JP5437983B2 - 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

Description

本願発明は、静電延伸現象によりサブミクロンオーダーやナノオーダーの細さである繊維（ナノファイバ）を製造するナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法に関する。

樹脂などから成り、サブミクロンスケールやナノスケールの直径を有する糸状（繊維状）物質を製造する方法として、静電延伸現象（エレクトロスピニング）を用いた方法が知られている。

この静電延伸現象とは、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（噴射）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。

より具体的に静電延伸現象を説明すると次のようになる。すなわち、帯電され空間中に流出された原料液は、空間を飛行中に徐々に溶媒が蒸発していく。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、原料液に留まる。この結果として、空間を飛行中の原料液は、電荷密度が徐々に上昇することとなる。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が生じる。これが静電延伸現象である。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で、直径がサブミクロンオーダーやナノオーダーの樹脂から成るナノファイバが製造される。

以上のような静電延伸現象を用いてナノファイバを製造する場合、特許文献１に記載の装置のように、原料液を空間中に流出させるノズルと、前記ノズルと離れて配置され、前記ノズルとの間に高電圧が印加される電極とを備える装置が用いられる。そして、空間中で製造されたナノファイバは、ノズルと電極との間に発生する電界に誘引され、電極上に堆積する。

堆積したナノファイバが不織布などとして用いられる場合、不織布全体の膜厚の均一性や、不織布を構成するナノファイバの密度の均一性などの堆積状態の均一性が問題になる場合がある。そこで、特許文献１に記載のナノファイバ製造装置は、複数のノズルをマトリクス状に配置すると共に、ノズル相互間の電気的な影響を抑制するためにノズルの間に制御板などを配置することで、ナノファイバが均一に堆積するように制御している。

特開２００８−１７４８６７号公報

ところが、本願発明者らがナノファイバの堆積状態の均一性を向上させるべく、実験と研究とを続けた結果、原料液が流出するノズルなどの流出体の形状や配置ばかりでなく、ナノファイバが堆積する電極側の状態によってもナノファイバの堆積状態の均一性が崩れることを見出すに至った。例えば、電極側に配置した絶縁性の被堆積部材にナノファイバを堆積した場合、ナノファイバの堆積状態の均一性が崩れることを見出した。そして、この現象が、被堆積部材の帯電状態の不均一性に起因することを見出した。さらに、被堆積部材を介さずに直接電極上にナノファイバを堆積させる場合でも、ナノファイバは、電極側に徐々に降り積もって堆積していくため、先に積もったナノファイバによって電極側の状態が変化して（電極上の帯電ムラが発生して）後から降り積もるナノファイバに影響し、ナノファイバの堆積を重ねるにつれて堆積状態の均一性が大きく崩れていくことも見出した。

本願発明は、上記知見に基づきなされたものであり、堆積状態の高い均一性を維持してナノファイバを堆積させることの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の提供を目的としている。

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、ナノファイバを製造するための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、原料液を空間に流出させる流出孔を有する流出体と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され、前記流出体を帯電させる帯電電極と、前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源と、空間中で製造されたナノファイバを誘引する電界を発生させる誘引電極であって、誘引したナノファイバを堆積させる面状の堆積領域を表面に有する誘引電極と、前記誘引電極に所定の電位を印加する誘引電源と、前記誘引電極の表面であって前記堆積領域全体に配置される絶縁層とを備えることを特徴とする。

これにより、堆積するナノファイバと誘引電極との間に絶縁層が介在するため、堆積領域の一部においてナノファイバと誘引電極との間で電荷が流れることを抑止でき、堆積領域に存在する電荷が不均一になることを抑止することができる。従って、堆積領域全体にわたってナノファイバに残存する電荷の密度が均一となり、誘引電極から発生する電界を乱すこと無くナノファイバを均一な状態で誘引し、均一な状態で堆積させることが可能となる。

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方法は、ナノファイバを製造するための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、原料液を空間に流出させる流出孔を有する流出体から原料液を流出させ、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され、前記流出体を帯電させる帯電電極と前記流出体との間に帯電電源により所定の電圧を印加し、ナノファイバを堆積させる面状の堆積領域を表面に有し、前記堆積領域全体に配置される絶縁層を有する誘引電極に誘引電源により所定の電位を印加することにより、前記堆積領域に空間中で製造されたナノファイバを誘引し堆積させることを特徴とする。

