JP6761748B2 - Electric field spinning device and electric field spinning method - Google Patents
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Description
本発明は、電界紡糸装置及び電界紡糸方法に関する。 The present invention relates to an electric field spinning device and an electric field spinning method.
電界紡糸方法（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繊維（以下「ナノファイバ」ともという）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方法では、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揮発し、原料が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。 The electrospinning method (electrospinning method) is attracting attention as a technology that can relatively easily manufacture fibers having a diameter of nano size (hereinafter, also referred to as "nanofibers") without using mechanical force or thermal force. In the electric field spinning method that has been performed so far, a syringe is filled with a solution of a substance that is a raw material of nanofibers, and a needle-shaped nozzle attached to the syringe and a collecting electrode facing the needle-shaped nozzle are used. The operation of discharging the solution from the tip of the nozzle is performed while a high DC voltage is applied between the two. The discharged solution is stretched by Coulomb force and the solvent is instantly volatilized to form nanofibers while the raw material is solidified. The nanofibers are then deposited on the surface of the collection electrode.
例えば特許文献１には、溶媒に溶解されたポリマー溶液を出糸ノズルに搬送させ；ポリマー溶液を高電圧が印加された出糸ノズルを介して吐出させながら出糸ノズルの下部に圧縮空気を噴射させ；出糸ノズルの下部の接地された吸気コレクター上にポリマー溶液を出糸する；工程を含むナノ繊維の製造方法が記載されている。同文献では、出糸ノズルの下部に圧縮空気を噴射させることで、ノズル汚染の最小化が図れるとされている。
For example, in
特許文献１に記載のとおり、電界紡糸方法においては原料液が吐出されるノズルの汚染が問題になることがある。同文献に記載の技術はその問題の解決手段の一つではあるものの、汚染の最小化を図るにとどまり、汚染物を積極的に除去する手段は提供されていない。
As described in
したがって本発明の課題は電界紡糸装置及び電界紡糸方法の改良にあり、更に詳しくはノズルに付着した汚染物を首尾よく除去し得る電界紡糸装置及び電界紡糸方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention lies in improving an electric field spinning device and an electric field spinning method, and more particularly, to provide an electric field spinning device and an electric field spinning method capable of successfully removing contaminants adhering to a nozzle.
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電極と、
前記ノズルと前記電極の間に電圧を印加する電圧発生部と、
前記ノズルの先端よりも後方に位置し、且つ該先端に向けて空気を噴射する空気噴射部と、を備えた電界紡糸装置であって、
前記空気噴射部は、前記ノズルの先端付近に付着した固化物を、該固化物の回収領域に向けて吹き飛ばして除去し得るように空気の噴射方向が設定されている、電界紡糸装置を提供するものである。
The present invention includes a raw material injection unit provided with a conductive nozzle for injecting a raw material liquid, and a raw material injection unit.
Electrodes arranged electrically insulated from the nozzle,
A voltage generating unit that applies a voltage between the nozzle and the electrode,
An electric field spinning device located behind the tip of the nozzle and provided with an air injection unit that injects air toward the tip.
The air injection unit provides an electric field spinning device in which an air injection direction is set so that solid matter adhering to the vicinity of the tip of the nozzle can be blown off toward a recovery region of the solidified material and removed. It is a thing.
また、本発明は、導電性のノズルを備えた原料噴射部と、該ノズルと電気的に絶縁して配置された電極との間に電圧を印加した状態下に、該原料噴射部から原料液を噴射する工程を有する電界紡糸方法であって、
前記原料噴射部から原料液を噴射しているときに、前記ノズルの先端よりも後方に位置する空気噴射部から、該先端に向けて空気を噴射して、先端付近に付着した固化物を、該固化物の回収領域に向けて吹き飛ばして除去する、電界紡糸方法を提供するものである。
Further, in the present invention, the raw material liquid is applied from the raw material injection unit under a state in which a voltage is applied between the raw material injection unit provided with the conductive nozzle and the electrode arranged electrically insulated from the nozzle. It is an electric field spinning method having a step of injecting
When the raw material liquid is being injected from the raw material injection unit, air is injected from the air injection unit located behind the tip of the nozzle toward the tip to release the solidified material adhering to the vicinity of the tip. Provided is an electric field spinning method in which a solidified product is blown off toward a recovery region and removed.
