(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
第１セクションと第２セクションと温度遷移セクションとを有するバレルであって、前記第１セクションは、ノズルを経由してモールドと関連付けられる端部を有し、前記第２セクションは、材料を前記バレル内に充填するように構成されるホッパに連結され、前記温度遷移セクションは、前記第１セクションと前記第２セクションとの間に存在するものと、
そのバレル内に配置されるとともにそのバレルに対して相対的に正逆両方向に回転可能である押出スクリューと、
前記バレル内の前記材料を加熱するために前記バレルの前記第１セクションと関連付けられる１または複数のヒータと
を含み、
当該装置は、前記押出スクリューを前記バレル内において、かつ、そのバレルに対して相対的に軸方向に第１位置と第２位置との間を移動させるように構成され、
前記第１位置においては、前記押出スクリューが、前記ノズルから離間してそのノズルが開口する状態で、前記バレルに対して軸方向に固定されるとともに、前記バレルに対し、前記加熱された材料を前記ノズルを通過して前記モールド内へ連続的に押し出す押出回転方向に回転し、
前記第２位置においては、前記押出スクリューの先端部が前記ノズル内に収容され、それにより、前記ノズルをシールし、
当該装置は、前記モールドが充填されると、前記押出スクリューを、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を停止させるという目的とのために逆回転させつつ、前記ノズルをシールするために、前記軸方向に前記第１位置から前記第２位置に移動させるように構成され、
当該装置は、前記押出スクリューを、前記押出回転方向に回転させつつ、前記ノズルを開口させるために、前記軸方向に前記第２位置から前記第１位置に移動させるように構成され、
当該装置は、前記加熱された材料が前記モールドへ押し出されるときに、前記モールド内の圧力と同じ高さとそれより１０％高い高さとの間の範囲内にある前記バレルの内圧のもとに作動する装置。
【請求項２】
前記押出スクリューは、伝導性(conductive、熱伝導性）を有する材料であって、銅、銅合金、真鍮、黄銅合金(brass alloy)、炭素鋼およびステンレス鋼であって、それら材料のうちのいずれかはクロムまたは他の特殊めっきで処理されてもよいものより成るグループから選択される請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バレルまたは前記押出スクリューは、誘導加熱のための磁性材料の一部を含む請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ホッパは、冷却流体を循環させるように構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記バレルの前記温度遷移セクションは、前記材料が、前記バレルのうちの加熱領域内の材料を前記モールド内に移動させるためのシール領域を形成することを可能にする長さを有する請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記押出スクリューおよび前記バレルは、それぞれ段付き状を成す外径部および内径部を有する請求項１ないし５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記材料は、主に(primalily、実質的に）前記１または複数のヒータによって加熱される請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
各々、請求項１ないし７のいずれかに記載されている複数の装置を含む装置体であって、
当該装置体は、１つのモールド・キャビティを、複数のゲートから前記１つのモールド・キャビティに向けて充填するように構成されているか、または１つのモールド内において複数のモールド・キャビティを充填するように構成されている装置体。
【請求項９】
前記複数の装置の各々は、目標圧力が達成されると、材料の流れを停止させるように他の装置から独立して制御される請求項８に記載の装置体。
【請求項１０】
前記複数の装置の各々は、それぞれの圧力データを、対応するコントローラに提供する請求項８または９に記載の装置体。
【請求項１１】
押出充填式(extrude-to-fill、スクリューの押出によってモールド内への材料充填を行う方式）の射出成形装置であって、
ノズルを経由してモールドに関連付けられる端部を有するバレルと、
そのバレルに関連付けられるとともにそのバレル内に材料を充填するように構成されるホッパと、
前記材料を加熱するために、前記ホッパから距離を隔てた位置において、前記バレルに関連付けられる１または複数のヒータと、
前記バレル内に収容されるとともに、そのバレルに対して時計回りおよび反時計回りに相対的に回転するように構成される押出スクリューと
を含み、
その押出スクリューは、前記バレル内において、かつ、そのバレルに対して相対的に軸方向に第１位置と第２位置との間を移動することが可能であり、
前記第１位置においては、前記押出スクリューが、前記ノズルから離間してそのノズルが開口する状態で、前記バレルに対して軸方向に固定されるとともに、前記バレルに対し、前記加熱された材料を前記ノズルを通過して前記モールド内へ押し出す押出回転方向に回転し、
前記第２位置においては、前記押出スクリューの先端部が前記ノズル内に収容され、それにより、前記ノズルをシールし、
前記押出スクリューは、前記モールドが充填されると、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を停止させるという目的とのために逆回転しつつ、前記ノズルをシールするために、前記軸方向に前記第１位置から前記第２位置に移動することが可能であり、
前記押出スクリューは、前記押出回転方向に回転しつつ、前記ノズルを開口させるために、前記軸方向に前記第２位置から前記第１位置に移動させるように構成され、
当該射出成形装置は、前記加熱された材料が前記モールド内へ押し出されるときに、前記モールド内の圧力と同じ高さとそれより１０％高い高さとの間の範囲内にある前記バレルの内圧のもとに作動する射出成形装置。
【請求項１２】
前記押出スクリューは、自身の長さ方向に沿って一定である谷径を有する請求項１１に記載の射出成形装置。
【請求項１３】
前記押出スクリューは、一定のフライト高さを有する請求項１１または１２に記載の射出成形装置。
【請求項１４】
前記押出スクリューは、前記ノズルの近傍において材料を混合させるように構成されたジトメトリを有する第１部分と、前記ホッパから材料を供給するように構成されたジトメトリを有する第２部分とを含む請求項１１ないし１３のいずれかに記載の射出成形装置。
【請求項１５】
前記押出スクリューは、第１フライト高さを有する第１部分と、その第１部分より大きな第２フライト高さを有する第２部分とを含み、前記第１部分は、溶融した材料を前記モールド内に流入させるために、前記バレルと関連付けられる前記ノズルに適合する端部を有する請求項１１または１２に記載の射出成形装置。
【請求項１６】
前記第１部分は、溶融材料を前記材料を押し込むように構成されており、前記第２部分は、前記材料を供給するとともに混合させるように構成されており、前記第２部分は、前記第１部分より前記ホッパに近い位置に存在する請求項１５に記載の射出成形装置。
【請求項１７】
前記押出スクリューと前記バレルとの間の空隙は、スクリュー回転によって前記材料内に発生するせん断熱を減少させるために十分な大きさである請求項１１ないし１６のいずれかに記載の射出成形装置。
【請求項１８】
