(57)【要約】  形成可能および／または崩壊し得る状態にある押出成形物１０材料は、特に押出輪郭が１つ以上の開口部１２（例えば、押出成形物１０の全長にわたる）を含むとき、長さに切断するための複数の課題を提示する。本発明は、押出成形物１０を切断するための器具、装置、システム、および方法を対象とする。押出成形物１０に対する切断６４（例えば、初期切断）は、１つ以上の周波数で振動する超音波ナイフ２７を使用して実施され得る。好ましくは、超音波ナイフ２７を使用した切断は、部分切断６４である。押出成形物１０へのさらなる切断は、ワイヤーカッター６８などの二次切断器具を使用して施され得る。二次切断器具は、好ましくは、部品をある長さに切断するため、押出成形物輪郭を通った最終切断６６を作る。超音波ナイフ２７は、好ましくは、切断中、押出成形物１０よりも速い速さで水平方向に移動する。【選択図】  図４Ａ、図４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出成形物を切断するための器具であって、
１つ以上の予備切断を押出成形物に施すために１つ以上の周波数で振動する超音波ナイフと、
前記押出成形物に最終切断を施すための１つ以上のワイヤーカッターと、を備え、
既定の長さを有する押出部品が前記押出成形物から切断され得るようにした、器具。
【請求項２】
前記超音波ナイフが先細の先端を持つ刃を有する、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記器具が前記ナイフを超音波によって洗浄するための水槽を含む、請求項１または２に記載の器具。
【請求項４】
前記押出成形物が前記押出成形物の底近くに気泡の最初の行、および前記押出成形物の上部近くに気泡の最上行を含む複数の気泡を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の器具。
【請求項５】
前記器具が、
前記押出成形物を押し出しするための押出機と、
前記押出成形物のための輪郭を形成するための金型と、
前記押出成形物を前記金型から水平方向に運び出すためのコンベヤーと、を備え、
切断中、前記超音波ナイフが前記コンベヤーと概して同期して水平方向に移動する、請求項１〜４のいずれかに記載の器具。
【請求項６】
前記超音波ナイフが約１３ｋＨｚ以上（例えば、約２０ｋＨｚ以上）の振動周波数を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の器具。
【請求項７】
前記超音波ナイフがチタンを含む表面を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の器具。
【請求項８】
前記ワイヤーカッターが約０．５ｍｍ以下（例えば、約０．３ｍｍ以下、または約０．２ｍｍ以下）の直径を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の器具。
【請求項９】
前記器具が３つ以上の行の気泡（例えば、５つ以上の行の気泡）を有する輪郭を生成することができる金型を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の器具。
【請求項１０】
前記押出成形物輪郭の横断面（すなわち、押出方向と垂直）が輪郭横断面積を有し、前記押出成形物輪郭の横断面が気泡総断面積を有する気泡を有し、前記輪郭横断面積に対する前記気泡総断面積の比率が約０．４以上であるように、前記金型が選択される、請求項９に記載の器具。
【請求項１１】
押出成形物を切断するためのプロセスであって、
超音波ナイフを使用して前記押出成形物を予備切断するステップを含み、前記押出成形物が１つ以上の無機化合物を含む、１つ以上の無機化合物から本質的に成る、または１つ以上の無機化合物から全体的に成る、プロセス。
【請求項１２】
前記プロセスが、
既定の長さを有する押出部品が形成されるように、前記押出成形物をワイヤーで切断するステップを含む、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記押出成形物が最上行の連続気泡を含む複数行の連続気泡と、最上行の連続気泡の上の上外壁とを有し、前記予備切断が前記上外壁を切断する、請求項１１および１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記押出成形物が、ケイ素原子、アルミニウム原子、または双方を含む、請求項１１〜１３のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１５】
前記プロセスが、以下の特性：
ｉ．    前記プロセスが、１つ以上の無機化合物を含む混合物の少なくとも一部を、押出機を通して押し出すステップを含む、
ｉｉ．    前記プロセスが、前記混合物の少なくとも一部を金型に通して輪郭を形成するステップを含む、
ｉｉｉ．    前記プロセスが、コンベヤーを使用して前記押出成形物を前記金型から押出方向に運び出すステップを含む、
ｉｖ．    前記押出成形物を予備切断する前記ステップが、前記超音波ナイフを押出方向と垂直の方向に移動させることによって前記押出成形物を切断している間、前記超音波ナイフおよび前記押出成形物を同期して押出方向に移動させることを含む、
ｖ．    前記プロセスが、前記ナイフを水槽に移動させること、および水中で前記ナイフを振動させることによって、無機材料を前記ナイフの表面から取り除くステップを含む、
ｖｉ．    前記押出成形物が粘土を含む、
ｖｉｉ．    前記押出成形物が、最上行の連続気泡を含む３つ以上の行の連続気泡と、前記最上行の連続気泡の上の上外壁とを有し、前記押出成形物を予備切断するステップが、前記最上行の連続気泡が曝露するように、前記上外壁を完全に切断することを含む、
ｖｉｉｉ．    前記超音波ナイフが約１５ｋＨｚ以上の周波数を有する、
ｉｘ．    前記ワイヤーカッターが移動し、前記ワイヤーカッターで前記押出成形物を最終切断する前記ステップ中に前記押出成形物が同期して移動し、前記ワイヤーカッターが約０．５ｍｍ以下の直径を有する、
ｘ．    前記超音波ナイフが、切断のための先細の先端を有する刃を含む、または、
ｘｉ．    ｉ〜ｘの任意の組み合わせ、の１つまたは任意の組み合わせを含む、請求項１１〜１４のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１６】
前記プロセスがｉ〜ｘを含む、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１７】
プロセスが、前記押出成形物から前記超音波ナイフを取り除くステップを含み、前記超音波ナイフが、前記超音波ナイフを前記押出成形物から取り除く間、前記ナイフの前のみが前記押出成形物に接触するように、前記押出成形物と比べてより速く押出方向に移動する、請求項１１〜１６のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１８】
前記押出成形物が、ある幅と長さを持つ概して長方形の輪郭を有し、前記刃が、前記輪郭の幅の長さよりも長い長さを有する刃先を有する、請求項１１〜１７のいずれかに記載のプロセス。
【請求項１９】
前記部品の前記気泡の全てが前記輪郭の切断後に開放したままである、請求項１１〜１８のいずれかに記載のプロセス。
【請求項２０】
前記部分に続いている前記押出成形物の前記気泡の全てが前記輪郭の切断後に開放したままである、請求項１１〜１９のいずれかに記載のプロセス。
【請求項２１】
前記輪郭中の前記原子の前記約３５％以上が酸素原子である、請求項１１〜２０のいずれかに記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、２０１２年１０月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／７１６，１２４号の利益を主張するものであり、すべての目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、押出成形物材料などの材料を切断する装置、器具、システム、および方法に関する。特に、本発明は、形成可能、崩壊し得る、または双方である押出成形物材料を切断することに関する。
【背景技術】
【０００３】
材料を押出す際、押出輪郭を輪郭の長さに切断する必要がしばしばある。材料の押出し中、材料は、概して、容易に形成可能な状態で金型を通過する。本明細書において使用される場合、容易に形成可能な状態とは、作用したせん断力の下で流れることができる、押出しされることができる、または双方ができる、液体状態、融解状態、成形性粘土状態、または他の練粉のような状態である。押出機を出た後、材料は、概して、切断の前に冷却される、あるいは固化される。
【０００４】
