WO2016035475A1

WO2016035475A1 - ナノファイバ製造方法及び装置

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Publication number: WO2016035475A1
Application number: PCT/JP2015/071062
Authority: WO
Inventors: 小倉　徹; 片井　幸祐; 新井　利直
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2016-03-10
Also published as: US10167575B2; JP2016053231A; US20170130364A1; KR101767875B1; KR20170027775A; JP6132820B2

Abstract

　電界紡糸の開始時や停止時の不安定な紡糸ジェットに起因する不良品を無くしたナノファイバ製造方法及び装置を提供する。ポリマーを溶媒に溶解させた溶液（２５）を、ノズル（１６）の先端から出して、先端開口（１６ｂ）にテイラーコーン（４４）を形成する。電源部（６２）により、溶液（２５）とコレクタとの間に電圧をかけて、テイラーコーン（４４）からコレクタ（５０）に紡糸ジェット（４５）を噴出する。電界紡糸の開始や停止時には、遮蔽部材（４８）を紡糸ジェット（４５）の噴出エリア（４２）に挿入し、不安定な紡糸ジェットやナノファイバを受け止める。電界紡糸の開始時や停止時の不安定な紡糸ジェットが製品になることがなく、不良品の発生が抑えられる。

Description

ナノファイバ製造方法及び装置

　本発明は、ナノファイバ製造方法及び装置に関する。

　例えば数ｎｍ以上１０００ｎｍ未満のナノオーダの径を有する繊維（ナノファイバ）は、バイオフィルタ、センサ、燃料電池電極材、精密フィルタ、電子ペーパ、ヒートパイプのウィック等の製品の素材として利用することができ、工学や医療等の各分野においての用途開発が盛んに行われている。

　ナノファイバを製造する方法の一つに、電界紡糸法（エレクトロスピニング法）がある。電界紡糸法は、ノズルとコレクタと電源部とを有する電界紡糸装置(エレクトロスピニング装置）を用いて行われる（特許文献１参照）。この電界紡糸装置では、電源によりノズルとコレクタとの間に電圧を印加し、例えば、ノズルをマイナス、コレクタをプラスに帯電させる。

　電圧を印加した状態でノズルから原料である溶液を出すと、ノズルの先端の開口（以下、先端開口と称する）にテイラーコーンと呼ばれる溶液で構成される円錐状の突起が形成される。印加電圧を徐々に増加し、クーロン力が溶液の表面張力を上回ると、テイラーコーンの先端から溶液が飛び出し、紡糸ジェットが形成される。紡糸ジェットはクーロン力によってコレクタまで移動し、コレクタ上でナノファイバとして収集される。

　ノズルから送られる溶液として、揮発性の高い溶媒を使用する場合には、先端開口で溶液が固化し、詰まることがある。また、ある程度固化した溶液が先端開口から離れると、コレクタ上に集積されたナノファイバの収集面に、固化した溶液が落ちてしまうことがある。このように溶液の詰まりや固化によって、製品の品質の低下や、製品としての使用が不可能になる。このため、特許文献２では、クリーニング手段を用いて、先端開口に柔軟部材を接触させて固化した溶液を除去したり、先端開口を吸引して固化した溶液を除去したりしている。

特開２００５－３３０６２４号公報特開２００８－２０２１６９号公報

　特許文献２に示されるように、ノズルをクリーニングステーションに移動させて先端開口に柔軟部材を接触させて固化した溶液を除去する方法では、先端開口に柔軟部材を接触させる時に、柔軟部材やノズルが撓み、それが戻る時の勢いで柔軟部材や先端開口に付着している固化した溶液を跳ね飛ばしてしまうことがある。固化した溶液がコレクタ上のナノファイバ層に落ちると不良品となる問題がある。

　また、電界紡糸の開始時や停止時には、テイラーコーンや紡糸ジェットが安定しないことがあり、溶液がコレクタに落下する液垂れや、紡糸ジェットの不安定に起因するファイバの大径化や不連続化が発生することがあり、対策が望まれていた。

