(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を製造する方法であって、
繊維製造装置の１つ又はそれ以上の開口を有するボディ内に１つ又はそれ以上のフルオロポリマーを含む組成物を配置するステップと、
前記繊維製造装置を回転させ、該繊維製造装置の回転により、前記ボディ内の前記組成物が前記１つ又はそれ以上の開口を通過して、前記フルオロポリマーの１つ又はそれ以上を含むマイクロ繊維及び／又はナノ繊維を生成するようにするステップと、
前記生成されたマイクロ繊維及び／又はナノ繊維の少なくとも一部分を収集するステップと、
を含み、前記１つ又はそれ以上のフルオロポリマーがポリテトラフルオロエチレンポリマーを含む、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記マイクロ繊維及び／又はナノ繊維は、それらの作成中、該繊維を外部から印加された電界に曝さずに作成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つ又はそれ以上のフルオロポリマーを溶媒と混合して、前記組成物を前記溶媒中の前記１つ又はそれ以上のフルオロポリマーの混合物として生成するステップと、前記組成物を前記繊維製造装置内に配置するステップと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記繊維製造装置は、少なくとも２つの対向する開口を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記繊維製造装置は、前記開口の１つ又はそれ以上に結合された１つ又はそれ以上のニードルを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記繊維製造装置を駆動部に結合するステップと、前記駆動部を作動させるステップとをさらに含み、前記駆動部は、前記繊維製造装置を回転させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記繊維製造装置をチャンバ内に配置するステップと、前記チャンバ内の環境を制御するステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記繊維製造装置の少なくとも一部分を囲む収集壁上に繊維を集めるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
中間壁が、前記収集壁を少なくとも部分的に囲み、前記中間壁の高さは、前記収集壁の高さを上回ることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記繊維製造装置の少なくとも一部分を囲む１つ又はそれ以上の収集ロッドの上に繊維を集めるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記フルオロポリマーの１つ又はそれ以上は、フッ素化溶媒中に溶解されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記繊維は、室温で製造されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記組成物は、本質的に溶媒中の１つ又はそれ以上のフルオロポリマーからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記組成物は、溶媒中の１つ又はそれ以上のフルオロポリマーからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記繊維は、１５０°より大きい水接触角を示すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記繊維は、１０°より小さい接触角ヒステリシスを示すことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
布地が、フルオロポリマーのナノ繊維及び／又はマイクロ繊維から作られる、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記布地は、１５０°より大きい水接触角を示すことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記布地は、１０°より小さい接触角ヒステリシスを示すことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に繊維製造の分野に関する。より具体的には、本発明は直径がミクロン及びサブミクロンサイズの繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
小さい直径（例えば、マイクロメートル（「ミクロン」）からナノメートル（「ナノ」）まで）を有する繊維は、衣料産業から軍事用途に至る様々な分野で有用である。例えば、生物医学分野においては、生細胞を効果的に支持する組織増殖のための足場材料を与えるナノ繊維をベースとする構造体の開発に強い関心がもたれている。繊維の分野では、ナノ繊維が単位質量当たりの表面積が大きく、軽いが耐摩耗性の高い衣料品をもたらすという理由で、ナノ繊維に強い関心がもたれている。その１つの部類として、炭素ナノ繊維は、例えば、強化複合材料において、熱管理において、及びエラストマーの補強において、用いられている。小直径繊維を製造し、それらの化学的及び物理的性質を制御する技量が向上するにつれて、小直径繊維の多くの可能性のある用途が開発されている。
【０００３】
超撥水性は、高い水接触角（「ＣＡ」）＞１５０°により実証することができる固体表面の重要な特性である。超撥水性表面は、それに加えて通常１０°未満の低い接触角ヒステリシスを有すると、付加的にセルフクリーニング性質も有することになる。これらの表面特性は、幾つか挙げただけでも自動車のフロントガラス、セルフクリーニング式窓ガラス、氷が付着しにくい表面、繊維製品、建築、塗料、マイクロ流体、Ｌｉ−空気電池、及び太陽電池などの幾つもの用途に対して可能性を提供する。超撥水性は、表面に低表面エネルギー材料のナノ−マイクロサイズの構造体で外装を施すことにより、又は低表面エネルギー材料からなるナノ繊維のマット又は膜の開発を試みることにより、達成されている。これらの表面を製造するために、エッチング、リソグラフィ、機械的延伸、交互吸着（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ）法、相分離、電気化学的析出、化学気相成長、及び電界紡糸などの様々なプロセスが行われてきた。
【０００４】
フルオロポリマー（その表面エネルギーが極めて低いので超撥水性表面を調製するための最も優れた素材）の繊維形成の場合には、繊維マットを開発するために様々な試みが行われている。フルオロポリマーは「非溶融加工性」と分類され、またその極めて低い誘電率を考えると、これらの材料を加工するのは複雑であった。電界紡糸又は他のいずれかの技術により超微細フルオロポリマー（純粋なテフロン（登録商標）ＡＦ繊維など）を調製するための安定したプロセスは、文献に記されてはいないようである。幾つかの試みが進められており、これらを以下で説明する。
【０００５】
単一ステップの無溶媒技術により、ＰＴＦＥのような極めて高い溶融粘度を有するポリマーからマイクロ及びナノ繊維を生成する単一ステップのプロセスが提案された。ＰＴＦＥ（Ｄｕｐｏｎｔ製ＰＴＦＥ６０１Ａ又は７Ａ粉末）と窒素及びアルゴンなどの高圧気体（４０％まで）との混合物を、加熱された（２６０℃から３６０℃）ステンレス鋼ノズルを通して吐出させた。このプロセスの成果は、少量の純粋なＰＴＦＥ繊維状材料であり、直径が小さくて３０−４０ｎｍ及び長さが長くて３−４ｍｍの繊維の最小量が他の構造体の中に浸った状態が観察された。フィブリル化の程度は、材料の融点（例えば、ＰＴＦＥ６０１Ａ又は７Ａ粉末では３５０℃）を上回る温度で処理された繊維をジェット吐出した場合に、より高かった。生成された繊維の水接触角は、１４７°であると観察された。
【０００６】
電界紡糸は、マイクロ及びナノ繊維を生成するための周知の技術である。ＰＴＦＥを電界紡糸する最初の試みは、非イオン性湿潤剤及び安定剤を含む蒸留水中のＰＴＦＥの水分散液を電界紡糸することにより行われた。電界紡糸された材料を、１５０℃のホットプレートに固定した、導電性のフッ素ドープ酸化スズで被覆されたガラススライド上に堆積させた。このプロセスは、連続繊維を形成する代わりに、材料をスプレーする結果に終わった。エレクトロスプレーされたＰＲＦＥ材料をさらに加熱して、水及び湿潤剤を除去した。スプレーされたままのＰＴＦＥ被覆は、湿潤剤の存在により親水性であるが、湿潤剤はその後、空気中で２６５℃又は真空で１９０℃で加熱することにより除去された。このプロセスの後、被覆は、１６７°という高い水接触角を示し、転落角は２°であった。
【０００７】
フルオロポリマー繊維を形成する別の方法では、電界紡糸プロセスにおいて犠牲マトリクスと所望のフルオロポリマーとのブレンドを用いて混合繊維を製造する。犠牲マトリクスはその後除去され、主としてフルオロポリマーからなる繊維が残される。例えば、脱イオン水中のポリ（ビニルアルコール）（「ＰＶＡ」）とＰＴＦＥとのエマルジョンブレンドを電界紡糸した。電界紡糸された材料を焼結することによりＰＶＡが除去され、フルオロポリマー繊維が得られた。電界紡糸は、幾らかは微細繊維（３００ｎｍ）を与えたが、主として、エマルジョン質量比が３０：７０のＰＶＡ／ＰＴＦＥの不均一な繊維を与えた。ＰＶＡ含量を増やすと、均一な繊維が得られるが、繊維の直径が大きくなる。焼結の前後でのＤＳＣ及びＡＴＲ−ＦＴＩＲによる検討で、犠牲ポリマーであるＰＶＡは電界紡糸された材料から完全に除去されたことが確認された。しかし、焼結後に複合繊維は交差部で融合し、多孔質膜を形成した。一般に、そのようなプロセスの最終材料として繊維は得られない。
【０００８】
別のプロセスでは、フルオロポリマー繊維は、電界紡糸可能なコアポリマー材料をフルオロポリマーによって連続的に被覆することにより調製することができる。例えば、フルオロポリマー（例えば、テフロンＡＦ）で、コア材料として用いられる電界紡糸可能なポリマー（例えば、ポリ（ε−カプロラクトン、「ＰＣＬ」）上を連続的に被覆して、超撥水性同軸繊維を形成することができる。フロリナート（Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ）ＦＣ−７５溶媒（４００−Ｓ１−１００−１、ＤｕＰｏｎｔから購入）中の１ｗｔ％のテフロンＡＦ２４００をシース材料として用い、２，２，２−トリフルオロエタノール（ＴＦＥ、純度９９．８％）中に溶解されたＰＣＬ溶液をコア材料として用いた。供給量１．５ｍＬ／ｈｒの１０ｗｔ％ＰＣＬコア及び供給量１ｍＬ／ｈｒの１ｗｔ％テフロンシースにて均一な同軸繊維が形成され、直径は〜１−２μｍであった。同軸ＰＣＬ／テフロンＡＦ繊維は、水接触角１５８°及びドデカンでの接触角およそ１３０°を示し、一方、ＰＣＬのみの繊維の場合の同じ値は、それぞれ１２５°及び０°であった。他の材料（例えば、ポリ（フッ化ビニリデン）又はポリ（アクリロニトリル））をコア材料として用いることができる。
