JP5938729B2

JP5938729B2 - シート製造装置、繊維径測定装置、および、繊維径測定方法

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Publication number: JP5938729B2
Application number: JP2013109739A
Authority: JP
Inventors: 和宜石川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: JP2014227632A

Description

電界紡糸法により得られる繊維を堆積してシートを製造するシート製造装置、および、製造されたシートにおける繊維の繊維径を測定する装置、および、繊維径を測定する方法に関する。

不織布などのシートにおいて、シートの目付・厚さ・繊維径などは製造されるシートの品質の指標となる。

しかし、電界紡糸法（エレクトロスピニング）により得られるサブミクロンオーダーやナノオーダーの繊維径であるいわゆるナノファイバを堆積させて製造されるシートの目付やシートにおけるナノファイバの繊維径を製造過程において（製造中に）オンラインで測定することは非常に困難であると考えられている。

従来、ナノファイバを堆積したシートにおけるナノファイバの具体的な繊維径の測定方法としては、完成品のシートを切り取った一部を顕微鏡で観察して繊維径を測定する方法などが採用されている。しかしながら、この方法では、シートを切り取らなければならないため、製造中のシートの繊維径をオンラインで測定することはできない。

一方、特許文献１には、レーザ光を用いて１本の繊維の繊維径を測定する方法が記載されている。また、特許文献２には、赤外線を用いてシートの膜厚を測定する方法が記載されている。

特開２００２−１０７１２１号公報特開２００５−１６４２５１号公報

ところが、レーザ光で繊維径を測定する方法では、シートを構成しているナノファイバの繊維径をシートの状態のまま測定することは不可能と考えられる。また、赤外線の反射を測定する方法では、シートの膜厚しか測定できず、しかも、不織布である場合、測定誤差が大きいと推察される。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、シートを構成する繊維の繊維径をシートの製造後ばかりでなくシートの製造中であっても、当該シートを構成する繊維の繊維径を測定することのできるシート製造装置、繊維径測定装置、繊維径測定方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明にかかるシート製造装置は、電界紡糸法により得られる繊維を堆積させて移送方向である第一方向に送り、シートを製造するシート製造装置であって、複数の波長を含む可視光を前記シートに照射する可視光照射手段と、前記可視光照射手段により照射された可視光が前記シートで反射した反射光、または、前記シートを透過した透過光を撮像素子を用いて受光するカラーカメラと、前記可視光照射手段、および、前記カラーカメラを堆積されて第一方向に送られる前記シートに対し第一方向に相対的に移動させる第一移動手段と、前記カラーカメラから取得した複数の波長毎の光の強度情報を含む受光情報と、予め取得した複数の前記波長に対応する基準強度情報を含む基準情報とを比較することにより前記シートにおける前記繊維の繊維径に関する相対的な情報を作成する繊維径情報作成部とを備えることを特徴とする。

これによれば、製造中のシートに対し非破壊でシートを構成する繊維の繊維径を測定することができる。従って、シートの製造過程において繊維径の変化を相対的に把握することができ、シートの品質の一指標である繊維径の推移をモニタリングすることができる。

また、繊維径情報作成部は、前記受光情報と前記基準情報との差分と繊維径との関係を示す対応情報を取得し、前記受光情報と前記基準情報との差分に基づき繊維径に関する絶対的な情報を作成してもよい。

これによれば、繊維径の相対的な推移ばかりでなく、繊維径を絶対的な情報で評価することができるため、ロットの異なるシートの間における品質の相違点の評価などを適切に行うことが可能となる。

また、前記シートで反射した反射光を受光する場合には、前記可視光照射手段は、前記カラーカメラの周囲に環状に配置されるものでもよい。

これによれば、できる限り多くの可視光をシートに反射させて、多くの反射光をカラーカメラで受光することができ、測定精度の向上を図ることが可能となる。また、可視光照射手段とカラーカメラとを一つのユニットとしてコンパクトに構成することが可能となる。

さらに、前記可視光照射手段、および、前記カラーカメラを前記シートに対し前記第一方向と交差する前記シートの面方向沿いの第二方向に相対的に移動させる第二移動手段を備えてもよい。

