(57)【要約】  物体形成流体を分散媒に導入することによって物体、好ましくはナノ体を形成するための装置。装置は、分散媒を収容するように構成された流体筐体と、少なくとも２つの分離した流路であって、分散媒が少なくとも２つの分離した流路に沿って層流で流れ、合流箇所で集束する少なくとも２つの分離した流路と、使用する際に、分散媒を各々の流路に沿って合流箇所まで流れるようにする流体流れ構成と、合流箇所に又はそこに近接して配置され、使用する際に、物体形成流体を分散媒に供給するように構成された少なくとも１つの流体導入構成と、使用する際に、合流箇所に近接する及び／又はその後に続く分散媒の流れを絞り加速させる、合流箇所に近接する又はその後に続く流れ絞り構成とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体形成流体を分散媒に導入することによって物体を形成するための装置であって、
分散媒を収容するように構成された流体筐体と、
少なくとも２つの分離した流路であって、前記分散媒が前記少なくとも２つの分離した流路に沿って層流で流れ、前記分離した流路の少なくとも２つが合流箇所で集束する、流路と、
使用する際に、前記分散媒を各々の流路に沿って前記合流箇所まで流れるようにする流体流れ構成と、
前記合流箇所に又はそこに近接して配置されており、使用する際に、前記物体形成流体を前記分散媒中に供給するように構成された少なくとも１つの流体導入構成と、
前記合流箇所に近接し又はその後に続く流れ絞り構成であって、使用する際に、前記合流箇所に近接して及び／又はその後に続いて前記分散媒の流れを絞り加速させる、流れ絞り構成とを備える、装置。
【請求項２】
前記流れ絞り構成が、前記合流箇所の上流の流れから前記合流箇所の下流の流れへの流体流れ全断面積の縮小を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流体筐体が、第１の流体流れ断面積を有する少なくとも第１の流れセクションと、第２の流体流れ断面積を有する少なくとも第２の流れセクションとを備え、前記第１の流体流れ断面積が前記第２の流体流れ断面積よりも大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記流れ絞り構成が、前記第１の流れセクションと前記第２の流れセクションの間で少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、さらにより好ましくは少なくとも７０％及び最も好ましくは少なくとも７５％の流体流れ断面積の縮小を有する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記合流箇所が、前記第２の流れセクションの開始点の上流から離間している、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記流体筐体の前記第１の流れセクションと前記第２の流れセクションの間に配置されている第３の流れセクションをさらに備え、前記第３の流れセクションが、過渡的な断面積を有し、好ましくは前記第１の流れセクションと前記第２の流れセクションを相互に接続する漸減する断面積を有する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第３の流れセクションの前記断面積の移行部は、前記第１の流れセクションと前記第２の流れセクションの間に５〜３０°の間、好ましくはおよそ１０°のテーパを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記流体導入構成が少なくとも１つの開口を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記合流箇所が、少なくとも２つの分離した流れが交わり合流する場所に近接して流れ合流縁部を備え、前記少なくとも１つの開口がその流れ合流縁部に又はその中に配置されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの開口が、少なくとも２つの異なる物体形成流体が流れるように接続されている、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの開口が、少なくとも１つの物体形成流体が流れる少なくとも２つの導管又はチャネルに流体接続されており、各々の導管又はチャネルは、前記少なくとも１つの開口に近接して位置する合流セクションにおいて結合している、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記合流セクションが、前記少なくとも１つの開口に流体接続された短い導管又はチャネルを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記合流セクションが、Ｙ字又はＴ字型結合部を備える、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記流体導入構成が、少なくとも２つの隣接する開口を備え、各々の開口が少なくとも１つの物体形成流体が流れるように接続されている、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記開口の少なくとも２つが、異なる物体形成流体が流れるように接続されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記開口の少なくとも２つが、第１の開口が第２の開口に囲まれるように配置されている、請求項１４又は１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記合流箇所に沿って離間した複数の流体導入構成を備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記分離した流路の少なくとも２つが、離れた流れ導管を備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの分離した流路が、前記流体筐体内に配置された少なくとも１つのハイドロフォイルによって隔てられており、前記ハイドロフォイルが前縁面と後縁とを有し、前記流体流れ構成によって、前記分散媒が前記ハイドロフォイルの前記前縁面から前記後縁まで層流で流れるようになっている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
１つ又は複数の前記流体導入構成が、それぞれのハイドロフォイル各々の前記後縁に又はそれに近接して配置されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記ハイドロフォイルが、中心線、好ましくは前記前縁面と前記後縁の間の翼弦線に対して、前記前縁面と前記後縁の間の厚さに５〜３０°のテーパ、好ましくは前記前縁面と前記後縁の間に１０°のテーパを付されたテーパ付き本体を備える、請求項１９又は２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ハイドロフォイルの前記テーパ付き本体が、前記本体の長手方向の長さに沿って少なくとも１つの湾曲部又は波形部を備え、より好ましくは前記本体の長手方向の長さに沿って複数の湾曲部又は波形部を備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記流体筐体内に離間した複数のハイドロフォイルを備え、各々のハイドロフォイルが、それぞれのハイドロフォイル各々の少なくとも１つの前記後縁に又はそれに近接して配置されている少なくとも１つの流体導入要素を備える、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
使用する際に、前記合流箇所に入る前の前記分散媒の流れと接触する、前記流体筐体内の場所に配置された少なくとも１つのそらせ板をさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記そらせ板が、前記合流箇所の上流で前記流体筐体内に配置されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記流体筐体が、
前記分散媒が中を流れる少なくとも１つの導管及び、
前記分散媒が保持されるタンクの少なくとも一方を備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記流体筐体が、前記分散媒が中を流れる導管を備え、前記導管が少なくとも２つの離間したプレートを含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記プレートの間の距離を変えることができる、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記プレートが、流体密封ケーシングの中に収容されている、請求項２７又は２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記流体流れ構成が、
前記流体筐体内で前記ハイドロフォイルを回転させるように駆動される、又は他の方法で動かされる回転可能な要素、並びに
前記ハイドロフォイルを横切るように前記分散媒を圧送するための圧送構成の少なくとも一方を備える、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記分散媒が前記流体筐体を介して再利用される、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
繊維、好ましくはナノ繊維を形成するための、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
前記流れ絞り構成が、少なくとも０．１ｍ／秒、好ましくは０．２〜２０ｍ／秒、より好ましくは１〜１０ｍ／秒の、前記分散媒の線形速度を形成する、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
請求項１〜３３のいずれか一項に記載の装置を利用して形成された少なくとも１つの物体、好ましくはナノ体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１３年３月６日に提出された豪州仮特許出願第２０１３９００８１４号より優先権を主張し、その開示は本明細書に組み込まれるように理解されるべきである。
【０００２】
[0002]本発明は一般に、粒子又は繊維などのナノ体、詳細には短いナノ繊維を形成するための装置に関する。本発明は、分散媒中に選択されたせん断速度が存在する状態で分散媒に物体形成流体を導入することによって繊維を形成するのに特に適用可能であり、本発明の例示の用途に関連して以後本発明を開示するのに都合がよい。
【背景技術】
【０００３】
[0003]本発明に対する背景の以下の考察は、本発明の理解を容易にすることが意図されている。しかしながらこの考察は、参照される資料のいずれも、本出願の優先日におけるものとして公開された、既知である、又は共通の一般的な知識の一部であることの確認でも又は承認でもないことを理解されたい。
【０００４】
[0004]短いナノ繊維は、例えば水に溶解したポリマー溶液（０．１〜３０％ｗｔ／体積の溶剤）などの物体形成流体を分散媒に、典型的にはおよそ１〜１００センチポワズ（ｃＰ）の範囲内の粘度を有し０．１〜１０ｍ／秒で移動するブタノール又は水などの流体に噴射することによって形成することができる。このような条件下でポリマー溶液が抜き出され短繊維へと細分化され、その一方でブタノールによって生じたポリマー溶液からの急速な水の抽出によってポリマーをゲル化させる。繊維サイズは、せん断力及びポリマー濃度が変動することによって１５〜２５００ｎｍの直径及び２〜２０μｍの長さまで管理することができる。
【０００５】
[0005]このようなナノ繊維形成方法の一例が、国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／００１２７３号に記載されており、その内容はこの参照により本明細書に組み込まれるように採用されている。この特許出願は、記載された短いナノ繊維の形成方法を実施するためのベンチスケールの実験装置を記載している。装置は、分散媒（ブタノール）のビーカーに沈められた５ｃｍのインペラブレードを有する回転ミキサーで構成される。ブレードは、１．５ｃｍ２の面積を有する円周方向に離間された１６個の一連のスリットを含み、このスリットによって分割された金属リングによって囲まれている。繊維の形成に関して、ミキサーのインペラは、４０００〜１００００ｒｐｍの要求される回転（したがってせん断速度）まで駆動され、１００００ｒｐｍにおいて、２６ｍ／秒ほどのブレードの先端の最大速度を実現する。選択された物体形成流体がその後、ブレードの近傍でミキサーの側部のポートの１つに隣接して２５ｇの針を介してビーカー内の分散媒に噴射される。
