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技術 成形機および部品成形方法

出願人 エクストルード・トゥー・フィル,エルエルシー
発明者 リチャード・アーネスト・フィッツパトリック
出願日 2019年12月14日 (1年0ヶ月経過) 出願番号 2019-226016
公開日 2020年3月26日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-044845
状態 未査定
技術分野 プラスチック等の射出成形 プラスチック等の成形用の型
主要キーワード 真鍮合金 鋭利形状 化学族 材料容積 遷移セクション クランプ構造体 押出作動 動力シリンダ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

成形機部品成形方法を提供する。

解決手段

成形機は、第1のモールドハーフと、その第1のモールド・ハーフに関連付けられる2台以上の押出機とを含み、前記2台以上の押出機のうちの各押出機は、バレルと、そのバレル内押出スクリューと、前記第1のモールド・ハーフと密封状態係合するノズルとを有し、前記2台以上の押出機のうちの各押出機は、前記押出スクリューを第1方向に回転させて材料流れ生起し、それぞれの押出機について目標圧が達成されると、前記押出スクリューを前記第1方向は逆向きの第2方向に回転させて材料流れを停止させるように、互いに独立して制御される。

概要

背景

従来の射出成形システムは、例えばプラスチック(plastic、合成樹脂)のような材料を主に(primarily、実質的に)押出スクリューの回転により動的に(dynamically、機械的な動きを与えて、運動を与えて)生成されるせん断熱(shear heat)により溶融させる。その従来の射出成形システムにおいて動的に生成されるせん断熱は、高い純度(purity)およびコンシステンシ(consistency、堅さ、密度、濃度)を有する石油系プラスチック樹脂の使用に依存する。図1は、従来の射出成形システム100を示す概要図である。射出ゾーン112が、溶融した材料(molten material、溶融材料)を射出(injection、モールド内への射出、加圧注入注入投入)前に貯留する(hold、溜める、スクリューの前方に溜める、保持する)ことを目的として、押出スクリュー102の前方に位置している。チェックリング(check ring、逆流防止リング)104、すなわち、逆止弁(non-return valve、逆流防止弁)が、ショット間区間中に(between shots、ある回のショットと次回のショットとの間の区間中に)存在する復元押出段階(recovery extrusion stage、各回のショット後に、押出スクリューを回転させて新たな溶融材料を射出ゾーン内に押し出して射出ゾーン内に溜める段階)の実行中に前方メルトフロー(forward melt flow、溶融材料の前方への流動プラスチック成形材料であるメルトの前方への流動)を許容するという目的と、前記溶融材料が押出スクリュー102に逆流する(back flow、射出ゾーンから押出スクリュー102に逆流する)ことを防止するという目的とのために使用される。そのような逆流は、射出圧が前記溶融材料に加えられると発生するかもしれない。前記材料は、せん断熱の大半を用いることによって溶融されてもよい。例えば、その溶融状態は、約75%のせん断熱と、バンドヒータ114から発生させられる約25%の伝導熱(conduction heat)とによって生成されてもよい。

従来の押出スクリュー102は、せん断熱の発生を促進するとともにプラスチックのうちの高温部低温部とを混合させるために、大きいピッチ132を有するように設計される。図1に示すように、押出スクリュー102の谷径(root diameter)134が、バレル110のインレット(inlet、入口部、材料取入部)を通過するように原料(raw material)を供給するホッパ106に近づくにつれて小径化する。せん断熱の発生を促進するために圧縮ゾーン(compression zone)を生成するために、谷径(root diameter)は、押出スクリュー102の長さ方向であってノズル108に向かうものに沿って大径化する。押出スクリュー102のフライト高さ(flight height、スクリュー溝深さ)136は、ノズル108に向かって減少し、それにより、押出スクリュー102およびバレル110との間の空間(space、空隙、押出スクリュー102の谷面とバレル110の内面との間の空間、クリアランス)が減少する。

復元押出段階(recovery extrusion stage)の実行中、前記溶融材料は、モータ150を用いて押出スクリュー102を回転させることにより、その押出スクリュー102の長さ方向に沿って移送されてバレル110内の射出ゾーン112内に投入される。その射出ゾーン112は、ノズル108と、押出スクリュー102の一端部に位置するチェック・リング104との間に存在する。前記溶融材料は、コールドスラグ(cold slug)により射出ゾーン112内に捕捉され、そのコールド・スラグは、射出サイクルの終了後にノズル108をシールして、前記復元押出段階(recovery extrusion stage)の実行中、前記プラスチック(the plastic、前記溶融材料)がゲート146およびランナ142を通過してモールド(mold、金型、型、成形型)140中に流入することを防止することを行う。

1回の射出サイクルの実行中、押出スクリュー102は、シリンダ(cylinder、動力シリンダ)138により、回転させられることなく、非常に高い射出圧の下に前進駆動させられる(driven forward、前進させられる)。押出スクリュー102およびチェック・リング104は、互いに協働して、前記溶融材料をモールド140内に射出する(inject、加圧注入する)プランジャとして機能することが可能である。前記復元押出段階(recovery extrusion stage)は、全成形時間(entire molding time、1個の部品を成形するのに必要な全時間)の10%から25%までの範囲内の時間を占めるにすぎず、それにより、前記復元押出段階を除く期間中、押出スクリュー102が回転していないとき、せん断熱が失われてしまうかもしれない。

前述の従来の射出成形システム100は、ショット間区間中(between each shot、ある回のショットと次回のショットとの間の区間において)、ノズル10内にコールド・スラグ(cold slug)が形成されること(formation)を利用している。プラスチック製であるそのコールド・スラグは、従来の射出成形システム100にとって最も非効率である複数の事項のうちの1つの原因となっている。そのコールド・スラグをノズル108から取り除いて溶融材料がモールド・キャビティ内に流入することを可能にするために非常に高い圧力が必要である。その高い射出圧は、前記溶融材料をランナ142を経由して前記モールド・キャビティ内へ押し込むために必要である。通常、20,000psiと30,000psiとの間の射出圧が、前記モールド・キャビティ内において500psiから1,500psiまでの高さの圧力を得るために必要である。射出圧が高いために、従来の射出成形システム100では、バレル110が厚壁(thick wall)を有することが必要であり、その厚壁により、バレル110を包囲する複数のバンド・ヒータ114からの前記材料への熱伝導率が低下してしまう。

従来の射出成形システム100は、クランプ・システム(clamp system、型締機構、モールドが開かないようにモールドを押さえ付ける機構)120に動力を与える(power、駆動させる)ために液圧式(hydraulic、油圧式)システムまたは電動モータ128のいずれかを使用してもよく、そのクランプ・システム120は、複数の静止プラテン122A−122Bと、可動プラテン124と、複数本のタイ・ロッド126とを有してもよい。クランプ用シリンダ(clampingcylinder、型締シリンダ)130が、モールド140を、射出中、閉じた状態で保持するために十分な高さの圧力で加圧する。従来の射出成形システム100は、射出システム(射出部)118およびクランプ・システム(型締部)120の両方のために大形で高価な電源を必要とする。それら電源は、大規模な機械(machine、成形システムの)構造体により支持されなければならず、その大規模な機械構造体により、電力供給部(power supply、電源)、肉厚コンクリート製の基台(footings、柱、壁など)または床、および複数の大形のHVAC(HVAC、暖房換気・空調)システムであって調達、作動および保守が高価であるものを含む設備インフラ費用が増加してしまう。

前記従来の射出成形システムにより生成される前記せん断熱のため、バイオ系プラスチック(bio-based plastics)の如きある種の材料を成形する能力が制限される。バイオ系プラスチックは、前記従来の射出成形システムにおいて印加される前記圧力によって劣化し、そのバイオ系プラスチックは、石油系プラスチック樹脂を射出成形する過程においてせん断熱を発生させるために当該機械(the machine、当該射出成形システムなど)によって発生させられる圧力に対して逆方向に(adversely、悪化する向きに)反応する。近年開発された射出成形システムであって、発明の名称が「射出成形方法および装置」であるとともに発明者がR.フィッツトリック(R. Fitzpatrick)である米国特許第8,163,208号に開示されているものが、プラスチックを溶融させるために、せん断熱ではなく、静的な(static、動きを伴わない)熱伝導を利用する。この開示されたシステムは、バイオ系プラスチックを成形して複数の小形の部品(parts)にすることが可能である。具体的に説明すれば、その開示されたシステムは、プランジャを有し、そのプランジャは、筒状スクリュー内に配置されてその筒状スクリューの中心部を通過するように延びている(run、作動する)。概略的に説明すれば、1回の射出サイクルの実行中に前記スクリューの全体(entire screw、前記筒状スクリューとプランジャの双方)を前進させるために、大きい(large、大形の、高出力の)射出シリンダ(cylinder、動力シリンダ)が必要である。その開示されたシステムにおいては、他より大径である(larger diameter、前記プランジャより大径である)前記スクリューの全体(entire screw、前記筒状スクリューとプランジャの双方)が移動するわけではない。前記プランジャのみが前進させられ(advanced)、そのプランジャに必要なのは、他より一層小さい(smaller、前記射出シリンダより小径である、小形である)射出シリンダ(cylinder、動力シリンダ)であって前記プランジャに前記力(the force、前進力)を印加するものである。この開示されたシステムは、前記溶融材料の復元(recover、補充)と搬送とを、ショット間区間すなわち射出サイクル間区間中に(between each shot or injection cycle)に、前記プランジャの前方において行うとともに、そのプランジャにより、前記溶融材料をモールド内に射出する。部品サイズ(part size、成形される部品のサイズ)は、前記プランジャの断面積とそのプランジャのストロークの長さとの積により決定され、なぜなら、その積が、1回の射出量(volume during injection、射出容量)を規定するからであるが、前記部品サイズは、前記プランジャの小さな押退け量(displacement volume、押退容量)に制限され、それは典型的にはプラスチックによる約3グラムから約5グラムまでの範囲内の重さであり、それは小さなショット・サイズである。制限のないショット・サイズで複数の部品を成形することが望ましい。

さらに、従来の射出成形システム100は、起動時に、経験を有する作業者手動パージ操作(manual purging operation、残留材料の除去または材料の入れ替えを手動で行う操作)を行うことを必要とする。例えば、作業者が、まず、バレル・ヒータ(the barrel heaters、バンド・ヒータ)114を起動させ、その後、プラスチックすなわち樹脂内に埋め込まれているスクリュー102が束縛から解放されて(loosened、自由に動けるようになって)スクリュー・モータ150に電源を投入してもよい状態になるまで待機してもよい。パージ工程は、初期せん断熱を発生させるために必要である。そのパージ工程は、作業者が、前記樹脂を前進させるために、押出スクリュー102を回転させるときに開始され、その押出スクリュー102は、後退させられて(driven backward、後向きに駆動されて)それの射出位置に戻される。その後、作業者は、押出スクリュー102を前進させるために前記射出力(injection force、押出力)を起動させ、それにより、前記樹脂がノズル108から排出されて前記機台(machine bed、当該射出成形システムの機台など)上に移動する(onto、上に付着する)。その循環工程(cycling process、循環させる工程、反復的に行われる工程)は、前記樹脂がノズル108から排出されるまで、初期せん断熱を発生させるために反復的に行われ、このことは、作業者が成形を開始してもよい程度まで十分に高温に前記樹脂が加熱されていないかもしれないことを示唆している。その手動操作(the manual operation、手動パージ操作)は、非常に主観的(subjective)であり、熟練作業者が機械を起動させて成形プロセスを適合させる(adjust、調整する)ことを必要とする。それに後続する成形操作は、せん断熱発生要件が満たされるように、中断なく安定して(consistent、連続的に)行われなければならない。

この書類開示事項が、種々の射出成形システムを含むという点で関連するかもしれない複数の書類として、米国特許第7,906,048号、米国特許第7,172,333号、米国特許第2,734,226号、米国特許第4,154,536号、米国特許第6,059,556号および米国特許第7,291,297号がある。しかしながら、それらの提案は改良されるかもしれない。

概要

成形機部品成形方法を提供する。成形機は、第1のモールド・ハーフと、その第1のモールド・ハーフに関連付けられる2台以上の押出機とを含み、前記2台以上の押出機のうちの各押出機は、バレルと、そのバレル内の押出スクリューと、前記第1のモールド・ハーフと密封状態係合するノズルとを有し、前記2台以上の押出機のうちの各押出機は、前記押出スクリューを第1方向に回転させて材料流れ生起し、それぞれの押出機について目標圧が達成されると、前記押出スクリューを前記第1方向は逆向きの第2方向に回転させて材料流れを停止させるように、互いに独立して制御される。

目的

ホッパ・ブロック206は、材料がホッパ・ブロック206からバレル210内へ進入する経路を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

成形機であって、モールドキャビティを形成するモールドと、前記モールド・キャビティと流体連通状態にある押出機であって、バレルと、そのバレル内押出スクリューと、前記バレルの一端部に関連付けられるノズルとを有するものと、トルクセンサであって、前記押出スクリューに関連付けられるとともに、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を表す変数についてのリアルタイムのフィードバック信号を提供するように構成されたものと、コントローラであって、前記変数を監視するとともに、前記押出スクリューを第1方向に回転させて前記モールド・キャビティ内への材料流れ生起し、前記押出機に関連付けられた目標圧が達成されると、前記押出スクリューを前記第1方向とは逆向きの第2方向に回転させて材料流れを停止させるように前記押出機を制御するように構成されたものとを含む成形機。

請求項2

前記目標圧は、前記モールド・キャビティ内の圧力を含む請求項1に記載の成形機。

請求項3

前記コントローラは、前記目標圧が達成されると、前記モールド内において成形された部品を取り出すために、前記モールドに付与されたクランプ圧解放するように構成された請求項1に記載の成形機。

請求項4

前記コントローラは、前記トルク・センサに関連付けられるとともに、前記変数に基づき、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を測定するように構成された請求項1に記載の成形機。

請求項5

さらに、前記モールド・キャビティ内に配置される圧力変換器であって、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を表す別の測定値を前記コントローラに提供するように構成されたものを含む請求項1に記載の成形機。

請求項6

さらに、前記バレル内に配置される圧力変換器であって、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を表す別の測定値を前記コントローラに提供するように構成されたものを含む請求項1に記載の成形機。

請求項7

さらに、当該成形機のフレーム上に配置される歪みゲージであって、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を表す別の測定値を前記コントローラに提供するように構成されたものを含む請求項1に記載の成形機。

請求項8

前記コントローラは、前記押出スクリューを前記第2方向に回転させる前に、前記モールド・キャビティ内の材料が冷却されるように、前記押出スクリューの前記第1方向における回転が停止するように前記押出機を制御するように構成された請求項1に記載の成形機。

請求項9

前記コントローラは、前記押出スクリューの回転を停止させた後であって、前記モールド・キャビティ内の圧力低下に応答して前記押出スクリューを前記第2方向に回転させる前に、前記押出スクリューを前記第1方向に回転させるように前記押出機を制御するように構成された請求項8に記載の成形機。

請求項10

前記押出スクリューが前記第2方向に回転させられることにより、前記押出スクリューのチップが前記ノズル内着座し、それにより、前記ノズルから材料が除去される請求項1に記載の成形機。

請求項11

成形機であって、モールド・キャビティを形成するモールドと、そのモールドに関連付けられる押出機であって、バレルと、そのバレル内の押出スクリューと、前記モールドと密封状態係合するノズルとを有するものと、トルク負荷値を検出するために前記押出スクリューに関連付けられるセンサであって、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を表す変数についてのリアルタイムのフィードバック信号を提供するように構成されたものと、コントローラであって、前記変数を監視するとともに、前記押出スクリューを第1方向に回転させて前記モールド・キャビティ内への材料流れを生起し、前記押出機に関連付けられる目標圧が達成されると、前記押出スクリューを前記第1方向は逆向きの第2方向に回転させて材料流れを停止させるように前記押出機を制御するように構成されたものとを含む成形機。

請求項12

前記目標圧は、前記モールド・キャビティ内の圧力を含む請求項11に記載の成形機。

請求項13

前記コントローラは、前記目標圧が達成されると、前記モールド内において成形された部品を取り出すために、前記モールドに付与されたクランプ圧を解放するように構成された請求項11に記載の成形機。

請求項14

前記コントローラは、前記センサに接続されるとともに、前記変数に基づき、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を測定するように構成された請求項11に記載の成形機。

請求項15

前記コントローラは、前記押出スクリューを前記第2方向に回転させる前に、前記モールド・キャビティ内の材料が冷却されるように、前記押出スクリューの前記第1方向における回転が停止するように前記押出機を制御するように構成された請求項11に記載の成形機。

請求項16

前記コントローラは、前記押出スクリューの回転を停止させた後であって、前記モールド・キャビティ内の圧力低下に応答して前記押出スクリューを前記第2方向に回転させる前に、前記押出スクリューを前記第1方向に回転させるように前記押出機を制御するように構成された請求項15に記載の成形機。

請求項17

前記押出スクリューが前記第2方向に回転させられることにより、前記押出スクリューのチップが前記ノズル内に着座し、それにより、前記ノズルから材料が除去される請求項11に記載の成形機。

請求項18

さらに、前記モールド・キャビティ内に配置されるかまたは前記バレル内に配置される圧力変換器であって、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を表す別の測定値を前記コントローラに提供するように構成されたものを含む請求項11に記載の成形機。

請求項19

さらに、当該成形機のフレーム上に配置される歪みゲージであって、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を表す別の測定値を前記コントローラに提供するように構成されたものを含む請求項11に記載の成形機。

請求項20

部品を成形する方法であって、押出機の押出スクリューを第1方向に回転させることにより、前記押出機のノズルであってモールドと密封状態で係合する状態にあるものから材料を押し出す工程と、前記押出スクリューに関連付けられるトルク・センサにより、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を表す変数を検知する工程と、コントローラにより、前記変数を監視する工程と、前記押出スクリューを前記第1方向とは逆向きの第2方向に回転させることにより、前記押出機に関連付けられる目標圧が達成されると、前記ノズルからの材料の押出しを停止させる工程と、前記目標圧が達成されると、成形された部品を前記モールドから取り出す工程とを含む方法。

請求項21

前記変数は、前記モールドによって形成される前記モールド・キャビティ内の目標圧を含む請求項20に記載の方法。

請求項22

さらに、前記コントーラにより、前記変数に基づき、前記モールド・キャビティ内のリアルタイムの圧力を測定する工程を含む請求項20に記載の方法。

請求項23

さらに、前記押出スクリューを前記第2方向に回転させる前に、前記モールド・キャビティ内の材料が冷却されるように、前記押出スクリューの前記第1方向における回転を停止させる工程を含む請求項20に記載の方法。