これにより、堆積するナノファイバと誘引電極との間に絶縁層が介在するため、堆積領域の一部においてナノファイバと誘引電極との間で電荷が流れることを抑止でき、堆積領域に存在する電荷が不均一になることを抑止することができる。従って、堆積領域全体にわたってナノファイバに残存する電荷の密度が均一となり、誘引電極から発生する電界を乱すこと無くナノファイバを均一な状態で誘引し、均一な状態で堆積させることが可能となる。

本願発明によれば、誘引電極上に先に堆積したナノファイバの帯電状態にあまり影響を受けることなく、さらにナノファイバを堆積させることができ、堆積領域全体にわたって均一な品質の不織布を製造することが可能となる。

ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。 ナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。 流出体を切り欠いて示す斜視図である。 ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。 ナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。 （ａ）は、流出体の別例を示す斜視図であり、（ｂ）は、流出体の別例を一部切り欠いて示す側面図である。 他の実施の形態にかかるナノファイバ製造装置を示す斜視図である。 他の実施の形態にかかるナノファイバ製造装置を示す斜視図である。 絶縁層と誘引電極と被堆積部材との関係のバリエーションの一つを側方から示す平面図である。 絶縁層と誘引電極と被堆積部材との関係のバリエーションの一つを側方から示す平面図である。 絶縁層と誘引電極と被堆積部材との関係のバリエーションの一つを側方から示す平面図である。 絶縁層と誘引電極と被堆積部材との関係のバリエーションの一つを側方から示す平面図である。

次に、本願発明に係るナノファイバ製造装置、ナノファイバ製造方法を、図面を参照しつつ説明する。

（実施の形態１）
図１は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。

図２は、ナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。

これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、ナノファイバ３０１を製造するための原料液３００を空間中で電気的に延伸させてナノファイバ３０１を製造する装置であって、流出体１１５と、帯電電極１２８と、帯電電源１２２と、誘引電極１２１と、誘引電源１２３と、絶縁層１０１とを備えている。

なお、本実施の形態の場合、誘引電極１２１が帯電電極１２８としても機能している。つまり、一つの電極が、誘引電極１２１としても機能すると共に帯電電極１２８としても機能している。また、誘引電源１２３が帯電電源１２２としても機能している。つまり、一つの電源が、誘引電源１２３としても機能すると共に、帯電電源１２２としても機能している。

また、本明細書や図面において、原料液３００とナノファイバ３０１とを便宜上区別して記載しているが、ナノファイバ３０１の製造過程、つまり、静電延伸現象が発生している段階においては原料液３００からナノファイバ３０１が徐々に製造されるものであるため、必ずしも原料液３００とナノファイバ３０１の境界が明確ではない。

図３は、流出体を切り欠いて示す斜視図である。

流出体１１５は、原料液３００の圧力（重力も含む場合がある）により原料液３００を空間中に流出させるための部材であり、流出孔１１８と貯留槽１１３とを備えている。流出体１１５は、流出する原料液３００に電荷を供給する電極としても機能しており、原料液３００と接触する部分の少なくとも一部は導電性を備えた部材で形成されている。本実施の形態の場合、流出体１１５全体が金属で形成されている。なお、金属の種類は導電性を備えていれば、特に限定されるものではなく、黄銅やステンレス鋼など任意の材料を選定しうる。

流出孔１１８は、原料液３００を一定の方向に流出させるための孔である。本実施の形態の場合、流出孔１１８は、流出体１１５に複数個設けられており、流出体１１５が備える細長い短冊状の面に、流出孔１１８の先端にある先端開口部１１９が並んで配置されるように設けられている。そして、流出孔１１８から流出する原料液３００の流出方向が流出体１１５に対して同じ方向となるように流出孔１１８は流出体１１５に設けられている。

