(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ上にポリマーコーティングを押し出すためのダイアセンブリであって、
前記ダイアセンブリは、中心長手方向軸を有し、
Ａ．外側面、およびワイヤが通過することができる経路を含むダイチップであって、前記経路が前記ダイアセンブリの前記中心長手方向軸に沿って配置された、ダイチップと、
Ｂ．胴部および頭部を含むダイ本体であって、前記胴部および前記頭部のそれぞれが内側面および外側面を含み、前記頭部が経路をさらに含み、前記頭部の経路がダイランド部を含み、前記ダイ本体の胴部が、前記ダイチップの前記外側面と前記ダイ本体の胴部の前記内側面との間に環状空間を画定するように前記ダイチップの周りに配置され、前記ダイ本体の頭部は、前記ダイ本体の胴部および前記ダイチップを越えて延在し、かつ前記ダイ本体の頭部の前記経路が前記ダイアセンブリの前記中心長手方向軸上に存在し前記ダイチップの前記経路と位置合わせされるように配置され、前記胴部の前記内側面および前記頭部の前記内側面が、溶融ポリマーが前記環状空間を通って移動し、ワイヤが前記ダイ本体頭部を通過するときに前記ワイヤ上に被覆することができるように互いに連続する、ダイ本体と、
Ｃ．内側面を含み、前記ダイ本体の前記外側面の周りに配置され、前記ダイ本体の前記外側面と接触するダイホルダと、
Ｄ．前記ダイ本体の頭部の前記ダイランド部の前記外側面の周りに配置され前記外側面と接触する放熱器と
を備え、
前記放熱器は、前記ダイランド部の温度が前記溶融ポリマーのバルク温度を下回るように前記ダイランド部を冷却するよう構成されている、ダイアセンブリ。
【請求項２】
前記放熱器が、空気分配器および送風ピストルを備える冷却リングを含み、冷却媒体の供給源と流体連通する、請求項１に記載のダイアセンブリ。
【請求項３】
前記冷却媒体が圧縮空気である、請求項２に記載のダイアセンブリ。
【請求項４】
前記ダイチップの経路および前記頭部の経路が管状である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のダイアセンブリ。
【請求項５】
つや消し仕上げを有する被覆ワイヤの作製方法であって、溶融ポリマー組成物をワイヤに施した後、かつ前記溶融ポリマー組成物が請求項１に記載のダイアセンブリから流出する前に、前記溶融ポリマー組成物が、前記組成物のバルク温度を下回る温度を有する前記ダイランド部を通り過ぎ前記ダイランド部と接触することを条件として、前記バルク温度を有する前記溶融ポリマー組成物を前記ワイヤ上に押し出すステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤおよびケーブル用コーティング、特に保護ジャケットに関する。一態様では、本発明は、つや消し仕上げを有するワイヤおよびケーブル用コーティングに関し、一方、別の態様では、本発明は、ワイヤおよびケーブル用ポリマーコーティングにつや消し仕上げを付与するための、冷却されたダイランド部を有するダイアセンブリに関する。さらに別の態様では、本発明は、無機添加剤を使用することもコーティングの配合を変更することもなく、ワイヤおよびケーブル用コーティングにつや消し仕上げを付与する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源コード、ＵＳＢケーブル、ＨＤＭＩケーブル、マウスケーブルなどいくつかの電子ワイヤに関して、こうしたワイヤおよびケーブルが電子製品と調和することを求めるといった、外観を良くする要求をもつ製造業者がある。こうした製造業者のいくつかは、これらのワイヤおよびケーブルがつや消し面を有することを期待する。これらのコーティングの製造に使用されるいくつかの材料、たとえば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）などの固有の性質により、これらのコーティングの多くは、何の変更も加えなければ、本来は光沢のある表面を有する。
【０００３】
