JP2014509240A - 粒子の濃度に変化があるオブジェクトの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

定義された濃度プロファイルを、粒子の様々な濃度のオブジェクトを製造するための装置および方法が開示される。実施形態では、粒子の濃度を変化させたオブジェクトを別の粒子濃度を含む液体を混合することにより製造される、そのような液体が混合された割合が経時的に変化している。得られた液体粒子の様々な濃度のオブジェクトを形成するために必要な形状に鋳造または押し出される。

Description

この出願は、“粒子の濃度に変化があるオブジェクトの製造方法”という名称の２０１０年１０月１９日にインド・ムンバイで出願された仮特許出願２９０４／ＭＵＭ／２０１０から優先権を主張する。

本発明は、材料に関する。より具体的には、第２の材料の粒子の濃度を変化させて材料の物体の製造に関するものである。

オブジェクトは、特にそれらの中に埋め込まれた第２の材料の粒子を有する第１の材料のロッドまたはシートは、当技術分野において様々な目的のために使用される。このような粒子は、強度、脆性、耐熱性など様々な目的のために有益であるようなオブジェクトのいくつかの特性の変化を引き起こすことがある。粒子と棒とシートが、光の目的のために使用されています。例えば、透明ロッド又はシートは、それに埋め込まれた屈折率の異なる粒子を有していてもよい。透明ロッドまたはシートは、光ガイドとして機能し、埋め込まれた粒子が導波光を分散させる。この装置を光源として用いることができる。粒子は、用紙に色を付与するために添加染料であってもよい。

定義された濃度プロファイルを、粒子の様々な濃度のオブジェクトを製造するための装置および方法が開示される。実施形態では、粒子の濃度を変化させたオブジェクトを別の粒子濃度を含む液体を混合することにより製造される、そのような液体が混合された割合が経時的に変化している。得られた液体粒子の様々な濃度のオブジェクトを形成するために必要な形状に鋳造または押し出される。

さまざまな実装の詳細および要素の組み合わせを含む、上記および他の好ましい特徴は、より具体的には、添付の図面を参照しながら説明および特許請求の範囲において指摘されている。なお、本明細書に記載された特定の方法およびシステムのみではなく、制限など実例として示されていることが理解されるであろう。当業者によって理解されるように、本明細書に記載される原理および特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な、多数の実施形態で使用することができる。

本明細書の一部として含まれている添付の図面は、現在の好ましい実施形態、本発明の原理を説明し、教えるのに役立つ上記の一般的な説明と、以下の好ましい実施例の詳細な説明を一緒に示す。

本実施形態による、粒子の濃度を変えて物体を製造するためのシステムのブロック図を示す。 本実施形態による、粒子の濃度を変えて物体を製造するためのシステムを示す図である。 本実施形態による、粒子の濃度を変えて物体を製造するためのシステムを示す図である。 本実施形態による、粒子の濃度を変えて物体を製造するためのシステムを示す図である。 一実施形態による、例示的なシートダイのブロック図を示す。 本実施形態による、粒子の濃度を変えて物体を製造するための射出成形装置のブロック図を示す。 一実施形態による、液体の２つのストリームを混合する混合マニホールドのブロック図を示す。 一実施形態による、液体の２つのストリームを混合する混合マニホールドのブロック図を示す。 一実施形態による、液体の２つのストリームを混合する混合マニホールドのブロック２文字組を示す図である。 一実施形態による、粒子の様々な濃度の物体の製造方法を示す図である。

定義された濃度プロファイルで、粒子の濃度が変化する物体を製造するための装置および方法が開示される。実施形態では、粒子の濃度を変化させたオブジェクトは、そのような液体とが混合された割合は経時的に変化させ、異なる粒子濃度を含む液体を混合することによって製造される。得られた液体は、粒子の様々な濃度のオブジェクトを形成するためにキャストするか、必要な形状に押し出されている。

