(57)【要約】  本発明は、紡糸電極３と、円筒体４１を備える集電極４との間の電位差によって誘起された高強度の静電界中で、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスに関し、紡糸電極３と集電極４との間に導かれた基板材料５上にナノファイバが堆積される。集電極の円筒体４１が、基板材料５の動きの方向と一致して回転可能に取り付けられる。円筒体４１にチップ４１６が備わっていてよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡糸電極と、円筒体を備える集電極との間の電位差によって誘起された高強度の静電界中で、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスであって、前記紡糸電極と前記集電極との間に導かれた基板材料上に、前記ナノファイバが堆積され、集電極の前記円筒体（４１）が、基板材料（５）の動きの方向と一致して回転可能に取り付けられることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
集電極の前記円筒体（４１）に空洞（４１０）があって負圧源に結合され、集電極の前記円筒体の周囲のケーシング（４１１）に、空気を吸引するための開口部（４１２）があることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
集電極の前記円筒体（４１）の周囲にチップ（４１６）が備わっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記チップ（４１６）が導電材料で作製されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
導電材料の前記チップ（４１６）が、非導電材料の前記円筒体（４１）に取り付けられ、少なくとも前記紡糸電極（３）の反対側の位置で、前記紡糸電極（３）より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地されることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記チップ（４１６）が、非導電材料で作製されて、導電材料の前記円筒体（４１）に取り付けられ、前記円筒体（４１）が、前記紡糸電極（３）より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地されることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項７】
前記集電極の前記円筒体（４１）が、薄い導電性壁（４１７）を含み、その少なくとも１つの面（４１７１）に開口（４１７２）があって、その周囲に縁（４１７３）が配置され、ブレース（４１７４）が、前記面の開口（４１７２）を通って前記紡糸チャンバ（１）内で固定され、薄い導電性壁（４１７）の内部スペースにおいて、前記ブレースに、電極の保持具（４１７５）が回転可能なやり方で取り付けられて、薄い導電性壁（４１７）に固定されることを特徴とする請求項１から４まで又は６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの、円筒体を備える集電極であって、前記円筒体（４１）に、ポリマー・マトリクスの紡糸によってナノファイバを製造するための前記デバイスの紡糸チャンバ（１）内に回転可能に取り付けるための手段が備わっていることを特徴とする集電極。
【請求項９】
前記円筒体（４１）が中空であって、その内部スペースに保持具（４１７５）が備わっており、前記保持具（４１７５）が、前記ブレース（４１７４）に回転可能に取り付けられ、前記ブレースが、前記円筒体（４１）の少なくとも１つの面を通って前記円筒体（４１）の内部スペースから突き出し、また、前記ブレースに、前記紡糸チャンバ（１）内に取り付けるための手段が備わっていることを特徴とする請求項８に記載の集電極。
【請求項１０】
前記円筒体（４１）の周囲のケーシングに空気を吸引するための開口（４１２）があり、円筒体の前記空洞（４１０）が、負圧源に接続可能であることを特徴とする請求項９に記載の集電極。
【請求項１１】
前記円筒体（４１）の周囲にチップ（４１６）が備わっていることを特徴とする請求項８から１０までのいずれか一項に記載の集電極。
【請求項１２】
前記チップ（４１６）が導電材料で作製されることを特徴とする請求項１１に記載の集電極。
【請求項１３】
導電材料の前記チップ（４１６）が、非導電材料の前記円筒体（４１）に取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記チップ（４１６）が、非導電材料で作製されて、導電材料の前記円筒体（４１）に取り付けられ、前記円筒体（４１）に、高電圧の電源へ接続するための手段、又は接地するための手段が備わっていることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紡糸電極と、円筒体を備える集電極との間の電位差によって誘起された高強度の静電界中で、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスに関し、紡糸電極と集電極との間に導かれた基板材料上に、ナノファイバが堆積される。
【０００２】