これによれば、製造中のシートの第二方向（例えば幅方向）の繊維径の分布を測定することが可能となる。従って、シートの製造過程において繊維径の幅方向の分布の変化を測定し、測定結果をシートの製造条件などにフィードバックして目付の幅方向の分布が安定したシートを製造することが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本願発明に係る繊維径測定装置は、電界紡糸法により得られる繊維を堆積させて製造されたシートにおける前記繊維の繊維径を測定する装置であって、複数の波長を含む可視光を前記シートに照射する可視光照射手段と、前記可視光照射手段により照射された可視光が前記シートで反射した反射光、または、前記シートを透過した透過光を撮像素子を用いて受光するカラーカメラと、前記カラーカメラから取得した複数の波長毎の光の強度情報を含む受光情報と、予め取得した複数の前記波長に対応する基準強度情報を含む基準情報とを比較することにより前記シートにおける前記繊維の繊維径に関する相対的な情報を作成する繊維径情報作成部とを備えることを特徴とする。

これによれば、サブミクロンオーダーやナノオーダーの繊維径の繊維で形成されるシートに対し非破壊で繊維径を測定することができる。従って、製造過程のシートや製造済みのシートに対しシートを構成する繊維の繊維径を相対的に把握することができ、シートの品質の一指標である繊維径のシート内の分布やロット間の違いを測定することが可能となる。

これによれば、シートを構成する繊維の繊維径を絶対的な情報で評価することができるため、過去に製造されたシートと新しく製造されたシートとの間における品質の相違点の評価などを適切に行うことが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本願発明に係る繊維径測定方法は、電界紡糸法により得られる繊維を堆積させて製造されたシートにおける前記繊維の繊維径を測定する繊維径測定方法であって、複数の波長を含む可視光を前記シートに対し相対的に移動する可視光照射手段により前記シートに照射し、前記可視光照射手段により照射された可視光が前記シートで反射した反射光、または、前記シートを透過した透過光を前記シートに対し相対的に移動する撮像素子を有するカラーカメラで受光し、前記カラーカメラから取得した複数の波長毎の光の強度情報を含む受光情報と、予め取得した複数の前記波長に対応する基準強度情報を含む基準情報とを比較することにより前記シートにおける前記繊維の繊維径に関する相対的な情報を繊維径情報作成部により作成することを特徴とする。

これによれば、製造中のシートに対し非破壊でシートを構成する繊維の繊維径を測定して、シートの品質の一指標である繊維径の推移をモニタリングすることができる。

なお、前記繊維径測定方法などに含まれる各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを実施することも本願発明の実施に該当する。無論、そのプログラムが記録された記録媒体を実施することも本願発明の実施に該当する。

本願発明によれば、電界紡糸法により得られるナノファイバを堆積して製造されるシートに対し製造過程においても繊維径を非破壊で測定することが可能となる。

図１は、シート製造装置を示す斜視図である。図２は、流出体の断面を示す斜視図である。図３は、繊維径測定装置をシートと共に示す側面図である。図４は、繊維径測定装置を下方から示す平面図である。図５は、繊維径情報測定装置の機能部を機構部と共に示すブロック図である。図６は、基準情報と受光情報とを示すグラフである。図７は、繊維径の変化による差分情報を他のパラメータの変化による差分情報とともに示すグラフである。図８は、別態様の繊維径情報測定装置の機能部を機構部と共に示すブロック図である。図９は、別態様の繊維径測定装置をシートと共に示す側面図である。

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

図１は、シート製造装置を示す斜視図である。

同図に示すように、シート製造装置１００は、電界紡糸法により得られる繊維であるナノファイバ３０１を堆積させて移送方向である第一方向（Ｘ軸方向）に送り、シートを製造する装置である。本実施の形態の場合、シート製造装置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を製造し、シート状の収集部材１５９にナノファイバ３０１を堆積させてシート３０２を製造する装置であり、流出体１０１と、供給電極１０２と、帯電電極１０３と、帯電電源１０４と、第一移動手段１５１と、繊維径測定装置１０８とを備えている。

