WO2012042802A1

WO2012042802A1 - ナノファイバー製造システムおよびナノファイバー製造方法

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Publication number: WO2012042802A1
Application number: PCT/JP2011/005346
Authority: WO
Inventors: 黒川　崇裕; 住田　寛人; 裕之辻; 和宜石川
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-04-05
Also published as: US20120282411A1; JPWO2012042802A1; CN102770589A; US8399066B2; CN102770589B; JP5021109B2

Abstract

　ナノファイバー形成空間６８において、静電爆発によって原料液からナノファイバーを形成し、形成したナノファイバーを基材シートＳの主面Ｓａ上に誘引して堆積させるナノファイバー製造システムであって、誘電性の第１の誘電性ベルト４２と、ナノファイバー形成空間６８において基材シートＳを搬送するシート搬送装置２０ａ、２０ｂと、基材シートＳの裏面Ｓｂと第１の誘電性ベルト４２の第１の表面４２ａとを密着させるシート密着装置５２と、ナノファイバー形成空間６８内を基材シートＳの搬送方向に該基材シートＳの裏面Ｓｂに第１の表面４２ａが密着した状態で第１の誘電性ベルト４２を走行させる誘電性ベルト駆動装置４０と、第１の誘電性ベルト４２に誘電分極が生じるように該第１の誘電性ベルト４２の第２の表面４２ｂに電圧を印加する電圧印加装置８０とを有する。

Description

ナノファイバー製造システムおよびナノファイバー製造方法

　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ナノファイバー製造システムおよびナノファイバー製造方法に関する。

　従来より、所定の電圧が印加されたコレクタ部材と、コレクタ部材から所定の距離の位置にあって該コレクタ部材に対して所定の電圧差の電圧が印加されたノズルとを有するナノファイバー製造装置が知られている。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部材に向かって吐出する。吐出された原料液は、溶媒が蒸発することにより乾燥しつつ、コレクタ部材に向かう。原料液は、コレクタ部材に向かう移動中、溶媒の蒸発が進むと静電爆発を起こして延伸し、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、コレクタ部材上に配置された基材シートに、該コレクタ部材によって静電誘引されて堆積する。基材シート上に堆積したナノファイバーに付着する溶媒が完全に蒸発すると、ナノファイバー層が形成された基材シートが完成する。

　基材シート上にナノファイバーを静電誘引して堆積させる誘引装置のコレクタ部材として、様々な形態のコレクタ部材が知られている。特許文献１に記載されたナノファイバー製造装置は、コレクタ部材として導電性ベルトを使用する。ナノファイバーは、導電性ベルト上の基材シートに堆積される。また、導電性ベルトは、該導電性ベルトを支持するロールに電圧を印加することにより、間接的に電圧が印加される。

　また、特許文献２に記載されたナノファイバー製造装置は、導電性のプレート状コレクタ部材を使用する。この導電性プレート状コレクタ部材には、該導電性プレートコレクタ部材上の基材シートに向かって空気を吹き出す複数の孔が形成されている。

　さらに、特許文献３に記載されたナノファイバー製造装置は、基材シートと接触する複数の電極と該電極を支持する無端状の樹脂ベルトとからなるコレクタ部材を使用する。

　さらにまた、特許文献４に記載されたナノファイバー製造装置は、基材シートの表面と摺接する複数のブラシ状電極をコレクタ部材として使用する。

特開２００８－１９６０６１号公報特開２００８－１９００９０号公報特開２００９－５２１６３号公報特開２０１０－１３３０３９号公報

　しかしながら、特許文献１に記載するナノファイバー製造装置の場合、コレクタ部材が導電性ベルトであるため、ノズルに対して最短距離にあるコレクタ部材の部分に位置する基材シートの部分にナノファイバーが集中して堆積しやすい。

　特許文献２に記載するナノファイバー製造装置も、コレクタ部材が導電性であるため、特許文献１に記載のナノファイバー製造装置と同様に、ノズルに対して最短距離にあるコレクタ部材の部分に位置する基材シートの部分にナノファイバーが集中して堆積しやすい。

　また、特許文献３に記載するナノファイバー製造装置の場合、ノズルに対して最短距離にあるコレクタ部材の電極の近傍に位置する基材シートの部分にナノファイバーが集中して堆積しやすい。

　同様に、特許文献４に記載するナノファイバー製造装置の場合も、ノズルに対して最短距離にあるブラシ状電極の近傍に位置する基材シートの部分にナノファイバーが集中して堆積しやすい。

　このように、特許文献１～４に記載するナノファイバー装置はいずれも、基材シート上に部分的にナノファイバーが集中して堆積する傾向がある。原料液を吐出するノズルとナノファイバーを基材シート上に静電誘引するコレクタ部材との間の距離が短くなればなるほど、ノズルに対して最短距離にあるコレクタ部材の部分における誘引力が増加し、誘引力が増加したコレクタ部材の部分に位置する基材シートの部分にナノファイバーが集中して堆積する。なお、ノズルとコレクタ部材との間の距離を十分に長くすることが考えられるが、装置の大きさの制約によって実行できない場合もある。

　ナノファイバーが基材シート上に部分的に集中して堆積すると、そのナノファイバーに付着する溶媒が蒸発し難くなり、その結果、蒸発せずに残った溶媒によってナノファイバーが基材シート上において再び液化することがある。