【０００６】
[0006]このようなベンチスケールの実験装置のインペラブレード構成及び回転速度によって、溶剤内に層流（乱流）のない体系が生じる。これにより溶剤内でかなりの混合が生じ、これにより体系内での反応物に対する予測精度及び制御が不十分になる。さらに全体の体系構成によって、ポリマー噴射の速度に対する制御及び針の先端の位置決めに対する制御が不十分になる。
【０００７】
[0007]Ｍｅｒｃａｄｅｒ等（２０１０）Ｋｉｎｅｔｉｃｓ  ｏｆ  ｆｉｂｒｅ  ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ、ＰＮＡＳ早版（ｗｗｗ．ｐｎａｓ．ｏｒｇ／ｃｇｉ／ｄｏｉ／１０．１０７３／ｐｎａｓ．１００３３０２１０７）は、直径の収縮部を有する毛細管状の管を備えた繊維の凝固の運動を調査するための実験装置を記載している。管の直径の収縮部は、水溶性のＰＶＡ溶液の共同して流れる伸張流を形成するのに使用された。収縮部の上流で共同して流れるＰＶＡ流れにナノチューブの水性分散液を噴射することによってナノ繊維が形成された。噴射されたナノチューブは、ＰＶＡ溶液と接触する際に架橋凝結を受けて繊維を形成した。繊維は、制御された速度で管の中心において周辺の流体によって変換され伸張された。収縮部は、粘性抵抗に反応して繊維内に有効引っ張り張力を形成するように示された。形成された繊維はまた、周辺の抵抗力が繊維の引っ張り強度を超えた場合、より短い長さの繊維になるように細分化するように示された。
【０００８】
[0008]繊維及び短繊維は、このような方法によって形成されるように示されるが、記載される装置は、小さな直径の繊維を再生可能に形成するのに反応物や流れ条件の十分な管理を提供しない。さらに記載されるように、毛細管の中心と噴射口の位置合わせは若干難しいことが予測される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
[0009]したがって繊維、好ましくは短いナノ繊維などの延伸体を形成するための改良された及び／又は代替のデバイスを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
[0010]本発明の第１の態様は、物体形成流体を分散媒に導入することによって物体、好ましくはナノ体を形成するための装置を提供する。装置は、
分散媒を収容するように構成された流体筐体と、
少なくとも２つの分離した流路であって、分散媒が少なくとも２つの分離した流路に沿って層流で流れ、分離した流路の少なくとも２つが合流箇所で集束する、流路と、
使用する際に、分散媒を各々の流路に沿って合流箇所まで流れるようにする流体流れ構成と、
合流箇所に又はそこに近接して配置され、使用する際に物体形成流体を分散媒に供給するように構成された少なくとも１つの流体導入構成と、
合流箇所に近接し又はその後に続く流れ絞り構成であって、使用する際に、合流箇所に近接して及び／又はその後に続いて分散媒の流れを絞り加速させる、流れ絞り構成とを含む。
【００１１】
[0011]本発明の装置の層流及び絞り構成は、合流箇所において及び／又はその後に続いて分散媒内に制御された流れ領域を形成する。層流の流れ環境によって、分散媒の流れと噴射される物体形成流体の流れの間に滑らかな移行部が形成される。したがって物体形成流体は、周辺の制御された流れ領域に供給され、合流箇所において及びそこに近接して収縮される。これにより、先のインペラとリングを基にしたシステムと比較してポリマー噴射の速度に対する制御が改善される。さらに合流箇所における又はそこに近接した専用の流体導入構成の利用は、先のインペラとリングを基にしたシステムと比較して噴射点の位置決めを改善させる。
【００１２】
[0012]層流と絞り構成の組み合わせは、装置の合流箇所の後に記載した物体構成を抜き出し形成する制御可能な伸張流を形成する。導入された物体形成流体から糸状体などの細長い物体が形成される場合、加速によって必要な引っ張り張力及び／又はせん断速度を形成することによって細長い物体を破断して、分散媒内の物体形成流体によって形成された細長い物体の細分化を可能にすることもできる。
【００１３】
[0013]この装置を使用して、様々な構成、形状及びサイズの多様な物体、好ましくはナノ体を形成することができることを認識されたい。例には、ロッド、リボン、飛沫、粒子、糸状体、繊維、短繊維、ナノ繊維、短いナノ繊維などが含まれる。好ましい実施形態では、本発明の装置は、繊維、好ましくはナノ繊維を形成する。調合される物体には、例えば液体、ゲル、固体、気体又は同様のものなどの様々な物質の基本構造が含まれる場合がある。
【００１４】
[0014]流れ絞り構成は、分散媒の流れを絞り加速させる任意の好適な構成要素を含むことができる。流れの収縮部は、任意の好適な構成を有することができ、１つ又は複数のそらせ板、堰、流れ収縮開口、流体流れ領域の変更などの寸法の変更が含まれる。
【００１５】
[0015]いくつかの実施形態において（及び以下に記載するように）、１つ又は複数のハイドロフォイルを利用して、ハイドロフォイルを超えて流れる分散媒の流れを加速させ絞ることもできる。
【００１６】
[0016]いくつかの実施形態において、流れ絞り構成は、流体筐体の寸法の変更を含む場合がある。寸法の変更は好ましくは流体筐体の流体流れ断面積の変更を含み、より好ましくは合流箇所の上流の流れから合流箇所の下流の流れへの流体流れ全断面積の縮小が含まれる。例えば、流体筐体が導管を備える実施形態において、流れ収縮部は好ましくは、導管内の断面積の縮小を含む。流体筐体はしたがって、第１の流体流れ断面積を有する少なくとも第１の流れセクションと、第２の流体流れ断面積を有する少なくとも第２の流れセクションとを含む場合があり、第１の流体流れ断面積は第２の流体流れ断面積より大きい。
【００１７】
[0017]第２の流れセクションの流れ収縮部は、加速区域を形成し、ここでは分散媒が、収縮部の入口において第２の流れセクションの流体筐体の軸に沿って加速される。この加速によって、伸張流れ場の形成が誘発される。いかなる１つの理論にも拘泥することは望まないが、分散媒によって搬送される噴射後の物体形成流体から形成された物体は、分散媒の加速に反応して引き延ばされると考えられる。この加速によって、その形成された物体に加えられる引っ張り応力及び／又はせん断応力が生じ、これらの応力は、その最大応力が物体の引っ張り強度を超えた場合、物体を細分化する又は破断することができる。
【００１８】
[0018]第２の流れセクションは、合流箇所に近接して又は距離を置いた所で、好ましくは合流箇所に続く（その下流の）短い距離の所で始まることができる。いくつかの実施形態において、合流箇所は、第２の流れセクションの開始点の上流から離れている。後縁を第２の流れセクションから離間させる、したがって流体導入構成を第２の流れセクションから離間させることによって、離れた流体導入区間と、加速区間（上記に記載した）を形成する。
【００１９】
[0019]流れ収縮部は好ましくは、第１の流れセクションと第２の流れセクションの間で少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、さらにより好ましくは少なくとも７０％及び最も好ましくは少なくとも７５％の流体流れ断面積の縮小を含む。プレートを含むこのような実施形態において、プレート間の隙間は好ましくは、８〜１５ｍｍの間から、１〜５ｍｍの間まで、より好ましくは１８〜１１ｍｍの間から１〜３ｍｍの間まで、さらにより好ましくは９ｍｍ〜２ｍｍまで縮小する。
【００２０】
[0020]流れ収縮部は、例えば導管など流体筐体内に中間の寸法の変化を含む場合がある。しかしながらこのような変化は、より段階的であり、徐々に進む寸法の変化を有することが好ましい。このような推移は、傾斜路又は滑らかな移行部、階段状のもの又はそれらの組み合わせを含む場合がある。例えばいくつかの実施形態において、第３の流れセクションが、流体筐体の第１の流れセクションと第２の流れセクションの間に位置するように設けられる場合もあり、第３の流れセクションは、過渡的な断面積を有し、好ましくは第１及び第２の流れセクションを相互に接続する漸減する断面積を有する。第３の流れセクションの断面積は好ましくは、第１の流れセクションと第２の流れセクションの間に５〜３０°の間、好ましくはおよそ１０°のテーパを備える。
【００２１】
[0021]流れ収縮部は、流体筐体内に１つ又は一連の寸法の変化を含む場合がある。いくつかの実施形態において、流れ収縮部は、流体筐体内に２つ以上の寸法の変化を含む。例えば流れ収縮部は、第１の断面積の縮小を含み、続いて第２の断面積の縮小、いくつかの実施形態において、第３又はそれ以上の断面積の縮小が続く場合もある。流体筐体における一連の寸法の変化は、流体筐体の寸法（例えば断面積）を最初の寸法から最終的な寸法まで徐々に変化させる場合、或いは流体筐体の寸法が拡大した寸法と縮小した寸法の間で変動する一連の拡大及び縮小点を有する場合もある。例えば流れ収縮部は、第１の断面積と第２の（縮小した又は収縮した）断面積の間に一連の断面積の縮小と拡大を含む場合もある。
【００２２】
[0022]１つ又は複数の導管の第１の流れセクションに進入する流体流れは、流れが合流箇所に入る前に第１の流れセクションにおいて層流となる限り、層流、乱流などを含めた任意の好適な流れ特徴を有することができる。層流は、合流箇所に入る前の分散媒の流れ特性を改変させる１つ又は複数の流れ補助具を利用して実現することができる。いくつかの実施形態において、この構成は、流体筐体内に位置する少なくとも１つのそらせ板をさらに含んでおり、これは使用する際に、合流箇所に入る前の分散媒の流れと接触する。他の実施形態において、流れ分配器、例えば１つ又は複数のハイドロフォイルを使用して、第１の流れセクションを通る分散媒の流れに層流を誘発させることもできる。ハイドロフォイルを含む実施形態を以下により詳細に記載する。好ましい実施形態において、流体流れ構成は、第１の流れセクションに層流を形成する。この点において、層流流体は、より容易に制御することができ、その結果はより容易に予測することができる。
【００２３】
[0023]流体筐体が、分散媒が流れる１つ又は複数の導管を含む実施形態において、１つ又は複数の導管は、いくつかの構成を採ることができる。いくつかの実施形態において、１つ又は複数の導管は、管状のパイプを備え、パイプは少なくとも１つの円形、正方形、矩形又は他の規則的な多角形の断面形状を有することが好ましい。
【００２４】
[0024]いくつかの実施形態において、１つ又は複数の導管は、少なくとも２つの離間したプレートを含む。プレートは、１つ又は複数の導管内で流体式に密閉される。流体シールは、任意の数の構成を有する場合がある。いくつかの実施形態において、プレートは、流体密封式のケーシング内に収容される場合があり、例えば管状導管などの流体密封導管の中に流体式に密閉されることが好ましい。この実施形態において、プレートは、流体密封導管の隣り合う又は隣接面に固定される、或いはそれ以外の方法で締め付けることができる。いくつかの実施形態において、プレートは、各々のプレートの周辺部を囲むように密閉され、より好ましくはプレートの縁部を囲むように密閉される。
【００２５】
[0025]流体筐体の寸法、特に分散媒が中を流れる（関連する実施形態において）流体筐体の一部の寸法を変えることが可能であることが有利な場合がある。例えば１つ又は複数の導管が少なくとも２つの離間したプレートを含む場合、プレート間の距離を変えることが可能であることが有利である場合がある。このような調節はしたがって、２つのプレートの間並びにハイドロフォイルへと、及びハイドロフォイルを超えて流れる分散媒の流れ領域、及びこれにより流速を変えることができる。
【００２６】
[0026]流れ絞り構成は、分散媒内にせん断応力を形成し、任意の物体、特に糸状体などの細長い物体の分散媒中での細分化が可能な状況を作り出すことができる。流れ絞り構成は好ましくは、ハイドロフォイルの後縁において分散媒にせん断力を生み、この場合流体は少なくとも０．１ｍ／秒、好ましくは０．２〜２０ｍ／秒、より好ましくは０．５〜１０ｍ／秒、さらにより好ましくは１〜１０ｍ／秒の線形速度を有する。いくつかの実施形態において、流れ絞り構成は、およそ１００〜およそ１９０，０００ｃＰ／秒の範囲内でせん断応力を形成することができる。
【００２７】
