JP2014507313A - 履物に用いられる材料を形成するための射出成形システム及び方法並びにそのシステム及び方法によって製造される材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、発泡部材を作製するためのシステム及び方法に関する。一例示の方法は、ポリマー処理システムを準備することと、ポリマー処理システムと流体連通する少なくとも１つの拡張可能な成形型キャビティを有する成形型を準備することと、ポリマー処理システム内においてポリマー材料及び発泡剤を混合して、未発泡混合物を作製することと、ポリマー材料及び発泡剤のある容積の未発泡混合物をポリマー処理システムから拡張可能な成形型キャビティ内に射出することと、成形型キャビティを拡張して、成形型キャビティ内の未発泡混合物を膨張させて発泡部材を形成することとを含む。

Description

本発明は、包括的には、射出成形の分野に関し、より詳細には、発泡部材を作製するための方法及びシステム並びにそれらによって形成される部材に関する。

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１１年１月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／４３６，７３４号の優先権及び利益を主張する。この米国仮特許出願の開示内容は、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなすものとする。本出願は、以下の米国特許及び米国特許出願、すなわち、２００１年１１月２７日に発行された米国特許第６，３２２，３４７号明細書、２００３年９月９日に発行された米国特許第６，６１６，４３４号明細書、２００３年１２月９日に発行された米国特許第６，６５９，７５７号明細書、２００５年４月２６日に発行された米国特許第６，８８４，８２３号明細書、２００５年８月９日に発行された米国特許第６，９２６，５０７号明細書、２００６年１２月５日に発行された米国特許第７，１４４，５３２号明細書、２００７年２月６日に発行された米国特許第７，１７２，３３３号明細書、２００７年９月１１日に発行された米国特許第７，２６７，５３４号明細書、２００８年１月１５日に発行された米国特許第７，３１８，７１３号明細書、２００９年１１月１０日に発行された米国特許第７，６１５，１７０号明細書、及び２０１０年４月８日公開された米国特許出願公開第２０１０／００８６６３６号明細書に関係している。これらの米国特許及び米国特許出願は、引用することによって、それらの全内容が本明細書の一部をなすものとする。

構造的なポリマー発泡材料は、ポリマーマトリックス内に、セルとも呼ばれる複数の空隙を含む。ポリマー材料を処理して発泡部材を作製するための多数の技法が当該技術分野において知られている。例示の技法は、バレル内におけるスクリューの回転によってポリマー材料を可塑性にする押出機を利用することができる。ある特定のプロセスでは、物理的発泡剤を、例えば、押出機のバレル内に形成された発泡剤ポートを通して、溶融したポリマー材料内に射出して、ポリマー材料及び発泡剤の混合物を形成することができる。次に、この混合物を処理（例えば、押出成形、吹込成形、又は射出成形）して、所望のポリマー発泡体製品を形成することができる。

そのような方法は、様々な発泡部材を作製するのに用いることができるが、例えば、履物業界において用いられる様々な発泡部材の作製では、ポリマー材料の射出成形に関連した改良されたプロセスが必要とされている。

本発明は、発泡部材並びに発泡部材を作製するための新規な方法及び装置を対象としている。

本発明の１つの側面は、発泡部材を形成する方法を含む。この方法は、バレル内に取り付けられてバレル内にポリマー処理空間を画成するスクリューと、ポリマー処理空間と連通するポリマー材料送達システムと、ポリマー処理空間と連通する発泡剤送達システムと、ポリマー処理空間の遠位部分と流体連通する少なくとも１つのノズルとを備えるポリマー処理システムを準備することを含む。この方法はさらに、ノズルと流体連通する少なくとも１つの拡張可能な成形型キャビティを有する成形型を準備することと、ポリマー処理空間内においてポリマー材料及び発泡剤を混合して未発泡混合物を作製することと、ポリマー材料及び発泡剤のある容積の未発泡混合物を、ノズルを通して拡張可能な成形型キャビティ内に射出することと、発泡部材を形成するように成形型キャビティを拡張することとを含む。様々な実施の形態では、この方法は、未処理のポリマー材料の溶融温度の５℃の範囲内の推定溶融温度を有し、約１００μｍ〜約５００μｍの厚さを有するスキン層を有し、約０．０１μｍ〜約５０μｍの平均セル直径を有し、及び／又は、約１０^８セル／ｃｍ^３〜約１０^１６セル／ｃｍ^３の平均セル数を有する発泡部材を作成することができる。

前記ポリマー材料は、ポリマー、エラストマー、及び熱可塑性物質からなる群から選択された材料を含むことができる。前記ポリマー材料は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、デュポン（商標）社のサーリン（登録商標）、ポリエチレン、又は熱可塑性ゴム（ＴＰＲ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。前記ＴＰＵは、Ｐｅｌｌｅｔｈａｎｅ（登録商標）又はＵｔｅｃｈｌｌａｎ（登録商標）のうちの少なくとも一方、例えば、Ｐｅｌｌｅｔｈａｎｅ（商標）２１０２−７５Ａ、Ｐｅｌｌｅｔｈａｎｅ（商標）２３５５−７５Ａ、又はＵｔｅｃｈｌｌａｎ（商標）ＵＴ８５−ＡＰＵのうちの少なくとも１つを含むことができるか、又は本質的にそれからなることができる。１つの実施の形態では、前記ポリマー材料は、約５０〜約９０若しくは約６５〜約９０若しくは約６５〜約８５のショアＡ硬度を有するか、又は約３０〜約９０のショアＤ硬度を有するＴＰＵを含むか、又は本質的にそれからなる。前記ＴＰＲは、スチレンブタジエンスチレン（ＳＢＳ）又はスチレンエチレンブタジエンスチレン（ＳＥＢＳ）のうちの少なくとも一方を含むことができるか、又は本質的にそれからなることができる。前記発泡剤は、窒素を含むことができるか、又は本質的にそれからなることができる。

１つの実施の形態では、発泡剤送達システムは計測システムを備える。計測システムは、発泡剤の流量及び／又は射出される発泡剤の質量のうちの少なくとも一方を制御するように構成することができる。ポリマー処理空間内に射出される発泡剤の質量は、未発泡混合物の約０．１質量％〜約２質量％、例えば、未発泡混合物の約０．４質量％〜約０．７５質量％とすることができる。

バレルは、混合前に高バレル温度に加熱することができる。１つの実施の形態では、ポリマー材料は、ＴＰＵとすることができ、高バレル温度は、摂氏約１９３度（華氏約３８０度）〜摂氏約２１６度（華氏約４２０度）、例えば摂氏約２０４度（華氏約４００度）とすることができる。１つの実施の形態では、バレルは、ゾーンごとに別々の温度設定を有する複数のゾーンに分割される。ノズルも、混合前に高ノズル温度に加熱することができる。高ノズル温度は、高バレル温度よりも高くすることができる。１つの実施の形態では、ポリマー材料はＴＰＵであり、高ノズル温度は摂氏約２１６度（華氏約４２０度）である。

前記方法の１つの実施の形態は、成形型キャビティ内に射出される未発泡混合物の容積及び／又は未発泡混合物が成形型キャビティ内に射出される速度のうちの少なくとも一方を制御することを含む。成形型キャビティ内に射出される混合物の容積は、拡張前の成形型キャビティの容積の約９５％〜約１０５％とすることができる。

前記方法は、拡張可能な成形型キャビティをポリマー材料の射出前に第１の成形型温度に維持することを更に含むことができる。第１の成形型温度は、例えば、摂氏２１度（華氏約７０度）〜摂氏５４．４度（華氏約１３０度）とすることができる。成形型は、成形型を加熱し及び／又は成形型を第１の成形型温度に保持するための温度制御システムを備えることができる。１つの実施の形態では、第１の成形型温度は、射出前の混合物の温度よりも低い。

