JP7458214B2 - Electrospinning device and electrospinning method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電界紡糸装置および電界紡糸方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to an electrospinning apparatus and an electrospinning method.
エレクトロスピニング法(電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある)により、微細なファイバーを搬送される基材の表面に堆積させ、ファイバーの膜(繊維膜)を形成する電界紡糸装置がある。このような電界紡糸装置では、複数のヘッドが基材の搬送方向に沿って併設される。ヘッドのそれぞれは、ヘッド本体と、ヘッド本体の外周面から突出する複数のノズルと、を備える。ノズルのそれぞれには、ヘッド本体からの突出端に原料液の噴出口が形成される。ノズルと収集体又は基材との間に電圧を印加することにより、ノズルの噴出口から原料液を収集体又は基材の表面に向かって噴出させ、ファイバーを収集体又は基材の表面に堆積させる。 Electrospinning, in which fine fibers are deposited on the surface of a transported substrate to form a fiber membrane (fiber membrane) by electrospinning (sometimes also referred to as electrospinning or charge-induced spinning). There is a device. In such an electrospinning apparatus, a plurality of heads are installed side by side along the conveyance direction of the base material. Each of the heads includes a head main body and a plurality of nozzles protruding from the outer peripheral surface of the head main body. Each of the nozzles has a raw material liquid ejection port formed at an end protruding from the head main body. By applying a voltage between the nozzle and the collector or the substrate, the raw material liquid is ejected from the nozzle's spout toward the surface of the collector or the substrate, and the fibers are deposited on the surface of the collector or the substrate. let
前述のような電界紡糸装置では、繊維膜の品質向上のため、発生する電界強度を基材の搬送方向に沿って併設されたヘッド間において均一にすることが求められている。 In the above-mentioned electrospinning apparatus, in order to improve the quality of the fiber membrane, it is required that the intensity of the generated electric field be made uniform between the heads disposed side by side along the conveyance direction of the base material.
本発明が解決しようとする課題は、形成される繊維膜の品質を向上させる電界紡糸装置および電界紡糸方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an electrospinning device and an electrospinning method that improve the quality of the formed fiber membrane.
実施形態によれば、電界紡糸装置は、ヘッドユニットと、一対の導電体とを備える。ヘッドユニットでは、原料液を収納可能な収納空洞が内部に形成されたヘッド本体と、導電性を有する材料から形成され、ヘッド本体の外周面から外側へ突出するノズルとを備えるとともに、ノズルに電圧が印加されることにより原料液が前記ノズルから吐出されるヘッドが複数配列されている。導電体は、ヘッドの配列方向についてヘッドユニットの両外側に配置され、導電性を有する材料から形成され、ヘッド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電場を発生させる。ヘッドの配列方向に沿う断面での前記導電体のそれぞれの断面積は、ヘッドの配列方向に沿う断面でのヘッド本体のそれぞれの断面積よりも小さい。また、実施形態によれば、電解紡糸方法は、原料液が収納される収納空洞が内部に形成されたヘッド本体とヘッド本体の外周面から外側へ突出し導電性を有するノズルとを備えるヘッドが複数配列されたヘッドユニットを準備することと、収納空洞に収納された原料液に電圧を印加することにより、原料液をノズルのそれぞれから吐出することと、ヘッドの配列方向についてヘッドユニットの両外側に配置され、ヘッド本体のそれぞれのヘッドの配列方向の断面積よりも小さな断面積を有する導電体に原料液に印加される電圧と同極性の電圧を印加することと、を有する。 According to an embodiment, an electrospinning device includes a head unit and a pair of electrical conductors. The head unit includes a head body in which a storage cavity capable of storing raw material liquid is formed, and a nozzle made of a conductive material and protruding outward from the outer peripheral surface of the head body. A plurality of heads are arranged to eject the raw material liquid from the nozzle by applying . The conductors are arranged on both sides of the head unit in the direction in which the heads are arranged, are made of a conductive material, and generate an electric field when a voltage of the same polarity as the voltage applied to the head is applied. The cross-sectional area of each of the conductors in a cross-section along the direction in which the heads are arranged is smaller than the cross-sectional area of each of the head bodies in a cross-section along the direction in which the heads are arranged. Further, according to the embodiment, the electrospinning method includes a plurality of heads each including a head main body in which a storage cavity for storing a raw material liquid is formed, and a conductive nozzle protruding outward from the outer circumferential surface of the head main body. By preparing the arrayed head units, by applying a voltage to the raw material liquid stored in the storage cavity, the raw material liquid is discharged from each nozzle. applying a voltage having the same polarity as the voltage applied to the raw material liquid to the conductor which is arranged and has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area in the arrangement direction of each head of the head main body.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、実施形態に係る電界紡糸装置10の構成を示す図である。図2は、電界紡糸装置10の制御構成を示すブロック図である。電界紡糸装置10は、エレクトロスピニング法(電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある)により、基材40に繊維膜を形成する装置である。基材40は、例えばシート状の電極である。基材40は、原料液に対して耐性を有する材料から形成される。基材40は、例えば、アルミニウムにより形成される。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an electrospinning apparatus 10 according to an embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing the control configuration of the electrospinning apparatus 10. The electrospinning apparatus 10 is an apparatus that forms a fiber membrane on the base material 40 by an electrospinning method (sometimes also referred to as an electrospinning method, a charge-induced spinning method, etc.). The base material 40 is, for example, a sheet-like electrode. The base material 40 is formed from a material that is resistant to the raw material liquid. The base material 40 is made of aluminum, for example.
図1及び図2に示すように、電界紡糸装置10は、筐体13と、電源20と、ヘッドユニット30と、巻出しリール41と、巻取りリール42と、支持体50と、搬送デバイス60と、制御デバイス80と、を備える。電源20は、ヘッドユニット30に電気的に接続されている。電源20は、ヘッドユニット30に供給される原料液を帯電させるために、ヘッドユニット30に電力を供給する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the electrospinning apparatus 10 includes a housing 13, a power source 20, a head unit 30, an unwinding reel 41, a take-up reel 42, a support 50, and a transport device 60. and a control device 80. The power supply 20 is electrically connected to the head unit 30. The power supply 20 supplies power to the head unit 30 in order to charge the raw material liquid supplied to the head unit 30.
筐体13の内部には、ヘッドユニット30と、支持体50と、搬送デバイス60とが配置されている。支持体50は、筐体13の内部に設置され、ヘッドユニット30を支持する。 Inside the housing 13, a head unit 30, a support body 50, and a transport device 60 are arranged. The support body 50 is installed inside the housing 13 and supports the head unit 30.
巻出しリール41及び巻取りリール42は、筐体13の外部に設けられ、不図示の駆動源により回転する。また、筐体13は、入口11及び出口12を備える。入口11及び出口12のそれぞれは、筐体13の内部と外部とを連通させる。巻出しリール41は、入口11を介して、基材40を筐体13内の搬送デバイス60へ供給する。搬送デバイス60は、巻出しリール41から供給された基材40を搬送する。ヘッドユニット30は、搬送デバイス60により搬送される基材40に向けて帯電された原料液を吐出することにより、基材40に繊維膜を形成する。繊維膜が形成された基材40は、出口12から筐体13の外部へ搬出され、巻取りリール42により回収される。 The unwinding reel 41 and the take-up reel 42 are provided outside the housing 13 and rotated by a drive source (not shown). The housing 13 also has an inlet 11 and an outlet 12. The inlet 11 and the outlet 12 each connect the inside and outside of the housing 13. The unwinding reel 41 supplies the substrate 40 to the transport device 60 in the housing 13 via the inlet 11. The transport device 60 transports the substrate 40 supplied from the unwinding reel 41. The head unit 30 forms a fiber film on the substrate 40 by ejecting the charged raw material liquid toward the substrate 40 transported by the transport device 60. The substrate 40 with the fiber film formed thereon is transported from the outlet 12 to the outside of the housing 13 and collected by the take-up reel 42.
