(57)【要約】高分子溶液からナノ繊維を形成するためなどの静電細繊維生成装置を提供する。細繊維生成装置は、ステンレス鋼ビード付チェーンの形態を呈してもよいストランドを含む。ビード付チェーンは、２つのガイドホイール周りに巻き回され収集媒体に対して垂直に無端経路周りを駆動される無端チェーンであってもよい。
2011503384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細繊維を収集媒体上に製造するための装置であって：
第１電極と；
前記第１電極から離間する第２電極であって、前記第２電極が、少なくとも２つのガイド上に巻き回されたストランドを含む、第２電極と；
第１経路に沿って離間する入口領域および出口領域であって、前記収集媒体が、前記第１経路に沿って前記入口領域から前記出口領域まで、前記第２電極から離間する関係で駆動されるようになされている、入口領域および出口領域と；
前記ストランドを前記少なくとも２つのガイドに沿って駆動し、前記第１経路に対して横断する第２経路に沿って移動させるようになされた駆動ユニットと；
前記第１および第２電極の間に電圧差を発生し、細繊維の紡糸を発生させるように配置された電圧源とを備える；
装置。
【請求項２】
前記ストランドは、無端経路周りを駆動される無端ストランドであり、
前記第２経路は前記無端経路の一部であり、
前記無端経路は、前記第２経路から離間する戻り経路をさらに含み、
前記無端ストランドは、前記戻り経路に沿う部分が前記第２経路よりも第１電極から離れている、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
高分子溶液を収容するようになされた浸漬槽をさらに含み、
前記無端ストランドは、前記戻り経路に沿う部分が前記高分子溶液に浸漬されることにより前記高分子溶液で被覆されるように、前記浸漬槽を通って進む、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記無端ストランドは、間隙を介して分離された複数の個別セグメントの無端チェーンであり、
各セグメントは、典型的には、動作中に高分子細繊維が電気紡糸される少なくとも１つの個別の紡糸位置を提供する、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記セグメントの各々は略球形のボールである、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ガイドは、前記第１経路に対して略平行な軸周りに回転可能な１対の離間するホイールを備える、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ストランドは、３つ以上のガイド上に巻き回され無端経路に沿って移動する無端サーペンタインベルトであり、前記無端サーペンタインベルトは、前記第１経路に対して横断するように延びる複数の略直線のスパンを含む、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記高分子溶液の供給源に接続された計量ユニットと；
前記サーペンタインベルトの縁部を濡らすように配置された出口を有する少なくとも１つの投与ニードルとをさらに備える；
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
それぞれ前記入口領域および前記出口領域に近接して配置されたアンワインド装置およびリワインド装置と；
前記アンワインド装置および前記リワインド装置上に設けられた濾過媒体のロールであって、前記ロールは前記収集媒体により接続され、前記濾過媒体は、動作中に、前記アンワインド装置から巻き出され、第１経路に沿って前記入口領域から前記出口領域まで進行し、前記リワインド装置上に巻き戻される、ロールとをさらに備える；
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
細繊維を収集媒体上に製造するための装置であって：
前記収集媒体を支持するための平坦支持表面を有する収集電極と；
前記平坦支持表面に隣接する直線セグメントを有する少なくとも１つの紡糸電極と；
前記紡糸電極を駆動するようになされた駆動ユニットであって、前記直線セグメントが、前記駆動ユニットによる駆動時に前記平坦支持表面から一定の間隔を維持する、駆動ユニットと；
前記収集電極および前記紡糸電極の間に電圧差を発生させ、細繊維の紡糸を発生させるように配置された電圧源とを備える；
装置。
【請求項１１】
第１経路に沿って離間する入口領域および出口領域であって、前記収集媒体は、前記第１経路に沿って前記収集電極を横切って前記入口領域から前記出口領域まで、前記紡糸電極から離間する関係で駆動されるようになされている、入口領域および出口領域と；
高分子溶液を収容するようになされた浸漬槽であって、前記紡糸電極が、前記紡糸電極の一部が前記高分子溶液に浸漬され、それにより前記紡糸電極が前記高分子溶液で被覆されるように、前記浸漬槽を通って延在した状態で、および前記紡糸電極の一部が細繊維を生成するように露出した状態で、無端経路周りを駆動される、浸漬槽とをさらに含む；
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
細繊維生成装置の入口領域から出口領域まで第１経路に沿って基板材料のシートを供給する基板材料のロールを備え；
前記シートは、前記第１経路に対して略平行な対向側縁部を有し、前記細繊維生成装置は、少なくとも１つのストランドと、前記第１経路に対して横断する第２経路に沿って第１ガイドから第２ガイドまで前記ストランドを駆動する駆動ユニットとを含み；
