(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液を排出する孔を有し、所定の極性の電圧が印加されるように構成されたノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドに対して、三次元方向に相対的に移動可能に設けられ、前記ノズルヘッドに印加される電圧と同じ極性の電圧が印加されるように構成された電極と、
を備え、
前記電極の先端は、前記ノズルヘッドの前記原料液を排出する孔が配列される方向とは交差する方向において、前記ノズルヘッドの周囲を回転方向に移動可能に構成されている、
または、
前記電極の先端は、前記原料液を排出する孔が配列される方向とは交差する方向を軸として回動し、前記原料液が排出される孔との間隔を変化させるように移動可能に構成されているノズルヘッドモジュール。
【請求項２】
前記電極は、前記ノズルヘッドの側面側に設けられている請求項１記載のノズルヘッドモジュール。
【請求項３】
前記電極は、前記ノズルヘッドと電気的に接続されている請求項１または２に記載のノズルヘッドモジュール。
【請求項４】
前記原料液を排出する孔が延びる方向において、前記電極の先端は、前記ノズルヘッドの先端よりも前記原料液を排出する方向とは反対側の位置にある請求項１〜３のいずれか１つに記載のノズルヘッドモジュール。
【請求項５】
前記電極の先端は、前記ノズルヘッドの前記原料液を排出する孔が配列される方向に沿ってさらに移動可能に構成される請求項１〜４のいずれか１つに記載のノズルヘッドモジュール。
【請求項６】
前記電極の先端は、前記ノズルヘッドの前記原料液を排出する孔が配列される方向と交差する方向、及び前記ノズルヘッドの前記原料液を排出する孔が配列される方向の少なくとも何れか一方に沿って往復移動することが可能に構成される請求項１〜５のいずれか１つに記載のノズルヘッドモジュール。
【請求項７】
前記１〜６のいずれか１つに記載のノズルヘッドモジュールと、
前記ノズルヘッドに前記原料液を供給する原料液供給部と、
前記ノズルヘッドに前記所定の極性の電圧を印加する電源と、を備えた電界紡糸装置。
【請求項８】
前記電極と対向して設けられ、接地、または前記電極に印加される電圧と逆極性の電圧が印加される対向電極をさらに備えた請求項７記載の電界紡糸装置。
【請求項９】
前記対向電極は、移動可能に設けられている請求項８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、ノズルヘッドモジュール、および電界紡糸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロスピニング法（電界紡糸法、電荷誘導紡糸法などとも称される）により、微細なファイバを部材の表面に堆積させる電界紡糸装置がある。  
電界紡糸装置には、原料液を排出するノズルヘッドが設けられている。  
原料液は、ノズルヘッドと収集部との間の電気力線に沿って作用する静電力（クーロン力）により吸引される。そして、原料液に含まれる溶媒が揮発することでファイバが形成され、形成されたファイバが収集部や部材の上に堆積することで堆積体が形成される。  
この場合、ファイバは、静電力により空中を移動するので、ファイバの堆積状態の制御が困難となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８８６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、ファイバの堆積状態の制御が容易となるノズルヘッドモジュール、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】
【０００５】
実施形態に係るノズルヘッドモジュールは、原料液を排出する孔を有し、所定の極性の電圧が印加されるように構成されたノズルヘッドと、前記ノズルヘッドに対して、三次元方向に相対的に移動可能に設けられ、前記ノズルヘッドに印加される電圧と同じ極性の電圧が印加されるように構成された電極と、を備えている。前記電極の先端は、前記ノズルヘッドの前記原料液を排出する孔が配列される方向とは交差する方向において、前記ノズルヘッドの周囲を回転方向に移動可能に構成されている、または、前記電極の先端は、前記原料液を排出する孔が配列される方向とは交差する方向を軸として回動し、前記原料液が排出される孔との間隔を変化させるように移動可能に構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施の形態に係る電界紡糸装置１００を例示するための模式図である。
【図２】電極３０の他の移動形態を例示するための模式図である。