場合によっては、概して空間が連続的な輪郭（すなわち、輪郭の全長にわたる気泡のない輪郭）を押出す際など、押出成形物は、まだ形成可能な状態にある間に切断され得る。例えば、ポリマーペレットは、金型面に接触する刃、または金型面の数ｍｍ以内にある刃を使用して材料が切断される水中ペレタイザーを使用して、空間が連続的な押出成形物輪郭から切断され得る。ここでは、輪郭の形状は、切断刃よって変形される。他の場合においては、空間が連続的な輪郭は、切断刃または切断ワイヤーを使用してゆっくりと切断され得、そこでは気泡がないことが輪郭の変形を最小限にすることに寄与する。
【０００５】
しかしながら、１つ以上の気泡（すなわち、押出成形物の全長にわたる開口部）を有する空間が連続的ではない輪郭を押出す際、形成可能な状態にある間に押出成形物を切断する能力は、押出成形物を切断している間に気泡を埋める可能性によって制約される。ここでは、材料が押出機金型を通過するときに気泡構造体を維持するために空気の連続供給が必要とされる、押出成形物の開口端から金型に空気が流れ得るように、気泡が開放したままであることが重要である。気泡が密閉されると、気泡内に真空が作られ、押出成形物の一部または全ては崩壊し得る。
【０００６】
この押出成形物の崩壊の問題は、輪郭が多数の気泡を含むとき、輪郭の周りの壁が薄いとき、輪郭が複雑なデザインを有するとき、輪郭が厳しい寸法公差を有するとき、またはそれらの任意の組み合わせにおいて、拡大される。
【０００７】
形成可能、崩壊し得る、または双方である材料を切断するための改善された切断装置、器具、システム、および方法が必要である。例えば、湿潤形成可能状態にある無機化合物（例えば、セラミック化合物）から作製される部品を切断するための切断装置、システム、器具、および方法が必要である（例えば、押出された後および任意の乾燥ステップまたは焼成ステップの前）。特に、部品の全長にわたる複数行の細長い気泡を有する押出輪郭を、気泡を崩壊せずに切断するための装置、器具、および方法が必要である。
【０００８】
切断中に部品を変形しない、削減された切断力を使用する、または双方である切断装置、器具、システムおよび方法も必要である。さらに、無機化合物を含む押出成形物の切断に使用される切断器具を洗浄するための方法が必要である。
【発明の概要】
【０００９】
上記要求の１つ以上は、本明細書内の教示によって満たされる。
【００１０】
本発明の一様態は、既定の長さを有する押出部品が押出成形物から切断され得るように、押出成形物に１つ以上の予備切断を施すための１つ以上の周波数で振動する超音波ナイフと、押出成形物に最終切断を施すための１つ以上のワイヤーカッターとを含む押出成形物を切断するための器具を対象とする。
【００１１】
本発明の別の様態は、超音波ナイフを使用して、１つ以上の無機化合物を含む、１つ以上の無機化合物から本質的に成る、または１つ以上の無機化合物から全体的に成る押出成形物を予備切断するステップを含む、押出成形物を切断するためのプロセスを対象とする。
【００１２】
本発明の別の様態は、超音波ナイフを使用して押出成形物を予備切断するステップおよびワイヤーカッターを使用してエカットを完了させるステップを含む、本明細書内の教示に従った器具を使用して押出成形物を切断するためのプロセスを対象とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】１つ以上の開口部を有する押出成形物の横断面図例。
【図２Ａ】本明細書内の教示に従った超音波ナイフの刃端部分の図例。
【図２Ｂ】本明細書内の教示に従った刃先端の横断面図例。
【図２Ｃ】別の刃先端の横断面図。
【図３】先細の端を有する刃の部分の図例。
【図４Ａ】本明細書内の教示に従った予備切断プロセス中の押出成形物の概略図例。
【図４Ｂ】本明細書内の教示に従った予備切断後の押出成形物の図例。
【図５】予備切断部の空間にワイヤーが挿入される押出成形物の図例。
【図６】横断面を通って最終切断を施しているワイヤーカッターを伴った押出成形物の図例。
【図７】押出成形物から取り除かれているワイヤー切断を伴った押出成形物の図例。
【図８】押出成形物の長さにわたって延びる複数の気泡を持つハニカム構造体を有する押出成形物の図例。
【図９】押出成形物の長さにわたって延びる気泡の配列を有する押出成形物の図例。
【図１０】本明細書内の教示に従った特性を含む切断システムの略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書に提示される説明および図表は、本発明、その原則、およびその実用性を当業者に知らせることを意図する。記載の本発明の特定の実施形態は、本発明の包括するものまたは制限するものとして意図しない。本発明の範囲は、上記説明を参照して決定されるべきではなく、添付の特許請求項の範囲、ならびに権利を有するそのような請求項の均等物の全範囲を参照して決定されるべきである。特許出願および公報を含む、全ての条項および参照の開示は、全ての目的のために、参照によって組み込まれる。他の組み合わせも、以下の特許請求項から得られるように、可能であり、これによって参照により本明細書にも組み込まれる。本明細書における、１つ以上とは、少なくとも１つ、または１つを超える、開示の際に使用され得る列挙された要素を意味する。
【００１５】
定義
本明細書において、形成可能な状態（例えば、容易に形成可能な状態）とは、作用したせん断力の下で流れることができる、押出しされることができる、または双方ができる、液体状態、融解状態、成形性粘土状態、または練粉のような状態である。材料が液体状態にある場合、ゼロせん断粘度（すなわち、粘度曲線に対してせん断速度をせん断速度ゼロに外挿することによって得られる粘度）は、好ましくは、形成された部品が、形成の時間と材料がもはや形成可能な状態にない時間の間、その形状を概して維持することができるよう、十分に高い。形成可能な状態にある間、材料は、好ましくは、押出し可能である（すなわち、押出プロセスを使用して型に成形されることができる）。
【００１６】
本発明のこの様態は、以下の特性のうちの１つまたは任意の組み合わせを特徴とし得る：超音波ナイフは、先細の先端を持つ刃を有する。器具は、ナイフを超音波によって洗浄するための水槽を有する。押出成形物は、押出成形物の底近くに気泡の第１の行、および押出成形物の上部近くに気泡の最上行を含む複数の気泡を有する。器具は、押出成形物を押出すための押出機を含む。器具は、押出成形物のための輪郭を形成するための金型を含む。器具は、押出成形物を金型から水平方向に運び出すためのコンベヤーを含む。超音波ナイフは、予備切断を施している間、コンベヤーと概して同期して水平方向に移動することができる。超音波ナイフは、約１３ｋＨｚ以上（例えば、約２０ｋＨｚ以上）の振動周波数を有する。超音波ナイフは、チタンを含む表面を有する。ワイヤーカッターは、約０．５ｍｍ以下（例えば、約０．３ｍｍ以下、または約０．２ｍｍ以下）の直径を有する。器具は、３つ以上の行の気泡（例えば、５つ以上の行の気泡）を有する輪郭を生成できる金型を含む。または、金型は、押出成形物輪郭の横断面（すなわち、押出方向と垂直）が輪郭断面積を有し、押出成形物輪郭が気泡総断面積を有する（例えば、輪郭断面積に対する気泡総断面積の比率が約０．４以上である）気泡を有するように選択される。
【００１７】
押出成形物を切断するための任意のプロセスは、以下の特性のうちの１つまたは任意の組み合わせをさらに特徴とし得る：該プロセスは、押出成形物をワイヤーカッターで切断するステップを含む。該プロセスは、既定の長さを有する押出部品が形成されるように、押出成形物をワイヤーカッターで切断するステップを含む。押出成形物は、最上行の連続気泡を含む複数行の連続気泡と、最上行の連続気泡の上の上外壁とを有し、予備切断は上外壁を切断する。押出成形物は、ケイ素原子、アルミニウム原子、または双方を含む。該プロセスは、１つ以上の無機化合物を含む混合物を、押出機を通して押出しするステップを含む。該プロセスは、混合物を金型に通すことによって輪郭を形成するステップを含む。該プロセスは、コンベヤーを使用して押出成形物を金型から押出方向に運び出すステップを含む。押出成形物を予備切断するステップは、超音波ナイフを押出方向と垂直の方向に移動させることによって押出成形物を切断している間、超音波ナイフおよび押出成形物を押出方向に同期して移動させることを含む。該プロセスは、ナイフを水槽へ移動させること、および水中でナイフを振動させることによってナイフの表面から無機材料を取り除くステップを含む。押出成形物は、粘土を含む。押出成形物は、最上行の連続気泡を含む３つ以上の行の連続気泡と最上行の連続気泡の上の上外壁とを含み、押出成形物を予備切断するステップは、最上行の連続気泡が曝露するように上外壁を完全に切断することを含む。超音波ナイフは、約１５ｋＨｚ以上の周波数を有する。ワイヤーカッターは移動し、押出成形物は、押出成形物の最終切断のステップ中、ワイヤーカッターと同期して移動し、ワイヤーカッターは約０．５ｍｍ以下の直径を有する。超音波ナイフは、切断するために先細の先端を有する刃を含む。該プロセスは、超音波ナイフを出成形物から取り除くステップを含み、超音波ナイフは、超音波ナイフが押出成形物から取り除かれている間、ナイフの正面のみが押出成形物に接触するように、押出成形物と比べて速く押出方向に移動する。押出成形物は、ある幅と長さを持つ概して長方形の輪郭を有し、刃は、輪郭の幅の長さよりも長い長さを有する刃先を有する。部品の１つ以上の（例えば、全ての）気泡は、輪郭の切断後、開放したままである。部品に続いている押出成形物の１つ以上の（例えば、全ての）気泡は、輪郭の切断後、開放したままである。輪郭中の原子の約３５％以上は、酸素原子である。または、それらの組み合わせである。
