KR20090127877A - 나노파이버 제조 장치 - Google Patents

Abstract

정전 폭발을 이용하여 나노파이버를 제조하는 나노파이버 제조 장치에 있어서, 인화성이 있는 용제를 사용해도 폭발의 우려가 낮은 제조 장치를 제공한다.

나노파이버(200)의 원료가 되는 원료액(200)이 정전 폭발함으로써 나노파이버(200)가 제조되는 제조 공간 중에 원료액(200)을 분사하는 분사 수단(110)과, 상기 원료액(200)을 대전시키는 대전 수단을 구비하는 나노파이버 제조 장치(101)로서, 원료액(200)이 분사되는 제조 공간을 저산소 분위기로 하는 안전 가스를 공급하는 가스 공급원(103)과, 외부 공간의 분위기보다 제조 공간을 저산소 분위기로 유지하기 위한 격벽(102)을 구비한다.

Description

나노파이버 제조 장치{NANO-FIBER MANUFACTURING APPARATUS}

본 발명은, 정전 폭발에 의해 나노파이버를 제조하고, 그 나노파이버를 수집하는 나노파이버 제조 장치에 관한 것으로, 특히, 방폭 대책이 필요한 원료액을 사용하여 나노파이버를 제조하는 나노파이버 제조 장치에 관한 것이다.

고분자 물질로 이루어지고, 서브미크론 스케일의 직경을 갖는 실형상(絲狀) 물질(이하, 「나노파이버」라고 기재한다)을 제조하는 방법으로서, 일렉트로 스피닝(전하 유도 방사)법이 알려져 있다.

이 일렉트로 스피닝법이란, 고전압을 인가한 침형상(針狀)의 노즐로부터 용매 중에 고분자 물질을 분산시킨 고분자 용액을 제조 공간 중에 유출(사출)시킴으로써, 나노파이버를 얻는 방법이다. 보다 구체적으로는, 고전압에 의해 대전된 고분자 용액의 용매가 증발함에 따라 전하 밀도가 상승한다. 그리고, 고분자 용액 중에 발생하는 반발 방향의 쿨롱력이 고분자 용액의 표면 장력보다 강한 시점에서 고분자 용액이 폭발적으로 선상(線狀)으로 연신되는 현상(정전 폭발)이 생긴다. 이 정전 폭발이, 제조 공간에서제조 공간에서로써, 서브미크론의 직경의 고분자로 이루어지는 나노파이버가 제조된다.

또, 전술한 방법으로 제조된 나노파이버를 기판 상에 퇴적시킴으로써, 입체 적인 그물코를 갖는 3차원 구조의 박막을 얻을 수 있고, 또한 두껍게 형성함으로써 서브미크론의 그물코를 갖는 고다공성 웹(부직포)을 제조할 수 있다.

이와 같이 일렉트로 스피닝법을 채용하여 제조된 웹은, 나노오더의 구멍으로 이루어지는 고다공성이고 표면적이 넓으므로, 필터나 전지의 세퍼레이터나 연료 전지의 고분자 전해질막이나 전극 등에 적용되어, 높은 효과를 얻는 것이 기대되고 있다.

종래, 나노파이버를 다량으로 제조하여 나노파이버로 이루어지는 실용적인 웹을 제조하는 방법으로서, 복수의 노즐을 병렬로 배치하여, 다량의 나노파이버를 퇴적시켜 웹을 제조하는 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본국 특허공개 2002-201559호 공보

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그러나, 전술한 바와 같이 나노파이버를 제조하는데 있어서는, 제조 공간에는 원료액을 구성하는 휘발성의 용매가 소정의 농도 체류하게 된다. 한편, 원료액을 분사하는 노즐에는 고전압이 인가되어 있어, 방전의 가능성을 완전히 회피하는 것은 곤란하다. 따라서, 상기 용매가 인화성이 있는 물질로 이루어지는 경우, 폭발의 위험성이 항상 존재하게 된다.

한편, 인화성이 없는 용매를 채용하는 것은 가능하기는 하지만, 환경 문제 등을 감안하면 용매로서 채용할 수 있는 물질의 선택사항이 좁아지고, 비용에도 영향을 주게 된다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 나노파이버를 제조하는데 있어서 폭발의 위험성을 회피할 수 있음과 더불어, 선택되는 용매의 종류를 확대시킬 수 있는 나노파이버 제조 장치의 제공 등을 목적으로 한다.

또한 본원 발명은, 상기 나노파이버 제조 장치의 메인터넌스(maintenance) 시에 있어서의 비용의 증가를 억제할 수 있는 나노파이버 제조 장치의 제공을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 목적을 달성하기 위해, 본원 발명에 따른 나노파이버 제조 장치는, 나노파이버의 원료가 되는 원료액이 정전 폭발함으로써 나노파이버가 제조되는 제조 공간 중에 원료액을 분사하는 분사 수단과, 상기 원료액을 대전시키는 대전 수단을 구비하는 나노파이버 제조 장치로서, 상기 원료액이 분사되는 제조 공간을 저산소 분위기로 하는 안전 가스를 공급하는 가스 공급원과, 외부 공간의 분위기보다 제조 공간을 저산소 분위기로 유지하기 위한 격벽을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 제조 공간이 저산소 분위기로 유지되므로, 인화성이 있는 용제가 당해 제조 공간에 존재하고 있는 경우여도 폭발의 위험성을 가급적 회피하는 것이 가능해진다.

또, 상기 가스 공급원은, 상기 외부 공간보다 질소 농도가 높은 가스를 제조 공간에 공급하는 것으로 해도 된다.

질소 농도가 높은 가스를 도입함으로써 상대적으로 제조 공간의 산소 농도를 저하시킬 수 있다. 또, 질소 가스는 불활성이고 입수 용이하므로, 용이하게 저산소 농도의 분위기를 제조 공간에 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 질소 농도가 높은 가스란, 대기보다 질소 농도가 높으면 되고, 질소 농도가 100%에 가까운 가스여도 된다.

또, 상기 가스 공급원은, 과열 수증기를 제조 공간에 공급하는 것으로 해도 된다.

격벽의 내부 공간에 공급하는 가스로서 과열 수증기를 도입하면, 과열 수증기는 복사전열과, 대류전열과, 응집전열에 의해, 분사되는 원료액을 용이하게 승온시킬 수 있다. 따라서, 난(難)휘발성의 용제를 원료액의 용매로서 사용해도, 용이하게 정전기 폭발을 발생시킬 수 있다. 따라서, 인화성은 없지만 난휘발성의 용제 등 사용할 수 있는 용제의 폭을 넓히는 것이 가능해져, 용제 선정의 단계에서 방폭을 고려할 수 있다. 또한, 과열 수증기는 저산소 농도이므로, 제조 공간을 저산소 상태로 하여 폭발을 방지하는 것이 가능해진다.

여기에서, 폭발이란, 원료액의 용매가 휘발하여 제조 공간에 체류하고, 어떠한 원인(예를 들면 방전 등)에 의해 용매가 인화함으로써 발생하는 폭발을 의미한다. 또, 방폭이란 당해 폭발이 발생하지 않는 상태로 하는 것을 가리킨다. 또, 당해 폭발은, 나노파이버를 제조하기 위해 필요한 정전기 폭발과는 상이한 것이다.

또한, 상기 가스 공급원으로부터 제조 공간으로의 가스의 공급량을 변경하는 가스 공급량 변경 수단과, 상기 제조 공간의 가스의 조성을 측정하는 가스 조성 측정 수단과, 상기 가스 조성 측정 수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 제조 공간의 저산소 분위기를 유지하도록 상기 가스 공급량 변경 수단을 제어하는 제어 수단을 구비해도 된다.

또한, 상기 가스 공급원으로부터 제조 공간으로의 가스의 공급량을 변경하는 가스 공급량 변경 수단과, 상기 제조 공간의 압력을 측정하는 압력 측정 수단과, 상기 압력 측정 수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 제조 공간의 압력을 양압(陽壓)으로 유지하도록 상기 가스 공급량 변경 수단을 제어하는 제어 수단을 구비해도 상관없다.

또한, 상기 가스 공급원으로부터 공급되는 가스의 온도를 변경하는 가스 온도 변경 수단과, 상기 제조 공간의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 상기 압력 측정 수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 제조 공간을 소정 온도로 유지하도록 상기 가스 온도 변경 수단을 제어하는 제어 수단을 구비해도 상관없다.

상기와 같이 제조 공간의 분위기를 일정하게 컨트롤함으로써, 높은 품질의 나노파이버를 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 제조 공간의 분위기를 형성하는 가스를 배기하는 배기 수단을 구비해도 상관없다.

이상과 같이 제조 공간을 배기함으로써, 제조 공간의 분위기를 일정한 장소로 도출할 수 있다. 따라서, 나노파이버 제조 장치가 설치되어 있는 환경에 배려하는 것이 가능해진다. 특히, 제조 공간을 격벽에 의해 밀폐한 경우, 격벽 내부의 분위기를 컨트롤하는 경우에 특히 유용하다. 요컨대, 나노파이버 제조용의 원료액의 분사량을 고려한 후에, 가스 공급원으로부터의 가스의 공급량과 배기 수단에 의한 분위기의 배기량을 밸런스시킴으로써, 격벽에 의해 밀폐된 제조 공간의 분위기를 일정하게 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 제조된 나노파이버를 수집하는 수집 수단과, 상기 제조 공간을 실내에 갖고, 안전 가스를 실내에 유지 가능하며, 상기 격벽으로 형성되는 제1 작업실과, 상기 제1 작업실에 접속되고, 상기 분사 수단 또는 상기 수집 수단의 한쪽을 수용 가능하며, 상기 격벽으로 형성되는 제2 작업실과, 제1 작업실과 제2 작업실의 사이를 개폐 가능하게 하는 제1 가동 격벽과, 제2 작업실과 실외의 사이를 개폐 가능하게 하는 제1 도어체를 구비하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 분사 수단 또는 수집 수단을 제2 작업실에 수용함으로써 제1 작업실 내에 유지되는 안전 가스를 유지한 채로, 제2 작업실에 수용된 분사 수단 또는 수집 수단에 실외로부터 액세스하여 메인터넌스하는 것이 가능해진다. 나아가서는, 제1 작업실을 퍼지할 필요가 없어져, 퍼지에 필요한 시간을 절약할 수 있고, 메인터넌스 비용의 저하에 기여하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 제1 작업실에 접속되고, 상기 제2 작업실에 수용되지 않는 다른 쪽을 수용 가능하며, 격벽으로 형성되는 제3 작업실과, 상기 제1 작업실과 상기 제3 작업실의 사이를 개폐 가능하게 하는 제2 가동 격벽과, 제3 작업실과 실외의 사이를 개폐 가능하게 하는 제2 도어체를 구비해도 된다.

이에 의해, 제1 작업실을 폐쇄 상태로 하면서, 분사 수단과 수집 수단의 양쪽을 메인터넌스하는 것이 가능해진다.

