JP2017145533A - ノズルヘッド、および電界紡糸装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動電圧を低減することができ、且つ、クリーニング性に優れたノズルヘッド、および電界紡糸装置を提供することである。【解決手段】実施形態に係るノズルヘッドは、原料液が収納される空間を内部に有する本体部と、導電性を有し、前記本体部と接続され、前記本体部の内部に収納された前記原料液を排出する複数のノズルと、絶縁性を有し、前記複数のノズルを覆うカバーと、を備えている。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、ノズルヘッド、および電界紡糸装置に関する。
エレクトロスピニング法(電界紡糸法、電荷誘導紡糸法などとも称される)により、微細なファイバを部材の表面に堆積させる電界紡糸装置がある。
電界紡糸装置には、原料液を排出するノズルが設けられている。この場合、ノズルの数を増やせば生産性を向上させることができる。そのため、複数の針状ノズルを備えたニードル型ノズルヘッドや、複数のノズル孔が設けられた板状のブレード型ノズルヘッドが提案されている。
電界紡糸装置には、原料液を排出するノズルが設けられている。この場合、ノズルの数を増やせば生産性を向上させることができる。そのため、複数の針状ノズルを備えたニードル型ノズルヘッドや、複数のノズル孔が設けられた板状のブレード型ノズルヘッドが提案されている。
ニードル型ノズルヘッドは、針状を呈するノズルの先端において電界集中が生じ易いので、電界強度を高めることができる。そのため、駆動電圧を低くすることができる。しかしながら、ニードル型ノズルヘッドには、針状を呈するノズルの先端に付着した原料液の除去が難しい(クリーニングが難しい)という問題がある。
ブレード型ノズルヘッドは、複数のノズル孔が設けられた部分が板状であるため、付着した原料液の除去が容易(クリーニングが容易)である。しかしながら、ブレード型ノズルヘッドは、複数のノズル孔が設けられた部分が板状であるため、電界集中が生じ難くなる。電界集中が生じ難くなれば、電界強度を高めることができない。そのため、ブレード型ノズルヘッドには、駆動電圧が高くなるという問題がある。
そこで、駆動電圧を低減することができ、且つ、クリーニング性に優れたノズルヘッド、および電界紡糸装置の開発が望まれていた。
そこで、駆動電圧を低減することができ、且つ、クリーニング性に優れたノズルヘッド、および電界紡糸装置の開発が望まれていた。
本発明が解決しようとする課題は、駆動電圧を低減することができ、且つ、クリーニング性に優れたノズルヘッド、および電界紡糸装置を提供することである。
実施形態に係るノズルヘッドは、原料液が収納される空間を内部に有する本体部と、導電性を有し、前記本体部と接続され、前記本体部の内部に収納された前記原料液を排出する複数のノズルと、絶縁性を有し、前記複数のノズルを覆うカバーと、を備えている。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本実施の形態に係る電界紡糸装置1を例示するための模式図である。
図1に示すように、電界紡糸装置1には、ノズルヘッド2、原料液供給部3、電源4、収集部5、および制御部6が設けられている。
図1は、本実施の形態に係る電界紡糸装置1を例示するための模式図である。
図1に示すように、電界紡糸装置1には、ノズルヘッド2、原料液供給部3、電源4、収集部5、および制御部6が設けられている。
ノズルヘッド2は、ノズル20、接続部21、本体部22、および、カバー23を有する。
ノズル20は、所定の間隔を空けて複数設けられている。ノズル20の数には特に限定がなく、収集体51の大きさなどに応じて適宜変更することができる。
ノズル20は、所定の間隔を空けて複数設けられている。ノズル20の数には特に限定がなく、収集体51の大きさなどに応じて適宜変更することができる。
ノズル20は、針状を呈している。ノズル20の内部には、原料液を排出するための孔が設けられている。原料液を排出するための孔は、ノズル20の接続部21側の端部と、ノズル20の原料液が排出される側の端部(先端)との間を貫通している。ノズル20の内部に設けられた孔の、原料液が排出される側の開口が排出口20aとなる。
ノズル20の断面寸法(ノズル20が円筒状の場合には直径寸法)には特に限定はないが、断面寸法は小さい方が好ましい。断面寸法を小さくすれば、ノズル20の排出口20aの近傍において電界集中が生じ易くなる。ノズル20の排出口20aの近傍において電界集中が生じれば、ノズル20と収集体51の間に形成される電界の強度を高めることができる。そのため、電源4により印加される電圧を低くすることができる。すなわち、駆動電圧を低減することができる。この場合、ノズル20の断面寸法は、例えば、1mm程度とすることができる。