次いで、本発明は、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの、円筒体を備える集電極に関する。
【背景技術】
【０００３】
ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバ層を製造するためのデバイスは、紡糸電極及び集電極を備え、集電極は、紡糸電極より高電圧の電源の反対極に接続された、又は接地されたロッド又は金属板から通常形成される。
【０００４】
次いで、特許文献１は、円筒状のロッド形の諸集電極も説明しており、諸集電極は、基板材料の背後に配置された紡糸電極の方を向き、基板材料は諸集電極の表面には接触しない。円筒状の紡糸電極と、集電極を形成する個々のロッドとの間に電界が誘起される。得られた電界は均一でなく、やがては不安定になる恐れがある。これが、プロセスを通じて、ナノファイバ層に対して、特に製造の落ち込み及び出来ばえの不均一性の深刻化によって反映する。
【０００５】
さらに、特許文献２から、薄い導電性壁の電極を備える集電極が知られており、その面には少なくとも１つの開口があり、開口の周囲に縁が配置され、電極体の内部スペースに、紡糸チャンバ内に固定された少なくとも１つのブレースで相互に接続された少なくとも１つの電極の保持具が取り付けられており、電極の保持具は、非導電性であって開口の縁の背後に配置されている。集電極のこの実施例は、コロナを生成せず、集電極によって誘起される電界には、集電極の形状だけが影響を及ぼす。集電極のこの実施例では、ナノファイバによって基板に与えられる電荷の消去又は補償に問題があるように思われる。
【０００６】
したがって、静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスは、特許文献３によってさらに改善されており、これによれば、集電極が基板材料に接触している。ナノファイバによって基板材料にもたらされた電荷は、基板材料と円筒状の形状の集電極の導電体との接触によって基板材料から運び去られるが、それにもかかわらず、この解決策には、集電極の表面に対して基板材料の摩擦が増加するという不都合があり、特に、相互に弱く固定されたファイバ、例えば微細なウェブから成る微細な基板材料の場合には、特に、デバイスがより多くの紡糸ユニットを備え、したがってより多くの集電極及び基板材料を強く引っ張らなければならないとき、基板材料の損傷が生じ、又は生じる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】チェコ共和国特許第２９４２７４号明細書
【特許文献２】チェコ共和国出願公開第ＰＶ  ２００６−４７７号明細書
【特許文献３】チェコ共和国出願公開第ＰＵＶ  ２００７−１８６１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、背景技術の欠点を低減すること、又はことごとく除去することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、本発明による、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によりナノファイバを製造するためのデバイスによって達せられており、その原理は、集電極の円筒体が、基板材料の動きの方向と一致して回転可能に取り付けられることであって、これによって、基板材料の動きに対して集電極によって生じる抗力が低減し、基板材料にかかるストレスが低減する。この結果、集電極の磨耗及び特に基板材料の損傷の危険性が低下する。
【００１０】
集電極の円筒体の表面に対して基板材料が押しつけられるのを改善するのに、円筒体に、負圧の供給源に接続された空洞が備わっていて、また、円筒体の周囲のケーシングに空気を吸引するための開口があって、これを介して基板材料が集電極の円筒体の表面へ同時に吸引されると有利である。
【００１１】
特に、比較的厚い微細なウェブから形成された基板材料の移送を改善するのに、集電極の円筒体の周囲にチップが備わっていると有利であり、チップは、基板材料中に伸長して基板材料から出ることができ、したがって、基板材料の動きの速度、その位置、及び個々に相次いで配置された紡糸ユニットの集電極間の伸びも正確に求めることができる。
【００１２】
紡糸効果を改善するために、諸チップが導電材料で作製され、これらの長さが基板材料の厚さに相当すると有利である。
【００１３】
導電材料のチップの密度が十分なとき、これらのチップが、非導電材料の本体に取り付けられて、少なくとも紡糸電極と反対側の位置では、チップが紡糸電極より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地されると有利である。この場合、チップと紡糸電極との間に静電界が誘起される。製造されたナノファイバは、紡糸電極から集電極のチップへ運ばれて基板材料上に堆積される。
【００１４】
請求項６に記載の実施例では、チップは、非導電材料で作製されて、紡糸電極より高電圧で逆極性の電源に接続された、又は接地された導電材料から、円筒体に取り付けられる。この実施例は、導電材料又は既知の方法のいくつかによって導電率が増加された材料の、薄いウェブで形成された基板材料に適している。そのような薄いウェブでは、紡糸電極とウェブが接触している集電極の円筒状の面との間に静電界が誘起されるとき、この実施例は十分である。
【００１５】
