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JP5364004B2 - Nanofiber manufacturing apparatus and nanofiber manufacturing method - Google Patents

Nanofiber manufacturing apparatus and nanofiber manufacturing method Download PDF

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JP5364004B2 JP2010016054A JP2010016054A JP5364004B2 JP 5364004 B2 JP5364004 B2 JP 5364004B2 JP 2010016054 A JP2010016054 A JP 2010016054A JP 2010016054 A JP2010016054 A JP 2010016054A JP 5364004 B2 JP5364004 B2 JP 5364004B2
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裕之 辻
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for manufacturing nanofiber that achieves an efficient production of a high quality nanofiber. <P>SOLUTION: The nanofiber manufacturing device 100 manufacturing a nanofiber 301 by electrically stretching a raw liquid 300 in a space includes: an outflow body 115 having an outflow hole 118 which flows out the raw liquid 300 in a space and an outer surface part 116 where an opening part 119 is located at the tip of the outflow hole 118; a charged electrode 121 which is arranged in prescribed space with the outflow body 115; and a charging power supply 122 which adds a prescribed electric voltage between the outflow body 115 and the charged electrode 121. The outer surface part 116 has a prescribed wettability to the raw liquid 300 so as to obtain a Tailor cone regulation region 120 which regulates the size of the bottom of a Tailor cone 303 formed by the raw liquid 300 flown from the outflow hole 118. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

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から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およびナノファイバ製造方法に関する。   The present invention relates to a nanofiber manufacturing apparatus and a nanofiber manufacturing method for manufacturing a fiber (nanofiber) having a fineness of sub-micron order to nano order by electrostatic stretching phenomenon.

樹脂などから成り、サブミクロン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。   As a method for producing a thread-like (fibrous) substance made of a resin or the like and having a submicron-scale diameter, a method using an electrostatic stretching phenomenon (electrospinning) is known.

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。   This electrostatic stretching phenomenon means that a raw material liquid in which a solute such as a resin is dispersed or dissolved in a solvent is discharged (injected) into the space by a nozzle or the like, and an electric charge is applied to the raw material liquid to charge the space. This is a method of obtaining nanofibers by electrically stretching a raw material liquid in flight.

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。   The electrostatic stretching phenomenon will be described more specifically as follows. That is, the raw material liquid that has been charged and discharged into the space gradually evaporates the solvent while flying through the space. As a result, the volume of the raw material liquid in flight gradually decreases, but the charge imparted to the raw material liquid remains in the raw material liquid.

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の樹脂から成るナノファイバが製造される。   As a result, the charge density of the raw material liquid in flight through the space gradually increases. Since the solvent continues to evaporate, the charge density of the raw material liquid further increases, and when the repulsive Coulomb force generated in the raw material liquid exceeds the surface tension of the raw material liquid, the raw material liquid explodes. The phenomenon that the film is stretched linearly occurs. This is the electrostatic stretching phenomenon. This electrostatic stretching phenomenon occurs geometrically in the space one after another, so that nanofibers made of a resin having a diameter of submicron order are manufactured.

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装置の専らの課題として生産効率の向上が挙げられる。例えば、原料液を空間中に流出させる細い円筒形状のノズルをマトリクス状に配置し、単位時間あたり単位面積あたりのナノファイバの発生量を増加させ、ナノファイバの生産効率を向上させることが考えられる。しかし、単位面積あたりのナノファイバの発生量を増加させるためには、ノズルの配置間隔を狭めればよいが、間隔が狭まると隣接するノズル同士が電界干渉を起こして発生するナノファイバに不具合が発生する。そこで当該課題を解決するために特許文献1に記載の発明は、ノズルの間に格子状に隔離板を配置し、該隔離板に交流電圧を印加することで、電界干渉を防止している。   Improvement of production efficiency can be cited as an exclusive problem of an apparatus for producing nanofibers using the electrostatic stretching phenomenon as described above. For example, it may be possible to improve the production efficiency of nanofibers by arranging thin cylindrical nozzles that flow the raw material liquid into the space in a matrix, increasing the amount of nanofibers generated per unit area per unit time . However, in order to increase the amount of nanofibers generated per unit area, it is only necessary to narrow the nozzle arrangement interval. However, if the interval is narrowed, there is a problem with the nanofibers that are generated due to electric field interference between adjacent nozzles. Occur. Therefore, in order to solve the problem, the invention described in Patent Document 1 prevents the electric field interference by disposing a separator in a lattice shape between nozzles and applying an AC voltage to the separator.

また、特許文献2に記載の発明のように、円筒状の流出体の側面に多数の孔を放射状に設け、流出体をその軸周りで回転させることにより原料液を空間中に流出させる装置も提案されている。この発明では、滑らかな曲面(周面)に孔の開口部を配置することで、前記隔離板を設けること事無く電界干渉を抑止することができ、開口部を密に設ける事が可能となる。   In addition, as in the invention described in Patent Document 2, there is also an apparatus in which a large number of holes are provided radially on the side surface of a cylindrical outflow body, and the raw material liquid flows out into the space by rotating the outflow body around its axis. Proposed. In this invention, by arranging the opening of the hole on a smooth curved surface (circumferential surface), it is possible to suppress electric field interference without providing the separator, and it is possible to provide the opening densely. .

特開2002−201559号公報JP 2002-201559 A 特開2008−150769号公報JP 2008-150769 A

ところが、特許文献1の発明では、ノズルの間に隔離板を設ける必要があるため、その分ノズルの間隔が広くなり、生産効率低下を招くことになる。   However, in the invention of Patent Document 1, since it is necessary to provide a separator between the nozzles, the interval between the nozzles is widened accordingly, resulting in a decrease in production efficiency.

一方、特許文献2に記載の発明では、周面に開口部が並んでいるため、隣接する開口部間における電界干渉は抑制される。これにより、開口部の間隔を短くすることが可能である。しかし、原料液が流出する開口部が周面に形成されているため、開口部周辺に原料液のにじみが発生する。これにより、開口部から流出する原料液によって形成される、流出方向に先細る円錐形状のテイラーコーン(Taylor cone)の底面が不要に大きくなる。   On the other hand, in the invention described in Patent Document 2, since the openings are arranged on the peripheral surface, the electric field interference between the adjacent openings is suppressed. Thereby, it is possible to shorten the space | interval of an opening part. However, since the opening through which the raw material liquid flows out is formed on the peripheral surface, the raw material liquid bleeds around the opening. As a result, the bottom surface of the cone-shaped Taylor cone, which is formed by the raw material liquid flowing out from the opening and tapers in the outflow direction, becomes unnecessarily large.

なお、このテイラーコーンは、原料液の表面張力、原料液を空気中に流出させる圧力、および、空気中に流出した原料液を堆積膜の方向へ誘引する電界による力などの釣り合いにより形成される円錐形状の液だまりである。   The Taylor cone is formed by a balance of the surface tension of the raw material liquid, the pressure at which the raw material liquid flows out into the air, and the force due to the electric field that attracts the raw material liquid that has flowed out into the air toward the deposited film. It is a conical liquid pool.

ここで、テイラーコーンは、電荷の集中のために必要な場合もある。しかし、本願発明者らは、テイラーコーンの底面が不要に大きくなると、高い品質のナノファイバの効率的な生産に問題が生ずることを見出すに至った。   Here, the Taylor cone may be necessary for charge concentration. However, the present inventors have found that problems arise in the efficient production of high-quality nanofibers when the bottom surface of the Taylor cone becomes unnecessarily large.

具体的には、テイラーコーンの底面が大きくなるに従い、当該底面の付近に溶液の淀みが発生し原料液が空気と触れる面積が大きくなる。これにより、原料液が固化し、原料液の空間中への流出が妨げられる場合がある。更に、この淀みが液滴となって、ナノファイバが堆積される堆積膜上に落下することで繊維の品質が悪化するという問題も生じる可能性がある。   Specifically, as the bottom surface of the Taylor cone increases, the stagnation of the solution occurs near the bottom surface, and the area where the raw material liquid comes into contact with air increases. As a result, the raw material liquid is solidified, and the raw material liquid may be prevented from flowing into the space. Furthermore, there is a possibility that the quality of the fiber deteriorates due to the stagnation becoming droplets and falling onto the deposited film on which the nanofibers are deposited.

