JP2020505517A - 液体高分子をナノスケールまたはサブミクロンスケールの繊維に電界紡糸する装置 - Google Patents

Abstract

液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブ１１０への連続的ニードルレス電界紡糸を行う装置は、電界紡糸エンクロージャ３００と、電界紡糸エンクロージャ３００の外部に位置するワイヤ駆動システム６００と、複数の連続電極ワイヤ１０００とを含む。電界紡糸エンクロージャ３００は、電界紡糸ゾーンと、複数の連続電極ワイヤ１０００を液体高分子でコーティングする１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイス４００とを含む。複数の連続電極ワイヤ１０００は、互いに平行であり、ワイヤ駆動システム６００と係合し、電界紡糸エンクロージャ３００と、電界紡糸エンクロージャ３００内に位置する１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイス４００とを通って延びる。電界紡糸ゾーン内の複数の連続電極ワイヤ１０００に高電圧を印加して、電極ワイヤをコーティングしている液体高分子からナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を形成する。

Description

本開示は、液体高分子をナノスケールまたはサブミクロンスケールの繊維に電界紡糸する装置および方法に関し、さらに詳細には、従来のノズルまたはニードルを使用せずに、液体高分子をナノスケールまたはサブミクロンスケールの繊維に電界紡糸することに関する。

ナノスケールまたはサブミクロンスケールの繊維は、濾過、組織工学、防護衣、複合材、電池セパレータ、エネルギー貯蔵など、様々な応用分野で有用である。電界紡糸は、このスケールで高品質な繊維を生成するために使用される方法の１つである。電界紡糸は比較的実施しやすいが、スループットが非常に低く、その結果として、製造コストが非常に高い。したがって、ナノスケールおよび／またはサブミクロンスケールの繊維を大量に電界紡糸することは、費用効果が低い。したがって、高価な応用分野を除けば、ナノ繊維の電界紡糸は、ほぼ学問研究分野に留まっている。

現在の噴射ノズル、ニードルジェット、スピンジェット製造プロセスの生産速度は、通常は、ノズル／ジェットあたり毎時約０．０５グラム（０．０５ｇ／ｈｒ）から０．１５ｇ／ｈｒの範囲である。生産速度を向上させるために、いくつかの方法が研究され、かつ／または使用されている。それらの方法としては、ガス補助式電界紡糸、マルチノズルシステムを使用する方法、ノズルレス／ニードルレスシステムを使用する方法、およびスピンジェットの総数を増やす方法などがある。しかし、これらの方法にはそれぞれ問題があり、（市販の）機械あたりの最大持続生産速度は、せいぜい毎時約２キログラム（２ｋｇ／ｈｒ）程度である。ノズル／ニードルシステムに関連する問題としては、噴射ノズル／ニードルのオリフィスの詰まり、ノズルアレイの最適化の困難性、および各ノズルで均一な供給速度を維持することの困難性などが挙げられる。ノズルレス／ニードルレスシステムに関連する問題としては、溶液槽からの溶媒の蒸発を制御することができず、溶液の濃度および粘度が変化してしまうこと、ならびに電界紡糸要素の表面上に高分子層コーティングが形成されて、紡糸速度が大幅に低下することなどが挙げられる。

本開示の様々な態様は、上記その他の欠点に対処するものである。

本開示の態様は、液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う装置であって、
ａ．
１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイス、
導電性接地板を含む電界紡糸ゾーン、および
ワイヤ洗浄アセンブリ
を備える、電界紡糸エンクロージャと、
ｂ．電界紡糸エンクロージャの外部に位置するワイヤ駆動システムと、
ｃ．互いに平行であり、ワイヤ駆動システムと係合し、電界紡糸エンクロージャおよびその内部に位置する１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスを通って延びる、複数の連続電極ワイヤでと、
ｄ．電界紡糸エンクロージャの外部に位置する基板搬送システムと、
ｅ．１つまたは複数の高電圧電源ユニットとを備える、装置に関する。
１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスは、複数の連続電極ワイヤの表面上に液体高分子の層をコーティングする。１つまたは複数の高電圧電源ユニットは、複数の連続電極ワイヤに高電圧を印加し、複数の連続電極ワイヤと電界紡糸ゾーン内の導電性接地板との間に電界を生成して、複数の連続電極ワイヤの表面をコーティングしている液体高分子からナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を形成する。ワイヤ洗浄アセンブリは、複数の連続電極ワイヤから残留液体高分子を洗浄するための溶媒を備える。基板搬送システムは、基板を駆動して電界紡糸エンクロージャに通し、基板上のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を高分子繊維ウェブとして収集する。

本開示の態様は、さらに、液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う方法であって、
電界紡糸エンクロージャの外部に位置するワイヤ駆動システムによって複数の連続電極ワイヤを駆動して、電界紡糸エンクロージャに通すステップであり、電界紡糸エンクロージャが、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスおよび電界紡糸ゾーンを備える、ステップと、
電界紡糸エンクロージャの外部に位置する基板搬送システムによって基板を駆動して、複数の連続電極ワイヤと実質的に平行に、電界紡糸エンクロージャおよび電界紡糸ゾーンに通すステップと、
少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスにおいて、複数の連続電極ワイヤの表面上に液体高分子の層をコーティングするステップと、
電界紡糸ゾーンにおいて、複数の連続電極ワイヤの表面をコーティングしている液体高分子からナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を形成するステップと、
ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を基板上に高分子繊維ウェブとして収集するステップと、
電界紡糸エンクロージャ内に位置するワイヤ洗浄アセンブリを使用して、複数の連続電極ワイヤの表面から残留高分子を除去するステップとを含むことを特徴とする、方法に関する。

図面は、必ずしも同じ縮尺で描かれているとは限らず、異なる図面でも、同じ番号は、同じ構成要素を指していることがある。同じ番号でも添え字が異なるものは、同じ構成要素の異なる例を表していることがある。これらの図面は、限定ではなく例示を目的として、本明細書に記載する様々な態様を概略的に示すものである。

本開示の態様による簡略化した電界紡糸装置を示す側面図である。 本開示の態様による、液体高分子の層を複数の連続電極線に塗布する液体高分子コーティングデバイスを示す側面図である。 図２の線Ａ−Ａに沿ってとった詳細断面図である。 図２の線Ｂ−Ｂに沿ってとった詳細断面図である。 本開示による例示的な電極ワイヤ洗浄アセンブリを示す側面図である。 電界紡糸エンクロージャ、ワイヤ駆動システム、およびワイヤ緊張システムを含む、複数の連続電極線の進行経路を示す簡略側面図である。 図５の線Ａ−Ａに沿ってとった詳細断面図である。 図６の線Ｂ−Ｂに沿ってとった詳細断面図である。 本開示の態様による電界紡糸装置の補助システムを示す概略図である。 本開示の態様による電界紡糸装置を示す詳細概略図である。 図９の部分Ａを示す、電界紡糸装置の部分概略図である。 図９の部分Ｂを示す、電界紡糸装置の部分概略図である。 図９の部分Ｃを示す、電界紡糸装置の部分概略図である。 本開示の態様による、液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う方法を示すブロック図である。 本開示の態様による、電界紡糸装置に複数の連続電極ワイヤを通す方法を示すブロック図である。 本開示の態様による、電界紡糸エンクロージャからナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブを収集する方法を示すブロック図である。 基板上にナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブの連続的ニードルレス電界紡糸を行う電界紡糸装置を動作させる方法を示すブロック図である。

本開示は、以下の本開示の詳細な説明、およびその中に含まれる実施形態を参照すれば、より容易に理解することができる。様々な態様で、本開示は、高分子繊維ウェブを基板上に電界紡糸し、それをローラ上に収集する装置および方法に関する。本明細書に記載する装置および方法により、ナノスケールまたはサブミクロンスケールの繊維を、現在利用可能な既知の電界紡糸方法による場合と比較して、大幅に高いスループットおよび生産強度で、また大幅に少ない設備投資および生産コストで、生産することが可能になる。

本発明の化合物、組成物、物品、システム、デバイス、および／または方法を開示および説明する前に、特に指定がない限り、それらは特定の高分子材料、高分子材料の特定の状態（すなわち溶融状態であるか溶液であるか）、高分子溶液を準備するために使用される溶媒の特定の種類、特定の動作条件（例えば溶液中の高分子の重量％、高分子溶液中の添加物、温度、電圧、電界の距離など）、あるいは特定の装置寸法および構成材料（例えば電極線の組成、連続電極線の数、電極線の長さ、平行な電極線間の距離、１つの電極線パス内の高分子コーティングデバイスの数、２つの液体高分子コーティングデバイス間の距離など）に限定されることはなく、したがって、これらのパラメータは様々であってよいことを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の態様を説明することのみを目的としたものであり、限定のためのものではないことも理解されたい。

例えば同じ独立請求項に従属する複数の従属請求項の要素の組合せなど、本開示の様々な要素の様々な組合せは、本開示に含まれる。

さらに、特に明示されていない限り、本明細書に記載されている任意の方法は、そのステップが特定の順序で実行される必要はないものと解釈されるものとして意図されていることも理解されたい。したがって、方法クレームが、そのステップが辿るべき順序を実際には記載していない場合、あるいはその他のかたちで、それらのステップが特定の順序に限定されると請求項または明細書に特に記載されていない場合には、あらゆる点で順序は推測されないものとする。これは、ステップの配列または動作の流れに関する論理の問題、文法構成または句読法から導出される明白な意味、本明細書に記載する態様の数または種類など、明示しないあらゆる可能な解釈の基礎に当てはまる。

本明細書で言及する全ての文献は、それらの文献が引用される際に関連付けられる方法および／または材料を開示および説明するために、参照により本明細書に組み込まれる。

電界紡糸装置
図１から図１２を参照すると、本開示の複数の態様は、高分子繊維ウェブ１１０を基板１２０上に電界紡糸する装置１００に関する。装置１００の簡略な概略図を、図１に示す。この装置の具体的な構成要素は、電界紡糸エンクロージャ３００、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００、ワイヤ駆動システム６００、ワイヤ緊張システム７００、導電性接地板８００、および複数の連続電極ワイヤ１０００に高電圧を印加する少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０を含む。基板１２０は、基板供給ローラ２００から巻き出され、電界紡糸エンクロージャに通される。複数の連続電極ワイヤ１０００は、ワイヤ駆動システム６００およびワイヤ緊張システム７００によって、移動している基板１２０の面とほぼ平行に、電界紡糸エンクロージャに通される。複数の連続電極ワイヤ１０００および基板１２０の移動方向は、並流であっても向流であってもよい。複数の連続電極ワイヤ１０００は、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００のそれぞれにおいて液体高分子の層でコーティングされ、少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０によって複数の連続電極ワイヤ１０００に印加される高電圧と、導電性接地板８００との間の電圧差によって、多数のテイラーコーンジェット８４０が複数の連続電極ワイヤ１０００の表面から噴出し、基板１２０に接触し、基板１２０上に高分子繊維ウェブ１１０を形成する。高分子繊維ウェブ１１０および基板１２０は、電界紡糸エンクロージャ３００を出、例えばそれらをコンビネーションローラ２１０（図１に示すものなど）に巻き付けることによって、または他の態様では、本明細書に記載するように高分子繊維ウェブ１１０を基板１２０から分離させ、それらを別個の繊維ウェブローラに巻き付けることによって、収集される。ワイヤ洗浄アセンブリ５００は、過剰な液体高分子および凝固した高分子を、複数の連続電極ワイヤ１０００の表面から除去する装置１００の構成要素および動作については、以下でさらに詳細に説明する。

