JP7458214B2 - Electrospinning device and electrospinning method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電界紡糸装置および電界紡糸方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to an electrospinning apparatus and an electrospinning method.
エレクトロスピニング法（電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある）により、微細なファイバーを搬送される基材の表面に堆積させ、ファイバーの膜（繊維膜）を形成する電界紡糸装置がある。このような電界紡糸装置では、複数のヘッドが基材の搬送方向に沿って併設される。ヘッドのそれぞれは、ヘッド本体と、ヘッド本体の外周面から突出する複数のノズルと、を備える。ノズルのそれぞれには、ヘッド本体からの突出端に原料液の噴出口が形成される。ノズルと収集体又は基材との間に電圧を印加することにより、ノズルの噴出口から原料液を収集体又は基材の表面に向かって噴出させ、ファイバーを収集体又は基材の表面に堆積させる。 Electrospinning, in which fine fibers are deposited on the surface of a transported substrate to form a fiber membrane (fiber membrane) by electrospinning (sometimes also referred to as electrospinning or charge-induced spinning). There is a device. In such an electrospinning apparatus, a plurality of heads are installed side by side along the conveyance direction of the base material. Each of the heads includes a head main body and a plurality of nozzles protruding from the outer peripheral surface of the head main body. Each of the nozzles has a raw material liquid ejection port formed at an end protruding from the head main body. By applying a voltage between the nozzle and the collector or the substrate, the raw material liquid is ejected from the nozzle's spout toward the surface of the collector or the substrate, and the fibers are deposited on the surface of the collector or the substrate. let
前述のような電界紡糸装置では、繊維膜の品質向上のため、発生する電界強度を基材の搬送方向に沿って併設されたヘッド間において均一にすることが求められている。 In the above-mentioned electrospinning apparatus, in order to improve the quality of the fiber membrane, it is required that the intensity of the generated electric field be made uniform between the heads disposed side by side along the conveyance direction of the base material.
本発明が解決しようとする課題は、形成される繊維膜の品質を向上させる電界紡糸装置および電界紡糸方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an electrospinning device and an electrospinning method that improve the quality of the formed fiber membrane.
実施形態によれば、電界紡糸装置は、ヘッドユニットと、一対の導電体とを備える。ヘッドユニットでは、原料液を収納可能な収納空洞が内部に形成されたヘッド本体と、導電性を有する材料から形成され、ヘッド本体の外周面から外側へ突出するノズルとを備えるとともに、ノズルに電圧が印加されることにより原料液が前記ノズルから吐出されるヘッドが複数配列されている。導電体は、ヘッドの配列方向についてヘッドユニットの両外側に配置され、導電性を有する材料から形成され、ヘッドに印加される電圧と同極性の電圧が印加されることにより電場を発生させる。ヘッドの配列方向に沿う断面での前記導電体のそれぞれの断面積は、ヘッドの配列方向に沿う断面でのヘッド本体のそれぞれの断面積よりも小さい。また、実施形態によれば、電解紡糸方法は、原料液が収納される収納空洞が内部に形成されたヘッド本体とヘッド本体の外周面から外側へ突出し導電性を有するノズルとを備えるヘッドが複数配列されたヘッドユニットを準備することと、収納空洞に収納された原料液に電圧を印加することにより、原料液をノズルのそれぞれから吐出することと、ヘッドの配列方向についてヘッドユニットの両外側に配置され、ヘッド本体のそれぞれのヘッドの配列方向の断面積よりも小さな断面積を有する導電体に原料液に印加される電圧と同極性の電圧を印加することと、を有する。 According to an embodiment, an electrospinning device includes a head unit and a pair of electrical conductors. The head unit includes a head body in which a storage cavity capable of storing raw material liquid is formed, and a nozzle made of a conductive material and protruding outward from the outer peripheral surface of the head body. A plurality of heads are arranged to eject the raw material liquid from the nozzle by applying . The conductors are arranged on both sides of the head unit in the direction in which the heads are arranged, are made of a conductive material, and generate an electric field when a voltage of the same polarity as the voltage applied to the head is applied. The cross-sectional area of each of the conductors in a cross-section along the direction in which the heads are arranged is smaller than the cross-sectional area of each of the head bodies in a cross-section along the direction in which the heads are arranged. Further, according to the embodiment, the electrospinning method includes a plurality of heads each including a head main body in which a storage cavity for storing a raw material liquid is formed, and a conductive nozzle protruding outward from the outer circumferential surface of the head main body. By preparing the arrayed head units, by applying a voltage to the raw material liquid stored in the storage cavity, the raw material liquid is discharged from each nozzle. applying a voltage having the same polarity as the voltage applied to the raw material liquid to the conductor which is arranged and has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area in the arrangement direction of each head of the head main body.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
（実施形態）
図１は、実施形態に係る電界紡糸装置１０の構成を示す図である。図２は、電界紡糸装置１０の制御構成を示すブロック図である。電界紡糸装置１０は、エレクトロスピニング法（電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある）により、基材４０に繊維膜を形成する装置である。基材４０は、例えばシート状の電極である。基材４０は、原料液に対して耐性を有する材料から形成される。基材４０は、例えば、アルミニウムにより形成される。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an electrospinning apparatus 10 according to an embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing the control configuration of the electrospinning apparatus 10. The electrospinning apparatus 10 is an apparatus that forms a fiber membrane on the base material 40 by an electrospinning method (sometimes also referred to as an electrospinning method, a charge-induced spinning method, etc.). The base material 40 is, for example, a sheet-like electrode. The base material 40 is formed from a material that is resistant to the raw material liquid. The base material 40 is made of aluminum, for example.
図１及び図２に示すように、電界紡糸装置１０は、筐体１３と、電源２０と、ヘッドユニット３０と、巻出しリール４１と、巻取りリール４２と、支持体５０と、搬送デバイス６０と、制御デバイス８０と、を備える。電源２０は、ヘッドユニット３０に電気的に接続されている。電源２０は、ヘッドユニット３０に供給される原料液を帯電させるために、ヘッドユニット３０に電力を供給する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the electrospinning apparatus 10 includes a housing 13, a power source 20, a head unit 30, an unwinding reel 41, a take-up reel 42, a support 50, and a transport device 60. and a control device 80. The power supply 20 is electrically connected to the head unit 30. The power supply 20 supplies power to the head unit 30 in order to charge the raw material liquid supplied to the head unit 30.
筐体１３の内部には、ヘッドユニット３０と、支持体５０と、搬送デバイス６０とが配置されている。支持体５０は、筐体１３の内部に設置され、ヘッドユニット３０を支持する。 Inside the housing 13, a head unit 30, a support body 50, and a transport device 60 are arranged. The support body 50 is installed inside the housing 13 and supports the head unit 30.
巻出しリール４１及び巻取りリール４２は、筐体１３の外部に設けられ、不図示の駆動源により回転する。また、筐体１３は、入口１１及び出口１２を備える。入口１１及び出口１２のそれぞれは、筐体１３の内部と外部とを連通させる。巻出しリール４１は、入口１１を介して、基材４０を筐体１３内の搬送デバイス６０へ供給する。搬送デバイス６０は、巻出しリール４１から供給された基材４０を搬送する。ヘッドユニット３０は、搬送デバイス６０により搬送される基材４０に向けて帯電された原料液を吐出することにより、基材４０に繊維膜を形成する。繊維膜が形成された基材４０は、出口１２から筐体１３の外部へ搬出され、巻取りリール４２により回収される。 The unwinding reel 41 and the take-up reel 42 are provided outside the housing 13 and rotated by a drive source (not shown). The housing 13 also has an inlet 11 and an outlet 12. The inlet 11 and the outlet 12 each connect the inside and outside of the housing 13. The unwinding reel 41 supplies the substrate 40 to the transport device 60 in the housing 13 via the inlet 11. The transport device 60 transports the substrate 40 supplied from the unwinding reel 41. The head unit 30 forms a fiber film on the substrate 40 by ejecting the charged raw material liquid toward the substrate 40 transported by the transport device 60. The substrate 40 with the fiber film formed thereon is transported from the outlet 12 to the outside of the housing 13 and collected by the take-up reel 42.
