(57)【要約】注入口、放出口及びチャンバを画定するハウジングを備えるディスペンサーが、ナノファイバー糸を分配することに関して記載される。スプールは、その周囲に、ある長さのナノファイバー糸が巻かれる。スプールは、ハウジングによって画定されるチャンバ内に配置される。ナノファイバー糸は、チャンバから放出口を通され、ナノファイバー糸内に結び目を生じさせる可能性を低減する制御方法で分配することができ、これは、下にある表面上へ糸の都合のよい適用を容易にする。場合によっては、ディスペンサーは、ナノファイバー糸に加えて、接着剤または他のポリマーを同時に分配するために使用できる。【選択図】図５Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入口、放出口及びチャンバを画定するハウジングと、
前記ハウジングに接続し、前記注入口と連通する加圧ガス供給源と、
前記チャンバ内に配置されているスプールと、
前記スプールの周囲に巻かれているナノファイバーであって、前記ナノファイバーが１００マイクロメートル未満の平均直径を有する、ナノファイバーと
を備える、装置。
【請求項２】
前記ナノファイバーの前記平均直径が、１マイクロメートル未満である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ハウジングが、前記注入口及び前記放出口を除いた、ハーメチックシールを含み、
前記ハーメチックシールが、前記注入口及び前記放出口の通過を除く、前記チャンバ内への流体の浸潤を防ぐように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記放出口が、前記放出口を通って前記ハウジング内へ、１気圧の圧力で水の浸潤を防ぐように寸法が設定される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記放出口の内径が１０μｍと３００μｍとの間である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ハウジングが、前記チャンバ内に配置される流体を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記流体がポリマーである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記流体が接着剤である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記接着剤がメタクリル酸系接着剤である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ハウジングに接続するノズルを更に備え、前記ノズルが、前記放出口と連通するチャネルを画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記チャネル内に配置されるライナーを更に備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ライナーが、水の浸潤を防ぐように寸法が設定された内径を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ライナーの直径が、９０μｍと１３０μｍとの間である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ライナーが、前記チャネルから取り外し可能である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記チャネル内を流れる流体を更に含み、前記ライナーの長さが前記チャネルの長さより短い、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記スプールの中央に配置されている回転軸を更に備え、前記回転軸が前記チャンバ内で前記スプールの回転を可能にするように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記スプール上に配置されているカーボンナノファイバー糸を更に備え、前記カーボンナノファイバー糸が、前記ハウジングの前記放出口に近接した自由端と、前記スプールに近接した固定端とを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記カーボンナノファイバー糸が、約１００μｍの断面直径、及び前記自由端と前記固定端の間の約１ｋｍの長さを有し、前記長さの少なくとも一部は前記スプールに巻き付けられている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ナノファイバー糸が、２つ又はそれより多い独立したナノファイバー、又は撚られたナノファイバー糸を形成するために撚り合わされたナノファイバー糸から製造されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記撚られたナノファイバー糸が、０．５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの直径を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
ローラーアセンブリを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記ローラーアセンブリが、
支持体と、
前記支持体に接続するスピンドルと、
前記スピンドルの少なくとも一部の周囲に配置されているローラーと
を更に含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
洗浄機構を更に備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ローラーアセンブリが、
第１の支持体及び第２の支持体と、
前記第１の支持体に接続する第１のスピンドル、及び前記第２の支持体に接続する第２のスピンドルと、
前記第１のスピンドルの少なくとも一部の周囲に配置されている第１のローラー、及び前記第２のスピンドルの少なくとも一部の周囲に配置されている第２のローラーと、
前記第１のローラーと前記第２のローラーの周囲に配置されたベルトと
を更に含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記ハウジング、及び前記ハウジングに接続する前記ノズルのうちの少なくとも１つに接続するコネクタと、
前記コネクタに取り付けられる駆動軸と
を更に備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記駆動軸の長手方向軸が、前記ハウジングの中央点と前記ローラーに近接する前記ローラーの中央点との間の基準軸と交差する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記駆動軸の断面の半径が、前記ローラーの中央点から、下にある表面に投影されるハウジング周囲の対応箇所までを測定した長さより短い、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記ハウジング及びノズルのうちの少なくとも１つに接続するコネクタと、
前記コネクタに取り付けられる駆動棒と
を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記駆動棒が、前記コネクタに回転可能に取り付けられる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記回動可能な取り付け具がベアリングである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
ナノファイバーを分配する方法であって、
ナノファイバーの自由端をディスペンサー放出口に通すステップであって、このステップは、
ディスペンサーにより画定される注入口を介して、前記ディスペンサーのチャンバ内に流体を流すサブステップであって、前記流体が、前記チャンバを通過して、前記ディスペンサー放出口を通って前記チャンバを出ていく、サブステップと、
前記流体が、前記ディスペンサー放出口を通って前記ナノファイバーの前記自由端を運ぶサブステップと
を含む、ステップと、
前記ディスペンサーに取り付けたローラーと接触する前記自由端に近接して前記ナノファイバーの一部を配置するステップと、
前記ローラーを介して前記ナノファイバーに力を加えるステップであって、前記力が、前記ナノファイバーを基材に接触させる、ステップと
を含む、方法。
【請求項３２】
ノズルにより画定されるチャネルに前記ナノファイバーを通すステップであって、前記チャネルが前記放出口と連通しており、前記ノズルが前記ディスペンサーに取り付けられている、ステップを更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記チャネル内に配置したライナーを更に含み、前記ナノファイバーが、前記チャネル内に配置される前記ライナーを通される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ライナーを通過する前記ナノファイバーの前記自由端で前記チャンバへの前記流体の流れを止めるステップと、
前記チャンバへの前記流体の流れを止める際、前記ライナーと前記チャネルとの間の隙間に追加の流体を流すステップであって、前記ライナーの長さが前記チャネルの長さより短い、ステップと
を更に含み、
更に、前記追加の流体の流れがベンチュリ効果を介して前記ナノファイバーへ圧力を加える、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記自由端を有するナノファイバーをスプールの周囲に巻き付けるステップと、
前記スプールを前記ディスペンサーの前記チャンバ内に配置するステップと
を更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記ナノファイバーがナノファイバー糸を更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記ナノファイバー糸が、１００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記ナノファイバー糸が、１マイクロメートル未満の直径を有する、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記チャンバが、前記放出口及び前記注入口を除いて、ハーメチックシールされる、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記流体がガスである、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記流体が液体接着剤である、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
前記ローラーを介して前記ナノファイバーに力を加えるステップが、前記ナノファイバーを前記基材に付着させる、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
ナノファイバー糸ディスペンサーと、
