JP4897579B2 - Nanofiber manufacturing apparatus, non-woven fabric manufacturing apparatus, and nanofiber manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、高分子物質からなるナノファイバの製造装置、及び、製造方法に関する。また、ナノファイバで構成される不織布の製造装置に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for producing a nanofiber made of a polymer material. Moreover, it is related with the manufacturing apparatus of the nonwoven fabric comprised with a nanofiber.
高分子物質から成り、サブミクロンスケールの直径を有する糸状物質(以下、「ナノファイバ」と記す。)を製造する方法として、エレクトロスピニング法が知られている。 An electrospinning method is known as a method for producing a filamentous material (hereinafter referred to as “nanofiber”) made of a polymer material and having a submicron-scale diameter.
このエレクトロスピニング法とは、コレクタ(収集電極)に対し高電圧を印加した針状のノズルから溶媒中に高分子物質を分散させた高分子溶液をコレクタに向かって噴射(流出)させることにより、ナノファイバを得る方法である。 This electrospinning method is a method in which a polymer solution in which a polymer substance is dispersed in a solvent is ejected (outflowed) from a needle-like nozzle to which a high voltage is applied to a collector (collecting electrode) toward the collector. This is a method for obtaining a nanofiber.
より具体的には、噴射ノズルを高電圧にすることにより帯電した高分子溶液が空間中に噴射され、溶媒が蒸発するに伴い空間中を飛翔中の高分子溶液の電荷密度が上昇する。そして、高分子溶液中に発生する反発方向のクーロン力が高分子溶液の表面張力より勝った時点で高分子溶液が爆発的に線状に延伸される現象(静電爆発)が生じる。この静電爆発が、空間において次々と発生することで、サブミクロンの直径の高分子から成るナノファイバが製造される。 More specifically, the charged polymer solution is injected into the space by setting the injection nozzle to a high voltage, and the charge density of the polymer solution flying in the space increases as the solvent evaporates. A phenomenon (electrostatic explosion) in which the polymer solution is explosively stretched linearly occurs when the repulsive Coulomb force generated in the polymer solution exceeds the surface tension of the polymer solution. This electrostatic explosion occurs one after another in the space, so that nanofibers made of a polymer having a submicron diameter are manufactured.
また、前述の方法で製造されたナノファイバを基板上に堆積させることで、立体的な網目を持つ3次元構造の薄膜を得ることができ、さらに厚く形成することでサブミクロンの網目を持つ高多孔性ウェブ(不織布)を製造することができる。 In addition, by depositing nanofibers manufactured by the above-mentioned method on a substrate, a three-dimensional thin film having a three-dimensional network can be obtained, and by forming a thicker film, a high thickness having a submicron network can be obtained. A porous web (nonwoven fabric) can be produced.
このようにエレクトロスピニング法を採用して製造されたウェブは、ナノオーダーの孔からなる高多孔性であり、ウェブ全体としての表面積が広いため、フィルタや電池のセパレータや燃料電池の高分子電解質膜や電極等に適用され、高い効果を得ることが期待されている。 The web produced by employing the electrospinning method as described above is highly porous composed of nano-order pores and has a large surface area as a whole, so that it is a filter, battery separator, or fuel cell polymer electrolyte membrane. It is expected to obtain a high effect when applied to electrodes and electrodes.
従来、ナノファイバを多量に製造してナノファイバからなる実用的なウェブを製造する方法として、複数のノズルを並列に配置し、多量のナノファイバを堆積させてウェブを製造する装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a method for producing a large amount of nanofibers to produce a practical web made of nanofibers, an apparatus for producing a web by arranging a plurality of nozzles in parallel and depositing a large amount of nanofibers has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
当該装置は、前記ノズルとコレクタとの間に5KV以上の高電圧を付与し、コレクタを接地するか、ノズルと反対の極性の電圧を付与してナノファイバを製造している。
従前のナノファイバ製造装置は、特許文献1にも記載されているように、ノズルには直流の高電圧(例えば5KV以上)が印加されている。一方、ノズルには、ナノファイバの原料を供給するためのパイプや、原料を蓄えておくためのタンクや、原料をノズルに圧送するためのポンプなど種々の装置や部材が取り付けられている。 In the conventional nanofiber manufacturing apparatus, as described in Patent Document 1, a high DC voltage (for example, 5 KV or more) is applied to the nozzle. On the other hand, various devices and members such as a pipe for supplying the raw material of the nanofiber, a tank for storing the raw material, and a pump for pumping the raw material to the nozzle are attached to the nozzle.
