JP7588984B2 - 電界紡糸ヘッド、電界紡糸装置及び電界紡糸方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電界紡糸ヘッド、電界紡糸装置及び電界紡糸方法に関する。

電界紡糸法（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収集体又は基材の表面に堆積させ、ファイバーの膜を形成する電界紡糸装置がある。電界紡糸装置には、電界紡糸ヘッドが設けられる。電界紡糸ヘッドとして、ヘッド本体と、ヘッド本体の外周面から外周側へ突出する複数のノズルと、を備えるものがある。このような電界紡糸ヘッドでは、複数のノズルのそれぞれは、突出端部がニードル状に形成される等の先鋭形状に形成される。そして、電界紡糸ヘッドに原料液が供給されている状態において、ノズル（電界紡糸ヘッド）と収集体又は基材との間に電圧を印加することにより、ノズルのそれぞれの突出端に形成される噴出口から原料液が収集体又は基材の表面に向かって噴出され、ファイバーが収集体又は基材の表面に堆積される。

前述のような電界紡糸ヘッドでは、ファイバーの膜を形成する作業を行った後、電界紡糸ヘッドの外表面に付着したファイバーを除去する等の清掃作業が行われる。このため、例えば、先鋭形状に形成されるノズルを設けない構造に電界紡糸ヘッドを形成する等、清掃作業を行い易い構造に電界紡糸ヘッドを形成することが、求められている。

特開２０１８－９０９２４号公報 特開２０１２－１８４５１８号公報 特開２０１６－５３２３０号公報

本発明が解決しようとする課題は、清掃作業における作業性が向上する電界紡糸ヘッド、その電界紡糸ヘッドを備える電界紡糸装置、及び、その電界紡糸装置を用いた電界紡糸方法を提供することにある。

実施形態によれば、電界紡糸ヘッドは、ヘッド本体、複数の流路及び噴出部を備える。ヘッド本体は、電気的絶縁性を有する材料から形成され、帯電した原料液が供給される内部空洞がヘッド本体の内部に形成される。流路のそれぞれは、ヘッド本体において内部空洞から外周側に延設され、流路のそれぞれにおいて内部空洞とは反対側の端に、原料液を噴出可能な噴出口が形成される。噴出部は、ヘッド本体の外周部に形成され、噴出部では、複数の流路の噴出口から原料液が噴出される側を向く単一の噴出面に、複数の流路の噴出口が位置する。複数の流路のそれぞれは、内部空洞への接続位置から外周側へ延設される第１の流路延設部と、第１の流路延設部に対して外周側において噴出口まで外周側へ延設される第２の流路延設部と、を備える。第２の流路延設部は、第１の流路延設部に比べて断面積が小さい。

実施形態によれば、電界紡糸装置は、前述の電界紡糸ヘッド、導電部及び電源を備える。導電部は、電界紡糸ヘッドへの原料液の供給源及び供給経路のいずれかに設けられ、導電材料から形成される。電源は、導電部に電圧を印加することにより、原料液を帯電させる。
実施形態によれば、電界紡糸方法では、前述の電界紡糸装置の導電部に電圧を印加して、原料液を帯電させる。そして、電界紡糸方法では、帯電させた原料液を電界紡糸ヘッドから噴出させる。

図１は、第１の実施形態に係る電界紡糸装置の一例を示す概略図である。 図２は、第１の実施形態に係る電界紡糸ヘッドの構成を示す斜視図である。 図３は、第１の実施形態に係る電界紡糸ヘッドの構成を、長手軸に対して平行又は略平行な断面で示す断面図である。 図４は、第１の変形例に係る電界紡糸ヘッドの構成を示す斜視図である。 図５は、第１の変形例に係る電界紡糸ヘッドの構成を、長手軸に対して平行又は略平行な断面で示す断面図である。 図６は、第２の変形例に係る電界紡糸ヘッドにおいて、１つの噴出口及びその近傍の構成を示す断面図である。 図７は、第３の変形例に係る電界紡糸ヘッドの構成を、長手軸に対して平行又は略平行な断面で示す断面図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電界紡糸装置１の一例を示す。図１に示すように、電界紡糸装置１は、電界紡糸ヘッド２、原料液の供給部３、電源４、収集体５、及び、制御部６を備える。

原料液の供給部３は、原料液の供給源、及び、供給源から電界紡糸ヘッド２への原料液の供給経路を構成する。供給部３は、収納部３１、供給駆動部３２、供給調整部３３及び供給配管３５を備える。収納部３１は、原料液を収納するタンク等である。原料液は、高分子材料を溶媒に溶解したものである。原料液に含まれる高分子、及び、高分子を溶解させる溶媒は、収集体５の表面に堆積させるファイバー１００の種類等に対応させて、適宜に決定される。高分子材料は、特に限定されるものではなく、形成するファイバー１００の材質に対応させて適宜に変更可能である。高分子材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、アラミド等を用いることができる。原料液に用いられる溶媒は、高分子物質を溶解することができるものであればよい。溶媒は、溶解させる高分子物質に対応させて適宜に変更可能である。溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ベンゼン、トルエン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）及びジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）等を用いることができる。また、ある一例では、原料液の粘度は、１０Ｐａ・ｓ程度である。