排出口20aの断面寸法(排出口20aが円形の場合には直径寸法)には特に限定はない。排出口20aの断面寸法は、形成したいファイバ100の断面寸法に応じて適宜変更することができる。排出口20aの断面寸法は、例えば、200μm以上とすることができる。
ノズル20は、導電性材料から形成されている。ノズル20の材料は、導電性と原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。ノズル20は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
接続部21は、ノズル20と本体部22の間に設けられている。接続部21は、必ずしも必要ではなく、ノズル20が本体部22に直接設けられるようにしてもよい。接続部21の内部には、原料液を本体部22からノズル20に供給するための孔が設けられている。接続部21の内部に設けられた孔は、ノズル20の内部に設けられた孔、および、本体部22の内部に設けられた空間と繋がっている。
接続部21は、導電性材料から形成されている。接続部21の材料は、導電性と原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。接続部21は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
接続部21は、導電性材料から形成されている。接続部21の材料は、導電性と原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。接続部21は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
本体部22は、板状を呈している。本体部22の内部には、原料液が収納される空間が設けられている。本体部22の一方の端部には、接続部21を介してノズル20が複数設けられている。複数のノズル20は、所定の間隔を空けて並べて設けられている。なお、複数のノズル20の配設形態は例示をしたものに限定されるわけではない。例えば、複数のノズル20は、一列に並べて設けることもできるし、円周上あるいは同心円上に並べて設けることもできるし、マトリクス状に並べて設けることもできる。
また、本体部22には、供給口22aが設けられている。原料液供給部3から供給された原料液は、供給口22aを介して本体部22の内部に導入される。供給口22aの配設位置と数には、特に限定はない。供給口22aは、例えば、本体部22の、ノズル20が設けられる側とは反対側に設けることができる。
ここで、排出口20aの近傍にある原料液が、ノズル20の、原料液が排出される側の端部近傍に付着する場合がある。付着した原料液が固まると、排出される原料液の量が少なくなったり、原料液が排出されなくなったりするおそれがある。そのため、必要に応じて、あるいは定期的に、ノズル20の端部近傍をクリーニングしている。一般的に、ノズル20の端部近傍に付着した原料液は、固化する前に拭き取るようにしている。
ところが、ノズル20は針状を呈しているため、強度が低い。そのため、複数のノズル20を一本ずつクリーニングする必要がある。その結果、クリーニングに要する時間が長くなる。また、クリーニング作業が煩雑となる。さらに、複数のノズル20の端部近傍に付着した原料液を直接拭き取るようにすると、ノズル20が曲がったり、ノズル20が破損したりするおそれがある。この場合、ノズル20が曲がると、意図した領域に堆積体110が形成されなくなるおそれがある。
そこで、複数のノズル20を覆うカバー23を設けるようにしている。
そこで、複数のノズル20を覆うカバー23を設けるようにしている。
図1に例示をしたカバー23は、複数のノズル20および複数の接続部21を覆うように設けられている。
この場合、カバー23は、複数のノズル20のみを覆うようにしてもよい。
カバー23の内部には、ノズル20および接続部21が挿入される孔が設けられている。なお、複数の接続部21が設けられない場合や、複数のノズル20の、原料液が排出される側の端部近傍のみを覆う場合には、カバー23の内部にはノズル20が挿入される孔が設けられる。
この場合、カバー23は、複数のノズル20のみを覆うようにしてもよい。
カバー23の内部には、ノズル20および接続部21が挿入される孔が設けられている。なお、複数の接続部21が設けられない場合や、複数のノズル20の、原料液が排出される側の端部近傍のみを覆う場合には、カバー23の内部にはノズル20が挿入される孔が設けられる。
ノズル20の、原料液が排出される側の端部と本体部22との間の距離は、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aと本体部22との間の距離と同じとなるようにすることが好ましい。すなわち、ノズル20の端部の位置は、カバー23の端面の位置と同じとなるようにすることが好ましい。
この様にすれば、原料液は、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aに付着するので、原料液を一度に拭き取ることができる。そのため、クリーニング性を向上させることができる。
