JPH11115001A - バルブゲートアセンブリ及び射出成形方法 - Google Patents

バルブゲートアセンブリ及び射出成形方法

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JPH11115001A JP10225904A JP22590498A JPH11115001A JP H11115001 A JPH11115001 A JP H11115001A JP 10225904 A JP10225904 A JP 10225904A JP 22590498 A JP22590498 A JP 22590498A JP H11115001 A JPH11115001 A JP H11115001A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一方向分子配向を有する固化樹脂が殆どなく
かつウェルドラインもない高品質の樹脂製品をスプルー
レス射出成形法により形成する。 【解決手段】 本発明のバルブゲートアセンブリ10
は、溶融樹脂を成形区域へ案内する移動可能なバルブゲ
ートステム12と、バルブゲートステム12を包囲する
ノズル本体14と、協働する第一の型半分53と第二の
型半分55との間に成形部を形成して溶融樹脂を受ける
型キャビティ54とを備える。型キャビティ54へ溶融
樹脂を供給するため、型キャビティ54と連絡するバル
ブゲートステム12の下流に射出オリフィス92が設け
られる。また、バルブゲートステム12と接触すると共
に、射出オリフィス92を開放する前方位置と、射出オ
リフィス92を閉鎖する後方位置との間で移動可能な可
動コアピン88が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、種々の形状の高
品質成形品を射出成形するバルブゲートアセンブリ、特
に、型キャビティの良好な充填方式が可能で殆ど残留応
力のない成形品を成形できるバルブゲートアセンブリ及
び射出成形方法に関する。また、本発明は、特に成形区
域に溶融樹脂を案内するシステムと協働して能率的に操
作できるバルブゲートアセンブリ及び射出成形方法を提
供する。
【0002】
【従来の技術】現在係属中の米国特許出願第08/69
0411号は溶融樹脂を成形区域へ案内するバルブステ
ム手段を備えるバルブゲート射出ノズルを開示し、この
バルブステム手段は、溶融樹脂を受ける入力区域と、入
力区域に続き溶融樹脂を処理する中央区域と、中央区域
に続き成形区域でノズル連結する出力区域とを有する。
中央区域は、溶融樹脂を複数の流れに分割する第一ゾー
ンと、溶融樹脂を混合しかつ均質化する第二ゾーンと、
続く方向の出力区域に対し複数の流れを結合すると共に
再結合かつほぼ均質化された溶融樹脂を形成する第三ゾ
ーンとを有する。この装置は非常に有利であるが、バル
ブゲートアセンブリを改良することが望ましい。
【0003】米国特許第5162125号明細書は、環
状の充填通路を有する大径のバルブゲートを開示する。
しかしながら、この特許米国明細書に記載された構造で
は、環状の充填通路を閉鎖するばねを使用し、スプルー
(一次供給路)と接触しかつばねを圧縮する機械ノズル
の前方への動きによって、充填通路を開放する。従っ
て、バルブヘッドは、バルブヘッドと部品との間に間隔
を残して、部品の中へ前方へ移動して充填を可能とし、
部品から後退し離れて閉鎖する。成形品の中心に穴は形
成されないが、成形品に環状突起を形成するためにバル
ブヘッドを使用する。開放位置では、溶融樹脂は比較的
広い環状通路を通って流動する。この装置は効果的であ
るが、更に改良されたシステムの開発が望まれている。
【0004】米国特許第4368028号明細書は、コ
アピン及び「トーピード(魚雷形の金属部品)」上に円
錐状突起及びこれと嵌合する円錐状凹部を有し、これら
を成形中に嵌合しかつ整列状態に維持するため、ホット
ランナノズルの固定したトーピードの反対側に部分的に
穴を形成するコアピンの使用を示す。しかしながら、こ
の米国特許はゲート開口部の閉鎖を示唆していない。
【0005】当業者に公知のように、例えばPET(ポ
リエチレンテレフタレート)のプレフォーム等の成形品
を射出成形する際、従来開発されたホットランナバルブ
ゲートのノズル構造を使用して、一方向分子配向及びウ
ェルドラインが発生する。一方向分子配向は、射出成形
時に材料の分子が一方向に並ぶことをいう。ウェルドラ
インは、射出成形時に材料の流れが完全に停止する前に
部分硬化を起こし、成形品の内部に不連続部分を生じ、
これに対応して成形品の表面に見えるすじをいう。ウェ
ルドライン及び一方向分子配向は、成形後に加圧下で炭
酸飲料を充填される可能性があるブロー成形PETボト
ルの機械的強度が低下する潜在的な原因となり、容器が
破壊する危険が増大する等主要な要因となるが、一方向
分子配向及びウェルドラインを回避するのは困難であ
る。また、ウェルドラインは強度を低下し又は例えば特
に大荷重用途に使用する中心穴を有する歯車等の射出成
形精密部品の寸法精度に不都合な結果を招来するおそれ
がある。更に、ウェルドライン及び一方向分子配向は、
例えばコンパクトディスク(CD)、デジタルビデオデ
ィスク(DVD)等の光学的用途に使用する成形品に複
屈折を誘発することがあるが、ピットの反対側からディ
スクを形成する樹脂基体中にレーザビームを通過させ
て、ディスク面に埋設したピットに記録された情報を取
り出さなければならないため、複屈折の誘発は容認でき
ない欠陥である。これらの成形品はいずれも精密な中心
穴を設ける必要がある点を考慮すると、CD及びDVD
の射出成形は非常に冒険的な試みである。樹脂を節約
し、サイクル時間を低減しかつ型及び射出成形機の構造
を簡単にするため、理想的には、スプルーレス射出成形
法を使用してCD及びDVDを成形すべきである。スプ
ルーレス射出成形法は、成形品に接続されかつゲート及
びスプルーに存在する樹脂材料(へそ)を成形品から除
去して成形するへそ無し射出成形法である。しかしなが
ら、以前の技術開発では、このようなシステムの示唆が
なく、特に、許容できる複屈折レベル及び厳格な幾何公
差内でスプルーレスCD及びDVDを製造できるホット