供給配管３５は、収納部３１と電界紡糸ヘッド２との間を接続し、原料液の供給流路を形成する。収納部３１、供給駆動部３２、供給調整部３３及び供給配管３５のそれぞれは、原料液に耐性を有する。ある一例では、供給配管３５は、フッ素樹脂等の絶縁材から形成される。また、図１の一例では、収納部３１は、金属等の導電材料から形成され、供給源において導電部を形成する。

供給駆動部３２は、駆動等されることにより、収納部３１から供給配管３５を通して原料液を電界紡糸ヘッド２に供給する。ある一例では、供給駆動部３２は、ポンプである。供給調整部３３は、電界紡糸ヘッド２に供給される原料液の流量及び圧力等を調整する。ある一例では、供給調整部３３は、原料液の流量及び圧力等を制御可能な制御弁を備える。この場合、供給調整部３３は、原料液の粘度及び電界紡糸ヘッド２に形成される後述する噴出部２０Ａ，２０Ｂの構造等に基づいて、原料液を適宜の流量及び圧力等に調整する。また、ある一例では、供給調整部３３は、収納部３１から電界紡糸ヘッド２への原料液の供給及び供給停止を切替え可能である。この場合、供給調整部３３は、例えば、切替え弁を備える。

電源４は、供給源に設けられる導電部である収納部３１に電圧を印加する。この際、収納部３１に、所定の極性の電圧が印加される。これにより、収納部３１に収納された原料液が、収納部３１と同一の極性に帯電される。そして、供給駆動部３２が駆動等されることにより、収納部３１と同一の極性に帯電した原料液が、電界紡糸ヘッド２に供給される。なお、収納部３１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。図１の一例では、電源４は、直流電源であり、収納部３１にプラスの電圧を印加する。このため、原料液は、プラスに帯電される。

また、電源４から電圧が印加される導電部は、収納部３１に限られるものではない。導電部は、電界紡糸ヘッド２への原料液の供給源、及び、供給源と電界紡糸ヘッド２との間の供給経路のいずれかに設けられていればよい。そして、電源４によって導電部に電圧が印加され、導電部と同一の極性に原料液が帯電されればよい。これにより、帯電した原料液が、電界紡糸ヘッド２へ供給される。

収集体５は、導電材料から形成される。また、収集体５は、原料液に対して耐性を有し、ある一例では、ステンレスから形成される。収集体５には、電界紡糸ヘッド２に形成される後述する噴出部２０Ａ，２０Ｂから、原料液が噴出される。したがって、収集体５は、電界紡糸ヘッド２に対して、原料液が噴出される側に配置される。図１の一例では、収集体５は接地され、収集体５の対地電圧は０Ｖ又は略０Ｖになる。別のある一例では、電源４又は電源４とは別の電源によって、原料液及び収納部（導電部）３１とは反対の極性の電圧が、収集体５に印加される。

本実施形態では、収納部（導電部）３１と同一の極性に帯電した原料液が、電界紡糸ヘッド２に供給される。このため、電界紡糸ヘッド２の原料液と収集体５との間の電位差によって、電界紡糸ヘッド２に供給された原料液は、電界紡糸ヘッド２から収集体５に向かって噴出される。電界紡糸ヘッド２から原料液が収集体５に向かって噴出されることにより、ファイバー１００が収集体５の表面に堆積され、堆積されたファイバー１００によってファイバー１００の膜が形成される。すなわち、電界紡糸法（電荷誘導紡糸法等とも称されることもある）によって、ファイバー１００の膜が形成される。なお、収納部３１等の導電部に印加される電圧、及び、収集体５に印加される電圧等は、原料液に含まれる高分子の種類及び電界紡糸ヘッド２の収集体５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。

収集体５は、例えば、板状又はシート状に形成される。収集体５がシート状に形成される場合、ロール等の外周面に巻かれた収集体５にファイバー１００を堆積させてもよい。また、収集体５は、移動可能であってもよい。ある一例では、一対の回転ドラム、及び、回転ドラムを駆動させる駆動源が設けられる。駆動源によって回転ドラムが駆動されることにより、ベルトコンベヤーと同様にして、一対の回転ドラムの間を収集体５が移動する。収集体５が移動する（搬送される）ことにより、収集体５の表面においてファイバー１００が堆積される領域を経時的に変化させることが、可能になる。収集体５の表面に形成されたファイバー１００の膜は、収集体５から取外される。ファイバー１００の膜は、これらに限定されないが、例えば、不織布及びフィルタ等に用いられる。

また、ある一例では、収集体５が設けられない。この場合、導電材料から形成される基材が用いられる。そして、前述のように帯電した原料液を電界紡糸ヘッド２に供給することにより、電界紡糸ヘッド２の後述する噴出部２０Ａ，２０Ｂから基材に向かって原料液が噴出される。これにより、基材の表面にファイバー１００が堆積され、基材の表面にファイバー１００の膜が形成される。この場合、基材は、接地されていてもよく、電源４又は電源４とは別の電源によって、原料液とは反対の極性の電圧が基材に印加されてもよい。

また、別のある一例では、収集体５上に基材が設置される。そして、前述のように帯電した原料液を電界紡糸ヘッド２に供給することにより、電界紡糸ヘッド２の後述する噴出部２０Ａ，２０Ｂから収集体５及び基材に向かって原料液が噴出される。これにより、収集体５上に設置される基材の表面にファイバー１００が堆積され、基材の表面にファイバー１００の膜が形成される。この場合、基材が電気的絶縁性を有する場合でも、基材の表面にファイバー１００の膜を形成可能になる。