図１は、本実施形態によれば、粒子１９９の濃度を変化させたオブジェクトを製造するためのシステムのブロック図を示す。装置１１０は、粒子濃度１０３の材料を生成する。別のデバイス１２０は、粒子濃度１０５の材料を生成する。粒子濃度１０５は、通常、粒子濃度１０３とは異なる粒子濃度である。実施形態では、装置１１０及び１２０は、押出機又は射出成形機であってもよい。装置１１０および１２０は、変更、または変更することができる圧力ですることができる速度で材料を分配することができる任意のマシンとすることができる。二つの材料は、粒子濃度１０７の材料を与えるために、混合装置１３０で一緒に混合される。実施形態では、混合装置１３０は、押出機、混合マニホールド、又は材料を混合するチャネルのチャネルまたはシステムとすることができる。濃度のいずれかがゼロ濃度である可能性があります。実施形態では、濃度１０３および１０５は、時間に対する可変とされる。このようにして所望の濃度１０７は、混合装置１３０の出力において得られる。別の実施形態では、濃度１０３及び１０５の材料は、混合装置１３０内の異なる割合で混合される。特定の瞬間で混合される各材料の量を時間と共に変化混合装置１３０の出力において濃度を与えるために、時間と共に変化する。

実施形態では、混合材料は、最終固体生成物を製造するために、例えば押出または射出成形などのプロセスを用いて押出成形又は成形される。

図２は、本実施形態によれば、粒子２９９の濃度を変化させて物体を製造するためのシステムを示す図である。粒子濃度２０３の材料は、スクリュー押出機２０２を用いて得られる。粒子濃度２０５の材料は、別のスクリュー押出機２０４を用いて得られる。これら二つのスクリュー押出機の出力は、例えば、スクリュー押出機２０６のような混合装置に接続されている。スクリュー押出機２０６は、２つのスクリュー押出機２０２および２０４から液体又は液化物が供給される。この材料は均質材料を製造するためにネジ２１３によって量産されている。

２０３および２０５の一方または両方のいずれかがゼロ濃度（その内部には粒子とすなわち１）である可能性があります。粒子濃度２０３の材料の押出速度は、スクリュー２０９の回転速度を変化させることにより経時的に可変することができる。粒子濃度の材料の押出速度は２０５もまた、スクリュー２１１の回転速度を変化させることにより経時的に可変することができる。押出機２０２、押出機２０４のスクリュー速度は、同一または異なることができる。押出機２０２、押出機２０４の出力は、押出機２０６への入力として与えられる。押出機２０６は、出力粒子濃度２０７を有する材料を生成するために粒子濃度２０３および２０５を有する材料を混合する。出力粒子濃度２０７は固定または時間とともに変化することができます。

押出機２０７のスクリュー２１３の回転速度は、出力流量を決定する。実施形態によれば、押出機２０６の出力流量は押出機２０２および２０４の出力流量の和に設定されている。或いは、押出機２０２および２０４の出力流量は、それらの合計が押出機２０６の出力流量となるように設定されている。ネジ２０９および２１１の回転速度は、それぞれの押出機２０２および２０４の出力流量を設定する。出力流量はまた、押出機２０２および２０４の出力流量が経時的に変化する等、そのような押出機のスクリュー、サイズやデザインのサイズやデザインなどの他の要因によって決定される。所与の瞬間に押出機２０２および２０４の出力流量比は、押出機２０６の入力における特定の濃度の物質を生成する。出力流量の比は経時的に変化するように、押出機２０６の入力における濃度が変化する。これは、押出機２０６の出力で様々な濃度を作成します。

二つの入力押出機２０２及び２０４は、異なる粒子濃度の出力材料に対して行われる。これは、各入力押出機、異なる粒子濃度を有する材料を供給することによって行われる。実施形態では、純粋な基材と粒子状物質は、入力押出機のスクリューに供給するフィーダ（ホッパー）に正確な量で供給される。別の実施形態では、純粋な基材は、事前定義された濃度レベルで、その中に埋め込まれた粒子材料を有する。これは、マスターバッチ、または２つの材料が混合される種々の押し出しまたは混合プロセスを使用して複合材料を作成することによって、例えば、行うことができる。本実施形態では、その中に埋め込まれた粒子材料を有する純粋な基材と、基材のペレットは、正確な量のフィーダに供給される双方。上記のすべての方法では、供給されている２種の適切な量を選択すると、入力押出機で適切な粒子濃度を作成します。押出機スクリューが十分に供給される２種が均一に基材中の粒子状物質を分散させる混合する。実施形態では、入力押出機に供給される材料は、固体形態である。材料を加熱および／または加圧された入力押出機の出力において液体を生成するためのねじ作用によって量産されている。