搬送デバイス６０は、４つのローラ６１と、水平搬送路６３と、２つの垂直搬送路６４と、を備える。垂直搬送路６４のそれぞれは、鉛直方向（図１のＹ１方向又はＹ２方向）に沿って延設されている。水平搬送路６３は、水平方向（図１のＸ方向）に沿って延設されている。ローラ６１は、垂直搬送路６４のそれぞれの上端部、及び、垂直搬送路６４のそれぞれと水平搬送路６３との境界部に配置されている。ローラ６１のそれぞれにおいて基材４０が支持されることにより、水平搬送路６３と、垂直搬送路６４が形成される。ローラ６１は、モータを有する駆動源６２により回転する。ローラ６１が回転することにより、水平搬送路６３及び垂直搬送路６４を含む基材４０の搬送路において基材４０が搬送される。ここで、搬送デバイス６０が基材４０を搬送している状態では、水平搬送路６３の延設方向（図１のＸ方向）に垂直で、かつ、鉛直方向（図１のＹ１、Ｙ２方向）に垂直な方向が、基材４０の幅方向と一致又は略一致する。なお垂直搬送路の本数、水平搬送路の本数及びローラの個数は、本実施形態の数に限定されるものではない。 The conveyance device 60 includes four rollers 61, a horizontal conveyance path 63, and two vertical conveyance paths 64. Each of the vertical transport paths 64 extends along the vertical direction (Y1 direction or Y2 direction in FIG. 1). The horizontal conveyance path 63 extends along the horizontal direction (X direction in FIG. 1). The rollers 61 are arranged at the upper ends of each of the vertical conveyance paths 64 and at the boundaries between each of the vertical conveyance paths 64 and the horizontal conveyance path 63. By supporting the base material 40 on each of the rollers 61, a horizontal conveyance path 63 and a vertical conveyance path 64 are formed. The roller 61 is rotated by a drive source 62 having a motor. As the rollers 61 rotate, the base material 40 is conveyed in a conveyance path for the base material 40 that includes a horizontal conveyance path 63 and a vertical conveyance path 64 . Here, when the conveyance device 60 is conveying the base material 40, it is perpendicular to the extending direction of the horizontal conveyance path 63 (X direction in FIG. 1), and in a vertical direction (Y1, Y2 direction in FIG. 1). The direction perpendicular to corresponds to or approximately corresponds to the width direction of the base material 40. Note that the number of vertical conveyance paths, the number of horizontal conveyance paths, and the number of rollers are not limited to the numbers in this embodiment.
垂直搬送路６４のそれぞれに対向する位置には、２つのヘッドユニット３０のうち対応する一方が配置されている。ヘッドユニット３０のそれぞれは、不図示の送液機構を介して不図示の原料液貯蔵タンク（原料液の供給源）に接続されている。ヘッドユニット３０のそれぞれには、原料液貯蔵タンクから、原料液が供給される。また、ヘッドユニット３０のそれぞれは、電源２０と電気的に接続されている。ヘッドユニット３０のそれぞれには、電源２０から電圧が印加される。ヘッドユニット３０のそれぞれは、対向する垂直搬送路６４において搬送される基材４０の片面に向けて、帯電された原料液を吐出する。ヘッドユニット３０から吐出された原料液中の溶媒は、電界紡糸装置１０内の雰囲気中で揮発する。また、ヘッドユニット３０から吐出された原料液中の原材料は、飛翔し、垂直搬送路６４を搬送される基材４０の片面に到達する。基材４０に到達した原材料が堆積することにより、基材４０に繊維膜が形成される。 A corresponding one of the two head units 30 is arranged at a position facing each of the vertical conveyance paths 64 . Each of the head units 30 is connected to a raw material liquid storage tank (not shown) (supply source of raw material liquid) via a liquid feeding mechanism (not shown). Each of the head units 30 is supplied with raw material liquid from a raw material liquid storage tank. Further, each of the head units 30 is electrically connected to the power source 20. A voltage is applied to each of the head units 30 from the power supply 20. Each of the head units 30 discharges a charged raw material liquid toward one side of the base material 40 being conveyed in the vertical conveyance path 64 facing each other. The solvent in the raw material liquid discharged from the head unit 30 evaporates in the atmosphere within the electrospinning apparatus 10. Further, the raw material in the raw material liquid discharged from the head unit 30 flies and reaches one side of the base material 40 that is conveyed through the vertical conveyance path 64 . A fiber film is formed on the base material 40 by depositing the raw materials that have reached the base material 40 .
繊維の原料液は、繊維の原材料が、所定の濃度で溶媒に溶かされた溶液である。 The fiber raw material liquid is a solution in which the fiber raw material is dissolved in a solvent at a predetermined concentration.
繊維の原材料は、形成したい繊維膜の材質に応じて適宜変更することができる。繊維の原材料としては、例えばポリオレフィン系樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。具体的に、繊維の原材料となる熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリサルファン、ポリエーテルサルファン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、シンジオタクチックポリスチレン及び液晶ポリマーが挙げられる。また、繊維の原材料となる熱硬化性樹脂としては、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、メラミン樹脂及びエポキシ樹脂が挙げられる。また、繊維の原材料として、前述した樹脂を含む共重合体などを用いてもよい。繊維の原材料は前述した樹脂及び共重合体などから選択される１種類、または２種類以上のポリマーの混紡によって形成することができる。なお、本実施形態に適用可能な繊維の原材料は、列記した原材料に限定されるものではない。列記した繊維の原材料は、あくまでも例示である。 The raw material of the fiber can be changed as appropriate depending on the material of the fiber membrane desired to be formed. Examples of raw materials for fibers include polyolefin resins, thermoplastic resins, thermosetting resins, and the like. Specifically, thermoplastic resins that are raw materials for fibers include polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyoxymethylene, polyamideimide, polyimide, polysulfan, Examples include polyethersulfane, polyetherimide, polyetherketone, polyphenylene sulfide, modified polyphenylene ether, syndiotactic polystyrene, and liquid crystal polymer. Furthermore, thermosetting resins that can be used as raw materials for fibers include urea resins, unsaturated polyesters, phenol resins, melamine resins, and epoxy resins. Furthermore, a copolymer containing the resin described above may be used as a raw material for the fiber. The raw material for the fiber can be formed by one type selected from the resins and copolymers mentioned above, or by blending two or more types of polymers. Note that the raw materials for the fibers applicable to this embodiment are not limited to the listed raw materials. The raw materials for the fibers listed are merely examples.
溶媒は、繊維の原材料を溶解することができるものであればよい。溶媒は、溶解させる繊維の原材料に応じて適宜変更することができる。溶媒としては、例えば、アルコール系、芳香族系等の揮発性の有機溶媒あるいは、水を用いることができる。有機溶媒としては、具体的には、例えば、イソプロパノール、エチレングリコール、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、ヘキサン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジン等が挙げられる。また、溶媒は、例記した溶媒より選ばれる一種類でもよく、また、複数種類が混在してもよい。なお、本実施形態に適用可能な溶媒は、列記した溶媒に限定されるものではない。列記した溶媒は、あくまでも例示である。 The solvent may be any solvent as long as it can dissolve the raw material of the fiber. The solvent can be changed as appropriate depending on the raw material of the fiber to be dissolved. As the solvent, for example, a volatile organic solvent such as an alcoholic solvent or an aromatic solvent, or water can be used. Specific examples of the organic solvent include isopropanol, ethylene glycol, cyclohexanone, dimethylformamide, acetone, ethyl acetate, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexane, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, and acetic acid. Examples include butyl, tetrahydrofuran, dioxane, pyridine, and the like. Further, the solvent may be one type selected from the exemplified solvents, or a plurality of types may be mixed. Note that the solvents applicable to this embodiment are not limited to the listed solvents. The listed solvents are merely examples.
ヘッドユニット３０と垂直搬送路６４との間隔は、例えば、ヘッドユニット３０に印加される電圧、原料液中のポリマーの種類、原料液中の繊維の原材料の濃度等を含む吐出条件により決められる。 The distance between the head unit 30 and the vertical transport path 64 is determined by the ejection conditions, including, for example, the voltage applied to the head unit 30, the type of polymer in the raw material liquid, and the concentration of the fiber raw material in the raw material liquid.
垂直搬送路６４の上端に配置されたローラ６１とヘッドユニット３０との間には、基材４０が存在する。一方、垂直搬送路６４と水平搬送路６３との接続部に配置されたローラ６１とヘッドユニット３０との間には、基材４０が存在しない。このため、垂直搬送路６４と水平搬送路６３との接続部に配置されたローラ６１は、基材４０を介することなく、ヘッドユニット３０と対向する。 The base material 40 exists between the roller 61 arranged at the upper end of the vertical conveyance path 64 and the head unit 30. On the other hand, the base material 40 does not exist between the head unit 30 and the roller 61 arranged at the connection portion between the vertical conveyance path 64 and the horizontal conveyance path 63. Therefore, the roller 61 disposed at the connection between the vertical conveyance path 64 and the horizontal conveyance path 63 faces the head unit 30 without interposing the base material 40 .
