JP4373213B2 - 多層物品を射出成形する装置 - Google Patents

Description

本出願は、２００１年１０月１８日付で出願した米国仮出願番号６０／３３０，３９７の優先権を主張する。

射出成形装置の最も一般的な商用形態は「往復動式スクリュー」として知られている。このタイプの装置において、熱可塑性ポリマーが溶融され、混合され、且つ加熱された圧力容器内において回転する１個又はそれ以上のフライト（羽根）を具備するスクリューにより搬送される。該スクリューは、又、その端部において溶融した物質が蓄積することを可能とするために軸方向に並進運動することが許容される。充分な溶融物が蓄積すると、該スクリューが停止され且つ前方へ並進運動されて溶融された物質を閉じた金型内へ注入させる。一般的な実施において、逆止弁が該スクリューの下流側端部に位置されてサイクルの注入部分期間中にスクリューのフライト内へ逆流することを防止する。

共射出又はサンドイッチ成形として知られているこのプロセスの変形例は、長年の間市場で実施されている。例えば、図１に示されるように、その最も一般的な実施形態において、各々が別個の加熱型バレル内に包囲されている往復動式スクリューを包含している二個又はそれ以上の可塑化ユニットが装備された成形装置により共射出が達成される。これらの可塑化ユニットの出力は金型内の射出点へ幾つかの物質を運ぶマニフォールドからなるシステムにより一緒に集められる。公知の粘性流体の原理に従って、金型へ入る最初の物質は実質的に成形された部分の外側に止まり、且つ後に射出された物質は実質的にその部分のコア即ち中心部に残存する。その結果得られる「サンドイッチ」構造は、多数の利点を生じるものであり、その主要な利点は（１）化学的に発泡したコアを具備する部分を製造し、軽量、低圧力及び特性的な縞模様の外部を有することのない発泡部分の平坦な表面を得、（２）見えない部分において低コストのリサイクルさせた「仕様以外の」又は着色していない物質を使用し、且つ（３）例えば強化繊維又はその他の特性が異なる添加物の有無等の内側と外側とで異なる特性を有する部分を構成することである。

これらの利点は、同時的及び／又は逐次的な射出に対する関連する制御と共に、２個又はそれ以上の独立した往復動用スクリューを必要とする装置のハイコスト及び複雑性によりオフセットされる。例えば、図２に示したように、少なくとも抽出機能が単一の要素によって実施され、単一の蓄積空間内に複数個の溶融した物質を包含する複合ショットを構築させることによりこの複雑性を減少させるための多数の試みがなされている。例としては、Ｋｅｒｓｅｍａｋｅｒｓ ｅｔ ａｌ．の米国特許第４，９７８，４９３号、Ｙａｓｕｉｋｅ ｅｔ ａｌ．の米国特許第３，９６６，３７２号、Ｊａｒｏｓｃｈｅｋ ｅｔ ａｌ．の米国特許第５，４４３，３７８号を包含している．従来技術のこれらの例の全てにおいて、二次的抽出スクリュー及びバレル、又は１個を超えるものが、それを介してショットの二次的部分が充填される何等かの溶融物を担持するマニフォールド構成体により一次的バレルと通信させられる。複数個のバレル及びスクリュードライブのために、このタイプの装置は、未だに、所要のコンポーネント及び関連する制御能力の高いイニシャルコストが関与するという欠点を有している。

マルチ物質装置の複雑性は、本発明者の前の米国特許出願第０９／８５０，６９６号によって更に減少され、その場合に、単一のバレルの空間内において２つの物質を可塑化させるために２個の同軸スクリュー要素が使用されている．然しながら、充分に大きな中央のボアを有するスクリューを製造することのコスト及び複雑性、及び磨耗及び高強度の関連する問題は、このような同軸形態を大型のバレル直径を有する装置へ制限することがあるような潜在的な制限条件である。

米国特許第４，９７８，４９３号 米国特許第３，９６６，３７２号 米国特許第５，４４３，３７８号

本発明の目的とするところは、単一の加熱したバレルの空間内において、且つ、更に、単一の往復動用スクリューを具備する装置によって、サンドイッチ即ち共射出成形プロセスを実施することが可能な手段を提供することである。このことは、従来の単一物質成形装置が比較的僅かな低コストの変更でもって共射出プロセスを実施するように適合させることを可能とする。

本発明の別の目的は、上述した従来の装置を動作させるのに通常必要とされる高い技術レベルを除去するために従来の装置と実質的に同一の動作を行う共射出装置を提供することである。