【００１８】
器具は、形成可能な塊に１つ以上の予備切断を施すのに好適な超音波ナイフを含む。器具は、材料がまだ形成可能な状態（すなわち、形成可能な塊）にあるとき、横断面の特性が概して維持されるように、初期切断などの予備切断を形成される塊に施すのに特に有用である。例えば、器具は、押出成形物である形成可能な塊を切断することに用いられ得る。押出成形物は、概して均一な横断面を有する。典型的には、横断面は、材料が通過する金型によって部分的または全体的に定義される。本明細書において使用される場合、予備切断とは、押出成形物の横断面の少なくとも一部の切断である。概して、予備切断は、押出成形物を完全に切断および分断（すなわち、分離）せず、押出成形物を分断するために１つ以上の付加的な分離切断が必要とされる。例えば、分離切断は、横断面のさらなる部分および／または残りを通って、予備切断を拡大し得る。予備切断は、既定の長さを有する加工部材を押出方向にもたらす１つ以上の分離切断ためのガイドまたは位置決めとして使用され得る。押出成形物の別の部分から加工部材を分離することによって、加工部材に１つ以上の作業を実行することが可能であり得る。例えば、加工部材を移動または運搬すること、異なる温度および／または異なる湿度環境など、加工部材を異なる環境条件（最初に形成される押出成形物の環境条件と比べて）に曝露すること、複数の加工部材を積み重ねること、あるいは並べること、またはそれらの任意の組み合わせが可能であり得る。予備切断および分離切断（複数可）は、ある適用にとって所望される長さを持つ加工部材をもたらし得ること、または加工部材は、縦方向に、あるいは所望の長さまたは形状をもたらすように、付加的な切断ステップを後に受けることが理解されよう。
【００１９】
超音波ナイフは、好ましくは、形成可能および崩壊し得る材料に予備切断を施すために選択される。超音波ナイフは、押出成形物の長さにわたって延びる１つ以上の開口部を有する押出成形物を、開口部を塞ぐ、あるいは閉じることなく切断することに特に便益である。加工部材の押出機側の開口部が閉じられる、または塞がれるとき、金型で作られている開口部の新しい長さに空気が入ることができないため、押出形状はもはや維持されないことが理解されよう。したがって、押出成形物の崩壊をもたらす、真空が形成され得る。そのため、切断の押出機側（すなわち、上流側）の横断面内の開口部が１つも閉じられる、あるいは塞がれることがないように、押出成形物を切断するための装置、システム、または方法を有することは特に有利であり得る。
【００２０】
押出成形物の切断において、開口部を通る初期切断は、典型的に、最も困難である。例えば、外壁でもある開口部を囲んでいる壁を切断するとき、押出成形物の構造体は、構造体に対して限られた支持を外方向に提供する場合、または支持を提供しない場合がある。ここでは、切断方向（例えば、切断される外壁の厚さ方向）における力は、外壁を変形する原因となり得、外壁を支援する１つ以上の壁を曲げる、または折る、または双方の原因となり得る。図１は、本明細書内の教示に従って切断され得る押出成形物の特性を示している、横方向にある押出成形物１０の横断面図例である。押出成形物１０は、コンベヤーベルトなどの、基板２４によって支持され得る。押出成形物は、開口部１２、および開口部１２を囲む複数の壁、１４、１６Ａ、１６Ｂ、および１８を有し得る。切断方向８は、外壁１４などの、壁のうちの１つの厚さ方向であり得る。切断される最初の外壁１４は、壁１６Ａ、１６Ｂを支持する１つ以上の壁によって支持され得る。外壁１４の切断中の開口部の崩壊を防ぐために細心の注意が払われるよう、最初に切断される外壁１４の幅２０は、概して大きい場合があり、支持壁の厚さ２２は、概して薄い場合がある。
【００２１】
押出成形物に切断を施すことの難しさは、押出成形物が複数の開口部（例えば、押出成形物の長さにわたって延びる）を有するとき、支持壁の壁厚が小さいとき、開口部の幅（例えば、切断方向と垂直の方向）が大きいとき、またはそれらの任意の組み合わせで、概して高まる。
【００２２】
切断される輪郭の形状に加え、押出成形物を切断することの難しさの程度は、弱い力を加えることで永久に変形されることのできる状態にある材料を切断するとき、高まり得る。例えば、チクソトロピー状にある材料は、力が加えられないときには形状を概して維持することができるが、力が加えられるときには流動する。チクソトロピーであり得る材料の例は、流動することができるよう、ガラス転移温度を超えるおよび融解温度を超える温度まで加熱される高分子量ポリマーを含む。チクソトロピーであり得る材料の他の例は、１つ以上の液体物を伴う高濃度の粒子を含む混合物を含む。そのような材料は、成形や押出しに好適な、粘土、練粉のような材料、粒子と水またはバインダとの混合物等を含む。
【００２３】
超音波ナイフは、好ましくは、押出成形物に予備切断を施すために１つ以上の周波数で振動するナイフである。超音波ナイフは、概して、切断される材料に接触する１つ以上の切断表面を持つ刃を含む。
【００２４】
図２Ａは、本明細書内の教示に従った超音波ナイフに好適な特性を有する刃端２８を示す。ナイフの刃端は、１つ以上の刃先３６を有し得る。切断刃は、前方側（すなわち、前縁側）３８および後方側（すなわち、後縁側）４０を有し得る。前方側は、概して、押出成形物の下流方向に面し得、後方側は、概して、押出成形物の上流方向に（例えば、押出設備の方向に）面し得る。刃端２８は、刃の先端４１が切断される材料内の気泡を崩壊せずに初期切断を施すのに十分に薄くあるように、先細であり得る。例えば、先端４１は、約１５００μｍ以下、好ましくは約７００μｍ以下、より好ましくは約５００μｍ以下、さらにより好ましくは約３００μｍ以下、さらにより好ましくは約２００μｍ以下、および最も好ましくは約１００μｍ以下の厚さ、半径、または双方を有することを特徴とし得る。図２Ｂおよび２Ｃは、刃先端４１、４１’の横断面図である。図２Ｂに関して、刃先端は、半径４３を特徴とし得る。図２Ｂおよび２Ｃに関して、刃は、概して平面な領域４７を有する前方側および／または概して平面な領域４７’を有する後方側を有し得る。刃先端４１の横断面は、前方および後方側がもはや平坦ではなくなる、前方転移点４９および後方転移点４９’を有し得る。刃先端４５の厚さは、図２Ｂおよび２Ｃに示されるように、２つの転移点４９、４９’の距離間隔によって測定され得る。刃先端４１は、刃が切断作業中に耐えられるよう（例えば、破損しない、曲がらない、または欠けない）、十分な厚さ、半径、または双方を有するべきである。そのような耐久性は、約３０重量％以上、約５０重量％以上、約７０重量％以上、または約８５重量％以上の無機粒子濃度を含む材料を切断するとき、特に重要である。例えば、刃先端は、好ましくは約３μｍ以上、より好ましくは約１０μｍ以上、さらにより好ましくは約２０μｍ以上、さらにより好ましくは約３０μｍ以上、および最も好ましくは約４０μｍ以上の半径、厚さ、または双方を特徴とし得る。
【００２５】
ナイフの振動は、縦振動３０（すなわち、刃先３６の長さに平行方向）、貫通振動３４（すなわち、切断方向）、横振動３２（すなわち、切断によって作られる２つの表面間の方向）を含み得る。好ましくは、ナイフの振動は、横振動３２を含む、横振動３２から本質的に成る、または横振動３２から全体的に成る。
【００２６】
装置は、概して、超音波振動を引き起こすことのできる１つ以上のトランデューサを含む。トランデューサは、超音波周波数内に振動を生み出し得る。例えば、トランデューサは、約５ｋＨｚ以上、約１３ｋＨｚ以上、約１５ｋＨｚ以上、約２０ｋＨｚ以上、約３０ｋＨｚ以上、約３５ｋＨｚ以上、または約４０ｋＨｚ以上の周波数で振動を生み出し得る。トランデューサは、典型的には、好ましくは、約４００ｋＨｚ以下、より好ましくは約１００ｋＨｚ以下の周波数で振動を生み出す。しかしながら、より高い周波数振動を生み出すトランデューサも使用され得る。トランデューサは、任意のプロセスを使用して振動を生み出し得る。圧電電気素子を使用するトランデューサが最も好ましい。
