JP6757641B2

JP6757641B2 - シート状の繊維堆積体の製造装置及び該繊維堆積体の製造方法

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Publication number: JP6757641B2
Application number: JP2016195622A
Authority: JP
Inventors: 大也鈴木
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Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-10-03
Also published as: JP2018059221A

Description

本発明は、溶融電界紡糸法により紡糸される繊維からシート状の繊維堆積体を製造する製造装置及び該繊維堆積体の製造方法に関する。

電界紡糸法（エレクトロスピニング法）は、ナノサイズの直径の繊維を比較的簡単に製造できる技術であり、電界紡糸法には、繊維の原料に樹脂の溶液を用いる溶液電界紡糸法（特許文献１，特許文献３）と、樹脂の溶融液を用いる溶融電界紡糸法（特許文献２）とがある。
特許文献１における溶液電界紡糸法の場合、溶媒を揮発させる必要があるので製造効率を高くすることが容易でなく、揮発した溶媒の回収を行う必要があるので製造コストが高くなる傾向がある。
これに対して、特許文献２に記載の溶融電界紡糸法の場合、上述の溶液電界紡糸法の場合に生じる不都合が生じないことから、近年、溶融電界紡糸法に関する検討が盛んに行われている。

特許文献３に記載の溶液電界紡糸法は、繊維（ナノファイバ）を堆積させる領域を調整し、任意の位置に繊維（ナノファイバ）を堆積させるナノファイバ製造装置を用いたものである。

特表２００５−５３４８２８号公報特開２０１５−２０９６０１号公報特開２０１１−９９１７８号公報

しかしながら、特許文献３に記載のナノファイバ製造装置は、調整電極とカバー部材又は絶縁部材とを用いて電界を発生させ、発生させた電界でナノファイバの飛来経路を制御しており、複雑な構成であった。

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捕集装置及び該捕集装置を用いた繊維堆積体の製造方法を提供することにある。

本発明は、溶融した樹脂を紡糸して帯電した繊維を空間中に形成する溶融電界紡糸装置と、空間中に形成された繊維をシート状に堆積させて捕集する捕集装置とを備えるシート状の繊維堆積体の製造装置であって、前記捕集装置は、導電性を有し接地された第１捕集体と、絶縁部材により形成される第２捕集体とを備え、前記第１捕集体は、前記溶融電界紡糸装置に対向して配され、前記第２捕集体は、前記溶融電界紡糸装置と前記第１捕集体との間に配されており、前記溶融電界紡糸装置から視て、前記第１捕集体の両側部それぞれに配され、各該第２捕集体の一部が前記第１捕集体の側部と重なっており、前記第２捕集体は、前記溶融電界紡糸装置側の面と前記第１捕集体側の面とに連通する貫通穴を複数有する、製造装置を提供するものである。

また本発明は、前記製造装置を用いたシート状の繊維堆積体の製造方法であって、前記溶融電界紡糸装置により紡糸され帯電した状態で飛来する繊維を、該溶融電界紡糸装置と前記第１捕集体との間に配された前記第２捕集体で捕集して該第２捕集体の表面を帯電させ、その後帯電した該第２捕集体の表面で飛来する繊維を跳ね返し、跳ね返った繊維を、該溶融電界紡糸装置に対向して配され接地した前記第１捕集体に堆積させる、シート状の繊維堆積体の製造方法を提供するものである。

本発明のシート状の繊維堆積体の製造装置によれば、簡単な構成で、シート状に堆積させて捕集する繊維堆積体の横方向の長さを容易に調整することができる。
また、本発明のシート状の繊維堆積体の製造方法によれば、簡単な構成で、横方向の長さが調整されたシート状の繊維堆積体を容易に製造することができる。

図１は、本発明の好ましい一実施形態の製造装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す製造装置の備える捕集装置を示す斜視図である。図３は、図２に示す捕集装置の備える絶縁板の複数の貫通穴を示す部分拡大図である。図４は、ベルトコンベアにおける無端ベルトと絶縁板との位置関係を模式的に示す断面図である。

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て説明する。図１には、本発明の好ましい一実施形態の製造装置１００を模式的に示す断面図が示されており、図２には、図１に示す製造装置１００の備える捕集装置１の斜視図が示されている。図３には、図２に示す捕集装置の備える絶縁板４の複数の貫通穴を示す部分拡大図が示されており、図４には、図２に示す捕集装置１におけるベルトコンベア３の無端ベルト３２と絶縁板４との位置関係が模式的に示されている。

シート状の繊維堆積体１１の製造装置１００は、図１に示すように、溶融した樹脂を紡糸して帯電した繊維１０を形成する溶融電界紡糸装置２と、形成された繊維１０をシート状に堆積させて捕集する捕集装置１とを備えている。

溶融電界紡糸装置２は、図１に示すように、帯電電極２０と、ノズル先端部２１ａを有する吐出用ノズル２１と、搬送用エアーの噴射部２２とを備えている。溶融電界紡糸装置２においては、帯電電極２０とノズル先端部２１ａとの間に静電誘導によって電界を生じさせた状態下に、ノズル先端部２１ａの先端より吐出させた溶融した樹脂から繊維を形成するようになっている。