本願発明は、前記問題点や知見に基づくものであり、高い品質のナノファイバの効率的な生産を図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する。   The present invention is based on the above problems and knowledge, and an object of the present invention is to provide a nanofiber manufacturing apparatus and a nanofiber manufacturing method for efficient production of high-quality nanofibers.

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、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、原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体であって、前記流出孔の先端である開口部が配置される外面部を有する流出体と、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を備え、前記外面部は、前記原料液に対する所定の濡れ性を有することで、前記流出孔から流出される前記原料液により形成されるテイラーコーンの底面の大きさを規制するテイラーコーン規制領域を有する。   In order to achieve the above object, a nanofiber manufacturing apparatus according to the present invention is a nanofiber manufacturing apparatus that manufactures nanofibers by electrically stretching a raw material liquid in a space. An outflow body having an outflow hole to be discharged, an outflow body having an outer surface portion in which an opening that is a tip of the outflow hole is disposed, and a charging electrode disposed at a predetermined interval from the outflow body, A charging power source that applies a predetermined voltage between the outflow body and the charging electrode, and the outer surface portion has a predetermined wettability with respect to the raw material liquid, whereby the raw material flowing out from the outflow hole It has a Taylor cone regulation region that regulates the size of the bottom surface of the Taylor cone formed by the liquid.

この構成により、流出体から流出する原料液によって形成されるテイラーコーンの底面の大きさは、テイラーコーン規制領域により所定の大きさ以下に規制される。   With this configuration, the size of the bottom surface of the Taylor cone formed by the raw material liquid flowing out from the outflow body is regulated to a predetermined size or less by the Taylor cone regulation region.

従って、原料液の特性等に応じた形状のテイラーコーンの形成が可能となり、その結果、流出孔の開口部付近における原料液の固化および堆積膜上への原料液の滴下などを防止することができる。また、流出孔が複数存在する場合には、複数の流出孔それぞれの開口部におけるテイラーコーンの形状を揃えることも可能となる。すなわち、本願発明にかかるナノファイバ製造装置により、高品質なナノファイバの効率的な生産が実現される。   Therefore, it becomes possible to form a tailor cone having a shape according to the characteristics of the raw material liquid, and as a result, it is possible to prevent solidification of the raw material liquid near the opening of the outflow hole and dripping of the raw material liquid onto the deposited film. it can. In addition, when there are a plurality of outflow holes, the shape of the Taylor cone at the opening of each of the plurality of outflow holes can be made uniform. That is, the nanofiber manufacturing apparatus according to the present invention realizes efficient production of high-quality nanofibers.

また、前記テイラーコーン規制領域は、前記開口部を囲むように形成され、前記所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有する第一領域と、前記第一領域を囲むように形成され、前記所定の濡れ性を有する第二領域とを有するとしてもよい。   Further, the Taylor cone regulation region is formed so as to surround the opening, and is formed so as to surround the first region having a wettability higher than the predetermined wettability, and the predetermined region. A second region having wettability may be included.

この構成により、開口部から流出する原料液の広がりを、第一領域と第二領域との境界で規制することができる。   With this configuration, the spread of the raw material liquid flowing out from the opening can be regulated at the boundary between the first region and the second region.

また、前記テイラーコーン規制領域は、前記第一領域が所定の大きさ以下であることにより、前記テイラーコーンの底面の大きさを、前記所定の大きさ以下に規制するとしてもよい。   Further, the Taylor cone regulation region may regulate the size of the bottom surface of the Taylor cone to be equal to or less than the predetermined size when the first region is not greater than a predetermined size.

この構成によれば、第一領域の大きさを調整することで、当該原料液の特性、当該ナノファイバ製造装置の設置環境、および、製造すべきナノファイバの種類などに応じた、適切な形状のテイラーコーンを形成させることができる。   According to this configuration, by adjusting the size of the first region, an appropriate shape according to the characteristics of the raw material liquid, the installation environment of the nanofiber manufacturing apparatus, the type of nanofiber to be manufactured, and the like Can be formed.

また、前記流出孔は、非円形の前記開口部から前記原料液を流出させ、前記第一領域は、非円形の前記開口部を囲むように形成された円形の領域であるとしてもよい。   The outflow hole may cause the raw material liquid to flow out from the non-circular opening, and the first region may be a circular region formed so as to surround the non-circular opening.

この構成により、開口部が多角形などの非円形である場合であっても、底面が円形の安定した形状のテイラーコーンを形成させることができる。これにより、非円形の開口部からの原料液の安定した流出が実現される。   With this configuration, even if the opening is a non-circular shape such as a polygon, a Taylor cone having a stable bottom shape with a circular bottom surface can be formed. Thereby, the stable outflow of the raw material liquid from the non-circular opening is realized.

また、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、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、原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体であって、前記流出孔の先端である開口部が配置される外面部を有する流出体から原料液を流出させる流出工程と、前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を印加する帯電工程と、前記外面部が有するテイラーコーン規制領域が、前記原料液に対する所定の濡れ性を有することにより、前記流出工程において流出される前記原料液により形成されるテイラーコーンの底面の大きさを規制するテイラーコーン規制工程とを含む。   In order to achieve the above object, a nanofiber manufacturing method according to the present invention is a nanofiber manufacturing method for manufacturing nanofibers by electrically stretching a raw material liquid in a space. An outflow body having an outflow hole for allowing outflow, and an outflow process for causing the raw material liquid to flow out from the outflow body having an outer surface portion in which an opening that is a tip of the outflow hole is disposed, and a predetermined distance from the outflow body A charging step in which a predetermined voltage is applied between the charging electrode and the effluent that are spaced apart from each other, and a Taylor cone regulation region that the outer surface portion has has a predetermined wettability with respect to the raw material liquid. And a Taylor cone regulating step for regulating the size of the bottom surface of the Taylor cone formed by the raw material liquid that flows out in the outflow step.

これにより、流出体から流出する原料液によって形成されるテイラーコーンの底面の大きさを、所定の大きさ以下に規制することが可能となる。   Thereby, the size of the bottom surface of the Taylor cone formed by the raw material liquid flowing out from the outflow body can be restricted to a predetermined size or less.

従って、上述の原料液の固化および堆積膜上への滴下などを防止することができる。また、流出孔が複数存在する場合には、複数の流出孔それぞれの開口部におけるテイラーコーンの形状を揃えることも可能となる。すなわち、本願発明にかかるナノファイバ製造方法により、高品質なナノファイバの効率的な生産が実現される。   Therefore, the above-described solidification of the raw material liquid and dripping onto the deposited film can be prevented. In addition, when there are a plurality of outflow holes, the shape of the Taylor cone at the opening of each of the plurality of outflow holes can be made uniform. That is, efficient production of high-quality nanofibers is realized by the nanofiber manufacturing method according to the present invention.

本願発明によれば、ナノファイバの生産効率を向上させると共に、製造されるナノファイバの品質の向上を図ることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to improve the production efficiency of the nanofiber and improve the quality of the manufactured nanofiber.

