JP6612715B2

JP6612715B2 - 電界紡糸装置

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Publication number: JP6612715B2
Application number: JP2016221299A
Authority: JP
Inventors: 健哉内田; 育生植松; 具道中; 陽子徳野; 佑磨菊地
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Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2019-11-27
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Description

本発明の実施形態は、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、原料液を排出する複数のノズルを有するノズルヘッドが設けられている。また、ノズルヘッドと、ノズルヘッドと対峙させて設けられた帯状の部材とを備えた電界紡糸装置が提案されている。帯状の部材を備えた電界紡糸装置においては、帯状の部材を移動させつつ、帯状の部材の表面にファイバを堆積させる。この様にすれば、ファイバを含む堆積体を連続的に生産することができるので、堆積体の生産性を向上させることができる。
この場合、ノズルヘッドの数を増やせば、単位時間あたり、または単位面積あたりの堆積体の生産量を増加させることができる。ところが、単に、ノズルヘッドの数を増やせば、電界紡糸装置の大型化を招くことになる。
そのため、生産性の向上と、省スペース化を図ることができる電界紡糸装置の開発が望まれていた。

特開２００７−９２２１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、生産性の向上と、省スペース化を図ることができる電界紡糸装置を提供することである。

実施形態に係る電界紡糸装置は、収集部または部材の上にファイバを堆積可能である。この電界紡糸装置は、前記収集部または前記部材の、第１の方向に移動する部位において、前記第１の方向に移動する部位の第１の面側に設けられた第１のノズルヘッドと、前記第１の方向に移動する部位の前記第１の面とは反対側の第２の面側に設けられた第２のノズルヘッドと、を備えている。前記第２のノズルヘッドは、前記第１の方向において、前記第１のノズルヘッドから離隔した位置に設けられている。

第１の実施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。（ａ）〜（ｃ）は、循環する収集部５を例示するための模式図である。（ａ）〜（ｃ）は、一方向に搬送される収集部５を例示するための模式図である。収集部５の端部の近傍におけるファイバ１００同士の反発を例示するための模式図である。第２の実施形態に係る電界紡糸装置１ａを例示するための模式図である。（ａ）〜（ｃ）は、電界紡糸装置１ａにおける第１のノズルヘッド２ａおよび第２のノズルヘッド２ｂの配設形態を例示するための模式平面図である。他の実施形態に係る第１のノズルヘッド２ａ１および第２のノズルヘッド２ｂ１を例示するための模式平面図である。

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。
なお、以下においては一例として、いわゆるニードル型ノズルヘッドを備えた電界紡糸装置１を例示する。ただし、ノズルヘッドに設けられるノズルの形態は針状に限定されるわけではない。
例えば、ノズルヘッドに設けられるノズルは、円錐状を呈するノズルなどであってもよい。この場合、針状のノズルとすればノズルの排出口の近傍において電界集中が生じ易くなるので、ノズルと収集部の間に形成される電界の強度が高くなる。一方、円錐状のノズルとすれば、ノズルの機械的強度を高めることができる。また、円錐状のノズルの先端を尖らせることができるので、針状のノズルと同様にノズルと収集部の間に形成される電界の強度が高くなる。
またさらに、ノズルヘッドは、いわゆるブレード型ノズルヘッドなどであってもよい。ブレード型ノズルヘッドとすれば機械的強度を高めることができるので、クリーニングなどの際にノズルヘッドが破損するのを抑制することができる。また、ノズルヘッドのクリーニングが容易となる。なお、ブレード型ノズルヘッドの形態には特に限定がなく、例えば、直方体状であったり、円弧状であったりしてもよい。

図１は、第１の実施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、第１のノズルヘッド２ａ、第２のノズルヘッド２ｂ、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。

第１のノズルヘッド２ａは、収集部５の一方の側に設けられている。例えば、第１のノズルヘッド２ａは、収集部５の上方に設けられている。第１のノズルヘッド２ａは、収集部５の第１の面５ａと対峙している。
第２のノズルヘッド２ｂは、収集部５を挟んで第１のノズルヘッド２ａの反対側に設けられている。例えば、第２のノズルヘッド２ｂは、収集部５の下方に設けられている。第２のノズルヘッド２ｂは、収集部５の第１の面５ａとは反対側の第２の面５ｂと対峙している。
図１に例示をしたものの場合には、第２のノズルヘッド２ｂは、収集部５を挟んで第１のノズルヘッド２ａと対峙している。すなわち、平面視において、第２のノズルヘッド２ｂは、第１のノズルヘッド２ａと重なる位置に設けられている。

