JP2019060040A - Electrospinning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電界紡糸装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to an electrospinning apparatus.
エレクトロスピニング法（電界紡糸法、電荷誘導紡糸法）により、例えば直径がナノオーダーの微細なファイバをコレクタである基材の表面に形成する電界紡糸装置が知られている。例えば、電界紡糸装置は、原料液を収容する収容部と、配管を介して収容部に接続されるとともに基材に対向配置された液体吐出部と、送液部と、液体吐出部に電圧を印加する電源と、を備える。このような電界紡糸装置において、高さ位置が異なる複数の液体吐出部を備える電界紡糸装置が提供されている。 There is known an electrospinning apparatus for forming, for example, a fine fiber having a diameter of nano order on a surface of a substrate which is a collector by an electrospinning method (electrospinning method, charge induction spinning method). For example, in the electrospinning apparatus, a voltage is supplied to a storage unit for storing a raw material liquid, a liquid discharge unit connected to the storage unit via a pipe and disposed opposite to the substrate, a liquid transfer unit, and a liquid discharge unit. And a power supply to apply. In such an electrospinning apparatus, there is provided an electrospinning apparatus including a plurality of liquid discharge portions having different height positions.
実施形態は、高さ位置が異なる複数の液体吐出部における吐出能力を均一化することが可能な電界紡糸装置を提供することを目的とする。 An object of the embodiments is to provide an electrospinning apparatus capable of equalizing the discharge capabilities of a plurality of liquid discharge units having different height positions.
実施形態にかかる電界紡糸装置は、液体吐出ユニットを、高さ方向に異なる位置に複数備える。液体吐出ユニットは、液体吐出部と、送液部と、流路と、を備える。液体吐出部は液体を吐出する。送液部は、前記液体吐出部に接続され、前記液体吐出部に向けて前記液体を送る。流路は、前記送液部と前記液体吐出部とを接続する。複数の前記液体吐出ユニットの、前記液体吐出部と前記送液部との高さ方向の距離が等しい。
The electrospinning apparatus according to the embodiment includes a plurality of liquid discharge units at different positions in the height direction. The liquid discharge unit includes a liquid discharge unit, a liquid transfer unit, and a flow path. The liquid discharger discharges the liquid. The liquid feeding unit is connected to the liquid discharge unit, and sends the liquid toward the liquid discharge unit. A flow path connects the liquid transfer unit and the liquid discharge unit. The distance in the height direction between the liquid discharge unit and the liquid transfer unit of the plurality of liquid discharge units is equal.
以下に、第１実施形態に係る電界紡糸装置１００について図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３は本実施形態にかかる電界紡糸装置１００の構成を示す説明図であり、図１は側面、図２は正面、図３は上方から見た図をそれぞれ示す。図４は電界紡糸装置１００の制御系の構成を示すブロック図である。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する３方向を示す。Ｚ軸が第１方向、Ｘ軸は第２方向、Ｙ軸は第３方向に、それぞれ沿って配置される。 The electrospinning apparatus 100 according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. 1 to 3 are explanatory views showing the configuration of the electrospinning apparatus 100 according to this embodiment, and FIG. 1 is a side view, FIG. 2 is a front view, and FIG. 3 is a view from above. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a control system of the electrospinning apparatus 100. As shown in FIG. Arrows X, Y, and Z in the figure indicate three directions orthogonal to one another. The Z-axis is disposed in the first direction, the X-axis is disposed in the second direction, and the Y-axis is disposed in the third direction.
図１乃至図３に示すように、電界紡糸装置１００は、鉛直方向、すなわち高さ方向である第１方向において異なる位置に配された複数段の液体吐出ユニット１０と、液体吐出ユニット１０を支持する支持フレーム１１と、原料液Ｑ１を収容する収容部１２と、所定の搬送経路Ａ１に沿って基材Ｓ１を搬送する搬送装置１３と、各部の動作を制御する制御装置１４と、を備える。 As shown in FIGS. 1 to 3, the electrospinning apparatus 100 supports a plurality of stages of liquid discharge units 10 and liquid discharge units 10 arranged at different positions in a first direction which is a vertical direction, that is, a height direction. A support frame 11 is provided, a storage unit 12 for storing the raw material liquid Q1, a transfer device 13 for transferring the base material S1 along a predetermined transfer path A1, and a control device 14 for controlling the operation of each part.
