CN110295398A - 电纺丝装置以及纤维集合体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电纺丝装置以及纤维集合体的制造方法，将由电纺丝法生成的纤维选择性地堆积在靶上的期望位置。一种电纺丝装置是用于使纤维堆积在具有相互对置的第1面以及第2面的靶的电纺丝装置，具备：喷出部，向靶的第1面喷出纤维的原料液；收集电极，具有基部以及与喷出部对置的顶部；保持部，在喷出部与收集电极之间，以靶的第1面与喷出部对置的方式保持靶；电源，在喷出部与收集电极之间施加电压；移动调整部，使保持部在与靶的第1面平行的方向上移动；距离调整部，调整收集电极的顶部与靶的第2面之间的靶距离；以及控制部，控制移动调整部以及距离调整部，使得在靶的第1面上形成具有给定的堆积状态的纤维集合体。

Description

电纺丝装置以及纤维集合体的制造方法

技术领域

本发明涉及电纺丝装置以及纤维集合体的制造方法。

背景技术

在使用电纺丝装置的电纺丝法中，通常在喷出溶解有纤维的原料的溶液(原料液)的喷嘴与载置靶的收集电极(collector electrode)之间施加电压，使原料液以及靶分别带电为不同的极性。当使原料液从喷嘴向靶喷出时，静电爆发，纤维的原料从原料液分离。分离出的原料被收集电极静电拉伸，作为纤维堆积在靶上。

在专利文献1(日本特开2013-19073号公报)中，为了使纤维均匀地堆积在靶上，使收集电极在靶的面方向上移动。

发明内容

发明要解决的课题

根据电纺丝法，生成纳米级的细纤维(纳米纤维)。随着纳米纤维的用途扩大，要求使纳米纤维局部堆积在靶上的期望区域的技术。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式涉及电纺丝装置，用于使纤维堆积在具有相互对置的第1面以及第2面的靶上，该电纺丝装置具备：

喷出部，向所述靶的所述第1面喷出纤维的原料液；

收集电极，具有基部以及与所述喷出部对置的顶部；

保持部，在所述喷出部与所述收集电极之间，以所述靶的所述第1面与所述喷出部对置的方式保持所述靶；

电源，在所述喷出部与所述收集电极之间施加电压；

移动调整部，使所述保持部在与所述靶的所述第1面平行的方向上移动；

距离调整部，调整所述收集电极的所述顶部与所述靶的所述第2面之间的靶距离；以及

控制部，控制所述移动调整部以及所述距离调整部，使得在所述靶的所述第1面上形成具有给定的堆积状态的纤维集合体。

本发明的另一方式涉及纤维集合体的制造方法，该纤维集合体的制造方法包括：

准备包含纤维的原料的原料液的工序；

准备具有相互对置的第1面以及第2面的靶的工序；

在喷出部与收集电极之间，以所述靶的所述第1面与所述喷出部对置的方式保持所述靶的工序；以及

所述收集电极具有基部以及与所述喷出部对置的顶部，通过下述步骤对纤维进行电纺丝，在所述靶的所述第1面上形成具有给定的堆积状态的纤维集合体的工序，所述步骤包括：

i)在所述喷出部与所述收集电极之间施加电压；

ii)向所述靶的所述第1面喷出纤维的原料液；

iii)使所述靶在与所述第1面平行的方向上移动；以及

iv)调整所述收集电极的所述顶部与所述靶的所述第2面之间的靶距离。

发明效果

根据本发明，能够将通过电纺丝法生成的纤维选择性地堆积在靶上的期望位置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的电纺丝装置的概略结构的侧视图。

图2是表示本发明的实施方式所涉及的电纺丝装置的框图。

图3是表示图1所示的电纺丝装置的立体图。

图4是表示图1所示的电纺丝装置的收集电极的顶部的俯视图。

图5A是表示图4的收集电极的一部分的侧视图。

图5B是表示本发明的另一实施方式的收集电极的一部分的立体图。

图5C是表示本发明的又一实施方式的收集电极的一部分的立体图。

图5D是表示本发明的又一实施方式的收集电极的一部分的立体图。

图5E是表示本发明的又一实施方式的收集电极的一部分的立体图。

图5F是表示本发明的又一实施方式的收集电极的一部分的立体图。

图5G是表示本发明的又一实施方式的收集电极的一部分的立体图。

图6是表示本发明的实施方式所涉及的喷出部的具体例的剖视图。

图7是通过本发明的电纺丝装置以及制造方法得到的纤维集合体的照片。

符号说明

10：电纺丝装置，

1：喷出部，

1A：第1流路，

1a：第1喷出口，

1B：第2流路，

1b：第2喷出口，

2、2A～2G：收集电极，

2B、2Ba～2Bg：基部，

2T、2Ta～2Tg：顶部，

21Tf、21Tg：圆锥，

22Tf：棱柱，

23Tg：环，

3：保持部，

20：靶，

20X：第1面，

20a：堆积区域，

20b：非堆积区域，

20Y：第2面，

30：原料液。

具体实施方式

在电纺丝时，若原料液从喷嘴(以下称为喷出部)喷出，则静电爆发，生成以喷嘴前端为中心的呈半球状扩展的细纤维。因此，难以使纤维堆积在靶上的特定区域。此外，在靶为非导电性的情况下，伴随着电纺丝的进行，靶自身以与原料液相同的极性带电。由此，存在电纺丝空间中的电场变形，新喷出的纤维在不希望的区域堆积的情况。因此，难以控制靶的纤维堆积的位置。

