(57)【要約】エレクトロスピニング方式パターン形成装置が開示される。エレクトロスピニング方式パターン形成装置は、第１の電圧が印加され、紡糸液を放射するノズル、ノズルの下部に配置され、パターンが形成される基板を支持し、第２の電圧が印加されるステージ部、ノズルと前記ステージ部との間で互いに離隔されるように配置された第１及び第２のガイド体を備え、電場を変形してナノ繊維に特定方向に作用する力を印加する第１のナノ繊維ガイド部及び第１及び第２のガイド体の上部にそれぞれ配置され、互いに離隔された第３及び第４のガイド体を備え、電場を変形してナノ繊維を第１及び第２のガイド体との間の領域にガイドする第２のナノ繊維ガイド部を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電圧が印加され、紡糸液からナノ繊維を放射するノズルと、
前記ノズルの下部に配置され、パターンが形成される基板を支持し、前記第１の電圧と異なる第２の電圧が印加されるステージ部と、
前記ノズルと前記ステージ部との間で前記ノズルの延在線を介して互いに離隔されるように配置された第１のガイド体及び第２のガイド体を含み、
前記ノズルと前記ステージ部との間に形成された電場を変形して前記ナノ繊維を前記第１及び第２のガイド体との間の領域に対応する方向に配列させる第１のナノ繊維ガイド部、及び、
前記第１のガイド体及び前記第２のガイド体の上部にそれぞれ配置され、互いに離隔された第３のガイド体及び第４のガイド体を含み、
前記ノズルと前記ステージ部との間に形成された電場を変形して前記ナノ繊維を前記第１及び第２のガイド体との間の領域にガイドする第２のナノ繊維ガイド部を含むことを特徴とする、
エレクトロスピニング方式パターン形成装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のガイド体は、前記ノズルから前記ステージ部に垂直な方向に延在された仮想の延在線を介して互いに離隔されるように配置され、それぞれ前記ステージに平行した第１の方向に延在され、前記第３及び第４のガイド体は、前記仮想の延在線を介してそれぞれ互い離隔されるように配置され、前記第１の方向に延在され、前記第１乃至第４のガイド体の各々は、相対誘電率が５０以下の物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロスピニング方式パターン形成装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のガイド体と、前記第３及び第４のガイド体の各々は、発泡スチロールの材料、テフロン（登録商標）材料、木材料、プラスチック材料、ゴム材料、ガラス材料、石英材料及びシリコン酸化物材料からなるグループから選択された一つ以上の材料で形成されることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロスピニング方式パターン形成装置。
【請求項４】
前記第３及び第４のガイド体の下部面は、前記ノズルの端部より下部に位置することを特徴とする請求項２に記載のエレクトロスピニング方式パターン形成装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のガイド体の上部面と前記第３及び第４のガイド体の下部面は、互いに接触するか、３０ｍｍ以下の間隔で離隔されることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロスピニング方式パターン形成装置。
【請求項６】
前記第１のガイド体と前記第２のガイド体との間の第１の離隔間隔は、前記第３のガイド体と前記第４のガイド体との間の第２の離隔間隔と同一であり、またはこれより小さいことを特徴とする請求項２に記載のエレクトロスピニング方式パターン形成装置。
【請求項７】
前記第２の離隔間隔は、前記第１の離隔間隔の４／３乃至８／３倍であることを特徴とする請求項６に記載のエレクトロスピニング方式パターン形成装置。
【請求項８】
前記第１のナノ繊維ガイド部を上下左右方向に移動させることができる第１の位置調整部、及び、前記第１のナノ繊維ガイド部と独立的に第２のナノ繊維ガイド部を上下左右方向に移動させることができる第２の位置調整部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロスピニング方式パターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロスピニング方式パターン形成装置に関するものであって、エレクトロスピニング方式でナノ繊維を放射して一定のパターンを形成することができる。
【背景技術】
【０００２】
ナノ繊維を製造する方法には、ドゥロウィン（ｄｒａｗｉｎｇ）、鋳型合成（ｔｅｍｐｌａｔｅ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）、相分離（ｐｈａｓｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）、自己集合（ｓｅｌｆ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）、エレクトロスピニング（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ）などが知られている。これら方法のうちナノ繊維を連続的に製造できる方法ではエレクトロスピニング方式が一般的に適用されている。
【０００３】