実施の形態のナノファイバ製造装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the nanofiber manufacturing apparatus of embodiment. 流出体を切り欠いて示す斜視図である。It is a perspective view which cuts and shows an outflow body. 外面部側から見た流出体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outflow body seen from the outer surface part side. テイラーコーン規制領域の構成の第一の例を示す、外面部を下方から見た図である。It is the figure which looked at the outer surface part from the lower part which shows the 1st example of a structure of a Taylor cone control area | region. テイラーコーン規制領域の構成の第一の例を示す、外面部を斜め下方から見た図である。It is the figure which looked at the outer surface part from the diagonally downward direction which shows the 1st example of a structure of a Taylor cone control area | region. テイラーコーン規制領域の構成の第一の例を示す、開口部付近の流出体の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the outflow body near the opening which shows the 1st example of composition of a Taylor cone regulation field. テイラーコーン規制領域の構成の第二の例を示す、外面部を下方から見た図である。It is the figure which looked at the outer surface part from the lower part which shows the 2nd example of a structure of a Taylor cone control area | region. テイラーコーン規制領域の構成の第二の例を示す、外面部を斜め下方から見た図である。It is the figure which looked at the outer surface part from the diagonally downward direction which shows the 2nd example of a structure of a Taylor cone control area | region. テイラーコーン規制領域の構成の第二の例を示す、開口部付近の流出体の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the outflow body near an opening which shows the 2nd example of composition of a Taylor cone regulation field. 矩形の開口部が配置された外面部を下方から見た図である。It is the figure which looked at the outer surface part in which the rectangular opening part is arrange | positioned from the downward direction. 矩形の開口部が配置された外面部を斜め下方から見た図である。It is the figure which looked at the outer surface part in which the rectangular opening part is arrange | positioned from diagonally downward. 曲面を備える外面部を斜め下方から見た図である。It is the figure which looked at the outer surface part provided with a curved surface from diagonally downward.

本願発明の実施の形態のナノファイバ製造装置およびナノファイバ製造方法を、図面を参照しつつ説明する。   A nanofiber manufacturing apparatus and a nanofiber manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、図1および図2を用いて、実施の形態のナノファイバ製造装置の基本的な構成について説明する。   First, the basic configuration of the nanofiber manufacturing apparatus according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1は、実施の形態のナノファイバ製造装置を示す斜視図である。
図1に示すように、ナノファイバ製造装置100は、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、供給手段107と、帯電電極121と、帯電電源122と、収集手段128と、誘引手段104と、移動手段129を備える。
FIG. 1 is a perspective view showing a nanofiber manufacturing apparatus according to an embodiment.
As shown in FIG. 1, the nanofiber manufacturing apparatus 100 is an apparatus that manufactures nanofibers 301 by electrically stretching a raw material liquid 300 in a space, and includes an effluent body 115, a supply means 107, a charging device. An electrode 121, a charging power source 122, a collecting unit 128, an attracting unit 104, and a moving unit 129 are provided.

図2は、流出体115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、外面部116と、側面部117とを備え、さらに、貯留槽113を備えている。また、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おれば、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。
FIG. 2 is a perspective view showing the outflow body 115 by cutting it out.
The outflow body 115 is a member for causing the raw material liquid 300 to flow out into the space by the pressure of the raw material liquid 300 (which may include gravity), and includes an outflow hole 118, an outer surface portion 116, and a side surface portion 117. Furthermore, a storage tank 113 is provided. The outflow body 115 also functions as an electrode for supplying electric charge to the outflowing raw material liquid 300, and at least a part of the portion in contact with the raw material liquid 300 is formed of a conductive member. In the case of the present embodiment, the entire outflow body 115 is made of metal. In addition, if the kind of metal is provided with electroconductivity, it will not specifically limit, Arbitrary materials, such as brass and stainless steel, can be selected.

流出孔118は、原料液300を空間中に流出させる孔であり、流出体115に複数個設けられている。また、複数の流出孔118それぞれの先端にある開口部119は、所定の間隔で一次元的に並んで外面部116に配置されている。   The outflow holes 118 are holes through which the raw material liquid 300 flows out into the space, and a plurality of outflow holes 115 are provided in the outflow body 115. In addition, the opening 119 at the tip of each of the plurality of outflow holes 118 is arranged on the outer surface 116 in a one-dimensional manner at a predetermined interval.

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よい。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、非円形であってもかまわない。   The hole length and hole diameter of the outflow hole 118 are not particularly limited, and a shape suitable for the viscosity of the raw material liquid 300 may be selected. Specifically, the hole length is preferably selected from a range of 1 mm or more and 5 mm or less. The hole diameter is preferably selected from a range of 0.1 mm or more and 2 mm or less. Further, the shape of the outflow hole 118 is not limited to a cylindrical shape, and an arbitrary shape can be selected. In particular, the shape of the opening 119 is not limited to a circular shape, and may be a non-circular shape such as a polygonal shape such as a triangle or a quadrangle, or a shape having a protruding portion such as a star shape.

また、開口部119が並べられる間隔は、全てを等間隔としてもよい。また、流出体115の、開口部119の並び方向(X方向)における端部における開口部119の間隔は、流出体115の中央部における開口部119の間隔よりも広く(狭く)するなど任意に定めることができる。現在得られている知見において、開口部119の孔径が0.3mmの場合、開口部119のピッチは、2.5mm程度までは短縮可能である。なお、これら孔径やピッチなどは、原料液300の粘度など他の条件に応じて決定することが考えられる。   Further, the intervals at which the openings 119 are arranged may be all equally spaced. In addition, the interval between the openings 119 at the end of the outflow body 115 in the direction in which the openings 119 are arranged (X direction) is arbitrarily wider (narrower) than the distance between the openings 119 at the center of the outflow body 115. Can be determined. In the knowledge currently obtained, when the hole diameter of the opening part 119 is 0.3 mm, the pitch of the opening part 119 can be shortened to about 2.5 mm. In addition, it is possible to determine these hole diameters, pitches, etc. according to other conditions, such as the viscosity of the raw material liquid 300.

また、開口部119は、同一直線上に配置されるばかりでなく、一次元的に並べられていればよい。ここで、一次元的とは、全ての開口部119が配置されるぎりぎりの領域を矩形で囲った場合、開口部119が前記矩形の幅方向には並ばない状態をいう。また、前記開口部119が配置される矩形の領域は、帯形状となる。この意味において、開口部119は、ジグザグに配置されてもよく、サインカーブなどの波を描くように配置されてもよい。   Further, the openings 119 need not only be arranged on the same straight line, but also need only be arranged one-dimensionally. Here, the term “one-dimensional” refers to a state where the opening 119 is not lined up in the width direction of the rectangle when a marginal region where all the openings 119 are arranged is surrounded by a rectangle. The rectangular region where the opening 119 is disposed has a band shape. In this sense, the opening 119 may be arranged in a zigzag manner, or may be arranged so as to draw a wave such as a sine curve.

また、図2に示すように、側面部117は外面部116に向かって徐々に細くなるように配置されている。そのため、外面部116に電荷を集中させやすく、原料液300に効率的に電荷を供給することができる。   Further, as shown in FIG. 2, the side surface portion 117 is disposed so as to become gradually narrower toward the outer surface portion 116. Therefore, charges can be easily concentrated on the outer surface portion 116, and charges can be efficiently supplied to the raw material liquid 300.

貯留槽113は、図2に示すように、流出体115の内部に形成され、供給手段107(図1参照)から供給される原料液300を貯留するタンクである。また、貯留槽113は、複数の流出孔118に接続され、これら流出孔118に同時に原料液300を供給する。つまり、貯留槽113は、原料液300を流出孔118の近傍で一時的に貯留し、複数の流出孔118に均等な圧力で原料液300を供給する機能を備えている。   As shown in FIG. 2, the storage tank 113 is a tank that is formed inside the outflow body 115 and stores the raw material liquid 300 supplied from the supply means 107 (see FIG. 1). The storage tank 113 is connected to a plurality of outflow holes 118, and supplies the raw material liquid 300 to the outflow holes 118 at the same time. That is, the storage tank 113 has a function of temporarily storing the raw material liquid 300 in the vicinity of the outflow holes 118 and supplying the raw material liquid 300 to the plurality of outflow holes 118 with an equal pressure.

供給手段107は、図1に示すように、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。   As shown in FIG. 1, the supply means 107 is a device that supplies the raw material liquid 300 to the effluent body 115, and includes a container 151 that stores a large amount of the raw material liquid 300, and a pump ( (Not shown) and a guide tube 114 for guiding the raw material liquid 300.

