JP6047786B2 - ナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、簡易な構成により、品質の高いナノファイバーを提供することが可能なナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法に関する。

近年、ナノオーダーの径の繊維、所謂ナノファイバーの用途の拡大に伴い、需要が急速に高まっている。ナノファイバーはその用途の拡大に伴い、質が高く、用途に応じた特殊なものが要求されるようになった。また、ナノファイバーの製造には電界紡糸法やメルトブロー法等、種々の既知の方法が知られており、夫々の方法には利点及び欠点が存在する。

上記背景技術として特許文献１には、メルトブロー繊維に溶液吐出繊維を混入させた、複数種の繊維からなる不織布の製造方法が開示されている。具体的には、液吐出部から吐出する紡糸溶液を、ガス吐出部から噴き出すガスによって噴出させる溶液紡糸手段を用いて紡糸溶液を吐出して繊維化した溶液吐出繊維を、メルトブロー法によりノズルから吐出したメルトブロー繊維の繊維流の中に混入させるというものである。

また、非特許文献１には電界紡糸法によるナノファイバーの製造方法について開示している。同非特許文献１では、旧来では樹脂の膨潤に溶媒を必要とした電界紡糸法によるナノファイバーの製造に対し、溶媒を用いずに熱による膨潤を行うことで、溶媒を用いた際の引火・爆発を防ぐ構成等が開示されている。併せてメルトブロー法によるナノファイバー製造方法のデメリットについても詳述している。

特開２０１０−１８５１５３号公報

ＷＥＢ−Ｊｏｕｒｎａｌ Ｎｏ．１５１ 不織布増刊号（http://www.webj.co.jp/index.html）

上述の非特許文献１内にも記載の通り、旧来のメルトブロー法によるナノファイバーの製造方法においてその繊維径を細くしようとするには、高温エアを高速で噴出する方法と、ポリマーの吐出を低く抑える方法が考えられるが、高温エアを高速で噴出した場合繊維径は細くなるものの繊維の長さが短く細切れ状となってしまい、その一方でポリマーの吐出を低く抑えた場合は単位時間当たりの生産量が著しく落ちてしまい、何れの場合においても品質の良いナノファイバーの大量生産は困難であった。これに対し、電界紡糸法では生産性は向上するものの、装置が複雑化し、引火・爆発の対策が必要となり製造コストが高くなってしまっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、メルトブロー方式のナノファイバー製造方法において、良質なナノファイバーを大量に供給することができ、さらに引火や爆発の要因を排除して安全性を向上させたナノファイバー製造方法及びナノファイバー製造装置を提供することをその目的とする。

本発明のナノファイバー製造装置は、高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流に対して溶融樹脂を吐出する樹脂吐出手段を備えるナノファイバー製造装置であって、ナノファイバーの素材となる樹脂を投入するためのホッパーと、当該ホッパーから樹脂の供給を受けてこれを加熱溶融させるための加熱シリンダーと、当該加熱シリンダーを加熱する加熱手段としてのヒーターと、前記加熱シリンダー内にて回転可能に収容され、回転することで溶融樹脂を前記加熱シリンダーの先端へ移動させるための押出装置としてのスクリューと、当該スクリューを回転させる駆動手段としてのモーターと、前記加熱シリンダーの先端に設けられ、中心部に高圧ガスの流路とその周囲に複数の溶融樹脂の流路とが形成されたヘッド部と、当該ヘッド部の中心部に形成された前記高圧ガスの流路に高圧ガスを供給するガス供給管とを備えており、該ガス供給管からの高圧ガスは、外周から当該ヘッド部の内部に導入されて中心部に形成されたガス噴出口から噴出され、当該ガス噴出口の周囲には、樹脂吐出手段が前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流を中心にして等間隔に複数配置されるとともに、吐出供給される吐出液状性原料が前記高圧ガス流の中心線上で交差するように当該高圧ガス流の中心線に対して０°より大きくかつ９０°より小さい設置角度で配置されたことを特徴とする。

また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記液状性原料吐出手段は、原料を溶融して押し出す押出し手段を備えていることを特徴とする。

また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記液状性原料吐出手段は、溶解原料を供給する手段を備えていることを特徴とする。