前記ナノファイバー糸ディスペンサーに接続し、前記ナノファイバー糸ディスペンサーを並進運動させるように構成される並進アセンブリであって、この並進アセンブリが、
０．５ｃｍから１メートルまで前記ナノファイバー糸ディスペンサーを並進させるように構成される、粗調整並進器と、
１００マイクロメートルから５ミリメートルまで前記ナノファイバー糸ディスペンサーを並進させるように構成される、微調整並進器と
を含む、並進アセンブリと
を備える、装置。
【請求項４４】
フィルム供給スプール及びフィルム取り込みスプールを更に備える、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記微調整並進器が、可撓性分配管に接続している、請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
前記微調整並進器が、圧電アクチュエータを含む、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記微調整並進器が、電磁アクチュエータを含む、請求項４５に記載の装置。
【請求項４８】
前記微調整並進器が、キロヘルツのオーダーの運動周波数に設定される、請求項４３に記載の装置。
【請求項４９】
非接触式切断システムを更に備える、請求項４３に記載の装置。
【請求項５０】
前記非接触式切断システムが、電源に接続される少なくとも１つの電極を含む、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記非接触式切断システムが、電気アークシステムである、請求項４９に記載の装置。
【請求項５２】
前記非接触式切断システムが、コロナ放電システムである、請求項４９に記載の装置。
【請求項５３】
前記ナノファイバー糸ディスペンサーが、ナノファイバー糸が適用されるように構成されるフィルムを更に含む、請求項４９に記載の装置。
【請求項５４】
複数の並列のナノファイバー糸セグメントが、互いに対応する１００μｍ間隔で分離して、前記ナノファイバー糸が前記フィルムに適用される、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記非接触式切断システムが、レーザーシステムである、請求項４３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、ナノファイバー及びナノファイバー糸に関する。具体的には、本開示は、ナノファイバー糸ディスペンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノファイバーは、独特な機械的、光学的及び電子的特性を有することが知られている。しかし、ナノファイバーは、未だその独特の特性にもかかわらず、多くの市販の製品内に組み込まれていない。ナノファイバー糸は、ナノファイバー自体以外で、ナノファイバー糸内に材料及び繊維を含むことによって糸特性を調整する能力に起因して、商業的な魅力を有することができる、ナノファイバーの１つの形態である。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の一例は、注入口、放出口及びチャンバを画定するハウジングを備える装置である。本装置は、ハウジングに接続し、かつ注入口と連通している加圧ガス供給源も備える。本装置は、チャンバ内に配置されたスプールも備える。本装置は、スプールの周囲に巻いたナノファイバーも備え、このナノファイバーは１００マイクロメートル未満の平均直径を有する。一実施形態にて、ナノファイバーの平均直径は１マイクロメートル未満である。一実施形態にて、ハウジングは、注入口及び放出口を除いた、ハーメチックシール（hermetic seal）を含み、ハーメチックシールは、注入口及び放出口の通過を除く、チャンバ内への流体の浸潤を防ぐように構成される。一実施形態において、放出口は、放出口を通してハウジング内へ、１気圧の圧力の水の浸潤を防ぐように特定の寸法に設定される。一実施形態にて、放出口の内径は、１０μｍと３００μｍとの間である。一実施形態にて、ハウジングは、チャンバ内に分配される流体を更に含む。一実施形態にて、流体はポリマーである。一実施形態にて、流体は接着剤である。一実施形態にて、接着剤は、メタクリル酸系接着剤である。一実施形態にて、本装置は、ハウジングに接続するノズルを更に備え、ノズルは、放出口と連通するチャネルを画定する。一実施形態にて、本装置は、チャネル内に配置されるライナーを更に備える。一実施形態にて、ライナーは、水の浸潤を防ぐように特定の寸法に設定した内径を有する。一実施形態にて、ライナーの直径は、９０μｍと１３０μｍとの間である。一実施形態にて、ライナーはチャネルから取り外し可能である。一実施形態にて、本装置は、チャネル内を流れる流体を更に備え、ライナーの長さはチャネルの長さより短い。一実施形態にて、本装置は、チャンバ内でスプールの回転を可能にするように構成される、スプールの中央に配置した回転軸を更に備える。一実施形態にて、本装置は、スプール上に配置したカーボンナノファイバー糸を更に備え、カーボンナノファイバー糸は、ハウジングの放出口に近接した自由端と、スプールに近接した固定端とを有する。一実施形態にて、カーボンナノファイバー糸は、約１００μｍの断面直径、及び自由端と固定端の間の約１ｋｍの長さを有し、その長さの少なくとも一部はスプールに巻き付けられる。一実施形態にて、ナノファイバー糸は、２つ又はそれより多い独立したナノファイバー、又は撚られたナノファイバー糸を形成するために撚り合わされたナノファイバー糸から製造される。一実施形態にて、撚られたナノファイバー糸は、０．５マイクロメートル〜１００マイクロメートルの直径を有する。一実施形態にて、本装置は、ローラーアセンブリを更に備える。一実施形態にて、ローラーアセンブリは、支持体と、支持体に接続するスピンドルと、スピンドルの少なくとも一部の周囲に配置したローラーとを更に備える。一実施形態にて、ローラーアセンブリは洗浄機構を更に含む。一実施形態にて、ローラーアセンブリは、第１の支持体及び第２の支持体と、第１の支持体に接続する第１のスピンドル及び第２の支持体に接続する第２のスピンドルと、第１のスピンドルの少なくとも一部の周囲に配置され第１のローラー及び第２のスピンドルの少なくとも一部の周囲���配置され第２のローラーと、第１のローラー及び第２のローラーの周囲に配置されベルトとを更に含む。一実施形態にて、ハウジング及びハウジングに接続するノズルのうちの少なくとも１つに接続するコネクタと、コネクタに取り付けられる駆動軸とを更に備える。一実施形態にて、駆動軸の長手方向軸は、ハウジングの中央点とローラーに近接するローラーの中央点との間の基準軸と交差する。一実施形態にて、駆動軸の断面の半径は、ローラーの中央点から、下にある表面（underlying surface）上に投影されるハウジング周囲の対応箇所までを測定した長さより短い。一実施形態にて、ハウジング及びノズルの少なくとも１つに接続するコネクタと、コネクタに取り付けた駆動棒とを更に備える。一実施形態にて、駆動棒はコネクタに回転可能に取り付けられる。一実施形態にて、回転可能な取り付け具はベアリングである。
【０００４】
本開示の一例は、ナノファイバーを分配（dispensing）するための方法であって、この方法は、ナノファイバーの自由端をディスペンサーの放出口に通す（threading）ステップであって、このステップは、ディスペンサーにより画定される注入口を介して、ディスペンサーのチャンバ内に流体を流すサブステップであって、前記流体は、チャンバを通過して、ディスペンサー放出口を通ってチャンバを出ていくサブステップと、前記流体が、ディスペンサー放出口を通ってナノファイバーの自由端を運ぶサブステップとを含むステップと、ディスペンサーに取り付けられているローラーと接触する前記自由端に近接してナノファイバーの一部を配置するステップと、前記ローラーを介してナノファイバーに力を加えるステップであって、前記力は、ナノファイバーを基材に接触させるステップとを含む。一実施形態にて、本方法は、ノズルにより画定されるチャネルにナノファイバーを通すステップであって、チャネルが放出口と連通しており、ノズルがディスペンサーに取り付けられている、ステップを更に含む。一実施形態にて、本方法は、チャネル内に配置したライナーを更に含み、ナノファイバーはチャネル内に配置されるライナーを通される。一実施形態にて、ライナーを通過するナノファイバーの自由端上でチャンバ内の流体の流れを止めるステップと、チャンバへの流体の流れを止める際、ライナーとチャネルとの間の隙間に追加の流体を流すステップであって、ライナーの長さはチャネルの長さより短い、ステップとを更に含み、更に、追加の流体の流れは、ベンチュリ効果を介してナノファイバーへ圧力を加える。一実施形態にて、本方法は、自由端を有するナノファイバーをスプールの周囲に巻き付けるステップと、スプールをディスペンサーのチャンバ内に配置するステップとを更に含む。一実施形態にて、ナノファイバーは、ナノファイバー糸を更に含む。一実施形態にて、ナノファイバー糸は、１００マイクロメートル未満の直径を有する。一実施形態にて、ナノファイバー糸は、１マイクロメートル未満の直径を有する。一実施形態にて、チャンバは、放出口及び注入口を除いて、ハーメチックシールされる。一実施形態にて、流体はガスである。一実施形態にて、流体は流体接着剤である。一実施形態にて、ローラーを介してナノファイバーに力を加えることは、ナノファイバーを基材に付着させる。
【０００５】
本開示の一例は、ナノファイバー糸ディスペンサーと、ナノファイバー糸ディスペンサーに接続し、ナノファイバー糸ディスペンサーを並進運動させるように構成される並進アセンブリとを備える装置であり、並進アセンブリは、０．５ｃｍから１メートルまでナノファイバー糸ディスペンサーを並進させるように構成される粗調整並進器と、１００マイクロメートルから５ミリメートルまでナノファイバー糸ディスペンサーを並進させるように構成される微調整並進器とを含む。一実施形態において、本一例は、フィルム供給スプール及びフィルム取り込みスプールを更に備える。一実施形態にて、微調整並進器は、可撓性分配管に接続している。一実施形態にて、微調整並進器は、圧電アクチュエータを含む。一実施形態にて、微調整並進器は、電磁アクチュエータを含む。一実施形態にて、微調整並進器は、キロヘルツのオーダーの運動周波数に設定される。一実施形態にて、非接触式切断システムを更に備える。一実施形態にて、非接触式切断システムは、電源に接続される少なくとも１つの電極を含む。一実施形態にて、非接触式切断システムは、電気アークシステムである。一実施形態にて、非接触式切断システムは、コロナ放電システムである。一実施形態にて、ナノファイバー糸ディスペンサーは、ナノファイバー糸が適用されるように構成されるフィルムを更に含む。一実施形態にて、複数の並列のナノファイバー糸セグメントが、互いに対応する１００μｍ間隔で分離して、ナノファイバー糸はフィルムに適用される。一実施形態にて、非接触式切断システムは、レーザーシステムである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態において、基材上のナノファイバーのフォレストの例を示す。
【図２】一実施形態において、成長するナノファイバーの反応器の概略図である。