本発明の別の目的は、上述した従来装置よりもより少ないエネルギで動作し且つより少ない床空間を占有する共射出装置を提供することである。

本発明の別の目的は、元の性能を失うことなしに、従来の単一物質形式から共射出形式へ及び再度その逆に迅速に装置を変換させることが可能な手段を提供することである。

本発明の別の目的は、元の装置の射出体積、圧力又は速度を減少させることのない共射出変換を提供することである。

本発明の別の目的は、小型装置上で実際的であり且つ経済的な共射出技術を提供することである。

これらの目的を達成するために、本発明の１実施例は、少なくとも２個のフライト付きステージ即ち可塑化ゾーンを具備するスクリューを取囲む射出ユニット即ちバレル（それは外部的に加熱することが可能である）を提供している。該スクリューは、計量した量の溶融した熱可塑性物質を夫々可塑化し且つ射出させるために回転方向及び軸方向に移動可能である。該スクリューは、該スクリューの長さに沿って途中の点から該スクリューの下流側端部における開口へ延在している中空の円筒状のボア即ち導管を有しており、該開口はプライマリースクリューフライト即ち第一可塑化ゾーンから該スクリューの前方の蓄積空間内へ抽出させ且つ第二可塑化ゾーンをバイパスすることを可能とする。この開口は、好適には、物質が導管内に漏れて逆流することを防止するために逆止弁が設けられている。

又、第一可塑化ゾーンに対するプライマリー供給スロートに加えて、スクリューの下流側部分（第二可塑化ゾーン）のフライトへ粒状原材料物質が入ることを可能とするためにフライト無しバリアゾーンのすぐ下流側にセカンダリー供給スロートが設けられている。第二可塑化ゾーンにより可塑化された物質は第二逆止弁を介してスクリューの回転動作により運ばれ、それは開口を介してスクリュー前方の共通の蓄積空間内へ流れる。

本発明の１つの目的は、（１）上流側端部と下流側端部とを具備しているバレル、（２）第一物質供給源、（３）第二物質供給源、（４）第一溶融物を下流側端部へ向かって運ぶために第一物質供給源からの物質を可塑化させるためにスクリューの第一長さに沿って延在する第一可塑化ゾーン及び第二溶融物を下流側端部へ向かって運ぶために第二物質供給源からの物質を可塑化させるためにスクリューの第二長さに沿って延在する第二可塑化ゾーンを少なくとも有しており第一長さと第二長さとがスクリューのオーバーラップしない部分であるスクリュー、（５）第一溶融物を第二溶融物から分離する分離手段を有しているポリマー物質を溶融する装置を提供することである。

この装置は、又、（１）第一物質及び第二物質を夫々の第一可塑化ゾーン及び第二可塑化ゾーン内へ独立的に導入させるためのバレルにおける少なくとも１個の開口、（２）それを介して第一溶融物が第一可塑化ゾーンからバレル内の蓄積空間へ流れる導管、及び／又は（３）バレル内の蓄積空間前の溶融物に対する１個又はそれ以上の逆止弁を有することが可能である。

この装置は、又、第一溶融物及び第二溶融物の各々が１つ又はそれ以上の夫々の開口においてバレル内の蓄積空間へ入り、各このような開口が蓄積空間内の異なる位置に形成されているものを提供することが可能である。更に、夫々の開口のうちの１つ又はそれ以上は、蓄積空間の下流端部に近接して形成することが可能であり、且つ夫々の開口のうちの別の１つ又はそれ以上を蓄積空間の上流側端部に近接して形成することが可能である。又、第一溶融物と第二溶融物のうちの１つの夫々の開口の１つ又はそれ以上の間の接続部を設けることが可能である。

本装置は、又、（１）バレルの長手軸に沿って移動するための移動手段、（２）スクリューが細長い先端部を有しており、該移動手段が該細長い先端部をバレルの出口オリフィスに近接させ、従って該細長い先端部を介して搬送された物質が蓄積空間内の物質を蓄積空間の上流側端部へ向けて変位させることを提供することが可能である。

本装置は、又、（１）少なくとも１個の割合が制御されるペレット供給器、（２）導管内の可変絞り、（３）スクリュー及びバレルのうちの少なくとも１つの中に位置されている逆流チャンネル、（４）少なくとも１個の第一フライト及び少なくとも１個の第二フライトが他方のゾーンよりも背圧に起因する流れの本質に対してより大きな感度に構成されるように第一ゾーンは少なくとも１個の第一フライトで形成されており且つ第二ゾーンは少なくとも１個の第二フライトで形成されており、及び／又は（５）第一温度及び第二温度のうちの１つが他方の温度に関して変化されるように第一ゾーンは第一温度に維持され且つ第二ゾーンは第二温度に維持されることにより、第一ゾーン及び第二ゾーンのうちの一方の可塑化の割合を他方のゾーンに関して制御することを提供する。