また、収集体５上に基材が設置される場合、基材は、収集体５上を移動可能であってもよい。ある一例では、シート状の基材が巻かれた回転ドラムと、表面にファイバー１００の膜が形成された基材を巻き取る回転ドラムと、が設けられる。そして、回転ドラムのそれぞれを回転することにより、収集体５上を基材が移動する。基材が移動する（搬送される）ことにより、基材の表面においてファイバー１００が堆積される領域を経時的に変化させることが、可能になる。なお、基材の表面上にファイバー１００の膜を形成する例としては、これに限定されないが、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。この場合、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、基材の表面に形成されるファイバー１００の膜が、負極又は正極と一体のセパレータとなる。

制御部（コントローラ）６は、例えば、コンピュータ等である。制御部６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。制御部６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。制御部６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。制御部６は、供給駆動部３２の駆動、供給調整部３３の作動、及び、電源４からの出力等を制御する。

図２及び図３は、電界紡糸ヘッド２の構成を示す。図１乃至図３に示すように、電界紡糸ヘッド２は、ヘッド本体１１を備える。ヘッド本体１１（電界紡糸ヘッド２）は、中心軸として長手軸Ｃを有し、長手軸Ｃに沿って長手方向に延設される。なお、図１では、長手軸Ｃに対して交差する方向から視た状態で電界紡糸ヘッド２を示し、図２は、電界紡糸ヘッド２の斜視図を示す。また、図３では、長手軸Ｃに対して平行又は略平行な断面で、電界紡糸ヘッド２を示す。本実施形態では、ヘッド本体１１は、電気的絶縁性を有する材料から形成され、例えば、電気的絶縁性を有する樹脂から形成される。ヘッド本体１１を形成する樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。

ヘッド本体１１の内部には、長手軸Ｃに沿って内部空洞１２が形成される。本実施形態では、内部空洞１２は、ヘッド本体１１と同軸又は略同軸に形成され、内部空洞１２の中心軸は、長手軸Ｃと同軸又は略同軸に形成される。なお、内部空洞１２の中心軸は、ヘッド本体１１の長手軸Ｃ、すなわち、ヘッド本体１１が延設される長手方向に沿っていれば、ヘッド本体１１と同軸又は略同軸でなくてもよい。内部空洞１２の中心軸は、例えば、内部空洞１２が延びる長手方向に垂直な断面の重心等により、定めることが可能である。内部空洞１２は、長手軸Ｃに沿う方向について、ヘッド本体１１の全体又は大部分に渡って形成される。このため、本実施形態では、ヘッド本体１１は筒状に形成される。なお、図２等の一例では、ヘッド本体１１は、略円筒状であるが、ヘッド本体１１は、略四角筒状又は略六角筒状等の略多角筒状に形成されてもよい。

ヘッド本体１１の内部空洞１２の一端には、開口１３が形成される。供給配管３５は、開口１３で、ヘッド本体１１に接続される。このため、帯電した原料液は、供給配管３５から開口１３を通して、ヘッド本体１１の内部空洞１２に流入する。本実施形態では、長手軸Ｃに沿う方向についてヘッド本体１１の一方側の端面に、開口１３が形成される。また、内部空洞１２の他端、すなわち、内部空洞１２において開口１３とは反対側の端は、ヘッド本体１１の外部に対して閉塞される。図３等の一例では、ヘッド本体１１に取付けられる閉塞部材１５によって、内部空洞１２の他端が閉塞される。この場合、閉塞部材１５とヘッド本体１１との間が液密になる状態で、内部空洞１２の他端が閉塞される。なお、別のある一例では、閉塞部材１５が設けられず、内部空洞１２の他端が外部に対して開口しない状態にヘッド本体１１が形成されてもよい。

また、ヘッド本体１１の外表面では、長手軸Ｃの軸回りに沿って、外周部（外周面）が形成される。ヘッド本体１１の外周部には、２つの突出部１６Ａ，１６Ｂが設けられる。突出部１６Ａ，１６Ｂのそれぞれは、外周側へ、すなわち、長手軸Ｃから離れる側へ、外周部において突出する。突出部１６Ａ，１６Ｂのそれぞれは、長手軸Ｃに沿って延設される。また、突出部１６Ａ，１６Ｂは、長手軸Ｃの軸回りについて、互いに対して離れて配置される。ただし、突出部１６Ａ，１６Ｂのいずれもが、ヘッド本体１１の長手軸Ｃに対して、収集体５が位置する側に配置される。そして、突出部１６Ａ，１６Ｂのいずれもが、収集体５が位置する側へ突出する。ある一例では、突出部１６Ａは、長手軸Ｃの軸回りについて、突出部１６Ｂに対して６０°程度ずれて配置される。

また、電界紡糸ヘッド２のヘッド本体１１には、複数の流路１７Ａ、及び、複数の流路１７Ｂが形成される。図２及び図３等の一例では、流路１７Ａが４つ形成され、流路１７Ｂが４つ形成される。流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれは、ヘッド本体１１の内部空洞１２から外周側へ向かって延設される。したがって、流路１７Ａ，１７Ｂの内周側の端は、内部空洞１２に接続される。流路１７Ａのそれぞれでは、外周側の端に、すなわち、内部空洞１２とは反対側の端に、噴出口１８Ａが形成される。また、流路１７Ｂのそれぞれでは、外周側の端に、すなわち、内部空洞１２とは反対側の端に、噴出口１８Ｂが形成される。噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれは、内部空洞１２に供給された原料液を噴出可能である。流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれでは、内部空洞１２から帯電した原料液が流入し、噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）から原料液が噴出される。

