(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で、飛翔する繊維の広がり、および繊維の基材への誘導を制御し、繊維膜の品質および生産性の向上、ひいては装置コストの低減を図ることが可能な電界紡糸ヘッドおよび電界紡糸装置の提供。【解決手段】基材４０に対向して配置され、電圧が印加されることにより、繊維の原料液を吐出可能なノズルユニット３１１と、基材４０とノズルユニット３１１との間の紡糸空間の外側方向に延びるように、ノズルユニット３１１の近傍に配置され、かつノズルユニット３１１に印加される電圧と同極性の電圧が印加され、ノズルユニット３１１の周辺に電場を生じさせることが可能な制御体３１２ａと、を有する電界紡糸ヘッド。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に対向して配置され、電圧が印加されることにより、繊維の原料液を吐出可能なノズルユニットと、
前記基材と前記ノズルユニットとの間の紡糸空間の外側方向に延びるように、前記ノズルユニットの近傍に配置され、かつ前記ノズルユニットに印加される電圧と同極性の電圧が印加され、前記ノズルユニットの周辺に電場を生じさせることが可能な制御体と、
を有する電界紡糸ヘッド。
【請求項２】
前記制御体の延びる方向は、前記ノズルユニットが前記基材の方向に延びる方向に、実質直交する方向である請求項１に記載の電界紡糸ヘッド。
【請求項３】
前記制御体の延びる方向の長さは、前記ノズルユニットの前記原料液が吐出可能な先端と前記基材との間の距離の３／２０以上である請求項１または請求項２に記載の電界紡糸ヘッド。
【請求項４】
前記ノズルユニットは、多角柱の本体と、前記本体の少なくとも一側面に配列され、前記原料液を前記基材に向けて吐出可能なノズルとを有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電界紡糸ヘッド。
【請求項５】
前記ノズルユニットは、多角柱の本体と、前記本体の異なる二側面に配列され、前記原料液を前記基材に向けて吐出可能なノズルとを有し、
前記制御体は、前記延びる方向と直交する方向に所定の幅を有し、かつ前記所定の幅は、前記二側面のうちの互いに異なる側面に配列されるノズルの先端の前記基材の幅方向に投影した間隔よりも広い請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電界紡糸ヘッド。
【請求項６】
基材を搬送可能な搬送デバイスと、
前記搬送デバイスにより搬送される前記基材に向けて繊維の原料液を吐出可能な電界紡糸ヘッドと、
を有し、
前記電界紡糸ヘッドは、
前記基材に対向して配置され、電圧が印加されることにより、前記繊維の原料液を吐出可能なノズルユニットと、
前記基材と前記ノズルユニットとの間の紡糸空間の外側方向に延びるように、前記ノズルユニットの近傍に配置され、かつ前記ノズルユニットに印加される電圧と同極性の電圧が印加され、前記ノズルユニットの前記端部の周辺に電場を生じさせることが可能な制御体と、
を有する電界紡糸装置。
【請求項７】
前記制御体の前記延びる方向は、前記ノズルユニットが前記基材の方向に延びる方向に、実質直交する方向である請求項６に記載の電界紡糸装置。
【請求項８】
前記制御体の前記延びる方向の長さは、前記ノズルユニットの前記原料液が吐出可能な先端と前記基材との間の距離の３／２０以上である請求項６または請求項７に記載の電界紡糸装置。
【請求項９】
前記ノズルユニットは、多角柱の本体と、前記本体の少なくとも一側面に配列され、前記原料液を前記基材に向けて吐出可能なノズルとを有する請求項６乃至８のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。
【請求項１０】
前記ノズルユニットは、多角柱の本体と、前記本体の異なる二側面に配列され、前記原料液を前記基材に向けて吐出可能なノズルとを有し、
前記制御体は、前記延びる方向と直交する方向に所定の幅を有し、かつ前記所定の幅は、前記二側面のうちの互いに異なる側面に配列されるノズルの先端の前記基材の幅方向に投影した間隔よりも広い請求項６乃至９のいずれか一項に記載の電界紡糸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電界紡糸ヘッド、および電界紡糸ヘッドを用いた電界紡糸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電界紡糸法を用いて基材に繊維膜を形成する電界紡糸装置が知られている。この従来装置は、基材を搬送しながら、基材に向けて電界紡糸ヘッド（以下単にヘッドという）から原料液（繊維）を吐出する。
【０００３】
上述の従来装置は、ヘッドから吐出されて飛翔する繊維の、基材の幅方向への広がりを制御するために、ヘッドの両端に配置され、かつヘッドから基材方向に延びる制御ユニットを有する。
【０００４】