また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記高圧ガス噴出手段には高圧かつ高温のガスを供給するためのガス供給手段が設けられ、前記高圧ガス噴出手段から高温のガスを高圧で噴出することを特徴とする。

また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流に対する前記液状性原料吐出手段の設置角度を調整することが可能な角度調整手段を備えることを特徴とする。

また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記液状性原料吐出手段は、少なくとも２個以上が前記高圧ガス噴出手段に対して対称に配置されていることを特徴とする。

また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記液状性原料吐出手段は、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流の周囲に等間隔で配置されていることを特徴とする。

また、本発明のナノファイバー製造装置は、前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流は、ナノファイバー製造装置の設置面に対して垂直方向に設置されていることを特徴とする。

本発明のナノファイバー製造方法は、ナノファイバーの素材となる樹脂を投入するためのホッパーと、当該ホッパーから樹脂が供給される加熱シリンダーと、該加熱シリンダーを加熱する加熱手段と、前記加熱シリンダー内で原料を押しだす押出装置してのスクリュと、当該スクリューを回転させる駆動手段としてのモーターと、前記加熱シリンダーの先端に設けられ、中心部に高圧ガスの流路とその周囲に複数の溶融樹脂の流路とが形成されたヘッド部と、当該ヘッド部の中心部に形成された前記高圧ガスの流路に高圧ガスを供給するガス供給管とを具備するナノファイバー製造装置を用いたナノファイバー製造方法であって、該ガス供給管からの高圧ガスは、外周から当該ヘッド部の内部に導入されて中心部に形成されたガス噴出口から噴出され、該ガス噴出口の周囲には、前記加熱シリンダー内で溶融状態となった樹脂を吐出する複数の樹脂吐出手段を設けており、前記樹脂吐出手段から前記加熱手段により前記加熱シリンダーを加熱して前記加熱シリンダーの内部に供給された樹脂を溶融し、前記押出装置によって吐出供給される吐出液状性原料が前記高圧ガス流の中心線上で交差するように当該高圧ガス流の中心線に対して液状性原料の吐出角度を０°より大きくかつ９０°より小さい範囲内で吐出させ、前記ガス噴出口から噴射するガスによって気流を生成し、吐出供給される前記吐出液状性原料を前記高圧ガス流の中心線上で交差するように外周から噴出ガスの気流に載せることで伸長させてナノオーダー径の繊維に形成することを特徴とする。

更に、本発明のナノファイバー製造方法は、液状性原料を吐出する際に、前記液状性原料吐出手段から前記高圧ガス流に対する液状性原料の吐出角度を０°より大きくかつ９０°より小さい範囲内で調整して吐出することを特徴とする。

本発明によれば、より径が細く品質の高いナノファイバーを安全に製造することができる。また、ナノファイバーを製造するに当たり、高電圧を用いた装置を用いることがなく、メルトブロー方式によるデメリットであるとされていた単位時間当たりの生産量を樹脂吐出手段を複数設けることで補うことができる。

本発明のナノファイバー製造装置の実施例１の全体構成を示す一部を断面した側面図である。 本発明の実施例１としてのナノファイバー製造装置における、ヘッド部及び加熱シリンダーの外観平面図である。 本発明の実施例としてのナノファイバー製造装置における、ヘッド部先端を示す外観正面図である。 図３に示すナノファイバー製造装置のＡ−Ａ線における断面図である。 図４に示すナノファイバー製造装置のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線の夫々における断面図である。 本発明の実施例１としてのナノファイバー製造装置における、ヘッド部内部の樹脂流路及びガス流路を示す説明図である。 本発明の実施例１としてのナノファイバー製造装置における、（ａ）樹脂吐出手段の支持構造の一例、（ｂ）樹脂吐出手段の支持構造の他の例を示す説明図である。 本発明のナノファイバー製造装置の実施例２の全体構成を示す側面図である。 本発明のナノファイバー製造装置の実施例２の全体構成を示す平面図である。 本発明のナノファイバー製造装置の実施例２のヘッド部構成を示す正面図である。 本発明のナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法の基本発明概念を説明するための説明図である。

本発明を実施するための形態を以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、本実施形態において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。

