JP2022039027A - Electrostatic jet device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電噴出装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic ejection device.
従来、帯電した液体を対象物に向けて噴射する静電噴出装置が知られている。例えば特許文献１には、使用者が把持することが可能なハンドヘルドタイプ（手持ち式）の静電噴霧装置であって、高圧電源供給部に電気的に接続される高圧電極により高電圧が印加された液体を、ノズルから使用者の皮膚等へ向けて噴出する装置が記載されている。 Conventionally, an electrostatic ejection device that ejects a charged liquid toward an object is known. For example, Patent Document 1 is a handheld type (hand-held) electrostatic spray device that can be grasped by a user, and a high voltage is applied by a high voltage electrode electrically connected to a high voltage power supply unit. Described is a device that ejects the liquid from a nozzle toward the user's skin or the like.
特許文献１の静電噴霧装置は、単一のノズルから液体を噴射するものであるため、一度に噴射される液体の噴射量が少なく、その単位時間あたりの噴出範囲も狭い。このため、広範囲に亘って液体を噴射する用途に用いる際における効率の観点において、改善の余地がある。 Since the electrostatic spraying device of Patent Document 1 ejects a liquid from a single nozzle, the amount of the liquid ejected at one time is small, and the ejection range per unit time is also narrow. Therefore, there is room for improvement in terms of efficiency when used in applications where liquids are sprayed over a wide range.
本発明は、帯電した液体の単位時間当たりの噴出範囲を広げることが可能な静電噴出装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic ejection device capable of expanding the ejection range of a charged liquid per unit time.
本発明は、使用者が把持可能なハンドヘルドタイプの静電噴出装置であって、高電圧が印加された液体を対象物に向けて噴出させる複数のノズル部と、前記複数のノズル部を挟む位置に配された複数の補助電極部とを備え、前記ノズル部から液体を噴出させながら、前記複数の補助電極部に高電圧を印加するよう構成されている静電噴出装置に関する。 The present invention is a handheld type electrostatic ejection device that can be grasped by the user, and has a plurality of nozzle portions for ejecting a liquid to which a high voltage is applied toward an object, and a position sandwiching the plurality of nozzle portions. The present invention relates to an electrostatic ejection device including a plurality of auxiliary electrode portions arranged in the above and configured to apply a high voltage to the plurality of auxiliary electrode portions while ejecting a liquid from the nozzle portion.
本発明の静電噴出装置によれば、帯電した液体の単位時間あたりの噴出範囲を広げることが可能である。 According to the electrostatic ejection device of the present invention, it is possible to widen the ejection range of the charged liquid per unit time.
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, suitable embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following embodiments do not limit the invention according to each claim, and not all combinations of features described in the embodiments are essential for the means for solving the invention. ..
［静電噴出システムの全体構成］
本実施形態に係る静電噴出システム１００は、図１に示すように、ベースステーション２００と、静電噴出装置３００と、ベースステーション２００及び静電噴出装置３００を接続する接続ケーブル４００とを備えている。
[Overall configuration of electrostatic ejection system]
As shown in FIG. 1, the
［ベースステーション］
ベースステーション２００は、図１に示すように、平滑面上に載置可能に構成された筐体２０１と、該筐体２０１の表面に設けられたコントロールパネル２０２及び装置収容部２０８と、電源ケーブル（図示せず）と、該電源ケーブルを収容可能なケーブル収容部（図示せず）と、電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替え可能な電源スイッチ（図示せず）とを備えている。また、ベースステーション２００は、筐体２０１の内部に、制御部２０４と、メイン電源２０６と、補助電極用電源２０７とを備えている。さらに、ベースステーション２００は、メイン電源２０６、補助電極用電源２０７、コントロールパネル２０２及び静電噴出装置３００を制御するための設定及びプログラムコード等が格納された記憶部（図示せず）を備えても良い。
[Base station]
As shown in FIG. 1, the
コントロールパネル２０２は、情報を表示するディスプレイ（図示せず）と、設定を入力するための操作部（図示せず）とを備えている。
The
ディスプレイは、液晶画面やＬＥＤ画面等からなり、好適にはタッチパネルを採用することが可能である。ディスプレイは、静電噴出装置３００やベースステーション２００に関する種々の情報を表示可能に構成されており、例えば、静電噴出装置３００から噴出される液体の流量、静電噴出装置３００により液体に印加される電圧量、静電噴出装置３００のステータス、メイン電源２０６及び補助電極用電源２０７のＯＮ／ＯＦＦ状態等の情報を表示可能に構成されている。なお、これらの情報はあくまでも一例であり、これらの情報の全てを表示可能である必要はなく、また、これらの情報以外の情報を表示可能であっても良い。
The display comprises a liquid crystal screen, an LED screen, or the like, and a touch panel can be preferably adopted. The display is configured to be able to display various information about the
操作部は、静電噴出装置３００を制御するための入力を受け付け可能に構成されている。例えば、操作部は、複数（例えば４つ）の操作ボタンを有しており、該操作ボタンを介して使用者からの入力を受け付けるよう構成されている。具体的には、操作部は、例えばメニューボタン、上選択ボタン、下選択ボタン及びセットボタン等の種々のボタンを有し、これらのボタンの操作により、例えば静電噴出装置３００の後述するアクチュエータ３２０の前進及び後退の操作、静電噴出装置３００から噴出される液体の流量設定、ディスプレイに表示する言語の設定、並びに、後述する距離センサの補正等の各種指示を受け付けるよう構成されている。ベースステーション２００は、操作部を介して入力された一又は複数の情報に基づいて、静電噴出装置３００に対して制御信号を出力する。
The operation unit is configured to be able to receive an input for controlling the
装置収容部２０８は、静電噴出装置３００を挿入可能な凹状に形成されており、静電噴出装置３００を物理的に保持又は収容することが可能に構成されている。ケーブル収容部は、筐体２０１の周方向に沿って形成された凹部であり、電源ケーブルを巻回させることで収容可能に構成されている。
The device accommodating
メイン電源２０６は、コントロールパネル２０２及び制御部２０４に対して比較的低い直流電圧（例えばＤＣ５Ｖ程度）を供給可能に構成されると共に、接続ケーブル４００を介して静電噴出装置３００の後述するメイン電極３５０に対して直流の高電圧を供給可能に構成されている。この高電圧は、好ましくは３ｋＶ以上３０ｋＶ以下、より好ましくは４ｋＶ以上２０ｋＶ以下、さらに好ましくは１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下である。この高電圧は、コントロールパネル２０２によって任意に調整可能であっても良い。メイン電源２０６は、これらの電圧に降圧又は昇圧するための任意のＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等を備えても良い。なお、上記高電圧は、装置として設計された電圧である。
The
補助電極用電源２０７は、接続ケーブル４００を介して静電噴出装置３００の後述する第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂに対して直流の高電圧を供給可能に構成されている。この高電圧は、メイン電源２０６と同等の電圧であることが好ましいが、これに限定されるものではない。具体的には、第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂに対して供給される高電圧は、好ましくは３ｋＶ以上３０ｋＶ以下、より好ましくは４ｋＶ以上２０ｋＶ以下、さらに好ましくは１０ｋＶ以上２０ｋＶ以下である。この高電圧は、コントロールパネル２０２によって任意に調整可能であっても良い。補助電極用電源２０７は、スイッチング部材の他に、上記電圧に昇圧するための任意のＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等を備えても良い。なお、上記高電圧は、装置として設計された電圧である。本実施形態において、第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂに対して印加される高電圧は、正の高電圧である。この場合は、後述するメイン電極３５０及び一対のチューブ状電極３５２に対しても正の高電圧が印加される。なお、同じ極性であれば、第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ、メイン電極３５０及び一対のチューブ状電極３５２に対して負の高電圧が印加されても良い。
The auxiliary
補助電極用電源２０７は、後述する補助電極用高電圧ライン３１４ａに電気的に接続される第１の接続態様と、後述する補助電極用高電圧ライン３１４ｂに電気的に接続される第２の接続態様とを切り替え可能なスイッチング部材を有している。スイッチング部材は、制御部２０４による制御によって、第１の接続態様と第２の接続態様とを交互に切り替えるスイッチ動作を行うよう構成されており、当該スイッチ動作により、後述する第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａと、第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂとに対して、タイミングをずらして交互に高電圧を印加するよう構成されている。
The auxiliary
具体的には、スイッチング部材は、図４に示すように、第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａ及び第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂへの高電圧の供給を、所定の時間でＯＮ／ＯＦＦを切り替えるように構成されている。このＯＮとＯＦＦの時間は、同一である。本実施形態において、第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａがＯＮである場合は、第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂはＯＦＦとなり、第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａがＯＮである場合は、第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂはＯＦＦとなるように交互に電圧が印加される。第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａ及び第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂがＯＮとなってから、次にＯＮとなるまで、例えば、４秒程であり、液体を対象に向けて噴出する時間の短縮の観点から、１０秒以下であることが好ましく、８秒以下であることがより好ましく、５秒以下であることがさらに好ましく、また、０．５秒以上であることが好ましく、１秒以上であることがより好ましい。
Specifically, as shown in FIG. 4, the switching member turns on the supply of a high voltage to the
