JP2007514566A - 毛細管製品を製造する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の毛細管流路を含む押出物（２８）製品を製造する（２）装置を提供する。装置は、入口（３２）を有する押出成形機（１８）と、所定の外形を有するオリフィス（３６）を含むダイ（１４）と、流体を流すための内部導管（４２）を含む本体（部分４０）をそれぞれ有する複数の針（３８）とを備える。各針は、出口端部における内部導管からの出口（４６）をさらに備える。各針の出口端部は、ダイのほぼオリフィス内に所定のパターンで配列されており、各針の導管は流体源に流動的に接続されている。使用時には、押出成形可能な材料（８）は入口を介して押出成形機内に供給される。押出成形機は、ダイの方向へ及びダイのオリフィスを通して針の本体の周囲の押出成形可能な材料を推し進め、ほぼ所定の外形を有する押出物を形成する。針は、導管を介して流体源（４４）から引き出された流体を押出成形製品に取り込み可能にし、押出成形製品が所定のパターンで毛細管を含むように毛細管を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、それを貫通する複数の毛細管流路を有する押出物を形成する装置に関し、また、本発明は、そのような押出物を製造する方法及び押出物それ自体に関する。

合成ポリマーを柔軟または溶融状態で、ダイのオリフィスを通過させることにより、ポリマーを材料の長さに形成することはよく知られている。そのようなプロセスは、押出成形として知られており、広範な材料に、例えば、流体状態または可鍛性状態から固体状態へ物理的、化学的、または結晶学的変化を受ける可能性がある材料に適用することができる。従って、押出プロセスは、固形硬化製品を形成するために化学反応を受ける材料に、または、材料からの水分の蒸発によってまたは異なる結晶または形態学的構成への水の吸収によって乾燥する材料に、または、冷却するとすぐに凝固する溶融または熱可塑性物質に適用することができる。押出プロセスは、ポリアルキレン樹脂、特にポリエチレン、ポリプロピレン及びその合金または混合物等の熱可塑性ポリマーの押出における特別の適用である。便宜上、本発明は、ポリマーの押出に関して以下に説明し、押出物という用語は、加圧下でダイのオリフィスを介して押出することができる粘性、可鍛性、流体、または半流体の形態で存在することができる全ての物質を一般に示すのにここでは用いられ、また、可鍛性という用語は、押出されるような物質の物理的状態を表すのにここでは用いられる。

一般的に、押出される材料は、特別の固形物として、押出成形装置の容器として知られる円筒形チューブに供給され、また、回転するネジ打込みまたは螺旋錐、往復動するラム、または他の実在する移送手段によって、容器に沿って供給される。必要であれば、容器を通る材料の流れのために最適な温度で材料を容器内に保持するように加熱または冷却することができる。材料は、容器の端部でのオリフィスを介して、一般的には、特殊鋼または他の耐摩耗材料で形成され断面形状が製造される形状の断面に実質的に一致するオリフィスを有する交換可能なダイを介して押し込まれる。一般的には、容器の下流の押出物の流路を形成する穴の断面は、ダイのオリフィスの形状を有するまで徐々に変化する。このような変化は、好ましくは、円滑に発生し、また、穴の末端部は、実質的に均一であり穴の下流端部に配置されたオリフィスの断面に一致する断面を有してもよい。便宜上、ダイという用語は、以後、押出物が容器の下流へ流れる押出成形装置の部分を示すのに用いられ、ダイの穴という用語は、押出物が流れるダイ内の流路を示すのに用いられ、ダイのオリフィスという用語は、押出物が穴の下流端部から流れるオリフィスを示すのに用いられる。ダイは、穴及びオリフィスを単一の金属コンポーネントに機械加工された状態でまたは別の方法で形成された状態で一体部材として形成することができる。あるいは、ダイは断面で形成することができ、末端の断面のみが、ダイのオリフィスの形状を、それ故に製品の形状を変更できるように取り替えられるのを必要としている。

合成繊維の押出成形は、繊維業界では周知であり、この場合、繊維を繊維製品に編込む前に繊維を押出成形するために紡糸口金が用いられる。このような繊維は一般的にほぼ円筒形であるが、ほぼ三角形状の繊維も知られている。繊維の絶縁特性を増大させ繊維を構成するのに用いられる材料の量を低減するために、紡糸口金が１つ以上の穴を有する繊維を製造することは知られている。

単一穴の繊維は、米国特許第３，３９７，４２７号に示すように、押出物内でガスエントレインメント（気体取り込み）を用いて形成されている。この文献は、ダイのオリフィス内での単一のガス出口の使用を開示しており、ガス出口は、ダイのオリフィス内の中心に配置されている。

また、複数の穴を有する繊維は、繊維業界において知られているが、欧州特許第０ ３１７ １９２号及び米国特許第３，５８５，６８４号に記載されているように、絶壁状の空隙を介して製造され、それらの文献ではダイのオリフィスを出た直後にいくつかの押出要素が一体化させられる。このようなダイは、ダイスウエル（押出物がダイのオリフィスを出る際の押出物の膨張）が、材料内の所望の穴のサイズを変化させ、閉塞させ、または不安定にする可能性があるので、特定の押出物成分及び体積流量に非常に注意深く向けられなければならない。