　本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、電界紡糸の開始時や停止時の不安定な紡糸の発生が抑えられるナノファイバ製造方法及び装置を提供することを目的とする。

　本発明のナノファイバ製造方法は、ポリマーが溶媒に溶解している溶液をノズルの先端から送り出し、溶液とコレクタとの間に電圧を印加し、溶液からコレクタにファイバを噴出するナノファイバ製造方法であって、ノズルとコレクタとの間に挿入されファイバを受ける挿入位置と、挿入位置から退避してノズルからのファイバをコレクタに向けて噴出させる退避位置との間で、遮蔽部材を移動自在に配し、遮蔽部材が挿入位置の状態で、ノズルと遮蔽部材との間に電圧を印加するものである。

　本発明のナノファイバ製造装置は、ポリマーが溶媒に溶解している溶液をノズルの先端から送り出し、溶液とコレクタとの間に電圧を印加し、溶液からコレクタにファイバを噴出するナノファイバ製造装置であって、ノズルとコレクタとの間に挿入されファイバを受ける挿入位置と、挿入位置から退避してノズルからのファイバをコレクタに向けて噴出させる退避位置との間で移動自在に配され、挿入位置の状態で、ノズルとの間に電圧が印加される遮蔽部材を備えるものである。

　なお、ファイバの製造中は遮蔽部材が退避位置の状態になり、ファイバの製造の開始及び終了の際に遮蔽部材が挿入位置の状態になることが好ましい。遮蔽部材は、ファイバの噴出エリアに先端が到達した状態で電圧が印加され、噴出エリアから先端が抜けた状態で電圧の印加が停止されることが好ましい。また、溶液と遮蔽部材との間の電圧の印加時に、溶液とコレクタとの間の電圧の印加が停止されることが好ましい。ポリマーはセルロース系ポリマーであることが好ましい。

　本発明によれば、紡糸開始時や終了時など紡糸が不安定な状態のナノファイバや液垂れを排除することができ、不良品の発生がないナノファイバを得ることができる。

本発明のナノファイバ製造装置の概略を示す側面図である。ノズルとテイラーコーンの一例を示し、一部断面を有する側面図である。揺動タイプの別実施形態の遮蔽部材を用いた集積部を示す側面図である。遮蔽部材を紡糸室外に排出する別実施形態の集積部を示す側面図である。他のノズルの樹脂層の一部を拡大して示す断面図である。他のノズルの先端部を示し、一部断面を有する側面図である。

　図１に示すように、本発明のナノファイバ製造装置１０は、セルロース系ポリマーが溶媒に溶解した溶液２５からナノファイバ４６を製造するためのものである。ナノファイバ製造装置１０は、紡糸室１１と、溶液供給部１２と、電界紡糸ノズル（以下、単にノズルと称する）１６と、集積部１５と、電源部６２とを備える。紡糸室１１は、ノズル１６、溶液供給部１２、集積部１５などを収容して、密閉可能に構成されており、溶媒ガスが外部に洩れることを防止している。溶媒ガスは、溶液２５の溶媒が気化したものである。

　紡糸室１１内の上部には、ノズル１６が配される。ノズル１６は、後述のように電源部６２により例えばマイナス（－）に帯電された状態で溶液２５を出すためのものである。図２に示すように、ノズル１６は、ノズル本体１６ａ及び樹脂層２６を有する。ノズル本体１６ａは、例えば外径が０．５５ｍｍで内径が０．３５ｍｍのステンレス製円筒であり、先端開口１６ｂの周りの先端開口縁部が筒心（中心線）方向に直交する先端平坦面１６ｃになっている。ノズル本体１６ａの材質はステンレスの他に、例えばアルミニウム合金、銅合金、チタン合金等の他の導電性材料から構成してもよい。