帯電電極２０は、導電性材料から構成されており、一般には金属製である。図１に示すように、帯電電極２０には、接地された直流高圧電源２３が接続されている。また帯電電極２０は、全体として円筒形状をしており、その内面に凹曲面２４を有している。凹曲面２４は、その開口端側から視たとき該開口端が円形をしており、その表面が誘電体で被覆されている。帯電電極２０が凹曲面２４を有することで、帯電電極２０に電圧を印加した時に生じる電場が一点に集中するようになる。

凹曲面２４を被覆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。

凹曲面２４の開口部には、図１に示すように、ノズルアッセンブリ２６が取り付けられている。ノズルアッセンブリ２６は、先に述べた吐出用ノズル２１と、該吐出用ノズル２１を支持する支持部２５とを有している。吐出用ノズル２１は、導電性材料から構成されており、一般には金属である。一方、支持部２５は電気絶縁材料から構成されている。したがって、先に述べた帯電電極２０と吐出用ノズル２１とは、支持部２５によって電気的に絶縁されている。

吐出用ノズル２１は、図１に示すように、針状の直管から構成されており、その内部は紡糸する原料である樹脂溶融液が流通可能になっている。吐出用ノズル２１は、支持部２５を貫通しており、吐出用ノズル２１のノズル先端部２１ａは帯電電極２０の凹曲面２４内に露出している。吐出用ノズル２１の後端２１ｂは、帯電電極２０の凹曲面２４側と反対側において露出しており、紡糸する原料となる樹脂溶融液の供給源（図示せず）に接続されている。

繊維１０の原料となる樹脂としては、熱可塑性のものが好適である。例えばポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル繊維、ポリアクリル酸エステルやポリメタクリル酸エステルなどのアクリル系樹脂、ポリ塩化ビニルやポリスチレンなどのビニル系樹脂などが挙げられる。これらの樹脂には、該樹脂に帯電させる帯電添加剤が練り込まれており、樹脂に練り込まれた帯電添加剤としては、例えば各種の界面活性剤、などが挙げられる。

前記の各種樹脂を原料として製造される繊維１０は、溶融電界紡糸法を実施する条件に応じて様々な太さのものとすることができる。特に、ナノファイバと呼ばれる極細繊維を製造することができる。ナノファイバとは、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、繊維を１００００倍に拡大して観察し、その二次元画像から欠陥（ナノ繊維の塊、ナノ繊維の交差部分、ポリマー液滴）を除いた繊維を任意に１０本選び出し、繊維の長手方向に直交する線を引き繊維径を直接読み取ることで測定することができる。

吐出用ノズル２１は、図１に示すように、接地されている。これに対して帯電電極２０には、先に述べた直流高圧電源２３により負電圧が印加されているので、帯電電極２０と吐出用ノズル２１との間には電界が生じる。なお、帯電電極２０と吐出用ノズル２１との間に電界を生じさせるためには、図１に示す電圧の印加に替えて、吐出用ノズル２１に正電圧を印加すると共に、帯電電極２０を接地してもよい。吐出用ノズル２１を接地する方が、絶縁対策を簡便にできる。
帯電電極２０と吐出用ノズル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、溶融した樹脂を十分に帯電させる点から好ましい。一方、この電位差は、１００ｋＶ以下、特に５０ｋＶ以下とすることが、吐出用ノズル２１と帯電電極２０との間における放電を防止する観点から好ましい。

紡糸される繊維１０の帯電量としては、好ましくは１０００ｎＣ／ｇ以上、より好ましくは２０００ｎＣ／ｇ以上、好ましくは４００００ｎＣ／ｇ以下、より好ましくは８０００ｎＣ／ｇ以下、好ましくは１０００ｎＣ／ｇ以上４００００ｎＣ／ｇ以下、より好ましくは２０００ｎＣ／ｇ以上８０００ｎＣ／ｇ以下である。帯電量は、春日電機製ファラデーケージＫＱ１４００内に帯電した溶融状態の原料樹脂を捕集し、該ファラデーケージに接続した春日電機製クーロンメーターＭＫ−１００２により測定することができる。

噴射部２２は、図１に示すように、ノズルアッセンブリ２６の支持部２５の近傍に設けられており、吐出用ノズル２１の外壁と支持部２５の内壁からなる空間により構成されている。噴射部２２の貫通穴は、吐出用ノズル２１の延びる方向に沿って形成されており、吐出用ノズル２１のノズル先端部２１ａの方向に向けて空気を噴出させることが可能となっている。噴射部２２は、その後端側の開口部が空気の供給源（図示せず）に接続されており、この供給源から空気が供給されることで、支持部２５の近傍から空気を噴射する。吐出用ノズル２１のノズル先端部２１ａから吐出され、電界の作用によって細長く引き伸ばされた溶融した樹脂を紡糸して形成された帯電した繊維１０を、噴射した空気は、捕集装置１に向けて搬送する。

噴射部２２が噴射する空気の流量は、５０Ｌ／ｍｉｎ以上、特に１５０Ｌ／ｍｉｎ以上であることが好ましく、３５０Ｌ／ｍｉｎ以下、特に２５０Ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。例えば空気の流量は、５０Ｌ／ｍｉｎ以上３５０Ｌ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、１５０Ｌ／ｍｉｎ以上２５０Ｌ／ｍｉｎ以下であることが更に好ましい。