　そこで、本発明は、誘引装置のコレクタ部材上の基材シートにナノファイバーを堆積させるナノファイバーの製造において、基材シートの一部へのナノファイバーの集中を緩和し、ナノファイバーを基材シート全体に分散させることにより、基材シート上でのナノファイバーの再液化を抑制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、ナノファイバー形成空間において、静電爆発によって原料液からナノファイバーを形成し、形成したナノファイバーを基材シートの主面上に誘引して堆積させるナノファイバー製造システムであって、第１および第２の表面を備える誘電性の第１の誘電性ベルトと、ナノファイバー形成空間において基材シートを搬送するシート搬送装置と、基材シートの裏面と第１の誘電性ベルトの第１の表面とを密着させるシート密着装置と、ナノファイバー形成空間内を基材シートの搬送方向に該基材シートの裏面に第１の誘電性ベルトの第１の表面が密着した状態で該第１の誘電性ベルトを走行させる誘電性ベルト駆動装置と、第１の誘電性ベルトに誘電分極が生じるように該第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する電圧印加装置とを有する、ナノファイバー製造システムが提供される。

　本発明の第２の態様によれば、第１の誘電性ベルトの第２の表面に接触した状態で該第１の誘電性ベルトの走行方向に移動する誘電性の第２の誘電性ベルトを有し、電圧印加装置が、第２の誘電性ベルトを介して第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する、第１の態様に記載のナノファイバー製造システムが提供される。

　本発明の第３の態様によれば、第１の誘電性ベルトの第２の表面に接触した状態で該第１の誘電性ベルトの走行方向に移動する導電性の導電性ベルトを有し、電圧印加装置が、導電性ベルトを介して第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する、第１の態様に記載のナノファイバー製造システムが提供される。

　本発明の第４の態様によれば、電圧印加装置が、第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する少なくとも１つの電極を備え、少なくとも１つの電極が、プレート形状に構成され、基材シートの搬送方向に直交する方向に並んで配置されている、第１から第３の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造システムが提供される。

　本発明の第５の態様によれば、電圧印加装置が、第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する少なくとも１つの電極を備え、少なくとも１つの電極が、回転可能なロール状に構成されている、第１から第３の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造システムが提供される。

　本発明の第６の態様によれば、誘電性ベルト駆動装置が、第１の誘電性ベルトを支持しつつ回転することによって該第１の誘電性ベルトを走行させる駆動ロールを備え、駆動ロールが、ナノファイバー形成空間外に配置されている、第１から第５の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造システムが提供される。

　本発明の第７の態様によれば、基材シートがナノファイバー形成空間を通過する長尺状の基材シートであって、シート搬送装置が、ナノファイバー形成空間外に配置されて該ナノファイバー形成空間内に向かって基材シートを送出するシート供給装置と、ナノファイバー形成空間外に配置されて該ナノファイバー形成空間を通過したナノファイバーが堆積した基材シートを回収するシート回収装置とを備える、第１から第６の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造システムが提供される。

　本発明の第８の態様によれば、基材シート上に堆積したナノファイバーを乾燥させる乾燥装置を備える、第１から第７の態様のいずれか一に記載のナノファイバー製造システムが提供される。

　本発明の第９の態様によれば、ナノファイバーが堆積した基材シートを除電する除電装置を備える、第１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システムが提供される。

　本発明の第１０の態様によれば、ナノファイバー形成空間内において、静電爆発によって原料液からナノファイバーを形成し、形成したナノファイバーを基材シートの主面上に誘引して堆積させるナノファイバー製造方法であって、ナノファイバー形成空間内において基材シートを搬送し、基材シートの裏面と誘電性の第１の誘電性ベルトの第１の表面とを密着し、基材シートに密着した状態で誘電性の第１の誘電性ベルトを該基材シートの搬送方向に走行させ、第１の誘電性ベルトに誘電分極が生じるように該第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加することにより、基材シートの主面上にナノファイバーを静電誘引する、ナノファイバー製造方法が提供される。

　本発明の第１１の態様によれば、第１の誘電性ベルトの第２の表面に接触した状態で該第１の誘電性ベルトの走行方向に誘電性の第２の誘電性ベルトを走行させ、第２の誘電性ベルトを介して第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する、第１０の態様に記載のナノファイバー製造方法が提供される。

　本発明の第１２の態様によれば、第１の誘電性ベルトの第２の表面に接触した状態で該第１の誘電性ベルトの走行方向に導電性のベルトを走行させ、導電性のベルトを介して第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する、第１０の態様に記載のナノファイバー製造方法が提供される。

　本発明によれば、ナノファイバー形成空間内を基材シートの搬送方向に該基材シートの裏面と誘電性の第１の誘電性ベルトの第１の表面が密着した状態で走行する該第１の導電性ベルトの第２の表面に電圧を印加し、それによって第１の誘電性ベルトに誘電分極が生じることにより、ナノファイバーが基材シートの主面に分散して堆積する。これにより、ナノファイバーが基材シートＳ上に部分的に集中して堆積することにより起こる、基材シート上でのナノファイバーの再液化が抑制される。

　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、
本発明の第１の実施形態に係る、ナノファイバー製造システムの構成を概略的に示す図第１の誘電性ベルトの誘電分極を説明するための図本発明の第２の実施形態に係るナノファイバー製造システムに使用されるナノファイバー製造装置を概略的に示す図本発明の第３の実施形態に係るナノファイバー製造システムに使用されるナノファイバー製造装置を概略的に示す図基材シートの幅方向に並んだ複数の導電性ベルトを示す図

