JPWO2007069381A1 - Electrostatic spraying apparatus and electrostatic spraying method - Google Patents

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Abstract

静電噴霧装置は、高分子溶液を静電噴霧するための二次元状に配置された複数のノズルと、ノズルに対向して絶縁シートを介して配置された第1のコレクタとを有する複数の紡糸ユニットが、移動する捕集シートを保持する捕集部に装着されており、紡糸ユニット内部において、ノズルから第1のコレクタへの噴霧方向と直交し、捕集シートの方向への空気流を形成するよう構成されている。The electrostatic spraying apparatus includes a plurality of nozzles arranged two-dimensionally for electrostatically spraying the polymer solution, and a plurality of first collectors arranged via an insulating sheet so as to face the nozzles. The spinning unit is attached to a collecting unit that holds the moving collecting sheet. Inside the spinning unit, the air flow in the direction of the collecting sheet is perpendicular to the spraying direction from the nozzle to the first collector. Configured to form.

Description

本発明は、高分子物質を含む溶液を静電噴霧する静電噴霧装置及び静電噴霧方法に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic spraying apparatus and electrostatic spraying method for electrostatic spraying of a solution containing a polymer substance.

静電噴霧(エレクトロスピニング)とは塗布させたい材料である高分子物質を溶媒と混合して溶液とし、その溶液を注射器の針先や細いガラス管の様に先端が尖った容器に収納して、その容器と噴霧対象物との間に高電圧を印加することにより行われる。静電噴霧においては、容器内の高分子物質に電荷が与えられ、電荷を帯びた高分子物質が電荷の反発力によって霧状になって容器の先端から、クーロン力を利用して噴霧側(容器先端側)と異極となるコレクタと称される側、又は接地側(グランド側)に出射して、そのコレクタ側に捕集され積層される。静電噴霧を用いたものに静電塗装があり、静電塗装の用途としては、一般的に自動車等の車体に対する静電塗装が知られている。静電塗装は、車体塗装に限らず、様々なものに応用可能である。本発明においては、特に人工高分子物質を材料として静電噴霧をさせる装置に関し、100ナノメートル[nm]より細い繊維、すなわちナノファイバーと呼ばれる繊維サイズからなる不織布を容易に製造しうる装置に関するものである。そのように製造された不織布はフィルタ等の広い範囲に使用可能である。   Electrospraying is a solution in which a polymer substance, which is the material to be applied, is mixed with a solvent to form a solution, and the solution is stored in a container with a sharp tip, such as a needle tip of a syringe or a thin glass tube. This is done by applying a high voltage between the container and the spray object. In electrostatic spraying, a charge is given to the polymer substance in the container, and the charged polymer substance becomes a mist due to the repulsive force of the charge, from the tip of the container, using the Coulomb force to the spray side ( The light is emitted to the side called the collector having a different polarity from the container tip side) or to the ground side (ground side), and collected and stacked on the collector side. Electrostatic spraying is one that uses electrostatic spraying, and electrostatic coating for automobile bodies such as automobiles is generally known as an electrostatic coating application. Electrostatic coating is applicable not only to vehicle body coating but also to various other things. In particular, the present invention relates to an apparatus for electrostatic spraying using an artificial polymer substance as a material, and relates to an apparatus that can easily manufacture a nonwoven fabric having a fiber size smaller than 100 nanometers [nm], that is, a fiber size called a nanofiber. It is. The nonwoven fabric thus manufactured can be used in a wide range of filters and the like.

従来の不織布の製造方法の一つである「溶融法」などを用いてもフィルタは製造可能である。しかし、そのような従来の製法では数10マイクロメートルサイズの直径を有する繊維により製造されたフィルタが主流であり、数100ナノメートルサイズの繊維によるフィルタを作るのが限界である。前述のように、静電噴霧を使った製造方法では、従来の「溶融法」などを用いた製法より1桁も2桁も細い繊維径の不織布を製造することが可能である。静電噴霧において、噴霧口を有するノズルが1本だけであれば、数センチメートル角の小片のフィルタしか製造することが出来ないため、量産性及び生産性の観点から、噴霧口となるノズルが1本である構成は、現実的ではない。繊維メーカやフィルム原反メーカにおいては、従来の製法で製造されている不織布やフィルムと同様に、幅100センチメートル、またはそれに準ずる大きさのものを作る場合、複数のノズルを用いて製造する必要があった。   The filter can also be manufactured using a “melting method” which is one of the conventional methods for manufacturing nonwoven fabrics. However, in such a conventional manufacturing method, a filter manufactured using a fiber having a diameter of several tens of micrometers is the mainstream, and it is limited to make a filter using a fiber having a size of several hundred nanometers. As described above, in the manufacturing method using electrostatic spraying, it is possible to manufacture a non-woven fabric having a fiber diameter that is one or two orders of magnitude thinner than a manufacturing method using a conventional “melting method” or the like. In electrostatic spraying, if only one nozzle has a spray port, only a few centimeter square filter can be manufactured. From the viewpoint of mass productivity and productivity, the nozzle that serves as the spray port A single configuration is not realistic. In the case of textile manufacturers and raw film manufacturers, it is necessary to use a plurality of nozzles when manufacturing a product with a width of 100 centimeters or a size similar to that of nonwoven fabrics and films manufactured by conventional manufacturing methods. was there.

しかし、複数のノズルを使用する場合、電荷の干渉や反発などの影響により静電噴霧の動作状態が安定しないという問題があり、配置された複数のノズルの一部または大部分から静電噴霧が行えない場合が生じていた。したがって、複数のノズルを有する静電噴霧装置の実用化及び製品量産化のためには、複数のノズルを用いて安定した静電噴霧を行わせることが課題であった。   However, when using a plurality of nozzles, there is a problem that the operation state of electrostatic spraying is not stable due to the influence of charge interference or repulsion, and electrostatic spraying from some or most of the plurality of arranged nozzles. There was a case that could not be done. Therefore, in order to put the electrostatic spraying apparatus having a plurality of nozzles into practical use and mass production, it has been a problem to perform stable electrostatic spraying using the plurality of nozzles.

上記の課題を達成するために、日本の特開2002−201559号公報には電荷分配板と称された、電荷の干渉や反発を抑えるための機構が提案されている。しかし、その電荷分配版の位置は、静電噴霧のために印加される電圧の大きさによって、変更せねばならず、取り扱いが容易ではなかった。また、複数のノズルが縦横に複数×複数の状態で配置されている場合においては、電荷分配版を用いることにより、噴霧量に対する塗布量(積層量)の割合、いわゆる捕集効率が悪くなるという問題があった。   In order to achieve the above object, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-201559 proposes a mechanism called charge distribution plate for suppressing charge interference and repulsion. However, the position of the charge distribution plate has to be changed depending on the magnitude of the voltage applied for electrostatic spraying, which is not easy to handle. In addition, when a plurality of nozzles are arranged in a plurality of states in a plurality of vertical and horizontal directions, the use of the charge distribution plate deteriorates the ratio of the coating amount (lamination amount) to the spray amount, so-called collection efficiency. There was a problem.

また、日本の特開平8−153669号公報にはノズルと噴霧対象物の載置面に電極を設けて高電圧を印加する方式が開示されている。このようにノズルと載置面とに電極を設けて噴霧対象物に対して静電噴霧する方式では、静電噴霧された材料が載置面である対向電極の表面を覆うように積層されていくため、静電噴霧の能力が徐々に弱まっていく。したがって、特開平8−153669号公報に開示された製造方法では、長時間にわたって高精度に静電噴霧を行うことが困難であり、大量生産に適した製法ではなかった。
特開2002−201559号公報 特開平8−153669号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-153669 discloses a method of applying a high voltage by providing electrodes on the mounting surface of the nozzle and the spray object. In this manner, in the method of providing the electrodes on the nozzle and the mounting surface and electrostatically spraying the spray object, the electrostatically sprayed material is laminated so as to cover the surface of the counter electrode which is the mounting surface. Therefore, the ability of electrostatic spraying gradually weakens. Therefore, in the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-153669, it is difficult to perform electrostatic spraying with high accuracy over a long period of time, and the manufacturing method is not suitable for mass production.
JP 2002-201559 A JP-A-8-153669

電荷を帯びて静電噴霧された材料は、異極の電荷を有する捕集面(積層面)であるコレクタに吸引されて、コレクタに捕集(積層)される。なお、噴霧された材料は同一極性であるため、クーロン力により互いに反発し、拡散して均一な状態でコレクタに到達する。材料がコレクタに捕集(積層)されると同時に、コレクタに電荷が放出される。コレクタは電荷が放出された後も常に材料の電荷と異なる極の電荷を同等量保持するか、接地されている必要がある。何故ならば、次々に噴霧された材料がコレクタに吸引捕集されたとき、コレクタが異極の電荷を同等量保持しているか接地されていれば、ノズルの噴霧口とコレクタとの間に電荷が溜まることがなく、円滑に噴霧口から捕集面(積層面)へ向かって材料が吸引され、静電噴霧が行われる。しかし、噴霧された材料が帯びる電荷の量が大きくなってくると、噴霧口とコレクタとの間に電荷が溜まる状態が生じる。そのように溜まった電荷と噴霧されようとする材料が帯びる電荷は同一極であるため、クーロンの法則により、反発しあい、噴霧口からの噴霧動作を抑えてしまい、ノズル噴霧口からの静電噴霧が行えないという現象が発生する。このような現象は、1本のノズルを設けた構成でも複数本のノズルを設けた構成でも同様に発生する。発明者らは、1本のノズルを設けた構成と複数本のノズルを設けた構成の両方の構成の静電噴霧装置を用いて実験を行い、徐々に印加電圧を上昇させて、高分子材料の電荷の量を増やすことにより、静電噴霧が停止するという現象を確認している。ただし、1本のノズルを設けた静電噴霧装置の場合のほうが、複数のノズルを設けた静電噴霧装置の場合に比較して、噴霧される高分子材料が帯びる電荷の量が少ないので、静電噴霧を行い易い構成である。   The material sprayed with electrostatic charge is attracted to a collector, which is a collecting surface (stacked surface) having a charge of a different polarity, and collected (stacked) on the collector. Since the sprayed materials have the same polarity, they repel each other due to the Coulomb force, diffuse and reach the collector in a uniform state. At the same time as the material is collected (laminated) by the collector, a charge is released to the collector. The collector must always hold an equivalent amount of pole charge different from the charge of the material even after the charge has been released, or be grounded. This is because when the material sprayed one after another is sucked and collected by the collector, if the collector holds an equivalent amount of charge of a different polarity or is grounded, the charge is charged between the nozzle spray port and the collector. The material is smoothly sucked from the spray port toward the collection surface (lamination surface) without electrostatic accumulation, and electrostatic spraying is performed. However, when the amount of charge carried by the sprayed material increases, a state occurs in which charge accumulates between the spray port and the collector. Since the accumulated charge and the charge of the material to be sprayed are of the same polarity, they are repelled by Coulomb's law, and the spray operation from the spray port is suppressed, and electrostatic spray from the nozzle spray port The phenomenon that cannot be performed occurs. Such a phenomenon occurs similarly in a configuration in which one nozzle is provided or a configuration in which a plurality of nozzles are provided. The inventors conducted an experiment using an electrostatic spraying device having both a configuration in which one nozzle is provided and a configuration in which a plurality of nozzles are provided, and gradually increases the applied voltage to increase the polymer material. It has been confirmed that the electrostatic spraying is stopped by increasing the amount of electric charge. However, in the case of an electrostatic spraying device provided with a single nozzle, the amount of charge charged by the polymer material to be sprayed is smaller than in the case of an electrostatic spraying device provided with a plurality of nozzles. This configuration facilitates electrostatic spraying.

生産性を上げるために複数本のノズルを使うと、必然的に、電荷の量は多くなり、電荷同士の反発が強くなるため、静電噴霧が行えない場合が多く発生する。そのため、電荷の量を抑える操作、具体的には印加する電圧を下げる必要がある。しかし、このように印加電圧を低下させると、噴霧速度が落ちてしまい生産性が悪くなるという問題が発生する。また、ノズル先端の噴霧口からの噴霧には電荷の反発力が必要であるが、印加電圧を下げて電荷を少なくすると、噴霧に必要な反発力が足りず、噴霧できない場合が生じる。   If a plurality of nozzles are used in order to increase productivity, the amount of charge inevitably increases, and repulsion between charges increases, so electrostatic spraying often cannot be performed. For this reason, it is necessary to reduce the amount of charge, specifically, to reduce the applied voltage. However, when the applied voltage is reduced in this way, a problem arises that the spraying speed is lowered and the productivity is deteriorated. In addition, repulsive force of charge is necessary for spraying from the spray nozzle at the tip of the nozzle. However, when the applied voltage is lowered to reduce the charge, the repulsive force necessary for spraying is insufficient and spraying may not be possible.

したがって、1本のノズルを設けた構成において効率的に静電噴霧が行える条件、例えば電圧や噴霧距離などを同じに設定した条件でも、複数ノズルを設けた構成で実施した場合には、ノズルの一部または大部分からの静電噴霧が行えない場合が多く発生する。このため、1本のノズルを設けた構成で静電噴霧が効率的に行える条件で、複数ノズルを設けた構成においても静電噴霧を行う場合には、特別な構成が必要となる。   Therefore, even when the electrostatic spraying is performed efficiently in the configuration in which one nozzle is provided, for example, in a configuration in which a plurality of nozzles are provided even when the voltage and the spraying distance are set to be the same, There are many cases in which electrostatic spraying from a part or most cannot be performed. For this reason, when electrostatic spraying is performed even in a configuration in which a plurality of nozzles are provided under conditions where electrostatic spraying can be efficiently performed in a configuration in which one nozzle is provided, a special configuration is required.

例えば、従来の静電噴霧装置において、コレクタを複数のノズルの噴霧口に対して平行に配置し、且つ噴霧口とコレクタとの間に電荷が溜らないように、コレクタの材質をアルミ箔のように導電性の良いものを使用し、及び/又はコレクタの面積を可能な限り大きく構成する。しかし、このような構成であっても、ある程度の効果は期待できるが、飛躍的に改善されるわけではなく、根本的な解決策ではない。   For example, in a conventional electrostatic spraying device, the collector is arranged parallel to the spray ports of a plurality of nozzles, and the collector is made of aluminum foil so that no electric charge is accumulated between the spray ports and the collector. For this, a material having good conductivity is used and / or the area of the collector is made as large as possible. However, even with such a configuration, a certain degree of effect can be expected, but it is not improved drastically and is not a fundamental solution.

また、従来の静電噴霧装置においては、静電噴霧が行われる場合でも捕集効率が悪く、意図した箇所のみへの捕集(積層)が出来ず、装置周辺に捕集されないものが飛散するという問題を有する。このような飛散という問題は、本発明者らが装置にアクリルなどのカバーで覆って静電噴霧を行うことにより確認した。このように噴霧された材料を捕集(積層)できないという問題は、材料の損失にもつながるのは当然であるが、それだけではなく、繊維径が数ナノメートル〜数十ナノメートルである繊維の大量の飛散は、作業者の健康被害にも留意が必要となる。   Moreover, in the conventional electrostatic spraying apparatus, even when electrostatic spraying is performed, the collection efficiency is low, and collection (stacking) only at the intended location is not possible, and things that are not collected around the apparatus are scattered. Have the problem. The problem of such scattering was confirmed by the present inventors performing electrostatic spraying by covering the apparatus with a cover such as acrylic. The problem of not being able to collect (laminate) the sprayed material in this way naturally leads to loss of the material, but not only that of fibers with a fiber diameter of several nanometers to tens of nanometers. It is necessary to pay attention to the health damage of workers due to the large amount of scattering.

本発明は、複数の噴霧手段を用いて安定して静電噴霧を行うことができ、捕集効率が高く生産性に優れ、精度の高い製品を量産することが可能であり、且つ安全性の高い静電噴霧装置及び静電噴霧方法を提供することを目的とする。   The present invention can stably perform electrostatic spraying using a plurality of spraying means, and can mass-produce products with high collection efficiency, excellent productivity, and high accuracy. An object is to provide a high electrostatic spraying device and an electrostatic spraying method.

本発明に係る静電噴霧装置及び静電噴霧方法は、上記の従来の静電噴霧装置における種々の問題を解決するため、以下のように構成している。   The electrostatic spraying apparatus and the electrostatic spraying method according to the present invention are configured as follows in order to solve various problems in the above-described conventional electrostatic spraying apparatus.

本発明の静電噴霧装置は、高分子物質を含み溶剤を用いて液状に形成した高分子溶液を静電噴霧するために二次元状に配置された複数のノズルと、前記複数のノズルに対向して絶縁シートを介して配置され、前記ノズルに印加される電圧と異なる極性の電圧又はアース電位に接地された第1のコレクタと、を有する複数の紡糸ユニット、
前記ノズルに所定の高電圧を印加する第1の電源、及び
前記紡糸ユニットが装着され、移動可能に捕集シートを保持する捕集部、を具備し、
前記紡糸ユニットが、前記ノズルから前記第1のコレクタへの噴霧方向と直交し、前記捕集シートの方向への空気流を形成する空気流形成手段を有する。上記のように構成された本発明の静電噴霧装置は、安定して、且つ捕集効率の高い静電噴霧を連続的に行うことができる。
The electrostatic spraying device of the present invention is a plurality of nozzles arranged two-dimensionally to electrostatically spray a polymer solution containing a polymer substance and formed into a liquid state using a solvent, and opposed to the plurality of nozzles A plurality of spinning units having a first collector that is arranged via an insulating sheet and is grounded to a voltage of a polarity different from the voltage applied to the nozzle or a ground potential,
A first power source for applying a predetermined high voltage to the nozzle; and a collection unit to which the spinning unit is attached and movably holds a collection sheet,
The spinning unit includes air flow forming means that forms an air flow in a direction perpendicular to a spraying direction from the nozzle to the first collector and toward the collection sheet. The electrostatic spraying device of the present invention configured as described above can continuously perform electrostatic spraying stably and with high collection efficiency.