ここで、各補助電極に印加される高電圧の位相差（印加タイミング）は、「３６０／ｎ」度であることが好ましい。なお、ｎは、補助電極の数であり、２以上の整数である。本実施形態では、補助電極が２個（ｎ＝２）であるため、第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａに印加される高電圧と、第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂに印加される高電圧との位相差は１８０度（３６０／２＝１８０）となる。これにより、複数の補助電極が、順に切り替わりながら高電圧が印加されることとなる。ただし、各補助電極に印加される高電圧の位相差は、これに限定されず、任意に設定することができる。すなわち、複数の補助電極に対して高電圧が印加されるタイミングは、一部又は全部が一致していても良い。
Here, the phase difference (application timing) of the high voltage applied to each auxiliary electrode is preferably "360 / n" degrees. Note that n is the number of auxiliary electrodes and is an integer of 2 or more. In the present embodiment, since there are two auxiliary electrodes (n = 2), a high voltage applied to the
［接続ケーブル］
接続ケーブル４００は、複数の伝送線を有する有線ケーブルであり、ベースステーション２００と静電噴出装置３００とを接続している。接続ケーブル４００は、ベースステーション２００及び／又は静電噴出装置３００に対して取り外し可能であっても良い。接続ケーブル４００を構成する複数の伝送線のうちの一部は、ベースステーション２００から静電噴出装置３００の後述するメイン電極３５０に対して高電圧を伝送することが可能に構成されており、他の一部は、ベースステーション２００から静電噴出装置３００の後述する第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂに対して高電圧を伝送することが可能に構成されている。また、他の伝送線は、例えば、ベースステーション２００から静電噴出装置３００に対する低電圧の伝送、制御信号の伝送及び接地の提供等をすることが可能に構成されている。なお、制御信号の伝送は、無線通信によりベースステーション２００から静電噴出装置３００に対して送信する構成としても良い。
[Connection cable]
The
［本実施形態に係る静電噴出装置］
本実施形態に係る静電噴出装置３００は、使用者が把持する（手で握る）ことが可能な形状、大きさ及び重量を有するハンドヘルドタイプ（手持ち式）の装置であり、静電スプレー法により、液体（液体組成物）を対象物に向けて噴出する。静電スプレー法とは、液体（例えば、高分子化合物を揮発性の溶媒に溶解した溶液）に、高電圧（例えば、数ｋＶから数十ｋＶ）を印加して液体を帯電させ、帯電した液体と対象物との電位差に基づく静電気力によって、液体を対象物に向けて噴出する方法である。静電スプレー法により噴出された液体は、極細の糸状になって対象物に向かって送り出される。噴出された液体は、噴出されてから対象物に向かって送り出されている過程、及び、対象物に付着した後に、揮発性物質である溶媒が乾燥することで、対象物の表面に被膜を形成することができる。
[Electrostatic ejection device according to this embodiment]
The
静電噴出装置３００は、施術者や使用者自身が手で施術を行う用途等に使用可能であり、帯電させた液体を対象物、例えば使用者自身または他人の皮膚または爪に向けて噴射可能である。また、塗装等に使用可能であり、導電性の樹脂や金属に向けて噴射可能である。液体は、静電紡糸用の原料を含む溶液（すなわち紡糸用液）であってもよい。すなわち、静電噴出装置３００は、静電スプレー法によって対象物の表面に繊維の堆積物を形成する、静電紡糸装置であってよい。
The
以下、静電噴出装置３００の具体的な構成について説明する。
静電噴出装置３００は、図２及び図３に示すように、使用者の手によって把持される本体部３１０と、本体部３１０に対して着脱自在に装着されるノズルヘッド部３３０と、噴射する液体が収容された複数（本実施形態では２つ）のカートリッジ３８０とを備える。静電噴出装置３００は、複数のカートリッジ３８０を着脱自在に内蔵可能に構成されており、ノズルヘッド部３３０を本体部３１０に対して取り外すことにより、各カートリッジ３８０の取り換えが可能となっている。また、静電噴出装置３００は、後述するチューブノズル３５１を覆うノズルキャップや、ノズルヘッド部３３０の略全域を覆うオーバーキャップ等を更に備えても良い。
Hereinafter, a specific configuration of the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
なお、静電噴出装置３００は、図４に示すように、ノズル外筒３４４の先端３４５と堆積面との距離を測定可能な距離センサを備えてもよい。距離センサにより検出された距離が所定の許容範囲を超えている場合又は下回っている場合に液体の噴出を一時的に停止させる制御回路を更に備えても良い。この場合において、所定の許容範囲は、例えば上限値を１５０ｍｍ、好ましくは１２０ｍｍに設定することができ、また、下限値を３０ｍｍ、好ましくは５０ｍｍに設定することができる。
As shown in FIG. 4, the
さらに、静電噴出装置３００は、各カートリッジ３８０内の液体の残量を検出可能な充填量センサ（図示せず）や、本体部３１０、ノズルヘッド部３３０及び各カートリッジ３８０の装着不良を検出可能な装着センサ（図示せず）等の種々の任意の検出手段をさらに備えても良い。
Further, the
なお、以下の説明において、液体が噴出される対象物の吹付面のことを「堆積面」といい、人体に対して液体を噴出させる場合には、例えば皮膚が堆積面となる。また、以下の説明において、「液体の噴出方向」とは、各チューブノズル３５１の中心軸に沿う方向をいう。また、噴出された液体を「噴出物」とも称する。
In the following description, the spraying surface of the object on which the liquid is ejected is referred to as a “sedimentary surface”, and when the liquid is ejected to the human body, for example, the skin becomes the sedimentary surface. Further, in the following description, the "liquid ejection direction" means a direction along the central axis of each
さらに、以下の説明において、「非導電性」又は「絶縁性」とは、電気抵抗が高く、電気が流れにくい性質のことをいい、具体的には、体積固有抵抗率（ＡＳＴＭ Ｄ２５７， ＪＩＳ Ｋ６９１１）が例えば１０８Ωｃｍ以上、好ましくは１０９Ωｃｍ以上であることをいう。非導電性材料（絶縁性材料）としては、合成樹脂等の有機材料や、ガラス又はセラミック等の無機材料等が例示される。非導電性の合成樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、その他汎用の樹脂等を用いることができる。 Further, in the following description, "non-conductive" or "insulating" means a property having high electrical resistance and difficulty in flowing electricity, specifically, volume resistivity (ASTM D257, JIS K6911). ) Is, for example, 10 8 Ω cm or more, preferably 10 9 Ω cm or more. Examples of the non-conductive material (insulating material) include an organic material such as a synthetic resin and an inorganic material such as glass or ceramic. As the non-conductive synthetic resin, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), acrylonitrile butadiene styrene resin (ABS), and other general-purpose resins can be used.
一方、以下の説明において、「導電性」とは、電気抵抗が低く、電気が流れ易い性質のことをいい、本デバイスが形成する回路において、電気を容易に供給できる抵抗を有する。具体的には、体積固有抵抗率（ＡＳＴＭ Ｄ２５７， ＪＩＳ Ｋ６９１１）が例えば１０６Ωｃｍ以下、好ましくは１０５Ωｃｍ以下であることをいい、導電性材料としては、炭素繊維（カーボン）が配合された導電性の樹脂や、金属材料等が例示される。導電性の樹脂としては、例えば、ナイロンに炭素繊維を含有させた樹脂等を用いることができる。 On the other hand, in the following description, "conductive" means a property in which electric resistance is low and electricity easily flows, and has resistance that can easily supply electricity in the circuit formed by the present device. Specifically, it means that the volume resistivity (ASTM D257, JIS K6911) is, for example, 106 Ωcm or less, preferably 105 Ωcm or less, and carbon fiber ( carbon) is blended as the conductive material. Examples thereof include conductive resins and metal materials. As the conductive resin, for example, a resin in which carbon fiber is contained in nylon can be used.
［静電噴出装置の本体部］
本体部３１０は、図２～図４に示すように、本体部３１０とノズルヘッド部３３０との連結部を構成するカラー３１２と、各カートリッジ３８０のコンテナ３８２内の液体を後述する第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂに向けて送出するよう構成された駆動機構３１８と、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂのメイン電極３５０に対して高電圧を印加するメイン高電圧ライン（図示せず）と、第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ａ，３７０ｂに対して高電圧を印加する補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂと、使用者の操作に応じて、駆動機構３１８の制御や各電極に対する高電圧の供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替える操作部３１３（図２参照）とを備えている。本体部３１０は、カラー３１２を含む外殻が、合成樹脂等の非導電性材料から形成されることが好ましい。
[Main body of electrostatic ejection device]
As shown in FIGS. 2 to 4, the
カラー３１２は、ノズルヘッド部３３０の一部を挿入可能な径を有する筒状に形成されており、本体部３１０の先端部に設けられている。カラー３１２は、ノズルヘッド部３３０との係合状態（ロック状態）と非係合状態（ロック解除状態）とを切り替え可能に構成されている。
The
なお、カラー３１２には、ノズルヘッド部３３０との位置決めを行うための目印（図示せず）が設けられても良い。該目印は、例えば、カラー３１２の周面に設けられた矢印等のマークであっても良いし、カラー３１２の開口から延出する一対の突起間の間隙等の物理的な構造であっても良い。このような目印を有するカラー３１２によれば、例えば、該目印とノズルヘッド部３３０の外側周壁３３１に形成された切欠き等の目印との位置を合せることにより、本体部３１０に対してノズルヘッド部３３０を適正に装着することが容易となる。
The
操作部３１３は、例えばトリガボタンやトグルスイッチ等のスイッチであり、使用者によってＯＮ／ＯＦＦを切り替え可能に構成されている。操作部３１３は、使用者の親指等によって操作可能となっており、使用者の操作により、ノズルヘッド部３３０の第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂから液体を噴出させるために駆動機構３１８を駆動させると共に、電場を形成させるためにメイン電極３５０に高電圧を供給するよう構成されている。操作部３１３は、メイン高電圧ライン及び補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂから離れた位置に配置されている。
The
メイン高電圧ラインは、本体部３１０にノズルヘッド部３３０が装着された際に、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂのメイン電極３５０と電気的に接続されるよう構成されている。具体的には、メイン高電圧ラインは、導電性ロッド（図示せず）と、電極スプリング（図示せず）と、接点（図示せず）とを備えている。導電性ロッド及び電極スプリングは、本体部３１０にノズルヘッド部３３０が装着された際にのみ、メイン電源２０６からの高電圧を接点を介して第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂのメイン電極３５０に対して供給するよう構成されている。電極スプリングは、本体部３１０に対してノズルヘッド部３３０を装着させる際の緩衝材としても機能する。これら導電性ロッド、電極スプリング及び接点は、本体部３１０の絶縁部（図示せず）及びノズルヘッド部３３０の絶縁部（図示せず）によって囲われている。
The main high voltage line is configured to be electrically connected to the