なお、流出孔１１８の孔長や孔径は、特に限定されるものではなく、原料液３００の粘度などにより適した形状を選定すれば良い。具体的には、孔長は、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。孔径は、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の範囲から選定されるのが好ましい。また、流出孔１１８の形状は、円筒形状に限定されるわけではなく、任意の形状を選定しうる。特に先端開口部１１９の形状は、円形に限定されるわけではなく、三角形や四角形などの多角形、星形など内側に突出する部分のある形状などでもかまわない。また、流出体１１５は、帯電電極１２８に対し移動してもかまわない。

また、本実施の形態の場合、図１に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、供給手段１０７を備えている。供給手段１０７は、流出体１１５に原料液３００を供給する装置であり、原料液３００を大量に貯留する容器１５１と、原料液３００を所定の圧力で搬送するポンプ（図示せず）と、原料液３００を案内する案内管１１４とを備えている。

誘引電極１２１は、空間中で製造されたナノファイバ３０１を誘引する電界を発生させる電極であって、誘引したナノファイバ３０１を堆積させる面状の堆積領域Ａを表面に有する電極である。誘引電極１２１は、本実施の形態の場合、流出体１１５と所定の間隔を隔てて配置され、流出体１１５との間で高電圧が印加される部材である帯電電極１２８としても機能している。つまり、誘引電極１２１は、流出体１１５と帯電電極１２８として機能する誘引電極１２１との間に印加される高電圧により、流出体１１５に電荷を集めて原料液３００を帯電させる部材でもある。

具体的に誘引電極１２１（帯電電極１２８）は、流出体１１５に向かって（ｚ軸方向）緩やかに突出するように湾曲した面を一面に持つブロック状の導体からなる部材である。また、本実施の形態の場合、帯電電極１２８は、接地されている。誘引電極１２１（帯電電極１２８）を湾曲させることにより、誘引電極１２１（帯電電極１２８）に載置される被堆積部材２０１（後述）もナノファイバ３０１が堆積する部分が突出するように湾曲させることができる。これにより、被堆積部材２０１に堆積された後のナノファイバ３０１が収縮することによって被堆積部材２０１が反ってしまうことを防止することが可能となる。

なお、誘引電極１２１（帯電電極１２８）は、湾曲した形状ばかりではなく、表面が平面であってもかまわない。

誘引電源１２３は、誘引電極１２１に所定の電位を印加する電源である。誘引電源１２３は、本実施の形態の場合、流出体１１５と誘引電極１２１（帯電電極１２８）との間に高電圧を印加することのできる帯電電源１２２としても機能している。誘引電源１２３（帯電電源１２２）は、直流電源であり、印加する電圧は、５ｋＶ以上、１００ｋＶ以下の範囲の値から設定されるのが好適である。

本実施の形態のように、誘引電源１２３（帯電電源１２２）の一方の電極を接地電位とし、誘引電極１２１（帯電電極１２８）を接地するものとすれば、比較的大型の誘引電極１２１（帯電電極１２８）を接地状態とすることができ、安全性の向上に寄与することが可能となる。

また、一つの導電性の部材に誘引電極１２１の機能と帯電電極１２８の機能とを併有させることで、ナノファイバ製造装置１００の構造を単純化できる。これにより、高電圧が印加される部分が簡単になるため、簡単な絶縁構造を採用しても充分に安全を維持することができ、装置コストの低減にも寄与することができる。

なお、誘引電極１２１（帯電電極１２８）に電源を接続して誘引電極１２１（帯電電極１２８）を高電圧に維持し、流出体１１５を接地することで原料液３００に電荷を付与してもよい。また、誘引電極１２１（帯電電極１２８）と流出体１１５とのいずれも接地しないような接続状態であってもかまわない。

絶縁層１０１（図２参照）は、堆積領域Ａにおける堆積したナノファイバ３０１による抵抗値のばらつきを抑制するための絶縁性を備えた層であり、堆積領域Ａの全体に渡って配置されている。本実施の形態の場合、絶縁層１０１は、基材層２００と堆積したナノファイバ３０１とによって発生する抵抗値のばらつきを抑制して許容範囲内に納める層であり、誘引電極１２１（帯電電極１２８）の表面と常時接触する状態で膜状に配置される絶縁体であって、堆積領域Ａ全体にわたって配置される部材である。