請求項24

さらに、前記押出スクリューの回転を停止させた後であって、前記モールド・キャビティ内の圧力低下に応答して前記押出スクリューを前記第2方向に回転させる前に、前記押出スクリューを前記第1方向に回転させる工程を含む請求項23に記載の方法。

請求項25

前記ノズルからの材料の押出しを停止させる工程は、前記ノズルから材料を除去するために、前記押出スクリューのチップを前記ノズル内に着座させる工程を含む請求項20に記載の方法。

請求項26

さらに、前記コントローラにより、前記成形機のリアルタイムの歪みまたは圧力を表す別の変数を監視する工程を含む請求項20に記載の方法。

技術分野

0001

[関連する複数の特許出願の相互参照
本特許出願は、出願日が2016年6月8日であり、かつ、発明の名称が「成形機および部品成形方法」である米国特許出願第15/177,302号の優先権を主張しており、その出願は、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形システムおよび部品を製造する方法」である米国特許出願第14/959,921号の一部継続出願、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形システムおよび部品を製造する方法」である国際特許出願番号PCT/US2015/064045の一部継続出願、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形システムのためのノズルシャットオフ方法」である米国特許出願第14/960,115号の一部継続出願、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形システムのためのノズル・シャットオフ」である国際特許出願番号PCT/US2015/064110の一部継続出願、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形のための制御システム」である米国特許出願第14/960,101号の一部継続出願、および、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形のための制御システム」である国際特許出願番号PCT/US2015/064073の一部継続出願であり、それら出願の各々は、米国特許法第119条(e)項に従い、出願日が2014年12月4日であり、かつ、発明の名称が「押出充填型(Extrude-to-Fill、エクストルード・ツゥー・フィル、押出によってモールド内への材料充填を行う方式、スクリュー回転による押出によってモールド内への材料充填を行う方式)の射出成形方法および押出スクリュー」である米国仮特許出願第62/087,414号の優先権の利益と、出願日が2014年12月4日であり、かつ、発明の名称が「押出充填型(Extrude-to-Fill)の射出成形システムのためのノズル・シャットオフ方法(Shut-off、遮断方法閉塞方法)」である米国仮特許出願第62/087,449号の優先権の利益と、出願日が2014年12月4日であり、かつ、発明の名称が「押出充填型(Extrude-to-Fill)の射出成形方法のための制御システム」である米国仮特許出願第62/087,480号の優先権の利益とを主張しており、それら出願の各々は、引用により全体的に本特許出願に合体する。

0002

この書類開示事項は、概略的には、成形機に向けられている。より具体的には、この書類の開示事項は、成形機および部品を成形する方法に向けられている。

背景技術

0003

従来の射出成形システムは、例えばプラスチック(plastic、合成樹脂)のような材料を主に(primarily、実質的に)押出スクリューの回転により動的に(dynamically、機械的な動きを与えて、運動を与えて)生成されるせん断熱(shear heat)により溶融させる。その従来の射出成形システムにおいて動的に生成されるせん断熱は、高い純度(purity)およびコンシステンシ(consistency、堅さ、密度、濃度)を有する石油系プラスチック樹脂の使用に依存する。図1は、従来の射出成形システム100を示す概要図である。射出ゾーン112が、溶融した材料(molten material、溶融材料)を射出(injection、モールド内への射出、加圧注入注入投入)前に貯留する(hold、溜める、スクリューの前方に溜める、保持する)ことを目的として、押出スクリュー102の前方に位置している。チェックリング(check ring、逆流防止リング)104、すなわち、逆止弁(non-return valve、逆流防止弁)が、ショット間区間中に(between shots、ある回のショットと次回のショットとの間の区間中に)存在する復元押出段階(recovery extrusion stage、各回のショット後に、押出スクリューを回転させて新たな溶融材料を射出ゾーン内に押し出して射出ゾーン内に溜める段階)の実行中に前方メルトフロー(forward melt flow、溶融材料の前方への流動プラスチック成形材料であるメルトの前方への流動)を許容するという目的と、前記溶融材料が押出スクリュー102に逆流する(back flow、射出ゾーンから押出スクリュー102に逆流する)ことを防止するという目的とのために使用される。そのような逆流は、射出圧が前記溶融材料に加えられると発生するかもしれない。前記材料は、せん断熱の大半を用いることによって溶融されてもよい。例えば、その溶融状態は、約75%のせん断熱と、バンドヒータ114から発生させられる約25%の伝導熱(conduction heat)とによって生成されてもよい。

0004

従来の押出スクリュー102は、せん断熱の発生を促進するとともにプラスチックのうちの高温部低温部とを混合させるために、大きいピッチ132を有するように設計される。図1に示すように、押出スクリュー102の谷径(root diameter)134が、バレル110のインレット(inlet、入口部、材料取入部)を通過するように原料(raw material)を供給するホッパ106に近づくにつれて小径化する。せん断熱の発生を促進するために圧縮ゾーン(compression zone)を生成するために、谷径(root diameter)は、押出スクリュー102の長さ方向であってノズル108に向かうものに沿って大径化する。押出スクリュー102のフライト高さ(flight height、スクリュー溝深さ)136は、ノズル108に向かって減少し、それにより、押出スクリュー102およびバレル110との間の空間(space、空隙、押出スクリュー102の谷面とバレル110の内面との間の空間、クリアランス)が減少する。

0005

復元押出段階(recovery extrusion stage)の実行中、前記溶融材料は、モータ150を用いて押出スクリュー102を回転させることにより、その押出スクリュー102の長さ方向に沿って移送されてバレル110内の射出ゾーン112内に投入される。その射出ゾーン112は、ノズル108と、押出スクリュー102の一端部に位置するチェック・リング104との間に存在する。前記溶融材料は、コールドスラグ(cold slug)により射出ゾーン112内に捕捉され、そのコールド・スラグは、射出サイクルの終了後にノズル108をシールして、前記復元押出段階(recovery extrusion stage)の実行中、前記プラスチック(the plastic、前記溶融材料)がゲート146およびランナ142を通過してモールド(mold、金型、型、成形型)140中に流入することを防止することを行う。

0006

1回の射出サイクルの実行中、押出スクリュー102は、シリンダ(cylinder、動力シリンダ)138により、回転させられることなく、非常に高い射出圧の下に前進駆動させられる(driven forward、前進させられる)。押出スクリュー102およびチェック・リング104は、互いに協働して、前記溶融材料をモールド140内に射出する(inject、加圧注入する)プランジャとして機能することが可能である。前記復元押出段階(recovery extrusion stage)は、全成形時間(entire molding time、1個の部品を成形するのに必要な全時間)の10%から25%までの範囲内の時間を占めるにすぎず、それにより、前記復元押出段階を除く期間中、押出スクリュー102が回転していないとき、せん断熱が失われてしまうかもしれない。

0007

前述の従来の射出成形システム100は、ショット間区間中(between each shot、ある回のショットと次回のショットとの間の区間において)、ノズル10内にコールド・スラグ(cold slug)が形成されること(formation)を利用している。プラスチック製であるそのコールド・スラグは、従来の射出成形システム100にとって最も非効率である複数の事項のうちの1つの原因となっている。そのコールド・スラグをノズル108から取り除いて溶融材料がモールド・キャビティ内に流入することを可能にするために非常に高い圧力が必要である。その高い射出圧は、前記溶融材料をランナ142を経由して前記モールド・キャビティ内へ押し込むために必要である。通常、20,000psiと30,000psiとの間の射出圧が、前記モールド・キャビティ内において500psiから1,500psiまでの高さの圧力を得るために必要である。射出圧が高いために、従来の射出成形システム100では、バレル110が厚壁(thick wall)を有することが必要であり、その厚壁により、バレル110を包囲する複数のバンド・ヒータ114からの前記材料への熱伝導率が低下してしまう。

0008

従来の射出成形システム100は、クランプ・システム(clamp system、型締機構、モールドが開かないようにモールドを押さえ付ける機構)120に動力を与える(power、駆動させる)ために液圧式(hydraulic、油圧式)システムまたは電動モータ128のいずれかを使用してもよく、そのクランプ・システム120は、複数の静止プラテン122A−122Bと、可動プラテン124と、複数本のタイ・ロッド126とを有してもよい。クランプ用シリンダ(clampingcylinder、型締シリンダ)130が、モールド140を、射出中、閉じた状態で保持するために十分な高さの圧力で加圧する。従来の射出成形システム100は、射出システム(射出部)118およびクランプ・システム(型締部)120の両方のために大形で高価な電源を必要とする。それら電源は、大規模な機械(machine、成形システムの)構造体により支持されなければならず、その大規模な機械構造体により、電力供給部(power supply、電源)、肉厚コンクリート製の基台(footings、柱、壁など)または床、および複数の大形のHVAC(HVAC、暖房換気・空調)システムであって調達、作動および保守が高価であるものを含む設備インフラ費用が増加してしまう。

0009

前記従来の射出成形システムにより生成される前記せん断熱のため、バイオ系プラスチック(bio-based plastics)の如きある種の材料を成形する能力が制限される。バイオ系プラスチックは、前記従来の射出成形システムにおいて印加される前記圧力によって劣化し、そのバイオ系プラスチックは、石油系プラスチック樹脂を射出成形する過程においてせん断熱を発生させるために当該機械(the machine、当該射出成形システムなど)によって発生させられる圧力に対して逆方向に(adversely、悪化する向きに)反応する。近年開発された射出成形システムであって、発明の名称が「射出成形方法および装置」であるとともに発明者がR.フィッツトリック(R. Fitzpatrick)である米国特許第8,163,208号に開示されているものが、プラスチックを溶融させるために、せん断熱ではなく、静的な(static、動きを伴わない)熱伝導を利用する。この開示されたシステムは、バイオ系プラスチックを成形して複数の小形の部品(parts)にすることが可能である。具体的に説明すれば、その開示されたシステムは、プランジャを有し、そのプランジャは、筒状スクリュー内に配置されてその筒状スクリューの中心部を通過するように延びている(run、作動する)。概略的に説明すれば、1回の射出サイクルの実行中に前記スクリューの全体(entire screw、前記筒状スクリューとプランジャの双方)を前進させるために、大きい(large、大形の、高出力の)射出シリンダ(cylinder、動力シリンダ)が必要である。その開示されたシステムにおいては、他より大径である(larger diameter、前記プランジャより大径である)前記スクリューの全体(entire screw、前記筒状スクリューとプランジャの双方)が移動するわけではない。前記プランジャのみが前進させられ(advanced)、そのプランジャに必要なのは、他より一層小さい(smaller、前記射出シリンダより小径である、小形である)射出シリンダ(cylinder、動力シリンダ)であって前記プランジャに前記力(the force、前進力)を印加するものである。この開示されたシステムは、前記溶融材料の復元(recover、補充)と搬送とを、ショット間区間すなわち射出サイクル間区間中に(between each shot or injection cycle)に、前記プランジャの前方において行うとともに、そのプランジャにより、前記溶融材料をモールド内に射出する。部品サイズ(part size、成形される部品のサイズ)は、前記プランジャの断面積とそのプランジャのストロークの長さとの積により決定され、なぜなら、その積が、1回の射出量(volume during injection、射出容量)を規定するからであるが、前記部品サイズは、前記プランジャの小さな押退け量(displacement volume、押退容量)に制限され、それは典型的にはプラスチックによる約3グラムから約5グラムまでの範囲内の重さであり、それは小さなショット・サイズである。制限のないショット・サイズで複数の部品を成形することが望ましい。

0010

さらに、従来の射出成形システム100は、起動時に、経験を有する作業者手動パージ操作(manual purging operation、残留材料の除去または材料の入れ替えを手動で行う操作)を行うことを必要とする。例えば、作業者が、まず、バレル・ヒータ(the barrel heaters、バンド・ヒータ)114を起動させ、その後、プラスチックすなわち樹脂内に埋め込まれているスクリュー102が束縛から解放されて(loosened、自由に動けるようになって)スクリュー・モータ150に電源を投入してもよい状態になるまで待機してもよい。パージ工程は、初期せん断熱を発生させるために必要である。そのパージ工程は、作業者が、前記樹脂を前進させるために、押出スクリュー102を回転させるときに開始され、その押出スクリュー102は、後退させられて(driven backward、後向きに駆動されて)それの射出位置に戻される。その後、作業者は、押出スクリュー102を前進させるために前記射出力(injection force、押出力)を起動させ、それにより、前記樹脂がノズル108から排出されて前記機台(machine bed、当該射出成形システムの機台など)上に移動する(onto、上に付着する)。その循環工程(cycling process、循環させる工程、反復的に行われる工程)は、前記樹脂がノズル108から排出されるまで、初期せん断熱を発生させるために反復的に行われ、このことは、作業者が成形を開始してもよい程度まで十分に高温に前記樹脂が加熱されていないかもしれないことを示唆している。その手動操作(the manual operation、手動パージ操作)は、非常に主観的(subjective)であり、熟練作業者が機械を起動させて成形プロセスを適合させる(adjust、調整する)ことを必要とする。それに後続する成形操作は、せん断熱発生要件が満たされるように、中断なく安定して(consistent、連続的に)行われなければならない。

0011

この書類の開示事項が、種々の射出成形システムを含むという点で関連するかもしれない複数の書類として、米国特許第7,906,048号、米国特許第7,172,333号、米国特許第2,734,226号、米国特許第4,154,536号、米国特許第6,059,556号および米国特許第7,291,297号がある。しかしながら、それらの提案は改良されるかもしれない。

0012

この書類の開示事項によれば、概略的には、この書類において押出充填式(extrude-to-fill(ETF)、スクリューによる押出によってモールド内への材料充填を行う方式、スクリュー回転による押出によってモールド内への材料充填を行う方式)の成形機と称されるかもしれない成形機と、部品を成形する方法とが提供される。いくつかの実施態様においては、その成形機が、溶融材料を1または複数のモールド・キャビティ内に押し込むための複数の成形システム(例えば、複数台押出機)を有してもよい。それら成形システムは、同じ材料または互いに異なる複数の材料を前記1または複数のモールド・キャビティ内に押し込んでもよい。それら成形システムは、それぞれ個別に制御されるかおよび/またはまとめて(collectively、一律に、画一的に、それぞれが同じ条件で)制御されてもよい。いくつかの実施態様においては、部品を製造する方法が、材料を1または複数のモールド・キャビティ内に、複数の成形システムを経由して押し込む工程と、前記複数の成形システムに関連付けられる1または複数の圧力が達成されると、材料を1または複数のモールド・キャビティ内に押し込むことを停止させる工程と、前記1または複数の圧力が達成された後、成形された部品を前記1または複数のモールド・キャビティから取り出す工程とを有してもよい。

0013

いくつかの実施態様においては、成形機が、第1のモールド・ハーフと、その第1のモールド・ハーフに関連付けられる2台以上の押出機とを有してもよい。前記2台以上の押出機のうちの各押出機は、バレルと、そのバレル内の押出スクリューと、前記第1のモールド・ハーフと密封状態係合する(in sealed engagement、密封係合する)ノズルとを有してもよい。前記2台以上の押出機のうちの各押出機は、それぞれの押出機について目標圧が達成されると、材料の流れを停止させるように、互いに独立して制御されてもよい。前記第1のモールド・ハーフは、1個のモールド・キャビティを有してもよく、また、前記2台以上の押出機のうちの各押出機は、前記1個のモールド・キャビティとの間で流体連通状態(in fluid communication)にあってもよい。前記第1のモールド・ハーフは、2個以上のモールド・キャビティを有してもよく、また、前記2台以上の押出機のうちの各押出機は、前記2個以上のモールド・キャビティのうち他の押出機とは異なるモールド・キャビティとの間で流体連通状態にあってもよい。前記成形機は、1個のホッパを有してもよく、そのホッパは、材料を前記2台以上の押出機に供給するために前記2台以上の押出機に相互に関連して作動するように(operatively、相互連携状態で、相互連動状態で、作動的に相互に関連するように、互いに共同して同じ目的を達するように)連結される。前記成形機は、マニホールド(a manifold、1個のマニホールド、少なくとも1個のマニホールドなど)を有してもよく、そのマニホールドは、材料の向きを前記2台以上の押出機のそれぞれに向かうように変化させるために前記1個のホッパおよび前記2台以上の押出機に相互に関連して作動するように(operatively)連結される。前記2台以上の押出機は、マトリクス状に(in a matrix、縦横に、2次元的に)配列されてもよい。前記2台以上の押出機は、実質的に互いに平行であるように配向されてもよく、また、前記2台以上の押出機のうちの少なくとも2つは、前記第1のモールド・ハーフの垂直寸法に沿って、一方が他方より上方に位置するように配置されてもよい。前記成形機は、コントローラを有してもよく、そのコントローラは、前記2台以上の押出機のうちの各押出機について圧力を監視するとともに、前記2台以上の押出機のうちの各押出機が自身の目標圧を達成すると、前記第1のモールド・ハーフ内において成形された部品を取り出すために、前記第1のモールド・ハーフに付与されたクランプ圧を解放するように構成されてもよい。前記2台以上の押出機のうちの各押出機の目標圧は、前記第1のモールド・ハーフのうち、各押出機から押し出されつつある材料が注入される面積に基づく圧力であってもよい。前記2台以上の押出機は、互いに隙間を隔てて並んだ4台以上の押出機を有してもよい。前記2台以上の押出機は、互いに同一であるか、または互いに異なってもよい。前記2台以上の押出機は、同じ材料または互いに異なる複数の材料を前記第1のモールド・ハーフ内に押し出すように作動することが可能であるものであってもよい。