搬送デバイス60は、4つのローラ61と、水平搬送路63と、2つの垂直搬送路64と、を備える。垂直搬送路64のそれぞれは、鉛直方向(図1のY1方向又はY2方向)に沿って延設されている。水平搬送路63は、水平方向(図1のX方向)に沿って延設されている。ローラ61は、垂直搬送路64のそれぞれの上端部、及び、垂直搬送路64のそれぞれと水平搬送路63との境界部に配置されている。ローラ61のそれぞれにおいて基材40が支持されることにより、水平搬送路63と、垂直搬送路64が形成される。ローラ61は、モータを有する駆動源62により回転する。ローラ61が回転することにより、水平搬送路63及び垂直搬送路64を含む基材40の搬送路において基材40が搬送される。ここで、搬送デバイス60が基材40を搬送している状態では、水平搬送路63の延設方向(図1のX方向)に垂直で、かつ、鉛直方向(図1のY1、Y2方向)に垂直な方向が、基材40の幅方向と一致又は略一致する。なお垂直搬送路の本数、水平搬送路の本数及びローラの個数は、本実施形態の数に限定されるものではない。 The conveyance device 60 includes four rollers 61, a horizontal conveyance path 63, and two vertical conveyance paths 64. Each of the vertical transport paths 64 extends along the vertical direction (Y1 direction or Y2 direction in FIG. 1). The horizontal conveyance path 63 extends along the horizontal direction (X direction in FIG. 1). The rollers 61 are arranged at the upper ends of each of the vertical conveyance paths 64 and at the boundaries between each of the vertical conveyance paths 64 and the horizontal conveyance path 63. By supporting the base material 40 on each of the rollers 61, a horizontal conveyance path 63 and a vertical conveyance path 64 are formed. The roller 61 is rotated by a drive source 62 having a motor. As the rollers 61 rotate, the base material 40 is conveyed in a conveyance path for the base material 40 that includes a horizontal conveyance path 63 and a vertical conveyance path 64 . Here, when the conveyance device 60 is conveying the base material 40, it is perpendicular to the extending direction of the horizontal conveyance path 63 (X direction in FIG. 1), and in a vertical direction (Y1, Y2 direction in FIG. 1). The direction perpendicular to corresponds to or approximately corresponds to the width direction of the base material 40. Note that the number of vertical conveyance paths, the number of horizontal conveyance paths, and the number of rollers are not limited to the numbers in this embodiment.
垂直搬送路64のそれぞれに対向する位置には、2つのヘッドユニット30のうち対応する一方が配置されている。ヘッドユニット30のそれぞれは、不図示の送液機構を介して不図示の原料液貯蔵タンク(原料液の供給源)に接続されている。ヘッドユニット30のそれぞれには、原料液貯蔵タンクから、原料液が供給される。また、ヘッドユニット30のそれぞれは、電源20と電気的に接続されている。ヘッドユニット30のそれぞれには、電源20から電圧が印加される。ヘッドユニット30のそれぞれは、対向する垂直搬送路64において搬送される基材40の片面に向けて、帯電された原料液を吐出する。ヘッドユニット30から吐出された原料液中の溶媒は、電界紡糸装置10内の雰囲気中で揮発する。また、ヘッドユニット30から吐出された原料液中の原材料は、飛翔し、垂直搬送路64を搬送される基材40の片面に到達する。基材40に到達した原材料が堆積することにより、基材40に繊維膜が形成される。 A corresponding one of the two head units 30 is arranged at a position facing each of the vertical conveyance paths 64 . Each of the head units 30 is connected to a raw material liquid storage tank (not shown) (supply source of raw material liquid) via a liquid feeding mechanism (not shown). Each of the head units 30 is supplied with raw material liquid from a raw material liquid storage tank. Further, each of the head units 30 is electrically connected to the power source 20. A voltage is applied to each of the head units 30 from the power supply 20. Each of the head units 30 discharges a charged raw material liquid toward one side of the base material 40 being conveyed in the vertical conveyance path 64 facing each other. The solvent in the raw material liquid discharged from the head unit 30 evaporates in the atmosphere within the electrospinning apparatus 10. Further, the raw material in the raw material liquid discharged from the head unit 30 flies and reaches one side of the base material 40 that is conveyed through the vertical conveyance path 64 . A fiber film is formed on the base material 40 by depositing the raw materials that have reached the base material 40 .
繊維の原料液は、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。 The fiber raw material liquid is a solution in which the fiber raw material is dissolved in a solvent at a predetermined concentration.
繊維の原材料は、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。具体的に、繊維の原材料となる熱可塑性樹脂としては、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及び液晶ポリマーが挙げられる。また、繊維の原材料となる熱硬化性樹脂としては、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、メラミン樹脂及びエポキシ樹脂が挙げられる。また、繊維の原材料として、前述した樹脂を含む共重合体などを用いてもよい。繊維の原材料は前述した樹脂及び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。 The raw material of the fiber can be changed as appropriate depending on the material of the fiber membrane desired to be formed. Examples of raw materials for fibers include polyolefin resins, thermoplastic resins, thermosetting resins, and the like. Specifically, thermoplastic resins that are raw materials for fibers include polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyoxymethylene, polyamideimide, polyimide, polysulfan, Examples include polyethersulfane, polyetherimide, polyetherketone, polyphenylene sulfide, modified polyphenylene ether, syndiotactic polystyrene, and liquid crystal polymer. Furthermore, thermosetting resins that can be used as raw materials for fibers include urea resins, unsaturated polyesters, phenol resins, melamine resins, and epoxy resins. Furthermore, a copolymer containing the resin described above may be used as a raw material for the fiber. The raw material for the fiber can be formed by one type selected from the resins and copolymers mentioned above, or by blending two or more types of polymers. Note that the raw materials for the fibers applicable to this embodiment are not limited to the listed raw materials. The raw materials for the fibers listed are merely examples.
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。 The solvent may be any solvent as long as it can dissolve the raw material of the fiber. The solvent can be changed as appropriate depending on the raw material of the fiber to be dissolved. As the solvent, for example, a volatile organic solvent such as an alcoholic solvent or an aromatic solvent, or water can be used. Specific examples of the organic solvent include isopropanol, ethylene glycol, cyclohexanone, dimethylformamide, acetone, ethyl acetate, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexane, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, and acetic acid. Examples include butyl, tetrahydrofuran, dioxane, pyridine, and the like. Further, the solvent may be one type selected from the exemplified solvents, or a plurality of types may be mixed. Note that the solvents applicable to this embodiment are not limited to the listed solvents. The listed solvents are merely examples.
ヘッドユニット30と垂直搬送路64との間隔は、例えば、ヘッドユニット30に印加される電圧、原料液中のポリマーの種類、原料液中の繊維の原材料の濃度等を含む吐出条件により決められる。 The distance between the head unit 30 and the vertical transport path 64 is determined by the ejection conditions, including, for example, the voltage applied to the head unit 30, the type of polymer in the raw material liquid, and the concentration of the fiber raw material in the raw material liquid.
垂直搬送路64の上端に配置されたローラ61とヘッドユニット30との間には、基材40が存在する。一方、垂直搬送路64と水平搬送路63との接続部に配置されたローラ61とヘッドユニット30との間には、基材40が存在しない。このため、垂直搬送路64と水平搬送路63との接続部に配置されたローラ61は、基材40を介することなく、ヘッドユニット30と対向する。 The base material 40 exists between the roller 61 arranged at the upper end of the vertical conveyance path 64 and the head unit 30. On the other hand, the base material 40 does not exist between the head unit 30 and the roller 61 arranged at the connection portion between the vertical conveyance path 64 and the horizontal conveyance path 63. Therefore, the roller 61 disposed at the connection between the vertical conveyance path 64 and the horizontal conveyance path 63 faces the head unit 30 without interposing the base material 40 .
なお、繊維膜の形成速度を向上させるために、垂直搬送路64のそれぞれの両側にヘッドユニットが配置され、基材40の両面に繊維膜を形成してもよい。 In addition, in order to improve the formation speed of the fibrous film, head units may be arranged on both sides of the vertical conveyance path 64 to form the fibrous film on both sides of the base material 40.