【図３】電極３０の他の移動形態を例示するための模式図である。
【図４】電極３０がノズルヘッド２に近づく方向に移動した場合の等電位線２２０を例示するための模式図である。
【図５】電極３０がノズルヘッド２から離れる方向に移動した場合の等電位線２２０を例示するための模式図である。
【図６】ファイバ２００を堆積させる位置、および所定の領域における堆積量の制御を例示するための模式図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、堆積させたファイバ２００の配向状態の制御を例示するための模式図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、堆積させたファイバ２００の配向状態の制御を例示するための模式図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、堆積体２１０の形態を例示するための模式図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、対向電極３７を例示するための模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成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。  
また、以下においては、一例として、いわゆるニードル型ノズルヘッドを例示するが、ノズルヘッドの形式はこれに限定されるわけではない。ノズルヘッドは、例えば、いわゆるブレード型ノズルヘッドなどであってもよい。
【０００８】
図１は、本実施の形態に係る電界紡糸装置１００を例示するための模式図である。  
図２および図３は、電極３０の他の移動形態を例示するための模式図である。  
図１に示すように、電界紡糸装置１００には、ノズルヘッドモジュール１、原料液供給部４、電源５、収集部６、および制御部７が設けられている。
【０００９】
ノズルヘッドモジュール１は、ノズルヘッド２、および電界制御部３を有する。  
ノズルヘッド２は、原料液を排出するための孔を有する。ニードル型ノズルヘッドであるノズルヘッド２の場合には、原料液を排出するための孔はノズル２０の内部に設けられる。ブレード型ノズルヘッドの場合には、ノズル２０および接続部２１は設けられておらず、原料液を排出するための孔は本体部２２の内部に設けられる。
【００１０】
ニードル型ノズルヘッドであるノズルヘッド２は、ノズル２０、接続部２１、および本体部２２を有する。  
ノズル２０は、針状を呈している。ノズル２０の内部には、原料液を排出するための孔が設けられている。原料液を排出するための孔は、ノズル２０の接続部２１側の端部と、ノズル２０の収集部６側の端部（先端）との間を貫通している。原料液を排出するための孔の、収集部６側の開口が排出口２０ａとなる。
【００１１】
ノズル２０の外径寸法（ノズル２０が円筒状の場合には直径寸法）には特に限定はないが、外径寸法は小さい方が好ましい。外径寸法を小さくすれば、ノズル２０の排出口２０ａの近傍において電界集中が生じ易くなる。ノズル２０の排出口２０ａの近傍において電界集中が生じれば、ノズル２０と収集部６の間に形成される電界の強度を高めることができる。そのため、電源５により印加される電圧を低くすることができる。すなわち、駆動電圧を低減することができる。この場合、ノズル２０の外径寸法は、例えば、０．３ｍｍ〜１．３ｍｍ程度とすることができる。
【００１２】
排出口２０ａの寸法（排出口２０ａが円形の場合には直径寸法）には特に限定はない。排出口２０ａの寸法は、形成したいファイバ２００の断面寸法に応じて適宜変更することができる。排出口２０ａの寸法（ノズル２０の内径寸法）は、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とすることができる。
【００１３】
ノズル２０は、導電性材料から形成されている。ノズル２０の材料は、導電性と、後述する原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。ノズル２０は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
【００１４】
ノズル２０の数には特に限定がなく、収集部６の大きさなどに応じて適宜変更することができる。ノズル２０は、少なくとも１つ設けられていればよい。  
複数のノズル２０を設ける場合には、複数のノズル２０は、所定の間隔を空けて並べて設けられる。なお、複数のノズル２０の配設形態は例示をしたものに限定されるわけではない。例えば、本実施形態においては、複数のノズル２０は、一列に並べて設けることもできるし、円周上あるいは同心円上に並べて設けることもできるし、千鳥状あるいはマトリクス状に並べて設けることもできる。