図３は、本実施形態によれば、粒子３９９の濃度を変化させて物体を製造するためのシステムを示す図である。粒子濃度３０３の材料は、押出機３０２を用いて得られる。粒子濃度３０５の材料は、別の押出機３０４を用いて得られる。これら給電押出機（３０２及び３０４）がネジ３０９および３１１を有することができる。これらの２台の押出機の出力は、押出機３０６内で混合される。３０３および３０５の一方または両方のいずれかがゼロ濃度（その内部には粒子とすなわち１）である可能性があります。ピストン（３１５又は３１７）を有するチャンバは、混合押出機３０６に給機を接続する流路に取り付けられている。粒子濃度３０３の材料の出力流量を時間とともに上下にピストン３１５を移動させることによって変化させることができる。粒子濃度３０５の材料の出力流量を時間とともに上下にピストン３１７を移動させることによって変化させることができる。ピストン３１５は、ピストン３１７と一体に移動することができます。ユニゾンは１ピストンが他の移動上下に移動するような方法で可能性があります。一実施形態では、ピストン３１５と、ピストン３１７に機械的に接続されている。粒子濃度３０３及び濃度３０５の材料は、それらは、出力濃度３０７の材料を製造するために混合する押出機３０６への入力として与えられる。

実施形態によれば、粒子濃度３０３の材料の出力流量は押出機３０２（それ自体スクリュー３０９の回転速度の関数）とにより添加率に起因する材料の押出速度の合計であるピストン３１５。ピストン３１５による添加率は、ピストンの速度に比例する。実施形態では、添加率は、ピストンの速度との積、押し出される材料のピストンと密度の表面積である。ピストンがチャネルから遠ざかっている場合、ピストンは、材料流路と負に向かって移動している場合、内ピストンのため、この添加率は正である。ピストン３１５、添加率、したがって粒子濃度３０３の材料の出力速度の速度を制御することによって制御することができる。ピストン３１７の速度を制御することにより、同様に、粒子濃度３０５の材料の出力速度を制御することができる。

反復的（周期的）濃度プロファイル（濃度パターン）を取得するために、ピストンの速度が周期的に変化する。パターンの最後に、それらは当初と同様の位置にあるように、正と負の両方の速度を介してピストンサイクル。

図４は、本実施形態によれば、粒子４９９の濃度を変化させて物体を製造するためのシステムを示す図である。粒子濃度４０３の材料は、スクリュー押出機４０２を用いて得られる。粒子濃度４０５の材料は、別のスクリュー押出機４０４を用いて得られる。これら二つのスクリュー押出機の出力は、スクリュー押出機４０６内で混合される。 ４０３および４０５の一方または両方のいずれかがゼロ濃度（その内部には粒子とすなわち１）である可能性があります。ネジ４０９と４１１は、往復のネジですが、すなわち、それらは、それぞれの空洞内を前後に移動することができます。濃度４０３および濃度４０５は時間とともに可変にすることができます。一実施形態では、粒子濃度が４０３の押出速度は、空洞４１５の内側方向４１９にネジ４０９を移動させることにより、材料の流量を変えることによって変えることができる。粒子濃度４０５の押出速度は、空洞４１７の内側方向４２１にネジ４１１を移動させることにより、材料の流量を変えることによって変えることができる。粒子濃度４０３及び濃度４０５の材料は、それらは、出力濃度４０７の材料を製造するために混合する押出機４０６への入力として与えられる。

粒子濃度４０３の材料の出力流量は、スクリュー４０９の回転速度、ならびにそれが押出機シリンダー内で前方または後方に移動する速度に依存する。これらの一方または両方は、材料の出力速度を変えるために変化させることができる。同様に、粒子濃度４０５の材料の出力流量が変化する。

実施形態では、往復運動、ねじの回転運動が交互。回転運動は、ねじの端部に加熱液体を生成し、スクリュー前進は、混合材料に前方材料を送信する。このような前進運動の速度は、２つのスクリュー押出機からの材料は、異なる時間に異なる割合で混合されるように、異なる時間に異なる。