第１のノズルヘッド２ａおよび第２のノズルヘッド２ｂは、ノズル２０、接続部２１、および本体部２２を有する。
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の収集部５側の端部（先端）との間を貫通している。原料液を排出するための孔の、収集部５側の開口が排出口２０ａとなる。

ノズル２０の外径寸法（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、外径寸法は小さい方が好ましい。外径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の外径寸法が大きい場合に比べてノズル２０と収集部５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、ノズル２０の外径寸法が大きい場合に比べて電源５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、ノズル２０の外径寸法が大きい場合に比べて駆動電圧を低減することができる。この場合、ノズル２０の外径寸法は、例えば、０．３ｍｍ〜１．３ｍｍ程度とすることができる。

排出口２０ａの寸法（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の寸法（ノズル２０の内径寸法）は、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度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、後述する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。

ノズル２０の数には特に限定がなく、収集部５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、少なくとも１つ設けられていればよい。
複数のノズル２０を設ける場合には、複数のノズル２０は、所定の間隔を空けて並べて設けられる。例えば、複数のノズル２０は、収集部５の移動方向５０と直交する方向に並べて設けることができる。また、複数のノズル２０の配設形態には特に限定はない。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、複数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、千鳥状、あるいはマトリクス状に並べて設けることもできる。

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。
なお、電圧がノズル２０に直接印加される場合には、接続部２１は、必ずしも導電性材料から形成する必要はない。

なお、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。
しかしながら、排出された原料液が、ノズル２０の排出口２０ａ側の端部およびその近傍に付着する場合がある。そのため、必要に応じて、あるいは定期的に、ノズル２０の排出口２０ａ側の端部およびその近傍をクリーニングすることが好ましい。

この場合、ノズル２０の接続部２１側の端部は接続部２１に固定され、接続部２１が本体部２２に着脱自在に設けられるようにすることができる。例えば、接続部２１の本体部２２側の端部に雄ネジを設け、本体部２２の側面に雌ネジを設けるようにすることができる。また、ルアーテーパ(luer taper)（ルアーアダプタ、ルアーロック、ルアーコネクタ、ルアーフィットなどとも称される）を用いて、接続部２１を本体部２２に着脱自在に設けることもできる。例えば、接続部２１の本体部２２側にメスルアー(female luer)を設け、本体部２２の側面にオスルアー(male luer)を設けるようにすることができる。すなわち、接続部２１は、ネジまたはルアーテーパを用いて本体部２２に接続されていてもよい。

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の形態には特に限定はないが、複数のノズル２０が設けられる場合には、棒状を呈する本体部２２とすることができる。棒状を呈する本体部２２は、例えば、収集部５の移動方向５０と直交する方向に延びているものとすることができる。棒状を呈する本体部２２は、収集部５の第１の面５ａまたは第２の面５ｂと平行となるように設けることができる。

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。
本体部２２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。本体部２２は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。

原料液供給部３は、収納部３１、供給部３２、原料液制御部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。

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。

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。
また、原料液は、一種類の高分子物質と溶媒とから生成することもできるし、複数種類の高分子物質と溶媒とを混合して生成することもできる。
また、第１のノズルヘッド２ａに供給する原料液と第２のノズルヘッド２ｂに供給する原料液が同じ種類であってもよいし、第１のノズルヘッド２ａに供給する原料液と第２のノズルヘッド２ｂに供給する原料液が異なる種類であってもよい。

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。

原料液制御部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。すなわち、原料液が、表面張力により排出口２０ａの近傍に留まるようにする。なお、原料液制御部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。原料液制御部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、原料液制御部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および原料液制御部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、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ことができる。この場合、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と原料液制御部３３との間、原料液制御部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、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（駆動電圧）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。ただし、ノズル２０にマイナスの電圧を印加すれば、ノズル２０の先端から電子が放出されるので異常放電が発生しやすくなる。そのため、図１に示すように、ノズル２０に印加する電圧の極性はプラスとすることが好ましい。