エレクトロスピニング方法は、紡糸液を放射するノズルと、基板が配置されるステージの間に高電圧を印加して紡糸液の表面張力より大きな電場を形成し、紡糸液がナノ繊維の形で放射されるようにする。エレクトロスピニング方法で製造されるナノ繊維は紡糸液の粘土、弾性、伝導性、誘電性、極性及び表面張力などの素材物性と電場の強さ、ノズルと集積電極との間の距離などに影響を受ける。
【０００４】
エレクトロスピニング方法によるナノ繊維形成方法は、広く知られた技術である。  一方、このように形成されたナノ繊維を所望の方向に配列しようとする試みがあり、その代表的な方法では隣接するように形成された電極にエレクトロスピニングを行って整列されたナノ繊維を得る方法と、ノズルと基板との間の距離を非常に近接して維持して、ナノ繊維を所望の位置に配列させる方法がある。しかし、この方法は実用化の側面で問題点を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ナノ繊維を一方向に配列させて微細パターンを精密に形成することができるエレクトロスピニング方式パターン形成装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によるエレクトロスピニング方式パターン形成装置は、第１の電圧が印加され、紡糸液からナノ繊維を放射するノズルと、前記ノズルの下部に配置されてパターンが形成される基板を支持し、前記第１の電圧と異なる第２の電圧が印加されるステージ部と、前記ノズルと前記ステージ部との間で前記ノズルの延在線を介して互いに離隔されるように配置された第１のガイド体及び第２のガイド体を含み、前記ノズルと前記ステージ部との間に形成された電場を変形して前記ナノ繊維を前記第１及び第２のガイド体の間の領域に対応する方向に配列させる第１のナノ繊維ガイド部、及び前記第１のガイド体及び前記第２のガイド体の上部にそれぞれ配置され、互いに離隔された第３のガイド体及び第４のガイド体を含み、前記ノズルと前記ステージ部との間に形成された電場を変形して前記ナノ繊維を前記第１及び第２のガイド体の間の領域にガイドする第２のナノ繊維ガイド部を含む。
【０００７】
第１の実施形態において、前記第１及び第２のガイド体は、前記ノズルから前記ステージ部に垂直な方向に延在された仮想の延在線を介して互いに離隔されるように配置され、それぞれ前記ステージに平行した第１の方向に延在され、前記第３及び第４のガイド体は、前記仮想の延在線を介してそれぞれ互い離隔されるように配置され、前記第１の方向に延在され、前記第１乃至第４のガイド体の各々は、相対誘電率が５０以下の物質で形成することができる。例えば、前記第１及び第２のガイド体と、前記第３及び第４のガイド体の各々は、発泡スチロール材料、テフロン（登録商標）材料、木材料、プラスチック材料、ゴム材料、ガラス材料、石英材料及びシリコン酸化物材料からなるグループから選択された一つ以上の材料で形成することができる。
【０００８】
第１の実施形態において、前記第３及び第４のガイド体の下部面は前記ノズルの端部より下部に位置することができる。
【０００９】
第１の実施形態において、前記第１及び第２のガイド体の上部面と、前記第３及び第４のガイド体の下部面は、互いに接触するか、３０ｍｍ以下の間隔で離隔することができる。
【００１０】
第１の実施形態において、前記第１のガイド体と前記第２のガイド体との間の第１の離隔間隔は、前記第３のガイド体と前記第４のガイド体との間の第２の離隔間隔と同一であるか、これより小さくなり得る。この場合、前記第２の離隔間隔は前記第１の離隔間隔の４／３乃至８／３倍であり得る。
【００１１】
第１の実施形態において、前記エレクトロスピニング方式パターン形成装置は、前記第１のナノ繊維ガイド部を上下左右方向に移動させることができる第１の位置調整部、及び前記第１のナノ繊維ガイド部と独立的に第２のナノ繊維ガイド部を上下左右方向に移動させることができる第２の位置調整部をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、低い相対誘電率を有する物質で形成された第１のナノ繊維ガイド部を用いてノズルとステージ部との間の電場を変形させてナノ繊維に一方向に作用する力を印加することができるので、基板上にナノ繊維を一方向に配列及び位置決めでき、その結果、基板上に数十マイクロメートル以上の厚さを有するアラインメント（Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が維持されたナノ繊維膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）またはフェルト（Ｆｅｌｔ）を製造することができる。
【００１３】
また、低い相対誘電率を有する物質で形成され、前記第１のナノ繊維ガイド部の上部に配置された第２のナノ繊維ガイド部を用いてナノ繊維を第１のナノ繊維ガイド部の第１のガイド体と第２のガイド体との間の領域にガイドすることによって、更にアラインメントが向上したナノ繊維膜（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）またはフェルト（Ｆｅｌｔ）を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態によるエレクトロスピニング方式パターン形成装置を説明するための図面である。