ヘッドユニット30の構成について説明する。ヘッドユニット30のそれぞれは、5つのヘッド31A-31Eを備える。ヘッド31A-31Eは、同一の構造を有する。ヘッドユニット30は、ヘッド群と呼ばれてもよい。 The configuration of the head unit 30 will be explained. Each of the head units 30 includes five heads 31A-31E. Heads 31A-31E have the same structure. Head unit 30 may also be referred to as a head group.
ヘッド31A-31Eは、垂直搬送路64に対向した状態で、支持体50に支持されている。ヘッド31A-31Eは、鉛直方向に沿って配列されている。すなわち、ヘッド31A-31Eは、対向する垂直搬送路64における基材40の搬送方向に沿って配列されている。ヘッド31A-31Eのそれぞれは、基材40の幅方向に沿って延設されている。ヘッド31Aは、ヘッド31A-31Eのうち最も上方に位置する。ヘッド31Eは、ヘッド31A-31Eのうち最も下方に位置する。ヘッド31B-31Dは、鉛直方向についてヘッド31Aとヘッド31Eの間に位置する。ヘッド31A-31Eは、鉛直方向について等間隔で配置されている。 Heads 31A-31E are supported by support 50 facing vertical transport path 64. Heads 31A-31E are arranged along the vertical direction. That is, heads 31A-31E are arranged along the transport direction of substrate 40 in the opposing vertical transport path 64. Each of heads 31A-31E extends along the width direction of substrate 40. Head 31A is located at the top of heads 31A-31E. Head 31E is located at the bottom of heads 31A-31E. Heads 31B-31D are located between heads 31A and 31E in the vertical direction. Heads 31A-31E are arranged at equal intervals in the vertical direction.
次に、ヘッド31A-31Eの構成について説明する。図3乃至図5では、一例として、ヘッド31Aの構成について説明する。ヘッド31B-31Eについては、ヘッド31Aと同様の構成を有するため説明を省略する。図3は、ヘッド31Aを概略的に示す斜視図である。図4は、ヘッド31Aを基材40の搬送方向に対して平行又は略平行で、基材40の幅方向に対して平行又は略平行なある断面で概略的に示す断面図である。図4では、ヘッド31Aを、後述する中心軸Cに平行又は略平行なある断面で示す。図5は、ヘッドユニット30等を基材40の搬送方向に対して平行又は略平行で、基材40の幅方向に対して垂直又は略垂直な断面で概略的に示す断面図である。図5では、ヘッド31A-31Eのそれぞれを、後述する中心軸Cに垂直又は略垂直な断面で示す。 Next, the configuration of the heads 31A-31E will be explained. 3 to 5, the configuration of the head 31A will be described as an example. The heads 31B to 31E have the same configuration as the head 31A, so a description thereof will be omitted. FIG. 3 is a perspective view schematically showing the head 31A. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the head 31A in a section parallel or substantially parallel to the conveyance direction of the base material 40 and parallel or substantially parallel to the width direction of the base material 40. In FIG. 4, the head 31A is shown in a cross section parallel or substantially parallel to a central axis C, which will be described later. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the head unit 30 and the like in a cross section parallel or substantially parallel to the conveyance direction of the base material 40 and perpendicular or substantially perpendicular to the width direction of the base material 40. In FIG. 5, each of the heads 31A to 31E is shown in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to a central axis C, which will be described later.
図3乃至図5に示すように、ヘッド31Aは、ヘッド本体311と、8つのノズル312A-312Hと、を備える。ヘッド本体311及びノズル312A-312Hのそれぞれは、導電性を有する材料(導電材料)から形成される。ヘッド本体311及びノズル312A-312Hのそれぞれは、原料液に対して耐性を有する材料から形成されることが好ましく、例えば、ステンレスから形成される。 As shown in FIGS. 3 to 5, the head 31A includes a head main body 311 and eight nozzles 312A to 312H. The head main body 311 and the nozzles 312A to 312H are each formed from a conductive material (conductive material). The head main body 311 and the nozzles 312A to 312H are each preferably made of a material that is resistant to the raw material liquid, for example, made of stainless steel.
ヘッド本体311は、中心軸Cを有し、中心軸Cに沿って延設される。中心軸Cは、基材40の幅方向と平行又は略平行な軸である。本実施形態では、中心軸Cに対して垂直又は略垂直な断面におけるヘッド本体311の外形は、略正六角形に形成されている。ヘッド本体311の外周面は、中心軸Cの軸回りに沿って延設され、ヘッド本体311の外表面の一部を形成する。そして、ヘッド本体311の外周面は、中心軸Cに対して交差する(垂直又は略垂直な)方向について中心軸Cから離れる側を向く。 The head main body 311 has a central axis C and extends along the central axis C. The central axis C is an axis parallel or substantially parallel to the width direction of the base material 40. In this embodiment, the outer shape of the head main body 311 in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to the central axis C is formed into a substantially regular hexagonal shape. The outer circumferential surface of the head main body 311 extends around the central axis C and forms a part of the outer surface of the head main body 311. The outer circumferential surface of the head body 311 faces away from the central axis C in a direction (perpendicular or substantially perpendicular) intersecting the central axis C.
ヘッド本体311の内部には、中心軸Cに沿って収納空洞315が形成されている。収納空洞315には、不図示の送液機構から供給された原料液が溜められる。ヘッド本体311は、収納空洞315を内部空洞とする筒状に形成される。収納空洞315は、中心軸Cに沿う方向について、ヘッド本体311の全体又は大部分に渡って形成される。本実施形態では、中心軸Cに対して垂直又は略垂直な断面において、収納空洞315は略円形に形成されている。 A storage cavity 315 is formed inside the head body 311 along the central axis C. The storage cavity 315 stores a raw material liquid supplied from a liquid feeding mechanism (not shown). The head main body 311 is formed into a cylindrical shape with the storage cavity 315 as an internal cavity. The storage cavity 315 is formed over the entire head body 311 or most of the head body 311 in the direction along the central axis C. In this embodiment, the storage cavity 315 is formed into a substantially circular shape in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to the central axis C.
ノズル312A-312Hのそれぞれは、ヘッド本体311の外周面に設けられる。ノズル312A-312Hは、いずれも、中心軸Cに対して、垂直搬送路64が位置する側に配置される。ノズル312A-312Hのそれぞれは、対向する垂直搬送路64に向かってヘッド本体311の外周面から外側へ突出している。ノズル312A-312Hは、中心軸Cに沿う方向について互いに対して離れた状態で配置され、ジグザグ状に配置されている。ノズル312A、312Hは、ノズル312A-312Hのうち、中心軸Cに沿う方向において両端に位置する。 Each of the nozzles 312A-312H is provided on the outer circumferential surface of the head body 311. All of the nozzles 312A-312H are arranged on the side where the vertical transport path 64 is located with respect to the central axis C. Each of the nozzles 312A-312H protrudes outward from the outer circumferential surface of the head body 311 toward the opposing vertical transport path 64. The nozzles 312A-312H are arranged apart from each other in the direction along the central axis C, and are arranged in a zigzag pattern. Nozzles 312A and 312H are located at both ends of the nozzles 312A-312H in the direction along the central axis C.
ノズル312A-312Hのそれぞれの内部には、収納空洞315と連通する流路が形成されている。また、ノズル312A-312Hのそれぞれには、外周側の端部に噴出口が形成されている。ノズル312A-312Hのそれぞれの流路は、一端で収納空洞315に連通し、収納空洞315からヘッド本体311の外周側に向かって延設される。そして、流路の他端は、噴出口において外部に対して開口している。すなわち、ノズル312A-312Hのそれぞれでは、ヘッド本体311の外周面からの突出端に、流路の噴出口が形成されている。 A flow path communicating with the storage cavity 315 is formed inside each of the nozzles 312A-312H. Further, each of the nozzles 312A to 312H has an ejection port formed at an end on the outer peripheral side. Each of the flow paths of the nozzles 312A to 312H communicates with the storage cavity 315 at one end and extends from the storage cavity 315 toward the outer circumferential side of the head body 311. The other end of the flow path is open to the outside at the jet port. That is, in each of the nozzles 312A to 312H, an ejection port of a flow path is formed at an end protruding from the outer circumferential surface of the head main body 311.
