JP2023519250A - 組成物を分注するための装置 - Google Patents

Abstract

組成物を分注するための装置及び方法が提供され、この装置は、注入口（１２８）及び注出口（１２９）を有するバレル（１２０）と、バレル内に受け入れられているスクリュー（１２２）と、スクリューのシャンク端（１３４）に動作可能に連結されており、スクリューを回転させる駆動機構と、を含む。スクリューは、中空であり、内面及び外面の両方を含み、この内面が、注出口に隣接する空洞（１４２）を画定しており、スクリューが、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部（１４０）を更に含む。開口部は、空洞の有孔部（１４６）に沿って位置しており、有孔部は、シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有し得る。開口部はまた、スクリューの外面に対して、シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を提供することができる。スクリューはまた、隆起したフライト部分（１５０）及び１つ以上の下がったフライト部分（１５２）を有する螺旋状フライト（１３２）を含むことができ、開口部は、下がったフライト部分に少なくとも部分的に位置している。

Description

ポリマー組成物のためのディスペンサ、特に、ポリマー組成物を連続的に分注することができるディスペンサが、関連する方法及び分注システムと共に提供される。

スクリューディスペンサは、連続製造又は変換作業におけるポリマー材料の供給機構として一般的に使用されている。これらの機械は、円筒状バレル内に収容された回転スクリューを使用する。バレルは、典型的にはバレルの上部に位置する注入口と、バレルの端部に位置する注出口とを含む。バレルは、その長さに沿って、正確に制御され得る１つ以上の抵抗加熱要素を含むことができる。

これらのディスペンサは、典型的には、１つ以上のポリマーを含有するフィードストックを受け入れ、変換する。フィードストックとしては、周囲温度において固体である１つ以上の熱可塑性樹脂を挙げることができる。フィードストックは、注入口を通してディスペンサ内に供給された後、バレルの壁に沿った熱伝導とスクリュー回転によって生成される高圧及び摩擦との組み合わせにより、その溶融温度を超えて加熱される。したがって、フィードストックは、回転スクリューによってバレルの長さに沿って搬送される際に、計量され、溶融され、混合され、最終的には注出口を通してバレルの遠位端から吐出される。

スクリューは、電気モータ駆動ユニット及びギヤボックスを使用して所定の速度で運転することができる。温度コントローラが、バレルに沿った１つ以上のゾーンにおいて加熱及び／又は冷却要素に接続されており、設定温度を維持する。所与の材料を押し出すスクリュー及びバレルアセンブリの能力は、バレル及びスクリューの特徴又は構造、分注される組成物の特徴、及びシステムが操作される状況に基づく。

特に、大量の材料を正確に計量する必要がある用途については、単軸スクリューディスペンサを構成する際に、多数の設計上の考慮事項及び交換が考慮される。大量の材料を移動させるには、典型的には、スクリュー及びバレルのサイズを拡大するか、又はスクリューの回転速度を増加させることが必要となる。機械のサイズを大きくすると、重量及びコストが実質的に増加し得る。スクリュー速度が速いほど、一般にトルクレベルが増加し、より大きなドライバモータを必要とする可能性があり、これにより、重量及びコストも増加する可能性がある。

別の問題は、熱伝達に関する。固体の熱可塑性樹脂を効果的に分注するには、熱可塑性樹脂の温度をその溶融温度よりも高くする必要がある。バレルを介して熱を付与することができるが、熱伝達率は、ディスペンサ内での熱可塑性樹脂の滞留時間によって制限されることがある。このような場合、ディスペンサの長さを長くして、熱可塑性樹脂を完全に溶融させるための時間を設けることが多い。更に、ディスペンサは、液体溶融物内で攪拌される様々なサイズの固形分の不均一な混合物に対処する必要があり、これは、溶融物を過熱することなくどのように固体に熱を効率的に送達するかという問題を呈している。

本明細書において、これらの技術的課題の多くを軽減する方法で、組成物の固体部分及び液体部分を徐々に分離する、従来とは異なる流路を提供する中空コアスクリューを使用する自動化された分注ソリューションが提供される。驚くべきことに、提供されるスクリューは、従来の単軸スクリューディスペンサと同程度か又はより大きい程度のスループットをもたらすことができるが、剪断力が大幅に減少し、トルクが大幅に減少している。トルクの減少は、スクリューの外側に面したチャネル内の空気量の増加により得られ、ドライバモータの小型化及び軽量化を可能にする。重量の低減により、自動製造プロセスにおいて、ディスペンサをより小型でより費用対効果の高いロボットアームに取り付けることが可能になる。

提供されるディスペンサの動作は、持続性の利点もまた提供する。中空コアスクリューの表面積及び流路の増大により、熱伝達を改善することができ、改善されたより低い押出機温度での溶融を提供し、消費電力が低減される。より速い溶融により、より長いスクリュー／バレルを必要とせずに、より高いスループットが可能になり得る。組成物の剪断を低減することにより、熱劣化を低減し、廃棄物を削減しながら品質を改善することもできる。

提供される装置は、同時係属中の米国特許仮出願第６２／８１０，２２１号（Ｎａｐｉｅｒａｌａら）、同第６２／８１０，２４８号（Ｎａｐｉｅｒａｌａら）、及び同第６２／９０７，３２５号（Ｎａｐｉｅｒａｌａら）に既に記載されているように、感圧接着剤の使用時点での分注に特に適し得ることが見出された。

第１の態様では、組成物を分注するための装置が提供される。この装置は、注入口及び注出口を有するバレルと、バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備える。スクリューは、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定しており、スクリューが、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含む。複数の開口部は、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部は、シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有し得る。

第２の態様では、組成物を分注するための装置が提供され、この装置は、注入口及び注出口を有するバレルと、バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備える。スクリューは、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定しており、スクリューが、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含む。スクリューは、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトを備え、螺旋状フライトは、隆起したフライト部分と、隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み得、隆起したフライト部分と下がったフライト部分とが、螺旋状フライトに沿って互いに平行に延びている。下がったフライト部分は、隆起したフライト部分の遠位にシャフトの露出面に隣接して位置し得、複数の開口部は、少なくとも部分的に１つ以上の下がったフライト部分に位置している。

第３の態様は、組成物を分注するための装置であって、注入口及び注出口を有するバレルと、バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備える。スクリューは、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定しており、スクリューが、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含む。複数の開口部は、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部は、スクリューの外面に対して、シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有し得る。

第４の態様では、組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューが提供される。この装置は、注入口及び注出口を有するバレルと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備える。スクリューは、シャフトと、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備える。複数の開口部は、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部は、シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する。

第５の態様では、組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューが提供される。この装置は、注入口及び注出口を有するバレルと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備える。スクリューは、シャフトと、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備える。螺旋状フライトは、隆起したフライト部分と、隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、隆起したフライト部分と下がったフライト部分とが、螺旋状フライトに沿って互いに平行に延びている。下がったフライト部分は、隆起したフライト部分の遠位にシャフトの露出面に隣接して位置し得、複数の開口部は、少なくとも部分的に１つ以上の下がったフライト部分に位置している。

第６の態様では、組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューが提供される。この装置は、注入口及び注出口を有するバレルと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備える。スクリューは、シャフトと、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備える。複数の開口部は、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部は、スクリューの外面に対して、シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有し得る。

第７の態様では、装置を使用して組成物を分注する方法が提供される。この方法は、組成物をバレルの注入口内へ供給することと、スクリューを回転させて、スクリューの遠位端に向かって組成物を搬送し、十分な圧力を生成して、組成物を複数の開口部を通過させて空洞内に入れることと、空洞からバレルの注出口を通して組成物を吐出することと、を含む。