この様にすれば、原料液は、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aに付着するので、原料液を一度に拭き取ることができる。そのため、クリーニング性を向上させることができる。
また、ノズル20の、原料液が排出される側の端部と本体部22との間の距離は、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aと本体部22との間の距離より短くなるようにすることもできる。すなわち、ノズル20の先端部がカバー23の内部にあるようにすることもできる。
この様にしても、カバー23の端面23aに付着した原料液を一度に拭き取ることができる。
この様にしても、カバー23の端面23aに付着した原料液を一度に拭き取ることができる。
ただし、ノズル20の、原料液が排出される側の端部と、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aとの間の距離が長くなりすぎると(ノズル20の先端部の端面23aからの入り込み寸法が長くなりすぎると)、ノズル20の端部において電界集中が生じにくくなる。本発明者の得た知見によれば、ノズル20の、原料液が排出される側の端部と、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aとの間の距離は、1mm以下とすることが好ましい。この様にすれば、電界強度が低下するのを抑制することができる。
また、ノズル20の、原料液が排出される側の端部と本体部22との間の距離は、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aと本体部22との間の距離より長くなるようにすることもできる。すなわち、ノズル20の先端部がカバー23から突出しているようにすることができる。
ただし、ノズル20の、原料液が排出される側の端部と、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aとの間の距離が長くなりすぎると(ノズル20の先端部の端面23aからの突出寸法が長くなりすぎると)、カバー23の端面に付着した原料液を拭き取りにくくなる。本発明者の得た知見によれば、ノズル20の、原料液が排出される側の端部と、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aとの間の距離は、1mm以下とすることが好ましい。すなわち、ノズル20の端部の突出寸法は、1mm以下とすることが好ましい。この様にすれば、クリーニング性が悪化するのを抑制することができる。
以上に説明したように、ノズル20の、原料液が排出される側の端部は、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aの近傍(端面23aを基準としてノズル20が延びる方向に±1mm以内)に設けられるようにすることができる。
以上に説明したように、ノズル20の、原料液が排出される側の端部は、カバー23の、原料液が排出される側の端面23aの近傍(端面23aを基準としてノズル20が延びる方向に±1mm以内)に設けられるようにすることができる。
次に、カバー23の材料について説明する。
図2は、カバー23の材料の比誘電率と、ノズル20の端部の電界強度の関係を例示するためのグラフ図である。
ノズル21の数は11としている。中央に設けられたノズル20の番号を「1」とし、左側に設けられたノズル20の番号を3、5、7、9、11とし、右側に設けられたノズル20の番号を2,4、6、8、10としている。また、電界強度の分布は、ノズル番号1を中心に線対称となるので、左側に設けられたノズル20のみ(奇数番号のノズル20のみ)を表している。
図2は、カバー23の材料の比誘電率と、ノズル20の端部の電界強度の関係を例示するためのグラフ図である。
ノズル21の数は11としている。中央に設けられたノズル20の番号を「1」とし、左側に設けられたノズル20の番号を3、5、7、9、11とし、右側に設けられたノズル20の番号を2,4、6、8、10としている。また、電界強度の分布は、ノズル番号1を中心に線対称となるので、左側に設けられたノズル20のみ(奇数番号のノズル20のみ)を表している。
また、図2中のA1は、カバー23が設けられない場合である。
A2は、導電性を有するカバー23が設けられた場合である。
B、C1、C2、C3、C4、およびC5は、絶縁性を有するカバー23が設けられた場合である。
Bは、カバー23の材料の比誘電率が2の場合である。
C1は、カバー23の材料の比誘電率が3の場合である。
C2は、カバー23の材料の比誘電率が4の場合である。
C3は、カバー23の材料の比誘電率が5の場合である。
C4は、カバー23の材料の比誘電率が6の場合である。
C5は、カバー23の材料の比誘電率が9の場合である。
A2は、導電性を有するカバー23が設けられた場合である。
