(57)【要約】  プラスチック光ファイバー製造システム（１０）のためのクロスヘッドダイ（１６）が供される。クロスヘッドダイ（１６）は、ボディー（２８）、インサート（３２）、クロスヘッドダイ（１６）を隣接の機器または別のクロスヘッドダイ（１６）に取り付けるために上流側端部（２５）および下流側端部（２６）に設けられる取付けフランジ（５８）、コアを構成する混合された溶融状態の材料を受容する軸方向穴（１４）、ならびにコア上に共押出される外側層材料を成す混合された溶融状態の材料を受容する半径方向穴（３６）を含んでいる。ダイインサート（３２）は、共押出に先立って混合された溶融状態の材料が移動するために実質的に同じ直線距離を有する材料ディストリビューション・チャンネル・システムを含んでいる。複数のダイインサートが用いられる場合、クロスヘッドダイは、複数の層をコア上に共押出することができる。クロスヘッドダイが直列に組み立てられると、上流のクロスヘッドダイから押し出される層を成すプラスチック光ファイバー上に付加的な同心の層の材料を共押出することができる。
2005516791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出口ポートを有するボディー、および
ダイインサート
を有して成るクロスヘッドダイ装置であって、
ダイインサートが、コアを押し出すためのコア押出要素、およびコア上に押し出される層材料を分配するためのディストリビューション・チャンネル・システムを有して成る、クロスヘッドダイ装置。
【請求項２】
ディストリビューション・チャンネル・システムが複数のチャンネルを有して成る、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
コア押出要素は貫通孔である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、環状バッファー・リングを更に有して成る、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、２つの環状バッファー・リングを更に有して成る、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
ディストリビューション・チャンネル・システムのチャンネルが、螺旋方向および軸方向に設けられる、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
ディストリビューション・チャンネル・システムは、層材料が出口ポートに向かって流れるのに際して圧力降下が生じないように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、押出に先立って層材料の混合を促進するように更に構成されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、出口ポートでの周縁流速が一定に又は等しくなるように更に構成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、押出の間で層材料に存在する応力を安定化させるように更に構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
出口ポートを有するボディー、および
少なくとも２つのダイインサート
を有して成るクロスヘッドダイ装置であって、
少なくとも２つのダイインサートの少なくとも１つが、コアを押し出すためのコア押出要素、およびコア上に押し出される層材料を分配するためのディストリビューション・チャンネル・システムを有して成る、クロスヘッドダイ装置。
【請求項１２】
ディストリビューション・チャンネル・システムが複数のチャンネルを有して成る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
コア押出要素が貫通孔を有して成る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、環状バッファー・リングを更に有して成る、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、２つの環状バッファー・リングを更に有して成る、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
ディストリビューション・チャンネル・システムのチャンネルが、螺旋方向および軸方向に設けられる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
ディストリビューション・チャンネル・システムは、層材料が出口ポートに向かって流れるのに際して圧力降下が生じないように構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、押出に先立って層材料の混合を促進するように更に構成されている、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、出口ポートでの周縁流速が一定に又は等しくなるように更に構成されている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、押出の間で層材料に存在する応力を安定化させるように更に構成されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
ファイバーの製造方法であって、