電界紡糸装置１００は、第１方向と第２方向の２方向に複数列配されたノズルヘッド２３から、原料液Ｑ１を吐出し、基材Ｓ１の表面に微細なファイバを形成する装置である。本実施形態においては、帯状の基材Ｓ１を搬送経路Ａ１にて搬送しながら、基材Ｓ１の両面に対向配置されたノズルヘッド２３から原料液Ｑ１を吐出し、基材Ｓ１の両面にファイバを堆積させる。 The electrospinning apparatus 100 is an apparatus that discharges the raw material solution Q1 from the nozzle heads 23 arranged in a plurality of rows in the first direction and the second direction, and forms a fine fiber on the surface of the substrate S1. In this embodiment, the raw material liquid Q1 is discharged from the nozzle head 23 disposed opposite to the both sides of the base material S1 while conveying the strip-like base material S1 in the conveyance path A1, and the fibers are formed on both sides of the base material S1. Deposit.
原料液Ｑ１は、例えば、高分子物質が溶媒に溶解したものである。高分子物質として、例えば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂の例に、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリエチレン、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、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリサルファン、ポリエーテルサルファン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、が挙げられる。熱硬化性樹脂の例に、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂やこれらを含む共重合体などが挙げられる。高分子物質の種類は一種類または二種類以上にすることができる。 The raw material liquid Q1 is, for example, one in which a polymer substance is dissolved in a solvent. As a polymeric substance, a thermoplastic resin and a thermosetting resin are mentioned, for example. Examples of thermoplastic resins include polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyoxymethylene, polyamideimide, polyimide, polysulfane, polyethersulfane, polyetherimide , Polyether ketone, polyphenylene sulfide, modified polyphenylene ether, syndiotactic polystyrene, liquid crystal polymer, and the like. Examples of the thermosetting resin include urea resin, unsaturated polyester, phenol resin, melamine resin, epoxy resin, copolymers containing these, and the like. The type of polymeric substance can be one or two or more.
溶媒は、高分子物質を溶解できるものであり、例えば溶解させる高分子物質に応じて適宜選択できる。溶媒として例えば、揮発性の有機溶剤や水を用いることができる。揮発性の有機溶剤の例に、イソプロパノール、エチレングリコール、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ヘキサン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンなどが挙げられる。また、溶媒としては上記溶媒より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもよい。なお、本実施形態に適用可能な溶媒は、上記溶媒に限定されるものではない。上記溶媒は、あくまでも例示である。また、原料液Ｑ１は、一種類の高分子物質と溶媒から生成されていてもよく、あるいは複数種類の高分子物質と溶媒を混合して構成されていてもよい。複数の液体吐出ユニット１０を異なる複数の収容部１２に接続し、異なる種類の原料液Ｑ１を吐出させることも可能である。 The solvent can dissolve the polymer substance, and can be appropriately selected according to, for example, the polymer substance to be dissolved. For example, volatile organic solvents and water can be used as the solvent. Examples of volatile organic solvents include isopropanol, ethylene glycol, cyclohexanone, dimethylformamide, acetone, ethyl acetate, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexane, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, butyl acetate, tetrahydrofuran , Dioxane, pyridine and the like. Moreover, as a solvent, 1 type chosen from the said solvent may be sufficient, and multiple types may be mixed. In addition, the solvent applicable to this embodiment is not limited to the said solvent. The said solvent is an illustration to the last. The raw material liquid Q1 may be produced from one type of polymer substance and solvent, or may be constituted by mixing a plurality of types of polymer substance and solvent. It is also possible to connect a plurality of liquid discharge units 10 to different storage units 12 and discharge different types of raw material liquids Q1.
支持フレーム１１は、設置面に支持される台座部１１ａと、台座部１１ａから第１方向似沿って縦に延びる複数本の支柱１１ｂと、複数の支柱１１ｂ間に掛け渡されそれぞれ第２方向沿って横に延びる複数段のフレーム片１１ｃと、を備える。 The support frame 11 is bridged between a pedestal 11a supported by the installation surface, a plurality of columns 11b extending longitudinally from the pedestal 11a along the first direction, and a plurality of columns 11b along the second direction. And a plurality of horizontally extending frame pieces 11c.
収容部１２は、原料液Ｑ１を保有するタンクである。収容部１２は、例えば原料液Ｑ１に対する耐性を有する材料で構成されている。収容部１２は配管を介して各液体吐出ユニット１０の一次側に接続されている。 The storage unit 12 is a tank that holds the raw material liquid Q1. The storage unit 12 is made of, for example, a material having resistance to the raw material liquid Q1. The storage unit 12 is connected to the primary side of each liquid discharge unit 10 through a pipe.
