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技術 ナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

出願人 株式会社エアード
発明者 梅原信裕鈴木辰也
出願日 2016年1月12日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2016-003177
公開日 2017年7月20日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-125265
状態 特許登録済
技術分野 紡糸方法及び装置 不織物
主要キーワード 巻取り器 本願装置 平面帯 閉鎖回路 メッシュ網 塗付装置 コレクタ表面 樹脂製テープ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

高電圧印加されたプラス電極及び接地電極を、ナノ繊維原料溶液又はナノ繊維で汚染させることなく、連続して不織布又は織布にナノ繊維を含有させる装置を提供する。

解決手段

プラス電極とする導電体金ワイヤを用いて一定方向に走行させつつ、これにナノ繊維原料溶液42の液滴44を間隔を設けて塗布装置を用いて塗布し、接地電極を導電性メッシュ網20を使用して、一定方向に走行させ、このプラス電極と接地電極の間に、不織布又は織布30を走行させて、ナノ繊維50を不織布又は織布30に含有させ、ナノ繊維50を層状に設けた不織布と異なり、前記ナノ繊維含有不織布30は、ナノ繊維50が剥がれ落ちることが無く、取扱いが容易であり、通気抵抗が小さくマスク生地又はフィルターに好適に利用される不織布又は織布の製造装置

概要

背景

粉塵ハウスダスト浮遊粒子状物質花粉等の微小な有害粒子を除去し得るだけでなく、空気中に浮遊する各種細菌、ウイルス等を取り除くために、不織布又は織布の層に、ナノ繊維層を重ねて二層状態のものが開示されている。

ナノ繊維製造装置として、一般的には、エレクトロスピニング法を用いて、一方の電極シリンジとし、アースされたコレクタを設け、これらの間に高電圧印加して、シリンジから押出された溶液電荷を帯び,細かな繊維となってコレクタに向かってナノ繊維が放出され、開口部から放出されたナノ繊維をコレクタで捕集する方法が用いられている。

この方法においては、問題点として(1)シリンジ開口部が、乾燥してナノ繊維原料固化して汚染される。(2)コレクタにナノ繊維が付着する。このため、シリンジから押出された溶液に、必要な電荷を与えることができず、常に、ノズル開口部の清掃するとともに、コレクタに集積されたナノ繊維を取り除き、コレクタの清掃をしなければならない。実験室規模の装置などでは容易に少量のナノ繊維を作ることができるが、これを常用化するためには大量生産が可能でなければならない。このため前記の問題点が解決されなければならない。

これらの問題点を解決する方法として、下記特許文献1にアース電極として金属球を用いて、シリンジ開口部からこの金属球に向けて放出されるナノ繊維の方向を、高速気流を用いて変えて、別途設けたナノファイバー捕集部に向けて飛散させて、捕集部の捕集面で捕集する。この捕集面は、ドラム状又は板状でありナノ繊維は捕集面上に積層される。この捕集面に、不織布又は織布を用いることにより、二層構造の繊維が製造できる。しかし、この二層構造のナノ繊維層は、はがれやすく、取り扱いが容易でない。

また、下記特許文献2には、シリンジ開口部とコレクタ間に高電圧を印加して、このコレクタの上にロールされた不織布を設け、この不織布を一定方向に走行させて、不織布上にナノ繊維の層を設けている。この方法においては、不織布を貫通して、コレクタまで達するナノ繊維の一部が存在して、徐々にコレクタがナノ繊維で汚染され、ナノ繊維原料溶液に十分な電荷を与えることができず、コレクタ表面の清掃を頻繁に行う必要がある。上述のように、シリンジ開口部も汚染されるため、常に清掃を余儀なくされる(本願の図11を参照)。

本願発明はこれらの問題点を解決し、従来技術のエレクトロスピニング法で使用されるシリンジを用いることなく、ナノ繊維原料溶液の液滴を塗付した走行する導電体プラス電極として使用する。この装置で作られた製品は、ナノ繊維が不織布等の中に入っているため、ナノ繊維が剥がれおちることが無く、取り扱いが容易であり、通気抵抗が小さく、且つ濾過効果も優れる。

概要

高電圧で印加されたプラス電極及び接地電極を、ナノ繊維原料溶液又はナノ繊維で汚染させることなく、連続して不織布又は織布にナノ繊維を含有させる装置を提供する。プラス電極とする導電体に金ワイヤを用いて一定方向に走行させつつ、これにナノ繊維原料溶液42の液滴44を間隔を設けて塗布装置を用いて塗布し、接地電極を導電性メッシュ網20を使用して、一定方向に走行させ、このプラス電極と接地電極の間に、不織布又は織布30を走行させて、ナノ繊維50を不織布又は織布30に含有させ、ナノ繊維50を層状に設けた不織布と異なり、前記ナノ繊維含有不織布30は、ナノ繊維50が剥がれ落ちることが無く、取扱いが容易であり、通気抵抗が小さくマスク生地又はフィルターに好適に利用される不織布又は織布の製造装置。