本発明の目的は、複数の中空穴を有する押出物を製造すること、および上記問題のいくつかを注力することである。

本発明によれば、押出物製品を製造する装置が提供され、前記押出物製品が複数の毛細管流路を含み、前記装置が、注入口を有する押出成形機を備え、ダイが、所定の外形を有するオリフィスを含み、複数の針がそれぞれ流体の流れのための内部導管を備えた本体を有し、各針が出口端部で前記内部導管からの出口をさらに備え、各針の前記出口端部が、前記ダイのほぼ前記オリフィス内に所定のパターンで配列され、各針の前記導管が流体源に流動的に接続され、使用時に、
ａ）押出成形可能な材料が、前記注入口を介して前記押出成形機内に供給され、
ｂ）前記押出成形機は、前記針の本体の周囲の前記押出成形可能な材料を前記ダイの方向へ及び前記ダイの前記オリフィスを通して推し進めて、所定の外形を有する押出物を製造し、
ｃ）前記針は、前記導管を介して前記流体源から引き出された流体を前記押出物製品内に取り込み可能にして、前記押出物製品が前記所定のパターンでそれに沿った毛細管を含むように前記毛細管を形成する装置。

毛細管内におけるダイスウエルの問題は、流体が毛細管に入ることができるようになった時に、実質的に低減またはなくされることが分かっている。これにより、毛細管の穴がより正確に制御可能になったので、小さな穴が確実に製造することができる。約２ｍｍ〜１０ミクロンの穴を有する毛細管は、溶融処理の単一段階で製造されてもよいことが考察される。しかしながら、さらなる処理段階が、１ミクロン未満の穴を有する毛細管を形成することができたことが考察される。毛細管の穴が微小毛細管とも呼ばれることが理解されるべきである。

好適には、針の出口はダイのオリフィスにほぼ規則的に配置されているので、そのことが押出物の不均衡分布を防ぐのに役立っている。好適には、各針の出口は、他の出口から及びダイのオリフィスからほぼ等しい距離にある。例えば、ダイのオリフィスがほぼ矩形状であり、針の出口の所定のパターンが、オリフィス内の出口の単純な線である場合、その線は、矩形の短辺のほぼ中央に配置されること、及び、針の出口間の距離が外側の針の出口とオリフィスの短縁部との間の距離と、出口の線とオリフィスの長縁部との間の距離とほぼ等しいことが好ましい。針の出口は、適当なサイズとすることができるが、好ましくは、２ｍｍ〜０．１ｍｍ、最も好ましくは、０．６ｍｍ〜０．２ｍｍである。例えば、０．３ｍｍの針の出口サイズの場合、２００ミクロン〜２０ミクロンの毛細管穴を処理条件に依存させて容易に形成することができる。

これがより安定した押出物製品を形成することが分かったので、針を介して毛細管に入る流体の圧力は、押出物製品が押出成形される環境の圧力と実質的に等しいことが好ましい。押出成形可能な材料の流れが毛細管内の流体を引き込むことが好ましいが、流体は、押出物製品が押出成形されている環境の圧力より大きいまたは小さい圧力で毛細管に入ってもよいが、より大きな制御が必要とされるかもしれないことを理解すべきである。毛細管に入ることができるようになっている流体は、典型的には、室温及び室内圧力での空気であるが、押出成形は、流体槽内または他の標準的でない環境内であってもよい。押出物製品がそのような環境内に押出成形されるとともに局所的な雰囲気から直接に引っ張り可能である場合には、流体源は室温及び室内圧力での空気であってもよい。しかしながら、流体源は、不活性ガスまたは不活性薬品であってもよいし、または、押出物製品の毛細管内に捕捉されるサンプルガスまたは液体であってもよいことが理解されるべきである。

押出成形機とダイとの間の押出成形可能な材料の流れを安定させるためにギアポンプを用いることが好ましい。このことは、押出成形機の動作の変化から生じる可能性がある何らかの流れの異常性を低減させるのに役に立つ。

ダイを使って、押出成形機からの材料の供給を行うとともに、ダイが所望の外形を有しほぼ所定の外径を持つダイのオリフィスを介して出ることができるまで、材料の流れの形状を変える。ダイスウエルにより、押出物の外形は、オリフィスの所定の形状と正確に一致しなくてもよいことは理解されるべきである。ダイは集束ダイであることが好ましい。好ましくは、針を覆う流れがほぼ一様になることを確実にするようにダイが成形されるので、そのことが良好に形成された均一な押出物を作るのに役に立つ。

ダイのオリフィスはほぼ矩形状であるので、その結果として生じる押出物製品の外形がほぼ矩形状であることが好ましい。矩形状のオリフィスの寸法は、好ましくは、押出物製品がシートまたは膜であるようになっている。好ましくは、矩形状のオリフィスは、短辺より少なくとも５倍の長さを有する長辺を有する。好ましくは、その比率は１０倍より大きいので、そのことによって膜がより容易に収縮できるようになる。オリフィスは、環状、正方形、または円形を含む他のどのような適当な形状もとることができることを理解すべきである。非円形のダイ、例えば、矩形状のダイの場合、膜の縁部でまたは縁部の近傍で毛細管の形状を変えるエッジ効果が存在するかもしれないことに注意する。このようなエッジ効果は、基本的には、縁部を持たない連続的膜である環状ダイの使用によっていらなくされてもよい。環状ダイは、毛細管のサイズ及び形状の良好な一貫性を有する押出物製品の製造を可能にする。