本発明の静電噴霧方法は、高分子物質を含み溶剤を用いて液状に形成した高分子溶液を二次元状に配置された複数のノズルに供給する工程、
前記ノズルから高分子溶液を静電噴霧するために前記ノズルに高電圧を印加する工程、
前記ノズルを有する紡糸ユニットにおいて静電噴霧方向と実質的に直交する方向に流れる空気流を生成する工程、及び
静電噴霧され帯電した高分子物質に対して空気流を当てることにより、前記空気流の流れの方向と実質的に直交する方向に配置された捕集シートに前記高分子物質が積層される工程、を有する。上記の本発明の静電噴霧方法は、安定して、且つ捕集効率の高い静電噴霧を確実に行うことができる。
The electrostatic spraying method of the present invention includes a step of supplying a polymer solution containing a polymer substance and formed into a liquid state using a solvent to a plurality of nozzles arranged two-dimensionally,
Applying a high voltage to the nozzle to electrostatically spray the polymer solution from the nozzle;
Generating a flow of air that flows in a direction substantially perpendicular to the direction of electrostatic spraying in the spinning unit having the nozzle, and applying the air flow to the electrostatically sprayed and charged polymer material, A step of laminating the polymer substance on a collection sheet disposed in a direction substantially orthogonal to the flow direction of The above-described electrostatic spraying method of the present invention can reliably perform electrostatic spraying stably and with high collection efficiency.

本発明によれば、複数の噴霧手段として二次元状に配置されたノズルを使用して、捕集効率が高く生産性に優れ、精度の高い製品を量産することが可能な静電噴霧装置及び静電噴霧方法を提供することができる。
また、本発明によれば、静電噴霧処理において発生する有機溶媒を確実に回収できるため、安全性の高い静電噴霧装置及び静電噴霧方法を提供することができる。
According to the present invention, an electrostatic spraying apparatus capable of mass-producing a product with high collection efficiency, excellent productivity, and high accuracy using nozzles arranged two-dimensionally as a plurality of spraying means, and An electrostatic spraying method can be provided.
Moreover, according to this invention, since the organic solvent generate | occur | produced in an electrostatic spray process can be collect | recovered reliably, an electrostatic spray apparatus and an electrostatic spray method with high safety | security can be provided.

本発明に係る実施例1の静電噴霧装置の概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the electrostatic spraying apparatus of Example 1 which concerns on this invention. 実施例1の静電噴霧装置における複数の紡糸ユニットがダクトに装着された状態を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows typically the state with which the several spinning unit in the electrostatic spraying apparatus of Example 1 was mounted | worn with the duct. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットを示す斜視図The perspective view which shows the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Example 1. FIG. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットの装着面を示す図The figure which shows the mounting surface of the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Example 1. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットの背面側を示す図The figure which shows the back side of the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Example 1. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットにおけるスプレーブロック近傍の断面図Sectional drawing of the spray block vicinity in the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Example 1. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットにおけるスプレーブロック近傍の分解斜視図The disassembled perspective view of the vicinity of the spray block in the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Embodiment 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズル
2 導電板
3 帯電粒子
4 第1のコレクタ
5 絶縁シート
6 空気導入口
7 第2のコレクタ
8 捕集シート
9 絶縁カバー
10 筐体
11 フランジ
12 取付け孔
13 捕集部
14 材料供給パイプ
15 材料保持タンク
16 金属網
17 空気流
18 中間ローラ
19 回収ユニット
20 供給ローラ
21 巻取りローラ
22 紡糸ユニット
30 スプレーブロック
40 第1の電源
50 第2の電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle 2 Conductive plate 3 Charged particle 4 1st collector 5 Insulation sheet 6 Air inlet 7 2nd collector 8 Collection sheet 9 Insulation cover 10 Housing | casing 11 Flange 12 Mounting hole 13 Collection part 14 Material supply pipe 15 Material Holding tank 16 Metal mesh 17 Air flow 18 Intermediate roller 19 Recovery unit 20 Supply roller 21 Winding roller 22 Spinning unit 30 Spray block 40 First power supply 50 Second power supply

以下に、本発明の静電噴霧装置及び静電噴霧方法の好適な実施の形態を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of an electrostatic spraying apparatus and an electrostatic spraying method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係る好適な実施例1の静電噴霧装置の概略構成を示す側面図である。実施例1の静電噴霧装置は、静電噴霧により高分子物質を含む溶液をノズルから出射して、100ナノメートル[nm]より細い繊維、すなわちナノファイバーと呼ばれる繊維を作製し、ナノファイバー不織布を製造するものである。   FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an electrostatic spraying apparatus according to a first preferred embodiment of the present invention. In the electrostatic spraying apparatus of Example 1, a solution containing a polymer substance is ejected from a nozzle by electrostatic spraying to produce fibers thinner than 100 nanometers [nm], that is, fibers called nanofibers. Is to be manufactured.

先ず、図1を用いて本発明に係る実施例1の静電噴霧装置の静電噴霧によるナノファイバー不織布の作成の概要について説明する。ナノファイバーの繊維を捕集し積層してナノファイバー不織布を製造するためには、ベースとなるサブストレートが必要である。サブストレートとしては、例えばポリエチレンなどの絶縁性を有する樹脂シートである捕集シート8が用いられる。この捕集シート8は、供給ローラ20から送り出され、搬送速度の制御が可能な複数の中間ローラ18を経由して、巻取りローラ21により巻き取られる。実施例1の静電噴霧装置において、捕集シート8の搬送速度は、不織布の厚み、ナノファイバーの繊維径や材料等によって決定され、毎分数メートルから数100メートルと広い範囲に対応出来るよう構成されている。   First, the outline | summary of preparation of the nanofiber nonwoven fabric by electrostatic spraying of the electrostatic spraying apparatus of Example 1 which concerns on this invention using FIG. 1 is demonstrated. In order to produce nanofiber nonwoven fabric by collecting and laminating nanofiber fibers, a base substrate is required. As the substrate, for example, a collection sheet 8 that is an insulating resin sheet such as polyethylene is used. The collection sheet 8 is sent out from the supply roller 20 and taken up by the take-up roller 21 via a plurality of intermediate rollers 18 capable of controlling the conveyance speed. In the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the conveying speed of the collection sheet 8 is determined by the thickness of the nonwoven fabric, the fiber diameter of the nanofiber, the material, and the like, and is configured to be able to handle a wide range of several meters to several hundred meters per minute. Has been.

サブストレートとしての捕集シート8は、供給ローラ20から複数の中間ローラ18を経由して巻取りロール21までの区間を搬送される。複数の紡糸ユニット22は、捕集シート8の搬送経路に沿って設けられている。紡糸ユニット22は、ナノファイバーの繊維が捕集され積層される捕集シート8を内部に有する捕集部13のダクトに装着されている。捕集シート8が捕集部13の内部を通過することにより、紡糸ユニット22からのナノファイバーの繊維が捕集シート8上に数百ナノメートルから数100マイクロメートルの厚みで積層される。   The collection sheet 8 as a substrate is conveyed through a section from the supply roller 20 to the winding roll 21 via the plurality of intermediate rollers 18. The plurality of spinning units 22 are provided along the conveyance path of the collection sheet 8. The spinning unit 22 is attached to a duct of a collection unit 13 having a collection sheet 8 in which nanofiber fibers are collected and stacked. When the collection sheet 8 passes through the inside of the collection unit 13, the nanofiber fibers from the spinning unit 22 are stacked on the collection sheet 8 with a thickness of several hundred nanometers to several hundred micrometers.

図1に示すように、紡糸ユニット22は、鉛直方向或いは水平方向に延設された捕集部13のダクトの側面に直交するように略水平に装着されており、各々が独立した構成を有している。紡糸ユニット22の装着個数は、製造されるナノファイバー不織布の生産速度や仕様などに応じて任意に設定される。実施例1の静電噴霧装置においては、紡糸ユニット22の装着個数が1個の場合から捕集部13に装着可能な最大個数の間で自由に選択して装着出来る構成である。また、各紡糸ユニット22は独立して稼働可能な構成であるため、紡糸ユニット22を装着した状態で、選択した任意の紡糸ユニット22だけを稼動させることが可能である。したがって、実施例1の静電噴霧装置においては、生産を止めること無く、特定の紡糸ユニット22を取り外して、その紡糸ユニット22の故障やメンテナンスに対応することが出来る。また、生産中において、一部の紡糸ユニット22内に突発的に事故が発生した場合には、該当する紡糸ユニット22を停止するだけで、装置全体を止めること無く、生産を続行することが可能である。   As shown in FIG. 1, the spinning unit 22 is mounted substantially horizontally so as to be orthogonal to the side surface of the duct of the collecting portion 13 extending in the vertical direction or the horizontal direction, and each has an independent configuration. is doing. The number of the spinning units 22 attached is arbitrarily set according to the production speed and specifications of the nanofiber nonwoven fabric to be manufactured. In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the number of the spinning units 22 that can be mounted can be freely selected from the maximum number that can be mounted on the collection unit 13 when the number of the spinning units 22 is one. Further, since each spinning unit 22 is configured to operate independently, it is possible to operate only an arbitrary selected spinning unit 22 with the spinning unit 22 mounted. Therefore, in the electrostatic spraying apparatus according to the first embodiment, it is possible to remove a specific spinning unit 22 without stopping production and cope with a failure or maintenance of the spinning unit 22. In addition, if an accident occurs suddenly in some of the spinning units 22 during production, it is possible to continue production without stopping the entire device by simply stopping the relevant spinning unit 22. It is.

また、実施例1の静電噴霧装置においては、各々の紡糸ユニット22へ供給される材料は同一にする必要が無い。各々の紡糸ユニット22にはノズルへ材料を供給するための後述する材料保持タンク15(図2参照)が設けられているため、紡糸ユニット22毎に異なる材料を供給して、異なった材料が積層された不織布を製造することが可能である。勿論、各々の紡糸ユニット22へ同一の材料を供給して各材料保持タンク15に同一の材料を保持させることも可能であり、また共通の供給パイプを各紡糸ユニット22に接続して同一の材料を常時供給する構成も可能である。   Moreover, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the material supplied to each spinning unit 22 does not need to be the same. Each spinning unit 22 is provided with a material holding tank 15 (see FIG. 2), which will be described later, for supplying material to the nozzles. Therefore, different materials are supplied to each spinning unit 22 and different materials are stacked. It is possible to produce a non-woven fabric. Of course, it is also possible to supply the same material to each spinning unit 22 to hold the same material in each material holding tank 15, and to connect the same supply pipe to each spinning unit 22 to the same material. It is also possible to have a configuration that always supplies.

次に、実施例1の静電噴霧装置における紡糸ユニット22の構成及び動作について説明する。   Next, the configuration and operation of the spinning unit 22 in the electrostatic spraying apparatus of Example 1 will be described.

図2は捕集部13に装着された複数の紡糸ユニット22の構成を示す側面断面図である。図3から図5は紡糸ユニット22の構成を示す図であり、図3は紡糸ユニット22を示す斜視図、図4は紡糸ユニット22の装着面である正面図、図5は紡糸ユニット22の背面図である。   FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the configuration of the plurality of spinning units 22 attached to the collection unit 13. 3 to 5 are diagrams showing the configuration of the spinning unit 22, FIG. 3 is a perspective view showing the spinning unit 22, FIG. 4 is a front view showing the mounting surface of the spinning unit 22, and FIG. FIG.

図2に示すように、各紡糸ユニット22には高分子物質を含む溶液を収納する材料保持タンク15が設けられており、その溶液は材料保持タンク15から材料供給パイプ14を介して紡糸ユニット22の内部に設けられた複数のノズル1に供給される。複数のノズル1は、導電性材料の金属ブロックである導電板2とともに一体成形されており、二次元状で縦横が直線上(格子状)に配置されている。実施例1の静電噴霧装置においては、導電板2が材料となる高分子物質を含む溶液を一旦溜める溶液溜めの機能を有し、その溶液溜めの下側に複数のノズル1が設けられている。上記の複数のノズル1と導電板2とにより噴霧部分となるスプレーブロック30が構成されている。   As shown in FIG. 2, each spinning unit 22 is provided with a material holding tank 15 for storing a solution containing a polymer substance, and the solution is fed from the material holding tank 15 through a material supply pipe 14 to the spinning unit 22. Are supplied to a plurality of nozzles 1 provided in the interior of the nozzle. The plurality of nozzles 1 are integrally formed with a conductive plate 2 that is a metal block of a conductive material, and are two-dimensionally arranged vertically and horizontally on a straight line (lattice shape). In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the conductive plate 2 has a function of a solution reservoir for temporarily storing a solution containing a polymer substance as a material, and a plurality of nozzles 1 are provided below the solution reservoir. Yes. The plurality of nozzles 1 and the conductive plate 2 constitute a spray block 30 serving as a spray portion.

上記のように構成されたスプレーブロック30の導電板2には、ナノファイバーの材料となるポリウレタンなどの高分子物質をトルエンなどの溶剤を混合して作製した溶液が、紡糸ユニット22毎に独立して配設された材料保持タンク15から材料供給パイプ14を通して供給される。   On the conductive plate 2 of the spray block 30 configured as described above, a solution prepared by mixing a polymer substance such as polyurethane as a nanofiber material with a solvent such as toluene is independent for each spinning unit 22. The material is supplied from the material holding tank 15 disposed through the material supply pipe 14.

実施例1の静電噴霧装置においては、複数のノズル1と導電板2とを有するスプレーブロック30が、金属ブロック、例えばアルミニウム材、ステンレス材のプレス加工による一体成形であるが、切削加工により製作しても良い。ノズル1は所定の口径の噴霧口を有して先端が尖った円錐形に形成されており、導電板2の溶液溜めと噴霧口が連通するよう構成されている In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the spray block 30 having the plurality of nozzles 1 and the conductive plate 2 is integrally formed by pressing a metal block, for example, an aluminum material or a stainless material, but is manufactured by cutting. You may do it. The nozzle 1 has a spray port of a predetermined diameter and is formed in a conical shape with a sharp tip, and is configured so that the solution reservoir of the conductive plate 2 and the spray port communicate with each other.

導電板2には第1の電源40から高電圧(例えば数キロボルトから数十キロボルトの高電圧)が印加される構成を有し、導電板2におけるノズル1が配置されていない上側部分は絶縁樹脂である絶縁カバー9により覆われている。この絶縁カバー9により、導電板2の溶液溜め内の溶液は塵埃等の混入が防止された状態で保持されている。また、紡糸ユニット22において、スプレーブロック30は絶縁カバー9により筐体10から絶縁された状態で固着されている。   The conductive plate 2 has a configuration in which a high voltage (for example, a high voltage of several kilovolts to several tens of kilovolts) is applied from the first power source 40, and the upper portion of the conductive plate 2 where the nozzle 1 is not disposed is an insulating resin. The insulating cover 9 is covered. The insulating cover 9 holds the solution in the solution reservoir of the conductive plate 2 in a state in which dust and the like are prevented from being mixed. Further, in the spinning unit 22, the spray block 30 is fixed while being insulated from the housing 10 by the insulating cover 9.

また、紡糸ユニット22の内部における下側全面には、ノズル1に対向して絶縁シート5及び薄板金属で形成された第1のコレクタ4が上から順に積層されている。実施例1の静電噴霧装置において、第1のコレクタ4は接地されているが、スプレーブロック30とは異なる電極の電圧が印加されるよう構成しても良い。   In addition, an insulating sheet 5 and a first collector 4 made of a thin metal plate are stacked in order from the top so as to face the nozzle 1 on the entire lower surface inside the spinning unit 22. In the electrostatic spraying apparatus according to the first embodiment, the first collector 4 is grounded. However, a voltage of an electrode different from the spray block 30 may be applied.

図6は、実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニット22におけるスプレーブロック30とそれを覆う絶縁カバー9等を有する噴霧部分の断面図である。この噴霧部分にはスプレーブロック30と絶縁カバー9の他に材料供給パイプ14及び材料保持タンク15が設けられている。図7は、図6の噴霧部分の分解斜視図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a spray portion having the spray block 30 and the insulating cover 9 and the like covering the spray block 30 in the spinning unit 22 of the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment. In addition to the spray block 30 and the insulating cover 9, a material supply pipe 14 and a material holding tank 15 are provided in the spray portion. FIG. 7 is an exploded perspective view of the spray portion of FIG.

複数のノズル1と一体的に形成された導電板2は受け皿状に形成され、その底面部分に円錐形で先端が尖った噴霧口を有する複数のノズル1は、二次元状で縦横の直線上に、即ち格子状の交点となる位置に互いに等間隔を有して配設されている。前述のように、導電板2と複数のノズル1とを有するスプレーブロック30は、金属ブロックのプレス加工により一体的に形成されている。導電板2の凹み空間である受け皿部分の空間には高分子を含んだ溶液が収納されており、その溶液は材料保持タンク15から材料供給パイプ14を介して常に受け皿内の量が一定となるよう供給される。導電板2の底面に配置される複数のノズル1は、縦横のそれぞれの列における間隔が同じとなるよう配置されている。実施例1においては、250mm(幅)×500mm(長さ)×180mm(高さ)の大きさの導電板2にノズル1を横4行×縦12列の48個形成した。この導電板2の大きさ及びノズル1の数は、一例であり製造される不織布の仕様や製造速度等、またノズル1に印加される電圧やノズル1の噴霧方向と実質的に直交して流れる空気流17の強さに応じて適宜設定される。   The conductive plate 2 formed integrally with the plurality of nozzles 1 is formed in a saucer shape, and the plurality of nozzles 1 having a conical and sharply sprayed nozzle at the bottom portion thereof are two-dimensionally on a vertical and horizontal straight line. That is, they are arranged at equal intervals from each other at positions that are lattice-like intersections. As described above, the spray block 30 having the conductive plate 2 and the plurality of nozzles 1 is integrally formed by pressing a metal block. A solution containing a polymer is accommodated in the space of the tray portion which is a recessed space of the conductive plate 2, and the amount of the solution is always constant from the material holding tank 15 through the material supply pipe 14. Supplied as The plurality of nozzles 1 arranged on the bottom surface of the conductive plate 2 are arranged so that the intervals in the vertical and horizontal rows are the same. In Example 1, 48 nozzles 1 of 4 rows × 12 columns were formed on the conductive plate 2 having a size of 250 mm (width) × 500 mm (length) × 180 mm (height). The size of the conductive plate 2 and the number of nozzles 1 are examples, and the specifications and the production speed of the nonwoven fabric to be produced, the voltage applied to the nozzle 1 and the spray direction of the nozzle 1 flow substantially orthogonally. It is appropriately set according to the strength of the air flow 17.