[0027]本発明の流体導入構成は、装置の合流箇所において、又はそこに近接して分散媒に物体形成流体を導入するのに利用される。物体形成流体は、好適な技術を使用して分散媒に導入することができる。いくつかの実施形態において、物体形成流体は、分散媒中に噴射される。物体形成流体は、およそ０．０００１Ｌ／時〜およそ１０Ｌ／時、又は好ましくはおよそ０．１Ｌ／時〜１０Ｌ／時から選択された範囲の速度で分散媒に噴射されてよい。
【００２８】
[0028]物体形成流体が、例えばポリマー溶液などの物体形成溶液である場合、物体形成流体は、およそ０．０００１Ｌ／時〜１０Ｌ／時、およそ０．００１Ｌ／時〜１０Ｌ／時又はおよそ０．１Ｌ／時〜１０Ｌ／時から成る群から選択された範囲内の速度で分散媒に噴射される場合もある。
【００２９】
[0029]物体形成流体が分散媒に導入される速度は、本発明の工程が実行される規模、利用される物体形成流体の体積及び分散媒への物体形成流体の選択された体積を導入するために所望される時間に従って変動する可能性があることを当業者は理解するであろう。いくつかの実施形態において、より速い速度で物体形成流体を分散媒に導入することが望ましい場合もあり、これはより滑らかな表面形態を備えた繊維の形成を助けることができる。噴射速度は、シリンジポンプ又は蠕動ポンプなどのポンプを利用して調整することができる。
【００３０】
[0030]流体導入構成は、針又は他の導管などの合流箇所に挿入された別個の要素である、或いは本体又は合流箇所に位置する構成要素に一体化される場合もある。本体又は合流箇所に位置する構成要素の中に形成される場合、流体導入構成は、好ましくは前記本体又は構成要素に又はその上に位置する少なくとも１つの開口を含む。この開口は好ましくは、前記本体又は構成要素内に形成される又は収容され、物体形成流体が通って供給される導管又はチャネルに流体結合される。
【００３１】
[0031]いくつかの実施形態において、１つ又は複数の開口は、少なくとも２つの異なる物体形成流体が流れるように接続される場合もある。これにより２つの異なる物質を含むように繊維を形成することが可能になる。物体形成流体は、様々な方法で組み合わせることができる。いくつかの実施形態において、２つ以上の物体形成流体が、分散媒に導入される前に混ぜ合わされる場合もある。他の実施形態において、２つ以上の物体形成流体は、物体形成流体が分散媒に導入される地点に近接して、又はその地点で混ぜ合わされる場合もある。例えば、１つ又は複数の開口は、少なくとも１つの物体形成流体が流れる少なくとも２つの導管又はチャネルに流れるように接続されてよく、各々の導管又はチャネルは、少なくとも１つの開口に近接して位置する合流セクションにおいて結合する。合流セクションは好ましくは、少なくとも１つの開口に流体接続された短い導管又はチャネルを含む。いくつかの実施形態において、合流セクションはＹ字型又はＴ字型結合部を備える。
【００３２】
[0032]いくつかの実施形態において、流体導入構成は、少なくとも２つの隣接する開口を含み、各々の開口は少なくとも１つの物体形成流体が流れるように接続される。これにより各々の物体形成流体が分散媒に導入される際、重なり合う、結び付く、或いは少なくとも何らかの方法で相互に作用し合うことが可能になる。続いて起こる繊維の形成はしたがって、結び付いた、混ざり合った、又は他の方法で相互に接続した繊維構成を形成することができる。いくつかの実施形態において、少なくとも２つの開口が異なる物体形成流体が流れるように接続される。これにより、結び付いた、混ざり合った、又は他の方法で相互に接続した繊維構成を有する２つの異なる物質によって繊維構成を形成することが可能になる。
【００３３】
[0033]いくつかの実施形態において、少なくとも２つの開口が重なっている。このような実施形態では、少なくとも２つの開口は、第１の開口を第２の開口の中に囲まれて配置させることができる。一部の形態では、３つ以上の開口を重なり合う構成で構成させることもできる。一部の形態では、２つの開口が、同軸に配置される場合もある。例えば一方の開口（内側の開口）が、別の開口（外側の開口）によって完全に又は部分的に囲まれる場合もある。これは、第１の繊維が別の繊維の内部に囲まれる、又はそれ以外の方法で別の繊維の中に形成される繊維構成において繊維を形成することができる。第１の材料は、少なくとも２つの開口の少なくとも２つが、異なる物体形成流体が流れるように接続される実施形態において第２の材料の中に囲むことができる。
【００３４】
[0034]流体導入構成の開口は、いくつかの異なる形状及び構成を有することができる。いくつかの実施形態において、流体導入構成は円形状を有する。しかしながら任意の数の形状が可能であり、星型、十字型、楕円形、三角形、正方形、矩形、五角形、八角形などの任意の数の正多角形が含まれる。
【００３５】
[0035]少なくとも２つの分離した流路における層流は、任意の好適なやり方で形成することができる。いくつかの実施形態において、少なくとも２つの分離した流路の別個の流路は、別個の流れ導管を備える。この実施形態において、このような導管の各々における流れ特性を制御することによってこのような別個の導管内に層流を形成することができる。例えば、流体流れ構成は、別個の導管における層流に要求される流速を実現するように管理される場合がある。さらに、導管の構成は、層流のために最適化させることができる。このような実施形態において、流れ絞り構成は、合流箇所に近接して、又はその後に続いて少なくとも２つの別個の流れ導管の組み合わされた流入断面積と比べて流出断面積の縮小を含む。
【００３６】
[0036]他の実施形態において、少なくとも２つの別個の流路は、流体筐体内に位置する少なくとも１つのハイドロフォイルによって隔てられる場合があり、ハイドロフォイルは、前縁面と、後縁とを有し、流体流れ構成によって分散媒がハイドロフォイルの先導端面から後縁まで層流で流れるようにする。
【００３７】
[0037]本発明の第２の態様は、繊維形成液体を分散媒に導入することによって繊維を形成する装置を提供しており、この装置は、
分散媒を収容するように構成された流体筐体と、
流体筐体内に配置され、前縁面と、後縁とを有する少なくとも１つのハイドロフォイルと、
少なくとも１つのハイドロフォイルの後縁に又はそれに近接して配置され、使用する際、流体筐体内に収容された分散媒に繊維形成液体を供給するように構成された少なくとも１つの流体導入構成と、
使用する際、分散媒がハイドロフォイルの前縁面から後縁までハイドロフォイルを横切るように流れるようにする流体流れ構成とを含む。
【００３８】
[0038]本発明の装置のハイドロフォイルは、ハイドロフォイルの後縁において及び／又はその後に続く分散媒に管理された流れ領域を形成する。ハイドロフォイルは、ハイドロフォイルの後縁において繊維質のポリマー糸状体を抜き出し形成する伸張流を形成するために、ハイドロフォイルを超えて流れる分散媒の流れを加速させ絞るように設計される。この加速によってまた、分散媒中の物体形成流体によって形成された糸状体の細分化を可能にするのに必要な引っ張り応力及び／又はせん断速度を形成することによって糸状体を破断して短い繊維を形成することもできる。
【００３９】
[0039]ハイドロフォイルはまた、流れ面全体に並びに／或いはハイドロフォイルの後縁に及び／又はそれに近接して層流環境を形成する。これにより分散媒の流れと、噴射された物体形成流体の流れの間に滑らかな移行部が形成される。物体形成流体はよって、周辺の管理された流れ領域に供給され、ハイドロフォイルにおいて及び／又はそれに近接して収縮され、これまでのインペラとリングを基にしたシステムと比べてポリマー噴射の速度に対する制御を改善することを可能にする。さらに、少なくとも１つのハイドロフォイルの後縁に又はそれに近接して配置された、及び好ましくはハイドロフォイルに組み込まれた専用の流体導入構成は、これまでのインペラとリングを基にしたシステムと比べて噴射地点の位置決めを改善させる。
【００４０】
[0040]ハイドロフォイルは、多様な形状及び構成を有することができる。いくつかの実施形態において、ハイドロフォイルの前縁面は好ましくは、丸められた又は湾曲した面を備える。さらに、ハイドロフォイルの後縁は好ましくは、ほぼ平坦な縁部を備える。しかしながら他の構成、例えば丸められた、湾曲した、波形などが他の実施形態において利用される場合もあることを認識されたい。加えて、いくつかの実施形態において、ハイドロフォイルは、ハイドロフォイルの前縁面と後縁の間の翼弦線を中心としてほぼ対称的である。当分野で理解されるように、ハイドロフォイルの翼弦線は、ハイドロフォイルの前縁面と後縁をつなぐ直線である。しかしながらここでもまた、ハイドロフォイルの他の構成は、他の実施形態において翼弦線を中心に異なる形状又は構成である場合もあることを認識されたい。
【００４１】
[0041]ハイドロフォイル並びに前縁面及び後縁は、任意の好適な幾何学形状をたどることができる。いくつかの実施形態において、ハイドロフォイルは線形の幾何学形状を有する。他の実施形態では、ハイドロフォイルは円筒形又は楕円形の形状を有し、前縁面及び後縁は、ハイドロフォイルの中心点を中心として中心に位置決めされた環状構成を有する。このようなハイドロフォイルは好ましくは、トロイダル形状を有し、好ましくは後縁に向けてテーパを付されている。分散媒は好ましくはハイドロフォイルの内部の空洞及び外側面を通って流れる。
【００４２】
[0042]ハイドロフォイルは好ましくは、前縁面と後縁の間で厚さにテーパを付されたテーパ付き本体を含む。いくつかの実施形態において、ハイドロフォイルのテーパ付き本体は、ハイドロフォイルの前縁面と後縁の間に、その間にある中心線に対して、好ましくは翼弦線に対して５〜３０°の角度を有し、好ましくはおよそ１０°のテーパを有する。
【００４３】
[0043]上記の好ましい構成は、ハイドロフォイルの後縁において又はそれに近接して層流を形成する点で有利である。
【００４４】
[0044]ハイドロフォイルを横切る所望される流れパターンを形成するために、ハイドロフォイルのテーパ付き本体は、ハイドロフォイルの本体の長手方向の長さに沿って少なくとも１つの湾曲部又は波形部を含む場合があり、より好ましくは前記長手方向の長さに沿って複数の湾曲部又は波形部を含む場合がある。
【００４５】
[0045]流体導入構成は、ハイドロフォイルの別個の要素である場合があり、例えばハイドロフォイルの後縁において又はその付近に挿入された針又は他の導管である場合がある。しかしながら流体導入構成はハイドロフォイル内に形成されることが好ましい。
【００４６】
[0046]ハイドロフォイル内に形成される場合、流体導入構成は、ハイドロフォイルの後縁に又はそれに近接して好ましくはハイドロフォイルに又はその上に配置された少なくとも１つの開口を含む。開口は好ましくは、物体形成流体が通って供給される、ハイドロフォイル内に形成又は収容された導管又はチャネルに流体接続される。
【００４７】
[0047]いくつかの実施形態において、装置は２つ以上のハイドロフォイルを含む。このような複数のハイドロフォイルシステムは、横並びに整列される、重ねられる、並列に配置される、直列に配置されるなどのハイドロフォイルを有する場合がある。
【００４８】
[0048]ハイドロフォイルは、任意の数の流体導入構成を含むことができる。複数の流体導入構成は好ましくは、長手方向に細長い又はそうでなければ好適に寸法が決められたハイドロフォイルを含む実施形態において使用される。ハイドロフォイルが複数の流体導入構成を備える場合、このような流体導入構成は、各々のハイドロフォイルの長手方向の長さに沿って離間されるのが好ましい。同様に装置は、流体筐体内に離間した複数のハイドロフォイルを含む場合もある。各々のハイドロフォイルは、各々のそれぞれのハイドロフォイルの少なくとも１つの後縁に又はそれに近接して配置された少なくとも１つの流体導入要素を含むことになる。
【００４９】
[0049]ハイドロフォイルは好ましくは、ハイドロフォイルが複数の流体導入構成を含む実施形態において、各々の流体導入構成に流体接続された中央供給導管を含む。中央供給導管は、単一の供給源から個々の流体導入構成の各々に物体形成流体を供給するのに利用することができる。中央供給導管は好ましくはハイドロフォイルの本体内に形成される。いくつかの実施形態において、中央供給導管は、ハイドロフォイルの又は各々のハイドロフォイルの長手方向の長さに沿って延びている。いくつかの実施形態において、中央供給導管は、ハイドロフォイルの翼弦線の中央に配置される。そうではあるが、中央供給導管は、ハイドロフォイル内又はハイドロフォイルの外側の任意の好適な場所に位置決めすることができることを認識されたい。
【００５０】