本発明によれば、紡糸を中断することなくノズルの先端付近に付着した固化物を除去することができ、紡糸を安定的に行うことができる。また本発明によれば、ノズルの先端付近に付着した固化物が、目的とする製造物に混入しづらいので、製造物の品質の低下を抑制できる。 According to the present invention, the solidified material adhering to the vicinity of the tip of the nozzle can be removed without interrupting the spinning, and the spinning can be performed stably. Further, according to the present invention, since the solidified product adhering to the vicinity of the tip of the nozzle is unlikely to be mixed in the target product, deterioration of the quality of the product can be suppressed.
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一実施形態である、電界紡糸によるナノファイバの製造装置１における要部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、本実施形態のナノファイバ製造装置１は、基本的にはＥＳＤ（Electro−Spray Deposition）と高速噴射気流（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。装置１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の間に電圧を印加する電圧発生部４とを備えている。更に本実施形態の装置１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ノズル２１と電極３の間に空気流を噴射する空気噴射部５を備えている。
Hereinafter, the present invention will be described based on the preferred embodiment with reference to the drawings. FIG. 1 shows a perspective view of a main part of the
以下の説明においては、図１に示すとおり、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。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。
In the following description, as shown in FIG. 1, the direction in which the electrode central axis CL extends through the centroid 3G of the plane defined by the
図１に示すとおり、装置１における電極３の凹曲面部３Ａは、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。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。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（原料液が吐出される開口部）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、本実施形態の装置１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。
As shown in FIG. 1, the concave
図１に示すとおり、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側から見ると、該開口端部３１ａの周縁は円形をしている。したがって、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。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、すなわち、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。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。
As shown in FIG. 1, when the surface (concave curved surface) 3Af of the concave
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に示すとおり、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。
As shown in FIG. 1, the surface (concave curved surface) 3Af of the concave
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。
The surface (concave curved surface) 3Af of the concave
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the bottommost portion of the surface (concave curved surface) 3Af of the concave
図１及び図２に示すとおり、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、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。本実施形態では、延出部３Ｂ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に示すとおり、電極中心軸ＣＬの延びる方向（Ｙ方向）に沿う断面視において、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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
延出部３Ｂは、図１に示すとおり、全体としてＹ方向に延びる円筒の形状をしている。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。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、本実施形態では、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。
As shown in FIG. 1, the extending
図１に示すとおり、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。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、すなわち、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。特に、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い。とりわけノズル２１の先端に電界を集中させる観点から、開口端部３１ｂの周縁は、凹曲面部３Ａの開口端部３１ａの周縁と同じ形状である、真円形であることが好ましい。
As shown in FIG. 1, when the surface (concave curved surface) 3Bf of the extending
