JPWO2010150507A1 - ナノファイバ製造装置およびナノファイバ製造方法 - Google Patents

Abstract

均一な繊維径のナノファイバを安定して効率よく製造することができるナノファイバ製造装置（１）およびナノファイバ製造方法を提供する。原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造するナノファイバ製造装置（１）において、モータ（４１）によって軸線ＡＬ廻りに回転する中空の支持部（３２）に、原料液（２０）を内部に蓄積した状態で供給するカートリッジ（３３）を支持させ、ロータリジョイント（４３）を介して導入されたエアによって加圧部材（３８）を加圧することにより、支持体（３２）とともに回転する流出体（３４）の内部空間（３４ａ）に原料液（２０）を流入させ、エアによる加圧力と流出体（３４）の回転による遠心力の作用によって、流出孔（３４ｃ）から放射状に流出させる。これにより、流出する原料液（２０）の液量を安定して制御することが可能となり、均一な繊維径のナノファイバを安定して効率よく製造することができる。

Description

本願発明は、サブミクロンスケールやナノスケールの直径を有する繊維状物質（ナノファイバ）を製造するナノファイバの製造装置およびナノファイバ製造方法に関するものである。

ナノファイバを製造する方法として、エレクトロスピニング（電荷誘導紡糸）法が知られている。このエレクトロスピニング法とは、溶媒中に樹脂などの溶質を分散または溶解させた原料液を空間中にノズルなどにより流出（吐出）させるとともに、原料液に電荷を付与して帯電させ、空間を飛行中の原料液を電気的に延伸させることにより、ナノファイバを得る方法である。すなわち、帯電され空間中を飛行中の原料液では徐々に溶媒が蒸発し、これにより飛行中の原料液の体積は徐々に減少していくが、原料液に付与された電荷は原料液に貯まる。

この結果、飛行中の原料液においては電荷密度が徐々に上昇する。そして溶媒は継続して蒸発し続けるため、原料液の電荷密度がさらに高まり、原料液の中に発生する反発方向のクーロン力が原料液の表面張力より勝った時点で原料液が爆発的に線状に延伸される現象（以下、静電延伸現象と述べる）が生じる。この静電延伸現象が空間において次々と幾何級数的に発生することにより、直径がサブミクロンオーダーの樹脂から成るナノファイバが製造される。

このような静電延伸現象を応用したナノファイバ製造装置として、遠心力を用いて原料液を流出孔から放射状に流出させる方式のものが知られている（例えば特許文献１，２参照）。これらの先行技術例においては、外周面に液吐出用の微小径の流出孔が設けられた円筒状容器の内部に原料液を供給し、この円筒状容器を回転させることによって生じる遠心力により、原料液を流出孔から流出させるようにしている。特許文献２に示す先行技術例においては、円筒状容器の内側に堰を設けることにより、内部に貯溜される原料液の液量を安定させる構成を採用している。

特開２００８−１５０７６９号公報 特開２００８−２８５７９２号公報

繊維径が均一で良質なナノファイバを効率よく製造するためには、糸状の原料液を安定した吐出径で均一に空間中に流出させる必要がある。しかしながら、上述の特許文献に示す先行技術例においては、原料液を流出させる作用を遠心力のみに依存していることから、円筒容器内における原料液の液量が変動すると、流出孔から流出する原料液の液量や状態が変動することが避けがたい。このため流出した原料液が連続した糸状とならずに液滴となって飛散し静電延伸現象が発生しない不具合や、静電延伸現象が発生した場合においても生成されるナノファイバの繊維径が不均一となる品質不良を招き、生産効率の向上が阻害されるという課題があった。

そこで本願発明は、均一な繊維径のナノファイバを安定して効率よく製造することができるナノファイバ製造装置およびナノファイバ製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバ製造装置は、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、前記原料液が供給される内部空間を有しこの内部空間から前記原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられる流出体と、前記流出体と着脱可能に接続され、内方に蓄積する前記原料液を前記流出体に供給する原料液供給体と、前記原料液供給体と前記流出体との接続状態を維持して前記原料液供給体と前記流出体とを支持する支持体と、前記原料液供給体と前記流出体と接続させた状態において、前記原料液供給体の内方を加圧することにより前記原料液供給体から前記流出体の内部空間へ原料液を供給させる加圧手段と、前記流出体を介して前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段とを備えることを特徴としている。

これによれば、流出孔から流出する原料液の流出状態を各流出孔の間で均一化することができ、また、流出状態を安定化することが可能となる。従って、製造されるナノファイバの品質が均一とすることができるようになる。

前記支持体はさらに、前記原料液供給体と前記流出体との接続状態を維持し、かつ、前記原料液供給体と前記流出体とを回転可能に支持し、当該ナノファイバ製造装置はさらに、前記流出体を前記原料液供給体とともに回転させる回転手段を備えるものでもよい。

これによれば、各流出孔の間で均一化することができるばかりでなく、堆積したナノファイバの状態も均一化することが可能となる。従って、特にナノファイバを堆積させて不織布を製造する場合、不織布の状態を均一にすることが可能となる。

また、前記加圧手段は、前記原料供給手段の内方に流体を導入することで前記原料液供給体の内方を加圧するものでもよい。

これによれば、流体である原料液に対し流体で圧力を加えることで、機構を用いて機械的に圧力を加えるよりも均等に原料液を加圧することが可能となる。特に前記原料供給手段が回転する場合は容易に加圧と回転とを両立させることができる。

また、前記流体は、気体であり、前記原料液供給体は、原料液と、導入した前記気体とを隔絶する隔壁を備えるものでもよい。

これによれば、簡単な構成で原料液を流出させることができ、特に原料液供給体と流出体とを一体に回転させる場合には、全体的に簡単な構成を採用できる。

また、前記流体は、原料液であってもよい。

つまり、原料液を外部のポンプなどを用いて原料供給手段の内方に原料液を圧送する状態となる。この場合、継続的に原料液を流出体に供給し続けることが可能となる。

また、上記目的を達成するために、本願発明にかかるナノファイバ製造方法は、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置に適用されるナノファイバ製造方法であって、前記製造装置は、前記原料液が供給される内部空間を有しこの内部空間から前記原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられる流出体と、前記流出体と着脱可能に接続され、内方に蓄積する前記原料液を前記流出体に供給する原料液供給体と、前記原料液供給体と前記流出体との接続状態を維持して前記原料液供給体と前記流出体とを支持する支持体と、前記原料液供給体と前記流出体と接続させた状態において、前記原料液供給体の内方を加圧することにより前記原料液供給体から前記流出体の内部空間へ原料液を供給させる加圧手段と、前記流出体を介して前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段とを備え、前記原料液供給体と前記流出体とを結合させる結合体形成ステップと、結合された前記原料液供給体と前記流出体とを嵌脱自在に保持する支持体保持ステップと、前記原料液供給体の内法を加圧することにより前記原料液供給体から前記流出体の内部空間へ原料液を供給する加圧供給ステップと、前記加圧供給ステップにより供給された原料液を帯電手段によって帯電させながら前記流出孔から流出させる流出ステップとを含むことを特徴としている。