図２は、流出体の断面を示す斜視図である。

これらの図に示すように流出体１０１は、ナノファイバ３０１を製造するための原料液３００を空間中に流出させるための部材である。本実施の形態の場合、流出体１０１は、水平方向（図１ではＹ軸方向）に並べられた流出孔１１１から均等に原料液３００を流出させるものとなっている。具体的には流出体１０１は、三角柱を水平方向に延在させた中空の部材であり、下方に向かって開口した複数の流出孔１１１が長手方向（Ｙ軸方向）に直線的に並べられた状態で設けられ、複数の流出孔１１１に連通する円柱形状の貯留空間１１２を内方に有している。流出体１０１の外形は、三角柱形状であり、流出体１０１は、断面（ＸＺ平面で仮想的に切断した断面）が逆三角形となるように配置されている。また、流出体１０１の下側の頂点に対応する部分（Ｚ軸方向における最下部）は、ＸＹ平面に広がる平面部１１３となっており、平面部１１３に流出孔１１１の先端開口部１１８が配置されるものとなっている。

流出体１０１は、絶縁性の材料で形成されている。例えば流出体１０１は、樹脂で形成されており、流出体１０１を構成する樹脂材料としては、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン等が例示できる。流出体１０１を絶縁性の材料で形成することで、流出体１０１の表面からイオン風が発生することを抑制できる。

貯留空間１１２は、流出体１０１の内部に形成され、供給手段１０７（図１参照）から供給される原料液３００を貯留する空間である。また、貯留空間１１２は、複数の流出孔１１１に接続され、流出孔１１１に同時に原料液３００を供給するものとなっている。

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

供給電極１０２は、原料液３００に電荷を供給するための電極である。本実施の形態の場合供給電極１０２は、流出体１０１の貯留空間１１２内に流出孔１１１の管軸に交差する方向に延びて配置され、貯留空間１１２と連通する流出孔１１１の貯留槽側開口部１１０に少なくとも対向する位置に滑らかな曲面を有する棒状の部材である。具体的に供給電極１０２としては、ステンレス製の丸棒を例示することができる。なお、供給電極１０２の材質は、導電性を備えておれば特に限定されるものではないが、原料液３００との反応性が低い材質を選ぶことが好ましい。この点において、ステンレス鋼は妥当な材質と言える。また、供給電極１０２の形状は、断面が円形の棒形状ばかりでなく、断面が半円形などでもかまわない。また、供給電極１０２は、円筒形など中空のものでもかまわない。また、流出体１０１を導電性の部材で形成し、流出体１０１を供給電極１０２として機能させてもかまわない。

帯電電極１０３は、流出体１０１、または、供給電極１０２と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体１０１の内部に配置された供給電極１０２に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、原料液３００に電荷を誘導するための部材であり、導電性を備えた部材である。本実施の形態の場合、帯電電極１０３は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を所定の場所に誘引する誘引手段としても機能しており、流出体１０１の平面部１１３と対向するように、収集部材１５９に対し流出体１０１の反対側に、配置されている。供給電極１０２に正の電圧が印加されると帯電電極１０３には、負の電荷が誘導され、供給電極１０２に負の電圧が印加されると帯電電極１０３には、正の電荷が誘導される。

帯電電源１０４（図１参照）は、流出体１０１に高電圧を印加することのできる電源である。帯電電源１０４は、一般には、直流電源が好ましい。また、帯電電源１０４が帯電電極１０３と供給電極１０２との間に印加する電圧は、５ＫＶ以上、５０ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。

本実施の形態のように、帯電電源１０４の一方電極を接地電位とし、帯電電極１０３を接地するものとすれば、比較的大型の帯電電極１０３を接地状態とすることができ、安全性の向上に寄与することが可能となる。

なお、帯電電極１０３に電源を接続して帯電電極１０３を高電圧に維持し、供給電極１０２を接地してもよい。また、帯電電極１０３と流出体１０１とのいずれも接地しないような接続状態であってもかまわない。

図３は、繊維径測定装置をシートと共に示す側面図である。

繊維径測定装置１０８は、可視光照射手段１８１と、カラーカメラ１８２と、繊維径情報作成部１０９とを備え、電界紡糸法により得られる繊維からなるシート３０２に対し可視光照射手段１８１から可視光を照射し、シート３０２を透過する透過光、または、シート３０２で反射する反射光をカラーカメラ１８２で受光し、受光した透過光、または、反射光に基づきシート３０２を構成するナノファイバ３０１の繊維径を測定する装置である。