本発明の別の目的は、（１）第一物質供給源、（２）第二物質供給源、（３）第一溶融物を第一蓄積空間内へ出力するために第一物質供給源からの物質を可塑化するためのスクリューの第一長さに沿って延在する第一可塑化ゾーン及び第二溶融物を第二蓄積空間内へ出力するために第二物質供給源からの物質を可塑化するためのスクリューの第二長さに沿って延在する第二可塑化ゾーンを少なくとも具備するスクリュー、（４）第一蓄積空間と第二蓄積空間とを分離する可動バリアを具備する成形装置を提供することである。該成形装置は、又、可動バリアが第一溶融物及び第二溶融物を夫々の蓄積空間から強制させるように長手軸に沿ってスクリューを移動させる移動手段を有することが可能である。

本発明の別の目的は、（ａ）長手軸を具備するスクリューを回転させて（１）スクリューの第一長さに沿って延在する第一可塑化ゾーン内の第一物質を溶融させ且つ溶融した第一物質を導管及び第一逆止弁を介してスクリュー前方の蓄積空間内へ流させ、且つ（２）同時的に、スクリューの第二長さに沿って延在する第二可塑化ゾーン内の第二物質を溶融させて溶融した第二物質を第二逆止弁を介してスクリュー前方の蓄積空間内へ流させて第一物質及び第二物質のうちの一方が実質的に蓄積空間の後方及び外側周辺部に向かって形成しそれにより複合ショットを形成し、該複合ショットが長手軸に沿って逆方向にスクリューを強制し、且つ（ｂ）該複合ショットを金型内に射出する上記ステップを有しており、コア層とスキン層とを有する複合構成体を具備する成形した物体を製造する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、（ａ）長手軸を有するスクリューを回転させて（１）スクリューの第一長さに沿って延在する第一可塑化ゾーン内の第一物質を溶融させ且つ溶融した第一物質を導管及び第一逆止弁を介してバリア前方の第一蓄積空間内へ流させそれによりスクリューを長手軸に沿って逆方向に強制させ、且つ（２）同時的にスクリューの第二長さに沿って延在する第二可塑化ゾーン内の第二物質を溶融させて溶融した第二物質を第二逆止弁を介してバリア後方の第二蓄積空間内へ流させ、且つ（ｂ）軸方向にスクリューを移動させて（１）第一チャンネルを介して第一蓄積空間内の溶融された第一物質及び（２）第二チャンネルを介して第二蓄積空間内の溶融した第二物質を複合ショットとして金型内へ射出させる、上記各ステップを有しており、異なる物質からなる領域を有する複合構成体で成形した物体を製造する方法を提供することである。射出するためにスクリューを軸方向に移動させるステップは、（１）溶融した第一物質と溶融した第二物質とを同時的に射出するか、又は（２）溶融した第一物質と溶融した第二物質とを逐次的に射出することを包含することが可能である。

本発明は標準の射出成形装置の典型的なコンポーネントで開始する。これらは、加熱型円筒状圧力容器、即ちプラスチック物質が溶融され且つ蓄積される円筒状ボア１２を具備するバレル１０を包含している。バレル１０は開口、即ち供給スロート１４が設けられており、それを介して原材料物質が円筒状ボア１２内へ導入される。供給スロート１４と反対側のボアの端部、即ちノズル１６は実質的に直径が円錐状に減少しており、金型と連通する小さな直径のチャンネルアウトレット１８で終端している。

標準の射出成形装置は、更に、案内路上に装着されており且つ液圧シリンダー２２によって直線方向に移動される射出プラテン２０を具備している。プラテン２０は、更に、典型的に、低回転速度において高トルクとすることが可能な液体又は電気モータである回転駆動装置２３に対する装着点を有している。

図３に示したように、本発明の１実施例は、バレル１０が第二供給スロート２４が設けれているという点において標準の射出成形装置の形態から異なっている。スクリュー２６は２個の供給スロート１４，２４からの物質をバレル１０内側で前方へ搬送し且つそれを流体の形態へ変換させるために少なくとも２個の外部ネジ山即ちフライト２８，３０を有している。溶融した物質がフライト２８，３０の下流端部から出且つスクリュー２６の前方に蓄積することを可能とするために分離手段、即ちボア又は導管３２及び開口３４が設けられている。逆流が発生することを防止するため、そのように蓄積された物質がネジ山部分へ再度入ることを防止するために更なる手段が設けられている。この機能の最も一般的な実施例はリング型逆止弁３６又はボール型逆止弁３８である。

より特定的に、スクリュー２６は円筒状のボア即ち導管３２が設けられており、それは溶融物をプライマリーネジ山部分即ち第一可塑化ゾーン４０からセカンダリーネジ山部分即ち第二可塑化ゾーン４２を通過してスクリュー２６の先端部４６における開口４４を介し且つ共通の蓄積空間４８内へ搬送する。開口４４は例えばボール型逆止弁３８である逆止弁が設けられている。溶融物が蓄積されると、共通の蓄積空間４８の体積は射出プラテン２０の後方への運動により増加させることが可能である。

