(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に対向配置され、前記基材に向けて液体を吐出する液体ノズルを有する液体吐出装置と、
前記基材と前記液体ノズルとの間を液体吐出領域とした時に、前記液体吐出領域の外側から前記液体ノズルの液体の吐出方向と交差する方向に向けて気体を噴射する噴射ヘッドを有する気体吐出装置と、
を備え、
前記噴射ヘッドは、前記液体ノズルの先端に向けて配される、電界紡糸装置。
【請求項２】
前記気体吐出装置の前記噴射ヘッドは、前記液体吐出領域の側方から気体を噴射する、請求項１に記載の電界紡糸装置。
【請求項３】
前記気体吐出装置は、
前記噴射ヘッドに接続される気体供給部と、
前記気体供給部と前記噴射ヘッドの間の気体の流路を開閉する開閉バルブと、を備える、請求項１または２に記載の電界紡糸装置。
【請求項４】
前記噴射ヘッドの向きは、前記液体ノズルの向きに対して、２０度〜９０度の範囲の角度を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電界紡糸装置。
【請求項５】
前記液体ノズルは、導電性であり、
前記基材は導電性材料で構成され、
前記液体ノズルに電圧を印加する電源を備える、請求項１または２に記載の電界紡糸装置。
【請求項６】
前記噴射ヘッドはノズル形状を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電界紡糸装置。
【請求項７】
基材に対向配置され、前記基材に向けて液体を吐出する液体ノズルを有するノズルヘッドの吐出口と前記基材との間の液体吐出領域に、気体を吐出する気体吐出ヘッドを備え、
前記気体吐出ヘッドは、前記液体ノズルの先端に向けて配される、クリーニング装置。
【請求項８】
基材に対向配置される液体ノズルから、前記基材に向けて液体を吐出することと、
前記基材と前記液体ノズルとの間の液体吐出領域に、前記液体ノズルの先端に向けて配される気体吐出ヘッドから気体を吐出することと、
を備える、電界紡糸方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明の実施形態は、電界紡糸装置、クリーニング装置及び電界紡糸方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  エレクトロスピニング法（電界紡糸法、電荷誘導紡糸法）により、例えば直径がナノオーダーの微細な繊維をコレクタである基材の表面に形成する電界紡糸装置が知られている。例えば、電界紡糸装置は、原料液を収容するタンクと、配管を介してタンクに接続されたノズルヘッドと、送液用ポンプと、ノズルヘッドに対向配置される基材と、ノズルヘッドに電圧を印加する電源と、を備える。このような電界紡糸装置において、繊維形成処理を長時間継続すると、繊維が絡まってノズル先端の近傍に滞留することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５９５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  実施形態は、滞留繊維を除去することが可能な電界紡糸装置、クリーニング装置及び電界紡糸方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態にかかる電界紡糸装置は、液体吐出装置と、気体吐出装置と、を備える。液体吐出装置は、基材に対向配置され、前記基材に向けて液体を吐出する液体ノズルを有する。気体吐出装置は、前記基材と前記液体ノズルとの間を液体吐出領域とした時に、前記液体吐出領域の外側から前記液体ノズルの液体の吐出方向と交差する方向に向けて気体を噴射する噴射ヘッドを有する。前記噴射ヘッドは、前記液体ノズルの先端に向けて配される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる電界紡糸装置の構成を示す説明図である。