クロスヘッドダイ装置を通してコア材料および少なくとも１つの層材料を押し出して、コアおよび該コア上に押し出される少なくとも１つの層を有するファイバーを形成することを含んで成り、
該クロスヘッドダイ装置が、
出口ポートを有するボディー、および
ダイインサート
を有して成り、
ダイインサートが、コアを押し出すためのコア押出要素、およびコア上に押し出される層材料を分配するためのディストリビューション・チャンネル・システムを有して成る、ファイバーの製造方法。
【請求項２２】
ディストリビューション・チャンネル・システムが複数のチャンネルを有して成る、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
コア押出要素が貫通孔を有して成る、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、環状バッファー・リングを更に有して成る、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、２つの環状バッファー・リングを更に有して成る、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
ディストリビューション・チャンネル・システムのチャンネルが、螺旋方向または軸方向に設けられる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
ディストリビューション・チャンネル・システムは、層材料が出口ポートに向かって流れるのに際して圧力降下が生じないように構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、押出に先立って層材料の混合を促進するように更に構成されている、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、出口ポートでの周縁流速が一定に又は等しくなるように更に構成されている、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、押出の間で層材料に存在する応力を安定化させるように更に構成されている、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
複数の層から成るファイバーを製造するシステムであって、
該システムの変更が容易となるように助力されており、
少なくとも２つのクロスヘッドダイの１つを容易に取り外しできたりもしくは変更できたりするように又は付加的なクロスヘッドダイを該システムに加えることができるように更に構成されている直列の少なくとも２つのクロスヘッドダイを有して成り、
各々のクロスヘッドダイによってファイバーに層が適用され、また
上流クロスヘッドダイから押し出される少なくとも１つの層を有する、上流クロスヘッドダイから押し出されるファイバーが、付加的な層の適用を行う隣接する下流クロスヘッドダイへと供給される、システム。
【請求項３２】
少なくとも２つのクロスヘッドダイの少なくとも１つが、コアを押し出すためのコア押出要素、およびコア上に押し出される層材料を分配するためのディストリビューション・チャンネル・システムを有して成る、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
ディストリビューション・チャンネル・システムが複数のチャンネルを有して成る、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
コア押出要素が貫通孔を有して成る、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、環状バッファー・リングを更に有して成る、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
ディストリビューション・チャンネル・システムが、２つの環状バッファー・リングを更に有して成る、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３７】
ディストリビューション・チャンネル・システムのチャンネルが、螺旋方向または軸方向に設けられる、請求項３３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明の分野は、エクストルーダー（または押出機）、エクストルーダーのためのクロスヘッドダイ、およびクロスヘッドダイを用いてプラスチック光ファイバーを製造する方法に関している。
【０００２】
背景
ガラス光ファイバーは、大容量長距離通信の用途で主要な伝達媒体である。しかしながら、ガラス光ファイバーは、ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）の用途等、より小さい用途では有効な使用法が見出されていない。なぜなら、特に、ガラス光ファイバーは、機械的特性が乏しく、製造コストが高く、またファイバーの接続（ｆｉｂｅｒ  ｓｐｌｉｃｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）には手間がかかってしまうという問題点を有するからである。それゆえ、コア直径が大きいプラスチック光ファイバー（ＰＯＦ）であって、その接続が容易であり、ガラス光ファイバーの多くの利点がもたらされ、しかも、製造および加工がコスト的により効率のよいプラスチック光ファイバーに関心が持たれている。
【０００３】