[0050]いくつかの実施形態において、流れ絞り構成は、流体筐体内の分散媒の流れを絞り加速させるために、ハイドロフォイルと、流体筐体の断面積の変更の両方を含む。ここでもまた、流体筐体が導管を含む実施形態では、流れ収縮部は好ましくは導管内の断面積の変更も含む。このような実施形態では、導管は好ましくは、第１の断面積を有する少なくとも第１の流れセクションと、第２の断面積を有する少なくとも第２の流れセクションとを含み、第１の断面積は第２の断面積より大きい。
【００５１】
[0051]第２の流れセクションは、ハイドロフォイルの後縁に近接して、又はハイドロフォイルの後縁（下流）の後に続くある距離で、好ましくは短い距離で開始することができる。いくつかの実施形態において、ハイドロフォイルの後縁は、第２の流れセクションの開始点の上流から離間される。後縁を第２の流れセクションから離間させ、これにより流体導入構成も第２の流れセクションから離間させることにより、離れた流体導入区域と、加速区域（上記に記載した）を形成する。
【００５２】
[0052]ハイドロフォイルは好ましくは、導管の第１の流れセクションと第２の流れセクションの間に位置決めされた第３の流れセクションに配置される。第３の流れセクションは、過渡的な断面積を有し、好ましくは第１の流れセクションと第２の流れセクションを相互につなぐ漸減する断面積を有する。第３の流れセクションのテーパは好ましくは、ハイドロフォイルの前縁面と後縁の間にあるテーパとほぼ一致する。
【００５３】
[0053]装置の構成に応じて、任意の好適な流体筐体を使用することができる。いくつかの実施形態において、流体筐体は、分散媒が中を流れる少なくとも１つの導管を含むことができる。他の実施形態において、流体筐体は、分散媒が保持されるタンクを含むことができる。このような構成の１つ又は複数の組み合わせも可能である。各々の実施形態において、分散媒は好ましくは流体筐体を介して再利用される。
【００５４】
[0054]流体流れ構成は、装置の全体の構成に応じて種々の形態を採ることができる。
【００５５】
[0055]いくつかの実施形態において、流体流れ構成は、分離した流路に沿って分散媒を圧送するための圧送構成を備える。分散媒はしたがって、層流を形成し、分散媒及び流れ絞り構成に閉じ込められた形成された物体の所望される流れの加速を生み出すために所望される流量で圧送することができる。この実施形態において、流体筐体は好ましくは、分散媒が中を流れる導管を備える。
【００５６】
[0056]他の実施形態において、流体流れ構成は、流体筐体内でハイドロフォイルを回転させるように駆動される、又は他の方法で動かされる回転可能な要素を備える。この実施形態において、流体筐体は好ましくは、分散媒が保持される好適なタンクを備える。タンクは、貯蔵所、容器、液体容器又は他の大量の液体を保持する本体の中に保持することができる。好適な例には、混合容器、例えばビーカー、バケツ、ドラム又はより大型のプロセス容器が含まれる。回転可能要素は好ましくは、シャフト又は他の従動要素に接続された駆動要素、例えばモータを備える。少なくとも１つのハイドロフォイルはしたがって、好ましくはシャフトの基部において又は基部付近において、好ましくはシャフトに接続される。流体流れ構成は好ましくは、ミキサーのロータ又は攪拌要素を備える。ハイドロフォイルを含む実施形態において、ハイドロフォイルは好ましくは、ロータ又は攪拌要素の従動インペラの一部を備える。このような実施形態において、ハイドロフォイルは、分散媒内で回転式に駆動され、その流体内に必要なせん断力を形成する。
【００５７】
[0057]さらに他の実施形態において、上記２つの実施形態の組み合わせも可能であり、流体流れ構成は、分離した流路内に分散媒を圧送するための圧送構成と、流体筐体内で、例えばハイドロフォイルなどの装置の構成要素を回転させるように駆動される、又は他の方法で動かされる回転可能な要素とを備える。
【００５８】
[0058]流体筐体は、合流箇所に入る前の分散媒の流れの流れ特性を改変する１つ又は複数の流れ補助具を含む場合がある。いくつかの実施形態において、この構成は、筐体内の場所に配置された少なくとも１つのそらせ板をさらに含み、これは使用する際、合流箇所に入る前の分散媒の流れと接触する。流体筐体が導管を備える実施形態において、そらせ板は好ましくは、合流箇所の上流で導管内に配置される。
【００５９】
[0059]多数の物体形成流体及び分散媒を本発明の装置において使用することができる。好適な例は、ＷＯ２０１３０５６３１２  Ａ１として公開された国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／００１２７３に詳細に記載されており、その内容はこの参照によって本明細書に組み込まれる。
【００６０】
[0060]物体形成流体は好ましくは、流動性の粘性液体であり、少なくとも１つの物体形成物質を含む。例示の実施形態において、本発明の工程において利用される分散媒は、物体形成流体より概ね粘度の低い液体である。物体形成流体の粘度（μ１）と、分散媒の粘度（μ２）の関係は、粘度比（ｐ）として表すことができ、この場合ｐ＝μ１／μ２である。本発明の１つの形態において、粘度比は、およそ２〜１００の範囲内である。いくつかの実施形態において、粘度比は、およそ２〜５０の範囲内である。
【００６１】
[0061]いくつかの実施形態において、分散媒は好ましくはおよそ１〜１００センチポワズ（ｃＰ）の範囲内の粘度を有する。この工程の実施形態において、分散媒はおよそ１〜５０センチポワズ（ｃＰ）の範囲内の粘度を有する。いくつかの実施形態において、分散媒は、およそ１〜３０センチポワズ（ｃＰ）、又はおよそ１〜１５センチポワズ（ｃＰ）の範囲内の粘度を有する。いくつかの実施形態において、物体形成流体は、およそ３〜１００センチポワズ（ｃＰ）の範囲内の粘度を有する。いくつかの実施形態において、物体形成流体は、およそ３〜６０センチポワズ（ｃＰ）の範囲内の粘度を有する。
【００６２】
[0062]好ましい実施形態において、物体形成流体は、ポリマー溶液であり、分散媒は、このポリマーが不溶性である液体である。
【００６３】
[0063]１つのセットの実施形態では、物体形成流体は、好適な溶剤中に少なくとも１つの物体形成物質を含む物体形成溶液の形態である。物体形成物質は、溶剤中に溶解し得るポリマー又はポリマー前駆体であってよい。いくつかの実施形態において、物体形成溶液は少なくとも１つのポリマーを含む。
【００６４】
[0064]本明細書で使用される用語「ポリマー」は、共有結合したモノマー単位の自然発生的な又は合成化合物を指している。ポリマーは一般に、１０個以上のモノマー単位を含む。
【００６５】
[0065]本明細書で使用される用語「ポリマー前駆体」は、ポリマーを形成するためにさらなる反応を受けることが可能な自然発生的な又は合成化合物を指している。ポリマー前駆体には、プレポリマー、マクロモノマー及びモノマーが含まれてよく、これらはポリマーを形成するために選択された条件下で反応することができる。
【００６６】
[0066]１つのセットの実施形態において、その物体形成溶液は、溶剤中に溶解した又は分散した少なくとも１つのポリマーを含むポリマー溶液である可能性もある。ポリマー溶液はポリマー繊維を形成するのに使用することができる。
【００６７】
[0067]本発明の装置は、ある範囲のポリマー材料からポリマー繊維を作成するのに使用される場合もある。好適なポリマー材料には、天然ポリマー又はその誘導体が含まれ、例えばポリペプチド、多糖類、糖たんぱく質及びそれらの組み合わせなど、或いは合成ポリマー並びに合成と天然ポリマーのコポリマーが含まれる。
【００６８】
[0068]いくつかの実施形態において、本発明の装置は、水溶性又は水分散性ポリマーから繊維を作成するのに使用される。このような実施形態において、物体形成流体は、水溶性又は水分散性ポリマーを含む場合がある。物体形成流体は、水溶性の溶剤中に溶解し得る水溶性又は水分散性ポリマーを含むポリマー溶液であり得る。いくつかの実施形態において、水溶性又は水分散性ポリマーは、天然ポリマー又はその誘導体であり得る。
【００６９】
[0069]いくつかの実施形態において、本発明の装置は、有機溶剤可溶性ポリマーから繊維を作成するのに使用される。このような実施形態において、物体形成流体は、有機溶剤可溶性ポリマーを含む場合がある。物体形成流体は、有機溶剤中に溶解した有機溶剤可溶性ポリマーを含むポリマー溶液であってよい。
【００７０】
[0070]本発明の装置の例示の実施形態において、物体形成流体は、ポリペプチド、アルギン酸塩、キトサン、デンプン、コラーゲン、絹フィブロイン、ポリウレタン、ポリアクリル酸、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ボロン酸官能化ポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（乳酸）、ポリエーテルスルフォン並びに無機ポリマー及びそのコポリマーから成る群から選択された少なくとも１つのポリマーを含む可能性がある。
【００７１】
[0071]いくつかの実施形態において、物体形成物質は、ポリマー前駆体である場合がある。そのような実施形態において、物体形成流体は、ポリウレタンプレポリマー及び有機／無機ゾルゲル前駆体から成る群から選択された少なくともポリマー前駆体を含む可能性がある。
【００７２】
[0072]本発明の装置において使用される分散媒は、少なくとも１つの好適な液体を含む。いくつかの実施形態において、分散媒は、アルコール、イオン液体、ケトン溶媒、水、極低温液体及びジメチルスルホキシドから成る群から選択された少なくとも１つの液体を含む。例示の実施形態において、分散媒は、Ｃ２〜Ｃ４アルコールから成る群から選択された液体を含む。分散媒は、分散媒に曝されたとき、物体形成流体中に存在する物体形成物質を不溶性にする、或いはそうでなければ沈殿させる又はゲル化させる添加剤又は他の性質を含む場合がある。
【００７３】
[0073]分散媒は、例えば水と水溶性の溶剤との混合物、２つ以上の有機溶剤の混合物又は有機溶剤と水性溶剤の混合物など２つ以上の液体の混合物を含む場合がある。分散媒はまた、溶解したポリマーの沈殿又はゲル化を誘発させるために物体形成流体と化学的に相互に作用する分散媒への添加剤を含む場合もあり、これに限定するものではないが酸又は塩基、イオン分子及び固化剤が含まれる。
【００７４】
[0074]本発明の装置で採用される物体形成流体は、およそ０．１〜５０％（ｗ／ｖ）の範囲内の物体形成物質の量を含む場合がある。１つのセットの実施形態において、物体形成流体は、およそ０．１〜５０％（ｗ／ｖ）からの範囲内のポリマーの量を含むポリマー溶液である。物体形成流体がポリマー（例えばポリマー溶液又は分散液）を含む実施形態において、ポリマーはおよそ１ｘ１０４〜１ｘ１０７の範囲内の分子量を有することができる。ポリマー濃度及び分子量は、所望される粘度の物体形成流体を提供するように調節することができる。
【００７５】
[0075]いくつかの実施形態において、物体形成流体及び／又は分散媒は、少なくとも１つの添加剤をさらに含む場合がある。添加剤は、粒子、架橋剤、可塑剤、多機能リンカー及び凝固剤から成る群から選択された少なくとも１つである可能性がある。
【００７６】
[0076]例示の実施形態において、装置は、糸状体及び繊維、好ましくはナノ繊維、より好ましくは短繊維、さらにより好ましくは短いナノ繊維を形成するのに使用される。本発明によって形成される繊維は好ましくは、連続繊維ではなく不連続繊維として形成される。さらに本発明の工程によって作成される繊維は好ましくは、コロイド状（短）繊維である。いくつかの実施形態において、この工程によって作成される繊維は、およそ１５ｎｍ〜およそ５μｍの範囲内の直径を有する。１つのセットの実施形態において、その繊維は、およそ４０ｎｍ〜およそ５μｍの範囲内の直径を有する場合がある。好ましい実施形態において、繊維は、５０〜５００ｎｍの直径を有する。さらに、繊維は、少なくともおよそ１μｍ、好ましくはおよそ１μｍ〜およそ３ｍｍ、より好ましくは２〜２０μｍの長さを有する。
【００７７】
[0077]本発明の装置を使用して作成される物体、例えば繊維などは、製品の一部を形成することができる。このような物体は、製品の表面上に含まれる場合がある。製品は、医療デバイス又は生体材料、或いは濾過又はプリント用途のための製品であり得る。
【００７８】
[0078]本発明を添付の図面の図を参照して記載するが、これらの図面は本発明の特に好ましい実施形態を例示している。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明による繊維形成デバイスの第１の実施形態の概略斜視図である。