コーティング配合物、たとえば、５ミクロンを超える粒径を有するアルミニウム三水和物に、有機添加剤または無機添加剤を添加すると、ワイヤおよびケーブル用コーティングの光沢を低減することができるが、このことは、コーティングの製造工程に費用、時間および複雑さを追加する。さらに、そのような材料の添加は、コーティングの１つまたは複数の他の性質、たとえば、可撓性、引張りの度合いなどに悪影響を与える場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、本発明は、ワイヤ上にポリマーコーティングを押し出すためのダイアセンブリであって、ダイアセンブリが中心長手方向軸を有し、
Ａ．外側面、およびワイヤが通過することができる経路を含むダイチップであって、経路がダイアセンブリの中心長手方向軸に沿って配置された、ダイチップと、
Ｂ．胴部および頭部を含むダイ本体であって、胴部および頭部のそれぞれが内側面および外側面を含み、頭部が経路をさらに含み、頭部経路がダイランド部を含み、ダイ本体胴部が、ダイチップの外側面とダイ本体胴部の内側面との間に環状空間を画定するようにダイチップの周りに配置され、ダイ本体頭部は、ダイ本体胴部およびダイチップを越えて延在し、かつダイ本体頭部の経路がダイアセンブリの中心長手方向軸上に存在しダイチップの経路と位置合わせされるように配置され、胴部の内側面および頭部の内側面が、溶融ポリマーが環状空間を通って移動し、ワイヤがダイ本体頭部を通過するときにワイヤ上に被覆することができるように互いに連続する、ダイ本体と、
Ｃ．内側面を含み、ダイ本体の外側面の周りに配置され外側面と接触するダイホルダと、
Ｄ．ダイ本体頭部のダイランド部の外側面の周りに配置され外側面と接触する放熱器と
を備えるダイアセンブリである。
【０００５】
本発明の一実施形態では、放熱器は静的設計のものである。本発明の一実施形態では、放熱器は動的設計のものである。本発明の一実施形態では、冷却媒体は放熱器と接触する。一実施形態では、冷却媒体は圧縮空気である。一実施形態では、冷却媒体は、ダイランド部の表面の温度を下げるために放熱器内の冷却中心部を循環する。
【０００６】
一実施形態では、本発明は、つや消し仕上げを有する被覆ワイヤを製造するために、本発明のダイアセンブリを使用する方法である。一実施形態では、本発明は、つや消し仕上げを有する被覆ワイヤを作製する方法であって、溶融ポリマー組成物をワイヤに施した後、かつ溶融ポリマー組成物がダイアセンブリから流出する前に、溶融ポリマー組成物が、組成物のバルク温度を下回る温度を有するダイランド部を通り過ぎダイランド部と接触することを条件として、ワイヤ上にバルク温度を有する溶融ポリマー組成物を押し出すステップを含む方法である。
【０００７】
一実施形態では、本発明は、本発明のダイアセンブリを使用する方法によって作製された、つや消し仕上げを有する被覆ワイヤである。
【発明の効果】
【０００８】
この新規なダイアセンブリは、既存のコーティング配合物を変更せずに、また表面の光沢を低減させるための有機原料または無機原料を使用せずに、優れたつや消し面特徴を有するワイヤおよびケーブル用コーティングを作製する。したがって、配合物は同じままであり、有機添加剤または無機添加剤を被覆面に移動させるための待機時間が回避される。つや消し面は、広範囲にわたるポリマー配合物および押出しおよびダイならびにダイランド部の温度から達成することができる。
【０００９】
本発明の範囲を限定する目的ではなく、単にいくつかの実施形態を例示する目的で、本発明を図面を参照して全般
的に説明する。図面において、同様の番号は、図面全体にわたって同様の部分を示すために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明のダイアセンブリの一実施形態を概略的に示す側面図である。アセンブリは静的設計の放熱器を含む。
【図１Ｂ】図１のダイアセンブリの静的設計の放熱器を概略的に示す正面図である。
【図１Ｃ】図１のダイアセンブリを概略的に示す分解側面図である。
【図２】本発明のダイアセンブリの一実施形態を概略的に示す側面図である。アセンブリは動的設計の放熱器を含む。