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、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。
When the plane defined by the
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か、又は一体の部材として形成されている。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場合、両者は例えば粘着剤やネジ等の接合手段によって接合されている。このような接合手段で両者を接合することで、凹曲面部３Ａ及び延出部３Ｂはそれらの加工が容易になり安価に製造でき、また、延出部３Ｂの長さが容易に調整可能となる。粘着剤又はネジで凹曲面部３Ａと延出部３Ｂを接合する場合、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（図示せず）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（図示せず）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。
The concave
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。一方、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。
As the pressure-sensitive adhesive for joining and fixing the concave
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。具体的には、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、ある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、例えば銀、金、パラジウム、白金、銅、ニッケル及びアルミニウム等が挙げられる。導電性のシートとしては、例えば銀、金、パラジウム、白金、銅、ニッケル及びアルミニウム等の金属製のシート、あるいは、カーボンブラック及び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、及び軽さと厚みの均一性の観点から、アルミニウムテープや家庭用のアルミホイル等が好ましく用いられる。
The concave
以上のとおりの構成を有する電極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、電極３に負電圧が印加されるようになっている。このように、電極３は、凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとが電気的に接合された状態で、凹曲面部３Ａと延出部３Ｂとが同電位になるように構成されている。
In the
図１及び図２に示すとおり、本実施形態の装置１には、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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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の内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。
The
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に示すとおり、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。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。
The
図１及び図２に示すとおり、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。ノズル２１の先端２１ａに電界を集中させる観点から、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上に配されていることが好ましい。すなわち、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）とが一致していることが好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the extending direction of the
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２１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である。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２１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好ましい。そして、ノズル２１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ことが特に好ましい。
The fact that the
ノズル２１の先端２１ａの位置に関しては、図２に示すとおり、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が配置されていることが好ましい。特に好適には、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。更に好適には、該平面よりも１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲で内側にノズル２１を配置する。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、且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。
Regarding the position of the
先に述べたように、ノズル２１は接地されており、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。したがって、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との間に電圧が印加され、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。
As described above, the
電圧発生部４としては、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を前記範囲内とすることが好ましい。
As the
空気噴射部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。空気噴射部５は、ノズル２１の延びる方向と略平行に形成されている。「略平行に形成されている」とは、本実施形態の装置１を構成する各部材が配置されている空間内において、空気噴射部５の延びる方向に沿う仮想延長線が、ノズル２１の延びる方向に沿う仮想延長線と交差しないことを言う。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
電極３の開口端部３１ｂ側から見たとき、空気噴射部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。噴射された空気は、ノズル２１の先端２１ａから吐出された原料液を、後述する図３に示す捕集部７の捕集体７２に向けて搬送するとともに、ナノファイバを延伸させることに寄与する。図１及び図２には、空気噴射部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。