補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂは、本体部３１０にノズルヘッド部３３０が装着された際に、後述する導電性ベース３６４を介して第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ａ，３７０ｂのそれぞれと電気的に接続されるよう構成されている。具体的には、補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂは、図３及び図４に示すように、それぞれ、導電性ロッド３１５と、電極スプリング３１６と、接点３１７とを備えている。なお、補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂは、補助電極の数（ｎ）と同数設けられることが好ましいが、これに限定されるものではない。
The
導電性ロッド３１５及び電極スプリング３１６は、本体部３１０にノズルヘッド部３３０が装着された際にのみ、補助電極用電源２０７からの高電圧を接点３１７を介して補助電極３７０ａ，３７０ｂに対して供給するよう構成されている。電極スプリング３１６は、本体部３１０に対してノズルヘッド部３３０を装着させる際の緩衝材としても機能する。これら導電性ロッド、電極スプリング３１６及び接点３１７は、本体部３１０の絶縁部（図示せず）及びノズルヘッド部３３０の絶縁部（図示せず）によって囲われている。
The
駆動機構３１８は、図３に示すように、モータ３１９と、アクチュエータ３２０と、二股のロッド３２２とを備えている。モータ３１９は、例えば、ステッピングモータであり、アクチュエータ３２０は、例えば、モータ３１９の駆動力によって直進移動する直動機構である。モータ３１９及びアクチュエータ３２０は、操作部３１３を介して入力された使用者の操作に基づいて制御される。ロッド３２２は、アクチュエータ３２０と接続しており、二股に分かれ噴出方向に延出した形状をしている。二股に分かれた各端部は、カートリッジ３８０の後述するコンテナ３８２内に挿入可能なボス部を有しており、該ボス部によって各カートリッジ３８０の後述するプランジャ３８４をコンテナ３８２内に向けてそれぞれ同時に押し込むことにより、各カートリッジ３８０のコンテナ３８２内の液体を第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１に向けて同時に送出するよう構成されている。なお、駆動機構３１８は、予め定められたプログラムに基づいて動作するよう構成されても良い。
As shown in FIG. 3, the
［静電噴出装置のノズルヘッド部］
ノズルヘッド部３３０は、図４に示すように、本体部３１０のカラー３１２内に挿入可能な外側周壁３３１及び内側周壁３３２と、複数（本実施形態では２つ）のカートリッジ３８０を保持可能なカートリッジハウジング３４２と、横並びに配置された複数（本実施形態では２つ）のノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）と、複数のノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）を挟む位置に配された複数（本実施形態では２つ）の補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）とを備えている。以下、２つの補助電極部のうち、第１ノズル部３４０ａに隣接して配された補助電極部を「第１補助電極部３６０ａ」といい、第２ノズル部３４０ｂに隣接して配された補助電極部を「第２補助電極部３６０ｂ」という。また、「挟む位置」の詳細については、後述する。
[Nozzle head of electrostatic ejector]
As shown in FIG. 4, the
外側周壁３３１は、本体部３１０のカラー３１２内に挿入可能な大きさ及び外形を有する筒状に形成され、更に噴出方向側の端部から幅方向（噴出方向と直交する方向）両側に延出するフランジが形成されている。外側周壁３３１の周面には、本体部３１０のカラー３１２の内面に形成された溝等と係合可能な突起（図示せず）等が設けられており、本体部３１０に対して装着可能に構成されている。外側周壁３３１は、合成樹脂等の非導電性材料から形成されることが好ましい。
The outer
なお、外側周壁３３１の周面に形成された切欠きは、既述のとおり、本体部３１０のカラー３１２に対する適正な装着位置を示す目印としても利用することが可能である。また、該切欠きを適正な装着位置を示す目印とする構成に代えて又はこれと共に、外側周壁３３１の周面に矢印等のマークを付与し、これを目印とする構成としても良い。
As described above, the notch formed on the peripheral surface of the outer
内側周壁３３２は、外側周壁３３１よりも小さい径からなる筒状に形成されている。内側周壁３３２の内周面には、例えば後述するカートリッジハウジング３４２の外面に形成された溝等と係合可能な突起（図示せず）が設けられており、カートリッジハウジング３４２を装着可能に構成されている。内側周壁３３２は、合成樹脂等の非導電性材料から形成されることが好ましい。また、内側周壁３３２の周面には、メイン電極３５０の後述するアームが挿通可能な切欠き（図示せず）が軸方向に沿って形成されている。
The inner
カートリッジハウジング３４２は、液体の噴出方向の先端側の端部が閉塞され、反対側の端部（基端部）が開放された有底筒状に形成されており、内側周壁３３２の径方向内側に設けられている。カートリッジハウジング３４２は、合成樹脂等の非導電性材料から形成されることが好ましい。
The
カートリッジハウジング３４２の閉塞側端部は、メイン電極３５０の後述する導電性ベース３５４を載置可能に構成されており、開放側端部は、カートリッジハウジング３４２の内部に２つのカートリッジ３８０を挿入可能に構成されている。また、カートリッジハウジング３４２は、その内部において、２つのカートリッジ３８０をそれぞれ保持可能となっている。具体的には、カートリッジハウジング３４２は、カートリッジ３８０が挿入された状態において、図４に示すように、２つのカートリッジ３８０の封止部３８６側の端部を含む所定領域をそれぞれ囲い、他方側の端部を含む所定領域を露出させるような軸方向の長さを有している。なお、カートリッジハウジング３４２の軸方向の長さは、図示の例に限定されるものではない。また、カートリッジハウジング３４２のサイズは、対象とするカートリッジ３８０の大きさ（容量）及び数等に応じて任意に設定可能である。
The closed side end of the
なお、カートリッジハウジング３４２には、内側周壁３３２との位置決めを行うための目印（図示せず）が設けられても良い。該目印は、例えば、カートリッジハウジング３４２の周面に設けられた矢印等のマークであっても良いし、カートリッジハウジング３４２の軸方向に沿って形成された切欠き等の物理的な構造であっても良い。このような目印を有するカートリッジハウジング３４２によれば、例えば、該目印と内側周壁３３２に形成された切欠き等の目印との位置を合せることにより、内側周壁３３２に対してカートリッジハウジング３４２を適正に装着することが容易となる。
The
第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂは、本体部３１０のメイン高電圧ラインからの高電圧が印加されるメイン電極３５０を共有部材として備えている。また、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂは、それぞれ、カートリッジ３８０内の液体を堆積面に向けて噴出させるチューブノズル３５１と、チューブノズル３５１の周囲を囲うノズル外筒３４４とを備えている。メイン電極３５０は、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂから取り外して交換可能となっている。
The
第１ノズル部３４０ａと第２ノズル部３４０ｂは、図４及び図５に示すように、第１ノズル部３４０ａが幅方向の一方側、第２ノズル部３４０ｂが幅方向の他方側に配置されている。第１ノズル部３４０ａと第２ノズル部３４０ｂの距離Ｄ１は、お互いのノズル同士の干渉を防ぎ、それぞれ独立して安定して紡糸可能になる観点から、５ｍｍ以上であることが好ましく、７．５ｍｍ以上であることがより好ましく、また、後述する液体の噴出範囲のギャップＧを狭くすることができ、ノズルヘッド部３３０をコンパクトにすることが可能になる観点から、４０ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましい。ここで、「距離Ｄ１」は、第１ノズル部３４０ａのチューブノズル３５１の中心軸と第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１の中心軸の軸間距離をいう。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
各ノズル外筒３４４は、内側周壁３３２の一方側の端部に一体的に設けられており、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１の周囲をそれぞれ取り囲むように形成されている。具体的には、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの各ノズル外筒３４４は、内側周壁３３２の端部から液体の噴出方向に延出するに連れて先細りとなる筒状に形成され、基端よりも先端３４５の径が小さい切頭円錐状の外形を有している。各ノズル外筒３４４の先端３４５は、それぞれ液体を吐出する吐出口を有している。第１ノズル部３４０ａのノズル外筒３４４と、第２ノズル部３４０ｂのノズル外筒３４４とは、幅方向に連続して形成されている。ノズル外筒３４４は、合成樹脂等の非導電性材料から形成されることが好ましい。このようにノズル外筒３４４を非導電性材料で形成することにより、絶縁破壊による電撃を防止し、使用者の保護の万全を図ることが可能となる。
Each nozzle
各チューブノズル３５１は、高電圧が印加される導電性の部位（チューブ状電極３５２）と、該導電性の部位よりも対象物側に配置された非導電性の部位（非導電性チューブ部３５３）とを備えており、液体の噴出方向に沿って延在している。チューブ状電極３５２は、金属又は導電性樹脂等の導電性材料、好ましくは金属から形成されており、非導電性チューブ部３５３は、合成樹脂等の非導電性材料から形成されている。また、チューブ状電極３５２及び非導電性チューブ部３５３は、液体に耐性を有する、詳細には水やアルコール等の溶媒に対して耐溶媒性を有する材料により形成されることが好ましい。なお、「耐溶媒性」とは、液体中の揮発性液剤の浸透及び揮発を抑制すること、また液体により膨潤、溶出、変形、軟化、硬化、又は変色等をしにくいことをいう。
Each
各チューブ状電極３５２は、基端がカートリッジハウジング３４２の内部に位置し、先端がノズル外筒３４４の内部に位置するよう、メイン電極３５０の導電性ベース３５４に支持されている。各チューブ状電極３５２は、カートリッジハウジング３４２内にカートリッジ３８０が挿入された際に、対応するカートリッジ３８０のコンテナ３８２内に基端が挿入されるよう構成されている。例えば、チューブ状電極３５２の基端は、カートリッジ３８０の封止部３８６を貫通可能な尖鋭端であることが好ましい。
Each
各チューブ状電極３５２は、内部が中空（すなわち筒状）となっており、カートリッジ３８０のコンテナ３８２内の液体を非導電性チューブ部３５３に向けて流動させることが可能に構成されている。チューブ状電極３５２は、メイン電極３５０の導電性ベース３５４と電気的に接続されており、これにより、非導電性チューブ部３５３に向けて流動する液体に対して高電圧を印加し、液体を帯電させるよう構成されている。なお、チューブ状電極３５２は、導電性を有すると共に、メイン電極３５０の後述する導電性ベース３５４と電気的に接続されていることから、メイン電極３５０の一部と解することも可能である。
Each
各非導電性チューブ部３５３は、各ノズル外筒３４４の内部に一体的に設けられた筒状部であり、先端が該ノズル外筒３４４の吐出口に連通され、基端がチューブ状電極３５２の先端に連結されている。チューブ状電極３５２と非導電性チューブ部３５３との連結は、チューブ状電極３５２及び非導電性チューブ部３５３の一方の端部を他方の端部内に圧入する方法、非導電性チューブ部３５３及びチューブ状電極３５２に形成した段差等を互いに嵌め合わせることで連結する方法、並びに、チューブ状電極３５２及び非導電性チューブ部３５３を任意の接着手段や連結手段により接着又は連結する方法等の種々の方法を採用することが可能である。
Each
非導電性チューブ部３５３は、内部が中空（すなわち筒状）となっており、チューブ状電極３５２から流入する液体を先端に向けて流動させ、ノズル外筒３４４の吐出口から堆積面に対して液体を噴出させることが可能に構成されている。ノズル外筒３４４の吐出口から、非導電性チューブ部３５３内におけるチューブ状電極３５２の先端までの長さと高電圧との関係は、十分なクリアランスを有しつつ、紡糸性を向上する観点から、該長さをＹとし、該高電圧をＸとした場合におけるＹ（ｍｍ）／Ｘ（ｋＶ）が、０．３以上１．２以下であることが好ましい。
The
メイン電極３５０は、図４に示すように、一対のチューブノズル３５１の各チューブ状電極３５２が貫通する導電性ベース３５４と、該導電性ベース３５４から本体部３１０のメイン高電圧ライン（図示せず）に向けて延びるアーム（図示せず）とを備えている。メイン電極３５０は、例えば、カーボンが配合された導電性樹脂等の導電性材料から形成されている。
As shown in FIG. 4, the
導電性ベース３５４は、円盤状、板状又はフランジ状（鍔状）に形成されており、係合爪等の任意の係合手段（図示せず）により、カートリッジハウジング３４２の閉塞側端部に取り付け可能に構成されている。導電性ベース３５４は、第１ノズル部３４０ａのチューブノズル３５１のチューブ状電極３５２及び第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１のチューブ状電極３５２が貫通して取り付けられている。
The
導電性ベース３５４は、静電噴出装置３００内に組み込まれた状態において、各チューブノズル３５１のチューブ状電極３５２（導電性の部位）と電気的に接続されるよう各チューブノズル３５１の径方向の外側に配された外側電極部３５６を構成している。本実施形態において、外側電極部３５６は、各チューブノズル３５１の周囲（すなわち、チューブノズル３５１の軸に対して直交する径方向外側）に向けて拡がり、かつ、各チューブノズル３５１の延在方向（すなわち、液体の噴出方向）に面する電極面の形態を有している。すなわち、導電性ベース３５４の外側電極部３５６は、ディスク電極として機能する。
The