電界紡糸エンクロージャ３００は、電界紡糸プロセスをその内部に閉じ込め、発生する可能性がある有害物質が作業環境に放出されるのを最小限に抑えるための密閉筐体である。電界紡糸エンクロージャ３００は、複数の連続電極ワイヤ１０００を電界紡糸エンクロージャ３００に通すことを可能にする極力小さなサイズにした開口と、基板１２０（およびその上に形成される高分子繊維ウェブ１１０）が電界紡糸エンクロージャ３００に出入りすることを可能にする細い開口とを除けば、実質的に密閉され、大気圧未満の圧力で動作する。電界紡糸プロセスで生成される蒸気は、電界紡糸エンクロージャ３００の内部に閉じ込められ、その後、本明細書でさらに詳細に説明するように蒸気収集および溶媒回収システム１６００に収集される。いくつかの態様では、電界紡糸エンクロージャ３００を大気圧に対して陰圧で動作させて、電界紡糸エンクロージャ３００の近傍の大気／空気が電界紡糸エンクロージャ３００に引き込まれ、蒸気収集および溶媒回収システム１６００によって収集され、それにより、電界紡糸エンクロージャ３００内の有害である可能性がある蒸気が大気中に逃げることを防止するようにする。複数の連続電極ワイヤ１０００は、使用する電極ワイヤの直径よりわずかに大きな直径を有する開口を通して電界紡糸エンクロージャ３００内に送り込まれ、その後そこから送り出され、本明細書でさらに述べるように、電界紡糸高分子繊維ウェブ１１０の繊維の高分子源となる液体高分子の層でコーティングされる。

電界紡糸エンクロージャ３００は、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００を含む。この少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００は、複数の連続電極ワイヤ１０００をコーティングするための液体高分子源となる。例示的な態様では、この少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００は、液体高分子コーティングマニホルド４１０と、液体高分子オーバフロー槽４２０とを含む。

液体高分子コーティングマニホルド４１０は、複数のワイヤ入口開口４３０と、ワイヤ入口開口４３０の数に対応した複数のワイヤ出口開口４４０とを含む。ワイヤ入口開口４３０およびワイヤ出口開口は、いくつかの態様では、液体高分子コーティングマニホルド４１０の外面から遠位方向にある長さ「Ｌ」だけ延びる部分を有する。あるいは、長さＬがゼロである場合もあり、その場合には、開口の厚さは、液体高分子コーティングマニホルドの厚さに対応する。開口の直径および長さは、制御すべき液体高分子のオーバフローの高さによって様々である可能性がある。液体高分子は、液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００によって、液体高分子供給口４５０を通して液体高分子コーティングマニホルド４１０に供給される。液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００については、以下でさらに詳細に説明する。本明細書でさらに十分に説明する動作のいくつかの態様では、複数の連続電極ワイヤ１０００はそれぞれ、ワイヤ入口開口４３０を通して、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００に連続ループで送り込まれ、さらに液体高分子コーティングマニホルド４１０に送り込まれ、ここで、液体高分子の層でコーティングされる。コーティング済みの各連続電極ワイヤ１０００は、その後、ワイヤ入口開口４３０に対応する（ワイヤ入口開口４３０と位置合わせされている）ワイヤ出口開口４４０を通って液体高分子コーティングマニホルド４１０を出て、液体高分子コーティングデバイス４００を出る。

液体高分子オーバフロー槽４２０は、液体高分子コーティングマニホルド４１０からの液体高分子のオーバフローを受け、液体高分子コーティングマニホルド４１０を出る複数の連続電極ワイヤ１０００から滴下する液体高分子があれば、それも受ける。液体高分子オーバフロー槽４２０が一杯になるにつれて、液体高分子再循環口４５５は、この槽に収集された液体高分子を、液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００に再循環させる。いくつかの態様では、液体高分子再循環口４５５は、重力流によって液体高分子を液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００に再循環させる。

本明細書に記載する液体高分子は、電界紡糸の適用分野で使用するのに適している任意の高分子とすることができ、純粋な溶融した液体状態、あるいは高分子を純粋溶媒または溶媒混合物に溶解させることによって作成した溶液の状態の、天然高分子および合成高分子を含む。さらに、液体高分子は、１種類の高分子であることも、あるいは複数種類の高分子を混合したものを含むこともある。本開示の態様で使用するのに適した例示的な天然高分子は、これらに限定されるわけではないが、タンパク質、セルロース、リグニン、コラーゲン、ＤＮＡ、およびゴムを含む。本開示の態様で使用するのに適した例示的な合成高分子は、これらに限定されるわけではないが、ポリアミド、ポリウレタン、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ乳酸、ポリエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリアニリン、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルイミド、ポリアラミド、および合成ゴムを含む。いくつかの態様では、１種類または複数の異なる種類の高分子源を、異なる複数の繊維層を有する１つの高分子繊維ウェブ１１０に形成することもできる。例えば、複数の液体高分子コーティングデバイス４００を含むシステムでは、各液体高分子コーティングデバイス４００に異なる液体高分子源を供給して、高分子繊維ウェブ１１０が、基板１２０上で複数の層を有する複数種類の高分子を含むようにすることもできる。

ワイヤ駆動システム６００は、複数の連続電極ワイヤ１０００を電界紡糸エンクロージャ３００に通して移動させる。特定の態様では、ワイヤ駆動システムは、マスタワイヤ駆動ドラム６１０と、複数の連続電極ワイヤ１０００を引っ張るスレーブワイヤ駆動ドラム６２０とを含む。マスタワイヤ駆動ドラム６１０の駆動力は、可変周波数駆動装置などの電源ユニットから直接得られるものであり、スレーブワイヤ駆動ドラム６２０の駆動力は、マスタワイヤ駆動ドラム６１０から得る。マスタ／スレーブワイヤ駆動ドラム構成の１つの具体的な利点は、ワイヤとドラムの間で空転または滑りを生じることなく各連続電極ワイヤに加えることができる牽引力の大きさが大幅に高まることである。

マスタワイヤ駆動ドラム６１０は、マスタギヤプレート６３０を含み、スレーブワイヤ駆動ドラム６２０は、マスタワイヤ駆動ドラム６１０が回転するとスレーブワイヤ駆動ドラム６２０が反対方向に回転するようにマスタギヤプレート６３０に結合されたスレーブギヤプレート６４０を含む。マスタワイヤ駆動ドラム６１０は、マスタワイヤ駆動ドラム６１０を回転させるモータ駆動シャフト６５０に結合されている。いくつかの態様では、可変速モータが、マスタワイヤ駆動ドラム６１０を駆動する。いくつかの態様では、マスタワイヤ駆動ドラム６１０の速度を変化させて、複数の連続電極ワイヤ１０００を毎分約１メートル（１ｍ／分）から約２００ｍ／分の速度で駆動することができる。特定の態様では、一定速度モータでマスタワイヤ駆動ドラム６１０を駆動することもできる。

スレーブワイヤ駆動ドラム６２０は、スレーブワイヤ駆動ドラム６２０がマスタワイヤ駆動ドラム６１０の回転に応答して自由に回転できるようにする自由回転シャフト６６０に結合されている。別の態様では、スレーブワイヤ駆動ドラム６２０は、本明細書で記載するようにギヤプレート（６３０、６４０）を結合することによってではなく、チェーンによって、マスタワイヤ駆動ドラム６１０によって駆動することもできる。

図６に示すように、マスタワイヤ駆動ドラムおよびスレーブワイヤ駆動ドラムはそれぞれ、複数の連続電極ワイヤ１０００を分離させる複数のワイヤガイド６７０を含む。複数のワイヤガイドはそれぞれ、複数の電極ワイヤ１０００のうちの１本を案内するチャネルまたは溝を含む。図５に（１本のワイヤについて）示すように、連続電極ワイヤ１０００は、マスタワイヤ駆動ドラム６１０およびスレーブワイヤ駆動ドラム６２０によって引っ張られる。連続電極ワイヤ１０００は、これらのワイヤドラムのそれぞれのワイヤガイド６７０によって案内することができる。スレーブワイヤ駆動ドラム６２０から、連続電極ワイヤは、ワイヤ緊張システム７００に通すことができる。

ワイヤ緊張システム７００は、複数の連続電極ワイヤ１０００に必要な張力を提供する。特定の態様では、ワイヤ緊張システムは、複数の連続電極ワイヤ１０００のそれぞれに独立して張力をかける。これは、各連続電極ワイヤ１０００を、連続電極ワイヤに独立した張力を加える独立したワイヤテンショナ７１０によって案内させることによって実施することができる。図５は、１本のワイヤの場合の例を示しており、１つのワイヤテンショナ７１０を示しているが、いくつかの態様では、各連続電極ワイヤ１０００がそれ自体のワイヤテンショナ７１０を有することは分かるであろう。したがって、２５０本のワイヤを含む装置は、２５０個の独立したテンショナを含むことになる。特定の態様では、設置スペースの制限に関連する問題に対処するために、個々のテンショナを、異なる位置に設置される複数のグループに分離することもできる。例えば、これらの連続電極ワイヤを互いにわずかな距離（例えば５ミリメートル（ｍｍ）、１０ｍｍ、１５ｍｍ、または２０ｍｍ）だけ離間させることが望ましい場合には、上記の例の２５０個の個々のテンショナを一列に設置することが困難であることもある。したがって、１つの態様では、連続電極ワイヤを５つのグループに分けて、グループ１が、ワイヤ１、６、１１、１６、…、および２４６のためのテンショナを含み、グループ２が、ワイヤ２、７、１２、１７、…、および２４７のためのテンショナを含み、グループ３が、ワイヤ３、８、１３、１８、…、および２４８のためのテンショナを含み、グループ４が、ワイヤ４、９、１４、１９、…、および２４９のためのテンショナを含み、グループ５が、ワイヤ５、１０、１５、２０、…、および２５０のためのテンショナを含むようにすることもできる。このようにすれば、各ワイヤごとの利用可能なテンショナ間の距離は、２５ｍｍに増大する。

複数の連続電極ワイヤ１０００は、これらに限定されるわけではないが、編み線、撚り線、ピアノ線、および伸線など、任意の適当なワイヤの種類にすることができる。より多くの液体高分子でワイヤの表面をコーティングすることができるように、またより多くの液体高分子を電界紡糸に利用することができるように、比較的大きな表面積を提供するワイヤを選択することが望ましいこともあるが、表面積の大きなワイヤは、残留する未反応高分子を保持する表面積も大きくなり、それにより汚染／洗浄の懸念が生じる可能性もある。

本明細書に記載する装置１００、ならびにこれらに限定されるわけではないが、ワイヤ駆動システム６００と、個々のワイヤテンショナ７１０を備えるワイヤ緊張システム７００と、複数のワイヤ入口開口４３０およびそれに対応するワイヤ出口開口４４０を有する複数の液体高分子コーティングマニホルド４１０を含む少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００を備える電界紡糸エンクロージャ３００とを含む関連する構成要素は、数十本、または数百本もの連続電極ワイヤ１０００を電界紡糸エンクロージャ３００に通すことを可能にし、そこで連続電極ワイヤ１０００を液体高分子でコーティングし、電界紡糸プロセスに使用することができる。さらに、これらの複数（数十本／数百本）の連続電極ワイヤ１０００は、無限ループで連続的に電界紡糸エンクロージャ３００を通って循環するので、高分子繊維ウェブ１１０を形成する電界紡糸プロセスを、現在既知の電界紡糸プロセスよりはるかに大きな（数桁大きな）容量で実施することができる。