【０００９】
同軸電界紡糸法には多くの問題がある。同軸電界紡糸法は、一般に、観察される繊維の均一性を欠くことを示している。そのうえ、コアは常にコアとしてとどまっているわけではなく、また、シースは一般に、コア材料の均一な被覆ではない。さらに、同軸繊維を形成するプロセスは、複雑であり、かなりの量の溶媒を使用する。純粋なフルオロポリマー繊維を調製するための幾つかの試みがなされてきたが、上述の欠点を考えると、どの試みも商業的利用に合わせて容易にスケールアップできそうにない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２８０３２５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２６９４２９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／０２３２９２０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／０２８０２０７号明細書
【発明の概要】
【００１１】
繊維を製造する方法は、１つ又はそれ以上のフルオロポリマーを含む組成物を繊維製造装置内に配置することを含む。繊維製造装置は、１つ又はそれ以上の開口を有するボディと、結合部材とを含む。繊維製造装置のボディは、繊維として生成される材料を受け入れる。繊維製造装置は、結合部材によって駆動部に結合することができる。繊維を生成するために、繊維製造装置は、少なくとも約５００ｒｐｍの速度で回転する。繊維製造装置の回転により、ボディ内の組成物が１つ又はそれ以上の開口を通過して、フルオロポリマーの１つ又はそれ以上を含むマイクロ繊維及び／又はナノ繊維を生成する。生成されたマイクロ繊維及び／又はナノ繊維を収集して様々な用途に用いることができる。フルオロポリマーの１つ又はそれ以上を含むマイクロ繊維及び／又はナノ繊維を形成する他の方法とは対照的に、マイクロ繊維及び／又はナノ繊維は、その作成中、外部から印加された電界に曝されずに作成される。
【００１２】
幾つかの実施形態において、１つ又はそれ以上のフルオロポリマーを溶媒と混合して、溶媒中の１つ又はそれ以上のフルオロポリマーの混合物として組成物を生成し、この組成物が繊維製造装置内に配置される。フルオロポリマーの１つ又はそれ以上は、ポリテトラフルオロエチレンポリマーとすることができる。フルオロポリマーは、少なくとも部分的に溶媒（例えば、フッ素化溶媒）中に溶解することができる。
【００１３】
マイクロ繊維及び／又はナノ繊維は、室温で作成することができる。フルオリポリマー繊維を形成する他の方法とは対照的に、繊維は、本質的に溶媒中の１つ又はそれ以上のフルオロポリマーからなる組成物（例えば、コア又は犠牲ポリマーは含まない）から形成することができる。フルオロポリマーから作られたマイクロ繊維及び／又はナノ繊維は、布地を形成するために用いることもでき、又は撥水性被覆として用いることもできる。
【００１４】
本発明の利点は、実施形態の以下の詳細な説明により、及び添付の図面を参照することにより、当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】複数の周囲開口を有する単一プレートを含む繊維製造装置の実施形態の平面図である。
【図１Ｂ】複数の周囲開口を有する単一プレートを含む繊維製造装置の実施形態の側面図である。
【図１Ｃ】複数の周囲開口を有する単一プレートを含む繊維製造装置の実施形態の投影図である。
【図２】繊維収集装置の実施形態を示す。
【図３Ａ】図１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁の平面図を示す。
【図３Ｂ】図１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁の投影図を示す。
【図４】繊維収集ロッドの実施形態を示す。
【図５Ａ】図１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、収集壁、及び収集ロッドの平面図を示す。
【図５Ｂ】図１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、収集壁、及び収集ロッドの投影図を示す。
【図６Ａ】繊維製造システムの実施形態の部分切取斜視図を示す。
【図６Ｂ】繊維製造システムの断面図を示す。
【図７Ａ】シールされた繊維製造システムの実施形態の部分切取斜視図を示す。
【図７Ｂ】シールされた繊維製造システムの断面図を示す。
【図８Ａ】入口／出口開口に配置された弁を有する繊維製造システムの実施形態の部分切取斜視図を示す。
【図８Ｂ】入口／出口開口に配置された弁を有する繊維製造システムの断面図を示す。
【図９Ａ】熱電冷却器を含む弁を有する繊維製造システムの実施形態の部分切取斜視図を示す。
【図９Ｂ】熱電冷却器を含む弁を有する繊維製造システムの断面図を示す。
【図１０Ａ】収集装置を有する繊維製造システムの実施形態の部分切取斜視図を示す。
【図１０Ｂ】収集装置を有する繊維製造システムの断面図を示す。
【図１１Ａ】複数の周囲開口を有する３つのプレートを含む繊維製造装置の実施形態の投影図を示す。
【図１１Ｂ】複数の周囲開口を有する３つのプレートを含む繊維製造装置の実施形態の平面図を示す。
【図１１Ｃ】複数の周囲開口を有する３つのプレートを含む繊維製造装置の実施形態の側面図を示す。
【図１２Ａ】図１１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁の平面図を示す。
【図１２Ｂ】図１１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁の投影図を示す。
【図１３】シリンジ、プランジャ、及び種々のニードル繊維製造装置、並びにシリンジ支持装置を含む実施形態を示す。
【図１４Ａ】シリンジ支持装置に固定されたシリンジを含み、該シリンジがニードル及びプランジャを装備した、繊維製造装置の実施形態の投影図を示す。
【図１４Ｂ】シリンジ支持装置に固定されたシリンジを含み、該シリンジがニードル及びプランジャを装備した、繊維製造装置の実施形態の底面図を示す。
【図１５Ａ】シリンジ支持装置の実施形態の投影図を示す。
【図１５Ｂ】シリンジ支持装置の実施形態の底面図を示す。
【図１６】シリンジ支持装置に固定されたシリンジを含み、該シリンジがニードル及びプランジャを装備した実施形態の投影図を示す。
【図１７】シリンジ支持装置の代替的な実施形態を示す。
【図１８Ａ】シリンジベースの繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁の平面図を示す。
【図１８Ｂ】シリンジベースの繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁の投影図を示す。
【図１９Ａ】シリンジベースの繊維製造装置を有する繊維製造システムの実施形態の部分切取斜視図を示す。
【図１９Ｂ】シリンジベースの繊維製造装置を有する繊維製造システムの部分切取斜視図を示す。
【図２０Ａ】凹型液溜めを含む繊維製造装置の実施形態の投影図を示す。
【図２０Ｂ】凹型液溜めを含む繊維製造装置の実施形態の平面図を示す。
【図２０Ｃ】凹型液溜めを含む繊維製造装置の実施形態の側面図を示す。
【図２１Ａ】凹型液溜めを有する繊維製造装置を含む繊維製造装置の平面図を示す。
【図２１Ｂ】凹型液溜めを有する繊維製造装置を含む繊維製造装置の投影図を示す。
【図２２Ａ】上部プレート及び下部プレートを含み、上部プレートと下部プレートとがマイクロメッシュ材料により分離された繊維製造装置の実施形態の投影図を示す。
【図２２Ｂ】上部プレート及び下部プレートを含み、上部プレートと下部プレートとがマイクロメッシュ材料により分離された繊維製造装置の実施形態の平面図を示す。
【図２２Ｃ】上部プレート及び下部プレートを含み、上部プレートと下部プレートとがマイクロメッシュ材料により分離された繊維製造装置の実施形態の側面図を示す。
【図２３Ａ】メッシュ材料を有する繊維製造装置を含む繊維製造装置の平面図を示す。
【図２３Ｂ】メッシュ材料を有する繊維製造装置を含む繊維製造装置の投影図を示す。
【図２４】シリンジベースの繊維製造装置の代替版を示す。
【図２５】複数のシリンジ端部を含む繊維製造装置を示す。
【図２６Ａ】遠心紡糸法により製造されたナノサイズのＰＴＦＥ繊維のＳＥＭ画像を示す。
【図２６Ｂ】遠心紡糸法により製造されたナノサイズのＰＴＦＥ繊維のＳＥＭ画像を示す。
【図２６Ｃ】遠心紡糸法により製造されたナノサイズのＰＴＦＥ繊維のＳＥＭ画像を示す。
【図２６Ｄ】遠心紡糸法により製造されたナノサイズのＰＴＦＥ繊維のＳＥＭ画像を示す。
【図２７Ａ】ＰＴＦＥナノ繊維マットで覆われたガラススライド上の水滴を示す。
【図２７Ｂ】図２７Ａの水滴の拡大を示す。
【図２７Ｃ】ＰＴＦＥナノ繊維マットで覆われたガラススライド上の凍結された水滴を示す。
【図２８】繊維を収集して糸にするための装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明には種々の改変及び代替的形態の余地があり得るが、その特定の実施形態が例として図面に示され、本明細書で詳しく説明されることになる。図面は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。しかし、図面及びその詳細な説明は、本発明を開示された特定の形態に限定することを意図したものではなく、むしろ反対に、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の趣旨及び範囲に入るあらゆる改変、均等物、及び代替を網羅することが意図されていることを理解されたい。
【００１７】
本発明は、特定の装置又は方法に限定されず、それらは、当然のことながら多様であり得ることを理解されたい。さらに、本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであり、限定することを意図したものではないことを理解されたい。本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられる場合、単数形の定冠詞（ａ、ａｎ）及び不定冠詞（ｔｈｅ）は、文脈が明らかにそうではないことを規定しない限り、単数及び複数の指示対象を含む。さらに、単語「ことができる、あり得る（ｍａｙ）」は本出願を通して許容的意味（即ち、〜の可能性を有する、することができる）で用いられ、強制的意味（即ち、すべきである）では用いられない。用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及びその派生語は、「〜を含んでいるがそれに限定されない」を意味する。用語「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、直接的又は間接的に接続されることを意味する。