捕集装置は、導電性を有し接地された第１捕集体と、絶縁部材により形成される第２捕集体とを備えており、本実施形態の捕集装置１では、図１及び図２に示すように、第１捕集体であるベルトコンベア３と、第２捕集体である絶縁板４とを備えている。また、捕集装置１は、捕集したシート状の繊維堆積体１１を回収する回収部５を備えている。

ベルトコンベア３は、図１及び図４に示すように、溶融電界紡糸装置２に対向して配されている。好適に、ベルトコンベア３は、無端ベルト３２の後述する捕集面３２ｓが溶融電界紡糸装置２に対向して配されている。なお、「無端ベルト３２の捕集面３２ｓ」とは、無端ベルト３２を溶融電界紡糸装置２側から平面視した際の無端ベルト３２の対向面の全面を意味しており、無端ベルト３２における溶融電界紡糸装置２と対向しない側の面は含まない。

ベルトコンベア３は、回転軸が互いに平行になるように配置された複数のローラ３１と、複数のローラ３１間に架け渡された無端ベルト３２とを有しており、図１及び図２に示すように、本実施形態では、２つのローラ３１、３１と、２つのローラ３１、３１間に架け渡された無端ベルト３２とを有している。

２つのローラ３１、３１は、本実施形態では、図１及び図２に示すように、無端ベルト３２の横方向Ｙと直交する縦方向Ｘの両端それぞれに配されており、フレーム（図示せず）により回転自在に支持されている。言い換えると、２つのローラ３１、３１は、図２に示す上下方向の端部それぞれに配されている。また各ローラ３１は、該ローラ３１に駆動力を供給する駆動源（図示せず）に接続されており、駆動源から供給される駆動力により回転するようになっている。無端ベルト３２は、ローラ３１が回転することで、図１中、矢印Ｍ方向（反時計方向）に周回するようになされている。
捕集装置１は、無端ベルト３２を矢印Ｍ方向に周回させることで、吐出用ノズル２１から飛来する繊維１０をシート状に堆積してなる繊維堆積体１１を、矢印Ｍ方向（図１中、上下方向）に連続して搬送することができる。つまり、ベルトコンベア３を用いることで矢印Ｍ方向に連続した繊維堆積体１１を製造することができる。

無端ベルト３２は、図１に示すように、導電性を有する材料により形成されると共に、接地されている。無端ベルト３２が導電性を有し接地されることで、溶融電界紡糸装置２から飛来する帯電した繊維１０を無端ベルト３２の捕集面３２ｓで捕集した場合においても、繊維１０の電荷を無端ベルト３２から逃がし、無端ベルト３２の捕集面３２ｓが帯電することが防止される。
無端ベルト３２の接地の方法は、特に限定されないが、本実施形態では、導電性の接地ブラシを用いて無端ベルト３２を接地している。
導電性を有する無端ベルト３２を形成する導電性材料としては、導電性カーボン入りフッ素樹脂製ベルト、金属製ベルトが挙げられる。これらの導電性材料の内、無端ベルト３２とローラ３１の摩耗を防ぐ観点から、導電性カーボン入りフッ素樹脂製ベルトを用いることが好ましい。

なお、本実施形態では、図１に示すように、導電性を有する無端ベルト３２を接地しているが、例えば、ローラ３１及び無端ベルト３２を、導電性を有する材料で形成し、該ローラ３１を接地させることで、無端ベルト３２の捕集面３２ｓで捕集した繊維１０の電荷を、ローラ３１を介して無端ベルト３２から逃がしてもよい。

絶縁板４は、図２及び図３に示すように、溶融電界紡糸装置２とベルトコンベア３との間に配されており、溶融電界紡糸装置２から視て、ベルトコンベア３の縦方向Ｘに沿った側部それぞれに配され、該絶縁板４の一部がベルトコンベア３の側部と重なっている。好適に、本実施形態では、絶縁板４は矩形状の一対の絶縁板４Ｒ及び絶縁板４Ｌにより構成されている。
一方の絶縁板４Ｒは、溶融電界紡糸装置２から視て、図２に示すように、上述した無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける縦方向Ｘに沿った一方の側部と対面して配され、かつ該一方の側部に沿って延在して配されている。また、一方の絶縁板４Ｒは、その一部が該一方の側部と重なって配されている。更に、一方の絶縁板４Ｒは、図４に示すように、該一方側の側部に対して、溶融電界紡糸装置２側に、所定距離離間して配されている。
同様に、他方の絶縁板４Ｌは、溶融電界紡糸装置２から視て、上述した無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける縦方向Ｘに沿った他方の側部と対面して配され、かつ該他方の側部に沿って延在して配されている。また、他方の絶縁板４Ｌは、その一部が該他方の側部と重なって配されている。更に、他方の絶縁板４Ｌは、図４に示すように、該他方の側部に対して、溶融電界紡糸装置２側に、所定距離離間して配されている。
絶縁板４が、捕集面３２ｓに対して溶融電界紡糸装置２側に、所定距離離間して配されることで、絶縁板４が捕集面３２ｓに接触し、捕集面３２ｓが摩耗することを防ぐことができる。