【００１５】
接続部２１は、ノズル２０と本体部２２の間に設けられている。接続部２１は、必ずしも必要ではなく、ノズル２０が本体部２２に直接設けられるようにしてもよい。接続部２１の内部には、原料液を本体部２２からノズル２０に供給するための孔が設けられている。接続部２１の内部に設けられた孔は、ノズル２０の内部に設けられた孔、および、本体部２２の内部に設けられた空間と繋がっている。  
接続部２１は、導電性材料から形成されている。接続部２１の材料は、導電性と原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。接続部２１は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
【００１６】
本体部２２は、板状を呈している。本体部２２の内部には、原料液が収納される空間が設けられている。
【００１７】
また、本体部２２には、供給口２２ａが設けられている。原料液供給部４から供給された原料液は、供給口２２ａを介して本体部２２の内部に導入される。供給口２２ａの配設位置と数には、特に限定はない。供給口２２ａは、例えば、本体部２２の、ノズル２０が設けられる側とは反対側に設けることができる。  
本体部２２は、原料液に対する耐性を有する材料から形成されている。本体部２２は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
【００１８】
電界制御部３は、ノズルヘッド２と収集部６との間に形成される電界を制御して、ファイバ２００の堆積状態の制御を行う。  
電界制御部３は、電極３０、保持部３１、案内部３２、移動部３３、伝導部３４、駆動部３５、および電源３６を有する。
【００１９】
電極３０は、ノズルヘッド２の側面側（本体部２２の、ノズル２０が接続される面と交差する面の側）に設けられている。電極３０の数には特に限定はない。電極３０は、少なくとも１つ設けられていればよい。  
電極３０は、ノズルヘッド２の少なくとも一方の側面側に設けられていればよい。  
ただし、電極３０の数や、電極３０を設ける位置の数を増やせば、ファイバ２００の堆積状態の制御に関するバリエーションを増やすことができる。
【００２０】
電極３０の収集部６側の端部（先端）の位置には特に限定はない。ただし、電極３０の先端の位置がノズル２０の先端の位置と同じ、または、電極３０の先端の位置がノズル２０の先端の位置よりも本体部２２側にあるようにすることができる。  
すなわち、原料液を排出する孔が延びる方向において、電極３０の先端は、ノズルヘッド２の先端よりも原料液を排出する側とは反対側（原料液を排出する方向からより遠ざかる方向）にあるようにすることができる。  
この様にすれば、必要に応じて、ノズル２０の周辺の電界への影響を抑制するように制御し、ノズル２０から引き出された原料液が電極３０に付着することなども抑制することができる。
【００２１】
電極３０の形状には特に限定はないが、例えば、中実の針状を呈する電極とすることができる。針状を呈する電極３０は、原料液を排出するための孔が延びる方向に延びている。
【００２２】
針状を呈する電極３０の外径寸法には特に限定はないが、外径寸法は小さい方が好ましい。外径寸法を小さくすれば、電極３０の先端において電界集中が生じ易くなる。電極３０の先端において電界集中が生じれば、電極３０と収集部６（または、対向電極３７）の間に形成される電界の強度を高めることができる。そのため、後述するファイバ２００の堆積状態の制御が容易となる。また、電源３６により印加される電圧を低くすることができる。すなわち、駆動電圧を低減することができる。この場合、電極３０の外径寸法は、例えば、０．３ｍｍ〜１．３ｍｍ程度とすることができる。  
また、電極３０は、尖った先端部を有するものとすることもできる。この場合、先端部の外径寸法は、例えば、０．３ｍｍ〜１．３ｍｍ程度とすることができる。  
電極３０は、導電性を有する。電極３０は、例えば、銅合金やステンレスなどの金属から形成することができる。
【００２３】
保持部３１は、電極３０を保持する。例えば、電極３０は、保持部３１の一方の端部の近傍に設けることができる。電源３６が設けられる場合には、保持部３１は樹脂などの電気絶縁性を有する材料から形成することができる。電源３６が設けられず、電源５がノズル２０と電極３０に電圧を印加する場合には、保持部３１は金属などの導電性を有する材料から形成することができる。この場合、電極３０は、ノズルヘッド２と電気的に接続される。
【００２４】
案内部３２は、本体部２２と保持部３１との間に設けられている。案内部３２は、電極３０の移動方向を規定する。案内部３２は、例えば、直線運動軸受などとすることができる。