　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。

（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るナノファイバー製造システムの構成を概略的に示している。図１に示すナノファイバー製造システム１０は、静電爆発によってナノファイバーの原料液（高分子溶液）からナノファイバーを形成し、形成したナノファイバーをポリエチレン等の樹脂の基材シートＳの主面Ｓａ上に電圧（例えば、１０～１００ｋＶ）が印加された誘引装置（コレクタ）１００のコレクタ部材４２による静電誘引力によって誘引して堆積させ、それによりナノファイバーシート（ナノファイバー層が形成された基材シートＳ）を作製する。

　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（ＦＶＤＦ）、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、それらの共重合体または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媒によって溶解した溶液である。

　また、本明細書で言う「上流側」および「下流側」は、基材シートの搬送方向Ａ（図示白抜き矢印方向）に関して上流側および下流側を意味する用語である。

　図１に示すナノファイバー製造システム１０は、長尺状の基材シートＳを長尺方向（Ｘ軸方向）に搬送し、その搬送途中において基材シートＳの主面Ｓａにノズル６４によって生成されたナノファイバーをコレクタ１００によって静電誘引して堆積させるように構成されている。

　具体的には、ナノファイバー製造システム１０は、図１に示すように、基材シートＳを搬送するための基材シート供給装置２０ａおよび基材シート回収装置２０ｂと、第１の誘電性ベルト４２を基材シートＳと平行に走行させる誘電性ベルト駆動装置４０（４０ａ、４０ｂ）と、基材シートＳの主面Ｓａ上にナノファイバーの層をそれぞれ形成する２つの（第１および第２の）ナノファイバー製造装置６０とによって構成されている。

　基材シート供給装置２０ａと基材シート回収装置２０ｂは、基材シートＳを水平方向（Ｘ軸方向）に且つその主面Ｓａを鉛直方向（Ｚ軸方向）に向けた状態で、誘電性ベルト駆動装置４０と２つのナノファイバー製造装置６０とを通過するように基材シートＳを搬送する。具体的には、図１に示すように、ナノファイバー製造システム１０において、基材シート供給装置２０ａが基材シートＳの搬送方向Ａに関して最上流側に位置し、基材シート回収装置２０ｂが最下流側に位置する。そして、基材シート供給装置２０ａと基材シート回収装置２０ｂとの間に誘電性ベルト駆動装置４０（４０ａ、４０ｂ）と２つのナノファイバー製造装置６０とが位置する。

　基材シート供給装置２０ａは、供給リール２２に巻回された基材シートＳを、下流側の基材シート回収装置２０ｂに向かって送出する。そのために、基材シート供給装置２０ａは、供給リール２２を回転させるモータ２４を有する。

　一方、基材シート回収装置２０ｂは、ナノファイバー製造装置６０によって形成されたナノファイバー層を備える基材シートＳを、回収リール２６に巻取って回収する。そのために、基材シート回収装置２０ｂは、回収リール２６を回転させるモータ２８を有する。

　供給リール２２を回転させるモータ２４と回収リール２６を回転させるモータ２８は、ナノファイバー層を基材シートＳに積層させるナノファイバー製造装置６０を通過する該基材シートＳの搬送速度が一定になるような回転速度で２つのリール２２、２６が回転するように、ナノファイバー製造システム１０の制御装置（図示せず）によって制御される。これにより、基材シートＳは、所定のテンションを維持しつつ搬送される。なお、ナノファイバー製造システム１０の制御装置は、システムを構成する複数の装置を統括的に制御し、管理するように構成されている。

　このように（図１に示すように）、基材シートＳを搬送する手段が基材シート供給装置２０ａと基材シート回収装置２０ｂとして分かれて構成されることにより、ナノファイバー製造システム１０の構成の自由度が増加する。例えば、基材シート供給装置２０ａと基材シート回収装置２０ｂとの間に配置されるナノファイバー製造装置６０の台数を変更することが可能である。

　誘電性ベルト駆動装置４０は、Ｘ軸方向に搬送される基材シートＳの裏面Ｓｂ（主面Ｓａの反対側の面）に密着した状態で第１の誘電性ベルト４２を走行させる装置である。誘電性ベルト駆動装置４０は、基材シートＳの搬送方向Ａに関して上流側に位置する上流側誘電性ベルト駆動装置４０ａと、上流側誘電性ベルト駆動装置４０ａに対して下流側に位置する下流側誘電性ベルト駆動装置４０ｂとから構成される。このような上流側誘電性ベルト駆動装置４０ａと下流側誘電性ベルト駆動装置４０ｂとの間には、図１に示すように、例えば、２つのナノファイバー製造装置６０が配置されている。したがって、誘電性ベルト駆動装置４０によって走行される第１の誘電性ベルト４２は、２つのナノファイバー製造装置６０を通過する。

　第１の誘電性ベルト４２は、基材シートＳにナノファイバーを静電誘引するコレクタ１００（誘引装置）の一部であって、例えば樹脂などの誘電体から作製されて誘電性を備えるベルトである。第１の誘電性ベルト４２は、基材シートＳに密着した部分がＸ軸方向に走行する。

　具体的には、第１の誘電性ベルト４２の上流側端が、上流側誘電性ベルト駆動装置４０ａに設けられた回転可能な駆動ロール４４によって支持される。一方、第１の誘電性ベルト４２の下流側端が、下流側誘電性ベルト駆動装置４０ｂに設けられた回転可能な駆動ロール４６によって支持される。これらの駆動ロール４４、４６は、モータ４８、５０によって駆動されて回転する。モータ４８、５０は、同期して２つの駆動ロール４４、４６が回転するように、ナノファイバー製造システム１０の制御装置（図示せず）によって制御される。このような駆動ロール４４、４６により、第１の誘電性ベルト４２は、所定のテンションを維持しつつ基材シートＳと密着した部分がＸ軸方向に走行される。なお、第１の誘電性ベルト４２を走行させるモータは、モータ４８、５０のいずれか一方のみでもよい。