従って、ノズルを高電圧で維持するためには、ノズル周辺に存在する部材や装置との間に高耐圧の絶縁を施し、さらに、安全上の問題から、高電圧になるノズル全体を囲いで覆うなどの対策が施されている。 Therefore, in order to maintain the nozzle at a high voltage, a high-voltage insulation is provided between members and devices existing around the nozzle, and the entire nozzle that is at a high voltage is enclosed and covered for safety reasons. Measures such as are taken.
ところが、これら絶縁された種々の部材が高電圧に帯電して、これらの部材からコロナ放電など異常放電が発生したり、イオン風が発生したりして、人体に影響を及ぼしたり、ナノファイバの製造に悪影響を及ぼすなどの問題が発生している。 However, these various insulated members are charged to a high voltage, and abnormal discharge such as corona discharge occurs from these members, or ion wind is generated, affecting the human body, Problems such as adverse effects on manufacturing have occurred.
例えば、前記イオン風により発生した高電圧に帯電した埃やゴミは、周辺機器に付着し、周辺機器に使用されている部品や半導体素子等を破壊して、装置そのものを使用できない状態にしてしまう場合もある。さらに、ノズルの先に高電圧を印加している場合には、電気力線がそのノズルからナノファイバの製造装置を覆うブース等に向けて、発生しており、前記発生した帯電した埃やゴミ等は、猛烈な勢いで、前記電気力線に沿って、ブース等に移動し付着する。このように、周辺機器や付帯設備に付着した帯電した埃やゴミ等は、高電圧を保持しており、ノズルから発生する同極性に帯電したナノファイバ自身にも、大きな影響を与え、正常な回収への妨げや、回収率の低下等につながって行く。 For example, dust and debris charged at a high voltage generated by the ion wind adhere to peripheral devices, destroying components and semiconductor elements used in the peripheral devices, and making the device unusable. In some cases. Further, when a high voltage is applied to the tip of the nozzle, electric lines of force are generated from the nozzle toward a booth that covers the nanofiber manufacturing apparatus, and the generated charged dust or dirt is generated. Move to the booth along the lines of electric force and attach to the booth. In this way, charged dust and debris attached to peripheral devices and incidental equipment maintain a high voltage, and have a great influence on the nanofiber itself charged to the same polarity generated from the nozzle. It will lead to hindrance to collection and decrease in collection rate.
特に、ナノファイバの原料として引火性の物質を用いている場合、前記部材からの異常放電による引火や爆発の危険性もある。 In particular, when a flammable substance is used as a raw material for the nanofiber, there is a risk of ignition or explosion due to abnormal discharge from the member.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ノズルなど噴射手段近傍に存在する部材の帯電を防止しうるナノファイバ製造装置等の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a nanofiber manufacturing apparatus and the like that can prevent charging of members such as nozzles in the vicinity of injection means.
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、ナノファイバ製造用の原料液を噴射する噴射孔を有する噴射手段と、前記噴射孔から噴射され製造されたナノファイバを収集する収集電極とを備えるナノファイバ製造装置であって、前記収集電極と前記噴射手段との間に10KV以上、200KV以下の範囲から選定される電圧を印加する第1電源と、前記噴射手段に5V以上1000V以下の範囲から選定される交流電圧を重畳的に印加する交流電源とを備える。また、前記第1電源は、前記収集電極に−200KV以上、−10KV以下、または、+10KV以上、+200KV以下の範囲から選定される電位を印加し、前記交流電源は、前記噴射手段に5V以上1000V以下の範囲から選定される交流電圧を印加することが好ましい。 In order to achieve the above object, a nanofiber manufacturing apparatus according to the present invention includes an injection means having an injection hole for injecting a raw material liquid for producing nanofibers, and a collection for collecting and manufacturing nanofibers injected from the injection hole. A nanofiber manufacturing apparatus comprising an electrode, wherein a first power source that applies a voltage selected from a range of 10 KV or more and 200 KV or less between the collection electrode and the jetting unit, and 5 V or more and 1000 V to the jetting unit And an AC power supply for applying an AC voltage selected from the following range in a superimposed manner. The first power supply applies a potential selected from the range of −200 KV or more and −10 KV or less, or +10 KV or more and +200 KV or less to the collecting electrode, and the AC power supply supplies the ejection unit with 5 V or more and 1000 V. It is preferable to apply an alternating voltage selected from the following range.
