JP5838349B2 - ナノファイバ製造方法 - Google Patents

Description

本願発明は、静電延伸現象によりサブミクロンオーダーからナノオーダーの細さである繊維（ナノファイバ）を製造するナノファイバ製造方法に関する。

樹脂などから成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質を製造する方法として、静電延伸現象（エレクトロスピニング）を用いた方法が知られている。

この静電延伸現象とは、溶媒中に樹脂などの溶質を分散または溶解させた原料液を空間中にノズルなどにより流出（噴射）させるとともに、原料液に電荷を付与して帯電させ、空間を飛行中の原料液を電気的に延伸させることにより、ナノファイバを得る方法である。

より具体的に静電延伸現象を説明すると次のようになる。すなわち、帯電され空間中に流出された原料液は、空間を飛行中に徐々に溶媒が蒸発していく。これにより、飛行中の原料液の体積は、徐々に減少していくが、原料液に付与された電荷は、原料液に留まる。

この結果として、空間を飛行中の原料液は、電荷密度が徐々に上昇することとなる。そして、溶媒は、継続して蒸発し続けるため、原料液の電荷密度がさらに高まり、原料液の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力より勝った時点で原料液が爆発的に線状に延伸される現象が生じる。これが静電延伸現象である。この静電延伸現象が、空間において次々と幾何級数的に発生することで、直径がサブミクロンオーダーの樹脂から成るナノファイバが製造される（例えば、特許文献１参照）。

ここで、ナノファイバ製造装置の表面のある部分に電荷が溜まると、該部分の周辺に存在する空気がイオン化する。そして、イオン化した空気が該部分の電荷に反発して飛び出すことで、イオンを含んだ空気の流れであるイオン風が発生する。このようにして発生したイオン風が、空間中を飛行している原料液と交差すると、原料液および製造されつつあるナノファイバの飛行経路を乱すこと、および、原料液の帯電状態に悪影響を及ぼすことがある。従って、このイオン風の発生を抑制する必要がある。

特開２００８−１７４８６７号公報

しかしながら、このような特性を持つイオン風を知覚することはできないため、実際にどこで発生しているかの特定は困難である。

そのため、イオン風の発生を抑制するための、イオン風の発生箇所に対する補修等の作業は試行錯誤を伴うため非効率的にならざるを得ない。つまり、イオン風の存在は、高い品質のナノファイバの生産効率の向上に対する阻害要因となっている。

本願発明は、前記問題点および知見に基づくものであり、高い品質のナノファイバの効率的な生産を図るナノファイバ製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るナノファイバ製造方法は、原料液を空間中で電気的に延伸させて繊維を製造し、基材に当該繊維を堆積させることでナノファイバを製造するナノファイバ製造装置におけるナノファイバ製造方法であって、前記原料液から前記繊維が製造される繊維製造空間中に前記原料液を流出体から流出させる流出工程と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を第一電源により印加する電圧印加工程と、箱体の内方に配置された粒状部材であって、第二電源により帯電させた粒状部材の往復動によって、前記ナノファイバ製造装置から発生するイオン風を検知するイオン風検知工程とを含む。

この方法によれば、ナノファイバ製造装置から発生するイオン風が、粒状部材の往復動によって検知される。つまり、当該箱体の近傍でイオン風が発生していることを、ユーザに容易に知覚させることができる。

具体的には、当該粒状部材を内包する箱体をナノファイバ製造装置の近傍に配置し、その配置位置において当該粒状部材が往復動した場合、その配置位置の近傍の、ナノファイバ製造装置の所定範囲内にイオン風の発生箇所があることが特定される。

これにより、当該所定範囲を絶縁材料で覆う、または、当該所定範囲内の表面から突起を削除するなどの、イオン風の発生を抑制するための補修作業を効率よく行うことができる。その結果、高い品質のナノファイバの効率的な生産が実現される。

また、本発明の一態様に係るナノファイバ製造方法において、前記イオン風検知工程では、（ａ）前記箱体の底部に配置され、前記第二電源に接続された検知用電極と、（ｂ）前記箱体の前記底部と対向する位置に前記検知用電極とは絶縁状態で配置された天面部と、の間における前記粒状部材の往復動によって前記イオン風を検知するとしてもよい。