拡張後の成形型キャビティの容積は、拡張前の成形型キャビティの容積の約２倍〜約１２倍とすることができ、例えば、拡張前の成形型キャビティの容積の約３倍とすることができる。様々な代替的な実施の形態では、例えば、処理される材料及び／又は形成される発泡部材の所望の特性に応じて、拡張後の成形型キャビティの容積は、拡張前の成形型キャビティの容積の約２倍〜約７倍、約３倍〜約１０倍、約５倍〜約１２倍、又は約２倍〜約８倍とすることができる。１つの実施の形態では、成形型は、約２ｍｍの厚さから約６ｍｍの厚さに拡張する。一般に、成形型は、その拡張していない位置とその拡張した位置との間の任意の適切な比だけ拡張させることができる。

成形型キャビティは、拡張前の第１の期間の間、拡張していない位置に保持することができる。第１の期間は、約１秒〜約３０秒とすることができる。ポリマー材料がＴＰＵである１つの実施の形態では、第１の期間は、約５秒〜約１５秒又は約１秒〜約２０秒とすることができ、例えば、約１０秒とすることができる。前記方法は、拡張後の第２の期間の間、成形型キャビティを拡張した位置に保持することを含むこともできる。第２の期間は、約１秒〜約６０秒、又は１２０秒まで、又はそれよりも長くすることができ、ポリマー材料がＴＰＵである１つの実施の形態では、第２の期間は、約３０〜約４０秒とすることができる。

１つの実施の形態では、前記方法は、拡張可能な成形型キャビティの拡張速度を制御することを更に含むことができる。成形型キャビティの拡張速度は、成形型内に射出される材料の拡張速度よりも速くすることができる。代替的に、成形型キャビティの拡張速度は、成形型内に射出される材料の膨張速度よりも遅くすることもできるし、膨張速度と実質的に同様とすることもできる。１つの実施の形態では、拡張していない位置から拡張した位置への成形型キャビティの拡張に要する時間は、約５秒未満、例えば約１秒とすることができる。

成形型キャビティを拡張することは、第１の成形型セクションからの第２の成形型セクションの側方変位及び／又はコアバック技法を介した成形型キャビティの第１の壁の側方変位を含むことができるか、又は本質的にそれからなることができる。１つの実施の形態では、第１の壁の側方変位は、成形型キャビティの第２の壁に対する第１の壁の非対称の変位を含む。成形型は、単一の拡張可能な成形型キャビティ又は複数の拡張可能な成形型キャビティを備えることができる。

本明細書において説明する前記方法から形成された発泡部材は、スキン層を備えることができる。スキン層は、約１００μｍ〜約５００μｍの厚さを有することができる。ポリマー材料がＴＰＵである１つの実施の形態では、スキン層は、約３００μｍの厚さを有することができる。発泡部材は、約０．０１μｍ〜約２００μｍの平均セル直径を有することができ、ポリマー材料がＴＰＵである場合、約０．０１μｍ〜約５０μｍの平均セル直径を有することができる。発泡部材は、約１０８セル／ｃｍ^３〜約１０１６セル／ｃｍ^３の平均セル数を有することができる。

発泡部材は、例えば、履物製品用のミッドソール又はその構成要素のうちの少なくとも一方を形成してもよい。

本発明の別の側面は、発泡部材を形成するためのシステムを含む。このシステムは、バレル内に取り付けられてバレル内にポリマー処理空間を画成するスクリューと、ポリマー処理空間と連通するポリマー材料送達システムと、ポリマー処理空間と連通する発泡剤送達システムと、ポリマー処理空間の遠位部分と流体連通する少なくとも１つのノズルであって、ポリマー処理空間は、ポリマー材料及び発泡剤を混合して未発泡混合物を作製するように構成されている少なくとも１つのノズルとを含む。このシステムはさらに、ノズルと流体連通する少なくとも１つの拡張可能な成形型キャビティを有する成形型と、ポリマー材料及び発泡剤のある容積の未発泡混合物を、ノズルを通して拡張可能な成形型キャビティ内に射出する手段と、発泡部材を形成するように拡張可能な成形型キャビティを拡張する手段とを含む。

本発明のさらに別の側面は、発泡ポリマー材料を含む射出成形された部材を含む。この部材は、約１００μｍ〜約５００μｍの厚さを有するスキン層と、約０．０１μｍ〜約５０μｍの平均セル直径と、約１０^８セル／ｃｍ^３〜約１０^１６セル／ｃｍ^３の平均セル数とを有し、発泡部材の容積は、発泡前のポリマー材料の容積の約２倍〜約４倍である。１つの実施の形態では、発泡部材は、発泡前のポリマー材料の溶融温度の５℃の範囲内の推定溶融温度を有する。

これらの目的及び他の目的は、本明細書において開示される本発明の利点及び特徴とともに、以下の説明、添付図面、及び特許請求の範囲を参照することによってより明らかになるであろう。さらに、本明細書において説明される様々な実施形態の特徴は、互いに相容れないものではなく、様々な組み合わせ及び並べ替えで存在できることが理解されるべきである。

図面において、同様の参照符号は、概して、種々の図全体を通じて同じ部分を指す。また、図面は、必ずしも一律の縮尺ではなく、その代わり、概して、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。以下の説明では、以下の図面を参照して本発明の様々な実施形態を説明する。

本発明の１つの実施形態による、単一の拡張可能な成形型キャビティ内に材料を射出するための射出成形システムの概略側面図である。 本発明の１つの実施形態による、複数の拡張可能な成形型キャビティ内に材料を同時に射出するための射出成形システムの概略側面図である。 本発明の１つの実施形態による一例示の発泡部材の概略平面図である。 図３Ａの発泡部材の、Ａ−Ａ切断面を通る断面側面図である。 本発明の１つの実施形態による、発泡部材を形成するための一例示の方法のフローチャートである。 本発明の１つの実施形態による、複数の履物ミッドソール構成要素を形成するための射出成形システム及び成形型キャビティの概略側面図である。 本発明の１つの実施形態による、履物製品用の例示の発泡ミッドソール構成要素の概略平面図である。 本発明の１つの実施形態による、履物製品用の例示の発泡ミッドソール構成要素の概略平面図である。 本発明の１つの実施形態による、履物製品用の例示の発泡ミッドソール構成要素の概略平面図である。 本発明の１つの実施形態による、履物製品用の例示の発泡ミッドソール構成要素の概略平面図である。 本発明の１つの実施形態による、履物製品用の別の一対の発泡前足部ミッドソール構成要素の概略平面図である。 本発明の１つの実施形態による、履物製品用の別の一対の発泡前足部ミッドソール構成要素の概略平面図である 本発明の１つの実施形態による、履物製品用の踵構成要素の概略平面図である。 図８Ａの踵構成要素の側面図である。 図８Ａの踵構成要素の、Ａ−Ａ切断面を通る側面図である。 本発明の１つの実施形態による、履物製品用の全長にわたる発泡ミッドソールの概略平面図である。 図９Ａのミッドソールの側面図である。 本発明の１つの実施形態による、発泡部材を形成するための六角形の成形型キャビティの形状の側面図である。 図１０Ａの六角形の成形型キャビティの形状の斜視図である。 図１０Ａの六角形の成形型キャビティの形状を用いて形成された発泡部材の側面図である。 図１０Ｃの発泡部材の斜視図である。

本明細書において説明する本発明は、例えば、履物において用いられる、改良された射出成形ポリマー発泡製品を作製するためのシステム及び方法並びにそれらによって形成された結果得られる発泡部材に関する。本明細書において説明するシステム及び方法は、履物用のミッドソール又はその構成要素に限定されるものではないが、そのような部材を作製するのに用いることができる。１つの例示の実施形態では、本明細書において説明するシステム及び方法は、シューズソールのミッドソール内のキャビティ内に挿入されてシューズソールの改善された性能を提供することができるポリマー発泡要素を作製するのに用いることができる。

