JP2021038493A - 電界紡糸ヘッド及び電界紡糸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴出口から収集体及び基材に向かって原料液を適切に噴出させることができる電界紡糸ヘッドを提供すること。【解決手段】電界紡糸ヘッド２は、ヘッド本体１１及びノズル１２を備える。ヘッド本体の内部には、収納空洞１５が形成され、ノズルは、ヘッド本体の外周面から突出する。ノズルでは、収納空洞と連通する流路１７が内部に形成され、突出端に流路の噴出口１８が形成される。ノズルでは、第１の延設部２１が、ヘッド本体への接続部分を形成し、第２の延設部２２が、第１の延設部から突出するとともに、突出端を形成する。第１の延設部の流路を除く部分の第１の体積に比べ、第２の延設部の流路を除く部分第２の体積は、小さく、第２の延設部では、突出方向に沿う寸法が、第１の延設部より小さい。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電界紡糸ヘッド及び電界紡糸装置に関する。

エレクトロスピニング法（電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある）により、微細なファイバーを収集体又は基材の表面に堆積させ、ファイバーの膜を形成する電界紡糸装置がある。電界紡糸装置には、電界紡糸ヘッドが設けられ、電界紡糸ヘッドは、ヘッド本体と、ヘッド本体の外周面から突出するノズルと、を備える。電界紡糸ヘッドでは、ヘッド本体の内部に原料液を収納可能な収納空洞が形成される。また、ノズルの内部には、収納空洞と連通する流路（ノズル流路）が形成され、ノズルにおいてヘッド本体からの突出端には、流路の噴出口が形成される。ノズル（電界紡糸ヘッド）と収集体又は基材との間に電圧を印加することにより、流路の噴出口から原料液を収集体又は基材の表面に向かって噴出させ、ファイバーを収集体又は基材の表面に堆積させる。

前述のような電界紡糸装置では、ノズルの流路において、噴出口から噴出される直前の原料液の電荷密度が高く確保され、噴出口から収集体及び基材に向かって原料液が適切に噴出されることが、求められている。また、ノズルの突出端の近傍の空間において電界強度が過度に高くならず、ノズルの突出端及びその近傍へのファイバーの付着が有効に防止されることが、求められている。

特開２０１８−９０９２４号公報 国際公開２０１２／０３２７７７号公報 特開２０１５−２８２２８号公報

本発明が解決しようとする課題は、噴出口から収集体及び基材に向かって原料液を適切に噴出させることができる電界紡糸ヘッド及び電界紡糸装置を提供することにある。

実施形態によれば、ヘッド本体及びノズルを備える電界紡糸ヘッドが提供される。ヘッド本体では、原料液を収納可能な収納空洞が内部に形成される。ノズルは、導電材料から形成され、ヘッド本体の外周面から突出する。ノズルでは、収納空洞と連通する流路が内部に形成され、ヘッド本体からの突出端に流路の噴出口が形成される。ノズルは、第１の延設部及び第２の延設部を備える。第１の延設部は、ヘッド本体の外周面へのノズルの接続部分を形成し、第１の延設部の流路を除く部分は、第１の体積になる。第２の延設部は、第１の延設部からノズルの突出方向へさらに突出し、ノズルの突出端を形成する。第２の延設部の流路を除く部分は、第１の体積より小さい第２の体積になり、第２の延設部では、突出方向に沿う寸法が、第１の延設部より小さい。

実施形態によれば、前述の電界紡糸ヘッドと、電源と、を備える電界紡糸装置が提供される。電源は、電界紡糸ヘッドのノズルに電圧を印加する。

図１は、第１の実施形態に係る電界紡糸装置の一例を示す概略図である。 図２は、第１の実施形態に係る電界紡糸ヘッドを示す概略図である。 図３は、第１の実施形態に係る電界紡糸ヘッドを、長手軸に対して垂直又は略垂直で、かつ、ノズルの１つを通る断面で概略的に示す断面図である。 図４は、第１の変形例に係る電界紡糸ヘッドを、長手軸に対して垂直又は略垂直で、かつ、ノズルの１つを通る断面で概略的に示す断面図である。 図５は、第２の変形例に係る電界紡糸ヘッドを、長手軸に対して垂直又は略垂直で、かつ、ノズルの１つを通る断面で概略的に示す断面図である。 図６は、第３の変形例に係る電界紡糸ヘッドを示す概略図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電界紡糸装置１の一例を示す。図１に示すように、電界紡糸装置１は、電界紡糸ヘッド２、原料液の供給源（供給部）３、電源４、収集体５、及び、制御部６を備える。

図２及び図３は、電界紡糸ヘッド２の構成を示す。図１乃至図３に示すように、電界紡糸ヘッド２は、ヘッド本体１１と、複数の（本実施形態では４つ）ノズル１２と、を備える。ヘッド本体１１（電界紡糸ヘッド２）は、中心軸として長手軸Ｃを有し、長手軸Ｃに沿って延設される。本実施形態では、ヘッド本体１１及びノズル１２のそれぞれは、導電材料から形成される。