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と収集部５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と収集部５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。この場合、ブレード型ノズルヘッドとすれば、ノズルに印加する電圧は７０ｋＶ程度となる。一方、図１に例示をしたようなニードル型ノズルヘッドとすれば、ノズル２０に印加する電圧を５０ｋＶ以下にすることができる。そのため、駆動電圧の低減を図ることができる。
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。

なお、図１に例示をした電界紡糸装置１は、１つの原料液供給部３により第１のノズルヘッド２ａおよび第２のノズルヘッド２ｂに原料液を供給し、１つの電源４により第１のノズルヘッド２ａおよび第２のノズルヘッド２ｂに電圧を印加している。この様にすれば、電界紡糸装置１の構成の簡略化、省スペース化、製造コストの低減などを図ることができる。

一方、第１のノズルヘッド２ａおよび第２のノズルヘッド２ｂのそれぞれに対して原料液供給部３および電源４を１つずつ設けることもできる。この様にすれば、第１のノズルヘッド２ａおよび第２のノズルヘッド２ｂのそれぞれに対して原料液の供給量の制御や印加電圧の制御を行うことができる。そのため、収集部５の第１の面５ａにおけるファイバ１００に堆積量と、収集部５の第２の面５ｂにおけるファイバ１００に堆積量を変化させることができる。例えば、厚みが異なる堆積体１１０を同時に形成することが可能となる。

収集部５は、ノズル２０の原料液が排出される側に設けられている。収集部５は、接地されている。収集部５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。収集部５は、導電性材料から形成することができる。収集部５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。収集部５の材料は、例えば、ステンレスなどとすることができる。

収集部５は、所定の方向に移動する。図１に例示をした収集部５は、帯状を呈している。例えば、収集部５の一方の端部は図示しない第１の回転ローラに設けられ、収集部５の他方の端部は図示しない第２の回転ローラに設けられているようにすることができる。そして、第１の回転ローラおよび第２の回転ローラには、モータなどの駆動機構が接続され、収集部５が、第１の回転ローラおよび第２の回転ローラの間を往復移動するようにすることができる。
また、収集部５は、例えば、産業用ロボットなどにより所定の方向に移動する板状体としてもよい。
また、収集部５は、例えば、所定の方向に回転するドラムとしてもよい。

また、収集部５が、回転ローラ５１および回転ローラ５２の間をベルトコンベアのベルトのように循環するようにしてもよい。
図２（ａ）〜（ｃ）は、循環する収集部５を例示するための模式図である。
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、駆動ローラである回転ローラ５１および回転ローラ５２と、ガイドローラである回転ローラ５３を設け、収集部５が回転ローラ５１および回転ローラ５２の間を循環するようにすることができる。この場合、回転ローラ５３を複数設け、複数の回転ローラ５３の配置を適宜変更することで、収集部５の移動方向を任意に変更することができる。例えば、図２（ａ）に示すように、収集部５が水平方向および垂直方向に移動するようにすることができる。図２（ｂ）に示すように、収集部５が水平方向に対して傾いた方向に移動するようにすることができる。
また、循環する収集部５を複数設けることもできる。この場合、複数の収集部５は、水平方向に並べて設けることもできるし、図２（ｃ）に示すように垂直方向に並べて設けることもできる。

また、収集部５が、一方向に搬送されるようにしてもよい。
図３（ａ）〜（ｃ）は、一方向に搬送される収集部５を例示するための模式図である。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、駆動ローラである回転ローラ５１および回転ローラ５２と、ガイドローラである回転ローラ５３を設け、収集部５が回転ローラ５１から回転ローラ５２に搬送されるようにすることができる。
この場合、回転ローラ５３を複数設け、複数の回転ローラ５３の配置を適宜変更することで、収集部５の移動方向を任意に変更することができる。例えば、図３（ａ）に示すように、収集部５が水平方向および垂直方向に移動するようにすることができる。図３（ｂ）に示すように、収集部５が水平方向に対して傾いた方向に移動するようにすることができる。
また、回転ローラ５１から回転ローラ５２に搬送される収集部５を複数設けることもできる。この場合、複数の収集部５は、水平方向に並べて設けることもできるし、図３（ｃ）に示すように垂直方向に並べて設けることもできる。

