JP2009511961A - 微細構造ファイバを形成する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型及び方法が説明される。１つの実施形態では、金型が障壁部材を含み、この障壁部材は、それを貫通する複数の送りチャンネルを備える。さらには、金型は、障壁部材から実質的に押出し方向へ延びる通路形成部材を組み込む。送りチャンネルは、対応する通路を被押出し部材の中に形成するために、押出し可能な材料が実質的に通路形成部材の周囲を流れることを可能にするように、通路形成部材に対して配置される。

Description

本発明は、光ファイバの製造に関する。具体的な形態では、本発明は、複雑な横手構造を有する微細構造光ファイバを形成することに関する。

優先権
本出願は、以下の豪州特許仮出願の優先権を主張するものである。
２００５年１０月１２日出願の"Fabrication of Nanowires"と題された第２００５９０５６１９号、及び
２００５年１０月１２日出願の"Method and Device for Forming Microstructured Fibre"と題された第２００５９０５６２０号。

これらの出願の内容全体が、ここで参照により組み込まれる。

ファイバに沿って長手に延びる複数の空気チャンネルの形態で、複雑な横手構造を有するファイバ（当業では微細構造光ファイバとして知られている）が、従来のドープトファイバの実施態様に比較されるとき、幾つかの望ましい特質を有する。それらは、従来のファイバでは実現不可能である幾つかの独特な光学的特性及び設計柔軟性を提供する。これらの特性の幾つかには、光子バンドギャップ効果による空気コア中の光導波、広帯域単一モード導波、５６０ｎｍまでの異常分散、１５５０ｎｍでの大きな正常分散、及び高い複屈折性を有する能力が含まれる。さらには、ファイバ断面中の特徴構造のサイズをスケール変更することによって、微細構造ファイバはモード面積を有し、したがって３桁の大きさに及ぶ有効な非線形性を有することが可能である。

典型的には、この複雑な横手微細構造を呈示する微細構造ファイバは、ミリメートル台の寸法のマクロ的な横手特徴構造を有する予成形品を最初に構成又は製造することによって形成された。次いで、この予成形品は引き続いて引抜きタワーで１つ又は幾つかの工程でファイバに引き抜かれ、それによって得られるファイバはミクロン又はミクロン未満の特徴構造となる。予成形品の構成又は製造は、幾つかの技法によって遂行されうる。シリカ又は「硬質」ガラスから形成された予成形品では、１つの技法が、幾本かの円形断面毛管及び棒材を六角形の緊密に束ねられた構成で外皮の内側に積み重ねることを伴い、次いで、この構成はケーンを形成するために引き抜かれ、即ち「ケーン形成され」、次にこのケーンはファイバを形成するためにさらに引き抜かれる。

明白なことであるが、この過程は、毛管及び棒材を配置し且つ積み重ねるために多大な技術を必要とし、この過程の自動化を極めて困難にする。この過程は又、この積重ね方法を利用して実現可能な横手配置の自由を極度に制約する六角形又は正方形様式のような、緊密に束ねられた横手構造に限定される。別の欠点は、毛管及び棒材の積重ねに要求される広範な手作業が、これらの表面を劣化させて、得られるファイバの重大な損失につながりうることである。さらには、この過程は、赤外に達するそれらの広い透過特性及びシリカよりも２桁大きくなりうるそれらの高い光学的非線形性により、用途が益々増えつつある「軟質」ガラスの使用には向いていない。

上で説明された積重ね過程は、最初に、１０〜２０ｍｍの範囲内の外径を有する均一な管材及び棒材（これらは次いで０．５〜２．０ｍｍの範囲内の外径を有する積重ね要素（即ち、毛管及び棒材）まで引き抜かれる）の選定を伴うが、これらの最初の大寸法の均一な管材及び棒材は、大多数の軟質ガラスでは市販されていない。したがって、要素は個々に生産されねばならず、それはガラス融解及び処理の追加的な工程を伴う。しかも、軟質ガラスは通常、より少量で融解され、したがって大きな均一の管材及び棒材を製造することは小事ではない。

軟質ガラスに積重ね処理を施す際の別の欠点は、小サイズの積重ね要素（毛管及び棒材）の手作業は、シリカと比較されるとき、そのより高い脆弱性及びその固有の低い耐引っ掻き性により、軟質ガラスには難問であることである。均一で高度に規則的な積重ねが望ましいので、均一な内径及び外径を有する長い毛管が決定的に重要である。しかし、軟質ガラスの急勾配の温度−粘性−曲線及びより高い表面張力が、これらの均一な特性を有するこのような毛管の製造を非常に困難にする。

複雑な横手微細構造を有する予成形品を製造するために使用された別の過程は、鋳造又は成型方法の利用によるものである。これらの方法には、ガラス鋳造、ゾル−ゲル鋳造、融解された重合体の押出し成型、及び鋳型でのモノマー材料のインサイチュー重合が含まれる。これらの過程は一般に、液体を重力又は押出しによって鋳型に満たし、この液体が鋳型の除去後にその成型された形状を保持するように、それを固体化することに基づく。この過程では、成型幾何学形状によって予成形品構造が決まることになる。

