JP4866868B2 - ナノファイバ製造装置、不織布製造装置 - Google Patents

Description

本願発明は、エレクトロスピニング法（静電爆発）を用いてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置、及び、エレクトロスピニング法で製造されるナノファイバを堆積させて不織布を製造する不織布製造装置に関する。

高分子物質などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質（ナノファイバ）を製造する方法として、エレクトロスピニング（電荷誘導紡糸）法が知られている。

このエレクトロスピニング法とは、溶媒中に高分子物質などを分散または溶解させた原料液を空間中に噴射（吐出）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静電爆発させることにより、ナノファイバを得る方法である。

より具体的には、空間を飛行中の原料液の粒から溶媒が蒸発するに伴い原料液の体積は減少していくが、原料液に付与された電荷は維持されるため、結果として原料液の粒の電荷密度が上昇する。そして、溶媒は、継続して蒸発するため、原料液の粒の電荷密度がさらに高まり、原料液の粒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高分子溶液が爆発的に線状に延伸される現象（静電爆発）が生じる。この静電爆発が、空間において次々とねずみ算式に発生することで、直径がサブミクロンの高分子から成るナノファイバが製造される（例えば、特許文献１参照）。

前記エレクトロスピニング法により製造されるナノファイバを糸や不織布の原料として用いる場合、大量のナノファイバを高密度で収集する必要がある。そのために、例えば特許文献２には、ナノファイバを収集するための電極に向けて原料液を噴射する多数のノズルを配置し、多量のナノファイバを高密度で製造する発明が記載されている。

しかし、ナノファイバを収集する収集手段に向けて多数のノズルを配置する場合、単位面積あたりに配置されるノズルの数には限度があるため、収集できるナノファイバの密度をあまり高めることができない。

そこで、周壁に多数の噴射口を設けた円筒形の容器を、ナノファイバを収集する方向と当該容器の軸とが一致するように配置し、当該軸を回転軸として高速に回転させることで前記容器の噴射口から原料液を噴射させる手段を発明して別途出願している。さらに、前記容器に原料液を過剰に供給して容器から原料液をあふれ出させることで、容器内の原料液量を一定にし、原料液を一定の割合で噴射できるようにし、溢れ出た原料液を原料液供給源に戻す構成に関する発明を行い、別途当該発明についても出願を行っている。
特開２００５−３３０６２４号公報 特開２００２−２０１５５９号公報

ところが上記先に出願した発明に関しさらに実験と研究とを進めたところ、噴射容器から溢れ出た原料液を原料液供給源に戻すと、製造されるナノファイバの品質に影響を及ぼすことを見いだし本願発明をするに至った。

すなわち本願発明は、ナノファイバの製造状態やナノファイバの収集状態に影響を及ぼしにくい構造を備えたナノファイバ製造装置の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバ製造装置は、ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段とを備えるナノファイバ製造装置であって、前記噴射手段は、周壁に噴射口を有し、自身の回転による遠心力により原料液を噴射する筒形の噴射容器と、前記噴射容器に供給する原料液を一時的に貯留すると共に、前記噴射容器から溢れ出る原料液を貯留する、前記噴射容器の近傍に配置される貯液手段と、前記貯液手段から前記噴射容器に原料液を移送する移送手段とを備え、さらにナノファイバ製造装置は、前記貯液手段に原料液を供給する原料液供給手段を備えることを特徴とする。

これにより、原料液は噴射容器近傍で循環するため、溶媒の蒸発による原料液の劣化などを可及的に抑止しつつ、噴射容器内の原料液量を一定に保って、高品質なナノファイバを安定して製造することが可能となる。

さらに、前記噴射された原料液または製造されたナノファイバを案内する気体流を発生させる気体流発生手段を備え、前記噴射手段は、前記貯液手段と前記移送手段とを内方に配置可能で、前記気体流の内方への流入を防ぐ風防筐体を備えることが好ましい。

これにより、気体流でナノファイバ等を案内できるため、ナノファイバなどを気体流で集めることも可能となり、密度の高い状態でナノファイバを回収することも可能となる。さらに、風防筐体により前記気体流から循環する原料液は隔離されるため、気体流により溶媒の蒸発が促進されにくくなる。したがって、原料液の品質を安定させることが可能となる。

