(57)【要約】  押出品を成形するための押出ダイは、ダイボディ、ボディフィード部及び押出成形部を有する。ダイボディは、ダイボディを通る押出物流路を定める、装填口及び排出口を有することができる。ボディフィード部は装填口と排出口の間に配置することができ、ボディフィードチャネルの配列を有する。押出成形部はボディフィード部と排出口の間に配置することができ、少なくとも１つの厚壁成形領域に流体通過可能な態様で結合された薄壁成形領域を有する。薄壁成形領域はボディフィード部から排出口に向けて延び出すピンのアレイを有することができ、厚壁成形領域は厚壁成形領域を通る押出物流路内に配置された少なくとも１つのバッフル部を有することができる。厚壁成形領域の面積はピン間空所領域の面積より大きくすることができる。
2012530000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出品を成形するための押出ダイであって、ダイボディ、ボディフィード部及び押出成形部を有する押出ダイにおいて、
前記ダイボディが、前記ダイボディを通る押出物流路を定める装填口及び排出口を有し、
前記ボディフィード部が、前記装填口と前記排出口の間に配置され、前記押出物流路内に配置されたボディフィードチャネルの配列を有し、
前記押出成形部が、前記ボディフィード部と前記排出口の間に配置され、少なくとも１つの厚壁成形領域に流体通過可能な態様で結合された薄壁成形領域を有し、
前記薄壁成形領域は、前記ボディフィード部から前記排出口に向けて延び出すピンのアレイを有し、
前記厚壁成形領域は、前記厚壁成形領域を通る前記押出物流路内に配置された少なくとも１つのバッフル部を有し、
前記厚壁成形領域は、相互に隣り合う前記ピンの間のピン間空所領域の面積より広い径方向断面積を有する、
ことを特徴とする押出ダイ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの厚壁成形領域が第１の厚壁成形領域及び第２の厚壁成形領域を含み、前記薄壁成形領域が前記第１の厚壁成形領域と前記第２の厚壁成形領域の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の押出ダイ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのバッフル部が複数本のバッフルチャネルを形成するように配列された複数のバッフルを有することを特徴とする請求項１に記載の押出ダイ。
【請求項４】
前記複数本のバッフルチャネルのそれぞれによって定められる面積が、前記薄壁成形領域の相互に隣り合う前記ピンの間の前記ピン間空所領域の面積に実質的に等しいことを特徴とする請求項３に記載の押出ダイ。
【請求項５】
薄壁領域及び厚壁領域を有する押出品を成形するためのモノリシック押出ダイを作製するための方法において、前記方法が、
ベース材料の初層を被着する工程、
前記押出ダイの初断層スライスを形成するために所定のパターンで前記初ベース材料層にかけて輻射源の出力を移動させることによって前記初ベース材料層を固結させる工程、
前記押出ダイの前記初断層スライス上に前記押出ダイの少なくとも１つの追加断層スライスを形成する工程、
を含み、
前記少なくとも１つの追加断層スライスは、
(ａ)前記押出ダイの先に固結された断層スライスを覆ってベース材料の層を被着する工程、
(ｂ)前記押出ダイの前記先に固結された断層スライスに前記ベース材料層を、所定のパターンで前記ベース材料層にかけて輻射源の出力を移動させることによって、固結させる工程、及び
(ｃ)前記モノリシック押出ダイを作製するために前記工程(ａ)及び(ｂ)を反復する工程、
によって形成され、
前記押出ダイはダイボディ、前記ダイボディの装填口と排出口の間に配置されたボディフィード部及び前記ボディフィード部と前記排出口の間に配置された押出成形部を有し、
前記押出成形部は、
前記ボディフィード部から前記排出口に向けて延び出すピンのアレイを有する薄壁成形領域、及び
少なくとも１つのバッフル付厚壁成形領域、
を有し、
前記バッフル付厚壁成形領域は相互に隣り合う前記ピンの間のピン間空所領域の面積より広い径方向断面積を有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の押出ダイを用いて成形された押出品において、前記押出品の径方向断面が、
少なくとも１つの厚壁領域、及び
前記少なくとも１つの厚壁領域と一体成形された少なくとも１つの薄壁領域、
を有し、
前記薄壁領域が複数の開放セルを隔てる薄い壁体のウエブを有し、前記壁体が前記厚壁領域の径方向厚さより小さい厚さを有する、
ことを特徴とする押出品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２００９年６月１２日に出願された、名称を「厚壁及び薄壁を有する押出品を成形するための押出ダイ(Dies For Forming Extrusions With Thick And Thin Walls)」とする、米国正特許出願第１２/４８３５７４号の恩典を主張し、その優先権を主張する。本明細書は上記出願の明細書の内容に基づき、上記出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的に押出品を成形するための押出ダイに関し、さらに詳しくは、厚壁領域及び薄壁領域を有する押出品を成形するための押出ダイに関する。
【背景技術】
【０００３】