在本实施方式中，使用具备柱状部分以及在其前端配置的顶部的收集电极。在电纺丝空间中生成的纤维被收集电极的顶部的靠近靶(也称为“基材”)的部分吸引。因此，纤维堆积在靶上的限定的或者选择性的区域。通过使靶沿着与该面平行的面平移移动或者运动，纤维以与顶部的相对移动轨迹对应的方式堆积在靶上。在本实施方式中，进一步使顶部与靶的距离变化来控制纤维的堆积状态。纤维的堆积状态例如是纤维的堆积量以及堆积区域。由此，能够在靶上形成由纤维集合体构成的期望的堆积图案。

以下，参照附图，对本实施方式所涉及的电纺丝装置进行说明。图1是表示电纺丝装置的结构例的侧视图。图2是本发明的实施方式所涉及的电纺丝装置的框图。图3是图1所示的电纺丝装置的立体图。图4是表示收集电极的顶部的俯视图。图5A是表示收集电极的一部分的侧视图，图5B～图5G是表示收集电极的一部分的立体图。在本实施方式的说明中，为了容易理解而适当使用方向的用语(例如“X、Y、Z”)，但这只是用于说明，这些用语并不限定本发明。此外，在图示例中，示出了靶为矩形的情况，但靶的形状并不限定于此。在图3中，为了方便，对堆积的纤维(纤维集合体)附加阴影。

如图1所示，电纺丝装置10具备喷出纤维的原料液的喷出部1(喷嘴)、与喷出部1对置地配置且具备基部2B以及顶部2T的收集电极2、以及保持作为靶的基材20的保持部(保持框架)3。基部2B为柱状。顶部2T配置在基部2B的与喷出部1对置的端部。保持部3在喷出部1与顶部2T之间以使第1面20X朝向喷出部1的方式对靶20进行保持。

此外，如图2所示，电纺丝装置10具备：控制部11；电源部12，分别与控制部11连接，构成为在与收集电极2之间施加电压；平移调整部13，构成为使保持部3沿着与第1面20X平行的面移动；以及距离调整部14，构成为变更或者调整顶部2T与被保持部3保持的靶20的第2面20Y的距离A(图1)，从而控制纤维在第1面20X的堆积状态。收集电极2可以接地(ground)，但优选施加与喷出部1相反的电压。这是为了进一步提高堆积图案的精度。

进而，图2所示的电纺丝装置10具备分别与控制部11连接的人机接口(HMI)15、堆积状态检测部16(也称为第1检测部)以及距离检测部17(也称为第2检测部)。操作员能够使用HMI15设计并输入纤维的堆积状态。堆积状态检测部16对堆积状态进行监视，并反馈至控制部11，距离检测部17构成为对顶部2T与靶20的距离A进行监视，并反馈至控制部11(详细后述)。

从喷出部喷出的原料液被带电为与喷出部不同的极性的收集电极2吸引。在电纺丝装置10中，为了确保用于静电爆发以及静电拉伸的空间(电纺丝空间)，进而，为了使纤维高效地堆积在作为靶的基材20上，通常将靶20配置在收集电极2的附近。靶20与收集电极2的距离会对纤维向靶20的堆积效率产生大的影响。

在本实施方式中，为了使纤维选择性地堆积于靶的有限区域，对于收集电极2设置柱状的基部2B以及顶部2T，并且通过距离调整部14调整该顶部2T与保持于保持部3的靶20的第2面20Y的距离A。

根据距离A，堆积于靶20的第1面20X的纤维的量(每单位面积的质量)和/或区域发生变化。若距离A超过阈值A₀，则纤维不堆积在靶20上，例如，在电纺丝空间内漂浮后，附着于电纺丝装置的周边部件。若距离A为阈值A₀以下时，则纤维被收集电极2的顶部2T的至少一部分吸引，堆积于靶20的有限的区域。进而，在距离A为阈值A₀以下的情况下，随着距离A变小，纤维堆积的区域变小。换句话说，即使在以给定的速度持续喷出原料液的状态下，也能够控制所堆积的纤维的量和/或连续的/不连续的区域。而且，通过使靶20在与该面平行的方向(XY平面方向)上平移移动或者运动，如图3所示，能够使纤维堆积到与顶部2T在靶20上的相对移动轨迹对应的部分。即，移动调整部13(在图3中未图示)通过改变靶20相对于收集电极2的X位置以及Y位置，能够在靶20上形成期望的堆积图案。移动调整部13也可以择一地改变收集电极2以及喷出部1相对于靶20的X位置以及Y位置。

