WO2016147753A1 - ナノファイバ製造装置用ノズルヘッド、及び、これを備えたナノファイバ製造装置 - Google Patents

ナノファイバ製造装置用ノズルヘッド、及び、これを備えたナノファイバ製造装置 Download PDF

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WO2016147753A1
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center
nozzle
interval
nozzle head
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中川　泰忠
具道 中
育生 植松
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株式会社 東芝
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
    • D01D4/02—Spinnerettes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/30—Extrusion nozzles or dies
    • B29C48/345—Extrusion nozzles comprising two or more adjacently arranged ports, for simultaneously extruding multiple strands, e.g. for pelletising
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01D13/00—Complete machines for producing artificial threads
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2509/00—Medical; Hygiene

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a nozzle head for a nanofiber manufacturing apparatus, and a nanofiber manufacturing apparatus including the same.
  • a nanofiber manufacturing device As a device for manufacturing a fiber material having a nano-unit diameter, a nanofiber manufacturing device is used in a wide field such as the medical field. Electrospinning technology is widely used in nanofiber manufacturing equipment.
  • Electrospinning technology is a technology in which a raw material liquid in which a polymer substance or the like is dissolved is charged and the work is discharged, and the raw material liquid is discharged toward the work by a potential difference between the raw material liquid and the work. Nanofibers are manufactured by electrically stretching the raw material liquid. In such a nanofiber manufacturing apparatus, it is desired to improve productivity.
  • Embodiments of the present invention provide a nozzle head for a nanofiber manufacturing apparatus with improved productivity and a nanofiber manufacturing apparatus including the nozzle head.
  • a nozzle head for a nanofiber manufacturing apparatus having a plurality of holes.
  • the plurality of holes discharge a raw material liquid.
  • the plurality of holes are arranged from the center of the nozzle head toward the end. The distance between adjacent holes decreases as the distance from the center increases.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams for explaining the arrangement of nozzle holes. It is a graph which shows the relationship between the space
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating a nanofiber manufacturing apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the nozzle head according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a front view of the nozzle head 50 as viewed from the side from which the raw material liquid is discharged.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 100 includes a power supply unit 10, a control unit 20, and a discharge unit 30.
  • the direction of the arrow in FIG. 1 indicates the direction in which the discharge unit 30 discharges the raw material liquid.
  • the nanofiber manufacturing apparatus 100 forms a nanofiber N on the deposition target member 40 by discharging a raw material liquid in which a polymer substance or the like is dissolved from the discharge unit 30 and electrically extending the discharge liquid in the space. To do.
  • the nanofiber N having a shape such as a smooth surface, a porous surface, a bead shape, a core-sheath shape, a hollow shape, and an ultrafine fiber is deposited on the deposition target member 40 by the nanofiber manufacturing apparatus 100 of the present embodiment.
  • the power supply unit 10 is a power supply device that applies a high voltage between the discharge unit 30 and the deposition target member 40.
  • the power supply unit 10 is a power supply device using a DC power supply, for example.
  • one terminal of the power supply unit 10 is electrically connected to the discharge unit 30, and the other terminal of the power supply unit 10 is grounded. Further, one end of the member to be deposited 40 is grounded. With such connection, a potential difference can be generated between the ejection unit 30 and the deposition target member 40.
  • the control unit 20 controls the operation of the power supply unit 10 and the discharge unit 30.
  • the control unit 20 is electrically connected to the power supply unit 10 and the discharge unit 30.
  • the control unit 20 controls the power supply unit 10 so as to determine a voltage value applied to the discharge liquid.
  • the control unit 20 controls the discharge unit 30 so as to determine the amount of the discharge liquid.
  • the control unit 20 is, for example, a computer including a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
  • the discharge unit 30 is, for example, a nozzle that discharges a raw material liquid that is a material for forming the nanofibers N.
  • the discharge unit 30 includes a tip portion 31 and a main body portion 32.
  • the raw material liquid is discharged from the tip portion 31.
  • the tip portion 31 is detachably connected to the main body portion 32.
  • the tip portion 31 is a nozzle head 50.
  • the nozzle head 50 has a rectangular shape when projected onto a plane perpendicular to the direction from the discharge unit 30 toward the deposition target member 40.
  • the shape of the nozzle head 50 in a sectional view may have a shape such as a substantially circular shape or a substantially elliptical shape.
  • the nozzle head 50 has a plurality of nozzle holes 51 (holes) for discharging the raw material liquid at the tip thereof.
  • the nozzle holes 51 are arranged side by side along the longitudinal direction of the nozzle head 50.
  • the nozzle holes 51 may be arranged side by side along the short direction.
  • the nozzle holes 51 can be arranged on a straight line along an arbitrary direction regardless of the sectional shape of the nozzle head 50.
  • the nozzle hole 51 may be arrange
  • the nozzle holes 51 may not be arranged on a straight line as long as the interval between the adjacent nozzle holes 51 can be maintained.
  • the nozzle holes 51 can be arranged from the center 50c of the nozzle head 50 toward the end 50t so as to maintain the interval between the adjacent nozzle holes 51.
