(57)【要約】【課題】その浸潤部本体が溶融材流の膨張に好都合な構造の、溶融ポリマーを浸潤する装置を提供すること。【解決手段】装置１には、溶融ポリマー２を浸潤する流体７が供給される。流体は、膨張剤又は添加物であり得る。膨張剤による浸潤は、特に、射出成形機を用いた発泡成形部品を製造するために実施する。浸潤部本体１０は、溶融材チャネル５０と、流体を供給するチャネル・システム７０とを備える。このシステム中を流れる流体は、溶融材チャネル中を流れる溶融材流２’からガス透過性材、特に、焼結金属５’によって隔てられる。浸潤部本体は、例えば１個のガス透過性材片から母材を除去して作られた複数の溶融材チャネルをそれぞれ備える。各溶融材チャネルは、入口と出口５０ａ、５０ｂの間の内面に浸潤を可能にする開口細孔を有する。溶融材チャネルは、溶融材流中に拡散した流体をよりよく分布させるために、スタティック・ミキサを内蔵し得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に射出成形機を用いて金型成形部品を製造する目的のために膨張剤又は添加物として用いられる流体（７）を溶融ポリマー（２）に浸潤するための装置（１）において、浸潤部本体（１０）が、溶融材チャネル（５０）、及び流体を送り込むチャネル・システム（７０）を備え、前記システムに導入された前記流体が、前記溶融材チャネルに導入された溶融材流（２’）からガス透過性材料（５’）、特に焼結金属によって隔てられている装置であって、前記浸潤部本体は複数の溶融材チャネル備え、その溶融材チャネルは、入口と出口（５０ａ、５０ｂ）との間の内面に浸潤を可能にする開口細孔を有するようにガス透過性材料から製造され、前記溶融材チャネルはそれぞれ、特に、一片のガス透過性材から母材を除去することによって製造され、又は、前記浸潤部本体は、必要な場合でも、母材の除去は仕上げ機械加工の場合のみに必要である成形プロセスによって製造され、前記溶融材チャネルは、前記溶融材流中に拡散された前記液体をよりよく分布させるためのスタティック・ミキサを内蔵することができることを特徴とする装置（１）。
【請求項２】
前記溶融材チャネル（５０）が、溶融材分配部及び収集部を介して前記入口及び出口領域で互いに接続され、それにより並列接続を形成し、前記浸潤部本体（１０）が、蓋（１１）、基部（１２）、及び包被（１３）で組み立てられた筐体中に配置され、前記蓋の中、前記基部の中、及び／又は前記浸潤部本体位置での案内構造（１１３）の形状が、流れに好ましくなるように、即ち溶融材流中に停滞領域が生じるのを回避するように溶融材を分配し収集することを目的として作られていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
全ての溶融材チャネル（５０）が、特に流体を送り込む前記チャネル・システム（７０）について、形状及び配置に関してほぼ同一又は同等に形成され、その結果、質量に関する比で最大１０％、好ましくは１％のばらつき内で同量の流体（７）が前記溶融材流（２’）によって取り込まれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記浸潤部本体（１０）の表面に開口細孔を開けるとき、特に前記チャネルの内面に開口細孔を開けるとき、放電加工によって材料の除去を行い、少なくとも部分的な細孔の閉塞を、切削機械加工によって選択箇所に行うことがあり、より確実に封止するため、また必要なら硬化のためにコーティングを更に施すことがあることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記浸潤部本体（１０）が、複数のセグメント（５）で組み立てられ、各セグメントが少なくとも１つの溶融材チャネル（５０）、好ましくは複数の溶融材チャネルを備えることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