一方の絶縁板４Ｒと無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける一方の側部との重なり幅、及び他方の絶縁板４Ｌと無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける他方の側部との重なり幅は、同じでもよいし、任意に変更して異なるようにしてもよい。
また、一方の絶縁板４Ｒと無端ベルト３２の捕集面３２ｓとの離間距離、及び他方の絶縁板４Ｌと無端ベルト３２の捕集面３２ｓとの離間距離は、同じでもよいし、任意に変更して異なるようにしてもよい。

更に、絶縁板４は、第１面４１と無端ベルト３２の捕集面３２ｓとが平行になるように配されてもよいし、第１面４１と無端ベルト３２の捕集面３２ｓとが所定角度をなすように配されてもよい。絶縁板４の第１面４１と無端ベルト３２の捕集面３２ｓとが所定角度をなすように配される場合、一方の絶縁板４Ｒと無端ベルト３２の捕集面３２ｓとのなす角度、及び他方の絶縁板４Ｌと無端ベルト３２の捕集面３２ｓとのなす角度は、同じでもよいし、任意に変更して異なるようにしてもよい。

なお、絶縁板４は、その一部が無端ベルト３２の側部の全体に亘って重なっていることが好ましい。好適に、一方の絶縁板４Ｒは、無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける縦方向Ｘに沿う一方の側部の全体に亘って重なっていることが好ましく、他方の絶縁板４Ｌは、無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける縦方向Ｘに沿う他方の側部の全体に亘って重なっていることが好ましい。ここで、「無端ベルト３２の側部の全体」とは、上述した捕集面３２ｓにおける縦方向Ｘに沿う側部の全体を意味しており、無端ベルト３２における溶融電界紡糸装置２と対向しない側の面は含まない。絶縁板４の一部が無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける縦方向Ｘに沿う側部の全体に亘って重なることで、捕集面３２ｓにおける縦方向Ｘの全体に飛来した繊維１０も所定の幅内に堆積させることができる。従って、例えばシート状の繊維堆積体１１を連続して製造する際等に、飛来する繊維１０を無駄なく堆積させることができる。

また、一方の絶縁板４Ｒと他方の絶縁板４Ｌとは、図２に示すように、無端ベルト３２の横方向Ｙの中心を通り、縦方向Ｘに延びる縦中心線ＣＬに対して、非対称に配してもよいが、該縦中心線ＣＬに対して線対称に配されることが好ましい。

絶縁板４は、図２及び図３に示すように、溶融電界紡糸装置２側の第１面４１とベルトコンベア３側の第２面４２とに連通する貫通穴４３を複数有している。本実施形態では、絶縁板４に形成される複数の貫通穴４３は、矩形状に形成されており、絶縁板４の全面に設けられている。複数の貫通穴４３は、同じ大きさに形成されており、縦方向Ｘ及び横方向Ｙに等間隔で並んで配されている。絶縁板４にこのような複数の貫通穴４３を形成することで、溶融電界紡糸装置２によって紡糸され捕集装置１に向かって飛来する帯電した繊維１０を複数の貫通穴４３で絡め、その表面に帯電した繊維１０による薄い層を形成することができる。特に、絶縁板４が溶融電界紡糸装置２と対面し、かつ絶縁板４に貫通穴４３が複数形成されることで、絶縁板４の表面に帯電した繊維１０が絡みやすくなり、絶縁板４の表面に帯電した繊維１０による薄い層を形成し易くなる。絶縁板４の表面に帯電した繊維１０による薄い層が形成されると、繊維１０に付着した電荷による帯電層が形成され、その後に飛来する同じ電荷に帯電した繊維１０が跳ね返され易くなる。

上述の観点から、絶縁板４に形成される複数の貫通穴４３は、溶融電界紡糸装置２から飛来する繊維１０が該複数の貫通穴４３を通過することなく該貫通穴４３に絡まる大きさに形成されることが好ましい。

なお、本実施形態では、図３に示すように、複数の貫通穴４３を同じ大きさ及び形状に形成したが、複数の貫通穴４３を異なる大きさ及び形状に形成してもよい。また、本実施形態では、複数の貫通穴４３を矩形状に形成したが、繊維１０が絡みやすい形状であれば、円形、楕円形、多角形等にしてもよい。更に、本実施形態では、複数の貫通穴４３を縦方向Ｘ及び横方向Ｙに等間隔で並んで配したが、複数の貫通穴４３をランダムに配してもよい。さらに本実施形態では絶縁板４の全面に亘って複数の貫通穴４３が存在しているが、無端ベルト３２の縦方向Ｘに沿った側部と重なっている絶縁板４の部分のみに貫通穴４３が存在していてもよい。

絶縁板４を形成する絶縁材料としては、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や、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が挙げられる。これらのうち、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、ポリプロピレン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、特にポリプロピレンを用いることが好ましい。

