JP2010505665A

JP2010505665A - 多層品を形成するために順次ショットを複数キャビティに配給するための方法および装置

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Publication number: JP2010505665A
Application number: JP2009531620A
Authority: JP
Inventors: アームストロング・ラルフ; ナヒル・トーマス・イー
Original assignee: グラハムパッケージングカンパニー，エルピー
Priority date: 2006-10-06
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2010-02-25
Also published as: EP2083985A2; CA2666937C; WO2008045772A3; US20120003343A1; US8597020B2; US8021587B2; WO2008045772A2; US20100133721A1; AU2007307905B2; MX2009003547A; CA2666937A1; AR063168A1; CL2007002894A1; US20080093772A1; AU2007307905A1

Abstract

【課題】
【解決手段】多層品を形成するために複数の金型キャビティにポリマー材料の複数ショットを順次的に配給するための方法および装置。第１のポリマー材料の全製品重量の５０％超の第１ショットが、第１のポリマー材料を予備充填された所定の容積の室を各キャビティにおいて使用して複数の金型キャビティに同時に配給される。第２の材料の全製品重量の１０％以下の第２ショットが、第１ショット配給ステップの開始を生じるステップに続いて始まりキャビティの全部に同時に配給される。第２の材料の第２ショットは、各キャビティと流体連通するマニホルド流路を通じて配給され、複数キャビティの全部に共通である第２の材料の供給源によって行使される圧力下で全部のキャビティに射出される。
【選択図】

Description

本発明は、多層品を形成するために複数の金型キャビティへのポリマー材料の順次ショットの配給に、より詳しくは、（複数キャビティにわたって）相対的に低重量パーセントかつほぼ均一な高さの内部層を有する多層プレフォームを形成することに関する。

種々のポリマー材料の順次ショットを実行するための順次射出成形プロセスが周知である。そうしたプロセスを遂行するために、複数キャビティにポリマー材料の順次ショットを配給するように設計されたホットランナーシステムを用いて種々の装置が開発されてきた。複数キャビティ用途において、ショットは、ホットランナー流路の長さおよび構成ならびに各キャビティへのホットランナーおよび射出ノズルの各種部分の温度を制御することによって同じ分量および同じ流量で同時に配給されるように意図されている。しかし実際には、複数キャビティへのそうした均一な配給を達成することは極めて難しい。

ポリマー材料の単一供給源が複数の金型キャビティへのホットランナーの全部の流路を通る流れを生じるために使用される場合、圧力は射出源から同じ距離（経路長）に位置する異なる流路内の地点でさえ流路間で異なるであろう。またさらに、例えば異なるバッチ、供給源、温度および湿分などの経時的なポリマー材料の変化は、材料の流れ特性を変更しシステムを不均衡にさせることがあり得る。

これらの形式の複数キャビティ射出成形システムは、後に多層容器に吹込み成形される多層プレフォームを作るために食品飲料工業において広範に使用されている。詳細には、これらの多層プレフォームおよび容器構造物は、一般により高額なバリヤーおよび／または高い熱的性能の材料によるプレフォームの１以上の層としての使用をコスト効果的にする。理想的には、高額なバリヤーまたは高性能ポリマー材料の分量は相対的に薄い層において利用され、それによりそれほど高額でない構造用ポリマーが製品の主たる重量パーセントを占めながらプレフォーム／容器の全体のコストを低減する。

例えば、コンチネンタルＰＥＴテクノロジーズ（ＣＰＴ）社は、３層または５層プレフォームを作るための順次多層射出プロセスを開発した。典型的な５層プレフォームは、未使用ＰＥＴの内側および外側外部層、未使用またはリサイクル（例えばポストコンシューマおよび／または工場スクラップ）ＰＥＴの中心コア層および、コア層および外部層の各々の間の２つの薄い中間バリヤー層を含む。一般に全プレフォーム重量の２〜５パーセントという相対的に少量のバリヤー材料が薄い中間層を形成し、なおかつ効果的なバリヤー（例えばガス、湿気、風味）性能を付与する。均一かつ安定したバリヤー層構造を提供するために、ＣＰＴプロセスは、一般に金型射出（または計量）ポットと呼ばれる装置を利用し、これはポリマー材料が充填／予備充填され関係するキャビティの近傍に配置された既定の容積の室を備える。これは第１ショット射出の間における第１の射出ポットからの精確な量の未使用ＰＥＴ（全プレフォーム重量の５０％超）に続き、第２ショット射出の間における第２の射出ポットからの精確な量のバリヤー材料（全プレフォーム重量の２〜５％）の射出を可能にする。未使用またはポストコンシューマＰＥＴの第３ショットが機械射出ポットから射出される（第１、第２および第３ショットは全プレフォーム重量の約９５％を構成する）。その後、未使用ＰＥＴの第４の最終ショットが機械射出ポットから射出されて、プレフォームを包装し、次のサイクルに備えてポストコンシューマＰＥＴをノズルから除去する。ＣＰＴプロセスおよび多層品は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７および特許文献８のうちの１つ以上に記載されており、これらの全部の開示はあたかもここに完全に述べられたごとく参照によってここに採り入れられる。