在电纺丝法中，在开始喷出原料液的最初，电纺丝空间的电场不稳定，因此生成的纤维容易变得不均匀。在本实施方式中，由于能够在持续进行原料液的喷出的状态下形成期望的堆积图案，因此可形成高品质的纤维集合体。

阈值A₀是顶部2T与靶20的第2面20Y的距离且是所生成的纤维能够堆积在靶20上的最大的距离。阈值A₀根据喷出部1与顶部2T的距离、施加在喷出部1与收集电极2的电压、靶20的材质、保持部3的材质、收集电极2的电位等而设定。阈值A₀例如为0.5mm～2mm。

距离A是顶部2T与靶20的第2面20Y的最短距离。距离A有超过阈值A₀的情况，也有在阈值A₀以下的情况。距离A也可以是0。换言之，顶部2T与靶20的第2面20Y也可以接触。距离A例如为0mm～3mm。

靶20也可以被顶部2T稍微顶起。靶20的被顶部2T顶起的部分与其他部分在Z方向上的最大距离例如为0mm～2mm。Z方向是靶20的第1面20X的法线方向。

保持部3的形状只要能够无松弛地保持靶20则没有特别限定。特别是，通过保持部3无松弛地保持靶20的第1面20X中的堆积纤维的预定区域(堆积区域20a)即可。在堆积区域20a被不堆积纤维的非堆积区域20b包围的情况下，保持部3优选保持非堆积区域20b以及第2面20Y的与非堆积区域20b对应的区域的至少一部分。在这种情况下，能够进一步减小第2面20Y与顶部2T的距离A，例如，能够使顶部2T与靶20的第2面20Y接触。

在划定了靶20的外周的情况下，如图3所示，保持部3例如可以是保持靶20的周围的框体。从操作性以及收纳性的观点出发，保持部3可以是如图3所示的矩形的环状体，从在电纺丝工序中电场的分布容易变得均匀而容易进行稳定的电纺丝的观点出发，保持部3也可以是圆形的环状体。保持部3也可以是整体不在同一平面上的立体构造。此外，也可以在不与靶20接触的位置具备手柄，也可以具备不与靶20对置的非对置部。

保持部3的材质没有特别限定，考虑在电纺丝工序中使用、对在电纺丝工序中施加的电压的耐性、对原料液中包含的溶剂的耐性、机械强度、带电性等来适当选择即可。特别是，考虑到在电纺丝工序中使用的情况，保持部3优选为绝缘体。

保持部3与靶20例如经由粘合剂而粘接。保持部3即可以在第1面20X保持靶20，也可以在第2面20Y保持靶20，也可以在第1面20X以及第2面20Y的两面保持靶20。

在靶20不具有充分的强度的情况下，也可以在第2面20Y与顶部2T之间配置保护靶20免受外部负荷影响的保护材料。优选保护材料薄，其厚度例如为0.01mm以上且0.2mm以下。如果保护材料的厚度在该范围内，则不会妨碍纤维向期望位置的堆积，能够抑制靶20的损伤。保护材料没有特别限定，可以是与后述的靶相同的形态以及材质。保护材料例如是绝缘性的膜、无纺布等。

收集电极2只要具备基部2B以及顶部2T即可，也可以仅由基部2B以及顶部2T形成。或者，收集电极2电可以具备平板电极(未图示)和配置在平板电极上的基部2B以及顶部2T。基部2B与顶部2T可以为一体物，也可以为分体。

基部2B为柱状。所谓柱状例如是棒状、针型、笔型等。从第1面20X的法线方向观察基部2B的形状没有特别限定，可以是圆形、椭圆形、矩形、其他多边形。基部2B也可以在其内部具有第1面20X的法线方向的旋转轴，从而能够以该旋转轴为中心旋转。

顶部2T配置在与第2面20Y对置的基部2B的端部。从第1面20X的法线方向观察顶部2T的形状(投影图形)没有特别限定，例如可以是图4所示的圆形，也可以是椭圆形、矩形、其他多边形，也可以是不定形。投影图形的面积没有特别是限定，可以根据堆积图案等来设定。投影图形的面积例如可以是第1面20X的面积的1/50～1/200。

顶部2T的整体的形状也没有特别限定，既可以是半球，也可以是锤型、圆柱、棱柱、弧柱或者T字状，也可以是与堆积区域对应的形状，也可以是这些的组合(参照图5A～图5G)。在图5A～5G中，作为一例，示出了基部2B为圆柱的情况。

图5A所示的收集电极2A的顶部2Ta为半球状。半球状的顶部2Ta在不具备锐利的边缘这一点上是优选的。在顶部2T具备边缘的情况下，电场容易集中在该边缘，因此堆积图案的精度容易降低。此外，在顶部2T与靶20的第2面20Y接触的情况下，若顶部2T具备锐利的边缘，则靶20容易损伤，或者靶20的平滑的移动容易受到妨碍。