本発明の１つの実施形態によるマイクロセル材料（例えば、発泡部材）を作製するための一例示の射出成形システム１００が図１に示されている。この実施形態では、射出成形システム１００は、ポリマー材料製品を射出成形するのに用いられる。射出成形システム１００は、バレル１０６内で回転可能なポリマー処理スクリュー１０４を含む押出システム１０２を備え、ポリマー処理スクリュー１０４とバレル１０６との間に画成されたポリマー処理空間１１０内のポリマー材料を下流方向１０８に搬送する。例えばペレットの形態のポリマー材料は、ポリマー処理空間１１０と流体連通する送達入口１１４を有するホッパーに限定されるものではないが、そのようなポリマー材料送達システム１１２からポリマー処理空間１１０内に給送される。１つの実施形態では、バレル１０６を、バレル１０６の外面に取り付けられた１つ又は複数の加熱ユニット１１６によって加熱することができる。代替的に、加熱ユニット１１６は、バレル１０６内に取り付けることができ、及び／又は少なくとも部分的にバレルの中を通って延びることができる。

加熱ユニット１１６は、混合の前にバレル１０６を高バレル温度に加熱し、混合及び射出中にバレル１０６をその高バレル温度に保持するのに用いることができる。１つの実施形態では、加熱ユニット１１６は、摂氏約１９３度（華氏約３８０度）〜摂氏約２１６度（華氏約４２０度）の高バレル温度にバレル１０６を保持することができる。ＴＰＵをポリマー材料として用いて発泡部材を形成するような１つの例示の実施形態では、高バレル温度は、摂氏約２０４度（華氏約４００度）とすることができる。代替的な実施形態では、それよりも高いバレル温度又はそれよりも低いバレル温度を利用することができる。

１つの実施形態では、ポリマー処理空間１１０は、ポリマー材料送達システム１１２用の送達入口１１４から、放出ノズル１３６に近接したポリマー処理空間１１０の遠位部分１３２まで延びる複数の加熱ゾーンを備えることができる。結果として、ポリマー処理空間１１０内のポリマー材料及び／又は発泡剤の温度を、混合射出プロセスの全体を通して精密に制御することができる。１つの実施形態では、射出成形システム１００は、送達入口１１４とポリマー処理空間１１０の遠位部分１３２との間に延びる５つの加熱ゾーンを、放出ノズル１３６内の第６の加熱ゾーンとともに有する。代替的な実施形態では、それよりも多くの又はそれよりも少ない数の加熱ゾーン、例えば、放出ノズル１３６の加熱ゾーンを含めずに、１つの加熱ゾーン、２つの加熱ゾーン、３つの加熱ゾーン、又は４つの加熱ゾーンを用いることができる。

バレル１０６は、当該バレルに連結されて、ポリマー処理空間１１０内の状態を監視する１つ又は複数の監視要素１１８（例えば、圧力変換器、温度センサー、化学センサー、及び／又は流量モニター）を有することができる。

ポリマー材料は、ポリマー、エラストマー、及び／又は熱可塑性物質を含むことができるか、又は本質的にそれらからなることができる。例えば、ポリマー材料は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、デュポン（商標）社のサーリン（登録商標）、又は熱可塑性ゴム（ＴＰＲ）とすることができる。

ＴＰＵは、例えば、Ｐｅｌｌｅｔｈａｎｅ（登録商標）又はＵｔｅｃｈｌｌａｎ（登録商標）、例えば、Ｐｅｌｌｅｔｈａｎｅ（登録商標）２１０２−７５Ａ、Ｐｅｌｌｅｔｈａｎｅ（登録商標）２３５５−７５Ａ、Ｕｔｅｃｈｌｌａｎ（登録商標）ＵＴ７５、Ｕｔｅｃｈｌｌａｎ（登録商標）Ｕ８０Ａ、及び／又はＵｔｅｃｈｌｌａｎ（登録商標）Ｕ８５Ａのうちの少なくとも１つを含むことができるか、又は本質的にそれからなることができる。ＴＰＲは、例えば、スチレンブタジエンスチレン（ＳＢＳ）又はスチレンエチレンブタジエンスチレン（ＳＥＢＳ）とすることができる。この材料（例えば、ＴＰＵ）は、約６０〜約９０若しくは約６５〜約９０若しくは約６５〜約８５のショアＡ硬度値を有するか、又は約３０〜約９０のショアＤ硬度を有するように選択することができる。代替的な実施形態では、結果として得られる発泡部材の特定の所望の構造的特徴に応じて、それよりも大きな又はそれよりも小さなショアＡ硬度値を有する材料を利用することができる。

発泡剤送達システム１８０は、押出システム１０２におけるポリマー処理空間１１０内のポリマー材料に発泡剤を導入するのに用いられ、バレル１０６は、発泡剤が導入される際に通るポート１２０を備えている。一例示の発泡剤送達システムは、米国特許出願公開第２０１０／００８６６３６号明細書に記載されており、この開示内容は、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなすものとする。

発泡剤送達システム１８０は、発泡剤の供給源１８２（例えば、貯蔵ユニット）と、１つ又は複数のポンプと、発泡剤の射出を制御するための制御システム１８４と、供給源１８２によって供給される発泡剤の流量及び／又は容積を監視及び制御するための計測装置１８６と、供給源１８２から、ポート１２０に連結されたインジェクタバルブ１９０に発泡剤を移送するための少なくとも１つの導管１８８とに限定されるものではないが、そのような要素を備えることができる。

１つの実施形態では、発泡剤送達システム１８０は、供給源１８２とポート１２０との間に位置するバイパスバルブ１９２を備えている。バイパスバルブ１９２が閉鎖した構成にあるとき、供給源１８２からポート１２０への発泡剤の流れは、バイパスバルブ１９２を通り、場合によってはバイパス通路１９４を通って、進路を変えられる。発泡剤は、例えば、バイパス通路１９４を通って進路を変えて、大気中に放出させることもできるし、供給源１８２に再び導入することもできるし、ポンプの前で再循環して発泡剤送達システム１８０内に戻すこともできる。バイパスバルブ１９２が開放した構成にあるとき、発泡剤は、供給源１８２からポート１２０に流れることができる。例えば、発泡剤が供給源１９２から一定に流れるとともに、発泡剤が（例えば、射出成形のような非連続的な可塑化プロセス中に）ポリマー材料に非連続的に流れることが所望されるときに、バイパスバルブ１９２は有用であり得る。ある特定の実施形態では、射出成形システム１００は、バイパスバルブ及び／又はバイパス通路を備えなくてもよい。

１つの実施形態では、発泡剤送達システム１８０は、供給源１８２とポート１２０との間に位置する１つ又は複数のインジェクタバルブ１９０を備えている。インジェクタバルブ１９０が開放した構成にあるとき、供給源１８２から押出システム１０２内のポリマー材料への発泡剤の流れが停止される。インジェクタバルブ１９０が開放した構成にあるとき、供給源１８２からの発泡剤がインジェクタバルブ１９０を通って押出システム１０２内のポリマー材料に流れ込むことが可能になる。したがって、インジェクタバルブ１９０は、射出成形システム１００においてポリマー材料への発泡剤の導入を選択的に制御するのに用いることができる。幾つかの実施形態では、発泡剤送達システム１８０は、発泡剤の導入を制御するために、インジェクタバルブ１９０及びバイパスバルブ１９２の双方を備えている。これらの実施形態では、インジェクタバルブ１９０の動作は、例えば、制御システム１８４を用いてバイパスバルブ１９２の動作と連動させることができる。１つの実施形態では、インジェクタバルブ１９０は、単一の装置においてバイパスバルブ１９２と結合することができる。

動作中、発泡剤送達システム１８０は、制御システム１８４を通じて、押出システム１０２のポリマー処理空間１１０内への発泡剤の導入を制御することができる。制御することができる発泡剤送達のパラメーターは、射出速度、射出される発泡剤の量、射出中に発泡剤が維持される圧力、発泡剤が射出される時間、射出の継続時間を含むが、これらに限定されるものではない。