例示的な一実施形態による分注システムの概略図である。 例示的な実施形態における図１の分注システムで使用することができる分注装置の断面図である。 図２の分注装置で使用される一実施形態によるスクリューの立面側面図である。 図３のスクリューの側断面図である。 図４のインセット５に示されたスクリューの一部分の拡大側断面図である。 図２の分注装置で使用可能な代替的実施形態によるスクリューの立面側面図である。 図６のスクリューの側断面図である。 図６のインセット８に示されたスクリューの一部分の拡大側断面図である。

明細書及び図面中の参照文字が繰り返して使用されている場合、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。当業者は多くの他の修正形態及び実施形態を考案することができ、それらは本開示の原理の範囲及び趣旨に含まれることを理解されたい。図は、縮尺通りに描かれていないことがある。

定義
「周囲温度」は、摂氏２２度の温度を意味する。

「非粘着性」とは、材料を破砕することなく、材料をそれ自体から引き剥がすのに必要とされる力が、所定の最大閾値以下である、「自己接着試験」に合格する材料を指す。自己接着試験は、国際公開第２０１９／１６４６７８号（Ｎｙａｒｉｂｏら）に記載されており、典型的には、シースが非粘着性であるか否かを判断するためにシース材料の試料に対して実施する。

「感圧接着剤」とは、室温において通常は粘着性であり、軽い指圧を加えることによって表面に接着させることが可能な材料を指し、それゆえ、感圧性ではない他のタイプの接着剤と区別することができる。感圧接着剤の一般的な説明は、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．１３，Ｗｉｌｅｙ－Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８８）に見出すことができる。感圧接着剤の更なる説明は、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１，Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９６４）に見出すことができる。本明細書で使用される「感圧接着剤」又は「ＰＳＡ」は、以下の特性、すなわち、（１）強力で恒久的な粘着性、（２）指圧以下でのフッ素熱可塑性フィルム以外の基材への接着、及び（３）基材からきれいに剥離されるのに十分な凝集力、を有する粘弾性材料を指す。感圧接着剤はまた、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ－Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄ．Ｓａｔａｓ，２ｎｄ ｅｄ．，ｐａｇｅ１７２（１９８９）に説明されるダールキスト基準（Dahlquist criterion）を満たし得る。この基準は、感圧接着剤を、その使用温度において（例えば、１５℃～３５℃の範囲の温度において）１×１０－６ｃｍ２／ダインを超える１秒クリープコンプライアンスを有する接着剤として定義している。

「スクリュー長さ」とは、押出スクリューのフライト付き部分（通常の場合に押出物と接触する部分）の長さを指すが、シャンクは含まない。

本明細書で使用する場合、「好ましい」及び「好ましくは」という用語は、一定の状況下で一定の利点をもたらすことができる、本明細書に記載の実施形態を指す。ただし、他の実施形態もまた、同じ又は他の状況下で好ましい場合がある。更にまた、１つ以上の好ましい実施形態の説明は、他の実施形態が有用でないことを示唆するものではなく、他の実施形態を本発明の範囲から除外することを意図するものでもない。

本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用する場合、文脈上別段の明記がない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数の指示物を含むものとする。したがって、例えば、「ａ」又は「ｔｈｅ」が付いた構成要素への言及には、構成要素及び当業者に公知のその等価物のうちの１つ以上を含んでもよい。更に、「及び／又は」という用語は、列挙された要素のうちの１つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの任意の２つ以上の組み合わせを意味する。

「含む」という用語及びその変化形は、これらの用語が添付の記載に現れた場合、限定的意味を有しないことに注意されたい。また更に、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「少なくとも１つの」及び「１つ以上の」は、本明細書では互換的に使用される。左、右、前方、後方、上部、底部、側、上方、下方、水平、垂直などの相対語が、本明細書において使用される場合があり、その場合、特定の図面において見られる視点からのものである。しかしながら、これらの用語は、記載を簡単にするために使用されるに過ぎず、決して本発明の範囲を制限するものではない。

本明細書全体において、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」又は「ある実施形態」に対する言及は、その実施形態に関して記載される特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な箇所にある「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」又は「実施形態では」などの句の出現は、必ずしも本発明の同一の実施形態に言及しているわけではない。該当する場合、商品名は、全て大文字で記載する。

溶融形態のポリマーフィードストックを連続的に分注するための分注装置が、そのシステ及び方法と共に本明細書に記載されている。分注される組成物は、任意選択的に、感圧接着剤である。分注装置は、非常にコンパクトに作製され、ディスペンサの注出口における背圧が本質的にゼロの環境で動作することができる。

図１は、可動アーム１０４の端部に取り付けられた分注装置１０２を含む、例示的分注システム１００の概略図である。可動アーム１０４は、テーブル又は他のプラットフォームの一部であり得るベース１０６に固定されている。可動アーム１０４は、分注装置１０２が最大６自由度で並進及び回転することを可能にする、任意の数の関節１０５を有し得る。可動アーム１０４は、手動制御又はロボット制御することができ、分注装置１０２がベース１０６に対して広範囲の位置にわたって精度及び再現性を伴って接着剤組成物を分注することを可能にする。

任意選択的に、また図示のように、分注システム１００は、図１に示されるように、分注装置１０２内に連続的に供給することができるフィラメント接着剤１０８を含む。フィラメント接着剤１０８は、図示のようにスプール１１４から連続的に繰り出され得る。分注システム１００の他の構成要素に対するスプール１１４の位置は、重要なものではなく、好都合な場所に取り付けることができる点を理解されたい。スプール１１４は、ベース１０６に、又はベース１０６が一般に取り付けられている構造体に、固定することができる。

図１の分注装置１０２は、ホットメルト形態の溶融組成物１１０を、所与の基材１１２の結合表面上に分注しているところが示されている。基材１１２は、限定される必要はなく、例えば、アセンブリに接着連結するための工業部品とすることができる。オプションとして、基材１１２をベース１０６上に取り付けることにより、分注装置１０２の位置決めのための空間的基準点を提供することができる。このことは、コンピュータを使用して分注装置１０２の位置及び向きを制御する自動プロセスにおいて、特に有用であり得る。

有利には、溶融組成物１１０の分注は、自動化又は半自動化することができ、したがって、人間の操作者による介入をほとんど又は全く必要としない。例えば、所定のパターンに基づいてコンピュータによって提供される命令に従って、溶融組成物１１０を基材１１２上に分注することが可能である。所定のパターンは、（平面状の表面に沿った）２次元又は（非平面状の表面に沿った）３次元とすることができる。所定のパターンは、コンピュータ上のデジタル化されたモデルによって表すことができ、その所定のパターンを任意の数の基材に対してカスタマイズすることを可能にする。

図１の分注システム１００は、フィラメント接着剤を受け入れるように特に適合されている。フィラメント接着剤は、連続的な糸状構成で提供される粘着性物質である。フィラメント接着剤は、好ましくは、均一な断面を有する。

有利には、フィラメント接着剤を、スプールから分注装置などの分注装置内に連続的に供給することができる。

特に有用なフィラメント接着剤は、国際公開第２０１９／１６４６７８号（Ｎｙａｒｉｂｏら）で説明されているような、コアシースフィラメント構成を有する。コアシースフィラメント材料は、第１の材料（すなわち、コア）が第２の材料（すなわち、シース）によって取り囲まれている構成を有する。好ましくは、コアとシースとは同心であり、共通の長手方向軸線を共有している。コアの端部は、シースによって取り囲まれている必要はない。有利には、非粘着性シースは、フィラメント接着剤１０８がそれ自体に固着することを防ぎ、それにより、スプール１１４上でのフィラメント接着剤１０８の簡便な保管及び取り扱いを可能にする。

