JP7394595B2

JP7394595B2 - 静電噴出装置

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Publication number: JP7394595B2
Application number: JP2019208703A
Authority: JP
Inventors: 博勝菅原
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2023-12-08
Anticipated expiration: 2039-11-19
Also published as: JP2021079331A

Description

本発明は、静電噴出装置に関する。

従来、帯電した液体を対象物に向けて噴射する静電噴出装置が知られている。例えば特許文献１には、使用者が把持することが可能なハンドヘルドタイプ（手持ち式）の静電噴霧装置であって、高圧電源供給部に電気的に接続される高圧電極により高電圧が印加された液体を、ノズルから使用者の皮膚等へ向けて噴出する装置が記載されている。

特表２００５－５１８２７８号公報

ハンドヘルドタイプの静電噴出装置は、小型であり、使用者と高圧電極との距離が近くなりやすいことから、使用者が感電しないよう安全性を確保する必要がある。特許文献１の静電噴霧装置は、このような安全性を確保する観点から、高圧電極をノズル先端から離れた内部位置に配置し、ノズル先端から最大限離れた位置で液体を帯電させる構成を採用している。しかしながら、このような特許文献１の静電噴霧装置では、ノズル先端から噴出させた液体を対象物に向けて安定して直進させるという直進性の観点において、更なる改善の余地がある。

本発明は、安全性を担保しつつ、噴出された液体の直進性を向上させることが可能な静電噴出装置に関する。

本発明は、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に関する。

本発明の静電噴出装置によれば、安全性を担保しつつ、噴出された液体の直進性を向上させることが可能である。

本発明の一実施形態に係る静電噴出システムを示す斜視図である。本実施形態に係る静電噴出システムの略図である。第１実施形態に係る静電噴出装置を示す斜視図である。第１実施形態に係る静電噴出装置の分解図である。第１実施形態に係る静電噴出装置の本体部の断面図である。第１実施形態に係る静電噴出装置の先端部分を拡大して示す部分断面図である。第１実施形態に係る静電噴出装置にノズルキャップを装着させた状態を示す部分斜視図である。本発明の第２実施形態に係る静電噴出装置の先端部分を拡大して示す部分断面図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

［静電噴出システムの全体構成］
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］
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。

コントロールパネル２０２は、図１に示すように、情報を表示するディスプレイ２１０と、設定を入力するための操作部２１２とを備えている。

ディスプレイ２１０は、液晶画面やＬＥＤ画面等からなり、好適にはタッチパネルを採用することが可能である。ディスプレイ２１０は、静電噴出装置３００やベースステーション２００に関する種々の情報を表示可能に構成されており、例えば、静電噴出装置３００から噴出される液体の流量、静電噴出装置３００により液体に印加される電圧量、静電噴出装置３００のステータス及び電源２０６のＯＮ／ＯＦＦ状態等の情報を表示可能に構成されている。なお、これらの情報はあくまでも一例であり、これらの情報の全てを表示可能である必要はなく、また、これらの情報以外の情報を表示可能であっても良い。

操作部２１２は、静電噴出装置３００を制御するための入力を受け付け可能に構成されている。例えば、操作部２１２は、複数（図示の例では４つ）の操作ボタンを有しており、該操作ボタンを介して使用者からの入力を受け付けるよう構成されている。具体的には、操作部２１２は、例えばメニューボタン、上選択ボタン、下選択ボタン及びセットボタン等の種々のボタンを有し、これらのボタンの操作により、例えば静電噴出装置３００の後述するアクチュエータ３２０の前進及び後退の操作、静電噴出装置３００から噴出される液体の流量設定、ディスプレイ２１０に表示する言語の設定、並びに、後述する距離センサ３２６の補正等の各種指示を受け付けるよう構成されている。ベースステーション２００は、操作部２１２を介して入力された一又は複数の情報に基づいて、静電噴出装置３００に対して制御信号を出力する。

装置収容部２０８は、図１に示すように、静電噴出装置３００を挿入可能な凹状に形成されており、静電噴出装置３００を物理的に保持又は収容することが可能に構成されている。ケーブル収容部２２０は、筐体２０１の周方向に沿って形成された凹部であり、電源ケーブル２３０を巻回させることで収容可能に構成されている。

電源２０６は、コントロールパネル２０２及び制御部２０４に対して比較的低い直流電圧（例えばＤＣ５Ｖ程度）を供給可能に構成されると共に、接続ケーブル４００を介して静電噴出装置３００に対して直流の高電圧を供給可能に構成されている。この高電圧は、好ましくは３ｋＶ以上３０ｋＶ以下、より好ましくは４ｋＶ以上２０ｋＶ以下、さらに好ましくは１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下である。この高電圧は、コントロールパネル２０２によって任意に調整可能であっても良い。電源２０６は、これらの電圧に降圧又は昇圧するための任意のＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等を備えても良い。なお、上記高電圧は、装置として設計された電圧である。また、後述するチューブノズル３４１について、非導電性の部位（非導電性チューブ部材３４１ｂ）の先端から、該非導電性の部位（非導電性チューブ部材３４１ｂ）内における導電性の部位（チューブ状電極３４１ａ）の先端までの長さと高電圧との関係は、十分なクリアランスを有しつつ、紡糸性を向上する観点から、該長さをＹ（図６、図８参照）とし、該高電圧をＸとした場合におけるＹ（ｍｍ）／Ｘ（ｋＶ）が、０．３以上１．２以下であることが好ましい。

［接続ケーブル］
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］
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、医療用途や使用者の個人的な用途等に使用可能であり、帯電させた液体を対象物、例えば使用者自身または他人の皮膚または爪に向けて噴射可能である。液体は、静電紡糸用の原料を含む溶液（すなわち紡糸用液）であってもよい。すなわち、静電噴出装置３００は、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、静電紡糸装置であってよい。