また無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける縦方向Ｘに沿って配された一対の絶縁板４Ｒ，４Ｌは、互いの間隔を調整可能な間隔調整機構４７を有している。絶縁板４が間隔調整機構４７を有することで、一方の絶縁板４Ｒと他方の絶縁板４Ｌとの互いの間隔を容易に調整することができる。
間隔調整機構４７は、本実施形態では、図４に示すように、絶縁板４を支持する支持フレーム４４と、支持フレーム４４に絶縁板４を固定する固定ボルト４５と、絶縁板４に形成される複数のボルト穴４６とを有している。

支持フレーム４４は、図４に示すように、無端ベルト３２の捕集面３２ｓに対して絶縁板４が配される側と反対側に所定間隔離間して配され、且つ無端ベルト３２の縦方向Ｘに沿った側部に沿って延在して配されている。支持フレーム４４は、絶縁材料により形成されている。支持フレーム４４を形成する絶縁材料としては特に限定されないが、本実施形態では、ＭＣナイロン（登録商標）により形成されている。
固定ボルト４５は、絶縁材料により形成されている。固定ボルト４５を形成する絶縁材料としては特に限定されないが、本実施形態では、ＰＥＥＫ材（ポリエーテル・エーテル・ケトン）により形成されている。

支持フレーム４４及び固定ボルト４５を絶縁材料で形成することで、例えば、絶縁板４に帯電した電荷が、支持フレーム４４及び固定ボルト４５を介して絶縁板４から逃げることを防止できる。
複数のボルト穴４６は、固定ボルト４５を挿通可能な大きさで、横方向Ｙに並んで形成されている。複数のボルト穴４６は、１０ｍｍピッチで形成されている。即ち一方の絶縁板４Ｒと他方の絶縁板４Ｌとは、１０ｍｍピッチで横方向Ｙの距離を調整可能になっている。

前述した一又は二以上の効果がより好適に得られるようにする観点から、ベルトコンベア３は、以下の構成の一又は二以上を有することが好ましい。

図２に示すように、無端ベルト３２の横方向Ｙの長さＬ１ｙとしては、好ましくは２００ｍｍ以上、より好ましくは３００ｍｍ以上、好ましくは６００ｍｍ以下、より好ましくは４５０ｍｍ以下、好ましくは２００ｍｍ以上６００ｍｍ以下、より好ましくは３００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下である。
図２に示すように、無端ベルト３２の捕集面３２ｓの縦方向Ｘの長さＬ１ｘとしては、好ましくは２００ｍｍ以上、より好ましくは３００ｍｍ以上、好ましくは１５００ｍｍ以下、より好ましくは１１００ｍｍ以下、好ましくは２００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下、より好ましくは３００ｍｍ以上１１００ｍｍ以下である。

図２に示すように、絶縁板４の縦方向Ｘの長さＬ２としては、好ましくは２００ｍｍ以上、より好ましくは３００ｍｍ以上、好ましくは１５００ｍｍ以下、より好ましくは１１００ｍｍ以下、好ましくは２００ｍｍ以上１５００ｍｍ以下、より好ましくは３００ｍｍ以上１１００ｍｍ以下である。
図２に示すように、絶縁板４の横方向Ｙの長さＬ３としては、好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは１５０ｍｍ以上、好ましくは３５０ｍｍ以下、より好ましくは３００ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下、より好ましくは１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。

図２に示すように、無端ベルト３２の捕集面３２ｓの縦方向Ｘの長さＬ１ｘに対する絶縁板４の縦方向Ｘの長さＬ２の比率（（Ｌ２／Ｌ１ｘ）×１００）としては、好ましくは１５％以上、より好ましくは３５％以上、好ましくは１００％以下、より好ましくは７５％以下、好ましくは１５％以上１００％以下、より好ましくは３５％以上７５％以下である。

図３に示すように、絶縁板４の貫通穴４３の縦方向Ｘの長さＬ４としては、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。同様に、絶縁板４の貫通穴４３の横方向Ｙの長さＬ５としては、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
また、図３に示すように、絶縁板４の貫通穴４３同士の間隔ｄ１としては、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは２以下、好ましくは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

図４に示すように、絶縁板４の厚み（厚さ方向Ｚの長さ）Ｌ６としては、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
また図４に示すように、絶縁板４の第２面４２と無端ベルト３２の捕集面３２ｓとの厚さ方向Ｚの離間距離Ｌ７は、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上、好ましくは３０ｍｍ以下、より好ましくは１５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。

ベルトコンベア３の搬送速度（無端ベルト３２の周回速度）としては、好ましくは０．５ｍ／ｍｉｎ以上、より好ましくは１ｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは３０ｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは１５ｍ／ｍｉｎ以下、好ましくは０．５ｍ／ｍｉｎ以上３０ｍ／ｍｉｎ以下、より好ましくは１ｍ／ｍｉｎ以上１５ｍ／ｍｉｎ以下である。

次に、上述した製造装置１００を用いたシート状の繊維堆積体１１の製造方法について、図１を参照して説明する。

本実施形態の製造装置１００を用いた製造方法においては、先ず、図１に示すとおり、溶融電界紡糸装置２の吐出用ノズル２１を接地し、帯電電極２０に直流高圧電源２３によって正の電圧を印加しておく。また、捕集装置１の無端ベルト３２を接地し、無端ベルト３２の電荷を逃がしておく。