コアシースフィラメントの直径は特に制限されない。フィラメント径の選択に影響を及ぼす要因としては、接着剤ディスペンサに対するサイズ制約、所望される接着剤スループット、及び、接着剤の適用に関する精度要件が挙げられる。コアシースフィラメントは、１ミリメートル～２０ミリメートル、３ミリメートル～１３ミリメートル、６ミリメートル～１２ミリメートルの平均直径、あるいは、いくつかの実施形態では、１ミリメートル、２ミリメートル、３ミリメートル、４ミリメートル、５ミリメートル、６ミリメートル、７ミリメートル、８ミリメートル、９ミリメートル、１０ミリメートル、１１ミリメートル、１２ミリメートル、１３ミリメートル、１４ミリメートル、１５ミリメートル、１６ミリメートル、１７ミリメートル、１８ミリメートル、１９ミリメートル、又は２０ミリメートルよりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれよりも大きい平均直径を有し得る。フィラメント接着剤１０８は、ストック物品とすることができ、用途に適した任意の長さで提供することができる。

本明細書で説明される分注方法は、多くの技術的利点をもたらす可能性のあるものであり、それらのうちの少なくとも一部は、予想外のものである。これらの技術的利点としては、分注後の接着特性の保持、低い揮発性有機化合物（volatile organic compound；ＶＯＣ）特性、ダイ切断の回避、設計の柔軟性、複雑な非平面状結合パターンの実現、薄い基材及び／又は繊細な基材上への印刷、並びに、不規則なトポロジ及び／又は複雑なトポロジ上への印刷が挙げられる。

本開示によるコアシースフィラメント接着剤は、任意の既知の方法を使用して作製することができる。例示的な実施形態では、これらのフィラメント接着剤は、溶融ポリマーを同軸ダイを通して押し出すことによって作製される。前述のコアシースフィラメント接着剤に関する技術的詳細、オプション、及び利点は、Ｎｙａｒｉｂｏらで説明されている。

提供される分注装置１０２は、図１に示される分注システム１００に限定される必要はないことを理解されたい。他の実施形態では、分注装置１０２は、固定された位置及び／又は向きを有してもよい。更に、分注装置１０２は、フィラメント接着剤以外のフィードストックを受容することができ、例えば、分注装置１０２は、ポリマーペレット、フレーク、又は顆粒を、当業者に知られているホッパー又は他の供給機構を介して受容することができる。

図２は、図１の分注装置１０２をより詳細に示している。図示のように、分注装置１０２は、バレル１２０と、その中に受け入れられている回転可能なスクリュー１２２と、を含む。ギヤボックス１２４及びモータ１２６は、スクリュー１２２に動作可能に連結されている駆動機構を提供している。駆動機構は、装置１０２が操作されているときに、バレル１２０内のスクリュー１２２の回転に動力を供給する。モータ１２６は、動作中にひっかかりがある場合にスクリュー１２２の破損を回避するために、設定されたトルクレベルを超えてモータを失速させる高トルク制限を有することが、有利である。

バレル１２０には、熱可塑性組成物などのフィードストック組成物をその溶融温度を超えて加熱するための１つ以上の加熱要素が入っている。スクリュー１２２の一方の端部に隣接して注入口１２８があり、ここで、フィラメント接着剤１０８が、装置１０２に入り、加熱されたバレル１２０との熱的接触及びバレル１２０内のスクリュー１２２の回転によって付与される剪断作用により溶融し得る。スクリュー１２２の反対側の端部において、バレル１２０は、スクリュー１２２の長手方向軸１４４（図４に示される）と位置合わせされた注出口１２９を有し、ここで、溶融組成物が、装置１０２から連続的に分注される。

適切な動作のために、スクリュー１２２は、バレル１２０の内面と密接に噛み合うことが望ましい。スクリュー１２２の自由回転を可能にし、バレル１２０に対するスクリュー１２２の挿入及び除去を容易にするために、一般に、それらの間には小さなクリアランスが存在する。動作中、このクリアランスは、少量の溶融組成物を収容し、それによってバレル１２０に対する液体シールを提供する。スクリュー１２２の構造及び動作に関する更なる詳細が、図３を参照して以下に提供される。

図３を参照すると、スクリュー１２２は、シャフト１３０及びその上に配置された単一の螺旋状フライト１３２から構成されている。駆動機構への機械的連結を可能にする構成を有するシャンク端１３４が、スクリュー１２２の一方の端部に位置している。スクリュー１２２の反対側の端部は、遠位端１３６（以下、「遠位」という用語は、遠位端１３６に向かう方向を指す）である。シャフト１３０は、直径がシャンク端１３４から遠位端１３６まで徐々に大きくなっている。このように、スクリュー１２２の外側輪郭がシリンダ内で外接している場合、シャフト１３０の直径が増加するにつれて、フライト１３２の高さは徐々に小さくなる。これは、組成物がスクリュー１２２に沿って長さ方向に移動する際に組成物に付与される剪断量を増加させる効果を有する。

高い全体スループットをサポートするためには、スクリュー１２２は、比較的大きなチャネル深さ（又はシャンク端におけるフライト深さ）を有し、大量のフィードストックの流入に対応することが望ましい。チャネルが深いほど、回転するスクリューのトルクをより低くすることができる。スクリュー１２２の構成は、バレル１２０の注入口１２８に隣接するスクリュー１２２の直径の１５パーセント～３５パーセント、２０パーセント～３０パーセント、２５パーセント～３０パーセントのチャネル深さ、又はいくつかの実施形態では、スクリュー１２２の直径の１５パーセント、１６パーセント、１７パーセント、１８パーセント、１９パーセント、２０パーセント、２１パーセント、２２パーセント、２３パーセント、２４パーセント、２５パーセント、２６パーセント、２７パーセント、２８パーセント、２９パーセント、３０パーセント、３１パーセント、３２パーセント、３３パーセント、３４パーセント、若しくは３５パーセントよりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれよりも大きい、チャネル深さで組成物を効率的に分注することが見出された。全体的なスクリュー直径は、５ミリメートル～１００ミリメートル、１０ミリメートル～５０ミリメートル、１５ミリメートル～３５ミリメートルであってよい、又はいくつかの実施形態では、５ミリメートル、１０ミリメートル、１５ミリメートル、２０ミリメートル、２５ミリメートル、３０ミリメートル、３５ミリメートル、４０ミリメートル、４５ミリメートル、５０ミリメートル、６０ミリメートル、７０ミリメートル、８０ミリメートル、９０ミリメートル、若しくは１００ミリメートルよりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれよりも大きくてよい。

フライト１３２は、スクリュー１２２の長さ方向に沿って測定された、フライト１３２の連続する前縁間の距離を呈する任意の好適なフライトピッチを有することができる。フライトピッチは、スクリュー直径の４０パーセント～８０パーセント、５０パーセント～７０パーセント、６０パーセント～７０パーセントの平均フライトピッチ、又はいくつかの実施形態では、４０パーセント、４２パーセント、４５パーセント、４７パーセント、５０パーセント、５２パーセント、５５パーセント、５７パーセント、６０パーセント、６２パーセント、６５パーセント、６７パーセント、７０パーセント、７２パーセント、７５パーセント、７７パーセント、若しくは８０パーセントよりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれよりも大きい、平均フライトピッチを有することができる。提供される分散スクリュー１２２は、従来のスクリューよりも大きな流動安定性をもたらし、より高いスループットに対応するより高いピッチの使用を可能にする。