【図３】一実施形態において、シートの相対寸法を確認するナノファイバーシートの図であり、シートの表面に平行な平面の端から端まで一直線になったシート内のナノファイバーを概略的に示す。
【図４】ナノファイバーフォレストから横方向に引き出されたナノファイバーシートの画像であって、ナノファイバーは、図３に概略的に示されるように端から端まで一直線になる。
【図５Ａ】一実施形態において、ナノファイバー糸ディスペンサーの側面図である。
【図５Ｂ】一実施形態において、図５Ａに示すナノファイバー糸ディスペンサーの斜視図である。
【図５Ｃ】一実施形態において、図５Ａに示すナノファイバー糸ディスペンサーの部分的な断面斜視図である。
【図６Ａ．６Ｂ】図６Ａは、一実施形態において、取り付けられたローラーを備える、ナノファイバー糸ディスペンサーの斜視図である。図６Ｂは、一実施形態において、ナノファイバー糸ディスペンサーに取り付けたローラーの側面図である。
【図６Ｃ．６Ｄ．６Ｅ】図６Ｃ、図６Ｄおよび図６Ｅは、一実施形態において、ナノファイバー糸と下にある表面との間の接触を引き起こす種々の構造を示す。
【図７】図７Ａは、一実施形態において、駆動構造を備えるナノファイバー糸ディスペンサーの斜視図である。図７Ｂは、一実施形態において、駆動構造を備えるナノファイバー糸ディスペンサーの側面図である。
【図８】図８Ａは、一実施形態において、ベンチュリ効果がナノファイバー糸をディスペンサーから分配するために使用される、ナノファイバー糸ディスペンサーの別の実施形態を示す。図８Ｂは、一実施形態において、ナノファイバー糸をディスペンサーから分配するベンチュリ効果を概略的に示す。
【図９】図９Ａは、一実施形態において、基材にナノファイバー糸を適用するために使用する、アセンブリの側面図を示す。図９Ｂは、一実施形態において、基材にナノファイバー糸を適用するために使用する、図９Ａのアセンブリの平面図を示す。
【図１０Ａ】一実施形態において、基材へのナノファイバー糸の適用中、ナノファイバー糸を切断する非接触式機構も含む、図９Ａのアセンブリの平面図を示す。
【図１０Ｂ】一実施形態において、図１０Ａのアセンブリを使用してナノファイバー糸を適用できる、別のパターンの平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
添付の図面は、本開示の種々の実施形態を説明の目的のためにのみ示すものである。多数の変形、構成及び他の実施形態は、以下の詳細な説明から明らかであろう。
【０００８】
［概略］
ナノファイバー糸の製造は、国際公開第２００７／０１５７１０号として公開された、国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４１０３１号に記載されており、その両方は、ここに引用することで本明細書の記載の一部をなすものとする。
【０００９】
ナノファイバー及びナノファイバー糸の操作は、困難であり得る。ナノファイバーは、数十ナノメートルの直径を有することができる。ナノファイバー糸（複数のナノファイバーの集合、又は複数の独立したナノファイバー糸が撚り合わされた糸）は、数マイクロメートルと同程度に小さい直径（又は平均直径）を有することができて、１キロメートル（ｋｍ）以上である長さを有することができる。これらの比較的小さい直径は、長さに関係なく、物理的に掴持することはもちろん、ナノファイバー糸を見ることを難しくする。長いナノファイバー及びナノファイバー糸は、更に操作を複雑化して、ストランド内の規則正しい組織を維持することが重要になる。一旦もつれると、ナノファイバー及びナノファイバー糸の両方は、もつれを解くまた結び目を解くのがほとんど不可能である。
【００１０】
他の問題が、ナノファイバー及びナノファイバー糸の操作に関して存在する。例えば、その超低密度のため、ナノファイバー及びナノファイバー糸（その全長を問わず）は、遠隔換気システム、ナノファイバー糸が配置される場所の扉の開放、又はナノファイバー糸から数メートル離れた人の呼吸によって生じるものと、同程度のかすかな気流によって容易に動く。多くのナノファイバー糸が、紡織業で使用される従来の繊維及び糸（例えば、綿、レーヨン、ナイロン、リネン）及び構造材用途のためのケーブル（例えば、鋼線及びケーブル）で使用される大部分の材料より、単位長さ当たりが高価なので、無駄にナノファイバーを失うこと（例えば、もつれ、又は結び目によって生じる）はより高い財務上のコストになる。
【００１１】
これらの問題にもかかわらず、その有力な機械的、化学的、熱的及び電気特性のため、製品及び製造プロセスでナノファイバー及びナノファイバー糸を使用することに対する大きな関心が依然としてある。
【００１２】
この見地から、本開示の実施形態は、ナノファイバー及びナノファイバーからなる糸（簡潔さのために両方とも「ナノファイバー糸」という）を分配するためのディスペンサーを含む。ディスペンサーは、注入口、放出口及びチャンバを画定するハウジングを含む。その周囲にナノファイバー糸の長さが巻かれる、スプールはチャンバ内に配置される。ガス供給源は、ハウジングにより画定される注入口と連通する。次にガス供給源は、正圧（例えば、ハウジングのまわりの周囲圧力より大きい）でガスを供給して、放出口を通ってディスペンサーから糸を分配するのを容易にすることができる。
【００１３】
本開示のディスペンサーは、多くの利点を有する。第１に、それは、無駄を最小限に抑えるやり方で、ナノファイバー糸を分配する及び／又は適用する、制御された方法を提供する。ディスペンサーは、ナノファイバー糸自体より容易に操作される構造も提供し、したがって、それによってナノファイバー糸が保存され、扱われ、操作される便利さを改善する。ナノファイバーディスペンサーは、乾燥した、ほこりのない環境で糸を保持する、便利かつ安全な保管容器も提供できる。糸は、ナノファイバー糸がもつれている可能性を低減する、整ったスプール形で保存されることができる。これらの理由及び他の理由のために、ディスペンサーは、ナノファイバー糸自体の有用性を改善する。
【００１４】
ディスペンサーは、その有用性に寄与する多くの特徴がある。ハウジング内にガス供給源により供給される正圧は、スプール上へナノファイバー糸を巻き直す、意図的でない、又は無分別な試みを防ぐことができ、そうしてチャンバ内のナノファイバー糸のもつれを防ぐことができる。後述する追加機能は、スプールに接続して、所望する場合、スプールのナノファイバー糸の規則正しい巻き直しを容易にすることができる。
【００１５】
ディスペンサーは、本来ならナノファイバー糸の機械的、電気的、熱的特性を劣化させ得る、不純物（例えば、研磨剤粒子または化学活性分子）によるナノファイバー糸の汚染を防ぐことができる。更に、ディスペンサーは、ナノファイバー糸の自由端（すなわち、スプールに取り付けられない、圧縮されない、装着されない、又は固定されないナノファイバー糸の端）の位置を好都合に決めるために使用することができる。自由端は上述のように、小さい直径のナノファイバー糸のために見つけるのが困難であり得る。
【００１６】
ディスペンサーは、他の材料がナノファイバー糸に都合よく適用されることができる、賦形剤も提供する。例えば、接着剤ディスペンサー及びローラーは、ディスペンサーに取り付けられる、又は一体化されることができる。接着剤（固体、流体またはゲルに関わらず）は、それがディスペンサーを出る際、ナノファイバー糸に塗布されることができる。ローラーは、糸が分配される際、ナノファイバー糸が付着することになる表面上に、接着剤を被覆した糸を押圧できる。他の実施形態にて、ナノファイバー糸が、すでにナノファイバー糸上に配置される及び／又は含浸される化学成分を有するディスペンサーを出るように、接着剤または他の化学成分は、ハウジング自体に含まれることができる。
【００１７】
本明細書に記載の他の実施形態は、ベンチュリ効果を使用して、ナノファイバー糸を分配するのを容易にするように構成される、ナノファイバー糸ディスペンサーを含む。本明細書に記載の更なる他の実施形態は、その内部にナノファイバー糸ディスペンサーが組み込まれるシステムを含み、それは、マイクロメートルからメートルの範囲の形状を有するパターンのフィルム又は基材にナノファイバー糸を適用できる。
【００１８】
多数の他の利点は、本開示の見地から明らかである。
【００１９】
ナノファイバー糸ディスペンサーの実施形態を記載する前に、ナノファイバーフォレスト、シート及び引っ張られたナノファイバーの特性ならびに合成方法を記述する。
【００２０】
［カーボンナノファイバー及びカーボンナノファイバーシートの特性］
本明細書で使用する場合「ナノファイバー」という用語は、１μｍ未満の直径を有する繊維を意味する。本明細書の実施形態が、カーボンナノチューブから製造されると主として記載される一方で、他の炭素同素体（グラフェン、マイクロメートル又はナノ寸法のグラファイト繊維及び／又はプレートに関わらず）、ならびにナノ寸法繊維の他の組成物（例えば、窒化ホウ素）は、後述する技術を使用してナノファイバーシートを作製するために使用してもよい。本明細書で使用する場合「ナノファイバー」及び「カーボンナノチューブ」という用語は、単層カーボンナノチューブ及び／又は多層カーボンナノチューブ（炭素原子が円筒状構造を形成するために結合されている）を含む。いくつかの実施形態で、本明細書で参照されるカーボンナノチューブは、４つと１０つの間の壁を有する。本明細書で使用する場合「ナノファイバーシート」又は単に「シート」は、引き出し（drawing）プロセス（国際公開第２００７／０１５７１０号に記載のとおりであり、その全体は、ここに引用することで本明細書の記載の一部をなすものとする）を介して一直線に並べられる、ナノファイバーのシートを指し、その結果、シートのナノファイバーの長手方向軸は、シートの主表面（すなわち、しばしば「フォレスト」と呼ばれる、シートの成膜直後の状態）に垂直ではなく、シートの主表面と平行である。
【００２１】
カーボンナノチューブの寸法は、使用する製造方法に応じて、著しく変化できる。例えば、カーボンナノチューブの直径は０．４ｎｍ〜１００ｎｍであり得て、その長さは１０μｍ〜５５．５ｃｍ超の範囲であり得る。カーボンナノチューブは、１３２，０００，０００：１以上と同じ程度のものを有する、非常に高いアスペクト比（長さと直径の比）を有することができる。広範囲の次元の可能性を考慮すると、カーボンナノチューブの特性は、高度に調節可能または調整可能である。カーボンナノチューブの多くの魅力的な特性が確認される一方で、実際の適用でカーボンナノチューブの特性を利用することは、カーボンナノチューブの特徴を維持する、又はそれを強化することを可能にする、計測可能かつ制御可能な製造方法を必要とする。
【００２２】
その独特の構造のため、カーボンナノチューブは、特定の用途のためにそれらを良好に適合させる、特定の機械的、電気的、化学的、熱的及び光学的特性を備えている。特にカーボンナノチューブは、優れた導電率、高い機械的強度、良好な熱安定性を示し、疎水性でもある。これらの特性に加えて、カーボンナノチューブは、有用な光学特性も示すことができる。例えば、カーボンナノチューブは、狭く選択した波長で光を発する、又は検出するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）及び光検知器に使用できる。カーボンナノチューブは、光子輸送及び／又はフォノン輸送でも有用であることがわかり得る。