ゾル−ゲル鋳造方法では、この固体化段階が、鋳型の中へ導入されたゾルのｐＨ値を低下させることによるゲル形成を伴う。ガラス鋳造及び重合体融解では、この固体化段階が、固体化をもたらす元の液体の冷却を伴う。モノマー材料のインサイチュー重合の場合では、この固体化過程が、鋳型内重合過程及び引き続く冷却を促進し、それによって固体の重合体が成果として得られるように、モノマー材料を加熱又は硬化することを伴う。

先に論じた積重ね方法では、鋳造及び成型過程も、非常に低い粘性を有するガラス融解物、重合体融解物に適切なこれらの重合体、及びシリカのようなコロイド状粒子を含有するゾルのように、これらの過程に適切な一定範囲の材料に限定される。さらには、これらの過程は、広範な人手の介入を必要とし、それによってその過程の自動化を困難にする。鋳造又は成型方法の別の重大な欠点は、予成形品が鋳型内部で固体化され、それが表面汚染及び高い表面粗さをもたらす恐れがあることである。

これらの問題の幾つかに対処し、且つ予成形品の製造に伴う過程の複雑さを軽減しようとする試みは、予成形品を製造するために、適切な重合体材料又は軟質ガラスのような押出し可能な材料を押出し金型に通して自由空間の中へ強制的に流し込むことを利用する。このような実施例が、"Fabrication of Microstructured Optical Fibre"と題されたＰＣＴ特許国際出願公開第ＷＯ０３／０７８３３９号に説明されているが、それは、圧力誘発された流体流によって材料供給を受け取る中心送りチャンネルと、材料の第１の成分を金型内部に形成された溶接チャンバの中へ径方向に外向きに逸らすように配置された逸流チャンネルと、前方に流れ続けてきた材料の第２の成分を中心送りチャンネルから受け取るように配置されたコア形成導管と、予成形品の外壁及びコアをそれぞれに画定するように、溶接チャンバと流れ連通する外部分及びコア形成導管と流れ連通する内部分を有するノズルとを備える、光ファイバに製造するための予成形品を形成する押出し機金型を開示する。

上で説明された押出し機金型は、微細構造ファイバ用の予成形品（この場合では、その予成形品は相対的に単純な穴配置を有する）を形成するのに必要とされる極めて複雑な金型幾何学形状を示す。この金型幾何学形状は、経験的な手段を利用し、それによって金型設計の多大な試験及び試作を必要とするか、又は押出し過程で押し出された材料と金型幾何学形状との間の相互作用の複雑なモデル化によって達成される。したがって、各々の横手構造設計には、最終的なファイバ製品における所望の横手構造となる関連する金型幾何学形状を決定する際に伴う多大な努力が存在する。
ＰＣＴ特許国際出願公開第ＷＯ０３／０７８３３９号

本発明の目的は、所望のファイバ予成形品構造のための金型幾何学形状の設計及び製造を簡素化する、光ファイバ予成形品を押し出すことができる方法及び装置を提供することである。

本発明の他の目的は、押出し過程の自動化を可能にする、光ファイバ予成形品を押し出すことができる方法及び装置を提供することである。

したがって第１の態様では、本発明は、被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出す金型を提供し、この金型は、
障壁部材であって、この障壁部材を貫通する複数の送りチャンネルを備える障壁部材と、
障壁部材から実質的に押出し方向へ延びる通路形成部材と、を備え、送りチャンネルは、対応する通路を被押出し部材の中に形成するために、押出し可能な材料が実質的に通路形成部材の周囲を流れることを可能にするように、通路形成部材に対して配置される。

複数のチャンネルを経由して均質の流れを障壁部材に通し、次いで通路形成部材の周囲に流すことによって、被押出し部材中の対応する通路の形成に導入された変形がいずれも実質的に最小化される。さらには、通路形成部材に対する送りチャンネルの配置は、押出し可能な材料が、実質的に縁部又は鋭い屈曲部の周囲を流れる必要がないことを保証し、それは、被押出し部材中の対応する通路の変形をさらに最小化する。この様態では、通路形成部材と被押出し部材中の対応する通路との間の関係が、従来技術の方法に比べられるとき、より容易に決定されうる。本発明の別の重要な利点は、通路形成部材と送りチャンネルとの関係の幾何学的形状が本来的にスケール変更可能なことである。

金型は、障壁部材から実質的に押出し方向へ延びる複数の通路形成部材を備えることが好ましく、送りチャンネルは、対応する通路を被押出し部材の中に形成するために、押出し可能な材料が実質的に通路形成部材の周囲を流れることを可能にするように、複数の通路形成部材に対して配置される。