発泡剤は、通常、所望の発泡剤レベルを有する混合物を提供するようにポリマー材料に導入される。所望の発泡剤レベルは、特定のプロセスに依存し、一般に、ポリマー材料及び発泡剤の約１５質量％未満である。多くの実施形態では、発泡剤レベルは、約３％未満であり、幾つかの実施形態では、約１％未満である。１つの例示の実施形態では、発泡剤レベルは、０．１％〜２％又は０．３％〜０．９％、又はより詳細には０．４％〜０．７５％である。代替的な実施形態では、発泡剤レベルは、ポリマー材料及び発泡剤の混合物の約０．１質量％未満又は更にそれよりも低くすることができる。

発泡剤は、窒素、二酸化炭素、炭化水素（例えば、プロパン）、クロロフルオロカーボン、希ガス、及び／又はそれらの混合物に限定されるものではないが、そのような当業者に知られている任意の適切なタイプの物理的発泡剤を含むことができるか、又は本質的にそれらからなることができる。１つの例示の実施形態では、発泡剤は、窒素を含むか、又は本質的にそれからなる。発泡剤は、気体、液体、又は超臨界流体のような任意の流動性の物理状態で供給することができる。１つの実施形態によれば、発泡剤供給源は、押出システム内に射出される際に超臨界流体状態にある発泡剤（例えば、窒素）を提供する。

発泡剤送達システム１８０は、特定のプロセスによって必要とされるような特定の条件（発泡剤の特定の射出速度又は射出される発泡剤の質量に限定されるものではないが、そのような条件）下で押出システム１０２内のポリマー材料に発泡剤を導入する制御及び／又は計測システムを備えることができる。例えば、ポリマー材料としてＴＰＵを用いて発泡部材を形成するような１つの実施形態では、発泡剤の質量流量は、０．０００５ｋｇ（０．００１ｌｂｓ）／時〜約４５．４ｋｇ（約１００ｌｂｓ）／時、場合によっては約０．０００９ｋｇ（約０．００２ｌｂｓ）／時〜２７ｋｇ（６０ｌｂｓ）／時、及び場合によっては約０．０００９ｋｇ（約０．０２ｌｂｓ）／時〜約４．５ｋｇ（約１０ｌｂｓ）／時とすることができる。それよりも高い又はそれよりも低い流量も適宜利用することができる。

スクリュー１０４は、発泡剤ポート１２０の上流に位置する制限要素１２２、発泡剤ポート１２０の位置若しくはその下流に近接した位置にある払拭セクション１２４、及び／又は発泡剤ポート１２０の下流にある混合セクション１２６に限定されるものではないが、そのような要素を備えることができる。

制限要素１２２は、蓄積された混合物が成形型１５０内に射出されている間、ポリマー処理空間１１０においてポリマー材料及び発泡剤の混合物の上流への流れを制限するために、スクリュー１０４がバレル１０６内に取り付けられるとき、発泡剤ポート１２０の上流に位置することができる。したがって、制限要素１２２は、発泡剤が溶液から時期尚早に出ることを防止するようにポリマー処理空間１１０内の混合物の圧力を維持するのに用いることができる。様々な実施形態では、制限要素１２２は、制限要素１２２の下流のポリマー材料を、射出サイクル全体を通して少なくとも６．９０ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）、他の場合には、射出サイクル全体を通して少なくとも約１３．８ＭＰａ（約２０００ｐｓｉ）、又は少なくとも約２０．７ＭＰａ（約３０００ｐｓｉ）の圧力に維持することができる。

１つの実施形態では、制限要素１２２はバルブである。このバルブは、開放した構成では、ポリマー材料の下流への流れが当該バルブを通ることを可能にするとともに、閉鎖した構成では、ポリマー材料の上流への流れが当該バルブを通ることを制限する。このバルブは、例えば、当該バルブの下流へのポリマー材料の圧力が当該バルブの上流へのポリマー材料の圧力を超えると、閉鎖した構成から開放した構成に移行することができる。好適な制限要素の設計は、米国特許第６,３２２,３４７号明細書に記載されており、この開示内容は、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなすものとする。

払拭セクション１２４は、スクリュー１０４がバレル１０６内に取り付けられるとき、制限要素１２２の下流でかつ混合セクション１２６の上流に位置することができ、例えば、実質的にポート１２０に位置することができる。払拭セクション１２４は、例えば、発泡剤のポート１２０（存在する場合には、オリフィスを備える）の下方を通る連続したスクリューのねじ山を備えて、ポリマー材料に導入されるときの発泡剤の分散を向上させることができる。１つの実施形態では、払拭セクション１２４は、スクリュー１０４の直径の約２分の１〜約３倍の長さを有する。代替的な実施形態では、払拭セクション１２４の長さは、必要に応じてそれよりも短く又はそれよりも長くすることができる。

混合セクション１２６は、スクリュー１０４がバレル１０６内に取り付けられるとき、制限要素１２２の下流、通常はポート１２０の下流に位置することができる。混合セクション１２６は、発泡剤及びポリマー材料の混合を向上させる。混合は、離散した状態若しくは分散した状態、又はそれらの２つの任意の組み合わせとすることができる。混合を向上させることによって、マイクロセルの処理にとって望ましくあり得るポリマー材料及び発泡剤の単一相の溶液の形成が可能になる。１つの実施形態では、混合セクション１２６は、不連続なスクリューのねじ山１２８を備えている。しかしながら、混合セクション１２６は、マドック（Maddock）、パイナップル、ピン、歯車、及び混ねつ機（及び／又はそれらの組み合わせ）に限定されるものではないが、そのような他の公知の設計を有することもできることが理解されるべきである。混合セクション１２６の長さは、特定のシステムに応じて任意の適切な長さとすることができる。１つの実施形態では、例えば、混合セクション１２６は、スクリューの直径の約２倍〜約６倍の長さを有することができるが、それよりも長い混合セクション及びそれよりも短い混合セクションも考えられる。

１つの実施形態では、スクリュー１０４は、スクリュー１０４の下流端に位置する先端バルブ１３０を備えている。先端バルブ１３０は、混合中は開放して、ポリマー材料及び発泡剤の混合物がポリマー処理空間１１０の遠位部分１３２内に蓄積することを可能にすることができ、射出中は閉鎖して、蓄積された混合物の上流への流れを防止することができる。したがって、先端バルブ１３０は、発泡剤が溶液から時期尚早に出るのを防止するように、遠位部分１３２内における混合物の圧力を維持する。先端バルブ１３０は、摺動ピストンの設計及び／又は摺動リングチェックの設計に限定されるものではないが、そのような任意の適切なバルブの設計を有することができるか、又は本質的にそのバルブの設計からなることができる。先端バルブ１３０は、圧力、ばね作用、又は他の機械的手段によって閉鎖することができ、１つ又は複数の段階の閉鎖動作を有することができる。先端バルブ１３０は、発泡剤及び溶融ポリマーの単一相の溶液を作り出すのを助ける混合機能及びポンプ機能も備えることができる。様々な実施形態では、先端バルブは、閉鎖速度を、中央の圧力の制限要素１２２の閉鎖速度と協調するようにバランスさせるように設計することができる。

１つの実施形態では、射出成形システム１００は、押出システム１０２の放出ノズル１３６と取り付けられた成形型１５０との間に位置する遮断ノズルバルブ１３４を備えている。１つ又は複数の加熱ユニット１４０を放出ノズル１３６に位置させて、押出システム１０２からの混合物の温度を制御することができる。加熱ユニット１４０は、混合の前に放出ノズル１３６を高ノズル温度に加熱するとともに、混合及び射出中に放出ノズル１３６をその高ノズル温度に保持するのに用いることができる。１つの実施形態では、加熱ユニット１４０は、高バレル温度よりも高い高ノズル温度に放出ノズル１３６を保持することができる。ポリマー材料としてＴＰＵを用いて発泡部材を形成するような一例示の実施形態では、高ノズル温度は、摂氏約２１６度（華氏約４２０度）とすることができる。