前記ストランドは、高分子溶液で濡らされるとともに電圧差を受けて前記基板材料上に堆積される細繊維を生成する、
濾過媒体製造システム。
【請求項１３】
前記第１経路は前記対向する側縁部間に延びており、
前記ストランドは、間隙を介して分離された複数の個別セグメントの無端チェーンであり、
各セグメントは、典型的には、動作中に高分子細繊維が紡糸される少なくとも１つの個別の紡糸位置を提供し、
各個別の紡糸位置は、前記基板材料の一方の側縁部から他方の側縁部まで前記基板材料上を横方向に移動する、
請求項１２に記載の濾過媒体製造システム。
【請求項１４】
前記ストランドは、無端経路周りを駆動され、
前記第１経路は前記無端経路の一部であり、
前記無端経路は、前記第２経路から離間する戻り経路をさらに含み、
前記ストランドは、前記戻り経路に沿う部分が前記第２経路よりも前記第１電極から離れている、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記高分子溶液を収容するようになされた浸漬槽をさらに含み、
前記ストランドは、前記戻り経路に沿う部分が前記高分子溶液に浸漬されることにより高分子溶液で被覆されるように、前記浸漬槽を通って進む、
請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
電極の直線アレイ状に配置された複数の紡糸位置から、前記電極上の高分子溶液被覆から細繊維を電気紡糸するステップと；
前記紡糸位置が収集媒体に対して離間する関係で前記収集媒体と前記紡糸位置とを相対直線移動させるステップと；
前記細繊維を前記収集媒体上に堆積させるステップと；
前記紡糸位置と前記収集媒体との間を一定の間隔に維持するステップと；
前記紡糸位置の各々を高分子溶液被覆で周期的に再生させるステップとを備える；
細繊維を生成する方法。
【請求項１７】
前記直線アレイは、複数列の紡糸位置を含み、
前記紡糸位置の少なくとも１つの第１列を第１方向に移動させるステップと；
前記紡糸位置の少なくとも１つの第２列を第２方向に移動させるステップとをさらに備える；
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記周期的に再生させるステップは：
前記紡糸位置を高分子溶液に浸漬させるステップと；
前記堆積ステップ中に前記収集媒体を平坦支持体上を進行させるステップとを有する；
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記電極は、無端ストランドを含み、
前記ストランドは、間隙を介して分離する複数の個別セグメントを有し、
前記無端ストランドを少なくとも２つのプーリ上に巻き回すステップと；
前記無端ストランドを前記少なくとも２つのプーリ周りの無端経路に沿って進行させるステップと；
典型的には前記個別セグメントの各々から、細繊維を紡糸することにより、前記無端ストランドの露出され前記収集媒体に面する第１部分から細繊維を生成するステップであって、前記紡糸位置は、前記無端ストランドを前記第２経路に沿って進行させる際、前記第１経路に対して横断するように前記媒体を横切って移動する、ステップと；
前記無端ストランドの第２部分を前記高分子溶液に浸漬させるステップとをさらに備える；
請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
第１電極および第２電極を離間する関係に配置するステップであって、前記第２電極は少なくとも１つのストランドを含む、ステップと；
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧差を発生させるステップと；
前記ストランドを高分子溶液で濡らすステップと；
収集媒体を前記第２電極に対して離間する関係で第１経路に沿って進行させるステップと；
前記電圧差により、前記少なくとも１つのストランドに沿った複数の紡糸位置に沿う前記収集媒体上に、高分子材料の細繊維を紡糸するステップと；
前記ストランドを前記第１経路に対して横断する第２経路に沿って進行させるステップとを備える；
細繊維を生成する方法。
【請求項２１】
前記ストランドは、無端ストランドであり、
前記無端ストランドを少なくとも２つのガイド上に巻き回すステップと；
前記無端ストランドを前記少なくとも２つのガイド周りの無端経路に沿って進行させるステップと；
前記無端ストランドの露出され前記収集媒体に面する第１部分から細繊維を生成するステップと；
前記無端ストランドの第２部分を前記高分子溶液に浸漬させるステップとをさらに備える；
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ストランドは、間隙を介して分離された複数の個別セグメントを有する無端ストランドであり、
典型的には前記個別セグメントの各々の紡糸位置から、細繊維を生成するステップであって、前記紡糸位置は、前記無端ストランドを前記第２経路に沿って進行させる際、前記第１経路に対して横断するように前記媒体を横切って移動する、ステップとをさらに備える；
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記個別セグメントの各々から、典型的には少なくとも２つの紡糸位置を発生させるステップをさらに備える；
請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記収集媒体は、濾過媒体基板であり、
前記濾過媒体基板を巻き出すステップと；
前記濾過媒体基板を前記第２電極上に送るステップと；
前記濾過媒体基板上に細繊維を堆積させて細繊維層とするステップと；
