(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成型品の製造のため金型キャビティ内へとゲート領域を介して注入するが如きために多重プラスチック材料を同時押し出しする方法であって、最終のプラスチック成型品の内部コアとして作用する少なくとも１つの内部ストリームが被覆用プラスチック材料層として作用する内側及び外側のプラスチック材料ストリームの内部にあるようにして流動プラスチック材料のストリームを結合し、結合された流れを制限して環状のコアストリームが内側及び外側の環状被覆用プラスチック材料層のストリームに収容された状態で長手方向に延びる環状の押出手段の内部に沿いキャビティのゲート領域へと同心の環状流れ経路に沿って流動させ、ゲート領域において同心の環状ストリームを横方向に反対向きに分割してキャビティの相応する両側の横方向部分に注入することからなる方法。
【請求項２】
前記制限が、押出手段に沿ってその内部へと中央で長手方向に延びる絞りピンを、ゲート領域に開放する末端へと向けて挿入することによって行われる、請求項１の方法。
【請求項３】
絞りピンが位置的に固定されている、請求項２の方法。
【請求項４】
ピンの末端と押出手段のゲート領域の開口の位置を変化させるべく、絞りピンが長手方向に可動に調節可能である、請求項２の方法。
【請求項５】
環状の内部コア層が押出手段を横切る流速分布の実質的にゼロ勾配の経路に沿って流動するように流れが調節される、請求項２の方法。
【請求項６】
ゲート領域を通りキャビティ内部への流れが、内部コア層の経路を横方向の流速分布の実質的にゼロの勾配に維持するように調節される、請求項５の方法。
【請求項７】
流動するコア並びに外側及び内側プラスチックストリームの温度が、キャビティ内で実質的に同じ値である、請求項１の方法。
【請求項８】
流動するコア並びに外側及び内側プラスチックストリームの温度が、キャビティ内で異なる値である、請求項１の方法。
【請求項９】
コアのプラスチックストリームの温度が、外側及び内側のプラスチックストリームの温度よりも低い値である、請求項８の方法。
【請求項１０】
ストリームの結合が、平行な平面の間の連続する通路に沿って流動することにより行われる、請求項２の方法。
【請求項１１】
絞りピンの末端が先細である、請求項４の方法。
【請求項１２】
外側ストリームに対してより多くの又はより少ない内側ストリームをもたらすように流れが調節される、請求項１の方法。
【請求項１３】
環状の流れが押出手段に沿って、同心の円筒形シェルの間に制限される、請求項２の方法。
【請求項１４】
成型品の製造のため金型キャビティ内へとゲート領域を介して注入するが如きために多重プラスチック材料を同時押し出しする装置であって、プラスチック材料の流動ストリームの供給源と、最終のプラスチック成型品の内部コアとして作用する少なくとも１つの内部ストリームが被覆用プラスチック材料層として作用する内側及び外側のプラスチック材料ストリームの内部にあるようにして流動プラスチック材料ストリームを結合する手段と、この結合手段に接続された外側ストリーム及び内側ストリームを受容する長手方向に延びる中空の押出手段と、押出手段に沿ってその内部に配置され環状のコアストリームが内側及び外側の環状被覆用プラスチック材料層のストリームに収容された状態で長手方向に延びる環状の押出手段の内部に沿いキャビティのゲート領域へと同心の環状流れ経路に沿って結合流れを強制的に流動させる流れ制限手段と、ゲート領域に配置され同心の環状ストリームを横方向に反対向きに分割してキャビティの相応する両側の横方向部分に注入する手段との組み合わせからなる装置。
【請求項１５】
流れ制限手段が、押出手段に沿ってその内部へとゲート領域に開放する末端へと向けて中央で長手方向に延びる絞りピンからなる、請求項14の装置。
【請求項１６】
絞りピンが位置的に固定されている、請求項15の装置。
【請求項１７】
ピンの末端と押出手段のゲート領域の開口の位置を変化させるべく、絞りピンが長手方向に可動に調節可能である、請求項15の装置。
【請求項１８】
環状の内部コア層が押出手段を横切る流速分布の実質的にゼロ勾配の経路に沿って流動するように流れを調節する手段が備えられる、請求項15の装置。
【請求項１９】
ゲート領域を通りキャビティ内部への流れが、内部コア層の経路を横方向の流速分布の実質的にゼロの勾配に維持するように調節される、請求項18の装置。
【請求項２０】
流動するコア並びに外側及び内側プラスチックストリームの温度が、キャビティ内で実質的に同じ値である、請求項14の装置。
【請求項２１】
流動するコア並びに外側及び内側プラスチックストリームの温度が、キャビティ内で異なる値である、請求項14の装置。
【請求項２２】
コアのプラスチックストリームの温度が、外側及び内側のプラスチックストリームの温度よりも低い値である、請求項21の装置。
【請求項２３】
ストリームの結合が、平行な平面の間の連続する通路に沿って流動することにより行われる、請求項17の装置。
【請求項２４】
絞りピンの末端が先細である、請求項14の装置。
【請求項２５】
外側ストリームに対してより多くの又はより少ない内側ストリームをもたらすように流れが調節される、請求項14の装置。
【請求項２６】
環状の流れが押出手段に沿って、同心の円筒形シェルの間に制限される、請求項15の装置。
【請求項２７】