【図２】図１に示される繊維形成デバイスで使用するための流れデバイスの第１の実施形態の概略横断面図である。
【図３】図１に示される繊維形成デバイスで使用するための流れデバイスの第２の実施形態の概略横断面図である。
【図４】図３に示されるハイドロフォイル構成の流れデバイスのハイドロフォイルを超える流れに関する速度の輪郭の図である。
【図５】図３に示される流れデバイスの流れプレートの概略斜視図である。
【図６Ａ】図３に示される流れデバイスの形成セクションの側面図である。
【図６Ｂ】図３に示される流れデバイスの形成セクションの詳細な図である。
【図７】図３に示される流れデバイスで使用されるハイドロフォイルの一形態の斜視図である。
【図８Ａ】図３に示される流れデバイスで使用されるハイドロフォイルの別の形態の前方斜視図である。
【図８Ｂ】図３に示される流れデバイスで使用されるハイドロフォイルの別の形態の図８Ａの線Ａ−Ａに沿った横断面の斜視図である。
【図９】図３に示される流れデバイスで使用される二重本体の射出ハイドロフォイルの横断面図である。
【図１０】図３に示される流れデバイスで使用されるハイドロフォイルにおいて使用することができる様々な流体導入構成開口の構成の図である。
【図１１Ａ】図３の繊維形成デバイスの第２の実施形態の別の形態の平面図である。
【図１１Ｂ】図３の繊維形成デバイスの第２の実施形態の別の形態の前方断面図である。
【図１２】本発明による繊維形成デバイスの第２の実施形態の斜視図である。
【図１３】本発明による実験装置において使用されるハイドロフォイルと、チャネルの構成と寸法を提供する図である。
【図１４】図１３の実験装置から形成される繊維の光学的な顕微鏡画像を提供する図である。
【図１５】図１３の実験装置から形成される繊維の光学的な顕微鏡画像を提供する図である。
【図１６】図１３の実験装置から形成される繊維の光学的な顕微鏡画像を提供する図である。
【図１７】図１３の実験装置から形成される繊維の光学的な顕微鏡画像を提供する図である
【図１８】図１３の実験装置から形成される繊維の光学的な顕微鏡画像を提供する図である。
【図１９】図１３の実験装置から形成される繊維の光学的な顕微鏡画像を提供する図である。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
[0093]図１〜図１２は、本発明による繊維形成装置２００、５００の異なる実施形態を示している。本発明の装置２００、５００の各々の実施形態は、国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／００１２７３に詳細に記載される工程を利用して、物体、例えば繊維を形成するのに使用することができ、ここでもまた、その内容はこの参照によって本明細書に組み込まれている。
【００８１】
[0094]国際公開第２０１３０５６３１２  Ａ１号パンフレットにおいて教示されるように、この工程は、
物体形成流体の流れをおよそ１〜１００センチポワズ（ｃＰ）の範囲内の粘度を有する分散媒に導入するステップと、
分散媒中の物体形成流体の流れから糸状体などの物体を形成するステップと、
条件（発生したせん断応力）が適切な場合、糸状体の細分化を可能にする条件下で物体をせん断するステップの包括的なステップを含む。
【００８２】
[0095]本発明の装置は、物体形成流体を分散媒の層流に導入し、分散媒及びその中の物体形成流体を加速させて、所望される物体を抜き出し形成するステップの条件を最適化するように構成される。この加速はまた、物体内に必要な引っ張り応力及び／又は分散媒中にせん断速度を形成することによって、形成された物体（例えば糸状体）を破断することもできる。
【００８３】
[0096]先ず図１を参照すると、本発明による繊維形成装置２００の第１の実施形態の全体図が示される。示される装置２００は、流れ回路２０２を備え、その中を分散媒、例えば溶剤が循環する。流れ回路２０２は、流体接続された３つのユニット２０１、２０３及び２０５を含む。まず流れ回路を介して供給する前に溶剤貯蔵所又はタンク２０１の中にある体積の選択された分散媒が収集される。ポンプ構成２０３への入口が、溶剤タンク２０１に流体接続される。ポンプ構成２０３は、流体接続された流れデバイス２０５に分散媒を圧送する。ポンプ構成２０３は、任意の好適なポンプを備えることができ、これに限定するものではないが容積形ポンプの回転式容積形ポンプ、往復運動容積形ポンプ、ギアポンプ、ねじポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、ルーツ式ポンプ、蠕動ポンプ、プランジャポンプ、三重式プランジャポンプ、膜板ポンプ、ロープポンプ、インペラポンプ、衝撃ポンプ、液圧ラムポンプ、速度ポンプ、遠心ポンプ、半径流ポンプ、軸方向流ポンプ、混合流ポンプ、排出ジェットポンプ、重力ポンプ又はそれらの組み合わせを含める。繊維は、以下に詳細に説明するように流れデバイス２０５において形成される。分散媒は中にナノ繊維を含む状態で溶剤タンク２０１を通って流れ、分散媒は流れ回路２０２を介して再循環させることができる。形成された繊維は、いくつかの標準的な固定と液体を分離する技術、例えば濾過、遠心抽出、浮選などを使用して溶剤タンク２０１に入る前に又は溶剤タンク２０１から抜き取ることができる。
【００８４】
[0097]第２の繊維形成装置２００もまた、物体形成流体ポンプ２０７を含んでおり、このポンプは、以下により詳細に記載するように選択された物体形成流体を流れデバイス２０５に噴射する。ここでもまた物体形成流体ポンプ２０７は、任意の好適なポンプを備えることができ、これに限定するものではないが容積形ポンプの回転式容積形ポンプ、往復運動容積形ポンプ、ギアポンプ、ねじポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、ルーツ式ポンプ、蠕動ポンプ、プランジャポンプ、三重式プランジャポンプ、膜板ポンプ、ロープポンプ、インペラポンプ、衝撃ポンプ、液圧ラムポンプ、速度ポンプ、遠心ポンプ、半径流ポンプ、軸方向流ポンプ、混合流ポンプ、排出ジェットポンプ、重力ポンプ又はそれらの組み合わせを含める。いくつかの実施形態において、物体形成流体ポンプ２０７は、シリンジポンプ又は蠕動ポンプを備える。
【００８５】
[0098]上記で言及したように、繊維の形成は、流れデバイス２０５で行なわれる。流れデバイス２０５は、いくつかの構成を有する場合があり、そのうちの２つが図２に示されている。各々の構成は異なる方法を利用して合流箇所において層流を生み出す。
【００８６】
[0099]図２は、流れデバイス２０５Ａの第１の実施形態を示しており、そこでは２つの分離した流れ導管２２５が、合流箇所２４５において集束し、その後流れ収縮部２２７に流れ込む。流れデバイス２０５Ａはよって、３つの別個のセクションを有し、
２つの分離した流れ導管２２５Ａと、２２５Ｂとを備え、各々が導管の高さｈｉｎｆｌｏｗを有する第１の流れセクション２２６Ａと、
導管の高さｈｏｕｔｆｌｏｗを有する流出導管２２９Ａを備える第２の流れセクション２２８Ａと、
第１の流れセクション２２６Ａと第２の流れセクション２２８Ａの間に位置しており、第１の流れセクション２２６Ａと第２の流れセクション２２８Ａの間でテーパを付される（例示の実施形態では、およそ１０°であるが、正確な角度は変動する可能性があることを認識されたい）過渡的な断面積を有する第３の流れセクション２３０Ａとを有する。
【００８７】
[00100]図面に示されるように、第１のセクション２２６Ａの分離した導管２２５Ａと、２２５Ｂの組み合わされた導管の高さ２ｘｈｉｎｆｌｏｗによって提供される結合した流れ領域は、第２の流れセクション２２８Ａの出口導管２２９Ａの導管の高さｈｏｕｔｆｌｏｗより大きい。第１の流れセクション２２６Ａの断面積はよって、第２の流れセクション２２８Ａの断面積より大きい。この寸法の変化が第３の流れセクション２３０Ａにおける収縮入口２２７において始まる流れ収縮部を形成する。流れ収縮部は好ましくは、第１の流れセクション２２６Ａと、第２の流れセクション２２８Ａの間で少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、さらにより好ましくは少なくとも７０％、及び最も好ましくは少なくとも７５％の断面積の縮小を有する。しかしながら正確な寸法は、流れデバイス２０５Ａ及び開口２００のサイズ及び構成に左右されることを認識されたい。
【００８８】
[00101]分離した導管２２５Ａ及び２２５Ｂにおける流体流れは、導管２２５Ａ及び２２５Ｂを通り合流箇所２４５までの層流を形成するように制御される。組み合わさった流れはその後、出口導管２２９Ａを通って流れる。容易に理解することができるように、層流は、様々な流れパラメータを最適化し管理することによって形成することができ、これには流速、導管構成、流体特性などが含まれる。
【００８９】
[00102]合流箇所２４５は、物体形成流体を分散媒中に供給するように構成された合流縁部２４５Ａにおいて、又はそこに近接して配置された１つ又は複数の流体導入開口２４９を含む。上記に指摘したように、分離した導管２２５Ａ及び２２５Ｂ内の流れは、導管２２５Ａ及び２２５Ｂを通り合流箇所２４５までの層流を形成するように制御される。合流縁部２４５Ａにおける流体導入開口２４９の位置はしたがって、外側の分散媒流れと、噴射された物体形成流体の流れの間に滑らかな移行部を形成する。開口２４９の各々は、導管２２５Ａと２２５Ｂの間の分離要素２４１を貫通するように伸び、分離要素２４１内の中央の供給チャネル２５３に流体接続する導管２５１に流体接続される。分離要素２４１は、流れデバイス２０５Ａ内の２つの流れ導管２２５Ａ及び２２５Ｂを隔てるために使用される１つ又は複数の任意の壁、１つ又は複数のプレート又は１つ又は複数の物体であり得る。中央供給チャネル２５３は、物体形成流体ポンプ（図１）に流体接続され、このポンプが、所望される流速で、流体導入開口２４９に物体形成流体を供給する。
【００９０】
[00103]合流縁部２４５Ａは、収縮部２２７の上流及び第２の流れセクション２２８Ａの開始点から離間されており、合流縁部２４５Ａは、第３の流れセクション２３０Ａの中に位置決めされることに留意されたい。これにより、合流縁部２４５Ａに近接した離れた物体形成流体導入区域と、第２の流れセクション２２８Ａ内の加速区域とを形成する。
【００９１】
[00104]図示される流れ導管２２５Ａ、２２５Ｂ及び２２９Ａは、任意の好適な構成及び断面形状を有することができる。いくつかの実施形態において、流れ導管２２５Ａ、２２５Ｂ及び２２９Ａは、円形、楕円形、正方形、矩形又は他の正多角形の断面形状を有する。いくつかの実施形態において、流れ導管２２５Ａ、２２５Ｂ及び２２９Ａは、間に仕切りプレート２４１を有する２つの離間したプレート２０８Ａと、２０９Ａの間に形成される。
【００９２】
[00105]図３〜図１１は、図１に示される装置２００で使用するための流れデバイス２０５Ｂの第２の実施形態を示す。図３に示されるように流れデバイス２０５Ｂのこの実施形態は、ハイドロフォイル２４０を利用して分散媒の単一の流入量２２５を２つの別個の流路２２５Ｃ及び２２５Ｄに分離している。
【００９３】
[00106]図７に最もよく示されるように、図示される流れデバイスは、一対の離間したプレート、すなわち上部プレート２０８と、下部プレート２０９を収容し、その間を分散媒が流れる流体密封ケーシング２０４を備える。流体密封ケーシング２０４は、矩形断面を有する細長い管状体２１０を備える。管状体２１０は、頂部２１２と、底部２１４とを有し、これらは各々のプレート２０８とほぼ平行して置かれている。管状体２１０は、２つのフランジ付きの端部２１５を有する。各々のプレート２１６及び２１７は、一連の締め具２１８を利用して、このケースではボルトと締め付けナットを利用してフランジ付き端部２１５の両端に流体式に密閉される。流体密閉、例えばＯリング（図示せず）が、各々の端部プレート２１６及び２１７と、フランジ付き端部２１５の間に挟まれる。入口ヘッダー２２０及び出口ヘッダー２２２は、円錐形又はフレア式導管を備えて端部プレート２１６及び２１７内に形成され、プレート２０８と２０９の間で流路を流れ回路２０２に流体接続するのに利用される。
【００９４】