【００１８】
用語「含む・備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」（並びに「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」など、ｃｏｍｐｒｉｓｅのあらゆる形）、「有する（ｈａｖｅ）」（並びに「ｈａｓ」及び「ｈａｖｉｎｇ」など、ｈａｖｅのあらゆる形」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」（並びに「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」及び「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」など、ｉｎｃｌｕｄｅのあらゆる形）、並びに「含む・含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」（並びに「ｃｏｎｔａｉｎｓ」及び「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」などのｃｏｎｔａｉｎのあらゆる形）は、制限の無い（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）連結動詞である。１つ又はそれ以上のステップ又は要素を「含む・備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」又は「含む・収容する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」方法又は装置は、それら１つ又はそれ以上のステップ又は要素を持つが、それら１つ又はそれ以上のステップ又は要素のみを持つことに限定されるものではない。同様に、１つ又はそれ以上の特徴を「含む・備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｈａｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」又は「含む・含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」装置の要素は、それら１つ又はそれ以上の特徴を持つが、それら１つ又はそれ以上の特徴だけを持つことに限定されるものではない。
【００１９】
本明細書において、マイクロ繊維及びナノ繊維などのフルオロポリマー繊維を作成する装置及び方法が説明される。本明細書で論じる方法は、遠心力を利用してフルオロポリマーを生成する。フルオロポリマー繊維を作成するのに用いることができる装置も説明される。遠心力を用いて繊維を作成することに関する幾つかの詳細は、全て引用により本明細書に組み入れられる特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に見いだすことができる。
【００２０】
繊維製造装置の１つの実施形態を図１に示す。繊維製造装置１００は、下部プレート１０３に結合された上部プレート１０１を含む。下部プレート１０３は、その中に材料を配置することができる液溜め（リザーバ）として機能する。液溜めカバープレート１０５を、下部プレート１０３を覆うように置いて、流出量を制御すること、そしてまた流体を液溜めから逃すための開口１０６を設けるようにすることができる。液溜めカバープレート１０５は、紡糸される材料の導入を可能にする円形開口を有する。この型式の繊維製造装置に関して、典型的な材料の量は５０−１００ｍＬの範囲であるが、液溜め及び繊維製造装置のサイズは各々異なるものとすることができるので、この範囲より少ない量並びに多い量も用いることができる。下部プレート１０３の周囲に沿って、材料出口通路１０４がある。繊維製造装置が回転している間、材料は、概ねこの通路をたどることになる。材料は、１つ又はそれ以上の開口１０６を通って繊維製造装置を出て、通路１０４に沿って繊維製造装置から逃れる。換言すれば、上部プレート１０１及び／又は下部プレート１０３は、図示されるように、液溜めの周囲の周りに１つ又はそれ以上の周囲開口１０６を有する。幾つかの実施形態において、１つ又はそれ以上の周囲開口１０６は、複数の周囲開口を含む。
【００２１】
代替的な実施形態においては、上部プレート１０１と下部プレート１０３との間に周囲間隙が存在してもよく、下部プレート内の材料は、その間隙を通って逃れる。周囲間隙のサイズは、上部プレート１０１と下部プレート１０３との間の距離を変更することにより調整することができる。この方式では、繊維製造装置１００を回転させると、材料は周囲間隙を通過して通路１０４に沿って移動し、これを通って繊維製造装置から逃れることができる。
【００２２】
穴１０７は、例えば自在ねじ切り継ぎ手を介して、駆動部に取り付けられるように構成される。適切な駆動部としては、ブラシレスＤＣモータなどの市販の可変電気モータが挙げられる。繊維製造装置１００のスピン軸１０８は、穴１０７の中心を通って垂直に、上部プレート１０１に直交して延びる。繊維製造装置１００は、溶融紡糸又は溶液紡糸に用いることができる。特定の実施形態において、繊維製造装置１００を３００−２，０００秒間回転させて、マイクロ繊維及び／又はナノ繊維が形成される。繊維製造装置１００は、連続モードでより長時間動作させることもできる。
【００２３】
本明細書で説明される繊維製造装置を用いて作成される繊維は、様々な繊維収集装置を用いて収集することができる。様々な例示的な繊維収集装置が以下で論じられ、それらの装置の各々は互いに組み合わせることができる。
【００２４】
最も簡単な繊維収集方法は、繊維製造装置を取り囲む収集壁の内側で繊維を収集することである（例えば、図２に示す収集壁２００を参照のこと）。繊維は、典型的には、収集壁２００と同様の収集壁から不織繊維として収集される。
【００２５】
チャンバ内の空気力学的流れは、繊維収集装置の設計（例えば、収集壁又はロッドの高さ、その位置）に影響を与える。空気力学的流れは、例えば、計算流体力学（ＣＦＤ）などのコンピュータシミュレーションにより分析することができる。回転する繊維製造装置は、本明細書で説明する装置の拘束内で空気力学的流れを生じさせる。この流れは、例えば、繊維製造装置の速度、サイズ及び形状、並びに繊維製造装置の位置、形状及びサイズによって影響を受けることがある。収集壁の外側に配置される中間壁も、空気力学的流れに影響を与えることがある。中間壁は、例えば、流れの乱流に影響を及ぼすことにより、空気力学的流れに影響を与えることがある。中間壁を配置することが、繊維が繊維収集装置上で収集されるようにするために必要であることがある。特定の実施形態において、中間壁の配置は、実験を通して決定することができる。一実施形態において、繊維製造装置を繊維収集装置及び中間壁の存在下で動作させ、繊維が繊維収集装置で収集されるかどうかを観察する。繊維が繊維収集装置で適切に収集されない場合には、中間壁の位置を移動し（例えば、その直径をより小さく又はより大きくする、又は、中間壁をより高く又は低くする）、再度実験を行って、繊維の適切な収集が達成されるかどうか確認する。このプロセスを、繊維が繊維収集装置で適切に収集されるまで繰り返すことができる。
【００２６】
よどみ領域が、例えば、回転する繊維収集装置の場所に（例えば、回転する繊維収集装置の中心に集中して）に生じることがある。繊維収集装置は、典型的にはよどみ領域を乱さないように設計される。繊維収集装置がよどみ領域に関して適正に設計されていない場合、繊維は、典型的には所望の仕様で形成されない。
【００２７】
典型的には、繊維は、収集壁上で収集されるか又はよどみ領域のその他の設計構造体上に沈降する。温度もまた、形成される繊維のサイズ及び形態に影響を及ぼす。収集壁が例えば周囲温度よりも相対的に高温である場合には、収集壁上で収集された繊維が合体して、個々の繊維の集束及び／又は溶着がもたらされることがある。幾つかの実施形態において、中間壁の温度は、例えば、気体（例えば、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム）を中間壁と収集壁との間に吹き込むことなどによって制御することができる。この吹き込み気体の流量、種類、及び温度を制御することによって、繊維の温度及び形態を制御することが可能である。壁のパラメータ（例えば、高さ、位置等）も、繊維の形態に影響を与えることがある。
【００２８】
中間壁は、装置内の空気力学的流れを制御し、調整し、及び／又はこれに影響を与えるために用いることもできる。空気力学的流れは、典型的には、繊維が１つ又はそれ以上の繊維収集装置上に静止するように導く。形成されたときに、ばらばらの繊維が（その非常に小さい質量のため）１つ又はそれ以上の繊維収集装置上に静止するに至らず装置内で浮遊する場合には、例えば、中間壁が正しく配置されていない、又は繊維収集装置が正しく配置されていない、及び／又は空気力学的流れが適正に理解されていない可能性がある。中間壁は、典型的には、用いることができるどの収集壁よりも高い（例えば、収集壁の約１．１倍から約３倍の高さ）。中間壁は、収集壁を、約１インチから約５インチまで、又は約２インチから約４インチまで、又は約３インチの距離で取り囲むことができる。中間壁は、収集壁より約１０％から約３０％大きい（例えば、２０％大きい）ものとすることができる。中間壁は、分割することができ、その中に１つ又はそれ以上の穴を有することができる。
【００２９】
図３Ａは、図１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の平面図を示す。図３Ｂは、図１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の投影図を示す。図示したように、繊維製造装置１００は、スピン軸の周りを時計回りに回転し、材料は、繊維製造装置の開口１０６から繊維３２０として様々な経路３１０に沿って出ていく。繊維は、周囲の収集壁２００の内側で収集される。
【００３０】
