JPWO2012032777A1 - 支持構造、支持構造を用いたナノファイバー製造装置、および支持構造を用いたナノファイバー製造方法 - Google Patents

Abstract

静電爆発により原料液からナノファイバーを作製するナノファイバー製造装置１０であって、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間２４を内部に有するハウジング２２と、電界紡糸空間２４内に原料液を吐出するノズル１２を備えた電界紡糸ヘッド１４を支持する支持構造２８とを有する。支持構造２８は、ハウジング２２に着脱可能に、且つ、ハウジング２２に対して取り外された状態にあるときに自立可能に構成されている。

Description

本発明は、高分子溶液から高分子のナノファイバーを静電爆発によって作製するための支持構造、ナノファイバー製造装置、およびその方法に関する。

従来より、所定の電位が印加されたコレクタと、コレクタから所定の距離の位置にあって該コレクタに対して所定の電位差（例えば２０〜２００ＫＶ）の電圧が印加されたノズルとをハウジング内の電界紡糸空間に有するナノファイバー製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。電圧が印加されたノズルは、ナノファイバーの原料液（高分子溶液）を帯電しつつコレクタに向かって吐出する。吐出された原料液は、コレクタに向かう途中に静電爆発する。この静電爆発は繰り返し起こり、それにより原料液は延伸され、最終的にナノファイバーに形成される。形成されたナノファイバーは、コレクタ上に配置されたシートに集積する。

特開２００８−１７４８５５号公報

しかし、ナノファイバー製造装置は、ハウジング内の電界紡糸空間において静電爆発によってナノファイバーを作製するように構成されている。そのため、ナノファイバー製造装置のメンテナンス、特にハウジング内の電界紡糸空間に配置されたノズルなどのメンテナンス（例えば清掃や交換）は、作業者が安全を確保しつつハウジング内に侵入して行う必要があるため、その作業性が悪い。

大量のナノファイバーを作製するためにナノファイバー製造装置が大型化すると、例えばノズル数が増加するとともにハウジングが大型化すると、その作業性はさらに悪くなる。

そこで、本発明は、ナノファイバー製造装置が大型であっても、安全であって且つ作業性が高いメンテナンスを実現することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１の態様によれば、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間内に原料液を吐出するノズルを備えた電界紡糸ヘッドを支持する支持構造であって、電界紡糸空間を内部に有するハウジングに着脱可能に、且つハウジングから取り外された状態にあるときに自立可能に構成されている、支持構造が提供される。

本発明の第２の態様によれば、支持構造が、ハウジングに取り付けられた状態のとき、電界紡糸空間と外部とを分離するように構成されている、第１の態様に記載の支持構造が提供される。

本発明の第３の態様によれば、支持構造が、ハウジングへの着脱中において支持構造の重心がハウジングの側に位置するように構成されている、第１または第２の態様に記載の支持構造が提供される。

本発明の第４の態様によれば、電解紡糸ヘッドが支持構造に対して着脱可能に構成されている、第１から第３の態様のいずれか一に記載の支持構造が提供される。

本発明の第５の態様によれば、静電爆発により原料液からナノファイバーを作製するナノファイバー製造装置であって、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間を内部に有するハウジングと、電界紡糸空間内に原料液を吐出するノズルを備えた電界紡糸ヘッドを支持する支持構造をと有し、支持構造が、ハウジングに着脱可能に、且つ、ハウジングから取り外された状態にあるときに自立可能に構成されている、ナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第６の態様によれば、ハウジングが、電源に接続された給電用ハウジング側端子と、接地されたアース用ハウジング側端子とを備え、支持構造が、電界紡糸ヘッドを駆動するヘッド駆動装置と、ヘッド駆動装置に電力を供給するために給電用ハウジング側端子と接触可能な給電用支持構造側端子と、支持構造を接地するためにアース用ハウジング側端子と接触可能なアース用支持構造側端子とを備え、支持構造がハウジングに対して取り付け状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触状態にあり、支持構造がハウジングに対して取り外し状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが切り離し状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが切り離し状態にある、第５の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第７の態様によれば、支持構造が、電界紡糸空間を画定するハウジングの壁の一部として機能し、電界紡糸空間を画定するハウジングの壁が、導電体から作製され、且つその内側に絶縁体層が形成されており、アース用支持構造側端子が支持構造の導電体部分に接続されている、第６の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第８の態様によれば、支持構造がハウジングに取り付けられるときには給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触する前にアース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触するように、且つ、支持構造がハウジングから取り外されるときには給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子との接触が解除された後にアース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子との接触が解除されるように、アース用ハウジング側端子またはアース用支持構造側端子の少なくとも一方が、支持構造の着脱方向に関して伸縮可能に構成されている、第６または第７の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第９の態様によれば、ヘッド駆動装置が、支持構造がハウジングに対して取り付け状態にあるときにハウジング外側に位置する該支持構造の部分に取り付けられている、第６から第８の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１０の態様によれば、支持構造の着脱方向を一定方向に規制しつつ該支持構造を着脱時にガイドするガイド機構をさらに有する、第５から第９の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１１の態様によれば、静電爆発により原料液からナノファイバーを作製するナノファイバー製造装置であって、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間を内部に有するハウジングと、電界紡糸空間内に配置されてナノファイバーを集めるコレクタと、ナノファイバーの作製に関連する作業を電界紡糸空間内において実行する作業ヘッドを支持する支持構造とを有し、支持構造が、ハウジングに着脱可能に、且つ、ハウジングから取り外された状態にあるときに自立可能に構成されている、ナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１２の態様によれば、作業ヘッドが支持構造に対して着脱可能に構成され、作業ヘッドとして、原料液を電界紡糸空間内に吐出するノズルを備えた電界紡糸ヘッド、コレクタ上のシートに接着剤を塗布する接着剤塗布ヘッド、またはコレクタ上のシートと該シート上のナノファイバーとを熱圧着する熱圧着ヘッドのいずれか１つが支持構造に取り付けられる、第１１の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１３の態様によれば、ハウジングが、電源に接続された給電用ハウジング側端子と、接地されたアース用ハウジング側端子とを備え、支持構造が、作業ヘッドを駆動するヘッド駆動装置と、ヘッド駆動装置に電力を供給するために給電用ハウジング側端子と接触可能な給電用支持構造側端子と、支持構造を接地するためにアース用ハウジング側端子と接触可能なアース用支持構造側端子とを備え、支持構造がハウジングに対して取り付け状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触状態にあり、支持構造がハウジングに対して取り外し状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが切り離し状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが切り離し状態にある、第１１または第１２の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１４の態様によれば、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間内に原料液を吐出するノズルを備えた電解紡糸ヘッドを支持する支持構造を用いたナノファイバー製造方法であって、電界紡糸空間を内部に有するハウジングに支持構造を取り付けることにより電解紡糸ヘッドを電界紡糸空間内に配置し、電解紡糸ヘッドのノズルから吐出された原料液から静電爆発によりナノファイバーを作製し、ナノファイバーの作製後に、支持構造をハウジングから取り外すことにより電解紡糸ヘッドをハウジングの外部に取り出す、ナノファイバー製造方法が提供される。

本発明によれば、ノズルを備えた電解紡糸ヘッドを支持する支持構造を、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間を内部に有するハウジングから着脱可能な構成とすることにより、支持構造をハウジングから取り外すだけでノズルのメンテナンスを電界紡糸空間の外において実行できるので、電界紡糸空間内において実行する場合に比べてメンテナンスの作業性や安全性が高い。また、支持構造が自立可能であるので、支持構造をハウジングから取り外して直ぐに、ノズルをメンテナンスすることができる。

本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施の形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
本発明の一実施形態に係る、支持構造を取り付けた状態のナノファイバー製造装置の側面視部分断面図 本発明の一実施形態に係る、支持構造を取り外した状態のナノファイバー製造装置の正面図 ナノファイバー製造装置の電界紡糸空間を画定するハウジングの壁の二重構造を説明するための図 支持構造の斜視図 ハウジングに対して着脱中の支持構造を示す図 別の実施形態における、ハウジングに対して着脱中の支持構造を示す図 アース用コネクタを説明するための図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るナノファイバー製造装置の側面視部分断面図（Ｘ軸方向視）である。また、図２は、図１に示すナノファイバー製造装置の正面図（Ｙ軸方向視）である。図１や図２に示すナノファイバー製造装置１０は、詳細は後述するが、ナノファイバーシート（多数のナノファイバーを基材シート上に貼り付けて一体にすることにより形成されたシート）の生産ラインの一部として機能可能に構成されている。

なお、本明細書で言う「ナノファイバー」は、高分子物質から成り、サブミクロンスケールまたはナノスケールの直径を有する糸状物質を言う。また、高分子物質としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−コ−ヘキサフルオロプロピレン、ポリアクリルニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン等の石油系ポリマーやバイオポリマーなどの様々な高分子、それらの共重合体や混合物などが適用可能である。ナノファイバーの原料液は、これらの高分子物質を溶解した溶液である。

図１に示すように、ナノファイバー製造装置１０は、複数のノズル１２を備えた電界紡糸ヘッド１４と、電界紡糸ヘッド１４に対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に所定の距離（例えば１００〜６００ｍｍ）離れたコレクタ１６とを有する。なお、電界紡糸ヘッド１４が備える複数のノズル１２は、電界紡糸ヘッド１４に着脱可能に設けられる場合、あるいは一体で構成される場合のいずれであってもよい。

電界紡糸ヘッド１４の複数のノズル１２は、コレクタ１６に向かってナノファイバーの原料液を吐出する。また、複数のノズル１２それぞれには、コレクタ１６の電位（コレクタ１６に印加された電圧）に対して所定の電位差（例えば２０〜２００ｋＶ）になるような電圧が印加される。このようなノズル１２により、原料液は、帯電されつつコレクタ１６に向かって吐出される。

コレクタ１６は、図２に示すように、導電性材料からなるベルト１８と、ベルト１８を駆動する導電性材料からなる駆動ローラ２０とを有する。このコレクタ１６は、ベルト１８によって基材シートＳを水平方向（Ｚ軸と直交するＸ軸方向）に搬送する搬送装置も兼ねている。

代わりとして、例えば基材シートＳが長尺であって該基材シートＳの移動方向上流側に配置されたリール（図示せず）によって巻き取られる場合、コレクタ１６は、移動中の基材シートＳと同期あるいは追従するようにベルト１８を駆動ローラ２０によって移動させてもよい。それにより、移動中の基材シートＳとベルト１８との間の摺動を抑制することができ、ナノファイバー作製時において、基材シートＳに積層する帯電状態のナノファイバー層によって静電吸着する基材シートＳとコレクタ１６のベルト１８との間に生じる摺動抵抗が低減される。なお、このベルト１８による基材シートＳの搬送の詳細については後述する。

なお、本実施の形態では、基材シートＳとコレクタ１６のベルト１８は直接接触しているが、基材シートＳをベルト１８とは別体の搬送ベルト（図示せず）によって水平方向（Ｘ軸方向）に搬送し、コレクタ１６のベルト１８が搬送ベルトを介して基材シートＳに対向してもよい。この場合、コレクタ１６のベルト１８が搬送ベルトと同期あるいは追従して移動することにより、ベルト１８と搬送ベルトとの間の摺動抵抗が低減される。

