JP6577817B2 - 電界紡糸装置 - Google Patents

Description

本発明は、電界紡糸装置に関する。

電界紡糸法（エレクトロスピニング法）は、機械力や熱力を使わずにナノサイズの直径のファイバ（以下、ナノファイバという）を比較的簡単に製造できる技術として注目を浴びている。これまで行われてきた電界紡糸法では、ナノファイバの原料となる物質の溶液をシリンジに充填しておき、該シリンジに取り付けられている針状のノズルと、これに対向する捕集用電極との間に直流高電圧を印加した状態下に、該ノズルの先端から溶液を吐出する操作を行う。吐出された溶液はクーロン力で延伸されるとともに溶媒が瞬時に蒸発し、原料は凝固しながらナノファイバが形成される。そしてナノファイバは捕集用電極の表面に堆積する。

このようなナノファイバの製造の生産性を高める従来の技術として、以下に述べる特許文献１ないし２に記載のナノファイバの製造装置或いは製造方法が知られている。特許文献１に記載の製造装置は、原料液を帯電させる帯電手段と、原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体と、空間中で製造されるナノファイバを収集する収集手段とを備えている。また、特許文献１に記載の製造装置は、収集手段にナノファイバを誘引する電界を発生させる第一誘引電極と、第二誘引電極と、第一誘引電極に所定の電位を印加する第一誘引電源と、第一誘引電極とは逆極性の電位を第二誘引電極に印加する第二誘引電源とを備えている。

また、特許文献２に記載のナノファイバの製造方法では、紡糸溶液をスプレーする樹脂製のノズルと、紡糸溶液を帯電させる電極とを用い、電界中に紡糸溶液をスプレーして紡糸を行っている。紡糸溶液を貯留する容器には、該紡糸溶液を帯電させるための導電性材料からなる電極が内蔵されている。

また、これらとは別の技術として、出願人は、先に、凹曲面を備えた電極と、該電極の凹曲面に囲まれるように配置された針状の紡糸液吐出用ノズルとを有し、該電極と該ノズルとの間に電界を生じさせた状態下に、該ノズルの先端より吐出させた紡糸液からナノファイバを形成するようにした電界紡糸装置を提案した（特許文献３）。

特開２０１０−５９５５７号公報 特開２０１１−１０２４５５号公報 特開２０１４−９５１７４号公報

ナノファイバの生産性は根本的には、単位時間あたりに１本の原料液噴射ノズルから噴射される原料液の量で決まる。その為、噴射される原料液の帯電量を増加させることが必要である。しかし、上述した特許文献１に記載の製造装置、及び特許文献２に記載の製造方法では、噴射される原料液の帯電量を十分に増加させることができず、量産性が未だ十分とは言えない場合がある。また製造設備が複雑であったり、製造設備の占有スペースが大きかったりするので、経済的に有利とは言えない。

一方、特許文献３に記載の電界紡糸装置は、噴射される原料液の帯電量を増加させることができ、ナノファイバの生産性を高めることができる。更に、特許文献３に記載の電界紡糸装置は、省スペース化を達成することができる。しかし、噴射される原料液の帯電量を更に増加させ、ナノファイバの生産性を更に高めたいとのニーズがあった。

したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る電界紡糸装置を提供することにある。

本発明は、原料液を噴射する導電性のノズルを備えた原料噴射部と、前記ノズルと電気的に絶縁して配置された凹曲面部を有する電極と、前記ノズルと前記電極の間に電圧を発生させる電圧発生部とを備えた電界紡糸装置であって、前記ノズルの延びる方向が、前記凹曲面部における開口端部によって画成される平面の図心か、又は該図心の近傍を通り、かつ該ノズルの先端が、該開口端部によって画成される平面内に位置するか、又は該平面の近傍に位置するように、該ノズルが配置されており、前記電極は、前記凹曲面部における開口端部から外方に延出する延出部を更に有し、該凹曲面部及び該延出部は同電位であり、前記電極の前記延出部は、前記凹曲面部の前記開口端部によって画成される平面の図心を通る電極中心軸の延びる方向に垂直な方向に沿って断面視した際の該延出部で画成される平面の面積が、該凹曲面部の該開口端部によって画成される平面の面積よりも大きいか又は等しい部分を有している電界紡糸装置を提供するものである。

本発明によれば、原料液の帯電量を従来よりも更に増加させることができ、その結果、ナノファイバの生産性を従来よりも更に高めることが可能となる。また、本発明によれば、省スペース化を達成することができる。

図１は、本発明の電界紡糸装置の好ましい第１実施形態を示す斜視図である。 図２は、図１に示す電界紡糸装置の断面構造を示す模式図である。 図３は、本発明の電界紡糸装置の好ましい第２実施形態の製造装置の断面構造を示す模式図である。 図４は、本発明の電界紡糸装置の好ましい第３実施形態の製造装置の断面構造を示す模式図である。 図５は、本発明の電界紡糸装置の好ましい第４実施形態の製造装置の断面構造を示す模式図である。 図６は、本発明の電界紡糸装置の備える電極を構成する凹曲面部の斜視図である。 図７は、原料液の帯電量を測定する装置を示す模式図である。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の電界紡糸装置の第１実施形態である、電界紡糸されたナノファイバを製造するナノファイバ製造装置１Ａ（以下、単に「製造装置１Ａ」とも言う。）の斜視図が示されている。図２は、図１に示すナノファイバ製造装置の断面構造を示す模式図である。これらの図に示すとおり、第１実施形態のナノファイバ製造装置１Ａは、基本的にはＥＳＤ（Electro−Spray Deposition）と高速噴出気流（ジェット）を組み合わせたジェットＥＳＤ法を採用したものである。製造装置１Ａは、例えばナノファイバ製造用の原料液を噴射する導電性のノズル２１を備えた原料噴射部２と、ノズル２１と電気的に絶縁して配置された凹曲面部３Ａを有する電極３と、ノズル２１と電極３の間に電圧を発生させる電圧発生部４とを備えている。更に、製造装置１Ａは、本実施形態では、ノズル２１の基部の近傍に位置し、ノズル２１の延びる方向に沿って、かつノズル２１の先端２１ａ方向に向けて、ノズル２１と電極３の間に空気流を噴射する空気流噴射部５を備えている。

以下の説明において、製造装置１Ａでは、図１に示すように、凹曲面部３Ａにおける開口端部３１ａによって画成される平面の図心３Ｇを通る電極中心軸ＣＬの延びる方向をＹ方向、それと直交する方向をＸ方向として説明する。ここで、平面の図心３Ｇとは、重心と同じ概念である。しかし、開口端部３１ａによって画成される平面は仮想の平面であり、質量がないため、重心と呼ぶのは正確でないことから、本明細書では、重心に代えて図心と呼ぶこととする。

製造装置１Ａでは、電極３の凹曲面部３Ａは、図１に示すように、全体として凹球面形状をしており、特に略椀形をしている。そして凹曲面部３Ａは、その略椀形の内面であるノズル２１と対向する面３Ａｆが凹曲面に形成されている。ここで、凹曲面部３Ａのノズル２１と対向する面３Ａｆとは、ノズル２１の先端２１ａ（原料液が噴射する開口部）から臨むことのできる凹曲面部３Ａの表面のことを意味し、製造装置１Ａでは、凹曲面と同じ面である。凹曲面部３Ａは、その内面が凹曲面となっている限りにおいて、その外面の形状は略椀形になっていることを要せず、その他の形状となっていてもよい。凹曲面部３Ａは、導電性材料から構成されている。凹曲面部３Ａは、電気絶縁性材料からなる基台３０に固定されている。

製造装置１Ａでは、図１に示すように、電極３の凹曲面部３Ａにおけるノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆを、その開口端部３１ａ側から見たとき、該開口端部３１ａの周縁は円形をしている。従って、製造装置１Ａでは、開口端部３１ａによって画成される平面は、円形となっており、前記平面の図心３Ｇとは、円の中心を意味している。尚、開口端部３１ａの周縁とは、開口端部３１ａが厚みを有している場合には、開口端部３１ａのノズル２１側の輪郭、即ち、内側の輪郭のことを意味している。開口端部３１ａによって画成される円形は、真円形でもよく、あるいは楕円形でもよいが、ノズル２１の先端に電界を集中させる観点からは、開口端部３１ａの周縁は、真円形であることが好ましい。

製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａにおけるノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆは、図１に示すように、内面のいずれの位置においても曲面になっている。ここで言う曲面とは、（イ）平面部を全く有していない曲面のことであるか、又は（ロ）平面部を有する複数のセグメントを繋ぎ合わせて全体として凹曲面とみなせる形状となっていることのいずれかを言う。（ロ）の場合は、例えば縦及び横の長さが０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下程度の矩形となっている、同一の又は異なる大きさの平面部を有するセグメントを繋ぎ合わせて凹曲面を形成することが好ましい。

凹曲面部３Ａのノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆは、その任意の位置における法線がノズル２１の先端又はその近傍を通るような形状となっていることが好ましい。この観点から、該凹曲面は、真球の球殻の内面である略半球面と同じ形状をしていることが特に好ましい。

製造装置１Ａでは、図１及び図２に示すとおり、電極３の凹曲面部３Ａのノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆの最底部は開口しており、その開口部に原料噴射部２を構成するノズルアセンブリ２０が取り付けられている。したがって、凹曲面３Ａｆが真球の内面と同じ形状をしている場合、凹曲面部３Ａの凹曲面３Ａｆは、球帯の球殻の内面と同じ形状をしていることになる。

製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａは、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点から、その電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）の長さが、５ｍｍ以上であることが好ましく、７ｍｍ以上であることが更に好ましく、そして、１６５ｍｍ以下であることが好ましく、１４７ｍｍ以下であることが更に好ましく、具体的には、５ｍｍ以上１６５ｍｍ以下であることが好ましく、７ｍｍ以上１４７ｍｍ以下であることが更に好ましい。