　ノズル１６の先端平坦面１６ｃ、外周面１６ｄを含む先端部の表面には、ポリテトラフルオロエチレン (polytetrafluoroethylene：ＰＴＦＥ)により、樹脂層２６が被覆（コーティング）されている。用いる樹脂はＰＴＦＥに限定されることなく、溶液に使用される溶媒に溶解しない材料であれば、他のポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、エポキシ等の樹脂を用いることができる。被覆方法も特に限定されない。被覆厚みも特に限定されないが、１μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。

　図１に示すように、ノズル１６の基端には、溶液供給部１２の配管３２が接続されている。溶液供給部１２は、紡糸室１１のノズル１６に溶液２５を供給するためのものである。溶液供給部１２は、貯留容器３０とポンプ３１と配管３２とを備える。貯留容器３０は溶液２５を５℃以上４０℃以下の範囲内の一定温度として貯留する。これにより、ノズル１３から出る溶液２５の温度を、５℃以上４０℃以下の範囲内にしている。５℃以上とすることにより、５℃未満の場合に比べて、貯留容器３０内で結露によって水分が混入することがなく、好ましい。また、４０℃以下とすることにより、４０℃を超える場合に比べて、溶液２５中の溶媒の蒸発を抑制することができ、好ましい。

　ポンプ３１は、配管３２を介して溶液２５をノズル１６に送る。ポンプ３１の回転数を変えることにより、ノズル１６から送り出す溶液２５の流量を調節することができる。本実施形態においては、溶液２５の流量を４ｃｍ^３／時としているが、流量はこれに限定されない。ポンプ３１によってノズル１６に溶液２５が送られると、図２に示すように、ノズル１６の先端開口１３ａには溶液２５によって略円錐状のテイラーコーン４４が形成される。なお、貯留容器３０やポンプ３１からなる溶液供給部１２を用いているが、ノズル１３に供給する溶液２５が少量である場合には、図示省略のシリンジを用いてもよい。

　図１に示すように、ノズル１６の下方には集積部１５が配される。集積部１５は、遮蔽部材４８、コレクタ５０、コレクタ回転部５１、支持体供給部５２、及び支持体巻取り部５３を有する。コレクタ５０はノズル１３から出た溶液２５をナノファイバ４６として収集するためのものである。コレクタ５０は帯状の金属製、例えばステンレス製の無端ベルトから構成されている。コレクタ５０はステンレス製に限定されず、電源部６２による電圧の印加により帯電する素材から形成されていればよい。コレクタ回転部５１は、１対のローラ５５，５６、モータ５７などから構成されている。コレクタ５０は、１対のローラ５５，５６に水平に掛け渡されている。一方のローラ５５の軸には紡糸室１１の外に配されたモータ５７が接続されており、ローラ５５を所定速度で回転させる。この回転によりコレクタ５０は１対のローラ５５，５６間で循環し移動する。本実施形態においては、コレクタ５０の移動速度は、１０ｃｍ／時としているが、これに限定されない。

　コレクタ５０には支持体供給部５２によって帯状のアルミニウムシートからなる支持体６０が供給される。本実施形態における支持体６０は、厚みが概ね２５μｍである。支持体６０は、ナノファイバ４６を収集させてナノファイバ層（不織布）４７として得るためのものである。コレクタ５０上の支持体６０は、支持体巻取り部５３によって巻き取られる。支持体供給部５２は送出軸５２ａを有する。送出軸５２ａには支持体ロール５４が着脱自在に装着される。支持体ロール５４は支持体６０が巻き取られて構成されている。支持体巻取り部５３は巻取り軸５８を有する。巻取り軸５８は図示省略のモータにより回転され、セットされる巻芯６１に、ナノファイバ層４７が形成された支持体６０を巻き取る。このように、ナノファイバ製造装置１０は、ナノファイバ４６を製造する機能に加え、ナノファイバ層４７からなる不織布を製造する機能を持ち、電界紡糸法によるナノファイバ製造方法が実施される。コレクタ５０の移動速度と支持体６０の移動速度は両者の間に摩擦が生じることがないように同じにすることが好ましい。なお、支持体６０をコレクタ５０上に載せて、コレクタ５０の移動によって移動させてもよい。また、支持体６０に巻取り張力をかけておくことにより、支持体６０をコレクタ５０に連動させてもよい。