駆動ローラ２０は、ナノファイバーの作製時、所定の電圧（例えば１０〜１００ｋＶ）が印加される。これにより、ベルト１８とノズル１２との間で所定の電位差が生じて静電爆発が起こり、静電爆発によって原料液から作製されたナノファイバーがベルト１８上の基材シートＳに集積する。なお、ベルト１８は、例えば絶縁体層を金属ベルトの表面に形成したベルトであってもよい。このような駆動ローラ２０により、ベルト１８は移動し、またベルト１８上の基材シートＳの表面に一様にナノファイバーを集めることができる。

電界紡糸ヘッド１４とコレクタ１６は、ナノファイバー製造装置１０のハウジング２２内に配置されている。ハウジング２２は、直方体形状の箱体であって、その内部上側に第１の空間２４を画定し、第１の空間２４の下側に第２の空間２６を画定する。

ハウジング２２の第１の空間２４には、原料液からナノファイバーが作製される電界紡糸空間であって、電界紡糸ヘッド１４とコレクタ１６とが配置されている。以下、第１の空間２４を、電界紡糸空間２４と称する。第２の空間２６には、ナノファイバー製造装置１０の制御機器や電源などが配置されている。例えば、コレクタ１６の駆動ローラ２０を回転させるモータ等（図示せず）が第２の空間２６に配置されている。

ハウジング２２を構成する壁の少なくとも一部が、具体的には電界紡糸空間２４を画定する壁の部分が二重構造に構成されている。二重構造の壁の部分は、絶縁体から作製された内側（電界紡糸空間２４側）の内側壁２２ａと導電体から作製された外側（ナノファイバー製造装置１０の外部側）の外側壁２２ｂとから構成されている。外側壁２２ｂは、例えばアース線（図示せず）を介して接地されている。具体的に言えば、外側壁２２ｂ（導電体）によってハウジング２２の全体が構成され、電界紡糸空間２４を臨む外側壁２２ｂの内面の一部に内側壁２２ａ（絶縁体）が設けられている。

絶縁体の内側壁２２ａは、高電圧が印加された電界紡糸ヘッド１４のノズル１２またはコレクタ１６からハウジング２２への放電を抑制するためのものである。一方、導電体の外側壁２２ｂは、ナノファイバー製造装置１０の稼動中、帯電された絶縁体（誘電体）の内側壁２２ａに触れて感電しないようにするためのものである。

具体的に説明すると、ナノファイバー製造装置１０の稼動中、電界紡糸空間２４において高電圧が使用されているために、絶縁体の内側壁２２ａに誘電分極が起こる。例えば、図３に示すように、内側壁２２ａの電界紡糸空間２４側に正の電荷Ｃｐが発生し、反対側に負の電荷Ｃｎが発生する。外側壁２２ｂが存在しない場合、内側壁２２ａの外側に発生した電荷Ｃｎにより、作業者が感電する可能性がある。この対処として、絶縁体の内側壁２２ａの外側に、接地された導電体の外側壁２２ｂが設けられている。

ハウジング２２の壁の一部２８（特許請求の範囲の「支持構造」に対応）は、着脱可能に構成され、詳細は後述するが、電界紡糸ヘッド１４を支持している。本実施の形態の場合、具体的には、支持構造２８は、直方体形状のハウジング２２の１つの側壁であって、上部分が電界紡糸空間２４を画定し、下部分が第２の空間２６を画定する。そのため、図４に示すように、支持構造２８の電界紡糸空間２４を画定する上部分は、内側壁２２ａと外側壁２２ｂとの二重構造に構成されている。

なお、図２は、支持構造２８を取り外した状態のナノファイバー製造装置１０を示している。図２において、支持構造２８とハウジング２２の本体２５との間をシールするシール部材３０が見える。このシール部材３０により、ナノファイバーがハウジング２２の外部に漏れることが防止される。図においては、シール部材３０は、ハウジング２２の本体２５に取り付けられているが、支持構造２８に取り付けられてもよい。また、図示してはいないが、ハウジング２２の本体２５に支持構造２８を着脱可能に固定する手段として、例えばバックルをナノファイバー製造装置１０は備える。

支持構造２８は、床面上を転動する複数のキャスタ３２ａ，３２ｂを備えた台車部３４を下部に有する。そのため、支持構造２８は、図４に示すように、ナノファイバー製造装置１０から取り外した状態において、自立可能であって且つ走行可能である。なお、台車部３４は、電界紡糸ヘッド１４を支持する支持構造２８に対して着脱可能に構成されてもよい。すなわち、ハウジング２２に着脱可能に取り付けられている支持構造２８を台車部３４により受け取り、その台車部３４によって支持構造２８を運搬し、支持構造２８の電界紡糸ヘッド１４をメンテナンスできる構成であってもよい。また、支持構造２８の形態としては、具体的にはドア、窓等の形態も含まれ、少なくとも電界紡糸ヘッド１４等の作業ヘッド（電界紡糸ヘッド１４以外の作業ヘッドについては後述する）を支持できる大きさであればよい。

支持構造２８は、図１や図４に示すように、電界紡糸ヘッド１４を支持する。具体的には、支持構造２８に、電界紡糸ヘッド１４を昇降する（Ｚ軸方向に移動させる）ヘッド昇降機構（ヘッド移動機構）３６が設けられている。このヘッド昇降機構３６は、電界紡糸ヘッド１４を片持ち状態で支持している。このヘッド昇降機構３６により、図４に示すように電界紡糸ヘッド１４が昇降され、ノズル１２とコレクタ１６との間の距離が調整される。なお、ヘッド昇降機構３６は、電力の供給を受けて電界紡糸ヘッド１４を昇降させる構成であってもよく、また人力によって電界紡糸ヘッド１４を昇降させる機構であってもよい。さらに、ヘッド昇降機構３６に代って、電界紡糸ヘッド１４を鉛直方向（Ｚ軸方向）および水平方向（Ｘ，Ｙ軸方向）に移動させるヘッド移動機構であってもよい。

例えば、ノズル１２に印加する電圧を制御する電圧制御装置３８、ノズル１２に原料液を供給するタンクおよびポンプ（図示せず）、ヘッド昇降機構３６を駆動するモータ４０などの電界紡糸ヘッド１４（ノズル１２）の駆動に関連する電装機器（ヘッド駆動装置）は、ハウジング２２の本体２５ではなく、支持構造２８に設けられる。なお、本明細書で言う「電装機器」は、電力の供給を受けて作動する機器を言う。

また、電界紡糸ヘッド１４に関連する電装機器は、全てまたはその一部が、支持構造２８の外側部分（ハウジング２２の本体２５に支持構造２８を取り付けた状態のときにハウジング２２の外側に位置する部分）に取り付けられている。支持構造２８の外側部分に取り付けられた電装機器は、電界紡糸空間２４の外部に位置するので、ナノファイバーが付着して汚れることがない。また、それ以外にも、支持構造２８の外側部分に取り付けられた電装機器を、支持構造２８を取り外すことなくメンテナンスできるという利点がある。

支持構造２８に設けられている電界紡糸ヘッド１４に関連する電装機器は、ナノファイバー製造装置１０の本体２５から電力の供給を受けて作動する。そのために、支持構造２８とナノファイバー製造装置１０の本体２５とを着脱可能に電気的に接続して電力を供給する給電用コネクタ４２を、ナノファイバー製造装置１０は備える。

給電用コネクタ４２は、支持構造２８がハウジング２２の本体２５から取り外されると、支持構造２８とナノファイバー製造装置１０の本体２５との間の電気的接続を解除するように構成されている。そのために、この給電用コネクタ４２は、支持構造２８に設けられた端子（特許請求の範囲の「給電用支持構造側端子」に対応）４２ａとナノファイバー製造装置１０の本体２５（ハウジング２２の本体２５）に設けられた端子（特許請求の範囲の「給電用ハウジング側端子」に対応）４２ｂとを有する。支持構造２８側の端子４２ａは、電界紡糸ヘッド１４に関連する電装機器に電気的に接続されている。ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４２ｂは、電源に電気的に接続されている。これらの端子４２ａ，４２ｂは、支持構造２８の着脱方向（Ｙ軸方向）に接触して電気的に接続するように構成されている。

例えば、図４に示すように、支持構造２８側の端子４２ａは、Ｙ軸方向に延びる円柱形状のロッドの先端に設けられている。一方、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４２ｂは、ロッドと係合可能なＹ軸方向に延びる円筒の底部に設けられている。なお、給電用コネクタ４２の端子４２ａ，４２ｂは、Ｙ軸方向に接触可能であれば、その形状は問わない。

給電用コネクタ４２の端子４２ａ，４２ｂがＹ軸方向に確実に接触するように、着脱中に支持構造２８をＹ軸方向にガイドするガイド機構をナノファイバー製造装置１０は有する。具体的には、支持構造２８の台車部３４の側面には、ナノファイバー製造装置１０のハウジング２２の本体２５の下部に設けられているＹ軸方向に延びるレール４４上を従動する複数のローラ４６ａ，４６ｂが取り付けられている。この本体２５のレール４４と台車部３４のローラ４６ａ，４６ｂとが、支持構造２８の着脱方向をＹ方向に規制するガイド機構として機能する。台車部３４のローラ４６ａ，４６ｂは、本体２５のレール４４の先端側（支持構造２８の本体２５に対して着脱する側）に設けられた傾斜面の案内面４４ａにより、レール４４の上面４４ｂ上に案内される。なお、ガイド機構は、支持構造２８の着脱方向をＹ軸方向に規制できるのであれば、レール４４とローラ４６ａ，４６ｂとに限らない。例えば、ガイド機構は、支持構造２８の台車部３４の側面に形成されたＹ軸方向に延びる溝に、ナノファイバー製造装置１０の本体２５に設けられたカムフォロアが従動するような構成であってもよい。

ローラ４６ａ，４６ｂが接触するレール４４の上面４４ｂの床面からの高さ（接触面と床面との間のＺ軸方向距離）は、支持構造２８の台車部３４のキャスタ３２ａ，３２ｂが床面から離れるような高さにされている。これは、支持構造２８のＺ軸方向位置を位置決めするためである。

これに関連して、支持構造２８は、ハウジング２２の本体２５の着脱中に、ハウジング２２の外部側に傾倒しないように構成されている。具体的には、ここでの「着脱中」は、取り付け時においては、取り付け方向前側のローラ４６ａがレール４４の案内面４４ａに接触してから取り付け方向後側のローラ４６ｂがレール４４の上面４４ｂ上に到達するまでの間を言う。一方、取り外し時においては、取り外し方向前側のローラ４６ｂが案内面４４ａ上に移動してから取り外し方向後側のローラ４６ａが案内面４４ａから離れるまでの間を言う。