さらに、前記貯液手段に貯留される原料液の貯留量を検出する液量検出手段と、前記液量検出手段の検出結果に基づき、前記貯留量を所定の範囲に収まるよう前記原料液供給手段を制御する供給量制御手段とを備えることが好ましい。

これにより、噴射容器の近傍に貯留される原料液の量を所望の量に制御できるため、原料液の劣化を可及的に抑止しつつ、噴射の状態を安定させることが可能となる。

上記目的は、次の方法によっても達成することができる。すなわち、本願発明にかかるナノファイバの製造方法は、ナノファイバの原料となる原料液を一時的に貯留する貯液手段から噴射容器に移送する移送ステップと、前記噴射容器を回転させることにより、噴射容器の周壁に設けた噴射口から原料液を噴射させる噴射ステップと、前記噴射容器から溢れ出る原料液を前記貯液手段により回収する回収ステップと、前記貯液手段に原料液を供給する供給ステップと、前記原料液を帯電させる帯電ステップとを含むことを特徴とする。

当該方法の作用、効果は、上記ナノファイバ製造装置を使用した場合と同様である。
さらに、上記ナノファイバ製造装置を備える不織布製造装置によれば、高品質のナノファイバで形成される不織布を安定して製造することが可能となる。

本願発明によれば、噴射容器とその近傍に配置される貯液手段との間で原料液が循環するため、原料液を循環させる際に発生する原料液の劣化を可及的に抑止することができる。したがって、当該原料液により製造されるナノファイバの品質を安定させることが可能となる。

次に、本願発明にかかるナノファイバ製造装置、及び、ナノファイバ製造装置を備える不織布製造装置の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本願発明の実施の形態である不織布製造装置を模式的に示す断面図である。
同図に示すように、不織布製造装置１００は、ナノファイバ製造装置２００と、収集体１０１と、吸引手段１０２と、領域規制手段１０３と、搬送手段１０４と、吸引制御手段１０５と、溶剤回収装置１０６とを備えている。

収集体１０１は、空間中で製造されるナノファイバが堆積する対象となる部材であり、気体流により案内されるナノファイバを収集するため、通気性を備えた部材となされている。本実施の形態の場合、収集体１０１は、堆積したナノファイバと容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシート状の部材である。具体的には、収集体１０１として、アラミド繊維からなる長尺の網を例示することができる。さらに、表面にテフロン（登録商標）コートを行うと、収集したナノファイバの剥離性が向上するため好ましい。また、収集体１０１は、ロール状に巻き付けられた状態で供給ロール１１１から供給されるものとなっている。

搬送手段１０４は、長尺の収集体１０１を巻き取りながら供給ロール１１１から引き出し、ナノファイバ製造装置２００の近傍をゆっくりと移動させ、収集体１０１上に堆積するナノファイバを搬送するものとなっている。搬送手段１０４は、ナノファイバが堆積してなる不織布を収集体１０１とともに巻き取ることができるものとなっている。

吸引手段１０２は、収集体１０１のナノファイバが収集される側と反対側、すなわち、ナノファイバ製造装置２００が配置される側と反対側に配置され、ナノファイバ製造装置２００から収集体１０１を通過して流れ来る気体流を構成する気体を吸引する装置である。本実施の形態では、不織布製造装置１００は、吸引手段１０２として、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機を備えている。また、吸引手段１０２は、ダクト１２１の内部に配置されており、蒸発した溶媒が混ざった気体流を吸引すると共に、ダクト１２１を通過して溶剤回収装置１０６まで搬送することができるものとなっている。

吸引制御手段１０５は、吸引手段１０２と電気的に接続され、吸引手段１０２の吸引量を制御する装置である。本実施の形態では吸引手段１０２として送風機が採用されており、吸引制御手段１０５は、前記送風機の回転数を制御することにより気体の吸引量を制御している。

領域規制手段１０３は、吸引手段１０２の吸引領域を規制する機能を有し、収集体１０１のナノファイバが収集される側と反対側にあって、収集体１０１と吸引手段１０２との間に配置される両端が開放状態の筒体である。領域規制手段１０３の形状は、ナノファイバ製造装置２００のナノファイバが放出される端部形状に対応することが好ましく、例えば、前記端部形状が矩形であれば、領域規制手段１０３も矩形の筒体が好ましい。また、前記端部形状が円筒形であれば、領域規制手段１０３も円筒形が好ましい。

