JP2007237723A

JP2007237723A - 通路を流れる非ニュートン液体を分割するためのデバイス

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Publication number: JP2007237723A
Application number: JP2006103608A
Authority: JP
Inventors: Michael Goinski; ゴインスキーミカエル
Original assignee: Incoe Corp
Current assignee: Incoe Corp
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP4976728B2

Abstract

【課題】通路（１，２１）を通して流れ、液体の流れを偏向し、分割するＴ字形の通路分岐（Ｔ）を通る流れの断面において、外側に向かって低減する流れにより調整した粘度を有する、例えば、溶融合成材料のような非ニュートン液体を分割するためのデバイスを提供すること。
【解決手段】第１の実施形態の場合には、供給通路（１）の端部の前に、供給通路からの液体の対向する流れを半分に分割する隔壁（１１）が、通路分岐内に設置されていて、前記隔壁の角度位置が、供給通路内の液体の粘度の異なる成分の分布に適合している。第２の実施形態の場合には、通路分岐内に、本質的には、排出通路（２２ａ，２２ｂ）内に偏向する前に、供給通路（２１）からの液体の中心（粘度の高い）成分が、２つの成分に分割され、好適には、これらの成分が、排出通路の前の領域内で、相互の方向に直径方向に流れるように偏向するように偏向装置（２３）が設定されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、通路を流れる非ニュートン液体を目標を決めて分割するためのデバイスに関する。

射出成形の場合には、溶融した合成材料（熱可塑性材料など）が、例えば、いくつかの地点に分岐を有し、１つの通路に供給された溶融材料が２つの排出通路に分割される高温の通路マニフォールド・システムを通過する。これらの分岐は、ほとんどの場合Ｔ字形の構成をしている。

円形通路を流れるニュートン液体の場合には、想像上の同心の中空円筒状体層にサブ分割された液体の放物線状の流速分布は、通路の中心のところで最も速い流速になる。このような液体においては、液体のいくつかの想像上の中空円筒状体層間のせん断力はほぼ等しい。

一方、例えば（高温の）液体プラスチックのような非ニュートン液体は、異なる挙動をとる。このような場合、粘度は、円形通路の壁部の近くで最大になるせん断力に依存する。粘度が低ければ低いほど、せん断力は大きくなる。その結果、円形通路の壁部の近くの粘度は最低になる。断面上の溶融物の粘度の分布は、鋭く平らになった放物線に似ている。簡単な近似図の場合には、このことは、通路の中央領域においては、比較的粘度の高い流動性溶融物はプラグに似た挙動をとり、その場合、流速はほぼ半径方向の位置とは無関係になり、一方、周辺領域においては、より大きなせん断力により溶融物はより流動的であり、よりゆっくりと流れることを意味する。

図１ａ〜図１ｃは、この挙動を示す。図１ａは、例えばプラスチックの溶融物のような非ニュートン液体が流れる円形通路を示す。図１ｂは、断面上の流速「Ｖ」の分布を示し、図１ｃはせん断力の分布を示す。領域「ｄ」は、多かれ少なかれ上記プラグに対応する。

図１に示すタイプの非ニュートン液体の流れが、図２に示すように、通路の矩形の（Ｔ字形の）分岐Ｔ１で迂回し、２つの別々の流れＳ１およびＳ２に分割された場合には、液体の粘度の高い部分および流動性部分は、通路の断面上に分布する。図３ａ〜図３ｃは、断面上のこの分布を示す。これらの図面においては、領域ＨＶは、粘度の高い液体を示し、残りの領域ＬＶは粘度の低い液体を示す。図２〜図５に示す座標システム上においては、座標ｘおよびｙは図面の平面内に位置していて、座標ｚは、図面の面に垂直になっている。それ故、非ニュートン液体の粘度の高いＨＶ部分は、図２の通路のセグメント２ａおよび２ｂの（図面の方向の）低い部分にほぼ集中する。このことはすぐに理解することができる。何故なら、通路セグメント１の中央領域から供給された粘度の高い流体（溶融物）は、Ｔ字管の底部６の方向に進み、次に、図２の矢印「ａ」で示すように、図２で左右に偏向し、一方、通路１の周辺領域を流れるより流動的な液体は、矢印「ｂ」で示すように、通路の分岐の最初のところで偏向するからである。