導電性ベース３５４の外側電極部３５６は、各チューブノズル３５１の軸周り方向における全範囲で繋がった環状であることが好ましいが、これに限定されず、その少なくとも一部が各チューブノズル３５１の軸周りに沿って配置されていれば良く、例えば一部が途切れた環状であっても良く、各チューブノズル３５１全体を囲むような形状であっても良い。具体的には、直進性向上のため、外側電極部３５６は、各チューブノズル３５１の軸周りに対称に配置されることが好ましく、強度の面で、各チューブノズル３５１の軸周り方向における２０度以上の範囲に亘って左右それぞれに配置されることが好ましく、左右それぞれに４５度以上の範囲に亘って配置されることがより好ましく、３６０度の範囲（全範囲）に亘って配置されることが更に好ましい。また、導電性ベース３５４は、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの各チューブ状電極３５２の貫通部位と整合する位置にそれぞれ保持スリーブを設けても良い。このような保持スリーブが設けられることにより、各チューブ状電極３５２をより強固に保持することが可能となる。
The
外側電極部３５６は、安全性の観点から、ノズル外筒３４４の先端３４５との距離が３ｍｍ以上であることが好ましく、４ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることが更に好ましく、また、液体の直進性の観点から、ノズル外筒３４４の先端３４５との距離が３０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましく、１２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
From the viewpoint of safety, the
アーム（図示せず）は、導電性ベース３５４の周縁部から液体の噴出方向の反対側に向けて延びる延出部であり、本体部３１０に対してノズルヘッド部３３０が装着された状態において、メイン高電圧ラインの接点（図示せず）と電気的に接続されるよう構成されている。
The arm (not shown) is an extending portion extending from the peripheral edge portion of the
導電性ベース３５４は、図４に示すように、本体部３１０に対して第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂが装着された状態において、アームを介して本体部３１０のメイン高電圧ラインと電気的に接続される。また、各チューブノズル３５１のチューブ状電極３５２は、導電性ベース３５４及びアームを介して本体部３１０のメイン高電圧ラインと電気的に接続される。これにより、静電噴出装置３００の動作時にメイン高電圧ラインから高電圧が供給されると、メイン電極３５０（特に導電性ベース３５４の外側電極部３５６）及び各チューブ状電極３５２は共に高電位となり、その周囲に電場を生成する。
また、各チューブ状電極３５２により生成される電場は、既述のとおり、該チューブ状電極３５２を流動する液体を帯電させる。
As shown in FIG. 4, the
Further, as described above, the electric field generated by each
第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂは、それぞれ、本体部３１０の補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂからの高電圧が印加される補助電極３７０ａ，３７０ｂと、補助電極３７０ａ，３７０ｂの周囲を囲う補助電極外筒３６２ａ，３６２ｂとを備えている。補助電極３７０ａ，３７０ｂは、第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂから取り外し可能（取り替え可能）であっても良いが、脱落防止の観点から、第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂに対して取り外し不能であることが好ましい。
The first
第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａは、補助電極用高電圧ライン３１４ａを介して、ベースステーション２００の補助電極用電源２０７と電気的に接続され、第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂは、補助電極用高電圧ライン３１４ｂを介して、ベースステーション２００の補助電極用電源２０７と電気的に接続されるよう構成されている。また、第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂは、ベースステーション２００の制御部２０４による制御によって、タイミングをずらして高電圧が印加されるよう構成されている。具体的には、第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂは、既述のとおり、順に切り替わりながら高電圧が印加されるように構成されている。
The
第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂは、図５に示すように、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂを挟む位置に配されている。ここで、「挟む位置」とは、複数のノズル部を取り囲むように複数の補助電極部が配置されることを意味する。より具体的には、「挟む位置」とは、一のノズル部（第１ノズル部３４０ａ）に着目した際に、該ノズル部を境として一方側に補助電極部（第１補助電極部３６０ａ）が位置し、他方側に他のノズル部（第２ノズル部３４０ｂ）が位置し、かつ、他のノズル部（第２ノズル部３４０ｂ）に着目した際に、該ノズル部を境として他方側に補助電極部（第２補助電極部３６０ｂ）が位置し、一方側に他のノズル部（第１ノズル部３４０ａ）が位置する位置関係をいう。
As shown in FIG. 5, the first
本実施形態では、第１補助電極部３６０ａ、第１ノズル部３４０ａ、第２ノズル部３４０ｂ及び第２補助電極部３６０ｂが一直線上に整列されるよう、第１ノズル部３４０ａの外側に第１補助電極部３６０ａが配され、第２ノズル部３４０ｂの外側に第２補助電極部３６０ｂが配されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１補助電極部３６０ａと第２補助電極部３６０ｂとを結ぶ直線上からずれた位置に第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂが配置されていても良い。
In the present embodiment, the first
第１ノズル部３４０ａと第２ノズル部３４０ｂの距離Ｄ１と、第１ノズル部３４０ａと第１補助電極部３６０ａの距離Ｄ２と、第２ノズル部３４０ｂと第２補助電極部３６０ｂの距離Ｄ２´は、本実施形態では、「第１ノズル部３４０ａと第２ノズル部３４０ｂの距離Ｄ１」≦「第１ノズル部３４０ａと第１補助電極部３６０ａの距離Ｄ２」＝「第２ノズル部３４０ｂと第２補助電極部３６０ｂの距離Ｄ２´」の関係であるが、これに限定されるものではない。ここで、「距離Ｄ２」は、第１ノズル部３４０ａのチューブノズル３５１の中心軸と第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａの中心軸との軸間距離をいい、「距離Ｄ２´」は、第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１の中心軸と第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂの中心軸との軸間距離をいう。なお、距離Ｄ２と距離Ｄ２´は、等距離でなくても良い。
The distance D1 between the
第１ノズル部３４０ａと第１補助電極部３６０ａの距離Ｄ２及び第２ノズル部３４０ｂと第２補助電極部３６０ｂの距離Ｄ２´は、噴出された液体が補助電極３７０ａ，３７０ｂへ付着するのを防止する観点から、５ｍｍ以上であることが好ましく、１０ｍｍ以上であることがより好ましく、２０ｍｍ以上であることが更に好ましく、また、補助電極３７０ａ，３７０ｂにより方向を変化させやすくする観点から、１００ｍｍ以下であることが好ましく、８０ｍｍ以下であることがより好ましく、６０ｍｍ以下であることが更に好ましい。
The distance D2 between the
補助電極３７０ａ，３７０ｂは、針状に形成されることが好ましく、補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端は、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの各吐出口と同位置又は該吐出口よりも対象物側に位置していることが好ましい。具体的には、各ノズル部の吐出口と、該ノズル部に隣接して配置された補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端との高低差Ｈは、電気力線の方向（液体の噴出方向）を変化させ易い観点から、０ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍ以上であることがより好ましく、１０ｍｍ以上であることが更に好ましく、また、補助電極３７０ａ，３７０ｂへの噴出物の付着防止の観点から、６０ｍｍ以下であることが好ましく、４０ｍｍ以下であることがより好ましく、３０ｍｍ以下であることが更に好ましい。なお、図４に示す例においては、補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端は、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの各吐出口と略同位置である。
The
ここで、「ノズル部の吐出口」とは、チューブノズル３５１の先端に形成された開口をいい、本実施形態では、チューブ状電極３５２ではない部分（非導電性チューブ部３５３）の先端に形成された開口である。また、「高低差Ｈ」とは、対象物の面からノズル部の吐出口（チューブノズル３５１の先端）までの高さ方向における直線距離と、対象物の面から補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端までの高さ方向における直線距離との差をいう。なお、第１ノズル部３４０ａの吐出口の高さと補助電極３７０ａの先端の高さとの差は、第２ノズル部３４０ｂの吐出口の高さと補助電極３７０ｂの先端の高さとの差と同一であっても良いし、同一でなくても良い。
Here, the “nozzle portion discharge port” refers to an opening formed at the tip of the
第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの各吐出口から噴射された液体に対する補助電極３７０ａ，３７０ｂの電場の影響は、高低差Ｈを大きくすると（補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端を対象物に近い位置に設定すると）強まり、第１ノズル部３４０ａと第１補助電極部３６０ａの距離Ｄ２及び第２ノズル部３４０ｂと第２補助電極部３６０ｂの距離Ｄ２´を大きくすると弱まる傾向にある。このため、これら高低差Ｈ、距離Ｄ２及び距離Ｄ２´は、静電噴出装置３００の所望とするサイズ及び形状や、所望とする補助電極３７０ａ，３７０ｂの性能（後述するギャップＧを埋める程度）等に応じて、任意に設定することが好ましい。
The effect of the electric field of the
補助電極外筒３６２ａ，３６２ｂは、外側周壁３３１に対してねじ構造等によって着脱可能に構成されており、外側周壁３３１から噴出方向に向けて垂直に延出するように取り付けられる。補助電極外筒３６２ａ，３６２ｂは、補助電極３７０ａ，３７０ｂの周囲を取り囲むように形成されている。具体的には、液体の噴出方向に延出するに連れて先細りとなる筒状に形成されている。補助電極外筒３６２ａ，３６２ｂは、合成樹脂等の非導電性材料から形成されることが好ましい。このように補助電極外筒３６２ａ，３６２ｂを非導電性材料で形成することにより、絶縁破壊による電撃を防止し、使用者の保護の万全を図ることが可能となる。
The auxiliary electrode
導電性ベース３６４は、外側周壁３３１と内側周壁３３２との間に配置されており、外側周壁３３１に沿って幅方向外側に延出している延出部を有している。この延出部に補助電極３７０ａ，３７０ｂが挿入される挿入孔を有し、補助電極３７０ａ，３７０ｂが挿入された状態において、補助電極３７０ａ，３７０ｂと電気的に接続される。また、本体部３１０に対してノズルヘッド部３３０が装着された状態において、補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂの接点３１７と電気的に接続される。これにより、静電噴出装置３００の動作時に補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂから高電圧が供給されると、補助電極３７０ａ，３７０ｂは高電位となり、その周囲に電場を生成する。
The
ここで、補助電極３７０ａ，３７０ｂにより生成される電場は、隣接された第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂのチューブ状電極３５２により生成される電場における等電位面に対し直交する電気力線の方向（液体の噴出方向）を変える働きをすると考えられる。すなわち、補助電極３７０ａ，３７０ｂにより生成される電場は、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの吐出口から噴出される液体の左右方向への分散を減少させ、該液体の直進性を向上させることが可能である。なお、この原理については、後述する。
Here, the electric field generated by the
複数のノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）から噴出される液体の単位時間あたりの量（噴出量）の合計は、形状が整った膜を形成する観点から、０．０１ｍｌ／分以上であることが好ましく、０．１ｍｌ／分以上であることがより好ましく、０．１５ｍｌ／分以上であることがさらに好ましく、また、静電紡糸装置である場合は繊維の形成の観点から、５．０ｍｌ／分以下であることが好ましく、３.０ｍｌ／分以下であることがより好ましく、２.０ｍｌ／分以下であることがさらに好ましい。具体的には、該噴出量は、例えば約０．３ｍｌ／分とすることができる。該噴出量は、電場を生成するために供給される電流及び電圧や噴出される液体等に基づいて、適宜設定することが可能である。なお、該噴出量は、分子量、種類及び伝導率等の液体の特性や、気温及び湿度等の環境的要因や、ノズルの構造等の機械的要因等の影響も受けるため、これらの要因を考慮して設定することが好ましい。
The total amount (spouting amount) of the liquid ejected from the plurality of nozzle portions (
［静電噴出装置のカートリッジ］
