JP2022059343A - 電界紡糸ヘッド、電界紡糸装置、及び、電界紡糸ヘッドの清掃方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的かつ適切に清掃される電界紡糸ヘッドを提供すること。【解決手段】実施形態によれば、電界紡糸ヘッドは、ノズル及び凸凹表面を備える。ノズルは、導電材料から形成され、ノズルの内部には、流路が形成される。ノズルの外表面には、流路に供給された原料液を噴出可能な噴出口が形成される。凸凹表面は、ノズルの外表面において噴出口の近傍に形成され、ノズルの周方向の全周に渡って流路の延設方向に沿った凸凹状に形成される。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電界紡糸ヘッド、電界紡糸装置、及び、電界紡糸ヘッドの清掃方法に関する。

電界紡糸法（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。電界紡糸装置では、ノズルを備える電界紡糸ヘッドに、高分子材料を含む原料液が供給される。そして、ノズルに電圧を印加し、電界紡糸ヘッドに原料液を供給することにより、原料液を帯電させ、ノズルの噴出口から帯電した原料液を収集体又は基材の表面に向かって噴出させる。これにより、ファイバーが、収集体又は基材の表面に堆積される。

前述のように電界紡糸装置によってファイバーの膜を形成する作業を行うと、ノズルの外表面において噴出口の近傍等に、ファイバー、原料液の液滴及び原料液の高分子材料等が付着物として付着することがある。このため、ファイバーの膜を形成する作業を行った後に、ノズルへの付着物を除去する等して電界紡糸ヘッドの清掃作業が行われる。電界紡糸装置では、ノズルへの付着物の除去等の電界紡糸ヘッドの清掃作業が、効率的かつ適切に行われることが、求められている。すなわち、電界紡糸ヘッドが効率的かつ適切に清掃されることが、求められている。

特開２００８－２０２１６９号公報 特開平６－２４６２１０号公報 特開２００１－２０５１６０号公報

本発明が解決しようとする課題は、効率的かつ適切に清掃される電界紡糸ヘッド、その電界紡糸ヘッドを備える電界紡糸装置、及び、その電界紡糸ヘッドの清掃方法を提供することにある。

実施形態によれば、電界紡糸ヘッドは、ノズル及び凸凹表面を備える。ノズルは、導電材料から形成され、ノズルの内部には、流路が形成される。ノズルの外表面には、流路に供給された原料液を噴出可能な噴出口が形成される。凸凹表面は、ノズルの外表面において噴出口の近傍に形成され、ノズルの周方向の全周に渡って流路の延設方向に沿った凸凹状に形成される。

実施形態によれば、電界紡糸装置は、前述の電界紡糸ヘッド、供給部、電源及び制御部を備える。供給部は、電界紡糸ヘッドに原料液を供給する。電源は、電界紡糸ヘッドのノズルに電圧を印加可能である。制御部は、電界紡糸ヘッドに供給部から原料液が供給されていない状態において、電源からノズルに電圧を印加させる。

実施形態によれば、前述の電界紡糸ヘッドの清掃方法が提供される。清掃方法では、電界紡糸ヘッドに原料液が供給されていない状態において、ノズルに電圧を印加する。そして、清掃方法では、電界紡糸ヘッドに原料液が供給されず、かつ、ノズルに電圧が印加されている状態において、ノズルへの付着物を除去する。

図１は、第１の実施形態に係る電界紡糸装置において、ファイバーの膜を形成している状態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装置において、電界紡糸ヘッドを清掃している状態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のノズルのある１つの構成を概略的に示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係る電界紡糸装置の吸引ヘッド及び吸引部によって吸引が行われている状態において、ノズルのある１つ及び吸引ヘッドを示す概略図である。 図５は、ファイバーの膜の形成時において、第１の実施形態に係る電界紡糸装置の制御部によって行われる処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、電界紡糸ヘッドの清掃時において、第１の実施形態に係る電界紡糸装置の制御部によって行われる処理の一例を示すフローチャートである。

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及び図２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及び図２に示すように、電界紡糸装置１は、電界紡糸ヘッド２、原料液の供給部３、電源４、収集体５、吸引ヘッド６、吸引部７、ヘッド移動部８、制御部９及びユーザインタフェース１０を備える。

電界紡糸ヘッド２は、ヘッド本体１１と、１つ以上（本実施形態では４つ）のノズル１２と、を備える。ここで、ヘッド本体１１（電界紡糸ヘッド２）の中心軸を規定し、ヘッド本体１１において中心軸に沿う方向を長手方向とする。ヘッド本体１１は、中心軸に沿って延設され、長手方向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、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。