[00107]上部プレート２０８は、一連の調節可能な締め具２１６（ボルトとして図示される）（このうちの２つが図７に示される）を介して細長い管状体２１０の頂部２１２に可動式に装着される。同様に下部プレート２０９は、一連の調節可能な締め具２１７（ボルトとして図示される）（このうちの２つが図７に示される）を介して細長い管状体２１０の底部２１４に可動式に装着される。頂部２１２と上部プレート２０８の間の距離及びベース２１４と下部プレート２０９の間の距離は、各々の調節可能な締め具２１６及び２１７を回転させることで、上部プレート２０８又は下部プレート２０９のその締め具に対する位置を調節することによって調節することができる。他の装着具及び調節可能な構成も同様に利用することができ、これらは本発明の精神及び範囲内にあることを認識されたい。
【００９５】
[00108]流れデバイス２０５Ｂ内に保持されるプレート２０８及び２０９は、図３〜図７に最もよく示されている。これらの図面に示されるように、プレートは、プレートの間に分散媒が流れる隙間Ｇを形成する２つの離間したプレートを備える。隙間Ｇは、３つの別個のセクションを有し、
隙間の高さＨｉｎｆｌｏｗを有する流入セクションを備える第１の流れセクション２２６（図３）と、
隙間の高さＨｏｕｔｆｌｏｗを有する流出セクションを備える第２の流れセクション２２８（図３）と、
第１の流れセクション２２６と第２の流れセクション２２８の間に位置しており、第１の流れセクション２２６と第２の流れセクション２２８の間におよそ１０°のテーパを付される、過渡的な断面積を有する第３の流れセクション２３０とを有する。
【００９６】
[00109]図面に示されるようにＨｉｎｆｌｏｗは、Ｈｏｕｔｆｌｏｗより大きく、第１の流れセクション２２６の断面積を第２の流れセクション２２８の断面積より大きくする。このような寸法の変化によって、流れ収縮部２２７が第３の流れセクション２３０に形成される。流れ収縮部は好ましくは、第１の流れセクションと、第２の流れセクションの間で少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、さらにより好ましくは少なくとも７０％、及び最も好ましくは少なくとも７５％の断面積の縮小を有する。図示される実施形態において、プレート間の隙間は好ましくは、９ｍｍのＨｉｎｆｌｏｗ〜２ｍｍのＨｏｕｔｆｌｏｗまで縮小する。しかしながら正確な寸法は、装置２００のサイズ及び規模に左右されることを認識されたい。
【００９７】
[00110]プレート２０８と２０９の間の第１の流れセクション（Ｈｉｎｆｌｏｗ）と第２の流れセクション（Ｈｏｕｔｆｌｏｗ）の間の隙間の寸法は、２つのプレート２０８、２０９のケーシング２０４内の位置決めを上記に記載した調節可能な締め具２１８を利用して変えることによって変更することができる。
【００９８】
[00111]ハイドロフォイル２４０（図４及び図７に最適に例示される）は、プレート２０８、２０９の間に配置され、実質的に隙間Ｇの第３の流れセクション２３０の中に配置される。ハイドロフォイル２４０の後縁２４４は、第２の流れセクション２２８の開始点の上流から離間されており、後縁２４４は、第３の流れセクション２３０の中に位置決めされることに留意されたい。これによりハイドロフォイル２４０の後縁２４４に近接する離れた物体形成流体導入区域と、隙間Ｇの第２の流れセクション２２８の中の加速区域とを形成する。
【００９９】
[00112]図４に最適に示されるように、ハイドロフォイル２４０は、ハイドロフォイル２４０の後縁２４４に近接しその後に続く分散媒の加速を助けることで、ハイドロフォイル２４０の後縁２４４から導入された物体形成流体から繊維質のポリマー糸状体を抜き出し形成する。流体加速区域がハイドロフォイル２４０の後縁２４４の後に続き、第２の流れセクション２２８及び第３の流れセクション２３０内の流れ収縮部２２７によって増強される。ここでもまた、このような流体の加速はまた、物体中に必要な引っ張り応力及び／又は分散媒内にせん断速度を形成し、分散媒中の物体形成流体によって形成された物体を細分化することができる。
【０１００】
[00113]いかなる１つの理論にも拘泥されることは望まないが、ハイドロフォイル２４０の後縁２４４の後に続く加速区域（ハイドロフォイル、第２の流れセクション２２８及び第３の流れセクション２３０における流れ収縮部によって形成される）は、第２の流れセクション２２８を通る分散媒及び形成された物体を加速させ、伸張流れ場の発生を誘発させると考えられる。流体によって搬送される物体、図４に示される例の場合、繊維は、分散媒の加速に応じて伸張される。第２の流れセクション２２８と第３の流れセクション２３０の速度差によって、繊維内に引っ張り応力が生じる。周辺の分散媒の流れ特性によってせん断応力を加えることもできる。物体、この場合繊維は、この物体における、及びこれに加えられる最大応力が繊維の引っ張り強度を超えた場合、細分化する。
【０１０１】
[00114]図示されるハイドロフォイル２４０は、線形構成を有し、ハイドロフォイル２４０の前縁面２４２と後縁２４４の間の翼弦線Ｘ−Ｘ（図３）を中心としてほぼ対称的である。当分野で理解されるように、ハイドロフォイル２４０の翼弦線Ｘ−Ｘは、ハイドロフォイル２４０の前縁面２４８と後縁２４４をつなぐ直線である。図示されるハイドロフォイル２４０の前縁面２４２は、丸められた又は湾曲した面を備える。さらにハイドロフォイル２４０の後縁２４４は、ほぼ平坦な縁部を備える。ハイドロフォイル２４０はまた、その前縁面２４２と後縁２４４の間でそれらの間の翼弦線Ｘ−Ｘに対しておよそ１０°（図５における角度θ、角度αは１６０°）のテーパを付されるテーパ付き本体２４５である。このような構成によって、ハイドロフォイル２４０の後縁２４４において又はそれに近接して層流を形成することもまた有利である。
【０１０２】
[00115]いくつかの実施形態において（図示せず）、ハイドロフォイル２４０のテーパ付き本体２４５は、テーパ付き本体２４５の長手方向の長さに沿って少なくとも１つの湾曲部又は波を含む。いくつかの実施形態において、ハイドロフォイル２４０のテーパ付き本体２４５は、その長手方向の長さに沿って複数の湾曲部又は波を含むことで、ハイドロフォイル２４０を横切る所望される流れパターンを形成する。
【０１０３】
[00116]ハイドロフォイル２４０は、ハイドロフォイル２４０の後縁２４４が第３の流れセクション２３０から第２の流れセクション２２８への移行部に近接してプレート２０８と２０９の間に位置決めされる。ハイドロフォイル２４０の前縁面２４２は、第３の流れセクション２３０の直前で第１の流れセクション２２６の端部内に配置される。図１１に最適に示されるように、ハイドロフォイル２４０はまた、ケーシング２１０に装着され、ハイドロフォイルの側縁部２４３は、ケーシング２１０の隣接する側面に装着される。このような接続は、任意の好適な締め具又は接続構成であってよく、締め具、リベット、取り付けブラケット、スナップファスナーなどが含まれる。この接続によって好ましくは、ハイドロフォイル２４０が隙間Ｇの中を移動することを可能にし、より好ましくはプレート２０８、２０９の間の接続点を中心に枢動することを可能にする。これによりハイドロフォイル２４０が分散媒の流れの中で自動整列することが可能になり、これによりハイドロフォイル２４０を囲むかつ流体導入開口２５０（以下に記載する）における対称的な流れを保証する。
【０１０４】
[00117]使用する際、ポンプ構成２０３が、プレート２０８と２０９の間に、及びハイドロフォイル２４０を横切るように、流れデバイス２０５Ｂの入口ヘッダー２２０へと分散媒を圧送する。分散媒はしたがって、所望の流量でハイドロフォイル２４０を超えるように圧送されて物体形成流体を加速させることで、ハイドロフォイル２４０の後縁２４４において繊維質のポリマー糸状体を抜き出し形成することができる。
【０１０５】
[00118]この実施形態において、ハイドロフォイル２４０の後縁２４４の後に続いて、及び第３の流れセクション２３０において分散媒及びその中の物体形成流体を加速させ絞ることによって、形成された物体の細分化を可能にする状況を作り出す。物体が糸状体である場合、これは、繊維の形成、典型的には短繊維の形成となる。形成された物体、例えば繊維を形成する糸状体のせん断又は細分化は、好適なせん断応力において実施することができる。図示される実施形態において、ハイドロフォイル２４０の構成、第３の流れセクション及びハイドロフォイル２４０を横切りその前縁面２４２から後縁２４４への物体形成流体の流速が、ハイドロフォイルの後縁において分散媒中にせん断力を形成し、この場合線形の流体速度は、少なくとも０．２ｍ／秒、好ましくは０．２〜２０ｍ／秒の間、より好ましくは０．３〜１０ｍ／秒の間である。いくつかの実施形態において、細分化は、およそ１００〜およそ１９０，０００ｃＰ／秒の範囲内のせん断応力の発生によって生じる場合がある。
【０１０６】
[00119]１つのハイドロフォイル２４０が示されているが、複数のハイドロフォイルシステムも可能であり、本発明の範囲内にあることを認識されたい。複数のハイドロフォイルシステムは、横並びに整列される、重ねられる、並列に配置される、直列に配置されるなどのハイドロフォイルを有する場合がある。
【０１０７】
[00120]図７に最適に示されるように、ハイドロフォイル２４０は、分散媒に物体形成流体を供給するように構成された後縁２４４に又はそれに近接して配置された複数の流体導入開口２５０を含む。上記で考察したように、ハイドロフォイル２４０は、その後縁２４４において層流を形成するように構成される。後縁２４４における流体導入開口２５０の場所はしたがって、外側の分散媒の流れと、噴射された物体形成流体の流れの間に滑らかな移行部を形成する。各々の流体導入開口２５０は、ハイドロフォイル２４０の長手方向の長さに沿って寸法Ｆだけ離間される。各々の開口２５０は、各々のハイドロフォイル２４０を貫通して伸びハイドロフォイル２４０内の中央供給チャネル２５４に流体接続する導管２５２に流体接続される。中央供給チャネル２５４は、ハイドロフォイル２４０の長さを実質的に長手方向に通って伸びる。中央供給チャネル２５４は、所望される流量で物体形成流体を流体導入開口２５０に供給する物体形成流体ポンプ２０７（図１）に流体接続される。
【０１０８】
[00121]複数の流体導入開口２５０の使用により、大きな繊維生産率を有する手段が提供される。
【０１０９】
[00122]ここでもまた、物体形成流体は、およそ０．０００１Ｌ／時〜およそ１０Ｌ／時、又はおよそ０．１Ｌ／時から１０Ｌ／時から選択された範囲内の速度で分散媒に噴射することができる。物体形成流体が物体形成溶液、例えばポリマー溶液である場合、物体形成溶液は、およそ０．０００１Ｌ／時〜１０Ｌ／時、およそ０．００１Ｌ／時〜１０Ｌ／時又はおよそ０．１Ｌ／時〜１０Ｌ／時から成る群から選択された範囲内の速度で噴射することができる。
【０１１０】
[00123]物体形成流体が分散媒に導入される速度は、装置２００の流れデバイス２０５の規模、利用される物体形成流体の体積及び選択された体積の物体形成流体を分散媒に導入するのに所望される時間によって変動する可能性があることを当業者は理解するであろう。いくつかの実施形態において、より速い速度で物体形成流体を分散媒に導入することが望ましい場合があり、これにより、より滑らかな表面形態を備えた繊維を形成するのを助けることができる。
【０１１１】
[00124]ハイドロフォイル２４０を利用することによって、このような流体導入開口２５０に流れる分散媒の流れに対する制御をなおも維持しつつ、流体導入開口２５０がいくつかの異なる形状及び構成を有することが可能になる。したがって図示されないが、流体導入開口２５０は、任意の数の形状を有する場合があることを認識すべきであり、これには星型、楕円形、任意の数の正多角形、例えば三角形、正方形、矩形、五角形、六角形などが含まれる。
【０１１２】
[00125]図８に図示されるように、ハイドロフォイル３４０は、円筒形又は楕円の幾何学形状を有することができ、前縁面３４２及び後縁３４４は環状の構成を有し、ハイドロフォイルの中心点Ｙを中心として中心に配置される。図８（Ｂ）に示されるように、このハイドロフォイル３４０は、トロイダル形状を有し、前縁面３４２と後縁３４４の間にテーパを有する。ハイドロフォイル３４０は、後縁３４４の周りに円周上に配置され離間された複数の流体導入開口３５０を含む。図６及び図８に示されるハイドロフォイル２４０と同様に、流体導入開口３５０の各々は、各々のハイドロフォイル３４０を貫通して伸び、ハイドロフォイル３４０内の中央供給チャネル３５４に流体接続する導管３５２に流体接続される。中央供給チャネル３５４は、ハイドロフォイル３４０の円周の周りに環状に伸びる。その中央供給チャネル３５４は、所望される流量で流体導入開口３５０に物体形成流体を供給する物体形成流体供給ポンプ（図示せず）に流体接続される。ハイドロフォイル３４０は、１つ又は複数の支持体又は支柱を利用して導管内につるされるのが好ましい。図示されないが、物体形成流体供給ポンプ（例えば図１に示されるポンプ２０７）への流体接続は恐らく、１つ又は複数のこのような支柱／支持体内に位置決めされることを認識されたい。使用する際、分散媒は、ハイドロフォイル３４０の内部の空洞及び外側の面を通って流れることになる。