【００２３】
［ナノファイバーフォレスト］
本件開示の種々の実施形態に従って、ナノファイバー（カーボンナノチューブを含むが、これに限定されない）は、種々の構成（本明細書で「フォレスト」と称される構成も含む）で配置されることができる。本明細書で使用する場合、ナノファイバー又はカーボンナノチューブの「フォレスト」とは、基材上の互いと実質的に平行して配置される、ほぼ同じ寸法を有するナノファイバーのアレイを意味する。図１は、基材上のナノファイバーの例示のフォレストを示す。基材は任意の形状でもよいが、いくつかの実施形態で、基材は、フォレストがアセンブルされる平坦な表面を有する。図１に示すように、フォレストのナノファイバーは、高さ及び／又は直径がほぼ等しくてもよい。
【００２４】
本明細書にて開示するナノファイバーフォレストは、比較的高密度であり得る。具体的には、開示したナノファイバーフォレストは、少なくとも１，０００，０００，０００ナノファイバー／ｃｍ２の密度を有することができる。いくつかの特定の実施形態にて、本明細書に記載されているナノファイバーフォレストは、１０，０００，０００，０００ナノファイバー／ｃｍ２と３０，０００，０００，０００ナノファイバー／ｃｍ２の間の密度を有することができる。他の例で、本明細書に記載されているナノファイバーフォレストは、９０，０００，０００，０００ナノファイバー／ｃｍ２の範囲の密度を有することができる。フォレストは高密度または低密度の領域を含むことができ、特定の領域はナノファイバーがなくてもよい。フォレスト内のナノファイバーは、繊維間結合性も示すことができる。例えば、ナノファイバーフォレスト内の隣接するナノファイバーは、ファンデルワールス力によって互いに引きつけられることができる。
【００２５】
［ナノファイバーフォレストを製造するための例示の方法］
種々の方法は、本開示に従ってナノファイバーフォレストを製造するために使用できる。例えばいくつかの実施形態で、ナノファイバーは、高温の炉で成長することができる。いくつかの実施形態では、触媒は、基材上に付着して、反応器内に配置されることができ、次に反応器に供給される燃料化合物に曝露されることができる。基材は、８００℃超〜１０００℃の温度に耐えることができて、不活性材料でもよい。基材は、下にあるシリコン（Ｓｉ）ウエハに配置されるステンレス鋼またはアルミニウムを含むことができるが、他のセラミック基材を、Ｓｉウエハの代わりに使用してもよい（例えば、アルミナ、ジルコニア、ＳｉＯ２、結晶化ガラス）。フォレストのナノファイバーがカーボンナノチューブである例で、炭素系化合物（例えば、アセチレン）を、燃料化合物として使用できる。反応器に導入された後、燃料化合物は、次に触媒に堆積しはじめることができて、ナノファイバーのフォレストを形成するために、基材から上向きに成長することによってアセンブルすることができる。
【００２６】
ナノファイバー成長における例示の反応器の図を、図２に示す。図２で示すように、反応器は、基材がナノファイバーフォレストの成長を促進するために配置されることができる、加熱ゾーンを含んでよい。反応器はまた、燃料化合物（複数可）及びキャリアガスが反応器に供給され得るガス注入口と、消費した燃料化合物及びキャリアガスが反応器から放出され得るガス放出口と、を含むことができる。キャリアガスの例は、水素、アルゴン及びヘリウムを含む。これらのガス、特に水素はまた、反応器に導入されて、ナノファイバーフォレストの成長を促進することができる。そのうえ、ナノファイバーに混合されるドーパントを、ガス流に加えることができる。ナノファイバーフォレストの堆積の間、ドーパントを加える例示の方法は、国際公開第２００７／０１５７１０号の段落０２８７やその他の箇所などに記載されており、この全体は、ここに引用することで本明細書の記載の一部をなすものとする。フォレストに添加物をドープする又は提供する、他の例示の方法は、表面コーティング、ドーパント注入、又は他の堆積及び／又はｉｎ  ｓｉｔｕ反応（例えば、プラズマ誘起反応、気相反応、スパッタリング、化学気相成長）を含む。例示の添加物は、特に、ポリマー（例えば、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（フェニレンテレフタルアミド）型樹脂、ポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）、ポリアクリロニトリル、ポリ（スチレン）、ポリ（エーテルエーテルケトン）及びポリ（ビニルピロリドン）、又はその誘導体及びこれらの組み合わせ）、元素または化合物のガス（例えば、フッ素）、ダイヤモンド、パラジウム及びパラジウム合金、を含む。
【００２７】
ナノファイバーの成長中の反応条件は、得られるナノファイバーフォレストの特性を調整するために変えることができる。例えば、触媒の粒径、反応温度、ガス流速及び／又は反応時間は、所望の仕様を有するナノファイバーフォレストを生産するように、必要に応じて調整されることができる。いくつかの実施形態では、基材上の触媒の位置は、所望のパターンを有するナノファイバーフォレストを形成するために制御される。例えば、いくつかの実施形態で、触媒はパターンの基材上に堆積され、パターニングした触媒から生じる成長フォレストは、同じようにパターニングされる。代表的な触媒は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の緩衝層を備える鉄を含む。これらは、特に、化学気相成長（ＣＶＤ）、圧力化学気相成長（ＰＣＶＤ）、電子ビーム（ｅビーム）堆積、スパッタリング、原子層堆積（ＡＬＤ）、レーザーＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、熱蒸着、種々の電気化学的方法などを使用して、基材上に堆積され得る。
【００２８】
形成の後、ナノファイバーフォレストは、所望により改質されることができる。例えば、いくつかの実施形態で、ナノファイバーフォレストは、酸化剤または還元剤などの処理剤に曝露され得る。いくつかの実施形態で、フォレストのナノファイバーは所望により、処理剤によって化学的に官能化されることができる。処理剤は、任意の好適な方法（化学気相成長（ＣＶＤ）又は上述した他の技術及び添加物／ドーパントのいずれかを含むが、これらに限定されない）によってナノファイバーフォレストに導入され得る。いくつかの実施形態では、ナノファイバーフォレストは、パターニングしたフォレストを形成するために改質されることができる。フォレストのパターニングは、例えば、フォレストからナノファイバーを選択的に除去することにより達成され得る。除去は、化学的または物理的手段により成し遂げられることができる。
【００２９】
［ナノファイバーシート］
フォレスト構成の配置に加えて、本出願のナノファイバーは、シート構成に配置されることもできる。本明細書で使用する場合「ナノファイバーシート」「ナノチューブシート」又は単に「シート」という用語は、ナノファイバーが平面に端から端まで一直線になる、ナノファイバーの配列を意味する。いくつかの実施形態で、シートは、シートの厚さより１００倍超の長さ及び／又は幅を有する。いくつかの実施形態で、長さ、幅または両方は、シートの平均厚さより１０３、１０６又は１０９倍超である。ナノファイバーシートは、例えば約５ｎｍと３０μｍとの間の厚さ、ならびに目的の用途に適している任意の長さ及び幅を有することができる。いくつかの実施形態で、ナノファイバーシートは、１ｃｍと１０ｍの間の長さ及び１ｃｍと１ｍの間の幅を有することができる。これらの長さは、単に例示のために提供される。ナノファイバーシートの長さ及び幅は製造装置の構成によって拘束され、ナノチューブ、フォレストもしくはナノファイバーシートのいずれかの物理的または化学的性質によるものではない。例えば、連続プロセスは、任意の長さのシートを製造することができる。それらを製造する際、これらのシートはロール上に巻かれることができる。
【００３０】
例示のナノファイバーシートの図は、例示される相対寸法で、図３に示される。図３に示すように、ナノファイバーが端から端まで一直線になる軸は、ナノファイバー配列の方向と称される。いくつかの実施形態で、ナノファイバー配列の方向は、ナノファイバーシート全体にわたって連続的でもよい。ナノファイバーは必ずしも互いに完全に平行ではなく、ナノファイバー配列の方向がナノファイバーの配列の方向の平均的または一般的な指標であると理解されている。
【００３１】
ナノファイバーシートは、互いの上部に積み重なって、多層シート積層体を形成できる。ナノファイバーシートは、ナノファイバー配列の同一方向を有する、又はナノファイバー配列の異なる方向を有するように積み重なられることができる。任意の数のナノファイバーシートは、互いの上部に積み重ねられて、多層ナノファイバーシート積層体を形成できる。例えば、いくつかの実施形態で、ナノファイバーシート積層体は、２つ、３つ、４つ、５つ、１０つ以上の個別のナノファイバーシートを含むことができる。積層体の隣接するシート上のナノファイバー配列の方向は、１度未満、５度未満又は１０度未満だけ異なることができる。他の実施形態で、隣接する又は交互配置したシート上のナノファイバー配列の方向は、４０度超、４５度超、６０度超、８０度超又は８５度超異なることができる。特定の実施形態で、隣接する又は交互配置したシート上のナノファイバー配列の方向は、９０度でもよい。多層シート積層体は、複数の独立した非繊維シートの間の他の材料（例えば、ポリマー、金属及び接着剤）を含むことができる。
【００３２】
ナノファイバーシートは、シートを作製できる任意の種類の好適な方法を使用して、アセンブルすることができる。いくつかの例示の実施形態で、ナノファイバーシートは、ナノファイバーフォレストから引き出されることができる。ナノファイバーフォレストから引き出されているナノファイバーシートの例を、図４に示す。
【００３３】
図４に示すように、ナノファイバーは、フォレストから横方向に引き出されて、次にナノファイバーシートを形成するために、端から端まで一直線状になることができる。ナノファイバーシートがナノファイバーフォレストから引き出される実施形態では、フォレストの寸法は、特定の寸法を有するナノファイバーシートを形成するように制御することができる。例えば、ナノファイバーシートの幅は、シートが引き出されたナノファイバーフォレストの幅にほぼ等しくてもよい。そのうえ、シートの長さは、所望のシート長さが得られたとき、例えば引き出しプロセスを終えることにより、制御することができる。
【００３４】
ナノファイバーシートは、種々の用途のために利用できる、多くの特性を有する。例えば、ナノファイバーシートは、調整可能な不透明度、高い機械的強度及び可撓性、熱的及び電気伝導度を有することができ、疎水性も示すことができる。シート内のナノファイバーの高度の配列を考慮すると、ナノファイバーシートは極めて薄くてもよい。いくつかの例で、ナノファイバーシートは、ほとんど２次元である、厚さ約１０ｎｍ程度（通常の測定公差内で測定）である。他の例で、ナノファイバーシートの厚さは、２００ｎｍ又は３００ｎｍと同じ程度であり得る。したがってナノファイバーシートは、軽微な追加の厚さを構成要素に加えることができる。
【００３５】
