(57)【要約】ポリマーを少なくとも１つのノズル（１２）から金型キャビティ（１６）内に押し出す工程と、押出し工程中、ノズル（１２）及び金型キャビティ（１６）のうち少なくとも一方を変位させてポリマーの層の少なくとも一部を金型キャビティ（１６）内に堆積させる工程と、次に金型キャビティ（１６）を合わせ部分（４０）で包囲して成形部品を得る工程とを有する成形方法及び装置が開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形方法であって、少なくとも１つの押し出されたポリマーを所定の表面プロフィールを持つ金型キャビティ内に堆積させる段階を有し、少なくとも１つの押出しポリマーは、周囲空気圧力と比較して差が実質的に０の成形圧力により所定のパターンで金型キャビティ内に堆積させられ、前記方法は、金型キャビティを合わせ金型部分で密閉して成形ポリマー物品を製造する工程を更に有することを特徴とする成形方法。
【請求項２】
少なくとも１つの押出しポリマー及び金型キャビティのうち少なくとも一方を堆積工程中変位させて押出しポリマーの層の少なくとも一部を金型キャビティ内に敷設する工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項３】
少なくとも１つの押出しポリマーを堆積させる工程は、複数の列をなす少なくとも１つの種類の押出しポリマーを押し出して押出しポリマーのそれぞれ複数の層部分を金型キャビティ内に敷設する工程から成ることを特徴とする請求項２記載の成形方法。
【請求項４】
複数の列を押し出す工程は、複数の互いに異なるポリマー材料を押し出して多層複合製品を形成する工程から成ることを特徴とする請求項３記載の成形方法。
【請求項５】
複数の互いに異なるポリマー材料は、着色／顔料層、ＵＶ層、滑り止め層、難燃層、フォーム層、バリヤ層、再生利用層及び互いに不適合な材料相互を結合する結合層のうち少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項４記載の成形方法。
【請求項６】
複数の列を押し出す工程は、実質的に隣り合った状態で互いに間隔を置いて設けられた複数の列をなす隣り合うノズルから押し出してノズルの各列からのポリマー材料が材料のシートとして金型キャビティ内にカスケード状態で効果的に落下するようになっていることを特徴とする請求項４記載の成形方法。
【請求項７】
複数の列を押し出す工程は、各々が長くて幅の狭い開口部を有する複数のノズルから押し出して各ノズルからのポリマー材料が材料のシートとして金型キャビティ内にカスケード状態で効果的に落下するようになっていることを特徴とする請求項４記載の成形方法。
【請求項８】
複数の列を押し出す工程は、少なくとも１つの押出しポリマー及び少なくとも１つの金型キャビティのうち少なくとも一方の変位に変化を付けて層の少なくとも一部の厚さを変化させる工程から成ることを特徴とする請求項３記載の成形方法。
【請求項９】
変位に変化を付ける工程は、材料の厚さに漸変部及び局所変化部を生じさせるよう変化を付ける工程から成ることを特徴とする請求項８記載の成形方法。
【請求項１０】
変位に変化を付ける工程は、押出しポリマーの堆積を選択的に作動させて金型キャビティの正確な充填だけを可能にするが材料がキャビティ相互間の空間内にこぼれないようにし、それにより無駄を少なくする工程から成ることを特徴とする請求項８記載の成形方法。
【請求項１１】
変位に変化を付ける工程は、押出しポリマーの堆積を堆積工程中、複数回にわたって選択的に作動させて複数の互いに平行な列をなすポリマーを押し出す工程から成ることを特徴とする請求項８記載の成形方法。
【請求項１２】
堆積工程と選択的作動工程を所定回数繰り返し実施してサンドイッチ状態、撚り合わせ状態、織り合わせ状態のうち少なくとも１つの状態をなす複数の垂直な列の層を堆積させることを特徴とする請求項１１記載の成形方法。
【請求項１３】
変位工程は、堆積段階中、少なくとも１つの押出しポリマーと少なくとも１つの金型キャビティの相互の運動を変化させて所定のパターンを生じさせる工程から成ることを特徴とする請求項２記載の成形方法。