製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａは、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点、及びノズル２１の先端２１ａから噴射され、ファイバ状になった原料液が凹曲面部３Ａに付着し難くなる観点から、開口端部３１ａによって画成される円の半径の値が、８ｍｍ以上であることが好ましく、１３ｍｍ以上であることが更に好ましく、そして、１７０ｍｍ以下であることが好ましく、８０ｍｍ以下であることが更に好ましく、具体的には、８ｍｍ以上１７０ｍｍ以下であることが好ましく、１３ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが更に好ましい。

製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａは、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点から、ノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆの面積自体の値が、４００ｍｍ^２以上であることが好ましく、１０００ｍｍ^２以上であることが更に好ましく、そして、１８００００ｍｍ^２以下であることが好ましく、４００００ｍｍ^２以下であることが更に好ましく、具体的には、４００ｍｍ^２以上１８００００ｍｍ^２以下であることが好ましく、１０００ｍｍ^２以上４００００ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。

尚、開口端部３１ａによって画成される平面が楕円である場合には、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点から、その楕円の離心率は、０以上０．６未満であることが好ましく、０以上０．３未満であることが更に好ましく、離心率０の真円であることが特に好ましい。

製造装置１Ａでは、電極３は、図１及び図２に示すように、凹曲面部３Ａにおける開口端部３１ａから外方に延出する延出部３Ｂを更に有している。延出部３Ｂは、開口端部３１ａから外方に延出していれば、特に形状が限定されるものではないが、製造装置１Ａでは、円形の開口端部３１ｂの全周縁から延出した円筒の形状をしている。電極３における凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとの境界は、図２に示すように、電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）に沿って断面視した際に、凹曲面部３Ａにおけるノズル２１と対向する面（凹曲面）３ＡｆのＹ方向の曲率が０となる位置である。

製造装置１Ａでは、電極３の延出部３Ｂは、図１に示すように、全体としてＹ方向に延びる円筒の形状をしている。そして延出部３Ｂは、その円筒形状の内面であるノズル２１と対向する面３Ｂｆが凹曲面に形成されている。ここで、延出部３Ｂのノズル２１と対向する面３Ｂｆとは、ノズル２１の先端２１ａ（原料液が噴射する開口部）から臨むことのできる延出部３Ｂの表面のことを意味し、製造装置１Ａでは、凹曲面と同じ面である。延出部３Ｂは、その内面が凹曲面となっている限りにおいて、その外面の形状は円筒形状になっていることを要せず、その他の形状となっていてもよい。延出部３Ｂは、導電性材料から構成されている。

製造装置１Ａでは、図１に示すように、電極３の延出部３Ｂにおけるノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ｂｆを、その開口端部３１ｂ側から見たとき、該開口端部３１ｂの周縁は、円形をしている。尚、開口端部３１ｂの周縁とは、開口端部３１ｂが厚みを有している場合には、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａの周縁と同じく、開口端部３１ｂのノズル２１側の輪郭、即ち、内側の輪郭のことを意味している。開口端部３１ｂによって画成される円形は、真円形でもよく、あるいは楕円形でもよいが、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａの周縁の形状と相似の形状であることが好ましく、ノズル２１の先端に電界を集中させる観点からは、開口端部３１ｂの周縁は、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａの周縁と同じ、真円形であることが好ましい。

製造装置１Ａでは、延出部３Ｂは、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点、及びノズル２１の先端２１ａから噴射され、ファイバ状になった原料液が延出部３Ｂに付着し難くなる観点から、その電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）の長さが、５ｍｍ以上であることが好ましく、１５ｍｍ以上であることが更に好ましく、そして、３４０ｍｍ以下であることが好ましく、１７０ｍｍ以下であることが更に好ましく、具体的には、５ｍｍ以上３４０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以上１７０ｍｍ以下であることが更に好ましい。

製造装置１Ａでは、延出部３Ｂは、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点、及びノズル２１の先端２１ａから噴射され、ファイバ状になった原料液が延出部３Ｂに付着し難くなる観点から、開口端部３１ｂによって画成される円の半径の値が、８ｍｍ以上であることが好ましく、１３ｍｍ以上であることが更に好ましく、そして、３６６ｍｍ以下であることが好ましく、１７０ｍｍ以下であることが更に好ましく、具体的には、８ｍｍ以上３６６ｍｍ以下であることが好ましく、１３ｍｍ以上１７０ｍｍ以下であることが更に好ましい。

製造装置１Ａでは、延出部３Ｂは、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点、及びノズル２１の先端２１ａから噴射され、ファイバ状になった原料液が延出部３Ｂに付着し難くなる観点から、その電極中心ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）の長さの開口端部３１ｂによって画成される円の半径の値に対する比が、０．１以上であることが好ましく、０．３以上であることが更に好ましく、そして、２以下であることが好ましく、１以下であることが更に好ましく、具体的には、０．１以上２以下であることが好ましく、０．３以上１以下であることが更に好ましい。

製造装置１Ａでは、延出部３Ｂは、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点、及びノズル２１の先端２１ａから噴射され、ファイバ状になった原料液が延出部３Ｂに付着し難くなる観点から、延出部３Ｂの凹曲面３Ｂｆの面積自体の値は、２５０ｍｍ^２以上であることが好ましく、７５０ｍｍ^２以上であることが更に好ましく、そして、６６００００ｍｍ^２以下であることが好ましく、２７００００ｍｍ^２以下であることが更に好ましく、具体的には、２５０ｍｍ^２以上６６００００ｍｍ^２以下であることが好ましく、７５０ｍｍ^２以上２７００００ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。

尚、延出部３Ｂの開口端部３１ｂによって画成される平面が楕円である場合には、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点から、その楕円の離心率は、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａによって画成される平面が楕円である場合と同様に、０以上０．６未満であることが好ましく、０以上０．３未満であることが更に好ましく、離心率０の真円であることが特に好ましい。

製造装置１Ａでは、図１及び図２に示すように、電極３の延出部３Ｂは、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａによって画成される平面の図心３Ｇを通る電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂが、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａよりも大きいか又は等しい部分を有している。ここで、平面の面積Ｓ_３Ａ，Ｓ_３Ｂとは、開口端部３１ａ，３１ｂが厚みを有している場合には、開口端部３１ａ，３１ｂの内側の輪郭で囲まれた領域の面積を意味する。好適には、上述したように、製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａの凹曲面３Ａｆは、真球の球殻の略半球面と同じ形状をしており、電極中心軸の延びる方向（Ｙ方向）に曲率を有し、Ｙ方向に垂直な面方向を構成する、互いに直交する縦軸及び横軸にも、それぞれ、曲率を有している。一方、製造装置１Ａでは、延出部３Ｂの凹曲面３Ｂｆは、Ｙ方向に延びる円筒形状の内面と同じ形状をしており、縦軸及び横軸には、それぞれ、曲率を有しているが、Ｙ方向に曲率を有していない。即ち、電極３の延出部３Ｂは、製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａから延出部３Ｂの開口端部３１ｂに到るまで、開口端部３１ａからＹ方向に平行に延在している。その為、延出部３Ｂは、Ｘ方向に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂが全体に亘って、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａと等しく形成されている。

凹曲面部３Ａの開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａは、ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点から、２００ｍｍ^２以上であることが好ましく、５３０ｍｍ^２以上であることが更に好ましく、そして、９１０００ｍｍ^２以下であることが好ましく、２０１００ｍｍ^２以下であることが更に好ましく、具体的には、２００ｍｍ^２以上９１０００ｍｍ^２以下であることが好ましく、５３０ｍｍ^２以上２０１００ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。
同様な観点から、垂直な方向（Ｘ方向）に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂは、２００ｍｍ^２以上であることが好ましく、５３０ｍｍ^２以上であることが更に好ましく、そして、４２１０００ｍｍ^２以下であることが好ましく、９１０００ｍｍ^２以下であることが更に好ましく、具体的には、２００ｍｍ^２以上４２１０００ｍｍ^２以下であることが好ましく、５３０ｍｍ^２以上９１０００ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。

製造装置１Ａでは、図２に示すように、電極３の凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂは、別々の部材から形成されている。尚、製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂが別々の部材から形成されているが、別々の部材でなくてもよい。製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂは、別々の部材から形成されているので、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂが、粘着剤又はネジで接合されて、一体化した電極３が形成されている。その為、加工が容易になり安価に製造でき、また、延出部の長さを容易に調整可能となる。粘着剤又はネジで接合する場合、接合強度の安定化の観点から、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａに、開口端部３１ａから垂直な方向（Ｘ方向）のノズル２１と反対側の外方に延びるフランジ部を設け、更に、延出部３Ｂの凹曲面部３Ａ側の端部にも垂直な方向（Ｘ方向）のノズル２１と反対側の外方に延びるフランジ部を設け、凹曲面部３Ａのフランジ部と延出部３Ｂのフランジ部とを、粘着剤又はネジを介して、接合することが好ましい。

電極３の凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂは、それぞれ、金属等から構成されており導電性を有している。具体的に、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂは、それぞれ、厚みが略均等な板金、或いは導電性のシート等から形成されている。板金の材料としては、銀、金、パラジウム、白金、銅、ニッケル、アルミニウム等が挙げられる。導電性のシートとしては、銀、金、パラジウム、白金、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属製のシート、或いは、カーボンブラック、グラファイト粉等の炭素系のフィラー等の導電性粉末を含有したシート等が挙げられる。金属製のシートとしては、コストの観点、軽さと厚みの均一性の観点から、アルミテープ、家庭用のアルミホイル等が好ましく用いられる。

凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとを接合固定する粘着剤としては、電界紡糸装置の分野で一般的に用いられる公知の接着剤を使用することができ、具体的には、エポキシ樹脂系の接着剤等が挙げられる。

凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとを接合固定するネジとしては、後述する被覆体と同種又は異種の誘電体製や木製のものを使用することができる。これらの材料からなるネジによって凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとを接合すれば、両者間に空気層が生じにくくなり、凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとの間の電界を安定させることができる。ネジで接合する場合には、例えば、上述した凹曲面部３Ａのフランジ部に、貫通孔を形成し、該貫通孔にネジを通し、該ネジを、延出部３Ｂのフランジ部に形成されたネジ穴にねじ込むことにより接合固定できる。