0014

いくつかの実施態様においては、成形機が、第1のモールド・ハーフと、その第1のモールド・ハーフに関連付けられる第1の押出機と、前記第1のモールド・ハーフに関連付けられる第2の押出機とを有してもよい。前記第1の押出機は、第1のバレルと、その第1のバレル内の第1の押出スクリューと、前記第1のモールド・ハーフと密封状態で係合する第1のノズルとを有してもよい。前記第2の押出機は、第2のバレルと、その第2のバレル内の第2の押出スクリューと、前記第1のモールド・ハーフと密封状態で係合する第2のノズルとを有してもよい。前記第1および第2の押出機は、第1および第2の圧力が前記第1および第2の押出機のそれぞれについて達成されると、前記第1および第2の押出機を通過する材料流れを停止させるように、互いに独立して制御されてもよい。前記第1のモールド・ハーフは、1個のモールド・キャビティを有してもよく、また、前記第1および第2の押出機は、前記1個のモールド・キャビティとの間で流体連通状態にあってもよい。前記第1のモールド・ハーフは、第1のモールド・キャビティと第2のモールド・キャビティとを有してもよく、また、前記第1の押出機は、前記第1のモールド・キャビティとの間で流体連通状態にあってもよく、また、前記第2の押出機は、前記第2のモールド・キャビティとの間で流体連通状態にあってもよい。前記成形機は、1個のホッパを有してもよく、そのホッパは、材料を前記第1および第2の押出機に供給するために前記第1および第2の押出機に相互に関連して作動するように(operatively)連結される。前記成形機は、マニホールドをっ有してもよく、そのマニホールドは、材料の向きを前記第1および第2の押出機のそれぞれに向かうように変化させるために前記1個のホッパ、前記第1の押出機および前記第2の押出機に相互に関連して作動するように(operatively)連結される。前記第1および第2の押出機は、実質的に互いに平行であるとともに、前記第1のモールド・ハーフに対して実質的に直角であるように配向されてもよい。成形機は、第3の押出機および第4の押出機を有してもよい。前記第1、第2、第3および第4の押出機は、マトリクス状に配列されてもよい。前記第1、第2、第3および第4の押出機は、互いに一様な(uniformly、均等な)隙間を隔てて配置されてもよい。前記成形機は、コントローラを有してもよく、そのコントローラは、前記第1および第2の押出機について圧力を監視するとともに、前記第1および第2の押出機が自身の目標圧を達成すると、前記第1のモールド・ハーフ内において成形された部品を取り出すために、前記第1のモールド・ハーフに付与されたクランプ圧を解放するように構成される。前記第1および第2の押出機は、互いに同一であるか、または、互いに異なってもよい。前記第1および第2の押出機は、同じ材料または互いに異なる複数の材料を前記第1のモールド・ハーフ内に押し出すように作動することが可能であるものであってもよい。

0015

いくつかの実施態様においては、部品を成形する方法が、前記第1の押出機のうち、第1のモールド・ハーフに密封状態で係合する第1のノズルを通過するように第1の材料を押し出す工程と、前記第2の押出機のうち、前記第1のモールド・ハーフに密封状態で係合する第2のノズルを通過するように第2の材料を押し出す工程と、前記第1の押出機に関連付けられる第1の圧力が達成されると、前記第1のノズルを通過する前記第1の材料の押出を停止させる工程と、前記第2の押出機に関連付けられる第2の圧力が達成されると、前記第2のノズルを通過する前記第2の材料の押出を停止させる工程と、前記第1および第2の圧力の双方が達成された後、成形された部品を前記第1のモールド・ハーフから取り出す(release、離型を行う)工程とを有してもよい。前記第1の材料を押し出す工程および前記第2の材料を押し出す工程は、前記第1および第2の材料を、前記第1のモールド・ハーフによって形成される同じキャビティ内に押し出す工程を有してもよい。前記第1の材料を押し出す工程および前記第2の材料を押し出す工程は、前記第1および第2の材料を、前記第1のモールド・ハーフによって形成される複数のキャビティであって互いに異なるものの内部に押し出す工程を有してもよい。前記第1の圧力は、前記第2の圧力とは異なるものであってもよい。前記第1の押出機は、前記第2の押出機と同じであるかまたは異なるものであってもよい。

0016

別のいくつかの実施態様および特徴が、後述の、発明の詳細な説明の欄中に部分的に記載されており、それら実施態様および特徴は、この明細書をよく検討すると当業者にとって自明になるか、または、ここに開示されている主題を実施することによって知得されるかもしれない。この書類の開示事項の本質および利点のさらなる理解が、この明細書のうちの残りの部分および複数の図面であってこの書類の開示事項の一部を構成するものを参照することによって実現されるかもしれない。

0017

この書類の開示事項は、理解を助けるために提供されており、当業者の一人であれば、この開示事項の様々な側面および特徴の各々が、いくつかの事例において互いに分離して用いられることが有利であるか、または、他のいくつかの事例において、この開示事項の他のいくつかの側面および特徴と組み合わせて用いられることが有利であるかもしれないということが理解されることになる。

0018

したがって、この開示事項は、実施態様という観点で提示されるが、理解されるべきことは、いずれの実施態様の個々の側面であっても、互いに分離して特許請求の対象になるか、または、同じ実施態様のうちの側面および特徴、もしくは、他のいずれかの実施態様の側面および特徴と組み合わせて特許請求の対象になることが可能であるということである。

図面の簡単な説明

0019

発明の詳細な説明の欄は、添付された図面およびデータ・グラフを参照することにより、より完全に理解されることになり、それら図面およびデータ・グラフは、この開示事項の種々の実施態様として存在しているが、この開示事項の範囲を完全に表現するものとして理解されるべきではない。

0020

図1は、従来の射出成形システムを示す概略図である。

0021

図2Aは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う押出スクリューを有する成形システムを示す図である。

0022

図2Bは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記成形システムであって図2Aに示すものの断面図である。

0023

図2Cは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記成形システムであって図2Aに示すものを組立前の状態で示す斜視図である。

0024

図3Aは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記成形システムであって誘導加熱を有するものを示す断面図である。

0025

図3Bは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記成形システムであって図3Aに示すものの断面図であり、その成形システムは、断熱スリーブを有する。

0026

図3Cは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記成形システムであって図3Bに示すものの断面図であり、その成形システムは、断熱スリーブとバレルの内筒構造体との間の断熱性空隙(air gap、エアギャップ)を有する。

0027

図4Aは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う段付き押出スクリューを有する成形システムを示す図である。

0028

図4Bは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記成形システムであって図4Aに示すものを示す断面図である。

0029

図5は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記成形システムであって図4Aに示すものを組立前の状態で示す斜視図である。

0030

図6Aは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う鋭利形状部(sharp geometry)を有する押出スクリューを示す図である。

0031

図6Bは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う鋭利形状部であって鋭利度が低いものを有する押出スクリューを示す図である。

0032

図7は、この書類に開示されている複数の実施態様に従って部品を成形するための複数のステップを示すフローチャートである。

0033

図8Aは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う成形システムをシャトル・テーブルが第1位置にある状態で示す斜視図である。

0034

図8Bは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う成形システムをシャトル・テーブルが第2位置にある状態で示す斜視図である。

0035

図9は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う1台の成形機であって複数台の成形システムを有するものを単純化して示す図である。

0036

図10は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う1台の成形機であって複数台の成形システムを有するものを示す斜視図である。

0037

図11は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記1台の成形機であって図10に示すものの図10における11−11線に沿った断面図であり、この図は、ホッパから前記複数台の成形システムまでの流路(flow path)を示している。

0038

図12は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記複数台の成形システムであって図10に示すものを示す斜視図であり、それら成形システムには、複数個のモールド・キャビティを形成する1個のモールド・ハーフが接続されている。

0039

図13は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う前記複数台の成形システムであって図10に示すものを示す斜視図であり、それら成形システムには、1個のモールド・キャビティを形成する1個のモールド・ハーフが接続されている。

実施例

0040

この書類の開示事項は、後に詳述する図面に関連付けて、後述の発明の詳細な説明を参考にすることにより理解されるかもしれない。なお、説明の明瞭さを目的として、種々の図面においていくつかの構成要素が縮尺通りに図示されていないかもしれない。

0041

この書類の開示事項は、概略的には、成形機を提供しており、その成形機は、成形システムとクランプ・システムとを有してもよい。その成形システムは、押出スクリューを有してもよく、その押出スクリューは、アイドルタイム(idle time、休止時間)のうちの複数の期間の後にパージ・プロセスを行うことを要求することなく、制限がない(unlimited、サイズに制限がない)かまたは可変である(varying、前回と今回とでサイズが異なる)ショット・サイズ(shot size、射出容量)すなわち押退け容積(volume of displacement、押退量、押退容量)のもと、溶融材料をモールド(a mold、1個のモールド、少なくとも1個のモールドなど)内へ移送するかまたは圧送したい(pump、押し込みたい)という要求に応じて(on demand to transfer or pump)溶融材料を押し出す。前述の従来の射出成形システムにおいては、前記ショット・サイズが、固定されている(fixed、変更できない)とともに、1回の射出サイクルの実行中に前記モールド内に変位されるかまたは移送されることが可能な材料容積(射出容量)であり、そのショット・サイズは、単一のモールド・キャビティまたは複数のモールド・キャビティを充填する(fill、フィルする)のに十分な量である。前述のETF成形システムの前記可変なショット・サイズは、ショット・サイズが変更されずに固定される前述の従来システムとは異なっており、その従来システムにおいては、前記ショット・サイズが、前記スクリューの直径および射出ストロークの長さにより予め決定されており、その射出ストロークは、1回の射出サイクルの実行中に従来のスクリュー102(図1参照)が移動する軸方向距離である。従来の射出成形システム100(図1参照)は、固定された連続プロセス(fixed, sequential process、決められた順序で複数の工程を連続的に実行するプロセス)を実行し、その連続プロセスにおいては、ショット・サイズを変化させるために制御設定値(the control settings)を変化させることが必要である。任意の目標ショット・サイズを実現するために、様々な寸法を有する複数の部品を成形するために、このETF成形システムは、特定の時間の間か、特定のモールド・キャビティ圧力が達成されるまでか、特定のスクリュー背圧(screw back pressure)が達成されるまでか、特定のスクリュー・トルク負荷が達成されるまでか、または、予め選択された回数のスクリュー回転の間、プラスチックを押し出してもよい。

0042

このETF成形システムは、均質の溶融材料(melt、成形材料、メルト)、(例えば、溶融された樹脂材料)を生成するために、実質的に減少した(reduced、従来システムより減少した)せん断熱と組み合わせて、熱伝導を利用してもよい。その溶融材料は、目標粘性値を取得するために加熱されてもよい。その目標粘性値を静的状態において達成することにより、モールド・キャビティを充填するために押出し(extrusion)を行うのに必要な圧力が低下するかもしれない。さらに、前記モールドを閉じて型閉状態に保持するのに必要なクランプ力が低下するかもしれない。

0043

この押出充填式(ETF)成形システムは、スクリューを有しており、そのスクリューは、モールド・キャビティを充填するのに十分に高い圧力のもとに溶融材料を押し出すための搬送ポンプ(conveying pump、送りポンプ)として機能するように設計される。前記スクリューは、互いに異なる2方向に回転してもよい。前記スクリューの回転を逆向きにすることのいくつかの利点のうちの1つは、前記樹脂を撹拌して混合することが支援されるということである。前記押出スクリューが一方向に回転して前記樹脂材料をモールド・キャビティ内に押し込むとき、流れおよび圧力についてのあるパターン(pattern、傾向、場所的分布プロファイル)が確立されてもよい。前記スクリューの回転の逆向き化(The reversal of the rotation of the screw、前記スクリューの逆回転化)は、前記流れのパターンを乱して前記樹脂材料のヒステリシス(hysteresis、不可逆性)を乱し、その際、成形品ショット間区間中に(between molded part shots)前記バレルを減圧し、それにより、より正確な前記成形システムの制御が可能になるかもしれない。前記スクリューは、バレル内の材料への熱伝導を促進するかもしれない。例えば、前記押出スクリューの逆回転により、前記樹脂が混ざり(mix、混練され)、それにより、熱伝導が向上し、それにより、溶融材料の粘性の一様性(consistent)が向上するとともに、押し出されたもの(extrudant、押し出された溶融材料、成形品)の均質性(uniform)の向上が確保されるかもしれない。前記スクリューは、前記バレル内の材料への熱伝導を支援するために、内部熱源(internal heat source)を有してもよく、その内部熱源は、例えば、前記スクリュー内に配置されたヒータである。前記スクリューは、前記内部熱源から前記材料への熱伝導を効率化するために、例えば真鍮のような熱伝導材料により形成されてもよい。いくつかの実施態様においては、前記スクリューが、ノズルを開くかまたは閉じてそれぞれモールド・キャビティ内への溶融材料の流れを許可するかまたは阻止するように前記軸方向に沿って往復運動してもよい。

0044

この成形システムは、従来の射出成形システム100に存在する高圧であって通常20,000psiから30,000psiまでのものを用いることなく、材料を押し出してもよい。従来の射出成形システム100は、厚壁(thick wall)を有するバレルおよび重いスクリューであって、前記高圧を発生させて閉じ込めるとともにこの高圧システム(system、射出成形システム)100の内部において材料を移動させるように設計されるものを使用する。このETF成形システムは、関連付けられる(associated、付随する、連動する、協働する)モールド・キャビティ内の圧力より5−10%も低いかもしれない低圧で作動させることにより、従来とは異なる材料および構造体(non-traditional materials and configurations)であって非常に低い圧力に耐えるものによって構成されてもよい。この成形システムに対して低圧が要求されることは、従来材料より柔軟で軽量であってもよい非従来材料(non-traditional materials、従来とは異なる材料)の利用が促進されるかもしれない。例えば、この成形システムにおけるスクリューは、その動作環境が低圧であるため、非常に小さい質量(mass、体積)を有するように製作されてもよく、よって、外部熱源を利用する場合には、前記スクリューは、このシステムの中心部にヒートシンク(heat sink、吸放熱装置)といえるほどのものを有しなくてもよい。前記非従来材料により、熱伝導性または断熱性が改善されるか、表面摩擦係数が改善されるか、または他の同様な性質が改善されるかもしれず、その改善により、材料を溶融してその材料を圧送してこの成形システム内を通過させる動作が改善されるかもしれない。例えば、前記スクリューおよび/またはバレルは、強度不足であるために従来の射出成形システムにおいては使用されない熱伝導材料(thermally conductive materials、伝熱材料)であって、例えば真鍮合金銅合金および銅ニッケル合金のようなものから製作されてもよい。

0045

図2Aは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う成形システム200を示している。図2Bは、図2Aに示す成形システム200の断面図である。図2Cは、図2Aに示す成形システム200の複数の部品を組立前の状態で示す斜視図である。

0046

図2A−図2Cを全体的に参照すると、成形システム200は、バレル210(図2B参照)内に配置される押出スクリュー202を有する。ホッパ・ブロック開口部(hopper block opening、ホッパが形成されたブロックの開口部)216を、典型的には複数のペレットを成す材料をホッパ・ブロック206からバレル210に移送するためにバレル・インレット(barrel inlet、バレルのうちの入口部)226に関連付けてもよく、また、ノズル208を、溶融材料をバレル210からモールド(mold、型、金型、成形型)内に移送するためにバレル210の一端部(an end、先端部など)に関連付けてもよい。1または複数のヒータ214が、バレル210内の前記材料を溶融された状態になるまで加熱してもよく、また、押出スクリュー202は、前記材料をバレル210の長さ方向に沿って加圧してモールド(mold、型、金型、成形型)内に押し込むために、バレル210内で回転してもよい。モータまたは他の駆動システムを、押出スクリュー202を回転させるために使用してもよい。シリンダ(cylinder、動力シリンダ)を、押出スクリュー202またはバレル210の一方を押出スクリュー202またはバレル210の他方に対して相対的に軸方向に移動させてノズル208の開口または閉塞を行うために、押出スクリュー202またはバレル210に連結させてもよい。

0047

成形システム200は、クランプ・システム(clamp system、型締装置、型締機構、型締部)と関連付けられてもよく、そのクランプ・システムに動力を与える(power、駆動させる)ためにシリンダ(cylinder、動力シリンダ、型締シリンダ)または電動モータを有してもよい。そのクランプ・システムは、1個または複数個の静止プラテン、可動プラテン(a movable platen、1個の可動プラテン)および1本または複数本のタイ・ロッドを有してもよい。溶融材料が成形システム200のノズル208から前記モールド内に押し出されている間、前記モールドを型閉状態で保持するために、型締シリンダが前記可動プラテンを加圧してもよい。成形システム200は、バレル210内の材料を溶融させるために、せん断熱よりむしろ、主に(primarily、他の手段より支配的に、せん断熱より支配的に、実質的に)、静的な(static、動きを伴わない)熱伝導を利用してもよい。静的な熱伝導を主に(primarily、実質的に)用いて目標粘性値を達成することにより、前記モールド内に前記材料を押し出すのに必要な圧力が低下し、それにより、前記モールドを型閉状態で保持するクランプ力が低下するかもしれない。したがって、この成形システム200および前記クランプ・システムであって、クランプ・システムに動力を与える(power、駆動させる)ために前記シリンダまたは電動モータを有するものは、従来の射出成形システム100より小形であるとともに作動に必要な動力がより少ないものであることが可能であり、従来の射出成形システム100は、一般に、射出システム118およびクランプ・システム120(図1参照)の両方のために大形で高価な電源を必要とする。従来の射出成形システム100のためのそれら電源は、大規模な機械(machine、成形システムなどの)構造体により支持されなければならず、その大規模な機械構造体により、電力供給部(power supply、電源)、肉厚のコンクリート製の台または床、および大形のHVAC(HVAC、暖房・換気・空調)システムであって調達、作動および保守の費用が高価であるものを含む設備インフラの費用が増加してしまう。

0048

引き続いて図2A−図2Cを参照すると、成形システム200のバレル210は、押出スクリュー202を包囲してもよい。その押出スクリュー202についての詳細ないくつかの部分が図2Cに示されている。押出スクリュー202とバレル210との間のクリアランス(clearance、空隙)が、せん断熱の発生を防止するのに十分なサイズを有するとともに、バレル210内で押出スクリュー202が回転することを可能にするのに十分である。バレル210は、そのバレル210内の押出スクリュー202が軸方向への移動を可能にしてもよい。

0049

成形システム200は、従来の射出成形システム100より低い圧力で作動してもよい。この低い作動圧により、バレル210が、薄壁(thin wall、従来の射出成形システム100のバレルより薄い壁)を有することが可能となり、その薄壁により、従来のバレル110(図1参照)の厚壁より良好な熱伝導が、バレル210(図2A−図2Cを参照)内の前記材料に提供される。例えば、バレル210の壁厚は、0.125インチから0.250インチまでの範囲内の厚さであってもよく、これは、従来の射出成形システム100(図1参照)のバレル110の壁厚が0.750インチから2.00インチまでの範囲内の厚さであることと比較される。前記静的な熱伝導によれば、後述のシャットオフ・ノズルおよびスクリュー・チップ(screw tip、スクリュー先端部)との共同により、従来の射出成形システム100よりバレル内圧が低下するかもしれない。