複数の通路形成部材の少なくとも１つが、この少なくとも１つの通路形成部材を障壁手段から着脱自在に取り付ける着脱可能な取付け手段を備えることが好ましい。

これは、通路形成部材が必要に応じて金型に対して追加又は除去可能であり、被押出し部材中の対応する構造を追加又は除去することになるので、被押出し部材の横手構造を設計する際の柔軟性を増大させる。

通路形成部材は、様々なサイズの対応する通路を被押出し部材の中に形成するためにサイズが異なることが好ましい。

送りチャンネルは、該押出し可能な材料の押出し量を変更するために様々なサイズであることが好ましい。

送りチャンネル及び通路形成部材は規則的な格子で配置されることが好ましい。

金型は、入口チャンバ及び押出し物（押出し成形品）形成チャンバを備えることが好ましく、障壁部材は、入口チャンバと押出し物形成チャンバとの間に配置された送り穴プレートを形成する。

送り穴プレートは金型から着脱可能であることが好ましい。

被押出し部材は微細構造ファイバ予成形品であることが好ましい。

したがって第２の態様では、本発明は、被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出す方法を提供し、この方法は、
障壁部材を貫通し、且つ障壁部材から押出し方向へ延びる通路形成部材の周囲に配置された複数の送りチャンネルに、押出し可能な材料を押し通すステップと、
押出し可能な材料が通路形成部材の周囲を流れることを可能にすることによって、通路を被押出し部材の中に形成するステップと、
を含む。

したがって第３の態様では、本発明は、本発明の第２の態様の方法に従って押し出された被押出し部材を提供する。

したがって第４の態様では、本発明は、被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出す方法を提供し、この方法は、
押出し可能な材料を形成するために入口チャンバ中の材料のビレットを所定の温度に加熱するステップと、
押出し可能な材料を入口チャンバから障壁部材に通して押出し物形成チャンバの中へ押し入れるステップと、を含み、障壁部材は、複数の送りチャンネルを有する送り穴プレートと、この送り穴プレートから押出し方向へ延び、それによって少なくとも１つの対応する通路を被押出し部材の中に形成する少なくとも１つの通路形成部材とを備える。

したがって第５の態様では、本発明は、被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出す金型を構成する方法を提供し、この方法は、
金型の入口チャンバと押出し物形成チャンバとの間に配置された障壁部材に、少なくとも１つの着脱自在に取付け可能な通路形成部材を取り付けるステップを含み、障壁部材は、使用に際して押出し可能な材料が通過する障壁部材を貫通する複数の送りチャンネルをさらに備え、少なくとも１つの着脱自在に取付け可能な通路形成部材の位置が、被押出し部材の中に形成された通路に対応する。

したがって第６の態様では、本発明は、
材料のビレットを受け入れる受入れ部と、
押出し可能な材料を形成するために材料のビレットを加熱する加熱手段と、
本発明の第１の態様に従う金型を受け入れる金型受入れチャンバと、
被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を金型に押し通す強制手段と、
被押出し部材を受け入れる出力チャンバと、
を備える押出し機械を提供する。

本発明の実施形態が、添付の図面を参照して論じられる。

以下の説明では、図面の幾つかの図の全体を通じて同じ参照符号は同じか又は対応する部分を指す。

ここで図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に従って、押出し可能な材料を矢印２００によって示された方向へ押し出し、矢印３００によって全体的に示されたような被押出し部材を形成するための金型１００の側方断面図が示されている。この第１の実施形態では、金型１００は、ポリメタクリル酸メチルのような重合体のビレット又は別法として、フッ化物、カルコゲニド、若しくは重金属酸化物ガラスの部類の１つから選択された軟質ガラス材料から光ファイバ予成形品を製造するためにある。さらには、同じか又は異なる組成の２つ以上の個々のビレットを積み重ねることによって組合せビレットも形成されうる。当業者には明白であるように、本明細書で説明される方法及び装置が、複雑な横手構造を有する被押出し部材が所望される幾つかの用途でも使用されうる。

金型１００は、クロム−ニッケルステンレス鋼等級３０３から機械加工されるが、適切な耐腐食及び耐熱特性を有する他の機械加工可能な材料も等しく使用されうる。軟質ガラス材料の押出しの場合では、金型１００の形成に使用された鋼合金中に少なくとも８％のニッケルを含有すると、押出し過程においてガラス材料が金型１００に粘着するのを防止するように働く。

金型１００は、金型ノズル又はカラー１２０と、金型入口チャンバ１１０と押出し物形成チャンバ１５０との間に障壁部材を形成する送り穴又は濾しプレート１３０とを具備し、この押出し物形成チャンバ１５０は、端部チャンネル１５５の中で終わる内壁１２３（その直径は段付きリッジ部分１２５によって画定される）を有し、それによって端部チャンネル１５５（その内壁１２６は押出し物形成チャンバ１５０よりも大きい直径である）を形成する。端部チャンネル１５５は、金型１００の内部に送り穴プレート１３０を垂直に位置決めする際の余分な自由度を許容し、したがって固定高さの金型カラー１２０に押出し物形成チャンバ１５０の長さ又は高さの余裕が見込める。これは、被押出し部材が、端部チャンネル１５５のより大きな直径（押出し物形成チャンバ１５０と比較されるとき）により、その内壁１２６と相互作用しないことによるものである。この様態では、入口チャンバ１１０の高さと押出し物チャンバ１５０の高さとの多くの様々な組合せが、押出し過程時に、ビレット及び金型１００が内部に取り付けられる押出しチャンバを変更する必要もなく所与の金型カラーサイズ１２０で実現されうる。