　また、上流側誘電性ベルト駆動装置４０ａは、ナノファイバー層が形成される前の基材シートＳの裏面Ｓｂと第１の誘電性ベルト４２の第１の表面４２ａとを密着させる手段としてスキージ５２を有する。このスキージ５２は、基材シートＳの裏面Ｓｂと第１の誘電性ベルト４２の第１の表面４２ａとを、気泡を介在させることなく、またしわを発生することなく密着させるためのものである。基材シートＳは、第１の誘電性ベルト４２に比べて薄くてコシがないため、気泡を介在した状態で、またしわが発生した状態で第１の誘電性ベルト４２に密着しやすい。特に、基材シートＳと第１の誘電性ベルト４２とがともに樹脂である場合、基材シートＳと第１の誘電性ベルト４２とが帯電状態で接触すると、一方が他方に対してずれることや伸ばすことが困難になり、両方の間の空気が抜け難くなる。このスキージ５２によりしわや気泡の問題が解消され、基材シートＳと第１の誘電性ベルト４２とは互いに密着した状態でナノファイバー製造装置６０を通過することができる。

　なお、基材シートＳと該基材シートＳと密着する第１の誘電性ベルト４２の部分とが同一の速度でＸ軸方向に移動できるように、ナノファイバー製造システム１０の制御装置は、基材シートＳの搬送速度と第１の誘電性ベルト４２の走行速度を同期して制御することが好ましい。基材シートＳの搬送速度と第１の誘電性ベルト４２の走行速度との間の速度差が大きい場合、速度差によって摩擦が生じ、その摩擦により第１の誘電性ベルト４２または基材シートＳの少なくとも一方に磨耗および／または傷が発生する可能性があるからである。

　さらに、下流側誘電性ベルト駆動装置４０ｂは、基材シートＳの主面Ｓａ上に形成されたナノファイバー層を温風乾燥する乾燥装置５４を有する。これにより、ナノファイバーの再液化を抑制するとともに、十分に乾燥したナノファイバー層を備える基材シートＳが基材シート回収装置２０ｂの回収リール２６に巻回される。

　さらにまた、下流側誘電性ベルト駆動装置４０ｂは、基材シートＳと第１の誘電性ベルト４２とが離間（剥離）するときに起こりうる剥離帯電の発生を抑制するために、基材シートＳを除電する除電装置５６を有する。これにより、剥離帯電によって起こりうるスパークの発生を抑制し、スパークによる基材シートＳ上のナノファイバー層の破壊を防止する。

　ナノファイバー製造装置６０は、ハウジング６２と、原料液を吐出するノズル６４と、コレクタ（誘引装置）１００の一部である第２の誘電性ベルト６６とを有する。

　ナノファイバー製造装置６０のハウジング６２は、静電爆発によって原料液からナノファイバーを形成するためのナノファイバー形成空間６８を画定する。また、ハウジング６２は、基材シートＳとそれに密着する第１の誘電性ベルト４２とがナノファイバー形成空間６８をＸ軸方向に通過できるように、基材シートＳのナノファイバー形成空間６８への出入り口である開口７０を備える。なお、開口７０近傍には、ナノファイバー形成空間６８内で形成されたナノファイバーが開口７０を介して該ナノファイバー形成空間６８の外部に漏れないように、ナノファイバーを吸引する吸引ダクト７２が設けられる。

　ナノファイバー製造装置６０のノズル６４は、ナノファイバー形成空間６８内において、基材シートＳに対して所定の距離（例えば、１００～６００ｍｍ）をあけて、且つ基材シートＳを挟んで第１の誘電性ベルト４２と対向するように配置される。また、ノズル６４には、電圧印加装置７４によって所定の電圧が印加されている。所定の電圧は、詳細は後述するが第２の誘電性ベルト６６に印加された電圧に対して所定の電圧差、すなわち静電爆発が起こり、それにより原料液からナノファイバーを形成できる電圧差（例えば、２０～２００ｋＶ）になるような電圧である。これにより、ノズル６４が原料液を帯電しつつナノファイバー形成空間６８内に吐出することができ、吐出された原料液が静電爆発によってナノファイバーに形成される。

　ナノファイバー製造装置６０の第２の誘電性ベルト６６は、基材シートＳにナノファイバーを静電誘引するコレクタ（誘引装置）１００の一部であって、例えば樹脂などの誘電体から作製されて誘電性を備えるベルトである。この第２の誘電性ベルト６６は、第１の誘電性ベルト４２を挟んで基材シートＳと対向するナノファイバー形成空間６８内の位置に配置され、第１の誘電性ベルト４２の第２の表面４２ｂ（第１の表面４２ａの反対側の面）と接触する。

　また、第２の誘電性ベルト６６は、電圧が印加された状態で且つ第１の誘電性ベルト４２と接触した部分がＸ軸方向に走行する。具体的には、第２の誘電性ベルト６６の両端が、回転可能な電極ロール（すなわち円筒形状の回転可能な電極）７６によって支持される。また、第２の誘電性ベルト６６を第１の誘電性ベルト４２に押し当てて両方のベルト６６、４２の接触を維持する複数の回転可能な電極ロール７８がＸ軸方向に並んで設けられている。

　電極ロール７６、７８は、第２の誘電性ベルト６６に接触して電圧を印加するための電圧印加装置８０の電極であって、例えば金属などの導電体から作製されている。

　電極ロール７６、７８を介して第２の誘電性ベルト６６に電圧が電圧印加装置８０によって印加されると、図２に示すように、第１の誘電性ベルト４２と第２の誘電性ベルト６６の両方に誘電分極が起こる。