複雑な断面構造をもつガラス品、ポリマー品またはセラミック品は様々な用途に用いられ得る。例えば、ガラスまたはポリマーの微細構造光ファイバを、クラッドまたは比較的厚い厚壁中実スリーブで囲まれた中央微細構造領域を一般に有し得る微細構造光ファイバプリフォームから線引きすることができる。微細構造領域は、プリフォームから線引きされたファイバの導光特性を与える中心コアを囲むことができる。微細構造領域は、微細構造領域が非常に高い気固比を有するように複数の通路または空気孔をもって形成することができる(例えば、微細構造光ファイバは「空気充填」されている)。プリフォームの微細構造領域は、コアと中実スリーブの間に微細構造領域を懸荷する薄い壁体のウエブによって、厚壁スリーブ及びコアに連結することができる。したがって、微細構造光ファイバの径方向断面は厚壁領域及び薄壁領域のいずれも有することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような微細構造光ファイバプリフォームは、例えば、毛管を束にしてガラスコアを囲み、ガラススリーブに挿入し、全体を延伸してプリフォームにする、重層／延伸手法のような様々な手法を用いて形成することができる。しかし、微細構造光ファイバプリフォーム及びその他のガラス、ポリマーまたはセラミックの構造体を形成するための代わりの方法を開発することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態において、押出品を成形するための押出ダイは、ダイボディ、ボディフィード部及び押出成形部を有する。ダイボディは、ダイボディを通る押出物流路を定める、装填口及び排出口を有することができる。ボディフィード部は装填口と排出口の間に配置することができ、押出物流路に配置されたボディフィードチャネルの配列を有する。押出成形部はボディフィード部と排出口の間に配置することができ、少なくとも１つの厚壁成形領域と流体通過可能な態様で結合された薄壁成形領域を有する。薄壁成形領域はボディフィード部から排出口に向けて延び出しているピンのアレイを有することができ、厚壁成形領域は厚壁成形領域を通る押出物流路に配置された少なくとも１つのバッフル部を有することができる。厚壁成形領域は相互に隣接するピンの間のピン間空所面積より広い径方向断面積を有することができる。
【０００６】
別の実施形態において、薄壁領域及び厚壁領域を有する押出品を成形するためのモノリシック押出ダイを作成するための方法は、押出ダイの初断層スライスを形成するための、ベース材料の初層を被着する工程及びベース材料の初層にかけて輻射源の出力を所定のパターンで移動させることによってベース材料の初層を固結させる工程を含むことができる。その後、押出ダイの初断層スライス上に、(ａ)先に固結させた押出ダイ断層スライスに重ねてベース材料層を被着する工程及び(ｂ)先に固結させた押出ダイ断層スライスにベース材料層を、所定のパターンでベース材料層にかけて輻射源の出力を移動させることによって、固結させる工程によって、少なくとも１つの追加押出ダイ断層スライスを形成することができる。モノリシック押出ダイを作成するため、工程(ａ)及び(ｂ)を反復することができる。本方法で形成されたモノリシック押出ダイは、ダイボディ、ダイボディの装填口と排出口の間に配置されたボディフィード部及びボディフィード部と排出口の間に配置された押出成形部を有することができる。押出成形部は、ボディフィード部から排出口に向けて延び出している複数本のピンを有する薄壁成形領域及び少なくとも１つのバッフル付厚壁成形領域を有することができる。バッフル付厚壁成形領域は相互に隣接するピンの間のピン間空所面積より広い径方向断面積を有することができる。
【０００７】
別の実施形態において、本明細書に説明される押出ダイを用いて成形された押出品は、少なくとも１つの薄壁領域と一体成形された少なくとも１つの厚壁領域を含む、径方向断面を有する。薄壁領域は複数の開放セルを隔てる薄い壁体のウエブを有する。壁体は厚壁領域の径方向厚さより小さい厚さを有することができる。
【０００８】
本明細書に説明される様々な実施形態のさらなる特徴及び利点は以降の詳細な説明で述べられるであろうし、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであり、あるいは、以降の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲を含み、また添付図面も含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【０００９】
上記の全般的説明及び以降の様々な実施形態の詳細はいずれも、特許請求される本発明の本質及び特質の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は説明される様々な実施形態を示し、記述とともに実施形態の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう押出ダイによって成形された、厚壁領域及び薄壁領域を有する押出品の断面である。
【図２】図２は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう押出ダイの排出口側を示す。
【図３】図３は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう押出ダイの装填口側を示す。
【図４】図４は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう押出ダイの断面を示す。
【図５】図５は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう図４の押出ダイの部分断面を示す。
【図６】図６は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう図４の押出ダイの部分断面を示す。
【図７】図７は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう図４の押出ダイの部分断面を示す。
【図８】図８は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう図４の押出ダイの薄壁成形領域の３本の相互に隣り合うピンの間隔を示す。
【図９】図９は、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう、押出品に中実コアを成形するためのコア成形部材を有する、薄壁成形領域の断面を示す。