　遮蔽部材４８は金属板から構成されており、ノズル１６とコレクタ５０との間で、図示省略のガイド機構などにより、コレクタ５０と平行に、移動自在に配される。シフト機構４９は、例えばラックアンドピニオン方式や、リンク機構などを用いて、遮蔽部材４８を挿入位置と退避位置との間で移動させる。挿入位置では、遮蔽部材４８がノズル１６の下方に位置し、紡糸ジェット４５の噴出エリア４２を覆うため、紡糸ジェット４５は遮蔽部材４８で遮られ、コレクタ５０に行くことがない。退避位置では、遮蔽部材４８が挿入位置から退避し、紡糸ジェット４５の噴出エリア４２を覆うことがないため、紡糸ジェット４５はコレクタ５０に到達する。遮蔽部材４８上には、図示省略の例えばアルミウムシートからなるカバーシートが載せられている。カバーシートは、受け止めた紡糸ジェット４５などを廃棄する際に、遮蔽部材４８から容易に剥がすためのものである。なお、紡糸ジェット４５を遮蔽部材４８の表面から容易に剥離することができる場合には、カバーシートは省略してもよい。

　電源部６２は、ノズル１６とコレクタ５０との間に例えば３５ｋＶの電圧をかけて、例えばノズル１６をマイナス（－）に帯電させ、コレクタ５０をプラス（＋）に帯電させる。また、遮蔽部材４８が挿入位置に挿入される挿入状態の時に、コレクタ５０への電圧印加を停止し、ノズル１６と遮蔽部材４８との間に例えば３０ｋＶの電圧を印加し、ノズル１６をマイナスに帯電させ、遮蔽部材４８をプラスに帯電させる。電源部６２は、ノズル１６と遮蔽部材４８との間で電圧を印加した状態では、ノズル１６とコレクタ５０との間の電圧の印加を停止する。なお、ノズル１６と、コレクタ５０及び遮蔽部材４８との帯電の極性は逆にしてもよい。

　ノズル１６先端とコレクタ５０との距離Ｌ２は、ポリマーと溶媒の種類、溶媒濃度によって適切な値が異なるが、３０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲内が好ましく、本実施形態では１７０ｍｍとしている。この距離Ｌ２が３０ｍｍ以上であることにより、３０ｍｍよりも短い場合に比べて、噴出される紡糸ジェット４５が、コレクタ５０に到達するまでに、自身の電荷による反発でより確実に分裂するので、細いナノファイバ４６がより確実に得られる。このように細く分裂することで溶媒がより確実に蒸発するから、べたついた不織布となることがより確実に防がれる。また、距離Ｌ２が３００ｍｍ以下であることにより、３００ｍｍを超えて長すぎる場合と比べて、印加する電圧を低く抑えることができる。従って、高電圧の印加により装置の絶縁が破れることがより確実に防止されるから、意図せぬ部分でのショートによる装置の破損が無い。

　ノズル１６先端と遮蔽部材４８との距離Ｌ４は特に限定されない。しかし、遮蔽部材４８の遮蔽領域や遮蔽部材４８の移動長さを考慮すると、ノズル１６とコレクタ５０との距離Ｌ２の半分程度が、好ましい。

　ノズル１３とコレクタ５０とに印加する電圧の大きさによって、得られるナノファイバ４６の太さが変わる。ファイバを細く形成する観点では電圧はなるべく低いほうが好ましいが、下げすぎると繊維状にならず玉状になってコレクタ５０上に付着する場合がある。逆に電圧を上げていくとファイバが太くなり、上げ過ぎると装置の絶縁が破れて思わぬところから漏電して、装置が損傷する場合がある。そこで、ノズル１３とコレクタ５０とにかける電圧は、２ｋＶ以上４０ｋＶ以下が好ましい。