デバイスが、請求項７に記載の集電極を含み、その円筒体が導電材料で作製されており、集電極の円筒体が、薄い導電性壁を含み、この導電性壁の少なくとも１つの面に開口があって、開口の周囲に縁が配置されていると有利である。紡糸チャンバに固定されたブレースが、面の開口を通る。薄い導電性壁の内部スペースにおいて、ブレースに、電極の保持具が回転可能なやり方で取り付けられて、薄い導電性壁に固定される。この実施例による集電極によって、特に円筒体の縁端部（面）上にコロナが生成する可能性が最小限になる。このように、集電極が、その周囲に導電性チップを有して設けられる場合には、本発明によるデバイスは、より厚いウェブから形成された基板材料上にナノファイバを堆積することができる。
【００１６】
本発明による集電極の原理は、集電極の円筒体に、ポリマー・マトリクスの紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの紡糸チャンバ内に回転可能に取り付けるための手段が備わっていることである。集電極を回転可能に取り付けることによって、例えばウェブの低い線形の結合力（恒常性）の構造から形成される微細基板材料の用途の可能性が向上する。
【００１７】
請求項９に記載の有利な実施例では、集電極の円筒体は中空であり、その内部スペースに、ブレースに対して回転可能に取り付けられた保持具が固定され、ブレースは、円筒体の少なくとも１つの面を通って円筒体の内部スペースから突き出し、また、ブレースには、紡糸チャンバ内に取り付けるための手段が備わっている。
【００１８】
同時に、集電極の円筒体の周囲のケーシングに、空気を吸引するための開口があって、円筒体の空洞が負圧源に接続可能であると有利である。負圧の作用によって、紡糸プロセスを通じて基板材料が集電極に接触し、基板材料の面上に集電極が保持されて、集電極が基板材料に作用することができる。
【００１９】
滑らかなケーシングを有する回転可能な集電極の実施例は、ケーシングの面上にチップが備わっている請求項１１によってさらに改善され、チップは、導電材料でよく、又は、導電材料の円筒体に取り付けられるという条件付きで非導電材料であってよい。導電材料のチップは、導電材料の本体又は非導電材料の本体に取り付けられてよい。チップ用の材料及び円筒体用の材料の選択は、紡糸の技術的条件、紡糸されるポリマー・マトリクス、及び製造されるナノファイバの用途などの他の要因次第である。
【００２０】
本発明によるデバイス及び本発明による集電極の実施例が、添付図に概略的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】回転可能に取り付けられた滑らかな円筒を含む集電極を有する紡糸デバイスを示す図である。
【図２】ケーシング及び内部の空洞に開口が備わっている集電極の円筒体を示す図である。
【図３】集電極の円筒体にチップが備わっている、デバイスの別の変形形態を示す図である。
【図４】非導電材料のチップが取り付けられた導電材料のケーシングを有する集電極の円筒体を示す図である。
【図５】導電材料のチップが取り付けられた非導電材料のケーシングを有する集電極の円筒体を示す図である。
【図６】コロナの生成を防止する薄い導電性壁で形成された集電極の円筒体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明による、高強度の静電界中でポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの実施例が、図１に示されている。ポリマー・マトリクスは、様々な添加物、又は様々な添加物も加えてよいポリマーの混合物を有し得る、任意の静電紡糸可能な形式のポリマーから形成され、一方、静電紡糸可能な形式は、通常、溶液又は溶融物である。紡糸チャンバ１内に２つの紡糸ユニット２が配置され、それぞれが離れたところに紡糸電極３を備え、その反対側に集電極４が配置されている。紡糸電極３と集電極４との間に、既知のやり方で高強度の静電界が誘起される。紡糸チャンバ１内に、詳細に説明されていない既知のやり方で基板材料５用の通路が作製され、基板材料５は、示されていない既知の巻き戻しデバイスで巻き戻され、供給ローラ６１、６２によって紡糸チャンバ１へ持ち込まれる。基板材料５は、引出しローラ７１、７２によって、紡糸チャンバ１から取り去られ、引出しローラ７１、７２の背後で、基板材料５は、示されていない既知のやり方で、示されていない巻き取りデバイスに巻き取られる。紡糸電極３は、任意の既知のやり方で作製されてよく、示された実施例では、回転する円筒体から形成された回転する紡糸電極が示されており、その表面部分がリザーバへ伸びて、ポリマー・マトリクスが紡糸される。
【００２３】
集電極４は、導電材料の円筒体４１を含み、円筒体４１は、紡糸チャンバ１内にあって、詳細に示されていない既知のやり方で、基板材料５の動きの方向に一致して回転可能に取り付けられている。集電極の円筒体４１は、示されていない既知のやり方で、紡糸電極３より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地される。図１に示された実施例では、集電極の円筒体４１は、駆動装置４２と結合され、円筒体４１の強制された回転の方向は、駆動装置４２によって、基板材料５の動きの方向に一致することが保証され、一方、既知のやり方のうちのいくつかで、回動速度が、基板材料５の動きの速度に従って調整される。基板材料５は、集電極の円筒体４１の周囲に接して導かれ、一方、集電極の円筒体４１の周囲を取り囲む基板材料５の包囲が、ガイド手段８によって増加され得て、ガイド手段８は、図１に示されるように、基板材料５の動きの方向において、集電極の円筒体４１前後に取り付けられている。ガイド手段８は、滑らかな耐摩耗性の材料で適当な形状に作製されたスライド式のもの、又は回転可能に取り付けられた円筒体から形成された回転式のものでよい。ガイド手段は、集電極４から十分な距離に配置され、その結果、紡糸電極３と集電極４との間の静電界に影響を及ぼさない。