これにより、噴射手段に前記交流電圧が印加されるため、噴射手段近傍に存在する部材の帯電を抑止することができ、これらの部材から発生する異常放電やイオン風などを防止し、高品質なナノファイバを安全に製造することが可能となる。 As a result, since the AC voltage is applied to the ejecting means, charging of the members existing in the vicinity of the ejecting means can be suppressed, and abnormal discharge and ion wind generated from these members can be prevented. Nanofibers can be manufactured safely.
また、前記ナノファイバ製造装置を備えた不織布製造装置であれば、前記作用、効果を享受しつつ、高品質なナノファイバからなる不織布を製造することが可能となる。 Moreover, if it is a nonwoven fabric manufacturing apparatus provided with the said nanofiber manufacturing apparatus, it will become possible to manufacture the nonwoven fabric which consists of high quality nanofiber, enjoying the said effect | action and effect.
本発明によれば、ナノファイバの生産性の安定化を図れると共に、高い安全性を確保したナノファイバの製造装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a nanofiber manufacturing apparatus that can stabilize the productivity of nanofibers and ensure high safety.
次に、本発明にかかるナノファイバ製造装置を備える不織布製造装置の実施の形態を説明する。 Next, an embodiment of a nonwoven fabric manufacturing apparatus including the nanofiber manufacturing apparatus according to the present invention will be described.
図1は、本発明にかかる不織布製造装置を概略的に示す斜視図である。
同図に示すように不織布製造装置100は、噴射手段110と、収集電極120とで構成されるナノファイバ製造装置180と、被堆積手段としてのシート160とを備えている。なお、噴射される原料液と、製造されつつあるナノファイバとは明確に区別できないため、いずれにも200の符号を付し、製造された不織布には210を付している。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a non-woven fabric manufacturing apparatus according to the present invention.
As shown in the figure, the nonwoven
噴射手段110は、ナノファイバを製造するための原料液を噴射(流出)する噴射孔を備えた装置であり、接地手段102を介してアース101と接続されるか、第2電源151を介してアース101と接続される。さらに、前記いずれの場合においても交流電源190が接続され、交流電圧が重畳される。
The injection means 110 is an apparatus having an injection hole for injecting (outflowing) a raw material liquid for producing nanofibers. The injection means 110 is connected to the
なお、同図では第2電源151と接続するか接地するかが選択可能に記載されているが特にこれに限定されるものではない。また、原料液を貯蔵するタンク(図示せず)と接続されるパイプ111が噴射手段110に接続されており、所定の圧力で原料液が供給されるようになっている。
In the figure, it is described that the connection to the
収集電極120は、噴射手段110に対し所定の電圧が印加されるように第1電源としての電源150に接続され、製造されたナノファイバ200を収集するための装置である。
The
なお、電源150は、アース101と収集電極120との間に電圧を発生させるものであり、噴射手段110がアース101と直接接続されている場合は、噴射手段110との間で所定の電圧を印加することとなる。
The
シート160は、空間中で製造されたナノファイバ200が堆積する対象となる部材であり、堆積したナノファイバ200と容易に分離可能な材質で構成された薄く柔軟性のある長尺のシートである。シート160は、ロール状に巻き付けられた状態で供給され、ナノファイバ200が堆積する部分をゆっくりと移動手段170により図中矢印方向に移動するものとなっている。そして、シート160上で製造された不織布210とともに再びロール状に巻き付けられるようになっている。
The
移動手段170は、シート160を所定の張力を維持しつつ一方方向に送ることができる装置であり、モータ(図示せず)などの駆動により図に示されるローラーを回転させてシート160を移動させるものである。
The moving
交流電源190は、アース101と噴射手段110との間に接続され、接地電位を中心として5V以上1000V以下の範囲から選定される振幅の交流電圧を印加することのできる電源である。
The
図2は、噴射手段および収集電極の具体例を示す図である。
図3は、ロータリーシリンダを示す断面図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific example of the ejection unit and the collection electrode.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the rotary cylinder.