目的

高電圧で印加されたプラス電極及び接地電極を、ナノ繊維原料溶液又はナノ繊維で汚染させることなく、連続して不織布又は織布にナノ繊維を含有させる装置を提供する。本願装置により製造されたナノ繊維を含有する不織布又は織布は、マスク及びフィルター等に利用される。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ワイヤ状導電体走行させ、上記導電体をプラス電極側として、上記電導体ナノ繊維原料溶液塗付装置を用いて、間隔を設けて上記ナノ繊維原料溶液の液滴を塗付し、上記導電体と接地電極との間に不織布又は織布を走行させ、上記導電体と上記接地電極の間に高電圧印加して、上記不織布又は上記織布にナノ繊維を含有させることを特徴とするナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置

請求項2

上記導電体は、金からなる導電体、カーボンからなる導電体、金を被覆した導電体及びカーボンを被覆した導電体、の群から選ばれるいずれか1種からなる請求項1に記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項3

上記ナノ繊維原料溶液の上記塗付装置は、上記ナノ繊維原料溶液を含浸させたスポンジに、上記導電体を貫通させてなる請求項1又は請求項2に記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項4

上記ナノ繊維原料溶液の上記塗付装置が、定量点滴塗布装置である請求項1又は請求項2のいずれかに記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項5

更に、指向性電極を備えた請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項6

導電体を導電性の無いテープ印刷して走行させ、上記導電体をプラス電極側とし、上記電導体にナノ繊維原料溶液を定量点滴塗付装置を用いて、間隔を設けて上記ナノ繊維原料溶液の液滴を上記テープに印刷された上記電導体に塗付し、上記導電体と接地電極との間に不織布又は織布を走行させ、上記導電体と上記接地電極の間に高電圧を印加して、上記不織布又は上記織布にナノ繊維を含有させることを特徴とするナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項7

上記導電体は、金又はカーボンからなる請求項6に記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項8

上記導電体に、一定間隔突起部が配設された請求項6又は請求項7に記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項9

更に、指向性電極を備えた請求項6乃至請求項8のいずれかに記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項10

ワイヤー状の導電体を固定して設け、上記導電体をプラス電極側とし、上記導電体に、ナノ繊維原料溶液の塗付装置を往復動させて、間隔を設けて上記ナノ繊維原料溶液の液滴を塗付し、上記導電体と接地電極との間に不織布又は織布を走行させ、上記導電体と上記接地電極の間に高電圧を印加して、上記不織布又は上記織布にナノ繊維を含有させることを特徴とするナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項11

上記導電体は、金からなる導電体、カーボンからなる導電体、金を被覆した導電体及びカーボンを被覆した導電体、の群から選ばれるいずれか1種からなる請求項10に記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項12

上記ナノ繊維原料溶液の上記塗付装置は、上記ナノ繊維原料溶液を含浸させたスポンジに、上記導電体を貫通させてなる請求項10又は請求項11に記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

請求項13

上記ナノ繊維原料溶液の上記塗付装置が、定量点滴塗布装置である請求項10又は、請求項11のいずれかに記載のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置。

技術分野

0001

本願は、ナノ繊維が含有された不織布又は織布の製造装置に関し、詳しくは、ワイヤ状導電体走行させつつ、この導電体に間隔を設けて、ナノ繊維原料溶液の液滴を塗付し、これをプラス電極として、接地電極の間に高電圧印加し、不織布又は織布を走行させるナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置に関する。

背景技術

0002

粉塵ハウスダスト浮遊粒子状物質花粉等の微小な有害粒子を除去し得るだけでなく、空気中に浮遊する各種細菌、ウイルス等を取り除くために、不織布又は織布の層に、ナノ繊維層を重ねて二層状態のものが開示されている。

0003

ナノ繊維の製造装置として、一般的には、エレクトロスピニング法を用いて、一方の電極シリンジとし、アースされたコレクタを設け、これらの間に高電圧を印加して、シリンジから押出された溶液電荷を帯び,細かな繊維となってコレクタに向かってナノ繊維が放出され、開口部から放出されたナノ繊維をコレクタで捕集する方法が用いられている。

0004

この方法においては、問題点として(1)シリンジ開口部が、乾燥してナノ繊維原料固化して汚染される。(2)コレクタにナノ繊維が付着する。このため、シリンジから押出された溶液に、必要な電荷を与えることができず、常に、ノズル開口部の清掃するとともに、コレクタに集積されたナノ繊維を取り除き、コレクタの清掃をしなければならない。実験室規模の装置などでは容易に少量のナノ繊維を作ることができるが、これを常用化するためには大量生産が可能でなければならない。このため前記の問題点が解決されなければならない。