実施形態では、また、押出機４０２および４０４、および混合押出機４０６との間のチャネルに往復ピストンとシリンダが取り付けられてもよい。先に記載のピストンの速度は、出力流量に影響を与える。

図５は、一実施形態による、例示的なシートダイ５９９のブロック図を示す。ポイント５１１二つの枝の液体５０１分岐し。同様に、それはそのような５１３、５１５と５１７などの点でさらに分岐する。このような５０３、５０５、５０７及び５０９入口からダイの最後までチャンネル液体５０１としてチャンネル。ダイの端部に、チャネルは、液体のいずれかのシートを形成するマージ。このように、液体が入口から全ての液体が押し出される前の走行同一または類似の距離を通過するようなシート押出口に導かれる。液体の可変濃度ストリームはシートが５９９死ぬ入っている場合は、この方法では、それは任意の時点（シート上の水平位置）に押し出され、様々な部分が同じまたはほぼ同じ濃度を持つことになり段階的濃度のシートを作成します。

図６は、本実施形態によれば、粒子の濃度を変えて物体を製造するための射出成形装置６９９のブロック図を示す。射出成形機６０１および射出成形機６０２は、混合マニホールド６０３への粒子濃度の異なる液体を注入する。２液体は、単一の液体にマージ終了は、混合マニホールド意図されたオブジェクトがキャストされる金型６０４を、入力すること。意図された目的は、ロッド又はシートであってもよい。シートの場合には、同じ濃度の領域は水平方向にキャストされることを保証チャネルのシステムは、シートの前に使用することができる。射出成形機は、注入される２つの液体の割合が経時的に変化するように、時間の経過とともに変化する速度で鋳型に二つの材料を注入する。これは、注入される物質の濃度変化を作成します。

実施形態では、ショットの期間における材料噴射率の変化を噴射が行われる速度を変化させることによって達成される。従って、スクリュー式射出成形機、２つの射出成形機の２つのネジは、異なる時点で２機ごとに異なっている速度で前進している。別の実施形態では、撮影中に注入するため適用される圧力は、射出成形機ごとに変化する。さらに別の実施形態では、このような往復ピストンとシリンダなどの可変サイズのリザーバは、射出成形機と混合マニホールド６０３との間のチャネルに取り付けられている。このピストン／ピストンは、このように材料注入の異なるレートを作成し、撮影中に移動します。

別の実施形態では、機械６０１及び６０２は、射出成形機ではなく、時間の経過とともに変化する速度で材料を押し出すことができる押出機。速度のこの変化は、出力で往復ねじでシリンダを使用するか、またはこれらの戦略の複数を使用することにより、往復スクリューを用いることにより、スクリューの速度を変化させることによって達成することができる。マニホールド６０３は、粒子の様々な濃度を有する単一液体流に２つの射出成形機から液体を混合する。このストリームは、オブジェクト６０４に入る。６０４は、最終製品の形状（射出成形などに用いられる）の金型であってもよいし、最終生成物の断面形状を有するオリフィス、すなわち、押出ダイであってもよい。最終生成物は、ロッド又はシートであってもよい。同時にシートに所定の時間が終了する点で異なるチャネルに入り、液体を確保しつつ、シートの場合には、チャネルのシステムは、シート状に液体の単一ストリームに変換する。つまり、（断面平面を横切る）の濃度変動は、シートの押出し方向のままで、横方向には（または非常に少ない）濃度変動が存在しないことを確認。

図７は、一実施形態によれば、液体の２つのストリームを混合する混合マニホールド７９９のブロック図を示す。２、射出成形や押出成形機から液体が入口７０１及び入口７０２を入力します。これらの液体は、混合マニホールド７９９のポイント７０３で合流し、液体がさらに混ぜる前記チャネル７０４が行っており、。マージされた液体の出る、それがシートやロッド、またはシートまたはロッド、または他のオブジェクトにキャストに押し出しあるコンセント７０５を通して混合マニホールド。

実施形態では、入口は、円筒形であるが、出口は、シートタイプのものである。チャネルの断面は、もう一方の端のような一端のような管であり、形状やシートを持っている。実施形態では、チューブからシートへの形状のこの変化は、液体は、それらがマージした時点でシート状になるように、７０３の合流点の前に達成される。