ナノファイバーフォレストと同様に、ナノファイバーシートのナノファイバーは、シートのナノファイバーの表面に化学基または要素を添加することにより、処理剤によって官能化することができ、それはナノファイバー単独とは異なる化学的活性を提供する。ナノファイバーシートの官能化は、既に官能化されたナノファイバーに実行することができるし、又は既に非官能化されたナノファイバーに実行することができる。官能化は、限定されないが、ＣＶＤ及び種々のドーピング技術を含む、本明細書に記載の技術のいずれかを使用して実行することができる。
【００３６】
金属処理及び／又はポリマー浸潤の前に、本明細書にて開示するナノファイバーシートは、高純度を有していてもよく、いくつかの例で、ナノファイバーシートの９０重量％以上、９５重量％以上又は９９重量％以上は、ナノファイバーに起因している。同様に、ナノファイバーシートは、９０重量％以上、９５％重量以上、９９％重量以上又は９９．９重量％以上の炭素を含むことができる。
【００３７】
［ディスペンサー］
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃはナノファイバー糸ディスペンサー５００の一実施形態の側面図及び２つの斜視図をそれぞれ示しており、ディスペンサー５００は、上述のように、ナノファイバー糸の無駄な消耗及び汚染の可能性を低下させる一方で、ナノファイバー糸の操作の利便性を改善する方法で、ナノファイバー糸を確実に格納して分配するように構成される。これらの３つの図を同時に参照することは、説明を容易にする。記載されている要素のいくつかが、描写及び説明の明確さを補助するために、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃの１つ又は２つだけに現れ得ることは理解されるであろう。
【００３８】
図５Ａに示すディスペンサー５００は、ハウジング５０４、注入口５０８、ガス供給源５１２、スプール５１６、回転軸５２０、ノズル５２４、ライナー５３２、及び放出口５３６を備える。ナノファイバー糸５１４を、いくつかの図に示す。
【００３９】
ハウジング５０４は、ハウジング５０４内にチャンバ５０６を画定することによって、ナノファイバー糸を確実に格納して分配するように構成されるものであり、ハウジング５０４は、ナノファイバー糸のスプールを含むように使用されるのである。ナノファイバー糸は、更に詳細に後述するように、ハウジングによって汚染から保護され、ハウジングによって画定される放出口を通して分配される。
【００４０】
一実施形態にて、ハウジング５０４は、流体（例えば、水、空気）及び汚染物質の意図的でない侵入または浸潤を防ぐように、ハーメチックシールされる（ハウジング５０４により画定される注入口５０８及び放出口５３６は除く。更に詳細に後述する）。いくつかの例で、ハウジング５０４は、ハウジング５０４を出てチャンバ５０６内に格納される流体（ガス、ゲル、ポリマー、膨潤したポリマー、ポリマー溶液、接着剤、粘着性ポリマー又は他の流体を問わず）の意図的でない放出を防ぐようにも密封される。目的に関係なく、密封したハウジング５０４の形成は、射出成形または積層造形（別名「３Ｄプリンティング」）を介して材料の単体からハウジング５０４を形成することと、接着剤（例えば、シロキサンポリマー）を使用してハウジング５０４の隣接する部分の間の合わせ目を封止することと、又は合わせ目を封止するためにハウジング５０４の一部を溶接することとを含む、複数の技術を使用して達成することができる。
【００４１】
一例で、ハウジング５０４は、ナノファイバー糸のスプール５１６がハウジング５０４内に嵌入されて、取り外されて及び／又は交換されるのを可能にするために十分に大きい、開閉カバー５２６（例えば、図５Ｂ、図５Ｃ及び図６Ａで示すような扉または蓋）を備えるように構成されてもよい。開閉カバー５２６は、シーラント（例えば、シリコーングリース）又は圧縮性ガスケット（例えば、ネオプレン又はシリコーンゴムガスケット）を使用して、ハウジング５０４をハーメチックシールすることができる。開閉カバー５２６は、ハウジング、圧縮性ガスケット（図示省略）及び開閉カバー５２６の間に圧力を加えて、それを維持するために、クランプ、ネジ状ボルトもしくはネジ、又は他の機構を使用して固定することができる。別の実施形態では、カバー５２６は、ハウジング５０４の隣接する表面上の相補的ネジと嵌合するネジを含む。カバー５２６は、カバー５２６が締められ、ゆるめられるのを可能にするスパナもしくはネジ回しに掴むところを提供する、スロット又は一連のきざみを含んでもよい。カバー５２６は、Ｏリングを受容するように設計された、軸溝を含んでもよい。ハウジング５０４の隣接する表面は、２つの部分が接続されるとき、Ｏリングを収容するように設計された相補的溝を含んでもよい。あるいは、ハウジング５０４の開閉カバー５２６は、接着剤（例えば、エポキシ、メタクリル酸系接着剤）を使用して、又はハウジング５０４の残りに開閉カバー５２６を溶融させる、溶接する、又は結合することによりハーメチックシールすることができる。封止は、永続的でも一時的でもよい。本明細書で使用する場合、封止は、それがハウジング又はカバーを損傷することなく、直ちに封止を開くことができない場合、永続的である。ハウジングの構築またはハーメチックシール及び／又は開閉カバー５２６の構成を問わず、ハウジング５０４は糸を汚染から保護できる。
【００４２】
上述のように封止したハウジング５０４の別の利点は、ナノファイバー糸の自由端の位置決めをするために、負圧（すなわち、真空）の使用を含む。例えば、ナノファイバー糸の自由端を有するスプールは、密封したハウジング５０４内に配置することができる。真空は、ハウジング５０４の放出口５３６で適用することができ、それは、真空がチャンバ５０６の任意のガス内容物を除去する際、チャンバ５０６からナノファイバー糸の自由端を引き出す。このプロセスは更に、ガス又は流体が注入口５０８及び／又はガス供給源５１２を通って、チャンバ５０６内に放出口５３６を通って流れるのを可能にすることと、そうしてチャンバ５０６から放出口５３６を通ってナノファイバー糸の自由端を運搬することとを含む。それとは関係なく、ナノファイバー糸の自由端がすばやく、かつ難しい手動点検及び／又は手動操作なしで位置決めすることができるので、真空及び流体（液体またはガス）の流れを使用して、ナノファイバー糸の自由端を位置決めすることは、ナノファイバー糸を操作するのに有効である。一旦位置決めされると、ナノファイバー糸の自由端は機械装置と嵌合される、表面に適用される、又はディスペンサー５００を使用してナノファイバー糸の制御された適用の出発点として作用することができる。
【００４３】
ハウジング５０４により画定される注入口５０８は、流体が流れることができる通路である。上述のように、注入口５０８は、ハウジング５０４により画定されるチャンバ５０６に正圧及び流れを提供するために使用されることができ、ハウジング５０４により画定されるチャンバ５０６は、ディスペンサー５００の放出口５３６を通ってナノファイバー糸の自由端を移動させるために使用される。
【００４４】
注入口５０８は、他の種類のガス又は流体を、その内部にナノファイバー糸のスプール５１６が配置されるハウジング５０４へ供給するためにも使用できる。例えば、不活性ガス（例えば、アルゴン、窒素）は、注入口５０８を介して導入されることができる。例えば、第２の材料が、腐食、分解または空気中の成分（例えば、酸素、水蒸気、塵）からの汚染に影響されやすいナノファイバー糸（例えば、金属ナノ粒子）に組み込まれた場合、これを行うことができる。
【００４５】
ガス供給源５１２は、任意の構成であるが、注入口５０８と流体連通している。図示するように、ガス供給源５１２は、ハウジング５０４と一体化するように、注入口５０８に近接する（及び、封止した）ハウジング５０４の一部に接続する管である。このように、ガス供給源５１２は、チャンバ５０６内への汚染物質の侵入を防ぐと同時に、ガス（又は他の流体）が注入口５０８を通ってチャンバ５０６へ供給されるのを可能にする。ガス供給源５１２は、注入口５０８周囲でハウジング表面から測定される、任意の長さまで延在することができて、任意の直径を有することができる。ガス供給源５１２を作製するために使用される長さ、直径及び材料は、提供されるガス（又は他の流体）に基づいて選択され、他の要素の中でもとりわけ継手の構成は、ガス（又は他の流体）の供給源に接続するために必要である。容積に対するガス速度の所望の比によって、ガス供給源５１２及び注入口５０８の形状を決定してもよい。より細い通路は、同じガス流速でより速いガス速度を提供する。ガス供給源５１２及び注入口５０８の構成は更に、構造に接触する流体に基づいて選択されることができる。例えば、不活性ガスが、ガス供給源５１２を通り、注入口５０８を通って、ハウジング内に提供されることになっている場合、ガス管は、従来のポリプロピレン又はポリエチレン管を使用して製作することができて、従来の不活性ガス調節器に接続するように構成することができる。別の例で、より化学的活性な物質（例えば、腐食性または可燃性である）が提供されることになっている場合、より化学耐性及びリーク耐性の材料（例えば、イソプレン、ステンレス鋼など）を使用できる。ガス供給源５１２は、ハウジング５０４に一時的に取り付けることができて、使い捨てでもよく、その結果、ガス供給源５１２は、損傷した又は詰まった場合、交換のために取り替えることができる。
【００４６】
スプール５１６は、ナノファイバー糸５１４のある長さがスプールの周囲に巻き付けられるように構成され、一旦巻かれると、ディスペンサー５００内に配置されるようになる。スプール５１６は、ナノファイバー糸５１４の自由端がディスペンサー５００から引き出されることに応じて、ハウジング５０４により画定されるチャンバ５０６内に配置される一方で、回転するようにも構成される。
【００４７】
この回転を容易にするために、スプール５１６は、図５Ｃに示すように、スプール５１６の第１端部及び第１端部の反対側にある第２端部のそれぞれで、第１の円筒状フランジ５１８ａ及び第２の円筒状フランジ５１８ｂを備えることができる。第１の円筒状フランジ５１８ａ及び第２の円筒状フランジ５１８ｂは、スプール５１６（及び、スプール５１６周囲に巻いたナノファイバー糸）とハウジング５０４の内側表面との間の接触面積を低減して、そうして、本来であればハウジング５０４内のスプール５１６の回転を妨げる、任意の接触による摩擦も低減する。第１の円筒状フランジ５１８ａ及び第２の円筒状フランジ５１８ｂは、低摩擦材料（例えば、ＰＴＦＥ又はグラファイト）からなることができる。フランジは、接触による摩擦を更に低減するために、潤滑されることもできる。摩擦を低減して、ナノファイバー糸の性能を引きのばす潤滑剤は、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）系材料及びグラファイト系材料を含むが、これらに限定されない。
【００４８】
一例で、回転軸５２０（それは、任意である）は、スプール５１６とハウジング５０４の間の接触による摩擦を低減する、スプール５１６の円形断面の中央に配置される円筒状構造である。回転軸５２０は受動的であり得て、それはスプールの回転に対して静止していることを意味し、又はそれは能動的であり得て、それはスプールの回転を促進するために回転することを意味する。任意の回転軸５２０を含む利点は、スプールをハウジングの中心に置くことと、印加した力の所与のユニットにおける回転の速度を増加させることと及び／又はスプール５１６からナノファイバー糸５１４を引っ張るために必要な力を低減することとを含む。回転軸５２０の別の利点は、潤滑剤が適用される表面積を低減し、そうしてハウジング５０４により画定されるチャンバ５０６内に導入される潤滑剤の量を減らし、したがって潤滑剤によるナノファイバー糸の汚染の可能性を低減することである。