ナノファイバ製造装置２００は、帯電させた原料液３００を空間中に噴射し、空間中で静電爆発を発生させてナノファイバ３０１を製造する装置であり、噴射手段２０１と、帯電手段２０２と、原料液供給手段２０４と、気体流発生手段２０３と、加熱手段２０５と、案内体２０６とを備えている。

なお、ナノファイバを製造するための原料液については原料液３００と記し、製造されたナノファイバについてはナノファイバ３０１と記すが、製造に際しては原料液３００とナノファイバ３０１との境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。

図２は、原料液放出部を示す断面図である。
なお、原料液放出部２９０とは、噴射手段２０１、帯電手段２０２、気体流発生手段２０３（下記参照）、案内体２０６（下記参照）、加熱手段２０５（下記参照）などの部材群の総称である。

噴射手段２０１は、原料液３００を空間中に噴射する装置であり、噴射容器２１１と、回転軸体２１２と、モータ２１３と、貯液手段２１４と、移送手段２１５と、風防筐体２１６とを備えている。

噴射容器２１１は、原料液３００が内方に注入されながら自身の回転による遠心力により空間中に原料液３００を噴射することのできる容器であり、一端が閉塞された円筒形状となされ、周壁には噴射口２６１を多数備えている。噴射容器２１１は、貯留する原料液３００に電荷を付与するため、導電体で形成されている。噴射容器２１１は支持体２６２に設けられるベアリング２６３により回転可能に支持されている。具体的には、噴射容器２１１の直径は、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。あまり大きすぎると気体流により原料液３００やナノファイバ３０１を集中させることが困難になるからである。一方、小さすぎると遠心力により原料液３００を噴射させるための回転を高めなければならず、モータの負荷や振動など問題が発生するためである。さらに２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲から採用することが好ましい。また、噴射口２６１の形状は円形であり、直径は、０．０１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲から採用することが好適である。

噴射容器２１１の他端部には、噴射容器２１１の他端周縁から内方に突出するように配置される円環状の堤部２６４が設けられている。堤部２６４は、噴射容器２１１の内部に所定量の原料液３００を貯留するための堤として機能するものであり、噴射容器２１１に所定量以上の原料液３００が移送され注入された場合、当該堤部２６４を越えて原料液３００が噴射容器２１１の他端部から溢れ出るものとなっている。

貯液手段２１４は、噴射容器２１１に供給する原料液３００を一時的に貯留すると共に、噴射容器２１１から溢れ出る原料液３００を受け止めて貯留する機能を有する器状の部材である。貯液手段２１４は、噴射容器２１１の他端部近傍、すなわち、堤部２６４近傍に配置され、堤部２６４を越えてあふれ出した原料液３００を直接受け止めることができる開口を備えている。さらに本実施の形態において、貯液手段２１４は、噴射容器２１１よりも径の大きい円筒形状となされ、噴射容器２１１と同軸上に配置されている。貯液手段２１４は、その先端が噴射容器２１１の他端部と重なるように配置されている。これにより、噴射容器２１１の回転で下方ばかりでなく上方や側方にあふれ出した原料液３００も回収することが可能となっている。また、貯液手段２１４の基端部は、回転軸体２１２が回転可能に挿通される孔を除いて閉塞されている。

移送手段２１５は、貯液手段２１４から噴射容器２１１に原料液３００を移送する装置であり、原料液３００を貯液手段２１４から汲み上げるポンプ２５１と、原料液３００を噴射容器２１１まで案内する管体２５２とを備えている。移送手段２１５は、所定量の原料液３００を常時移送し続けるポンプでよいが、貯液手段２１４における原料液３００の貯液量にしたがい、単位時間当たりの移送量を調整しうる制御手段を備えたポンプでもかまわない。またポンプ２５１の種類は、特に限定されるものではなく、ギアポンプやチューブポンプなど任意のポンプを採用することが可能である。なお、チューブポンプを採用すると、メンテナンスが容易になるため好ましい。