【図２】第１及び第２のナノ繊維ガイド部を含まない第１のエレクトロスピニング方式パターン形成装置（左側）及び第１のナノ繊維ガイド部と第２のナノ繊維ガイド部のうち第１のナノ繊維ガイド部のみ含む第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置（右側）において、Ｙ軸位置による電場のＺ軸成分の強さを測定した写真である。
【図３】図２の第１のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｙ軸位置による電場のＺ軸成分のＺ軸位置別の強さを表すグラフである。
【図４】図２の第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｙ軸位置による電場のＺ軸成分のＺ軸位置別の強さを表すグラフである。
【図５】図２の第１及び第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｘ軸座標が「０」であり、Ｚ軸座標が「３０」である地点におけるＹ軸位置による電場のＺ軸成分の強さを表すグラフである。
【図６】第１のナノ繊維ガイド部と第２のナノ繊維ガイド部をいずれも含む第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｘ軸位置によるＺ軸成分電場の強さをシミュレーションした結果を示す写真である。
【図７】第１のナノ繊維ガイド部と第２のナノ繊維ガイド部をいずれも含む第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｘ軸位置によるＺ軸成分電場の強さをシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図８】第１のナノ繊維ガイド部と第２のナノ繊維ガイド部のうち第１のナノ繊維ガイド部のみ備える第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｘ軸位置によるＺ軸成分電場の強さをシミュレーションした結果を示す写真である。
【図９】第１のナノ繊維ガイド部と第２のナノ繊維ガイド部のうち第１のナノ繊維ガイド部のみ備える第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｘ軸位置によるＺ軸成分電場の強さをシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１０】第１のナノ繊維ガイド部の上部面と第２のナノ繊維ガイド部の下部面の間の垂直方向の離隔間隔が３０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍ及び０ｍｍの場合、Ｘ軸座標及びＹ軸座標が「０」の地点においてＺ軸方向への距離（Ｚ軸座標）による電場の強さを表すグラフである。
【図１１】第３のガイド体と第４のガイド体との間の水平方向の離隔間隔を変化させる場合、Ｘ軸座標及びＹ軸座標が「０」の地点においてＺ軸方向への距離（Ｚ軸座標）によるＺ軸成分電場の強さを表すグラフである。
【図１２】第３のガイド体と第４のガイド体との間の水平方向の離隔間隔が３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍ及び９０ｍｍの場合、Ｘ軸位置によるＺ軸成分電場のＺ軸位置別の強さをそれぞれ表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について詳しく説明する。本発明は様々な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるところ、特定の実施形態を図面に例示し、本文で本発明を詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定した開示形態に対して限定しようとする意図ではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むことと理解すべきである。
【００１６】
各図面を説明する時、類似の参照符号を類似の構成要素に使用した。添付された図面において、構造物の寸法は本発明の明確性を期するために実際より拡大または縮小して図示している。
【００１７】
本出願に用いられた用語は単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、本発明を限定しようとするものではない。単数の表現は文脈上明らかに違うように意味しない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」、「備える」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素またはこれらを組み合わせたものが存在するのを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないことを理解しなければならない。
【００１８】
別に定義しない限り、技術的や科学的な用語を含めてここで用いられる全ての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有している。一般的に使用され、辞典に定義されているのと同様の用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されなければならず、本出願において明らかに定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味と解釈しない。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態によるエレクトロスピニング方式パターン形成装置を説明するための図面である。