本発明は、高圧で噴出する流体（ガス状の流体が好ましい）に対して液状性原料を供給してナノファイバーを形成するものであるが、本願明細書において、特に組成を特定せずに「ガス」と称した場合には、あらゆる組成や分子構造からなる気体を包含するものである。また、本願明細書において「原料」とはナノファイバーを成形する際の全ての材料を意味するものであり、以下の実施例においては、「原料」として合成樹脂を用いた例を説明するが、これに限定されず、種々の組成材料を用いてもよい。また、本願明細書において「液状性原料」との用語は、原料の性状が液体であることを限定するものではなく、固形の原料を溶融して押出装置で押し出してナノファイバーを形成する実施例１に適用される「溶融原料」を含み、所定の溶剤に対して固形の原料或いは液状の原料を所定濃度となるように予め溶解しておき、それを適宜手段により送給して吐出口から吐出し或いは押し出してナノファイバーを形成する実施例２に適用される「溶解原料」を含むものである。つまり、本発明における「液状性原料」とは、「原料」を供給口（噴出口、吐出口）から供給（噴出、吐出）することが可能な程度の粘性を有した性状が必要なものであり、本発明においては、このような液状の性質をもった「原料」を「液状性原料」と称している。

詳細は後述するが、本発明の実施例１及び実施例２として説明するナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法の共通した基本発明の概念は、図１１に示すように、中心に高圧ガス噴出手段７１を備え、高圧ガス噴出手段７１から噴出された高圧ガス流９０の周囲に複数の液状性原料を吐出する吐出手段７３ａを、その設置角度を可変にしている。つまり、高圧ガス流９０に対する液状性原料の供給角度θを可変にしたものである。本発明の基本概念は、図１１に示すように、液状性原料を吐出する吐出手段７３ａが高圧ガス流９０の中心線９１に対して供給角度θで配置されており、複数の吐出手段７３ａから吐出供給される吐出液状性原料は高圧ガス流９０の中心線９１に向けて配置されている。複数の吐出手段７３ａから吐出供給される吐出液状性原料は中心線９１上で交差するように配置するのが好ましい。

図１１において、各構成要件の配置状態は以上のとおりであり、位置関係は次のとおりである。これらを高圧ガスのガス噴出口７１（開口ノズル）の位置を基準として、それよりも下流側に後退した位置関係で表現すれば、ａは吐出手段７３ａの吐出口からの原料吐出口後退距離であり、ｂは吐出手段７３ａの吐出口からの吐出原料が交差する位置の後退距離であり、ｃは吐出手段７３ａの吐出口の開口径であり、ｄはガス噴出口離間距離である。
ここで、高圧ガス流９０の中心線９１に対して、液状性原料を吐出する吐出手段７３ａの供給角度はθで配置されており、
ｔａｎθ＝ｄ／（ｂ−ａ） （１）
で表される原料供給正接角度θが ０°＜θ＜９０°の範囲で調整可能に構成するものである。一例として、原料吐出口後退距離ａ＝３０ｍｍ、吐出口開口径＝２ｍｍ、ガス噴出口離間距離ｄ＝７ｍｍ、噴出高圧ガスの圧力を約０．１５ＭＰａとした場合、θ＝２０°±１０°が望ましい。

このように、原料供給正接角度θは、原料吐出口後退距離ａ、吐出原料交差位置後退距離ｂ、ガス噴出口離間距離ｄによって決められるべきものであり、更に、高圧ガスの噴出口開口径ｃ及び噴出高圧ガスの圧力及び温度との関係により決められるべきものである。

本発明の実施例１のナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法においては、ホッパーに投入されるペレット状の原料（樹脂）をヒーターによって加熱された加熱シリンダー内に供給して溶融し、モーターにて回転するスクリューによって加熱シリンダーの前方に送出する。加熱シリンダーにはヘッド部が設けられており、高圧ガスをヘッド部の中心に形成されたガス噴出口から噴き出す。加熱シリンダーの先端まできた液状性溶融原料（溶融樹脂）は、ヘッド部の内部を経由してガス噴出手段の下流側に配置された複数本の極細管の液状性溶融原料（溶融樹脂）の供給手段（吐出手段）から供給（吐出）される。複数本の極細管の液状性溶融原料吐出手段は中心に配置されたガス噴出口の周囲に均等に配置される。これにより、液状性溶融原料吐出手段から吐出する溶融樹脂を延伸させ、ナノオーダー径の繊維を形成する。