When viewed from the
本実施形態の装置１は、図３に示すとおり、空気噴射部５に対向する位置に、電界紡糸を捕集する捕集部７を備えている。特に捕集部７の一部として捕集用電極７１が配置されている。捕集用電極７１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７１の板面と、空気噴射部５による空気流の噴射方向とは略直交している。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７１に誘引するために、捕集用電極７１には陽極であるノズル２１よりも低い（負の）電位を与えることが好ましい。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。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態の装置１には、捕集用電極７１に加えて、該捕集用電極７１に隣接するように、該捕集用電極７１とノズル２１との間に、ナノファイバが捕集される捕集体７２が捕集部７として配置されている。捕集体７２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。
In the
以上の構成を有する本実施形態の装置１においては、静電誘導の原理を使用して原料液の帯電を行っている。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である。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。装置１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。
In the
以上の構成を有する装置１を用い、電界紡糸方法によってナノファイバを製造する方法においては、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、噴射した原料液に向けて空気噴射部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、空気噴射部５から噴射された空気流に搬送され、かつ捕集用電極７１の作る電界に誘引されて、空気噴射部５と対向する位置に配置された捕集体７２の表面に堆積する。正に帯電したナノファイバを捕集体７２に誘引するために、捕集用電極７１に、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。
In the method of manufacturing nanofibers by the electrospinning method using the
以上の電界紡糸方法によってナノファイバを製造する場合には、原料液がノズル２１の先端で乾燥し固化することで生じた固化物が、先端付近に付着する現象が生じることがしばしばある。この固化物は、ノズル２１から吐出される原料液の液滴に欠陥を生じさせる原因や、紡糸不良の原因となる。ひいては、ナノファイバの製造安定性や品質安定性を低下させる原因となる。この固化物を除去するためには、装置１の運転を一旦停止しなければならないところ、運転を一旦停止すると、再運転までに時間を要し、またトラブル発生の原因にもなるので、ナノファイバの生産効率が低下するおそれがある。そこで本実施形態の装置１においては、図２に示すとおり、ノズル２１の先端２１ａよりも後方に位置し、且つノズル２１の先端２１ａに向けて空気を噴射する第２空気噴射部６を電極３における凹曲面部３Ａに設けることで、装置１の運転を継続しながら固化物の除去を行っている。
When nanofibers are manufactured by the above electric field spinning method, a phenomenon occurs in which the solidified material produced by the raw material liquid drying and solidifying at the tip of the
詳細には、電極３における凹曲面部３Ａに１個又は複数個の第２貫通孔６１が設けられており（図２では複数個）、第２貫通孔６１から第２空気噴射部６が構成されている。第２貫通孔６１は、該第２貫通孔６１の延びる方向に沿う仮想延長線Ｌが、ノズル２１の先端２１ａに向かうように穿設されている。「ノズル２１の先端２１ａに向かう」とは、ノズル２１の先端２１ａそのものの位置だけでなく、ノズル２１の先端２１ａを中心とする好ましくは半径３０ｍｍ以下の球の空間内を仮想延長線Ｌが通過する場合も包含する。また、「ノズル２１の先端付近」とは、ノズル２１の先端２１ａから２０ｍｍ以内の領域のことである。
Specifically, one or a plurality of second through
第２貫通孔６１を有する第２空気噴射部６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、第２貫通孔６１を通じノズル２１の先端２１ａに向けて空気が噴射されるようになっている。装置１を用いた電界紡糸方法を行っているときに、すなわち原料噴射部２から原料液を噴射しているときに、ノズル２１の先端部に向けて空気を噴射することで、ノズル２１の先端付近に意図せず生じた固化物が空気流によって吹き飛ばされて除去される。したがって、紡糸を中断することなくノズル２１の先端部に付着した固化物を除去することができる。その結果、原料液の液滴に欠陥が生じにくくなるとともに、紡糸不良が生じにくくなる。ひいては、目的とする製造物であるナノファイバに固化物が混入しづらくなり、製造物であるナノファイバの品質の低下を抑制できる。更に、ナノファイバの生産効率の低下を抑制できる。
The opening on the rear end side of the second air injection portion 6 having the second through
第２空気噴射部６によるノズル２１の先端２１ａへ向けての空気の噴射は連続的であってもよく、あるいは断続的であってもよい。これらの噴射形態のうち、断続的に空気を噴射すると、原料液のノズル２１からの吐出が影響を受けづらくなるので好ましい。この効果を一層顕著なものとする観点から、ノズル２１の先端２１ａ付近に付着した固化物が大きくなって剥がれ、電界紡糸を捕集する捕集部７に捕集されるより前に、第２空気噴射部６における第２貫通孔６１から空気が噴射されるように装置１が設定されていればよく、１分以上の間隔で設定されていることが好ましく、更に好ましくは５分以上の間隔で、一層好ましくは１０分以上の間隔で空気が噴射されるように設定されている。また、６０分以下の間隔で空気が噴射されるように設定されていることが好ましく、更に好ましくは４０分以下の間隔で、一層好ましくは２０分以下の間隔で空気が噴射されるように設定されている。具体的には１分以上６０分以下の間隔で空気が噴射されるように設定されていることが好ましく、更に好ましくは５分以上４０分以下の間隔で、一層好ましくは１０分以上２０分以下の間隔で空気が噴射されるように設定されている。
The injection of air toward the
前記と同様の観点から、ノズル２１の先端２１ａ付近に付着した固化物を、第２空気噴射部６における第２貫通孔６１からの空気の噴射により、該固化物の回収領域に向けて吹き飛ばすのに必要な時間が装置１に設定されていればよく、０．５秒以上の時間にわたりで空気が噴射されるように設定されていることが好ましく、更に好ましくは０．７秒以上の時間にわたり、一層好ましくは１．０秒以上の時間にわたり空気が噴射されるように設定されている。また、３秒以下の時間にわたり空気が噴射されるように設定されていることが好ましく、更に好ましくは２．０秒以下の時間にわたり、一層好ましくは１．５秒以下の時間にわたり空気が噴射されるように設定されている。具体的には０．５秒以上３秒以下の時間にわたり空気が噴射されるように設定されていることが好ましく、更に好ましくは０．７秒以上２．０秒以下の時間にわたり、一層好ましくは１．０秒以上１．５秒以下の時間にわたり空気が噴射されるように設定されている。