風防筐体２１６は、貯液手段２１４に蓄えられる原料液３００が後述の気体流発生手段２０３から発生する気体流により蒸発が促されることを防止し、また、移送手段２１５の中を流通する原料液３００が前記気体流により影響を受けることを防止する、円筒形状の箱体である。特に、気体流が加熱され高温の場合、高温の気体流から移送手段２１５中の原料液３００を保護することができるため好ましい。風防筐体２１６は、端部に気体流との抵抗を低下させるためのテーパー部が設けられており、できる限り気体流を乱さない形状が採用されている。また、風防筐体２１６は、噴射容器２１１の径より大きな径を備えており、気体流が噴射口２６１の近傍を通過することを防止している。これにより、原料液３００は、噴射口２６１から所定の距離飛行した後に気体流と衝突し進路が変更されることとなり、噴射口２６１の近辺において原料液３００の蒸発を促す可能性を低下させる。ひいては、噴射口２６１近傍における気体流の影響により粘度の高くなった原料液３００や噴射直後に製造されたナノファイバ３０１が噴射口２６１を詰まらせることを回避できる。

原料液供給手段２０４は、貯液手段２１４に原料液３００を直接供給する手段であり、原料液供給源２４１と、原料液３００の供給量を調整することができる調整弁２４２と、供給ポンプ２４３と、原料液３００を案内する供給管２４４とを備えている。原料液供給源２４１は、原料液３００を貯蔵するタンクである。また、供給管２４４は、噴射手段２０１を支持する支持体２６２の内方を通過するものとなっている（図３参照）。

回転軸体２１２は、噴射容器２１１を回転させるための駆動力をモータ２１３から伝達する軸体であり、噴射容器２１１の他端から噴射容器２１１の内部に挿通され、噴射容器２１１の一端部にある閉塞部と接合される棒状体である。

モータ２１３は、遠心力により原料液３００を噴射口２６１から噴射させるために、回転軸体２１２を介して噴射容器２１１に回転駆動力を付与する装置である。なお、噴射容器２１１の回転数は、噴射口２６１の口径などとの関係により、数ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下の範囲から採用することが好ましく、本実施の形態のようにモータ２１３と噴射容器２１１とが直動の時はモータ２１３の回転数は、噴射容器２１１の回転数と一致する。

帯電手段２０２は、原料液３００に電荷を付与して帯電させる装置であり、誘導電極２２１と、誘導電源２２２と、接地手段２２３とを備えている。

誘導電極２２１は、自身がアースに対し高い電圧または低い電圧となることで、近傍に配置され接地されている噴射容器２１１に電荷を誘導するための部材であり、噴射容器２１１の先端部分を取り囲むように配置される円環状の部材である。

誘導電源２２２は、誘導電極２２１に高電圧を印加することのできる電源である。なお、誘導電源２２２は、一般には、直流電源であるが、発生させるファイバの帯電極性に影響受けないような場合、すなわち、生成したファイバの帯電を利用して、電極上に回収するような場合には、直流電源が好ましいが、それ以外の場合には、直流でも交流でもかまわない。

接地手段２２３は、噴射容器２１１と電気的に接続され、噴射容器２１１を接地電位に維持することができる部材でありアースとして機能するものである。接地手段２２３の一端は噴射容器２１１が回転状態であっても電気的な接続状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は大地と接続されている。

誘導電極２２１の大きさは、噴射容器２１１の直径よりも大きい必要があるが、その直径は、２００ｍｍ以上、６００ｍｍ以下の範囲から採用されることが好適である。誘導電源２２２の電圧は、１０ＫＶ以上、２００ＫＶ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手段２０２に誘導方式を採用すれば、噴射容器２１１を接地電位に維持したまま原料液３００に電荷を付与することができる。噴射容器２１１が接地電位の状態であれば、噴射容器２１１に接続される回転軸体２１２やモータ２１３、貯液手段２１４などの部材を噴射容器２１１から電気的に絶縁する必要が無くなり、噴射手段２０１として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。

なお、帯電手段として、噴射容器２１１に直接電源を接続し、噴射容器２１１を高電圧に維持して原料液３００に電荷を付与してもよい。また、噴射容器２１１を絶縁体で形成すると共に、噴射容器２１１に貯留される原料液３００に直接接触する電極を噴射容器２１１内部に配置し、当該電極を用いて原料液３００に電荷を付与するものでもよい。