さらに従来装置は、制御ユニットにより広がりが制御された繊維を、基材上に誘導するために、制御ユニットと基材との間に設けられる誘導ユニットを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５３４８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、簡単な構成で、飛翔する繊維の広がりを抑制し、かつ繊維の基材への誘導を制御して、繊維膜の品質および生産性の向上、ひいては装置コストの低減を図ることが可能な電界紡糸ヘッド、および電界紡糸装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る電界紡糸ヘッドは、基材に対向して配置され、電圧が印加されることにより、繊維の原料液を吐出可能なノズルユニットと、前記基材と前記ノズルユニットとの間の紡糸空間の外側に延びるように、前記ノズルユニットの近傍に配置され、かつ前記ノズルユニットに印加される電圧と同極性の電圧が印加され、前記ノズルユニットの周辺に電場を生じさせることが可能な制御体と、を有する電界紡糸ヘッド。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る電界紡糸装置を示す図である。
【図２】図１に示す装置のヘッドユニット周辺の構造を模式的に示す一部拡大図である。
【図３】実施形態に係る電界紡糸ヘッドの一例を示す、基材の幅方向と直交する方向から見た側面図である。
【図４】図３に示すヘッドの端部を示す斜視図である。
【図５】図３に示すヘッドの端部を拡大して示す側面図である。
【図６】図３に示すヘッドを、基材の幅方向から見た側面図である。
【図７】実施形態に係るヘッドの他の例を示す斜視図である。
【図８】図７に示すヘッドの端部を示す、基材の幅方向と直交する方向から見た側面図である。
【図９】図７に示すヘッドを、基材の幅方向から見た側面図である。
【図１０】実施形態に係る装置の制御構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】実施形態の比較例に係るヘッドの端部の等電位線を示すシミュレーション図である。
【図１２】実施形態の比較例に係るヘッドの端部の等電位線を示すシミュレーション図である。
【図１３】実施形態に係るヘッドの端部の等電位線を示すシミュレーション図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、実施形態について説明する。なお各図におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向は、各図に共通の方向であり、かつ互いに直交する方向である。またＸ方向は、ノズル３１１ａが基材４０の方向に延びる方向であり、かつＸ１方向は水平搬送路の基材４０の搬送方向である。またＹ方向は、基材４０の幅方向と直交する方向であり、かつ垂直搬送路６４の基材４０の搬送方向である。またＺ方向は、基材４０の幅方向であり、かつヘッド３１に含まれるノズルユニット３１１のノズル３１１ａが配列される方向である。
【００１０】
まず、実施形態の全体について、概略的に説明する。図１および図２は、実施形態に係る電界紡糸装置１０（以下、単に装置１０という）の内部を示す図である。図３は、装置１０に用いられる電界紡糸ヘッド３１（以下、単にヘッド３１という）を示す図である。
【００１１】
装置１０は、周知の電界紡糸法により、基材４０に繊維膜を形成する装置の一例である。装置１０は、基材４０をＹ方向に搬送する搬送路６４（以下、垂直搬送路６４という）を有する。ヘッド３１は、垂直搬送路６４を搬送される基材４０に向けて原料液（繊維）を吐出する。
【００１２】
ここで、ヘッド３１から吐出される繊維は、ヘッド３１と基材とが対向する紡糸空間Ｓ（図３参照）内を飛翔して基材４０に到達し堆積する。一方繊維は、紡糸空間Ｓの外側（図３においてＺ方向）へも広がって飛翔しようとする。
【００１３】
従って繊維を確実に基材４０に堆積させて繊維膜を形成するためには、繊維の飛翔の広がりを制御し、かつ飛翔する繊維を基材４０に誘導する必要がある。なお図３における紡糸空間Ｓは、説明をわかり易くするための模式的な空間であって、実際の紡糸空間は、図３の紡糸空間に限定されない。
【００１４】
これに対し装置１０に用いられるヘッド３１は、後述する制御体３１２ａを有する。制御体３１２ａは、繊維の飛翔の広がりを抑制すると共に、繊維の基材４０への誘導を制御する。
【００１５】
従って、本実施形態によれば、簡単な構成でありながら、飛翔する繊維の広がりを抑制し、かつ繊維の基材への誘導を制御して、繊維膜の品質および生産性の向上、ひいては装置コストの低減を図ることができる。なお以下の説明において、飛翔する繊維の広がりを抑制し、かつ繊維の基材への誘導を制御することを、単に、繊維の飛翔制御ということがある。
【００１６】
次に装置１０の各部について、図１、図２及び図１０を参照して、詳細に説明する。装置１０は、電源２０、ヘッドユニット３０、巻出しリール４１、巻取りリール４２、支持体５０、及び搬送デバイス６０を有する。
【００１７】