スプレーブロック30に用いられる材質としては、ステンレスなど一般的に加工しやすい導電性を有する材質が好ましい。ノズル1の噴霧口の内径は、細過ぎると液詰まりの恐れがあり、逆に太過ぎると液垂れを起こすため、0.1mm〜1.0mmの範囲内が好ましい。ノズル1の噴霧口となる貫通孔は孔開け加工により高精度に加工される。また、プレス加工の際、ノズル1の高さ(円錐状のノズル1の噴霧口となる先端から根元までの距離)は、電荷が尖った部分に集中する性質を利用するため、少なくとも5mm以上に形成されている。上記のように形成された導電板2とノズル1を有するスプレーブロック30は、その上面部分を絶縁樹脂で形成された絶縁カバー9により覆われて互いに固着されている。   The material used for the spray block 30 is preferably a conductive material that is generally easy to process, such as stainless steel. If the inner diameter of the spray port of the nozzle 1 is too thin, liquid clogging may occur. Conversely, if it is too thick, liquid dripping will occur. Therefore, it is preferably within a range of 0.1 mm to 1.0 mm. The through hole that becomes the spray port of the nozzle 1 is processed with high accuracy by drilling. Further, the height of the nozzle 1 (distance from the tip serving as the spray port of the conical nozzle 1 to the root) during press working is at least 5 mm or more in order to use the property that charges are concentrated on a pointed portion. Is formed. The spray block 30 having the conductive plate 2 and the nozzle 1 formed as described above is covered with an insulating cover 9 made of an insulating resin and fixed to each other.

絶縁カバー9は、導電板2に形成された受け皿状の凹部空間に対する蓋の役目を果たしており、材料保持タンク15から材料供給パイプ14を介して導電板2の凹部空間に注入された高分子物質を含む溶液に対して、汚染物質などの混入を防止している。導電板2の凹部空間に収納された溶液は、導電板2の底部に一体的に設けられた各ノズル1へ流れ込み、噴霧される。   The insulating cover 9 serves as a lid for the saucer-shaped recessed space formed on the conductive plate 2, and the polymer substance injected into the recessed space of the conductive plate 2 from the material holding tank 15 via the material supply pipe 14. This prevents the contamination of contaminants and other solutions. The solution stored in the recessed space of the conductive plate 2 flows into each nozzle 1 integrally provided at the bottom of the conductive plate 2 and is sprayed.

実施例1の静電噴霧装置においては、高分子の材料等を溶液にするためにトルエン等の有機溶剤が溶媒として用いられているため、絶縁カバー9、材料供給パイプ14、材料保持タンク15等の溶液が接触する部分の材料には、対腐食性を有するフッ素樹脂、PE(ポリエチレン樹脂)やPP(ポリプロピレン樹脂)などの樹脂材料が好ましい。   In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, an organic solvent such as toluene is used as a solvent in order to make a polymer material or the like into a solution, so that the insulating cover 9, the material supply pipe 14, the material holding tank 15, etc. As the material of the portion in contact with the solution, a resin material such as a fluororesin having corrosion resistance, PE (polyethylene resin) or PP (polypropylene resin) is preferable.

材料保持タンク15から材料供給パイプ14を介して導電板2に供給される高分子を含む溶液は、導電板2の凹部空間の底面に設けられた各ノズル1に一様に供給される。全てのノズル1が溶液により十分に満たされ、導電板2の凹部空間の所定レベルに溶液が保持されるように、一般的なレベル検出器を用いて溶液のレベルが常時検出されており、不足すると溶液が供給されるよう構成されている。   The solution containing the polymer supplied from the material holding tank 15 to the conductive plate 2 through the material supply pipe 14 is uniformly supplied to each nozzle 1 provided on the bottom surface of the concave space of the conductive plate 2. The level of the solution is constantly detected by using a general level detector so that all the nozzles 1 are sufficiently filled with the solution and the solution is held at a predetermined level in the recessed space of the conductive plate 2. Then, it is comprised so that a solution may be supplied.

なお、図7に示したように、絶縁カバー9には、材料供給パイプ14を装着するための取付け孔12と、スプレーブロック30の溶液溜めを密封するために嵌め合わすための凹部が形成されている。材料供給パイプ14及びスプレーブロック30は絶縁カバー9から容易に取り外すことが可能に構成されており、洗浄などのメンテナンス性に優れた構造を有している。   As shown in FIG. 7, the insulating cover 9 is formed with a mounting hole 12 for mounting the material supply pipe 14 and a recess for fitting the solution reservoir of the spray block 30 to be sealed. Yes. The material supply pipe 14 and the spray block 30 are configured to be easily removable from the insulating cover 9 and have a structure excellent in maintenance properties such as cleaning.

紡糸ユニット22の外面を構成する筐体は、絶縁体である樹脂であり、自荷重を支えるために剛性を有する樹脂により形成されており、捕集部13のダクトに装着するためのフランジ11が設けられている。各紡糸ユニット22は、筐体10のフランジ11をダクトにボルトにより螺子止めされ、容易に脱着される構成である。筐体10の背面側、即ちフランジ11と反対側の側面には空気流形成手段となる空気導入口6である開口が形成されている。この空気導入口6には筐体10から電気的に絶縁された金属網16が設けられている。金属網16は第2の電源50に接続されている。第2の電源50からは前述の第1の電源40から供給される電圧より低く、極性が同じである電圧が供給される。基準電位は、捕集部13を構成するダクトの壁面であり、第1の電源40、第2の電源50の基準電位もダクトの壁面である。そして基準電位は、通常大地アースに接続される。   The casing that forms the outer surface of the spinning unit 22 is a resin that is an insulator, is formed of a resin that has rigidity to support its own load, and a flange 11 that is attached to the duct of the collection unit 13. Is provided. Each spinning unit 22 is configured such that the flange 11 of the housing 10 is screwed to the duct with a bolt and is easily detached. An opening which is an air inlet 6 serving as an air flow forming means is formed on the back side of the housing 10, that is, on the side surface opposite to the flange 11. The air inlet 6 is provided with a metal net 16 that is electrically insulated from the housing 10. The metal net 16 is connected to the second power source 50. The second power supply 50 is supplied with a voltage that is lower than the voltage supplied from the first power supply 40 and has the same polarity. The reference potential is the wall surface of the duct that constitutes the collection unit 13, and the reference potentials of the first power source 40 and the second power source 50 are also the wall surfaces of the duct. The reference potential is usually connected to earth ground.

第1の電源40からの高電圧が導電板2に印加されると、静電電界により、電荷が発生する。電荷は尖った部分に集中する性質があり、ノズル1の先端部分に電荷が集中する。導電板2に印加される高電圧は、溶液の材質や粘度、生成されるナノファイバーの材料や繊維径、製造環境(温度、湿度)等によって決定され、その範囲は数キロボルト〜数十キロボルトである。上記のようにノズル1の先端部分に電荷が集中することによって、ノズル先端部分の液体の表面張力部分が帯電状態となる。ノズル1に対向して絶縁シート5を介して配置された第1のコレクタ4との間に発生する強電界によりノズル先端部分の微少帯電粒子3がノズル1の先端部分から離れて帯電液滴となって噴霧される。噴霧された帯電液滴は、同一極性を有しているため互いのクーロン力により反発し、均一に拡散して第1のコレクタ4に吸引される。   When a high voltage from the first power supply 40 is applied to the conductive plate 2, an electric charge is generated by an electrostatic electric field. The charge has a property of concentrating on the pointed portion, and the charge is concentrated on the tip portion of the nozzle 1. The high voltage applied to the conductive plate 2 is determined by the material and viscosity of the solution, the material and diameter of the nanofibers produced, the manufacturing environment (temperature and humidity), and the range is several kilovolts to several tens of kilovolts. is there. As described above, the electric charge concentrates on the tip portion of the nozzle 1, so that the surface tension portion of the liquid at the nozzle tip portion is charged. The minute charged particles 3 at the tip of the nozzle are separated from the tip of the nozzle 1 by the strong electric field generated between the first collector 4 and the first collector 4 disposed through the insulating sheet 5 facing the nozzle 1 and charged droplets. Become sprayed. Since the sprayed charged droplets have the same polarity, they are repelled by the mutual Coulomb force, are uniformly diffused, and are attracted to the first collector 4.

ノズル1の先端部分から第1のコレクタ4までの距離は、10数センチメートルから数10センチメートルの距離が好ましく、実施例1においては20センチメートルで行った。ノズル1の先端部分から第1のコレクタ4までの距離は、生成されるナノファイバーの仕様や印加電圧の値等を考慮して決められる。したがって、第1のコレクタ4及び絶縁シート5、若しくはノズル1の位置を相対的に変更可能に構成しても良い。   The distance from the tip of the nozzle 1 to the first collector 4 is preferably a distance of several tens of centimeters to several tens of centimeters. In Example 1, the distance was 20 centimeters. The distance from the tip of the nozzle 1 to the first collector 4 is determined in consideration of the specifications of the nanofiber to be generated, the value of the applied voltage, and the like. Therefore, you may comprise so that the position of the 1st collector 4 and the insulating sheet 5, or the nozzle 1 can be changed relatively.

上記のようにノズル1の先端部分から噴霧された霧状の液粒は帯電しており、その電荷は異極に引かれるため、第1のコレクタ4の方向へ吸引される。電荷が第1のコレクタ4へ向かう途中において、液粒は帯びている電荷のため、何度か静電反発によって分裂を繰り返し、液粒の大きさは微細化していく。このように液粒が微細化していく時、材料を溶液にするために溶媒として使用されていた溶剤は、蒸発し、ナノファイバーの材料だけが残る。それらが数ナノメートル〜数十ナノメートルの繊維径の、ナノファイバーと呼ばれる繊維状態となる。   As described above, the mist-like liquid droplets sprayed from the tip portion of the nozzle 1 are charged, and the charges are attracted to the different polarity, so that they are sucked toward the first collector 4. On the way of the charge toward the first collector 4, since the liquid droplet is charged, the liquid particle is repeatedly divided by electrostatic repulsion several times, and the size of the liquid particle becomes finer. In this way, when the liquid droplets become finer, the solvent used as a solvent to make the material into solution evaporates, leaving only the nanofiber material. They are in a fiber state called nanofibers with a fiber diameter of several nanometers to several tens of nanometers.

高分子物質を含んだ溶液は、このようにナノファイバーの状態、すなわち液体が固体の状態になっても、最初にノズル1から与えられた電荷は失われておらず、帯電した状態のままである。   Even if the solution containing the polymer substance is in the nanofiber state, that is, the liquid is in the solid state, the charge initially given from the nozzle 1 is not lost and remains in the charged state. is there.

実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニット22においては、ノズル1と第1のコレクタ4との間に、第1のコレクタ4に対して数ミリメートルの距離を有して絶縁シート5が配置されている。なお、第1のコレクタ4と絶縁シート5との間の距離は、高分子の材料や帯電量等を考慮して数ミリメートルから数十ミリメートルの範囲内に設定される。絶縁シート5は誘電性の材料により構成されており、シート状または薄い板状である。   In the spinning unit 22 of the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the insulating sheet 5 is disposed between the nozzle 1 and the first collector 4 with a distance of several millimeters with respect to the first collector 4. ing. The distance between the first collector 4 and the insulating sheet 5 is set in the range of several millimeters to several tens of millimeters in consideration of the polymer material, the charge amount, and the like. The insulating sheet 5 is made of a dielectric material and has a sheet shape or a thin plate shape.

絶縁シート5は、誘電性材料の性質上、外部電界により電気分極を誘起する性質、すなわち誘起分極を示す性質を有しているので、金属ブロックである導電板2は高電圧が印加された時点でその表面は帯電して誘起分極する。その誘起分極において、絶縁シート5のノズル1の噴霧口に対向している面は、金属ブロックと同極となる。したがって、『同一極の電荷は反発をする』というクーロン力により、ノズル1の噴霧口から噴霧されてナノファイバーとなった材料は、絶縁シート5と同一極を有するため、帯電した絶縁シート5に対して反発する。その結果、ナノファイバー(繊維)となった材料は、ノズル1の噴霧口と絶縁シート5との間における絶縁シート5から10数センチメートルから数10センチメートルの空間を浮遊した状態となる。   Since the insulating sheet 5 has a property of inducing electric polarization by an external electric field, that is, a property showing induced polarization, due to the property of the dielectric material, the conductive plate 2 which is a metal block is at the time when a high voltage is applied. The surface is charged and induced polarization occurs. In the induced polarization, the surface of the insulating sheet 5 facing the spray port of the nozzle 1 has the same polarity as the metal block. Therefore, the material that is sprayed from the spray port of the nozzle 1 and becomes nanofibers due to the Coulomb force of “repulsive charges of the same pole” has the same pole as the insulating sheet 5, and therefore the charged insulating sheet 5 Repels against it. As a result, the material that has become nanofibers (fibers) is in a state of floating in a space of several tens of centimeters to several tens of centimeters from the insulating sheet 5 between the spray port of the nozzle 1 and the insulating sheet 5.

実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニット22においては、その背面に設けた金属網16に第2の電源50が接続されており、金属網16に対して数十ボルトから数百ボルトの電圧が印加されている。金属網16に印加される電圧の極性はノズル1に印加される電圧の極性と同一の極性である。一方、金属網16に対向するように配置されている捕集部13内の第2のコレクタ7には数Vの電圧が印加されており、その電圧の極性は金属網16と異なる極性である。この第2のコレクタ7に印加される電圧は、高分子の材料やその帯電量等を考慮して、数Vから数百ボルトの範囲に設定されるか、若しくは基準電位であるアース電位に設定される。したがって、ノズル1の噴霧口と絶縁シート5との間の空間を浮遊した状態となって帯電したナノファイバーは、同極の金属網16に反発し、クーロン力により異極の電位を有する第2のコレクタ7の方向に吸引される。   In the spinning unit 22 of the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the second power source 50 is connected to the metal mesh 16 provided on the back surface thereof, and a voltage of several tens to several hundred volts is applied to the metal mesh 16. Is applied. The polarity of the voltage applied to the metal net 16 is the same as the polarity of the voltage applied to the nozzle 1. On the other hand, a voltage of several volts is applied to the second collector 7 in the collection unit 13 disposed so as to face the metal net 16, and the polarity of the voltage is different from that of the metal net 16. . The voltage applied to the second collector 7 is set in the range of several volts to several hundred volts in consideration of the polymer material and the charge amount thereof, or set to the ground potential which is the reference potential. Is done. Therefore, the nanofiber charged in a floating state in the space between the spray port of the nozzle 1 and the insulating sheet 5 repels the metal net 16 having the same polarity, and has a second potential having a different polarity due to the Coulomb force. Is sucked in the direction of the collector 7.

さらに、実施例1の静電噴霧装置においては、捕集部13に装着された紡糸ユニット22に対して金属網16を通りダクト13内部の第2のコレクタ7の方向に乾燥空気が送り込まれるよう構成されている。ダクト13内部は周囲の空気圧力より低い圧力、即ち、負圧にして、ナノファイバーを確実に捕集するよう構成されている。また、紡糸ユニット22に送り込まれる乾燥空気は、湿度40%以下に設定されており、紡糸ユニット22内に浮遊しているナノファイバーを乾燥状態のまま搬送する。   Furthermore, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the dry air is sent to the spinning unit 22 attached to the collection unit 13 through the metal net 16 in the direction of the second collector 7 inside the duct 13. It is configured. The inside of the duct 13 is configured so as to reliably collect the nanofibers at a pressure lower than the ambient air pressure, that is, a negative pressure. Moreover, the dry air sent into the spinning unit 22 is set to a humidity of 40% or less, and transports the nanofibers floating in the spinning unit 22 in a dry state.

上記のように、実施例1の静電噴霧装置においては、捕集部13の内部を負圧にすること、第2のコレクタ7を金属網16の電極と異なる電極または接地電位に設定すること、そして乾燥空気を金属網16からダクト13に向かって送風することにより、ナノファイバーを捕集部13の内部に確実に捕集できる構成となる。実施例1においては各紡糸ユニット22にファンを設けて室内の乾燥空気(湿度40%以下)を送り込むよう構成したが、ダクトを設けて所望の湿度を示す乾燥空気を装置外部から送り込む構成でも良い。   As described above, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the inside of the collection unit 13 is set to a negative pressure, and the second collector 7 is set to an electrode different from the electrode of the metal net 16 or a ground potential. And it becomes the structure which can collect nanofiber reliably inside the collection part 13 by blowing dry air toward the duct 13 from the metal net | network 16. FIG. In the first embodiment, each spinning unit 22 is provided with a fan so as to send indoor dry air (humidity of 40% or less). However, a duct may be provided so that dry air having a desired humidity is sent from the outside of the apparatus. .

実施例1において金属網16を用いた理由は、乾燥空気を紡糸ユニット22の背面から送り込み、捕集部13の方向への空気流17の発生を確実にするためであり、このような機能を持つものであれば他のものでも良く、例えば筐体10とは絶縁された金属板に複数の貫通孔を穿った構造の導電性部材であれば良い。   The reason for using the metal net 16 in Example 1 is to send dry air from the back of the spinning unit 22 and to ensure the generation of the air flow 17 in the direction of the collection unit 13. Any other member may be used as long as it has, for example, a conductive member having a structure in which a plurality of through holes are formed in a metal plate insulated from the housing 10.