在图5A中，顶部2Ta的曲率半径与基部2Ba的半径相同，但不限于此。顶部2Ta的曲率半径可以比基部2Ba的半径小，也可以比基部2Ba的半径大。

图5B所示的收集电极2B的顶部2Tb为圆柱状。根据圆柱状的顶部2Tb，能够容易地形成具有比较粗的线的堆积图案。在图5B中，顶部2Tb的直径大于基部2Bb的直径，但不限定于此。顶部2Tb的直径可以与基部2Ba的直径相同，也可以小于基部2Ba的直径。也可以在圆柱的中心附近设置半球状或圆锥状的突起。代替圆柱，也可以是棱柱。棱柱的最长边可以比基部2Bb的直径长，也可以比基部2Bb的直径短。棱柱的最短边可以比基部2Bb的直径长，也可以比基部2Bb的直径短。

图5C所示的收集电极2C的顶部2Tc为圆锥状。根据圆锥状的顶部2Tc，能够容易地形成具有细线的堆积图案。在图5C中，顶部2Tc的底面的直径与基部2Bc的直径相同，但不限定于此。顶部2Tc的底面的直径可以比基部2Bc的直径小，也可以比基部2Bc的直径大。此外，也可以在顶部2Tc的前端装配球状或者环状的构件。这是为了使靶20能够通过移动调整部13平滑地移动。

图5D所示的收集电极2D的顶部2Td为与堆积区域对应的形状。在图5D中，作为一例，示出了环状的顶部2Td。根据具有与堆积区域对应的形状的顶部2Td，能够容易地形成期望的堆积图案。

图5E所示的收集电极2E的顶部2Te具有电弧部和与基部2Be连接的柱状部，成形为T字状。电弧部包括具有90°的内角的两个圆弧状侧面和设置在这些圆弧状侧面之间的1/4圆状的脊。电弧部的脊与靶20对置，设计成随着接近靶20而逐渐变狭小，因此与靶20的距离以及对置的面积逐渐变化。这样构成的收集电极2E的顶部2Te能够实现具有渐变的堆积图案的简便的制造方法。电弧部的内角并不特别限定于90°，例如，也可以是45°～180°。

图5F所示的收集电极2F的顶部2Tf具有两个圆锥21Tf以及棱柱22Tf。棱柱22Tf是支承两个圆锥21Tf的基座，棱柱22Tf与各圆锥21Tf接合。圆锥21Tf的数量也可以是3个以上。由此，能够容易地形成具有多个细线的堆积图案。

在基部2Bf能够旋转的情况下，两个圆锥21Tf也可以与基部2B呈同心圆状且从旋转轴错开相互不同的距离来配置。由此，能够容易地形成呈同心圆状的多个圆弧的堆积图案。圆锥21Tf也可以不与基部2B的旋转轴重叠地仅配置一个。在这种情况下，也能够容易地形成具有圆弧的堆积图案。

图5G所示的收集电极2G的顶部2Tg具备圆锥21Tg以及包围圆锥21Tg的绝缘性的环23Tg。环23Tg是规定第2面20Y与圆锥21Tg的前端之间的距离的引导件。由此，能够容易地形成均匀的堆积图案。圆锥21Tg以及环23Tg分别固定于基部2Bg。环23Tg也可以被固定为能够沿Z方向滑动。进而，也可以将比环23Tg大的导电性的环与环23Tg配置成同心圆状。在这种情况下，通过使导电性的环接地，改变各自的环的电位，纤维容易聚集于圆锥21Tg，能够更容易地形成期望的堆积图案。

此外，顶部2T也可以具备具有比基部2B的直径充分大的(例如，3倍以上的)直径的抛物面天线型的构件和配置在其中央的圆锥。抛物面天线型的构件设置成其开口与靶20对置。由此，能够在与喷出部1之间形成稳定的电场的同时，控制纤维的堆积区域。代替抛物面天线型的构件，也可以使用具有比基部2B的直径充分大的直径的圆柱。也可以在抛物面天线型的构件或者上述圆柱的中央，代替圆锥而配置半球。

纤维在第1面20X上大致堆积在与上述投影图形对应的区域(以下也称为堆积区域)。在顶部2T是例如曲率半径为5mm的半球状且顶部2T与第2面20Y接触(A＝0)的情况下，堆积区域成为直径约为2.5mm～3mm的圆形。在第2面20Y与顶部2T之间配置有保护材料的情况下，或者，顶部2T与第2面20Y不接触(0＜A≤A₀)的情况下，堆积区域的直径会比3mm稍大。

收集电极整体、基部2B或者顶部2T也可以更换。通过使用具有形状以及面积不同的投影图形的多个顶部2T，能够在靶20上形成各种堆积图案。

在优选的方式中，距离调整部14不是通过使喷出部1上下移动而是通过使收集电极2上下移动来变更距离A。在本实施方式中，由于喷出部1与靶20之间的距离A不变，因此电纺丝空间的电场的变化少，能够稳定地进行纺丝。在这种情况下，距离调整部14具有使收集电极2移动的第1升降机(未图示)，从精密地控制收集电极2的位置的观点出发，使第1升降机与收集电极2绝缘。