可視光照射手段１８１は、複数の波長を含む可視光をシート３０２に照射する装置である。ここで、可視光とは、３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲の波長の電磁波を意味している。また、複数の波長を含む可視光とは、前記波長範囲に含まれるピークを複数備えた可視光、または、連続光を意味している。具体的に可視光照射手段１８１としては、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や、異なる波長で発光する複数のＬＥＤを組み合わせたもの（例えば赤色で発光するＬＥＤと緑色で発光するＬＥＤと青色で発光するＬＥＤとを組み合わせたもの）、白熱灯のように連続光を発光するものを例示することができる。

図４は、繊維径測定装置を下方から示す平面図である。

本実施の形態の場合、可視光照射手段１８１は、カラーカメラ１８２の周囲に環状に配置された複数の波長を含む可視光を照射可能な複数の白色ＬＥＤ１８３で構成されている。これにより、可視光照射手段１８１をコンパクトに配置することができ、かつ、多くの可視光をシート３０２で反射させてカラーカメラ１８２に受光させることが可能となる。

カラーカメラ１８２は、可視光照射手段１８１により照射された可視光がシート３０２で反射した反射光、または、シート３０２を透過した透過光を撮像素子１８４（図３参照）を用いて受光する装置である。

撮像素子１８４とは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子であり、複数のフィルターなどを用いることで色（波長）毎の輝度を測定することができるものである。また、撮像素子１８４は、光に反応する単位素子を一次元的に並べられたものや、二次元的に配置されたものなど任意に採用することができる。

また、本実施の形態の場合、カラーカメラ１８２は、撮像素子１８４に可視光を集中させるためのレンズ１８５を備えている。

図５は、繊維径情報測定装置の機能部を機構部と共に示すブロック図である。

同図に示すように、繊維径情報作成部１０９は、カラーカメラ１８２から受光情報取得部１９１が取得した複数の波長毎の光の強度情報を含む受光情報と、予め基準情報取得部１９２が取得した複数の波長に対応する基準強度情報を含む基準情報とを比較することによりシート３０２における繊維の繊維径に関する相対的な情報である相対繊維情報を相対繊維情報作成部１９３が作成する処理部である。

具体的に例えば、シート３０２の製造の初期段階において、受光情報取得部１９１は、複数の波長（波長帯）に対応する光の反射率を基準強度情報として例えば、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲において少なくとも１波長における光の強度情報を基準強度情報とし、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲において少なくとも１波長における光の強度情報を基準強度情報とし、５５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲において少なくとも１波長における光の強度情報を基準強度情報としてこれらを含む基準情報を記憶部１９９に記憶させておく。その後シート３０２と繊維径測定装置１０８との相対的な移動に伴い受光情報取得部１９１は、受光情報を取得する。相対繊維情報作成部１９３は、基準情報取得部１９２が記憶部１９９から取得した光の反射率としての基準情報と受光情報とを波長毎に比較する。比較の結果、基準情報と受光情報との差分（反射率の差分）の絶対値が閾値を超えない場合、相対繊維情報作成部１９３は変化なしとの情報を作成する。一方、閾値を超えた場合、警告（または、通知）情報を作成する。

なお、強度情報を取得する上記波長範囲（波長帯）は例示であり、これに限定されるものではなく、３５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の可視光の範囲で少なくとも異なる２波長（２つの波長帯）の光の反射率としての強度情報を取得すれば良い。また、図６に示すように、複数の波長における例えば反射率として多くの強度情報を取得すれば測定精度が向上すると思われる。本実施の形態の場合、例えば３００ｎｍの繊維径の繊維からなるシート３０２を基準情報のシートとして用い、各波長での反射率を測定している。

また、相対繊維情報作成部１９３は、各波長毎に基準強度情報と強度情報との差分を取得し、各波長における差分（反射率の差分）が同じ、または、ほぼ同じで、基準情報と受光情報との差分の絶対値が閾値を超えていない場合、製造されているシート３０２において、繊維径に変化が生じていないと判断する。具体的に例えば、図７に示すように、繊維径が変化すれば、各波長における強度情報と基準強度情報との差分（反射率の差分）に大きな相違が認められるのに対し、他のパラメータが変化しても各波長における強度情報と基準強度情報との差分に大きな相違（例えば絶対値で２．５％〜３％を越える差分）は認められない。従って、各波長における強度情報と基準強度情報との差分に大きな相違がある場合（例えば差分の相違が閾値（例えば２．５％〜３％）を越える場合）に繊維径が変化したと判断してもかまわない。これにより、他のパラメータの変化を除外して繊維径の変化を測定することが可能となる。