各々、請求項１１ないし１７のいずれかに記載されている複数の射出成形装置を含む装置体であって、
当該装置体は、１つのモールド・キャビティを、複数のゲートから前記１つのモールド・キャビティに向けて充填するように構成されているか、または１つのモールド内において複数のモールド・キャビティを充填するように構成されている装置体。
【請求項１９】
前記複数の射出成形装置の各々は、目標圧力が達成されると、材料の流れを停止させるように他の射出成形装置から独立して制御される請求項１８に記載の装置体。
【請求項２０】
前記複数の射出成形装置の各々は、それぞれの圧力データを、対応するコントローラに提供する請求項１８または１９に記載の装置体。
【請求項２１】
装置であって、
中空である押出スクリューであって、当該押出スクリュー内にヒータを収容するように構成されるものと、
その押出スクリューの外側に存在するバレルであって、ノズルを経由してモールドと関連付けられる一端部を有するものと、
そのバレルの他端部に連結されるとともに材料を前記バレル内に供給するように構成されるホッパと、
前記材料を加熱するために、前記ホッパから距離を隔てた位置において、前記バレルの外側に配置される１または複数のヒータと
を含み、
前記押出スクリューは、前記バレル内において、かつ、そのバレルに対して相対的に軸方向に第１位置と第２位置との間を移動することが可能であり、
前記第１位置においては、前記押出スクリューが、前記ノズルから離間してそのノズルが開口する状態で、前記バレルに対して軸方向に固定されるとともに、前記バレルに対し、前記加熱された材料を前記ノズルを通過して前記モールド内へ押し出す押出回転方向に回転し、
前記第２位置においては、前記押出スクリューの先端部が前記ノズル内に収容され、それにより、前記ノズルをシールし、
前記押出スクリューは、前記モールドが充填されると、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を停止させるという目的とのために逆回転しつつ、前記ノズルをシールするために、前記軸方向に前記第１位置から前記第２位置に移動することが可能であり、
前記押出スクリューは、前記押出回転方向に回転しつつ、前記ノズルを開口させるために、前記軸方向に前記第２位置から前記第１位置に移動させるように構成され、
当該装置は、前記加熱された材料が前記モールド内へ押し出されるときに、前記モールド内の圧力と同じ高さとそれより１０％高い高さとの間の範囲内にある前記バレルの内圧のもとに作動する装置。
【請求項２２】
部品を製造する方法であって、
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を起動させる工程と、
押出スクリューを前記バレルに対して第１位置に位置決めする工程であって、その第１位置においては、当該押出スクリューが、前記バレルに関連付けられるノズルから離間するものと、
前記押出スクリューを、前記第１位置にある間、モールドが充填されるまで、そのモールド内に前記材料を前記ノズルを通過して押し出す押出回転方向に回転させる(rotate、正回転させる）工程であって、前記押出スクリューは、前記材料を前記ノズルを通過して前記モールド内に押し込む間、前記第１位置から軸方向に移動することが制限されるものと、
前記押出スクリューを軸方向に前記第１位置から第２位置に移動させる工程であって、その第２位置においては、前記押出スクリューが、それのスクリュー・チップを前記ノズル内に移動させて接触させることにより、前記ノズルをシールし、その際に、当該押出スクリューを、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を停止させるという目的とのために逆回転させる工程と、
前記押出スクリューを、前記押出回転方向に回転させつつ、前記ノズルを開口させるために、軸方向に前記第２位置から前記第１位置に移動させる工程と、
前記バレルの内圧を、前記加熱された材料が前記モールド内に押し出されるときに、前記モールド内の圧力と同じ高さとそれより１０％高い高さとの間に保持する工程と
を含む方法。
【請求項２３】
前記材料は、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、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)より成るグループから選択される請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【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、米国特許法第１１９条（ｅ）項に従い、米国仮特許出願第６２／０８７，４１４号の優先権の利益を主張しており、その出願は、２０１４年１２月４日に出願され、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」であり、本特許出願は、さらに、米国仮特許出願第６２／０８７，４４９号の優先権の利益を主張しており、その出願は、２０１４年１２月４日に出願され、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）」であり、本特許出願は、さらに、米国仮特許出願第６２／０８７，４８０号の優先権の利益を主張しており、その出願は、２０１４年１２月４日に出願され、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】
この書類の開示事項は、概略的には、射出成形システムに向けられている。より具体的には、この書類の開示事項は、射出成形システムおよび部品製造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と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成形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を経由して前記成形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、前記成形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、複数本の静止プラテン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(clamping cylinder、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ことが必要である。前記従来の射出成形システムは、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）、肉厚の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の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．フィッツパトリック（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、前記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が手動パージ操作（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】
さらに、本発明に係る射出成形システムのいくつかの課題を解決する必要性が依存として存在し、その課題は、高効率を有する自動化システムであって様々な用途について自由度を向上させるかもしれないものを開発するというものである。
【発明の概要】
