JP7394595B2 - 静電噴出装置 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る静電噴出システム100は、図1及び図2に示すように、ベースステーション200と、静電噴出装置300と、ベースステーション200及び静電噴出装置300を接続する接続ケーブル400とを備えている。
ベースステーション200は、図1に示すように、平滑面上に載置可能に構成された筐体201と、該筐体201の表面に設けられたコントロールパネル202及び装置収容部208と、電源ケーブル230と、該電源ケーブル230を収容可能なケーブル収容部220と、電源のON/OFFを切り替え可能な電源スイッチ(図示せず)とを備えている。また、ベースステーション200は、図2に示すように、筐体201の内部に、制御部204と、電源206とを備えている。さらに、ベースステーション200は、電源206、コントロールパネル202及び静電噴出装置300を制御するための設定及びプログラムコード等が格納された記憶部(図示せず)を備えても良い。
接続ケーブル400は、複数の伝送線を有する有線ケーブルであり、ベースステーション200と静電噴出装置300とを接続している。接続ケーブル400は、ベースステーション200及び/又は静電噴出装置300に対して取り外し可能であっても良い。接続ケーブル400を構成する複数の伝送線のうちの一部は、ベースステーション200から静電噴出装置300に対して高電圧を伝送することが可能に構成されており、他の伝送線は、例えば、ベースステーション200から静電噴出装置300に対する低電圧の伝送、制御信号の伝送及び接地の提供等をすることが可能に構成されている。なお、制御信号の伝送は、無線通信によりベースステーション200から静電噴出装置300に対して送信する構成としても良い。
第1実施形態に係る静電噴出装置300は、使用者が把持する(手で握る)ことが可能な形状、大きさ及び重量を有するハンドヘルドタイプ(手持ち式)の装置であり、静電スプレー法により、液体(液体組成物)を対象物に向けて噴出する。静電スプレー法とは、液体(例えば、高分子化合物を揮発性の溶媒に溶解した溶液)に、高電圧(例えば、数kVから数十kV)を印加して液体を帯電させ、帯電した液体と対象物との電位差に基づく静電気力によって、液体を対象物に向けて噴出する方法である。静電スプレー法により噴出された液体は、極細の糸状になって対象物に向かって送り出される。噴出された液体は、噴出されてから対象物に向かって送り出されている過程、及び、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、対象物の表面に被膜を形成することができる。
静電噴出装置300は、図3及び図4に示すように、使用者の手によって把持される本体部310と、本体部310に対して着脱自在に装着されるノズル部330と、噴射する液体が収容されたカートリッジ350とを備える。つまり、静電噴出装置300は、カートリッジ350を内蔵可能に形成されている。カートリッジ350は、静電噴出装置300に対して着脱自在に装着され、取り換え可能となっている。また、静電噴出装置300は、ノズル部330の後述するチューブノズル341を覆うノズルキャップ305(図7参照)や、ノズル部330の略全域を覆うオーバーキャップ(図示せず)等を更に備えても良い。
本体部310は、図3~図6に示すように、本体部310とノズル部330との連結部を構成するカラー312と、カートリッジ350のコンテナ352内の液体をノズル部330の電極340に向けて送出するよう構成された駆動機構318と、ノズル部330の電極340に対して高電圧を印加する高電圧ライン314と、使用者の操作に応じて、駆動機構318の制御及び電極340に対する高電圧の供給のON/OFFを切り替える操作部313とを備えている。本体部310は、カラー312を含む外殻が、合成樹脂等の非導電性材料から形成されることが好ましい。また、本体部310は、使用時に使用者が把持する部分に、後述する接地手段の一部を構成する導電性部分311(図1参照)を備えても良い。