From the same viewpoint as described above, the solidified material adhering to the vicinity of the
第２空気噴射部６によるノズル２１の先端部へ向けての空気の噴射を断続的に行うこととの関係で、装置１は、ノズル２１の先端部に付着した固化物を検知するセンサ（図示せず）を更に備えていることが有利である。固化物の検知方法はカメラを使用した画像認識による固化物の大きさの検知や、レーザーを使用してノズル２１の先端２１ａからの固化物の先端位置を検知する手法などが好ましい。センサはコントローラ（図示せず）に接続されており、原料噴射部２から原料液を噴射しているときにコントローラが固化物の検出信号（例えば固化物の大きさや固化物の先端位置が設定値を上回ったときに発せられる信号）をセンサから受けると、第２空気噴射部６に空気噴射の指令を発するようになっていることが好ましい。このように、第２空気噴射部６は、センサによって固化物が検出されたら空気の噴射を開始することが、原料液のノズル２１からの吐出に影響を与えづらくなるので好ましい。そして、第２空気噴射部６に空気噴射の指令が発せられている間にコントローラが固化物の除去信号（例えば固化物の大きさや先端位置が設定値を下回り、固化物が除去されたと判断されたときに発せられる信号）をセンサが検知したら、第２空気噴射部６からの空気の噴射を停止するように該第２空気噴射部６が設定されていることで、原料液のノズル２１からの吐出に一層影響を与えづらくなる。また、固化物の検出信号と除去信号の設定値はチャタリング防止の観点からヒステリシスを設けていることが好ましい。
In relation to intermittently injecting air toward the tip of the
ところで、ノズル２１の先端部に向けて空気を噴射することで、ノズル２１の先端部に付着した固化物を吹き飛ばして該固化物を除去することはできるが，除去された固化物が吹き飛ばされて電極３や捕集体７２に達してしまうと、ノズル２１の先端部から固化物を除去した意義が減殺されてしまう。そこで本実施形態における第２空気噴射部６は、ノズル２１の先端部に付着した固化物を、該固化物の回収領域に向けて吹き飛ばして除去し得るように空気の噴射方向が設定されている。これによって、除去された固化物が電極３や捕集体７２に付着することに起因するナノファイバの品質低下を効果的に防止することができる。「固化物の回収領域」とは、図２及び図３に示すとおり、ノズル２１の先端部よりも前方に位置するとともに、第２貫通孔６１の延びる方向に沿う仮想延長線Ｌを含む三次元空間又は二次元領域であって、且つ装置１を構成する各部材を包含しない三次元空間又は二次元領域のことであり、例えば図３において符号Ｓで示される位置である。なお、図３においては、符号Ｓで示される位置は二次元的に表されているが、この位置は三次元空間であってもよい。
By the way, by injecting air toward the tip of the
吹き飛ばされた固化物が首尾よく回収領域に到達するようにするためには、第２空気噴射部６における第２貫通孔６１の配置位置を調整することが有利である。例えば第２空気噴射部６を構成する第２貫通孔６１が複数である場合、各第２貫通孔６１から噴射される空気の噴射方向の合成ベクトルが前記の回収領域を向くように、各第２貫通孔６１が配置されていることが好ましい。具体的には、図４に示すとおり、ノズル２１を、その延びる方向と対向する方向から見たときに、第２空気噴射部６を構成する各第２貫通孔６１が、ノズル２１を１８０度未満の範囲で囲むように配置されていることが好ましい。特に、同図に示すとおり、ノズル２１を中心とする円周上に各第２貫通孔６１が配置されており、それらの第２貫通孔６１のうち、両端に位置する各第２貫通孔６１とノズル２１とのなす角度θが好ましくは１８０度未満、更に好ましくは１５０度以下、一層好ましくは１２０度以下となるように各第２貫通孔６１を配置すると、吹き飛ばされた固化物が首尾よく回収領域に到達する。前記の角度は、３０度以上、特に６０度以上、とりわけ９０度以上であることが好ましい。「第２貫通孔６１から噴射される空気の噴射方向の合成ベクトルが回収領域を向く」とは、各第２貫通孔６１から噴射される空気の噴射方向のベクトルをすべて合成した合成ベクトルの仮想延長線が、回収領域の少なくとも一部を通過することを言う。
In order for the blown solidified material to reach the recovery region successfully, it is advantageous to adjust the arrangement position of the second through
前記と同様の観点から、図５に示すとおり、第２空気噴射部６から噴射する空気の噴射方向Ｄは、ノズル２１の先端２１ａを通る直交面Ｐに対する角度Ｑが２０度以上であることが好ましく、３０度以上であることが更に好ましく、４０度以上であることが一層好ましい。また角度Ｑが８０度以下であることが好ましく、７０度以下であることが更に好ましく、６０度以下であることが一層好ましい。角度Ｑは、２０度以上８０度以下であることが好ましく、３０度以上７０度以下であることが更に好ましく、４０度以上６０度以下であることが一層好ましい。
From the same viewpoint as described above, as shown in FIG. 5, the injection direction D of the air injected from the second air injection unit 6 has an angle Q of 20 degrees or more with respect to the orthogonal plane P passing through the
以上の実施形態の装置１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。
As the raw material liquid used in the
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。 Generally, polymer compounds for nanofiber production include polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyvinyl alcohol, polyurethane, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly-m-phenylene terephthalate, and poly-p-phenylene isofura. Tate, polyvinylidene fluoride, vinylidene polyfluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, vinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer, polycarbonate, polyallylate, polyester carbonate, nylon , Aramid, polycaprolactone, polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, polypeptide and the like can be exemplified. The polymer compound used is not limited to one type, and any plurality of types can be used in combination from the above-exemplified polymer compounds.