本実施形態では、複数の流路１７Ａのそれぞれは、突出部１６Ａを通って延設される。そして、ヘッド本体１１の外周部において突出部１６Ａの突出端に、複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａが位置する噴出部２０Ａが形成される。突出部１６Ａの突出端に形成される噴出部２０Ａでは、１つの平面（突出部１６Ａの突出端面）が、複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａに跨って延設される。したがって、噴出部２０Ａは、１つの平面が複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａに跨って延設される状態で、突出部１６Ａの突出端に、形成される。なお、突出部１６Ａの突出端に形成される噴出部２０Ａでは、１つの平面の代わりに１つの曲面が、複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａに跨って延設されてもよい。本実施形態では、噴出部２０Ａの１つの平面（又は１つの曲面）は、ヘッド本体１１の外周部において、内部空洞１２の中心軸からの中心軸に垂直な方向の距離が最も大きい部分を含む状態に、形成される。

また、複数の流路１７Ｂのそれぞれは、突出部１６Ｂを通って延設される。そして、ヘッド本体１１の外周部において突出部１６Ｂの突出端に、複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂが位置する噴出部２０Ｂが形成される。突出部１６Ｂの突出端に形成される噴出部２０Ｂでは、１つの平面（突出部１６Ｂの突出端面）が、複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂに跨って延設される。したがって、噴出部２０Ｂは、１つの平面が複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂに跨って延設される状態で、突出部１６Ｂの突出端に、形成される。なお、突出部１６Ｂの突出端に形成される噴出部２０Ｂでは、１つの平面の代わりに１つの曲面が、複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂに跨って延設されてもよい。本実施形態では、噴出部２０Ｂの１つの平面（又は１つの曲面）は、ヘッド本体１１の外周部において、内部空洞１２の中心軸からの中心軸に垂直な方向の距離が最も大きい部分を含む状態に、形成される。

複数の流路１７Ａ（噴出口１８Ａ）は、長手軸Ｃの軸回りについて、互いに対して同一又は略同一の角度位置に配置され、互いに対してずれていない又はほとんどずれていない。このため、ヘッド本体１１の外周部に形成される突出部１６Ａでは、複数の噴出口１８Ａは、長手軸Ｃに沿って配列され、噴出口１８Ａの列が形成される。また、複数の流路１７Ｂ（噴出口１８Ｂ）は、長手軸Ｃの軸回りについて、互いに対して同一又は略同一の角度位置に配置され、互いに対してずれていない又はほとんどずれていない。このため、ヘッド本体１１の外周部に形成される突出部１６Ｂでは、複数の噴出口１８Ｂは、長手軸Ｃに沿って配列され、噴出口１８Ｂの列が形成される。

また、本実施形態では、前述のように、突出部１６Ａ，１６Ｂは、長手軸Ｃの軸回りについて、互いに対して離れて配置される。このため、流路１７Ｂ（噴出口１８Ｂ）は、長手軸Ｃの軸回りについて、流路１７Ａ（噴出口１８Ａ）に対してずれて設けられる。したがって、ヘッド本体１１の外周部では、噴出口１８Ｂの列は、長手軸Ｃの軸回りについて、噴出口１８Ａの列に対してずれて形成される。ただし、噴出口１８Ａの列及び噴出口１８Ｂの列のいずれもが、長手軸Ｃに対して、収集体５が位置する側に配置される。ある一例では、噴出口１８Ａの列は、長手軸Ｃの軸回りについて、噴出口１８Ｂの列に対して６０°程度ずれて配置される。

ヘッド本体１１の外周部では、噴出口１８Ａ，１８Ｂは、ジグザグ状に配置される。そして、流路１７Ａ（噴出口１８Ａ）及び流路１７Ｂ（噴出口１８Ｂ）は、長手軸Ｃに沿う方向について交互に配置される。このため、長手軸Ｃに沿う方向について隣り合う流路（第１の流路）１７Ａの間には、流路（第２の流路）１７Ｂの対応する１つが、配置される。そして、長手軸Ｃに沿う方向について隣り合う噴出口（第１の噴出口）１８Ａの間には、噴出口（第２の噴出口）１８Ｂの対応する１つが、配置される。

流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれは、流路延設部２１，２２を備える。流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれでは、流路延設部（第１の流路延設部）２１は、内部空洞１２への接続位置（内周側の端）から外周側へ延設される。また、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれでは、流路延設部（第２の流路延設部）２２は、流路延設部２１に対して外周側に設けられ、噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）まで外周側へ延設される。流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれでは、流路延設部２２の断面積は、流路延設部２１の断面積に比べて、小さい。ここで、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれでは、流路延設部２１，２２のそれぞれの断面積は、内部空洞１２から噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）までの延設方向に垂直又は略垂直な断面積で規定される。ある一例では、流路延設部２２の断面は、直径０．０５ｍｍ以上１．００ｍｍ以下の円形に形成される。