【００１３】
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）の射出成形装置、射出成形機または射出成形システムと称されるかもしれない射出成形システムが提供される。一具体例においては、当該射出成形装置が、第１セクションと第２セクションと温度が遷移する温度遷移セクションとを有するバレルを有してもよく、前記第１セクションは、ノズルまたはゲート・インサート(gate insert、モールド内に別部品として組み込まれるゲートなど）を経由してモールドと連結される端部を有しており、前記第２セクションは、材料を前記バレル内に充填するように構成されるホッパに連結されており、前記温度遷移セクションは、前記第１セクションと前記第２セクションとの間に存在する。当該装置は、前記バレル内に押出スクリューを有してもよい。当該装置は、さらに、前記バレル内の前記材料を加熱するために前記バレルの前記第１セクションの外側に配置される１または複数のヒータを有してもよく、ここに、前記ホッパは、冷却流体を循環させるように構成される。
【００１４】
一具体例においては、押出充填式の射出成形装置が、押出スクリューを有してもよく、その押出スクリューは、内側が中空であるとともに、前記押出スクリュー内にヒータを収容するように構成される。当該装置は、さらに、前記押出スクリューの外側にバレルを有してもよい。一端部を有するそのバレルは、ノズルまたはゲート・インサートを経由してモールドと連結される。当該装置は、さらに、前記バレルの他端部に連結されるとともに前記バレル内に材料を供給するように構成されるホッパを有してもよく、そのホッパは、冷却流体を循環させるように構成される。当該装置は、さらに、前記押出スクリューが溶融材料を前記ノズルの開口部を通過して前記モールド内へ押し込む（pump）ように前記材料を加熱するために、前記ホッパから距離を隔てた位置において前記バレルの外側に配置される１または複数のヒータを有してもよい。
【００１５】
一具体例においては、ある部品を製造する方法が提供される。当該方法は、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を起動させる工程を有してもよい。当該方法は、さらに、モールドが充填されるまで前記溶融した材料を前記モールド内に押し込むために押出スクリューを回転させる(rotating、ある方向に回転させる、正方向に回転させる）工程を有してもよい。当該方法は、さらに、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。
【００１６】
一具体例においては、前記射出成形装置が、第１セクションと第２セクションと温度遷移セクションとを有するバレルを有してもよく、前記第１セクションは、ノズルまたはゲート・インサートを経由してモールドと関連付けられる端部を有しており、前記第２セクションは、材料を前記バレル内に充填するように構成されるホッパに連結されており、前記温度遷移セクションは、前記第１セクションと前記第２セクションとの間に存在する。当該装置は、前記バレル内に配置されるとともに前記バレルに対して相対的に回転可能である押出スクリューを有してもよい。当該装置は、さらに、前記バレル内の前記材料を加熱するために前記バレルの前記第１セクションと関連付けられる１または複数のヒータを有してもよく、ここに、前記押出スクリューが前記バレルに対して相対的に回転することにより、前記材料が前記モールド内へ連続的に押し出される。
【００１７】
一具体例においては、前記射出成形装置が、時計回りおよび反時計回りに回転するように構成される押出スクリューと、その押出スクリューの外側に配置されたバレルに連結されるホッパであって、材料を前記バレル内へ充填するとともに冷却流体を循環させるように構成されたものと、前記押出スクリューが回転すると、前記溶融材料が前記ノズルを経由してモールド内へ押し込まれる（pump）ように前記材料を加熱するために、前記ホッパから距離を隔てた位置において、前記バレルに関連付けられる１または複数のヒータとを有してもよい。
【００１８】
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。
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。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】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】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射出成形システムを示す図である。
【００２２】
【図２Ｂ】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射出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３】図３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射出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４Ａ】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射出成形システムを示す図である。
【００２５】
【図４Ｂ】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射出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。
【００２６】
【図５】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射出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。
【００２７】
【図６Ａ】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。
【００２８】
【図６Ｂ】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。
【００２９】
【図７】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。
【００３０】
【図８】図８は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う複数台の射出成形システムを有する１台の射出成形機を単純化して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
この書類の開示事項は、概略的には、この書類において、押出充填式(ETF)(extrude-to-fill、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）の射出成形装置、射出成形機械または射出成形システムと称されるかもしれない射出成形システムを提供する。この射出成形システムは、概略的には、押出スクリューを提供しており、その押出スクリューは、アイドル・タイム（idle time、休止時間）のいくつかの期間の後にパージ・プロセスを必要とすることなく、制限がない(unlimited、サイズに制限がない）かまたは変動する(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内へ移送する、すなわち、射出するという要求に応じて溶融材料を押し出す。前記ショット・サイズは、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のに十分な量である。前記変動するショット・サイズは、ショット・サイズが変動せ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。前述の従来の射出成形システム１００（図１参照）は、固定された逐次プロセス(fixed, sequential process、決められた順序で複数の工程を実行するプロセス)を実行し、その逐次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、今回のＥＴＦ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。