図８は、一実施形態によれば、液体の２つのストリームを混合する混合マニホールド８９９のブロック図を示す。液体が点８０１で合流した後、彼らは口８０３を通して混合マニホールド８９９を終了する前にさらに混合になるように８０２スパイラルやツイスト通路を通過する。

図９は、一実施形態によれば、液体の２つのストリームを混合する混合マニホールド９９９のブロック２文字組を示す図である。液体は繰り返し混合の高いレベルのために分離され、マージされます。分離とマージは、様々な軸にあるかもしれません。など９０１などの障害物を混合するためのチャネルに導入される。設計者は、所望の混合のレベルを達成するために、ねじれ、スパイラルや他の通路の形状、障害物、そして分離とマージのより複雑な組み合わせを思い付くことがあります。

図１０は、一実施形態によれば、粒子の濃度が変化する物体を製造する方法の１０００を示す。粒子の第１濃度を有する第一の液体（１００１）が生成される。粒子の第２濃度を有する第二の液体（１００２）が生成される。第一液体は、第３の液体（１００３）を生成する第二の液体と混合される。実施形態では、第１の液体と第２の液体粒子の様々な濃度を有する第３の液体を生成するために、経時的に変化する割合で混合される。実施形態では、第一の液体１００１の製造方法、又は第二の液体１００２の製造方法、または両方が、これらの方法は、様々な流量でこれらの液体を生成することを含む。二液の流量は、それらが異なる時点で異なる割合で混合するように変更される。第３の液体が射出成形で、固体物体（１００４）を形成するキャスト、圧縮キャストまたは押出。そのような溶媒蒸発や重合などの他の方法は、固体に液体を変換するために使用することができる。

その他の実施形態
実施形態では、粒子の様々な濃度の連続シート又はロッドを連続的に連続押出プロセスを用いて製造される。ロッドまたはシートは、濃度の繰り返しパターンを持っています。連続ロッド又はシートは、その後、粒子濃度の指定された変化を有するロッド又はシートを製造するために別個のロッド又はシート、繰り返しパターンのいずれかのタイルまたはインスタンスを有し、それぞれに切断される。

実施形態では、粒子の複数の種が作成される最終的なオブジェクトで、基材中に存在する。これらの粒子のすべてが同じ濃度プロファイルに従って変化する場合や、アフィン関数によって相互に関連付けられ濃度プロファイルにおいて、次に種は、最終を得るために、異なる濃度で二液の製造つのデバイス内で混合されてもよい濃度プロファイル。一方、特定の用途において、異なる粒子の濃度プロファイルは完全に異なっていてもよい。この場合、異なる粒子の濃度の液体を生成する２個以上のデバイスを使用することができる。これらの（２個以上）のデバイス（例えば、２台の押出機又は射出成形機）からの液体は、押出機、混合マニホールド又は材料を混合するチャネルのチャネルまたはシステムとすることができる混合装置にマージすることができる。

実施形態では、様々な材料組成を有するオブジェクトが作成されている。異なる材料組成の液体を生成する複数のデバイスは、混合装置にこれらの液体を供給する。異なる液体が混合された割合は、材料組成を変えて液体を生成するために、時間と共に変化する。この液体は鋳型に鋳造又は材料組成を変化させるオブジェクトを与えるために押し出される。異なる粒子濃度の液体に関連するすべての実施形態は、異なる材料組成の液体に適合させることができる。異なるデバイスによって生成された液体は混和性または部分的に混和性であってもよいし、互いに中の懸濁液を形成してもよい。マニホールド内または出力押出機スクリューで活発な攪拌は、材料を混合するのに役立ちます。実施形態において、異なる材料は、同じまたは密接に一致した密度を有する。

使用
異なる屈折率、又は顔料、染料またはフォトルミネッセンス物質粒子の傾斜（可変）濃度を有するロッド又はシートは、一又はロッド又はシートの両端部に光を照らすことにより光源として用いることができる。濃度のグラデーションは、抽出された光の均一性、または光の任意の必要なパターンを達成するのに役立つ。フォトルミネッセンス物質または染料は、光を着色したり、適切な波長に光の波長を変更するために使用することができる。フォトルミネッセンス物質と光散乱材料（通常は屈折率の異なる粒子又は金属粒子や顔料）が必要な均一性及び色特性を付与するために一緒に添加してもよい。フォトルミネッセンス物質と光散乱材料の濃度プロファイルは異なっていてもよい。また、フォトルミネッセンス物質や光散乱物質の複数の種類が、それぞれ異なる濃度プロファイルを使用することができる。

