JP6882409B2

JP6882409B2 - 被膜の製造装置

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Publication number: JP6882409B2
Application number: JP2019182543A
Authority: JP
Inventors: 拓也石田; 郁夫福田; 喬大平野; 東城　武彦; 武彦東城
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2018-10-03
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2039-10-02
Also published as: US20210178412A1; WO2020071474A1; CN112601848A; EP3862468A1; JP2020056147A

Description

本発明は繊維を含む堆積物からなる被膜の製造装置に関する。

静電スプレー法を利用して繊維を紡糸して被膜を形成する従来の技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。同文献には、液化重合体で被覆体を作る電気紡糸装置において、空洞内に液化重合体が射出される射出機とリング状電極とを設置し、該空洞内を、該液化重合体から形成される重合体繊維が移動するようにしたことが記載されている。空洞の前後は開放されており、後方の開口部にはブロアーが設置されている。このブロアーによって生じた空気流が該空洞内を移動することで重合体繊維を搬送し、それによって重合体繊維を前方の開口部を通じて空洞外に放出している。

特開２００４−５２５２７２号公報

特許文献１に記載の技術では、射出機から射出された液化重合体から形成される重合体繊維が空洞内を移動し、該空洞内に設置されているリング状電極を通過して空洞外へ放出される。重合体繊維は空洞内を移動することに起因して、該重合体繊維は空洞の内壁に付着しやすくなり、場合によっては空洞内が重合体繊維によって目詰まりする可能性がある。その結果、同文献に記載の技術では、目的とする被膜を首尾よく形成することが容易でない。

したがって本発明の課題は、静電スプレー法を利用して被膜を形成する装置の改良にある。

本発明は、繊維形成性ポリマーを含む液状組成物を対象物の表面に直接に静電スプレーして、繊維を含む堆積物からなる被膜を該表面に形成するための装置であって、
前記装置は筐体を備えた静電スプレー部を有し、
前記筐体内に、
前記液状組成物を吐出するノズルと、
前記ノズル内を通過する前記液状組成物に電圧を印加する電極と、
前記ノズルよりも後方に位置する空気流発生部と、
前記ノズルと前記空気流発生部との間に位置し且つ該空気流発生部に隣接する空洞部と、
前記ノズルの周囲に位置し且つ前記空洞部を通過してきた空気流を噴出させる空気噴出口と、
が備えられており、
前記筐体は、ヒトが手で把持可能に構成されている、被膜の製造装置に関する。

また本発明は、前記の被膜の製造装置を用い、空気噴出口から空気流を噴出させながら、繊維形成性ポリマーを含む液状組成物を対象物の表面に直接に静電スプレーして、繊維を含む堆積物からなる被膜を該表面に形成する、被膜の製造方法に関する。

本発明によれば、繊維の堆積物からなる被膜を容易に形成することができる。本発明によれば、例えば、一定温度や一定湿度に環境を制御することが容易でない環境下であっても、均一な被膜を容易に形成することができる。

図１は、本発明に係る被膜の製造装置の一実施形態を示す概略図である。図２は、本発明に係る被膜の製造装置の別の実施形態を示す概略図である。

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。本発明は、繊維形成性ポリマーを含む液状組成物を対象物の表面に直接施して、繊維を含む堆積物からなる被膜を該表面に形成するための装置に関する。被膜の形成方法として、本発明では静電スプレー法を採用している。静電スプレー法は、液状組成物に正又は負の高電圧を印加して該組成物を帯電させ、帯電した該組成物を対象物に向けて噴出させる方法である。噴出した液状組成物はクーロン反発力によって微細化を繰り返しながら空間に広がり、その過程で、又は対象物に付着した後に、揮発性物質である溶媒が乾燥することで、対象物の表面に、繊維を含む堆積物からなる被膜を形成する。したがって、本発明の装置で行われる、液状組成物の噴出による静電スプレー法は、電界紡糸法でもある。

静電スプレー法による被膜形成の対象物に特に制限はない。例えばヒトの肌、あるいは、壁、食器、枝や葉等の植物表面等の凹凸のある対象物の表面に密着させて被膜を形成することができる。ここで前記凹凸は、目視で確認できる凹凸から、皮膚の皮溝のように視認しにくいものまで含む。なお、被膜が多孔性でヒトの角層に近い適度な水分蒸散性を有する観点からヒトの肌を対象物とすることが好ましく、ボディを対象物とすることが好ましい。

図１には、本発明に係る被膜の製造装置の一実施形態が示されている。同図に示す装置１は筐体１０を備えた電界紡糸装置としての静電スプレー部Ｐ１から構成されている。筐体１０内には低電圧電源１１が備えられている。低電圧電源１１は、数Ｖから十数Ｖの電圧を発生させ得るものである。装置１の可搬性を高める目的で、低電圧電源１１は１個又は２個以上の電池からなることが好ましい。また、低電圧電源１１として電池を用いることで、必要に応じ取り替えを容易に行えるという利点もある。電池に代えて、ＡＣアダプタ等を低電圧電源１１として用いることもできる。

装置１の筐体１０内には高電圧電源１２も備えられている。高電圧電源１２は、低電圧電源１１と電気的に接続されており、低電圧電源１１で発生した電圧を高電圧に昇圧する電気回路（図示せず）を備えている。昇圧電気回路は一般にトランス、キャパシタ及び半導体素子等から構成されている。

装置１の筐体１０内には、補助的電気回路１３も更に備えられている。補助的電気回路１３は、上述した低電圧電源１１と高電圧電源１２との間に介在し、低電圧電源１１の電圧を調整して高電圧電源１２を安定的に動作させる機能を有する。更に補助的電気回路１３は、後述するマイクロギヤポンプ１４に備えられているモータの回転数を制御する機能を有する。モータの回転数を制御することで、後述する液状組成物の収容部１５からマイクロギヤポンプ１４への液状組成物の供給量が制御される。補助的電気回路１３と低電圧電源１１との間にはスイッチＳＷが取り付けられており、スイッチＳＷの入り切りによって、装置１を運転／停止できるようになっている。