動作中、スクリュー１０４は、スクリュー駆動要素１３８（例えば、電気モーター）によって回転されて、ポリマー材料を可塑化するとともに、ポリマー材料をスクリュー１０４の下流のバレル１０６内の遠位部分１３２内に搬送する。発泡剤は、ポリマー処理空間１１０内に導入されて、ポリマー材料が遠位部分１３２に向かってスクリュー１０４の長手方向に沿って下流に搬送されるにつれて、制御された方法でこの材料と混合する。このようにして、ポリマー処理空間１１０において、ポリマー材料及び発泡剤の混合物が形成される。この混合物は、スクリュー１０４の混合セクション１２６において混合されて、スクリュー１０４の下流の遠位部分１３２に蓄積する均質の混合物が形成される。１つの実施形態では、結果として得られた混合物は、発泡剤がポリマー材料に溶解している単一相の溶液である。遠位部分１３２内に混合物が蓄積することによって、１つの実施形態では、軸方向におけるバレル１０６の上流方向にスクリュー１０４を押圧することができる圧力が生成される。代替的な実施形態では、スクリュー１０４は、プロセスの間、軸方向に移動されない。

蓄積中、遮断ノズルバルブ１３４を閉鎖して、蓄積された装入物内に、時期尚早な核形成、発泡、又はガス溶解を防止するのに十分な圧力を維持することができる。混合物の十分な装入物が蓄積された後、スクリュー１０４は回転を止めることができる。次に、遮断ノズルバルブ１３４又は他の任意の適切な流れ制御要素が開放されて、ポリマー材料及び発泡剤の混合物が、成形型１５０の１つ又は複数の成形型キャビティ１５２内に射出される。制限要素１２２及び／又は先端バルブ１３０は、射出中に、蓄積された混合物の逆流（すなわち、上流方向への流れ）を制限するか又は実質的に防止して、圧力を維持するとともに材料の時期尚早な核形成、発泡、又はガス溶解を防止することができる。さらに、制限要素１２２は、発泡剤が発泡剤のポート１２０の上流を通過して送達入口１１４の外部に向かうのを低減又は防止することができる。１つの実施形態では、遮断バルブ１３４、及び／又は放出ノズル１３６内又はその出口に位置する別の別個のバルブを用いて、例えば、成形型キャビティ１５２内に射出される混合物の容積及び／又は混合物が成形型キャビティ１５２内に射出される速度のうちの少なくとも一方を制御することによって、成形型キャビティ１５２内への材料の射出を制御することができる。１つの例示の実施形態では、成形型キャビティ内に射出される混合物の容積は、拡張前の成形型キャビティの容積の約９５％〜約１０５％である。

ポリマー材料及び発泡剤の混合物は、押出システム１０２の放出ノズル１３６から出ると、１つ又は複数の流体移送チャネル１４８を通って、成形型１５０内に位置する１つ又は複数の成形型キャビティ１５２内に移される。１つの実施形態では、成形型１５０は、図１に示すように、単一の成形型キャビティ１５２を備えている。代替的な実施形態では、図２及び図５に示すように、成形型２５０は、射出される混合物によって同時に充填される複数の成形型キャビティ１５２を有することができる。更に代替的な実施形態では、成形型１５０は、射出される混合物によって順次充填される複数の成形型キャビティ１５２を備えている。例えば、成形型１５０を中心軸の回りに回転可能にして、１つ又は複数の他の成形型キャビティ１５２が、完成した発泡部材の取り出し、追加の材料ショットの受け取りの準備、特定のキャビティ形状を画定するインサートの取出し及び交換、及び／又はメンテナンスのために回転されて押出システム１０２から離されている間、ポリマー材料及び発泡剤の射出のために１つ又は複数の成形型キャビティ１５２を押出システム１０２に露出させることを可能にすることができる。

成形型キャビティ１５２内への射出の際の混合物内の圧力差に起因して、ポリマー材料に溶解していた発泡剤は、溶液から出て、マイクロセルの複数のサイトの核を形成する。核が形成されたサイトは成長してマイクロセルになり、製品は成形型１５０内で冷却される。次に、成形型１５０を開き、必要とされるマイクロセル発泡体製品を作製することができる。このサイクルを繰り返して、成形された更なるマイクロセル製品を形成することができる。セルの核形成又はセルの成長のタイミングを制御するために、所望であれば、幾つかの実施形態では、成形型内に機械的対圧又はガス対圧のいずれかを用いることができる。様々な実施形態では、射出成形システム１００は、成形型１５０内への混合物の射出中及び射出後であるが成形型１５０の拡張前に、混合物の発泡量を制御するように構成することができる。例えば、成形型１５０の拡張前に、成形型１５０内に射出された材料（例えば、ＴＰＵ及び窒素を含む混合物）は、射出前の中実の材料と比較して、約１０％未満、例えば、７％未満、５％未満、３％未満、又は更には実質的に０％の密度減少が起こる場合がある。代替的な実施形態では、拡張前にそれよりも大きな密度減少（例えば、１０％〜２０％、又はそれよりも大きい）を利用することができる。

１つの実施形態では、成形型１５０は、温度制御システムを備えている。この温度制御システムは、例えば、材料の射出前に成形型キャビティ１５２を高温度に加熱し、射出中に成形型キャビティ１５２をその高成形型温度に保持し、及び／又は射出中及び／又は射出後に成形型キャビティ１５２の温度を冷却することによって、成形型１５０内の温度を制御する。成形型キャビティは、押出システム１０２の放出ノズル１３６を出て行く混合物の射出温度よりも低い高温度（周囲の空気に対して）に保持することができる。ポリマー材料としてＴＰＵを用いて発泡部材を形成するような１つの実施形態では、成形型キャビティは、射出中、摂氏約２１度（華氏約７０度）〜摂氏約５４．４度（華氏約１３０度）の高成形型温度に保持される。この成形型は、例えばアルミニウムから製造することができる。

１つの実施形態では、成形型１５０は、射出プロセス中に、成形型キャビティ１５２の１つ又は複数の壁１５６を移動させて成形型キャビティ１５２の容積を増加させるように構成された１つ又は複数の拡張要素１５４を備えている。これは、例えば、成形型キャビティ１５２内の発泡材料の膨張を制御して、所望の特性（質量、セル数、セル直径、スキン層の厚さ、及び／又は密度に限定されるものではないが、そのような特性）を有する発泡部材を作製する際に有益であり得る。ポリマー材料としてＴＰＵを用いて発泡部材を形成するような１つの実施形態では、拡張後の成形型キャビティ１５２の容積は、拡張前の成形型キャビティ１５２の容積の約２倍〜約４倍とすることができ、より詳細には、１つの実施形態では、拡張後の成形型キャビティ１５２の容積は、拡張前の成形型キャビティ１５２の容積の約３倍である。様々な代替的な実施形態では、拡張後の成形型キャビティ１５２の容積は、拡張前の成形型キャビティ１５２の容積の約２倍から約１２倍までに限定されるものではないが、そのような任意の適切なサイズとすることができる。例えば、成形型キャビティ１５２が拡張後に約６ｍｍの厚さを有するまで、この成形型キャビティ１５２が発泡中に拡張している状態で、ポリマー材料及び発泡剤の混合物を、約２ｍｍの厚さを有する成形型キャビティ１５２内に射出することによって、発泡部材を形成することができる。代替的な実施形態では、成形型キャビティ１５２は、拡張前には約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍの任意の適切な厚さを有することができ、拡張後には約２ｍｍ〜約２０ｍｍの厚さ又はそれよりも大きな厚さを有することができる。様々な実施形態では、製造されている特定の部材及び利用されている特定の材料に応じて、成形型キャビティ１５２は、最大で１０の拡張比までの処理中の任意の適切な容積比及び１０の拡張比よりも更に大きな処理中の任意の適切な容積比で拡張することができる。

成形型キャビティ１５２は、任意の適切な形状及びサイズを有することができる。１つの実施形態では、複数の成形型キャビティ１５２を有する成形型１５０を用いて、複数の同一の発泡部材又は複数の異なる形状の発泡部材を製作することができる。１つの実施形態では、成形型キャビティ１５２は、シューズミッドソール内のインサートとして挿入するための発泡部材を形成するようなサイズ及び形状とされる。代替的な実施形態では、成形型キャビティ１５２は、完成した又はほぼ完成した発泡ミッドソールを形成するようなサイズ及び形状とされる。