コア層がゲート領域内及びその直ぐ上流ではゼロ勾配の経路を通って流動しない、請求項18の装置。
【請求項２８】
絞りピンがゲート領域のキャビティ側の直ぐ上流で終端している、請求項18の装置。
【請求項２９】
別の層の先端がゼロ勾配経路から外れる前又は後にコア層の先端がゼロ勾配に沿って流れるように、流れを調節するための手段が備えられる、請求項18の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、成形装置内への導入又はこれに類する用途の如き目的のための、２又はより多くのプラスチック材料等の流れの同時押出に関し、より詳しくは、広範囲にわたる異なる使用材料、押出温度及びその他の条件を多大な融通性をもって用いながら、こうした同時押出に対して良好な制御をもたらすと共に、押し出された材料のより均一な成形を可能にするという問題点に対処するものである。
少なくとも２つの材料を同時に注入するための、射出成形装置を特に参照すると、本発明は、これらの材料流体の異なる流れを結合させるための改良された技法と装置に関するものであり、そこでは結合された流れの速度分布はメルト送出システム内において、射出成形キャビティ内における結合流の速度分布に類似するようにして生成され、かくして結果としての成形品における均一性が確保される。
発明の背景
同時射出成形の分野における一般的な問題点は、コア（内部）層の先端を厚みに関して、金型キャビティに入るコア（内部）層の後端部分と同程度に均一に保つ必要があることである。先端にテーパがあると、内部層の最も奥まった部分の付近の性質が一様でない成形部品が製造されてしまう。
通常、コア（内部）層の先端は、ノズル結合領域よりも下流側に配置された、従来技術による同時注入ノズルの円筒形の中央チャネルを通って流れるにつれて、また金型キャビティの円筒形のゲート部分を通って流れるにつれて、テーパを有するようになる。こうしたノズルの典型例は、例えば米国特許第4,895,504号及び第4,892,699号に記載された如きものである。
テーパの量は結合流の速度分布に依存しており、この速度分布は、先端の半径方向最内部と半径方向最外部の間に速度勾配を生じさせる。テーパの量はまた、結合領域と円筒形ゲートのキャビティ側末端の間での、円筒形の流れのトータルでの軸方向距離にも依存している。
先端のテーパを最小限にするために、上記の従来技術のノズルは、結合領域と円筒形ゲートのキャビティ側末端との間の軸方向流動距離を短くして構成されている。典型的には、この軸方向流動距離は約5mmから25mmの間にあり、またその結果としての先端のテーパの長さは、短い方の軸方向流動距離については約1.8mmより大きく、長い方向の軸方向流動距離については9mmである。この短い軸方向流動距離は、結合のための手段をノズルの一部とすることを必要とする。
現在の技術における別の問題は、ゲートに近い同時注入ノズルの最も外側の径が、単一材料の射出成形に用いられるノズルの直径よりも大きいことにある。この大きな寸法は、金型により大きなクリアランスのボアを設けることを必要とするが、これによってゲート付近で金型キャビティを適切に冷却することが困難になる。現在の技術の幾つかの設計のものは、ゲート付近の最も外側の径を最小限にするために、円筒形又は切頭円錐形の部分を有する結合手段を用いている。だがそれでもなお、ゲート付近のノズルの直径は、単一材料用のノズルの寸法の倍程度もある。
発明の目的
本発明の目的は、従来技術の上記の及びその他の欠点を蒙ることがなく、むしろ逆に、ノズルを絞り制御押出手段へと根幹から変更することを通じて、著しく改善された、より均一でより操作上の融通性のある、同時押出のための新規且つ改良された方法及び装置を提供することである。
別の目的は、新規な押出装置であって、押出材料の結合領域の内部及び下流において、コア（内部）層の先端全体にわたって実質的に勾配がない速度分布を有する結合流が生成されるものを提供することであり、この速度分布によりコア（内部）層の先端が、結合領域から金型ゲートのキャビティ側末端へと流れるにつれて、従来技術のノズルにおけるようにテーパ状にならないようにすることである。
本発明のさらに別の目的は、結合手段がノズルのゲート領域から離れており、金型の設計と金型の冷却が妥協されることのない、新規な装置を提供することである。
さらなる目的は、従来技術の円筒形のノズルを、スロットル又は絞りニードル、ロッド又はステムなどの、環状押し出しを強制するものを含む押出構造へと根幹から変更することを通じて、こうした新規な効果を達成することであり、またインナーコア成形の場合には、コアを成形する環状の流れが同時に押し出される外側及び内側の流れの層の内部に収容されるようにして、同心の外側及び内側環状押し出し流れを生成することである。
さらなる目的は、成形品側に残るゲート痕跡が、単一材料の成形システムにより得られるものと同程度に小さな、新規な押出手段を提供することである。
本発明の付加的な目的は、新規な同時押出方法及び装置であって、結合領域の下流側におけるプラスチック材料の結合流の速度分布がキャビティ内の結合流の速度分布と実質的に同じくされ、かくして成型品の特性改善及びサイクル時間の改善が可能なものを提供することである。
他の目的及びさらなる目的は以下に説明されるところであり、より具体的には請求の範囲に描写されている。
発明の概要