この方法によれば、例えば、検知用電極と天面部を備える箱体という簡易な構造で、イオン風を検知することができる。

また、本発明の一態様に係るナノファイバ製造方法において、前記イオン風検知工程では、前記流出体から所定の範囲内に配置された前記箱体における前記粒状部材の往復動によって、前記流出体から発生するイオン風を検知するとしてもよい。

また、本発明の一態様に係るナノファイバ製造方法はさらに、前記流出体が配置される側と反対側に配置される誘引部によって、前記繊維を前記基材に電気的に誘引する誘引工程を含み、前記イオン風検知工程では、前記誘引部から所定の範囲内に配置された前記箱体における前記粒状部材の往復動によって、前記誘引部から発生するイオン風を検知するとしてもよい。

また、本発明の一態様に係るナノファイバ製造方法において、前記イオン風検知工程では、前記ナノファイバ製造装置が有する被覆電線から所定の範囲内に配置された前記箱体における前記粒状部材の往復動によって、前記被覆電線から発生するイオン風を検知するとしてもよい。

また、本発明の一態様に係るナノファイバ製造方法において、前記イオン風検知工程では、貯蔵している前記原料液を前記流出体に供給するタンクから所定の範囲内に配置された前記箱体における前記粒状部材の往復動によって、前記タンクから発生するイオン風を検知するとしてもよい。

このように、本願発明は、ナノファイバ製造装置の様々な箇所において発生し得るイオン風を検知することができる。

また、本発明の一態様に係るナノファイバ製造方法において、前記イオン風検知工程ではさらに、前記箱体における、前記往復動を行う前記粒状部材の位置に応じて、前記イオン風の発生位置を特定するとしてもよい。

この方法によれば、イオン風の発生位置が比較的に狭い範囲内で特定される。そのため、例えば、イオン風の抑制のため補修作業をより効率よく実行することができる。

また、本発明の一態様に係るナノファイバ製造方法において、前記イオン風検知工程ではさらに、前記粒状部材の往復動の速さによって、前記イオン風の発生量を特定するとしてもよい。

この方法によれば、ある位置におけるイオン風の有無のみならず、イオン風の発生量までもが特定される。例えば、イオン風の抑制のためにどのような補修作業をすべきか等がより的確に決定できる。

また、本発明は、上記いずれかの態様に係るナノファイバ製造方法を実行するナノファイバ製造システムとして実現することもできる。

また、本発明は、上記いずれかの態様に係るナノファイバ製造方法におけるイオン風検知工程を実行するイオン風検知装置として実現することができる。

本願発明によれば、ナノファイバ製造装置において発生するイオン風が容易に知覚される。これにより、高い品質のナノファイバの効率的な生産が可能となる。

図１は、実施の形態のナノファイバ製造システムの構成概要を示す斜視図である。 図２は、実施の形態における流出体を斜め下方から見た場合の斜視図である。 図３は、実施の形態におけるイオン風検知装置の構成概要を示す斜視図である。 図４は、実施の形態におけるイオン風検知装置の構成概要を示す断面図である。 図５は、流出体からのイオン風の検知のためにイオン風検知装置を移動させる様子を示す図である。 図６は、粒状部材が検知用電極と天面部との間を往復動する様子を示す図である。 図７は、イオン風検知装置の配置位置の例を示す図である。 図８は、イオン風検知装置の箱体の上面図である。

本願発明の実施の形態のナノファイバ製造システムを、図面を参照しつつ説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。

また、以下で説明する実施の形態は、本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。

まず、図１および図２を用いて、実施の形態のナノファイバ製造システムの基本的な構成について説明する。

図１は、実施の形態のナノファイバ製造システムの構成概要を示す斜視図である。

図１に示すように、実施の形態のナノファイバ製造システム１０は、ナノファイバ製造装置１００と、イオン風検知装置２００とを備える。

ナノファイバ製造装置１００は、原料液３００を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバ３０１を製造する装置である。ナノファイバ製造装置１００は、流出体１１５と、供給部１０７と、帯電電源１２２と、誘引部１０４と、帯電電極１２１と、帯電電源１２５と、基材１２８と、移動部１２９とを備える。

イオン風検知装置２００は、ナノファイバ製造装置１００から発生するイオン風を検知する装置であり、検知用電源２２０と接続されている。イオン風検知装置２００の詳細については、図３〜図８を用いて後述する。