B、C1、C2、C3、C4、およびC5は、絶縁性を有するカバー23が設けられた場合である。
Bは、カバー23の材料の比誘電率が2の場合である。
C1は、カバー23の材料の比誘電率が3の場合である。
C2は、カバー23の材料の比誘電率が4の場合である。
C3は、カバー23の材料の比誘電率が5の場合である。
C4は、カバー23の材料の比誘電率が6の場合である。
C5は、カバー23の材料の比誘電率が9の場合である。
図2から分かるように、カバー23を設けるとノズル20の端部(ノズル20の原料液が排出される側の端部)の電界強度は低下する。すなわち、カバー23を設けると、ノズル20の端部において電界集中が生じにくくなる。
この場合、図2中のA2から分かるように、導電性を有するカバー23とするとノズル20の端部の電界強度は著しく低下する。すなわち、A2の場合におけるノズル20の端部の電界強度は、A1の場合におけるノズル20の端部の電界強度の1/3.5程度となる。
そのため、カバー23は、絶縁性を有するものとすることが好ましい。
この場合、図2中のA2から分かるように、導電性を有するカバー23とするとノズル20の端部の電界強度は著しく低下する。すなわち、A2の場合におけるノズル20の端部の電界強度は、A1の場合におけるノズル20の端部の電界強度の1/3.5程度となる。
そのため、カバー23は、絶縁性を有するものとすることが好ましい。
また、図2中のB、C1、C2、C3、C4、およびC5から分かるように、絶縁性を有するカバー23とした場合には、カバー23の材料の比誘電率によりノズル20の端部の電界強度が変化する。
図2中のB、C1、C2、C3、C4、およびC5から分かるように、比誘電率が2以上、5未満の材料を用いてカバー23を形成すれば、ノズル20の端部の電界強度が低下するのを抑制することができる。
図2中のB、C1、C2、C3、C4、およびC5から分かるように、比誘電率が2以上、5未満の材料を用いてカバー23を形成すれば、ノズル20の端部の電界強度が低下するのを抑制することができる。
絶縁性を有し、比誘電率が2以上、5未満の材料は、例えば、樹脂材料や無機材料などとすることができる。
樹脂材料は、例えば、フッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチロール樹脂、エチレン樹脂、メタクリル樹脂、スチレン樹脂、スチロール樹脂、ABS樹脂、ポリアミド樹脂、エボナイト樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、ナイロン、シリコン樹脂、ポリアセタール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ベークライト、メラミン樹脂などとすることができる。
無機材料は、例えば、シリカアルミナ、酸化シリコン、シリコンなどとすることができる。
なお、カバー23の材料は、例示をしたものに限定されるわけではない。
樹脂材料は、例えば、フッ素樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチロール樹脂、エチレン樹脂、メタクリル樹脂、スチレン樹脂、スチロール樹脂、ABS樹脂、ポリアミド樹脂、エボナイト樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、ナイロン、シリコン樹脂、ポリアセタール樹脂、ガラスエポキシ樹脂、ベークライト、メラミン樹脂などとすることができる。
無機材料は、例えば、シリカアルミナ、酸化シリコン、シリコンなどとすることができる。
なお、カバー23の材料は、例示をしたものに限定されるわけではない。
後述するように、原料液には溶媒が含まれている。そのため、カバー23の材料は、原料液に対する耐性が高く、比誘電率がなるべく低く、原料液との密着性が低いものとすることがより好ましい。
この様な材料とすれば、カバー23の損傷を抑制することができ、ノズル20の端部の電界強度が低下するのを抑制することができ、クリーニングを容易とすることができる。 この様な材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂を例示することができる。
この様な材料とすれば、カバー23の損傷を抑制することができ、ノズル20の端部の電界強度が低下するのを抑制することができ、クリーニングを容易とすることができる。 この様な材料としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂を例示することができる。
図1に示すように、原料液供給部3は、収納部31、供給部32、制御部33、および配管34を有する。
収納部31は、原料液を収納する。収納部31は、原料液に対する耐性を有する材料から形成されている。収納部31は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