しかしながら概略的には、本発明はその広い側面の１つからして、成型品の製造のため金型キャビティ内へとゲート領域を介して注入するが如きために多重プラスチック材料を同時押し出しする方法であって、最終のプラスチック成型品の内部コアとして作用する少なくとも１つの内部ストリームが被覆用プラスチック材料層として作用する内側及び外側のプラスチック材料ストリームの内側にあるようにして流動するプラスチック材料の流れを結合し、結合された流れを制限して環状のコアストリームが内側及び外側の環状被覆用プラスチック材料層のストリームに収容された状態で長手方向に延びる環状の押出手段の内部に沿いキャビティのゲート領域へと同心の環状流れ経路に沿って流動させ、ゲート領域において同心の環状ストリームを横方向に反対向きに分割してキャビティの相応する両側の横方向部分に注入することからなる。
本発明の新規な方法を実行するための好ましい最適モードの実施例及び装置構成について、以下でより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
以下では本発明を添付図面に関連して記述する。添付図面中、図１は材料の供給源、材料の分配及び結合システム、並びに金型キャビティを含む、システム全体の断面図であり；
図２は材料結合領域から金型キャビティまでの流れの断面図であり、コア（内部）層が本発明の技術及び構成に従って速度分布のゼロ勾配に沿って流動することを示しており；
図３はこの構成の環状流れチャネルの断面を例示し、また速度分布のゼロ勾配に沿う内部（コア）層を示しており；
図４は図３と同様の環状流れチャネルの断面図であるが、外側及び内側の環状流動層の分布が不良であってコア（内部）層が環状直径の中間からずれているものを示しており；
図５は従来技術の円筒形流れの断面を提示し、コア（内部）層が速度勾配の大きな領域にあり、図３及び図４に提示された本発明の条件と対照をなすことを示しており；
図６は図５と同様であるが、内側及び外側の層の分布が不良である従来技術の円筒形流れを示しており；
図７は環状流れノズル領域、環状流れゲート領域、及びキャビティにおけるコア（内部）層の速度分布を示す断面図であり；
図８は図７に類似しているが、金型キャビティ内におけるコア（内部）層の先端の相対位置に対する、外側及び内側の層の流れの不良分布の影響を示しており；
図９及び図10はそれぞれ図７及び図８に類似しているが、従来技術によるノズル、ゲート及びキャビティにおける円筒形の流れを示しており；
図11は本発明の構成により形成された成型品の断面図であって、内側と外側の分布不良が10％である場合に図８における結合領域からゲートのキャビティ側までの環状流れの長さが75mmであることにより生ずる先端のテーパ量を示しており；
図12は図11に類似しているが、図10の従来技術の円筒形ノズル構造により作成された成型品についてのものであり、内側と外側の分布不良が10％である場合に生ずる先端のテーパ量を示しており；
図13は、マニホルドからの流れが固定された絞り弁手段を備えた平坦なディスク状の結合手段を通り、環状の流れノズルとゲートを通ってキャビティに至る、本発明により構成された修正押出手段の断面図であり；
図14は、軸方向の結合手段が備えられ、固定の絞り弁手段がノズル自体の一部として備えられた、別の修正例の断面図であり；
図15は、図14の固定絞り弁手段を備えた軸方向結合手段のより完全な断面図であって、結合手段が中央の固定絞り弁手段の周囲にある３つの同心の軸方向シリンダからなり、中央の固定絞り弁手段が結合領域を通り、別体のノズルを通り、ゲートを通って金型へと至る断面図であり；
図16は図13に類似しているが、可動の絞り弁手段を示す図であり；
図17は図16の結合手段及び可動の絞り弁手段の拡大断面図であり；
図18及び図19は、弁が中立位置にある状態を示す図17に類似しているが、弁が内側層の流量を低減する絞り位置及び増大させる絞り位置のそれぞれにある状態を示しており；
図20は絞り弁がキャビティへの所望の環状流れを維持する、ノズル端部とゲートのキャビティ内への相対位置を拡大スケールで示しており；
図21は図20に類似しているが、成型品のゲート痕が低減されるように円錐形のゲートに対応する円錐形の弁を提示しており；
図22はやはり図20に類似しているが、絞り弁がゲートよりも前に終端されていて、開放ゲートを必要とするプラスチックの成形を可能にすることを示しており；
図23はまた図20及び図22に類似しているが、絞り弁がゲート弁として動作するように調節され、ここでは開放位置に示されており；これに対して図24ではこれが閉鎖位置に示されており；
図25は本発明のノズル端部、ゲート及び部分的に充填されたキャビティの断面図であって、外部層とコア（内部）層が同じ温度で操作されたことを示しており；これに対して図26は外部層がコア（内部）層よりも遙かに高い温度で注入されたことを示しており；
図27（ａ）−（ｄ）は、成型品の全体にわたって一様に分配されるコア（内部）層の充填シーケンスを示しており；
図28（ａ）−（ｄ）は図27（ａ）−（ｄ）に類似しているが、固定の絞り弁を用いて成型品内部へと最大量のコアが注入される、コア（内部）層の充填シーケンスを示しており；
図29（ａ）−（ｄ）はやはり図27及び図28に類似しているが、成型品のゲート側において外部の層がより厚くなるように、外部層の流量が内部層よりも大きくなるよう構成された結合手段を用いて成型品内部へと最大量のコアが注入される、コア（内部）層の充填シーケンスを示しており；これに対して図30はその逆を示しており；
