(57)【要約】【課題】繊維および／または粒子を堆積させ、集合させた集合構造体を形成する際に、コレクタにおいて繊維や粒子が着地する位置を制御することができる。【解決手段】集合構造体の製造装置では、繊維および／または粒子の原料を含む原料液を用いて繊維および／または粒子を生成させ、堆積させた集合構造体を製造する。製造装置は、原料液を吐出させるノズルと、ノズルから吐出される原料液を第１の極性に帯電させる第１帯電手段と、電極および電極に隣接する絶縁領域を備え、かつノズルから原料液を吐出させて生成した繊維および／または粒子を収集するコレクタと、絶縁領域を第１の極性に帯電させるための第２帯電手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維および／または粒子の原料を含む原料液を用いて繊維および／または粒子を生成させ、堆積させた集合構造体を製造するための製造装置であって、
前記原料液を吐出させるノズルと、
前記ノズルから吐出される原料液を前記第１の極性に帯電させる第１帯電手段と、
電極および前記電極に隣接する絶縁領域を備え、かつ前記ノズルから前記原料液を吐出させて生成した繊維および／または粒子を収集するコレクタと、
前記絶縁領域を前記第１の極性に帯電させるための第２帯電手段と、
を備える、集合構造体の製造装置。
【請求項２】
前記電極は、アースに接地されているか、または、前記第１の極性とは反対の第２の極性に前記電極を帯電させるための第３帯電手段に接続されている、請求項１に記載の集合構造体の製造装置。
【請求項３】
前記集合構造体は、前記繊維を堆積させた繊維集合体であり、
前記電極は、間隔を開けて対向するように配置された第１電極部および第２電極部を含み、
前記コレクタは、前記第１電極部および前記第２電極部からなる電極対を少なくとも１つ備え、
少なくとも前記第１電極部と前記第２電極部との間に、前記絶縁領域が設けられている、請求項２に記載の集合構造体の製造装置。
【請求項４】
前記コレクタは、複数の前記電極対を備える、請求項３に記載の集合構造体の製造装置。
【請求項５】
さらに、前記複数の前記電極対の、前記アースまたは前記第３帯電手段との接続状態をそれぞれ個別に変更する切替手段を備える、請求項４に記載の集合構造体の製造装置。
【請求項６】
第２帯電手段は、イオン風放出装置である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の集合構造体の製造装置。
【請求項７】
繊維および／または粒子の原料を含む原料液を用いて繊維および／または粒子を生成させ、堆積させて集合構造体を製造する製造方法であって、
電極および前記電極に隣接する絶縁領域を備え、かつ前記繊維および／または前記粒子を収集するコレクタを準備する準備工程と、
前記電極と前記原料液を吐出させるノズルとの間に第１帯電手段により電圧を印加し、前記ノズルから前記原料液を吐出させて、第１の極性に帯電した前記繊維および／または前記粒子を生成させる生成工程と、
第２帯電手段により前記絶縁領域を前記第１の極性に帯電させる帯電工程と、
前記コレクタに前記繊維および／または前記粒子を堆積させて集合構造体を形成する堆積工程と、を備える、集合構造体の製造方法。
【請求項８】
前記電極は、間隔を開けて対向するように配置された第１電極部および第２電極部を含み、
前記コレクタは、接地されているか、または、前記第１の極性とは反対の第２の極性に帯電させるための第３帯電手段に接続されている、前記第１電極部および前記第２電極部からなる電極対を少なくとも１つ備えるとともに、少なくとも前記第１電極部と前記第２電極部との間に設けられた前記絶縁領域を備え、
前記生成工程において生成させた前記繊維を、前記コレクタに向かってらせん状に落下させ、
前記堆積工程において、前記繊維の前記第１電極部に近い部分を前記第１電極部に引き寄せて着地させ、前記繊維の前記第２電極部に近い部分を前記第２電極部に引き寄せて着地させる、請求項７に記載の集合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維および／または粒子が堆積した集合構造体（繊維集合体、粒子集合体など）を製造する製造装置および集合構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不織布などの繊維集合体は、例えば、電極を備えるコレクタなどの基材上に繊維を堆積させることにより形成できる。用途によっては、繊維が配列した繊維集合体が求められる。エレクトロスプレーデポジション（ＥＳＤ）法のうち、繊維が生成するエレクトロスピニング法では、繊維はらせん状に堆積するため、繊維を配列させたい場合は、高速で回転する巻取回転体に巻きつける方法が採られている。