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。複数のノズル１２のそれぞれは、外周側へ、すなわち、ヘッド本体１１の中心軸から離れる側へ、ヘッド本体１１の外周面から突出する。本実施形態では、複数のノズル１２は、ヘッド本体１１の中心軸の軸回りについて、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、本実施形では、複数のノズル１２は、電界紡糸ヘッド２の長手方向に沿って配列され、１つのノズル列を形成する。なお、図１及び図２では、電界紡糸ヘッド２は、中心軸（長手方向）に対して交差し、かつ、ノズル１２の突出方向に対して交差する方向から視た状態で、示される。

ヘッド本体１１の内部には、内部空洞１３が形成される。内部空洞１３は、電界紡糸ヘッド２の長手方向（中心軸）に沿って形成される。また、ノズル１２のそれぞれの内部には、流路１５が形成される。ノズル１２のそれぞれでは、ヘッド本体１１からの突出方向に沿って、流路１５が延設される。したがって、ノズル１２のそれぞれでは、流路１５の延設方向は、ヘッド本体１１からの突出方向と一致又は略一致する。流路１５のそれぞれの一端（内周端）は、内部空洞１３に接続される。

流路１５のそれぞれの他端（外周端）には、噴出口１６が形成される。ノズル１２のそれぞれでは、外表面に噴出口１６が形成される。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からの突出端（先端）に、噴出口１６が形成される。流路１５のそれぞれは、噴出口１６において、電界紡糸ヘッド２の外部に対して開口する。また、ノズル１２のそれぞれでは、噴出口１６は、流路１５を通して、ヘッド本体１１の内部空洞１３と連通する。このため、ノズル１２のそれぞれは、内部空洞１３を通して流路１５に供給された原料液を、噴出口１６から噴出可能である。ノズル１２のそれぞれでは、ヘッド本体１１から突出する側、すなわち、噴出口１６が開口する側に向かって、原料液を噴出可能である。

図３は、ノズル１２のある１つの構成を示す。図１乃至図３等に示すように、ノズル１２のそれぞれは、ノズル基部２１及びニードル部２２を備える。ノズル１２のそれぞれでは、ノズル基部２１が、ヘッド本体１１へ接続され、ヘッド本体１１からの突出部分の根元を形成する。また、ノズル１２のそれぞれでは、ニードル部２２は、ノズル基部２１から電界紡糸ヘッド２の外周側へさらに突出し、ヘッド本体１１からの突出端を形成する。このため、ノズル１２のそれぞれでは、ニードル部２２に噴出口１６が形成される。また、ノズル１２のそれぞれでは、ニードル部２２の外径は、ノズル基部２１の外径より小さい。そして、ノズル１２のそれぞれでは、流路１５の延設方向に垂直又は略垂直な断面において、ニードル部２２の外周によって囲まれる面積は、ノズル基部２１の外周によって囲まれる面積に比べて、小さい。

また、ノズル１２のそれぞれでは、中心軸（ノズル中心軸）Ｎが、規定される。ノズル１２のそれぞれでは、中心軸Ｎは、流路１５の延設方向に沿い、流路１５の中心軸と同軸又は略同軸である。また、ノズル１２のそれぞれでは、中心軸Ｎの軸回り方向である周方向（矢印Ｒ１及び矢印Ｒ２で示す方向）が規定される。ノズル１２のそれぞれの外表面では、ニードル部２２に凸凹表面２３が形成される。ノズル１２のそれぞれでは、凸凹表面２３は、突出端から電界紡糸ヘッド２の内周側に向かって形成され、突出端及び突出端の近傍に形成される。したがって、ノズル１２のそれぞれでは、噴出口１６の近傍に凸凹表面２３が形成される。ノズル１２のそれぞれでは、凸凹表面２３は、流路１５の延設方向（ヘッド本体１１からの突出方向）に沿った凸凹形状に形成される。また、ノズル１２のそれぞれでは、周方向（中心軸Ｎの軸回り）の全周に渡って、凸凹表面２３が形成される。このため、ノズル１２のそれぞれの凸凹表面２３では、凸部分及び凹部分のそれぞれは、リング状に形成される。

原料液の供給部３は、原料液を電界紡糸ヘッド２に供給可能である。供給部３は、原料液の供給源、及び、供給源から電界紡糸ヘッド２への原料液の供給経路を構成する。図１等に示すように、原料液の供給部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、フッ素樹脂等の電気的絶縁性を有する材料から形成される。