図31はゲート及びキャビティ領域の断面図であって、可動の絞り弁を用い、図31（ｂ）に示す流動時に内側の環状層の流れを外側の環状層に対して増大させ、それにより成型品のゲート側により多くのコア（内部）層材料を注入する充填シーケンスを示しており；
図32はゲート及びキャビティ領域の断面図であって、図32（ｂ）に示す流動時に絞り弁が内側の環状層の流れを外側の環状層に対して減少させるように動かされ（即ち図31の相対流れの逆）、それにより成型品のゲートと反対側により多くのコア（内部）層材料を注入する充填シーケンスを示しており；
図33は環状のチャネル及びキャビティにおける速度／平均速度と流れの割合をプロットしたグラフであり；及び
図34は図33の結果と比較するために、従来の円筒形のチャネルにおける速度／平均速度と流れの割合をプロットしたグラフである。
発明の好ましい実施例
図１を参照し、また金型のキャビティ内へと少なくとも２つの材料を注入するよう適合されたプラスチック（PET、EVOH、ポリカーボネートその他）同時射出成形システムに適用されたものとしての本発明の例示的な文脈において、このシステムは各々の材料のためのそれぞれの供給源S1及びS2と、各々の材料の流れを金型の各々のゲートの上流で結合手段Ｃへと分配するためのマニホルドＤの如き手段と、結合された流れをゲートから金型Ｍ内へと配送するための新規な絞り弁制御押出ノズル手段Ｅからなる。各々の材料のための供給源S1及びS2は、往復動するスクリュー射出ユニットとして示されている。材料の流れを分配するための手段はマニホルドブロックＤであり、各々の材料のためのそれぞれ別個の流れチャネルC1及びC2が、各々について流れが平衡化され、等しくなるように配置されている。結合手段Ｃは、金型Ｍの各々のゲート領域Ｇに対して結合された流れを配送する、内部に同程度に延在する絞りニードルを備えた絞りノズル手段Ｅの上流に配置されている。ここに開示された実施例では、図２に示すように、成型品の各層Ｌを形成するための流れは、後でより詳しく説明するように、コア（内部）層Ｉの先端が、結合された流動するストリームの速度勾配ゼロの部分に配置されるようにして、結合手段Ｃの環状チャネルＡ内で結合される。長手方向に延びる押出ノズル手段Ｅは、その中心にある長手方向の絞りニードル又は流れ制限手段Ｔが結合手段Ｃの下流側にある状態で、結合手段において発現される環状の流れを切れ目なく連続して供給する。
図２に示す３層の流動結合ストリームの実施例では、２つの材料Ｌ及びＩが各々独自の供給源から提供され、成型品の外部の、即ち被覆層OL1及びIL1を形成する最初の材料Ｌは、中央の絞りＴの存在により形成されたＡにおける環状流動結合ストリームの内側及び外側の層IL及びOLを形成する。第２の材料Ｉは成型品のコア（内部）層I1を形成するものであり、環状流動結合ストリームＡの中間の、即ち内部又は内在環状層IAを形成する。第１の材料Ｌはその流れチャネルを通って結合手段Ｃへと配送され、そこにおいて単一のストリームから２つのストリームへと分割され、その一方は前述の環状流動結合ストリームの内側環状層ILを形成し、他方は前述の外側環状層OLを形成する。第２の材料Ｉはその流れチャネルを通って結合手段Ｃへと配送され、図３の環状流れチャネルの断面図においても示されているように、そこにおいて同心の環状流動結合ストリームの中間の又は内部の環状層IAを形成するように配置される。好ましくは図示のように、絞りニードル又は中央の制限手段は、ノズルのキャビティゲート注入端にある押出手段開放末端において、縮小された直径T'を有する。かくしてこのノズル手段は、絞り弁のピンを取り囲む内部ボアを有し、結合流動ストリームをゲートに配送すると同時に上述した速度分布を維持するための、環状チャネルを形成する。コア（内部）層の材料が速度分布VP1のゼロ勾配にあるように配置することによって、コア（内部）層の先端は、結合手段とキャビティへのゲートとの間の軸方向流動距離とは無関係に、テーパ状になることはない。従ってこのノズルの軸方向長さは、従来技術におけるノズルとは異なり、金型の良好な冷却をもたらすために必要なだけ長くすることができる。ノズルの最も外側の径は典型的には、単一材料による成形について必要とされるものよりも大きくなく、それによって金型の設計や金型の冷却が妥協させられることはない。さらにまたこの実施例では、単一材料による成形用に設計された金型を同時注入用に変換することも簡単になる。制限手段即ち絞りニードル、ロッド又は要素T'の基部末端に隣接するゲート領域Ｇにおいては、環状に流動するストリームは横方向に分割され、図２に矢印で示すように流れは横方向に反対向きへと、金型キャビティの相応する開講部分内へと注入される。
この実施例、及び成型品のコア（内部）層を形成する材料が流動結合ストリームの中間層となるように配置される後述する実施例においては、一部をそのコア（内部）層が成型品の外部層よりも低い溶融温度となるようにして成形することが容易である。これに対し、単一層の成形においては、供給源からもたらされる材料の温度は、１）注入キャビティの壁面の間における流動を容易にするよう粘度を低下させ、また２）成型品の外側表面が良好な化粧的外観を呈するように、十分に高いものでなければならない。単一層成形品の材料は単一の材料供給源からもたらされるものであるから、その内部層の温度はキャビティ内での流動の容易性と表面外観とに必要な温度となり、また成型品の内部を冷却するのに必要な冷却時間は、供給源によりもたらされる溶融温度に依存している。しかしながら本発明を用いれば、コア（内部）層は外部層の材料と大きく異なる温度で供給することが可能であり、それにより単一層成形と比較して、幾つかの予期しなかった改良が生ずるものである。他の幾つかの従来技術のシステムでもこの効果は容認され得るが、本発明の技法及び構成によれば、これは特に簡便且つ効率的に達成される。