【００２４】
紡糸プロセスを通じて、基板材料５は、紡糸電極３と集電極４との間の紡糸チャンバ１を通って移動し、その間、集電極の円筒体４１の表面に接触している。集電極の円筒体４１は、基板材料の動きの方向及び速度に対応する方向及び速度で回転し、これによって、基板材料５の動きに対して静止した集電極４によって生じる抗力が除去され、基板材料５にかかるストレスが低減する。回転可能に取り付けられた円筒状の集電極は、特に微細な基板材料に対して適当であり、それにより、集電極４の表面に対する摩耗によって基板材料が損傷する危険性が低減する。
【００２５】
より耐性のある基板材料に対して、紡糸チャンバ１内に強制駆動装置なしで自由に回転可能に取り付けられた集電極の円筒体４１が使用されてよい。その後、集電極の円筒体４１の回転は、基板材料５の動きから摩擦によって守られる。
【００２６】
集電極の円筒体４１の表面と基板材料５との接触を改善するのに、図２による実施例が有利であり、ここで、集電極の円筒体４１には空洞４１０が備わっていて、ケーシング４１１には、空洞４１０を外空間に結合する開口部４１２がある。集電極の円筒体４１の面４１３では、集電極の円筒体４１の回転可能な取付けのために、ジャーナル４１４、４１５が紡糸チャンバ１に取り付けられる。示された実施例にあるように、少なくとも１つのジャーナル４１５は中空であり、既知の方法のいくつかによって、低空圧源に接続可能であり、低空圧源は、図２において矢印９で示され、集電極の円筒体の空洞４１０から空気を吸い取るのに役立つ。これにより、空気又は他のガス状媒体が、紡糸チャンバ１の空間から、集電極の円筒体のケーシング４１１の開口４１２を通って吸い取られて、基板材料５は、集電極の円筒体４１の表面の部分に吸引され、円筒体４１のまわりを通る。
【００２７】
図３による実施例では、集電極の円筒体４１のケーシング４１１の周囲に、チップ４１６が備わっている。チップ４１６及び集電極の円筒体のケーシング４１１の実施例は、紡糸の技術的条件、紡糸されるポリマー・マトリクスのタイプ、製造されたナノファイバ層の用途などによって、同時に変化することがあり得る。チップ４１６は、特に比較的厚く低い線形結合力の微細なウェブから形成された基板材料５の移送を特に改善するように示されている。基板材料５が集電極４のまわりを通るとき、チップ４１６が基板材料５内に及んで少なくとも部分的に侵入し、次に再び基板材料から出る。これによって、チップ４１６が、基板材料５の動きの速度、その位置、及び個々に相次いで配置された紡糸ユニット２の集電極４間の基板材料の伸びを正確に決定する。
【００２８】
図３による実施例では、集電極の円筒体４１並びにチップ４１６は、導電材料で作製される。チップ４１６の長さは、基板材料５の厚さに対応する。集電極の円筒体のケーシング４１１に配置されたチップ４１６が低密度であると、紡糸電極３と集電極４との間の静電界が、紡糸電極３の作動部分と、その反対側に配置された紡糸電極のケーシング４１１の周囲の部分との間に誘起され、一方、チップ４１６の位置では、紡糸電極３の作動部分と、その反対側に配置されたチップ４１６との間に静電界が誘起される。導電性チップ４１６の頂部では、単一の電荷が一点に集中し、このことが、特に紡糸プロセスの初期段階でナノファイバの製造に寄与する。製造されたナノファイバは、基板材料５の表面に堆積される。集電極の円筒体のケーシング４１１に配置されたチップ４１６が高密度であると、紡糸電極３の作動部分と、この紡糸電極３の作動部分の反対側へ所与の瞬間に配置されたチップ４１６との間に静電界が誘起される。この実施例では、チップ４１６の頂部は、単一電荷のグリッドを形成する。製造されたナノファイバは、基板材料５の表面に堆積される。
【００２９】
図４によれば、導電材料で作製された集電極の円筒体４１に、非導電材料のチップ４１６が取り付けられる。本発明によるデバイスの紡糸ユニット２の中へ、そのような集電極４を組み込むと、紡糸電極３の作動部分と、その反対側に配置された集電極の円筒体のケーシング４１１の部分との間に静電界が誘起され、一方、チップ４１６は、輸送機能及び基板材料５の位置の維持だけの作用をする。
【００３０】
集電極の円筒体４１の別の実施例が、図５に示されている。この実施例では、円筒体４１は非導電材料で作製されて、それに導電材料のチップ４１６が取り付けられ、一方、チップ４１６は、紡糸電極３より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地される。集電極４が回転し、基板材料５が動くとき、チップ４１６が基板材料に入り、紡糸電極３の作動部分と、その反対側に配置されたチップ４１６の頂部との間に静電界が誘起される。製造されたナノファイバ３０は、紡糸電極３から集電極のチップ４１６の頂部へ運ばれて基板材料５上に堆積される。この実施例では、少なくとも、その頂部が紡糸電極３のちょうど反対側に見えることになるチップ４１６が、高電圧の電源に接続されると有利である。
【００３１】
