JP2023101938A - ノズルヘッド、及び紡糸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】形成する繊維集合体における目付の安定化を図ることができるノズルヘッド、及び紡糸装置を提供する。【解決手段】ノズルヘッド２０は、内部に紡糸液３１を充填し、紡糸液３１を噴射させるための複数の紡糸孔３６を有する筒状の溶液槽３０と、紡糸液３１に接触した状態で溶液槽３０内に配置される紡糸電極５０と、を備える。ノズルヘッド２０において、溶液槽３０は、複数の紡糸孔３６が設けられた管状の外管３３と、外管３３内に配置され、外管３３との間に形成した貯留空間３５内に紡糸液３１を吐出する複数の内孔３７が設けられた管状の内管３２と、を有する。複数の紡糸孔３６は、溶液槽３０の軸線Ｌ１に沿って略等間隔に配置されている。複数の内孔３７のうちの少なくとも一部は、軸線Ｌ１に沿って不等間隔に配置されている。【選択図】図５

Description

本開示は、ノズルヘッド、及び紡糸装置に関する。

特許文献１に開示される装置は、エレクトロスピニング法により紡糸液から極細繊維を紡糸し、繊維集合体を形成する装置である。この装置は、ノズルヘッドとしての貯留槽及び紡糸電極を備えている。貯留槽は、筒状をなし、内部に紡糸液を貯留する。貯留槽には、軸線に沿って複数の紡糸孔が形成されている。紡糸電極は、紡糸液に浸漬された状態で貯留槽の内部に配置される。貯留槽内部の紡糸液は、この紡糸電極と、貯留槽外側に配置されるコレクタ電極との間に印加される高電圧によって帯電する。帯電した紡糸液は、静電気力の作用によって紡糸孔からコレクタ電極に向けて噴射されて繊維となる。この装置は、このようにして生成した繊維を捕集部材によって捕集し、堆積させることによって繊維集合体を形成する。

特開２０２０－０８４３８７号公報

特許文献１の場合、各紡糸孔からの紡糸液の噴射量が不均一であることに起因して、形成する繊維集合体に目付けむらが生じるおそれがある。

本開示は、形成する繊維集合体における目付の安定化を図ることができるノズルヘッド、及び紡糸装置を提供することを目的としている。

本開示の一実施形態に係るノズルヘッドは、
内部に紡糸液を充填し、前記紡糸液を噴射させるための複数の紡糸孔を有する筒状の溶液槽と、前記紡糸液に接触した状態で前記溶液槽内に配置される紡糸電極と、を備えるノズルヘッドであって、
前記溶液槽は、複数の前記紡糸孔が設けられた管状の外管と、前記外管内に配置され、前記外管との間に形成した貯留空間内に前記紡糸液を吐出する複数の内孔が設けられた管状の内管と、を有し、
前記複数の紡糸孔は、前記溶液槽の軸線に沿って略等間隔に配置されており、
前記複数の内孔のうちの少なくとも一部は、前記軸線に沿って不等間隔に配置されている。

本開示の一実施形態に係る紡糸装置は、上記ノズルヘッドと、前記紡糸電極から離れて配置されるコレクタ電極と、を備え、前記紡糸電極及び前記コレクタ電極の間に電圧が印加されることにより、帯電した紡糸液のジェットが前記コレクタ電極に向けて噴射されて繊維にされ、前記コレクタ電極の前記紡糸電極側の面に沿って配置された捕集部材により、繊維集合体として捕集される。

本開示によれば、軸線方向の距離に応じて異なる吐出量で紡糸液を吐出する複数の内孔の間隔を不等間隔にすることによって、内管全体から貯留空間に供給される紡糸液の供給量を軸線方向における単位長さ当たりの供給量で見て自在に設定することができる。これにより、複数の内孔の配置を単位長さ当たりの供給量において均一化が図られた配置とすることで、等間隔配置された各紡糸孔からの紡糸液の噴射量の均一化を図ることができる。したがって、本開示に係るノズルヘッド及び紡糸装置は、形成する繊維集合体における目付の安定化を図ることができる。

図１は、実施形態１におけるエレクトロスピニング装置の概略構成図である。 図２は、紡糸装置を、図１とは異なる方向から見た部分構成図である。 図３は、ノズルヘッドの一部を省略して示す平面図である。 図４は、図３のＡ－Ａ矢視相当断面図である。 図５は、実施形態１の外管における紡糸孔の配置、及び内管における内孔の配置を説明するための説明図である。 図６は、比較例の内管における内孔の配置を説明するための説明図である。 図７は、実験結果を示すグラフである。