カートリッジ３８０は、ノズルヘッド部３３０に対して着脱自在な使い捨て部材であり、図４に示すように、筒状に形成された２つのコンテナ３８２と、コンテナ３８２の内部に設けられたプランジャ３８４と、コンテナ３８２の先端を閉塞する封止部３８６とを備えている。カートリッジ３８０は、コンテナ３８２の周壁、プランジャ３８４及び封止部３８６で囲まれた密封空間に液体を保持するよう構成されている。なお、カートリッジ３８０は、封止部３８６を保護するためのキャップ（図示せず）や、封止部３８６よりもコンテナ３８２側に設けられた導電性プラスチック部（図示せず）等を更に備えても良い。
[Cartridge of electrostatic ejector]
The
コンテナ３８２は、ガラス又はプラスチック製の筒状の容器であり、液体組成物を収容可能に構成されている。１つのコンテナ３８２の容量（液体収量）は、例えば１ｍｌ以上、３ｍｌ以上又は５ｍｌ以上等の任意の容量とすることが可能である。本実施形態では、１つのコンテナ３８２の容量は、１０ｍｌ以下とするのが好ましい。
The
封止部３８６は、例えば密閉フィルムやメンブレン等からなり、チューブ状電極３５２の基端（尖鋭端）によって開口し、チューブ状電極３５２の基端をコンテナ３８２内に挿入することが可能に構成されている。なお、封止部３８６は、チューブ状電極３５２の基端が挿入された際にのみ開口状態となる逆止弁であっても良く、また、コンテナ３８２からチューブ状電極３５２に対して送出する液体の量を調整可能な弁体としても良い。
The sealing
プランジャ３８４は、コンテナ３８２の基端側の開口を閉塞する弁体であり、本体部３１０のアクチュエータ３２０及びロッド３２２によって、コンテナ３８２の内部に向かって押し込み可能に構成されている。プランジャ３８４は、既述のとおり、本体部３１０のロッド３２２のボス部によってコンテナ３８２内に向けて押し込まれることにより、コンテナ３８２内の液体をノズルヘッド部３３０のチューブノズル３５１に向けて押し出すよう構成されている。
The
本実施形態に係る静電噴出システム１００は、人体用に用いる等の衛生の観点から、静電噴出装置３００のノズルヘッド部３３０のうち、液体に接触する部分は、使い捨て部材であることが好ましい。また、カートリッジ３８０も同様に、使い捨て部材であることが好ましい。一方、ノズルヘッド部３３０のうち、液体に接触しない部分は、繰り返し使用することが可能である。
In the
本実施形態に係る静電噴出システム１００は、衛生を向上させる観点から、少なくとも液体に接触する部分が、例えばガンマ線等の滅菌処理に耐え得る材質であることが好ましい。このような材質としては、チューブ状電極３５２については、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属、導電性のプラスチック等を採用することが好ましく、カートリッジ３８０の後述する封止部３８６に対する貫通性の観点からステンレス（特にＳＵＳ３１６）を採用することがより好ましい。
In the
非導電性チューブ部３５３については、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリウレタン、ＰＥＴ、アクリル等を採用することが好ましく、成形の安定性・耐溶剤性の観点から、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はアクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）を採用することがより好ましい。
For the
メイン電極３５０については、例えば、ナイロンに炭素繊維を含有させた樹脂や金属等を採用することが好ましく、生産性・汎用性の観点から、ナイロンに炭素繊維を含有させた樹脂を採用することがより好ましい。
For the
なお、内側周壁３３２及びノズル外筒３４４は、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリウレタン、ＰＥＴ等を採用することが好ましく、成形の安定性・耐溶剤性の観点から、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）又はアクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）を採用することがより好ましい。
For the inner
［液体］
液体は、特に限定されるものではないが、例えば、静電紡糸装置において使用される紡糸用の液体組成物が例示される。また、そのような液体組成物としては、例えば、繊維形成の可能な高分子化合物が溶媒に溶解した溶液を用いることができる。そのような高分子化合物としては、水溶性高分子化合物または水不溶性高分子化合物のいずれも用いることができる。
[liquid]
The liquid is not particularly limited, and examples thereof include liquid compositions for spinning used in electrostatic spinning devices. Further, as such a liquid composition, for example, a solution in which a polymer compound capable of forming fibers is dissolved in a solvent can be used. As such a polymer compound, either a water-soluble polymer compound or a water-insoluble polymer compound can be used.
水不溶性高分子化合物を用いる場合、液体組成物は、次の成分（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含有し、成分（ｂ）と成分（ｃ）の質量比（ｂ／ｃ）が０．４以上５０以下であることが好ましい。
（ａ）アルコールおよびケトンから選ばれる１種以上の揮発性物質
（ｂ）繊維形成用水不溶性ポリマー
（ｃ）水
When a water-insoluble polymer compound is used, the liquid composition contains the following components (a), (b) and (c), and the mass ratio (b / c) of the component (b) to the component (c) is It is preferably 0.4 or more and 50 or less.
(A) One or more volatile substances selected from alcohols and ketones (b) Water-insoluble polymers for fiber formation (c) Water
具体的には、水不溶性高分子化合物を用いる場合、液体組成物は、アルコール及びケトンから選ばれる揮発性液剤を５０質量％以上含有する。揮発性液剤は、液体の状態において揮発性を有する物質である。揮発性液剤はその蒸気圧が２０℃において０．０１ｋＰａ以上、１０６．６６ｋＰａ以下であることが好ましく、０．１３ｋＰａ以上、６６．６６ｋＰａ以下であることがより好ましく、０．６７ｋＰａ以上、４０．００ｋＰａ以下であることが更に好ましく、１．３３ｋＰａ以上、４０．００ｋＰａ以下であることがより一層好ましい。 Specifically, when a water-insoluble polymer compound is used, the liquid composition contains 50% by mass or more of a volatile liquid agent selected from alcohols and ketones. A volatile liquid agent is a substance that is volatile in a liquid state. The vapor pressure of the volatile liquid agent is preferably 0.01 kPa or more and 106.66 kPa or less, more preferably 0.13 kPa or more and 66.66 kPa or less, and 0.67 kPa or more and 40.00 kPa or less at 20 ° C. It is more preferably 1.33 kPa or more, and even more preferably 40.00 kPa or less.
揮発性液剤のうち、アルコールとしては例えば一価の鎖式脂肪族アルコール、一価の環式脂肪族アルコール、一価の芳香族アルコールが好適に用いられる。一価の鎖式脂肪族アルコールとしてはＣ１－Ｃ６アルコール、一価の環式アルコールとしてはＣ４－Ｃ６環式アルコール、一価の芳香族アルコールとしてはベンジルアルコール、フェニルエチルアルコール等がそれぞれ挙げられる。それらの具体例としては、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、フェニルエチルアルコール、ｎ－プロパノール、ｎ－ペンタノールなどが挙げられる。これらのアルコールは、これらから選ばれる１種又は２種以上を用いることができる。 Among the volatile liquids, for example, monohydric chain aliphatic alcohols, monovalent cyclic aliphatic alcohols, and monovalent aromatic alcohols are preferably used as alcohols. C1-C 6 alcohols are used as monohydric chain fatty alcohols, C4 - C 6 ring alcohols are used as monohydric ring alcohols, and benzyl alcohols and phenylethyl alcohols are used as monohydric aromatic alcohols. Each is listed. Specific examples thereof include ethanol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, phenylethyl alcohol, n-propanol, n-pentanol and the like. As these alcohols, one kind or two or more kinds selected from these can be used.
揮発性液剤のうち、ケトンとしてはジＣ１－Ｃ４アルキルケトン、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどが挙げられる。これらのケトンは１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。 Among the volatile liquid agents, examples of the ketone include diC1 - C4 alkyl ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone. These ketones can be used alone or in combination of two or more.
揮発性液剤は、より好ましくはエタノール、イソプロピルアルコール及びブチルアルコールから選ばれる１種又は２種以上であり、より好ましくはエタノール及びブチルアルコールから選ばれる１種又は２種であり、形成される繊維の感触の観点から更に好ましくはエタノールを含有する揮発性液剤である。 The volatile liquid agent is more preferably one or more selected from ethanol, isopropyl alcohol and butyl alcohol, and more preferably one or two selected from ethanol and butyl alcohol, and the formed fiber. From the viewpoint of feel, a volatile liquid agent containing ethanol is more preferable.
液体組成物における揮発性液剤の含有量は、５０質量％以上であることが好ましく、５５質量％以上であることがより好ましく、６０質量％以上であることが更に好ましい。また、９５質量％以下であることが好ましく、９４質量％以下であることがより好ましく、９３質量％以下であることが更に好ましい。液体組成物における揮発性液剤の含有量は、５０質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、５５質量％以上９４質量％以下であることがより好ましく、６０質量％以上９３質量％以下であることが更に好ましい。この割合で液体組成物中に揮発性液剤を含有させることで、静電スプレー法を行うときに液体組成物を十分に揮発させることができ、皮膚又は爪の表面に繊維を含む被膜を形成することができる。 The content of the volatile liquid agent in the liquid composition is preferably 50% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, and further preferably 60% by mass or more. Further, it is preferably 95% by mass or less, more preferably 94% by mass or less, and further preferably 93% by mass or less. The content of the volatile liquid agent in the liquid composition is preferably 50% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably 55% by mass or more and 94% by mass or less, and 60% by mass or more and 93% by mass or less. It is more preferable to have. By containing the volatile liquid agent in the liquid composition at this ratio, the liquid composition can be sufficiently volatilized when the electrostatic spray method is performed, and a film containing fibers is formed on the surface of the skin or nails. be able to.