所定の方向に移動する収集部５とすれば、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。
収集部５の上に形成された堆積体１１０は、作業者により収集部５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、収集部５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。また、コンベアや産業用ロボットなどを用いて、導電性を有する部材を所定の方向に移動すればよい。導電性を有する部材の形態には特に限定がなく、例えば、シート状であってもよいし、ブロック状であってもよいし、任意の形状を有するものであってもよい。
導電性を有する部材は、一方方向に搬送してもよいし、往復移動させてもよいし、循環させるように搬送してもよい。
なお、収集部５または部材は、移動しないものとすることもできる。

制御部６は、供給部３２、原料液制御部３３、電源４、および収集部５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。

ここで、収集部５の第１の面５ａと第２の面５ｂに同じ極性に帯電したファイバ１００を堆積させると、収集部５の端部の近傍において、第１の面５ａに堆積させるファイバ１００と、第２の面５ｂに堆積させるファイバ１００とが反発する場合がある。
図４は、収集部５の端部の近傍におけるファイバ１００同士の反発を例示するための模式図である。
図４に示すように、収集部５の端部の近傍においてファイバ１００同士の反発が生じると、収集部５の端部の近傍にファイバ１００が堆積しにくくなる。そのため、堆積体１１０の端部の近傍における厚みが薄くなったり、堆積体１１０の幅寸法がばらついたりするおそれがある。また、原料液の利用効率が低下したり、電界紡糸装置１の内部にファイバ１００が付着して汚れが発生したりするおそれがある。

図５は、第２の実施形態に係る電界紡糸装置１ａを例示するための模式図である。
前述した電界紡糸装置１においては、第２のノズルヘッド２ｂは、収集部５を挟んで第１のノズルヘッド２ａと対峙している。すなわち、平面視において、第２のノズルヘッド２ｂは、第１のノズルヘッド２ａと重なる位置に設けられている。
これに対して、本実施の形態に係る電界紡糸装置１ａにおいては、第２のノズルヘッド２ｂは、収集部５の移動方向５０において、第１のノズルヘッド２ａから離隔した位置に設けられている。例えば、第２のノズルヘッド２ｂは、第１のノズルヘッド２ａが設けられた位置から収集部５の移動方向５０にズレた位置に設けられている。すなわち、平面視において、第２のノズルヘッド２ｂは、第１のノズルヘッド２ａと重なっていない。この場合、第１のノズルヘッド２ａと第２のノズルヘッド２ｂとの間の距離Ｌは、第１のノズルヘッド２ａから排出されたファイバ１００の第１の面５ａ上における堆積領域の寸法、および、第２のノズルヘッド２ｂから排出されたファイバ１００の第２の面５ｂ上における堆積領域の寸法のうち長い方の寸法よりも長くすることができる。この様にすれば、収集部５の端部の近傍において、第１の面５ａに堆積させるファイバ１００と、第２の面５ｂに堆積させるファイバ１００とが反発するのを抑制することができる。そのため、第１の面５ａおよび第２の面５ｂの全領域に堆積体１１０を形成することができる。また、堆積体１１０の厚みや幅寸法がばらつくのを抑制することができる。また、原料液の利用効率を向上させたり、電界紡糸装置１ａの内部にファイバ１００が付着して汚れが発生したりするのを抑制することができる。
なお、距離Ｌは、平面視における第１のノズルヘッド２ａと第２のノズルヘッド２ｂとの間の距離である。

図６（ａ）〜（ｃ）は、電界紡糸装置１ａにおける第１のノズルヘッド２ａおよび第２のノズルヘッド２ｂの配設形態を例示するための模式平面図である。
図６（ａ）に示すように、複数の第１のノズルヘッド２ａを収集部５の移動方向５０に並べて設けることができる。複数の第２のノズルヘッド２ｂを収集部５の移動方向５０に並べて設けることができる。この場合、複数の第１のノズルヘッド２ａをピッチ寸法が２Ｌとなるように並べ、複数の第２のノズルヘッド２ｂをピッチ寸法が２Ｌとなるように並べることができる。そして、平面視において、第１のノズルヘッド２ａと第２のノズルヘッド２ｂとの間の距離がＬとなるようにすることができる。この様にすれば、収集部５の移動方向５０における電界紡糸装置１ａの寸法を短くすることができる、すなわち、電界紡糸装置１ａの省スペース化を図ることができる。