本開示における好ましい実施の形態を説明する。

本開示に係るノズルヘッドにおいて、前記溶液槽は、前記紡糸液を前記内管の内部に供給する供給口が前記軸線の方向の端部に形成され得る。そして、前記複数の内孔の配置個数は、前記供給口の近傍領域に比べて、前記近傍領域よりも前記供給口から離れた離隔領域において多くされ得る。この場合、複数の内孔の配置において、軸線方向における単位長さ当たりの紡糸液の供給量において均一化が図られた配置に容易に設定できる。例えば、紡糸液の吐出量について、近傍領域に形成された内孔と離隔領域に形成された内孔とを比較すると、圧力損失の影響により、離隔領域に形成された内孔のほうが紡糸液の吐出量が少なくなる。このため、近傍領域の内孔よりも多くの内孔を離隔領域に配置する（離隔領域の内孔よりも少ない内孔を近傍領域に配置する）ことによって、内管からの紡糸液の供給量の均一化を図ることができる。その結果、略等間隔に配置された各紡糸孔に対して紡糸液の均等供給を実現することができ、各紡糸孔からの紡糸液の噴射量の均一化を図ることができる。

本開示に係るノズルヘッドにおいて、前記複数の内孔のうちの前記供給口に最も近い第１内孔は、前記複数の紡糸孔のうちの前記供給口に最も近い第１紡糸孔よりも、前記供給口に近い位置に配置され得る。この場合、複数の紡糸孔のうち、供給口に最も近い紡糸孔である第１紡糸孔からの紡糸液の噴射量を容易に調整できる。すなわち、供給口に最も近い内孔である第１内孔から吐出される紡糸液であって、吐出圧力が比較的大きな紡糸液に対し、貯留空間内を流通する距離を容易に拡大して設定できるため、貯留空間内を流通する際の圧力損失の大きさを自在に拡大して設定することができる。その結果、第１紡糸孔からの紡糸液の噴射量を好適に抑えることができる。

＜実施形態１＞
以下、本開示のノズルヘッド及び紡糸装置を具体化した実施形態１について、図面を参照しつつ説明する。

（紡糸装置の構成）
図１及び図２に示す紡糸装置１０は、エレクトロスピニング装置として構成されている。紡糸装置１０は、紡糸液３１から極細繊維を紡糸し、極細繊維からなる繊維集合体１４、例えば不織布を、連続して形成する。

紡糸液３１は、極細繊維を形成する樹脂材料を溶質とし、この溶質を揮発性の溶媒に溶解又は分散させたものである。溶質としては、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等の合成樹脂が用いられる。溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等の化合物が用いられる。

紡糸装置１０はノズルヘッド２０を備えている。ノズルヘッド２０は、貯留した紡糸液３１を外部に噴射する。ノズルヘッド２０は、円筒状であり、一方の方向（各図のＹ軸方向）に長い形状をなしている。ノズルヘッド２０の全長は、例えば４５０ｍｍ以上である。ノズルヘッド２０の全長の上限は特に限定されないが、例えば１２００ｍｍ以下である。

ノズルヘッド２０は、長手方向に沿って複数の紡糸孔３６が略等間隔で形成されている。紡糸孔３６は、紡糸液３１を外部に噴射させるための孔である。紡糸孔３６は、ノズルヘッド２０の側面に開口している。なお、各図においては、ノズルヘッド２０の各部の寸法を変えて、ノズルヘッド２０を概略的に示している。

図３及び図４に示すように、ノズルヘッド２０は、溶液槽３０と、紡糸電極５０と、を備えている。溶液槽３０は、紡糸に必要な量の紡糸液３１を貯留するためのものである。溶液槽３０は、全体として、中心軸（軸線Ｌ１）に沿って直線状に延びる円管状をなしている。溶液槽３０は、軸線Ｌ１を捕集部材１１の幅方向（各図のＹ方向）に合致させた状態で配置されている（図１、図２等参照）。

図３及び図４に示すように、溶液槽３０は、内管３２と、外管３３と、を備えた２重管構造をなしている。内管３２及び外管３３は、例えば、耐溶剤性樹脂によって形成される。耐溶剤性樹脂は、例えば、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）などの合成樹脂である。内管３２及び外管３３は、それぞれ円管状のチューブである。内管３２及び外管３３は、溶液槽３０における軸線Ｌ１に同軸に配置されている。すなわち、溶液槽３０における軸線Ｌ１は、内管３２及び外管３３の軸線でもある。外管３３の外径は、例えば１０ｍｍである。内管３２の外周面と外管３３の内周面との間の空間は、紡糸液３１が貯留される貯留空間３５となっている。貯留空間３５内の紡糸液３１は、軸線Ｌ１方向端部の供給口６１から、内管３２を経て供給される。貯留空間３５は、紡糸液３１が内管３２における後述する内孔３７から吐出された紡糸液３１が紡糸孔３６から噴射されるまでの緩衝空間として機能する。

供給口６１は、紡糸液３１を内管３２の内部に供給する。供給口６１は、図３及び図４に示すように、内管３２の端部に設けられている。本実施形態の場合、供給口６１は、内管３２の両端部に設けられている。具体的には、供給口６１は、内管３２の両端部が外管３３の両端部から突出し、軸線Ｌ１方向の両側に向けて開口する形態で設けられている。外管３３の両端部は、貫通孔３４を有する円板状の部材によって閉塞されている。供給口６１には、配管４２がそれぞれ接続される。供給口６１に接続された状態において、配管４２は、ノズルヘッド２０との接続部位から軸線Ｌ１に沿って延びている。配管４２の接続態様は特に限定されないが、軸線Ｌ１方向の一端側と他端側において、同系統又は別系統で紡糸液３１を送液する配管４２が接続される。