外部の層を通常の又は通常よりも高い温度で供給し、コア（内部）層を相応の低い温度で供給することによってもたらされ得る改良には、次のようなものが含まれる。
１）外部層の粘度が通常よりも低いためキャビティ充填圧力が低くなる。
２）外部層の溶融温度がより高いため成型品の表面外観が改善される。
３）外部層の溶融温度の相対的な増大がこれに相応するコア（内部）層の溶融温度の低減よりも小さく、結合された溶融物の合計の熱含量が単一材料の成形に通常であるものよりも少なければ、冷却時間、従ってサイクル時間が短縮される。
４）成型品についてそれが望ましい特性であるならば、コア（内部）層の増大された溶融粘度により、コア（内部）層の容積を外部層の容積低減に対し相対的に増大できる。
５）不当な残留成形応力を生ずることなしに、外部層の熱膨張係数よりも高い熱膨張係数を有するコア（内部）層材料を使用することができる、等である。
コア（内部）層材料と外部層材料の相対的な溶融温度を異ならせることによって、他の改良をもたらすことが可能である。その理由の１つは、コア（内部）層が外部層の材料と異なる熱膨張係数を有する場合に、これらの層の間での相対的な収縮を制御できることにある。別の理由は、成型品表面の化粧的外観に影響を及ぼすことなく、コア（内部）層と外部層の間での相対的な収縮を低減させるための温度差を用いることによって、低い残留成形応力を有する成型品を作成できることにある。
図２及び図３に示された流れの分配に立ち戻ると、本発明の押出構造は、分布が不良の、即ち外側と内側の環状流動層が非対称の場合に対処することができる。これは図４に示すように、コア（内部）環状層IAをそれを収容する内側及び外側の層IL及びOLの環状直径の中間から偏心させうるものである。図４の速度分布VP1'から観察されることは、コアがこの偏心を通じても、依然として速度分布のゼロ勾配近傍にあり、改善された結果がもたらされうるということである。このことは、対称及び非対称条件のそれぞれについて図５及び図６に示した従来技術のノズルE'における円筒形の流れと対照的である。即ちそこでは、コア層は分布VP1"及びVP1'"における大きな速度勾配領域にあり、それに付随して前述した制限及び不具合を蒙るからである。
押出手段Ｅが環状流れゲートG'とキャビティに接続して示されている図７の絞られた、即ち中央が制限された同時押出手段においては、環状コア層IAの速度分布は環状押し出し領域（VP2）、環状流動ゲート領域（VP3）、及びキャビティ（VP4）の全てについて示されており、本発明のプロセスで流れ及びキャビティ注入の全体にわたってゼロ勾配が維持されることが例証されている。実質的にこれらの利点はまた、図８のように外側と内側の流動層が整列不良又は分布不良であって、金型キャビティ内でコア（内部）層の先端の相対位置Δ１において外部及び内部の層の流れに図示のような分布不良の影響がある場合でも得られるものである。
図９及び図10は従来技術の円筒形ノズルを示しており、これらはそれぞれ図７及び図８に示された本発明の押出手段に対応するものであって、ノズルE'（VP2'）及びゲート（VP3'）におけるコア（内部）層の流れについての、望ましくない大きな速度勾配を例示している。この場合速度分布のゼロ勾配は、キャビティ（VP4'）においてのみ達成されている。
図10は、コアの先端が押出手段E'を通って流れるに際して、分布不良のコア先端にわたる速度差の影響によって生ずるコア先端のテーパの発現を示している。先端の流線IA'1はIA'3よりも速い速度で流動するため、コアがゲートG'を通ってキャビティに入る時点では、Δ１のテーパという結果が生ずる。コア層I1がキャビティの中心流線から偏心したままであったとしても、キャビティ内でのテーパの付いた先端にわたる速度差は小さいままであり、従ってキャビティ内部でのΔ１の増大は、従来技術の押出手段E'において発現されるΔ１と比較して小さいものである。
本発明の環状流動構成で達成可能な大きく改良された成形結果及び許容度を、従来技術の円筒形ノズルとさらに対照させるために、図11は、結合領域ＣからゲートＧのキャビティ側までの環状流れの長さが75mmであるものについて、本発明（図８）の構成の環状流れの内側と外側の流れに10％の分布不良がある場合の、成型品に持ち込まれる先端のテーパが最小限の許容可能な量であることを示している。これに対し図12は、結合領域からゲートのキャビティ側までの円筒形の流れの長さが75mmであり同じく10％の分布不良があるもの（図10）について、従来技術の円筒形流動ノズルに関して技術的に受け入れねばならなかった、成型品内での遙かに大きな先端のテーパを示している。