以上のようして形成された電極３は、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂが同電位となっている。凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂから形成された電極３は、図２に示すとおり電圧発生部４である直流高圧電源４１に接続され、負電圧が印加されるようになっている。このように、凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとが電気的に接合された際に、凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとが同電位になるように形成されている。

製造装置１Ａでは、図１及び図２に示すとおり、電極３の凹曲面部３Ａの最底部の開口部に、原料噴射部２を構成するノズルアセンブリ２０が設けられている。ノズルアセンブリ２０は、ノズル２１と、ノズル２１を支持する支持部２２とを有している。

製造装置１Ａでは、原料噴射部２のノズル２１は、導電性材料から構成されており、一般には金属から構成されている。好適には、ノズル２１は、針状の直管から構成されている。ノズル２１内には、原料液が流通可能になっている。ノズル２１の内径は、その下限値を好ましくは２００μｍ以上、更に好ましくは３００μｍ以上に設定することができる。一方、その上限値を好ましくは３０００μｍ以下、更に好ましくは２０００μｍ以下に設定することができる。ノズル２１の内径は、例えば好ましくは２００μｍ以上３０００μｍ以下、更に好ましくは３００μｍ以上２０００μｍ以下に設定することができる。ノズル２１の外径は、その下限値を好ましくは３００μｍ以上、更に好ましくは４００μｍ以上に設定することができる。一方、その上限値を好ましくは４０００μｍ以下、更に好ましくは３０００μｍ以下に設定することができる。ノズル２１の外径は、例えば好ましくは３００μｍ以上４０００μｍ以下、更に好ましくは４００μｍ以上３０００μｍ以下に設定することができる。ノズル２１の内径及び外径をこの範囲内に設定することで、高分子を含有し粘性をもつ原料液を容易に、かつ定量的に送液できるとともに、ノズル周辺の狭い領域に電界が集中し、原料液を効率よく帯電させられるので好ましい。

製造装置１Ａでは、図１及び図２に示すように、ノズル２１は、その延びる方向が、凹曲面部３Ａにおける開口端部３１ａによって画成される平面の図心３Ｇか、又はその図心３Ｇの近傍を通るように、配置されている。好適には、ノズル２１が、図心３Ｇか又はその図心３Ｇの近傍と、凹曲面部３Ａの凹曲面３Ａｆにおける最底部に設けられた開口の中心か、又はその中心の近傍とを通るように配置されることが好ましい。製造装置１Ａでは、ノズル２１の先端２１ａに電界が更に一層集中する観点から、ノズル２１は、その延びる方向が、電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）と平行であり、ノズル２１が電極中心軸ＣＬ上に配されている。即ち、製造装置１Ａでは、ノズル２１の延びる方向と、電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）とが一致している。

ノズル２１の延びる方向が図心３Ｇの近傍を通るようにノズル２１が配置されているとは、開口端部３１ａによって画成される平面の最長の対角線をＬとしたとき、該平面上に図心を同じくして描かれる、半径がＬ／１０である仮想円を考えた場合、ノズル２０は、その延びる方向が、該仮想円の内側と、凹曲面３Ａｆにおける最底部とを通るように配置されることが好ましい。とりわけ、前記仮想円として、半径がＬ／２０であるものを考えた場合、ノズル２０は、その延びる方向が、半径がＬ／２０である該仮想円の内側と、凹曲面３Ａｆにおける最底部とを通るように配置されることが更に好ましい。そして、ノズル２０は、その延びる方向が、図心３Ｇと、該凹曲面３Ａｆにおける最底部とを通るように配置されている製造装置１Ａの形態が特に好ましい。

また、ノズル２１の先端２１ａの位置に関しては、図２に示すように、該先端２１ａが、凹曲面部３Ａにおける開口端部３１ａによって画成される平面内に位置するか、又は該平面の近傍に位置するように、ノズル２１が配置されている。好適には、ノズル２１の先端２１ａが前記平面よりも該対向する面（凹曲面）３Ａｆの内側に位置するようにノズル２１を配置することが好ましい。更に好適には、該平面よりも１〜１０ｍｍ内側にノズル２１を配置することが好ましい。ノズル２１の先端２１ａの位置をこのようにすることで、ノズル２１の先端２１ａと該対向する面（凹曲面）３Ａｆとの距離が近くなり、かつ、電界が更に一層集中し、高い帯電量が得られる。この観点から、凹曲面部３Ａの該対向する面（凹曲面）３Ａｆは、真球の球殻の略半球面の形状をしていることが特に好ましい。

製造装置１Ａでは、原料噴射部２の支持部２２は、電気絶縁性材料から構成されている。したがって、先に述べた電極３とノズル２１とは、図２に示すように、支持部２２によって電気的に絶縁されている。また、ノズル２１は接地されている。ノズル２１の先端２１ａは、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂから形成された電極３内に露出している。ノズル２１は、支持部２２を貫通しており、ノズル２１の後端２１ｂは、電極３の背面側（すなわち、ノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆと反対側の面側）において露出している。なおノズル２１は必ずしも支持部２２を貫通している必要はなく、支持部２２に設けた原料液供給用の貫通孔の途中にノズル２１の後端２１ｂが位置していてもよい。ノズル２１の後端２１ｂあるいは支持部２２に設けた原料液供給用の貫通孔は、例えばナノファイバ製造用の原料液の供給源（図示せず）に接続されている。ノズルアセンブリ２０は、原料の供給源を構成するとともに原料噴射部２を構成する。

製造装置１Ａでは、図２に示す、ノズル２１の先端２１ａと、電極３のノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆ，３Ｂｆとの間の距離（最短距離）は、２０ｍｍ以上、特に３０ｍｍ以上に設定することが好ましい。これよりも狭いと、ノズル２１の先端から噴射され、ファイバ状になった原料液が電極３の凹曲面部３Ａにおける凹曲面３Ａｆ，３Ｂｆに付着しやすくなる。ノズル２１の先端２１ａと、電極３のノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆ，３Ｂｆとの間の距離（最短距離）の上限値は、１００ｍｍ以下、特に５０ｍｍ以下に設定することが好ましい。これよりも広いとノズル２１と電極３との間に形成される電界が弱くなり、高い帯電量が得られ難くなる。このような観点から、例えば両者間の距離（最短距離）は、２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下に設定することが好ましく、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定することが更に好ましい。

製造装置１Ａでは、先に述べたように、図２に示すように、ノズル２１が接地されており、これに対して電極３には電圧発生部４の直流高圧電源４１により負電圧が印加されている。従って、電極３が陰極になり、かつノズル２１が陽極になり、電極３とノズル２１との間に電圧が発生し、電界が形成される。なお、電極３とノズル２１との間に電界を生じさせるためには、図２に示す電圧の印加のしかたに代えて、ノズル２１に正電圧を印加するとともに、電極３を接地してもよい。尤も、ノズル２１に正電圧を印加するよりも、該ノズル２１を接地する方が、絶縁対策を簡便にできるので好ましい。また電圧発生部４によって発生させる電圧は、電極３が陰極に保たれ、かつノズル２１が陽極に保たれる限り、すなわちノズル２１が陰極よりも高電位に保たれる限り、直流電圧に交流電圧を重畳したような変動電圧でもよい。原料液の帯電量を一定に保ち、均一な太さのナノファイバを製造するという観点からは電圧は直流電圧であることが好ましい。

製造装置１Ａでは、電圧発生部４に高圧電源装置などの公知の装置を用いることができる。電極３とノズル２１との間に加わる電位差は、１ｋＶ以上、特に１０ｋＶ以上とすることが、原料液を十分に帯電させ得る点から好ましい。一方、この電位差は１００ｋＶ以下、特に５０ｋＶ以下とすることが、ノズル２１と電極３との間における放電を防止する点から好ましい。例えば１ｋＶ以上１００ｋＶ以下、特に１０ｋＶ以上５０ｋＶ以下とすることが好ましい。なお電圧発生部４で印加した電圧が変動電圧である場合は、電極３とノズル２１との間に発生する電位差の時間平均が前記範囲内とすることが好ましい。

製造装置１Ａでは、空気流噴射部５は、図１及び図２に示すとおり、ノズル２１の基部の近傍に位置している。空気流噴射部５は、ノズルアセンブリ２０におけるノズル２１の基部の近傍に、貫通孔５１を有している。空気流噴射部５は、ノズル２１の延びる方向に沿って形成されている。更に空気流噴射部５は、ノズル２１の先端２１ａの方向に向けて高速空気流を噴射させることが可能なように形成されている。電極３の開口端部３１ｂ側から見たとき、空気流噴射部５の貫通孔５１は、ノズル２１を取り囲むように２個設けられている。貫通孔５１は、ノズル２１を挟んで対称な位置に形成されている。貫通孔５１を有する空気流噴射部５は、その後端側の開口部が空気流の供給源（図示せず）に接続されている。この供給源から空気が供給されることで、ノズル２１の周囲から空気が噴射されるようになっている。噴射した空気は、ノズル２１の先端２１ａから噴射され、かつ電界の作用によって細長く引き伸ばされた原料液を、空気流噴射部５に対向する位置に配置された後述する捕集部（図示せず）に向けて搬送すると共に、ナノファイバを延伸させることに寄与する。なお、製造装置１Ａでは、空気流噴射部５の貫通孔５１が２個設けられている状態が示されているが、貫通孔５１の個数はこれに限られず、１個又は３個以上であってもよい。更に、貫通孔５１の形状（断面形状）は円形に限られず、矩形、楕円、二重円環、三角、ハニカム等でもよい。均一な空気流を得る観点からはノズル２１を囲む環状の貫通孔５１が望ましい。