【００４９】
一例で、回転軸５２０は、スプール５１６の中心孔を通って、取り外し可能に配置され得る。例えば、回転軸５２０は、第１の直径を有する第１部分及び第１部分の反対側の２つの第２部分で構成されることができ、第２部分のそれぞれは第１直径より小さい第２直径を有する。より大きな第１直径を有する第１部分は、スプール５１６の中心を通って孔と嵌合する締め代を形成するために特定の寸法に設定され、そうしてスプール５１６内に適合するハブを形成する。より小さな第２直径を有する第２部分は両方とも、回転軸５２０の回転を容易にする、チャンバ５０６の内側表面上の対応する機構内に適合するように構成されることができる。別の例で、回転軸５２０は、その全長にわたって一様な直径を有する。
【００５０】
別の例で、回転軸５２０は、スプール５１６の表面５２２ａ及び５２２ｂ（図５Ｃに示す）に接続する及び／又は一体化されることができる。この一体型スプール５１６及び回転軸５２０構造は、例えば、回転軸５２０の端を収容して、そうしてスプール５１６と回転軸５２０とチャンバ５０６の間の接触による摩擦を低減できる、チャンバ５０６の内側表面に取り付けた対応するクレードルもしくはポート構造上に、又はその内部に回転軸５２０を配置することによって、チャンバ５０６内で回転するように構成される。
【００５１】
別の例で、回転軸５２０は、スプール５１６の表面５２２ａ及び５２２ｂに向かい合うチャンバ５０６の内側表面の一方または両方に接続して、スプール５１６の表面５２２ａ及び５２２ｂに配置された対応する機構（例えば、回転軸５２０の端部を保持できるカップ又はクレードル、図示省略）と接触するように構成することができる。回転軸５２０は、開閉カバー５２６を構成する一要素になることができる、又はハウジング５０４と一体化されることができる。例えば、回転軸５２０は、開閉カバー５２６から延在することができる、又はハウジング５０４の壁の内側表面から延在することができる。別の実施形態で、回転軸の一部は開閉カバー５２６を構成する一要素であり、回転軸５２０の相補的部分はハウジングを構成する一要素である。相補的な回転軸部分は、例えばネジによって一緒に接続されることができ、したがって回転軸５２０は、開閉カバー５２６をハウジング５０４に固定するためのコネクタとして役立つことができる。この場合、開閉カバー５２６の回転は、回転軸５２０の２つの部分の接合をもたらし、更にハウジング５０４に開閉カバー５２６を封止することをもたらす。任意の回転軸５２０の構成、寸法、長さ及び形状の他の変形も可能である。
【００５２】
回転軸５２０は、封止したポートを通ってハウジング５０４の外部に配置されている、ハンドル（図示省略）に所望により接続することができる。封止機構は、ハウジング５０４に関して上述しており、この特徴にも適用できる。ハンドルと回転軸５２０との間の接続によって、スプール５１６の回転の方向が逆転するのが可能になり、したがってディスペンサー５００から以前に取り外したナノファイバー糸を巻き戻す。
【００５３】
ノズル５２４は、ハウジング５０４に取り付けられる、又はハウジング５０４に一体化される。任意のノズル５２４は図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図６Ａ及び図６Ｂの実施形態に示されて、ハウジング５０４の放出口５３６から直接ナノファイバー糸を分配することより、ノズル５２４を含むことの利点のいくつかを例示する。
【００５４】
ノズル５２４は、ハウジング５０４により画定される放出口５３６と連通する、チャネル５２８を画定する。チャネル５２８は、それがスプール５１６からほどける際、細長いナノファイバー糸の一部を含むのには十分大きいが、可撓性かつしなやかなナノファイバー糸がチャンバ５０６内に押し戻されるのを防ぐのに十分少ない直径を有する。いくつかの例で、チャネル５２８の内径は、この機構を達成するためにその内部で使用する、ナノファイバー糸の外径より１０％、１５％、２５％、５０％、１００％、２５０％、又はその間の値より大きい。チャネル５２８は、水の浸潤を防ぐのに十分小さい放出口５３６のその反対側に、開口部（すなわち、開口部の内径）も有することができる。すなわち、チャネルの開口部は、水の表面張力が、水滴がチャネル５２８の内側表面を濡らすのを防ぐように、十分に小さくなるようにすることができる。水浸潤を防ぐことができる、チャネルの半径を算出するために使用する関連性の１つの例は、式１のとおりである。
ｒ＝２γ／ΔＰ                        式１
【００５５】
そこで、ｒは水の浸潤を防ぐ開口部の半径であり、γは水の表面張力であり、ΔΡは液滴の内部と液滴の外面の間の圧力の差である。いくつかの例で、ΔΡは、重力（９．８１メートル／秒２）及び水の密度（１気圧の圧力及び「標準」温度（すなわち、０℃）での約１０００ｋｇ／ｍ３）のため、加速度と比例する。いくつかの例にて、ノズル５２４の表面の水（又は他の液体材料）の表面張力は、ノズル５２４により画定されるチャネル内の水の浸潤に影響を及ぼすことができる。例えば、低表面エネルギー材料（例えば、シリコーン及びポリテトラフルオロエチレン）、ならびに同じように低表面エネルギー及び／又は同じように疎水性を有する他の材料は、水の浸潤を防ぐのに役立つ。
【００５６】
チャネル５２８を含むことは、チャンバ５０６内に配置されるナノファイバー糸の自由端を位置決めして、その後の使用のために放出口５３６から出た糸をチャネル５２８に「通す（thread）」ために使用できる、注入口５０８を通って提供されるガスの流れを促進する。
【００５７】
任意のライナー５３２は、チャネル５２８内に嵌合するように構成される。これは、図５Ｃの部分的断面斜視図に示される。ライナー５３２は、ナノファイバー糸がディスペンサー５００を出ることができる、代替の表面を提供する。ライナー５３２は、都合よく交換されるように取り外し可能でもよい。例えば、ノズル５２４により画定されるチャネル５２８は、大部分のナノファイバー糸に望まれるものより非常に大きいサイズを有するように、特定の寸法に設定されることができる。一例にて、ライナー５３２は、十分に大きな外径を有して、チャネル５２８の内側表面と嵌合する締め代を形成して、十分に小さな内部（又は内側）直径を有して、上述のとおり、ナノファイバー糸をもつれさせる危険性を低減する及び／又は水の浸潤を防ぐ、ナノファイバー糸用チャネルを提供する。異なる内径を有する異なるライナー５３２は、その後チャネル５２８内に嵌入されて、異なる直径のナノファイバー糸に対応できる。通常、ライナー５３２（又は、ライナー５３２がディスペンサー５００で使用されない場合はチャネル５２８）の直径は、ディスペンサー５００からライナー５３２を通って分配されようとするナノファイバー糸の直径より、少なくとも５０％大きくすることができる。他の例にて、ライナー５３２（又はチャネル５２８）の直径は、ディスペンサー５００からライナー５３２を通って分配されようとするナノファイバー糸の直径より、７０％〜１００％大きい、又は１００％〜２００％大きい。一例にて、直径３０μｍのナノファイバー糸は、直径５０μｍのライナーを通って分配されることができる。別の例で、直径１００μｍのナノファイバーは、直径２００μｍのライナーを通って分配されることができる。チャネル５２８及びライナー５３２の直径が、両方とも使用される実施形態で、協調して選択できることは理解されるであろう。
【００５８】
ライナー５３２の別の利点は、それを通ってナノファイバー糸が分配されることができる、容易に置換される表面を提供するということである。基材への、もしくは重なり合う糸、溶媒、もしくは更にチャネル５２８を占有することができ、潜在的に閉塞させることもできるチャンバ内に配置された他の流体成分の間の粘着力を改善する、接着剤内に配置された、ポリマー、空気活性接着剤（例えば、メタクリル酸系接着剤）、他の接着剤（例えば、感圧性接着剤、エポキシ、エラストマー接着剤、ゾルゲル前駆体）及び／又は高表面積グラフェンフレーク、グラフェン酸化物、又は他の充填剤粒子を有する、ディスペンサー５００の実施形態で、これは特に有用である。ライナー５３２を使用するとき、任意の閉塞は、閉塞されたライナー５３２を単に除去すること、汚れていないライナー５３２と交換すること、及び上述の技術を使用してきれいなライナー５３２にナノファイバー糸を再び通すことによって、取り除くことができる。
【００５９】
上述のとおり、放出口５３６は、ハウジング５０４により画定されて、ディスペンサー５００から分配されるとき、ナノファイバー糸が通過できる開口部を提供する。放出口５３６は、上述のとおり、チャネル５２８及びライナー５３２のうちの１つ以上と連通できる。
【００６０】
すでに上述したディスペンサー５００のそれらの特徴に加えて、図６Ａ及び図６Ｂは、表面上へナノファイバー糸の適用を容易にする、ローラーアセンブリ６００を備えるディスペンサー５００の実施形態を示す。ローラーアセンブリ６００は、支持体６０４ａ及び６０４ｂ（まとめて６０４）、スピンドル６０８及びローラー６１２を備える。
【００６１】
支持体６０４は、本実施形態において、ノズル５２４に接続して、ノズル５２４から延在するが、他の実施形態では、支持体６０４は、ディスペンサー５００自体のハウジング５０４に接続して、ハウジング５０４から延在することができる。支持体６０４は、その間にスピンドル６０８が配置される構造を提供する。スピンドル６０８は、上述の回転軸５２０に類似の機能を実行する。すなわち、スピンドル６０８は、ローラー６１２が回転することを可能にする構造を提供する。回転軸５２０に関して上述したように、スピンドル６０８は、ローラー６１２を通って配置される別個の構造、ローラー６１２と一体化している構造、又は支持体６０４のそれぞれに接続している構造であってもよく、更にローラー６１２が回転するのを可能にする一方で、ローラー６１２に接続するように構成される構造であってもよい。
【００６２】
ローラー６１２は、ナノファイバー糸がディスペンサー５００から分配された後、ある表面に配置されるナノファイバー糸５１４にローラーが圧力を加えることができるように、回転する。ローラー６１２によってナノファイバー糸５１４に加えられる圧力は、ナノファイバー糸５１４と下にある表面（underlying surface）との間の粘稠性及び／又は物理的接触の程度で、改善することができる。ローラー６１２からのナノファイバー糸５１４に対する圧力の適用は、ナノファイバー糸５１４と下にある表面の間の接着性を改善することもできる。これは、（１）接着剤が、ナノファイバー糸５１４の適用（application）の前に、下にある表面に配置されている場合、（２）接着剤が、前記表面へのナノファイバー糸の適用の前に、ナノファイバー糸５１４に配置されている場合、及び（３）ナノファイバー糸５１４の適用がある表面に配置された後に、接着剤が適用される場合を含む。接着剤が感圧性接着剤である例では、ローラー６１２は、感圧性接着剤を活性化するために使用される圧力を、提供することができる。