装置１の筐体１０内には、ノズル１６も更に備えられている。ノズル１６は、プラスチック、ゴム、セラミックなどの非導電体からなり、その先端から液状組成物の吐出が可能な形状をしている。ノズル１６内には液状組成物が流通する微小空間が、該ノズル１６の長手方向に沿って形成されている。この微小空間の横断面の大きさは、直径で表して１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。ノズル１６は、管路１７を介してマイクロギヤポンプ１４と連通している。管路１７は一般に非導電体の材料から構成されている。管路１７は、マイクロギヤポンプ１４を介して、液状組成物の収容部１５とノズル１６とを連通させている。

ノズル１６に設けられている液状組成物の流通空間内には電極２０が設置されている。電極２０は、ノズル１６内を通過する液状組成物に電圧を印加して、該液状組成物を帯電させるためのものである。電極２０は、液状組成物の流通方向に沿って延びる線状体からなる。電極２０は、ワイヤ状又は針状の形状を有することができる。電極２０の太さは、液状組成物がノズル１６内を流通することを妨げない程度になっている。ノズル１６に設けられている液状組成物の流通空間の横断面積をＳ１とし、電極の横断面積をＳ２とした場合、Ｓ２は、Ｓ１の０．０５％以上２％以下であることが好ましい。電極２０の長さは本発明において臨界的でなく、ノズル１６内を流通する液状組成物に十分な電荷を付与できる長さであれば足りる。

電極２０は金属等の導電体から構成されている。電極２０は、高電圧電源１２と電気的に接続されている。これによって、電極２０に高電圧を印加することが可能になっている。この場合、電極２０に人体が直接触れた場合に過大な電流が流れることを防止するために、電極２０と高電圧電源１２とは、電流制限抵抗１９を介して電気的に接続されている。

管路１７を介してノズル１６と連通しているマイクロギヤポンプ１４は、収容部１５中に収容されている液状組成物をノズル１６に供給する供給装置として機能する。マイクロギヤポンプ１４は、低電圧電源１１から電源の供給を受けて動作する。また、マイクロギヤポンプ１４は、補助的電気回路１３による制御を受けて所定量の液状組成物をノズル１６に供給するように構成されている。

マイクロギヤポンプ１４には、管路１８を介して収容部１５が接続されている。収容部１５中には液状組成物が収容されている。収容部１５は、カートリッジ式の交換可能な形態をしていることが好ましい。

装置１の筐体１０内には、空気流発生部２１も備えられている。空気流発生部２１は、液状組成物の吐出方向（図１中、符号Ｘで示す方向）に関して、ノズル１６よりも後方に位置している。空気流発生部２１は、外気を筐体１０内に取り込み、液状組成物の吐出方向Ｘに沿う空気流を発生させるものである。この目的のために、空気流発生部２１は、例えばファンやブロアーから構成されている。空気流発生部２１は、低電圧電源１１から電気の供給を受けて動作する。

ノズル１６と空気流発生部２１との間には空洞部２２が位置している。空洞部２２は、空気流発生部２１に隣接している。また空洞部２２はノズル１６とも隣接している。つまり、空洞部２２と空気流発生部２１との間には、空気流の方向に対して直交する方向にわたって延在し、空洞部２２を区分する何らの部材も介在していないことが好ましい。同様に、空洞部２２とノズル１６との間にも同様に空洞部２２を区分する何らの部材も介在していないことが好ましい。空洞部２２は両端が開口した筒状体２５からなる単一の空間であることが好ましい。筒状体２５の開口した一端には、上述の空気流発生部２１が位置している。一方、筒状体２５の開口した他端には空気噴出部２３が位置している。空洞部２２は、空気流発生部２１で生じた空気流の一時的蓄積作用を有する。この目的のために、空洞部２２は、空気流発生部２１で生じた空気流の流量に対して十分に大きな容積を有していることが望ましい。筒状体２５の内部は完全に空間となっていることが、空洞部２２による空気流の一時的蓄積作用を高める点から理想ではあるが、当該作用を損なわない範囲において、何らかの部材が空洞部２２に存在していてもよい。図１に示す実施形態においては、ノズル１６の一部、管路１７の一部、及び電極２０に電圧を印加する回路の一部が空洞部２２に存在している。

図１に示す実施形態では、装置１は単一の空洞部２２を有している。空洞部２２が単一であることに代えて、仕切り部材（図示せず）によって仕切られた複数の空間が、液状組成物の吐出方向Ｘに並列に配置されてなる複数の空洞部を採用することもできる。空洞部２２が空気流の一時的蓄積作用を有するという機能を考慮すると、空洞部２２は単一であることが当該機能を確実に発揮し得る点から有利である。仕切り部材（図示せず）によって仕切られた複数の空間が、液状組成物の吐出方向Ｘに沿って直列に配置されてなる複数の空洞部を採用することもできる。上述の仕切り部材（図示せず）を設ける場合は、空気流を整流化することで圧力損失を低減する観点、及び風量を増加させる観点より、該仕切り部材は空気流に平行に設けられていることが好ましい。

筒状体２５の開口した端部に位置する空気噴出部２３は、空洞部２２内を通過してきた空気流を、液状組成物の吐出方向Ｘに向けて噴出させる部位である。空気噴出部２３は、空気流の方向に沿って延びる１個又は２個以上の貫通孔からなる短流路２３ａを備えている。空気流は、短流路２３ａの開口端である空気噴出口２４を通じて噴出する。空気噴出部２３を構成する短流路２３ａはその断面積が一定である。空気噴出口２４は、該空気噴出口２４から噴射される空気流の方向が、ノズル１６から吐出される液状組成物の吐出方向を向くように構成されている。空気噴出口２４はノズル１６の周囲に位置している。空気噴出部２３に複数の空気噴出口２４が設けられている場合には、各貫通孔は、ノズル１６の周囲に均等配置されることが、安定した空気流の噴出の点から好ましい。図１に示すとおり、空気噴出部２３（短流路２３ａ）と空洞部２２とは互いに隣接しており、両者の間には何らの部材も介在していない。例えば、空洞部２２と空気噴出部２３（短流路２３ａ）とを連通する管路は両者間に介在していない。