全て、又は複数の前記セグメント（５）が、全く同じように形成され、前記セグメントは、円柱状又は角柱状であり、前記セグメントの断面は、好ましくは、円形又は６角形であり、或いは、扇形、特に扇形の先端を削除した鈍頭扇形の形状を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも大部分の前記セグメント（５）が、連通接続部（７２）によって送り込まれた流体のための前記チャネル・システム（７０）の一部を形成する空洞（７１）を有し、前記空洞は、好ましくは、チャネル状の形状をし、前記溶融材チャネル（５０）に平行になるように構成されており、好ましくは、セグメント間に間隙が存在し、前記間隙は、流体を送り込むための前記チャネル・システムの少なくとも一部を形成し、前記間隙は、間隙保持要素（８）によって間隔が保たれ、前記間隙保持要素が、特に、前記浸潤部本体（１０）の機械的補強用の支持要素としても用いられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記浸潤部本体（１０）は、前記溶融材流（２’）の流れ方向に中心軸を有し、前記セグメント（５）は、規則正しく、特に、前記中心軸周りに対称である配置を形成することを特徴とする請求項５から７までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記セグメントは、中心部の周りに配置され、前記中心部は、充填体、又は圧縮作動ガスで作動することができるニードル遮断ノズル用駆動部であり、前記作動用ガスとしては、特に、前記溶融ポリマーの浸潤用と同じ流体を使用することができることを特徴とする請求項５から８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
発泡ポリマー物体が、押出し、又は射出成形機で成形部品として製造され、前記流体は物理的膨張剤、特にガス、好ましくはＣＯ２、Ｎ２、空気、希ガス、水蒸気、又はこれらガスの少なくとも２つの混合物であり、又は、前記流体は添加物、即ち、染料、薬剤、例えばブロッキング防止添加物などの加工助剤、防火手段、又は金型成形用組成物と反応する架橋剤であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の序文に従って、膨張剤又は添加物として供給される流体を溶融ポリマーに浸潤する装置に関する。本発明はまた、その装置を、特に、押出しによる、又は射出成形機で金型成形される部品としての発泡ポリマー物体の製造へ使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
それを用いて金型成形発泡ポリマー部品を製造することができる射出成形方法及びそれに対応する装置が、ＤＥ−Ａ−１９８  ５３  ０２１に記載されている。従来の射出成形機械を備え、ガス計量システムを用いて物理的膨張剤（例えば窒素、二酸化炭素、水）を溶融ポリマー中に導入するのに使用することができる装置が開示されている。記載された実施例によれば、膨張剤は、環状間隙通路の内面で、その通路中を流れる溶融材流と接触させられ、その結果、膨張剤をポリマーに拡散させることにより浸潤させることができる。環状間隙通路は、広い境界面に亘る膨張剤の均質な気体導入がその壁を通して可能になる多孔質焼結金属製の２つの中空円筒によって形成されている。焼結金属から製造されたこの種の装置を、以下、浸潤部本体と呼ぶ。
【０００３】
公知の装置の２つの中空円筒を備える浸潤部本体は、この装置のために使用する必要がある容積が比較的大きくなる欠点がある。浸潤する溶融ポリマーの流れが、係数Ｓ（「スケール・アップ」）で膨張させられる場合、浸潤部本体の直径は基本的にＳに対して線形に増加する。他方、体積はＳの平方で増加する。（この構成では、環状間隙チャネルの長さは一定に保たれている。）体積はそれほど著しく増加しないことが好ましく、可能であれば、係数Ｓに単に線形であることが好ましい。言い換えれば、装置の浸潤能力は、可能な限り浸潤部本体の容積に比例すべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、その浸潤部本体が溶融材流の膨張に関して好都合な構造である、溶融ポリマーを浸潤する装置を製造することである。同時に、浸潤部本体が使用しなければならない容積を可能な限り小さくし、膨張させられる溶融材流に応じて浸潤能力が増加すべきである。この目的は、請求項１に記載の装置によって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