絶縁層１０１を構成する材質は、特に限定されるものではないが、体積抵抗率が１×１０＾１５（Ω・ｃｍ）以上の物質で構成されることが望ましい（＾はべき乗を示す）。このように、体積抵抗率が高い物質で絶縁層１０１を構成すると、絶縁層１０１を薄くしても膜厚方向（ｚ軸方向）の抵抗値である膜厚抵抗値を高く維持することができる。以上により、流出体１１５と誘引電極１２１（帯電電極１２８）との間に発生する電界に大きな影響を与えることなく、ナノファイバ３０１の堆積領域の一部においてナノファイバ３０１と誘引電極１２１（帯電電極１２８）との間で電荷が流れることを抑止でき、ナノファイバ３０１の堆積領域に存在する電荷が不均一になることを抑止することができる。

特に、絶縁層１０１を構成する材質の体積抵抗率は、製造するナノファイバ３０１を構成する材質（溶質）もしくは被堆積部材２０１の体積抵抗率の１０倍以上が好ましい。

このように、堆積するナノファイバ３０１の体積抵抗率と絶縁層１０１の体積抵抗率との間に１０倍以上の差が存在すると、ある程度ナノファイバ３０１が堆積した状態においても、堆積領域Ａ全体における絶縁層１０１と膜厚とを合わせた抵抗値のばらつきが無視できる程度となる。従って、堆積領域Ａ全体における帯電量がほぼ均一になるため、その後に堆積するナノファイバ３０１は、堆積領域Ａに均等に堆積することが可能となる。以上から、堆積領域Ａの全体にわたって均一な品質のナノファイバ３０１の堆積物である不織布を得ることが可能となる。

なお、上記では、絶縁層１０１を構成する材質の体積抵抗率がナノファイバ３０１を構成する材質（溶質）もしくは被堆積部材２０１の体積抵抗率の１０倍以上が好ましいと記載したが、絶縁層１０１の膜厚方向（ｚ軸方向）の抵抗値である膜厚抵抗値がナノファイバ３０１もしくは被堆積部材２０１の膜厚抵抗値の１０倍以上であっても好適である。このような条件によっても、堆積領域Ａの全体にわたって均一な品質のナノファイバ３０１の堆積物である不織布を得ることが可能となる。

また、絶縁層１０１を構成する材質は、絶縁耐力が２０（ｋＶ／ｍｍ）以上の物質で構成されることが望ましい。流出体１１５と誘引電極１２１（帯電電極１２８）との間には５ｋＶ以上、１００ｋＶ以下の範囲から選定される電圧が印加されるため、絶縁耐力が２０（ｋＶ／ｍｍ）未満の物質で絶縁層１０１を構成すると、絶縁破壊が発生する可能性が上昇し、堆積領域Ａにおけるナノファイバ３０１の品質の安定性を維持できなくなる場合が考えられるからである。

絶縁層１０１を構成する好ましい材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ、塩化ビニル、シリコンゴムを例示することができる。特にシリコンゴムは、上記条件に合致する特性に容易に調整可能であるため、特に好適と考えられる。

基材層２００は、空間中で製造されたナノファイバ３０１が堆積する層であって、絶縁層１０１の表面に堆積領域Ａを覆うように配置される層である。従って、既に堆積したナノファイバ３０１も基材層２００に含まれる。

本実施の形態の場合、基材層２００は、堆積したナノファイバ３０１を収集するための被堆積部材２０１も含まれている。被堆積部材２０１は、絶縁性を有するシート状の部材であり、移動可能となされ、供給ロール１２７に巻き付けられた状態で供給される。また、被堆積部材２０１は、回収手段１２９に巻き取られることによって、図１中に矢印で示される方向に移動可能となっている。また、被堆積部材２０１は、誘引電極１２１（帯電電極１２８）の湾曲に沿って配置され、また、移動できるように、誘引電極１２１（帯電電極１２８）の両端縁近傍に配置され、回転可能に取り付けられる棒状の押さえ部材１２５で上方から押さえつけられている。

なお、被堆積部材２０１の送り方向が、図１において流出孔１１８の並び方向と一致しているように記載されているが、被堆積部材２０１の送り方向は、これに限定されるものではない。例えば、被堆積部材２０１の送り方向は、流出孔１１８の並び方向（流出体１１５の長手方向）に垂直な方向に沿うものでもかまわない。