収納部31は、原料液を収納する。収納部31は、原料液に対する耐性を有する材料から形成されている。収納部31は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
原料液は、高分子物質を溶媒に溶解したものである。
高分子物質には特に限定がなく、形成したいファイバ100の材質に応じて適宜変更することができる。高分子物質は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、アラミドなどとすることができる。
高分子物質には特に限定がなく、形成したいファイバ100の材質に応じて適宜変更することができる。高分子物質は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、アラミドなどとすることができる。
溶媒は、高分子物質を溶解することができるものであればよい。溶媒は、溶解させる高分子物質に応じて適宜変更することができる。溶媒は、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ベンゼン、トルエンなどとすることができる。
なお、高分子物質および溶媒は、例示をしたものに限定されるわけではない。
なお、高分子物質および溶媒は、例示をしたものに限定されるわけではない。
後述するように、原料液は、表面張力により排出口20aの近傍に留まる様にされる。そのため、原料液の粘度は、排出口20aの寸法などに応じて適宜変更することができる。原料液の粘度は、実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。また、原料液の粘度は、溶媒と高分子物質の混合割合により制御することができる。
供給部32は、収納部31に収納されている原料液を本体部22に供給する。供給部32は、例えば、原料液に対する耐性を有するポンプなどとすることができる。また、供給部32は、例えば、収納部31にガスを供給し、収納部31に収納されている原料液を圧送するものとすることもできる。
制御部33は、本体部22に供給される原料液の流量、圧力などを制御して、新しい原料液が本体部22の内部に供給された際に、本体部22の内部にある原料液が排出口20aから押し出されないようにする。なお、制御部33に対する制御量は、排出口20aの寸法や原料液の粘度などにより適宜変更することができる。制御部33に対する制御量は、実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。
また、制御部33は、原料液の供給の開始と、供給の停止を切り替えるものとすることもできる。
また、制御部33は、原料液の供給の開始と、供給の停止を切り替えるものとすることもできる。
なお、供給部32および制御部33は、必ずしも必要ではない。例えば、本体部22の位置より高い位置に収納部31を設けるようにすれば、重力を利用して原料液を本体部22に供給することができる。そして、収納部31の高さ位置を適宜設定することで、本体部22の内部にある原料液が排出口20aから押し出されないようにすることができる。なお、収納部31の高さ位置は、排出口20aの寸法や原料液の粘度などにより適宜変更することができる。収納部31の高さ位置は、実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。
配管34は、収納部31と供給部32との間、供給部32と制御部33との間、制御部33と本体部22との間に設けられている。配管34は、原料液の流路となる。配管34は、原料液に対する耐性を有する材料から形成されている。
電源4は、本体部22および接続部21を介してノズル20に電圧を印加する。なお、本体部22とカバー23の間に、複数のノズル20と電気的に接続された図示しない端子を設けるようにしてもよい。この場合、電源4は、図示しない端子を介してノズル20に電圧を印加する。すなわち、電源4から複数のノズル20に電圧が印加できるようになっていればよい。
ノズル20に印加する電圧の極性は、プラスとすることもできるし、マイナスとすることもできる。なお、図1に例示をした電源4は、ノズル20にプラスの電圧を印加する。 ノズル20に印加する電圧は、原料液に含まれる高分子物質の種類、ノズル20と収集体51との間の距離などに応じて適宜変更することができる。例えば、電源4は、ノズル20と収集体51との間の電位差が10kV以上となるように、ノズル20に電圧を印加するものとすることができる。
電源4は、例えば、直流高圧電源とすることができる。電源4は、例えば、10kV以上100kV以下の直流電圧を出力するものとすることができる。
電源4は、例えば、直流高圧電源とすることができる。電源4は、例えば、10kV以上100kV以下の直流電圧を出力するものとすることができる。
収集部5は、収集体51、堆積調整部52、および電源53を有する。