端部チャンネル１５５と押出し物形成チャンバ１５０との間の境界面は、押出し物形成チャンバ出口面１５１を画定する平面を形成する。端部チャンネル１５０の終端縁部も金型出口面１５２を画定する平面を形成する。金型入口チャンバ１１０は、材料が、強制的に送り穴又は濾しプレート１３０に向かって均一に押し出されるように機能する円周テーパ付き又は溝付き壁部分１２１を含む。一般に、供給源材料は、入口チャンバ１１０の入口平面１２２では、カラーの直径と同様の直径を有するビレットの形態にある。

送り穴プレート１３０は、金型カラー１２０の壁の中に形成された円周に段が付けられた凹所又は肩部１２４によって支持される。この第１の実施形態では、送り穴又は濾しプレート１３０が、押出し過程時に肩部１２４に押し付けられ、送り穴プレート１３０を肩部１２４に対して反対方向へ押すことによって金型１２０から簡単に取り外されうる。送り穴プレート１３０は、このプレート１３０を貫通する幾つかの規則的に間隔が空けられた送りチャンネル１３１を含む。

押出し過程時に、材料が送りチャンネル１３１に押し通されて送り穴プレート出口面１３３から退出するときに、押出し物の中に長手通路を形成するように機能する幾つかの通路形成部材１６０が、送り穴プレート１３０から押出し物形成チャンバ１５０の中に達し、全体的に押出し方向へ延びる。この実施形態では、各々の通路形成部材１６０が、ピン１４０の露出軸部分１４２（このピンは頭部分１４１をさらに含む）から形成され、送り穴プレート１３０を貫通する対応する位置決め穴１３４の中に配置される。露出軸部分１４２は、送り穴プレート１３０から押出し方向へ延びて、押出し物形成チャンバ出口面１５１にまで達し、この実施形態では、押出し物の中に形成された得られる通路が、ピン１４０の露出軸部分１４２と実質的に同じ横手サイズ及び形状を有することを保証する。

この第１の実施形態では、ピン１４０が、対応する位置決め穴１３４の中へ挿入されることによって直接的に送り穴プレート１３０に取付け又は装着されるが、通路形成部材が、送りチャンネル１３１と位置合わせされた対応する開口を有する別体の重なり部材の一部を構成する他の実施形態も等しく本発明の範囲内であることが企図されている。

ピン１４０は位置決め穴１３４の中にプレス嵌めされ、頭部分１４１によって送り穴プレート１３０と共に押出し方向に位置する。したがって、ピン１４０は送り穴プレート１３０から取り外すことが可能であるが、当業者には理解されるように、ピン１４０は送り穴プレート１３０と一体形成されてもよい。送り穴プレート１３０及び個々のピン１４０を分解するばかりでなく、送り穴プレート１３０を金型カラー１２０から取り外すことによって、これらの構成要素の各々は、より容易に洗浄及び研磨が可能であり、金型の内表面の粗さを低減し、したがって得られる予成形品の表面粗さを低減することによって予成形品の品質をさらに向上させる。

この送り実施形態では、送りチャンネル１３１は全てが同じ直径であり、それによって押出し過程で同じような量の材料をチャンネルに通して送る。しかし、これらのチャンネルの直径は、各ピン１４０の露出軸部分１４２の周囲に均一且つ均質な流れを可能にし、それによって被押出し部材中の穴又は通路の変形を最小限にするために、必要に応じて材料を異なる箇所で異なる流量で、送り穴プレート１３０に通して送達するように変更可能である（例えば、図６ａ及び６ｂを参照されたい）。さらには、この第１の実施形態では、送りチャンネル１３１が円形に形作られ、且つ断面が規則的であるが、同様にそれらは六角形又は他の任意の形状であってもよいし、必要に応じて断面が異なっていてもよい。

同様に、ピン１４０の露出軸部分１４２又はより一般的には通路形成部材１６０も、被押出し部材中の所望の得られる横手構造に応じて様々な形状及びサイズであってもよい。さらには、通路形成部材１６０の長さが、押出し物形成チャンバ１５０の中へ延びる様々な長さであってもよく、個々のピン１４０の自由端が、所望に応じて押出し物形成チャンバ出口面１５１の上方で又は下方で終わってもよいことを示唆する。さらには、個々の通路形成部材１６０は、それらが押出し物形成チャンバ１５０の中へ延びるときに、テーパが付けられるか又はより一般的には形状若しくは断面が変化してもよい（例えば、図１０及び１２を参照されたい）。