また、繊維を配列させるために、コレクタに等電位の２つ以上の電極を設ける方法なども利用されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１０９４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エレクトロスピニング法により電極を備えるコレクタ上に繊維を堆積させる場合、電極の近傍やコレクタの近傍に絶縁部材の露出した領域があると、堆積の初期段階においては、絶縁部材の表面の帯電状態は正極性の領域と負極性の領域が混在した状態であるため、絶縁部材の表面に繊維が付着することを防止することが難しい。特に、コレクタに２つ以上の電極を設けることにより繊維を配列させる場合、電極以外の絶縁部材に繊維が付着すると配列が乱れてしまうため、繊維を配列させることが困難となる。
【０００５】
また、ＥＳＤ法により電極を備えるコレクタ上に粒子を堆積させる場合においても、電極の近傍やコレクタの近傍に絶縁部材の露出した領域があると、堆積の初期段階においては、絶縁部材の表面の帯電が不定であるため、粒子の着地位置を制御し難く、粒子が付着してほしくない絶縁部材にも粒子が付着してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一局面は、繊維および／または粒子の原料を含む原料液を用いて繊維および／または粒子を生成させ、堆積させた集合構造体を製造するための製造装置であって、
前記原料液を吐出させるノズルと、
前記ノズルから吐出される原料液を前記第１の極性に帯電させる第１帯電手段と、
電極および前記電極に隣接する絶縁領域を備え、かつ前記ノズルから前記原料液を吐出させて生成した繊維および／または粒子を収集するコレクタと、
前記絶縁領域を前記第１の極性に帯電させるための第２帯電手段と、
を備える、集合構造体の製造装置に関する。
【０００７】
本発明の他の局面は、繊維および／または粒子の原料を含む原料液を用いて繊維および／または粒子を生成させ、堆積させて集合構造体を製造する製造方法であって、
電極および前記電極に隣接する絶縁領域を備え、かつ前記繊維および／または前記粒子を収集するコレクタを準備する準備工程と、
前記電極と前記原料液を吐出させるノズルとの間に第１帯電手段により電圧を印加し、前記ノズルから前記原料液を吐出させて、第１の極性に帯電した前記繊維および／または前記粒子を生成させる生成工程と、
第２帯電手段により前記絶縁領域を前記第１の極性に帯電させる帯電工程と、
前記コレクタに前記繊維および／または前記粒子を堆積させて集合構造体を形成する堆積工程と、を備える、集合構造体の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００８】
繊維および／または粒子を堆積させて集合させた構造体（集合構造体）を形成する際に、コレクタにおいて繊維や粒子が着地（または堆積）する位置を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る集合構造体の製造装置を説明するための模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る集合構造体の製造方法を説明するためのフロー図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る、複数の電極対と切替手段とを有する集合構造体の製造装置を説明するための模式図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係る集合構造体の製造装置が、複数の電極対を有する場合の電極対の状態を模式的に示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る集合構造体の製造装置では、繊維および／または粒子の原料を含む原料液を用いて繊維および／または粒子を生成させ、堆積させた集合構造体を製造する。製造装置は、原料液を吐出させるノズルと、ノズルから吐出される原料液を第１の極性に帯電させる帯電手段（第１帯電手段）と、電極および電極に隣接する絶縁領域を備え、かつノズルから原料液を吐出させて生成した繊維および／または粒子を収集するコレクタと、絶縁領域を第１の極性に帯電させるための帯電手段（第２帯電手段）と、を備える。
【００１１】
また、本発明の他の実施形態に係る集合構造体の製造方法では、繊維および／または粒子の原料を含む原料液を用いて繊維および／または粒子を生成させ、堆積させて集合構造体を製造する。製造方法は、電極および電極に隣接する絶縁領域を備え、かつ繊維および／または粒子を収集するコレクタを準備する準備工程と、電極と原料液を吐出させるノズルとの間に帯電手段（第１帯電手段）により電圧を印加し、ノズルから原料液を吐出させて、第１の極性に帯電した繊維および／または粒子を生成させる生成工程と、帯電手段（第２帯電手段）により絶縁領域を第１の極性に帯電させる帯電工程と、コレクタに繊維および／または粒子を堆積させて集合構造体を形成する堆積工程と、を備える。