【図１０】図１０は、説明の目的のために薄壁成形領域を省いた、図４の押出ダイの部分断面を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは造形台に焼結された押出ダイの初断層スライスを示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは押出ダイのボディフィード部の断層スライスを示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本明細書に示され、説明される、１つないしさらに多くの実施形態にしたがう押出ダイのボディフィード部の断層スライスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面にその例が示されている、厚壁領域及び薄壁領域をもつ押出品を成形するための押出ダイの様々な実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、同じ参照数字が全図面にわたり同じかまたは同様な要素を指して用いられるであろう。厚壁領域及び薄壁領域をもつ押出品を成形するための押出ダイの一実施形態が図２に示され、全図面にわたり、全体として参照数字１００で示される。押出ダイは一般に、押出物流路を定める装填口及び排出口を有するダイボディを有する。ダイボディは、複数本のピンを有する薄壁成形領域及び１つないしさらに多くのバッフル部を有する厚壁成形領域を含む押出成形部で形成することができる。押出ダイのそれぞれの部分は、また押出ダイの形成及び使用のための方法も、本明細書でさらに詳細に説明されるであろう。
【００１２】
図１を参照すれば、厚壁領域及び薄壁領域を有する押出品１０の一実施例が示されている。押出品１０は、本明細書で説明されるように、厚壁成形領域及び薄壁成形領域を含む押出成形部を有する押出ダイを通して、セラミック、ガラスメルト、ポリマーメルトまたは同様の押出物材料を押し出すことによって成形することができる。図示される例において、押出品１０は、本明細書でさらに説明されるように、バッフル付押出ダイを通してポリマーメルトまたはガラスメルトを押し出すことによって作成された微細構造光ファイバプリフォームである。押出品１０は一般に、中実コア１２または中実スリーブ２６のような、厚壁領域を少なくとも１つ有し、微細構造領域１４のような、薄壁領域を少なくとも１つ有する。「厚壁」及び「薄壁」は、本明細書に用いられるように、押出品１０の様々な領域の相対厚を指す。
【００１３】
図１に示される実施形態において、押出品１０は微細構造領域１４で囲まれた中実コア１２を有する。比較的厚壁の中実スリーブ１６が微細構造領域１４を囲む。微細構造領域１４は、プリフォームの長軸に沿って延びてチャネルまたは空気管路を形成する、複数の開放セル１８を有することができる。それぞれのセル１８は、比較的薄い壁体２０のウエブによって隣のセルから隔てられる。図示される実施形態において、壁体２０のウエブはコア１２とスリーブ１６の間に拡がる。一般に、壁体２０はスリーブ１６及び／またはコア１２の径方向厚さより実質的に小さい厚さを有する。
【００１４】
図１は中実コア１２が微細構造領域１４及びスリーブ１６によって囲まれている押出品１０を示すが、本明細書で説明されるバッフル付押出ダイを利用して、押出品１０の薄壁領域及び厚壁領域の他の様々な構成及び配位が可能になり得ることは当然である。例えば、押出品は中実コア、中空コア、複数のコア(例えば、複数の中実コア、複数の中空コアまたはこれらの組合せ)を有することができ、あるいは無コアとすることができる。
【００１５】
図２〜４を次に参照すれば、厚壁領域及び薄壁領域をもつ押出品を成形するための押出ダイ１００の一実施形態が示されている。押出ダイ１００は一般に、ボディフィード部１０４及び押出成形部１０５で形成されるダイボディ１０２を有する。押出成形部１０５は、薄壁成形領域１０６及び、少なくとも１つのバッフル部１０８を含む、少なくとも１つの厚壁成形領域１０７を有する。本明細書に示される実施形態において、押出ダイ１００は流入フィード部１６０及びボディフィード部１０４も有することができる。しかし、押出ダイ１００が流入フィード部１６０及びボディフィード部１０４の有無にかかわらず形成され得ることは理解されるであろう。
【００１６】
ダイボディ１０２は、内部側壁１１６，装填口１１０及び排出口１１２を有する実質的に円筒形のチューブを含むことができる。ダイボディ１０２の内径は約２ｍｍから約２００ｍｍ、さらに好ましくは約１０ｍｍから約１００ｍｍ、最も好ましくは約２０ｍｍから約８０ｍｍとすることができる。装填口１１０及び排出口１１２はダイボディ１０２のそれぞれの端面に配置され、一般に、印加圧力または印加力の下で装填口１１０に入る押出物がダイボディ１０２を通して送られて排出口１１２でダイボディ１０２から出るようなダイボディ１０２を通る押出物流路を定める。したがって、押出ダイ１００の装填口１１０が押出ダイ１００の排出口に流体通過可能な態様で連結されていることは当然である。
【００１７】
ダイボディ１０２は実質的に円筒形であるとして本明細書に示され、説明されるが、ダイボディ１０２が他の様々な幾何学的形状をとり得ることは当然である。例えば、ダイボディ１０２及び／またはダイボディ１０２を通る押出物流路の断面は、得られる押出品の所望の形状に依存して、正方形、長方形、三角形、等とすることができる。
【００１８】
次に図３〜５を参照すれば、押出ダイ１００が流入フィード部１６０を有している場合、流入フィード部１６０は、押出物が装填口１１０に入ったときに、押出物が初めに流入フィード部１６０を流過するように、ダイボディ内に配置することができる。したがって流入フィード部１６０がダイボディ１０２の装填口１１０に流体通過可能な態様で結合されていることは当然である。流入フィード部１６０は、ダイボディ１０２を通る押出物流路内に配置された流入フィードチャネル１６４の配列を有することができる。流入フィードチャネル１６４はダイボディ１０２にわたって拡がる複数の入力フィードリブ１６２によって形成される。図３〜５に示される実施形態において、流入フィードリブ１６２は、入力フィードチャネル１６４の断面が六角形であるように、交差するパターンをなして配置される。しかし、別の実施形態(図示せず)においては、入力フィードチャネル１６４が異なる断面形状を有するように、入力フィードリブ１６２が別の様々な配置をとり得ることは当然である。例えば、流入フィードチャネル１６４は、円形、三角形、正方形、長方形、八角形、等の断面を有することができる。
【００１９】