装置１は、オリフィスの原理によって空洞部２２内を流通する空気流の流速が増すような形状を有していることが有利である。この目的のために、空洞部２２を画成する筒状体２５の端部に位置する空気噴出口２４は、その開口面積が、空洞部２２の横断面積よりも小さくなっていることが有利である。この領域は、空気流の「絞り部」と呼ぶことができる。

装置１を構成する筐体１０はヒトが手で把持可能に構成されている。詳細には、筐体１０は、ヒトが片手で把持可能な寸法及び／又は形状を有するものであることが、操作性を良好にする観点から好ましい。筐体１０が「片手で把持可能な寸法」であるためには、例えば装置１の質量が２ｋｇ以下であるか、液状組成物の吐出方向Ｘに沿う筐体１０の最大長が４０ｃｍ以下であるか、又は筐体１０の体積が３０００ｃｍ^３以下であることが好ましい。筐体１０が「片手で把持可能な形状」であるためには、例えば図１に示すとおり、該筐体１０が、ヒトが片手で把持可能なハンドル２６を有していることが好ましい。特に、ハンドル２６に、装置１を動作させるためのスイッチＳＷが設けられていると、操作性が一層向上するので有利である。

装置１を動作させるときには、使用者が該装置１を手で把持し、ノズル１６の先端１６ａを、静電スプレーを行う適用部位に向ける。この状態下に、装置１のスイッチをオンにして静電スプレー法を行う。装置１に電源が入ることで、電極２０と適用部位との間に電界が生じる。例えば電極に正電圧を印加した場合には、適用部位が負極となる。電極２０と適用部位との間に電界が生じると、ノズル１６の先端１６ａから吐出された液滴状の液状組成物は、電界に沿い、適用部位に向かって空間を飛翔する。帯電した状態で空間を飛翔する液状組成物から揮発性溶媒（これについては後述する）が蒸発していくと、液状組成物表面の電荷密度が過剰となり、クーロン反発力によって繊維形成性ポリマーが微細化を繰り返しながら空間に広がり、適用部位に到達する。この場合、液状組成物の粘度を適切に調整することで、噴出した該組成物を液滴の状態で適用部位に到達させることができる。あるいは、空間に吐出されている間に、溶媒である揮発性物質を液滴から揮発させ、溶質である繊維形成性ポリマーを固化させつつ、電位差によって伸長変形させながら繊維を形成し、その繊維を適用部位に堆積させることもできる。例えば、液状組成物の粘度を高めると、該組成物を繊維の形態で適用部位に堆積させやすい。これによって、繊維の堆積物からなる多孔性被膜が適用部位の表面に形成される。繊維の堆積物からなる多孔性被膜は、ノズル１６と適用部位との間の距離や、ノズル１６に印加する電圧を調整することでも形成することが可能である。

本実施形態の装置１においては、ノズル１６から液状組成物を吐出させるときに、空気流発生部２１において空気流を生じさせ、該空気流によって液状組成物を搬送させる。こうすることで、被膜の形成時に、装置１を使用する周囲環境の影響を受けづらくなり、周囲環境によらず均質な被膜を形成することが可能となる。特に、湿度の変化によらず均質な被膜を形成することが可能となる。

静電スプレー法において、吐出物を空気流に搬送する従来の技術としては、先に述べた特許文献１に記載のものが知られている。しかし、同文献に記載の技術では、ノズルの先端よりも前方に空洞部及び電極が設置されているので、ノズルから吐出された吐出物が空洞部を画成する内壁や電極に付着しやすく、そのことに起因して目的とする品質の被膜を首尾よく形成することが容易でなかった。このこととは対照的に、本実施形態の装置１によれば、ノズル１６の先端１６ａよりも後方に電極２０及び空洞部２２が位置しているので、換言すれば静電スプレー部Ｐ１を、液状組成物の吐出方向Ｘに沿って見たときに、ノズル１６の先端１６ａが、静電スプレー部Ｐ１の最端部に位置しているので、該先端１６ａから吐出した液状組成物の飛翔を妨げる部材は一切存在しない。その結果、本実施形態の装置１によれば、液状組成物を空気流に搬送させて飛翔させた場合であっても、目的とする被膜を首尾よく形成することができる。

上述した本実施形態の装置１の利点を一層顕著なものとする観点から、空洞部２２は、空気流発生部２１で生じた空気流の一時的蓄積作用が十分なものであることが望ましい。この観点から、空洞部２２は、空気流発生部２１で生じる空気流の流量Ｆ（ｃｍ^３／ｍｉｎ）に対する容積Ｖ（ｃｍ^３）の比であるＶ／Ｆ（ｍｉｎ）の値が０．００１ｍｉｎ以上であることが好ましく、０．００２ｍｉｎ以上であることが更に好ましく、０．００５ｍｉｎ以上であることが一層好ましい。またＶ／Ｆ（ｍｉｎ）の値が０．５ｍｉｎ以下であることが好ましく、０．２ｍｉｎ以下であることが更に好ましく、０．１ｍｉｎ以下であることが一層好ましい。特にＶ／Ｆ（ｍｉｎ）の値は０．００１ｍｉｎ以上０．５ｍｉｎ以下であることが好ましく、０．００２ｍｉｎ以上０．２ｍｉｎ以下であることが更に好ましく、０．００５ｍｉｎ以上０．１ｍｉｎ以下であることが一層好ましい。