ノズル部330は、図6に示すように、本体部310のカラー312内に挿入可能な周壁331と、カートリッジ350を保持可能なカートリッジハウジング332と、本体部310の高電圧ライン314からの高電圧が印加される電極340と、カートリッジ350内の液体を堆積面に向けて噴出させるチューブノズル341と、チューブノズル341の周囲を囲うノズル外筒334とを備えている。電極340は、ノズル部330から取り外し可能とされており、電極340に支持されているチューブノズル341もノズル部330から取り外し可能とされており、電極340及びチューブノズル341は静電噴出装置300に対して取り替え可能となっている。
カートリッジ350は、ノズル部330に対して着脱自在な使い捨て部材であり、図6に示すように、筒状に形成されたコンテナ352と、コンテナ352の内部に設けられたプランジャ354と、コンテナ352の先端を閉塞する封止部356とを備えている。カートリッジ350は、コンテナ352の周壁、プランジャ354及び封止部356で囲まれた密封空間に液体を保持するよう構成されている。なお、カートリッジ350は、封止部356を保護するためのキャップ(図示せず)や、封止部356よりもコンテナ352側に設けられた導電性プラスチック部(図示せず)等を更に備えても良い。
ノズルキャップ305は、図7に示すように、チューブノズル341の非導電性チューブ部材341bに装着可能に構成されており、該非導電性チューブ部材341bの開口を閉塞することが可能な形状を有している。ノズルキャップ305は、非導電性チューブ部材341bの外周とノズル外筒334の内周との間の中空領域Sに挿入可能な大きさを有している。ノズルキャップ305は、不意に電源を入れてしまった場合等における感電を防止する観点から、合成樹脂等の非導電性材料から形成されることが好ましい。なお、ノズルキャップ305は、非導電性チューブ部材341bの開口を閉塞することが可能な構成であれば、図示の例に限定されず、種々の任意の形状及び構造を採用することが可能である。このようなノズルキャップ305を用いることにより、チューブノズル341の先端の衛生性を保つことが可能となるため、本実施形態に係る静電噴出システム100を医療分野へ応用することが容易となる。
本実施形態に係る静電噴出システム100を医療分野へ応用する場合には、静電噴出装置300のノズル部330のうち、液体に接触する部分、例えばカートリッジハウジング332及びチューブノズル341は、使い捨て部材であることが好ましい。また、本実施形態では、チューブノズル341は電極340に取り付けられているため、電極340も同様に使い捨て部材であることが好ましい。さらに、ノズルキャップ305及びカートリッジ350も同様に、使い捨て部材であることが好ましい。一方、ノズル部330のうち、液体に接触しない部分、例えば周壁331及びノズル外筒334は、繰り返し使用することが可能である。
既述のとおり、静電噴出装置300は、帯電した液体と対象物との電位差に基づく静電気力によって、液体を対象物に向けて噴出するものである。このため、帯電した液体と対象物との電位差を大きくし、液体の直進性を向上させる観点から、対象物(例えば使用者の皮膚等)を接地することが好ましい。そこで、静電噴出システム100は、図2に示すように、液体の噴出対象(例えば使用者の皮膚等)を接地させるための任意の接地手段を更に備えることができる。
液体は、特に限定されるものではないが、例えば、静電紡糸装置において使用される紡糸用の液体組成物が例示される。また、そのような液体組成物としては、例えば、繊維形成の可能な高分子化合物が溶媒に溶解した溶液を用いることができる。そのような高分子化合物としては、水溶性高分子化合物または水不溶性高分子化合物のいずれも用いることができる。
(a)アルコールおよびケトンから選ばれる1種以上の揮発性物質
(b)繊維形成用水不溶性ポリマー
(c)水
以上の構成を備える静電噴出装置300は、ノズル部330に対してカートリッジ350を装着させると共に、該ノズル部330を本体部310に対して装着させることにより組み立てられる。そして、この組み立て状態においてベースステーション200及び静電噴出装置300の操作部313を操作することで、接続ケーブル400及び高電圧ライン314等を介して、電極340(特に導電性ベース342の外側電極部340a)及びチューブ状電極341aに対して高電圧(例えば正の高電圧)が印加される。また、静電噴出装置300の駆動機構318により、カートリッジ350のコンテナ352内の液体がノズル部330のチューブノズル341に向けて送出される。