なお、繊維膜の形成速度を向上させるために、垂直搬送路６４のそれぞれの両側にヘッドユニットが配置され、基材４０の両面に繊維膜を形成してもよい。 In addition, in order to improve the formation speed of the fibrous film, head units may be arranged on both sides of the vertical conveyance path 64 to form the fibrous film on both sides of the base material 40.
ヘッドユニット３０の構成について説明する。ヘッドユニット３０のそれぞれは、５つのヘッド３１Ａ－３１Ｅを備える。ヘッド３１Ａ－３１Ｅは、同一の構造を有する。ヘッドユニット３０は、ヘッド群と呼ばれてもよい。 The configuration of the head unit 30 will be explained. Each of the head units 30 includes five heads 31A-31E. Heads 31A-31E have the same structure. Head unit 30 may also be referred to as a head group.
ヘッド３１Ａ－３１Ｅは、垂直搬送路６４に対向した状態で、支持体５０に支持されている。ヘッド３１Ａ－３１Ｅは、鉛直方向に沿って配列されている。すなわち、ヘッド３１Ａ－３１Ｅは、対向する垂直搬送路６４における基材４０の搬送方向に沿って配列されている。ヘッド３１Ａ－３１Ｅのそれぞれは、基材４０の幅方向に沿って延設されている。ヘッド３１Ａは、ヘッド３１Ａ－３１Ｅのうち最も上方に位置する。ヘッド３１Ｅは、ヘッド３１Ａ－３１Ｅのうち最も下方に位置する。ヘッド３１Ｂ－３１Ｄは、鉛直方向についてヘッド３１Ａとヘッド３１Ｅの間に位置する。ヘッド３１Ａ－３１Ｅは、鉛直方向について等間隔で配置されている。 Heads 31A-31E are supported by support 50 facing vertical transport path 64. Heads 31A-31E are arranged along the vertical direction. That is, heads 31A-31E are arranged along the transport direction of substrate 40 in the opposing vertical transport path 64. Each of heads 31A-31E extends along the width direction of substrate 40. Head 31A is located at the top of heads 31A-31E. Head 31E is located at the bottom of heads 31A-31E. Heads 31B-31D are located between heads 31A and 31E in the vertical direction. Heads 31A-31E are arranged at equal intervals in the vertical direction.
次に、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの構成について説明する。図３乃至図５では、一例として、ヘッド３１Ａの構成について説明する。ヘッド３１Ｂ－３１Ｅについては、ヘッド３１Ａと同様の構成を有するため説明を省略する。図３は、ヘッド３１Ａを概略的に示す斜視図である。図４は、ヘッド３１Ａを基材４０の搬送方向に対して平行又は略平行で、基材４０の幅方向に対して平行又は略平行なある断面で概略的に示す断面図である。図４では、ヘッド３１Ａを、後述する中心軸Ｃに平行又は略平行なある断面で示す。図５は、ヘッドユニット３０等を基材４０の搬送方向に対して平行又は略平行で、基材４０の幅方向に対して垂直又は略垂直な断面で概略的に示す断面図である。図５では、ヘッド３１Ａ－３１Ｅのそれぞれを、後述する中心軸Ｃに垂直又は略垂直な断面で示す。 Next, the configuration of the heads 31A-31E will be explained. 3 to 5, the configuration of the head 31A will be described as an example. The heads 31B to 31E have the same configuration as the head 31A, so a description thereof will be omitted. FIG. 3 is a perspective view schematically showing the head 31A. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the head 31A in a section parallel or substantially parallel to the conveyance direction of the base material 40 and parallel or substantially parallel to the width direction of the base material 40. In FIG. 4, the head 31A is shown in a cross section parallel or substantially parallel to a central axis C, which will be described later. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the head unit 30 and the like in a cross section parallel or substantially parallel to the conveyance direction of the base material 40 and perpendicular or substantially perpendicular to the width direction of the base material 40. In FIG. 5, each of the heads 31A to 31E is shown in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to a central axis C, which will be described later.
図３乃至図５に示すように、ヘッド３１Ａは、ヘッド本体３１１と、８つのノズル３１２Ａ－３１２Ｈと、を備える。ヘッド本体３１１及びノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれは、導電性を有する材料（導電材料）から形成される。ヘッド本体３１１及びノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれは、原料液に対して耐性を有する材料から形成されることが好ましく、例えば、ステンレスから形成される。 As shown in FIGS. 3 to 5, the head 31A includes a head main body 311 and eight nozzles 312A to 312H. The head main body 311 and the nozzles 312A to 312H are each formed from a conductive material (conductive material). The head main body 311 and the nozzles 312A to 312H are each preferably made of a material that is resistant to the raw material liquid, for example, made of stainless steel.
ヘッド本体３１１は、中心軸Ｃを有し、中心軸Ｃに沿って延設される。中心軸Ｃは、基材４０の幅方向と平行又は略平行な軸である。本実施形態では、中心軸Ｃに対して垂直又は略垂直な断面におけるヘッド本体３１１の外形は、略正六角形に形成されている。ヘッド本体３１１の外周面は、中心軸Ｃの軸回りに沿って延設され、ヘッド本体３１１の外表面の一部を形成する。そして、ヘッド本体３１１の外周面は、中心軸Ｃに対して交差する（垂直又は略垂直な）方向について中心軸Ｃから離れる側を向く。 The head main body 311 has a central axis C and extends along the central axis C. The central axis C is an axis parallel or substantially parallel to the width direction of the base material 40. In this embodiment, the outer shape of the head main body 311 in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to the central axis C is formed into a substantially regular hexagonal shape. The outer circumferential surface of the head main body 311 extends around the central axis C and forms a part of the outer surface of the head main body 311. The outer circumferential surface of the head body 311 faces away from the central axis C in a direction (perpendicular or substantially perpendicular) intersecting the central axis C.
ヘッド本体３１１の内部には、中心軸Ｃに沿って収納空洞３１５が形成されている。収納空洞３１５には、不図示の送液機構から供給された原料液が溜められる。ヘッド本体３１１は、収納空洞３１５を内部空洞とする筒状に形成される。収納空洞３１５は、中心軸Ｃに沿う方向について、ヘッド本体３１１の全体又は大部分に渡って形成される。本実施形態では、中心軸Ｃに対して垂直又は略垂直な断面において、収納空洞３１５は略円形に形成されている。 A storage cavity 315 is formed inside the head body 311 along the central axis C. The storage cavity 315 stores a raw material liquid supplied from a liquid feeding mechanism (not shown). The head main body 311 is formed into a cylindrical shape with the storage cavity 315 as an internal cavity. The storage cavity 315 is formed over the entire head body 311 or most of the head body 311 in the direction along the central axis C. In this embodiment, the storage cavity 315 is formed into a substantially circular shape in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to the central axis C.
ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれは、ヘッド本体３１１の外周面に設けられる。ノズル３１２Ａ－３１２Ｈは、いずれも、中心軸Ｃに対して、垂直搬送路６４が位置する側に配置される。ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれは、対向する垂直搬送路６４に向かってヘッド本体３１１の外周面から外側へ突出している。ノズル３１２Ａ－３１２Ｈは、中心軸Ｃに沿う方向について互いに対して離れた状態で配置され、ジグザグ状に配置されている。ノズル３１２Ａ、３１２Ｈは、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのうち、中心軸Ｃに沿う方向において両端に位置する。 Each of the nozzles 312A-312H is provided on the outer circumferential surface of the head body 311. All of the nozzles 312A-312H are arranged on the side where the vertical transport path 64 is located with respect to the central axis C. Each of the nozzles 312A-312H protrudes outward from the outer circumferential surface of the head body 311 toward the opposing vertical transport path 64. The nozzles 312A-312H are arranged apart from each other in the direction along the central axis C, and are arranged in a zigzag pattern. Nozzles 312A and 312H are located at both ends of the nozzles 312A-312H in the direction along the central axis C.
ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれの内部には、収納空洞３１５と連通する流路が形成されている。また、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれには、外周側の端部に噴出口が形成されている。ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれの流路は、一端で収納空洞３１５に連通し、収納空洞３１５からヘッド本体３１１の外周側に向かって延設される。そして、流路の他端は、噴出口において外部に対して開口している。すなわち、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれでは、ヘッド本体３１１の外周面からの突出端に、流路の噴出口が形成されている。 A flow path communicating with the storage cavity 315 is formed inside each of the nozzles 312A-312H. Further, each of the nozzles 312A to 312H has an ejection port formed at an end on the outer peripheral side. Each of the flow paths of the nozzles 312A to 312H communicates with the storage cavity 315 at one end and extends from the storage cavity 315 toward the outer circumferential side of the head body 311. The other end of the flow path is open to the outside at the jet port. That is, in each of the nozzles 312A to 312H, an ejection port of a flow path is formed at an end protruding from the outer circumferential surface of the head main body 311.