具体的に説明すると、図５に示すように、支持構造２８は、ハウジング２２の本体２５への着脱中、ハウジング２２の本体２５に近い側のキャスタ３２ａが床面ＦＬを離れ、その一方で遠い側のキャスタ３２ｂが床面上ＦＬ上を転動する。そのため、支持構造２８は、ハウジング２２の外部側に傾斜した姿勢になる。この傾斜姿勢は、ハウジング２２の本体２５に対して近い側のローラ４６ａがレール４４の上面４４ｂ上に位置し、その一方でハウジング２２の本体２５に対して遠い側のローラ４６ｂがレール４４の上面４４ｂ上に位置しないことによって起こる。

図５に示すようにハウジング２２の外部側に傾斜した姿勢のときに、ハウジング２２の外部側にさらに傾いて倒れないように、支持構造２８は、その重心Ｇが支持構造２８の壁（内側壁２２ａ）に対して少なくともＹ軸方向（ハウジング２２に対して支持構造２８を着脱する方向）のハウジング２２の側に位置するように構成されている。より好ましくは、重心Ｇは、支持構造２８をハウジング２２の本体２５に取り付ける時に、ハウジング２２の本体２５の内部側であって、且つ、床面ＦＬに近い（台車部３４近傍）位置に存在するのがよい。

さらに具体的には、支持構造２８は、その重心Ｇが、Ｙ軸方向の支持構造２８の引き出し側に位置するキャスタ３２ｂの回転中心線を含み、鉛直方向に延びる（Ｘ−Ｚ平面に平行な）仮想平面Ｐｖに対してハウジング２２の側に位置するように構成されるのがよい。これにより、ハウジング２２の本体２５への支持構造２８の着脱中に限らず、床面ＦＬ上の走行中においても、支持構造２８のキャスタ３２ｂ側への傾倒を抑制することができる。支持構造２８の重心Ｇの位置は、ハウジング２２の本体２５への着脱中において重心Ｇがハウジング２２の側に位置するように支持構造２８を設計することにより、また、例えば台車部３４におもりを載せることにより調整される。

なお、図６に示すように、ハウジング２２の本体２５に対して着脱中の支持構造２８の傾倒をより確実に抑制するために、レール４４の上方に配置されて該レール４４の上面４４ｂと平行に延びる傾倒防止部材４７を設けてもよい。傾倒防止部材４７は、ハウジング２２の本体２５に対する支持構造２８の着脱中、支持構造２８がハウジング２２の外部側に傾くと（上記の傾斜姿勢以上に傾くと）、レール４４の上面４４ｂ上を転動するローラ４６ａと接触する。傾倒防止部材４７がローラ４６ａの上方への移動を防止することにより、支持構造２８のハウジング２２の外部側への傾倒を防止することができる。

さらに、支持構造２８は、ナノファイバー製造装置１０の本体（ハウジング２２の本体２５）を介して接地するように構成されている。そのために、支持構造２８とナノファイバー製造装置１０の本体２５とを着脱可能に電気的に接続するアース用コネクタ４８を、ナノファイバー製造装置１０は備える。このアース用コネクタ４８は、支持構造２８を除電した状態でナノファイバー製造装置１０本体から取り外すために、また電界紡糸ヘッド１４に関連する電装機器に基準電位を与えるために設けられている。

アース用コネクタ４８は、支持構造２８がナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外されると、支持構造２８とナノファイバー製造装置１０の本体２５との間の電気的接続を解除するように構成されている。そのために、このアース用コネクタ４８は、支持構造２８に設けられた端子（特許請求の範囲の「アース用支持構造側端子」に対応）４８ａとナノファイバー製造装置１０の本体２５に設けられた端子（特許請求の範囲の「アース用ハウジング側端子」に対応）４８ｂとを有する。アース用コネクタ４８の端子４８ａは、支持構造２８の導電体の外側壁２２ｂや電界紡糸ヘッド１４の駆動に関連する電装機器に電気的に接続されている。一方の端子４８ｂは、アース線（図示せず）を介して接地されている。これらの端子４８ａ，４８ｂは、給電用コネクタ４２の端子４２ａ，４２ｂと同様に、支持構造２８の着脱方向（Ｙ軸方向）に接触して電気的に接続するように構成されている。

例えば、アース用コネクタ４８の支持構造２８側の端子４８ａは、図４に示すように、台車部３４の正面に設けられたＸ軸方向に延びるプレート状の１つの端子である。これに対して、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂは、図２に示すように複数あって、支持構造２８側の端子４８ａと対向するように、Ｘ軸方向に並んでいる。ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂが複数あってＸ軸方向に並ぶことにより、着脱方向がＹ軸方向から水平方向に傾いて支持構造２８がナノファイバー製造装置１０の本体２５に取り付けられても、少なくとも１つの端子４８ｂが支持構造２８側の端子４８ａと接触することができる。これにより、支持構造２８側の端子４８ａは、確実に接地される。

また、図１に示すように、アース用コネクタ４８のナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂそれぞれは、Ｙ軸方向に延びる片持ち梁形状に構成されており、自由端が支持構造２８側の端子４８ａと接触する。具体的には、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂは、図７（Ａ）に示すように、給電用コネクタ４２の端子４２ａと４２ｂとが接触する前に、支持構造２８側の端子４８ａと接触するようなＹ軸方向長さに設計されている。

さらに、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂは、Ｙ軸方向に延びる片持ち梁形状であるために、支持構造２８側の端子４８ａにＹ軸方向に押圧されると撓み変形する。これにより、図７（Ｂ）に示すように、端子４８ｂは、給電用コネクタ４２の端子４２ａと４２ｂとが接触した後も端子４８ａとの接触を維持できる。

このようなナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂによれば、当然ながら、給電用コネクタ４２の端子４２ａと４２ｂとの接触が解除された後に、端子４８ｂと支持構造２８側の端子４８ａとの接触が解除される。

したがって、ナノファイバー製造装置１０の本体２５から支持構造２８への給電用コネクタ４２を介する電力供給が開始される前に、支持構造２８はアース用コネクタ４８を介して接地される。また、ナノファイバー製造装置１０の本体２５から支持構造２８への給電用コネクタ４２を介する電力供給が停止した後に、支持構造２８のアース用コネクタ４８を介する接地が解除される。これにより、支持構造２８が接地された状態のときにのみ、支持構造２８に対してナノファイバー製造装置１０の本体２５から電力が供給される。また、支持構造２８は、除電した状態でナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外される。その結果、ハウジング２２の外部で、安全に電解紡糸ヘッド１４のノズル１２をメンテナンスすることができる。

なお、アース用コネクタ４２の端子の形状は、これに限らず、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子または支持構造２８側の端子の少なくとも一方が、支持構造２８の着脱方向（Ｙ軸方向）に伸縮可能であれば、どのような形状でも可能である。例えば、支持構造２８側の端子が、着脱方向に圧縮可能なばね形状であってもよい。

このようなナノファイバー製造装置１０によれば、ノズル１２のメンテナンス、例えばノズル１２の清掃や交換は、以下のように行うことができる。

ノズル１２のメンテナンスを行うために、まず、ナノファイバー製造装置１０の電源が切られ、ナノファイバー製造装置１０の本体２５から支持構造２８への給電用コネクタ４２を介する電力供給が停止される。このとき、アース用コネクタ４８を介して支持構造２８は除電される。

次に、除電済みの支持構造２８が、ナノファイバー製造装置１０の本体２５からＹ軸方向に取り外される。支持構造２８は、ナノファイバー製造装置１０の本体２５からの取り外しが完了すると、台車部３４のキャスタ３２を介して、所望のメンテナンス位置（例えば、メンテナンス作業を実行できる広い空間）に移動される。そして、ノズル１２のメンテナンスが安全に行われる。

本実施形態によれば、ノズル１２を備えた電解紡糸ヘッド１４を支持する支持構造２８をナノファイバー製造装置１０のハウジング２２の本体２５から取り外すことにより、ノズル１２のメンテナンスを電界紡糸空間２４の外において実行できるので、電界紡糸空間２４内において実行する場合に比べてメンテナンスの作業性や安全性が高い。また、支持構造２８が自立可能であるので、支持構造２８をハウジング２２の本体２５から取り外して直ぐに、ノズル１２をメンテナンスすることができる。なお、ハウジング２２の本体２５からの支持構造２８を取り外した状態には、完全に取り外された離脱状態と、メンテナンス可能なスペースを確保して支持構造２８の一部が本体２５につながった離間状態も含むものとする。

以上、本発明を説明したが、本発明は、上述の説明内容に限定されない。

例えば、支持構造２８は、単体でナノファイバーを製造可能に構成してもよい。具体的には、支持構造２８を、少なくとも、原料液を電界紡糸空間２４内に吐出するノズル１２を備える電界紡糸ヘッド１４と、ノズル１２に原料液を供給する原料液供給装置（バルブおよびポンプ）と、ノズル１２に電圧を印加するための電源とを有する電界紡糸ヘッドユニットとして構成してもよい。このような支持構造（電界紡糸ヘッドユニット）２８により、ハウジング２２の本体２５側に電界紡糸ヘッド１４のノズル１２に電圧を印加する電源がなくても、ハウジング２２内でナノファイバーを作製することができる。

例えば、ナノファイバー製造装置１０の単体はまた、その複数台がＸ軸方向に並んで、ナノファイバーシートの製造ラインの一部として機能可能に構成されている。

具体的には、ナノファイバー製造装置１０は、図２に示すように、電界紡糸空間２４内を長尺の基材シートＳがＸ軸方向に通過するように、ハウジング２２への基材シートＳの出入り口である開口２２ｃをハウジング２２に備える。長尺の基材シートＳは、複数のナノファイバー製造装置１０それぞれのコレクタ１６のベルト１８上を搬送されることにより、複数のナノファイバー製造装置１０それぞれの電界紡糸空間２４内を通過することができる。なお、開口２２ｃを介してナノファイバー製造装置１０の外部にナノファイバーが飛散しないように、開口２２ｃの前方（電界紡糸空間２４側）近くに飛散したナノファイバーを吸引する吸引ダクト５０が開口２２ｃの上部に設けられている。

このような構成により、例えば、基材シートＳの移動方向（Ｘ軸方向）に関して最上流に位置する第１のナノファイバー製造装置１０によって基材シートＳ上に第１のナノファイバー層を形成し、次に続く第２のナノファイバー製造装置１０によって第１のナノファイバー層上に第２のナノファイバー層を形成することが可能になる。

なお、基材シートＳの移動方向に関して最上流側のナノファイバー製造装置１０より上流側には、例えば、基材シートＳを下流方向に送り出す基材シート供給装置、基材シートＳに接着剤を塗布する装置（ナノファイバーが接着剤によって基材シートＳに接着固定される場合）などが配置される。また、基材シートＳの移動方向に関して最下流側のナノファイバー製造装置１０より下流側には、例えば、ナノファイバー層が形成された基材シートＳを回収する基材シート回収装置、ナノファイバーを基材シートＳに熱圧着する熱圧着装置（基材シートＳ上のナノファイバーが熱圧着されて該基材シートＳに固定される場合）などが配置される。

