(57)【要約】  微細構造を有する押出し部品を製造する製造装置であって、支持構造と、供給材料を受け入れるための支持構造に支持されるホッパと、ホッパから供給材料を受け入れ、供給材料溶融温度より上で供給材料を溶融する、ホッパと作動的に関連付けられる押出し室と、支持構造に支持されるダイであって、ダイの内側表面に配置されたダイ微細構造を有し、ダイ微細構造が、上側表面および下側表面をそれぞれが有する複数の微細特徴部を有し、溶融供給材料がダイに通されて押出し物微細構造を有する押出し物を製造するダイと、冷却装置であって冷却前の押出し物の押出し物微細構造が冷却された押出し物の押出し物微細構造の物理的寸法より大きい物理的寸法を有する冷却装置と、を含む製造装置。【選択図】図面１Ａ
2014517777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細構造を有する押出し部品を製造する製造装置において、
支持構造と、
供給材料を受け入れるための前記支持構造に支持されるホッパと、
前記ホッパから前記供給材料を受け入れ、供給材料溶融温度より上で前記供給材料を溶融する前記ホッパと作動的に関連付けられる押出し室と、
前記支持構造に支持されるダイであって、前記ダイの内側表面に配置されたダイ微細構造を有し、前記ダイ微細構造が、上側表面および下側表面をそれぞれが有する複数の微細特徴部を有し、前記溶融供給材料が前記ダイに通されて押出し物微細構造を有する押出し物を製造する、ダイと、
冷却装置であって、前記冷却前の押出し物の前記押出し物微細構造が前記冷却された押出し物の前記押出し物微細構造の物理的寸法より大きい物理的寸法を有する冷却装置と
を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の製造装置において、前記押出し物が、フィルム、正方形柱、長方形柱、台形柱、非対称の柱、円形柱、楕円形柱、三角柱、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選ばれる物理的形状を有することを特徴とする製造装置。
【請求項３】
請求項１に記載の製造装置において、前記冷却された押出し物を収集するための巻取りローラを含み、前記収集される前の押出し物の前記押出し物微細構造が前記収集された押出し物の前記押出し物微細構造の物理的寸法より大きい物理的寸法を有することを特徴とする製造装置。
【請求項４】
請求項１に記載の製造装置において、
伸ばし、平坦化、伸張、エンボス加工、コーティング、型押し、圧延、ねじり、加熱、凍結、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選ばれる方法で前記押出し物を物理的に変化させるための押出し後装置を含み、
前記押出し物の前記押出し物微細構造が、前記押出し物が前記押出し後装置を通過したあとの前記押出し物の前記押出し物微細構造の物理的寸法より大きい物理的寸法を有する
ことを特徴とする製造装置。
【請求項５】
請求項１に記載の製造装置において、
平坦な表面を有するダイと、
前記平坦な表面に配置された少なくとも１つの微細特徴部の前記下側表面に含まれる円弧と
を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項６】
請求項１に記載の製造装置において、
平坦な表面を有するダイと、
前記上側表面との関係において９０°未満の入射角を有する、前記平坦な表面に配置された少なくとも１つの微細特徴部に含まれた第１の壁と、
前記第１の壁に隣接して配置された、前記微細特徴部に含まれる円弧と
を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項７】
請求項６に記載の製造装置において、
前記下側表面に沿って配置された、前記微細特徴部に含まれる微細特徴部平坦表面と、
前記微細特徴部平坦表面に隣接して配置された、前記微細特徴部に含まれる第２の円弧と、
前記上側表面との関係において９０°を超える入射角を有する、微細特徴部に含まれた第２の壁と
を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の製造装置において、前記上側表面に含まれた上側円弧を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項９】
請求項１に記載の製造装置において、前記上側表面に含まれた上側円弧を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の製造装置において、１００〜１６０μｍの幅を有する前記微細特徴部によって画定された溝を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の製造装置において、３００〜４００μｍの深さを有する前記微細特徴部によって画定された溝を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の製造装置において、
微細特徴部を有する前記ダイに含まれた湾曲表面と、
前記湾曲表面に含まれた少なくとも１つの微細特徴部に画定された溝と、
前記湾曲表面に含まれた前記微細特徴部の前記下側表面に画定された円弧と
を有することを特徴とする製造装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の製造装置において、前記下側表面に画定された第２の円弧を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の製造装置において、前記第２の円弧が前記円弧に隣接して配置されることを特徴とする製造装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の製造装置において、前記上側表面との関係において９０°未満の入射角を有する、前記微細特徴部に含まれた第１の壁を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の製造装置において、前記上側表面との関係において９０°未満より大きい入射角を有する、前記微細特徴部に含まれた第２の壁を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項１７】