【図３】図２のダイアセンブリを概略的に示す正面図である。
【図４】同じコーティング配合物を含むが、それぞれが異なるライン速度で作製され、２つは空気冷却を伴って作製され、１つは空気冷却を伴わずに作製された、３つの例示的なサンプルのワイヤ用コーティングの表面形態を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図５】同じコーティング配合物を含むが、それぞれが異なるライン速度で作製され、２つは空気冷却を伴って作製され、１つは空気冷却を伴わずに作製された、３つの例示的なサンプルのワイヤ用コーティングの表面形態を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図６】同じコーティング配合物を含むが、それぞれが異なるライン速度で作製され、２つは空気冷却を伴って作製され、１つは空気冷却を伴わずに作製された、３つの例示的なサンプルのワイヤ用コーティングの表面形態を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真である。
【図７】図４〜図６に示された３つのサンプルのワイヤ用コーティングの表面仕上げにおける差異を示す写真である。
【図８】空気冷却を伴って作製された１本のワイヤ用コーティングおよび空気冷却を伴わずに作製された１本の商業的被覆ワイヤの表面仕上げにおける差異を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
定義
それとは反対の記載、文脈からの暗示または当技術分野における慣例がない限り、すべての部およびパーセントは重量に基づき、すべての試験方法は、本開示の出願日現在、最新のものである。米国特許実務の目的で、参照されるあらゆる特許、特許出願または刊行物の内容は、特に定義の開示（本開示で具体的に提供されたあらゆる定義と矛盾しない程度に）および当技術分野における一般知識に関して、その全体が参照により組み込まれる（または、その対応するＵＳバージョンが参照によりそのように組み込まれる）。
【００１２】
本開示における数値範囲は近似値であり、したがって、別段の記載がない限り範囲外の値を含むことができる。数値範囲は、任意の下方値と任意の上方値との間に少なくとも２単位の隔たりがあることを条件として、１単位の増分で、その値を含む下方値からおよび上方値のすべての値を含む。一例として、たとえば、分子量など組成の特性、物理的特性または他の特性が、１００から１，０００までである場合、１００、１０１、１０２などのすべての個々の値および１００から１４４まで、１５５から１７０まで、１９７から２００までなどの部分範囲が、明確に列挙される。１未満である値を含む範囲または１を超える小数（たとえば、１．１、１．５など）を含む範囲に関して、１単位は、適宜に０．０００１、０．００１、０．０１または０．１であるとみなされる。１０未満の一桁の数（たとえば、１から５まで）を含む範囲に関して、１単位は典型的には０．１であるとみなされる。具体的に企図されるものは、ほんの例に過ぎず、列挙される最小値と最大値との間の数値の可能な組合せのすべてが、本開示に明記されるとみなされる。
【００１３】
「組成物」および同様の用語は、２種以上の成分の混合物またはブレンドを意味する。「ポリマー組成物」および同様の用語は、成分のうちの少なくとも１種がポリマーである組成物を意味する。ケーブルシース、たとえば、ケーブルジャケットが製作される材料のミックスまたはブレンドという文脈では、その組成物は、ミックス、たとえばポリマー、充填材、添加剤などのすべての成分を含む。
【００１４】
「バルク温度」および同様の用語は、溶融ポリマーがワイヤに施されるときの溶融ポリマーの温度を意味する。
【００１５】
「流体連通」および同様の用語は、流体、たとえば、気体、液体、溶融した固体が１つの画定した領域から別の画定した領域に移動することができることを意味する。たとえば、溶融ポリマーは、環状空間からダイ本体頭部内の経路に途切れることなく移動することができるので、環状空間およびダイ本体頭部内の経路は、互いに流体連通する。