簡単にするために、装置は好適な実施形態を参照して記述されるだろう。その実施形態では、針の出口の配列が、矩形の長辺とほぼ平行な直線上にかつオリフィスの短辺のほぼ中央に配列されているほぼ矩形状のオリフィスをダイが有している。これにより、複数の毛細管を有し押出成形された膜が形成される。異なる配列及びオリフィスの形状を用いることができることを理解すべきである。

針の出口の形状がほぼ円形であることが好ましい。このような出口の形状を形成することは容易であるが、必要に応じて他の形状を用いることができる。また、各針の本体はほぼ円筒形であるとともに第１の軸に沿って細長いことが好ましい。好ましくは、本体は、円筒状の本体の第１の軸が材料の流れとほぼ平行であるように配置されているので、そのことが材料の流れに対する低抵抗を提供し、製造するのを簡単にしている。

複数の針が個別に、一体的に、または、２つ以上の針から成るグループで形成されてもよいことは理解されるべきである。例えば、金属の固体モノリスは、複数の針を形成するために用いることができる。モノリスは、本発明に必要とされる針を形成するために、モノリスを貫通する穴を含んでもよい。針は、複数の出口に通ずる複数の導管に分かれる共通の入口を含んでもよい。モノリスからの針の出口は、モノリスから突き出てもよく、ガスが出口から引き出される前に押出物が突出部の周りを流れることを可能にし、または、突出部はなくてもよい。押出物は、モノリスの周りを流れ、上述したような出口を介してガスを引き出すだろう。

毛細管内でのダイスウエルは実質的に低減されまたはなしにされることを述べてきたが、ダイスウエルはダイの出口においてなお発生する。押出物製品の外形は、押出物製品がオリフィスを出る際に膨張する。膜の場合、その膨張は、矩形状のオリフィスの長径に沿ってよりも短径に沿ってより大きいことが分かっている。その結果として、膨張前には押出物内のほぼ円形の毛細管は、長径を膜の矩形断面の短径とほぼ平行にした状態で楕円形状に歪められる。出口の形状及び処理に伴って毛細管の断面が変更され得ることが理解されるべきである。

押出物製品は、好ましくは、製品が形成される速度よりも速い速度でオリフィスから引き離される。延伸比は、押出成形された製品が引っ張られる速度に対する押出物の生産速度の比である。（１６〜２０の間での）延伸比においては、ダイスウエル効果が支配的になるとともに毛細管がほぼ楕円形になると考えられる。

（３０より大きい）高い延伸比においては、押出物の引っ張りによる形状の変化が支配的になる。文字通り示してきたように、矩形状断面を有する押出物を引っ張っている間に、短径の長さは、押出物の長径の長さよりも速い速度で減少し、そのため、毛細管が歪められて、矩形断面の長径とほぼ平行な長径を有するほぼ楕円形の毛細管が形成される。引き抜き加工は、一般的には、押出物製品の断面全体の寸法を減少させ、従って、製品内の毛細管の寸法を減少させる。

また、引き抜き後に押出物製品をさらに処理してもよいことが分かっている。このさらなる処理は、低温延伸または高温での高温延伸のいずれであってもよい。低温延伸は、製品の寸法を２〜３倍まで減少させることができ、高温延伸を用いた場合にはより大幅な減少が期待できることが見出されている。

装置及びその装置を用いたプロセスは、多数の毛細管をそれらの長さ方向に沿って動かした状態で、矩形断面の押出物製品を形成することが可能である。

現在、押出物は、長径の長さが約６５μｍ及び短径の長さが３５μｍの多数の楕円形状毛細管を使って製造されている。毛細管の縦横比及び平均直径は、プロセス条件の変化によって変えることができることに注意すべきである。

約２０ｍ長の押出物が形成され、その長さ方向に沿って等間隔で５つに分けられ、製品が走査型電子顕微鏡で眺められた。これにより、毛細管の寸法はその長さに沿ってわずか１０％程度しか変わらなかったことが明らかになった。

あるポリマー、例えば、ＬＬＤＰＥの場合、ポリマー中に存在する何らかの結晶性含有物にもかかわらず、良好な光学的透明性がある。光学的透明性の全体、または、その少なくとも顕著に増大したレベルは、ポリスチレン等の空洞性ポリマーを用いることにより達成され得る。また、水溶性ポリマーをこのプロセスで用いることも可能である。

本発明によれば、押出成形された膜が提供され、その膜は、ある長さと、前記長さに対して垂直なほぼ矩形状の断面とを有し、前記断面が２つの長辺及び２つの短辺を含み、膜は、膜の長さにほぼ平行な複数の毛細管穴を含む。

膜の押出物製品に対して様々な用途が考えられている。そのようなエリアは次のものを含む。

１．ＤＮＡ解析 − キャピラリー電気泳動法
Ａｒｖｉｄｓｓｏｎ等は、米国特許第６，３２２，６８２号において、ＤＮＡのキャピラリー電気泳動法のために、石英ガラス管の代わりにプラスチック毛細管を用いる方法について説明している。ポリプロピレン中空繊維に対して発見された主な利点は、低減された脆弱性とともに、可視光及び近紫外線電磁放射に対しての透明性である。