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２０の種類等に対応させて、適宜に決定される。高分子材料は、特に限定されるものではなく、形成するファイバー２０の材質に対応させて適宜に変更可能である。高分子材料としては、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、ポリイミド及びポリアミドイミド等を用いることができる。原料液に用いられる溶媒は、高分子材料を溶解することができるものであればよい。溶媒は、溶解させる高分子材料に対応させて適宜に変更可能である。溶媒としては、例えば、水、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、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）及びジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）等を用いることができる。

供給配管３５は、収納部３１と電界紡糸ヘッド２との間を接続し、原料液の供給流路を形成する。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を通して原料液を電界紡糸ヘッド２に供給する。ある一例では、供給駆動部３２は、ポンプである。供給調整部３３は、電界紡糸ヘッド２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を備える。この場合、供給調整部３３は、原料液の粘度及びノズル１２の構造等に基づいて、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から電界紡糸ヘッド２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、切替え弁を備える。

図１及び図２等に示すように、電源４は、電界紡糸ヘッド２に電圧を印加可能である。電界紡糸ヘッド２に電圧が印加されることにより、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。複数のノズル１２では、互いに対して同一の極性の電圧が印加される。電源４によって電界紡糸ヘッド２に前述のように電圧が印加され、供給部３によって電界紡糸ヘッド２に原料液が供給されることにより、原料液がノズル１２（電界紡糸ヘッド２）と同一の極性に帯電する。

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、電源４は、端子を介してノズル１２のそれぞれに電圧を印加してもよい。この場合、ヘッド本体１１を導電材料から形成する必要がなくなる。また、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及び図２等の一例では、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。図１等に示すように、収集体５は、電界紡糸ヘッド２に対して、ノズル１２が突出する側に配置され、電界紡糸ヘッド２に対して、噴出口１６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、ノズル１２から原料液が噴出される側に配置される。図１等の一例では、収集体５は接地され、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、電源４又は電源４とは別の電源によって、原料液及び電界紡糸ヘッド２（ノズル１２）とは反対の極性の電圧が、収集体５に印加される。

本実施形態では電界紡糸ヘッド２に電圧が印加され、電界紡糸ヘッド２に原料液が供給されることにより、原料液は、電界紡糸ヘッド２と同一の極性に帯電する。原料液が電界紡糸ヘッド２と同一の極性に帯電することにより、電界紡糸ヘッド２（ノズル１２）の原料液と収集体５との間の電位差によって、原料液は、ノズル１２のそれぞれの噴出口１６から収集体５に向かって噴出される。電界紡糸ヘッド２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２０が収集体５の表面に堆積され、堆積されたファイバー２０によってファイバー２０の膜が形成される。すなわち、電界紡糸法（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２０の膜が形成される。なお、ノズル１２（電界紡糸ヘッド２）に印加される電圧、及び、収集体５に印加される電圧等は、原料液に含まれる高分子材料の種類及び電界紡糸ヘッド２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。また、図１は、ファイバー２０の膜を形成している状態を示し、吸引部７を省略して示す。

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２０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２０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。収集体５の表面に形成されたファイバー２０の膜は、収集体５から取外される。ファイバー２０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る。そして、前述のように電界紡糸ヘッド２に電圧が印加され、原料液が電界紡糸ヘッド２に供給されることにより、ノズル１２のそれぞれの噴出口１６から基材に向かって原料液が噴出される。これにより、基材の表面にファイバー２０が堆積され、基材の表面にファイバー２０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又は電源４とは別の電源によって、電界紡糸ヘッド２（ノズル１２）及び原料液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る。そして、前述のように電界紡糸ヘッド２に電圧が印加され、原料液が電界紡糸ヘッド２に供給されることにより、ノズル１２のそれぞれの噴出口１６から収集体５及び基材に向かって原料液が噴出される。これにより、収集体５上に設置される基材の表面にファイバー２０が堆積され、基材の表面にファイバー２０の膜が形成される。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２０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２０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２０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。なお、基材の表面上にファイバー２０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２０の膜が、負極又は正極と一体のセパレータとなる。