【００６３】
いくつかの例で、ローラー６１２によってナノファイバー糸５１４へ圧力を加えることは、ナノファイバー糸５１４と下にある表面の間の電気接触を改善する。すなわち、ナノファイバー糸５１４と下にある表面の間の物理的接触の程度を改善することによって（例えば、ナノファイバー糸５１４と下にある表面の間の間隙を取り除く及び／又は接触領域を増加させることによって）、電気接触も改善される（すなわち、界面抵抗が低減する）。
【００６４】
ローラー６１２により加えられる圧力は、分配の間、ガス流または熱変化によって移動する、ナノファイバー糸の発生を減らすためにも使用できる。
【００６５】
いくつかの実施形態で、ナノファイバーがディスペンサー５００から分配された後、任意のディスペンサー（図示省略）は、流体（例えば、ポリマー、接着剤）をナノファイバー糸５１４へ提供するために使用する。他の実施形態にて、別個の洗浄機構（例えば、スクレーパー、真空及び溶媒洗浄）は、ナノファイバー糸５１４及び／又はローラー６１２を洗浄するために使用することができて、そうして汚染物質及び／又は過剰な流体／接着剤を除去する。
【００６６】
図６Ｃ、図６Ｄ及び図６Ｅは、ナノファイバー糸５１４と下にある表面６２０の間の物理的接触を改善するために使用する、機構の種々の実施形態を示す。
【００６７】
図６Ｃは、ディスペンサー５００に直接接続していないローラーアセンブリを示す。この例で、ローラー６３２は、スピンドル６２８を介して１つ以上の支持体６２４に接続している。図６Ａ及び図６Ｂに関して上述した実施形態と同様に、ローラー６３２は、ナノファイバー糸５１４と下にある表面の間の物理的接触を強制的にさせるように、圧力をナノファイバー糸５１４に加える。しかし、上述の実施形態とは異なり、支持体６２４は、ディスペンサー５００の本体またはディスペンサー５００のノズル５２４に直接（又は間接的に）接続している必要はない。
【００６８】
図６Ｄは、圧力がナノファイバー糸５１４に加えられて、ナノファイバー糸５１４と下にある表面６２０の間の物理的接触を改善する、別の実施形態を示す。しかし、前の例とは異なり、ナノファイバー糸５１４に加える圧力は、ベルトを介して加えられる。この例で、２つの支持体６２４ａ及び６２４ｂは、スピンドル６２８ａ及び６２８ｂを介して、ローラー６３２ａ及び６３２ｂに接続される。ローラー６３２ａ及び６３２ｂは、ナノファイバー糸と直接の物理的接触はない。その代わりに、ローラー６３２ａ、６３２ｂは圧縮力及び回転移動をベルト６３６に加え、それはローラー６３２ａ、６３２ｂの両方に接触している。ローラー６３２ａ及び６３２ｂの回転移動は、ベルト６３６にローラーの両方の周囲を回転させる。ベルト６３６は、ナノファイバー糸５１４と直接接触しており、ローラー６３２ａ、６３２ｂからの圧縮力をナノファイバー糸５１４に加える。これにより、より長い繊維の長さにわたってナノファイバー５１４に圧縮力のより平均化した分配を提供でき、それは、場合によっては下にある表面６２０への粘着力を改善することができる。
【００６９】
図６Ｅは、図６Ｄで紹介された要素を含む。しかし、図６Ｅの実施形態は、下にある表面６２０とローラー６３２ａの間にあるベルト６３６の一部だけを使用して、圧縮力を加える。この実施形態は、ローラー単独（例えば、図６Ａ及び図６Ｂで示す実施形態など）と比較して接触表面積を更に増加させる一方で、ナノファイバー５１４に適用される単位面積当たりの力を増加させることができる。いくつかの実施形態で、ベルト６３６は更に、適用前に、ナノファイバー糸５１４を清浄するために使用できる（例えば、粒子、破片、過剰なポリマーを除去することによって）。他の実施形態にて、別個の洗浄機構（例えば、スクレーパー、真空及び溶媒洗浄）は、ナノファイバー糸５１４及び／又はベルト６３６／ローラー６３２ａ、６３２ｂを洗浄して、汚染物質及び／又は流体／接着剤を除去するために使用できる。
【００７０】
いくつかの実施形態では、ヒーター又は接着剤硬化器（図示省略）が更に、ディスペンサー５００と共に、及び前の実施形態のいずれかと共に使用できる。ヒーター／接着剤硬化器は、ディスペンサー５００（例えば、ノズル５２４、ハウジング５０４、支持体６２４、６２４ａ、６２４ｂ）に固定されることができる、又はその上に載置できる、もしくはディスペンサー５００とは別個の装置として使用できる。ヒーター／接着剤硬化器は、ナノファイバー糸５１４と共に用いられる接着剤を乾燥させる、又は硬化させることができる。ヒーターの例示の種類は、放射加熱法及び強制空気加熱法のうちの１つ以上を使用する、電気抵抗ヒーター、ならびに赤外線（ＩＲ）波長ヒーターを含むことができる。加熱以外の機構を介して接着剤の硬化が生じる接着剤硬化器の他の例示の種類は、ＵＶ装置、他の光学波長装置を含む。多くの他の種類の機構及び対応する装置が、使用する接着剤の種類に従ってディスペンサー５００で用いられることができることは理解されるであろう。
【００７１】
［駆動構造］
上述したディスペンサー５００の実施形態は、任意の方向にナノファイバー糸を分配できる。これらの実施形態で、ディスペンサー５００の配向（したがって、それによりナノファイバー糸が基材に適用される方向）は、横方向力をディスペンサーハウジング５０４に加えることによって変えることができて、そうしてローラー６１２を中心にディスペンサーを回転させる。ディスペンサー５００の方向を変える、この技術は不都合であり得る。例えば、全体としてディスペンサー５００の方向を同時に変える一方で、ローラー６１２と基材の間の接触を維持することは、困難であり得る。また、ハウジング５０４が方向を変えるために移動しなければならない、弧の長さは比較的大きい。これは、ローラー６１２を中心に回転するとき、ハウジング５０４が、図７Ｂに示すように半径「ｒ」を有する円の弧を描かなければならないからである。この半径ｒは、ローラー６１２の中心と、長手方向軸の真向かいのハウジング５０４の周辺部の点の間にある（図７Ｂに示すように）、下にある表面上に投影される長さに等しい（角度の余弦成分と同じ）。
【００７２】
ディスペンサー５００の方向、したがってナノファイバー糸５１４の適用を変えることの利便性を改善するために、図７Ａは、一実施形態で、駆動構造（又は「駆動軸」）７０８を有するナノファイバー糸ディスペンサー７００の斜視図を示す。
【００７３】
糸ディスペンサー７００は、上述の糸ディスペンサー５００の種々の要素の一部または全部、更にコネクタ７０４及び駆動棒７０８を含む。
【００７４】
コネクタ７０４は、ハウジング５０４及びノズル５２４のうちの１つ以上に接続して、駆動棒７０８が取り付けられる構造を提供する。示されるコネクタ７０４が、ハウジング５０４及びノズル５２４の両方に接続するプレートである一方で、これは、必ずしもいつもそうであるわけではない。コネクタ７０４の他の実施形態は、とりわけ、ハウジング５０４又はノズル５２４のうちの１つだけに接続するプレート、駆動棒７０８に接続するようにも構成されるディスペンサー５００に接続する１つ以上の棒などを含むが、これらに限定されない。
【００７５】
いくつかの実施形態にて、駆動棒７０８がコネクタ７０４に対して回転できるように、駆動棒７０８はコネクタ７０４に連結する。図示されないが、この接続を容易にするために使用できる機構は、ベアリング、ヒンジ、ボルト、ピンなどを含むが、これらに限定されない。他の実施形態にて、駆動棒７０８はコネクタ７０４に対して固定される。駆動棒７０８は、例えば接着剤、固定ネジ、圧入またはネジ状接合点を使用して、コネクタ７０４に固定できる。これらの実施形態において、回転可能な接続（例えば、ベアリング）は、駆動棒７０８を介して、ディスペンサー７００を動かすためのモーター又は他の構造を接続できる。例えば、糸ディスペンサー７００が、糸ディスペンサー７００を操作して、動かすための機構を備える機械内に一体化される場合、ベアリングは、駆動棒７０８（コネクタ７０４に対して固定される）を機械に接続することができ、そうして糸ディスペンサー７００の回転及び移動を可能にする。
【００７６】
駆動棒７０８の長手方向軸７１２が基準軸７１６と交差するように、駆動棒７０８は配置される。基準軸７１６は、ハウジング５０４の中心からローラー６１２の中心まであるとして示される。特に、長手方向軸７１２及び基準軸７１６の交差点は、ローラー６１２に近接する（ハウジング５０４から）点である。その結果、ディスペンサーの回転軸は長手方向軸７１２であることができて、ローラー６１２とハウジング５０４の間に入ることができる。場合によっては、長手方向軸７１２とローラー６１２の横方向軸の間の距離は、例えば１〜５０ｍｍ、１〜３０ｍｍ、１〜２０ｍｍ、５〜５０ｍｍ、５〜４０ｍｍ、５〜３０ｍｍ又は５〜２０ｍｍでよい。
【００７７】
回転軸がローラー６１２とハウジング５０４の間にあるように、ローラー６１２に近接して駆動棒７０８を配置すること（上記のとおり）は、改善した旋回半径を有するディスペンサー７００の回転を可能にする。すなわち、ディスペンサー７００の残りが印加力及び／又は加速に応答してそれ自体を配置する一方で、ローラー６１２は、方向変化の間、下にある基材との接触を維持する。非線形の糸の分配において、駆動棒７０８の経路は、ディスペンサーのハウジング５０４より糸の経路に厳密に適合する。したがって駆動棒７０８は、基材上の糸の経路によって、複製される、又はほぼ複製されるパターンで移動できる。この構成は特に、ディスペンサー７００（又はディスペンサー５００）を自動化装置と統合するのに有効であり得る。
【００７８】
［代替的な実施形態］
図８Ａは、ベンチュリ効果がナノファイバー糸をディスペンサー８００から分配するために使用される、ナノファイバー糸ディスペンサーの別の実施形態８００を示す。ディスペンサー８００は、上述の糸ディスペンサー５００の種々の要素に加えて、流体供給源８０４及びコネクタ８０８を含む。流体供給源（例えば、収容容器または他の容器から）は、チャネル５２８にコネクタ８０８を介して流れる流体を提供する。図示するように、コネクタ８０８は、チャネル５２８の分配端部に近接して配置されることができる。図８Ａ及び図８Ｂで示す流体の適用は、ベンチュリ効果を介してナノファイバー糸５１４をディスペンサー８００から分配するのに役立つことができる。
【００７９】
ナノファイバー糸５１４の分配のベンチュリ効果の役割は、図８Ｂに概略的に示される。矢印によって示されるように、流体（液体またはガス）は、しばらくの間、チャネル５２８とライナー５３２の間の、及びそれらによって画定される隙間に流れて、制限した量に限定される。ディスペンサー８００のこの実施形態で、制限した量は、チャネル５２８内に配置されているライナー５３２によって起因する。しかし、ライナー５３２がチャネル５２８より短いので、流体の圧力はライナー５３２の末端を越えて減少し、したがって、引抜き力をナノファイバー糸５１４に加える低圧ゾーンを提供して、ベンチュリ効果によって、それをチャネル５２８から引き抜く。ポンプ又は他の機構は、流体供給源８０４から、したがってチャネル５２８を通過する流体の流速を制御するために使用することができ、それにより、ナノファイバー糸に加わる力、したがってナノファイバー糸５１４がディスペンサー８００から引き出される速度に影響を及ぼす。
【００８０】