また、エタノールは、揮発性の高さと形成される繊維の感触の観点から、揮発性液剤の全量に対して、５０質量％以上であることが好ましく、６５質量％以上であることが更に好ましく、８０質量％以上であることが一層好ましい。また１００質量％以下であることが好ましい。エタノールは揮発性液剤の全量に対して、５０質量％以上１００質量％以下であることが好ましく、６５質量％以上１００質量％以下であることが更に好ましく、８０質量％以上１００質量％以下であることが一層好ましい。 Further, ethanol is preferably 50% by mass or more, more preferably 65% by mass or more, based on the total amount of the volatile liquid agent, from the viewpoint of high volatility and the feel of the formed fibers. It is more preferably 80% by mass or more. Further, it is preferably 100% by mass or less. Ethanol is preferably 50% by mass or more and 100% by mass or less, more preferably 65% by mass or more and 100% by mass or less, and 80% by mass or more and 100% by mass or less with respect to the total amount of the volatile liquid agent. Is even more preferable.
また、液体組成物は、繊維形成用水不溶性ポリマーを含むことが好ましい。繊維形成用水不溶性ポリマーは、揮発性液剤に溶解することが可能な物質である。ここで、溶解するとは２０℃において分散状態にあり、その分散状態が目視で均一な状態、好ましくは目視で透明又は半透明な状態であることをいう。 Further, the liquid composition preferably contains a water-insoluble polymer for fiber formation. The water-insoluble polymer for fiber formation is a substance that can be dissolved in a volatile liquid agent. Here, "dissolving" means that the material is in a dispersed state at 20 ° C., and the dispersed state is visually uniform, preferably visually transparent or translucent.
繊維形成用水不溶性ポリマーとしては、揮発性物質に可溶で、水に対して不溶なポリマーである。本明細書において「水溶性ポリマー」とは、１気圧・２３℃の環境下において、ポリマー１ｇを秤量したのちに、１０ｇのイオン交換水に浸漬し、２４時間経過後、浸漬したポリマーの０．５ｇ以上が水に溶解する性質を有するものをいう。一方、本明細書において「水不溶性ポリマー」とは、１気圧・２３℃の環境下において、ポリマー１ｇ秤量したのちに、１０ｇのイオン交換水に浸漬し、２４時間経過後、浸漬したポリマーの０．５ｇ以上が溶解しない性質を有するもの、言い換えれば溶解量が０．５ｇ未満の性質を有するものをいう。 The water-insoluble polymer for fiber formation is a polymer that is soluble in volatile substances and insoluble in water. As used herein, the term "water-soluble polymer" refers to 0. A polymer having the property of dissolving 5 g or more in water. On the other hand, in the present specification, the term "water-insoluble polymer" refers to 0 of the soaked polymer after weighing 1 g of the polymer in an environment of 1 atm and 23 ° C. and then immersing it in 10 g of ion-exchanged water. It means a polymer having a property that 1.5 g or more does not dissolve, in other words, a polymer having a solubility amount of less than 0.5 g.
水不溶性である繊維形成能を有するポリマーとしては、例えば被膜形成後に不溶化処理できる完全鹸化ポリビニルアルコール、架橋剤と併用することで被膜形成後に架橋処理できる部分鹸化ポリビニルアルコール、ポリ（Ｎ－プロパノイルエチレンイミン）グラフト－ジメチルシロキサン／γ－アミノプロピルメチルシロキサン共重合体等のオキサゾリン変性シリコーン、ポリビニルアセタールジエチルアミノアセテート、ツエイン（とうもろこし蛋白質の主要成分）、ポリエステル、ポリ乳酸（ＰＬＡ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリメタクリル酸樹脂等のアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などが挙げられる。これらの水不溶性ポリマーから選ばれる１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの水不溶性ポリマーのうち、被膜形成後に不溶化処理できる完全鹸化ポリビニルアルコール、架橋剤と併用することで被膜形成後に架橋処理できる部分鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリメタクリル酸樹脂等のアクリル樹脂、ポリビニルアセタールジエチルアミノアセテート、ポリ（Ｎ－プロパノイルエチレンイミン）グラフト－ジメチルシロキサン／γ－アミノプロピルメチルシロキサン共重合体等のオキサゾリン変性シリコーン、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ツエインから選ばれる１種又は２種以上を用いることが好ましい。これらの水不溶性ポリマーのうち、アルコール溶媒への分散性、繊維の感触の観点等から、部分鹸化ポリビニルアルコール、完全鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリウレタン樹脂がより好ましく、部分鹸化ポリビニルアルコール、完全鹸化ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール樹脂がさらに好ましい。皮膚又は爪の表面に繊維を含む被膜を安定して効率的に形成することができる点、被膜の耐久性、被膜の形成性、皮膚への追随性と耐久性との両立の点からポリビニルブチラール樹脂が殊更に好ましい。 Examples of the polymer having a fiber-forming ability that is water-insoluble include completely saponified polyvinyl alcohol that can be insolubilized after film formation, partially saponified polyvinyl alcohol that can be crosslinked after film formation when used in combination with a cross-linking agent, and poly (N-propanoylethylene). Imine) Graft-Oxazoline-modified silicone such as dimethylsiloxane / γ-aminopropylmethylsiloxane copolymer, polyvinylacetal diethylaminoacetate, zein (main component of corn protein), polyester, polyester resin such as polylactic acid (PLA), polyacrylonitrile Examples thereof include acrylic resins such as resins and polymethacrylic acid resins, polystyrene resins, polyvinyl butyral resins, polyethylene terephthalates, polybutylene terephthalates, polyurethane resins, polyamide resins, polyimide resins, and polyamideimide resins. One or a combination of two or more selected from these water-insoluble polymers can be used. Among these water-insoluble polymers, fully saponified polyvinyl alcohol that can be insolubilized after film formation, partially saponified polyvinyl alcohol that can be crosslinked after film formation when used in combination with a cross-linking agent, polyvinyl butyral resin, polyurethane resin, polymethacrylic acid resin, etc. One selected from acrylic resin, polyvinyl acetal diethylaminoacetate, oxazoline-modified silicone such as poly (N-propanoylethyleneimine) graft-dimethylsiloxane / γ-aminopropylmethylsiloxane copolymer, polylactic acid (PLA), zein, or It is preferable to use two or more kinds. Among these water-insoluble polymers, partially saponified polyvinyl alcohol, fully saponified polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral resin, polymethacrylic resin, and polyurethane resin are more preferable, and partially saponified polyvinyl, from the viewpoint of dispersibility in an alcohol solvent and the feel of fibers. Alcohol, fully saponified polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral resin are more preferred. Polyvinyl butyral is capable of stably and efficiently forming a film containing fibers on the surface of the skin or nails, durability of the film, formability of the film, and compatibility with skin followability and durability. Resins are particularly preferred.
液体組成物中の繊維形成用水不溶性ポリマーの含有量は、１質量％以上であることが好ましく、３質量％以上であることがより好ましく、５質量％以上であることが一層好ましい。また、３５質量％以下であることが好ましく、３０質量％以下であることがより好ましく、２５質量％以下であることが更に好ましく、２０質量％以下であることが殊更に好ましい。液体組成物の繊維形成用水不溶性ポリマーの含有量は、１質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、３質量％以上２５質量％以下であることが更に好ましく、５質量％以上２０質量％以下が一層好ましい。この割合で液体組成物中に繊維形成用水不溶性ポリマーを含有させることで、繊維状の被膜を安定して効率的に形成することができる。 The content of the water-insoluble polymer for fiber formation in the liquid composition is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and further preferably 5% by mass or more. Further, it is preferably 35% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, further preferably 25% by mass or less, and particularly preferably 20% by mass or less. The content of the water-insoluble polymer for fiber formation in the liquid composition is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 3% by mass or more and 25% by mass or less, and 5% by mass or more and 20% by mass or less. The following is more preferable. By containing the water-insoluble polymer for fiber formation in the liquid composition at this ratio, a fibrous film can be stably and efficiently formed.
また、液体組成物は、水を含むことが好ましい。水は、エタノール等の電離しない溶媒に比べて電離し荷電するため、液体組成物に導電性を付与することができる。そのため、静電スプレーにより皮膚や爪の表面上に繊維状の被膜が安定して形成される。また、水は、静電スプレーにより形成される被膜の皮膚や爪への密着性の向上、耐久性の向上、外観に寄与する。これらの作用効果を得る点から、水は、液体組成物中に０．２質量％以上２５質量％以下含有することが好ましく、０．３質量％以上２０質量％以下がより好ましく、湿度の高い環境においても繊維状の被膜の形成性の観点から０．４質量％以上１０質量％以下がさらに好ましい。 Further, the liquid composition preferably contains water. Since water is ionized and charged as compared with a non-ionizing solvent such as ethanol, it is possible to impart conductivity to the liquid composition. Therefore, a fibrous film is stably formed on the surface of the skin and nails by electrostatic spraying. In addition, water contributes to the improvement of adhesion of the film formed by the electrostatic spray to the skin and nails, the improvement of durability, and the appearance. From the viewpoint of obtaining these effects, water is preferably contained in the liquid composition in an amount of 0.2% by mass or more and 25% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or more and 20% by mass or less, and has a high humidity. Also in the environment, from the viewpoint of the formability of the fibrous film, 0.4% by mass or more and 10% by mass or less is more preferable.
液体組成物は、更に他の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、例えばポリオール、２０℃で液状油、繊維形成用水不溶性ポリマーの可塑剤、液体組成物の導電率制御剤、水溶性ポリマー、着色顔料、体質顔料等の粉体、染料、香料、忌避剤、酸化防止剤、安定剤、防腐剤、各種ビタミン等が挙げられる。液体組成物中に他の成分が含まれる場合、当該他の成分の含有割合は、０．１質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以上２０質量％以下であることがさらに好ましい。なお、液体組成物中の粉体又は粒状物の含有量は、噴出性の観点から、０．５質量％以下であることが好ましく、０．２質量％以下であることが好ましく、０．０５質量％以下であることがさらに好ましく、含まれないことが殊更に好ましい。 The liquid composition may further contain other components. Other components include, for example, polyols, liquid oils at 20 ° C., plasticizers for water-insoluble polymers for fiber formation, conductivity control agents for liquid compositions, water-soluble polymers, coloring pigments, powders such as extender pigments, dyes, and fragrances. , Repellents, antioxidants, stabilizers, preservatives, various vitamins and the like. When other components are contained in the liquid composition, the content ratio of the other components is preferably 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, and 0.5% by mass or more and 20% by mass or less. Is even more preferable. The content of the powder or granular material in the liquid composition is preferably 0.5% by mass or less, preferably 0.2% by mass or less, and is preferably 0.05. It is more preferably mass% or less, and even more preferably not contained.