제1 작업실과, 제2 작업실 또는 제3 작업실의 사이에서 상기 분사 수단을 이동 가능하게 하는 슬라이드 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

슬라이드 수단을 구비함으로써, 분사 수단을 용이하게 제2 작업실 또는 제3 작업실에 수용할 수 있고, 또한, 나노파이버 제조 시에는, 수집 수단과 분사 수단의 거리를 변경하는 것이 가능해진다.

또, 나노파이버의 원료가 되는 원료액이 정전 폭발함으로써 나노파이버가 제조되는 제조 공간 중에 원료액을 분사하는 분사 수단과, 상기 원료액을 대전시키는 대전 수단과, 제조된 나노파이버를 수집하는 수집 수단을 구비하는 부직포 제조 장치로서, 상기 원료액이 분사되는 제조 공간을 저산소 분위기로 하는 안전 가스를 공급하는 가스 공급원과, 외부 공간의 분위기보다 제조 공간을 저산소 분위기로 유지하기 위한 격벽과, 상기 수집 수단 상에 퇴적된 나노파이버를 압축하는 압축 수단을 구비하는 부직포 제조 장치에 있어서도, 상기와 동일한 작용 효과를 발휘하는 것이 가능해진다.

상기 목적은 또, 나노파이버의 원료가 되는 원료액이 정전 폭발함으로써 나노파이버가 제조되는 제조 공간 중에 원료액을 분사하고, 상기 원료액을 대전시키며, 상기 제조 공간을 저산소 분위기로 하는 안전 가스를 상기 제조 공간에 공급하여, 상기 저산소 분위기에서 나노파이버를 제조하는 나노파이버 제조 방법에 의해서도 달성할 수 있다.

이에 따른 작용 효과는, 상기 장치와 동일하다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 안전하게 나노파이버를 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 안전 가스나 증발한 용매의 분위기 내에 있는 분사 수단이나 수집 수단에 대해 신속하고 용이하게 액세스하여, 메인터넌스를 실시할 수 있게 된다.

도 1은, 본 발명에 따른 나노파이버 제조 장치를 구비하는 부직포 제조 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는, 분사 수단의 구체예를 도시한 도면이다.

도 3은, 수집 전극 <1>을 개념적으로 도시한 사시도이다.

도 4는, 수집 전극 <2>를 개념적으로 도시한 측면도이다.

도 5는, 수집 전극 <3>을 개념적으로 도시한 사시도이다.

도 6은, 압축 수단을 도시한 사시도이다.

도 7은, 압축 수단을 도시한 단면도이다.

도 8은, 압축 승온 롤러의 제전(除電) 구조를 도시한 도면이다.

도 9는, 부직포 제조 장치의 제어 구성을 도시한 블록도이다.

도 10은, 부직포의 제조 상태를 개념적으로 도시한 측면도이다.

도 11은, 격벽의 다른 양태를 개념적으로 도시한 측면도이다.

도 12는, 본 발명에 따른 나노파이버 제조 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 13은, 나노파이버 제조 장치를 모식적으로 도시한 측면도이다.

도 14는, 분사 수단의 구체예를 도시한 사시도이다.

도 15는, 나노파이버 제조 장치의 메인터넌스(maintenance) 작업 공정을 도시한 흐름도와, 작업 상태와 대응한 나노파이버 제조 장치의 상태를 도시한 측면도 이다.

도 16은, 메인터넌스 작업 종료 후, 나노파이버 제조 상태에 이를 때까지의 공정을 도시한 흐름도이다.

도 17은, 본원 발명에 따른 나노파이버 제조 장치의 다른 실시 형태를 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 18은, 나노파이버 제조 장치의 메인터넌스 작업 공정을 도시한 흐름도와, 작업 상태와 대응한 나노파이버 제조 장치의 상태를 도시한 측면도이다.

도 19는, 메인터넌스 작업 종료 후, 나노파이버의 제조 상태에 이를 때까지의 공정을 도시한 흐름도이다.

[부호의 설명]

100 : 부직포 제조 장치 101 : 나노파이버 제조 장치

102 : 격벽 103 : 가스 공급원

104 : 가스 공급량 변경 수단 105 : 배기 장치

106 : 배기 팬 107 : 제조 공간

108 : 제1 도어체 109 : 슬라이드 수단

110 : 분사 수단 111 : 파이프

112 : 분사구멍 113 : 노즐

114 : 배럴 115 : 정류 핀

116 : 팬 117 : 전환 밸브

119 : 수집 수단 120 : 수집 전극

121 : 전극 130 : 절연체

131 : 제1 작업실 132 : 제2 작업실

133 : 제1 가동 격벽 135 : 레일

136 : 구동 장치 137 : 부착부

150 : 전원 151 : 전압 변화 수단

157 : 구동 수단 158 : 이동축

159 : 절연판 160 : 시트

161 : 퇴적부 162 : 공급 롤

163 : 권취(卷取) 롤 167 : 구동 수단

170 : 이동 수단 191 : 가스 조성 센서

192 : 온도 센서 193 : 압력 센서

200 : 원료액/나노파이버 203 : 제3 작업실

206 : 제2 가동 격벽 208 : 제2 도어체

210 : 부직포 300 : 압축 수단

301 : 압축 롤러 302 : 분무구멍

303 : 핀치 롤러 305 : 가압 수단

306 : 구동 수단 307 : 기어

308 : 기어 309 : 샤프트

310 : 베어링 311 : 실린더

312 : 이동축 350 : 과열 수증기

360 : 교류 전원 400 : 기능부

401 : 주제어부 402 : 배기량 제어부

403 : 온도 제어부 404 : 공급량 제어부

411 : 조성 신호 취득부 412 : 온도 신호 취득부

413 : 압력 신호 취득부 420 : 전압 제어부

다음에, 본 발명에 따른 나노파이버 제조 장치, 및 부직포 제조 장치의 실시 형태를 아울러 설명한다.

(실시 형태 1)

도 1은, 본 발명에 따른 부직포 제조 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 부직포 제조 장치(100)는, 나노파이버 제조 장치(101)를 구비하고, 격벽(102)과, 가스 공급원(103)과, 배기 수단으로서의 배기 장치(105)와, 압축 수단(300)을 구비하고 있다. 또한, 제조되어 있는 나노파이버, 또는 그 원료액에는, 명확하게 구별할 수 없으므로 어느 것에나 200의 부호를 붙이고, 제조된 부직포에는 210을 붙이고 있다.

나노파이버(200)는, 폴리불화비닐리덴(FVDF), 폴리불화비닐리덴-코-헥사플루오로프로필렌, 폴리아크릴로니트릴 등의 석유계 고분자 재료, 또 이들의 공중합체 및 혼합물 등으로부터 선택 가능하고, 최종 제조물의 성질이나 성능 등의 원하는 기능에 따라 상기 재료나 그 조합을 임의로 선택하면 된다.

또, 용매로서는 아세톤이나 DMF(N,N-디메틸포름아미드)를 예시할 수 있다.

또한, 상기 나노파이버의 재료 및 용매의 종류는 예시이다. 특히, 용매의 종류는, 후술하는 도입 가스의 종류나 분위기 온도에 따라 다양하게 선택된다.

격벽(102)은, 부직포 제조 장치(100)의 거의 전체를 덮는 통기성이 없는 부재이다. 예를 들면 수지제의 패널을 조립하여 박스형으로 한 것이나, 금속제의 틀체에 유연성이 있고 통기성이 거의 없는 시트를 설치한 것을 거시할 수 있다. 또한, 부직포 제조 장치(100)가 놓여지는 마루를 격벽(102)으로서 이용해도 된다.

또, 격벽(102)에 의해 닫혀진 내부 공간은, 나노파이버가 제조되는 제조 공간(107)을 포함하고, 상기 내부 공간과 격벽(102)으로 둘러싸인 제조 공간 이외의 외부 공간은, 기밀 상태로 격절(隔絶)되어 있는 것은 아니다.

가스 공급원(103)은, 격벽(102)으로 둘러싸인 내부 공간에 가스를 공급하는 장치이다. 가스 공급원(103)이 공급하는 가스로서는, 공기로부터 산소를 수지막(중공사막)에 의해 어느 정도 제거한 저산소 농도 가스나, 과열 수증기를 거시할 수 있다. 여기에서, 저산소 농도란, 통상의 지표 근방의 대기 내에서, 격벽(102)으로 둘러싸이지 않으며, 또, 가스의 공급을 행하지 않고 나노파이버를 제조할 때의 제조 공간(107)에 있어서의 산소 농도보다 낮은 농도를 의미한다. 또한, 본 기재는 산소의 함유가 거의 없는 고순도의 가스 등의 사용을 제외하는 것이 아니라, 액체나 기체 등의 상태로 봄베에 봉인된 고순도의 질소나 드라이아이스로부터 공급되는 이산화탄소 등도 이용 가능하다.

이하 본 실시 형태에서는, 안전 가스로서 과열 수증기를 채용한 경우로서 설명한다.

배기 장치(105)는, 격벽(102)의 내부 공간에 존재하는 분위기를 배기할 수 있는 장치이다. 본 실시 형태의 경우, 배기되는 분위기 중에 포함되는 용제 등을 회수할 수 있는 회수 장치가 배기 장치(105)에 부착되어 있다.

상기 가스 공급원(103)의 가스 공급량과 배기 장치(105)의 가스 배기량의 밸런스에 의해 격벽(102)의 내부 공간을 양압(陽壓)으로 유지하는 것이 가능해지고 있다. 또한, 양압이란 격벽의 외부 공간의 압력보다 내부 공간의 압력이 높은 상태를 의미한다.

나노파이버 제조 장치(101)는, 분사 수단(110)과, 수집 전극(120)을 구비하고 있다.

분사 수단(110)은, 나노파이버를 제조하기 위한 원료액을 분사(유출)하는 장치이고, 원료액을 대전시키기 위해 전원(150)에 접속되어 소정의 전위로 유지되는 것으로 되어 있다. 또, 원료액을 저장하는 탱크(도시 생략)와 접속되는 파이프(111)가 분사 수단(110)에 접속되어 있고, 소정의 압력으로 원료액이 공급되도록 되어 있다.

따라서, 전원(150)과 분사 수단(110)과 수집 전극(120)이 원료액을 대전시키는 대전 수단으로서 기능하고 있다.

도 2는 분사 수단의 구체예를 나타낸 도면이다.

상기 도 (a)에 나타낸 분사 수단(110)은, 선단에 분사구멍(112)을 구비한 노즐(113)을 복수개 구비하고, 각 노즐(113)에는 전원(150)이 접속되어 있다. 또, 각 노즐(113)에는 파이프(111)가 각각 접속되어 있고, 원료액을 저장하는 탱크로부 터 소정의 압력으로 원료액이 공급되는 것으로 되어 있다.