拡張要素１５４（例えば、成形型キャビティ１５２の１つの壁を画成する摺動可能なプレート）は、拡張要素１５４を移動させるように構成された１つ又は複数の駆動システム１５７に取り付けることができる。様々な実施形態では、拡張要素１５４は、電磁式モーター、空気圧式駆動要素、油圧式駆動要素、及び／又は磁気駆動要素に限定されるものではないが、そのような任意の適切な駆動要素によって移動させることができる。成形型１５０は、混合物の射出前、射出中、及び射出後の成形型キャビティ１５２の温度を制御するための１つ又は複数の温度制御システム１６０を備えることができる。温度制御システム１６０は、成形型１５０を設定温度に上昇させるとともに射出成形中に成形型１５０をその温度に又は実質的にその温度に保持することが可能な任意の適切な流体温度制御要素及び／又は電磁温度制御要素を備えることができる。一例示の温度制御システム１６０は、温度制御された熱伝導性流体が押し流される複数の流体チャネルを備えている。

成形型１５０の動作は、成形型制御システム１５８によって制御することができる。この成形型制御システムは、成形型キャビティ１５２の拡張速度、拡張の開始時間及び停止時間、成形型キャビティ１５２が拡張する容積、並びに成形型の温度に限定されるものではないが、そのような成形型１５０の動作上の特徴を制御することができる。成形型制御システム１５８は、１つの実施形態では、成形型の開閉も制御して、完成した発泡部材の回収を容易にすることができる。１つの実施形態では、成形型制御システム１５８は、成形型温度制御システム１６０の機能も制御することができる。

１つの実施形態では、成形型キャビティ１５２をその拡張した位置に拡張する前に、ポリマー材料及び発泡剤の混合物の射出中及び／又は射出後の設定された時間の長さの間、成形型キャビティ１５２を拡張していない位置に保持することができる。例えば、成形型キャビティ１５２は、材料混合物を射出した後、拡張を開始する前に、１つの実施形態では、約１秒〜約３０秒又は約１秒〜約２０秒の間、拡張していない位置に保持することもできるし、ポリマー材料がＴＰＵである１つの実施形態では、５秒〜１５秒、例えば１０秒の間、拡張していない位置に保持することもできる。その後、成形型キャビティ１５２は、拡張の後、成形型を解放して完成した部材を取り出す前の第２の期間（例えば、約１秒〜約６０秒、又は約１０秒〜約６０秒、又はより詳細には、約３５秒〜約４０秒）の間、その拡張した位置に保持することができる。代替的な実施形態では、この第２の期間は、約１２０秒までとすることもできるし、それよりも長くすることもできる。

１つの実施形態では、拡張可能成な形型キャビティ１５２の拡張速度を制御することもできる。例えば、１つの実施形態では、成形型キャビティは、その拡張していない位置からその拡張した位置に、約１秒〜約５秒、例えば約１秒で拡張することができる。１つの実施形態では、成形型は、発泡している混合物の自由拡張速度よりも高速度で拡張することができる。代替的な実施形態では、成形型は、発泡している混合物の自由膨張速度よりも遅い速度又はその自由拡張速度と実質的に同じ速度で拡張することができる。

本明細書において説明される方法及びシステムによって作製された結果得られる発泡部材は、発泡コアの周囲に外側のスキン層を備えている。一例示の発泡部材３００が図３Ａ及び図３Ｂに示されている。発泡部材３００は、外側のスキン層３０４によって囲まれた発泡した内側部分３０２を備えている。このスキン層の特定の厚さ及び特性は、射出される材料の特性及び射出中の成形型内の状態によって制御される。１つの実施形態では、制御パラメーターは、厚さ３０６が約１００μｍ〜約５００μｍ、ポリマー材料としてＴＰＵを用いて発泡部材を形成するような１つの特定の例示の実施形態では約３００μｍであるスキン層を有する発泡部材を作製するように選択することができる。本明細書において説明されるシステム及び方法によって制御することができる、結果として得られる発泡部材の他のパラメーターは、溶融温度、密度、質量、平均セル数、及び／又は平均セル直径を含むが、これらに限定されるものではない。例えば、一例示の発泡部材の平均セル直径は、約０．０１μｍ〜５０μｍとすることができ、一例示の発泡部材の平均セル数は、約１０８セル／ｃｍ^３〜約１０１６セル／ｃｍ^３とすることができる。結果として得られる発泡部材の厚さ３０８は、成形型キャビティ１５２の拡張した厚さに依存する。ある特定の実施形態では、結果として得られる発泡部材の推定溶融温度は、ポリマー材料の溶融温度と実質的に同じであるか又は実質的に類似している。１つの実施形態では、ポリマー材料の溶融温度の５℃の範囲内の推定溶融温度を有する発泡部材を形成することができる。

１つの実施形態では、結果として得られる発泡部材の推定溶融温度は、本明細書において説明する発泡プロセスによる影響を受けなかったか、又は受けた影響は最小限のものであった。例えば、ポリマー材料が本質的にＴＰＵからなる１つの実施形態では、発泡部材の推定溶融温度は、未処理のポリマー材料の溶融温度の５℃の範囲内であった。

１つの実施形態では、単一の制御システムが、押出システム１０２及び／又は成形型の様々な要素の動作に限定されるものではないが、それらを含む射出成形システム１００の複数の機能を制御することができる。例えば、単一の制御システムを用いて、例えば、ポリマー材料送達システム１１２、発泡剤送達システム１８０、バレル加熱ユニット１１６、スクリュー駆動要素１３８、ノズル加熱ユニット１４０、及び／又は遮断ノズルバルブ１３４（及び／又は放出ノズル１３６を通る材料の流れを制御するのに必要な他のバルブ要素）に限定されるものではないが、それらを含む要素の動作を制御することによって、ポリマー材料及び発泡剤の必要とされる混合物を成形型内に送達するのに必要な押出システム１０２の全ての機能を制御することができる。制御システムは、例えば、成形型制御システム１５８及び／又は成形型温度制御システム１６０に限定されるものではないが、それらを含む要素の動作を制御することによって、成形型１５０の機能も制御することができる。代替的な実施形態では、複数の制御システムが、通信して成形プロセスを制御することもできるし、個別に動作して成形プロセスのある特定の部分を制御することもできる。

本明細書において説明される方法及びシステムによって作製される発泡部材は、例えば、シューズソール内で、より詳細にはミッドソール又はミッドソールの構成部材として利用することができることが有利である。より詳細には、本明細書において説明される方法及びシステムを用いて、シューズミッドソール、又はシューズインソールの挿入可能な構成要素（例えば、シューズインソールの踵部分及び／又は前足部部分をシューズインソールの中央部分内に位置させるためのインサート）を形成することによって、従来技術の方法を用いて形成されたミッドソールから大幅に改良された性能特性を有するシューズを作製することができる。例えば、本明細書において説明される方法及びシステムによって作製される発泡部材を用いると、運動競技用シューズ（例えば、ランニングシューズ）のための有益なコンプライアンス特性（例えば、機械的衝撃スコア）を有するシューズソールを形成することができる一方で、なおかつ、長期の使用及び安定性を確保するのに十分な耐久性（例えば、圧縮永久歪）を維持することができる。加えて、そのような発泡部材を用いると、従来技術の方法を通じて達成することができるものよりも側面積の小さいミッドソール構成要素（すなわち、より薄いミッドソール）について運動競技用シューズ用の望ましいクッション特性を有するミッドソールを作製することができる。

本明細書において説明される方法を利用すると、従来の発泡方法において達成することができるものよりも高速かつ効率的に、シューズソールに用いられる発泡部材を作製することもでき、このプロセスは、潜在的に、従来の発泡方法が作製することができるものよりも低コストで優れた品質の部材を作製する。加えて、ＴＰＵ（再溶融及び再利用することができる）に限定されるものではないが、そのような材料を利用することによって、本明細書において説明される方法及びシステムを用いて、リサイクル可能なシューズソール又はシューズソール構成要素を作製することができる。