装置には、溶融ポリマーに浸潤する流体が供給される。流体は、膨張剤又は添加物であり得る。膨張剤による浸潤は、特に発泡成形部品を製造する目的のために実施される。浸潤部本体は、溶融材チャネル、及び流体を供給するためのチャネル・システムを備える。このシステムに供給される流体は、溶融材チャネル中を移送される溶融材流からガス透過性材、特に焼結金属によって隔てられている。浸潤部本体は、例えば均質なガス透過性材片をくり抜いてそれぞれ作られた複数の溶融材チャネルを備える。各溶融材チャネルは、入口と出口の間の内面に浸潤を容易にする開口細孔を有する。溶融材チャネルは、溶融材流中に拡散された流体をよりよく分布させるために、スタティック・ミキサを内蔵することができる。
【０００６】
溶融材チャネルは、その長さは断面形状及び浸潤プロセスと関連して設定するべきであるが、浸潤能力が浸潤部本体の容積に比例するように浸潤部本体内に分布させることができ、それにより上記の目的を満足する。下記の実施例は、少なくとも近似的にこの比例特性を示す。
【０００７】
従属請求項２から９までは、本発明による装置の有利な実施例に関する。この装置の使用が請求項１０の主題である。
【０００８】
本発明が、図面の援けを得て下記で説明される。
【実施例】
【０００９】
図１に概略的に示された、溶融材流２’を浸潤するための装置１が、当初粒状のポリマーをスクリュー・シリンダによって加熱している間に可塑化し、その結果、溶融材流２’の形態にする可塑化装置２０に配置されている。溶融材流２’が、浸潤部本体１０中で流体７を取り込んだ後、浸潤流２’’はスタティック・ミキサを内蔵し得る中間部片３を通って、遮断器４に入る。この遮断器は、有利には、図２に示されたニードル遮断ノズル４である。ニードル・バルブ４のニードル４２は、液圧又は空気圧作動媒体によって閉鎖位置に保持され、この流体作動媒体は、例えば圧縮超臨界ガスである。同じ流体ガス７を、溶融ポリマーの浸潤に関する流体作動媒体に用いることができる。溶融材流２’の圧力が、流体作動媒体によって決定される最大圧力を超えると、浸潤された溶融材２’’が、遮断器４の先端４０から漏出する。先端４０は、図示されていないが、例えば発泡成形部品を製造することができる射出成形機に接続されている。
【００１０】
装置１の浸潤部本体１０中で溶融流２’に浸潤される流体７は、膨張剤又は添加物である。添加物の例としては、染料、薬剤、例えばブロッキング防止添加物などの加工助剤、防火剤、金型成形用材料と反応する架橋剤がある。添加物は、接続部１７を通って装置１中へ供給され、そこで流体を送り込むためのチャネル・システムに分配される。浸潤部本体１０は、蓋１１、基部１２、及びケーシング１３で構成される筐体内に配置されている。浸潤部本体１０は、公知の装置１内に環状間隙形状の溶融材チャネルを有し、更に、言及されたチャネル・システムを有する。このシステムのチャネルは、溶融材チャネルからガス透過性材、即ち焼結金属によって隔てられている。
【００１１】
図２に示された遮断器４は、ニードル・バルブ４２をバルブ座４２ａに押し付けてノズル４１を閉鎖する液圧式又は空気式ニードル駆動部４ａを備える。流体作動媒体は、閉鎖圧力を流路などの接続部４６ａを介して、ピストン４４に掛ける。ピストン４４は、シリンダ４５内を前後に動くことができ、ロッド４３を介してバルブ・ニードル４２にしっかり固定されている。流体作動媒体は、閉鎖移動中、第２の接続通路４６ｂを通ってシリンダ４５から排出される。シール４７が、溶融ポリマー２’’がシリンダに入るのを防止する。溶融材が所望の圧力より高くなると、遮断器４が受動的に開き、それにより、圧力の解放を可能にする。（接続通路４６ｂによって圧力を掛け、接続部４６ａを介して圧力を解放すると、能動的に開くことも可能である。）
【００１２】
本発明によれば、浸潤部本体１０は複数の溶融材チャネルを有する。複数の溶融材チャネルは、ガス透過性材料の均質部片から例えばそれぞれ母材を除去することによって製造される。材料の除去は、特に、放電加工によって行われ、その結果、各溶融材チャネルは、入口と出口との間の内面に開口細孔を有する。これら開口細孔は、ガス透過性材料のこれら細孔に圧入された流体７により、溶融材流２’の浸潤を容易にする。多孔質浸潤部本体１０は、例えばチャネルを内蔵する素地に対して金属粉末を押し固め、最終的に焼結し、必要ならば仕上げ加工をすることによって、実質的に材料を除去することのない成形方法によって製造することもできる。溶融材チャネルは、溶融材流２’に取り込まれた流体の分布を改善できるスタティック・ミキサを内蔵することもできる。
【００１３】