なお、帯電電源１２２および帯電電源１２５の少なくとも一方は、第一電源の一例であり、検知用電源２２０は、第二電源の一例である。

図２は、実施の形態における流出体１１５を斜め下方から見た場合の斜視図である。

流出体１１５は、内部に貯蔵された原料液３００の圧力（重力も含む場合がある）により原料液３００を空間中に流出させるための部材であり、第一側面部１１６と、第二側面部１１７と、底面部１２０を有する。

底面部１２０は、複数の開口部１１９が配置されており、それぞれの開口部１１９から原料液３００が空間中に流出する。つまり、流出体１１５には、原料液３００の貯留空間から各開口部１１９からにいたる流出孔が設けられている。

また、流出体１１５は、流出する原料液３００に電荷を供給する電極としても機能しており、原料液３００と接触する部分の少なくとも一部は導電性を備えた部材で形成される。

本実施の形態の場合、流出体１１５全体が金属で形成されている。なお、金属の種類は導電性を備えておれば、特に限定されるものではなく、黄銅やステンレス鋼など任意の材料を選定しうる。

また、開口部１１９が並べられる間隔は、全てを等間隔としてもよく、また、流出体１１５の端部における間隔が、流出体１１５の中央部における間隔よりも広く（狭く）なるように開口部１１９が配置されてもよい。

また、開口部１１９は、同一直線上に配置されるばかりでなく、ジグザグに配置されてもよく、サインカーブなどの波を描くように配置されてもよい。

また、図２に示すように、第二側面部１１７は底面部１２０に向かって徐々に細くなるように配置されている。そのため、底面部１２０に電荷を集中させやすく、原料液３００に効率的に電荷を供給することができる。

このような構造を有する流出体１１５には、供給部１０７から原料液３００が供給される。供給部１０７は、図１に示すように、原料液３００を貯蔵するタンク１５１と、原料液３００を所定の圧力で搬送するポンプ（図示せず）と、原料液３００をタンク１５１から流出体１１５に案内する案内管１１４とを備えている。

帯電電源１２２は、流出体１１５に高電圧を印加することのできる電源である。帯電電源１２２は、一般には、直流電源が好ましい。特に、発生させるナノファイバ３０１の帯電極性に影響を受けないような場合、生成したナノファイバ３０１の帯電を利用して、逆極性の電位を印加した電極でナノファイバ３０１を誘引するような場合には、直流電源を採用することが好ましい。

帯電電極１２１は、流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１１５に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、流出体１１５に電荷を誘導するための導電性を備える部材である。

本実施の形態の場合、帯電電極１２１は、ナノファイバ３０１を誘引する誘引部１０４としても機能している。具体的には、帯電電極１２１は、本実施の形態では、流出体１１５の底面部１２０と対向する位置に配置されており、帯電電源１２５と接続されている。

また、本実施の形態では、流出体１１５には帯電電源１２２によって正の電圧が印加され、かつ、帯電電極１２１には、帯電電源１２５によって負の電圧が印加されるが、正負が逆であってもよい。また、帯電電極１２１は帯電電源１２５に接続されず、接地されていてもよい。

また、帯電電極１２１に帯電電源１２５を接続することで帯電電極１２１を高電圧に維持する場合、流出体１１５を接地することで原料液３００に電荷を付与することも可能である。

つまり、帯電電極１２１と流出体１１５との間に、ナノファイバ３０１の誘引のための電位差が与えられればよい。ここで、帯電電極１２１と流出体１１５との間における電位差は、例えば、５ＫＶ以上、１００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。

基材１２８は、静電延伸現象により製造されるナノファイバ３０１を堆積させて収集する部材である。本実施の形態の場合、基材１２８は、ロール１２７に巻き付けられた状態で供給されている。

なお、基材１２８の材種に特に限定はなく、例えば、基材１２８は、剛性のある板状の部材であってもよい。また、基材１２８の表面にフッ素コートを行うなど、ナノファイバ３０１を剥ぎ取る際の剥離性が高い基材１２８であってもよい。

誘引部１０４は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を基材１２８に誘引するための装置である。本実施の形態の場合、誘引部１０４は、帯電電極１２１としても機能する金属板であり、基材１２８の後方に配置されている。誘引部１０４は、帯電しているナノファイバ３０１を電界により基材１２８に誘引する。つまり、誘引部１０４は、帯電したナノファイバ３０１を誘引するための電界を発生させるための電極である。