ランナバルブゲートノズル及び型並びに方法を示唆して
いない。従来の成形技術開発では、ウェルドライン又は
一方向分子配向のない樹脂製品の種々の製造方法が議論
されている。しかしながら、これらの方法では、ホット
ランナマニホルド及びノズルの使用に関し満足な結果が
得られない。
【0006】以下に示すように、よりふさわしい技術も
開発されている。ヨーク(York)の米国特許第4412
807号明細書は、バルブステムの周囲での溶融樹脂の
分流により生じるウェルドラインの発生を防止するため
に、可動ステムと溶融樹脂との間の接触を低減する目的
で、溶融樹脂の流れに平行に設けたバルブステムを開示
する。このバルブステムは、ノズルチップに極めて接近
した樹脂との接触を著しく制限する。この構造を使用し
てウェルドラインを減少できるが、樹脂の流れがキャビ
ティゲートに対し非対称でかつキャビティの他方の側よ
り速く一方の側に優先的に樹脂が充填される傾向がある
ので、実質的にコアシフトが導入される。
【0007】米国特許第4412807号と同様、マナ
ー(Manner)の米国特許第4925384号明細書は、
溶融樹脂の流れと平行に配置したバルブステムを含むホ
ットランナバルブゲートを開示する。しかしながら、こ
のバルブステムは、ホットランナノズルの内側溶融樹脂
通路に沿う溶融樹脂と部分的に接触するに過ぎない。溶
融樹脂はバルブステムを十分に包囲しないため、ウェル
ドラインの発生に対する改善は僅かである。しかしなが
ら、この場合も溶融樹脂通路がキャビティゲートに対し
横方向にずれるため、ウェルドライン及びコアのずれは
依然として発生する。また、上部のみによってバルブス
テムを案内することが、このシステムの別の欠点であ
る。
【0008】更に、ブリンク(Brink)の米国特許第5
104307号明細書は、溶融樹脂の流れに対し角度を
なすと共に、球状の閉鎖ピン上で動作するバルブゲート
ステムを開示する。この構造を使用すると、ステムと樹
脂との間の接触が存在しない。しかしながら、この構造
は、明らかにホットランナノズルのサイズが増大し、球
状ピンの周囲の漏洩に対する密封が非常に困難で、精密
な中心穴を有する成形品を形成する場合を含み多くの用
途で使用できない。
【0009】樹脂製品の品質を改善しかつウェルドライ
ンの発生を防止する他の手法は、マウス(Maus)他の米
国特許第4965028号明細書に開示のように、非バ
ルブゲートホットランナノズルを使用することである。
また、この米国特許は、この種の手法に関する特許の広
域参考文献リストを示している。米国特許第49650
28号明細書には、成形されたゲートのすぐ上流に設け
られた加熱装置、濾過装置及び混合装置を備えた溶融樹
脂調製要素が開示される。提案されたこれらの装置は、
溶融樹脂の品質及び樹脂成形品の品質を改善する。米国
特許第4965028号明細書に開示される混合装置は
全く新規でなく、ゲレルト(Gellert)のドイツ特許出
願公開第DE3201710A1号公報を引用する。
【0010】ドイツ特許出願公開第DE3201710
A1号公報は、ノズルに配置されかつ乱流を発生して成
形品における一軸方向の性質(一方向分子配向)の低減
に使用される一般的なツイストストリップを開示する。
流入する溶融樹脂の流れを分流しかつ捻られた流れを形
成することによって、多数の流れをキャビティに到達さ
せてウェルドラインの発生を防止する場合に、ドイツ特
許出願公開第DE3201710A1号公報に記載され
た混合要素は溶融樹脂の流れを積極的に分流及び再混合
しないので、あまり効果的でない。しかしながら、米国
特許第4965028号明細書の溶融樹脂調製要素は混
合機として効果的であるが、射出成形機のサイクル時間
を増大するために比較的高い圧力降下を発生する点で好
ましくない。米国特許第4965028号明細書及びド
イツ特許出願公開第DE3201710A1号公報に開
示されたホットランナは、いずれもバルブゲートステム
を使用しないため、これらの装置は用途範囲が大幅に制
限される。
【0011】溶融樹脂の一方向分子配向を回避する更に
他の手法は、ホットランナバルブゲートのステムの周囲
で溶融樹脂に螺旋状運動を発生させる異なった方法を示
唆するいくつかの特許に開示されている。引用するゲレ
ルト(Gellert)の米国特許第4303382号明細書
は、バルブステムを包囲するノズル内壁に位置する3つ
の螺旋状通路を示唆する。これらの螺旋状通路はノズル
の先端部の直前まで達し、型キャビティに流入する溶融
樹脂に強制的に曲線運動させる。この構造は溶融樹脂の
一方向分子配向を回避できるが、キャビティに流入する
前に溶融樹脂の3つの流れを一緒に混合しないため、ウ
ェルドラインの発生を防止できない。
【0012】非常に限られた量の溶融樹脂がバルブゲー
トステムと接触する他の成形用途では、溶融樹脂の円運
動又は螺旋運動の発生が必要である。このような用途
は、共通のゲートに対し複数の溶融樹脂を並行して同時
射出する工程を含む。例えば、クデルト(Kudert)の米
国特許第4512730号及びフォン・ブレン(Von Bu
ren)の米国特許第5143733号を引用する。米国
特許第4512730号明細書は、ホットランナノズル
に到達する各溶融樹脂の環状流輪郭をバルブゲートステ
ムから全体に分離された円状輪郭又は螺旋状輪郭に変化
させる複合ホットランナノズル構造の概念を示す。同時
射出を行うため、別個の樹脂に同軸方向の運動を発生さ
せて、キャビティ型に流入する結合された流れは十分に
各ノズルを包囲し、流れの層はキャビティ全体を充填す
る。米国特許第5143733号明細書は、複数の樹脂
の内の1つのみが擬似円流れを行った後に、単一の成形
ゲートから3つの樹脂を同時射出する異なるバルブゲー
トホットランナノズルを示唆する。米国特許第5143
733号の図3では、通路(104)は、一の薄い樹脂
の流れを発生して樹脂によりノズル本体(83)を完全
に包囲し、完全に対称の溶融樹脂の流れとして樹脂をゲ
ートに到達させる螺旋状輪郭を有する。米国特許第45
12730号及び第5143733号のいずれも、最終
成形品に発生するウェルドラインを効果的に防止するた
めに単一の溶融樹脂の流れを混合及び均質化するバルブ