図２の通路セグメント２ａおよび２ｂが非常に長い場合には、図３ａに示す自然の分布が徐々に再度確立される。しかし、実際には、通路セグメントは短く、そのためＴ字管の次の偏向まで、図３ｂおよび図３ｃに示す分布がほぼそのままで維持される。

通路セグメント２ａ内を流れる液体が、その縦方向の軸がｙ方向に走るＴ字管Ｔ２に遭遇した場合には、排出通路３ａおよび３ｂ内においては、図４に示す分布になる。この図面は、問題の排出通路の流れの方向を示す。排出通路内においては、粘度の高い部分と流動性部分が著しく不均一になり、また通路の中央に対してこれらの部分が著しく非対称になる。

図２のＴ字管Ｔ３は、図の面に垂直（ｚ方向）に走る２つの排出通路４ａおよび４ｂを有する。図２のこの部分の平面図を示す図２ａを参照されたい。このＴ字管Ｔ２内で偏向した後で、図５ａおよび図５ｂに示すように、液体の粘度の高い部分および流動性部分が分離する。図２の面から上に延びる排出通路４ｂ内においては、図５ｃの分布が確立され、図２の面に入る通路４ｂ内においては、図５ｂの分布が確立されるが、図は排出通路の流れの方向のＴ字管により再度形成される。

射出成形の場合には、射出成形ツール（型）に接続している射出ノズルは、異なる粘度の溶融物成分の量的分布が不均一になり（例えば、図４ｂおよび図４ｃ）、および／または溶融物の分布がもはや通路の縦軸に対して回転対称ではない通路（例えば、図３ｂおよび図５ｂ）から供給を受ける場合には、これにより鋳込み射出成形製品に欠陥を生じる場合がある。

プレートの領域上に配置されている複数のノズルによりプレートが射出されたと仮定した場合、下記の欠陥が起こる恐れがある。

プレートの外部領域内のノズルからの流動性溶融物の部分の方が、プレートの内部領域内のノイズからのものより多い場合には、流入する溶融物の瞬間的圧力の下で、中央領域内よりもプレートの外部領域内の射出ツール（射出型）内により多くの溶融物が強制的に押し込まれる。このことは、プレートが、内部領域と比較した場合、外部領域内の単位面積がより多くの材料の供給を受けることになり、そのため鋳込みプレートの縁部が波打つことになることを意味する。逆に、内部領域内の射出型内により流動性溶融物が強制的に押し込まれた場合には、溶融物が冷却した後で、内部内の単位面積により多くの量の溶融物が供給され、プレートの内部領域が膨れることになる。

ノズルに供給する通路セグメント内の溶融部分が非対称に分布していると、それほど面倒ではないが類似の状況が発生する。

例えば、高温通路マニフォールド・システムのいくつかの各射出ノズルがカップを射出する場合には、種々のノズル間の粘度の高い溶融物および流動性溶融物の不均一な量の分布により、カップの壁部の厚さが場所により異なる結果となる。溶融成分の分布が非対称になると、できれば流動性溶融物を含んでいることが好ましいカップのその側面が、カップの対向側面より厚くなり、中間部分が膨らんだカップになるか、および／または粘度の高い溶融物が型内に入った場合、型の底部まで届かない。

本発明の１つの目的は、上記偏向による異なる粘度の液体成分の非対称および／または不均一な量の分布を最小限度に低減するか、またはできるだけなくすか、および／またはその発生を防止するデバイスを開発することである。