0005

これらの問題点を解決する方法として、下記特許文献1にアース電極として金属球を用いて、シリンジ開口部からこの金属球に向けて放出されるナノ繊維の方向を、高速気流を用いて変えて、別途設けたナノファイバー捕集部に向けて飛散させて、捕集部の捕集面で捕集する。この捕集面は、ドラム状又は板状でありナノ繊維は捕集面上に積層される。この捕集面に、不織布又は織布を用いることにより、二層構造の繊維が製造できる。しかし、この二層構造のナノ繊維層は、はがれやすく、取り扱いが容易でない。

0006

また、下記特許文献2には、シリンジ開口部とコレクタ間に高電圧を印加して、このコレクタの上にロールされた不織布を設け、この不織布を一定方向に走行させて、不織布上にナノ繊維の層を設けている。この方法においては、不織布を貫通して、コレクタまで達するナノ繊維の一部が存在して、徐々にコレクタがナノ繊維で汚染され、ナノ繊維原料溶液に十分な電荷を与えることができず、コレクタ表面の清掃を頻繁に行う必要がある。上述のように、シリンジ開口部も汚染されるため、常に清掃を余儀なくされる(本願の図11を参照)。

0007

本願発明はこれらの問題点を解決し、従来技術のエレクトロスピニング法で使用されるシリンジを用いることなく、ナノ繊維原料溶液の液滴を塗付した走行する導電体をプラス電極として使用する。この装置で作られた製品は、ナノ繊維が不織布等の中に入っているため、ナノ繊維が剥がれおちることが無く、取り扱いが容易であり、通気抵抗が小さく、且つ濾過効果も優れる。

先行技術

0008

特開2011−127234
特開2014−166299

発明が解決しようとする課題

0009

高電圧で印加されたプラス電極及び接地電極を、ナノ繊維原料溶液又はナノ繊維で汚染させることなく、連続して不織布又は織布にナノ繊維を含有させる装置を提供する。本願装置により製造されたナノ繊維を含有する不織布又は織布は、マスク及びフィルター等に利用される。

課題を解決するための手段

0010

本願発明は、従来技術のエレクトロスピニング法を用いてナノ繊維を製造する装置において、プラス電極に使用されていたシリンジに代えて、走行するワイヤ状の導電体をプラス電極とする。この導電体は、金属、カーボンが使用される。走行速度は、導電体の種類、ナノ繊維原料溶液の種類、濃度、粘度により適宜選択できる。「ワイヤ状」とは、針金のごとく細くて長い形状をいい、断面が円形に限らず、矩形多角形等も含む。

0011

上記金属は、エレクトロスピニング法で通常使用される金属を使用できる。好ましくは、金又は金で被覆されたワイヤ状の導電体を使用する。金又は、金で被覆された導電体を使用した場合、図3に示すようなナノ繊維原料溶液を含浸させたスポンジにワイヤ状の電導体を貫通させることにより、図4及び図5に示すよう間隔を設けて液滴を形成・塗付できる。このため、ナノ繊維原料溶液の液滴に安定した電荷を帯電させることができる。
本願明細書に記載の「スポンジ」とは、内部に細かな孔が無数に空いた多孔質の柔らかい物質をいう。液体浸すと孔内の空気と置換される形で液体を吸い取り、また外部からの力で容易に放出する特性を有するものの総称をいい、フェルト等も含む。

0012

本願発明に使用される「カーボン」とは、カーボンファイバー又は導電性カーボンブラックをいう。このカーボン又は、このカーボンで被覆されたものも、金又は、金で被覆された導電体と同様な効果を有する。

0013

量点塗付装置を用いて、間隔を設けて、ナノ繊維原料溶液の液滴を導電体に一定量を塗付させることもできる。塗付されるナノ繊維原料溶液の液滴の量は、ナノ繊原料溶液の、濃度、粘度、導電値、印加電圧等により適宜選択される。

0014

走行する導電体は、ロールされたワイヤ状の金属等をロールから繰出し、他方で、このワイヤ巻取ることで達成される。または、図2に示すように、空間に矩形状に導電体を架線して、一定方向に回転させることによっても達成される。このワイヤ状の電導体は、繰り返して使用することもできる。また、廃棄して、新たな電導体を用いることもできる。

0015

また、上述のワイヤ状の導電体と平行に指向性電極を設けることにより、導電体から噴射されるナノ繊維の流れを、接地電極側の一定方向に誘導して、ナノ繊維の不織布への含有効率を上げることができる。

0016

導電性のない樹脂テープに、導電体を帯状印刷して使用することもできる。テープに導電体を印刷するというときは、導電体を蒸着すること、導電性フィラー樹脂等と混練して印刷することも含む。導電性の無い樹脂テープの素材は、通常使用されるポリエチレンテレフタレートポリエチレンナフタレートポリアミド等の素材が使用できる。

0017

印刷される導電体の材質は、金属、カーボンを用いる。金属については、通常エレクトロスピニング法においてプラス極に用いられる金属を使用できる。好ましくは金を用いる。金を用いることにより上述のワイヤ状の導電体と同様な効果が得られる。上記樹脂テープには、複数の帯状の導電体を印刷することもできる。