ゲートホットランナを示唆していない。
【0013】マイヤー(Mayer)の米国特許第4340
353号、フライ(Frei)の米国特許第5324190
号及びアサイ(Asai)の米国特許第5460763号
は、精密な中心穴を有するCDを製造するスプルーレス
射出成形方法を開示する。しかしながら、ウェルドライ
ンの発生を回避又は溶融樹脂の一方向分子配向を回避す
る装置は存在しない。特に、米国特許第4340353
号は、2つの部分に沿ってバルブステム(74)を案内
するために使用される放射状外方向にかつ角度的に離間
した複数の延伸アーム(76)及び(78)を示唆す
る。これらの延伸アームは、流動開口部(89)と共
に、偏光を使用して目視できるいくつかの可視溶融線を
発生する型キャビティに流入する溶融樹脂の流れの障害
物となる。米国特許第5324190号及び第5460
763号の装置は、樹脂の流れを邪魔するこの種のガイ
ドアームを有しないため、前記米国特許が示唆する構造
により目視可能なウェルドラインの発生を低減すること
が期待される。しかしながら、いずれの米国特許も、キ
ャビティゲートに入る前に溶融樹脂の流れが分割された
後に溶融樹脂の個々の流れを再び結合してウェルドライ
ンの発生を回避する実行可能な解決策を提供するのいか
なる手段も示していない。前記3つの米国特許はいずれ
も、時間効率がよく単純な方法で中心孔を形成する異な
る方法及び手段を開示しているが、それぞれウェルドラ
イン及び固化樹脂の一方向分子配向を有するCDを射出
するおそれが高い技術的課題を説明していない。
【0014】米国特許第4942010号明細書は、樹
脂材料の流れの妨害又は分流によって発生するウェルド
ラインの除去の困難性を強調する。この米国特許は、ウ
ェルドラインを減少する単純で適用範囲の狭い混合装置
(mixing solution)を開示する。更に、米国特許第4
584154号明細書はウェルドラインの排除の困難性
を開示し、CDの成形に頻繁に用いられる材料であるポ
リカーボネートが、最初の分流及びその後の分流した流
れの再結合によって発生するウェルドラインの形成に非
常に影響され易いことを説明している。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】従って、一方向分子配
向を有する固化樹脂が殆どなくかつウェルドラインもな
い高品質の成形品、特に、精密な中心孔を有する高品質
の成形品を成形するスプルーレス射出成形操作に使用す
る装置が必要とされる。特に、能率的に操作できるバル
ブゲートアセンブリを有する装置が必要とされる。
【0016】この発明の主目的は、高品質樹脂製品をス
プルーレス射出成形する改良されたバルブゲートアセン
ブリ及び射出成形方法を提供することである。この発明
の他の目的は、型キャビティの良好な充填方式が可能で
殆ど残留応力のない成形品を製造するバルブゲートアセ
ンブリ及び射出成形方法を提供することである。この発
明の更に他の目的は、能率的かつ迅速なバルブゲートア
センブリを使用する高品質樹脂製品を製造するバルブゲ
ートアセンブリ及び射出成形方法を提供することであ
る。本発明の他の目的及び利点は以下の説明より明らか
となろう。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の方法及びバルブ
ゲートアセンブリにより前記の目的及び利点が達成され
る。本発明のバルブゲートアセンブリ(10)は、溶融
樹脂を成形区域へ案内する移動可能なバルブゲートステ
ム(12)と、バルブゲートステム(12)を包囲する
ノズル本体(14)と、ノズル本体(14)により包囲
される溶融樹脂の通路手段(20、28、30、32、
36、78)と、協働する第一の型半分(53)と第二
の型半分(55)との間に成形部を形成して溶融樹脂を
受ける型キャビティ(54)と、バルブゲートステム
(12)の下流に設けられかつ型キャビティ(54)及
び通路手段(20)と連絡し、通路手段(20)から型
キャビティ(54)へ溶融樹脂を供給する射出オリフィ
ス(92)と、バルブゲートステム(12)と接触する
と共に、射出オリフィス(92)を開放する前方位置
と、射出オリフィス(92)を閉鎖する後方位置との間
で移動可能な可動コアピン(88)とを備える。
【0018】バルブゲートステム(12)は第一の型半
分(53)に配置され、コアピン(88)は第二の型半
分(55)に配置される。バルブゲートステム(12)
は、射出オリフィス(92)を閉鎖する前方位置から射
出オリフィス(92)を開放する後方位置へ移動可能で
ある。コアピン(88)の操作により、バルブゲートス
テム(12)を前方位置から後方位置へ移動できる。
【0019】本発明のバルブゲートアセンブリ(10)
では、バルブゲートステム(12)は溶融樹脂を受ける
入力区域(L)と、入力区域(L)に続きかつ溶融樹脂
を処理する中央区域(R、M1、M2)と、中央区域
(R、M1、M2)に続きかつ成形区域にノズルを連結す
る出力区域(S)とを備える場合、特に有利である。
【0020】中央区域(R、M1、M2)は、溶融樹脂を
複数の流れに分流する第一ゾーン(R)と、溶融樹脂を
混合しかつ均質化する第二ゾーン(M1)と、均質化状
態で続く方向の出力区域(S)に対し複数の流れを結合
すると共に再結合した溶融樹脂を形成する第三ゾーン
(M2)とを有する。更に、ノズル(13)はバルブゲ
ートステム(12)を包囲するノズル本体(14)を備
え、ノズル本体(14)は樹脂加熱手段(16、18)
を有する。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるバルブゲート
アセンブリ及び射出成形方法の実施の形態を図1〜図1
9について詳細に説明する。図面中、同一の箇所に同一
の符号を付す。
【0022】図1は、射出成形機(図示せず)の射出成
形機ノズル11に駆動連結される本発明のホットランナ
バルブゲート10の断面図である。一般に、ホットラン
ナバルブゲート10は、射出ノズル13と、延伸した円
筒状のノズル本体14内に設けたバルブゲートステム
(バルブステム)12とを備え、ノズル本体14は伝熱