同時的に又は逐次的に、セカンダリーネジ山部分又は第二可塑化ゾーン４２が溶融物をそのゾーン内のフライト３０からスクリュー２６とバレル１０との間の開口３４を介して且つ後方の共通の蓄積空間４８内及び導管３２から流れ出る溶融物の周辺部へ搬送する。開口３４は、例えば、リング型逆止弁３６等の逆止弁が設けられている。

スクリュー２６の可塑化ゾーン４０，４２の間において、バリア４９が第一可塑化ゾーン４０内の溶融物がバレル１０に沿って継続して第二可塑化ゾーン４２内の溶融物と混合することを防止する。その代わりに、バリア４９は第一可塑化ゾーン４０内の溶融物を導管３２内へチャンネル化させる。

本発明の１実施例においては、バリア４９は内部バリア直径とほぼ等しい直径を有するスクリュー２６のフライトがないセクションである。この実施例においては、バリア４９は導管３２へのインレットのすぐ下流側に配置されている。

スクリュー２６の後方軸方向運動は、円筒状導管２６の開口４４及び／又はスクリュー２６と第二可塑化ゾーンの下流側のバレル１０との間の開口３４から進行する溶融物の蓄積により発生される。

このように、溶融した熱可塑性物質の層が蓄積空間４８内に形成される。この蓄積された溶融物は、次いで、液圧シリンダー２２によって閉じた金型内へ射出される。蓄積空間４８のアウトレット１８に最も近い物質が、最初に、金型に入り、金型表面に対して冷却を開始する。アウトレット１８から最も遠い物質は後に金型に入り且つ物体即ち部品のコアとなる。このように、表面組成と異なる組成のコアを包含する部品を成形することが可能である。

更に、バレル１０の外側上にある典型的に電気的なヒーター要素（不図示）は物質を溶融するのに適した条件へバレルの温度を上昇させることが可能である。１実施例においては、夫々の可塑化ゾーン４９，４２の各々の周りに異なる温度を維持することが可能であり、そのことは、特に、夫々の溶融物質の異なる特性に対して有用なものである。

コア物質のトレースによる成形した部品の外側表面の汚染はスクリュー２６上の細長い先端部４６を使用することにより除去することが可能であることが実験的に判明した。抽出サイクルの始めにおいて、スクリュー２６が完全に前方にある場合に、細長い先端部４６の端部は装置ノズル１６の後部面５０とほぼ接触状態にある。従って、スキン物質が細長い先端部４６から抽出されると、バレル１０内に残存するコア物質のトレースは蓄積空間４８の後部に向かって強制的に戻される。その後のコア物質の蓄積空間４８の上流側端部内への抽出は２つの物質の間の界面に対して所望の凹状形状を発生する。このような凹状界面は、物質が注入される場合に物質の間により急激且つ画定された遷移を発生することが判明し、そのことはコア対スキン物質の比を有益的に最大とさせる。

本発明の実際的な適用例においては、最終部品における２つの物質の間の相対的な量を制御することが望ましいことがしばしばである。このことは、以下のメカニズムのうちの１つ又はそれ以上によりそれらの夫々のネジを付けたスクリューゾーン４０，４２における２つの物質の可塑化の割合を制御することにより達成される。

スクリューの溶融割合は、供給スロート１４，２４の一方又は両方の上に配置した一般的に「スターブフィーダー（ｓｔａｒｖｅ−ｆｅｅｄｅｒ）」又は「ペレットフィーダー（ｐｅｌｌｅｔ−ｆｅｅｄｅｒ）」として知られている割合制御型フィーダー（供給器）５２を設けることにより減少させることが可能である。この装置は減少した量の粒状原材料物質のみが可塑化ゾーン４０，４２のスクリューフライトに入ることを許容するために可変速度モータ５６により駆動されるオーガー５４を一般的に使用する。可塑化ゾーン４０，４２のスクリューフライトを粒状物質で溢れさせるより一般的な実施態様と異なり、割合制御型供給器５２は、スクリュー２６が部分的に充填されたフライトで動作することを可能とし、且つ可塑化ゾーン４０，４２の出力は減少される。

例えば、図５に示したように、使用することが可能な別のメカニズムは可塑化ゾーン４０，４２のうちの１つ又はそれ以上のアウトレット即ち導管３２内に調節可能な機械的絞り１１０である。この調節可能な機械的絞り１１０は図５に示したようなニードル弁とすることが可能である。このような弁を配置させる１つの好適な位置は円筒状のボア導管３２内である。