なお、ノズル１２の数は、特に限定されるものではなく、ノズル１２は、１つ以上設けられていればよい。また、ヘッド本体１１及びノズル１２のそれぞれは、後述する原料液に対して耐性を有する材料から形成されることが好ましく、例えば、ステンレスから形成される。ここで、図２は、長手軸Ｃに対して交差する（垂直又は略垂直な）ある方向から視た状態を示す。また、図３は、長手軸Ｃに対して垂直又は略垂直で、かつ、ノズル１２の１つを通る断面を示す。

ノズル１２のそれぞれは、ヘッド本体１１の外周面に設けられる。ヘッド本体１１の外周面は、長手軸Ｃの軸回りに沿って延設され、ヘッド本体１１の外表面の一部を形成する。そして、ヘッド本体１１の外周面は、長手軸Ｃに対して交差する（垂直又は略垂直な）方向について長手軸Ｃから離れる側を向く。また、本実施形態では、複数のノズル１２は、長手軸Ｃの軸回りについて、互いに対して同一又は略同一の角度位置に配置される。このため、本実施形態では、複数のノズル１２は、長手軸Ｃに沿って配列され、ノズル列１３を形成する。また、ノズル１２のそれぞれは、ヘッド本体１１の外周面から、外周側へ、すなわち、長手軸Ｃから離れる側へ、突出する。

ヘッド本体１１の内部には、長手軸Ｃに沿って収納空洞１５が形成される。本実施形態では、収納空洞１５は、ヘッド本体１１と同軸又は略同軸に形成され、収納空洞１５の中心軸は、長手軸Ｃと同軸又は略同軸に形成される。また、収納空洞１５は、長手軸Ｃに沿う方向について、ヘッド本体１１の全体又は大部分に渡って形成される。このため、本実施形態では、ヘッド本体１１は、収納空洞１５を内部空洞とする筒状に形成される。

また、電界紡糸ヘッド２には、ノズル１２と同一の数だけ流路（ノズル流路）１７が形成され、ノズル１２のそれぞれの内部には、流路１７の対応する１つが形成される。流路１７のそれぞれの一端は、収納空洞１５と連通し、収納空洞１５からヘッド本体１１の外周側に向かって延設される。そして、流路１７のそれぞれには、収納空洞１５とは反対側の端に噴出口１８が形成され、流路１７のそれぞれは、噴出口１８で外部に対して開口する。ノズル１２のそれぞれでは、ヘッド本体１１の外周面からの突出端Ｅ２に、流路１７の対応する１つの噴出口１８が形成される。

原料液の供給源３は、収納部３１、供給駆動部３２、供給調整部３３及び供給配管３５を備える。収納部３１、供給駆動部３２、供給調整部３３及び供給配管３５のそれぞれは、原料液に耐性を有し、ある一例では、収納部３１及び供給配管３５のそれぞれは、フッ素樹脂等の絶縁材から形成される。

収納部３１は、原料液を収納するタンク等である。原料液は、高分子材料を溶媒に溶解したものである。原料液に含まれる高分子、及び、高分子を溶解させる溶媒は、収集体５の表面に堆積させるファイバー１００の種類等に対応させて、適宜に決定される。供給配管３５は、収納部３１と電界紡糸ヘッド２のヘッド本体１１との間を接続する。供給配管３５の内部には、原料液の流路が形成される。

ヘッド本体１１の収納空洞１５の一端には、開口１６が形成される。供給配管３５は、開口１６で、ヘッド本体１１に接続され、収納空洞１５は、開口１６で供給配管３５の内部と連通する。本実施形態では、長手軸Ｃに沿う方向についてヘッド本体１１の一方側の端面に、開口１６が形成される。また、収納空洞１５の他端、すなわち、収納空洞１５において開口１６とは反対側の端は、ヘッド本体１１の外部に対して閉口される。ある一例では、ヘッド本体１１自体によって収納空洞１５の他端が閉口され、別のある一例では、ヘッド本体１１に取付けられる蓋部材等によって収納空洞１５の他端が閉口される。

供給駆動部３２は、駆動等されることにより、収納部３１から供給配管３５を通して原料液をヘッド本体１１の収納空洞１５に供給する。ある一例では、供給駆動部３２は、ポンプである。また、別のある一例では、供給駆動部３２は、収納部３１にガスを供給することにより、収納部３１から収納空洞１５に原料液を圧送する。収納空洞１５は、供給配管３５を通して供給された原料液を収納可能である。

供給調整部３３は、収納空洞１５に供給される原料液の流量及び圧力等を調整する。ある一例では、供給調整部３３は、原料液の流量及び圧力等を制御可能な制御弁である。供給調整部３３は、原料液の流量及び圧力等を調整することにより、電界紡糸ヘッド２と収集体５との間に電圧が印加されていない状態において、ノズル１２のそれぞれの噴出口１８からの原料液の噴出を抑制する。そして、供給調整部３３は、原料液の粘度及び噴出口１８のそれぞれの寸法等に基づいて、原料液を適宜の流量及び圧力等に調整する。また、ある一例では、供給調整部３３は、収納部３１から収納空洞１５への原料液の供給及び供給停止を切替え可能である。この場合、供給調整部３３は、例えば、切替え弁である。