材料により形成されると共に、溶融樹脂を射出成形工程
に必要な最適温度に保持する下部加熱要素16及び上部
加熱要素18により包囲される。
【0023】バルブゲートステム12は、ノズル本体1
4の内側に射出された溶融樹脂の制限されない直線状の
通路となる通路手段としての内側導管20を備える。更
に、図1に略示するように、上部加熱要素18は、内側
導管20に樹脂を供給する溶融樹脂連続供給装置を構成
する例えば射出成形機ノズル11に対しバルブゲートス
テム12の入口端24を押圧して緊密に密着する接触状
態を保持するばね22により包囲される。射出成形工程
中に、バルブゲートステム12はノズル本体14内で軸
方向に移動して、型キャビティ54への溶融樹脂の流れ
を断続する。成形区域は型キャビティ54及びその他溶
融樹脂が供給される全ての領域を含む。
【0024】本発明によるバルブゲートステム12は、
ウェルドライン及び/又は樹脂成形品の形成に使用する
溶融樹脂の一方向分子配向の大幅な回避に有効な複数の
革新的な構造上の特徴を有する。図4は、最終的な成形
品に対しウェルドラインの除去及び/又は樹脂の一方向
分子配向の排除を十分に達成する軸方向の複数の機能ゾ
ーンを有するバルブゲートステム12を示す。以下説明
するように、隣接して流れる溶融樹脂をほぼ均質化する
ために、溶融樹脂の流れを分流し、3次元的に混合しか
つ再結合する方法により、複数の機能ゾーンは、一体と
なって特有の機能を発揮する。前記機能ゾーンは、溶融
樹脂を複数の流れに分流する第一ゾーンとしての放射状
分流ゾーンR、溶融樹脂を混合しかつ均質化する第二ゾ
ーンとしての第一混合ゾーンM1、複数の流れを結合す
ると共に再結合してかつほぼ均質化された溶融樹脂を形
成する第三ゾーンとしての第二混合ゾーンM2並びに流
動遮断ゾーンOを含む。
【0025】図4に示すバルブゲートステム12では、
溶融樹脂は加圧下で内側導管20に流入し、距離L(流
入区域L)にわたって殆ど妨害されずに移動し、最初の
放射状分流ゾーンR内で放射状分流器26に到達する。
放射状分流器26は特別設計であり、内側導管20の下
流で溶融樹脂の流れに圧力降下を殆ど発生せず、そのた
め高速成形サイクルを維持できる。好適な一実施の形態
では、図2及び図3に示すように放射状分流器26は、
複数、好ましくは3つの環状の溶融樹脂導管28、30
及び32を備え、溶融樹脂導管28、30及び32の最
初は入口開口部33に形成される。溶融樹脂導管28、
30及び32は、所定の角度間隔で離間してバルブゲー
トステム12に設けられる。放射状分流器26の3つの
溶融樹脂導管28、30及び32は全て、バルブゲート
ステム12の外面34と直接流体連絡する。
【0026】図2に示すように、溶融樹脂は、バルブゲ
ートステム12の外、即ちバルブゲートステム12とノ
ズル本体14との間に形成した放射状に離間したオリフ
ィス又は入口開口部33を用いて、少なくとも2つ、好
ましくは少なくとも3つ以上の独立した流れに分流され
る。別法として、図3に示すように、螺旋状通路36に
対し外側に向かう前に、溶融樹脂の流れを全てバルブゲ
ートステム12内に誘導してもよい。即ち、図3の入口
開口部33は、全体がバルブゲートステム12の本体内
に形成され、部分的にもノズル本体14に形成されな
い。
【0027】従って、1つの管状流として放射状分流器
26に到達する溶融樹脂は、射出成形機のマニホルド及
びノズル11を通る流れの全行程の熱履歴を有し、圧力
降下を殆ど発生せずに放射状分流器26により複数の等
しい流れ、好ましくは導管28、30及び32に沿う3
つの流れに分割される。
【0028】このように、溶融樹脂の3つの流れは、バ
ルブゲートステム12の第一混合ゾーンM1の始点にな
る外面34に同時に到達する。殆ど圧力損失が発生しな
いため、各溶融樹脂の流れは押圧され、図1及び図4に
示す第一混合ゾーンM1に沿ってバルブゲートステム1
2の外面34に正確に内側に形成された螺旋状通路36
の1つに流入する。バルブゲートステム12の第一混合
ゾーンM1は、区域Tの上端に始まり第二混合ゾーンM2
の上端に向かって縮径するテーパを有する。区域Tのテ
ーパは、第二混合ゾーンM2を通って直線ゾーンSまで
連続する。テーパ区域Tで始まり螺旋状通路36の軸方
向長さの一部に沿って第一混合ゾーンM1のバルブゲー
ト12にテーパを形成したので、第一混合ゾーンM1
螺旋状の行程を経た流れの各々からの所定量の溶融樹脂
は、複数の螺旋状通路36を相互に分離する障壁羽根
(バリアフライト)38上に射出される。従って、3次
元的混合工程が行われる。3つの異なる螺旋状通路36
に沿う溶融樹脂の螺旋状移動に加え、障壁羽根38上へ
の溶融樹脂の移動は障壁羽根38上に射出された独立し
た流れの一部を混合する工程となり、独立した流れの残
部は螺旋状の軌道を継続する。結局、第二混合ゾーンM
2及び螺旋状通路のない滑らかなテーパ区域T1におい
て、バルブゲートステム12の外面を完全に包囲する円
状の流れを有する均質化した単一の溶融樹脂の流れが形
成される。このように、単一の環状の流動流となる溶融
樹脂は、一方向分子配向を有する樹脂を殆ど含まない均
質化した単一の溶融樹脂の流れとなり、ノズル本体14
とバルブゲートステム12との間の下部テーパ区域T1
に短時間存在する。
【0029】図1及び図4に示すように、径方向外側に
突出するダム40の位置でテーパ区域Tが終了する。一
部返送手段としてのダム40は部分的な障害部として作
用し、その結果、均質化した溶融樹脂がバルブゲートス
テム12の直線ゾーンSへ入る前に均質化した溶融樹脂
をテーパ区域Tへ部分的に送り返す。このように、溶融
樹脂がより一層混合され、一方向分子配向が確実に回避
される。従って、図1及び図4に略示するように、直線
ゾーンSでは、高度に均質化した単一の溶融樹脂の流れ
はバルブゲートステム12を包囲し、適切に調製されか
つ射出のため型キャビティ54に向かう。この点で、直
線ゾーンSに短時間存在する高度に均質化された溶融樹
脂は一方向分子配向を有さず、型キャビティ54内に射
出される際、従来開発されたホットランナ及びバルブゲ
ートを使用した場合に通常現れるウェルドラインを生じ
ない。
【0030】また、図4及び更に明確には図11に示す