本発明の実施例２のナノファイバー製造装置及びナノファイバー製造方法においては、高圧ガスを中心に形成されたガス噴出口から噴き出すように構成されており、それに対して液状性溶解原料吐出手段の下流側に配置された複数本の極細管の液状性溶解原料吐出手段から吐出される。

以下、本発明の実施例１におけるナノファイバー製造装置の全体構成について、図１〜図３に基づいて説明する。

本発明の実施例１として図１に示すナノファイバー製造装置１は、ナノファイバーの素材となる樹脂（微細粒径の粒体状合成樹脂）をナノファイバー製造装置１へ投入するためのホッパー２と、ホッパー２から樹脂の供給を受けてこれを加熱溶融させるための加熱シリンダー３と、加熱シリンダーを外側から加熱する加熱手段としてのヒーター４と、加熱シリンダー３内にて回転可能に収容され、回転することで溶融樹脂を加熱シリンダー３の先端へ移動させるための押出装置としてのスクリュー５と、スクリュー５を連結部６１（詳細は図示せず）を介して回転させる駆動手段としてのモーター６と、加熱シリンダー３の先端に設けられると共に、後述の溶融樹脂を周囲から吐出するための樹脂吐出手段を内部に具備し、中心部からガス状の熱風を噴射するガス噴出口７１（開口ノズル）を備えた円筒状のヘッド部７とからなる。この円筒状ヘッド部７には、中心部から噴射ガスを噴射するために、ガス供給管としてのガス配管部８に連結されたパイプ８１を介して高圧ガスが供給される。ガス配管部８にはヒーター等の図示しない加熱手段を設けており、ガス噴出口７１（開口ノズル）から熱風を噴射するよう構成されている。尚、ヘッド部７と加熱シリンダー３とはＯリングやドーナツ状のシート部材等のシール部９を介して接続されており、溶融樹脂が装置外に漏れ出さない構成を備えている。

加熱シリンダー３外周に配された複数のヒーター４は、図示しない制御手段によって、夫々独立または一括して温度制御が可能に構成される。本実施例においては、図１に示すように４基のヒーター４を配したものとして示したが、これに限定せず、使用する樹脂の素材や性質、加熱シリンダー３の径や長さなどの諸条件に合わせて、設置数を変更したり、各ヒーターの大きさを変更したり、配置条件を適宜変更してもよい。

図２は本実施例のナノファイバー製造装置１の平面図であり、図３は正面図である。図４乃至図６は、ヘッド部７の構造を示す説明図である。

本発明の実施例としてのヘッド部７には、図３に示すように、加熱シリンダー３の外周からガス配管部８を介して高圧ガスが供給されるパイプ８１が連結されている。パイプ８１からの高圧ガスはヘッド部７の内部に導入されて中心部に形成されたガス噴出口７１（開口ノズル：図３）から噴出される。このガス噴出口７１の周囲には、樹脂吐出手段７３が等間隔に複数配置されている。本実施例においては、樹脂吐出手段７３は、樹脂吐出針７３ａと、この樹脂吐出針７３ａをヘッド部７に取り付ける構造を具備する樹脂吐出針取付部７３ｂから構成されるものとする。

図３に示すヘッド部７は、加熱シリンダー３の先端部をカバーする加熱シリンダーカバー部７７と、樹脂吐出手段７３を保持する手段としての樹脂吐出手段保持環部７８とを備えている。樹脂吐出手段保持環部７８は、加熱シリンダーカバー部７７に対してボルト等の固着手段（符号なし）によって固着されている。

この樹脂吐出手段保持環部７８により樹脂吐出手段７３をガス噴出口７１（開口ノズル）の周囲に複数配置する際には、複数の樹脂吐出手段７３を等間隔、等距離（ガス噴出口からの距離ａ）、或いは等角度（吐出角度θ）に設けることで、均一な径と繊維長を持つナノファイバーの生産量を大幅に向上させることができる。