また、電界紡糸装置１では、前述のようにファイバー２０の膜を形成する作業を行うと、ノズル１２のそれぞれの外表面において噴出口１６の近傍等に、ファイバー２０、原料液の液滴及び原料液の高分子材料等が付着物として付着することがある。このため、ファイバー２０の膜を形成する作業を行った後に、ノズル１２への付着物を除去する等して電界紡糸ヘッド２の清掃作業が行われる。吸引ヘッド６及び吸引部７は、電界紡糸ヘッド２の清掃作業に用いられる。図２は、電界紡糸ヘッド２を清掃している状態を示し、供給部３及び収集体５を省略して示す。吸引ヘッド６及び吸引部７は、電界紡糸ヘッド２の清掃作業において、ノズル１２への付着物等を吸引する。

図４は、吸引ヘッド６及び吸引部７によって吸引が行われている状態におけるノズル１２のある１つ及び吸引ヘッド６を示す。図１、図２及び図４等に示すように、吸引ヘッド６は、筒状に形成され、内部に吸引空洞６１が形成される。吸引空洞６１は、吸引口６２で吸引ヘッド６の外部に対して開口する。吸引ヘッド６は、電気的絶縁性を有する材料から形成され、例えば、電気的絶縁性を有する樹脂から形成される。吸引ヘッド６は、ヘッド構成部６３，６５を備える。図２及び図４等の一例では、ヘッド構成部（第１のヘッド構成部）６３は、ヘッド構成部（第２のヘッド構成部）６５に比べて、外径が大きい。また、吸引ヘッド６は、ヘッド構成部６３において、ヘッド構成部６５とは反対側の端に、吸引口６２が形成される。

吸引部７は、吸引ヘッド６の吸引口６２からの吸引における吸引源、及び、吸引ヘッド６から吸引源への吸引経路を構成する。図２等に示すように、吸引部７は、吸引駆動部７１、回収部７２及び吸引配管７３を備える。吸引駆動部７１は、駆動等されることにより、吸引ヘッド６の吸引口６２から吸引物を吸引させる。前述のように吸引駆動部７１が駆動（吸引駆動）されることにより、吸引ヘッド６の外部から吸引口６２を通して吸引空洞６１へ向かう吸引力が、作用さする。吸引駆動部７１は、ポンプ又はブロワー等である。

回収部７２は、吸引口６２から吸引された吸引物が溜められるタンク等である。吸引部７では、吸引駆動部７１と回収部７２との間にフィルター（図示しない）等が設けられ、吸引物の吸引駆動部７１への流入が防止される。吸引配管７３は、吸引ヘッド６と回収部７２との間を接続し、吸引物の吸引流路を形成する。また、図４等に示すように、吸引ヘッド６では、ヘッド構成部６５に、吸引口６２とは反対側から吸引配管７３が接続される。

ヘッド移動部８は、吸引ヘッド６を電界紡糸ヘッド２等に対して移動させる機構を構成する。ここで、電界紡糸装置１において、第１の方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）、第１の方向に対して交差する（垂直又は略垂直な）第２の方向（矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２で示す方向）、及び、第１の方向及び第２の方向の両方に対して交差する（垂直又は略垂直な）第３の方向（図１及び図２において紙面に対して垂直又は略垂直な方向）を規定する。ある一例では、第３の方向は、鉛直方向と一致又は略一致する。吸引ヘッド６は、ヘッド移動部８によって、第１の方向に移動可能である。また、吸引ヘッド６は、ヘッド移動部８によって、第２の方向及び第３の方向の少なくとも一方に移動可能である。

なお、図１及び図２等の一例では、電界紡糸ヘッド２の長手方向は、第１の方向と一致又は略一致する。このため、ノズル列における複数のノズル１２の配列方向は、第１の方向と一致又は略一致する。また、図１及び図２等の一例では、ノズル１２のそれぞれは、第２の方向の一方側（矢印Ｙ１側）へ突出し、流路１５のそれぞれは、噴出口１６で第２の方向の一方側（矢印Ｙ１側）へ向かって開口する。このため、ノズル１２のそれぞれでは、第２の方向の一方側へ向かって噴出口１６から原料液が噴出される。

ヘッド移動部８は、移動駆動部８１及び駆動力伝達部８２を備える。移動駆動部８１は、電動モータ等の駆動部材を備え、駆動部材は、電力が供給されることにより、駆動される。駆動力伝達部８２は、移動駆動部８１と吸引ヘッド６との間を連結する。駆動力伝達部８２は、移動駆動部８１の駆動部材で発生した駆動力を吸引ヘッド６に伝達することにより、吸引ヘッド６を移動させる。ここで、吸引ヘッド６が２つの方向に移動可能である場合は、移動駆動部８１に２つの駆動部材が設けられ、吸引ヘッド６が３つの方向に移動可能である場合は、移動駆動部８１に３つの駆動部材が設けられる。また、複数の駆動部材は、１つの移動駆動部８１に配置される必要はなく、ある一例では、吸引ヘッド６を移動させる複数の駆動部材は、互いに対して離れた位置に配置されてもよい。