気体流発生手段２０３は、噴射容器２１１から噴射される原料液３００の飛行方向をナノファイバ３０１を堆積させる方向に変更するための気体流を発生させる装置である。本実施の形態の場合、気体流発生手段２０３は、周りにある雰囲気（空気）を強制的に送風する軸流ファンを備える送風機が採用されている。気体流発生手段２０３は、噴射容器２１１を回転させるモータ２１３の背部に備えられ、モータ２１３から噴射容器２１１の先端に向かう気体流を発生させる。気体流発生手段２０３は、遠心力により噴射容器２１１から径方向に噴射される原料液３００を軸方向に変更することができる風力を発生させることができるものとなっている。気体流発生手段は、これに限定するものではなく、２０３の気体流発生手段を取り除き、図１における吸引手段１０２のみを用いて、気体流を発生させることもできる。

なお、図２において、気体流は矢印で示している。また、気体流発生手段２０３は、シロッコファンなど他の送風機により構成してもかまわない。

案内体２０６は、気体流発生手段２０３により発生する気体流を所定の方向に案内する機能を有するものである。

加熱手段２０５は、気体流発生手段２０３が発生させる気体流を構成する気体（安全ガス）を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段２０５は、案内体２０６により形成される風路内に配置される円環状のヒータであり、加熱手段２０５を通過する気体を加熱することができるものとなっている。加熱手段２０５により気体流を加熱することにより、空間中に噴射される原料液３００は、蒸発が促進され効率よくナノファイバを製造することが可能となる。

さらに、ナノファイバ製造装置２００は、液量検出手段２９１と、供給量制御手段２９２とを備えている。

液量検出手段２９１は、貯液手段２１４に貯留される原料液３００の貯留量を検出する装置である。図２中に示される液量検出手段２９１は、原料液３００に浮かぶフロート２９３を備え、フロート２９３の上下動を二つのリミットスイッチ（図示せず）により検出することで貯液手段２１４に貯留されている原料液３００の上限高さと下限高さとを検出する装置である。このように、貯液手段２１４の形状が既知、または、測定可能であれば、液面の高さを検出するだけでもかまわない。なお、液量検出手段２９１は、前記方式に限定されるわけではなく、原料液３００の液面の高さをリニアに検出するものでもかまわない。なお、原料液３００は帯電しているため、前記フロート式のように機械的に液量を検出するものが望ましい。

供給量制御手段２９２は、液量検出手段２９１の検出結果に基づき、原料液３００の貯留量を所定の範囲に収まるよう原料液供給手段２０４の中の調整弁２４２を制御する装置である。上記のように液量検出手段２９１から原料液３００の液面の上限と下限との二つの検出結果が送信される場合、供給量制御手段２９２は、液面が下限に達した場合、原料液３００の供給を開始し、上限に達した場合、原料液３００の供給を停止する制御を行う。また、原料液３００の液面の高さの検出結果がリニアな状態で送信される場合、液面の高さと供給量とに基づき計算を行い、調整弁２４２の開度を調整して液面をできる限り一定に保つ制御を行っても良い。なお、前記制御としてはＰＩＤ制御などを例示できる。

なお、供給量制御手段２９２は、調整弁２４２ではなく供給ポンプ２４３を直接制御することにより供給量を調整するものでもかまわない。

以上のようにすることで、噴射容器２１１の内部に貯留される原料液３００はほぼ一定に保たれる。したがって、噴射口２６１から噴射される原料液３００の状態を安定させることができ、製造されるナノファイバの品質を安定させることができる。また、噴射容器２１１の近傍に配置される貯液手段２１４の内部に貯留される原料液３００は、所定の範囲、または、一定の量に保たれるため、噴射容器２１１内の原料液３００の量に悪影響を与えることなく、安定して原料液３００を供給し続けることが可能となる。また、これらの効果に加えて、噴射容器２１１内の原料液３００を一定に保つために設けられた原料液３００の循環経路は、これ以上短くできないほどの経路しかない。したがって、原料液３００を循環させることによる原料液３００の劣化を可及的に防止することができる。ひいては、製造されるナノファイバの品質を高い次元で安定されることが可能となる。

特に、噴射容器２１１は、１０００ｒｐｍ以上の高速で回転する場合も多く、噴射容器２１１内に原料液３００が多量にあった場合には、回転ムラや回転軸のズレがあった場合等には、良好に回転できなくなり、故障の大きな要因になる。