0018

この導電体の表面に、一定間隔突起部を設けることが好ましく、この突起物に上述の定量点滴塗付装置を用いて、ナノ繊維原料溶液を付着させる。この突起部を設けたときは、突起部から安定したナノ繊維のジェット流が接地電極に向かって噴射される。

0019

上述のプラス電極と、接地電極の間に、不織布又は織布を配設して両極間に高電圧を印加する。高電圧とは、従来技術のエレクトロスピニング法で用いられる数kV〜数10kVの直流高電圧をいい、本願発明においては、通常15KV〜35KVを用いる。
印加する高電圧は、ナノ繊維原料の種類、濃度、導電値、プラス電極に使用される導電体の種類により異なる。

0020

この不織布及び織布は、連続的にナノ繊維を含有させるために、走行させる。走行速度は、所望のナノ繊維目付量により変更する。不織布及び織布の種類は限定されない。

0021

接地電極については、通常エレクトロスピニング法において用いられる金属又はカーボンを使用できる。これらの材質からなるワイヤ、テープ、板、メッシュ網等を使用する。ナノ繊維は上述の不織布また織布に捕集されて、不織布又は織布に含有される。印加電圧によっては、ナノ繊維の一部がこの不織布又は織布の貫通孔を通過して、接地電極に到達して、接地電極を汚染することがある。

0022

この場合、接地電極は一定時間ごとに取り換えるか、または清掃する必要がある。好ましくは、接地電極はロール状にして、走行させて常に新しく汚染の無い表面を曝すことが好ましい。

0023

本願発明に係る製造装置は、連続して且つ安定して工業的規模で、ナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造することができる。このため、安価なナノ繊維を含有した不織布又は織布の供給が可能である。

0024

本願発明で製造された、ナノ繊維を含有する不織布又は織布は、ナノ繊維が剥がれ落ちることが無く、取扱いが容易であり、マスクの原料、フィルター等に好適に使用される。また、スポーツウェア等に使用するときは、体内から発生する発汗蒸気は、この素材を通して排出されるが、雨滴等は、この素材を通して、侵入することはなく、快適な着心地を得ることができる。

発明の効果

0025

本願装置によれば、走行する導電体にナノ繊維原料溶液の液滴を間隔を設けて付着させる。この液滴のすべては、速やかにナノ繊維となって接地電極に向かって噴射され、導電体が汚染されることが無い。このため、連続して安定且つ、一定の電荷をナノ繊維原料溶液の液滴に帯電させることが可能であり、ナノ繊維含有不織布又は織布の工業的規模で製造が可能である。本願装置で製造されるナノ繊維含有不織布又は織布は、ナノ繊維が剥がれおちることが無く、取扱いが容易であり、空気の通過抵抗も小さく、浮遊粒子状物質等の微小な有害粒子の除去効果が大きい。

0026

また、図4に示すように、ワイヤ状の導電体が金又は金で被覆されたもので構成されているときは、走行する導電体に、ナノ繊維原料溶液の液滴を確実に、安定して塗付できる。この液滴は比較的に定間隔で塗付され且つ、塗付された液滴の形状は一定であり、この液滴からは、安定したナノ繊維が噴射され、均一にナノ繊維が含有した不織布又は織布が得られる。また、印加電圧は22KV〜28KVで安定したナノ繊維が生成され、ナノ繊維径は、60nm〜180nmと小さくすることができる。

0027

更に、ワイヤ状の導電体がカーボン又はカーボンで被覆されているもので構成されるときも、導電体が金又は金で被覆されたもので構成されているときと、同等の効果が得られ、安定したナノ繊維が噴射され、均一にナノ繊維が含有した不織布又は織布が得られる。

0028

ナノ繊維原料溶液の塗付装置40が、図3に示すようにナノ繊維原料溶液を含浸させたスポンジ41に、導電体を貫通させて、構成されているときは、簡易、安価にナノ繊維原料溶液の塗付装置が作成できる。

0029

更にまた、ナノ繊維原料溶液を、定量点滴塗付装置でナノ繊維原料溶液の液滴を導電体に塗付したときは、確実に一定間隔、一定量、安定した一定形状の液滴が塗付でき、この液滴からは安定したナノ繊維が接地電極に向かって、噴射される。

0030

本願他の発明のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置における、導電性の無いテープに導電体を印刷して走行させる場合は、帯状に複数の導電体を並列して印刷可能であり、また導電体が軽量になり、取扱いが容易となる。装置全体コンパクトにできる。

0031

この印刷された導電体に凸部を一定間隔に配設し、この凸部の上端部にナノ繊維原料溶液を定量点滴塗付装置を用いて、ナノ繊維原料溶液を塗付させると、安定したナノ繊維が噴射される。

0032

導電体を固定して、ナノ繊維原料溶液塗付装置を走行させて、導電体にナノ繊維原料溶液を塗付するときも、上述した導電体を走行させたときと同等の効果が得られ、且つ、装置自体がコンパクトになる。