【００３３】
今回のＥＴＦ射出システムは、せん断熱の発生量が実質的に減少した(reduced、従来システムより減少した）状態で均質の溶融材料（melt、成形材料、メルト）を生成するために、熱伝導を利用する。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のに必要な押出力すなわち射出圧が低下する。さらに、前記モールドを閉じた状態に保持するのに必要なクランプ力も低下する。
【００３４】
今回の押出充填式(ETF)のスクリューは、前記バレル内の材料への熱伝導を促進するように設計されるとともに、複数のモールド・キャビティを充填するのに十分に高い圧力のもとに前記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、互いに逆向きである２方向に回転してもよく、また、前記軸方向に沿って往復運動してもよい。前記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を押し込むとき、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。前記押出しの逆向き化(reversal of the extrusion、引込み動作）または前記回転の逆向き化は、前記流れのパターンを乱してそのヒステリシス（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)当該システムを減圧し、それにより、より正確な制御が可能になる。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、溶融材料の粘性がより一様に分布するとともに、押し出されたもの(extrudant、押し出された溶融材料、成形品）の均質性の向上が確保される。前記押出スクリューは、熱伝導をさらに支援するために、その押出スクリュー内に内部ヒータを有してもよいし、また、前記押出スクリューは、前記内部ヒータからの熱を伝導させるために、例えば真鍮のような良好な熱伝導体を使用してもよい。
【００３５】
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押出充填式（ＥＴＦ）の射出成形システムを示す図である。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ＥＴＦ射出成形システムであって図２Ａに示すものの断面図である。図３は、図２Ａに示す複数の部品を組立前の状態で示す斜視図である。
【００３６】
図２Ａ−図３を全体的に参照すると、射出成形装置または射出成形システム２００が提供される。射出成形装置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の別の部分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、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。押出スクリュー２０２を回転させるためにモータを使用してもよい。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、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に連結させてもよい。
【００３７】
射出成形システム２００は、クランプ・システム(clamp system、型締装置）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使用してもよい。そのクランプ・システムは、１本または複数本の静止プラテン、可動プラテン(a movable platen、１本の可動プラテン）および１本または複数本のタイ・ロッドを有してもよい。前記溶融材料が前記モールド内に射出されている間、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。射出成形システム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）熱伝導を利用する。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のに必要なクランプ力も低下する。したがって、この射出システム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。
【００３８】
引き続いて図２Ａ−図３を参照すると、射出成形装置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３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大きさを有するとともに、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が軸方向に移動することを可能にするのに十分な大きさ(large、長さ寸法、直径寸法など）を有してもよい。  
【００３９】
押出充填式(ETF)の射出成形装置２００は、従来の射出成形システムより低い圧力で作動する。この低い作動圧により、バレル２１０が、薄壁(thin wall)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３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と比較すると、概してバレル内圧が低下する。
【００４０】
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気材料、または、例えば真鍮、銅合金またはアルミニウム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。
【００４１】
図２Ａ−図３に示す押出充填式(ETF)の射出成形装置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内へ引き込まれる（drawn）かまたは供給される（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。
【００４２】
この押出充填式(ETF)の射出成形装置２００は、例えば、ヒータ２１４Ａ−２１４Ｃのような複数のバンド・ヒータを有してもよく、それらバンド・ヒータは、バレル２１０の外側に配置されるととともに、バレル２１０に接触している。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からある距離を隔てて配置されている。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。
【００４３】