複数の液体吐出ユニット１０は、第１方向において等間隔に複数段並列して配される。液体吐出ユニット１０は、送液部である送液ポンプ２１と、マニフォルド２２と、液体吐出部であるノズル２３ｂを有する複数のノズルヘッド２３と、配管ユニット３０と、を備える。本実施形態においては、各段の液体吐出ユニット１０が、それぞれ、例えば同じ高さで水平に並ぶ複数のノズルヘッド２３を備える。 The plurality of liquid discharge units 10 are arranged in parallel at equal intervals in the first direction. The liquid discharge unit 10 includes a liquid transfer pump 21 which is a liquid transfer portion, a manifold 22, a plurality of nozzle heads 23 each having a nozzle 23b which is a liquid discharge portion, and a piping unit 30. In the present embodiment, the liquid discharge units 10 of each stage each include, for example, a plurality of nozzle heads 23 aligned horizontally at the same height.
送液ポンプ２１は、定量ポンプであり、例えばギアポンプである。送液ポンプ２１は、制御装置１４に接続されるモータ２１ａと、モータ２１ａの出力軸に接続されて回転可能に構成されたギアを有するポンプ部２１ｂと、を備える。ポンプ部２１ｂの一次側は第１配管３１を介して収容部１２に接続され、ポンプ部２１ｂの二次側は第２配管３２を介して、マニフォルド２２に接続される。送液ポンプ２１は制御装置１４によりモータ２１ａが駆動されると、ギアが回転することにより液体を二次側に圧送する。 The liquid feed pump 21 is a metering pump, for example, a gear pump. The liquid feed pump 21 includes a motor 21a connected to the control device 14, and a pump unit 21b having a gear rotatably connected to the output shaft of the motor 21a. The primary side of the pump portion 21 b is connected to the housing portion 12 via the first pipe 31, and the secondary side of the pump portion 21 b is connected to the manifold 22 via the second pipe 32. When the motor 21 a is driven by the controller 14, the liquid feed pump 21 pumps the liquid to the secondary side by rotation of the gear.
マニフォルド２２は複数の液体吐出ユニット１０にそれぞれ１つずつ設けられている。マニフォルド２２は、送液ポンプ２１と各段のノズルヘッド２３との間に設けられる。 One manifold 22 is provided in each of the plurality of liquid discharge units 10. The manifold 22 is provided between the liquid feed pump 21 and the nozzle head 23 of each stage.
マニフォルド２２は、第２配管３２を介して送液ポンプ２１に接続される流入口２２ａと、第３配管３３を介して各ノズルヘッド２３に接続される複数の流出口２２ｂと、を備える。マニフォルド２２は原料液Ｑ１に対する耐性を有する材料で構成されている。マニフォルド２２の内部には、共通の流入口２２ａに接続されるメイン流路と、メイン流路から分岐して複数の流出口２２ｂに至る複数のサブ流路と、を有する分岐流路が形成されている。マニフォルド２２は、流入口２２ａから複数の流出口２２ｂまでの圧損が等しくなるように、構成されている。具体的には、複数のサブ流路の流路長や流路径が等しく構成されている。マニフォルド２２の、各流出口２２ｂには、第３配管３３を介してノズルヘッド２３がそれぞれ接続されている。各液体吐出ユニット１０において、ノズルヘッド２３は支持フレーム１１のフレーム片１１ｃに支持され、第２方向に複数配列されている。 The manifold 22 includes an inlet 22 a connected to the liquid feed pump 21 via the second pipe 32 and a plurality of outlets 22 b connected to the nozzle heads 23 via the third pipe 33. The manifold 22 is made of a material resistant to the raw material solution Q1. A branch channel having a main channel connected to the common inlet 22a and a plurality of sub channels branched from the main channel to the plurality of outlets 22b is formed in the manifold 22. ing. The manifold 22 is configured such that the pressure loss from the inlet 22a to the plurality of outlets 22b is equal. Specifically, the flow path lengths and the flow path diameters of the plurality of sub flow paths are configured to be equal. The nozzle head 23 is connected to each outlet 22 b of the manifold 22 via a third pipe 33. In each liquid discharge unit 10, the nozzle heads 23 are supported by the frame pieces 11c of the support frame 11, and a plurality of the nozzle heads 23 are arranged in the second direction.