図７では、繊維径の変化が生じた場合として、各波長における強度情報と基準情報との差分（反射率の差分）の絶対値として閾値を超える例えば５％の変化が４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長の範囲で波長５００ｎｍ付近を中心として発生している。これは、シート３０２を構成する繊維の繊維径と光の波長とが同じ、または、ほぼ同じ場合その波長を中心として差分（光の反射率の差分）の変化が大きく発生しやすいためである。本実施の形態では、基準情報と受光情報に同じ種類の素材のシート３０２を用いて測定し、波長５００ｎｍ付近を中心として差分の変化が大きく、受光情報のシート３０２の繊維径が５００ｎｍ程度に変化していると判断し、実際に繊維を顕微鏡で観察し繊維径が５００ｎｍであることを確認した。

また、繊維径測定装置１０８は、図８に示すように、受光情報取得部１９１が取得した受光情報と基準情報取得部１９２が取得した基準情報との差分を示す差分情報を差分情報作成部１９４が作成するとともに、予め作成され記憶部１９９に保存された差分情報と繊維径との関係を示す対応情報と差分情報とを絶対繊維径作成部１９５が対比して繊維径に関する絶対的な情報を作成するものでもよい。

ここで対応情報とは、既知の繊維径の繊維で形成されたシートについて取得した受光情報と前記繊維径とは異なる既知の繊維径の繊維で形成されたシートについて取得した受光情報とに基づき導出される情報である。

これによれば、シート３０２を構成する繊維の繊維径を絶対的な情報で評価することができるため、ロットの異なるシート３０２の間における繊維径を評価することなどが可能となる。

第一移動手段１５１は、可視光照射手段１８１、および、カラーカメラ１８２をシート３０２に対し移送方向としての第一方向（図中Ｘ軸方向）に相対的に移動させる装置である。本実施の形態の場合、第一移動手段１５１は、電界紡糸法により製造されるナノファイバ３０１をシート状に堆積させて収集する長尺シート状の収集部材１５９と、収集部材１５９を巻き取ることにより、製造されたシート３０２を移動させることができるロール１５８とを備えており、長尺状の収集部材１５９にナノファイバ３０１を堆積させながら、一方のロール１５８から他方のロール１５８へ収集部材１５９をゆっくりと第一方向（図中Ｘ軸方向）に送ることで、ナノファイバ３０１で構成される長尺のシート３０２を製造しながら、シート製造装置１００に設けられている繊維径測定装置１０８をナノファイバ３０１が堆積され、第一方向に送られて形成されるシート３０２に対し第一方向（図中Ｘ軸方向）に相対的に移動させている。

つまり、繊維径測定装置１０８は、ナノファイバ３０１を収集部材１５９に堆積して製造され、第一移動手段１５１によって第一方向（図中Ｘ軸方向）に移送（移送方向は図中Ｘ軸の負の方向）されてきた直後のシート３０２の上方に第一方向（図中Ｘ軸方向）に関しては固定的に配置されている。つまり、シート製造装置１００において固定的に配置された繊維径測定装置１０８は、シート３０２が移送方向に移動することによりシート３０２に対し相対的に移動するものとなっている。これにより、シート３０２の繊維径の第一方向（図中Ｘ軸方向）における分布を把握することが可能となる。

本実施の形態の場合、シート製造装置１００はさらに第二移動手段１５２を備えている。第二移動手段１５２は、可視光照射手段１８１、および、カラーカメラ１８２をシート３０２に対し第一方向と交差するシート３０２の面方向沿いの第二方向（本実施の形態の場合Ｙ軸方向）に相対的に移動させる装置である。具体的に例えば、第二移動手段１５２は、図１などに示すように、第二方向（図中Ｙ軸方向）に延びて配置されるレール１５７と、可視光照射手段１８１、および、カラーカメラ１８２をレール１５７に沿って往復動可能に保持するガイド１５６と、レール１５７に沿ってガイド１５６を駆動する駆動装置（図示せず）とを備えている。これにより、シート３０２の幅方向（図中Ｙ軸方向）における繊維径の分布を測定することが可能となる。