帯電電極121は、流出体115と所定の間隔を隔てて配置され、自身が流出体115に対し高い電圧もしくは低い電圧となることで、流出体115に電荷を誘導するための導電性を備える部材である。本実施の形態の場合、帯電電極121は、ナノファイバ301を誘引する誘引手段104としても機能しており、流出体115の外面部116と対向する位置に配置されており、接地されている。従って、流出体115に正の電圧が印加されると帯電電極121には、負の電荷が誘導され、流出体115に負の電圧が印加されると帯電電極121には、正の電荷が誘導される。   The charging electrode 121 is disposed at a predetermined interval from the effluent body 115 and has a conductivity for inducing electric charge to the effluent body 115 when the charging electrode 121 is at a higher voltage or lower voltage than the effluent body 115. It is. In the case of the present embodiment, the charging electrode 121 also functions as an attracting means 104 for attracting the nanofiber 301, is disposed at a position facing the outer surface portion 116 of the outflow body 115, and is grounded. Therefore, when a positive voltage is applied to the efflux body 115, a negative charge is induced in the charging electrode 121, and when a negative voltage is applied to the efflux body 115, a positive charge is induced in the charging electrode 121. Is done.

帯電電源122は、流出体115に高電圧を印加することのできる電源である。帯電電源122は、一般には、直流電源が好ましい。また、帯電電源122が直流電源である場合、帯電電源122が帯電電極121に印加する電圧は、5KV以上、50KV以下の範囲の値から設定されるのが好適である。   The charging power source 122 is a power source that can apply a high voltage to the outflow body 115. In general, the charging power source 122 is preferably a DC power source. When the charging power source 122 is a direct current power source, the voltage applied by the charging power source 122 to the charging electrode 121 is preferably set from a value in the range of 5 KV or more and 50 KV or less.

本実施の形態のように、帯電電源122の一方電極を接地電位とし、帯電電極121を接地すれば、比較的大型の帯電電極121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。   As in the present embodiment, if one electrode of the charging power source 122 is set to the ground potential and the charging electrode 121 is grounded, the relatively large charging electrode 121 can be brought into the ground state, which contributes to improvement in safety. It becomes possible.

なお、帯電電極121に電源を接続して帯電電極121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、帯電電極121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。   Alternatively, a power source may be connected to the charging electrode 121 to maintain the charging electrode 121 at a high voltage, and the effluent 115 may be grounded to apply a charge to the raw material liquid 300. Further, the charging electrode 121 and the outflow body 115 may be in a connection state in which neither is grounded.

更に、流出体115と帯電電極121とにそれぞれ逆の極性の高圧電源を接続してもかまわない。   Further, a high-voltage power supply having opposite polarities may be connected to the effluent body 115 and the charging electrode 121, respectively.

収集手段128は、静電延伸現象により製造されるナノファイバ301を堆積させて収集する部材である。本実施の形態の場合、収集手段128は、電子デバイスであるコンデンサを形成する部材であるタングステンのシートであり、ロール127に巻き付けられた状態で供給されている。   The collecting means 128 is a member that deposits and collects the nanofibers 301 manufactured by the electrostatic stretching phenomenon. In the case of the present embodiment, the collecting means 128 is a sheet of tungsten that is a member that forms a capacitor that is an electronic device, and is supplied in a state of being wound around a roll 127.

なお、収集手段128はこれに限定されるわけではない。例えば、収集手段128は、剛性のある板状の部材からなるものでもかまわない。また、ナノファイバ301の堆積物のみを利用する場合には、収集手段128の表面にフッ素コートを行うなど、ナノファイバ301を剥ぎ取る際の剥離性が高い収集手段128であってもよい。   The collecting unit 128 is not limited to this. For example, the collecting means 128 may be made of a rigid plate-like member. Further, when only the deposit of the nanofiber 301 is used, the collecting means 128 having high releasability when the nanofiber 301 is peeled off may be used, for example, the surface of the collecting means 128 is coated with fluorine.

誘引手段104は、空間中で製造されたナノファイバ301を収集手段128に誘引するための装置である。本実施の形態の場合、誘引手段104は、帯電電極121としても機能する金属板であり、収集手段128の後方に配置されている。誘引手段104は、帯電しているナノファイバ301を電界により収集手段128に誘引する。つまり、誘引手段104は、帯電したナノファイバ301を誘引するための電界を発生させるための電極である。   The attracting means 104 is an apparatus for attracting the nanofiber 301 manufactured in the space to the collecting means 128. In the case of the present embodiment, the attracting means 104 is a metal plate that also functions as the charging electrode 121 and is disposed behind the collecting means 128. The attracting means 104 attracts the charged nanofiber 301 to the collecting means 128 by an electric field. That is, the attracting means 104 is an electrode for generating an electric field for attracting the charged nanofiber 301.

移動手段129は、流出体115と、収集手段128とを相対的に移動させる装置である。本実施の形態の場合、流出体115は固定されており、収集手段128のみを移動する。具体的に移動手段129は、長尺の収集手段128を巻き取りながらロール127から引き出し、堆積するナノファイバ301と共に収集手段128を搬送する。   The moving unit 129 is a device that relatively moves the outflow body 115 and the collecting unit 128. In the case of the present embodiment, the effluent body 115 is fixed and moves only the collecting means 128. Specifically, the moving unit 129 pulls out the long collecting unit 128 from the roll 127 while winding it, and conveys the collecting unit 128 together with the nanofibers 301 to be deposited.

なお、移動手段129は、収集手段128を移動させるばかりではなく、流出体115を収集手段128に対して移動させるものでもかまわない、また、移動手段129は、収集手段128を一定方向に移動させ、流出体115を往復動させるなど、任意の動作状態を例示することができる。また、開口部119の並び方向と直交する方向に収集手段128を移動させているが、それに限定するものではなく、開口部119の並び方向に収集手段128を移動させ、流出体115を開口部119の並び方向と直交する方向に往復動させるものであってもかまわない。   The moving means 129 may not only move the collecting means 128 but also move the effluent 115 relative to the collecting means 128. The moving means 129 moves the collecting means 128 in a certain direction. Arbitrary operation states, such as reciprocating the outflow body 115, can be exemplified. Further, although the collecting means 128 is moved in a direction orthogonal to the direction in which the openings 119 are arranged, the present invention is not limited to this, and the collecting means 128 is moved in the direction in which the openings 119 are arranged, and the effluent 115 is moved to the opening. You may make it reciprocate in the direction orthogonal to the arrangement direction of 119.

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。
Here, the resin constituting the nanofiber 301, and the solute dissolved or dispersed in the raw material liquid 300 is polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, poly- m-phenylene terephthalate, poly-p-phenylene isophthalate, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride-acrylate copolymer, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-methacrylate copolymer Coalesce, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, polyamide, aramid, polyimide, polycaprolactone, polylactic acid, polyglycolic acid Collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, polypeptides and the like, and polymeric materials such as copolymers thereof can be exemplified. Moreover, the kind selected from the above may be used, and a plurality of kinds may be mixed. The above is an example,
The present invention is not limited to the above resin.

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。   Examples of the solvent used for the raw material liquid 300 include volatile organic solvents. Specific examples are methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, hexafluoroisopropanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, dibenzyl alcohol, 1,3-dioxolane, 1,4-dioxane, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl. Ketone, methyl-n-hexyl ketone, methyl-n-propyl ketone, diisopropyl ketone, diisobutyl ketone, acetone, hexafluoroacetone, phenol, formic acid, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, methyl benzoate, ethyl benzoate, benzoate Propyl acid, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, methyl chloride, ethyl chloride, methylene chloride, chloroform, o-chloroto Ene, p-chlorotoluene, chloroform, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibromopropane, methyl bromide, ethyl bromide, propyl bromide, acetic acid, Benzene, toluene, hexane, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, acetonitrile, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, pyridine, water Etc. can be listed. Moreover, the kind selected from the above may be used, and a plurality of kinds may be mixed. In addition, the above is an illustration and the raw material liquid 300 used for this invention is not limited to employ | adopting the said solvent.