なお、図2は、噴射手段110と、収集電極120との関係を示すため、噴射手段110を大きく示しているが、実際は、収集電極120の径が数メートルの大きさであるのに対し、ロータリーシリンダ116の径は数センチメートルから数十センチメートル程度である。
Note that FIG. 2 shows the ejection means 110 larger in order to show the relationship between the ejection means 110 and the
収集電極120は、円筒形状となされており、シート160の移動に伴い、または同期して回転しうるものとなされている。また、収集電極120は、収集電極120の端面に向かって徐々に縮径するように、円筒形状のエッジ部分にアール面取りが施されている。
The
このように、噴射手段110から望む収集電極120の周縁部を噴射手段110から遠ざかるような曲面とすることで、収集電極120のエッジによる電場の乱れを抑止し、ナノファイバ200の堆積状態を良好とすることができる。
In this way, by making the peripheral edge of the collecting
図2に示すように、噴射手段110は、遠心力により原料液を噴射(流出)する装置であり、ロータリーシリンダ116と、原料液200を供給するためのパイプ111と兼用される回転軸となるシャフト117と、モータ118と、基体119と、ベルト115と、プーリー114とを備えている。
As shown in FIG. 2, the injection means 110 is a device that injects (flows out) the raw material liquid by centrifugal force, and serves as a rotary shaft that also serves as the
ロータリーシリンダ116は、一端が封止された円筒の周壁に噴射孔112を備えたノズル113を複数個放射状に備えている。ロータリーシリンダ116の他端中央部分にはシャフト117が取り付けられている。ロータリーシリンダ116は、シャフト117を介して基体119に回転自在に取り付けられている。
The
また、モータ118とシャフト117に固着されているプーリー114とはベルト115で接続されており、モータ118は、基体119に取り付けられている。モータ118を回転させることにより、ロータリーシリンダ116を基体119に対して回転させることができる構造となっている。
The
また、図3に示すように、シャフト117とロータリーシリンダ116の他端とは液体を挿通可能に接続されている。また、シャフト117とロータリーシリンダ116とはいずれも導体で構成されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
ロータリーシリンダ116と交流電源190とは、ブラシ203を用いシャフト117を介して接続されている。ブラシ203を用いているため、ロータリーシリンダ116が回転状態であっても交流電圧を印加することが可能となっている。
The
ロータリーシリンダ116は、シャフト117を介して原料液200が貯蔵されているタンク202と接続されている。また、原料液200の流通経路上にはポンプ201が取り付けられており、原料液200をロータリーシリンダ116に向かって圧送することができるようになっている。
The
次に、噴射手段110と収集電極120とで構成されるナノファイバ製造装置180によるナノファイバ200の製造方法と、製造されたナノファイバ200を堆積させて不織布を製造する不織布の製造方法を説明する。
Next, a manufacturing method of the
まず、原料液200のタンク202からロータリーシリンダ116に向かって原料液200が圧送される。本実施の形態の場合、当該圧力により原料液200を噴射するものではないため、圧送の圧力は比較的低い。
First, the
原料液200は、シャフト117(パイプ111)を通過してロータリーシリンダ116の内部に注入される。ロータリーシリンダ116は、モータ118により回転しており、注入された原料液200にも回転による遠心力が発生する。そしてロータリーシリンダ116の周壁に穿設される孔を介して原料液200が遠心力によりロータリーシリンダ116外部に放射状に噴射される。
The
原料液200は、回転する噴射孔112から噴射されるので、各噴射孔112の形状に多少のばらつきがあったとしても全空間を総合すると均等な量で原料液200が噴射される。以上のような噴射手段110を採用すれば、比較的大量のナノファイバ200を一度に、かつ、均質に製造することができ、製造されたナノファイバが均等に分布した不織布210を製造することが可能となる。
Since the
一方、収集電極120には、+10KV以上、+200KV以下、または、−10KV以下、−200KV以上の範囲内から選定される電圧が電源150により印加されている。そして、収集電極120に対峙して配置されるロータリーシリンダ116には、交流電圧に重畳するように収集電極の電圧に対応した誘導電荷が生じると共に、ロータリーシリンダ116と収集電極120との間に電界(電気力線)が発生する。
On the other hand, a voltage selected from the range of +10 KV or higher and +200 KV or lower, or −10 KV or lower and −200 KV or higher is applied to the collecting
以上の状態で、ロータリーシリンダ116から原料液200が噴射されるため、原料液200に対しては静電爆発に必要な電荷が付与されると共に、前記電界(電気力線)に沿って原料液200が飛翔し、静電爆発を繰り返してナノファイバ200が製造される。
In the above state, since the
製造されたナノファイバ200は、シート160上に堆積しつつシート160は徐々に移動するため、シート160上に長尺の不織布が製造されていく。
Since the manufactured
以上のように、モータ118や基体119、原料液200を供給する経路を構成するパイプ111、原料液のタンク202、ポンプ201などは、接地電位を中心に5V以上1000V以下の振幅の交流電圧が付与されているため、噴射手段110の近傍に配置される部材が帯電するのを抑止することが可能となる。従って、これらの部材から発生する異常放電などを可及的に抑止することができ、安全性が高く、製造されるナノファイバの品質を安定させることが可能となる。
As described above, the