図３は、噴射手段の外観を示す斜視図である。
支持体２６２は、噴射手段２０１を支持するための部材であり、噴射口２６１と気体流発生手段２０３との間に配置されている。支持体２６２は、気体流発生手段２０３により発生する気体流の流れる方向に対し垂直方向の厚みが噴射容器２１１の径よりも小さく、気体流に沿って長く伸びた形状となされている。これは、できる限り気体流を乱すことなく、かつ、噴射手段２０１を強固に支持するための形状である。また、支持体２６２は、気体流の上流側端部、及び、下流側端部が流線型となっている。これら気体流の上下端縁を流線型とすることにより、さらに気体流が乱れることを防止している。

また、支持体２６２は、原料液３００を貯液手段２１４に供給するための供給管２４４を内部に備えている。さらに支持体２６２は、モータ２１３に電力を供給するための導線等を挿通するための挿通孔２８３を備えている。このように供給管２４４や挿通孔２８３を支持体２６２の内部に備えることで、気体流発生手段２０３から気体流が乱れることを回避することが可能となる。

さらに支持体２６２は、ベアリング２６３を下端縁に備えている。ベアリング２６３は、支持体２６２の側端部の下部に噴射容器２１１を回転可能に支持するためのものである。

図１の参照に戻る。
風洞体２６５は、原料液放出部２９０から放出される原料液３００やナノファイバ３０１が所定の飛行経路を通過するように案内する風洞を形成する部材である。風洞体２６５は、原料液放出部２９０から放出される原料液３００やナノファイバ３０１を気体流発生手段２０３が発生させる気体流と共に受け入れることのできる導入開口部を基端部に備え、これに続き原料液３００が十分に静電爆発し、ナノファイバ３０１が製造できる空間を形成する静電爆発部を備えている。また風洞体２６５は、静電爆発部に続き、静電爆発により製造され、未だ帯電状態にあるナノファイバ３０１を除電するための空間を形成する除電部を備えている。除電部は、ナノファイバ３０１が自然に除電される十分な長さを備えても良く、また、ナノファイバ３０１を強制的に除電する除電手段２０７を備えてもかまわない。

除電手段２０７は、帯電しているナノファイバ３０１を強制的に除電する装置であり、帯電しているナノファイバ３０１の極性と逆の極性を備えるイオンや粒子を空間中に放出することができる装置である。具体的には、コロナ放電方式や電圧印加方式、交流方式、定常直流方式、パルス直流方式、自己放電式、軟X線方式、紫外線式、放射線方式など任意の方式からなる除電手段２０７を採用して良い。

風洞体２６５は、除電部に続き、気体流の上流から下流に向けて口径（面積）が徐々に小さくなるく収縮部を備えている。収縮部は、当該テーパ形状により、ナノファイバが空間中に存在する密度を向上させる機能を備えている。収縮部の上流側と下流側には、それぞれ気体流導入口２３３を備えている。気体流導入口２３３は、高圧ガス発生手段２３２に接続され風洞体２６５の内部に高速の気体流を導入するための開口である。気体流導入口２３３は、収縮部の口径の大きい側から口径の小さい側に向かって気体流を噴出できる方向に向かって設けられている。

高圧ガス発生手段２３２は、高圧ガスを風洞体２６５内部に導入することで気体流を発生させる装置である。具体的には、高圧ガス発生手段２３２は、高圧ガスを貯留しうるタンク（ボンベ）と、タンクにガスを強制的に導入するポンプと、タンク内の高圧ガスの圧力を調節するバルブを有するガス導出手段を備える装置を例示することができる。

なお、高圧ガス発生手段２３２が供給するガスは、空気でもかまわないが、酸素含有比率が空気よりも低い安全ガスが望ましい。原料液３００から蒸発する溶媒による爆発を回避するためである。安全ガスとしては、空気から酸素を樹脂膜（中空糸膜）によりある程度除去した低酸素濃度ガスや、過熱水蒸気を挙示することができる。なお、本記載は酸素の含有がほとんどない高純度なガスなどの使用を除外するものではなく、液体や気体等の状態でボンベに封印された高純度な窒素やドライアイスから供給される二酸化炭素なども利用可能である。

また、高圧ガス発生手段２３２により発生する気体流を加熱する加熱手段を設けてもかまわない。

次に、ナノファイバ３０１の製造方法、及び、不織布の製造方法の概略を説明する。
まず、気体流発生手段２０３により、原料液放出部２９０や案内体２０６内部に気体流を発生させる。一方、吸引手段１０２により、収集体１０１よりも下流側から前記気体流を吸引する。