発泡部材を作製する一例示の方法が図４に示されている。この方法は、ポリマー処理システムを準備し（４０２）、拡張可能な成形型に連結する（４０４）ことを含む。このポリマー処理システムは、（ｉ）バレル内に取り付けられてこのバレル内にポリマー処理空間を画成するスクリューと、（ｉｉ）ポリマー処理空間と連通するポリマー材料送達システムと、（ｉｉｉ）ポリマー処理空間と連通する発泡剤送達システムと、（ｉｖ）ポリマー処理空間の遠位部分と流体連通する少なくとも１つのノズルとを備える。ポリマー材料が、ポリマー材料送達システムを通じてポリマー処理システム内に挿入され（４０６）、発泡剤が、発泡剤送達システムを通じてポリマー処理システム内に挿入される（４０８）。次に、ポリマー材料及び発泡剤は、ポリマー処理空間内において混合され（４１０）、未発泡混合物が作製される。次に、この未発泡混合物は、ノズルを通して拡張可能な成形型キャビティ内に射出される（４１２）。次に、この成形型キャビティが拡張されて（４１４）、発泡部材が形成される。その後、この発泡部材は、成形型から取り出すことができる（４１６）。

シューズミッドソールの構成要素を形成するための一例示の成形型５００が図５に示されている。成形型５００は、複数の拡張可能な成形型キャビティ５０２を備えている。成形型５００は、動作中に冷却流体を成形型５００内を通って押し流して成形型の温度を制御できるようにする複数の冷却ライン５１２を備えることができる。

１つの実施形態では、例えば、コアバック方法を通じて各成形型キャビティ５０２の第１の壁５０４の側方変位によって、成形型キャビティ５０２を拡張させることができる。各キャビティ５０２の可動な第１の壁５０４には、壁制御要素５０６を駆動する、油圧式で動力が供給される床運動機構によって動力供給することができる。様々の代替的な実施形態では、各成形型キャビティ５０２は、同じ又は別々の壁制御要素５０６によって駆動することができ、及び／又は、壁制御要素５０６は、空気圧式システム、電磁式システム、機械式システム、及び／又は磁気システムに限定されるものではないが、これらを含む任意の適切な動力供給される床運動機構によって駆動することができる。

別の実施形態では、成形型キャビティ５０２は、第１の成形型セクション５１０からの第２の成形型セクション５０８の側方変位によって拡張することができる。この実施形態では、発泡中、第１の成形型セクション５１０からの第２の成形型セクション５０８の移動によって、成形型キャビティ５０２は、周囲の環境に開放される。しかしながら、この結果、結果として得られる発泡部材の成形型キャビティ５０２の縁端部を越える膨張は、例えば、固定された第１の成形型セクション５１０の方向への成形型キャビティ５０２内の発泡混合物の膨張速度が高速であることに起因して、最小限にしか生じない。コアバック拡張方法が用いられるとき、成形型キャビティ５０２は、成形の完了後まで大気に露出されず、その結果、結果として得られる発泡部材は、拡張後の成形型キャビティ５０２の正確な又は実質的に正確な寸法で形成される。

１つの実施形態では、発泡部材は、クラック成形プロセスを利用することによって形成することができる。このクラック成形プロセスによって、第２の成形型セクション５０８は、十分な速度で及び／又は十分な変位によって成形型キャビティ５０２を周囲の環境に開放し、成形型内の材料が、固定された第１の成形型セクション５１０から遠ざかる方向に制約を受けずに膨張することを可能にする。このプロセスによって、発泡プロセス中に発泡部材のより制約のない膨張が可能になり、それによって、より複雑な３次元の発泡部材の作製が可能になる。このクラック成形プロセスを用いて形成された一例示の構造体が図１０Ａ〜図１０Ｄに示されている。図１０Ａ及び図１０Ｂは、成形型拡張前の六角形の成形型キャビティの形状６３０を示し、図１０Ｃ及び図１０Ｄは、クラック成形プロセスを通じて、六角形の成形型キャビティの形状６３０の拡張後に形成された発泡部材６３２を示している。様々な実施形態では、結果として得られる発泡部材に必要とされる構造的特性及び材料特性に応じて、任意のサイズ及び形状の成形型キャビティを利用することができる。

１つの特定の例示の実施形態では、ポリマー材料としてＴＰＵを用いるとともに発泡剤として窒素を用いることによって発泡部材を形成した。これらの部材は、上述したように、第１の成形型セクションからの第２の成形型セクションの側方変位によって実行される成形型キャビティの拡張を用いてマルチキャビティ成形型内に形成した。結果として得られた発泡部材は、運動競技用履物のミッドソール内に挿入するための、図６Ａ及び図６Ｂに示すような左足用の前足部インサート６０２及び右足用の前足部インサート６０３、並びに図６Ｃ及び図６Ｄに示すような左足用の踵インサート６０４及び右足用の踵インサート６０５を含むものであった。様々な実施形態では、必要とされる特定の設計及び機能的特性に応じて、任意の適切なサイズ及び形状のインサートを形成することができる。シューズソールの左足用の代替的な前足部インサート６０６及び右足用の代替的な前足部インサート６０８を形成する一例示の発泡部材が、図７Ａ及び図７Ｂに示されている。

発砲部材を形成する方法には、以下のパラメーターに従って射出成形型システムを制御することを含んでいた。

これらのパラメーターに従って本明細書で説明する方法を行い、以下のパラメーターで発砲部材を形成した。

結果として得られた前足部インサート６０２及び踵インサート６０４は、運動競技用履物の有利な性能特性をもたらす構造的特性を有するように作製した。

１つの実施形態では、壁の側方変位は、成形型キャビティ５０２の第２の壁に対する１つ又は複数の成形型キャビティ５０２の第１の壁５０４の非対称の変位を含むことができる。例えば、第１の壁５０４又はその一部分は、後退するにつれて、回動点の回りに回転させることができ、それによって、成形型キャビティ５０２の一方の側が他方の側よりも多くの量だけ、成形型キャビティ５０２の対向する壁から引き離される。１つの実施形態では、直線的な移動及び非対称の移動の任意の適切な組み合わせを第１の壁５０４の幅にわたって利用して、発泡部材の厚さがその長さ及び／又は幅に沿って変化する複雑な３次元形状を有する発泡部材を作製することができる。

発泡プロセス中に成形型キャビティの１つの壁の非対称の変位によって作製される非対称の厚さを有する一例示の発泡部材６１０は、図８Ａ〜図８Ｃに見ることができる。この例では、発泡部材６１０は、シューズミッドソールの踵構成要素の一部分を形成することができる。この実施形態では、成形型キャビティの移動する壁は、発泡プロセス中、後退して回動し、その結果、発泡部材６１０は、発泡部材６１０の一方の側に第１の厚さ６１２を有するとともに、発泡部材６１０の他方の側にそれよりも薄い第２の厚さ６１４を有する。様々な実施形態では、壁は、発泡プロセス中に回動するか又は別の方法で変位して、任意の適切な３次元外形の部材を作製することができる。様々な実施形態では、成形型キャビティは、複数の回動可能な壁部分を備えることができ、それによって、発泡部材は、発泡したときに様々な複雑な３次元形状を形成することが可能になる。

１つの実施形態では、成形型キャビティの１つ又は複数の壁は、成形プロセス中に膨張及び／又は収縮して成形部材の少なくとも１つの側に複雑な３次元表面を与える１つ又は複数の膜要素を備えることができる。この実施形態では、この膜要素は、例えば、膨張したときに当該膜要素を第１の形状に保持する構造要素を備えることができる。例えば成形プロセス中に膜要素が収縮したとき、膜要素は、第２の形状につぶれることもできるし、中実の支持面に対して完全につぶれることもでき、結果として得られた成形部材は、形状が膜要素の第２の形状又は支持面の形状に一致する。

