high voltage generating unit 19 is connected to the drum-shaped collector 43. A high voltage is applied.

このような構成において、例えば円筒状容器１の直径を３０ｍｍ、円筒状容器１の他端とドラム状コレクタ４３の外周との間の距離を５００ｍｍとし、高分子物質がＰＶＡ（ポリビニルアルコール）１０％、溶媒が水９０％から成る高分子溶液１１を用い、円筒状容器１を３０００ｒｐｍで回転させてナノファイバーｆを生成し、ドラム状コレクタ４３上に１０分間堆積させる実験を行ったところ、図１６に示すように、堆積分布が中央の頂部に若干の凹みを有する半径が５００ｍｍ程度の略台形状を呈し、最大２００μｍ程度の堆積量の堆積状態となることが確認された。 In such a configuration, for example, the diameter of the cylindrical container 1 is 30 mm, the distance between the other end of the cylindrical container 1 and the outer periphery of the drum-shaped collector 43 is 500 mm, and the polymer substance is 10% PVA (polyvinyl alcohol). When the polymer solution 11 in which the solvent is 90% of water is used and the cylindrical container 1 is rotated at 3000 rpm to generate nanofibers f and deposited on the drum-shaped collector 43 for 10 minutes, an experiment was conducted. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the deposition distribution had a substantially trapezoidal shape with a radius of about 500 mm having a slight depression at the center top, and a deposition state with a maximum deposition amount of about 200 μm.

ここで、上記堆積分布の頂部における堆積量の略均等な範囲の寸法よりも大きい幅寸法の高分子ウェブＷを１回の製造工程で製造するため、本実施形態では、ナノファイバー製造装置５０を堆積移動手段５１にて、ドラム状コレクタ４３の軸心方向、すなわちシート材４１の幅方向と平行な矢印Ｓ方向に往復移動させるように構成している。 Here, in order to manufacture the polymer web W having a width dimension larger than the dimension of the substantially uniform range of the deposition amount at the top of the deposition distribution in one manufacturing process, in this embodiment, the nanofiber manufacturing apparatus 50 is provided. The accumulation moving means 51 is configured to reciprocate in the axial direction of the drum-shaped collector 43, that is, in the direction of the arrow S parallel to the width direction of the sheet material 41.

なお、図１５の例では、ドラム状コレクタ４３の外周にシート材４１を配置し、シート材４１上にナノファイバーｆを堆積させてシート材４１に担持された高分子ウェブＷを製造するようにした例を示したが、ドラム状コレクタ４３の外周に直接ナノファイバーｆを堆積させ、製造された高分子ウェブＷをドラム状コレクタ４３の回転方向下手側で外周から剥がし取って回収するようにすることもできる。 In the example of FIG. 15, the sheet material 41 is disposed on the outer periphery of the drum-shaped collector 43, and the nanofibers f are deposited on the sheet material 41 to produce the polymer web W supported on the sheet material 41. In this example, the nanofibers f are directly deposited on the outer periphery of the drum-shaped collector 43, and the produced polymer web W is peeled off from the outer periphery on the lower side in the rotation direction of the drum-shaped collector 43 and collected. You can also.

また、図１５の例では、円筒状容器１を固定した回転筒体２を支持フレーム４にて回転自在に支持するとともに、その側部に配置したモータ９にて回転駆動するようにし、また送風ファン４６を回転筒体２の一側部に配設した例を示したが、生成されたナノファイバーｆをより効果的に偏向流動させるため、ナノファイバー製造装置５０を図１７に示すような構成とするのが好適である。 In the example of FIG. 15, the rotating cylinder 2 to which the cylindrical container 1 is fixed is rotatably supported by the support frame 4 and is driven to rotate by the motor 9 disposed on the side thereof. Although the example which has arrange | positioned the fan 46 to the one side part of the rotating cylinder 2 was shown, in order to carry out the deflection | deviation flow of the produced | generated nanofiber f more effectively, the structure as shown in FIG. Is preferable.