なお、実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニット22においては、空気流形成手段として金網構造の空気導入口6を設けたが、本発明における空気導入口6は金網構造でなくても良く、例えば空気圧が調整された乾燥空気をスプレーブロック30の背面側端部に形成された空気導入口から導入出来る構造でも良い。この場合、空気導入口6が形成された金属ブロックは第1の電源40に接続されておりノズル1と同一極の電圧が印加されている。この結果、ノズル1と絶縁シート5との間の空間に対して空気導入口6から捕集部13へ向かう空気流17が生成され、空気導入口6から第2のコレクタ7への帯電したナノファイバーの吸引動作が生じる構成となる。   In addition, in the spinning unit 22 of the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the air inlet 6 having a wire mesh structure was provided as an air flow forming unit, but the air inlet 6 in the present invention may not have a wire mesh structure. For example, a structure in which dry air whose air pressure has been adjusted can be introduced from an air inlet formed at the rear side end of the spray block 30 may be employed. In this case, the metal block in which the air inlet 6 is formed is connected to the first power source 40 and a voltage having the same polarity as that of the nozzle 1 is applied. As a result, an air flow 17 directed from the air inlet 6 toward the collecting portion 13 is generated in the space between the nozzle 1 and the insulating sheet 5, and charged nano particles from the air inlet 6 to the second collector 7 are generated. The structure is such that a fiber suction operation occurs.

上記のように、紡糸ユニット22内に浮遊しているナノファイバーは、捕集部13の方向へ送り込まれ、第2のコレクタ7に沿って搬送されている捕集シート8の表面に吸引捕集され、積層されていく。この結果、ナノファイバーによる高分子ウェブを形成することが出来る。このため、捕集シート8の搬送速度が遅いほど、捕集シート8が紡糸ユニット22を通過するのに時間がかかり、単位面積当たりに捕集され積層されるナノファイバーは多くなる。この結果、作製される不織布であるナノファイバーの高分子ウェブの厚みを厚くすることが可能となる。また、捕集部13に装着される紡糸ユニット22の数が多いほど不織布の厚みを厚くすることができる。このことを利用して、ナノファイバーの高分子ウェブの不織布の厚みを、装着される紡糸ユニット22の数及び/又は捕集シート8の搬送速度により制御することが可能となる。   As described above, the nanofibers floating in the spinning unit 22 are fed in the direction of the collection unit 13 and sucked and collected on the surface of the collection sheet 8 conveyed along the second collector 7. And stacked. As a result, a polymer web made of nanofibers can be formed. For this reason, the slower the conveyance speed of the collection sheet 8, the longer it takes for the collection sheet 8 to pass through the spinning unit 22, and the more nanofibers are collected and stacked per unit area. As a result, it is possible to increase the thickness of the polymer web of nanofibers, which are non-woven fabrics. Moreover, the thickness of the nonwoven fabric can be increased as the number of spinning units 22 attached to the collection unit 13 is increased. By utilizing this, the thickness of the nanofiber polymer web nonwoven fabric can be controlled by the number of spinning units 22 to be mounted and / or the conveying speed of the collection sheet 8.

ノズル1から噴霧されたナノファイバーが第2のコレクタ7の面上に沿って搬送される捕集シート8に捕集され積層される構造であるため、ナノファイバーの微小荷電粒子3の電荷は、ノズル1の噴霧口と誘電性材料である絶縁シート5との間の空間には溜まることがなく、空気流17に従って第2のコレクタ7の方向に搬送される。したがって、実施例1の静電噴霧装置においては、ノズル1から次々と材料が噴霧され、所望の不織布を製造することが可能となる。
上記のように、実施例1の静電噴霧装置は、前述の従来の装置の課題であった噴霧口とコレクタとの間に電荷が溜まり、その留まった電荷の反発によりノズルからの新たに電荷を帯びた材料の噴霧が行えないという問題を解決している。
Since the nanofiber sprayed from the nozzle 1 is collected and stacked on the collection sheet 8 conveyed along the surface of the second collector 7, the charge of the nanofiber minute charged particles 3 is: It does not collect in the space between the spray port of the nozzle 1 and the insulating sheet 5 that is a dielectric material, and is conveyed in the direction of the second collector 7 according to the air flow 17. Therefore, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, materials are sprayed one after another from the nozzle 1, and a desired nonwoven fabric can be manufactured.
As described above, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, charges are accumulated between the spray port and the collector, which was a problem of the above-described conventional apparatus, and a new charge from the nozzle is generated by repulsion of the stayed charges. This solves the problem that the sprayed material cannot be sprayed.

実施例1の静電噴霧装置においては、捕集部13に装着された紡糸ユニット22の空気導入口6を通って乾燥空気が送り込まれ、捕集部13の内部を周囲の空気圧力より低い圧力、即ち、負圧にして、ナノファイバーを捕集している。乾燥空気の送り込み速度は、ナノファイバーの捕集シート8への捕集をスムーズに行い、紡糸ユニット22の内部空気の流れに乱れが生じないよう数センチメートル/秒程度の弱い風速を生む風量で良い。数10センチメートル/秒以上の強い風速になると、その空気の圧力や余分な静電気発生のため、捕集状態を攪拌することになるので好ましいものではない。   In the electrostatic spraying apparatus of Example 1, dry air is sent through the air inlet 6 of the spinning unit 22 attached to the collection unit 13, and the pressure inside the collection unit 13 is lower than the ambient air pressure. That is, the nanofibers are collected at a negative pressure. The feed rate of the dry air is such that the nanofibers are smoothly collected on the collection sheet 8 and the air flow produces a weak wind speed of about several centimeters / second so that the internal air flow of the spinning unit 22 is not disturbed. good. A strong wind speed of several tens of centimeters / second or more is not preferable because the trapped state is agitated due to the pressure of the air and generation of extra static electricity.

実施例1における乾燥空気の送り込みの構造は、ナノファイバーの飛散対策だけではなく、材料の溶液に含まれる有機溶剤の回収を可能としている。実施例1において用いた材料は、前述のように高分子を溶液の状態で用いるため有機溶剤などを溶媒として用いており、生産とともに有機溶剤を大量に使用することになる。噴霧途中において気化する有機溶剤の回収は、従来装置では考えられておらず、ナノファイバーの飛散における人体への健康被害と同じく、気化した有機溶剤からの健康被害や火災などが重大な懸念事項であった。実施例1の静電噴霧装置においては、有機物などを有する乾燥空気を紡糸ユニット22内部から捕集部13を通って回収するように、捕集部13の頂部に回収ユニット19が設けられている。この回収ユニット19は装置外部に設けられた回収装置(図示なし)にファンを使用して排出するよう構成されている。   The structure of injecting dry air in Example 1 enables not only measures against scattering of the nanofibers but also recovery of the organic solvent contained in the material solution. The material used in Example 1 uses an organic solvent or the like as a solvent because the polymer is used in a solution state as described above, and a large amount of the organic solvent is used during production. The recovery of organic solvents that vaporize during spraying has not been considered with conventional devices, and health hazards and fires from vaporized organic solvents are a major concern, as are the health hazards to the human body due to the scattering of nanofibers. there were. In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, a recovery unit 19 is provided on the top of the collection unit 13 so as to collect dry air containing organic matter and the like from the spinning unit 22 through the collection unit 13. . The collection unit 19 is configured to discharge to a collection device (not shown) provided outside the device using a fan.

以下、実施例1の静電噴霧装置におけるナノファイバーの捕集動作について、更に説明する。
湿度40%以下の乾燥空気をパイプやダクトなどの搬送経路形成手段を用いて空気導入口6を介して各紡糸ユニット22に送り込むとともに、各紡糸ユニット22と連通した捕集部13の内部を回収ユニット19により負圧にすることにより、各紡糸ユニット22内等で気化した有機溶剤を装置外部に排出させずに捕集部13内に送り込み、回収ユニット19で回収している。このように、実施例1の静電噴霧装置は、気化した有機溶剤を装置外部に漏らすことなく確実に回収できる構造を有している。実施例1における回収ユニット19の内部には一般的なドラフトチャンバーと同じく排気用のファンが内蔵されており、捕集部13内部における回収ユニット19への風速は数センチメートルから10センチメートル/秒程度の範囲内であり、捕集部13内部は紡糸ユニット22に対して、0.02KPa程度の弱い負圧に設定されている。
Hereinafter, the nanofiber collecting operation in the electrostatic spraying apparatus of Example 1 will be further described.
Dry air having a humidity of 40% or less is sent to each spinning unit 22 through the air inlet 6 using a conveyance path forming means such as a pipe or a duct, and the inside of the collection unit 13 communicating with each spinning unit 22 is collected. By making the negative pressure by the unit 19, the organic solvent vaporized in each spinning unit 22 or the like is sent into the collection unit 13 without being discharged outside the apparatus, and is collected by the collection unit 19. Thus, the electrostatic spraying apparatus of Example 1 has a structure that can reliably recover the vaporized organic solvent without leaking to the outside of the apparatus. In the collection unit 19 in the first embodiment, an exhaust fan is built in like the general draft chamber, and the wind speed to the collection unit 19 in the collection unit 13 is several centimeters to 10 centimeters / second. The inside of the collection unit 13 is set to a weak negative pressure of about 0.02 KPa with respect to the spinning unit 22.

上記のように、実施例1の静電噴霧装置においては、回収ユニット19内を負圧に設定することにより、捕集部13内を負圧としており、生成されたナノファイバーを捕集部13内の捕集シート8に積層するとともに、紡糸ユニット22等において気化した有機溶剤がダクト13を介して回収される構造である。   As described above, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the collection unit 13 is set to a negative pressure by setting the collection unit 19 to a negative pressure, and the generated nanofibers are collected in the collection unit 13. It is a structure in which the organic solvent evaporated in the spinning unit 22 and the like is collected through the duct 13 while being stacked on the inner collection sheet 8.

実施例1の静電噴霧装置において、乾燥空気が各紡糸ユニット22からダクト13へ送り込みの構造は重要ではあるが、主に、空気導入口6から捕集シート8の方向へ、紡糸ユニット22内において空気の流れが安定して発生する構造であれば良い。
なお、実施例1の静電噴霧装置には、それぞれの紡糸ユニット22を単独で駆動できるよう制御装置が設けられており、製造される製品に応じて必要な紡糸ユニット22を選択して、選択した紡糸ユニット22のみを駆動できる構成である。
In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the structure in which dry air is fed from each spinning unit 22 into the duct 13 is important, but mainly in the spinning unit 22 from the air inlet 6 toward the collection sheet 8. In this case, any structure may be used as long as the air flow is stably generated.
In addition, the electrostatic spraying apparatus of Example 1 is provided with a control device so that each spinning unit 22 can be driven independently, and the necessary spinning unit 22 is selected and selected according to the product to be manufactured. In this configuration, only the spinning unit 22 can be driven.

以上のように、本発明の静電噴霧装置は、複数のノズルを用いて安定した静電噴霧を行うことが可能であり、所望の製品に対応して量産化を図ることができる。
上記のように、本発明の静電噴霧装置を用いることにより、数ナノメートル[nm]〜数10ナノメートル[nm]のナノファイバーの繊維で形成された不織布やフィルタを量産することが可能となる。したがって、本発明の静電噴霧装置により製造されたフィルタは、従来のフィルタの役割をカバーできることはもちろん、従来のフィルタでは除去できなかった粉塵や菌、例えば炭素菌なども除去することが可能となる。
また、本発明の静電噴霧装置により製造されたフィルタは、「除去」だけではなく「選別」という観点においても優れた効果を奏する。数ナノメートルの粒子をフィルタにより捕獲することは不要物の除去に留まらず、ナノ粒子を取り出すことが可能となる。例えば、ダイヤモンド砥粒などにおいては、数10ナノメートル[nm]の砥粒だけを選別することができれば、従来の研磨精度が二桁以上も改善される。また薬剤の配送(ドラッグデリバリー)においても本発明の静電噴霧装置により製造されたフィルタを用いることが可能である。このように本発明の静電噴霧装置及び静電噴霧方法は、ナノレベルでの「選別」において優れた特徴を持つ。
加えて、本発明の静電噴霧装置により製造される製品においては、現在研究段階の「人工生体膜」など再生医療にも用いることが出来、このような特殊な分野からも本発明は期待をされている。
As described above, the electrostatic spraying apparatus of the present invention can perform stable electrostatic spraying using a plurality of nozzles, and can achieve mass production in response to a desired product.
As described above, by using the electrostatic spray device of the present invention, it is possible to mass-produce non-woven fabrics and filters formed of nanofiber fibers of several nanometers [nm] to several tens of nanometers [nm]. Become. Therefore, the filter manufactured by the electrostatic spraying device of the present invention can cover the role of the conventional filter, and can also remove dust and fungi, such as carbon bacteria, which could not be removed by the conventional filter. Become.
In addition, the filter manufactured by the electrostatic spraying apparatus of the present invention has an excellent effect not only in “removal” but also in “selection”. Capturing particles of several nanometers with a filter is not limited to removing unnecessary materials, and it is possible to take out the nanoparticles. For example, in the case of diamond abrasive grains or the like, if only abrasive grains of several tens of nanometers [nm] can be selected, the conventional polishing accuracy can be improved by two orders of magnitude or more. Moreover, the filter manufactured by the electrostatic spraying device of the present invention can also be used for drug delivery (drug delivery). As described above, the electrostatic spraying apparatus and the electrostatic spraying method of the present invention have excellent characteristics in “sorting” at the nano level.
In addition, products manufactured by the electrostatic spray device of the present invention can be used for regenerative medicine such as “artificial biological membranes” currently in the research stage, and the present invention is also expected from such special fields. Has been.

本発明の静電噴霧装置は、複数のノズルを用いて安定して静電噴霧を行い、量産化を図る装置において有用である。   The electrostatic spraying apparatus of the present invention is useful in an apparatus that stably performs electrostatic spraying using a plurality of nozzles to achieve mass production.

本発明は、高分子物質を含む溶液を静電噴霧する静電噴霧装置及び静電噴霧方法に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic spraying apparatus and electrostatic spraying method for electrostatic spraying of a solution containing a polymer substance.

静電噴霧(エレクトロスピニング)とは塗布させたい材料である高分子物質を溶媒と混合して溶液とし、その溶液を注射器の針先や細いガラス管の様に先端が尖った容器に収納して、その容器と噴霧対象物との間に高電圧を印加することにより行われる。静電噴霧においては、容器内の高分子物質に電荷が与えられ、電荷を帯びた高分子物質が電荷の反発力によって霧状になって容器の先端から、クーロン力を利用して噴霧側(容器先端側)と異極となるコレクタと称される側、又は接地側(グランド側)に出射して、そのコレクタ側に捕集され積層される。静電噴霧を用いたものに静電塗装があり、静電塗装の用途としては、一般的に自動車等の車体に対する静電塗装が知られている。静電塗装は、車体塗装に限らず、様々なものに応用可能である。本発明においては、特に人工高分子物質を材料として静電噴霧をさせる装置に関し、100ナノメートル[nm]より細い繊維、すなわちナノファイバーと呼ばれる繊維サイズからなる不織布を容易に製造しうる装置に関するものである。そのように製造された不織布はフィルタ等の広い範囲に使用可能である。   Electrospraying is a solution in which a polymer substance, which is the material to be applied, is mixed with a solvent to form a solution, and the solution is stored in a container with a sharp tip, such as a needle tip of a syringe or a thin glass tube. This is done by applying a high voltage between the container and the spray object. In electrostatic spraying, a charge is given to the polymer substance in the container, and the charged polymer substance becomes a mist due to the repulsive force of the charge, from the tip of the container, using the Coulomb force to the spray side ( The light is emitted to the side called the collector having a different polarity from the container tip side) or to the ground side (ground side), and collected and stacked on the collector side. Electrostatic spraying is one that uses electrostatic spraying, and electrostatic coating for automobile bodies such as automobiles is generally known as an electrostatic coating application. Electrostatic coating is applicable not only to vehicle body coating but also to various other things. In particular, the present invention relates to an apparatus for electrostatic spraying using an artificial polymer substance as a material, and relates to an apparatus that can easily manufacture a nonwoven fabric having a fiber size smaller than 100 nanometers [nm], that is, a fiber size called a nanofiber. It is. The nonwoven fabric thus manufactured can be used in a wide range of filters and the like.

従来の不織布の製造方法の一つである「溶融法」などを用いてもフィルタは製造可能である。しかし、そのような従来の製法では数10マイクロメートルサイズの直径を有する繊維により製造されたフィルタが主流であり、数100ナノメートルサイズの繊維によるフィルタを作るのが限界である。前述のように、静電噴霧を使った製造方法では、従来の「溶融法」などを用いた製法より1桁も2桁も細い繊維径の不織布を製造することが可能である。静電噴霧において、噴霧口を有するノズルが1本だけであれば、数センチメートル角の小片のフィルタしか製造することが出来ないため、量産性及び生産性の観点から、噴霧口となるノズルが1本である構成は、現実的ではない。繊維メーカやフィルム原反メーカにおいては、従来の製法で製造されている不織布やフィルムと同様に、幅100センチメートル、またはそれに準ずる大きさのものを作る場合、複数のノズルを用いて製造する必要があった。   The filter can also be manufactured using a “melting method” which is one of the conventional methods for manufacturing nonwoven fabrics. However, in such a conventional manufacturing method, a filter manufactured using a fiber having a diameter of several tens of micrometers is the mainstream, and it is limited to make a filter using a fiber having a size of several hundred nanometers. As described above, in the manufacturing method using electrostatic spraying, it is possible to manufacture a non-woven fabric having a fiber diameter that is one or two orders of magnitude thinner than a manufacturing method using a conventional “melting method” or the like. In electrostatic spraying, if only one nozzle has a spray port, only a few centimeter square filter can be manufactured. From the viewpoint of mass productivity and productivity, the nozzle that serves as the spray port A single configuration is not realistic. In the case of textile manufacturers and raw film manufacturers, it is necessary to use a plurality of nozzles when manufacturing a product with a width of 100 centimeters or a size similar to that of nonwoven fabrics and films manufactured by conventional manufacturing methods. was there.

しかし、複数のノズルを使用する場合、電荷の干渉や反発などの影響により静電噴霧の動作状態が安定しないという問題があり、配置された複数のノズルの一部または大部分から静電噴霧が行えない場合が生じていた。したがって、複数のノズルを有する静電噴霧装置の実用化及び製品量産化のためには、複数のノズルを用いて安定した静電噴霧を行わせることが課題であった。   However, when using a plurality of nozzles, there is a problem that the operation state of electrostatic spraying is not stable due to the influence of charge interference or repulsion, and electrostatic spraying from some or most of the plurality of arranged nozzles. There was a case that could not be done. Therefore, in order to put the electrostatic spraying apparatus having a plurality of nozzles into practical use and mass production, it has been a problem to perform stable electrostatic spraying using the plurality of nozzles.