また、噴射手段110自体を高電圧に維持するための高度な絶縁を施す必要が無い。従って、本実施の形態のように、噴射手段110は、原料液200を回転により噴射させる機構を簡単に備えることができる。また、原料液200のタンク等に接続されるモータ118やセンサも絶縁状態で取り付ける必要が無くなる。従って、噴射手段110全体の構成を簡単にすることができる。引いては、構造が簡単な噴射手段110は、高い耐久性や信頼性を容易に獲得でき、また、高い設計の自由度を有する。また、製造コストやメンテナンスコストの低減に寄与することができる。
Further, it is not necessary to provide a high degree of insulation for maintaining the
ナノファイバ製造用の高分子物質としては、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−フェニレンイソフラテート、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、ナイロン、アラミド、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、ポリペプチド等が例示できる。また、ナノファイバ製造に用いられる高分子物質は1種類に限定されるわけではなく、前記例示の高分子物質などから任意の複数種類を選定して用いても構わない。 Examples of polymer materials for producing nanofibers include 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, polycarbonate, polyarylate, polyester carbonate, nylon, aramid, polycaprolactone, Examples include polylactic acid, polyglycolic acid, collagen, polyhydroxybutyric acid, polyvinyl acetate, and polypeptide. . Further, the polymer material used for the nanofiber production is not limited to one type, and any plurality of types may be selected from the exemplified polymer materials.
また、原料液を製造するために用いられる溶媒としては、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、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、ピリジン、水等を例示することができる。また、ナノファイバ製造に用いられる溶媒は1種類に限定されるわけではなく、前記例示の溶媒などから任意の複数種類を選定し、混合して用いても構わない。 Moreover, as a solvent used in order to manufacture the raw material liquid, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, hexafluoroisopropanol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, dibenzyl alcohol, 1,3-dioxolane, , 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, propyl benzoate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, methyl chloride, ethyl chloride, methyl chloride , Chloroform, o-chlorotoluene, p-chlorotoluene, carbon tetrachloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, trichloroethane, dichloropropane, dibromoethane, dibromopropane, methyl bromide, ethyl bromide, odor Propyl chloride, acetic acid, benzene, toluene, hexane, cyclohexane, cyclohexanone, cyclopentane, o-xylene, p-xylene, m-xylene, acetonitrile, tetrahydrofuran, N, N-dimethylformamide, pyridine, water, etc. it can. Moreover, the solvent used for the nanofiber production is not limited to one type, and any plurality of types may be selected from the above exemplified solvents and mixed and used.
また、原料液に無機質固体材料を混入しても構わない。これら無機質固体材料は、製造されるナノファイバの骨材として機能したり、ナノファイバに担持させる触媒等として機能するものである。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。また、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。 Moreover, you may mix an inorganic solid material in a raw material liquid. These inorganic solid materials function as an aggregate of the nanofiber to be manufactured, or function as a catalyst or the like supported on the nanofiber. Examples of the inorganic solid material include oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, fluorides, and sulfides. Moreover, it is preferable to use an oxide from the viewpoints of heat resistance, workability, and the like.