0050

押出圧または射出圧(extruding or injection pressure、押出圧すなわち射出圧)が低い結果として、バレル210を形成するための材料は、圧力封じ込めより熱伝導を重視して(based on、基礎にして)選択してもよい。例えば、バレル210は、誘導加熱を行うための磁性材料、または、例えば真鍮、銅、アルミニウムまたはそれら金属の合金のような高い伝導率(conductive、熱伝導率)を有する材料を有してもよい。いくつかの実施態様においては、バレル210を鋼(steel、スチール)から形成してもよい。

0051

図2A−図2Cに示す成形システム200のホッパ・ブロック206は、バレル210のインレット226に連結される開口部216を有してもよい。ホッパ・ブロック206は、スライドしてバレル210上に嵌まり合う(slide onto、スライドしてバレル210上に装着される)ように構成された中空部217を有してもよい。ホッパ・ブロック206内の材料がホッパ・ブロック開口部216およびバレル・インレット226を通過してバレル210内へ引き込まれてもよい(drawn)かまたは供給されてもよい(fed)ように、ホッパ・ブロック206およびバレル210を組み立ててもよい。ホッパ・ブロック206は、そのホッパ・ブロック206の近傍にある押出スクリュー202およびバレル210が低温(cool)、例えば、室温に維持されるように、水、水系化合物または他の冷却化合物のような冷却流体を循環させるための1本または複数本の冷却チャネル218を有してもよい。

0052

成形システム200は、モールド内への押出しに備えてバレル210内の材料を調製するためにその材料を加熱してもよい。例えば、図2A−図2Cに示すように、成形システム200は、バレル210内の材料を加熱するために、例えば、バンド・ヒータ214A−214Cのような複数の外部ヒータ(external heaters、バレル210の外側に配置されるヒータ)を有してもよい。それらバンド・ヒータ214A−214Cは、バレル210の外側に配置してもよく、また、バレル210を通過してそのバレル210内に配置された前記材料に到達するように熱を伝導させてもよい。バレル210を加熱することにより、バンド・ヒータ214A−214Cは、モールド内への押出しに備えて前記材料を溶融させるのに十分な熱を、バレル210内に配置された前記材料に伝達してもよい。バンド・ヒータ214A−214Cからの熱は、バレル210を通過して伝導されて、バレル210とスクリュー202との間に画定された環状空間であってその中に前記材料が投入されて収容されるものの中に放射されてもよい。前記加熱された環状空間からの熱は、スクリュー202に伝達されてもよく、その熱は、今度は、前記材料をスクリュー202と前記材料との間の界面に沿って加熱してもよい。スクリュー202は、バレル210の内径部(inside diameter、谷径部、内周面)に隣接して配置される複数のフライト(flights、スクリュー溝、ねじ山)を有してもよく、それにより、バレル210からの熱が、バレル210内の前記材料を加熱するために、スクリュー202の複数のフライト(flights)を通過して伝導されてもよい。それらスクリュー・フライトの高さは、スクリュー202とバレル210との間の前記環状空間の深さを定義してもよい。図2Aおよび図2Bに示すように、成形システム200が熱をバレル210内の材料に伝達するように組み立てられる場合には、バンド・ヒータ214A−214Cは、バレル210を包囲してもよい。バンド・ヒータ214A−214Cは、複数の電気ヒータであってもよい。

0053

図2Aおよび図2Bを参照すると、バンド・ヒータ214A−214Cは、バレル210の長さ方向に沿って隙間を隔てて配置されてもよい。バンド・ヒータ214Cであってホッパ・ブロック206に最も近接しているものは、バレル・カラー220からある隙間を隔てて配置されてもよく、そのバレル・カラー220は、ホッパ・ブロック206の前端部に位置する2つの部分220Aおよび220Bを有してもよい。図2Bを参照すると、バンド・ヒータ214Cは、バレル210内の温度遷移領域(temperature transition region、温度遷移セクション)222が、ホッパ・ブロック206と、ヒータ214A−214Cが配置されている加熱領域(heated region、加熱されるセクション)224との間に存在するように、ホッパ・ブロック206からある隙間を隔てて配置されてもよい。温度遷移領域222においては、前記材料が、比較的低温に(cool)維持されてもよいとともに、押出スクリュー202の外径部(outside diameter、外周面)とバレル210の内径部(inside diameter、内周面)との間を封止するシールのように作用し、それにより、前記加熱領域224内にある前記溶融材料をモールドに向かって移動させて(drive)継続的に前記材料を前記モールド内へ流入させてもよい。温度遷移領域222は、その温度遷移領域222内の前記材料が、加熱領域224内の前記溶融材料をモールド内へ移動させるためにシールとして作用するのに十分な容積を有するように、設計されてもよい。例えば、温度遷移領域222の長さは、成形システム200の用途に応じて異なってもよく、また、ケースバイ・ケースで決定してもよい。必要条件を満たす(adequate、必要十分な状態の)温度遷移領域222を、ホッパ・ブロック206からバレル210に進入する(entering)前記低温材料(cold material、加熱前の材料)と、加熱領域224内の前記溶融材料との間において維持することにより、加熱領域224内の前記溶融材料を押し込む(pump、モールド内に押し込む)ための押出力(extrusion force)を実現するために、前記低温材料と遷移材料(transition material、低温材料から溶融材料に遷移する途中にある材料、温度遷移領域222内の前記材料)とがスクリュー・オーガ202(screw auger、押出スクリュー202のオーガ)と協働してもよい。前記溶融材料の位置がホッパ206に近すぎると、前記押出力が逃げて(lost、失われて、低下して)しまうかもしれない。必要な(adequate、必要十分な)量の低温材料が温度遷移領域すなわち温度遷移ゾーン222内に存在することは、前記溶融材料を加熱領域224に沿って前記モールドに向かって移動させる(move、押し出す)ために前記低温材料が前記スクリュー・ジオメトリ(the screw geometry、押出スクリュー202の形状、幾何学、オーガ)に沿ってスライドする(slide、押出スクリュー202に対して滑って動く)ことを確保するかもしれない。仮に、前記低温材料が温度遷移ゾーン222内において押出スクリュー202に沿ってスライドしない(not slide、押出スクリュー202に対して滑って動くことはない)とすると、前記溶融材料が、加熱領域224内において押出スクリュー202に固着してしまうかもしれず、そして、バレル210内を押出スクリュー202と共に周方向連れ回ってしまうかもしれない。

0054

成形システム200は、バレル200内に配置される前記材料を加熱するために内部熱源を有してもよい。図2Bを参照すると、1または複数の抵抗式ヒータ(resistive heaters)225、例えば、複数のカートリッジ・ヒータが、押出スクリュー202内に収容されてもよい。抵抗式ヒータ225は、スクリュー202を内側から加熱してもよく、また、スクリュー202は、その熱を、スクリュー202とバレル210との間に配置される前記成形材料に伝達してもよい。成形システム200は、複数の抵抗式ヒータ225を有してもよく、それら抵抗式ヒータ225は、スクリュー202の長さ方向に沿って軸方向に配列されており(arranged)、また、それら抵抗式ヒータ225は、スクリュー202の長さ方向に沿って温度が異なるように互いに独立して制御されてもよい。成形システム200は、それら抵抗式ヒータ225に電気エネルギー(electric power、電力)を伝送する(deliver)ためにスリップ・リング(slip ring)を有してもよい。そのスリップ・リングは、電気エネルギー(power、電源)との接続のための不動(fixed、固定、静止)端部と、スクリュー202の回転中、それら抵抗式ヒータ225を電気的接続状態にするためにスクリュー202と共に回転する回転端部とを有してもよい。熱電対(thermocouple)が、複数の抵抗式ヒータ225を制御するためのフィードバック信号(feedback、前記材料の温度の測定値)を取得するために追加されてもよく、また、前記スリップ・リングが、スクリュー202とバレル210との間の前記材料への熱伝導効率を向上させるために熱電対(thermocouple)測定値(readings、前記材料の温度の測定値)を取得するために、前記熱電対の複数本のリード線を互いに接続してもよい。

0055

いくつかの実施態様においては、成形システム200が、誘導加熱(induction heating、誘導加熱法)によってスクリュー202とバレル210との間の前記成形材料を加熱し、それにより、前記成形材料の急速加熱を促進してもよい。後の説明においては、図2A−図2Cに示す実施態様と同様な複数の要素または複数の部品が、同じ参照番号に100を加算したものを用いて示されているとともに、重複した説明が省略されている。図3A−図3Cを参照すると、成形システム300が、磁気スクリュー302および/または磁気バレル310を有してもよい。それらスクリュー302および/またはバレル310は、誘導式ヒータ(induction heater、IHヒータ)によって発生させられる交番磁界によって生成される電磁誘導(electromagnetic induction)により加熱されてもよい。前記誘導式ヒータは、誘導加熱コイル340のような電磁石を有してもよく、また、発振回路(electronic oscillator、発振用電子回路高周波発生器)が、交流電流を前記電磁石を通過させ、それにより、スクリュー302および/またはバレル310を貫通してスクリュー302とバレル310との間に配置された原材料を加熱する交番磁界を発生させてもよい。図3A−図3Cに示すように、誘導加熱コイル340は、スクリュー302および/またはバレル310を加熱する磁界を発生させるためにバレル310を包囲してもよい。スクリュー302および/またはバレル310は、前記磁界と相互作用を行ってスクリュー302および/またはバレル310を加熱するために、炭素鋼のような磁性材料から形成されてもよい。いくつかの実施態様においては、スクリュー302および/またはバレル310が、少なくとも部分的に強磁性材料(ferromagnetic material)から形成されてもよく、その結果、スクリュー302および/またはバレル310のうちの少なくとも一部が磁気を帯びることになるかもしれない。誘導加熱(induction heating、誘導加熱法)が、電気ヒータより早い応答時間の実現を容易にするために使用されてもよく、また、誘導加熱(induction heating、誘導加熱法)が、スクリュー302および/またはバレル310を即座に(instantly、迅速に)または急速に加熱してもよい。いくつかの実施態様においては、スクリュー302および/またはバレル310が、早い応答時間の実現を容易にするために、少なくとも磁気部分(magnetic portion)または磁気セクション(magnetic section)を有するものであってもよい。いくつかの実施態様においては、バレル310が、誘導加熱を促進するために磁性材料から構成されていてもよく、また、バレル310が、スクリュー302、例えば、スクリュー302内に配置された磁性材料と共同して作動してもよい。熱源(heat source、発熱源)が、スクリュー302、バレル310および/またはそのバレル310のカバーリングの材料(the material、構成素材、各部品自体)であって、誘導加熱を生成するために電磁石(例えば、誘導加熱コイル340)により生成された磁界と共に作用するものであってもよい。

0056

いくつかの実施態様においては、スクリュー302が、誘導加熱コイル340のような電磁石の磁界と相互作用を行うための磁性材料から形成されてもよく、また、バレル310が、セラミックス炭素繊維ガラス繊維または他の断熱材料から形成されてもよい。例えば、図3Aに示すように、誘導加熱コイル340のような電磁石は、スクリュー302を誘導的に加熱してもよく、そのことは、今度は、スクリュ302とバレル302との間に配置された前記成形材料を加熱することになるかもしれない。バレル310は、スクリュー302とバレル310との間に形成される空間内の熱を保持するために前記成形材料およびスクリュー302を熱的に遮断する(insulate、外部から遮断する)。

0057

図3Bおよび図3Cを参照すると、バレル310は、内筒構造体(inner tubular structure)343を包囲する断熱性のスリーブ342を有してもよい。そのスリーブ342は、バレル310内の環境(the environment、熱的環境など)を外部から遮断して(isolate)制御するために、セラミックス、炭素繊維、ガラス繊維または他の断熱材料から形成されてもよい。スリーブ342は、図3Bに示すように、内筒構造体343の周面に(circumferentially)接触してもよいし、または、スリーブ342は、バレル310内の前記熱をさらに保持するために、断熱性エアギャップ(air gap、空隙)344により、内筒構造体343から半径方向に(radially、放射方向に)隙間を隔てて配置されてもよい。図3Bおよび図3Cに示す例示的ないくつかの実施態様においては、バレル310内の前記環境を遮断するために、内筒構造体343が、断熱材料から形成されてもよい。これに代えて、内筒構造体343は、誘導加熱コイル340のような電磁石の磁界と相互作用を行うために、炭素鋼のような磁性材料から形成されてもよく、また、内筒構造体343は、スクリュー302と共同して前記成形材料を加熱してもよく、また、スリーブ342は、バレル310内の前記熱を保持してもよい。

0058

引き続いて図3A−図3Cを参照すると、スクリュー302は、そのスクリュー302内において特定の熱プロファイル(specific heat profiles、そのスクリュー302に固有熱分布特性)を取得するために、単一の熱源または複数の熱源を収容するためのコアであって少なくとも部分的に中空であるものを形成してもよい。例えば、スクリュー302は、少なくとも部分的に磁性材料から形成されてもよいか、および/または、スクリュー302内に、例えば、1または複数の磁気インサート(magnetic inserts)のような磁性材料を有してもよい。図3A−図3Cに示すように、1または複数の磁気インサート325が、スクリュー302内に収容されてもよい。1または複数の磁気インサート325は、スクリュー302を内側から加熱するために、誘導加熱コイル340の磁界と相互作用を行ってもよい。複数の磁気インサート325A−325Cは、スクリュー302の長さ方向に沿って互いに異なる発熱を行うために、互いに異なる複数のサイズまたは質量(mass、体積)を有してもよい。

0059

図3A−図3Cに示すように、複数の磁気インサート325A−325Cは、スクリュー302の長さ方向に沿って、最大の磁気インサート325Aがスクリュー302のチップ(tip、先端部)の近傍に位置し、最小のインサート325Cがホッパ・ブロック306の近傍に位置し、中程度の磁気インサート325Bが他の磁気インサート325Aおよび325Cの中間に位置するように配置されてもよい。スクリュー302のチップの近傍に位置する磁気インサート325Aは、他の磁気インサート325Bおよび325Cより大きなサイズを有してもよく、その結果、スクリュー302のチップ領域がより多量の熱で加熱されることになり、それにより、バレル310内の前記材料が、バレル310に装着されたノズルを通過してモールド・キャビティ内に流入する前に十分に溶融させられることが確保される。磁気インサート325Cは、他の磁気インサート325Aおよび325Bより小さなサイズを有しており、その結果、スクリュー302のうちホッパ・ブロック306の近傍の部分がより少量の熱で加熱されることになる。複数の磁気インサート325A,325B,325Cは、誘導加熱コイル340のような電磁石の磁界と相互作用を行ってもよく、それにより、スクリュー302の長さ方向に沿って互いに異なる熱量を発生させ、それにより、スクリュー302とバレル310との間に位置する前記原材料が互いに異なる複数の熱量で加熱される。

0060

スクリュー302は、磁性材料から形成されてもよく、よって、スクリュー302は、前記原料を加熱するために熱量のベースライン(baseline、基礎値)を作るために磁界と相互作用を行ってもよく、また、複数のインサート325A−325Cは、スクリュー302の長さ方向に沿って前記材料を順次(progressively)加熱するように、スクリュー302により生成された熱を補ってもよい(supplement、不足分を補充してもよい)。複数のインサート325A−325Cは、サイズに関し、成形についての個別具体的な用途についての熱要求事項に従って互いに異なってもよい。いくつかの実施態様においては、インサート325Aは、直径が約3/8インチ、インサート325Bは、直径が約1/4インチ、インサート325Cは、直径が約3/16インチである。サイズが互いに異なる複数のインサート325A,325B,325Cを使用することにより、単一の電磁石(例えば、誘導加熱コイル340)を、スクリュー302およびバレル310の周囲に配置してもよい。インサート325A−325Cは、炭素鋼のような磁性材料から少なくとも部分的に形成されてもよい。

0061

図2A−図3Cを参照すると、成形システム200,300は、バレル210,310の一端部の位置においてシャット・オフ・ノズル208,308を有してもよい。この成形システム200,300は、ショット間区間中に(between shots)ノズル208,308をシールする(seal、密封する)ためにノズル208,308に適合する(matched、嵌り合う、かみ合う)スクリュー・チップ(screw tip、スクリュー先端部)212,312を有してもよい。スクリュー・チップ212,312は、コールド・スラグがノズル208,308内に形成されないように、実質的にすべての溶融材料をノズル208,308から押し退けて(displace、変位させて、移動させて、排出して、除去して、または、スクリュー202,302の中央部に向かって押し退けて)もよい。例えば、図2Bおよび図3A−図3Cに示すように、スクリュー・チップ212,312は、材料をノズル208,308の開口部(opening)すなわち穴(orifice、ノズル穴ノズル内貫通穴)の内部から押し退けるために、実質的に円筒状のチップ部を有してもよく、また、スクリュー・チップ212,312は、追加的に、ノズル208,308の内面であって前記穴(orifice、ノズル穴、ノズル先端部の外周面に形成された開口など)から半径方向外向きに延びているものから材料を押し退けるために、角度付き部分(angled portion、傾斜部分)を有してもよい。スクリュー・チップ212,312の前記角度付き部分(angled portion)は、ノズル208,308の内面であって対応するものに係合する(engagement、かみ合う)ために、先端が円錐形または円錐台である表面(leading conical or frustoconical surface)を有してもよい。前記角度付き部分は、前記チップ部(the tip portion)から外向きかつ後方に延びてもよい。スクリュー・チップ212,312における前記スクリュー・チップ部と前記角度付き部分との組合せにより、実質的にすべての材料をノズル208,308から押し退けてもよい。ノズル208,308は、前記モールドまで延びてそのモールドに係合し(engage、かみ合い、突き当り、接触し、モールドを作動させ、モールドを機能させ)、よって、ノズル208,308は、前記モールドとのその係合(the engagement)によって熱を奪われるかもしれない。実質的にすべての材料がノズル208,308から押し退けられると、そのノズル208,308が前記モールドによって冷却されるかもしれないが、その押し退けにより、スクリュー・チップ212,312は、ノズル208,308におけるコールド・スラグの形成を制限してもよい。スクリュー・チップ212,312の前記角度付き部分は、溶融材料を前記ノズル穴(orifice、ノズル先端部の外周面に形成された開口など)から、それから離れる向きに十分な距離(distance、長さ、押退量)で押し退けて(displace、変位させて、移動させて、または、スクリュー202,302の中央部に向かって押し退けて)もよく、その十分な距離とは、スクリュー202,302が回転して材料を前記モールド内に押し出す動作を開始する時点で前記成形材料がスクリュー202,302の前端部近傍において目標融点の温度を有するのに十分な長さを意味する。すべての溶融材料を前記ノズル領域から押し退けるためにスクリュー・チップ212,312がノズル208,308に着座することを確保するために、シリンダが、スクリュー202,302の背後において使用されてもよい。シャット・オフ・ノズル208,308によれば、コールド・スラグが形成されないから、低圧での押出作動が可能となり、よって、従来の射出成形システム100(図1参照)とは異なり、前記モールド内に材料を射出する前にコールド・スラグを前記ノズルから除去することを行わずに済む。スクリュー・チップ212,312は、ノズル208,308を密封する(seal)かまたは閉塞するためにノズル208,308に押し付けられて配置されてもよく、ノズル208,308は、バレル210,310の一端部に連結されてもよい。押出スクリュー(extrusion screw)202,302は、抵抗式ヒータまたは他の加熱デバイスおよび熱電対が押出スクリュー202,302内に配置されるように、中空部を有してもよい。その場合のスクリュー・チップの設計構造細部が、関連する米国仮特許出願第62/087,449号(代理人整理番号P249081.US.01)であって、発明の名称が「押出充填型(Extrude-to-Fill)の射出成形システムのためのノズル・シャット・オフ・システム(Shut-off、遮断システム閉塞システム)」であるものと、関連する米国特許出願第14/960,115であり、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が、「射出成形システムのためのノズル・シャット・オフ・システム」であるものと、関連する国際特許出願番号PCT/US2015/064110であって、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形システムのためのノズル・シャット・オフ方法(Shut-off、遮断方法、閉塞方法)」であるものとに開示されており、それら出願は、引用により全体的に本特許出願に合体する。