Ｖ／Ｆ（ｍｉｎ）の値の好ましい範囲は上述のとおりであるところ、空洞部２２の容積Ｖそのものの値は１０ｃｍ^３以上１０００ｃｍ^３以下であることが好ましく、２０ｃｍ^３以上５００ｃｍ^３以下であることが更に好ましく、３０ｃｍ^３以上１００ｃｍ^３以下であることが一層好ましい。一方、空気流の流量Ｆそのものの値は１００ｃｍ^３／ｍｉｎ以上５００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下であることが好ましく、２５０ｃｍ^３／ｍｉｎ以上３００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下であることが更に好ましく、５００ｃｍ^３／ｍｉｎ以上２００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下であることが一層好ましい。空洞部２２の容積Ｖは、該空洞部２２に他の部材が存在しない場合には、該空洞部２２を画成する筒状体２５の内部空間の容積に等しく、空洞部２２に他の部材が存在している場合には、筒状体２５の内部空間の容積から当該部材の容積を差し引いた値である。

本実施形態の装置１においては、液状組成物が電極２０を経てノズル１６の先端１６ａに至る液状組成物流路をノズル１６内に有している。そして、装置１の一部をなす筐体１０は、この液状組成物流路を含む管路１７を有している。管路１７は、図１に示すとおり空洞部２２に配置されている。ところで、空洞部２２による空気流の一時的蓄積作用を十分なものにするために、該空洞部２２を画成する筒状体２５の内部空間には可能な限り他の部材が存在していないことが望ましい。この観点から、管路１７の外周が空洞部２２の空間に包囲されているとともに、管路１７よりも後方にも空洞部２２が位置していることが有利である。管路１７がこのように空洞部２２に配置されていることで、空洞部２２での空気流の流通が円滑になり、空気噴出口２４からの空気流の噴出が均一なものとなる。

空洞部２２による空気流の一時的蓄積作用を十分なものにするための別の観点から、空気流発生部２１で生じた空気流の方向（この方向は、液状組成物の吐出方向Ｘと同方向である。）と直交する方向での空洞部２２の外縁の横断面積、換言すれば筒状体２５の内壁の横断面積を、吐出方向Ｘに沿う任意の異なる位置において比較した場合、当該横断面積の差が小さいことが好ましい。空気流発生部２１に隣接する位置での空洞部２２の外縁の横断面の面積（Ｑ１）に対する、当該位置以外の位置での横断面の面積の平均（Ｑ２）との割合であるＱ２／Ｑ１の値が７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることが更に好ましく、８５％以上であることが一層好ましい。また、当該割合が１２０％以下であることが好ましく、１１０％以下であることが更に好ましく、１０５％以下であることが一層好ましい。空洞部２２の外縁とは、空洞部２２を形成している空間の外縁を意味し、外縁の横断面の面積は、例えば一部にチューブや電源のコード等の接続部が設けられている場合はこれらを除外した空洞部の外縁の横断面により算出する。なお、空気流発生部２１は、例えばファンが設けられた領域であり、空気流発生部２１に隣接する位置での空洞部２２の位置は、ファンが設けられた領域に隣接する筒状部のファン側端部とする。

空気流発生部２１で生じた空気流を、空洞部２２に一時的に蓄積する観点から、空気流発生部２１で生じた空気流の方向（この方向は、液状組成物の吐出方向Ｘと同方向である。）と直交する方向での空気流発生部２１の横断面積の平均値（Ｑ３）は、内部にファンなどを含むことから、空気流発生部２１に隣接する位置での空洞部２２の外縁の横断面の面積（Ｑ１）よりやや大きい程度か、あるいは同程度であることが好ましく、例えば横断面積の割合Ｑ３／Ｑ１の値が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることが更に好ましく、１７０％以下であることが好ましく、１５０％以下であることがより好ましい。

上述した割合と関連して、上述のＱ１、Ｑ２及びＱ３はそれぞれ独立して、５ｃｍ^２以上３０ｃｍ^２以下であることが好ましく、７ｃｍ^２以上２５ｃｍ^２以下であることが更に好ましく、７ｃｍ^２以上２０ｃｍ^２以下であることが一層好ましい。

先に述べたとおり、筒状体２５によって画成される空洞部２２は、空気噴出口２４と隣接していることが好ましい。これによって、空洞部２２を通過してきた空気流が空気噴出口２４から円滑に噴出される。この利点を一層顕著なものとする観点から、空気流の方向に沿う空気噴出口２４の長さは１０ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以下であることが更に好ましく、６ｍｍ以下であることが一層好ましい。当該長さの下限値に特に制限はないが、例えば好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上とすることもできる。また、２ｍｍ程度に短ければ、空気流を空気噴出口２４から十分に円滑に噴出させることが可能となる。

上述したオリフィスの原理によって空気流を空気噴出口２４から高速で噴出させる観点から、上述した、空気流発生部２１に隣接する位置での空洞部２２の外縁の横断面の面積（Ｑ１）に対する、空気噴出口２４の面積の総和の比率（以下、この割合を「噴出口面積率」ともいう。）は、１．５％以上であることが好ましく、３％以上であることが更に好ましく、５％以上であることが一層好ましい。また噴出口面積率は、７０％以下であることが好ましく、５０％以下であることが更に好ましく、３０％以下であることが一層好ましい。具体的には、噴出口面積率は、１．５％以上７０％以下であることが好ましく、３％以上５０％以下であることが更に好ましく、５％以上３０％以下であることが一層好ましい。

装置１は、空気噴出口２４からの空気流の噴出量が、好ましくは１００ｃｍ^３／ｍｉｎ以上、更に好ましくは２５０ｃｍ^３／ｍｉｎ以上、一層好ましくは５００ｃｍ^３／ｍｉｎ以上に調整されるように構成されている。また装置１は、空気流の噴出量が好ましくは５００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下、更に好ましくは３００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下、一層好ましくは２００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下に調整されるように調整されている。特に装置１は、空気噴出口２４からの空気流の噴出量が、好ましくは１００ｃｍ^３／ｍｉｎ以上５００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下、更に好ましくは２５０ｃｍ^３／ｍｉｎ以上３００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下、一層好ましくは５００ｃｍ^３／ｍｉｎ以上２００００ｃｍ^３／ｍｉｎ以下に調整されるように構成されている。この値は、空気噴出口２４が１個のみ設けられている場合には、当該空気噴出口２４から噴出する空気流の噴出量のことであり、複数の空気噴出口２４が設けられている場合には、すべての空気噴出口２４から噴出する空気流の合計の噴出量のことである。