送り穴プレート１３０上の位置に対するピン１４０の配向が重要である状況では、位置決め溝及び対応する位置合わせリッジが、位置決め穴１３４及びピン１４０のそれぞれの側壁の中へ組み込まれてもよい。別の実施形態では、位置決め穴１３４及び送りチャンネル１３１が等しい直径であり且つ本質的に均等であり、それによってピン１４０が所望に応じて送りチャンネル１３１の格子の内部に配置されうるので、ピン１４０を送り穴プレート１３０上に配置する最大限の自由を与える。

ここで図２及び３を参照すると、組み立てられていない状態（図２参照）及び組み立てられた状態（図３参照）にある金型１００の幾つかの図が示されている。この第１の実施形態では、送り穴プレート１３０がカラー１２０から着脱可能であるが、これらの構成要素は、単体の金型を提供するために一体形成されうることが当業者には明白であろう。送りチャンネル１３１及びピン１４０の間隔取りは、押出し物が各ピン１４０の周囲を均一に流れることを保証し、それによって予成形品の横手構造を構成する通路の壁を形成する。

この実施形態では、金型１００は、１８．０ｍｍの直径を有する送り穴プレート１３０、直径１５．５ｍｍの押出し物形成チャンバ１５０、直径０．８ｍｍの送りチャンネル１３１、及び直径１ｍｍのピン１４０を組み込む。各ピン１４０の間の距離は２ｍｍであり、金型１００はピン１４０の３つの環列を含み、六角形の格子構造を形成する合計３６本のピンが得られる。本発明の利点は、金型設計が容易にスケール変更可能であり、例えば、３６ｍｍ直径の直径を有する送り穴プレート１３０は、ピンの殆ど７つの環列（即ち、１６２本のピン）が可能であり、それにより、各々が１ｍｍ直径の１６２個の穴を有し、且つ２ｍｍの穴間又はピン間の間隔を有する３０ｍｍの予成形品が製造されることになる（例えば、図５ａ及び５ｂ参照）。

当然のことであるが、他の規則的又は非規則的な格子構造が、送り穴プレート１３０に対するピン１４０及び送りチャンネル１３１の適切な配置によって形成されうる。さらには、切欠き部分に対応する長手通路が被押出し部材の中に必要とされる場合には、さしずめ、例えば、被押出し部材の内部分を露出するために、切欠き断面の形状に対応する適切な断面輪郭の通路形成部材又は通路形成部材の組合せが、送り穴プレート１３０の縁部に向かって配置されうる。

金型１００を使用して重合体予成形品を押し出すことによって製造するために、３０ｍｍの断面直径のビレットが、１６５℃のチャンバ温度及び０．１ｍｍ／分の固定ラム速度で導入される。このチャンバ温度及びラム速度でビレットを金型１００に通して押し出すために必要な力は、６ＭＰａの領域内でビレットに対して得られる圧力に対応する約４．５ｋＮである。金型１００を使用して予成形品をケイ酸鉛ガラスから製造するために、０．１ｍｍ／分の固定ラム速度に関連する必要なビレットチャンバ温度は５２０℃である。したがって、必要とされる力は、３５ＭＰａのビレットに対する圧力に対応する約２５ｋＮである。

本明細書で説明される複雑な横手構造を有する予成形品を形成する方法は、この点に関して従来技術では、かなりの手作業の投入及び高度に専門化された背景知識を必要とする繊細で難しい過程であったものを自動化する押出し機械に容易に適合されうる。一般的に、本押出し機械は、材料のビレットを受け入れるための受入れ口と、材料のビレットを加熱して押出し可能な材料を形成する加熱手段とを組み込む。次に、押出し可能な材料は、当業で知られている強制手段によって、必要に応じて金型の迅速な交換を可能にする金型受入れチャンバの中に配置される金型に押し通される。最後に、被押出し部材は次いで、それが回収前に冷却されうる出力チャンバの中に収容される。明白なことであるが、これは従来技術に優る大幅な進歩を表すものであり、このような押出し機械の最も重要な利点は、コンピュータ制御による厳密な速度及び力制御である。

ここで図４ａ及び４ｂを参照すると、図２及び３に例示された３環列ピン送り穴プレート１３０の端面図と送り穴プレート１３０から押し出されたその対応するファイバ予成形品２３０の端面図とが示されている。ファイバ予成形品２３０は、外部領域２３２と、予成形品２３０を貫通する幾つかの長手チャンネル又は通路２３１から成る中間領域とを含み、これらの通路は、上で説明された送り穴プレート１３０の中に配置された対応するピン１４０によって形成され、それによってコア領域２３３を画定する。