【００２０】
図１を参照する。本発明の実施形態によるエレクトロスピニング方式パターン形成装置１００は、紡糸液１０をエレクトロスピニングして基板２０に所望の微細パターンを直接形成することができる。このために、本発明の実施形態によるエレクトロスピニング方式パターン形成装置１００は、溶液放射部１１０、ステージ部１２０、第１のナノ繊維ガイド部１３０及び第２のナノ繊維ガイド部１４０を含むことができる。
【００２１】
溶液放射部１１０は、シリンジ１１１及びノズル１１２を含むことができる。
【００２２】
シリンジ１１１は、紡糸液１０を収容することができる。紡糸液１０は、ポリマーなどのような有機材料溶液または有機材料と無機材料が混合された有無機複合材料溶液で有り得るし、約１乃至２００ｐｏｉｓｅの粘度を有することができる。ノズル１１２は、シリンジ１１１に連結され、シリンジ１１１に収容された紡糸液１０をステージ部１２０方向に放射することができる。ノズル１１２は、伝導性物質、例えば、ステンレス材質で形成され、一定の内径及び外径を有する微細管の形を有することができる。
【００２３】
ステージ部１２０は、紡糸液１０が放射されるノズル１１２の端部と、所定の間隔に離隔されるように配置されることができる。ステージ部１２０は、伝導性材質で形成することができる。ステージ部１２０は、ナノ繊維によるパターンが形成される前記基板２０を支持することができる。
【００２４】
ノズル１１２及びステージ部１２０には、互い異なる第１の電圧及び第２の電圧がそれぞれ印加され、ノズル１１２及びステージ部１２０との間には電場が形成されることができる。ノズル１１２を通じて紡糸液を放射する場合、ノズル１１２チップに分布する紡糸液１０は、表面張力により半球形の滴形を有するようになり、ノズル１１２に印加された電圧によって紡糸液１０の滴の表面にはノズル１１２に印加された電圧と同一極性の電荷が誘導されて静電気的反発力を発生させる。このような静電気的反発力の作用によってノズル１１２チップにぶら下がっている紡糸液１０滴はテイラーコーン（Ｔａｙｌｏｒ  ｃｏｎｅ）と知られている円錐形に伸びることになる。
ノズル１１２とステージ部１２０との間に形成された電場の強さが特定臨界電場の強さより大きくなると、紡糸液１０テイラーコーンの先端から紡糸液１０ジェット（Ｊｅｔ）が放出されるようになる。紡糸液１０の粘度が低い場合、このような紡糸液１０ジェットは、微細滴で崩壊されるが、紡糸液１０の粘度が閾値以上の場合、表面張力のために紡糸液１０ジェットは崩壊されず、連続した繊維の形でステージ部１２０方向に放射される。本発明においては、紡糸液１０が約１乃至２００ｐｏｉｓｅの粘度を有するため、繊維の形で放射されことができる。
紡糸液１０テイラーコーンから放出される紡糸液１０纎維は、ナノススケールの直径を有することができる。以下では紡糸液１０テイラーコーンから放出される「紡糸液１０の繊維」を説明の便宜を図るために「ナノ繊維」と称する。このようなナノ繊維は体積電流密度が高い場合、ナノ繊維の内在的不安定性によって曲げ現象が発生する。ナノ繊維の曲げ現象が発生する位置は、ナノ繊維の荷電された程度と誘電率、伝導度、粘度などのような溶液の特性によって変化する。例えば、ナノ繊維の荷電された程度が高いほどノズル１１２チップに近い位置でナノ繊維の曲げ現象が発生する。
【００２５】
第１及び第２のナノ繊維ガイド部１３０、１４０は、ノズル１１２から放射されたナノ繊維の進行方向をガイドする。第１の実施形態において、第１のナノ繊維ガイド部１３０はノズル１１２チップとステージ部１２０との間に位置し、第２のナノ繊維ガイド部１４０はノズル１１２チップと第１のナノ繊維ガイド部１３０との間に配置されることができる。第１及び第２のナノ繊維ガイド部はノズル１１２とステージ部１２０との間に形成された電場を変形させてナノ繊維の進行方向をガイドすることができる。
第１の実施形態において、第１及び第２のナノ繊維ガイド部１３０、１４０は、相対誘電率（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）が低い物質で形成することができる。例えば、第１及び第２のナノ繊維ガイド部１３０、１４０は相対誘電率が約５０以下の物質で形成することができる。具体的に、第１及び第２のナノ繊維ガイド部１３０、１４０は発泡スチロール、テフロン、木、プラスチック材料、ゴム、ガラス、石英、シリコン酸化物などの物質で形成することができるが、これに限らない。
【００２６】
本発明の第１の実施形態において、第１のナノ繊維ガイド部１３０はノズル１１２の延在線を介して互いに所定の間隔に離隔された第１のガイド体１３１及び第２のガイド体１３２を含むことができ、第２のナノ繊維ガイド部１４０はノズル１１２の延在線を介して互いに離隔され、前記第１のガイド体１３１及び第２のガイド体１３２の上部にそれぞれ位置する第３のガイド体１４１及び第４のガイド体１４２を含むことができる。
【００２７】
第１及び第２のガイド体１３１、１３２は、ステージ部１２０に平行した一方向、Ｙ軸方向にそれぞれ延在され、互いに平行して配置されることができる。第１及び第２のガイド体１３１、１３２は、互いに同一形状及び大きさを有することができる。例えば、第１及び第２のガイド体１３１、１３２のそれぞれは円形、多角形、半円、楕円などの断面を有する棒の形状を有することもでき、板状（ｐｌａｔｅ）を有することもできる。一例に、第１及び第２のガイド体１３１、１３２のそれぞれは、ＸＺ平面に沿って切断した断面が直角四角型であり、ＸＺ平面に垂直な方向（Ｙ）に延在された直方体状の棒の形状を有することができる。  