有利には、スクリュー１２２の効率的な動作により、スクリュー１２２の長さを従来の分注スクリューよりも大幅に短くすることが可能になる。スクリュー１２２の長さ：直径（Ｌ：Ｄ）比は、６：１～２０：１、８：１～１８：１、１０：１～１６：１であるか、又はいくつかの実施形態では、６：１、７：１、８：１、９：１、１０：１、１１：１、１２：１、１３：１、１４：１、１５：１、１６：１、１７：１、１８：１、１９：１、若しくは２０：１よりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれよりも大きくてよい。特筆すべきは、高すぎるＬ：Ｄ比はスクリューが長いことを意味し、動作に高レベルのトルクを必要とすることである。また、高トルクには大型のモータが必要となり、エネルギー消費量が増え、軽量化が難しくなる。Ｌ：Ｄが低すぎると、材料又はフィードストックを分注するためのスクリューの機能性が低下する。溶融速度が制限されることになるため、その結果、スループットを低く抑える必要がある。

任意選択的に、スクリュー１２２は、スクリュー１２２のシャンク端１３４の近くに複数のつかみラグ１３８を含む。つかみラグ１３８は、スクリュー１２２のフライトにノッチを配置して、連続フィラメント接着剤を捕捉して注入口１２８を通してバレル１２０内に能動的に引き込むのを助ける追加の縁部を設けることによって、形成される。このことは、供給ゾーン内に接着剤を押し込むことが必要とされ、フィラメント接着剤の望ましくない座屈及び捩れを誘発する恐れがある供給機構に勝る、大きな利点である。

つかみラグ１３８は、名目上のスクリュー長さの１パーセント～３０パーセント、３パーセント～２５パーセント、５パーセント～２０パーセントにわたって、又はいくつかの実施形態では、名目上のスクリュー長さの１パーセント、２パーセント、３パーセント、４パーセント、５パーセント、６パーセント、７パーセント、８パーセント、９パーセント、１０パーセント、１１パーセント、１２パーセント、１３パーセント、１４パーセント、１５パーセント、１６パーセント、１７パーセント、１８パーセント、１９パーセント、２０パーセント、２２パーセント、２５パーセント、２７パーセント、若しくは３０パーセントよりも小さく、それに等しく、若しくはそれを超えて延びることができる。微粒子のフィードストックを分注する用途では、つかみラグ１３８を省略することができる。

図３に更に示されるように、複数の開口部１４０、又は半径方向貫通孔が、スクリュー１２２のフライト１３２に存在する。開口部１４０は、装置１０２の動作中に、スクリュー１２２の外面と内面との間の連通をもたらす。開口部１４０は、適切なサイズは組成物の粘度特性、温度、及び圧力などの要因に依存するという理解の下に、溶融組成物が開口部１４０を通過することを可能とするのに十分な任意のサイズであってよい。開口部１４０は、任意の好適な形状を有することができ、サイズが均一又は多分散であってもよい。

例示的な実施形態では、開口部１４０は、０．２ミリメートル～５ミリメートル、０．５ミリメートル～３ミリメートル、１ミリメートル～２．５ミリメートルの平均直径を有することができ、又はいくつかの実施形態では、０．２ミリメートル、０．３ミリメートル、０．４ミリメートル、０．５ミリメートル、０．７ミリメートル、１ミリメートル、１．５ミリメートル、２ミリメートル、２．５ミリメートル、３ミリメートル、３．５ミリメートル、４ミリメートル、４．５ミリメートル、又は５ミリメートルよりも小さい、それに等しい、若しくはそれよりも大きい平均直径を有することができる。

図４の断面図は、全体として空洞１４２を画定している、スクリュー１２２の内面を明らかにしている。空洞１４２は、スクリュー１２２の遠位端１３６で開口しており、長手方向軸１４４に沿ってシャンク端１３４に向かって延びている。ここで、空洞１４２は、長手方向軸１４４を中心に概ね対称である細長い形状を有するが、そうである必要はない。

空洞１４２は、シャンク端１３４に到達する前に終端するため、長手方向軸１４４に沿った空洞１４２の長さは、スクリュー１２２の全長よりも大幅に小さい。いくつかの実施形態では、空洞１４２は、スクリュー１２２の全長の２０パーセント～７０パーセント、３０パーセント～６０パーセント、４０パーセント～５５パーセントに沿って、又はいくつかの実施形態では、スクリュー１２２の全長の２０パーセント、２２パーセント、２５パーセント、２７パーセント、３０パーセント、３２パーセント、３５パーセント、３７パーセント、４０パーセント、４２パーセント、４５パーセント、４７パーセント、５０パーセント、５２パーセント、５５パーセント、５７パーセント、６０パーセント、６２パーセント、６５パーセント、６７パーセント、若しくは７０パーセントよりも小さく、それに等しく、若しくはそれを超えて延びている。これらの空洞寸法は、有利には、フィードストック組成物が溶融するにつれて、空洞１４２内へのその効率的な送出をもたらし、低動作トルク及び高スループットをもたらす。

開口部１４０は、空洞１４２の有孔部１４６に沿って位置している。任意選択的に、また図示のように、有孔部１４６は、シャンク端１３４からの距離に伴って概ね大きくなっている横断寸法を有する。横断寸法は、特に限定されず、軸１４４に対して垂直に測定された空洞１４２の断面積又は直径であり得る。

フィードストックが有孔部１４６に到達する前に、最小量のフィードストックが溶融することが望ましい。この最小量は、いくつかの実施形態では、フィードストックの少なくとも１０重量パーセントであり得る。

装置１０２が操作されると、溶融組成物は、スクリュー１２２のフライト１３２によって前方に搬送され、有孔部１４６全体にわたって空洞１４２に注入され、最終的にバレル１２０の注出口１２９を通して吐出される。有利には、空洞１４２のテーパ形状は、材料が開口部１４０を通して連続的に行き渡るにつれて、空洞１４２内に溶融組成物の一貫した前方への流れをもたらすことができる。

図４に示すように、横断（すなわち、半径方向の）寸法の増加は、不連続に起こることがあり、空洞１４２は、徐々に増加する直径を有する、一連の連続的な円筒状部分から構成される。他の構成もまた可能であり、例えば、空洞１４２は、その横断寸法がその長さに沿って連続的に増加する円錐形状を有してもよい。空洞の横断寸法は、直線的に増加してもよいし、又は直線的に増加しなくてもよい。より広義には、空洞１４２の拡大は単調でなくてもよく、シャンク端１３４からの距離に伴って横断寸法が減少する限定された領域を含むことができる。

開口部１４０は、スクリュー１２２の外面に沿って、関連する開孔面積によって特徴付けることができ、この開孔面積は、外面に沿った単位面積当たりの開口部の総断面積を表す、単位のない量（例えば、％）であり、孔の数及びサイズに応じる。図２～図４から明らかなように、スクリュー１２２に沿った開口部１４０の数は、スクリュー１２２の遠位端１３６に近づくと概ね増加する。したがって、有孔部１４６は、スクリュー１２２の外面に対して、スクリュー１２２のシャンク端１３４からの距離に伴って増加している開孔面積を有する。

任意選択的に、開孔領域は、フィードストック組成物の溶融速度に従って、スクリューの長さに沿って分散させることができる。より多くの（又はより大きい）開口部１４０を有することにより、スクリュー１２２の遠位端１３６に到達した未溶融ポリマーを、溶融時に空洞１４２内へと通過させることを可能にする。更なるオプションとして、上記に基づく開口部１４０の２つのモードの分布があり、高い溶融速度を促進することができる。