図面の簡単な説明

0033

本願発明1に係るナノ繊維含有不織布又は織布の製造装置の基本構成図である。
本願発明1に係る走行する導電体の他の態様の説明図である。
本願発明1に係るスポンジを用いたナノ繊維原料溶液の塗付装置の例を示す説明図である。
導電体に金のワイヤを使用したときのナノ繊維原料溶液の液滴付着状態を示す図である。
ステンレスのワイヤを使用したときのナノ繊維原料溶液の液滴付着状態を示す図である。
指向性電極を設置したときの説明図である。
本願発明2のナノ繊維含有不織布又は織布の製造装置に係るテープに導電体を印刷した状態示す説明図である。
印刷された導電体にナノ繊維原料溶液を塗付した説明図である。
本願発明3のナノ繊維含有不織布又は織布の製造装置の基本的構成を示す説明図である。
ナノ繊維繊維を含有した不織布の切断断面の図である。
従来技術の不織布にナノ繊維層を積層させる装置の要部図である。

実施例

0034

本願発明を実施するための形態を図に基づいて詳細に説明する。これらの図において共通の部材には共通の符号(番号)を付している。また、図から明らかに判断できる部材には符号をつけていない。これらの図は本願発明を説明するために模式的に描いたものであり本願発明はこれらの図に限定されない。

0035

本願発明は、従来技術のエレクトロスピニング法に用いるシリンジに代えて、走行するワイヤ状の導電体にナノ繊維原料溶液の液滴を塗付してナノ繊維を発生させ、不織布又は織布(以下これらを「不織布等30」ともいう。)にナノ繊維を含有させる。従来技術によると、不織布等30にナノ繊維を積層したものが開示されているが、不織布等30にナノ繊維を積層した場合には、ナノ繊維が不織布等30から剥がれやすく、取扱いが困難であった。本願発明は、ナノ繊維を含有した不織布等30の製造装置であって、本願発明に係る装置により、製造された製品はナノ繊維が剥がれおちることが無く、取扱いが容易であり、空気の通過抵抗も小さく、マスク生地濾過布等に好適に利用できる。

0036

また、本願発明は印加電圧のプラス電極側にシリンジを使用しないため、シリンジ開口部においてナノ繊維原料溶液42が、乾燥・固化して汚染されることがない。本願発明に係る装置1は、プラスに印加されるワイヤ状の導電体10が、走行し、常に汚染の無い新しい表面に高電圧が印加される。このため、プラス電極が汚染されることが無く、ナノ繊維原料溶液42の液滴44に安定した電荷を帯電させることができ、ナノ繊維は継続して、安定して生成される。上述したように、ワイヤ状とは、針金のごとく細くて長い形状をいい、断面が円形に限らず、矩形、多角形等も含む。

0037

本願発明1には、ワイヤ状の導電体10を複数本並列に配設することができる。シリンジを使用することなく、この導電体10を使用して、これに液滴44を塗付するのであるから、平面上に高密度に液滴44を分布させることができ、ナノ繊維50を大量に工業的規模で製造可能である.

0038

更にまた、従来技術においては、継続して使用したときに、プラス電極であるシリンジも、接地電極側にもナノ繊維で徐々に汚染され、安定したナノ繊維を生成できなくなる。このため、常に、シリンジと接地電極を清掃する必要があった。本願においては、プラス電極となる導電体10は、汚染されることなく、清掃する必要はない。特別な高電圧(例えば50KV以上)を印加しない限り、接地電圧側もほとんど汚染されることはない。大電圧を印加する必要があるときは、接地電極を走行させて清掃作業を省くことができる。

0039

図1は、本願発明1に係るナノ繊維含有不織布又は織布の製造装置の基本構成図である。本願発明1は、ワイヤ状の導電体10を走行させ、上記導電体10をプラス電極側とする。導電体10は、腐食が少なく導電率が高いものを使用する。例えば、金、銀、銅、ステンレス、カーボン等が挙げられる。これらのものは、いづれも本願発明1の導電体10として使用可能である。

0040

これらの金属のうちで、金が好ましく使用できる。プラス電極として用いる導電体10と接地電極20の間には高電圧が印加され、この導電体10には、ナノ繊維原料溶液42が塗付されるため、電極にわずかの化学変化があっても、ナノ繊維50の生成に大きな影響を及ぼす。上述の材質中で銅、銀、ステンレスが比較的反応性富むこととは対照的に、金は標準酸化還元電位に基づくイオン化傾向が、全金属中で最も小さく反応性が低い。

0041

導電体10が金で被覆されているものも特に好ましく用いられる。金で被覆とは、メッキ、蒸着、金フィラーを樹脂等と混練してスラリー状にして塗布することも含む。金で被覆したもの、特に金メッキは、安価であり、金そのものを使用したときと同等の効果を発揮する。
又、カーボンは化学反応性がほとんどなく、金と同等の効果を発揮する。