例えば図６に示したように、流量を制御するために使用することが可能な別のメカニズムは、可塑化ゾーン４０，４２のスクリューフライト上の下流側の点を同一の可塑化ゾーンにおける上流側の点へ接続させる逆流チャンネル１１２である。このようなチャンネル１１２は、スクリュー２６自身の中に穿設することが可能であり、又はそれをバレル壁内に形成することが可能である。チャンネル１１２の端部の間の圧力差は高圧の下流側端部から物質を逆方向に漏れさせ且つ上流側端部において可塑化ゾーン４０，４２のスクリューフライトへ再度流入させる。チャンネル１１２は、オプションとして、上述した如く、調節可能な絞りを設けることが可能である。

流量を制御するための更に別のメカニズムは、可塑化ゾーン４０，４２のうちの１つのフライトを、フライトに沿っての圧力勾配に起因して逆流させるように他方よりもより敏感であるように設計することである。このことは、例えば、図７に示したように、連続的なフライトにギャップ即ちスロット１２０を設けることにより、又はその長さの幾らか又は全てにわたりフライトとバレル壁との間の空間を増加させることにより行うことが可能である。このような場合において、図４に示したように、そのように修正された可塑化セクション即ちゾーンの出力は、スクリューの回転１３０期間中により高い背圧条件下においてより迅速に減少し、且つ背圧を変更することにより出力比における差異を達成することが可能である。

ある範囲の背圧にわたりより安定な出力を確保する１つの手段は、スクリューシャンク方向に対して平行に供給ゾーン溝を設けることである。このような溝は、プラスチックがスクリュー２６と共に回転することがないように平行な方向にバレルに沿ってのグリップを与えるためにバレル１０の内側表面上に形成することが可能である。このような回転は溶融した物質の不安定な間歇的回転スリップを発生する場合がある。スクリューセグメントのうちの１つにより長い測定セクションを設けることにより圧力の安定性を向上させることも可能である。

スクリューセグメントの相対的な出力を制御する別の手段は、周囲のバレル温度を制御することによりそれらの夫々の温度を調節することである。殆どの物質の場合、バレル温度の変化は可塑化の割合に影響を与え、主に、溶融物の粘度における変化及びバレル１０及びスクリュー２６に対する接着性を介して影響を与える。

特に、レトロフィットさせた従来の装置の場合には、２段スクリュー１０を典型的に２０：１の長さ／直径の比（Ｌ／Ｄ）を有する従来の装置のオリジナルのスクリューと同一のバレル長さ内に適合させることが望ましい。以前に単一の溶融段により占有されていた長さ内に２個の完全な溶融段（可塑化ゾーン）が存在せねばならないので、より少ない距離においてより多くの溶融が実施されねばならない。然しながら、両方の段における同時的な溶融に起因して、いずれの段もショット用の完全な量を溶融することは必要ではなく、従って各個々の段に関する回転あたりの出力は、回復時間に関しての負の影響なしで減少させることが可能である。

短いスクリューで良好な溶融品質を達成するために多くの技術が存在している。特に、オハイオ州ヨークタウンのスピレックス（Ｓｐｉｒｅｘ）コーポレイション、カンサス州ウイチタのウエストランド（Ｗｅｓｔｌａｎｄ）コーポレイション、及びバージニア州プラスティーのザロイ（Ｘａｌｏｙ）コーポレイション等のアフターマーケットスクリュー会社によりベント型２段２０：１スクリューに関して作業が為されている。これらの会社により使用されている１つの技術は、スクリューのフライトピッチを減少させることであり、それにより同一長さのスクリューにおいてより長い全体的な溶融経路を発生させている。２番目の技術はフライト深さを減少させることである。前者の技術と結合された場合に、結果的に得られる溶融チャンネルの形状はより小さな全長スクリューのものに類似している。

出力割合を犠牲にしてより短いスクリューにおける溶融品質を改善するために使用される別の技術は、混合要素を付加することである。多数の混合用の幾何学的形状が存在しており、それら全ては溶融物の流れを分離し且つ再結合させることにより分散性混合を増加させること又は局所化した高い剪断ゾーンにより分散性混合を増加させることを目的としている。上のパラグラフにおいて説明したように、高度の逆流を許容するスクリューの設計は、増加された剪断及びより完全な溶融を促進する。

上流段の場合には、この第一可塑化ゾーン４０と蓄積空間４８内への開口４４との間のボア即ち導管３２は、更なる溶融条件付けのために使用することが可能である。特に、この導管３２は、溶融物の流れが、例えば、図８に示したようにそれらを介して強制される場合に溶融物の流れを分割し且つ再結合させる静的混合要素１４０を設けることが可能である。一方、導管３２内に配置させた「魚雷」拡散器１５０は、例えば、図９に示したように、局所化させた剪断加熱及び分散性混合を与える。溶融のための付加的な熱は、又、均一な溶融物を更に改善するためにスクリューの壁を介して伝導させることも可能である。