　ノズル１６と遮蔽部材４８との間の印加電圧は、遮蔽部材４８がノズル１６に近い分だけ印加する電圧を降下させることが望ましいが、印加電圧は特に限定されない。例えば、ノズル１６とコレクタ５０との間の印加電圧と同じまたはそれ以上であってもよい。

　セルロース系ポリマーとしては、本実施形態ではセルローストリアセテート（ＴＡＣ）を用いているが、これに限定されず、セルロースジアセテート（ＤＡＣ）、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、ニトロセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロースの少なくともいずれかひとつ、またはそれらの混合物であればよい。なお、溶液としてＴＡＣを用いる例で説明したが、溶液はその他のポリマー溶液であってもよい。

　セルロース系ポリマーを溶解する溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ベンジルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、ブチルアセテート、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ヘキサン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、１－メトキシ－２－プロパノールなどが挙げられる。これらは、セルロース系ポリマーの種類に応じて単独で使用しても混合して使用してもよい。溶媒を単独で使用する場合には、溶媒の沸点がおおよそ５０℃以下になると、カワバリの形成が顕著になる。また、沸点の低い溶媒は、溶媒の蒸発速度が速いためカワバリを形成しやすい。これを抑制するために沸点の高い溶媒を混合して、溶媒の蒸発速度を調整することが好ましい。なお、本実施形態では、セルローストリアセテートを混合溶媒に溶解した溶液２５を用いた。混合溶媒は、ジクロロメタンとＮＭＰとの混合比（質量）を、ジクロロメタン：ＮＭＰ＝８：２とし、セルローストリアセテート溶液の濃度は４質量％としている。

　次に、本実施形態の作用を説明する。図１において、遮蔽部材４８を挿入位置にセットする。また、集積部１５を作動させて、コレクタ５０及び支持体６０を移動させる。溶液供給部１２を作動させて、図２に示すように、ノズル１６の先端開口１６ｂから溶液２５を送り出すと、先端開口１６ｂにテイラーコーン４４が形成される。図１に示すように、電源部６２をＯＮにして、遮蔽部材４８への印加電圧を上げていくと、テイラーコーン４４から紡糸ジェット４５が遮蔽部材４８に向かい噴出される。紡糸ジェット４５は自身の電荷によって分裂して更に細いナノファイバ４６となる。

　紡糸ジェット４５が安定して発生するようになる一定時間経過後に、遮蔽部材４８が挿入位置から退避位置に移動する。遮蔽部材４８の先端が紡糸ジェット４５の噴出エリア４２から出るタイミングで、ノズル１６及び遮蔽部材４８間の電圧印加から、ノズル１６及びコレクタ５０間の電圧印加へと切り換えられる。これにより紡糸ジェット４５がコレクタ５０に向かい、その途中でナノファイバ４６となる。ナノファイバ４６は、コレクタ５０上で移動する支持体６０に不織布状のナノファイバ層４７として収集される。

　このように電界紡糸の開始直後は、紡糸ジェット４５の噴出エリア４２内に遮蔽部材４８が挿入されるため、紡糸直後の不安定な紡糸ジェット４５やナノファイバ４６が遮蔽部材４８で受け止められる。また、電界紡糸直後に液垂れが発生しても同様に遮蔽部材４８で受け止められる。不良品となり易い不安定な紡糸ジェット４５や液垂れの液がコレクタ５０に向かうことがないので、不良品の発生が抑えられる。なお、遮蔽部材４８が噴出エリア４２内を移動する時間は短いため、紡糸ジェット４５やナノファイバ４６の分布が不均一になって不織布の品質が低下することはない。

　収集されたナノファイバ４６はナノファイバ層４７として支持体６０と共に支持体巻取り部５３に送られる。ナノファイバ層４７は、支持体６０と重なった状態で巻芯６１に巻かれる。巻芯６１は巻取り軸５８から取り外された後に、支持体６０からナノファイバ層４７が分離される。この後、ナノファイバ層４７が所望のサイズに切断されて、ナノファイバ４６からなる不織布が得られる。