金型射出ポットの使用は、各種層のためのポリマー材料の精確な量を供給し安定したプレフォーム層構造を保証するために効果的な方法である。しかし、複数キャビティシステムにおいて射出ポットを利用することに関係するコスト、すなわち、各々の金型キャビティについて各々の材料の射出ポットを設けることに関係するコストおよび、これらの射出ポットの全部を収容するために機械定盤に十分な物理的スペースを設けるうえでの費用が存在する。定盤スペースの増大する需要の結果、プレフォーム製造者は一般に、たとえ増加した総トン数が必要でないとしても、より大型でより高額な、より大きな総トン数の機械を購入する必要がある。また、ポリマー材料の複数ショットが計量ポットを使用して行われる場合、ショットの順序およびタイミングは、ホットランナー／マニホルドの複数の位置に取り付けられる複数の計量ポットからの全部のポリマー材料の全部のショットを完了しなければならない点で、面倒でより時間がかかるものになる。

これらの理由で、他に複数の層材料の各々を配給するためのバランス形マニホルドに依拠する試みがなされてきた。しかしこれらのシステムは、射出ポットのコストおよびスペースの制約を回避する一方、プレフォームに均一な層構造を安定して生じない。

米国特許第４５５００４３号明細書米国特許第４６０９５１６号明細書米国特許第４７１０１１８号明細書米国特許第４７８１９５４号明細書米国特許第４９５０１４３号明細書米国特許第４９９０３０１号明細書米国特許第４９２３７２３号明細書米国特許第５０９８２７４号明細書

それゆえ、特に相対的に低重量パーセントの選択的（例えばバリヤー層）材料を利用するが複数キャビティにわたり安定した層構造の形成を要求する多層プレフォームの製造において、複数キャビティで多層品を形成するための代替的な射出成形システムを提供することが望ましいであろう。

本発明によれば、多層品を形成するために複数の金型キャビティにポリマー材料の順次ショットを配給するための新しい方法および装置が提供される。射出ポットの選択的使用により層材料の著しく異なる重量パーセントであるが相対的に均一な層構造を備える多層構造を複数キャビティにわたって製造できることがわかった。

１実施形態において、全製品重量の１０％以下よりなる２つの相対的に薄い中間内部層を有する５層プレフォームを形成するための方法および装置が提供され、その方法／装置はこの低重量パーセント内部層材料を配給するために射出ポットの使用を必要としない。（各キャビティのための）別個の金型射出ポットが、製品の外部内面および外面層を形成する第１ショットの全製品重量の５０％超という相当に大きな量を配給するために使用される。対照的に、低重量パーセントの第２ショットは共通供給源から全部のキャビティに配給され得る。ポリマー材料の残りの相対的に大きな量は１つ以上の供給源から配給され得る。

従って、薄い中間層のためにバリヤー材料の相対的に低重量パーセントの安定した分量を配給するために（すなわちバリヤー材料層がプレフォームの所定の長さに沿って延在する、かつ／または所要のバリヤー性能を付与する所定の厚さであることを保証するために）射出ポットの必須の使用がこれまで考えられていたこととは逆に、今や、（複数の金型キャビティに共通の）射出材料の共通供給源からのバリヤー材料の配給に依拠できることがわかった。配給されるバリヤー材料の分量の変動が存在する一方、第２ショットのより高速な射出（材料のより少ない量のための少ない射出時間）、そして相対的に大きな量の第１ショットの制御された分量が第２ショット内部層のほぼ均一な高さを生じる。この知見は、相対的に小さなショットの分量のわずかな変動でさえ（その変動がより少ない量のうちのより大きなパーセントを占めるので）、層構造においてより大きな変動を生じるという以前の予想に直観的に反する。

１実施形態によれば、多層品を形成するために複数の金型キャビティにポリマー材料の複数ショットを順次的に配給する方法が提供され、方法は、
第１のポリマー材料の全製品重量の５０％超の所定の量の外部製品層を形成する第１ショットを複数の金型キャビティに、所定の量の第１の材料を各金型キャビティに別個に配給するために第１のポリマー材料が予め充填された室を各キャビティにおいて使用して、同時に配給することと、
第２の材料の全製品重量の最大１０％より構成される第２ショットを、第１ショット配給ステップの開始に続いて始まりキャビティの全部に同時に配給することと、
多層品を形成するために材料の１つ以上の追加ショットを配給することとを含み、
第２ショット配給ステップは各キャビティと流体連通するマニホルド流路によって第２の材料の第２ショットを射出することを含み、第２ショットは複数キャビティの全部に共通である第２の材料の供給源によって行使される圧力下で全部のキャビティに射出される。

第３ショットが各キャビティと流体連通するマニホルド流路によって配給されてもよく、第３ショットは複数キャビティの全部に共通である第３の材料の供給源によって行使される圧力下で射出される。

第２ショット配給ステップは複数のキャビティの全部への第１ショットの配給の完了時に始まり得る。同様に、第３ショットは全部のキャビティへの第２ショットの配給の完了後に始まり得る。

種々の実施形態において、材料の第２ショットの重量は、全製品重量の約１０％以下、約８％以下または約５％以下である。

第１ショット配給ステップは構造用ポリマー材料を第１のポリマー材料として配給し、第２ショットはバリヤー（または他の高性能）ポリマー材料を第２のポリマー材料として配給することができる。第３ショットは第３のポリマー材料として構造用および／またはリサイクル材料から構成され得る。

１方法の実施形態によれば、第２ショット配給ステップは第１ショット配給の完了前に始まる。さらに、第３ショット配給ステップは第２の配給ステップの開始以後かつ第１の配給ステップの完了前に始まり得る。第２ショットはバリヤーポリマー材料を配給し、そして第１および第３ショットは同一または異なる構造用ポリマー材料を配給することができる。