本発明を、主に、射出成形について説明した。然しながら、往復動式スクリューはその他の適用、例えば、射出ブロー成形及び押出しブロー成形等においても使用されるものであるので、本発明はこのような適用例にも適用可能である。

本発明を往復動式スクリューを包含する実施例について説明した。それは又、例えば、押出しプレスにおけるように、スクリューが軸方向に固定されている実施例においても本発明を使用することが可能である。

更に、本発明を液圧装置を包含する実施例について説明した。それは、射出機能が、液圧シリンダー２２の代わりに、ボールスクリュー、リニアモーター、又はその他の非液圧装置により実施されるような装置に対しても同様に適用可能である。

本発明を、プライマリー（上流）フライト付きセクション即ち第一可塑化ゾーン４０が仕上げられた物体のスキン物質を発生し且つ下流フライト付きセクション即ち２番目の可塑化ゾーン４２がコア物質を発生する場合の実施例について説明した。夫々の溶融物の流れがどこで蓄積空間へ入るかをリダイレクトさせることにより、この形態を逆にすること、即ち、２番目の可塑化ゾーン４２においてスキン物質を発生させることも本発明の範囲内である。

本発明の１実施例を２個のフライト付き可塑化ゾーン４０，４２と共に例示してある。然しながら、２個を超えるセクション即ちゾーンを使用する実施例において本発明を実施することが可能である。このような実施例においては、上流セクションを蓄積空間へ接続する導管はスクリュー内の中心に位置決めされない場合がある。

本発明を、単一の共通の蓄積空間４８及び単一のノズル１６を具備する実施例について説明した。蓄積空間内の可動バリア１６０により、蓄積期間中に夫々の物質を別々に維持すること及びそれらを夫々のノズルを介して金型内へ射出させることも可能である。金型内に入ると、溶融物の流れは金型設計に従って、ランナーシステム内において又は金型キャビティ自身内において一緒にさせることが可能である。

図１０はこのような可動バリア１６０を示した本発明の１実施例である。射出バレル１６４のノズル区域１６２内に存在しており且つ中空円筒形状である可動バリア１６０は、スクリュー先端部１６６を介して押出される物質を前方の空間１６８内に蓄積させることを可能とする。逆止弁１７０を介して押し出される付加的な物質が、スクリュー組立体の前方への運動を介してセカンダリー開口１７４を介して変位される時まで、別個の後方の空間１７２内に蓄積する。射出前のバリア１６０の位置は、２個の夫々のアウトレット、即ち先端部１６６及びセカンダリー開口１７４を介して押出される物質の相対的な量によって決定される。

図１１は図１０に示した実施例の変形例を示している。この実施例においては、セカンダリー開口１７４は、可動バリア１６０がその実質的に最も遠い前方位置に到達するまでブロックされている。このことは、後方空間１７２内の物質の排除前に、前方空間１６８内に蓄積された実質的に全ての物質が排除されることを確保する。

図１２は本発明の更に別の実施例を示している。大理石又は亀甲のイミテーション用にランダムな斑入りの様相を有する部品を作ることが望ましい場合がある。２個又はそれ以上の可塑化ゾーンの出力を、例えば、スクリュー先端部１８６の円周周りに半径方向に配設した多数の分散させた開口１８２，１８４から蓄積空間内へ流入させることが可能である。１組の開口１８２は導管１８８からの分岐とすることが可能であり、一方他方の組１８４はスクリュー先端部の端部における窪みとすることが可能である。スクリューが回転すると、物質の流れが実質的にランダムなパターンで蓄積する。

本発明を熱可塑性射出成形について説明した。それは、粉末金属、複合物質、チキソトロピー金属スラーリー、又は反応性熱硬化性ポリマーの射出成形にも適用可能である。

例１：
オハイオ州バタビアのフェロマチックミラクロン（Ｆｅｒｒｏｍａｔｉｋ Ｍｉｌａｃｒｏｎ）により製造された４５ミリメーターバレル直径を有する射出成形装置を、本発明に基づくバレル及びスクリューを装着させた。単一のスターブフィーダーを下流側供給スロートへ装着した。多様な金型を使用して、１２グラムから最大で２５０グラムの重量を有する多層部品を製造した。これらの部品において、内側コア層は全体的な部品重量の１０％と７０％の間で変化した。熱可塑性物質を成功裡に使用し、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ナイロン、ポリフェニレン酸化物、アセタール、ポリビニルクロライド、ポリカーボネートを包含していた。

例２：
例１における装置に関して、上流側供給スロートへ第二スターブフィーダーを装着した。この第二フィーダーでもって、高々重量で９５％のコア百分率を有する部品を製造し、コア物質はポリプロピレンであり且つスキン物質は熱可塑性エラストマーであった。