상기 도 (a)에 나타낸 분사 수단(110)은, 공급되는 압력에 의해 분사구멍(112)으로부터 원료액(200)을 분사하는 것이고, 노즐(113)에 접속되는 전원(150)에 의해, 분사하는 원료액(200)이 대전되도록 되어 있다.

상기 도 (b)에 나타낸 분사 수단(110)은, 둘레벽에 다수개의 분사구멍(112)이 설치된 원통형의 배럴(114)을 구비하고 있다. 배럴(114)은, 회전 가능함과 더불어, 전원(150)에 의해 소정의 전위로 유지되는 것이다. 또, 회전축 상에 설치된 샤프트의 한쪽에는 파이프(111)가 접속되고, 배럴(114) 내부에 원료액(200)이 공급되는 것으로 되어 있다.

상기 도 (b)에 나타낸 분사 수단(110)은, 원심력에 의해 분사구멍(112)으로부터 원료액(200)을 분사하는 것이고, 배럴(114)에 접속되는 전원(150)에 의해, 분사하는 원료액(200)이 대전되도록 되어 있다.

도 1에 있어서, 시트(160)는, 수집 수단으로서 기능하는 부재이고, 제조 공간 중에서 생성된 나노파이버(200)가 퇴적되는 대상이 되는 부재이다. 시트(160)는, 퇴적된 나노파이버(200)와 용이하게 분리 가능한 재질로 구성된 얇고 유연성이 있는 장척의 시트이다.

당해 시트(160)는, 롤형상으로 감겨진 상태로 공급되고, 나노파이버(200)가 퇴적되는 부분을 천천히 이동 수단(170)에 의해 도면 중 화살표 방향으로 이동하는 것으로 되어 있다. 그리고, 시트(160) 상에서 제조된 부직포(210)와 함께 다시 롤형상으로 감겨지도록 되어 있다. 시트(160)가 감겨진 공급용의 롤(도시 생략)과 부직포(210)와 함께 권취된 롤(도시 생략)은, 격벽(102) 내부 공간에 수용되는 것으로 되어 있다.

이동 수단(170)은, 시트(160)를 소정의 장력을 유지하면서 한쪽 방향으로 보낼 수 있는 장치이고, 모터(도시 생략) 등의 구동에 의해 도면에 도시되는 롤러를 회전시켜 시트(160)를 이동시키는 것이다.

수집 전극(120)은, 분사 수단(110)과 소정의 전위차가 생기도록 전원(150)에 의해 전위가 부여되는 금속제의 전극이다. 이 수집 전극(120)은, 시트(160)에 대해 분사 수단(110)의 반대측에, 분사 수단(110)과 대향하여 배치되어 있다. 또, 수집 전극(120)은, 분사 수단(110)으로부터 분사되어 생성된 대전 상태의 나노파이버(200)를 전기적으로 흡인하여, 시트(160) 상에 나노파이버(200)를 퇴적시키는 기능을 담당하고 있다.

또한, 수집 전극(120)에 대해서는, 퇴적되는 나노파이버의 밀도 분포를 균일하게 하기 위한 복수의 양태가 존재한다. 이하 수집 전극(120)의 각 양태를 설명한다.

(수집 전극 <1>)

도 3은, 수집 전극 <1>을 개념적으로 도시한 사시도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 수집 전극(120)은, 복수의 전극(121)과, 복수의 전극(121) 각각에 전위를 부여하는 전원(150)과, 전극(121)에 인가하는 전압을 주기적으로 변화시킬 수 있는 전압 변화 수단(151)과, 절연체(130)를 구비하고 있다.

전극(121)은, 시트(160)의 이동 방향(도면 중 화살표)으로 연장되어, 나노파이버(200)가 퇴적되는 부분 즉 퇴적부(161)에 걸쳐 배치되는 금속제의 부재이다. 본 수집 전극 <1>의 경우, 전극(121)은, 시트(160)의 이동 방향에 대해 수직으로 6개의 전극(121)이 배치되어 있고, 전극의 사이에는 절연체(130)가 설치되어 있다. 또한, 전극(121)의 각각을 구별하여 나타내는 경우에는 부호에 a∼f를 붙여 설명한다.

전원(150)은, 최대 -50kv∼-100kv의 전위를 부여할 수 있는 장치이다. 본 수집 전극 <1>의 경우, 전극(121a)∼전극(121f)에 대해, 각각 전원(150a)∼전원(150f)이 접속되고, 각 전극(121)에 독립적으로 전위가 부여되도록 되어 있다.

전압 변화 수단(151)은, 전극(121)에 부여하는 전위를 10kv∼100kv 정도의 전압의 폭에서 변화시킬 수 있는 장치이다.

이상의 구성의 수집 전극(120)이면, 전압 변화 수단(151)으로 각 전극(121)의 전위를 변화시킴으로써, 시트(160) 상에 발생하는 전기장의 분포를 임의로 변화시킬 수 있다. 따라서, 대전된 나노파이버(200)의 수집이 집중되는 위치를 상기 전기장의 분포를 따라 이동시킬 수 있고, 퇴적되는 나노파이버(200)의 두께의 균일화를 도모하는 것이 가능해진다.

(수집 전극 <2>)

다음에, 다른 수집 전극(120)에 대해 설명한다.

도 4는, 다른 수집 전극 <2>를 개념적으로 도시한 측면도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 수집 전극(120)은, 복수의 전극(121)과, 복 수의 전극(121) 각각에 전위를 부여하는 전원(150)과, 전극(121)을 구동하는 구동 수단(157)과, 절연판(159)을 구비하고 있다.

전극(121), 전원(150)에 대해서는 수집 전극 <1>과 동일하므로 설명을 생략한다.

구동 수단(157)은, 각 전극(121)을 독립하여 직선적으로 왕복 동작시킬 수 있는 것이고, 공압(空壓)에 의해 직선적으로 출몰하는 이동축(158)을 구비하고 있다. 또한, 구동 수단(157)은, 리니어 액추에이터이면 되고, 공압이나 유압을 이용하는 것, 볼 나사를 이용하는 것, 리니어 모터를 이용하는 것 등, 그 구동 방법은 불문한다. 또, 구동 수단(157)은, 전극(121)과 분사 수단(110)을 연결하는 선을 따라 전극(121)을 이동시키는 것으로 되어 있다.

절연판(159)은, 전극(121)의 이동 시에 있어서의 흔들림을 규제함과 더불어, 전극(121) 상호의 접촉이나 근접을 저해하여 비정상적인 방전 등을 방지하는 기능을 담당하는 것이다.

이상과 같은 수집 전극(120)이면, 전원(150)으로부터 출력되는 전압은 일정하면 된다. 또, 각 전극(121)의 이동을 제어함으로써, 시트(160)의 이동 방향과 수직인 방향으로 분할된 시트(160)의 퇴적부(161)의 영역마다 아날로그적 경시적으로 변화하는 전기장을 형성하는 것이 가능해진다.

(수집 전극 <3>)

다음에, 그 밖의 수집 전극(120)에 대해 설명한다.

도 5는, 다른 수집 전극 <3>을 개념적으로 도시한 사시도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 수집 전극(120)은, 전극(121)과, 전극(121)에 전위를 부여하는 전원(150)과, 전극(121)을 구동하는 구동 수단(167)을 구비하고 있다.

전원(150)에 대해서는 수집 전극 <1>과 동일하므로 설명을 생략한다.

구동 수단(167)은, 전극(121)을 레일을 따라 직선적으로 왕복 동작시킬 수 있는 것이다. 또한, 구동 수단(157)은, 상기와 동일하게 리니어 액추에이터이면 되고, 공압이나 유압을 이용하는 것, 볼 나사를 이용하는 것, 리니어 모터를 이용하는 것 등, 그 구동 방법은 불문한다. 또, 구동 수단(167)은, 시트(160)의 폭 방향, 즉, 시트(160)의 이동 방향과 수직인 선을 따라 전극(121)을 이동시키는 것으로 되어 있다.

이상과 같은 수집 전극(120)이면, 전원(150)으로부터 출력되는 전압은 일정하면 된다. 또, 전극(121)의 이동을 제어함으로써, 시트(160)의 퇴적부(161)에 시트(160)의 이동 방향과 수직인 방향으로 변화하는 전기장을 형성하는 것이 가능해진다.

본 실시 형태와 같이 수집 전극(120)에 의해 전기장을 변화시킨 경우, 각 전극(121)의 슬라이딩 부분 등에서부터 방전할 가능성이 높아지므로, 특히 제조 공간(107)의 방폭 대책이 필요해진다. 따라서, 제조 공간(107)을 저산소 상태로 하는 것은 바람직한 양태라고 할 수 있다.

도 6은, 압축 수단을 도시한 사시도이다.

도 7은, 압축 수단을 도시한 단면도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 압축 수단(300)은, 퇴적된 나노파이버(200)로 이루어지는 부직포(210)를 압축하는 것이다. 또, 압축 수단(300)은 가스 공급원(103)으로부터 공급되는 과열 수증기(350)를 상기 부직포(210)(나노파이버(200))에 내뿜으면서, 격벽(102)의 내부 공간에 과열 수증기(350)를 공급할 수 있는 장치이다. 압축 수단(300)은, 압축 롤러(301)와, 핀치 롤러(303)와, 가압 수단(305)과, 구동 수단(306)과, 기어(307, 308)와, 샤프트(309)를 구비하고 있다.

압축 롤러(301)는, 시트(160)와 함께 이동하는 부직포(210)를 연속적으로 가압하는 원통형의 통체이고, 통체의 둘레벽에는 방사형상으로 분무구멍(302)이 형성되어 있다.

샤프트(309)는, 압축 롤러(301)의 회전축과 동일 축 상에 압축 롤러(301)를 관통하여 배치되는 일단이 폐색된 통형상의 부재이다. 샤프트(309)의 둘레벽에는, 압축 롤러(301)와 동일하게 과열 수증기(350)를 방출하기 위한 구멍이 다수 방사형상으로 형성되어 있다.

샤프트(309)와 압축 롤러(301)는, 샤프트(309)를 고정한 상태로 압축 롤러(301)를 회전 가능하게 축 지지하기 위해, 압축 롤러(301)의 양단부에 부착되는 베어링(310)을 통해 접속되어 있다.

핀치 롤러(303)는, 압축 롤러(301)와 협동(協動)하여, 부직포(210) 및 시트(160)를 끼워 유지하는 롤러이고, 시트(160)의 이동에 수반하여 회전 가능하게 축 지지되어 있다.

여기에서 가스 공급원(103)은, 샤프트(309)의 개구단과 플렉시블한 파이프로 접속되어 있으며, 가스 공급원(103)에서 발생한 과열 수증기를, 샤프트(309)에 도입하고, 샤프트(309)에 형성된 구멍을 통해, 직경이 큰 압축 롤러(301)에 과열 수증기를 도입하는 구성으로 되어 있다.