【０１１３】
[00126]図示されないが、流体導入開口３５０は、少なくとも２つの異なる物体形成流体が流れように接続される場合もあることを認識されたい。これにより２つの異なる物質を含むように繊維を形成することが可能になる。
【０１１４】
[00127]図９に図示されるように、ハイドロフォイル４４０の一部の実施形態における流体導入開口４５０は、その中を物体形成流体が流れる２つの導管又はチャネル４５２Ａ及び４５２Ｂに流体接続させることができる。図示の実施形態において、各々の導管又はチャネル４５２Ａ及び４５２Ｂは、別個の中央供給チャネル４５４Ａ及び４５４Ｂに接続され、これらのチャネルが、各々の導管４５２Ａ及び４５２Ｂに選択された物体形成流体を供給する。別個の導管４５２Ａ及び４５２Ｂは、流体導入開口４５０に近接して位置する合流セクション４５５において結合する。合流セクション４５５は、図示の実施形態においてＹ字型結合部を備えるが、他の実施形態ではＴ字型結合部又は他の結合構成を備える場合もある。合流セクション４５５はまた、流体導入開口２５０に流体接続された短い導管を含む。このような構成によって、層流チャネルのおかげで異なる物体形成流体を「事前混合」する手段を与えることで複数領域の繊維を獲得する手段が提供される。
【０１１５】
[00128]図１０に示されるように、流体導入開口２５０は、多様な形状及び構成を備えることができる。例えば流体導入開口２５０は、円形（図１０（ａ）〜（ｅ））、星型（図１０（ｆ））、正方形（図１０（ｇ）及び（ｈ））、十字型（図１０（ｉ））又は矩形スロット形状（図１０（ｊ））である可能性がある。開口２５０は、図１０に図示されるものを超えるそれを上回る多数の他の形状である場合があることを認識されたい。
【０１１６】
[00129]図１０（ｃ）、（ｄ）及び（ｈ）に図示されるように、流体導入開口２５０は、２つ以上の近接し整列した開口２５０である場合があり、各々の開口２５０は、異なる物体形成流体が流れるように接続される。これにより、各々の物体形成流体が分散媒に導入される際、何らかの方法で重なり合う、絡み合う又は少なくとも相互に作用し合うことを可能にする。追加として、これにより繊維構成を、絡み合った、混ざり合った又はそれ以外で相互に接続された繊維構成を有する２つの異なる物質で形成することが可能になる。図１０（ｃ）に示される開口２５０は、円形の開口で形成された側部流体導入開口２５０Ｘ及び２５０Ｙによる２つの側部を備える。流体導入開口２５０Ｘ及び２５０Ｙの各々は、別個の物体形成流体供給構成（導管２５２及び中央供給チャネル２５４）に流体接続される。同様に図１０（ｄ）及び（ｅ）に示される開口２５０は、円形又は正方形の開口で形成された側部流体導入開口２５０Ｅ、２５０Ｆ、２５０Ｊ及び２５０Ｋの４つの側部を備える。ここでもまた、流体導入開口２５０Ｅ、２５０Ｆ、２５０Ｊ及び２５０Ｋの各々は、別個の物体形成流体供給構成（導管２５２及び中央供給チャネル２５４）に流体接続される。
【０１１７】
[00130]図１０（ｂ）及び（ｅ）に示されるように、流体導入開口２５０は、２つ以上の同心に配置された又は重なり合う開口を備える。これは、繊維構成の中に繊維を形成し、この場合第１の繊維は、別の繊維に囲まれる、又はそれ以外のやり方で別の繊維の中に形成される。第１の物質は、少なくとも２つの開口の少なくとも２つが、異なる物体形成流体が流れるように接続される実施形態において第２の物質に囲まれることができる。図１０（ｂ）に示される開口２５０は、同心に配置された２つの円形の流体導入開口２５０Ｍ及び２５０Ｎを備える。同様に、図１０（ｅ）に示される開口２５０は、重なり合うように配置された２つの円形の流体導入開口２５０Ｍ及び２５０Ｎを備える。内側の流体導入開口２５０Ｎは、外側の流体導入開口２５０Ｍの中に形成され、外側の流体導入開口２５０Ｍに対して中心をずらして位置決めされる。流体導入開口２５０Ｍ及び２５０Ｎの各々は、別個の物体形成流体供給構成（導管２５２及び中央供給チャネル２６５）に流体接続される。
【０１１８】
[00131]導管の第１の流れセクション２２６における流体流れは、任意の好適な流れ特性を有することができ、これには層流、乱流などが含まれる。好ましい実施形態において、流体流れ構成は、第１の流れセクション２２６に層流を形成する。層流を加勢するために、いくつかの拡散バッフル２７６が第１の流れセクション２２６の開始点に配置され、これは使用する際、ハイドロフォイル２４０の上流で分散媒の流れと接触する。
【０１１９】
[00132]次に図１２を参照すると、繊維及び／又は短いナノ繊維などの物体を形成するための第２の装置５００が示されている。図示される装置５００は、分散媒５０４を収容するように構成された流体筐体を形成する流体容器５０２と、攪拌器又はミキサー構成５０６とを含んでおり、これは、この場合モータである駆動要素５０８を含み、これは分散媒５０４中に沈められたインペラ構成５１２を有するシャフト５１０に接続される。インペラ構成５１２は、インペラの周りに１８０°離間して配置された２つのハイドロフォイル５１４を含む。各々のハイドロフォイル５１４は、前縁面５１６と、後縁５１８とを有する。ハイドロフォイル５１４は、駆動要素５０８によって矢印Ａの方向で分散媒５０４内で回転式に駆動され、分散媒５０４が各々のハイドロフォイル５１４を横切ってハイドロフォイルの前縁面５１６から後縁５１８まで流れるようにする。
【０１２０】
[00133]各々のハイドロフォイル５１４は、分散媒に物体形成流体を供給するように構成された後縁に又はそれに近接して配置された複数の流体導入開口５２０を含む。開口５２０の各々は、各々のハイドロフォイル５１４を貫通しシャフト５１０を貫通して接続導管５２２まで伸びる導管に流体接続される。接続導管５２２は、蠕動ポンプ、シリンジポンプなどのポンプ（図示せず）に流体接続され、これらのポンプは、所望される流量で流体導入開口５２０に物体形成流体を供給する。
【０１２１】
[00134]物体形成流体は、およそ０．０００１Ｌ／時〜およそ１０Ｌ／時又はおよそ０．１Ｌ／時〜１０Ｌ／時までの選択された範囲内の速度で分散媒に噴射することができる。物体形成流体が物体形成溶液、例えばポリマー溶液である場合、物体形成溶液は、およそ０．０００１Ｌ／時〜１０Ｌ／時、およそ０．００１Ｌ／時〜１０Ｌ／時又はおよそ０．１Ｌ／時〜１０Ｌ／時から成る群から選択された範囲内の速度で噴射することができる。
【０１２２】
[00135]ここでもまた、物体形成流体が分散媒に導入される速度は装置５００の規模、利用される物体形成流体の体積及び選択された体積の物体形成流体を分散媒に導入するのに所望される時間によって変動する可能性があることを当業者は理解するであろう。いくつかの実施形態において、より速い速度で物体形成流体を分散媒に導入することが望ましい場合があり、これにより、より滑らかな表面形態を備えた繊維を形成するのを助けることができる。
【０１２３】
[00136]流体容器５０２は、分散媒５０４体を収容することができる任意の好適な貯蔵所、容器、液体容器又は他の大量の液体を保持する物体であってよい。的確な容器は装置の規模に左右される。ベンチスケール生産に関して、ビーカー又は他のベンチトップ容器が使用される場合もある。より大規模な生産の場合、大型のミキサーのプロセス容器などが好適であると想定される。
【０１２４】
[00137]ハイドロフォイル５１４の構成によって、ハイドロフォイル５１４の後縁５１８において導入された物体形成流体から粒子又は繊維質のポリマー糸状体などの所望される物体を抜き出し形成するために必要な物体形成流体の加速が生じる。ここでもまた、流れパターン及び流体加速はまた、ハイドロフォイル５１４の後縁５１８に近接する及び／又はその後に続く分散媒に流体収縮を引き起こすこともできる。一部のケースでは、生じた加速は、分散媒中の物体形成流体によって形成された物体を細分化するために必要な引っ張り応力及び／又はせん断速度を発生させることができる。形成されるのが糸状体の場合、細分化は短繊維を形成することができる。
【０１２５】
[00138]図示されるハイドロフォイル５１４は、先の実施形態の流れデバイス２０５Ｂに関連して記載したハイドロフォイル２４０と同様の構成を有することができる。
【０１２６】
[00139]先に記載したように、多数の物体形成流体及び分散媒が本発明の装置において使用される場合もある。物体形成流体（繊維形成液体として記載される）及び分散媒の好適な例は、国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２０１２／００１２７３に詳細に記載されており、その内容はこの参照により本明細書に組み込まれる。
【実施例１】
【０１２７】
実施例１−せん断力の予測
[00140]図３〜図１１に示される流れデバイスが層流の下に必要なせん断力を生成することができるかどうか判定するために、この文献に示される計算が行なわれた。全ての計算は、ウェブサイト  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｒｅｓｓｕｒｅ‐ｄｒｏｐ．ｃｏｍ／Ｏｎｌｉｎｅ‐Ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ及び以下のリストの値を参照して行なわれる。
ブタノールの密度：８０５．７ｋｇｍ−３
ブタノールの粘度：２．５９３  １０−３ｋｇｍ−１ｓ−１
絶対的なパイプの粗さ  ０．０１ｍｍ
パイプの幅：１０ｃｍ
【０１２８】
体積及び速度／せん断力の計算
[00141]以下の異なる速度におけるパイプのメータ当たりの圧力及びパイプの流出の高さ（Ｈｏｕｔｆｌｏｗ）は、１０ｃｍの幅と、表の各々に特定される高さを有する矩形断面のテストパイプに対して計算された。
【０１２９】
[00142]
【表１】
2016513756.tif 000003
【０１３０】
[00143]
【表２】
2016513756.tif 000004
【０１３１】
[00144]
【表３】
2016513756.tif 000005
【０１３２】
[00145]
【表４】
2016513756.tif 000006
【０１３３】
[00146]結果は、流入及び流出導管の各々に関して特有の条件の各々において層流が可能であることを指摘する。流入導管（図３における第１のセクション２２６）は、流出導管（図３における第２のセクション２２８）と同一の、中を通って移動する体積を有し、そのため、流出導管に対して選択された導管のサイズに対してより低い圧力、より遅い速度及び流出と同様の流れタイプ（上記の値になおも比例して）を有することに留意されたい。
【０１３４】
実施例２−繊維形成装置
[00147]図１１に示される図１に全体が図示される流れデバイス２０５Ｂが、ナノ繊維を生成するのに利用された。
【０１３５】
[00148]流れチャネル及びハイドロフォイル２４０の寸法（ｍｍで）が図１３に示される。図１３に示されるように、入口チャネルセクション５００は、８．９２ｍｍｘ３ｍｍの深さの高さ及び深さを有し、出口チャネルセクション５０２は、１．８４ｍｍｘ３ｍｍの高さ及び深さを有する。デバイス全体にわたるチャネルの深さは３ｍｍだった。図１に示されるように、ポンプ２０３（ＫＤＳＬｅｇａｔｏ−２７０シリンジポンプ）を使用して、〜１５℃で保持されたブタノール分散媒を、流れデバイス２０５Ｂの入口ヘッダー２２０へと圧送し、プレート２０８と２０９の間及びハイドロフォイル２４０を横切るようにした。ブタノール分散媒は、表５に詳細に記載されるように種々の流量でハイドロフォイル２４を超えるように圧送された。〜２２℃で保持されたポリ（エチレンアクリル酸）（ＰＥＡＡ）物体形成流体が、これもまた表５に詳細に記載されるように、シリンジポンプ２０７（Ｎｅｗ  Ｅｒａ  ＮＥ−４０００）を利用して種々の流量でハイドロフォイル２４０内の中央供給チャネル２５４へと圧送され、物体形成流体はプレート２０８と２０９の間を流れた。使用されるポリ（エチレンアクリル酸）（ＰＥＡＡ）の濃度もまた、表５に詳細に記載されるように変化した。
【０１３６】
[00149]
【表５】
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【０１３７】
[00150]各々の実験実施において形成された繊維は、デバイスの出口に置かれた２０ｍＬのガラス瓶を利用して流れから捕捉された。結果として生じた繊維はこの後、顕微鏡のスライド上で乾燥され、調査され、光学顕微鏡（オリンパスＤＰ７１）を利用して写真撮影された。形成された繊維の平均直径がその後、これらの画像から判定され、その結果が表５に提供されている。各々の実験から形成された繊維の光学画像は、図１３〜図１８に示されており、表５に詳細に記載されるように種々の実験に対応している。