収集体51は、複数のノズル20の原料液が排出される側に設けられている。収集体51は、接地されている。収集体51には、ノズル20に印加する電圧と逆極性の電圧を印加するようにしてもよい。収集体51は、導電性材料から形成することができる。収集体51の材料は、導電性と原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。収集体51の材料は、例えば、ステンレスなどとすることができる。
収集体51は、例えば、板状やシート状を呈するものとすることができる。シート状を呈する収集体51の場合には、ロール等に巻きつけられた収集体51にファイバ100を堆積させるようにしてもよい。
収集体51は、複数のノズル20の原料液が排出される側に設けられている。収集体51は、接地されている。収集体51には、ノズル20に印加する電圧と逆極性の電圧を印加するようにしてもよい。収集体51は、導電性材料から形成することができる。収集体51の材料は、導電性と原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。収集体51の材料は、例えば、ステンレスなどとすることができる。
収集体51は、例えば、板状やシート状を呈するものとすることができる。シート状を呈する収集体51の場合には、ロール等に巻きつけられた収集体51にファイバ100を堆積させるようにしてもよい。
また、収集体51は、移動するものであってもよい。例えば、一対の回転ドラムと、回転ドラムを回転させる駆動部を設け、ベルトコンベアのように一対の回転ドラムの間を収集体51が移動するようにしてもよい。この様にすれば、ファイバ100を堆積させる領域を移動させることができるので、連続的な堆積作業が可能となる。そのため、ファイバ100からなる堆積体110の生産効率を向上させることができる。
収集体51の上に形成された堆積体110は、収集体51から取り外される。堆積体110は、例えば、不織布やフィルタなどに用いられる。なお、堆積体110の用途は例示をしたものに限定されるわけではない。
また、収集体51は、省くこともできる。例えば、導電性を有する部材の表面に、ファイバ100からなる堆積体110を直接形成することもできる。この様な場合には、導電性を有する部材を接地したり、導電性を有する部材にノズル20に印加する電圧と逆極性の電圧を印加したりすればよい。
堆積調整部52は、収集体51の、ノズル20が設けられる側とは反対側に設けられている。
堆積調整部52は、導電性材料から形成されている。堆積調整部52は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。
堆積調整部52の収集体51側の端部は尖っている。堆積調整部52の収集体51側の端部が尖っていれば、電界集中が生じ易くなる。そのため、ノズル20と堆積調整部52の間に電界を形成するのが容易となる。
堆積調整部52は、導電性材料から形成されている。堆積調整部52は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。
堆積調整部52の収集体51側の端部は尖っている。堆積調整部52の収集体51側の端部が尖っていれば、電界集中が生じ易くなる。そのため、ノズル20と堆積調整部52の間に電界を形成するのが容易となる。
電源53は、堆積調整部52に電圧を印加する。電源53は、ノズル20に印加される電圧と逆極性の電圧を堆積調整部52に印加する。電源53は、例えば、直流高圧電源とすることができる。電源53は、例えば、10kV以上100kV以下の直流電圧を出力するものとすることができる。
ノズル20に印加する電圧と逆極性の電圧が堆積調整部52に印加されると、ノズル20と堆積調整部52の間にも電界が形成される。ノズル20と収集体51の間に形成された電界は、ノズル20と堆積調整部52の間に形成された電界の影響を受けて変化する。 後述するように、ノズル20の排出口20aの近傍にある原料液は、電気力線に沿って作用する静電力によって引き出される。そのため、ノズル20と収集体51の間に形成される電界を変化させれば、ファイバ100を堆積させる領域を変化させることができる。 すなわち、堆積調整部52は、ノズル20と収集体51の間に形成される電界を変化させて、ファイバ100を堆積させる領域を変化させる。
堆積調整部52および電源53を設ける様にすれば、堆積させたい領域にファイバ100を堆積させることが容易となる。
また、堆積調整部52および電源53を設ける様にすれば、堆積体110の厚みの均一化、ファイバ100の局所的な堆積、堆積体110に形成されたピンホール等の開口部分の補修などを行うことができる。
また、堆積調整部52および電源53を設ける様にすれば、堆積体110の厚みの均一化、ファイバ100の局所的な堆積、堆積体110に形成されたピンホール等の開口部分の補修などを行うことができる。
また、堆積調整部52に印加される電圧を制御することで、ノズル20と堆積調整部52の間に形成される電界、ひいては、ノズル20と収集体51の間に形成される電界を制御することができる。
また、図1中のX方向(複数のノズル20が並ぶ方向)に堆積調整部52を移動させる図示しない駆動装置を設けることができる。堆積調整部52を移動させる様にすれば、電界の制御がより容易となる。