更に、液体組成物中にグリコールを含有することができる。グリコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。静電スプレー法を行うときに揮発性液剤を十分に揮発させる観点、繊維形成性の観点、形成される繊維の感触の観点から、液体組成物中に１０質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましく、１質量％以下が好ましく、実質含まないことが好ましい。 In addition, glycols can be included in the liquid composition. Examples of the glycol include ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, polypropylene glycol and the like. From the viewpoint of sufficiently volatilizing the volatile liquid agent when performing the electrostatic spray method, from the viewpoint of fiber forming property, and from the viewpoint of the feel of the formed fiber, 10% by mass or less is preferable in the liquid composition, and 3% by mass or less. Is more preferable, 1% by mass or less is preferable, and it is preferable that it is substantially not contained.
液体組成物の粘度は、繊維状の被膜を安定して形成する点、静電スプレー時の紡糸性の観点、被膜の耐久性を向上する観点と、被膜の感触を向上する観点から、２５℃で２ｍＰａ・ｓ以上３０００ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１０ｍＰａ・ｓ以上１５００ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、１５ｍＰａ・ｓ以上１０００ｍＰａ・ｓ以下がさらに好ましく、１５ｍＰａ・ｓ以上８００ｍＰａ・ｓ以下がよりさらに好ましい。液体組成物の粘度は、Ｅ型粘度計を用いて２５℃で測定される。Ｅ型粘度計としては例えば東京計器株式会社製のＥ型粘度計（ＶＩＳＣＯＮＩＣＥＭＤ）を用いることができる。その場合の測定条件は、２５℃、コーンプレートのローターＮｏ．４３、回転数は粘度に応じた適切な回転数が選択され、５００ｍＰａ・Ｓ以上の粘度は５ｒｐｍ、１５０ｍＰａ・Ｓ以上５００ｍＰａ・Ｓ未満の粘度は１０ｒｐｍ、１５０ｍＰａ・Ｓ未満の粘度は２０ｒｐｍとする。 The viscosity of the liquid composition is 25 ° C. from the viewpoint of stably forming a fibrous film, the spinnability at the time of electrostatic spraying, the durability of the film, and the feel of the film. 2 mPa · s or more and 3000 mPa · s or less is preferable, 10 mPa · s or more and 1500 mPa · s or less is more preferable, 15 mPa · s or more and 1000 mPa · s or less is further preferable, and 15 mPa · s or more and 800 mPa · s or less is even more preferable. The viscosity of the liquid composition is measured at 25 ° C. using an E-type viscometer. As the E-type viscometer, for example, an E-type viscometer (VISCONICEMD) manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd. can be used. In that case, the measurement conditions were 25 ° C., and the rotor No. of the cone plate. 43. An appropriate rotation speed is selected according to the viscosity, and the viscosity of 500 mPa · S or more is 5 rpm, the viscosity of 150 mPa · S or more and less than 500 mPa · S is 10 rpm, and the viscosity of less than 150 mPa · S is 20 rpm.
［静電噴出装置の動作］
以上の構成を備える静電噴出装置３００は、ノズルヘッド部３３０に対してカートリッジ３８０を装着させると共に、該ノズルヘッド部３３０を本体部３１０に対して装着させることにより組み立てられる。そして、この組み立て状態においてベースステーション２００及び静電噴出装置３００の操作部３１３を操作することで、接続ケーブル４００及びメイン高電圧ライン等を介して、メイン電極３５０（特に導電性ベース３５４の外側電極部３５６）及び一対のチューブ状電極３５２に対して高電圧（例えば正の高電圧）が印加される。また、接続ケーブル４００及び補助電極用高電圧ライン３１４ａ，３１４ｂを介して、補助電極３７０ａ，３７０ｂに対してタイミングをずらして交互に高電圧（例えば正の高電圧）が印加される。そして、静電噴出装置３００の駆動機構３１８により、各カートリッジ３８０のコンテナ３８２内の液体が第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの各チューブノズル３５１に向けて送出される。
[Operation of electrostatic ejector]
The
メイン電極３５０及び各チューブ状電極３５２に対して高電圧が印加されたとき、導電性ベース３５４の外側電極部３５６及び各チューブ状電極３５２（正の電位）と、これらに対向する肌等の対象物（接地電位）との間には、高電位差の電場が生じる。この電場における等電位面に対し直交する電気力線に沿って、例えば正に帯電した液体が対象物に向けて直進し、堆積面に到達する。この液体が紡糸用液である場合には、繊維状になった溶質が該電気力線に沿った方向に直進し、堆積面に到達する。
When a high voltage is applied to the
本実施形態に係る静電噴出装置３００では、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの双方から液体を噴出するため、帯電した液体（噴出物）の単位時間あたりの噴出量を増やすことが可能であり、これにより、噴出物の単位時間当たりの噴出範囲を広くすることができる。一方で、本発明者は、補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）を配することなく複数のノズル部から同時に液体を噴出させると、図６Ａに示すように、第１ノズル部３４０ａのチューブノズル３５１より噴出された液体と第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１より噴出された液体とが電荷反発によって相互に離間する方向に向かって進み、その結果、図６Ｂに示すように、第１ノズル部３４０ａのチューブノズル３５１より噴出された液体の噴出範囲Ａ１と、第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１より噴出された液体の噴出範囲Ａ２との間に堆積物が存在しないギャップＧが生じることを見出した。ここで、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ及び図９は、各ノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）と補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）により生じる等電位線の電位分布図を表している。図中の白矢印は、電気力線（すなわち、空間中で噴出物が受ける電気的な力の向きと大きさ）を表しており、図中の等電位線は、間隔が狭いほど電場が強いことを示している。
In the
また、本発明者は、鋭意検討の結果、複数のノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）を挟む位置に複数の補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）を配し、これら複数の補助電極部に高電圧を印加することで、複数のノズル部から噴出された液体の電荷反発を抑え、ギャップＧの発生を抑制できることを見出した。さらに、本発明者は、特に、複数の補助電極部に対して順に切り替えながら高電圧を印加させることで、ギャップＧの発生をより一層抑制できることを見出した。以下、その原理について説明する。
Further, as a result of diligent studies, the present inventor has made a plurality of auxiliary electrode portions (first
まず、第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａに高電圧が印加されたときには、図７Ａに示すように、補助電極３７０ａにより生じた電場が第１ノズル部３４０ａのチューブ状電極３５２により生じた電場と合成され、第１ノズル部３４０ａのチューブ状電極３５２により生じた電場が整えられる。そして、このように電場が整えられることにより、等電位面に対し直交する電気力線の方向が第２ノズル部３４０ｂ側（図７Ａ中の右側）に向くようになり、その結果、第１ノズル部３４０ａのチューブノズル３５１より噴出された液体も同様に、第２ノズル部３４０ｂ側に向かって進むようになる。この結果、第１ノズル部３４０ａのチューブノズル３５１より噴出された液体の直進性が改善され、該液体の噴出範囲Ａ１´は、図７Ｂに示すように、図６Ｂに示す噴出範囲Ａ１に比べて、ギャップＧを小さく方向に移動している。
First, when a high voltage is applied to the
次に、高電圧を印加する補助電極部を第１補助電極部３６０ａから第２補助電極部３６０ｂに切り替え、第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂに高電圧が印加されたときには、図８Ａに示すように、補助電極３７０ｂにより生じた電場が第２ノズル部３４０ｂのチューブ状電極３５２により生じた電場と合成され、第２ノズル部３４０ｂのチューブ状電極３５２により生じた電場が整えられる。そして、このように電場が整えられることにより、等電位面に対し直交する電気力線の方向が第１ノズル部３４０ａ側（図８Ａ中の左側）に向くようになり、その結果、第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１より噴出された液体も同様に、第１ノズル部３４０ａ側に向かって進むようになる。この結果、第２ノズル部３４０ｂのチューブノズル３５１より噴出された液体の直進性が改善され、該液体の噴出範囲Ａ２´は、図８Ｂに示すように、図６Ｂに示す噴出範囲Ａ２に比べて、ギャップＧを小さく方向に移動している。
Next, when the auxiliary electrode portion to which the high voltage is applied is switched from the first
そして、このように高電圧を印加する補助電極部を交互に切り替えることにより、図８Ｂに示すように、第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａに高電圧が印加されたときに噴出された液体の噴出範囲Ａ１´及びＡ２と、第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂに高電圧が印加されたときに噴出された液体の噴出範囲Ａ１及びＡ２´とが合わさり、ギャップＧを生じさせることなく広範囲に亘って均一に液体を噴出させ、堆積物の膜厚を均一にすることができる。
Then, by alternately switching the auxiliary electrode portion to which the high voltage is applied in this way, as shown in FIG. 8B, the liquid ejected when the high voltage is applied to the
［静電噴出装置の利点］
以上説明したとおり、本実施形態に係る静電噴出装置では、使用者が把持可能なハンドヘルドタイプの静電噴出装置であって、高電圧が印加された液体を対象物に向けて噴出させる複数のノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）と、複数のノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）を挟む位置に配された複数の補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）とを備え、複数のノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）から液体を噴出させながら、複数の補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）に高電圧を印加するよう構成されている。
[Advantages of electrostatic ejection device]
As described above, the electrostatic ejection device according to the present embodiment is a handheld type electrostatic ejection device that can be grasped by the user, and is a plurality of handheld type electrostatic ejection devices that eject a liquid to which a high voltage is applied toward an object. A plurality of auxiliary electrode portions (first auxiliary) arranged at positions sandwiching a nozzle portion (
このような構成によれば、複数のノズル部から液体を噴出させることにより、帯電した液体の単位時間あたりの噴出量を増やすことができ、これにより、単一のノズルから液体を噴射する従来の静電噴霧装置と比較して、帯電した液体の単位時間当たりの噴出範囲を広くすることができる。 According to such a configuration, by ejecting the liquid from a plurality of nozzles, the amount of the charged liquid ejected per unit time can be increased, whereby the conventional liquid is ejected from a single nozzle. Compared with the electrostatic spray device, the ejection range of the charged liquid per unit time can be widened.