図３から図５に示すように、外管３３には紡糸孔３６が設けられている。紡糸孔３６は、平面視円形である。紡糸孔３６の径は、好ましくは０．５ｍｍ－２．０ｍｍであり、例えば、１．０ｍｍである。紡糸孔３６は、外管３３における上部に設けられている。詳細には、紡糸孔３６は、外管３３の上部のうち、最も高い部分（頂部）に設けられている。これにより、紡糸孔３６は、紡糸液３１を鉛直上方に向けて噴射する。紡糸孔３６は、軸線Ｌ１に沿って複数設けられている。複数の紡糸孔３６は、軸線Ｌ１に沿って列をなすように配列されている。複数の紡糸孔３６は、軸線Ｌ１に沿って、間隔Ｄの略等間隔で設けられている。隣り合う紡糸孔３６の間隔Ｄは、好ましくは５ｍｍ－２０ｍｍであり、例えば１０ｍｍである。なお、隣り合う紡糸孔３６の間隔は、各紡糸孔３６の中心間の距離である。図５に示すように、本実施形態においては、複数の紡糸孔３６は３５個形成されている。

図３から図５に示すように、内管３２には内孔３７が設けられている。内孔３７は、平面視円形である。内孔３７は、貯留空間３５へ紡糸液３１を供給する。内孔３７は、内管３２の内部から外部へ紡糸液３１を吐出する。内孔３７は複数設けられている。複数の内孔３７は、軸線Ｌ１に沿って不等間隔に設けられている。本実施形態の場合、複数の内孔３７の間隔は、複数の紡糸孔３６の間隔が間隔Ｄの等ピッチであるに対し、隣り合う２つの内孔３７の間隔が間隔Ｄの整数倍となる形態の不等間隔である。複数の内孔３７のうち、供給口６１から離れた軸線Ｌ１方向の中央部の位置における内孔３７同士の間隔は、間隔Ｄの１倍から２倍に設定されている。具体的には、図５に示すように、複数の内孔３７は、軸線Ｌ１方向の中央部において５個が間隔Ｄで設けられており、その外側方向の両側に、間隔Ｄの２倍（２Ｄ）、間隔Ｄ、間隔２Ｄ、間隔Ｄ、のように、規則的な不等間隔で配置されている。このような複数の内孔３７の配置は、等間隔に配置した場合の複数の内孔から、その一部を部分的に間引いたような配置である、ともいえる。

内管３２において、軸線Ｌ１方向の中央部における内孔３７の間隔と比べて、端部における内孔３７の間隔は極めて大きく設定されている。具体的には、図５に示すように、供給口６１に最も近い内孔である第１内孔３７Ａと、この第１内孔３７Ａに最も近い（供給口６１に２番目に近い）第２内孔３７Ｂとの間隔は、間隔Ｄの１５倍（１５Ｄ）に設定されている。第２内孔３７Ｂは、中央部において最も外側（供給口６１寄り）に配置された内孔である。

また、図５に示すように、本実施形態において、複数の内孔３７のうちの供給口６１に最も近い第１内孔３７Ａは、複数の紡糸孔３６のうちで供給口６１に最も近い第１紡糸孔３６Ａよりも、供給口６１に近い位置に配置されている。本実施形態の場合、第１内孔３７Ａと第１紡糸孔３６Ａとの間の軸線Ｌ１方向の間隔は、間隔Ｄのｍ倍（ｍＤ）に設定されている。また、第１紡糸孔３６Ａと、供給口６１に２番目に近い第２内孔３７Ｂとの間の軸線Ｌ１方向の間隔は、間隔Ｄのｋ倍（ｋＤ）に設定されている。すなわち、供給口６１に最も近い第１紡糸孔３６Ａからの軸線Ｌ１方向の距離を比較すると、第１内孔３７Ａのほうが第２内孔３７Ｂよりも第１紡糸孔３６Ａに近い位置に設けられている。この第１紡糸孔３６Ａを基準とした第１内孔３７Ａ及び第２内孔３７Ｂとの軸線Ｌ１方向の距離は、供給口６１に近い第１内孔３７Ａまでの距離のほうが、第１内孔３７Ａと比較して供給口６１から遠い第２内孔３７Ｂまでの距離よりも小さく設定されており、ｍ＜ｋが成立する。本実施形態の場合、ｍ＝６であり、ｋ＝９である。