請求項１２に記載の製造装置において、前記上側表面との関係において９０°を超える入射角を有する、前記微細特徴部に含まれた第１の壁を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の製造装置において、前記上側表面に画定された円弧を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の製造装置において、前記押出し物が微細構造を前記内側表面に有する内側キャビティを含むように、外側表面に微細特徴部が配置された、前記支持構造によって支持されるマンドレルを含むことを特徴とする製造装置。
【請求項２０】
請求項１に記載の製造装置において、前記押出し物微細構造が、０．１〜５００μｍの範囲の寸法を有することを特徴とする製造装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の製造装置において、前記押出し物微細構造が、疎水性、親水性、自浄性、低下または増加した水力学的抗力係数、低下または増加した空力学的抗力係数、増大した摩擦力、低下した摩擦力、光学効果、増大した接着性、低下した接着性、疎油性、親油性、触覚効果、不粘着性、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される物理的特徴を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項２２】
請求項１に記載の製造装置において、前記押出し物微細構造が、ピラー、空隙、段、畝、湾曲領域、凹領域、柱；円、楕円、三角形、正方形、長方形、ポリイオン、星形、六角形、文字、数字、記号を含む断面形状、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする製造装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の製造装置において、前記ダイ微細構造に含まれる懸垂構造を含むことを特徴とする製造装置。
【請求項２４】
微細構造を有する押出し部品を製造する製造装置において、
支持構造と、
供給材料を受け入れるために前記支持構造に支持され、かつ供給材料溶融温度より上で前記供給材料を溶融する押出し室と、
前記支持構造に支持されるダイであって、前記ダイの内側表面に配置されたダイ微細構造を有し、前記ダイ微細構造が、上側表面および下側表面をそれぞれが有する複数の微細特徴部を有し、前記溶融供給材料が前記ダイに通されて押出し物微細構造を有する押出し物を製造するダイと
を含むことを特徴とする製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年２月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／４４６，１８０号明細書の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、部品を作製するシステムおよび方法に関し、より詳細には、押出し物の製造プロセスを用いて部品を作製するシステムおよび方法に関し、結果として得られる部品は表面に微細構造が付与されている。
【０００３】
押出しは、固定された断面形状を有する部品を作製するために使用される製造プロセスである。押出し材料は、所望の断面の押出しダイまたは引抜きダイを通して押されるか引き抜かれる。押出し材料は圧縮およびせん断応力を受けるだけなので、押出しは脆性の押出し材料とともに用いることができる。押出しはまた、表面仕上げを有する仕上げ部品を製造することもできる。
【０００４】
押出しは、無限に長い部品を理論上製造可能な連続プロセスであり得る。一形態において、押出しは、実質的に同一の部品、または同じ断面を有するが長さが変わる部品の複製をもたらす半連続部品を製造する。押出しプロセスは熱いまたは冷たい押出し材料を用いて実行可能である。共通に押出される材料は、金属、ポリマー、プラスチック、セラミック、コンクリートおよび食品を含む。
【０００５】
単純な平坦な押出しダイを用いて中実部品を製造することができる。部品内の中空キャビティは、深さのあるダイを用いて製造することができ、まず中央部分を支持する形状プロファイルで始まる。ダイ形状は続いて内側でその長さに沿って最終形状へ変化し、吊り下げられた中央部片がダイの後側から支持される。マンドレルを使用してキャビティを有する押出し部品を製造することもできる。
【０００６】
部品は引抜プロセスによって形成することもできる。引抜きは材料を伸張するために引張力を使用する製造プロセスである。一般に、引抜きは、シート引抜き、またはワイヤ、バーおよびチューブ引抜きとして記載される。シート引抜きは湾曲軸上での変形を必要とする。ワイヤ、バーおよびチューブ引抜きは、引抜きダイを通して材料を引き、その直径を低減し、その長さを増大する。引抜きは室温で通常行われ、従って冷間加工プロセスに分類されるが、力を低減するために、高温で実行されてワーク用の大型ワイヤ、ロッドまたは中空部分を熱することもある。引抜きは金属および非金属に使用することができる。
【０００７】
当該技術分野の現況下では、押出しプロセス（引抜きを含む）は、滑らかさまたは上質な仕上げを有する表面を一般に製造する。引抜きプロセスの間押出し材料に表面特性を付与することができ、その結果ある物理的特性を有する押出しプロセスに起因する部品がもたらされることは有利であろう。
【０００８】
部品に配置される微細特徴部は、有利な表面特性を提供することができる。複数の微細特徴部を物体の表面に含めることによって、高められた疎水性、親水性、自浄能力、水力学的抗力係数、空力学的抗力係数、摩擦特性および光学効果などの他の特徴が物体に付与される場合がある。超疎水性表面は、ハスの葉の特徴的な撥水性によって最初に着想された。