【００２８】
第１及び第２のガイド体１３１、１３２は、ノズル１１２チップとステージ部１２０との間に形成された電場を変形させてナノ繊維にＹ軸方向に作用する力を印加する電場を形成することができる。このようなナノ繊維に対してＹ軸方向に作用する電場の力を印加する場合、前記ナノ繊維のＹ軸方向への流動は増加することができ、その結果、ナノ繊維がより広い面積で前記Ｙ軸方向に均一に整列されることができる。  
【００２９】
このため、第１及び第２のガイド体１３１、１３２は、互いに一定の間隔ほど離隔されるように配置され、ＸＹ平面に投影した場合、第１及び第２のガイド体１３１、１３２の間には第１及び第２のガイド体１３１、１３２の両端部においてオープンされた空間が形成される方が好ましい。
【００３０】
第３及び第４のガイド体１４１、１４２は、第１及び第２のガイド体１３１、１３２の上部にそれぞれ配置され、Ｙ軸方向に延在されて互いに平行して配置されることができる。ナノ繊維の体積電流密度が高い場合、ナノ繊維に内在された不安定性の程度が高まり、荷電されたナノ繊維が第１及び第２のガイド体１３１、１３２の間に通過しにくい問題点があるが、第３及び第４のガイド体１４１、１４２は、ノズル１１２チップとステージ部１２０との間の電場を変形させてナノ繊維が第１及び第２のガイド体１３１、１３２の間を通過するようにナノ繊維をガイドすることができる。
【００３１】
第３及び第４のガイド体１４１、１４２は、互いに同一形状及び大きさを有することができる。例えば、第３及び第４のガイド体１４１、１４２のそれぞれは、円形、多角形、半円、楕円などの断面を有する棒の形状を有することもでき、板状（ｐｌａｔｅ）を有することもできる。ただし、第３及び第４のガイド体１４１、１４２は、互いに一定の間隔ほど離隔されるように配置され、ＸＹ平面に投影した場合、第３及び第４のガイド体１４１、１４２の間には第３及び第４のガイド体１４１、１４２の両端部においてオープンされた空間が形成される方が好ましい。
【００３２】
一例に、第３及び第４のガイド体１４１、１４２のそれぞれは、ＸＺ平面に沿って切断した断面が四角型であり、ＸＺ平面に垂直な方向（Ｙ）に延在された直方体状の棒の形状を有することができる。
【００３３】
第１の実施形態において、第３及び第４のガイド体１４１、１４２それぞれのＸ軸方向への幅は、第１及び第２のガイド体１３１、１３２それぞれのＸ軸方向への幅より小さいことができ、その結果、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２の間の離隔間隔Ｄ２は第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２の間の離隔間隔Ｄ１より大きくなることができる。
【００３４】
そして、ナノ繊維を第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の空間に安定的にガイドするために、第３のガイド体１４１及び第４のガイド体１４２の上部面はナノ繊維の曲げ現象が発生する地点より高く位置する方が好ましい。一例に、ナノ繊維の曲げ現象が発生する地点がノズル１１２チップから、例えば、約２ｃｍ未満に離れた位置で発生する場合、第３及び第４のガイド体１４１、１４２の上部面は、ノズル１１２チップより高い位置に配置され、ナノ繊維の曲げ現象が発生する地点がノズル１１２チップから約２ｃｍ以上離れた位置で発生する場合、第３及び第４のガイド体１４１、１４２の上部面は、ノズル１１２チップより低い位置に配置される方が好ましい。
【００３５】
本発明の実施形態によるエレクトロスピニング方式パターン形成装置１００は、第１のナノ繊維ガイド部１３０を上下左右方向に移動させることができる第１の位置調整部（未図示）及び第１のナノ繊維ガイド部１３０と独立的に第２のナノ繊維ガイド部１４０を上下左右方向に移動させることができる第２の位置調整部（未図示）を更に含むことができる。
このような第１及び第２の位置調整部により、第１及び第２のナノ繊維ガイド部１３０、１４０それぞれの高さ、第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の離隔間隔Ｄ１、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の離隔間隔Ｄ２、第１のナノ繊維ガイド部１３０と第２のナノ繊維ガイド部１４０との間の離隔間隔Ｓなどを必要によって調節することができる。
【００３６】
図２は、第１及び第２のナノ繊維ガイド部を含まない第１のエレクトロスピニング方式パターン形成装置（左側）及び第１のナノ繊維ガイド部と第２のナノ繊維ガイド部のうち第１のナノ繊維ガイド部のみ含む第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置（右側）において、Ｙ軸位置による電場のＺ軸成分の強さを測定した写真である。
図３は、図２の第１のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｙ軸位置による電場のＺ軸成分のＺ軸位置別の強さを表すグラフであり、図４は、図２の第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｙ軸位置による電場のＺ軸成分のＺ軸位置別の強さを表すグラフであり、図５は、図２の第１及び第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｘ軸座標が「０」であって、Ｚ軸座標が「３０」である地点におけるＹ軸位置による電場のＺ軸成分の強さを表すグラフである。図３及び図４において、「Ｚ‐（２）曲線」、「Ｚ‐（１２）曲線」、「Ｚ‐（２２）曲線」、「Ｚ‐（３２）曲線」、「Ｚ‐（４２）曲線」、「Ｚ‐（５２）曲線」及び「Ｚ‐（６２）曲線」は、Ｚ軸座標が「２」、「１２」、「２２」、「３２」、「４２」、「５２」及び「６２」である地点における電場のＺ軸成分の強さをそれぞれ示す。