また、例えば、複数のノズル１２を有する電界紡糸ヘッド１４を着脱可能に支持するように支持構造２８のヘッド昇降機構３６が構成されてもよい。これにより、メンテナンス済みまたは新品の電界紡糸ヘッド１４と交換すれば、電界紡糸ヘッド１４の複数のノズル１２を１ずつメンテナンスする場合に比べて、メンテナンスによるナノファイバー製造装置１０の停止時間を短縮することができる。

これに関連して、ノズルヘッド１４に代って、例えば、基材シートＳにナノファイバーを固定するための接着剤を塗布する接着剤塗布ヘッド、基材シートＳ上のナノファイバーを該基材シートＳに熱圧着する熱圧着ヘッドなどの、ナノファイバーの作製に関連する作業を実行する作業ヘッドを支持できるように支持構造２８（ヘッド昇降機構３６）が構成されてもよい。この場合、異なる作業を少なくとも行う作業ヘッドの支持構造２８を有する共用モジュール構成のナノファイバー製造装置１０を複数台使用することにより、例えば、接着剤塗布ヘッドによって基材シートＳに接着剤を塗布する工程と、電界紡糸ヘッド１４によってナノファイバーを作製してそのナノファイバーを接着剤が塗布された基材シートＳ上に集積させる工程と、熱圧着ヘッドによって基材シートＳ上に集積したナノファイバーを該基材シートＳに熱圧着する（接着剤を熱硬化させる）工程とを実行する製造ラインを実現することができる。すなわち、別構成の基材シートＳに接着剤を塗布する専用の装置やナノファイバーを基材シートＳに熱圧着する専用の装置が必要なくなる。なお、接着剤塗布ヘッドや熱圧着ヘッド等の作業ヘッドも、電界紡糸ヘッド１４と同様に、作業ヘッドを有する支持構造２８をナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外すことにより、ハウジング２２の外でメンテナンスすることができる。

さらに、上述の実施形態の場合、作業ヘッドである電界紡糸ヘッド１４は、ヘッド昇降機構３６を介して支持構造２８に支持されているが、電界紡糸ヘッド１４をハウジング２２内において例えば上下方向に移動させる必要がない場合は、支持構造２８に直接固定されてもよい。

さらにまた、上述の実施形態の場合、図１や図４に示すように、支持構造２８は下部の台車部３４によってナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外された状態において自立するが、本発明はこれに限らない。例えば、台車が別にあって、ナノファイバー製造装置１０の本体２５に取り付けられている状態の支持構造（台車部を備えていない支持構造）２８にその台車が合体し、台車と合体した支持構造２８が、装置１０の本体２５から取り外されて台車を介して自立してもよい。本発明は、支持構造２８をナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外された状態において自立させる手段が、支持構造２８に一体に設けられているものに限定するわけではない。

加えて、上述の実施形態の場合、図１や図４に示すように、支持構造２８は台車部３４によって走行可能であるが、本発明はそれに限らない。支持構造２８は、少なくともナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外された状態において自立可能であればよい。

加えてまた、上述の実施形態の場合、図４に示すように、高電圧が使用される電界紡糸空間２４を画定するハウジング２２の壁の一部は、絶縁体の内側壁２２ａと導電体の外側壁２２ｂとからなる二重構造であるが、この内側壁２２ａと外側壁２２ｂとが分離可能であってもよい。すなわち、内側壁２２ａを外側壁２２ｂに対して着脱可能に構成してもよい。

具体的に言えば、絶縁体の内側壁２２ａと導電体の外側壁２２ｂは、少なくとも電界紡糸空間２４において高電圧が使用されているときおよび高電圧の使用に伴い帯電量が残留しているときに少なくとも電気的に接触していればよい。絶縁体の内側壁２２ａの誘電分極は、ナノファイバーの作製中に主に発生するためである。

内側壁２２ａが外側壁２２ｂに対して着脱可能に構成することにより、例えば、ナノファイバーが付着した内側壁２２ａを、電界紡糸空間２４の外で清掃することが可能になる。また、図４に示すように、上述の実施形態の場合、支持構造２８を取り外すと、外側壁２２ｂと内側壁２２ａの両方がナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外されるが、外側壁２２ｂのみが取り外され、内側壁２２ａが装置１０の本体２５に残るようにしてもよい。

さらに加えて、支持構造２８が電界紡糸ヘッド１４を支持することにより、電界紡糸ヘッド１４のノズル１２をナノファイバー製造装置１０の外部でメンテナンスができるという効果が得られるが、さらに副次的な効果も得ることができる。すなわち、支持構造２８がナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外されると、電界紡糸ヘッド１４が電界紡糸空間２４内から外部に移動し、図２に示すように、コレクタ１６上に大きなスペースが生まれる。このスペースにより、電界紡糸空間２４、例えばコレクタ１６のメンテナンスが容易になる。また、電解紡糸ヘッド１４（ノズル１２）が電界紡糸空間２４内に存在していないので、ノズル１２にから滴下した原料液によって作業者が汚れずに済むという効果もある。

さらに加えて、上述の実施の形態の場合、支持構造２８は、図１に示すように、直方体形状のハウジング２２の１つの側面（側壁）を構成するが、本発明はこれに限らない。例えば、支持構造２８は、ハウジングの１つの側壁の一部分を構成してもよいし、複数の側壁を構成してもよい。また、天井壁（またはその一部）を構成してもよい。

さらに加えて、上述の実施の形態の場合、支持構造２８は、電界紡糸空間２４を画定するハウジング２２の１つの側面であって該ハウジング２２に対して着脱可能であるが、本発明はこれに限らない。例えば、別の実施の形態において、ナノファイバー製造装置は、電界紡糸空間を画定する内側ハウジングと、内側ハウジングを収容する外側ハウジングとを有する。支持構造は、外側ハウジングに取り付けられると、外側ハウジングの内部空間と外部とを分離するように構成されている。また、外側ハウジングに支持構造が取り付けられた状態のときに、支持構造が支持する電界紡糸ヘッドが電界紡糸空間内に配置されるように、内側ハウジングが電界紡糸ヘッドを通過させる開口を備える。このような別の実施の形態の場合、支持構造に電界紡糸空間内で作製されたナノファイバーが付着し難くなるという利点がある。

すなわち、本発明に係る支持構造は、電界紡糸空間を画定するハウジングに着脱可能に構成されていることに限定しておらず、広義には、電界紡糸空間を内部に有するハウジングに着脱可能であればよい。

さらに加えて、上述の実施の形態の支持構造２８は、電界紡糸ヘッド１４を支持する機能以外に、電界紡糸空間２４と外部とを分離する機能を有する構成であるが、本発明はこれに限らない。例えば、別の実施の形態において、支持構造は、ナノファイバー製造装置のハウジング内に密閉収容されてもよい。この場合、支持構造は、電界紡糸空間と外部とを分離するように構成される必要がなくなる。

すなわち、本発明に係る支持構造は、広義には、ナノファイバー製造装置のハウジングに着脱可能であって、電界紡糸ヘッドを電界紡糸空間内に配置でき、ハウジングから取り外した状態で自立できればよい。

最後に、上述の実施の形態の場合、支持構造２８は、ハウジング２２（本体２５）に直接的に着脱可能であるが、ハウジング２２（本体２５）に取り付けられた部材に対して着脱可能であってもよい、すなわち間接的にハウジング２２（本体２５）に対して着脱可能であってもよい。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

２０１０年９月９日に出願された日本国特許出願第２０１０−２０２４８２号、および、この優先権主張出願である、２０１１年１月２８日に出願された日本特許出願第２０１１−１７０１７号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

本発明は、例えば、コレクタ上にナノファイバーを直接集積させるなどの上述の実施形態と異なる装置や方法であっても、ハウジング内において高分子溶液から静電爆発によってナノファイバーを作製する装置や方法であれば、適用可能である。

１０ ナノファイバー製造装置
１２ ノズル
１４ 電解紡糸ヘッド
２２ ハウジング
２５ 本体
２８ 支持構造（壁構造体）

本発明は、高分子溶液から高分子のナノファイバーを静電爆発によって作製するための支持構造、ナノファイバー製造装置、およびその方法に関する。

従来より、所定の電位が印加されたコレクタと、コレクタから所定の距離の位置にあって該コレクタに対して所定の電位差（例えば２０〜２００ＫＶ）の電圧が印加されたノズルとをハウジング内の電界紡糸空間に有するナノファイバー製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。電圧が印加されたノズルは、ナノファイバーの原料液（高分子溶液）を帯電しつつコレクタに向かって吐出する。吐出された原料液は、コレクタに向かう途中に静電爆発する。この静電爆発は繰り返し起こり、それにより原料液は延伸され、最終的にナノファイバーに形成される。形成されたナノファイバーは、コレクタ上に配置されたシートに集積する。

特開２００８−１７４８５５号公報

しかし、ナノファイバー製造装置は、ハウジング内の電界紡糸空間において静電爆発によってナノファイバーを作製するように構成されている。そのため、ナノファイバー製造装置のメンテナンス、特にハウジング内の電界紡糸空間に配置されたノズルなどのメンテナンス（例えば清掃や交換）は、作業者が安全を確保しつつハウジング内に侵入して行う必要があるため、その作業性が悪い。

大量のナノファイバーを作製するためにナノファイバー製造装置が大型化すると、例えばノズル数が増加するとともにハウジングが大型化すると、その作業性はさらに悪くなる。

そこで、本発明は、ナノファイバー製造装置が大型であっても、安全であって且つ作業性が高いメンテナンスを実現することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１の態様によれば、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間内に原料液を吐出する複数のノズルを列状に備えた電界紡糸ヘッドを、ノズル列の長手方向の一端で片持ち支持する支持構造であって、電界紡糸空間を内部に有するハウジングに着脱可能に、且つハウジングからノズル列の長手方向に取り外されて電界紡糸ヘッドの少なくとも一部が電界紡糸空間から取り出された状態のときに自立可能に構成されている、支持構造が提供される。

本発明の第２の態様によれば、電界紡糸空間内に配置されたナノファイバーを集めるためのコレクタと電界紡糸ヘッドとの間の距離を調整するヘッド移動機構を有する、第１の態様に記載の支持構造が提供される。

本発明の第３の態様によれば、支持構造が、ハウジングに取り付けられた状態のとき、電界紡糸空間と外部とを分離するように構成されている、第１または第２の態様に記載の支持構造が提供される。

本発明の第４の態様によれば、支持構造が、ハウジングへの着脱中において支持構造の重心がハウジングの側に位置するように構成されている、第１から第３の態様のいずれか一に記載の支持構造が提供される。