そして、一方の絶縁板４Ｒと他方の絶縁板４Ｌとの間隔を間隔調整機構４７で調整し、無端ベルト３２の捕集面３２ｓにおける捕集部３２ｐの横方向Ｙの長さを任意の幅（長さ）に調整しておく。例えば、一方の絶縁板４Ｒから固定ボルト４５を取り外し、任意のボルト穴４６に固定ボルト４５を挿入して支持フレーム４４に固定し、他方の絶縁板４Ｌから固定ボルト４５を取り外し、任意のボルト穴４６に固定ボルト４５を挿入して支持フレーム４４に固定する。これにより絶縁板４の間隔が任意の幅となり、捕集部３２ｐにおける横方向Ｙの長さが調整される。絶縁板４の間隔が任意の間隔となることで、無端ベルト３２の捕集面３２ｓ上で繊維１０が堆積される幅（長さ）を任意の幅とすることができる。なお、捕集部３２ｐとは、捕集面３２ｓにおける一方の絶縁板４Ｒと他方の絶縁板４Ｌとで挟まれた任意の範囲であり、繊維１０を捕集して堆積させる部分を意味する。即ち、捕集部３２ｐの幅が繊維堆積体１１の幅（幅方向の長さ）となる。

上述の準備終了後、図１に示すように、吐出用ノズル２１のノズル先端部２１ａから溶融した樹脂が吐出されると、吐出された樹脂は、帯電電極２０に印加された電圧によって、溶融状態のまま帯電電極２０の凹曲面２４に向けて引き寄せられる。吐出用ノズル２１と支持部２５の間には、噴射部２２が配されており、噴射部２２が噴射した気体により、ノズル先端部２１ａから溶融した樹脂を捕集装置１に向けて搬送する。噴射部２２が噴射した気体により溶融した樹脂が搬送されることで、樹脂が引き延ばされて極細化し、帯電した繊維１０となる。ノズル先端部２１ａから吐出した樹脂は、このようにして紡糸され帯電した繊維１０となる。このようにして樹脂を紡糸する観点から、噴射部２２が噴射する気体には、加熱された空気を用いることが好ましい。

本実施形態では、溶融電界紡糸装置２により紡糸され帯電した状態で飛来する繊維１０を、溶融電界紡糸装置２とベルトコンベア３との間に配された絶縁板４で捕集して絶縁板４の表面を帯電させ、その後帯電した絶縁板４の表面で飛来する繊維１０を跳ね返し、跳ね返った繊維１０を、該溶融電界紡糸装置２に対向して配され接地したベルトコンベア３に堆積させる。好適に、製造装置１００を用いた製造方法では、帯電した状態の繊維１０を、噴射部２２が噴射した気体により捕集装置１に向けて搬送し、絶縁板４と無端ベルト３２の捕集部３２ｐとで捕集する。絶縁板４に捕集された繊維１０は、絶縁板４の複数の貫通穴４３に絡まり、絶縁板４の溶融電界紡糸装置２側の第１面４１に薄い膜状の層を形成する。このように形成された薄い膜状の層は、絶縁板４及び間隔調整機構４７が絶縁材料により形成されると共に、絶縁板４及び間隔調整機構４７が接地されておらず、且つ飛来する繊維１０は電荷を有しているため、帯電した層となる。

絶縁板４の第１面４１に帯電した薄い膜状の層が形成されると、絶縁板４の第１面４１に向けて飛来する繊維１０は、同じ電荷に帯電していることから、捕集面３２ｓよりも溶融電界紡糸装置２側の絶縁板４の第１面４１の帯電した薄い膜状の層によって跳ね返され易い。跳ね返された繊維１０は、噴射部２２が噴射した気体により捕集装置１に向けて搬送され、無端ベルト３２の捕集部３２ｐに捕集される。このとき、無端ベルト３２は接地されており、無端ベルト３２の捕集部３２ｐに捕集された繊維１０の電荷は接地箇所に逃げるため、無端ベルト３２の捕集部３２ｐに帯電した層ができることはない。また無端ベルト３２の捕集部３２ｐには、噴射部２２により直接捕集部３２ｐに向けて搬送される繊維１０も捕集されている。

このように、絶縁板４の第１面４１に、繊維１０により帯電した薄い膜状の層が形成されると、その後、絶縁板４は繊維１０を跳ね返すようになり易い。跳ね返された繊維１０は無端ベルト３２の捕集部３２ｐに搬送されるため、無端ベルト３２の捕集部３２ｐのみに繊維１０が堆積され易くなる。これを繰り返すことにより、無端ベルト３２の捕集部３２ｐにシート状の繊維堆積体１１が形成される。そして、無端ベルト３２を周回させることで、図２に示す矢印Ｍ方向に連続した繊維堆積体１１が形成される。
その後、連続して形成された繊維堆積体１１は、回収部５で回収される。

以上説明したように、本実施形態のシート状の繊維堆積体１１の製造装置１００によれば、導電性を有し接地された無端ベルト３２の捕集面３２ｓの縦方向Ｘに沿った側部それぞれに、任意の間隔で一対の絶縁板４Ｒ，４Ｌを配置することで、横方向Ｙの長さを任意に調節した繊維堆積体１１を容易に製造することができる。即ち、シート状の繊維堆積体１１の横方向（幅方向）Ｙの長さを、容易に任意の長さに調節することができる。