静電噴出装置３００から噴出される液体の流量は、０．０１ｍｌ／分以上であることが好ましく、０．０２ｍｌ／分以上であることがより好ましく、０．０３ｍｌ／分以上であることがさらに好ましく、また、１．５ｍｌ／分以下であることが好ましく、０．５ｍｌ／分以下であることがより好ましく、０．３ｍｌ／分以下であることがさらに好ましい。具体的には、該流量は、約０．１７ｍｌ／分とすることができる。該流量は、電場を生成するために供給される電流及び電圧や噴出される液体等に基づいて、適宜設定することが可能である。なお、該流量は、分子量、種類及び伝導率等の液体の特性や、気温及び湿度等の環境的要因や、ノズルの構造等の機械的要因等の影響も受けるため、これらの要因を考慮して設定することが好ましい。

以下、静電噴出装置３００の具体的な構成について説明する。
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。

また、静電噴出装置３００は、ノズル外筒３３４の先端３３５と堆積面との距離を測定可能な距離センサ３２６と、該距離センサ３２６により検出された距離が所定の許容範囲を超えている場合又は下回っている場合に液体の噴出を一時的に停止させる制御回路とを更に備えても良い。この場合において、所定の許容範囲は、例えば上限値を１５０ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍに設定することができ、また、下限値を３０ｍｍ、好ましくは５０ｍｍに設定することができる。

さらに、静電噴出装置３００は、カートリッジ３５０内の液体の残量を検出可能な充填量センサ（図示せず）や、本体部３１０、ノズル部３３０及びカートリッジ３５０の装着不良を検出可能な装着センサ（図示せず）等の種々の任意の検出手段をさらに備えても良い。

なお、以下の説明において、液体が噴出される対象物の吹付面のことを「堆積面」といい、人体に対して液体を噴出させる場合には、例えば皮膚が堆積面となる。また、以下の説明において、「液体の噴出方向」とは、後述するチューブノズル３４１から液体が噴出される方向をいい、具体的には、チューブノズル３４１の中心軸に沿う方向をいう。

さらに、以下の説明において、「非導電性」又は「絶縁性」とは、電気抵抗が高く、電気が流れにくい性質のことをいい、具体的には、体積固有抵抗率（ＡＳＴＭＤ２５７，ＪＩＳＫ６９１１）が例えば１０^８Ωｃｍ以上、好ましくは１０^９Ωｃｍ以上であることをいう。非導電性材料（絶縁性材料）としては、合成樹脂等の有機材料や、ガラス又はセラミック等の無機材料等が例示される。非導電性の合成樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、その他汎用の樹脂等を用いることができる。

一方、以下の説明において、「導電性」とは、電気抵抗が低く、電気が流れ易い性質のことをいい、本デバイスが形成する回路において、電気を容易に供給できる抵抗を有する。具体的には、体積固有抵抗率（ＡＳＴＭＤ２５７，ＪＩＳＫ６９１１）が例えば１０^６Ωｃｍ以下、好ましくは１０^５Ωｃｍ以下であることをいい、導電性材料としては、炭素繊維（カーボン）が配合された導電性の樹脂や、金属材料等が例示される。導電性の樹脂としては、例えば、ナイロンに炭素繊維を含有させた樹脂等を用いることができる。

［静電噴出装置の本体部］
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。

カラー３１２は、ノズル部３３０を挿入可能な径を有する筒状に形成されており、本体部３１０の先端部に設けられている。カラー３１２は、本体部３１０の軸を中心とした周方向に所定量だけ回転可能となっており、該カラー３１２の回転動作により、ノズル部３３０との係合状態（ロック状態）と非係合状態（ロック解除状態）とを切り替え可能に構成されている。

例えば、カラー３１２は、その内部にノズル部３３０を挿入した後、カラー３１２を一方の方向（例えば時計回り）に回転されることでノズル部３３０と強固に連結され、ノズル部３３０の抜け出しを防止するよう構成されると共に、このロック状態からカラー３１２を反対方向（例えば反時計回り）に回転されることでノズル部３３０との連結が解除され、ノズル部３３０との分離が可能となるよう構成されている。このような構成は、例えばカラー３１２の内面に形成された溝（図示せず）と、ノズル部３３０の周面に形成された突起（図示せず）とを係合させる構成により実現することが可能であるが、これに限定されるものではない。なお、カラー３１２の回転量は、例えば１０度以上６０度以下であることが好ましく、約４５度であることがより好ましい。

なお、カラー３１２には、ノズル部３３０との位置決めを行うための目印（図示せず）が設けられても良い。該目印は、例えば、カラー３１２の周面に設けられた矢印等のマークであっても良いし、カラー３１２の開口から延出する一対の突起間の間隙等の物理的な構造であっても良い。このような目印を有するカラー３１２によれば、例えば、該目印とノズル部３３０の周壁３３１に形成された切欠き等の目印との位置を合せることにより、本体部３１０に対してノズル部３３０を適正に装着することが容易となる。

操作部３１３は、例えばトリガボタンやトグルスイッチ等のスイッチであり、使用者によってＯＮ／ＯＦＦを切り替え可能に構成されている。操作部３１３は、使用者の親指等によって操作可能となっており、使用者の操作により、ノズル部３３０から液体を噴出させるために駆動機構３１８を駆動させると共に、電場を形成させるために電極３４０に高電圧を供給するよう構成されている。操作部３１３は、高電圧ライン３１４から離れた位置に配置されている。

高電圧ライン３１４は、本体部３１０にノズル部３３０が装着された際に、ノズル部３３０の電極３４０と電気的に接続されるよう構成されている。具体的には、高電圧ライン３１４は、図５及び図６に示すように、導電性ロッド３１５と、電極スプリング３１６と、接点３１７とを備えている。導電性ロッド３１５及び電極スプリング３１６は、本体部３１０にノズル部３３０が装着された際にのみ、電源２０６からの高電圧を接点３１７を介してノズル部３３０の電極３４０に対して供給するよう構成されている。電極スプリング３１６は、本体部３１０に対してノズル部３３０を装着させる際の緩衝材としても機能する。これら導電性ロッド３１５、電極スプリング３１６及び接点３１７は、本体部３１０の絶縁部３２１及びノズル部３３０の絶縁部３３６によって囲われている。