同様に図５ａ及び５ｂでは、本発明の第３の実施形態に係る７環列ピン送り穴プレート１７０と、その対応するファイバ予成形品２７０との対応図が示されている。これは、必要に応じて金型設計をスケール変更し、よってその対応するファイバ予成形品をスケール変更できることを明白に証明する。この場合も、長手チャンネル又は通路２７１が外部領域２７２の内部に形成され、それは、同じようにコア領域２７３をファイバ予成形品２７０の中に画定する送り穴プレート１７０中のピン１７２の位置に対応する。送りチャンネル１７１の分布は、押し出された材料が、ピン１７２の周囲を均一に流れて通路２７１を形成する。この場合では、先の実施形態における３環列とは異なり、７環列が使用されている。

図６ａ及び６ｂは、本発明の第４の実施形態に係る４環列送り穴プレート１８０及びファイバ予成形品２８０の同じような図を示す。この実施形態では、送りチャンネルが、３及び７環列設計のそれぞれの送りチャンネル１３１、１７１と比較して、２つの異なるサイズである。この様態では、押し出された材料は、より小さい直径の送りチャンネル１８１ａと比較されるとき、より容易に大きい直径の送りチャンネル１８１ｂを通って流れることになる。この用途では、流量のこのような違いが、ピン１８２によって形成されたファイバ予成形品２８０中の長手チャンネル２８１の変形及び変位を低減するように機能したが、これは、得られる引き抜かれたファイバに対する潜在的な用途に応じた重要な配慮でありうる。

ここで図７ａ及び７ｂを参照すると、本発明の第５の実施形態に係る多コア送りプレート１９０及び対応するファイバ予成形品２９０のそれぞれの端面図が示されている。この実施形態では、５つの外部コア領域２９４、２９５、２９６、２９７、２９８及び１つの内部コア領域２９３が、ピン１９２の配置に直接対応する長手チャンネル２９１の配置によって画定され、これらのピン自体は送り穴プレート１９０上の対応するコア領域１９３、１９４、１９５、１９６、１９７、１９８を画定した。この場合も、押出し過程によって導入された変形を補償するために押し出された材料の流量を変更するように、異なるサイズの送りチャンネル１９１ａ、１９１ｂが使用された。当業者によって理解されるように、ここに図示された予成形品の設計範囲は、本発明が広範に異なる複雑な横手幾何学形状を有する被押出し部材を提供するように適合されうる本発明の利用を明白に証明する。

ここで図８を参照すると、外壁８１０と、４つの等間隔壁８２０、８２１、８２２、８２３によって支持された中心長手部分８３０とを有するファイバ予成形品８００の端面図が示されている。この幾何学形状は、本出願の出願人に譲り受けられた２００５年１０月１２日出願の豪州特許仮出願第２００５９０５６１９号の優先権を主張する、"Fabrication of Nanowires"と題され、その内容の全体が参照により本明細書に組み込まれる同時係属出願に詳細に説明されているナノワイヤの形成に用途を有する。

ここで図９及び１０を参照すると、本発明の第６の実施形態に係る、図８に例示されたファイバ予成形品８００を押し出すための金型４００の後方及び側方断面図が示されている。この第６の例示的な実施形態では、必要とされる横手構造が、送りプレート４３０の中に配置された送りチャンネル４３５、４３６、４３７、４３８に通して材料を押し出すことによって送り出される、４本のピン４４０の各々の間の間隔４４５に対応する４つの等間隔の壁、支柱、又はウェブ部材８２０、８２１、８２２、８２３によって支持された、送りチャンネル４３１に対応する中心長手部分８３０の形成を伴う。金型１００と同様に、金型４００は、溝付き又はテーパ付き壁４２１を有するカラー４２０と、カラー４２０の壁の中に形成された肩部４２４に当接し、それによって金型入口チャンバ４１０と押出し物形成チャンバ４５０との間に障壁部材を形成する濾し又は送り穴プレート４３０とを具備する。

各ピン４４０は、内部テーパ付き部分４４２ｄ、両側テーパ付き部分４４２ｃ、内部テーパ付き部分４４２ｄと両側テーパ付き部分４４２ｃとの間に延びる両側中間テーパ付き部分４４２ｅ、及び外部テーパ付き部分４４２ａを含む。テーパ付き部分４４２ａ、４４２ｂ、４４２ｃ、４４２ｄ、４４２ｅは、ピン４４０のほぼ中途まで下方に延び、押出し物形成チャンバ４５０の中へ押出し方向に延びる垂直壁部分４４２ｂの中で終わる。テーパ付き部分４４２ａ、４４２ｂ、４４２ｃ、４４２ｄ、４４２ｅ及び平行壁部分４４２ｂは、組み合わさって通路形成部材４６０としての役目を果たす。

テーパ付き部分４４２ａ、４４２ｂ、４４２ｃ、４４２ｄ、４４２ｅは、送りチャンネル４３１からの材料押出しによって形成された中心長手部分８３０を支持する壁、支柱、又はウェブ部分８２０、８２１、８２２、８２３を形成するために、送りチャンネル４３５、４３６、４３７、４３８からの材料押出しを案内するように機能する。カラー４２０の押出し物チャンバ壁４２３は、箱形又は正方形構成で配置され、それによって予成形品８００の外壁８１０の正方形輪郭を形成する。各ピン４４０は、頂部平坦部分４４７からピン４４０の中へ延びる対応するねじ山付き開口４４６の中へねじ込まれる、位置決め穴４３４の中に配置された頂部ねじ４４１によって送りプレートに取り付けられる。