この目的を達成するために、例えば、通路（１）を通して流れる溶融合成材料のような非ニュートン液体の目標とする分割を行うためのデバイスの第１の実施形態を使用する。上記材料は、液体の流れを偏向し、分割するＴ字形の通路分岐（Ｔ）を通る流れの断面において外に行くほど粘度が低くなる。通路分岐（Ｔ）内には、供給通路セグメント（１）から反対方向に流れる液体を半分に分割する隔壁が位置する。好適には、隔壁（１１）の角度位置は、供給通路セグメント（１）内の液体の粘度の異なる成分の分布に適合するようになっていることが好ましい。本発明を使用すれば、通路分岐（Ｔ）の排出通路（２ａ，２ｂ）間の液体の分割が、液体の粘度の異なる成分の有意の分離を起こさないで行われる。

本発明のこの実施形態を使用すれば、好適にはまたは実質的にはＴ字形の通路分岐の供給通路セグメントにおいて、粘度の異なる溶融物成分が、回転対称にならないように分布する。代わりに、通路分岐の２つの排出通路セグメントにおいて、粘度の異なる溶融物成分の割合がほぼ等しくなる。

本発明の第２の実施形態の場合には、材料の流れを分割するために偏向装置が設けられている。

上記デバイスのこの第２の形態の場合には、好適にはまたは実質的にはＴ字形の通路分岐の供給通路セグメントにおいて、粘度の異なる溶融物成分の量的分布は、回転対称になる。通路分岐の２つの排出通路セグメントにおいては、本質的には回転対称の分布はそのままであり、また、２つの排出通路内の粘度の異なる溶融物成分の割合はほぼ等しい。それ故、排出通路セグメント内の分布パターンは、本質的には供給セグメント内の分布パターンと同じである。

排出通路は、供給通路として同じ断面を有することができ、そのため排出通路内の流速は半分になる。しかし、別の方法としては、排出通路は、小さな断面を有することができ、その場合には、流速の低減はもっと緩やかになるかまたは流速は全然低減しない。

以下に、例示としての実施形態を参照しながら、また追加の図面により本発明を説明する。

図６ａおよび図６ｂは、原則として、本発明による第１のタイプのデバイスの構造を有する例示としての実施形態を示す。通路分岐においては、溶融物用の隔壁１１は、この隔壁が供給通路セグメント１からの溶融物の流れを分割するように設置されている。この場合、隔壁１１は、粘度の異なる液体成分が通路の縦軸に対して回転対称に分布していない、近づく溶融物を分けるような回転角度に設置される。この場合、２つの部分的な流れは、等しい量の粘度の異なる液体成分を含む。

隔壁１１が存在しない場合で、溶融物が、図６ａのライン「ｔ」に対応して排出通路間に分布していると仮定した場合には、図６ｂの角度位置に位置する隔壁１１は、近づいてくる溶融物を、粘度が高い液体および粘度が低い液体を同じ割合で２つの排出通路に供給されるように分けることができる。隔壁１１は、固定状態に調整したまたは調整することができる角度位置による適当な方法で通路分岐内に配置することができる。

図７および図８は、本発明による例示としてのこのようなデバイスの実際の実施形態を示す。図７の場合には、Ｔ字形の通路分岐の底部６からスタートして、孔部１２がＴ字管内に形成される。孔部１２内には、隔壁１１がしっかりと固定される隔壁プラグ１０が、排出通路セグメント２２ａ、２２ｂの中央まで押し込まれる。この場合、隔壁プラグは、例えば、六角ソケット１３により、図６ｂに示したように、所望の角度位置に回転する。プラグ１０が使用中圧力により押し出されるのを防止するために、プラグは、例えば、六角ソケット１５により孔部１２内にネジ込むことができるネジ・プラグ１４によりその軸方向の位置に固定される。好適には、プラグ１０は、供給通路セグメント１から遠ざかる方向を向いているその側部により、任意の方法で、隔壁１１がしっかりと固定される隔壁１１に近いその端部のところにドーム形の凹部１６を有する中空でない本体であることが好ましい。隔壁１１の必要な角度位置は、隔壁プラグ１０が孔部１２内に挿入される回転位置により決まる。この角度位置の保持は、圧着、または任意の他の追加の適当な回転固定のような任意の従来の方法により行われる。