  • the interval between the nozzle holes 51 and the position of the nozzle holes 51 will be described in detail later.
  • the raw material liquid is stored in a tank or the like provided separately from the discharge unit 30, and is supplied from the tank to the discharge unit 30 via a pipe. That is, the nanofiber manufacturing apparatus 100 may be provided with a supply unit that supplies the raw material liquid to the discharge unit 30.
  • a plurality of ejection units 30 may be provided. The plurality of ejection units 30 can be arranged along a straight line along an arbitrary direction.
  • the raw material liquid is a liquid in which a solute serving as a base material of the nanofiber N is dispersed or dissolved in a solvent, and is a liquid that is appropriately adjusted depending on the material of the nanofiber N, the properties of the nanofiber N, and the like.
  • a resin is a solute that is dispersed or dissolved in a raw material liquid.
  • a solvent used for the raw material liquid there is a volatile organic solvent.
  • An inorganic solid material may be added to the raw material liquid.
  • the deposition target member 40 collects and collects the manufactured nanofibers N in a space formed between the ejection unit 30 and the deposition target member 40.
  • the deposition member 40 is a substrate.
  • the member to be deposited 40 may be a sheet-like member.
  • the nanofibers N may be deposited and collected in a state where the member to be deposited 40 is wound around a roll or the like.
  • a target can be provided to face the second surface 40b of the member to be deposited 40 in order to deposit the nanofibers N on the sheet-like member. In such a case, the power supply unit 10 can generate a potential difference between the ejection unit 30 and the target.
  • the member 40 to be deposited has a first surface 40a and a second surface 40b.
  • the first surface 40a is a surface opposite to the second surface 40b.
  • the nanofiber N is deposited on the first surface 40 a of the deposition target member 40.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams for explaining the arrangement of nozzle holes.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the nozzle hole interval and the nozzle hole interval number.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a reference example of a nanofiber formed between a nozzle and a base material.
  • 3A and 3B are front views of the nozzle head 50 as viewed from the side from which the raw material liquid is discharged.
  • nozzle holes 51 when a plurality of nozzle holes 51 are arranged symmetrically with respect to the center 50c of the nozzle head 50 and the number of nozzle holes 51 provided in the nozzle head 50 is an even number, they are adjacent to each other.
  • the interval between the nozzle holes 51 decreases as the distance from the center 50c increases.
  • the center 50c of the nozzle head 50 corresponds to the center of a straight line when the plurality of nozzle holes 51 are arranged on a straight line.
  • the nozzle holes 51 are not arranged at the center 50c.
  • nozzle holes 51 are provided in the nozzle head 50, and the interval between adjacent nozzle holes 51a across the center 50c of the nozzle head 50 is P1. Further, the interval between the nozzle hole 51a and the nozzle hole 51b arranged away from the center 50c from the nozzle hole 51a is P2, and the nozzle hole 51c arranged away from the center 50c from the nozzle hole 51b. The interval between and is P3. In such a case, the plurality of nozzle holes 51 are arranged so that the interval P2 is smaller than the interval P1 and the interval P3 is smaller than the interval P2. That is, as the distance from the center 50c increases, the interval between adjacent nozzle holes 51 is reduced.
  • 2n nozzles 51 (where n is a positive integer) are provided in the nozzle head 50, and when the interval between adjacent nozzle holes 51 across the center 50c of the nozzle head 50 is P1, the center 50c
  • the interval between adjacent nozzle holes that are arranged farthest away is represented by Pn.
  • the interval between the nozzle holes 51 is represented by P1, P2, P3 to Pn-1, and Pn.
  • the interval P1 is the largest and the interval Pn is the smallest. That is, as the distance from the center 50c increases, the interval between adjacent nozzle holes 51 decreases. It becomes smaller from P1 to Pn.
  • the plurality of nozzle holes 51 are arranged symmetrically with respect to the center 50c of the nozzle head 50 and the number of nozzle holes 51 provided in the nozzle head 50 is an odd number, they are adjacent to each other.
  • the interval between the nozzle holes 51 decreases as the distance from the center 50c increases.
  • the nozzle holes 51 are arranged at the center 50c.
  • nozzle holes 51 are provided in the nozzle head 50, and the interval between the nozzle hole 51a arranged at the center 50c of the nozzle head 50 and the nozzle hole 51b arranged farther from the center 50c than the nozzle hole 51a is set.
  • P1 the interval between the nozzle hole 51b and the nozzle hole 51c arranged away from the center 50c from the nozzle hole 51b is P2, and the nozzle hole 51d arranged away from the center 50c from the nozzle hole 51c.
  • the interval between and is P3.
  • the plurality of nozzle holes 51 are arranged so that the interval P2 is smaller than the interval P1 and the interval P3 is smaller than the interval P2. That is, as the distance from the center 50c increases, the interval between adjacent nozzle holes 51 is reduced.
  • nozzle holes 51 (where n is a positive integer) are provided in the nozzle head 50, the nozzle holes 51 disposed at the center 50c of the nozzle head 50, and the nozzle holes 51 disposed at the center 50c.