疎水性的にコーティングされたポリマー中空繊維の使用は、６５μｍの内部穴を有する長さ約１２０ｃｍの特許に説明されている。これらの寸法は、上述した装置を用いて容易に製造される。

膜状の微小毛細管の押出物には、サンプルを平行に動くために用いることができる等間隔で平行な毛細管の配列が含まれ得る。膜の外面は、サンプルを分析する時に入射電磁放射の少ない屈折において円筒形とは対照的にほぼ平坦であった。内部流路は、押出物の幅の方向に向けられた楕円形の長径を含めて楕円形であってもよい。これにより、入射電磁放射の屈折量が再び低減され、毛細管の中身の容易な可視化が可能になる。膜は、電極を取り付けるのにより簡易な形状を有することもできる。

２．熱伝達用途
熱可塑性物質（例えば、ポリエチレン）と高熱伝導性フィラー（例えば、カーボンブラック）との混合物が微小毛細管の押出物に加工された場合、平坦な熱交換デバイスの製造が可能になる。デバイスを形成することができる長さスケールは、幅１ミリメートル未満のデバイスから数十センチメートルのシートの範囲である。

この種のデバイスの適用範囲は、平坦な膜が熱源または吸込みに接着される容易さにより、非常に幅広い。例えば、集積回路（ＩＣ）からの熱の除去。現在、ほとんどのＩＣは、通常、空気を駆動するファンを持つ装置に接着された金属製ヒートシンクの形態で、冷却用の強制対流に頼っている。高速デバイス及びその駆動からの電力損失を増大させて回路体を増強することによって、微小毛細管の熱交換器は、熱を分散させるより小さな体積及びより静かな方法を可能にする。ファンの代わりに、（好ましくは、電気絶縁性の）熱流体及び流体を外部熱伝達面へ循環させる手段に対する要求がある。また、ケースの外部に接着された微小毛細管の膜は、そのような役割を果たすことができた。

また、膜製品は、スペースが重要な意味をもつ用途では、表面から交換される熱を必要とする用途に適しており、この場合、スペースの制限により、従来の熱交換装置は適切なものではなかった。膜の平坦で薄い性質は、表面への接着の容易さ及びほとんど無視してもよい熱慣性を可能にする。

熱交換面である自身に通常役立たない表面で、例えば壁紙として熱を交換する必要がある任意の用途は、膜製品に対して適切な用途になるかもしれない。材料は、軽量かつ丈夫で冬季使用の家庭用暖房装置の温度に耐えることができるとともに夏季使用の冷却面またはヒートシンクの低下温度に耐えることができる。

（１つの大きな膜または積層品として）微小毛細管の配列は、例えば、患者への輸血前に静脈内輸液の加温に利用する場合など、中規模の流量のための熱交換器として用いることができる。

２つ以上の膜を同時に積層することが可能であることが分かっている。例えば、２つのＬＬＤＰＥ膜を同時に積層するために、膜は１１９℃まで加熱され、３分間９．８Ｎの力で同時に押圧され得る。温度、時間、または力が低すぎると、積層品を形成するための膜の溶融が起きない。温度、時間、または力が高すぎる場合には、膜の溶融は起きるであろうが、毛細管の穴が潰れる可能性がある。

３．流体輸送用途
流体輸送に関する用途範囲はかなり広い。液体使用の場合、押出物の長さに沿った圧力低下が著しく、このことはいくつかの用途において有利にされる。低い圧力低下での流体の流れの場合、ガスの使用が適しているであろう。

電子機器内でのリボンケーブルの方法と同様の方法で、微小流体機器の１つのセットから他のセットへ流体を輸送する用途を見つけることができることが予想される。多くの流体の流れを平行に運ぶことができる能力は、各流れを同一温度条件に保つ能力と一緒に、明白なスペース節約の有利点である。また、平坦膜における毛細管の配列の規則性は、リボンケーブルで使用されるエッジコネクタと同様のコネクタの開発を可能にする。針状デバイスの配列は管に穴を開けることができ、それから、適切な圧縮クランプは端部を封止して液体の逃げを止めることができる。

適当な材料で形成された膜押出物は、少量の流体の非常に正確なポンピング及び計量を可能にする蠕動ポンプの一部として使用可能である。平坦な押出物が従来の中空繊維を超えて有する利点は、平坦な微小毛細管の押出物を容易かつ再生可能にポンプ内に位置決めできるとともに回転部品との良好な接触面を与えることができるので、ポンプ内への組み込みを容易にする。このことは、ユーザに比較的大きなもの（全体として複数の毛細管の押出物）を取り扱うという利点を与えるものの、微小スケールの管（押出物内での埋込み毛細管）を有するという利点を維持するであろう。

また、膜製品は、「ドロップオンデマンド」に用いることができるデバイスを形成するのに用いることもできる。膜押出物の長さは、流れ及び毛管力を引き起こすのに必要な圧力により毛細管内で保持される作用液体（インク、香り、薬物、試薬）で満たすことができる。換言すれば、ひとたび一片の微小毛細管が流体で満たされると、流体は毛細管から流出せず、外界に提示された流路の小さな表面積により流体はわずかな蒸発を被らされる。