一般的に、２種類のＰＯＦ：ステップインデックス型ＰＯＦ（ＳＩ  ＰＯＦ）およびグレーデッドインデックス型ＰＯＦ（ＧＩ  ＰＯＦ）が存在する。ＳＩ  ＰＯＦは、実質的に段階状に変化する半径方向屈折率によって特徴付けられ得るものである。ＧＩ  ＰＯＦは、ファイバーの中心から周縁へと非直線状に変わる半径方向屈折率によって特徴付けられ得るものである。
【０００４】
ＰＯＦがどのような種類であっても、従来の製造機構は、ＳＩ  ＰＯＦまたはＧＩ  ＰＯＦを形成するには、種々の屈折率を有する材料を同心に適用するという形態を伴っていた。１つの方法は、化学気相蒸着によってプリフォームを形成することに関しており、その蒸着の間で屈折率モディファイアー（ｍｏｄｉｆｉｅｒ）を変化させて所望の屈折率プロファイルを得ている。プリフォームは、引き続いて、所望のファイバー直径となるように引き伸ばされる。このような方法によって実際に使用できるＰＯＦがもたらされるものの、かかる方法は時間がかかるものであり、商業ベースの製造速度および商業ニーズを満たすまでには至っていない。
【０００５】
別法は、同心ノズルを通るように種々の紡糸材料の層を押し出すことに関している。典型的な同心ノズルは、一方の端部において、エクストルーダーと流体連通する半径方向ポートを含んでおり、他方の端部において環状部を含んでいる。環状部は、溶融紡糸材料を同心形態で環状出口ポートへと送る２つの円錐形状面によって形成される円錐形状クリアランスに連通している。環状出口ポートに又は環状出口ポート付近では、円錐面の中心軸に沿ってコアを押し出すための出口ポートが存在する。このような態様で、同心となるように層を成すＰＯＦが同心ノズルを通って押し出されることになる。しかしながら、このようなアレンジメントでは、エクストルーダーからノズルの環状出口ポートへと紡糸材料が適当に流れることを確保するには不十分となっている。特に、一様でない材料配分に起因した圧力勾配によって、流速が周縁においてしばしば不均一となり、その結果、押し出される複合ファイバーの層厚さが変化してしまう。
【０００６】
更に、４つの層またはそれより多い層を適用することが望ましい場合、ダイおよびノズルの機械的な制限およびツールの組立て（または設備の組立て、ｔｏｏｌ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）に関する制限によって、十分に同心となるように層を成すファイバー（適切に制御された層厚さを有する）を押し出すのに必要とされる公差の適切な制御が妨げられることになる。
【０００７】
それゆえ、同心形態のプラスチック光ファイバーの周縁圧力勾配が相当に取り除かれている押出方法および装置であって、商業的な製造に用いられる同心で複数の層を成すプラスチック光ファイバーの押出しを効果的かつ柔軟に助力する押出方法および装置が特に望ましいものとされている。
【０００８】
発明の要旨
本発明の好ましい態様では、コア材料上に層材料（または層構成材料）を含む同心形態のプラスチック光ファイバーを共押出できるクロスヘッドダイが供される。クロスヘッドダイは、ボディーおよびダイインサートを含んでいる。ダイインサートは、コアを押出すための貫通孔（または通り穴）、およびコア上に押し出される層材料を分配するためのディストリビューション・チャンネル・システム（または分配チャンネル・システム、ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｃｈａｎｎｅｌ  ｓｙｓｔｅｍ）を含んでいる。ディストリビューション・チャンネル・システムによって、層材料が環状出口ポートに向かって流れるに際して望ましくない圧力降下が発生（または発展）することがなく、それによって、押し出される層のむら（または不均一さ）が防止されることになる。
【０００９】
別の好ましい態様では、コアと同心の層材料とを共押出することができるクロスヘッドダイが、層材料の環状出口ポートの上流に配置される環状バッファー・リング（または緩衝リング）を含んでおり、環状クリアランスに通される押出の間でプラスチック材料にしばしば見られる内部応力が安定化または均一される。
【００１０】
別の好ましい態様では、クロスヘッドダイは複数のダイインサートを有しており、そのダイインサートが、コアおよびコア上に適用される複数の層を有する同心のマルチレイヤー型プラスチック光ファイバー（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ）の共押出を助力する複数の環状ポートが形成されるように構成されている。
【００１１】
別の好ましい態様では、環状出口ポートの上流に螺旋方向（または周方向）のチャンネルがクロスヘッドダイに設けられており、押し出される材料の混合が促進されるようになっている。
【００１２】
別の好ましい態様では、ダイインサート表面の回りを螺旋方向および軸方向に用いられる層材料の流通路がクロスヘッドダイに設けられている。
【００１３】
別の好ましい態様では、クロスヘッドダイが直列に組み合わされてクロスヘッドダイ・セットが形成されている。このクロスヘッドダイ・セットでは、第１クロスヘッドダイから押し出された共押出複合ファイバーが第２クロスヘッドダイ内へと供給される。第２クロスヘッドダイでは、その複合ファイバー上に付加的な層が適用される。このような構成によって、コア上に押し出される同心の層を容易に追加したり、除いたり、または変更したりすることが助力され、ファイバー製造システムを完全に分解する必要性が減じられることになる。
【００１４】