図11に示す如き、最小限の許容可能量（６から6mm）の先端テーパを達成するために従来技術を用いた場合には、結合領域から成型品の表面までの中央チャネルにおける結合流れの長さは、内側と外側の流れの分布不良が図６及び図34に示すようなものであるとき、約11mmを越えてはならない。ゲート付近で最低限の金型冷却を行うためには、従来技術の中央チャネルのこの短い長さにより、結合手段の形状を円錐形又は切頭円錐形とすることが必要であった。こうした形状は依然として、ノズルの末端を単一材料用ノズルの外径のほぼ２倍とすることを必要とするものであり、かくしてゲート付近での部分冷却は損なわれてしまう。
図13は本発明の別の実施例を示している。そこでは３層を結合する手段が４つの平坦なディスクFDからなり、これらは結合流動ストリームの内側層のための内側流動チャネル壁面を形成する、中央の固定絞り弁のピンＴ−Ｔ′を取り囲んでいる。流動チャネルC1′,C2′その他はディスクFDの３つの係合した平坦表面の間に一様に生成され、各々の流動層を配分して、各チャネルから結合領域Ｃ内へと流れるそれぞれの材料の均一な流れを生成するようになっている。かくして結合流動ストリームの各層は、結合手段から押し出しのための制限された絞りノズル手段Ｅ及びゲートＧを通ってキャビティ内へと流れるにつれて、環状に均一に配置される。
さらにまた、マニホルド結合手段は例えば図14に示されているように、押出ノズル構造自体の一部として組み込まれることもできる。この場合には軸方向の結合チャネルC1″,C2″は押出手段Ｅそれ自体の上部に備えられ、固定の絞り弁Ｔが押出ノズルの内部を通って延伸する。
別の実施例（図15に示す）は、結合流動ストリームの内側層のための内側流動チャネル壁面を形成する中央の絞りピンＴを取り囲む、３つの同心のシェルS1′,S2′及びS3′を用いている。これらのシェルの間、及び最も内側のシェルと絞り弁のピンの間に生成される流動チャネルは、各々のチャネルから結合領域内へと流れるそれぞれの材料の均一な流れを生ずるように設計されている。かくして結合流動ストリームの各層は、結合手段からノズル手段を通ってキャビティ内へと流れるにつれて、均一に環状に配置される。この実施例において、結合手段Ｃは配送マニホルドＤと押出ノズルＥの間に挟まれた別体のアセンブリである。このことは、押出ノズルの設計を単一材料での成形に用いられるものと同一にすることを可能にする。結合手段は押出ノズルに対して同軸であり、絞りピンＴと押出ノズルの円筒形の壁面は、均一な環状チャネルＡを形成する。
これまでに説明した、中央を長手方向に延びる制限手段又は絞りピンは、例えば図13の実施例におけるように固定のものとして示してきたが、これらはまた種々の有用な絞り弁動作又は調節目的のために、図16の調節ロッドＲの如きにより可動のものとすることもでき、それによって従来技術の円筒形ノズルには存在しない、さらなる融通性をもたらすことができる。
可動の絞り又は制限弁のピンＴ−Ｔ′は、結合領域の下流側の結合流動ストリームにおいて、外部層材料の内側環状流動層中の割合を外側環状流動層に対して変化させることができる。外部層の相対的な容積を変化させると、金型キャビティ内におけるコア（内部）層の位置がシフトされ、成形品の上下両側の表面において制御された厚みの外部層を有する成形品が製造される。内側環状流動層と外側環状流動層の間で外部層材料の流れを等しく分配すると、外部層の厚みは成形品の上下両側の表面において似たようなものとなる。外部層材料の流れを内側環状流動層又は外側環状流動層の何れかに偏らせると、偏らされた環状層から成形される対応の表面において、成形品における外部層の厚みは同様に偏らされる。内側環状流動層からの材料は、キャビティ内へのゲートとは反対側のキャビティ壁面により成形される部分で外部層を形成し、外側環状流動層からの材料は、ゲートに隣接するキャビティ壁面により成形される部分で外部層を形成する。
可動の絞り弁のピンの使用は一般には、注入の各々の間に外部層材料の内側環状流動層中の相対的な割合を外側環状流動層に対して変化させることが有利である場合に適切なものである。可動の絞りピンは、何れかの層についての何れかの材料の流れを開始させ又は終了させるために用いられるものではない。成形品の上下両側の表面における外部層の相対厚みが、相互に固定された割合であってよい場合には、その実施例は非可動の絞り弁のピンを用いる。
図17、図18及び図19の拡大図においては、絞り弁ＴがロッドＲにより、ディスクのチャネルC1′,C2′がその他が開いていて内側層の流れを外側層の流れに対してバランスさせる中立位置と、内側層の流量を外側層の流量に対して低減させる降下位置（図18）と、内側層の流量を外側層の流量に対して増大させる上昇位置（図19）とに位置決めされることが示されている。
さて、絞りピンの位置調節機能を有する押出ノズル構造の末端又はゲート端部について見ると、図20に示された位置では絞り弁のピンが前述のようにして、キャビティへの環状流れを維持することが可能である。ゲート痕の高さを低減するために、図21においては絞り弁のピンＴ′の末端は、それがゲートＧのキャビティ側端部に接近するにつれて、Ｔ″においてさらに円錐形にテーパしている。ゲートの長さ、テーパ、及び直径に対するこの末端の形状は、単一材料の成形品についてゲート痕の高さを低減するために用いられるものと同じ性質のものである。なぜなら各サイクルの開始及び終了時においてゲート領域にある材料は、外部層の材料のみだからである。