図５は、スクリュー１２２の更なる断面の詳細を示す。この図は、フライト１３２に対する開口部１４０の位置を示す。図示のように、フライト１３２は、隆起したフライト部分１５０及び１つ以上の下がったフライト部分１５２で構成され、各々が、フライト１３２の長さに沿って延びている。バレル１２０内に配置されると、隆起したフライト部分１５０は、スクリュー１２２のシャンク端１３４の方に向き、下がったフライト部分１５２は、隆起したフライト部分１５０の遠位にあり、スクリュー１２２の遠位端１３６の方に向く。

隆起したフライト部分１５０は、下がったフライト部分１５２よりも高い外形を有する。隆起したフライト部分１５０は、バレル１２０の内径に近い直径を有し、フライト１３２とバレル１２０の内面との間にシールを形成する。開口部１４０は、このシールに近接して下がったフライト部分１５２に少なくとも部分的に位置する。装置１０２の動作中、隆起したフライト部分１５０のすぐ遠位の下がったフライト部分１５２に沿って加圧ゾーンが形成され、開口部１４０を通過させて溶融組成物を空洞１４２内へ入れる。

開口部１４０は、バレル１２０に面するフライト１３２の表面上に位置することが有利であるが、これは、フライト１３２の周りの狭い環状空間内のフィードストック組成物が、すぐに溶融する傾向があり、それによってフィードストックの固体微粒子が開口部１４０に詰まるのを防止するためである。大きな固体微粒子は、それらのサイズのために、この環状空間に入ることが防がれ得る。本実施形態では、開口部１４０の全てが下がったフライト部分１５２に配置されているが、少なくともいくつかの開口部が、スクリュー１２２に沿った他の位置において空洞１４２と連通することが可能である。上記の考慮事項を考えると、このような開口部は、詰まる可能性が低い場所に配置することが好ましい。

詰まりは、多くの技術的問題をもたらし得る。例えば、開口部１４０の著しい詰まりは、滞留時間の増加、供給速度の損失、必要となるスクリュートルクの増加、及び圧力サージを伴う再循環流につながる可能性がある。

溶融組成物が受ける剪断の程度は、隆起したフライト部分１５０から遠位方向に距離が増加するにつれて単調に減少し、それによって、溶融組成物の開口部１４０への流れを促進することが好ましい。図２～図５に示されるスクリュー１２２の場合、所与の開口部１４０から遠位方向に存在する、下がったフライト部分１５２の高さよりも高い高さを有する、フライト１３２の後続部分はない。好ましい実施形態では、図示されるように、下がったフライト部分１５２は、シャフト１３０の露出面に隣接している。他の実施形態では、少なくとも１つの追加の下がったフライト部分が、下がったフライト部分１５２の遠位に位置し、シャフト１３０の露出面に隣接している。

スクリュー１２２は、その遠位端１３６において、バレル１２０の内面の直径に近い直径を有するブリスターリング１５４において終端している。ブリスターリング１５４は、その上の溶融組成物の薄層によって補助され、バレル１２０に対してシールを形成し、スクリュー１２２の外面とバレル１２０との間の環状凹部１２１（図２に示す）からブリスターリング１５４を越えて組成物が流出するのを防止することができる。環状凹部１２１と注出口１２９との間の実質的に全ての連通は、複数の開口部１４０を介しているため、環状凹部１２１内の残留溶融組成物を、最終的に開口部１４０を通過させて空洞１４２内に入れる。

図６～図８は、代替的実施形態によるスクリュー２２２を示す。スクリュー２２２は、あらゆる点でスクリュー１２２の構成と同様の構成を有する。スクリュー１２２と同様に、スクリュー２２２は、同様のシャンク端２３４及び遠位端２３６を有し、シャフト２３０の周りに延びている単一の螺旋フライト２３２を有し、シャフト２３０の直径は、シャンク端２３４から遠位端２３６まで概ね大きくなっている。前と同様に、複数の開口部２４０が、スクリュー２２２の外面から内部空洞２４２まで半径方向に延びている。

図６及び図８の拡大図に見られるように、スクリュー２２２のフライト２３２は、フライト２３２に沿って連続的に延びている隆起したフライト部分２５０と、フライト２３２に沿って不連続的に分布している、隆起したフライト部分２５０の遠位にある複数の下がったフライト部分２５２と、を有する。下がったフライト部分２５２は、半径方向に見たときに半円形状を有し、隆起したフライト部分２５０内に延びており、フライトチャネルの隣に穴を提供し、その穴を通して、隣接するフライトチャネルからの溶融組成物が開口部１４０に入ることができる。

スクリュー２２２の利点としては、スクリューフライトの製造の簡素化、及び動作中のフライト２３２と周囲のバレルの内面との間のシールの改善が挙げられる。隆起したフライト部分２５０はまた、より広い領域にわたって延びており、長期使用時にスクリュー２２２の摩耗率を低下させ、寿命を改善する。

スクリュー２２２の他の特徴及び関連する利点は、スクリュー１２２に記載されたものと実質的に類似しており、繰り返さないものとする。

任意選択的に、前述の分注スクリューのいずれも、本明細書に明示的に示されていないある特定の特徴又は品質を含み得る。例えば、スクリュー内の空洞は、分注装置内における混合の質を更に改善するのを補助することができる１つ以上の構造を含んでもよい。そのような構造としては、分注動作中にスクリューと共に回転するように構成されてもよいし、又はそうでなくてもよい静的ミキサーを挙げることができる。

提供される装置を使用する方法には、連続分注プロセス中に同時に行うことができる動作が含まれる。第１は、バレルの注入口にフィードストック組成物を供給することである。第２は、中空分注スクリューを回転させて、組成物をスクリューの遠位端に向かって搬送することである。第３は、そのスクリュー回転により、組成物を複数の開口部を通過させてスクリュー内の空洞内へ入れるのに十分な圧力を発生させる。第４は、バレルの注出口を通して空洞から組成物を吐出することである。これらの工程を以下において、より詳細に検討する。

フィードストック組成物は、特に限定されない。図１の例示的実施形態に示される連続的に供給されるフィラメント接着剤のほかにも、フィードストックは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン、アセタール、アクリル、ナイロン（ポリアミド）、ポリスチレン、フルオロポリマー、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、熱可塑性ウレタン、ポリエステル、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、及びそれらのブレンドなどの一般的な熱可塑性樹脂を含み得る。これらの材料は、一般に、分離した形態（ペレット、顆粒、フレーク、粉末など）で提供され、任意の既知の供給機構によってバレル内に供給される。

分注スクリューの回転は、駆動機構によって駆動され、理想的には、所望の分注動作のスループットに見合った速度で動作する。スクリュー速度は、スクリューの直径に依存するが、３０ｒｐｍ～４００ｒｐｍ、５０ｒｐｍ～３００ｒｐｍ、７０ｒｐｍ～１２０ｒｐｍであるか、又はいくつかの実施形態では、３０ｒｐｍ、４０ｒｐｍ、５０ｒｐｍ、６０ｒｐｍ、７０ｒｐｍ、８０ｒｐｍ、９０ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１１０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍ、１５０ｒｐｍ、１７０ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、２２０ｒｐｍ、２５０ｒｐｍ、２７０ｒｐｍ、３００ｒｐｍ、３５０ｒｐｍ、若しくは４００ｒｐｍよりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれよりも大きくてよい。