前述のようにヘッド移動部８が設けられるため、吸引ヘッド６は、図２等に示す電界紡糸ヘッド２に対して近接する位置に移動可能である。吸引ヘッド６は、ノズル１２のそれぞれの噴出口１６が開口する側から、すなわち、第２の方向の一方側（矢印Ｙ１側）から、電界紡糸ヘッド２に近接する。また、ヘッド移動部８が設けられるため、吸引ヘッド６は、図１等に示す電界紡糸ヘッド２に対して離れた位置に移動可能である。図１の状態では、吸引ヘッド６は、電界紡糸ヘッド２から第２の方向に離れて配置され、第２の方向について吸引ヘッド６と電界紡糸ヘッド２との間に、収集体５が位置する。なお、電界紡糸ヘッド２に対して離れた位置に吸引ヘッド６が移動した状態では、図１等のように吸引ヘッド６が電界紡糸ヘッド２から第２の方向に離れ位置してもよく、吸引ヘッド６が電界紡糸ヘッド２から第３の方向に離れ位置してもよい。また、電界紡糸ヘッド２に対して離れた位置に吸引ヘッド６が移動した状態において、吸引ヘッド６が電界紡糸ヘッド２から第２の方向及び第３の方向の両方に離れ位置してもよい。

制御部（コントローラ）９は、例えば、コンピュータ等である。制御部９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９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９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９は、供給駆動部３２の駆動、供給調整部３３の作動、電源４からの出力、及び、吸引駆動部７１の駆動等を制御する。また、制御部９は、移動駆動部８１の駆動を制御することにより、吸引ヘッド６の移動を制御し、吸引ヘッド６の位置を調整する。

電界紡糸法によってファイバー２０の膜を形成する際には、制御部９は、移動駆動部８１の駆動を制御することにより、吸引ヘッド６を電界紡糸ヘッド２に対して離れた位置まで移動させる。そして、吸引ヘッド６が電界紡糸ヘッド２に対して離れた位置に位置する状態で、制御部９は、電源４からノズル１２に電圧を印加させる。そして、制御部９は、供給駆動部３２の駆動等を制御することにより、電界紡糸ヘッド２に原料液を供給させる。これにより、帯電した原料液が、ノズル１２のそれぞれの噴出口１６から噴出され、ファイバー２０の膜が形成される。

電界紡糸ヘッド２を清掃する際には、制御部９は、移動駆動部８１の駆動を制御することにより、吸引ヘッド６を電界紡糸ヘッド２に対して近接する位置まで移動させる。この際、吸引ヘッド６は、ノズル１２のそれぞれの噴出口１６が開口する側から電界紡糸ヘッド２に近接する。また、制御部９は、供給駆動部３２の駆動等を制御することにより、電界紡糸ヘッド２に原料液が供給されていない状態を維持する。そして、吸引ヘッド６が電界紡糸ヘッド２に近接する位置に位置し、かつ、供給部３から電界紡糸ヘッド２に原料液が供給されていない状態において、制御部９は、電源４からノズル１２に電圧を印加させるとともに、吸引駆動部７１を駆動（吸引駆動）させる。これにより、図４等に示すように、ノズル１２への付着物が帯電するとともに、吸引口６２を通して帯電した付着物が吸引空洞６１に吸引される。そして、吸引空洞６１に吸引された付着物（吸引物）は、吸引配管７３を通して、回収部７２に回収される。

また、吸引駆動部７１が駆動され、吸引口６２を通しての吸引が行われている状態では、制御部９は、移動駆動部８１の駆動を制御することにより、複数のノズル１２の配列方向（矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２で示す方向）に沿って吸引ヘッド６を往復移動させる。この際、吸引ヘッド６は、図２の位置Ｂ１と位置Ｂ２との間で往復移動する。ここで、ノズル列を形成する複数のノズル１２の中で配列方向の両端に位置するノズル１２α，１２βを、規定する。吸引ヘッド６は、ノズル１２の配列方向についてノズル１２αより外側の位置Ｂ１まで、移動する。そして、吸引ヘッド６は、ノズル１２の配列方向についてノズル１２βより外側の位置Ｂ２まで、移動する。なお、本実施形態では、ファイバー２０の膜の形成時、及び、電界紡糸ヘッド２の清掃時において、互いに対して同一の電源４から電界紡糸ヘッド２に電圧が印加される。ただし、ある一例では、ファイバー２０の膜の形成時に電界紡糸ヘッド２に電圧を印加する電源、及び、電界紡糸ヘッド２の清掃時に電界紡糸ヘッド２に電圧を印加する電源が、異なってもよい。