【００２５】
移動部３３は、保持部３１を介して電極３０を移動させる。移動部３３は、例えば、ネジ機構を有するものとすることができる。この場合、移動部３３は、棒状を呈し、一方の端部側に左ネジを有し、他方の端部側に右ネジを有したものとすることができる。この様にすれば、移動部３３を一方の方向に回転させることで、対向して設けられた２つの電極３０をノズルヘッド２に近づく方向に移動させることができる。また、移動部３３を他方の方向に回転させることで、対向して設けられた２つの電極３０をノズルヘッド２から離れる方向に移動させることができる。
【００２６】
伝導部３４は、駆動部３５と移動部３３との間に設けられている。伝導部３４は、駆動部３５からの動力を移動部３３に伝達する。伝導部３４は、例えば、タイミングベルトとタイミングプーリなどとすることができる。伝導部３４は、少なくとも一部が電気絶縁性を有し、電源５および電源３６と、駆動部３５との間が電気的に絶縁されるようにすることが好ましい。図１に例示をしたものの場合には、ゴムなどからなるタイミングベルトにより、電源５および電源３６と、駆動部３５との間が電気的に絶縁されている。この様にすれば、駆動部３５の保護を図ることができる。
【００２７】
駆動部３５は、例えば、サーボモータなどの制御モータとすることができる。  
その他、電極３０の位置を直接的または間接的に検出する検出器などを適宜設けることができる。
【００２８】
なお、電極３０が、原料液を排出するための孔が延びる方向(原料液が排出される方向に相当する)と交差する方向（例えば、水平方向）に移動する場合を例示したが、電極３０が、原料液を排出するための孔が延びる方向（例えば、鉛直方向）に移動するようにしたり、電極３０が、原料液を排出するための孔が延びる方向、および、原料液を排出するための孔が延びる方向と交差する方向に移動したりすることもできる。  
また、図２に示すように、電極３０が、ノズルヘッド２の周囲を回転方向（θ方向）に移動するようにしてもよい。この場合、電極３０は保持部３１を介して、ノズルヘッド２に設けられている。保持部３１は、ノズルヘッド２において、孔から原料液を排出する方向に略沿った方向を軸として回動するように構成されている。このようにすることで、ノズルヘッド２において、電極３０の先端が、孔から原料液が排出される方向に略沿った方向の周りを円弧状に回動することが可能となる。即ち、図２に示すように、電極３０は、ノズルヘッド２の周囲をθ方向において回転移動することが可能に構成されている。
また、図３に示すように、電極３０が、ノズルヘッド２に対して揺動するようにしてもよい。この場合、電極３０は保持部３１を介して、ノズルヘッド２に設けられており、保持部３１は、原料液を排出する孔が配列される方向と交差する方向を軸として回動するように構成されている。このようにすることで、ノズルヘッド２は、電極３０の先端が、原料液を排出する孔が配列される方向と交差する方向を軸として円弧状に回動し、前記原料液が排出される孔との距離間隔が変化するように移動可能に構成されている。  
ここでは、電極３０の移動の制御は、一軸制御であってもよいし、多軸制御であってもよい。
【００２９】
また、ノズルヘッド２に対して電極３０が移動する場合を例示したが、電極３０に対してノズルヘッド２が移動するようにしてもよい。すなわち、電極３０は、ノズルヘッド２に対して相対的に移動可能となっていればよい。  
なお、電極３０に対してノズルヘッド２を移動させる場合には、電気絶縁性を有するブラケットなどを介して、電界紡糸装置１００の図示しない筐体にノズルヘッド２を取り付け、電気絶縁性を有するブラケットなどを介して、筐体に電極３０、保持部３１、案内部３２、移動部３３、伝導部３４、駆動部３５、および電源３６などを取り付ければよい。
【００３０】
電極３０に対してノズルヘッド２が移動するようにすれば、プロセス条件（例えば、ノズルヘッド２と収集部６との間の距離）を調整することが容易となる。  
一方、ノズルヘッド２に対して電極３０が移動するようにすれば、プロセス条件を固定した状態でファイバ２００の堆積状態を制御することができる。
【００３１】
電源３６は、電極３０に電圧を印加する。電極３０が複数設けられる場合には、電源３６は、複数の電極３０に電圧を印加する。電極３０に印加する電圧の極性は、ノズル２０に印加する電圧の極性と同じである。なお、図１に例示をした電源３６は、電極３０にプラスの電圧を印加する。電極３０に印加する電圧には特に限定はない。この場合、電極３０に印加する電圧と、ノズル２０に印加する電圧とが同程度であれば、電極３０とノズル２０との間に放電が生じるのを抑制することができる。  