移動部１２９は、流出体１１５と、基材１２８とを相対的に移動させる装置である。本実施の形態の場合、流出体１１５は固定されており、基材１２８のみを移動する。具体的に移動部１２９は、長尺の基材１２８を巻き取りながらロール１２７から引き出し、堆積するナノファイバ３０１と共に基材１２８を搬送する。

なお、移動部１２９は、基材１２８を移動させるばかりではなく、流出体１１５を基材１２８に対して移動させるものでもかまわない。また、移動部１２９は、基材１２８を一定方向に移動させ、流出体１１５を往復動させるなど、任意の動作状態を例示することができる。

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

溶質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ポリアミド、アラミド、ポリイミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等およびこれらの共重合体等の高分子樹脂を例示できる。また、溶質としては、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記溶質に限定されるものではない。

溶媒としては、揮発性のある有機溶剤などを例示することができる。具体的に例示すると、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、ピリジン、水等を挙示することができる。また、溶媒としては、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明に用いられる原料液３００は上記溶媒を採用することに限定されるものではない。

さらに、原料液３００に無機質固体材料などを添加してもよい。無機質固体材料としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を挙げることができるが、製造されるナノファイバ３０１の耐熱性、加工性などの観点から酸化物を用いることが好ましい。当該酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、ＳｎＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅等を例示することができる。また、添加される材料としては、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもかまわない。なお、上記は例示であり、本願発明は、上記添加材料が原料液３００に含まれるか否かについて影響は受けない。

原料液３００における溶媒と溶質との混合比率は、選定される溶媒の種類と溶質の種類とにより異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。好適には溶質が５〜３０％となる。

次に、ナノファイバ製造装置１００から発生するイオン風を検知することのできるイオン風検知装置２００について、図３〜図８を用いて説明する。

図３は、実施の形態におけるイオン風検知装置２００の構成概要を示す斜視図である。

図４は、実施の形態におけるイオン風検知装置２００の構成概要を示す断面図である。なお、図４は、図３におけるＡ−Ａ´断面を表している。

図３および図４に示すように、本実施の形態におけるイオン風検知装置２００は、箱体２０１と、箱体２０１の内部に配置された粒状部材２０８とを有する。

より具体的には、イオン風検知装置２００はさらに、箱体２０１の底部に配置された検知用電極２１０と、箱体２０１の底部と対向する位置に、検知用電極２１０とは絶縁状態で配置された天面部２０５とを有する。

また、イオン風検知装置２００には、検知用電極２１０に高電圧を印加することのできる検知用電源２２０が接続されている。検知用電源２２０が検知用電極２１０に印加する電圧は、例えば、５ＫＶ以上、１００ＫＶ以下の範囲の値から設定される。検知用電極２１０上の複数の粒状部材２０８のそれぞれは、直流電源である検知用電源２２０による検知用電極２１０に対する電圧の印加により、例えば負に帯電する。

その結果、粒状部材２０８は、検知用電極２１０と、イオン風により例えば正に帯電した天面部２０５との間で往復動する。

ここで、粒状部材２０８は、天面部２０５が自身とは逆の極性に帯電した場合、重力に逆らって飛翔する程度の質量の部材である。具体的には、粒状部材２０８として、アルミニウム製の中空の球体、アルミニウム箔を緩く丸めたもの、発泡樹脂製の粒状物などを例示することができる。イオン風に起因する粒状部材２０８の挙動の具体例については、図６を用いて後述する。

箱体２０１は、本実施の形態では、厚さ（Ｚ軸方向の幅）が例えば２０ｍｍ程度であって、縦および横の長さ（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の長さ）が例えば１５０ｍｍ程度の、全体として直方体の容器である。もちろん、上記の箱体２０１のサイズおよび形状は一例であり、他のサイズおよび形状が採用されてもよい。

また、箱体２０１の素材としては、例えば絶縁性の樹脂が採用されるが、天面部２０５と検知用電極２１０とを絶縁状態に維持できるのであれば、箱体２０１の素材として金属が採用されてもよい。

天面部２０５は、本実施の形態では、箱体２０１の外方から、箱体２０１の内部の粒状部材２０８が視認可能な程度の透光性を有している。そのため、ユーザは、粒状部材２０８の往復動を直接的に視認することができる。