　電界紡糸を停止する場合には、遮蔽部材４８が紡糸ジェット４５の噴出エリア４２に挿入される。遮蔽部材４８の先端が紡糸ジェット４５の噴出エリア４２へ入るタイミングで、ノズル１６及びコレクタ５０間の電圧印加から、ノズル１６及び遮蔽部材間の電圧印加へと切り換えられる。これにより紡糸ジェット４５が遮蔽部材４８に向かい、遮蔽部材４８に紡糸ジェット４５及びナノファイバ４６が回収される。遮蔽部材４８が紡糸ジェット４５の噴出エリア４２内に完全に挿入された状態になった後に、ノズル１６と遮蔽部材４８間の電圧印加が停止される。このようにして、遮蔽部材４８によってその下方のコレクタ５０が覆われるため、ノズル１６から液垂れや、不安定な紡糸ジェット及びナノファイバが発生した場合にも、遮蔽部材４８で受け止められ、不良品の発生がなくなる。

　なお、上記実施形態では、遮蔽部材４８の先端が紡糸ジェット４５の噴出エリア４２に挿入されるタイミング（挿入と同時）で電圧印加しているが、これに限らず、噴出エリア４２に遮蔽部材４８の先端が入る手前で少しのタイムラグを持たせて電圧印加してもよい。同様にして、遮蔽部材４８を退避させる場合にも、噴出エリア４２から遮蔽部材４８の先端が出た後に少しのタイムラグを持たせて電圧印加を停止してもよい。

　上記実施形態では、遮蔽部材４８をコレクタ５０と平行に水平方向で移動自在に構成したが、図３に示すように、揺動軸９０ａを有する揺動タイプの遮蔽部材９０を用いてもよい。この場合には、揺動機構９１を用いて、遮蔽部材９０を起立させて退避位置とし、倒して挿入位置とする。

　上記実施形態では、遮蔽部材４８，９０を紡糸室１１内で水平移動または揺動させ、挿入位置と退避位置とに切り換えるようにしたが、この他に、図４に二点鎖線で示すように、遮蔽部材９３の移動位置として更に、廃棄位置Ｐ３を加えてもよい。この場合には、シフト機構９４により、遮蔽部材９０を挿入位置Ｐ１と退避位置Ｐ２とに切り換える他に、更に、退避位置Ｐ２の遮蔽部材９３を挿入位置Ｐ１とは反対側の廃棄位置Ｐ３まで平行移動させる。シフト機構９４は、図示は省略したがラックアンドピニオン機構やリンク機構などにより、遮蔽部材９３を平行移動させる。廃棄位置Ｐ３では、紡糸室１１に設けたシャッタ付きの開口１１ａから、遮蔽部材９３が外部に向けて突出する。突出した遮蔽部材９３は開口１１ａから引き出されて、遮蔽部材９３上に集積された廃棄ファイバが取り除かれて、開口１１ａから紡糸室１１内に元に戻される。

　本実施形態では、図２に示すように、ノズル１６の先端部にＰＴＦＥからなる樹脂層２６が形成されているため、臨界表面張力は１８ｍＮ／ｍであり、溶液２５の付着を低減する効果が大きい。例えば、金属部材をそのままの表面とした場合の臨界表面張力が１０００ｍＮ／ｍとなるのに比べて、溶液２５の付着が低減する。これにより、図２に二点鎖線で示すテイラーコーン４４のように、溶液２５が濡れ広がることが抑えられる。溶液２５が濡れ広がると、この濡れ広がり部分２５ａには溶液２５が滞留するため、時間の経過と共に溶媒が蒸発してカワバリが発生しやすい。本実施形態では、溶液２５の濡れ広がりが抑えられることにより、カワバリの発生が抑えられる。