なお、供給駆動部３２及び供給調整部３３は、必ずしも設ける必要はない。ある一例では、ヘッド本体１１に対して鉛直上側に収納部３１が設けられ、重力を利用して収納部３１から収納空洞１５に原料液を供給する。この場合、ヘッド本体１１に対する収納部３１の高さの差を調整することにより、電界紡糸ヘッド２と収集体５との間に電圧が印加されていない状態において、ノズル１２のそれぞれの噴出口１８からの原料液の噴出を抑制する。

電源４は、電界紡糸ヘッド２と収集体５との間に電圧を印加する。この際、電界紡糸ヘッド２では、ヘッド本体１１を介して、所定の極性の電圧が、ノズル１２のそれぞれに印加される。なお、ある一例では、ノズル１２のそれぞれに電気的に接続される端子（図示しない）が設けられ、端子を介してノズル１２のそれぞれに電圧が印加される。端子が設けられる構成では、ヘッド本体１１を導電材料から形成する必要がなくなる。前述のように、電源４は、ノズル１２のそれぞれに電圧を印加する構成であればよい。

また、ノズル１２は、互いに対して電気的に接続される。このため、ノズル１２のそれぞれに電圧が印加された状態では、ノズル１２は、互いに対して同一又は略同一の電位になる。ノズル１２のそれぞれに印加される電圧の極性は、プラスであってもよく、マイナスであってもよい。図１の一例では、電源４は、直流電源であり、ノズル１２のそれぞれにプラスの電圧を印加する。

収集体５は、導電材料から形成される。また、収集体５は、原料液に対して耐性を有し、ある一例では、ステンレスから形成される。収集体５は、電界紡糸ヘッド２に対して、噴出口１８のそれぞれが開口する側に配置される。したがって、収集体５は、電界紡糸ヘッド２に対して、噴出口１８から原料液が噴出される側に配置される。

図１の一例では、収集体５は、接地される。このため、ノズル１２のそれぞれにプラスの電圧が印加された状態において、収集体５の対地電圧は、０Ｖ又は略０Ｖになる。別のある一例では、収集体５が接地されていない。そして、電源４は、ノズル１２のそれぞれとは反対の極性の電圧を収集体５に印加する。

供給源３によって電界紡糸ヘッド２に原料液が供給された状態では、電源４によってノズル１２のそれぞれと収集体５との間に前述のように電圧を印加することにより、ノズル１２のそれぞれの噴出口１８から収集体５に向かって原料液が噴出される。すなわち、ノズル１２のそれぞれと収集体５との間の電位差によって、原料液が収集体５に向かって噴出される。ノズル１２のそれぞれの噴出口１８から原料液が収集体５に向かって噴出されることにより、ファイバー１００が収集体５の表面に堆積され、堆積されたファイバー１００によってファイバー１００の膜が形成される。すなわち、エレクトロスピニング法（電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある）によって、ファイバー１００の膜が形成される。

なお、電界紡糸ヘッド２と収集体５との間に印加される電圧、すなわち、ノズル１２のそれぞれと収集体５との間の電位差は、原料液に含まれる高分子の種類及びノズル１２のそれぞれの収集体５に対する距離等に対応させて、適宜の大きさに調整される。ある一例では、ノズル１２のそれぞれと収集体５との間に、１０ｋＶ以上１００ｋＶ以下のいずれかの大きさの直流電圧が印加される。

収集体５は、例えば、板状又はシート状に形成される。収集体５がシート状に形成される場合、ロール等の外周面に巻かれた収集体５にファイバー１００を堆積させてもよい。また、収集体５は、移動可能であってもよい。

ある一例では、一対の回転ドラム、及び、回転ドラムを駆動させる駆動源が設けられる。駆動源によって回転ドラムが駆動されることにより、ベルトコンベヤーと同様にして、一対の回転ドラムの間を収集体５が移動する。収集体５が移動する（搬送される）ことにより、収集体５の表面においてファイバー１００が堆積される領域を経時的に変化させることが、可能になる。これにより、経時的に連続して収集体５にファイバー１００を堆積させることが可能になり、ファイバー１００の堆積体であるファイバー１００の膜が効率的に製造される。

収集体５の表面に形成されたファイバー１００の膜は、収集体５から取外される。ファイバー１００の膜は、これらに限定されないが、例えば、不織布及びフィルタ等に用いられる。

また、ある一例では、収集体５が設けられない。この場合、導電材料から形成される基材が用いられ、ノズル１２のそれぞれと基材との間に電圧を印加することにより、ノズル１２のそれぞれの噴出口１８から基材に向かって原料液が噴出される。そして、基材の表面にファイバー１００を堆積させることにより、基材の表面にファイバー１００の膜が形成される。この場合、基材は、接地されていてもよく、電源４によってノズル１２のそれぞれとは反対の極性の電圧が基材に印加されてもよい。

また、別のある一例では、収集体５上に基材が設置され、前述のようにノズル１２のそれぞれと収集体５との間に電圧を印加する。そして、収集体５上に設置される基材の表面にファイバー１００を堆積させ、基材の表面にファイバー１００の膜を形成する。この場合、基材が電気的絶縁性を有する場合でも、基材の表面にファイバー１００の膜を形成可能になる。