【０００９】
歴史的に、微細特徴部はコーティング、接着剤または化学反応として表面に付与された。ゆえに微細特徴部は表面から摩損する傾向がある。時を経ると、微細構造によって提供された特性は失われる。さらに、コーティングまたは接着剤の適用を押出しプロセスに加える必要があり、それらは押出しプロセスに自然に組み込まれないだろう。
【００１０】
２００９年５月８日に出願されたＰＣＴ特許出願：米国特許出願公開０９／４３３０６号明細書「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、２００９年５月８日に出願されたＰＣＴ特許出願：ＵＳ０９／４３３０７号明細書「Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、および２００９年７月２日に出願されたＰＣＴ特許出願：ＵＳ０９／４９５６５号明細書「Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｉｎｔｏ  Ｓｔｉｆｆ  ａｎｄ  Ｄｕｒａｂｌｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ａｎｄ  Ｒｅｕｓａｂｌｅ  Ｍｏｌｄ」が、参照することにより組み込まれる。
【００１１】
従って、微細特徴部を有する部品をもたらした押出しプロセスを用いて部品を製造する製造方法を提供することが本発明の目的である。
【００１２】
引抜き時でさえ、製造される部品にある物理的特性を付与する微細特徴部を有する部品をもたらす押出しダイを提供することが本発明の別の目的である。
【００１３】
表面に微細特徴部を有する押出しダイを提供し、その結果、これら微細特徴部が、得られる部品に付与され、それにより押出し部品の性能または特性に影響を及ぼすことが本発明の別の目的である。
【発明の概要】
【００１４】
上記目的は、支持構造；供給材料を受け入れるための前記支持構造に支持されるホッパと、前記ホッパから前記供給材料を受け入れ、供給材料溶融温度より上で前記供給材料を溶融する前記ホッパと作動的に関連付けられる押出し室と、前記支持構造に支持されるダイであって、前記ダイの内側表面に配置されたダイ微細構造を有し、前記ダイ微細構造が、上側表面および下側表面をそれぞれが有する複数の微細特徴部を有し、前記溶融供給材料が前記ダイに通されて押出し物微細構造を有する押出し物を製造するダイと、冷却装置であって前記冷却前の押出し物の前記押出し物微細構造が前記冷却された押出し物の前記押出し物微細構造の物理的寸法より大きい物理的寸法を有する冷却装置と、を含む、微細構造を有する押出し部品を製造するための製造装置、および方法を提供することによって、達成される。
【００１５】
本発明は、フィルム、正方形柱、長方形柱、台形柱、非対称の柱、円形柱、楕円の柱、三角柱、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選ばれる物理的形状を有する押出し物をもたらすことができる。前記冷却された押出し物を収集するための巻取りローラを含むことができ、前記収集される前の押出し物の前記押出し物微細構造は前記収集された押出し物の前記押出し物微細構造の物理的寸法より大きい物理的寸法を有する。伸ばし、平坦化、伸張、エンボス加工、コーティング、型押し、圧延、ねじり、加熱、凍結、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選ばれる方法で前記押出し物を物理的に変化させるための押出し後装置を含むことができ、前記押出し物の前記押出し物微細構造は、前記押出し物が前記押出し後装置を通過したあとの前記押出し物の前記押出し物微細構造の物理的寸法より大きい物理的寸法を有する。
【００１６】
本発明は、平坦な表面を有するダイと、および前記平坦な表面に配置された少なくとも１つの微細特徴部の前記下側表面に含まれた円弧とを含むことができる。また、前記上側表面との関係において９０°未満の入射角を有する第１の壁を、前記平坦な表面に配置された少なくとも１つの微細特徴部に含めることができる。前記下側表面に沿って配置された微細特徴部平坦表面を前記微細特徴部に含めることができ、ここで前記微細特徴部平坦表面に隣接して配置された第２の円弧が前記微細特徴部に含まれ；および前記上側表面との関係において９０°を超える入射角を有する第２の壁を微細特徴部に含めることができる。上側円弧を前記上側表面に含めることができ、幅１００〜１６０μｍおよび深さ３００〜４００μｍを有する溝を前記微細特徴部によって画定することができる。
【００１７】
本発明は、微細特徴部を有する前記ダイの湾曲表面と、前記湾曲表面に含まれた少なくとも１つの微細特徴部に画定された溝と、前記湾曲表面に含まれた前記微細特徴部の前記下側表面に画定された円弧とを有する。第２の円弧を前記下側表面に画定することができ、かつ前記円弧に隣接して配置することができる。前記上側表面との関係において９０°未満の入射角を有する第１の壁を前記微細特徴部に含めることができ、前記上側表面との関係において９０°未満より大きい入射角を有する第２の壁を前記微細特徴部に含めることができる。
【００１８】
前記押出し物が内側表面に微細構造を有する内側キャビティを含むように、外側表面に微細特徴部が配置されたマンドレルを前記支持構造によって支持することができる。
【００１９】
押出し物微細構造は、疎水性、親水性、自浄性、低下または増加した水力学的抗力係数、低下または増加した空力学的抗力係数、増大した摩擦力、低下した摩擦力、光学効果、増大した接着性、低下した接着性、疎油性、親油性、触覚効果、不粘着性、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される物理的特徴を含むことができる。押出し物微細構造は、ピラー、空隙、段、畝、湾曲領域、凹領域、柱；円、楕円、三角形、正方形、長方形、ポリイオン、星形、六角形、文字、数字、記号を含む断面形状、およびそれらの任意の組み合わせ、からなる群から選択可能である。懸垂構造を前記ダイ微細構造に含めることができる。