ユーザインタフェース１０は、操作部材を備える。操作部材では、ファイバー２０の膜の形成を開始させる操作指令、ファイバー２０の膜の形成を終了させる操作指令、電界紡糸ヘッド２の清掃を開始させる操作指令、及び、電界紡糸ヘッド２の清掃を終了させる操作指令等が、作業者等によって入力される。操作部材としては、ボタン、ダイヤル、ディスプレイ及びタッチパネル等が挙げられる。制御部９は、操作部材で入力された操作指令に基づいて、制御を行う。また、ユーザインタフェース１０は、作業者等に情報を告知する告知部を備えていてもよい。この場合、制御部９は、作業者等に告知することが必要な情報を、告知部によって告知させる。告知部は、画面表示、音の発信及びライトの点灯等によって、告知する。

図５は、ファイバー２０の膜の形成時に制御部９によって行われる処理の一例を示す。ユーザインタフェース１０の操作部材等によってファイバー２０の膜の形成を開始させる操作指令が入力されると、制御部９は、移動駆動部８１の駆動を制御することにより、電界紡糸ヘッド２から離れた位置に吸引ヘッド６を移動させる（Ｓ１０１）。そして、制御部９は、電源４から電界紡糸ヘッド２へ電圧を印加させる（Ｓ１０２）。そして、制御部９は、供給駆動部３２を駆動する等して、電界紡糸ヘッド２へ原料液を供給させる（Ｓ１０３）。これにより、帯電した原料液が、ノズル１２のそれぞれの噴出口１６から噴出され、ファイバー２０の膜が形成される。

そして、制御部９は、ユーザインタフェース１０の操作部材等によってファイバー２０の膜の形成を終了させる操作指令が入力されたか否かを、判断する（Ｓ１０４）。ファイバー２０の膜の形成を終了させる操作指令が入力されていない場合は（Ｓ１０４－Ｎｏ）、処理は、Ｓ１０２に戻る。そして、制御部９は、Ｓ１０２以降の処理を順次に行う。一方、ファイバー２０の膜の形成を終了させる操作指令が入力された場合は（Ｓ１０４－Ｙｅｓ）、制御部９は、供給駆動部３２の駆動を停止する等して、電界紡糸ヘッド２への原料液の供給を停止させる（Ｓ１０５）。そして、制御部９は、電源４から電界紡糸ヘッド２への電圧の印加を停止させる（Ｓ１０６）。これにより、ノズル１２のそれぞれの噴出口１６から原料液が噴出されない状態になる。

図６は、電界紡糸ヘッド２の清掃時に制御部９によって行われる処理の一例を示す。ユーザインタフェース１０の操作部材等によって電界紡糸ヘッド２の清掃を開始させる操作指令が入力されると、制御部９は、移動駆動部８１の駆動を制御することにより、電界紡糸ヘッド２に近接する位置に吸引ヘッド６を移動させる（Ｓ１１１）。そして、制御部９は、供給駆動部３２の駆動が停止された状態を維持する等して、電界紡糸ヘッド２への原料液の供給が停止された状態を維持させる（Ｓ１１２）。そして、制御部９は、電界紡糸ヘッド２へ原料液が供給されていない状態において、電源４から電界紡糸ヘッド２へ電圧を印加させ（Ｓ１１３）、吸引駆動部７１を駆動（吸引駆動）させる（Ｓ１１４）。これにより、ノズル１２への付着物が帯電するとともに、吸引口６２を通して帯電した付着物を吸引空洞６１に吸引される。また、制御部９は、吸引駆動部７１が駆動されている状態において、移動駆動部８１の駆動を制御することにより、複数のノズル１２の配列方向に沿って吸引ヘッド６を往復移動させる（Ｓ１１５）。