以上の装置構成のナノファイバ製造装置１００において、絶縁層１０１は、ナノファイバ３０１の堆積する厚みが所望の厚みとなるまで、次式を満たし続けることのできる層であることが好ましい。すなわち、絶縁層１０１と基材層２００とを合わせた場合における厚さ方向の抵抗値（以下「総膜厚抵抗値」と記す。）の堆積領域Ａにおける最大値をｒｍａｘとし、総膜厚抵抗値の堆積領域Ａにおける最小値をｒｍｉｎとし、総膜厚抵抗値の堆積領域Ａにおける平均値をＲとし、ばらつきの許容値をｋとした場合、式：（ｒｍａｘ−ｒｍｉｎ）／Ｒ≦ｋである。

上記ばらつきの許容値ｋは、ナノファイバ３０１を堆積させて得られる不織布の要求される仕様により異なるが、例えば、許容値ｋは０．１以下が好ましく、さらに、０．３以下であればよい。

絶縁層１０１の膜厚抵抗値が被堆積部材２０１や堆積したナノファイバ３０１の膜厚抵抗値に比して充分に高く、かつ、絶縁層１０１の膜厚抵抗値が堆積領域Ａにおいて充分に均一であれば、絶縁層１０１は上記式を満足することが可能である。

次に、上記構成のナノファイバ製造装置１００を用いたナノファイバ３０１の製造方法を説明する。

まず、供給手段１０７により流出体１１５に原料液３００を供給する（供給工程）。以上により、流出体１１５の貯留槽１１３に原料液３００が満たされる。

ここで、ナノファイバ３０１を構成する樹脂であって、原料液３００に溶解、または、分散する溶質としては、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かまわない。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３００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かまわない。なお、上記は例示であり、本願発明に用いられる原料液３００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３００に無機質固体材料を添加してもよい。当該無機質固体材料としては、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、製造されるナノファイバ３０１の耐熱性、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、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｐ₂Ｏ₅、ＳｎＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｋ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＺｎＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｓ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｃｏ
Ｏ、ＮｉＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅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かまわない。なお、上記は例示であり、本願発明の原料液３００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３００における溶媒と溶質との混合比率は、選定される溶媒の種類と溶質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。好適には溶質が５〜３０重量％となる。

次に、誘引電源１２３（帯電電源１２２）により流出体１１５を正または負の高電圧とする。接地されている誘引電極１２１（帯電電極１２８）と対向する流出体１１５の先端部に電荷が集中し、当該電荷が流出孔１１８を通過して空間中に流出する原料液３００に転移し、原料液３００が帯電する（帯電工程）。

前記帯電工程と供給工程とは同時期に実施され、流出体１１５の先端開口部１１９から帯電した原料液３００が流出する（流出工程）。

次にある程度空間中を飛行した原料液３００に静電延伸現象が作用することによりナノファイバ３０１が製造される（ナノファイバ製造工程）。

この状態において、ナノファイバ３０１は、流出体１１５と誘引電極１２１（帯電電極１２８）との間に発生する電界に沿って誘引電極１２１（帯電電極１２８）に向かって飛行し、基材層２００にナノファイバ３０１が堆積して収集される（堆積工程）。

充分にナノファイバ３０１が堆積すると、回収手段１２９が稼働して被堆積部材２０１を移動させ、堆積したナノファイバ３０１を被堆積部材２０１と共に回収する（回収工程）。

以上の様なナノファイバ製造装置１００を用い、ナノファイバ製造方法を実施すれば、ナノファイバ３０１が堆積するにつれて基材層２００の厚さは増加していくが、絶縁層１０１によって、堆積したナノファイバ３０１に帯電する電荷が誘引電極１２１（帯電電極１２８）に局所的に流れることを抑止することができ、ナノファイバ３０１の均一な品質の堆積物（不織布）を得ることが可能となる。さらに、絶縁層１０１の膜厚抵抗値を充分に高く、かつ、均一なものとすることで、先に堆積したナノファイバ３０１に大きく影響されること無くナノファイバ３０１を堆積させることができ、ナノファイバ３０１を厚く堆積する場合でも、堆積領域Ａにおいて均一な品質のナノファイバ３０１の堆積物（不織布）を得ることが可能となる。