しかしながら、PET（ポリエチレンテレフタレート）の如き幾つかの成形材料は、ゲートの流れが環状ではなく、円筒形であることを要求する。こうした材料に合わせて調節された図22の実施例においては、絞り弁のピンはノズル手段の端部において終端して、円筒形の流れがゲートＧのみを通って生じるようになっており、それによってコア（内部）層の先端に対する潜在的な不利な影響を最小限にしている。
高さがゼロであるゲート痕を生成するために、可動の絞り弁のピンは、単一材料の成形において高さがゼロであるゲート痕を生成するために用いられているのと同様の関係で、ゲート長、テーパ及び直径に対して形成された末端を有することができる。
さらにまた絞り弁は、所望ならばゲートからキャビティ内への領域においてゲート弁として作用するように調節することもでき、これが図23では開放位置に、図24では閉鎖位置に示されている。
本発明の新規な構成が、同様の又は異なる温度における使用に対して多大な融通性をもたらすに適したものであることを先に述べた。前述した図２に類似してはいるが図25に示すキャビティ内への押し出しにおいては、このシステムは水平方向に流れる環状の外側層及び内側層OL及びILが、キャビティ内への横方向反対向きへの分割に際して、例えばABSタイプのプラスチックについて華氏約500度（260℃）といった同じ溶融温度において、それらの内部に収容された環状コア（内部）層IAを含んで作用され、コア材料I'を被覆又は収容する外部層OL1及びIL1がキャビティを同じ温度で充填するものとして示されている。他方図26においては、このシステムは簡単に、前述した如き理由によって、プラスチック材料の性質と所望の成形効果に応じて何らかの所望とするバリエーションを得るために、例えば華氏400度（200℃）のより低温のコア材料I'を、例えば華氏500度（260℃）のより高温の外部層OL1及びIL1と共に押し出し成形するといったことを可能にする。
さて次は、図27（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）に連続して示されているように、内部コア層（例えばEVOH）について、金型キャビティ内部での環状押し出し材料の充填シーケンスを検分し、同心の環状プラスチックのストリームが絞り又は制限要素T'の両側へと分割され金型キャビティの両側へと注入されるに際して（比較的厚みのある外部層は例えばPETである）本発明の構成により達成可能な、著しく均一な分配を例証するのが順序である。図28（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）においては、同じ充填シーケンスが成型品内に最大量のコア材料I'（例えばポリカーボネート）を注入するについて示されており、これは図示の如き固定の絞り弁のピンT'を用いて達成され、環状の内側層と外側層IL及びOLの間に等しく分配された外部層の流れ（例えば再生ポリカーボネートプラスチック）が生成される。
本発明の調節可能な絞り構造の融通性は、さらに図29（ａ）−（ｄ）において例示されており、そこでは再度、成型品内の内部コア材料を最大量とするためのキャビティ充填シーケンスが示されているが、外側層の流れOLを環状の内側層ILよりも大きな流量で生ずるように調節された絞り弁が用いられて、成型品（図29（ｄ））のゲート側において内側層IL1よりも厚い外側層OL1を達成するようになっている。図30（ａ）−（ｄ）の動作は逆のものを生成し、層IL1は成型品（図30（ｄ））のゲート側の層OL1よりも厚い。図20に示された可動の絞りピンＲの位置は、図29の増大したOL及びOL1を生成する。図19に示された可動の絞りピンの位置は、図30の増大したIL及びIL1を生成する。固定の絞りピン、例えば図15のＴを用いた実施例については、OL1とIL1の相対的な厚みの差は、図13の結合手段のチャネルC1'及びC3'並びに図14及び図15のC1"の適切な相応の設計によって生成できる。
図31（ａ）−（ｄ）及び図32（ａ）−（ｄ）は、可動の絞り弁要素を用いたキャビティ充填シーケンスの同様な断面スケッチであり、それぞれ、成型品のゲート側及びゲートと反対側のそれぞれへとより多くのコア（内部）層I'を注入するについて、内側環状層の流れと外側環状層の流れを増大させることを示している。
OL,IL及びILの相対流量の調節は、各々の押出時に行われる。コア層及び被覆層の相対容積及び流量はS1及びS2によって行われ、これに対し被覆層相互の間での相対流量は、例えば図17で可動絞りＲを調節することによって制御される。押出の各々の間に、S1,S2及びＲはコア層I'を生成するように制御されるが、これは流線に添って流れる先端LE1を有するものであり、この流線はLE1が被覆層の流頭FFを突き破ることを
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FFがゲートＧからさらに離れるようキャビティ内へと進行した後に、コア層IAの流れの速さは被覆層OL及びILの流れに対して増大され、OLとILの相対流量は、コアの先端LE2がキャビティの最大速度流線に沿って生成されるように、Ｒの中立位置により近くなるよう調節される。LE1よりも速い速度で流動するLE2は、押出の間のS1,S2及びＲの調節のタイミングに応じて、LE1よりも浅く、又は同程度に、或いはより深くキャビティ内へと貫通する。