本明細書に示され、説明される押出ダイ１００の実施形態は流入フィード部１６０を有するが、流入フィード部１６０は必要に応じて設けられ、押出ダイ１００の機能に影響を与えずに、入力フィード部１６０をもたない押出ダイ１００を形成することができる。
【００２０】
ここで図４及び６を参照すれば、押出ダイ１００はボディフィード部１０４を有することができる。押出ダイ１００が、図４に示されるようにまた上述したように、流入フィード部１６０を有する場合、ボディフィード部１０４は、ボディフィーロブ１０４が流体通過可能な態様で入力フィード部１６０に連結され、さらに装填口１１０に連結されるように、押出成形部と入力フィード部１６０の間でダイボディ１０２内に配置される。しかし、押出ダイ１００が流入フィード部１６０を有していない別の実施形態(図示せず)において、ボディフィード部１０４は、ボディフィード部１０４が流体通過可能な態様で直接に装填口１１０に連結されるように、押出成形部１０５と装填口１１０の間でダイボディ１０２内に配置される。
【００２１】
ボディフィード部１０４は、ダイボディ１０２を通る押出物流路内に配置されたボディフィードチャネル１２４の配列を有することができる。ボディフィードチャネル１２４は、ダイボディ１０２の内部にわたって配列された複数のボディフィードリッド１２０で形成される。図６に示される実施形態において、ボディフィードリブ１２０は、ボディフィードチャネル１２４の断面が三角形になるような交差パターンで配列される。しかし、別の実施形態(図示せず)において、ボディフィードチャネル１２４が異なる断面形状を有するような他の様々な配列をボディフィードリブ１２０がとり得ることは当然である。例えば、ボディフィードリブ１２０は、円形、正方形、長方形、六角形、八角形、等の断面をボディフィードチャネル１２４が有し得るように配列することができる。
【００２２】
本明細書に説明される実施形態に示されるように、押出ダイ１００が入力フィード部１６０及びボディフィード部１０４のいずれも有する場合、ボディフィードチャネル１２４は、ボディフィードチャネル１２４が流体通過可能な態様で流体フィードチャネル１６４に結合されるように、流入フィードチャネル１６４に重ねて配置される。さらに、それぞれのボディフィールドチャネル１２４の断面積(例えば、それぞれのボディフィードチャネルを形成するボディフィードリブ１２０によって包囲される断面積)はそれぞれの流入フィードチャネル１６４の断面積(例えば、流入フィードリブ１６２によって包囲される断面積)より小さい。
【００２３】
図４を参照すれば、一実施形態において、ボディフィード部１０４の排出口側(例えばボディフィード部１０４の排出口１１２に近い側)は、ボディフィード部１０４がダイボディ１０２の内部側壁１１６及び薄壁成形領域１０６に向けて細くなっていくような、Ｕ字形または凹形の環状領域１７０をもって形成される。凹形環状領域１０７は、微細構造成形部とダイボディの内部側壁の間でボディフィード部１０４の排出口側のまわりに拡がる。さらに、ボディフィード部１０４は凹形環状領域１７０をもって形成されるとして示され、説明されるが、環状領域は異なる断面形状を有し得ることは当然である。例えば、環状領域はＶ字形またはくさび形とすることができる(例えば、ボディフィード部１０４はダイボディ１０２の内部側壁１１６から微細構造成形部に内側に向かって細くなることができる)。さらに、押出ダイ１００の実施形態は凹形環状領域１７０を有するとして本明細書に示され、説明されるが、押出ダイ１００が凹形環状領域１７０無しに形成され得ることは当然である。
【００２４】
図４及び７〜８を次に参照すれば、押出ダイ１００の押出成形部１０５がダイボディ１００の装填口１１０と排出口１１２の間でダイボディ１０２内に配置されている。押出ダイ１００が、本明細書に示されるように、ボディフィード部１０４を有する場合、押出成形部はボディフィード部１０４と排出口１１２の間に配置することができる。押出成形部１０５は一般に少なくとも１つの厚壁成形領域１０７及び少なくとも１つの薄壁成形領域１０６を有することができる。語句「厚壁」及び「薄壁」は、本明細書で用いられるように、押出成形部１０５の厚壁成形領域１０７及び薄壁成形領域１０６によって成形される押出品の領域の相対壁厚を指す。したがって、厚壁成形領域１０７が、薄壁成形領域１０６によって成形される押出品領域の壁厚より大きい壁厚を有する押出品領域を形成することは理解されるであろう。
【００２５】
図４及び７〜８をまだ参照すれば、薄壁成形領域１０６は一般に、ダイボディ１０２内に配置され、押出ダイ１００の押出物流路内に配された、複数本のピン１３０を有することができる。ピン１３０はダイボディ１０２の軸方向に長さＬを有し、ボディフィード部１０４から押出ダイ１００の排出口１１２に向かう方向に延び出す。ピン１３０の長さＬは約０.１ｍｍから約２５ｍｍ、好ましくは約１ｍｍから約２０ｍｍ、最も好ましくは約５ｍｍから約１０ｍｍとすることができる。ピン１３０の直径は約０.００８ｍｍから約１０ｍｍ、好ましくは約０.５ｍｍから約３ｍｍとすることができる。本明細書に説明されるように、押出ダイ１００がボディフィード部１０４を有する場合、ピン１３０はボディフィード部１０４のボディフィードリブ１２０から延びることができる。ボディフィードリブ１２０が交差パターンで配位されている、一実施形態において、ピン１３０はボディフィードリブ１３０の交差部から延びることができる。ピン１３０は相互に隔てることができ、ピン間空所領域１８２は流体通過可能な態様で相互に、ボディフィードチャネル１２４に、排出口１１２に、及び厚壁成形領域１０７に、結合される。隣り合うピンの間隔は約０.１ｍｍから約５ｍｍ、好ましくは約０.１５ｍｍから約１ｍｍである。
【００２６】
ピン１３０の間のピン間空所領域１８２は流体通過可能な態様で相互に結合されているから、薄壁成形領域１０６を流過している押出物材料はピン１３０のまわりで径方向に再編または再固結する。しかしピン３０の長さＬは、押出物材料が薄壁成形領域１６０を出ていく際の押出物材料の軸方向の再編または再固結を防止するに十分である。したがって、薄壁成形領域１０６のピン１３０は押出物材料に構造を与える、さらに詳しくは、ピン１３０の断面に対応する断面を有するチャネルが押出物材料に形成されることは当然である。
【００２７】