一方向性の長い繊維を収集することが目的である場合には、収集ロッドを設計し、繊維製造装置から適当な距離に配置することができる。この一例は、図４に示すような収集ロッド４００である。１つ又はそれ以上の収集ロッド（ロッド４００と同様の）が、典型的には繊維製造装置の中心から約１インチから約１０インチまで、又は約５インチから約７インチまで、又は約６インチまでの距離に配置される。１つ又はそれ以上の収集ロッドを収集壁の内側の周囲に沿って配置することができる。収集ロッドは、繊維収集の間、静止させることもでき、又は収集の間、回転させることもできる。この性質のロッドは、ロッドにかなりの剛性を与える硬質ポリマー（例えば、ポリカーボネート）又は金属（例えば、アルミニウム又はステンレス鋼）などの任意の適切な材料で作ることができる。１つ又は複数の収集ロッドを回転させる幾つかの実施形態においては、ロッドは、繊維製造装置と共に駆動部に接続されるプレートのような構造体に固定することができる。ロッド保持プレート及び繊維製造装置を互いに連動させて、これら両方が単一の駆動部の回転の結果として同方向又は反対方向に回転するようにさせることができる。ロッドの直径は、約０．１インチから約１インチまで、又は約０．２インチから約０．５インチまで、又は約０．２５インチとすることができるが、繊維製造装置の構成に応じて他の様々なサイズを用いることができる。ロッドは、例えば約５０ＲＰＭから約２５０ＲＰＭの速度で回転させることができる。収集ロッドを収集壁及び中間壁と組み合わせて用いて、繊維の収集を最大化することができる。
【００３１】
図５Ａは、図１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、収集壁、及び収集ロッドの平面図を示す。図５Ｂは、図１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、収集壁、及び収集ロッドの投影図を示す。図示したように、繊維製造装置１００は、スピン軸の周りを時計回りに回転し、材料は、繊維製造装置の開口１０６から繊維５１０として様々な経路５２０に沿って出ていく。繊維は、周囲の収集壁２００の内側及び収集ロッド４００上で収集される。
【００３２】
繊維が作成される環境の条件が、これらの繊維の様々な性質に影響を与えることがある。例えば、鉄繊維のようなある種の金属繊維は、周囲空気と反応する（酸化鉄に変換されることになる）。そのような用途では、周囲空気を不活性気体（例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン）で置き換えることが好ましい。湿潤条件は、ポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）繊維などの多くのポリマー繊維の表面に悪影響を与えることがある。従って、幾つかの材料の加工については、湿度レベルを下げることが好ましい。同様に、薬物は、周囲条件中では維持されない無菌条件下で開発されることが要求される場合があり、従って、そのような状況では無菌環境が好ましい。
【００３３】
「環境」とは、繊維製造装置の構成要素を取り囲むハウジングによって定められる内部空間を指す。特定の使用に関して、環境は、単に周囲空気とすることができる。所望であれば、空気を環境内に吹き込むことができる。他の使用に関して、環境を、例えば真空ポンプを用いて、約１ｍｍＨｇから約７６０ｍｍＨｇまで、又はその中で導き出せる任意の範囲のような低圧条件に従わせるものとすることができる。あるいは、環境は、例えば高圧ポンプを用いて、７６１ｍｍＨｇから４ａｔｍまでの範囲又はそれより高圧の条件のような、高圧条件に従うものとすることができる。環境の温度は、以下に説明される加熱及び／又は冷却システムの使用により、所望により下げることも又は上げることもできる。環境の湿度レベルは、加湿器を用いて変更することができ、湿度０％から１００％までの範囲とすることができる。薬物の開発のような特定の用途に関しては、環境を無菌にすることができる。装置の構成要素の各々が例えばステンレス鋼で作られている場合には、全ての構成要素を個々に滅菌し、例えば、装置の無菌性を維持する条件下のクリーンルーム内で組み立てることができる。
【００３４】
幾つかのタイプの加熱源及び冷却源を、本明細書で論じる装置及び方法において、例えば、繊維製造装置、収集壁、中間壁、材料、及び／又は装置内の環境の温度を個々に制御するために用いることができる。使用することができる熱源としては、抵抗加熱器、誘導加熱器、及びＩＲ（赤外線）加熱器が挙げられる。ペルティエ又は熱電冷却（ＴＥＣ）装置を加熱及び／又は冷却目的で用いることができる。冷温気体又は加熱気体（例えば、空気又は窒素）を、冷却又は加熱目的で環境内にポンプで送ることもできる。伝導、対流、又は放射伝熱機構を装置の様々な構成要素を加熱及び冷却するために用いることができる。
【００３５】
図６Ａは、繊維製造システム６００の実施形態の部分切取斜視図を示す。図６Ｂは、繊維製造システム６００の断面図を示す。システム６００は、繊維製造装置６０１を含み、この繊維製造装置６０１は、例えば図１に示すように周囲開口を有し、自在ねじ切り継ぎ手などのねじ切り継ぎ手６０３に結合しており、このねじ切り継ぎ手６０３が次にシャフト６０５を介してモータ６０４に結合する。変速モータなどのモータ６０４は、支持ばね６０６により支持され、防振材６０７（例えば、高周波防振材）で取り囲まれる。モータハウジング６０８は、モータ６０４、支持ばね６０６及び防振材６０７を収容する。加熱ユニット６０９は、熱（熱エネルギー）を繊維製造装置６０１に向ける開口６１０ａを有する筐体６１０（例えば、熱反射壁）内に収容される。図示された実施形態において、加熱ユニット６０９は、断熱材６１１上に配置される。筺体６１０は、収集壁６１２によって取り囲まれ、収集壁６１２は、さらに中間壁６１３によって取り囲まれる。シール６１５上に据え付けられたハウジング６１４は、繊維製造装置６０１、加熱筺体６１０、収集壁６１２及び中間壁６１３を収容する。ハウジング６１４内の開口６１６は、流体（例えば、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン等のような気体）を装置の内部環境中に導入することを可能にし、又は、流体が装置の内部環境からポンプで外に送出されることを可能にする。システムの下半分は、基部６１８によって支持された壁６１７により収容される。壁６１７内の開口６１９は、装置の内部環境条件のさらなる制御を可能にする。電源用インジケータ６２０及び電子装置用インジケータ６２１は壁６１７の外側に配置され、制御スイッチ６２２及び制御ボックス６２３も同様である。
【００３６】
装置の制御システム６２２は、ユーザが特定のパラメータ（例えば、ＲＰＭ、温度、及び環境）を変更して繊維の性質に影響を与えることを可能にする。所望であれば、１つのパラメータを変更する一方で、他のパラメータを一定に保持することができる。装置内の１つ又はそれ以上の制御ボックスがこれらのパラメータに対して様々な制御を与えることができ、又は、特定のパラメータは、他の手段によって制御することができる（例えば、ハウジングに取り付けられた弁を手動で開き、気体がハウジングを通って装置の環境内に入ることができるようにする）。制御システムは、装置と一体式とすることもでき（図６Ａ及び図６Ｂに示すように）、又は装置とは分離したものとすることもできることに留意されたい。例えば、制御システムは、装置に対する適切な電気接続部を備えたモジュール方式とすることができる。
【００３７】
装置の構成要素は、様々な材料から作ることができる。特定の実施形態において、装置の構成要素は、ステンレス鋼で作ることができる。例えば、繊維製造装置、収集壁及びハウジングは各々、ステンレス鋼で作ることができる。この場合には、構成要素は、例えば、スズ（２３２℃）、亜鉛（４２０℃）、銀（９６２℃）及びそれらの合金のような低融点金属用に用いることができる。特定の実施形態において、セラミック製構成要素を、金（１０６４℃）及びニッケル（１４５３℃）のような高融点合金用に用いることができる。高融点合金の操作には、ハウジングを適切にシールして、構成要素の環境を窒素又はヘリウムのような不活性気体で覆うことが必要であり得る。
【００３８】
本明細書で説明する特定の方法において、繊維製造装置内で紡糸される材料は、変化する歪み速度を受けることがあり、そこで材料は溶融物又は溶液として保持される。歪み速度は作成される繊維の機械的延伸を変化させるので、最終的な繊維の寸法及び形態は、印加される歪み速度により著しく変化し得る。歪み速度は、例えば、繊維製造装置の形状、サイズ、型式及びＲＰＭによって影響を受ける。材料の粘度を、例えば、材料の温度を上げること若しくは下げること、又は添加剤（例えば、希釈剤）を加えることなどによって変化させることで歪み速度に影響を与えることもできる。歪み速度は、変速繊維製造装置によって制御することができる。材料に印加される歪み速度を、例えば、５０倍（例えば、５００ＲＰＭから２５，０００ＲＰＭ）も変化させることができる。
【００３９】
材料、繊維製造装置及び環境の温度は、制御システムを用いて個々に制御することができる。使用される温度値又は温度範囲は、典型的には意図される用途による。例えば、多くの用途に関して、材料、繊維製造装置及び環境の温度は、典型的には４℃から４００℃までの範囲である。温度は、低くは、例えば−２０℃から、高くは、例えば２５００℃までの範囲とすることができる。溶液紡糸においては、繊維製造装置の周囲温度が通常用いられる。薬物開発研究においては、繊維製造装置の温度範囲は、例えば４℃から８０℃までの間とすることができる。セラミック又は金属繊維を製造するときには、利用される温度は著しく高くすることができる。より高い温度用には、装置のハウジング及び／又は内部構成要素の材料に適切な変更（例えば、プラスチックを金属で置き換える）を加えるか、又は装置自体に適切な変更（例えば、絶縁材の追加）をすることが通常必要とされる。そのような変更はまた、酸化などの望ましくない反応を回避する役に立つこともある。
【００４０】
本明細書で検討する可変要素をどのように制御及び操作して特定の繊維を作成するかについての一例は、薬物開発に関係する。薬物の溶解性及び安定性は、薬物送達システムを開発する際の２つの重要な考慮事項である。これらのパラメータの両方を、本明細書で説明する方法及び装置を用いて同時に制御することができる。薬物の溶解性は、そのサイズを制御することによって著しく改善されることが多く、すなわち、サイズが小さいほど溶解性が高くなる。例えば、光学活性ベータラクタムのミクロンサイズの繊維をその結晶から生じさせることができる（例えば、実施例５を参照）。この著しく小さくなったサイズでは、より大きいサイズの薬物粒子と比べて表面積がより大きいことから、水中での薬物の溶解性は著しい改善を示すことが予期される。さらに、後で蒸発する適切な溶媒中に薬物を溶解させ、薬物で構成された繊維を残すことができる。また、本明細書で論じる方法及び装置を用いて、そのような薬物を、同様に紡糸される材料の中にカプセル化し、それにより、薬物がカプセル化された繊維を形成することもできる。特定の薬物の安定性を助長するために、環境温度を周囲条件より低く下げることがしばしば必要とされ得る。装置のハウジングは、十分な絶縁材を備えるように設計することができるので、温度を例えば−１０℃又はそれ以下など、必要に応じて下げることができる。
【００４１】