これによれば、流出孔から流出する原料液の流出状態を各流出孔の間で均一化することができ、また、流出状態を安定化することが可能となる。従って、製造されるナノファイバの品質が均一とすることができるようになる。

また、ナノファイバ製造装置は、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、前記原料液を筒状容器の内部に蓄積した状態で供給する原料液供給体と、前記筒状容器と連通する内部空間を有しこの内部空間から前記原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられた流出体と、前記原料液供給体と前記流出体とを結合させた第１の結合体を前記筒状容器の軸線方向に嵌脱自在に保持し前記軸線廻りに回転自在な支持体と、前記第１の結合体を前記支持体に保持させて前記原料液供給体を前記流出体と連通させた状態において、前記筒状容器の内部を加圧することにより前記原料液供給体から前記内部空間へ原料液を圧送して前記流出孔から流出させる加圧手段と、前記支持体を介して前記流出体を前記筒状容器とともに軸廻りに回転させる回転手段と、前記流出体を介して前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段とを備えてもよい。

また、ナノファイバ製造装置は、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、前記原料液を筒状容器の内部に蓄積した状態で供給する原料液供給体と、前記原料液供給体を着脱自在に保持し且つ前記筒状容器の内部を加圧する加圧手段が接続された保持体と、前記筒状容器と連通する内部空間を有しこの内部空間から前記原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられた流出体と、一方側の端部に前記流出体が装着され他方側に前記原料液供給体と前記保持体とを結合させた第２の結合体を前記筒状容器の軸線方向に嵌脱自在に保持することにより、前記原料液供給体と前記流出体とを連通させるように構成された支持体と、前記支持体を介して前記流出体を前記筒状容器とともに軸廻りに回転させる回転手段と、前記流出体を介して前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段とを備え、前記原料液供給体を前記流出体と連通させた状態において前記加圧手段を作動させることにより、前記内部空間へ原料液を圧送して前記流出孔から流出させるものでもよい。

また、ナノファイバ製造方法は、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、前記原料液を筒状容器の内部に蓄積した状態で供給する原料液供給体と、前記筒状容器と連通する内部空間を有しこの内部空間から前記原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられた流出体とを結合させた第１の結合体を形成する結合体形成ステップと、前記第１の結合体を、前記筒状容器の軸線方向に嵌脱自在に保持し前記軸線廻りに回転自在な支持体に保持させる支持体保持ステップと、前記筒状容器の内部を加圧することにより前記原料液供給体から前記内部空間へ原料液を圧送する原料液圧送ステップと、圧送された前記原料液を帯電手段によって帯電させながら前記流出孔から流出させ、さらに前記支持体を介して前記流出体を前記筒状容器とともに軸廻りに回転手段によって回転させることにより、遠心力によって前記原料液の流出を促進する原料液流出ステップとを含むものでもよい。

また、ナノファイバ製造方法は、原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造方法であって、前記原料液を筒状容器の内部に蓄積した状態で供給する原料液供給体と前記原料液供給体を着脱自在に保持し且つ前記筒状容器の内部を加圧する加圧手段が接続された保持体とを結合させた第２の結合体を形成する結合体形成ステップと、前記筒状容器と連通する内部空間を有し、この内部空間から前記原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられた流出体が一方側の端部に装着された支持体の他方側に、前記第２の結合体を保持させる支持体保持ステップと、前記筒状容器の内部を加圧することにより前記原料液供給体から前記内部空間へ原料液を圧送する原料液圧送ステップと、圧送された前記原料液を帯電手段によって帯電させながら前記流出孔から流出させ、さらに前記支持体を介して前記流出体を前記筒状容器とともに軸廻りに回転手段によって回転させることにより、遠心力によって前記原料液の流出を促進する原料液流出ステップとを含むものでもよい。

本願発明によれば、原料液を筒状容器の内部に蓄積した状態で供給する原料液供給体と、内部空間から原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられた流出体とを結合した状態で、筒状容器の内部を加圧して原料液供給体から原料液を圧送して流出孔から流出させる構成を採用することにより、流出孔から流出する原料液の液量を安定して制御することが可能となり、均一な繊維径のナノファイバを安定して効率よく製造することができる。

図１は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置の斜視図である。 図２は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置の断面図である。 図３は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置に装着される原料液流出ユニットの断面図である。 図４は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置における原料液供給体の装着方法の説明図である。 図５は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置における原料液流出ユニットの機能説明図である。 図６は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置における原料液供給体の装着方法の説明図である。 図７は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置における原料液供給体の装着方法の説明図である。 図８は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置に装着される原料液流出ユニットの断面図である。 図９は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置における原料液供給体の装着方法の説明図である。 図１０は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置における原料液供給体の装着方法の説明図である。 図１１は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置における原料液流出ユニットのユニット交換方法の説明図である。 図１２は、本願発明の一実施の形態のナノファイバ製造装置における原料液流出ユニットのユニット交換方法の説明図である。

次に本願発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１，図２において、ナノファイバ製造装置１は、原料液を空間中で電気的に延伸させてナノファイバを製造する機能を有するものであり、原料液を流出させる流出装置２の一方側に偏向流動手段としての送風装置３を配設し、他端側にも偏向流動手段としての案内体４および収集装置５を直列に配設した構成となっている。本実施の形態の場合、流出装置２は、供給された原料液を空気に接触させることなく遠心力により空間中に流出させ、また原料液に電荷を付与し帯電させるための装置である。

図２の断面に示すように、流出装置２は、原料液を放射状に流出させる機能を有する液流出機構１１を円筒形状の風洞体２ａの内部に配設した構成となっている。液流出機構１１は、原料液を貯留した筒状の原料液供給体としてのカートリッジ（図４に示すカートリッジ３３参照）を内蔵しており、機外のエア供給源１３から供給されるエアの圧力による吐出力とともに、回転による遠心力によって糸状の原料液２０を放射状に流出させる。

液流出機構１１において原料液２０が流出する流出体（図３に示す流出体３４参照）の外周には円環形状の円環電極１６が配置されており、帯電電源１７によって円環電極１６に電圧を印加することにより、流出した原料液２０を帯電させる。このとき、送風装置３を作動させて風洞体２ａ内の空気を下流方向（矢印ａ方向）へ流動させることにより、液流出機構１１から流出した原料液２０は流出装置２から案内体４へ流動する。

本実施の形態においては、風洞体２ａ内の液流出機構１１、円環電極１６、帯電電源１７に、エア供給源１３からのエアを供給するためのエア供給継手１４やエア配管１５を含めて１つのユニットとした原料液流出ユニット１０としている。そしてこのような構成の原料液流出ユニット１０を複数備えておき、液流出機構１１に内蔵されたカートリッジ内の原料液が消耗したならば、他の原料液流出ユニット１０と交換してナノファイバの生産を継続するようにしている。