可動の絞りピンは、LE2の生成に先立ってLE1が生成されることを可能にし、かくして各押出サイクルにコア先端を１つしか生成することのできない従来技術の場合よりも、より多くの容積のコア層をキャビティ内へと注入することができる。
本発明の絞られた環状チャネル流れと従来技術の円筒形チャネルのそれぞれについての、図33及び図34の流れの割合と速度分布のプロットを比較すると、本発明により達成される著しい改良特性が視覚的に例証される。
図33は、グラフではそれぞれ水平軸上の−50％及び＋50％で表された、絞り弁のピンにより形成されるチャネルと押出手段本体の円筒形壁面の間の、環状流れにおける
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流れの平均直径は、水平軸上で"0"として表されている。速度分布と流れの割合は、非ニュートン流体についてのPower Lwモデル（J.S.Brydson,Flow Properties of Polymer Melts第２版、George Godwin Limited in association with the Plastics and Rubber Institute）に基づいている。
図13その他に示されている結合手段内のチャネルC1',C2'その他の設計と構成が、内側環状層と外側環状層について完全に環状の流れを生成するのであれば、コア先端の流線は中央にきて流れの平均直径に乗り、従って結合された環状流れ
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等しい速度Vmを有することになる。
実際の設備構成と作動においては、内側及び外側の環状層の環状分布は完全ではなく、チャネルの製造における通常の公差、処理温度分布及びプラスチックの溶融特性の変動といったものの中で、10％程度の分布不良は予期されないものではない。こうした分布不良の影響は図４に示されており、そこではコアの環状層LAが環状チャネルの平均直径から外れて偏っている。図33の３つの流線IA1,IA2及びIA3は、図４にIA1,IA2及びIL3として示された３点でのコア環状層に対応している。コア先端のこれらの点の間における最大の速度差は、流線IA1とIA2の間におけるものである。この先端におけるテーパは、次の式によって計算されることを示すことができる。
Δ１＝ΔＶ×Ｌ
式中、Δ１＝先端のテーパ
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Ｌ＝結合流れの合計長さ
上述した分布不良についてこれは、
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Ｌ＝図11に示した例について75mm
従って図11に示した如く、
Δ１＝6mmである。
前述したように現実的には完全な環状流れは可能でなないから、コア層が流れの平均直径から外れて偏っている図６に示す如き10％の分布不良の影響の結果、図６及び図34のIA'1及びIA'3に相当する、コア先端が高速及び低速となった流れが生ずる。先の計算を用いると、結合領域とゲートのキャビティ側の間の円筒形チャネルの流さが75mmである場合、先端の高速と低速の間の差
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は、図12に示すようにキャビティ内に39.8mmのテーパを生成する。この数値は、殆どの用途において受け入れ可能な最小限度のテーパよりも約10倍も大きい。
明らかに、従来技術では結合流の長さを短くするために、金型キャビティの冷却を犠牲にすることが必要であった。図11に示した如き同じ6mmのテーパを達成するためには、分布不良が10％であるものについて従来技術では、流れの長さを約11mmにしなければならない。この長さは、大体既存の成形システムで用いられているものである。
6mmという先端テーパは、PET容器の予備成型品のガスバリア層として用いられるコア層について、大体受け入れ可能な最大値である。従って、結合手段の下流側では、結合領域とキャビティに通ずるゲートとの間に、75mm迄の長さの環状結合流れが許される。このことは、金型のゲート領域の周囲に通常の量の金型冷却をもたらすことを可能にする。
図34は、従来技術において結合領域とキャビティに通ずるゲートとの間に用いられている、円形の流れチャネルの速度分布及び容積割合である。流れチャネルの壁面は、水平軸上で−100％及び＋100％で表されている。流れの平均直径、即ち流動容積の50％がこの直径の内側を流動し、50％がこの直径とチャネル壁面の間を流れるものは、図５及び図34でIA'として示されている。コア層IA'が間を流れ、図５の内側円筒形層IL'が外側環状層OL'と同じ容積流量を有する流れについて、コア層の先端は流れの平均直径の流線に沿って流れる。結合手段により生成される流れが完全に環状であるならば、先端がゲートから出てキャビティに入った場合、コア先端には何のテーパもない。
【図３】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図２０】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２６】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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