本発明の別の実施形態によれば、射出成形装置が提供され、それは、
複数の金型キャビティを備えており、各キャビティは、第１、第２および第３のポリマー材料の第１、第２および第３ショットを順次的に各金型キャビティにそれぞれ配給する第１、第２および第３の流体配給流路と流体連通しており、
第１の流体配給流路は別個の対応するキャビティと個別に流体連通する別個の流路部を有しており、各流路部は、対応するキャビティと別個に連通し第１ショットの間に第１の材料の全製品重量の５０％超の所定の量を別個に収容し対応するキャビティに配給する別個の流体射出室を有しており、
第２の流体配給流路は第２の材料の共通射出源と流体連通しており、共通射出源は各キャビティへの第１ショットの配給の開始に続いて始まる複数キャビティの全部への第２材料の第２ショットと同時に全製品重量の最大１０％の量を配給する圧力を行使する。

第２の材料の共通射出源は、各キャビティと共通に連通しそれに第２の材料を同時に配給する射出スクリューまたは流体室よりなり得る。

第２の流路および各キャビティの少なくとも一方または他方は各キャビティに向けて、またはその中を流れる第２の材料の温度の独立制御のための加熱機構を含み得る。

各キャビティは別個の対応するノズルと流体連通していてよく、各ノズルは、第１および第２ショットを対応するキャビティにそれぞれ順次的に配給するために第１および第２の流路とそれぞれ連通する第１および第２の孔を有する。

別個の流体射出室の各々は第１の駆動機構を含むことができ、第２の材料の共通射出源は第２の駆動機構を含むことができ、そして装置は全部のキャビティへの第１ショットの配給の完了時に第２ショットの配給の開始を生じるように第１および第２の駆動機構の動作のタイミングを計り指示するコントローラを含むことができる。

本発明の方法および機構は、ボトルその他の食品包装容器を製作するためのプレフォームといった多層プラスチック製品の製造において有用である。ポリマー材料は一般に、構造用材料および（例えば、ガス、湿気、風味などの通過を抑止する）バリヤーまたは他の高性能（例えば、高温充填用、再充填用または低温殺菌用容器のためのより高い耐熱性の）材料または、低コスト材料（例えばリサイクルポストコンシューマ製品および／または工場スクラップ）を含む。例えば、構造用および／または耐熱性材料は第１ショットとして射出され、バリヤーおよび／またはリサイクル材料は第２ショットとして射出され得る。第３ショットとして、構造用、バリヤーおよび／またはリサイクル材料が使用され得る。

各種層におけるポリマー材料の他の組合せが可能であり、本発明に含まれる。例えば、相対的にそれほど高額でないポリマーをより大量の層として使用し、より少量の層（第２ショット）としての相対的により高額なポリマーと組み合わせてもよい。いずれかの１つ以上の層は、強化された構造上または他の機能特性（例えば耐熱性、層間剥離抵抗など）を提供し得る。また、ここで使用されるところでは、第１、第２および第３のポリマーは異なるポリマーに限定されず、さらにポリマーはコポリマー、混合物、ブレンドなどを含むように広義に使用されている。

本発明の種々の実施形態の上記および他の特徴は、添付図面とともに以下の説明を参照することによってより良好に理解することができる。

各々の金型キャビティがホットランナー流路システムによって加圧流体材料の共通供給源と流体連通する複数キャビティ金型システムの概略図であり、各金型キャビティは単一射出サイクルの間に異なる速度で充填される。５層プレフォームの略側面断面図である。プレフォームの多層壁の一部の拡大部分断面図である。図２Ａの５層プレフォームから作られた吹込み成形ボトルの略側面断面図である。ボトルの多層壁をより詳細に図示している拡大部分断面図である。順次的に射出されるポリマー材料の第１、第２および第３ショットの結果として５層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。順次的に射出されるポリマー材料の第１、第２および第３ショットの結果として５層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。順次的に射出されるポリマー材料の第１、第２および第３ショットの結果として５層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。順次的に射出されるポリマー材料の第１、第２および第３ショットの結果として５層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。本発明の１実施形態に従った複数キャビティ射出成形システムの概略図であり（検討の容易さのために単一のキャビティだけを示す）、この場合３つの異なる材料が制御可能に各キャビティに射出される。各キャビティへの材料の配給のタイミングがコントローラによって制御される複数キャビティ射出成形システムの概略図である。本発明の選択的実施形態において使用可能な多位置アクチュエータ／バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。本発明の選択的実施形態において使用可能な多位置アクチュエータ／バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。本発明の選択的実施形態において使用可能な多位置アクチュエータ／バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。本発明の選択的実施形態において使用可能な多位置アクチュエータ／バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。本発明の別の実施形態に従った射出されるポリマー材料の第１、第２および第３ショットの結果として３層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。本発明の別の実施形態に従った射出されるポリマー材料の第１、第２および第３ショットの結果として３層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。本発明の別の実施形態に従った射出されるポリマー材料の第１、第２および第３ショットの結果として３層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。本発明の別の実施形態に従った射出されるポリマー材料の第１、第２および第３ショットの結果として３層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。図８の実施形態において使用可能なアクチュエータ／バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。