【請求項１４】
運動を変化させる工程は、円形パターン、正弦波パターン及びのこ歯パターンのうち少なくとも１つを生じさせる工程から成ることを特徴とする請求項１３記載の成形方法。
【請求項１５】
運動を変化させる工程は、非直線状層を堆積させるよう角度をなして傾斜させる工程から成ることを特徴とする請求項１３記載の成形方法。
【請求項１６】
変位工程は、少なくとも１つの金型キャビティを前後にシャトリングさせると共に押出しポリマーを静止状態に保持して、各シャトルパス中に材料の層をキャビティの一端から別の端まで堆積させる工程から成ることを特徴とする請求項２記載の成形方法。
【請求項１７】
押出しポリマーを前後にシャトリングさせると共に少なくとも１つの金型キャビティを静止状態に保持して、各シャトルパス中材料の層をキャビティの一端から別の端まで堆積させる工程から成ることを特徴とする請求項２記載の成形方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの押出しポリマーを少なくとも１つの金型キャビティ内に堆積させる工程は、複数の金型キャビティ内に堆積させる工程から成ることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項１９】
複数の金型キャビティは、同一のサイズ及び金型パターンと少なくとも１つのこれとは異なるサイズ及び金型パターンのうち少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１５記載の成形方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの押出しポリマーを堆積させる速度を変化させて押し出し圧さを変化させる工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項２１】
堆積工程は、押出しポリマーを金型キャビティ内に一様に敷設して密閉段階の際、押出しポリマーの変位を実質的に最小限に抑えて成形ポリマー物品中の応力を実質的に減少させるよう実施されることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項２２】
金型キャビティを選択的に加熱したり冷却して安定な成形環境を維持し、成形ポリマー物品の表面テキスチャー及び品質を向上させる工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項２３】
追加の表面層の少なくとも一部分を成形物品の外部上に生じさせる少なくとも１回の次の射出工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項２４】
少なくとも１回の次の射出工程は、金型キャビティ及び合わせ金型部分のうち少なくとも一方を引っ込めて成形物品の周りに存在していて射出ポリマー被膜を被着状態で受け入れるボイド内部空間を開放させる工程から成ることを特徴とする請求項２３記載の成形方法。
【請求項２５】
引っ込め工程は、成形物品を金型キャビティ内に設けられた引っ込み可能なピンで吊り下げることによりボイド内部空間を生じさせる工程を更に有していることを特徴とする請求項２４記載の成形方法。
【請求項２６】
成形物品を吊り下げる工程は、引っ込み可能なピンのために突出しピンを用いる工程から成り、突出しピンは又、成形物品を金型から突き出す工程で用いられることを特徴とする請求項２５記載の成形方法。
【請求項２７】
少なくとも１回の次の射出工程は、着色層及び強靭な被膜仕上げ層のうち少なくとも一方から選択された少なくとも１つの追加の表面層を形成する工程から成ることを特徴とする請求項２３記載の成形方法。
【請求項２８】
少なくとも１回の次の射出工程は、成形物品の一部上に局所製品仕上げ部を生じさせるエンボス工程から成ることを特徴とする請求項２３記載の成形方法。
【請求項２９】
エンボス工程は、金型キャビティ及び合わせ金型部品のうち少なくとも一方に凹み部分を設け、エンボス射出分を射出して凹み部分を充填することにより実施されることを特徴とする請求項２８記載の成形方法。