また、図５に示すように、溶液槽３０の軸線Ｌ１方向における供給口６１から最も遠い位置を基準位置Ｃとし、この基準位置Ｃから第１紡糸孔３６Ａの位置までの長さの領域のうち、基準位置Ｃ側の半分の領域を溶液槽３０における「離隔領域Ｒ２」とする。また、この離隔領域Ｒ２よりも供給口６１側の領域全体を溶液槽３０における「近傍領域Ｒ１」とする。この場合、これら近傍領域Ｒ１及び離隔領域Ｒ２の各々に配置される内孔３７の個数を比較すると、近傍領域Ｒ１における内孔３７の配置個数に比べて、離隔領域Ｒ２における内孔３７の配置個数のほうが多くされている。また、図５に示すように、近傍領域Ｒ１のうちの軸線Ｌ１方向における第１紡糸孔３６Ａの位置よりも供給口６１側の領域を外側領域Ｒ３とする。この場合、複数の内孔３７は、外側領域Ｒ３に少なくとも１つ、且つ外側領域Ｒ３に配置された個数が外側領域Ｒ３よりも供給口６１から離れた領域に配置された個数よりも少ない態様で、それぞれ配置されている。本実施形態の場合、複数の内孔３７は、各近傍領域Ｒ１にはそれぞれ１個のみ配置されており、各離隔領域Ｒ２には、それぞれ６．５個ずつ配置されている。また、複数の内孔３７は、各外側領域Ｒ３にはそれぞれ１個のみ（第１内孔３７Ａのみ）配置されている。なお、本開示においては、近傍領域Ｒ１及び外側領域Ｒ３には、複数個の内孔が配置されていてもよい。

紡糸電極５０は、金属等の導電性材料によって形成されている。紡糸電極５０は、例えばステンレス製の針金である。紡糸電極５０の線径は、例えば０．９ｍｍである。紡糸電極５０は、図４に示すように、内管３２の内径よりも小径の線材（ワイヤ状の部材）によって構成されている。紡糸電極５０は、溶液槽３０内において紡糸液３１に全体的に浸漬されている。すなわち、紡糸電極５０の外面の全体が、溶液槽３０内で紡糸液３１に接触している。

紡糸電極５０は、溶液槽３０内で溶液槽３０の軸線Ｌ１に沿って延びるらせん形状（コイル形状）である。紡糸電極５０は、軸線Ｌ１方向から見て円形に巻かれている。紡糸電極５０の長さは、溶液槽３０の中心軸の長さ（溶液槽３０の両端間の軸線Ｌ１に沿う長さ）よりも長い。具体的には、紡糸電極５０の長さは、溶液槽３０の中心軸の長さよりも２倍以上長い。紡糸電極５０は、湾曲形状（軸線Ｌ１に対して交わるように延びる部分を有する形状）であるため、溶液槽３０の中心軸の長さよりも長くなっている。このように構成された紡糸電極５０は、溶液槽３０の中心軸の長さと同じ長さとなる構成（直線状の構成）に比べて、紡糸液３１との接触面積を大きくすることができる。そのため、紡糸電極５０から紡糸液３１への電荷付与効率を向上させることができる。紡糸電極５０は、図示は省略するが、例えば、外管３３の一端（図４では右端）に設けられた貫通孔３４を介して電源４４に接続された配線に接続されている。

紡糸電極５０は、外管３３の内周面に沿って延びている。本実施形態において、紡糸電極５０がなすらせん形状における径は、外管３３の内周面の径と同程度である。紡糸電極５０がなすらせん形状におけるピッチは、紡糸孔３６のピッチと同等の１０ｍｍである。紡糸電極５０は、各紡糸孔３６において紡糸孔３６の内側に入り込む部分が生じるように軸線Ｌ１方向に位置決めされている。これによって、各紡糸孔３６からは、紡糸電極５０の一部が露出している。この場合、帯電状態となる紡糸液３１が紡糸孔３６から直接噴射され易くなる。すなわち、紡糸液３１が帯電状態で外部に噴出し易くなる。

紡糸装置１０は、上記構成のノズルヘッド２０に加え、図１及び図２に示すように、捕集部材１１と、コレクタ電極１７と、タンク４１と、ポンプ４３と、電源４４と、を備えている。コレクタ電極１７は、図１に示すように、送り出しローラ１２と巻き取りローラ１５との間に配置されている。コレクタ電極１７は、金属等の導電性材料によって形成されている。コレクタ電極１７は、捕集部材１１の幅方向（図２の左右方向）に延びる平板状に形成されている。コレクタ電極１７は、捕集部材１１の上面に接触又は接近している。捕集部材１１は、コレクタ電極１７の紡糸電極５０（図４参照）側（ノズルヘッド２０側）の面に沿って配置されている。

捕集部材１１は、帯状をなし、コレクタ電極１７のノズルヘッド２０側に配置される。捕集部材１１において、幅方向（各図のＹ軸方向）と直交する方向（各図のＸ軸方向）を前後方向とする。捕集部材１１は、可撓性を有する材料、例えば不織布等の捕集布によって形成されている。捕集部材１１は、送り出しローラ１２に巻き付けられることにより、ロール１３の形態となる。この捕集部材１１は、送り出しローラ１２及び巻き取りローラ１５の間で水平状態にされ、下側の面に繊維集合体１４が積層される。繊維集合体１４が積層された捕集部材１１は、巻き取りローラ１５によって巻き取られて、ロール１６の形態になる。なお、繊維集合体１４の使用に際しては、繊維集合体１４の積層された捕集部材１１がロール１６から引き出されつつ、捕集部材１１から繊維集合体１４が剥離される。