なお、原料液流出ユニット１０は、液流出機構１１を備えるものであればよい。帯電電源１７やエア供給源１３は、複数の原料液流出ユニット１０に対し共通に使用するものでもかまわない。

液流出機構１１から流出した原料液２０は、案内体４の直管部４ａ内を下流側へ（矢印ｂ）流動する過程で静電延伸現象によって徐々にナノファイバ２０ａとなる。ナノファイバ２０ａの流れはフード形状の拡散部４ｂによって連続的に拡大されながら徐々に減速する。これにより、高密度状態で搬送されるナノファイバ２０ａを広く均等に拡散させ低密度状態とすることができる。そしてこのように拡散したナノファイバ２０ａは収集装置５に到達し（矢印ｃ）、被堆積部材６の表面によって捕捉される。なおナノファイバ２０ａの製造に際しては原料液２０が電気的に延伸しながらナノファイバ２０ａに変化していくため、原料液２０とナノファイバ２０ａとの境界は曖昧であり、明確に区別できるものではない。

ここで、ナノファイバ２０ａを構成する樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルカーボネート、ポリアミド、アラミド、ポリイミド、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリヒドロキシ酪酸、ポリ酢酸ビニル、ポリペプチド等およびこれらの共重合体等の高分子物質を例示できる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在しても差し支えない。なお、上記は例示であり、本願発明は上記樹脂に限定されるものではない

原料液２０に使用される溶媒としては、揮発性のある有機溶剤などを例示することができる。具体的に例示すると、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジベンジルアルコール、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−ｎ−ヘキシルケトン、メチル−ｎ−プロピルケトン、ジイソプロピルケトン、ジイソブチルケトン、アセトン、ヘキサフルオロアセトン、フェノール、ギ酸、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジプロピル、塩化メチル、塩化エチル、塩化メチレン、クロロホルム、ｏ−クロロトルエン、ｐ−クロロトルエン、クロロホルム、四塩化炭素、１，１−ジクロロエタン、１，２−ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロプロパン、ジブロモエタン、ジブロモプロパン、臭化メチル、臭化エチル、臭化プロピル、酢酸、ベンゼン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタン、ｏ−キシレン、ｐ−キシレン、ｍ−キシレン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、ピリジン、水等を挙示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在しても差し支えない。なお、上記は例示であり、本願発明に用いられる原料液２０は上記溶媒を採用することに限定されるものではない。

さらに、原料液２０に骨材や可塑剤などの添加剤を添加してもよい。当該添加剤としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、弗化物、硫化物等を挙げることができるが、耐熱性、加工性などの観点から酸化物を用いることが好ましい。当該酸化物としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｋ_２Ｏ、Ｃｓ_２Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ_２Ｏ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５等を例示することができる。また、上記より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在しても差し支えない。なお、上記は例示であり、本願発明の原料液２０に添加される物質は、上記添加剤に限定されるものではない。原料液２０における溶媒と樹脂との混合比率は、溶媒の種類と樹脂の種類とにより異なるが、溶媒量は、約６０重量％から９８重量％の間が望ましい。

本実施の形態のように、原料液２０や製造されるナノファイバ２０ａを気体流により搬送し、また、当該気体流を吸引装置２６で吸引する場合、溶媒蒸気が滞留することなく流れるため、溶媒を５０重量％以上含んだ原料液２０であっても十分に蒸発し、静電延伸現象を発生させることが可能となる。従って、溶質である樹脂の濃度が薄い状態からナノファイバ２０ａを製造することができるため、より細いナノファイバ２０ａをも製造することも可能となる。また、原料液２０の調整可能範囲が広がるため、製造されるナノファイバ２０ａの性能の範囲も広くすることが可能となる。

収集装置５は、流出装置２から放出されるナノファイバ２０ａを収集するための装置である。図１に示すように、収集装置５は、部材供給部５ａによりロール状に卷回されて供給されるシート状の被堆積部材６を部材回収部５ｂによって巻き取ることにより、被堆積部材６を拡散部４ｂに対して一定速度で移動させながらナノファイバ２０ａを被堆積部材６に付着堆積させる構成となっている。

被堆積部材６は、アラミド繊維からなる長尺の布など、気体流を容易に透過でき、ナノファイバ２０ａを捕集しうる網状の部材である。ナノファイバ２０ａが被堆積部材６に到達することにより、ナノファイバ２０ａと気体流とが分離され、ナノファイバ２０ａのみが被堆積部材６の表面に不織布状に堆積する。堆積したナノファイバ２０ａは被堆積部材６とともに部材回収部５ｂによって巻き取られる。なお被堆積部材６の表面にテフロン（登録商標）コートを行うと、堆積したナノファイバ２０ａを被堆積部材６から剥ぎ取る際の剥離性が向上するため好ましい。

収集装置５の背面側には、誘引部７が配設されている。なお図１においては、誘引部７の図示を省略している。誘引部７は、ナノファイバ２０ａを被堆積部材６に誘引するための装置である。本実施の形態の場合、誘引部７は、異なる誘引方式を同時、または、選択的に実施できるように、電界誘引装置２１、気体誘引装置２５とを備えている。気体誘引装置２５は、気体流を吸引することによりナノファイバ２０ａを被堆積部材６に誘引する装置であり、被堆積部材６の後方に配置されている。本実施の形態の場合、気体誘引装置２５は吸引装置２６と集中部２４とを備えている。

集中部２４は、拡散部４ｂで広がった気体流を受け取り、吸引装置２６に至るまでの間に気体流を集中させる部材であり、拡散部４ｂとは逆向きの漏斗形状となっている。吸引装置２６は、シロッコファンや軸流ファンなどの送風機であって、被堆積部材６を通過する気体流を強制的に吸引して速度が落ちた気体流を高い速度に加速する機能を有している。吸引装置２６により気体流を吸引することで、ナノファイバ２０ａを製造する際に蒸発する溶媒も同時に吸引され、これにより引火性の高い溶媒を使用する場合においても、流出装置２の内部が爆発濃度まで達することはなく、安心して装置の使用ができるようになる。

電界誘引装置２１は、帯電しているナノファイバ２０ａを電界により被堆積部材６に誘引する装置であり、誘引電極２２と、誘引電源２３とを備えている。誘引電極２２は、帯電したナノファイバ２０ａを誘引するための電界を発生させるための電極である。本実施の形態の場合、誘引電極２２には気体流を通過させることのできる金属製の網が採用され、拡散体４ｂの開口部全体に広がって設けられている。誘引電源２３は、誘引電極２２を所定の電圧及び極性に維持することができる直流電源である。本実施の形態の場合、０Ｖ（接地状態）から２００ＫＶ以下の範囲で自由に電圧と極性を変更することができる。なお、誘引電極２２として本実施の形態において示す例以外に、被堆積部材６の幅程度の長さを備え所定の幅を有する棒状体や、棒状の誘引電極２２を複数本並べたものであってもよい。