【００３７】
図２乃至図５を参照する。第１のエレクトロスピニング方式パターン形成装置においては、ノズル端部からの距離が増加するほど、つまり、Ｚ軸座標が減少するほど電場の強さが持続的に減少する。そして、Ｚ軸座標が同一である場合、Ｙ軸座標が「０」の位置で電場の強さが最も大きく、Ｙ軸座標が「０」の位置からの距離が増加するほど電場の強さが減少する。
【００３８】
これに反して、第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置においては、Ｚ軸座標が「＋１５」と「＋４５」の間、つまり、第１のガイド体と第２のガイド体との間に位置する地点に対する「Ｚ‐（２２）曲線」及び「Ｚ‐（３２）曲線」は、Ｚ軸座標が「＋１５」未満の地点に対する「Ｚ‐（１２）曲線」及び「Ｚ‐（２）曲線」より更に小さい電場の強さを示す。そして、「Ｚ‐（２２）曲線」及び「Ｚ‐（３２）曲線」では、第１及び第２のガイド体との間の空間、つまり、Ｙ座標が「−２５」と「＋２５」との間領域における電場の強さがＹ座標が「−２５」未満であるか、「＋２５」を超える領域における電場の強さより小さい。
特に、図５を参照する。第１及び第２のガイド体のＺ軸方向への中央地点であるＺ軸座標が「＋３０」の位置における電場は、Ｙ座標が「−２０」と「＋２０」との間の第１の領域では相対的に低い電場の強さを示し、第１及び第２のガイド体の両端部の角のためにＹ座標が「−４０」と「−２０」との間の領域、及び「＋２０」と「＋４０」（未図示）との間の領域では、電場の強さが前記第１の領域より増加する。よって、第１及び第２のガイド体の間を通過するナノ繊維は「−４０」と「−２０」との間の領域、又は「＋２０」と「＋４０」（未図示）との間の領域における増加された電場によってＹ軸方向に作用する力を受けるようになる。つまり、前記第１及び第２のガイド体が互いに連結される場合には、ナノ繊維にＹ軸方向に作用する電場の力が発生しない可能性もあるので、前記第１及び第２のガイド体の両端部は互いに離隔されるように位置する方が好ましい。  
【００３９】
図６及び図７は、第１のナノ繊維ガイド部と第２のナノ繊維ガイド部を全て含む第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｘ軸位置によるＺ軸成分電場の強さをシミュレーションした結果を示す写真及びグラフである。そして、図８及び図９は、第１のナノ繊維ガイド部と第２のナノ繊維ガイド部のうち第１のナノ繊維ガイド部のみ備える第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、Ｘ軸位置によるＺ軸成分電場の強さをシミュレーションした結果を示す写真及びグラフである。
【００４０】
図６、図７、図８及び図９において、Ｙ軸座標は第１乃至第４のガイド体１３１、１３２、１４１、１４２の延在方向への距離（ｍｍ）を示し、Ｘ軸座標はステージ部１２０に平行してＹ軸に垂直な方向への距離（ｍｍ）を示し、Ｚ軸座標はＸ軸及びＹ軸に垂直な方向への距離（ｍｍ）を示す。
Ｘ軸座標及びＹ軸座標が「０」の地点は、ノズル１１２の延在線上に位置し、Ｚ軸座標が「０」の地点は、ステージ部１２０の上部面に位置する。第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の離隔間隔Ｄ１は３０ｍｍであり、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の離隔間隔Ｄ２は５０ｍｍであり、ステージ部１２０の上部面からノズル１１２チップまでの距離は６５ｍｍである。そして、ステージ部１２０の上部面から第１及び第２のガイド体１３１、１３２の下部面までの距離は１４ｍｍであり、第１及び第２のガイド体１３１、１３２と第３及び第４のガイド体１４１、１４２のＺ軸方向への厚さはそれぞれ３０ｍｍと３０ｍｍであり、第１のナノ繊維ガイド部１３０と第２のナノ繊維ガイド部１４０との間の離隔間隔Ｓは「０ｍｍ」である。
一方、図７及び図９において、黒色曲線、赤色曲線、青曲線、緑色曲線、ピンク曲線、茶色曲線及び紫色曲線は、Ｚ軸座標が「６２」、「５２」、「４２」、「３２」、「２２」、「１２」及び「２」の地点におけるＸ軸座標による電場の強さをそれぞれ示す。
【００４１】
図１と共に、図６、図７、図８及び図９を参照する。第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置における電場は、第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置における電場と異なることを確認することができる。特に、第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置における黒色曲線及び赤色曲線は、第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置における黒色曲線及び赤色曲線と比較してピーク値の大きさは同一、または類似するが、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の領域、つまり、Ｘ軸座標が「−１５」以上であって、「＋１５」以下の領域でそれ以外の領域に比べて非常に高い電場の強さを示すことを確認することができる。すなわち、第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置における黒色曲線及び赤色曲線の場合、第３及び第４のガイド体１４１、１４２によってＸ軸座標が「−１５」未満の領域と「＋１５」以上の領域で電場の強さが非常に減少することを確認することができる。