駆動機構３１８は、図５に示すように、モータ３１９と、アクチュエータ３２０とを備えている。モータ３１９は、例えばステッピングモータであり、アクチュエータ３２０は、例えば、モータ３１９の駆動力によって直進移動する直動機構である。モータ３１９及びアクチュエータ３２０は、操作部３１３を介して入力された使用者の操作に基づいて制御される。アクチュエータ３２０は、カートリッジ３５０の後述するコンテナ３５２内に挿入可能なボス部（図示せず）を有しており、該ボス部によってカートリッジ３５０の後述するプランジャ３５４をコンテナ３５２内に向けて押し込むことにより、カートリッジ３５０のコンテナ３５２内の液体をノズル部３３０のチューブノズル３４１に向けて送出するよう構成されている。なお、駆動機構３１８は、予め定められたプログラムに基づいて動作するよう構成されても良い。

［静電噴出装置のノズル部］
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。

周壁３３１は、本体部３１０のカラー３１２内に挿入可能な径からなる筒状に形成されている。周壁３３１の周面には、本体部３１０のカラー３１２の内面に形成された溝等と係合可能な突起（図示せず）等が設けられており、本体部３１０に対して装着可能に構成されている。また、周壁３３１の周面には、電極３４０の後述するアーム３４３が挿通可能な切欠き（図示せず）が軸方向に沿って形成されている。周壁３３１は、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、周壁３３１の周面に形成された切欠きは、既述のとおり、本体部３１０のカラー３１２に対する適正な装着位置を示す目印としても利用することが可能である。また、該切欠きは、カートリッジハウジング３３２に対する適正な装着位置を示す目印としても利用することが可能である。なお、該切欠きを適正な装着位置を示す目印とする構成に代えて又はこれと共に、周壁３３１の周面に矢印等のマークを付与し、これを目印とする構成としても良い。

ノズル外筒３３４は、周壁３３１の一方側の端部に一体的に設けられており、周壁３３１の端部から液体の噴出方向に延出するに連れて先細りとなる筒状に形成されている。ノズル外筒３３４は、周壁３３１側の基端から先端３３５にかけてその内部が中空となっていると共に、その先端３３５が開口している。すなわち、ノズル外筒３３４は、基端よりも先端３３５の径が小さい切頭円錐状の外形を有すると共に、基端から先端にかけて貫通する空洞が形成されている。ノズル外筒３３４は、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。このようにノズル外筒３３４を非導電性材料で形成することにより、絶縁破壊による電撃を防止し、使用者の保護の万全を図ることが可能となる。

ノズル外筒３３４は、図６に示すように、ノズル部３３０が組み立てられた状態において、チューブノズル３４１の周囲を取り囲み、かつ、チューブノズル３４１の周面とノズル外筒３３４の内面との間に中空領域Ｓを形成可能な大きさを有している。ノズル外筒３３４の内径は、挿入性向上や直進性向上の観点から、その最大値がチューブノズル３４１の外径の１．５倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがより好ましく、３倍以上であることがさらに好ましく、また、小型化の観点から、その最大値がチューブノズル３４１の外径の２５倍以下であることが好ましく、２０倍以下であることがより好ましく、１０倍以下であることがさらに好ましい。

また、ノズル外筒３３４は、その先端３３５（対象物側の端部）に、中空領域Ｓに連通する開口を有している。すなわち、ノズル外筒３３４は、図６に示すように、その先端３３５においても、チューブノズル３４１（後述する非導電性チューブ部材３４１ｂ）の先端との間に所定の間隙Ｄが形成されるよう構成されている。この間隙Ｄは、直進性向上の観点から、１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましく、また、小型化や指の入りにくさの観点から、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、１０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、間隙Ｄを上述した数値以上の間隔とすることにより、例えば静電噴出装置３００を横置きした場合であっても、液体がチューブノズル３４１の先端から自重によって延伸してノズル外筒３３４の先端に至らないように、チューブノズル３４１の先端とノズル外筒３３４の先端との間に十分な距離を設けることが可能となるため、衛生性を確保することも可能となる。

カートリッジハウジング３３２は、液体の噴出方向の先端側の端部が閉塞され、反対側の端部（基端部）が開放された有底筒状に形成されており、周壁３３１の径方向内側に設けられている。カートリッジハウジング３３２及び周壁３３１は、例えば一方に設けた突起（図示せず）と他方に設けた孔（図示せず）とを互いに係合又は離脱させる等の任意の手段により、互いに着脱可能となっている。カートリッジハウジング３３２は、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。

カートリッジハウジング３３２の閉塞側端部は、電極３４０の後述する導電性ベース３４２を載置可能に構成されており、開放側端部は、カートリッジハウジング３３２の内部にカートリッジ３５０を挿入可能に構成されている。また、カートリッジハウジング３３２は、その内部において、カートリッジ３５０を保持可能となっている。具体的には、カートリッジハウジング３３２は、カートリッジ３５０が挿入された状態において、図６に示すように、カートリッジ３５０の封止部３５６側の端部を含む所定領域を囲い、他方側の端部を含む所定領域を露出させるような軸方向の長さを有している。なお、カートリッジハウジング３３２の軸方向の長さは、図示の例に限定されるものではない。また、カートリッジハウジング３３２のサイズは、対象とするカートリッジ３５０の大きさ（容量）等に応じて任意に設定可能である。

なお、カートリッジハウジング３３２には、周壁３３１との位置決めを行うための目印（図示せず）が設けられても良い。該目印は、例えば、カートリッジハウジング３３２の周面に設けられた矢印等のマークであっても良いし、カートリッジハウジング３３２の軸方向に沿って形成された切欠き等の物理的な構造であっても良い。このような目印を有するカートリッジハウジング３３２によれば、例えば、該目印と周壁３３１に形成された切欠き等の目印との位置を合せることにより、周壁３３１に対してカートリッジハウジング３３２を適正に装着することが容易となる。