前記細繊維層と一体となった前記濾過媒体基板を巻き戻すステップとをさらに備える；
請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２経路に沿う対向方向に複数のストランドを進めさせるステップをさらに備える；
請求項２０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、紡糸電極と収集電極との間の電圧差により生じる静電界における、高分子溶液からの細繊維の静電紡糸に関し、より詳細には、新しい紡糸電極装置の配置および／または電気紡糸の方法に関する。また、本発明の他の態様は、濾過媒体製造システムおよび方法、すなわち流体ストリームから汚染物質を濾過するための高効率層を濾過媒体上に生成する細繊維の濾過媒体への適用に関する。
【背景技術】
【０００２】
収集電極と紡糸電極との間の電圧差により生じる電界を介して静電紡糸(electrostatic spinning)（「電気紡糸(electro-spinning)」としても知られる）により高分子溶液から細繊維を製造することが知られている。例えば、米国特許第６，７４３，２７３号に示されているように、高分子溶液は回転エミッタ形態の紡糸電極に圧送されるが、そこではポンプ溶液がリザーバから圧送されて、エミッタの孔を強制的に通過させられる。通過すると、グリッドとエミッタ間の静電電位により電荷が付与され、液体は薄く細い繊維として「紡糸」され、基体上で効率層として収集される。このプロセスで、溶媒は細繊維から蒸発し、それによりフライト中の繊維の直径が小さくなる。
【０００３】
静電紡糸装置の別の例が特許公開ＵＳ２００６／０２９００３１号およびＷＯ２００６／１３１０８１号に示されている。両出願に開示されている紡糸電極は、いくつかの異なる形態を取り得る設計の回転ドラム体である。ドラムを、高分子溶液リザーバに浸漬するように配置し、収集媒体の経路に対して垂直な軸を中心に回転させる。ドラムを高分子溶液を通して回転させることにより、帯電電極の紡糸表面は高分子溶液で被覆される。ドラム体の様々な変形が両特許公開を通じて示されており、それらには、複数の先端を提供することで細繊維が生成される個別の紡糸位置が設けられるものが含まれる。
【０００４】
本発明は、静電細繊維の製造および紡糸電極の設計および／または細繊維濾過媒体の製造に関し、既存の技術水準に対する改善を提供する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、個々または組み合わせにより特許性を有する、主張可能ないくつかの態様があり、かかる態様には以下が含まれるが、それらに限定されるものではない。
【０００６】
本発明の第１の態様は、好適な収集媒体上に細繊維を製造するための装置を対象とする。本装置は、離間する２つの電極を含み、そのうちの紡糸電極は、少なくとも２つのガイド上に巻き回されたストランドを含む。本装置は、第１経路に沿って離間する入口領域と出口領域とを有し、収集媒体は、第１経路に沿って入口領域から出口領域まで、紡糸電極から離間して駆動されるようになされている。駆動ユニットは、ストランドを少なくとも２つのガイドに沿って駆動し、第１経路を横断する（例えば、横方向に、特定の実施の形態によれば垂直であってもよい）第２経路に沿って移動させるようになされている。電圧源は、第１および第２電極間に電圧差を発生し、静電界を生成して細繊維を紡糸するように配置されている。
【０００７】
ストランドは、チェーン、バンド、ストリップ、その他のストランド構造の形態を呈してもよい。好ましい実施の形態によれば、ストランドは、無端連続経路周りに駆動される無端ストランドの形態をとることができる。上記の第２経路は、この無端経路の一部である。無端経路は、無端ストランドから離間する戻り経路をさらに含み、無端ストランドは、戻り経路沿いに、細繊維の電気紡糸が生じる第２経路と比較して収集電極から離れている。さらに、特定の実施の形態によれば、好適な高分子溶液を収容するようになされた浸漬槽が設けられる。無端ストランドは、戻り経路に沿う部分が高分子溶液に浸漬され、それにより無端ストランドが高分子溶液で被覆されるように、浸漬槽を通って進む。
【０００８】
本発明の別の態様は、濾過媒体製造システムを対象とする。このシステムは、細繊維生成装置の入口領域から出口領域まで第１経路に沿って基板材料のシートを供給する基板材料のロールを含む。シートは、第１経路に対して略平行な対向側縁部を有する。細繊維生成装置は、少なくとも１つのストランドと、第１経路に対して横断する第２経路に沿って第１ガイドから第２ガイドまでストランドを駆動する駆動ユニットとを含む。ストランドは、高分子溶液で濡らされるとともに、電圧差を受けて後に基板材料上に堆積される細繊維を生成するための静電界を提供する。
【０００９】
特定の実施の形態によれば、かかる態様は、無端経路に沿って進行する無端ストランドを含んでもよく、また、無端ストランドの一部をいずれかの所与の時間に高分子溶液槽へ浸漬することにより、無端ストランド上への高分子溶液の被覆を補うことに関係してもよい。
【００１０】
別の発明性を有する態様は、細繊維を収集媒体上に製造するための装置を含み、少なくとも１つの紡糸電極が、平坦な収集電極に対して一定の間隔に維持された直線セグメントを有する。この態様によれば、収集電極は、収集媒体を支持するための平坦支持表面を有し、少なくとも１つの紡糸電極は、平坦支持表面に隣接する直線セグメントを有し、駆動ユニットは、駆動ユニットによる駆動時に直線セグメントと平坦支持表面との間を一定の間隔に維持しながら、紡糸電極を駆動する。電圧源は、第１および第２電極の間に電圧差を発生させ、細繊維を紡糸するように配置されている。