【００１２】
ＥＳＤ法のうち、エレクトロスピニング法では、例えば、間隔を開けて対向するように配置された一対の電極部からなる電極対に繊維を堆積させることで不織布などの繊維集合体が形成される。コレクタの電極対の周囲には、通常、絶縁領域が形成されている。また、ＥＳＤ法には、吐出液が繊維形状を成さず、粒子となる場合もある。ＥＳＤ法により生成した粒子を堆積させることで、粒子集合体を形成できる。
【００１３】
ＥＳＤ法では、一般に、繊維はらせん状に堆積するため、繊維の一方の電極部に近い部分が一方の電極部に引き寄せられて着地し、繊維の他方の電極部に近い部分が他方の電極部に引き寄せられて着地する。その結果、理論上は、電極対の各電極部に交互に繊維の一部が着地することになり、繊維が配列した状態で堆積される。しかし、実際には、繊維の堆積開始時には、絶縁領域の表面では電荷の状態が定まらず、様々な帯電状態が入り混じった状態である。そのため、繊維は、電極対だけでなく、絶縁領域の至るところに着地して、無配列状態の繊維を含む繊維集合体が形成される。なお、絶縁領域の表面は、帯電した繊維が堆積することで、徐々に繊維と同じ極性に帯電するため、堆積量が増すほど、徐々に配列性は高まる。
【００１４】
このように、従来の方法では、コレクタにおいて繊維が着地する位置を制御することは難しかった。このような場合には、繊維を堆積させても、高い配列性を有する繊維集合体を得ることは難しかった。なお、ＥＳＤ法により粒子を堆積させる場合も繊維の場合と同様であり、従来の方法では、粒子がコレクタ上で着地する位置を制御することは難しく、粒子の分布にばらつきが生じて形状の制御された粒子集合体を得ることは難しかった。
【００１５】
本実施形態に係る集合構造体の製造装置によれば、絶縁領域を帯電させる帯電手段（第２帯電手段）を備えることで、絶縁領域を原料液（つまり、繊維や粒子）と同じ極性（第１の極性）に帯電させて、電荷の反発により絶縁領域への繊維や粒子の着地を抑制する。また、本実施形態に係る集合構造体の製造方法では、帯電工程において、繊維および／または粒子の堆積工程に先立って、第２帯電手段により絶縁領域を繊維や粒子と同じ極性に帯電させておくことで、堆積工程の初期における絶縁領域への繊維や粒子の着地が抑制され、コレクタ上における着地位置（または堆積位置）を制御することができる。その結果、形状の制御された集合構造体を得ることができる。さらに、電極対を用いて、配列された繊維を作成する場合には、繊維が無配列状態で堆積することが抑制され、繊維の配列性が高い集合構造体を得ることができる。
【００１６】
なお、本明細書中、集合構造体とは、繊維および／または粒子が、堆積により集合して形成される構造体を意味する。集合構造体には、繊維が集合して形成される繊維集合体、粒子が集合して形成される粒子集合体、ならびに繊維および粒子の双方が集合して形成される繊維および粒子の集合体が含まれるものとする。
【００１７】
集合構造体を作製する際には、繊維や粒子の原料の種類を選択したり、ＥＳＤ法の条件（例えば、原料液中の原料の濃度など）などを調節することにより、繊維および／または粒子の生成を制御できる。
【００１８】
生成した繊維や粒子を電極に優先的に堆積させ、堆積位置の制御をより容易にするため、電極は、ノズル（ノズルから吐出される原料液、生成する繊維や粒子）とは反対の第２の極性に帯電されている。例えば、電極を、接地（グランド）させてもよく、ノズル（もしくは、ノズルから吐出される原料液、生成する繊維や粒子）と反対の第２の極性になるように電極を帯電させるための帯電手段（第３帯電手段）に接続させてもよい。この第３帯電手段により電極に電圧を印加してもよい。なお、第１帯電手段が、ノズルを第１の極性に帯電させるために電圧を印加する電圧印加装置であり、対電極を備える場合には、この対電極を第３帯電手段として電極に接続させてもよい。これにより、電極を、第１の極性とは反対の第２の極性に帯電させることができる。
【００１９】
実施形態の１つにおいて、集合構造体は、繊維を堆積させた繊維集合体であり、電極は、間隔を開けて対向するように配置された第１電極部および第２電極部からなる電極対を構成しており、コレクタは、このような電極対を少なくとも１つ備えている。そして、絶縁領域は、少なくとも第１電極部と第２電極部との間に設けられていることが好ましい。このような実施形態では、繊維は、第１電極部と第２電極部とで交互に着地し易く、繊維集合体における繊維の配列性を高めることができる。
【００２０】
また、コレクタが複数の電極を備えるようにすることで、繊維または粒子の性状を変更することができる。たとえば、各電極間で、繊維または粒子の性状、材質、平均繊維径および／または平均粒子径を変更することも可能である。