この装置は、電界紡糸プロセスに必要な電界強度を提供する少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０を含む。少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０はそれぞれ、負電圧源および正電圧源を有する。一般に、負電圧源は、電界紡糸エンクロージャ３００内で基板１２０の第１の側８１０に近接して位置する導電性接地板８００に配線および接続され、正電圧源は、図１および図１０に示すように基板１２０の第２の側８３０に近接して位置する複数の連続電極ワイヤ１０００と接触している少なくとも１つの導電性自由回転軸８５０に配線および接続される。いくつかの態様では、この少なくとも１つの導電性自由回転軸８５０は、その表面上に均等に分布した複数の溝（例えばＶ字溝）を含む。これらの溝はそれぞれ、連続電極ワイヤ１０００のうちの１本を受ける。溝と電極ワイヤの間の良好な接触は、少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０からの正電圧が各電極ワイヤ１０００に送られるように、対応するワイヤテンショナ７１０を調節することによって維持される。動作中、電極ワイヤ１０００が移動するにつれて、導電性自由回転軸８５０は自由に回転する。いくつかの態様では、少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０の正電圧源および負電圧源を、導電性接地板８００と連続電極ワイヤ１０００との間で切り替えることができる。そのような態様では、負電圧電界紡糸プロセスが企図される。

図１では電界紡糸エンクロージャ３００の外部に示す少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０は、導電性接地板８００と複数の連続電極ワイヤ１０００の間に電圧差を生じる。動作中、電界紡糸エンクロージャ３００の電界紡糸ゾーンＺ内の導電性接地板８００を横切る液体高分子コーティング済みの連続電極ワイヤ１０００に印加される正電圧が電界を生じ、この電界により、連続電極ワイヤ１０００上の液体高分子が帯電し、帯電した液状のテイラーコーンジェット８４０が、連続電極ワイヤ１０００の表面から導電性接地板８００の負電圧源に向かって噴出する。液状のテイラーコーンジェット８４０は、空中で細長くなって部分的に乾燥し、ナノメートルスケールまたはサブミクロンスケールの直径を有する高分子繊維を形成する。これらの繊維は、複数の連続電極ワイヤ１０００とほぼ平行に、それらと同じまたは反対方向に電界紡糸エンクロージャ３００内を移動している基板１２０に接触して、その上に収集される。このプロセスは、電界紡糸ゾーンＺと呼ぶこともある導電性電極版８００の全長にわたって繰り返される間に、高分子繊維ウェブ１１０が基板１２０上に形成される。本明細書では、高分子繊維はナノメートルスケールの直径またはサブミクロンスケールの直径を有するものとして記載しており、これらの繊維は、一般にはナノ繊維またはサブミクロン繊維と呼ばれるが、本明細書に記載する装置および方法によって製造される繊維は、ナノ繊維のサイズまたはサブミクロンのサイズでなくてもよいこと、および他のサイズの繊維を形成するようにプロセス条件を変更することができることは理解されるであろう。

図１では、少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０は、電界紡糸エンクロージャ３００の外部に示してあるが、必ずしもそうでなくてもよい。この少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０は、望ましい場合には、電界紡糸エンクロージャ３００内に位置していてもよい。

図３を特に参照すると、特定の態様では、ワイヤ入口開口４３０およびワイヤ出口開口４４０のうちの１つまたは複数は、ワイヤ入口開口４３０／ワイヤ出口開口４４０とそれぞれの連続電極ワイヤ１０００との間に配置された毛管４６０を含む。図示のように、毛管４６０は、液体高分子コーティング液体高分子コーティングマニホルド４１０から外向きに長さＬだけ延びることがあり、その中を通る連続電極ワイヤ１０００の直径よりわずかに大きな内径を有するような大きさにして、狭い隙間４７０を生じるようにすることができる。毛管４６０の内径は、連続電極ワイヤ１０００ができるだけ小さな摩擦で液体高分子コーティングマニホルド４１０内を通ることを可能にするだけの大きさで、かつ液体高分子が液体高分子コーティングマニホルド４１０から過剰に失われることを防止するだけの小ささになるようなサイズにする。さらに、毛管の長さＬは、毛管（１つまたは複数）４６０からの液体高分子の喪失をさらに最小限に抑えるように液体高分子コーティングマニホルド内に液体背圧を提供する。毛管４６０（およびそのそれぞれのワイヤ入口開口／ワイヤ出口開口）を出る液体高分子は、本明細書に記載するように液体高分子オーバフロー槽４２０に流入する。

いくつかの態様では、液体高分子コーティングデバイス４００は、液体高分子オーバフロー口４８０をさらに含むことがある。液体高分子オーバフロー口４８０は、本明細書に記載するように、液体高分子オーバフロー槽４２０に溢れる液体高分子のさらに別の源を提供することができる。いくつかの態様では、液体高分子オーバフロー口４８０は、液体高分子コーティングデバイス４００内の液体高分子が移動し続けて比較的一定の温度を有することを保証するために一定の溢れ量を実現するように構成することができる。

特定の態様では、液体高分子コーティングデバイス４００は、少なくとも１組のワイヤ位置決めプーリ４９０のセットを含むことがある。この少なくとも１組のワイヤ位置決めプーリ４９０のセットは、図２に示すように複数のワイヤ入口開口４３０の近傍に位置することがあり、複数の連続電極ワイヤ１０００を液体高分子コーティングマニホルド４１０の複数のワイヤ入口開口４３０内に案内するように機能することができる。

この装置１００は、いくつかの態様では、ワイヤ洗浄アセンブリ５００を含むことがある。ワイヤ洗浄アセンブリ５００は、残留液体高分子またはその他の電界紡糸残留物を複数の連続電極ワイヤ１０００の表面から除去するために含めることができる。ワイヤ洗浄アセンブリ５００は、本明細書に記載する液体高分子コーティングデバイス４００と同様の機構を含むことがあるが、それらを含んでいなければならないわけではない。例示的なワイヤ洗浄アセンブリ５００を、図４Ｂに示す。この例示的なワイヤ洗浄アセンブリ５００は、連続電極ワイヤ１０００の数に対応するいくつかの溶媒マニホルドワイヤ入口開口５３０および溶媒マニホルドワイヤ出口開口５４０を含む溶媒コーティングマニホルド５１０を含む。溶媒コーティングマニホルド５１０は、溶媒マニホルドワイヤ入口開口５３０および溶媒マニホルドワイヤ出口開口５４０から溢れる溶媒を受ける溶媒オーバフロー槽５２０を含むこともある。新鮮な溶媒は、溶媒供給流１４２０に関連する溶媒コーティング口５５０を介して、ワイヤ洗浄アセンブリ５００と、含まれている場合には溶媒コーティングマニホルド５１０とに供給することができる。溶媒オーバフロー槽５２０に収集された過剰な溶媒は、溶媒再循環ストリーム１４３０に関連する溶媒再循環口５５５を介して、溶媒格納および供給システム１４００に戻すことができる。したがって、溶媒コーティングマニホルド５１０は、液体高分子コーティングマニホルド４１０と同様に動作することができるが、溶媒溶液を複数の連続電極ワイヤ１０００に供給して、残留液体高分子またはその他の電界紡糸残留物を連続電極ワイヤ１０００から除去する。溶媒は、液体高分子（例えば高分子溶液）を準備するために使用したものと同じ種類であってもよいし、その他の任意の適当な溶媒であってもよい。いくつかの態様では、溶媒再循環口５５５は、重力流によって溶媒を溶媒格納および供給システム１４００に再循環させる。

ワイヤ洗浄アセンブリ５００は、図５に示すように電界紡糸エンクロージャ３００内に位置していてもよいし、あるいは電界紡糸エンクロージャ３００の外部に位置していてもよい（図示せず）が、いずれの場合でも、ワイヤ洗浄アセンブリ５００は、通常は電界紡糸ゾーンＺの後または下流側に位置することは理解されるであろう。本明細書で使用する「上流側」およびその対語である「下流側」は、装置の動作中の複数の連続電極ワイヤ１０００の進行方向を基準とした、ある構成要素の別の構成要素に対する位置に関する。いくつかの態様では、連続電極ワイヤ１０００がワイヤ洗浄アセンブリ５００を出て、電界紡糸エンクロージャ３００を出る前に、ワイヤの表面上に保持されている溶媒があれば溶媒乾燥ステップで蒸発させ、それにより連続電極ワイヤ１０００が有害である可能性がある溶媒を環境中に持ち出すのを防止することができる。

いくつかの態様では、装置１００は、導電性抵抗測定システム５６０をさらに含む。この抵抗測定システムは、複数の連続電極ワイヤ１０００のうちの１本または複数本の抵抗を上流側接点５８０（すなわち液体高分子コーティング前）および下流側接点５９０（すなわち電界紡糸ゾーンＺおよび／またはワイヤ洗浄アセンブリ５００の後）の両方で測定するように構成された、オーム計５７０などのデバイスを含む。測定した抵抗は、電界紡糸エンクロージャ３００を出る複数の連続電極ワイヤ１０００のうちの１本または複数本が、それらの対応する表面上に固体高分子を含む可能性があり、ワイヤスクラバ１９００またはその他の洗浄システムを用いる方法などのさらに強い洗浄方法による追加の洗浄を必要としている可能性があることを示すことがある。特定の態様では、抵抗測定システムは、特定の時間間隔で（例えば５ミリ秒（ｍｓ）ごとに）上流側接点５８０および下流側接点５９０で複数の連続電極ワイヤ１０００のそれぞれを測定するように構成される。

図８を参照すると、上記で説明したように、この装置は、液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００を含むことがある。液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００は、液体高分子コーティングデバイス４００のそれぞれに設けられた液体高分子コーティングマニホルド４１０の液体高分子供給口４５０を介して、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００のそれぞれに液体高分子を供給する。さらに、液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００は、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００のそれぞれから受ける液体高分子オーバフローを、液体高分子コーティングデバイス４００内に設けられた液体高分子再循環口４５５を介して受ける。液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００は、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００のそれぞれからリサイクルされた液体高分子を受け、その液体高分子コーティングデバイス４００に液体高分子を供給するリサイクルおよび供給タンク１２１０と、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００のそれぞれに（例えば液体高分子分配マニホルド（図示せず）を介して）液体高分子を送る液体高分子循環および供給ポンプ１２２０と、所望の液体高分子温度を維持するように動作する液体高分子熱交換器１２３０とを含む。なお、図８の概略図は、様々なポンプ（「Ｍ」）、流量計（「Ｆ」）、弁（「Ｖ」）、組成分析器／送信器（「ＣＡ」）、および熱交換器／冷却器（「ＨＣ」）を示しているが、それらの適切な選択および動作は当業者には既知であり、本明細書では特に説明しない。