都合のよいことに、すでに説明したように、プラグが通路分岐内に設置された後で、排出通路２２ａおよび２２ｂからスタートする隔壁プラグ１０は、ドーム形の凹部１６の領域内の排出通路の直径にくり抜かれ、（突起中に）半円形の流れ開口部１７を形成する。もちろん、代わりに、これらの流れ開口部を隔壁プラグ上に設置する前に形成することができる。

図７の場合には、図面を分かり易くするために、隔壁１１は、図の面に垂直な角度位置に位置していて、穴あけにより形成された開口部１７は、図の面内に位置する。実際には、これらの流れ開口部１７は、９０度回転していて、一方、隔壁１１の角度位置は、図６ｂに示すように、供給通路１内の粘度が異なる液体成分の分布に適合している図の面に対するある角度位置をとることができることを理解することができるだろう。

図７の場合には、通路分岐の底部６は補強材１８を備える。この補強材は、市販のＴ字管または流れ通路が形成される高温通路マニフォールド・ブロックの壁部が十分な厚さを有していない場合にだけ必要になる。

図８ａおよび図８ｂは、隔壁１１を含む中空でない隔壁プラグ１０の上記例の２つの斜視図である。図８ａは、後部六角ソケット１３を示すドームの形をしている凹部１６をくり抜く前のプラグ１０を示す。図８ｂは、設置後に便宜上形成する孔部を含むプラグおよび結果としての流れ開口部１７を示す。

本発明によるデバイスの第２の実施形態の場合には、通路分岐の排出通路内でこの分布がほぼそのまま残るように、通路分岐内の図３ａにより粘度の異なる液体成分の対称的分布により、液体の流れを分割し、偏向させるのがその目的である。

図９ｂにおいて、供給通路セグメント２１内の液体が図３ａのように分布していると仮定した場合、排出通路セグメント２２ａおよび２２ｂ内の分布は、図３ｂおよび図３ｃに対応する。しかし、図面において上から通路分岐へパイプ２１が供給するのと同じ液体の流れを供給し、さらに下からもそうしたい場合には、通路２２ａおよび２２ｂ内への図９ｂで強制的に押しのけられた粘度の高い液体成分が、通路２２ａおよび２２ｂの中心の方向への仮定した追加の液体の流れによりシフトされることが容易に理解できる。

このことは、通常の通路分岐を含む本発明による第２のタイプのデバイスにより行うことができる。本発明による第２のタイプのデバイスの場合には、供給通路セグメントの中心を流れる粘度の高い液体成分が分割され、排出通路セグメントの入り口のところでそれぞれにほぼ直角に合流するように、２つの成分が偏向する。この遭遇場所での流れの方向は、排出通路の縦方向にほぼ垂直である。

そうするために、通路分岐内には、ブレード２４を備える供給通路セグメント２１内に入り、通路セグメント２１の中心を流れる粘度の高い液体成分を、一方は偏向装置２３の左側を継続的に流れ、他方は偏向装置２３の右側を継続的に流れる２つの成分に本質的に分割するように偏向装置２３が位置する。これらの成分は偏向しているので、図面において、通路分岐の底端部７のところでできれば相互に直角になるように合流する。

その側部上において、粘度の高い成分の２つの成分が衝突するウェブ２７は、通路分岐内の偏向装置２３を機械的に取り付けるだけの働きをする。本発明の場合には、このウェブは必要ない。好適には、実際の偏向装置２３は、その周囲全体のどこでも通路セグメント２１に接触しないことが好ましい。