이에 의해, 회전하지 않는 샤프트(309)에 용이하게 파이프를 접속하여, 과열 수증기를 압축 롤러(301)에 도입할 수 있다. 또한, 일단(一端) 샤프트(309)를 통해 압축 롤러(301)에 과열 수증기를 도입함으로써, 압축 롤러(301)로부터 균등하게 부직포(210) 및 격벽(102)의 내부 공간에 과열 수증기를 방출하는 것이 가능해진다.

가압 수단(305)은, 에어의 압력에 의해 압축 롤러(301)를 핀치 롤러(303)로 향해 가압하는 장치이고, 실린더(311)와 이동축(312)을 구비하고 있다. 이동축(312)은, 샤프트(309)의 양단부와 접속되어 있고, 에어의 압력에 의해 이동축(312)을 실린더(311)로부터 돌출시킴으로써 샤프트(309)를 통해 압축 롤러(301)를 회전 가능하게 가압하고 있다.

따라서, 압축 롤러(301)와 핀치 롤러(303) 사이에 끼워지는 부직포(210)는, 가압 수단(305)의 에어의 압력에 의한 힘에 의해 압축되게 된다.

구동 수단(306)은, 압축 롤러(301)를 강제적으로 회전시키는 장치이고, 스테핑 모터와, 기어(308)를 구비하고 있다. 기어(308)는, 압축 롤러(301)의 단면 바깥쪽을 향해 부착되어 있는 기어(307)와 맞물려 있다. 따라서, 구동 수단(306)은, 스테핑 모터의 구동을 제어함으로써 압축 롤러(301)의 회전을 정확하게 제어할 수 있는 것으로 되어 있다.

구동 수단(306)을 제어하여, 압축 롤러(301)의 회전과 부직포(210)(시트(160))의 이동을 동기시킴으로써, 부직포(210)가 꼬이지 않고 부직포(210)를 압축하는 것이 가능해진다.

또, 압축 롤러(301)에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 교류 전원(360)에 의해 교류 전압을 인가할 수 있는 것으로 되어 있다. 이것은, 대전된 부직포(210)와 직접 접촉하는 압축 롤러(301)에 교류 전압을 인가함으로써, 부직포(210)를 제전할 수 있어, 압축 롤러(301)에 부직포(210)가 부착되는 것을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 과열 수증기(350)에 의해 부직포(210)가 제전되는 경우, 제전을 위한 교류 전원(360)이 불필요해지는 경우도 있다. 상기 과열 수증기(350)는, 이것에 한정되는 것이 아니라, 압축 롤러(301)의 분무구멍(302)으로부터 소정 온도의 열풍이 불도록 하면 된다.

도 9는, 부직포 제조 장치(100)의 기능 구성을 기구부와 함께 도시한 블록도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 부직포 제조 장치(100)는, 상기 구성 외에, 가스 조성 측정 수단으로서의 가스 조성 센서(191)와, 온도 측정 수단으로서의 온도 센서(192)와, 압력 측정 수단으로서의 압력 센서(193)를 격벽(102)의 내부 공간에 구비하고 있다. 또, 부직포 제조 장치(100)는, 가스 공급량 변경 수단(104)과, 배기 팬(106)을 구비하고 있다.

가스 조성 센서(191)는, 격벽(102)의 내부 제조 공간에 존재하는 분위기로부터 적어도 특정한 가스를 검출하여 그 농도에 대응한 신호를 제공할 수 있는 장치 이다. 가스 조성 센서(191)로서는, 예를 들면 산소를 검출하여 농도를 측정할 수 있는 센서나, 질소를 검출하여 농도를 측정할 수 있는 센서 등을 이용할 수 있다. 또, 분위기가 갖는 가스의 종류를 구별하여 검출하고, 그들의 비율을 측정할 수 있는 것이어도 된다.

온도 센서(192)는, 격벽(102)의 내부 제조 공간의 온도를 측정하여, 온도에 대응한 신호를 제공할 수 있는 센서이다. 예를 들면, 열전대나 적외 온도계 등을 들 수 있다. 또한, 적외 온도계라면, 격벽(102)의 외부 공간에서도 내부 공간의 온도를 측정하는 것이 가능하다.

압력 센서(193)는, 격벽(102)의 내부 공간의 압력에 대응한 신호를 제공할 수 있는 센서이다. 예를 들면, 다이어프램의 미소 변위를 전기 신호로 변환할 수 있는 센서 등을 예시할 수 있다.

가스 공급량 변경 수단(104)은, 가스 공급원(103)으로부터 격벽(102)의 내부 공간으로까지 삽입 통과되어 있는 관의 중간에 배치되고, 밸브에 의해 당해 관 내를 흐르는 가스의 양, 요컨대, 가스의 유량을 조정하여, 가스 공급원(103)으로부터 격벽(102) 내부 공간으로의 가스의 공급량을 변경할 수 있는 것이다. 본 실시 형태에 있어서의 가스 공급량 변경 수단(104)은, 상기 관의 내부를 완전히 닫힘 상태로 할 수 있는 것이다.

배기 팬(106)은, 배기 장치(105)의 내부에 구비되고, 당해 팬을 회전시킴으로써 격벽(102) 내부 공간의 분위기를, 배기 장치(105)로부터 격벽(102)의 내부 공간으로까지 삽입 통과되어 있는 관을 통해 흡인할 수 있는 것으로 되어 있다. 또, 배기 장치(105)는, 배기 팬(106)보다 격벽(102)측에, 배기할지의 여부를 선택할 수 있는 개폐 수단을 구비하고 있다.

또, 상기 도면에 나타낸 바와 같이, 부직포 제조 장치(100)는, 기능부(400)로서 주제어부(401)와, 배기량 제어부(402)와, 온도 제어부(403)와, 공급량 제어부(404)와, 조성 신호 취득부(411)와, 온도 신호 취득부(412)와, 압력 신호 취득부(413)와, 전압 제어부(420)를 구비하고 있다.

조성 신호 취득부(411)는, 가스 조성 센서(191)로부터의 신호를 취득하여, 당해 신호를 디지털 신호로 변환해 주제어부(401)에 송신하는 처리부이다.

온도 신호 취득부(412)는, 온도 센서(192)로부터의 신호를 취득하여, 당해 신호를 디지털 신호로 변환해 주제어부(401)에 송신하는 처리부이다.

압력 신호 취득부(413)는, 압력 센서(193)로부터의 신호를 취득하여, 당해 신호를 디지털 신호로 변환해 주제어부(401)에 송신하는 처리부이다.

주제어부(401)는, 각 센서(191, 192, 193)로부터의 신호를 해석하는 처리부이다. 또, 가스 공급량 변경 수단(104)이나 배기 팬(106)을 공급량 제어부(404)나 배기량 제어부(402)를 통해 피드백 제어하는 처리부이다. 이상으로부터 주제어부(401)에 의해, 격벽(102)의 내부 공간을 소정의 분위기로 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 주제어부(401)는, 온도 제어부(403)를 통해, 가스 공급원(103)에 구비되는 후술의 과열 수증기 발생 장치를 제어하여, 격벽(102)의 내부 공간에 공급되는 과열 수증기(350)의 온도를 제어하는 것이 가능하다. 또, 주제어부(401)는, 전압 제어부(420)를 통해, 분사 수단(110)과, 수집 전극(120)에 전위를 부여하는 전원(150)을 제어하여, 분사 수단(110)과 수집 전극(120)의 사이에 소정의 전압을 발생시키는 것이 가능하다.

배기량 제어부(402)는, 배기 팬(106)과 접속되어, 배기 팬(106)의 팬의 회전수를 제어함으로써, 격벽(102) 내부 공간의 분위기를 흡인하는 양을 제어할 수 있는 처리부이다.

온도 제어부(403)는, 후술의 과열 수증기 발생 장치에 접속되어, 격벽(102) 내부 공간에 공급하는 과열 수증기(350)의 온도를 제어할 수 있는 처리부이다.

공급량 제어부(404)는, 가스 공급량 변경 수단(104)에 접속되어, 가스 공급량 변경 수단(104)이 구비하는 밸브의 개폐 상태를 변화시켜 가스 공급원(103)으로부터 공급되는 가스의 유량을 제어할 수 있는 처리부이다.

전압 제어부(420)는, 전원(150)에 접속되어, 소정의 전압이 발생하도록 전원을 제어할 수 있는 처리부이다.

가스 공급원(103)으로서의 과열 수증기 발생 장치는, 포화 수증기를 상압인 상태에서 100℃ 이상으로 가열할 수 있고, 상압 과열 수증기를 발생시킬 수 있는 장치이다. 본 실시 형태의 경우, 온도 제어부(403)에 의해, 격벽(102) 내부 공간에 공급하는 과열 수증기(350)의 온도를 500도까지 임의로 설정할 수 있는 것으로 이루어져 있다. 또, 포화 수증기를 과열하는 방법은, 전기 히터로 가열하는 것이나, 연료를 연소시켜 가열하는 방법이 있지만, 본 실시 형태에서는, 복수의 금속 파이프를 묶어, 이들의 금속 파이프를 유도 가열로 승온하여, 각 금속 파이프에 포화 수증기를 삽입 통과시킴으로써 과열 수증기를 발생시키는 방법을 채용하고 있 다.

또한 구체적으로는, 금속 파이프를 가열하는 것은 고주파 전원(10KHz 이상 60KHz 이하의 주파수)이다. 또, 포화 수증기는, 보일러로부터 공급된다.

여기에서 가스 공급원(103)으로서 과열 수증기 발생 장치를 이용하면, 과열 수증기(H2O 가스)가 격벽(102) 내부 공간에 공급되게 된다. 이 경우, 공급되는 과열 수증기의 산소 농도는 0.1체적%∼15체적%이고, 통상은 0.3체적%∼5.0체적%의 범위에서 유지된다. 이와 같이, 저산소 농도의 과열 수증기로 충만시킴으로써 격벽(102) 내부 공간을 저산소 분위기로 하는 것이 가능해진다.

또, 과열 수증기는, 대류 전열 효과 외에 방사 전열 효과도 높으므로, 나노파이버 제조용의 원료액(원료액에는, 명확하게 구별할 수 없으므로을 구성하는 용매의 휘발을 보다 촉진할 수 있어, 나노파이버의 제조를 용이하게 할 수 있다. 요컨대, 난휘발성의 용매를 채용한 경우여도, 제조 공간(107) 중에서 과열 수증기(350)로부터 부여되는 열에너지에 의해 난휘발성의 용매가 증발하여, 정전 폭발을 발생시켜 나노파이버를 제조하는 것이 가능해진다. 이것은 요컨대, 선택되는 용매의 종류를 확대시키는 것이 가능한 것을 의미하고, 저비용이나 환경에 배려할 수 있는 용매를 채용하는 것이 가능해진다.

다음에, 부직포 제조 장치(100)의 전체 배치를 설명한다.