また、収集体５上に基材が設置される場合、基材は、収集体５上を移動可能であってもよい。ある一例では、シート状の基材が巻かれた回転ドラムと、表面にファイバー１００の膜が形成された基材を巻き取る回転ドラムと、が設けられる。そして、回転ドラムのそれぞれを回転することにより、収集体５上を基材が移動する。基材が移動する（搬送される）ことにより、基材の表面においてファイバー１００が堆積される領域を経時的に変化させることが、可能になる。これにより、経時的に連続して基材にファイバー１００を堆積させることが可能になり、ファイバー１００の堆積体であるファイバー１００の膜が効率的に製造される。

基材の表面上にファイバー１００の膜を形成する例としては、これに限定されないが、例えば、電池のセパレータ一体型電極の製造が挙げられる。この場合、電極群の負極及び正極の一方が基材として用いられる。そして、基材の表面に形成されるファイバー１００の膜が、負極又は正極と一体のセパレータとなる。

制御部（コントローラ）６は、例えば、コンピュータ等である。制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ又は集積回路（制御回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。制御部６は、集積回路等を１つのみ備えてもよく、集積回路等を複数備えてもよい。制御部６は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。制御部６は、供給駆動部３２の駆動、供給調整部３３の作動、及び、電源４からの出力等を制御する。

ノズル１２のそれぞれは、例えば、ニードル型のノズルであり、中心軸として延設軸Ｐを有する。ノズル１２のそれぞれでは、延設軸Ｐに沿う方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）の一方側が、ヘッド本体１１の外周面からの突出方向と、一致又は略一致する。流路（ノズル流路）１７のそれぞれは、ノズル１２の対応する１つと同軸又は略同軸に形成され、流路１７のそれぞれの中心軸は、ノズル１２の対応する１つの延設軸Ｐと同軸又は略同軸に形成される。流路１７のそれぞれ、ノズル１２の対応する１つの延設軸Ｐに沿って形成される。そして、流路１７のそれぞれは、ノズル１２の対応する１つにおいて、延設軸Ｐに沿う方向の全寸法に渡って形成される。このため、本実施形態では、ノズル１２のそれぞれは、流路１７の対応する１つを内部空洞とする筒状に形成される。

ノズル１２のそれぞれは、延設部２１，２２を備える。ノズル１２のそれぞれでは、延設部（第１の延設部）２１によって、ヘッド本体１１の外周面への接続部分Ｅ１が形成される。したがって、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２１によって、ヘッド本体１１からの突出部分の根元が形成される。また、ノズル１２のそれぞれでは、延設部（第２の延設部）２２は、延設部２１から突出方向（矢印Ｘ１で示す方向）へさらに突出し、延設部２２によって、ヘッド本体１１からの突出部分の突出端Ｅ２が形成される。したがって、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２２の突出端（先端）に、噴出口１８の１つが形成される。

また、ノズル１２のそれぞれには、延設部２１，２２の接続部分Ｅ３が形成される。ノズル１２のそれぞれでは、延設部（第２の延設部）２２は、接続部分Ｅ３において、延設部（第１の延設部）２１に対して突出端Ｅ２が位置する側に、接続される。また、ノズルの１２のそれぞれでは、流路１７の対応する１つが、延設部２１の内部、及び、延設部２２の内部を順に通って、収納空洞１５から噴出口１８（突出端Ｅ２）まで延設される。前述のような構成であるため、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２２が、突出端Ｅ２が形成されるノズル先端部となり、延設部２１がヘッド本体１１と延設部２２との間を中継するノズル中継部となる。

ノズル１２のそれぞれでは、流路１７の対応する１つの延設軸Ｐに垂直な断面積が、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１から突出端Ｅ２まで、均一になる。すなわち、流路１７のそれぞれの延設方向に垂直な断面積は、ノズル１２の対応する１つにおいて、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１から突出端Ｅ２まで、一定又は略一定になる。したがって、ノズル１２のそれぞれでは、流路１７の対応する１つの延設方向に垂直な断面積が、接続部分Ｅ１と突出端Ｅ２の間において、変化しない、又は、変化していないとみなせる程度で微小に変動する。ある一例では、ノズル１２の突出端Ｅ２での外径が０．５ｍｍに、流路１７の径（内径）が０．３ｍｍに、設計される。この場合、接続部分Ｅ１と突出端Ｅ２の間において流路１７の径が０．３ｍｍ±数ミクロンの範囲内であれば、接続部分Ｅ１から突出端Ｅ２まで流路１７の断面積が均一（一定又は略一定）であるとみなす。