その後、正しい大きさの次の圧力パルスを微小毛細管に適用すると、制御しながら一滴ずつ毛細管から液体を流出させることができる。

膜押出物は、クロマトグラフィーカラム内の管として使用することができる。考えられる１つの利点は、適当な固定相が識別されており、ペレット形状の時にポリマーと混合可能であるか、または、空気とは対照的に反応ガスを取り込むプロセスを用いることによってその場で製造可能であるかであり、それによって固定相を形成することができることである。いずれの方法も、既に適当な位置に固定相を有するクロマトグラフィーカラムの製造をもたらすことができる。

膜製品は、（特に）小規模から中規模のロボット用の空気圧配管として有効に使用することができる。多重流路の膜押出物の使用により、リボンケーブルが回路の構成部品間の電気的通信を可能にするような方法で、空気圧信号がコントローラの配列からそれぞれのアクチュエータへ十分に効率良く流れることを可能にする。

４．マイクロリアクタ用途
膜押出物は、マイクロリアクタの製造に用いることができる。現在、これを実現する方法の１つは、開流路を形成するためにガラスウエハのエッチングによるものである。そして、カバープレートが、エッチングされたプレートの上部に接着されて、既知の微小スケール寸法の閉流路を形成する。膜製品は、マイクロリアクタを製造するコストを低減し、マイクロリアクタの堅牢性を増大させる方法になり得る。

膜製品は、互いに隣接して規則的に離間された強固で並列の流体流路の配列を有する能力を実現できる。

上述した製造の方法は、非円形の流体流路の形成を可能にする。非常に細長い楕円は、長径が膜の幅に沿って位置している場合には長辺の各々に非常に小さな曲率を備えたふさわしい流体形状である。このことは、毛細管内に含まれるサンプルの性質を視覚的に綿密に調べる場合には円形中空繊維内で遭遇される可能性がある屈折作用を最小化する。加えて、ガラス内とは対照的にポリマー中に流体流路を形成する能力は、いくつかのポリマーがその波長を吸収しないので、改良された紫外分光分析のための方法を可能にする。

空気とは対照的に押出物の製造中の流体源として反応性ガスを使用することは、内面コーティングにコーティングを形成することができる。異なる前進及び後退接触角から生じる力の不均衡により、毛管作用を高めることができる段階的な疎水性コーティングを形成することが可能になるかもしれない。また、このようにして、触媒コーティングを形成することが可能であることを証明するかもしれない。

高充填ポリマー、例えば、アルミナで充填されたポリエチレンを用いた場合、押出物は触媒特性を持って形成され得る。これらが使用されるのは、ポリマーマトリクスを定位置にある状態で十分なアルミナが毛細管表面に与えられるような方法、または、周囲のポリマーを焼き尽くしセラミックを焼結することによって毛細管テンプレートセラミックを形成することが可能かもしれない方法である。このプロセスの間に製品の破損を避けるように注意すべきである。

５．さらなるバイオメディカル用途
薬剤が、押出物製品の多孔性部分内に封入され接着面に取付けられる場合、皮膚上に（実際には皮膚下に）配置されて薬剤の体内への制御された輸送を可能にする。中空繊維とは対照的に膜の利点は適用の容易さであり、また、従来のより多くの手段とは対照的に多孔性押出物を用いる利点は、孔のサイズおよび投与速度を制御する能力である。

電解液を微小毛細管の押出物の長さ方向に配置して、押出物に沿って電気信号の通信を可能にすることができる。リボンケーブルが多くの信号を１本のケーブルに沿って流すことができるのと同じ方法で、金属化合物がなくかつ完全に生体適合する材料を使って、押出物製品の一部は同様のタスクを実行できる。中空繊維束とは対照的に押出物の平坦な「リボン」を有することは、各毛細管とその関連する電解液との接続を容易ならしめる。

押出物製品の多孔性膜を血液ガス交換媒体として用いること、または、換言すれば生体毛細管の機能を実行することが可能かもしれない。このことは、インプラントにおいて使用され、または、それどころか細胞組織の培養において用いることができる。

６．液体封入用途
熱可塑性の部分を同時に熱融着または溶接できる能力は、押出物製品の一部分内に、封入された流体の「パケット」（小さな束）を形成できる手段を提供するかもしれない。封入される液体は広範囲にわたるが、押出物製品が有利である分野は、封入される媒体の視認性が重要である分野になる。１つの実施例は、信頼できる可視の液晶温度計を製造するために温度に直接関係する光の特定波長を放射する温度感知液晶のスペクトルを封入することである。平坦面によって容器、パイプ、それとも皮膚などの他の面に容易に接着可能となっている。

７．光学的用途
押出成形されたポリマーの光学的な透過性は、蛍光性の細片を含む多くの用途の方法を明るみに出すことができる。蛍光性染料は、１枚の膜押出物に封入可能であり、または、その側面をコーティングするのに使用可能である。これにより、反射性材料を提供するための代替手段が与えられてもよい。