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からある距離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、温度遷移領域２２２は、最小長さ(minimum length、必要長さ）を超えるように設計してもよい。温度遷移領域２２２の前記最小長さは、射出成形装置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。
【００４４】
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）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が重要であり、なぜなら、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）と協働するからである。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、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）ことを確保するために重要である。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と共に周方向に連れ回ってしまうかもしれない。
【００４５】
ヒータ２１４Ａ−２１４Ｃは、組立状態において、バレル２１０の外側に配置されることが可能な複数のバンド・ヒータであってもよい。ヒータ２１４Ａ−２１４Ｃは、バレル２１０内の前記材料を加熱するためにバレル２１０を接触状態で包囲する複数の電気ヒータであってもよい。
【００４６】
いくつかの実施態様においては、磁気バレルまたは磁気スクリューを用いることにより、誘導熱伝導（inductive heat conduction）を発生させてもよい。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誘導加熱器を用いてもよい。例えば、押出充填式(ETF)の射出成形装置２００は、バレル２１０および押出スクリュー２０２を即座に(instantly、迅速に）加熱するために、誘導加熱器を、磁気バレル・セクションおよび／または磁気スクリューと共に用い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２１０および／または押出スクリュー２０２が、早い応答時間の実現をさらに容易にするために、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。
【００４７】
いくつかの実施態様においては、図２Ｂに示すように、いくつかの抵抗式ヒータ(resistive heaters、複数の抵抗式ヒータ）２２５を押出スクリュー２０２内において、電力を伝送する(deliver、抵抗式ヒータ２２５に伝送する）とともに前記樹脂への熱伝導効率を向上させるための熱電対（thermocouple）の温度測定値(readings）を提供するためにスリップ・リング（slip ring）と共に使用してもよい。熱電対を、抵抗式ヒータ２２５を制御するためのフィードバック信号を提供するために追加してもよい。
【００４８】
図２Ａ−図３を参照すると、この押出充填式(ETF)の射出成形装置２００は、バレル２１０の端部の位置においてシャット・オフ・ノズル２０８を有してもよい。このシステム２００は、ショット間区間中に(between shots)ノズル２０８をシールするためにノズル２０８に適合するスクリュー・チップ(screw tip、スクリュー先端部）２１２を有してもよい。シャット・オフ・ノズル２０８によれば、従来の射出成形システム１００（図１参照）のようにコールド・スラッグが形成されず、よって、コールド・スラッグを取り除く必要がないため、低圧での押出作動が可能となる。バレル２１０の一端部に連結されるノズル２０８をシールする、すなわち、閉塞するため、スクリュー・チップ２１２は、ノズル２０８に押し付けられるように配置される。押出スクリュー２０２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内に配置されるように、中空部を有してもよい。前記スクリュー・チップの設計構造の細部が、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・オフ方法(Shut-off、遮断方法、閉塞方法）」であるものに開示されており、この出願は、引用により全体的に本特許出願に合体する。
【００４９】
この射出成形装置２００は、押出スクリュー２０２を回転させる駆動システムを有してもよい。例えば、このＥＴＦ射出成形装置２００は、押出スクリュー２０２を回転させる押出用モータを有してもよく、また、この射出成形装置２００は、押出スクリュー２０２の回転状態(the screw rotation、押出スクリュー２０２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を駆動してもよい。この射出成形装置２００は、ダイレクト駆動方式として、押出スクリュー２０２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ＥＴＦ組立体(the ETF assembly、射出成形装置２００）を、１台の機械上に複数台のＥＴＦ押出機(ETF extruders、押出充填式の成形押出機）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。この射出成形装置２００は、スクリュー・チップ２１２をノズル２０８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をノズル２０８に接触させるために、押出スクリュー２０２をバレル２１０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を閉塞するかまたはシャット・オフするためにノズル２０８をスクリュー・チップ２１２に接触させるために、バレル２１０を押出スクリュー２０２に対して相対的に後退する向きに移動させてもよい。
【００５０】
図３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。
【００５１】
引き続いて図３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）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、長いスクリュー長、大きい谷径または高いフライト高さ２３２で押し出すことにより成形してもよい。押出スクリュー２０２の直径が小さくなると、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。
【００５２】
押出スクリュー２０２は、真鍮または他の真鍮合金(brass alloy、黄銅合金)から製造してもよく、それら真鍮または他の真鍮合金は、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。前記真鍮スクリューは、前記鋼より良好に前記熱を前記材料に伝導し、なぜなら、前記プラスチック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らである。前記真鍮の摩擦係数は低く、それにより、特に、粘性材料、例えば、混合された(mixed、異種材料が混じり合った)／汚染された（contaminated、異物が混入した）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（pumping efficiency）を向上させることが支援される。その押込み効率は、単位時間当たりにモールド内に射出される体積の測定値である。