繊維製造システム７００の代替的な実施形態の部分切取斜視図を図７Ａに示す。図７Ｂは、繊維製造システム７００の断面図を示す。システム７００は、繊維製造装置７０１を含み、この繊維製造装置７０１は、例えば図１に示すように周囲開口を有し、自在ねじ切り継ぎ手などのねじ切り継ぎ手７０３に結合しており、このねじ切り継ぎ手７０３が次にシャフト７０５を介してモータ７０４に結合する。変速モータなどのモータ７０４は、支持ばね７０６により支持され、防振材７０７で取り囲まれる。モータハウジング７０８は、モータ７０４、支持ばね７０６及び防振材７０７（例えば、高周波防振材）を収容する。加熱ユニット７０９は、熱（熱エネルギー）を繊維製造装置７０１に向ける開口７１０ａを有する筐体７１０（例えば、熱反射壁）内に収容される。図示された実施形態において、加熱ユニット７０９は、断熱材７１１上に配置される。筺体７１０は、収集壁７１２によって取り囲まれ、収集壁７１２は、さらに中間壁７１３によって取り囲まれる。ハウジング７１４は、繊維製造装置７０１、加熱筺体７１０、収集壁７１２及び中間壁７１３を収容する。システムの下半分は、壁７１７により収容される。電源用インジケータ７２０及び電子装置用インジケータ７２１は壁７１７の外側に配置され、制御スイッチ７２２及び制御ボックス７２３も同様である。
【００４２】
繊維製造システム８００の代替的な実施形態の部分切取斜視図を図８Ａに示す。図８Ｂは、繊維製造システム８００の断面図を示す。システム８００は、繊維製造装置８０１を含み、この繊維製造装置８０１は、例えば図１に示すような周囲開口を有し、自在ねじ切り継ぎ手などのねじ切り継ぎ手８０３に結合しており、このねじ切り継ぎ手８０３が次にシャフト８０５を介してモータ８０４に結合する。変速モータなどのモータ８０４は、支持ばね８０６により支持され、防振材８０７で取り囲まれる。モータハウジング８０８は、モータ８０４、支持ばね８０６及び防振材８０７（例えば、高周波防振材）を収容する。加熱ユニット８０９は、熱（熱エネルギー）を繊維製造装置８０１に向ける開口８１０ａを有する筐体８１０（例えば、熱反射壁）内に収容される。図示された実施形態において、加熱ユニット８０９は、断熱材８１１上に配置される。筺体８１０は、収集壁８１２によって取り囲まれ、収集壁８１２は、さらに中間壁８１３によって取り囲まれる。ハウジング８１４は、繊維製造装置８０１、加熱筺体８１０、収集壁８１２及び中間壁８１３を収容する。ハウジング８１４内の開口８１６は、流体（例えば、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン等のような気体）を装置の内部環境中に導入することを可能にし、又は、流体が装置の内部環境からポンプで外に送出されることを可能にする。システムの下半分は、壁８１７により収容される。壁８１７内の開口８１９は、装置の内部環境の条件のさらなる制御を可能にする。弁８３０は、開口８１６及び８１９を塞ぐように示されている。弁８３０は、装置の内部環境内への流体（例えば、気体）の導入及び内部環境から外への流体の放出の制御を可能にする。電源用インジケータ８２０及び電子装置用インジケータ８２１は壁８１７の外側に配置され、制御スイッチ８２２及び制御ボックス８２３も同様である。
【００４３】
繊維製造システム９００の代替的な実施形態の部分切取斜視図が図９Ａに示される。図９Ｂは、繊維製造システム９００の断面図を示す。システム９００は、繊維製造装置９０１を含み、この繊維製造装置９０１は、例えば図１に示すように周囲開口を有し、自在ねじ切り継ぎ手などのねじ切り継ぎ手９０３に結合しており、このねじ切り継ぎ手９０３が次にシャフト９０５を介してモータ９０４に結合する。変速モータなどのモータ９０４は、支持ばね９０６により支持され、防振材９０７で取り囲まれる。モータハウジング９０８は、モータ９０４、支持ばね９０６及び防振材９０７（例えば、高周波防振材）を収容する。加熱ユニット９０９は、熱（熱エネルギー）を繊維製造装置９０１に向ける開口９１０ａを有する筐体９１０（例えば、熱反射壁）内に収容される。図示された実施形態において、加熱ユニット９０９は、断熱材９１１上に配置される。システム９００はまた、装置の内部環境を冷却することができる冷却システム９３０も含む。一実施形態において、冷却システム９３０は、熱電冷却システムである。筺体９１０は、収集壁９１２によって取り囲まれ、収集壁９１２は、さらに中間壁９１３によって取り囲まれる。ハウジング９１４は、繊維製造装置９０１、加熱筺体９１０、収集壁９１２及び中間壁９１３を収容する。冷却システム９３０は、ハウジング９１４に結合しており、これを用いてハウジングの内部を冷却することができる。システムの下半分は、壁９１７により収容される。電源用インジケータ９２０及び電子装置用インジケータ９２１は壁９１７の外側に配置され、制御スイッチ９２２及び制御ボックス９２３も同様である。
【００４４】
図１０Ａは、繊維製造システム１０００の実施形態の部分切取斜視図を示す。図１０Ｂは、繊維製造システム１０００の断面図を示す。システム１０００は、繊維製造装置１００１を含み、この繊維製造装置１００１は、例えば図１に示すように周囲開口を有し、シャフト１００５を介してモータ１００４に結合する。変速モータなどのモータ１００４は、支持ばね１００６により支持され、防振材１００７（例えば、高周波防振材）で取り囲まれる。モータハウジング１００８は、モータ１００４、支持ばね１００６及び防振材１００７を収容する。加熱ユニット１００９は、熱（熱エネルギー）を繊維製造装置１００１に向ける開口１０１０ａを有する筐体１０１０（例えば、熱反射壁）内に収容される。図示された実施形態において、加熱ユニット１００９は、断熱材１０１１上に配置される。筺体１０１０は、収集壁１０１２によって取り囲まれ、収集壁１０１２は、さらに中間壁１０１３によって取り囲まれる。シール１０１５上に据え付けられたハウジング１０１４は、繊維製造装置１００１、加熱筺体１０１０、収集壁１０１２及び中間壁１０１３を収容する。ハウジング１０１４内の開口１０１６は、流体（例えば、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン等のような気体）を装置の内部環境中に導入することを可能にし、又は、流体が装置の内部環境からポンプで外に送出されることを可能にする。システムの下半分は、基部１０１８により支持された壁１０１７により収容される。壁１０１７内の開口１０１９は、装置の内部環境の条件のさらなる制御を可能にする。電源用インジケータ１０２０及び電子装置１０２１用インジケータは壁１０１７の外側に配置され、制御スイッチ１０２２及び制御ボックス１０２３も同様である。システム１０００はまた、１つ又はそれ以上の収集ロッド１０３０も含む。収集される繊維のタイプに応じて、収集ロッドを収集壁と併用して繊維を収集することもでき、又は各々のタイプの収集装置を別々に用いることもできる。
【００４５】
繊維製造装置の代替的な実施形態を用いて繊維を製造することができる。例えば、別の実施形態の繊維製造装置１１００を図１１Ａ−図１１Ｃに示す。繊維製造装置１１００は、カバープレート１１０１、ベースプレート１１０２及び保持プレート１１０３を含み、保持プレート１１０３は、ねじ切りされており、保持プレートねじ１１０４を伴って示されている。カバープレートは、穴１１０５を特徴としており、この穴を通してプレート固定ねじ１１０６を使用して、３つのプレートを一緒にプレート固定ナット１１０７と共に固定することができる。カバープレートはまた、材料注入口１１０８も特徴とする。材料を保持するためのベースプレート１１０２内の液溜め１１０９は、複数のチャネル１１１０に接合しており、液溜め１１０９内に保持された材料が繊維製造装置から開口１１１１を通って出ていくことができるようになっている。この型式の繊維製造装置に関して、典型的な材料の量は約５ｍＬから約１００ｍＬまでの範囲であるが、液溜め及び繊維製造装置のサイズは各々異なるものとすることができるので、この範囲より少ない量並びに多い量を用いることもできる。繊維製造装置１１００のスピン軸１１１２は、液溜め１１０９の中心を通って垂直に、３つのプレート１１０１、１１０２及び１１０３の各々に直交して延びる。特定の実施形態においては、この型式の繊維製造装置を約１０秒から約５００秒間回転させて繊維を形成する。この型式の繊維製造装置１００は、連続モードでより長時間動作させることもできる。
【００４６】
図１２Ａは、図１１に示す繊維製造装置含む繊維製造装置、及び収集壁２００の平面図を示す。図１２Ｂは、図１１に示す繊維製造装置を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の投影図を示す。図示したように、繊維製造装置１１００は、スピン軸の周りを時計回りに回転し、材料は、繊維製造装置の開口１１１１から繊維１１２０として様々な経路１１３０に沿って出ていく。繊維は、周囲の収集壁２００の内側で収集される。
【００４７】
図１３は、繊維製造装置の別の実施形態を示す。繊維製造装置１３００は、プランジャ１３０２を装備したシリンジ１３０１と、シリンジ１３０１に開口１３０４のところで随意に結合することができる様々なニードル１３０３とを含む。シリンジ１３０１は、シリンジ支持装置１３０５の上に配置することができる。シリンジ支持装置１３０５は、本明細書で論じるように、繊維収集装置としても働くことができる。材料がシリンジ１３０１から噴出する角度を変更するために、シリンジ１３０１とシリンジ支持装置１３０５との間にウェッジ１３０６を随意に配置することができる。自在ねじ切り継ぎ手などのねじ切り継ぎ手１３０７が、シリンジ支持装置１３０５に取りつけられた状態で示されている。
【００４８】
図１４Ａは、シリンジ支持装置に固定されたシリンジを含む繊維製造装置の実施形態の投影図を示し、ここでシリンジにはニードル及びプランジャが装備されている。図１４Ｂは、シリンジ支持装置に固定されたシリンジを含む繊維製造装置の実施形態の底面図を示し、ここでシリンジにはニードル及びプランジャが装備されている。プランジャ１３０２及びニードル１３０３を装備したシリンジ１３０１を含む繊維製造装置１４００は、２つのクランプ１４０５を用いてシリンジ支持装置１４０４に固定される。典型的には約１０ｍＬから約５００ｍＬまでの材料がシリンジ内に配置されるが、この量はシリンジのサイズに応じて変化し得る。シリンジ支持装置は、２つの壁１４０６と、基部１４０７とを含む。壁１４０６は、真っ直ぐ又は円筒形（湾曲）とすることができる。繊維が繊維製造装置１４００から出ていくときにこの繊維を壁１４０６の外側で収集することができるので、従って、このシリンジ支持装置は、繊維収集装置としても機能することができる。自在ねじ切り継ぎ手などのねじ切り継ぎ手１４０８が、穴１４０９のところでシリンジ支持装置１４０４の取り付けられた状態で示されている。この繊維製造装置のスピン軸１４１０は、穴１４０９の中心を通って垂直に延びる。この繊維製造装置は、溶液紡糸に用いることができる。特定の実施形態において、このタイプの繊維製造装置を約３０秒から約１，０００秒間回転させて繊維を形成する。繊維製造装置１４００は、連続モードでより長時間動作させることもできる。