【００１１】
特定の実施の形態によれば、本装置は、第１経路に沿って離間する入口領域と出口領域とを含むことができ、収集媒体は、第１経路に沿って入口領域から出口領域まで、紡糸電極から離間して駆動されるようになされている。紡糸電極は無端経路周りに駆動され、高分子溶液を収容する浸漬槽が提供される。いずれの時点においても、紡糸電極の一部は、高分子溶液に浸漬され、それにより紡糸電極が高分子溶液で被覆されるように、浸漬槽を通って延在し、紡糸電極の一部は、細繊維を生成するように露出される。
【００１２】
さらに別の発明性を有する態様は、一定の間隔を維持しつつ細繊維を生成する方法に関する。この発明性を有する態様による方法は、電極の直線アレイ状に配置された複数の紡糸位置から、電極上の高分子溶液被覆からの細繊維を電気紡糸するステップと、紡糸位置が収集媒体に対して離間する関係で収集媒体と紡糸位置とを相対移動させるステップと、細繊維を収集媒体上に堆積させるステップと、紡糸位置と収集媒体との間を一定の間隔に維持するステップと、紡糸位置の各々を高分子溶液被覆で周期的に再生させるステップとを含む。
【００１３】
さらに別の発明性を有する態様は、細繊維を生成する方法であって、第１電極および第２電極を離間する関係に配置するステップであって、第２電極が少なくとも１つのストランドを含み、第１電極と第２電極との間に電圧差を発生させるステップと、ストランドを高分子溶液で濡らすステップと、収集媒体を第２電極に対して離間する関係で第１経路に沿って進行させるステップと、電圧差により、少なくとも１つのストランドに沿う複数の紡糸位置に沿う収集媒体上に、高分子材料の細繊維を紡糸するステップと、ストランドを第１経路に対して横断する第２経路に沿って進行させるステップとを含む方法に関する。
【００１４】
特定の実施の形態によれば、上記方法は、無端ストランドを少なくとも２つのガイド（ガイドホイールの形状を呈してもよい）上に巻き回すステップと、無端ストランドを少なくとも２つのガイド周りの無端経路に沿って進行させるステップと、無端ストランドの露出され収集媒体に面する第１部分から細繊維を生成するステップと、無端ストランドの第２部分を高分子溶液に浸漬させるステップと、それにより紡糸位置を周期的に再生させるステップとを含んでもよい。さらに、細繊維は、典型的には電極ストランドにわたって間隙を介して隔てられた複数の個別セグメントから生成可能である。紡糸位置は、無端ストランドを第２横断経路に沿って進行させる際、媒体が沿って進行する第１経路に対して横断するように媒体を横切って移動できる。
【００１５】
本発明の他の態様、目的および利点は、添付図面を参照した、以下の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本明細書に組み込まれ、その一部を成す添付図面は、本発明のいくつかの態様を示し、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。図面は下記の通りである。
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態による濾過媒体の製造に用いることができる細繊維生成装置の部分側立面略図である。
【００１８】
【図２】図１に示す装置の部分平面略図である。
【００１９】
【図３】本発明の実施の形態に従う、図１に示す略図に組み込んで用いることができる、複数の高分子溶液槽および電気紡糸電極、ならびにそれらを駆動するための適切な駆動機構の等角図である。
【００２０】
【図４】図３に示す装置の一部拡大図である。
【００２１】
【図５】駆動ユニットの例をより良好に示す、図３に示す装置の一部の異なる拡大等角図である。
【００２２】
【図６】図３に示す装置の個々のユニットの１つの拡大側面図である。
【００２３】
【図７】図３に示す電気紡糸セルまたはユニットの１つの断面図である。
【００２４】
【図８】動作中に個々のチェーンセグメントの各々の高分子溶液被覆から少なくとも２つの紡糸位置をどのように形成するのが典型的であるかを説明するために用いる、前述の図面において用いられる無端チェーン電極の一部の近接説明図である。
【００２５】
【図９】本発明の代替の実施の形態によるサーペンタインベルト電気紡糸装置の斜視図である。
【００２６】
【図１０】動作中にベルトを高分子溶液で濡らすためのニードル投与位置が単一の、無端ベルトを駆動する２つのガイドホイールプーリを伴う本発明のさらに別の代替の実施の形態を示す。
【００２７】
本発明は、ある好ましい実施の形態と関連付けて説明されるが、それら実施の形態に限定する意図はない。反対に、意図するところは、全ての代替物、変形、均等物を、特許請求の範囲に定義されているように本発明の精神と範囲内に含まれるものとして、カバーすることである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
説明のために、本発明の実施の形態を、図１および図２に、濾過媒体製造システム１２の一部である細繊維製造装置１０の部分概略形態で示す。製造システムは、アンワインド装置１６上に配置した濾過媒体基体ロール１４の形態で示す細繊維収集媒体基体の交換式マスターロール１４を含む。連続基体シート１８は、細繊維を収集するため濾過媒体基体ロール１４から細繊維製造装置を通じて送られ、濾過媒体基体層２４および高効率細繊維層２６を有する濾過媒体ロール２２上にリワインド装置２０により巻き取られる。マスター基体ロール１４は、空になってから、必要に応じて新しい濾過媒体基体ロールに交換される。
【００２９】