0062

この成形システム200,300は、押出スクリュー202,302を回転させる駆動システムを有してもよい。例えば、この成形システム200,300は、押出スクリュー202,302を回転させる押出用モータを有してもよく、また、この成形システム200,300は、押出スクリュー202,302の回転状態(the screw rotation、押出スクリュー202,302の回転数、回転速度など)を駆動するために電流により制御してもよい。前記押出用モータは、駆動ベルトまたは駆動チェーンを用いて押出スクリュー202,302を駆動してもよい。この成形システム200,300は、ダイレクト駆動方式として、押出スクリュー202,302に対して同軸に配置された(axially aligned)押出用モータを有し、それにより、この成形システム200,300を、1台の機械(machine、成形機)上に複数台の成形システム200,300であって複数台の押出機と称されてもよいものを使用すること(例えば、図8を参照)を容易にするディスクリートユニット(discrete unit、各々自己完結型である複数台の押出機が集合して成る1台のユニット)にしてもよい。この成形システム200,300は、スクリュー・チップ212,312をノズル208,308すなわちモールド・ゲートの内面に接触させるように移動させるシリンダを有してもよい。このシリンダは、ノズル208,308を閉塞するかまたはシャット・オフするためにスクリュー・チップ212,312をノズル208,308に接触させるために、押出スクリュー202,302をバレル210,310に対して相対的に前進する向きに移動させてもよいか、または、ノズル208,308を閉塞するかまたはシャット・オフするためにノズル208,308をスクリュー・チップ212,312に接触させるために、バレル210,310を押出スクリュー202,302に対して相対的に後退する向きに移動させてもよい。

0063

図2Cに示すように、押出スクリュー202は、従来の押出スクリュー102(図1参照)の谷径であって軸方向に沿って変化するもの(varying root diameter)とは異なり、軸方向に沿って一定である谷径(constant root diameter)を有してもよい。この押出スクリュー202は、図1に示すような従来の押出スクリュー102の大きいピッチ132より比較的小さいピッチ234を使用してもよい。その小さいピッチ234は、前記材料を前記モールド内に押し込むことを支援するように設計されており、一方、従来の押出スクリュー102の大きいピッチ132は、せん断熱発生を促進するためにより適している。

0064

引き続いて図2Cを参照すると、複数のスクリュー寸法(screw dimensions、スクリュー諸元寸法)であって、スクリュー長スクリュー谷径およびスクリュー・フライト高さ(flight height、スクリュー溝の深さ)232を含むものが、前記ショット・サイズすなわち部品サイズまたは精度(accuracy、ショット精度)に影響を与えるかもしれない。例えば、大形の部品を、例えば、長いスクリュー長、大きい谷径(large root diameter、大きい外径、小さい谷径)または高いフライト高さ232を有するスクリューを用いて押し出すことにより成形してもよい。押出スクリュー202,302の直径(diameter、外径)が小さくなると、効率よく(efficiently、単位時間当たりに)押し出されるプラスチックの量(volume、体積)が減少するかもしれないが、その押出量の制御精度がより高いかもしれず、このことにより、それぞれの成形サイクルにつき(for each molding cycle)、前記ショット・サイズが安定するように制御することが支援される。

0065

押出スクリュー202,302は、真鍮または真鍮合金(brass alloy、黄銅合金)から製造してもよく、それら真鍮または真鍮合金は、従来の射出成形システムにおいて一般的に使用される鋼(steel)より高い熱伝導能力(heat conduction capabilities、熱伝導率)を有する。真鍮スクリューは、鋼スクリューより良好に熱を前記材料に伝導し、また、プラスチックの如き前記材料は、前記真鍮スクリューの表面に沿ってより自由に(more freely、鋼スクリューより自由に)移動し、それにより、プラスチックの混合を促進するかもしれない。真鍮は、低い摩擦係数を有し、それにより、特に、粘性材料、例えば、混合された(mixed、異種材料混じり合った)/汚染された(contaminated、異物混入した)再生樹脂、またはデンプン系樹脂(starch based resins)を成形するために、押込み効率(pumpingefficiency)を向上させることが支援されるかもしれない。その押込み効率は、単位時間当たりにモールド内に押し込まれる材料の体積の測定値である。

0066

引き続き図2Cを参照すると、バレル210は、メイン・セクション210Aと入口セクション210Cとの間に遷移セクション(transition section)210Bを有してもよい。遷移セクション210Bは、2つの部分220A−220Bを有するバレル・カラー220に嵌り合うように構成された、周辺部より小径の外径部(outside diameter、外周面)を有してもよい。入口セクション210Cは、ホッパ・ブロック206の開口部216に連結されたインレット226を有する。図2A、図2Bおよび図3を参照すると、成形システム200が組み立てられた状態において、複数のヒータ214A−214Cが、バレル210のメイン・セクション210Aを包囲してもよく、また、バレル・カラー220は、バレル210の遷移セクション210Bの内部に着座してもよい。バレル・カラー220の部分220A−220B(カラー部分220A−220B)は、バレル210の遷移セクション210B上に配置されてもよく、また、カラー220の部分220A−220Bは、例えば、複数のカラー部分220A−220B内に形成された複数の穴部228A−228B内にねじ込まれる複数のファスナ(fasteners、締結具)を用いて、互いに装着されてもよい。複数のカラー部分220A−220Bは、結合された状態で、バレル210に対するカラー220の回転に抵抗力を付与してもよく、また、バレル210の遷移セクション210Bは、バレル210の長さ方向に沿ったカラー220の軸方向移動を阻止してもよい。バレル・カラー220は、ホッパ・ブロック206をバレル210に対して軸方向にも回転方向にも固定するために、ホッパ・ブロック206に装着されてもよい。バレル・カラー220は、例えば、図2Cに示すように、複数のカラー部分220A−220B内に形成された複数の穴部227A−227Bを貫通するように挿入される複数のファスナ(fasteners、締結具)であって、ホッパ・ブロック206内に形成された複数の穴部219内へねじ込まれるものを用いることにより、ホッパ・ブロック206に取り付けてもよい。ホッパ・ブロック206は、スライドしてバレル・セクション(barrel section、入口セクション)210C上に嵌り合う(slide onto、スライドして入口セクション210C上に装着される)ように構成される中空部217を有してもよい。ホッパ・ブロック206は、材料がホッパ・ブロック206からバレル210内へ進入する経路を提供するためにホッパ・ブロック206の開口部216がバレル210のうちの入口セクション210Cのインレット226に対して並んで配列されるように、バレル210の入口セクション210C上に取り付けられてもよい。押出スクリュー202は、バレル210の内側に配置されてもよく、また、その押出スクリュー202の複数のスクリュー・フライトは、材料がバレル210のインレット226からノズル208に向かって押し込まれることを容易にするために、バレル210の入口セクション210Cからバレル210のメイン・セクション210Aまで延びてもよい。

0067

静的な(static、動きを伴わない)熱伝導は、この射出システム200,300の自動化された機械始動を容易にしてもよい。従来の射出成形機100は、成形前にプラスチックの粘性を達成するのに十分なせん断熱を発生させるために、始動時に、パージ操作を必要とする。より詳細な説明が、関連する米国仮特許出願第62/087,480号(代理人整理番号P249082.US.01)であって、発明の名称が「押出充填型(Extrude-to-Fill)の射出成形システムのための制御システム」と、関連する米国特許出願第14/960,101号であって、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形のための制御システム」であるものと、関連する国際特許出願番号PCT/US2015/064073であって、出願日が2015年12月4日であり、かつ、発明の名称が「射出成形のための制御システム」であるものとに開示されており、それら出願は、引用により全体的に本特許出願に合体する。

0068

原材料、例えば、プラスチックは、ペレットという形態で提供されている。複数のペレットは、直径寸法も長さ寸法も約1/8インチから約3/16インチまでの範囲内であり、形状もサイズも不規則であるのが一般的である。それら複数のペレットを受け入れるために、従来の射出成形システムは、あるサイズ(size、直径など)のスロートを有するホッパを有しており、また、その押出スクリューは、直径についてもスクリュー・ピッチについてもあるサイズ(sized)を有してよく、そのサイズは、前記複数のペレットを前記ホッパの前記スロートから受け入れるとともに前記複数のペレットを前記押出バレル内へ効率よく引き込むことを可能にするものである。複数のペレットを受け入れることの必要性次第で、従来の射出成形システム100につき、前記スクリューおよび前記バレルのそれぞれの最小サイズ(size、直径およびピッチなど)が決まりかもしれず、その最小サイズ次第で、従来の射出成形システム100の全体にわたり(throughout、全長にわたり)、スクリューおよびバレルについてのサイズ(size、直径およびピッチなど)であって軸方向に一定である(constant)ものが決まるかもしれない。

0069

成形システム200,300は、モールド・キャビティ内の目標圧力ダイナミックパッキング(packing、フィル・プロセス後にモールド・キャビティ内圧を目標値まで上昇させるためにスクリューの追加的な回転によって追加的な材料をモールド・キャビティ内に詰め込むプロセス)および保持(holding、ホールド保圧、モールド・キャビティ内圧を保持するプロセス)を可能にしてもよい。概略的には、前記モールド内の溶融材料の冷却が開始される際に、それ(it、溶融材料)は、収縮し、その結果、減少した体積(mass)および/またはむらがある(inconsistent)かまたは不均一な(non-uniform)密度を有する部品(a part、成形品、1個の部品、少なくとも1個の部品など)が得られる。この成形システム200,300は、例えば、前記モールド、前記成形システムおよび/または前記クランプ・システムに関連する1または複数のセンサを介して、前記モールド・キャビティ内の圧力を表す変数(a parameter indicative of pressure)を監視してもよい。例えば、この成形システム200,300は、1または複数のセンサ(例えば、モールド・キャビティ圧センサ、スクリュー背圧センサ、フレーム歪みゲージまたは他のセンサ)からフィードバック信号(feedback、前記圧力を表す信号)をリアルタイムで(real-time、遅れ時間なしで)受信してもよく、また、この成形システム200,300は、前記1または複数のセンサの出力信号に基づいて前記モールド・キャビティ内の圧力をリアルタイムで(real-time、遅れ時間なしで)検出してもよい。この成形システム200,300は、前記モールド・キャビティ内における圧力低下を検知すると、前記モールド・キャビティ内における前記目標圧力を維持するために前記モールド・キャビティ内に追加の溶融材料を圧送し(pump、押し込み)、それにより、前記成形品全体にわたってより規則的および/またはより均一な部品密度(part density)を確保するために、前記成形品の縮小および/または体積減少(mass reduction)を補って(offset)もよい。

0070

この成形システム200,300は、前記リパッキング(reapcking、再パッキング、再詰込み先行するパッキングに後続する別のパッキング、スクリューの追加的な回転によって追加の材料をモールド内に押し込むこと)プロセスの間、ノズル208,308を開口状態(open configuration)で維持してもよいか、または、この成形システム200,300は、前記リパッキング(repacking)・プロセスの間、前記モールド・キャビティ内に溶融材料の流れを許可または制限するために、それぞれ、ノズル208,308を選択的に開口または閉塞してもよい。例えば、この成形システム200,300は、スクリュー・チップ212,312を用いてノズル208,308を選択的に開口または閉塞するためにスクリュー202,302をノズル208,308に対して相対的に軸方向に移動させる(move、前進したり後退したりする)ように、スクリュー202,302の回転方向を逆転させ(reverse rotation directions、正回転させたり逆回転させたりし)てもよい。ノズル208,308が開口状態にあるとき、スクリュー202,302は、前記モールド・キャビティ内の実質的に一定の圧力を維持するために選択的に回転させられ(selectively rotated、必要なときに、回転させられ、追加的に回転させられ、追加的に正回転させられ)てもよい。スクリュー202,302は、前記モールド・キャビティ内の目標圧力に到達するまで、追加の溶融材料を前記モールド・キャビティ内に押し込むために回転させられ(roated、追加的に回転させられ)てもよい。前記モールド・キャビティ内の前記目標圧力は、前記モールドまたは部品の設計者により決定されてもよく、また、前記モールド・キャビティ内の前記目標圧力は、前記成形品の目標材料密度に基づく圧力であってもよい。

0071

この成形システム200,300は、少なくとも部分的にコールド・スラグが削減され、それにより、オンデマンド押出し(on-demand extrusion、随時の材料押出し、要求に応じ、または適時に材料をノズルからモールドに向けて押し出すこと)のための材料の自由な流れが可能になるおかげで、前記モールドが目標部品密度となるように、選択的に(selectively、必要に応じ、適時)、パック(pack、充填(フィル)後に追加の材料をモールド内に詰め込むこと)されるとともに、前記モールド・キャビティ内の前記材料の冷却中、前記部品密度を維持してもよい。これに対し、従来の射出成形システム100は、固定された(fixed、工程の順序も内容も変化しない)逐次的なプロセスであって1回の射出押し込みで終了する(culminating with a single injection thrust)ものであり、これは、別の回の射出サイクルの準備のために復元(recovery、新たな溶融材料を射出ゾーン内に押し出して射出ゾーン内に溜める)段階を必要とする。従来の射出成形システム100において射出サイクルが終了すると、ノズル開口部にコールド・スラグが形成される結果となり、それにより、リパッキング(repacking、再詰込み、スクリューの追加的な回転によって追加の材料をモールド内に押し込むこと、材料をモールド内に再度詰め込むこと)が妨げられる。従来の射出成形システム100についてショットサイズを変更するためには、射出サイクル前に制御条件(controll settings、制御環境)を変更することが必要である。前記モールドを目標部品密度にリパッキングし、かつ、その後、前記モールド・キャビティ内の前記材料の冷却中、前記部品密度を維持することを行うことにより、前記成形品の密度が安定的に反復され、それにより、前記成形品の寸法安定性(dimensional stability)および強度(strength)を向上させてもよい。これに加えるかまたはこれに代えて、前記成形品のジオメトリ(geometry、幾何学的配置幾何学的構成態様、形状など)内の複数の壁部の推奨肉厚として、工業的に推奨される成形品壁厚に対して相対的に厚いものが達成され、その結果、成形品の強度を増加させてもよい。

0072

充填(fill)速度の高速化が要求される場合に、段付き押出スクリューを、材料のモールド内への流入を加速させるように設計してもよい。図4Aは、この書類に開示されている複数の実施態様に従う成形システム400を示す。図4Bは、図4Aに示す成形システム400を示す断面図である。図5は、図4Aに示す成形システム400の複数の部品を組立前の状態で示す斜視図である。

0073

図4A−図5を参照すると、成形システム400は、段付き押出スクリュー402を有する。その段付き押出スクリュー402のインレット(inlet、入口部、材料取入部)端部は、複数のペレットをホッパ406から受け入れるのに十分なサイズを有してもよく、また、その段付き押出スクリュー402の外径寸法は、段付き押出スクリュー402の長さ方向に沿って段付き押出スクリュー402のアウトレット(outlet、出口部、材料押出部)端部に向かって段階的に小径化し(stepped down、段階的に減少し)、その結果、その段階的小径化に応じてバレル410の内径寸法および外径寸法も小径化してもよい。段付き押出スクリュー402およびバレル410は、当該装置400のアウトレット端部すなわち高温端部(hot end、インレット端部より高温の端部)が、より隙間が少ないエリアかまたはより狭いエリア内に嵌まり込むことを可能にしてもよく、そのようにすると、外から見えないようにゲートが成形品の内面上に配置されることによって成形品の外面が全面的に装飾面となるように、ゲートを成形品の内面上に配置することが容易となる。すなわち、バレル410内の材料を溶融させるためにバレル410内の材料の温度が上昇させられるにつれて段付き押出スクリュー402の外径寸法ならびにバレル410の内径寸法および外径寸法を段階的に小径化することにより、押出スクリュー402およびバレル410のそれぞれの小径化された寸法により、この成形システム400のアウトレット端部が小形化し、それにより、その小形化なしでは使用できないほどに小さいエリア内で成形システム400を使用することが可能となる。

0074

引き続き図4A−図5を参照すると、段付き押出スクリュー402およびバレル410は、前記溶融材料をこの成形システム400のアウトレット端部すなわち高温端部の位置から加速させてもよく、なぜなら、前記材料は、前記材料の流速(flow rate、フローレート、流量)を加速させる、他の部分より小さい(smaller、例えばインレット端部における断面積より)断面積内へ押し込まれるからである。材料の流速(flow rate、フローレート、流量)を加速させることにより、大きく(significantly、かなり、高度に)小形化されたノズル開口部もモールド・ゲート・ジオメトリも用いることなく、小形で複雑なモールド構成体を充填することを支援してもよく、また、その材料の流速(flow rate、フローレート、流量)は、前記材料上に誘発される応力(stress、歪力、表面応力)を減少させて部品変形量(part deformation)を減少させてもよい。