図９Ａは、一実施形態で、基材にナノファイバー糸を適用するために使用する、システム９００の側面図を示す。図９Ｂは、図９Ａに示すシステム９００の平面図を示す。図９Ａ及び図９Ｂを同時に参照することは、説明を容易にする。
【００８１】
システム９００は、並進（translator）アセンブリ９０２、フィルム供給スプール９１２、フィルム取り込みスプール９１６、及びフィルム９１８を備える。並進アセンブリ９０２はナノファイバー糸ディスペンサー５００も含むが、ナノファイバー糸ディスペンサー５００が便宜上ここで示されるだけであり、本明細書に記載の実施形態のいずれかが、システム９００内のナノファイバー糸ディスペンサーとして使用できることは理解されるであろう。
【００８２】
並進アセンブリ９０２は、図９Ｂで更に詳細に示す、２つの並進機構、粗調整並進器９０４及び微調整並進器９０９を備える。粗調整並進器９０４は、関連する矢印によって図９Ｂに示す方向で、前後に並進アセンブリ９０２全体を移動させる、スクリュー型またはサーボ型機構を含むことができる。他の種類の機構が、図示する方向で前後に並進アセンブリを動かすために使用できることは理解されるであろう。この種類の機構を使用して、並進アセンブリ９０４は、１ｍ／秒程度の速度で、０．５ｃｍ〜１ｍの大きな増分でフィルム９１８上を移動できる（後述する）。
【００８３】
微調整並進器９０９は、ナノファイバー糸ディスペンサー５００に取り付けられており、可撓性分配管９１０と機械的に連絡する圧電アクチュエータ９０８を含む。圧電アクチュエータ９０８は、可撓性分配管９１０を少量（例えば、分配管９１０の可撓性及び分配管９１０の長さに応じて１００マイクロメートル〜５ミリメートル）屈曲させる、小さい変位（マイクロメートル程度）を加えることができる。粗調整並進器９０４と同様に、圧電アクチュエータ９０８は、マイクロ秒〜ミリ秒程度発生する、管への変位を生じさせることがあり得る。別の実施形態で、電磁アクチュエータは、圧電アクチュエータの代わりに分配管９１０に接続している。それとは関係なく、微調整並進器９０９はキロヘルツの周波数で並進でき、そうして分配管９１０の、したがって適用したナノファイバー糸の方向に頻繁に、かつ寸法的に微細な変化を引き起こすことがあり得る。
【００８４】
フィルム９１８の移動の間、ナノファイバーディスペンサー５００上で粗調整並進器９０４により行った、及び分配管９１０上で微調整並進器９０９により行った、協調した並進は、センチメートル又はメートル程度の波長及び振幅を有する大規模な正弦波形状のパターン９２０で、ならびにマイクロメートル又はミリメートル程度の波長及び振幅を有する小規模の正弦波形状パターン９２２で、フィルム９１８にナノファイバー糸５１４を適用することができる。
【００８５】
可撓性分配管９１０のために使用する材料の例は、特に、ポリエチレン管、ポリテトラフルオロエチレン管、ステンレス鋼管を含む。可撓性分配管９１０のために使用する材料は、材料の曲げ弾性率、管の内径及び／又は外径及び、最終的に可撓性分配管９１０に所望の大きさの変化を引き起こす、微調整並進器９０９（及び、圧電性アクチュエータ９０８）の能力に基づいて選択されることができる。
【００８６】
図９Ａ及び図９Ｂに示す例が、フィルム９１８がフィルム供給スプール９１２からフィルム取り込みスプール９１６まで移動する例を示す一方で、これが、必ずしもいつもそうであるわけではないことは理解されるであろう。図９Ｂに示す正弦波形状パターン以外のパターンは、並進アセンブリ９０２を使用するナノファイバー糸５１４の適用中、フィルム供給スプール９１２に及びフィルム供給スプール９１２からフィルム９１８を移動させるときに作製されることができる。閉形状（円、三角形、正方形、不規則多角形及び無定形状）でさえ、ナノファイバー糸５１４の適用及びディスペンサー５００の並進の間、フィルム供給スプール９１２へ及びそれからフィルム９１８を選択的に移動させることにより形成されることができる。
【００８７】
図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂとして示して且つ記載される実施形態が一緒に結合されることができて、図１〜図７Ｂに関して示して且つ記載した以前の例のいずれかを備える、任意の構成にも組み込まれることができることは理解されるであろう。
【００８８】
図１０Ａ及び図１０Ｂで示す実施形態で、システム９００は、非接触式ナノファイバー糸切断システム１００４を含む。示した例で、システム１００４は、ナノファイバー糸５１４を糸セグメントに切断するために使用できる、２つの電極１００６Ａ及び１００６Ｂを含む。これは、不連続な糸セグメントが、間隙１００８Ａ、１００８Ｂ及び１００８Ｃによって分離されたフィルム９１８（例えば、糸セグメント５１４Ａ、５１４Ｂ、５１４Ｃ及び５１４Ｄとして示されるもの）に適用されることを可能にする。図１０Ｂはまた、不連続及び連続糸セグメントの形態（例えば、互いに直交かつ対角線方向に配向されることができる線形セグメント１０１２、閉形状１０１６及び螺旋１０２０）の他の例を示す。追加の実施形態にて、糸セグメントは、以前に堆積した糸セグメントにわたって広がることができる。糸セグメントの２つ、３つ、４つ以上の層は、堆積できる。一実施形態にて、追加のセグメントは、斜交平行パターンを提供するために、既存のセグメントに約９０度で堆積できる。場合によっては、糸セグメントは、下にある糸が接合する所に切断されて、前に堆積したセグメントとの接触を回避できる。これらの実施形態では、糸セグメントの１つの群は連続的でもよく、別の群は不連続でもよい。接触が望ましい他の場合で、糸は、以前に適用した層上に直接かつ連続して堆積することができる。
【００８９】
非接触式切断システム１００４は、様々な技術のうちのいずれかを使用できる。例えば、電極１００６Ａ及び１００６Ｂは、電極１００６Ａと１００６Ｂの間の距離をわたるとき、ナノファイバー糸５１４から材料を除去して、そうしてそれを切断する、電気アークを形成するように、電源に接続することができる。他の種類の非接触式切断システム１００４を使用できることは理解されるであろう。例えば、単一電極（例えば、１００６Ａ）は、ナノファイバー糸を切断する、単一電極とナノファイバー糸５１４の間の電気アークを形成するために使用できる。別の実施形態では、１つ以上の電極は、ナノファイバー糸５１４を切断する又は分断する、コロナを生成するように構成されることができる。次に、１つ以上の電極は、これらに限定されないが、電力供給ならびに放電加工装置（ＥＤＣ）、アーク溶接機、プラズマ切断機（プラズマガス供給源も含んでよい）及び他の類似の装置のコントローラを含む、電源及びコントローラに接続している。電極は、ナノファイバー糸５１４に対して固定された位置にあることができる、又は電気アークを促す、もしくは阻止するようにナノファイバー糸５１４に対して移動できることも理解されるであろう。
【００９０】
別の実施形態において、非接触式切断システム１００４は、レーザーシステムである。この変形例で、構造１００６Ａ及び１００６Ｂは、上述のように、糸をセグメントに切断する又は分断するナノファイバー糸５１４の位置へ、集中したレーザーエネルギーを提供する。
【００９１】
更に他の実施形態において、接触式切断システムを使用できる。一例にて、高温電気抵抗器または他の熱エネルギー源は、抵抗器がナノファイバー糸に近づくとき、ナノファイバー糸５１４を切断するためにも使用できる。種々の他の断裁型またはさみ型ブレードの配置を、他の実施形態で使用できる。
【００９２】
使用される非接触式切断システム１００４の種類を問わず、マイクロメートルスケール直径またはサブマイクロメートルスケール直径を適用する能力が生じるとき、フィルム９１８に対するナノファイバー又はナノファイバー糸は平行に配置されて、１００μｍと同程度の小さい空隙で分離される。
【００９３】
［用途］
上述のディスペンサー５００（又はディスペンサー７００）及び本開示を考慮すると明らかである変形例の１つの用途は、表面上へ適用される導電経路に対する装置である。金属ワイヤ及びテープ（例えば、鋼、銅、アルミニウム）が表面に適用されることができる一方で、これらは表面に密着することは困難である。金属ワイヤ及びテープは、小さい曲率半径（例えば、２ｃｍ未満）を有する曲線を使用して、金属ワイヤ又はテープの方向を変えることが困難である、十分高い弾力率を有する。導電性インクは、金属ワイヤ及びテープのこれらの課題を解決できるが、乾燥時間を必要とし、不均一な形状（例えばピーク及び谷を有する表面）に容易に適合することができない。導電性インクは、それらが適用されることができる下にある基材でも、より制限される。上述のとおり、ナノファイバーワイヤは、小さい曲率半径を有する曲線を使用して突然の方向が変化する表面に、容易に適用されて、付着することができる。
【００９４】
１つの用途は、ハーメチックシールハウジング５０４にガスの正圧を充填することと、それを通して配置されるナノファイバー糸５１４周囲で放出口５３６を封止することと、を含む。放出口５３６の封止の解放した際、ナノファイバー糸５１４は、ハウジングからガス流により放出されることができる。場合によっては、ナノファイバー糸５１４の自由端は、小さい発射体に取り付けられることができる。この構成は、例えば、家畜銃（別名、スタンボルト銃、ボルト銃、スタナー（例えば、ＴＡＳＥＲ（登録商標）））及び電気信号を遠隔で分配する他の装置に適用されることができ、それはナノファイバー糸５１４を通して行われる。
【００９５】
あるいは、ボビンが磁場で回転することができるように、装置は、磁気材料を組み込むことができる。これらの実施形態により、装置が製造されて、何度も繰り返し使われるのが可能になり得る。
【００９６】
［サマリー］
本開示の実施形態の上述の説明は、例示の目的のために提示されており、包括的であること、又は開示した明確な形態に特許請求の範囲を制限することを意図しない。関連技術分野の当業者は、多くの修正及び変更が、上述の開示を考慮して可能であることを理解するであろう。
【００９７】
本明細書で使用する文言は、主に読みやすさ及び説明目的のために選択されており、それは、発明の内容を詳細に描写する、又は制限するために選択されているとはいえない。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろこれに基づく本明細書から生じる、任意の請求項によって制限されるものとする。したがって、実施形態の開示は、例示を目的としており、本発明の範囲を制限するものではなく、それは以下の特許請求の範囲に記載される。
【図１】
2020507015.tif 000003
【図２】
2020507015.tif 000004
【図３】
2020507015.tif 000005
【図４】
2020507015.tif 000006
【図５Ａ】
2020507015.tif 000007
【図５Ｂ】
2020507015.tif 000008
【図５Ｃ】
2020507015.tif 000009
【図６Ａ．６Ｂ】
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【図６Ｃ．６Ｄ．６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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