図１７において、円筒状容器１の一側端の開口部を通して円筒状容器１内の軸心位置を貫通し、他側壁内面に固定された回転軸５２が回転駆動部５３にて回転駆動可能に支持されている。回転駆動部５３は、支持筒体５４内に回転駆動手段としてのモータ９と回転軸５２を回転自在に支持する軸受５５が軸心方向に並列配置して内蔵され、モータ９の出力軸と回転軸５２が軸継手５６にて連結されている。支持筒体５４は、その外周から放射状に配設された複数枚の整流板５７を介して風洞筒体５８内に同芯状に配設されて支持されている。風洞筒体５８は、円筒状容器１とは反対側に向けて径が絞られた接頭円錐部５８ａを介してファン配置筒部５８ｂが設けられ、送風ファン５９が内蔵されている。このナノファイバー製造装置５０が、風洞筒体５８の下端から垂下された取付脚６０にて堆積移動手段５１の移動体５１ａに固定されて、ドラム状コレクタ４３の軸心方向に移動可能に支持されている。なお、円筒状容器１内への高分子溶液１１の供給は、回転軸５２と円筒状容器１の一側端の開口部との隙間を通して溶液供給管１０（図示せず）を通して行うのが好適である。 In FIG. 17, the rotation shaft 52 that passes through the axial center of the cylindrical container 1 through the opening at one side end of the cylindrical container 1 and is fixed to the inner surface of the other side wall can be rotationally driven by the rotational drive unit 53. It is supported. The rotation drive unit 53 includes a support cylinder body 54 in which a motor 55 as a rotation drive unit and a bearing 55 that rotatably supports the rotation shaft 52 are arranged in parallel in the axial direction, and rotate with the output shaft of the motor 9. The shaft 52 is connected by a shaft coupling 56. The support cylinder 54 is concentrically disposed and supported in the wind tunnel cylinder 58 via a plurality of rectifying plates 57 disposed radially from the outer periphery thereof. The wind tunnel cylinder 58 is provided with a fan arrangement cylinder part 58b through a prefix cone part 58a whose diameter is narrowed toward the side opposite to the cylindrical container 1, and a blower fan 59 is incorporated therein. The nanofiber manufacturing apparatus 50 is fixed to the moving body 51a of the deposition moving means 51 by a mounting leg 60 suspended from the lower end of the wind tunnel cylinder 58, and supported so as to be movable in the axial direction of the drum-shaped collector 43. ing. The supply of the polymer solution 11 into the cylindrical container 1 is preferably performed through a solution supply pipe 10 (not shown) through a gap between the rotating shaft 52 and the opening at one end of the cylindrical container 1. It is.

この構成によれば、ナノファイバー製造装置５０がコンパクトなユニットに構成できるとともに、送風ファン５９による風が、風洞筒体５８にて効率的に送風されるとともに、整流板５７にて周方向に複数に分割形成された支持筒体５４と風洞筒体の間の送風路を通ることで周方向に均一に安定して流れるように整えられて円筒状容器１の外周の全周に均一に送風されるので、生成されたナノファイバーｆをより効果的に偏向流動させることができる。 According to this configuration, the nanofiber manufacturing apparatus 50 can be configured as a compact unit, and the wind from the blower fan 59 is efficiently blown by the wind tunnel cylinder 58 and a plurality of circumferentially flows by the rectifying plate 57. By passing through the air passage between the support cylinder 54 and the wind tunnel cylinder that are divided into two, the air flow is uniformly and stably flown in the circumferential direction, and is uniformly blown to the entire circumference of the cylindrical container 1. Therefore, the produced nanofiber f can be deflected and flowed more effectively.

以上の各実施形態の説明では、回転容器として軸心周りに回転駆動される円筒状容器１や接頭円錐筒状容器３６などの筒状容器の例を示したが、必ずしも筒状容器に限定されるものではなく、要するに高分子溶液１１を収容して回転し、遠心力で小穴３から高分子溶液１１を流出させて高分子線状体を形成する機能を有するものであれば任意の形状に形成することができる。 In the description of each of the embodiments described above, examples of the cylindrical container such as the cylindrical container 1 and the prefix conical cylindrical container 36 that are driven to rotate around the axis as the rotating container have been shown, but are not necessarily limited to the cylindrical container. In short, any shape can be used as long as it has a function of accommodating and rotating the polymer solution 11 and rotating the polymer solution 11 from the small hole 3 by centrifugal force to form a polymer linear body. Can be formed.

本発明のナノファイバー及び高分子ウェブの製造方法と装置によれば、回転容器の複数の小穴から流出した線状の高分子溶液からサブミクロンの直径を有する高分子物質から成るナノファイバーが効率的に製造され、さらに生成されるナノファイバーが回転容器の軸心方向に偏向させて流動されるので、ナノファイバーを所要の範囲内に容易に収集して高分子ウェブを製造することができ、また適正なナノファイバーだけが偏向して流動し、品質の良いナノファイバーだけが収集されるので、フィルタや電池のセパレータや燃料電池の高分子電解質膜や電極等に好適に適用される高多孔性ウェブを高い生産性をもって製造するのに好適に利用することができる。 According to the method and apparatus for producing nanofibers and polymer webs of the present invention, nanofibers made of a polymer material having a submicron diameter from a linear polymer solution flowing out from a plurality of small holes of a rotating container are efficiently used. In addition, since the nanofibers produced and deflected in the axial direction of the rotating vessel are flowed, the nanofibers can be easily collected within a required range to produce a polymer web. Only proper nanofibers deflect and flow, and only high-quality nanofibers are collected, so a highly porous web that is suitable for use in filters, battery separators, polymer electrolyte membranes and electrodes in fuel cells, etc. Can be suitably used for manufacturing with high productivity.