そして、制御部９は、ユーザインタフェース１０の操作部材等によって電界紡糸ヘッド２の清掃を終了させる操作指令が入力されたか否かを、判断する（Ｓ１１６）。清掃を終了させる操作指令が入力されていない場合は（Ｓ１１６－Ｎｏ）、処理は、Ｓ１１３に戻る。そして、制御部９は、Ｓ１１３以降の処理を順次に行う。一方、清掃を終了させる操作指令が入力された場合は（Ｓ１１６－Ｙｅｓ）、制御部９は、電源４から電界紡糸ヘッド２への電圧の印加を停止させ（Ｓ１１７）、吸引駆動部７１の駆動（吸引駆動）を停止させる（Ｓ１１８）。これにより、吸引ヘッド６の吸引口６２から吸引が行われない状態になる。そして、制御部９は、移動駆動部８１の駆動を制御することにより、吸引ヘッド６の往復移動を停止させる（Ｓ１１９）。

本実施形態では、ノズル１２のそれぞれの外表面において、噴出口１６の近傍に凸凹表面２３が形成される。そして、ノズル１２のそれぞれでは、凸凹表面２３は、周方向の全周に渡って、流路１５の延設方向に沿った凸凹状に形成される。前述のようにノズル１２のそれぞれに凸凹表面２３が形成されるため、ノズル１２のそれぞれの外表面では、ファイバー２０、原料液の液滴及び原料液の高分子材料等が付着物として、噴出口１６の近傍に付着しても、付着物とノズル１２との接触面積が小さくなる。付着物とノズル１２との接触面積が小さくなることにより、ノズル１２から付着物を適切に除去し易くなる。これにより、電界紡糸ヘッド２が効率的かつ適切に清掃される。

また、本実施形態では、電界紡糸ヘッド２の清掃において、電界紡糸ヘッド２に原料液が供給されていない状態で、制御部９は、電源４からノズル１２に電圧を印加させる。これにより、ノズル１２への付着物が帯電する。したがって、ノズル１２への付着物を、さらに適切に除去し易くなる。

前述のように、本実施形態では、ノズル１２への付着物が、適切に除去される。このため、電界紡糸ヘッド２を清掃した後においてファイバー２０の膜を形成する際に、ノズル１２のそれぞれからの原料液の噴出が安定化するまでの時間が、短くなる。これにより、ファイバー２０の膜の形成における作業効率が、向上する。

また、本実施形態では、ノズル１２に電源４から電圧を印加した状態で、吸引駆動部７１を駆動することにより、吸引口６２を通してノズル１２への付着物を吸引し、ノズル１２への付着物を除去する。このため、吸引ヘッド６をノズル１２に接触させることなく、ノズル１２への付着物が除去される。吸引ヘッド６等がノズル１２へ接触させることなく付着物が除去されるため、ノズル１２の破損等が有効に防止される。

また、本実施形態では、ノズル１２への付着物の除去に、ファイバー２０及び原料液の高分子材料を溶解させる溶剤等は、用いられない。このため、電界紡糸ヘッド２の清掃後において、溶剤等がノズル１２のそれぞれの流路１５に滞留することはない。したがって、電界紡糸ヘッド２を清掃した後においてファイバー２０の膜を形成する際に、ノズル１２のそれぞれからの原料液の噴出が安定化するまでの時間が、さらに適切に短くなる。

また、本実施形態では、吸引ヘッド６が電気的絶縁性を有する材料から形成される。このため、電界紡糸ヘッド２の清掃においてノズル１２に電圧を印加しても、吸引部７及びヘッド移動部８等において導電材料から形成される部分が吸引ヘッド６を介してノズル１２と通電することが、有効に防止される。

また、本実施形態では、制御部９は、吸引駆動部７１が駆動されている状態において、吸引ヘッド６を前述のようにノズル１２の配列方向に沿って往復移動させる。このため、配列された複数のノズル１２のいずれにおいても、付着物が適切に吸引及び除去される。

（変形例）
なお、ある変形例では、吸引ヘッド６の代わりに回転ブラシを用いて、ノズル１２への付着物が除去される。本変形例でも、ノズル１２のそれぞれに凸凹表面２３が形成される。そして、電界紡糸ヘッド２の清掃においては、制御部９は、供給部３から電界紡糸ヘッド２に原料液が供給されていない状態において、電源４からノズル１２に電圧を印加させる。そして、ノズル１２に電圧が印加されている状態において、回転ブラシを回転駆動させる。そして、ノズル１２に電圧が印加されている状態において、回転駆動された回転ブラシをノズル１２のそれぞれに接触させ、ノズル１２への付着物を除去する。