【０１３８】
[00151]結果は、図１１に示される流れデバイスが、ある範囲の分散媒及び物体形成流体の条件にわたってサブミクロン領域の直径を備える短繊維を形成することを明らかに示している。
【０１３９】
[00152]当業者は、本明細書に記載される発明が、具体的に記載される以外の変形形態及び修正形態の余地があることを認識するであろう。本発明は、本発明の精神及び範囲内にある全てのこのような変形形態及び修正形態を含めることが理解される。
【０１４０】
[00153]本明細書（クレームも含めた）で用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ」又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」が使用される場合、それらは、記述される特徴、整数、ステップ又は構成要素の存在を特定するものと解釈すべきであり、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、構成要素又はその集合の存在を除外するものではない。
【図１】
2016513756.tif 000008
【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（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（Ａ）】
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【図１１（Ｂ）】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月27日(2014.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
[0010]本発明の第１の態様は、物体形成流体を分散媒に導入することによって物体、好ましくはナノ体を形成するための装置を提供する。装置は、
分散媒を収容するように構成された流体筐体と、
少なくとも２つの分離した流路であって、分散媒が少なくとも２つの分離した流路に沿って層流で流れ、分離した各流路が別個の流路を備え、分離した流路の少なくとも２つが合流箇所で集束する、流路と、
使用する際に、分散媒を各々の流路に沿って合流箇所まで流れるようにする流体流れ構成と、
合流箇所に又はそこに近接して配置され、使用する際に物体形成流体を分散媒に供給するように構成された少なくとも１つの流体導入構成と、
合流箇所に近接し又はその後に続く流れ絞り構成であって、使用する際に、合流箇所に近接して及び／又はその後に続いて分散媒の流れを絞り加速させる、流れ絞り構成とを含む。
【手続補正２】
【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】
物体形成流体を分散媒に導入することによって物体を形成するための装置であって、
分散媒を収容するように構成された流体筐体と、
少なくとも２つの分離した流路であって、前記分散媒が前記少なくとも２つの分離した流路に沿って層流で流れ、分離した各流路が別個の流路を備え、前記分離した流路の少なくとも２つが合流箇所で集束する、流路と、
使用する際に、前記分散媒を各々の流路に沿って前記合流箇所まで流れるようにする流体流れ構成と、
前記合流箇所に又はそこに近接して配置されており、使用する際に、前記物体形成流体を前記分散媒中に供給するように構成された少なくとも１つの流体導入構成と、
前記合流箇所に近接し又はその後に続く流れ絞り構成であって、使用する際に、前記合流箇所に近接して及び／又はその後に続いて前記分散媒の流れを絞り加速させる、流れ絞り構成とを備える、装置。
【請求項２】
前記流れ絞り構成が、前記合流箇所の上流の流れから前記合流箇所の下流の流れへの流体流れ全断面積の縮小を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記流体筐体が、第１の流体流れ断面積を有する少なくとも第１の流れセクションと、第２の流体流れ断面積を有する少なくとも第２の流れセクションとを備え、前記第１の流体流れ断面積が前記第２の流体流れ断面積よりも大きい、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記流れ絞り構成が、前記第１の流れセクションと前記第２の流れセクションの間で少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、さらにより好ましくは少なくとも７０％及び最も好ましくは少なくとも７５％の流体流れ断面積の縮小を有する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記合流箇所が、前記第２の流れセクションの開始点の上流から離間している、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記流体筐体の前記第１の流れセクションと前記第２の流れセクションの間に配置されている第３の流れセクションをさらに備え、前記第３の流れセクションが、過渡的な断面積を有し、好ましくは前記第１の流れセクションと前記第２の流れセクションを相互に接続する漸減する断面積を有する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第３の流れセクションの前記断面積の移行部は、前記第１の流れセクションと前記第２の流れセクションの間に５〜３０°の間、好ましくはおよそ１０°のテーパを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記流体導入構成が少なくとも１つの開口を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記合流箇所が、少なくとも２つの分離した流れが交わり合流する場所に近接して流れ合流縁部を備え、前記少なくとも１つの開口がその流れ合流縁部に又はその中に配置されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの開口が、少なくとも２つの異なる物体形成流体が流れるように接続されている、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの開口が、少なくとも１つの物体形成流体が流れる少なくとも２つの導管又はチャネルに流体接続されており、各々の導管又はチャネルは、前記少なくとも１つの開口に近接して位置する合流セクションにおいて結合している、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記合流セクションが、前記少なくとも１つの開口に流体接続された短い導管又はチャネルを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記合流セクションが、Ｙ字又はＴ字型結合部を備える、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記流体導入構成が、少なくとも２つの隣接する開口を備え、各々の開口が少なくとも１つの物体形成流体が流れるように接続されている、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記開口の少なくとも２つが、異なる物体形成流体が流れるように接続されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記開口の少なくとも２つが、第１の開口が第２の開口に囲まれるように配置されている、請求項１４又は１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記合流箇所に沿って離間した複数の流体導入構成を備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記分離した流路の少なくとも２つが、離れた流れ導管を備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの分離した流路が、前記流体筐体内に配置された少なくとも１つのハイドロフォイルによって隔てられており、前記ハイドロフォイルが前縁面と後縁とを有し、前記流体流れ構成によって、前記分散媒が前記ハイドロフォイルの前記前縁面から前記後縁まで層流で流れるようになっている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
１つ又は複数の前記流体導入構成が、それぞれのハイドロフォイル各々の前記後縁に又はそれに近接して配置されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記ハイドロフォイルが、中心線、好ましくは前記前縁面と前記後縁の間の翼弦線に対して、前記前縁面と前記後縁の間の厚さに５〜３０°のテーパ、好ましくは前記前縁面と前記後縁の間に１０°のテーパを付されたテーパ付き本体を備える、請求項１９又は２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ハイドロフォイルの前記テーパ付き本体が、前記本体の長手方向の長さに沿って少なくとも１つの湾曲部又は波形部を備え、より好ましくは前記本体の長手方向の長さに沿って複数の湾曲部又は波形部を備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記流体筐体内に離間した複数のハイドロフォイルを備え、各々のハイドロフォイルが、それぞれのハイドロフォイル各々の少なくとも１つの前記後縁に又はそれに近接して配置されている少なくとも１つの流体導入要素を備える、請求項１９〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
使用する際に、前記合流箇所に入る前の前記分散媒の流れと接触する、前記流体筐体内の場所に配置された少なくとも１つのそらせ板をさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記そらせ板が、前記合流箇所の上流で前記流体筐体内に配置されている、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記流体筐体が、
前記分散媒が中を流れる少なくとも１つの導管及び、
前記分散媒が保持されるタンクの少なくとも一方を備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記流体筐体が、前記分散媒が中を流れる導管を備え、前記導管が少なくとも２つの離間したプレートを含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記プレートの間の距離を変えることができる、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記プレートが、流体密封ケーシングの中に収容されている、請求項２７又は２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記流体流れ構成が、
前記流体筐体内で前記ハイドロフォイルを回転させるように駆動される、又は他の方法で動かされる回転可能な要素、並びに
前記ハイドロフォイルを横切るように前記分散媒を圧送するための圧送構成の少なくとも一方を備える、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記分散媒が前記流体筐体を介して再利用される、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
繊維、好ましくはナノ繊維を形成するための、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
前記流れ絞り構成が、少なくとも０．１ｍ／秒、好ましくは０．２〜２０ｍ／秒、より好ましくは１〜１０ｍ／秒の、前記分散媒の線形速度を形成する、請求項１〜３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
請求項１〜３３のいずれか一項に記載の装置を利用して形成された少なくとも１つの物体、好ましくはナノ体。
【国際調査報告】
2016513756.tif 000029
2016513756.tif 000030
2016513756.tif 000031