また、本実施形態のノズル１２のそれぞれでは、延設部（第１の延設部）２１の外径に比べて、延設部（第２の延設部）２２の外径が小さい。すなわち、延設軸Ｐから延設部２２の外周面までの距離は、延設軸Ｐから延設部２１の外周面までの距離に比べて、小さい。また、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２１の外径は、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１から延設部２２への接続部分Ｅ３（延設部２１の突出端）まで、均一（一定又は略一定）になる。そして、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２２の外径は、延設部２１への接続部分Ｅ３（延設部２２の根元）から突出端Ｅ２まで、均一（一定又は略一定）になる。ある一例では、延設部２２の外径、すなわち、ノズル１２の突出端Ｅ２での外径が０．５ｍｍに設計される。この場合、接続部分Ｅ３と突出端Ｅ２の間において延設部２２の外径が０．５ｍｍ±数ミクロンの範囲内であれば、接続部分Ｅ３から突出端Ｅ２まで延設部２２の外径が均一であるとみなし、接続部分Ｅ３と突出端Ｅ２との間において延設軸Ｐから延設部２２の外周面までの距離が均一であるとみなす。

また、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部（第２の延設部）２２の外径、すなわち、突出端Ｅ２での外径は、可能な限り小さいことが好ましい。ノズル１２のそれぞれの延設部２２の外径を小さくすることにより、ノズル１２のそれぞれの突出端Ｅ２（噴出口１８）の近傍において電界集中が生じ易くなる。ある一例では、ノズル１２のそれぞれの延設部２２の外径は、例えば、０．３ｍｍ以上1．３ｍｍ以下のいずれかの大きさになる。

また、流路１７のそれぞれの径（内径）、すなわち、噴出口１８のそれぞれの開口径は、ノズル１２の対応する１つの延設部２２の外径より小さい範囲であれば、特に限定されない。流路１７のそれぞれの径は、収集体５の表面に堆積させるファイバー１００の種類等に対応させて、適宜に設定される。ある一例では、流路１７のそれぞれの径は、例えば、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下のいずれかの大きさになる。

延設部２１，２２の外径が前述のように形成されるため、延設部２１，２２の接続部分Ｅ３では、延設部２１から延設部２２に向かって、ノズル１２の外径が減少する。このため、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２１，２２の接続部分Ｅ３に、径方向についての段差が形成される。また、延設部２１，２２の外径及び流路１７の径が前述のように形成されるため、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２２での流路１７から外周面までの肉厚は、延設部２１での流路１７から外周面までの肉厚よりも、小さい。すなわち、流路１７から延設部（第２の延設部）２２の外周面までの肉厚は、流路１７から延設部（第１の延設部）２１の外周面までの肉厚よりも、小さい。

また、ノズル１２のそれぞれの延設部２１では、流路１７から外周面までの肉厚は、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１から延設部２２への接続部分Ｅ３（延設部２１の突出端）まで、均一（一定又は略一定）になる。したがって、ヘッド本体１１への接続部分（接続位置）Ｅ１での流路１７から外周面までの肉厚Ｔ１を規定すると、ノズル１２のそれぞれの延設部２１では、接続部分Ｅ１と接続部分Ｅ３との間のいずれの部位においても、流路１７から外周面までの肉厚は、肉厚Ｔ１と同一又は略同一になる。また、ノズル１２のそれぞれの延設部２２では、流路１７から外周面までの肉厚は、延設部２１への接続部分Ｅ３（延設部２２の根元）から突出端Ｅ２まで、均一（一定又は略一定）になる。したがって、突出端Ｅ２での流路１７から外周面までの肉厚Ｔ２を規定すると、ノズル１２のそれぞれの延設部２２では、接続部分Ｅ３と突出端Ｅ２との間のいずれの部位においても、流路１７から外周面までの肉厚は、肉厚Ｔ２と同一又は略同一になる。ある一例では、延設部２２の肉厚Ｔ２、すなわち、ノズル１２の突出端Ｅ２での流路１７と外周面との間の肉厚が、０．２ｍｍに設計される。この場合、接続部分Ｅ３と突出端Ｅ２の間において延設部２２の肉厚が０．２ｍｍ±数ミクロンの範囲内であれば、接続部分Ｅ３から突出端Ｅ２まで延設部２２の肉厚が均一であるとみなす。

本実施形態では、前述のように、延設部２２の肉厚は、延設部２１の肉厚よりも、小さい。したがって、延設軸Ｐに垂直な断面での延設部２２の流路１７を除く部分の断面積は、延設軸Ｐに垂直な断面での延設部２１の流路１７を除く部分の断面積より、小さい。すなわち、ノズル１２のそれぞれでは、延設軸Ｐに沿う方向（突出方向）の単位長さ当たりに占める体積は、延設部（第１の延設部）２１の流路を除く部位に比べて、延設部（第２の延設部）２２の流路を除く部位で、小さくなる。

また、ノズル１２のそれぞれでは、延設軸Ｐに沿う方向についての延設部２１の寸法Ｌ１に比べて、延設軸Ｐに沿う方向についての延設部２２の寸法Ｌ２は、小さい。すなわち、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２１の突出方向に沿う寸法Ｌ１に比べて、延設部２２の突出方向に沿う寸法Ｌ２は、小さい。また、ノズル１２のそれぞれでは、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１から突出端Ｅ２までの流路１７の延設長は、寸法Ｌ１及び寸法Ｌ２の合計値（Ｌ１＋Ｌ２）と同一又は略同一の大きさになる。