空気流噴射部５から噴射される空気流としては、例えばドライヤー等によって湿度３０％ＲＨ以下に乾燥させたものを用いることができる。また空気流は、製造されるナノファイバの状態が一定に維持されるようにするために、温度が一定に保たれていることが好ましい。空気流の流速は、例えば１０ｍ／ｓｅｃ以上、特に２０ｍ／ｓｅｃ以上とすることが好ましい。これよりも遅いと、ナノファイバの進行方向を、ノズル２１と電極３の間の電界に逆らって、捕集部のある方向に搬送するのが難しくなる。空気流の流速の上限は、例えば６０ｍ／ｓｅｃ以下、特に５０ｍ／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。これよりも速い流速を作ることは設備的負荷が大きくなるとともに、空気流でファイバが千切れる心配がある。このような観点から、空気流の流速は、１０ｍ／ｓｅｃ以上６０ｍ／ｓｅｃ以下にすることが好ましく、特に２０ｍ／ｓｅｃ以上５０ｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。

製造装置１Ａは、空気流噴射部５に対向する位置に、電界紡糸を捕集する捕集部（図示せず）を備えている。特に捕集部の一部として捕集用電極（図示せず）を配置することができる。捕集用電極は、金属等の導電性材料から構成されている平板状のものとすることができる。捕集用電極の板面と、空気流噴射部５による空気流の噴射方向とは略直交している。また後述するように、捕集用電極はその略全面を表面に誘電体の露出した被覆体で被覆することができ、更に好ましくは全面を被覆体で被覆することができる。ここで略全面とは当該面の全表面積の９０％以上の面積を占める面を意味する。全面とは、当該面の全表面積の１００％を占める面を意味する。正に帯電したナノファイバを捕集用電極に誘引するために、捕集用電極には陽極であるノズル２１よりも低い（負の）電位を与える。誘引を更に効率的にするため、陰極である電極３よりも低い（負の）電位を与えることが好ましい。捕集用電極（電極表面）とノズル２１の先端２１ａとの距離（最短距離）は、その下限値を好ましくは１００ｍｍ以上、更に好ましくは５００ｍｍ以上とすることができる。これよりも狭いと、捕集用電極に到達するまでにナノファイバが十分に固化できないことがある。上限値は好ましくは３０００ｍｍ以下、更に好ましくは１５００ｍｍ以下とすることができる。これよりも広いと、捕集用電極による電気的誘引の力が弱くなり、ナノファイバの捕集率が低下する。例えば好ましくは１００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下、更に好ましくは５００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下とすることができる。

製造装置１Ａでは、捕集用電極に加えて、該捕集用電極に隣接するように、該捕集用電極とノズル２１との間に、ナノファイバが捕集される捕集体（図示せず）を捕集部として配置している。捕集体としては、例えばフィルム、メッシュ、不織布、紙などの絶縁体を用いることができる。

製造装置１Ａでは、更に、空気流噴射部５に対向するように、噴射された空気流の排気を行う空気排気部（図示せず）を配置することもできる。空気排気部は、上述した捕集用電極よりもノズル２１から遠い側に配置されることが好ましい。空気排気部としては、例えばサクションボックス等の公知の装置を用いることができる。

以上説明した第１実施形態の製造装置１Ａにおいては、静電誘導の原理を使用して帯電を行っている。静電誘導とは、安定状態の導体に、例えば正に帯電させた物体（帯電体）を近づけると、該導体のうち、帯電体に近い部位に負電荷が移動し、逆に正電荷が帯電体から遠ざかって静電導体となる現象を言う。この導体に帯電体を近づけたままで、該導体のうち正に荷電している部位を接地すると、正電荷が電気的に中和されて、該導体は負電荷を持つ帯電体となる。製造装置１Ａでは、電極３を負に帯電させた帯電体として用いているので、ノズル２１は正電荷を持つ帯電体となる。したがって、正に帯電したノズル２１内を原料液が流通すると、該ノズル２１から正電荷が供給されて、該原料液は正に帯電する。

製造装置１Ａでは、図１及び図２に示すように、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂから形成された電極３の内面にノズル２１が露出している部位は少ないので、電極３の面積がノズル３の面積よりも圧倒的に大きく、そのことによって電極３に比べてノズル２１の方が電荷密度が高くなり、かつ電場も強くなる。そして、製造装置１Ａでは、電極３が凹曲面部３Ａを有しているので、平面状の電極を用いるよりもノズル２１の先端２１ａに電荷が集中し易い。更に、電極３が、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａから外方に延出する延出部３Ｂを有しており、延出部３Ｂは、Ｘ方向に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂが全体に亘って、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａと等しく形成されているので、ノズル２１の先端２１ａに更に電荷が集中するようになる。その結果、ノズル２１内を流通する紡糸液の帯電量が非常に多くなる。このように原料液の帯電量を従来よりも更に増加させることができ、その結果、製造装置１Ａは、ナノファイバの生産性を従来よりも更に高めることが可能となる。しかも電極３が凹曲面部３Ａを有することで、平面状の電極を用いた場合よりも電極の嵩を減らすことができるので、製造装置１Ａを小型化することができ、省スペース化を達成することができる。しかも、製造装置１Ａには、可動部位が存在しないので、装置が複雑化しないという利点もある。

また、製造装置１Ａでは、凹曲面部３Ａの凹曲面３Ａｆは、図１に示すように、真球の球殻の略半球面と同じ形状をしているので、ノズル２１の先端２１ａに電荷が更に一層集中するようになる。その為、原料液の帯電量を従来よりも更に増加させることができ、その結果、ナノファイバの生産性を従来よりも更に高めることが可能となる。

また、製造装置１Ａでは、延出部３Ｂは、図１に示すように、円筒の形状をしているので、ノズル２１の先端２１ａに電荷が更に一層集中するようになる。その為、原料液の帯電量を従来よりも更に増加させることができ、その結果、ナノファイバの生産性を従来よりも更に高めることが可能となる。

以上説明した第１実施形態の製造装置１Ａを用いたナノファイバの製造方法においては、電極３とノズル２１との間に電界を生じさせた状態下に、ノズル２１の先端２１ａから原料液を噴射する。電界によって、原料液中の陽イオンは電極３（陰極）側に引き寄せられるため、ノズル２１から噴射される原料液には陽イオンが多く含まれ、原料液は正に帯電する。そして前述のように、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂから形成された電極３を用いることにより、原料液の単位質量当たりの帯電量は極めて高くなる。そして、噴射した原料液に向けて空気流噴射部５から空気流を噴射させることで、原料液を捕集体（図示せず）の方向に向かわせる。この間、原料液のもつ電荷の自己反発の連鎖によってファイバはナノサイズにまで細くなり、同時に、溶媒の揮発や高分子の凝固等が進行し、ナノファイバが生成する。生成したナノファイバは、空気流噴射部５から噴射された空気流にのり、かつ捕集用電極（図示せず）の作る電界に誘引されて、空気流噴射部５と対向する位置に配置された捕集体の表面に堆積する。正に帯電したナノファイバを捕集体に誘引するため、捕集用電極には陽極であるノズル２１よりも低い（負の）電位を与える。あるいは誘引を更に効率的にするため、陰極である電極３よりも低い（負の）電位を与える。

第１実施形態の製造装置１Ａを用いたナノファイバの製造方法によれば、ノズル２１の先端から噴射される原料液の帯電量が極めて高くなっているので、電極３の方向に原料液を引き付ける力が大きなものとなる。したがって、従来よりも（単位時間当たり）多量の原料液をノズル２１から噴射しても、従来と同程度に細いナノファイバを製造することが可能になる。しかも得られるナノファイバに欠陥等が生じ難く、ナノファイバの生産性を従来よりも高めることが可能となる。尚、ここで言う欠陥とは、例えば原料液の液滴がそのまま固化したものや、原料液の液滴が十分に引き伸ばされないまま固化して生じたビーズ状のもののことである。

第１実施形態の製造装置１Ａにおいては、原料液の帯電量を更に増加させ、ナノファイバの生産性を更に高める観点から、電極３はノズル２１と対向する面の略全面が、表面に誘電体の露出した被覆体で被覆され、電極３と被覆体とが接していることが好ましい。電極３のノズル２１と対向する面とは、凹曲面部３Ａの凹曲面３Ａｆ及び延出部３Ｂの凹曲面３Ｂｆを意味する。また、略全面とは、電極３のノズル２１と対向する面（凹曲面３Ａｆ，３Ｂｆ）の全表面積（１００％）の９０％以上の面積を占める面積であることを意味する。また、表面に誘電体の露出した被覆体とは、該表面の略全面（９０％以上の面積）が誘電体のみで構成された被覆体のことである。被覆体は、表面の全面（１００％の面積）が誘電体のみで構成されていることが好ましい。すなわち、被覆体は、表面に誘電体が露出し、表面に金属などの導電体が非存在とした被覆体であることが好ましい。単一種の誘電体から構成された被覆体がその典型例であるが、被覆体は複数種の誘電体が積層された複合体であってもよいし、表面が誘電体のみで構成されていれば、内部（表面に露出しない部分）に金属や空気の粒子又は層等を含んだ複合体であってもよい。このような被覆体が、電極３のノズル２１と対向する面（凹曲面３Ａｆ，３Ｂｆ）に密着している方が好ましい。

電極３と被覆体との固定には、電界紡糸装置の分野で一般的に用いられる公知の接着剤を使用することができ、具体的には、例えばエポキシ樹脂系の接着剤や外付けテープなどを用いることができる。

被覆体に使用する誘電体としては、絶縁材料であるマイカ、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム等のセラミック材料や、ベークライト（フェノール樹脂）、ナイロン（ポリアミド）、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリ四フッ化エチレン、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂系材料が挙げられる。これらのうち、アルミナ、ベークライト、ナイロン、塩化ビニル樹脂の中から選ばれる少なくとも１種以上の絶縁材料を用いることが好ましく、特にナイロンを用いることが好ましい。ナイロンとしては、６ナイロンや６６ナイロンなどの各種のポリアミドを用いることができる。またナイロンとして市販品を用いることもできる。そのような市販品としては、例えばＭＣナイロン（登録商標）が挙げられる。被覆体に用いる誘電体には帯電防止剤を含有させることができる。帯電防止剤を含有させることによって、帯電した原料液やナノファイバ等が被覆体に付着したとき、被覆体の帯電を低減することができる。帯電防止剤としては公知の市販品を使用することができ、例えばペレクトロン（三洋化成工業（株））、エレクトロストリッパー（花王（株））、エレクトロマスター（花王（株））、リケマール（理研ビタミン（株））、リケマスター（理研ビタミン（株））などを用いることができる。