ノズル３１２Ａ－３１２Ｈは、ヘッド本体３１１の中心軸Ｃの軸回り（ヘッド本体３１１の外周面の周方向）について異なる位置に配列された２つのノズル列３１３Ａ、３１３Ｂを形成する。ノズル列３１３Ａは、ノズル３１２Ａ－３１２Ｄによって形成される。ノズル３１２Ａ－３１２Ｄは、中心軸Ｃの軸回りについて、同一又は略同一の角度位置に配置される。ノズル３１２Ａ、３１２Ｄは、ノズル列３１３Ａのうち、中心軸Ｃに沿う方向について両端に位置する。ノズル列３１３Ｂは、ノズル３１２Ｅ－３１２Ｈによって形成される。ノズル３１２Ｅ－３１２Ｈは、中心軸Ｃの軸回りについて、ノズル３１２Ａ－３１２Ｄとは異なる角度位置において、同一又は略同一の角度位置に配置される。例えば、ノズル３１２Ａ－３１２Ｄは、中心軸Ｃの軸回りについて、ノズル３１２Ｅ－３１２Ｈに対して６０°程度離れた位置に配置される。ノズル３１２Ｅ、３１２Ｈは、ノズル列３１３Ｂのうち、中心軸Ｃに沿う方向について両端に位置する。ノズル列３１３Ａは、第１のノズル列に相当する。ノズル列３１３Ｂは、第２のノズル列に相当する。ノズル列３１３Ａ、３１３Ｂのそれぞれは、ノズル群と呼ばれてもよい。 The nozzles 312A to 312H form two nozzle rows 313A and 313B arranged at different positions around the central axis C of the head body 311 (in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the head body 311). Nozzle row 313A is formed by nozzles 312A-312D. The nozzles 312A-312D are arranged at the same or substantially the same angular position about the central axis C. The nozzles 312A and 312D are located at both ends of the nozzle row 313A in the direction along the central axis C. Nozzle row 313B is formed by nozzles 312E-312H. The nozzles 312E-312H are arranged around the central axis C at different angular positions than the nozzles 312A-312D, but at the same or substantially the same angular position. For example, the nozzles 312A-312D are arranged at positions about 60° apart from the nozzles 312E-312H around the central axis C. The nozzles 312E and 312H are located at both ends of the nozzle row 313B in the direction along the central axis C. The nozzle row 313A corresponds to a first nozzle row. Nozzle row 313B corresponds to a second nozzle row. Each of the nozzle rows 313A and 313B may be called a nozzle group.
このように、ヘッド本体３１１の外周面では、中心軸Ｃに沿う方向について、ノズル列３１３Ａを形成するノズルとノズル列３１３Ｂを形成するノズルが交互に配置される。例えば、ノズル列３１３Ａを形成するノズル３１２Ａとノズル３１２Ｂの間には、ノズル列３１３Ｂを形成するノズル３１２Ｅが配置されている。ノズル列３１３Ａとノズル列３１３Ｂは、中心軸Ｃの軸回りについて異なる位置に配列されているため、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈは、ヘッド本体３１１の外周面においてジグザグ状に配置されている。この構成により、基材４０に吐出された原料液が局所的に堆積することが防止される。 In this way, on the outer peripheral surface of the head main body 311, the nozzles forming the nozzle row 313A and the nozzles forming the nozzle row 313B are arranged alternately in the direction along the central axis C. For example, nozzles 312E forming nozzle row 313B are arranged between nozzles 312A and 312B forming nozzle row 313A. Since the nozzle row 313A and the nozzle row 313B are arranged at different positions around the central axis C, the nozzles 312A-312H are arranged in a zigzag pattern on the outer peripheral surface of the head body 311. This configuration prevents the raw material liquid discharged onto the base material 40 from being locally deposited.
電源２０は、ヘッド３１Ａと基材４０との間に電圧を印加する。ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれには、ヘッド本体３１１を介して、所定の極性の電圧が電源２０により印加される。また、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈは、互いに対して電気的に接続されている。このため、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれに電圧が印加された状態では、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈは、互いに対して同一又は略同一の電位になる。ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれに印加される電圧の極性は、プラスであってもよく、マイナスであってもよい。電源２０は、例えば、直流電源であり、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれにプラスの電圧を印加する。 The power supply 20 applies a voltage between the head 31A and the base material 40. A voltage of a predetermined polarity is applied by the power supply 20 to each of the nozzles 312A to 312H via the head main body 311. Further, nozzles 312A-312H are electrically connected to each other. Therefore, when a voltage is applied to each of the nozzles 312A-312H, the nozzles 312A-312H have the same or substantially the same potential with respect to each other. The polarity of the voltage applied to each of the nozzles 312A-312H may be positive or negative. The power supply 20 is, for example, a DC power supply, and applies a positive voltage to each of the nozzles 312A-312H.
基材４０は、接地されている。ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれにプラスの電圧が印加された状態において、基材４０の対地電圧は、０Ｖ又は略０Ｖになる。基材４０は、接地されていなくてもよい。この場合、電源２０は、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈとは反対の極性の電圧を基材４０に印加する。 The base material 40 is grounded. In a state where a positive voltage is applied to each of the nozzles 312A to 312H, the ground voltage of the base material 40 becomes 0V or approximately 0V. The base material 40 does not need to be grounded. In this case, power supply 20 applies a voltage of opposite polarity to substrate 40 than nozzles 312A-312H.
ヘッド３１Ａに原料液が供給された状態では、電源２０によってノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれと基材４０との間に電圧を印加することにより原料液にも電圧が印加され、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれの噴出口から基材４０に向かって原料液が噴出される。すなわち、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれと基材４０との間の電位差によって、電圧が印加された原料液が基材４０に向かって噴出される。ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれの噴出口から原料液が基材４０に向かって噴出されることにより、原料液の一部が基材４０の表面に堆積し、堆積した原料液により繊維の膜（ファイバー）が形成される。このようにして、エレクトロスピニング法（電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある）によって、繊維の膜が形成される。 When the raw material liquid is supplied to the head 31A, a voltage is applied to the raw material liquid by applying a voltage between each of the nozzles 312A to 312H and the base material 40 by the power supply 20, and the voltage is applied to each of the nozzles 312A to 312H. The raw material liquid is ejected toward the base material 40 from the ejection port. That is, due to the potential difference between each of the nozzles 312A to 312H and the base material 40, the raw material liquid to which a voltage is applied is ejected toward the base material 40. As the raw material liquid is ejected from each of the nozzles 312A to 312H toward the base material 40, a part of the raw material liquid is deposited on the surface of the base material 40, and the deposited raw material liquid forms a fiber film (fiber film). ) is formed. In this way, a film of fibers is formed by electrospinning (also referred to as electrospinning, charge-induced spinning, etc.).
なお、ヘッド３１Ａと基材４０との間に印加される電圧、すなわち、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれと基材４０との間の電位差は、原料液に含まれる高分子の種類及びノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれの基材４０に対する距離等に対応させて、適宜の大きさに調整される。ある一例では、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれと基材４０との間に、１０ｋＶ以上１００ｋＶ以下のいずれかの大きさの直流電圧が印加される。 Note that the voltage applied between the head 31A and the base material 40, that is, the potential difference between each of the nozzles 312A-312H and the base material 40, depends on the type of polymer contained in the raw material liquid and the nozzles 312A-312H. The size is adjusted to an appropriate size depending on the distance from each base material 40, etc. In one example, a DC voltage of 10 kV or more and 100 kV or less is applied between each of the nozzles 312A-312H and the base material 40.
電源２０は、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれに電圧を印加する構成であればよい。例えば、ヘッド本体３１１を介さずに、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれに電圧が印加されてもよい。この場合、電源２０と電気的に接続される端子がノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれに設けられる。そして、この端子を介して、ノズル３１２Ａ－３１２Ｈのそれぞれに電圧が印加される。この構成では、ヘッド本体３１１は導電材料ではない材料から形成されてもよい。 The power source 20 may be configured to apply a voltage to each of the nozzles 312A-312H. For example, voltage may be applied to each of the nozzles 312A-312H without going through the head body 311. In this case, each of the nozzles 312A-312H is provided with a terminal electrically connected to the power source 20. A voltage is applied to each of the nozzles 312A-312H via this terminal. In this configuration, head body 311 may be formed from a material that is not a conductive material.