異なる部分で異なる特性を有する連続紙を、添加剤の濃度を変化材料組成を有するシートを作成し、または変化させることによって作成することができる。例えば、シートは他の部分の１つの部分と剛性、可撓性であってもよい。これは、電子部品などの部品を作るために使用することができる。他のいくつかの場所で剛性に可撓性である基板（プリント回路基板）が柔軟に結合を形成するために曲げるために使用することができる。このようなシートは、部分的に可撓性および部分的に剛性なディスプレイを製造するために使用することができる。この場合には、種々の割合で混合された材料は、合成ゴムと互換性のあるプラスチック製であってもよい。

別の例として、シートは異なる部分で異なる熱特性を有することができる。例えば、いくつかの部分での熱の良導体と他の部分の熱の不良導体であってもよい。これは、特殊な熱交換器を作成するために使用することができる。

同様に、シートは、例えば、弾力性、柔軟性、弾性率、強度、密度、機械的特性の連続的な階調を有していてもよい。必要な場合、自動車には、単一のシートが強いであってもよいし、別の場所で光−これは安全性を向上させると同時に、体重を減少させる。同様に、飛行機で、翼は飛行機の船体、とヒント近くに光の近くに強力なする必要があります。これは、構造設計によって行われます。本発明を用いて、これらの設計は、表面に沿って変化する機械的特性を有するシートを使用することによって改善することができる。

同様に、可撓性、熱特性、弾性率、強度、密度などの異なる部品、等で異なる特性を有するロッドをも作成され、様々なオブジェクトのデザインを向上させるために使用することができる。

Claims (19)

1. 第１粒子濃度を有する第一の液体を生成する、第２粒子濃度を有する第二の液体を生成する、様々な粒子濃度を有する第３の液体を生成するために、様々な割合で第一および第二の液体を混合する、ことを有する方法。
2. 第３の液体をモールドする射出成形用金型をさらに備える請求項１に記載の方法。
3. さらに、固体を形成する第３の液体を押し出すことを含む請求項１に記載の方法。
4. 第１および第２の液体を押出機を用いて製造される請求項１に記載の方法。
5. 様々な割合で第一および第二の液体を混合する工程を含み、混合装置内の流量を変化させることで、第一および第二の液体を導入することを含む請求項１に記載の方法。
6. 第一の材料組成を有する第一の液体を生成する、第二の材料組成を有する第二の液体を生成する、様々な材料組成を有する第３の液体を生成するために、様々な割合で第一および第二の液体を混合する、ことを有する方法。
7. 第１粒子濃度の第一の液体、第２粒子濃度は、第一の装置からの液体を混合することが可能な第三の装置と第２の装置への第二の液体を生成することができる第二の装置を製造することができる第一の装置第３の液体を生成する、装置。
8. 第一の装置がスクリュー押出機を備える請求項７に記載の装置。
9. 第３の装置が回転するスクリューを含む請求項７に記載の装置。
10. 第３の装置が混合マニホールドを備える請求項７に記載の装置。
11. 第３の装置が液体を運ぶことができるチャネルである請求項７に記載の装置。
12. 第３の装置が液体を運ぶことができるチャネルのシステムである請求項７に記載の装置。
13. 第一の装置が様々な流量で液体を生成することができる請求項７に記載の装置。
14. 第一の装置が可変回転速度とスクリューを有している請求項１３に記載の装置。
15. 第一の装置が往復スクリューを有している請求項１３に記載の装置。
16. 最初のデバイスが第一の液体を運ぶチャネルに接続された往復ピストンとシリンダを含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
17. 混合マニホールド、特定の時点におけるシステムに入るように、幾何学液体がほぼ同時にシステムを残すチャネルの系を含む、請求項１０に記載の装置。
18. さらに、第３の液体をモールドする射出成形用金型を含む請求項７に記載の装置。
19. さらに、第３の液体を押し出して固体を形成するダイを含む請求項７に記載の装置。
    

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