図１及び図２に示すように、タンク４１には紡糸液３１が貯留されている。タンク４１と溶液槽３０は、配管４２によって接続されている。ポンプ４３は、配管４２の途中に配置されており、タンク４１内の紡糸液３１を溶液槽３０内に供給する。ポンプ４３は、例えばプランジャポンプであり、紡糸液３１の流量を調整可能である。ポンプ４３は、ノズルヘッド２０における２つの供給口６１に略均等に紡糸液３１を供給する。電源４４は、直流電源によって構成されている。電源４４のプラス電極は紡糸電極５０に接続され、マイナス電極はコレクタ電極１７に接続されている。

図１、図２に示すように、紡糸装置１０において、ノズルヘッド２０は、紡糸孔３６がコレクタ電極１７の下方に位置するように配置されている。ノズルヘッド２０は、捕集部材１１の下側において捕集部材１１に対し平行となる状態で配置されている。ノズルヘッド２０は、捕集部材１１の幅方向に対して軸線Ｌ１が平行となる状態で配置されている。

（繊維集合体の製造方法）
次に、図１及び図２を参照し、繊維集合体１４の製造方法について説明する。紡糸装置１０が動作すると、捕集部材１１は、コレクタ電極１７の下面に接触又は接近した状態で、送り出しローラ１２から巻き取りローラ１５に向けて一定速度で送られる。そして、紡糸液３１を紡糸電極５０に塗布する。ポンプ４３が動作すると、図４に示す矢印のように、タンク４１内の紡糸液３１が内管３２内に供給される。内管３２の内孔３７から貯留空間３５に供給される紡糸液３１は、内孔３７から紡糸孔３６に向かって流れる。これにより、紡糸液３１が紡糸電極５０に均一に塗布される。

続いて、紡糸電極５０とコレクタ電極１７との間に電圧を印加する。紡糸電極５０をプラス電極とし、コレクタ電極１７をマイナス電極として、両電極間に電源４４から電圧が印加される。これにより、溶液槽３０内の紡糸液３１の全体がプラスに帯電される。紡糸電極５０の周りの帯電の分布は、周方向に均一となるように紡糸液３１を帯電させる。

続いて、溶液槽３０の紡糸孔３６から繊維を噴出させる。紡糸孔３６において露出している紡糸液３１の表面には、電荷が誘発され蓄積される。この電荷は、互いに反発し合い、その反発力は紡糸液３１の表面張力に対抗する。紡糸液３１は、コレクタ電極１７に向かう電気力線に沿って作用する静電気力（クーロン力）により吸引される。静電気力が紡糸液３１の表面張力に打ち勝つと、帯電した紡糸液３１が複数の紡糸孔３６から噴出し始める。そして、帯電した紡糸液３１のジェット３８が複数の紡糸孔３６から一斉に、コレクタ電極１７に向けてそれぞれ噴射される。上述したように、ノズルヘッド２０において、複数の内孔３７は不等間隔に配置されている。具体的には、複数の内孔３７は、供給口６１の近くである近傍領域Ｒ１に比べて供給口６１から離れた離隔領域Ｒ２において多くされた配置形態の不等間隔である。これによって、ノズルヘッド２０は、各紡糸孔３６から噴射される紡糸液３１の噴射量の偏りが緩和される。

続いて、繊維を分裂させ、捕集部材１１に捕集させる。各ジェット３８の表面積が体積に比較して大きいため、ジェット３８中の溶媒が効率良く蒸発する。また、この蒸発によりジェットの体積が減少し、電荷密度がより高くなる。そのため、帯電した紡糸液３１の反発力が増して、各ジェット３８が更に細いジェットへ分裂していく。そして、このような過程を経ながら、極細繊維が紡糸されるとともに、極細繊維からなる繊維集合体１４が捕集部材１１の下側の面に捕集される。

（実施形態１の作用）
続いて、本実施形態の作用について説明する。ノズルヘッド２０において、複数の内孔３７は、不等間隔に配置されている。内孔３７を不等間隔に配置することの意図は、略等間隔に配置された紡糸孔３６から外部へ噴射される紡糸液３１の噴射量の均一化にある。各内孔３７から吐出される紡糸液３１の吐出量は、紡糸液３１の供給源から相対的に遠い位置の内孔３７のほうが、相対的に近い内孔３７よりも少なくなる。これは、内管３２内を流通する紡糸液３１の軸線Ｌ１方向の距離に応じた圧力損失の影響によるものである。本実施形態では、内孔３７を不等間隔に設けている。すなわち、ノズルヘッド２０において、複数の内孔３７は、供給口６１から離れた位置である内管３２の中央部において、供給口６１の近くである内管３２の端部よりも多く設けられている。これによって、内管３２における軸線Ｌ１方向の単位長さ当たりの内孔３７の数を調整し、内管３２全体から貯留空間３５内に供給される紡糸液３１の単位長さ当たりの供給量を調整している。これにより、貯留空間３５内の紡糸液３１が各紡糸孔３６に対し均等に供給されるようにし、各紡糸孔３６から噴射される紡糸液３１の噴射量のばらつきを緩和している。