ように、ゲート及び型キャビティ54への溶融樹脂の流
動を遮断する最終遮断ゾーンOが設けられる。最終遮断
ゾーンOは、好ましくは、ノズル本体(ノズルハウジン
グ)14の内径にほぼ嵌合する直径の円状表面を備え、
バルブゲートステム12に隣接するノズル本体14を通
って型キャビティ54へ流れる溶融樹脂の流動を分離す
る。図7〜図10について後述するが、ノズル本体14
へバルブゲートステム12が上昇動作する際、遮断ゾー
ンOはノズル本体14の内径にほぼ嵌合して溶融樹脂の
流れを遮断する。
【0031】図1に示すように、バルブゲート射出ノズ
ル13は先端部44を備え、先端部44の周囲より均質
化した溶融樹脂が型キャビティ54に流入する。例えば
CD及びDVD並びに精密歯車の製造等、精密な中心孔
を必要とすると共に、均一な分子配向を有する溶融樹脂
を必要としかつ/又は好ましくはこれらの溶融樹脂から
形成される成形品を製造するため射出ノズル13を用い
る成形状態で先端部44を使用する。従って、図1に示
すゲート射出ノズル13はポリカーボネートの射出に非
常に適し、流れの分流により発生しうるウェルドライン
を有しないCD及びDVDのスプルーレス射出成形を行
う用途で極めて良好な結果が得られる。
【0032】図5は、図1に示すバルブゲート射出ノズ
ル13と非常に近似する構造を有するバルブゲート射出
ノズル113を示す。バルブゲート射出ノズル113と
バルブゲート射出ノズル13との主要かつ実質上唯一の
相違は、バルブゲート射出ノズル113には先端部44
が存在せず、先端部44の代わりに直線ゾーンSに続く
テーパ区域TTを設けた点である。即ち、テーパゾーン
(テーパ区域)TTは、精密な中心孔を形成せずに直線
ゾーンSから型キャビティ154へ非常に均質化した状
態で溶融樹脂が流動するチップ146を形成する。
【0033】次に、図6は、図1及び図5に示す実施の
形態と同様のバルブゲート射出ノズル213を示すが、
バルブゲート射出ノズル213は、好ましくは射出成形
工程中に一方向分子配向の発生に殆ど影響されない樹脂
材料の射出に使用する。従って、一方向分子配向及び関
連するウェルドラインを抑制するため、これらの不都合
な特徴に影響されない材料を使用する場合にバルブゲー
ト射出ノズル213を使用してもよい。バルブゲートス
テム212とバルブゲートステム12及び112との主
な相違は、前記のように、バルブゲートステム212が
外面にテーパ区域及びダムを有しない点である。即ち、
図6に示すように、直線ゾーンSは混合ゾーンMの直後
に続く。しかしながら、螺旋状通路236の螺旋状軌道
は、ノズル本体214とバルブゲートステム212との
間で混合ゾーンM及び円筒状ゾーン(直線ゾーン)Sで
の混合を一層改善できる幾何学形状を有することが好ま
しい。図示のように、通路236の螺旋状ターンでは、
螺旋状の巻きが密になる程、螺旋状軌道はよりコンパク
トになる。
【0034】次に、図7〜図10は、図1及び図4につ
いて説明したバルブゲート射出ノズルを用いて、精密か
つ分子的に均一なCD及びDVDを射出成形する方法を
示す。この方法によれば、再生可能なサイクル時間でウ
ェルドライン及び一方向分子配向が存在しないCD及び
DVDの射出成形が可能となる革新的な混合手段及び均
質化手段が明らかとなろう。
【0035】図7に示すように、射出成形を開始するた
め、射出工程の前にコアサイド50及びキャビティ型4
2を有する射出型が閉鎖位置に移動する。また、射出成
形機ノズル11は入口端24でバルブゲートステム12
と接触して密着し、全体の成形サイクル時間中、この接
触状態は圧縮ばね22により常に維持される。射出ユニ
ット(図示せず)は複動式行程シリンダを備え、ホット
ランナ流体圧シリンダ52が複動運動を行う。従って、
射出ユニット行程シリンダの前部室(図示せず)に圧力
を加えると、射出ノズル13を含む射出ユニットは強制
的に後退される。射出ユニットの後部室には流体圧が加
えられて、距離Kに沿って射出ユニット及びノズル13
が前進移動し、図8に示すように、バルブゲートステム
12及び先端部44がキャビティ型42に向かって前進
して型ゲートを開放する。図11に示すように、バルブ
ゲートステム12の中間伸張位置では、ピストン52が
圧力により前方に押されるまで、バルブゲートステム1
2は流体圧アクチュエータ56に接触しない。また、バ
ルブゲートステム12及び流体圧アクチュエータ56
は、これらの要素間で発生する機械的圧力により密封状
態で接触して溶融樹脂の漏洩を防止する。図11の開放
位置における型ゲートの拡大断面図に示すように、溶融
樹脂は、射出成形機ノズル11からの圧力の下で、バル
ブゲートステム12の混合ゾーンMを通って溶融樹脂を
強制的に螺旋状運動させて型キャビティ54へ充填でき
る。バルブゲートステム12からの熱を減少するため、
流体圧アクチュエータ56の中空コア60内で循環する
冷却流体Fが冷却導管58を経由して供給される。図9
は次の工程を示し、この工程では、図1に示す射出成形
機ノズル11が後退し、ポートAより反対向きの流体圧
力が流体圧シリンダ52に加えられて流体圧アクチュエ
ータ56が前進し、圧縮ばね22のばね力で押されたバ
ルブゲートステム12を一緒に戻して後退させる。型キ
ャビティ54を通ってアクチュエータ56を制御して前
進移動することにより、最終冷却のために型に残る射出
成形ディスクに円滑かつ精密なスプルーレスの中心孔を
形成できる排出機構64(図10)を用いて排出する。
図10に示す最終工程では、型を開放し、シリンダ52
が後退した後にディスク62が排出される。
【0036】図12及び図13に示す方法は、図7〜図
11について説明した方法と同様であり、アクチュエー
タ56(流体圧手段、ばね動作手段、空気圧手段その他
所望の手段を使用できる)を使用し、異なる種類の樹脂
を射出して精密な中心孔を有する精密歯車66を形成す
る。この種の用途では、複屈折は問題とならず、図1〜
図4及び図7〜図11について説明したCD及びDVD
を製造する装置と同様の装置を使用して、ウェルドライ
ンを回避しかつ中心孔を有利に形成できる。
【0037】次に、図14、図15及び図16では、図
5と同様のバルブゲート射出ノズル313は、マルチキ