도 10은, 부직포 제조 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 부직포 제조 장치(100)는, 격벽(102)으로 둘러싸여 있다. 또, 분사 수단(110)은, 하부에 배치되는 시트(160)를 향해, 원료액 이 분사되는 것으로 되어 있다. 또, 분사 수단(110)과 시트(160)의 거리는, 정전 폭발이 복수회 발생하여, 원하는 직경의 나노파이버가 얻어지는 거리로 설정되어 있다.

또, 시트(160)의 아래쪽에 배치되는 수집 전극(120)은, 분사 수단(110)과 소정의 전위차가 발생하는 것으로 이루어져 있다. 이들의 전위차는, 분사 수단(110)과 수집 전극(120)에 각각 독립적으로 접속되는 전원(150)에 의해 조정된다. 즉, 전원(150) 내에서는, 분사 수단(110)에 공급되는 전원과 수집 전극(120)에 공급되는 전원은, 독립적으로 각각에 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

수집 전극(120)에 대해, 시트(160)의 이동 방향(상기 도면 중 화살표)의 하류측에는, 압축 롤러(301)와 핀치 롤러(303)가 시트(160) 및 부직포(210)를 사이에 끼우도록 배치되어 있다.

또, 시트(160)는, 장척의 시트(160)가 감겨진 시트 공급 롤(162)로부터 공급되고, 압축 상태의 부직포(210)는, 시트(160)와 함께 권취 롤(163)에 감겨진다.

이상의 구성의 부직포 제조 장치(100)에 의한 부직포의 제조 방법을 다음에 설명한다.

우선, 격벽(102)의 내부 공간에 과열 수증기(350)를 공급한다. 한편, 배기 장치(105)에 의해, 격벽(102)의 내부 공간의 분위기를 흡인한다. 이상 과열 수증기(350)를 공급하면서, 분위기가 흡인되어, 격벽(102)의 내부 공간은 소정의 온도, 소정의 압력, 소정의 산소 농도로 평형 상태가 된다. 이들, 산소 농도, 온도, 압력은 가스 조성 센서(191), 온도 센서(192), 압력 센서(193)로 모니터되고, 각각이 소정의 값이 되도록 가스 공급량 변경 수단(104), 배기 팬(106), 가스 공급원(103)(과열 수증기 발생 장치)의 과열 수증기의 발생 온도를 제어한다.

다음에, 분사 수단(110)의 복수의 분사구멍(112)으로부터 원료액을 분사한다. 이에 의해, 격벽(102)의 내부 공간의 분위기가 변화하므로, 재차 가스 공급량 변경 수단(104), 배기 팬(106), 가스 공급원(103)(과열 수증기 발생 장치)의 과열 수증기의 발생 온도를 제어한다.

이상의 분위기 중에서 나노파이버 제조용의 원료액으로부터 용매가 증발하여, 정전 폭발이 반복됨으로써 나노파이버(200)가 제조된다. 그리고, 제조된 나노파이버(200)는, 수집 전극에 흡인되어, 시트(160) 상에 나노파이버를 퇴적해 간다.

나노파이버(200)가 퇴적되는 시트(160)는, 일정한 이동 속도로 이동하고 있다. 또 시트(160)의 이동 속도는, 나노파이버(200)가 퇴적되는 속도와, 희망하는 부직포(210)의 상태(예를 들면 밀도 등)로부터 계산에 의해 구해진다.

이상과 같이 하여 시트(160) 상에 퇴적되어, 형성된 부직포(210)는, 이른바 떠있는 상태이다. 이 상태의 부직포(210)는, 시트(160)와 함께 이동한다.

시트(160)의 이동 방향의 하류에서는, 압축 롤러(301)와 핀치 롤러(303)에 의해 떠있는 상태의 부직포(210)를 압축하면서 압축 롤러(301)로부터 부직포(210)에 대해 내뿜는 과열 수증기에 의해 압축되어 있는 부위를 승온하여, 부직포(210)에 잔존하고 있는 용제를 날려 건조시킨다.

여기에서, 부직포(210)의 두께는, 퇴적 직후의 부직포(210)의 두께와, 가압 수단(305)의 가압력의 설정에 의해 결정된다. 이들의 설정은, 나노파이버(200)를 구성하는 폴리머의 종류, 사용하는 용매 등의 조건에 의거하여 결정된다.

이상과 같이 부직포를 제조하면, 저산소 분위기 중에서 나노파이버가 제조되므로, 나노파이버 제조용의 원료액의 용매에 인화성이 있는 용제를 사용하고 있었다고 해도, 수집 전극(120) 등으로부터의 방전 등에 의한 폭발을 방지하는 것이 가능해진다. 또, 상기 원료액은, 과열 수증기에 의해 승온되므로, 난휘발성의 용제를 채용해도 정전 폭발을 유인하는 것이 가능해진다. 요컨대, 과열 수증기를 이용하면, 방폭을 가능하게 하면서, 채용할 수 있는 용제의 종류의 폭을 확대시키는 것이 가능해진다.

그리고, 폭발의 걱정이 없는 상태로, 원하는 두께, 밀도, 기계적 강도, 단위 체적당의 표면적을 구비한 부직포(210)를 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 실시 형태에서는 압축 롤러(301)를 지지하는 샤프트(309)와 가스 공급원(103)을 접속하여, 압축 롤러(301)의 둘레벽에 설치된 분무구멍(302)으로부터, 격벽(102)의 내부 공간에 과열 수증기(350)를 공급하는 것으로 하고 있지만, 본원 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 격벽(102)의 내부 공간에 직접 가스를 공급하는 것이어도 된다.

또, 저산소 분위기로 하는 것은, 제조 공간(107), 즉, 분사 수단(110)과 수집 전극(120) 사이에 끼워지는 제조 공간이면 된다. 따라서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 격벽(102)은, 제조 공간(107) 근방만을 둘러싸는 것이어도 된다.

또한, 제조 공간(107)을 격벽(102)에 의해 밀폐하여, 가스 공급원(103)으로부터 공급되는 가스량과 배기 장치(105)에 의한 배기량, 및, 나노파이버 제조용 원 료액의 분사량을 밸런스시킴으로써 격벽(102)으로 밀폐된 내부 공간의 분위기를 일정하게 유지하여, 저산소 상태를 유지해도 상관없다.

또한, 배기 장치(105)에 의해 배기되는 가스를 재차 격벽(102) 내부에 도입하는 것으로 해도 된다. 이 경우, 가스 공급원(103)으로부터 공급되는 가스량을 억제할 수 있고, 또, 격벽(102) 내부 공간의 온도를 용이하게 유지할 수 있으므로 바람직하다.

또, 격벽(102) 내부에 시스 히터 등 히터를 구비하여, 격벽(102) 내부 공간의 온도를 일정하게 유지해도 되고, 또, 가스 공급원(103)에 의해 공급되는 가스를 히터에 의해 가열하여 당해 승온된 가스를 격벽(102) 내부 공간에 도입함으로써, 격벽 내부 공간의 온도를 소정의 온도로 하는 것이어도 된다.

또, 상기 실시 형태는, 부직포를 제조하는 경우를 나타내었지만, 본원 발명은 나노파이버를 이용한 방사 기술 등에도 적용 가능하다.

(실시 형태 2)

도 12는, 본 발명에 따른 나노파이버 제조 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 13은, 나노파이버 제조 장치를 모식적으로 도시한 측면도이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 나노파이버 제조 장치(101)는, 분사 수단(110)과, 수집 수단(119)과, 격벽(102)과, 슬라이드 수단(109)과, 가스 공급원(103)과, 배기 장치(105)를 구비하고 있다. 또한, 제조되어 있는 나노파이버, 또는, 그 원료액에는, 명확하게 구별할 수 없으므로 어느 것에나 200의 부호를 붙 이는 것으로 한다.

분사 수단(110)은, 나노파이버를 제조하기 위한 원료액을 분사(유출)하는 장치이고, 전원에 접속되거나 또는 접지되어 소정의 전위로 유지되는 것으로 되어 있다. 또, 분사 수단(110)은, 원료액을 저장하는 탱크(도시 생략)와 파이프로 접속되어 있고, 소정의 압력으로 원료액이 공급되도록 되어 있다.

도 14는, 분사 수단의 구체예를 도시한 도면이다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 분사 수단(110)은, 원료액(200)을 제조 공간에 분사하기 위한 장치이고, 배럴(로터리 실린더 등으로 칭하는 경우도 있다)(114)과, 정류 핀(115)과, 팬(116)과, 부착부(137)를 구비하고 있다. 또한, 상기 도면에서는, 원료액(200)을 나타내는 화살표는 1개밖에 기재되어 있지 않지만, 실제로는 배럴(114)의 둘레벽 전체로부터 다수의 원료액(200)이 분사되어 있다.

배럴(114)은, 둘레벽에 다수개의 분사구멍(112)이 설치되고, 선단이 봉쇄된 도전 재료로 이루어지는 원통형의 실린더이고, 회전 가능함과 더불어, 전원에 의해 소정의 전위가 부여되거나, 또는, 접지 상태가 유지되는 것이다. 또, 배럴(114)의 기단부에 원료액(200) 공급용의 파이프가 접속되어, 배럴(114) 내부에 원료액(200)이 공급되는 것으로 되어 있다.

정류 핀(115)은, 배럴(114)로부터 직경방향 바깥쪽으로 분사된 원료액(200)의 비행 방향을 축방향으로 변경할 수 있도록(상기 도면 중 화살표 참조), 팬(116)으로부터 보내지는 바람의 흐름을 정류하는 핀이고, 배럴(114)의 기단부에 배럴(114)을 둘러싸도록 배치되어 있다.

팬(116)은, 배럴(114)로부터 분사되는 원료액(200)의 비행 방향을 변경하기 위한 바람을 발생시키는 것이다.

부착부(137)는, 슬라이드 수단(109)과 걸어맞춰져 분사 수단(110)을 소정의 위치에 배치하기 위한 부재이다.

도 1, 도 2에 나타낸, 수집 수단(119)은, 정전 폭발에 의해 제조된 나노파이버(200)를 수집하기 위한 장치이고, 수집 전극(120)과, 시트(160)를 구비하고 있다.

수집 전극(120)은, 분사 수단(110)과 소정의 전위차가 생기도록 전원(150)에 의해 전위가 부여되는 금속제의 전극이다. 이 수집 전극(120)은, 시트(160)에 대해 분사 수단(110)의 반대측에, 분사 수단(110)과 대향하여 배치되어 있다. 또, 수집 전극(120)은, 분사 수단(110)으로부터 분사되어 생성된 대전 상태의 나노파이버(200)를 전기적으로 흡인하여, 시트(160) 상에 나노파이버(200)를 퇴적시키는 기능을 담당하고 있다. 본 실시 형태의 경우, 수집 전극(120)은, 직경이 50cm∼수 m의 원통형상으로 되어 있고, 수집 전극(120)의 외주면을 따라 배치되는 시트(160)의 이동과 동기하여 회전할 수 있는 것으로 되어 있다.