ここで、ガス噴出口７１（開口ノズル）と周囲に配置された樹脂吐出手段７３との配置関係を図１１により説明する。ヘッド部７の中心部に配置されたガス噴出口７１から噴出されるガス流９０により噴出される。このガス流９０に対して、周囲に複数個配置された樹脂吐出手段７３が設けられており、樹脂吐出口としての樹脂吐出針７３ａからは、吐出角θにより噴出口７１から噴出されるガス流９０に向けて吐出される。樹脂吐出針７３ａの樹脂吐出口は、噴出口７１から距離ａだけ前方（噴出口７１からのガス流９０に沿っては下流側）に配置されている。複数の樹脂吐出針７３ａの各樹脂吐出口は、噴出口７１から距離ｂだけ前方（噴出口７１からのガス流９０に沿っては下流側）に向けて吐出樹脂が交差するようにして吐出される。

複数の樹脂吐出手段７３の配置条件として、樹脂吐出手段７３の個数、配置間隔、配置距離（ガス噴出口からの距離ａ）、配置角度（θ）を変更することにより、均一でない径或いは繊維長を持つナノファイバーを形成することもできる。従って製造するナノファイバーの用途に応じて適宜樹脂吐出手段７３の配置間隔等の配置条件を選択・変更すればよい。

図４は、図３のヘッド部７のＡ−Ａ線における断面図であり、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図４のヘッド部７の要部（Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面、Ｄ−Ｄ断面）における各断面図を示している。また、図６は、高圧ガスの流路Ａ及び溶融樹脂の流路Ｂを示す説明図である。図４乃至図６に示すように、ヘッド部７の内部には樹脂吐出手段７３に対応する６本の樹脂流路７５（図中の矢印Ｂ）が等間隔に形成されている。樹脂吐出手段７３は、樹脂流路７５を介して加熱シリンダー３に接続されている。スクリュー５の回転により押圧された溶融樹脂は、図５（ｃ）のＤ−Ｄ断面図が示す樹脂流路７５へ流入し、Ｃ−Ｃ断面図が示す樹脂流路７５を介して、Ｂ−Ｂ断面図が示す樹脂吐出針取付部７３ｂの内部に流入し、樹脂吐出針７３ａから吐出される。またその際、図４に示すように、ガス流路７２（図中の矢印Ａ）は、樹脂流路７５（図中の矢印Ｂ）に干渉しないようにヘッド部７の中央に形成されており、図５（ｂ）のＣ−Ｃ断面図が示すように、任意の隣り合う樹脂流路７５の間を通り、ヘッド部７の外側から内方に向けて方向を変えて形成されている。高圧ガスは、パイプ８１を介してガス配管部８がガス流路７２に接続されている。このように形成されたガス流路７２を介して、ガス噴出口７１（開口ノズル）からガス噴射部８によって供給される高圧且つ高温のガスが噴射される。このように、樹脂流路７５とガス流路７２は、ヘッド部７内において互いに干渉することが無いよう形成される。なお、図７（ｂ）における符号７９は、加熱シリンダーカバー部７７に対してパイプ（ガス流路）８１を取付ける際のネジ部７９である。

樹脂吐出手段７３のガス流路７２に対する配置条件を調節するために、樹脂吐出手段７３の保持調節手段７４を設けている。しかし、樹脂吐出手段７３の樹脂吐出針７３ａの樹脂吐出口の径は非常に細く、装置の振動や樹脂の圧力などのストレスに非常に影響を受け易く、前述の樹脂吐出手段７３の配置条件が変化したり、ヘッド部７からの離脱が生じたりする場合もある。そこで、樹脂吐出口７４の角度を調節変化させても樹脂吐出針７３ａにストレスがかからないようにし、樹脂吐出針７３ａがヘッド部７から離脱しないような構成にすることも必要となる。