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、Al23、SiO2、TiO2、Li2O、Na2O、MgO、CaO、SrO、BaO、B23、P25、SnO2、ZrO2、K2O、Cs2O、ZnO、Sb23、As23、CeO2、V25、Cr23、MnO、Fe23、CoO、NiO、Y23、Lu23、Yb23、HfO2、Nb25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。 Furthermore, an inorganic solid material may be added to the raw material liquid 300. Examples of the inorganic solid material include oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, fluorides, sulfides, and the like. From the viewpoint of heat resistance and workability of the nanofiber 301 to be manufactured. It is preferable to use an oxide. Examples of the oxide include Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 , Li 2 O, Na 2 O, MgO, CaO, SrO, BaO, B 2 O 3 , P 2 O 5 , SnO 2 , ZrO 2 , K. 2 O, Cs 2 O, ZnO, Sb 2 O 3 , As 2 O 3 , CeO 2 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , MnO, Fe 2 O 3 , CoO, NiO, Y 2 O 3 , Lu 2 Examples thereof include O 3 , Yb 2 O 3 , HfO 2 , Nb 2 O 5 and the like. Moreover, the kind selected from the above may be used, and a plurality of kinds may be mixed. In addition, the above is an illustration and the substance added to the raw material liquid 300 of this invention is not limited to the said additive.

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%となる。   The mixing ratio of the solvent and the solute in the raw material liquid 300 varies depending on the type of solvent selected and the type of solute, but the amount of solvent is preferably between about 60 wt% and 98 wt%. Preferably the solute is 5-30%.

次に、図3を用いて、実施の形態における外面部116の詳細について説明する。
図3は、外面部116側から見た流出体115を示す斜視図である。
Next, details of the outer surface portion 116 in the embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing the outflow body 115 viewed from the outer surface portion 116 side.

図3に示すように、外面部116は、流出孔118の開口部119が配置される流出体115の部分であり、所定の間隔で配置される開口部119の間を滑らかな面で接続する部分である。本実施の形態の場合、外面部116は、細長い矩形の平面を表面に備え、その幅は、開口部119の径よりも広くなるように設定されている。   As shown in FIG. 3, the outer surface portion 116 is a portion of the outflow body 115 in which the opening portion 119 of the outflow hole 118 is disposed, and connects between the opening portions 119 disposed at predetermined intervals with a smooth surface. Part. In the case of the present embodiment, the outer surface portion 116 has an elongated rectangular plane on the surface, and the width thereof is set to be wider than the diameter of the opening 119.

また、このように、開口部119の周囲の全てにわたって表面が平面の外面部116が存在することにより、それぞれの開口部119には、流出する原料液300によって形成される、開口部119の孔径以上の円形の底面を有する原料液300の液だまりであるテイラーコーン303が発生する。   In addition, since the outer surface portion 116 having a flat surface exists over the entire periphery of the opening 119 as described above, each opening 119 has a hole diameter of the opening 119 formed by the flowing out raw material liquid 300. The Taylor cone 303, which is a pool of the raw material liquid 300 having the above circular bottom surface, is generated.

このテイラーコーン303は、上述のように、原料液300の表面張力などに起因して発生し、外面部116上に円形の底面を備える円錐形状となっている。   As described above, the Taylor cone 303 is generated due to the surface tension of the raw material liquid 300 and has a conical shape having a circular bottom surface on the outer surface portion 116.

また、図3に示すように、円錐形状のテイラーコーン303から原料液300が空間中に細く流出する。これにより開口部119が空気と直接接触しないので、開口部119から発生するイオン風は抑制される。   Moreover, as shown in FIG. 3, the raw material liquid 300 flows out thinly into the space from the conical Taylor cone 303. Thereby, since the opening part 119 does not contact air directly, the ionic wind generated from the opening part 119 is suppressed.

また、外面部116は、複数存在する開口部119の間を面でつなげているため、電界干渉を抑制することが可能となる。また、開口部119と開口部119との間の領域で発生するイオン風を抑制することができる。従って、開口部119の間隔を狭めた状態で配置しても、良好にナノファイバ301を製造することができる。   In addition, since the outer surface portion 116 connects a plurality of openings 119 with a surface, it is possible to suppress electric field interference. In addition, ion wind generated in a region between the opening 119 and the opening 119 can be suppressed. Therefore, even if it arrange | positions in the state which narrowed the space | interval of the opening part 119, the nanofiber 301 can be manufactured favorably.

ここで、本実施の形態における外面部116は、原料液300に対する所定の濡れ性を有することでテイラーコーン303の底面の大きさを規制するテイラーコーン規制領域120を有している。   Here, the outer surface portion 116 in the present embodiment has a Taylor cone regulation region 120 that regulates the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 by having a predetermined wettability with respect to the raw material liquid 300.

これにより、テイラーコーン303の底面が不必要に大きくなることが防止される。その結果、当該底面の付近に発生する溶液の淀みの量が抑制され、原料液300の固化および堆積膜上への滴下などが防止される。   This prevents the bottom surface of the Taylor cone 303 from becoming unnecessarily large. As a result, the amount of stagnation of the solution generated in the vicinity of the bottom surface is suppressed, and solidification of the raw material liquid 300 and dripping onto the deposited film are prevented.

なお、テイラーコーン規制領域120は、外面部116の全域を覆うように配置されていてもよく、各開口部119の周囲を含む、外面部116の一部のみに配置されていてもよい。また、テイラーコーン規制領域120が有する所定の濡れ性とは、原料液300をはじくことで原料液300の濡れ広がりを抑える程度の濡れ性である。例えば外面部116を形成する金属の表面にフッ素コーティングを施すことにより、原料液300が濡れ広がらないようにすることができる。   The Taylor cone regulation region 120 may be disposed so as to cover the entire outer surface portion 116, or may be disposed only on a part of the outer surface portion 116 including the periphery of each opening 119. Further, the predetermined wettability possessed by the Taylor cone regulation region 120 is wettability that suppresses the spread of the raw material liquid 300 by repelling the raw material liquid 300. For example, it is possible to prevent the raw material liquid 300 from getting wet and spreading by applying a fluorine coating to the metal surface forming the outer surface portion 116.

以下、図4A〜図6を用いて、テイラーコーン規制領域120の構成例について説明する。   Hereinafter, a configuration example of the Taylor cone regulation region 120 will be described with reference to FIGS. 4A to 6.

図4A〜図4Cは、テイラーコーン規制領域120の構成の第一の例を示す図である。具体的には図4Aは、外面部116を下方から見た図であり、図4Bは、外面部116を斜め下方から見た図であり、図4Cは、開口部119付近の流出体115の部分断面図である。   4A to 4C are diagrams illustrating a first example of the configuration of the Taylor cone regulation region 120. FIG. Specifically, FIG. 4A is a view of the outer surface portion 116 as viewed from below, FIG. 4B is a view of the outer surface portion 116 as viewed from obliquely below, and FIG. 4C is a view of the outflow body 115 near the opening 119. It is a fragmentary sectional view.

これら図4A〜図4Cに示すテイラーコーン規制領域120は、第一領域120aと第二領域120bとを有する。第一領域120aは、当該所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有し、開口部119を囲むように形成されている。また、第二領域120bは、当該所定の濡れ性を有し、第一領域120aを囲むように形成されている。   The Taylor cone regulation region 120 shown in FIGS. 4A to 4C includes a first region 120a and a second region 120b. The first region 120a has a wettability higher than the predetermined wettability and is formed so as to surround the opening 119. The second region 120b has the predetermined wettability and is formed so as to surround the first region 120a.

このように形成された第一領域120aでは、第一領域120aが、第二領域120bが有する所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有することで、原料液300の濡れ広がりが許容される。しかし、第二領域120bでは、第二領域120bが、当該所定の濡れ性を有することで濡れ広がりが抑えられる。その結果、図4Bおよび図4Cに示すように、第一領域120aと第二領域120bとの境界でテイラーコーン303の底面の大きさは規制される。   In the first region 120a formed in this way, the first region 120a has higher wettability than the predetermined wettability of the second region 120b, so that wetting and spreading of the raw material liquid 300 is allowed. However, in the second region 120b, the second region 120b has the predetermined wettability, so that wetting spread is suppressed. As a result, as shown in FIGS. 4B and 4C, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 is regulated at the boundary between the first region 120a and the second region 120b.