【００２０】
本発明はまた、押出し供給材料を提供するステップと、内側表面に微細構造が配置された押出しダイを提供するステップであって、前記ダイが約０．１〜５００μｍの深さを有する複数の微細特徴部を有し、前記微細特徴部のそれぞれが上側表面と下側表面とを含むステップと、前記供給材料を前記押出しダイに通すことによって押出し物微細特徴部を有する押出し物を製造するステップであって、その結果、前記押出し物が、疎水性、親水性、自浄性、低下または増加した水力学的抗力係数、低下または増加した空力学的抗力係数、増大した摩擦力、低下した摩擦力、光学効果、増大した接着性、低下した接着性、疎油性、親油性、触覚効果、不粘着性、およびこれらの任意の組み合わせからなる群から選択される物理的特徴を含むステップと、を含む押出し製造プロセスによって押出し品を製造する方法も含む。
【００２１】
本発明の記載を以下の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の態様の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の態様の斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の態様の斜視図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の態様の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の態様の斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の態様の側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の態様の側面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の態様の側面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の態様の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明から得られる押出し物の一部である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明から得られる押出し物の一部の断面である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明から得られる押出し物の一部の断面である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明から得られる押出し物の一部の断面である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明から得られる押出し物の一部の断面である。
【図６】図６は、本発明の態様の概略である。
【図７】図７は、本発明の態様の一部の立面図である。
【図８】図８は、本発明の態様の一部の立面図である。
【図９】図９は、本発明の態様の一部の立面図である。
【図１０】図１０は、本発明の態様の一部の立面図である。
【図１１】図１１は、本発明の態様の一部の立面図である。
【図１２】図１２は、本発明の態様の概略である。
【図１３】図１３は、本発明の態様の一部の立面図である。
【図１４】図１４は、本発明から得られる押出し物の断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の態様の斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の態様の断面である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の態様の断面である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の態様の一部の立面図である。
【図１７】図１７は、本発明の態様の断面である。
【図１８】図１８は、本発明の態様の断面および断面の一部の拡大である。
【図１９】図１９は、本発明の態様の断面および断面の一部の拡大である。
【図２０】図２０は、本発明の態様の断面および断面の一部の拡大である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、本発明の態様の側面図であり、側面図の一部の拡大を有する。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、本発明の態様の断面である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、先行技術の斜視図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本発明の結果的に得られる押出し物の斜視図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、本発明の態様の前面図である。
【図２２Ｄ】図２２Ｄは、本発明の態様の斜視図である。
【図２２Ｅ】図２２Ｅは、本発明の態様の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
一般に、本明細書で使用される用語および語句は、当業者に知られている標準的な教本、学会誌の参照文献および文脈を参照することによって見出すことができるそれらの当該技術分野で認識されている意味合いを有する。図１を参照すると、押出し材料（供給材料、素材、または鋼片とも呼ばれる）１６がダイ１０を通して押され、結果として押出し部品１８になっている。ダイは、金型成形、成形、および放電加工を含む多数の製造プロセスによって作製することができる。
【００２４】