図示のように、媒体のシート１８は、概ね入口領域３２から出口領域３４まで細繊維製造装置１０を通じて第１方向３０に沿って延びている。濾過媒体シートの両方の側部３６は、自ずと第１方向３０に対して略平行に延びている。
【００３０】
細繊維製造装置は、第１および第２電極間に生成される静電界を含む一方、細繊維が生成される１つ以上の紡糸電極４０と、細繊維が静電界により提供される力を受けて引き寄せられる収集電極４２とを含む。図示のように、通常は細繊維が収集電極４２上に堆積せずに濾過媒体シート１８上に堆積するように、媒体シート１８を紡糸電極４０と収集電極４２との間に延在させるのが普通である。収集電極４２は、好ましくは、スレッド収集位置を最大数にするように相当な表面積を有する導電性多孔板である。多くの小孔４６を穿孔板に形成することにより、蒸発した溶媒を施設外などの外部位置に排出するブロワ駆動換気フードシステム４８を通じて、蒸発した溶媒を真空吸引（vacuum suction）することが容易になる。（概略的に示すように、収集電極４２は、換気フードシステム４８と同様に、少なくとも媒体の幅に及ぶとともに、紡糸電極４０をひとまとめにした長さに及ぶ。濾過媒体基体層は、収集電極４２に接触した状態で延在するとともに、重力に抗する吸引圧力を受けて収集電極４２に支持されている。この支持配置は、図示のように平坦で平面状であるのが好ましい。
【００３１】
静電界を生成するため、高電圧源が設けられ、かかる高電圧源は、電極４０と４２の間に１０，０００〜１５０，０００ボルト以上（濾過媒体用細繊維の製造にとって、より好ましくは７５，０００〜１２０，０００ボルト）のオーダーの高電圧差を発生させるように、電極４０および４２の少なくとも一方に接続されるが、他の電圧範囲も可能である。収集電極４２は、普通には単純に接地されるが、紡糸電極が接地電位に対して必ずしもかかる高電位を有さなくてもよいように、電圧生成源により収集電極に対して接地電位以外の電位を与えてもよい。いずれの場合も、電圧源は、静電界を通じて高分子溶液から細繊維を紡糸するために十分な電圧差を第１および第２電極間に発生させるように配置される。
【００３２】
一実施の形態において、装置は単一紡糸電極４０を含む。例えば、図７の単一電極を用いてそれ自体の装置を形成してもよい。その他の図に示すように、複数の紡糸電極４０を入口領域３２と出口領域との間に設けることができる。１つ以上の紡糸電極を、ユニットとして個々の細繊維製造セル５０に組み込んでもよい。例えば、図１〜図３に示すように、入口領域と出口領域との間に複数の細繊維製造セル５０を配置することが可能である。細繊維製造セル５０の各々は、電線５２を介して高電圧源４４に結合され、セルの各々は、収集電極４２に対して同じ電位差を受ける。
【００３３】
個々の製造セル５０のさらなる詳細について説明する。図７を参照すると、各セル５０は、プラスチック製の有壁箱状の容器構造の形態であってもよい浸漬槽５４を含む。浸漬槽５４の各壁５６は、高電圧源４４から槽５４に伝えられた電圧の不意の放電を防止するため、プラスチックなどの絶縁材料（ただし、使用予定の溶媒に対して可溶性がないプラスチックまたは他の絶縁材料）から構成される。浸漬槽５４は、細繊維の電気紡糸にとって好適な溶媒と好適な高分子との高分子溶液５８を含む。
【００３４】
プラスチック壁５６の１つには、壁５６の１つを貫通して延び、電線５２を介して高電圧源４４に接続される金属の電気端子６０が装着されている。端子６０は、高分子溶液５８と導通することにより、溶液を通じて電位を紡糸電極４０に伝えるために溶液を帯電させる。
【００３５】
加えて、高分子溶液を周期的に補充するため、一方向チェック弁を含む従来からのクイック接続カップリング６２などの流体継手を壁５６の１つを貫通して装着することで、かかる溶液のさらなる追加による高分子溶液の周期的な補充が可能になる。流体計量ユニット６４およびリザーバ６６を含み、槽に高分子溶液をさらに周期的に補充する流体補充システムを接続してもよい。制御弁または個々の計量ユニット（各ユニットを各セルの専用とする）を設けることで、各セルにおける溶液を個々に制御してもよい。
【００３６】
図示のように、紡糸電極４０は、ストランドの形態を呈してもよいし、実施の形態で示すように、無端チェーン７０の形態をした無端ストランドであってもよい。無端チェーン７０は金属製または他の導電材料製であるのが好ましく、それにより無端チェーン７０は難なく導電性を呈し、かつ高分子溶液５８により、およびそれを通じて提供される電気的導通により高電圧源４４との間で電気回路を構成する。図８に最良に示すように、無端チェーン７０は、複数の個別セグメント７２を含むのが好ましい。個別セグメントの各々は、間隙７４とスペーサセグメント７６とにより、隣接する別のセグメントから離間して接続されている。本実施の形態において、セグメント７２はビード付チェーンを形成するビードであり、各ビードは略球状のボール７８の形をとる。例えば、ステンレス鋼製のビード付チェーンを紡糸電極とすることができる。
【００３７】
無端チェーン７０は、浸漬槽５４の離間する対向両端にある可動ガイドホイール８２の形態をとってもよい２つのガイド周りの無端経路８０に沿って装着される。ガイドホイール８２は、図示のようにシーブ状構造であってもよく、金属、プラスチック、または他の好適な材料で構成できる。ガイドホイール８２は、プラスチック材料の軸などの絶縁軸８４に回転可能に装着されることで、浸漬槽５４内の電位を絶縁する。軸８４は、浸漬槽５４の壁５６に対して回転可能である。無端チェーン７０は、ガイドホイール８２に巻き回され、高分子溶液５８から露出した直線紡糸経路８６を含む。紡糸経路８６は、収集電極４２に最も近接して対面している。また、無端チェーン７０は、無端チェーンのセグメントを周期的に再生させる目的で、（すなわち、チェーンを高分子溶液に浸漬し、通過させることにより）浸漬槽５４および高分子溶液５８を通して延びる直線戻し経路８８を有する。どの時点においても、チェーンの一部は溶液で再生されており、一部は電気紡糸のために露出している。