また、ヘッドユニット３０が備えるヘッドの数は、５つに限るものではない。例えば、ヘッドユニット３０に設けられるヘッドの数は、２－４個のいずれかであってもよく、６個以上であってもよい。また、１つのヘッドに設けられるノズルの数は、特に限定されるものではない。ノズルは、１つのヘッドに１つ以上設けられていればよい。 The number of heads provided in the head unit 30 is not limited to five. For example, the number of heads provided in the head unit 30 may be any of two to four, or six or more. The number of nozzles provided in one head is not particularly limited. It is sufficient that one or more nozzles are provided in one head.
また、基材４０の表面上に繊維の膜を形成する例としては、例えば、電池のセパレータ一体型電極の製造が挙げられる。この例では、電極群の負極及び正極の一方が基材として用いられる。そして、基材４０の表面に形成される繊維の膜が、負極又は正極と一体のセパレータとなる。 Further, an example of forming a fiber film on the surface of the base material 40 includes, for example, manufacturing a separator-integrated electrode for a battery. In this example, one of the negative electrode and the positive electrode of the electrode group is used as the base material. Then, the fiber film formed on the surface of the base material 40 becomes a separator integrated with the negative electrode or the positive electrode.
制御デバイス（コントローラ）８０は、例えば、コンピュータ等である。制御デバイス８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むプロセッサ又は集積回路（制御回路）、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。制御デバイス８０は、集積回路等を１つのみ備えてもよく、集積回路等を複数備えてもよい。制御デバイス８０は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。制御デバイス８０は、上述の各種駆動源（例えば駆動源６２）の駆動、送液機構の作動、電源２０の出力等を制御する。 The control device (controller) 80 is, for example, a computer or the like. The control device 80 includes a processor or integrated circuit (control circuit) including a CPU (Central Processing Unit), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field Programmable Gate Array), and a storage medium such as a memory. The control device 80 may include only one integrated circuit or the like, or may include a plurality of integrated circuits or the like. The control device 80 performs processing by executing a program or the like stored in a storage medium or the like. The control device 80 controls the driving of the various driving sources described above (for example, the driving source 62), the operation of the liquid feeding mechanism, the output of the power source 20, and the like.
図１に示すように、ヘッドユニット３０には、一対の導電体７０Ａ、７０Ｂが取り付けられている。導電体７０Ａ、７０Ｂは、支持体５０に取り付けられることにより支持されている。導電体７０Ａ、７０Ｂは、制御体又は電場制御棒と呼ばれてもよい。 As shown in FIG. 1, a pair of conductors 70A and 70B are attached to the head unit 30. The conductors 70A and 70B are supported by being attached to the support body 50. The conductors 70A, 70B may be called control bodies or electric field control rods.
導電体７０Ａは、ヘッドユニット３０のヘッド３１Ａ－３１Ｅよりも上方に配置されている。導電体７０Ｂは、ヘッドユニット３０のヘッド３１Ａ－３１Ｅよりも下方に配置されている。したがって、導電体７０Ａ、７０Ｂは、鉛直方向についてヘッドユニット３０の両外側に配置される。すなわち、導電体７０Ａ、７０Ｂの一方は、ヘッドユニット３０において基材４０が搬送される側の端に配置され、導電体７０Ａ、７０Ｂの他方は、ヘッドユニット３０において基材４０が搬送される側とは反対側の端に配置される。 The conductor 70A is arranged above the heads 31A-31E of the head unit 30. The conductor 70B is arranged below the heads 31A-31E of the head unit 30. Therefore, the conductors 70A and 70B are arranged on both sides of the head unit 30 in the vertical direction. That is, one of the conductors 70A and 70B is arranged at the end of the head unit 30 on the side where the base material 40 is transported, and the other of the conductors 70A and 70B is arranged at the end of the head unit 30 on the side where the base material 40 is transported. placed at the opposite end.
導電体７０Ａ、７０Ｂは、金属等の導電性を有する材料（導電材料）から形成されている。導電体７０Ａ、７０Ｂは、ヘッドユニット３０のノズル３１２Ａ－３１２Ｈと同じ材料から形成されることが好ましい。 The conductors 70A and 70B are made of a conductive material such as metal. It is preferable that the conductors 70A and 70B are made of the same material as the nozzles 312A-312H of the head unit 30.
導電体７０Ａ、７０Ｂは、ヘッドユニット３０のヘッド３１Ａ－３１Ｅの延設方向（例えば中心軸Ｃ）に対して平行又は略平行な方向に沿って延設される。すなわち、導電体７０Ａ、７０Ｂは、基材４０の幅方向に沿って延設される。本実施形態では、導電体７０Ａ、７０Ｂは、基材４０の幅方向に沿って延びる棒状部材である。導電体７０Ａ、７０Ｂは、例えば、基材４０の幅方向に沿って延設される板状部材であってもよい。 The conductors 70A and 70B extend along a direction parallel or substantially parallel to the direction in which the heads 31A to 31E of the head unit 30 extend (for example, the central axis C). That is, the conductors 70A and 70B extend along the width direction of the base material 40. In this embodiment, the conductors 70A and 70B are rod-shaped members extending along the width direction of the base material 40. The conductors 70A and 70B may be, for example, plate-like members extending along the width direction of the base material 40.
延設方向における導電体７０Ａ、７０Ｂの長さは、例えば、延設方向（基材４０の幅方向）におけるヘッド本体３１１の長さ同じであってもよく、延設方向（基材４０の幅方向）におけるヘッド本体３１１の長さより短くてもよい。また、延設方向（基材４０の幅方向）における導電体７０Ａ、７０Ｂの長さは、原料液の飛翔経路を制御するために、延設方向（基材４０の幅方向）におけるヘッド本体３１１の長さより長くてもよい。 The length of the conductors 70A and 70B in the extending direction may be, for example, the same as the length of the head main body 311 in the extending direction (the width direction of the base material 40), or the length of the conductors 70A and 70B in the extending direction (the width direction of the base material 40) direction) may be shorter than the length of the head main body 311. Further, the length of the conductors 70A and 70B in the extending direction (width direction of the base material 40) is set so that the length of the conductors 70A and 70B is set to the length of the head body 311 in the extending direction (width direction of the base material 40) in order to control the flying path of the raw material liquid. It may be longer than the length of .
導電体７０Ａ、７０Ｂのそれぞれは、電源２０に電気的に接続している。電源２０は、導電体７０Ａ、７０Ｂのそれぞれに電圧を印加する。導電体７０Ａ、７０Ｂのそれぞれには、電源２０により、ヘッドユニット３０の各ノズルに印加される電圧と同極性の電圧が印加される。例えば、導電体７０Ａ、７０Ｂのそれぞれには、ヘッドユニット３０に印加される電圧と同じ値の電圧が印加される。導電体７０Ａ、７０Ｂに印加される電圧は、ヘッドユニット３０に印加される電圧よりも小さくてもよく、繊維の飛翔経路を制御するために、ヘッドユニット３０に印加される電圧よりも大きくしてもよい。 Each of the conductors 70A and 70B is electrically connected to the power source 20. The power supply 20 applies voltage to each of the conductors 70A and 70B. A voltage having the same polarity as the voltage applied to each nozzle of the head unit 30 is applied by the power source 20 to each of the conductors 70A and 70B. For example, the same voltage as the voltage applied to the head unit 30 is applied to each of the conductors 70A and 70B. The voltage applied to the conductors 70A, 70B may be lower than the voltage applied to the head unit 30, or may be higher than the voltage applied to the head unit 30 in order to control the flying path of the fibers. Good too.
本実施形態では、電源２０は、ヘッドユニット３０と導電体７０Ａ、７０Ｂの両方に電力を供給する。導電体７０Ａ、７０Ｂにヘッドユニット３０とは異なる電圧を印加する場合、ヘッドユニット３０に電力を供給する電源と導電体７０Ａ、７０Ｂに電力を供給する電源を別に設けてもよい。 In this embodiment, the power supply 20 supplies power to both the head unit 30 and the conductors 70A and 70B. When applying a voltage different from that to the head unit 30 to the conductors 70A and 70B, a power source that supplies power to the head unit 30 and a power source that supplies power to the conductors 70A and 70B may be provided separately.
図５では、導電体７０Ａ、７０Ｂとヘッドユニット３０の位置関係が示される。そして、図５では、基材４０の搬送方向に対して平行又は略平行で、かつ、基材４０の幅方向（ヘッド本体３１１の中心軸Ｃ及び導電体７０Ａ，７０Ｂの中心軸）に対して垂直又は略垂直な断面を示す図である。 Figure 5 shows the positional relationship between the conductors 70A and 70B and the head unit 30. Figure 5 also shows a cross section parallel or approximately parallel to the transport direction of the substrate 40 and perpendicular or approximately perpendicular to the width direction of the substrate 40 (the central axis C of the head body 311 and the central axes of the conductors 70A and 70B).