まず電源２０について説明する。電源２０は、後述のヘッドユニット３０の各ヘッド３１に接続される。電源２０は、各ヘッド３１に供給される原料液を帯電するために、ヘッド３１に、例えば３０〜５０ｋＶの電圧を印加する。
【００１８】
また電源２０は、各ヘッド３１の後述の制御体３１２ａにも接続される。電源２０は、繊維の飛翔制御のために、制御体３１２ａに電圧を印加する。制御体３１２ａに印加される電圧は、ヘッド３１に印加される電圧と同極性であり、かつ例えば同じ値である。
【００１９】
本実施形態において、電源２０は、ヘッド３１に電圧を印加するための電源及び、制御体３１２ａに電圧を印加する電源として兼用されるが、ヘッド３１用電源および制御体３１２ａ用電源は、それぞれ別の電源であっても良い。
【００２０】
次にヘッドユニット３０について説明する。ヘッドユニット３０は、図１のＹ方向に基材４０を搬送する垂直搬送路６４の両側に配置され、垂直搬送路６４を搬送される基材４０と対向する。ヘッドユニット３０は、垂直搬送路６４の片側にだけ配置されても良いが、本実施形態の場合、繊維膜の形成速度を向上させるために、垂直搬送路６４の両側に配置される。
【００２１】
ヘッドユニット３０は、１個以上のヘッド３１を含む。本実施形態においては、図１に示すように、ヘッドユニット３０は、例えば３個のヘッド３１を含む。
【００２２】
なお、本実施形態において、装置１０は、図１に示すように、３本の垂直搬送路６４を有する。従って装置１０は、図１に示すように、合計４個のヘッドユニット３０を有するが、垂直搬送路６４の本数及びヘッドユニット３０の個数は限定されるものではない。
【００２３】
また図２に示すように、ヘッドユニット３０の３個のヘッド３１は、支持体５０に支持されることにより、垂直搬送路６４に沿って垂直方向（図２のＹ方向）に配置される。各ヘッド３１の間隔ｄ１（図２参照）は、例えば同じとすることができる。また各ヘッド３１は、同一の構造を有する。ヘッド３１の構造については後述する。
【００２４】
また各ヘッド３１と基材４０との間隔ｄ２（図２参照）は、例えば同じである。間隔ｄ２は、例えば電源２０による印加電圧、原料液中の繊維の原材料の種類、原材料の濃度等を含む吐出条件により決められる。
【００２５】
また各ヘッド３１は、不図示の原料液貯蔵用のタンクに、不図示の送液機構を介して接続されている。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。
【００２６】
繊維の原材料には特に限定がなく、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。具体例としては、熱可塑性樹脂であるポリスチレン、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、液晶ポリマー、熱硬化性樹脂であるユリア樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂や、これらを含む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。
【００２７】
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。
【００２８】
上述した構成により、ヘッドユニット３０は、帯電された原料液を後述のヘッド３１から吐出して、垂直搬送路６４を搬送される基材４０の両面に同時に繊維膜を形成する。
【００２９】
すなわちまず、ヘッドユニット３０の各ヘッド３１には、原料液貯蔵用のタンクから送液機構を介して、原料液が供給される。またヘッド３１には、電源２０により電圧が印加される。
【００３０】
ヘッド３１は、垂直搬送路６４を搬送される基材４０の片面に向けて、帯電された原料液を吐出する。ヘッド３１から吐出された原料液中の溶媒は、装置１０内の雰囲気中で揮発する。
【００３１】
ヘッド３１から吐出された原料液中の原材料（繊維）は、飛翔して垂直搬送路６４を搬送される基材４０の片面に到達し、基材４０の両面に繊維膜が形成される。
【００３２】
また、ヘッド３１から吐出された繊維の一部は、垂直搬送路６４を搬送される基材４０の幅方向（図１のＺ方向）にも飛翔しようとする。ただし後述するように、制御体３１２ａによって、繊維の飛翔制御が行なわれる。
【００３３】
次に、巻出しリール４１及び巻取りリール４２について説明する。巻出しリール４１及び巻取りリール４２は、不図示の駆動源により回転される。巻出しリール４１は、装置１０の筐体１３の入口１１を介して、基材４０を筐体１３内に供給する（図１の矢印Ａ参照）。巻取りリール４２は、筐体１３の出口１２から排出される繊維膜が形成された基材４０を回収する（図１の矢印Ｂ参照）。なお基材４０は、例えばシート状の電極である。基材４０の材質としては、例えばアルミニウムが挙げられる。
【００３４】
装置１０内に供給された基材４０は、搬送デバイス６０の複数のローラ６１に掛け渡されることにより、垂直搬送路６４を経由して搬送される。
【００３５】