初期の感光性流体は、１枚の押出物膜内のセルの不連続なマトリクスに封入される（毛細管を充填し、次に小さなパケットに熱融着する）ことができ、その後に、それらの色が温度とともに変化し危険警報サインの形態をなすように電磁放射（好ましくは、本質的に十分ではない放射、例えば遠紫外線）に対しての露光によって「現像された」この流体のセルを選択する。これは、その後、反射性裏当て材に装着することができ、また、例えば薄氷を警告する危険警報サインとして使用することができる。

微小毛細管の押出物膜の細片は、高屈折率の流体で満たすことができ、その後に、ポリマー系光ファイバとして使用することができる。

また、微小毛細管が信号をガイドする状態で信号が膜に沿って伝達され得るように、膜のポリマーを選定することによって膜は紫外線、可視光、または光ファイバを光結晶として用いることもできる。

８．食料品
ポリマー内に微小毛細管の押出物を形成するのに用いられるプロセスは、食料品を含めて任意の押出物加工可能な材料に転嫁することができる。微小毛細管の食料品への導入は、関心を引く新しい質感を作り出すことができ、または、製品の非常に特定な部分への芳香の注入も可能にすると予想される。

９．多孔性マトリクス用途
微小毛細管を囲むポリマーマトリクスは、多孔性になるように製造することができる。現在、多孔性中空繊維は、薄膜として使用されており、発泡剤がない状態で製造することができる。このことは、半晶質ポリマーにおける連続的な熱延伸および冷延伸によって実現される。また、溶解物に発泡剤を用いて多孔性製品を製造することも可能である。最終製品は、オープンセル（開放気泡）の多孔性構造を有してもよい。

現在、限外ろ過技術は、多孔性中空繊維の束の使用によって実現される。この技術の適用分野は現在広範囲に及んでおり、逆浸透性海水の淡水化及び下水のろ過を含む。しかしながら、フィルタ束が幾何学的に不適当である場合、および、多孔性の微小毛細管の平坦なシートがその所々に用途を、例えば限外ろ過の容器ライニングを有する場合があってもよい。

多孔性中空繊維は透析装置の製作に用いることができる。多重流路の微小毛細管の押出物が使用された場合、よりコンパクトな装置を構成すること、および並列の毛細管の使用によって圧力低下を低減することが可能かもしれない。

次に、本発明は一例として添付図面を参照してさらに説明されるだろう。

図１は、毛細管穴を有する押出物製品２を形成する押出成形装置１を示す。押出成形装置は、モータ６によって駆動されるスクリュー押出成形機４を備える。押出成形可能な材料８は、ホッパー１０を介してスクリュー押出成形機４に送給される。押出成形可能な材料が押出成形機スクリュー４を通過する際、材料が溶解されて溶解物（図示せず）が形成される。押出成形機スクリュー４は、溶解物をギアポンプ１２へ送給し、ギアポンプは、ダイ１４に向けて溶解物のほぼ一定の流れを維持する。ギアポンプ１２は、溶解物の流れから不純物を除去するスクリーンフィルタを含むフランジ１６によって、押出成形機スクリュー４に接続されている。モータ６は、ギアポンプの注入口とモータ６との間の圧力フィードバックリンク１８を用いて制御される。

溶解物は、フランジ２２によってギアポンプに接続されている押出成形バレル２０を介してダイ１４へ行く。この実施形態では、押出成形バレルは、９０度の屈曲部２４を含む。バンドヒータ２６は、押出成形装置１内の異なるステージで温度を制御するために用いられる。バンドヒータ２６は、押出成形機内でフランジ１６、２２の上に、ギアポンプ１２の上に、押出成形機バレル２０の上に、及びダイ１４の上に配置されてもよい。

ダイ１４の構成の詳細は後の図で詳説される。

溶解物は、ダイ１４を介して行き、所望の形状及び断面に形成される。溶解物がダイから出ると、押出物２８になる。押出物２８は、ローラ３０の上方及びローラ３０の間に引き下ろされる。引き下ろすプロセスは、上述したように、押出物２８の断面を変えて、押出物製品２を形成する。引き下ろされた長さ（Ｌ）２９は、オリフィスと第１のローラ３０との間で規定される。この装置によって成形される押出物製品２に対してＬは大きな影響を及ぼすことが分かっている。

図２は、図１のダイ１４を通る概略的な断面図を示す。ダイは、入口部３２と、集束部３４と、所定の外形を有するオリフィス３６とを含む。溶解物は、ダイ１４の入口部３２に入り、溶解物がオリフィス３６を出るまで、集束部３４によって徐々に成形される。

ダイ１４は、さらに、ダイ内に位置決めされた針３８（この図では１本だけが示されている）を含んでいる。針３８の本体部４０は、その中に導管４２を有し、導管は、ダイ１４の壁部を通過する第２の導管４３によって流体源４４に流動的に接続されており、溶解物は、オリフィス３６へ流れるために、壁部の周りを流れる必要がある。針３８は、さらに、針３８の端部４８に出口４６を含む。針３８は、出口４６がオリフィス３６内に位置されるように配置されている。

図３は、下からのダイ４の概略図を示す。この図は、オリフィス３６が矩形の外形を有していることを示している。オリフィスは、短軸５１とほぼ平行な短辺５０と、長軸５３とほぼ平行な長辺５２とを有する。