また、複数の内孔３７のうちの供給口６１に最も近い内孔である第１内孔３７Ａは、複数の紡糸孔３６のうちの供給口６１に最も近い紡糸孔である第１紡糸孔３６Ａよりも、供給口６１に近い位置に形成されている。このような配置にすることによって、他の紡糸孔３６からの紡糸液３１の噴射量に大きな影響を及ぼすことなく、第１紡糸孔３６Ａからの噴射量を自在に調整することができる。上述のように、供給口６１に最も近い第１内孔３７Ａから吐出される紡糸液３１の吐出量は他の内孔３７と比較して多い。これは、紡糸液３１の軸線Ｌ１方向の距離に応じた圧力損失の影響によるものである。本実施形態に係るノズルヘッド２０では、内管３２内を流通する距離の違いによる圧力損失の大きさの違いを、貯留空間３５内に吐出されて貯留空間３５内を流通する際の圧力損失で吸収して緩和するようにしている。すなわち、ノズルヘッド２０では、複数の内孔３７のうち、圧力損失が最も小さいために紡糸液３１の吐出量が最も多い第１内孔３７Ａを他の内孔３７よりも紡糸孔３６から遠い位置に配置している。これにより、第１内孔３７Ａから吐出された紡糸液３１をより長い距離をかけて貯留空間３５内を流通させ、他の内孔３７から吐出された紡糸液３１に生じる圧力損失と比較してより大きな圧力損失を生じさせることによって、その差を緩和させている。

ここで、例えば、第１内孔３７Ａを第１紡糸孔３６Ａよりも供給口６１から離れた位置に設けることを想定する。この場合、第１内孔３７Ａは、第１紡糸孔３６Ａよりも、第１紡糸孔３６Ａ以外の他の紡糸孔３６の近くに配置される。この場合、第１内孔３７Ａは、第１紡糸孔３６Ａに対しては、第１紡糸孔３６Ａよりも供給口６１に近い位置に配置された場合と同様の作用を奏する。しかしこの場合、第１内孔３７Ａは、第１紡糸孔３６Ａよりも近くに配置されている他の紡糸孔３６における紡糸液３１の噴射量に対して、その吐出量の大きさの影響を及ぼしてしまう。このため、第１内孔３７Ａを第１紡糸孔３６Ａよりも供給口６１から離れた位置に配置した場合には、各紡糸孔３６からの紡糸液３１の噴射量を均一化は困難である。これに対し、第１内孔３７Ａを第１紡糸孔３６Ａよりも供給口６１側に配置することで、第１内孔３７Ａと第１紡糸孔３６Ａとの間には他の紡糸孔３６が存在しないことから、第１紡糸孔３６Ａの噴射量を自在に調整できる。

（実施形態１の効果）
続いて、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の紡糸装置１０は、ノズルヘッド２０を備えている。ノズルヘッド２０は、溶液槽３０及び紡糸電極５０を備えている。溶液槽３０は、内部に紡糸液３１を充填し、紡糸液３１を噴射させるための複数の紡糸孔３６を有する筒状である。紡糸電極５０は、紡糸液３１に接触した状態で溶液槽３０内に配置される。溶液槽３０は、外管３３及び内管３２を有している。外管３３は、軸線Ｌ１に沿って複数の紡糸孔３６が設けられた管状である。内管３２は、外管３３内に配置され、外管３３との間に形成した貯留空間３５内に紡糸液３１を吐出する複数の内孔３７が設けられた管状である。複数の紡糸孔３６は、溶液槽３０の軸線Ｌ１に沿って略等間隔に配置されている。そして、複数の内孔３７は、軸線Ｌ１に沿って不等間隔に配置されている。

このような構成により、紡糸装置１０に備えられたノズルヘッド２０は、内管３２から貯留空間３５内に供給する紡糸液３１の供給量を、軸線Ｌ１の方向における単位長さ当たりの供給量で見て自在に設定することができる。このため、例えば、複数の内孔３７の配置を単位長さ当たりの供給量において均一化が図られた配置とすることで、等間隔に配置された各紡糸孔３６に対して、紡糸液３１の均等供給を実現することができる。その結果、各紡糸孔３６からの紡糸液３１の噴射量の均一化を図ることができる。したがって、本実施形態のノズルヘッド２０とこれを備えた紡糸装置１０は、形成する繊維集合体における目付の安定化を図ることができる。

本実施形態の紡糸装置１０のノズルヘッド２０では、溶液槽３０は、紡糸液３１を内管３２の内部に供給する供給口６１が軸線Ｌ１の方向の端部に形成されており、複数の内孔３７の配置個数は、供給口６１の近傍領域Ｒ１に比べて、この近傍領域Ｒ１よりも供給口６１から離れた離隔領域Ｒ２において多くされている。このため、複数の内孔３７の配置において、軸線Ｌ１方向における単位長さ当たりの紡糸液３１の供給量の均一化が図られた配置に容易に設定できる。その結果、略等間隔に配置された各紡糸孔３６に対して、紡糸液３１の均等供給を実現することができ、各紡糸孔３６からの紡糸液３１の噴射量の均一化を図ることができる。