基材４０は、垂直搬送路６４に配置されたヘッドユニット３０により繊維膜が形成された後に、出口１２から装置１０外に排出されて（図１の矢印Ｂ参照）、巻取り部４２に回収される。
【００３６】
次に支持体５０について説明する。支持体５０は、図２に示すように、一方の垂直搬送路６４を搬送される基材４０に対向するヘッドユニット３０と、他方の垂直搬送路６４を搬送される基材４０に対向するヘッドユニット３０を支持する。
【００３７】
次に搬送デバイス６０について説明する。搬送デバイス６０は、基材４０を搬送するために、複数のローラ６１および、駆動源６２（図１０参照）を有する。
【００３８】
複数のローラ６１は、装置１０内の所定位置に配置されて、基材４０を支持することにより、基材４０をＸ１方向に搬送する複数の水平搬送路６３と、基材４０をＹ方向に搬送する複数の垂直搬送路６４とを形成する。
【００３９】
水平搬送路６３は、垂直搬送路６４へ基材４０を供給するため、及び、垂直搬送路６４を通過して繊維膜が形成された基材４０を次の垂直搬送路６４、あるいは装置１０外へ搬送するために、垂直搬送路６４のＹ方向における両端部に接続される。
【００４０】
本実施形態においては、図１に示すように、４本の水平搬送路６３がローラ６１により形成される。具体的には、水平搬送路６３は、入口１１から供給される基材４０を、最初の垂直搬送路６４に搬送する１本の搬送路を含む。
【００４１】
また、水平搬送路６３は、一つの垂直搬送路６４を通過した基材４０を次の垂直搬送路６４に搬送する２本の搬送路を含む。
【００４２】
さらに水平搬送路６３は、最後の垂直搬送路６４を通過した基材４０を出口１２へ搬送する１本の搬送路を含む。
【００４３】
本実施形態では、入口１１から供給される基材４０を搬送する最初の水平搬送路６３は、垂直搬送路６４の下端部（図１のＹ２方向の端部）に接続する。次以降の水平搬送路６３は、相対向する２本の垂直搬送路６４の上端部（図１のＹ１方向の端部）および下端部に交互に接続し、最後の水平搬送路６３は、垂直搬送路６４の上端部に接続する。
【００４４】
また、本実施形態においては、図１に示すように、３本の垂直搬送路６４がローラ６１により形成される。垂直搬送路６４は上述のように水平搬送路６３と接続する。
【００４５】
従って最初の垂直搬送路６４は、基材４０をＹ１方向に向けて搬送する。次の垂直搬送路６４は、基材４０を、Ｙ２方向に向けて搬送し、さらに次の垂直搬送路６４は、Ｙ１方向に向きを変えて、基材４０を搬送する。
【００４６】
なお垂直搬送路６４の本数、水平搬送路６３の本数及びローラ６１の個数は、本実施形態の数に限定されるものではない。
【００４７】
駆動源６２は、複数のローラ６１を回転するモータを有する。駆動源６２は、複数のローラ６１を回転するために、複数のモータを有しても良いし、共通の１個のモータを有しても良い。
【００４８】
なお本実施形態の電界紡糸装置は装置１０に限定されないが、装置１０によれば、上述したように、装置の限られたスペースにおいて、繊維が吐出される基材４０の垂直搬送路６４を複数設けることができる。さらに垂直搬送路６４において基材４０の両面に同時に繊維膜を形成することができる。従って装置１０を小型化できると共に、繊維膜の形成速度を向上させることができる。
【００４９】
次に、図３乃至図６を参照して、ヘッドユニット３０に含まれる複数のヘッド３１について詳述する。なお各ヘッド３１は同一構造を有するので、以下の説明では１個のヘッド３１について説明する。
【００５０】
図３に示すように、ヘッド３１は、1個以上のノズルユニット３１１、及び電場制御ユニット３１２を有する。
【００５１】
ノズルユニット３１１の数は、基材４０の幅等に応じて適宜変更できる。図３に示すヘッド３１は、例えば６個のノズルユニット３１１を有する。ノズルユニット３１１は、基材４０の幅の範囲内において、基材４０の幅方向に配列される。基材４０の幅とは、例えば図１におけるＺ方向の幅である。
【００５２】
各ノズルユニット３１１は、ノズル３１１ａ、取付け体３１１ｂ、及び本体３１１ｃを有する。
【００５３】
まずノズル３１１ａについて、以下に説明する。ノズル３１１ａは、導電性であり、原料液に対する耐性を有する。ノズル３１１ａは、基材４０と対向する方向に延びる、例えば針状の形状を有する。ノズル３１１ａは、Ｙ方向から見て平行に、かつＺ方向に、ピッチｐを有して一列に配列される（例えば図３及ぶ図４参照）。なお、複数のノズル３１１ａの配列は、一列に限定されず、複数列に配置されても良い。
【００５４】
ノズル３１１ａは、基材４０と対向する一端（以下先端と言うことがある）に、基材４０に向けて原料液（繊維）を吐出する孔を有する。ノズル３１１ａは、内部に不図示の原料液の流路である空間を有する。ノズル３１１ａは、他端において取付け体３１１ｂに取付けられる。ノズル３１１ａは、取付け体３１１ｂおよび本体３１１ｃを介して電源２０に接続され、電圧が印加される。
【００５５】