また、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれでは、流路延設部２１，２２に中継部分が形成される。そして、中継部分では、流路延設部２１に近づくほど、すなわち、外周側に向かうほど、断面積が減少する。図２等の一例では、流路１７Ａのそれぞれにおいて、流路延設部２１の外周側の端、及び、流路延設部２２の内周側の端は、突出部１６Ａの突出の根元に対して外周側に位置する。そして、流路１７Ｂのそれぞれでは、流路延設部２１の外周側の端、及び、流路延設部２２の内周側の端は、突出部１６Ｂの突出の根元に対して外周側に位置する。ある一例では、流路延設部２２の内周側の端から外周側の端までの延設長、すなわち、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれにおける流路延設部２２の内周側の端から噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）までの延設長は、０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下となる。

また、本実施形態では、流路１７Ａ，１７Ｂと同一の数の孔２３が、ヘッド本体１１に形成される。孔２３は、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに対応して１つずつ設けられる。ヘッド本体１１では、孔２３のそれぞれは、内部空洞１２から流路１７Ａ，１７Ｂの対応する１つとは反対側へ向かって、延設される。また、本実施形態では、孔２３のそれぞれは、流路１７Ａ，１７Ｂの対応する１つに対して同軸又は略同軸に形成される。

孔２３のそれぞれは、ヘッド本体１１の外周部まで、外周側に向かって延設される。このため、ヘッド本体１１の外周部には、孔２３のそれぞれの開口が形成される。ここで、流路１７Ａに対応する孔２３の開口は、長手軸Ｃの軸回り（ヘッド本体１１の周方向）について、突出部１６Ａ及び噴出口１８Ａから１８０°程度離れて形成される。そして、流路１７Ｂに対応する孔２３の開口は、長手軸Ｃの軸回りについて、突出部１６Ｂ及び噴出口１８Ｂから１８０°程度離れて形成される。

孔２３のそれぞれの断面積は、流路１７Ａ，１７Ｂの対応する１つの流路延設部（第１の流路延設部）２１の断面積以上の大きさとなる。なお、孔２３のそれぞれの断面積は、内部空洞１２から外周部（開口）までの延設方向に垂直又は略垂直な断面積で規定される。また、孔２３のそれぞれには、閉塞部材２５が配置され、孔２３のそれぞれは、閉塞部材２５によって、ヘッド本体１１（電界紡糸ヘッド２）の外部に対して閉塞される。孔２３のそれぞれでは、閉塞部材２５とヘッド本体１１との間が液密になる状態で、閉塞部材２５が配置される。

本実施形態では、ヘッド本体１１の外周部において、突出部１６Ａの突出端に、複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａが位置する噴出部２０Ａが形成され、突出部１６Ｂの突出端に、複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂが位置する噴出部２０Ｂが形成される。そして、噴出部２０Ａでは、１つの平面又は曲面が複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａに跨って延設され、噴出部２０Ｂでは、１つの平面又は曲面が複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂに跨って延設される。前述のような構成であるため、本実施形態の電界紡糸ヘッド２では、突出端部がニードル状に形成される等の先鋭形状に形成されるノズルが、ヘッド本体１１に設けられない。ノズルがヘッド本体１１の外周部に設けられない構造であるため、ヘッド本体１１の外周部に付着したファイバーを除去する等の清掃作業を行い易くなる。すなわち、電界紡糸ヘッド２の清掃作業の作業性が、向上する。

また、１つの平面又は曲面が複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａに跨って延設される状態に噴出部２０Ａを形成することにより、複数の噴出口１８Ａが配置される噴出部２０Ａの清掃をさらに行い易くなる。同様に、１つの平面又は曲面が複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂに跨って延設される状態に噴出部２０Ｂを形成することにより、複数の噴出口１８Ｂが配置される噴出部２０Ｂの清掃をさらに行い易くなる。

また、本実施形態では、ヘッド本体１１の外周部にノズルが設けられないため、電界紡糸ヘッド２を構成する部品の数を減少可能になる。電界紡糸ヘッド２を構成する部品の数が減少することにより、電界紡糸ヘッド２の製造コストが低減されるとともに、電界紡糸ヘッド２のメンテナンス等における手間も低減される。

また、本実施形態では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに、流路延設部２１、及び、流路延設部２１より断面積が小さい流路延設部２２が、形成される。そして、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれでは、流路延設部２２が噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）まで延設される。このため、流路１７Ａ，１７Ｂの噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれでは、帯電した溶液の電荷密度が高くなり、電界が集中する。流路１７Ａ，１７Ｂの噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれにおいて電界が集中することにより、噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれから収集体５等に向かって原料液が適切に噴出される。なお、ある一例では、流路延設部２２の直径を１．００ｍｍ以下にし、流路延設部２２の延設長を０．５ｍｍ以上にすることにより、噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれにおいて電界が適切に集中する。

また、本実施形態では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに、流路延設部２２より断面積が大きい流路延設部２１が、形成される。そして、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれでは、流路延設部２１は、流路延設部２２に対して内周側に形成され、内部空洞１２から外周側へ向かって延設される。前述のように流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに流路延設部２１が設けられるため、ヘッド本体１１における内部空洞１２の体積を大きくすることなく、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの流路延設部２２の延設長がある程度の長さに抑えられる。

流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの流路延設部２２の延設長が過度に長くならないことにより、噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれに到達するまでの原料液の圧力損失が、低減される。これにより、供給源（収納部３１）から噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれへの原料液の供給に関して、エネルギー効率が向上する。ある一例では、流路延設部２２の延設長を１５ｍｍ以下にすることにより、噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれに到達するまでの原料液の圧力損失が、低減される。また、ヘッド本体１１における内部空洞１２の体積が大きくならないことにより、ヘッド本体１１及び電界紡糸ヘッド２の破壊強度等の力学的強度が、適切に確保される。