また、ノズル１２の数、及び、ノズル１２のそれぞれの形状等は、前述の実施形態等に限るものではない。ある変形例では、電界紡糸ヘッド２においてヘッド本体１１の外周面に２つのノズル列が形成され、２つのノズル列は、ヘッド本体１１の中心軸の軸回り（電界紡糸ヘッド２の周方向）について、互いに対してずれて配置される。そして、ノズル列のそれぞれでは、複数のノズル１２が、電界紡糸ヘッド２の配列方向に沿って配列される。また、別のある変形例では、電界紡糸ヘッド２に、ノズル１２が１つのみ設けられる。

ただし、いずれの変形例においても、電界紡糸ヘッド２に、１つ以上のノズル１２が設けられる。そして、ノズル１２のそれぞれでは、内部に流路１５が形成され、流路１５に供給された原料液を噴出可能な噴出口１６が、外表面に形成される。また、ノズル１２のそれぞれの外表面において噴出口１６の近傍には、凸凹表面２３が形成される。そして、ノズル１２のそれぞれでは、凸凹表面２３は、周方向の全周に渡って、流路１５の延設方向に沿った凸凹状に形成される。

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、ノズルの外表面において噴出口の近傍に、凸凹表面が形成され、凸凹表面は、ノズルの周方向の全周に渡って、流路の延設方向に沿った凸凹状に形成される。これにより、効率的かつ適切に清掃される電界紡糸ヘッド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…供給部、４…電源、５…収集体、６…吸引ヘッド、７…吸引部、８…ヘッド移動部、９…制御部、１０…ユーザインタフェース、１１…ヘッド本体、１２…ノズル、１５…流路、１６…噴出口、２３…凸凹表面、６１…吸引空洞、６２…吸引口、７１…吸引駆動部。

Claims (6)

1. 導電材料から形成されるとともに、内部に流路が形成されるノズルであって、前記流路に供給された原料液を噴出可能な噴出口が外表面に形成されるノズルと、
   前記ノズルの前記外表面において前記噴出口の近傍に形成され、前記ノズルの周方向の全周に渡って前記流路の延設方向に沿った凸凹状に形成される凸凹表面と、
   を具備する、電界紡糸ヘッド。
2. 請求項１の電界紡糸ヘッドと、
   前記電界紡糸ヘッドに前記原料液を供給する供給部と、
   前記電界紡糸ヘッドの前記ノズルに電圧を印加可能な電源と、
   前記電界紡糸ヘッドに前記供給部から前記原料液が供給されていない状態において、前記電源から前記ノズルに前記電圧を印加させる制御部と、
   を具備する、電界紡糸装置。
3. 前記制御部は、前記電源から前記ノズルに前記電圧を印加させ、前記供給部から前記電界紡糸ヘッドに前記原料液を供給させることにより、前記原料液を帯電させ、帯電した前記原料液を前記ノズルの前記噴出口から噴出させる、請求項２の電界紡糸装置。
4. 電気的絶縁性を有する材料から形成され、吸引口を有する吸引ヘッドと、
   駆動されることにより、前記吸引ヘッドの前記吸引口から吸引させる吸引駆動部と、
   をさらに具備し、
   前記制御部は、
   前記電界紡糸ヘッドに前記供給部から前記原料液が供給されていない状態において、前記噴出口が開口する側から前記電界紡糸ヘッドに前記吸引ヘッドを近接させ、
   前記電界紡糸ヘッドに前記吸引ヘッドが近接する状態において、前記電源から前記ノズルに前記電圧を印加させ、前記吸引駆動部を駆動させる、
   請求項２又は３の電界紡糸装置。
5. 前記ノズルは、配列方向に配列される複数のノズルであり、
   複数の前記ノズルのそれぞれは、前記流路及び前記噴出口を有するとともに、前記凸凹表面を備え、
   前記制御部は、前記吸引ヘッドが前記電界紡糸ヘッドに近接し、かつ、前記吸引駆動部が駆動されている状態において、前記吸引ヘッドを複数の前記ノズルの前記配列方向に沿って往復移動させる、
   請求項４の電界紡糸装置。
6. 請求項１の電界紡糸ヘッドの清掃方法であって、
   前記電界紡糸ヘッドに前記原料液が供給されていない状態において、前記ノズルに電圧を印加することと、
   前記電界紡糸ヘッドに前記原料液が供給されず、かつ、前記ノズルに前記電圧が印加されている状態において、前記ノズルへの付着物を除去することと、
   を具備する、清掃方法。
   

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