空気噴出口２４から噴出する空気流の噴出量が上述の範囲である場合、目的とする被膜を首尾よく形成する観点から、装置１は、ノズル１６から吐出される液状組成物の吐出量が、好ましくは０．０１ｇ／ｍｉｎ以上、更に好ましくは０．０５ｇ／ｍｉｎ以上、一層好ましくは０．１ｇ／ｍｉｎ以上に調整されるように構成されている。また装置１は、液状組成物の吐出量が、好ましくは２ｇ／ｍｉｎ以下、更に好ましくは１．５ｇ／ｍｉｎ以下、一層好ましくは１．０ｇ／ｍｉｎ以下、より一層好ましくは０．８ｇ／ｍｉｎ以下に調整されるように構成されている。特に装置１は、液状組成物の吐出量が、好ましくは０．０１ｇ／ｍｉｎ以上２ｇ／ｍｉｎ以下、更に好ましくは０．０５ｇ／ｍｉｎ以上１．５ｇ／ｍｉｎ以下、一層好ましくは０．１ｇ／ｍｉｎ以上１．０ｇ／ｍｉｎ以下、より一層好ましくは０．１ｇ／ｍｉｎ以上０．８ｇ／ｍｉｎ以下に調整されるように構成されている。

目的とする被膜を首尾よく形成する観点から、装置１は、ノズル１６から液状組成物を吐出させるときに該液状組成物に印加する電圧が、好ましくは１ｋＶ以上、更に好ましくは５ｋＶ以上、一層好ましくは１０ｋＶ以上に調整されるように構成されている。また装置１は、電圧が、好ましくは４０ｋＶ以下、更に好ましくは３０ｋＶ以下、一層好ましくは２５ｋＶ以下、より一層好ましくは２０ｋＶ以下に調整されるように構成されている。特に装置１は、液状組成物に印加する電圧が、好ましくは１ｋＶ以上４０ｋＶ以下、更に好ましくは５ｋＶ以上３０ｋＶ以下、一層好ましくは１０ｋＶ以上２５ｋＶ以下、より一層好ましくは１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下に調整されるように構成されている。

図２には本発明の被膜の製造装置の別実施形態が示されている。本実施形態に関し特に説明しない点については、先に述べた図１に示す実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また図２において図１と同じ部材には同じ符号を付してある。図２に示す実施形態の装置１は、静電スプレー部Ｐ１と据置型収納部Ｐ２とに大別される。両者は別体になっている。先に述べた図１に示す実施形態では、静電スプレー部Ｐ１が装置１そのものであったが、本実施形態においては、図１に示す実施形態の静電スプレー部Ｐ１を構成する部材のうち、電極２０に電圧を印加する低電圧電源１１と、液状組成物の収容が可能な収容部１５と、液状組成物をノズル１６に供給する送液部であるポンプ１４とが、据置型収納部Ｐ２内に収納されている。そして、静電スプレー部Ｐ１と据置型収納部Ｐ２とは、液状組成物を送液する管路１８、及び電極２０と低電圧電源１１とを電気的に接続する電線２７によって結ばれている。静電スプレー部Ｐ１は、ヒトが片手で把持可能な寸法及び／又は形状を有している。本実施形態によれば、静電スプレー部Ｐ１の取り扱いの容易さを損なわずに、液状組成物を長時間にわたり吐出することができ、大面積の被膜を容易に形成することができる。

図２に示す実施形態においては、静電スプレー部Ｐ１と据置型収納部Ｐ２とを接続する管路１８及び電線２７はそれぞれ独立しているが、静電スプレー部Ｐ１の取り扱い性を考慮して、管路１８及び電線２７を１本のケーブルに束ねてもよい。

上述した各実施形態の被膜の製造装置を用いることで、本発明によれば、空気噴出口から空気流を噴出させながら、繊維形成性ポリマーを含む液状組成物を対象物の表面に直接に静電スプレーして、繊維を含む堆積物からなる被膜を該表面に形成することができる。

上述した各実施形態に用いられる液状組成物は繊維形成性を有するポリマーを含んでいる。また、液状組成物は、水、アルコール及びケトンから選ばれる１種又は２種以上の揮発性物質を含んでいることが好ましい。

揮発性物質は、液体の状態において揮発性を有する物質である。液状組成物において揮発性物質は、電界内に置かれた液状組成物を十分に帯電させた後、ノズル１６の先端１６ａから皮膚に向かって吐出され、揮発性物質が蒸発していくと、液状組成物の電荷密度が過剰となり、クーロン反発によってポリマーが微細化しながら揮発性物質が更に蒸発していき、最終的に繊維を形成させる目的で配合される。この目的のために、揮発性物質はその蒸気圧が２０℃において０．０１ｋＰａ以上、１０６．６６ｋＰａ以下であることが好ましく、０．１３ｋＰａ以上、６６．６６ｋＰａ以下であることがより好ましく、０．６７ｋＰａ以上、４０．００ｋＰａ以下であることが更に好ましく、１．３３ｋＰａ以上、４０．００ｋＰａ以下であることがより一層好ましい。

揮発性物質のうち、アルコールとしては例えば一価の炭素数１〜６の鎖式脂肪族アルコールや、一価の炭素数３〜６の環式脂肪族アルコールや、一価の芳香族アルコールが好適に用いられる。それらの具体例としては、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、フェニルエチルアルコール、プロパノール、ペンタノールなどが挙げられる。これらのアルコールは、これらから選ばれる１種又は２種以上を用いることができる。