시트(160)는, 제조 공간 중에서 제조된 나노파이버(200)가 퇴적되는 대상이 되는 부재이고, 퇴적된 나노파이버(200)와 용이하게 분리 가능한 재질로 구성된 얇고 유연성이 있는 장척의 시트이다. 시트(160)는, 롤형상으로 감겨진 상태로 공급 롤(162)로부터 공급되어, 나노파이버(200)가 퇴적되는 부분을 천천히 이동하는 것으로 되어 있다. 그리고, 부직포와 같은 상태로 시트(160) 상에 퇴적된 나노파이 버(200)와 함께 다시 권취 롤(163)에 롤형상으로 감겨지도록 되어 있다. 시트(160)가 감겨진 공급용의 롤과 나노파이버(200)와 함께 감겨진 롤은, 격벽(102) 외부 공간에 배치되는 것으로 되어 있다.

격벽(102)은, 통기성이 없는 부재이고, 나노파이버 제조 장치(101)의 거의 전체를 덮는 제1 작업실(131)과, 이것에 접속되는 제2 작업실(132)을 형성하는 부재이다. 격벽(102)은, 예를 들면 수지제의 패널을 조립하여 박스형으로 한 것이나, 유연성이 있고 통기성이 거의 없는 시트를 금속제의 틀체에 설치한 것을 거시할 수 있다. 또한, 나노파이버 제조 장치(101)가 놓여지는 마루를 격벽(102)으로서 이용해도 된다. 또, 도 12는, 내부 구조를 나타내기 위해, 제1 작업실(131)의 천장이나 앞쪽측벽부, 제2 작업실(132)의 앞쪽측벽부앞쪽측벽부(102)을 제거하고, 프레임만을 남겨둔 상태로 나타내고 있다.

제1 작업실(131)은, 원료액이 비행 중에 나노파이버로 변화하는 제조 공간(107)을 내부에 구비하는 방이고, 격벽(102)에 둘러싸여 형성되어 실외와 실내를 다른 분위기로 유지할 수 있는 것으로 되어 있다. 따라서, 제1 작업실(131)은, 가스 공급원(103)으로부터 안전 가스가 도입됨으로써, 외부 제조 공간보다 저산소 상태를 유지할 수 있는 방이고, 격벽(102)으로 이루어지는 마루면 및 격벽(102)으로 둘러싸여 형성되는 방이다. 제1 작업실(131)은, 분사 수단(110)과 수집 수단(119)이 내부에 수용되고, 정전 폭발에 의해 나노파이버(200)가 제조되는 제조 공간을 내부에 포함하고 있다.

제2 작업실(132)은, 제1 작업실(131)을 형성하는 격벽(102)의 한 면에 접속 되어 있고, 제1 작업실(131)과 동일하게 격벽(102)에 의해 형성되어 있다. 또, 제2 작업실(132)은, 분사 수단(110)만을 수용할 수 있는 정도의 크기로 형성되어 있고, 제1 작업실(131)에 비해 작은 방으로 되어 있다. 또, 제2 작업실(132)은, 제1 도어체(108)를 구비하고 있고, 제1 도어체(108)를 개방하면, 작업자 등이 제2 작업실(132) 내부에 액세스할 수 있는 것으로 되어 있다. 본 실시 형태의 경우, 제1 도어체(108)는, 제2 작업실(132)의 천장 부분의 격벽(102)과 측벽 부분의 격벽(102)이 일체로 된 도어이고, 제2 작업실(132)을 크게 개방할 수 있는 것으로 되어 있다.

또, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)의 사이에는, 분사 수단(110)의 통과를 가능하게 하는 제1 가동 격벽(133)이 설치되어 있다. 이 제1 가동 격벽(133)은, 제1 작업실(131) 내부측의 격벽(102)을 따라 상하 승강 가능하고, 제1 가동 격벽(133)이 상단에 도달한 상태에서는, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)이 격절된 상태가 된다. 또, 제1 가동 격벽(133)이 하단에 도달했을 때는, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)의 사이에서, 상기 분사 수단(110)이 이동 가능해진다. 또한, 제1 가동 격벽(133)이 하단에 도달한 상태에서는, 제1 작업실(131) 내의 분위기와 제2 작업실(132) 내의 분위기는 자유롭게 유통 가능하지만, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)의 실내는, 실외와 격절 상태가 유지된다.

슬라이드 수단(109)은, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)의 사이에서 분사 수단(110)을 이동시킬 수 있는 장치이고, 부착부(137)와 걸어맞춰지는 레일(135)과, 분사 수단(110)을 이동시키는 구동 장치(136)를 구비하고 있다.

레일(135)은, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)에 걸쳐 설치되지만, 제1 가동 격벽(133)이 통과하는 부분은 분단되어 있다.

가스 공급원(103)은, 제1 작업실(131)이나 제2 작업실(132)에 안전 가스를 공급하는 장치이다. 가스 공급원(103)은, 안전 가스를 제1 작업실(131)에 공급하거나 제2 작업실(132)을 전환 밸브(117)로 전환 가능하다. 또, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)에 동시에 공급하는 것도 가능하다. 또한, 가스 공급원(103)은, 안전 가스를 공급할 뿐만 아니라, 공기를 압송하는 것도 가능하다.

가스 공급원(103)이 공급하는 안전 가스로서는, 공기로부터 산소를 수지막(중공사막)에 의해 어느 정도 제거한 저산소 농도 가스나, 과열 수증기를 거시할 수 있다.

여기에서, 저산소 농도란, 공기의 산소 농도보다 낮은 농도를 의미한다. 보다 구체적으로는 증발한 용제가 폭발하는 일이 없는 임계 산소 농도 이하이다. 또한, 본 기재는 산소의 함유가 거의 없는 고순도의 가스 등의 사용을 제외하는 것이 아니며, 액체나 기체 등의 상태로 봄베에 봉인된 고순도의 질소나 드라이아이스로부터 공급되는 이산화탄소 등도 이용 가능하다.

배기 장치(105)는, 제1 작업실(131)이나 제2 작업실(132) 내에 존재하는 분위기(저산소 농도 가스나 증발한 용제)를 배기할 수 있는 장치이다. 배기 장치(105)는, 제1 작업실(131) 내의 분위기를 배기할지, 제2 작업실(132) 내의 분위기를 배기할지를 선택 가능하고, 또, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)의 실내 분위기를 동시에 배기하는 것도 가능하다. 또, 배기량에 대해서도 제1 작업 실(131)과 제2 작업실(132)에 대해 각각 설정 가능하다. 또, 배기 장치(105)는, 배기되는 분위기 중에 포함되는 용제 등을 회수할 수 있는 회수 장치를 구비하고 있다.

상기 가스 공급원(103)의 가스 공급량과 배기 장치(105)의 가스 배기량의 밸런스에 의해 제1 작업실(131) 내를 양압으로 유지하는 것이 가능해지고 있다. 또한, 양압이란 격벽의 외부 공간의 압력보다 내부 공간의 압력이 높은 상태를 의미한다.

전원(150)은, 접지되어 있는 분사 수단(110)과의 사이에서, 2KV 이상, 200KV 이하의 범위의 전압을 발생시킬 수 있는 장치이다.

나노파이버를 제조하기 위한 원료액으로서는, 에폭시계 수지나, 폴리이미드계 수지, LCP(액정 폴리머) 수지 등에, 유기용매를 용해, 혼합하는 것을 예시할 수 있다.

또한, 다른 용질로서 예시할 수 있는 물질은, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리-m-페닐렌테레프탈레이트, 폴리-p-페닐렌이소프탈레이트, 폴리불화비닐리덴, 폴리불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴-아크릴레이트 공중합체, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴로니트릴-메타크릴레이트 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르카보네이트, 나일론, 아라미드, 폴리카프로락톤, 폴리락트산, 폴리글리콜산, 콜라겐, 폴리히드록시부티르산, 폴리아세트산비닐, 폴리펩티드 등이다. 또, 상기 1종을 이용해도 되고, 또, 복수 종류를 소정의 비율로 혼합하여 이용해도 된다.

또, 원료액에 무기질 고체 재료를 첨가해도 상관없다. 무기질 고체 재료에 의해 얻어지는 나노파이버의 특성을 변화시키는 것이 가능하다. 무기질 고체 재료로서는, 금속, 산화물, 탄화물, 질화물, 붕소화물, 규화물, 불화물, 황화물 등을 예시할 수 있다. 또한, 무기질 고체 재료의 구체예로서는, 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 등을 거시할 수 있다. 또, 상기 1종을 이용해도 되고, 또, 복수 종류를 소정의 비율로 혼합하여 이용해도 된다.

원료액에 사용할 수 있는 용매로서는, 원료액이 제조 공간을 비행 중에 증발(휘발)되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 아세토니트릴, 톨루엔, 디클로로메탄, 메탄올, 에탄올 등의 알코올, 아세톤 등을 예시할 수 있다. 또한, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 헥사플루오로이소프로판올, 테트라에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 디벤질알코올, 1,3-디옥솔란, 1,4-디옥산, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸-n-헥실케톤, 메틸-n-프로필케톤, 디이소프로필케톤, 디이소부틸케톤, 아세톤, 헥사플루오로아세톤, 페놀, 포름산, 포름산메틸, 포름산에틸, 포름산프로필, 안식향산메틸, 안식향산에틸, 안식향산프로필, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프탈산디메틸, 프탈산디에틸, 프탈산디프로필, 염화메틸, 염화에틸, 염화메틸렌, 클로로포름, o-클로로톨루엔, p-클로로톨루엔, 클로로포름, 사염화탄소, 1,1-디클로로에탄, 1,2-디클로로에탄, 트리클로로에탄, 디클로로프로판, 디브로모에탄, 디브로모프로판, 브롬화메틸, 브롬화에틸, 브롬화프로필, 아세트산, 벤젠, 톨루엔, 헥산, 시클로헥산, 시클로헥사논, 시클로펜탄, o-크실렌, p-크실렌, m-크실렌, 아세토니트릴, 테트라히드로푸란, N,N-디메틸포름아미드, 피리딘, 물 등을 에시할 수 있다. 또, 상기 1종을 이용해도 되고, 또, 복수 종류를 소정의 비율로 혼합하여 이용해도 된다.

원료액 중의 용매가 차지하는 비율은, 60% 정도에서 98% 정도가 바람직하고, 사용하는 파이버의 재료, 용매의 종류, 생성하는 파이버의 직경 등에서 결정을 행한다.

다음에, 나노파이버(200)의 제조 방법의 개략을 설명한다.

우선, 제1 작업실(131) 내에 안전 가스를 공급한다. 한편, 배기 장치(105)에 의해, 제1 작업실(131) 내의 분위기를 흡인한다. 이상 불활성 가스가 공급되면서, 분위기가 흡인되어, 제1 작업실(131) 내는, 소정의 압력, 소정의 산소 농도로 평형 상태가 되고, 방폭 상태가 된다.