【請求項３０】
凹み部分の幾何学的形状及びエンボス射出のタイミングを制御してエンボス射出材料を節約することを特徴とする請求項２９記載の成形方法。
【請求項３１】
エンボス工程は、成形物品から選択的に伸縮される少なくとも１つの往復動ダイ部分を、金型キャビティ及び合わせ金型部分のうち少なくとも一方に設け、エンボス射出分を射出して少なくとも１つの往復動ダイ部分を充填し、成形物品の表面に局所エンボスを形成することによって実施されることを特徴とする請求項２８記載の成形方法。
【請求項３２】
局所エンボスは、追加の表面層の少なくとも一部を成形物品の外部上に生じさせる更に次の射出工程と関連して実施され、エンボス工程は、前記次の射出工程に先立つ時期及び成形物品の頂部上に対して前記次の射出工程の後の時期のうち少なくとも一方において実施されることを特徴とする請求項３１記載の成形方法。
【請求項３３】
エンボスを用いて化粧層及び滑り止め層のうち少なくとも一方であるアップリケを成形物品の隔離領域上に被着させることを特徴とする請求項２８記載の成形方法。
【請求項３４】
密閉工程に先立って、材料を成形物品に追加する小出し工程を更に有していることを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項３５】
小出し工程は、堆積工程に先立って材料を押出しポリマーに追加することによって実施されることを特徴とする請求項３４記載の成形方法。
【請求項３６】
小出し工程は、堆積工程後に材料を押出しポリマーに追加することによって実施されることを特徴とする請求項３４記載の成形方法。
【請求項３７】
小出し工程は、長ストランドガラス繊維、ナイロンストランド、麻繊維、ゴム片、粒状物及び液体のうち少なくとも１つを追加して押出しポリマー内に強度層を生じさせる工程から成ることを特徴とする請求項３４記載の成形方法。
【請求項３８】
小出し工程は、複数の堆積工程から成り、小出し工程を複数の堆積工程の間で実施して材料がそれぞれのポリマー層の間に小出しされるようにすることを特徴とする請求項３４記載の成形方法。
【請求項３９】
小出し工程は、材料を振盪させてこれを金型キャビティ内に落下させることにより実施されることを特徴とする請求項３４記載の成形方法。
【請求項４０】
振盪工程は、材料を金型キャビティに対し所望の角度で小出しするよう実施されることを特徴とする請求項３９記載の成形方法。
【請求項４１】
振盪工程は、材料を十字方向に小出しするよう回転させる工程を含むことを特徴とする請求項３９記載の成形方法。
【請求項４２】
振盪工程は、材料を十字方向に小出しするよう回転させる工程を含むことを特徴とする請求項３９記載の成形方法。
【請求項４３】
小出し工程は、密閉工程に先立って一体成形導入法により要素を押出しポリマー成形物品中に組み込む工程を含むことを特徴とする請求項３９記載の成形方法。
【請求項４４】
要素を成形物品の少なくとも内部中に埋め込む工程から成ることを特徴とする請求項４３記載の成形方法。
【請求項４５】
埋込み工程は、要素の一部が成形物品の外部に位置するよう実施されることを特徴とする請求項４４記載の成形方法。
【請求項４６】
要素は、スクリュー、ハンドル及びヒンジを含む群から選択されることを特徴とする請求項４５記載の成形方法。
【請求項４７】
堆積工程は、複数の金型キャビティ内に対して実施され、埋込み工程は、要素が隣り合う金型キャビティ相互間に配置されてそれぞれの成形部品相互間に形成されるよう実施されることを特徴とする請求項４５記載の成形方法。
【請求項４８】
組込み工程は、要素を成形物品の内部に挿入する工程から成ることを特徴とする請求項４４記載の成形方法。
【請求項４９】
挿入工程は、高周波識別チップ、構造強度をもたらす鉄筋及びＩ−ビームのうち少なくとも１つを含む補強構造部材、所定の形状を持つ前もって製造されたガラス繊維メッシュ及び外装部材のうち少なくとも１つを挿入する工程から成ることを特徴とする請求項４８記載の成形方法。
【請求項５０】
組込み工程は、密閉工程に先立ってオーバーレイを成形物品の外部に施す工程から成ることを特徴とする請求項４３記載の成形方法。