本発明の第５の態様によれば、電解紡糸ヘッドが支持構造に対して着脱可能に構成されている、第１から第４の態様のいずれか一に記載の支持構造が提供される。

本発明の第６の態様によれば、静電爆発により原料液からナノファイバーを作製するナノファイバー製造装置であって、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間を内部に有するハウジングと、電界紡糸空間内に原料液を吐出する複数のノズルを列状に備えた電界紡糸ヘッドを、ノズル列の長手方向の一端で片持ち支持する支持構造とを有し、支持構造が、ハウジングに着脱可能に、且つ、ハウジングからノズル列の長手方向に取り外されて電界紡糸ヘッドの少なくとも一部が電界紡糸空間から取り出された状態のときに自立可能に構成されている、ナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第７の態様によれば、支持構造が、電界紡糸空間内に配置されたナノファイバーを集めるためのコレクタと電界紡糸ヘッドとの間の距離を調整するヘッド移動機構を有する、第６の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第８の態様によれば、ハウジングが、電源に接続された給電用ハウジング側端子と、接地されたアース用ハウジング側端子とを備え、支持構造が、電界紡糸ヘッドを駆動するヘッド駆動装置と、ヘッド駆動装置に電力を供給するために給電用ハウジング側端子と接触可能な給電用支持構造側端子と、支持構造を接地するためにアース用ハウジング側端子と接触可能なアース用支持構造側端子とを備え、支持構造がハウジングに対して取り付け状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触状態にあり、支持構造がハウジングに対して取り外し状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが切り離し状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが切り離し状態にある、第６または第７の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第９の態様によれば、支持構造が、電界紡糸空間を画定するハウジングの壁の一部として機能し、電界紡糸空間を画定するハウジングの壁が、導電体から作製され、且つその内側に絶縁体層が形成されており、アース用支持構造側端子が支持構造の導電体部分に接続されている、第８の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１０の態様によれば、支持構造がハウジングに取り付けられるときには給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触する前にアース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触するように、且つ、支持構造がハウジングから取り外されるときには給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子との接触が解除された後にアース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子との接触が解除されるように、アース用ハウジング側端子またはアース用支持構造側端子の少なくとも一方が、支持構造の着脱方向に関して伸縮可能に構成されている、第８または第９の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１１の態様によれば、ヘッド駆動装置が、支持構造がハウジングに対して取り付け状態にあるときにハウジング外側に位置する該支持構造の部分に取り付けられている、第８から第１０の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１２の態様によれば、支持構造の着脱方向を一定方向に規制しつつ該支持構造を着脱時にガイドするガイド機構をさらに有する、第６から第１１の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１３の態様によれば、静電爆発により原料液からナノファイバーを作製するナノファイバー製造装置であって、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間を内部に有するハウジングと、電界紡糸空間内に配置されてナノファイバーを集めるコレクタと、ナノファイバーの作製に関連する作業を電界紡糸空間内において実行する作業ヘッドを片持ち支持する支持構造とを有し、支持構造が、ハウジングに着脱可能に、且つ、ハウジングから取り外されて作業ヘッドの少なくとも一部が電界紡糸空間から取り出された状態のときに自立可能に構成されている、ナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１４の態様によれば、支持構造が、コレクタと作業ヘッドとの間の距離を調整するヘッド移動機構を有する、第１３の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１５の態様によれば、作業ヘッドが支持構造に対して着脱可能に構成され、作業ヘッドとして、原料液を電界紡糸空間内に吐出するノズルを備えた電界紡糸ヘッド、コレクタ上のシートに接着剤を塗布する接着剤塗布ヘッド、またはコレクタ上のシートと該シート上のナノファイバーとを熱圧着する熱圧着ヘッドのいずれか１つが支持構造に取り付けられる、第１３または１４の態様に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１６の態様によれば、ハウジングが、電源に接続された給電用ハウジング側端子と、接地されたアース用ハウジング側端子とを備え、支持構造が、作業ヘッドを駆動するヘッド駆動装置と、ヘッド駆動装置に電力を供給するために給電用ハウジング側端子と接触可能な給電用支持構造側端子と、支持構造を接地するためにアース用ハウジング側端子と接触可能なアース用支持構造側端子とを備え、支持構造がハウジングに対して取り付け状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触状態にあり、支持構造がハウジングに対して取り外し状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが切り離し状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが切り離し状態にある、第１３から第１５の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造装置が提供される。

本発明の第１７の態様によれば、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間内に原料液を吐出する複数のノズルを列状に備えた電界紡糸ヘッドを、ノズル列の長手方向の一端で片持ち支持する支持構造を用いたナノファイバー製造方法であって、電界紡糸空間を内部に有するハウジングに支持構造を取り付けることにより電界紡糸ヘッドを電界紡糸空間内に配置し、電界紡糸ヘッドのノズルから吐出された原料液から静電爆発によりナノファイバーを作製し、ナノファイバーの作製後に、支持構造をハウジングからノズル列の長手方向に取り外すことにより電界紡糸ヘッドの少なくとも一部を電界紡糸空間から取り出す、ナノファイバー製造方法が提供される。

本発明によれば、ノズルを備えた電解紡糸ヘッドを支持する支持構造を、ナノファイバーが作製される電界紡糸空間を内部に有するハウジングから着脱可能な構成とすることにより、支持構造をハウジングから取り外すだけでノズルのメンテナンスを電界紡糸空間の外において実行できるので、電界紡糸空間内において実行する場合に比べてメンテナンスの作業性や安全性が高い。また、支持構造が自立可能であるので、支持構造をハウジングから取り外して直ぐに、ノズルをメンテナンスすることができる。

本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施の形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
本発明の一実施形態に係る、支持構造を取り付けた状態のナノファイバー製造装置の側面視部分断面図 本発明の一実施形態に係る、支持構造を取り外した状態のナノファイバー製造装置の正面図 ナノファイバー製造装置の電界紡糸空間を画定するハウジングの壁の二重構造を説明するための図 支持構造の斜視図 ハウジングに対して着脱中の支持構造を示す図 別の実施形態における、ハウジングに対して着脱中の支持構造を示す図 アース用コネクタを説明するための図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るナノファイバー製造装置の側面視部分断面図（Ｘ軸方向視）である。また、図２は、図１に示すナノファイバー製造装置の正面図（Ｙ軸方向視）である。図１や図２に示すナノファイバー製造装置１０は、詳細は後述するが、ナノファイバーシート（多数のナノファイバーを基材シート上に貼り付けて一体にすることにより形成されたシート）の生産ラインの一部として機能可能に構成されている。

なお、本明細書で言う「ナノファイバー」は、高分子物質から成り、サブミクロンスケールまたはナノスケールの直径を有する糸状物質を言う。また、高分子物質としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−コ−ヘキサフルオロプロピレン、ポリアクリルニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン等の石油系ポリマーやバイオポリマーなどの様々な高分子、それらの共重合体や混合物などが適用可能である。ナノファイバーの原料液は、これらの高分子物質を溶解した溶液である。

図１に示すように、ナノファイバー製造装置１０は、複数のノズル１２を備えた電界紡糸ヘッド１４と、電界紡糸ヘッド１４に対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に所定の距離（例えば１００〜６００ｍｍ）離れたコレクタ１６とを有する。なお、電界紡糸ヘッド１４が備える複数のノズル１２は、電界紡糸ヘッド１４に着脱可能に設けられる場合、あるいは一体で構成される場合のいずれであってもよい。

電界紡糸ヘッド１４の複数のノズル１２は、コレクタ１６に向かってナノファイバーの原料液を吐出する。また、複数のノズル１２それぞれには、コレクタ１６の電位（コレクタ１６に印加された電圧）に対して所定の電位差（例えば２０〜２００ｋＶ）になるような電圧が印加される。このようなノズル１２により、原料液は、帯電されつつコレクタ１６に向かって吐出される。

コレクタ１６は、図２に示すように、導電性材料からなるベルト１８と、ベルト１８を駆動する導電性材料からなる駆動ローラ２０とを有する。このコレクタ１６は、ベルト１８によって基材シートＳを水平方向（Ｚ軸と直交するＸ軸方向）に搬送する搬送装置も兼ねている。

代わりとして、例えば基材シートＳが長尺であって該基材シートＳの移動方向上流側に配置されたリール（図示せず）によって巻き取られる場合、コレクタ１６は、移動中の基材シートＳと同期あるいは追従するようにベルト１８を駆動ローラ２０によって移動させてもよい。それにより、移動中の基材シートＳとベルト１８との間の摺動を抑制することができ、ナノファイバー作製時において、基材シートＳに積層する帯電状態のナノファイバー層によって静電吸着する基材シートＳとコレクタ１６のベルト１８との間に生じる摺動抵抗が低減される。なお、このベルト１８による基材シートＳの搬送の詳細については後述する。

なお、本実施の形態では、基材シートＳとコレクタ１６のベルト１８は直接接触しているが、基材シートＳをベルト１８とは別体の搬送ベルト（図示せず）によって水平方向（Ｘ軸方向）に搬送し、コレクタ１６のベルト１８が搬送ベルトを介して基材シートＳに対向してもよい。この場合、コレクタ１６のベルト１８が搬送ベルトと同期あるいは追従して移動することにより、ベルト１８と搬送ベルトとの間の摺動抵抗が低減される。

駆動ローラ２０は、ナノファイバーの作製時、所定の電圧（例えば１０〜１００ｋＶ）が印加される。これにより、ベルト１８とノズル１２との間で所定の電位差が生じて静電爆発が起こり、静電爆発によって原料液から作製されたナノファイバーがベルト１８上の基材シートＳに集積する。なお、ベルト１８は、例えば絶縁体層を金属ベルトの表面に形成したベルトであってもよい。このような駆動ローラ２０により、ベルト１８は移動し、またベルト１８上の基材シートＳの表面に一様にナノファイバーを集めることができる。

電界紡糸ヘッド１４とコレクタ１６は、ナノファイバー製造装置１０のハウジング２２内に配置されている。ハウジング２２は、直方体形状の箱体であって、その内部上側に第１の空間２４を画定し、第１の空間２４の下側に第２の空間２６を画定する。

ハウジング２２の第１の空間２４には、原料液からナノファイバーが作製される電界紡糸空間であって、電界紡糸ヘッド１４とコレクタ１６とが配置されている。以下、第１の空間２４を、電界紡糸空間２４と称する。第２の空間２６には、ナノファイバー製造装置１０の制御機器や電源などが配置されている。例えば、コレクタ１６の駆動ローラ２０を回転させるモータ等（図示せず）が第２の空間２６に配置されている。

ハウジング２２を構成する壁の少なくとも一部が、具体的には電界紡糸空間２４を画定する壁の部分が二重構造に構成されている。二重構造の壁の部分は、絶縁体から作製された内側（電界紡糸空間２４側）の内側壁２２ａと導電体から作製された外側（ナノファイバー製造装置１０の外部側）の外側壁２２ｂとから構成されている。外側壁２２ｂは、例えばアース線（図示せず）を介して接地されている。具体的に言えば、外側壁２２ｂ（導電体）によってハウジング２２の全体が構成され、電界紡糸空間２４を臨む外側壁２２ｂの内面の一部に内側壁２２ａ（絶縁体）が設けられている。

絶縁体の内側壁２２ａは、高電圧が印加された電界紡糸ヘッド１４のノズル１２またはコレクタ１６からハウジング２２への放電を抑制するためのものである。一方、導電体の外側壁２２ｂは、ナノファイバー製造装置１０の稼動中、帯電された絶縁体（誘電体）の内側壁２２ａに触れて感電しないようにするためのものである。