다음에, 분사 수단(110) 및 수집 수단(119)의 각 부에 소정의 전압을 인가한다.

다음에, 분사 수단(110)으로부터 원료액을 분사한다. 분사된 원료액(200)은, 비행 중에 용매가 증발하여, 정전 폭발이 반복됨으로써 나노파이버(200)가 제조된다. 그리고, 제조된 나노파이버(200)는, 수집 전극(120)에 흡인되어, 공급 롤(162)로부터 공급되는 시트(160) 상에 나노파이버(200)가 퇴적된다. 나노파이 버(200)가 퇴적되는 시트(160)는, 일정한 이동 속도로 이동하고 있고, 이에 따라 원통형의 수집 전극(120)도 회전하고 있다. 이상과 같이 하여 시트(160) 상에 퇴적된 부직포형상의 나노파이버(200)는, 시트(160)와 함께 이동하여, 권취 롤(163)에 감겨진다.

이상과 같이 부직포를 제조하면, 저산소 분위기 중에서 나노파이버가 제조되므로, 나노파이버 제조용 원료액의 용매에 인화성이 있는 용제를 사용하고 있었다고 해도, 수집 전극(120) 등으로부터의 방전 등에 의한 폭발을 방지하는 것이 가능해진다.

다음에, 나노파이버 제조 장치의 메인터넌스(maintenance) 방법을 설명한다.

나노파이버 제조 장치(101) 중에서, 특히 빈번(예를 들면 반일에 1회)하게 메인터넌스가 필요한 장치는, 분사 수단(110)이다. 이것은, 배럴(114)의 분사구멍(112)이 막혀, 원하는 양의 원료액(200)을 분사할 수 없어져서, 나노파이버의 생산 능력이 저하하기 때문이다. 따라서, 배럴(114)을 분사 수단(110)으로부터 떼어내어 교환하는 메인터넌스가 빈번하게 행해진다.

도 15는, 나노파이버 제조 장치의 메인터넌스 작업 공정을 도시한 흐름도와, 작업 상태와 대응한 나노파이버 제조 장치의 상태를 도시한 측면도이다.

우선, 제1 가동 격벽(133)이 열린다(S101). 다음에, 분사 수단(110)을 제2 작업실(132)을 향해 이동시킨다(S104). 분사 수단(110)의 이동은 구동 장치(136)에 의해 실행된다. 분사 수단(110)이 제2 작업실(132)의 소정의 위치로까지 이동되어, 제2 작업실(132)에 분사 수단(110)을 수용한다(S107 : 수용 단계). 다음에, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)의 사이를 제1 가동 격벽(133)으로 닫는다(S110 : 폐색 단계). 이에 의해, 닫힘 상태의 제2 작업실(132)에 분사 수단(110)이 수용됨과 더불어, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)이 격절된다. 다음에, 배기 장치(105)로 제2 작업실(132)의 실내 분위기를 배기하면서, 제2 작업실(132) 내에 공기를 도입하여, 제2 작업실(132)의 실내 분위기를 퍼지한다(S113 : 퍼지 단계). 여기에서, 실내 분위기를 공기로 퍼지하는 것은, 안전 가스로 제2 작업실(132)을 퍼지하면, 메인터넌스를 위해 제2 작업실(132) 내에서 호흡을 한 작업자가, 산소 결핍증이 되는 것을 회피하기 위해서이다.

한편, 제1 작업실(131)은, 실내 분위기의 배기량과 안전 가스의 도입량이 억제된 상태로 유지되어 있다. 이것은, 안전 가스의 소비량을 억제하면서, 제1 작업실(131)을 실외보다 정압(正壓)으로 하여, 공기의 유입을 억제하기 위해서이다.

제2 작업실(132) 내의 분위기가 공기로 충분히 교체되면, 제1 도어체(108)를 열어 제2 작업실을 개방한다(S116 : 개방 단계).

이상에 의해, 제1 작업실(131) 내의 제조 공간(107)의 저산소 상태를 유지한 채로, 분사 수단(110)에 용이하게 액세스할 수 있게 되므로, 용이하게 분사 수단(110)의 메인터넌스를 행할 수 있다. 특히, 제1 도어체(108)가 제2 작업실(132)에 대해 크게 열리므로, 분사 수단(110)을 슬라이드 수단(109)에 부착한 상태로도 분사 수단의 전부에 대해 메인터넌스를 행하는 것이 가능하다. 또, 슬라이드 수단(109)은, 분사 수단(110)을 인출하면 슬라이드 수단(109)과 분사 수단(110)을 떼어놓을 수 있는 분리 기구를 구비하고 있고, 분사 수단(110)을 슬라이드 수단(109) 으로부터 떼어내어, 새로운 분사 수단(110) 등을 부착함으로써, 분사 수단(110)의 교환을 용이하게 행하는 것이 가능해지고 있다.

또, 용적이 작은 제2 작업실(132)만 퍼지하면 되므로, 나노파이버 제조 장치(101) 전체를 퍼지하는 시간에 비해, 현격히 시간의 단축을 도모할 수 있어, 메인터넌스에 소비되는 시간을 삭감하는 것이 가능해진다.

도 16은, 메인터넌스 작업 종료 후, 나노파이버 제조 상태에 이를 때까지의 공정을 도시한 흐름도이다.

우선, 메인터넌스가 완료된 분사 수단(110)을 제2 작업실(132)에 세팅하고, 제1 도어체(108)를 닫는다(S201). 다음에, 제2 작업실(132)의 공기를 안전 가스로 퍼지한다(S204). 이 퍼지 작업에 의해, 공기가 제2 작업실(132)로부터 제1 작업실(131)로 급격하여 유입되어, 제1 작업실(131)의 산소 농도가 폭발 가능 범위에 들어가는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 제1 가동 격벽(133)을 열어(S207), 분사 수단(110)을 제1 작업실(131)을 향해 이동시킨다(S210). 여기에서, 슬라이드 수단(109)은, 분사 수단(110)의 정지 위치를 임의로 설정할 수 있는 것으로 되어 있다. 이에 의해, 나노파이버의 제조 조건에 의거하여 수집 수단(119)과 분사 수단(110) 사이의 거리를 변경하는 것이 가능해지고 있다. 또, 수집 수단(119)과 분사 수단(110) 사이의 거리를 길게 할 필요가 있는 경우는, 제1 가동 격벽(133)을 열림 상태로 하여, 분사 수단(110)의 일부나 전부를 제2 작업실(132) 내에 배치한 상태로 나노파이버의 제조를 행하는 것도 가능하다.

이상의 방법에 의하면, 제1 작업실(131) 내의 저산소 상태를 유지한 채로, 다시 나노파이버의 제조를 개시하는 것이 가능해진다. 또, 이 방법을 채용함으로써, 제2 작업실(132)의 분위기만을 대기로부터 저산소 상태로 하는 것만으로 나노파이버 제조 상태로 이행할 수 있어, 메인터넌스로부터 나노파이버의 제조에 이르는 시간을 현격히 단축하는 것이 가능해진다.

또, 상기 나노파이버 제조 장치를 이용하여, 상기 방법을 채용하면, 증발한 용제를 실외로 내보내지 않고, 용이하게 분사 수단(110)의 메인터넌스가 가능하므로, 인체에 대한 영향이나 환경에 대한 영향을 가급적 낮게 억제하는 것이 가능해진다.

(실시 형태 3)

도 17은, 본원 발명에 따른 나노파이버 제조 장치의 다른 실시 형태를 개략적으로 도시한 측면도이다.

상기 도면에 나타낸 나노파이버 제조 장치(101)는, 상기 실시 형태 1과 공통되는 부분을 구비하고 있고, 공통의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 설명을 생략하는 경우가 있다.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 나노파이버 제조 장치(101)는, 분사 수단(110)과, 수집 수단(119)과, 격벽(102)과, 슬라이드 수단(109)과, 가스 공급원(103)과, 배기 장치(105)를 구비하고 있고, 당해 구성에 대해서는 상기 실시 형태 1과 공통된다.

수집 수단(119)은, 수집 전극(120)과 시트(160)를 구비하고 있고, 공급 롤(162), 권취 롤(163)과 함께 후술의 제3 작업실(203)에 수용되어 있다.

수집 전극(120)은, 한 면에 팽출면을 구비한 금속제의 부재이고, 정지(靜止) 상태로 부착되어 있다.

격벽(102)은, 제1 작업실(131)과, 이것에 접속되는 제2 작업실(132) 및 제3 작업실(203)을 형성하고 있다.

제3 작업실(203)은, 제1 작업실(131)을 형성하는 격벽(102)의 제2 작업실(132)과는 반대측에 접속되어 있고, 제1 작업실(131)과 동일 격벽(102)에 의해 형성되어 있다. 또, 제3 작업실(203)은, 수집 수단(119)을 수용할 수 있는 정도의 크기로 형성되어 있다. 또, 제3 작업실(203)은, 상하 방향으로 슬라이드하여 가동하는 제2 도어체(208)를 구비하고 있고, 제2 도어체(208)를 개방하면, 제3 작업실(203) 내부에 작업자 등이 액세스 할 수 있으며, 수집 수단(119) 전체를 취출할 수 있는 것으로 되어 있다.

또, 제1 작업실(131)과 제3 작업실(203)의 사이에는, 제2 가동 격벽(206)이 설치되어 있다. 이 제2 가동 격벽(206)은, 제1 작업실(131)과 제3 작업실(203)의 경계 부분에 배치되고, 상하 승강 가능하며, 제1 가동 격벽(133)이 하단에 도달한 상태에서는, 제1 작업실(131)과 제3 작업실(203)이 격절된 상태가 된다. 또, 제2 가동 격벽(206)이 상단에 도달했을 때는, 제조된 나노파이버(200)를 수집 수단(119)이 수집하는 것을 저해하는 일은 없다. 또한, 제2 가동 격벽(206)이 상단에 도달한 상태에서는, 제1 작업실(131) 내의 분위기와 제3 작업실(203) 내의 분위기는 자유롭게 유통 가능하지만, 제1 작업실(131)과 제2 작업실(132)과 제3 작업 실(203)로 형성되는 실내는, 실외와 격절 상태가 유지된다.

제1 작업실(131), 제2 작업실(132), 제3 작업실(203)에는 각각 가스 공급원(103)과 배기 장치(105)가 접속되어 있다. 또, 가스 공급원(103)은, 제1 작업실(131), 제2 작업실(132), 제3 작업실(203) 중 어느 실내에 안전 가스를 공급할지를 선택 가능하고, 안전 가스를 공급할지 공기를 공급할지도 선택 가능하다. 배기 장치(105)는, 제1 작업실(131), 제2 작업실(132), 제3 작업실(203) 중 어느 실내의 분위기를 배기할지를 선택 가능하다.