製造装置１Ａでは、被覆体は、均一な厚みで電極３を被覆していることが好ましい。被覆体を構成する、表面に露出した誘電体の厚みは、０．８ｍｍ以上、特に２ｍｍ以上、とりわけ８ｍｍ以上であることが好ましく、具体的には０．８ｍｍ以上２５ｍｍ以下、特に２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、とりわけ８ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることが好ましい。こうすることで、電極からの電子の放出を十分に抑制でき、原料液の帯電量を高めることができる。これよりも薄いと、電極３からの電子の放出を十分に抑制できず、原料液の帯電量を高められない場合がある。なお当該厚みは、被覆体が単一種又は複数種の誘電体から構成されている場合、被覆体の厚みを指す（被覆体の厚みに等しい）ものとする。

また、第１実施形態の製造装置１Ａにおいては、原料液の固化に影響を及ぼす温度及び湿度からなる紡糸環境を調整し、ナノファイバの生産性を更に高める観点から、電極３の凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂの少なくとも一方は、加熱又は冷却する調整機構を備えていることが好ましい。上記観点から、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂのそれぞれに、前記調整機構を備えていることが更に好ましい。

また、第１実施形態の製造装置１Ａにおいては、製造装置１Ａのメンテナンス性が向上し、ナノファイバの生産性を更に高める観点、及びノズル２１の先端２１ａ近傍での紡糸状態を観察できる観点から、電極３の凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂの少なくとも一方は、ノズル２１の先端２１ａを観察する貫通孔を備えていることが好ましい。上記観点から、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂのそれぞれに、前記貫通孔を備えていることが更に好ましい。

次に、本発明の電界紡糸装置の第２〜４実施形態であるナノファイバ製造装置１Ｂ〜１Ｄについて説明する。図３〜図５には、ナノファイバ製造装置１Ｂ〜１Ｄの断面構造の図が示されている。なお、第２〜４実施形態の製造装置１Ｂ〜１Ｄに関し、特に説明しない点については、第１実施形態の製造装置１Ａに関する説明が適宜適用される。また、図３〜図４において、図１ないし図２と同じ部材には同じ符号を付してある。

図３に示す第２実施形態の製造装置１Ｂでは、電極３は、凹曲面部３Ａにおける開口端部３１ａから外方に延出する延出部３Ｂを更に有している。延出部３Ｂは、製造装置１Ｂでは、円錐台の形状をしている。そして延出部３Ｂは、その円錐台形状の内面であるノズル２１と対向する面３Ｂｆが凹曲面に形成されている。

製造装置１Ｂでは、電極３の延出部３Ｂにおけるノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ｂｆを、その開口端部３１ｂ側から見たとき、該開口端部３１ｂの周縁は、円形をしている。

製造装置１Ｂでは、図３に示すように、電極３の延出部３Ｂは、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａによって画成される平面の図心３Ｇを通る電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂが、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａよりも大きい部分を有している。好適には、製造装置１Ｂでは、電極３の延出部３Ｂは、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａから延出部３Ｂの開口端部３１ｂに到るまで、Ｙ方向に平面の面積Ｓ_３Ｂが漸次広く形成されている。その為、延出部３Ｂは、Ｘ方向に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂが全体に亘って、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａ以上に大きく形成されている。

ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点から、垂直な方向（Ｘ方向）に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂは、最も広い部位で、２００ｍｍ^２以上であることが好ましく、５３０ｍｍ^２以上であることが更に好ましく、そして、４２１０００ｍｍ^２以下であることが好ましく、９１０００ｍｍ^２以下であることが更に好ましく、具体的には、２００ｍｍ^２以上４２１０００ｍｍ^２以下であることが好ましく、５３０ｍｍ^２以上９１０００ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。

第２実施形態の製造装置１Ｂを用いた場合にも、第１実施形態の製造装置１Ａと同様に、ノズル２１の先端２１ａに更に電荷が集中するようになる。その結果、ノズル２１内を流通する紡糸液の帯電量が非常に多くなる。

次に、図４に示す第３実施形態の製造装置１Ｃでは、電極３は、凹曲面部３Ａにおける開口端部３１ａから外方に延出する延出部３Ｂを更に有している。延出部３Ｂは、製造装置１Ｃでは、Ｙ方向に延びる円筒の形状をしているが、その開口端部３１ｂがノズル２１側に湾曲している。

製造装置１Ｃでは、電極３の延出部３Ｂにおけるノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ｂｆを、その開口端部３１ｂ側から見たとき、該開口端部３１ｂの周縁は、円形をしている。

製造装置１Ｃでは、図４に示すように、電極３の延出部３Ｂは、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａからＹ方向に所定の長さの部分において、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａによって画成される平面の図心３Ｇを通る電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂが、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａと等しく形成されている。そして、製造装置１Ｃの延出部３Ｂでは、ノズル２１側に湾曲する開口端部３１ｂにおいて、垂直な方向（Ｘ方向）に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂ’が、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａよりも小さく形成されている。このように、製造装置１Ｃの延出部３Ｂは、平面の面積Ｓ_３Ｂが平面の面積Ｓ_３Ａと等しい部分を有している形態となっている。

ノズル２１の先端２１ａと電極３との間に形成される電界が強くなり、高い帯電量が得られる観点から、製造装置１Ｃの延出部３Ｂでは、ノズル２１側に湾曲する開口端部３１ｂにおける、垂直な方向（Ｘ方向）に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂ’は、１８０ｍｍ^２以上であることが好ましく、４７０ｍｍ^２以上であることが更に好ましく、そして、８２０００ｍｍ^２以下であることが好ましく、１８０００ｍｍ^２以下であることが更に好ましく、具体的には、１８０ｍｍ^２以上８２０００ｍｍ^２以下であることが好ましく、４７０ｍｍ^２以上１８０００ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。

第３実施形態の製造装置１Ｃを用いた場合にも、第１実施形態の製造装置１Ａと同様に、ノズル２１の先端２１ａに更に電荷が集中するようになる。その結果、ノズル２１内を流通する紡糸液の帯電量が非常に多くなる。

次に、図５に示す第４実施形態の製造装置１Ｄでは、電極３は、凹曲面部３Ａにおける開口端部３１ａから外方に延出する延出部３Ｂを更に有している。延出部３Ｂは、製造装置１Ｄでは、Ｙ方向に延びる円筒の形状の部分と、円錐台の形状の部分と、その開口端部３１ｂがノズル２１側に湾曲している部分とを、Ｙ方向に、この順で有している。

製造装置１Ｄでは、電極３の延出部３Ｂにおけるノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ｂｆを、その開口端部３１ｂ側から見たとき、該開口端部３１ｂの周縁は、円形をしている。

製造装置１Ｄでは、図５に示すように、電極３の延出部３Ｂは、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａからＹ方向に所定の長さの部分において、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａによって画成される平面の図心３Ｇを通る電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂが、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａと等しく形成されている。そして、円筒の形状の部分からＹ方向に所定の長さの部分において、平面の面積Ｓ_３Ｂ’が漸次広く形成されており、平面の面積Ｓ_３Ａよりも大きく形成されている。さらに、円錐台の形状の部分よりもＹ方向外方の、ノズル２１側に湾曲する開口端部３１ｂにおいて、平面の面積Ｓ_３Ｂ’’が、開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３Ａよりも広く形成されている。このように、製造装置１Ｄの延出部３Ｂは、平面の面積Ｓ_３Ｂが平面の面積Ｓ_３Ａと等しい部分と、平面の面積Ｓ_３Ｂが平面の面積Ｓ_３Ａよりも大きい部分とを有している形態となっている。

第４実施形態の製造装置１Ｄを用いた場合にも、第１実施形態の製造装置１Ａと同様に、ノズル２１の先端２１ａに更に電荷が集中するようになる。その結果、ノズル２１内を流通する紡糸液の帯電量が非常に多くなる。

以上の各実施形態の製造装置１Ａ〜１Ｄにおいて用いられる原料液としては、ファイバ形成の可能な高分子化合物が溶媒に溶解又は分散した溶液あるいは高分子化合物を加熱、溶融した融液を用いることができる。原料液に高分子溶液を用いるエレクトロスピニング法は溶液法、高分子融液を用いる方法は溶融法と呼ばれることがある。該溶液又は融液には適宜、無機物粒子、有機物粒子、植物エキス、界面活性剤、油剤、イオン濃度を調整するための電解質等を配合することができる。

ナノファイバ製造用の高分子化合物としては一般に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、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、ポリペプチド等が例示できる。用いられる高分子化合物は１種類に限定されるわけではなく、前記例示した高分子化合物から任意の複数種類を組み合わせて用いることができる。

原料液に、高分子化合物が溶媒に溶解又は分散した溶液を用いる場合、該溶媒としては、水、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、ピリジン等を例示することができる。用いる溶媒は１種類に限定されるわけではなく、前記例示した溶媒から任意の複数種類を選定し、混合して用いても構わない。

特に溶媒として水を用いる場合は、水への溶解度の高い下記のような天然高分子及び合成高分子を用いるのが好適である。天然高分子としては、例えばプルラン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ポリ−γ−グルタミン酸、変性コーンスターチ、β−グルカン、グルコオリゴ糖、ヘパリン、ケラト硫酸等のムコ多糖、セルロース、ペクチン、キシラン、リグニン、グルコマンナン、ガラクツロン酸、サイリウムシードガム、タマリンド種子ガム、アラビアガム、トラガントガム、大豆水溶性多糖、アルギン酸、カラギーナン、ラミナラン、寒天（アガロース）、フコイダン、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等が挙げられる。合成高分子としては、例えば部分鹸化ポリビニルアルコール、低鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ナトリウム等が挙げられる。これらの高分子化合物は１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの高分子化合物のうち、ナノファイバの調製が容易である観点から、プルラン等の天然高分子、並びに部分鹸化ポリビニルアルコール、低鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリエチレンオキサイド等の合成高分子を用いることが好ましい。