ャビティ型及びホットランナマニホルドと共に、薄壁容
器を形成する高品質のPET(ポリエチレンテレフタレ
ート)製プレフォームの製造に使用され、ウェルドライ
ン及び一方向分子配向の回避が必要であるが、中心孔を
形成する必要はない。この実施の形態では、バルブゲー
トステム312は流体圧ピストン又は空気ピストン37
0によって射出成形機と別個に動作する点で、前記の実
施の形態と相違する。その他の点では図14の実施の形
態は図7〜図11と同様に動作し、図14では図7〜図
11と同一の符号により同一の要素を示す。図2及び図
3と同様、図15及び図16は入口穴(入口開口部)3
33の種々の配列を示す。図14に示すノズル及び関連
した要素の詳細な説明として、リース(Rees)他が発明
し本特許出願人が所有する米国特許第4173448号
を引用して説明する。しかしながら、先にバルブゲート
ステム12及び112について詳細に説明したように、
米国特許第4173448号明細書に記載のロッド29
の代わりに、本発明ではバルブゲートステム312を使
用する。バルブゲートステム312は、直線ゾーンS’
の一部でありかつ米国特許第4173448号明細書に
開示のシステムと共に機能する長い遮断ゾーンO’を備
え、再結合された溶融樹脂の型キャビティへの流れを遮
断する。
【0038】前記実施の形態では下記の利点がある。第
一の利点は、高品質樹脂製品をスプルーレスで射出成形
する改良した装置及び方法が得られることである。第二
の利点は、種々の形状を有し、種々の樹脂から形成され
かつウェルドラインのない高品質の樹脂製品をスプルー
レスで射出成形する改良した装置及び方法が得られるこ
とである。第三の利点は、一方向分子配向及び/又はウ
ェルドラインのない高品質の樹脂製品をスプルーレスで
射出成形する装置及び方法が得られることである。第四
の利点は、精密な中心孔を有しかつ一方向分子配向及び
ウェルドラインを有しない高品質樹脂製品をスプルーレ
ス射出成形する装置及び方法が得られることである。第
五の利点は、型への射出の前に型ゲートに隣接して溶融
樹脂を均質化する改良した装置及び方法が得られること
である。第六の利点は、型ゲートのすぐ近くで溶融樹脂
を均質化する改良したホットランナバルブゲートを備え
るホットランナマニホルドが得られることである。第七
の利点は、ウェルドライン及び一方向分子配向を持つ固
化樹脂のない成形品を形成するため、均質化した溶融樹
脂で成形品を成形する射出成形機と共に使用する改良し
た射出ノズルが得られることである。
【0039】本発明のバルブゲートアセンブリの変更例
を図17、図18及び図19に示す。図17は、射出の
ため型が閉鎖しかつ後述のようにバルブゲートステム1
2が開放位置にある状態を示し、バルブゲートアセンブ
リの特徴を明示する。バルブゲートステム12はバルブ
ゲートステムの前方部分又は下流部分としてのバルブヘ
ッド68を有し、バルブヘッド68は工具用凹部72
(図19)に工具を装着して回転し、バルブゲートステ
ム12のねじ部70に強固に固定して取り付けられる。
ノズル本体14は窪んだ環状溝通路74を有し、環状経
路74は、バルブゲートステム12とバルブヘッド68
の組み合わせで形成される環状凹部76と共に環状室と
しての環状通路78を形成し、環状通路78には射出前
に溶融樹脂が蓄積される。バルブゲートステム12の上
流に形成された突起80は環状突起でも一定角度間隔の
突起でもよく、突起80は、図1〜図16に示す前記部
材を含む混合ユニット82を通過する溶融樹脂の流れを
変化させるダムとして動作する。
【0040】図19の左半分は開放位置にあるバルブを
示し、この状態では、ノズル本体のランド86と可動の
コアピン88との間に射出オリフィス92として形成さ
れた環状通路(環状間隙)84を通過する溶融樹脂は型
キャビティ54へ流入できる。バルブヘッド68及び圧
縮ばね22を押すコアピン88の前方への移動によりバ
ルブゲートステム12が開放される。バルブゲートステ
ム12は一方の型半分(第一の型半分)53に位置する
と共に、コアピン88は他方の型半分(第二の型半分)
55に位置する点に注意されたい。図17及び図19で
は、型のコア半分55のシリンダ52の行程によって制
限されるコアピン88の前方への行程を寸法「D」で示
す。型キャビティ54が充填されかつ保圧サイクル(金
型内に溶融樹脂を射出充填完了後、射出圧力を一定時間
保持する時間)が完了すると、図19の右半分に示すよ
うに、コアピン88が後退してバルブゲートステム12
が閉鎖する。図17及び図18に明示するように、バル
ブゲートステム12は前進して肩90の位置で停止され
る。冷却サイクルの完了後、図18に明示するように、
型が開放している間、コアピン88は成形品94に既に
形成された孔92を通過して型のコア半分55へ後退す
る。
【0041】前記のバルブゲートアセンブリは、特に図
1〜図16に示す混合ユニットと協働して、成形品を形
成する型キャビティを充填するため改善された流動状態
を発生し、ウェルドラインも残留応力もない成形品を製
造できることが判明した。また、射出オリフィス92と
コアピン88との組合せにより、外周側部とほぼ平行で
完全かつバリのない孔92を成形品94に形成できる。
【0042】環状通路84は好ましくは狭くかつ制限さ
れた長さで平行である。これにより、射出オリフィス
(restriction)92を通って溶融樹脂が流れる際に樹
脂の局所加熱効果が発揮され、殆ど残留応力のない成形
品を製造でき、型キャビティのより良好な充填方式が可
能となる。更に、充填中にバルブヘッド68がその周囲
を流れる溶融樹脂から幾分熱を奪うので、バルブヘッド
68を型キャビティ54から離して高温のノズル本体1
4の区域に戻すように移動させてホットランナバルブゲ
ート10の環状通路84を形成する。充填中に、コアピ
ン88による冷却効果とは反対に、バルブヘッド68は
加熱される。コアピン88は型の低温のコア半分55内
に存在し、バルブヘッド68と接触した時に吸熱器(ヒ
ートシンク)と類似の作用がある。更に、成形品94の
中心孔92を形成するコアピン88自体が充填用の環状
通路84を形成することが好ましい。このように、本発