図１は、ポリマー材料の単一供給源１０によって供給される多数の本質的に同一に造形されたキャビティ１４ａ〜１４ｉを有する射出成形システムを図式的に示している。図１に示されたシステムは、各キャビティへの材料流れの分量または圧力を制御するのを援助する射出／計量ポットを含まず、逆に、射出ポリマー材料が種々の異なるマニホルド流路１２ａ〜１２ｃの全部に、そして複数のキャビティ１４ａ〜１４ｉの全部に流入させられるように強制する圧力の全部を供給する単一の射出源１０だけを使用する。図示の通り、各キャビティ１４ａ〜１４ｉへのポリマー材料の移動の最前端の進行は各キャビティについて異なり、各キャビティ内のポリマー材料の頂端または最先端水準は図１に図示の通り移動線１６の上下の距離が異なる。同一に造形されたキャビティの材料充填の速度および量のこれらの差は一般に、供給源１０から流路１２ａ〜１２ｃを通り別個のキャビティまでの流路移動の経路の寸法、形状、長さおよび温度のわずかな相違だけでなく、キャビティ１４ａ〜１４ｉ自体のわずかな相違に起因する。そのような流量の相違は流路またはキャビティ間の極めて小さな相違（例えば、長さまたは直径の数十分の１ミリメートルまたは温度での何分の１度）によって生じ得るが、そうした相違はやはり図１に図示の通り異なるキャビティ間での充填速度の差をもたらす。充填速度の小さな差でさえ、例えば多層プレフォームにおける内部バリヤー層の位置といった成形品の構造に重大な影響を及ぼし得る。

相対的に大きな量の第１の層材料を精確に要求される（すなわち計量された）分量で多数の金型キャビティの各個に射出することが、第２の相対的に少ない量の第２の射出材料のキャビティ内での適正な成層を達成するために重要であることがわかっている。材料の順次的な第１、第２および第３ショットを実行するための方法および装置が本発明に関連する多様な状況において生まれてくるので以下の例によって説明する。

３材料（３Ｍ）５層（５Ｌ）成形品の典型的な実施形態が図２Ａ〜２Ｂ（プレフォーム）および図３Ａ〜３Ｂ（ボトル）に例示されている。射出成形プロセスによって製造された多層プレフォーム１１０が図２Ａに図示されている。多層プレフォーム１１０は、中心内部コア層１３０、コア層の両側の２つの中間内部層１３６および１３８、外部内面層１３２および外面層１３４を有する。図３Ａに図示されたボトル２１０はプレフォーム１１０から吹込み成形プロセスによって作られる。プレフォームと同様、ボトルの壁は、中心内部コア層２３０、２つの中間内部層２３６、２３８および、外部内面層および外面層２３２、２３４を有する。多層プレフォームおよび／またはボトルの典型的な実施形態において、ボトル（図３Ｂ）のコア２３０および外部層２３２、２３４および／またはプレフォーム（図２Ｂ）のコア１３０および外部層１３２、１３４は構造用ポリマーから構成されるが、コア層の構造用ポリマーは外部層のそれと異なってもよい。ボトル（２３６および２３８）およびプレフォーム（１３６および１３８）の相対的に薄い（少量の）中間層は一般に、バリヤーまたは他の高性能ポリマーといった別のより高額なポリマーから構成される。多層プレフォーム、ボトルおよびパッケージの典型的な実例および、そうした多層物の各種層の特定の組成は、米国特許第４７８１９５４号、第４８６３０４６号、第５５９９４９６号および第６０９０４６０号に開示されており、それらの前述の全部の開示はそれらの完全な形で参照によってここに採り入れられる。

図４Ａ〜４Ｄは、図２Ａ〜２Ｂの５層３材料プレフォームを形成するための３ショット多層射出成形プロセスを例示している。プレフォームは、従来の射出金型の外型３０３とインナーコア３０２との間の金型キャビティ４６６において形成される。第１のポリマー材料３１８の第１ショットは金型キャビティ４６６の近位端（ゲート）に射出され、そしてそれが金型キャビティ内を流れる際に、外型３０３およびインナーコア３０２の相対的に冷たい温度のために、第１のポリマー材料の凝固が金型キャビティ／コアの内壁および外壁の双方で生じて第１の材料の外部内側プレフォーム層３０４および外側プレフォーム層３０６（図２Ｂの層１３２および１３４）を画成する。図４Ａにおいて、相対的に大きな量の第１ショット材料は金型キャビティ壁の上方途中（ほぼ半分）まで進行している。図４Ｂにおいて、例えばバリヤー材料といった第２のポリマー材料３２０の第２ショットが金型キャビティの底部に射出される。相対的に少ない量のバリヤー材料３２０はキャビティの下端に溜まるかもしれない。その後、第３のポリマー材料の相対的に大きな第３ショット３２２がある圧力でゲートに射出され、それは第２ショット材料３２０を金型キャビティの上方に押し上げて内側および外側中間プレフォーム層３０９、３１０（図２Ｂにおける層１３６および１３８）を形成させる一方、第３の材料３２２は中心コアプレフォーム層３２８（図２Ｂの層１３０）を形成する。外部層３０４および３０６間での第２ショット３２０および第３ショット３２２のトンネル流れは、バリヤー材料３２０の相対的に均一で薄い内部中間層３０９および３１０、および材料３２２のより厚いコア層の形成を可能にする。最後に、前進する層は金型キャビティの遠位端に到達し、（図４Ｄに図示の通り）首部終端にまで及ぶ内部中間層およびコア層を有する５層プレフォーム構造を生じる。代替として、内部層３０９、３１０および３２８は、プレフォーム壁の上方に部分的に及ぶだけかもしれず、例えばプレフォーム首部終端１１４（図１）の下方で終端してもよい。またさらに、（例えば第１の材料３１８の）第４ショットを第３ショットの後に射出し、ノズルから第３ショット材料３２２をきれいにするか、かつ／またはプレフォームベース（図示せず）の一部または全部にさらなる内部層を形成し、それにより第２および第３ショット材料を外部暴露から完全に封じ込めてもよい。ここで使用されるところでは、中間層３０９、３１０およびコア層３２８は、ベースのわずかな部分が露出するにせよしないにせよ、「内部」層とみなされる。上述のプロセスは例としてのみ提示されており限定的なものではなく、多くの他のプロセスがプレフォーム以外の製品を含む多層品を形成するために使用することができる。