また、水への溶解度は高くないが、ナノファイバ形成後に不溶化処理できる完全鹸化ポリビニルアルコール、架橋剤と併用することでナノファイバ形成後に架橋処理できる部分鹸化ポリビニルアルコール、ポリ（Ｎ−プロパノイルエチレンイミン）グラフト−ジメチルシロキサン／γ−アミノプロピルメチルシロキサン共重合体等のオキサゾリン変性シリコーン、ツエイン（とうもろこし蛋白質の主要成分）、ポリエステル、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリメタクリル酸樹脂等のアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエチレンテフタレート樹脂、ポリブチレンテフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などの高分子化合物も用いることができる。これらの高分子化合物は単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

以上の各実施形態の製造装置１Ａ〜１Ｄによって製造されるナノファイバは、その太さを円相当直径で表した場合、一般に１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下、特に１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のものである。ナノファイバの太さは、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって測定することができる。

本発明のナノファイバ製造装置を使用して製造したナノファイバは、それを集積させたナノファイバ成型体として各種の目的に使用することができる。成型体の形状としては、シート、綿（わた）状体、糸状体などが例示される。ナノファイバ成型体は他のシートと積層したり、各種の液体、微粒子、ファイバなどを含有させたりして使用してもよい。ナノファイバシートは、例えば医療目的や、美容目的等の非医療目的でヒトの肌、歯、歯茎等に付着されるシートとして好適に用いられる。また、高集塵性でかつ低圧損の高性能フィルタ、高電流密度での使用が可能な電池用セパレータ、高空孔構造を有する細胞培養用基材等としても好適に用いられる。ナノファイバの綿状体は防音材や断熱材等として好適に用いられる。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態の製造装置１Ａ〜１Ｄに制限されない。
例えば、製造装置１Ａ〜１Ｄにおいては、図１〜図５に示すように、電極３の凹曲面部３Ａは、全体として凹球面形状をしているが、凹球面形状の内面であるノズル２１と対向する面３Ａｆが凹曲面に形成されている限りにおいて、その背面側の外面の形状は略椀形になっていることを要せず、その他の形状となっていてもよい。

また、製造装置１Ａ〜１Ｄにおいては、図１〜図５に示すように、電極３の凹曲面部３Ａは、ノズル２１と対向する面（凹曲面）３Ａｆは、半球面と同じ形状をしているが、凹曲面であればよく、例えば、図６に示すような球面であってもよい。図６に示す電極３の凹曲面部３Ａは、図１に示す製造装置１Ａにおける略椀形の凹曲面部３Ａの対向する２つの側部を、電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）と平行な面に沿って切断して形成された第１切り欠き面３２ａ及び第２切り欠き面３２ｂを有している。２つの切り欠き面３２ａ，３２ｂは互いに平行になっている。電極中心軸ＣＬから第１切り欠き面３２ａまでの距離と、電極中心軸ＣＬから第２切り欠き面３２ｂまでの距離とは同じになっているか、又は異なっている。第１切り欠き面３２ａと、基台３０の第１側面３０ａとは、好ましくは同一面上に位置している。同様に、第２切り欠き面３２ｂと、基台３０の第２側面３０ｂとは、好ましくは同一面上に位置している。

図６に示す電極３の凹曲面部３Ａは、図１に示す製造装置１Ａにおける凹曲面部３Ａの凹曲面３Ａｆの面積に対して、好ましくは１％以上の面積を切り欠いて形成されていることが好ましい。また、図６に示す電極３の凹曲面部３Ａは、図１に示す製造装置１Ａにおける凹曲面部３Ａの凹曲面３Ａｆの面積に対して、好ましくは５０％以下、更に好ましくは２０％以下の面積を切り欠いて形成されていることが好ましい。具体的には、図６に示す電極３の凹曲面部３Ａは、図１に示す製造装置１Ａにおける凹曲面部３Ａの凹曲面３Ａｆの面積に対して、好ましくは１％以上５０％以下、更に好ましくは１％以上２０％以下の面積を切り欠いて形成されていることが好ましい。

また、製造装置１Ａ〜１Ｄにおいて、ノズル２１は曲率を有する曲管であってもよい。また、製造装置１においては、ノズル２１を凹曲面部３Ａの最底部に配置したが、それ以外の位置にノズル２１を配置してもよい。

また、製造装置１Ａ〜１Ｄにおいては、図１〜図５に示すように、１つの板状の基台３０に、１個の製造装置１Ａ〜１Ｄが配置されているが、ナノファイバの生産性を更に高める観点から、複数個配置されていてもよい。電界紡糸装置を複数並べて配置した場合でも、ノズルを電極で囲っているため、隣接する電界紡糸装置間での電場干渉が軽減できる。複数の製造装置１Ａ〜１Ｄを板状の基台３０に固定する場合には、各製造装置１Ａ〜１Ｄを基台３０の板面の方向にわたり二次元状に配置することが好ましく、ノズル２１がいずれも同方向を向くように、各製造装置１Ａ〜１Ｄを複数配置することが好ましい。各製造装置１Ａ〜１Ｄにおいては、電極３に負の直流電圧が印加されているとともに、ノズル２１が接地されている。

更に、本発明によって奏される有利な効果が損なわれない範囲において、一の実施形態の技術要素を他の実施形態の技術要素と置換してもよい。

上述した実施形態に関し、本発明は更に以下の電界紡糸装置を開示する。
＜１＞
原料液を噴射する導電性のノズルを備えた原料噴射部と、
前記ノズルと電気的に絶縁して配置された凹曲面部を有する電極と、
前記ノズルと前記電極の間に電圧を発生させる電圧発生部とを備えた電界紡糸装置であって、
前記ノズルの延びる方向が、前記凹曲面部における開口端部によって画成される平面の図心か、又は該図心の近傍を通り、かつ該ノズルの先端が、該開口端部によって画成される平面内に位置するか、又は該平面の近傍に位置するように、該ノズルが配置されており、
前記電極は、前記凹曲面部における開口端部から外方に延出する延出部を更に有し、該凹曲面部及び該延出部は同電位であり、
前記電極の前記延出部は、前記凹曲面部の前記開口端部によって画成される平面の図心を通る電極中心軸の延びる方向に垂直な方向に沿って断面視した際の該延出部で画成される平面の面積が、該凹曲面部の該開口端部によって画成される平面の面積よりも大きいか又は等しい部分を有している電界紡糸装置。

＜２＞
前記電極の前記凹曲面部は、真球の球殻の略半球面の形状をしている前記＜１＞に記載の電界紡糸装置。
＜３＞
前記電極の前記延出部は、円筒の形状をしている前記＜１＞又は＜２＞に記載の電界紡糸装置。
＜４＞
前記電極の前記凹曲面部は、平面部を有する複数のセグメントを繋ぎ合わせて全体として凹曲面とみなせる形状となっている前記＜１＞〜＜３＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。

＜５＞
前記電極の前記凹曲面部及び前記延出部は、別々の部材から形成されており、前記凹曲面部及び前記延出部が、粘着剤又はネジで接合されて、一体化した前記電極が形成されている前記＜１＞〜＜４＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜６＞
前記凹曲面部と前記延出部とを接合固定する前記粘着剤としては、エポキシ樹脂系の接着剤を用いる前記＜５＞に記載の電界紡糸装置。
＜７＞
前記凹曲面部と前記延出部とを接合固定する前記ネジとして、誘電体製や木製のものを使用する前記＜５＞に記載の電界紡糸装置。

＜８＞
前記電極は、その前記ノズルと対向する面の略全面が、表面に誘電体の露出した被覆体で被覆され、該電極と該被覆体とが接している前記＜１＞〜＜７＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜９＞
前記被覆体に使用する誘電体として、アルミナ、ベークライト、ナイロン、塩化ビニル樹脂の中から選ばれる少なくとも１種以上の絶縁材料を用い、好ましくはナイロンを用いる前記＜８＞に記載の電界紡糸装置。
＜１０＞
前記被覆体を構成する、表面に露出した誘電体の厚みは、０．８ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上、更に好ましくは８ｍｍ以上であり、具体的には０．８ｍｍ以上２５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、更に好ましくは８ｍｍ以上１５ｍｍ以下である前記＜８＞又は＜９＞に記載の電界紡糸装置。
＜１１＞
前記電極の前記凹曲面部及び前記延出部の少なくとも一方は、加熱又は冷却する調整機構を備えている前記＜１＞〜＜１０＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。

＜１２＞
前記電極の前記凹曲面部及び前記延出部の少なくとも一方は、前記ノズルの先端を観察する貫通孔を備えている前記＜１＞〜＜１１＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜１３＞
前記ノズルの基部の近傍に位置し、該ノズルの延びる方向に沿って、かつ該ノズルの先端方向に向けて、該ノズルと前記電極との間に空気流を噴射する空気流噴射部を備えている前記＜１＞〜＜１２＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜１４＞
前記空気流噴射部の貫通孔は、前記ノズルを挟んで対称な位置に形成されており、該ノズルを囲む環状の貫通孔である前記＜１３＞に記載の電界紡糸装置。
＜１５＞
前記空気流の流速は、１０ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは２０ｍ／ｓｅｃ以上であり、そして、６０ｍ／ｓｅｃ以下、好ましくは５０ｍ／ｓｅｃ以下であり、具体的には、１０ｍ／ｓｅｃ以上６０ｍ／ｓｅｃ以下、好ましくは２０ｍ／ｓｅｃ以上５０ｍ／ｓｅｃ以下である前記＜１３＞又は＜１４＞に記載の電界紡糸装置。

＜１６＞
前記空気流噴射部に対向する位置に、電界紡糸されたナノファイバを捕集する捕集部を備えている前記＜１＞〜＜１５＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜１７＞
前記捕集部は、捕集用電極と、該捕集用電極及び前記ノズルの間に配された捕集体とを備えている前記＜１６＞に記載の電界紡糸装置。
＜１８＞
前記ノズルがいずれも同方向を向くように、前記電界紡糸装置を複数配置した前記＜１＞〜＜１７＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜１９＞
前記凹曲面部における開口端部によって画成される平面は円形となっており、 前記凹曲面部における前記開口端部によって画成される円の半径の値が、８ｍｍ以上、好ましくは１３ｍｍ以上であり、そして、１７０ｍｍ以下、好ましくは８０ｍｍ以下であり、具体的には、８ｍｍ以上１７０ｍｍ以下、好ましくは１３ｍｍ以上８０ｍｍ以下である前記＜１＞〜＜１８＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。