なお、図２および図３のイオン風検知装置２００における斜線は、天面部２０５を明確に図示するための表現であり、実際に天面部２０５に斜線が付されているわけではない。

また、本実施の形態では、箱体２０１には、例えば絶縁材料からなる把持部２０２が備えられている。そのため、ユーザは、把持部２０２を持って、イオン風検知装置２００をナノファイバ製造装置１００近傍の様々な位置に移動させることで、これら様々な位置におけるイオン風の発生の有無および発生量等を確認することができる。

図５は、流出体１１５からのイオン風の検知のためにイオン風検知装置２００を移動させる様子を示す図である。

なお、当該検知は、流出体１１５への電圧の印加が行われ、かつ、ナノファイバ３０１の製造のための実体的な動作（流出体１１５からの原料液３００の流出および、基材１２８の巻き取り等）は停止した状態で行われる。

例えば、図５に示すように、正の電圧が印加されている流出体１１５の角部Ｃからイオン風が発生している場合を想定する。

この場合、検知用電極２１０に、検知用電源２２０による負の電圧が印加された状態で、イオン風検知装置２００の箱体２０１を、当該角部Ｃから所定の範囲内（例えば、５０ｃｍ内）に配置すると、当該角部Ｃの下方に位置する１以上の粒状部材２０８が往復動する。

図６は、粒状部材２０８が検知用電極２１０と天面部２０５との間を往復動する様子を示す図である。

図６の（ａ）に示すように、検知用電極２１０上の粒状部材２０８は、検知用電極２１０と接触することで負に帯電する。また、天面部２０５には、上方に存在する、正に帯電した流出体１１５から発生したイオン風により正に帯電する。

その結果、図６の（ｂ）に示すように、粒状部材２０８はクーロン力により天面部２０５に引き付けられる。さらに、図６の（ｃ）に示すように、粒状部材２０８が天面部２０５に接触すると、粒状部材２０８の帯電は中和される。

これにより、粒状部材２０８と天面部２０５とを引き付けあっていたクーロン力は失われ、粒状部材２０８は、図６の（ｄ）に示すように、検知用電極２１０の電荷により粒状物質内の電荷が偏って発生するクーロン力と重力との合力によって検知用電極２１０に向かって落下する。

粒状部材２０８は、自身の、検知用電極２１０による負の帯電と、天面部２０５のイオン風による正の帯電とが継続する限り、以上の図６の（ａ）〜（ｄ）の動作を繰り返す。すなわち、粒状部材２０８は、検知用電極２１０と天面部２０５との間での往復動を繰り返す。

また、粒状部材２０８と天面部２０５との間に働くクーロン力は、粒状部材２０８および天面部２０５それぞれが持つ電荷の積に比例する。そのため、検知用電源２２０による印加電圧が一定であれば、天面部２０５に吹き付けるイオン風の量が多いほど、当該クーロン力は大きくなる。その結果、粒状部材２０８はより速く往復動を行う。つまり、粒状部材２０８の往復動の速さによって当該イオン風の発生量が特定される。また、粒状物質の数が複数の場合は、多くの粒状物質が往復動を行うこととなるため、イオン風の影響を受ける範囲を特定することができる。

例えば、ある位置（第一位置）にイオン風検知装置２００の箱体２０１を配置した場合よりも、他の位置（第二位置）に箱体２０１を配置した場合の方が、粒状部材２０８が激しく往復動した場合を想定する。この場合、第二位置の近傍で、第一位置の近傍よりも多くのイオン風が発生していることが特定される。つまり、イオン風の発生量が定性的に特定される。

また、例えば、実験または理論計算により、イオン風の発生量と粒状部材２０８の往復動の速さを示す情報（例えば、粒状部材２０８の天面部２０５に向かう移動速度、または、粒状部材２０８の往復の周期）とを対応付けた関数またはテーブルを作成する。これにより、当該関数またはテーブルと、実測した粒状部材２０８の速度とから、例えばコンピュータに、イオン風の発生量を定量的に算出させることも可能である。

また、図５では、流出体１１５からのイオン風をイオン風検知装置２００によって検知する場合を例示した。しかし、イオン風検知装置２００は、流出体１１５以外の、ナノファイバ製造装置１００の構成要素からのイオン風も検知することができる。

図７は、イオン風検知装置２００の配置位置の例を示す図である。なお、図７および後述する図８では、天面部２０５の図示は省略している。

また、図７に例示される、イオン風検知装置２００によるイオン風の検知は以下の状態で行われる。当該検知は、例えば、流出体１１５または帯電電極１２１への電圧の印加は行われ、かつ、ナノファイバ３０１の製造のための実体的な動作（流出体１１５からの原料液３００の流出および、基材１２８の巻き取り等）は停止した状態で行われる。