添付の図面（本発明の種々の態様が例示的に示される）に関連して検討される以下の説明から本発明の更なる目的、特徴および利点がより良く理解されるであろう。
【００１５】
好ましい態様の詳細な説明
次に、図面を参照して好ましい態様を説明する。説明を容易にするために、ある図面で要素を表している参照番号は、他の図面で同様の要素を表すのに用いられる。
【００１６】
図１は、第１エクストルーダー１２、第２エクストルーダー１３、クロスヘッドダイ１６、線引きデバイス（ｆｉｂｅｒ  ｄｒａｗｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）１８、およびファイバー収集デバイス２２を有して成るファイバー製造システム１０を示している。
【００１７】
操作に際して、通常ペブル形態（もしくは小石形態）または粉末形態の第１材料がエクストルーダー１２に導入され、そこで、所望の粘り（またはちょう度）および温度となるように第１材料が溶融され、混合されることになる。同様に、通常ペブル形態または粉末形態の第２材料がエクストルーダー１３に導入され、混合された溶融状態の第２材料が得られる。第１材料および第２材料は、それらが導入される形態では、添加剤、ドーパントまたは個々の屈折率に影響を与え得る他の材料と共に予め混合されたポリマーであってよい。別法では、第１材料および第２材料は、エクストルーダー１２，１３に導入される際には、それぞれ未重合状態であって通常液体形態を有するものであってよい。かかるアレンジメントでは、添加剤、ドーパントまたは屈折率に影響を与え得る他の材料を個々のエクストルーダーに直接加えてもよい。いずれの方法であっても、第１材料および第２材料は、同じポリマーであってもよいし、またはそのようなポリマーでなくてもよい。しかしながら、２つの材料の屈折率は、異なっていることが好ましい。
【００１８】
第１材料および第２材料の導入形態および第１材料および第２材料を混合させた溶融状態にする調製法にかかわらず、２つの材料がクロスヘッドダイ１６内へと供給され、複合ファイバー２４がクロスヘッドダイ１６から押し出されることになる。線引きデバイス１８によって引き伸ばされた後、ファイバー収集デバイス２２によって集められる、押し出された複合ファイバー２４は、同心に層を成す構造を有している。このようにして、同心に層を成すＰＯＦが、第１材料から成るコアおよび第２材料から成る外側層を有するように形成されることになる。
【００１９】
上述のファイバー製造システム１０で使用するのに適当なエクストルーダー１２，１３は、所望の粘りおよび温度となるように材料を混合できるエクストルーダー（しばしば市販されている）であってよい。線引きデバイス１８は、キャプスタン、またはファイバーを所望の直径となるように引き伸ばすことが可能な他の適当なデバイスであってよい。ファイバー収集デバイス２２は、スプール、またはファイバーを収集するのに適当な他のデバイスであってよい。
【００２０】
以下にて、本発明の第１態様のクロスヘッドダイ１６をより詳細に説明する。クロスヘッドダイ１６は、図２に示すように、上流側端部２５、下流側端部２６、ボディー２８、ダイインサート３２およびアダプター３８を含んでいる。必要に応じて、上流側端部２５は、他の機器またはデバイスと係合するための取付けフランジ５８を含んでいる。同様に、必要に応じて、下流側端部２６は、他の機器またはデバイスと係合する取付けフランジ５４を含んでいる。
【００２１】
図３に個別に示すように、ボディー２８は、一定の直径の貫通孔３３、内面３４（略円筒形状部分３４ａおよび円錐形状セクション３４ｂを有する）、外面３５、半径方向穴３６、下流側取付けフランジ５４ならびに上流側取付けフランジ５８を含んでいる。半径方向穴３６は、内面３４から外面３５まで延在する。下流取付けフランジ５４は、ボルト穴２７および円筒形状整列プラグ５６を含んでいる。上流側取付けフランジ５８は、ボルト穴２９、ざぐり穴３７およびインサート支持穴３９を含んでいる。ボディー２８の半径方向穴３６は、アダプター３８を受容するためにネジ切り加工されてもよい。
【００２２】
図２を参照すると、アダプター３８は、貫通孔４２、温度センサー・ポート４４、圧力センサー・ポート４６、ヒーター４８およびフランジ・コネクター５２を含んでいる。フランジ・コネクター５２は、常套の方法でエクストルーダーに接続されるように構成されている。温度センサー・ポート４４および圧力センサー・ポート４６は、標準的なセンサーを受けるように構成されている。ヒーター４８は、電気コイル等の常套の加熱デバイスであってよい。このような構成によって、アダプター３８が、押出プロセスの間で温度および圧力を微調整するのに必要とされるパラメーターの測定を助力することになる。
【００２３】
アダプター３８はクロスヘッドダイ１６に取り付けられた状態で図示されているものの、アダプター３８を有することは必ずしも必要ではない。別の態様では、半径方向穴３６は、アダプター３８を含まないエクストルーダーと直接的に結合するように構成されてもよい。
【００２４】
図４に移って、ダイインサート３２を説明する。ダイインサート３２は、軸方向貫通孔１４、入口ポート９６、前端部６４、略円錐形状面６２、円錐台状セグメント（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ  ｓｅｇｍｅｎｔ）６１、略円筒形状面６６および挿入フランジ５１を含んでいる。円錐形状面は、前端部６４から円錐台状セグメント６１まで延在している。更に外面では、ダイインサート３２が、受容キャビティー６８、ディストリビューション・チャンネル・システム７０、第１バッファー・リング９１および第２バッファー・リング９２を含んでいる。