（実施の形態２）
次に、本願発明にかかる第二の実施の形態を図面に基づき説明する。本実施の形態に係るナノファイバ製造装置１００は、絶縁層１０１の上に直接ナノファイバ３０１が堆積する装置である。また、ナノファイバ製造装置１００は、誘引電極１２１と帯電電極１２８とを別体として備え、誘引電極１２１と帯電電極１２８とに印加する電位は独立して調整できるものとなっている。

なお、本実施の形態も、上記実施の形態１と同様に本願発明の一例を示したものに過ぎず、本願発明を実現しうるナノファイバ製造装置１００のバリエーションの一つを示したものである。従って、以下に示す複数のノズルを一列に配置した流出体１１５を実施の形態１に記載した流出体１１５（複数の流出孔１１８が一列に並べて設けられ、これら流出孔１１８と共通に接続される貯留槽１１３を備える）に交換することは勿論かまわない。つまり、本願発明の本質は誘引電極１２１の表面に配置される絶縁層１０１であり、他の構成要素の違いは本願発明に影響を与えるものではない。従って、本実施の形態に示すナノファイバ製造装置１００であっても、実施の形態１に示したように、誘引電極１２１に帯電電極１２８としての機能を併有させてもかまわない。

以上の様に、本願発明を実現しうる実施の形態はきわめて多数存在すると考えられるが、全てを例示することはできないため、上記実施の形態１とは異なる構成要素が採用される別のナノファイバ製造装置１００の一つを以下で説明する。ただし、本願発明の外縁は、特許請求の範囲に記載される文言が示す意味により定められるべきであり、以下の記載に本願発明を限定する意図はない。

また、実施の形態１で説明した項目と同じ機能を備えるものは同じ符号を付し、その機能の説明を省略する。

図４は、ナノファイバ製造装置を示す斜視図である。

図５は、ナノファイバ製造装置の要部を一部切り欠いて示す側面図である。

これらの図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、複数のノズルを一列に配置した流出体１１５を備えている。また、一列に配置されたノズルの先端開口部１１９の近傍には、丸棒状の帯電電極１２８が配置されている。

本実施の形態の場合、帯電電極１２８は、流出孔１１８の先端開口部１１９の近傍にノズルのならびに沿って２本配置されている。このように、帯電電極１２８が流出孔１１８の先端開口部１１９の近傍に配置されることで、流出体１１５と帯電電極１２８との間に印加する電圧を比較的低い値に設定することが可能となる。

誘引電極１２１は、矩形板状の導電性の部材である。絶縁層１０１は、誘引電極１２１の表面上であって、流出体１１５から臨む面全体にわたって設けられている。なお、本実施の形態における絶縁層１０１の特徴、例えば性質や材質などは前記実施の形態１の絶縁層１０１の特徴と同様である。

誘引電源１２３は、空間で製造されたナノファイバ３０１を堆積領域Ａに誘引しうる電界を誘引電極１２１から発生させることのできる電源である。

以上の様に、原料液３００の帯電にほぼ寄与することが無い誘引電極１２１であって、専ら空間中で製造されたナノファイバ３０１を誘引する誘引電極１２１の表面に絶縁層１０１を備えたナノファイバ製造装置１００であっても、前記実施の形態１と同様に、ナノファイバ３０１が堆積するにつれて基材層２００の厚さは増加していくが、絶縁層１０１によって、堆積したナノファイバ３０１に帯電する電荷が誘引電極１２１に局所的に流れることを抑止することができ、ナノファイバ３０１の均一な品質の堆積物（不織布）を得ることが可能となる。さらに、絶縁層１０１の膜厚抵抗値を充分に高く、かつ、均一なものとすることで、先に堆積したナノファイバ３０１に大きく影響されること無くナノファイバ３０１を堆積させることができ、ナノファイバ３０１を厚く堆積する場合でも、堆積領域Ａにおいて均一な品質のナノファイバ３０１の堆積物（不織布）を得ることが可能となる。