【００４９】
同様に繊維収集装置としてとして機能することができる代替的なシリンジ支持装置１５００を図５Ａ及び図５Ｂに示す。シリンジ支持装置１５００は、２つの壁１５０１と、シリンジをその上に配置することができる基部１５０２とを含む。壁１５０１は円筒形（湾曲）とすることができる。基部１５０２は、穴１５０３を含み、自在ねじ切り継ぎ手などを介して駆動部に取り付けられるように構成される。繊維がシリンジ支持装置に結合されたシリンジから出ていくときにこの繊維を壁１５０１の外側で収集することができるので、従って、壁は繊維収集装置として機能することができる。
【００５０】
図１６は、プランジャ１３０２及びニードル１４０３を装備したシリンジ１３０１を含む、繊維製造装置１６００を示す。シリンジ１３０１は、対向する円筒形の壁１６０５の間の張力によってシリンジ支持装置１６０４により保持することができる。非限定的な取り付け機構としては、スナップ嵌め又は接着接合が挙げられる。シリンジ支持装置１６０４は、繊維が繊維製造装置１６００から出ていくときに、この繊維を例えば壁１６０５の外側などで収集することにより、繊維収集装置としても機能することができる。自在ねじ切り継ぎ手のようなねじ切り継ぎ手１６０６が、穴１６０７のところでシリンジ支持装置１６０４に取り付けられた状態で示されている。この繊維製造装置のスピン軸１６０８は、穴１６０７の中心を通って垂直に延びる。繊維製造装置１６００は、溶液紡糸に用いることができる。典型的には約１０ｍＬから約５００ｍＬまでの材料がシリンジ内に配置されるが、この量は、シリンジのサイズに応じて変化し得る。特定の実施形態において、繊維製造装置１６００を約１０秒から約１，０００秒間回転させて繊維を形成する。繊維製造装置は、連続モードでより長時間動作させることもできる。
【００５１】
図２４は、シリンジベースの繊維製造装置の代替的な実施形態を示す。シリンジベースの繊維製造装置２４００は、ボディ２４３０に結合された第１のシリンジ連結部２４１０及び第２のシリンジ連結部２４２０を含む。第１のシリンジ連結部２４１０及び第２のシリンジ連結部２４２０は両方とも、ニードルをボディ２４３０に取り外し可能に結合するためのそれぞれのコネクタを含む。ボディ２４３０は開口２４５０を含み、これを通して、紡糸される材料をボディ２４３０内に導入することができる。シリンジベースの繊維製造装置２４００は、図１３−図１７のいずれかで説明するシリンジ支持体内で保持することができる。
【００５２】
図２５は、繊維製造装置の代替的な実施形態を示す。繊維製造装置２５００は、ボディ２５２０に結合された複数のシリンジ連結部２５１０を含む。シリンジ連結部２５１０は、ニードルをボディ２５２０に取り外し可能に結合することを可能にするコネクタを含む。ボディ２５２０は開口２５５０を含み、これを通して、紡糸される材料をボディ内に導入することができる。一実施形態において、ボディ２５２０は、実質的に円筒形であり、シリンジ連結部２５１０は、実質的に均等にボディの周りに配置される。図２５は８つのシリンジ連結部２５１０を示しているが、より多くの又はより少ないシリンジ連結部をボディ２５２０に結合することできることも理解されたい。ボディ２５２０は、該ボディを回転させることができる駆動部にボディを結合するために用いることができる結合部材２５３０を含む。
【００５３】
図１７は、繊維収集装置として機能することができるシリンジ支持装置１７００を示す。シリンジ支持装置１７００は、シリンジの円筒形の外壁に接触するように構成された対向する弧状の（湾曲した）壁１７０１と、穴１７０３を含む基部１７０２とを含む。繊維が繊維製造装置１７００から出ていくときにこの繊維を壁１７０１の外側で収集することができるので、従って、このシリンジ支持装置は、繊維収集装置としても機能することができる。
【００５４】
シリンジベースの繊維製造装置を用いてマット繊維を収集することができる。マット繊維が収集されないとすれば、その１つの理由は、繊維製造装置がよどみ領域を乱していることであり得る。従って、図１３−図１７の実施形態に関して、よどみ領域の乱れを最小化するために、典型的にはシリンジ支持装置／繊維収集装置は、±２０％（直径及び長さ両方に関して）で、ほぼシリンジのサイズとすべきと決定された。シリンジを使用する特定の実施形態において、シリンジ支持装置の設計は、このパラメータを念頭に置いて行うことができる。
【００５５】
図１８Ａは、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す繊維製造装置１４００を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の平面図を示す。図１８Ｂは、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す繊維製造装置１４００を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の投影図を示す。図示したように、繊維製造装置１４００は、スピン軸の周りを時計回りに回転し、材料は、シリンジ１３０１のニードル１４０３から繊維１８１０として様々な経路１８２０に沿って出ていく。繊維は、周囲の収集壁２００の内側、並びに繊維製造装置１４００上で収集されるので、シリンジ支持装置も繊維収集装置として機能する。
【００５６】
図１９Ａは、シリンジベースの繊維製造装置１９０１を有する繊維製造システム９００の実施形態の部分切取斜視図を示す。図１９Ｂは、繊維製造システム１９００の断面図を示す。システム１９００は、シリンジベースの繊維製造装置１９０１を含み、これは、シリンジ１９０２、シリンジ支持体１９０４及びニードル１９０３を含み、シャフト１９０５を介してモータ１９０７に結合する。変速モータなどのモータ１９０４は、支持ばね１９０６により支持され、防振材１９０７（例えば、高周波防振材）で取り囲まれる。モータハウジング１９０８は、モータ１９０４、支持ばね１９０６及び防振材１９０７を収容する。加熱ユニット１９０９は、熱（熱エネルギー）を繊維製造装置１９０１に向ける開口（図示せず）を有する筐体１９１０（例えば、熱反射壁）内に収容される。図示された実施形態において、加熱ユニット１９０９は、断熱材１９１１上に配置される。筺体１９１０は、収集壁１９１２によって取り囲まれ、収集壁１９１２は、さらに中間壁１９１３によって取り囲まれる。シール１９１５上に据え付けられたハウジング１９１４は、繊維製造装置１９０１、加熱筺体１９１０、収集壁１９１２及び中間壁１９１３を収容する。ハウジング１９１４内の開口１９１６は、流体（例えば、空気、窒素、ヘリウム、アルゴン等のような気体）を装置の内部環境中に導入することを可能にし、又は、流体が装置の内部環境からポンプで外に送出されることを可能にする。システムの下半分は、基部１９１８によって支持された壁１９１７により収容される。壁１９１７内の開口１９１９は、装置の内部環境の条件のさらなる制御を可能にする。電源用インジケータ１９２０及び電子装置用インジケータ１９２１は壁１９１７の外側に配置され、制御スイッチ１９２２及び制御ボックス１９２３も同様である。
【００５７】
繊維製造装置のさらに別の実施形態を図２０Ａ−図２０Ｃに示す。繊維製造装置２０００は、壁２００２内の中央に凹型空洞形状の液溜め２００１を含む。典型的には、約１００ｍＬから約１，０００ｍＬまでの材料が液溜め内に配置されるが、液溜め及び繊維製造装置のサイズは各々異なるものとすることができるので、これよりも少ない量並びに多い量も用いることができる。繊維製造装置２０００は、蓋２００３を含み、この蓋は、ねじ穴２００４を含み、このねじ穴２００４が、蓋２００３を１つ又はそれ以上のねじ２００５を用いて液溜め２００１に固定することを可能にする。蓋を液溜め２００１に固定するために全てのねじ穴２００４を用いる必要があるわけではなく、少なくとも１つの穴２００４は、紡糸中にそこを通って材料が出ていくことができる開口としても機能する。特定の実施形態において、材料は、蓋２００３と液溜めとの間の間隙を経て液溜め２００１から出ていくことができる。自在ねじ切り継ぎ手などのねじ切り継ぎ手２００６が、繊維製造装置の基部に取り付けられた状態で示されている。この繊維製造装置のスピン軸２００７は、液溜め２００１の中心を通って垂直に延びる。繊維製造装置２０００は、溶融紡糸又は溶液紡糸に用いることができる。特定の実施形態において、繊維製造装置２０００を約１０秒から約５，０００秒間回転させて繊維を形成する。繊維製造装置２０００は、連続モードでより長時間動作させることもできる。
【００５８】
図２１Ａは、図２０Ａ及び図２０Ｂに示す繊維製造装置２０００を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の平面図を示す。図１８Ｂは、図２０Ａ及び図２０Ｂに示す繊維製造装置２０００を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の投影図を示す。図示したように、繊維製造装置２０００は、スピン軸の周りを時計回りに回転し、材料は、開口２００４から繊維２１１０として様々な経路２１２０に沿って出ていく。繊維は、周囲の収集壁２００の内側で収集される。
【００５９】
繊維製造装置の別の実施形態を図２２Ａ−図２２Ｃに示す。繊維製造装置２２００は、メッシュ材料２２０３で分離された上部プレート２２０１及び下部プレート２２０２を含む。メッシュ材料は、ポリマー、金属（例えば、ステンレス鋼）、又はポリマー／金属の組み合わせから形成することができる。このようなメッシュ材料は、ＭＳＣ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｃｏ．（カタログ番号５２４３１４１８）などの商業的供給元から入手することができる。上部プレート２２０１と下部プレート２２０２との間のメッシュ２２０３が張られた距離は、例えば、約１インチから約１０インチまでの範囲、又はその中の任意の値又は範囲とすることができる。上部プレート２２０１と下部プレート２２０２との間のメッシュ２２０３が張られた距離は、１インチ、２インチ、３インチ、４インチ、５インチ、６インチ、７インチ、８インチ、９インチ、又は１０インチとすることができる。下部プレート２２０２の穴２２０４は、下部コネクタ２２０５を貫通して延びており、自在ねじ切り継ぎ手などのねじ切り継ぎ手との接続を可能にする。繊維製造装置２２００は、典型的には溶融紡糸に用いられる。材料の粒子（例えば、ポリマー粒子／ビーズ）を下部プレート２２０２内に配置することができ、この下部プレート２２０２は、他の繊維製造装置の場合のように液溜めとしてではなく、貯蔵部として機能する。しかしながら、下部プレート２２０２をこのプレートの中実の壁を高くすることによって改造し、液体材料用の液溜めとして機能するようにさせることも可能である。そのような改造により、この繊維製造装置を溶液紡糸に用いることが可能になる。この繊維製造装置のスピン軸２２０６は、穴２２０４の中心を通って垂直に延びる。繊維製造装置２２００は、材料が下部プレート２２０２に連続的に供給される連続方式で動作させることができる。