図７（ａ）は、樹脂吐出手段７３を樹脂吐出手段保持環部７８に対して固定し、その取り付け角度を調整可能とするための樹脂吐出口支持部７４による支持構造を示す説明図である。樹脂吐出手段７３は、樹脂吐出針７３ａと樹脂吐出針取付部７３ｂとからなり、樹脂吐出針取付部７３ｂは、図示しない螺合、係合、ピンなどによる適宜な固定手段によってヘッド部７の樹脂吐出手段保持環部７８に固定される。樹脂吐出針７３ａには、樹脂吐出口支持部７４を設ける。この樹脂吐出口支持部７４は、樹脂吐出針７３ａを周囲から把持するように樹脂吐出針把持部７４ａと、図７に示すように、ヘッド部７の外側から内部へと貫通して設けられた進退可能な調整杆７４ｃを備えた調整手段７４ｂとからなる。調整手段７４ｂを作動させることで、調整杆７４ｃを進退させて樹脂吐出針把持部７４ａがヘッド部７の径方向に向けて移動し、これによって樹脂吐出針７３ａを所望の位置・角度にて固定することができる。このような樹脂吐出口支持部７４によって、樹脂吐出手段７３は、吐出溶融樹脂を、ガス噴出口７１からの噴出ガス流に対して所望の吐出角度にて吐出するように調整でき、その角度で確実に固定可能とされる。

この構成によれば、噴出ガス流に対する溶融樹脂の吐出角度の調整手段としては有用であり、樹脂吐出針７３ａは非常に細い管状をしており、その先端はナノファイバー製造装置１の稼動の際、モーター６やスクリュー５の駆動により大きく振動してしまう虞があるが、この樹脂吐出口支持部７４はこの振動も効果的に抑止することができる。尚、本実施例の図２においては樹脂吐出手段７３を６本とし、樹脂吐出口支持部７４を併せて６基設けるものとして示したが、これに限定せず、使用する樹脂や生産量、製品の特性等の条件によってその数を適宜選択すればよい。

図７（ｂ）は、樹脂吐出手段７３の角度調整機能の他の例を示している。この実施例においても、樹脂吐出口支持部７４は、樹脂吐出針７３ａを周囲から把持するように樹脂吐出針把持部７４ｄと、ヘッド部７の外側から内部へと貫通して設けられた進退可能な調整杆７４ｅを備えた調整手段（図示なし）とからなる。この場合においても、調整手段を作動させることで、調整杆７４ｅを進退させて樹脂吐出針把持部７４ｄがヘッド部７の径方向に向けて移動し、これによって樹脂吐出針７３ａを所望の位置・角度にて固定することができる。その際に、樹脂吐出針取付部７３ｃを球状または円筒状とし、この樹脂吐出針取付部７３ｃが回転・回動自在となるような摺動面７６をヘッド部７の樹脂吐出手段保持環部７８に形成し、樹脂吐出針取付部７３ｃを取り付けることで、樹脂吐出針７３ａの角度を容易に調整することができる。これにより、樹脂吐出針７３ａの脱落の心配もなく樹脂吐出手段７３の角度調整が可能となる。

なお、ガス噴出口７１と樹脂吐出手段７３は、図示される通り、ガス噴出口７１が樹脂吐出手段７３より下流側に後退した位置に配置するよう構成される。このように構成することで、ガス噴出口７１から噴射されるガスの噴出ガス流の分布に沿って溶融樹脂が徐々に伸長されて、ナノオーダー径の繊維状となる。また、図示しない加温手段により、ガス噴射部８から熱風となってガスが噴射されることから、樹脂吐出手段７３から吐出される樹脂は常温のガスが噴射される場合よりも、長くより繊維径の細いナノファイバーの製造を可能とする。

上記のような構成のナノファイバー製造装置１の一連の動作について、説明する。ホッパー２に投入される原料（樹脂）が、加熱シリンダー３内でヒーター４によって加熱されることで溶融し、モーター６にて回動されるスクリューによって加熱シリンダー３の前方に送出される。加熱シリンダー３の先端まで到達した溶融樹脂は、ヘッド部７の内部に形成された６本の樹脂流路７５を経由して６本の樹脂吐出針の原料吐出口から吐出される。吐出された溶融樹脂は、ガス噴射部８によって供給されてガス噴出口７１から噴射された高圧・高温ガスによって生じる気流に乗って搬送される。この時、より速い高温ガスの気流とより遅い周囲に滞留する空気との速度の差により、溶融樹脂が延伸されてナノファイバーが形成される。