例えば、図７の（ａ）に示すように、帯電電源１２２と流出体１１５とを接続する被覆電線１２２ａの被覆に孔があき、当該孔からイオン風が発生している場合を想定する。

この場合、被覆電線１２２ａから所定の範囲内に配置された箱体２０１における粒状部材２０８の往復動によって、被覆電線１２２ａから発生するイオン風が検知される。

また、例えば、図７の（ｂ）に示すように、誘引部１０４である帯電電極１２１の角部からイオン風が発生している場合を想定する。

この場合、誘引部１０４（帯電電極１２１）から所定の範囲内に配置された箱体２０１における粒状部材２０８の往復動によって、帯電電極１２１から発生するイオン風が検知される。

なお、上述のように、本実施の形態では、帯電電極１２１には、帯電電源１２５によって負の電圧が印加されているため、誘引部１０４から発生するイオン風の検出の際には、イオン風検知装置２００の検知用電極２１０には、正の電圧が印加される。

また、帯電電源１２５と帯電電極１２１とを接続する被覆電線１２５ａの被覆に孔があき、当該孔からイオン風が発生している場合を想定する。この場合も、検知用電極２１０に正の電圧が印加された状態で当該イオン風の検知が可能である。

また、例えば、図７の（ｃ）に示すように、原料液３００を貯蔵するタンク１５１からイオン風が発生している場合を想定する。

なお、タンク１５１の本体部分が絶縁性の材料で作製されている場合、当該本体部分からはイオン風は発生しない。しかし、原料液３００が導電性の液体であり、かつ、タンク１５１と案内管１１４とを接続する接続部１５２が金属である場合、流出体１１５および原料液３００を介して接続部１５２に電圧が印加される。その結果、タンク１５１の接続部１５２からイオン風が発生する可能性がある。

そこで、タンク１５１から所定の範囲内に箱体２０１を配置する。その結果、箱体２０１における粒状部材２０８の往復動によって、タンク１５１の例えば接続部１５２から発生するイオン風が検知される。

以上のように、本実施の形態のイオン風検知装置２００は、高電圧を用いる機器であるナノファイバ製造装置１００の様々な箇所で発生し得るイオン風を検知することができる。

なお、図７の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに示すイオン風の発生箇所は、イオン風が発生し得る箇所の例示である。つまり、ナノファイバ製造装置１００の他の部分からイオン風が発生した場合であっても、当該部分から所定の範囲内に箱体２０１を配置できるのであれば、イオン風検知装置２００は、当該部分からのイオン風を検知することは可能である。

また、箱体２０１は、往復動する１以上の粒状部材２０８の、箱体２０１における位置（ＸＹ平面（図１参照）における位置）によって、イオン風の発生位置をより詳細に特定することも可能である。

図８は、イオン風検知装置２００の箱体２０１の上面図である。なお、図８では、天面部２０５の図示は省略している。

例えば、流出体１１５の下方に箱体２０１を配置した場合、箱体２０１内の複数の粒状部材２０８のうちの、図８に示す領域Ｂ１内の１以上の粒状部材２０８が往復動した場合を想定する。この場合、流出体１１５の、箱体２０１の上方に相当する領域のうち、領域Ｂ１の直上の領域にイオン風の発生位置が存在すると判断される。

また、同様に、図８に示す領域Ｂ２内の１以上の粒状部材２０８が往復動した場合は、流出体１１５の、箱体２０１の上方に相当する領域のうち、領域Ｂ２の直上の領域にイオン風の発生位置が存在すると判断される。

さらに、図８に示す領域Ｂ１およびＢ２それぞれの領域内の１以上の粒状部材２０８が往復動した場合は、流出体１１５の、箱体２０１の上方に相当する領域のうち、領域Ｂ１およびＢ２それぞれの直上の領域にイオン風の発生位置が存在すると判断される。

このように、イオン風検知装置２００を用いることで、箱体２０１における、往復動を行う粒状部材２０８の位置に応じて、イオン風の発生位置を特定することが可能となる。

次に、実施の形態におけるナノファイバ製造システム１０におけるナノファイバ３０１の製造方法を以下にまとめる。当該製造方法は少なくとも以下の各工程を含んでいる。

原料液３００から繊維が製造される繊維製造空間中に原料液３００を流出体１１５から流出させる（流出工程）。

流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極１２１と、流出体１１５との間に所定の電圧を第一電源（帯電電源１２２および帯電電源１２５の少なくとも一方）により印加する（電圧印加工程）。