図１０ａおよび図１０ｂは、偏向装置２３の実際の実施形態を示す。上記ウェブ２７は、もっと大きな直径の円筒セグメント３２に移行することができる円筒セグメント３１と隣接する。上記セグメント３１により、偏向装置は、図９ａおよび図９ｂの位置が密封状態に固定されている限り、通路分岐の底部の孔部を通して押される。

原則的には、例えば、図９ａに点線で示すストラット２８により、任意の方法で偏向装置２３を通路分岐内に好きなように固定することができるが、直径が小さい通路の場合にはそうすることは難しい。

ウェブ２７および円筒セグメント３１を含む偏向装置２３は、前端部にブレード２４を備える、および後端部のところに、相互に対向していてブレード２４に平行な両方の側部上のノッチによりウェブ２７を形成しているくびれを有する連続している円筒体から作ることができる。好適には、偏向装置の対向側部２５は、ブレード２４からウェブ２７に延びていて、元の円筒３１の表面に移行する丸いまたは丸く湾曲している表面上に位置することが好ましい。

図１１は、Ｔ字形の通路分岐内に設置されている図１１のタイプの偏向装置を示す。図１１の参照番号は、図９および図１０の参照番号に対応している限りは、これらの図面において同じものを示す。

本発明の他の詳細、利点および特徴については、添付の図面を参照しながら下記の説明を読めば分かる。

円筒通路内の非ニュートン液体の流れの状況を示す。３つのＴ字形の通路分岐を有する通路マニフォールド・システムである。図２の一部の平面図である。第１のチャネル分岐Ｔ１の背後の粘度の高いおよび流動液体成分の第１の対称分布の分布状態を示す。溶融物が第１の通路分岐Ｔ１から継続的に流れる分布が、前に通過した通路分岐Ｔ１と同じ平面内において通路分岐Ｔ２により受ける影響を示す。前に通過した通路分岐Ｔ１に垂直な面内に位置する以降の通路分岐Ｔ３のところの図４に対応する分布である。原則的に第１の形態のデバイスの構造を有する例示としての本発明の第１の実施形態である。Ｔ字形の通路分岐内に組み込まれている、図６のデバイスの第１のタイプの実施形態の実際の例である。図７で使用する隔壁プラグの実施形態の実際の例の斜視図である。相互に直角な２つの部分内のＴ字形の通路分岐内に組み込まれている、本発明によるデバイスの第２のタイプの実施形態の実際の例の斜視図である。固定部分を含む相互に直角な２つの図面の、図９ａおよび図９ｂの偏向装置の実施形態の実際の例の拡大図である。Ｔ字管内に設置されている図１０の偏向装置である。

符号の説明

１供給通路セグメント
６底部
１０隔壁プラグ
１１隔壁
１２孔部
１３，１５六角ソケット
１４ネジ・プラグ
１６ドーム形の凹部
１７開口部
１８補強材
２１供給通路セグメント
２２ａ，２２ｂ排出通路セグメント
２３偏向装置
２４ブレード
２７ウェブ
３１，３２円筒セグメント