なおノズル３１１ａの形状は、針状に限定されないが、針状にすることにより、ノズル３１１ａの先端における電場集中が生じ易くなる。ノズル３１１ａの先端で、電場集中が生じると、ノズル３１１ａと基材４０との間に生じる電場の強度を高めることができる。従って電源２０により印加される電圧を低くすることができる。
【００５６】
なおノズル３１１ａの先端を尖らせることにより、ノズル３１１ａの先端における電場強度を集中させることができるので、ノズル３１１ａは、例えば先端が尖がった円錐形状でもよい。
【００５７】
取付け体３１１ｂについて、以下に説明する。取付け体３１１ｂは、ノズル３１１ａが取付けられる側と反対側において、例えば取り外し可能に、本体３１１ｃに取り付けられる（例えば図３参照）。
【００５８】
本体３１１ｃについて、以下に説明する。本体３１１ｃは、導電性であり、原料液に対する耐性を有する。本体３１１ｃは、図４乃至図５に示すように、Ｚ方向（基材４０の幅方向）に延びる４個の側面を有し、かつ図６に示すように断面形状が４角形の角柱体（以下単に４角柱という）により形成される。
【００５９】
本体３１１ｃは、４個の側面のうちの１個の側面３１１ｘが基材４０に対向するように不図示の取付け部に固定される。ノズル３１１ａは、側面３１１ｘに、取付け体３１１ｂを介して、取り付けられる。
【００６０】
本体３１１ｃは、内部に不図示の原料液の流路である空間を有する。本体３１１ｃ内部の流路は、取付け体３１１ｂ内の流路と連通する。また本体３１１ｃ内部のこの流路には、送液機構を介して、原料液が供給される。
【００６１】
なお本実施形態の本体３１１ｃは、複数のノズルユニット３１１の本体として兼用されるが、本体３１１ｃは、複数のノズルユニット３１１毎に複数個設けられても良い。
【００６２】
また、複数のノズル３１１ａが配列される本体３１１ｃの側面は、一個の側面に限定されない。例えば本体３１１ｃの異なる二個の側面に、複数のノズル３１１ａが配置されても良い。この場合、本体３１１ｃは、二個の側面が基材４０側に向くように、不図示の取付け部に固定される。
【００６３】
また、本体３１１ｃの形状は、４角柱以外の多角柱でも良い。以下に図７乃至図９を参照して、４角柱以外の多角柱の形状を有する本体３１１ｃの２個の側面３１１ｙ,３１１ｚに、ノズル３１１ａを配列したヘッド３１について説明する。なお、本体３１１ｃは、異なる側面の間の複数の頂部において電場が集中しないように、複数の頂部が面取りされた部分３１５を有する。側面３１１ｙ,３１１ｚは、面取り部分３１５を挟んで位置する。
【００６４】
ノズル３１１ａは、本体３１１ｃの各側面３１１ｙ,３１１ｚにおいて、Ｚ方向に一列に配列されている。すなわちヘッド３１は、合計２列のノズル列を有する。
【００６５】
以下、側面３１１ｙに配列される複数のノズル３１１ａを、第１ノズル列３１３と言うことがある。また側面３１１ｚに配列される複数のノズル３１１ａを、第２ノズル列３１４と言うことがある。また第１ノズル列３１３に属するノズル３１１ａを第１ノズル３１３ａと言うことがある。さらに第２ノズル列３１４に属するノズル３１１ａを第２ノズル３１４ａと言うことがある。
【００６６】
第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａの位置と、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａの位置とは、図７及び図８に示すようにＺ方向において異なる。
【００６７】
例えば第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａと、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａとは、図８に示すように互いに１／２ピッチ（ｐ／２）ずれた位置に配置することができる。
【００６８】
このように第１及び第２ノズル３１３ａ,３１４ａの位置をずらすことにより、第１ノズル列３１３に属する１個の第１ノズル３１３ａから吐出される原料液によって基材４０に繊維が堆積される領域と、当該１個の第１ノズル３１３ａと隣接する第１ノズル３１３ａから吐出される原料液によって基材４０に繊維が堆積される領域との間に、第２ノズル列３１４に属する第２ノズル３１４ａから吐出される原料液によって形成される繊維を堆積させることができる。
【００６９】
従って第１ノズル列３１３における複数の第１ノズル３１３ａのピッチｐと、第２ノズル列３１４における複数の第２ノズル３１４ａのピッチｐとを長くしたとしても、基材４０に形成される繊維膜にムラが生じることを抑制できる。またこのことは、複数のノズル３１１ａのＺ方向における見かけ上のピッチを短くすることを意味する。故に同じ個数のノズル３１１ａを一列に配列した場合に比べて、本体３１１ｃの長さを短くすることができ、ひいてはヘッド３１の小型化を図ることができる。
【００７０】