距离调整部14为了变更喷出部1与靶20之间的距离A，也可以择一地具有使保持部3上下移动的第2升降机(未图示)。在保持部3为绝缘性的情况下，第2升降机不需要与保持部3绝缘，因此能够简化距离调整部14的结构。

在从喷出部1喷出原料液的期间，特别是在满足纤维堆积于靶20的条件(A＜A₀)的期间，优选连接喷出部1与顶部2T的最靠近第2面20Y的部分的方向(第1方向)保持恒定。例如，距离调整部14优选构成为一边将收集电极2与靶20的距离A调整为恒定，一边维持第1方向。在移动调整部13使喷出部1以及收集电极2相对于靶20一起平移移动的情况下，使两者的X方向以及Y方向上的相互的位置关系不变化地移动。通过使纤维被吸引的方向(第1方向)稳定，能够稳定地进行纺丝，使纤维容易堆积在期望位置。

特别是，在满足A＜A₀的期间，优选不使喷出部1以及收集电极移动，而仅使靶20沿着平行的面(在XY方向上)移动。换言之，移动调整部13优选不改变Z方向的位置而使保持部3沿XY方向移动。在这种情况下，移动调整部13构成为使距离A与第1方向一起维持恒定，从而提高纺丝的稳定性，进一步提高堆积图案的精度。

此外，移动调整部13通过选择或最优化靶20在XY方向上的移动的次数、方向以及速度，来调整纤维堆积的区域的面积和/或形状，进而调整堆积的纤维的量。例如，若移动调整部13使靶20在沿着给定的平移轨迹一点一点地错开的同时移动，则能够形成具有比投影图形的与移动方向垂直的宽度更宽的宽度的图案或渐变的图案。此外，若移动调整部13使靶20沿着相同的平移轨迹反复移动，则能够增加堆积的纤维的每单位面积的质量(图3的Z方向的厚度)。

堆积在靶20上的纤维的量，能够通过使用第1或第2升降机(即距离调整部14)使保持部3或收集电极2升降来变更距离A进行调整。堆积的纤维的量例如也可以通过使用电源部12改变施加在喷出部1与收集电极2之间的电压、来自喷出部1的原料液的喷出量、靶20或保持部3的电位来调整。其中，从电纺丝的稳定性的观点出发，优选改变靶20在XY方向上的平移移动的速度或收集电极2与靶之间的距离A来使堆积的纤维的量变化。

第1方向没有特别限定。若考虑纺丝的稳定性以及堆积图案的精度，则第1方向与第1面20X的法线方向(Z方向)所成的锐角优选为20度以下。在本申请中，例如，在第1方向的变化为目标方向的10度以下时，认为第1方向恒定，例如，在距离A的变化为目标距离的1/10以下时，认为距离A恒定。

电纺丝装置10还可以具备第1堆积状态检测部16(第1检测部)，用于检测堆积在第1面20X上的纤维的堆积区域以及堆积量等堆积状态。即，与堆积区域以及堆积量有关的数据由第1检测部16得到，反馈到控制部11，控制部11决定或最佳化来自喷出部1的原料液的喷出量、保持部3以及收集电极2的平移移动以及上下移动等参数。或者，也可以构成为将纤维的期望的堆积图案以及堆积量预先经由HMI15输入到控制部11，控制部11控制移动调整部13以及距离调整部14，使得期望的堆积图案以及堆积量的纤维堆积在靶20上。

若向靶20的纤维的堆积进展，则在靶20蓄积与纤维(原料液)相同的电荷，靶20的电位接近喷出部1(原料液)的电位。因此，靶20容易被具有与原料液相反的极性的顶部2T吸引，存在难以控制距离A的情况。因此，电纺丝装置10还可以具备检测第2面20Y与顶部2T的距离的距离检测部17(第2检测部)。在这种情况下，也可以将由第2检测部17得到的与距离A相关的数据反馈给控制部11，以调整或最佳化距离A的方式控制距离调整部14。进而，电纺丝装置10也可以具备用于除去蓄积在靶20中的电荷的除电部(未图示)。除电部也可以具备任意适当的结构，例如可以是除电刷、将由电晕放电装置等发生的离子风照射于靶20的结构，或者将电离放射线(紫外线等)照射于靶20的结构。其中，从容易抑制靶20以及堆积的多个纤维(以下，有时称为纤维集合体)的损伤的方面考虑，优选通过照射离子风来进行除电。

喷出部1由筒状的导体构成，其内部为中空。在中空部收纳有原料液。在喷出部1的与靶20对置的一侧设置有一个以上原料液的喷出口1a。喷出部1的喷出口1a与靶20的距离也取决于电纺丝装置10的规模、所生成的纤维的纤维直径，但例如为100～600mm即可。原料液在通过与喷出部1的中空部连通的泵(未图示)供给至中空部后，从喷出口1a向靶20喷出。另外，喷出部1的结构是例示的结构，并不限定于上述结构。