押出ダイ１００が図１に示される押出品と同様の押出品を成形する場合、ピン間空所領域１８２を流過している押出物材料は押出品１０の微細構造領域１４を形成し、ピン１３０の形状はセル１８の断面形状を規定し、一方、ピン１３０の相対方位及び配置は薄壁体２０の形状及び配置を決定する。本明細書に示される実施形態において、ピン１３０は断面が円形である。しかし、ピン１３０が、正方形、長方形、三角形、六角形、八角形、等を含むがこれらには限定されない、他の断面形状をとり得ることは当然である。さらに、断面が相異なるピンの組合せを押出成形部１０５が有し得ることも当然である。
【００２８】
さらに、本明細書に示され、説明される、実施形態において、図８に示されるように、ピン１３０はある列のピンの中心点が隣の列の連続する２本のピンの中点に位置するようなオフセット列パターンで配列される。しかし、ピン１３０が他の様々な配位で配列されるか、あるいはランダムに配位され得ることは当然である。
【００２９】
上述したように、押出成形部１０５は厚壁成形領域１０７も有することができる。厚壁成形領域１０７は一般にダイボディを通る押出物流路に配置されたチャネルを有する。図４及び７に示されるように、厚壁成形領域１０７は一般に薄壁成形領域１０６と共存することができ、薄壁成形領域１０６のピン間空所領域１８２に流体通過可能な態様で結合することができる。限定ではなく例として、図４に示される押出ダイ１００の実施形態において、厚壁成形領域１０７はピン１３０とダイボディ１０２の内部側壁１１６の間で薄壁成形領域を囲んで延びる環状チャネルを有する。しかし、本明細書でさらに詳細に説明されるように、厚壁成形領域が異なる構成を有し得ること、及び異なる厚壁成形領域１０７と薄壁成形領域１０６の相対配位が可能であり得ることは理解されるであろう。
【００３０】
厚壁成形領域１０７は一般に、厚壁成形領域１０７の径方向断面の面積が薄壁成形領域１０６の隣り合うピン１３０のピン間空所領域１８２の面積より大きくなるような厚さＲ(例えば、図７に示される実施形態における径方向厚さＲ)を有する。押出ダイ１００の厚壁成形領域１０７は、約０.５ｍｍから約２５ｍｍ、好ましくは約１ｍｍから約１０ｍｍ、最も好ましくは約２ｍｍから約８ｍｍの、径方向厚さを有することができる。ピン間空所領域１８２の面積と厚壁成形領域の径方向断面の面積の間の差は、押出物流路を流過する押出物材料に異なる大きさの抗力による押出成形部１０５の径方向断面内で非一様な流量及び対応する圧力降下を生じさせることができる。詳しくは、厚壁成形領域１０７を通って移動している押出物材料は薄壁成形領域１０６を通って移動している押出物材料より小さい抗力を受け、この結果、得られる押出品に異常が生じ得る。したがって、この効果を補償するため、押出ダイ１００は厚壁成形領域１０７に配置された１つないしさらに多くのバッフル部１０８を有する。バッフル部１０８は厚壁成形領域１０７を通る押出物材料流を妨げ、よって厚壁成形領域１０７内及び薄壁成形領域１０６内の押出物材料の流量を等化する。
【００３１】
図４及び１０を参照すれば、厚壁成形領域１０７内に少なくとも１つのバッフル部１０７が配置されている。さらに詳しくは、図２に示される実施形態において、バッフル部１０８は薄壁成形領域１０６とダイボディ１０２の内部側壁１１６の間に懸荷されている。図１０は、バッフル部をより明確に示すため、薄壁成形領域が省かれたダイボディ１０２の部分断面を示す。本実施形態において、バッフル部１０８はボディフィード部１０４と排出口１１の間でダイボディ１０２内に軸方向に配置され、薄壁成形領域１０６を囲んで拡がる。バッフル部１０８は押出ダイ１００のボディフィード部１０４及び排出口１１２のいずれとも隔てられる。
【００３２】
本明細書に示される実施形態において、バッフル部１０８は薄壁成形領域とダイボディ１０２の内部側壁１１６の間に懸荷されたリブ様バッフル１４０の構成を有する。本明細書に示される実施形態において、バッフル１４０の高さＨは、約０.０２ｍｍから約１０ｍｍ、好ましくは約０.１ｍｍから約１ｍｍ、最も好ましくは約０.４ｍｍから約０.５ｍｍとすることができる。バッフル１４０の厚さは、約０.０２ｍｍから約１０ｍｍ、好ましくは約０.１ｍｍから約１ｍｍ、最も好ましくは約０.４ｍｍから約０.５ｍｍとすることができる。
【００３３】
バッフル１４０は、バッフル部１０８を通って延びる、複数本のバッフルチャネル１４２を形成するように配列される。押出物材料がバッフル部１０８を流れる際にバッフル１４０は押出物材料の流れを妨げるかまたは速度を落とさせることができ、この結果、バッフル１４０のまわり及びバッフルチャネル１４２を通る押出材料の流れを分割することによって、厚壁成形領域１０７を通る材料の流量と薄壁成形領域１０６を通る材料の流量を等化する。しかし、バッフル１４０の高さＨは、押出物材料がバッフル１４０のまわりを流れ、バッフルチャネル１４２を流過した後、押出物材料が軸方向及び径方向のいずれにおいても再編または再固結するように、薄壁成形領域１０６のピン１３０の長さＬよりかなり小さい。本明細書に示され、説明される実施形態において、バッフル１４０の高さＨに対するピン１３０の長さＬの比は、約１０００より小さく、さらに好ましくは約１００より小さく、最も好ましくは約１０より小さくすることができる。したがって、バッフル１４０及びバッフルチャネル１４２が厚壁成形領域１０７を流過している押出物材料に構造を付与しないことは当然である。
【００３４】
本明細書に示され、説明される、押出ダイ１００の実施形態において、バッフルチャネル１４２は断面が実質的に三角形である。しかし、バッフルチャネル１４２が、円形、正方形、長方形、六角形、八角形、等を含むがこれらには限定されない、他の様々な断面をとり得ることは当然である。
【００３５】