特に、静電噴霧装置が静電紡糸装置である場合、単一のノズルから液体を噴射する従来の静電紡糸装置と比較して、ノズル一本当たりの吐出量を抑えながら繊維の単位時間当たりの堆積範囲を広くすることができる。すなわち、ノズル一本当たりの吐出量が少なく、短時間で液体を乾燥させることが可能となるため、安定して繊維形成をすることができる。また、電荷反発により相互に離間する方向に向かって進む液体の方向を変えることにより、上述したギャップＧを生じさせないようにすることが可能となり、これにより、対象物上に形成される被膜の均一性を向上させることができる。 In particular, when the electrostatic spraying device is an electrostatic spinning device, the amount of liquid discharged per nozzle is suppressed as compared with the conventional electrostatic spinning device that injects a liquid from a single nozzle, and the fiber is per unit time. The deposit range can be widened. That is, since the discharge amount per nozzle is small and the liquid can be dried in a short time, stable fiber formation can be achieved. Further, by changing the direction of the liquids traveling in the direction of being separated from each other by the charge repulsion, it is possible to prevent the above-mentioned gap G from being generated, thereby making the coating film formed on the object uniform. It is possible to improve the sex.
また、本実施形態に係る静電噴出装置では、複数の補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）が、タイミングをずらして高電圧が印加されるよう構成されている。このような構成によれば、より一層、ギャップＧをなくすことができ、形成される被膜の均一性が向上させることができる。特に、静電噴霧装置が静電紡糸装置である場合、繊維による被膜の均一性を一層向上させることができる。
Further, in the electrostatic ejection device according to the present embodiment, a plurality of auxiliary electrode portions (first
さらに、本実施形態に係る静電噴出装置では、複数の補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）が、順に切り替わりながら高電圧が印加されるように構成されている。このような構成によれば、ギャップＧの発生をより一層抑制し、形成される被膜の均一性を向上させることができる。
Further, in the electrostatic ejection device according to the present embodiment, a plurality of auxiliary electrode portions (first
以上、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been exemplified and described above, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above-described embodiments. Various changes or improvements can be made to each of the above embodiments.
例えば、上述した実施形態では、静電噴出システム１００は、ベースステーション２００及び接続ケーブル４００を備えるものとしたが、これに限定されず、ベースステーション２００の機能の一部又は全部を静電噴出装置３００に取り込むことにより、静電噴出装置３００のみで構成されるスタンドアローンタイプの静電噴出装置としても良い。
For example, in the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、第１補助電極部３６０ａの補助電極３７０ａ及び第２補助電極部３６０ｂの補助電極３７０ｂは、タイミングをずらして、好ましくは交互に電圧が印加されるものと説明したが、これに限定されず、同位相で（すなわち、同時に）高電圧が印加されるよう構成されていても良い。所定の電圧値に設定された電圧を同位相で印加することにより、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂから噴射された液体を相互に近づけたり遠ざけたりすることができ、これにより、対象物上に成形される膜の距離を近づけたり遠ざけたりすることができる。特に、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂから噴射された液体を相互に近づける場合には、噴出された液体の直進性の向上及びこれに伴う紡糸距離の遠距離化や、ギャップＧの縮小を図ることが可能となる。
In the above-described embodiment, it has been described that the
上述した実施形態では、補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端は、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの吐出口と同位置に形成されていると説明したが、これに限定されず、図９に示すように、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの吐出口と補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端との間に高低差があっても良い。この場合において、補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端は、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの吐出口よりも対象物側に位置することが好ましく、このような構成によれば、補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）による電場の整調作用を高めることが可能となるため、より一層、ギャップＧをなくすことができる。ただし、これに限定されず、第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂの吐出口は、補助電極３７０ａ，３７０ｂの先端よりも対象物側に位置しても良い。
In the above-described embodiment, it has been described that the tips of the
上述した実施形態では、補助電極部（第１補助電極部３６０ａ及び第２補助電極部３６０ｂ）は、ノズル部（第１ノズル部３４０ａ及び第２ノズル部３４０ｂ）と同数配されるものとして説明したが、これに限定されず、ノズル部と補助電極部は同数でなくても良い。
In the above-described embodiment, it has been described that the auxiliary electrode portions (first
上述した実施形態では、第１補助電極部３６０ａ、第１ノズル部３４０ａ、第２ノズル部３４０ｂ及び第２補助電極部３６０ｂが一直線上に整列されるよう、第１ノズル部３４０ａの外側に第１補助電極部３６０ａが配され、第２ノズル部３４０ｂの外側に第２補助電極部３６０ｂが配されるものとして説明したが、これに限定されず、複数の補助電極部が複数のノズル部を挟む位置に配される構成であれば、ノズル部及び補助電極部の数や位置は任意に変更することが可能である。また、例えば、第１ノズル部３４０ａと第２ノズル部３４０ｂとの間に第３補助電極部と第４補助電極部とを更に配置し、第１ノズル部３４０ａを第１補助電極部３６０ａと第３補助電極部とで挟むと共に、第２ノズル部３４０ｂを第２補助電極部３６０ｂと第４補助電極部とで挟む構成等のように、各ノズル部を複数の補助電極部で挟む位置関係としても良い。この場合において、第１補助電極部３６０ａ及び第４補助電極部は同位相であることが好ましく、第２補助電極部３６０ｂ及び第３補助電極部は同位相であることが好ましい。
In the above-described embodiment, the first
また、例えば、３つのノズル部を三角形状に配置することができ、この場合には、３つの補助電極部をその対角線の延長線上、かつ、各ノズル部の外側に配置する構成とすることができる。また、４つのノズル部を四角形状に配置することができ、この場合には、４つの補助電極部を対角線の延長線上、かつ、各ノズル部の外側に配置する構成とすることができる。この場合において、４つのノズル部の中心点に対して点対称となるよう４つの補助電極部を配置することが好ましい。すなわち、各ノズル部とこれに隣接する補助電極部との距離は、互いに均一であることが好ましい。ここで、「挟む位置」とは、複数のノズル部を取り囲むように複数の補助電極部が配置されることを意味する。 Further, for example, the three nozzle portions can be arranged in a triangular shape, and in this case, the three auxiliary electrode portions may be arranged on the extension line of the diagonal line and outside each nozzle portion. can. Further, the four nozzle portions can be arranged in a rectangular shape, and in this case, the four auxiliary electrode portions can be arranged on the extension line of the diagonal line and outside each nozzle portion. In this case, it is preferable to arrange the four auxiliary electrode portions so as to be point-symmetrical with respect to the center points of the four nozzle portions. That is, it is preferable that the distance between each nozzle portion and the auxiliary electrode portion adjacent thereto is uniform with each other. Here, the "pinching position" means that a plurality of auxiliary electrode portions are arranged so as to surround the plurality of nozzle portions.
上述した実施形態では、補助電極３７０ａ，３７０ｂの形状が針状であるものとして説明したが、これに限定されず、形状は任意に変更可能である。例えば、平面を有する板状（平板状）や、曲面を有する板状（円弧状の板状）であっても良い。このような平面や曲面を有する板状に形成される場合には、針状に形成される場合と比較して電場の強度が弱まるものの、電場を広く作ることができるので、より安定して各ノズル部より噴出される液体の方向を変えることができる。
In the above-described embodiment, the shapes of the
上記のような変形例が本発明の範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。 It is clear from the description of the claims that the above-mentioned modifications are included in the scope of the present invention.
１００ ：静電噴出システム
２００ ：ベースステーション
３００ ：静電噴出装置
３１０ ：本体部
３１４ａ，３１４ｂ：補助電極用高電圧ライン
３３０ ：ノズルヘッド部
３３１ ：外側周壁
３３２ ：内側周壁
３４０ａ ：第１ノズル部
３４０ｂ ：第２ノズル部
３４２ ：カートリッジハウジング
３４４ ：ノズル外筒
３４５ ：先端
３５０ ：メイン電極
３５６ ：外側電極部
３５１ ：チューブノズル
３５２ ：チューブ状電極
３５３ ：非導電性チューブ部
３５４ ：導電性ベース
３６０ａ ：第１補助電極部
３６０ｂ ：第２補助電極部
３６２ａ，３６２ｂ：補助電極外筒
３７０ａ，３７０ｂ：補助電極
３８０ ：カートリッジ
４００ ：接続ケーブル
100: Electrostatic ejection system 200: Base station 300: Electrostatic ejection device 310:
Claims (10)
高電圧が印加された液体を対象物に向けて噴出させる複数のノズル部と、
前記複数のノズル部を挟む位置に配された複数の補助電極部とを備え、
前記ノズル部から液体を噴出させながら、前記複数の補助電極部に高電圧を印加するよう構成されている
静電噴出装置。 It is a handheld type electrostatic ejection device that can be grasped by the user.
Multiple nozzles that eject a liquid to which a high voltage is applied toward an object,
A plurality of auxiliary electrode portions arranged at positions sandwiching the plurality of nozzle portions are provided.
An electrostatic ejection device configured to apply a high voltage to the plurality of auxiliary electrode portions while ejecting a liquid from the nozzle portion.
請求項１に記載の静電噴出装置。 The electrostatic ejection device according to claim 1, wherein the plurality of auxiliary electrode portions are configured to apply a high voltage at different timings.
請求項２に記載の静電噴出装置。 The electrostatic ejection device according to claim 2, wherein the plurality of auxiliary electrode portions are configured to apply a high voltage while switching in order.
請求項１～３のいずれか１項に記載の静電噴出装置。 The electrostatic ejection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the tips of the plurality of auxiliary electrode portions are located closer to the object than the ejection ports of the plurality of nozzle portions.
請求項１～４のいずれか１項に記載の静電噴出装置。 The electrostatic ejection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the auxiliary electrode portion has a needle-shaped or plate-shaped auxiliary electrode.
請求項１～５のいずれか１項に記載の静電噴出装置。 The electrostatic ejection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the high voltage is 3 kV or more and 30 kV or less.
請求項１～６のいずれか１項に記載の静電噴出装置。 The electrostatic ejection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the ejected liquid is a solution in which a water-soluble polymer compound or a water-insoluble polymer compound is dissolved in a solvent.
請求項１～７のいずれか１項に記載の静電噴出装置。 The electrostatic ejection device according to any one of claims 1 to 7, which is an electrostatic spinning device that forms a fiber deposit on the surface of an object by an electrostatic spray method.
前記複数のノズル部から液体を噴出させながら、前記複数の補助電極部に高電圧を印加する
静電噴出方法。 It is a handheld type that can be grasped by the user, and has a plurality of nozzles for ejecting a liquid to which a high voltage is applied toward an object, and a plurality of auxiliary electrodes arranged at positions sandwiching the plurality of nozzles. It is an electrostatic ejection method using an electrostatic ejection device equipped with.
An electrostatic ejection method in which a high voltage is applied to the plurality of auxiliary electrode portions while ejecting liquid from the plurality of nozzle portions.
請求項９に記載の静電噴出方法。
The electrostatic ejection method according to claim 9, wherein a high voltage is applied to the plurality of auxiliary electrode portions at different timings.
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