コレクタは、第１電極部および第２電極部からなる電極対を１つ備えていてもよく、複数の電極対を備えていてもよい。複数の電極対をコレクタに設けることで、繊維集合体を形成する場合、繊維集合体の面積を大きくすることができ、生産性を向上することができる。
同様に、各電極対において、堆積させる繊維の性状を変更することができる。例えば、各電極対間で、繊維の性状や材質、平均繊維径などを変更することも可能である。
【００２１】
コレクタが複数の電極または電極対を備える場合、製造装置は、複数の電極または電極対の接地もしくは第３帯電手段との接続状態をそれぞれ個別に変更するための切替手段を備えることが好ましい。切替手段により、１つの電極または電極対がノズルに対して反対の極性となるように、接地したり、第３帯電手段により電圧を印加している間、他の電極対をフローティングさせることができる。そして、フローティング状態にある電極は、第２帯電手段により、帯電した繊維と同じ極性（第１の極性）に帯電する。その結果、他の電極または電極対への繊維の堆積が抑制される。よって、所望の電極または電極対間に、繊維および／または粒子を着地させることができる。特に、配列した繊維を得る場合においては、隣接する電極対において、一方の電極対の電極部（例えば、第１電極部）と、他方の電極対の電極部（例えば、第２電極部）との間に繊維が架け渡されるのを抑制することができるため、高い配列性を確保し易くなる。
【００２２】
絶縁領域を帯電させるための第２帯電手段としては、例えば、イオン風放出装置を用いることができる。この場合、絶縁領域の帯電を効率よく行うことができる。
【００２３】
以下に、適宜図面を参照しながら、集合構造体の製造装置（およびその構成要素）ならびに集合構造体の製造方法（および各工程）についてより詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る集合構造体（繊維集合体）の製造装置（または製造方法の堆積工程）を説明するための模式図である。集合構造体の製造装置１０は、放出体１６内に収容した原料液１７を吐出させるノズル１５と、ノズル１５から吐出される原料液１７を帯電させる第１帯電手段１８と、ノズル１５から吐出させて生成した繊維Ｆを収集するコレクタ１４と、を備えている。コレクタ１４は、第１電極部１１および第１電極部１１を含む電極と、電極に隣接する絶縁領域１３を備えている。図示例では、コレクタ１４は、第１電極部１１と第１電極部１１と間隔を開けて対向するように配置された第２電極部１２とからなる電極対を備えている。
【００２４】
製造装置１０は、さらに絶縁領域１３を原料液１７（および繊維Ｆ）と同じ極性に帯電させる第２帯電手段１９としてのイオン風放出装置を備えている。少なくとも繊維Ｆの堆積工程に先立って、絶縁領域１３は、イオン風放出装置から放出されるイオン風により、表面に正電荷２０が蓄積し、プラスに帯電される。
【００２５】
繊維の生成工程（紡糸工程）では、放出体１６内に収容した原料液１７を、放出体１６のノズル１５から吐出させて繊維Ｆを生成させる。このとき、まず、第１帯電手段１８によりノズル１５に電圧を印加することで、ノズル１５から吐出される原料液１７および生成する繊維Ｆが正電荷２０によりプラスに帯電される。繊維の生成工程において生成した繊維Ｆは、堆積工程においてコレクタ１４に堆積されるが、このとき絶縁領域１３は、遅くとも堆積工程の開始時点では、既に、繊維の生成工程で吐出される原料液１７および繊維Ｆと同じ極性に帯電している。そのため、堆積工程の開始時点から繊維Ｆは絶縁領域１３には着地し難くなる。よって、エレクトロスピニング法により繊維Ｆがらせん状に落下する際に、繊維Ｆの第１電極部１１に近い部分が第１電極部１１に引き付けられ、繊維Ｆの第２電極部１２に近い部分が第２電極部１２に引き付けられて着地する。このように、本実施形態では、繊維の着地位置を制御することができる。これにより、繊維Ｆは第１電極部１１と第２電極部１２との間に架け渡されて配列し、配列性が高い繊維集合体が形成される。なお、絶縁領域を帯電させる帯電工程は、遅くとも堆積工程に先立って（より具体的には、堆積工程において繊維の堆積が開始される時点で）行えばよく、繊維の生成工程に先立って行なってもよい。
【００２６】
絶縁領域１３は、少なくとも第１電極部１１と第２電極部１２との間に形成されていればよく、コレクタ１４の第１電極部１１および第２電極部１２以外の領域全体を絶縁領域１３としてもよい。第１電極部１１および第２電極部１２を少なくとも備えるコレクタ１４は、第２帯電手段１９により絶縁領域１３を帯電させる帯電工程に先立って準備される。
【００２７】
（集合構造体の製造装置）
ノズルおよび原料液を帯電させる第１帯電手段としては、それぞれ、公知のものを特に制限なく採用することができる。ノズルの形状、ノズル先端の吐出口の形状や個数も特に制限されない。第１帯電手段は、例えば、ノズルに電圧を印加する電圧印加装置と、対電極とを備えていてもよい。対電極は、上述の第３帯電手段として、コレクタが備える電極と接続させてもよい。