【００３８】
無端チェーン７０をガイドホイール８２周りの無端経路８０に沿って駆動するために、出力軸９２上に回転出力部を有する回転モータ９０を備えた好適な駆動ユニットが設けられる。出力は、次いで、伝動装置を通じて伝達軸９４に伝達され、伝達軸９４により、チェーンおよびスプロケット機構９６を介して電気絶縁駆動装置９８に伝達される。これらの駆動装置９８は、永久磁石１０２を収容する、分離しているが近接して配置されたハウジング１００（図６参照）を含み、ハウジング１００は、動作時にハウジング１００の一方が回転すると、両ハウジング間の永久磁石１０２の散在した関係およびそれらの永久磁石により生成される反発力または吸引力により他方のハウジング１００が回転するように、図示のようなオフセット配置（磁石が互いの間に介在している）に構成されている。駆動ハウジング１００の一方を、各浸漬槽セルのガイドホイール８２の少なくとも一方に装着されることで、ガイドホイールは、無端チェーン７０を無端経路８０周りに駆動する駆動ホイールを兼ねるようになっている。勿論、他の適切な駆動ユニットを設けて無端チェーン７０を無端経路８０周りに駆動してもよい。
【００３９】
図１、図２、および図７から分かるように、無端チェーン７０の直線紡糸経路８６部分は、第１方向３０に対して好ましくは横断する（すなわち、垂直または対角もしくは斜めなどその他横方向のいずれかである）第２方向１０４に沿って移動するため、第１方向に対して横断するように延在する。その結果、媒体のシートが入口領域３２から出口領域３４まで第１方向３０に沿って移動するに従って、無端チェーン７０の個々のセグメント７２が、対向する側部３６の間を基体シートを横切って第２方向に沿って移動する。
【００４０】
加えて、図７に最良に示すように、個々のセグメント７２が直線紡糸経路８６の全体にかけて一端から他端まで移動する際、収集電極４２および／または媒体シート１８からセグメント７２までを一定の離間距離１０６とすることが可能である。かかる一定の目標距離には、細繊維の製造に大きく影響しない無端チェーンの弛みによる軽微なばらつきがあってもよい。その結果、紡糸目標離間距離１０６は、厳密に制御可能で、回転ドラムアプリケーションでの場合のように幅広いばらつきが生じることはない。直線紡糸経路８６に沿う無端チェーンの望ましくない弛みが存在する限り、経路に沿って中間ガイド支持体（不図示）を設けることが可能で、かかる中間ガイド支持体によって、無端チェーン上の高分子被覆を周期的に再生してもよい。かかる追加の中間支持装置は、はるかに長いスパンにかけての電気紡糸を所望する場合に設けることができる。中間における再生は、高分子溶液をニードルからチェーン上に圧送することにより、および／または、溶液をすくい上げて無端チェーン上に送り込む搬送ホイールを通じて、実現することも可能である。いずれの場合も、紡糸経路に沿う無端チェーンの弛みが軽微である限り、本発明および本明細書に付帯する請求項の意味および文脈における文言上は、一定の離間間隔１０６を含むと考えられ、紡糸経路８６に沿う移動については、本発明および本明細書に付帯する請求項の文脈における文言上は、直線的であると考えられる。
【００４１】
上記から明白であるように、直線紡糸経路８６および無端チェーン７０の移動方向は、収集媒体シート１８の移動方向３０に対して横断している。好ましくは、および図示のように、この横断配置は垂直であるのが好ましいが、９０°以外の角度を含む他の横断配置を用いてもよいことは言うまでもない。従って、本明細書の文脈において、横断とは、垂直を含むがそれを意味するのではなくより広い意味を有し、概ね収集媒体シート１８の対向する側部３６の間の方向に略横方向に移動する電気紡糸生成のためのストランドも含むことを意図している。
【００４２】
動作モードの実施の形態によれば、動作中、濾過媒体収集シート１８は、第１方向に沿って連続的に進行するとともに、無端チェーン７０は、無端経路８０周りを連続的に移動する。しかし、様々な目的のために所望される場合は、いずれも間欠動作とすることが可能であることは言うまでもない。
【００４３】
動作中、図７および図８に示すように、直線紡糸経路８６に沿う無端チェーン７０は、少なくとも１列（図では２列）のアレイ状に直線配列された複数の紡糸位置１０８を含む。紡糸位置は、間隙７４により隔てられ、かかる間隙７４は、本実施の形態の場合、紡糸位置１０８が直線紡糸経路８６に沿って均等に離間されるように、均等に離間させた間隙７４である。これは、球状ボール７８の構成では、細繊維１１０の形成のための２つの紡糸位置１０８が生じるのが典型的であるからである。図示のように、紡糸位置１０８は、球状ボール７８の対向側にあり、電気的反発力（例えば、帯電した紡糸スレッドは互いに反発する傾向がある）により直線紡糸経路８６に対して垂直な横軸１１２に沿って離間されている。従って、個々のセグメント７２の湾曲形状は、紡糸位置間を所望される間隔とし、各個のセグメント当たり複数の紡糸位置を設けるのに有益であり、それにより、より細い繊維を製造し、細繊維の製造の均一性を制御できる。しかし、紡糸位置を形成するために鋭利な縁部またはセグメント化されていないストランドを提供するなど、他の構成としてもよいことは言うまでもない。
【００４４】