＜２０＞
前記開口端部によって画成される平面の円形が楕円であり、該楕円の離心率は、０以上０．６未満、好ましくは０以上０．３未満であるか、又は
前記開口端部によって画成される平面の円形が離心率０の真円である前記＜１＞〜＜１９＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜２１＞
前記電極における前記凹曲面部と前記延出部との境界は、電極中心軸の延びる方向に沿って断面視した際に、該凹曲面部における前記ノズルと対向する面の電極中心軸の延びる方向の曲率が０となる位置である前記＜１＞〜＜２０＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜２２＞
前記電極の延出部は、導電性材料から構成されている前記＜１＞〜＜２１＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜２３＞
前記延出部の開口端部によって画成される円形は、前記凹曲面部の前記開口端部の周縁の形状と相似の形状であり、
前記延出部の開口端部の周縁は、前記凹曲面部の前記開口端部の周縁と同じ、真円形である前記＜１＞〜＜２２＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。

＜２４＞
前記延出部は、その電極中心軸の延びる方向の長さが、５ｍｍ以上、好ましくは１５ｍｍ以上であり、そして、３４０ｍｍ以下、好ましくは１７０ｍｍ以下であり、具体的には、５ｍｍ以上３４０ｍｍ以下、好ましくは１５ｍｍ以上１７０ｍｍ以下である前記＜１＞〜＜２３＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜２５＞
前記延出部は、その開口端部によって画成される円の半径の値が、８ｍｍ以上、好ましくは１３ｍｍ以上であり、そして、３６６ｍｍ以下、好ましくは１７０ｍｍ以下であり、具体的には、８ｍｍ以上３６６ｍｍ以下、好ましくは１３ｍｍ以上１７０ｍｍ以下である前記＜１＞〜＜２４＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜２６＞
前記延出部は、その電極中心の延びる方向の長さの、前記延出部の開口端部によって画成される円の半径の値に対する比が、０．１以上、好ましくは０．３以上であり、そして、２以下、好ましくは１以下であり、具体的には、０．１以上２以下、好ましくは０．３以上１以下である前記＜１＞〜＜２５＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜２７＞
前記延出部の開口端部によって画成される平面の円形は楕円であり、該楕円の離心率は、０以上０．６未満、好ましくは０以上０．３未満であるか、又は
前記延出部の開口端部によって画成される平面の円形は離心率０の真円である前記＜１＞〜＜２６＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。

＜２８＞
前記凹曲面部の前記開口端部に、該開口端部から、電極中心軸の延びる方向に垂直な方向のノズルと反対側の外方に延びるフランジ部を設け、更に、前記延出部の凹曲面部側の端部にも、電極中心軸の延びる方向に垂直な方向のノズルと反対側の外方に延びるフランジ部を設け、
前記凹曲面部のフランジ部と前記延出部のフランジ部とを、粘着剤又はネジを介して、接合する前記＜１＞〜＜２７＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜２９＞
前記凹曲面部及び前記延出部は、それぞれ、厚みが略均等な板金、或いは導電性のシート等から形成されており、
前記板金の材料としては、銀、金、パラジウム、白金、銅、ニッケル、アルミニウムを用い、
前記導電性のシートとしては、銀、金、パラジウム、白金、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属製のシート、或いは、カーボンブラック、グラファイト粉等の炭素系のフィラー等の導電性粉末を含有したシートを用い、
前記金属製のシートとしては、アルミテープ、家庭用のアルミホイル用いる前記＜１＞〜＜２８＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜３０＞
前記ノズルは、前記図心か又は該図心の近傍と、前記凹曲面部の凹曲面における最底部に設けられた開口の中心か、又はその中心の近傍とを通るように配置されており、前記ノズルは、その延びる方向が、電極中心軸の延びる方向と平行であり、該ノズルが電極中心軸上に配されている前記＜１＞〜＜２９＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜３１＞
前記凹曲面部における前記開口端部によって画成される平面の最長の対角線をＬとしたとき、該平面上に前記図心を同じくして描かれる、半径がＬ／１０である仮想円を考えた場合、前記ノズルは、その延びる方向が、該仮想円の内側と、前記凹曲面部の凹曲面における最底部とを通るように配置されているか、
前記凹曲面部における前記開口端部によって画成される平面の最長の対角線をＬとしたとき、該平面上に前記図心を同じくして描かれる、半径がＬ／２０であるものを考えた場合、前記ノズルは、その延びる方向が、半径がＬ／２０である該仮想円の内側と、前記凹曲面部の凹曲面における最底部とを通るように配置されているか、又は、
前記ノズルは、その延びる方向が、前記図心と、前記凹曲面部の凹曲面における最底部とを通るように配置されている前記＜１＞〜＜３１＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。

＜３２＞
前記ノズルの先端が、前記開口端部によって画成される平面よりも前記凹曲面部の凹曲面の内側に位置するように前記ノズルを配置するか、又は、
前記ノズルの先端が、前記開口端部によって画成される平面よりも１〜１０ｍｍ内側に位置するように前記ノズルを配置する前記＜１＞〜＜３１＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜３３＞
前記ノズルが接地されており、前記電極には前記電圧発生部の直流高圧電源により負電圧が印加されていることから、該電極が陰極になり、かつ該ノズルが陽極になり、該電極と該ノズルとの間に電圧が発生し、電界が形成される前記＜１＞〜＜３２＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜３４＞
前記凹曲面部の凹曲面は、真球の球殻の略半球面と同じ形状をしている前記＜１＞〜＜３３＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜３５＞
前記延出部は、円錐台の形状をしており、
前記延出部は、その円錐台形状の内面であるノズルと対向する面が凹曲面に形成されている前記＜１＞〜＜３４＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。

＜３６＞
前記延出部は、電極中心軸の延びる方向に延びる円筒の形状をしており、その開口端部が前記ノズル側に湾曲している前記＜１＞〜＜３４＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜３７＞
前記延出部は、電極中心軸の延びる方向に延びる円筒の形状の部分と、円錐台の形状の部分と、その開口端部が前記ノズル側に湾曲している部分とを、電極中心軸の延びる方向に、この順で有している前記＜１＞〜＜３４＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜３８＞
前記延出部は、前記円錐台の形状の部分よりも電極中心軸の延びる方向外方の、前記ノズル側に湾曲する開口端部において、平面の面積が、前記凹曲面部における開口端部によって画成される平面の面積よりも広く形成されている前記＜３７＞に記載の電界紡糸装置。
＜３９＞
前記電極の前記凹曲面部は、略椀形の前記凹曲面部の対向する２つの側部を、電極中心軸の延びる方向）と平行な面に沿って切断して形成された第１切り欠き面及び第２切り欠き面を有しおり、
前記第１切り欠き面及び前記第２切り欠き面は互いに平行になっている前記＜１＞〜＜３８＞の何れか１に記載の電界紡糸装置。
＜４０＞
前記電極の前記曲面部は、前記凹曲面部の凹曲面の、１％以上の面積を切り欠いて形成されており、５０％以下、好ましくは２０％以下の面積を切り欠いて形成されており、具体的には、１％以上５０％以下、好ましくは１％以上２０％以下の面積を切り欠いて形成されている前記＜３９＞に記載の電界紡糸装置。

＜４１＞
前記＜１＞〜＜４０＞の何れか１に記載の電界紡糸装置を用いて、電界紡糸されたナノファイバを製造するナノファイバの製造方法。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」及び「部」はそれぞれ「質量％」及び「質量部」を意味する。

〔実施例１〕
図１及び図２に示す製造装置１Ａを用いた。該製造装置１Ａにおける原料液の帯電量を評価するため、水をモデル原料液として用い、水の帯電量を測定した。帯電量の測定方法は後述する。水はファイバ化しないため、帯電した液の捕集が容易であり、後述の方法で簡便に帯電量を測定することができる。また、後述する製造方法で、ナノファイバの製造も行った。電極３を構成する凹曲面部３Ａは、電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）の長さが３９ｍｍであり、開口端部３１ａによって画成される円の半径の値が４５ｍｍであり、凹曲面３Ａｆの面積自体の値が８４８２ｍｍ^２であった。また、電極３を構成する延出部３Ｂは、Ｙ方向の長さが１５ｍｍであり、開口端部３１ｂによって画成される円の半径の値が４５ｍｍであり、凹曲面３Ｂｆの面積自体の値が４２４１ｍｍ^２であった。また、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａによって画成される平面の面積Ｓ_３ＡとＸ方向に沿って断面視した際の延出部３Ｂで画成される平面の面積Ｓ_３Ｂとは、同じ６３６１ｍｍ^２であった。電極３の凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂは、アルミニウム製の板金の材料を用いて作製した。ノズル２１は、その延びる方向と、電極中心軸ＣＬの延びる方向とを一致させた。ノズル２１から水を噴射する速度は１ｇ／ｍｉｎとし、ノズル２１の内径は２８０μｍ、長さは１５ｍｍとした。また、電極３に−５ｋＶの直流電圧を印加した。ノズル２１は接地した。得られた結果を表１に示す。

〔実施例２および３〕
実施例２に用いる製造装置に関し、電極３を構成する延出部３Ｂは、Ｙ方向の長さが３０ｍｍであり、凹曲面３Ｂｆの面積自体の値が８４８２ｍｍ^２であった。また、実施例３に用いる製造装置に関し、電極３を構成する延出部３Ｂは、Ｙ方向の長さが３０ｍｍであり、凹曲面３Ｂｆの面積自体の値が１２７２３ｍｍ^２であった。実施例２及び実施例３の製造装置は、それ以外の構成は、実施例１の製造装置１Ａと同様であった。