図５に示すように、ヘッド３１Ａ－３１Ｅのヘッド間ピッチｄ１は、例えば、１５０～３５０ｍｍの範囲の中の値である。ヘッド間ピッチｄ１は、ヘッド３１Ａ－３１Ｅのうち隣り合うヘッド間のヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向の距離であり、例えば、ヘッド３１Ａとヘッド３１Ｂとのヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向の距離である。 As shown in FIG. 5, the inter-head pitch d1 of the heads 31A to 31E is, for example, a value in the range of 150 to 350 mm. The inter-head pitch d1 is the distance between adjacent heads 31A-31E in the arrangement direction of the heads 31A-31E, for example, the distance between the heads 31A and 31B in the arrangement direction of the heads 31A-31E.
ヘッド３１Ａ－３１Ｅの両端から導電体７０Ａ、７０Ｂまでのヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向の距離ｄ２は、ヘッド間ピッチｄ１よりも小さい。すなわち、複数のヘッドのうち導電体との距離が最も近いヘッドと導電体とのヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向の距離は、ヘッド間のヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向の距離よりも小さい。例えば、導電体７０Ａとヘッド３１Ａとの距離ｄ２、及び、導電体７０Ｂとヘッド３１Ｅとの距離ｄ２は、ヘッド間ピッチｄ１よりも小さい。 The distance d2 from both ends of heads 31A-31E to conductors 70A and 70B in the arrangement direction of heads 31A-31E is smaller than the inter-head pitch d1. In other words, the distance between the head that is closest to the conductor among the multiple heads and the conductor in the arrangement direction of heads 31A-31E is smaller than the distance between the heads in the arrangement direction of heads 31A-31E. For example, the distance d2 between conductor 70A and head 31A, and the distance d2 between conductor 70B and head 31E are smaller than the inter-head pitch d1.
ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向に沿う断面、すなわち中心軸Ｃに対して垂直又は略垂直な断面において、導電体７０Ａ、７０Ｂの直径ｄ５は、ヘッド本体３１１の対角線の長さｄ３よりも小さい。このため、中心軸Ｃに対して垂直又は略垂直な断面における導電体７０Ａ、７０Ｂの断面積は、中心軸Ｃに対して垂直又は略垂直な断面における収納空洞３１５を含むヘッド本体３１１の断面積よりも小さい。すなわち、導電体７０Ａ、７０Ｂのそれぞれにおける外周面に囲まれた部分の、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向に沿う断面での断面積は、ヘッド本体３１１のそれぞれにおける外周面に囲まれた部分の、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向に沿う断面での断面積よりも小さい。 In a cross section along the arrangement direction of the heads 31A-31E, i.e., a cross section perpendicular or approximately perpendicular to the central axis C, the diameter d5 of the conductors 70A, 70B is smaller than the length d3 of the diagonal of the head body 311. Therefore, the cross-sectional area of the conductors 70A, 70B in a cross section perpendicular or approximately perpendicular to the central axis C is smaller than the cross-sectional area of the head body 311 including the storage cavity 315 in a cross section perpendicular or approximately perpendicular to the central axis C. In other words, the cross-sectional area of the portion surrounded by the outer peripheral surface of each of the conductors 70A, 70B in a cross section along the arrangement direction of the heads 31A-31E is smaller than the cross-sectional area of the portion surrounded by the outer peripheral surface of each of the head bodies 311 in a cross section along the arrangement direction of the heads 31A-31E.
また、中心軸Ｃに対して垂直又は略垂直な断面において、導電体７０Ａ、７０Ｂの直径ｄ５は、収納空洞３１５の直径ｄ４よりも大きい。 Further, in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to the central axis C, the diameter d5 of the conductors 70A and 70B is larger than the diameter d4 of the storage cavity 315.
このように、本実施形態では、導電体７０Ａ、７０Ｂの径は、収納空洞３１５の径よりも大きく、ヘッド本体３１１の外径よりも小さい。なお、導電体７０Ａ、７０Ｂの径は、収納空洞３１５の径よりも小さくてもよい。 Thus, in this embodiment, the diameters of the conductors 70A and 70B are larger than the diameter of the storage cavity 315 and smaller than the outer diameter of the head main body 311. Note that the diameters of the conductors 70A and 70B may be smaller than the diameter of the storage cavity 315.
次に、本実施形態の電界紡糸装置１０の動作及び効果について説明する。 Next, the operation and effects of the electrospinning apparatus 10 of this embodiment will be explained.
垂直搬送路６４を搬送される基材４０に繊維膜を形成する際には、まず、ヘッド３１Ａ－３１Ｅに原料液が供給された状態において、電源２０からヘッド３１Ａ－３１Ｅのそれぞれに電力が供給される。ヘッド３１Ａ－３１Ｅのそれぞれでは、ノズル３１２Ａ―３１２Ｈのそれぞれと基材４０との間に所定の電圧が印加される。ヘッド３１Ａ－３１Ｅのそれぞれでは、ノズル３１２Ａ―３１２Ｈに電圧が印加されることにより、ノズル３１２Ａ―３１２Ｈの噴出口の近傍に電場が発生する。このとき、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの近傍の電場は、周辺に配置されたノズルで発生する電場の影響を受ける。 When forming a fiber film on the base material 40 conveyed through the vertical conveyance path 64, first, in a state where the raw material liquid is supplied to the heads 31A-31E, power is supplied from the power source 20 to each of the heads 31A-31E. be done. In each of the heads 31A-31E, a predetermined voltage is applied between each of the nozzles 312A-312H and the base material 40. In each of the heads 31A-31E, by applying a voltage to the nozzles 312A-312H, an electric field is generated near the ejection ports of the nozzles 312A-312H. At this time, the electric field near the heads 31A to 31E is influenced by the electric field generated by the nozzles arranged around them.
例えば、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向（鉛直方向）において両端のヘッド３１Ａ、３１Ｅの間に位置するヘッド３１Ｂ－３１Ｄの近傍における電場は、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向について両側に隣り合う２つのヘッド（ヘッド３１Ａ－３１Ｅのうちいずれか２つ）で発生する電場の影響を受ける。例えば、ヘッド３１Ｂのノズル３１２Ａは、延設方向（中心軸Ｃに沿う方向）について、ヘッド３１Ａのノズル３１２Ａ及びヘッド３１Ｃのノズル３１２Ａに対してずれていない。そして、ヘッド３１Ｂのノズル３１２Ａは、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向について、ヘッド３１Ａのノズル３１２Ａ及びヘッド３１Ｃのノズル３１２Ａのそれぞれと隣り合っている。このため、ヘッド３１Ｂのノズル３１２Ａの近傍における電場は、ヘッド３１Ａのノズル３１２Ａで発生する電場と、ヘッド３１Ｃのノズル３１２Ａで発生する電場の影響を受ける。 For example, the electric field in the vicinity of heads 31B-31D, which are located between heads 31A and 31E at both ends in the arrangement direction (vertical direction) of heads 31A-31E, is affected by the electric fields generated by the two adjacent heads (any two of heads 31A-31E) on both sides in the arrangement direction of heads 31A-31E. For example, nozzle 312A of head 31B is not shifted relative to nozzle 312A of head 31A and nozzle 312A of head 31C in the extension direction (direction along central axis C). And nozzle 312A of head 31B is adjacent to nozzle 312A of head 31A and nozzle 312A of head 31C, respectively, in the arrangement direction of heads 31A-31E. Therefore, the electric field in the vicinity of nozzle 312A of head 31B is affected by the electric field generated in nozzle 312A of head 31A and the electric field generated in nozzle 312A of head 31C.
一方、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向において端に位置するヘッド３１Ａ、３１Ｅの近傍における電場は、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向について片側に隣り合う１つのヘッド（ヘッド３１Ｂ又はヘッド３１Ｄ）で発生する電場の影響を受ける。例えば、ヘッド３１Ｅのノズル３１２Ｆは、延設方向（中心軸Ｃに沿う方向）について、ヘッド３１Ｄのノズル３１２Ｆに対してずれていない。そして、ヘッド３１Ｅのノズル３１２Ｆは、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向について、ヘッド３１Ｄのノズル３１２Ｆと隣り合っている。このため、ヘッド３１Ｅのノズル３１２Ｆの近傍における電場は、ヘッド３１Ｄのノズル３１２Ｆで発生する電場の影響を受ける。 On the other hand, the electric field near the heads 31A and 31E located at the ends in the arrangement direction of the heads 31A-31E is the electric field generated in one head (head 31B or head 31D) adjacent to one side in the arrangement direction of the heads 31A-31E. be influenced by. For example, the nozzle 312F of the head 31E is not displaced from the nozzle 312F of the head 31D in the extension direction (direction along the central axis C). The nozzles 312F of the head 31E are adjacent to the nozzles 312F of the head 31D in the arrangement direction of the heads 31A-31E. Therefore, the electric field near the nozzle 312F of the head 31E is affected by the electric field generated at the nozzle 312F of the head 31D.