また、収集部５の幅寸法Ｗ（移動方向５０と直交する方向の寸法）が長い場合には、図６（ｂ）に示すように、収集部５の幅方向に複数の第１のノズルヘッド２ａを並べて設けることができる。収集部５の幅方向に複数の第２のノズルヘッド２ｂを並べて設けることができる。
この場合、収集部５の幅方向に複数の第１のノズルヘッド２ａを近接させて設けると、第１のノズルヘッド２ａ同士の間の領域で第１の面５ａに堆積させるファイバ１００同士が反発するおそれがある。収集部５の幅方向に複数の第２のノズルヘッド２ｂを近接させて設けると、第２のノズルヘッド２ｂ同士の間の領域で第２の面５ｂに堆積させるファイバ１００同士が反発するおそれがある。

そのため、収集部５の移動方向５０に直交する方向において、一の第１のノズルヘッド２ａが隣接する他の第１のノズルヘッド２ａから離隔した位置に設けられている。すなわち、収集部５の移動方向５０に直交する方向において、隣接する他の第１のノズルヘッド２ａはズレた位置に設けられている。収集部５の移動方向５０に直交する方向において、一の第２のノズルヘッド２ｂが隣接する第２のノズルヘッド２ｂから離隔した位置に設けられている。すなわち、収集部５の移動方向５０に直交する方向において、隣接する第２のノズルヘッド２ｂはズレた位置に設けられている。
例えば、図６（ｂ）に示すように、複数の第１のノズルヘッド２ａは、収集部５の移動方向５０に千鳥状に並べて設けることができる。複数の第２のノズルヘッド２ｂは、収集部５の移動方向５０に千鳥状に並べて設けることができる。

また、収集部５の端部の近傍において、第１の面５ａに堆積させるファイバ１００と、第２の面５ｂに堆積させるファイバ１００とが反発するのを抑制するために、平面視において、複数の第２のノズルヘッド２ｂは、複数の第１のノズルヘッド２ａと重ならないように設けることができる。

また、収集部５の幅寸法Ｗが短い場合には、図６（ｃ）に示すように、第１のノズルヘッド２ａが延びる方向が収集部５の移動方向５０と平行となるようにすることができる。そして、収集部５の幅方向に複数の第１のノズルヘッド２ａを並べて設けることができる。また、第１のノズルヘッド２ａ同士の間の領域で第１の面５ａに堆積させるファイバ１００同士が反発するのを抑制するために、収集部５の移動方向５０に直交する方向において、一の第１のノズルヘッド２ａが隣接する他の第１のノズルヘッド２ａから離隔した位置に設けられている。すなわち、収集部５の移動方向５０に直交する方向において、隣接する他の第１のノズルヘッド２ａはズレた位置に設けられている。

第２のノズルヘッド２ｂが延びる方向が収集部５の移動方向５０と平行となるようにすることができる。そして、収集部５の幅方向に複数の第２のノズルヘッド２ｂを並べて設けることができる。また、第２のノズルヘッド２ｂ同士の間の領域で第２の面５ｂに堆積させるファイバ１００同士が反発するのを抑制するために、収集部５の移動方向５０に直交する方向において、一の第２のノズルヘッド２ｂが隣接する第２のノズルヘッド２ｂから離隔した位置に設けられている。すなわち、収集部５の移動方向５０に直交する方向において、隣接する第２のノズルヘッド２ｂはズレた位置に設けられている。

図７は、他の実施形態に係る第１のノズルヘッド２ａ１および第２のノズルヘッド２ｂ１を例示するための模式平面図である。
図７に示すように、第１のノズルヘッド２ａ１が延びる方向と収集部５の移動方向５０との間の角度θａを変化させるようにすることができる。すなわち、第１のノズルヘッド２ａは、第１のノズルヘッド２ａが延びる方向と収集部５の移動方向５０との間の角度θａが可変である。
第２のノズルヘッド２ｂ１が延びる方向と収集部５の移動方向５０との間の角度θｂを変化させるようにすることができる。すなわち、第２のノズルヘッド２ｂは、第２のノズルヘッド２ｂが延びる方向と収集部５の移動方向５０との間の角度θｂが可変である。
例えば、収集部５の第１の面５ａに垂直な軸の一方の端部を第１のノズルヘッド２ａの本体部２２に設け、この軸を回転自在に保持する保持部を設けるようにすればよい。収集部５の第２の面５ｂに垂直な軸の一方の端部を第２のノズルヘッド２ｂの本体部２２に設け、この軸を回転自在に保持する保持部を設けるようにすればよい。
この様にすれば、角度θａを適宜変更することで第１の面５ａに幅寸法が異なる堆積体１１０を容易に形成することができる。角度θｂを適宜変更することで第２の面５ｂに幅寸法が異なる堆積体１１０を容易に形成することができる。
また、幅寸法Ｗが異なる収集部５にも容易に対応することができる。