ここで、延設部（第１の延設部）２１の流路１７を除く部分の体積（第１の体積）Ｖ１、及び、延設部（第２の延設部）２２の流路１７を除く部分の体積（第２の体積）Ｖ２を、規定する。本実施形態では、延設部２１において断面積及び寸法Ｌ１が前述のようになり、延設部２２において断面積及び寸法Ｌ２が前述のようになる。このため、ノズル１２のそれぞれでは、体積Ｖ２は、体積Ｖ１に比べて小さい。

本実施形態では、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部（第１の延設部）２１の流路１７を除く部分の体積（第１の体積）Ｖ１に比べ、延設部（第２の延設部）２２の流路１７を除く部分の体積（第２の体積）Ｖ２が小さい。そして、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２１の突出方向に沿う寸法Ｌ１に比べて、延設部２２の突出方向に沿う寸法Ｌ２は、小さい。このため、ノズル１２のそれぞれにおいて、突出端Ｅ２（噴出口１８）が設けられる延設部２２の突出長さが、小さくなる。ノズル１２のそれぞれにおいて延設部２２の延設部２１から突出長さが小さくなることにより、ノズル１２と収集体５等との間に電圧が印加されても、ノズル１２のそれぞれの突出端Ｅ２の近傍の空間において、電界強度が過度に高くならない。これにより、噴出口１８のそれぞれから原料液が噴出されている状態において、ノズル１２のそれぞれの突出端Ｅ２及びその近傍へのファイバー（原料液）１００の付着が、有効に防止される。

また、本実施形態では、延設部２２の肉厚は、延設部２１の肉厚より、小さい。このため、延設部２２の突出方向に沿う寸法Ｌ２を、延設部２１の突出方向に沿う寸法Ｌ１より小さくする等して、延設部２２の流路１７を除く部分の体積Ｖ２が延設部２１の流路１７を除く部分の体積Ｖ１より小さくなる構成が、容易に実現される。

また、本実施形態では、ノズル１２のそれぞれにおいて、流路１７は、延設部２１，２２を通って延設され、ヘッド本体１１への接続部分（突出部分の根元）Ｅ１から突出端Ｅ２まで延設される。このため、ノズル１２のそれぞれでは、流路１７の延設長は、寸法Ｌ１及び寸法Ｌ２の合計値（Ｌ１＋Ｌ２）と同一又は略同一の大きさになり、大きくなる。ノズル１２のそれぞれにおける流路１７の延設長が大きくなることにより、ノズル１２それぞれの内周面（流路１７の周面）への流路１７を流れる原料液の接触頻度が高くなる。ノズル１２のそれぞれにおいて内周面への原料液の接触頻度が高くなることにより、ノズル１２と収集体５等との間に電圧が印加された状態において、ノズル１２のそれぞれから原料液に電荷が移動し易くなる。これにより、流路１７のそれぞれにおいて、噴出口１８から噴出される直前の原料液の電荷密度が高く確保される。流路１７のそれぞれにおいて噴出口１８から噴出される直前の原料液の電荷密度が高くなることにより、噴出口１８のそれぞれから収集体及び基材等に向かって原料液が適切に噴出される。

また、本実施形態では、ノズル１２のそれぞれにおいて、ヘッド本体１１への接続部分（接続位置）Ｅ１から突出端Ｅ２まで、流路１７の断面積（径）が均一になる。このため、ノズル１２のそれぞれの流路１７では、突出端Ｅ２及びその近傍に加えて、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１及びその近傍でも、延設軸Ｐに垂直な断面積が小さくなる。このため、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１及びその近傍においても、ノズル１２のそれぞれの内周面への原料液の接触頻度が高くなる。ノズル１２のそれぞれから原料液に電荷がさらに移動し易くなり、流路１７のそれぞれにおいて、噴出口１８から噴出される直前の原料液の電荷密度がさらに高くなる。

（変形例）
なお、図４に示す第１の変形例では、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部２１の外径は、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１と延設部２２への接続部分Ｅ３との間において、均一にならない。本変形例では、ノズル１２のそれぞれの延設部（第１の延設部）２１において、外径は、延設部２２への接続部分Ｅ３に向かうほど減少する。したがって、ノズル１２のそれぞれの延設部２１は、突出端Ｅ２に近づくほど外径が減少するテーパ状に形成される。ただし、本変形例でも、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部２２の外径は、延設部２１への接続部分Ｅ３から突出端Ｅ２まで均一（一定又は略一定）になる。そして、ノズル１２のそれぞれでは、延設部（第１の延設部）２１において接続部分（接続位置）Ｅ３以外の部分での外径よりも、延設部（第２の延設部）２２の外径が小さい。本変形例では、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部２１，２２の接続部分Ｅ３での外径が、突出端Ｅ２での外径と、同一又は略同一となる。そして、前述の実施形態等とは異なり、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２１，２２の接続部分Ｅ３に、径方向についての段差が形成されない。