また、本実施形態では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに対応して１つずつ孔２３が、ヘッド本体１１に形成される。流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの形成においては、孔２３の対応する１つをヘッド本体１１に形成する。そして、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの形成においては、孔２３を対応する１つを介して、流路延設部２１を形成するとともに、流路延設部２１を形成した後に、孔２３を対応する１つを介して、流路延設部２１より断面積が小さい流路延設部２２を形成する。したがって、流路延設部２１、及び、流路延設部２１より断面積が小さい流路延設部２２を流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれが備える構成であっても、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれを容易に形成可能になる。

また、孔２３のそれぞれは、閉塞部材２５によって閉塞される。そして、閉塞部材２５によって、孔２３のいずれかを通して原料液がヘッド本体１１の外部に漏れることが、有効に防止される。また、閉塞部材１５によって、内部空洞１２の開口１３とは反対側の端から原料液がヘッド本体１１の外部に漏れることが、有効に防止される。

また、本実施形態では、長手軸Ｃに沿う方向について隣り合う噴出口１８Ａの間に、噴出口１８Ｂが配置される。このため、収集体５又は基材では、長手軸Ｃに沿う方向について隣り合う噴出口１８Ａの間の領域においても、噴出口１８Ｂによってファイバー１００が堆積される。これにより、収集体５又は基材においてファイバー１００が局所的に堆積されることが、有効に防止される。

（変形例）
図４及び図５に示す第１の変形例では、ヘッド本体１１の外周部に、突出部１６Ａ，１６Ｂは設けられない。ただし、本変形例でも、ヘッド本体１１の外周部に、複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａが位置する噴出部２０Ａが形成され、複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂが位置する噴出部２０Ｂが形成される。本変形例では、ヘッド本体１１の外周部において、長手軸Ｃの軸回り（周方向）について全周に渡って、１つの曲面が延設される。噴出部２０Ａでは、前述の１つの曲面が、複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａに跨って延設される。そして、噴出部２０Ｂでは、前述の１つの曲面が、複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂに跨って延設される。

本変形例でも、第１の実施形態等と同様に、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに、流路延設部（第１の流路延設部）２１、及び、流路延設部２１に比べて断面積が小さい流路延設部（第２の流路延設部）２２が、形成される。また、本変形例でも、第１の実施形態等と同様に、ヘッド本体１１の外周部に、複数の噴出口１８Ａが長手軸Ｃに沿って配列される噴出口１８Ａの列が形成され、複数の噴出口１８Ｂが長手軸Ｃに沿って配列される噴出口１８Ｂの列が形成される。そして、ヘッド本体１１の外周部では、噴出口１８Ｂの列は、長手軸Ｃの軸回りについて、噴出口１８Ａの列に対してずれて形成され、噴出口１８Ａ，１８Ｂは、ジグザグ状に配置される。

本変形例でも、第１の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、本変形例でも、先鋭形状に形成されるノズルがヘッド本体１１に設けられないため、電界紡糸ヘッド２の清掃作業の作業性が、向上する。また、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに流路延設部２２が設けられるため、流路１７Ａ，１７Ｂの噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれにおいて電界が適切に集中する。また、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに流路延設部２１が設けられるため、ヘッド本体１１における内部空洞１２の体積を大きくすることなく、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの流路延設部２２の延設長がある程度の長さに抑えられる。

また、図６に示す第２の変形例では、流路１７Ａ，１７Ｂの噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれに、金属筒２７が配置される。すなわち、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれにおいて、流路延設部２２の外周側の端部に、金属筒２７が配置される。金属筒２７のそれぞれは、導電性を有する金属から形成され、金属筒２７を形成する金属としては、例えば、ステンレスが挙げられる。ある一例では、金属筒２７の外径は、０．１０ｍｍ以上２．００ｍｍ以下となり、金属筒２７の肉厚みは、０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下となる。また、金属筒２７のそれぞれは、ヘッド本体１１に対して外周側に突出していなくてもよく、ヘッド本体１１に対して外周側に僅かに突出してもよい。ただし、金属筒２７のそれぞれがヘッド本体１１に対して突出する場合、金属筒２７のそれぞれのヘッド本体１１に対する突出長は、５ｍｍ以下となる。本変形例では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれにおいて、噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）及びその近傍に、金属筒２７によって金属流路面が形成される。

なお、金属筒２７は、流路１７Ａ，１７Ｂの全てに配置される必要はなく、流路１７Ａ，１７Ｂのいずれかに配置されていればよい。ある一例では、流路１７Ａ，１７Ｂの一部でのみ、噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応するいずれか）に金属筒２７が配置される。また、ある一例では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに金属筒２７を配置する代わりに、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれにおいて、流路延設部（第２の流路延設部）２２の噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）及びその近傍に金属を蒸着させてもよい。この場合、蒸着させた金属によって、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれにおいて噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）及びその近傍に、金属内流路が形成される。