図６による実施例では、集電極の円筒体４１は、薄い導電性壁４１７を含み、その少なくとも１つの面４１７１には開口４１７２があり、開口４１７２の周囲に縁４１７３が配置されている。ブレース４１７４が、面４１７１を通って紡糸チャンバ１に取り付けられる。薄い導電性壁４１７の内部スペースにあるブレース４１７４に、集電極の保持具４１７５が回転可能なやり方で取り付けられて、薄い導電性壁４１７に固定されている。薄い導電性壁４１７には、導電性材料又は非導電材料のチップ４１６が備わっていてよい。
【００３２】
チップ４１６を装備した集電極の円筒体４１のすべての実施例は、ケーシング４１１に開口４１２が備わっていてよく、一方、開口４１２は、チップ４１６の間にあって、集電極の円筒体のケーシング４１１に基板材料５を固定するのに役立つ。
【符号の説明】
【００３３】
１  紡糸チャンバ
２  紡糸ユニット
３  紡糸電極
４  集電極
４１  集電極の円筒体
４１０  空洞
４１１  ケーシング
４１２  開口
４１３  面
４１４、４１５  ジャーナル
４１６  チップ
４１７  薄い導電性壁
４１７１  薄い導電性壁の面
４１７２  開口
４１７３  縁
４１７４  ブレース
４１７５  保持具
４２  駆動装置
５  基板材料
６１、６２  供給ローラ
７１、７２  引出しローラ
８  基板材料のガイド手段
９  低空圧源を示す矢印ｂ
【図１】
2011500981.tif 000003
【図２】
2011500981.tif 000004
【図３】
2011500981.tif 000005
【図４】
2011500981.tif 000006
【図５】
2011500981.tif 000007
【図６】
2011500981.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紡糸電極と、前記紡糸電極と集電極との間に導かれる基板材料（５）の移動方向と一致する方向に回転可能に取り付けられた円筒体（４１）を備える前記集電極との間の電位差によって形成された高強度の静電界中で、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスであって、集電極（４）の前記円筒体（４１）の周囲に、その全長に沿ってチップ（４１６）が備わっており、前記チップ（４１６）が導電材料で作製され、前記チップ（４１６）の頂部と前記紡糸電極（３）との間に高強度の静電界が生成されることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
導電材料の前記チップ（４１６）が、非導電材料の前記円筒体（４１）に取り付けられ、少なくとも前記紡糸電極（３）の反対側の位置で、前記紡糸電極（３）より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
集電極の前記円筒体（４１）が、薄い導電性壁（４１７）を含み、その少なくとも１つの面（４１７１）に開口（４１７２）があって、その周囲に縁（４１７３）が配置され、ブラケット（４１７４）が、前記面の開口（４１７２）を通って前記紡糸チャンバ（１）内で固定され、薄い導電性壁（４１７）の内部スペースにおいて、前記ブラケットに、電極の担体（４１７５）が回転可能なやり方で取り付けられて、薄い導電性壁（４１７）にしっかりと取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
集電極（４）の前記円筒体（４１）に負圧源に結合された空洞（４１０）が作製され、前記集電極（４）の円筒体（４１）の周囲のケーシング（４１１）に、空気を吸引するための開口部（４１２）が作製されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの、前記円筒体を備える集電極であって、前記円筒体には、前記紡糸電極（３）へのポリマー・マトリクスの紡糸によってナノファイバを製造するための前記デバイスの紡糸チャンバ（１）内に回転可能に取り付けるための手段が備わっており、前記円筒体（４１）の周囲に、その全長に沿って導電材料のチップ（４１６）が備わっていることを特徴とする集電極。
【請求項６】
前記円筒体（４１）が導電材料で作製されることを特徴とする請求項５に記載の集電極。
【請求項７】
前記円筒体（４１）が非導電材料で作製されることを特徴とする請求項５に記載の集電極。
【請求項８】
円筒体（４１）の周囲のケーシング（４１１）が空気を吸引するための開口（４１２）を作製し、円筒体（４１）の前記空洞（４１０）が、負圧源に接続可能であることを特徴とする請求項５から８までのいずれかに記載の集電極。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバ層を製造するためのデバイス及びそのようなデバイス用の集電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紡糸電極と円筒体を備える集電極との間の電位差によって形成された高強度の静電界中で、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスに関し、円筒体は、紡糸電極と集電極との間に導かれる基板材料の移動方向と一致する方向に回転可能なやり方で取り付けられる。
【０００２】