　例えば、電圧印加装置８０によって電極ロール７６、７８に電圧が印加されると、第２の誘電性ベルト６６の電極ロール７６、７８と接触する側の表面に負極性の電荷Ｃｎが一様に発生する。それとともに、第１の誘電性ベルト４２と接触する側の第２の誘電性ベルト６６の表面には正極性の電荷Ｃｐが一様に発生する。

　第２の誘電性ベルト６６が上記のように誘電分極することにより、第１の誘電性ベルト４２の第２の表面４２ｂには負極性の電荷Ｃｎが一様に発生する。それとともに、第１の誘電性ベルト４２の第１の表面４２ａに正極性の電荷Ｃｐが一様に発生する。

　基材シートＳと接触する第１の誘電性ベルト６６の第１の表面４２ａに一様に一極性の電荷Ｃｐが発生することにより、ナノファイバーが、基材シートＳ上に部分的に集中して堆積することなく、基材シートＳの主面Ｓａ上に一様に堆積する。その結果、均一な厚さのナノファイバー層が基材シートＳの主面Ｓａ上に形成される。

　また、電極ロール７６の少なくとも一方は、モータ８２に駆動されて回転し、第２の誘電性ベルト６６を走行させる駆動ロールの役割をする。モータ８２は、ナノファイバー製造システム１０の制御装置（図示せず）によって制御される。

　なお、第２の誘電性ベルト６６と第１の誘電性ベルト４２との互いの接触部分が同一の速度でＸ軸方向に移動できるように、ナノファイバー製造システム１０の制御装置は、第２の誘電性ベルト６６の走行速度と第１の誘電性ベルト４２の走行速度を同期して制御することが好ましい。その理由は、第２の誘電性ベルト６６の走行速度と第１の誘電性ベルト４２の走行速度との間の速度差が大きい場合、速度差によって摩擦が生じ、その摩擦により第２の誘電性ベルト６６または第１の誘電性ベルト４２の少なくとも一方に磨耗や傷が発生する可能性があるからである。また、別の理由は、第２の誘電性ベルト６６と第１の誘電性ベルト４２との間に部分的にすきまが生じ（非接触領域が発生し）、その結果として、基材シートＳと接触する第１の誘電性ベルト４２の第１の表面４２ａに一様に電荷が発生しない可能性があるからである。

　また、ナノファイバーの形成中において、第２の誘電性ベルト６６と第１の誘電性ベルト４２とが静電誘引（吸着）し合うことにより、実質的に第２の誘電性ベルト６６が摺動抵抗を増大することなく追従するように第１の誘電性ベルト４２とともに走行するのであれば、第２の誘電性ベルト６６を走行させるモータ８２をナノファイバー製造装置６０から省略してもよい。

　さらに、基材シートＳの搬送方向Ａに直交する第１の誘電性ベルト４２の幅と第２の誘電性ベルト６６の幅（Ｙ軸方向長さ）は、第１の誘電性ベルト４２の方を大きくすべきである。第２の誘電性ベルト６６の幅の方が大きいと、第１の誘電性ベルト４２から第２の誘電性ベルト６６の一部が露出し、その露出部分にナノファイバーが集中して堆積するからである。同様の理由から、電極ロール７６、７８のＹ軸方向長さも、第１の誘電性ベルト４２のＹ軸方向長さに比べて小さくすべきである。

　加えて、複数の電極ロール７６、７８は、ノズル６４と該ノズル６４から最短距離に位置する基材シートＳの部分とを通過する、すなわちノズル６４の直下の位置に相当する直線Ｃ上に位置しないように配置されている。好ましくは、複数の電極ロール７６、７８は、直線Ｃ対称に配置されている。これにより、ノズル６４から吐出された原料液から形成されたナノファイバーが、ノズル６４から最短距離に位置する基材シートＳの部分に集中して堆積することが抑制され、基材シートＳの広い範囲に堆積する。なお、電極ロールは１つでもよく、その場合は、電極ロールをノズル６４の直下に配置してもよい。

　加えて、電極ロール７６に代って、第２の誘電性ベルト６６を走行させる駆動ロールを別途設けてもよい。これにより、電極ロール７６は、第２の誘電性ベルト６６に電圧を印加するためだけに機能することができ、その構造を簡略化することができる。例えば、電極ロール７６が駆動ロールの役割を果たすためにモータに駆動連結される場合、電極ロール７６に印加した電圧によってモータが損傷しないように、電極ロール７６とモータとを絶縁体を介して連結しなければならない。

　ここからは、ナノファイバー製造システム１０によるナノファイバーシート（ナノファイバー層が形成された基材シートＳ）の作製方法について説明する。

　まず、基材シートＳが、基材シート供給装置２０ａから上流側誘電性ベルト駆動装置４０ａに送られる。上流側誘電性ベルト駆動装置４０ａに送られた基材シートＳは、スキージ５２によって第１の誘電性ベルト４２に、気泡を介在することなく、またしわを発生しないように密着される。

　第１の誘電性ベルト４２に密着した状態の基材シートＳは、上流側の第１のナノファイバー製造装置６０のナノファイバー形成空間６８内に搬送される。第１のナノファイバー製造装置６０は、ノズル６４から原料液を吐出し、ナノファイバーを形成する。形成されたナノファイバーが基材シートＳ上に一様に堆積し、均一な厚さの第１のナノファイバー層が基材シートＳ上に形成される。