【００５３】
引き続き図３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、射出成形装置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であって凹部を有するものは、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３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。
【００５４】
静的な（static、動きを伴わない）熱伝導は、このＥＴＦ射出システムの自動化された機械始動を容易にする。従来の射出成形機は、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」であるものに開示されており、この出願は、引用により全体的に本特許出願に合体する。
【００５５】
多くのプラスチック原料は、直径寸法および長さ寸法がいずれも約１／８インチから約３／１６インチまでの範囲内にあるペレットという形態で提供され、形状およびサイズのいずれ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、その従来の射出成形システム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最小サイズを有し、その最小サイズは、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取ってそれら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）が決まる。この最小サイズ次第で、従来の射出成形システムの全体にわたり(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。
【００５６】
段付き押出スクリューを、充填速度の高速化が要求される場合に、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段付き押出スクリューを有する押出充填式(ETF)の射出成形システムを示す。図４Ｂは、図４Ａに示す押出充填式の射出成形システムを示す断面図である。図５は、図４Ａに示す複数の部品を組立前の状態で示す斜視図である。
【００５７】
図４Ａ−図５を参照すると、射出成形装置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する。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、この装置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この装置４００を使用することが可能となる。
【００５８】
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装置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、大きく小形化されたノズル開口部もモールド・ゲートも用いることなく、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）を最小化させてもよい。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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を有してもよいが、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、材料がバレル４１０内に、より容易に供給される。
【００６２】
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、図６Ａに示すように、比較的小さい角度６０２を有する鋭利な(sharp、鋭利度が高い、高鋭利度の）スクリューが、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を容易に行うかもしれない。図６Ｂに示すように、角度６０２より比較的大きい角度６０４を有する鋭利度の低い(less sharp、低鋭利度の）押出スクリューが、前記材料内において低温部と高温部とを良好に混合させることを行うかもしれない。１本の押出スクリューが、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、谷径に対する垂直度が大きいもの）であってもよい。例えば、前記押出スクリューは、ａ）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、より垂直度が大きいフライト・ジオメトリ(flight geometry、フライトまたはスクリュー溝の構成態様など）を有し、かつ、ｂ）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、角度付きのより浅いフライト（angled shallower flight、傾斜付き浅溝、前記ホッパの近傍位置におけるフライトより緩やかな傾斜面を有し、かつ、そのフライトより浅いものなど）を有し、かつ、ｃ）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の最終区間）に沿って、材料を前記ノズルに向かって混合して押し込むために、追加のフライト変化部(another flight 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）を有するようにしてもよい。
【００６３】
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。
【００６４】
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）。
【００６５】
方法７００は、前記押出スクリューの背後からサポート(suppor、支持部材）を取り外す工程(removing、退避させる工程）を有してもよい。前記ノズルを開口させるため、押出が、前記押出スクリューを前記バレルに対して軸方向に移動させる前記押出スクリューの初期の軸方向移動、または、前記押出スクリューに対する前記バレルの初期の軸方向移動から開始される。押出は、工程７１０において、前記モールドが充填される(filled、充満される）まで前記溶融材料をモールド内に押し込むために、スクリュー回転を伴って継続する。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い。前記モールド・キャビティの充填完了後、押出圧を、前記モールド内の前記材料に対抗する(against、押出圧がモールド内の圧力を保持する）状態に保持する保圧時間（holding time、保持時間）が存在してもよい。
【００６６】
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、この押出充填型射出成形システムを、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、５００ｐｓｉから１，５００ｐｓｉまでの範囲内であるかもしれない低い射出圧の下で材料の連続的押出を可能とするものである。
【００６７】
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）を開放することにより、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。
