JP2017166090A - ノズルヘッド、および電界紡糸装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係るノズルヘッドは、原料液が収納される空間を内部に有する本体部と、前記本体部に設けられ、前記本体部に収納された原料液を排出する第1のノズルと、前記本体部に設けられ、前記第1のノズルの排出口の近傍に洗浄液を供給する第2のノズルと、を備えている。
【選択図】図1
Description
電界紡糸装置には、原料液を排出するノズルが設けられている。また、複数の針状ノズルを備えたニードル型ノズルヘッドや、複数のノズルが設けられた板状のブレード型ノズルヘッドが提案されている。
この様なノズルヘッドにおいて、原料液を連続で長時間排出させたり、原料液の排出と排出の停止とを繰り返し行ったりすると、原料液がノズルの先端に付着したり、ノズルの先端に付着した原料液が乾燥することで凝集したりする場合がある。原料液がノズルの先端に付着などすれば、ファイバの形成が不安定になるおそれがある。
この場合、作業者が、ノズルの先端に付着した原料液を拭き取るようにすることもできるが、作業者の負担が大きくなり過ぎる。また、拭き取りのために長い作業時間を要することになるので生産性が低下するおそれがある。
そこで、ノズルのクリーニングを容易に行うことができる技術の開発が望まれていた。
図1は、本実施の形態に係るノズルヘッド2および電界紡糸装置1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1には、ノズルヘッド2、原料液供給部3、電源4、収集部5、洗浄液供給部6、移動部7、および制御部8が設けられている。
ノズル20は、本体部22に設けられ、本体部22に収納された原料液を排出する。
ノズル20は、所定の間隔を空けて複数設けられている。ノズル20の数には特に限定がなく、収集部5の大きさなどに応じて適宜変更することができる。
排出口20aの寸法が、0.1mm未満となると、圧力損失が大きくなるので、送液の負荷が大きくなる。
排出口20aの寸法が、1mmを超えると、原料液の排出状態が不安定となるので、適切な形状、寸法を有するファイバ100が形成できなくなるおそれがある。
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。
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。
洗浄ノズル23は、例えば、針状を呈するものとすることができる。洗浄ノズル23の内部には、洗浄液120を供給するための孔が設けられている。洗浄液120を供給するための孔は、洗浄ノズル23の基部24側の端部と、洗浄ノズル23の洗浄液120が排出される側の端部(先端)との間を貫通している。
なお、洗浄ノズル23の数、配置などは例示をしたものに限定されるわけではなく、ノズルヘッド2の大きさ、ノズル20の数や配置などに応じて適宜変更することができる。
なお、基部24の形態、数、配置などは例示をしたものに限定されるわけではなく、ノズルヘッド2の大きさ、ノズル20の数や配置などに応じて適宜変更することができる。
この場合、導電性を有する材料から洗浄ノズル23および基部24を形成すると、ノズル20と収集部5との間に形成される電界が影響を受け、ファイバ100の形成が不安定になるおそれがある。この場合、洗浄ノズル23および基部24と、ノズル20との間の距離を長くすれば、ノズル20と収集部5との間に形成される電界が影響を受け難くなる。しかしながら、洗浄ノズル23および基部24と、ノズル20との間の距離を長くすれば、ノズル20の洗浄が困難となるおそれがある。
例えば、比誘電率が2以上の樹脂や無機材料などから洗浄ノズル23および基部24を形成すれば、ノズル20と収集部5との間に形成される電界が影響を受け難くなる。
原料液供給部3は、収納部31、供給部32、原料液制御部33、および配管34を有する。
収納部31は、原料液を収納する。収納部31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31は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
高分子物質には特に限定がなく、形成したいファイバ100の材質に応じて適宜変更することができる。高分子物質は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、アラミドなどとすることができる。
また、原料液制御部33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。
この場合、印加電圧が低すぎると原料液の帯電量が不足して、ファイバ100が形成されなくなるおそれがある。
印加電圧が高すぎると、電界紡糸装置1の内部や外部で放電が発生し、電界紡糸装置1が故障するおそれがある。
例えば、電源4は、ノズル20と収集部5との間の電位差が1kV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4は、例えば、直流高圧電源とすることができる。電源4は、例えば、1kV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。
収集部5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5の場合には、ロール等に巻きつけられた収集部5にファイバ100を堆積させるようにしてもよい。
また、拭き取り機構をノズルヘッドの近傍に設けると、ノズル20と収集部5との間に形成される電界が影響を受け、ファイバ100の形成が不安定になるおそれがある。
そこで、本実施の形態に係る電界紡糸装置1においては、洗浄ノズル23および洗浄液供給部6を設け、ノズル20の排出口20aの近傍(ノズル20の先端)に洗浄液120を供給するようにしている。
図1に示すように、洗浄液供給部6は、収納部61、供給部62、洗浄液制御部63、配管64、および排出部65を有する。