フィードストックがバレルに沿って前方に搬送されるにつれて、フィードストックは、その後ろのフィードストック組成物の流入によって溶融及び加圧される。この圧力下で、溶融材料は、複数の開口部に流入し、スクリュー空洞内に流入する。空洞は、溶融が最初に起こるスクリューの領域の近くで最小であり、より多くの固体フィードストックが溶融するにつれて追加の材料を収容するために徐々に大きくなっている。この構成の重要な利点は、溶融組成物を、形成された直後にフライトチャネルから送出することができ、それによって残留未溶融組成物への熱伝達効率が向上することである。これにより、溶融速度が向上し、フライトチャネル深さがスクリューの長さに沿ってより早く先細になることを可能とする。したがって、スクリューの全長が縮小され、重量を削減することができる。

提供されるスクリュー構成の高い効率は、より高いスループットを可能にする。このスループットの増大によって、より速い供給速度のためにバレル注入口に隣接するチャネル深さの増加が可能になり、また従来のディスペンサよりも材料をより迅速にバレルを通して移動させることができるより長くてより強力なフライトピッチが可能になる。更に、スクリューを短くすると全体的なトルクが減少するため、従来のディスペンサと比較してスクリュー速度の上限を大幅に上げることが可能になる。

溶融組成物は、空洞に入ると、最終的にバレルの遠位端で注出口を通して吐出されるまで、規則的な流れプロファイルで前方に搬送される。好ましい実施形態では、流れプロファイルは、ほぼ層状であり、層間の乱れが比較的少ない状態で流れる平行な円筒層を特徴とする。空洞の有孔部に沿った空洞のトランペット形状は、組成物の一貫した流れを維持し、分注装置内の滞留時間の分布を狭めるのに役立つため、技術的に重要である。更に、バレルの注入口から遠ざかるときに空洞の容積を増加させることによって、圧力が低減又は維持され、材料が遠位端に向かって流れることが可能になる。滞留時間分布のテールが長いと、一般に、混合不良、場合によっては、組成物の熱劣化につながる。

提供される分注スクリュー及び分注装置は、重量及びサイズの最小化が重要である用途において大きな利点をもたらす。いくつかの実施形態では、分注装置は、最大で１０ｋｇ、最大で８ｋｇ、又は最大で６ｋｇの総重量を有する。分注装置の実用例は、製造施設で現在使用されている軽量用ロボットアームに取り付けられるほど十分に軽くコンパクトである。

網羅的であることを意図するものではないが、具体的な例示的実施形態を以下に列挙する。

実施形態１ 組成物を分注するための装置であって、注入口及び注出口を有するバレルと、バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、スクリューが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定しており、スクリューが、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含み、複数の開口部が、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部が、シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する、装置。

実施形態２ スクリューが、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトを備え、螺旋状フライトが、隆起したフライト部分と、隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、各下がったフライト部分が、隆起したフライト部分の遠位にシャフトの露出面に隣接して位置しており、更に、複数の開口部が、少なくとも部分的に１つ以上の下がったフライト部分に位置している、実施形態１に記載の装置。

実施形態３ 有孔部が、スクリューの外面に対して、シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有する、実施形態１又は２に記載の装置。

実施形態４ 組成物を分注するための装置であって、注入口及び注出口を有するバレルと、バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、スクリューが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定しており、スクリューが、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含み、スクリューが、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトを備え、螺旋状フライトが、隆起したフライト部分と、隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、各下がったフライト部分が、隆起したフライト部分の遠位にシャフトの露出面に隣接して位置しており、複数の開口部が、少なくとも部分的に１つ以上の下がったフライト部分に位置している、装置。

実施形態５ 複数の開口部が、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部が、シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する、実施形態４に記載の装置。

実施形態６ 複数の開口部が、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部が、スクリューの外面に対して、シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有する、実施形態４又は５に記載の装置。

実施形態７ 組成物を分注するための装置であって、注入口及び注出口を有するバレルと、バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、スクリューが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定しており、スクリューが、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含み、複数の開口部が、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部が、スクリューの外面に対して、シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有する、装置。

実施形態８ 有孔部が、シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する、実施形態７に記載の装置。

実施形態９ スクリューが、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトを備え、複数の開口部が、螺旋状フライト上に位置している、実施形態７又は８に記載の装置。

実施形態１０ 螺旋状フライトが、隆起したフライト部分と、隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、各下がったフライト部分が、隆起したフライト部分の遠位にシャフトの露出面に隣接して位置しており、更に、複数の開口部が、少なくとも部分的に１つ以上の下がったフライト部分に位置している、実施形態９に記載の装置。

実施形態１１ スクリューの外面とバレルとが、全体として環状凹部を画定しており、環状凹部と注出口との間の実質的に全ての連通が、複数の開口部を介している、実施形態１～１０のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１２ 組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューであって、装置が、注入口及び注出口を有するバレルと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、スクリューが、シャフトと、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備え、複数の開口部が、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部が、シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する、スクリュー。

実施形態１３ 組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューであって、装置が、注入口及び注出口を有するバレルと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、スクリューが、シャフトと、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備え、螺旋状フライトが、隆起したフライト部分と、隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、各下がったフライト部分が、隆起したフライト部分の遠位にシャフトの露出面に隣接して位置しており、更に、複数の開口部が、少なくとも部分的に１つ以上の下がったフライト部分に位置している、スクリュー。

実施形態１４ 組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューであって、装置が、注入口及び注出口を有するバレルと、シャンク端に動作可能に連結されており、バレル内のスクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、スクリューが、シャフトと、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、内面が、注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、複数の開口部であって、空洞と外面とが複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備え、複数の開口部が、空洞の有孔部に沿って位置しており、有孔部が、スクリューの外面に対して、シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有する、スクリュー。

実施形態１５ 実施形態１～１１のいずれか１つに記載の装置を使用して組成物を分注する方法であって、組成物をバレルの注入口内へ供給することと、スクリューを回転させて、スクリューの遠位端に向かって組成物を搬送し、十分な圧力を生成して、組成物を複数の開口部を通過させて空洞内に入れることと、空洞からバレルの注出口を通して組成物を吐出することと、を含む、方法。

本開示の目的及び利点は以下の非限定的な実施例によって更に例証されるが、これらの実施例に引用される具体的な材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限するものと解釈されるべきではない。

別段の記載がない限り、実施例及び本明細書のその他の箇所における全ての部、百分率、比などは、重量基準である。

試験方法
材料切替試験：第１の透明色フィラメントを少なくとも３分間分注ヘッドに供給して、安定状態を達成した。分注を２１５℃で行った。ディスペンサを停止し、第１のフィラメントを切断した。第２の黒色フィラメントを分注ヘッド内に入れた。セグメント間の接続は、フィラメント端部の固有の粘着性に依存していた。第２のフィラメントをバレルの入口オリフィスに取り込むために、ディスペンサを５秒間作動させた。続いて、接着剤を、白色に塗装した鋼パネル上に５秒間分注した。連続測定では、分注した接着剤の５秒分を廃棄して、白色塗装された鋼パネルに５秒間接着剤を分注することを交互に行った。第２のフィラメントの滞留時間をバレル内で監視した。ノズルを出る第２のフィラメントの有無を、Ｘ－Ｒｉｔｅ Ｃｏｌｏｒ ｉ５ブランド比色計を使用して定量化した。色を、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊スペクトルを使用して測定した。３．０以下のデルタＥ^＊の値は、第２のフィラメントを全く含んでいないと考えられ、したがって、ブロックコポリマー間の切り替えの開始又は終了を示唆している。