また、実施の形態１の場合に比べ、本実施の形態の場合、誘引電極１２１に印加する電位を比較的低く設定することが可能であるため、絶縁層１０１を構成する材質として比較的絶縁耐力の低い材質を採用することが可能となる。従って、絶縁層１０１を構成する材質の選択の幅を広げ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、誘引電極１２１と帯電電極１２８とを別体として備えるナノファイバ製造装置１００に、被堆積部材２０１を適用しても本願発明に含まれる。また、流出体１１５は、図６に示すように、流出体１１５が円筒形状となっていて、周壁に流出孔１１８が設けられており、モータ３０３の回転駆動力により流出体１１５が回転することによる遠心力で原料液３００を空間中に流出させるものでもかまわない。

また、誘引電極１２１（帯電電極１２８）は、一体のものばかりでなく、図７に示すように、複数に分離したものでもかまわない。この場合、絶縁層１０１は平板状の絶縁性を備える部材であって、分離された誘引電極１２１の全体にまたがるように配置されている。

（実施の形態３）
次に、本願発明にかかる第三の実施の形態を図面に基づき説明する。

図８は、本実施の形態にかかるナノファイバ製造装置１００を示す斜示図である。

同図に示すように、ナノファイバ製造装置１００は、無端ベルト状の絶縁層１０１と、無端ベルト状の絶縁層１０１を循環状態で移動可能に保持する循環手段１３０と、製造されたナノファイバが堆積する基材層２００としての被堆積部材２０１であって、絶縁層１０１の表面に堆積領域Ａを覆うように配置され、絶縁層１０１とともに移動する基材層２００とを備えている。なお、前記実施の形態１、実施の形態２と同様の機能を有する部材、装置などは同じ符号を付し、説明を省略する。

絶縁層１０１は、本実施の形態の場合、シート状の部材の端部を無端ベルト状となるようにつなぎ合わせたものである。具体的には、構造的な強度を担保する芯材に前記絶縁性能を備えた樹脂をコーティングしたものが好適に用いられる。芯材としては、特に限定されるものでは無いが、例えば、ポリエステル製の布帛などが例示でき、絶縁性能を高めるコーティング用の材質としては、シリコンゴムやポリプロピレン、塩化ビニルなどを例示することができる。

循環手段１３０は、本実施の形態の場合、絶縁層１０１にある程度の張力を与えて張り、かつ、絶縁層１０１を図中の矢印方向に循環可能に保持する二つのローラ１３１を備えている。ローラ１３１は、本実施の形態の場合、軸を中心として自由に回転可能なフリーローラである。なお、ローラ１３１は、フリーローラばかりでなく動力源を備え、絶縁層１０１を積極的に循環させるものでもかまわない。また、ローラ１３１が誘引電極１２１として機能するものでも良い。

本実施の形態の場合も前記実施の形態と同様、基材層２００は、堆積したナノファイバ３０１を収集するための被堆積部材２０１も含まれている。被堆積部材２０１は、供給ロール１２７に巻き付けられた状態で供給され、回収手段１２９に巻き取られることによって、図中に矢印で示される方向に移動可能となっている。

誘引電極１２１は、絶縁層１０１の軌道に囲まれるように配置され、かつ、被堆積部材２０１と誘引電極１２１とで絶縁層１０１を挟むことができる位置に配置されている。また、誘引電極１２１は、複数の円筒状の部材であり、絶縁層１０１の移動に追随して回転することができるものとなっている。

以上の構成によれば、絶縁層１０１は、被堆積部材２０１の移動に追随して循環状に移動することができるため、絶縁層１０１と被堆積部材２０１（基材層２００）との間に発生する電気的な吸引力によって強められる摩擦を可及的に抑止することができ、絶縁層１０１や被堆積部材２０１に摩擦による損傷を与えることが抑制できる。従って、絶縁層１０１の損耗を抑止できナノファイバ製造装置１００の寿命を向上させることができ、回収されるナノファイバ３０１の品質を高い状態で維持させることが可能となる。