【００６８】
以上説明した押出充填(ETF)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）のそれとは大きく異なる。この押出充填式射出成形システムは、従来の射出成形システム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・スラッ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によって非常に大きな力が押出スクリュー１０２の後部に付加されてしまう。
【００６９】
低圧成形工程
この書類で説明される押出充填式(ETF)の射出成形システムは、必要な射出圧が、従来の射出成形システムより一層低い。例えば、この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、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が５００ｐｓｉから１，５００ｐｓｉまでの範囲というモールド・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。このことは、今回の押出充填式の射出成形システムに必要な総電力(power、電力量）が、１１０Ｖまたは２０８Ｖの単相電源で０．５ｋＷｈから３ｋＷｈまでの範囲であることを可能にする。従来の射出成形システムは、２２０Ｖまたは４４０Ｖの三相電源で６ｋＷｈから１２ｋＷｈまでの範囲の電力量を必要とする。
【００７０】
低い射出圧により、前記モールドに必要なクランプ圧（clamping pressure）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。低い射出圧および低いクランプ圧により、装置サイズの小形化も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。今回の押出充填式(ETF)の射出成形システムは、従来の射出成形システムより一層小形である。さらに、低圧での押出により、密度が一様である一様な成形品が得られ、その一様性により、成形品の反りが減少するとともに品質が向上するかもしれない。
【００７１】
この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、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であると発生する高いクランプ圧を原因とした機械設備（tooling）への損傷を軽減するかもしれない。
【００７２】
いくつかの実施態様においては、この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、インサート成形およびオーバーモールド成形を容易とするためにフロント・アクセス・テーブルを有してもよい。そのフロント・アクセス・テーブルは、作業者が、向上した視認性のもとに前記モールドにアクセスすることを可能にする。
【００７３】
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。
【００７４】
いくつかの実施態様においては、１台の(single、１基の）射出成形システムが、複数台の(multiple、複数基の）押出充填式(ETF)の射出成形システムを有してもよく、それら射出成形システムは  複数のゲートから、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・キャビティを充填することが可能である。図８は、この書類に開示されている複数の実施態様に従う複数台の射出成形システムを有する１台の射出成形機を単純化して示す図である。１台の射出成形システム内に設けられるかもしれない押出充填式(ETF)の射出成形システムの台数に制限はない。この具体例においては、１台のシステム８００が、４台の押出充填式(ETF)の射出成形システム８０２を有してもよく、それら射出成形システム８０２は、それぞれ、複数の部分組立体８０４と、それら部分組立体８０４に対応する複数のインレット８０６とを有してもよく、それらインレット８０６は、１または複数のホッパからそれぞれの材料を受け入れるためにそれらホッパに連結される。１台の射出成形システム８０２は、複数本の個別の(individual)フィード・チューブまたは複数個の個別の(individual)インレット８０６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る（fed）。いくつかの実施態様においては、複数のインレット８０６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、システム８００内の複数の独立した(individual)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)射出成形システム８０２に移送するために複数本のフィード・チューブまたは複数個のインレットより成るセットを使用してもよい。各ＥＴＦ射出成形システム８０２は、他の射出成形システム８０２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、他の射出成形システム８０２と連携してもよい（coordinated）。
【００７５】
図８を参照すると、１台の射出成形システム８００は、１個のキャビティを有する１個のモールドを充填するために、複数台の押出充填式(ETF)の射出成形システムを有してもよい。複数台の個別の(individual)ＥＴＦ射出成形システム８０２は、１個のモールドに連結され、そのモールドは、そのモールドの一部を充填するために複数のゲート（図示しない）を有する。そのような組合せ(The combination、複数台の個別のＥＴＦ射出成形システム８０２の組合せ）は、それら射出成形システム内の複数の樹脂が、当該機械が静止状態にある(in a static state、部品の動きを伴わない）状態で成形を行うために準備されるという理由から、望ましいかもしれない。各射出成形システム８０２は、他の射出成形システム８０２から独立して制御されてもよい。各射出成形システム８０２は、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。各射出成形システム８０２は、直に圧力を検出する圧力センサ、各射出成形システム８０２に連結されるモータのトルク負荷、各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。各射出成形システム８０２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、他の射出成形システム８０２から独立して制御されてもよい。中央または主要なマイクロプロセッサが、複数台の射出成形システム８０２から受け取ったデータを処理し、目標圧力値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射出成形システム８０２を制御してもよい。１台の押出射出成形システム８００は、クローズド・ループ・システムであり、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、複数台の射出成形システム８０２の任意の組合せ(any combination、複数台の射出成形システム８０２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、複数個の射出成形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、プラスチック品の反りが軽減されてもよい。この複合システムは、従来の射出成形システムより成形効率が高く、その従来の射出成形システムであると、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。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。