ノズルの吐出口と、コレクタとの距離は、製造装置の規模や所望の繊維径や粒子径にもよるが、例えば、１００〜６００ｍｍである。
【００２８】
ノズルから吐出された原料液は、帯電した状態でノズルとコレクタとの間の空間（繊維生成空間）を移動中に静電爆発を起し、繊維および／または粒子を生成する。生成した繊維や粒子は、コレクタに収集、堆積され、集合構造体が形成される。図示例では、原料液（および繊維）と絶縁領域とをプラスに帯電させる場合を示したが、この場合に限らない。原料液（および繊維や粒子）と絶縁領域とをマイナスに帯電させ、電極をプラスに帯電させてもよい。
【００２９】
原料液は、通常、繊維および／または粒子の原料と溶媒（または分散媒）と必要に応じて添加剤とを含んでいる。
原料としては、例えば、高分子物質、比較的低分子の有機化合物（アミノ酸、単糖類、二糖類、オリゴ糖などの糖類など）、無機材料、活性物質（抗体などのタンパク質など）、接着剤、吸着剤などが挙げられる。これらの原料は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
例えば、高分子物質を含む原料を使用してもよく、高分子物質と他の材料とを用いてもよい。粒子集合体を形成する場合には、原料は必ずしも高分子物質を含む必要はない。粒子集合体を形成する場合、例えば、無機材料のみを原料として用いてもよく、無機材料と他の材料［例えば、有機化合物、活性物質、接着剤、吸着剤、および／または高分子物質（タンパク質、および／または多糖類など）など］とを含む原料を用いてもよい。中でも、粒子集合体を形成する場合には、抗体、接着剤、および／または吸着剤などを用いることが好ましい。
【００３１】
高分子物質としては、各種樹脂の他、コラーゲン、ポリペプチド、その他のタンパク質、糖類（多糖類など）などが例示できる。樹脂としては、ポリスチレン（ＰＳ）などのスチレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体などの塩素系樹脂、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体などのアクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネートなどのポリカーボネート系樹脂、ポリアミド、アラミドなどのポリアミド系樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドなどのポリイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリエチレンオキサイド、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、およびこれらの共重合体等が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリヒドロキシ酪酸、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、ポリエチレンナフタレート、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタレート、ポリ−ｐ−フェニレンイソフタレート、ポリアリレートなどが挙げられる。高分子物質は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、これらは単なる例示であり、これらの高分子物質に限定されるものではない。繊維合体を形成する場合には、ＰＳを含む原料を用いることが好ましい。
【００３２】
無機材料としては、例えば、プラチナ、金、アルミニウムなどの金属またはその合金、インジウムスズオキサイド（ＩＴＯ）、窒化チタン、酸化アルミニウムなどの金属化合物（酸化物、水酸化物、窒化物、硫化物など）、塩化ナトリウム、塩化カルシウムなどの塩などが挙げられる。無機材料は、繊維状であってもよいが、粒子状であることが好ましい。
【００３３】
溶媒（分散媒も含む）としては、繊維や粒子の原料を溶解（または分散）し、揮発などにより除去可能なものであれば特に制限されず、原料の種類や製造条件に応じて、水および有機溶媒から適宜選択して使用できる。溶媒としては、非プロトン性の極性有機溶媒が好ましい。このような溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などのアミド（鎖状または環状アミドなど）；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシドなどが挙げられる。これらの溶媒は一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３４】