【００２５】
ディストリビューション・チャンネル・システム７０は、外側円筒形状面６６および円錐台状面６１に配置されるチャンネルのシステムを含んでいる。ディストリビューション・チャンネル・システム７０では、受容キャビティー６８のための通路が第１バッファー・リング９１と連通するように設けられている。図８は、図４のＡ−Ａから見た２次元の遠近画法でダイインサート３２の外面に配置されるディストリビューション・チャンネル・システム７０を示している。ディストリビューション・チャンネル・システム７０は、受容キャビティー６８を中心に略対称的であるので、ディストリビューション・チャンネル・システム７０の片方について説明する（本明細書ではディストリビューション・チャンネル７２と呼ぶ）。
【００２６】
図４および図８を参照すると、ディストリビューション・チャンネル７２は、メイン・チャンネル７４、分割チャンネル７６，７８および供給チャンネル８２，８４，８６，８８を含んでいる。受容キャビティー６８は、ダイインサート３２の外面６６に配置されており、ディストリビューション・チャンネル７２と流体連通状態となっている。メイン・チャンネル７４は、はじめ螺旋方向に延在した後で軸方向に延在しており、その後、２つの分割チャンネル７６，７８に分かれている。また、分割チャンネル７６は、まず螺旋方向に延在した後、軸方向に延在しており、その後、２つの供給チャンネル８２，８４に分かれている。同様に、分割チャンネル７８は２つの供給チャンネル８６，８８に分かれることになる。供給チャンネル８２，８４，８６および８８は、軸方向に延在した後で螺旋方向に延在している。供給チャンネル８２，８４，８６および８８は、第１バッファー・リング９１と流体連通状態にある。
【００２７】
上述のように配置されるディストリビューション・チャンネル７２は、１つの考えられ得るアレンジメントであり、例示を目的に説明するものである。上述のように、図８で示されるように、チャンネル・アレンジメントが、複数の材料ディストリビューション通路を含んでおり、各々の通路では、受容キャビティー６８と第１バッファー・リング９１との間の直線距離が実質的に同じようになっている。しかしながら、本発明のディストリビューション・チャンネル７２およびディストリビューション・チャンネル・システム７０は、他のアレンジメントを有してもよい。例えば、供給チャンネル８２，８４，８６および８８が、軸方向に延在し、螺旋方向部分を有さないものであってもよい。別法では、図９に示すように、ダイインサート３２回りに螺旋方向で一方に完全に回転するように延在した後で第１バッファー・リング９１と流体連通するように、供給チャンネル８２，８４，８６および８８をアレンジしてもよい。更なる別の態様では、特に、単一の供給チャンネル８２は、図１０に示すようなクロスヘッドダイの回りを何回も延在するものであってもよい。一般的に、螺旋方向にチャンネル通路を有することが望ましく、それによって、チャンネルを通過して流れるのに際して押出材料の混合が促進されることになる。従って、図９または図１０に示されるようなディストリビューション・チャンネルのアレンジメントによって、混合が促進されることになる。
【００２８】
更に、２つのメイン・チャンネル、４つの分割チャンネルおよび８つの供給チャンネルが図８に示されているものの、受容キャビティー６８から第１バッファー・リング９１までの直線距離が実質的に各々同じとなった材料流通路を含む材料供給システムが得られるように、そのような数より多い又は少ないメイン・チャンネル、分割チャンネル、供給チャンネルおよび／または付加的なチャンネルをディストリビューション・チャンネル・システム７０が有するものであってもよい。例えば、各々の供給チャンネル８２，８４，８６，８８を２つのサブ−チャンネルに更に分けて、第１バッファー・リング９１につながる１６個のサブ−チャンネルを形成してもよい。
【００２９】
再び図４を参照すると、第１バッファー・リング９１は、第２バッファー・リング９２と流体連通状態になっている。第１バッファー・リング９１および第２バッファー・リング９２は、円錐台状面６１回りを３６０°にわたって延在している環状溝部である。第１バッファー・リング９１と第２バッファー・リング９２との間には、ブリッジング面（ｂｒｉｄｇｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）９４が存在している。インサートダイ３２のブリッジング面９４は、ボディー２８の内面３４よりも小さい直径を有している。
【００３０】
ディストリビューション・チャンネル７２、第１バッファー・リング９１、第２バッファー・リング９２およびブリッジング面９４が、ダイインサート３２の外面に配置されている。それらは、常套の機械的な方法または他の適当な方法によって形成してよい。
【００３１】
再び図２を参照して、組み立てられた状態のクロスヘッドダイ１６の物理的関係を以下で説明する。ダイインサート３２がボディー２８の内面３４に挿入されており、常套の方法でボルトまたはネジ（図示せず）を挿入フランジ５１からボディー２８の対応するネジ穴（図示せず）へと通すことによって、ダイインサート３２が内面３４に取り付けられている。
【００３２】