本発明の実施例１として微細粒径の粒体状合成樹脂を溶融し、原料として用いるナノファイバー製造装置を詳述したが、先に述べたとおり、ナノファイバーの液状性原料としてはこれに限定せず、所定の溶剤に対して固形の原料或いは液状の原料を所定濃度となるように予め溶解させた溶解原料を用いても良い。これも液状性原料である。図８乃至図１０は、溶解原料からナノファイバーを形成するためのナノファイバー製造装置を示している。尚、実施例１と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本発明の実施例２では、実施例１のホッパー２、スクリュー５、モーター６に替えて、溶解原料に所定圧力をかけて押し出す機能を有する溶剤貯蔵器５Ａを用いる。所定圧力は高低差に起因する重力による圧力でも良い。ヘッド部７Ａには溶剤供給用ホース３Ａとガス噴射部８が接続される。図示は省略するが、ガスを噴出するための手段は、適宜ガス噴射部８内に配備するか高圧ガス供給部（図示なし）からガス噴射部８内に導入すればよい。ヘッド部７Ａには図９に示すようにガス噴射部８から供給されるガスの流路となるガス流路７２Ａとガス噴射口７１Ａが設けられる。また、同様にヘッド部７Ａには溶解原料の流路である樹脂流路７５Ａが設けられ、樹脂流路７５Ａは樹脂吐出手段７３に接続する。樹脂吐出手段７３の構成は、実施例１と同様に溶解原料の吐出口たる樹脂吐出針７３ａと、図８乃至図１０に図示しない樹脂吐出針取付部からなる。また、ヘッド部７Ａには樹脂吐出手段保持板部７８Ａが設けられ、これに、樹脂吐出針把持部７４ａと、ヘッド部７Ａの外側から内部へと貫通して設けられた進退可能な調整杆７４ｃを備えた調整手段７４ｂとからなる樹脂吐出口支持部７４を設置することで、実施例１と同様に樹脂吐出口支持部７４によって樹脂吐出針７３ａの吐出角を自在に調整することが可能となる。

実施例２におけるナノファイバー製造装置は、図１０に示す通り、樹脂吐出手段７３を２つ設置している。勿論、樹脂吐出手段７３の配置は２つに限られるものではなく、ガス噴射口７１Ａの周囲に３つ以上の樹脂吐出手段７３を設けても良い。その際には、均等に樹脂吐出手段７３を設けるのが望ましい。また、図に示した実施例は横噴出型を示したが、ガス噴射口７１Ａからのガス流路７２Ａを垂直方向として垂直（上方から下方、或いは下方から上方）に噴出する変形例は当業者であれば容易に想到できるものである。

このように構成することで、実施例１の構成と比較して、溶剤に原料を溶かした溶解原料を用いることで、加熱シリンダーやモーター、スクリューといった複雑な装置を用いることなくナノファイバー製造装置を構成することが可能となるので、装置のサイズがコンパクトになり、省スペース化を図ることができる。また、装置がコンパクトに構成できることにより、ポータブルなナノファイバー製造装置を構成することも可能となる。このようなポータブルタイプのナノファイバー製造装置の場合は、ナノファイバーを付着させたい場所に向けてナノファイバーを吹き付けることでナノファイバーを形成することが可能となり、ナノファイバーの用途が広がる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例では溶融樹脂及びガス噴出口を水平方向に向けた横型のナノファイバー製造装置として示しているが、これに限定せず、下方に向けて構成した縦型のナノファイバー製造装置及び製造方法としても何ら問題ない。その方が重力による影響が有効に避けられる。また、押出装置をスクリュー５として説明したが、製造するナノファイバーが途切れることの対策が必要となるが、ダイカストのように溶液を順次供給してピストン等を用いた間欠的な押し出しによっても何ら問題ない。更に、ガス噴出口７１をテーパー状に形成してノズル形状とし、圧力を高めるよう構成してもよい。更に、樹脂吐出針７３ａの角度調整のための構造について、２つの具体例を挙げて説明したが、例えば、蛇腹式の樹脂吐出手段等の角度調整が可能な構造であればどのような形態であってもよい。