【図２】図２は、同電界紡糸装置の気体噴射装置の構成を示す説明図である。
【図３】図３は、同電界紡糸装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】  以下に、第１実施形態に係る電界紡糸装置１００について図１乃至図３を参照して説明する。図１は本実施形態にかかる電界紡糸装置１００の構成を示す説明図であり、図２は気体噴射装置１２の構成を示す説明図である。図３は電界紡糸装置１００の制御構成を示すブロック図である。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは、互いに直交する３方向である第１方向、第２方向、及び第３方向を、それぞれ示す。
【０００８】  図１乃至図３に示すように、電界紡糸装置１００は、液体吐出装置１１と、気体吐出装置である気体噴射装置１２と、所定の搬送経路に沿って基材Ｓ１を搬送する搬送装置１３と、各部の動作を制御する制御装置１４と、を備える。
【０００９】  電界紡糸装置１００は、ノズルヘッド２３から原料液Ｑ１を吐出し、基材Ｓ１の表面に微細なファイバを形成する装置である。本実施形態においては、帯状の基材Ｓ１を搬送経路にて搬送しながら、基材Ｓ１の一方の面に対向配置されたノズルヘッド２３から原料液Ｑ１を吐出し、基材Ｓ１の一方の面に繊維を堆積させる。
【００１０】  原料液Ｑ１は、例えば、高分子物質が溶媒に溶解したものである。高分子物質は、例えば形成した繊維の材質に応じて選択される。高分子物質は、例えば、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。
【００１１】  溶媒は、高分子物質を溶解できるものであり、例えば溶解させる高分子物質に応じて適宜選択できる。溶媒として、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、ピリジンなどの揮発性の有機溶剤や水を用いることができる。また、溶媒としては上記溶媒より選ばれる一種でもよく、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、上記溶媒に限定されるものではない。上記溶媒は、あくまでも例示である。
【００１２】  液体吐出装置１１は、送液部である送液ポンプ２１と、原料液を収容する収容部２２と、液体吐出部である液体ノズル２３ｂを有するノズルヘッド２３と、電源２４と、架台２５と、第１配管３１及び第２配管３２を有する配管ユニット３０と、を備える。第１配管３１は収容部２２から送液ポンプ２１に至り、複数の第２配管３２は送液ポンプ２１から各ノズルヘッド２３に至る。
【００１３】  送液ポンプ２１は、定量ポンプであり、例えばギアポンプである。送液ポンプ２１は、制御装置１４に接続されるモータ２１ａと、モータ２１ａの出力軸に接続されて回転可能に構成されたギアを有するポンプ部２１ｂと、を備える。ポンプ部２１ｂの一次側は第１配管３１を介して収容部２２に接続され、ポンプ部２１ｂの二次側は第２配管３２を介してノズルヘッド２３に接続される。送液ポンプ２１は制御装置１４によりモータ２１ａが駆動されると、ギアが回転することにより液体を二次側に圧送する。
【００１４】  収容部２２は、原料液Ｑ１を保有するタンクである。収容部２２は、例えば原料液Ｑ１に対する耐性を有する材料で構成されている。
【００１５】  ノズルヘッド２３は、ヘッドベース２３ａと、複数の液体ノズル２３ｂと、ヘッドアーム２３ｄと、を備える。
【００１６】  液体ノズル２３ｂは、例えばニードル型のノズルであり、筒状に構成されている。液体ノズル２３ｂは、先端に原料液Ｑ１を吐出する吐出口２３ｃを有する。例えば、液体ノズル２３ｂの吐出方向は、吐出口２３ｃと基材Ｓ１とを結び、基材Ｓ１の表面に垂直な方向に設定され、本実施形態では、例えばＸ軸に沿う第１方向に沿っている。
【００１７】  本実施形態においては、液体ノズル２３ｂの吐出方向である第１方向及び基材Ｓ１の送り方向である第２方向（Ｙ軸方向）とは直交する第３方向（Ｚ軸方向）に沿って２つの液体ノズル２３ｂが並列している。