具体的に説明すると、ナノファイバー製造装置１０の稼動中、電界紡糸空間２４において高電圧が使用されているために、絶縁体の内側壁２２ａに誘電分極が起こる。例えば、図３に示すように、内側壁２２ａの電界紡糸空間２４側に正の電荷Ｃｐが発生し、反対側に負の電荷Ｃｎが発生する。外側壁２２ｂが存在しない場合、内側壁２２ａの外側に発生した電荷Ｃｎにより、作業者が感電する可能性がある。この対処として、絶縁体の内側壁２２ａの外側に、接地された導電体の外側壁２２ｂが設けられている。

ハウジング２２の壁の一部２８（特許請求の範囲の「支持構造」に対応）は、着脱可能に構成され、詳細は後述するが、電界紡糸ヘッド１４を支持している。本実施の形態の場合、具体的には、支持構造２８は、直方体形状のハウジング２２の１つの側壁であって、上部分が電界紡糸空間２４を画定し、下部分が第２の空間２６を画定する。そのため、図４に示すように、支持構造２８の電界紡糸空間２４を画定する上部分は、内側壁２２ａと外側壁２２ｂとの二重構造に構成されている。

なお、図２は、支持構造２８を取り外した状態のナノファイバー製造装置１０を示している。図２において、支持構造２８とハウジング２２の本体２５との間をシールするシール部材３０が見える。このシール部材３０により、ナノファイバーがハウジング２２の外部に漏れることが防止される。図においては、シール部材３０は、ハウジング２２の本体２５に取り付けられているが、支持構造２８に取り付けられてもよい。また、図示してはいないが、ハウジング２２の本体２５に支持構造２８を着脱可能に固定する手段として、例えばバックルをナノファイバー製造装置１０は備える。

支持構造２８は、床面上を転動する複数のキャスタ３２ａ，３２ｂを備えた台車部３４を下部に有する。そのため、支持構造２８は、図４に示すように、ナノファイバー製造装置１０から取り外した状態において、自立可能であって且つ走行可能である。なお、台車部３４は、電界紡糸ヘッド１４を支持する支持構造２８に対して着脱可能に構成されてもよい。すなわち、ハウジング２２に着脱可能に取り付けられている支持構造２８を台車部３４により受け取り、その台車部３４によって支持構造２８を運搬し、支持構造２８の電界紡糸ヘッド１４をメンテナンスできる構成であってもよい。また、支持構造２８の形態としては、具体的にはドア、窓等の形態も含まれ、少なくとも電界紡糸ヘッド１４等の作業ヘッド（電界紡糸ヘッド１４以外の作業ヘッドについては後述する）を支持できる大きさであればよい。

支持構造２８は、図１や図４に示すように、電界紡糸ヘッド１４を支持する。具体的には、支持構造２８に、電界紡糸ヘッド１４を昇降する（Ｚ軸方向に移動させる）ヘッド昇降機構（ヘッド移動機構）３６が設けられている。このヘッド昇降機構３６は、電界紡糸ヘッド１４を片持ち状態で支持している。このヘッド昇降機構３６により、図４に示すように電界紡糸ヘッド１４が昇降され、ノズル１２とコレクタ１６との間の距離が調整される。なお、ヘッド昇降機構３６は、電力の供給を受けて電界紡糸ヘッド１４を昇降させる構成であってもよく、また人力によって電界紡糸ヘッド１４を昇降させる機構であってもよい。さらに、ヘッド昇降機構３６に代って、電界紡糸ヘッド１４を鉛直方向（Ｚ軸方向）および水平方向（Ｘ，Ｙ軸方向）に移動させるヘッド移動機構であってもよい。

例えば、ノズル１２に印加する電圧を制御する電圧制御装置３８、ノズル１２に原料液を供給するタンクおよびポンプ（図示せず）、ヘッド昇降機構３６を駆動するモータ４０などの電界紡糸ヘッド１４（ノズル１２）の駆動に関連する電装機器（ヘッド駆動装置）は、ハウジング２２の本体２５ではなく、支持構造２８に設けられる。なお、本明細書で言う「電装機器」は、電力の供給を受けて作動する機器を言う。

また、電界紡糸ヘッド１４に関連する電装機器は、全てまたはその一部が、支持構造２８の外側部分（ハウジング２２の本体２５に支持構造２８を取り付けた状態のときにハウジング２２の外側に位置する部分）に取り付けられている。支持構造２８の外側部分に取り付けられた電装機器は、電界紡糸空間２４の外部に位置するので、ナノファイバーが付着して汚れることがない。また、それ以外にも、支持構造２８の外側部分に取り付けられた電装機器を、支持構造２８を取り外すことなくメンテナンスできるという利点がある。

支持構造２８に設けられている電界紡糸ヘッド１４に関連する電装機器は、ナノファイバー製造装置１０の本体２５から電力の供給を受けて作動する。そのために、支持構造２８とナノファイバー製造装置１０の本体２５とを着脱可能に電気的に接続して電力を供給する給電用コネクタ４２を、ナノファイバー製造装置１０は備える。

給電用コネクタ４２は、支持構造２８がハウジング２２の本体２５から取り外されると、支持構造２８とナノファイバー製造装置１０の本体２５との間の電気的接続を解除するように構成されている。そのために、この給電用コネクタ４２は、支持構造２８に設けられた端子（特許請求の範囲の「給電用支持構造側端子」に対応）４２ａとナノファイバー製造装置１０の本体２５（ハウジング２２の本体２５）に設けられた端子（特許請求の範囲の「給電用ハウジング側端子」に対応）４２ｂとを有する。支持構造２８側の端子４２ａは、電界紡糸ヘッド１４に関連する電装機器に電気的に接続されている。ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４２ｂは、電源に電気的に接続されている。これらの端子４２ａ，４２ｂは、支持構造２８の着脱方向（Ｙ軸方向）に接触して電気的に接続するように構成されている。

例えば、図４に示すように、支持構造２８側の端子４２ａは、Ｙ軸方向に延びる円柱形状のロッドの先端に設けられている。一方、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４２ｂは、ロッドと係合可能なＹ軸方向に延びる円筒の底部に設けられている。なお、給電用コネクタ４２の端子４２ａ，４２ｂは、Ｙ軸方向に接触可能であれば、その形状は問わない。

給電用コネクタ４２の端子４２ａ，４２ｂがＹ軸方向に確実に接触するように、着脱中に支持構造２８をＹ軸方向にガイドするガイド機構をナノファイバー製造装置１０は有する。具体的には、支持構造２８の台車部３４の側面には、ナノファイバー製造装置１０のハウジング２２の本体２５の下部に設けられているＹ軸方向に延びるレール４４上を従動する複数のローラ４６ａ，４６ｂが取り付けられている。この本体２５のレール４４と台車部３４のローラ４６ａ，４６ｂとが、支持構造２８の着脱方向をＹ方向に規制するガイド機構として機能する。台車部３４のローラ４６ａ，４６ｂは、本体２５のレール４４の先端側（支持構造２８の本体２５に対して着脱する側）に設けられた傾斜面の案内面４４ａにより、レール４４の上面４４ｂ上に案内される。なお、ガイド機構は、支持構造２８の着脱方向をＹ軸方向に規制できるのであれば、レール４４とローラ４６ａ，４６ｂとに限らない。例えば、ガイド機構は、支持構造２８の台車部３４の側面に形成されたＹ軸方向に延びる溝に、ナノファイバー製造装置１０の本体２５に設けられたカムフォロアが従動するような構成であってもよい。

ローラ４６ａ，４６ｂが接触するレール４４の上面４４ｂの床面からの高さ（接触面と床面との間のＺ軸方向距離）は、支持構造２８の台車部３４のキャスタ３２ａ，３２ｂが床面から離れるような高さにされている。これは、支持構造２８のＺ軸方向位置を位置決めするためである。

これに関連して、支持構造２８は、ハウジング２２の本体２５の着脱中に、ハウジング２２の外部側に傾倒しないように構成されている。具体的には、ここでの「着脱中」は、取り付け時においては、取り付け方向前側のローラ４６ａがレール４４の案内面４４ａに接触してから取り付け方向後側のローラ４６ｂがレール４４の上面４４ｂ上に到達するまでの間を言う。一方、取り外し時においては、取り外し方向前側のローラ４６ｂが案内面４４ａ上に移動してから取り外し方向後側のローラ４６ａが案内面４４ａから離れるまでの間を言う。

具体的に説明すると、図５に示すように、支持構造２８は、ハウジング２２の本体２５への着脱中、ハウジング２２の本体２５に近い側のキャスタ３２ａが床面ＦＬを離れ、その一方で遠い側のキャスタ３２ｂが床面上ＦＬ上を転動する。そのため、支持構造２８は、ハウジング２２の外部側に傾斜した姿勢になる。この傾斜姿勢は、ハウジング２２の本体２５に対して近い側のローラ４６ａがレール４４の上面４４ｂ上に位置し、その一方でハウジング２２の本体２５に対して遠い側のローラ４６ｂがレール４４の上面４４ｂ上に位置しないことによって起こる。

図５に示すようにハウジング２２の外部側に傾斜した姿勢のときに、ハウジング２２の外部側にさらに傾いて倒れないように、支持構造２８は、その重心Ｇが支持構造２８の壁（内側壁２２ａ）に対して少なくともＹ軸方向（ハウジング２２に対して支持構造２８を着脱する方向）のハウジング２２の側に位置するように構成されている。より好ましくは、重心Ｇは、支持構造２８をハウジング２２の本体２５に取り付ける時に、ハウジング２２の本体２５の内部側であって、且つ、床面ＦＬに近い（台車部３４近傍）位置に存在するのがよい。

さらに具体的には、支持構造２８は、その重心Ｇが、Ｙ軸方向の支持構造２８の引き出し側に位置するキャスタ３２ｂの回転中心線を含み、鉛直方向に延びる（Ｘ−Ｚ平面に平行な）仮想平面Ｐｖに対してハウジング２２の側に位置するように構成されるのがよい。これにより、ハウジング２２の本体２５への支持構造２８の着脱中に限らず、床面ＦＬ上の走行中においても、支持構造２８のキャスタ３２ｂ側への傾倒を抑制することができる。支持構造２８の重心Ｇの位置は、ハウジング２２の本体２５への着脱中において重心Ｇがハウジング２２の側に位置するように支持構造２８を設計することにより、また、例えば台車部３４におもりを載せることにより調整される。

なお、図６に示すように、ハウジング２２の本体２５に対して着脱中の支持構造２８の傾倒をより確実に抑制するために、レール４４の上方に配置されて該レール４４の上面４４ｂと平行に延びる傾倒防止部材４７を設けてもよい。傾倒防止部材４７は、ハウジング２２の本体２５に対する支持構造２８の着脱中、支持構造２８がハウジング２２の外部側に傾くと（上記の傾斜姿勢以上に傾くと）、レール４４の上面４４ｂ上を転動するローラ４６ａと接触する。傾倒防止部材４７がローラ４６ａの上方への移動を防止することにより、支持構造２８のハウジング２２の外部側への傾倒を防止することができる。