水を溶媒として用いる水溶性高分子の場合、装置を、覆っていない状態で用いてもよい。しかし、開示の実施の形態は、浸漬槽の、さもなければ開放された端部１１８を実質的に覆うように配置された中心カバー１１６を提供することにより、伝統的な浸漬システムに対して顕著な利点を提供する顕著なオプションの好適な特長を有する。この配置によれば、カバー周りで駆動される無端チェーン電極が、浸漬槽内に収容されカバーにより実質的に浸漬槽に封じ込められた第１部分と、露出され細繊維を生成可能な第２部分とを含むことが分かる。カバー１１６は、図示のようにバネ電極の異なる部分の間に介在させ、電極の浸漬を実質的に閉じ込めることが可能である。カバー１１６は、離間する両ガイドホイール８２間に実質的に延在し、本実施の形態では、ガイドホイールを受け入れるとともに無端チェーン７０が通過できる開口を提供するガイドホイールスロット１２０を含んでもよい。本実施の形態の場合、セル５０当たり２本の無端チェーン７０が含まれ、各無端チェーン７０に２つのガイドホイール８２のみが提供されるため、合計で４つのスロット１２０を設けることができる。他の支持装置が所望される、または必要とされる場合は、追加のガイドホイールのための追加のスロットを設けてもよい。カバー１１６は、高分子溶液が揮発性溶媒および／または水以外の溶媒を伴うときに特に有益である。例えば、特定の溶媒材料は、水よりも早く蒸発し得るので、望ましい高分子対溶液比の維持がより困難になる。カバー１１６により、いずれの瞬間においても外部に露出した溶媒の量が最小化され、それにより溶媒ロスが最小化される。これは、材料の節約および環境的視点からもより有益であろう。
【００４５】
例えば、図１〜図８の開示によるカバーを有する無端ビード付チェーンの実施の形態を、カバーのない構成を有する市販装置、すなわち、チェコ共和国リベレツ州のエル−マルコ，ｓ．ｒ．ｏ．（El-Marco, s.r.o.）から入手可能なＥｌ−Ｍａｒｃｏ  ＮＡＮＯＳＰＩＤＥＲ型式ＮＳ−８Ａ １４５０の装置と比較したところ、１６時間の試験期間にわたり顕著な溶媒の節約を示した。詳細には、蟻酸１／３および酢酸２／３の溶媒を用いるナイロン６などの１２％高分子溶液（高分子対溶液比）から高分子細繊維を紡糸する際、浸漬槽における溶液を１２％に維持するため、エル−マルコ装置の覆われていない浸漬槽における局所的な高分子溶液の補充については、蒸発した溶媒のロスにより、大いに希釈された高分子溶液（より多くの溶媒を含む）を浸漬槽に補充することが要求された。具体的には、エル−マルコ装置には、溶媒を多く含む補充溶液である２％溶液が必要であった。一方、実施の形態では、溶媒の蒸発が少ないため、より多くの高分子を含む溶液である７％補充溶液で１２％高分子溶液の維持が達成された。この比較では、装置のパラメータのすべてが等しいわけではないことを述べておく（例えば、とりわけ、電極の構成および駆動が異なり、収集媒体流量が異なり、本発明の実施の形態では、ドラム状電極の回転を収容する必要がないため収集媒体の移動方向において浸漬槽をより薄くできることを考慮すると、浸漬槽の容器サイズがより小さい）。
【００４６】
蒸発は大部分が利用可能な表面積（ならびに表面攪拌および空気流（例えば電極の浸漬部の入口および出口領域周辺）など）に関することを考慮したとしても、溶媒の節約は、主として、本明細書において開示されている槽および電極を覆う手法によるものである。例えば、図１〜図８の実施の形態では、高分子溶液の表面、および電極浸漬の入口と出口位置（攪拌エリア）も実質的に覆われている。従って、他のパラメータは、蒸発ロスに対して著しく影響しているようには見えない。比較した装置において、溶媒蒸発についての節約は、６０％以上に達し得ると算出された。この利点の多くは、浸漬中の電極を覆ったこと、および高分子溶液を実質的に閉じ込めたことによるものと考えられる。従って、好ましくは、十分な覆いを設けることにより、溶媒ロスを少なくとも２５％、より好ましくは少なくとも５０％削減する。
【００４７】
一実施の形態を実装する際、カバー１１６を浸漬槽５４の壁にねじなどで堅固に締結することが可能である。カバーの構成および取付は、電極の構成に依存し得る。他の配置または他の種類の電気紡糸システムも可能である。好ましくは、カバーにより、高分子溶液の溶媒からの蒸発が、無カバー電極紡糸装置と比較して少なくとも２５％、より好ましくは少なくとも５０％削減される。例えば、上記実施例では、溶媒のおよそ３分の２の節約が実証されている。
【００４８】
さらに、図示の実施の形態は、セル５０の対向端に、カバー１１６の上方に延在する壁延長部１２４に装着された端部カバー１２２を含み、端部カバー１２２は、無端チェーン７０の対向端の上方に位置してガイドホイール８２の上方に配設される。端部カバー１２２も、溶媒の蒸発を低減し、また、細繊維の製造スパンを制限するシュラウドとしての役も担う。図示のように、対向端部カバーの内縁の間の端部カバースパン１２６は、対向する側部３６の間に定義された対応する媒体シート１８の幅とほぼ同じであり、好ましくは媒体シート１８の幅よりも少し長い。細繊維製造装置１０を通じて延在し得る収集媒体シート１８の異なる幅を収容するためスパン１２６を調整できるように、端部カバー１２２は、調整可能であり、および／または、他のより長い端部カバーと相互交換可能であってもよい。
【００４９】
図９を参照して、本発明の代替の実施の形態を、多くの点において第１の実施の形態と同様の細繊維製造装置１４０として示す。例えば、本実施の形態は、高分子溶液で濡らされ収集媒体に対して一定間隔の紡糸位置を維持可能なストランドを同様に用いる。さらに、本実施の形態は、紡糸電極を提供する無端経路周りに駆動される無端ストランドも含む。従って、より際立った差違のいくつかについて詳細に説明する。
【００５０】