【００１８】  ヘッドアーム２３ｄは、ノズルヘッド２３を架台２５に固定する取付部材である。ヘッドアーム２３ｄは、一端が架台２５に締結され、他端がヘッドベース２３ａに固定されている。
【００１９】  ノズルヘッド２３は、導電性材料であって原料液Ｑ１に対する耐性を有する材料で構成される。ノズルヘッド２３は、電源２４に接続されている。ノズルヘッド２３は、制御装置１４の制御により電源２４から所定のタイミングで電圧が印加されることにより、内部で帯電した原料液Ｑ１を、液体ノズル２３ｂの吐出口２３ｃから吐出させ、対向配置された基材Ｓ１の表面に繊維を形成する。
【００２０】  電源２４はノズルヘッド２３と基材Ｓ１との間の空間（後述する液体吐出領域）に電位勾配を形成する。電源２４は、例えば直流電源であり、例えば１０ｋＶ以上１００ｋＶ以下の直流電圧を出力可能に構成されている。電源２４は例えば制御装置１４に接続されるスイッチ機構を備え、ＯＮ／ＯＦＦの切替えや電圧の調整が可能に構成されている。例えば電源２４によりノズルヘッド２３に印加される電圧は、プラスでもマイナスでもよいが、好ましくは、プラスの極性とし、基材Ｓ１との電位差を１０ｋＶ以上とする。電位勾配を形成する構成として、例えば基材Ｓ１を接地してもよいし、基材Ｓ１を介して液体ノズル２３ｂの反対側に対抗電極を設けてもよい。
【００２１】  架台２５は、設置面に支持される支持フレーム２５ａを備える。支持フレーム２５ａに、ノズルヘッド２３のヘッドアーム２３ｄと、気体噴射装置１２の取付アーム５５と、が締結部材によって固定され、支持される。
【００２２】  図１乃至図３に示すように、気体噴射装置１２は、気流ノズル５１を有する気体吐出ヘッドとしての噴射ヘッド５２と、開閉バルブ５４と、噴射ヘッド５２を架台２５に固定する取付アーム５５と、を備える。取付アーム５５は、電気的に絶縁性を有する材料、例えば樹脂で構成されている。気体噴射装置１２は、液体吐出領域に気体を噴出する。この場合、噴射する気体の一部が液体ノズル２３ｂに接触するように配置することで液体ノズル２３ｂの洗浄を行うことが可能であり、気体噴射装置１２は液体ノズル２３ｂを洗浄するクリーニング装置となる。
【００２３】  噴射ヘッド５２は液体ノズル２３ｂと基材Ｓ１との間の領域である液体吐出領域Ａ１に、気体を吐出する噴射口５１ａを有する気流ノズル５１を備える。すなわち、噴射ヘッド５２は、ノズル形状を有している。噴射ヘッド５２は、取付アーム５５によって支持フレーム２５ａに支持されている。噴射ヘッド５２は、例えば各液体ノズル２３ｂから吐出される原料液Ｑ１が通過する吐出経路Ａｆを含む液体吐出領域Ａ１の側方に外れた位置に配置されている。本実施形態において、噴射ヘッド５２は、液体ノズル２３ｂの側方、下方及び上方のいずれかであって、液体吐出領域Ａ１から、第２方向及び第３方向において、外方にはずれた位置に配置されている。
【００２４】  噴射ヘッド５２の気流ノズル５１は、噴射口５１ａを液体ノズル２３ｂの吐出口２３ｃに向けて、配置してもよい。気流ノズル５１からの気体の吐出方向は、液体ノズル２３ｂの液体の吐出方向に対して交差する。角度は、基材の幅や基材と液体ノズルとの距離の関係で定められる。例えば、切断して吹き飛ばされた繊維が基材及びノズルヘッドへ向かって移動しない方向に設定される。好ましくは、気流ノズル５１からの気体の吐出方向は、液体ノズル２３ｂの液体の吐出方向に対して２０度〜９０度、さらに好ましくは３０度〜６０度の角度を有することが好ましい。噴射ヘッド５２には、気体供給部としての気体供給装置５３が接続される。気体供給装置５３には、例えばエアポンプや、工場に配されるエア供給機構等の供給源を用いることができる。
【００２５】  開閉バルブ５４は、気体供給装置５３から噴射ヘッド５２に供給される気体の流路を形成する配管５６に設けられ、気体の流路を開閉する。開閉バルブ５４は制御装置１４に接続され、制御装置１４の制御により開閉状態が切替え可能に構成される。