図５は、本発明に従った射出成形システム４の１実施形態を示している。この実施形態は、図４Ａ〜４Ｄに関して述べたような３ショット５層プロセスを実行することができる。システム４は、インナーコア３０２および外型３０３のキャビティセット、関係するノズル４６８およびアクチュエータ４００、マニホルド１８、そして第１、第２および第３のポリマー材料の３つの別個の供給源２０、２２、３４を含む。検討の目的で、図５には１つの金型キャビティ４６６だけが図示されている。

第１の供給源（例えばスクリュー／バレル）２０が共通の送給マニホルド流路４４を通じて第１ショット材料を供給する。各々の別個のキャビティは計量（射出とも言う）ポット３６を別個に備えており、精確に計量された分量の構造用材料の第１ショットが個別のキャビティ４６６と特定的に連通する別個の流路部４８を通じて関係するキャビティに射出されるのを保証する。図５において、計量ポット３６はキャビティ４６６に送給する流路部４８に送給し、別個の計量ポットおよび関係する別個の流路部が複数キャビティシステムにおける多数のキャビティ（図５には図示せず）の各個について別個に設けられていることが理解される。共通流路送給部４４はバルブ３８を介してキャビティの全部および各々の個別の流路部４８と連通している。バルブ３８は第１ショットの開始時に閉じられて、システムの残りの部分との連通から流路部４８および計量ポット３６を切り離し閉鎖し、それにより計量ポット３６はキャビティ４６６およびその関係するノズル経路における流体材料圧力を別個に制御することができる。この実施形態において、ノズル４６８は中心軸孔４６０ならびに２つの側部孔４５８および４６２（図７Ａ〜７Ｃにおいてより詳細に図示）を有する。アクチュエータアセンブリ４００が中心孔４６０内のバルブピン４５０を動かして、ノズル孔４５８、４６０、４６２の全部の開閉を所定のプログラムに従って制御する。ノズルアクチュエータ４００（図５には図式的にのみ図示）は、単一ピストン／室アクチュエータ（図７Ａ〜７Ｃの特定の実施形態において図示の通り）、複数ピストン／室または、射出成形バルブピン用途での使用に適格ないずれかの他の既知のアクチュエータ設計とすることができる。図６に関して後述するコントローラがノズル４６８の選択された孔を通る流れを制御するために制御バルブ３８、３９、４０、５０、６２、６３に設けられている。

第１ショットとは異なり、例えばガスバリヤー（非活性または活性）材料といった第２ショット材料は共通マニホルド流路４２によって共通の単一の第２の供給源（例えばスクリュー／バレル）３４から多数のキャビティに共通に送給される。第１ショットに関して上述したように、各々の別個のキャビティはキャビティ４６６に送給する別個の流路部４６を備えている。図示の通り、共通流路送給部４２は、第１ショットの経過中および第２ショットの開始時まで一般に閉じられているバルブ４０によって個々の流路部４６と連通している。バルブ４０は流路部４６をシステムの残りの部分との連通から切り離し閉鎖する。送給流路４６は、ゲート４６４（図７Ａ〜７Ｃ参照）に送給するためにノズル４６８の胴内部の軸方向にオフセットされた送給孔４６２と連通している。バルブ４０が第１ショットの終わりに開かれると、スクリュー／バレル３４または、全部のキャビティ（図示せず）に共通である機械（主）射出ポットのどちらか一方は、複数キャビティシステムにおけるキャビティの全部への第２ショットの材料の配給に必要な圧力の全部を供給する。第２ショットの材料は、第１ショットの材料（図４Ｂ参照）が精確に計量された量ですでに配給されているので、そのような相対的に精確ではないやり方（例えば製品における第２ショット層の所要重量の±２０％）で配給することができる。特定の用途では、より大量の第２ショットバリヤー材料が供給され、それにより全部のキャビティが（例えば所定の最小バリヤー高さが各キャビティ／プレフォームにおいて満たされるのを保証するために）少なくとも最小限の量のバリヤー材料を受け入れる。多くの用途では、第２の材料の第２ショットは好ましくは、第１の材料の第１ショットがキャビティの全部に完全に配給されるまで、多数のキャビティのいずれの１つにも開始されない。しかし他の用途では、第２ショットは、第１ショットが始まった後それが終わる前に開始されてもよく、それによりいくらかの量の第１および第２の（そして第３の）ショットの同時配給が存在する。ここで使用されるところでは、「順次的」は、１つのショットは先行ショットの後に始まるが配給における若干の重なりは排除されないことを意味する。

第１ショットを個別のキャビティに送給するための計量ポット３６は一般に、システム４のホットランナーまたはマニホルド１８部分に取り付けられるように構成および適応されており、それにより個別の計量ポットは、個別のキャビティと別個に連通する各々の個別のマニホルド流路部４８との流体連通のために容易に相互接続され得る。対照的に、（後述の通り第３ショットのための計量ポット５６といった）主計量ポットは、多数のキャビティの全部への同時かつ共通の送給のために貯蔵され準備ができた材料の共通供給源として機能するために（マニホルド１８とは反対に）射出成形機自体に取り付け設けることができる。