ボディー２８の内面３４は、ダイインサートの外面６６および円錐形状面６２に対して適当なサイズを有している。ダイインサート３２が所定の位置に取り付けられた際に円錐形状面３４ｂと円錐形状面６２との間で一定の円錐形状クリアランス６７が形成され、そのクリアランスが出口環状部９８に向かって延在するように、インサート支持穴３９が適当に軸方向に配置されている。更に、組み立てられた際、漸次増加するクリアランス６５が、ダイインサート３２の円錐台状面６１とボディー２８の円筒形状面３４ｂとの間に形成されることになる。
【００３３】
組み立てられた状態において、受容キャビティー６８がボディー２８の半径方向穴３６と整列するように、ダイインサート３２が向き決めされている。最終的には、容易に判るように、一旦組み立てられると、ボディーの内面３４によって、ディストリビューション・チャンネル・システム７０、第１バッファー・リング９１、第２バッファー・リング９２およびブリッジング面９４が包囲されることになる。ボディーの内面３４とインサートのブリッジング面９４との間のクリアランスによって、第１バッファー・リング９１と第２バッファー・リング９２との間が連通している。
【００３４】
このようにして組み立てられると、ディストリビューション・チャンネル７２によって、受容キャビティー６８から出口環状部９８に向かう層材料用通路が形成されることになる。半径方向穴３６を通ってクロスヘッドダイに入る混合された溶融状態の材料が移動するのに２つのモードが存在する。第１モードでは、ディストリビューション・チャンネル・システム７０の対称を成す片方について本明細書で説明したように、混合された溶融状態の材料は、４つの通路からバッファー・リングを通った後、円錐形状クリアランス６７を通って、出口環状部９８から出るように流れることになる。４つの通路は、１）メイン・チャンネル７４から分割チャンネル７６を通って供給チャンネル８２に至る通路、２）メイン・チャンネル７４から分割チャンネル７６を通って供給チャンネル８４に至る通路、３）メイン・チャンネル７４から分割チャンネル７６，７８を通って供給チャンネル８６に至る通路、および４）メイン・チャンネル７４から分割チャンネル７８を通って供給チャンネル８８に至る通路である。第２モードでは、混合された溶融状態の材料が、メイン・チャンネル７４から分割チャンネル７８へと流れた後、漸次増加するクリアランス６５を通るように流れることになる。第１モードでは、螺旋方向パターンで溶融した材料が徐々に方向付けられる一方、第２モードでは、螺旋方向パターンおよび軸方向パターンにより溶融した状態の材料が方向付けられることになる。
【００３５】
次に図１および図２を参照する。使用に際して、第１エクストルーダー１２によって、混合された溶融状態の材料（コア材料）が入口ポート９６を通してクロスヘッドダイ１６に供され、第２エクストルーダー１３によって、混合された溶融状態の材料（層材料）がアダプター３８を通して半径方向穴３６に供されることになる。コア材料は、ダイインサート３２の軸方向穴１４を通るように移動して、出口ポート６３から出るように押し出される。層材料は、半径方向穴３６、受容キャビティー６８、ディストリビューション・チャンネル・システム７０、バッファー・リング９１，９２、増加するクリアランス６５および円錐形状クリアランス６７を通るように移動した後、環状出口ポート９８から出るように流れる。このような構成によって、環状出口ポート９８から押し出される層材料は、出口ポート６３から押し出されるコア材料上にて同心となるように適用され、同心に層を成す複合ＰＯＦ（貫通孔３３から出てくる）が形成されることになり得る。
【００３６】
要約すると、クロスヘッドから環状出口ポートまでの層材料のディストリビューション通路の直線距離または流れ距離が実質的に同じとなっているクロスヘッドダイについて説明してきた。流路がそのように配置されているので、環状出口ポートにおいて不均一な周縁流速が生じることがない。従って、本発明のクロスヘッドダイによって、層材料の不均一な壁厚さの問題が回避され、複数の層から成るコアＰＯＦが共押出されることになる。
【００３７】
更に、層材料がバッファー・リング９１，９２を通過するので、層材料内に存在し得る内部応力が安定化することになる。２つのバッファー・リングについて説明してきたものの、材料を安定にさせるために、それよりも多い又は少ないバッファー・リングを必要に応じて用いてもよい。
【００３８】
更に、本明細書で説明するクロスヘッドダイの構成では、層材料の厚さまたはＰＯＦコアの直径が、クロスヘッドダイの要素を簡単に変更することによって容易に変更されるという可能性が有利に供されている。層材料の厚さは、ダイインサート３２とボディー２８との間のクリアランスにより形成される環状出口ポート９８によって規定される。従って、適当なサイズを有するダイインサート３２とボディー２８とを簡単に組み合わすことによって、環状出口ポート９８のクリアランスを制御することができる。層材料の厚さの変更が望ましい場合、例えばダイインサートを所望のクリアランスをもたらす別のダイインサートと交換してもよい。このようにして、本発明のクロスヘッドダイでは、ＰＯＦ構造の容易な変更が助力されており、押し出されるＰＯＦの光学的性質の変更が助力されている。
【００３９】
第２態様では、クロスヘッドダイ２０によって、共押出されるコア上に複数の層を同時に押し出すことが可能となる。図１１は、クロスヘッドダイ２０、第１エクストルーダー１２、第２エクストルーダー１３、第３エクストルーダー１５、線引きデバイス１８およびファイバー収集デバイス２２を有して成るファイバー製造システム４０を示している。
【００４０】