　第１のナノファイバー層が形成された基材シートＳは、第１のナノファイバー製造装置６０から第２（下流側）のナノファイバー製造装置６０のナノファイバー形成空間６８内に搬送される。第２のナノファイバー製造装置６０に搬送された基材シートＳは、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される。

　第１および第２のナノファイバー層が形成された基材シートＳは、下流側誘電性ベルト駆動装置４０ｂに搬送され、そこで第１の誘電性ベルト４２との密着が解除される。

　最後に、第１および第２のナノファイバー層が形成された基材シートＳは、基材シート回収装置２０ｂによって回収リール２６に巻き取られる。

　本第１の実施形態によれば、第１の誘電性ベルト４２の第２の表面４２ｂと接触する、且つ基材シートＳが密着した状態の第１の誘電性ベルト４２と同期して搬送方向Ａに走行する第２の誘電性ベルト６６を介して第１の誘電性ベルト４２の第２の表面４２ｂに電圧を印加することにより、第１の誘電性ベルト４２に誘電分極が起こり、基材シートＳと密着する第１の誘電性ベルト４２の第１の表面４２ａに一極性（正の極性または負の極性のいずれか一方）の電荷が一様に分散して発生する。これにより、ナノファイバーが、第１の誘電性ベルト４２上の基材シートＳに、部分的に集中することなく一様に分散して堆積する。その結果、ナノファイバーが基材シートＳ上に部分的に集中して堆積することにより起こる、基材シートＳ上でのナノファイバーの再液化が抑制される。

　また、第１の誘電性ベルト４２と第２の誘電性ベルト６６とを接触させることによって基材シートＳの主面Ｓａ上にナノファイバーを一様に分散して堆積させる構成であるため、ナノファイバー製造システム１０は、コスト的にも、またメンテナンス性にも優れる。

　このことについて具体的に説明すると、基材シートＳの裏面Ｓｂと密着する誘電性ベルトの表面に一様な一極性の電荷が発生するためには、誘電性ベルトは所定の厚さが必要である。その理由は、誘電性ベルトが薄すぎると、誘電ベルトに電圧を印加する電極から発生する電界の影響が現れ、電極に対応する基材シートＳの部分にナノファイバーが集中して堆積するからである。

　そこで、上記所定の厚さを備える第１の誘電性ベルト４２を使用するとともに第２の誘電性ベルト６６を省略することが考えられるが、その場合、第１の誘電性ベルト４２が長尺であるため、第１の誘電性ベルト４２の製造コストが高くなり、また交換などのメンテナンスが困難な重量になる。また、図１を参照すれば明らかなように、所定の厚さを備える誘電性ベルトが必要な場所は、ナノファイバーが堆積されるナノファイバー製造装置６０のナノファイバー形成空間６８内だけである。

　したがって、本第１の実施形態は、コストやメンテナンス性を考慮して、ナノファイバー形成空間６８において第１の誘電性ベルト４２と第２の誘電性ベルト６６とが接触する（重なる）ことにより、基材シートＳの主面Ｓａ上にナノファイバーを一様に分散して堆積させることができる所定の厚さを実現する構成を採用している。

　さらに、スキージ５２により、ナノファイバーが堆積する前の基材シートＳが、気泡を介在させることなく、しわを発生することなく、第１の誘電性ベルト４２の表面に密着する。これにより、ナノファイバーが、第１の誘電性ベルト４２上の基材シートＳに、部分的に集中することなくさらに一様に堆積する。加えて、基材シートＳが平坦な状態になり、その結果として基材シートＳ上に平坦なナノファイバー層を形成することが可能になる。

　さらにまた、基材シートＳを搬送する手段が、シート供給装置２０ａとシート回収装置２０ｂとして、ナノファイバー形成空間６８の外部に位置するので、これらの装置２０ａ、２０ｂがナノファイバーの付着によって汚れることがない。したがって、シート供給装置２０ａとシート回収装置２０ｂのメンテナンスが容易になる。

　加えて、第１の誘電性ベルト４２を走行させる手段が、上流側誘電性ベルト駆動装置４０ａの駆動ロール４４と下流側誘電性ベルト駆動装置４０ｂの駆動ロール４６として、ナノファイバー形成空間６８の外部に位置するので、これらの駆動ロール４４、４６がナノファイバーの付着によって汚れることがない。したがって、駆動ロール４４、４６のメンテナンスが容易になる。

　加えて、基材シートＳと第１の誘電性ベルト４２に密着させるスキージ５２も、ナノファイバー形成空間６８の外部に位置するので、ナノファイバーの付着によって汚れることがない。したがって、スキージ５２のメンテナンスが容易になる。

（第２の実施形態）
　図３は、本発明の第２の実施形態に係るナノファイバー製造システムに使用されるナノファイバー製造装置の構成を概略的に示している。本第２の実施形態のナノファイバー製造システムは、一部を除いて、第１の実施形態のナノファイバー製造システムと同一である。したがって、第１の実施形態と異なる部分を中心として、本第２の実施形態のナノファイバー製造システムを説明する。なお、第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一の数字が参照符号として付されている。

　第１の実施形態のナノファイバー製造システム１０において、第２の誘電性ベルト６６に電圧を印加するための複数の電極７８は、図１に示すように回転可能なロール形態であるが、本第２の実施形態の場合はプレート形状である。