なお、絶縁層１０１と誘引電極１２１と被堆積部材２０１との関係は上記ばかりでなく、種々のバリエーションを提示できる。

例えば、図９に示すように、誘引電極１２１を固定された板状の部材としてもかまわない。

このような構成を採用した場合、広範囲にナノファイバ３０１を誘引することが可能となる。

また、図１０に示すように、誘引電極１２１を柔軟なシート状の導電性部材からなる無端ベルトとし、これを絶縁層１０１と同様に、二つのローラで移動可能としてもかまわない。

この構成を採用すれば、図９に示した場合と同様、ナノファイバ３０１を広範囲に誘引できるとともに、絶縁層１０１との摩擦を軽減させることが可能となる。

また、図１１に示すように、誘引電極１２１を大きなローラとし、絶縁層１０１を誘引電極１２１の表面に設け、誘引電極１２１と絶縁層１０１とをともに被堆積部材２０１の動きに同期させて回転させてもかまわない。

また、図１２に示すように、柔軟で導電性のある無端ベルト状の誘引電極１２１の表面に絶縁層１０１を設け、ローラ１３１を介して誘引電極１２１を所定の電位にするものでもかまわない。

本願発明は、ナノファイバを用いた紡績や、不織布の製造に利用可能である。

１００ ナノファイバ製造装置
１０１ 絶縁層
１０７ 供給手段
１１３ 貯留槽
１１４ 案内管
１１５ 流出体
１１８ 流出孔
１１９ 先端開口部
１２１ 誘引電極
１２２ 帯電電源
１２３ 誘引電源
１２５ 押さえ部材
１２７ 供給ロール
１２８ 帯電電極
１２９ 回収手段
１５１ 容器
２００ 基材層
２０１ 被堆積部材
３００ 原料液
３０１ ナノファイバ
３０３ モータ

Claims (5)

1. ナノファイバを製造するための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、
   原料液を空間に流出させる流出孔を有する流出体と、
   前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され、前記流出体を帯電させる帯電電極と、
   前記流出体と前記帯電電極との間に所定の電圧を印加する帯電電源と、
   空間中で製造されたナノファイバを誘引する電界を発生させる誘引電極であって、誘引したナノファイバを堆積させる面状の堆積領域を表面に有する誘引電極と、
   前記誘引電極に所定の電位を印加する誘引電源と、
   前記堆積領域における堆積したナノファイバによる抵抗値のばらつきを抑制する前記堆積領域全体に配置される絶縁層と、
   ナノファイバが堆積される様に前記絶縁層と前記流出体との間に前記誘引電極に沿って配置された被堆積部材とを備え、
   前記絶縁層を構成する物質の体積抵抗率は、ナノファイバを構成する物質もしくは、前記被堆積部材を構成する物質の体積抵抗率の１０倍以上である
   ナノファイバ製造装置。
2. 前記被堆積部材は、絶縁性を有するシート状の部材であり、移動可能である
   請求項１に記載のナノファイバ製造装置。
3. 前記絶縁層は、無端ベルト状となされ、
   さらに、
   無端ベルト状の前記絶縁層を循環状態で移動可能に保持する循環手段とを備え、
   前記被堆積部材は、前記絶縁層の表面に前記堆積領域を覆うように配置され、前記絶縁層とともに移動する
   請求項２に記載のナノファイバ製造装置。
4. ナノファイバを製造するための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、
   原料液を空間に流出させる流出孔を有する流出体から原料液を流出させ、
   前記流出体と所定の間隔を隔てて配置され、前記流出体を帯電させる帯電電極と前記流出体との間に帯電電源により所定の電圧を印加し、
   ナノファイバを堆積させる堆積領域における堆積したナノファイバによる抵抗値のばらつきを抑制する前記堆積領域全体に配置される絶縁層を有する誘引電極に誘引電源により所定の電位を印加することにより、前記堆積領域に空間中で製造されたナノファイバを誘引し、
   前記絶縁層と前記流出体との間に前記誘引電極に沿って配置された被堆積部材にナノファイバを堆積させ、
   前記絶縁層を構成する物質の体積抵抗率は、ナノファイバを構成する物質もしくは、前記被堆積部材を構成する物質の体積抵抗率の１０倍以上である
   ナノファイバ製造方法。
5. 前記被堆積部材を移動させてナノファイバを堆積させる
   請求項４に記載のナノファイバ製造方法。

Images