  • the interval between the nozzle holes 51 farther away from the center 50c and P1 is P1
  • the spacing between adjacent nozzle holes farthest away from the center 50c is represented by Pn.
  • the interval between the nozzle holes 51 is represented by P1, P2, P3 to Pn-1, and Pn.
  • the interval P1 is the largest and the interval Pn is the smallest. That is, as the distance from the center 50c increases, the interval between adjacent nozzle holes 51 decreases. It becomes smaller from P1 to Pn.
  • the distance between adjacent nozzle holes 51 decreases as the distance from the center 50c of the nozzle head 50 increases, regardless of whether the number of nozzle holes 51 is even or odd.
  • the nozzle holes 51 are arranged in the nozzle head 50. The distance between adjacent nozzle holes 51 decreases from the center of the nozzle head 50 toward the end. Further, since the plurality of nozzle holes 51 are arranged symmetrically with respect to the center 50c of the nozzle head 50, the interval between the nozzle holes 51 is provided so as to be symmetric with respect to the center 50c. With such an arrangement of the nozzle holes 51, the nanofibers N can be uniformly deposited on the deposition target member 40.
  • P1 is 31.0 millimeters and P2 is 30.9 millimeters
  • P3 is set to 29.7 millimeters
  • P4 is set to 26.2 millimeters
  • P5 is set to 21.1 millimeters
  • P6 is set to 16.6 millimeters.
  • the interval between the nozzle holes 51 is set as described above, the interval between the center Nc of the fiber trajectory in the deposition target member 40 of the nanofiber N deposited from each nozzle hole 51 to the deposition target member 40 is almost uniform as 33.3 millimeters. become.
  • the interval between the nanofibers N is calculated by the interval between the center positions of the nanofibers N deposited on the deposition target member 40 from the nozzle holes 51.
  • P1 is 22.66 millimeters and P2 is 22.66 millimeters.
  • P3 is set to 22.5 millimeters
  • P4 is set to 21.5 millimeters
  • P5 is set to 19.4 millimeters
  • P6 is set to 16.7 millimeters
  • P7 is set to 14.1 millimeters
  • P8 is set to 11.8 millimeters.
  • the interval between the nozzle holes 51 is set as described above, the interval between the centers Nc of the fiber trajectories in the deposition target member 40 of the nanofibers N deposited from the respective nozzle holes 51 to the deposition target member 40 is substantially uniform as 24.4 millimeters. become.
  • P1 is 28.3 millimeters and P2 is 28.2 millimeters.
  • P3 is set to 26.5 millimeters
  • P4 is set to 23.1 millimeters
  • P5 is set to 18.8 millimeters
  • P6 is set to 15.1 millimeters.
  • the interval between the nozzle holes 51 is set as described above, the interval between the center Nc of the fiber track in the deposition target member 40 of the nanofiber N deposited from each nozzle hole 51 to the deposition target member 40 is almost uniform as 30.5 mm. become.
  • P1 is 24.3 millimeters and P2 is 24.1 millimeters.
  • P3 is set to 23.5 millimeters
  • P4 is set to 21.5 millimeters
  • P5 is set to 18.5 millimeters
  • P6 is set to 15.3 millimeters
  • P7 is set to 12.7 millimeters.
  • the interval between the center Nc of the fiber trajectory in the deposition target member 40 of the nanofiber N deposited from each nozzle hole 51 to the deposition target member 40 is substantially uniform as 26.2 millimeters. become.
  • the nozzle holes 51 are arranged in the nozzle head 50 so as to have a predetermined numerical relationship between the interval between the nozzle holes 51 and the interval number. Can be made.
  • the interval number k is the interval order of the nozzle holes 51 provided in order from the center 50 c of the nozzle head 50.
  • the interval number k is a value from 1 to n, and is half the number of intervals when the nozzle holes 51 have an odd number. In the case where there are an even number of nozzle holes 51, the interval number k is half the value obtained by adding 1 to the number of intervals.
  • the curve CL1 is, for example, a curve having a convex portion on the lower side (a convex curve on the lower side).
  • the nozzle holes 51 are arranged in the nozzle head 50 so as to reduce the interval between the adjacent nozzle holes 51 as the distance from the center 50c of the nozzle head 50 increases.
  • the present invention is not limited to this.
  • the values of at least some of the intervals may be the same.
  • the interval P1 and the interval P2 may be the same value, and the numerical values from the interval P3 to the interval Pn may be reduced.
  • the nozzle holes 51 are arranged in a straight line so that the interval between the adjacent nozzle holes 51 decreases as the distance from the center 50c of the nozzle head 50 increases.
  • the present invention is not limited to this.
  • the nozzle holes 51 may be arranged on a plurality of straight lines along an arbitrary direction. In such a case, with respect to the nozzle holes 51 arranged on each straight line, the nozzle holes 51 can be arranged so that the interval between the adjacent nozzle holes 51 decreases as the distance from the center 50c of the nozzle head 50 increases.