また、第一移動手段１５１と第二移動手段１５２とを組み合わせることでシート３０２の繊維径の分布を二次元的に測定することが可能となる。

なお、シート製造装置１００は、複数の繊維径測定装置１０８を第二方向（図中Ｙ軸方向に）並べて備えてもかまわない。これにより、シート３０２の上方で可視光照射手段１８１やカラーカメラ１８２等を駆動させることなくシート３０２の第二方向における繊維径の分布を測定することが可能となる。

供給手段１０７は、図１に示すように、流出体１０１に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留する容器１７１と、原料液３００を所定の圧力や量で搬送する供給手段としての図示しないポンプやディスペンスシステム等と、原料液３００を案内する案内管１７２とを備えている。

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）、溶質を溶解、または、分散させる溶媒とを含んでいる。

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

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

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

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

次に、上記構成のシート製造装置１００によるシート３０２の製造方法、および、繊維径測定方法を説明する。

まず、供給手段１０７により流出体１０１に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１０１の貯留空間１１２に原料液３００が満たされる。

次に、帯電電源１０４により供給電極１０２と帯電電極１０３との間に高電圧を印加する。これにより電荷が原料液３００に転移し、原料液３００が帯電する（帯電工程）。

前記帯電工程と供給工程とは同時期に実施され、流出体１０１の先端開口部１１８から帯電した原料液３００が空間中に流出する（流出工程）。

ここで、先端開口部１１８から流出する原料液３００は、先端開口部１１８を覆い平面部１１３から垂れ下がるいわゆるテーラーコーンと称される液溜まり３０３（図２参照）を形成する。この液溜まり３０３は、複数ある先端開口部１１８毎に形成され、その先端から帯電した原料液３００が糸状に垂れ下がる。

次にある程度空間中を飛行した原料液３００は、溶媒が蒸発することで静電爆発が発生し、電界によって延伸されて線径の細いナノファイバ３０１が製造される（ナノファイバ製造工程）。

この状態において、収集手段１０５の背方に配置される帯電電極１０３（誘引手段）と供給電極１０２との間に発生する電界により、ナノファイバ３０１が収集手段１０５の収集部材１５９に誘引される（誘引工程）。

以上により、収集部材１５９上にナノファイバ３０１が堆積する（堆積工程）。収集手段１０５は、第一移動手段１５１であるロール１５８によりゆっくり移送されているため、堆積したナノファイバ３０１は、移送方向（図中Ｘ軸の負の方向）に延びた長尺帯状のシート３０２となって移送される。

次に、シート３０２に対し可視光照射手段１８１とカラーカメラ１８２とを第一方向（図中Ｘ軸方向）に相対的に移動させつつ可視光照射手段１８１は、シート３０２に可視光を照射し、カラーカメラ１８２はシート３０２で反射した反射光を受光することにより繊維径を測定する（繊維径測定工程）。本実施の形態の場合、可視光照射手段１８１とカラーカメラ１８２とは、第二方向であるシート３０２の幅方向（図中Ｙ軸方向）に往復動しながら繊維径を測定している。

以上のシート製造装置１００を用い、繊維径測定方法を採用することにより、ナノファイバ３０１を堆積させて連続的に製造されるシート３０２に対し、オンラインでシート３０２の繊維径を測定することが可能となる。従って、シート３０２の送り方向（第一方向（移送方向）、図中Ｘ軸方向）の繊維径の変化を観察することが可能となり、繊維径の変化に対応してシート製造装置１００を調整することによりシート３０２における繊維の繊維径を安定化させることができる。

また、繊維径測定装置１０８をシート３０２の幅方向（第二方向、図中Ｙ軸方向）で往復動させることで、繊維径の幅方向の分布も非破壊で測定することができる。従って、シート３０２を構成する繊維の繊維径の分布を二次元的に測定することができ、シート３０２の品質を適切に管理し、また、シート製造装置１００を調整して安定した品質のシート３０２を製造することが可能となる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、図９に示すように、可視光照射手段１８１をシート３０２に対しカラーカメラ１８２と反対側に配置し、透過光の強度（減衰率）に基づきシート３０２を構成する繊維の繊維径に関する情報を取得することができる。