また、堆積調整部52は、複数設けられる様にしてもよい。
また、堆積調整部52は、複数設けられる様にしてもよい。
制御部6は、供給部32、制御部33、電源4、および電源53の動作を制御する。
制御部6は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やメモリなどを備えたコンピュータとすることができる。
制御部6は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やメモリなどを備えたコンピュータとすることができる。
次に、電界紡糸装置1の作用について説明する。
原料液は、表面張力によりノズル20の排出口20aの近傍に留まっている。
電源4は、ノズル20に電圧を印加する。すると、排出口20aの近傍にある原料液が所定の極性に帯電する。図1に例示をしたものの場合には、排出口20aの近傍にある原料液がプラスに帯電する。
原料液は、表面張力によりノズル20の排出口20aの近傍に留まっている。
電源4は、ノズル20に電圧を印加する。すると、排出口20aの近傍にある原料液が所定の極性に帯電する。図1に例示をしたものの場合には、排出口20aの近傍にある原料液がプラスに帯電する。
収集体51は、接地されているので、ノズル20と収集体51の間に電界が形成される。そして、電気力線に沿って作用する静電力が表面張力より大きくなると、排出口20aの近傍にある原料液が静電力により収集体51に向けて引き出される。引き出された原料液は、引き伸ばされ、原料液に含まれる溶媒が揮発することでファイバ100が形成される。形成されたファイバ100が収集体51の上に堆積することで、堆積体110が形成される。
また、堆積調整部52に印加する電圧、および堆積調整部52の位置の少なくともいずれかを制御することで、ファイバ100を堆積させる領域を変化させることができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1 電界紡糸装置、2 紡糸部、3 原料液供給部、4 電源、5 収集部、6 制御部、20 ノズル、20a 排出口、21 接続部、22 本体部、23 カバー、23a 端面、31 収納部、32 供給部、33 制御部、51 収集体、52 堆積調整部、53 電源、100 ファイバ、110 堆積体
Claims (5)
- 原料液が収納される空間を内部に有する本体部と、
導電性を有し、前記本体部と接続され、前記本体部の内部に収納された前記原料液を排出する複数のノズルと、
絶縁性を有し、前記複数のノズルを覆うカバーと、
を備えたノズルヘッド。 - 前記カバーの材料の比誘電率は、2以上、5未満である請求項1記載のノズルヘッド。
- 前記ノズルの前記原料液が排出される側の端部は、前記カバーの前記原料液が排出される側の端面の近傍に設けられている請求項1または2に記載のノズルヘッド。
- 前記ノズルの前記原料液が排出される側の端部と前記本体部との間の距離は、前記カバーの前記原料液が排出される側の端面と前記本体部との間の距離と同じである請求項1または2に記載のノズルヘッド。
- 請求項1〜4のいずれか1つに記載のノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドに原料液を供給する原料液供給部と、
前記ノズルヘッドに所定の極性の電圧を印加する電源と、
を備えた電界紡糸装置。
Priority Applications (2)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11618974B2 (en) | 2020-10-01 | 2023-04-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electrospinning apparatus |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011089240A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Shinshu Univ | 極細繊維製造装置及び極細繊維製造方法 |
JP2012529574A (ja) * | 2009-06-12 | 2012-11-22 | アモグリーンテック カンパニー リミテッド | 電気紡糸用噴射ノズル及びこれを用いた電気紡糸装置 |
-
2016
- 2016-02-18 JP JP2016028794A patent/JP2017145533A/ja active Pending
- 2016-09-12 WO PCT/JP2016/076768 patent/WO2017141472A1/ja active Application Filing
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