ノズル312A-312Hは、ヘッド本体311の中心軸Cの軸回り(ヘッド本体311の外周面の周方向)について異なる位置に配列された2つのノズル列313A、313Bを形成する。ノズル列313Aは、ノズル312A-312Dによって形成される。ノズル312A-312Dは、中心軸Cの軸回りについて、同一又は略同一の角度位置に配置される。ノズル312A、312Dは、ノズル列313Aのうち、中心軸Cに沿う方向について両端に位置する。ノズル列313Bは、ノズル312E-312Hによって形成される。ノズル312E-312Hは、中心軸Cの軸回りについて、ノズル312A-312Dとは異なる角度位置において、同一又は略同一の角度位置に配置される。例えば、ノズル312A-312Dは、中心軸Cの軸回りについて、ノズル312E-312Hに対して60°程度離れた位置に配置される。ノズル312E、312Hは、ノズル列313Bのうち、中心軸Cに沿う方向について両端に位置する。ノズル列313Aは、第1のノズル列に相当する。ノズル列313Bは、第2のノズル列に相当する。ノズル列313A、313Bのそれぞれは、ノズル群と呼ばれてもよい。 The nozzles 312A to 312H form two nozzle rows 313A and 313B arranged at different positions around the central axis C of the head body 311 (in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the head body 311). Nozzle row 313A is formed by nozzles 312A-312D. The nozzles 312A-312D are arranged at the same or substantially the same angular position about the central axis C. The nozzles 312A and 312D are located at both ends of the nozzle row 313A in the direction along the central axis C. Nozzle row 313B is formed by nozzles 312E-312H. The nozzles 312E-312H are arranged around the central axis C at different angular positions than the nozzles 312A-312D, but at the same or substantially the same angular position. For example, the nozzles 312A-312D are arranged at positions about 60° apart from the nozzles 312E-312H around the central axis C. The nozzles 312E and 312H are located at both ends of the nozzle row 313B in the direction along the central axis C. The nozzle row 313A corresponds to a first nozzle row. Nozzle row 313B corresponds to a second nozzle row. Each of the nozzle rows 313A and 313B may be called a nozzle group.
このように、ヘッド本体311の外周面では、中心軸Cに沿う方向について、ノズル列313Aを形成するノズルとノズル列313Bを形成するノズルが交互に配置される。例えば、ノズル列313Aを形成するノズル312Aとノズル312Bの間には、ノズル列313Bを形成するノズル312Eが配置されている。ノズル列313Aとノズル列313Bは、中心軸Cの軸回りについて異なる位置に配列されているため、ノズル312A-312Hは、ヘッド本体311の外周面においてジグザグ状に配置されている。この構成により、基材40に吐出された原料液が局所的に堆積することが防止される。 In this way, on the outer peripheral surface of the head main body 311, the nozzles forming the nozzle row 313A and the nozzles forming the nozzle row 313B are arranged alternately in the direction along the central axis C. For example, nozzles 312E forming nozzle row 313B are arranged between nozzles 312A and 312B forming nozzle row 313A. Since the nozzle row 313A and the nozzle row 313B are arranged at different positions around the central axis C, the nozzles 312A-312H are arranged in a zigzag pattern on the outer peripheral surface of the head body 311. This configuration prevents the raw material liquid discharged onto the base material 40 from being locally deposited.
電源20は、ヘッド31Aと基材40との間に電圧を印加する。ノズル312A-312Hのそれぞれには、ヘッド本体311を介して、所定の極性の電圧が電源20により印加される。また、ノズル312A-312Hは、互いに対して電気的に接続されている。このため、ノズル312A-312Hのそれぞれに電圧が印加された状態では、ノズル312A-312Hは、互いに対して同一又は略同一の電位になる。ノズル312A-312Hのそれぞれに印加される電圧の極性は、プラスであってもよく、マイナスであってもよい。電源20は、例えば、直流電源であり、ノズル312A-312Hのそれぞれにプラスの電圧を印加する。 The power supply 20 applies a voltage between the head 31A and the base material 40. A voltage of a predetermined polarity is applied by the power supply 20 to each of the nozzles 312A to 312H via the head main body 311. Further, nozzles 312A-312H are electrically connected to each other. Therefore, when a voltage is applied to each of the nozzles 312A-312H, the nozzles 312A-312H have the same or substantially the same potential with respect to each other. The polarity of the voltage applied to each of the nozzles 312A-312H may be positive or negative. The power supply 20 is, for example, a DC power supply, and applies a positive voltage to each of the nozzles 312A-312H.
基材40は、接地されている。ノズル312A-312Hのそれぞれにプラスの電圧が印加された状態において、基材40の対地電圧は、0V又は略0Vになる。基材40は、接地されていなくてもよい。この場合、電源20は、ノズル312A-312Hとは反対の極性の電圧を基材40に印加する。 The base material 40 is grounded. In a state where a positive voltage is applied to each of the nozzles 312A to 312H, the ground voltage of the base material 40 becomes 0V or approximately 0V. The base material 40 does not need to be grounded. In this case, power supply 20 applies a voltage of opposite polarity to substrate 40 than nozzles 312A-312H.
ヘッド31Aに原料液が供給された状態では、電源20によってノズル312A-312Hのそれぞれと基材40との間に電圧を印加することにより原料液にも電圧が印加され、ノズル312A-312Hのそれぞれの噴出口から基材40に向かって原料液が噴出される。すなわち、ノズル312A-312Hのそれぞれと基材40との間の電位差によって、電圧が印加された原料液が基材40に向かって噴出される。ノズル312A-312Hのそれぞれの噴出口から原料液が基材40に向かって噴出されることにより、原料液の一部が基材40の表面に堆積し、堆積した原料液により繊維の膜(ファイバー)が形成される。このようにして、エレクトロスピニング法(電界紡糸法及び電荷誘導紡糸法等とも称されることもある)によって、繊維の膜が形成される。 When the raw material liquid is supplied to the head 31A, a voltage is applied to the raw material liquid by applying a voltage between each of the nozzles 312A to 312H and the base material 40 by the power supply 20, and the voltage is applied to each of the nozzles 312A to 312H. The raw material liquid is ejected toward the base material 40 from the ejection port. That is, due to the potential difference between each of the nozzles 312A to 312H and the base material 40, the raw material liquid to which a voltage is applied is ejected toward the base material 40. As the raw material liquid is ejected from each of the nozzles 312A to 312H toward the base material 40, a part of the raw material liquid is deposited on the surface of the base material 40, and the deposited raw material liquid forms a fiber film (fiber film). ) is formed. In this way, a film of fibers is formed by electrospinning (also referred to as electrospinning, charge-induced spinning, etc.).
なお、ヘッド31Aと基材40との間に印加される電圧、すなわち、ノズル312A-312Hのそれぞれと基材40との間の電位差は、原料液に含まれる高分子の種類及びノズル312A-312Hのそれぞれの基材40に対する距離等に対応させて、適宜の大きさに調整される。ある一例では、ノズル312A-312Hのそれぞれと基材40との間に、10kV以上100kV以下のいずれかの大きさの直流電圧が印加される。 Note that the voltage applied between the head 31A and the base material 40, that is, the potential difference between each of the nozzles 312A-312H and the base material 40, depends on the type of polymer contained in the raw material liquid and the nozzles 312A-312H. The size is adjusted to an appropriate size depending on the distance from each base material 40, etc. In one example, a DC voltage of 10 kV or more and 100 kV or less is applied between each of the nozzles 312A-312H and the base material 40.
電源20は、ノズル312A-312Hのそれぞれに電圧を印加する構成であればよい。例えば、ヘッド本体311を介さずに、ノズル312A-312Hのそれぞれに電圧が印加されてもよい。この場合、電源20と電気的に接続される端子がノズル312A-312Hのそれぞれに設けられる。そして、この端子を介して、ノズル312A-312Hのそれぞれに電圧が印加される。この構成では、ヘッド本体311は導電材料ではない材料から形成されてもよい。 The power source 20 may be configured to apply a voltage to each of the nozzles 312A-312H. For example, voltage may be applied to each of the nozzles 312A-312H without going through the head body 311. In this case, each of the nozzles 312A-312H is provided with a terminal electrically connected to the power source 20. A voltage is applied to each of the nozzles 312A-312H via this terminal. In this configuration, head body 311 may be formed from a material that is not a conductive material.