次いで、本発明は、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの、円筒体を備える集電極に関し、円筒体には、ポリマー・マトリクスの紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの紡糸チャンバ内に回転可能に取り付けるための手段が備わっている。
【背景技術】
【０００３】
ポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバ層を製造するためのデバイスは、紡糸電極及び集電極を備え、集電極は、紡糸電極より高電圧の電源の反対極に接続された、又はそれが接地されたロッド又は金属板から通常形成される。
【０００４】
次いで、特許文献１は、円筒状のロッド形の諸集電極も説明しており、諸集電極は、基板材料の背後に配置された紡糸電極の方を向き、基板材料は諸集電極の表面には接触しない。円筒状の紡糸電極と、集電極を形成する個々のロッドとの間に電界が誘起される。得られた電界は均一でなく、時とともに不安定になる恐れがある。これが、プロセスを通じて、ナノファイバ層に対して、特に製造の落ち込み及び出来ばえの不均一性の深刻化によって反映する。
【０００５】
さらに、特許文献２から、薄い導電性壁の電極を備える集電極が知られており、その面には少なくとも１つの開口があり、開口の周囲に縁が配置され、電極体の内部スペースに、紡糸チャンバ内に固定された少なくとも１つのブレースで相互に接続された少なくとも１つの電極の担体が取り付けられており、電極の担体は、非導電性であって開口の縁の背後に配置されている。集電極のこの実施例は、コロナを生成せず、集電極によって誘起される電界には、集電極の形状だけが影響を及ぼす。集電極のこの実施例では、ナノファイバによって基板に与えられる電荷の消去又は補償に問題があるように思われる。
【０００６】
したがって、静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスは、特許文献３によってさらに改善されており、これによれば、集電極が基板材料に接触している。ナノファイバによって基板材料にもたらされた電荷は、基板材料と円筒状の形状の集電極の導電体との接触によって基板材料から運び去られるが、それにもかかわらず、この解決策には、集電極の表面に対して基板材料の摩擦が増加するという不都合があり、特に、相互に弱く固定されたファイバ、例えば微細なウェブから成る微細な基板材料の場合には、特に、デバイスがより多くの紡糸ユニットを備え、したがってより多くの集電極及び基板材料を強く引っ張らなければならないとき、基板材料の損傷が生じ、又は生じる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】チェコ共和国特許第２９４２７４号明細書
【特許文献２】チェコ共和国出願公開第ＰＶ  ２００６−４７７号明細書
【特許文献３】チェコ共和国出願公開第ＰＵＶ  ２００７−１８６１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、背景技術の欠点を低減すること、又はことごとく除去することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、本発明による、ポリマー・マトリクスの静電紡糸によりナノファイバを製造するためのデバイスによって達せられており、その原理は、集電極の円筒体の周囲に、その全長に沿って、導電材料で作製されたチップが備わっていて、チップの頂部と集電極との間に高強度の静電界が誘起されることにある。この結果、集電極の磨耗及び特に基板材料の損傷の危険性が低下する。基板材料が正確に供給され、基板材料が非常に厚い場合でさえ、集電極のチップと紡糸電極との間に高強度の静電界が容易に誘起される。
【００１２】
導電材料のチップの密度が十分なとき、これらのチップが、非導電材料の本体に取り付けられて、少なくとも紡糸電極と反対側の位置では、チップが紡糸電極より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地されると有利である。この場合、チップと紡糸電極との間に静電界が誘起される。製造されたナノファイバは、紡糸電極から集電極のチップへ運ばれて基板材料上に堆積される。
【００１３】
デバイスが、請求項３に記載の集電極を含み、その円筒体が導電材料で作製されており、集電極の円筒体が、薄い導電性壁を含み、この導電性壁の少なくとも１つの面に開口があって、開口の周囲に縁が配置されていると有利である。紡糸チャンバに固定されたブラケットが、面の開口を通る。薄い導電性壁の内部スペースにおいて、ブラケットに、電極の担体が回転可能なやり方で取り付けられて、薄い導電性壁にしっかりと取り付けられる。この実施例による集電極によって、特に円筒体の縁端部（面）上にコロナが生成する可能性が最小限になる。このやり方で実施された集電極の周囲に導電性チップが設けられる場合には、本発明によるデバイスは、より厚いウェブから形成された基板材料上にナノファイバを堆積することができる。
【００１４】
前述の実施例による集電極の円筒体の表面に対して基板材料が押しつけられるのを改善するのに、円筒体に、負圧の供給源に接続された空洞が備わっていて、また、円筒体の周囲のケーシングに空気を吸引するための開口があって、これを介して基板材料が集電極の円筒体の表面へ同時に吸引されると有利である。
【００１５】