液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００は、液体高分子充填流１３０５を介して液体高分子準備システム１３００から液体高分子を受ける。液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００は、電界紡糸プロセスに使用される液体高分子を所要の濃度および温度で提供するように動作する。液体高分子準備システム１３００は、いくつかの態様で攪拌機を含む液体高分子準備タンク１３１０と、高分子格納および充填ユニット１３２０とを含む。いくつかの態様では、液体高分子準備システム１３００は、バッチプロセスで動作し、溶媒格納および供給システム１４００からの所定量の溶媒を溶媒充填流１３５０を介して液体高分子準備タンク１３１０内に受けるステップ（ａ）と、高分子格納および充填ユニット１３２０からの所定量の高分子を液体高分子準備タンク１３１０内に受けるステップ（ｂ）と、これらの溶媒と高分子とを液体高分子準備タンク内で混合し、固体の高分子が完全に溶媒に溶解するまで所定の温度に加熱するステップ（ｃ）と、準備した高分子溶液バッチをリサイクルおよび供給タンク１２１０に移送するステップ（ｄ）と、を含む。いくつかの態様では、液体高分子準備タンクは、液体高分子の準備を容易にする撹拌および加熱機構を含むこともある。図８に示すように、液体高分子準備システムは、特定の態様では、液体高分子準備タンク１３１０内の液体高分子を高分子準備熱交換器１３４０を通して循環させ、バッチの完了時に、液体高分子充填流１３０５を介して液体高分子を液体高分子準備タンク１３１０からリサイクルおよび供給タンク１２１０に移送する、液体高分子準備移送ポンプ１３３０を含むこともある。

特定の態様では、装置１００は、溶媒格納および供給システム１４００を含むこともある。溶媒格納および供給システム１４００は、溶媒を格納し、液体高分子準備システム１３００およびワイヤ洗浄アセンブリ５００に溶媒を供給するように動作する。いくつかの態様では、溶媒格納および供給システムの１次溶媒源は、以下でさらに詳細に説明するように、蒸気収集および溶媒回収システム１６００に回収される溶媒である。このような態様では、新鮮なメイクアップ溶媒を別の源（図示せず）から追加して、ワイヤ洗浄アセンブリ５００の動作およびその他の溶媒の取扱中に失われた溶媒があればそれを補償することができる。溶媒格納および供給システム１４００は、溶媒格納タンク１４１０を含む。溶媒格納タンク１４１０は、溶媒供給流１４２０を介してワイヤ洗浄アセンブリ５００に溶媒を供給し、溶媒再循環流１４３０を介してワイヤ洗浄アセンブリ５００から溢れる溶媒を受ける。さらに、液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００内の液体高分子の濃度を希釈する必要がある場合には、液体高分子希釈流１４４０を介して液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００に溶媒を供給することもできる。溶媒供給ポンプ１４５０は、ワイヤ洗浄アセンブリ５００、液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００、および液体高分子準備システム１３００に溶媒を送る。

さらに別の態様では、装置１００は、蒸気収集および溶媒回収システム１６００を含み、蒸気収集および溶媒回収システム１６００は、いくつかの態様では、その動作および機能について以下でさらに詳細に述べる、いくつかのサブシステムを含む。

いくつかの態様では、蒸気収集および溶媒回収システム１６００は、電界紡糸エンクロージャ３００の近傍の大気／空気が電界紡糸エンクロージャ３００内に引き込まれ、それにより電界紡糸エンクロージャ３００内の有害である可能性がある蒸気が環境中に逃げるのを防止するように、所要レベルの真空を電界紡糸エンクロージャ３００に形成する。特定の態様では、図８に示すように、蒸気収集および溶媒回収システムは、蒸気およびガスを電界紡糸エンクロージャ３００から蒸気収集および溶媒回収システム１６００に引き込む５つのブロワ（ブロワ＃１ １５０５、ブロワ＃２ １５１０、ブロワ＃３ １５１５、ブロワ＃４ １５２０、およびブロワ＃５ １５２５）を含む。ブロワ＃１ １５０５は、複数の連続電極ワイヤ１０００が電界紡糸エンクロージャ３００（排出制御ボックス１８００Ａ）に出入りする開口、基板１２０が電界紡糸エンクロージャ３００（排出制御ボックス１８００Ｂ）に進入する開口、および基板１２０が電界紡糸エンクロージャ３００（排出制御ボックス１８００Ｃ）から出る開口を含む、様々な入口点（周囲空気入口点＃１ １６１０Ａ、＃２ １６１０Ｂ、および＃３ １６１０Ｃ）において周囲空気を電界紡糸エンクロージャ３００に引き込む。周囲空気と、多少の高分子および溶媒とは、（排出制御ボックスの排出流１６０５Ａ、１６０５Ｂ、および１６０５Ｃを介して）ブロワ＃１ １５０５内に引き込まれ、収集され、最終的に有害な残留蒸気を除去するために焼却炉１６２０に排気される。排出制御ボックスの排出流は、いくつかの態様では、既知の機械的な付着方法によって排出制御ボックスに付着または結合することがある。いくつかの態様では、ブロワ＃１ １５０５は、排出制御ボックス１８００Ａ、１８００Ｂ、および１８００Ｃを、約−２ＷＣＧ（ＷＧＣ：ｗａｔｅｒ ｃｏｌｕｍｎ ｇａｕｇｅ）から約−１０ＷＣＧの真空で動作させる。

焼却炉１６２０の生成物は、大気中に放散することができる。特定の態様では、ブロワ＃３ １５１５が、比較的低い温度を有し、かつ溶媒蒸気を豊富に含む、溶媒蒸気流１６３０を介して、生成された溶媒蒸気とドラフトガス（使用する場合）とを収集する。一方、ブロワ＃２ １５１０は、比較的高い温度および低い蒸気濃度を有する、高温ガス排出流１６０５Ｄを介して、繊維の乾燥に利用される繊維乾燥および高温乾燥ガスから生じる蒸気を収集する。ブロワ＃２ １５１０からの蒸気／ガスは、熱交換器＃１ １５４０を通過して、ブロワ＃５ １５２５を介した溶媒凝縮器１６４０からのベントガス流と熱を交換する。熱交換器＃１の後で、ブロワ＃２ １５１０の出口からの流れ（温度が低下している）は、ブロワ＃３ １５１５の出口からの溶媒蒸気流１６３０と合流する。この結合した蒸気／ガス流は、ベンチュリミキサ１５６５および溶媒凝縮器１６４０に入る。ベンチュリミキサ１５６５は、この蒸気／ガス流と、ポンプ＃１ １５３５からの低温液体循環流とを混合して、蒸気／ガスの温度が、おおよそ溶媒凝縮器１６４０内の溶媒液体の動作温度程度までさらに低下するようにする。その結果として、蒸気／ガス流中の溶媒蒸気の大部分は、凝縮して液体になる。蒸気の凝縮によって生じる熱は、ベンチュリミキサに入る低温溶媒液体循環流によって吸収され、その後、この熱は、熱交換器＃２ １５４５によって、限定されるわけではないが冷却水および冷水などの冷媒を用いて除去される。ベンチュリミキサ１５６５の動作によって凝縮しない溶媒蒸気があれば、それは、溶媒凝縮器１６４０から出たベントガスが熱交換器＃５ １５６０を通過するときにさらに凝縮されることになる。溶媒凝縮器１６４０内の回収された液体溶媒は、凝縮溶媒流１６５０を介して、溶媒格納および供給システム１４００に戻される。いくつかの態様では、この戻り率を、溶媒凝縮器１６４０内部の液体レベルによって制御することができる。

熱交換器＃５ １５６０の後、ベントガス中の蒸気含有率は低下している。ベントガス流は、２つの別個の流れ、すなわちブロワ＃５ １５２５に流れる流れと、ブロワ＃４ １５２０に流れる別の流れとに分割することができる。ブロワ＃５ １５２５から出るベントガスは、２つの流れ、すなわち焼却炉１６２０に流れる流れと、熱交換器＃１ １５４０に流れる別の流れとにさらに分割される。焼却炉１６２０に向かうベント流の流量は、所要のガスパージ量に基づいて制御することができ、この所要のガスパージ量は、溶媒蒸気流１６３０および高温ガス供給流１６７０中の測定した酸素濃度の既定の値からの偏差に基づいて計算することができる。いくつかの態様では、この既定の値は、溶媒蒸気が点火する可能性がある酸素濃度の名目で２０から３０％である。偏差が大きくなるほど、より多くのベント流ガスが焼却炉１６２０にパージされ、またその逆も言える。ブロワ＃５ １５２５からのその他のベント流の温度は、熱交換器＃２ １５４５を通過した後、高くなる。この加熱されたベントガスは、電界紡糸エンクロージャ３００に戻され、電界紡糸プロセスのドラフトガスとして再利用される。ブロワ＃４ １５２０へのベント流は、２つの別個の流れ、すなわち熱交換器＃３ １５５０に流れる流れと、吸着床１６６０に流れる別の流れとにさらに分割される。熱交換器＃３ １５５０から出るベント流の温度は、既定の値まで高められ、この既定の値は、いくつかの態様では、電界紡糸エンクロージャ３００内の繊維ウェブを乾燥させるために使用される１次乾燥ガスの温度である。

本明細書に記載する装置１００の様々な態様は、大気圧未満の圧力で動作する電界紡糸エンクロージャが有毒かつ／または可燃性の蒸気が大気／作業環境中に逃げることを防止することから有毒または可燃性の高分子の電界紡糸を可能にするという点で、現在の電界紡糸プロセスに優る少なくとも１つのさらなる利点を提供する。本明細書に記載するように、これらの蒸気は収集され、安全に処理される。さらに詳細には、いくつかの態様では、電界紡糸エンクロージャ３００は、エンクロージャ内の酸素含有量を測定および／または監視するための１つまたは複数の酸素センサを含む。検出された酸素含有量が既定の低い値より高い場合には、ブロワ＃５ １５２５からより多くのベントガスを焼却炉１６２０に送り、電界紡糸エンクロージャ３００内の酸素含有量が既定の低い値未満に低下するまで新鮮な不活性気体（限定されるわけではないが窒素など）を電界紡糸エンクロージャ３００に充填することができる。さらに別の態様では、検出された酸素含有量が既定の高い値より高くなった場合に、安全機構として、高電圧電源ユニット８２０を自動的に停止することもできる。この安全機構は、例えば、高電圧電源ユニット８２０の接点を接地システムに切り替えること、および／または大量の新鮮な窒素を電界紡糸エンクロージャ３００に充填することを含む可能性がある。このようにして、これらの機構は、既定の低い値から既定の高い値までの範囲内で、電界紡糸エンクロージャ内の酸素濃度を調整することができる。この範囲は、いくつかの態様では、ガス／蒸気混合物が点火源によって点火する可能性がある酸素濃度の約３０％である。

図８に示すように、吸着床１６６０は、いくつかの態様では、ブロワ＃４ １５２０からの残留溶媒蒸気を、電界紡糸エンクロージャ３００内の繊維ウェブを乾燥させるために使用される２次乾燥ガスに適した所定の低レベルまで除去する炭素吸着床である。２次乾燥ガスの所要の温度は、吸着床１６６０からのガス流を熱交換器＃４ １５５５に通すことによって得ることができる。非常に低い溶媒蒸気含有量を有するこの加熱ガスを、電界紡糸エンクロージャ３００内に送り、乾燥ガス源として使用する。電界紡糸エンクロージャ３００は、その内部の圧力を監視するための１つまたは複数の圧力センサを含むこともある。述べているように、電界紡糸エンクロージャ内の動作圧力は、大気圧より低い圧力に維持され、この圧力は、熱交換器１５５５より前で所要量の新鮮なメイクアップガスをガス流に送ることによって制御される。例えば、電界紡糸エンクロージャ３００内の測定圧力が既定値未満である場合には、より多くの新鮮なメイクアップガスをこのシステムに充填し、またその逆の場合には逆のことを行う。一方、電界紡糸エンクロージャ３００内の測定圧力が（新鮮なメイクアップガス流がゼロであっても）既定値より高い場合には、ブロワ＃５ １５２５から焼却炉１６２０に流れるベントガスの量を、それに応じて増大させればよい。このようにして、電界紡糸エンクロージャ内の動作圧力を、既定の低い値から既定の高い値までの範囲で制御することができる。