以上説明したとおり、第1実施形態に係る静電噴出装置では、チューブ状電極341aが、その内部を通って非導電性チューブ部材341bの噴射口へ向かう液体に接触し、該液体に電荷を付与して帯電させるための電極として機能する。チューブ状電極341aは、液体の噴出方向に沿って延びるよう配置されているため、液体を効率的に帯電させることができると共に、噴出される液体の直進性を得ることが可能となる。
次に、第2実施形態に係る静電噴出装置300´について、図8を用いて説明する。なお、第2実施形態に係る静電噴出装置300´において、第1実施形態に係る静電噴出装置300と異なる構成はノズル部330のみであり、他の構成は共通するため、同一符号を用いることで共通する構成についての説明を省略する。
200 :ベースステーション
300,300´:静電噴出装置
305 :ノズルキャップ
310 :本体部
330,330´:ノズル部
331 :周壁
332 :カートリッジハウジング
334,334´:ノズル外筒
335 :先端
340,340´:電極
340a,340a´:外側電極部
341 :チューブノズル
341a :チューブ状電極(導電性の部位)
341b :非導電性チューブ部材(非導電性の部位)
342 :導電性ベース
343 :アーム
344,344´:保持スリーブ
346 :リング電極
350 :カートリッジ
400 :接続ケーブル
D :間隙
S :中空領域
Claims (12)
- 使用者が把持可能なハンドヘルドタイプの静電噴出装置であって、
液体を対象物に向けて噴出させるチューブノズルと、
前記チューブノズルの周囲を囲うノズル外筒と、
前記チューブノズルの外側に配され、高電圧が印加される外側電極部と
を備え、
前記チューブノズルは、高電圧が印加される導電性の部位と、該導電性の部位よりも前記対象物側に配置された非導電性の部位とを備え、
前記ノズル外筒は、前記チューブノズルの周面との間に中空領域を形成可能で、かつ、前記対象物側の端部に前記中空領域に連通する開口を有し、
前記外側電極部は、前記チューブノズルの前記導電性の部位と電気的に接続されており、前記チューブノズルの延在方向に面している
静電噴出装置。 - 前記導電性の部位は、導電性のチューブ状電極であり、
前記非導電性の部位は、一端が前記チューブ状電極に連結され、他端が前記チューブ状電極よりも前記対象物側に配置された非導電性チューブ部材である
請求項1に記載の静電噴出装置。 - 前記ノズル外筒は、非導電性の合成樹脂により形成されている
請求項1又は2に記載の静電噴出装置。 - 前記チューブノズルの先端は、前記ノズル外筒の先端と同一平面上又は前記ノズル外筒の先端よりも該ノズル外筒の内部側に位置している
請求項1~3のいずれか1項に記載の静電噴出装置。 - 前記チューブノズルと前記ノズル外筒との間に配されたリング電極を更に備える
請求項1~4のいずれか1項に記載の静電噴出装置。 - 前記高電圧は、3kV以上30kV以下である請求項1~5のいずれか1項に記載の静電噴出装置。
- 前記非導電性の部位の先端から前記導電性の部位の先端までの長さと、前記高電圧との関係は、前記長さをY(mm)とし、前記高電圧をX(kV)とした場合におけるY(mm)/X(kV)が0.3以上1.2以下である請求項1~6のいずれか1項に記載の静電噴出装置。
- 前記噴出する液体は、水溶性高分子化合物または水不溶性高分子化合物が溶媒に溶解した溶液である請求項1~7のいずれか1項に記載の静電噴出装置。
- 前記噴出する液体が収容されたカートリッジを内蔵可能に形成されている請求項1~8のいずれか1項に記載の静電噴出装置。
- 前記カートリッジは、静電噴出装置に対して着脱自在に装着される請求項9に記載の静電噴出装置。
- 前記外側電極部は、静電噴出装置に対して取り外し可能となっている請求項1~10のいずれか1項に記載の静電噴出装置。
- 静電スプレー法によって対象物の表面に繊維の堆積物を形成する静電紡糸装置である請求項1~11のいずれか1項に記載の静電噴出装置。
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