次に、貯液手段２１４の内部に原料液３００を供給し、貯液手段２１４から噴射容器２１１に原料液を移送する。次に、誘導電源２２２により噴射容器２１１に貯留される原料液３００に電荷を供給しつつ、噴射容器２１１をモータ２１３により回転させて、遠心力により噴射口２６１から帯電した原料液３００を噴射する。

ここで、ナノファイバ３０１を製造するための原料液３００としては、エポキシ系樹脂や、ポリイミド系樹脂、ＬＣＰ（液晶ポリマー）樹脂などに、有機溶媒を溶解、混合するものが例示できる。

さらに、他の溶質として例示できる物質は、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、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、ポリペプチド等である。また、上記１種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。

また、原料液に無機質固体材料を添加してもかまわない。無機質固体材料により得られるナノファイバの特性を変えることが可能である。無機質固体材料としては、金属、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を例示することができる。さらに、無機質固体材料の具体例としては、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等を挙示できる。また、上記１種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。

原料液に使用できる溶媒としては、原料液が空間を飛行中に蒸発（揮発）するものが好ましい。具体的には、アセトニトリル、トルエン、ジクロロメタン、メタノール、エタノールなどのアルコール、アセトンなどが例示できる。さらには、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、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、ピリジン、水等を例示することができる。また、上記１種を用いてもよく、また、複数の種類を所定の比率で混合して用いてもよい。

原料液の中の溶媒の占める割合は、６０％位から９８％位が好適で、使用するファイバの材料、溶媒の種類、生成するファイバの径等で決定を行う。

噴射された原料液３００は、気体流により飛行方向が変更される。これにより、ナノファイバ３０１の堆積面に対し垂直または略垂直に噴射口２６１を並べることができ、一定の空間中に多量の原料液３００を噴射することが可能となる。また、気体流が加熱されているため、溶媒の蒸発が促進され、静電爆発が促進され効率よくナノファイバ３０１を製造することが可能となる。

ここで、気体流は、風防筐体２１６により噴射口２６１およびその近傍に到達しないものとなされている。これにより、噴射口２６１の近傍では原料液３００に含まれる溶媒の蒸発が促進されにくい状態となるため、溶質により噴射口２６１が狭められ、また、封鎖されることが防止される。よって、噴射容器２１１から長期間原料液３００を噴射し続けても、噴射量が低下することを可及的に抑止することができる。つまり、空間中の原料液３００やナノファイバ３０１の濃度を高い状態で長期間維持することが可能となる。

そして、製造されたナノファイバ３０１は、風洞体２６５の内方を気体流に乗って搬送され、高密度状態で収集体１０１到達する。収集体１０１は、背部（下流側）から気体流が吸引手段１０２により吸引されているため、フィルタとして機能し、ナノファイバ３０１と気体流とを分離してナノファイバ３０１のみを堆積させながら収集する。ナノファイバ３０１が堆積する収集体１０１は、搬送手段１０４の巻き取りにより一定の移動速度で移動しており、収集体１０１の上に堆積したナノファイバ３０１は、不織布を形成しながら収集体１０１と共に移動し、搬送手段１０４に巻き取られる。

以上のように、本実施の形態に係る不織布製造装置１００は、高い品質のナノファイバが安定して製造される。加えて、原料液３００や製造されたナノファイバ３０１の空間中の濃度を高く均一な状態にし、かつ、当該高い濃度状態のナノファイバ３０１を収集することが可能となる。従って、厚みがあり高い品質の長尺の不織布を安定して製造し続けることが可能となる。

なお、本実施の形態では、支持体２６２は、噴射手段２０１を吊り下げ状態で支持しているが、本願発明は、これに限定されるわけではない。例えば、支持体２６２は、床などに取り付けられており、噴射手段２０１を載置するような状態で支持してもかまわない。

また、上記実施の形態では、貯液手段２１４の貯液量を検出して原料液３００の供給量を制御したが、噴射口２６１から原料液３００が噴射される量を予測し、当該原料液３００の消費量と同程度の量の原料液３００を原料液供給手段２０４から供給し続けるものでもかまわない。