微細構造を以下の方法で金属ダイの表面に付与することができる。たとえば、直接加工、切削、もしくは刻み加工、またはレーザ加工などの減法的な方法、スプレー、コーティング、またはダイ表面に組み込まれるインサートなどの付加的な方法、および金属ダイ表面の微細金型成形など、付加でも減法でもない表面変質方法。
【００２５】
微細構造を以下の方法でポリマーダイの表面に付与することができる。たとえば、直接加工、切削、もしくは刻み加工、またはレーザ加工などの減法的な方法；スプレー、コーティング、またはダイ表面に組み込まれるインサートなどの付加的な方法；および金属ダイ表面の微細金型成形など、付加でも減法でもない表面変質方法。ポリマーダイは金型成形することもでき、微細構造は金型を介して付与することができる。共通のポリマーダイ材料はウルテム（ｕｌｔｅｍ）である。微細構造化された金型成形ポリマーダイは、金型成形後、機械加工することができる。
【００２６】
微細構造を以下の方法でセラミックダイの表面に付与することができる。たとえば、直接加工、切削、刻み加工、またはレーザ加工などの減法的な方法、スプレー、コーティング、またはダイ表面に組み込まれるインサートなどの付加的な方法。セラミックダイは金型成形することもでき、微細構造は金型を介して付与することができる。微細構造化された金型成形セラミックダイは、微細金型成形後、機械加工することができる。
【００２７】
押出しダイは、上で参照したＰＣＴ出願に示されるように、製造、またはそれらに付与された微細構造を有することができる。ダイは単一の出口開口部または複数の出口開口部を含むことができる。さらに、ダイは単一の部品または部品の組立体であることができる。ダイ材料は金属、ポリマーまたはセラミックであることができる。共通のダイ材料は鋼、アルミ、およびチタンを含む。
【００２８】
ダイに含まれるのは、得られる部品の外側表面を形成する出口接触表面１３を有する出口ダイ部材１１である。一実施形態では、素材の直径は、押出しプロセスにもかかわらず、低減される。示されるように、ダイ１０は、得られる部品１８の外側表面１９で素材と接触する。得られる部品がキャビティを含むことを必要とする場合、素材内にキャビティを形成するマンドレル１２をダイに含めることができる。マンドレル１２は、得られる部品の内側表面を形成するマンドレル接触表面１３を含むことができる。キャビティを有する押出し部品を形成可能なダイは、スパイダーダイ、ポートホールダイ、またはブリッジダイを含む。
【００２９】
押出し材料は金属または非金属であることができ、ゴム（天然ゴム、スチレン−ブタジエン、ポリブタジエン、ネオプレン、エチレン−プロピレン、ブチル、ニトリル、シリコーンを含む）、アクリル、ナイロン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィンおよび当業者に知られた他の柔軟性ポリマーを含むことができる。
【００３０】
微細構造を出口接触表面に含めることができる。微細特徴部は、円、楕円、三角形、正方形、長方形、多角形、星形、六角形、文字、数字、数学記号、およびこれらの任意の組み合わせを含む任意の断面形状を採用する、穴、柱、段、畝、湾曲領域、凹領域、凸領域および、これらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００３１】
押出し材料がダイの微細構造と接触すると、得られる部品の表面に微細構造が付与される。これら微細構造は、部品の疎水性を上昇させること、部品の疎水性を低下させることおよび／または部品に自浄能力を与えることができる。微細特徴部はまた、光学効果を付与することができ、例えば物体にプリズム効果、特定の色、または方向依存性色変化もしくはカラーフロップ（ｃｏｌｏｒ  ｆｌｏｐ）（例えば、物体が、１つの角度から見たとき特定の色を、別の方向から見たとき別の色を示す）を与える。
【００３２】
同様に微細特徴部は、部品に表面摩擦、または把持部を付与することができ、または触れたとき、けばだった、粗いまたはぐにゃりとした感じなど、特定の触覚を物体に与えることができる。特定の実施形態では、微細特徴部は、例えば物体の表面面積を変えることによって、表面が流体と相互作用する方法を変えることによって、または核形成場所の挙動を変えることによって、物体の伝熱特性を変質することができる。特定の実施形態では、微細特徴部は伝導による低減された熱伝送をもたらすことができ、例えば微細構造が高アスペクト比を有するとき、微細特徴部の頂部のみが伝導的熱伝送のため別の物体と接触する一方で、表面特徴部間の空隙は熱をあまり多く伝えない。さらに、得られる部品の表面は、流体が部品表面から排出することを可能にする「排液」能力を含む微細構造を含むことができる。さらに微細構造は、流体が重力に逆らって流れることを可能にする毛管作用を提供することができる。同様に、得られる部品の表面に特定の微細構造が付与されることによって、摩擦力を改質することができる。
【００３３】
微細構造は導電性、例えば金属微細構造または導電性ポリマーから構成された微細構造であることもできる。これら導電性微細構造のタイプは、例えば電気装置の電気リードのアレイとして、有用である。導電性微細構造は、例えば、物体の表面に直接エンボス加工することができる。いくつかの環境では、押出し物の表面の微細構造は、ダイまたはマンドレルの微細構造を正確に反映することができる。他の環境では、押出し物の微細構造は、異なるサイズまたは形状であることができる。押出し物の引抜き、伸張、または他の操作により微細構造の形状を変えることができ、例えば、微細構造のサイズを一桁またはそれ以上縮める。
【００３４】
特定の実施形態では、微細特徴部は、１０ｎｍ〜１０００μｍの範囲から選択される寸法を有する。ある実施形態では、例えば微細特徴部は、１０ｎｍ〜１０００μｍの範囲から選択された、好ましくはいくつかの実施形態では１０ｎｍ〜１００μｍの範囲から選択された長さ、高さ、直径および／または幅を有する。ある実施形態では、例えば微細構造間のピッチは１０ｎｍ〜１０００μｍの範囲から選択され、一部の適用では１μｍ〜１０００μｍの範囲から選択され、および一部の適用では１０μｍ〜１０００μｍの範囲から選択される。