チューブノズル３４１は、高電圧が印加される導電性の部位（チューブ状電極３４１ａ）と、該導電性の部位よりも対象物側に配置された非導電性の部位（非導電性チューブ部材３４１ｂ）とを備えており、液体の噴出方向に沿って延在している。チューブ状電極３４１ａは、金属又は導電性樹脂等の導電性材料、好ましくは金属から形成されており、非導電性チューブ部材３４１ｂは、合成樹脂等の非導電性材料から形成されている。また、チューブ状電極３４１ａ及び非導電性チューブ部材３４１ｂは、液体に耐性を有する、詳細には水やアルコール等の溶媒に対して耐溶媒性を有する材料により形成されることが好ましい。なお、「耐溶媒性」とは、液体中の揮発性液剤の浸透及び揮発を抑制すること、また液体により膨潤、溶出、変形、軟化、硬化、又は変色等をしにくいことをいう。

チューブ状電極３４１ａは、基端がカートリッジハウジング３３２の内部に位置し、先端がノズル外筒３３４の内部に位置するよう、電極３４０の導電性ベース３４２に支持されている。チューブ状電極３４１ａは、カートリッジハウジング３３２内にカートリッジ３５０が挿入された際に、基端がカートリッジ３５０のコンテナ３５２内に挿入されるよう構成されている。例えば、チューブ状電極３４１ａの基端は、カートリッジ３５０の封止部３５６を貫通可能な尖鋭端であることが好ましい。

チューブ状電極３４１ａは、内部が中空（すなわち筒状）となっており、カートリッジ３５０のコンテナ３５２内の液体を非導電性チューブ部材３４１ｂに向けて流動させることが可能に構成されている。チューブ状電極３４１ａは、電極３４０の導電性ベース３４２と電気的に接続されており、これにより、非導電性チューブ部材３４１ｂに向けて流動する液体に対して高電圧を印加し、液体を帯電させるよう構成されている。なお、チューブ状電極３４１ａは、導電性を有すると共に、電極３４０の後述する導電性ベース３４２と電気的に接続されていることから、電極３４０の一部と解することも可能である。

非導電性チューブ部材３４１ｂは、先端が堆積面（対象物）に向けて指向されるよう、基端がチューブ状電極３４１ａの先端に連結されている。チューブ状電極３４１ａと非導電性チューブ部材３４１ｂとの連結は、チューブ状電極３４１ａ及び非導電性チューブ部材３４１ｂの一方の端部を他方の端部内に圧入する方法、非導電性チューブ部材３４１ｂ及びチューブ状電極３４１ａに形成した段差等を互いに嵌め合わせることで連結する方法、並びに、チューブ状電極３４１ａ及び非導電性チューブ部材３４１ｂを任意の接着手段や連結手段により接着又は連結する方法等の種々の方法を採用することが可能である。

非導電性チューブ部材３４１ｂは、内部が中空（すなわち筒状）となっており、チューブ状電極３４１ａから流入する液体を先端に向けて流動させ、先端から堆積面に対して液体を噴出させることが可能に構成されている。非導電性チューブ部材３４１ｂの先端は、ノズル外筒３３４の先端３３５と同一平面上に位置しても良いし、ノズル外筒３３４の先端３３５よりも内部側に位置しても良い。また、非導電性チューブ部材３４１ｂの先端は、人をケガさせない範囲において、ノズル外筒３３４の先端３３５よりも堆積面側に突出していても良い。

電極３４０は、図６に示すように、チューブノズル３４１のチューブ状電極３４１ａが貫通する導電性ベース３４２及び保持スリーブ３４４と、該導電性ベース３４２から本体部３１０の高電圧ライン３１４に向けて延びるアーム３４３とを備えている。電極３４０は、例えば、カーボンが配合された導電性樹脂等の導電性材料から形成されている。

導電性ベース３４２は、円盤状、板状又はフランジ状（鍔状）に形成されており、係合爪等の任意の係合手段（図示せず）により、カートリッジハウジング３３２の閉塞側端部に取り付け可能に構成されている。導電性ベース３４２は、チューブノズル３４１のチューブ状電極３４１ａが貫通して取り付けられている。導電性ベース３４２におけるチューブ状電極３４１ａの貫通位置は、任意の位置とすることが可能であり、例えば、導電性ベース３４２の中心とすることができる。

導電性ベース３４２は、静電噴出装置３００内に組み込まれた状態において、チューブノズル３４１のチューブ状電極３４１ａ（導電性の部位）と電気的に接続されるようチューブノズル３４１の外側に配された外側電極部３４０ａを構成している。本実施形態において、外側電極部３４０ａは、チューブノズル３４１の周囲（すなわち、チューブノズル３４１の軸に対して直交する径方向外側）に向けて拡がり、かつ、チューブノズル３４１の延在方向（すなわち、液体の噴出方向）に面する電極面の形態を有している。すなわち、導電性ベース３４２の外側電極部３４０ａは、ディスク電極として機能する。導電性ベース３４２の外側電極部３４０ａは、チューブノズル３４１の軸周り方向における全範囲で繋がった環状であることが好ましいが、これに限定されず、その少なくとも一部がチューブノズル３４１の軸周りに沿って配置されていれば良く、例えば一部が途切れた環状であっても良い。具体的には、直進性向上のため、外側電極部３４０ａは、チューブノズル３４１の軸周りに対称に配置されることが好ましく、強度の面で、チューブノズル３４１の軸周り方向における２０度以上の範囲に亘って左右それぞれに配置されることが好ましく、左右それぞれに４５度以上の範囲に亘って配置されることがより好ましく、３６０度の範囲（全範囲）に亘って配置されることが更に好ましい。また、外側電極部３４０ａは、ノズル外筒３３４の先端３３５の開口の投影面積内に配置されることが好ましい。