【００２６】  搬送装置１３は、所定の搬送経路に配される複数の搬送ローラ１３ａと、搬送ローラ１３ａを回転駆動するモータ１３ｂと、を備える。搬送装置１３は、複数の搬送ローラ１３ａに掛け渡される基材Ｓ１を支持する。搬送装置１３は、搬送ローラ１３ａを回転することで、基材Ｓ１を搬送経路に沿って二次側に送る。搬送装置１３は制御装置１４に接続され、制御装置１４の制御により基材Ｓ１の搬送動作が制御可能に構成される。
【００２７】  基材Ｓ１は、例えば導電性を有する材料から構成され、例えばアルミ箔で構成される。基材Ｓ１は、例えば帯状に構成される。基材Ｓ１は、搬送装置１３によって所定の搬送経路に沿って支持され、搬送される。本実施形態において、基材Ｓ１は、溶液の吐出方向と直交する第２方向に、送られる。
【００２８】  図３に示すように、制御装置１４は、制御部であるプロセッサ４１と、ＲＡＭやＲＯＭを有するメモリ４２と、を備える。プロセッサ４１は、予め設定されたプログラムや各種条件にしたがって、所定のプログラムを実行することにより、電界紡糸装置１００の各部の動作を制御する。例えばプロセッサ４１は、搬送用のモータ１３ｂやポンプ用のモータ２１ａの運転動作、あるいは電源２４のＯＮ，ＯＦＦ動作を制御することで、搬送処理、送液処理、及び液体吐出処理を行わせる。
【００２９】  またプロセッサ４１は所定のタイミングで気体噴射装置１２を駆動することにより、気体流を吹付け、液体ノズル２３ｂの先端に付着して留まっている滞留繊維Ｆｄを切断し、除去するクリーニング処理である気体噴射処理を行わせる。
【００３０】  本実施形態にかかる電界紡糸方法は、基材Ｓ１を搬送する搬送処理と、ノズルヘッド２３から原料液Ｑ１を吐出させる吐出処理と、原料液Ｑ１をノズルヘッド２３に供給する供給処理と、気体流を吹付ける気体噴射処理（気体吐出処理）と、を備える。
【００３１】  搬送処理として、プロセッサ４１は、モータ１３ｂを駆動して搬送ローラ１３ａを所定のタイミング及び回転速度で回転することで、基材Ｓ１を搬送経路に沿って下流側へ搬送する。
【００３２】  吐出処理として、プロセッサ４１は、電源２４を動作させ、ノズルヘッド２３に電圧を印加することで、ノズルヘッド２３から原料液Ｑ１を吐出させ、基材Ｓ１に堆積させる。すなわち、ノズルヘッド２３に電圧が印加されると、ノズルの吐出口近傍にある原料液Ｑ１が所定の極性、例えばプラスに帯電することで、接地された基材Ｓ１との間に電界が形成される。そして、電気力線に沿って作用する静電力が、ノズルの表面張力よりも大きくなると、吐出口２３ｃ近くの原料液Ｑ１が静電力により基材に向けて引き出される。引き出された原料液Ｑ１は、引き伸ばされ、溶媒が揮発することで、繊維Ｆが形成される。形成された繊維Ｆが、基材Ｓ１の表面に堆積し、堆積体Ｆａを形成する。形成された堆積体Ｆａは、例えば不織布やフィルタに用いられる。
【００３３】  供給処理として、プロセッサ４１は、ポンプ用のモータ２１ａを駆動して、ポンプ部２１ｂを運転することにより、収容部２２内の原料液Ｑ１を二次側のノズルヘッド２３に向けて圧送する。供給処理において、プロセッサ４１はポンプ部２１ｂの駆動時間や駆動出力を制御することにより、原料液Ｑ１の流量、圧力、速度等を制御する。
【００３４】  気体噴射処理、すなわちクリーニング処理としてプロセッサ４１は、吐出処理中の所定のタイミングで、気体噴射装置１２を駆動して、吐出口２３ｃに気体を吹き付ける。例えば、プロセッサ４１は開閉バルブ５４を開き、気流ノズル５１から吐出口２３ｃに向けて気体を噴射させることで、気流により、吐出口２３ｃ近傍に停滞する繊維を切断し、除去する。気体噴射処理のタイミングは、例えば予め設定された一定時間毎、に設定され、あるいは操作入力指示により決定される。