【００２７】
トランデューサは、切断される材料が押しのけられ、刃表面に短時間触れるだけであるように、十分な高振幅を有する振動を生み出すべきである。振動の振幅は、好ましくは、約１μｍ以上、より好ましくは約３μｍ以上、および最も好ましくは約１０μｍ以上である。トランデューサは、押し出された輪郭の開口部が閉じられないように、十分に低い振幅を有する振動を生み出すべきである。例えば、振幅は、好ましくは、約８００μｍ以下、より好ましくは約３００μｍ以下、さらにより好ましくは約１００μｍ以下、および最も好ましくは約７０μｍ以下である。
【００２８】
図３は、本明細書内の教示に従った超音波ナイフにおいて使用され得る特性を有する切断刃２７を示す。切断刃は、刃端２８および刃基部２９を含み得る。刃端は、刃基部から突き出得る。好ましくは、刃は一体構造である。例えば、刃基部および刃端は、同じ材料で作られ得る。刃基部、刃端、または双方の１つ以上の表面は、コーティングを有し得る。例えば、１つ以上の表面は、表面の耐久性を向上するためのコーティングを有し得る。コーティングは、金属コーティング、ポリマーコーティング、または非金属無機コーティングであり得る。金属の表面の耐久性を向上し得る他の表面処理も用いられ得る。例えば、金属の表面に、または表面近くに１つ以上の原子を打ち込む技術も用いられ得る。刃または刃表面の耐久性は、以下の１つまたは任意の組み合わせを特徴とし得る：湿気環境における耐腐食性、塩基性環境における耐腐食性、酸性環境における耐腐食性、刃の材料の強度、表面の引っかき抵抗性、および表面の硬度。表面、例えば、コーティングのない切断表面、を有する刃も使用され得ることが理解されよう。これは、刃、または刃の表面下あるいは曝露される材料をとがらせる必要があり得るとき、特に有利であり得る。ここでは、コーティングされていない切断表面と一体となった刃は、特に有利であり得る。
【００２９】
刃は、切断するのに好適な任意の材料で作られ得る。そのような材料は、金属、ポリマー、セラミック、およびガラスを含む。水を含む材料を切断するときには、湿気または湿潤環境において耐腐食性のある刃が望ましい場合がある。好ましくは、刃は、１つ以上の金属または金属合金を含む、１つ以上の金属または金属合金から本質的に成る、または１つ以上の金属または金属合金から全体的に成る。例えば、刃は、以下の要素の１つまたは組み合わせを少なくとも５１原子パーセント含む金属材料から形成され得る：鉄原子、アルミニウム原子、チタン原子、タングステン原子、亜鉛原子、または銅原子。湿気環境での使用に好ましい金属は、チタン金属、チタン金属合金、ステンレス鋼、またはそれらの組み合わせを含む。
【００３０】
刃基部２９は、概して前方に面する表面および概して後方に面する表面を有し得る。概して前方に面する表面は、切断される材料の下流に面し得る。概して後方に面する表面は、押出設備の方向など、上流に面し得る。概して前方に面する表面および概して後方に面する表面は、好ましくは、約５°以下の角度を有し、および、より好ましくは平行（すなわち、０°の角度）である。
【００３１】
刃端は、前方に面する表面と後方に面する表面との距離が刃の先端に向かって減少するように、先細であり得る。刃のテーパー角度は、刃端の前方に面する表面および後方に面する表面によって形成される鋭角である。テーパー角度は、約０．５°以上、約２°以上、または約５°以上であり得る。テーパー角度は、約６０°以下、約４０°以下、約３０°以下、または約２０°以下であり得る。
【００３２】
刃端のテーパー角度は、典型的には、前縁テーパー角度および後縁テーパー角度を含む。前縁テーパーエンジェルは、刃端の前方面と切断方向との間の鋭角である。後縁テーパー角度は、刃端の後方面と切断方向との間の鋭角である。テーパー角度は、前縁テーパー角度および後縁テーパー角度の合計として定義され得る。後縁テーパー角度は、切断中に移される材料が気泡を塞ぐ、あるいは気泡への空気の流れを妨げることがないように、十分に小さくあるべきである。後縁テーパー角度は、約０°以上、約０．５°以上、約１°以上、約１．５°以上、または約２°以上であり得る。好ましくは、後縁テーパー角度は、約１０°以下、より好ましくは約８°以下、さらにより好ましくは約６°以下、さらにより好ましくは約５°以下、さらにより好ましくは約４°以下、および最も好ましくは約３°以下である。前縁テーパー角度は、好ましくは、後縁テーパー角度よりも大きさにおいて大きい。例えば、前縁テーパー角度の後縁テーパー角度に対する比率は、約１．１以上、約１．５以上、約２以上、約３以上、約５以上、約７以上、約１０以上、または約２０以上であり得る。前縁テーパー角度は、切断される加工部材の任意の動きと比べて刃が十分に早い速度で下流方向に移動しているプロセスにおいて刃が使用されるとき、気泡が切断プロセスによって移される材料で埋められないように、後縁テーパー角度より小さい場合がある。図３に示されるように、刃端２８は、前縁テーパー角度４６および後縁テーパー角度４４から成るテーパー角度４２を含み得る。好ましくは、前縁テーパー角度４６と後縁テーパー角度４４の合計は、テーパー角度４２と等しい。
【００３３】
予備切断の一部または全ては、刃の端を使用して施され得る。例えば、予備切断は、加工部材に接触している刃の先細部分の表面のみであることを特徴とし得る。該プロセスは、加工部材に接触する刃基部を有することを避け得ることが理解されよう。そのため、刃基部２９のない刃が用いられ得る。刃基部２９は、用いられる場合、好ましくは、刃端２８の前縁テーパー角度４６よりも小さい前縁テーパー角度を有し、およびより好ましくは、刃基部２９は、約０°の前縁テーパー角度を有する。刃基部２９は、用いられる場合、好ましくは、刃端２８の後縁テーパー角度４４よりも小さい後縁テーパー角度を有し、およびより好ましくは、刃基部２９は約０°の後縁テーパー角度を有する。
【００３４】
予備切断は、概して、浅い切断であるため、該プロセスは、比較的短い刃を使用し得る。例えば、刃の高さ（すなわち、切断の方向にある）の加工部材の高さ（すなわち、切断の方向にある）に対する比率は、約０．９５以下、約０．８以下、約０．６以下または約０．４以下であり得る。刃は、予備切断を施すのに十分な高さを有するべきである。例えば、刃の高さの加工部材の高さに対する比率は、約０．０１以上、または約０．１以上であり得る。加工部材よりも高い高さを有する刃も用いられ得ることが理解されよう。
【００３５】
器具は、超音波ナイフの振動を制御するための１つ以上の振動制御装置を含み得る。制御装置は、以下の１つまたは任意の組み合わせを制御し得る：振動の振幅、振動の周波数、振動の継続、振動の開始、または振動の停止。制御装置は、切断ステップのために超音波振動を開始または増大する（例えば、既定の周波数まで、既定の振幅まで、または双方）ために使用され得る。制御装置は、切断ステップの後に超音波振動を停止または減少するために使用され得る。例えば、刃が切断される材料に下降している間、刃は振動し得、および、刃が切断材料に下降していないとき、一回以上で、刃は振動し得ない。制御装置は、洗浄液の入った槽の中で刃を洗浄するために超音波振動を開始または増大する（例えば、既定の周波数まで、既定の振幅まで、または双方）ステップにおいて使用され得る。器具は振動制御装置がない場合があることが理解されよう。例えば、超音波ナイフは、連続的に振動し得る。
【００３６】
器具は、１つ以上の方向に超音波ナイフを移動させることができる可動ナイフサポートを含み得る。ナイフサポートは、加工部材が切断されるように、切断方向にナイフを移動させ得る。ナイフサポートは、ナイフが加工部材から撤退するように、ナイフを切断方向から離し得る。本明細書内の教示に従って、加工部材は、切断プロセス中に動いている場合があり、すなわち、加工部材は、進行方向に移動している場合がある。例えば、加工部材は、進行方向が押出方向である押出機の金型から押し出しされたばかりの材料であり得る。ナイフサポートは、加工部材に切断（例えば、予備切断）を施しながら、超音波ナイフを進行方向に移動させ得る。加工部材に切断を施している間、超音波ナイフは、加工部材と同じ速度、加工部材よりも遅い速度、または加工部材よりも速い速度で、好ましくは加工部材と同じ速度または加工部材よりも速い速度で、および最も好ましくは加工部材よりも速い速度で、進行方向に移動し得る。例えば、超音波ナイフは、刃の後縁表面が加工部材に接触しないように、上流方向にある加工部材の気泡が閉じないように、または双方であるように、十分な速度で、進行方向に移動し得る。そのため、ナイフサポートは、切断方向にある、および進行方向にあるナイフを同時に移動させ得る。好ましくは、ナイフサポートは、少なくとも切断方向にある、および進行方向にあるナイフの移動方向を制御することができる。予備切断の実施後、ナイフサポートは、加工部材からナイフを撤退させるために切断方向と反対の方向に超音波ナイフを移動させ得る。ナイフサポートは、以下に記載されるような洗浄装置へナイフを移動させること、別の切断を施すための場所（別の予備切断を施すための開始位置など）にナイフを移動させること、または双方ができ得る。