【００７６】
図８を参照すると、１台の射出成形システム８００は、複数個の成形キャビティから、互いに独立している複数個の成形品を生産してもよく、それら成形キャビティは、前記１個のモールド内において互いに独立している各成形キャビティに個別に並んだ複数台の押出射出システム８０２であって互いに独立して作動するものを用いる。各射出成形システム８０２は、他の射出成形システム８０２から独立して制御されてもよい。各射出成形システム８０２は、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。各射出成形システム８０２は、直に圧力を検出する圧力センサ、各射出成形システム８０２に連結されるモータのトルク負荷、各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。各射出成形システム８０２は、クローズド・ループ・システムとして設計されてもよく（arranged）、また、他の射出成形システム８０２から独立して制御されてもよい。中央または主要なマイクロプロセッサが、複数台の射出成形システム８０２から受け取ったデータを処理し、複数台の個別の(individual)射出成形システム８０２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)行ってもよい。１台の押出射出成形システム８００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つの組立体であり、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)射出成形システム８０２を互いに近接した状態で使用することが可能となる。１台の押出射出成形システム８００は、クローズド・ループ・システムであり、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、複数台の射出成形システム８０２の任意の組合せ(any combination、複数台の射出成形システム８０２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り、それにより、互いに独立しているが互いに共通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体作動状態で使用されるときに性能が向上するかもしれない。この複合システムは、従来の射出成形システムより成形効率が高く、その従来の射出成形システムであると、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。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）。
【００７７】
１台の射出成形システム８００は、さらに、複数の垂直プラテン８０８Ａ−８０８Ｃと、各プラテンプラテン８０８Ａ−８０８Ｃの４個の角部に位置する複数の水平バー８１０Ａ−８１０Ｄとを有している。複数の垂直プラテン８０８Ａ−８０８Ｃは、それらプラテン８０８Ａ−８０８Ｃ内の複数の穴を貫通する複数の水平バー８１０Ａ−８１０Ｄにより互いに連結されている。複数の垂直プラテン８０８Ａ−８０８Ｃは、互いに実質的に平行であるとともに複数の水平バー８１０Ａ−８１０Ｄに沿って隙間を隔てて並んでおり、それら水平バー８１０Ａ−８１０Ｄは、互いに実質的に平行である。１つのモールドが、プラテン８０８Ａと８０８Ｂとの間に配置される。プラテン８０８Ｂ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８１０Ａ−８１０Ｄ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８０８Ａおよび８０８Ｃが水平バー８１０Ａ−８１０Ｄの両端部上に取り付けられる状態で、複数の水平バー８１０Ａ−８１０Ｄをプラテン８０８Ａおよび８０８Ｃに対して締結することにより、組み立ててもよい。
【００７８】
成形材料
このＥＴＦ射出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、樹脂材料にも樹脂特性にも影響されず、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。
【００７９】
一例においては、このＥＴＦ射出システムは、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ＥＴＦ射出システムに対して何らの問題も発生させない。
【００８０】
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（ABS、ＡＢＳ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。
【００８１】
この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、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では、５０体積％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。この押出充填式(ETF)の射出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。
【００８２】
この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、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。その静的熱発生は、前記材料の過熱防止に役立つ正確な温度管理を実現する。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。
【００８３】
この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、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。
【００８４】
この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、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。この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、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。
【００８５】
この押出充填式(ETF)の射出成形システムは、さらに、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。
【００８６】
前記材料としては、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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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