　第１の実施形態のように、回転可能であって基材シートＳの搬送方向Ａに並列に配置された複数の電極ロール７８（および７６）により第２の誘電性ベルト６６に電圧を印加する場合、第２の誘電性ベルト６６と電極ロール７６、７８との間の摺動抵抗を小さくすることができる。その結果、第２の誘電性ベルト６６の走行速度の高速化が可能になり、それにより、基材シートＳの搬送速度の高速化も可能になる。また、第２の誘電性ベルト６６に分散して電圧が印加されるため、ナノファイバー製造装置６０のナノファイバー形成空間６８において基材シートＳの比較的広い範囲にナノファイバーを堆積させることができる。

　これに対して、比較的低速な、例えば５０ｍ／ｓ以下の基材シートＳの搬送速度が要求される場合、またはナノファイバー製造装置６０のナノファイバー形成空間６８において基材シートＳの比較的狭い範囲へのナノファイバーの堆積が要求される場合、すなわち、厚いナノファイバー層の形成が要求される場合、基材シートＳの搬送方向Ａの送りおよび基材シートＳへのナノファイバーの堆積に悪影響が生じないのであれば、回転可能なロール形状の複数の電極ロール７８に代って、第２の実施形態のプレート形状で構成されるプレート形状電極１７８を使用することが可能である。

　シートＳの搬送速度が比較的低速であるため、すなわち第２の誘電性ベルト６６の走行速度が低速で済むため、誘電性の第２の誘電性ベルト６６とプレート形状で構成されたプレート状電極１７８の少なくとも一方、特には第２の誘電性ベルト６６に磨耗や傷が発生しにくい。また、プレート状電極１７８は、第２の誘電性ベルト６６との接触面積が大きくなると摺動抵抗が増加するため、その大きさはある程度制限されるものの、複数の電極ロール７８に比べて、単体のプレート状電極１７８によりナノファイバー製造装置の構造をシンプルにすることができる。

　なお、プレート状電極１７８がグランドに接続されて使用される場合、電圧が印加される場合に比べて、プレート状電極１７８と第２の誘電性ベルト６６との間の静電誘引力（吸着）が小さくなるため、第２の誘電性ベルト６６の走行速度を増加させることが可能である。

　また、第２の誘電性ベルト６６に電圧を印加する電極は、単体のプレート形状のプレート状電極１７８に代って、複数のプレート形状のプレート状電極であってもよい。この場合、複数のプレート状電極は、搬送方向Ａと直交する方向に隣接して並べてもよい。

（第３の実施形態）
　図４は、本発明の第３の実施形態に係るナノファイバー製造システムに使用されるナノファイバー製造装置の構成を概略的に示している。本第３の実施形態のナノファイバー製造システムは、一部を除いて、第１の実施形態のナノファイバー製造システムと同一である。したがって、第１の実施形態と異なる部分を中心として、本第３の実施形態のナノファイバー製造システムを説明する。なお、第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一の数字が参照符号として付されている。

　第１の実施形態のナノファイバー製造システム１０において、第１の誘電性ベルト４２を誘電分極させる手段は、誘電性の第２の誘電性ベルト６６であるが、本第３の実施形態の場合は導電性の導電性ベルト２６６である。

　導電性ベルト２６６は、金属、より好ましくは導電性樹脂から作製されたベルトである。導電性ベルト２６６は、ベルトへの印加電圧や形状が同一である場合、第１の実施形態の第２の誘電性ベルト６６に比べて、第１の誘電性ベルト４２を強くより安定して誘電分極させることができる。それにより、第１の誘電性ベルト４２の静電誘引力が大きくなり、ナノファイバーをより高密度に基材シートＳ上に堆積することができる。

　ただし、金属の導電性ベルト２６６を使用し、且つ図５に示すように幅広い（Ｙ軸方向寸法が大きい）基材シートＳを使用する場合、複数の金属の導電性ベルト２６６を基材シートＳの幅方向に並べるのが好ましい。理由は、幅広い基材シートＳに合わせて１つの金属製の導電性ベルト２６６を作製した場合、樹脂の第２の誘電性ベルト６６や導電性樹脂の導電性ベルトに比べて製造コストが高くなるとともに、大きさとその重さによって取扱い（交換や搬送）が困難になるからである。

　なお、図５に示すように、複数の金属の導電性ベルト２６６を基材シートＳの幅方向（Ｙ軸方向）に並べて使用する場合、基材シートＳの幅中央に位置する導電性ベルト２６６のＹ軸方向端は、誘電性のベルト３００によって覆われるのが好ましい。理由は、導電性ベルト２６６のＹ軸方向端に対応する基材シートＳの部分にナノファイバーが集中して堆積するからである。

　以上、３つの実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されない。

　例えば、上述の３つの実施形態の場合、ナノファイバー製造装置は２台であるが、これに限らない。ナノファイバー製造システムは、少なくともナノファイバー製造装置を１台有すれば、ナノファイバーシートの作製が可能である。

　また、例えば、上述の実施形態の場合、基材シートＳは長尺状であったが、本発明は矩形状の基材シートＳにも適用可能である。この場合、例えば、第１の実施形態を例にして説明すると、基材シート供給装置２０ａと基材シート回収装置２０ｂがナノファイバー製造システム１０から取り除かれる。代りとして、第１の誘電性ベルト４２の上流側端に矩形状の基材シートＳを載置する装置と、第１の誘電性ベルト４２の下流側端でナノファイバー層が形成された基材シートＳを回収する装置が配置される。すなわち、第１の誘電性ベルト４２が基材シートＳの搬送手段として機能する。

　さらに、例えば、上述の第１の実施形態の場合、図１に示すように、第２の誘電性ベルト６６は、１つのナノファイバー製造装置６０に１つずつ設けられる形態であるが、複数のナノファイバー製造装置１６０のナノファイバー形成空間６８を通過する形態であってもよい。