明のバルブゲートアセンブリでは、コアピン88は、反
対側の第一の型半分53のバルブを開放/閉鎖するよう
に作用する。本発明のバルブゲートアセンブリは射出オ
リフィス92の幾何学形状の一部を形成するコアピン8
8の一部を使用し、ゲート区域溝(窪んだ環状経路)7
4及びランド86の特定の環状凹部76により型キャビ
ティ54に環状通路84が形成される。
【0043】本発明は本明細書中に説明かつ図示した例
に限定されず、これらの例は単に本発明の最良の実施の
形態の例を示すに過ぎず、形態、サイズ、部品の配列及
び操作の詳細を変更する余地があることを理解された
い。むしろ、本発明は、特許請求の範囲により定義され
る発明の精神及び範囲内にある全ての変更を包含する。
【0044】
【発明の効果】前記のように、本発明では、一方向分子
配向、ウェルドライン及び残留応力のない高品質の成形
品、特に、精密な中心孔を有する高品質成形品を製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 CD及びDVD等の精密な中心孔を有する成
形品を製造する射出成形機及び射出成形機ノズルで使用
する本発明によるバルブゲートノズルの断面図
【図2】 バルブゲートステムの入口開口部の一実施の
形態を示す図1の1A−1A線に沿う断面図
【図3】 バルブゲートステムの入口開口部の他の実施
の形態を示す図1の1B−1B線に沿う断面図
【図4】 ウェルドライン及び/又は一方向分子配向の
ない成形品を製造する射出成形機と組み合わせて使用す
る本発明によるバルブゲートノズルの他の実施の形態の
断面図
【図5】 本発明によるバルブゲートステムの部分断面
【図6】 本発明によるバルブゲートステムを示す他の
実施の形態の断面図
【図7】 図1のホットランナバルブゲートノズルを使
用してCD又はDVD等の高品質成形品を形成する本発
明の方法の最初の工程を示す図
【図8】 図7の次の工程を示す図
【図9】 図8の次の工程を示す図
【図10】 図9の次の工程を示す図
【図11】 図7〜図10に示す方法に従い、型キャビ
ティに溶融樹脂を射出してCD又はDVD等の精密成形
品を形成する開放ゲートの拡大断面図
【図12】 図1に示すホットランナバルブゲートノズ
ルを使用して単一のキャビティ型で精密歯車を成形する
本発明による方法の最初の工程を示す断面図
【図13】 図12の次の工程を示す断面図
【図14】 バルブゲートステム及びバルブゲートステ
ムの駆動機構を有する本発明のホットランナバルブゲー
トを備えるマルチキャビティ型及びホットランナマニホ
ルドを示す部分断面図
【図15】 図2と同様に、図14のバルブゲートステ
ムの入口開口部の一実施の形態を示す断面図
【図16】 図3と同様に、図14のバルブゲートステ
ムの入口開口部の他の実施の形態を示す断面図
【図17】 型を閉鎖しかつ本発明のバルブゲートアセ
ンブリが射出のため開放位置にある状態を示す断面図
【図18】 型を開放しかつ本発明のバルブゲートアセ
ンブリが閉鎖位置にある状態を示す断面図
【図19】 左半分はバルブが開放した状態を示し、右
半分はバルブが閉鎖した状態を示す本発明のバルブゲー
トアセンブリの詳細断面図
【符号の説明】
(12)・・バルブゲートステム、 (14)・・ノズ
ル本体、 (20)・・通路手段(内側導管)、 (2
6)・・放射状分流器、 (36)・・螺旋状通路、
(40)・・一部返送手段(ダム)、 (53)・・第
一の型半分、(54)・・型キャビティ、 (55)・
・第二の型半分、 (68)・・バルブヘッド、 (7
6)・・環状凹部、 (78)・・環状通路、 (8
0)・・突起(環状突起)、 (84)・・環状通路、
(86)・・ランド、 (88)・・可動コアピン、
(L)・・入力区域、 (R、M1、M2)・・中央区
域、 (S)・・出力区域、 (R)・・第一ゾーン、
(M1)・・第二ゾーン、 (M2)・・第三ゾーン、

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融樹脂を成形区域へ案内する移動可能
    なバルブゲートステム(12)と、 バルブゲートステム(12)を包囲するノズル本体(1
    4)と、 ノズル本体(14)により包囲される溶融樹脂の通路手
    段(20、28、30、32、36、78)と、 協働する第一の型半分(53)と第二の型半分(55)
    との間に成形部を形成して溶融樹脂を受ける型キャビテ
    ィ(54)と、 バルブゲートステム(12)の下流に設けられかつ型キ
    ャビティ(54)及び通路手段(20、28、30、3
    2、36、78)と連絡し、通路手段(20、28、3
    0、32、36、78)から型キャビティ(54)へ溶
    融樹脂を供給する射出オリフィス(92)と、 バルブゲートステム(12)と接触すると共に、射出オ
    リフィス(92)を開放する前方位置と、射出オリフィ
    ス(92)を閉鎖する後方位置との間で移動可能なコア
    ピン(88)とを備えることを特徴とするバルブゲート
    アセンブリ。
  2. 【請求項2】 バルブゲートステム(12)は第一の型
    半分(53)に配置され、コアピン(88)は協働する
    第二の型半分(55)に配置される請求項1に記載のバ
    ルブゲートアセンブリ。
  3. 【請求項3】 バルブゲートステム(12)は、射出オ
    リフィス(92)を閉鎖する前方位置から射出オリフィ
    ス(92)を開放する後方位置へ移動可能である請求項
    2に記載のバルブゲートアセンブリ。
  4. 【請求項4】 コアピン(88)の操作によりバルブゲ
    ートステム(12)を前方位置から後方位置へ移動でき
    る請求項3に記載のバルブゲートアセンブリ。
  5. 【請求項5】 ノズル本体(14)は射出オリフィス
    (92)に隣接するランド(86)を備え、ランド(8
    6)とコアピン(88)との間の環状通路(84)によ
    って射出オリフィス(92)の開放位置を形成し、型キ
    ャビティ(54)への環状通路(84)を形成する請求
    項4に記載のバルブゲートアセンブリ。