  • the nozzle holes 51 may not be arranged on a straight line as long as the interval between the adjacent nozzle holes 51 can be maintained.
  • the nozzle holes 51 can be arranged from the center 50c of the nozzle head 50 toward the end so that the interval between the adjacent nozzle holes 51 decreases as the distance from the center 50c of the nozzle head 50 increases.
  • the nozzle holes 51 may be arranged symmetrically or asymmetrically with respect to the center 50c of the nozzle head 50.
  • the nozzle hole 51 can be arranged on a curve or zigzag outward from the center 50 c of the nozzle head 50.
  • a nozzle having a nozzle head having a plurality of nozzle holes arranged in a straight line is used as a nozzle for discharging a discharge liquid to which a voltage is applied.
  • a discharge liquid tends to spread outwardly of the nozzle depending on the structure of the nozzle and the dimensional relationship between the nozzle and the substrate. Further, the discharge liquid is likely to spread outward of the nozzle due to the influence of the electric field. For example, as shown in FIG.
  • the nanofiber N formed by the discharge liquid from the nozzle 30a spreads so as to spin with respect to the center Nc of the track (fiber track), and is formed from the end of the nozzle 30a.
  • the nanofibers N are deposited away from the center of the substrate 41. Thereby, it is difficult to deposit nanofibers uniformly on the substrate.
  • the nozzle holes 51 are arranged in the nozzle head 50 so that the interval between the adjacent nozzle holes 51 decreases as the distance from the center 50c of the nozzle head 50 increases. Such an arrangement of the nozzle holes 51 facilitates uniform deposition of the nanofibers N on the deposition target member 40.
  • a nanofiber manufacturing apparatus with improved productivity is provided.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a nanofiber manufacturing method. A method of manufacturing the nanofiber N using the nanofiber manufacturing apparatus 100 will be described.
  • the raw material liquid is supplied to the discharge unit 30 (step S110).
  • the discharge unit 30 is a nozzle.
  • the raw material liquid is stored in the nozzle.
  • a voltage is applied between the discharge unit 30 and the deposition target member 40 by the power supply unit 10 (step S120).
  • the electrostatic force becomes larger than the surface tension by applying a high voltage, the raw material liquid is discharged from the nozzle hole 51 of the nozzle head 50.
  • the nozzle holes 51 are arranged in the nozzle head 50 so that the interval between the adjacent nozzle holes 51 decreases as the distance from the center 50c of the nozzle head 50 increases.