本実施形態において、基材Ｓ１は上下の端部でそれぞれ湾曲して折り返され複数回往復するジグザグ状の搬送経路Ａ１に沿って配されており、配された基材Ｓ１の両面に、一対のノズルヘッド２３が対向配置されている。すなわち、各液体吐出ユニット１０において、基材Ｓ１を挟んで対向配置される一対のノズルヘッド２３が、複数組、第２方向に並んでいる。 In the present embodiment, the base material S1 is disposed along the zigzag conveyance path A1 which is bent and folded at the upper and lower ends and reciprocated a plurality of times, and a pair of base materials S1 are disposed on both sides of the disposed base material S1. The nozzle heads 23 are disposed to face each other. That is, in each liquid discharge unit 10, a plurality of pairs of nozzle heads 23 disposed opposite to each other across the base material S1 are arranged in the second direction.
各ノズルヘッド２３は、ヘッドベース２３ａとノズル２３ｂと、を備える。ノズル２３ｂは、例えばニードル型のノズルであり、筒状に構成されている。ノズル２３ｂは、先端に原料液Ｑ１を吐出する吐出口２３ｃを有する。ノズルヘッド２３の一次側のヘッド流入口は、第３配管３３を介してマニフォルド２２の流出口２２ｂに接続される。ノズル２３ｂは、基材Ｓ１に対向配置されている。 Each nozzle head 23 includes a head base 23a and a nozzle 23b. The nozzle 23 b is, for example, a needle-type nozzle, and is configured in a tubular shape. The nozzle 23b has a discharge port 23c for discharging the raw material liquid Q1 at its tip. The head inlet on the primary side of the nozzle head 23 is connected to the outlet 22 b of the manifold 22 via a third pipe 33. The nozzle 23b is disposed to face the substrate S1.
ノズルヘッド２３は、導電性材料であって原料液Ｑ１に対する耐性を有する材料で構成される。ノズルヘッド２３は、電源２４に接続されている。ノズルヘッド２３は、プロセッサ４１の制御により電源２４から所定のタイミングで電圧が印加されることにより、内部で帯電した原料液Ｑ１を、ノズル２３ｂの吐出口２３ｃから基材Ｓ１に向けて吐出し、対向配置された基材Ｓ１の表面にファイバを形成する。 The nozzle head 23 is made of a conductive material that is resistant to the raw material liquid Q1. The nozzle head 23 is connected to a power supply 24. The nozzle head 23 discharges the internally charged raw material liquid Q1 from the discharge port 23c of the nozzle 23b toward the substrate S1 by applying a voltage at a predetermined timing from the power supply 24 under the control of the processor 41. A fiber is formed on the surface of the opposed substrate S1.
配管ユニット３０は、収容部１２から送液ポンプ２１に至る第１配管３１と、送液ポンプ２１からマニフォルド２２に至る第２配管３２と、マニフォルド２２から各ノズルヘッド２３に至る複数の第３配管３３と、を備える。 The piping unit 30 includes a first pipe 31 extending from the housing 12 to the liquid feed pump 21, a second pipe 32 extending from the liquid feed pump 21 to the manifold 22, and a plurality of third pipes extending from the manifold 22 to the respective nozzle heads 23. And 33.
複数の液体吐出ユニット１０は、第１方向における位置、すなわち高さ位置が異なるが、各部の構成は同一である。例えば送液ポンプ２１、マニフォルド２２は、ノズルヘッド２３、配管ユニット３０、は全ての液体吐出ユニット１０において、同じ構成であり、その位置関係も同様である。 The plurality of liquid discharge units 10 have different positions in the first direction, that is, height positions, but the configuration of each part is the same. For example, the liquid feed pump 21 and the manifold 22 have the same configuration in all the liquid discharge units 10, and the positional relationship of the nozzle head 23 and the piping unit 30 is the same.
例えば、複数段の液体吐出ユニット１０における配管ユニット３０の配管径及び配管長は同一に設定されている。 For example, the piping diameter and the piping length of the piping unit 30 in the liquid discharge units 10 of a plurality of stages are set to be the same.
複数段の液体吐出ユニット１０において、送液ポンプ２１とノズルヘッド２３との、高さ位置の相対関係は等しく構成され、圧損や水頭差が等しくなるように設定されている。例えば、送液ポンプ２１の設置高さと、ノズル２３ｂの設置高さとの差分、すなわち送液ポンプ２１とノズル２３ｂの高さ方向の相対的な距離の差Δｈは、全ての液体吐出ユニット１０で等しく設定されている。 In the liquid discharge units 10 of multiple stages, the relative relationship between the height positions of the liquid feed pump 21 and the nozzle head 23 is configured to be equal, and the pressure loss and the water head difference are set to be equal. For example, the difference between the installation height of the liquid transfer pump 21 and the installation height of the nozzle 23 b, that is, the difference Δh in the relative distance between the liquid transfer pump 21 and the nozzle 23 b in the height direction is equal in all liquid discharge units 10. It is set.