特に、絶縁板４に複数の貫通穴４３を形成することで、捕集装置１に向かって飛来する繊維１０をその表面に絡めて、繊維１０による帯電した薄い膜状の層を形成し易い。そして、絶縁板４の第１面４１に繊維１０による帯電した薄い膜状の層が形成されることで、その後に飛来する同じ電位に帯電した繊維１０を跳ね返すことが可能になる。従って捕集部３２ｐのみに繊維１０を捕集させ易く、繊維堆積体１１の横方向Ｙの長さを調整することができる。

このように、本実施形態のシート状の繊維堆積体１１の製造装置１００によれば、簡単な構成で、シート状に堆積させて捕集する繊維堆積体の横方向Ｙの長さを容易に調整することができる。
また、本実施形態の製造装置１００を用いたシート状の繊維堆積体の製造方法によれば、簡単な構成で、横方向Ｙの長さが調整されたシート状の繊維堆積体１１を容易に連続して製造することができる。

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、上述の実施形態に限定されない。
例えば、上述の実施形態の製造装置１００では、第１捕集体として、飛来する繊維を無端ベルト３２に堆積させて捕集するベルトコンベア３を用いて説明したが、第１捕集体は、導電性を有するローラであってもよい。ローラを回転させながら、飛来する繊維１０を外周面に堆積させて捕集することで、ベルトコンベア３を用いた場合と同様に、シート状の繊維堆積体１１を生産することができる。

また例えば、上述の実施形態の製造装置１００では、図２に示すように、２つのローラ３１、３１を上下方向に配すると共に上下方向に沿う側部に絶縁板４を配し、繊維堆積体１１を上下方向に搬送するベルトコンベア３を用いて説明したが、２つのローラ３１、３１を左右方向に配すると共に上下方向の両端部に絶縁板４を配し、繊維堆積体１１を左右方向に搬送するベルトコンベアを用いてもよい。
また例えば、上述の実施形態の製造装置１００では、図１に示すように、溶融電界紡糸装置２の備える吐出用ノズル２１を、該吐出用ノズル２１のノズル先端部２１ａが帯電電極２０の凹曲面２４内に露出するように配置したが、それ以外の位置に吐出用ノズル２１を配置してもよい。

以下、本発明を実施例を用いて更に詳細に説明するが、本発明は、斯かる実施例によって何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
実施例１の製造装置としては、図１に示す製造装置１００と同様の基本構成を有する製造装置を用意した。そして、実施例１の製造装置１００を用いて、シート状の繊維堆積体を製造した。

繊維１０の原料となる樹脂は、ポリプロピレンであった。ポリプロピレンにはＰｏｌｙＭｉｒａｅ社製のＭＦ６５０Ｙを用いた。樹脂に練り込まれた帯電添加剤としては、ステアリン酸亜鉛を用いた。
実施例１の製造装置１００の備える溶融電界紡糸装置２の帯電電極２０は、ステンレス製の基体の表面にＭＣナイロンからなる誘電体を厚み１０ｍｍで被覆したものを用いた。
実施例１の製造装置１００の溶融電界紡糸装置２の吐出用ノズル２１を接地し、帯電電極２０に３０ｋＶの電圧を印加した。この状態下に、２５０℃に溶融したポリプロピレンを１３．３ｇ／ｍｉｎの吐出速度で吐出させ溶融電界紡糸を行った。紡糸条件としては、８００ｇ／ｈであった。このようにして得られた繊維の帯電量を測定したところ６１００ｎＣ／ｇであった。帯電量は、春日電機製ファラデーケージＫＱ１４００内に帯電した溶融状態の原料樹脂を捕集し、該ファラデーケージに接続した春日電機製クーロンメーターＭＫ−１００２により測定した。

実施例１の製造装置１００の備える捕集装置１においては、該捕集装置１の無端ベルト３２を形成する導電性の材料は導電性カーボン入りフッ素樹脂製であり、絶縁板４を形成する絶縁材料はポリプロピレンであった。
無端ベルト３２の横方向Ｙの長さＬ１ｙは４３０ｍｍであり、無端ベルト３２の縦方向Ｘの長さＬ１ｘは１１００ｍｍであった。
絶縁板４の縦方向Ｘの長さＬ２は４００ｍｍ、横方向Ｙの長さＬ３は２９０ｍｍであり、一方の絶縁板４Ｒと他方の絶縁板４Ｌとの間隔を３５０ｍｍに調整した。絶縁板４の厚みＬ６は２ｍｍであった。
絶縁板４の複数の貫通穴４３の縦方向の長さＬ４、横方向Ｙの長さＬ５はそれぞれ４ｍｍであった。絶縁板４の複数の貫通穴４３同士の間隔ｄ１は２ｍｍであった。
ベルトコンベア３の搬送速度（無端ベルト３２の周回速度）は、１．１４ｍ／ｍｉｎであった。
上述のように調整して無端ベルト３２を接地し、溶融電界紡糸装置２で紡糸された繊維１０を捕集装置１で捕集して、ベルトコンベア３の無端ベルト３２の捕集面３２ｓで繊維堆積体１１を連続して製造した。