揮発性物質のうち、ケトンとしては例えば炭素数３〜６の鎖式脂肪族ケトンや、炭素数３〜６の環式脂肪族ケトンや、炭素数８〜１０の芳香族ケトンが好適に用いられる。それらの具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノンなどが挙げられる。これらのケトンは１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

揮発性物質のうち、水としてはイオン交換水、精製水又は蒸留水が好適に用いられる。液状組成物に水が含まれていることによって、水の電離に起因して液状組成物の導電率を高めることができる。液状組成物の導電率が高いことによって、静電スプレーを実施した場合に、皮膚等の適用部位の表面上に繊維状の被膜を安定して形成することができる。また、水は静電スプレーにより形成される被膜の皮膚等への密着性の向上に寄与する。

揮発性物質は、より好ましくはエタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、及び水から選ばれる１種又は２種以上であり、より好ましくは水、エタノール、及びブチルアルコールから選ばれる１種又は２種以上であり、更に好ましくは水及びエタノールである。

揮発性物質は、該揮発性物質とともに用いられる繊維形成性ポリマーの分散性の観点、及び電荷付与の観点から、（ａ）エタノール、イソプロピルアルコール、及びブチルアルコールから選ばれる１種又は２種以上と、（ｂ）水との混合液が好ましい。（ａ）と（ｂ）との質量比である（ｂ）／（ａ）の値は、繊維の形成性及び被膜の密着性の観点から０．００２５以上１以下であることが好ましく、０．００２５以上０．８５以下であること
が好ましい。なお、繊維形成性ポリマーが水不溶性ポリマーを５０質量％以上含む場合、成分（ａ）と成分（ｂ）との質量比である（ｂ）／（ａ）の値は、繊維の形成性及び被膜の密着性の観点から０．００２５以上０．３以下であることが好ましく、０．００２５以上０．２以下であることがより好ましい。

液状組成物中における水の含有量は、繊維形成性及び被膜の密着性をより向上させる観点から０．２質量％以上４５質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以上４０質量％以下であることがより好ましい。なお、繊維形成性ポリマーが水不溶性ポリマーを含む場合、液状組成物中における水の含有量は、０．２質量％以上２５質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以上２０質量％以下であることがより好ましく、０．３５質量％以上１９質量％以下が更に好ましく、０．４質量％以上１８質量％以下がより更に好ましい。

揮発性物質とともに用いられる繊維形成性ポリマーは、一般に、揮発性物質に溶解することが可能な物質である。ここで、溶解するとは２０℃において分散状態にあり、その分散状態が目視で均一な状態、好ましくは目視で透明又は半透明な状態であることをいう。

繊維形成性ポリマーとしては、揮発性物質の性質に応じて適切なものが用いられる。具体的には、繊維形成性ポリマーは水溶性ポリマーと水不溶性ポリマーとに大別される。本明細書において「水溶性ポリマー」とは、１気圧・２３℃の環境下において、ポリマー１ｇを秤量したのちに、１０ｇのイオン交換水に浸漬し、２４時間経過後、浸漬したポリマーの０．５ｇ以上が水に溶解する性質を有するものをいう。一方、本明細書において「水不溶性ポリマー」とは、１気圧・２３℃の環境下において、ポリマー１ｇ秤量したのちに、１０ｇのイオン交換水に浸漬し、２４時間経過後、浸漬したポリマーの０．５ｇ超が溶解しない性質を有するものをいう。

水溶性である繊維形成性ポリマーとしては、例えばプルラン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ポリ−γ−グルタミン酸、変性コーンスターチ、β-グルカン、グルコオリ
ゴ糖、ヘパリン、ケラト硫酸等のムコ多糖、セルロース、ペクチン、キシラン、キトサン、リグニン、グルコマンナン、ガラクツロン酸、サイリウムシードガム、タマリンド種子ガム、アラビアガム、トラガントガム、大豆水溶性多糖、アルギン酸、カラギーナン、ラミナラン、寒天(アガロース)、フコイダン、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等の天然高分子、部分鹸化ポリビニルアルコール（架橋剤と併用しない場合）、低鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ナトリウム、水溶性ナイロン等の水溶性ポリアミド樹脂、水溶性ポリウレタン樹脂等の合成高分子などが挙げられる。これらの水溶性ポリマーから選ばれる単独で１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの水溶性ポリマーのうち、被膜の製造が容易である観点から、プルラン、並びに部分鹸化ポリビニルアルコール、低鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、キトサン、水溶性ポリアミド樹脂、水溶性ポリウレタン樹脂、及びポリエチレンオキサイド等の合成高分子を用いることが好ましい。水溶性ポリマーとしてポリエチレンオキサイドを用いる場合、その数平均分子量は、５万以上３００万以下であることが好ましく、１０万以上２５０万以下であることが一層好ましい。

一方、水不溶性である繊維形成性ポリマーとしては、例えば繊維形成後に不溶化処理できる完全鹸化ポリビニルアルコール、架橋剤と併用することで繊維形成後に架橋処理できる部分鹸化ポリビニルアルコール、ポリ（Ｎ−プロパノイルエチレンイミン）グラフト−ジメチルシロキサン／γ−アミノプロピルメチルシロキサン共重合体等のオキサゾリン変性シリコーン、ポリビニルアセタールジエチルアミノアセテート、ツエイン（とうもろこし蛋白質の主要成分）、ポリエステル、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリメタクリル酸樹脂等のアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。本発明においては、これらの水不溶性ポリマーから選ばれる１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの水不溶性ポリマーのうち、繊維形成後に不溶化処理できる完全鹸化ポリビニルアルコール、架橋剤と併用することで繊維形成後に架橋処理できる部分鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、ポリビニルアセタールジエチルアミノアセテート、ポリ（Ｎ−プロパノイルエチレンイミン）グラフト−ジメチルシロキサン／γ−アミノプロピルメチルシロキサン共重合体等のオキサゾリン変性シリコーン、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ乳酸、ツエイン等を用いることが好ましい。