このため、隣り合うヘッドの数の違いに起因して、ヘッドユニット３０の両端に配置されるヘッド（例えばヘッド３１Ａ、３１Ｅ）と、ヘッドユニット３０の中央に配置されるヘッド（例えばヘッド３１Ｂ－３１Ｄ）との間において、電界強度のバラツキが生じる可能性がある。 For this reason, due to the difference in the number of adjacent heads, the heads located at both ends of the head unit 30 (for example, heads 31A, 31E) and the heads located at the center of the head unit 30 (for example, heads 31B-31D) ), there is a possibility that variations in electric field strength may occur.
本実施形態では、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向についてヘッド３１Ａ－３１Ｅの両外側には、導電体７０Ａ、７０Ｂが配置され、導電体７０Ａ、７０Ｂには、各ヘッド３１Ａ－３１Ｅに印加される電圧と同極の電圧が印加される。導電体７０Ａ、７０Ｂのそれぞれの近傍では、電圧が印加されることにより、電場が発生する。このため、ヘッドユニット３０の両端に配置されるヘッド（例えばヘッド３１Ａ、３１Ｅ）の近傍における電場は、ヘッド３１Ａ－３１Ｅの配列方向について片側に隣り合う１つのヘッド（ヘッド３１Ｂ又はヘッド３１Ｄ）で発生する電場の影響に加えて、隣り合う導電体（導電体７０Ａ又は導電体７０Ｂ）で発生する電場の影響を受ける。このため、ヘッドユニット３０の両端に配置されるヘッド（例えばヘッド３１Ａ、３１Ｅ）と、ヘッドユニット３０の中央に配置されるヘッド（例えばヘッド３１Ｂ－３１Ｄ）との間において、電界強度の差が抑制される。ヘッドユニット３０においてヘッド３１Ａ－３１Ｅ間の電界強度のバラツキが抑制されることにより、ヘッドユニット３０と基材４０との間の電位差による原料液の飛翔が均一になり、基材４０に形成される繊維膜を均一に成膜することができる。この効果は、特に、ヘッドユニット３０に３つ以上のヘッドが配列される構成に対して有効に作用する。 In this embodiment, conductors 70A and 70B are arranged on both outsides of heads 31A-31E in the arrangement direction of heads 31A-31E, and a voltage of the same polarity as the voltage applied to each head 31A-31E is applied to conductors 70A and 70B. An electric field is generated in the vicinity of each of conductors 70A and 70B by applying a voltage. Therefore, the electric field in the vicinity of the heads (e.g., heads 31A and 31E) arranged at both ends of the head unit 30 is influenced by the electric field generated by the adjacent conductor (conductor 70A or conductor 70B) in addition to the influence of the electric field generated by one head (head 31B or head 31D) adjacent to one side in the arrangement direction of heads 31A-31E. Therefore, the difference in electric field strength is suppressed between the heads (e.g., heads 31A and 31E) arranged at both ends of the head unit 30 and the heads (e.g., heads 31B-31D) arranged in the center of the head unit 30. By suppressing the variation in electric field strength between heads 31A-31E in head unit 30, the flying of the raw material liquid due to the potential difference between head unit 30 and substrate 40 becomes uniform, and the fiber film formed on substrate 40 can be formed uniformly. This effect is particularly effective in a configuration in which three or more heads are arranged in head unit 30.
また、ヘッドユニット３０から吐出される繊維は、垂直搬送路６４を搬送される基材４０方向へ飛翔するとともに、鉛直方向について基材４０に向かう方向以外の方向へも飛翔しようとする。本実施形態では、導電体７０Ａ、７０Ｂの周辺で電場が発生することにより、各ヘッド３１Ａ－３１Ｅの各ノズル３１２Ａ－３１２Ｈから吐出される繊維の飛翔経路の鉛直方向の広がりが抑制される。例えば、垂直搬送路６４よりも下方に設けられるローラ６１への繊維の飛翔が抑制されるとともに、垂直搬送路６４よりも上方に設けられる壁面（例えば天井）への繊維の飛翔が抑制される。したがって、導電体７０Ａ、７０Ｂが設けられることにより、ローラ６１への繊維の付着と、壁面への繊維の付着が抑制されることにより、原料液の吐出量を正確に制御できる。このため、基材４０に形成される繊維の膜厚のムラが抑制されるとともに、原料液の損失を少なくすることができる。 Furthermore, the fibers discharged from the head unit 30 fly in the direction of the base material 40 being transported along the vertical transport path 64, and also try to fly in directions other than the direction toward the base material 40 in the vertical direction. In this embodiment, by generating an electric field around the conductors 70A and 70B, the vertical spread of the flying path of the fibers discharged from the nozzles 312A-312H of the heads 31A-31E is suppressed. For example, the flying of fibers to the rollers 61 provided below the vertical transport path 64 is suppressed, and the flying of fibers to a wall surface (for example, the ceiling) provided above the vertical transport path 64 is suppressed. Therefore, by providing the conductors 70A and 70B, the adhesion of fibers to the roller 61 and the adhesion of fibers to the wall surface are suppressed, so that the discharge amount of the raw material liquid can be accurately controlled. Therefore, unevenness in the thickness of the fibers formed on the base material 40 can be suppressed, and loss of the raw material liquid can be reduced.
また、導電体７０Ａ、７０Ｂの直径ｄ５は、中心軸Ｃに対して垂直又は略垂直な断面におけるヘッド本体３１１の対角線の長さｄ３よりも小さい。すなわち、導電体７０Ａ、７０Ｂの外径は、ヘッド本体３１１の外径よりも小さい。このため、各ヘッド３１Ａ－３１Ｅと導電体７０Ａ、７０Ｂとに同じ電圧を印加する場合、ヘッドユニット３０の両端のヘッド３１Ａ、３１Ｅから導電体７０Ａ、７０Ｂまでの距離ｄ２を、ヘッド間ピッチｄ１よりも小さくすることができる。ヘッドユニット３０の両端のヘッド３１Ａ、３１Ｅから導電体７０Ａ、７０Ｂまでの距離ｄ２が小さくなることにより、基材４０の搬送方向における、導電体７０Ａ、７０Ｂとヘッドユニット３０とを含む部分の長さを小さくすることができる。これにより、ヘッドユニット３０におけるヘッド３１Ａ－３１Ｅ間の電界強度のバラツキを抑制し、かつ、装置の小型化を実現することができる。 Further, the diameter d5 of the conductors 70A and 70B is smaller than the length d3 of a diagonal line of the head body 311 in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to the central axis C. That is, the outer diameters of the conductors 70A and 70B are smaller than the outer diameter of the head main body 311. Therefore, when applying the same voltage to each head 31A-31E and the conductors 70A, 70B, the distance d2 from the heads 31A, 31E at both ends of the head unit 30 to the conductors 70A, 70B is smaller than the pitch d1 between the heads. can also be made smaller. By decreasing the distance d2 from the heads 31A, 31E at both ends of the head unit 30 to the conductors 70A, 70B, the length of the portion including the conductors 70A, 70B and the head unit 30 in the transport direction of the base material 40 is reduced. can be made smaller. Thereby, it is possible to suppress variations in electric field strength between the heads 31A to 31E in the head unit 30, and to realize miniaturization of the apparatus.