また、電源３６は、電極３０に印加する電圧を変化させることができるものとすることもできる。電極３０に印加する電圧を変化させることができれば、ファイバ２００の堆積状態の制御に関するバリエーションを増やすことができる。  
電源３６は、例えば、直流高圧電源とすることができる。電源３６は、例えば、１０ｋＶ以上１００ｋＶ以下の直流電圧を出力するものとすることができる。
【００３２】
なお、電源３６は、必ずしも必要ではなく省くこともできる。電源３６が設けられない場合には、電源５が電極３０に電圧を印加する。電源３６を省けば、ノズルヘッドモジュール１の構成を簡略化することができ、製造コストも低減させることができる。また、電源３６を設け、電極３０に印加する電圧を変化させれば、ファイバ２００の堆積状態の制御に関するバリエーションを増やすことができる。
【００３３】
原料液供給部４は、収納部４１、供給部４２、原料液制御部４３、および配管４４を有する。  
収納部４１は、原料液を収納する。収納部４１は、原料液に対する耐性を有する材料から形成されている。収納部４１は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
【００３４】
原料液は、高分子物質を溶媒に溶解したものである。  
高分子物質には特に限定がなく、形成したいファイバ２００の材質に応じて適宜変更することができる。
【００３５】
溶媒は、高分子物質を溶解することができるものであればよい。溶媒は、溶解させる高分子物質に応じて適宜変更することができる。
【００３６】
後述するように、原料液は、表面張力により排出口２０ａの近傍に留まる様にされる。そのため、原料液の粘度は、排出口２０ａの寸法などに応じて適宜変更することができる。原料液の粘度は、実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。また、原料液の粘度は、溶媒と高分子物質の混合割合により制御することができる。
【００３７】
供給部４２は、収納部４１に収納されている原料液を本体部２２に供給する。供給部４２は、例えば、原料液に対する耐性を有するポンプなどとすることができる。また、供給部４２は、例えば、収納部４１にガスを供給し、収納部４１に収納されている原料液を圧送するものとすることもできる。
【００３８】
原料液制御部４３は、本体部２２に供給される原料液の流量、圧力などを制御して、新しい原料液が本体部２２の内部に供給された際に、本体部２２の内部にある原料液が排出口２０ａから押し出されないようにする。なお、原料液制御部４３に対する制御量は、排出口２０ａの寸法や原料液の粘度などにより適宜変更することができる。原料液制御部４３に対する制御量は、実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。  
また、原料液制御部４３は、原料液の供給の開始と、供給の停止を切り替えるものとすることもできる。
【００３９】
なお、供給部４２および原料液制御部４３は、必ずしも必要ではない。例えば、本体部２２の位置より高い位置に収納部４１を設けるようにすれば、重力を利用して原料液を本体部２２に供給することができる。そして、収納部４１の高さ位置を適宜設定することで、新しい原料液が本体部２２の内部に供給された際に、本体部２２の内部にある原料液が排出口２０ａから押し出されないようにすることができる。この場合、収納部４１の高さ位置は、排出口２０ａの寸法や原料液の粘度などにより適宜変更することができる。収納部４１の高さ位置は、実験やシミュレーションを行うことで求めることができる。
【００４０】
配管４４は、収納部４１と供給部４２との間、供給部４２と原料液制御部４３との間、原料液制御部４３と本体部２２との間に設けられている。配管４４は、原料液の流路となる。配管４４は、原料液に対する耐性を有する材料から形成されている。
【００４１】
電源５は、本体部２２および接続部２１を介してノズル２０に電圧を印加する。すなわち、ノズルヘッド２には、所定の極性の電圧が印加される。なお、複数のノズル２０と電気的に接続された図示しない端子を設けるようにしてもよい。この場合、電源５は、図示しない端子を介してノズル２０に電圧を印加する。すなわち、電源５から複数のノズル２０に電圧が印加できるようになっていればよい。  
また、電源３６が設けられない場合には、電源５は、電極３０にも電圧を印加する。
【００４２】
ノズル２０に印加する電圧の極性は、プラスとすることもできるし、マイナスとすることもできる。なお、図１に例示をした電源５は、ノズル２０にプラスの電圧を印加する。  ノズル２０に印加する電圧は、原料液に含まれる高分子物質の種類、ノズル２０と収集部６との間の距離などに応じて適宜変更することができる。例えば、電源５は、ノズル２０と収集部６との間の電位差が１０ｋＶ以上となるように、ノズル２０に電圧を印加するものとすることができる。  