本発明は、ナノファイバ製造装置や、製造されたナノファイバを用いて紡糸する装置、製造されたナノファイバを用いて不織布を製造する装置などに利用可能である。

本願発明の実施の形態である不織布製造装置を模式的に示す断面図である。 原料液放出部を示す断面図である。 噴射手段の外観を示す斜視図である。

符号の説明

１００ 不織布製造装置
１０１ 収集体
１０２ 吸引手段
１０３ 領域規制手段
１０４ 搬送手段
１０５ 吸引制御手段
１０６ 溶剤回収装置
１１１ 供給ロール
１２１ ダクト
２００ ナノファイバ製造装置
２０１ 噴射手段
２０２ 帯電手段
２０３ 気体流発生手段
２０４ 原料液供給手段
２０５ 加熱手段
２０６ 案内体
２０７ 除電手段
２１１ 噴射容器
２１２ 回転軸体
２１３ モータ
２１４ 貯液手段
２１５ 移送手段
２１６ 風防筐体
２２１ 誘導電極
２２２ 誘導電源
２２３ 接地手段
２３２ 高圧ガス発生手段
２３３ 気体流導入口
２４１ 原料液供給源
２４２ 調整弁
２４３ 供給ポンプ
２４４ 供給管
２５１ ポンプ
２５２ 管体
２６１ 噴射口
２６２ 支持体
２６３ ベアリング
２６４ 堤部
２６５ 風洞体
２８３ 挿通孔
２９０ 原料液放出部
２９１ 液量検出手段
２９２ 供給量制御手段
２９３ フロート
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ

Claims (9)

1. ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段とを備えるナノファイバ製造装置であって、
   前記噴射手段は、
   周壁に噴射口を有し、自身の回転による遠心力により原料液を噴射する筒形の噴射容器と、
   前記噴射容器に供給する原料液を一時的に貯留すると共に、前記噴射容器から溢れ出る原料液を貯留する、前記噴射容器の近傍に配置される貯液手段と、
   前記貯液手段から前記噴射容器に原料液を移送する移送手段とを備え、
   さらにナノファイバ製造装置は、
   前記貯液手段に原料液を供給する原料液供給手段を備えるナノファイバ製造装置。
2. さらに、
   前記噴射された原料液または製造されたナノファイバを案内する気体流を発生させる気体流発生手段を備え、
   前記噴射手段は、
   前記貯液手段と前記移送手段とを内方に配置可能で、前記気体流の内方への流入を防ぐ風防筐体を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
3. さらに、
   前記貯液手段に貯留される原料液の貯留量を検出する液量検出手段と、
   前記液量検出手段の検出結果に基づき、前記貯留量を所定の範囲に収まるよう前記原料液供給手段を制御する供給量制御手段と
   を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
4. 前記噴射された原料液または製造されたナノファイバを案内する気体流を導く案内体を備え、
   前記貯液手段は、前記案内体内に備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
5. 前記噴射手段は、回転する噴射容器を保持する筐体を有し、前記筐体内に前記貯液手段を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
6. ナノファイバの原料となる原料液を一時的に貯留する貯液手段から噴射容器に移送する移送ステップと、
   前記噴射容器を回転させることにより、噴射容器の周壁に設けた噴射口から原料液を噴射させる噴射ステップと、
   前記噴射容器から溢れ出る原料液を前記貯液手段により回収する回収ステップと、
   前記貯液手段に原料液を供給する供給ステップと、
   前記原料液を帯電させる帯電ステップと
   を含むことを特徴とするナノファイバの製造方法。
7. ナノファイバの原料となる原料液を空間中に噴射する噴射手段と、前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段とを備える不織布製造装置であって、
   前記噴射手段は、
   周壁に噴射口を有し、自身の回転による遠心力により原料液を噴射する筒形の噴射容器と、
   前記噴射容器に供給する原料液を一時的に貯留すると共に、前記噴射容器から溢れ出る原料液を貯留する貯液手段と、
   前記貯液手段から前記噴射容器に原料液を移送する移送手段とを備え、
   さらに、
   前記貯液手段に原料液を供給する原料液供給手段と、
   前記空間中で製造されたナノファイバを収集する収集手段と、
   収集されるナノファイバを搬送する搬送手段と
   を備える不織布製造装置。
8. さらに、前記噴射された原料液または製造されたナノファイバを案内する気体流を導く案内体を備え、
   前記貯液手段は、前記案内体内に備える請求項７に記載の不織布製造装置。
9. 前記噴射手段は、回転する噴射容器を保持する筐体を有し、前記筐体内に前記貯液手段を備える請求項７に記載の不織布製造装置。

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