本発明による集電極の原理は、集電極の円筒体に、ポリマー・マトリクスの紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの紡糸チャンバ内に回転可能に取り付けるための手段が備わっており、また、円筒体の周囲に、その全長に沿って導電材料のチップが備わっていることである。集電極を回転可能に取り付けることによって、例えばウェブの低い線形の結合力（恒常性）の構造から形成される微細基板材料の用途の可能性が向上する。
【００１６】
導電材料のチップは、導電材料の本体又は非導電材料の本体に取り付けられてよい。チップ用の材料及び円筒体用の材料の選択は、紡糸の技術的条件、紡糸されるポリマー・マトリクス、及び製造されるナノファイバの用途などの他の要因次第である。
【００１７】
同時に、集電極の円筒体の周囲のケーシングに、空気を吸引するための開口があって、円筒体の空洞が負圧源に接続可能であると有利である。負圧の作用によって、紡糸プロセスを通じて基板材料が集電極に接触し、基板材料の面上に集電極が保持されて、チップが基板材料に入るのを助長することができる。
【００１８】
本発明によるデバイス及び本発明による集電極の実施例が、添付図に概略的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】回転可能に取り付けられた滑らかな円筒を含む集電極を有する紡糸デバイスを示す図である。
【図２】ケーシング及び内部の空洞に開口が備わっている集電極の円筒体を示す図である。
【図３】集電極の円筒体にチップが備わっている、デバイスの別の変形形態を示す図である。
【図４】非導電材料のチップが取り付けられた導電材料のケーシングを有する集電極の円筒体を示す図である。
【図５】導電材料のチップが取り付けられた非導電材料のケーシングを有する集電極の円筒体を示す図である。
【図６】コロナの形成を防止する薄い導電性壁で形成された集電極の円筒体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による、高強度の静電界中でポリマー・マトリクスの静電紡糸によってナノファイバを製造するためのデバイスの実施例が、図１に示されている。ポリマー・マトリクスは、様々な添加物、又は様々な添加物も加えてよいポリマーの混合物を有し得る、任意の静電紡糸可能な形式のポリマーから形成され、一方、静電紡糸可能な形式は、通常、溶液又は溶融物である。紡糸チャンバ１内に２つの紡糸ユニット２が配置され、それぞれが離れたところに紡糸電極３を備え、その反対側に集電極４が配置されている。紡糸電極３と集電極４との間に、既知のやり方で高強度の静電界が誘起される。紡糸チャンバ１内に、詳細に説明されていない既知のやり方で基板材料５用の通路が作製され、基板材料５は、示されていない既知の巻き戻しデバイスで巻き戻され、供給ローラ６１、６２によって紡糸チャンバ１へ持ち込まれる。基板材料５は、引出しローラ７１、７２によって、紡糸チャンバ１から取り去られ、引出しローラ７１、７２の背後で、基板材料５は、示されていない既知のやり方で、示されていない巻き取りデバイスに巻き取られる。紡糸電極３は、任意の既知のやり方で作製されてよく、示された実施例では、回転する円筒体から形成された回転する紡糸電極が示されており、その表面部分がリザーバへ伸びて、ポリマー・マトリクスが紡糸される。
【００２１】
集電極４は、導電材料の円筒体４１を含み、円筒体４１は、紡糸チャンバ１内にあって、詳細に示されていない既知のやり方で、基板材料５の動きの方向に一致して回転可能に取り付けられている。集電極の円筒体４１は、示されていない既知のやり方で、紡糸電極３より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地される。図１に示された実施例では、集電極の円筒体４１は、駆動装置４２と結合され、円筒体４１の強制された回転の方向は、駆動装置４２によって、基板材料５の動きの方向に一致することが保証され、一方、既知のやり方のうちのいくつかで、回動速度が、基板材料５の動きの速度に従って調整される。基板材料５は、集電極の円筒体４１の周囲に接して導かれ、一方、集電極の円筒体４１の周囲を取り囲む基板材料５の包囲が、ガイド手段８によって増加され得て、ガイド手段８は、図１に示されるように、基板材料５の動きの方向において、集電極の円筒体４１前後に取り付けられている。ガイド手段８は、滑らかな耐摩耗性の材料で適当な形状に作製されたスライド式のもの、又は回転可能に取り付けられた円筒体から形成された回転式のものでよい。ガイド手段は、集電極４から十分な距離に配置され、その結果、紡糸電極３と集電極４との間の静電界に影響を及ぼさない。
【００２２】
紡糸プロセスを通じて、基板材料５は、紡糸電極３と集電極４との間の紡糸チャンバ１を通って移動し、その間、集電極の円筒体４１の表面に接触している。集電極の円筒体４１は、基板材料の動きの方向及び速度に対応する方向及び速度で回転し、これによって、基板材料５の動きに対して静止した集電極４によって生じる抗力が除去され、基板材料５にかかるストレスが低減する。回転可能に取り付けられた円筒状の集電極は、特に微細な基板材料に対して適当であり、そこで、集電極４の表面に対する摩耗によって基板材料が損傷する危険性が低減する。
【００２３】
より強い基板材料に対して、紡糸チャンバ１内に強制駆動装置なしで自由に回転可能に取り付けられた集電極の円筒体４１が使用されてよい。その後、集電極の円筒体４１の回転は、基板材料５の動きから摩擦によって守られる。
【００２４】