この実施例では、ダイは、出口４６がオリフィス内で長軸５３に沿ってほぼ均等に配置されるとともに短軸５１に沿ってオリフィスのほぼ中央に配置された状態の針３８を含む。この実施例において、ダイのオリフィスは１．５ｍｍの短辺寸法と１８ｍｍの長辺寸法とを有し、針は０．５ｍｍの外径と０．３ｍｍの内部穴とを有する。

（典型的なプロセスの説明）
ポリマー溶解物は、スクリュー押出成形機４内で作り出され、その結果生じる流量が、ギアポンプ１２によって安定化される。次に、この溶解物はダイ１４の中に供給され、ダイのオリフィス内には針３８からの複数の出口が所定のパターンで配列されている。各針３８を通る導管４２は、水平方向に配置された供給導管４３から材料を供給され、導管４３の入口は、流体源４４であるダイの外側の大気に対して開いている。そして、結果として生じる押出物は、一連のローラ３０を通って引き取り（ｈａｕｌ−ｏｆｆ）装置（図示せず）に入る。引き取り装置の速度は、異なる延伸比を有する押出物製品２を製造できるように変更可能である。

ダイ１４は、円形パイプ内に収容されている押出物から入ってくる流れが変更されてダイ１４のオリフィスを通過してもよいように設計されている。ダイ１４は、この形状変化を実施しなければならず、このことは、現在、集束するダイ１４を用いることにより実現されている。

また、ダイ１４は、針３８の配列を通過する流れが実質的に一様になるように設計されている。針３８の周囲の一様な溶解物の流れは、良好に成形された押出物２８の形成を容易にする。しかしながら、流れが一様ではない場合には、溶解物は、最小抵抗の経路に沿って優先的に流れることになる。これにより、歪んだ押出物２８が生じ、それによってもまた、一貫性のなさが低下した歪みをもたらす。

プロセスは、ＬＬＤＰＥ（鎖状低密度ポリエチレン）を用いて、約１６５℃で実施される。モータ６は、３００ＰＳＩに設定された圧力フィードバックループを用いて制御され、これがダイ１４内に数バール程度の圧力を引き起こす。空気は、針３８の配列に渡るポリマーの流れの結果として取り込まれ、この針３８の配列への供給は、大気に対して開いた状態にされる。ダイのオリフィス３６でのポリマー溶解物の速度は、毎秒1センチメートル程度であり、引き取り装置の速度は、０〜毎分９メートルの間のいずれかに設定可能である。

最終製品に実質的に影響を及ぼすことが分かっているパラメータは、図１に示されダイの出口と第１のローラ３０との間の距離であるように定義される距離Ｌ２９であった。実際には、この場合、第１のローラは、水槽内に覆い隠されるとともに固定され研磨されたステンレス鋼ロッドである。

延伸比の影響を調べる一連の実験は、Ｌの３つの異なる値を使ってポリマーの一定の流量で実行された。用いられた値は１５０ｍｍ、８０ｍｍ、及び８ｍｍであった。

意外にも、溶解物の引き出し長さＬの変化は、製品の形状、形態、及びポリマー形態の実質的な変形をもたらしていることが見出された。意外にも、極めて細長く、薄い壁の楕円形毛細管を製造した条件のセットを見つけることができた。

実験の結果は、次のようになった。

（Ｌ＝１５０ｍｍに対しての結果）
「低」延伸比（８〜２０）
外部幅の変化は、最大で約４００ミクロンであり、外部厚さの変化は、最大で約１３０ミクロンであった。

製品の外部縦横比は、延伸比８で５〜延伸比２０で５．５の間で変化した。製品は、それでも実質的に低温引き伸ばしとすることができ、これは、ポリマー鎖内で殆ど配向がなかったことを示す。

製品寸法の全体的な減少とは別に、製品内の毛細管の形状及び方向性の非常にわずかな変化が見られた。

「中」延伸比（２０〜５０）
寸法の減少以外には、製品の外観に実質的な差はなかった。幅及び厚さの変化は、低延伸比で遭遇するものと本質的に同じであった。外部製品の縦横比は、延伸比２０で５．５〜延伸比５０で約６の間で変化した。製品内の毛細管の形状及び方向性には、非常にわずかな顕著な変化があった。

「高」延伸比（５０〜８０）
中延伸比に関しては、寸法の減少は別として、非常に小さな変化があった。延伸比５５では外部縦横比は約６であり、延伸比８０では外部縦横比は約６．５であった。

（Ｌ＝８０ｍｍに対しての結果）
「低」延伸比（４〜２０）
外部の幅及び厚さの変化は、１５０ｍｍに設定された引き出し長さを使って観測された変化よりも著しく小さかった。幅の変化は、延伸比４で約２００ミクロンであり、延伸比２０で約６０ミクロンであった。同様に、厚さの変化は非常に低減され、全ての延伸比に対して約２０ミクロン〜３０ミクロンであった。

厚さ及び幅の両方の減少は、引出し長さが１５０ｍｍのときの傾向と同様の傾向になったが、外部縦横比の絶対値は高かった（延伸比５で約５．５及び延伸比２０で約５．８）。

延伸比４では製品はなお実質的に低温延伸であることに注目された。しかしながら、延伸比が２０に向かって増加するにつれて、低温延伸する製品の能力は小さくなり、また、製品の感触はより堅くなった。これらの要因はいずれも製品内の結晶化の増量に向いている。