なお、同一／等しいとは、実質的に同一／等しい範囲を含み、例えば誤差が１０ｍｍ以内の範囲を含む。 Note that “identical / equal” includes substantially the same / equal range, and includes, for example, a range where the error is within 10 mm.
また、個々の液体吐出ユニット１０において、マニフォルド２２から複数のノズルヘッド２３へ至る配管条件も、等しく設定されている。例えば、個々の液体吐出ユニット１０において、共通のマニフォルド２２から、同じ段の複数のノズルヘッド２３に至る複数の配管は、同じ径及び長さであり、圧損が均一になるように設定されていることが好ましい。 Further, in each liquid discharge unit 10, piping conditions from the manifold 22 to the plurality of nozzle heads 23 are also set equally. For example, in each liquid discharge unit 10, a plurality of pipes from the common manifold 22 to the plurality of nozzle heads 23 of the same stage have the same diameter and length, and are set so that the pressure loss becomes uniform. Is preferred.
さらに、全ての液体吐出ユニット１０において、送液ポンプ２１から、マニフォルド２２を通って、水平に並列する複数のノズルヘッド２３へ至る流路の条件も等しく構成されている。 Further, in all the liquid discharge units 10, the condition of the flow path from the liquid feed pump 21 through the manifold 22 to the plurality of nozzle heads 23 arranged in parallel horizontally is equally configured.
したがって、縦横の２方向にそれぞれ複数並列するノズルヘッド２３は、全て、送液ポンプ２１からの圧損や水頭差が均一である。 Therefore, the pressure loss and the water head difference from the liquid feeding pump 21 are all uniform in all of the plurality of nozzle heads 23 arranged in parallel in the vertical and horizontal directions.
搬送装置１３は、所定の搬送経路Ａ１に配される複数の搬送ローラ１３ａと、搬送ローラ１３ａを回転駆動するモータ１３ｂと、を備える。搬送装置１３は、複数の搬送ローラ１３ａに掛け渡される基材Ｓ１を支持する。搬送装置１３は、搬送ローラ１３ａを回転することで、基材Ｓ１を搬送経路Ａ１に沿って二次側に送る。 The conveyance device 13 includes a plurality of conveyance rollers 13a disposed in a predetermined conveyance path A1, and a motor 13b that rotationally drives the conveyance rollers 13a. The transport device 13 supports the base material S1 which is bridged across the plurality of transport rollers 13a. The transport device 13 sends the base material S1 to the secondary side along the transport path A1 by rotating the transport roller 13a.
搬送経路Ａ１は、上昇と下降を複数回繰り返すジグザグ状の経路である。すなわち、第１方向沿って上下に延びる縦経路を複数本、水平に複数並列して備える。 The transport path A1 is a zigzag path that repeats raising and lowering a plurality of times. That is, a plurality of vertical paths extending vertically upward and downward along the first direction are provided in parallel in the horizontal direction.
基材Ｓ１は、例えば導電性を有する材料から構成され、例えばアルミ箔で構成される。基材Ｓ１は、例えば帯状に構成される。基材Ｓ１は、搬送装置１３によって所定の搬送経路Ａ１に沿って支持され、搬送される。すなわち、基材Ｓ１は、図２に矢印で示されるように、上端及び下端で交互に湾曲して折り返され、複数回昇降して、二次側へ搬送される。 The substrate S1 is made of, for example, a material having conductivity, and is made of, for example, an aluminum foil. The substrate S1 is configured, for example, in a band shape. The substrate S1 is supported by the transport device 13 along the predetermined transport path A1 and transported. That is, as shown by the arrow in FIG. 2, the base material S1 is alternately bent and folded at the upper end and the lower end, and is moved up and down a plurality of times to be transported to the secondary side.
基材Ｓ１は、電気的に接地され、コレクタとして機能する。あるいは、基材Ｓ１は、ノズルヘッド２３に印加される電圧と逆極性の電圧が印加される構成であってもよい。 The substrate S1 is electrically grounded and functions as a collector. Alternatively, the substrate S1 may be configured to be applied with a voltage of the reverse polarity to the voltage applied to the nozzle head 23.