また、シート３０２の目付や厚さを別途測定し、当該測定データを用いて繊維径に関する情報に補正を加えてもかまわない。

本願発明は、ナノファイバからなるシート、不織布の製造に利用可能である。

１００シート製造装置
１０１流出体
１０２供給電極
１０３帯電電極
１０４帯電電源
１０５収集手段
１０７供給手段
１０８繊維径測定装置
１０９繊維径情報作成部
１１０貯留槽側開口部
１１１流出孔
１１２貯留空間
１１３平面部
１１８先端開口部
１５１第一移動手段
１５２第二移動手段
１５６ガイド
１５７レール
１５８ロール
１５９収集部材
１７１容器
１７２案内管
１８１可視光照射手段
１８２カラーカメラ
１８４撮像素子
１８５レンズ
１９１受光情報取得部
１９２基準情報取得部
１９３相対繊維情報作成部
１９４差分情報作成部
１９５絶対繊維径作成部
１９９記憶部
３００原料液
３０１ナノファイバ
３０２シート

Claims

電界紡糸法により得られる繊維を堆積させて移送方向である第一方向に送り、シートを製造するシート製造装置であって、
複数の波長を含む可視光を前記シートに照射する可視光照射手段と、
前記可視光照射手段により照射された可視光が前記シートで反射した反射光、または、前記シートを透過した透過光を撮像素子を用いて受光するカラーカメラと、
前記可視光照射手段、および、前記カラーカメラを堆積されて第一方向に送られる前記シートに対し第一方向に相対的に移動させる第一移動手段と、
前記カラーカメラから取得した複数の波長毎の光の強度情報を含む受光情報と、予め取得した複数の前記波長に対応する基準強度情報を含む基準情報とを比較することにより前記シートにおける前記繊維の繊維径に関する相対的な情報を作成する繊維径情報作成部と
を備えるシート製造装置。
繊維径情報作成部は、
前記受光情報と前記基準情報との差分と繊維径との関係を示す対応情報を取得し、前記受光情報と前記基準情報との差分に基づき繊維径に関する絶対的な情報を作成する
請求項１に記載のシート製造装置。
前記可視光照射手段は、前記カラーカメラの周囲に環状に配置される
請求項１に記載のシート製造装置。
さらに、
前記可視光照射手段、および、前記カラーカメラを前記シートに対し前記第一方向と交差する前記シートの面方向沿いの第二方向に相対的に移動させる第二移動手段
を備える請求項１に記載のシート製造装置。
電界紡糸法により得られる繊維を堆積させて製造されたシートにおける前記繊維の繊維径を測定する装置であって、
複数の波長を含む可視光を前記シートに照射する可視光照射手段と、
前記可視光照射手段により照射された可視光が前記シートで反射した反射光、または、前記シートを透過した透過光を撮像素子を用いて受光するカラーカメラと、
前記カラーカメラから取得した複数の波長毎の光の強度情報を含む受光情報と、予め取得した複数の前記波長に対応する基準強度情報を含む基準情報とを比較することにより前記シートにおける前記繊維の繊維径に関する相対的な情報を作成する繊維径情報作成部と
を備える繊維径測定装置。
繊維径情報作成部は、
前記受光情報と前記基準情報との差分と繊維径との関係を示す対応情報を取得し、前記受光情報と前記基準情報との差分に基づき繊維径に関する絶対的な情報を作成する
請求項５に記載の繊維径測定装置。
電界紡糸法により得られる繊維を堆積させて製造されたシートにおける前記繊維の繊維径を測定する繊維径測定方法であって、
複数の波長を含む可視光を前記シートに対し相対的に移動する可視光照射手段により前記シートに照射し、
前記可視光照射手段により照射された可視光が前記シートで反射した反射光、または、前記シートを透過した透過光を前記シートに対し相対的に移動する撮像素子を有するカラーカメラで受光し、
前記カラーカメラから取得した複数の波長毎の光の強度情報を含む受光情報と、予め取得した複数の前記波長に対応する基準強度情報を含む基準情報とを比較することにより前記シートにおける前記繊維の繊維径に関する相対的な情報を繊維径情報作成部により作成する
繊維径測定方法。