〔参考例１〕
実施例の製造装置である図１及び図２に示す製造装置１Ａから、延出部３Ｂを除き、凹曲面部３Ａのみから形成された電極３を有する製造装置を用いた。参考例１の製造装置は、それ以外の構成は、実施例１の製造装置１Ａと同様であった。該製造装置を用いて、後述する測定方法により水の帯電量を測定し、また、後述する製造方法でナノファイバの製造を行った。得られた結果を表１に示す。

以上の実施例と参考例において、水の帯電量は図７に示す装置を用いて以下の方法で測定した。なお、図７は、実施例１〜３の製造装置１Ａ、又は参考例１の製造装置に対するものである。

製造装置１Ａに対しては、図７に示すように、ノズル２１の延びる方向が鉛直下向きになるように、装置全体を配置する。そしてノズル２１と電極３との間に−５ｋＶの直流電圧を高電圧発生装置（松定プレシジョン（株）製 ＨＡＲ−６０Ｒ１−ＬＦ）で印加し、ノズル２１から水を１ｇ／ｍｉｎの速度で噴射する。この状態で、帯電した水は重力によって略鉛直下方に滴下する。滴下した水滴をファラデーケージ（春日電機（株）製 ＫＱ−１４００）内に接地した金属容器に受け、一定時間内（数分内）に溜まった水の帯電量をクーロンメータ（春日電機（株）製 ＮＫ−１００１、１００２）で測定した。同時に、溜まった水の質量を化学天秤で測定し、両者の比から水の単位質量あたりの帯電量（ｎＣ／ｇ）を求めた。なお、ノズル２１と電極３との間に印加する電圧を−５ｋＶよりも低くする（印加する電圧の絶対値を５ｋＶよりも大きくする）と、帯電した水が霧散して金属容器に水滴を捕集できないことがあったため、測定はすべて−５ｋＶの印加電圧で行った。

実施例１〜３及び参考例１に示す製造装置を用いてナノファイバの製造を行った。製造は、２３℃、２０％ＲＨの環境下で行った。捕集用電極は、ノズルの先端から９００ｍｍ隔てた位置に配置した。電極３を接地し、ノズルに＋２５ｋＶ、捕集用電極に−３０ｋＶの直流電圧を印加した。ノズルアセンブリの気体流噴出部から空気を２００Ｌ／ｍｉｎで噴出させた状態下に、紡糸液を０．５ｍＬ／ｍｉｎの吐出量で１０分間にわたって連続して吐出させた。紡糸液として、プルラン（株式会社林原製）の濃度が１７％となるよう調整した溶液を用いた。溶媒には、主に水を用い、エタノールを１５％配合した。吐出によって形成されたナノファイバを、捕集用電極に隣接して配置したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムの表面に堆積させた。このようにしてナノファイバを得た。得られたナノファイバを走査型電子顕微鏡で観察し、ファイバの繊維径を測定した。測定結果を表１に示す。

表１に示す結果から、実施例１〜３の製造装置１Ａは、参考例１の製造装置よりも、帯電量が大幅に増加し、また、それに伴い繊維径が減少することがわかった。その為、実施例１〜３の製造装置１Ａを用いれば、ナノファイバの生産性が従来よりも更に高まることが期待できる。

〔実施例４〕
実施例２の製造装置を用いてナノファイバの製造を行った。製造は、２３℃、２５％ＲＨの環境下で行った。捕集用電極は、ノズルの先端から１４００ｍｍ隔てた位置に配置した。電極３を接地し、ノズルに＋２５ｋＶ、捕集用電極に−３０ｋＶの直流電圧を印加した。ノズルアセンブリの気体流噴出部から空気を２００Ｌ／ｍｉｎで噴出させた状態下において、紡糸液の吐出量を０．３〜１ｍＬ／ｍｉｎ／ノズルの範囲で変化させながら、各吐出量において１０分間にわたり連続して吐出した。紡糸液として、ＰＶＰ Ｋ３０（和光純薬工業株式会社製、ポリビニルピロリドン、分子量ａｂｔ．４０，０００）の濃度が１８％、Ｌｕｖｉｓｋｏｌ（登録商標） Ｋ９０（ＢＡＳＦ社製、ポリビニルピロリドン、Ｋ値８８．０〜９６．０）の濃度が２％となるよう調整した溶液を用いた。溶媒は、水とエタノールが１：１の割合となるよう配合した。吐出によって形成されたナノファイバを、捕集用電極に隣接して配置したＰＥＴフィルムの表面に堆積させた。紡糸時のノズル先端の様子を高速カメラ（ＫＥＹＥＮＣＥ製）で観察し、ノズル先端での紡糸の挙動が不安定となり、捕集されたナノファイバに十分に乾燥できず液滴欠陥の発生が目視で確認できた時点で、紡糸不可と判断し、その１つ前段階の吐出量条件を安定紡糸可能吐出量の上限値（最大吐出量）として記録した。得られた結果を表２に示す。

〔実施例５〕
実施例２の製造装置を、ノズルがいずれも同方向を向くように２個並べた状態でナノファイバの製造を行った。それ以外の構成は、実施例４と同様であった。得られた結果を表２に示す。なお、結果は２個の合計値である。

〔実施例６〕
実施例２の製造装置を、ノズルがいずれも同方向を向くように４個並べた状態でナノファイバの製造を行った。それ以外の構成は、実施例４と同様であった。得られた結果を表２に示す。なお、結果は４個の合計値である。

〔参考例２〕
参考例１の製造装置を用いてナノファイバの製造を行った。それ以外の構成は、実施例４と同様であった。得られた結果を表２に示す。

〔参考例３〕
参考例１の製造装置を、ノズルがいずれも同方向を向くように２個並べた状態でナノファイバの製造を行った。それ以外の構成は、実施例４と同様であった。得られた結果を表２に示す。なお、結果は２個の合計値である。

〔参考例４〕
参考例１の製造装置を、ノズルがいずれも同方向を向くように４個並べた状態でナノファイバの製造を行った。それ以外の構成は、実施例４と同様であった。得られた結果を表２に示す。なお、結果は４個の合計値である。

表２に示す実施例４〜６及び参考例２〜４の結果から、実施例２の製造装置１Ａを複数個並べて配置した製造装置は、参考例１の製造装置を複数個並べて配置した製造装置よりも、最大吐出量が大幅に増加することがわかった。その為、実施例２の製造装置１Ａを用いれば、ナノファイバの生産性が従来よりも更に高まることが期待できる。

１Ａ〜１Ｄ ナノファイバ製造装置（電界紡糸装置）
２ 原料噴射部
２０ ノズルアセンブリ
２１ ノズル
２１ａ 先端
２２ 支持部
３ 電極
３Ａ 凹曲面部
３Ａｆ 凹曲面
３１ａ 開口端部
３Ｂ 延出部
３Ｂｆ 凹曲面
３１ｂ 開口端部
３０ 基台
４ 電圧発生部
４１ 直流高圧電源
５ 空気流噴射部
５１ 貫通孔

Claims (13)

1. 原料液を噴射する導電性のノズルを備えた原料噴射部と、
   前記ノズルと電気的に絶縁して配置された凹曲面部を有する電極と、
   前記ノズルと前記電極の間に電圧を発生させる電圧発生部とを備えた電界紡糸装置であって、
   前記ノズルの延びる方向が、前記凹曲面部における開口端部によって画成される平面の図心か、又は該図心の近傍を通り、かつ該ノズルの先端が、該開口端部によって画成される平面内に位置するか、又は該平面の近傍に位置するように、該ノズルが配置されており、
   前記電極は、前記凹曲面部における開口端部から外方に延出する延出部を更に有し、該凹曲面部及び該延出部は同電位であり、
   前記電極の前記延出部は、前記凹曲面部の前記開口端部によって画成される平面の図心を通る電極中心軸の延びる方向に垂直な方向に沿って断面視した際の該延出部で画成される平面の面積が、該凹曲面部の該開口端部によって画成される平面の面積よりも大きいか又は等しい部分を有している電界紡糸装置。
2. 前記電極の前記凹曲面部は、真球の球殻の略半球面の形状をしている請求項１に記載の電界紡糸装置。
3. 前記電極の前記延出部は、円筒の形状をしている請求項１又は２に記載の電界紡糸装置。
4. 前記電極の前記凹曲面部は、平面部を有する複数のセグメントを繋ぎ合わせて全体として凹曲面とみなせる形状となっている請求項１〜３の何れか１項に記載の電界紡糸装置。
5. 前記電極の前記凹曲面部及び前記延出部は、別々の部材から形成されており、前記凹曲面部及び前記延出部が、粘着剤又はネジで接合されて、一体化した前記電極が形成されている請求項１〜４の何れか１項に記載の電界紡糸装置。
6. 前記電極は、その前記ノズルと対向する面の略全面が、表面に誘電体の露出した被覆体で被覆され、該電極と該被覆体とが接している請求項１〜５の何れか１項に記載の電界紡糸装置。
7. 前記電極の前記凹曲面部及び前記延出部の少なくとも一方は、加熱又は冷却する調整機構を備えている請求項１〜６の何れか１項に記載の電界紡糸装置。
8. 前記電極の前記凹曲面部及び前記延出部の少なくとも一方は、前記ノズルの先端を観察する貫通孔を備えている請求項１〜７の何れか１項に記載の電界紡糸装置。
9. 前記ノズルの基部の近傍に位置し、該ノズルの延びる方向に沿って、かつ該ノズルの先端方向に向けて、該ノズルと前記電極との間に空気流を噴射する空気流噴射部を備えている請求項１〜８の何れか１項に記載の電界紡糸装置。
10. 前記空気流噴射部に対向する位置に、電界紡糸されたナノファイバを捕集する捕集部を備えている請求項１〜９の何れか１項に記載の電界紡糸装置。
11. 前記捕集部は、捕集用電極と、該捕集用電極及び前記ノズルの間に配された捕集体とを備えている請求項１０に記載の電界紡糸装置。
12. 前記ノズルがいずれも同方向を向くように、前記電界紡糸装置を複数配置した請求項１〜１１の何れか１項に記載の電界紡糸装置。
13. 請求項１〜１２の何れか１項に記載の電界紡糸装置を用いて、電界紡糸されたナノファイバを製造するナノファイバの製造方法。

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