図９から図１２は、図１に概略的に示す装置１００を示す詳細概略図である。装置全体を図９に示し、この全体を図示のように３つの部分に分割する。部分Ａを図１０に示し、部分Ｂを図１１に示し、部分Ｃを図１２に示す。特定の態様では、装置１００は、上述した構成要素のうちの１つまたは複数に加えて、他の機構を含むこともある。

ドラフトガスは、図８に示す高温ガス供給流１６７０を含むドラフトガス源１７１０（図１１に示す）とドラフトガス分配マニホルド１７２０とを含むドラフトガス供給システムによって、電界紡糸エンクロージャ３００内の複数の連続電極ワイヤ１０００上に吹き付けることができる。ドラフトガス分配マニホルド１７２０は、一連のベント、ノズル、またはその他の適当な開口を通して、複数の連続電極ワイヤ１０００にドラフトガスを分配することができる。ドラフトガス供給システムは、複数の連続電極ワイヤ１０００の表面から噴出する液状のテイラーコーンジェット８４０に上向きの力を加えて、液状のテイラーコーンジェット８４０で構成される高分子繊維が確実に基板１２０の表面に到達するようにするのを助ける。いくつかの態様では、ドラフトガスの温度（熱交換器＃１ １５４０による）および流量（熱交換器＃１ １５４０の上方の制御弁による）の一方または両方を、所望の性能が得られるように調節することができる。ドラフトガスは、本明細書に記載するブロワ＃３ １５１５（図８に示す）によって排気マニホルド１６８０を介して除去することができる。

基板１２０上に形成された高分子繊維ウェブ１１０は、形成されたときには完全に乾いていないこともあり、残留溶媒を含むこともある。本開示のいくつかの態様では、２つの乾燥ステップ、すなわち１次乾燥ステップおよび２次乾燥ステップを使用して、高分子繊維ウェブ１１０を乾燥させることができる。各乾燥ステップでは、高温ガスを、乾燥媒体として使用する。熱交換器＃３ １５５０を出る高温ガスを、１次乾燥ステップの乾燥媒体（１次乾燥ガス）として使用し、熱交換器＃４ １５５５を出る高温ガスを、２次乾燥ステップの乾燥媒体（２次乾燥ガス）として使用する。２次乾燥ガスは、１次乾燥ガスより低い溶媒蒸気含有量、および１次乾燥ガスより高い温度を有する。

１次乾燥ガスは、１次分配マニホルド１６９０Ａ（図１１参照）を通って１次乾燥領域に入り、２次乾燥ガスは、２次分配マニホルド１６９０Ｂ（図１０）を通って２次乾燥領域に入る。１次乾燥ガスおよび２次乾燥ガスは両方とも、図８に示すようにブロワ＃２ １５１０によって、高温ガス排気流１６０５Ｄを介して電界紡糸エンクロージャ３００から出る。１次分配マニホルド１６９０Ａおよび２次分配マニホルド１６９０Ｂは、一連のベント、ノズル、またはその他の適当な開口を通して、基板１２０／高分子繊維ウェブ１１０に高温ガスを分配することができる。いくつかの態様では、１次乾燥ガスの温度および流量は、熱交換器＃３ １５５５０およびそれに関連する制御弁によって調節および制御することができる。同様に、２次乾燥ガスの温度および流量は、熱交換器＃４ １５５５およびそれに関連する制御弁によって調節および制御することができる。

本明細書に記載するように、装置１００は、電界紡糸エンクロージャ３００を通して基板を移動させる基板搬送システム１５０を含む。いくつかの態様では、基板１２０と、その上に形成される高分子繊維ウェブ１１０とは、電界紡糸エンクロージャ３００を出て、（図１に示すように）コンビネーションローラ２１０上に巻き付けることによって収集することができる。ただし、図１０に示す他の態様では、高分子繊維ウェブ１１０を基板１２０から分離して繊維ウェブローラ２２０に巻き付け、基板は別の仕上げローラ２３０に巻き付けることもできる。さらに別の態様（図示せず）では、基板を連続的な基板とすることができ、高分子繊維ウェブを基板から取り外し、繊維ウェブローラに巻き付けるにつれて、（複数の連続電極ワイヤ１０００を連続的に操作するのとほとんど同様に）基板を連続的に装置１００内に循環させて戻すこともできる。

基板１２０は、軽量であり、かつ１次分配マニホルド１６９０Ａおよび２次分配マニホルド１６９０Ｂからの高温ガスをその内部に通して、高分子繊維ウェブ１１０を乾燥させることができるようにする、多孔性／透過性材料であることが好ましい。ただし、基板１２０は、装置１００／電界紡糸エンクロージャ３００内を裂けずに輸送されるだけの十分な強度を有していなければならない。さらに、基板１２０は、電界紡糸プロセス中に形成される高分子繊維を受ける、本明細書に記載するローラに巻き付けることができる任意の適当な材料とすることもできる。基板１２０は、基板１２０が電界紡糸エンクロージャ３００を出るときに基板１２０に張力を与える基板テンショナ１３０を含むこともある。基板リダイレクトローラ１３５を設けて、基板１２０が基板供給ローラ２００から巻き出されるときに基板１２０の進行方向を変更することもできる。

いくつかの態様では、装置１００は、複数の連続電極ワイヤ１０００が電界紡糸エンクロージャ３００に入る前、および電界紡糸エンクロージャ３００から出た後に通過する排出制御ボックス１８００Ａを含むことがある。排出制御ボックス１８００Ａは、装置１００の動作中に電界紡糸エンクロージャ３００の近傍の大気／空気が電界紡糸エンクロージャ３００に進入するのを最小限に抑えるように、複数の連続電極ワイヤ１０００に合わせて最適化された気層を含む。

さらに別の態様では、装置１００は、ワイヤスクラバ１９００を含むこともある。ワイヤスクラバ１９００は、複数の連続電極ワイヤ１０００が電界紡糸エンクロージャに入る位置（図１２参照）の近傍の位置など、何らかの適当な位置で複数の連続電極ワイヤ１０００と接触していることがあり、複数の連続電極ワイヤ１０００の表面を洗浄する追加の機構を提供することができる。特定の態様では、ワイヤスクラバは、電界紡糸エンクロージャの外部に位置する。１つの態様では、ワイヤスクラバは、研磨紙などの研磨材である。ワイヤスクラバ１９００は、複数の連続電極ワイヤ１０００と物理的に接触し、ワイヤ表面上に残留している堆積および／またはコーティング高分子があれば研磨によって除去し、それにより、電極ワイヤの効率を向上させる。他のワイヤスクラブ材料、および他の研磨材も既知であり、ワイヤスクラバ１９００で使用することができる。

図面から分かるように、装置１００は、複数の連続電極ワイヤ１０００、基板１２０、および高分子繊維ウェブ１１０のうちの１つまたは複数の移動方向を維持および／または変更するための多数のプーリＰを含むことがある。

本明細書に記載する装置１００の態様は、また、数十本または数百本もの連続電極ワイヤを使用した数百ｋｇ／ｈｒ以上の大規模工業生産を可能にすることにより、従来の電界紡糸プロセスに優る大きな利点を提供する。いくつかの態様では、この装置は、２５本を超える連続電極ワイヤ、５０本を超える連続電極ワイヤ、１００本を超える連続電極ワイヤ、１５０本を超える連続電極ワイヤ、２００本を超える連続電極ワイヤ、３００本を超える連続電極ワイヤ、４００本を超える連続電極ワイヤ、あるいは最大で５００本の、または５００本を超える連続電極ワイヤを含むこともある。さらに、複数の連続電極ワイヤは、極めて長い長さを有することもできる。本開示の特定の態様では、５メートル（ｍ）から５０ｍ以上もの長さの連続電極ワイヤを使用して、バッチシステムを用いて動作する従来のシステムでは実現不可能な連続的な高分子繊維の生産速度を実現することもできる。

液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う方法
本開示は、さらに、液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う方法にも関する。これらの方法は、本明細書に記載する装置１００の構成要素を含むが、それらの説明および動作について、ここでは繰り返さない。それらの構成要素の参照番号は、それらを方法に組み込むことについて言及するときにも使用する。図１３を参照すると、１つの態様では、方法２０００は、２１００で、電界紡糸エンクロージャの外部に位置するワイヤ駆動システムによって複数の連続電極ワイヤを駆動して、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスおよび電界紡糸ゾーンを含む電界紡糸エンクロージャに通すことを含む。ステップ２２００は、電界紡糸エンクロージャの外部に位置する基板搬送システムによって基板を駆動して、複数の連続電極ワイヤと実質的に平行に、電界紡糸エンクロージャおよび電界紡糸ゾーンに通すことを含む。ステップ２３００で、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスにおいて、液体高分子の層を複数の連続電極ワイヤの表面上にコーティングする。ステップ２４００で、電界紡糸ゾーンにおいて、複数の連続電極ワイヤの表面をコーティングしている液体高分子から、ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を形成する。ステップ２５００は、基板上のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を高分子繊維ウェブとして収集することを含む。ステップ２６００で、電界紡糸エンクロージャ内に位置するワイヤ洗浄アセンブリを用いて、複数の連続電極ワイヤの表面から残留高分子を除去する。

限定されるわけではないが、抵抗測定システム５６０を使用して複数の連続電極ワイヤのうちの１本または複数本の抵抗を測定すること、液体高分子リサイクルおよび供給システム１２００を使用して液体高分子をリサイクルして、液体高分子供給を行うこと、液体高分子準備システム１３００を使用して液体高分子を準備すること、溶媒格納および供給システム１４００を使用して溶媒を格納して供給すること、蒸気収集および溶媒回収システム１６００を使用して蒸気を収集、スクラブ、および／または洗浄すること、上述のようにドラフトガスを複数の連続電極ワイヤに吹き付け、かつ／または乾燥ガス／高温ガスを基板／高分子繊維ウェブに吹き付けること、基板搬送システム１５０を使用して、基板を電界紡糸エンクロージャに通し、基板および高分子繊維ウェブを（別個に、または一緒に）ローラに巻き付けること、排出制御ボックス１８００Ａ、１８００Ｂ、１８００Ｃを使用して電界紡糸エンクロージャに入る空気を最小限に抑えること、ならびにワイヤスクラバ１９００によって複数の連続電極ワイヤをスクラブすることなど、他の態様が、本明細書に記載する方法２０００に含まれることもあるが、含まれなければならないというわけではない。