【００３７】
可動ナイフサポート装置は、押出成形物を切断するために必要な方向にナイフを移動させるのに好適な任意の周知の装置であり得る。可動ナイフサポートは、切断される部品の場所を特定することができ得る。可動ナイフサポートは、ステーションごとに１〜６つの移動軸が可能であり得る。１つの移動軸のみを持つ装置は、押出成形物が固定切断のための場所に移動されることを要求する。押出成形物は、概して、押出機金型から軸方向に移動しているため、装置は、ｔ以上の移動軸が可能であることが好ましい。２つよりも多い移動軸が可能な装置は、カッター（例えば、超音波ナイフ）を、別の切断プロセスのための位置、洗浄プロセスのための位置、または双方、の間で移動させる。模範的な装置は、ロボット、空気圧で作動する２Ｄスライド、直線運動システム、回転運動システム等を含む。装置は、空気式、水圧式、および電気機械式駆動運動システムであり得る。
【００３８】
器具は、超音波ナイフの位置を制御するための１つ以上の制御装置を含み得る。例えば、制御装置は、移動している加工部材に対する超音波ナイフの位置を制御する。制御装置は、予備切断ステップがいつ必要であるかを判定するための１つ以上のアクチベーターまたはセンサ、予備切断ステップがいつ完了するかを判定するための１つ以上のアクチベーターまたはセンサ、刃がいつ洗浄を必要とするかを判定するための１つ以上のアクチベーターまたはセンサ、加工部材の移動速度を判定するための１つ以上のアクチベーターまたはセンサ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。制御装置は、加工部材材料（例えば、押出成形物）が既定の長さに切断されるように、十分な数のセンサを含み得る。
【００３９】
器具は、材料（例えば、押出成形物）を進行方向に運搬するための１つ以上のコンベヤーを含み得る。コンベヤーは、押出成形物が既定の横断面を有するように、制御され得る。例えば、器具は、押し出される材料を受け取るために金型の出口近くに位置する押出成形物コンベヤーを有し得る。押出成形物は、押し出される材料の速度と一様に移動し得、または、材料が所望される高さまで下ろされるように、より早い速度を有し得る。
【００４０】
システムは、押出機、押出機金型、押出成形物コンベヤー、押出成形物コンベヤーの下流にある二次コンベヤー、乾燥装置、押出成形物の１つ以上の寸法を測定するためのセンサ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。システムは、押出成形物を押し出すための押出機を含み得る。システムは、押出成形物輪郭を形成するための金型を含み得る。システムは、金型から水平方向に押出成形物を運び出すための押出成形物コンベヤーを含み得る。
【００４１】
器具は、好ましくは、１つ以上の細長い気泡を含む概して連続的な輪郭を有する部品を形成するための金型を含む。例えば、金型は、以下の１つまたは任意の組み合わせを特徴とする輪郭を生成する：１つ以上の行の気泡を含む輪郭、１つ以上の列の気泡を含む輪郭、細長い気泡の配列を含む輪郭、気泡のハニカム配置を含む輪郭、４つ以上の気泡を含む輪郭。好ましくは、金型は、細長い気泡の配列を有する輪郭を生成することができ得る。例えば、金型は、３つ以上の行の気泡（例えば、５つ以上の行の気泡）を有する輪郭を生成することができ得る。金型は、押出成形物輪郭の横断面（すなわち、押出方向と垂直）が輪郭断面積を有し、および、押出成形物輪郭の横断面が気泡総断面積を有する気泡を有し、そこにおいて輪郭断面積に対する気泡総断面積の比率が約０．４以上であるように、選択され得る。
【００４２】
押出機は、気温に近い温度（すなわち、約−５℃〜約３８℃）、または昇温（すなわち、３８℃超）で材料を押出しし得る。例えば、押し出しされる材料の温度は、それが押出機を離れるとき、および／または、それが切断されるとき、約−５℃以上、約０℃以上、約５℃以上、約１０℃以上、約１５℃以上、約２０℃以上、約２５℃以上、または約３８℃以上であり得る。押し出しされる材料の温度は、それが押出機を離れるとき、および／または、それが切断されるとき、約１００℃以下、約７０℃以下、約５０℃以下、約４０℃以下、約３８℃以下、約３５℃以下、または約３０℃以下であり得る。好ましいプロセスにおいて、押出しされる材料は、６０重量％を超える無機粒子を含み、室温に近い条件に押出しされる。
【００４３】
超音波ナイフの刃は、表面上に堆積する材料を取り除くために洗浄を要求し得る。刃の洗浄は、刃の１つ以上の表面に洗浄液を噴霧すること、刃の１つ以上の表面に気体を噴射すること、刃を液体物を含む槽の中に置くこと、刃が液体物に接触している間、ナイフのトランデューサを稼動させることによって刃を超音波によって洗浄すること、またはそれらの任意の組み合わせのステップを含み得る。好ましくは、刃の洗浄は、刃を洗浄液の槽の中に置くステップ、刃を振動させるステップ、および刃を槽から取り出すステップを含む。洗浄液は、噴霧または超音波槽における使用に好適な任意の液体物であり得る。例えば、洗浄液は、水、１つ以上の溶媒、１つ以上の界面活性剤、またはそれらの任意の組み合わせを含み得、水、１つ以上の溶媒、１つ以上の界面活性剤、またはそれらの任意の組み合わせから本質的に成り得、水、１つ以上の溶媒、１つ以上の界面活性剤、またはそれらの任意の組み合わせから全体的に成り得る。刃の洗浄は、刃またはナイフが機械的移動装置に取り付けられる間、または刃またはナイフが機械的移動装置から取り除かれるときに、為され得る。例えば、機械的移動装置は、ナイフを第１の切断位置から第２の切断位置の間を移動させる、切断ステップおよび洗浄ステップ双方のために用いられ得る。あるいは、機械的移動装置に加え、ロボットアームや他の機械的装置などが、洗浄層または噴霧口をナイフの方へ移動させるために用いられ得る。刃の洗浄は、加工部材を切断するステップ間に任意の所望される間隔で起こり得る。例えば、切断刃は、予備切断の既定の間隔後（例えば、毎切断後、隔切断後、何回かの切断後）に、または操作者の判断基準および／または自動検査による判断基準で不規則な間隔で、洗浄され得る。
【００４４】
先に記載されるように、器具は、超音波ナイフの刃を洗浄するための１つ以上の構成要素を含み得る。例えば、器具は、吹き付け器、噴霧口、洗浄液を入れるための槽、超音波ナイフを洗浄設備へ自動的に移動させるための装置、洗浄装置を超音波ナイフへ移動させるための装置、洗浄液を吹き付け器または洗浄槽に供給するための流体接続、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。
【００４５】
図４Ａおよび４Ｂに関して、押出成形物１０は、押出成形物が前進している間に、切断刃２７を使用して切断され得る。図４Ａは、切断プロセスの特性例を示す側面横断面であり、図４Ｂは、超音波刃を使用した切断が施された後の押出成形物の部分を示す概略図である。押出成形物１０は、コンベヤーベルトなど、前進している基板２４上にあり得る。好ましくは、切断刃２７は、押出成形物に進入することに加えて、押出成形物１０と同じ方向に前進する。そのため、切断刃の動きは、切断刃水平速度７２および切断刃垂直速度７４を含み得る。押出成形物の動きは、押出成形物前進速度７０を特徴とし得、好ましくは水平方向にある。好ましくは、切断刃水平速度は、押出成形物前進速度と同じ方向にある。好ましくは、切断刃水平速度は、押出成形物前進速度よりも速い。そのため、切断刃の後縁表面は、後縁表面と押出成形物との間の接触が減少される、または除去されるように、切断されたばかりの押出成形物から離れ得る。好ましくは、切断プロセス中、切断刃の後縁表面と押出成形物との間に隙間６０がある。隙間６０は、好ましくは、切断刃によってあけられた（例えば、予備切断のステップ中に）開口部１２のいずれかに空気が流れ込むように、十分に大きい。そのため、切断刃の上流の開口部におけるいかなる真空も、減少される、または除去され得る。切断刃垂直速度７４は、好ましくは、切断プロセス中に開口部１２を塞がずに押出成形物を効率的に切断するために選択される。初期切断は、開口部１２の第１の層を貫通する。初期切断（例えば、予備切断）が完了した後、切断刃は、刃を垂直方向に上方に移動させることによって取り除かれる。刃が取り除かれるとき、押出成形物に隙間６４が残される。隙間は、好ましくは、押出成形物１０の上部に隙間の最も幅の広い部分を持つ、くさび形状を有する。
【００４６】
器具は、超音波ナイフによって開始される切断を完了するための１つ以上の二次切断装置を含み得る。二次切断装置は、好ましくは、超音波ナイフでない。例えば、二次切断装置は、超音波ナイフより薄い切断器具を用い得る。