本実施形態の紡糸装置１０のノズルヘッド２０では、複数の内孔３７のうちの供給口６１に最も近い第１内孔３７Ａは、複数の紡糸孔３６のうちの供給口６１に最も近い第１紡糸孔３６Ａよりも、供給口６１に近い位置に配置されている。このため、複数の紡糸孔３６のうち、供給口６１に最も近い紡糸孔３６である第１紡糸孔３６Ａからの紡糸液３１の噴射量を容易に調整できる。すなわち、第１内孔３７Ａから吐出される吐出圧力が比較的大きな紡糸液３１に対し、貯留空間３５内を流通する距離を容易に拡大して設定でき、圧力損失の大きさを自在に拡大して設定できる。その結果、第１紡糸孔３６Ａからの紡糸液３１の噴射量を好適に抑えることができる。

本実施形態の紡糸装置１０は、ノズルヘッド２０を備えている。これにより、紡糸装置１０は、上記ノズルヘッド２０の効果を享受できる。したがって、紡糸装置１０は、形成する繊維集合体１４における目付の安定化を図ることができる。

本開示に係るノズルヘッドの効果を実証する実験を行った。実験では、上記実施形態において説明した外管３３及び内管３２を用いて、複数の紡糸孔３６のそれぞれからの紡糸液３１の吐出流量（噴射量）を測定した。また、実験では、内管３２の両方の端部から、一定のポンプ圧力（０．２ＭＰａ）で紡糸液３１を供給するようにした。実験では、外管３３に形成された３５個の紡糸孔３６のうち、左から、１番目、５番目、１０番目、・・・のように、軸線Ｌ１方向に５個毎の各紡糸孔３６について、吐出流量を測定した。

また、比較例として、実験例で用いた外管３３と、この外管３３に形成された複数の紡糸孔３６の間隔Ｄと同じ略等間隔で形成され複数の内孔２３７を有する内管２３２（図６参照）を用いて、各紡糸孔３６からの紡糸液３１の吐出流量を同様に測定した。図６に示すように、比較例の内管２３２において、複数の内孔２３７は、外管３３における複数の紡糸孔３６の数と同数（３５個）形成するとともに、各紡糸孔３６と軸線Ｌ１方向において同じ位置となるように配置した。この比較例における他の測定条件は、上記実験例と同じである。結果を図７に示す。
なお、図７のグラフにおける横軸の「紡糸孔番号」とは、３５個の紡糸孔３６について、左から右への順に、番号１，番号２、番号３、・・・のように便宜上の番号を付したものである。すなわち、吐出流量を測定した紡糸孔３６は、番号１、番号５、番号１０、番号１５、番号２０、番号２５、番号３０、及び番号３５の紡糸孔である。

図７に示すように、実験例における各紡糸孔３６からの吐出流量のばらつきは、比較例と比較して小さかった。具体的には、各紡糸孔３６からの吐出流量の最大値と最小値との差が、比較例では０．０６ｍｌ／ｍｉｎであったのに対し、実験例では０．０１５ｍｌ／ｍｉｎと大幅に小さくなった。これは、実験例では、内孔３７を不等間隔に配置したことによって、内管３２から貯留空間３５内に供給される紡糸液３１の軸線Ｌ１方向における単位長さ当たりの供給量の差が小さくなったためであると推測される。これに対し、比較例では、内孔２３７が等間隔配置されているため、内管２３２から貯留空間３５内に供給される紡糸液３１の単位長さ当たりの供給量の差がそのまま表れているものと推測される。このように、複数の内孔３７を軸線Ｌ１方向に沿って不等間隔に配置して各内孔３７からの紡糸液３１の吐出量を自在に調整することによって、各紡糸孔３６からの紡糸液３１の噴射量を自在に調整できることが実証された。

また、実験例及び比較例のそれぞれにおいて、供給口６１に最も近い位置の第１紡糸孔３６Ａ（番号１及び３５の紡糸孔）からの紡糸液３１の吐出流量に着目すると、比較例における第１紡糸孔３６Ａでは吐出流量が０．１１ｍｌ／ｍｉｎであったのに対し、実験例における第１紡糸孔３６Ａでは吐出流量が０．０６ｍｌ／ｍｉｎであった。すなわち、実験例における第１紡糸孔３６Ａからの紡糸液３１の吐出流量は、比較例の半分程度に抑えられている。また、実験例及び比較例のそれぞれにおいて、図６に示す番号２０の紡糸孔３６、すなわち、吐出流量を計測した紡糸孔３６のうちで供給口６１から最も遠い位置の紡糸孔３６からの紡糸液３１の吐出流量に着目する。比較例における番号２０の紡糸孔３６からの紡糸液３１の吐出流量は、０．０５ｍｌ／ｍｉｎであった。これに対し、実験例における番号２０の紡糸孔３６からの紡糸液３１の吐出流量は、０．０４５ｍｌ／ｍｉｎであり、比較例と差は０．００５ｍｌ／ｍｉｎと僅かであった。これは、実験例及び比較例における内管３２，２３２のそれぞれにおいて、供給口６１から離れた軸線Ｌ１方向の中央部では内孔３７，２３７は同様の略等間隔配置とされているためであると推測される。このように、複数の内孔３７を軸線Ｌ１に沿って不等間隔で配置することによって、各内孔３７から所望の吐出量で紡糸液３１を吐出でき、各紡糸孔３６からの紡糸液３１の噴射量を自在に調整できることが実証された。