例えば、原料液300が溶媒として水を有する場合、第一領域120aを、例えば酸化チタンでコーティングし、第二領域120bを、例えばフッ素でコーティングする。これにより、第一領域120aでは原料液300が濡れ広がり、第一領域120aと第二領域120bとの境界で濡れ広がりが停止させることができる。   For example, when the raw material liquid 300 has water as a solvent, the first region 120a is coated with, for example, titanium oxide, and the second region 120b is coated with, for example, fluorine. Thereby, the raw material liquid 300 spreads out in the first region 120a, and the wetting and spreading can be stopped at the boundary between the first region 120a and the second region 120b.

なお、第二領域120bが、開口部119から流出する原料液300が濡れ広がらない程度の所定の濡れ性を有し、かつ、第一領域120aが、当該所定の濡れ性よりも高い濡れ性を有していれば、第一領域120aおよび第二領域120bへの、濡れ性を向上または低下させる素材のコーティング等の積極的な加工の有無はいずれかには限定されない。   The second region 120b has a predetermined wettability such that the raw material liquid 300 flowing out from the opening 119 does not wet and spread, and the first region 120a has a wettability higher than the predetermined wettability. If it has, the presence or absence of active processing, such as coating of the material which improves or reduces the wettability, to the first region 120a and the second region 120b is not limited to any one.

このように構成されたテイラーコーン規制領域120において、第一領域120aの大きさを調整することで、テイラーコーン303の底面の大きさを変化せることができる。   In the Taylor cone regulation region 120 configured as described above, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 can be changed by adjusting the size of the first region 120a.

例えば、原料液300に含まれる溶質がポリウレタンであり溶媒がジメチルアセトアミドである場合など、原料液300が比較的に乾燥しにくい場合、第一領域120aを大きくする、具体的には、第一領域120aの外周円の半径を比較的大きな値に設定する。これにより、テイラーコーン303の底面が大きくなるとともにテイラーコーン303の表面積が大きくなり、原料液300の適切な乾燥が促進される。   For example, when the raw material liquid 300 is relatively difficult to dry, such as when the solute contained in the raw material liquid 300 is polyurethane and the solvent is dimethylacetamide, the first region 120a is enlarged. The radius of the outer circle of 120a is set to a relatively large value. As a result, the bottom surface of the Taylor cone 303 is increased, the surface area of the Taylor cone 303 is increased, and appropriate drying of the raw material liquid 300 is promoted.

また、例えば、原料液300に含まれる溶質がポリビニルアルコールであり溶媒が水である場合など、原料液300の表面張力が比較的大きな場合、第一領域120aの外周円の半径を比較的大きな値に設定する。   In addition, for example, when the surface tension of the raw material liquid 300 is relatively large, such as when the solute contained in the raw material liquid 300 is polyvinyl alcohol and the solvent is water, the radius of the outer peripheral circle of the first region 120a is a relatively large value. Set to.

この場合、テイラーコーン303の底面の半径が長くなることで、開口部119から流出する原料液300が球になろうとする力が弱まる。その結果、開口部119から流出する原料液300は、安定的な円錐形状を形成する。つまり、テイラーコーン303が形成され、原料液300の安定した流出が図られる。   In this case, since the radius of the bottom surface of the Taylor cone 303 is increased, the force for the raw material liquid 300 flowing out from the opening 119 to become a sphere is weakened. As a result, the raw material liquid 300 flowing out from the opening 119 forms a stable conical shape. That is, the Taylor cone 303 is formed, and the raw material liquid 300 can be stably discharged.

また、乾燥しやすい原料液300、言い換えると固化しやすい原料液300を用いる場合など、テイラーコーン303の底面の大きさを極力小さくしたい場合、テイラーコーン規制領域120を、原料液300が濡れ広がらない程度の所定の濡れ性を有する領域のみで構成してもよい。   Further, when it is desired to reduce the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 as much as possible, for example, when using the raw material liquid 300 that is easy to dry, in other words, the raw material liquid 300 that is easy to solidify, the raw material liquid 300 does not wet and spread in the Taylor cone control region 120 You may comprise only the area | region which has the predetermined wettability.

図5A〜図5Cは、テイラーコーン規制領域120の構成の第二の例を示す図である。具体的には図5Aは、外面部116を下方から見た図であり、図5Bは、外面部116を斜め下方から見た図であり、図5Cは、開口部119付近の流出体115の部分断面図である。   5A to 5C are diagrams illustrating a second example of the configuration of the Taylor cone regulation region 120. FIG. Specifically, FIG. 5A is a view of the outer surface portion 116 as viewed from below, FIG. 5B is a view of the outer surface portion 116 as viewed from obliquely below, and FIG. 5C is a view of the outflow body 115 near the opening 119. It is a fragmentary sectional view.

これら図5A〜図5Cに示すテイラーコーン規制領域120は、例えばフッ素コーティングがなされていることで、原料液300が濡れ広がらない程度の所定の濡れ性を有する領域のみで構成されている。その結果、図5Bおよび図5Cに示すように、開口部119の端縁でテイラーコーン303の底面の大きさは規制される。   5A to 5C are configured by only a region having a predetermined wettability such that the raw material liquid 300 does not spread due to fluorine coating, for example. As a result, as shown in FIGS. 5B and 5C, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 is regulated at the edge of the opening 119.

つまり、テイラーコーン303の底面は、開口部119の孔径と略同一の半径の円形に留められ、原料液300の淀みが防止される。また、テイラーコーン303の表面積も小さくなる。そのため、原料液300が乾燥しやすい特性を有する場合であっても、原料液300の固化、および、原料液300の淀みからの滴下が防止され、その結果、原料液300の安定した流出が図られる。   That is, the bottom surface of the Taylor cone 303 is held in a circular shape having a radius substantially the same as the hole diameter of the opening 119, and the raw material liquid 300 is prevented from being stagnation. Further, the surface area of the Taylor cone 303 is also reduced. Therefore, even when the raw material liquid 300 has a characteristic of being easily dried, solidification of the raw material liquid 300 and dripping from the stagnation of the raw material liquid 300 are prevented, and as a result, stable outflow of the raw material liquid 300 is achieved. It is done.

このように、実施の形態におけるナノファイバ製造装置100によれば、所定の濡れ性を有するテイラーコーン規制領域120により、テイラーコーン303の底面の大きさは、所定の大きさ以下に規制される。   As described above, according to the nanofiber manufacturing apparatus 100 in the embodiment, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 is regulated to a predetermined size or less by the Taylor cone regulation region 120 having a predetermined wettability.

従って、原料液300の特性等に応じた形状のテイラーコーン303の形成が可能となり、その結果、開口部119付近における原料液300の固化および収集手段128上への原料液300の滴下などを防止することができる。また、複数の開口部119におけるテイラーコーン303の形状を揃えることも可能となる。   Therefore, it becomes possible to form the Taylor cone 303 having a shape corresponding to the characteristics of the raw material liquid 300, and as a result, the solidification of the raw material liquid 300 in the vicinity of the opening 119 and the dripping of the raw material liquid 300 onto the collecting means 128 are prevented. can do. In addition, the shape of the Taylor cone 303 in the plurality of openings 119 can be made uniform.

例えば、原料液300の粘性が高い場合などにおいて、複数の開口部119それぞれで、開口部119周囲への原料液300の濡れ広がり量、言い換えると原料液300のにじみ量が異なる場合がある。その結果、複数の開口部119それぞれからの原料液300の単位時間当たりの流出量が異なることになり、製造されるナノファイバ301の質が低下する。   For example, when the viscosity of the raw material liquid 300 is high, the amount of wetting and spreading of the raw material liquid 300 around the openings 119, in other words, the amount of bleeding of the raw material liquid 300 may be different in each of the plurality of openings 119. As a result, the amount of outflow per unit time of the raw material liquid 300 from each of the plurality of openings 119 is different, and the quality of the manufactured nanofiber 301 is degraded.