図４及び１０に示される実施形態において、押出ダイ１００は単一のバッフル部１０８を有し、バッフル部１０８のそれぞれのバッフルチャネル１４２の面積は相互に隣り合うピン１３０の間のピン間空所領域１８２の面積に実質的に等しい。しかし、他の様々なバッフル部１０８の構成が可能であり得ることは当然である。例えば、別の実施形態(図示せず)において、押出ダイ１００は、押出ダイ１００の軸長に沿って厚壁成形部領域１０７に配置された複数のバッフルを有することができ、それぞれのバッフル部は厚壁成形領域１０７における押出物材料の流れを個別に及びまとまって妨げるようにはたらくことができる。それぞれのバッフル部は、本明細書に説明されるように、複数のバッフル及びバッフルチャネルを有することができ、それぞれのバッフルチャネルの面積は連続するバッフル部のそれぞれについて同じとすることができる。別の実施形態において、連続するバッフル部のバッフルチャネルの面積は、押出ダイの装填口に近くなるほどバッフルチャネルが狭くなり、排出口に近くなるほどバッフルチャネルが広くなるように、押出ダイ１００の軸長に沿って漸次変化させることができる。また別の実施形態において、それぞれのバッフルチャネルの面積は、押出ダイの装填口に近くなるほどバッフルチャネルが広くなり、排出口に近くなるほどバッフルチャネルが狭くなるように、押出ダイ１００の軸長に沿って漸次変化させることができる。したがって、厚壁成形領域を通る押出物材料の流れを妨げ、よって押出成形部１０５において押出ダイの径方向断面内の押出材料の流量と等化するために、バッフル１００の形状が様々であり、またバッフルチャネル１４２の寸法と形状も様々である、複数のバッフル部を用い得ることは当然である。
【００３６】
一実施形態において、図４及び１０に示されるように、バッフル部１０８は薄壁成形領域１０６及びダイボディ１０２の内部側壁１１６に対して角度をつけて配位される。特にバッフル部１０８の排出口側を基準にとれば、薄壁成形領域１０６とバッフル部１０８の排出口側の間の角度θは約９０°より小さい。しかし、バッフル部１０８の排出口側とダイボディの内部側壁１１６の間の角度が約９０°以下になるように、バッフル部１０８をダイボディ１０２内に配位させ得ることも当然である。
【００３７】
図４に示される押出ダイ１００の実施形態において、厚壁成形領域１０７は薄壁成形領域１０６を囲んで拡がる。したがって、厚壁成形領域１０７を流過している材料は、図１に示される押出品１０の微細構造領域１４を囲む厚壁スリーブ１６と同様の、薄壁成形領域１０６を流過している材料を囲む厚壁スリーブを形成する。しかし、形状の異なる押出品を成形するため、厚壁成形領域１０７及び薄壁成形領域１０６の別の相対配位及び形状が可能であり得ることは当然である。
【００３８】
例として図９を参照すれば、別の一実施形態の押出成形部１０５Ａの径方向断面が示されている。この実施形態において、薄壁成形領域１０６Ａはダイボディ１０２の内部側壁１１６まで径方向に拡がり、厚壁成形領域１０７Ａを囲む環状リングを形成する。上述したように、薄壁成形領域１０６Ａは複数本のピン１３０を有する。厚壁成形領域１０７Ａは径方向断面において概ね六角形であり、複数のバッフル１４０が厚壁成形領域１０７Ａを通る押出物流路に配置されているバッフル部を有する。本明細書で説明されるように、バッフル１４０は、図示される実施形態において、断面が三角形のバッフルチャネル１４２を形成するように構成される。このように構成された押出成形部１０５Ａを有する押出ダイは、薄壁成形領域１０６Ａによって成形された薄壁体のウエブ及びセルで囲まれた、厚壁成形領域１０７Ａによって成形された厚壁中実中心コアを有する押出品を成形するために用いることができる。図９に示される押出成形部の実施形態は中実コアを成形するための厚壁成形領域１０７Ａを有するとして示されているが、厚壁成形領域１０７Ａが、複数本の中実コア要素を有する押出品を成形するための、断面形状及び構成が様々である複数のチャネル(図示せず)で形成され得ることは当然である。
【００３９】
別の実施形態(図示せず)において、押出成形部は複数の薄壁成形領域及び／または複数の厚壁成形領域を有することができる。例えば、図１に示され、厚壁中実スリーブ１６，微細構造領域１４及び中実コア１２を有する押出品１０は、第１のバッフル付厚壁成形領域が薄壁成形領域で囲まれ、続いて薄壁成形領域が第２のバッフル付厚壁成形領域で囲まれるように配位された、２つの厚壁成形領域及び１つの薄壁成形領域を有する押出ダイを用いて成形することができる。
【００４０】
薄壁成形領域及び厚壁成形領域を、円形、三角形、正方形、長方形、六角形、八角形またはその他の適する等辺／等角または不等辺／不等角の幾何学的形状、及び／またはこれらの様々な組合せとし得ることは当然である。例えば、円形薄壁成形領域の中心にバッフル付三角形厚壁成形領域を配置することができる。
【００４１】
一実施形態において、押出ダイ１００はモノリシック態様で形成することができ、したがって、上述した押出ダイの各部はダイボディと一体成形することができる。したがって、本明細書では押出ダイ１００の構造が個別のパーツまたは個々の部分で説明されているが、押出ダイが単一のモノリシック品として形成され得ることは理解されるであろう。
【００４２】
例えば、押出ダイ１００は、個々のベース材料層が連続して被着され、固結されて押出ダイの構造をモノリシック態様で形成する、連続積層プロセスを用いてモノリシック態様で形成することができる。例えば、２００３年１１月２９日に出願された、名称を「押出ダイ作製方法(EXTRUSION DIE MANUFACTURING METHOD)」とする米国特許出願第１１/６０５７５５号の明細書に説明されるプロセスと同様のプロセスを用いて、押出ダイを形成することができる。上記の明細書は本明細書に参照として含まれる。詳しくは、造形台上に、焼結性のセラミック粉末または金属粉末のようなベース材料の初層を被着することによって押出ダイを形成することができる。焼結性粉末は、例えばアルゴン雰囲気または窒素雰囲気のような、不活性雰囲気の下で造形台上に被着することができる。焼結性材料の被着後、ベース材料を固結させて(例えば、ベース材料が粉末の金属またはセラミックである場合はベース材料を焼結して)所望の構造を有する固体層にするため、例えばレーザまたは電子ビームのような、輻射源を所定のパターンで被着粉末層にかけて移動させる。この実施形態においては、輻射源によって粉末に与えられた熱エネルギーが粉末を造形台に固結させ、よって押出ダイの初断層スライスを形成する。その後、初断層スライスに重ねて追加ベース材料層を被着して、追加ベース材料被着層にかけて輻射源を所定のパターンで移動させ、よって先に固結させた断層スライスに追加ベース材料層を固結させて結合させることで、押出ダイの追加断層スライスを初断層スライス上に形成することができる。このプロセスを複数回反復して、押出ダイのボディを、またいかなる内部構造も、積上げ造形することができる。輻射源を移動させるパターンが、本明細書でさらに詳細に説明されるように、押出ダイの様々な構造を形成するために変えられ得ることは理解されるであろう。