上記の課題を達成するために、日本の特開2002−201559号公報には電荷分配板と称された、電荷の干渉や反発を抑えるための機構が提案されている。しかし、その電荷分配版の位置は、静電噴霧のために印加される電圧の大きさによって、変更せねばならず、取り扱いが容易ではなかった。また、複数のノズルが縦横に複数×複数の状態で配置されている場合においては、電荷分配版を用いることにより、噴霧量に対する塗布量(積層量)の割合、いわゆる捕集効率が悪くなるという問題があった。   In order to achieve the above object, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-201559 proposes a mechanism called charge distribution plate for suppressing charge interference and repulsion. However, the position of the charge distribution plate has to be changed depending on the magnitude of the voltage applied for electrostatic spraying, which is not easy to handle. In addition, when a plurality of nozzles are arranged in a plurality of states in a plurality of vertical and horizontal directions, the use of the charge distribution plate deteriorates the ratio of the coating amount (lamination amount) to the spray amount, so-called collection efficiency. There was a problem.

また、日本の特開平8−153669号公報にはノズルと噴霧対象物の載置面に電極を設けて高電圧を印加する方式が開示されている。このようにノズルと載置面とに電極を設けて噴霧対象物に対して静電噴霧する方式では、静電噴霧された材料が載置面である対向電極の表面を覆うように積層されていくため、静電噴霧の能力が徐々に弱まっていく。したがって、特開平8−153669号公報に開示された製造方法では、長時間にわたって高精度に静電噴霧を行うことが困難であり、大量生産に適した製法ではなかった。
特開2002−201559号公報 特開平8−153669号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-153669 discloses a method of applying a high voltage by providing electrodes on the mounting surface of the nozzle and the spray object. In this manner, in the method of providing the electrodes on the nozzle and the mounting surface and electrostatically spraying the spray object, the electrostatically sprayed material is laminated so as to cover the surface of the counter electrode which is the mounting surface. Therefore, the ability of electrostatic spraying gradually weakens. Therefore, in the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-153669, it is difficult to perform electrostatic spraying with high accuracy over a long period of time, and the manufacturing method is not suitable for mass production.
JP 2002-201559 A JP-A-8-153669

電荷を帯びて静電噴霧された材料は、異極の電荷を有する捕集面(積層面)であるコレクタに吸引されて、コレクタに捕集(積層)される。なお、噴霧された材料は同一極性であるため、クーロン力により互いに反発し、拡散して均一な状態でコレクタに到達する。材料がコレクタに捕集(積層)されると同時に、コレクタに電荷が放出される。コレクタは電荷が放出された後も常に材料の電荷と異なる極の電荷を同等量保持するか、接地されている必要がある。何故ならば、次々に噴霧された材料がコレクタに吸引捕集されたとき、コレクタが異極の電荷を同等量保持しているか接地されていれば、ノズルの噴霧口とコレクタとの間に電荷が溜まることがなく、円滑に噴霧口から捕集面(積層面)へ向かって材料が吸引され、静電噴霧が行われる。しかし、噴霧された材料が帯びる電荷の量が大きくなってくると、噴霧口とコレクタとの間に電荷が溜まる状態が生じる。そのように溜まった電荷と噴霧されようとする材料が帯びる電荷は同一極であるため、クーロンの法則により、反発しあい、噴霧口からの噴霧動作を抑えてしまい、ノズル噴霧口からの静電噴霧が行えないという現象が発生する。このような現象は、1本のノズルを設けた構成でも複数本のノズルを設けた構成でも同様に発生する。発明者らは、1本のノズルを設けた構成と複数本のノズルを設けた構成の両方の構成の静電噴霧装置を用いて実験を行い、徐々に印加電圧を上昇させて、高分子材料の電荷の量を増やすことにより、静電噴霧が停止するという現象を確認している。ただし、1本のノズルを設けた静電噴霧装置の場合のほうが、複数のノズルを設けた静電噴霧装置の場合に比較して、噴霧される高分子材料が帯びる電荷の量が少ないので、静電噴霧を行い易い構成である。   The material sprayed with electrostatic charge is attracted to a collector, which is a collecting surface (stacked surface) having a charge of a different polarity, and collected (stacked) on the collector. Since the sprayed materials have the same polarity, they repel each other due to the Coulomb force, diffuse and reach the collector in a uniform state. At the same time as the material is collected (laminated) by the collector, a charge is released to the collector. The collector must always hold an equivalent amount of pole charge different from the charge of the material even after the charge has been released, or be grounded. This is because when the material sprayed one after another is sucked and collected by the collector, if the collector holds an equivalent amount of charge of a different polarity or is grounded, the charge is charged between the nozzle spray port and the collector. The material is smoothly sucked from the spray port toward the collection surface (lamination surface) without electrostatic accumulation, and electrostatic spraying is performed. However, when the amount of charge carried by the sprayed material increases, a state occurs in which charge accumulates between the spray port and the collector. Since the accumulated charge and the charge of the material to be sprayed are of the same polarity, they are repelled by Coulomb's law, and the spray operation from the spray port is suppressed, and electrostatic spray from the nozzle spray port The phenomenon that cannot be performed occurs. Such a phenomenon occurs similarly in a configuration in which one nozzle is provided or a configuration in which a plurality of nozzles are provided. The inventors conducted an experiment using an electrostatic spraying device having both a configuration in which one nozzle is provided and a configuration in which a plurality of nozzles are provided, and gradually increases the applied voltage to increase the polymer material. It has been confirmed that the electrostatic spraying is stopped by increasing the amount of electric charge. However, in the case of an electrostatic spraying device provided with a single nozzle, the amount of charge charged by the polymer material to be sprayed is smaller than in the case of an electrostatic spraying device provided with a plurality of nozzles. This configuration facilitates electrostatic spraying.

生産性を上げるために複数本のノズルを使うと、必然的に、電荷の量は多くなり、電荷同士の反発が強くなるため、静電噴霧が行えない場合が多く発生する。そのため、電荷の量を抑える操作、具体的には印加する電圧を下げる必要がある。しかし、このように印加電圧を低下させると、噴霧速度が落ちてしまい生産性が悪くなるという問題が発生する。また、ノズル先端の噴霧口からの噴霧には電荷の反発力が必要であるが、印加電圧を下げて電荷を少なくすると、噴霧に必要な反発力が足りず、噴霧できない場合が生じる。   If a plurality of nozzles are used in order to increase productivity, the amount of charge inevitably increases, and repulsion between charges increases, so electrostatic spraying often cannot be performed. For this reason, it is necessary to reduce the amount of charge, specifically, to reduce the applied voltage. However, when the applied voltage is reduced in this way, a problem arises that the spraying speed is lowered and the productivity is deteriorated. In addition, repulsive force of charge is necessary for spraying from the spray nozzle at the tip of the nozzle. However, when the applied voltage is lowered to reduce the charge, the repulsive force necessary for spraying is insufficient and spraying may not be possible.

したがって、1本のノズルを設けた構成において効率的に静電噴霧が行える条件、例えば電圧や噴霧距離などを同じに設定した条件でも、複数ノズルを設けた構成で実施した場合には、ノズルの一部または大部分からの静電噴霧が行えない場合が多く発生する。このため、1本のノズルを設けた構成で静電噴霧が効率的に行える条件で、複数ノズルを設けた構成においても静電噴霧を行う場合には、特別な構成が必要となる。   Therefore, even when the electrostatic spraying is performed efficiently in the configuration in which one nozzle is provided, for example, in a configuration in which a plurality of nozzles are provided even when the voltage and the spraying distance are set to be the same, There are many cases in which electrostatic spraying from a part or most cannot be performed. For this reason, when electrostatic spraying is performed even in a configuration in which a plurality of nozzles are provided under conditions where electrostatic spraying can be efficiently performed in a configuration in which one nozzle is provided, a special configuration is required.

例えば、従来の静電噴霧装置において、コレクタを複数のノズルの噴霧口に対して平行に配置し、且つ噴霧口とコレクタとの間に電荷が溜らないように、コレクタの材質をアルミ箔のように導電性の良いものを使用し、及び/又はコレクタの面積を可能な限り大きく構成する。しかし、このような構成であっても、ある程度の効果は期待できるが、飛躍的に改善されるわけではなく、根本的な解決策ではない。   For example, in a conventional electrostatic spraying device, the collector is arranged parallel to the spray ports of a plurality of nozzles, and the collector is made of aluminum foil so that no electric charge is accumulated between the spray ports and the collector. For this, a material having good conductivity is used and / or the area of the collector is made as large as possible. However, even with such a configuration, a certain degree of effect can be expected, but it is not improved drastically and is not a fundamental solution.

また、従来の静電噴霧装置においては、静電噴霧が行われる場合でも捕集効率が悪く、意図した箇所のみへの捕集(積層)が出来ず、装置周辺に捕集されないものが飛散するという問題を有する。このような飛散という問題は、本発明者らが装置にアクリルなどのカバーで覆って静電噴霧を行うことにより確認した。このように噴霧された材料を捕集(積層)できないという問題は、材料の損失にもつながるのは当然であるが、それだけではなく、繊維径が数ナノメートル〜数十ナノメートルである繊維の大量の飛散は、作業者の健康被害にも留意が必要となる。   Moreover, in the conventional electrostatic spraying apparatus, even when electrostatic spraying is performed, the collection efficiency is low, and collection (stacking) only at the intended location is not possible, and things that are not collected around the apparatus are scattered. Have the problem. The problem of such scattering was confirmed by the present inventors performing electrostatic spraying by covering the apparatus with a cover such as acrylic. The problem of not being able to collect (laminate) the sprayed material in this way naturally leads to loss of the material, but not only that of fibers with a fiber diameter of several nanometers to tens of nanometers. It is necessary to pay attention to the health damage of workers due to the large amount of scattering.

本発明は、複数の噴霧手段を用いて安定して静電噴霧を行うことができ、捕集効率が高く生産性に優れ、精度の高い製品を量産することが可能であり、且つ安全性の高い静電噴霧装置及び静電噴霧方法を提供することを目的とする。   The present invention can stably perform electrostatic spraying using a plurality of spraying means, and can mass-produce products with high collection efficiency, excellent productivity, and high accuracy. An object is to provide a high electrostatic spraying device and an electrostatic spraying method.

本発明に係る静電噴霧装置及び静電噴霧方法は、上記の従来の静電噴霧装置における種々の問題を解決するため、以下のように構成している。   The electrostatic spraying apparatus and the electrostatic spraying method according to the present invention are configured as follows in order to solve various problems in the above-described conventional electrostatic spraying apparatus.

本発明の静電噴霧装置は、高分子物質を含み溶剤を用いて液状に形成した高分子溶液を静電噴霧するために二次元状に配置された複数のノズルと、前記複数のノズルに対向して絶縁シートを介して配置され、前記ノズルに印加される電圧と異なる極性の電圧又はアース電位に接地された第1のコレクタと、を有する複数の紡糸ユニット、
前記ノズルに所定の高電圧を印加する第1の電源、及び
前記紡糸ユニットが装着され、移動可能に捕集シートを保持する捕集部、を具備し、
前記紡糸ユニットが、前記ノズルから前記第1のコレクタへの噴霧方向と直交し、前記捕集シートの方向への空気流を形成する空気流形成手段を有する。上記のように構成された本発明の静電噴霧装置は、安定して、且つ捕集効率の高い静電噴霧を連続的に行うことができる。
The electrostatic spraying device of the present invention is a plurality of nozzles arranged two-dimensionally to electrostatically spray a polymer solution containing a polymer substance and formed into a liquid state using a solvent, and opposed to the plurality of nozzles A plurality of spinning units having a first collector that is arranged via an insulating sheet and is grounded to a voltage of a polarity different from the voltage applied to the nozzle or a ground potential,
A first power source for applying a predetermined high voltage to the nozzle; and a collection unit to which the spinning unit is attached and movably holds a collection sheet,
The spinning unit includes air flow forming means that forms an air flow in a direction perpendicular to a spraying direction from the nozzle to the first collector and toward the collection sheet. The electrostatic spraying device of the present invention configured as described above can continuously perform electrostatic spraying stably and with high collection efficiency.

本発明の静電噴霧方法は、高分子物質を含み溶剤を用いて液状に形成した高分子溶液を二次元状に配置された複数のノズルに供給する工程、
前記ノズルから高分子溶液を静電噴霧するために前記ノズルに高電圧を印加する工程、
前記ノズルを有する紡糸ユニットにおいて静電噴霧方向と実質的に直交する方向に流れる空気流を生成する工程、及び
静電噴霧され帯電した高分子物質に対して空気流を当てることにより、前記空気流の流れの方向と実質的に直交する方向に配置された捕集シートに前記高分子物質が積層される工程、を有する。上記の本発明の静電噴霧方法は、安定して、且つ捕集効率の高い静電噴霧を確実に行うことができる。
The electrostatic spraying method of the present invention includes a step of supplying a polymer solution containing a polymer substance and formed into a liquid state using a solvent to a plurality of nozzles arranged two-dimensionally,
Applying a high voltage to the nozzle to electrostatically spray the polymer solution from the nozzle;
Generating a flow of air that flows in a direction substantially perpendicular to the direction of electrostatic spraying in the spinning unit having the nozzle, and applying the air flow to the electrostatically sprayed and charged polymer material, A step of laminating the polymer substance on a collection sheet disposed in a direction substantially orthogonal to the flow direction of The above-described electrostatic spraying method of the present invention can reliably perform electrostatic spraying stably and with high collection efficiency.

本発明によれば、複数の噴霧手段として二次元状に配置されたノズルを使用して、捕集効率が高く生産性に優れ、精度の高い製品を量産することが可能な静電噴霧装置及び静電噴霧方法を提供することができる。
また、本発明によれば、静電噴霧処理において発生する有機溶媒を確実に回収できるため、安全性の高い静電噴霧装置及び静電噴霧方法を提供することができる。
According to the present invention, an electrostatic spraying apparatus capable of mass-producing a product with high collection efficiency, excellent productivity, and high accuracy using nozzles arranged two-dimensionally as a plurality of spraying means, and An electrostatic spraying method can be provided.
Moreover, according to this invention, since the organic solvent generate | occur | produced in an electrostatic spray process can be collect | recovered reliably, an electrostatic spray apparatus and an electrostatic spray method with high safety | security can be provided.

以下に、本発明の静電噴霧装置及び静電噴霧方法の好適な実施の形態を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of an electrostatic spraying apparatus and an electrostatic spraying method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係る好適な実施例1の静電噴霧装置の概略構成を示す側面図である。実施例1の静電噴霧装置は、静電噴霧により高分子物質を含む溶液をノズルから出射して、100ナノメートル[nm]より細い繊維、すなわちナノファイバーと呼ばれる繊維を作製し、ナノファイバー不織布を製造するものである。   FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an electrostatic spraying apparatus according to a first preferred embodiment of the present invention. In the electrostatic spraying apparatus of Example 1, a solution containing a polymer substance is ejected from a nozzle by electrostatic spraying to produce fibers thinner than 100 nanometers [nm], that is, fibers called nanofibers. Is to be manufactured.

先ず、図1を用いて本発明に係る実施例1の静電噴霧装置の静電噴霧によるナノファイバー不織布の作成の概要について説明する。ナノファイバーの繊維を捕集し積層してナノファイバー不織布を製造するためには、ベースとなるサブストレートが必要である。サブストレートとしては、例えばポリエチレンなどの絶縁性を有する樹脂シートである捕集シート8が用いられる。この捕集シート8は、供給ローラ20から送り出され、搬送速度の制御が可能な複数の中間ローラ18を経由して、巻取りローラ21により巻き取られる。実施例1の静電噴霧装置において、捕集シート8の搬送速度は、不織布の厚み、ナノファイバーの繊維径や材料等によって決定され、毎分数メートルから数100メートルと広い範囲に対応出来るよう構成されている。   First, the outline | summary of preparation of the nanofiber nonwoven fabric by electrostatic spraying of the electrostatic spraying apparatus of Example 1 which concerns on this invention using FIG. 1 is demonstrated. In order to produce nanofiber nonwoven fabric by collecting and laminating nanofiber fibers, a base substrate is required. As the substrate, for example, a collection sheet 8 that is an insulating resin sheet such as polyethylene is used. The collection sheet 8 is sent out from the supply roller 20 and taken up by the take-up roller 21 via a plurality of intermediate rollers 18 capable of controlling the conveyance speed. In the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the conveying speed of the collection sheet 8 is determined by the thickness of the nonwoven fabric, the fiber diameter of the nanofiber, the material, and the like, and is configured to be able to handle a wide range of several meters to several hundred meters per minute. Has been.

サブストレートとしての捕集シート8は、供給ローラ20から複数の中間ローラ18を経由して巻取りロール21までの区間を搬送される。複数の紡糸ユニット22は、捕集シート8の搬送経路に沿って設けられている。紡糸ユニット22は、ナノファイバーの繊維が捕集され積層される捕集シート8を内部に有する捕集部13のダクトに装着されている。捕集シート8が捕集部13の内部を通過することにより、紡糸ユニット22からのナノファイバーの繊維が捕集シート8上に数百ナノメートルから数100マイクロメートルの厚みで積層される。   The collection sheet 8 as a substrate is conveyed through a section from the supply roller 20 to the winding roll 21 via the plurality of intermediate rollers 18. The plurality of spinning units 22 are provided along the conveyance path of the collection sheet 8. The spinning unit 22 is attached to a duct of a collection unit 13 having a collection sheet 8 in which nanofiber fibers are collected and stacked. When the collection sheet 8 passes through the inside of the collection unit 13, the nanofiber fibers from the spinning unit 22 are stacked on the collection sheet 8 with a thickness of several hundred nanometers to several hundred micrometers.