回収装置８は、原料液２０から蒸発した溶剤を気体流から分離して回収する機能を有している。回収装置８の構成としては、原料液２０に用いられる溶剤の種類によって異なるが、例えば、気体を低温にして溶剤を結露させて回収する装置や、活性炭やゼオライトを用いて溶剤のみを吸着させる装置、液体などに溶剤を溶け込ませる装置やこれらを組み合わせた装置を例示できる。

次に図３、図４を参照して、流出装置２の詳細構造を説明する。図３に示すように、中空の円筒部材である風洞体２ａの内部には、保持ブラケット（図示省略）によって機構部材３５が保持されている。機構部材３５はそれぞれベアリング３６が装着された２つのブラケット３５ｂを、水平姿勢のベース部３５ａから垂直上方に延出させた構成となっており、ベアリング３６は支持体３２を風洞体２ａの中心線に一致した軸線ＡＬ廻りに回転自在に保持している。

支持体として機能する支持体３２は、一方側（図３において右側）が開放されて空洞部３２ｂが設けられた中空円筒形状の部材であり（図４（ｃ）参照）、支持体３２の内部には流出体３４と結合された状態のカートリッジ３３が装着されている。カートリッジ３３は原料液供給体であり、本実施の形態の場合、ナノファイバの原料液２０をカートリッジ３３の一部である筒状容器３３ａの内部に蓄積した状態で流出体３４に原料液２０を供給する機能を有している。支持体３２の外周面には従動プーリ３９が結合されており、ベース部３５ａの下面側に水平方向に配置されたモータ４１の回転軸に結合された駆動プーリ４２と従動プーリ３９には、伝導ベルト４０が調帯されている。モータ４１を駆動することにより、支持体３２が軸線ＡＬ廻りに回転し、これとともにカートリッジ３３および流出体３４も一体的に回転する。また、支持体３２は、流出体３４とカートリッジと３３とが接続された状態を維持して支持するものとなっている。

支持体３２の閉止側の側端部にはエア導入孔３２ａが設けられており、エア導入孔３２ａはロータリジョイント４３を介してエア配管１５と連通している。エア配管１５には、嵌脱自在のエア供給継手１４を介してエア供給源１３からエアを供給するエア配管４４がつなぎ込まれている。これにより、回転状態の支持体３２の空洞部３２ｂ内部へ、固定側のエア配管１５から加圧用のエアを供給することが可能となっている。なお後述する原料液流出ユニット１０の交換に際しては、エア配管４４をエア供給継手１４に嵌脱する。

また、ロータリジョイント４３は、支持体３２の回転を許容しつつ内方を通過するエアの圧力が損失しないものとなっている。なお、カートリッジ３３の内方に圧力を加える流体としてエアを選出した場合、ロータリジョイント４３がエア圧力を所定の範囲で維持できれば多少のエア漏れなどがあっても周囲の環境に影響が出ないため好ましい態様となる。

なお、カートリッジ３３によって例示される原料液供給体の内方を加圧する加圧手段として、原料液を原料液供給体の内方に圧送する装置を用い、原料液供給体の内方に加圧された原料液を供給することで、先に原料液供給体の内方に供給された原料液の圧力を維持して、流出体３４に原料液を供給するものでもかまわない。この場合、本実施の形態の場合のように、原料液とエアとを隔絶する移動可能な隔壁としての加圧部材３８を備える必要はない。また、原料液供給体と支持体とが一体であってもかまわない。

流出装置２に隣接して配置された送風装置３は、軸流ファンなどの送風機構３０および送風機構３０の下流側に配置された加熱手段３１を備えた構成となっている。流出装置２の風洞体２ａ内部には、送風機構３０によって発生し加熱手段３１によって加熱された空気が送り込まれ、風洞体２ａ内を下流側に流動する。

図４（ａ）に示すように、原料液供給体の一部である筒状容器３３ａの先端部の外面には液吐出用の吐出孔３３ｃが開口する凸部３３ｂが設けられており、凸部３３ｂの外側面にはカートリッジ３３と流出体３４と接続するための雄ねじ部３３ｄが加工されている。また筒状容器３３ａの内部には蓄積された原料液２０と外部（例えば空気（エア））とを隔絶する形態で加圧部材３８が摺動可能に嵌着されており、加圧部材３８を外側から加圧することにより、吐出孔３３ｃから原料液２０を吐出することができるようになっている。

なお、本実施の形態では、加圧部材３８に対しエアにより加圧しているが、エア以外の流体で加圧してもよく、また、バネなどを用いた機構などにより加圧してもよい。

流出体３４は、円筒状部材の外周を部分的に切削除去した外形形状を有する部材であり、原料液２０を流出させるとともに原料液２０に電荷を付与する機能を有するため、導電体で形成されている。流出体３４の一方側の先端部に設けられた略円板形状の流出板３４ｂの外周面には、原料液２０を放射状に流出させる流出孔３４ｃが複数設けられている。流出孔３４ｃは、導出部３４ｄを介して内部に設けられた内部空間３４ａに連通しており、さらに内部空間３４ａと連通して設けられた流入孔３４ｆは、カートリッジ３３と接続するための凹部３４ｅに開口している。

凹部３４ｅの内側面には、カートリッジ３３の雄ねじ部３３ｄと螺合する雌ねじ部３４ｇが加工されている。流出体３４の他端部の外周面からは、支持体３２との締結用の延出部３４ｈが設けられており、延出部３４ｈの内周面３４ｉは支持体３２の開口端部３２ｃの外周面３２ｄとの嵌合締結面となっている。

カートリッジ３３を支持３２に装着するに際しては、まず図４（ａ）に示すカートリッジ３３と流出体３４とを一体に結合させて。図４（ｂ）に示すように第１の結合体５０を形成する。すなわち雄ねじ部３３ｄを雌ねじ部３４ｇに螺合させることにより雄ねじ部３３ｄを凹部３４ｅに嵌合させる。これにより、筒状容器３３ａの内部と流出体３４の内部空間３４ａとが吐出孔３３ｃ、流入孔３４ｆを介して連通する。そしてこのようにしてカートリッジ３３と流出体３４とが一体となった第１の結合体５０は、図４（ｃ）に示すように、空洞部３２ｂに装着される。このとき、延出部３４ｈの内面に設けられた内周面３４ｉを開口端部３２ｃの外面の外周面３２ｄに嵌合させる。