【００３５】
一実施形態では、微細特徴部の予め選択されたパターンは、第１の断面形状を有する微細特徴部の領域と、例えば第１の断面形状と異なる第２の断面形状を有する微細特徴部の領域とを含む。一実施形態では、微細特徴部の予め選択されたパターンは、複数の断面形状および／またはサイズを有する微細特徴部の領域を含む。ある実施形態では、微細特徴部の予め選択されたパターンは、２種類以上の断面および／またはサイズの微細構造の２つ以上のアレイを参照する。特定の実施形態では、２つ以上のアレイは横並びに位置付けられる、すなわち、そこで２つのアレイは重ならない。別の特定の実施形態では、２つ以上のアレイは重なるように位置付けられ、２種類以上の断面形状および／またはサイズを有する微細特徴部は、重なるアレイ内で散りばめられる。
【００３６】
ある実施形態では、微細特徴部の予め選択されたパターンは、微細特徴部の複数の寸法、例えば寸法の二峰性のまたは多峰性の分布を含む。サイズ分布はランダムであることもでき、またはサイズは微細特徴部のマンドレルまたはダイ上での位置に対応し得る。ある例示的実施形態では、微細特徴部の予め選択されたパターンは、１０ｎｍ〜１μｍから選択される寸法を有する第１の微細特徴部群、および１μｍ〜１００μｍから選択される寸法を有する第２の微細特徴部群を含む。ある特定の実施形態では、微細特徴部のサイズ、形状および位置は、マイクロメートルスケールまたはナノメートルスケールの正確性および／または精密性で予め選択される。
【００３７】
ある実施形態では、微細構造化された表面はポリマーを含む。有用なポリマーは、限定しないが、ＰＤＭＳ、ＰＭＭＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＥＥＫ、ポリウレタン、テフロン、ポリアクリレート、ポリアリレート、熱可塑性樹脂、熱可塑性樹脂エラストマー、フルオロポリマー、生分解性ポリマー、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニル、ポリオエレフィン、シリコーン、天然ゴム、合成ゴムおよびこれらの任意の組み合わせを含む。
【００３８】
ある実施形態では、微細構造化された表面は金属を含む。有用な金属は、任意のモールド成形可能、注型可能、エンボス加工可能、および／または型押し可能な金属または合金を含む。有用な金属は、限定しないが、アルミ、アルミ合金、ビスマス、ビスマス合金、スズ、スズ合金、鉛、鉛合金、チタン、チタン合金、鉄、鉄合金、鋼、ステンレス鋼、ハステロイ、インコネル、デュラニッケル、インジウム、インジウム合金、金、金合金、銀、銀合金、銅、銅合金、黄銅、ニッケル、ニッケル合金、プラチナ、プラチナ合金、パラジウム、パラジウム合金、亜鉛、亜鉛合金、カドミウムおよびカドミウム合金を含む。
【００３９】
一実施形態では、押出し材料１６は内側ダイ１４の上に引き抜くことができる。内側ダイの外側表面は、微細構造を押出し材料の内側表面に付与させる微細構造を有することができる。一実施形態では、押出し材料は中央キャビティを備えた管である。
【００４０】
押出し材料は、押出し材料がダイとの接触から離れたあと、その直径もしくは厚さ、または両方を低減するやり方で引き抜くことができる。一実施形態では、キャビティを有する押出し材料は、押出し材料の外周、孔または両方の直径を低減する引抜きダイ１５を介して引き抜くことができる。
【００４１】
実施形態では、疎水性以外のおよび／または疎水性に加えて、１つ以上の物理的、機械的または光学的な特性が、複数の微細特徴部が上に配置された可撓性基材を変形することによって、確立、変化および／または制御される。ある実施形態では、例えば、反射率、反射光または散乱光波長分布、透過率、透過光の波長分布、屈曲率またはこれらの任意の組み合わせなどの光学的特性が、複数の微細特徴部がその上に分布された可撓性基材を撓ませる、曲げる、広げる、伸張するおよび／または縮めることによって制御される。ある実施形態では、空力抵抗または水力抵抗などの物理的特性が、複数の微細特徴部がその上に分布された可撓性基材を撓ませる、曲げる、広げる、伸張するおよび／または縮めることによって制御される。ある実施形態では、表面の触覚などの表面の触覚特性が、複数の微細特徴部がその上に分布された可撓性基材を撓ませる、曲げる、広げる、伸張するおよび／または縮めることによって制御される。
【００４２】
図２は、得られる部品の寸法を押出し材料の寸法から必ずしも変えることなく、得られる部品に微細構造を付与できることを示す。従って、ダイのネガの微細構造が、得られる部品におよそ１：１の比で付与される。得られる部品寸法が押出しプロセスを介して改変されるとき、押出し材料と得られる部品との間のサイズの比は、最大７：１およびそれ以上であることができる。一実施形態では、ダイまたはマンドレルから製造される得られる部品の形状は、引抜きの間保つことができる、または形状は変わることができる。形状の保存または形状の変化は、押出し材料の特性に、または押出し材料がその後どのように加工されるかに依存することができる。
【００４３】
得られる部品に微細構造が付与されたあと、押出し材料の直径サイズが変えられるとき、部品の微細構造は変えられる。従って、ダイに含まれる微細構造は、得られる部品が押出し材料から収縮することを考慮して、得られる部品の得られる微細構造の微細構造より大きい。
【００４４】
得られる部品の寸法が押出し材料から変わるとき、一実施形態は、１００度〜１２０度の範囲に含まれるダイの微細構造の得られる接触角度を有する一方、得られる部品の微細構造は１０１度〜１７０度である。得られる部品変化の寸法が押出し材料に由来するとき、一実施形態は、ダイの微細構造の摩擦特性より２０倍小さい得られる部品の得られる摩擦特性を有する。一実施形態は、ダイの微細構造の摩擦特性より１００倍大きい得られる部品の得られる摩擦特性を有する。得られる部品の寸法が押出し材料から変わるとき、一実施形態は、ｍｍまたはμｍのスケールのダイの微細構造を有する一方で、得られる部品の微細構造は一般にμｍまたはｎｍのスケールであろう。