0075

引き続き図4A−図5を参照すると、段付き押出スクリュー402は、バレル410の内側に配置されてもよい。そのバレル410は、第1セクション410Aと第2セクション410Bとを有してもよく、その第2セクション410は、第1セクション410Aより大きい直径を有する。ノズル408が、溶融材料をモールド内へ移送するために、第1セクション410Aの一端部と連結されてもよい。バレル410は、ホッパ・ブロック406から原料を受け入れるために、開口部426を有する端部セクション410Cを有してもよい。バレル410は、ホッパ・ブロック406がバレル410に組み付けられた状態においてストッパとして機能するバレル・カラー410Dを有してもよい。

0076

ホッパ・ブロック406は、バレル410の端部セクション410Cに連結されてもよい。ホッパ・ブロック406は、材料が、端部セクション410C内に形成されたインレット426を通過してバレル410内へ送給されるために傾斜した側壁(sloped side wall)を有する上部開口部416を有してもよい。ホッパ・ブロック406は、スライドしてバレル410の端部セクション410C上に装着される中空円筒部420を有してもよく、また、ホッパ・ブロック406は、バレル・カラー410Dに押し付けられる状態で(against)配置されてもよく、そのバレル・カラー410Dは、例えば、ホッパ・ブロック406内に形成された複数の穴部419内に挿入される複数のファスナ(fasteners、締結具)を用いることにより、ホッパ・ブロック406に取り付けられてもよい。ホッパ・ブロック406は、冷却用流体を循環させること、例えば、水または他の冷却用化合物を複数のチャネル418を貫通して循環させることにより、冷却されてもよい。

0077

図5に示すように、段付き押出スクリュー502は、軸方向に一定である(constant)谷径506を有してもよく、また、段付き押出スクリュー502は、第1フライト高さ502Aを有する第1セクション(first section、第1スクリュー・セクション)508Aと、第2フライト高さ502Bを有する第2セクション(second section、第2スクリュー・セクション)508Bとを有してもよい。例えば、段付き押出スクリュー502は、 その段付き押出スクリュー502の長さ方向に沿って進むにつれて小径化する(smaller、他の部分より小さい、フライト高さ502Bより小さい、フライト高さ502Bよりスクリュー溝が浅い)フライト高さ502Aを有する第1スクリュー・セクション508Aを有してもよく、その第1スクリュー・セクション508Aにおいて、前記原料が加熱されて溶融させられる。大きいフライト高さから小さいフライト高さへの変化により、前記モールド内への前記材料の流れ(the material flow、単位時間当たりの射出量)が増加し、それにより、押込み効率が増加する。段付き押出スクリュー502は、さらに、ホッパ406の近傍であって前記原料がバレル410内へ引き込まれる(drawn)場所において、他の部分より大きいフライト高さ502Bを有する第2スクリュー・セクション508Bを有してもよい。段付き押出スクリュー502の、他の部分より大きいフライト高さ502Bは、材料をホッパ406からバレル410内に供給する際に効率が良く、それにより、材料がより容易にバレル410内に供給されてもよい。

0078

前記押込み効率は、押出スクリューの形状またはジオメトリ(geometry、幾何学的配置、幾何学的構成態様、形状など)に応じて異なることもあり得る。例えば、スクリュー600Aは、実質的に垂直方向に延びる側壁を有するフライト(flight)またはスレッド(thread、ねじ山)を有してもよく、また、スクリュー600Aは、鋭利な(sharp、鋭利度が高い、高鋭利度の)スクリューと称されてもよい。スクリュー600Aの前記フライトの前記側壁は、図6Aに示すように、スクリュー600Aの谷底(root)から離れる向きに、比較的小さい角度602で延びるものであってもよい。その比較的小さい角度602により、前記材料であって例えばフレーク状のサンプル(flake type samples、薄片状のサンプル)であるものを前記ホッパから前記バレル内に供給することが容易になるかもしれない。図6Bを参照すると、スクリュー600Bは、図6Aに示すスクリュー600Aの前記フライトより低い垂直度を有する(less-vertical、谷底に対する直角度が小さい)側壁を有するフライト(flight)すなわちスレッド(thread、ねじ山)を有してもよく、また、スクリュー600Bは、鋭利度の低い(less sharp、低鋭利度の)スクリューと称されてもよい。スクリュー600Bの前記フライトの前記側壁は、スクリュー600Bの谷底(root)から離れる向きに、スクリュー600の角度602より比較的大きい角度604で延びるものであってもよい。スクリュー600Bの比較的大きい角度604により、低温部と高温部とを有する前記材料が良好に混合されるかもしれない。1本のスクリューが、前記ノズルの近傍位置において、図6Bに示すような鋭利度の低いジオメトリ(geometry、形状など)を有する第1部分と、前記ホッパ(図示しない)の近傍位置において、図6Aに示すような鋭利度の高いジオメトリ(geometry、形状など)を有する第2部分とを有してもよい。いくつかの実施態様においては、前記ホッパの近傍に位置する複数のスクリュー・フライトが、前記ノズルの近傍に位置する複数のスクリュー・フライトより垂直(例えば、谷径部に対する直角度が大きいもの)であってもよい。例えば、前記押出スクリューは、前記ホッパの近傍位置においては、複数のペレットに加工された(pelletized、ペレット状化された)材料を前記ホッパから受け入れてそれらペレットを効率よく前記押出バレル内に押し込むために、他の位置におけるフライト・ジオメトリより垂直度が大きいフライト・ジオメトリ(more vertical flight geometry)を有し、かつ、前記温度遷移領域内においては、材料のうちの低温部と高温部とを混合させるために、他の位置におけるフライト・ジオメトリより浅いフライト・ジオメトリであって傾斜を有するもの(angled shallower flight geometry)を有し、かつ、、材料を前記押出スクリューの最終長さ(final length、全長のうち前記ノズル近傍最終区間)に沿って前記ノズルに向かって混合して押し込むために、追加のフライト・ジオメトリ変化部(anotherflight geometry change、上述の2つのフライトとは別のジオメトリを有する別のフライトなど)を有してもよい。

0079

前記押出スクリューは、自身の長さ方向に沿って互いに異なる複数種類の押込み特性および混合特性を実現するために、当該押出スクリューの長さ方向に沿って変化するピッチ(例えば、複数の異なるピッチ)を有してもよい。例えば、成形の用途に応じて、前記押出スクリューを、比較的小さいピッチ、比較的大きいピッチ、または、それらピッチの組合せを有するように設計してもよい。前記押出スクリューの長さ方向に沿ったピッチの変化は、連続的(gradual、徐変的)もしくは漸進的(progressive)または不連続的(abrupt、急変的)なものであってもよい。例えば、前記複数のスクリュー・フライトのピッチは、前記ホッパから前記ノズルまで前記押出スクリューの長さに沿って連続的に変化(例えば、増加)してもよい。それに加えるかまたはそれに代えて、前記押出スクリューは、自身の長さに沿って区画された複数の部分を有してもよく、それら部分は、互いに異なる複数のピッチを有してもよい。例えば、前記押出スクリュ−は、複数のペレットに加工された(pelletized、ペレット状化された)材料を前記ホッパから受け入れてそれらペレットを効率よく前記押出バレル内に押し込むために、より大きいスクリュー・ピッチを有してもよく、また、前記材料内において低温部と高温部とを混合するために、より小さいスクリュー・ピッチを有してもよく、また、溶融材料を前記押出スクリューの長さに沿って前記ノズルに向かって押し込むために、一層小さいスクリュー・ピッチを有してもよい。図5を参照すると、押出スクリュー502のうちの第1セクション508Aは、隣接するスクリュー・フライト同士の間に第1ピッチを有してもよく、また、押出スクリュー502のうちの第2セクション508Bは、隣接するスクリュー・フライト同士の間に第1ピッチとは異なる第2ピッチを有してもよい。いくつかの実施態様においては、第2セクション508Bの第2ピッチは、第1セクション508Aの第1ピッチより大きくてもよく、その理由は、第2セクション508Bが、複数のペレットに加工された(pelletized、ペレット状化された)材料を前記ホッパから前記ノズルに向かって押し込んでもよく、また、第1セクション508Aは、溶融材料を前記ノズルに向かって押し込んでもよいからである。

0080

図7は、この書類に開示されている複数の実施態様に従って部品(part、成形品など)を成形するための複数のステップを示すフローチャートである。方法700は、工程702において、バレル内の材料を溶融させるために1または複数のヒータに電源を投入することから開始される。前記モールドは、工程706において、圧力を加えて(apply pressure、加圧して、クランプ圧を加えて、型締圧を加えて)クランプされる(clamp、型締めされる)。

0081

方法700は、前記押出スクリューの背後からサポート(support、支持部材支持力)を取り外す工程(removing、退避させる工程)を有してもよい。押出しが、前記押出スクリューの初期回転であって前記押出スクリューが前記バレルに対して相対的に軸方向に移動して前記ノズルを開口する動作の原因となるものと共に開始されてもよく、または、押出しが、前記バレルの前記スクリューに対する相対的な初期軸方向移動であって前記ノズルを開口するものと共に開始されてもよい。押出しが、工程710において、モールドが充填される(filled)まで前記溶融材料を前記モールド内に押し込むために、スクリュー回転と共に継続する。前記材料が前記モールド内に押し込まれる過程においては、前記押出スクリューは軸方向に移動しなくてもよい。前記モールド・キャビティの充填後、前記モールド内の前記材料に押し付けられる押出圧を保持する保圧時間(holding time、保持時間)が存在してもよい。例えば、成形システム200,300は、目標部品密度を維持するために動荷重を前記モールド内の前記材料に負荷するために押出スクリュー202,302を回転させてもよい。押出スクリュ202,302は、材料の前記モールド・キャビティ内への流入を許可しまたは阻止するためにノズル208,308を選択的に開口または閉塞するために、バレル210,310に対して相対的に軸方向に移動させられてもよい。前記モールド内の前記材料の冷却が開始されると、成形システム200,300は、前記モールドをリパックするために、ノズル208,308を開口して(open)スクリュー202,302を回転させ、それにより、前記材料が前記モールド内において冷却されるにつれて発生する部品収縮(part shrinkage)を補償してもよい。前記モールドをダイナミックに(dynamically、動的に、力学的に、そのときの実情に合わせてフレキシブルに)リパックする能力が達成可能であり、その理由は、例えば、スクリュー・チップ212,312とノズル208,308との間でジオメトリ(geometry、幾何学、形状)が適合し(matched、一致し、かみ合い)、それにより、成形システム200,300のコールド・スラグの発生が防止されることと、成形システム200,300が押出しを随時行うことができるオンデマンド押出能力を有することとにある。前記モールド内の前記材料に目標圧が作用する状態を維持することにより、成形システム200,300は、均一な部品密度を保証するかもしれず、また、従来の射出成形システム100により経験される一般的な欠陥、例えば、部品収縮(part shrinkage)および表面ひけ(surface sink marks、表面凹み、表面窪み)を軽減するかもしれない。

0082

方法700は、さらに、工程714において、前記バレルを減圧するという目的と、前記材料の非ニュートン挙動(the non-Newtonian action of the material、材料流れ)を停止させる(break)という目的とのために前記押出スクリューを逆回転させる(reversing rotation、逆向きに回転させる、逆方向に回転させる)工程を有してもよい。この逆回転減圧サイクルは、前記バレル内における増圧を停止させるかもしれない。この減圧サイクルは、いずれのヒステリシス(hysteresis、不可逆性)も除去してもよく、また、この成形システムを、押出開始時において低いモータ・トルクしか要求されない状態にリセットしてもよい。この減圧サイクルは、さらに、前記機械(machine、当該成形システムなど)のフレーム(frame、機枠)の任意の部品に発生する歪みを緩和してもよい。前記材料の非ニュートン挙動は、直接力を吸収してその直接力を前記バレル壁に外向きに押し付けるものであり、このことにより、材料についての予定通路内においてその材料を移動させるために必要な力が増加してしまうかもしれない。この非ニュートン挙動は、前記押出スクリューの逆回転によって停止させられるかもしれず、その逆回転は、約500psiから約1,500psiまでの範囲内であるかもしれない低い射出圧のもとで材料の連続的押出しを可能とするかもしれない。

0083

方法700は、さらに、工程718において、前記モールドのクランプを、前記圧力(the pressure、クランプ圧、型締圧)を解放することにより、解除する(unclamping、型開きを行う)工程を有してもよい。その後、成形品を、前記モールドから取り出してもよい。各成形サイクルごとに、前記ノズルを開口させてプラスチックを前進させて前記モールドを充填するために、前記押出スクリューを回転させて(rotate、正回転させて)前記バレルに対して後退させてもよく、または、前記バレルを前記スクリューに対して前進させてもよい。その後、前記ノズルを閉塞するために、前記押出スクリューを逆回転させて前記バレルに対して前進させてもよく、または、前記バレルを前記押出スクリューに対して後退させてもよい。

0084

以上説明した成形作動(operation、オペレーション作業過程)工程は、従来の射出成形システム100(図1参照)のそれとは異なる。本実施態様に従う成形システムは、従来の射出成形システム100と同様な復元押出段階(recovery extrusion stage)および射出サイクルを有しない。再び図1を参照すると、従来の成形プロセスは、プラスチックを押出スクリュー102の前端部に移送する間、せん断熱を発生させるためにプラスチックを撹拌するために押出スクリュー102を回転させることから開始される。その復元押出段階の間、前記プラスチックは前進させられ、また、押出スクリュー102は、予め選択された距離だけ後退することが可能であり、このことは、スクリュー直径に加えて前記ショットサイズにも影響を与える。1回の射出サイクルは、前記復元押出段階の終了後に開始される。押出スクリュー102の前進であって前記コールド・スラグを取り除いて射出ゾーン112内の前記プラスチックを排出するものを行うために、射出シリンダ138が大きな力を押出スクリュー102の後部に付加してしまう。

0085

低圧成形工程
成形システム200,300,400は、必要な射出圧が、従来の射出成形システム100より一層低い。例えば、この成形システム200,300,400は、モールド・キャビティ内の圧力と等圧の圧力を発生させるか、または、モールド・キャビティ内の圧力が取り得る500psiから1,500psiまでの範囲より、例えば5%−10%高いというように、わずかに高い射出圧を発生させるかもしれない。これに対し、従来の射出成形システム100が500psiから1,500psiまでの範囲という前述の圧力と等圧の圧力をモールド・キャビティに発生させるために、20,000psiから30,000psiまでの範囲内の射出圧が必要であるかもしれない。このように射出圧が低圧である結果、本実施態様に従う成形システムに必要な総電力(power、電力量)は、例えば、110Vまたは208Vの単相電源で0.5kWhから3kWhまでの範囲内にあるかもしれない。従来の射出成形システム100は、220Vまたは440Vの三相電源で6kWhから12kWhまでの範囲内の電力量を必要とする。

0086

このように射出圧が低圧であることにより、前記モールドに必要なクランプ圧(clampingpressure)が低下するかもしれない。例えば、そのクランプ圧は、前記モールド・キャビティ内において必要とされる圧力より約10%高い圧力であってもよい。クランプ圧が低いことの結果として、モールドは、従来のモールドに用いられる鋼に代えて、例えばアルミニウムのようなより安価な材料で形成してもよい。このように射出圧およびクランプ圧が低圧であることにより、装置サイズの小形化が行われるかもしれず、その小形化により、装置コストおよび運用コストが低減するかもしれない。本実施形態に従う成形システムは、従来の射出成形システム100より一層小形であってもよい。さらに、従来より低圧で押出しが行われる結果、より一様な成形品であって均一な密度を有するものがが形成されるかもしれず、その均一な密度により、成形品の反りが減少するとともに成形品の品質が向上するかもしれない。本実施態様に従う成形システムは、前記モールドのための低圧クランプ・システムを有してもよく、その低圧クランプ・システムは、従来の射出成形システムから発生する高いクランプ圧を原因とした機械設備(tooling)の損傷を軽減するかもしれない。

0087

いくつかの実施態様においては、成形機がクランプ・システム(clamp system、型締装置、型締機構、型締部)を有してもよく、そのクランプ・システムは、フロントアクセス式またはシャトル式のテーブル(front access(成形機からモールドをその成形機の縦軸に対して平行な方向に取り出してそのモールドに作業者がアクセスすることを可能にする方式など) or shuttle table)(以下、範囲を限定する意図はないが、説明の便宜上、「シャトル・テーブル(shuttle table、往復テーブル往復台など)」という)を有する。そのシャトル・テーブルは、垂直(vertical、垂直方向に作動する、垂直方向に延びる、成形機の縦軸に対して直角に延びる)クランプ構造体に関連付けて使用されてもよく、また、そのシャトル・テーブルは、モールドのうちの底側型部(bottom half、底側モールド・ハーフ、下型部など)に作業者がアクセスする(access、接近する、接触する)ことを容易にしてもよい。このシャトル・テーブルは、モールドのうちクランプ領域の外側に位置する部分に作業者がアクセスすることを容易にしてもよく、これは、インサート成形およびオーバーモールド成形(overmolding、一体成形など)を行うときに有利である。このシャトル・テーブルは、従来の射出成形システムのシャットル・テーブルの横移動(lateral movement、軸方向に対して交差する方向への移動、側方移動、左右方向移動)とは対照的に、本実施形態に従う成形機の軸方向に沿って移動してもよい。本実施形態に従うシャトル・テーブルにより、作業者に、成形品の検査、モールドへの複数のインサート品装填、成形品の取外しまたは他の機能のための無制限の時間を提供してもよい。

0088

このシャトル・テーブルは、従来の射出成形システム上に一般的に用いられている左右往復運動式(side-to-side)シャトル・テーブルでは得られない1または複数の利点を提供してもよい。その横往復動式シャトル・テーブルであって従来の射出成形システムに用いられているものでは、互いに独立した2つの底側型部(bottom mold halves、底側モールド・ハーフ、下型部など)の製造が必要である。前記サイクル(the cycle、射出サイクル、充填サイクル、フィル−パック−ホールドという一連のサイクル、押出サイクルなど)が完了して第1の底側型部が充填されると、クランプ・プレス機が開き、前記横往復運動式シャトル・テーブルが左右両方向のうちの一方(a lateral direction)に移動し、それにより、第1の底側型部が前記プレス機から取り外されるとともに、第2の底側型部が、共通のシャトル・ベッド(shuttle bed、シャトル台)上の前記クランプ領域内に、前記左右両方向のうちの他方に引き込まれる。このシャトル・テーブルのこの左右往復運動では、完成した製品を取り外して、次回の射出サイクルに備えて前記第1および第2の底側型部をそれぞれ再装填するために、作業者(または自動ピックアンドプレース装置)が、当該成形機を中心にしてそれの左右両方向に移動することが必要である。この側方移動は、従来の射出成形システムが、摩擦による圧力(frictional pressure、押出スクリューによるせん断熱)を利用して材料を調製し(prepare、加熱し)、それにより、順序も内容も固定された連続サイクル(fixed sequential cycle)で連続的に運転するという必要性があるために、要求される。