なお、本実施の形態では、カートリッジ３３で例示される原料液供給体と流出体３４とは螺着により着脱自在としているが。本願発明はこれに限定されるものでは無い。

図６は、開口端部３２ｃを内周面３４ｉに嵌合させる嵌合部の構成を示している。図６（ａ）に示すように、開口端部３２ｃの外周面には係合凸部３２ｅが設けられており、内周面３４ｉにおいて係合凸部３２ｅに対応した位置には、係合凸部３２ｅを係止するための屈曲形状の係止溝３４ｊが形成されている。支持体３２と流出体３４とを結合する際には、係合凸部３２ｅを係止溝３４ｊに嵌入させ、係止溝３４ｊの屈曲形状に倣って支持体３２を周方向に回転させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、係合凸部３２ｅが係止溝３４ｊによって係止され、支持体３２と流出体３４とが結合される。

以上の様に、原料液供給体と流出体３４とを着脱可能としたことにより、流出体３４の内部を容易に清掃することができ、流出体３４の流出孔に液詰まりが生じることを容易なメンテナンス作業により回避することができる。また、流出体３４を複数準備しておけば、不測の事態が発生しても流出体を交換することで迅速に対応することができる。

図５は、このようにして第１の結合体５０が液流出機構１１の支持体３２に装着された稼働状態を示している。この状態においてモータ４１を駆動することにより、支持体３２と流出体３４とカートリッジ３３とは、図３に示す軸線ＡＬ廻りに一体に回転する。そしてエア配管１５を介して加圧用のエアが送給され（矢印ｆ）、さらにこの加圧用のエアが回転状態の支持体３２に対してロータリジョイント４３を介して供給されることにより、空洞部３２ｂ内において加圧部材３８に対してエアの圧力Ｐが作用する。これによりカートリッジ３３内の原料液２０は加圧されて流出体３４の内部空間３４ａに流入し、次いで流出孔３４ｃから糸状となって流出する。

上記構成において、支持体３２は、カートリッジ３３と流出体３４とを結合させた状態（第１の結合体５０）で筒状容器３３ａの軸線ＡＬ方向に嵌脱自在に保持し、軸線ＡＬ廻りに回転自在に構成されている。そして従動プーリ３９、伝導ベルト４０、モータ４１、駆動プーリ４２は、支持体３２を介して流出体３４を筒状容器３３ａとともに軸廻りに回転させる回転手段となっている。またエア供給継手１４、エア配管１５およびロータリジョイント４３は、第１の結合体５０を支持体３２に保持させてカートリッジ３３を流出体３４と連通させた状態において、筒状容器３３ａの内部を加圧することによりカートリッジ３３から内部空間３４ａへ原料液２０を圧送して流出孔３４ｃから流出させる加圧手段を構成する。

またナノファイバ製造装置１は、流出体３４を介して原料液２０に電荷を付与して帯電させる帯電手段を備えており、この帯電手段は、流出体３４を外周方向から環状に覆う円環電極１６と、円環電極１６と流出体３４との間に所定の電界を印加する電圧発生手段としての帯電電源１７とで構成される。円環電極１６は流出体３４の流出板３４ｂに電荷を誘導するための部材であり、流出体３４の周囲を取り囲むように配置される円環形状に形成されている。円環電極１６に正の電圧が印加されると流出体３４には負の電荷が誘導され、円環電極１６に負の電圧が印加されると流出体３４には、正の電荷が誘導される。

接地装置１８は、流出体３４と電気的に接続され、流出体３４を接地電位に維持することができる部材である。接地装置１８の一端は、流出体３４と接続されて導通する支持体３２が回転状態であっても電気的な導通状態を維持することができるようにブラシとして機能するものであり、他端は接地されている。なお、接地装置１８は、流出体３４と電気的に接続されれば良く、支持体３２と接地装置１８とが僅かに離れていても良い。特に、支持体３２若しくは接地装置１８の少なくとも一方側が、複数の尖端部を有する場合には前記尖端部よりイオン風が発生し、前記支持体３２と接地装置１８間に僅かな隙間があっても、電気的に接続された状況になっている。

円環電極１６に高電圧を印加する帯電電源１７は、一般には直流電源が好ましい。特に、発生させるナノファイバ２０ａの帯電極性に影響を受けないような場合、生成したナノファイバ２０ａの帯電を利用して、逆極性の電位を印加した電極でナノファイバ２０ａを誘引するような場合には、直流電源を採用する。また帯電電源１７が直流電源である場合、帯電電源１７が円環電極１６に印加する電圧は、１０ＫＶ以上、２００ＫＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。帯電電源１７に負の電圧が印加される場合には、前記の印加する電圧の極性は負になる。特に流出体３４と円環電極１６との間の電界強度が重要であり、円環電極１６と流出体３４との距離が最も近い空間において１０ＫＶ／ｃｍ以上の電界強度になるように印加電圧を調整するのが好ましい。

本実施の形態のように帯電手段として一方の電極を接地電位とする誘導方式を採用すれば、流出体３４を接地電位に維持したまま原料液２０に電荷を付与することができる。流出体３４が接地電位の状態であれば流出体３４に接続される部材を流出体３４から電気的に絶縁する必要が無くなり、流出装置２として簡単な構造を採用しうることになり好ましい。なお、帯電手段として、流出体３４に電源を接続して流出体３４を高電圧に維持し、円環電極１６を接地することで原料液２０に電荷を付与してもよい。

帯電電源１７を作動させることにより流出体３４の外周方向に設けられた円環電極１６と導電体である流出体３４との間には所定の電圧が印加され、これにより流出孔３４ｃから流出した原料液２０は帯電する。流出孔３４ｃ開口端部３２ｃから流出する原料液２０には流出体３４の回転による遠心力が作用し、さらに円環電極１６との間の電位によって流出体３４から円環電極１６へ向かう方向に流動するが、このとき送風装置３を作動させることによって原料液流出ユニット１０内には送風装置３から下流側（矢印ｇ）へ向かう気流が生じていることから、流出孔３４ｃから流出した原料液２０は、飛行方向が変更されて下流側（矢印ｈ）に偏って流動する。すなわち送風装置３は、流出体３４から流出した原料液２０を軸線ＡＬ方向の一方側から他方側へ偏向して流動させる偏向流動手段として機能している。

加熱手段３１は、送風装置３が発生させる気体流を構成する気体を加熱する加熱源である。本実施の形態の場合、加熱手段３１は、案内体４の内方に配置される円環状のヒータであり、加熱手段３１を通過する気体を加熱することができるものとなっている。加熱手段３１により気体流を加熱することにより、空間中に流出される原料液２０は、蒸発が促進され効率よくナノファイバ２０ａを製造することが可能となる。

なお支持体３２と流出体３４とが結合された状態において、流出板３４ｂ内部を外部雰囲気に対して密封する必要があり、上記例においてはＯリング３７を開口端部３２ｃと流出体３４との間に介在させるようにしているが、流出板３４ｂ内の密封方法はこれに限定されるものではない。例えば図７（ａ）に示すように、支持体３２の内部において筒状容器３３ａの開口端部３３ｅが当接する位置にエラストマーなどの材質のシール部材４５を装着しておき、図７（ｂ）に示すように、カートリッジ３３を支持体３２に挿入した状態において、開口端部３３ｅをシール部材４５に押しつけることによって空洞部３２ｂの内部を密封するようにしてもよい。