상기 나노파이버 제조 장치(101)에 관해, 수집 수단(119)의 메인터넌스는 다음과 같이 하여 행해진다.

도 18은, 나노파이버 제조 장치의 메인터넌스 작업 공정을 도시한 흐름도와, 작업 상태와 대응한 나노파이버 제조 장치의 상태를 도시한 측면도이다.

우선, 제2 가동 격벽(206)이 닫혀진다(S301). 이에 의해, 제1 작업실(131)과 제3 작업실(203)이 격절된다.

다음에, 배기 장치(105)로 제3 작업실(203)의 실내 분위기를 배기하면서, 제3 작업실(203)에 공기를 도입하여, 제3 작업실(203)의 실내 분위기를 퍼지한다(S304 : 퍼지 단계). 제3 작업실(203) 내의 분위기가 공기로 충분히 교체되면, 제2 도어체(208)를 열어 제3 작업실(203)을 개방한다(S307 : 개방 단계).

이상의 방법에 의하면, 제1 작업실(131) 내의 제조 공간(107)의 저산소 상태를 유지한 채로, 작업자는 수집 수단(119)에 용이하게 액세스 할 수 있게 되므로, 시트(160)의 교환 등, 수집 수단(119)의 메인터넌스를 용이하게 행할 수 있다. 또, 제2 도어체(208)를 여는 것에 의해 제3 작업실(203)을 크게 개방할 수 있으므로, 수집 수단(119)을 용이하게 제3 작업실(203)로부터 취출하는 것도 가능하다.

또, 본 실시 형태에 의하면, 제1 작업실(131)을 저산소 상태로 유지한 채로, 분사 수단(110)도 메인터넌스할 수 있으므로, 분사 수단(110)과 수집 수단(119)에 대해 동시에 메인터넌스를 행하면 더욱 메인터넌스에 요하는 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

도 19는, 메인터넌스 작업 종료 후, 나노파이버의 제조 상태에 이를 때까지의 공정을 도시한 흐름도이다.

수집 수단(119)의 메인터넌스가 완료되면, 제2 도어체(208)을 닫는다(S401). 다음에, 제3 작업실(203)의 공기를 안전 가스로 퍼지한다(S404). 이 퍼지 작업에 의해, 공기가 제3 작업실(203)로부터 제1 작업실(131)로 급격하게 유입되어, 제1 작업실(131)의 산소 농도가 폭발 가능 범위에 들어가는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 제2 가동 격벽(206)을 연다(S407). 이에 의해, 나노파이버의 제조 상태가 된다.

이상의 방법에 의하면, 제1 작업실(131) 내의 저산소 상태를 유지한 채로, 다시 나노파이버의 제조를 개시하는 것이 가능해져, 메인터넌스로부터 나노파이버의 제조에 이르는 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 실시 형태에서 설명한 분사 수단(110)은 일례이고, 분사 수단(110)의 형상, 구조는 다른 것이어도 상관없다. 예를 들면, 1개의 노즐로부터 원료액이 분사되는 분사 수단(110)이나, 원료액을 분사하는 노즐을 복수개 배열한 분사 수단이어도 상관없다. 또, 노즐을 2유체 노즐로 하여, 한쪽의 노즐로부터 안전 가스를 불어내는 것으로 해도 상관없다.

또, 수집 수단(119)의 형상도, 특별히 한정되는 것이 아니라, 벨트를 무단(無端)형상으로 회전시켜, 퇴적된 나노파이버를 긁어내는 것이어도, 수집 전극(120)이 되는 도전체의 플레이트에 직접 나노파이버를 퇴적시켜, 당해 플레이트를 순차적으로 교환해 가는 것이어도 상관없다.

또, 나노파이버 제조 장치(101)의 전위 관계도 임의이고, 수집 전극(120)에 직접 전위를 부여할 뿐만 아니라, 수집 전극(120)의 근방에 보조 전극을 배치하고, 수집 전극(120)은 접지 상태로 하여, 상기 보조 전극에 전위를 부여함으로써 수집 전극(120)에 유도 전하를 발생시키는 것 등, 전원과의 접속 관계나, 접지 상태, 보조 전극 등의 모든 양태가 나노파이버 제조 장치(101)에 포함되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 수집 전극에 음의 고전압을 인가하여, 분사 수단측을 접지하고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 수집 전극을 접지하여, 분사 수단측에 고전압을 인가해도 된다. 요컨대, 상기 분사 수단의 분사구멍으로부터 유출되는 원료액에 전하가 대전되는 전압의 인가를 구성하면 된다. 또, 다른 방법으로서는, 분사 수단에 밴더그래프 기전기와 같은 전하 발생 수단을 접속하여, 상기 분사구멍으로부터 유출되는 원료액이 대전되도록 구성해도 된다.

본 발명은, 나노파이버 제조 장치나, 제조된 나노파이버를 이용하여 방사하는 장치, 제조된 나노파이버를 이용하여 부직포를 제조하는 장치 등에 이용 가능하 다.

Claims (13)

1. 나노파이버의 원료가 되는 원료액이 정전 폭발함으로써 나노파이버가 제조되는 제조 공간 중에 원료액을 분사하는 분사 수단과, 상기 원료액을 대전시키는 대전 수단을 구비하는 나노파이버 제조 장치로서,

   상기 원료액이 분사되는 제조 공간을 저산소 분위기로 하는 안전 가스를 공급하는 가스 공급원과,

   외부 공간의 분위기보다 제조 공간을 저산소 분위기로 유지하기 위한 격벽을 구비하는 나노파이버 제조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 가스 공급원이 상기 외부 공간보다 질소 농도가 높은 가스를 제조 공간에 공급하는 것인, 나노파이버 제조 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 가스 공급원이 과열 수증기를 제조 공간에 공급하는 것인, 나노파이버 제조 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 가스 공급원으로부터 제조 공간으로의 가스의 공급량을 변경하는 가스 공급량 변경 수단과,

   상기 제조 공간의 가스의 조성을 측정하는 가스 조성 측정 수단과,

   상기 가스 조성 측정 수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 제조 공간의 저산소 분위기를 유지하도록 상기 가스 공급량 변경 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하는 나노파이버 제조 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 가스 공급원으로부터 제조 공간으로의 가스의 공급량을 변경하는 가스 공급량 변경 수단과,

   상기 제조 공간의 압력을 측정하는 압력 측정 수단과,

   상기 압력 측정 수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 제조 공간의 압력을 양압(陽壓)으로 유지하도록 상기 가스 공급량 변경 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하는 나노파이버 제조 장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 가스 공급원으로부터 공급되는 가스의 온도를 변경하는 가스 온도 변경 수단과,

   상기 제조 공간의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과,

   상기 압력 측정 수단으로부터의 신호에 의거하여 상기 제조 공간을 소정 온도로 유지하도록 상기 가스 온도 변경 수단을 제어하는 제어 수단을 더 구비하는 나노파이버 제조 장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 제조 공간의 분위기를 형성하는 가스를 배기하는 배기 수단을 더 구비하는 나노파이버 제조 장치.
8. 청구항 1에 있어서,

   제조된 나노파이버를 수집하는 수집 수단과,

   상기 제조 공간을 실내에 갖고, 안전 가스를 실내에 유지 가능하며, 상기 격벽으로 형성되는 제1 작업실과,

   상기 제1 작업실에 접속되고, 상기 분사 수단 또는 상기 수집 수단의 한쪽을 수용 가능하며, 상기 격벽으로 형성되는 제2 작업실과,

   제1 작업실과 제2 작업실의 사이를 개폐 가능하게 하는 제1 가동 격벽과,

   제2 작업실과 실외의 사이를 개폐 가능하게 하는 제1 도어체를 더 구비하는 나노파이버 제조 장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 제1 작업실에 접속되고, 상기 제2 작업실에 수용되지 않는 다른 쪽을 수용 가능하며, 격벽으로 형성되는 제3 작업실과,

   상기 제1 작업실과 상기 제3 작업실의 사이를 개폐 가능하게 하는 제2 가동 격벽과,

   제3 작업실과 실외의 사이를 개폐 가능하게 하는 제2 도어체를 더 구비하는 나노파이버 제조 장치.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,

    제1 작업실과, 제2 작업실 또는 제3 작업실의 사이에서 상기 분사 수단을 이동 가능하게 하는 슬라이드 수단을 구비하는 나노파이버 제조 장치.
11. 나노파이버의 원료가 되는 원료액이 정전 폭발함으로써 나노파이버가 제조되는 제조 공간 중에 원료액을 분사하는 분사 수단과, 상기 원료액을 대전시키는 대전 수단과, 제조된 나노파이버를 수집하는 수집 수단을 구비하는 부직포 제조 장치로서,

    상기 원료액이 분사되는 제조 공간을 저산소 분위기로 하는 안전 가스를 공급하는 가스 공급원과,

    외부 공간의 분위기보다 제조 공간을 저산소 분위기로 유지하기 위한 격벽과,

    상기 수집 수단 상에 퇴적된 나노파이버를 압축하는 압축 수단을 구비하는 부직포 제조 장치.
12. 나노파이버의 원료가 되는 원료액이 정전 폭발함으로써 나노파이버가 제조되 는 제조 공간 중에 원료액을 분사하고,

    상기 원료액을 대전시키며,

    상기 제조 공간을 저산소 분위기로 하는 안전 가스를 상기 제조 공간에 공급하여,

    상기 저산소 분위기에서 나노파이버를 제조하는 나노파이버 제조 방법.
13. 나노파이버의 원료가 되는 원료액이 정전 폭발함으로써 나노파이버가 제조되는 제조 공간 중에 원료액을 분사하는 분사 수단과, 상기 제조 공간을 비행 중인 원료액을 정전 폭발시켜 제조된 나노파이버를 수집하는 수집 수단을 구비하는 나노파이버 제조 장치로서, 상기 제조 공간을 실내에 갖고, 안전 가스를 실내에 유지 가능하며, 격벽으로 형성되는 제1 작업실과, 상기 제1 작업실에 접속되고, 상기 분사 수단 또는 상기 수집 수단의 한쪽을 수용 가능하며, 상기 격벽으로 형성되는 제2 작업실과, 제1 작업실과 제2 작업실의 사이를 개폐 가능하게 하는 제1 가동 격벽과, 제2 작업실과 실외의 사이를 개폐 가능하게 하는 제1 도어체를 구비하는 나노파이버 제조 장치의 메인터넌스(maintenance) 방법으로서,

    상기 제2 작업실에 상기 분사 수단 또는 상기 수집 수단의 어느 한쪽을 수용하는 수용 단계와,

    제1 작업실과 제2 작업실을 제1 가동 격벽으로 닫힘 상태로 하는 폐색 단계와,

    제2 작업실의 실내 분위기를 퍼지하는 퍼지 단계와,

    제1 도어체를 열어 제2 작업실을 개방하는 개방 단계를 포함하는 나노파이버 제조 장치의 메인터넌스 방법.

Images