0089

前記フロント・アクセス型のシャトル・テーブルにより、作業者が、より簡単に、より高い自由度で、より高い安全性でおよび/またはより高い視認性でモールドにアクセスすることを可能にしてもよい。図8Aおよび図8Bを参照すると、成形機800は、成形システム801(例えば、図2A−図4Bに示す成形システム200,300,400)と、垂直クランプ・システム802とを有してもよい。そのクランプ・システム802は、シャトル・テーブル803を有してもよく、そのシャトル・テーブル803は、例えば、成形機800の要求事項であって材料の処理(溶融)に関するものからの指示による(dictated、要求による)のではなく、部品(例えば、インサート成形されるか、または、オーバーモールド成形されるもの)が成形される必要性およびペース(pace、速度、サイクルタイムなど)からの指示により(dictated、要求による)、クランプ・システム802のクランプ領域804から引き出されてもよいし、クランプ領域804内に戻されて再装填されてもよい。作業者の作業場所および作業者のいくつかの行動は、従来より少ないスペースしか占有しないかもしれず、また、従来より安全な方法で作業が行われるかもしれず、なぜなら、例えば、その作業者は、当該成形機800が休止状態にある間、同じ場所に居続け、モールドに対して作業を行ってもよいからである。シャトル・テーブル803は、1台の底側型部を支持してもよく、よって、設備コスト(tooling cost)および自動ピック・アンド・プレース装置に対する資本支出額の削減を許容してもよい。

0090

引き続いて図8Aおよび図8Bを参照すると、シャトル・テーブル803は、成形機800の軸方向端部の位置がアクセス可能位置であってもよく、また、成形機800の軸方向に沿ってスライドしてもよい。このシャトル・テーブル803は、自身が実質的にクランプ領域804に配置される引込み位置(retracted position、格納位置)(図8A参照)と、シャトル・テーブル803が実質的にクランプ領域804から退避させられた延出し位置(extended position)(図8B参照)との間をスライド可能なものであってもよい。前記引込み位置においては、シャトル・テーブル803が、ノズル822(例えば、図2A−図4Bに示すノズル208,308,408)からの溶融材料を収容するモールド・キャビティを形成するために下型部808を上型部810に一致させるために、その下型部808をクランプ領域804内に位置決めしてもよい。図8Aに示すように、前記引込み位置においては、シャトル・テーブル803が、下型部808を、成形システム801のノズル822に係合するように位置決めしてもよい。前記延出し位置においては、シャトル・テーブル803が、作業者が下型部808にアクセスすることを可能にするためにその下型部808をクランプ領域804から退避させてもよい。図8Bに示すように、前記延出し位置においては、シャトル・テーブル803が、下型部808を成形システム801のノズル822から分離させてもよい。図8Aおよび図8Bに示すように、ノズル822は、成形システム801のバレル824(例えば、図2A−図4Bに示すバレル210,310,410)に接続されてもよい。

0091

引き続いて図8Aおよび図8Bを参照すると、シャトル・テーブル803は、例えばバレル824のように、成形システム801の縦軸815(longitudinal axis、長軸)に沿って移動可能であってもよい。このシャトル・テーブル803は、縦軸815に沿った移動のために成形機800のプラテン812であって実質的に水平方向に延びるものにスライド可能に連結されてもよい。このシャトル・テーブル803は、プラテン812に固定的に装着されるかもしれないシャトル・ベース(shuttle base、シャトル基台、シャトル・ベッド)814にスライド可能に搭載されてもよい。そのシャトル・ベース814は、シャトル・テーブル803がプラテン812に対して相対的に横方向に移動することを制限してもよく、また、シャトル・テーブル803を縦軸815に沿ってガイドするトラック(track、軌道)として機能してもよい。シャトル・テーブル803の動きは、成形機800の作業者によって制御してもよい。例えば、成形機800は、シャトル・テーブル803の動きを制御する制御用インタフェース(control interface、作業者と機械との間に介在して制御のためにそれら作業者と機械とを互いに接合するデバイス)(例えば、操作ボタン)を有してもよい。その制御用インタフェースにより、作業者が、部品を成形するためにシャトル・テーブル803をクランプ領域804内にスライドさせたり、下型部808および/またはその下型部808内に収容されている成形品にアクセスするためにシャトル・テーブル803をクランプ領域804から外れた位置にスライドさせてもよい。

0092

このシャトル・テーブル803は、下型部808を支持するために、実質的に平坦である上面を有してもよい。その上面816は、互いに異なるサイズを有する複数のモールド・ハーフ(mold half、モールドが分割された各部分、モールドのうちの半分の部分、モールド半部、半分モールド、モールド半割部、半型部、1個のモールド・ハーフ)を支持するためのサイズを有してもよく、また、その上面816は、成形機800の複数本の垂直タイ・バー818間に配置されてもよい。上型部810は、成形機800のうち、実質的に水平に延びるプラテン820に装着されてもよい。その上側のプラテン820は、上型部810と下型部808とを一致させるか、または分離させるために、それぞれ、タイ・バー818に沿って垂直方向に、下側のプラテン818に対して接近する向き、または離間する向きに移動可能であってもよい。

0093

さらに、図8Aおよび図8Bを参照すると、部品を成形するために、上述の可動部材としてのプラテン820は、上型部810が下型部808に係合するまで、タイ・バー818に沿って移動させられてもよい。それらモールド・ハーフ808および810間の界面をシールする(seal、密封する、封止する)ために、十分な高さのクランプ圧をそれらモールド・ハーフ808および810に付与してもよい。ひとたびそれらモールド・ハーフ808および810が互いに十分に係合させられると、成形システム801は、溶融材料をそれらモールド・ハーフ808および810によって形成されるモールド・キャビティ内に、そのモールド・キャビティが充填されるまで押し出してもよい。成形機800は、モールド・キャビティ内の圧力を表す変数を監視してもよく(例えば、モールド・キャビティ内に配置される圧力変換器、成形システム801のスクリュー・トルクを測定するトルク・センサ、成形機800のフレーム(frame、機枠)の歪みを測定する歪みゲージ、または圧力を表す他の変数を測定するものを用いて)、また、成形機800は、キャビティ内において目標圧を維持するとともに目標部品密度を維持するために、圧力低下が検出されると、追加の材料をモールド・キャビティ内に押し出してもよい。その目標圧は、種々の成形特性値(例えば、その部品の設計者によって推奨される部品密度)に基づいて決定してもよく、また、その目標圧は圧力許容範囲を有してもよい。モールド・キャビティ内の溶融材料が十分に冷却されることを可能にするために所定時間の間、モールド・キャビティ内において目標圧が維持された後、ノズル(例えば、図2A−図4Bに示すノズル208,308,408)が閉塞されてもよい(例えば、図2A−図3Cに示すスクリュー・チップ212,312を用いることにより)、また、上側のプラテン820は、上型部810と下型部808とを互いに分離するために、タイ・バー818に沿って垂直方向に移動させられてもよい。上型部810と下型部808との分離工程の実行中またはその終了後、シャトル・テーブル803は、作業者が下型部808のモールド・キャビティ内に残存している成形品を検査するためにそれにアクセスすることを目的として、下型部808をクランプ領域804から退避する向きに移動させるために、成形システム801の軸線方向815に沿ってスライドさせてもよい。このシャトル・テーブル803は、実質的に水平な軸線815に沿って、バレル824(例えば、図2A−図4Bに示すバレル210,310,410)の一端部に隣接する成形位置から、バレル824の前記端部から軸方向に隙間を隔てたアクセス位置までスライドさせてもよい。

0094

成形プロセス中にプラスチック(plastic、樹脂材料)が複数のディスクリートな(discrete、ばらばらの、互いに離散した、他の部品から独立している、自己完結性を有する)部品(components)または組立体(assemblies)に付加されるようにするためにそれら部品または組立体が前記射出モールド内に投入される場合、射出圧(injection force、射出力)の制御、モールド設計の自由度および機械設計の自由度が高いほど、複数のディスクリートなプラスチック成形品(discrete plastic parts)およびインサート成形品の、射出成形法によって生産される複数の候補(possibilities for production、生産条件についての複数のバリエーション選択肢)の範囲が拡大する。

0095

いくつかの実施態様においては、1台の(single、1基の)成形機が、複数台の(multiple、複数基の)押出充填式(ETF)の成形システム(例えば、図2A−図4Bに示す成形システム200,300,400)を有してもよく、それら成形システムは 複数のゲートから、複数のキャビティ(例えば、互いに類似するかまたは類似していない複数のキャビティ)より成る1つのモールド、または1つの大形のモールド・キャビティを充填してもよい。1台の成形構成体すなわち成形機に含まれてもよい成形システムの台数は上限を有しなくてもよい。それら成形システムの配置は、共通の一平面すなわち従来の一位置に限定されなくてもよく、また、各成形システムは、それに固有のゲート関連要求事項であって部品またはモールドについてのものを満たすように、別の成形システム上に搭載されたり、別の成形システムから吊り下げられたり(hunged)、懸架されたり(suspended)などしてもよい。それら成形システムは、それぞれの出力性能を達成するためのモールドまたは材料についてのいくつかの要求値を満たすように、互いに近似するか近似していない複数のサイズおよびスクリュー設計態様を有してもよい。それら成形システムは、それぞれの出力性能を達成するためのモールドについてのいくつかの要求値を満たすように、共通の1つの材料源(a common material source、1つの材料源であって1つの材料を有するもの、材料保管場所、ホッパなど)、材料源の複数の部分集合(sub-groups of material source、材料源についての互いに異なる複数の部分集合であって同じ部分集合内の複数の材料源はそれぞれ同じ材料を有するもの、材料源についての互いに異なる複数の部分集合であって部分集合間ではそれぞれ互いに異なる材料を有するものなど)、または、互いに独立した複数の材料源(independent material sources、互いに異なる複数の材料源であってそれぞれ互いに異なる材料を有するものなど)に接続されてもよい。それら成形システムは、それぞれの機能を発揮するとともにそれぞれの出力性能を達成するためのモールドについてのいくつかの要求値を満たすように、共通の1つの全体集合として一体的に、それら成形システムの複数の部分集合(sub-groups、互いに異なる複数の部分集合)としてそれぞれ一体的に、または、互いに独立して制御してもよい。それら成形システムは、中央に位置し(central、機能的に中央に位置し)または主要なマイクロプロセッサ(a microprocessor、1個のマイクロプロセッサなど)によって制御される複数の機械機能を互いに同期させるために、1つの全体集合として、複数の部分集合(sub-groups、互いに異なる複数の部分集合)として、または、互いに独立するように互いに連携されてもよい。それら成形システムは、それぞれの出力性能を達成するためのモールドまたは材料についてのいくつかの要求値を満たすように、互いに類似するか類似しない加熱構成部および断熱構成部を有してもよい。それら成形システムは、それぞれの出力性能を達成するためのモールドについてのいくつかの要求値を満たすように、互いに類似するか類似しない複数の方法および複数のソース(source、フィードバック・デバイス、信号源、センサなど)であって出力フィードバックに関するものを有してもよい。

0096

図9は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う1台の成形機900であって複数台の成形システム902を有するもの単純化して示す図である。成形機900は、互いに分離した4台の成形システム902(以下、範囲を限定する意図はないが、説明の便宜上、「押出機(extruders)」という)を有してもよく、各押出機902は、部分組立体904(各部分組立体904は、対応する押出機902のためのコントローラを有してもよい)と、対応するインレット(inlet、入口部、取入口)906であって1または複数のホッパから材料を取り入れるためにそれらホッパに接続されたものとを有してもよい。複数の押出機902は、複数本の個別の(individual)フィードチューブ(feed tube、送管)すなわちインレット906に、重力吸引力、オーガまたは他の手段により材料供給され(fed)てもよい。いくつかの実施態様においては、複数のインレット906を、それらインレット806に共通の1個のホッパに連結してもよい。例えば、1つのホッパは、複数のプラスチック・ペレットの如き材料を受け入れてもよく、また、成形機900内の、押出機902ごとの互いに独立した機能を実現可能にすべく、前記複数のプラスチック・ペレットを前記複数台の個別の(individual、ディスクリートな、他から独立した、自己完結的な)押出機902に移送するために複数本のフィード・チューブまたはインレットであって互いに並列するものを使用してもよい。いくつかの実施態様においては、複数のインレット906が、互いに独立した複数のホッパであって互いに並列するものに接続してもよく、また、性質は共通するが色は異なる複数の材料または性質が異なる複数の材料を、共通のマシン・サイクル(machine cycle、作動サイクル)で成形してもよい。サイズおよび材料品種に関して互いに異なる複数の部品を、複数の押出機902が互いに独立して機能するとともに制御されることを理由に、共通のサイクル(cycle、マシン・サイクル)で取り扱ってもよい。各押出機902は、他の押出機902から独立して作動してもよい(operated)が、効率的な成形を保証するために、連携システムとして他の押出機902と連携してもよい(coordinated)。

0097

図9を参照すると、1台の成形機900は、複数個のキャビティを有する1個のモールド(例えば、図12参照)または1個のキャビティを有する1個のモールド(例えば、図13参照)を充填するために、複数台の押出機902を有してもよい。それら押出機902は、同種かまたは異種の複数の材料を押し出してもよい。それら個別の押出機902は、1個のモールドであって、各押出機902がそのモールドの一部を充填するために、複数のゲート(例えば、図13参照)を有するものに接続されてもよい。そのような組合せ(The combination、複数台の押出機902と、1個のキャビティを有する1個のモールドとの組合せ)は、それら押出機902内の複数の樹脂材料が、それら押出機902の静止状態において(in a static state、それら押出機902の動きを伴わない状態において、待機状態において、即座の射出なしで材料を加熱し、充填の順番が来るまで待機する状態において)、それら押出機902を用いた成形を行うために調製されるという例示的な理由から、望ましいかもしれない。各押出機902は、他の押出機902から独立して制御されてもよい。各押出機902は、個別のフィードバック信号を、対応するそれぞれのコントローラに提供してもよい。各押出機902は、直に圧力を検出する圧力センサ、それぞれの射出システム(injection system、押出機902など)に連結されるモータのトルク負荷、対応するそれぞれのモータにより消費される電気の量、前記成形システム(the molding system、押出機902など)のフレーム(frame、機枠)上に設置された歪みゲージ、または他の圧力感知パラメータから、圧力を感知する圧力感知法を有してもよい。各押出機902は、クローズドループ・システムとして設計されてもよく、また、他の押出機902から独立して制御されてもよい。中央に位置し(central、機能的に中央に位置し)または主要なマイクロプロセッサ(a microprocessor、1個のマイクロプロセッサなど)が、複数台の押出機902から受け取ったデータを処理し、目標圧に到達すると材料の流れを個別にまたは一斉に(collectively、まとめて)停止させるように各押出機902を制御してもよい。中央に位置し(central、機能的に中央に位置し)または主要なマイクロプロセッサ(a microprocessor、1個のマイクロプロセッサなど)が、複数台の個別の押出機902から受け取ったデータを処理し、それにより、プログレッシブ機能(progressive function、複数の押出機が順次、作動を行う機能)を実現するために、複数台の個別の押出機902を順次、同時に、または他の方法で起動させてもよい。押出成形システム(extrusion molding system、成形機)900は、クローズド・ループ・システムであってもよく、そのクローズド・ループ・システムは、センサによって構成されるとともにそれの出力信号に基づいて実行される(sensor-defined, output-based)プロセスを特徴とし、そのプロセスにより、複数台の押出機902の任意の組合せ(any combination、複数台の押出機902から得られる複数の組合せのうちの任意のもの)を使用することが可能となる。そのように組み合わされた複合システム(The combined systems)により、一様な部品密度を有する複数個の大形の部品を成形することが可能となり、それにより、複数個の成形品が正確でかつ一様な寸法を有することになるかもしれず、また、この複合システムにより、プラスチック品の反りが軽減されてもよい。この成形システム(molding system、成形機)900は、従来の射出成形システム100より効率が高いものであってもよく、その従来の射出成形システム100であると、プラスチックを1個のノズルから、それぞれ圧力損失の原因となる複数のランナ・ブランチを通過して移送することになり、その圧力損失のために、一層大きな初期射出力が必要となる。従来の射出成形システム100のそのように高い射出力のため、より多くの電力と、より高価な運営コスト(operating costs、運転コストなど)を伴うより大形の機械(machine、成形システム)とが必要となり、その一方で、プラスチックの温度および粘性が一様でなくなる。

0098

図9を参照すると、1台の成形機900は、互いに近似するかもしくは近似しない形状、材料品種または色を有する複数の個別の(individual、ばらばらの)成形品を、2個またはそれより多数個のモールド・キャビティから、互いに独立している2台またはそれより多数台の押出機902であって、前記1個のモールド内において互いに独立している各キャビティに個別に位置合わせされたものを用いて製造してもよい。各押出機902は、他の押出機902から独立して制御されてもよい。各押出機902は、共通の形状および材料品種を有する複数の部品のために用いられる場合、前記1個のモールドの各キャビティ内において均質性を確保するために個別のフィードバック信号を、対応するそれぞれのコントローラに提供し、正確な部品密度および製品品質を実現してもよい。各押出機902は、互いに異なる形状または材料品種を有する複数の部品のために用いられる場合、互いに独立したそれぞれのモールド・キャビティについて互いに異なる要求事項の達成を確保するために、対応するそれぞれのフィードバック信号を、対応するそれぞれのコントローラに提供してもよい。各押出機902は、直に圧力を検出する圧力センサ、各押出機902に連結されるモータのトルク負荷、対応するそれぞれのモータにより消費される電気の量、または他の圧力感知パラメータから、圧力を感知する圧力感知法を有してもよい。各押出機902は、対応するそれぞれのモールド・キャビティごとにクローズド・ループ・システムとして設計されてもよく(arranged)、各クローズド・ループ・システムは、それぞれの個別のモールド・キャビティから、それに関連するデータを収集し、また、各押出機902は、他の押出機902から独立して制御されてもよい。中央に位置し(central、機能的に中央に位置し)または主要なマイクロプロセッサ(a microprocessor、1個のマイクロプロセッサなど)が、複数台の射出システム(injection systems、押出機)902から受け取ったデータを処理してもよく、また、複数台の個別の(individual)射出システム(injection systems、押出機)902から受信した前記データに基づき、材料の流れを個別に停止させるとともに前記モールドの開閉を一斉に(collectively、まとめて、一律に、画一的に、それぞれが同じ条件で)行ってもよい。