電源２４は、例えば直流電源であり、例えば１０ｋｖ以上１００ｋｖ以下の直流電圧を出力可能に構成されている。電源２４は例えば制御装置１４に接続されるスイッチ機構を備え、ＯＮ／ＯＦＦの切替えや電圧の調整が可能に構成されている。例えば電源２４によりノズルヘッド２３に印加される電圧は、好ましくは、プラスの極性とし、基材Ｓ１との電位差を１０Ｖ以上とする。 The power source 24 is, for example, a DC power source, and is configured to be able to output a DC voltage of, for example, 10 kv or more and 100 kv or less. The power supply 24 includes, for example, a switch mechanism connected to the control device 14, and is configured to be able to switch on / off and adjust the voltage. For example, the voltage applied to the nozzle head 23 by the power supply 24 is preferably positive and the potential difference with the substrate S1 is 10 V or more.
図４に示すように、制御装置１４は、制御部であるプロセッサ４１と、ＲＡＭやＲＯＭを有するメモリ４２と、を備える。プロセッサ４１は、予め設定されたプログラムや各種条件にしたがって、所定のプログラムを実行することにより、電界紡糸装置１００の各部の動作を制御する。例えばプロセッサ４１は、搬送用のモータ１３ｂやポンプ用のモータ２１ａの運転動作、あるいは電源２４のＯＮ，ＯＦＦ状態や電圧の大きさを制御することで、搬送処理、送液処理、及び吐出処理を行わせる。 As shown in FIG. 4, the control device 14 includes a processor 41 which is a control unit, and a memory 42 having a RAM and a ROM. The processor 41 controls the operation of each part of the electrospinning apparatus 100 by executing a predetermined program in accordance with a preset program and various conditions. For example, the processor 41 controls the transport operation, the liquid transfer processing, and the discharge processing by controlling the operation of the transport motor 13b and the pump motor 21a, or the ON / OFF state of the power source 24 and the magnitude of the voltage. Let it go.
本実施形態にかかる電界紡糸方法は、基材Ｓ１を搬送する搬送処理と、ノズルヘッド２３から原料液Ｑ１を吐出させる吐出処理と、原料液Ｑ１をノズルヘッド２３に供給する供給処理と、を備える。 The electrospinning method according to the present embodiment includes a transport process for transporting the base material S1, a discharge process for discharging the raw material liquid Q1 from the nozzle head 23, and a supply process for supplying the raw material liquid Q1 to the nozzle head 23. .
搬送処理として、プロセッサ４１は、モータ１３ｂを駆動して搬送ローラ１３ａを所定のタイミング及び回転速度で回転することで、基材Ｓ１を搬送経路Ａ１に沿って二次側へ搬送する。 As the transport process, the processor 41 transports the substrate S1 to the secondary side along the transport path A1 by driving the motor 13b and rotating the transport roller 13a at a predetermined timing and rotational speed.
吐出処理として、プロセッサ４１は、電源２４を動作させ、ノズルヘッド２３に電圧を印加することで、ノズルヘッド２３から原料液Ｑ１を吐出させ、基材Ｓ１に堆積させる。すなわち、ノズルヘッド２３に電圧が印加されかつ、基材Ｓ１が電気的に接地されるため、両者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、ノズル２３ｂにおける原料液Ｑ１の表面張力よりも大きくなると、吐出口２３ｃ近くの原料液Ｑ１が静電力により基材Ｓ１に向けて引き出される。引き出された原料液Ｑ１は、引き伸ばされ、溶媒が揮発することで、ファイバが形成される。形成されたファイバが、基材Ｓ１の表面に堆積し、堆積体を形成する。形成された堆積体は、例えば不織布やフィルタに用いられる。 As the discharge process, the processor 41 operates the power supply 24 and applies a voltage to the nozzle head 23 to discharge the raw material liquid Q1 from the nozzle head 23 and deposit it on the substrate S1. That is, since a voltage is applied to the nozzle head 23 and the substrate S1 is electrically grounded, an electric field is formed between the two. Then, when the electrostatic force acting along the lines of electric force becomes larger than the surface tension of the raw material liquid Q1 at the nozzle 23b, the raw material liquid Q1 near the discharge port 23c is drawn toward the substrate S1 by the electrostatic force. The drawn-out raw material liquid Q1 is drawn, and the solvent is evaporated to form a fiber. The formed fibers are deposited on the surface of the substrate S1 to form a deposit. The formed deposit is used, for example, as a non-woven fabric or a filter.