【００４７】
特に好ましい二次切断装置は、最終切断を施すワイヤーを用いる装置である。二次切断装置は、ワイヤーカッターであり得る。ワイヤーは、好ましくは、それが予備切断によって作られる先行あるいは後縁露出端に触れることなく、予備切断中に作られる開口部に挿入されることができるように、十分に薄い。ワイヤーは、好ましくは、約１．０ｍｍ以下、より好ましくは約０．５ｍｍ以下、さらにより好ましくは約０．３ｍｍ以下、および最も好ましくは約０．２ｍｍ以下の厚さまたは直径を有する。ワイヤーは、切断のために使用されている間にワイヤーが破損することがないように、十分に薄くあるべきである。好ましくは、ワイヤーは、約１インチ以上の幅を有する（例えば、約２インチ以上、または約３インチ以上の幅を有する）部品を切断することができるように、約１インチ／分以上（例えば、約２インチ／分以上、または約５インチ／分以上、または約１０インチ／分以上）の切断速度で部品を切断できるように、または双方であるように、十分に薄くあるべきである。例えば、ワイヤーは、約０．０１３ｍｍ以上、約０．０２５ｍｍ以上、約０．０５ｍｍ以上、または約０．１０ｍｍ以上の厚さまたは直径を有し得る。
【００４８】
ワイヤーカッターなどの二次切断装置は、好ましくは、切断プロセス中、押出成形物と同期して移動することができる。例えば、ワイヤーが押出成形物を切断している間、ワイヤーカッターは、好ましくは、押出成形物と同期して移動する。同様に、ワイヤーが押出成形物から引き抜かれている間、ワイヤーカッターは、好ましくは、押出成形物と同期して移動する。
【００４９】
器具は、ワイヤーカッターを１つ以上の方向に移動させることができる１つ以上の可動ワイヤーカッターサポートを含み得る。好適なワイヤーカッターサポートは、可動ナイフサポートに関して本明細書内に記載される特性のうち１つまたは任意の組み合わせを有し得る。例えば、可動ワイヤーカッターサポートは、ワイヤーを切断方向に移動させること（例えば、最終切断を施すため）、ワイヤーを切断方向から離すこと（例えば、ワイヤーを最終切断から撤退させるため）、ワイヤーを押出成形物の進行方向に移動させること、ワイヤーを押出成形物の進行方向と反対に移動させること、およびそれらの任意の組み合わせができ得る。
【００５０】
二次切断プロセスは、図５、６、および７に示される特性のうち１つまたは任意の組み合わせを含み得る。二次切断プロセスは、ワイヤーカッター６８などの二次切断器具を使用し得る。ワイヤーカッター６８は、初期切断ステップにおいて形成される隙間６４内に配置され得る。二次切断プロセス中、押出成形物は、押出成形物前進速度７０”（初期切断を実施しているときの押出成形物前進速度７０と同じまたは異なる場合がある）で前進している場合がある。ワイヤーカッター６８は、好ましくは、水平および垂直方向の動きを有する。ワイヤーカッター６８の垂直方向における移動は、ワイヤーカッター垂直前進速度７８であり、ワイヤーカッターの水平方向における移動は、ワイヤーカッター水平前進速度７６である。ワイヤーカッター６８は、好ましくは、押出成形物１０に対して水平方向に移動しない。そのため、ワイヤーカッター水平前進速度７６は、好ましくは、ワイヤーカッターで切断している間、ワイヤーカッターを押出成形物から取り除いている間、または双方の間、押出成形物前進速度７０”と同じである。ワイヤーカッター水平前進速度。初期切断ステップで切断されなかった押出成形物１０の一部または全てを切断後、ワイヤーカッター６８は、図６に示されるように、垂直方向への移動を止める。図６に関して、ワイヤーカッター６８は、押出成形物１０の２つの側面間に分離６６を作り得る。図７に関して、ワイヤーカッター６８は、ワイヤーカッター６８をワイヤー垂直カッター前進速度７８’で上方垂直方向に移動させることによって、切断押出成形物から取り除かれ得る。ワイヤーカッター６８を取り除いている間、押出成形物およびワイヤーカッターの水平速度７６、７０”は、ワイヤーカッターが概して分離６６に沿って移動するように、好ましくは同じである。
【００５１】
図１０に関して、本明細書内の教示に従った切断システムは、押出機８０、押出機金型８２、ナイフ刃２７を有する超音波ナイフ、ワイヤーカッター８４、可動ナイフサポート８６、可動ワイヤーカッターサポート８７、押出機コンベヤー８８および二次コンベヤー９０、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。切断システムは、ワイヤーカッター６８などの二次切断器具を含み得る。切断システムは、押出成形物前進速度７０で押出成形物１０を前進させ得る（例えば、押出機から離して）。押出成形物前進速度７０は一定であり得、または変化し得ることが理解されよう。好ましくは、押出成形物前進速度７０は一定であり、初期切断および二次切断のステップ中、同じである。切断システムは、１つ以上の超音波トランデューサ９２を含み得る。１つ以上の超音波トランデューサ９２は、ナイフの超音波振動がトランデューサ９２によって制御されるように、超音波ナイフの一部、超音波ナイフに取り付けられる、あるいは超音波ナイフに接続されるものであり得る。
【００５２】
本明細書内の教示に従った装置、器具、システム、および方法は、空間が連続的な横断面または１つ以上の気泡を有する横断面を有する押出成形物を切断することに用いられ得る。横断面が１つ以上の気泡を含むときに、特に利点が得られる。概して、気泡は押出成形物の長さにわたって延びる。多数の気泡を有する押出成形物を切断することは、本明細書の教示に従った装置、器具、システム、および方法を使用することによって達成され得る。例えば、押出成形物は、約２以上、約６以上、約１２以上、約２０以上、約３０以上、または約８０以上の気泡を有し得る。気泡は、規則的なパターンで配置され得、または不規則に配置され得る。例えば、気泡は、１つ以上の行および１つ以上の列を含む配列で配置され得る。行数は、好ましくは、２以上、４以上、または７以上である。列数は、好ましくは、２以上、４以上、または７以上である。繰り返しパターンは、任意の数の気泡を含み得る。例えば、図８の横断面は、２つの気泡を持つ繰り返しパターン９６を示し、図９の横断面は、１つの気泡を持つ繰り返しパターン９６’を示す。
【００５３】
押出成形物は、好ましくは、押出成形物の底近くに気泡の最初の行および押出成形物の上部近くに気泡の最上行を含む複数の気泡を有することを特徴とし得る。例えば、押出成形物は、最上行の連続気泡を含む３つ以上の行の連続気泡と、最上行の連続気泡の上の上外壁とを有し得る。予備切断ステップ中、超音波ナイフは、連続気泡の最上行が曝露されるように、上外壁の全体を切断することが好ましい。
【００５４】
押出成形物構造体は、図８に示されるように、概して六角形状の気泡を有する構造体などの概してハニカム構造体であり得る。押出成形物構造体は、図９に示されるように、概して長方形または正方形状の気泡の配列を有し得る。気泡間の空間は、概して均一であり得ることが理解されよう。しかしながら、不規則な間隔の気泡も用いられ得る。
【００５５】
押出成形物は、１つ以上の弓状である外表面、１つ以上の平面である表面、または双方を有し得る。部品が弓状である底面を有する場合、部品を運搬する、あるいは、運ぶため、運搬装置が用いられ得る。押出成形物構造体は、好ましくは、押出成形物が平らなコンベヤーベルトに従って運搬されることができるように、概して平らな底を有する。機械方向に垂直なハニカム構造体の横断面形状（すなわち、横断面の外周囲）は、２つ以上の側面、３つ以上の側面、または４つ以上の側面を有し得る。例えば、形状は、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、半環、または半卵形、半楕円であり得る。好ましくは、ハニカム構造体は、概して多角形、およびより好ましくは概して長方形である外周囲を持つ概して均一な横断面を有する。
【００５６】
本明細書の教示に従った装置、器具、システム、および方法は、任意の押出しされる材料を用いられ得る。形成可能な状態にある材料を切断するときに、特別な利点が見られる。材料は、有機材料、無機材料、または双方であり得る。材料は、ポリマー材料を含み得、またはポリマー材料が実質的にない場合がある。押出成形物材料（すなわち、押出成形物組成物）は、１つ以上の微粒子材料および１つ以上の液体材料を含む混合物であり得る。
【００５７】