また第１ノズル列３１３における複数の第１ノズル３１３ａのピッチｐと、第２ノズル列３１４における複数の第２ノズル３１４ａのピッチｐとを長くすることができるので、第１ノズル列３１３における複数の第１ノズル３１３ａの先端同士の間の電場干渉、および第２ノズル列３１４における複数の第２ノズル３１４ａの先端同士の間の電場干渉を抑制できる。さらに第１ノズル列３１３に属する第１ノズル３１３ａの先端と第２ノズル列３１４に属する第２ノズル３１４ａの先端との間の電場干渉を抑制することができる。その結果、基材４０への繊維膜の形成を安定させることができる。
【００７１】
また図８に示すように、第１ノズル列３１３に属する第１ノズル３１３ａは、Ｙ方向から見て、互いに平行に配列されている。第２ノズル列３１４に属する第２ノズル３１４ａは、Ｙ方向から見て、互いに平行に配列されている。
【００７２】
また図８に示すように、第１ノズル列３１３に属する第１ノズル３１３ａと、第２ノズル列３１４に属する第２ノズル３１４ａとは、Ｙ方向から見て、互いに平行に配列されている。
【００７３】
但し、図９に示すようにＺ方向から見て、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａが延びる方向は、第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａが延びる方向と交差する。
【００７４】
また、図９に示すようにＺ方向から見て、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａは、その先端側になるに従って、第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａから離れる方向に延びる。
【００７５】
また、図９に示すようにＺ方向から見て、第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａの先端と、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａの先端との間のＺ方向に投影した距離ｄ５は、本体の断面寸法ｄ６よりも長い。
【００７６】
第１ノズル列３１３と第２ノズル列３１４とを上述の様に構成することにより、Ｚ方向から見て、第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａと、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａとを平行に配列した場合よりも、上述の距離ｄ５を長くすることができる。
【００７７】
従って第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａの先端と、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａの先端との間で電場干渉が生じることを抑制できる。その結果基材４０への繊維膜の形成を安定させることができる。
【００７８】
第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａが延びる方向と、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａが延びる方向との間のＺ方向に投影した角度θ１（図９参照）は、３０°以上、１５０以下とすることが好ましい。すなわち、角度θ１を３０°以上、１５０以下とすれば、ヘッド３１の小型化、第１ノズル列３１３と第２ノズル列３１４の電場干渉の抑制、および基材４０への安定した繊維膜の形成を実現するのに好適である。さらに原料液の揮発性を向上させると共に、複数のヘッド３１を配置する場合には、角度θ１は、４５°以上、７５°以下とすることがより好ましい。
【００７９】
また第１ノズル列３１３に属する複数の第１ノズル３１３ａの取付け体３１１ｂ側の端部と、第２ノズル列３１４に属する複数の第２ノズル３１４ａの取付け体３１１ｂ側の端部との間のＺ方向に投影した距離ｄ７（図９参照）を、上述の距離ｄ５より短くすることができる（図９参照）。従って本体３１１ｃの断面寸法ｄ６（図９参照）を、距離ｄ５より短くすることが容易になる。本体３１１ｃの断面寸法ｄ６を、距離ｄ５より短くすることができれば、ヘッド３１の小型化を図ることができる。
【００８０】
図７乃至図９に示す本体３１１ｃは、断面形状が正多角形を有する角柱体である。断面形状は限定されないが、正多角形は、線対称であるため、複数の側面に複数のノズル３１１ａを配列することが容易である。
【００８１】
図７乃至図９に示す本体３１１ｃの断面形状は、例えば正六角形である。この場合、本体３１１ｃの側面３１１ｙに第１ノズル列３１３を配列し、面取り部分３１５を挟んで位置する側面３１１ｚに第２ノズル列３１４を配列するようにすれば、上述した角度θ１が６０°になり、上述した４５°以上、７５°以下の角度範囲内にすることができる。なお本体３１１ｃの断面形状を円形とし、ノズル３１１ａが配列される部分に平面部を設けるようにしても良い。
【００８２】
また、側面３１１ｙと側面３１１ｚとがなす角度をθ２とすれば、上述の角度θ１は以下の式で表すことができる。
θ１＝１８０°−θ２
【００８３】