溶融品質試験：接着剤試料を、強化ガラス基板（５０ｍｍ×１５０ｍｍ×６ｍｍ）上に１１６℃で分注した。スクリューを１分当たり２００回転で運転し、フィードホイールを１分当たり１３回転で運転した。接着剤試料が、１１６℃の一定温度に達した後、少なくとも３分間分注して、安定状態にした。ノズルの下でガラス基板を６ｍｍ～１０ｍｍの間隔で２５ｍｍ／秒の速度で手動で移動させることによって、試験片を収集した。ノズルがビーズを擦って結果として得られる接着剤の表面粗さに影響を与えないように、ノズルを基板から十分に離して設定した。試料を少なくとも３０分間冷却して、室温で平衡化した。Ｋｅｙｅｎｃｅ ＶＫ－Ｘ １００レーザー顕微鏡を使用して表面粗さを定量化した。測定は、１．７ｍｍ×１．４ｍｍの長方形の対角線を横切る各試料上の３つの異なる位置で行った。所与の試料についての全ての測定値を平均化した。評価されるプロファイルの算術平均偏差Ｒａ値が２０マイクロメートル未満であれば、溶融品質試験に合格したと見なした。

スループット測定試験：接着剤試料を、事前に重量を測定したアルミニウム皿に２１５℃で分注した。スクリュー及びフィードホイールの１分当たりの回転数（ＲＰＭ）を所定の値に設定した。分注を１分間行い、分注された材料の質量を使用して、スループットをキログラム／時（ｋｇ／ｈ）で計算した。各設定点条件について、３回の測定を行い、結果を平均化した。試料と試料の間では、安定状態を維持するために、ディスペンサを稼働させておいた。

調製例１及び２（ＰＥ１～ＰＥ２）
多モード非対称ブロックコポリマーの調製
多モード非対称スターブロックコポリマー（「ＰＡＳＢＣ」）を、その主題が参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，３９３，７８７号（Ｎｅｓｔｅｇａｒｄら）の例１に従って調製した。ポリマーは、ポリスチレン基準を用いて較正したＳＥＣ（サイズ排除クロマトグラフィー）により測定した数平均分子量が、２つのエンドブロックについて約４，０００ダルトン及び約２１，５００ダルトン、アームについて１２７，０００～１４７，０００ダルトン、スターについて約１，１００，０００ダルトンであった。ポリスチレン含有量は、９．５～１１．５重量パーセントであった。高分子量アームのモル百分率は、約３０％と推定された。

コアシースフィラメントの調製
第１及び第２のフィラメントの組成物を表２に表す。フィラメント構造を組み立てるための技術及びプロセスの更なる説明は、ＰＣＴ特許出願公開第２０１９／１６４６７９８号（Ｎｙａｒｉｂｏら）に含まれる。コア接着剤原材料は、２１２℃で動作する３０ｍｍのＳｔｅｅｒ二軸スクリューディスペンサで配合した。Ｚｅｎｉｔｈギヤポンプを使用して、内径２５ｍｍ及び長さ２．４メートルを有する加熱されたホースを通るように溶融接着剤を押し込んだ。溶融接着剤を、同軸ダイの中央オリフィスを通して３０℃のウォーターバス内に分注し、手動で繊維ドラムに巻き取った。コアシースフィラメントを、直径８ｍｍ＋／－１ｍｍで作製した。シース材料を、２０４℃に設定された３０ｍｍの単軸スクリューディスペンサを使用して供給し、同軸ダイの外側リングオリフィスを通して分注した。

実施例１～３及び比較例１～３（ＥＸ１～ＥＸ３及びＣＥ１～ＣＥ３）：
接着剤の分注
ＰＥ２で組み立てたコアシースフィラメントを、繊維ドラムから分注ヘッドに直接供給した。分注ヘッドには、中空コアスクリュー（ＥＸ１～ＥＸ３）又は非中空コアスクリュー（ＣＥ１～ＣＥ３）のいずれかが収容されており、これらは両方とも以下に更に定義されるように製造されたものである。分注ヘッドを、２１５℃（スループット測定用）又は１１６℃（材料切替試験用）のいずれかに設定した。スクリュー及びフィードホイールのＲＰＭを、表３に表されるように所望の速度に設定した。試験片をノズルから出たときに収集した。５ｍｍの円形オリフィスと２５ｍｍの長さを有するノズルを使用した。スループット測定値試験結果を表３に記録する。

実施例４（ＥＸ４）及び比較例４（ＣＥ４）
材料切替試験
ＰＥ１及びＰＥ２で組み立てたコアシースフィラメントで、材料切替試験を行った。分注ヘッドには、中空コアスクリュー（ＥＸ４）又は非中空コアスクリュー（ＣＥ４）のいずれかが収容されている。材料切替試験結果を表４に記録する。Ｎ／Ａは非該当を示す。

実施例５（ＥＸ５）及び比較例５（ＣＥ５）
溶融品質試験
ＰＥ２で組み立てられたコアシースフィラメントで、溶融品質試験を行った。分注ヘッドには、中空コアスクリュー（ＥＸ５）又は非中空コアスクリュー（ＣＥ５）のいずれかが収容されている。溶融品質試験結果を表５に記録する。

中空コアスクリューの製造：
図３及び図４に表されるような、１．９１ｃｍ（０．７５インチ）の直径を有する２２．９ｃｍ（９．０インチ）のスクリューを、コンピュータ数値制御（computer numerical controlled；ＣＮＣ）四軸垂直エンドミル内で機械加工した。機械加工プロセスは、アルミニウムの中実シリンダに対して、２つの操作を使用して実行した。第１の工程では、貫通孔（１４０）を含む外部形状を削り出した。第２の工程では、スクリューを旋盤に取り付けて、直径の異なる３つのドリルを使用して、中央空洞を適切な深さまで掘った。ピッチ（すなわち、フライト間の高さ対高さの距離）は１２．５ｍｍであり、結果としてスクリュー上のフライトは、１７回転となっている。スクリュー根直径（直径からフライト高さを引いたもの）は、８．９ｍｍである。貫通孔直径は、１．６ｍｍである。中空コアは、深さが増す空洞内で４つの段で構成され、段１（直径９．１ｍｍ、深さ５０ｍｍ）で始まり、段２（直径８．２３ｍｍ、深さ７５．４ｍｍ）、段３（直径７．１ｍｍ、深さ１０２ｍｍ）、段４（直径４．１ｍｍ、深さ１２８ｍｍ）となる。中空コアの各段は、スクリューの周りに所与の回転度（段１＝５０度、段２＝７０度、段３＝９０度、及び段４＝１１０度）で間隔が空けられた、対応する頻度の貫通孔を有した。中空コアの最も深い部分は、最も大きく間隔が空いた貫通孔を有する。分注端部（モータマウントの反対側の端部）に向かって貫通孔の頻度が増加し、フライトの深さが減少するが、これは、未溶融の接着剤の量がその方向に増加するためである。