本発明の第１の実施形態における高分子ウェブの製造装置の斜視図。The perspective view of the manufacturing apparatus of the polymer web in the 1st Embodiment of this invention. 同実施形態における高分子ウェブの製造装置の縦断正面図。The longitudinal section front view of the manufacturing apparatus of the polymer web in the embodiment. 同実施形態における高分子ウェブの製造状態を示す斜視図。The perspective view which shows the manufacture state of the polymer web in the same embodiment. 同実施形態の制御構成を示すブロック図。The block diagram which shows the control structure of the embodiment. 同実施形態の他の構成例を示す縦断正面図。The longitudinal section front view which shows the other structural example of the embodiment. （ａ）〜（ｃ）は同実施形態の高分子ウェブの製造装置の各種配置構成を示す縦断正面図。(A)-(c) is a longitudinal front view which shows the various arrangement configuration of the manufacturing apparatus of the polymer web of the embodiment. 本発明の第２の実施形態における高分子ウェブの製造装置の縦断正面図。The longitudinal section front view of the manufacturing apparatus of the polymer web in the 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態における回転板を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。The rotation board in the embodiment is shown, (a) is a side view, (b) is a front view. 同実施形態における回転検出手段を示し、（ａ）はその検出板の正面図、（ｂ）は回転検出手段の側面図。The rotation detection means in the embodiment is shown, (a) is a front view of the detection plate, (b) is a side view of the rotation detection means. 同実施形態における高分子溶液量の制御動作の説明図。Explanatory drawing of control operation | movement of the polymer solution amount in the same embodiment. 本発明の第３の実施形態における高分子ウェブの製造装置の斜視図。The perspective view of the manufacturing apparatus of the polymeric web in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施形態における高分子ウェブの製造装置の概略構成を示す縦断正面図。The longitudinal cross-sectional front view which shows schematic structure of the manufacturing apparatus of the polymer web in the 4th Embodiment of this invention. 同実施形態における高分子ウェブの製造装置の変形構成例を示す縦断正面図。The longitudinal cross-sectional front view which shows the modification structural example of the manufacturing apparatus of the polymer web in the embodiment. 本発明の第５の実施形態における高分子ウェブの製造装置の斜視図。The perspective view of the manufacturing apparatus of the polymeric web in the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６の実施形態における高分子ウェブの製造装置の斜視図。The perspective view of the manufacturing apparatus of the polymeric web in the 6th Embodiment of this invention. ナノファイバーの堆積状態の説明図。Explanatory drawing of the deposition state of nanofiber. 同実施形態におけるより好適な高分子ウェブの製造装置の概略構成図。The schematic block diagram of the more suitable polymeric web manufacturing apparatus in the embodiment. 従来例の高分子ウェブの製造装置の概略構成図。The schematic block diagram of the manufacturing apparatus of the polymer web of a prior art example. 同従来例の他の構成例の要部構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分拡大下面図。The principal part structure of the other structural example of the prior art example is shown, (a) is a front view, (b) is a partially enlarged bottom view. 同従来例における問題点の説明図。Explanatory drawing of the problem in the conventional example. 同従来例における更なる問題点の説明図。Explanatory drawing of the further problem in the conventional example.

Explanation of symbols

１円筒状容器（回転容器）
３小穴
９モータ（回転駆動手段）
１０溶液供給管
１１高分子溶液
１３供給ポンプ（高分子溶液供給手段）
１４第１の高電圧発生手段
１６反射電極
１７第２の高電圧発生手段
１８コレクタ
１９第２の高電圧発生手段
２０Ｌ字屈曲部
２１制御部
２５収容量検出手段
３４送風手段
３６接頭円錐筒状容器（回転容器）
３７筒状流動域
３８軸心集束電極
３９外周集束電極
４１シート材
４２シート材移動手段
４３ドラム状コレクタ
４６送風ファン
５０ナノファイバー製造装置
５１堆積移動手段
５３回転駆動部
５９送風ファン
ｆナノファイバー
Ｗ高分子ウェブ 1 Cylindrical container (rotary container)
3 Small hole 9 Motor (Rotation drive means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solution supply pipe 11 Polymer solution 13 Supply pump (polymer solution supply means)
14 First High Voltage Generating Unit 16 Reflecting Electrode 17 Second High Voltage Generating Unit 18 Collector 19 Second High Voltage Generating Unit 20 L-Bent Part 21 Control Unit 25 Capacity Detection Unit 34 Blower Unit 36 Prefixed Cylinder Container (Rotating container)
37 Cylindrical flow region 38 Axis focusing electrode 39 Peripheral focusing electrode 41 Sheet material 42 Sheet material moving means 43 Drum-shaped collector 46 Blower fan 50 Nanofiber manufacturing apparatus 51 Deposition moving means 53 Rotating drive part 59 Blower fan f Nanofiber W High Molecular web