図1に示すように、紡糸ユニット22は、鉛直方向或いは水平方向に延設された捕集部13のダクトの側面に直交するように略水平に装着されており、各々が独立した構成を有している。紡糸ユニット22の装着個数は、製造されるナノファイバー不織布の生産速度や仕様などに応じて任意に設定される。実施例1の静電噴霧装置においては、紡糸ユニット22の装着個数が1個の場合から捕集部13に装着可能な最大個数の間で自由に選択して装着出来る構成である。また、各紡糸ユニット22は独立して稼働可能な構成であるため、紡糸ユニット22を装着した状態で、選択した任意の紡糸ユニット22だけを稼動させることが可能である。したがって、実施例1の静電噴霧装置においては、生産を止めること無く、特定の紡糸ユニット22を取り外して、その紡糸ユニット22の故障やメンテナンスに対応することが出来る。また、生産中において、一部の紡糸ユニット22内に突発的に事故が発生した場合には、該当する紡糸ユニット22を停止するだけで、装置全体を止めること無く、生産を続行することが可能である。   As shown in FIG. 1, the spinning unit 22 is mounted substantially horizontally so as to be orthogonal to the side surface of the duct of the collecting portion 13 extending in the vertical direction or the horizontal direction, and each has an independent configuration. is doing. The number of the spinning units 22 attached is arbitrarily set according to the production speed and specifications of the nanofiber nonwoven fabric to be manufactured. In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the number of the spinning units 22 that can be mounted can be freely selected from the maximum number that can be mounted on the collection unit 13 when the number of the spinning units 22 is one. Further, since each spinning unit 22 is configured to operate independently, it is possible to operate only an arbitrary selected spinning unit 22 with the spinning unit 22 mounted. Therefore, in the electrostatic spraying apparatus according to the first embodiment, it is possible to remove a specific spinning unit 22 without stopping production and cope with a failure or maintenance of the spinning unit 22. In addition, if an accident occurs suddenly in some of the spinning units 22 during production, it is possible to continue production without stopping the entire device by simply stopping the relevant spinning unit 22. It is.

また、実施例1の静電噴霧装置においては、各々の紡糸ユニット22へ供給される材料は同一にする必要が無い。各々の紡糸ユニット22にはノズルへ材料を供給するための後述する材料保持タンク15(図2参照)が設けられているため、紡糸ユニット22毎に異なる材料を供給して、異なった材料が積層された不織布を製造することが可能である。勿論、各々の紡糸ユニット22へ同一の材料を供給して各材料保持タンク15に同一の材料を保持させることも可能であり、また共通の供給パイプを各紡糸ユニット22に接続して同一の材料を常時供給する構成も可能である。   Moreover, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the material supplied to each spinning unit 22 does not need to be the same. Each spinning unit 22 is provided with a material holding tank 15 (see FIG. 2), which will be described later, for supplying material to the nozzles. Therefore, different materials are supplied to each spinning unit 22 and different materials are stacked. It is possible to produce a non-woven fabric. Of course, it is also possible to supply the same material to each spinning unit 22 to hold the same material in each material holding tank 15, and to connect the same supply pipe to each spinning unit 22 to the same material. It is also possible to have a configuration that always supplies.

次に、実施例1の静電噴霧装置における紡糸ユニット22の構成及び動作について説明する。   Next, the configuration and operation of the spinning unit 22 in the electrostatic spraying apparatus of Example 1 will be described.

図2は捕集部13に装着された複数の紡糸ユニット22の構成を示す側面断面図である。図3から図5は紡糸ユニット22の構成を示す図であり、図3は紡糸ユニット22を示す斜視図、図4は紡糸ユニット22の装着面である正面図、図5は紡糸ユニット22の背面図である。   FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the configuration of the plurality of spinning units 22 attached to the collection unit 13. 3 to 5 are diagrams showing the configuration of the spinning unit 22, FIG. 3 is a perspective view showing the spinning unit 22, FIG. 4 is a front view showing the mounting surface of the spinning unit 22, and FIG. FIG.

図2に示すように、各紡糸ユニット22には高分子物質を含む溶液を収納する材料保持タンク15が設けられており、その溶液は材料保持タンク15から材料供給パイプ14を介して紡糸ユニット22の内部に設けられた複数のノズル1に供給される。複数のノズル1は、導電性材料の金属ブロックである導電板2とともに一体成形されており、二次元状で縦横が直線上(格子状)に配置されている。実施例1の静電噴霧装置においては、導電板2が材料となる高分子物質を含む溶液を一旦溜める溶液溜めの機能を有し、その溶液溜めの下側に複数のノズル1が設けられている。上記の複数のノズル1と導電板2とにより噴霧部分となるスプレーブロック30が構成されている。   As shown in FIG. 2, each spinning unit 22 is provided with a material holding tank 15 for storing a solution containing a polymer substance, and the solution is fed from the material holding tank 15 through a material supply pipe 14 to the spinning unit 22. Are supplied to a plurality of nozzles 1 provided in the interior of the nozzle. The plurality of nozzles 1 are integrally formed with a conductive plate 2 that is a metal block of a conductive material, and are two-dimensionally arranged vertically and horizontally on a straight line (lattice shape). In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the conductive plate 2 has a function of a solution reservoir for temporarily storing a solution containing a polymer substance as a material, and a plurality of nozzles 1 are provided below the solution reservoir. Yes. The plurality of nozzles 1 and the conductive plate 2 constitute a spray block 30 serving as a spray portion.

上記のように構成されたスプレーブロック30の導電板2には、ナノファイバーの材料となるポリウレタンなどの高分子物質をトルエンなどの溶剤を混合して作製した溶液が、紡糸ユニット22毎に独立して配設された材料保持タンク15から材料供給パイプ14を通して供給される。   On the conductive plate 2 of the spray block 30 configured as described above, a solution prepared by mixing a polymer substance such as polyurethane as a nanofiber material with a solvent such as toluene is independent for each spinning unit 22. The material is supplied from the material holding tank 15 disposed through the material supply pipe 14.

実施例1の静電噴霧装置においては、複数のノズル1と導電板2とを有するスプレーブロック30が、金属ブロック、例えばアルミニウム材、ステンレス材のプレス加工による一体成形であるが、切削加工により製作しても良い。ノズル1は所定の口径の噴霧口を有して先端が尖った円錐形に形成されており、導電板2の溶液溜めと噴霧口が連通するよう構成されている In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the spray block 30 having the plurality of nozzles 1 and the conductive plate 2 is integrally formed by pressing a metal block, for example, an aluminum material or a stainless material, but is manufactured by cutting. You may do it. The nozzle 1 has a spray port of a predetermined diameter and is formed in a conical shape with a sharp tip, and is configured so that the solution reservoir of the conductive plate 2 and the spray port communicate with each other.

導電板2には第1の電源40から高電圧(例えば数キロボルトから数十キロボルトの高電圧)が印加される構成を有し、導電板2におけるノズル1が配置されていない上側部分は絶縁樹脂である絶縁カバー9により覆われている。この絶縁カバー9により、導電板2の溶液溜め内の溶液は塵埃等の混入が防止された状態で保持されている。また、紡糸ユニット22において、スプレーブロック30は絶縁カバー9により筐体10から絶縁された状態で固着されている。   The conductive plate 2 has a configuration in which a high voltage (for example, a high voltage of several kilovolts to several tens of kilovolts) is applied from the first power source 40, and the upper portion of the conductive plate 2 where the nozzle 1 is not disposed is an insulating resin. The insulating cover 9 is covered. The insulating cover 9 holds the solution in the solution reservoir of the conductive plate 2 in a state in which dust and the like are prevented from being mixed. Further, in the spinning unit 22, the spray block 30 is fixed while being insulated from the housing 10 by the insulating cover 9.

また、紡糸ユニット22の内部における下側全面には、ノズル1に対向して絶縁シート5及び薄板金属で形成された第1のコレクタ4が上から順に積層されている。実施例1の静電噴霧装置において、第1のコレクタ4は接地されているが、スプレーブロック30とは異なる電極の電圧が印加されるよう構成しても良い。   In addition, an insulating sheet 5 and a first collector 4 made of a thin metal plate are stacked in order from the top so as to face the nozzle 1 on the entire lower surface inside the spinning unit 22. In the electrostatic spraying apparatus according to the first embodiment, the first collector 4 is grounded. However, a voltage of an electrode different from the spray block 30 may be applied.

図6は、実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニット22におけるスプレーブロック30とそれを覆う絶縁カバー9等を有する噴霧部分の断面図である。この噴霧部分にはスプレーブロック30と絶縁カバー9の他に材料供給パイプ14及び材料保持タンク15が設けられている。図7は、図6の噴霧部分の分解斜視図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a spray portion having the spray block 30 and the insulating cover 9 and the like covering the spray block 30 in the spinning unit 22 of the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment. In addition to the spray block 30 and the insulating cover 9, a material supply pipe 14 and a material holding tank 15 are provided in the spray portion. FIG. 7 is an exploded perspective view of the spray portion of FIG.

複数のノズル1と一体的に形成された導電板2は受け皿状に形成され、その底面部分に円錐形で先端が尖った噴霧口を有する複数のノズル1は、二次元状で縦横の直線上に、即ち格子状の交点となる位置に互いに等間隔を有して配設されている。前述のように、導電板2と複数のノズル1とを有するスプレーブロック30は、金属ブロックのプレス加工により一体的に形成されている。導電板2の凹み空間である受け皿部分の空間には高分子を含んだ溶液が収納されており、その溶液は材料保持タンク15から材料供給パイプ14を介して常に受け皿内の量が一定となるよう供給される。導電板2の底面に配置される複数のノズル1は、縦横のそれぞれの列における間隔が同じとなるよう配置されている。実施例1においては、250mm(幅)×500mm(長さ)×180mm(高さ)の大きさの導電板2にノズル1を横4行×縦12列の48個形成した。この導電板2の大きさ及びノズル1の数は、一例であり製造される不織布の仕様や製造速度等、またノズル1に印加される電圧やノズル1の噴霧方向と実質的に直交して流れる空気流17の強さに応じて適宜設定される。   The conductive plate 2 formed integrally with the plurality of nozzles 1 is formed in a saucer shape, and the plurality of nozzles 1 having a conical and sharply sprayed nozzle at the bottom portion thereof are two-dimensionally on a vertical and horizontal straight line. That is, they are arranged at equal intervals from each other at positions that are lattice-like intersections. As described above, the spray block 30 having the conductive plate 2 and the plurality of nozzles 1 is integrally formed by pressing a metal block. A solution containing a polymer is accommodated in the space of the tray portion which is a recessed space of the conductive plate 2, and the amount of the solution is always constant from the material holding tank 15 through the material supply pipe 14. Supplied as The plurality of nozzles 1 arranged on the bottom surface of the conductive plate 2 are arranged so that the intervals in the vertical and horizontal rows are the same. In Example 1, 48 nozzles 1 of 4 rows × 12 columns were formed on the conductive plate 2 having a size of 250 mm (width) × 500 mm (length) × 180 mm (height). The size of the conductive plate 2 and the number of nozzles 1 are examples, and the specifications and the production speed of the nonwoven fabric to be produced, the voltage applied to the nozzle 1 and the spray direction of the nozzle 1 flow substantially orthogonally. It is appropriately set according to the strength of the air flow 17.

スプレーブロック30に用いられる材質としては、ステンレスなど一般的に加工しやすい導電性を有する材質が好ましい。ノズル1の噴霧口の内径は、細過ぎると液詰まりの恐れがあり、逆に太過ぎると液垂れを起こすため、0.1mm〜1.0mmの範囲内が好ましい。ノズル1の噴霧口となる貫通孔は孔開け加工により高精度に加工される。また、プレス加工の際、ノズル1の高さ(円錐状のノズル1の噴霧口となる先端から根元までの距離)は、電荷が尖った部分に集中する性質を利用するため、少なくとも5mm以上に形成されている。上記のように形成された導電板2とノズル1を有するスプレーブロック30は、その上面部分を絶縁樹脂で形成された絶縁カバー9により覆われて互いに固着されている。   The material used for the spray block 30 is preferably a conductive material that is generally easy to process, such as stainless steel. If the inner diameter of the spray port of the nozzle 1 is too thin, liquid clogging may occur. Conversely, if it is too thick, liquid dripping will occur. Therefore, it is preferably within a range of 0.1 mm to 1.0 mm. The through hole that becomes the spray port of the nozzle 1 is processed with high accuracy by drilling. Further, the height of the nozzle 1 (distance from the tip serving as the spray port of the conical nozzle 1 to the root) during press working is at least 5 mm or more in order to use the property that charges are concentrated on a pointed portion. Is formed. The spray block 30 having the conductive plate 2 and the nozzle 1 formed as described above is covered with an insulating cover 9 made of an insulating resin and fixed to each other.

絶縁カバー9は、導電板2に形成された受け皿状の凹部空間に対する蓋の役目を果たしており、材料保持タンク15から材料供給パイプ14を介して導電板2の凹部空間に注入された高分子物質を含む溶液に対して、汚染物質などの混入を防止している。導電板2の凹部空間に収納された溶液は、導電板2の底部に一体的に設けられた各ノズル1へ流れ込み、噴霧される。   The insulating cover 9 serves as a lid for the saucer-shaped recessed space formed on the conductive plate 2, and the polymer substance injected into the recessed space of the conductive plate 2 from the material holding tank 15 via the material supply pipe 14. This prevents the contamination of contaminants and other solutions. The solution stored in the recessed space of the conductive plate 2 flows into each nozzle 1 integrally provided at the bottom of the conductive plate 2 and is sprayed.

実施例1の静電噴霧装置においては、高分子の材料等を溶液にするためにトルエン等の有機溶剤が溶媒として用いられているため、絶縁カバー9、材料供給パイプ14、材料保持タンク15等の溶液が接触する部分の材料には、対腐食性を有するフッ素樹脂、PE(ポリエチレン樹脂)やPP(ポリプロピレン樹脂)などの樹脂材料が好ましい。   In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, an organic solvent such as toluene is used as a solvent in order to make a polymer material or the like into a solution, so that the insulating cover 9, the material supply pipe 14, the material holding tank 15, etc. As the material of the portion in contact with the solution, a resin material such as a fluororesin having corrosion resistance, PE (polyethylene resin) or PP (polypropylene resin) is preferable.

材料保持タンク15から材料供給パイプ14を介して導電板2に供給される高分子を含む溶液は、導電板2の凹部空間の底面に設けられた各ノズル1に一様に供給される。全てのノズル1が溶液により十分に満たされ、導電板2の凹部空間の所定レベルに溶液が保持されるように、一般的なレベル検出器を用いて溶液のレベルが常時検出されており、不足すると溶液が供給されるよう構成されている。   The solution containing the polymer supplied from the material holding tank 15 to the conductive plate 2 through the material supply pipe 14 is uniformly supplied to each nozzle 1 provided on the bottom surface of the concave space of the conductive plate 2. The level of the solution is constantly detected by using a general level detector so that all the nozzles 1 are sufficiently filled with the solution and the solution is held at a predetermined level in the recessed space of the conductive plate 2. Then, it is comprised so that a solution may be supplied.

なお、図7に示したように、絶縁カバー9には、材料供給パイプ14を装着するための取付け孔12と、スプレーブロック30の溶液溜めを密封するために嵌め合わすための凹部が形成されている。材料供給パイプ14及びスプレーブロック30は絶縁カバー9から容易に取り外すことが可能に構成されており、洗浄などのメンテナンス性に優れた構造を有している。   As shown in FIG. 7, the insulating cover 9 is formed with a mounting hole 12 for mounting the material supply pipe 14 and a recess for fitting the solution reservoir of the spray block 30 to be sealed. Yes. The material supply pipe 14 and the spray block 30 are configured to be easily removable from the insulating cover 9 and have a structure excellent in maintenance properties such as cleaning.

紡糸ユニット22の外面を構成する筐体は、絶縁体である樹脂であり、自荷重を支えるために剛性を有する樹脂により形成されており、捕集部13のダクトに装着するためのフランジ11が設けられている。各紡糸ユニット22は、筐体10のフランジ11をダクトにボルトにより螺子止めされ、容易に脱着される構成である。筐体10の背面側、即ちフランジ11と反対側の側面には空気流形成手段となる空気導入口6である開口が形成されている。この空気導入口6には筐体10から電気的に絶縁された金属網16が設けられている。金属網16は第2の電源50に接続されている。第2の電源50からは前述の第1の電源40から供給される電圧より低く、極性が同じである電圧が供給される。基準電位は、捕集部13を構成するダクトの壁面であり、第1の電源40、第2の電源50の基準電位もダクトの壁面である。そして基準電位は、通常大地アースに接続される。   The casing that forms the outer surface of the spinning unit 22 is a resin that is an insulator, is formed of a resin that has rigidity to support its own load, and a flange 11 that is attached to the duct of the collection unit 13. Is provided. Each spinning unit 22 is configured such that the flange 11 of the housing 10 is screwed to the duct with a bolt and is easily detached. An opening which is an air inlet 6 serving as an air flow forming means is formed on the back side of the housing 10, that is, on the side surface opposite to the flange 11. The air inlet 6 is provided with a metal net 16 that is electrically insulated from the housing 10. The metal net 16 is connected to the second power source 50. The second power supply 50 is supplied with a voltage that is lower than the voltage supplied from the first power supply 40 and has the same polarity. The reference potential is the wall surface of the duct that constitutes the collection unit 13, and the reference potentials of the first power source 40 and the second power source 50 are also the wall surfaces of the duct. The reference potential is usually connected to earth ground.

第1の電源40からの高電圧が導電板2に印加されると、静電電界により、電荷が発生する。電荷は尖った部分に集中する性質があり、ノズル1の先端部分に電荷が集中する。導電板2に印加される高電圧は、溶液の材質や粘度、生成されるナノファイバーの材料や繊維径、製造環境(温度、湿度)等によって決定され、その範囲は数キロボルト〜数十キロボルトである。上記のようにノズル1の先端部分に電荷が集中することによって、ノズル先端部分の液体の表面張力部分が帯電状態となる。ノズル1に対向して絶縁シート5を介して配置された第1のコレクタ4との間に発生する強電界によりノズル先端部分の微少帯電粒子3がノズル1の先端部分から離れて帯電液滴となって噴霧される。噴霧された帯電液滴は、同一極性を有しているため互いのクーロン力により反発し、均一に拡散して第1のコレクタ4に吸引される。   When a high voltage from the first power supply 40 is applied to the conductive plate 2, an electric charge is generated by an electrostatic electric field. The charge has a property of concentrating on the pointed portion, and the charge is concentrated on the tip portion of the nozzle 1. The high voltage applied to the conductive plate 2 is determined by the material and viscosity of the solution, the material and diameter of the nanofibers produced, the manufacturing environment (temperature and humidity), and the range is several kilovolts to several tens of kilovolts. is there. As described above, the electric charge concentrates on the tip portion of the nozzle 1, so that the surface tension portion of the liquid at the nozzle tip portion is charged. The minute charged particles 3 at the tip of the nozzle are separated from the tip of the nozzle 1 by the strong electric field generated between the first collector 4 and the first collector 4 disposed through the insulating sheet 5 facing the nozzle 1 and charged droplets. Become sprayed. Since the sprayed charged droplets have the same polarity, they are repelled by the mutual Coulomb force, are uniformly diffused, and are attracted to the first collector 4.