　さらにまた、第１の誘電性ベルト４２を、金属ベルトの表面（基材シートＳ側の表面）に樹脂層を形成することにより作製してもよい。

　加えて、上述の実施形態の場合、スキージ５２が基材シートＳを第１の誘電性ベルト４２に密着させるが、本発明はこれに限らない。例えば、一対のロールが基材シートＳと第１の誘電性ベルト４２を挟んで回転することにより、空気を抜きつつ密着させてもよい。

　加えてまた、上述の実施形態の場合、第１の誘電性ベルト４２の第２の表面４２ｂは、第２の誘電性ベルト６６や導電性ベルト２６６を介して電圧が印加されるが、直接電圧が印加されてもよい。

　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２９日に出願された日本特許出願第２０１０－２１９１５３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、図１に示すような具体的なナノファイバー製造システムに限らず、静電爆発によって原料液からナノファイバーを形成し、その形成したナノファイバーを基材シート上に堆積させるシステムや装置であれば、適用可能である。

　　　１０　　　ナノファイバー製造システム
　　　２０ａ　　シート搬送装置（基材シート供給装置）
　　　２０ｂ　　シート搬送装置（基材シート回収装置）
　　　４０　　　誘電性ベルト駆動装置
　　　４２　　　第１の誘電性ベルト
　　　４２ａ　　第１の表面
　　　４２ｂ　　第２の表面
　　　６８　　　ナノファイバー形成空間
　　　８０　　　電圧印加装置

Claims

　ナノファイバー形成空間において、静電爆発によって原料液からナノファイバーを形成し、形成したナノファイバーを基材シートの主面上に誘引して堆積させるナノファイバー製造システムであって、
　第１および第２の表面を備える誘電性の第１の誘電性ベルトと、
　ナノファイバー形成空間において基材シートを搬送するシート搬送装置と、
　基材シートの裏面と第１の誘電性ベルトの第１の表面とを密着させるシート密着装置と、
　ナノファイバー形成空間内を基材シートの搬送方向に該基材シートの裏面に第１の誘電性ベルトの第１の表面が密着した状態で該第１の誘電性ベルトを走行させる誘電性ベルト駆動装置と、
　第１の誘電性ベルトに誘電分極が生じるように該第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する電圧印加装置とを有するナノファイバー製造システム。
　第１の誘電性ベルトの第２の表面に接触した状態で該第１の誘電性ベルトの走行方向に移動する誘電性の第２の誘電性ベルトを有し、
　電圧印加装置が、第２の誘電性ベルトを介して第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する請求項１に記載のナノファイバー製造システム。
　第１の誘電性ベルトの第２の表面に接触した状態で該第１の誘電性ベルトの走行方向に移動する導電性の導電性ベルトを有し、
　電圧印加装置が、導電性ベルトを介して第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する請求項１に記載のナノファイバー製造システム。
　電圧印加装置が、
　第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する少なくとも１つの電極を備え、
　少なくとも１つの電極が、プレート形状に構成され、基材シートの搬送方向に直交する方向に並んで配置されている請求項１から３のいずれか一に記載のナノファイバー製造システム。
　電圧印加装置が、
　第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する少なくとも１つの電極を備え、
　少なくとも１つの電極が、回転可能なロール状に構成されている請求項１から３のいずれか一に記載のナノファイバー製造システム。
　誘電性ベルト駆動装置が、
　第１の誘電性ベルトを支持しつつ回転することによって該第１の誘電性ベルトを走行させる駆動ロールを備え、
　駆動ロールが、ナノファイバー形成空間外に配置されている請求項１から５のいずれか一に記載のナノファイバー製造システム。
　基材シートがナノファイバー形成空間を通過する長尺状の基材シートであって、
　シート搬送装置が、
　ナノファイバー形成空間外に配置されて該ナノファイバー形成空間内に向かって基材シートを送出するシート供給装置と、
　ナノファイバー形成空間外に配置されて該ナノファイバー形成空間を通過したナノファイバーが堆積した基材シートを回収するシート回収装置とを備える請求項１から６のいずれか一に記載のナノファイバー製造システム。
　基材シート上に堆積したナノファイバーを乾燥させる乾燥装置を備える請求項１から７のいずれか一に記載のナノファイバー製造システム。
　ナノファイバーが堆積した基材シートを除電する除電装置を備える請求項１から８のいずれか一に記載のナノファイバー製造システム。
　ナノファイバー形成空間内において、静電爆発によって原料液からナノファイバーを形成し、形成したナノファイバーを基材シートの主面上に誘引して堆積させるナノファイバー製造方法であって、
　ナノファイバー形成空間内において基材シートを搬送し、
　基材シートの裏面と誘電性の第１の誘電性ベルトの第１の表面とを密着し、
　基材シートに密着した状態で誘電性の第１の誘電性ベルトを該基材シートの搬送方向に走行させ、
　第１の誘電性ベルトに誘電分極が生じるように該第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加することにより、基材シートの主面上にナノファイバーを静電誘引するナノファイバー製造方法。
　第１の誘電性ベルトの第２の表面に接触した状態で該第１の誘電性ベルトの走行方向に誘電性の第２の誘電性ベルトを走行させ、
　第２の誘電性ベルトを介して第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する請求項１０に記載のナノファイバー製造方法。
　第１の誘電性ベルトの第２の表面に接触した状態で該第１の誘電性ベルトの走行方向に導電性のベルトを走行させ、
　導電性のベルトを介して第１の誘電性ベルトの第２の表面に電圧を印加する請求項１０に記載のナノファイバー製造方法。