なお図７乃至図９に示すノズル３１１ａも、図３乃至図５に示した例と同様に、取付け体３１１ｂを介して本体３１１ｃに取り付けられる。
【００８４】
次に、図３及び図４を参照して、電場制御ユニット３１２について説明する。電場制御ユニット３１２は、制御体３１２ａ及び接続体３１２ｂを有する。
【００８５】
まず制御体３１２ａについて、以下に説明する。制御体３１２ａは、導電性であり、原料液に対する耐性を有する。制御体３１２ａは、接続体３１２ｂの一端に取付けられる。なお接続体３１２ｂは、後述するように、ノズルユニット３１１の本体３１１ｃに取り付けられる。また本体３１１ｃは上述したように電源２０と接続される。
【００８６】
従って制御体３１２ａは、電源２０により、本体３１１ｃおよび接続体３１２ｂを介して、ノズル３１１ａと同極性かつ同じ値の電圧が印加される。
【００８７】
また制御体３１２ａは、接続体３１２ｂに取付けられることにより、ヘッド３１のＺ方向における両端に配置される（例えば図３参照）。
【００８８】
すなわち制御体３１２ａは、Ｚ方向に配列される複数のノズルユニット３１１ａのうちの最も外側のノズルユニット３１１ａの近傍に配置される。具体的には、制御体３１２ａは、最も外側のノズルユニット３１１ａに含まれるノズル３１１ａと間隔ｄ３（図４参照）を有して配置される。
【００８９】
間隔ｄ３は、各ノズル３１１ａのピッチｐ以上であることが好ましい。間隔ｄ３がピッチｐよりも狭くなる場合、制御体３１２ａとノズル３１１ａとの間に電場干渉が生じる。
【００９０】
さらに制御体３１２ａは、ノズル３１１ａの先端と基材４０とが対向する紡糸空間Ｓ（図３参照）よりも外側の方向にかつ基材４０の幅方向（Ｚ方向）に延びるように配置される。
【００９１】
制御体３１２ａが防止空間Ｓよりも外側に向かって延びる方向は、例えばノズル３１１ａが基材４０に向かって延びる方向（例えば図３におけるＸ方向参照）と、実質直交する。実質直交するとは、ノズル３１１ａが基材４０に向かって延びる方向と直交する方向に対して、±５度の範囲を含む。
【００９２】
また制御体３１２ａが、ノズル３１１ａの先端よりも基材４０に近い場合に、絶縁破壊の恐れが生じる。従って制御体３１２ａは、接続体３１２ｂに取付けられることにより、ノズル３１１ａの先端からの高さｈ（≧０）を有して配置される（図３参照）。
【００９３】
制御体３１２ａは、防止空間Ｓよりも外側に向かって延びる方向の長さＬを有する（例えば図３参照）。長さＬは、ノズル３１１ａ先端と基材４０との距離ｄ２の３／２０以上であることが好ましく、３／１０以上であることがより好ましい。
【００９４】
制御体３１２ａは、長さＬの方向に直交する方向の幅Ｗを有する（図４参照）。この幅Ｗは特に限定されない。従って制御体３１２ａは、図４に示されるように、板状の部材でも良いし、例えば棒状の部材でも良い。但し、図７乃至図９に示すヘッド３１の場合、制御体３１２ａは、好適な繊維の飛翔制御の効果を得るために、上述の距離ｄ５（図９参照）以上の幅を有する。
【００９５】
以下に接続体３１２ｂについて説明する。接続体３１２ｂは、例えば板状部材であり、導電性および原料液に耐性を有する。接続体３１２ｂは、制御体３１２ａが取付けられる一端とは反対の他端側において、ノズルユニット３１１の本体３１１ｃの両端に取付けられる。接続体３１２ｂは、本体３１１ｃに取付けられることにより、制御体３１２ａを上述した位置及び方向に配置する。
【００９６】
また接続体３１２ｂは、ノズルユニット３１１の本体３１１ｃと制御体３１２ａとを電気的に接続する。従ってノズルユニット３１１に電圧を印加する電源２０を、制御体３１２ａに電圧を印加する電源として兼用することができる。
【００９７】
なお、接続体３１２ｂの代わりに、制御体３１２ａを上述したように配置するための支持体を設けても良い。また接続体３１２ｂの代わりに、制御体３１２ａに電圧を印加するための端子を設けても良い。
【００９８】
また制御体３１２ａと接続体３１２ｂとは、別部材である必要はない。例えば制御体３１２ａと接続体３１２ｂとは、同一の部材を屈曲することにより形成されても良い。
【００９９】
以下に、制御ユニット３１２の制御体３１２ａによる繊維の飛翔制御について説明する。
制御ユニット３１２の制御体３１２ａは、上述した構成により、電源２０によって電圧が印加されると、ヘッド３１の両端部の周辺（最も外側のノズルユニット３１１の周辺）において電場を生じさせる。
【０１００】
上述したように、ヘッド３１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の方向へ飛翔すると共に、垂直搬送路６４を搬送される基材４０方向以外の基材４０の幅方向（図３のＺ方向参照）へも飛翔しようとする。
【０１０１】
これに対し制御体３１２ａは、ヘッド３１の両端部の周辺に電場を生じさせることにより、ヘッド３１（ノズル３１１ａ）から吐出される繊維の飛翔の基材４０の幅方向の広がりを抑制し、かつ繊維を基材４０へ誘導するように制御する。
【０１０２】
具体的には図３おいて、制御体３１２ａは、ヘッド３１と基材４０との間の紡糸空間Ｓから外側（Ｚ方向側）への繊維の飛翔を抑制する。