【００６０】
図２２Ａは、図２１Ａ及び図２１Ｂに示す繊維製造装置２２００を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の平面図を示す。図２２Ｂは、図２１Ａ及び図２１Ｂに示す繊維製造装置２２００を含む繊維製造装置、及び収集壁２００の投影図を示す。図示したように、繊維製造装置２２００は、スピン軸の周りを時計回りに回転し、材料は、メッシュ２２０３を、繊維２３１０として様々な経路２３２０に沿って通過する。繊維は、周囲の収集壁２００の内側で収集される。
【００６１】
１つの実施形態において、１つ又はそれ以上のフルオロポリマーを繊維製造装置の中に配置して、１つ又はそれ以上のフルオロポリマーで構成されたマイクロ繊維及び／又はナノ繊維を生成することができる。「フルオロポリマー」という用語は、ポリマーの繰返し単位の少なくとも一部分の中に炭素原子に結合した１つ又はそれ以上のフッ素原子を含むポリマーを指す。一般に、フルオロポリマーは、炭素、フッ素、及び水素で構成されるが、フルオロカーボンは、塩素及び酸素原子を含むこともできる。フルオロポリマーの例としては、これらに限定されないが、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＴＣＦＥ）、パーフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、全フッ素化エラストマー、フルオロカーボン［フッ素化クロロトリフルオロエチレンビニリデン］、及びパーフルオロポリエーテル（ＰＥＰＥ）が挙げられる。
【００６２】
フルオロポリマー繊維は、溶液紡糸法を用いて作成することができる。１つの実施形態において、１つ又はそれ以上のフルオロポリマーの混合物を適切な溶媒の中に溶解及び／又は懸濁させることができる。フルオロポリマーを溶解するのに適した溶媒の例には、フッ素化溶媒及び非フッ素化有機溶媒が含まれる。フッ素化溶媒の例としては、それらに限定されないが、フッ素化炭化水素（例えば、パーフルオロヘキサン、パーフルオロデカリン、及びパーフルオロオクタン）、フッ素化エーテル（例えば、パーフルオロテトラヒドロフラン、パーフルオロ（ブチルテトラヒドロフラン、メチルノナフルオロブチルエーテル、メチルノナフルオロイソブチルエーテル、ＦＣ−７７、Ｎｏｖｅｃ（登録商標）７１００、Ｎｏｖｅｃ（登録商標）７２００）、フロリナート（商標）溶媒（ミネソタ州セントポールの３Ｍから入手可能）が挙げられる。非フッ素化有機溶媒の例は、ジメチルホルムアミドである。フロオロポリマーと溶媒との混合物は、所望の粘度を達成するように選択することができる。所望の繊維に価値（例えば、抗酸化剤又は着色剤の性質）を付加するために、特定の材料を添加することができる。本明細書に用いられる「溶媒」という用語は、その溶媒と混合された材料を少なくとも部分的に溶解する液体を指す。
【００６３】
材料が回転する繊維製造装置から噴出されると、細い材料の噴出物は、同時に、延伸され、かつ周囲環境内で冷却される。高い歪み速度（延伸による）における材料と環境との間の相互作用が、材料が固化してフルオロポリマー繊維となることをもたらし、これには溶媒の蒸発が付随することがある。温度及び歪み速度を操作することにより、材料の粘度を制御して、作成されるフルオロポリマー繊維のサイズ及び形態を操作することができる。環境及びプロセスの適切な操作により、様々な構造、例えば、連続的、不連続的、マット、ランダム繊維、一方向繊維、織布又は不織布など、並びに、様々な繊維形状、例えば、円形、楕円形及び矩形（例えば、リボン）などのフルオロポリマー繊維を形成することが可能である。他の形状も可能である。生成される繊維は、単一内腔（シングルルーメン）又は多重内腔（マルチルーメン）とすることができる。
【００６４】
プロセスパラメータを制御することにより、繊維は、ミクロン、サブミクロン及びナノサイズで、並びにこれらの組合せで作成することができる。一般に、作成される繊維は、比較的狭い繊維直径分布を有することになる。個々の繊維の長さに沿って、及び繊維間で、直径及び断面構成に多少のばらつきが生じることがある。
【００６５】
一般的に言えば、繊維製造装置は、繊維の様々な性質、例えば、繊維の断面形状及び直径などを制御するのに役立つ。より具体的には、繊維製造装置の速度及び温度、並びに、繊維製造装置内の出口の断面形状、直径及び角度は全て、繊維の断面形状及び直径を制御するのに役立つものであり得る。生成される繊維の長さもまた、使用する繊維製造装置の選択によって影響され得る。
【００６６】
繊維製造装置を回転させる速度もまた繊維の性質に影響し得る。繊維製造装置の速度は、繊維製造装置が回転している間一定とすることもでき、又は繊維製造装置が回転している間に調整することもできる。その速度を調整することができる繊維製造装置は、特定の実施形態において、「可変速度繊維製造装置」として特徴付けられる。本明細書で説明する方法において、材料を保持する構造体は、約５００ＲＰＭから約２５，０００ＲＰＭまで、又はその中で導き出せる任意の範囲で回転させることができる。特定の実施形態において、材料を保持する構造体を、約５０，０００ＲＰＭ、約４５，０００ＲＰＭ、約４０，０００ＲＰＭ、約３５，０００ＲＰＭ、約３０，０００ＲＰＭ、約２５，０００ＲＰＭ、約２０，０００ＲＰＭ、約１５，０００ＲＰＭ、約１０，０００ＲＰＭ、約５，０００ＲＰＭ、又は約１，０００ＲＰＭを超えない速度で回転させる。特定の実施形態において、材料を保持する構造体を約５，０００ＲＰＭから約２５，０００ＲＰＭまでの速度で回転させる。
【００６７】
一実施形態において、材料は、繊維製造装置の液溜め内に配置することができる。液溜めは、例えば、繊維製造装置の凹型空洞によって定めることができる。特定の実施形態において、繊維製造装置は凹型空洞と連通する１つ又はそれ以上の開口を含む。繊維は、繊維製造装置がスピン軸の回りで回転する間に、開口から押し出される。１つ又はそれ以上の開口は、スピン軸と非平行な開口軸を有する。繊維製造装置は、凹型空洞を含むボディと、ボディの上に配置される蓋とを含むことができ、蓋とボディとの間には間隙が存在するようになっており、回転された材料がこの間隙を通って凹型空洞から出ていく結果として、ナノ繊維が作成される。
【００６８】
一実施形態において、繊維製造装置は、駆動部に結合されるシリンジを含む。シリンジは市販されており、様々なサイズで売られている。材料をシリンジ内に保持するためにはプランジャが通常用いられるが、他のストッパもこの目的で用いることができる。プランジャ又はストッパの反対側の端部には穴があり、この穴にねじ山をつけることができ、ニードルをこの穴に取り付けることができる。様々な長さ及びゲージのニードルを含む種々のニードルが市販されている。ニードルを交換することにより、異なるニードルを単一のシリンジで用いることができる。シリンジは、典型的にはシリンジ支持装置に固定され、シリンジとシリンジ支持体が共に回転するようになっている。
【００６９】
例えば、繊維製造装置は、シリンジ及びプランジャを含むことができる。当業者に既知のように、プランジャを装備した任意のシリンジを用いることができる。材料は、シリンジ内に配置することができる。さらに、プランジャの代わりに、シリンジからの材料の望ましくない漏出を防止する別の物体を用いることができる。特定の実施形態において、シリンジは、シリンジに取り付けられるニードルをさらに含む。ニードルのゲージ（Ｇ）は、例えば、１６Ｇ（１．１９４ｍｍ）から２５Ｇ（０．２４１ｍｍ）までの範囲とすることができる。特定の実施形態において、シリンジ及びプランジャを、約５００ＲＰＭから約２５，０００ＲＰＭまでの速度、又はその中で導き出せる任意の範囲の速度で回転させる。特定の実施形態において、少なくとも約１０ｍＬから約５００ｍＬまでの材料がシリンジ内に配置され、シリンジ及びプランジャを、約５００ＲＰＭから約２５，０００ＲＰＭまでの速度で約１０秒間から約１，０００秒間回転させる。特定の実施形態において、シリンジ支持装置がシリンジを支持する。シリンジ支持装置は、例えば、開放された端部及び開放された上部を有する細長い構造体を含むことができる。
【００７０】
繊維製造装置の別の可変要素には、繊維製造装置を作成するのに使用される材料が含まれる。繊維製造装置は、金属（例えば、真鍮、アルミニウム、ステンレス鋼）及び／又はポリマーを含む様々な材料で作成することができる。材料の選択は、例えば、材料が加熱される温度、又は無菌状態が所望されるかどうか、に依存する。
【００７１】
特定の繊維製造装置は、開口を有し、材料は回転中にそこを通って噴出される。そのような開口は、様々な形状（例えば、円形、楕円形、矩形、正方形、三角形など）及びサイズ（例えば、直径０．０１−０．８０ｍｍのサイズが典型的である）を呈することができる。開口の角度は、±１５度の間で変化させることができる。開口には、ねじ山をつけることができる。ねじ付き開口などの開口は、ニードルを保持することができ、ニードルは、様々な形状、長さ、及びゲージサイズのものとすることができる。ねじ穴は、繊維製造装置のボディ内の空洞の上に蓋を固定するために用いることもできる。蓋は、蓋とボディとの間に間隙が存在するようにボディの上方に位置決めすることができ、紡糸される材料が間隙を通って空洞から出ていく結果として、繊維が作成される。繊維製造装置は、同じ装置内で１つの繊維製造装置を別の繊維製造装置と取り替え、これに関して何ら調整を必要としないように構成することもできる。様々な繊維製造装置に取り付けられた自在ねじ切り継ぎ手は、この取替を容易にすることができる。繊維製造装置は、連続方式で動作するように構成することもできる。
【００７２】
本明細書で説明するいずれの方法も、作成されたマイクロ繊維及び／又はナノ繊維の少なくとも一部分を収集することをさらに含むことができる。本明細書で用いる場合、繊維の「収集」は、繊維が繊維収集装置で支えられて静止することを指す。繊維が収集された後、繊維は、人間又はロボットによって繊維収集装置から取り外される。様々な方法及び繊維（例えば、ナノ繊維）収集装置を用いて繊維を収集することができる。例えば、ナノ繊維に関しては、ナノ繊維の少なくとも一部分を収集する収集壁を使用することができる。特定の実施形態においては、収集ロッドがナノ繊維の少なくとも一部分を収集する。収集ロッドは、収集の間、静止させることもでき、又は、収集の間、収集ロッドを回転させることもできる。例えば、収集ロッドは、特定の実施形態において、５０ＲＰＭから約２５０ＲＰＭで回転させることができる。特定の実施形態においては、開放端部及び開放上部を有する細長い構造体がナノ繊維の少なくとも一部分を収集する。上述のように、シリンジ支持装置は、開放端部及び開放上部を有する細長い構造体を含むことができる。特定の実施形態においては、シリンジ支持装置もまた、ナノ繊維などの繊維を収集する。