【００１６】
ダイアセンブリ
図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、ダイアセンブリ１０は、ダイホルダ１１と、ダイ本体１２と、ダイチップ１３と放熱器１４とを備える。ダイ本体１２は、ダイ本体胴部１５と、ダイ本体頭部１６とを備える。ダイホルダ１１、ダイ本体胴部１５およびダイ本体頭部１６の断面形状は、図３に示すように円形である。ダイアセンブリの構成要素部品は、その部品を通過する材料と作動条件下で非反応性であるあらゆる材料から作製することができ、典型的にはステンレス鋼製である。溶融ポリマーと接触するさまざまな構成要素部品の表面は、裏打ちもしくは被覆してもよく、またはしなくてもよい。
【００１７】
ダイ本体胴部の外側面１７がダイホルダの内側面１８と接触するように、ダイ本体胴部１５はダイホルダ１１内に装着される。ダイ本体頭部の外側面１９がダイホルダの内側面１８と接触しないように、ダイ本体頭部１６はダイ本体胴部１５から延出する。ダイ本体頭部１６は、経路２０と、ダイ本体頭部ランド部（または単にダイランド部）２１とをさらに備える。ダイランド部２１は、ダイ本体頭部１６の内部面の長さ部分を含み、その長さ部分を過ぎ長さ部分と接触して、溶融ポリマー材料はダイ本体頭部の経路２０を通ってダイアセンブリから流出するために通過しなければならない。
【００１８】
ダイチップ１３は、経路２２と、外側面２３とを備える。ダイチップ１３は、（典型的には、図示されないねじによって）押出機または類似のデバイス（図示せず）に取り付けられ、ダイ本体１２は、ダイチップの外側面２３およびダイ本体胴部の内側面２４が経路２０と流体連通する環状空間２５を形成するように、ダイチップ１３の周りに装着される。環状空間２５の構成および容積は、さまざまであることができるが、典型的にはその構成は、空間が経路２０に近づくにつれて先細になる。経路２０および２２は、流体連通し、構成は典型的には管状であり、ダイアセンブリ１０の中心長手方向軸２６上に互いに位置合わせされて配置される。
【００１９】
放熱器１４は、循環設計または非循環設計のうちのいずれかとすることができる。図１の放熱器１４は非循環設計のものであり、すなわち、冷却媒体が循環し得る通路、経路または同様の構造物を含まない。放熱器１４は、典型的には金属、たとえば、銅、アルミニウム、それらの一方または両方の合金でできている構造体であり、熱を周囲環境中に放散させることができる十分な表面積を提供するために、フィンまたは同様の構造体を備える。放熱器１４は、ダイランド部２１を覆って、ダイ本体頭部の外側面１９の周りに配置され外側面１９と接触する。図１の放熱器１４からの熱の放散は、放熱器を冷却媒体、たとえば、圧縮空気（その供給源は図示せず）と接触させることによって増大することができる。この実施形態では、圧縮空気が単に放熱器１４の表面上に吹き込まれるだけである。
【００２０】
図２では、放熱器１４は循環設計のものである。この設計では、放熱器は、空気分配器２８および送風ピストル２９を含む内部冷却リング２７を備え、冷却媒体、たとえば圧縮空気の供給源と流体連通する（冷却媒体の供給源は図示せず）。図１Ａと同様に、放熱器１４は、ダイランド部２１を覆って、ダイ本体頭部の外側面１９の周りに配置され外側面１９と接触する。放熱器１４は、管路３０によって圧縮空気の供給源に接続され、管路３０、たとえばホースまたはパイプは、流束計３１および流束制御装置３２を備えることができる。
【００２１】
ダイアセンブリの作動
ワイヤにコーティングを施す文脈において、ワイヤは、あらゆる同様の長細く連続する物体、たとえばケーブル、光ファイバ単繊維または光ファイバ束、繊維撚線または繊維束などと代えることができ、そのような物体は、被覆されていなくても、またはすでに何らかのコーティングを載せていてもよいという理解の下で、ダイアセンブリの作動について説明する。ダイアセンブリは、被覆ポリマーが滑らかに絶え間なく経路２２および２０を通過することができ、その上、施されるとワイヤに付着するように、被覆ポリマーが十分溶解し流体の状態であることを維持するのに必要な温度および圧力で作動される。典型的には、こうした条件には、正圧、すなわち、大気圧を超過する圧力、および高温、たとえば１６５℃またはそれを上回る温度を含む。