１つの実施形態では、本明細書において説明するシステム及び方法は、シューズソールのミッドソールの一部又は全体を形成することができる、全長を有するミッドソール構成要素を作製するのに利用することができる。そのような全長を有するミッドソール構成要素は、単純な実質的に平坦な表面を伴って形成することもできるし、１つ又は複数の複雑な多数の切り子面のある表面を伴って形成することもできる。複数の成形された突出部６２４が延びる低部表面６２２を有する一例示の全長を有するミッドソール構成要素６２０が、図９Ａ及び図９Ｂに見ることができる。この実施形態では、突出部６２４は、成形されたキャビティを伴う壁を有する成形型キャビティを用いることによって形成することができ、これらの成形されたキャビティは、突出部６２４の形状と一致する。

１つの実施形態では、１つ又は複数のこれらの成形されたキャビティの遠方の壁は、成形型キャビティの壁の残りの部分に異なる速度で及び／又は異なる量だけ後退するように構成することができ、それによって、キャビティ内の材料は、発泡中に残りの材料の量よりも多い又は少ない量だけ膨張することが可能になる。結果として、発泡構成要素の残りの部分の材料特性と同じ又は異なる材料特性（例えば、より高い密度、より低い密度、又は同じ密度）を有する突出部６２４を形成することができる。様々な代替的な実施形態では、本明細書において説明する方法及びシステムのうちの１つ又は複数を用いて、構成要素又は任意のサイズ、形状、及び／又は複雑さを形成することができる。

１つの実施形態では、１つ又は複数のラグ又はインサートを、発泡プロセス前に１つ又は複数の成形型キャビティ内に配置することができ、それによって、発泡材料は、発泡プロセス中に、それらのインサートの周囲及び／又は内部に膨張することが可能になり、それによって、それらのインサートが埋め込まれた、完成した発泡部材が形成される。これは、例えば、１つ又は複数の異なる材料の構造要素（例えば、補剛要素又は補強要素、クリート又はスパイクを収納するためのねじ切りされた要素等）を有する発泡部材の形成物を発泡部材内に一体化して埋め込むことを可能にすることができる。

代替的な実施形態、及び／又は実施形態若しくは代替的な実施形態の構築に用いられる材料は、本明細書において説明した他の全ての実施形態に適用可能であることが理解されるべきである。

本発明は、本発明の趣旨又は本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態で具現化することができる。したがって、上記の実施形態は、全ての点において、本明細書において説明した本発明を限定するものではなく例示とみなされるべきである。したがって、本発明の範囲は、上記の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び均等の範囲に入る全ての変更は、特許請求の範囲に包含されることが意図されている。

Claims (24)

1. 発泡部材を形成する方法であって、
   （ｉ）バレル内に取り付けられて該バレル内にポリマー処理空間を画成するスクリューと、
   （ｉｉ）前記ポリマー処理空間と連通するポリマー材料送達システムと、
   （ｉｉｉ）前記ポリマー処理空間と連通する発泡剤送達システムと、
   （ｉｖ）前記ポリマー処理空間の遠位部分と流体連通する少なくとも１つのノズルと
   を備えるポリマー処理システムを準備することと、
   前記ノズルと流体連通する少なくとも１つの拡張可能な成形型キャビティを有する成形型を準備することと、
   前記ポリマー処理空間内においてポリマー材料及び発泡剤を混合して未発泡混合物を作製することと、
   前記ポリマー材料及び前記発泡剤のある容積の前記未発泡混合物を、前記ノズルを通して拡張可能な前記成形型キャビティ内に射出することと、
   発泡部材を形成するように前記成形型キャビティを拡張することと
   を含む方法。
2. 前記発泡部材は、未処理の前記ポリマー材料の溶融温度から５℃の範囲内の推定溶融温度を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ポリマー材料は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、デュポン（商標）社のサーリン（登録商標）、ポリエチレン、又は熱可塑性ゴム（ＴＰＲ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記発泡剤送達システムは、前記発泡剤の流量又は射出される発泡剤の質量のうちの少なくとも一方を制御するように構成された計測システムを備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記ポリマー処理空間内に射出される前記発泡剤の質量は、前記未発泡混合物の約０．１質量％〜約２質量％を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記バレルは、混合前に高バレル温度に加熱される、請求項１に記載の方法。
7. 前記ノズルは、混合前に高ノズル温度に加熱され、該高ノズル温度は、前記高バレル温度よりも高い、請求項６に記載の方法。
8. 前記成形型キャビティ内に射出される前記未発泡混合物の容積及び／又は前記未発泡混合物が前記成形型キャビティ内に射出される速度のうちの少なくとも一方を制御することを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 拡張可能な前記成形型キャビティを、ポリマー材料の射出前に、第１の成形型温度に維持することを更に含む、請求項１に記載の方法。
10. 拡張後の前記成形型キャビティの容積は、拡張前の前記成形型キャビティの容積の約２倍〜約１２倍である、請求項１に記載の方法。
11. （ｉ）拡張前の第１の期間の間、前記成形型キャビティを拡張していない位置に保持することと、
    （ｉｉ）拡張後の第２の期間の間、前記成形型キャビティを拡張した位置に保持することと、
    （ｉｉｉ）拡張可能な前記成形型キャビティの拡張速度を制御することと
    のうちの少なくとも１つを更に含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記成形型キャビティを拡張することは、前記成形型キャビティの第１の壁の側方変位を含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記第１の壁の側方変位は、前記成形型キャビティの第２の壁に対する前記第１の壁の非対称の変位を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記発泡部材はスキン層を備える、請求項１に記載の方法。
15. 前記スキン層は、約１００μｍ〜約５００μｍの厚さを有する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記ポリマー材料はＴＰＵを含み、前記スキン層は約３００μｍの厚さを有する、請求項１４に記載の方法。
17. 前記発泡部材は、約０．０１μｍ〜約２００μｍの平均セル直径を有する、請求項１に記載の方法。
18. 前記ポリマー材料はＴＰＵを含み、前記発泡部材は、約０．０１μｍ〜約５０μｍの平均セル直径を有する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記発泡部材は、約１０^８セル／ｃｍ^３〜約１０^１６セル／ｃｍ^３の平均セル数を有する、請求項１に記載の方法。
20. 発泡部材を形成するためのシステムであって、
    バレル内に取り付けられて該バレル内にポリマー処理空間を画成するスクリューと、
    前記ポリマー処理空間と連通するポリマー材料送達システムと、
    前記ポリマー処理空間と連通する発泡剤送達システムと、
    前記ポリマー処理空間の遠位部分と流体連通する少なくとも１つのノズルであって、前記ポリマー処理空間は、ポリマー材料及び発泡剤を混合して未発泡混合物を作製するように構成されている少なくとも１つのノズルと、
    前記ノズルと流体連通する少なくとも１つの拡張可能な成形型キャビティを有する成形型と、
    前記ポリマー材料及び前記発泡剤のある容積の前記未発泡混合物を、前記ノズルを通して拡張可能な前記成形型キャビティ内に射出する手段と、
    前記発泡部材を形成するように拡張可能な前記成形型キャビティを拡張する手段と
    を備えるシステム。
21. 発泡ポリマー材料を含む射出成形された部材であって、
    約１００μｍ〜約５００μｍの厚さを有するスキン層と、
    約０．０１μｍ〜約５０μｍの平均セル直径と、
    約１０^８セル／ｃｍ^３〜約１０^１６セル／ｃｍ^３の平均セル数と
    を有し、
    前記発泡部材の容積は、発泡前の前記ポリマー材料の容積の約２倍〜約４倍である部材。
22. 前記ポリマー材料はＴＰＵを含み、前記スキン層は約３００μｍの厚さを有する、請求項２１に記載の部材。
23. 前記ポリマー材料はＴＰＵを含み、前記発泡部材の前記容積は、発泡前の前記ポリマー材料の前記容積の約３倍である、請求項２１に記載の部材。
24. 発泡前の前記ポリマー材料の溶融温度の５℃の範囲内の推定溶融温度を有する、請求項２１に記載の部材。

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