0042

カーボンからなるワイヤー状の導電体10は、カーボンファイバーを撚って得られる糸をそのまま使用することができる。また、得られる糸が細すぎる場合は、複数の糸を撚り合わせて所望の線径のワイヤー状の導電体10を得ることができる。カーボンファイバー及びカーボンファイバーから得られる糸は、市販されているため、容易に入手できる。
また、カーボンで被覆したものは、カーボンファイバー及び/又は導電性カーボンブラックのフィラーを合成樹脂等を母材としてスラリー状にして金属又は樹脂に塗付して得られる。カーボンで被覆したときは、上記カーボンそのものを使用したときよりも安価であり、カーボンと同等の効果を発揮する。

0043

上述の導電体10は、図1に示すように走行させる。巻かれた導電体10の繰出し器11を一方に配設し、他方に巻取り器12を配設して巻き取る。
図2に示すように、一本の導電体で閉鎖回路架設して、導電体移動装置13でワイヤ状導電体10を走行させることもできる。この、導電体10は、使い捨てにすることもでき、必要に応じて、清掃して再利用もできる。このワイヤ状導電体10は、複数を並列に配設して、ナノ繊維50の生成量を増すことができる。また、他の態様としては、ワイヤ状の導電体10を、エアアクチュエータ電磁アクチュエータ逆転モーター等を使用して、往復動させることもできる。

0044

このワイヤ状の導電体10の直径(導電体の断面が多角形である場合は、対角線)は、印加電圧、ナノ繊維原料溶液42の種類、ナノ繊維50の目付量、導電体10の種類により、任意に選択できる。通常は0.5mm〜0.1mmが用いられる。0.5mm以上であるときは、印加電圧を大きくする必要があるうえに、ワイヤ状の導電体10に塗付されたナノ繊維原料溶液42からナノ繊維50が安定して噴射しない。また、0.1mm以下であるときは、導電体10が破損する恐れがある。好ましくは0.4mm〜0.15mmの導電体10を用いる。この範囲であれば、印加電圧を大きくする必要が無く安全であり、導電体10の強度も十分である。

0045

図3は、本願発明1に係るスポンジ41を用いたナノ繊維原料溶液42の塗付装置40の例を示す説明図である。上述したように、スポンジ41とは内部に細かな孔が無数に空いた多孔質の柔らかい物質であり、フェルト等を含む物質の総称をいう。ナノ繊維原料溶液42に浸すと孔内の空気と置換される形でナノ繊維原料溶液42を吸い取り、スポンジ41全体の細孔を満たす。

0046

タンク43にナノ繊維原料溶液42を入れて、スポンジ41を浸漬してナノ繊維原料溶液42を含浸させる。液位計46を用いて、ナノ繊維原料溶液が使用により減少したときは、ナノ繊維原料溶液補充タンク47から、電磁バルブ開閉して、タンク43の水位を一定に保つ。このナノ繊維原料溶液42を含んだスポンジ41にワイヤ状の導電体10を貫通させて、走行させる。タンク43の減少を目視して、手動バルブを操作して、ナノ繊維原料溶液42を補充することもできる。

0047

塗付装置40を固定して、ナノ繊維原料溶液42を含浸させたスポンジ41に、ワイヤ状の導電部材10を貫通させて、走行させると、この導電部材10にナノ繊維原料溶液42が塗付され、時間の経過(通常は数秒内)とともに、図4図5に示すように、一定の間隔で液滴44が形成される。
上述の導電体10のスポンジ41内の走行速度は、状導電体10の種類及び線径、ナノ繊維原料溶液の種類、濃度、粘度、抵抗値等により異なるが、走行速度にあまり関係なく図4図5に示すような液滴が導電体に形成される。通常は、毎秒3cm〜9cmで走行させる。この走行速度であれば、導電体10に連続してナノ繊維原料溶液の液滴が形成される。更に具体的には、導電体10に塗付された液滴44が、ナノ繊維50となって、良好に消滅する速度とすることができる。

0048

液滴の付着状態は導電体10の材質により、大きく異なる。
図4は、金メッキ製のワイヤ状の導電体10aを使用したときのナノ繊維原料溶液42の液滴付着状態を示す図である。この線径は0.3mmであり、線径を0.45mm、0.23mmにしても、同様に良好な形状であり、液滴44の間隔Xが一定であるのがが認められる。

0049

図5は、ステンレス製のワイヤ状の導電体10bを使用したときのナノ繊維原料溶液42の液滴44の付着状態を示す図である。この線径は0.3mmであり、液滴44の大きさが一定しない。また、液滴44の間隔Yも一定しない。線径を0.45mm、0.23mmにしても、同様に良好な形状の液滴が得られなく、間隔Yも一定しない。

0050

この状態で、プラス電極と接地電極に25KVの電圧を印加したとき金及び金で被覆された金メッキ製のワイヤ状の導電体10aからは、安定して、連続的にナノ繊維50の噴射が目視され、生成された不織布を、顕微鏡で観察すると図10に示すように不織布の中にナノ繊維50が均一に含有されていることが認められる。