電源５は、例えば、直流高圧電源とすることができる。電源５は、例えば、１０ｋＶ以上１００ｋＶ以下の直流電圧を出力するものとすることができる。
【００４３】
収集部６は、複数のノズル２０の原料液が排出される側に設けられている。収集部６は、接地されている。収集部６には、ノズル２０に印加する電圧と逆極性の電圧を印加するようにしてもよい。収集部６は、導電性材料から形成することができる。収集部６の材料は、導電性と原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。収集部６の材料は、例えば、ステンレスなどとすることができる。  
収集部６は、例えば、板状やシート状を呈するものとすることができる。シート状を呈する収集部６の場合には、ロール等に巻きつけられた収集部６にファイバ２００を堆積させるようにしてもよい。
【００４４】
また、収集部６は、移動するものであってもよい。例えば、一対の回転ドラムと、回転ドラムを回転させる駆動部を設け、ベルトコンベアのベルトように一対の回転ドラムの間をシート状の収集部６が移動するようにしてもよい。この様にすれば、ファイバ２００を堆積させる領域を移動させることができるので、連続的な堆積作業が可能となる。そのため、ファイバ２００からなる堆積体２１０の生産効率を向上させることができる。
【００４５】
収集部６の上に形成された堆積体２１０は、収集部６から取り外される。堆積体２１０は、例えば、不織布やフィルタなどに用いられる。なお、堆積体２１０の用途は例示をしたものに限定されるわけではない。
【００４６】
また、収集部６は、省くこともできる。例えば、導電性を有する部材の表面に、ファイバ２００からなる堆積体２１０を直接形成することもできる。この様な場合には、導電性を有する部材を接地したり、導電性を有する部材にノズル２０に印加する電圧と逆極性の電圧を印加したりすればよい。
【００４７】
また、収集部６の上に基材を設け、基材の上にファイバ２００を堆積させて堆積体２１０を形成することもできる。この様にすれば、電気絶縁性を有する基材の上であっても堆積体２１０を形成することができる。  
この場合、基材は、収集部６の上を移動するものであってもよい。例えば、シート状の基材が巻き付けられた回転ドラムと、堆積体２１０が形成されたシート状の基材を巻き取る回転ドラムとを設け、収集部６の上をシート状の基材が通過するようにすることができる。この様にすれば、連続的な堆積作業が可能となる。そのため、ファイバ２００からなる堆積体２１０の生産効率を向上させることができる。
【００４８】
制御部７は、駆動部３５、電源３６、供給部４２、原料液制御部４３、および電源５の動作を制御する。  
制御部７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどを備えたコンピュータとすることができる。
【００４９】
またさらに、電界紡糸装置１００は、ＣＣＤカメラなどの撮影装置８をさらに備えることができる。  
撮影装置８は、後述するファイバ２００の堆積状態を撮影し、撮影した画像データを制御部７に送信する。制御部７は、受信した画像データに基づいて、電極３０の位置、移動方向、移動速度、印加電圧などを制御して、ファイバ２００の堆積状態が所定のものとなるようにする。  
電極３０の位置、移動方向、移動速度、印加電圧などの電極３０に関する制御量は、原料液の成分、ノズル２０に印加される電圧、ノズル２０と収集部６との間の距離などのプロセス条件の影響を受ける。そのため、電極３０に関する制御量は、実験やシミュレーションを行うことで決定することが好ましい。
【００５０】
次に、電界紡糸装置１００の作用について説明する。  
原料液は、表面張力によりノズル２０の排出口２０ａの近傍に留まっている。  
電源５は、ノズル２０に電圧を印加する。すると、排出口２０ａの近傍にある原料液が所定の極性に帯電する。図１に例示をしたものの場合には、排出口２０ａの近傍にある原料液がプラスに帯電する。
【００５１】
収集部６は、接地されているので、ノズル２０と収集部６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表面張力より大きくなると、排出口２０ａの近傍にある原料液が静電力により収集部６に向けて引き出される。引き出された原料液は、引き伸ばされ、原料液に含まれる溶媒が揮発することでファイバ２００が形成される。形成されたファイバ２００が収集部６の上に堆積することで、堆積体２１０が形成される。
【００５２】
ここで、引き伸ばされた原料液（ファイバ２００）は、ノズル２０と収集部６との間の電気力線に沿って作用する静電力により吸引され、収集部６に到達する。そのため、ファイバ２００を堆積させる位置、所定の領域における堆積量、堆積させたファイバ２００の配向状態などを制御することが難しい。すなわち、ファイバ２００の堆積状態の制御が難しい。  