イオン風検知装置２００の箱体２０１の内方に配置された粒状部材２０８であって、第二電源（検知用電源２２０）により帯電させた粒状部材２０８の往復動によって、ナノファイバ製造装置１００から発生するイオン風を検知する（イオン風検知工程）。

また、本実施の形態におけるナノファイバ３０１の製造方法は、上記各工程に加えて、流出体１１５が配置される側と反対側に配置される誘引部１０４によって、繊維を基材１２８に電気的に誘引する誘引工程を含んでいる。

また、上記のイオン風検知工程では、流出体１１５、誘引部１０４、被覆電線１２２ａおよび１２５ａ、および、タンク１５１等の、ナノファイバ製造装置１００の構成要素のそれぞれから発生するイオン風の検知が可能である。

また、上記のイオン風検知工程では、往復動する粒状部材２０８の、箱体２０１における位置および当該往復動の速さのそれぞれにより、イオン風の発生位置および発生量のそれぞれを特定することが可能である。

以上説明したように、実施の形態におけるナノファイバ製造システム１０は、ナノファイバ製造装置１００とイオン風検知装置２００とを備える。

イオン風検知装置２００では、天面部２０５がイオン風によって正または負に帯電した場合、箱体２０１の底部の検知用電極２１０によって負または正に帯電した粒状部材２０８が、検知用電極２１０と天面部２０５との間で往復動する。これにより、ユーザは、イオン風を知覚することができる。

具体的には、本実施の形態では、天面部２０５は所定の透光性を有しているため、ユーザは、天面部２０５を介して粒状部材２０８の往復動を直接的に視認可能である。

つまり、イオン風検知装置２００を用いることで、ユーザは、ナノファイバ製造装置１００のどこからイオン風が発生しているかを容易に知覚できるため、イオン風の発生を抑制するための補修等を効率よく行うことができる。

さらに、イオン風の発生位置および発生量を特定することが可能であるため、例えば、イオン風の発生を抑制するためのより効果的な対策を講じることが可能となる。

以上、本発明のナノファイバ製造方法について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、当該実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、本実施の形態では、流出体１１５には開口部１１９がそれぞれ複数備えられるとした。しかしながら、流出体１１５に、開口部１１９が一つのみ備えられていてもかまわない。

また、本実施の形態では、帯電電極１２１が、ナノファイバ３０１を誘引する誘引部１０４としても機能するとした。しかしながら、この構成に限定されず、誘引部１０４と帯電電極１２１とが互いに別の構成要素として設けられていてもよい。例えば、誘引部１０４は、電界によりナノファイバ３０１を誘引するものではなく、エア吸引、または送風によりナノファイバ３０１を誘引するものでもかまわない。

また、イオン風検知装置２００は、粒状部材２０８を複数有する必要はなく、粒状部材２０８を一つのみ有していてもよい。

また、イオン風検知装置２００がイオン風を検出する対象であるナノファイバ製造装置１００は、図１に示す構成以外の構成が採用されてもよい。

例えば、高電圧が印加された円筒形状の流出体を回転させることで、当該流出体に貯蔵された原料液３００を遠心力によって噴射するロータリー式の装置が、ナノファイバ製造装置１００として採用されてもよい。

つまり、ナノファイバ３０１の製造の手法がどのようなものであっても、高電圧を用いる装置であればイオン風が発生する可能性があるため、イオン風検知装置２００によって、イオン風を検知することは有用である。

また、イオン風検知装置２００は把持部２０２を備えていなくてもよい。つまり、イオン風の検知の際に、箱体２０１をユーザが手で支える必要はない。例えば、箱体２０１を、流出体１１５の下方の所定の位置（例えば基材１２８の上面）に載置した状態で、帯電電源１２２による流出体１１５への電圧の印加を開始する。その結果、箱体２０１内の１以上の粒状部材２０８が往復動をした場合、流出体１１５の、当該１以上の粒状部材２０８の直上の位置に、イオン風の発生位置が存在すると判断できる。