ノズル1の先端部分から第1のコレクタ4までの距離は、10数センチメートルから数10センチメートルの距離が好ましく、実施例1においては20センチメートルで行った。ノズル1の先端部分から第1のコレクタ4までの距離は、生成されるナノファイバーの仕様や印加電圧の値等を考慮して決められる。したがって、第1のコレクタ4及び絶縁シート5、若しくはノズル1の位置を相対的に変更可能に構成しても良い。   The distance from the tip of the nozzle 1 to the first collector 4 is preferably a distance of several tens of centimeters to several tens of centimeters. In Example 1, the distance was 20 centimeters. The distance from the tip of the nozzle 1 to the first collector 4 is determined in consideration of the specifications of the nanofiber to be generated, the value of the applied voltage, and the like. Therefore, you may comprise so that the position of the 1st collector 4 and the insulating sheet 5, or the nozzle 1 can be changed relatively.

上記のようにノズル1の先端部分から噴霧された霧状の液粒は帯電しており、その電荷は異極に引かれるため、第1のコレクタ4の方向へ吸引される。電荷が第1のコレクタ4へ向かう途中において、液粒は帯びている電荷のため、何度か静電反発によって分裂を繰り返し、液粒の大きさは微細化していく。このように液粒が微細化していく時、材料を溶液にするために溶媒として使用されていた溶剤は、蒸発し、ナノファイバーの材料だけが残る。それらが数ナノメートル〜数十ナノメートルの繊維径の、ナノファイバーと呼ばれる繊維状態となる。   As described above, the mist-like liquid droplets sprayed from the tip portion of the nozzle 1 are charged, and the charges are attracted to the different polarity, so that they are sucked toward the first collector 4. On the way of the charge toward the first collector 4, since the liquid droplet is charged, the liquid particle is repeatedly divided by electrostatic repulsion several times, and the size of the liquid particle becomes finer. In this way, when the liquid droplets become finer, the solvent used as a solvent to make the material into solution evaporates, leaving only the nanofiber material. They are in a fiber state called nanofibers with a fiber diameter of several nanometers to several tens of nanometers.

高分子物質を含んだ溶液は、このようにナノファイバーの状態、すなわち液体が固体の状態になっても、最初にノズル1から与えられた電荷は失われておらず、帯電した状態のままである。   Even if the solution containing the polymer substance is in the nanofiber state, that is, the liquid is in the solid state, the charge initially given from the nozzle 1 is not lost and remains in the charged state. is there.

実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニット22においては、ノズル1と第1のコレクタ4との間に、第1のコレクタ4に対して数ミリメートルの距離を有して絶縁シート5が配置されている。なお、第1のコレクタ4と絶縁シート5との間の距離は、高分子の材料や帯電量等を考慮して数ミリメートルから数十ミリメートルの範囲内に設定される。絶縁シート5は誘電性の材料により構成されており、シート状または薄い板状である。   In the spinning unit 22 of the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the insulating sheet 5 is disposed between the nozzle 1 and the first collector 4 with a distance of several millimeters with respect to the first collector 4. ing. The distance between the first collector 4 and the insulating sheet 5 is set in the range of several millimeters to several tens of millimeters in consideration of the polymer material, the charge amount, and the like. The insulating sheet 5 is made of a dielectric material and has a sheet shape or a thin plate shape.

絶縁シート5は、誘電性材料の性質上、外部電界により電気分極を誘起する性質、すなわち誘起分極を示す性質を有しているので、金属ブロックである導電板2は高電圧が印加された時点でその表面は帯電して誘起分極する。その誘起分極において、絶縁シート5のノズル1の噴霧口に対向している面は、金属ブロックと同極となる。したがって、『同一極の電荷は反発をする』というクーロン力により、ノズル1の噴霧口から噴霧されてナノファイバーとなった材料は、絶縁シート5と同一極を有するため、帯電した絶縁シート5に対して反発する。その結果、ナノファイバー(繊維)となった材料は、ノズル1の噴霧口と絶縁シート5との間における絶縁シート5から10数センチメートルから数10センチメートルの空間を浮遊した状態となる。   Since the insulating sheet 5 has a property of inducing electric polarization by an external electric field, that is, a property showing induced polarization, due to the property of the dielectric material, the conductive plate 2 which is a metal block is at the time when a high voltage is applied. The surface is charged and induced polarization occurs. In the induced polarization, the surface of the insulating sheet 5 facing the spray port of the nozzle 1 has the same polarity as the metal block. Therefore, the material that is sprayed from the spray port of the nozzle 1 and becomes nanofibers due to the Coulomb force of “repulsive charges of the same pole” has the same pole as the insulating sheet 5, and therefore the charged insulating sheet 5 Repels against it. As a result, the material that has become nanofibers (fibers) is in a state of floating in a space of several tens of centimeters to several tens of centimeters from the insulating sheet 5 between the spray port of the nozzle 1 and the insulating sheet 5.

実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニット22においては、その背面に設けた金属網16に第2の電源50が接続されており、金属網16に対して数十ボルトから数百ボルトの電圧が印加されている。金属網16に印加される電圧の極性はノズル1に印加される電圧の極性と同一の極性である。一方、金属網16に対向するように配置されている捕集部13内の第2のコレクタ7には数Vの電圧が印加されており、その電圧の極性は金属網16と異なる極性である。この第2のコレクタ7に印加される電圧は、高分子の材料やその帯電量等を考慮して、数Vから数百ボルトの範囲に設定されるか、若しくは基準電位であるアース電位に設定される。したがって、ノズル1の噴霧口と絶縁シート5との間の空間を浮遊した状態となって帯電したナノファイバーは、同極の金属網16に反発し、クーロン力により異極の電位を有する第2のコレクタ7の方向に吸引される。   In the spinning unit 22 of the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the second power source 50 is connected to the metal mesh 16 provided on the back surface thereof, and a voltage of several tens to several hundred volts is applied to the metal mesh 16. Is applied. The polarity of the voltage applied to the metal net 16 is the same as the polarity of the voltage applied to the nozzle 1. On the other hand, a voltage of several volts is applied to the second collector 7 in the collection unit 13 disposed so as to face the metal net 16, and the polarity of the voltage is different from that of the metal net 16. . The voltage applied to the second collector 7 is set in the range of several volts to several hundred volts in consideration of the polymer material and the charge amount thereof, or set to the ground potential which is the reference potential. Is done. Therefore, the nanofiber charged in a floating state in the space between the spray port of the nozzle 1 and the insulating sheet 5 repels the metal net 16 having the same polarity, and has a second potential having a different polarity due to the Coulomb force. Is sucked in the direction of the collector 7.

さらに、実施例1の静電噴霧装置においては、捕集部13に装着された紡糸ユニット22に対して金属網16を通りダクト13内部の第2のコレクタ7の方向に乾燥空気が送り込まれるよう構成されている。ダクト13内部は周囲の空気圧力より低い圧力、即ち、負圧にして、ナノファイバーを確実に捕集するよう構成されている。また、紡糸ユニット22に送り込まれる乾燥空気は、湿度40%以下に設定されており、紡糸ユニット22内に浮遊しているナノファイバーを乾燥状態のまま搬送する。   Furthermore, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the dry air is sent to the spinning unit 22 attached to the collection unit 13 through the metal net 16 in the direction of the second collector 7 inside the duct 13. It is configured. The inside of the duct 13 is configured so as to reliably collect the nanofibers at a pressure lower than the ambient air pressure, that is, a negative pressure. Moreover, the dry air sent into the spinning unit 22 is set to a humidity of 40% or less, and transports the nanofibers floating in the spinning unit 22 in a dry state.

上記のように、実施例1の静電噴霧装置においては、捕集部13の内部を負圧にすること、第2のコレクタ7を金属網16の電極と異なる電極または接地電位に設定すること、そして乾燥空気を金属網16からダクト13に向かって送風することにより、ナノファイバーを捕集部13の内部に確実に捕集できる構成となる。実施例1においては各紡糸ユニット22にファンを設けて室内の乾燥空気(湿度40%以下)を送り込むよう構成したが、ダクトを設けて所望の湿度を示す乾燥空気を装置外部から送り込む構成でも良い。   As described above, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the inside of the collection unit 13 is set to a negative pressure, and the second collector 7 is set to an electrode different from the electrode of the metal net 16 or a ground potential. And it becomes the structure which can collect nanofiber reliably inside the collection part 13 by blowing dry air toward the duct 13 from the metal net | network 16. FIG. In the first embodiment, each spinning unit 22 is provided with a fan so as to send indoor dry air (humidity of 40% or less). However, a duct may be provided so that dry air having a desired humidity is sent from the outside of the apparatus. .

実施例1において金属網16を用いた理由は、乾燥空気を紡糸ユニット22の背面から送り込み、捕集部13の方向への空気流17の発生を確実にするためであり、このような機能を持つものであれば他のものでも良く、例えば筐体10とは絶縁された金属板に複数の貫通孔を穿った構造の導電性部材であれば良い。   The reason for using the metal net 16 in Example 1 is to send dry air from the back of the spinning unit 22 and to ensure the generation of the air flow 17 in the direction of the collection unit 13. Any other member may be used as long as it has, for example, a conductive member having a structure in which a plurality of through holes are formed in a metal plate insulated from the housing 10.

なお、実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニット22においては、空気流形成手段として金網構造の空気導入口6を設けたが、本発明における空気導入口6は金網構造でなくても良く、例えば空気圧が調整された乾燥空気をスプレーブロック30の背面側端部に形成された空気導入口から導入出来る構造でも良い。この場合、空気導入口6が形成された金属ブロックは第1の電源40に接続されておりノズル1と同一極の電圧が印加されている。この結果、ノズル1と絶縁シート5との間の空間に対して空気導入口6から捕集部13へ向かう空気流17が生成され、空気導入口6から第2のコレクタ7への帯電したナノファイバーの吸引動作が生じる構成となる。   In addition, in the spinning unit 22 of the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the air inlet 6 having a wire mesh structure was provided as an air flow forming unit, but the air inlet 6 in the present invention may not have a wire mesh structure. For example, a structure in which dry air whose air pressure has been adjusted can be introduced from an air inlet formed at the rear side end of the spray block 30 may be employed. In this case, the metal block in which the air inlet 6 is formed is connected to the first power source 40 and a voltage having the same polarity as that of the nozzle 1 is applied. As a result, an air flow 17 directed from the air inlet 6 toward the collecting portion 13 is generated in the space between the nozzle 1 and the insulating sheet 5, and charged nano particles from the air inlet 6 to the second collector 7 are generated. The structure is such that a fiber suction operation occurs.

上記のように、紡糸ユニット22内に浮遊しているナノファイバーは、捕集部13の方向へ送り込まれ、第2のコレクタ7に沿って搬送されている捕集シート8の表面に吸引捕集され、積層されていく。この結果、ナノファイバーによる高分子ウェブを形成することが出来る。このため、捕集シート8の搬送速度が遅いほど、捕集シート8が紡糸ユニット22を通過するのに時間がかかり、単位面積当たりに捕集され積層されるナノファイバーは多くなる。この結果、作製される不織布であるナノファイバーの高分子ウェブの厚みを厚くすることが可能となる。また、捕集部13に装着される紡糸ユニット22の数が多いほど不織布の厚みを厚くすることができる。このことを利用して、ナノファイバーの高分子ウェブの不織布の厚みを、装着される紡糸ユニット22の数及び/又は捕集シート8の搬送速度により制御することが可能となる。   As described above, the nanofibers floating in the spinning unit 22 are fed in the direction of the collection unit 13 and sucked and collected on the surface of the collection sheet 8 conveyed along the second collector 7. And stacked. As a result, a polymer web made of nanofibers can be formed. For this reason, the slower the conveyance speed of the collection sheet 8, the longer it takes for the collection sheet 8 to pass through the spinning unit 22, and the more nanofibers are collected and stacked per unit area. As a result, it is possible to increase the thickness of the polymer web of nanofibers, which are non-woven fabrics. Moreover, the thickness of the nonwoven fabric can be increased as the number of spinning units 22 attached to the collection unit 13 is increased. By utilizing this, the thickness of the nanofiber polymer web nonwoven fabric can be controlled by the number of spinning units 22 to be mounted and / or the conveying speed of the collection sheet 8.

ノズル1から噴霧されたナノファイバーが第2のコレクタ7の面上に沿って搬送される捕集シート8に捕集され積層される構造であるため、ナノファイバーの微小荷電粒子3の電荷は、ノズル1の噴霧口と誘電性材料である絶縁シート5との間の空間には溜まることがなく、空気流17に従って第2のコレクタ7の方向に搬送される。したがって、実施例1の静電噴霧装置においては、ノズル1から次々と材料が噴霧され、所望の不織布を製造することが可能となる。
上記のように、実施例1の静電噴霧装置は、前述の従来の装置の課題であった噴霧口とコレクタとの間に電荷が溜まり、その留まった電荷の反発によりノズルからの新たに電荷を帯びた材料の噴霧が行えないという問題を解決している。
Since the nanofiber sprayed from the nozzle 1 is collected and stacked on the collection sheet 8 conveyed along the surface of the second collector 7, the charge of the nanofiber minute charged particles 3 is: It does not collect in the space between the spray port of the nozzle 1 and the insulating sheet 5 that is a dielectric material, and is conveyed in the direction of the second collector 7 according to the air flow 17. Therefore, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, materials are sprayed one after another from the nozzle 1, and a desired nonwoven fabric can be manufactured.
As described above, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, charges are accumulated between the spray port and the collector, which was a problem of the above-described conventional apparatus, and a new charge from the nozzle is generated by repulsion of the stayed charges. This solves the problem that the sprayed material cannot be sprayed.

実施例1の静電噴霧装置においては、捕集部13に装着された紡糸ユニット22の空気導入口6を通って乾燥空気が送り込まれ、捕集部13の内部を周囲の空気圧力より低い圧力、即ち、負圧にして、ナノファイバーを捕集している。乾燥空気の送り込み速度は、ナノファイバーの捕集シート8への捕集をスムーズに行い、紡糸ユニット22の内部空気の流れに乱れが生じないよう数センチメートル/秒程度の弱い風速を生む風量で良い。数10センチメートル/秒以上の強い風速になると、その空気の圧力や余分な静電気発生のため、捕集状態を攪拌することになるので好ましいものではない。   In the electrostatic spraying apparatus of Example 1, dry air is sent through the air inlet 6 of the spinning unit 22 attached to the collection unit 13, and the pressure inside the collection unit 13 is lower than the ambient air pressure. That is, the nanofibers are collected at a negative pressure. The feed rate of the dry air is such that the nanofibers are smoothly collected on the collection sheet 8 and the air flow produces a weak wind speed of about several centimeters / second so that the internal air flow of the spinning unit 22 is not disturbed. good. A strong wind speed of several tens of centimeters / second or more is not preferable because the trapped state is agitated due to the pressure of the air and generation of extra static electricity.

実施例1における乾燥空気の送り込みの構造は、ナノファイバーの飛散対策だけではなく、材料の溶液に含まれる有機溶剤の回収を可能としている。実施例1において用いた材料は、前述のように高分子を溶液の状態で用いるため有機溶剤などを溶媒として用いており、生産とともに有機溶剤を大量に使用することになる。噴霧途中において気化する有機溶剤の回収は、従来装置では考えられておらず、ナノファイバーの飛散における人体への健康被害と同じく、気化した有機溶剤からの健康被害や火災などが重大な懸念事項であった。実施例1の静電噴霧装置においては、有機物などを有する乾燥空気を紡糸ユニット22内部から捕集部13を通って回収するように、捕集部13の頂部に回収ユニット19が設けられている。この回収ユニット19は装置外部に設けられた回収装置(図示なし)にファンを使用して排出するよう構成されている。   The structure of injecting dry air in Example 1 enables not only measures against scattering of the nanofibers but also recovery of the organic solvent contained in the material solution. The material used in Example 1 uses an organic solvent or the like as a solvent because the polymer is used in a solution state as described above, and a large amount of the organic solvent is used during production. The recovery of organic solvents that vaporize during spraying has not been considered with conventional devices, and health hazards and fires from vaporized organic solvents are a major concern, as are the health hazards to the human body due to the scattering of nanofibers. there were. In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, a recovery unit 19 is provided on the top of the collection unit 13 so as to collect dry air containing organic matter and the like from the spinning unit 22 through the collection unit 13. . The collection unit 19 is configured to discharge to a collection device (not shown) provided outside the device using a fan.

以下、実施例1の静電噴霧装置におけるナノファイバーの捕集動作について、更に説明する。
湿度40%以下の乾燥空気をパイプやダクトなどの搬送経路形成手段を用いて空気導入口6を介して各紡糸ユニット22に送り込むとともに、各紡糸ユニット22と連通した捕集部13の内部を回収ユニット19により負圧にすることにより、各紡糸ユニット22内等で気化した有機溶剤を装置外部に排出させずに捕集部13内に送り込み、回収ユニット19で回収している。このように、実施例1の静電噴霧装置は、気化した有機溶剤を装置外部に漏らすことなく確実に回収できる構造を有している。実施例1における回収ユニット19の内部には一般的なドラフトチャンバーと同じく排気用のファンが内蔵されており、捕集部13内部における回収ユニット19への風速は数センチメートルから10センチメートル/秒程度の範囲内であり、捕集部13内部は紡糸ユニット22に対して、0.02KPa程度の弱い負圧に設定されている。
Hereinafter, the nanofiber collecting operation in the electrostatic spraying apparatus of Example 1 will be further described.
Dry air having a humidity of 40% or less is sent to each spinning unit 22 through the air inlet 6 using a conveyance path forming means such as a pipe or a duct, and the inside of the collection unit 13 communicating with each spinning unit 22 is collected. By making the negative pressure by the unit 19, the organic solvent vaporized in each spinning unit 22 or the like is sent into the collection unit 13 without being discharged outside the apparatus, and is collected by the collection unit 19. Thus, the electrostatic spraying apparatus of Example 1 has a structure that can reliably recover the vaporized organic solvent without leaking to the outside of the apparatus. In the collection unit 19 in the first embodiment, an exhaust fan is built in like the general draft chamber, and the wind speed to the collection unit 19 in the collection unit 13 is several centimeters to 10 centimeters / second. The inside of the collection unit 13 is set to a weak negative pressure of about 0.02 KPa with respect to the spinning unit 22.