図５に図示された実施形態において、機械計量ポット５６は、第３ショットの材料（図４Ｃ〜４Ｄ参照）を射出するための第３の供給源（スクリュー／バレル）２２と流体により接続されている。第３ショットは、ノズル孔４６０、４６２と同じゲート４６４で終端し連通するノズル４６８の第３の孔４５８を通じて同じゲート４６４に配給される。第３ショットの開始前に、機械計量ポット５６が充填され、バルブ６２が閉じられる。バルブ６３は全部のキャビティへの第３ショットの開始時に開かれる。共通マニホルド流路部５８は多数のキャビティの全部と連通しそれらへの第３ショットの同時射出を可能にする。機械計量ポット５６の使用の主要な目的の１つは、ある射出サイクルから次のサイクルへ射出の準備ができているように、過剰な流体材料がスクリュー／バレル２２とキャビティ４６６との間でシステムに常に存在することを保証するためである。機械計量ポット５６は、材料送給の共通供給源であり、多数のキャビティの全部に第３ショットの第３の材料を配給するために必要な圧力の全部を供給する。上述の通り、類似の機械計量ポットを第２ショットを実行することに関連して使用することができよう。

図６において図式的に図示された通り、複数キャビティシステムの各々の別個のキャビティへの材料の配給は、流体駆動アクチュエータ２６ａ〜ｄによって往復動可能であるバルブピン２７ａ〜ｄにより機械的に制御することができる。アクチュエータは、流体ポンプ２０、２２および／またはバルブ２４ａ〜ｄを通じてアクチュエータのシリンダーに制御可能に入出力される流体によって駆動される。ポンプ２０、２２の駆動装置に対するタイミングの計られた制御および／またはバルブ２４ａ〜ｄの開閉は、コントローラ２８のプロセッサおよび／またはメモリにロードされた所定のプログラムに従ってコントローラ２８の使用によって実行することができる。コントローラ２８は一般に、マイクロプロセッサまたは他のディジタルデータ処理／記憶装置を備える。

図７Ａ〜７Ｃは、単一射出サイクルの経過中の所定の時間に、キャビティに３連続ショットにおいて３つの材料の選択量を配給するためのノズル設計およびプロセスの１実施形態を示す。図示の通り、アクチュエータシステム４００は、軸Ｘに沿ったピストン４１２および、バルブピン４５０といったいずれかの関係／付属部品の往復流体駆動（水力または空気圧）運動のために室４１４内に封止して取り付けられた単一のピストン４１２を有するアクチュエータを備える。図６に関して説明した様態において、コントローラ２８はアクチュエータピストン４１２の駆動装置をプログラムに従って指示し、プログラムは、図７Ａ〜７Ｃに図示された複数位置間でのバルブピン４５０の動作および移動を、計量ポット３６、スクリュー２０、２２、３４、バルブ３８、３９、４０、５０、６２、６３、およびシステムのいずれかの関係する動作可能な構成要素のための駆動機構の動作と同期して精確にタイミングを取る。複数キャビティ用途において、コントローラ２８は一般に、単一射出サイクルの間に多数のアクチュエータ、バルブ、スクリュー、計量ポットなどの全部の駆動装置と相互接続されそれらに同時に指示する。

１実施形態において、図７Ａは、典型的な３材料ショット射出サイクルにおけるアクチュエータ４００およびバルブピン４５０の開始位置を示している。図７Ａにおいて、３つの材料流路４５８、４６０および４６２は全部、サイクルの初めに閉じられており、それによりゲート通路４６４への、またはそこからキャビティ４６６への３つの材料のいずれの流れもまったく存在しない。

図５に関して説明した通り、未使用材料の第１ショットはノズル４６８の中心軸孔４６０を通じて計量ポット３６から配給される。第１ショットの開始時に、コントローラ２８はアクチュエータ４００に対し、中心孔４６０の先端が開かれキャビティ４６６のゲート４６４への中心孔４６０を通る材料流れが可能になる、図７Ｂに図示された位置までバルブピン４５０を後退させるように命令する。第１ショットが始まると、キャビティ４６６は図４Ａに図式的に図示された様態および履歴で充填し始める。

第２ショットを開始するために、コントローラはアクチュエータ４００に対しピン４５０を図７Ｃに図示された位置に移動させて（第１ショット材料を送給する）中心軸孔４６０を閉じてノズル孔４６２内の第２の材料の流れを可能にするように命令する。同時に、コントローラ２８は、第２の材料の流れの開始をノズル孔４６２の開口と協調させるために、バルブ４０を開くか、またはスクリュー３４を動作させるかのどちらか一方（または両方）を命令する。第２ショットの射出流れが始まると、第２の材料は、各個別のマニホルド流路部４６、各々の第２のノズル孔４６２および各個別のゲート４６４の中を各個別のキャビティ４６６に流れて、図４Ｂに図示された第２ショット充填履歴を実現する。ここで説明したように、第２ショットを配給するための個別の計量ポットの使用は排除される。