液状組成物における揮発性物質の含有量は、５０質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、５５質量％以上９４質量％以下であることがより好ましく、６０質量％以上９３質量％以下であることが更に好ましく、６５質量％以上９２質量％以下であることがより一層好ましい。この割合で液状組成物中に揮発性を配合することで、静電スプレー法を行うときに液状組成物を十分に揮発させることができる。

一方、液状組成物における繊維形成性ポリマーの含有量は、２質量％以上３５質量％以下であることが好ましく、３質量％以上３０質量％以下であることが更に好ましく、５質量％以上２５質量％以下であることが一層好ましい。この割合で液状組成物中に繊維形成性ポリマーを配合することで、目的とする被膜を首尾よく形成することができる。

本実施形態の装置１によって繊維の堆積物を形成する場合、該繊維の太さは、円相当直径で表した場合、１０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることが更に好ましい。また３０００ｎｍ以下であることが好ましく、１０００ｎｍ以下であることが更に好ましい。繊維の太さは、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって、繊維を１００００倍に拡大して観察し、その二次元画像から欠陥（繊維の塊、繊維の交差部分、液滴）を除き、繊維を任意に１０本選び出し、繊維の長手方向に直交する線を引き、繊維径を直接読み取ることで測定することができる。

前記の繊維は、製造の原理上は無限長の連続繊維となるが、少なくとも繊維の太さの１００倍以上の長さを有することが好ましい。本明細書においては、繊維の太さの１００倍以上の長さを有する繊維のことを「連続繊維」と定義する。そして、本実施形態の装置１によって製造される被膜は、連続繊維の堆積物からなる多孔性の不連続被膜であることが好ましい。このような形態の被膜は、集合体として１枚のシートとして扱えるだけでなく、非常に柔らかい特性をもっており、それに剪断力が加わってもばらばらになりにくい。

本実施形態の装置１を用いて被膜を形成する場合、ノズル１６と適用部位との間の距離は、ノズル１６に印加する電圧にも依存するが、被膜を首尾よく形成する観点から、１０ｍｍ以上であることが好ましく、２０ｍｍ以上であることがより好ましく、４０ｍｍ以上であることが更に好ましく、６０ｍｍ以上であることが一層好ましい。またノズル１６と適用部位との間の距離は、３００ｍｍ以下であることが好ましく、２５０ｍｍ以下であることがより好ましく、２００ｍｍ以下であることが更に好ましく、１５０ｍｍ以下であることがより一層好ましい。より具体的には、ノズル１６と適用部位との間の距離は、１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下であることがより好ましく、４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることが更に好ましく、６０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが更に好ましい。ノズルと適用部位との間の距離は、一般的に用いられる非接触式センサ等で測定することができる。

本実施形態の装置１によって形成された被膜が多孔性のものであるか否かを問わず、被膜の坪量は皮膚１ｍ^２当たりに換算して、０．０５ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、０．１ｇ／ｍ^２以上であることがより好ましく、１ｇ／ｍ^２以上であることが更に好ましい。また５０ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、４０ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、３０ｇ／ｍ^２以下であることが更に好ましく、２５ｇ／ｍ^２以下であることが一層好ましく、２０ｇ／ｍ^２以下であることがより一層好ましい。例えば被膜の坪量は皮膚１ｍ^２当たりに換算して、０．０５ｇ／ｍ^２以上５０ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、０．１ｇ／ｍ^２以上４０ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、０．１ｇ／ｍ^２以上３０ｇ／ｍ^２以下であることが更に好ましく、０．１ｇ／ｍ^２以上２５ｇ／ｍ^２以下であることが更に好ましく、１ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下であることが一層好ましい。被膜の坪量をこのように設定することで、被膜が過度に厚くなることに起因する該被膜の剥離を効果的に防止することができる。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記の各実施形態においては、静電スプレー部Ｐ１がハンディタイプのものであったが、これに代えて静電スプレー部Ｐ１を大型の据置タイプのものとしてもよい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「％」は「質量％」を意味する。

〔実施例１〕
（１）液状組成物の準備
９９．５％エタノール（水０．５％）を８８％、ポリビニルブチラールを１２％含む液状組成物を準備した。ポリビニルブチラールとしては、積水化学工業株式会社のＳ−ＬＥＣＢＢＭ−１（商品名）を用いた。
（２）被膜の製造装置の準備
図１に示す構成の装置を準備した。空洞部２２の容積は７２ｃｍ³（管路１７の容積を差し引いた値）であり、空気流発生部２１で生じる空気流の流量は７５０ｃｍ^３／ｍｉｎとした。空洞部２２を構成する筒状体２５は円筒状のものであり、その直径は３２ｍｍであり横断面積Ｑ１は８.０４ｃｍ^２であった。また上述した横断面積Ｑ２は７.１ｃｍ^２（平均直径３０ｍｍ）であり、Ｑ３は１１.３ｃｍ^２であった。円形の空気噴出口２４を８個設け、空気流の方向に沿う２３ａの長さはいずれも６ｍｍに設定した。上述した噴出口面積率は６．２％であった。
（３）繊維の堆積物からなる被膜の形成
ノズル１６からの液状組成物の吐出量を０．１２ｇ／ｍｉｎに設定し、空気噴出口２４からの空気の噴出量を７５０ｃｍ^３／ｍｉｎに設定し、電極２０に印加する電圧を１０ｋＶに設定した。この条件下に電界紡糸法によってポリオキシメチレンからなる捕集板の一面に、繊維の堆積物からなる被膜を形成した、ノズル１６の先端１６ａと捕集板との距離は１００ｍｍに設定した。電界紡糸法を実施するときの周囲環境は３０℃、７０％ＲＨとした。