１ ナノファイバー製造装置
２ ホッパー
３ 加熱シリンダー
４ ヒーター（加熱手段）
５ スクリュー（押出装置）
６ モーター（駆動手段）
７ ヘッド部
７１ ガス噴出口
７２ ガス流路
７３ 樹脂吐出手段
７３ａ 樹脂吐出針（原料吐出口）
７３ｂ、７３ｃ 樹脂吐出針取付部
７４ 樹脂吐出口支持部
７４ａ 樹脂吐出針把持部
７４ｂ 調整部
７４ｃ 調整杵
７５ 樹脂流路
７６ ガス流路
７７ 加熱シリンダーカバー部
７８ 樹脂吐出手段保持環部
８ ガス噴射部（ガス噴射手段）
８１ パイプ（ガス流路）
９０ 高圧ガス流
９１ 高圧ガス流の中心線

Claims (4)

1. 高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流に対して溶融樹脂を吐出する樹脂吐出手段を備えるナノファイバー製造装置であって、
   ナノファイバーの素材となる樹脂を投入するためのホッパーと、当該ホッパーから樹脂の供給を受けてこれを加熱溶融させるための加熱シリンダーと、当該加熱シリンダーを加熱する加熱手段としてのヒーターと、前記加熱シリンダー内にて回転可能に収容され、回転することで溶融樹脂を前記加熱シリンダーの先端へ移動させるための押出装置としてのスクリューと、当該スクリューを回転させる駆動手段としてのモーターと、前記加熱シリンダーの先端に設けられ、中心部に高圧ガスの流路とその周囲に複数の溶融樹脂の流路とが形成されたヘッド部と、当該ヘッド部の中心部に形成された前記高圧ガスの流路に高圧ガスを供給するガス供給管とを備えており、
   該ガス供給管からの高圧ガスは、外周から当該ヘッド部の内部に導入されて中心部に形成されたガス噴出口から噴出され、当該ガス噴出口の周囲には、樹脂吐出手段が前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流を中心にして等間隔に複数配置されるとともに、吐出供給される吐出液状性原料が前記高圧ガス流の中心線上で交差するように当該高圧ガス流の中心線に対して０°より大きくかつ９０°より小さい設置角度で配置されたことを特徴とするナノファイバー製造装置。
2. 前記高圧ガス噴出手段から噴出する高圧ガス流に対する前記樹脂吐出手段の設置角度を調整することが可能な角度調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載のナノファイバー製造装置。
3. ナノファイバーの素材となる樹脂を投入するためのホッパーと、当該ホッパーから樹脂が供給される加熱シリンダーと、該加熱シリンダーを加熱する加熱手段と、前記加熱シリンダー内で原料を押しだす押出装置してのスクリュと、当該スクリューを回転させる駆動手段としてのモーターと、前記加熱シリンダーの先端に設けられ、中心部に高圧ガスの流路とその周囲に複数の溶融樹脂の流路とが形成されたヘッド部と、当該ヘッド部の中心部に形成された前記高圧ガスの流路に高圧ガスを供給するガス供給管とを具備するナノファイバー製造装置を用いたナノファイバー製造方法であって、
   該ガス供給管からの高圧ガスは、外周から当該ヘッド部の内部に導入されて中心部に形成されたガス噴出口から噴出され、
   該ガス噴出口の周囲には、前記加熱シリンダー内で溶融状態となった樹脂を吐出する複数の樹脂吐出手段を設けており、前記樹脂吐出手段から前記加熱手段により前記加熱シリンダーを加熱して前記加熱シリンダーの内部に供給された樹脂を溶融し、前記押出装置によって吐出供給される吐出液状性原料が前記高圧ガス流の中心線上で交差するように当該高圧ガス流の中心線に対して液状性原料の吐出角度を０°より大きくかつ９０°より小さい範囲内で吐出させ、
   前記ガス噴出口から噴射するガスによって気流を生成し、吐出供給される前記吐出液状性原料を前記高圧ガス流の中心線上で交差するように外周から噴出ガスの気流に載せることで伸長させてナノオーダー径の繊維に形成することを特徴とするナノファイバー製造方法。
4. 液状性原料を吐出する際に、前記樹脂吐出手段から前記高圧ガス流に対する液状性原料の吐出角度を０°より大きくかつ９０°より小さい範囲内で調整して吐出することを特徴とする請求項３記載のナノファイバー製造方法。

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