第３の材料の第３ショットが共通マニホルド流路５８によって全部のキャビティに同時に配給される図５に例示された実施形態において、第３ショットは好ましくは全部のキャビティへの第２ショットの完了時に開始される。第３ショットは、バルブピン４５０および関係するアクチュエータ４００を図７Ｄに図示された位置に移動させることによって（全部のキャビティへ同時に、または別々の時間にのどちらかで）開始され、その位置において少なくとも第３の材料孔４５８の先端は開かれてゲート４６４およびキャビティ４６６と連通し、第３ショットポリマー材料が金型の第２ショット材料に突き進み５層プレフォームを形成するのを可能にする。コントローラ２８は、第３ショットの流れを精確に開始および終了させるようにピン４５０、アクチュエータ４００、バルブ６２、６３および計量ポット５６の移動を同時に指示する。第３ショットの終了時に、バルブピン４５０は図７Ａの閉位置に戻るように指示される。

図８〜９は、３層プレフォームを形成するための本発明に従った方法および装置の別の実施形態を例示している。図８Ａ〜８Ｂは３層品を形成するために金型を複数のポリマー材料で充填する一連のステップを示しており、図９は複数のポリマー材料を金型キャビティに供給するための関係するバルブ装置を示している。

図８Ａは、ＰＥＴといった構造用ポリマー材料５１８の第１ショットがコア５０２と外側キャビティ５０３との間の金型のゲート端に射出されているところを図示している。まさにこの時点で、全体の第１ショット量の約８０〜９５％が金型キャビティに射出されており、ＰＥＴの全体の第１ショット重量は全プレフォーム重量の約７５〜８５％である。図９は、適格なノズル５６８、バルブピン５５０ならびに、ピストン５１２、室５１４およびコントローラ５２８を含むアクチュエータアセンブリ５００を図示している。ノズル５６８は孔５６２を有し、それを通りＰＥＴ材料の第１ショットがゲート５６４から金型キャビティ５５６に導入される。

図８Ｂは、第１、第２および第３ショット５１８、５２０、５２２がそれぞれゲート５６４を通じキャビティ５６６に同時に射出されているシーケンスにおける次の時点を図示している。第１ショット５１８が金型に進入し充填し続ける間に、バリヤーポリマー材料５２０の第２ショットが開始される。さらに、この場合第１ショット材料と同じＰＥＴである構造用ポリマー材料の第３ショット５２２が、第２ショットバリヤー材料の開始とともに始められる。図９に図示の通り、孔５６２が第１ショットＰＥＴ材料を供給するのと同時に、第２ショットバリヤー材料は孔５５８によって供給され、そして第３ショットＰＥＴ材料は孔ノズル５６０によって供給される。この実施形態において、第１、第２および第３ショット孔の相対的配置は以前の実施形態のそれとは異なり、従って図５の送給供給源は既知の様態で相応に修正される（例えば、第１ショット孔５６２に送給するための個別の射出ポット、第２ショット孔５５８に送給するための共通供給源、および第３ショット孔５６０に送給するための別の供給源）。

図８Ｃはシーケンスにおける次の時点を図示しており、ここにおいて第２のバリヤーショット５２０は終了したが、第１ショット５１８および第３ショット５２２は続いている。図示の通り、第１ショット５１８はほとんど完了しているが（プレフォームの首部終端５０４の端に近づいている）、第３ショット５２２は（第１ショットの完了に伴い）なおも充填している。

図８Ｄはシーケンスにおける次の時点を図示しており、ここにおいて第１および第２ショットはこの時に終了しているが、第３ショット５２２はプレフォームが冷却し収縮する際のパックアンドホールド（pack and hold）段階のためにゲートに供給され続ける。プレフォーム終端部５０４（フランジ５０７のすぐ上）内部からプレフォームエンドキャップ５０９の頂端にまで及ぶ結果として得られる３層構造は、（第１および第３ショット５１８および５２２によって形成された）ＰＥＴの内側および外側外部層間に配置されたバリヤー材料の中心コア層５２０を含む。層の配置、材料の重量パーセント、および／または材料の組成は、所要の用途に従ってすべて変えることができる。

このようにプレフォームといった多層品を製造するための本発明の種々の方法および装置の実施形態を示してきた。これらの上記および他の実現および修正は当業者には容易に明らかとなるはずであり、以下の請求項に記載されるところの本発明の範囲内に包含される。

４射出成形システム
１０ポリマー材料の単一供給源
１２ａ〜１２ｃマニホルド流路
１４ａ〜１４ｉキャビティ
１６移動線
１８マニホルド、ホットランナー
１１０多層プレフォーム
１１４プレフォーム首部終端
１３０中心内部コア層
１３６、１３８中間内部層
１３２、２３２外部内面層
１３４、２３４外部外面層
２１０ボトル
２３０中心内部コア層
２３６、２３８中間内部層
３０２インナーコア
３０３外型
３０４外部内側プレフォーム層
３０６外部外側プレフォーム層
３０９内側中間プレフォーム層
３１０外側中間プレフォーム層
３１８第１のポリマー材料
３２０第２のポリマー材料
３２２第３のポリマー材料
３２８中心コアプレフォーム層
４００、５００アクチュエータ
４６８、５６８ノズル
２０、２２、３４ポリマー材料供給源
３４スクリュー／バレル
３６、５６計量ポット
３８、３９、４０、５０、６２、６３バルブ
４２、４４、４６、４８、５８共通流路送給部
４５０、５５０バルブピン
４６０、５６０中心軸孔
４５８、４６２、５５８、５６２側部孔
４６４、５６４ゲート
４６６、５５６金型キャビティ
４１２、５１２ピストン
２０、２２流体ポンプ
２４ａ〜ｄバルブ
２６ａ〜ｄ流体駆動アクチュエータ
２７ａ〜ｄバルブピン
２８、５２８コントローラ
４１４、５１４室
５０２コア
５０３外側キャビティ
５０４首部終端
５０７フランジ
５０９エンドキャップ
５１８第１ショット
５２０第２ショット
５２２第３ショット