また、イオン風検知装置２００の天面部２０５は、透光性を有していなくてもよい。この場合、例えば、箱体２０１の少なくとも一部が、箱体２０１の外方から箱体２０１の内方の粒状部材２０８を視認可能な程度の透光性を有していれば、ユーザは、往復動する粒状部材２０８を視覚でとらえることができる。

また、天面部２０５および箱体２０１のいずれもが透光性を有していなくてもよい。この場合、例えば、往復動する粒状部材２０８が、天面部２０５および検知用電極２２０に衝突する音により、ユーザは、少なくとも、往復動する粒状部材２０８が存在すること、つまり、イオン風が発生していることを聴覚でとらえることができる。

また、イオン風検知装置２００は、粒状部材２０８の往復動を、ユーザに直接的に知覚させなくてもよい。例えば、光学センサまたは音響センサ等によって、箱体２０１内で往復動している粒状部材２０８の有無、往復動している粒状部材２０８の位置、および、粒状部材２０８の往復動の速度または周期等が計測されてもよい。

つまり、イオン風検知装置２００は、ユーザに、センサ等の機器を介してイオン風の有無、発生位置、および発生量等を知覚させてもよい。

本願発明は、ナノファイバの製造およびナノファイバを用いた紡糸、不織布の製造に利用可能である。

１０ ナノファイバ製造システム
１００ ナノファイバ製造装置
１０４ 誘引部
１０７ 供給部
１１４ 案内管
１１５ 流出体
１１６ 第一側面部
１１７ 第二側面部
１１９ 開口部
１２０ 底面部
１２１ 帯電電極
１２２、１２５ 帯電電源
１２２ａ、１２５ａ 被覆電線
１２７ ロール
１２８ 基材
１２９ 移動部
１５１ タンク
１５２ 接続部
２００ イオン風検知装置
２０１ 箱体
２０２ 把持部
２０５ 天面部
２０８ 粒状部材
２１０ 検知用電極
２２０ 検知用電源
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ

Claims (8)

1. 原料液を空間中で電気的に延伸させて繊維を製造し、基材に当該繊維を堆積させることでナノファイバを製造するナノファイバ製造装置におけるナノファイバ製造方法であって、
   前記原料液から前記繊維が製造される繊維製造空間中に前記原料液を流出体から流出させる流出工程と、
   前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を第一電源により印加する電圧印加工程と、
   箱体の内方に配置された粒状部材であって、第二電源により帯電させた粒状部材の往復動によって、前記ナノファイバ製造装置から発生するイオン風を検知するイオン風検知工程と
   を含むナノファイバ製造方法。
2. 前記イオン風検知工程では、（ａ）前記箱体の底部に配置され、前記第二電源に接続された検知用電極と、（ｂ）前記箱体の前記底部と対向する位置に前記検知用電極とは絶縁状態で配置された天面部と、の間における前記粒状部材の往復動によって前記イオン風を検知する
   請求項１に記載のナノファイバ製造方法。
3. 前記イオン風検知工程では、前記流出体から所定の範囲内に配置された前記箱体における前記粒状部材の往復動によって、前記流出体から発生するイオン風を検知する
   請求項１または２に記載のナノファイバ製造方法。
4. さらに、前記流出体が配置される側と反対側に配置される誘引部によって、前記繊維を前記基材に電気的に誘引する誘引工程を含み、
   前記イオン風検知工程では、前記誘引部から所定の範囲内に配置された前記箱体における前記粒状部材の往復動によって、前記誘引部から発生するイオン風を検知する
   請求項１または２に記載のナノファイバ製造方法。
5. 前記イオン風検知工程では、前記ナノファイバ製造装置が有する被覆電線から所定の範囲内に配置された前記箱体における前記粒状部材の往復動によって、前記被覆電線から発生するイオン風を検知する
   請求項１または２に記載のナノファイバ製造方法。
6. 前記イオン風検知工程では、貯蔵している前記原料液を前記流出体に供給するタンクから所定の範囲内に配置された前記箱体における前記粒状部材の往復動によって、前記タンクから発生するイオン風を検知する
   請求項１または２に記載のナノファイバ製造方法。
7. 前記イオン風検知工程ではさらに、前記箱体における、前記往復動を行う前記粒状部材の位置に応じて、前記イオン風の発生位置を特定する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のナノファイバ製造方法。
8. 前記イオン風検知工程ではさらに、前記粒状部材の往復動の速さによって、前記イオン風の発生量を特定する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のナノファイバ製造方法。

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