【００４２】
これは第１のナノ繊維ガイド部１３０とノズル１１２チップとの間の位置で、第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置で形成された電場に比べて第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置で形成された電場は、ナノ繊維の動きを中心方向に集中させてナノ繊維の曲げによるナノ繊維のＸ軸方向への動きを更に減少させることができることを意味する。
その結果、第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置に比べて第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置では、第３のガイド体１４１及び第４のガイド体１４２によってナノ繊維のＸ軸方向の動きが減少してナノ繊維が第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の空間に更に安定的にガイドされることができる。
【００４３】
図１０は、第１のナノ繊維ガイド部の上部面と第２のナノ繊維ガイド部の下部面との間の垂直方向の離隔間隔Ｓが３０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍ及び０ｍｍの場合に、Ｘ軸座標及びＹ軸座標が「０」の地点でＺ軸方向への距離（Ｚ軸の座標）による電場の強さを表すグラフである。
この実施形態においてのみステージ部１２０の上部面からノズル１１２チップまでの距離は８０ｍｍであり、第１のナノ繊維ガイド部１３０の高さ及び第２のナノ繊維ガイド部１４０の高さは、それぞれ３０ｍｍ及び２０ｍｍを使用した。これによって垂直方向の離隔間隔Ｓが３０ｍｍである場合、第１のナノ繊維ガイド部１３０はステージ部１２０と接触することになる。
【００４４】
図１０において、黒色曲線、赤色曲線、青色曲線及び青緑色曲線は、第１のナノ繊維ガイド部１３０の上部面と第２のナノ繊維ガイド部１４０の下部面との間の垂直方向の離隔間隔Ｓが０ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ及び３０ｍｍの場合の電場の強さをそれぞれ示す。
【００４５】
図１と共に図１０を参照する。第１のナノ繊維ガイド部１３０と第２のナノ繊維ガイド部１４０を両方含む第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、第１のナノ繊維ガイド部１３０の上部面と第２のナノ繊維ガイド部１４０の下部面との間の垂直方向の離隔間隔Ｓを変更させる場合、これによって第１のナノ繊維ガイド部１３０による電場の変形程度が変わることを確認することができる。  
具体的に、第１のナノ繊維ガイド部１３０の上部面と第２のナノ繊維ガイド部１４０の下部面との間の垂直方向の離隔間隔Ｓが０ｍｍから１０ｍｍずつ増加するため、第１のナノ繊維ガイド部１３０によって減少するようになる電場の強さグラフの最低点位置が下がり、その位置が低くなっただけに、垂直方向に離隔された空間における電場の強さが増加されたことを確認することができる。垂直方向の離隔間隔Ｓが３０ｍｍの場合、他の場合とは違って電場の強さの最低点とステージ部１２０の上部面における電場の強さの差が特に低いことを確認することができる。
【００４６】
このような事項を総合すると、ナノ繊維を第１のナノ繊維ガイド部１３０の第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の領域に通過させるためには、第１のナノ繊維ガイド部１３０の上部面と第２のナノ繊維ガイド部１４０の下部面との間の垂直方向の離隔間隔Ｓを１０ｍｍから２０ｍｍ程度の範囲で調節しなければならず、第１のナノ繊維ガイド部１３０はステージ部１２０と離隔されている方が好ましい。
【００４７】
図１１は、第３のガイド体と第４のガイド体との間の水平方向の離隔間隔を変化させる場合、Ｘ軸座標及びＹ軸座標が「０」の地点においてＺ軸方向への距離（Ｚ軸座標）によるＺ軸成分電場の強さを表すグラフであり、図１２は、第３のガイド体と第４のガイド体との間の水平方向の離隔間隔が３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍ及び９０ｍｍの場合に、Ｘ軸位置によるＺ軸成分電場のＺ軸位置別の強さをそれぞれ表すグラフである。
【００４８】
図１１において、第１のナノ繊維ガイド部１３０の第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の離隔間隔Ｄ１は、「３０ｍｍ」であり、黒色（ｂｌａｃｋ）曲線、赤色（ｒｅｄ）曲線及び青色（ｂｌｕｅ）曲線は、第１のナノ繊維ガイド部１３０と第２のナノ繊維ガイド部１４０を両方含む第３のエレクトロスピニング方式パターン形成装置において、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ２が「５０ｍｍ」、「７０ｍｍ」及び「９０ｍｍ」の場合の電場の強さを示し、緑色（ｇｒｅｅｎ）曲線は第１のナノ繊維ガイド部１３０と第２のナノ繊維ガイド部１４０のうち第１のナノ繊維ガイド部１３０のみ含む第２のエレクトロスピニング方式パターン形成装置における電場の強さを示す。