「中」延伸比（２０＋）
２０以上の延伸比の増加は、引取共振（ｄｒａｗ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）として知られている引き出し不安定さの現れをもたらした。製品の幅及び厚さは、周期的に変化し始めた。

（Ｌ＝８ｍｍに対しての結果）
「低」及び「中」延伸比（８〜４５）
製品の初期外部縦横比は、延伸比７で約９の初期外部縦横比を延伸比４５で約１０．３まで増加させることにより、以前の両実験よりも再び高くなった。製品の厚さ及び幅の変化は、非常に小さく、厚さの同様に小さい変化に対して、初期では延伸比７で幅約８０ミクロンから延伸比４５で幅１０ミクロン以下までであった。製品の厚さ及び幅は、いずれも延伸比の増加に伴って減少した。

製品の感触は、非常に「堅く」、延伸比７で低温延伸する小さな能力を示し、延伸比約２０以上で低温延伸する能力はないことを示した。これらの両要因は、増加した結晶化から生じるひずみ硬化製品に向けられている。

毛細管の初期の形態は、（長径と短径の長さの比として定義される）楕円形の縦横比の増大傾向を、長径を製品の幅に沿って動かした状態に使った場合には、以前の実験よりもっと楕円形であった。

「高」延伸比（４５＋）
延伸比が４５を超えて増大させられた場合には、製品の幅は、予想外に増加し始めた。このことは、製品の厚さの連続的な減少によって達成された。直接の結果として、外部製品の縦横比の増加率の変化と、毛細管の形状及び形態の変化とがあった。製品内の中央穴は、楕円形の縦横比が約１５まで増加した状態で非常に細長くなったが、周辺の穴はほとんど変化しないことが分かった。

製品の幅及び厚さの変化は、増大された結晶化度の全ての特徴を製品が示した場合には、それでも約１０ミクロン以下に過ぎなかった。

本発明による押出成形装置の概略図である。 図１のダイを通る概略的な断面図である。 下からの図１のダイの概略図である。

Claims (14)

1. 押出物製品を製造する装置であって、前記押出物製品が複数の毛細管流路を含み、前記装置が、注入口を有する押出成形機を備え、ダイが、所定の外形を有するオリフィスを含み、複数の針がそれぞれ流体の流れのための内部導管を備えた本体を有し、各針が出口端部で前記内部導管からの出口をさらに備え、各針の前記出口端部が、前記ダイのほぼ前記オリフィス内に所定のパターンで配列され、各針の前記導管が流体源に流動的に接続され、使用時に、
   ａ）押出成形可能な材料が、前記注入口を介して前記押出成形機内に供給され、
   ｂ）前記押出成形機は、前記針の本体の周囲の前記押出成形可能な材料を前記ダイの方向へ及び前記ダイの前記オリフィスを通して推し進めて、所定の外形を有する押出物を製造し、
   ｃ）前記針は、前記導管を介して前記流体源から引き出された流体を前記押出物製品内に取り込み可能にして、前記押出物製品が前記所定のパターンでそれに沿った毛細管を含むように前記毛細管を形成する装置。
2. 前記針からの前記出口が、前記オリフィス内に規則的に配置されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記ダイのオリフィスが、２つの長縁部と２つの短縁部とを有するほぼ矩形状である、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記針が、前記矩形状のオリフィスの長辺とほぼ平行な針の単一の線上に配列されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記針の線は、前記オリフィスのほぼ中心に配置されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記流体源が、前記ダイの前記出口での周囲とほぼ等しい圧力を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記流体源が大気からの空気であり、前記押出物が前記大気中に押出成形される、請求項６に記載の装置。
8. 前記装置が、前記押出成形機と前記ダイとの間にギアポンプをさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記ダイが集束ダイである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記装置が、前記押出物を引き下げる引き下げ装置をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 複数の毛細管チャネルを含む押出物製品を製造する方法であって、
    ａ）入口を有する押出成形機と、所定の外形を有するオリフィスを含むダイと、流体の流れのために内部導管を含む本体をそれぞれ有する複数の針とを備えており、各針が出口端部に前記内部導管からの出口をさらに備えており、各針の前記出口端部が、前記ダイのほぼ前記オリフィス内に所定のパターンで配列されており、各針の前記導管が流体源に流動的に接続されている押出成形装置を提供するステップと、
    ｂ）前記入口を介して前記押出成形機へ押出成形可能な材料を供給するステップと、
    ｃ）前記押出成形機を用いて、前記押出成形可能な材料を前記ダイの方向へ及び前記ダイの前記オリフィスを介して推し進め前記所定の外形を有する押出物を生成するステップと、
    ｄ）前記針を用いて、前記導管を介して前記流体源から引き出された流体を前記押出物製品内に取り込み可能であり前記押出物が前記所定のパターンで毛細管を含むように前記毛細管を形成するステップと、
    を含む方法。
12. 前記方法が、引き下げ装置を用いて前記押出物を引き下げる追加的なステップを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記方法が、２つ以上の膜を一緒に積層するステップをさらに含む、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記２つ以上の膜が、熱及び圧力を用いて一緒に積層される、請求項１３に記載の方法。

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