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、CoO、NiO、Y2O3、Lu2O3、Yb2O3、HfO2、Nb2O5 等を例示でき、これらより選ばれる少なくとも一種が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。 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 O 3 , Yb 2 O 3 , HfO 2 , Nb 2 O 5 and the like can be exemplified, and at least one selected from these can be used, but is not particularly limited thereto.
また、ナノファイバを形成する樹脂材料としては、前記高分子物質ばかりでなく、低分子物質でも構わない。低分子物質でも原料液の内容は高分子物質と変わるわけではなく、低分子物質を溶媒に溶解すればよい。この場合、ナノファイバが長く連なる状態になるのでなく、微粒子の状態のナノファイバが製造される。このような微粒子状のナノファイバの応用例としては、有機ELや液晶用のカラーフィルタの顔料を溶媒に溶解して、顔料そのものを微細化するような場合が考えられる。 Further, the resin material forming the nanofibers may be not only the above-mentioned polymer substance but also a low-molecular substance. Even in the case of a low molecular weight substance, the content of the raw material liquid is not different from that of the high molecular weight substance. In this case, the nanofibers are not in a continuous state for a long time, but are produced in the form of fine particles. As an application example of such fine-particle nanofibers, there can be considered a case where a pigment of an organic EL or a liquid crystal color filter is dissolved in a solvent to refine the pigment itself.
なお、本実施の形態では、噴射手段110に接地電位を基準とする交流電圧を付与したが、特に接地電位を基準にする必要はない。例えば、噴射手段110と収集電極120との間に10KV以上、200KV以下の範囲から選定される電圧を印加すると共に、噴射手段110に5V以上1000V以下の範囲から選定される交流電圧を重畳的に印加するものでも構わない。例えば、噴射手段110に第2電源151を接続し−1KV〜+1KVの範囲で電圧を印加し、これに重畳して5V以上1000V以下の交流電圧を印加しても構わない。接地電位との関係は特に限定されないが、比較的低電圧を噴射手段110に印加しておくことで、交流電圧を付与する効果を安定的に発揮させることが可能となる。
In the present embodiment, an AC voltage based on the ground potential is applied to the
なお、噴射手段110は、上記実施の形態に記載した構造に限定されるわけではない。例えば図4(a)、(b)に示すように、収集電極120に対して平行な軸で回転するロータリーシリンダを備えるものであっても良い。同図に示すロータリーシリンダ116には、第2電源151と交流電源190とが接続されており、−1KV〜+1KVの範囲で電圧が印加されるとともに5V以上1000V以下の交流電圧が重畳的に印加される。また、第2電源151の設定を0Vとし、ロータリーシリンダ116を接地電位を基準とする交流電圧のみ印加しても構わない。
Note that the
また、図5に示すように、ノズル113を収集電極120に対して固定的に配置するものであっても構わない。この場合、シート160の移動方向に対して複数個のノズル113を斜めに配置することで、各ノズル113の間隔を広くすることができ、シート160に対してナノファイバ200を均等に堆積することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 5, the
また、収集電極120は、上記実施の形態に記載した構造に限定されるわけではない。収集電極120は、図4に示す単なる平板であってもよく、図5に示すように、エッジにアールが施された形状の部材であっても構わない。
Further, the collecting
また、図1、図2においては、噴射手段110は、固定にしているが、移動手段を設けて、シート160の移動方向に対して略直角方向に、周期的にもしくは、所定の動作パターンで移動させてもよい。そのようにすることで、シート160の幅が広くなっても、ナノファイバ200をシート160上の幅全体に堆積させることができる。
In FIG. 1 and FIG. 2, the
また、上記のように、モータ等を使って、噴射手段110を移動させるような場合にも、これらの移動機構やこれを制御するための電子部品などに高度な絶縁を施す必要が無く、モータ等に使用している電子部品や半導体等の破壊を回避することが可能となる。 Further, as described above, even when the ejecting means 110 is moved using a motor or the like, it is not necessary to provide high-level insulation to these moving mechanisms and electronic parts for controlling the moving mechanism. It is possible to avoid the destruction of electronic parts and semiconductors used for the above.
また、図1、2においては、噴射手段110は、一つのみを記載しているが、複数個並べて配置すれば、シート160の幅が広くなった場合や、堆積させたい厚みを増やす場合には、有効な手段である。
In FIGS. 1 and 2, only one
本発明は、ナノファイバの製造に利用可能であり、特に、ナノファイバを用いた紡糸や不織布の製造に利用可能である。 The present invention can be used for manufacturing nanofibers, and in particular, can be used for manufacturing spinning and nonwoven fabrics using nanofibers.