　なお、図５に示すノズル６４のように、ノズル本体６４ａの表面に微小凹凸６３を形成してもよい。微小凹凸６３は、例えば、ノズル６４の先端部にブラスト加工により形成する。この後に、微小凹凸６３が形成された加工面に対してＰＴＦＥにより樹脂層６５を被覆する。被覆後の微小凹凸６３による表面粗さＲａは０．２μｍ以上１μｍ以下が良い。表面粗さＲａが０．２μｍ以上とすることにより、０．２μｍ未満の場合と比べて、粗面化効果を発揮させることができる。また、表面粗さＲａを１μｍ以下とすることにより、１μｍを超える場合と比べて溶液の剥がれが良くなる。表面粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１に基づき、表面粗さ計を用いて求めることができる。

　また、図６に示すノズル６６のように、先端平坦面６６ｃの筒心（中心線）に直交する方向の長さ（平坦長）Ｌ３を０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下にしてもよい。この場合には、ノズル６６の先端部外周面を、先端に向かうに従い次第に縮径するテーパー状にした縮径面６６ｄを形成する。特に、ノズル６６の先端を平坦に研磨していくことにより、先端平坦面６６ｃの平坦長Ｌ３を例えば０．１０ｍｍ以下に容易に形成することができる。

　先端平坦面６６ｃの平坦長Ｌ３が０．０５ｍｍ未満であると、一定の長さを確保するための加工が困難になる。また、１ｍｍを超えると、溶液２５の濡れ広がり抑制効果が低減し好ましくない。平坦長Ｌ３を０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下にすることにより、溶液２５の濡れ広がりを平坦長Ｌ３の範囲内に抑えることができる。これにより、溶液２５の濡れ広がり部分２５ａによるカワバリの発生が抑えられる。特に平坦長さＬ３を０．０５ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下とすることにより、濡れ広がり部分２５ａ内の容積を少なくすることができ、溶液２５の滞留も少なくなり、カワバリの発生がより確実に抑えられる。なお、図示は省略したが、表面粗さＲａ及び平坦長Ｌ３を上記の一定範囲内にしたノズルを用いてもよい。また、ノズル１６，６４，６６は、金属製のノズル本体１６ａ，６４ａ，６６ａの先端部に樹脂層２６，６５，６７を被覆しているが、カワバリの影響が少ない溶液の場合には、樹脂層２６，６５，６７が無いノズルを用いてもよい。

　ノズル１６，６４，６６を１本のみとして説明しているが、これらノズル１６，６４，６６は複数用いてもよい。複数用いる場合には、支持体６０の送り方向、または送り方向に直交する方向にノズル１６を離間して複数設けることが好ましい。また、支持体６０の送り方向、及び送り方向に直交する方向でノズル１６，６４，６６をマトリックスに配置してもよい。ノズル１６，６４，６６を複数化することで、得られるナノファイバ層４７の面積を増やすことができ、製造効率を上げることができる。また、ノズル１６，６４，６６の本数が増加してノズル１６，６４，６６からの総溶液吐出量が増加する場合には、紡糸室１１内に図示省略の溶媒回収部を設けることが好ましい。

　上記実施形態では、ノズル１６，６６の先端開口の断面形状を円形としたが、図示省略の細長い矩形状のスリット形としてもよい。

　コレクタ５０として循環移動するベルトを用いたが、コレクタはベルトに限定されない。例えば、コレクタは固定式の平板であってもよく、更には、円筒状の回転体としてもよい。この場合にも、ノズルとコレクタとの間に遮蔽部材を退避位置と挿入位置との間で移動自在に配置する。なお、平板や円筒体からなるコレクタの場合にも、不織布をコレクタから容易に分離することができるようにコレクタ上にアルミウムシートなどの支持体を用いることが好ましい。回転体を用いる場合には、回転体の周面に筒状のナノファイバ不織布が形成されるため、紡糸後に回転体から筒状のナノファイバを抜き取り、所望の大きさ及び形状にカットしてナノファイバ不織布製品とすることができる。円筒状の回転体を用いる場合、ナノファイバ不織布を連続的には製造することができないが、均質な製品が作りやすく、細胞培養用足場や医療用途などへの応用が容易である。また円筒の回転数を高くすることによって、ナノファイバの配向度を高めることができ、異方性のある製品を作ることができる。