如图6所示，在喷出部1的内部(中空部)设置有延伸至喷出口1a的导管，该导管形成输送原料液的第1流路1A。此外，在喷出部1的内部(中空部)设置有输送气体的第2流路1B。第1流路1A与第2流路1B独立。在第1流路1A的与靶20对置的端部形成有原料液30的喷出口(第1喷出口1a)。在第2流路1B的与靶20对置的端部形成有气体的喷出口(第2喷出口1b)。第2喷出口1b配置成包围第1流路1A或者第1喷出口1a的周围。在从第1喷出口1a喷出原料液时，通过从第2喷出口1b喷出气体，原料液30在周围被气体包围的状态下向电纺丝空间喷出。因此，静电爆发的扩展被抑制，使堆积纤维的位置或者堆积图案的精度提高。

通过在喷出部1与收集电极2之间施加电压，有时从充满电纺丝空间的大气中的氧和/或氮生成活性氧种(ROS)和/或活性氮种(RNS)。然而，通过从第2喷出口1b喷出气体，能够保护向电纺丝空间喷出的原料液30不受ROS以及RNS的影响。进而，由于原料液30的周围的带电性降低，因此容易进行稳定的电纺丝。

如图6所示，第1流路1A的具备第1喷出口1a的端部优选位于比第2喷出口1b更靠近靶20的位置。由于原料液30在由气体形成朝向靶20的方向的气流的状态下向电纺丝空间喷出，因此容易进一步抑制静电爆发的扩展。除此之外，由于原料液30的静电爆发的开始点接近靶20，因此堆积位置或者堆积图案的精度进一步提高。

气体的流量没有特别限定，例如可以为1升/分钟～15升/分钟，也可以为5升/分钟～10升/分钟。若气体的流量在该范围内，则容易抑制静电爆发的扩展。气体的种类也没有特别限定，在不对生成的纤维造成影响的方面，只要是干燥空气、氮气等即可。

电纺丝装置10可以具备多个喷出部1。在这种情况下，也可以基于纤维结构体的期望的堆积图案，使用一个或者一个以上的喷出部1喷出原料液30。

电纺丝装置10还可以具备用于从电纺丝空间内除去不需要的纤维的吸附机构或吸引机构。不需要的纤维是指不到达靶20而有可能在电纺丝空间内漂浮的纤维。电纺丝装置10也可以具备喷出部1(特别是喷出口1a)的清洁机构。虽然未详细图示，但吸附/吸引机构以及清洁机构也可以由控制部11控制。

接下来，对本实施方式所涉及的纤维集合体的制造方法进行说明。

本实施方式所涉及的纤维集合体的制造方法包括：准备包含纤维的原料的原料液的工序、准备具有相互对置的第1面以及第2面的靶的工序、以及在喷出部与收集电极之间以靶的第1面与喷出部对置的方式保持靶的工序。收集电极具有基部以及与喷出部对置的顶部。

此外，本实施方式所涉及的纤维集合体的制造方法包括：通过下述步骤对纤维进行电纺丝，在靶的第1面上形成具有给定的堆积状态的纤维集合体的工序，所述步骤包括：

i)在喷出部与收集电极之间施加电压；

ii)向靶的第1面喷出纤维的原料液；

iii)使靶在与第1面平行的方向上移动；以及

iv)调整收集电极的顶部与靶的第2面之间的靶距离。

(准备工序)

准备包含纤维的原料的原料液以及靶3。

原料液包含纤维的原料和使其溶解的溶剂。

纤维的原料没有特别限定，根据用途适当选择即可。作为纤维的原料，例如可以举出胶原、胶原肽、明胶、角蛋白以及丝蛋白等蛋白质；普鲁兰多糖、纤维素、玻璃纸、淀粉、几丁质、壳聚糖、海藻酸、玉米淀粉及其盐等多糖类；聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚缩醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚芳酯(PAR)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)等聚合物。它们可以单独使用或者两种以上组合使用。此外，也可以是使用了多种构成这些聚合物的单体的共聚物。

溶剂也没有特别限定，根据纤维的原料适当选择即可。作为溶剂，可以列举例如水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、异丁醇、六氟异丙醇、四甘醇、三甘醇、二苄醇等醇；1，3-二氧戊环、1，4-二噁烷、甲乙酮、甲基异丁基酮、甲基正己基酮、甲基正丙基酮、二异丙基酮、二异丁基酮、丙酮、六氟丙酮、苯酚、甲酸、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丙酯、一氯甲烷、二氯乙烷、二氯甲烷、氯仿、邻氯甲苯、对氯甲苯、四氯化碳、1，1-二氯乙烷、1，2-二氯乙烷、三氯乙烷、二氯丙烷、二溴乙烷、二溴丙烷、溴甲烷、溴乙烷、溴丙烷、乙酸、苯、甲苯、己烷、环己烷、环己酮、环戊烷、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、乙腈、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、吡啶等。它们可以单独使用，也可以组合多种使用。