  • the nozzle hole 51 is provided so as to be symmetric with respect to the center 50 c of the nozzle head 50. With such an arrangement of the nozzle holes 51, the nanofibers N can be uniformly deposited on the deposition target member 40.
  • the nanofiber N manufactured between the discharge unit 30 and the deposition target member 40 is deposited on the deposition target member 40 (step S130).

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Abstract

本発明により、複数の孔（５１ａ－５１ｄ）を備えたナノファイバ製造装置用ノズルヘッド（５０）が提供される。前記複数の孔（５１ａ－５１ｄ）は、原料液を吐出する。前記複数の孔（５１ａ－５１ｄ）は、ノズルヘッド（５０）の中心（５０ｃ）から端部に向かって配置される。隣接する孔の間隔は、前記中心から離れるにつれて小さくなる。

Description

ナノファイバ製造装置用ノズルヘッド、及び、これを備えたナノファイバ製造装置
　本発明の実施形態は、ナノファイバ製造装置用ノズルヘッド、及び、これを備えたナノファイバ製造装置に関する。
　ナノ単位の直径を有する繊維物質を製造する装置として、ナノファイバ製造装置が医療分野等の広い分野に用いられている。ナノファイバ製造装置において、エレクトロスピニング技術が広く用いられている。
　エレクトロスピニング技術とは、高分子物質等が溶解した原料液と、ワークと、を帯電させ、原料液及びワークの電位差によって原料液をワークに向かって吐出する技術である。原料液が電気的に延伸することでナノファイバが製造される。このようなナノファイバ製造装置において、生産性を向上することが望まれる。
特開２０１３－１２４４２６号公報
　本発明の実施形態は、生産性が向上されたナノファイバ製造装置用ノズルヘッド、及び、これを備えたナノファイバ製造装置を提供する。
　本発明の実施形態によれば、複数の孔を備えたナノファイバ製造装置用ノズルヘッドが提供される。前記複数の孔は、原料液を吐出する。前記複数の孔は、ノズルヘッドの中心から端部に向かって配置される。隣接する孔の間隔は、前記中心から離れるにつれて小さくなる。
本実施形態に係るナノファイバ製造装置を示す模式図である。 本実施形態に係るノズルヘッドを示す模式図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ノズル孔の配置を説明する図である。 ノズル孔の間隔とノズル孔の間隔番号との関係を示すグラフである。 ノズルと基材との間に形成されるナノファイバの参考例を示す図である。 ナノファイバ製造方法を示すフローチャートである。
　以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。　
　なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。　
　なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
　（本実施形態）
　図１は、本実施形態に係るナノファイバ製造装置を例示する模式図である。
　図２は、本実施形態に係るノズルヘッドを示す模式図である。
　図２は、原料液を吐出する側からみたノズルヘッド５０の正面図を示している。
　図１に表すように、ナノファイバ製造装置１００は、電源部１０と、制御部２０と、吐出部３０と、を備える。図１の矢印の方向は、吐出部３０が原料液を吐出する方向を示している。
　ナノファイバ製造装置１００は、高分子物質等が溶解した原料液を吐出部３０から吐出し、吐出液を空間中で電気的に延伸させることで、被堆積部材４０の上にナノファイバＮを形成する。本実施形態のナノファイバ製造装置１００によって、平滑表面、多孔表面、ビーズ状、芯鞘状、中空状、極細ファイバー等の形状を有するナノファイバＮが被堆積部材４０の上に堆積される。
　電源部１０は、吐出部３０と、被堆積部材４０と、の間に高電圧を印加する電源装置である。電源部１０は、例えば、直流電源を用いた電源装置である。例えば、電源部１０の一方の端子は、吐出部３０に電気的に接続され、電源部１０の他方の端子は、接地されている。また、被堆積部材４０の一端は、接地されている。このような接続によって、吐出部３０と、被堆積部材４０と、の間に電位差を発生させることができる。
　制御部２０は、電源部１０及び吐出部３０の動作を制御する。制御部２０は、電源部１０及び吐出部３０に電気的に接続されている。例えば、制御部２０は、吐出液に印加される電圧値を決定するように電源部１０を制御する。また、制御部２０は、吐出液の量を決定するように吐出部３０を制御する。制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリー等を備えたコンピュータである。
　吐出部３０は、例えば、ナノファイバＮを形成する材料である原料液を吐出するノズルである。吐出部３０は、先端部分３１と、本体部分３２と、を有する。原料液は、先端部分３１から吐出される。先端部分３１は、本体部分３２に着脱可能に接続されている。
　吐出部３０がノズルである場合、先端部分３１は、ノズルヘッド５０である。図２に表すように、例えば、ノズルヘッド５０は、吐出部３０から被堆積部材４０に向かう方向に対して垂直な平面に投影したときに、矩形状を有する。ノズルヘッド５０の断面視による形状は、略円形状や略楕円形状等の形状を有しても良い。