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。 When a solution in which a polymer compound is dissolved or dispersed in a solvent is used as the raw material solution, the solvent includes water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, hexafluoroisopropanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, and the like. Dibenzyl alcohol, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, methyl-n-propyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, acetone, hexafluoroacetone, phenol, Methyl formate, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl benzoate, ethyl benzoate, propyl benzoate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, methyl chloride, ethyl chloride, Methylene chloride, chloroform, o-chlorotoluene, p-chlorotoluene, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibromopropane, methyl bromide, ethyl bromide, Examples thereof include propyl bromide, acetic acid, benzene, toluene, hexane, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, acetonitrile, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, pyridine and the like. .. The solvent used is not limited to one type, and any plurality of types may be selected from the above-exemplified solvents and mixed and used.
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。 In particular, when water is used as the solvent, it is preferable to use the following natural polymers and synthetic polymers having high solubility in water. Natural polymers include, for example, purulan, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, poly-γ-glutamic acid, modified corn starch, β-glucan, glucooligosaccharides, heparin, mucopolysaccharides such as keratosulfate, cellulose, pectin, xylan, lignin, glucomannan. , Galacturonic acid, psyllium seed gum, tamarind seed gum, arabic gum, tragant gum, soybean water-soluble polysaccharide, alginic acid, carrageenan, laminaran, agarose, fucoidan, methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose and the like. Examples of the synthetic polymer include partially saponified polyvinyl alcohol, low saponified polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, sodium polyacrylate and the like. These polymer compounds may be used alone or in combination of two or more. Among these polymer compounds, from the viewpoint of easy preparation of nanofibers, natural polymers such as pullulan and synthetic polymers such as partially saponified polyvinyl alcohol, low saponified polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and polyethylene oxide should be used. Is preferable.
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、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、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。 In addition, although the solubility in water is not high, fully saponified polyvinyl alcohol that can be insolubilized after nanofiber formation, partially saponified polyvinyl alcohol that can be crosslinked after nanofiber formation by using it in combination with a cross-linking agent, poly (N-propanoylethyleneimine). ) Oxazoline-modified silicone such as graft-dimethylsiloxane / γ-aminopropylmethylsiloxane copolymer, twein (main component of corn protein), polyester, polylactic acid (PLA), polyacrylonitrile resin, polymethacrylic acid resin and other acrylic resins , Polystyrene resin, polyvinyl butyral resin, polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, polyurethane resin, polyamide resin, polyimide resin, polyamideimide resin and other polymer compounds can also be used. These polymer compounds can be used alone or in combination of two or more.
以上の実施形態の装置１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。
The nanofibers produced by the
本発明の電界紡糸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。 The nanofibers produced by using the electric field spinning apparatus of the present invention can be used for various purposes as a nanofiber molded body in which they are integrated. Examples of the shape of the molded body include a sheet, a cotton-like body, and a thread-like body. The nanofiber molded body may be used by laminating it with another sheet or by containing various liquids, fine particles, fibers and the like. The nanofiber sheet is preferably used as a sheet to be attached to human skin, teeth, gums and the like for medical purposes and non-medical purposes such as beauty purposes. It is also suitably used as a high-performance filter with high dust collection and low-voltage loss, a battery separator that can be used at a high current density, a cell culture substrate having a high pore structure, and the like. The cotton-like body of nanofibers is preferably used as a soundproofing material, a heat insulating material, or the like.