【００４５】
図３を参照すると、ダイの微細構造の位置は、示されるような位置２６ａに微細構造を置く好ましい実施形態により変えることができる。図４を参照すると、素材１６はまた、２８として示される微細構造のネガを有するダイの一部だけを用いて押出すことができる。押出し材料がダイに通されると、ダイとの相互作用によって生成される形状が、得られる部品に付与され、かつ微細構造を含むことができる。素材は、素材をダイを通して引き抜くことを含む押出しを介して、得られる部品に製造することができる。
【００４６】
図５を参照すると、微細構造間の空間３２を有する得られる部品の外側表面が３０として示されている。押出し材料が伸ばされると、外側表面上の微細構造が改質され、微細構造自体および微細構造間の空間が、伸ばされた得られた部品３４に示されるように圧縮される。押出し物内側表面３６および伸ばされた押出し物内側表面３８において示されるように、押出し材料の内側表面にある微細構造を用いて、同じ効果が得られる。
【００４７】
図６を参照すると、押出しプロセスがさらに詳しく示されている。供給材料４０がホッパ４２の中に置かれる。供給材料は次に押出し室４４で混合され、溶融される。加熱された供給材料はポンプまたは歯車４６を用いて押出し室からポンピングまたは引かれ、４８として示されるダイ、マンドレルまたはその両方を通される。ダイまたはマンドレルによって製造された微細構造を有する押出し物は、続いて空気ブロワまたは急冷浴などの冷却装置５０によって冷却し、切断機５２で切断するか、またはスプール５４に巻き付けることができる。スプールがより速い速度で回転し、その後押出し物がダイを出る場合、押出し物をより小さい断面寸法に引き抜くことができる。
【００４８】
各種急冷溶液を使用する複数の急冷浴が存在し得ることを注記しておく。例えば、アルミを押出しするとき、塩の急冷浴、続いて水の急冷浴を使用可能である。急冷浴の温度、押出し物がダイを出る時と急冷浴に入る時の間の時間、および押出し物が急冷浴の中に存在する時間の長さは変えることができる。
【００４９】
一実施形態では、上側ベルト駆動装置５６および下側ベルト駆動装置５８を有する引抜装置５４が、押出し物をダイから切断機の中へまたはスプールに向けて引く。引抜装置を用いて、引抜装置の引きが押出し物のダイからの押出し速度より速いとき、押出し物を引き抜くことができる。この結果、押出し物は伸張され、より小さい直径の押出し物がもたらされる。さらに、押出し物が急冷されるとき、および押出し物がスプールに巻かれるとき、押出し物を縮めることもできる。
【００５０】
図７を参照すると、円形ダイの１つの微細構造の一部が示されている。ダイ６０は、第１の壁６４と第２の壁６６とをそれぞれが有する複数の微細特徴部６２を含む。幅７０を有する溝６８がダイ中に画定される。第１の円弧７２を下側表面７４に含めることができる。同じく第２の円弧７６を第１の円弧と重なる下側表面に含めることができる。使用の際、ダイは微細構造８０を有する押出し物７８を製造することができる。押出し物は押出しダイを離れたあと、冷却され、引抜きまたは物理的に変化を受けるとき、押出し物は物理的な寸法を有するので、押出し物の微細構造はダイの微細構造の鏡像ではないことを注記しておく。一実施形態では、第１の円弧の半径は４５〜６５μｍの範囲にある。溝の幅は１５０〜２５０μｍの範囲にあり、高さ８０は２５０〜３５０μｍの範囲にある。得られる押出し物の微細構造は幅が７〜１３μｍであり得、高さは一般に傾斜したピーク構造を有し得る。
【００５１】
図８を参照すると、別の微細構造が示されている。下側表面８２および上側表面８４がダイに含められる。第１の壁８６および第２の壁８８を微細構造に含めることができる。幅９２および高さ９４を有する微細構造の中に溝９０を画定することができる。円弧９４を下側表面中に画定することができる。第２溝または円弧９６を上側表面中に画定することができる。一実施形態では、溝高さは０．８〜１．６ｍｍの範囲にあり、高さは１．０〜２．０ｍｍの範囲にある。押出し物の得られる微細構造９８は７０〜９０μｍの範囲の高さ、１２０〜１６０μｍの範囲の幅を有することができ、また概ね傾斜した形状を有することができる。
【００５２】
図９を参照すると、別の微細構造が示されている。上側表面との関係において９０°未満の入射角θ’を有し、上側表面との関係において９０°を超える入射角θ’’を有する第１の壁１００が示されている。第１の円弧１０２を下側表面中に含めることができ、第２の円弧１０４を第１円弧に隣接して下側表面中に含めることができる。前記ダイに画定された溝１０６は、一実施形態において０．２５〜１．２５ｍｍの範囲にある幅１０６と、０．２５〜１．２５ｍｍの範囲にある高さを有することができる。第１の壁、第１の円弧、第２の円弧、および第２の壁のこの構成は、懸垂微細構造である。押出しプロセスの間、押出し物の微細構造は、引抜き、冷却または他の理由により縮むことができ、ダイの微細構造の元のミラー部分より一般に小さい押出し物の微細構造をもたらす。得られる押出し物の微細構造１１０の高さは２０〜６０μｍの範囲にあり、１００〜１４０μｍの幅を有することができる。上側円弧１０８は上側表面中に含めることができる。
【００５３】
一実施形態では、得られる押出し物の微細構造の側面は概ね垂直である。別の実施形態では、壁は図１０に示されるように傾けることができる。傾けられた壁は、秒あたり２００フィートのライン速度で製造され、かつ水急冷浴で冷却されたナイロン押出し物に起因することができる。押出し物の幅１１２は２５０〜２５０μｍの範囲にあることができ、高さは１５０〜２５０μｍの範囲にあることができる。溝１１４はダイの上側表面中に含めることができ、かつ概ね台形の３つの側面を有することができる。得られる押出し物の微細構造は、押出し物に含まれる概ね円形の微細特徴部であり得る。微細構造は１０００〜１４００μｍの範囲の幅および５００〜１０００μｍの範囲の高さを有することができる。得られる押出し物は９０〜２１０μｍの範囲の高さおよび１００〜３８０μｍの範囲の幅を有することができる。