　ノズルヘッド５０は、その先端に原料液を吐出する複数のノズル孔５１（孔）を有する。ノズルヘッド５０が断面視において矩形状を有する場合、ノズル孔５１は、ノズルヘッド５０の長手方向に沿って並んで配置されている。ノズル孔５１は、短手方向に沿って並んで配置されても良い。また、ノズル孔５１は、ノズルヘッド５０の断面視の形状に関わらず、任意の方向に沿って直線上に配置されることができる。また、ノズル孔５１は、任意の方向に沿って複数の直線上に配置されても良い。
　ノズル孔５１は、隣接するノズル孔５１の間隔を維持できるのであれば、直線上に配置されていなくても良い。例えば、隣接するノズル孔５１の間隔を維持するように、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから端部５０ｔに向かってノズル孔５１を配置することができる。
　ノズル孔５１の間隔とノズル孔５１の位置については、後に詳細に説明する。
　例えば、原料液は、吐出部３０とは別に設けられたタンク等に蓄えられ、タンクからパイプを介して吐出部３０に供給される。つまり、ナノファイバ製造装置１００に、吐出部３０に原料液を供給する供給部が設けられても良い。また、吐出部３０は、複数設けられても良い。複数の吐出部３０は、任意の方向に沿って直線上に並んで配置することができる。
　原料液とは、ナノファイバＮの基材となる溶質を溶媒中に分散または溶解させた液体であり、ナノファイバＮの材質やナノファイバＮの性質等により適宜調整される液体である。例えば、原料液に分散または溶解する溶質として樹脂がある。また、原料液に使用される溶媒としては、揮発性のある有機溶剤がある。原料液に無機質固体材料を添加しても良い。
　被堆積部材４０は、吐出部３０との間に形成された空間に製造されたナノファイバＮを堆積させて収集する。例えば、被堆積部材４０は、基板である。被堆積部材４０は、シート状の部材でも良い。被堆積部材４０がシート状の部材である場合、被堆積部材４０がロール等に巻きつけられた状態でナノファイバＮを堆積させて収集しても良い。例えば、被堆積部材４０がシート状の部材である場合、シート状の部材にナノファイバＮを堆積させるために、被堆積部材４０の第２面４０ｂに対向するようにターゲットを設けることができる。このような場合、電源部１０によって吐出部３０とターゲットとの間に電位差を発生させることができる。
　被堆積部材４０は、第１面４０ａ及び第２面４０ｂを有する。第１面４０ａは、第２面４０ｂの反対側の面である。ナノファイバＮは、被堆積部材４０の第１面４０ａに堆積される。
　図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ノズル孔の配置を説明する図である。
　図４は、ノズル孔の間隔とノズル孔の間隔番号との関係を示すグラフである。
　図５は、ノズルと基材との間に形成されるナノファイバの参考例を示す図である。
　図３（ａ）及び図３（ｂ）は、原料液を吐出する側からみたノズルヘッド５０の正面図を示している。
　図３（ａ）に表すように、複数のノズル孔５１がノズルヘッド５０の中心５０ｃに対して対称に配置され、ノズルヘッド５０に設けられたノズル孔５１の個数が偶数である場合、隣接するノズル孔５１の間隔は、中心５０ｃから離れるにつれて小さくなっている。ここで、ノズルヘッド５０の中心５０ｃとは、複数のノズル孔５１が直線上に配置されている場合、直線の中心に相当する。ノズルヘッド５０に設けられたノズル孔５１の個数が偶数である場合、中心５０ｃにはノズル孔５１が配置されない。
　例えば、６つのノズル孔５１がノズルヘッド５０に設けられ、ノズルヘッド５０の中心５０ｃを挟んで隣接するノズル孔５１ａの間隔をＰ１とする。また、ノズル孔５１ａと、ノズル孔５１ａより中心５０ｃから離れて配置されたノズル孔５１ｂと、の間隔をＰ２とし、ノズル孔５１ｂと、ノズル孔５１ｂより中心５０ｃから離れて配置されたノズル孔５１ｃと、の間隔をＰ３とする。このような場合、間隔Ｐ２が間隔Ｐ１より小さく、間隔Ｐ３が間隔Ｐ２より小さくなるように複数のノズル孔５１を配置する。つまり、中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくする。
　２ｎ個（ただし、ｎは正の整数である。）のノズル孔５１がノズルヘッド５０に設けられ、ノズルヘッド５０の中心５０ｃを挟んで隣接するノズル孔５１の間隔をＰ１とすると、中心５０ｃから最も離れて配置された隣接するノズル孔の間隔は、Ｐｎで表される。また、ノズル孔５１の間隔は、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３～Ｐｎ－１、及びＰｎで表されることになる。このような場合、間隔Ｐ１が最も大きく、間隔Ｐｎが最も小さくなる。つまり、中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔は小さくなる。Ｐ１からＰｎにつれて小さくなる。
　図３（ｂ）に表すように、複数のノズル孔５１がノズルヘッド５０の中心５０ｃに対して対称に配置され、ノズルヘッド５０に設けられたノズル孔５１の個数が奇数である場合、隣接するノズル孔５１の間隔は、中心５０ｃから離れるにつれて小さくなっている。ノズルヘッド５０に設けられたノズル孔５１の個数が奇数である場合、中心５０ｃにはノズル孔５１が配置される。
　例えば、７つのノズル孔５１がノズルヘッド５０に設けられ、ノズルヘッド５０の中心５０ｃに配置されたノズル孔５１ａと、ノズル孔５１ａより中心５０ｃから離れて配置されたノズル孔５１ｂと、の間隔をＰ１とする。また、ノズル孔５１ｂと、ノズル孔５１ｂより中心５０ｃから離れて配置されたノズル孔５１ｃと、の間隔をＰ２とし、ノズル孔５１ｃと、ノズル孔５１ｃより中心５０ｃから離れて配置されたノズル孔５１ｄと、の間隔をＰ３とする。このような場合、間隔Ｐ２が間隔Ｐ１より小さく、間隔Ｐ３が間隔Ｐ２より小さくなるように複数のノズル孔５１を配置する。つまり、中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくする。