100 不織布製造装置
101 アース
102 接地手段
110 噴射手段
111 パイプ
112 噴射孔
113 ノズル
114 プーリー
115 ベルト
116 ロータリーシリンダ
117 シャフト
118 モータ
119 基体
120 収集電極
150 電源
151 第2電源
160 シート
170 移動手段
180 ナノファイバ製造装置
190 交流電源
200 ナノファイバ、原料液
201 ポンプ
202 タンク
203 ブラシ
210 不織布
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記収集電極と前記噴射手段との間に10KV以上、200KV以下の範囲から選定される電圧を印加する第1電源と、
前記噴射手段に5V以上1000V以下の範囲から選定される交流電圧を印加する交流電源とを備える
ナノファイバ製造装置。 A nanofiber manufacturing apparatus comprising: an injection means having an injection hole for injecting a raw material liquid for producing nanofibers; and a collecting electrode for collecting nanofibers injected and manufactured from the injection holes,
A first power source for applying a voltage selected from a range of 10 KV or more and 200 KV or less between the collecting electrode and the ejection unit;
Nanofiber production apparatus comprising an AC power source for signs pressurizing the AC voltage is selected from 1000V below the range of 5V to the injection means.
前記交流電源は、前記噴射手段に5V以上1000V以下の範囲から選定される交流電圧を印加する
請求項1に記載のナノファイバ製造装置。 The first power supply applies a potential selected from a range of −200 KV or more and −10 KV or less, or +10 KV or more and +200 KV or less to the collection electrode,
2. The nanofiber manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the AC power source applies an AC voltage selected from a range of 5 V to 1000 V to the ejection unit.
前記収集電極の前記噴射孔側に配置され、製造されたナノファイバを堆積状に保持する被堆積手段と、
前記被堆積手段を所定方向に移動させる移動手段と、
前記収集電極と前記噴射手段との間に10KV以上、200KV以下の範囲から選定される電圧を印加する第1電源と、
前記噴射手段に5V以上1000V以下の範囲から選定される交流電圧を印加する交流電源とを備える
不織布製造装置。 A non-woven fabric manufacturing apparatus comprising an injection means having an injection hole for injecting a raw material liquid for producing nanofibers, and a collecting electrode for collecting nanofibers injected and manufactured from the injection holes,
A deposition means disposed on the injection hole side of the collecting electrode and holding the manufactured nanofibers in a deposited state;
Moving means for moving the deposition means in a predetermined direction;
A first power source for applying a voltage selected from a range of 10 KV or more and 200 KV or less between the collecting electrode and the ejection unit;
Nonwoven fabric manufacturing apparatus comprising an AC power source for signs pressurizing the AC voltage is selected from 1000V below the range of 5V to the injection means.
前記交流電源は、前記噴射手段に5V以上1000V以下の範囲から選定される交流電圧を印加する
請求項3に記載の不織布製造装置。 The first power supply applies a potential selected from a range of −200 KV or more and −10 KV or less, or +10 KV or more and +200 KV or less to the collection electrode, and the AC power supply ranges from 5 V to 1000 V to the ejection unit. The nonwoven fabric manufacturing apparatus of Claim 3 which applies the alternating voltage selected from these.
前記収集電極と前記噴射手段との間に10KV以上、200KV以下の範囲から選定される電圧を印加し、
前記噴射手段に5V以上1000V以下の範囲から選定される交流電圧を印加し、
前記電位状態により発生する電界中で前記原料液を飛翔させてナノファイバを得る
ナノファイバ製造方法。 A nanofiber manufacturing method applied to a nanofiber manufacturing apparatus, comprising: an injection means having an injection hole for injecting a raw material liquid for producing nanofibers; and a collecting electrode for collecting the nanofibers injected and manufactured from the injection holes. And
A voltage selected from a range of 10 KV or more and 200 KV or less is applied between the collecting electrode and the ejection unit,
The AC voltage is selected from 1000V below the range of 5V to sign addition to the injection means,
A nanofiber manufacturing method for obtaining nanofibers by flying the raw material liquid in an electric field generated by the potential state.
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