本実施の形態において、細繊維製造装置は、複数のガイドホイール１４４周りの無端経路で駆動される無端サーペンタインベルト１４２を含む。サーペンタインベルト１４２は導電材料製であるのが好ましく、紡糸電極を提供するため図示のように連続的な無端金属バンドの形態を呈してもよい。サーペンタインベルト１４２は、各々が複数の紡糸位置を提供する、隣接するガイドホイール１４４の間のいくつかの直線セグメント１４６を含む。一般に、収集電極に最も近接して配設された縁部１４８が、紡糸位置を提供する。この縁部１４８は、複数の個別の均等に離間する鋭利な縁部（不図示）を提供するため鋸歯状とすることが可能であり、および／または、縁部１４８に沿って局所的な高分子溶液流体リザーバを提供するためポケットその他を構成することができる。好ましくは、ガイドホイールは、ベルト１４２上の孔１５２および他の同様の位置決め構造に係合する歯または他の位置決め構造を含み、一定の間隔が望ましい場合は、縁部を一定の間隔に維持することにより一定の離間距離１０６を維持する。
【００５１】
サーペンタインベルト１４２は、電圧源により静電界を生成し、それにより紡糸電極としての役を担う。ベルト１４２に沿って高分子溶液を提供するため、本実施の形態は、サーペンタインベルト１４２の縁部１４８に隣接して離間する制御オリフィス１５５を有する１つ以上のニードル１５４を含む濡れ供給システムを含む。加えて、ニードルは、リザーバ１５８からの高分子溶液を配給するポンプ１５６により実現される加圧高分子溶液源に、流体線路に沿って接続される。従って、ストランドの生成は、必ずしも浸漬により行う必要はなく、代替として、本実施の形態に従って他の手段において濡らすことにより行うことができる。加えて、本実施の形態は、浸漬槽において電極を浸漬させる能力も提供可能である。例えば、サーペンタインベルトの柔軟な性質により、サーペンタインベルトの各部分を、水平方向ではなく垂直方向に延在するように配置することが可能である。代替として、収集媒体を水平方向ではなく垂直方向に延在するように配置した状態で、右手部分を、高分子溶液を含む浸漬容器に浸漬させてもよい。
【００５２】
図９の実施の形態に大きく類似する細繊維製造装置１６０である本発明の第３の実施の形態を図１０に示す。従って、説明は限定する。本実施の形態は、同様に、ニードル制御オリフィス、ポンプ、および高分子溶液リザーバを備える高分子供給システムを用いることが可能である。本実施の形態も、無端ストランドを用い、かかる無端ストランドは、本実施の形態では、２つのプーリ１６４周りで駆動されるより単純な金属バンド１６２の形態を呈する。繊維の生成は、収集媒体（不図示）に最も近接して配設されることを意図する縁部１６６から得ることができる。また、本実施の形態は、バンド１６２の両方の直線セグメント１６８が繊維の製造のために配置され、高分子溶液に浸漬されないという点を除き、第１の実施の形態に大きく類似する。セグメント１６８の各々を一定の距離に維持する必要がないことに留意すべきである。例えば、収集媒体に対して異なる距離に配置された、異なる繊維生成紡糸電極ストランドを有し、異なる特性の異なる繊維を生成することが有益であるかもしれない。本実施の形態において、プーリ１６４は、シーブまたは他の位置決め構造の形態を呈することで、収集媒体に対する縁部１６６の位置決めを維持してもよい。
【００５３】
本明細書中で引用する公報、特許出願および特許を含むすべての文献は、各文献を個々に、具体的に示し、引用して組み込むかのように、また、その全体を本明細書に記載するかのように、引用して組み込まれる。
【００５４】
本発明の説明に関連して（特に以下の請求項に関連して）用いられる名詞及び同様な指示語の使用は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、単数および複数の両方に及ぶものと解釈される。語句「備える」、「有する」、「含む」および「包含する」は、特に断りのない限り、オープンエンドターム（すなわち「〜を含むが限らない」という意味）として解釈される。本明細書中の数値範囲の具陳は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されたかのように、明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、あらゆる適切な順番で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することだけを意図し、本発明の範囲に対する制限を設けるものではない。明細書中のいかなる言い回しも、請求項に記載されていない要素を、本発明の実施に不可欠であるものとして示すものとは解釈されないものとする。
【００５５】
本明細書中では、本発明を実施するため本発明者が知っている最良の形態を含め、本発明の好ましい実施の形態について説明している。当業者にとっては、上記説明を読めば、これらの好ましい実施の形態の変形が明らかとなろう。本発明者は、熟練者が適宜このような変形を適用することを予期しており、本明細書中で具体的に説明される以外の方法で本発明が実施されることを予定している。従って本発明は、準拠法で許されているように、本明細書に添付された請求項に記載の内容の修正および均等物をすべて含む。さらに、本明細書中で特に指摘したり、明らかに文脈と矛盾したりしない限り、すべての変形における上記要素のいずれの組み合わせも本発明に包含される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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