そこで、本実施の形態に係る電界紡糸装置１００においては、電界制御部３により、ノズルヘッド２と収集部６との間に形成される電界を制御して、ファイバ２００の堆積状態を制御するようにしている。
【００５３】
図４は、電極３０がノズルヘッド２に近づく方向に移動した場合の等電位線２２０を例示するための模式図である。  
図５は、電極３０がノズルヘッド２から離れる方向に移動した場合の等電位線２２０を例示するための模式図である。  
ノズル２０と収集部６の間に形成される電界は、電極３０と収集部６の間に形成される電界の影響を受けて変化する。この場合、前述したように、電極３０には、ノズル２０に印加する電圧と同じ極性の電圧が印加されるので、ノズル２０から出て収集部６に向かう電気力線と、電極３０から出て収集部６に向かう電気力線は反発し合う。すなわち、電極３０から出て収集部６に向かう電気力線により、ノズル２０と収集部６の間に形成される電界が画される。
【００５４】
そのため、図４に示すように、電極３０がノズルヘッド２に近づく方向に移動した場合には、ノズル２０から出て収集部６に向かう電気力線が収集部６の中央側方向に曲げられ、ノズル２０と収集部６の間に形成される電界が狭められる。この場合、引き伸ばされた原料液（ファイバ２００）は、ノズル２０と収集部６との間の電気力線に沿って作用する静電力により吸引されるので、収集部６における堆積位置が収集部６の中央側に移動する。
【００５５】
一方、図５に示すように、電極３０がノズルヘッド２から離れる方向に移動した場合には、ノズル２０から出て収集部６に向かう電気力線が収集部６の外側方向に曲げられ、ノズル２０と収集部６の間に形成される電界が拡げられる。この場合、引き伸ばされた原料液（ファイバ２００）は、ノズル２０と収集部６との間の電気力線に沿って作用する静電力により吸引されるので、収集部６における堆積位置が収集部６の外側に移動する。
【００５６】
そのため、電極３０の移動方向、電極３０とノズルヘッド２（ノズル２０）との間の距離、電極３０に印加する電圧などを制御することで、ファイバ２００を堆積させる位置、所定の領域における堆積量などを制御することができる。
【００５７】
図６は、ファイバ２００を堆積させる位置、および所定の領域における堆積量の制御を例示するための模式図である。  
なお、図６は、ノズルヘッド２を上方から見た図である。  
図６に示すように、電極３０を移動すると、ファイバ２００を堆積させる位置が逆方向に移動する。そのため、ファイバ２００を堆積させる位置２３０を移動させることができる。この場合、ファイバ２００を堆積させる位置２３０と堆積時間とにより、所定の領域における堆積量を制御することができる。すなわち、局所的な厚膜化や局所的な薄膜化が可能となる。
【００５８】
図７（ａ）、（ｂ）は、堆積させたファイバ２００の配向状態の制御を例示するための模式図である。  
なお、図７（ａ）は、ノズルヘッド２を上方から見た図である。  
前述したように、電極３０を移動すると、ファイバ２００を堆積させる位置が逆方向に移動する。そのため、図７（ａ）に示すように、電極３０の往復移動を繰り返し行うことで、図７（ｂ）に示すように、堆積させたファイバ２００の延びる方向を揃えることができる。ここでは一例として、ノズルヘッド２においては、複数のノズル２０が、接続部２１を介して本体部２２に設けられるようにして配列されているものとする。この場合は、各電極３０は複数ノズル２０が配列されている方向と交差する方向に往復運動させることができる。この場合、電極３０の往復移動は、原料液の排出速度よりも速くする必要がある。
【００５９】
図８（ａ）、（ｂ）は、堆積させたファイバ２００の配向状態の制御を例示するための模式図である。  
なお、図８（ａ）は、ノズルヘッド２を上方から見た図である。  
図８（ａ）に示すように、一方の電極３０を往復移動させる方向と、他方の電極３０を往復移動させる方向とを変えれば、図８（ｂ）に示すように、複数の方向において、堆積させたファイバ２００の延びる方向を揃えることができる。また、両者が重なる領域においては、ファイバ２００の編み込みを行うことができる。ここでは一例として、ノズルヘッド２においては、複数のノズル２０が接続部２１を介して本体部２２に設けられるようにして配列されている。この場合は、各電極３０は独立して、複数のノズル２０が配列されている方向に沿った方向と、複数のノズル２０が配列されている方向とは交差する方向に往復運動させることができる。
【００６０】
図９（ａ）〜（ｄ）は、堆積体２１０の形態を例示するための模式図である。  