例３：
例１における装置に図１１に示した前端コンポーネントを装着した。共通のキャビティの異なる点に供給を行う２個の独立したランナーを具備する金型を使用して、サンドイッチ構造ではなく全体にわたり２つの異なる物質で構成された領域を具備する部品を製造した。

本発明を特定の実施例について説明したが、本発明は本明細書の精神及び特許請求の範囲に入る当業者による便法を包含する全ての変形例及び修正例を包含する。

２個の射出バレルと溶融物の流れが射出される場合に合体させるマニフォールドとを具備している従来の共射出の最も一般的な実施状態を示した概略図。 米国特許第５，４４３，３７８号に示されているような単一のアキュムレーター空間を具備する従来の共射出の１つの形態を例示した概略図。 本発明の１実施例を例示した概略図。 ２つのフライト設計に対する背圧とスクリュー出力との間の関係を示したグラフ。 調節可能な機械的絞りを具備する本発明の１実施例を示した概略図。 逆流チャンネルを具備する本発明の１実施例を示した概略図。 本発明の１実施例に基づくギャップを具備するスクリューのフライトを示した概略図。 本発明の１実施例に基づく物質の分割及び再結合のための静的混合要素を示した概略図。 本発明の１実施例に基づく魚雷拡散器を示した概略図。 本発明の１実施例に基づく可動バリアを示した概略図。 本発明の１実施例に基づく別の可動バリアを示した概略図。 本発明の１実施例に基づいてスクリュー先端部の円周周りに半径方向に配設した分散した開口を示した概略図。 本発明の１実施例に基づいて図１２に例示したスクリュー先端部の断面を示した概略図。

符号の説明

１０ バレル
１２ 円筒状ボア
１４ 供給スロート
１６ ボア（ノズル）
１８ アウトレット
２０ 射出プラテン
２２ 液圧シリンダー
２６ スクリュー
２８，３０ フライト
３２ ボア（導管）
３４ 開口
３６，３８ 逆止弁
４０ 第一可塑化ゾーン
４２ 第二可塑化ゾーン
４４ 開口
４６ 先端部
４８ 蓄積空間

Claims (19)