【００４３】
図２〜４及び１１Ａ〜１１Ｃを参照すれば、一実施形態において、押出ダイ１００は、連続粉末被着／固結積層プロセスを用いて排出口から装填口まで作成することができる。本方法は、造形台２００上にベース材料２０２の初層を被着する工程を含む。この実施形態において、ベース材料はコバルト−クロム合金粉末または同様の金属粉末のような焼結性材料とすることができる。あるいは、焼結性材料はセラミック粉末とすることができる。本明細書で説明される実施形態において、焼結性材料は８０μｍメッシュの篩にかけられた分散粒子からなるが、押出ダイの所望の表面仕上げに応じて、別の径の粒子も用い得ることは理解されるであろう。焼結性材料はほぼ２０μｍ厚の層で被着することができるが、個々の粉末層を固結させるために用いられる輻射源のパワーに応じてより厚いかまたはより薄い層を被着することができる。
【００４４】
焼結性材料の初層を被着した後、輻射源、この例では焼結レーザを所定のパターンでベース材料にかけて移動させ、よってベース材料の初層を造形台に固結または焼結させる。例えば、図１１Ａを参照すれば、押出成形部１０５のダイボディ１０２及びピン１３０に対応する押出ダイの断層スライスを作製するために、ピン１３０及びダイボディ１０２に対応するパターンで輻射源を焼結性材料被着層にかけて移動させ、よって焼結性材料を焼結させることにより、押出ダイ１００の初断層スライスを形成する。材料被着／固結工程を反復し、新しく被着した断層スライスを先に焼結させた断層スライス上に被着して焼結させることによって、押出ダイのそれぞれの部分を造形する。例えば、ボディフィード部１０４を形成するためには、焼結性材料被着層を、図１１Ｂに示されるように、ボディフィードリブ１２０及びダイボディ１０２のパターンで焼結させる。同様に、装填口フィード部１６０を形成するためには、焼結性材料被着層を装填口フィードリブ１６２及びダイボディ１０２のパターンで焼結させる。
【００４５】
本明細書で説明される押出ダイ１００の実施形態は、粉末ベース材料の複数の個別層が被着され、固結される、連続被着／固結積層プロセスを用いてモノリシック態様で形成することができるが、他の連続被着／固結積層法を押出ダイを形成するために用い得ることは当然である。例えば、一実施形態において、ベース材料が個別層で被着される液体ポリマー樹脂である、ステレオリソグラフィを用いて押出ダイ１００を構築することができる。被着後、それぞれの個別層は、次の後続液体ポリマー樹脂層が被着される前に、ＵＶ光源のような、輻射源で固化または硬化させることができる。ＵＶ光源は、固化層が所望の押出ダイ構造を有するように、所定のパターンで液体ポリマー樹脂層上を通過させることができる。
【００４６】
別の実施形態において、連続被着／固結積層プロセスは、結合剤を含有する粉末金属材料または粉末セラミック材料を含むベース材料の個別層を被着する工程を含むことができる。ベース材料の被着後、紫外光源または赤外光源のような、光源に所定のパターンで被着層上を通過させ、よって所望のパターンで結合剤を硬化させてベース材料を固結させることができる。したがって、本明細書に説明される押出ダイ１００をモノリシック態様で形成するために様々な被着手法を用い得ることが理解されるであろう。
【００４７】
図１に示される押出品１０と同様の押出品を成形するために押出ダイ１００が用いられる際の押出ダイ１００を通る押出物材料の流れを説明するために、図２〜４をここで参照する。ただし、図２〜４の押出ダイ１００を用いると、無コア押出品が成形される。この例では微細構造光ファイバプリフォームである押出品を成形するため、押出物材料が装填口１１０において押出ダイ１００に装填される。本実施形態において、押出物はポリマーメルトまたはガラスメルトとすることができる。例えば、押出物材料がポリマーメルトである場合、メルトには、環状オレフィンコポリマー、ＰＭＭＡ、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、またはポリマー光ファイバの作成に用いられ得る同様のポリマー材料を含めることができる。あるいは、押出物材料がガラスメルトである場合、ガラスメルトには、ホウケイ酸ガラス、カルコゲナイドガラス、硫化物ガラス、リン酸ガラス、またはガラス光ファイバの形成に適し得るその他いずれかのガラス組成を含めることができる。本例の目的のため、メルトはポリマー材料を含む。
【００４８】
一実施形態において、押出ダイ１１０の装填口１１０に流体通過可能な態様で結合されたフィードパイプ(図示せず)を通して、ポリマーメルトを装填口１１０に送り込むことができる。例えば、一実施形態においてフィードパイプは、機械的圧力または油圧を用いて押出物材料を押出ダイ１００に押し込む、ラム式押出機を備えることができる。しかし、フィードパイプ及び押出ダイ１００を通して押出物材料を送るために別の機構が用いられ得ることは当然である。例えば、一実施形態においてフィードパイプは、回転させると装填口１１０と排出口１１２の間に形成された押出物流路にメルトを流入させる、押出スクリューを備えることができる。
【００４９】
押出ダイ１００が、図２〜４に示されるように、流入フィード部１６０を有する場合、押出物材料は初めに流入フィードチャネル１６４に流入する。流入フィードチャネル１６４から、押出物材料はボディフィード部１０４に流入し、さらにボディフィード部１０４において押出物材料はさらに細いボディフィードチャネル１２４に分流される。押出物材料はボディフィードチャネル１２４から出て押出成形部１０５８の薄壁成形領域１０６または厚壁成形領域１０７に入る。
【００５０】