繊維および／または粒子を収集するコレクタが備える電極は、少なくとも１つの電極部を有していればよいが、複数の電極部を有していてもよい。繊維の配列性を高める観点からは、第１電極部および第２電極部からなる電極対を備えていることが好ましい。また、コレクタは、電極、もしくは電極対を１つ有していてもよく、２つ以上有していてもよい。電極対においては、第１電極部と第２電極部とは間隔を開けて対向するように配置することが好ましい。例えば、電極対を備えるコレクタでは、堆積される繊維は、第１電極部と第２電極部とに交互に着地していくことで、配列される。電極部の形状は特に制限されない。
【００３５】
一般に、複数の電極を有するコレクタを用いる場合、１つの電極上ではなく、隣接する電極に繊維（または粒子）が着地すると、形成された集合構造体において厚さムラが発生し易い。また、複数の電極を有するコレクタにおいて、異なる性状、材質、平均繊維径、および／または平均粒子径を有する繊維や粒子を、領域ごとに分けて堆積させたい場合もある。しかし、この場合にも、１つの電極上ではなく、隣接する電極に繊維（または粒子）が着地すると、領域ごとに分けて繊維や粒子を堆積させることが難しい。さらに、配列した繊維を得ようと、複数の電極対を備えるコレクタを用いる場合、隣接する電極対間で繊維が着地すると、繊維の配列性が低下する。そのため、従来は、１つの電極または電極対に繊維や粒子を堆積させる間、隣接する他の電極または電極対を絶縁体のカバーで覆うことで、隣接する電極、もしくは電極対間で繊維や粒子が着地するのを抑制している。
【００３６】
それに対し、本実施形態では、コレクタが複数の電極、もしくは電極対を備える場合、製造装置に、複数の電極、もしくは電極対のアースまたは第３帯電手段との接続状態をそれぞれ個別に変更する切替手段を設けることで、隣接する電極、もしくは電極対間での繊維の着地を抑制できる。より具体的には、切替手段では、複数の電極、もしくは電極対のノズルに対して、アースまたは第３帯電手段と接続させた状態と、アースまたは第３帯電手段と接続させていない状態（フローティング状態）とを切り替えることができる。そして、フローティング状態にある電極もしくは電極対は、第２帯電手段により、帯電した繊維や粒子と同じ極性に帯電させることができる。これにより、繊維や粒子が同じ極性に帯電したフローティング状態にある電極、もしくは電極対を避けて、アースまたは第３帯電手段と接続させた状態の電極、もしくは電極対に堆積する。第３帯電手段としては、ノズルと反対の極性に電極や電極対を帯電できる限り特に制限されず、公知の電圧印加装置（外部電源など）を使用してもよく、第１手段の対電極を使用してもよい。
【００３７】
図３は、本発明の他の実施形態に係る集合構造体の製造装置が、複数の電極対と切替手段とを有する場合を説明するための模式図である。
図３の製造装置３０は、コレクタが２つの電極対３５ａ，３５ｂを有するとともに、製造装置３０が切替手段３６を有する点で、図１の製造装置１０と異なるが、これら以外は製造装置１０と同じである。
【００３８】
切替手段３６は、複数の電極対３５ａ，３５ｂのアースまたは第３帯電手段との接続状態をそれぞれ個別に変更することができる。より具体的には、電極対３５ａ，３５ｂのそれぞれの、アースまたは第３帯電手段との接続と、非接続とを切り替えることができる。切替手段３６は、第１電極部３１ａおよび第２電極部３２ａをからなる第１電極対３５ａと、第１電極部３１ｂおよび第２電極部３２ｂからなる第２電極対３５ｂとを、オンオフ可能に接続されている。つまり、切替手段３６は、第１電極対３５ａの第１電極部３１ａおよび第２電極部３２ａに電気的に接続した接点と、第２電極対３５ｂの第１電極部３１ｂおよび第２電極部３２ｂに電気的に接続した接点との間において、接続状態を切り替え可能である。
【００３９】
例えば、切替手段３６と、第１電極対３５ａとの接続をオンにしている間、第２電極対３５ｂとの接続をオフにする。この状態において、繊維Ｆを堆積させる前に、第２帯電手段１９により絶縁領域３３を帯電させると、接地されていない状態の第２電極対３５ｂも絶縁領域３３と同様に帯電する。このような状態でエレクトロスピニング処理を行なうと、繊維Ｆは、第１電極対３５ａの第１電極部３１ａおよび第２電極部３２ａ間に着地して繊維Ｆが配列した状態で堆積される。このとき、第２電極対３５ｂは、正電荷２０により繊維Ｆと同じプラスに帯電しているため、電荷の反発により繊維Ｆの第２電極対３５ｂへの着地が抑制される。
【００４０】
図４は、本発明のさらに他の実施形態に係る集合構造体の製造装置が、複数の電極対を有する場合の電極対の状態を模式的に示す上面図である。
製造装置は、第１電極部４１と第２電極部４２とからなる一対の電極対をｎ個備えている。ｎ個の電極対は、第１電極対１０１、第２電極対１０２、第３電極対１０３、…および第ｎ電極対Ｎからなる。各電極対において、第１電極部４１および第２電極部４２は、図１の第１電極部１１および第２電極部１２の場合と同様の配置である。