　２ｎ＋１個（ただし、ｎは正の整数である。）のノズル孔５１がノズルヘッド５０に設けられ、ノズルヘッド５０の中心５０ｃに配置されたノズル孔５１と、中心５０ｃに配置されたノズル孔５１より中心５０ｃから離れて配置されたノズル孔５１と、の間隔をＰ１とすると、中心５０ｃから最も離れて配置された隣接するノズル孔の間隔は、Ｐｎで表される。また、ノズル孔５１の間隔は、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３～Ｐｎ－１、及びＰｎで表されることになる。このような場合、間隔Ｐ１が最も大きく、間隔Ｐｎが最も小さくなる。つまり、中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔は小さくなる。Ｐ１からＰｎにつれて小さくなる。
　図３（ａ）及び図３（ｂ）のように、ノズル孔５１の個数が偶数及び奇数のいずれであっても、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくなるように、ノズルヘッド５０にノズル孔５１を配置する。ノズルヘッド５０の中心から端部に向かうにつれて、隣接するノズル孔５１の間隔が小さくなる。また、複数のノズル孔５１がノズルヘッド５０の中心５０ｃに対して対称に配置されているので、ノズル孔５１の間隔は、中心５０ｃに対して対称になるように設けられている。このようなノズル孔５１の配置によって、被堆積部材４０にナノファイバＮを均一に堆積させることができる。
　例えば、１２個のノズル孔５１がノズルヘッド５０に設けられている場合（ｎ＝６である場合）、ノズル孔５１の間隔（ミリメートル）について、Ｐ１が３１．０ミリメートル、Ｐ２が３０．９ミリメートル、Ｐ３が２９．７ミリメートル、Ｐ４が２６．２ミリメートル、Ｐ５が２１．１ミリメートル、Ｐ６が１６．６ミリメートルに設定される。
　このようにノズル孔５１の間隔を設定した場合、各ノズル孔５１から被堆積部材４０に堆積されるナノファイバＮの被堆積部材４０における繊維軌道の中心Ｎｃの間隔が３３．３ミリメートルとほぼ均一になる。例えば、ナノファイバＮの間隔は、各ノズル孔５１から被堆積部材４０に堆積されるナノファイバＮの中心位置の間隔によって算出される。
　例えば、１６個のノズル孔５１がノズルヘッド５０に設けられている場合（ｎ＝８である場合）、ノズル孔５１の間隔（ミリメートル）について、Ｐ１が２２．６６ミリメートル、Ｐ２が２２．６６ミリメートル、Ｐ３が２２．５ミリメートル、Ｐ４が２１．５ミリメートル、Ｐ５が１９．４ミリメートル、Ｐ６が１６．７ミリメートル、Ｐ７が１４．１ミリメートル、Ｐ８が１１．８ミリメートルに設定される。
　このようにノズル孔５１の間隔を設定した場合、各ノズル孔５１から被堆積部材４０に堆積されるナノファイバＮの被堆積部材４０における繊維軌道の中心Ｎｃの間隔が２４．４ミリメートルとほぼ均一になる。
　例えば、１３個のノズル孔５１がノズルヘッド５０に設けられている場合（ｎ＝６である場合）、ノズル孔５１の間隔（ミリメートル）について、Ｐ１が２８．３ミリメートル、Ｐ２が２８．２ミリメートル、Ｐ３が２６．５ミリメートル、Ｐ４が２３．１ミリメートル、Ｐ５が１８．８ミリメートル、Ｐ６が１５．１ミリメートルに設定される。
　このようにノズル孔５１の間隔を設定した場合、各ノズル孔５１から被堆積部材４０に堆積されるナノファイバＮの被堆積部材４０における繊維軌道の中心Ｎｃの間隔が３０．５ミリメートルとほぼ均一になる。
　例えば、１５個のノズル孔５１がノズルヘッド５０に設けられている場合（ｎ＝７である場合）、ノズル孔５１の間隔（ミリメートル）について、Ｐ１が２４．３ミリメートル、Ｐ２が２４．１ミリメートル、Ｐ３が２３．５ミリメートル、Ｐ４が２１．５ミリメートル、Ｐ５が１８．５ミリメートル、Ｐ６が１５．３ミリメートル、Ｐ７が１２．７ミリメートルに設定される。
　このようにノズル孔５１の間隔を設定した場合、各ノズル孔５１から被堆積部材４０に堆積されるナノファイバＮの被堆積部材４０における繊維軌道の中心Ｎｃの間隔が２６．２ミリメートルとほぼ均一になる。
　また、ノズル孔５１の個数が偶数及び奇数のいずれであっても、ノズル孔５１の間隔と、間隔番号と、の間に所定の数値関係を有するように、ノズルヘッド５０にノズル孔５１を配置させることができる。
　例えば、図４に表すように、ノズル孔５１の間隔の逆数１／Ｐｋと、間隔番号ｋと、は、所定の２次関数（ｆ（ｋ）＝ａｋ２＋ｂｋ＋ｃ、ただし、ａ～ｃは、任意の定数である。）の曲線ＣＬ１で表すことができる。ここで、間隔番号ｋとは、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから順に設けられるノズル孔５１の間隔の順番である。例えば、間隔番号ｋは、１からｎまでの値であって、ノズル孔５１が奇数個を有する場合、間隔の個数の半分の値である。ノズル孔５１が偶数個を有する場合、間隔番号ｋは、間隔の個数に１を加えた値の半分の値である。曲線ＣＬ１は、例えば、下方に凸部を有する曲線（下に凸の曲線）である。
　本実施形態では、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくするように、ノズルヘッド５０にノズル孔５１を配置している。しかし、これに限定するものではない。少なくとも一部の間隔の値を同じにしても良く、例えば、間隔Ｐ１と間隔Ｐ２とを同じ値にして、間隔Ｐ３から間隔Ｐｎまでの数値を小さくなるようにしても良い。
　本実施形態では、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくするように、一直線上にノズル孔５１を配置している。しかし、これに限定するものではない。例えば、ノズル孔５１は、任意の方向に沿って複数の直線上に配置されても良い。このような場合、各直線上に配置されたノズル孔５１について、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくするように、ノズル孔５１を配置することができる。