また、ヘッドユニット30が備えるヘッドの数は、5つに限るものではない。例えば、ヘッドユニット30に設けられるヘッドの数は、2-4個のいずれかであってもよく、6個以上であってもよい。また、1つのヘッドに設けられるノズルの数は、特に限定されるものではない。ノズルは、1つのヘッドに1つ以上設けられていればよい。 The number of heads provided in the head unit 30 is not limited to five. For example, the number of heads provided in the head unit 30 may be any of two to four, or six or more. The number of nozzles provided in one head is not particularly limited. It is sufficient that one or more nozzles are provided in one head.
また、基材40の表面上に繊維の膜を形成する例としては、例えば、電池のセパレータ一体型電極の製造が挙げられる。この例では、電極群の負極及び正極の一方が基材として用いられる。そして、基材40の表面に形成される繊維の膜が、負極又は正極と一体のセパレータとなる。 Further, an example of forming a fiber film on the surface of the base material 40 includes, for example, manufacturing a separator-integrated electrode for a battery. In this example, one of the negative electrode and the positive electrode of the electrode group is used as the base material. Then, the fiber film formed on the surface of the base material 40 becomes a separator integrated with the negative electrode or the positive electrode.
制御デバイス(コントローラ)80は、例えば、コンピュータ等である。制御デバイス80は、CPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はFPGA(Field Programmable Gate Array)等を含むプロセッサ又は集積回路(制御回路)、及び、メモリ等の記憶媒体を備える。制御デバイス80は、集積回路等を1つのみ備えてもよく、集積回路等を複数備えてもよい。制御デバイス80は、記憶媒体等に記憶されるプログラム等を実行することにより、処理を行う。制御デバイス80は、上述の各種駆動源(例えば駆動源62)の駆動、送液機構の作動、電源20の出力等を制御する。 The control device (controller) 80 is, for example, a computer or the like. The control device 80 includes a processor or integrated circuit (control circuit) including a CPU (Central Processing Unit), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field Programmable Gate Array), and a storage medium such as a memory. The control device 80 may include only one integrated circuit or the like, or may include a plurality of integrated circuits or the like. The control device 80 performs processing by executing a program or the like stored in a storage medium or the like. The control device 80 controls the driving of the various driving sources described above (for example, the driving source 62), the operation of the liquid feeding mechanism, the output of the power source 20, and the like.
図1に示すように、ヘッドユニット30には、一対の導電体70A、70Bが取り付けられている。導電体70A、70Bは、支持体50に取り付けられることにより支持されている。導電体70A、70Bは、制御体又は電場制御棒と呼ばれてもよい。 As shown in FIG. 1, a pair of conductors 70A and 70B are attached to the head unit 30. The conductors 70A and 70B are supported by being attached to the support body 50. The conductors 70A, 70B may be called control bodies or electric field control rods.
導電体70Aは、ヘッドユニット30のヘッド31A-31Eよりも上方に配置されている。導電体70Bは、ヘッドユニット30のヘッド31A-31Eよりも下方に配置されている。したがって、導電体70A、70Bは、鉛直方向についてヘッドユニット30の両外側に配置される。すなわち、導電体70A、70Bの一方は、ヘッドユニット30において基材40が搬送される側の端に配置され、導電体70A、70Bの他方は、ヘッドユニット30において基材40が搬送される側とは反対側の端に配置される。 The conductor 70A is arranged above the heads 31A-31E of the head unit 30. The conductor 70B is arranged below the heads 31A-31E of the head unit 30. Therefore, the conductors 70A and 70B are arranged on both sides of the head unit 30 in the vertical direction. That is, one of the conductors 70A and 70B is arranged at the end of the head unit 30 on the side where the base material 40 is transported, and the other of the conductors 70A and 70B is arranged at the end of the head unit 30 on the side where the base material 40 is transported. placed at the opposite end.
導電体70A、70Bは、金属等の導電性を有する材料(導電材料)から形成されている。導電体70A、70Bは、ヘッドユニット30のノズル312A-312Hと同じ材料から形成されることが好ましい。 The conductors 70A and 70B are made of a conductive material such as metal. It is preferable that the conductors 70A and 70B are made of the same material as the nozzles 312A-312H of the head unit 30.
導電体70A、70Bは、ヘッドユニット30のヘッド31A-31Eの延設方向(例えば中心軸C)に対して平行又は略平行な方向に沿って延設される。すなわち、導電体70A、70Bは、基材40の幅方向に沿って延設される。本実施形態では、導電体70A、70Bは、基材40の幅方向に沿って延びる棒状部材である。導電体70A、70Bは、例えば、基材40の幅方向に沿って延設される板状部材であってもよい。 The conductors 70A and 70B extend along a direction parallel or substantially parallel to the direction in which the heads 31A to 31E of the head unit 30 extend (for example, the central axis C). That is, the conductors 70A and 70B extend along the width direction of the base material 40. In this embodiment, the conductors 70A and 70B are rod-shaped members extending along the width direction of the base material 40. The conductors 70A and 70B may be, for example, plate-like members extending along the width direction of the base material 40.
延設方向における導電体70A、70Bの長さは、例えば、延設方向(基材40の幅方向)におけるヘッド本体311の長さ同じであってもよく、延設方向(基材40の幅方向)におけるヘッド本体311の長さより短くてもよい。また、延設方向(基材40の幅方向)における導電体70A、70Bの長さは、原料液の飛翔経路を制御するために、延設方向(基材40の幅方向)におけるヘッド本体311の長さより長くてもよい。 The length of the conductors 70A and 70B in the extending direction may be, for example, the same as the length of the head main body 311 in the extending direction (the width direction of the base material 40), or the length of the conductors 70A and 70B in the extending direction (the width direction of the base material 40) direction) may be shorter than the length of the head main body 311. Further, the length of the conductors 70A and 70B in the extending direction (width direction of the base material 40) is set so that the length of the conductors 70A and 70B is set to the length of the head body 311 in the extending direction (width direction of the base material 40) in order to control the flying path of the raw material liquid. It may be longer than the length of .
導電体70A、70Bのそれぞれは、電源20に電気的に接続している。電源20は、導電体70A、70Bのそれぞれに電圧を印加する。導電体70A、70Bのそれぞれには、電源20により、ヘッドユニット30の各ノズルに印加される電圧と同極性の電圧が印加される。例えば、導電体70A、70Bのそれぞれには、ヘッドユニット30に印加される電圧と同じ値の電圧が印加される。導電体70A、70Bに印加される電圧は、ヘッドユニット30に印加される電圧よりも小さくてもよく、繊維の飛翔経路を制御するために、ヘッドユニット30に印加される電圧よりも大きくしてもよい。 Each of the conductors 70A and 70B is electrically connected to the power source 20. The power supply 20 applies voltage to each of the conductors 70A and 70B. A voltage having the same polarity as the voltage applied to each nozzle of the head unit 30 is applied by the power source 20 to each of the conductors 70A and 70B. For example, the same voltage as the voltage applied to the head unit 30 is applied to each of the conductors 70A and 70B. The voltage applied to the conductors 70A, 70B may be lower than the voltage applied to the head unit 30, or may be higher than the voltage applied to the head unit 30 in order to control the flying path of the fibers. Good too.
本実施形態では、電源20は、ヘッドユニット30と導電体70A、70Bの両方に電力を供給する。導電体70A、70Bにヘッドユニット30とは異なる電圧を印加する場合、ヘッドユニット30に電力を供給する電源と導電体70A、70Bに電力を供給する電源を別に設けてもよい。 In this embodiment, the power supply 20 supplies power to both the head unit 30 and the conductors 70A and 70B. When applying a voltage different from that to the head unit 30 to the conductors 70A and 70B, a power source that supplies power to the head unit 30 and a power source that supplies power to the conductors 70A and 70B may be provided separately.