さらに、支持構造２８は、ナノファイバー製造装置１０の本体（ハウジング２２の本体２５）を介して接地するように構成されている。そのために、支持構造２８とナノファイバー製造装置１０の本体２５とを着脱可能に電気的に接続するアース用コネクタ４８を、ナノファイバー製造装置１０は備える。このアース用コネクタ４８は、支持構造２８を除電した状態でナノファイバー製造装置１０本体から取り外すために、また電界紡糸ヘッド１４に関連する電装機器に基準電位を与えるために設けられている。

アース用コネクタ４８は、支持構造２８がナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外されると、支持構造２８とナノファイバー製造装置１０の本体２５との間の電気的接続を解除するように構成されている。そのために、このアース用コネクタ４８は、支持構造２８に設けられた端子（特許請求の範囲の「アース用支持構造側端子」に対応）４８ａとナノファイバー製造装置１０の本体２５に設けられた端子（特許請求の範囲の「アース用ハウジング側端子」に対応）４８ｂとを有する。アース用コネクタ４８の端子４８ａは、支持構造２８の導電体の外側壁２２ｂや電界紡糸ヘッド１４の駆動に関連する電装機器に電気的に接続されている。一方の端子４８ｂは、アース線（図示せず）を介して接地されている。これらの端子４８ａ，４８ｂは、給電用コネクタ４２の端子４２ａ，４２ｂと同様に、支持構造２８の着脱方向（Ｙ軸方向）に接触して電気的に接続するように構成されている。

例えば、アース用コネクタ４８の支持構造２８側の端子４８ａは、図４に示すように、台車部３４の正面に設けられたＸ軸方向に延びるプレート状の１つの端子である。これに対して、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂは、図２に示すように複数あって、支持構造２８側の端子４８ａと対向するように、Ｘ軸方向に並んでいる。ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂが複数あってＸ軸方向に並ぶことにより、着脱方向がＹ軸方向から水平方向に傾いて支持構造２８がナノファイバー製造装置１０の本体２５に取り付けられても、少なくとも１つの端子４８ｂが支持構造２８側の端子４８ａと接触することができる。これにより、支持構造２８側の端子４８ａは、確実に接地される。

また、図１に示すように、アース用コネクタ４８のナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂそれぞれは、Ｙ軸方向に延びる片持ち梁形状に構成されており、自由端が支持構造２８側の端子４８ａと接触する。具体的には、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂは、図７（Ａ）に示すように、給電用コネクタ４２の端子４２ａと４２ｂとが接触する前に、支持構造２８側の端子４８ａと接触するようなＹ軸方向長さに設計されている。

さらに、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂは、Ｙ軸方向に延びる片持ち梁形状であるために、支持構造２８側の端子４８ａにＹ軸方向に押圧されると撓み変形する。これにより、図７（Ｂ）に示すように、端子４８ｂは、給電用コネクタ４２の端子４２ａと４２ｂとが接触した後も端子４８ａとの接触を維持できる。

このようなナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子４８ｂによれば、当然ながら、給電用コネクタ４２の端子４２ａと４２ｂとの接触が解除された後に、端子４８ｂと支持構造２８側の端子４８ａとの接触が解除される。

したがって、ナノファイバー製造装置１０の本体２５から支持構造２８への給電用コネクタ４２を介する電力供給が開始される前に、支持構造２８はアース用コネクタ４８を介して接地される。また、ナノファイバー製造装置１０の本体２５から支持構造２８への給電用コネクタ４２を介する電力供給が停止した後に、支持構造２８のアース用コネクタ４８を介する接地が解除される。これにより、支持構造２８が接地された状態のときにのみ、支持構造２８に対してナノファイバー製造装置１０の本体２５から電力が供給される。また、支持構造２８は、除電した状態でナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外される。その結果、ハウジング２２の外部で、安全に電解紡糸ヘッド１４のノズル１２をメンテナンスすることができる。

なお、アース用コネクタ４２の端子の形状は、これに限らず、ナノファイバー製造装置１０の本体２５側の端子または支持構造２８側の端子の少なくとも一方が、支持構造２８の着脱方向（Ｙ軸方向）に伸縮可能であれば、どのような形状でも可能である。例えば、支持構造２８側の端子が、着脱方向に圧縮可能なばね形状であってもよい。

このようなナノファイバー製造装置１０によれば、ノズル１２のメンテナンス、例えばノズル１２の清掃や交換は、以下のように行うことができる。

ノズル１２のメンテナンスを行うために、まず、ナノファイバー製造装置１０の電源が切られ、ナノファイバー製造装置１０の本体２５から支持構造２８への給電用コネクタ４２を介する電力供給が停止される。このとき、アース用コネクタ４８を介して支持構造２８は除電される。

次に、除電済みの支持構造２８が、ナノファイバー製造装置１０の本体２５からＹ軸方向に取り外される。支持構造２８は、ナノファイバー製造装置１０の本体２５からの取り外しが完了すると、台車部３４のキャスタ３２を介して、所望のメンテナンス位置（例えば、メンテナンス作業を実行できる広い空間）に移動される。そして、ノズル１２のメンテナンスが安全に行われる。

本実施形態によれば、ノズル１２を備えた電解紡糸ヘッド１４を支持する支持構造２８をナノファイバー製造装置１０のハウジング２２の本体２５から取り外すことにより、ノズル１２のメンテナンスを電界紡糸空間２４の外において実行できるので、電界紡糸空間２４内において実行する場合に比べてメンテナンスの作業性や安全性が高い。また、支持構造２８が自立可能であるので、支持構造２８をハウジング２２の本体２５から取り外して直ぐに、ノズル１２をメンテナンスすることができる。なお、ハウジング２２の本体２５からの支持構造２８を取り外した状態には、完全に取り外された離脱状態と、メンテナンス可能なスペースを確保して支持構造２８の一部が本体２５につながった離間状態も含むものとする。

以上、本発明を説明したが、本発明は、上述の説明内容に限定されない。

例えば、支持構造２８は、単体でナノファイバーを製造可能に構成してもよい。具体的には、支持構造２８を、少なくとも、原料液を電界紡糸空間２４内に吐出するノズル１２を備える電界紡糸ヘッド１４と、ノズル１２に原料液を供給する原料液供給装置（バルブおよびポンプ）と、ノズル１２に電圧を印加するための電源とを有する電界紡糸ヘッドユニットとして構成してもよい。このような支持構造（電界紡糸ヘッドユニット）２８により、ハウジング２２の本体２５側に電界紡糸ヘッド１４のノズル１２に電圧を印加する電源がなくても、ハウジング２２内でナノファイバーを作製することができる。

例えば、ナノファイバー製造装置１０の単体はまた、その複数台がＸ軸方向に並んで、ナノファイバーシートの製造ラインの一部として機能可能に構成されている。

具体的には、ナノファイバー製造装置１０は、図２に示すように、電界紡糸空間２４内を長尺の基材シートＳがＸ軸方向に通過するように、ハウジング２２への基材シートＳの出入り口である開口２２ｃをハウジング２２に備える。長尺の基材シートＳは、複数のナノファイバー製造装置１０それぞれのコレクタ１６のベルト１８上を搬送されることにより、複数のナノファイバー製造装置１０それぞれの電界紡糸空間２４内を通過することができる。なお、開口２２ｃを介してナノファイバー製造装置１０の外部にナノファイバーが飛散しないように、開口２２ｃの前方（電界紡糸空間２４側）近くに飛散したナノファイバーを吸引する吸引ダクト５０が開口２２ｃの上部に設けられている。

このような構成により、例えば、基材シートＳの移動方向（Ｘ軸方向）に関して最上流に位置する第１のナノファイバー製造装置１０によって基材シートＳ上に第１のナノファイバー層を形成し、次に続く第２のナノファイバー製造装置１０によって第１のナノファイバー層上に第２のナノファイバー層を形成することが可能になる。

なお、基材シートＳの移動方向に関して最上流側のナノファイバー製造装置１０より上流側には、例えば、基材シートＳを下流方向に送り出す基材シート供給装置、基材シートＳに接着剤を塗布する装置（ナノファイバーが接着剤によって基材シートＳに接着固定される場合）などが配置される。また、基材シートＳの移動方向に関して最下流側のナノファイバー製造装置１０より下流側には、例えば、ナノファイバー層が形成された基材シートＳを回収する基材シート回収装置、ナノファイバーを基材シートＳに熱圧着する熱圧着装置（基材シートＳ上のナノファイバーが熱圧着されて該基材シートＳに固定される場合）などが配置される。

また、例えば、複数のノズル１２を有する電界紡糸ヘッド１４を着脱可能に支持するように支持構造２８のヘッド昇降機構３６が構成されてもよい。これにより、メンテナンス済みまたは新品の電界紡糸ヘッド１４と交換すれば、電界紡糸ヘッド１４の複数のノズル１２を１ずつメンテナンスする場合に比べて、メンテナンスによるナノファイバー製造装置１０の停止時間を短縮することができる。

これに関連して、ノズルヘッド１４に代って、例えば、基材シートＳにナノファイバーを固定するための接着剤を塗布する接着剤塗布ヘッド、基材シートＳ上のナノファイバーを該基材シートＳに熱圧着する熱圧着ヘッドなどの、ナノファイバーの作製に関連する作業を実行する作業ヘッドを支持できるように支持構造２８（ヘッド昇降機構３６）が構成されてもよい。この場合、異なる作業を少なくとも行う作業ヘッドの支持構造２８を有する共用モジュール構成のナノファイバー製造装置１０を複数台使用することにより、例えば、接着剤塗布ヘッドによって基材シートＳに接着剤を塗布する工程と、電界紡糸ヘッド１４によってナノファイバーを作製してそのナノファイバーを接着剤が塗布された基材シートＳ上に集積させる工程と、熱圧着ヘッドによって基材シートＳ上に集積したナノファイバーを該基材シートＳに熱圧着する（接着剤を熱硬化させる）工程とを実行する製造ラインを実現することができる。すなわち、別構成の基材シートＳに接着剤を塗布する専用の装置やナノファイバーを基材シートＳに熱圧着する専用の装置が必要なくなる。なお、接着剤塗布ヘッドや熱圧着ヘッド等の作業ヘッドも、電界紡糸ヘッド１４と同様に、作業ヘッドを有する支持構造２８をナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外すことにより、ハウジング２２の外でメンテナンスすることができる。

さらに、上述の実施形態の場合、作業ヘッドである電界紡糸ヘッド１４は、ヘッド昇降機構３６を介して支持構造２８に支持されているが、電界紡糸ヘッド１４をハウジング２２内において例えば上下方向に移動させる必要がない場合は、支持構造２８に直接固定されてもよい。