【００４１】
隣接する電極対間で繊維が着地するのを抑制する観点から、複数の電極対を備える製造装置は、複数の電極対のアースまたは第３帯電手段との接続状態をそれぞれ個別に変更する切替手段１０６を備えていてもよい。より具体的には、切替手段１０６は、複数の電極対の、アースまたは第３帯電手段との接続と非接続とをそれぞれ個別に切り替える。切替手段１０６は、第１電極対１０１、第２電極対１０２、第３電極対１０３、…第ｎ電極対Ｎのそれぞれの第１電極部４１および第２電極部４２とオンオフ可能に接続されている。つまり、切替手段１０６は、第１電極対１０１の第１電極部４１および第２電極部４２のそれぞれに電気的に接続した接点１，１’、第２電極対１０２の各電極部４１，４２に電気的に接続した接点２，２’、第３電極対１０３の各電極部４１，４２に電気的に接続した接点３，３’、…第ｎ電極対Ｎの各電極部４１，４２に電気的に接続した接点ｎ，ｎ’間において、接続状態を切り替え可能である。
【００４２】
例えば、切替手段１０６と、第１電極対１０１の電極部４１，４２との接点１，１’との接続をオンにしている間、他の電極対との接続をオフにして、第１電極対１０１の電極部４１，４２間に繊維を堆積させる。次いで、第２電極対１０２の電極部４１，４２との接点２，２’との接続をオンにし、他の電極対との接続をオフにして、繊維を第２電極対１０２の電極部４１，４２間に堆積させる。このような作業を繰り返して、複数の電極対に繊維集合体を形成することができる。
【００４３】
コレクタにおいて、絶縁領域は、電極に隣接して形成すればよく、電極に複数の電極部が含まれる場合には複数の電極部間に形成してもよく、コレクタの電極（または電極部）以外の領域を絶縁領域としてもよい。コレクタが第１電極部と第２電極部との電極対を有する場合には、絶縁領域は、少なくとも第１電極部と第２電極部との間に形成すればよい。また、各電極部を絶縁領域上に配置してもよい。絶縁領域は、公知の絶縁材料（樹脂など）で構成できる。
【００４４】
絶縁領域を帯電させる第２帯電手段としては、公知のものが特に制限なく使用できる。第２帯電手段としては、イオン風放出装置を用いることが好ましい。イオン風放出装置としては、公知のもの、例えば、イオナイザなどが採用できる。イオナイザは、コロナ放電式であってもよく、電離放射線式であってもよい。
【００４５】
（集合構造体の製造方法）
本発明の他の実施形態に係る集合構造体の製造方法は、コレクタを準備する工程と、原料液から繊維および／または粒子を生成させる生成工程と、コレクタが備える絶縁領域を帯電させる帯電工程と、コレクタに繊維および／または粒子を堆積させて集合構造体を形成する堆積工程とを備える。
図２は、本実施形態に係る集合構造体（繊維集合体）の製造方法を説明するためのフロー図である。コレクタ１４の準備工程（ａ）では、電極部１１，１２と、電極部１１，１２に隣接する絶縁領域１３とを備えるコレクタ１４を準備する。図示例において準備工程では、第１電極部１１および第２電極部１２からなる電極対を、互いに間隔を開けて対向するように配置する。コレクタの準備工程（ａ）において、図３や図４に示すような複数の電極対を設けたコレクタを準備してもよい。
【００４６】
帯電工程（ｂ）では、第２帯電手段１９により、絶縁領域１３を帯電させる。このとき、絶縁領域１３は、繊維の生成工程（紡糸工程）（ｃ）においてノズルから吐出される原料液（および生成する繊維）と同じ極性（第１の極性）になるように帯電させる。第２帯電手段１９がイオン風放出装置である場合には、第２帯電手段１９からコレクタ１４にイオン風が吹き付けられることで、コレクタの表面が帯電する。図示例では、絶縁領域１３は、正電荷２０によりプラスに帯電されている。
【００４７】
図示例では、帯電工程（ｂ）では、第１電極部１１および第２電極部１２を絶縁領域１３とは反対の極性（第２の極性）に帯電させた場合を示したが、この場合に限らず、無電荷状態の電極部１１，１２を帯電工程（ｂ）に供することで、第２帯電手段１９により絶縁領域１３と同じ極性に帯電させてもよい。この場合、堆積工程（ｄ）（好ましくは繊維の生成工程（ｃ）および堆積工程（ｄ））に先立って絶縁領域１３と反対の第２の極性に電極部１１，１２を帯電させることで、繊維Ｆを電極部１１，１２に選択的に着地させることができるようになる。
【００４８】
繊維の生成工程（ｃ）では、原料液１７を用いて繊維Ｆを生成させ、生成した繊維Ｆを堆積工程（ｄ）においてコレクタ１４に堆積させて集合構造体を製造する。より具体的には、繊維の生成工程（ｃ）では、原料液１７を、放出体１６が備えるノズル１５から吐出させて、繊維Ｆを生成させ、堆積工程（ｄ）において、コレクタ１４に繊維Ｆを堆積させて繊維集合体を形成する。帯電工程（ｂ）において絶縁領域１３が繊維Ｆと同じ第１の極性になるように帯電されているため、繊維Ｆは、コレクタ１４の第１電極部１１および第２電極部１２に架け渡されるように堆積される。よって、繊維Ｆの配列性を高めることができる。