全ての溶融材チャネルは、形状及び配置に関して殆ど同等又は同一になるように形成されるが、特に流体を送り込むチャネル・システムの配置に関してそうであり、それにより、各溶融材チャネル中の溶融材流２’に取り込まれる流体７は、ばらつきが質量に関する比で最大１０％、特に好ましくは１％以内になるようにする。これが、例えば、図３及び図４に示すように浸潤部本体１０に適用される。全ての溶融材チャネルが同等な設計であれば、装置１の浸潤能力は、溶融材チャネルの数に実質的に比例し、したがって、その分布の仕方が同じであれば、浸潤部本体の容積にも比例する。記載の実施例では、溶融材チャネルの分布の仕方は同一である。
【００１４】
図３は、本発明による浸潤部本体１０の断面を示し、浸潤部本体１０は複数のセグメント５から構成されている。各セグメント５は、ガス透過性材５’から形成された管であり、その内腔は溶融材チャネル５０としての機能を有する空洞を形成する。内腔はスタティック・ミキサ６を内蔵する。セグメント５は、筐体ケーシング１３内に、場所を取らないように配置されている。各セグメント５の間には、間隙が存在する。それら間隙が、流体７を送り込むための、チャネル・システム７０の一部を形成する。間隔保持要素８によって、間隙の間隔が保持され、これら要素は更に、浸潤部本体１０を機械的に補強する支持要素としても使用することができる。図示の例では、間隔保持要素８は、受け金様に成形され、各ケースにおいて、１枚の細長い金属片を成形することによって製造される。図４の側面図は、単一のそのような間隔保持要素８を示す。複数のそのような要素８が使用され、個々の要素８は、有利には、様々な向きに配置される。図３から分かるように、可能な向きが６つある。間隔保持要素８がチャネルの方向に互いに近接して配置されると、セグメント５に最大の支持効果を与えるが、そのガス透過性材５’は機械的に極めて安定しているという訳ではない。何かまずいことがあって流体の圧力が急激に低下すると、支持されていないセグメント５にクラックが入り得る。
【００１５】
図５は、浸潤部本体１０のある特定の実施例のセグメント５を示す。図６は、断面で示された蓋１１及びケーシング１３を含むチャネル入口部分の一領域と共に、同じセグメント５の長手方向断面（図５の線ＶＩ−ＶＩに沿う断面）を示す。様々な種類のチャネルがある。即ち、ａ）中央のチャネル形空洞７１、即ち管状セグメント５の内腔、ｂ）ガス透過性材５’を備える管壁内の溶融材チャネル５０、及び、ｃ）接続チャネル７２である。中央空洞７１及び接続チャネル７２は、流体７を送り込むためのチャネル・システム７０の一部である。円形断面を有する溶融材チャネル５０はそれぞれ、１つの入口断面５０ａを１つの出口断面５０ｂに接続する。チャネル５０は、中央空洞７１の軸に対して僅かに傾いており、入口断面５０ａの領域で接続チャネル７２に対する間隔を空けるために、なおさらそうなっている。この場合、溶融材チャネル５０にスタティック・ミキサは配置されていない。溶融材チャネル５０を、その軸に平行に一方向に並べることもできる。この場合、中央空洞７１の、別のチャネル・システム７０への接続部を、図６の一点鎖線７２’によって示すように、蓋１１中に設けるのが有利である。
【００１６】
溶融材チャネル５０は、入口及び出口領域において溶融材分配部及び収集部を介して互いに接続され、それにより、並列接続を形成する。蓋１１は、２つの層１１１及び１１２からなり（基部１２も同様である）、それによって、溶融材流２’の分配（基部１２中では収集）を目的とする案内構造１１３が、これら層１１１、１１２中に作り込まれる。案内構造１１３の形状は、溶融材流２’中に滞流域が形成されないように、流れに好ましく作られる。溶融材チャネル５０’の入口及び出口領域は、流れに好ましい形になるように、例えば漏斗形にすることもできる（図示せず）。
【００１７】
浸潤部本体１０の表面に開口細孔を開けるとき、特に溶融材チャネル５０の内面に開口細孔を開けるとき、有利には、放電加工によって材料の除去が実施される。少なくとも部分的な細孔の閉塞を、切削機械加工によって、選択箇所に行うことがある。このような場合、より確実に封止し、また必要なら硬化する目的で更にコーティングを施すことができる。この種の処理は、蓋１１又は基部１２に接触するセグメント５の両端壁で有利であり得る。接続チャネル７２は、これらチャネル７２が開口細孔を有する必要はないので、切削穴開け加工によって加工してもよい。
【００１８】