集電極の円筒体４１の表面と基板材料５との接触を改善するのに、図２による実施例が有利であり、ここで、集電極の円筒体４１には空洞４１０が備わっていて、ケーシング４１１には、空洞４１０を外空間に結合する開口部４１２がある。集電極の円筒体４１の面４１３では、集電極の円筒体４１の回転可能な取付けのために、ジャーナル４１４、４１５が紡糸チャンバ１に取り付けられる。示された実施例にあるように、少なくとも１つのジャーナル４１５は中空であり、既知の方法のいくつかによって、低空圧源に接続可能であり、低空圧源は、図２において矢印９で示され、集電極の円筒体の空洞４１０から空気を吸い取るのに役立つ。これにより、空気又は他のガス状媒体が、紡糸チャンバ１の空間から、集電極の円筒体のケーシング４１１の開口４１２を通って吸い取られて、基板材料５は、集電極の円筒体４１の表面の部分に吸引され、円筒体４１のまわりを通る。
【００２５】
図３による実施例では、集電極の円筒体４１のケーシング４１１の周囲に、チップ４１６が備わっている。チップ４１６及び集電極の円筒体のケーシング４１１の実施例は、紡糸の技術的条件、紡糸されるポリマー・マトリクスのタイプ、製造されたナノファイバ層の用途などによって、同時に変化することがあり得る。チップ４１６は、特に比較的厚く低い線形結合力の微細なウェブから形成された基板材料５の移送を特に改善するように示されている。基板材料５が集電極４のまわりを通るとき、チップ４１６が基板材料５内に及んで少なくとも部分的に侵入し、次に再び基板材料から出る。これによって、チップ４１６が、基板材料５の動きの速度、その位置、及び個々に相次いで配置された紡糸ユニット２の集電極４間の基板材料の伸びを正確に決定する。
【００２６】
図３による実施例では、集電極の円筒体４１は、チップ４１６と同様に導電材料で作製される。チップ４１６の長さは、基板材料５の厚さに対応する。集電極の円筒体のケーシング４１１に配置されたチップ４１６が低密度であると、紡糸電極３と集電極４との間の静電界が、紡糸電極３の作動部分と、その反対側に配置された紡糸電極のケーシング４１１の周囲の部分との間に誘起され、一方、チップ４１６の位置では、紡糸電極３の作動部分と、その反対側に配置されたチップ４１６との間に静電界が誘起される。導電性チップ４１６の頂部では、単一の電荷が一点に集中し、このことが、特に紡糸プロセスの初期段階でナノファイバの製造に寄与する。製造されたナノファイバは、基板材料５の表面に堆積される。集電極の円筒体のケーシング４１１に配置されたチップ４１６が高密度であると、紡糸電極３の作動部分と、この紡糸電極３の作動部分の反対側へ所与の瞬間に配置されたチップ４１６との間に静電界が誘起される。この実施例では、チップ４１６の頂部は、単一電荷のグリッドを形成する。製造されたナノファイバは、基板材料５の表面に堆積される。
【００２７】
図４によれば、導電材料で作製された集電極の円筒体４１に、非導電材料のチップ４１６が取り付けられる。本発明によるデバイスの紡糸ユニット２の中へ、そのような集電極４を組み込むと、紡糸電極３の作動部分と、その反対側に配置された集電極の円筒体のケーシング４１１の部分との間に静電界が誘起され、一方、チップ４１６は、輸送機能及び基板材料５の位置の維持だけの作用をする。
【００２８】
集電極の円筒体４１の別の実施例が、図５に示されている。この実施例では、円筒体４１は非導電材料で作製されて、それに導電材料のチップ４１６が取り付けられ、一方、チップ４１６は、紡糸電極３より高電圧で逆極性の電源に接続される、又は接地される。集電極４が回転し、基板材料５が動くとき、チップ４１６が基板材料に入り、紡糸電極３の作動部分と、その反対側に配置されたチップ４１６の頂部との間に静電界が誘起される。製造されたナノファイバ３０は、紡糸電極３から集電極のチップ４１６の頂部へ運ばれて基板材料５上に堆積される。この実施例では、高電圧の電源が少なくとも、その頂部が紡糸電極３のちょうど反対側に見えることになるチップ４１６に接続されると有利である。
【００２９】
図６による実施例では、集電極の円筒体４１は、薄い導電性壁４１７を含み、その少なくとも１つの面４１７１には開口４１７２があり、開口４１７２の周囲に縁４１７３が配置されている。ブレース４１７４が、面４１７１を通って紡糸チャンバ１に取り付けられる。薄い導電性壁４１７の内部スペースにあるブレース４１７４に、集電極の担体４１７５が回転可能なやり方で取り付けられて、薄い導電性壁４１７にしっかりと取り付けられる。薄い導電性壁４１７には、導電性材料又は非導電材料のチップ４１６が備わっていてよい。
【００３０】
チップ４１６を装備した集電極の円筒体４１のすべての実施例は、ケーシング４１１に開口４１２が備わっていてよく、一方、開口４１２は、チップ４１６の間にあって、集電極の円筒体のケーシング４１１に基板材料５を固定するのに役立つ。
【符号の説明】
【００３１】
１  紡糸チャンバ
２  紡糸ユニット
３  紡糸電極
４  集電極
４１  集電極の円筒体
４１０  空洞
４１１  ケーシング
４１２  開口
４１３  面
４１４、４１５  ジャーナル
４１６  チップ
４１７  薄い導電性壁
４１７１  薄い導電性壁の面
４１７２  開口
４１７３  縁
４１７４  ブラケット
４１７５  担体
４２  駆動装置
５  基板材料
６１、６２  供給ローラ
７１、７２  引出しローラ
８  基板材料のガイド手段
９  低空圧源を示す矢印
【国際調査報告】
2011500981.tif 000009
2011500981.tif 000010
2011500981.tif 000011