押出物材料がボディフィード部１０４を出て押出成形部１０５の薄壁成形領域１０６に入ると、押出物材料はピン１３０の間のピン間空所領域１８２内を流れる。しかし、押出物材料は薄壁成形領域１０６のピン１３０の間及びまわりを流れるから、押出物材料が径方向に再編または再構成し、よって上述したような薄壁体のウエブ及び開放セルが形成されることは理解されるであろう。さらに、ピン１３０の間のピン間空所領域１８２は流体通過可能な態様で厚壁成形領域１０７に結合されるから、壁体ウエブ及び開放セルは厚壁成形領域１０７を流過する押出物材料により径方向に再編または再構成する。しかし、ピン１３０は押出物材料の軸方向の再構成を防止し、よって、押出物材料が押出ダイの排出口１１２から出るときには、図１に示されている壁体ウエブと同様の、壁体ウエブで隔てられた開放チャネル構造が押出物材料に与えられている。
【００５１】
押出物材料の、ボディフィード部１０４から出て押出成形部１０５の厚壁成形領域１０７に入る部分は、押出品１０の厚壁スリーブ１６を形成する。押出物材料が厚壁成形領域１０７を流過している間に、押出物材料の一部は径方向に再編して、上述したように薄壁成形領域１０６を流過する押出物材料になる。押出物材料の再編により壁体ウエブがスリーブに結合され、よって押出品の微細構造領域がスリーブに結合される。
【００５２】
押出物材料が厚壁成形領域１０７を流過する際に、押出物材料は、厚壁成形領域１０７を通る押出物材料の流量が薄壁成形領域１０６を通る押出物材料の流量と実質的に等しくなるように押出物材料の流れを妨げるバッフル１４０も流過する。詳しくは、押出物材料がバッフル１４０を流過する際に、押出物材料は、バッフルのインピーダンスによる、薄壁成形領域１０６を流過している押出物材料が受ける圧力降下と実施的に等しい圧力降下を受ける。厚壁成形領域１０７を流れている押出物材料と薄壁成形領域１０６を流れている押出物材料の間で圧力降下は実質的に等しいから、押出物材料の流頭は押出ダイ１００の径方向断面内で一様であり、この結果、押出物材料内の剪断力がかなり軽減または低減され、よって得られる押出品内に異常または欠陥が生じない。
【００５３】
さらに、バッフル１４０の高さＨ(したがってバッフルチャネル１４２の高さ)により、バッフル部１０８通過後の押出品の再編が可能になり、よってバッフル１４０及びバッフル１４２は押出物材料に構造を与えず、得られる押出品のスリーブは実質的に中実である。しかし、ピン１０の長さＬは十分に長いから、上述したように、微細構造成形部１０６から出た後の押出材料は軸方向には再編していない。
【００５４】
押出成形部１０５から出た後、複数の比較的薄い薄壁壁体２０を有する微細構造領域１４を包囲している比較的厚い厚壁スリーブ１６を有する、図１に示される押出品１０の例示実施形態と同様の、厚壁成形領域１０７によって成形された比較的厚い厚壁領域及び薄壁成形領域１０６によって成形された比較的薄い薄壁領域を有する押出物材料が排出口から出てくる。
【００５５】
本明細書に用いられる特定の例はガラスメルトまたはポリマーメルトから微細構造光ファイバプリフォームを成形知りための用いられる押出ダイの実施形態を説明しているが、本明細書に説明される押出ダイが別のタイプの押出物材料から別のタイプの押出品を成形するために用いられ得ることは当然である。限定ではなく例として、本明細書に説明される押出ダイは、例えばフィルタとして用いられ得る、セラミック押出品をセラミック押出物材料で作成するために用いることができる。
【００５６】
本明細書に示され、説明される、バッフル付押出ダイが比較的厚い厚壁領域及び比較的薄い薄壁領域のいずれも有する押出品を提供するために用いられ得ることが今では理解されているはずである。そのような押出品の成形は、薄壁成形領域及び、厚壁成形領域を通る材料の流量が抑えられ、したがって押出ダイを通る押出物材料の流量が一様にされるような、バッフル付厚壁成形領域を有する押出ダイを提供することによって容易になる。そのような構成を有する押出ダイは押出物材料内の剪断力を低減させ、この結果、得られる押出品内の、押出ダイを通る押出物材料の流量が一様でないことから生じる欠陥がかなり軽減されるかまた無くなる。
【００５７】
さらに、本明細書に説明される押出ダイが連続被着／固結積層プロセスを用いて一体品としてモノリシック態様で形成され得ることが理解されたはずである。押出ダイをモノリシック態様で形成すれば、相互に機械的に組み合わされるかまたは結合される個別部品から集成された押出ダイよりも強固な、押出ダイが提供される。さらに、連続被着／固結積層プロセスによってモノリシック態様で押出ダイを形成することで、従来の機械加工法を用いたモノリシック押出ダイではおそらく達成され得ないであろう、押出物流路内のバッフルの形成も可能である。
【００５８】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本明細書に説明されるモノリシック押出ダイに様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【００５９】
１０    押出品
１２    コア
１４    微細構造領域
１６    スリーブ
１８    開放セル
２０    壁体
１００    押出ダイ
１０２    ダイボディ
１０４    ボディフィード部
１０５    押出成形部
１０６    薄壁成形領域
１０７    厚壁成形領域
１０８    バッフル部
１１０    装填口
１１２    排出口
１１６    内部側壁
１６０    流入フィード部
１７０    凹形環状領域
【図１】
2012530000.tif 000003
【図２】
2012530000.tif 000004
【図３】
2012530000.tif 000005
【図４】
2012530000.tif 000006
【図５】
2012530000.tif 000007
【図６】
2012530000.tif 000008
【図７】
2012530000.tif 000009
【図８】
2012530000.tif 000010
【図９】
2012530000.tif 000011
【図１０】
2012530000.tif 000012
【図１１Ａ】
2012530000.tif 000013
【図１１Ｂ】
2012530000.tif 000014
【図１１Ｃ】
2012530000.tif 000015
【国際調査報告】
2012530000.tif 000016
2012530000.tif 000017
2012530000.tif 000018