【００２２】
ワイヤ（図示せず）は、経路２２を通って中心長手方向軸２６に沿って滑らかに連続的に引き込まれ、または引き出されるような様式で、またそのような位置で、ダイチップ１３に進入する。ワイヤをダイアセンブリを通して引き込むまたは引き出す手段は、好都合にさまざまであることができるが、典型的には１対のピンチローラおよび／または巻取りドラム（図示せず）を含む。あらゆる適した種類、たとえば、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニルなどのうちの１種または複数のポリマーを含み、押出機または他の被覆デバイス（図示せず）から通される溶融ポリマー組成物（図示せず）は、環状空間２５に入り、ダイ本体頭部の経路２０中でワイヤに施される。ポリマーが被覆されたワイヤは、ダイ本体頭部１６から出る前にダイ頭部ランド部２１を通り過ぎる。熱は、押出機が備える加熱要素によって、また押出機およびダイアセンブリ中にある間にポリマー組成物が受けるせん断作用により、ポリマー組成物に伝達される。
【００２３】
ダイホルダ１１は、ポリマー組成物が環状空間２５内にある間、ポリマー組成物を溶解させ流体にしておくのを助けるために、１つまたは複数の加熱要素（図示せず）を備えることもできる。加熱要素が用いられる場合、今度は、加熱要素からダイホルダ１１に付与される熱は、対流によってダイホルダ胴部１５および環状空間２５内のポリマー組成物に伝達される。しかし、ポリマー組成物が環状空間２５および経路２０を通過する間に受けるせん断力によって発生する熱が、これらの空間内でポリマー組成物の流動性を維持するために外部からの加熱を必要としない程度のものであるため、そのような加熱要素は任意である。
【００２４】
溶融ポリマーが環状空間２５から経路２０内およびワイヤ上に移動するにつれて、溶融ポリマーはワイヤ上で凝固および／または硬化し始める。被覆ワイヤの表面の仕上げは、いくつかの要因の関数であり、それらのうちの２つは、ダイランド部を過ぎる被覆ワイヤの速度およびダイランド部の温度である。典型的には、ダイランド部を過ぎる被覆ワイヤがより速く移動するほど、また、ダイランド部の温度が溶融ポリマー組成物の温度により近いほど、より光沢のある仕上げとなる。反対に、ダイランド部を過ぎる被覆ワイヤがより遅く移動するほど、また、ダイランド部の温度がポリマー組成物のバルク温度よりも下回るほど、より光沢の少ない（すなわち、よりつや消しの）仕上げとなる。つや消し仕上げは、コーティングの表面粗さの関数であり、ミクロのレベルでは、（ポリマー組成物の温度と比較して）冷たい表面が溶融ポリマーのより迅速な固化を促進し、より迅速な固化は、通常、（少なくともミクロのレベルで）粗い表面をもたらす。この目的のために、放熱器１４の冷却効果は、被覆ワイヤがダイアセンブリ１０から出る直前に通り過ぎなければならないダイ本体頭部ランド部２１に付与されるように、ダイ本体頭部１６は放熱器１４を備える。
【００２５】
放熱器１４の作動は多種多様であることができる。一実施形態では、放熱器は、非循環設計のものであり、熱は、対流によってポリマー組成物からダイ頭部１６に、ダイ頭部１６から放熱器１４に、放熱器１４から最終的には周囲環境に伝達される。熱伝達率は、いくつかのさまざまな変数、たとえばダイ頭部の大きさ、放熱器の表面積、周囲環境の温度などの関数である。熱伝達率は、放熱器を圧縮空気などの冷却媒体と接触させることによって促進することができる。
【００２６】
一実施形態では、放熱器は循環設計のものであり、すなわち、ダイ本体頭部およびポリマー組成物から離れる方に熱伝達する能力を促進するために、冷却媒体が放熱器の内側を通過するように設計されている。非循環放熱器の性能に影響を与える要因に加えて、循環放熱器の性能に影響を与える変数には、放熱器を循環する冷却媒体の種類および量、冷却媒体が放熱器を循環する速度ならびに放熱器の冷却リングまたはループの大きさを含む。