複数の連続電極ワイヤを駆動して電界紡糸装置に通す方法
本開示は、さらに、複数の連続電極ワイヤを駆動して電界紡糸装置に通す方法にも関する。これらの方法は、本明細書に記載する装置１００の構成要素を含むが、それらの説明および動作について、ここでは繰り返さない。それらの構成要素の参照番号は、それらを方法に組み込むことについて言及するときにも使用する。電界紡糸装置１００は、電界紡糸エンクロージャ３００を含み、電界紡糸エンクロージャ３００内で、複数の連続電極ワイヤ１０００上にコーティングされた液体高分子層から、ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブ１１０が基板１２０上に形成される。図１４を参照すると、いくつかの態様では、方法３０００は、３１００で、複数の連続電極ワイヤをマスタワイヤ駆動ドラムおよびスレーブワイヤ駆動ドラム上に配置することを含む。マスタワイヤ駆動ドラムおよびスレーブワイヤ駆動ドラムは、それぞれ複数のワイヤガイドを含み、各ワイヤガイドは、複数の連続電極ワイヤのうちの１本を受けるチャネルまたは溝を含む。ステップ３２００で、マスタワイヤ駆動ドラムを回転させて、複数の連続電極ワイヤを駆動して電界紡糸エンクロージャに通す。マスタワイヤ駆動ドラムおよびスレーブワイヤ駆動ドラムは、電界紡糸装置の外部にある。

限定されるわけではないが、本明細書に記載するこれらのシステムおよび構成要素を動作させる方法など、その他の態様が、方法３０００に含まれることもあるが、含まれなければならないというわけではない。

電界紡糸エンクロージャからナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブを収集する方法
本開示は、さらに、電界紡糸エンクロージャからナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブを収集する方法にも関する。これらの方法は、本明細書に記載する装置１００の構成要素を含むが、それらの説明および動作について、ここでは繰り返さない。それらの構成要素の参照番号は、それらを方法に組み込むことについて言及するときにも使用する。電界紡糸装置１００は、電界紡糸エンクロージャ３００および電界紡糸ゾーンＺを含み、それらの内部で、複数の連続電極ワイヤ１０００上にコーティングされた液体高分子層から、ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブ１１０が基板１２０上に形成される。図１５を参照すると、いくつかの態様では、方法４０００は、４１００で、基板供給ローラから基板を巻き出すことを含む。ステップ４２００で、基板テンショナで基板に張力をかける。４３００で、基板を駆動して、液体高分子の層でコーティングされた複数の連続電極ワイヤと実質的に平行に、電界紡糸エンクロージャおよび電界紡糸ゾーンに通す。ステップ４４００で、電界紡糸ゾーンで、複数の連続電極ワイヤをコーティングする液体高分子層からナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を電界紡糸する。ステップ４５００で、ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を、高分子繊維ウェブとして基板上に収集する。ステップ４６００で、高分子繊維ウェブおよび基板を駆動して、電界紡糸エンクロージャから出す。

限定されるわけではないが、本明細書に記載するこれらのシステムおよび構成要素を動作させる方法など、その他の態様が、方法４０００に含まれることもあるが、含まれなければならないというわけではない。

ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブの基板への連続的ニードルレス電界紡糸を行う電界紡糸装置を動作させる方法
本開示は、さらに、ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブの基板への連続的ニードルレス電界紡糸を行う電界紡糸装置を動作させる方法にも関する。これらの方法は、本明細書に記載する装置１００の構成要素を含むが、それらの説明および動作について、ここでは繰り返さない。それらの構成要素の参照番号は、それらを方法に組み込むことについて言及するときにも使用する。電界紡糸装置１００は、少なくとも１つの液体高分子コーティング液体高分子コーティングデバイス４００および電界紡糸ゾーンＺを含む電界紡糸エンクロージャ３００と、電界紡糸エンクロージャ３００の外部に位置するワイヤ駆動システム６００とを含む。ワイヤ駆動システム６００は、複数の連続電極ワイヤ１０００を駆動して、電界紡糸エンクロージャ３００と、その内部に位置する少なくとも１つの液体高分子コーティング液体高分子コーティングデバイス４００および電界紡糸ゾーンＺとに通す。図１６を参照すると、いくつかの態様では、方法５０００は、５１００で、電界紡糸エンクロージャの外部に位置する液体高分子リサイクルおよび供給システムによって、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスに液体高分子を供給することを含む。ステップ５２００で、電界紡糸エンクロージャで生じる蒸気を、電界紡糸エンクロージャの外部に位置する蒸気収集および溶媒回収システムに収集して処理する。蒸気収集および溶媒回収システムは、電界紡糸エンクロージャ内で大気圧より低い圧力を維持する。

限定されるわけではないが、本明細書に記載するこれらのシステムおよび構成要素を動作させる方法など、その他の態様が、方法５０００に含まれることもあるが、含まれなければならないというわけではない。

例えば同じ独立請求項に従属する従属請求項の要素の組合せなど、本開示の要素の様々な組合せは、本開示に含まれる。

本開示の実施形態
様々な態様で、本開示は、少なくとも以下の実施形態に関するものであり、これらの実施形態を含む。

実施形態１：液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う装置であって、
ａ．
１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイス、
導電性接地板を含む電界紡糸ゾーン、および
ワイヤ洗浄アセンブリ
を備える、電界紡糸エンクロージャと、
ｂ．電界紡糸エンクロージャの外部に位置するワイヤ駆動システムと、
ｃ．互いに平行であり、ワイヤ駆動システムと係合し、電界紡糸エンクロージャおよびその内部に位置する１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスを通って延びる、複数の連続電極ワイヤでと、
ｄ．電界紡糸エンクロージャの外部に位置する基板搬送システムと、
ｅ．１つまたは複数の高電圧電源ユニットとを備え、
１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスが、複数の連続電極ワイヤの表面上に液体高分子の層をコーティングし、
１つまたは複数の高電圧電源ユニットが、複数の連続電極ワイヤに高電圧を印加し、複数の連続電極ワイヤと電界紡糸ゾーン内の導電性接地板との間に電界を生成して、複数の連続電極ワイヤの表面をコーティングしている液体高分子からナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を形成し、
ワイヤ洗浄アセンブリが、複数の連続電極ワイヤから残留液体高分子を洗浄するための溶媒を備え、
基板搬送システムが、基板を駆動して電界紡糸エンクロージャに通し、基板上のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を高分子繊維ウェブとして収集することを特徴とする、装置。

実施形態２：少なくとも１つの液体高分子コーティングマニホルドをさらに備え、少なくとも１つの液体高分子コーティングマニホルドが、液体高分子を１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスに供給することを特徴とする、実施形態１に記載の装置。

実施形態３：液体高分子リサイクルおよび供給システムをさらに備え、液体高分子リサイクルおよび供給システムが、１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスから溢れた液体高分子を受け、１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスに新鮮な液体高分子を提供することを特徴とする、実施形態１または２に記載の装置。

実施形態４：少なくとも１つの液体高分子オーバフロー槽をさらに備え、少なくとも１つの液体高分子オーバフロー槽が、１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスから溢れた液体高分子を受け、溢れた液体高分子を液体高分子リサイクルおよび供給システムに戻すことを特徴とする、実施形態３に記載の装置。

実施形態５：ドラフトガス源およびドラフトガス分配マニホルドを備えるドラフトガス供給システムをさらに備え、ドラフトガス分配マニホルドが、ドラフトガス源からドラフトガスを受け、ドラフトガスを電界紡糸ゾーン内の複数の連続電極ワイヤに吹き付けて、基板上のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維の収集を容易にすることを特徴とする、実施形態１から４のいずれか１つに記載の装置。

実施形態６：１次分配マニホルドを備える１次乾燥領域をさらに備え、１次分配マニホルドが、基板と、基板上に形成された高分子繊維ウェブとに１次乾燥ガスを分配して、基板および高分子繊維ウェブの乾燥を容易にすることを特徴とする、実施形態１から５のいずれか１つに記載の装置。

実施形態７：２次分配マニホルドを備える２次乾燥領域をさらに備え、２次分配マニホルドが、基板と、基板上に形成された高分子繊維ウェブとに２次乾燥ガスを分配して、基板および高分子繊維ウェブの乾燥を容易にすることを特徴とする、実施形態６に記載の装置。

実施形態８：２次乾燥ガスが、１次乾燥ガスより低い溶媒蒸気含有量、および１次乾燥ガスより高い温度を有することを特徴とする、実施形態７に記載の装置。

実施形態９：電界紡糸エンクロージャの近傍に位置する少なくとも１つの排出制御ボックスをさらに備え、少なくとも１つの排出制御ボックスが、複数の連続電極ワイヤのうちの１本または複数本および基板が電界紡糸エンクロージャに入る、または電界紡糸エンクロージャから出るための開口を備える、ことを特徴とする、実施形態１から８のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１０：１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスが、
複数の連続電極ワイヤの表面上に液体高分子の層をコーティングする液体高分子コーティングマニホルドであり、複数のワイヤ入口開口および複数のワイヤ出口開口を備える液体高分子コーティングマニホルドと、
液体高分子コーティングマニホルドから溢れた液体高分子を受ける液体高分子オーバフロー槽と、
複数の連続電極ワイヤを、複数のワイヤ入口開口および複数のワイヤ出口開口を通して案内する少なくとも１組のワイヤ位置決めプーリのセットと
を備えることを特徴とする、実施形態１から９のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１１：複数のワイヤ入口開口のそれぞれが、複数の連続電極ワイヤのうちの１本を通すことができるように複数のワイヤ出口開口のうちの１つと位置合わせされていることを特徴とする、実施形態１０に記載の装置。

実施形態１２：複数のワイヤ入口開口および複数のワイヤ出口開口のそれぞれが、毛管を含み、毛管が、液体高分子が液体高分子コーティングマニホルド内の連続電極ワイヤをコーティングできるようにし、かつ液体高分子コーティングマニホルドからの液体高分子の漏れを最小限に抑えるように、連続電極ワイヤを液体高分子コーティングマニホルドを通して案内することを特徴とする、実施形態１０または１１に記載の装置。

実施形態１３：液体高分子コーティングマニホルドが、液体高分子供給口と、液体高分子オーバフロー口とを備えることを特徴とする、実施形態１０から１２のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１４：液体高分子コーティングデバイスが、液体高分子再循環口と、液体高分子オーバフロー口から液体高分子を受ける液体高分子オーバフロー槽とを備えることを特徴とする、実施形態１３に記載の装置。

実施形態１５：１つまたは複数の高電圧電源ユニットが、
導電性接地板に接続された負電圧源と、
少なくとも１つの導電性自由回転軸に接続された正電圧源とを備え、少なくとも１つの導電性自由回転軸が、複数の連続電極ワイヤと回転可能に接触していることを特徴とする、実施形態１から１４のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１６：少なくとも１つの導電性自由回転軸が、連続電極ワイヤの数に対応する複数の溝を備え、溝のそれぞれが、連続電極ワイヤのうちの１本を受け、１本の連続電極ワイヤとの接触を維持して、１つまたは複数の高電圧電源ユニットからの高電圧が連続電極ワイヤに伝達されるようにすることを特徴とする、実施形態１５に記載の装置。

実施形態１７：１つまたは複数の高電圧電源ユニットが、電界紡糸エンクロージャの内部または外部に位置することを特徴とする、実施形態１から１６のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１８：ワイヤ洗浄アセンブリが、複数の連続電極ワイヤの表面から残留高分子溶媒を洗い流して除去する溶媒コーティングマニホルドを備え、溶媒コーティングマニホルドが、
複数の溶媒マニホルドワイヤ入口開口、および複数の溶媒マニホルドワイヤ出口開口と、
溶媒コーティングマニホルドから溢れた溶媒を受ける溶媒オーバフロー槽とを備えることを特徴とする、実施形態１から１７のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１９：複数の溶媒マニホルドワイヤ入口開口のそれぞれが、複数の連続電極ワイヤのうちの１本を通すことができるように複数の溶媒マニホルドワイヤ出口開口のうちの１つと位置合わせされていることを特徴とする、実施形態１８に記載の装置。