原料液中的溶剂与原料的混合比率根据所选定的溶剂的种类和原料的种类而不同。原料液中的溶剂的比例例如为60质量％～98质量％。

原料液的粘度只要适当设定为适于电场中的原料液的喷出即可。其中，在25℃的条件下，以剪切速度1(1/s)通过旋转粘度计测定的原料液的粘度例如为0.1～30Pa·S，也可以为0.5～30Pa·S。若原料液的粘度在该范围内，则能够进行稳定的电纺丝。

靶20的大小、形状、形态以及材质没有特别限定，根据用途适当选择即可。在由保持部3保持靶20的周围的情况下，优选靶20不是无端，而是外周被划定。另一方面，靶20的大小以及形状没有限定。靶20例如可以是一边为3cm～50cm的矩形，也可以是直径为3cm～50cm的圆形，还可以是最大直径为3cm～50cm的不定形。

靶20(基材)的形态以及材质没有特别限定，可以根据用途适当选择。作为靶20的形态，例如可以例示纤维结构体(织物、编织物以及无纺布等)、膜、片状的多孔质体(海绵等)等。

作为纤维结构体的靶20(纤维基材)的材质，例如可列举出玻璃纤维、纤维素、丙烯酸类树脂、PP、聚乙烯(PE)、PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯、PA或它们的混合物等。

纤维基材20的厚度例如可以为50μm以上且500μm以下，也可以为150μm以上且400μm以下。

作为膜的基材20(膜基材)或片状的多孔质体的材质，例如可以举出具有生物相容性的聚合物。具有生物相容性的膜基材适用于与皮肤接触使用的用途。膜基材除了生物相容性以外，还可以具有气体透过性、生物降解性。在具有生物相容性的膜基材上使包括蛋白质的纤维堆积而得到的片材适合作为可期待美容效果的皮肤粘贴用片。在这种情况下，膜基材的与眼部、口部对应的部分可以选择性地堆积纤维。

作为具有生物相容性的聚合物，例如可以举出蛋白质、多糖类、聚乙醇酸、聚乳酸、聚己内酯、PE、聚丁二酸乙二醇酯、PET、聚乙二醇、聚丙二醇、聚谷氨酸或它们的盐、聚乙烯醇(PVA)、PU、多酸酐、或它们的混合物等。此外，也可以是使用了多种构成这些聚合物的单体的共聚物。

从操作性的观点出发，膜基材或者片状的多孔质体的厚度可以为50nm以上，也可以为100nm以上。另一方面，若考虑对皮肤的密合性，则膜基材或者片状的多孔质体的厚度优选为500μm以下，更优选为100μm以下。特别是，若考虑气体透过性，则膜基材的厚度优选为10μm以下，更优选为1000nm以下。

(配置工序)

在喷出原料液的喷出部3和与喷出部3对置地配置的收集电极2之间，配置靶20，使其第1面20X朝向喷出部3。靶20例如由以框状的保持部保持周围的状态配置。由此，靶20没有松弛，优选在施加了张力的状态下配置在规定的位置。保持部3与靶20例如经由粘合剂而粘接。

(电纺丝工序)

一边在喷出部1与收集电极2之间施加电压一边从喷出部1喷出原料液，在靶20的第1面20X上堆积纤维。收集电极2具备上述那样的基部2B以及顶部2T。

在电纺丝工序中，平移调整部13使保持部3在与靶20的第一面平行的方向上平移移动，距离调整部14(第1或者第2升降机)调整靶20的第1面与收集电极2的顶部2T之间的距离A，形成具有给定的堆积状态的纤维结构体。

也可以同时执行使保持部3平移移动的工序以及调整距离A的工序。从提高堆积图案的精度的观点出发，优选分别单独执行平移移动工序以及距离调整工序。平移移动工序以及距离调整工序也可以一边从喷出部1喷出原料液一边进行。这是因为能够通过调整距离A来控制纤维是否堆积在靶20上。换言之，距离调整部14通过调整距离A，能够作为使纤维堆积在靶20上的开关发挥功能。

在距离调整工序中，在将连接喷出部1与顶部2的第1方向维持为恒定的状态下，距离调整部14(第1升降机)通过使收集电极2相对于靶20向上方或者下方移动来调整距离A。或者，距离调整部14(第2升降机)通过使靶20相对于收集电极2向上方或下方移动来调整距离A。另一方面，在平移移动工序中，优选平移调整部13在使距离A恒定的状态下使保持部3平移移动。

堆积的纤维的平均纤维直径没有特别限定，根据用途适当设定即可。平均纤维直径例如可以为50nm以上且3μm以下。其中，在用作皮肤粘贴用片的情况下，平均纤维直径优选为600nm以下，更优选为200nm以下，特别优选为100nm以下。这是为了提高皮肤粘贴用片对皮肤的密合性。

平均纤维直径是指纤维的直径的平均值。纤维的直径是指与纤维的长度方向垂直的截面的直径。在这样的截面不是圆形的情况下，可以将最大直径视为直径。此外，也可以将从靶20的第1面的法线方向观察时与纤维的长度方向垂直的方向的宽度视为纤维的直径。平均纤维直径例如是纤维集合体所包含的任意10根纤维的任意部位的直径的平均值。