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に制限されない。例えば前記実施形態における電極３は、凹曲面部３Ａと、円筒形の延出部３Ｂとの組み合わせから構成されていたが、これに代えて延出部３Ｂとして、開口端に向かうに連れて拡径する円筒体（すなわち截頭円錐体の側面）を用いてもよい。また、円筒形の延出部３Ｂの開口端に連設し、且つ先端に向けて縮径する第２延出部（図示せず）を更に設けてもよい。
Although the present invention has been described above based on the preferred embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the
また電極３として、延出部を有さず、凹曲面部３Ａのみからなる電極を用いてもよい。更に電極３として、曲面を有さない平板状の電極を用いてもよい。
Further, as the
また前記実施形態では、第２空気噴射部６を電極３の凹曲面部３Ａに設けたが、第２空気噴射部６を設ける位置はここに限られない。更に前記実施形態では、第２空気噴射部６が貫通孔から構成されていたが、第２空気噴射部６を構成する孔は貫通孔であることを要しない。
Further, in the above embodiment, the second air injection portion 6 is provided on the concave
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、「％」は「質量％」を意味する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples. Unless otherwise specified, "%" means "mass%".
〔実施例１〕
図１ないし図４に示す構成の電界紡糸装置１を用いて電界紡糸を行いナノファイバを製造した。装置１の運転は、２３℃・２０％ＲＨの環境下で行った。捕集用電極７１は、ノズル２１の先端から１２００ｍｍ隔てた位置に配置した。電極３を接地し、ノズル２１に＋２５ｋＶ、捕集用電極７１に−３０ｋＶの直流電圧を印加した。空気噴射部５から空気を１００Ｌ／ｍｉｎで噴射させた状態下に、原料液を２０ｍＬ／ｍｉｎの吐出量で吐出させた。原料液としては、固化物が生成しやすいモデル原料液を用いた。このモデル原料液は、重曹を２２％含む水溶液からなるものであった。
[Example 1]
Nanofibers were manufactured by performing electric field spinning using the electric
第２空気噴射部６からノズル２１の先端２１ａに向けて空気を１００Ｌ／ｍｉｎで噴射させた（すべての空気の流量の合計量）。噴射時間は２秒とした。また、図５に示すとおり、空気の噴射方向Ｄは、ノズル２１の先端２１ａを通る直交面Ｐに対する角度Ｑが４０度となるように設定した。この角度Ｑは、ノズル２１の先端付近に付着した固化物を、その回収領域に向けて吹き飛ばすことのできる角度である。なお本実施例では、固化物が生成しやすいモデル原料液を用いたので、目視で固化物が生成するたびに空気を噴射したことから、噴射間隔の時間は設定しなかった。
Air was injected from the second air injection unit 6 toward the
〔実施例２ないし４〕
以下の表１に示す条件を採用した以外は実施例１と同様にして電界紡糸装置１の運転を行った。同表に示す角度Ｑは、ノズル２１の先端付近に付着した固化物を、その回収領域に向けて吹き飛ばすことのできる角度である。
[Examples 2 to 4]
The electric
〔実施例５ないし１０〕
第２空気噴射部６の各第２貫通孔６１から噴射される空気の向きが、ノズル２１の先端２１ａから５ｍｍ前方の位置を通るように、各第２貫通孔６１の穿孔角度を変更した。また、以下の表１に示す条件を採用した。これら以外は実施例１と同様にして電界紡糸装置１の運転を行った。
[Examples 5 to 10]
The perforation angle of each of the second through
〔比較例１〕
実施例１において、第２空気噴射部６による空気の噴射を行わなかった。これ以外は実施例１と同様にして電界紡糸装置１の運転を行った。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the air was not injected by the second air injection unit 6. Except for this, the electric
〔評価〕
実施例及び比較例で行った電界紡糸後のノズル２１の先端２１ａにおける固化物の付着状態を目視観察し、以下の規準で評価した。その結果を以下の表１に示す。
○：ノズルの先端付近に付着した固化物を回収領域に向けて除去でき、先端付近に固化物は観察されなかった。
×：ノズルの先端付近に固化物が付着したままであった。
[Evaluation]
The adhered state of the solidified material at the
◯: The solidified material adhering to the vicinity of the tip of the nozzle could be removed toward the recovery area, and no solidified material was observed near the tip.