しかしながら、実施の形態におけるナノファイバ製造装置100であれば、複数の開口部119それぞれに形成されるテイラーコーン303の底面の大きさを均一化することができる。その結果、複数の開口部119それぞれからの原料液300の単位時間当たりの流出量は均一化され、高品質なナノファイバ301の効率的な製造が可能となる。   However, in the nanofiber manufacturing apparatus 100 according to the embodiment, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 formed in each of the plurality of openings 119 can be made uniform. As a result, the outflow amount per unit time of the raw material liquid 300 from each of the plurality of openings 119 is made uniform, and high-quality nanofibers 301 can be efficiently manufactured.

また、実施の形態におけるナノファイバ製造装置100は、図4A〜図4Cに示すように、テイラーコーン303の底面を、所定の大きさの円形にすることができる。そのため、例えば、開口部119の形状が非円形であっても、円錐形状のテイラーコーン303を形成することができ、その結果、原料液300の安定した流出が図られる。   Moreover, as shown in FIGS. 4A to 4C, the nanofiber manufacturing apparatus 100 according to the embodiment can make the bottom surface of the Taylor cone 303 into a circular shape having a predetermined size. Therefore, for example, even if the shape of the opening 119 is non-circular, the conical Taylor cone 303 can be formed, and as a result, the raw material liquid 300 can be stably discharged.

図6Aは、矩形の開口部119aが配置された外面部116を下方から見た図であり、図6Bは、矩形の開口部119aが配置された外面部116を斜め下方から見た図である。   6A is a view of the outer surface portion 116 in which the rectangular opening 119a is disposed as viewed from below, and FIG. 6B is a view of the outer surface portion 116 in which the rectangular opening 119a is disposed in an obliquely downward direction. .

図6Aおよび図6Bに示すように、矩形の開口部119aを囲むように外周が円形の第一領域120aが配置されている。また、第一領域120aを囲むように第二領域120bが配置されている。   As shown in FIGS. 6A and 6B, a first region 120a having a circular outer periphery is disposed so as to surround the rectangular opening 119a. A second region 120b is arranged so as to surround the first region 120a.

なお、第一領域120aおよび第二領域120bのそれぞれが有する濡れ性は、図4A〜図4Cに示す第一領域120aおよび第二領域120bと同じである。つまり、開口部119aから流出する原料液300は、第一領域120aを濡れ広がり、その濡れ広がりは第一領域120aと第二領域120bとの境界で停止する。   Each of the first region 120a and the second region 120b has the same wettability as the first region 120a and the second region 120b shown in FIGS. 4A to 4C. That is, the raw material liquid 300 flowing out from the opening 119a spreads in the first region 120a, and the wet spread stops at the boundary between the first region 120a and the second region 120b.

これにより、図6Bに示すように、それぞれの開口部119aには円錐状のテイラーコーン303が形成され、それぞれの開口部119aから原料液300が安定的に流出する。もちろん、開口部119aが楕円または三角形等の非円形であっても同様である。   Thereby, as shown in FIG. 6B, conical Taylor cone 303 is formed in each opening 119a, and the raw material liquid 300 flows out stably from each opening 119a. Of course, the same applies to the case where the opening 119a is non-circular such as an ellipse or a triangle.

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。   Next, the manufacturing method of the nanofiber 301 using the nanofiber manufacturing apparatus 100 of the said structure is demonstrated.

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。   First, the raw material liquid 300 is supplied to the effluent 115 by the supply means 107 (supply process). As described above, the raw material liquid 300 is filled in the storage tank 113 of the effluent 115.

次に、帯電電源122により帯電電極121を正または負の高電圧とする。帯電電極121と対向する流出体115の外面部116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)。   Next, the charging electrode 121 is set to a positive or negative high voltage by the charging power source 122. Charge concentrates on the outer surface portion 116 of the outflow body 115 facing the charging electrode 121, and the charge passes through the outflow hole 118 and is transferred to the raw material liquid 300 flowing into the space, so that the raw material liquid 300 is charged (charging process). ).

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の開口部119から帯電した原料液300が流出する(流出工程)。   The charging step and the supplying step are performed at the same time, and the charged raw material liquid 300 flows out from the opening 119 of the outflow body 115 (outflow step).

ここで、開口部119から流出する原料液300は、上述のようにテイラーコーン303を形成する。このテイラーコーン303の形成の際、テイラーコーン303の底面の大きさは、テイラーコーン規制領域120により規制される(テイラーコーン規制工程)。   Here, the raw material liquid 300 flowing out from the opening 119 forms the Taylor cone 303 as described above. When forming the Taylor cone 303, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 is regulated by the Taylor cone regulation region 120 (Taylor cone regulation process).

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)。ここで、原料液300は、イオン風に影響されることなく強い帯電状態(高い電荷密度)で流出し、また、各開口部119から飛行する原料液300がまとまることなく細い状態で流出する。これにより、原料液300のほとんどがナノファイバ301に変化していく。また、原料液300は、強い帯電状態(高い電荷密度)で流出しているため、静電延伸が何次にもわたって発生し、線径の細いナノファイバ301が大量に製造される。   Next, the nanofiber 301 is manufactured by an electrostatic stretching phenomenon acting on the raw material liquid 300 that has flew in the space to some extent (a nanofiber manufacturing process). Here, the raw material liquid 300 flows out in a strong charged state (high charge density) without being influenced by the ion wind, and the raw material liquid 300 flying from each opening 119 flows out in a thin state without being collected. Thereby, most of the raw material liquid 300 is changed to the nanofiber 301. In addition, since the raw material liquid 300 flows out in a strongly charged state (high charge density), electrostatic stretching occurs over many orders, and a large amount of nanofibers 301 with a small wire diameter are manufactured.

この状態において、収集手段128の背方に配置される誘引手段104と流出体115との間に発生する電界により、ナノファイバ301が収集手段128に誘引される(誘引工程)。   In this state, the nanofiber 301 is attracted to the collecting means 128 by the electric field generated between the attracting means 104 and the outflow body 115 arranged behind the collecting means 128 (attraction process).

以上により、収集手段128にナノファイバ301が堆積して収集される(収集工程)。収集手段128は、移動手段129によりゆっくり移送されているため、ナノファイバ301も移送方向に延びた長尺の帯状部材として回収される。   Thus, the nanofiber 301 is deposited and collected on the collecting means 128 (collecting step). Since the collecting means 128 is slowly transferred by the moving means 129, the nanofiber 301 is also collected as a long belt-like member extending in the transfer direction.

以上のような構成のナノファイバ製造装置100を用い、以上のナノファイバ製造方法を実施することによって、流出体115から流出する原料液300により形成されるテイラーコーン303の底面の大きさを、原料液300の特性等に応じた大きさに規制することができる。その結果、高い生産効率を維持しつつ、品質の高いナノファイバ301を均一に製造することが可能となる。   By using the nanofiber manufacturing apparatus 100 configured as described above and carrying out the above nanofiber manufacturing method, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 formed by the raw material liquid 300 flowing out from the effluent 115 is determined as the raw material. The size can be regulated according to the characteristics of the liquid 300. As a result, it is possible to uniformly manufacture high-quality nanofibers 301 while maintaining high production efficiency.

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるわけではない。例えば、外面部116が平面ではなくてもテイラーコーン303が発生する場合もある。従って、外面部116は矩形の平面を備えるものに限定されない。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the Taylor cone 303 may be generated even if the outer surface portion 116 is not flat. Therefore, the outer surface portion 116 is not limited to one having a rectangular plane.

図7は、曲面を備える外面部116を斜め下方から見た図である。
図7に示すように、外面部116は曲面を備えている場合であっても、外面部116にテイラーコーン規制領域120を配置することで、各開口部119におけるテイラーコーン303の底面の大きさのコントロールは可能である。
FIG. 7 is a view of the outer surface portion 116 having a curved surface as viewed obliquely from below.
As shown in FIG. 7, even when the outer surface portion 116 has a curved surface, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 in each opening 119 is obtained by arranging the Taylor cone regulation region 120 on the outer surface portion 116. Control is possible.