【００２７】
一実施形態では、図示しない供給源からの圧縮空気が、流束制御装置３２および流束計３１を通って管路３０および冷却リング２７内に計量供給される。冷却リング２７内では、圧縮空気が空気分配器２８により移動し、送風ピストル２９の作用によりダイ本体頭部ランド部２１に当たる。圧縮空気がランド部に当たることで、典型的にはランド部の温度が低下する。ランド部の温度が経路２０内のポリマー材料のバルク温度と比較して低下する程度は、空気分配器および送風ピストルの数および配置、放熱器およびその冷却リングの大きさなどを含めたいくつかの変数の関数である。ダイランド部の最終温度に影響を与える別の要因は、ダイ本体頭部の内径に対するダイ本体頭部の外径（すなわち、ダイ本体頭部の壁の厚さ）であり、外径（ＯＤ）がより小さいほど（すなわち、壁がより薄いほど）、任意の所与の大きさの放熱器からの冷却効果はより大きい。一実施形態では、ワイヤ上のポリマーの温度は、１６５℃未満に低下する。
【００２８】
特定の実施形態
難燃剤（アルミニウム三水和物（ＡＴＨ、４０〜５０％）および抗酸化剤と共にＴＰＵ樹脂を使用して、１つのケーブル配合物を調製した。その配合を表１に報告する。
【００２９】
【表１】
0005869587.tif 000002
【００３０】
比較例として、本発明の組成物を市販の製品と一緒に加工した。その加工条件を表２に報告する。
【００３１】
【表２】
0005869587.tif 000003
【００３２】
サンプル表面の、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の顕微鏡写真を図４〜図６に示す。ＳＥＭ画像は、理想的ではない条件下で加工された同じポリマー組成物（サンプル１および２）に対する、サンプル３の改良された表面粗さを実証している。
【００３３】
３つの本発明の実施例（図７）を比較して、サンプル３が、本用途の要求する美観的なつや消し面を有することがわかった。図８は、市販の樹脂を使用して作製したケーブルと本発明の実施例３を比較している。図８は、本発明の実施例およびベンチマークである市販の樹脂の両方が、同様の表面光沢を与えることを示す。本発明の実施例３は、改善された表面の規則性も与える一方で、市販の製品は粗さの点で問題を有する。
【００３４】
本発明を、上述した好ましい実施形態の説明によって、ある程度詳細に説明してきたが、この詳細は主に例示を目的とするものである。添付の特許請求の範囲に記載される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者は、多くの変形形態および修正形態を行うことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ダイアセンブリ
１１  ダイホルダ
１２  ダイ本体
１３  ダイチップ
１４  放熱器
１５  ダイ本体胴部
１６  ダイ本体頭部
１７  ダイ本体胴部の外側面
１８  ダイホルダの内側面
１９  ダイ本体頭部の外側面
２０  管状経路
２１  ダイ本体頭部ランド部
２１  ダイランド部
２２  管状経路
２３  ダイチップの外側面
２４  ダイ本体胴部の内側面
２５  環状空間
２６  中心長手方向軸
２７  冷却リング
２８  空気分配器
２９  送風ピストル
３０  管路
３１  流束計
３２  流束制御装置
【図１Ａ】
0005869587.tif 000004
【図１Ｂ】
0005869587.tif 000005
【図１Ｃ】
0005869587.tif 000006
【図２】
0005869587.tif 000007
【図３】
0005869587.tif 000008
【図４】
0005869587.tif 000009
【図５】
0005869587.tif 000010
【図６】
0005869587.tif 000011
【図７】
0005869587.tif 000012
【図８】
0005869587.tif 000013