外側電極部３４０ａは、安全性の観点から、ノズル外筒３３４の先端３３５との距離が３ｍｍ以上であることが好ましく、４ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることが更に好ましく、また、液体の直進性の観点から、ノズル外筒３３４の先端３３５との距離が３０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、１２ｍｍ以下であることが更に好ましい。

アーム３４３は、導電性ベース３４２の周縁部から液体の噴出方向の反対側に向けて延びる延出部であり、本体部３１０に対してノズル部３３０が装着された状態において、高電圧ライン３１４の接点３１７と電気的に接続されるよう構成されている。

保持スリーブ３４４は、導電性ベース３４２におけるチューブ状電極３４１ａの貫通部位と整合する位置に設けられており、チューブ状電極３４１ａが嵌入可能な径からなる筒状に形成されている。保持スリーブ３４４は、図６に示すように、導電性ベース３４２の外側電極部３４０ａから液体の噴出方向に向けて延出する構成としても良いし、液体の噴出方向の反対側に向けて延出する構成としても良いし、これら両方向に向けて延出する構成としても良い。このような保持スリーブ３４４が設けられることにより、チューブ状電極３４１ａをより強固に保持することが可能となる。ただし、電極３４０は、これに限定されず、保持スリーブ３４４を有さない構成であっても良い。

導電性ベース３４２及び保持スリーブ３４４は、図６に示すように、本体部３１０に対してノズル部３３０が装着された状態において、アーム３４３を介して本体部３１０の高電圧ライン３１４と電気的に接続される。また、チューブノズル３４１のチューブ状電極３４１ａは、導電性ベース３４２、保持スリーブ３４４及びアーム３４３を介して本体部３１０の高電圧ライン３１４と電気的に接続される。これにより、静電噴出装置３００の動作時に高電圧ライン３１４から高電圧が供給されると、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は共に高電位となり、その周囲に電場を生成する。

ここで、チューブ状電極３４１ａにより生成される電場は、既述のとおり、チューブ状電極３４１ａを流動する液体を帯電させる。一方、導電性ベース３４２の外側電極部３４０ａにより生成される電場は、該電場における等電位面に対し直交する電気力線の方向、すなわち液体の噴出方向に沿って、液体を直進させる働きをすると考えられる。すなわち、導電性ベース３４２の外側電極部３４０ａにより生成される電場は、チューブノズル３４１の非導電性チューブ部材３４１ｂの先端から噴出される液体の横方向への分散を減少させ、該液体の直進性を向上させることが可能である。なお、本実施形態では、導電性ベース３４２の面が、液体の直進性を向上させる外側電極部３４０ａとして機能するものとして説明したが、これに限定されず、例えば後述する変形例に係る外側電極部３４０ａ´のように、導電性ベース３４２と電気的に接続された他の部位が外側電極部として機能する構成としても良い。

［静電噴出装置のカートリッジ］
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。

コンテナ３５２は、ガラス又はプラスチック製の筒状の容器であり、液体組成物を収容可能に構成されている。コンテナ３５２の容量（液体収量）は、例えば３ｍＬ以上、５ｍＬ以上又は１０ｍＬ以上等の任意の容量とすることが可能である。

封止部３５６は、例えば密閉フィルムやメンブレン等からなり、チューブ状電極３４１ａの基端（尖鋭端）によって開口し、チューブ状電極３４１ａの基端をコンテナ３５２内に挿入することが可能に構成されている。なお、封止部３５６は、チューブ状電極３４１ａの基端が挿入された際にのみ開口状態となる逆止弁であっても良く、また、コンテナ３５２からチューブ状電極３４１ａに対して送出する液体の量を調整可能な弁体としても良い。

プランジャ３５４は、コンテナ３５２の基端側の開口を閉塞する弁体であり、本体部３１０のアクチュエータ３２０によって、コンテナ３５２の内部に向かって押し込み可能に構成されている。プランジャ３５４は、既述のとおり、本体部３１０のアクチュエータ３２０のボス部によってコンテナ３５２内に向けて押し込まれることにより、コンテナ３５２内の液体をノズル部３３０のチューブノズル３４１に向けて押し出すよう構成されている。

［静電噴出装置のノズルキャップ］
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。

［医療分野への応用］
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。

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、少なくとも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、例えばガンマ線等の滅菌処理に耐え得る材質であることが好ましい。例えば、カートリッジハウジング３３２、電極３４０、チューブノズル３４１及びノズルキャップ３０５を医療向け部材とする場合には、これらの部材は、例えばガンマ線等の滅菌処理に耐え得る材質であることが好ましい。

このような材質としては、ノズルキャップ３０５については、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、ポリウレタン、ＰＥＴ、アクリル、ＡＢＳ等の非導電性材料を採用することが好ましく、気密性や嵌合強度の観点から低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）又は中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）を採用することがより好ましい。

チューブ状電極３４１ａについては、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属、導電性のプラスチック等を採用することが好ましく、カートリッジ３５０の後述する封止部３５６に対する貫通性の観点からステンレス（特にＳＵＳ３１６）を採用することがより好ましい。

非導電性チューブ部材３４１ｂについては、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリウレタン、ＰＥＴ、アクリル等を採用することが好ましく、成形の安定性・耐溶剤性の観点から、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はアクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）を採用することがより好ましい。

電極３４０については、例えば、ナイロンに炭素繊維を含有させた樹脂や金属等を採用することが好ましく、生産性・汎用性の観点から、ナイロンに炭素繊維を含有させた樹脂を採用することがより好ましい。

なお、周壁３３１及びノズル外筒３３４は、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリウレタン、ＰＥＴ等を採用することが好ましく、成形の安定性・耐溶剤性の観点から、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はアクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）を採用することがより好ましい。

［接地手段］
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。

接地手段としては、例えば、図２に示すように、対象物（例えば使用者の腕）に装着可能な接地ストラップ５０１と、ベースステーション２００に接続された接地線５００とを介して、対象物を接地する手段が例示される。また、他の接地手段としては、例えば、図２に示すように、静電噴出装置３００の把持領域（本体部３１０）に設けられた導電性部分３１１（図１参照）と、該導電性部分３１１に接続された接地線５０２とを介して、対象物を接地する手段が例示される。なお、接地手段は、これらの例に限定されるものではなく、種々の構成を採用可能である。