実施形態２０：基板搬送システムが、
基板および電界紡糸された高分子繊維ウェブを巻き付けるためのコンビネーションローラ、または
電界紡糸された高分子繊維ウェブを巻き付けるための繊維ウェブローラ、および基板を巻き付けるための基板仕上げローラを備えることを特徴とする、実施形態１から１９のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２１：上流側接点と、および複数の連続電極ワイヤよりある距離だけ下流側に位置する下流側接点とを備える抵抗測定システムをさらに備え、
抵抗測定システムが、上流側接点と下流側接点の間で複数の連続電極ワイヤのうちの１本または複数本の電気抵抗を測定し、
測定した電気抵抗が、固体高分子が連続電極ワイヤの表面上に残っていることを示す指標となることを特徴とする、実施形態１から２０のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２２：電極ワイヤスクラバをさらに備え、ワイヤスクラバが、電界紡糸エンクロージャの外部に位置しており、複数の連続電極ワイヤと物理的に接触して複数の連続電極ワイヤから不要な固体高分子を除去する研磨材を含むことを特徴とする、実施形態１から２１のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２３：液体高分子が、天然高分子または合成高分子であり、溶融した液体の形態、または高分子溶液の形態であることを特徴とする、実施形態１から２２のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２４：天然高分子が、タンパク質、セルロース、リグニン、コラーゲン、ＤＮＡ、ゴム、またはそれらの組合せであることを特徴とする、実施形態２３に記載の装置。

実施形態２５：合成高分子が、ポリアミド、ポリウレタン、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ乳酸、ポリエチレン酢酸ビニル共重合体、ポリメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリアニリン、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルイミド、ポリアラミド、合成ゴム、またはそれらの組合せであることを特徴とする、実施形態２３に記載の装置。

実施形態２６：液体高分子または溶媒が、可燃性、または有毒であることを特徴とする、実施形態１から２５のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２７：複数の液体高分子コーティングデバイスと、複数の異なる種類の液体高分子とを備えることを特徴とする、実施形態１から２６のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２８：メイクアップ液体高分子を装置に提供する液体高分子準備システムをさらに備えることを特徴とする、実施形態１から２７のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２９：溶媒を格納し、装置に溶媒を供給する、溶媒格納および供給システムをさらに備えることを特徴とする、実施形態１から２８のいずれか１つに記載の装置。

実施形態３０：蒸気収集および溶媒回収システムをさらに備え、蒸気収集および溶媒回収システムが、電界紡糸エンクロージャを大気圧未満の圧力に維持し、電界紡糸エンクロージャ内の有害である可能性がある蒸気が環境中に逃げることを防止することを特徴とする、実施形態１から２９のいずれか１つに記載の装置。

実施形態３１：液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う方法であって、
電界紡糸エンクロージャの外部に位置するワイヤ駆動システムによって複数の連続電極ワイヤを駆動して、電界紡糸エンクロージャに通すステップであり、電界紡糸エンクロージャが、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスおよび電界紡糸ゾーンを備える、ステップと、
電界紡糸エンクロージャの外部に位置する基板搬送システムによって基板を駆動して、複数の連続電極ワイヤと実質的に平行に、電界紡糸エンクロージャおよび電界紡糸ゾーンに通すステップと、
少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスにおいて、複数の連続電極ワイヤの表面上に液体高分子の層をコーティングするステップと、
電界紡糸ゾーンにおいて、複数の連続電極ワイヤの表面をコーティングしている液体高分子からナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を形成するステップと、
ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を基板上に高分子繊維ウェブとして収集するステップと、
電界紡糸エンクロージャ内に位置するワイヤ洗浄アセンブリを使用して、複数の連続電極ワイヤの表面から残留高分子を除去するステップとを含むことを特徴とする、方法。

実施形態３２：１次乾燥領域において、１次乾燥ガスを用いて、基板および基板上に形成された高分子繊維ウェブを乾燥させるステップをさらに含むことを特徴とする、実施形態３１に記載の方法。

実施形態３３：２次乾燥領域において、２次乾燥ガスを用いて、基板および基板上に形成された高分子繊維ウェブを乾燥させるステップをさらに含むことを特徴とする、実施形態３２に記載の方法。

実施形態３４：固体高分子が連続電極ワイヤの表面上に残っていることを示す指標を提供するように、抵抗測定システムを使用して複数の連続電極ワイヤのうちの少なくとも１本の離散長の電気抵抗を測定するステップをさらに含むことを特徴とする、実施形態３１から３３のいずれか１つに記載の方法。

実施形態３５：ワイヤスクラバを使用して連続電極ワイヤをスクラブして、連続電極ワイヤの表面上に残っている固体高分子を除去するステップをさらに含むことを特徴とする、実施形態３４に記載の方法。

実施形態３６：高分子繊維ウェブおよび基板をコンビネーションローラに巻き付けるステップをさらに含むことを特徴とする、実施形態３１から３５のいずれか１つに記載の方法。

実施形態３７：高分子繊維ウェブを基板から分離するステップと、高分子繊維ウェブを繊維ウェブローラに巻き付けるステップと、基板を基板仕上げローラに巻き付けるステップとをさらに含むことを特徴とする、実施形態３１から３５のいずれか１つに記載の方法。

これらの非限定的な実施形態のそれぞれは、単独でも成立するし、あるいは他の実施形態のうちの１つまたは複数と様々な順列または組合せで組み合わせることもできる。

上記の詳細な説明は、その詳細な説明の一部を構成する添付の図面の参照を含む。これらの図面は、例示を目的として、本開示を実施することができる具体的な態様を示している。これらの態様は、本明細書では「実施形態」と呼ばれることもある。これらの実施形態は、図示または説明した要素以外の要素を含む可能性もある。ただし、発明者等は、図示または説明した要素のみが設けられる実施形態も企図している。さらに、発明者等は、本明細書で図示または説明する特定の実施形態（またはその１つもしくは複数の態様）あるいはその他の実施形態（またはその１つもしくは複数の態様）に関連して図示または説明する要素（あるいはその１つまたは複数の態様）の任意の組合せまたは順列を用いた実施形態も企図している。

本明細書と、参照により本明細書に組み込む任意の文献との間で矛盾した使用法が生じた場合には、本明細書における使用法を優先する。

本明細書では、特許明細書でよくあるように、「ａ」または「ａｎ」という言葉は、「少なくとも１つ」あるいは「１つまたは複数」などのその他の任意の例または語法とは無関係に、１または複数を含む。本明細書では、「または」という言葉は、非排他的な意味で用いており、「ＡまたはＢ」は、特に指定がない限り、「Ａであり、Ｂではない」、「Ｂであり、Ａではない」、および「Ａであり、Ｂでもある」を含む。本明細書では、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」および「ｉｎ ｗｈｉｃｈ」という言葉は、それぞれ「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」「ｗｈｅｒｅｉｎ」という言葉の平明な等価表現として使用されている。また、以下の特許請求の範囲では、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という言葉は、オープンエンドな表現であり、すなわち、請求項中でそれらの言葉の後に列挙される要素以外の要素を含むシステム、デバイス、物品、組成、配合、またはプロセスも、当該請求項の範囲に含まれるものとみなされる。さらに、以下の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの言葉は、単に標識として用いられているものであり、それらの対象に数的な要件を課すように意図したものではない。

本明細書に記載する方法の実施形態は、少なくとも部分的に、機械実施型またはコンピュータ実施型にすることができる。いくつかの実施形態は、上記の実施形態に記載した方法を実行するように電子デバイスを構成するように動作可能な命令で符号化されたコンピュータ可読媒体または機械可読媒体を含む可能性がある。これらの方法の実施は、マイクロコード、アセンブリ言語コード、または高級言語コードなどのコードを含む可能性がある。このようなコードは、様々な方法を実行するためのコンピュータ可読命令を含む可能性がある。コードは、コンピュータプログラム製品の一部分を構成することもある。さらに、実施形態において、コードは、実行中、またはその他の時点で、１つまたは複数の揮発性の、非一時的な、または不揮発性の有形のコンピュータ可読媒体に有形に格納することができる。これらの有形なコンピュータ可読媒体の例としては、これらに限定されるわけではないが、ハードディスク、取外し可能磁気ディスク、取外し可能光ディスク（例えばコンパクトディスクまたはデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリカードまたはメモリスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および読取り専用メモリ（ＲＯＭ）などが挙げられる。

上記の説明は、限定ではなく例示を目的としたものである。例えば、上述の実施形態（またはその１つまたは複数の態様）は、互いに組み合わせて使用することもできる。例えば上記の説明を検討した当業者なら、他の態様を使用することもできる。要約書は、本技術開示の性質を読者が素早く確認することができるように、３７ Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に準拠するように提供されている。要約書は、要約書は特許請求の範囲の範囲または意味を解釈または限定するために使用されないという理解のもとで提出されている。また、上記の詳細な説明では、様々な特徴をグループ化して本開示を簡素化することもできる。これは、開示しているが請求対象ではない特徴は、任意の請求項にとって不可欠なものではないことを意図しているものとして解釈されるものとする。逆に、本発明の主題は、開示する特定の態様の特徴のうちの一部にしかないこともある。したがって、以下の特許請求の範囲は、詳細な説明に実施形態または態様として組み込まれ、各請求項は単独で別個の態様として成立し、これらの態様は、様々な組合せまたは順列で互いに組み合わせることもできるものと企図されている。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲、ならびにそれらの特許請求の範囲の全ての均等物を参照して決定されるものとする。

現在の噴射ノズル、ニードルジェット、スピンジェット製造プロセスの生産速度は、通常は、ノズル／ジェットあたり毎時約０．０５グラム（０．０５ｇ／ｈｒ）から０．１５ｇ／ｈｒの範囲である。生産速度を向上させるために、いくつかの方法が研究され、かつ／または使用されている。それらの方法としては、ガス補助式電界紡糸、マルチノズルシステムを使用する方法、ノズルレス／ニードルレスシステムを使用する方法、およびスピンジェットの総数を増やす方法などがある。しかし、これらの方法にはそれぞれ問題があり、（市販の）機械あたりの最大持続生産速度は、せいぜい毎時約２キログラム（２ｋｇ／ｈｒ）程度である。ノズル／ニードルシステムに関連する問題としては、噴射ノズル／ニードルのオリフィスの詰まり、ノズルアレイの最適化の困難性、および各ノズルで均一な供給速度を維持することの困難性などが挙げられる。ノズルレス／ニードルレスシステムに関連する問題としては、溶液槽からの溶媒の蒸発を制御することができず、溶液の濃度および粘度が変化してしまうこと、ならびに電界紡糸要素の表面上に高分子層コーティングが形成されて、紡糸速度が大幅に低下することなどが挙げられる。
ＷＯ／２００９／０１００２０は、少なくとも１つの紡糸電極とそれに接して配置されている集電極との間の電界内で液体基質を紡糸する方法であって、電極の一方が高電圧源の１つの極に接続され、第２の電極が接地され、紡糸中の液体基質が紡糸電極の紡糸手段のコードの活性紡糸ゾーン上の静電界内にある、方法に関する。