図5では、導電体70A、70Bとヘッドユニット30の位置関係が示される。そして、図5では、基材40の搬送方向に対して平行又は略平行で、かつ、基材40の幅方向(ヘッド本体311の中心軸C及び導電体70A,70Bの中心軸)に対して垂直又は略垂直な断面を示す図である。 Figure 5 shows the positional relationship between the conductors 70A and 70B and the head unit 30. Figure 5 also shows a cross section parallel or approximately parallel to the transport direction of the substrate 40 and perpendicular or approximately perpendicular to the width direction of the substrate 40 (the central axis C of the head body 311 and the central axes of the conductors 70A and 70B).
図5に示すように、ヘッド31A-31Eのヘッド間ピッチd1は、例えば、150~350mmの範囲の中の値である。ヘッド間ピッチd1は、ヘッド31A-31Eのうち隣り合うヘッド間のヘッド31A-31Eの配列方向の距離であり、例えば、ヘッド31Aとヘッド31Bとのヘッド31A-31Eの配列方向の距離である。 As shown in FIG. 5, the inter-head pitch d1 of the heads 31A to 31E is, for example, a value in the range of 150 to 350 mm. The inter-head pitch d1 is the distance between adjacent heads 31A-31E in the arrangement direction of the heads 31A-31E, for example, the distance between the heads 31A and 31B in the arrangement direction of the heads 31A-31E.
ヘッド31A-31Eの両端から導電体70A、70Bまでのヘッド31A-31Eの配列方向の距離d2は、ヘッド間ピッチd1よりも小さい。すなわち、複数のヘッドのうち導電体との距離が最も近いヘッドと導電体とのヘッド31A-31Eの配列方向の距離は、ヘッド間のヘッド31A-31Eの配列方向の距離よりも小さい。例えば、導電体70Aとヘッド31Aとの距離d2、及び、導電体70Bとヘッド31Eとの距離d2は、ヘッド間ピッチd1よりも小さい。 The distance d2 from both ends of heads 31A-31E to conductors 70A and 70B in the arrangement direction of heads 31A-31E is smaller than the inter-head pitch d1. In other words, the distance between the head that is closest to the conductor among the multiple heads and the conductor in the arrangement direction of heads 31A-31E is smaller than the distance between the heads in the arrangement direction of heads 31A-31E. For example, the distance d2 between conductor 70A and head 31A, and the distance d2 between conductor 70B and head 31E are smaller than the inter-head pitch d1.
ヘッド31A-31Eの配列方向に沿う断面、すなわち中心軸Cに対して垂直又は略垂直な断面において、導電体70A、70Bの直径d5は、ヘッド本体311の対角線の長さd3よりも小さい。このため、中心軸Cに対して垂直又は略垂直な断面における導電体70A、70Bの断面積は、中心軸Cに対して垂直又は略垂直な断面における収納空洞315を含むヘッド本体311の断面積よりも小さい。すなわち、導電体70A、70Bのそれぞれにおける外周面に囲まれた部分の、ヘッド31A-31Eの配列方向に沿う断面での断面積は、ヘッド本体311のそれぞれにおける外周面に囲まれた部分の、ヘッド31A-31Eの配列方向に沿う断面での断面積よりも小さい。 In a cross section along the arrangement direction of the heads 31A-31E, i.e., a cross section perpendicular or approximately perpendicular to the central axis C, the diameter d5 of the conductors 70A, 70B is smaller than the length d3 of the diagonal of the head body 311. Therefore, the cross-sectional area of the conductors 70A, 70B in a cross section perpendicular or approximately perpendicular to the central axis C is smaller than the cross-sectional area of the head body 311 including the storage cavity 315 in a cross section perpendicular or approximately perpendicular to the central axis C. In other words, the cross-sectional area of the portion surrounded by the outer peripheral surface of each of the conductors 70A, 70B in a cross section along the arrangement direction of the heads 31A-31E is smaller than the cross-sectional area of the portion surrounded by the outer peripheral surface of each of the head bodies 311 in a cross section along the arrangement direction of the heads 31A-31E.
また、中心軸Cに対して垂直又は略垂直な断面において、導電体70A、70Bの直径d5は、収納空洞315の直径d4よりも大きい。 Further, in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to the central axis C, the diameter d5 of the conductors 70A and 70B is larger than the diameter d4 of the storage cavity 315.
このように、本実施形態では、導電体70A、70Bの径は、収納空洞315の径よりも大きく、ヘッド本体311の外径よりも小さい。なお、導電体70A、70Bの径は、収納空洞315の径よりも小さくてもよい。 Thus, in this embodiment, the diameters of the conductors 70A and 70B are larger than the diameter of the storage cavity 315 and smaller than the outer diameter of the head main body 311. Note that the diameters of the conductors 70A and 70B may be smaller than the diameter of the storage cavity 315.
次に、本実施形態の電界紡糸装置10の動作及び効果について説明する。 Next, the operation and effects of the electrospinning apparatus 10 of this embodiment will be explained.
垂直搬送路64を搬送される基材40に繊維膜を形成する際には、まず、ヘッド31A-31Eに原料液が供給された状態において、電源20からヘッド31A-31Eのそれぞれに電力が供給される。ヘッド31A-31Eのそれぞれでは、ノズル312A―312Hのそれぞれと基材40との間に所定の電圧が印加される。ヘッド31A-31Eのそれぞれでは、ノズル312A―312Hに電圧が印加されることにより、ノズル312A―312Hの噴出口の近傍に電場が発生する。このとき、ヘッド31A-31Eの近傍の電場は、周辺に配置されたノズルで発生する電場の影響を受ける。 When forming a fiber film on the base material 40 conveyed through the vertical conveyance path 64, first, in a state where the raw material liquid is supplied to the heads 31A-31E, power is supplied from the power source 20 to each of the heads 31A-31E. be done. In each of the heads 31A-31E, a predetermined voltage is applied between each of the nozzles 312A-312H and the base material 40. In each of the heads 31A-31E, by applying a voltage to the nozzles 312A-312H, an electric field is generated near the ejection ports of the nozzles 312A-312H. At this time, the electric field near the heads 31A to 31E is influenced by the electric field generated by the nozzles arranged around them.
例えば、ヘッド31A-31Eの配列方向(鉛直方向)において両端のヘッド31A、31Eの間に位置するヘッド31B-31Dの近傍における電場は、ヘッド31A-31Eの配列方向について両側に隣り合う2つのヘッド(ヘッド31A-31Eのうちいずれか2つ)で発生する電場の影響を受ける。例えば、ヘッド31Bのノズル312Aは、延設方向(中心軸Cに沿う方向)について、ヘッド31Aのノズル312A及びヘッド31Cのノズル312Aに対してずれていない。そして、ヘッド31Bのノズル312Aは、ヘッド31A-31Eの配列方向について、ヘッド31Aのノズル312A及びヘッド31Cのノズル312Aのそれぞれと隣り合っている。このため、ヘッド31Bのノズル312Aの近傍における電場は、ヘッド31Aのノズル312Aで発生する電場と、ヘッド31Cのノズル312Aで発生する電場の影響を受ける。 For example, the electric field in the vicinity of heads 31B-31D, which are located between heads 31A and 31E at both ends in the arrangement direction (vertical direction) of heads 31A-31E, is affected by the electric fields generated by the two adjacent heads (any two of heads 31A-31E) on both sides in the arrangement direction of heads 31A-31E. For example, nozzle 312A of head 31B is not shifted relative to nozzle 312A of head 31A and nozzle 312A of head 31C in the extension direction (direction along central axis C). And nozzle 312A of head 31B is adjacent to nozzle 312A of head 31A and nozzle 312A of head 31C, respectively, in the arrangement direction of heads 31A-31E. Therefore, the electric field in the vicinity of nozzle 312A of head 31B is affected by the electric field generated in nozzle 312A of head 31A and the electric field generated in nozzle 312A of head 31C.