0051

一方、ステンレス製のワイヤ10bの線径及び走行速度を代えて、種々試みても、金メッキ製のワイヤ状の導電体10bより優れた、安定した一定の液滴の形状、安定した液滴の間隔は観察できない。また、液滴の付着したステンレス製のワイヤ状の導電体10bと接地電極の間に、30KVを印加したときでも、連続して安定したナノ繊維50の噴射が目視されず、生成された不織布を、顕微鏡で観察すると不織布の中にナノ繊維50が金メッキ製のワイヤ状の導電体10aで試みたときほど均一に含有されていないことが認められる。

0052

ナノ繊維原料溶液の塗付装置40は、定量点滴塗布装置(図示せず)を使用することが好ましい。定量点滴塗布装置は、導電体10の材質、直径、ナノ繊維原料溶液に関係なく、常に一定量の液滴を、所望の間隔で塗付できる。この定量点滴塗布装置は、導電体10と塗付部が接触しないものを使用する。この定量点滴塗布装置は例えば、「非接触式ジェットディスペンサー」として普及しているので、市販のものを容易に入手できる。

0053

導電体10と接地電極20の間に印加される高電圧は、特に限定されない。従来技術のエレクトロスピニング法で印加される電圧が用いられる。導電体10の種類及び直径、ナノ繊維原料溶液の種類、濃度、粘度、導電値等により異なるが、本願発明で使用される印加電圧は、通常15KV〜35KVである。
接地電極20は、上述した導電体10に使用した材質が、そのまま適用できる。この接地電極20は、導電体10に高電圧を印加したとき、ナノ繊維50が織布等30を一部が貫通するため、徐々にナノ繊維50により汚染される場合があり、このため、接地電極20は清掃をする必要が生じる。この場合は、接地電極20は、ロールした金属等又は網状の金属等を図1及び図2に示すように走行させることが好ましい。

0054

不織布等30の材質は、特に限定されない。ロール状の不織布等30を図1図2図9に示すように導電体10と接地電極20の間を走行させる。走行速度は、ナノ繊維50の所望の目付量により選択する。ナノ繊維50は、ワイヤ状の導電体10に塗付されたナノ繊維原料溶液42の液滴44から、接地電極20に向かって噴射されて不織布等30に含有・捕集される。捕集効率を上げるために、通常はナノ繊維安定化ダクト60を設けて、ナノ繊維50の噴射される方向を遊動して捕集効率を向上させる。

0055

上述のナノ繊維原料溶液の材質は特に限定されない。エレクトロスピニング法で従来使用されているものは、使用可能である。例えば、ポリマーとしてポリウレタンポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。
溶媒としてはポリウレタンにはジメチルホルムアミドメチルエチルケトン等が挙げられる。他のポリマーには、水、蟻酸、、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、アセトン等が挙げられる。ポリマーと溶媒の比率は、導電体10、ポリマーの種類、印加電圧、所望するナノ繊維の径等により、調整される。これらのナノ繊維原料溶液の導電率の調整に例えば硫酸銅等を添加することができる。
導電体が、金、金で被覆されたもの、カーボン又はカーボンで被覆されたものを使用するときは、ポリマーと溶媒の比率を考慮することなく常に安定したナノ繊維50が生成される。

0056

図6は、指向性電極70を設けた場合の説明図である。指向性とは、ナノ繊維50の噴射を一定方向(接地電極方向)に、誘導する性質等をいう。電導体10に高電圧を印加すると、ナノ繊維50の多くは、接地電極20に向かって噴射されるが、ナノ繊維50の一部は、電気的に低電圧のあらゆる物体にひきつけられる。このため、指向性電極70を設けて、ナノ繊維50の捕集効率を高める。

0057

図6(1)は、従来技術における、ナノ繊維50に指向性を付与する方法であり、送風機80、及びナノ繊維安定化ダクト60を設けてナノ繊維50の捕集効率を高める一例である。
図6(2)は、本願発明1において指向性電極70及び指向性電極70aを設置したときの説明図である。指向性電極70は、ワイヤ導電体10を基点にして、接地電極20と対称の方向に、ワイヤ状の導電体10と平行にして架線する。この接地電極の材質は、ワイヤ状の導電体10の材質がそのまま適用できる。この印加電圧は、導電体10に印加する電圧と同じ程度とする。上述の図2における一本の導電体で閉鎖回路を架設した場合も指向性電極の形態の例となる。

0058

他の本願発明2は、導電体210を導電性の無いテープ250に沿って、帯状に印刷して、この導電体をプラス電極に使用する。
図7は、テープに導電体を印刷した状態示す説明図である。
図7(1)は、テープに導電体を印刷した平面図である。
図7(2)は、側面図である。
図7(3)は、図7(1)に係るA−A断面図である。