また図３〜図５に示す実施例においては、カートリッジ３３の先端側を予め流出体３４と一体に結合した状態で液流出機構１１に装着する構成例を示したが、以下に説明するように、カートリッジ３３の基部側を予め保持部４７と結合した状態で取り扱うようにしてもよい。この場合には、図８に示すように、図３に示す形状の支持体３２に代えて、基部に拡径形状の開口端部１３２ａが設けられた支持体１３２を用いる。

そしてロータリジョイント４３と連通して加圧用のエアを導入するためのエア導入孔４７ａ、開口端部１３２ａと結合される支持部締結端部４７ｂおよびカートリッジ３３を着脱自在に保持するための容器締結端部４７ｃが一体に設けられた保持部４７を用いる。すなわち、保持部４７は、カートリッジ３３を着脱自在に保持し且つ筒状容器３３ａの内部を加圧する加圧手段が接続された構成となっている。この構成例においてもモータ４１によって伝導ベルト４０を介して支持体１３２を回転駆動することにより、流出体３４を軸線ＡＬ廻りに回転させるようになっている。

原料液２０が蓄積されたカートリッジ３３を装着するには、まず図９（ａ）に示すように、容器締結端部４７ｃの内周面４７ｄに、カートリッジ３３の端部３３ｅの外周面３３ｆを嵌合させる。これにより、図９（ｂ）に示すように、カートリッジ３３が保持部４７と一体的に結合された第２の結合体５１が形成される。そして第２の結合体５１は、予め支持体１３２と流出体３４とを一体に結合した状態の液流出機構１１に装着される。

すなわち、カートリッジ３３を先端側から空洞部１３２ｂ内に挿入し、凸部３３ｂを凹部３４ｅに密封状態で嵌合させるとともに、支持部締結端部４７ｂの内周面４７ｅに、開口端部１３２ａの外周面１３２ｃを嵌合させて結合する。これにより、カートリッジ３３と流出体３４とが連通する。このとき、図１０に示すように、凹部３４ｅ内にはＯリング５２が装着され、凸部３３ｂが凹部３４ｅ内に嵌合した状態で吐出孔３３ｃと流入孔３４ｆとは密封状態で連通する。

上記構成において支持体１３２は、一方側の端部に流出体３４が装着され他方側にカートリッジ３３と保持部４７とを結合させた第２の結合体５１を、筒状容器３３ａの軸線方向に嵌脱自在に保持することにより、カートリッジ３３と流出体３４とを連通させるようになっている。そしてカートリッジ３３と流出体３４とを連通させた状態において、加圧手段であるエア配管１５、ロータリジョイント４３を作動させることにより、カートリッジ３３の内部を加圧し内部空間３４ａへ原料液２０を圧送して、流出孔３４ｃから流出させるようになっている。

次に図１１，図１２を参照して、ナノファイバ製造装置１における原料液２０の供給に際して必要とされるユニット交換処理について説明する。前述のようにナノファイバ製造装置１においては、原料液２０の供給形態として筒状容器３３ａに所定量の原料液２０を貯留したカートリッジ３３を用いるようにしていることから、カートリッジ３３において原料液２０が消耗した場合には、新たなカートリッジ３３と交換する必要がある。このとき、１つのカートリッジ３３に貯留された原料液２０が消耗した都度カートリッジ３３の交換作業を行うと、ナノファイバ製造装置１の稼働を中断しなければならず、装置稼働率の観点からは好ましくない。

このため、本実施の形態に示すナノファイバ製造装置１においては、図２において示す原料液流出ユニット１０を複数セット準備しておき、１つの原料液流出ユニット１０においてカートリッジ３３が消耗したならば、原料液流出ユニット１０ごと交換してカートリッジ３３の切り替えを短時間で行えるようにしている。これらの原料液流出ユニット１０は、図３に示す例においては、カートリッジ３３、流出体３４、支持体３２および前述構成の加圧手段、回転手段、帯電手段を一体にして構成され、図８に示す例においては、カートリッジ３３、保持部４７、流出体３４、支持体３２および前述構成の加圧手段、回転手段、帯電手段を一体にして構成される。

図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ナノファイバ製造装置１においては、図２に示す原料液流出ユニット１０と同一の構成を有する原料液流出ユニット１０Ａ、１０Ｂを水平なガイドレール５６に沿って水平移動（矢印ｉ）させるユニット交換機構５５を備えている。ユニット交換機構５５を駆動することにより、原料液流出ユニット１０Ａ、１０Ｂの一方が作業位置Ｐ１、すなわち流出装置２が案内体４と送風装置３との間に配置される位置に位置決めされ、他方が作業位置Ｐ１の両側の交換位置Ｐ２、Ｐ３のいずれかに位置決めされるように移動させことができる。

例えば、図１１（ｂ）に示すように、原料液流出ユニット１０Ａが作業位置Ｐ１にあって作業が実行されているときには、原料液流出ユニット１０Ｂは交換位置Ｐ２にあってカートリッジ３３の交換作業が可能な状態にある。そしてこの後、原料液流出ユニット１０Ａにおいてカートリッジ３３が消耗したならば、ユニット交換機構５５を駆動して原料液流出ユニット１０Ｂを作業位置Ｐ１に移動させる（矢印ｊ）とともに、原料液流出ユニット１０Ａを交換位置Ｐ３に移動させ（矢印ｋ）、ここで原料液流出ユニット１０Ａを対象としたカートリッジ３３の交換作業を実行する。すなわちここに示す例においては、ナノファイバ製造装置１はこれらの複数の原料液流出ユニット１０Ａ，１０Ｂのいずれか一つを、ナノファイバを製造するための作業位置Ｐ１に位置させるユニット交換機構を備えた構成となっている。

なお図１１（ｃ）に示す例は、２つの原料液流出ユニット１０Ａ、１０Ｂを並例に配置して水平移動する代わりに、２つの原料液流出ユニット１０Ａ、１０Ｂを保持したユニットホルダ５７をユニット交換機構５８によって回転軸５７ａ廻りに回転させるようにした構成を示している。これにより、原料液流出ユニット１０Ａ、１０Ｂを作業位置Ｐ１、交換位置Ｐ２に交互に位置させることができる。すなわち作業位置Ｐ１に位置する原料液流出ユニット１０Ａにおいてカートリッジ３３が消耗したならば、ユニット交換機構５８を駆動して原料液流出ユニット１０Ｂを作業位置Ｐ１に移動させる（矢印ｍ）とともに、原料液流出ユニット１０Ａを交換位置Ｐ２に移動させ（矢印ｌ）、ここで原料液流出ユニット１０Ａを対象としたカートリッジ３３の交換作業を実行する。