一方、ヘッド31A-31Eの配列方向において端に位置するヘッド31A、31Eの近傍における電場は、ヘッド31A-31Eの配列方向について片側に隣り合う1つのヘッド(ヘッド31B又はヘッド31D)で発生する電場の影響を受ける。例えば、ヘッド31Eのノズル312Fは、延設方向(中心軸Cに沿う方向)について、ヘッド31Dのノズル312Fに対してずれていない。そして、ヘッド31Eのノズル312Fは、ヘッド31A-31Eの配列方向について、ヘッド31Dのノズル312Fと隣り合っている。このため、ヘッド31Eのノズル312Fの近傍における電場は、ヘッド31Dのノズル312Fで発生する電場の影響を受ける。 On the other hand, the electric field near the heads 31A and 31E located at the ends in the arrangement direction of the heads 31A-31E is the electric field generated in one head (head 31B or head 31D) adjacent to one side in the arrangement direction of the heads 31A-31E. be influenced by. For example, the nozzle 312F of the head 31E is not displaced from the nozzle 312F of the head 31D in the extension direction (direction along the central axis C). The nozzles 312F of the head 31E are adjacent to the nozzles 312F of the head 31D in the arrangement direction of the heads 31A-31E. Therefore, the electric field near the nozzle 312F of the head 31E is affected by the electric field generated at the nozzle 312F of the head 31D.
このため、隣り合うヘッドの数の違いに起因して、ヘッドユニット30の両端に配置されるヘッド(例えばヘッド31A、31E)と、ヘッドユニット30の中央に配置されるヘッド(例えばヘッド31B-31D)との間において、電界強度のバラツキが生じる可能性がある。 For this reason, due to the difference in the number of adjacent heads, the heads located at both ends of the head unit 30 (for example, heads 31A, 31E) and the heads located at the center of the head unit 30 (for example, heads 31B-31D) ), there is a possibility that variations in electric field strength may occur.
本実施形態では、ヘッド31A-31Eの配列方向についてヘッド31A-31Eの両外側には、導電体70A、70Bが配置され、導電体70A、70Bには、各ヘッド31A-31Eに印加される電圧と同極の電圧が印加される。導電体70A、70Bのそれぞれの近傍では、電圧が印加されることにより、電場が発生する。このため、ヘッドユニット30の両端に配置されるヘッド(例えばヘッド31A、31E)の近傍における電場は、ヘッド31A-31Eの配列方向について片側に隣り合う1つのヘッド(ヘッド31B又はヘッド31D)で発生する電場の影響に加えて、隣り合う導電体(導電体70A又は導電体70B)で発生する電場の影響を受ける。このため、ヘッドユニット30の両端に配置されるヘッド(例えばヘッド31A、31E)と、ヘッドユニット30の中央に配置されるヘッド(例えばヘッド31B-31D)との間において、電界強度の差が抑制される。ヘッドユニット30においてヘッド31A-31E間の電界強度のバラツキが抑制されることにより、ヘッドユニット30と基材40との間の電位差による原料液の飛翔が均一になり、基材40に形成される繊維膜を均一に成膜することができる。この効果は、特に、ヘッドユニット30に3つ以上のヘッドが配列される構成に対して有効に作用する。 In this embodiment, conductors 70A and 70B are arranged on both outsides of heads 31A-31E in the arrangement direction of heads 31A-31E, and a voltage of the same polarity as the voltage applied to each head 31A-31E is applied to conductors 70A and 70B. An electric field is generated in the vicinity of each of conductors 70A and 70B by applying a voltage. Therefore, the electric field in the vicinity of the heads (e.g., heads 31A and 31E) arranged at both ends of the head unit 30 is influenced by the electric field generated by the adjacent conductor (conductor 70A or conductor 70B) in addition to the influence of the electric field generated by one head (head 31B or head 31D) adjacent to one side in the arrangement direction of heads 31A-31E. Therefore, the difference in electric field strength is suppressed between the heads (e.g., heads 31A and 31E) arranged at both ends of the head unit 30 and the heads (e.g., heads 31B-31D) arranged in the center of the head unit 30. By suppressing the variation in electric field strength between heads 31A-31E in head unit 30, the flying of the raw material liquid due to the potential difference between head unit 30 and substrate 40 becomes uniform, and the fiber film formed on substrate 40 can be formed uniformly. This effect is particularly effective in a configuration in which three or more heads are arranged in head unit 30.
また、ヘッドユニット30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方向へ飛翔するとともに、鉛直方向について基材40に向かう方向以外の方向へも飛翔しようとする。本実施形態では、導電体70A、70Bの周辺で電場が発生することにより、各ヘッド31A-31Eの各ノズル312A-312Hから吐出される繊維の飛翔経路の鉛直方向の広がりが抑制される。例えば、垂直搬送路64よりも下方に設けられるローラ61への繊維の飛翔が抑制されるとともに、垂直搬送路64よりも上方に設けられる壁面(例えば天井)への繊維の飛翔が抑制される。したがって、導電体70A、70Bが設けられることにより、ローラ61への繊維の付着と、壁面への繊維の付着が抑制されることにより、原料液の吐出量を正確に制御できる。このため、基材40に形成される繊維の膜厚のムラが抑制されるとともに、原料液の損失を少なくすることができる。 Furthermore, the fibers discharged from the head unit 30 fly in the direction of the base material 40 being transported along the vertical transport path 64, and also try to fly in directions other than the direction toward the base material 40 in the vertical direction. In this embodiment, by generating an electric field around the conductors 70A and 70B, the vertical spread of the flying path of the fibers discharged from the nozzles 312A-312H of the heads 31A-31E is suppressed. For example, the flying of fibers to the rollers 61 provided below the vertical transport path 64 is suppressed, and the flying of fibers to a wall surface (for example, the ceiling) provided above the vertical transport path 64 is suppressed. Therefore, by providing the conductors 70A and 70B, the adhesion of fibers to the roller 61 and the adhesion of fibers to the wall surface are suppressed, so that the discharge amount of the raw material liquid can be accurately controlled. Therefore, unevenness in the thickness of the fibers formed on the base material 40 can be suppressed, and loss of the raw material liquid can be reduced.
また、導電体70A、70Bの直径d5は、中心軸Cに対して垂直又は略垂直な断面におけるヘッド本体311の対角線の長さd3よりも小さい。すなわち、導電体70A、70Bの外径は、ヘッド本体311の外径よりも小さい。このため、各ヘッド31A-31Eと導電体70A、70Bとに同じ電圧を印加する場合、ヘッドユニット30の両端のヘッド31A、31Eから導電体70A、70Bまでの距離d2を、ヘッド間ピッチd1よりも小さくすることができる。ヘッドユニット30の両端のヘッド31A、31Eから導電体70A、70Bまでの距離d2が小さくなることにより、基材40の搬送方向における、導電体70A、70Bとヘッドユニット30とを含む部分の長さを小さくすることができる。これにより、ヘッドユニット30におけるヘッド31A-31E間の電界強度のバラツキを抑制し、かつ、装置の小型化を実現することができる。 Further, the diameter d5 of the conductors 70A and 70B is smaller than the length d3 of a diagonal line of the head body 311 in a cross section perpendicular or substantially perpendicular to the central axis C. That is, the outer diameters of the conductors 70A and 70B are smaller than the outer diameter of the head main body 311. Therefore, when applying the same voltage to each head 31A-31E and the conductors 70A, 70B, the distance d2 from the heads 31A, 31E at both ends of the head unit 30 to the conductors 70A, 70B is smaller than the pitch d1 between the heads. can also be made smaller. By decreasing the distance d2 from the heads 31A, 31E at both ends of the head unit 30 to the conductors 70A, 70B, the length of the portion including the conductors 70A, 70B and the head unit 30 in the transport direction of the base material 40 is reduced. can be made smaller. Thereby, it is possible to suppress variations in electric field strength between the heads 31A to 31E in the head unit 30, and to realize miniaturization of the apparatus.