根据需要，也可以一边改变顶部和/或原料液的种类，一边重复多次电纺丝工序。在电纺丝工序后，也可以通过风干、减压或者在不对纤维集合体造成损伤的条件下的加热等，进行纤维中包含的溶剂的除去。

图7是通过本实施方式所涉及的电纺丝装置以及制造方法得到的纤维集合体的照片。使用图5A所示的具备半球状(曲率半径为5mm)的顶部2T的收集电极2，使距离A为0mm，使纤维集合体以文字状堆积在膜基材20上。图7的纤维集合体具有表示Panasonic SmartFactory Solution的首字符即字母“PSFS”的层叠图案。纤维的原料为PVDF。文字的粗度为3mm。

产业上的可利用性

根据本发明的电纺丝装置以及制造方法，由于能够使纤维堆积在靶的任意的位置，因此能够用于各种用途。

Claims (15)

1.一种电纺丝装置，用于使纤维堆积在具有相互对置的第1面以及第2面的靶，

所述电纺丝装置具备：

喷出部，向所述靶的所述第1面喷出纤维的原料液；

收集电极，具有基部以及与所述喷出部对置的顶部；

保持部，在所述喷出部与所述收集电极之间，以所述靶的所述第1面与所述喷出部对置的方式保持所述靶；

电源，在所述喷出部与所述收集电极之间施加电压；

移动调整部，使所述保持部在与所述靶的所述第1面平行的方向上移动；

距离调整部，调整所述收集电极的所述顶部与所述靶的所述第2面之间的靶距离；以及

控制部，控制所述移动调整部以及所述距离调整部，使得在所述靶的所述第1面上形成具有给定的堆积状态的纤维集合体。

2.根据权利要求1所述的电纺丝装置，其中，

所述距离调整部通过使所述保持部移动来变更所述靶距离。

3.根据权利要求1所述的电纺丝装置，其中，

所述距离调整部通过使所述收集电极移动来变更所述靶距离。

4.根据权利要求1所述的电纺丝装置，其中，

在从所述喷出部喷出所述原料液的期间，从所述喷出部向所述顶部延伸的第1方向被保持为恒定。

5.根据权利要求4所述的电纺丝装置，其中，

所述第1方向相对于所述第1面的法线以20度以下的锐角倾斜。

6.根据权利要求1所述的电纺丝装置，其中，

所述移动调整部一边将所述靶距离保持为恒定一边使所述保持部移动。

7.根据权利要求1所述的电纺丝装置，其中，

所述靶的所述第1面具有使所述纤维堆积的堆积区域和包围所述堆积区域的非堆积区域，

所述保持部保持所述非堆积区域以及所述第2面的与所述非堆积区域对置的区域的至少一部分。

8.根据权利要求1所述的电纺丝装置，其中，

所述喷出部具有：第1流路，将所述原料液引导至向所述靶进行喷出的第1喷出口；以及第2流路，与所述第1流路独立，将气体引导至向所述靶进行喷出的第2喷出口，

所述第2喷出口被划定为包围所述第1喷出口或者所述第1流路的周围。

9.一种纤维集合体的制造方法，包括：

准备包含纤维的原料的原料液的工序；

准备具有相互对置的第1面以及第2面的靶的工序；

在喷出部与收集电极之间，以所述靶的所述第1面与所述喷出部对置的方式保持所述靶的工序；以及

所述收集电极具有基部以及与所述喷出部对置的顶部，通过下述步骤对纤维进行电纺丝，在所述靶的所述第1面上形成具有给定的堆积状态的纤维集合体的工序，所述步骤包括：

i)在所述喷出部与所述收集电极之间施加电压；

ii)向所述靶的所述第1面喷出纤维的原料液；

iii)使所述靶在与所述第1面平行的方向上移动；以及

iv)调整所述收集电极的所述顶部与所述靶的所述第2面之间的靶距离。

10.根据权利要求9所述的纤维集合体的制造方法，其中，

通过使所述靶移动来调整所述靶距离。

11.根据权利要求9所述的纤维集合体的制造方法，其中，

通过使所述收集电极移动来调整所述靶距离。

12.根据权利要求9所述的纤维集合体的制造方法，其中，

在从所述喷出部喷出所述原料液的期间，从所述喷出部向所述顶部延伸的第1方向被保持为恒定。

13.根据权利要求12所述的纤维集合体的制造方法，其中，

所述第1方向相对于所述第1面的法线以20度以下的锐角倾斜。

14.根据权利要求9所述的纤维集合体的制造方法，其中，

一边将所述靶距离保持为恒定一边使保持部移动。

15.根据权利要求9所述的纤维集合体的制造方法，其中，

所述靶的所述第1面具有使所述纤维堆积的堆积区域和包围所述堆积区域的非堆积区域，

保持部保持所述非堆积区域以及所述第2面的与所述非堆积区域对置的区域的至少一部分。