収納部61は、洗浄液120を収納する。収納部61は、洗浄液120に対する耐性を有する材料から形成されている。収納部61は、例えば、ステンレスなどから形成することができる。
洗浄液120は、原料液を除去できるものであれば特に限定はない。この場合、洗浄液120は、原料液に含まれる高分子物質を溶解可能なものとすることが好ましい。洗浄液120は、例えば、原料液に含まれる溶媒とすることができる。
移動部7は、例えば、直動軸受けなどの案内装置、ボールネジなどの伝導装置、サーボモータなどの駆動装置を備えたものとすることができる。
制御部8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。
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。
原料液制御部33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。
電源4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。
ファイバ100を堆積させる際には、移動部7は、ノズルヘッド2を収集部5が設けられた位置に移動させる。そして、前述したファイバ100の堆積が行われる。
洗浄ノズル23および基部24は、本体部22から離隔して設けることができる。
洗浄ノズル23が本体部22から離隔して設けられる場合には、洗浄ノズル23は、排出部65および排出部65の近傍の少なくともいずれかに設けることができる。洗浄ノズル23が排出部65の近傍などに設けられていれば、ノズルヘッド2の移動に伴い配管64が動くことがないので、配管64の外れや破損を抑制することができる。
図2(b)は、図2(a)におけるA部の模式斜視図である。
図2(a)、(b)に示すように、洗浄ノズル23aの内部には、洗浄液120を供給するための孔が設けられている。洗浄液120を供給するための孔は、洗浄ノズル23aの基部24a側の端部と、洗浄ノズル23aの洗浄液120が排出される側の端部(先端)との間を貫通している。
ノズル20は、洗浄ノズル23aの、洗浄液120を供給するための孔の内部に設けられている。洗浄ノズル23aの内壁面とノズル20の外壁面との間には隙間が設けられ、この隙間が洗浄液の流路となっている。洗浄ノズル23aの内径寸法は、0.5mm〜2mm程度とすることができる。洗浄ノズル23aの外径寸法は、0.7mm〜2.3mm程度とすることができる。
なお、洗浄ノズル23aの内径寸法は、ノズル20の外径寸法よりも大きくなっている。
この場合、洗浄ノズル23aの内径寸法と、ノズル20の外径寸法との差が大きくなり過ぎると、洗浄液の流れを制御するのが困難となるおそれがある。また、洗浄効率も低下するおそれがある。
そのため、洗浄ノズル23aの内径寸法と、ノズル20の外径寸法との差が小さくなる様にすることが好ましい。この様にすれば、洗浄ノズル23aとノズル20との間の隙間を洗浄液で満たした状態で洗浄を行うことが容易となる。
そのため、洗浄ノズル23aの材料は、ステンレスなどの導電性材料であってもよいし、樹脂やセラミックスなどの絶縁性材料であってもよい。
本発明者の得た知見によれば、ノズル20の先端の突出量Lは、1mm以上20mm以下とすることが好ましい。
前述したノズルヘッド2は、いわゆるニードル型ノズルヘッドであるが、図3に例示をするノズルヘッド2aは、いわゆるブレード型ノズルヘッドである。
ノズルヘッド2aは、ノズル20b(第1のノズルの一例に相当する)、本体部22b、洗浄ノズル23、および基部24を有する。
なお、洗浄ノズル23および基部24の形状、配設位置、数などは例示をしたものに限定されるわけではなく、ノズルヘッド2aの形状や大きさなどに応じて適宜変更することができる。
下方に向けて原料液を排出する場合には、ノズルヘッド2、2aの取り付け方向は、図1や図3に例示をしたもののようにすることができる。
これに対して、側方に向けて原料液を排出する場合には、ノズルヘッド2、2aの取り付け方向は、図4(a)、(b)に例示をしたもののようにすることができる。
Claims (7)
- 原料液が収納される空間を内部に有する本体部と、
前記本体部に設けられ、前記本体部に収納された原料液を排出する第1のノズルと、
前記本体部に設けられ、前記第1のノズルの排出口の近傍に洗浄液を供給する第2のノズルと、
を備えたノズルヘッド。 - 前記第1のノズルは、前記第2のノズルの前記洗浄液を供給する孔の内部に設けられている請求項1記載のノズルヘッド。
- 原料液が収納される空間を内部に有する本体部と、
前記本体部に設けられ、前記本体部に収納された原料液を排出する第1のノズルと、
前記本体部に設けられ、または、前記本体部から離隔して設けられ、前記第1のノズルの排出口の近傍に洗浄液を供給する第2のノズルと、
前記本体部に前記原料液を供給する原料液供給部と、
前記第1のノズルに所定の極性の電圧を印加する電源と、
前記第2のノズルに前記洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
を備えた電界紡糸装置。 - 前記第2のノズルが前記本体部に設けられる場合には、前記第1のノズルは、前記第2のノズルの前記洗浄液を供給する孔の内部に設けられている請求項3記載の電界紡糸装置。
- 前記第1のノズルから前記原料液を排出する位置と、前記第2のノズルから前記洗浄液を供給する位置と、の間において、前記本体部を移動させる移動部と、
前記洗浄液を供給する位置に設けられた排出部と、
をさらに備えた請求項3または4に記載の電界紡糸装置。 - 前記第2のノズルが前記本体部から離隔して設けられる場合には、前記第2のノズルは前記排出部および前記排出部の近傍の少なくともいずれかに設けられる請求項3または5に記載の電界紡糸装置。
- 前記洗浄液は、前記原料液に含まれる溶媒を含む請求項1〜6のいずれか1つに記載のノズルヘッド。
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