【０１０３】
制御体３１２ａによる繊維の飛翔制御について、図１１乃至図１３を参照して、具体的に説明する。
【０１０４】
図１１は、制御体３１２ａを配置しない場合における紡糸空間Ｓ、およびその外側周辺の等電位線Ｑの分布を示すシミュレーション図である。
【０１０５】
図１２は、制御体３１２ａの代わりに、従来の電場制御ユニット４１１を配置した場合における紡糸空間Ｓ、およびその外側周辺の等電位線Ｑの分布を示すシミュレーション図である。従来の電場制御ユニット４１１は、ノズル３１１が延びる方向（Ｘ方向）と同一方向に延びる板状部材である。
【０１０６】
図１３は、本実施形態に係る制御体３１２ａを配置した場合における紡糸空間Ｓ、およびその外側周辺の等電位線Ｑの分布を示すシミュレーション図である。
【０１０７】
図１１及び図１２における紡糸空間Ｓ内の等電位線Ｑの分布に比較して、図１３における防止空間Ｓ内の等電位線Ｑの分布がフラット（Ｚ方向に沿って平行）であることが確認できる。
【０１０８】
また図１１及び図１２の場合と比較して、図１３の場合に、等電位線Ｑから推定した飛翔する繊維の中心軌道Ｏから、飛翔する繊維のＺ方向へ広がりが抑制され、かつ飛翔する繊維が基材４０に誘導されることが確認できる。
【０１０９】
次に、図１０を参照して、装置１０の制御構成について説明する。図１０は、装置１０の制御構成の一例を示すブロック図である。
【０１１０】
図１０に示すように、装置１０は、制御デバイス８０を有する。制御デバイス８０には、例えば上述した電源２０、駆動源６２および、不図示の送液機構等が接続される。
【０１１１】
制御デバイス８０は、プロセッサ８１及びメモリ８２を含む。プロセッサ８１は、例えばＣＰＵ、あるいはＭＰＵを含む。メモリ８２は、例えばＲＯＭ８２ａ及びＲＡＭ８２ｂを含む。
【０１１２】
プロセッサ８１は、装置１０の全体動作を制御する。ＲＯＭ８２ａは、例えばプロセッサ８１による制御動作のための制御プログラム等を記憶する。ＲＡＭ８２ｂは、例えばＲＯＭ８２ａから読み出された制御プログラム等を展開するための作業エリアを提供する。
【０１１３】
例えばプロセッサ８１は、ＲＯＭ８２ａに記憶されている制御プログラムを読み出し、ＲＡＭ８２ｂに制御プログラムを展開する。プロセッサ８１は、ヘッドユニット３０から原料液を吐出させるために、制御プログラムに従って、電源２０および、不図示の送液機構等を制御する。
【０１１４】
また、プロセッサ８１は、基材４０を搬送するために、制御プログラムに従って、駆動源６２を制御する。さらに、プロセッサ８１は、制御体３１２ａに電圧を印加するために、制御プログラムに従って、電源２０を制御する。
【０１１５】
以上説明したように、実施形態に係るヘッド３１は、基材４０の幅方向における最も外側のノズルユニット３１１の近傍に配置され、ノズルユニット３１１と基材４０との間の紡糸空間の外側に向かって延びる制御体３１２ａを有する。制御体３１２ａは、ノズルユニット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、ヘッド３１の端部の周辺（最も外側のノズルユニット３１１の周辺）に電場を生じさせる。実施形態に係るヘッド３１によれば、制御体３１２ａによって、ノズルユニット３１１から吐出される繊維の飛翔の広がりが抑制し、かつ繊維の基材４０への誘導を制御することができる。
【０１１６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、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。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  装置（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
３１  ヘッド（電界紡糸ヘッド）
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
８０  制御デバイス
８１  ＣＰＵ
８２  メモリ
８２ａ  ＲＯＭ
８２ｂ  ＲＡＭ
３１１  ノズルユニット
３１１ａ  ノズル
３１１ｂ  取付け体
３１１ｃ  本体
３１１ｘ  側面
３１１ｙ  側面
３１１ｚ  側面
３１２  制御ユニット
３１２ａ  制御体
３１２ｂ  接続体
３１３  第１ノズル列
３１３ａ  第１ノズル
３１４  第２ノズル列
３１４ａ  第２ノズル
３１５  面取り部分
４１１  電場制御ユニット
Ｏ  繊維の中心軌道
Ｑ  等電位線
Ｓ  紡糸空間
【図１】
2019189959.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019189959.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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