全て、又は複数のセグメント５は、同一に形成される。セグメント５は、円柱状又は角柱状であり、セグメント５の断面は、好ましくは、円形又は６角形である。浸潤部本体１０の別の実施例が図７に示されており、そこでは、６角形セグメント５が、規則正しく対称なハニカム構造配置を形成している。溶融材チャネル５０を１つだけもつ小さな断面を有するセグメント５＊は、浸潤部本体１０の、ハニカム構造では充填できない包被１３位置での外側領域の間隙を充填する。スリット状断面を有する３つの溶融材チャネル５０が、６角形セグメント５内で、連通接続部（図示せず）によって送り込まれた流体用のチャネル・システム７０の一部を形成する中央空洞７１’の周りにそれぞれ配置されている。他方、この空洞７１’は、チャネル状の形をしており、溶融材チャネル５０に平行に配置されている。諸セグメント５、５＊間のスリット状間隙は、流体を供給するチャネル・システム７０の別の一部を形成するが、図３の実施例のように、間隔保持要素８（図７には示さず）によって間隙を保たれている。
【００１９】
図３及び７の浸潤部本体１０は、溶融材２’の流れ方向に中心軸を示す。セグメント５は、この中心軸に対して規則正しい対称な配列を形成する。セグメント５は、特に、ある中心部分の周りに配置される。この中心部分は、セグメント５、充填体、又はニードル遮断ノズル４用の駆動部４ａ（図２参照）であり得る。
【００２０】
セグメント５の断面は、扇形の形状、特に扇形の先端を削除した鈍頭扇形を有してもよい（図８参照）。扇形先端を削除した場所には、別の中心部分、例えばニードル遮断バルブ４を設けることができる。蛇行状に繋がったガス透過性材５’の壁部分、及びその壁部分の間にできた通路がセグメント５を形成している。通路は、流体７を送り込むためのチャネル・システム７０の一部である。溶融材チャネル５０は、溶融材チャネル５０がほぼ等間隔に鎖状に連なった形に、一定方向に配置されている。図８に示すセグメント５が３個一緒になって、浸潤部本体１０を形成する。セグメントの数は、当然、２個であっても、また、３個より多くてもよい。極端な場合には、浸潤部本体１０は、１つの部品だけからなる一体構造でもよい。
【００２１】
本発明による装置１の好ましい使用は、溶融ポリマー２に流体７のような物理的膨張剤を浸潤することであり、即ち、射出成形機で発泡成形部品を製造する（図１参照）ことである。別の使用では、流体７は別の目的、例えばポリマー２を着色するために使用される添加物である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】可塑化装置の先端に配置された、溶融ポリマーを浸潤するための装置の概略図である。
【図２】液圧式又は空気式ニードル駆動部を有するニードル遮断ノズルの図である。
【図３】７個のセグメントで構成された、本発明による浸潤部本体の断面図である。
【図４】図３の浸潤部本体の部分側面図である。
【図５】浸潤部本体のある特定の実施例のセグメントの図である。
【図６】図５のセグメントのチャネル入口領域の長手方向断面図である。
【図７】浸潤部本体の別の実施例の図である。
【図８】形状が扇形であるさらに別のセグメントの断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  装置
２  溶融ポリマー
２’  溶融材流
２’’  浸潤流
３  中間部片
４  ニードル遮断ノズル
４ａ  ニードル駆動部
５  セグメント
５＊  セグメント
５’  ガス透過性材
６  スタティック・ミキサ
７  流体
８  間隔保持要素
１０  浸潤部本体
１１  蓋
１２  基部
１３  包被、ケーシング
１７  接続部
２０  可塑化装置
４０  先端
４１  ノズル
４２  ニードル
４２  ニードル・バルブ
４２ａ  バルブ座
４３  ロッド
４４  ピストン
４５  シリンダ
４６ａ  接続部
４６ｂ  接続通路
４７  シール
５０  溶融材チャネル
５０ａ  入口
５０ｂ  出口
７０  チャネル・システム
７１  中央空洞
７１’  中央空洞
７２  接続チャネル
７２’  一点鎖線
１１１  層
１１２  層
１１３  案内構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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