上記のように、実施例1の静電噴霧装置においては、回収ユニット19内を負圧に設定することにより、捕集部13内を負圧としており、生成されたナノファイバーを捕集部13内の捕集シート8に積層するとともに、紡糸ユニット22等において気化した有機溶剤がダクト13を介して回収される構造である。   As described above, in the electrostatic spraying apparatus of Example 1, the collection unit 13 is set to a negative pressure by setting the collection unit 19 to a negative pressure, and the generated nanofibers are collected in the collection unit 13. It is a structure in which the organic solvent evaporated in the spinning unit 22 and the like is collected through the duct 13 while being stacked on the inner collection sheet 8.

実施例1の静電噴霧装置において、乾燥空気が各紡糸ユニット22からダクト13へ送り込みの構造は重要ではあるが、主に、空気導入口6から捕集シート8の方向へ、紡糸ユニット22内において空気の流れが安定して発生する構造であれば良い。
なお、実施例1の静電噴霧装置には、それぞれの紡糸ユニット22を単独で駆動できるよう制御装置が設けられており、製造される製品に応じて必要な紡糸ユニット22を選択して、選択した紡糸ユニット22のみを駆動できる構成である。
In the electrostatic spraying apparatus of the first embodiment, the structure in which dry air is fed from each spinning unit 22 into the duct 13 is important, but mainly in the spinning unit 22 from the air inlet 6 toward the collection sheet 8. In this case, any structure may be used as long as the air flow is stably generated.
In addition, the electrostatic spraying apparatus of Example 1 is provided with a control device so that each spinning unit 22 can be driven independently, and the necessary spinning unit 22 is selected and selected according to the product to be manufactured. In this configuration, only the spinning unit 22 can be driven.

以上のように、本発明の静電噴霧装置は、複数のノズルを用いて安定した静電噴霧を行うことが可能であり、所望の製品に対応して量産化を図ることができる。
上記のように、本発明の静電噴霧装置を用いることにより、数ナノメートル[nm]〜数10ナノメートル[nm]のナノファイバーの繊維で形成された不織布やフィルタを量産することが可能となる。したがって、本発明の静電噴霧装置により製造されたフィルタは、従来のフィルタの役割をカバーできることはもちろん、従来のフィルタでは除去できなかった粉塵や菌、例えば炭素菌なども除去することが可能となる。
また、本発明の静電噴霧装置により製造されたフィルタは、「除去」だけではなく「選別」という観点においても優れた効果を奏する。数ナノメートルの粒子をフィルタにより捕獲することは不要物の除去に留まらず、ナノ粒子を取り出すことが可能となる。例えば、ダイヤモンド砥粒などにおいては、数10ナノメートル[nm]の砥粒だけを選別することができれば、従来の研磨精度が二桁以上も改善される。また薬剤の配送(ドラッグデリバリー)においても本発明の静電噴霧装置により製造されたフィルタを用いることが可能である。このように本発明の静電噴霧装置及び静電噴霧方法は、ナノレベルでの「選別」において優れた特徴を持つ。
加えて、本発明の静電噴霧装置により製造される製品においては、現在研究段階の「人工生体膜」など再生医療にも用いることが出来、このような特殊な分野からも本発明は期待をされている。
As described above, the electrostatic spraying apparatus of the present invention can perform stable electrostatic spraying using a plurality of nozzles, and can achieve mass production in response to a desired product.
As described above, by using the electrostatic spray device of the present invention, it is possible to mass-produce non-woven fabrics and filters formed of nanofiber fibers of several nanometers [nm] to several tens of nanometers [nm]. Become. Therefore, the filter manufactured by the electrostatic spraying device of the present invention can cover the role of the conventional filter, and can also remove dust and fungi, such as carbon bacteria, which could not be removed by the conventional filter. Become.
In addition, the filter manufactured by the electrostatic spraying apparatus of the present invention has an excellent effect not only in “removal” but also in “selection”. Capturing particles of several nanometers with a filter is not limited to removing unnecessary materials, and it is possible to take out the nanoparticles. For example, in the case of diamond abrasive grains or the like, if only abrasive grains of several tens of nanometers [nm] can be selected, the conventional polishing accuracy can be improved by two orders of magnitude or more. Moreover, the filter manufactured by the electrostatic spraying device of the present invention can also be used for drug delivery (drug delivery). As described above, the electrostatic spraying apparatus and the electrostatic spraying method of the present invention have excellent characteristics in “sorting” at the nano level.
In addition, products manufactured by the electrostatic spray device of the present invention can be used for regenerative medicine such as “artificial biological membranes” currently in the research stage, and the present invention is also expected from such special fields. Has been.

本発明の静電噴霧装置は、複数のノズルを用いて安定して静電噴霧を行い、量産化を図る装置において有用である。   The electrostatic spraying apparatus of the present invention is useful in an apparatus that stably performs electrostatic spraying using a plurality of nozzles to achieve mass production.

本発明に係る実施例1の静電噴霧装置の概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the electrostatic spraying apparatus of Example 1 which concerns on this invention. 実施例1の静電噴霧装置における複数の紡糸ユニットがダクトに装着された状態を模式的に示す断面図Sectional drawing which shows typically the state with which the several spinning unit in the electrostatic spraying apparatus of Example 1 was mounted | worn with the duct. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットを示す斜視図The perspective view which shows the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Example 1. FIG. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットの装着面を示す図The figure which shows the mounting surface of the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Example 1. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットの背面側を示す図The figure which shows the back side of the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Example 1. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットにおけるスプレーブロック近傍の断面図Sectional drawing of the spray block vicinity in the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Example 1. 実施例1の静電噴霧装置の紡糸ユニットにおけるスプレーブロック近傍の分解斜視図The disassembled perspective view of the vicinity of the spray block in the spinning unit of the electrostatic spraying apparatus of Embodiment 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズル
2 導電板
3 帯電粒子
4 第1のコレクタ
5 絶縁シート
6 空気導入口
7 第2のコレクタ
8 捕集シート
9 絶縁カバー
10 筐体
11 フランジ
12 取付け孔
13 捕集部
14 材料供給パイプ
15 材料保持タンク
16 金属網
17 空気流
18 中間ローラ
19 回収ユニット
20 供給ローラ
21 巻取りローラ
22 紡糸ユニット
30 スプレーブロック
40 第1の電源
50 第2の電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle 2 Conductive plate 3 Charged particle 4 1st collector 5 Insulation sheet 6 Air inlet 7 2nd collector 8 Collection sheet 9 Insulation cover 10 Housing | casing 11 Flange 12 Mounting hole 13 Collection part 14 Material supply pipe 15 Material Holding tank 16 Metal mesh 17 Air flow 18 Intermediate roller 19 Recovery unit 20 Supply roller 21 Winding roller 22 Spinning unit 30 Spray block 40 First power supply 50 Second power supply

Claims (20)

高分子物質を含み溶剤を用いて液状に形成した高分子溶液を静電噴霧するために二次元状に配置された複数のノズルと、前記複数のノズルに対向して絶縁シートを介して配置され、前記ノズルに印加される電圧と異なる極性の電圧又はアース電位に接地された第1のコレクタと、を有する複数の紡糸ユニット、
前記ノズルに所定の高電圧を印加する第1の電源、及び
前記紡糸ユニットが装着され、移動可能に捕集シートを保持する捕集部、を具備し、
前記紡糸ユニットが、前記ノズルから前記第1のコレクタへの噴霧方向と直交し、前記捕集シートの方向への空気流を形成する空気流形成手段を有する静電噴霧装置。
A plurality of nozzles arranged two-dimensionally to electrostatically spray a polymer solution containing a polymer substance and formed in a liquid state using a solvent, and arranged via an insulating sheet facing the plurality of nozzles A plurality of spinning units having a first collector grounded to a voltage of a polarity different from the voltage applied to the nozzle or to a ground potential;
A first power source for applying a predetermined high voltage to the nozzle; and a collection unit to which the spinning unit is attached and movably holds a collection sheet,
The electrostatic spraying apparatus which has an air flow formation means in which the said spinning unit forms an air flow in the direction of the said collection sheet | seat orthogonal to the spray direction from the said nozzle to the said 1st collector.
前記空気流形成手段は、前記紡糸ユニットの前記捕集部への装着面と対向する位置に形成された空気導入口を有し、前記空気導入口に前記ノズルに印加される同一極性の電源が接続された導電性部材が設けられており、
前記捕集部の前記捕集シートの背面に導電性を有する第2のコレクタが配置され、前記第2のコレクタが前記空気導入口の導電性部材に印加される電圧と異なる極性の電圧又はアース電位に接地され、
前記捕集シートが前記第2のコレクタの面に沿って搬送されるよう構成された請求項1に記載の静電噴霧装置。
The air flow forming means has an air introduction port formed at a position facing the mounting surface of the spinning unit to the collection unit, and a power source of the same polarity applied to the nozzle is provided at the air introduction port. A connected conductive member is provided,
A second collector having conductivity is disposed on the back surface of the collection sheet of the collection unit, and the second collector has a voltage or ground having a polarity different from the voltage applied to the conductive member of the air introduction port. Grounded to potential,
The electrostatic spraying device according to claim 1, wherein the collection sheet is configured to be conveyed along a surface of the second collector.
前記紡糸ユニットは、前記ノズルと一体的に導電性金属で形成された導電板を有し、前記導電板に形成された凹部に高分子溶液が収納されて前記ノズルに前記高分子溶液を供給するよう構成された請求項1に記載の静電噴霧装置。   The spinning unit includes a conductive plate formed of a conductive metal integrally with the nozzle, and a polymer solution is accommodated in a recess formed in the conductive plate, and the polymer solution is supplied to the nozzle. The electrostatic spraying device according to claim 1 configured as described above. 前記紡糸ユニットは、
前記ノズルに対向して配置された第1のコレクタと、
前記ノズルと前記第1のコレクタとの間に配置された絶縁シートと、
前記捕集部への装着面と対向する面に形成され、高分子物質の噴霧方向に対して実質的に直交する方向で前記捕集部への空気流を生成するための空気導入口と、を有する請求項1に記載の静電噴霧装置。
The spinning unit is
A first collector disposed opposite the nozzle;
An insulating sheet disposed between the nozzle and the first collector;
An air inlet that is formed on a surface facing the mounting surface to the collection unit, and generates an air flow to the collection unit in a direction substantially orthogonal to the spray direction of the polymer substance; The electrostatic spray device according to claim 1, comprising:
前記捕集シートをロール状に巻回した供給ローラと、
前記供給ローラから供給されて、前記捕集部の内部を移動して高分子物質が積層された前記捕集シートを巻き取る巻取りローラと、
をさらに備えた請求項1に記載の静電噴霧装置。
A supply roller in which the collection sheet is wound into a roll, and
A take-up roller that is supplied from the supply roller and moves up the collection unit and winds up the collection sheet on which a polymer material is laminated;
The electrostatic spraying device according to claim 1, further comprising:
前記複数の紡糸ユニットのそれぞれは、前記空気流の方向と実質的に直交する方向に配置された捕集シートを有する捕集部に装着され、前記捕集部の前記第2のコレクタが静電噴霧された高分子物質を誘引して前記捕集シートに高分子物質が積層する高分子ウェブを形成するよう構成された請求項2に記載の静電噴霧装置。   Each of the plurality of spinning units is attached to a collection unit having a collection sheet disposed in a direction substantially perpendicular to the direction of the air flow, and the second collector of the collection unit is electrostatically The electrostatic spray device according to claim 2, wherein the sprayed polymer material is attracted to form a polymer web on which the polymer material is laminated on the collection sheet. 前記捕集部内の圧力を周囲の空気圧より低い負圧に設定した請求項1に記載の静電噴霧装置。   The electrostatic spraying device according to claim 1, wherein the pressure in the collection unit is set to a negative pressure lower than the surrounding air pressure. 前記捕集部に前記紡糸ユニット内の空気が流れ込む回収ユニットが設けられ、高分子溶液の溶剤が回収されるよう構成された請求項1に記載の静電噴霧装置。   The electrostatic spraying device according to claim 1, wherein a collection unit into which air in the spinning unit flows is provided in the collection unit, and the solvent of the polymer solution is collected. 前記複数の紡糸ユニットが、捕集シートの移動方向に連続的に配置された請求項1記載の静電噴霧装置。   The electrostatic spraying device according to claim 1, wherein the plurality of spinning units are continuously arranged in a moving direction of the collection sheet. 前記ノズルの高さが5mm以上であり、前記ノズル先端における内径は0.1mm〜1.0mmの範囲である請求項1に記載の静電噴霧装置。   The electrostatic spraying device according to claim 1, wherein a height of the nozzle is 5 mm or more, and an inner diameter at a tip of the nozzle is in a range of 0.1 mm to 1.0 mm. 前記捕集部に装着される紡糸ユニットは、脱着可能であるよう構成された請求項1に記載の静電噴霧装置。   The electrostatic spraying device according to claim 1, wherein the spinning unit attached to the collection unit is configured to be detachable. 高分子物質を含み溶剤を用いて液状に形成した高分子溶液を二次元状に配置された複数のノズルに供給する工程、
前記ノズルから高分子溶液を静電噴霧するために前記ノズルに高電圧を印加する工程、
前記ノズルを有する紡糸ユニットにおいて静電噴霧方向と実質的に直交する方向に流れる空気流を生成する工程、及び
静電噴霧され帯電した高分子物質に対して空気流を当てることにより、前記空気流の流れの方向と実質的に直交する方向に配置された捕集シートに前記高分子物質が積層される工程、
を有する静電噴霧方法。
Supplying a polymer solution containing a polymer substance in a liquid state using a solvent to a plurality of nozzles arranged two-dimensionally;
Applying a high voltage to the nozzle to electrostatically spray the polymer solution from the nozzle;
Generating a flow of air that flows in a direction substantially perpendicular to the direction of electrostatic spraying in the spinning unit having the nozzle, and applying the air flow to the electrostatically sprayed and charged polymer material, A step of laminating the polymer substance on a collection sheet arranged in a direction substantially perpendicular to the flow direction of
An electrostatic spraying method.
前記ノズルから静電噴霧され帯電した高分子物質に対して噴霧方向と直交する方向にクーロン力により移動させて、前記捕集シートに前記高分子物質を積層する工程を有する請求項12に記載の静電噴霧方法。   The method according to claim 12, further comprising a step of laminating the polymer substance on the collection sheet by moving the polymer substance electrostatically sprayed from the nozzle by a Coulomb force in a direction orthogonal to a spraying direction. Electrostatic spraying method. 高分子物質を含む溶剤を用いて液状にした高分子溶液を複数のノズルに供給する工程において、前記高分子溶液の保持量を常時検出しレベルを一定に保つ動作を有する請求項12に記載の静電噴霧方法。   The step of supplying a polymer solution liquefied using a solvent containing a polymer substance to a plurality of nozzles has an operation of constantly detecting the amount of the polymer solution retained and keeping the level constant. Electrostatic spraying method. 前記ノズルに対向して配置された第1のコレクタは、前記ノズルから分離し、静電噴霧され微小荷電粒子となった帯電液滴に対して吸引力を生成するため、前記ノズルに印加される電圧と異なる極性の電圧又はアース電位に接地される請求項12に記載の静電噴霧方法。   A first collector disposed opposite the nozzle is applied to the nozzle in order to generate a suction force for charged droplets separated from the nozzle and electrostatically sprayed into micro charged particles. The electrostatic spraying method according to claim 12, wherein the electrostatic spraying method is grounded to a voltage having a polarity different from the voltage or an earth potential. 高分子物質が積層される捕集シート面の逆側の面に沿って配置された第2のコレクタは、前記ノズルから静電噴霧された微小荷電粒子に対し吸引力を生成するために前記ノズルに印加される電圧と異なる極性の電圧又はアース電位に接地される請求項12に記載の静電噴霧方法。   The second collector disposed along the surface opposite to the collection sheet surface on which the polymer substance is stacked is provided with the nozzle for generating a suction force for the finely charged particles electrostatically sprayed from the nozzle. The electrostatic spraying method according to claim 12, wherein the electrostatic spraying is grounded to a voltage having a polarity different from a voltage applied to the electrode or an earth potential. 前記紡糸ユニットの空気流から高分子溶液の溶剤を回収する工程を有する請求項12に記載の静電噴霧方法。   The electrostatic spraying method according to claim 12, further comprising a step of recovering the solvent of the polymer solution from the air flow of the spinning unit. 前記ノズルを有する紡糸ユニットが複数設けられており、それぞれが独立して同じ捕集シートに高分子物質を積層する工程を有する請求項12に記載の静電噴霧方法。   The electrostatic spraying method according to claim 12, wherein a plurality of spinning units each having the nozzle are provided, and each has a step of independently laminating a polymer substance on the same collection sheet. 製造される高分子ウェブの仕様に応じて複数の紡糸ユニットの稼働状態を制御する工程を有する請求項18に記載の静電噴霧方法。   The electrostatic spraying method according to claim 18, further comprising a step of controlling operating states of the plurality of spinning units according to the specifications of the polymer web to be manufactured. 複数の紡糸ユニットの少なくとも1つが異なる高分子物質を捕集シートに積層する工程を有する請求項18に記載の静電噴霧方法。   The electrostatic spraying method according to claim 18, wherein at least one of a plurality of spinning units includes a step of laminating different polymer substances on a collection sheet.
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