【００７３】
収集される繊維に関して、特定の実施形態において、収集される繊維の少なくとも一部分は、連続、不連続、マット、織布、不織布、又はこれらの構成の混合物である。幾つかの実施形態において、繊維は生成後、円錐形に束ねられない。幾つかの実施形態において、繊維は生成中、円錐形に束ねられない。特定の実施形態において、繊維は、繊維が作成されるとき及び／又は作成された後に、繊維に吹き付けられる周囲空気などの気体を用いて、円錐形のような特定の形状に形成されない。
【００７４】
本方法は、例えば、入口を通してハウジング内に気体を導入することをさらに含むことができ、このハウジングは、少なくとも繊維製造装置を囲むものである。気体は、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、又は酸素とすることができる。特定の実施形態においては、気体の混合物を用いることができる。
【００７５】
繊維が作成される環境は、様々な条件を含むことができる。例えば、本明細書で論じるいずれの繊維も無菌環境内で作成することができる。本明細書で用いる場合、「無菌環境」という用語は、生きた細菌及び／又は微生物の９９％より多くが除去された環境を指す。特定の実施形態において、「無菌環境」は、生きた細菌及び／又は微生物が実質的に無い環境を指す。繊維は、例えば、真空中で作成することができる。例えば、繊維製造システム内の圧力は、周囲圧力より低くすることができる。幾つかの実施形態において、繊維製造システム内の圧力は、約１ミリメートル（ｍｍ）水銀（Ｈｇ）から約７００ｍｍＨｇまでの範囲とすることができる。他の実施形態において、繊維製造システム内の圧力は、周囲圧力又はその付近とすることができる。他の実施形態において、繊維製造システム内の圧力は、周囲圧力より高くすることができる。例えば、繊維製造システム内の圧力は、約８００ｍｍＨｇから約４気圧（ａｔｍ）までの範囲、又はその中で導き出せる任意の範囲とすることができる。
【００７６】
特定の実施形態において、繊維は、湿度０−１００％、又はその中で導き出せる任意の範囲の環境で作成される。繊維を作成する環境の温度は広範囲に変えることができる。特定の実施形態において、繊維を作成する環境の温度は、熱源及び／又は冷却源を用いて動作の前（例えば、回転の前）に調整することができる。さらに、繊維を作成する環境の温度は、熱源及び／又は冷却源を用いて動作中に調整することができる。環境の温度は、氷点下の温度、例えば、−２０℃又はそれ以下に設定することができる。環境の温度は、例えば、２５００℃までも高くすることができる。
【００７７】
作成される繊維は、例えば、１ミクロン又はそれ以上の長さにすることができる。例えば、作成される繊維は、約１μｍから約５０ｃｍまで、約１００μｍから約１０ｃｍまで、又は約１ｍｍから約１ｃｍまでの範囲の長さにすることができる。幾つかの実施形態において、繊維は狭い長さ分布を有することができる。例えば、繊維の長さは、約１μｍから約９μｍまでの間、約１ｍｍから約９ｍｍまでの間、又は約１ｃｍから約９ｃｍまでの間にすることができる。幾つかの実施形態において、連続法が実施される場合、長さが約１０メートルまで、約５メートルまで、又は約１メートルまでの繊維を形成することができる。
【００７８】
特定の実施形態において、繊維の断面は、円形、楕円形、又は矩形にすることができる。他の形状も可能である。繊維は、単一内腔繊維又は多重内腔繊維とすることができる。
【００７９】
繊維を作成する方法の別の実施形態において、方法は、材料を紡糸して繊維を作成することを含み、ここで、繊維が作成されるときに、繊維は外部から印加された電界又は外部から加えられた気体に曝されず、繊維は、作成された後で液体の中に落下しない。
【００８０】
本明細書で論じる繊維は、少なくとも１００又はそれ以上のアスペクト比を示す部類の材料である。「マイクロ繊維」という用語は、１０ミクロンから７００ナノメートルまで、又は５ミクロンから８００ナノメートルまで、又は１ミクロンから７００ナノメートルまでの範囲の最小直径を有する繊維を指す。「ナノ繊維」という用語は、５００ナノメートルから１ナノメートルまで、又は２５０ナノメートルから１０ナノメートルまで、又は１００ナノメートルから２０ナノメートルまでの範囲の最小直径を有する繊維を指す。
【００８１】
繊維は、当業者に既知のいずれかの手段により分析することができる。例えば、走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）を用いて、所与の繊維の寸法を測定することができる。物理的特性及び材料特性決定のために、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）、熱分析（ＴＡ）及びクロマトグラフィなどの技術を用いることができる。
【００８２】
以下の例は、本発明の好ましい実施形態を示すために含まれる。当業者であれば、以下の実施例において開示される技術は、本発明の実施において良好に機能する本発明者によって発見された技術を代表するものであり、従って、本発明の実施のための好ましいモードを構成するものと考えることができることを理解するであろう。しかしながら、当業者は、本開示に鑑みて、本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、開示された特定の実施形態に多くの変更を加えることができること、そしてそれでもなお同様の又は類似の結果を得ることができることを認識するであろう。
【実施例】
【００８３】
実施例１
遠心紡糸法を用いて、純粋なＰＴＦＥ（例えば、テフロンＡＦ）ナノ繊維の調製を達成した。繊維形成プロセスは、非常に安定しており、大量の繊維を生成し（商業的な観点から、高収率であることは極めて重要である）、単繊維、不織マット又は糸になることができる、清潔で純粋なＰＴＦＥ繊維を生成する。
【００８４】
フロリナートＦＣ−４０に溶解されたテフロンＡＦのポリマー溶液を、二重オリフィス式の繊維製造装置を用いて紡糸した。繊維製造装置は、装置の開口に結合された２つのニードルを含むものとした。繊維は、繊維製造装置に結合された２７ゲージのニードル及び３０ゲージのニードルを用いて形成された。いずれかのゲージのニードルを用いて、繊維製造装置を＞８０００ｒｐｍより高速で稼働させた。２７ゲージニードルを用いたとき、ナノ繊維は、約７０００ｒｐｍの速度で製造された。上述のニードルゲージ、速度、及び二重オリフィス式紡糸口金を用いると、１ｇを上回る繊維を調製するのに１５秒（どちらかのゲージのニードルを用いて１０，０００ｒｐｍにて）しかかからない。ひとたび繊維製造ボディが充填されると、ノズルを接続した。
【００８５】
紡糸サイクルの後、繊維は、基材としてのガラススライド上に収集されるか、又は、収集器から糸として紡がれる。図２６Ａ−図２６Ｄは、遠心紡糸法により製造されたナノサイズのＰＴＦＥ繊維のＳＥＭ画像を示す。図２６Ｂ−図２６Ｄは、図２６Ａに示された繊維と同じ繊維の倍率を次第に上げて示したものである。生成された繊維は、ビーディングも、相互接続も、融合も示さないＰＴＦＥナノ繊維であった。測定された接触角は、繊維マットの厚さに応じて１６０°を下回ることはなかった。図２７Ａは、ＰＴＦＥナノ繊維マットで覆われたガラススライド上の水滴を示す。図２７Ｂは、図２７Ａの水滴の拡大を示す。図２７Ｃは、ＰＴＦＥナノ繊維マットで覆われたガラススライド上の凍結された水滴を示す。
【００８６】
繊維は、糸に形成することができる。糸状繊維は、図２８に示される糸収集システムを用いて製造した。収集システムに取り付けられたモータが、繊維を引っ張り、撚りをかけて、糸を形成する。
【符号の説明】
【００８７】
１００、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１、１１００、１３００、１４００、１６００、１９０１、２０００、２２００、２４００、２５００：繊維製造装置
１０６、１１１１、１３０４、２００４：開口
１０７、１４０９、１５０３、１６０７、１７０３、２２０４：穴
１０８、１１１２、１４１０、１６０８、２００７、２２０６：スピン軸
２００、６１２、７１２、８１２、９１２、１０１２、１９１２：収集壁
３１０、５２０、１１３０、１８２０、２１２０、２３２０：繊維の経路
３２０、５１０、１１２０、１８１０、２１１０、２３１０：繊維
４００、１０３０：収集ロッド
６００、７００、８００、９００、１０００、１９００：繊維製造システム
６０３、７０３、１３０７、１４０８、１６０６、２００６：ねじ切り継ぎ手
６０４、７０４、８０４、９０４、１００４、１９０４：モータ
６０５、８０５、１９０５：シャフト
６０６、７０６、８０６、９０６、１００６、１９０６：支持ばね
６０７、７０７、８０７、９０７：防振材
６０８、７０８、８０８、１９０８：モータハウジング
６０９、８０９、９０９、１００９：加熱ユニット
６１０、７１０、８１０、９１０、１０１０：筺体
６１０ａ、７１０ａ、８１０ａ、９１０ａ、１０１０ａ、２００４：筐体の開口
６１１、８１１、９１１、１０１１、１９１１：断熱材
６１３、７１３、８１３、９１３、１０１３、１９１３：中間壁
６１４、７１４、８１４、９１４、１０１４、１９１４：ハウジング
６１５、１０１５、１９１５：シール
６１６、１０１６、１９１６：ハウジングの開口
６１７、７１７、８１７、９１７、１０１７、１９１７：壁
６１８、１０１８、１９１８：基部
６１９、８１９、１０１９、１９１９：壁の開口
６２０、７２０、８２０、９２０、１０２０、１９２０：電源用インジケータ
６２１、７２１、８２１、９２１、１０２１、１９２１：電子装置用インジケータ
６２２、７２２、８２２、９２２、１０２２、１９２２：制御スイッチ
６２３、７２３、８２３、９２３、１０２３、１９２３：制御ボックス
９３０：冷却システム
１１０９、２００１：液溜め
１３０１、１９０２：シリンジ
１３０２：プランジャ
１３０３、１４０３、１９０３：ニードル
１３０５、１４０４、１５００、１６０４、１７００、１９０４：シリンジ支持装置（シリンジ支持体）
２２０３：メッシュ材料
２４１０、２４２０、２５１０：シリンジ連結部
２４３０、２５２０：ボディ
２４５０、２５５０：ボディの開口
【図１Ａ】
0006042355.tif 000002
【図１Ｂ】
0006042355.tif 000003
【図１Ｃ】
0006042355.tif 000004
【図２】
0006042355.tif 000005
【図３Ａ】
0006042355.tif 000006
【図３Ｂ】
0006042355.tif 000007
【図４】
0006042355.tif 000008
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８】
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