また図１２（ａ）は、原料液流出ユニット１０Ａ、原料液流出ユニット１０Ｂを対象とするカートリッジ３３の交換作業の実行態様を示している。すなわち、図３に示す構成例においては、カートリッジ３３は下流側（図３において右側）から取り出されることから、作業者は前面ＦＳ側に位置して必要な作業を行う。これに対し図８に示す構成例においては、カートリッジ３３は上流側（図８において左側）から取り出されることから、作業者は後面ＲＳ側に位置して必要な作業を行う。

さらに図１２（ｂ）は、カートリッジ３３の交換作業を自動で行う方式例を示している。ここではカートリッジ収納部５９に複数のカートリッジ３３を収納保持させておき、ロボット機構６０にカートリッジ交換動作を行わせる。すなわちロボットハンド６０ａを移動させてチャック機構６０ｂによってカートリッジ３３を把持し、液流出機構１１からの使用済みのカートリッジ３３の取り外しおよび新たなカートリッジ３３の液流出機構１１への装着を、ロボット機構６０によって自動的に実行させる。

次に、上記構成のナノファイバ製造装置１を用い、原料液２０を空間中で電気的に延伸させてナノファイバ２０ａを製造するナノファイバ製造方法について説明する。このナノファイバ製造に際しては、流出装置２に原料液２０が蓄積されたカートリッジ３３を予めセットする作業が実行される。

すなわち、図３に示す構成例においては、原料液供給体であるカートリッジ３３と流出体３４とを結合させた第１の結合体５０を形成する結合体形成ステップが実行される（図４（ｂ）参照）。次いで、第１の結合体５０を支持体３２に保持させる支持体保持ステップが実行される（図４（ｃ）参照）。また図８に示す構成例においては、原料液供給体であるカートリッジ３３と、このカートリッジ３３を着脱自在に保持し且つ筒状容器３３ａの内部を加圧する加圧手段が接続された保持体４７とを結合させた第２の結合体５１を形成する結合体形成ステップが実行される（図９（ｂ）参照）次いで、流出体３４が一方側の端部に装着された支持体３２の他方側に、第２の結合体５１を保持させる支持体保持ステップが実行される（図９（ｃ）参照）。

この後、筒状容器３３ａの内部を加圧することによりカートリッジ３３から流出体３４の内部空間３４ａへ原料液２０を圧送する原料液圧送ステップと、圧送された原料液２０を帯電手段によって帯電させながら流出孔３４ｃから流出させ、さらに支持体３２を介して流出体３４を筒状容器３３ａとともに軸廻りに回転手段によって回転させることにより、遠心力によって原料液２０の流出を促進する原料液流出ステップが実行される。これにより、原料液２０は静電延伸現象を応用したエレクトロスピニングによってナノファイバ２０ａとなり、収集装置５によって捕捉回収される。

そしてナノファイバ２０ａを製造するための作業位置Ｐ１に位置した一の原料液流出ユニット１０においてカートリッジ３３の原料液２０が消耗したならば、他の原料液流出ユニット１０のいずれかを一の原料液流出ユニット１０と交換して作業位置Ｐ１に位置させ、ナノファイバ２０ａの製造を継続して実行する。これにより、原料液２０の品切れに起因する製造作業の中断時間の発生を最小限に抑制して、装置稼働率を向上させることができる。

以下、本実施の形態におけるナノファイバ２０ａの製造プロセス例について詳述する。まず、送風装置３、吸引装置２６を稼働させ、流出装置２、案内体４、集中部２４の内部において流出装置２から回収装置８に向かう気体流を発生させる（気体流発生工程）。ここでは、案内体４内の風量が毎分３０立米となるよう風量を調整している。本実施の形態に採用される溶質としての樹脂は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を選定した。また、原料液２０を構成する溶媒としては水を選定し、原料液２０における溶質と溶媒との混合比率は、水９０％、ポリビニルアルコール１０％とした。環境温度は２０℃、湿度は３５％に設定した。

次に、帯電電源１７により円環電極１６を正または負の高電圧とする。円環電極１６の近傍に配置される流出体３４の流出孔３４ｃに電荷が集中し、当該電荷が流出体３４の流出孔３４ｃを通過して空間中に流出する原料液２０に転移し、原料液２０が帯電する（帯電工程）。この帯電工程と同時期にモータ４１を駆動して流出体３４を１５００ｒｐｍ程度の回転数で回転させ、流出体３４の周壁に設けられる流出孔３４ｃから原料液２０を所定の圧力と遠心力とで空間中に流出させる（回転工程、流出工程）。

具体的には、外径がΦ６０ｍｍの流出体３４を用いた。流出体３４は、周方向等間隔に１８個の流出孔３４ｃが設けられている。流出孔３４ｃの直径は、０．３ｍｍであり、形状は円形であった。一方、円環電極１６は内径Φ６００ｍｍのものを用い、帯電電源１７により円環電極１６を接地電位に対して負の６０ＫＶとした。これにより、流出体３４には正の電荷が誘導され、正に帯電した原料液２０が流出することとなる。

流出孔３４ｃから流出された原料液２０は、初めて気体流（空気）と接触し、気体流により搬送され（搬送工程）、気体流に乗り案内体４に案内される。ここで、原料液２０の帯電状態と円環電極１６とは逆極性であるため、クーロン力により引きつけられて円環電極１６の方向に向いて飛行しようとするが、円環電極１６に向かうほとんどの原料液２０が気体流により方向が変えられ、案内体４に向かって飛行することとなる。

原料液２０は、静電延伸現象によりナノファイバ２０ａを製造しつつ（ナノファイバ製造工程）流出装置２から放出される。ここで、原料液２０は、強い帯電状態で流出しているため、静電延伸が容易に発生し、流出した原料液２０のほとんどがナノファイバ２０ａに変化していく。また、原料液２０は、強い帯電状態で流出しているため、静電延伸が何次にもわたって発生し、線径の細いナノファイバ２０ａが大量に製造される。また前記気体流は、加熱手段３１により加熱されており、原料液２０の飛行を案内しつつ、原料液２０に熱を与えて溶剤の蒸発を促進し静電延伸を促進している。

以上のようにして放出装置２から放出されるナノファイバ２０ａは、案内体４に導入される。そして、ナノファイバ２０ａは、案内体４の内方を気体流に搬送されながら収集装置５に向かって案内される（案内工程）。拡散部４ｂにまで搬送されたナノファイバ２０ａは、ここで急速に速度が低下すると共に、均一な分散状態となる（拡散工程）。この状態において、被堆積部材６の背方に配置される吸引装置２６は、蒸発した溶媒と共に気体流を吸引し、ナノファイバ２０ａを被堆積部材６上に誘引する（誘引工程）。また、電圧が印加された誘引電極２２により電界が発生し、当該電界によってもナノファイバ２０ａが誘引される（誘引工程）。