電界紡糸装置
図１から図１２を参照すると、本開示の複数の態様は、高分子繊維ウェブ１１０を基板１２０上に電界紡糸する装置１００に関する。装置１００の簡略な概略図を、図１に示す。この装置の具体的な構成要素は、電界紡糸エンクロージャ３００、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００、ワイヤ駆動システム６００、ワイヤ緊張システム７００、導電性接地板８００、および複数の連続電極ワイヤ１０００に高電圧を印加する少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０を含む。コーティングマニホルド１２０は、基板供給ローラ２００から巻き出され、電界紡糸エンクロージャに通される。複数の連続電極ワイヤ１０００は、ワイヤ駆動システム６００およびワイヤ緊張システム７００によって、移動している基板１２０の面とほぼ平行に、電界紡糸エンクロージャに通される。複数の連続電極ワイヤ１０００および基板１２０の移動方向は、並流であっても向流であってもよい。複数の連続電極ワイヤ１０００は、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイス４００のそれぞれにおいて液体高分子の層でコーティングされ、少なくとも１つの高電圧電源ユニット８２０によって複数の連続電極ワイヤ１０００に印加される高電圧と、導電性接地板８００との間の電圧差によって、多数のテイラーコーンジェット８４０が複数の連続電極ワイヤ１０００の表面から噴出し、基板１２０に接触し、基板１２０上に高分子繊維ウェブ１１０を形成する。高分子繊維ウェブ１１０および基板１２０は、電界紡糸エンクロージャ３００を出、例えばそれらをコンビネーションローラ２１０（図１に示すものなど）に巻き付けることによって、または他の態様では、本明細書に記載するように高分子繊維ウェブ１１０を基板１２０から分離させ、それらを別個の繊維ウェブローラに巻き付けることによって、収集される。ワイヤ洗浄アセンブリ５００は、過剰な液体高分子および凝固した高分子を、複数の連続電極ワイヤ１０００の表面から除去する装置１００の構成要素および動作については、以下でさらに詳細に説明する。

上述の実施形態（またはその１つまたは複数の態様）は、互いに組み合わせて使用することもできる。要約書は、本技術開示の性質を読者が素早く確認することができるように、３７ Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に準拠するように提供されている。要約書は、要約書は特許請求の範囲の範囲または意味を解釈または限定するために使用されないという理解のもとで提出されている。また、上記の詳細な説明では、様々な特徴をグループ化して本開示を簡素化することもできる。これは、開示しているが請求対象ではない特徴は、任意の請求項にとって不可欠なものではないことを意図しているものとして解釈されるものとする。逆に、本発明の主題は、開示する特定の態様の特徴のうちの一部にしかないこともある。したがって、以下の特許請求の範囲は、詳細な説明に実施形態または態様として組み込まれ、各請求項は単独で別個の態様として成立し、これらの態様は、様々な組合せまたは順列で互いに組み合わせることもできるものと企図されている。本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるものとする。

Claims (20)

1. 液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う装置であって、
   ａ．
   １つまたは複数の液体高分子コーティングデバイス、
   導電性接地板を含む電界紡糸ゾーン、および
   ワイヤ洗浄アセンブリ
   を備える、電界紡糸エンクロージャと、
   ｂ．前記電界紡糸エンクロージャの外部に位置するワイヤ駆動システムと、
   ｃ．互いに平行であり、前記ワイヤ駆動システムと係合し、前記電界紡糸エンクロージャおよびその内部に位置する１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスを通って延びる、複数の連続電極ワイヤと、
   ｄ．前記電界紡糸エンクロージャの外部に位置する基板搬送システムと、
   ｅ．１つまたは複数の高電圧電源ユニットとを備え、
   前記１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスが、前記複数の連続電極ワイヤの表面上に液体高分子の層をコーティングし、
   前記１つまたは複数の高電圧電源ユニットが、前記複数の連続電極ワイヤに高電圧を印加し、前記複数の連続電極ワイヤと前記電界紡糸ゾーン内の前記導電性接地板との間に電界を生成して、前記複数の連続電極ワイヤの前記表面をコーティングしている前記液体高分子からナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を形成し、
   前記ワイヤ洗浄アセンブリが、前記複数の連続電極ワイヤから残留液体高分子を洗浄するための溶媒を備え、
   前記基板搬送システムが、基板を駆動して前記電界紡糸エンクロージャに通し、前記基板上の前記ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を高分子繊維ウェブとして収集することを特徴とする、装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、少なくとも１つの液体高分子コーティングマニホルドをさらに備え、前記少なくとも１つの液体高分子コーティングマニホルドが、前記液体高分子を前記１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスに供給することを特徴とする装置。
3. 請求項１または２に記載の装置であって、液体高分子リサイクルおよび供給システムをさらに備え、前記液体高分子リサイクルおよび供給システムが、前記１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスから溢れた液体高分子を受け、前記１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスに新鮮な液体高分子を提供することを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、少なくとも１つの液体高分子オーバフロー槽をさらに備え、前記少なくとも１つの液体高分子オーバフロー槽が、前記１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスから溢れた液体高分子を受け、前記溢れた液体高分子を前記液体高分子リサイクルおよび供給システムに戻すことを特徴とする装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の装置であって、ドラフトガス源およびドラフトガス分配マニホルドを備えるドラフトガス供給システムをさらに備え、前記ドラフトガス分配マニホルドが、前記ドラフトガス源からドラフトガスを受け、前記ドラフトガスを前記電界紡糸ゾーン内の前記複数の連続電極ワイヤに吹き付けて、前記基板上の前記ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維の収集を容易にすることを特徴とする装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の装置であって、１次分配マニホルドを備える１次乾燥領域をさらに備え、前記１次分配マニホルドが、前記基板と、前記基板上に形成された高分子繊維ウェブとに１次乾燥ガスを分配して、前記基板および前記高分子繊維ウェブの乾燥を容易にすることを特徴とする装置。
7. 請求項６に記載の装置であって、２次分配マニホルドを備える２次乾燥領域をさらに備え、前記２次分配マニホルドが、前記基板と、前記基板上に形成された高分子繊維ウェブとに２次乾燥ガスを分配して、前記基板および前記高分子繊維ウェブの乾燥を容易にすることを特徴とする装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の装置であって、前記電界紡糸エンクロージャの近傍に位置する少なくとも１つの排出制御ボックスをさらに備え、前記少なくとも１つの排出制御ボックスが、前記複数の連続電極ワイヤのうちの１本または複数本および前記基板が前記電界紡糸エンクロージャに入る、または前記電界紡糸エンクロージャから出るための開口を備える、ことを特徴とする装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の装置であって、前記１つまたは複数の液体高分子コーティングデバイスが、
   複数の連続電極ワイヤの前記表面上に液体高分子の層をコーティングする液体高分子コーティングマニホルドであり、複数のワイヤ入口開口および複数のワイヤ出口開口を備える液体高分子コーティングマニホルドと、
   前記液体高分子コーティングマニホルドから溢れた液体高分子を受ける液体高分子オーバフロー槽と、
   前記複数の連続電極ワイヤを、前記複数のワイヤ入口開口および前記複数のワイヤ出口開口を通して案内する少なくとも１組のワイヤ位置決めプーリのセットと
   を備えることを特徴とする装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記複数のワイヤ入口開口のそれぞれが、前記複数の連続電極ワイヤのうちの１本を通すことができるように前記複数のワイヤ出口開口のうちの１つと位置合わせされていることを特徴とする装置。
11. 請求項９または１０に記載の装置であって、前記複数のワイヤ入口開口および前記複数のワイヤ出口開口のそれぞれが、毛管を含み、前記毛管が、前記液体高分子が前記液体高分子コーティングマニホルド内の前記連続電極ワイヤをコーティングできるようにし、かつ前記液体高分子コーティングマニホルドからの液体高分子の漏れを最小限に抑えるように、前記連続電極ワイヤを前記液体高分子コーティングマニホルドを通して案内することを特徴とする装置。
12. 請求項９から１１のいずれか１項に記載の装置であって、前記液体高分子コーティングマニホルドが、液体高分子供給口と、液体高分子オーバフロー口とを備えることを特徴とする装置。
13. 請求項１２に記載の装置であって、前記液体高分子コーティングデバイスが、液体高分子再循環口と、前記液体高分子オーバフロー口から液体高分子を受ける液体高分子オーバフロー槽とを備えることを特徴とする装置。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置であって、前記１つまたは複数の高電圧電源ユニットが、
    前記導電性接地板に接続された負電圧源と、
    少なくとも１つの導電性自由回転軸に接続された正電圧源とを備え、前記少なくとも１つの導電性自由回転軸が、前記複数の連続電極ワイヤと回転可能に接触していることを特徴とする装置。
15. 請求項１４に記載の装置であって、前記少なくとも１つの導電性自由回転軸が、前記連続電極ワイヤの数に対応する複数の溝を備え、前記溝のそれぞれが、前記連続電極ワイヤのうちの１本を受け、前記１本の連続電極ワイヤとの接触を維持して、前記１つまたは複数の高電圧電源ユニットからの高電圧が前記連続電極ワイヤに伝達されるようにすることを特徴とする装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置であって、前記基板搬送システムが、
    前記基板および電界紡糸された高分子繊維ウェブを巻き付けるためのコンビネーションローラ、または
    前記電界紡糸された高分子繊維ウェブを巻き付けるための繊維ウェブローラ、および前記基板を巻き付けるための基板仕上げローラを備えることを特徴とする装置。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の装置であって、上流側接点と、および前記複数の連続電極ワイヤよりある距離だけ下流側に位置する下流側接点とを備える抵抗測定システムをさらに備え、
    前記抵抗測定システムが、前記上流側接点と前記下流側接点の間で前記複数の連続電極ワイヤのうちの１本または複数本の電気抵抗を測定し、
    前記測定した電気抵抗が、固体高分子が前記連続電極ワイヤの表面上に残っていることを示す指標となることを特徴とする装置。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置であって、電極ワイヤスクラバをさらに備え、前記ワイヤスクラバが、前記電界紡糸エンクロージャの外部に位置しており、前記複数の連続電極ワイヤと物理的に接触して前記複数の連続電極ワイヤから不要な固体高分子を除去する研磨材を含むことを特徴とする装置。
19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置であって、前記液体高分子または溶媒が、可燃性、または有毒であることを特徴とする装置。
20. 液体高分子源のナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維ウェブへの連続的ニードルレス電界紡糸を行う方法であって、
    電界紡糸エンクロージャの外部に位置するワイヤ駆動システムによって複数の連続電極ワイヤを駆動して、前記電界紡糸エンクロージャに通すステップであり、前記電界紡糸エンクロージャが、少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスおよび電界紡糸ゾーンを備える、ステップと、
    前記電界紡糸エンクロージャの外部に位置する基板搬送システムによって基板を駆動して、前記複数の連続電極ワイヤと実質的に平行に、前記電界紡糸エンクロージャおよび前記電界紡糸ゾーンに通すステップと、
    前記少なくとも１つの液体高分子コーティングデバイスにおいて、前記複数の連続電極ワイヤの表面上に液体高分子の層をコーティングするステップと、
    前記電界紡糸ゾーンにおいて、前記複数の連続電極ワイヤの前記表面をコーティングしている前記液体高分子からナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を形成するステップと、
    前記ナノスケールまたはサブミクロンスケールの高分子繊維を前記基板上に高分子繊維ウェブとして収集するステップと、
    前記電界紡糸エンクロージャ内に位置するワイヤ洗浄アセンブリを使用して、前記複数の連続電極ワイヤの前記表面から残留高分子を除去するステップとを含むことを特徴とする、方法。