0099

1台の成形機900は、高効率で、コンパクト(compact、複数の部品がうまく詰めて配置されているために部品の充填密度が高いという特性)で、自己完結型である(self-contained、自身で機能的に完結しており、外部に依存せずに済む)1つの組立体であってもよく、その組立体は、小形のフットプリント(small footprint、狭い占有スペース)内にぴったり嵌まり(fit into)、そのフットプリントによれば、複数台の個別の(individual)押出機902を互いに近接した状態で使用することが可能となる。1台の成形機900は、クローズド・ループ・システムであってもよく、そのクローズド・ループ・システムは、センサによって構成されるとともにそれの出力信号に基づいて実行される(sensor-defined, output-based)プロセスを特徴とし、そのプロセスにより、複数台の押出機902の任意の組合せ(any combination、複数台の押出機902から得られる複数の組合せのうちの任意のもの)を使用することが可能となる。そのように組み合わされた複合システム(The combined systems)により、一様な部品密度(consistent part density、密度が部品間で一様であること)および一様な重量(uniform weight、重量が部品間で一様であること)を有する複数の個別の(individual)部品を成形することが可能となってもよく、それにより、互いに独立している(individual、ばらばらである)が互いに共通である(common、形状などが同じである)複数の部品が正確でかつ一様な寸法を有することになり、また、この複合システムにより、高度に自動化された組立作業で使用されるときに性能が向上するかもしれない。複数台の押出機902により、材料、密度および重量に関する要求事項が異なる複数の部品であって異なる(disparate、全く異なる、異種の)ものを成形することが可能になるかもしれず、それら異種部品は、ばらばらの(discrete、相互に関連のない)複数個のアイテムであってもよく、または、それら異種部品は、組立作業を高効率化するか、または、互いに類似しない複数の部品にわたって設備コスト(tooling cost)を償却する(amortize)ことによって部品コストを削減するために、互いに共通する複数個の組立品(assemblies、それら異種部品を用いて組み立てた完成品など)において使用されるものであってもよい。この成形機900は、従来の射出成形システム100より効率が高いものであってもよく、その従来の射出成形システム100であると、プラスチックを1個のノズルから、それぞれ圧力損失の原因となる複数個のランナ・ブランチを通過して移送することになり、その圧力損失のために、一層大きな初期射出力が必要となる。従来の射出成形システム100のそのように大きい射出力のため、より多くの電力と、より高価な運営コスト(operating costs、運転コストなど)を伴うより大形の機械(machine、成形システムなど)とが必要となり、その一方で、プラスチックの温度および粘性が一様でなくなり、その結果、個々の部品の均一性が損なわれることになる(inconsistent individual part uniformity、一様性が個々の部品間で均一にならない)。

0100

1台の成形機900は、フレーム(frame、機枠)を有してもよく、そのフレームは、複数の垂直プラテン908A−908Cと、各プラテン908A−908Cの4個の角部に位置する複数の水平バー910A−910Dとを有している。複数の垂直プラテン908A−908Cは、それらプラテン908A−908C内の複数の穴を貫通する複数の水平バー910A−910Dにより互いに連結されてもよい。複数の垂直プラテン908A−908Cは、互いに実質的に平行であってもよく、また、複数の水平バー910A−910Dに沿って隙間を隔てて並んでもよく、それら水平バー910A−910Dは、互いに実質的に平行であってもよい。1つのモールドが、プラテン908Aと908Bとの間に配置されてもよい。プラテン908Bの位置は、具体的なサイズを有する1つのモールドを収容するために、水平バー910A−910Dに沿って調整可能であってもよい。前記フレームは、垂直プラテン908Aおよび908Cが水平バー910A−910Dの両端部上に位置する状態で、複数の水平バー910A−910Dをプラテン908Aおよび908Cに対して締結することにより、組み立ててもよい。

0101

図10を参照すると、1台の成形機1000が、複数台の押出機902であって1個のマニホールド1004に接続されたものを有してもよい。そのマニホールド1004は、それら押出機902を互いに相対的に支持してもよく、また、1台のホッパ1008に接続されてもよい。そのホッパ1008は、成形材料(例えば、低温の(cool、加熱前の)複数のペレット)を複数台の個別の押出機902に分配する工程を容易にするために、マニホールド1004の上部に配置してもよい。各押出機902は、対応するそれぞれの押出機902を制御するために、他の押出機902から独立した駆動系(例えば、モータ)と、互いに独立した制御器とを有してもよい。各押出機902は、バレル1012(例えば、図2A−図5に示すバレル210,310,410)内に回転可能に配置されるスクリュー(例えば、図2A−図5に示すスクリュー202,302,402)を有してもよい。各押出機902は、1または複数のヒータを有してもよく、それらヒータは、外部ヒータ1016(例えば、図2A−図2Cに示すバンド・ヒータ214、および/または図3A−図3Cに示す誘導加熱コイル340)および/または内部ヒータ(例えば、図2Bに示す抵抗式ヒータ225、および/または、図3A−図3Cに示すインサート325)を有してもよい。各押出機902は、マニホールド1004内に収容されるスラスト軸受を介してそのマニホールド1004に接続されてもよい。各押出機902は、他の押出機902から独立したバルブ・ゲート・ノズル1020(例えば、図2A−図4Bに示すノズル208,308,408)を有してもよく、それにより、樹脂材料、例えばプラスチックがそれらノズル1020に関連付けられる1つのモールド・キャビティ内に流入する状態を制御する。

0102

図11を参照すると、原材料(例えば、低温の(cool、加熱前の)複数のペレット)がホッパ1008内に投入されてもよい。その原材料は、マニホールド1004内に形成された流路1024を通過し、ホッパ1008から複数台の個別の押出機902に流入してもよい。この原材料は、複数の押出機902に、複数のインレット・ポート(例えば、図2Bおよび図2Cに示すバレル用インレット226)を通過して進入してもよい。この原材料は、重力によってホッパ1008から、マニホールド1004を通過し、そして、各押出機902内に供給されてもよい。流路1024は、1本の通路またはスロート部1028であってホッパ1008から下向きに延びてマニホールド1004のうちの上部内に入るものを有してもよい。そのスロート部1028は、1本または複数本のブランチ1032に分岐してもよく、このとき、流路1024の各ブランチ1032は、個別の1台の押出機902の、対応するインレット・ポートとの間で流体連通状態(in fluid communication with、流体が流れることが可能な状態、流体に関して連通している状態)にある。その流路1024は、マニホールド1004に対する複数台の押出機902の相対的な配置位置および向きに応じて異なる構造を有してもよい。複数台の押出機902は、図10および図11に示すように、互いに実質的に平行となり、かつ、マニホールド1004に対して実質的に直角となる向きを有してもよく、または、複数台の押出機902は、関連付けられたモールドの構成態様に応じ、互いに非平行となり、および/または、マニホールド1004に対して非直角となる向きを有してもよい。それら押出機902は、それら押出機902が、垂直に延びる複数の列であって複数の押出機により構成されるものと水平に延びる複数の行であって複数の押出機により構成されるものとを有する状態で、マトリクス状に配列され(arranged in a matrix、縦横に配列され、2次元的に配列され)てもよいか、または、それら押出機902は、関連付けられたモールドの構成態様に応じ、非マトリクス状に配列されてもよい。

0103

複数台の押出機902は、材料を1個のモールド・ハーフのうちの同じキャビティ内にか、または、1個のモールド・ハーフのうちの複数の異なるモールド・キャビティ内に押し出してもよい。図12を参照すると、成形機1000は、複数のモールド・キャビティ1040を形成する1個のモールド・ハーフ1036を有してもよい。各押出機902は、1個のモールド・ゲート1044を経由して、モールド・ハーフ1036の、他の押出機902のモールド・キャビティ(a different mold cavity)1040とは異なるモールド・キャビティ1040との間で流体連通状態にある。各押出機902は、ホッパ1008から原材料を受け取り、その原材料を溶融させ、その後、その材料を、対応するそれぞれのモールド・キャビティ1040内に押し出すという動作を行ってもよく、それらモールド・キャビティ1040は、図12に示すように、形状に関して(in geometry、幾何学的に)互いに近似してもよく、または、形状に関して互いに近似しなくてもよい。各押出機902は、他の押出機902のコントローラから独立したコントローラであって、対応するそれぞれのモールド・キャビティ1040内の圧力を監視するものを有してもよく、また、そのコントローラは、対応するそれぞれのモールド・キャビティ1040内において目標圧に到達すると、対応するそれぞれの押出機902からの押出しを停止させてもよい。モールド・ハーフ1036内の複数のキャビティ1040のすべてがそれぞれの目標圧に到達した後、主要コントローラが、対応するそれぞれのモールド・ハーフ1036に付与されるクランプ圧を解除してもよく、また、主要コントローラが、複数の成形品を取り出すために、複数のモールド・ハーフ1036を互いに分離させてもよい。

0104

図13を参照すると、1台の成形機1000は、1個のモールド・キャビティ1056を形成する1個のモールド・ハーフ1052を有する。各押出機902は、別々のモールド・ゲート1060を経由して、モールド・ハーフ1052のうちの同じモールド・キャビティ1056との間で流体連通状態にある。各押出機902は、ホッパ1008から原材料を受け取り、その原材料を溶融させ、その後、その材料を、前記同じモールド・キャビティ1056内に押し出すという動作を行ってもよい。各押出機902は、他の押出機902のコントローラから独立したコントローラであって、対応するそれぞれの押出機902のモールド・ゲート1060を包囲する領域(area)内の圧力を監視するものを有してもよく、また、そのコントローラは、対応するそれぞれの部分(portion、前記領域)内において目標圧に到達すると、対応するそれぞれの押出機902からの押出しを停止させてもよい。複数台の押出機902のすべてが、それぞれの目標圧に到達した後、主要コントローラが、対応するそれぞれのモールド・ハーフ1052に付与されるクランプ圧を解除してもよく、また、主要コントローラが、複数の成形品を取り出すために、複数のモールド・ハーフ1052を互いに分離させてもよい。いくつかの実施態様においては、主要コントローラ(a main controller、1台の主要コントローラ)が、互いに独立した複数台の押出機902を、モールド・キャビティ1056に関連付けられた1または複数の圧力値に基づいて制御してもよい。複数台の押出機902は、互いに共同して前記モールド・キャビティ1056を充填してもよく、また、より高度の寸法安定性を実現しつつ、より均一な部品密度を達成してもよい。

0105

成形材料
この成形システムに用いられる静的な(static、動きを伴わない)熱発生および静的な熱伝導は、樹脂材料にも材料特性にも影響され難いものであってもよく、その樹脂特性は、とりわけ、樹脂グレード、樹脂純度、樹脂均一性およびメルトフローインデックス(melt flow index、溶融指数)を含むがそれらに限定されない。一例においては、この成形システムは、任意の複数の熱可塑性材料を成形することが可能であり、それら任意の複数の熱可塑性材料としては、例えば、混合された(co-mingled、コミングルされた)/混合された(mixed、ミックスされた)複数のプラスチックであって消費者によって消費された後に再生されたもの(post-consumer recycled plastics)、異なる複数のメルトフローインデックスを有する複数の樹脂であって異なる複数の樹脂分類または異なる複数の化学族(chemical families)から得られるものの混合物、複数のバイオ系材料(bio-based materials)であって各材料では従来の射出成形システムを用いて成形することが困難であるものがある。別の例においては、2以上の異なる樹脂ペレットを含有する混合物を、1つの部品(a part、成形品など)を成形するために混合してもよい。複数のプラスチックが、例えば、メルトフローインデックス、融点またはガラス転移点などの処理特性に関して互いに異なってもよいが、それら材料が混合された(co-mingled、コミングルされた)ものは、この射出システムに対して何らの問題も発生させないかもしれない。前記再生されたプラスチック(The recycled plastics)としては、とりわけ、ポリエチレン(PE)、高密度ポリエチレン(high density polyethylene)(HDPE)、低密度ポリエチレン(low density polyethylene)(LDPE)、ポリプロピレン(polypropylene)(PP)、ポリエチレンテレフタレート(ethylene terephthalate、PET樹脂)(PET)、ナイロン(PA、ポリアミド)(登録商標)、ポリカーボネート(PC)、ポリ乳酸(polylactic acid、ポリ乳酸樹脂)(PLA)、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABSABS樹脂)、ポリサルフォン(polysulfone、ポリスルホン)(PS)、ポリフェニレンスルフィド(polyphenylene sulfide、ポリフェニレンサルファイド)(PPS)、ポリフェニレンオキシド(polyphenylene oxide)(PPO)、ポリエーテルイミド(polyetherimide)(PEI)、アクリル系(acrylic、アクリル系樹脂)(PMMAポリメタクリル酸メチルメタクリル樹脂ポリメチルメタクリレート)があるが、それらに限定されない。

0106

この成形システムは、従来の射出成形機が処理することが可能な繊維含有率またはミネラル繊維より高い繊維含有率またはミネラル繊維を有する強化プラスチックを成形することが可能である。一般的には、従来の射出成形システム100では、50体積%以上のガラス繊維によって強化されたプラスチックを成形することは困難であり、なぜなら、従来の射出成形システムは、70体積%以上の部分が石油系化合物である樹脂に基づくせん断熱の発生に依存しているからである。本実施態様に従う成形システムにおいて静的な熱発生を用いることにより、前記溶融材料(melt、メルト、成形材料)は、いなかる石油系樹脂含有物にも依存しなくてもよい。例えば、前記強化プラスチックは、ガラス繊維、セルロース系繊維鉱物骨材(mineral aggregate)または炭素繊維を50体積%より多く含有してもよい。

0107

本実施形態に従う成形システムは、静的熱伝導を理由として、従来の射出成形システムとは異なり、せん断劣化(shear degradation)の影響を受け難いものであってもよい。その静的熱発生は、前記材料の過熱防止に役立つかもしれない正確な温度管理を実現するかもしれない。前記押出スクリューは、さらに、それのサイズを、熱劣化(thermal degradation)を回避するか軽減するために滞留時間を制御するためにスクリュー長およびスクリュー谷径を変える(vary、最適な寸法を有するように調整する)ことにより、決定してもよい。

0108

本実施形態に従う成形システムは、温度および圧力に感応するバイオ系(bio-based)樹脂またはプラスチックであってせん断劣化の影響を受け易いものを成形するために使用してもよい。前記バイオ系(bio-based)樹脂は、セルロース系材料植物でんぷん系樹脂および糖系樹脂を有しており、それら樹脂は、医療用インプラントの如き製品に使用してもよく、その医療用インプラントは、とりわけ、骨スクリュー、骨置換体(bone replacement)、ステントを含むが、それらに限定されない。この成形システムは、さらに、温度および圧力/せん断に感応する金属射出成形(metal injection molding)(MIM)のために使用してもよい。その金属射出成形フィードストック(feedstocks)も、バイオ系樹脂と同様に、温度、滞留時間およびせん断圧の影響を受け易い。この成形システムは、ポリマーを、最大で80体積%のステンレス鋼(steel、スチール)または他の金属である充填材(loading)と一緒に成形してもよい。 この成形システムは、フードペースト(food pastes、ペースト状の食べ物)を射出するために使用してもよく、そのフード・ペーストは、目標形状を有する食品を形成するために焼き温度(baking temperature)まで加熱されたモールド内に押し出されてもよい。前記成形材料としては、アモルファス熱可塑性プラスチック(amorphous thermoplastics)、結晶性または半結晶性の熱可塑性プラスチック(crystalline or semi-crystalline thermoplastics)、未使用樹脂繊維強化プラスチック、再生された熱可塑性プラスチック(recycled thermoplastics)、工業目的で使用された後に再生された樹脂(post-industrial recycled resins)、消費者によって消費された後に再生された樹脂(post-consumer recycled resins)、混合された(mixed、ミックスされた)および混合された(comingled、コミングルされた)熱可塑性樹脂天然樹脂(organic resins)、有機食品化合物(organic food compounds)、炭水化物系樹脂(carbohydrate based resins)、糖系化合物(sugar-based compounds)、ゼラチン(gelatin)/プロピレングリコール化合物(propylene glycol compounds)、でんぷん系化合物(starch based compounds)、および金属射出成形(metal injection molding)(MIM)フィードストック(feedstocks)があるが、それらに限定されない。

0109

以上、いくつかの実施態様を詳細に説明してきたが、当業者によって理解されることは、本発明の主旨から逸脱することなく、種々の変形、いくつかの他の構成およびそれらの均等物を使用してもよいということである。さらに、本発明を不必要に不明りょうにすることを防止するために、多数の周知の方法および要素が説明されていない。したがって、上述の詳細な説明を、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。ここに開示されているすべての特徴は、それぞれ単独でか、または、いくつかの特徴についての種々の組合せという形態において用いることが可能である。

0110

当業者であれば理解されることは、この書類に開示されているいくつかの実施態様は、例としてであって、本発明の範囲を限定することによってではなく、いろいろなことを教えているということである。したがって、前述の発明の詳細な説明の欄に含まれるか、または添付された図面に示される事項は、本発明を説明するものとして解釈すべきであって、本発明の範囲を限定するという意味で解釈すべきではない。後述の特許請求の範囲は、この書類に記載されている上位概念的な(generic、包括的な)または下位概念的な(specific、個別具体的な)特徴のすべてを包含することを意図されており、このことは、今回の方法およびシステムの範囲についてのすべての陳述についても同様であり、それら陳述は、言葉使いの問題として、それら(there、上位概念的な特徴および下位概念的な特徴)の間に存在すると言われるかもしれない。

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    【課題】一度離型剤を塗布した後、再度離型剤を塗布することなく、従来よりも大幅に多く繰り返し連続してタイヤの成型加硫が可能となる、離型性に優れたタイヤ成型用離型剤組成物を提供する。【解決手段】(A)1分... 詳細

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