供給処理として、プロセッサ４１は、ポンプ用のモータ２１ａを駆動して、ポンプ部２１ｂを運転することにより、収容部１２内の原料液Ｑ１を二次側のノズルヘッド２３に向けて圧送する。供給処理において、プロセッサ４１はポンプ部２１ｂの駆動時間や駆動出力を制御することにより、原料液Ｑ１の流量、圧力、速度等を制御する。 As the supply process, the processor 41 drives the pump motor 21a and operates the pump unit 21b to pump the raw material liquid Q1 in the storage unit 12 toward the nozzle head 23 on the secondary side. In the supply process, the processor 41 controls the flow time, pressure, speed and the like of the raw material liquid Q1 by controlling the drive time and drive output of the pump unit 21b.
本実施形態にかかる電界紡糸装置１００及び電界紡糸方法によれば、複数段に配された液体吐出ユニット１０は、送液ポンプ２１とノズル２３ｂの高さの差である高さ方向の相対的な距離の差Δｈが等しく構成されているため、複数の液体吐出ユニット１０のノズルヘッド２３からの液体吐出量のばらつきを抑制し、吐出量を均一化できる。さらに、マニフォルド２２は、流入口２２ａから複数の流出口２２ｂまでの圧損が等しく構成されている。またマニフォルド２２の流出口２２ｂから各ノズルヘッド２３までの第３配管３３の配管条件も等しく設定されている。このため、同じ段の複数のノズルヘッド２３の吐出性能も均一化できる。したがって、原料液Ｑ１の吐出量を安定させ、基材Ｓ１の表面に形成されるファイバの形状を安定させることができ、材料の機能性向上や生産管理の効率化が図れる。さらに、配管条件が等しい共通のマニフォルド２２を用いたことにより配管の継手数を減少することができるため、継手からの漏れ電流を低減できる。 According to the electrospinning apparatus 100 and the electrospinning method according to the present embodiment, the liquid discharge units 10 arranged in a plurality of stages are relatively in the height direction, which is the difference in height between the liquid transfer pump 21 and the nozzle 23b. Since the differences in distance Δh are configured to be equal, it is possible to suppress variations in the amount of liquid discharge from the nozzle heads 23 of the plurality of liquid discharge units 10, and to make the discharge amount uniform. Further, the manifold 22 is configured such that the pressure loss from the inlet 22a to the plurality of outlets 22b is equal. The piping conditions of the third piping 33 from the outlet 22 b of the manifold 22 to each nozzle head 23 are also set equal. For this reason, the discharge performance of the plurality of nozzle heads 23 in the same stage can be made uniform. Therefore, the discharge amount of the raw material liquid Q1 can be stabilized, the shape of the fiber formed on the surface of the substrate S1 can be stabilized, and the functional improvement of the material and the efficiency of production control can be achieved. Furthermore, by using the common manifold 22 having the same piping conditions, the number of piping joints can be reduced, so that the leakage current from the joints can be reduced.
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
例えばノズルヘッド２３の構成は、ニードル型に限られるものではない。例えば、円錐型、ブレード型、その他の形状を適用してもよい。 For example, the configuration of the nozzle head 23 is not limited to the needle type. For example, conical, bladed, or other shapes may be applied.
また複数のノズルヘッド２３は互いに直交する２方向に複数列等間隔で配列した例を示したが、これに限られるものではなく、例えば円形状や千鳥状、その他の形状に配列してもよい。 Further, although an example in which the plurality of nozzle heads 23 are arranged at equal intervals in a plurality of columns in two directions orthogonal to each other is shown, the invention is not limited thereto. For example, circular shapes, zigzags, or other shapes may be arranged. .