【００５４】
図１１を参照すると、溝１２０は第１の壁１２２、第２の壁１２４、および下側表面および第１と第２の壁の間に配置された円弧１２６を有することができる。溝は１００〜１４０μｍの範囲の幅および２００〜３６０μｍの範囲の高さを有することができる。得られる押出し物の微細構造１２８は４５〜６０μｍの高さおよび４０〜５０μｍの幅を有することができる。
【００５５】
図１２および１３を参照すると、押出しダイ１３０は微細構造を有する開口部１３２を含む。示されるように、ダイは１つまたは複数の部品を含むことができるフラットダイである。微細構造１３４はダイの内側表面に沿って配置される。一実施形態では、第１の壁１３６は９０°未満の入射角θ’、第１の壁に隣接する第１の円弧１３８、平坦部分１４０、第２の円弧１４２および９０°を超える入射角θ’’を有する第２の壁１４４を有する。図１４に示される得られる押出し物は、概ね２００〜２４０μｍの範囲で離され３０〜４０μｍの範囲の高さを有する微細構造１４６を有するフィルムまたはそうでなければ平坦な押出し物である。
【００５６】
図１５Ａを参照すると、ダイの内側表面に沿って配置された微細構造１５２を有する円形ダイ１５０が示されている。図１５Ｂを参照すると、微細構造の一実施形態が示されている。開口部１５４がダイに画定され、微細構造１５６が開口部を囲んでいる。微細構造は交互パターンで第１の円弧１５８および第２の円弧１６０を画定し、第１の円弧の深さは第２の円弧の深さより大きい。
【００５７】
図１６Ａを参照すると、円形ダイの別の微細構造が示されている。微細構造は、上側表面との関係において９０°未満の入射角θ’を有する第１の壁１６２と、上側表面との関係において９０°を超える入射角θ’’を有する第２の壁１６４とを含む。第１の円弧１６６を第２の円弧１６８に隣接して前記微細構造中に含めることができる。下側平坦表面１７０を微細構造中に含めることができ、かつ第１および第２円弧間に配置することができる。上側キャビティ１７２を前記上側表面中に含めることができ、かつ交互パターンで前記微細構造に配置することができる。
【００５８】
図１７を参照すると、下側平坦表面１７８を有するキャビティ１８０を画定する第１の壁１７４および第２の壁１７６を有する円形ダイの別の微細構造が示されている。一実施形態では第１の壁および第２の壁は４００〜４８０μｍの範囲の高さを有し、かつ３６０〜３８０μｍの範囲の幅を有する。図１８は上側表面中に画定される上側円弧１８２を示す。一実施形態では上側円弧は１００〜１６０μｍの範囲の幅および１００〜１６０μｍの範囲の深さを有する。図１９は下側表面中に画定される下側円弧１８４を示す。
【００５９】
図２０を参照すると、キャビティを画定する第１の壁および第２の壁を有する別の微細構造が示されている。第１の円弧１８６が下側表面およびキャビティ中に画定される。一対の円弧１８８ａおよび１８８ｂがキャビティの壁の中に画定される。
【００６０】
図２１は、微細構造２００を有するマンドレル１９０を示し、このマンドレルを使用して作製された押出し物は押出し物の内側表面に微細構造が形成されるであろう。図２２は、マンドレルの微細構造が高さ２０２を有することを示す。
【００６１】
図２２Ａは、微細構造を含まないマンドレルで製造された押出し物２１０を示す。内側表面２１２は、微細構造を含まないマンドレルに起因して滑らかである。図２２Ｂは、しかしながら、微細構造を含むマンドレルによって内側表面２１８に形成された微細構造２１６を有する押出し物２１４を示す。図２２Ｃは、一実施形態において互いに隣接する第１円形部分２２２と第２円形部分２２４とを有するマンドレル２２０を示す。微細構造２２６は円形部分間の接合部２２８に配置される。滑らかな部分２３０ａおよび２３０ｂは、図２２Ｄに示されるように各円形部分に配置される。
【００６２】
採用した用語および表現は、説明のためのおよび非限定的な用語として使用され、示しかつ記載した特徴またはその一部のあらゆる均等物を排除するそのような用語および表現の使用を意図しないが、特許請求される本発明の範囲内で様々な修正が可能であることが認識される。従って、本発明を好ましい実施形態によって特定的に開示したが本明細書に開示した概念の任意選択的な特徴、修正形態および変形形態が当業者によって用いられてもよく、およびそのような修正形態および変形形態は添付の請求項によって定義される本発明の範囲内にあると考えられていることが理解されるべきである。
【図１Ａ】
2014517777.tif 000003
【図１Ｂ】
2014517777.tif 000004
【図１Ｃ】
2014517777.tif 000005
【図１Ｄ】
2014517777.tif 000006
【図２】
2014517777.tif 000007
【図３Ａ】
2014517777.tif 000008
【図３Ｂ】
2014517777.tif 000009
【図３Ｃ】
2014517777.tif 000010
【図４Ａ】
2014517777.tif 000011
【図４Ｂ】
2014517777.tif 000012
【図５Ａ】
2014517777.tif 000013
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
2014517777.tif 000026
【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ−１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
2014517777.tif 000035
【図２２Ｃ−２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【国際調査報告】
2014517777.tif 000038
2014517777.tif 000039