〔比較例１〕
比較例１の製造装置としては、実施例１の製造装置１００の備える捕集装置１から絶縁板４を除いたこと以外は、実施例１と同様の基本構成を有する製造装置を用意した。そして、比較例１の製造装置を用いて、実施例１と同じ条件下でシート状の繊維堆積体を製造した。

〔評価〕
実施例１の製造装置１００により製造されたシート状の繊維堆積体１１及び比較例１の製造装置により製造されたシート状の繊維堆積体について、下記評価基準に基づいて、目視により評価した。
・評価基準：「Ａ横方向の長さの均一性が非常に優れている」、「Ｂ横方向の長さが均一」、「Ｃ横方向の長さがバラバラ」

表１に示すように、実施例１の製造装置１００により製造されたシート状の繊維堆積体１１は、比較例１の製造装置により製造されたシート状の繊維堆積体に比べ、横方向の長さの均一性が優れていることが分かった。また実施例１の製造装置１００により製造された繊維堆積体１１と、比較例１の製造装置により製造された繊維堆積体との横方向Ｙの長さを比較すると、実施例１の製造装置１００により製造された繊維堆積体１１の横方向Ｙの長さは３５０ｍｍであり、比較例１の製造装置により製造された繊維堆積体の長さが４３０ｍｍであった。実施例１の製造装置１００では、一方の絶縁板４Ｒと他方の絶縁板４Ｌとの間隔３５０ｍｍに従い繊維堆積体１１の横方向Ｙの長さが定まった。このことから、実施例１の製造装置１００は、比較例１の製造装置に比べ、簡単な構成で、シート状に堆積させて捕集する繊維堆積体の横方向Ｙの長さを容易に調整できることが期待できる。

１捕集装置
２溶融電界紡糸装置
２０帯電電極
２１吐出用ノズル
２２噴射部
２３直流高圧電源
３ベルトコンベア
３１ローラ
３２無端ベルト
３２ｓ捕集面
３２ｐ捕集部
４（４Ｒ，４Ｌ）絶縁板
４１第１面
４２第２面
４４支持フレーム
４５固定ボルト
４６複数のボルト穴
４７間隔調整機構
１０繊維
１１シート状の繊維堆積体
１００シート状の繊維堆積体の製造装置

Claims

溶融した樹脂を紡糸して帯電した繊維を空間中に形成する溶融電界紡糸装置と、空間中に形成された繊維をシート状に堆積させて捕集する捕集装置とを備えるシート状の繊維堆積体の製造装置であって、
前記捕集装置は、導電性を有し接地された第１捕集体と、絶縁部材により形成される第２捕集体とを備え、
前記第１捕集体は、前記溶融電界紡糸装置に対向して配されたベルトコンベアを具備し、
前記第２捕集体は、前記溶融電界紡糸装置と前記第１捕集体との間に配されており、前記溶融電界紡糸装置から視て、前記第１捕集体の前記ベルトコンベアの搬送方向に沿う両側部それぞれに配され、各該第２捕集体の一部が前記ベルトコンベアの側部と重なっており、
前記第２捕集体は、前記溶融電界紡糸装置側の面と前記第１捕集体側の面とに連通する貫通穴を複数有する、製造装置。
各前記第２捕集体は、その一部が前記ベルトコンベアの側部の全体に亘って重なっている、請求項１に記載の製造装置。
溶融した樹脂を紡糸して帯電した繊維を空間中に形成する溶融電界紡糸装置と、空間中に形成された繊維をシート状に堆積させて捕集する捕集装置とを備えるシート状の繊維堆積体の製造装置であって、
前記捕集装置は、導電性を有し接地された第１捕集体と、絶縁部材により形成される第２捕集体とを備え、
前記第１捕集体は、前記溶融電界紡糸装置に対向して配されたローラを具備し、
前記第２捕集体は、前記溶融電界紡糸装置と前記第１捕集体との間に配されており、前記溶融電界紡糸装置から視て、前記第１捕集体の前記ローラの回転方向に沿う両側部それぞれに配され、各該第２捕集体の一部が前記ローラの側部と重なっており、
前記第２捕集体は、前記溶融電界紡糸装置側の面と前記第１捕集体側の面とに連通する貫通穴を複数有する、製造装置。
前記第１捕集体の両側部それぞれに配された前記第２捕集体は、互いの間隔を調整可能な間隔調整機構を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の製造装置。
請求項１〜４の何れか１項に記載の製造装置を用いたシート状の繊維堆積体の製造方法であって、
前記溶融電界紡糸装置により紡糸され帯電した状態で飛来する繊維を、該溶融電界紡糸装置と前記第１捕集体との間に配された前記第２捕集体で捕集して該第２捕集体の表面を帯電させ、その後帯電した該第２捕集体の表面で飛来する繊維を跳ね返し、跳ね返った繊維を、該溶融電界紡糸装置に対向して配され接地した前記第１捕集体に堆積させる、シート状の繊維堆積体の製造方法。