また、本実施形態では、ヘッドユニット30の各ヘッド31A-31Eには、中心軸Cに沿う方向について、2つのノズル列313A、313Bを形成するノズルが交互に配置されている。この場合、ノズル列313Aの一方側の端部に配置されるノズルとノズル列313Bにおいて同じ側の端部に配置されるノズルとの間において、周囲に生じる電場の違いにより、ノズル周辺の電界強度のバラツキが生じる可能性がある。例えば、ノズル列313Bの一端に配置されるノズル312Eの周辺には、ノズル312Dと、ノズル312Aと、ノズル312Bとの3つのノズルが配置されている。一方、ノズル列313Aの一端に配置されるノズル312Aの周辺には、ノズル312Bとノズル312Eとの2つのノズルが配置されている。このため、周辺に配置されるノズルの数の違いに起因して、ノズル列313Aとノズル列313Bとの間において、同一側の端部に配置されるノズルの周辺の電場強度のバラツキが生じる可能性がある。前述のように、本実施形態では、導電体70A、70Bが設けられることにより、ヘッド31A-31E間の電界強度のバラツキが抑制される。ヘッド31A-31E間の電界強度のバラツキが抑制されることにより、同一のヘッド(例えば31A)において同一側の端部に配置されるノズル(例えば312A及び312E)の周辺の電場強度のバラツキも抑制することができる。 Further, in this embodiment, in each of the heads 31A to 31E of the head unit 30, nozzles forming two nozzle rows 313A and 313B are arranged alternately in the direction along the central axis C. In this case, the electric field strength around the nozzles is increased due to the difference in the electric field generated around the nozzles arranged at one end of the nozzle row 313A and the nozzles arranged at the same end of the nozzle row 313B. Variations may occur. For example, three nozzles, a nozzle 312D, a nozzle 312A, and a nozzle 312B, are arranged around the nozzle 312E arranged at one end of the nozzle row 313B. On the other hand, two nozzles, a nozzle 312B and a nozzle 312E, are arranged around the nozzle 312A arranged at one end of the nozzle row 313A. Therefore, due to the difference in the number of nozzles arranged around the nozzle rows 313A and 313B, variations in the electric field strength around the nozzles arranged at the end of the same side may occur. There is sex. As described above, in this embodiment, by providing the conductors 70A and 70B, variations in electric field strength between the heads 31A to 31E are suppressed. By suppressing variations in the electric field strength between the heads 31A-31E, variations in the electric field strength around the nozzles (for example, 312A and 312E) arranged at the ends of the same side of the same head (for example, 31A) are also suppressed. can do.
なお、本実施形態では、基材40の搬送方向についてヘッドユニット30の両外側のそれぞれに導電体が配置されているが、導電体は、ヘッドユニット30の基材40の搬送方向についてヘッドユニット30の一方側のみに設けられてもよい。 Note that in this embodiment, the conductors are arranged on both sides of the head unit 30 in the direction of conveyance of the base material 40; may be provided only on one side.
これらの少なくとも一つの実施形態又は実施例によれば、電界紡糸装置は、ヘッドユニットの両外側に配置され電圧が印加されることにより電場を発生させる一対の導電体を備える。これにより、形成される繊維膜の品質を向上させる電界紡糸装置を提供することができる。 According to at least one of these embodiments or examples, the electrospinning device includes a pair of conductors disposed on both sides of the head unit and generating an electric field when a voltage is applied thereto. Thereby, it is possible to provide an electrospinning apparatus that improves the quality of the formed fiber membrane.
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。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
10…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、31A-31Eヘッド、311…ヘッド本体、312A-312H…ノズル、313A、313B…ノズル列、315…収納空洞、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、70A、70B…導電体、80…制御デバイス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Electrospinning device, 11... Inlet, 12... Outlet, 13... Housing, 20... Power supply, 30... Head unit, 31A-31E head, 311... Head main body, 312A-312H... Nozzle, 313A, 313B... Nozzle row , 315... Storage cavity, 40... Base material, 41... Unwinding reel, 42... Winding reel, 50... Support body, 60... Conveyance device, 61... Roller, 62... Drive source, 63... Horizontal conveyance path, 64... Vertical conveyance path, 70A, 70B... conductor, 80... control device.
Claims (5)
前記ヘッドの配列方向について前記ヘッドユニットの両外側に配置され、導電性を有する材料から形成され、前記ヘッドに印加される電圧と同極性で、かつ、略同じ大きさの電圧が印加されることにより電場を発生させる一対の導電体と、を備え、
前記ヘッドの配列方向に沿う断面での前記導電体のそれぞれの断面積は、前記ヘッドの配列方向に沿う断面での前記ヘッド本体のそれぞれの断面積よりも小さく、
前記複数のヘッドのうち前記導電体との距離が最も近いヘッドと前記導電体との前記ヘッドの配列方向の距離は、前記複数のヘッド間の前記ヘッドの配列方向の距離よりも小さい、
電界紡糸装置。 A head body having a storage cavity formed therein capable of housing a raw material liquid, and a nozzle made of a conductive material and protruding outward from an outer peripheral surface of the head body, and a voltage is applied to the nozzle. a head unit having a plurality of heads arranged so that the raw material liquid is discharged from the nozzle;
Disposed on both outer sides of the head unit in the arrangement direction of the heads, made of a conductive material, and applied with a voltage having the same polarity and substantially the same magnitude as the voltage applied to the head. a pair of conductors that generate an electric field,
A cross-sectional area of each of the conductors in a cross-section along the direction in which the heads are arranged is smaller than a cross-sectional area of each of the head bodies in a cross-section along the direction in which the heads are arranged;
A distance between the head closest to the conductor among the plurality of heads and the conductor in the arrangement direction of the heads is smaller than a distance between the plurality of heads in the arrangement direction of the heads.
Electrospinning device.
前記第1のノズル列を形成する前記ノズルと前記第2のノズル列を形成する前記ノズルとは、前記ヘッド本体の前記中心軸に沿う方向について交互に配置されている、
請求項1の電界紡糸装置。 Each of the heads includes a first nozzle row including a plurality of nozzles arranged along the central axis of the head main body, and a first nozzle row arranged around the central axis of the head main body. a second nozzle row including a plurality of the nozzles arranged along the central axis of the head main body at different positions;
The nozzles forming the first nozzle row and the nozzles forming the second nozzle row are arranged alternately in a direction along the central axis of the head main body.
The electrospinning apparatus according to claim 1 .
前記ヘッド本体の中心軸は、前記基材の搬送方向に交差する方向に沿い、
前記複数のヘッドは、前記基材の搬送方向に沿って配列されている、
請求項1又は2のいずれかの電界紡糸装置。 In each of the heads, the nozzle protrudes from the head main body toward the base material and discharges the raw material liquid toward the base material,
The central axis of the head main body is along a direction intersecting the conveyance direction of the base material,
The plurality of heads are arranged along the conveyance direction of the base material,
An electrospinning apparatus according to claim 1 or 2 .
前記複数のヘッドは、鉛直方向に沿って配列されている、
請求項3の電界紡糸装置。 The head unit is provided facing a conveyance path that conveys the base material along the vertical direction,
The plurality of heads are arranged along the vertical direction.
The electrospinning apparatus according to claim 3 .
前記収納空洞に収納された前記原料液に電圧を印加することにより、前記原料液を前記ノズルのそれぞれから吐出することと、
前記ヘッドの配列方向について前記ヘッドユニットの両外側に配置され、それぞれが前記ヘッド本体のそれぞれの前記ヘッドの配列方向の断面積よりも小さな断面積を有する一対の導電体に前記原料液に印加される電圧と同極性で、かつ、略同じ大きさの電圧を印加することと、
を有し、
前記複数のヘッドのうち前記導電体との距離が最も近いヘッドと前記導電体との前記ヘッドの配列方向の距離は、前記複数のヘッド間の前記ヘッドの配列方向の距離よりも小さい、
電界紡糸方法。 preparing a head unit in which a plurality of heads are arranged, each of which includes a head main body having a storage cavity formed therein for storing a raw material liquid, and a conductive nozzle protruding outward from an outer circumferential surface of the head main body;
Discharging the raw material liquid from each of the nozzles by applying a voltage to the raw material liquid stored in the storage cavity;
The raw material liquid is applied to a pair of conductors arranged on both sides of the head unit in the direction in which the heads are arranged, each having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of each of the head bodies in the direction in which the heads are arranged. applying a voltage of the same polarity and approximately the same magnitude as the voltage applied to the
has
A distance between the head closest to the conductor among the plurality of heads and the conductor in the head arrangement direction is smaller than a distance between the plurality of heads in the head arrangement direction.
Electrospinning method.
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