　上記実施形態では、ファイバの製造中は遮蔽部材４８を退避位置にし、ファイバの製造開始及び終了の際に遮蔽部材４８を挿入位置にしたが、この他に、図示は省略したがノズルクリーニング機構を有する場合には、クリーニングの際に遮蔽部材４８を挿入位置にすることが好ましい。また、例えばノズルにカワバリが発生して非常停止する場合にも遮蔽部材４８を挿入位置にすることが好ましい。

　上記実施形態では、紡糸室１１内に全ての構成部材を配置しているが、紡糸室１１の最小化を図る意味では、貯留容器３０、ポンプ３１、シフト機構４９、モータ５７等は紡糸室１１の外に配置してもよい。

１０　ナノファイバ製造装置
１１　紡糸室
１２　溶液供給部
１５　集積部
１６，６４，６６　ノズル
１６ａ，６４ａ，６６ａ　ノズル本体
１６ｃ，６６ｃ　先端平坦面
２５　溶液
２６，６５，６７　樹脂層
４２　噴出エリア
４４　テイラーコーン
４５　紡糸ジェット
４６　ナノファイバ
４７　ナノファイバ層
４８，９０，９３　遮蔽部材
４９，９４　シフト機構
５０　コレクタ
６２　電源部
Ｌ２，Ｌ４　距離
Ｌ３　平坦長

Claims

　ポリマーが溶媒に溶解している溶液をノズルの先端から送り出し、前記溶液とコレクタとの間に電圧を印加し、前記溶液から前記コレクタにファイバを噴出するナノファイバ製造方法において、
　前記ノズルと前記コレクタとの間に挿入され前記ファイバを受ける挿入位置と、前記挿入位置から退避して前記ノズルからの前記ファイバを前記コレクタに向けて噴出させる退避位置との間で、遮蔽部材を移動自在に配し、
　前記遮蔽部材が前記挿入位置の状態で、前記ノズルと前記遮蔽部材との間に電圧を印加するナノファイバ製造方法。
　前記ファイバの製造中は前記遮蔽部材が前記退避位置の状態になり、前記ファイバの製造の開始及び終了の際に前記遮蔽部材が前記挿入位置の状態になる請求項１記載のナノファイバ製造方法。
　前記遮蔽部材は、前記ファイバの噴出エリアに先端が到達した状態で電圧が印加され、前記噴出エリアから先端が抜けた状態で電圧の印加が停止される請求項１または２記載のナノファイバ製造方法。
　前記溶液と前記遮蔽部材との間で電圧を印加した状態では、前記溶液と前記コレクタとの間の電圧の印加が停止される請求項３記載のナノファイバ製造方法。
　前記ポリマーはセルロース系ポリマーである請求項１から４いずれか１項記載のナノファイバ製造方法。
　ポリマーが溶媒に溶解している溶液をノズルの先端から送り出し、前記溶液とコレクタとの間に電圧を印加し、前記溶液から前記コレクタにファイバを噴出するナノファイバ製造装置において、
　前記ノズルと前記コレクタとの間に挿入され前記ファイバを受ける挿入位置と、前記挿入位置から退避して前記ノズルからの前記ファイバを前記コレクタに向けて噴出させる退避位置との間で移動自在に配され、前記挿入位置の状態で、前記ノズルとの間に電圧が印加される遮蔽部材を備えるナノファイバ製造装置。
　前記ファイバの製造中は前記遮蔽部材が前記退避位置の状態になり、前記ファイバの製造の開始及び終了の際に前記遮蔽部材が前記挿入位置の状態になる請求項６記載のナノファイバ製造装置。
　前記遮蔽部材は、前記ファイバの噴出エリアに先端が到達した時に電圧が印加され、前記噴出エリアから先端が抜ける時に電圧の印加が停止される請求項６又は７記載のナノファイバ製造装置。
　前記溶液と前記遮蔽部材との間で電圧を印加した状態では、前記溶液と前記コレクタとの間の電圧の印加が停止される請求項８記載のナノファイバ製造装置。