本変形例でも、ノズル１２のそれぞれにおいて、流路１７の延設方向に垂直な断面積は、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１から突出端Ｅ２まで、均一（一定又は略一定）になる。このため、本変形例でも、ノズル１２のそれぞれの延設部（第２の延設部）２２において、流路１７から外周面までの肉厚は、延設部２１への接続部分Ｅ３（延設部２２の根元）から突出端Ｅ２まで、均一（一定又は略一定）になる。すなわち、突出端Ｅ２での流路１７から外周面までの肉厚Ｔ２を規定すると、ノズル１２のそれぞれの延設部２２では、接続部分Ｅ３と突出端Ｅ２との間のいずれの部位においても、流路１７から外周面までの肉厚は、肉厚Ｔ２と同一又は略同一になる。

ただし、本変形例では、ノズル１２のそれぞれの延設部（第１の延設部）２１において、流路１７から外周面までの肉厚は、延設部２２への接続部分Ｅ３に向かうほど減少する。したがって、ノズル１２のそれぞれの延設部２１は、突出端Ｅ２に近づくほど、肉厚が減少する。また、ノズル１２のそれぞれでは、延設部（第１の延設部）２１において接続部分Ｅ３以外の部分での肉厚よりも、延設部（第２の延設部）２２の肉厚が小さい。そして、本変形例では、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部２１，２２の接続部分Ｅ３での肉厚が、突出端Ｅ２での肉厚と、同一又は略同一となる。

前述のような構成であるため、本変形例でも、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設軸Ｐに垂直な断面での延設部２２の流路１７を除く部分の断面積は、延設軸Ｐに垂直な断面での延設部２１の流路１７を除く部分の断面積より、小さい。また、本変形例でも、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設軸Ｐに沿う方向についての延設部２１の寸法Ｌ１に比べて、延設軸Ｐに沿う方向についての延設部２２の寸法Ｌ２は、小さい。このため、本変形例でも、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部（第１の延設部）２１の流路１７を除く部分の体積（第１の体積）Ｖ１に比べ、延設部（第２の延設部）２２の流路１７を除く部分の体積（第２の体積）Ｖ２が小さい。したがって、本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

また、図５に示す第２の変形例でも、図４の変形例と同様に、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部２１の外径は、延設部２２への接続部分Ｅ３に向かうほど減少する。そして、ノズル１２のそれぞれでは、延設部２２の外径は、延設部２１への接続部分Ｅ３から突出端Ｅ２まで均一（一定又は略一定）になる。そして、ノズル１２のそれぞれでは、延設部（第１の延設部）２１において接続部分Ｅ３以外の部分での外径よりも、延設部（第２の延設部）２２の外径が小さい。

ただし、本変形例では、ノズル１２のそれぞれにおいて、流路１７の延設方向に垂直な断面積は、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１と延設部２１，２２の接続部分Ｅ３との間において、均一にならない。そして、本変形例では、ノズル１２のそれぞれの流路１７は、ヘッド本体１１への接続部分Ｅ１から延設部２１，２２の接続部分Ｅ３までに渡って形成される断面積変化部２５と、延設部２１，２２の接続部分Ｅ３から突出端Ｅ２（噴出口１８）までに渡って形成される断面積均一部２６と、を備える。断面積変化部２５では、接続部分Ｅ３に近づくほど、すなわち、突出端Ｅ２に近づくほど、流路１７の延設方向に垂直な断面積が減少する。また、断面積均一部２６では、接続部分Ｅ３から突出端Ｅ２まで、流路１７の延設方向に垂直な断面積が均一（一定又は略一定）になる。

本変形例でも、ノズル１２のそれぞれの延設部（第２の延設部）２２において、流路１７から外周面までの肉厚は、延設部２１への接続部分Ｅ３（延設部２２の根元）から突出端Ｅ２まで、均一（一定又は略一定）になる。すなわち、突出端Ｅ２での流路１７から外周面までの肉厚Ｔ２を規定すると、ノズル１２のそれぞれの延設部２２では、接続部分Ｅ３と突出端Ｅ２との間のいずれの部位においても、流路１７から外周面までの肉厚は、肉厚Ｔ２と同一又は略同一になる。

また、本変形例でも、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設軸Ｐに沿う方向についての延設部２１の寸法Ｌ１に比べて、延設軸Ｐに沿う方向についての延設部２２の寸法Ｌ２は、小さい。そして、本変形例でも、ノズル１２のそれぞれにおいて、延設部（第１の延設部）２１の流路１７を除く部分の体積（第１の体積）Ｖ１に比べ、延設部（第２の延設部）２２の流路１７を除く部分の体積（第２の体積）Ｖ２が小さい。したがって、本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

また、前述したように、電界紡糸ヘッド２に設けられるノズル１２の数は、１つ以上であればよい。また、前述の実施形態等では、複数のノズル１２によって１つのノズル列１３が形成されるが、電界紡糸ヘッド２において、ノズル列１３と同様のノズル列が複数形成されてもよい。

図６に示す第３の変形例では、ノズル１２として、ノズル１２Ａ，１２Ｂが、ヘッド本体１１の外周面に設けられる。本変形例では、ノズル１２Ａ，１２Ｂのそれぞれは、複数ずつ設けられる。また、本変形例では、複数のノズル（第１のノズル）１２Ａは、長手軸Ｃの軸回りについて、互いに対して同一又は略同一の角度位置に配置され、複数のノズル（第２のノズル）１２Ｂは、長手軸Ｃの軸回りについて、互いに対して同一又は略同一の角度位置に配置され。このため、本変形例では、複数のノズル１２Ａは、長手軸Ｃに沿って配列され、ノズル列（第１のノズル列）１３Ａを形成する。また、複数のノズル１２Ｂは、長手軸Ｃに沿って配列され、ノズル列（第２のノズル列）１３Ｂを形成する。