金型４００の寸法の点では、送りプレート４３０が３０ｍｍの長さ及び幅を有し、押出し物形成チャンバ４５０が２６ｍｍの長さ及び幅を有する。ピン４４０の配置及びサイズによって、予成形品中に、２ｍｍのコア径及び１．５ｍｍの外壁厚さを有する、それぞれ約１６ｍｍの長さ及び０．５ｍｍの厚さの壁、支柱、又はウェブ部分が得られる。

ここで図１１及び１２を参照すると、本発明の第６の例示的な実施形態に係る、図８に例示されたファイバ予成形品を押し出すための金型５００の後方及び側方断面図が再び示されている。この第６の例示的な実施形態では、ピン５４０の幾何学形状が、ピン５４０毎に垂直壁部分５４２ｂに対してテーパ付き部分５４２ａ、５４２ｂ、５４２ｃ、５４２ｄ、５４２ｅの程度及び範囲を変えることによって、押し出された材料がピン５４０の周囲をさらに容易に流れるように変更されている。さらには、ピン５４０は、このピン５４０の下方凹所５４３の中に配置されて、送り穴プレート５３０上に位置するねじ山付き受入れ開口５３４の中へ上向きにねじ込まれるねじ５４１によって、送り穴プレート５３０に着脱自在に取り付けられる。当業者によって理解されるように、本発明は、以前には従来技術の技法を使用して形成できなかった新規のファイバ予成形品設計を形成する能力を提供する。

本発明では光ファイバ用の予成形品を製造することに関連して説明されているが、本発明は、本明細書に説明された原理に適合する他の用途を有することが理解されよう。

以上に説明された実施形態を少し検討すれば、本発明が、数多くの横手特徴構造を内部に有する光ファイバ予成形品を製造するための極めて簡素で、経済的な方法及び装置を提供し、それによって軟質ガラスの光子バンドギャップ及び大モード面積ファイバへの増大する関心によって動機付けられた、この種の光ファイバに対する増大する需要を満たすことが判明されよう。

本発明の様々な態様に従って押し出される予成形品から生産されたナノワイヤ及びファイバは、限定するものではないが、科学的、医学的、軍事的／防衛的、及び商業的用途で使用するためのセンサ；コンピュータ、個人用携帯型情報端末（ＰＤＡ、Personal Digital Assistant）、携帯電話のような電子製品用の表示器；カメラ及びカメラ電話用の画像表示器及びセンサ；光データ格納；光通信；光データ処理；交通信号灯；エングレービング；並びにレーザ用途を含めて、数多くの用途を有する。

本明細書で使用された「備える、含む（comprise）」という用語及びその派生語（例えば、comprises、comprising）はいずれも、それが言及する特徴構造を包含しているものと解釈されるべきであり、別途に言明又は示唆されない限り任意の追加的な特徴構造の存在を排除しようとするものではないことが理解されよう。

本発明の装置及び方法の幾つかの実施形態が、以上の詳細な説明で説明されてきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲によって記載及び画定された本発明の範囲から逸脱することなく、数多くの再配置、変更、及び代用が可能であることが理解されよう。

本発明の第１の実施形態に係る、押出し可能な材料を押し出すための金型の側方断面図である。 金型カラー構成要素の後方又は入口を示す斜視図と、図１に例示された金型を共に形成する濾し又は送り穴プレート構成要素の前面図である。 組み立てられた、図２に例示された金型構成要素の後方斜視図である。 図３に例示された送り穴プレートの端面図である。 図４ｂに例示された送り穴プレートから押し出されたファイバ予成形品の端面図である。 本発明の第２の実施形態に係る、７環列ピンを組み込む送り穴プレートの端面図である。 図５ａに例示された送り穴プレートから押し出されたファイバ予成形品の端面図である。 本発明の第３の実施形態に係る、４環列ピン及び様々な送りチャンネルサイズを組み込む送り穴プレートの端面図である。 図６ａに例示された送り穴プレートから押し出されたファイバ予成形品の端面図である。 本発明の第４の実施形態に係る、多コアを組み込む送り穴プレートの端面図である。 図７ａに例示された送り穴プレートから押し出されたファイバ予成形品の端面図である。 ４つの等間隔壁によって支持された中心長手部分を有するファイバ予成形品の端面図である。 本発明の第５の実施形態に係る、図８に例示された幾何学的形状を有するファイバ予成形品を押し出すための金型の後方端面図である。 図９に例示された金型の側方断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る、図８に例示された幾何学的形状を有するファイバ予成形品を押し出すための金型の後方端面図である。 図１１に例示された金型の側方断面図である。

Claims (20)