【００４９】
繊維の生成工程（ｃ）では、繊維Ｆをエレクトロスピニング法により生成させる。エレクトロスピニングでは、原料液１７を吐出するノズル１５とコレクタ１４との間に第１帯電手段１８により電圧を印加しながら、ノズル１５から原料液１７を吐出し、繊維Ｆを生成させる。エレクトロスピニング法では、原料液１７に高電圧を印加することになるため、原料液１７は、プラスあるいはマイナスに帯電する。このとき、吐出される原料液１７とは逆の極性に電極部１１，１２が帯電され、絶縁領域１３が原料液１７と同じ極性に帯電されていることで、吐出された原料液１７がコレクタ１４の電極部１１，１２に引き寄せられる。そして、堆積工程（ｄ）において、繊維Ｆが配列した状態で堆積し、集合構造体が形成される。電極部１１，１２は、例えば、接地することで原料液１７と反対の第２の極性に帯電させてもよく、原料液１７とは反対の第２の極性になるように電極部１１，１２に第３帯電手段により電圧を印加してもよい。
【００５０】
なお、図示例では、繊維Ｆをコレクタ１４に堆積させて集合構造体として繊維集合体を形成する場合を示したが、この場合に限らず、本実施形態は、原料液から粒子を生成させて、コレクタ１４に堆積させ、粒子集合体を形成する場合も含まれる。また、本実施形態には、繊維Ｆおよび粒子の双方をコレクタ１４に堆積させて繊維および粒子の双方を含む集合体を形成する場合も含まれる。粒子集合体や繊維および粒子の双方を含む集合体も、上記の繊維集合体を製造する場合と同様の装置を用い、同様の手順で作製することができる。
【００５１】
本発明の実施形態に係る製造装置や製造方法により製造される集合構造体において、繊維の平均繊維径は、例えば、５０ｎｍ〜１０μｍであり、５０ｎｍ〜３μｍであってもよい。繊維の平均繊維径は、１μｍ未満（例えば、５０ｎｍ〜９００ｎｍ）であってもよい。このような平均繊維径を有する繊維はナノファイバと呼ばれる。
【００５２】
なお、平均繊維径とは、繊維の直径の平均値である。繊維の直径とは、繊維の長さ方向に対して垂直な断面の直径である。そのような断面が円形でない場合には、最大径を直径と見なしてよい。また、繊維集合体の１つの主面（例えば、上面）の法線方向から見たときの、繊維の長さ方向に対して垂直な方向の幅を、繊維の直径と見なしてもよい。平均繊維径は、例えば、繊維集合体に含まれる任意の１０本の繊維の任意の箇所の直径の平均値である。
【００５３】
本発明の実施形態に係る製造装置や製造方法により製造される集合構造体において、粒子の平均粒子径は、例えば、１ｎｍ〜１００μｍであり、１ｎｍ〜１０ｎｍであってもよい。粒子の平均粒子径は、１μｍ未満（例えば、５ｎｍ〜９００ｎｍ）であってもよい。このような平均粒子径を有する粒子はナノ粒子と呼ばれる。
【００５４】
粒子の平均粒子径とは、集合構造体（シート状の集合構造体）の１つの主面（例えば、上面）の法線方向から見たときの、粒子の形状の相当円の直径の平均値である。粒子の平均粒子径は、例えば、集合構造体の電子顕微鏡写真において、集合構造体に含まれる任意の１０個の粒子の相当円の直径を計測し、平均化することにより求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の実施形態に係る製造装置または製造方法により得られる集合構造体は、微生物または生物組織の培養のための培地（足場）や微生物や生物組織の電位を測定するための基材に適している。集合構造体は、妊娠検査シート等の体外検査シート、医療用シート、マイクロ流体チップなどの用途にも利用することができる。また、集合構造体の厚みによっては、空気清浄機、あるいは空調機の濾材、電池用の分離シート、燃料電池用のメンブレン、防塵マスク等の防塵布や防塵服、化粧用シート、塵を拭き取る拭取シート等として利用することもできる。
【符号の説明】
【００５６】
Ｆ：繊維、１０，３０：集合構造体の製造装置、１１，３１ａ，３１ｂ，４１：第１電極部、１２，３２ａ，３２ｂ，４２:第２電極部、１３，３３：絶縁領域、１４，３４：コレクタ、１５：ノズル、１６：放出体、１７：原料液、１８：第１帯電手段、１９：第２帯電手段、２０：正電荷、３５ａ：第１電極対、３５ｂ：第２電極対、３６，１０６：切替手段、１，２，３，ｎ：第１電極部との接点、  １’，２’，３’，ｎ’：第２電極部との接点、１０１：第１電極対、１０２:第２電極対、１０３：第３電極対、Ｎ：第ｎ電極対
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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