ノズル１２Ｂは、長手軸Ｃの軸回りについて、ノズル１２Ａに対してずれて設けられる。このため、ノズル列１３Ｂは、長手軸Ｃの軸回りについて、ノズル列１３Ａに対してずれて形成される。ただし、本変形例では、ノズル１２Ａ，１２Ｂのいずれもが、長手軸Ｃに対して、収集体５が位置する側に配置される。例えば、ノズル１２Ａは、長手軸Ｃの軸回りについて、ノズル１２Ｂに対して６０°程度ずれて配置される。

ヘッド本体１１の外周面では、ノズル１２Ａ，１２Ｂは、ジグザグ状に配置される。そして、ノズル１２Ａ及びノズル１２Ｂは、長手軸Ｃに沿う方向について交互に配置される。このため、長手軸Ｃに沿う方向について隣り合うノズル（第１のノズル）１２Ａの間には、ノズル（第２のノズル）１２Ｂの対応する１つが、配置される。

本変形例では、長手軸Ｃに沿う方向について隣り合うノズル１２Ａの間に、ノズル１２Ｂが配置される。このため、収集体５又は基材では、長手軸Ｃに沿う方向について隣り合うノズル１２Ａの間の領域においても、ノズル１２Ｂによってファイバー１００が堆積される。これにより、収集体５又は基材においてファイバー１００が局所的に堆積されることが、有効に防止される。

本変形例でも、ノズル１２Ａ，１２Ｂのそれぞれでは、前述の実施形態等のノズル１２のいずれかと同様にして、延設部２１，２２が形成される。そして、ノズル１２Ａ，１２Ｂのそれぞれでは、前述の実施形態等のノズル１２のいずれかと同様にして、流路１７及び噴出口１８が形成される。たがって、本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。

これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例によれば、電界紡糸ヘッドのノズルにおいて、第１の延設部から第２の延設部がノズルの突出方向へさらに突出し、第２の延設部が、ノズルの突出端を形成する。そして、第１の延設部の流路を除く部分の第１の体積に比べ、第２の延設部の流路を除く部分の第２の体積は、小さく、第２の延設部では、突出方向に沿う寸法が、第１の延設部より小さい。これにより、噴出口から収集体及び基材に向かって原料液を適切に噴出させることができる電界紡糸ヘッド及び電界紡糸装置を提供することができる。

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。

１…電界紡糸装置、２…電界紡糸ヘッド、３…供給源、４…電源、５…収集体、６…制御部、１１…ヘッド本体、１２，１２Ａ，１２Ｂ…ノズル、１７…流路、１８…噴出口、２１…延設部（第１の延設部）、２２…延設部（第２の延設部）。

Claims (7)

1. 原料液を収納可能な収納空洞が内部に形成されるヘッド本体と、
   導電材料から形成されるとともに、前記ヘッド本体の外周面から突出するノズルであって、前記収納空洞と連通する流路が内部に形成されるとともに、前記ヘッド本体からの突出端に前記流路の噴出口が形成されるノズルと、
   を具備し、
   前記ノズルは、
   前記ヘッド本体の前記外周面への接続部分を形成するとともに、前記流路を除く部分が第１の体積になる第１の延設部と、
   前記第１の延設部から前記ノズルの突出方向へさらに突出するとともに、前記ノズルの前記突出端を形成する第２の延設部であって、前記流路を除く部分が前記第１の体積より小さい第２の体積になるとともに、前記突出方向に沿う寸法が前記第１の延設部より小さい第２の延設部と、
   を備える、電界紡糸ヘッド。
2. 前記流路の延設方向に垂直な断面積は、前記ヘッド本体の前記外周面への前記ノズルの前記接続部分から前記ノズルの前記突出端まで、均一になる、請求項１の電界紡糸ヘッド。
3. 前記第２の延設部では、前記流路から前記ノズルの外周面までの肉厚が、前記第１の延設部よりも、小さい、請求項１又は２の電界紡糸ヘッド。
4. 前記第２の延設部では、前記流路から前記ノズルの外周面までの肉厚が、前記ノズルの前記突出端まで均一になる、請求項３の電界紡糸ヘッド。
5. 前記第１の延設部では、前記流路から前記ノズルの外周面までの肉厚が、前記第２の延設部への接続部分まで均一になる、請求項４の電界紡糸ヘッド。
6. 前記第１の延設部では、前記流路から前記ノズルの外周面までの肉厚が、前記第２の延設部への接続部分に近づくほど減少する、請求項４の電界紡糸ヘッド。
7. 前記請求項１乃至６のいずれか１項の電界紡糸ヘッドと、
   前記電界紡糸ヘッドの前記ノズルに電圧を印加する電源と、
   を具備する電界紡糸装置。