なお、図９（ａ）〜（ｄ）は、堆積体２１０を上方から見た図である。  
前述したように、電界制御部３により、ノズルヘッド２と収集部６との間に形成される電界を制御すれば、ファイバ２００の堆積状態を変化させることができる。  
例えば、図９（ａ）に示すように、収集部６の平面形状に合わせて堆積体２１０を形成することができる。  
また、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、収集部６の上に任意の平面形状を有する堆積体２１０を形成することができる。  
また、図９（ｃ）に示すように、収集部６の上に、互いに離隔した複数の堆積体２１０を形成することができる。  
その他、収集部６の上の任意の位置にファイバ２００を堆積させたり、ファイバ２００を堆積させなかったりすることで、局所的な厚膜化や局所的な薄膜化などを行うこともできる。
【００６１】
また、前述したように、収集部６の上に基材を設けたり、収集部６の上をシート状の基材が移動する場合もある。この様な場合には、基材の形状や寸法に合わせて、任意の形状を有する堆積体２１０を基材の上に形成することができる。即ち、収集部６上の基材、例えばシート状の基材の上において、任意の位置にファイバ２００を堆積させたり、ファイバ２００を堆積させなかったりすることで、局所的な厚膜化や局所的な薄膜化などを行うこともできる。
【００６２】
この場合、電界紡糸装置１００を停止することなく任意の形状を有する堆積体２１０を形成することができる。また、収集部６や基材からはみ出すことなく堆積体２１０を形成することができる。そのため、原料液の消費量の低減や生産性の向上を図ることができる。
【００６３】
図１０（ａ）、（ｂ）は、対向電極３７を例示するための模式斜視図である。  
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、対向電極３７、３８a、３８ｂは、収集部６の側面側に設けられている。対向電極３７、３８a、３８ｂは、電極３０と対向している。対向電極３７、３８a、３８ｂの形状、大きさ、数などには特に限定はない。対向電極３７、３８a、３８ｂの形状、大きさ、数などは、電極３０の数、移動範囲などに応じて適宜変更することができる。
【００６４】
対向電極３７、３８a、３８ｂは、接地されている。また、図示しない電源により、対向電極３７、３８a、３８ｂに電極３０に印加する電圧と逆極性の電圧を印加するようにしてもよい。この場合、対向電極３７、３８a、３８ｂに印加する電圧には特に限定はない。ただし、対向電極３７、３８a、３８ｂに印加する電圧と、収集部６に印加する電圧とが同程度であれば、対向電極３７、３８a、３８ｂと収集部６との間に放電が生じるのを抑制することができる。また、対向電極３７、３８a、３８ｂに印加する電圧を変化させれば、ファイバ２００の堆積状態の制御に関するバリエーションを増やすことができる。
【００６５】
対向電極３７、３８a、３８ｂは、導電性材料から形成することができる。対向電極３７、３８a、３８ｂの材料は、導電性と原料液に対する耐性を有するものとすることが好ましい。対向電極３７、３８a、３８ｂの材料は、例えば、ステンレスなどとすることができる。
【００６６】
また、対向電極３７、３８a、３８ｂは固定されたものとすることもできるし、所定の方向に移動できるものとすることもできる。例えば、図１０（ａ）に示すように、対向電極３７は、Ｘ方向およびＹ方向に移動できるものとすることができる。  
また、図１０（ｂ）に示すように、収集部６の近傍に設けられた対向電極３８ａを固定し、より離隔した位置に設けられた対向電極３８ｂを所定の方向に移動できるものとすることもできる。
【００６７】
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】
【００６８】
１  ノズルヘッドモジュール、２  ノズルヘッド、３  電界制御部、４  原料液供給部、５  電源、６  収集部、７  制御部、８  撮影装置、２０  ノズル、２１  接続部、２２  本体部、３０  電極、３１  保持部、３２  案内部、３３  移動部、３４  伝導部、３５  駆動部、３６  電源、３７、３８ａ、３８ｂ  対向電極、４１  収納部、４２  供給部、４３  原料液制御部、２００  ファイバ、２１０  堆積体、２２０  等電位線、２３０  ファイバを堆積させる位置
【図１】
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【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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