1. 被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型であって、
   障壁部材であって、前記障壁部材を貫通する複数の送りチャンネルを備える障壁部材と、
   前記障壁部材から実質的に押出し方向へ延びる通路形成部材と、を備え、前記送りチャンネルは、対応する通路を前記被押出し部材の中に形成するために、前記押出し可能な材料が実質的に前記通路形成部材の周囲を流れることを可能にするように前記通路形成部材に対して配置される、金型。
2. 金型が、障壁部材から実質的に押出し方向へ延びる複数の通路形成部材を備え、送りチャンネルが、対応する通路を被押出し部材の中に形成するために、押出し可能な材料が実質的に前記通路形成部材の周囲を流れることを可能にするように、前記複数の通路形成部材に対して配置される、請求項１に記載の被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型。
3. 複数の通路形成部材の少なくとも１つが、前記少なくとも１つの通路形成部材を障壁手段から着脱自在に取り付ける着脱可能な取付け手段を備える、請求項２に記載の被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型。
4. 通路形成部材が、様々なサイズの対応する通路を被押出し部材の中に形成するためにサイズが異なる、請求項２又は３に記載の被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型。
5. 送りチャンネルが、押出し可能な材料の押出し量を変更するために様々なサイズである、請求項１〜４のいずれかに記載の被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型。
6. 送りチャンネル及び通路形成部材が規則的な格子状に配置される、請求項２に記載の被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型。
7. 金型が、入口チャンバ及び押出し物形成チャンバを備え、障壁部材が、前記入口チャンバと前記押出し物形成チャンバとの間に配置された送り穴プレートを形成する、請求項１〜６のいずれかに記載の被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型。
8. 送り穴プレートが金型から着脱可能である、請求項７に記載の被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型。
9. 被押出し部材が微細構造ファイバ予成形品である、請求項１〜８のいずれかに記載の金型。
10. 被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出す方法であって、
    障壁部材を貫通し、且つ前記障壁部材から押出し方向へ延びる通路形成部材の周囲に配置された複数の送りチャンネルに、押出し可能な材料を押し通すステップと、
    前記押出し可能な材料が前記通路形成部材の周囲を流れることを可能にすることによって、通路を前記被押出し部材の中に形成するステップと、
    を含む方法。
11. 障壁部材が、実質的に押出し方向へ延びる複数の通路形成部材を備え、押出し可能な材料が、前記複数の通路形成部材の周囲を流れるように送りチャンネルに押し通されて、前記複数の通路形成部材に対応する通路を被押出し部材の中に形成する、請求項１０に記載の押出し可能な材料を押し出す方法。
12. 対応する通路形成部材を異なるサイズ、形状、又は断面を有するように変更することによって、異なるサイズを有する通路が被押出し部材の中に形成される、請求項１１に記載の押出し可能な材料を押し出す方法。
13. 押出し可能な材料が、異なる流量で複数の送りチャンネルに押し通される、請求項１０〜１２のいずれかに記載の押出し可能な材料を押し出す方法。
14. 押出し可能な材料が、複数の送りチャンネルを異なるサイズ、形状、又は断面を有するように変更することによって、異なる流量で前記複数の送りチャンネルに押し通される、請求項１３に記載の押出し可能な材料を押し出す方法。
15. 請求項１０〜１４のいずれかに記載の方法に従って押し出された被押出し部材。
16. 被押出し部材がファイバ予成形品である、請求項１５に記載の被押出し部材。
17. 請求項１６に記載のファイバ予成形品から引き抜かれたファイバ。
18. 被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出す方法であって、
    押出し可能な材料を形成するために入口チャンバ中の材料のビレットを所定の温度に加熱するステップと、
    前記押出し可能な材料を前記入口チャンバから障壁部材に通して押出し物形成チャンバの中へ押し入れるステップと、を含み、前記障壁部材は、複数の送りチャンネルを有する送り穴プレートと、前記送り穴プレートから押出し方向へ延び、それによって少なくとも１つの対応する通路を前記被押出し部材の中に形成する少なくとも１つの通路形成部材とを備える方法。
19. 被押出し部材を形成するために押出し可能な材料を押し出すための金型を構成する方法であって、
    前記金型の入口チャンバと押出し物形成チャンバとの間に配置された障壁部材に、少なくとも１つの着脱自在に取付け可能な通路形成部材を取り付けるステップを含み、前記障壁部材は、使用に際して前記押出し可能な材料が通過する前記障壁部材を貫通する複数の送りチャンネルをさらに備え、前記少なくとも１つの着脱自在に取付け可能な通路形成部材の位置が前記被押出し部材の中に形成された通路に対応する、方法。
20. 押出し機械であって、
    材料のビレットを受け入れる受入れ部と、
    押出し可能な材料を形成するために前記材料のビレットを加熱する加熱手段と、
    請求項１〜９のいずれかに記載の金型を受け入れる金型受入れチャンバと、
    被押出し部材を形成するために前記押出し可能な材料を前記金型に押し通す強制手段と、
    前記被押出し部材を受け入れる出力チャンバと、
    を備える押出し機械。

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