以上の実験結果から、本開示に係るノズルヘッドは、生成する繊維集合体における目付の安定化に有効である。

＜他の実施形態＞
本発明は、上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施の形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態１において、ノズルヘッドは、供給口を２つ有していたが、供給口の数は１つ又は３つ以上であってもよい。供給口は、溶液槽における軸線方向の端部以外の位置、例えば、軸線方向の中間部、軸線方向の中央部等に設けられていてもよい。
（２）上記実施形態１において、紡糸電極はらせん形状をなしていたが、例えば、直線状、筒状等、他の形状をなしていてもよい。紡糸電極がらせん形状をなす場合、らせん形状の径、ピッチ等は、均一でなくてもよい。
（３）上記実施形態１において、複数の内孔が供給口から離れた位置において供給口の近くよりも多く設けられている形態として、供給口に最も近い紡糸孔を基準として、この紡糸孔よりも供給口側に１つの内孔を形成し、供給口とは反対側に多数の内孔を形成する形態を例示した。本開示はこれに限定されない。複数の内孔が供給口から離れた位置において供給口の近くよりも多く設けられている形態としては、例えば、供給口に最も近い紡糸孔を基準とした場合、この紡糸孔よりも供給口側に２つ以上の内孔が設けられていてもよい。すなわち、複数の内孔のうちの供給口に最も近い内孔以外の内孔も、複数の紡糸孔のうちの供給口に最も近い紡糸孔より、供給口に近い位置に形成されていてもよい。
（４）上記実施形態１において、内孔は、上方、すなわち紡糸孔と同方向に向けて開口して設けられていたが、その他の方向、例えば、紡糸孔が上方に開口して設けられている場合には、下方に向けて開口して設けられていてもよい。また、内孔は、例えば、紡糸孔の方向とは異なる方向に向けて紡糸液を吐出する形態であってもよい。内孔は、紡糸孔の位置から軸線方向、及び軸線周りの周方向の少なくとも一方の方向において、紡糸孔の位置からずれた位置に設けられていてもよい。また、複数の内孔は、少なくとも一部が不等間隔に配置されていればよい。すなわち、複数の内孔は、全体として不等間隔に配置されていてもよいし、部分的に見て一部が略等間隔に配置されていてもよい。
（５）上記実施形態１において、内管及び外管は、円筒状であったが、その他の形状であってもよい。例えば、内管及び外管の少なくとも一方は、四角筒状等の多角筒状などであってもよい。
（６）紡糸孔の数は上記実施形態に限定されない。内孔の数も上記実施形態に限定されない。
（７）本開示に係る紡糸装置において、紡糸孔から紡糸液を上方に噴射することは必須ではなく、例えば、側方、下方等、上方以外の方向に噴射してもよい。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述及び図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的及び例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲または本質から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料及び実施形態を参照したが、本発明をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

１０…紡糸装置
１１…捕集部材
１４…繊維集合体
１７…コレクタ電極
２０…ノズルヘッド
３０…溶液槽
３１…紡糸液
３２…内管
３３…外管
３５…貯留空間
３６…紡糸孔（３６Ａ…第１紡糸孔）
３７…内孔（３７Ａ…第１内孔、３７Ｂ…第２内孔）
３８…ジェット
５０…紡糸電極
６１…供給口
Ｌ１…軸線
Ｒ１…近傍領域
Ｒ２…離隔領域

Claims (4)

1. 内部に紡糸液を充填し、前記紡糸液を噴射させるための複数の紡糸孔を有する筒状の溶液槽と、前記紡糸液に接触した状態で前記溶液槽内に配置される紡糸電極と、を備えるノズルヘッドであって、
   前記溶液槽は、前記複数の紡糸孔が設けられた管状の外管と、前記外管内に配置され、前記外管との間に形成した貯留空間内に前記紡糸液を吐出する複数の内孔が設けられた管状の内管と、を有し、
   前記複数の紡糸孔は、前記溶液槽の軸線に沿って略等間隔に配置されており、
   前記複数の内孔のうちの少なくとも一部は、前記軸線に沿って不等間隔に配置されている、ノズルヘッド。
2. 前記溶液槽は、前記紡糸液を前記内管の内部に供給する供給口が前記軸線の方向の端部に形成されており、
   前記複数の内孔の配置個数は、前記供給口の近傍領域に比べて、前記近傍領域よりも前記供給口から離れた離隔領域において多くされている、請求項１に記載のノズルヘッド。
3. 前記複数の内孔のうちの前記供給口に最も近い第１内孔は、前記複数の紡糸孔のうちの前記供給口に最も近い第１紡糸孔よりも、前記供給口に近い位置に配置されている、請求項２に記載のノズルヘッド。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のノズルヘッドと、
   前記紡糸電極から離れて配置されるコレクタ電極と、
   を備え、
   前記紡糸電極及び前記コレクタ電極の間に電圧が印加されることにより、帯電した前記紡糸液のジェットが前記コレクタ電極に向けて噴射されて繊維にされ、前記コレクタ電極の前記紡糸電極の側の面に沿って配置された捕集部材により、繊維集合体として捕集される紡糸装置。

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