Claims

射出成形多層品を形成するために複数の金型キャビティにポリマー材料の複数ショットを順次的に配給する方法であって、方法は、
第１のポリマー材料の全製品重量の５０％超の所定の量の外部製品層を形成する第１ショットを複数の金型キャビティに、所定の量の第１の材料を各金型キャビティに別個に配給するために第１のポリマー材料が予め充填された室を各キャビティにおいて使用して、同時に配給することと、
第２の材料の全製品重量の最大１０％より構成される内部製品層を形成する第２ショットを、第１ショット配給ステップの開始に続いて始まりキャビティの全部に同時に配給することと、
多層品を形成するために材料の１つ以上の追加ショットを配給することとを含み、
第２ショット配給ステップは各キャビティと流体連通するマニホルド流路によって第２の材料の第２ショットを射出することを含み、第２ショットは複数キャビティの全部に共通である第２の材料の供給源によって行使される圧力下で全部のキャビティに射出される、方法。
１つ以上の追加ショットを配給するステップは、各キャビティと流体連通するマニホルド流路を通じて第３の材料の第３ショットを配給することを含み、第３ショットは複数キャビティの全部に共通である第３の材料の供給源によって行使される圧力下で射出される、請求項１記載の方法。
第２ショット配給ステップは複数キャビティの全部への第１ショットの配給の完了時に始まる、請求項１記載の方法。
方法は、第２の材料を各々のキャビティに配給するステップに続いて複数キャビティの全部にポリマー材料の第３ショットを同時に配給するステップを含む、請求項３記載の方法。
第１ショット配給ステップは構造用ポリマー材料を第１のポリマー材料として配給する、請求項４記載の方法。
第２ショット配給ステップはバリヤーポリマー材料を第２のポリマー材料として配給する、請求項５記載の方法。
第３ショット配給ステップは構造用およびリサイクル材料のうちの少なくとも一方を第３のポリマー材料として配給する、請求項６記載の方法。
第２ショットは全製品重量の最大８％を配給する、請求項１記載の方法。
第２ショットは全製品重量の最大５％を配給する、請求項１記載の方法。
製品はプレフォームである、請求項１記載の方法。
第２ショットはプレフォームにコア層を形成する、請求項１０記載の方法。
第３ショットはプレフォームにコア層を封じ込める、請求項１１記載の方法。
第２ショットはプレフォームに２つの中間層を形成する、請求項１０記載の方法。
第３ショットはプレフォームに中心コア層を形成する、請求項１３記載の方法。
第４ショットはプレフォームにコア層および中間層を封じ込める、請求項１４記載の方法。
第２ショットの重量は全部のキャビティに形成される製品において第２ショット内部層の所定の最小高さを実現するように選定される、請求項１記載の方法。
製品はプレフォームであり、最小高さはプレフォームの首部に及ぶ、請求項１６記載の方法。
第２ショット配給ステップは第１ショット配給ステップの完了前に始まる、請求項１記載の方法。
第３ショット配給ステップは、第２ショット配給ステップの開始以後かつ第１の配給ステップの完了前に始まる、請求項１８記載の方法。
第２ショット配給ステップはバリヤーポリマー材料を配給する、請求項１９記載の方法。
第１ショット配給ステップは構造用ポリマー材料を配給する、請求項２０記載の方法。
第１および第３ショット配給ステップは同じ構造用ポリマー材料を配給する、請求項２１記載の方法。
多層品を形成するために複数の金型キャビティへのポリマー材料の複数ショットの順次的配給のための射出成形装置であって、装置は、
複数の金型キャビティを備えており、各キャビティは、第１、第２および第３のポリマー材料の第１、第２および第３ショットを順次的に各金型キャビティにそれぞれ配給する第１、第２および第３の流体配給流路と流体連通しており、
第１の流体配給流路は別個の対応するキャビティと個別に流体連通する別個の流路部を有しており、各流路部は、対応するキャビティと別個に連通し第１ショットの間に第１の材料の全製品重量の５０％超の所定の量を別個に収容し対応するキャビティに配給する別個の流体射出室を有しており、
第２の流体配給流路は第２の材料の共通射出源と流体連通しており、共通射出源は各キャビティへの第１ショットの配給の開始に続いて始まる複数キャビティの全部への第２ショットと同時に全製品重量の最大１０％の量を配給する圧力を行使する、装置。
第２の材料の共通射出源は、各キャビティと共通に連通しそれに第２の材料を同時に配給する射出スクリューまたは流体室よりなる、請求項２３記載の装置。
第２の流路および各キャビティの少なくとも一方または他方は各キャビティに向けて、またはその中を流れる第２の材料の温度の独立制御のための加熱機構を含む、請求項２３記載の装置。
各キャビティは別個の対応するノズルと流体連通しており、各ノズルは、第１および第２ショットを対応するキャビティにそれぞれ順次的に配給するために第１および第２の流路とそれぞれ連通する第１および第２の孔を有する、請求項２３記載の装置。
別個の流体射出室の各々は第１の駆動機構を含み、第２の材料の共通射出源は第２の駆動機構を含み、そして装置は全部のキャビティへの第１ショットの配給の完了時に第２ショットの配給の開始を生じるように第１および第２の駆動機構の動作を指示するコントローラを含む、請求項２３記載の装置。