【００３５】  本実施形態にかかる電界紡糸装置１００及び電界紡糸方法によれば、液体ノズル２３ｂに付着して滞留する繊維を除去することにより、液体の吐出処理を安定させることができる。すなわち、例えば、原料液Ｑ１を吐出して繊維を形成する吐出処理を継続すると、繊維Ｆが液体ノズル２３ｂに接触したり、異なる繊維Ｆ同士、あるいは連続する繊維Ｆの異なる部位同士が接触して絡まったりする等により、吐出口２３ｃに付着して留まる滞留繊維Ｆｄが形成される場合がある。この滞留繊維Ｆｄが液体ノズル２３ｂの吐出口２３ｃの近傍に留まると、繊維が絡まり、塊となり、次第に塊が大きくなり、原料液Ｑ１の吐出量や形成される繊維Ｆの形状に影響を及ぼす。
【００３６】  本実施形態にかかる電界紡糸装置１００及び電界紡糸方法によれば、所定のタイミングで気体噴射処理を行うことで、気体流により、吐出口２３ｃに停滞する繊維の塊を切断して、吹き飛ばし、除去することができる。このとき、原料液Ｑ１は電界形成により吐出される構成であるため、気体噴射による気流は原料液Ｑ１の吐出性能への影響が少ない。また、本実施形態にかかる電界紡糸装置１００及び電界紡糸方法によれば原料液Ｑ１や繊維Ｆが通過する吐出経路Ａｆを含む液体吐出領域Ａ１の外側から、液体ノズル２３ｂの吐出口２３ｃに向けて気体を吹付けるため、吐出処理中に気体噴射処理を行うことができる。したがって、吐出処理を停止する必要がないため、生産性を低下させずに、付着した滞留繊維Ｆｄを効果的に取り除くことができる。このため、原料液Ｑ１の吐出量を安定させ、基材Ｓ１の表面に形成される繊維形状を安定させることができ、材料の機能性向上や生産管理の効率化が図れる。
【００３７】  なお、構成等は上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態においては所定の経路に沿って帯状の基材Ｓ１を搬送する例を示したがこれに限られるものではない。例えばコレクタを回転させながら連続して繊維を生成する構成等、他の構成としてもよい。
【００３８】
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。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された事項を付記する。
［１］基材に対向配置され、前記基材に向けて液体を吐出する液体ノズルを有する液体吐出装置と、
前記基材と前記液体ノズルとの間を液体吐出領域とした時に、前記液体吐出領域の外側から前記液体ノズルの液体の吐出方向と交差する方向に向けて気体を噴射する噴射ヘッドを有する気体吐出装置と、
を備える、電界紡糸装置。
［２］前記気体吐出装置の前記噴射ヘッドは、前記液体吐出領域の側方から気体を噴射する、［１］に記載の電界紡糸装置。
［３］前記気体吐出装置は、
前記噴射ヘッドに接続される気体供給部と、
前記気体供給部と前記噴射ヘッドの間の気体の流路を開閉する開閉バルブと、を備える、［１］または［２］に記載の電界紡糸装置。
［４］前記噴射ヘッドは、前記液体ノズルの先端に向けて配される、［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の電界紡糸装置。
［５］前記噴射ヘッドの向きは、前記液体ノズルの向きに対して、２０度〜９０度の範囲の角度を有する［４］に記載の電界紡糸装置。
［６］前記液体ノズルは、導電性であり、
前記基材は導電性材料で構成され、
前記液体ノズルに電圧を印加する電源を備える、［１］または［２］に記載の電界紡糸装置。
［７］前記噴射ヘッドはノズル形状を有する［１］乃至［６］のいずれか１項に記載の電界紡糸装置。
［８］基材に対向配置され、前記基材に向けて液体を吐出する液体ノズルを有するノズルヘッドの吐出口と前記基材との間の液体吐出領域に、気体を吐出する気体吐出ヘッドを備える、クリーニング装置。
［９］基材に対向配置される液体ノズルから、前記基材に向けて液体を吐出することと、
前記基材と前記液体ノズルとの間の液体吐出領域に気体を吐出することと、
を備える、電界紡糸方法。
【図１】
0006649514.tif 000002
【図２】
0006649514.tif 000003
【図３】
0006649514.tif 000004