［液体］
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。

水不溶性高分子化合物を用いる場合、液体組成物は、次の成分（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含有し、成分（ｂ）と成分（ｃ）の質量比（ｂ／ｃ）が０．４以上５０以下であることが好ましい。
（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

具体的には、水不溶性高分子化合物を用いる場合、液体組成物は、アルコール及びケトンから選ばれる揮発性液剤を５０質量％以上含有する。揮発性液剤は、液体の状態において揮発性を有する物質である。揮発性液剤はその蒸気圧が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。

揮発性液剤のうち、アルコールとしては例えば一価の鎖式脂肪族アルコール、一価の環式脂肪族アルコール、一価の芳香族アルコールが好適に用いられる。一価の鎖式脂肪族アルコールとしてはＣ₁－Ｃ₆アルコール、一価の環式アルコールとしてはＣ₄－Ｃ₆環式アルコール、一価の芳香族アルコールとしてはベンジルアルコール、フェニルエチルアルコール等がそれぞれ挙げられる。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、ｎ－プロパノール、ｎ－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。

揮発性液剤のうち、ケトンとしてはジＣ₁－Ｃ₄アルキルケトン、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト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。

揮発性液剤は、より好ましくはエタノール、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種以上であり、より好ましくは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種であり、形成される繊維の感触の観点から更に好ましくはエタノールを含有する揮発性液剤である。

液体組成物における揮発性液剤の含有量は、５０質量％以上であることが好ましく、５５質量％以上であることがより好ましく、６０質量％以上であることが更に好ましい。また、９５質量％以下であることが好ましく、９４質量％以下であることがより好ましく、９３質量％以下であることが更に好ましい。液体組成物における揮発性液剤の含有量は、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い。この割合で液体組成物中に揮発性液剤を含有させることで、静電スプレー法を行うときに液体組成物を十分に揮発させることができ、皮膚又は爪の表面に繊維を含む被膜を形成することができる。

また、エタノールは、揮発性の高さと形成される繊維の感触の観点から、揮発性液剤の全量に対して、５０質量％以上であることが好ましく、６５質量％以上であることが更に好ましく、８０質量％以上であることが一層好ましい。また１００質量％以下であることが好ましい。エタノールは揮発性液剤の全量に対して、５０質量％以上１００質量％以下であることが好ましく、６５質量％以上１００質量％以下であることが更に好ましく、８０質量％以上１００質量％以下であることが一層好ましい。

また、液体組成物は、繊維形成用水不溶性ポリマーを含むことが好ましい。繊維形成用水不溶性ポリマーは、揮発性液剤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。

繊維形成用水不溶性ポリマーとしては、揮発性物質に可溶で、水に対して不溶なポリマーである。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以上が溶解しない性質を有するもの、言い換えれば溶解量が０．５ｇ未満の性質を有するものをいう。

水不溶性である繊維形成能を有するポリマーとしては、例えば被膜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被膜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）等のポリエステル樹脂、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。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、被膜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被膜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、ポリウレタン樹脂、ポリメタクリル酸樹脂等のアクリル樹脂、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、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ツエインから選ばれる１種又は２種以上を用いることが好ましい。これらの水不溶性ポリマーのうち、アルコール溶媒への分散性、繊維の感触の観点等から、部分鹸化ポリビニルアルコール、完全鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリウレタン樹脂がより好ましく、部分鹸化ポリビニルアルコール、完全鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール樹脂がさらに好ましい。皮膚又は爪の表面に繊維を含む被膜を安定して効率的に形成することができる点、被膜の耐久性、被膜の形成性、皮膚への追随性と耐久性との両立の点からポリビニルブチラール樹脂が殊更に好ましい。

液体組成物中の繊維形成用水不溶性ポリマーの含有量は、１質量％以上であることが好ましく、３質量％以上であることがより好ましく、５質量％以上であることが一層好ましい。また、３５質量％以下であることが好ましく、３０質量％以下であることがより好ましく、２５質量％以下であることが更に好ましく、２０質量％以下であることが殊更に好ましい。液体組成物の繊維形成用水不溶性ポリマーの含有量は、１質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、３質量％以上２5質量％以下であることが更に好ましく、５質量％以上２０質量％以下が一層好ましい。この割合で液体組成物中に繊維形成用水不溶性ポリマーを含有させることで、繊維状の被膜を安定して効率的に形成することができる。

また、液体組成物は、水を含むことが好ましい。水は、エタノール等の電離しない溶媒に比べて電離し荷電するため、液体組成物に導電性を付与することができる。そのため、静電スプレーにより皮膚や爪の表面上に繊維状の被膜が安定して形成される。また、水は、静電スプレーにより形成される被膜の皮膚や爪への密着性の向上、耐久性の向上、外観に寄与する。これらの作用効果を得る点から、水は、液体組成物中に０．２質量％以上２５質量％以下含有することが好ましく、０．３質量％以上２０質量％以下がより好ましく、湿度の高い環境においても繊維状の被膜の形成性の観点から０．４質量％以上１０質量％以下がさらに好ましい。

液体組成物は、更に他の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、例えばポリオール、２０℃で液状油、繊維形成用水不溶性ポリマーの可塑剤、液体組成物の導電率制御剤、水溶性ポリマー、着色顔料、体質顔料等の粉体、染料、香料、忌避剤、酸化防止剤、安定剤、防腐剤、各種ビタミン等が挙げられる。液体組成物中に他の成分が含まれる場合、当該他の成分の含有割合は、０．１質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以上２０質量％以下であることがさらに好ましい。なお、液体組成物中の粉体又は粒状物の含有量は、噴出性の観点から、０．５質量％以下であることが好ましく、０．２質量％以下であることが好ましく、０．０５質量％以下であることがさらに好ましく、含まれないことが殊更に好ましい。