0059

テープ250の材質は、導電性のないテープであれば、特に制限はない。通常使用される樹脂製テープであるポリエステル系の樹脂テープ、例えばポリエチレンテレフタレート等が挙げられる。テープ250に、並列して複数の導電体210を印刷することもできる。

0060

このテープに印刷される導電体210を構成する材質は、上述した発明1に用いられた導電体である、例えば金、銀、銅、カーボン、等が挙げられる。印刷方法は特に限定されない。これらの導電体のフィラーを樹脂等で混練して従来技術に基づいてペースト状にして印刷することができる。蒸着印刷が可能でである導電体は、蒸着印刷することもできる。

0061

この印刷された導電体210の幅Tは、導電体210の材質、ナノ繊維原料溶液の材質、濃度、印加電圧等によりことなるが、通常は2mm〜0.20mm、好ましくは1.5mm〜0.20mmである。2mmを超えるとナノ繊維50の噴射が劣り、0.20mm以下であると印刷が困難となる。

0062

図8は、導電体210に液滴を塗付した状態を表す。
図8(1)は、上述の導電体210の印刷を平面にした場合の側面図を示す。
図8(2)は、上述の導電体210に突起部211を設けた場合の側面図を示す。
他の本願発明2は、導電体210には、ナノ繊維原料溶液を上述のした発明1で使用した定量点滴塗布装置を用いて、塗付する。

0063

この突起部211の上に、ナノ繊維原料溶液42を定量点滴塗付装置で塗付した場合は、図8(1)に示した導電体10を平面帯状に印刷して、ナノ繊維原料溶液42を塗付した場合よりも、ナノ繊維50の噴射が良好となる。

0064

本願発明2においては、上述のテープ250上に導電体210を印刷して、この導電体210に定量点滴塗付装置を用いて、ナノ繊維原料溶液42を塗付することを除いて上述の本願発明1の構成がそのまま、適用される。

0065

他の本願発明3は、導電体10を固定して設け、この導電体10をプラス電極側とし、電導体10に、ナノ繊維原料溶液42の塗付装置40を往復動させて、間隔を設けてナノ繊維原料溶液42の液滴44を塗付し、導電体10と接地電極20との間に不織布等30を走行させ、不織布等30にナノ繊維を含有させる製造装置である。

0066

図9は、本願発明3のナノ繊維含有不織布又は織布の製造装置3の基本的構成を示す説明図である。図3に示す上述のナノ繊維原料溶液42の塗付装置40のスポンジ41に導電体10を貫通させ、導電体10の両端を固定具311で固定する。このナノ繊維原料溶液42の塗付装置40をコンベア300のベルト301に固定し、更に、ガイド302をガイド固定具303で固定して、ナノ繊維原料溶液42の塗付装置40の走行を安定化する。

0067

コンベア301をモーターMで、ナノ繊維原料溶液の塗付装置40を往復動させる。モーターMにサーボモーターを使用して、往復動及び走行速度をコントロールすることができる。また、通常のモーターを使用して、ガイド302又は導電体10にリミットスイッチを設けて、正逆回転させて、往復走行させることもできる。また、エアーア式クチュエーター、油圧式アクチュエーター電磁式アクチュエーター等を使用してナノ繊維原料溶液42の塗付装置40を往復動走行をさせることもできる。
導電体10を固定して、ナノ繊維原料溶液42の塗付装置40を走行させる以外の構成は、上述の、本願発明1のものが、そのまま適用できる。

0068

図10は、ナノ繊維を含有した不織布の切断断面を1000倍で撮影した図面代用写真である。具体的には金メッキを施したワイヤ状の直径0.3mmの導電体10に、スポンジを用いた塗付装置を用いて、ポリウレタン溶液の液滴44を塗付して、25KVの電圧を印加したときの図面代用写真である。不織布30を構成する不織布ファイバー30aの間にナノ繊維50が蜘蛛状態に存在することが確認される。このナノ繊維の線径は60nm〜180nmと推定される。

0069

図11は、従来技術のシリンジ49を使用したエレクトロスピニング法を用いて、不織布に、ナノ繊維層を積層させる装置の要部拡大断面図である。

0070

1本願発明のナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置
3 本願他の発明であるナノ繊維を含有した不織布又は織布の製造装置
10導電体
10a金メッキ製のワイヤ状の導電体
10bステンレス製のワイヤ状の導電体
11繰出し器
12巻取り器
13 導電体移動装置
20接地電極
30 不織布又は織布(不織布等)
30a 不織布構成ファイバー
40塗付装置
41スポンジ
42 ナノ繊維原料溶液
43タンク
44 液滴
45電磁バルブ
46液位計
49シリンジ
50 ナノ繊維
60 ナノ繊維安定化ダクト
70指向性電極
80送風機
210 導電体
211 凸部
250テープ
300コンベア
301ベルト
302ガイド
303ガイド固定具
311 導電体固定具
モータ
X 液滴の間隔
Y 液滴の間隔

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