さらにまた、上述の実施形態の場合、図１や図４に示すように、支持構造２８は下部の台車部３４によってナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外された状態において自立するが、本発明はこれに限らない。例えば、台車が別にあって、ナノファイバー製造装置１０の本体２５に取り付けられている状態の支持構造（台車部を備えていない支持構造）２８にその台車が合体し、台車と合体した支持構造２８が、装置１０の本体２５から取り外されて台車を介して自立してもよい。本発明は、支持構造２８をナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外された状態において自立させる手段が、支持構造２８に一体に設けられているものに限定するわけではない。

加えて、上述の実施形態の場合、図１や図４に示すように、支持構造２８は台車部３４によって走行可能であるが、本発明はそれに限らない。支持構造２８は、少なくともナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外された状態において自立可能であればよい。

加えてまた、上述の実施形態の場合、図４に示すように、高電圧が使用される電界紡糸空間２４を画定するハウジング２２の壁の一部は、絶縁体の内側壁２２ａと導電体の外側壁２２ｂとからなる二重構造であるが、この内側壁２２ａと外側壁２２ｂとが分離可能であってもよい。すなわち、内側壁２２ａを外側壁２２ｂに対して着脱可能に構成してもよい。

具体的に言えば、絶縁体の内側壁２２ａと導電体の外側壁２２ｂは、少なくとも電界紡糸空間２４において高電圧が使用されているときおよび高電圧の使用に伴い帯電量が残留しているときに少なくとも電気的に接触していればよい。絶縁体の内側壁２２ａの誘電分極は、ナノファイバーの作製中に主に発生するためである。

内側壁２２ａが外側壁２２ｂに対して着脱可能に構成することにより、例えば、ナノファイバーが付着した内側壁２２ａを、電界紡糸空間２４の外で清掃することが可能になる。また、図４に示すように、上述の実施形態の場合、支持構造２８を取り外すと、外側壁２２ｂと内側壁２２ａの両方がナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外されるが、外側壁２２ｂのみが取り外され、内側壁２２ａが装置１０の本体２５に残るようにしてもよい。

さらに加えて、支持構造２８が電界紡糸ヘッド１４を支持することにより、電界紡糸ヘッド１４のノズル１２をナノファイバー製造装置１０の外部でメンテナンスができるという効果が得られるが、さらに副次的な効果も得ることができる。すなわち、支持構造２８がナノファイバー製造装置１０の本体２５から取り外されると、電界紡糸ヘッド１４が電界紡糸空間２４内から外部に移動し、図２に示すように、コレクタ１６上に大きなスペースが生まれる。このスペースにより、電界紡糸空間２４、例えばコレクタ１６のメンテナンスが容易になる。また、電解紡糸ヘッド１４（ノズル１２）が電界紡糸空間２４内に存在していないので、ノズル１２にから滴下した原料液によって作業者が汚れずに済むという効果もある。

さらに加えて、上述の実施の形態の場合、支持構造２８は、図１に示すように、直方体形状のハウジング２２の１つの側面（側壁）を構成するが、本発明はこれに限らない。例えば、支持構造２８は、ハウジングの１つの側壁の一部分を構成してもよいし、複数の側壁を構成してもよい。また、天井壁（またはその一部）を構成してもよい。

さらに加えて、上述の実施の形態の場合、支持構造２８は、電界紡糸空間２４を画定するハウジング２２の１つの側面であって該ハウジング２２に対して着脱可能であるが、本発明はこれに限らない。例えば、別の実施の形態において、ナノファイバー製造装置は、電界紡糸空間を画定する内側ハウジングと、内側ハウジングを収容する外側ハウジングとを有する。支持構造は、外側ハウジングに取り付けられると、外側ハウジングの内部空間と外部とを分離するように構成されている。また、外側ハウジングに支持構造が取り付けられた状態のときに、支持構造が支持する電界紡糸ヘッドが電界紡糸空間内に配置されるように、内側ハウジングが電界紡糸ヘッドを通過させる開口を備える。このような別の実施の形態の場合、支持構造に電界紡糸空間内で作製されたナノファイバーが付着し難くなるという利点がある。

すなわち、本発明に係る支持構造は、電界紡糸空間を画定するハウジングに着脱可能に構成されていることに限定しておらず、広義には、電界紡糸空間を内部に有するハウジングに着脱可能であればよい。

さらに加えて、上述の実施の形態の支持構造２８は、電界紡糸ヘッド１４を支持する機能以外に、電界紡糸空間２４と外部とを分離する機能を有する構成であるが、本発明はこれに限らない。例えば、別の実施の形態において、支持構造は、ナノファイバー製造装置のハウジング内に密閉収容されてもよい。この場合、支持構造は、電界紡糸空間と外部とを分離するように構成される必要がなくなる。

すなわち、本発明に係る支持構造は、広義には、ナノファイバー製造装置のハウジングに着脱可能であって、電界紡糸ヘッドを電界紡糸空間内に配置でき、ハウジングから取り外した状態で自立できればよい。

最後に、上述の実施の形態の場合、支持構造２８は、ハウジング２２（本体２５）に直接的に着脱可能であるが、ハウジング２２（本体２５）に取り付けられた部材に対して着脱可能であってもよい、すなわち間接的にハウジング２２（本体２５）に対して着脱可能であってもよい。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

２０１０年９月９日に出願された日本国特許出願第２０１０−２０２４８２号、および、この優先権主張出願である、２０１１年１月２８日に出願された日本特許出願第２０１１−１７０１７号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

本発明は、例えば、コレクタ上にナノファイバーを直接集積させるなどの上述の実施形態と異なる装置や方法であっても、ハウジング内において高分子溶液から静電爆発によってナノファイバーを作製する装置や方法であれば、適用可能である。

１０ ナノファイバー製造装置
１２ ノズル
１４ 電解紡糸ヘッド
２２ ハウジング
２５ 本体
２８ 支持構造（壁構造体）

Claims (14)

1. ナノファイバーが作製される電界紡糸空間内に原料液を吐出するノズルを備えた電界紡糸ヘッドを支持する支持構造であって、
   電界紡糸空間を内部に有するハウジングに着脱可能に、且つハウジングから取り外された状態にあるときに自立可能に構成されている、支持構造。
2. 支持構造が、ハウジングに取り付けられた状態のとき、電界紡糸空間と外部とを分離するように構成されている、請求項１に記載の支持構造。
3. 支持構造が、ハウジングへの着脱中において支持構造の重心がハウジングの側に位置するように構成されている、請求項１または２に記載の支持構造。
4. 電解紡糸ヘッドが支持構造に対して着脱可能に構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の支持構造。
5. 静電爆発により原料液からナノファイバーを作製するナノファイバー製造装置であって、
   ナノファイバーが作製される電界紡糸空間を内部に有するハウジングと、
   電界紡糸空間内に原料液を吐出するノズルを備えた電界紡糸ヘッドを支持する支持構造とを有し、
   支持構造が、ハウジングに着脱可能に、且つ、ハウジングから取り外された状態にあるときに自立可能に構成されているナノファイバー製造装置。
6. ハウジングが、電源に接続された給電用ハウジング側端子と、接地されたアース用ハウジング側端子とを備え、
   支持構造が、電界紡糸ヘッドを駆動するヘッド駆動装置と、ヘッド駆動装置に電力を供給するために給電用ハウジング側端子と接触可能な給電用支持構造側端子と、支持構造を接地するためにアース用ハウジング側端子と接触可能なアース用支持構造側端子とを備え、
   支持構造がハウジングに対して取り付け状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触状態にあり、
   支持構造がハウジングに対して取り外し状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが切り離し状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが切り離し状態にある請求項５に記載のナノファイバー製造装置。
7. 支持構造が、電界紡糸空間を画定するハウジングの壁の一部として機能し、
   電界紡糸ヘッドを画定するハウジングの壁が、導電体から作製され、且つその内側に絶縁体層が形成されており、
   アース用支持構造側端子が支持構造の導電体部分に接続されている請求項６に記載のナノファイバー製造装置。
8. 支持構造がハウジングに取り付けられるときには給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触する前にアース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触するように、且つ、支持構造がハウジングから取り外されるときには給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子との接触が解除された後にアース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子との接触が解除されるように、アース用ハウジング側端子またはアース用支持構造側端子の少なくとも一方が、支持構造の着脱方向に関して伸縮可能に構成されている請求項６または７に記載のナノファイバー製造装置。
9. ヘッド駆動装置が、支持構造がハウジングに対して取り付け状態にあるときにハウジング外側に位置する該支持構造の部分に取り付けられている請求項６から８のいずれか一項に記載のナノファイバー製造装置。
10. 支持構造の着脱方向を一定方向に規制しつつ該支持構造を着脱時にガイドするガイド機構をさらに有する請求項５から９のいずれか一項に記載のナノファイバー製造装置。
11. 静電爆発により原料液からナノファイバーを作製するナノファイバー製造装置であって、
    ナノファイバーが作製される電界紡糸空間を内部に有するハウジングと、
    電界紡糸空間内に配置されてナノファイバーを集めるコレクタと、
    ナノファイバーの作製に関連する作業を電界紡糸空間内において実行する作業ヘッドを支持する支持構造とを有し、
    支持構造が、ハウジングに着脱可能に、且つ、ハウジングから取り外された状態にあるときに自立可能に構成されているナノファイバー製造装置。
12. 作業ヘッドが支持構造に対して着脱可能に構成され、
    作業ヘッドとして、原料液を電界紡糸空間内に吐出するノズルを備えた電界紡糸ヘッド、コレクタ上のシートに接着剤を塗布する接着剤塗布ヘッド、またはコレクタ上のシートと該シート上のナノファイバーとを熱圧着する熱圧着ヘッドのいずれか１つが支持構造に取り付けられる請求項１１に記載のナノファイバー製造装置。
13. ハウジングが、電源に接続された給電用ハウジング側端子と、接地されたアース用ハウジング側端子とを備え、
    支持構造が、作業ヘッドを駆動するヘッド駆動装置と、ヘッド駆動装置に電力を供給するために給電用ハウジング側端子と接触可能な給電用支持構造側端子と、支持構造を接地するためにアース用ハウジング側端子と接触可能なアース用支持構造側端子とを備え、
    支持構造がハウジングに対して取り付け状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが接触状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが接触状態にあり、
    支持構造がハウジングに対して取り外し状態であるときに、給電用ハウジング側端子と給電用支持構造側端子とが切り離し状態にあるとともに、アース用ハウジング側端子とアース用支持構造側端子とが切り離し状態にある請求項１１または１２に記載のナノファイバー製造装置。
14. ナノファイバーが作製される電界紡糸空間内に原料液を吐出するノズルを備えた電解紡糸ヘッドを支持する支持構造を用いたナノファイバー製造方法であって、
    電界紡糸空間を内部に有するハウジングに支持構造を取り付けることにより電解紡糸ヘッドを電界紡糸空間内に配置し、
    電解紡糸ヘッドのノズルから吐出された原料液から静電爆発によりナノファイバーを作製し、
    ナノファイバーの作製後に、支持構造をハウジングから取り外すことにより電解紡糸ヘッドをハウジングの外部に取り出すナノファイバー製造方法。

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