また、外面部116が単一平面および局面以外の形状を有していても、テイラーコーン303が形成されるのであれば、外面部116にテイラーコーン規制領域120を配置することで、実施の形態と同様にテイラーコーン303の底面の大きさのコントロールは可能である。   Further, even if the outer surface portion 116 has a shape other than a single plane and a phase surface, if the Taylor cone 303 is formed, the Taylor cone regulation region 120 is disposed on the outer surface portion 116, so that the embodiment can be realized. Similarly, the size of the bottom surface of the Taylor cone 303 can be controlled.

なお、曲面を備える外面部116に、図5A等で説明した、原料液300が濡れ広がらない程度の所定の濡れ性を有する領域のみで構成されたテイラーコーン規制領域120を配置してもよい。   In addition, you may arrange | position the Taylor cone control area | region 120 comprised only in the area | region which has the predetermined wettability of the grade which the raw material liquid 300 demonstrated in FIG.

また、本実施の形態では、流出体115には流出孔118および開口部119がそれぞれ複数備えられるとした。しかしながら、流出体115に、流出孔118および開口部119が一組のみ備えられていてもかまわない。   In this embodiment, the outflow body 115 is provided with a plurality of outflow holes 118 and a plurality of openings 119. However, the outflow body 115 may be provided with only one set of outflow holes 118 and openings 119.

また、本実施の形態では、帯電電極121が、ナノファイバ301を誘引する誘引手段104としても機能するとした。しかしながら、この構成に限定されず、誘引手段104と帯電電極121とが互いに別の構成要素として設けられていてもよい。例えば、誘引手段114は、電界によりナノファイバ301を誘引するものではなく、エア吸引、または送風によりナノファイバ301を誘引するものでもかまわない。   In the present embodiment, the charging electrode 121 also functions as the attracting means 104 for attracting the nanofiber 301. However, the present invention is not limited to this configuration, and the attracting means 104 and the charging electrode 121 may be provided as separate components. For example, the attracting means 114 does not attract the nanofiber 301 by an electric field, and may attract the nanofiber 301 by air suction or air blowing.

本願発明は、ナノファイバの製造やナノファイバを用いた紡糸、不織布の製造に利用可能である。   The present invention can be used for producing nanofibers, spinning using nanofibers, and producing nonwoven fabrics.

100 ナノファイバ製造装置
104 誘引手段
107 供給手段
113 貯留槽
114 案内管
115 流出体
116 外面部
117 側面部
118 流出孔
119、119a 開口部
120 テイラーコーン規制領域
120a 第一領域
120b 第二領域
121 帯電電極
122 帯電電源
127 ロール
128 収集手段
129 移動手段
151 容器
300 原料液
301 ナノファイバ
303 テイラーコーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Nanofiber manufacturing apparatus 104 Attraction means 107 Supply means 113 Storage tank 114 Guide pipe 115 Outflow body 116 Outer surface part 117 Side surface part 118 Outflow hole 119,119a Opening part 120 Taylor cone control area | region 120a 1st area | region 120b 2nd area | region 121 Charging electrode 122 Charging power supply 127 Roll 128 Collecting means 129 Moving means 151 Container 300 Raw material liquid 301 Nanofiber 303 Taylor cone

Claims (4)

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、
原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体であって、前記流出孔の先端である開口部が配置される外面部を有する流出体と、
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を備え、
前記外面部は、前記原料液をはじくことで前記原料液の濡れ広がりを抑える濡れ性を有することで、前記流出孔から流出される前記原料液により形成されるテイラーコーンの底面の大きさを規制するテイラーコーン規制領域を有し、
前記テイラーコーン規制領域は、前記開口部を囲むように形成され、前記原料液の濡れ広がりを抑える濡れ性よりも、前記原料液の濡れ広がりが許容される濡れ性を有する第一領域と、前記第一領域を囲むように形成され、前記原料液の濡れ広がりを抑える濡れ性を有する第二領域とを有する
ナノファイバ製造装置。
A nanofiber manufacturing apparatus for manufacturing nanofibers by electrically stretching a raw material liquid in a space,
An outflow body having an outflow hole for allowing the raw material liquid to flow out into the space, and an outflow body having an outer surface portion in which an opening which is a tip of the outflow hole is disposed;
A charging electrode disposed at a predetermined interval from the effluent body;
A charging power source for applying a predetermined voltage between the effluent and the charging electrode;
The outer surface portion has a wettability to suppress wetting and spreading of the raw material liquid by repelling the raw material liquid, thereby regulating the size of the bottom surface of the Taylor cone formed by the raw material liquid flowing out from the outflow hole. have a Taylor cone regulatory regions that,
The Taylor cone regulation region is formed so as to surround the opening, and has a wettability in which wetting and spreading of the raw material liquid is allowed rather than a wettability that suppresses the wetting and spreading of the raw material liquid, and A second region having a wettability that is formed so as to surround the first region and suppresses the wetting and spreading of the raw material liquid.
Nanofiber manufacturing equipment.
前記テイラーコーン規制領域は、前記第一領域が所定の大きさ以下であることにより、前記テイラーコーンの底面の大きさを、前記所定の大きさ以下に規制する
請求項記載のナノファイバ製造装置
The Taylor cone regulatory region, said by first region is less than a predetermined size, the size of the bottom surface of the Taylor cone, the nano-fiber manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the regulating below said predetermined magnitude
前記流出孔は、非円形の前記開口部から前記原料液を流出させ、
前記第一領域は、非円形の前記開口部を囲むように形成された円形の領域である
請求項記載のナノファイバ製造装置。
The outflow hole causes the raw material liquid to flow out from the non-circular opening,
Wherein the first region, the nano-fiber manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the non-circular of the a circular region formed to surround the opening.
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、
原料液を空間中に流出させる流出孔を有する流出体であって、前記流出孔の先端である開口部が配置される外面部を有する流出体から原料液を流出させる流出工程と、
前記流出体と所定の間隔を隔てて配置される帯電電極と、前記流出体との間に所定の電圧を印加する帯電工程と、
前記外面部が有するテイラーコーン規制領域が、前記原料液をはじくことで前記原料液の濡れ広がりを抑える濡れ性を有することにより、前記流出工程において流出される前記原料液により形成されるテイラーコーンの底面の大きさを規制するテイラーコーン規制工程とを含み、
前記テイラーコーン規制領域は、前記開口部を囲むように形成され、前記原料液の濡れ広がりを抑える濡れ性よりも、前記原料液の濡れ広がりが許容される濡れ性を有する第一領域と、前記第一領域を囲むように形成され、前記原料液の濡れ広がりを抑える濡れ性を有する第二領域とを有し、
前記テイラーコーン規制工程では、前記第一領域において濡れ広がりが許容された前記原料液の濡れ広がりが、前記第二領域において抑えられることで、前記テイラーコーンの底面の大きさを規制する
ナノファイバ製造方法。
A nanofiber manufacturing method for manufacturing a nanofiber by electrically stretching a raw material liquid in a space,
An outflow step for causing the raw material liquid to flow out into the space, and an outflow step for causing the raw material liquid to flow out from the outflow body having an outer surface portion in which an opening which is a tip of the outflow hole is disposed;
A charging step of applying a predetermined voltage between the outflow body and a charging electrode disposed at a predetermined distance from the outflow body; and
The Taylor corn regulation region of the outer surface portion has a wettability that suppresses the wetting and spreading of the raw material liquid by repelling the raw material liquid , so that the Taylor corn formed by the raw material liquid that flows out in the outflow process Including a Taylor cone regulation process that regulates the size of the bottom surface ,
The Taylor cone regulation region is formed so as to surround the opening, and has a wettability in which wetting and spreading of the raw material liquid is allowed rather than a wettability that suppresses the wetting and spreading of the raw material liquid, and A second region having a wettability formed so as to surround the first region and suppressing wetting spread of the raw material liquid,
In the Taylor cone regulation step, the nanofiber manufacturing that regulates the size of the bottom surface of the Taylor cone is suppressed in the second region, the wetting and spreading of the raw material liquid allowed to spread in the first region Method.
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