1. ポリマー物質を溶融する装置において、
   上流側端部と下流側端部とを具備しているバレル、
   第一物質供給源、
   第二物質供給源、
   第一溶融物を前記下流側端部へ向かって運ぶために前記第一物質供給源からの物質を可塑化させるためにその外側部分の第一長さに沿って延在している第一可塑化ゾーン及び第２溶融物を前記下流側端部へ向かって運ぶために第二物質供給源からの物質を可塑化させるために該外側部分の第二長さに沿って延在している第二可塑化ゾーンを少なくとも具備しており前記第一長さ及び第二長さは重畳しない部分であるスクリュー、
   前記第一溶融物を前記第二溶融物から分離するために該第一長さと該第二長さとの間において少なくとも該スクリューの該外側部分に沿って延在している分離手段、
   各々が該夫々の可塑化ゾーンから別々に運ばれてくる該第一溶融物及び該第二溶融物を受け取る蓄積空間、
   を有している装置。
2. 請求項１において、更に、前記第一物質及び前記第二物質を夫々の第一可塑化ゾーン及び第二可塑化ゾーン内へ独立的に導入させるための各可塑化ゾーンに対して前記バレルにおける少なくとも１個の開口を有している装置。
3. 請求項１において、前記分離手段が、導管を有しており、それを介して、前記第一溶融物が前記第一可塑化ゾーンから前記バレルにおける前記蓄積空間へ流れることを特徴とする装置。
4. 請求項１において、前記第一溶融物及び前記第二溶融物の各々が、少なくとも１個の逆止弁を介して前記バレルにおける前記蓄積空間内へ流れることを特徴とする装置。
5. 請求項１において、前記第一溶融物及び前記第二溶融物の各々が１つ又はそれ以上の夫々の開口において前記バレル内の前記蓄積空間内に入り、このような各開口は前記蓄積空間における異なる位置に形成されている装置。
6. 請求項５において、前記夫々の開口のうちの１つ又はそれ以上が前記蓄積空間の下流側端部に近接して形成されており、且つ前記夫々の開口のうちの別の１つ又はそれ以上が前記蓄積空間の上流側端部に近接して形成されている装置。
7. 請求項５において、更に、前記第一溶融物及び前記第二溶融物のうちの１つの夫々の開口の１つ又はそれ以上の間に接続部を有している装置。
8. 請求項１において、本装置が、更に、
   前記バレルの長手軸に沿って該スクリューを移動させるための移動手段、
   を有しており、且つ前記スクリューが、更に、細長い先端部を有しており、
   前記移動手段が前記細長い先端部を前記バレルの出口オリフィスに近接させ、従って前記細長い先端部を介して運ばれる物質が前記蓄積空間内の物質を前記蓄積空間の上流側端部へ向かって変位させる、装置。
9. 請求項１において、更に、前記第一ゾーン及び前記第二ゾーンのうちの一方の他方のゾーンに関する可塑化の割合を制御する少なくとも１個の割合制御型ペレット供給器を有している装置。
10. 請求項３において、更に、前記第一ゾーン及び第二ゾーンのうちの一方の他方のゾーンに関する可塑化の割合を制御するための前記導管内の可変絞りを有している装置。
11. 請求項１において、更に、前記第一ゾーン及び前記第二ゾーンのうちの一方の他方のゾーンに関する可塑化の割合を制御するための前記スクリュー及びバレルのうちの少なくとも一方の内部に位置している逆流チャンネルを有している装置。
12. 請求項１において、
    前記第一ゾーンが該スクリューの外部上の少なくとも第一フライトで形成されており、
    前記第二ゾーンが該スクリューの外部上の少なくとも第二フライトで形成されており、
    前記第一ゾーン及び前記第二ゾーンのうちの１つの他方のゾーンに関する可塑化の割合を制御するために少なくとも１個の第一フライト及び少なくとも１個の第二フライトの内の一方が他方のゾーンよりも背圧に起因する流れの損失に対してより大きな感度であるように構成されている装置。
13. 請求項１において、
    前記第一ゾーンが第一温度に位置されており、
    前記第二ゾーンが第二温度に位置されており、
    前記第一ゾーン及び前記第二ゾーンのうちの一方の他方のゾーンに関する可塑化の割合を制御するために前記第一温度及び前記第二温度のうちの一方を他方の温度に関して変化させる装置。
14. 射出成形装置において、
    第一物質供給源、
    第二物質供給源、
    第一溶融物を第一蓄積空間内へ出力させるために前記第一物質供給源からの物質を可塑化させるためにその外側部分の第一長さに沿って延在する第一可塑化ゾーン及び第二溶融物を第二蓄積空間内へ出力させるために前記第二物質供給源からの物質を可塑化させるために該外側部分の第二長さに沿って延在している第二可塑化ゾーンを少なくとも具備しているスクリュー、
    前記第一蓄積空間及び前記第二蓄積空間を分離する可動バリア、
    を有している射出成形装置。
15. 請求項１４において、更に、
    前記可動バリアが前記第一溶融物及び前記第二溶融物を夫々の蓄積空間から排除させるように長手軸に沿って前記スクリューを移動させる移動手段、
    を有している射出成形装置。
16. コア層及びスキン層を有している複合構成体で成形した物体を製造する方法において、
    長手軸を有するスクリューを回転させて（１）前記スクリューの外側部分の第一長さに沿って延在する第一可塑化ゾーンにおいて第一物質を溶融させ且つ溶融した第一物質を導管及び第一逆止弁を介して前記スクリュー前方の蓄積空間内へ流させ、（２）同時的に、前記スクリューの該外側部分の第二長さに沿って延在する第二可塑化ゾーンにおいて第二物質を溶融させて溶融した第二物質を第二逆止弁を介して前記スクリュー前方の前記蓄積空間内へ流させ、前記第一物質及び前記第二物質のうちの一方が実質的に前記蓄積空間の後部及び外側周辺部に向かって形成されそれにより複合ショットを形成し、前記複合ショットは前記スクリューを前記長手軸に沿って後方へ強制的に戻し、
    前記複合ショットを金型内へ注入する、
    上記各ステップを有している方法。
17. 異なる物質からなる領域を有する複合構成体で成形した物体を製造する方法において、
    長手軸を有するスクリューを回転させて（１）前記スクリューの外側部分の第一長さに沿って延在する第一可塑化ゾーンにおいて第一物質を溶融させ且つ溶融した第一物質を導管及び第一逆止弁を介してバリア前方の第一蓄積空間内へ流させ、それにより前記スクリューを前記長手軸に沿って後方へ強制し、且つ（２）同時的に、前記スクリューの該外側部分の第二長さに沿って延在する第二可塑化ゾーンにおいて第二物質を溶融させて溶融した第二物質をして第二逆止弁を介して前記バリアの後ろ側の第二蓄積空間内へ流させ、
    前記スクリューを軸方向に移動させて（１）第一チャンネルを介して前記第一蓄積空間内へ前記溶融した第一物質を（２）第二チャンネルを介して前記第二蓄積空間内の前記溶融した第二物質を、複合ショットとして金型内へ注入する、
    上記各ステップを有している方法。
18. 請求項１７において、前記スクリューを軸方向に移動させて注入させるステップが、更に、前記溶融した第一物質及び前記溶融した第二物質を同時的に注入させることを包含している方法。
19. 請求項１７において、前記スクリューを軸方向に移動させて注入させるステップが、更に、前記溶融した第一物質及び前記溶融した第二物質を逐次的に注入させることを包含している方法。

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