Claims

In a conductive rotating container having a plurality of small holes, rotating the rotating container while supplying a polymer solution in which a polymer substance is dissolved in a solvent, charging the polymer solution flowing out from the small holes of the rotating container, A nanofiber generation process for generating a nanofiber made of a polymer material by stretching the flow-out linear polymer solution by electrostatic explosion caused by centrifugal force and evaporation of the solvent, and the nanofiber in the generation process as a rotating container from one side in the axial direction is deflected toward the other side have a deflecting flow step of flowing, the rotation axis of the rotating container is rotatably supported by the support cylinder body, and the support cylinder Incorporating a motor as a rotation driving means, and in the deflection flow step, the nanofibers are deflected by blowing air around the outer periphery of the rotating container in a direction from the support cylinder toward the rotating container. flow Method for producing nanofibers which comprises bringing.

2. The nanofiber according to claim 1 , wherein the support cylinder is disposed concentrically in a wind tunnel cylinder, and blows air to an air passage between the support cylinder and the wind tunnel cylinder in the deflection flow step. Manufacturing method.

A fan arrangement cylinder part is provided on the opposite side of the wind tunnel cylinder to the rotating container, and the fan arrangement cylinder part incorporates the blower fan. In the deflection flow step, the fan fan sends air to the air supply path. The method for producing a nanofiber according to claim 2, wherein:

Rotating vessel has a plurality of small holes in the peripheral surface, according to one in any of claims 1 to 3 These small holes are characterized by being formed side by side in the circumferential direction and the axial direction Manufacturing method of nanofiber.

In its axial direction other side of the arranged conductive at intervals in the collector against the rotating container, grounded applied or collector a voltage having a potential difference with respect to charges of nanofibers according to claim 1-4 A method for producing a polymer web, comprising producing a polymer web by depositing nanofibers produced by the method for producing nanofiber according to any one of the above on a collector.

A conductive rotating container that is rotatably supported and has a plurality of small holes at a distance from the rotation axis in the radial direction, and a polymer that supplies a polymer solution in which a polymer substance is dissolved in a solvent in the rotating container A solution supply means, a rotation driving means for rotating the rotating container, a charging means for charging the polymer solution flowing out from the small hole of the rotating container, and an axial center side of the rotating container. Deflection flow means for deflecting and flowing nanofibers generated from the polymer solution charged and discharged from the small holes toward the other side in the axial direction of the rotating vessel, polymer solution supply means, and rotation drive means, A charging unit and a control unit for controlling the deflection flow means , wherein the rotation shaft of the rotary container is rotatably supported in a support cylinder, and a motor as a rotation drive means is incorporated in the support cylinder, and the deflection flow Means before In a direction toward the rotating container from the support cylinder, by blowing the entire circumference of the outer periphery of the rotating container, apparatus for producing nanofibers, characterized in that to flow to deflect the nanofibers.

7. The nanofiber according to claim 6, wherein the support cylinder is disposed concentrically in a wind tunnel cylinder, and the deflection flow means blows air to an air passage between the support cylinder and the wind tunnel cylinder. Manufacturing equipment.

A fan arrangement cylinder part is provided on the opposite side of the wind tunnel cylinder to the rotary container, and the blower fan is built in the fan arrangement cylinder part, and the deflecting flow means sends air to the ventilation path by the blower fan. An apparatus for producing nanofibers according to claim 6 or 7 , characterized in that:

Rotating the container, it has a plurality of small holes in the circumferential surface, nano according to any one of claims 6-8 These small holes are characterized by being formed side by side in the circumferential direction and the axial direction Fiber manufacturing equipment.

A polymer web manufacturing apparatus to which the nanofiber manufacturing apparatus according to any one of claims 6 to 9 is applied, wherein the conductive film is electrically conductive with a gap in the axial direction other side to the rotating container. An apparatus for producing a polymer web, characterized in that a collector which is applied with a voltage having a potential difference with respect to the charged charge of the nanofiber or is grounded is disposed.