また、搬送経路Ａ１も上記実施形態に限られるものではない。例えば所定の一方向に延びる搬送経路であってもよいし、循環する経路であってもよい。あるいは、搬送装置１３を省略し、基材Ｓ１が搬送されない構成としてもよい。さらに、基材Ｓ１の形状も帯状に限られるものではない。例えば板状、円柱状、ブロック状など、他の構成であってもよい。また、様々の形状の物品の表面を基材Ｓ１とし、各種の物品の表面に、ファイバを形成することができる。 Further, the transport route A1 is not limited to the above embodiment. For example, it may be a transport path extending in a predetermined direction, or may be a circulating path. Alternatively, the transport device 13 may be omitted, and the substrate S1 may not be transported. Furthermore, the shape of the base material S1 is not limited to a band. For example, other configurations such as a plate, a column, and a block may be used. Moreover, the surface of the articles | goods of various shapes can be used as the base material S1, and a fiber can be formed in the surface of various articles | goods.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。 While certain embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１０…液体吐出ユニット、１１…支持フレーム、１１ａ…台座部、１１ｂ…支柱、１１ｃ…フレーム片、１２…収容部、１３…搬送装置、１３ａ…搬送ローラ、１３ｂ…モータ、１４…制御装置、２１…送液ポンプ、２１ａ…モータ、２１ｂ…ポンプ部、２２…マニフォルド、２２ａ…流入口、２２ｂ…流出口、２３…ノズルヘッド、２３ｂ…ノズル、２４…電源、３０…配管ユニット、３１…第１配管、３２…第２配管、３３…第３配管、４１…プロセッサ、４２…メモリ、１００…電界紡糸装置、Ａ１…搬送経路、Ｑ１…原料液、Ｓ１…基材。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Liquid discharge unit, 11 ... Support frame, 11a ... Base part, 11b ... Support | pillar, 11c ... Frame piece, 12 ... Accommodation part, 13 ... Transport apparatus, 13a ... Transport roller, 13b ... Motor, 14 ... Control apparatus, 21 ... Liquid feed pump, 21a ... Motor, 21b ... Pump section, 22 ... Manifold, 22a ... Inlet, 22b ... Outlet, 23 ... Nozzle head, 23b ... Nozzle, 24 ... Power supply, 30 ... Piping unit, 31 ... 1st Piping, 32: second piping, 33: third piping, 41: processor, 42: memory, 100: electrospinning device, A1: conveying path, Q1: raw material liquid, S1: base material.
Claims (5)
複数の前記液体吐出ユニットの、前記液体吐出部と前記送液部との高さ方向の相対的な距離の差が等しい、電界紡糸装置。 A liquid discharge unit that discharges a liquid, a liquid transfer unit that is connected to the liquid discharge unit and sends the liquid toward the liquid discharge unit, and a flow path that connects the liquid transfer unit and the liquid discharge unit; A plurality of liquid discharge units having different positions at different positions in the height direction,
The electrospinning device, wherein the difference in relative distance in the height direction between the liquid discharge portion and the liquid transfer portion of the plurality of liquid discharge units is equal.
複数の前記液体吐出ユニットの、前記流路を構成する配管の長さが、等しい、請求項１に記載の電界紡糸装置。 The electrospinning apparatus according to claim 1, wherein the liquid discharge unit is a nozzle that discharges the liquid, and the lengths of the pipes constituting the flow path of the plurality of liquid discharge units are equal.
前記液体吐出ユニットは、前記送液部の二次側に接続される流入口と、前記流入口から複数に分岐する分岐流路と、前記分岐流路に接続される複数の流出口と、を有するマニフォルドと、複数の前記流出口にそれぞれ接続されるとともに前記ノズルを備える複数のノズルヘッドと、を備え、
前記マニフォルドは、前記流入口から前記分岐流路を通って複数の前記流出口にそれぞれ至る複数の流路の圧損が、等しく構成された、請求項１または２に記載の電界紡糸装置。 The liquid discharge unit is a nozzle for discharging the liquid, the liquid discharge unit is an inlet connected to the secondary side of the liquid transfer unit, a branch flow channel branched into a plurality from the inlet, and And a manifold having a plurality of outlets connected to the branch flow path, and a plurality of nozzle heads respectively connected to the plurality of outlets and including the nozzles.
The electrospinning apparatus according to claim 1, wherein pressure losses of a plurality of flow paths from the inflow port to the plurality of outflow ports respectively from the inflow port to the plurality of outflow ports are equally configured in the manifold.
複数の前記液体吐出ユニットの前記送液部の一次側に接続され、原料液を収容する、収容部と、
前記ノズルに電圧を印加する電源と、
前記基材を、高さ方向に沿う縦経路を有する搬送経路に沿って送る、搬送装置と、
を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電界紡糸装置。 The liquid discharge unit is a conductive nozzle, and is disposed opposite to a substrate made of a conductive material.
A storage unit connected to the primary side of the liquid transfer unit of the plurality of liquid discharge units and configured to store the raw material liquid;
A power supply for applying a voltage to the nozzle;
A transfer device for transferring the substrate along a transfer path having a vertical path along the height direction;
The electrospinning apparatus according to any one of claims 1 to 3, comprising:
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