以上により、被堆積部材６により気体流から分けられてナノファイバ２０ａが収集される（収集工程）。被堆積部材６は、部材回収部５ｂによりゆっくり移送されているため、ナノファイバ２０ａも移送方向に延びた長尺の帯状部材として回収される。被堆積部材６を通過した気体流は、吸引装置２６により加速され、回収装置８に到達する。回収装置８では、気体流から溶媒を分離回収する（回収工程）。

上述構成のナノファイバ製造装置１を用いるナノファイバ製造方法においては、カートリッジ３３内に蓄積された原料液２０を流体圧によって加圧して流出孔３４ｃから流出させることから、カートリッジ３３における原料液２０の残留量に関係なく常に流出孔３４ｃから原料液２０を加圧によって安定して押し出すことができ、流出体３４が回転することによる遠心力の作用と相まって、原料液２０を常に均一に放射状に流出させることができるようになっている。

したがって流出した原料液２０が連続した糸状とならずに液滴となって飛散し静電延伸現象が発生しない不具合や、生成されるナノファイバの繊維径が不均一となる品質不良を防止して、生産効率の向上を図ることが可能となっている。上述条件による試行例では、生成されたナノファイバ２０ａの繊維径のばらつき範囲は５００〜７００ｎｍ程度となっており、本願発明の効果が確認されている。

さらに、原料液２０は常にカートリッジ３３内にあって加圧用のエアのみがロータリジョイントを介して供給される構成となっていることから、加圧された原料液２０を回転状態の流出体３４にロータリジョイントを介して供給する方式において発生する不具合、すなわちロータリジョイントの発熱に起因する原料液２０の熱変性による品質劣化が生じない。

また本実施の形態においては、原料液２０はカートリッジ３３内に密封状態のまま供給され、流出孔３４ｃから流出するまで大気に暴露されることがないため、安定した品質の原料液２０を空間中に流出し続けることができ、品質の高いナノファイバ２０ａを安定した状態で長期間製造し続けることができる。また、流出孔３４ｃにおいて原料液２０中の樹脂が固化するのを防止することができ、流出孔３４ｃの目詰まりを除去するメンテナンス作業の回数を減少させることが可能となる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、回転手段により流出体を回転させ遠心力により原料液の流出を促進していたが、回転手段を備えず、加圧手段のみの圧力で原料液を流出させるものでもよい。

本明のナノファイバ製造装置およびナノファイバ製造方法は、均一な繊維径のナノファイバを安定して効率よく製造することができるという特徴を有し、サブミクロンスケールの直径を有するナノファイバの製造やナノファイバを用いた紡糸、不織布の製造に利用可能である。

１ ナノファイバ製造装置
２ 流出装置
３ 送風装置
４ 案内体
５ 収集装置
６ 被堆積部材
７ 誘引部
８ 回収装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ 原料液流出ユニット
１１ 液流出機構
１３ エア供給源
１４ エア供給継手
１５ エア配管
１６ 円環電極
１７ 帯電電源
２０ 原料液
２０ａ ナノファイバ
２１ 電界誘引装置
２２ 誘引電極
２３ 誘引電源
２４ 集中部
２５ 気体誘引装置
３０ 送風機構
３１ 加熱手段
３２ 支持体
３３ カートリッジ
３３ａ 筒状容器
３４ 流出体
３４ａ 内部空間
３４ｃ 流出孔
３７ Ｏリング
３８ 加圧部材
３９ 従動プーリ
４０ 伝導ベルト
４１ モータ
４３ ロータリジョイント
５０ 第１の結合体
５１ 第２の結合体

Claims (9)

1. 原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置であって、
   前記原料液が供給される内部空間を有しこの内部空間から前記原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられる流出体と、
   前記流出体と着脱可能に接続され、内方に蓄積する前記原料液を前記流出体に供給する原料液供給体と、
   前記原料液供給体と前記流出体との接続状態を維持して前記原料液供給体と前記流出体とを支持する支持体と、
   前記原料液供給体と前記流出体と接続させた状態において、前記原料液供給体の内方を加圧することにより前記原料液供給体から前記流出体の内部空間へ原料液を供給させる加圧手段と、
   前記流出体を介して前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段と
   を備えるナノファイバ製造装置。
2. 前記支持体はさらに、前記原料液供給体と前記流出体との接続状態を維持し、かつ、前記原料液供給体と前記流出体とを回転可能に支持し、
   当該ナノファイバ製造装置はさらに、
   前記流出体を前記原料液供給体とともに回転させる回転手段
   を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
3. 前記加圧手段は、前記原料液供給体の内方に流体を導入することで前記原料液供給体の内方を加圧する
   請求項１または請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
4. 前記流体は、気体であり、
   前記原料液供給体は、原料液と、導入した前記気体とを隔絶する隔壁を備える
   請求項３に記載のナノファイバ製造装置。
5. 前記流体は、原料液である
   請求項３に記載のナノファイバ製造装置。
6. 前記帯電手段は、
   前記流出体を外周方向から環状に覆う環状電極と、
   前記環状電極と前記流出体との間に所定の電界を印加する電圧発生手段と
   を備え、
   さらに、
   前記流出体から流出した原料液の方向を偏向し、原料液を流動させる偏向流動手段
   を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
7. 前記原料液供給体、前記流出体、および前記支持体を一体に構成する原料液流出ユニットを複数台と、
   ナノファイバを製造するための作業位置に位置する一の原料液流出ユニットを他の原料液流出ユニットに交換するユニット交換手段と
   を備える請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
8. 原料液を空間中で電気的に延伸させて、ナノファイバを製造するナノファイバ製造装置に適用されるナノファイバ製造方法であって、
   前記製造装置は、
   前記原料液が供給される内部空間を有しこの内部空間から前記原料液を放射状に流出させる流出孔が複数設けられる流出体と、
   前記流出体と着脱可能に接続され、内方に蓄積する前記原料液を前記流出体に供給する原料液供給体と、
   前記原料液供給体と前記流出体との接続状態を維持して前記原料液供給体と前記流出体とを支持する支持体と、
   前記原料液供給体と前記流出体と接続させた状態において、前記原料液供給体の内方を加圧することにより前記原料液供給体から前記流出体の内部空間へ原料液を供給させる加圧手段と、
   前記流出体を介して前記原料液に電荷を付与して帯電させる帯電手段と
   を備え、
   前記原料液供給体と前記流出体とを結合させる結合体形成ステップと、
   結合された前記原料液供給体と前記流出体とを嵌脱自在に保持する支持体保持ステップと、
   前記原料液供給体の内方を加圧することにより前記原料液供給体から前記流出体の内部空間へ原料液を供給する加圧供給ステップと、
   前記加圧供給ステップにより供給された原料液を帯電手段によって帯電させながら前記流出孔から流出させる流出ステップと
   を含むナノファイバ製造方法。
9. 前記流出ステップではさらに、前記流出体を前記原料液供給体とともに回転手段によって回転させることにより、遠心力によって原料液の流出を促進する
   請求項８に記載のナノファイバ製造方法。

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