非中空のスクリューの製造：
比較のために非中空コアスクリューを製造した。設計は、やはりトルクを最小限に抑え、スループットを増加させるように選択した。これは、比較的深いフライトによって達成された。１．９１ｃｍ（０．７５インチ）の直径を有する２２．９ｃｍ（９．０インチ）のスクリューを、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）三軸垂直エンドミル内で機械加工した。機械加工プロセスは、アルミニウムの中実ブロックに対して、２つの操作を使用して実行した。第１の工程で、スクリュー軸を見下ろすように、スクリューの上半分を機械加工した。部分的にミル加工されたブロックを反転させ、次いで、スクリューの他の半分を機械加工した。設計は、やはりトルクを最小限に抑え、スループットを増加させるように選択した。これは、比較的深いフライトによって達成された。モータ連結端部から開始し、最初の１２６ｍｍ（４．９５インチ）は、中空スクリュー設計と同一とした。１２６ｍｍから開始して１７７ｍｍになるまでに、スクリュー根直径（直径からフライトの高さを引いたもの）は、８．９ｍｍから１３ｍｍまで増加した。また、フライトのノッチは、１７０ｍｍ～１９７．１ｍｍの間に含まれた。この設計は、スクリューの出口端部で比較的深い、６．１ｍｍのフライト高さを残した。これにより、トルクの低減及びスループットの向上が可能になったが、未溶融樹脂がディスペンサを通過するリスクが増加した。

分注システム構成要素の製造：
同時係属中の米国特許仮出願第６２／８１０２４８号（Ｎａｐｉｅｒａｌａら）に記載されている製造技術に従って、他の分注システム構成要素を組み立てた。

上記の特許出願において引用された全ての参考文献、特許文献及び特許出願は、一貫した形でその全文が参照により本明細書に組み込まれる。組み込まれている参照文献の部分と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の説明における情報が優先される。

前述の記載は、当業者が、特許請求の範囲に記載の開示を実践することを可能にするためのものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本開示の範囲は特許請求の範囲及びその全ての等価物によって定義される。

Claims (15)

1. 組成物を分注するための装置であって、
   注入口及び注出口を有するバレルと、
   前記バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、
   前記シャンク端に動作可能に連結されており、前記バレル内の前記スクリューを回転させることができる駆動機構と、
   を備え、前記スクリューが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、前記内面が、前記注出口に隣接する空洞を画定しており、前記スクリューが、複数の開口部であって、前記空洞と前記外面とが前記複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含み、前記複数の開口部が、前記空洞の有孔部に沿って位置しており、前記有孔部が、前記シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する、
   装置。
2. 前記スクリューが、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトを備え、前記螺旋状フライトが、隆起したフライト部分と、前記隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、各下がったフライト部分が、前記隆起したフライト部分の遠位に前記シャフトの露出面に隣接して位置しており、更に、前記複数の開口部が、少なくとも部分的に前記１つ以上の下がったフライト部分に位置している、請求項１に記載の装置。
3. 前記有孔部が、前記スクリューの前記外面に対して、前記シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有する、請求項１又は２に記載の装置。
4. 組成物を分注するための装置であって、
   注入口及び注出口を有するバレルと、
   前記バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、
   前記シャンク端に動作可能に連結されており、前記バレル内の前記スクリューを回転させることができる駆動機構と、
   を備え、前記スクリューが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、前記内面が、前記注出口に隣接する空洞を画定しており、前記スクリューが、複数の開口部であって、前記空洞と前記外面とが前記複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含み、
   前記スクリューが、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトを備え、前記螺旋状フライトが、隆起したフライト部分と、前記隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、各下がったフライト部分が、前記隆起したフライト部分の遠位に前記シャフトの露出面に隣接して位置しており、
   前記複数の開口部が、少なくとも部分的に前記１つ以上の下がったフライト部分に位置している、
   装置。
5. 前記複数の開口部が、前記空洞の有孔部に沿って位置しており、前記有孔部が、前記シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する、請求項４に記載の装置。
6. 前記複数の開口部が、前記空洞の有孔部に沿って位置しており、前記有孔部が、前記スクリューの前記外面に対して、前記シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有する、請求項４又は５に記載の装置。
7. 組成物を分注するための装置であって、
   注入口及び注出口を有するバレルと、
   前記バレル内に受け入れられている、遠位端及びシャンク端を有するスクリューと、
   前記シャンク端に動作可能に連結されており、前記バレル内の前記スクリューを回転させることができる駆動機構と、
   を備え、前記スクリューが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、前記内面が、前記注出口に隣接する空洞を画定しており、
   前記スクリューが、複数の開口部であって、前記空洞と前記外面とが前記複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部を更に含み、
   前記複数の開口部が、前記空洞の有孔部に沿って位置しており、前記有孔部が、前記スクリューの前記外面に対して、前記シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有する、
   装置。
8. 前記有孔部が、前記シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する、請求項７に記載の装置。
9. 前記スクリューが、シャフトの周りに延びている螺旋状フライトを備え、前記複数の開口部が、前記螺旋状フライト上に位置している、請求項７又は８に記載の装置。
10. 前記螺旋状フライトが、隆起したフライト部分と、前記隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、各下がったフライト部分が、前記隆起したフライト部分の遠位に前記シャフトの露出面に隣接して位置しており、更に、前記複数の開口部が、少なくとも部分的に前記１つ以上の下がったフライト部分に位置している、請求項９に記載の装置。
11. 前記スクリューの前記外面と前記バレルとが、全体として環状凹部を画定しており、前記環状凹部と前記注出口との間の実質的に全ての連通が、前記複数の開口部を介している、請求項１～１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューであって、前記装置が、注入口及び注出口を有するバレルと、前記シャンク端に動作可能に連結されており、前記バレル内の前記スクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、前記スクリューが、
    シャフトと、
    前記シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、前記シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、前記内面が、前記注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、
    複数の開口部であって、前記空洞と前記外面とが前記複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備え、前記複数の開口部が、前記空洞の有孔部に沿って位置しており、前記有孔部が、前記シャンク端からの距離に伴って大きくなっている横断寸法を有する、
    スクリュー。
13. 組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューであって、前記装置が、注入口及び注出口を有するバレルと、前記シャンク端に動作可能に連結されており、前記バレル内の前記スクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、前記スクリューが、
    シャフトと、
    前記シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、前記シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、前記内面が、前記注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、
    複数の開口部であって、前記空洞と前記外面とが前記複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備え、前記螺旋状フライトが、隆起したフライト部分と、前記隆起したフライト部分に隣接する１つ以上の下がったフライト部分とを含み、各下がったフライト部分が、前記隆起したフライト部分の遠位に前記シャフトの露出面に隣接して位置しており、更に、前記複数の開口部が、少なくとも部分的に前記１つ以上の下がったフライト部分に位置している、
    スクリュー。
14. 組成物を分注するための装置と共に使用するための、遠位端及びシャンク端を有するスクリューであって、前記装置が、注入口及び注出口を有するバレルと、前記シャンク端に動作可能に連結されており、前記バレル内の前記スクリューを回転させることができる駆動機構と、を備え、前記スクリューが、
    シャフトと、
    前記シャフトの周りに延びている螺旋状フライトであって、前記シャフトが、中空であり、内面及び外面の両方を含み、前記内面が、前記注出口に隣接する空洞を画定している、螺旋状フライトと、
    複数の開口部であって、前記空洞と前記外面とが前記複数の開口部を介して互いに連通している、複数の開口部と、を備え、前記複数の開口部が、前記空洞の有孔部に沿って位置しており、前記有孔部が、前記スクリューの前記外面に対して、前記シャンク端からの距離に伴って増加している開孔面積を有する、
    スクリュー。
15. 請求項１～１１のいずれか一項に記載の装置を使用して組成物を分注する方法であって、
    前記組成物を前記バレルの前記注入口内へ供給することと、
    前記スクリューを回転させて、前記スクリューの前記遠位端に向かって前記組成物を搬送し、十分な圧力を生成して、前記組成物を前記複数の開口部を通過させて前記空洞内に入れることと、
    前記空洞から前記バレルの前記注出口を通して前記組成物を吐出することと、
    を含む、方法。

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