次に、電界紡糸装置１、１ａ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および図５に例示をした電界紡糸装置１、１ａ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。

収集部５は、接地されているので、ノズル２０と収集部５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部５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が収集部５の第１の面５ａおよび第２の面５ｂに堆積することで、第１の面５ａおよび第２の面５ｂに堆積体１１０が形成される。

また、電界紡糸装置１ａの場合には、収集部５の端部の近傍において、第１の面５ａに堆積させるファイバ１００と、第２の面５ｂに堆積させるファイバ１００とが反発するのを抑制することができる。そのため、第１の面５ａおよび第２の面５ｂの全領域に堆積体１１０を形成することができる。また、堆積体１１０の厚みや幅寸法がばらつくのを抑制することができる。また、原料液の利用効率を向上させたり、電界紡糸装置１ａの内部にファイバ１００が付着して汚れが発生したりするのを抑制することができる。

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、１ａ電界紡糸装置、２ａ第１のノズルヘッド、２ｂ第２のノズルヘッド、３原料液供給部、４電源、５収集部、５ａ第１の面、５ｂ第２の面、６制御部、２０ノズル、５０移動方向、１００ファイバ、１１０堆積体

Claims

収集部または部材の上にファイバを堆積可能な電界紡糸装置であって、
前記収集部または前記部材の、第１の方向に移動する部位において、
前記第１の方向に移動する部位の第１の面側に設けられた第１のノズルヘッドと、
前記第１の方向に移動する部位の前記第１の面とは反対側の第２の面側に設けられた第２のノズルヘッドと、
を備え、
前記第２のノズルヘッドは、前記第１の方向において、前記第１のノズルヘッドから離隔した位置に設けられている電界紡糸装置。
収集部または部材の上にファイバを堆積可能な電界紡糸装置であって、
前記収集部または前記部材の、第１の方向に移動する部位において、
前記第１の方向に移動する部位の第１の面側に設けられ、前記第１の面に前記ファイバを堆積可能な第１のノズルヘッドと、
前記第１の方向に移動する部位の前記第１の面とは反対側の第２の面側に設けられ、前記第２の面に前記ファイバを堆積可能な第２のノズルヘッドと、
を備え、
前記第２のノズルヘッドは、前記第１の方向において、前記第１のノズルヘッドから離隔した位置に設けられている電界紡糸装置。
複数の前記第１のノズルヘッドが前記第１の方向に並べて設けられている請求項１または２に記載の電界紡糸装置。
前記第１の方向に直交する方向において、一の前記第１のノズルヘッドが隣接する他の前記第１のノズルヘッドから離隔した位置に設けられている請求項３記載の電界紡糸装置。
前記第１の方向に直交する方向において、一の前記第１のノズルヘッドが前記第１の方向に移動する部位の一方の端部側に設けられ、隣接する他の前記第１のノズルヘッドが前記第１の方向に移動する部位の他方の端部側に設けられている請求項３または４に記載の電界紡糸装置。
複数の前記第２のノズルヘッドが前記第１の方向に並べて設けられている請求項１〜５のいずれか１つに記載の電界紡糸装置。
前記第１の方向に直交する方向において、一の前記第２のノズルヘッドが隣接する他の前記第２のノズルヘッドから離隔した位置に設けられている請求項６記載の電界紡糸装置。
前記第１の方向に直交する方向において、一の前記第２のノズルヘッドが前記第１の方向に移動する部位の一方の端部側に設けられ、隣接する他の前記第２のノズルヘッドが前記第１の方向に移動する部位の他方の端部側に設けられている請求項６または７に記載の電界紡糸装置。
前記第１のノズルヘッドおよび前記第２のノズルヘッドの少なくともいずれかは、それぞれのノズルヘッドが延びる方向と前記第１の方向との間の角度が可変である請求項１〜８のいずれか１つに記載の電界紡糸装置。