図５に移ると、クロスヘッドダイ２０は、ボディー９５、内側層ダイインサート９７および外側層ダイインサート１０２を含んでいる。このような構成では、ボディー９５および内側層ダイインサート９７は、第１態様で既に説明したのと同様の特徴を一般的に有している。しかしながら、ボディー９５は、１つの半径方向穴の代わりに、２つの半径方向穴（内側層半径方向穴１０３および外側半径方向穴１０５）を含んでいる。また、ボディー９５の内径は、外側ダイインサート１０２の外側形態と係合するようなサイズを有している。内側層ダイインサート９７の外径は、外側層ダイインサート１０２の内側形態と係合するようなサイズを有している。その他の点では、ボディー９５および内側層ダイインサート９７は、図３および図４でそれぞれ示されるボディー２８およびダイインサート３２に関して既に説明した特徴および要素を含んでいる。それゆえ、本明細書では、そのような共通の特徴または要素を表すのに同様の参照番号を引用している。
【００４１】
次に、外側層ダイインサート１０２についてより詳細に説明する。外側層ダイインサート１０２は図６に独立に示される。外側層ダイインサート１０２は、外側円錐形状面１２８、外側円筒形状面１３２、円錐台状面１３４、取付けフランジ１５４、支持ざぐり穴１５６、ディストリビューション・チャンネル・システム１３６、第１バッファー・リング１３８、第２バッファー・リング１４２およびブリッジング面１４４を含んでいる。このよう外側形態は、ボディー９５の内面３４に適合するようなサイズを有している。外側層ダイインサート１０２の内側形態は、内側穴１４６（略円錐形状部分１４６ａおよび円錐形状面１４６ｂを有している）、貫通孔１０８ならびに材料供給半径方向穴１１４を含んでいる。
【００４２】
図５を参照して、組み立てられたクロスヘッドダイ２０の物理的関係を以下にて説明する。外側層ダイインサート１０２は、ボディー９５内にまず挿入される。そして、ネジまたはボルト等の常套の固締デバイスが取付けフランジ１５４を通して用いられることによって、インサート支持穴３９にて外側層ダイインサート１０２がボディー９５に取り付けられる。一旦所定の位置に取り付けられると、ボディー９５の円錐形状面３４ｂと外側層ダイインサート１０２の外側円錐形状面１３２によって、外側環状出口ポート１１６に向かって延在する円錐形状クリアランス１５８が形成されることになる。本明細書で既に説明したのと同じように、漸次増加するクリアランス１５９が、外側ダイインサート１０２の円錐台状面１３４に隣接する領域に形成されることになる。ボディー９５の外側層半径方向ポート１０５が受容キャビティーおよびディストリビューション・チャンネル・システム１３６に対して整列するように、外側ダイインサート１０２が向き決めされている。また、半径方向穴１１４は、ボディー９５の内側層半径方向穴１０３と整列している。
【００４３】
内側層ダイインサート９７は、外側ダイインサート１０２の内側穴１４６内に挿入される。そして、ネジまたはボルト等の常套の固締デバイスが挿入フランジ５１を通して用いられることによって、支持ざぐり穴１５６にて内側層ダイインサート９７が外側ダイインサート１０２の内側穴１４６に取り付けられる。一旦取り付けられると、外側ダイインサート１０２の円錐形状面１４６ｂと内側ダイインサート９７の円錐形状面６２によって、内側環状出口ポート１１８に向かって延在する円錐形状クリアランス１６２が形成されることになる。本明細書で既に説明したのと同じように、漸次増加するクリアランス１６３が、内側ダイインサート９７の円錐台状面６１に隣接する領域に形成されることになる。内側ダイインサート９７は、それが内側層材料穴１０３と整列するように向き決めされる。
【００４４】
使用に際して、混合された溶融状態の第１材料（コア材料）は、第１エクストルーダー１２からコア・インレット９６で受容される；混合された溶融状態の第２材料（内側層材料）は、第２エクストルーダー１３から内側層半径方向穴１０３で受容される；混合された溶融状態の第３材料（外側層材料）は、第３エクストルーダー１５から外側層半径方向穴１０５で受容される。コア材料は、内側ダイインサート９７の軸方向穴を通るように移動した後、ポート６３から出るように押し出される。内側層材料および外側層材料は、それぞれ、別個のディストリビューション・チャンネル、漸次増加するクリアランス、バッファー・リング、そして円錐形状面を通るように移動して、内側環状出口ポート１１８および外側環状出口ポート１１６から押し出される。内側層および外側層が、個々の環状出口ポートからコア上に押し出されるので、共押出された複数の層から成るコアＰＯＦが形成されることになり得る。
【００４５】
クロスヘッドダイ１０２が２つのダイインサートを含んでいるものの、外側ダイインサート１０２と同様のダイインサートを加えることによって、同様な方法で２つよりも多いインサートを用いてもよい。しかしながら、ＰＯＦは非常に小さい直径を一般的に有するので、公差の調節およびインサート整列が難しくなる。従って、図５または図１０に示すような２つのダイインサートを有するクロスヘッドダイが好ましい。
【００４６】
第３態様では、より多くの数の層を有する同心に層を成すＰＯＦを形成することが可能なクロスヘッドダイ・セット３０について説明する。図７で参照されるように、クロスヘッドダイ１６または２０を直列に取り付けて、クロスヘッドダイ・セット３０を形成してもよい。例示を目的として、第１クロスヘッドダイ２０および第２クロスヘッドダイ１６を含むクロスヘッドダイ・セット３０について本明細書で説明する。
【００４７】