特に好ましい押出成形物材料は、１つ以上の無機化合物を含む、１つ以上の無機化合物から本質的に成る、または１つ以上の無機化合物から全体的に成る、材料である。例えば、押出成形物は、１つ以上の無機化合物の粒子を含み得る。押出成形物は、粒子をつなぎ止めるための、材料の流れを向上するための、または双方のための、１つ以上のバインダを十分な量含み得る。バインダは、粒子をつなぎ止めるのに好適な、材料の流れを向上するのに好適な、または双方に好適な、１つ以上の液体物を含み得る。押出成形物材料のための特に好ましい液体物は、水、グリコール、または双方を含む、水、グリコール、または双方から本質的に成る、あるいは、水、グリコール、または双方から成る、液体物である。用いられ得る無機粒子の例は、ケイ素原子、アルミニウム原子、チタン原子、またはそれらの任意の組み合わせを含む粒子を含む。粒子は、１つ以上の無機酸化物を含む、または、１つ以上の無機酸化物から成る。例えば、粒子は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。特に好ましい無機化合物は、約３５アトミック％以上の酸素原子を含む。例えば、押出成形物材料における原子の約３５パーセント以上は酸素原子であり得る。押出成形物材料は、１つ以上の粘土および１つ以上のバインダを含み得る。もし用いられるのであれば、粘土の濃度は、好ましくは、押出成形物材料の総重量基準で、約２０重量パーセント以上、より好ましくは約４０重量パーセント以上である。
【００５８】
好ましい無機粒子は、約１００μｍ以下、より好ましくは約３０μｍ以下、さらにより好ましくは約１０μｍ以下、および最も好ましくは約５μｍ以下の平均サイズを有する。典型的には、無機粒子は、約０．０１μｍ以上の平均サイズを有する。
【００５９】
押出成形物材料における液体の量は、押出成形物材料が押出機および押出機金型により、気温または気温に近い温度で加工されることができるように、十分である。例えば、押出温度、材料が金型を通る際の温度、または双方は、約３８℃以下、約３５℃以下、約３０℃以下、または約２５℃以下であり得る。押出温度、材料が金型を通る際の温度、または双方は、約５℃以上、より好ましくは約１０℃以上であり得る。
【００６０】
押出成形物材料がもはや形成可能ではなくなるように、押出成形物材料を、乾燥させること、または焼くことができ得る。
【００６１】
押出成形物材料が形成可能に成るために、それは１つ以上のバインダを含み得る。バインダは、１つ以上の低分子重液体物を含み得、１つ以上の低分子量液体物から本質的に成り得、または、１つ以上の低分子重液体物から全体的に成り得る。例として、バインダは、水、溶媒、可塑剤、またはそれらの任意の組み合わせを含み得、水、溶媒、可塑剤、またはそれらの任意の組み合わせから本質的に成り得、水、溶媒、可塑剤、またはそれらの任意の組み合わせから全体的に成り得る。低分子量液体物の濃度は、材料が形成可能であるように、十分に高い。例えば、低分子量液体物の濃度は、約１％以上、約２％以上、約４％以上、約６％以上、約８％以上、または約１０％以上であり得る。低分子量液体物の濃度は、好ましくは、部品が作用される力なしに流れないように、十分に低い。例えば、低分子量液体物の濃度は、材料の総重量基準で、約４０％以下、約３０％以下、約２５％以下、約２０％以下であり得る。
【００６２】
押出成形物材料は、１つ以上のセラミック前駆体を含み得る。セラミック前駆体を含む押出部品は、セラミックフィルタを生成するために使用され得る。例えば、押出成形物材料は、ディーゼル粒子をろ過するのに好適なセラミックフィルタ（すなわち、ディーゼル粒子フィルタ）を生成するために使用され得る。１つ以上のセラミック前駆体を含む押出成形物材料は、随意に、以下を含む：１つ以上のバインダ、１つ以上の液体キャリア、または双方。セラミック前駆体は、特定の条件に曝露された際に、形成可能な押出成形物部品からセラミック体またはセラミック部品を形成する反応剤または成分である（例えば、湿潤セラミック生素地体）。任意の周知のセラミック前駆体は、湿潤セラミック生素地体、および最終的にはセラミックフィルタの形成において利用され得る。セラミック前駆体に含まれるのは、１つ以上のムライト（参照により本明細書に全て組み込まれる、米国特許第７，４８５，５９４号、米国特許第６，９５３，５５４号、米国特許第４，９４８，７６６号、および米国特許第５，１７３，３４９号に開示されているようなもの）、炭化ケイ素、コーディエライト、チタン酸アルミニウム、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、ベータリシア輝石、ケイ酸ストロンチウムアルミニウム、ケイ酸リチウムアルミニウム等を作成するために利用される前駆体である。好ましい多孔質セラミック体は、ムライト、炭化ケイ素、チタン酸アルミニウム、コーディエライト、および、セラミンドバインダおよびセラミック繊維、ムライトまたはそれらの組み合わせを含む組成物を含む。好ましい炭化ケイ素は、米国特許第６，５８２，７９６号、同第６，６６９，７５１Ｂ１号、および欧州特許第１１４２６１９Ａ１号、国際特許第２００２／０７０１０６Ａ１号に記載されている。他の好ましい多孔質体は、国際特許第２００４／０１１３８６Ａ１号、国際特許第２００４／０１１１２４Ａ１号、米国特許第２００４／００２０３５９Ａ１号、および国際特許第２００３／０５１４８８Ａ１号に記載されており、参照により本明細書に全て組み込まれる。本発明に有用な有機バインダは、湿潤セラミック前駆体混合物を形成可能な状態にする任意の周知の材料を含む。好ましくは、バインダは、セラミック前駆体が反応してセラミックフィルタセグメントを形成する温度より低い温度で分解または燃焼する有機材料である。中でも好ましいバインダは、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｊ．Ｒｅｅｄ，Ｗｉｌｅｙ  Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９８８に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。特に好ましいバインダは、メチルセルロース（ＭＥＴＨＯＣＥＬ  Ａ１５ＬＶメチルセルロース、Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈなど）である。液体キャリアは、形成可能なセラミック混合物の形成を促進する任意の液体を含む。中でも好ましい液体キャリア（分散剤）は、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｊ．Ｒｅｅｄ，Ｗｉｌｅｙ  Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９８８に記載される材料である。特に好ましい液体キャリアは水である。湿潤セラミック生素地体の作成に有用な混合物は、当該技術分野において周知の方法など、任意の適切な方法によって作られ得る。例として、ボールミル粉砕、リボンブレンディング、垂直スクリュー混合、Ｖ−ブレンディング、摩擦粉砕が挙げられる。混合物は、乾燥（すなわち、液体キャリアのない状態）または湿潤で作成され得る。混合物が液体キャリアのない状態で作成される場合、液体キャリアは、この項で説明される任意の方法を利用して後で添加される。
【００６３】
セラミック前駆体の混合物、随意のバインダ、および液体キャリアは、当該技術分野において周知の任意の手段によって成形され得る。例として、射出成形、押出成形、静水圧プレス成形、スリップキャスティング成形、ロール圧蜜成形、テープ成形が挙げられる。中でも好ましいバインダは、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｊ．Ｒｅｅｄ，Ｃｈａｐｔｅｒｓ  ２０  ａｎｄ  ２１，Ｗｉｌｅｙ  Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９８８に記載されており、参照により本明細書に組み込まれる。好ましい実施形態において、混合物は、最終的な所望されるセラミック部品のニアネットシェイプおよびサイズに成形される。ニアネットシェイプおよびサイズとは、湿潤セラミック生素地体のサイズが最終セラミックフィルタのサイズの１０容量パーセント以内であることを意味し、好ましくは、サイズとシェイプは、最終セラミックフィルタのサイズの５容量パーセント以内である。好ましい実施形態において、湿潤セラミック生素地体は、フロースルーフィルタとして利用され得るように成形される。該プレセスにおけるこの段階で、湿潤セラミック生素地体は、実質的に平面である２つの対向する面を有する。湿潤セラミックフィルタ生素地体は、２つの対向する面と平行した全ての平面について一貫した断面形状を示す。好ましくは、この段階で、全ての流路は、対向する面の双方に対して開放している。これによって、液体キャリアのより効率的な除去ができる。
【００６４】
本明細書内の教示に従った押出成形物材料を切断するためのプロセスは、好ましくは、異なる切断器具を使用した予備切断ステップおよび最終切断ステップを含む。予備切断ステップ中、概して、押出成形物の高さの一部のみが切断される。該プロセスは、超音波刃を使用して押出成形物を予備切断するステップを含み得る。該プロセスは、ワイヤーカッターを使用して押出成形物に最終切断を施すステップを含み得る。例えば、該プロセスは、既定の長さを有する押出部品が形成されるように、ワイヤーで押出成形物を切断するステップを含み得る。