また、本実施形態では、ヘッドユニット３０の各ヘッド３１Ａ－３１Ｅには、中心軸Ｃに沿う方向について、２つのノズル列３１３Ａ、３１３Ｂを形成するノズルが交互に配置されている。この場合、ノズル列３１３Ａの一方側の端部に配置されるノズルとノズル列３１３Ｂにおいて同じ側の端部に配置されるノズルとの間において、周囲に生じる電場の違いにより、ノズル周辺の電界強度のバラツキが生じる可能性がある。例えば、ノズル列３１３Ｂの一端に配置されるノズル３１２Ｅの周辺には、ノズル３１２Ｄと、ノズル３１２Ａと、ノズル３１２Ｂとの３つのノズルが配置されている。一方、ノズル列３１３Ａの一端に配置されるノズル３１２Ａの周辺には、ノズル３１２Ｂとノズル３１２Ｅとの２つのノズルが配置されている。このため、周辺に配置されるノズルの数の違いに起因して、ノズル列３１３Ａとノズル列３１３Ｂとの間において、同一側の端部に配置されるノズルの周辺の電場強度のバラツキが生じる可能性がある。前述のように、本実施形態では、導電体７０Ａ、７０Ｂが設けられることにより、ヘッド３１Ａ－３１Ｅ間の電界強度のバラツキが抑制される。ヘッド３１Ａ－３１Ｅ間の電界強度のバラツキが抑制されることにより、同一のヘッド（例えば３１Ａ）において同一側の端部に配置されるノズル（例えば３１２Ａ及び３１２Ｅ）の周辺の電場強度のバラツキも抑制することができる。 Further, in this embodiment, in each of the heads 31A to 31E of the head unit 30, nozzles forming two nozzle rows 313A and 313B are arranged alternately in the direction along the central axis C. In this case, the electric field strength around the nozzles is increased due to the difference in the electric field generated around the nozzles arranged at one end of the nozzle row 313A and the nozzles arranged at the same end of the nozzle row 313B. Variations may occur. For example, three nozzles, a nozzle 312D, a nozzle 312A, and a nozzle 312B, are arranged around the nozzle 312E arranged at one end of the nozzle row 313B. On the other hand, two nozzles, a nozzle 312B and a nozzle 312E, are arranged around the nozzle 312A arranged at one end of the nozzle row 313A. Therefore, due to the difference in the number of nozzles arranged around the nozzle rows 313A and 313B, variations in the electric field strength around the nozzles arranged at the end of the same side may occur. There is sex. As described above, in this embodiment, by providing the conductors 70A and 70B, variations in electric field strength between the heads 31A to 31E are suppressed. By suppressing variations in the electric field strength between the heads 31A-31E, variations in the electric field strength around the nozzles (for example, 312A and 312E) arranged at the ends of the same side of the same head (for example, 31A) are also suppressed. can do.
なお、本実施形態では、基材４０の搬送方向についてヘッドユニット３０の両外側のそれぞれに導電体が配置されているが、導電体は、ヘッドユニット３０の基材４０の搬送方向についてヘッドユニット３０の一方側のみに設けられてもよい。 Note that in this embodiment, the conductors are arranged on both sides of the head unit 30 in the direction of conveyance of the base material 40; may be provided only on one side.
これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例によれば、電界紡糸装置は、ヘッドユニットの両外側に配置され電圧が印加されることにより電場を発生させる一対の導電体を備える。これにより、形成される繊維膜の品質を向上させる電界紡糸装置を提供することができる。 According to at least one of these embodiments or examples, the electrospinning device includes a pair of conductors disposed on both sides of the head unit and generating an electric field when a voltage is applied thereto. Thereby, it is possible to provide an electrospinning apparatus that improves the quality of the formed fiber membrane.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
１０…電界紡糸装置、１１…入口、１２…出口、１３…筐体、２０…電源、３０…ヘッドユニット、３１Ａ－３１Ｅヘッド、３１１…ヘッド本体、３１２Ａ－３１２Ｈ…ノズル、３１３Ａ、３１３Ｂ…ノズル列、３１５…収納空洞、４０…基材、４１…巻出しリール、４２…巻取りリール、５０…支持体、６０…搬送デバイス、６１…ローラ、６２…駆動源、６３…水平搬送路、６４…垂直搬送路、７０Ａ、７０Ｂ…導電体、８０…制御デバイス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Electrospinning device, 11... Inlet, 12... Outlet, 13... Housing, 20... Power supply, 30... Head unit, 31A-31E head, 311... Head main body, 312A-312H... Nozzle, 313A, 313B... Nozzle row , 315... Storage cavity, 40... Base material, 41... Unwinding reel, 42... Winding reel, 50... Support body, 60... Conveyance device, 61... Roller, 62... Drive source, 63... Horizontal conveyance path, 64... Vertical conveyance path, 70A, 70B... conductor, 80... control device.
Claims (5)
前記ヘッドの配列方向について前記ヘッドユニットの両外側に配置され、導電性を有する材料から形成され、前記ヘッドに印加される電圧と同極性で、かつ、略同じ大きさの電圧が印加されることにより電場を発生させる一対の導電体と、を備え、
前記ヘッドの配列方向に沿う断面での前記導電体のそれぞれの断面積は、前記ヘッドの配列方向に沿う断面での前記ヘッド本体のそれぞれの断面積よりも小さく、
前記複数のヘッドのうち前記導電体との距離が最も近いヘッドと前記導電体との前記ヘッドの配列方向の距離は、前記複数のヘッド間の前記ヘッドの配列方向の距離よりも小さい、
電界紡糸装置。 A head body having a storage cavity formed therein capable of housing a raw material liquid, and a nozzle made of a conductive material and protruding outward from an outer peripheral surface of the head body, and a voltage is applied to the nozzle. a head unit having a plurality of heads arranged so that the raw material liquid is discharged from the nozzle;
Disposed on both outer sides of the head unit in the arrangement direction of the heads, made of a conductive material, and applied with a voltage having the same polarity and substantially the same magnitude as the voltage applied to the head. a pair of conductors that generate an electric field,
A cross-sectional area of each of the conductors in a cross-section along the direction in which the heads are arranged is smaller than a cross-sectional area of each of the head bodies in a cross-section along the direction in which the heads are arranged;
A distance between the head closest to the conductor among the plurality of heads and the conductor in the arrangement direction of the heads is smaller than a distance between the plurality of heads in the arrangement direction of the heads.
Electrospinning device.
前記第１のノズル列を形成する前記ノズルと前記第２のノズル列を形成する前記ノズルとは、前記ヘッド本体の前記中心軸に沿う方向について交互に配置されている、
請求項１の電界紡糸装置。 Each of the heads includes a first nozzle row including a plurality of nozzles arranged along the central axis of the head main body, and a first nozzle row arranged around the central axis of the head main body. a second nozzle row including a plurality of the nozzles arranged along the central axis of the head main body at different positions;
The nozzles forming the first nozzle row and the nozzles forming the second nozzle row are arranged alternately in a direction along the central axis of the head main body.
The electrospinning apparatus according to claim 1 .
前記ヘッド本体の中心軸は、前記基材の搬送方向に交差する方向に沿い、
前記複数のヘッドは、前記基材の搬送方向に沿って配列されている、
請求項１又は２のいずれかの電界紡糸装置。 In each of the heads, the nozzle protrudes from the head main body toward the base material and discharges the raw material liquid toward the base material,
The central axis of the head main body is along a direction intersecting the conveyance direction of the base material,
The plurality of heads are arranged along the conveyance direction of the base material,
An electrospinning apparatus according to claim 1 or 2 .
前記複数のヘッドは、鉛直方向に沿って配列されている、
請求項３の電界紡糸装置。 The head unit is provided facing a conveyance path that conveys the base material along the vertical direction,
The plurality of heads are arranged along the vertical direction.
The electrospinning apparatus according to claim 3 .
前記収納空洞に収納された前記原料液に電圧を印加することにより、前記原料液を前記ノズルのそれぞれから吐出することと、
前記ヘッドの配列方向について前記ヘッドユニットの両外側に配置され、それぞれが前記ヘッド本体のそれぞれの前記ヘッドの配列方向の断面積よりも小さな断面積を有する一対の導電体に前記原料液に印加される電圧と同極性で、かつ、略同じ大きさの電圧を印加することと、
を有し、
前記複数のヘッドのうち前記導電体との距離が最も近いヘッドと前記導電体との前記ヘッドの配列方向の距離は、前記複数のヘッド間の前記ヘッドの配列方向の距離よりも小さい、
電界紡糸方法。 preparing a head unit in which a plurality of heads are arranged, each of which includes a head main body having a storage cavity formed therein for storing a raw material liquid, and a conductive nozzle protruding outward from an outer circumferential surface of the head main body;
Discharging the raw material liquid from each of the nozzles by applying a voltage to the raw material liquid stored in the storage cavity;
The raw material liquid is applied to a pair of conductors arranged on both sides of the head unit in the direction in which the heads are arranged, each having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of each of the head bodies in the direction in which the heads are arranged. applying a voltage of the same polarity and approximately the same magnitude as the voltage applied to the
has
A distance between the head closest to the conductor among the plurality of heads and the conductor in the head arrangement direction is smaller than a distance between the plurality of heads in the head arrangement direction.
Electrospinning method.
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