本変形例でも、前述の実施形態等と同様の作用及び効果を奏する。また、本変形例形態では、流路１７Ａ，１７Ｂの噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれに、導電性を有する金属筒２７が配置され、金属流路面が形成される。金属流路面（金属筒２７）によって、流路１７Ａ，１７Ｂの噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれでは、電界がさらに集中し易くなる。また、金属筒２７を設けることにより、噴出口１８Ａ，１８Ｂのそれぞれから噴出された原料液が、拡散し難くなる。これにより、ファイバー１００の膜がさらに適切に形成される。また、例えば、金属筒２７のそれぞれのヘッド本体１１に対する突出長を５ｍｍ以下とすることより、電界紡糸ヘッド２の清掃作業の作業性も適切に確保される。

また、前述の実施形態等では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれに対応して１つずつ孔２３が形成され、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれの流路延設部２１，２２は、孔２３の対応する１つを通して形成されるが、これに限るものではない。ある変形例では、孔２３及び閉塞部材２５は設けられず、ヘッド本体１１は、複数の構成部材を組付けることにより、形成される。この場合、複数の構成部材のそれぞれに溝等が形成され、複数の構成部材を組付けることにより、複数の構成部材の溝から内部空洞１２及び流路１７Ａ，１７Ｂが形成される。これにより、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれにおいて、流路延設部（第１の流路延設部）２１、及び、流路延設部２１より断面積が小さい流路延設部（第２の流路延設部）２２を形成可能になる。

また、図７に示す第３の変形例では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれにおいて、内部空洞１２から噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）まで、断面積が均一又は略均一になる。したがって、本変形例では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれは、断面積が互いに対して異なる２つの流路延設部２１，２２を備える構成ではない。本変形例では、流路１７Ａ，１７Ｂのそれぞれにおいて、内部空洞１２から噴出口（１８Ａ，１８Ｂの対応する１つ）まで、断面積が、前述の実施形態等の流路延設部２２と同一又は略同一となる。

本変形例では、第１の実施形態等と同様に、ヘッド本体１１の外周部に、突出部１６Ａ，１６Ｂが形成される。そして、突出部１６Ａの突出端に、複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａが位置する噴出部２０Ａが形成され、噴出部２０Ａでは、１つの平面又は曲面が、複数の流路１７Ａの噴出口１８Ａに跨って延設される。また、突出部１６Ｂの突出端に、複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂが位置する噴出部２０Ｂが形成され、噴出部２０Ｂでは、１つの平面又は曲面が、複数の流路１７Ｂの噴出口１８Ｂに跨って延設される。本変形例でも、先鋭形状に形成されるノズルがヘッド本体１１に設けられないため、第１の実施形態等と同様に、電界紡糸ヘッド２の清掃作業の作業性が、向上する。

なお、前述の実施形態等では、ヘッド本体１１の外周部に、２つの噴出部２０Ａ，２０Ｂが形成されるが、これに限るものではない。ヘッド本体１１の外周部には、１つ以上の噴出部（２０Ａ，２０Ｂ）が設けられていればよい。この場合も、噴出部（２０Ａ，２０Ｂ）のそれぞれに、複数の流路の噴出口が位置し、噴出部（２０Ａ，２０Ｂ）のそれぞれでは、１つの平面又は曲面が複数の流路の噴出口に跨って延設される。

また、電界紡糸装置１において、前述した実施形態等のいずれかと同様の電界紡糸ヘッド２が複数設けられてもよい。この場合、電源４及び供給部３によって、複数の電界紡糸ヘッド２のそれぞれに、帯電した原料液が供給される。そして、複数の電界紡糸ヘッド２のそれぞれにおいて、噴出口（１８Ａ，１８Ｂ）のそれぞれから、供給された原料液が噴出される。

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、電界紡糸ヘッドは、電気的絶縁性を有する材料から形成されるヘッド本体を備え、ヘッド本体に、複数の流路の噴出口が位置する噴出部が形成される。噴出部は、１つの平面又は曲面が複数の流路の噴出口に跨って延設される状態で、ヘッド本体の外周部に形成される。これにより、清掃作業における作業性が向上する電界紡糸ヘッド、その電界紡糸ヘッドを備える電界紡糸装置、及び、その電界紡糸装置を用いた電界紡糸方法を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、付記を記載する。
［１］電気的絶縁性を有する材料から形成され、帯電した原料液が供給される内部空洞が内部に形成されるヘッド本体と、
前記ヘッド本体において前記内部空洞から外周側にそれぞれが延設され、それぞれにおいて前記内部空洞とは反対側の端に前記原料液を噴出可能な噴出口が形成される複数の流路と、
前記複数の流路の前記噴出口が位置し、１つの平面又は曲面が前記複数の流路の前記噴出口に跨って延設される状態で前記ヘッド本体の外周部に形成される噴出部と、
を具備し、
前記複数の流路のそれぞれは、
前記内部空洞への接続位置から前記外周側へ延設される第１の流路延設部と、
前記第１の流路延設部に対して前記外周側において前記噴出口まで前記外周側へ延設され、前記第１の流路延設部に比べて断面積が小さい第２の流路延設部と、
を備える、電界紡糸ヘッド。
［２］前記ヘッド本体は、長手方向に延設されるとともに、前記内部空洞の中心軸は、前記長手方向に沿い、
前記噴出部の前記平面又は前記曲面は、前記ヘッド本体の前記外周部において前記内部空洞の前記中心軸から前記中心軸に垂直な方向の距離が最も大きい部分を含む、
［１］の電界紡糸ヘッド。
［３］前記ヘッド本体は、前記ヘッド本体の前記外周部において前記外周側へ突出する突出部を備え、
前記複数の流路のそれぞれは、前記突出部を通って延設され、
前記突出部の突出端に、前記複数の流路の前記噴出口が位置する前記噴出部が形成される、
［１］又は［２］の電界紡糸ヘッド。
［４］前記複数の流路のいずれかにおいて前記噴出口及び前記噴出口の近傍に形成され、導電性を有する金属から形成される金属流路面をさらに具備する、［１］乃至［３］のいずれか１つの電界紡糸ヘッド。
［５］前記ヘッド本体では、前記内部空洞から前記ヘッド本体の前記外周部まで前記流路とは反対側へ向かって、前記流路と同一の数の孔が形成され、
前記ヘッド本体との間が液密になる状態で前記孔のそれぞれに配置され、前記孔のそれぞれを外部に対して閉塞する閉塞部材をさらに具備する、
［１］乃至［４］のいずれか１つの電界紡糸ヘッド。
［６］前記孔のそれぞれは、前記流路の対応する１つに対して同軸に形成され、
前記孔の断面積は、前記流路の対応する１つの前記第１の流路延設部の断面積以上の大きさである、
［５］の電界紡糸ヘッド。
［７］［１］乃至［６］のいずれか１つの電界紡糸ヘッドと、
前記電界紡糸ヘッドへの前記原料液の供給源及び供給経路のいずれかに設けられ、導電材料から形成される導電部と、
前記導電部に電圧を印加することにより、前記原料液を帯電させる電源と、
を具備する電界紡糸装置。
［８］［７］の電界紡糸装置の前記導電部に電圧を印加し、前記原料液を帯電させることと、
前記電界紡糸ヘッドから帯電させた前記原料液を噴出させることと、
を具備する、電界紡糸方法。