【００４９】
図１２において、黒色（ｂｌａｃｋ）曲線、赤色（ｒｅｄ）曲線、青色（ｂｌｕｅ）曲線、緑色（ｇｒｅｅｎ）曲線、ピンク色（ｐｉｎｋ）曲線、茶色（ｂｒｏｗｎ）曲線及び紫色（ｖｉｏｌｅｔ）曲線は、Ｚ軸座標が「６２」、「５２」、「４２」、「３２」、「２２」、「１２」及び「２」の地点におけるＸ軸座標による電場の強さをそれぞれ示す。
【００５０】
図１と共に図１１を参照する。横軸のＺ軸座標が３０以上の領域では、緑色曲線におけるＺ軸成分電場の強さが最も大きく、黒色曲線におけるＺ軸成分電場の強さが最も小さいことを確認することができる。具体的に、第１のナノ繊維ガイド部１３０と第２のナノ繊維ガイド部１４０を両方含むエレクトロスピニング方式パターン形成装置の場合、Ｚ軸座標が３０以上の領域では、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ２が増加すればするほど、Ｚ軸成分電場の強さが増加することを確認することができる。
【００５１】
これに反して、Ｚ軸座標が０以上１５以下の領域では、黒色曲線におけるＺ軸成分電場の強さが最も大きく、緑色曲線におけるＺ軸成分電場の強さが最も小さいことを確認することができる。具体的には、第１のナノ繊維ガイド部１３０と第２のナノ繊維ガイド部１４０を両方含むエレクトロスピニング方式パターン形成装置の場合、Ｚ軸座標が１５以下である領域においては、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ２が減少すればするほど、Ｚ軸成分電場の強さが増加することを確認することができる。
【００５２】
図１と共に図１２を参照する。第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ２が「３０ｍｍ」の場合、すなわち、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ２が、第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ１と同一の場合、赤色曲線における電場の強さのピーク値が他の場合に比べて非常に低いことを確認することができる。
一方、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ２が「９０ｍｍ」の場合、第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ１より非常に大きいので、第３及び第４のガイド体１４１、１４２によってガイドされたナノ繊維であるとしても、第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の空間に通過しにくい問題点が発生し得る。
【００５３】
以上の事項を総合すると、第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ１が３０ｍｍの場合、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ２は、約４０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である方が好ましい。すなわち、第３のガイド体１４１と第４のガイド体１４２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ２は、第１のガイド体１３１と第２のガイド体１３２との間の水平方向の離隔間隔Ｄ１の約４／３乃至８／３倍である方が好ましい。
【産業上利用可能性】
【００５４】
本発明によると、第１及び第２のナノ繊維ガイド部を用いてノズルとステージ部との間に形成された電場を変形させ、変形された電場を用いてナノ繊維の動きを制御することで、基板上にナノ繊維を一方向に配列及び位置させることができ、その結果、基板上に数十マイクロメートル以上の厚さを有し、アラインメントが良く維持されたナノ繊維膜またはフェルトを製造することができる。
【００５５】
以上、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、当該技術分野の熟練された当業者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることを理解することができるだろう。
【符号の説明】
【００５６】
１０  紡糸液
２０  基板
１００  エレクトロスピニング方式パターン形成装置
１１０  溶液放射部
１１１  シリンジ
１１２  ノズル
１２０  ステージ部
１３０  第１のナノ繊維ガイド部
１３１  第１のガイド体
１３２  第２のガイド体
１４０  第２のナノ繊維ガイド部
１４１  第３のガイド体
１４２  第４のガイド体
【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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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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