〔実施例２ないし４並びに比較例１及び２〕
空気噴出口２４からの空気の噴出量及び周囲環境を、以下の表１に示す値とした。これら以外は実施例１と同様にして、繊維の堆積物からなる被膜を形成した。

〔評価〕
実施例及び比較例で得られた被膜について、その状態を目視観察し、以下の基準で評価した。その結果を表１に示す。

＜被膜の評価基準＞
Ａ：肌への密着性が高く且つ良好な被膜が形成された。
Ｂ：被膜の形成が不安定であり、肌への被膜の付着がムラになった。
Ｃ：製造装置への繊維戻りが生じ、且つ肌へ未乾燥のまま堆積し、液滴が生じた。

表１に示す結果から明らかなとおり、各実施例で得られた被膜は捕集板への密着性が良好であり、またムラの少ないものであることが判る。これに対して比較例で得られた被膜は、周囲環境の影響を受けて、密着性が劣り、またムラが多いことが判る。

１被膜の製造装置
１０筐体
１１低電圧電源
１４ポンプ
１５収容部
１６ノズル
１７管路
１８管路
２０電極
２１空気流発生部
２２空洞部
２３空気噴出部
２４空気噴出口
２５筒状体
Ｐ１静電スプレー部
Ｐ２据置型収納部

Claims

繊維形成性ポリマーを含む液状組成物をヒトの肌の表面に直接に静電スプレーして、繊維を含む堆積物からなる被膜を該表面に形成するための装置であって、
前記装置は筐体を備えた静電スプレー部を有し、
前記筐体内に、
前記液状組成物を吐出するノズルと、
前記ノズル内を通過する前記液状組成物に電圧を印加する電極と、
前記ノズルよりも後方に位置する空気流発生部と、
前記ノズルと前記空気流発生部との間に位置し且つ該空気流発生部に隣接する空洞部と、
前記ノズルの周囲に位置し且つ前記空洞部を通過してきた空気流を噴出させる空気噴出口と、
が備えられており、
前記電極が、電流制限抵抗を介して高電圧電源と電気的に接続されており、
前記電極、前記電流制限抵抗及び前記高電圧電源が前記筐体内に備えられており、
前記筐体は、ヒトが手で把持可能に構成されている、被膜の製造装置。
繊維形成性ポリマーを含む液状組成物を対象物の表面に直接に静電スプレーして、繊維を含む堆積物からなる被膜を該表面に形成するための装置であって、
前記装置は筐体を備えた静電スプレー部を有し、
前記筐体内に、
前記液状組成物を吐出するノズルと、
前記ノズル内を通過する前記液状組成物に電圧を印加する電極と、
前記ノズルよりも後方に位置する空気流発生部と、
前記ノズルと前記空気流発生部との間に位置し且つ該空気流発生部に隣接する空洞部と、
前記ノズルの周囲に位置し且つ前記空洞部を通過してきた空気流を噴出させる空気噴出口と、
が備えられており、
前記空洞部は、前記空気流発生部で生じる空気流の流量Ｆ（ｃｍ^３／ｍｉｎ）に対する容積Ｖ（ｃｍ^３）の比であるＶ／Ｆ（ｍｉｎ）の値が０．００１ｍｉｎ以上０．５ｍｉｎ以下であることによって空気流の一時的蓄積作用を有し、
前記筐体は、ヒトが手で把持可能に構成されている、被膜の製造装置。
繊維形成性ポリマーを含む液状組成物を対象物の表面に直接に静電スプレーして、繊維を含む堆積物からなる被膜を該表面に形成するための装置であって、
前記装置は筐体を備えた静電スプレー部を有し、
前記筐体内に、
前記液状組成物を吐出するノズルと、
前記ノズル内を通過する前記液状組成物に電圧を印加する電極と、
前記ノズルよりも後方に位置する空気流発生部と、
前記ノズルと前記空気流発生部との間に位置し且つ該空気流発生部に隣接する空洞部と、
前記ノズルの周囲に位置し且つ前記空洞部を通過してきた空気流を噴出させる空気噴出口と、
が備えられており、
前記筐体は、前記液状組成物が電極を経てノズルの先端に至る液状組成物流路を含む管路を有し、
前記管路の一部が前記空洞部に存在しており、
前記液状組成物を収容する収容部が、マイクロギアポンプを介して、前記管路に接続されており、
前記筐体は、ヒトが手で把持可能に構成されている、被膜の製造装置。
繊維形成性ポリマーを含む液状組成物を対象物の表面に直接に静電スプレーして、繊維を含む堆積物からなる被膜を該表面に形成するための装置であって、
前記装置は筐体を備えた静電スプレー部、及び該静電スプレー部と別体の据置型収納部を有し、
前記筐体内に、
前記液状組成物を吐出するノズルと、
前記ノズル内を通過する前記液状組成物に電圧を印加する電極と、
前記ノズルよりも後方に位置する空気流発生部と、
前記ノズルと前記空気流発生部との間に位置し且つ該空気流発生部に隣接する空洞部と、
前記ノズルの周囲に位置し且つ前記空洞部を通過してきた空気流を噴出させる空気噴出口と、
が備えられており、
前記筐体は、ヒトが手で把持可能に構成されており、
前記据置型収納部は、
前記液状組成物の収容が可能な収容部と、
前記液状組成物を前記ノズルに供給する送液部と、
前記電極に電圧を印加する電源と、
を備え、
前記静電スプレー部と前記据置型収納部とが、前記液状組成物を送液する管路、及び前記電極と前記電源とを電気的に接続する電線によって結ばれている、被膜の製造装置。
前記管路の外周が前記空洞部の空間に包囲されているとともに、該管路よりも後方にも前記空洞部が位置している請求項３又は４に記載の装置。
前記空洞部が前記空気噴出口に隣接している請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
前記空洞部と前記空気流発生部との間に、空気流の方向に対して直交する方向にわたって延在し、該空洞部を区分する何らの部材も介在していない請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置。