  6. 【請求項6】 バルブゲートステム(12)はバルブゲ
    ートステム(12)の前方部を形成するバルブヘッド
    (68)を備え、射出オリフィス(92)の閉鎖位置に
    おいてバルブヘッド(68)は射出オリフィス(92)
    を閉鎖する請求項4に記載のバルブゲートアセンブリ。
  7. 【請求項7】 射出オリフィス(92)に隣接してバル
    ブゲートステム(12)とノズル本体(14)との間に
    設けられた環状通路(78)に溶融樹脂を射出前に蓄積
    する請求項4に記載のバルブゲートアセンブリ。
  8. 【請求項8】 環状通路(78)の上流のバルブゲート
    ステム(12)に突起(80)を設け、突起(80)は
    溶融樹脂の流れを変化させるダムとなる請求項7に記載
    のバルブゲートアセンブリ。
  9. 【請求項9】 環状通路(78)は、バルブゲートステ
    ム(12)及びノズル本体(14)の協働する環状凹部
    (76)によって形成される請求項8に記載のバルブゲ
    ートアセンブリ。
  10. 【請求項10】 バルブゲートステム(12)は溶融樹
    脂を受ける入力区域(L)と、入力区域(L)に続きか
    つ溶融樹脂を処理する中央区域(R、M1、M2)と、中
    央区域(R、M1、M2)に続きかつ成形区域に連結する
    出力区域(S)とを備え、 中央区域(R、M1、M2)は、溶融樹脂を複数の流れに
    分流する第一ゾーン(R)と、溶融樹脂を混合しかつ均
    質化する第二ゾーン(M1)と、続く方向の出力区域
    (S)に対し複数の流れを結合すると共に再結合かつほ
    ぼ均質化された溶融樹脂を形成する第三ゾーン(M2
    とを有する請求項1に記載のバルブゲートアセンブリ。
  11. 【請求項11】 第二ゾーン(M1)は、溶融樹脂が流
    動して通過する複数の螺旋状通路(36)を備える請求
    項10に記載のバルブゲートアセンブリ。
  12. 【請求項12】 第一ゾーン(R)は放射状分流器(2
    6)を備える請求項10に記載のバルブゲートアセンブ
    リ。
  13. 【請求項13】 第三ゾーン(M2)は、溶融樹脂の一
    部を第二ゾーン(M1)に返送する一部返送手段(ダ
    ム)(40)を備え、溶融樹脂の混合を促進する請求項
    10に記載のバルブゲートアセンブリ。
  14. 【請求項14】 移動可能なバルブゲートステム(1
    2)により溶融樹脂を成形区域へ案内する工程と、 ノズル本体(14)でバルブゲートステム(12)を包
    囲する工程と、 ノズル本体(14)により溶融樹脂の通路手段(20、
    28、30、32、36、78)を包囲する工程と、 協働する第一の型半分(53)と第二の型半分(55)
    との間に成形部を形成して溶融樹脂を受ける型キャビテ
    ィ(54)を形成する工程と、 バルブゲートステム(12)の下流に設けられかつ型キ
    ャビティ(54)及び通路手段(20、28、30、3
    2、36、78)と連絡する射出オリフィス(92)に
    より、通路手段(20、28、30、32、36、7
    8)から型キャビティ(54)へ溶融樹脂を供給する工
    程と、 射出オリフィス(92)を開放する前方位置と、射出オ
    リフィス(92)を閉鎖する後方位置との間でバルブゲ
    ートステム(12)と接触する可動コアピン(88)を
    移動させる工程とを含むことを特徴とする射出成形方
    法。
  15. 【請求項15】 バルブゲートステム(12)を第一の
    型半分(53)に配置し、コアピン(88)を協働する
    第二の型半分(55)に配置する工程を含む請求項14
    に記載の射出成形方法。
  16. 【請求項16】 コアピン(88)は前方位置から後方
    位置へバルブゲートステム(12)を移動し、射出オリ
    フィス(92)を閉鎖する前方位置から射出オリフィス
    (92)を開放する後方位置へバルブゲートステム(1
    2)を移動する工程を含む請求項15に記載の射出成形
    方法。
  17. 【請求項17】 射出オリフィス(92)に隣接するノ
    ズル本体(14)のランド(86)とコアピン(88)
    との間の環状通路(84)によって射出オリフィス(9
    2)の開放位置を形成し、型キャビティ(54)への環
    状通路(84)を形成する工程を含む請求項16に記載
    の射出成形方法。
  18. 【請求項18】 バルブゲートステム(12)の前方位
    置を形成するバルブヘッド(68)によって射出オリフ
    ィス(92)を閉鎖し、射出オリフィス(92)の閉鎖
    位置においてバルブヘッド(68)によって射出オリフ
    ィス(92)を閉鎖する工程を含む請求項16に記載の
    射出成形方法。
  19. 【請求項19】 射出オリフィス(92)に隣接してバ
    ルブゲートステム(12)とノズル本体(14)との間
    に設けられた環状通路(78)に溶融樹脂を射出前に蓄
    積する工程を含む請求項16に記載の射出成形方法。
  20. 【請求項20】 環状通路(78)の上流のバルブゲー
    トステム(12)に設けられたダムとなる突起(80)
    によって溶融樹脂の流れを変化させる請求項19に記載
    の射出成形方法。
  21. 【請求項21】 バルブゲートステム(12)及びノズ
    ル本体(14)の協働する環状凹部(76)によって環
    状通路(78)を形成する工程を含む請求項20に記載
    の射出成形方法。
  22. 【請求項22】 第一ゾーン(R)で溶融樹脂を複数の
    流れに分流する工程と、第二ゾーン(M1)で溶融樹脂
    を均質化する工程と、第三ゾーン(M2)で複数の流れ
    を結合する工程と、続く方向の成形区域に連結する出力
    区域(S)に対し再結合しかつほぼ均質化された溶融樹
    脂を形成する工程とを含む請求項14に記載の射出成形
    方法。
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