更に、液体組成物中にグリコールを含有することができる。グリコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。静電スプレー法を行うときに揮発性液剤を十分に揮発させる観点、繊維形成性の観点、形成される繊維の感触の観点から、液体組成物中に１０質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下が好ましく、実質含まないことが好ましい。

液体組成物の粘度は、繊維状の被膜を安定して形成する点、静電スプレー時の紡糸性の観点、被膜の耐久性を向上する観点と、被膜の感触を向上する観点から、２５℃で２ｍＰａ・ｓ以上３０００ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１０ｍＰａ・ｓ以上１５００ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、１５ｍＰａ・ｓ以上１０００ｍＰａ・ｓ以下がさらに好ましく、１５ｍＰａ・ｓ以上８００ｍＰａ・ｓ以下がよりさらに好ましい。液体組成物の粘度は、Ｅ型粘度計を用いて２５℃で測定される。Ｅ型粘度計としては例えば東京計器株式会社製のＥ型粘度計（ＶＩＳＣＯＮＩＣＥＭＤ）を用いることができる。その場合の測定条件は、２５℃、コーンプレートのローターＮｏ．４３、回転数は粘度に応じた適切な回転数が選択され、５００ｍＰａ・Ｓ以上の粘度は５ｒｐｍ、１５０ｍＰａ・Ｓ以上５００ｍＰａ・Ｓ未満の粘度は１０ｒｐｍ、１５０ｍＰａ・Ｓ未満の粘度は２０ｒｐｍとする。

［静電噴出装置の動作］
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。

この際、導電性ベース３４２の外側電極部３４０ａ及びチューブ状電極３４１ａ（正の電位）と、これらに対向する肌等の対象物（接地電位）との間には、高電位差の電場が生じる。そして、この電場における等電位面に対し直交する電気力線に沿って、例えば正に帯電した液体が対象物に向けて直進し、堆積面に到達する。この液体が紡糸用液である場合には、繊維状になった溶質が該電気力線に沿った方向に直進し、堆積面に到達する。

［静電噴出装置の利点］
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。

また、第１実施形態に係る静電噴出装置３００では、既述のとおり、チューブノズル３４１の延在方向（すなわち、液体の噴出方向）に面する外側電極部３４０ａを有し、かつ、チューブノズル３４１の周面とノズル外筒３３４の内面との間に中空領域Ｓが形成されると共に、ノズル外筒３３４の先端３３５に中空領域Ｓと連通する開口を有している。このため、外側電極部３４０ａにより生成される電場の衰退を最小限に抑えることができ、これにより、この電場における等電位面に対し直交する電気力線に沿って、チューブノズル３４１の非導電性チューブ部材３４１ｂの先端から真っすぐ液体を噴出させることができる。すなわち、非導電性チューブ部材３４１ｂの先端から噴出された液体の横方向への分散を減少させ、該液体の直進性を向上させることができる。

そして、このように液体の直進性が向上し、液体の広がる範囲が絞られることで、静電噴出装置３００から堆積面までの距離が短いときは、堆積面における噴射範囲が小さくなり、密度が高くなる。特に、静電噴出装置３００が静電紡糸装置である場合には、形成される被膜の密着性又は均一性が向上する。一方、静電噴出装置３００から堆積面までの距離が長いときは、より遠くまで液体が届くようになる。特に、静電噴出装置３００が静電紡糸装置である場合には、形成される繊維が対象物まで効率よく届くという利点がある。

また、チューブ状電極３４１ａの先端は、ノズル外筒３３４の先端３３５よりもノズル外筒３３４の内部側に位置し、該チューブ状電極３４１ａの先端には非導電性チューブ部材３４１ｂが取り付けられている。これにより、チューブ状電極３４１ａの先端が使用者に接触することを防止し、使用者の保護の万全を図ることができる。すなわち、第１実施形態に係る静電噴出装置３００によれば、安全性を担保しつつ、噴出された液体の直進性を向上させることが可能となる。

特に、第１実施形態に係る静電噴出装置３００では、非導電性チューブ部材３４１ｂの先端が、ノズル外筒３３４の先端３３５と同一平面上に位置するか、ノズル外筒３３４の先端３３５よりも内部側に位置している。このため、非導電性チューブ部材３４１ｂの先端により怪我をする等のリスクを低減させることができる。

さらに、第１実施形態に係る静電噴出装置３００では、チューブ状電極３４１ａと電気的に接続している導電性ベース３４２の外側電極部３４０ａ（ディスク電極）が、ノズル外筒３３４の先端３３５から十分な距離をおいて設けられている。このため、絶縁破壊による電撃を受けにくくなり、使用者の保護の万全を図ることができる。

［第２実施形態に係る静電噴出装置］
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。

第２実施形態に係るノズル部３３０´は、第１実施形態に係るノズル部３３０と同様に、周壁３３１と、カートリッジハウジング３３２と、電極３４０´と、チューブノズル３４１（チューブ状電極３４１ａ，非導電性チューブ部材３４１ｂ）と、ノズル外筒３３４´とを備えている。一方、第２実施形態に係るノズル部３３０´は、第１実施形態に係るノズル部３３０とは異なり、チューブノズル３４１とノズル外筒３３４´との間に配されるリング電極３４６を更に備えている。

ノズル外筒３３４´は、先端３３５の近傍が二重壁構造となっている点において第１実施形態に係るノズル外筒３３４と異なっており、他の点において第１実施形態に係るノズル外筒３３４と共通している。すなわち、ノズル外筒３３４´は、周壁３３１の端部から液体の噴出方向に延出するに連れて先細りとなる筒状に形成された外壁３３４ａと、先端３３５からノズル外筒３３４´の内部に向けて延びる内壁３３４ｂとを備えている。