【００６５】
該プロセスは、最上行の連続気泡を含む複数行の連続気泡と、最上行の連続気泡の上の上外壁とを有する押出成形物を切断するステップを含み得る。好ましくは、該プロセスは、少なくとも上外壁を通って予備切断を施すステップを含む。
【００６６】
該プロセスは、以下の特性のうちの１つまたは任意の組み合わせを特徴とし得る：該プロセスは、押出成形物材料（例えば、混合物）を金型に通すことによって輪郭を形成するステップを含み得る。該プロセスは、コンベヤーを使用して押出成形物を金型から押出方向に運び出すステップを含み得る。押出成形物を予備切断するステップは、押出方向と垂直の方向に超音波ナイフを移動させることによって押出成形物を切断する間、超音波ナイフおよび押出成形物を押出方向に同期して移動させることを含み得る。または、該プロセスは、ナイフを液体槽へ移動させ（または液体槽をナイフへ移動させ）、水中でナイフを振動させることによって、無機材料をナイフの表面から取り除くステップを含み得る。
【００６７】
押出成形物材料を予備切断するステップは、好ましくは、１つ以上の無機化合物を含む、１つ以上の無機化合物から本質的に成る、または１つ以上の無機化合物から全体的に成る押出成形物材料に予備切断を施すために超音波ナイフを使用するステップを含む。
【００６８】
押出成形物材料を予備切断するステップは、最上行の連続気泡を含む３つ以上の行の連続気泡と、前記最上行の連続気泡の上の上外壁とを有する押出成形物を切断することを含み得、押出成形物を予備切断するステップは、最上行の連続気泡が曝露するように、上外壁を完全に切断することを含む。
【００６９】
予備切断ステップ中、予備切断から超音波刃を撤去中、または双方において、超音波ナイフは、好ましくは、ナイフの前表面のみが押出成形物に接触するように、押出成形物と比べてより速く押出方向（すなわち、押出成形物の進行方向）に移動する。
【００７０】
予備切断および最終切断後、好ましくは、部品の全ての気泡は開放したままである。予備切断および最終切断後、好ましくは、部品に続いている押出成形物の全ての気泡は開放したままである。
【００７１】
実施例
実施例１．無機粒子および水の混合物を含む材料は、室温で押し出しされる。材料は、金型を通り、約４４行×約４４列の配列で配置される約１９３６個の概して正方形の気泡を含む輪郭を生成する。輪郭は、高さ約８０ｍｍおよび幅約８０．２ｍｍを有する。部品の高さの許容誤差は、約±４ｍｍである。押出成形物は、一貫した速度で、コンベヤーで運ばれる。押出成形物は、材料がまだ形成可能な間または材料を乾燥させる前にワイヤーカッターを使用して切断される。ワイヤーカッターは、切断中、押出部品と同期して前進する。ワイヤーカッターが輪郭を変形するため、ワイヤーカッターの後縁側（すなわち、押出機に向かった）で１つ以上の気泡が塞がれる、または密閉される。材料が押出機から前進し続けると、塞がれた気泡に真空が形成される。押出成形物は崩壊するため、部品の高さはもはや許容誤差の範囲内にない。
【００７２】
実施例２．押出成形物が超音波ナイフを使用して最初に予備切断される以外、実施例１のプロセスが繰り返される。超音波ナイフは、押出成形物の速度と同期した速度で、または押出成形物の速度よりも速い速度で、移動する。超音波ナイフは、上部１〜４行の気泡のみに予備切断を施し、次いで、超音波ナイフは外される。横断面の残りの切断は、押出成形物と同期して押出機から離れていくワイヤーカッターを使用して、施される。塞がれる、または密閉される気泡はなく、真空は形成されない。押出成形物は、その高さを約１ｍｍに維持する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月3日(2015.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出成形物を切断するための器具であって、
１つ以上の予備切断を押出成形物に施すために１つ以上の周波数で振動する超音波ナイフと、
前記押出成形物に最終切断を施すための１つ以上のワイヤーカッターと、を備え、
既定の長さを有する押出部品が前記押出成形物から切断され得るようにした、器具。
【請求項２】
前記超音波ナイフが先細の先端を持つ刃を有する、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記器具が前記ナイフを超音波によって洗浄するための水槽を含む、請求項１に記載の器具。
【請求項４】
前記押出成形物が前記押出成形物の底近くに気泡の最初の行、および前記押出成形物の上部近くに気泡の最上行を含む複数の気泡を有する、請求項１に記載の器具。
【請求項５】
前記器具が、
前記押出成形物を押し出しするための押出機と、
前記押出成形物のための輪郭を形成するための金型と、
前記押出成形物を前記金型から水平方向に運び出すためのコンベヤーと、を備え、
切断中、前記超音波ナイフが前記コンベヤーと概して同期して水平方向に移動する、請求項１に記載の器具。
【請求項６】
前記超音波ナイフが約１３ｋＨｚ以上の振動周波数を有する、請求項１に記載の器具。
【請求項７】
前記超音波ナイフがチタンを含む表面を有する、請求項１に記載の器具。
【請求項８】
前記ワイヤーカッターが約０．５ｍｍ以下の直径を有する、請求項１に記載の器具。
【請求項９】
前記器具が３つ以上の行の気泡を有する輪郭を生成することができる金型を含む、請求項１に記載の器具。
【請求項１０】
押出成形物を切断するためのプロセスであって、
超音波ナイフを使用して前記押出成形物を予備切断するステップを含み、前記押出成形物が１つ以上の無機化合物を含む、１つ以上の無機化合物から基本的に成る、または１つ以上の無機化合物から全体的に成る、プロセス。
【請求項１１】
前記プロセスが、
既定の長さを有する押出部品が形成されるように、前記押出成形物をワイヤーで切断するステップを含む、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記押出成形物が最上行の連続気泡を含む複数行の連続気泡と、最上行の連続気泡の上の上外壁とを有し、前記予備切断が前記上外壁を切断する、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記プロセスが、以下の特性：
ｉ．  前記プロセスが、１つ以上の無機化合物を含む混合物の少なくとも一部を、押出機を通して押し出すステップを含む、
ｉｉ．  前記プロセスが、前記混合物の少なくとも一部を金型に通して輪郭を形成するステップを含む、
ｉｉｉ．  前記プロセスが、コンベヤーを使用して前記押出成形物を前記金型から押出方向に運び出すステップを含む、
ｉｖ．  前記押出成形物を予備切断する前記ステップが、前記超音波ナイフを押出方向と垂直の方向に移動させることによって前記押出成形物を切断している間、前記超音波ナイフおよび前記押出成形物を同期して押出方向に移動させることを含む、
ｖ．前記プロセスが、前記ナイフを水槽に移動させること、および水中で前記ナイフを振動させることによって、無機材料を前記ナイフの表面から取り除くステップを含む、
ｖｉ．  前記押出成形物が粘土を含む、
ｖｉｉ．  前記押出成形物が、最上行の連続気泡を含む３つ以上の行の連続気泡と、前記最上行の連続気泡の上の上外壁とを有し、前記押出成形物を予備切断するステップが、前記最上行の連続気泡が曝露するように、前記上外壁を完全に切断することを含む、
ｖｉｉｉ．  前記超音波ナイフが約１５ｋＨｚ以上の周波数を有する、
ｉｘ．  前記ワイヤーカッターが移動し、前記ワイヤーカッターで前記押出成形物を最終切断する前記ステップ中に前記押出成形物が同期して移動し、前記ワイヤーカッターが約０．５ｍｍ以下の直径を有する、
ｘ．前記超音波ナイフが、切断のための先細の先端を有する刃を含む、または、
ｘｉ．  ｉ〜ｘの任意の組み合わせ、の１つまたは任意の組み合わせを含む、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記プロセスがｉ〜ｘを含む、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１５】
プロセスが、前記押出成形物から前記超音波ナイフを取り除くステップを含み、前記超音波ナイフが、前記超音波ナイフを前記押出成形物から取り除く間、前記ナイフの前のみが前記押出成形物に接触するように、前記押出成形物と比べてより速く押出方向に移動する、請求項１０に記載のプロセス。
【国際調査報告】
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