X: Solidified material remained attached near the tip of the nozzle.
表１に示す結果から明らかなとおり、各実施例では、ノズル２１の先端付近に付着した固化物を回収領域に向けて除去できることが判る。これに対して比較例では、ノズルの先端付近に固化物が付着したままであり、固化物を除去できなかったことが判る。
As is clear from the results shown in Table 1, in each embodiment, it can be seen that the solidified material adhering to the vicinity of the tip of the
１ 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 空気噴射部
５１ 貫通孔
６ 第２空気噴射部
６１ 第２貫通孔
７ 捕集部
７１ 捕集用電極
７２ 捕集体
1 Nanofiber manufacturing equipment (electric field spinning equipment)
2 Raw
Claims (8)
前記ノズルと電気的に絶縁して配置された電極と、
前記ノズルと前記電極の間に電圧を印加する電圧発生部と、
前記ノズルの先端よりも後方に位置し、且つ該先端に向けて空気を噴射する空気噴射部と、を備えた電界紡糸装置であって、
前記空気噴射部は、前記ノズルの先端付近に付着した固化物を、該固化物の回収領域に向けて吹き飛ばして除去し得るように空気の噴射方向が設定されている、電界紡糸装置。 A raw material injection unit equipped with a conductive nozzle that injects the raw material liquid,
Electrodes arranged electrically insulated from the nozzle,
A voltage generating unit that applies a voltage between the nozzle and the electrode,
An electric field spinning device located behind the tip of the nozzle and provided with an air injection unit that injects air toward the tip.
The air injection unit is an electric field spinning device in which an air injection direction is set so that solid matter adhering to the vicinity of the tip of the nozzle can be blown off toward a recovery region of the solidified material and removed.
前記空気噴射部は、前記センサによって固化物が検出されたら空気の噴射を開始し、且つ該固化物が除去されたら空気の噴射を停止するように設定されている請求項１に記載の電界紡糸装置。 Further equipped with a sensor for detecting solidified matter adhering to the tip of the nozzle,
The electric field spinning according to claim 1, wherein the air injection unit is set to start injecting air when a solidified product is detected by the sensor and stop injecting air when the solidified material is removed. apparatus.
前記の各孔から噴射される空気の噴射方向の合成ベクトルが、前記回収領域を向くように、各孔が配置されている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。 The air injection unit has a plurality of holes for injecting air.
The electric field spinning apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the holes are arranged so that the composite vector of the injection direction of the air injected from the holes faces the recovery region.
前記原料噴射部から原料液を噴射しているときに、前記ノズルの先端よりも後方に位置する空気噴射部から、該先端に向けて空気を噴射して、先端付近に付着した固化物を、該固化物の回収領域に向けて吹き飛ばして除去する、電界紡糸方法。 It has a step of injecting a raw material liquid from the raw material injection unit under a state in which a voltage is applied between a raw material injection unit provided with a conductive nozzle and an electrode arranged electrically insulated from the nozzle. It is an electrospinning method
When the raw material liquid is being injected from the raw material injection unit, air is injected from the air injection unit located behind the tip of the nozzle toward the tip to release the solidified material adhering to the vicinity of the tip. An electric field spinning method in which the solidified material is blown off toward the recovery region and removed.
前記の各孔から噴射される空気の噴射方向の合成ベクトルが、前記回収領域を向くように、各孔が配置されている前記空気噴射部から空気を噴射する請求項５ないし７のいずれか一項に記載の電界紡糸方法。 The air injection unit has a plurality of holes for injecting air.
Any one of claims 5 to 7 in which air is injected from the air injection portion in which each hole is arranged so that the composite vector of the injection direction of the air injected from each of the holes faces the recovery region. The electrospinning method according to the section.
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