内壁３３４ｂは、チューブノズル３４１の軸方向に沿って延びる筒状に形成されており、外壁３３４ａとの間において、リング電極３４６を収容可能な収容空間を形成するよう構成されている。また、内壁３３４ｂは、チューブノズル３４１の周面との間に中空領域Ｓを形成可能な大きさを有している。内壁３３４ｂは、該収容空間を形成可能な延在方向の長さを有していれば良く、リング電極３４６の全体を覆う程の長さを有する必要は無い。内壁３３４ｂは、高電圧により絶縁破壊が生じない程度の厚みを持っており、０．５ｍｍ以上の厚みが好ましく、０．７ｍｍ以上であることがより好ましく、１ｍｍ以上であることが更に好ましい。

外壁３３４ａ及び内壁３３４ｂは、いずれも、合成樹脂等の非導電性材料から形成されており、非導電性の先端３３５において一体的に連続している。すなわち、リング電極３４６の収容空間は、先端３３５側において閉塞されており、これにより、リング電極３４６による感電リスクを排除している。

電極３４０´は、第１実施形態に係る電極３４０と同様に、導電性ベース３４２と、保持スリーブ３４４´と、アーム３４３とを備えている。

保持スリーブ３４４´は、第１実施形態に係る保持スリーブ３４４と異なり、液体の噴出方向側の先端部が、チューブノズル３４１の径方向外側（チューブノズル３４１の軸に対して直交する方向）に向けて拡がる円盤状、板状又はフランジ状（鍔状）に形成されており、これにより、液体の噴出方向に面する外側電極部３４０ａ´を形成するよう構成されている。すなわち、第１実施形態に係る電極３４０においては、導電性ベース３４２が液体の噴出方向に面する外側電極部３４０ａを形成していたが、第１実施形態に係る電極３４０´においては、保持スリーブ３４４´が液体の噴出方向に面する外側電極部３４０ａ´を形成している。保持スリーブ３４４´の外側電極部３４０ａ´には、液体の噴出方向に向けて延出する突起部３４５が形成されており、該突起部３４５がリング電極３４６と接触している。

リング電極３４６は、図８に示すように、チューブノズル３４１の周囲を囲う筒状に形成されており、ノズル外筒３３４´の外壁３３４ａと内壁３３４ｂとの間の収容空間に配置されている。リング電極３４６は、少なくとも非導電性チューブ部材３４１ｂの周囲を覆うことが可能な位置に配置されることが好ましい。リング電極３４６は、導電性樹脂や金属材料等の導電性材料により形成されており、保持スリーブ３４４´の外側電極部３４０ａ´と電気的に接続されている。すなわち、リング電極３４６は、本体部３１０に対してノズル部３３０´が装着された状態において、突起部３４５、保持スリーブ３４４´、導電性ベース３４２及びアーム３４３を介して本体部３１０の高電圧ライン３１４と電気的に接続されている。

これにより、静電噴出装置３００の動作時に高電圧ライン３１４から高電圧が供給されると、電極３４０´（特に保持スリーブ３４４´の外側電極部３４０ａ´）、チューブ状電極３４１ａ及びリング電極３４６は共に高電位となり、その周囲に電場を生成する。そして、既述のとおり、チューブ状電極３４１ａは、液体を帯電させる機能を発揮し、外側電極部３４０ａ´は、液体の直進性を向上させる機能を発揮する。

一方、リング電極３４６は、該リング電極３４６の内側における電場の状態を調整し、例えばコロナ放電を抑制するための電極として機能する。また、リング電極３４６が帯びる電荷の符号（正）は、チューブ状電極３４１ａが帯びる電荷の符号（正）と同じであるため、チューブノズル３４１の非導電性チューブ部材３４１ｂの先端から噴出される液体の横方向への分散を抑制し、該液体の直進性を向上させることが可能である

リング電極３４６は、第２実施形態では筒状のスプリングであるが、これに限定されず、筒状の壁等の種々の任意の構成を採用可能である。リング電極３４６がスプリングである場合には、保持スリーブ３４４´をリング電極３４６に当接させる際の衝撃を和らげることが可能となるため、組み立て時における破損のリスクを低減させることができると共に、保持スリーブ３４４´との電気的な接続を安定させることが可能となる。

リング電極３４６は、チューブノズル３４１の軸周り方向における全範囲で繋がった環状であることが好ましいが、これに限定されず、その少なくとも一部がチューブノズル３４１の軸周りに沿って配置されていれば良く、例えば一部が途切れた環状であっても良い。具体的には、リング電極３４６は、チューブノズル３４１の軸周り軸周りに対称に配置されることが好ましく、強度の面で、チューブノズル３４１の軸周り方向における２０度以上の範囲に亘って左右それぞれに配置されることが好ましく、左右それぞれに４５度以上の範囲に亘って配置されることがより好ましく、３６０度の範囲（全範囲）に亘って配置されることが更に好ましい。

以上説明した第２実施形態に係る静電噴出装置３００´においても、第１実施形態に係る静電噴出装置３００と同様の利点を有する。また、第２実施形態に係る静電噴出装置３００´は、第１実施形態に係る静電噴出装置３００の利点に加え、リング電極３４６により電場の状態を整え、より一層液体の直進性を向上させることが可能となるという利点を更に有する。

以上、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、上述した実施形態では、静電噴出システム１００は、ベースステーション２００及び接続ケーブル４００を備えるものとしたが、これに限定されず、ベースステーション２００の機能の一部又は全部を静電噴出装置３００，３００´に取り込むことにより、静電噴出装置３００，３００´のみで構成されるスタンドアローンタイプの静電噴出装置としても良い。

また、上述した実施形態では、外側電極部３４０ａ，３４０ａ´が電極面の形態（平面状や曲面状）であるもののとして説明したが、これに限定されず、液体の直進性を向上させるという機能を阻害しない範囲において、外側電極部３４０ａ，３４０ａ´の形状は任意に変更可能である。例えば、外側電極部３４０ａ，３４０ａ´は、チューブノズル３４１の周面から径方向外側に直線的又は曲線的に延びる枝状の形態であっても良いし、チューブノズル３４１の中心軸に対して線対称に配置された突起等の形態であっても良い。

上記のような変形例が本発明の範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００：静電噴出システム
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

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。