１…電界紡糸装置、２…電界紡糸ヘッド、３…供給部、４…電源、５…収集体、６…制御部、１１…ヘッド本体、１２…内部空洞、１７Ａ，１７Ｂ…流路、１８Ａ，１８Ｂ…噴出口、２０Ａ，２０Ｂ…噴出部、２１…流路延設部（第１の流路延設部）、２２…流路延設部（第２の流路延設部）、２３…孔、２５…閉塞部材、２７…金属筒。

Claims (8)

1. 電気的絶縁性を有する材料から形成され、帯電した原料液が供給される内部空洞が内部に形成されるヘッド本体と、
   前記ヘッド本体において前記内部空洞から外周側にそれぞれが延設され、それぞれにおいて前記内部空洞とは反対側の端に前記原料液を噴出可能な噴出口が形成される複数の流路と、
   前記ヘッド本体の外周部に形成されるとともに、前記複数の流路の前記噴出口から前記原料液が噴出される側を向く単一の噴出面に、前記複数の流路の前記噴出口が位置する噴出部と、
   を具備し、
   前記複数の流路のそれぞれは、
   前記内部空洞への接続位置から前記外周側へ延設される第１の流路延設部と、
   前記第１の流路延設部に対して前記外周側において前記噴出口まで前記外周側へ延設され、前記第１の流路延設部に比べて断面積が小さい第２の流路延設部と、
   を備える、電界紡糸ヘッド。
2. 前記ヘッド本体は、長手方向に延設されるとともに、前記内部空洞の中心軸は、前記長手方向に沿い、
   前記噴出部の前記噴出面は、前記ヘッド本体の前記外周部において前記内部空洞の前記中心軸から前記中心軸に垂直な方向の距離が最も大きい部分を含む、
   請求項１の電界紡糸ヘッド。
3. 前記ヘッド本体は、前記ヘッド本体の前記外周部において前記外周側へ突出する突出部を備え、
   前記複数の流路のそれぞれは、前記突出部を通って延設され、
   前記突出部の突出端に、前記複数の流路の前記噴出口が位置する前記噴出部の前記噴出面が形成される、
   請求項１又は２の電界紡糸ヘッド。
4. 前記複数の流路のいずれかにおいて前記噴出口及び前記噴出口の近傍に形成され、導電性を有する金属から形成される金属流路面をさらに具備する、請求項１乃至３のいずれか１項の電界紡糸ヘッド。
5. 前記ヘッド本体では、前記内部空洞から前記ヘッド本体の前記外周部まで前記流路とは反対側へ向かって、前記流路と同一の数の孔が形成され、
   前記ヘッド本体との間が液密になる状態で前記孔のそれぞれに配置され、前記孔のそれぞれを外部に対して閉塞する閉塞部材をさらに具備する、
   請求項１乃至４のいずれか１項の電界紡糸ヘッド。
6. 前記孔のそれぞれは、前記流路の対応する１つに対して同軸に形成され、
   前記孔の断面積は、前記流路の対応する１つの前記第１の流路延設部の断面積以上の大きさである、
   請求項５の電界紡糸ヘッド。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項の電界紡糸ヘッドと、
   前記電界紡糸ヘッドへの前記原料液の供給源及び供給経路のいずれかに設けられ、導電材料から形成される導電部と、
   前記導電部に電圧を印加することにより、前記原料液を帯電させる電源と、
   を具備する電界紡糸装置。
8. 請求項７の電界紡糸装置の前記導電部に電圧を印加し、前記原料液を帯電させることと、
   前記電界紡糸ヘッドから帯電させた前記原料液を噴出させることと、
   を具備する、電界紡糸方法。