図５および図７を参照すると、第１クロスヘッドダイ２０の下流の端部は、取付けフランジ１６４および整列プラグ１６６を含んでいる。図２および図７を参照すると、第２クロスヘッドダイ１６の上流側端部は、取付けフランジ５８および整列ざぐり穴３７を含んでいる。クロスヘッドダイの整列を制御することは、整列プラグ１６６およびざぐり穴３７の公差をしっかりと保持することを伴っており、ボルト、ネジまたは他の常套の固締方法を用いることによって、第１クロスヘッドダイ２０を第２クロスヘッドダイ１６に取り付けることができるようになっている。
【００４８】
使用に際して、第１クロスヘッドダイ２０は、コア・インレット９６でコア材料を受容し、半径方向ポート１０３で第１層材料を受容し、そして、ポート１０５で第２層材料を受容する。適当な条件下では、コア材料、ならびにそのコア材料に同心となるように適用される第１層材料および第２層材料を有する第１共押出ＰＯＦは、第１クロスヘッドダイ２０から共押出される。クロスヘッドダイが直列にアレンジされているので、このような第１共押出ＰＯＦが、第２クロスヘッドダイ１６の軸方向穴１４を通るように移動し、そこで、第１共押出ＰＯＦ上にて同心となるように第３層材料が適用され、第２共押出ＰＯＦ１６８が形成されることになる。このように、クロスヘッドダイ・セット３０から出てくる第２共押出ＰＯＦ１６８は、３つの同心の層材料を含んだ複数の層から成るコア構造を有するように形成されることになる。
【００４９】
３層の同心に共押出されるＰＯＦを形成することが可能な２つのクロスヘッドダイを有して成るクロスヘッドダイ・セット３０を説明してきたものの、より多くの層を本発明の共押出ＰＯＦに加えるために、付加的なクロスヘッドダイを直列に組み立ててもよいことが容易に判るであろう。更に、ダイ・セット３０を構成すべく組み立てられた各々のクロスヘッドダイは、１つの層のクロスヘッドダイ１６、２つの層のクロスヘッドダイ２０、多くの層を適用することが可能な他のクロスヘッドダイ構成、またはそれらのいずれかの組合せであってよい。
【００５０】
上述の構成のように、クロスヘッドダイ・セット３０は、特定のクロスヘッドダイを簡単に加えたり又は外したりすることによって、共押出された複数の層から成るコアＰＯＦに層（または複数の層）を容易に加えたり又は除いたりする可能性を供する。有利には、このような構成によって特に以下のことが供される：
ＰＯＦ構造を容易に変更できるという融通性；
ＰＯＦ上の各々の層ずつ品質制御が維持される可能性；および
個々のクロスヘッドダイを別個に取り替えることができるので、設備（または工具）および在庫を減らせるというキャパシティー（または可能性）。従って、設備を改めるコストおよび在庫コストが最小限度になる。
【００５１】
更に、本明細書で開示されているクロスヘッドダイ構成が、他のクロスヘッドダイに取り付けられるように説明してきたものの、そのような限定は必ずしも必要ではない。図２に例示されるようなクロスヘッドダイ１６の取付けフランジ５４および５８、ならびに図５に例示されるようなクロスヘッドダイ２０のフランジ１６４は、クロスヘッドダイがエクストルーダーまたは支持スタンド等のデバイスに取り付けられるように構成してよく、必要に応じて、ファイバー製造システムを支持するように構成してもよい。
【００５２】
当業者には付加的な利点および変更がもたらされる。それゆえ、本発明は、そのより幅広い形態において、図示または説明される特定の詳細な記述、代表的な方法、および例示的な実施例に限定されることはない。従って、出願人の一般的な発明の概念および範囲から逸脱することなく、そのように詳細に記述されたことから変更を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、本発明のファイバー製造システムを示している。
【図２】図２は、クロスヘッドダイの一部断面図を示している。
【図３】図３は、図２のクロスヘッドダイのボディーの断面図を示している。
【図４】図４は、図２のクロスヘッドダイのダイインサートの断面図を示している。
【図５】図５は、別のクロスヘッドダイの一部断面図を示している。
【図６】図６は、図５の別のクロスヘッドダイの外側ダイインサートの一部断面図を示している。
【図７】図７は、直列に組み立てられた２つのクロスヘッドダイの側面図を示している。
【図８】図８は、Ａ−Ａから見たディストリビューション・チャンネル・システムを２次元遠近画法で示している。
【図９】図９は、別のディストリビューション・チャンネル・システムを２次元遠近画法で示している。
【図１０】図１０は、クロスヘッドダイの断面図を示しており、更に別のディストリビューション・チャンネル・システムが示されている。
【図１１】図１１は、別のファイバー製造システムを示している。
【図１】
2005516791.tif 000003
【図２】
2005516791.tif 000004
【図３】
2005516791.tif 000005
【図４】
2005516791.tif 000006
【図５】
2005516791.tif 000007
【図６】
2005516791.tif 000008
【図７】
2005516791.tif 000009
【図８】
2005516791.tif 000010
【図９】
2005516791.tif 000011
【図１０】
2005516791.tif 000012
【図１１】
2005516791.tif 000013
【国際調査報告】
2005516791.tif 000014
2005516791.tif 000015