Claims

通路（１）を流れる非ニュートン液体材料を分割するためのデバイスであって、前記材料が、前記液体の流れを偏向し、分割するほぼＴ字形の通路分岐（Ｔ）を通る流れの断面において、外側に向かって低減する流れにより調整した粘度を有し、前記デバイスが、供給通路セグメント（１）から反対方向に流れる液体を半分に分割する通路分岐（Ｔ）内の前記供給通路の端部に隣接して位置する隔壁（１１）を備え、前記隔壁（１１）の角度位置が、前記供給通路セグメント（１）内の液体の粘度の異なる成分の分布に適合し、前記排出通路内に流れる前記液体が、前記液体の粘度の異なる成分の実質的な分布を有さないデバイス。
前記隔壁（１１）の角度位置を調整することができる、請求項１に記載のデバイス。
前記隔壁（１１）は、前記隔壁（１１）が前記通路分岐（Ｔ）内の孔部（１２）により取り付けられる隔壁プラグ（１０）により、前記通路分岐（Ｔ）内に位置している、請求項１に記載のデバイス。
前記隔壁（１１）が、前記隔壁（１１）が前記通路分岐（Ｔ）内の孔部（１２）により取り付けられる隔壁プラグ（１０）により、前記通路分岐（Ｔ）内に位置している、請求項２に記載のデバイス。
前記供給通路セグメント（１）に隣接する第１の端部のところの前記隔壁プラグ（１０）が、前記隔壁（１１）が固定されるドーム形の凹部（１６）を有する、請求項３に記載のデバイス。
前記ドーム形の凹部（１６）が、前記排出通路（２ａ，２ｂ）の方向に開いている、請求項５に記載のデバイス。
前記隔壁プラグ（１０）の縦方向の位置を固定するために、ネジ・プラグ（１４）を前記隔壁プラグの背部のところで、前記孔部（１２）内にネジ込むことができる、請求項３に記載のデバイス。
前記隔壁プラグ（１０）の縦方向の位置を固定するために、ネジ・プラグ（１４）を前記隔壁プラグの背部のところで、前記孔部（１２）内にネジ込むことができる、請求項４に記載のデバイス。
通路（２１）を流れる非ニュートン液体材料を分割するためのデバイスであって、前記液体材料が、前記液体の流れを偏向し、分割するほぼＴ字形の通路分岐（Ｔ）を通る流れの断面において、外側に向かって低減する流れにより調整した粘度を有し、前記デバイスが、前記排出通路（２２ａ，２２ｂ）内へのその偏向の前に、前記供給通路セグメント（２１）からの前記液体材料の中央（粘度の高い）成分を２つの成分に分割するために、前記通路分岐（Ｔ）内に位置する偏向装置（２３）を備え、前記２つの成分が、前記排出通路（２２ａ，２２ｂ）の前の領域内で偏向され、好適には相互の方向に直径方向に流れることが好ましく、前記排出通路（２２ａ，２２ｂ）内に流れる前記液体が、前記液体の粘度の異なる成分の実質的な非対称分布を有さないデバイス。
相互の方向に流れる前記２つの成分の流れの方向が、前記排出通路（２２ａ，２２ｂ）の縦軸にほぼ垂直である、請求項９に記載のデバイス。
前記偏向装置（２３）が、前記供給通路（２１）の端部内に突き出ていて、前記ブレード（２４）からスタートし、最初前記ブレードに対して垂直に広くなり、次に再度狭くなる、請求項９に記載のデバイス。
前記偏向装置（２３）が、前記供給通路（２１）の端部内に突き出ていて、前記ブレード（２４）からスタートし、最初前記ブレードに対して垂直に広くなり、次に再度狭くなる、請求項１０に記載のデバイス。
前記偏向装置（２３）が、前記供給通路セグメント（２１）の壁部に接触しないように位置している、請求項１１に記載のデバイス。
前記偏向装置（２３）が、その流入方向後端部のところに位置するウェブ（２７）により前記通路分岐（Ｔ）に固定される、請求項１１に記載のデバイス。
前記偏向装置（２３）が、その流入方向後端部のところに位置するウェブ（２７）により前記通路分岐（Ｔ）に固定される、請求項１３に記載のデバイス。
前記偏向装置（２３）の形状が、その後端部のところに前記ブレード（２４）を備える円筒から進んで、この背後で、くびれが前記ブレードにほぼ平行に走る２つの側部（２５）からスタートし、前記ウェブ（２７）を形成し、次に、その助けを借りて、前記偏向装置（２３）を、その底部の孔部を通さないで、前記通路分岐（Ｔ）の底部に挿入することができ、固定することができる円筒セグメント（３１）として延びる、請求項９に記載のデバイス。