　また、前述したように、ノズル孔５１は、隣接するノズル孔５１の間隔を維持できるのであれば、直線上に配置されていなくても良い。例えば、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくするように、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから端部に向かってノズル孔５１を配置することができる。このような場合、ノズルヘッド５０の中心５０ｃに対してノズル孔５１を対称に配置しても良く、非対称に配置しても良い。例えば、ノズル孔５１は、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから外側方向に曲線やジグザグ上に配置されることができる。
　ここで、エレクトロスピニング法を用いたナノファイバ製造装置において、電圧が印加された吐出液を吐出するノズルに、直線上に並んで配置した複数のノズル孔を有するノズルヘッドを具備したノズルを用いている場合がある。しかし、このようなノズルを用いた場合、ノズルの構造や、ノズル及び基材の寸法関係によって、吐出液がノズルの外側方向に広がり易くなる。また、吐出液は、電場の影響によってもノズルの外側方向に広がり易くなる。例えば、図５に表すように、ノズル３０ａからの吐出液によって形成されるナノファイバＮは、軌道（繊維軌道）の中心Ｎｃに対してスピンするように広がり、ノズル３０ａの端部から形成されるナノファイバＮは、基材４１の中心から離れて堆積される。これにより、基材の上にナノファイバを均一に堆積し難い。
　本実施形態のナノファイバ製造装置１００においては、ノズルヘッド５０の中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくなるように、ノズルヘッド５０にノズル孔５１を配置している。このようなノズル孔５１の配置によって、被堆積部材４０の上にナノファイバＮが均一に堆積され易くなる。
　本実施形態によれば、生産性が向上されたナノファイバ製造装置を提供する。
　図６は、ナノファイバ製造方法を示すフローチャートである。
　ナノファイバ製造装置１００を用いたナノファイバＮの製造方法を説明する。
　原料液が吐出部３０に供給される（ステップＳ１１０）。吐出部３０は、ノズルである。原料液は、ノズルに蓄えられる。
　電源部１０によって、吐出部３０と、被堆積部材４０と、の間に電圧を印加する（ステップＳ１２０）。高電圧の印加によって静電力が表面張力より大きくなると、原料液がノズルヘッド５０のノズル孔５１から吐出される。
　ノズルヘッド５０の中心５０ｃから離れるにつれて隣接するノズル孔５１の間隔を小さくなるように、ノズルヘッド５０にノズル孔５１を配置する。また、ノズル孔５１は、ノズルヘッド５０の中心５０ｃに対して対称になるように設けられている。このようなノズル孔５１の配置によって、被堆積部材４０にナノファイバＮを均一に堆積させることができる。
　吐出部３０及び被堆積部材４０の間に製造されたナノファイバＮを、被堆積部材４０の上に堆積させる（ステップＳ１３０）。
　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。

Claims (14)

  1. 　原料液を吐出する複数の孔を備え、
    　前記複数の孔は、ノズルヘッドの中心から端部に向かって配置され、
    　隣接する孔の間隔は、前記中心から離れるにつれて小さくなるナノファイバ製造装置用ノズルヘッド。
  2. 　前記複数の孔は、前記中心に対して複数の方向に向かって配置され、
    　前記複数の孔は、前記中心に対して外側方向に同じ個数設けられている請求項１記載のノズルヘッド。
  3. 　前記複数の孔は、前記中心に対して対称に配置される請求項１記載のノズルヘッド。
  4. 　前記孔の間隔の逆数は、前記孔の間隔が前記中心から配置された順番に対する２次関数で表される請求項１記載のノズルヘッド。
  5. 　前記複数の孔は、前記中心を通る少なくとも１つの直線上に配置される請求項１記載のノズルヘッド。
  6. 　前記複数の孔の個数は、奇数個であって、
    　前記複数の孔の１つは、前記中心の上に配置される請求項１記載のノズルヘッド。
  7. 　前記複数の孔の個数は、偶数個であって、
    　前記中心は、隣接する孔の間に位置する請求項１記載のノズルヘッド。
  8. 　原料液を吐出する複数の孔が設けられたノズルヘッドを有し、前記複数の孔から被堆積部材に向かって前記原料液を吐出する吐出部と、
    　前記吐出部と、前記被堆積部材と、の間に電位差を発生させる電源部と、
    　を備え、
    　前記複数の孔は、前記ノズルヘッドの中心から端部に向かって配置され、
    　隣接する孔の間隔は、前記中心から離れるにつれて小さくなるナノファイバ製造装置。
  9. 　前記複数の孔は、前記中心に対して複数の方向に向かって配置され、
    　前記複数の孔は、前記中心に対して外側方向に同じ個数設けられている請求項８記載のナノファイバ製造装置。
  10. 　前記複数の孔は、前記中心に対して対称に配置される請求項８記載のナノファイバ製造装置。
  11. 　前記孔の間隔の逆数は、前記孔の間隔が前記中心から配置された順番に対する２次関数で表される請求項８記載のナノファイバ製造装置。
  12. 　前記複数の孔は、前記中心を通る少なくとも１つの直線上に配置される請求項８記載のナノファイバ製造装置。
  13. 　前記複数の孔の個数は、奇数個であって、
    　前記複数の孔の１つは、前記中心の上に配置される請求項８記載のナノファイバ製造装置。
  14. 　前記複数の孔の個数は、偶数個であって、
    　前記中心は、隣接する孔の間に位置する請求項８記載のナノファイバ製造装置。
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