【請求項５１】
次に保護層をオーバーレイ及び成形物品の外面の周りに射出する工程を更に有していることを特徴とする請求項５０記載の成形方法。
【請求項５２】
組込み工程は、要素を金型内の所望の位置に支持する工程から成ることを特徴とする請求項４３記載の成形方法。
【請求項５３】
堆積工程は、複数の堆積工程から成り、支持工程は、要素を複数の堆積工程の少なくとも一部の間支持する工程から成ることを特徴とする請求項５２記載の成形方法。
【請求項５４】
金型キャビティを横切ってシート材料を圧延する工程から成ることを特徴とする請求ク４３記載の成形方法。
【請求項５５】
圧延工程は、シート材料を所定長さに切断する工程から成ることを特徴とする請求項５４記載の成形方法。
【請求項５６】
圧延工程は、シート材料に所望の向きを与えるよう回動させる工程から成ることを特徴とする請求項５４記載の成形方法。
【請求項５７】
成形装置であって、少なくとも１つのポリマー層を堆積させるノズル機構と、ポリマーを堆積させながらノズル機構及び少なくとも１つの金型キャビティのうち少なくとも一方を変位させて変位パス中にポリマー層の少なくとも一部を金型キャビティ内に堆積させる変位装置と、少なくとも１つの金型キャビティを密閉して少なくとも１つの成形ポリマー物品を製造するための少なくとも１つの合わせ金型部分とを有していることを特徴とする成形装置。
【請求項５８】
金型キャビティは、各々が同一のサイズ及びキャビティパターン及び異なるサイズ及びキャビティパターンのうち少なくとも１つを有する複数金型キャビティのうちの１つであることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項５９】
変位装置は、金型キャビティをノズル機構に対して変位させて各パスで材料をキャビティの一端から別の端まで堆積させるよう構成されていることを特徴とする請求ク５７記載の成形装置。
【請求項６０】
変位装置は、金型キャビティを支持し、静止ノズル機構に対し前後にシャトリングして各シャトルパス中に材料の層を堆積させるシャトルテーブルを有していることを特徴とする請求項５９記載の成形装置。
【請求項６１】
シャトルテーブルは、金型キャビティをノズル機構に対し移動させたり回転させることができる幾つかの運動の自由度を有するよう構成されていることを特徴とする請求項５９記載の成形装置。
【請求項６２】
シャトルテーブルは、変位のパス方向に対し横断方向の運動を行うことができるよう１組のレールに取り付けられていることを特徴とする請求項６１記載の成形装置。
【請求項６３】
シャトルテーブルは、堆積層で円形パターンを生じさせるよう回転ターンテーブルに取り付けられていることを特徴とする請求項６１記載の成形装置。
【請求項６４】
シャトルテーブルは、金型キャビティの運動を変化させて正弦波パターン及びのこ歯パターンのうち一方を生じさせるよう構成されていることを特徴とする請求項６１記載の成形装置。
【請求項６５】
シャトルテーブルは、複数のシャトルテーブルをノズル機構から出入りさせ、成形装置が一定製造状態にあるようにすることができるシャトルシステムの一部であることを特徴とする請求項６０記載の成形装置。
【請求項６６】
変位装置は、ノズル機構を金型キャビティに対し変位させて各パスで材料をキャビティの一端から別の端まで堆積させるよう構成されていることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項６７】
ノズル機構は、長くて幅の狭い開口部を備えた少なくとも１つのノズルを有していて、ノズルからのポリマーが材料のシートとして金型キャビティ内に効果的にカスケード状態で効果的に落下するようになっていることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項６８】
ノズル機構は、実質的に隣り合った状態で互いに間隔を置いて設けられた少なくとも１つの列をなすノズルを有し、ノズルの各列からのポリマー材料が材料のシートとして金型キャビティ内にカスケード状態で効果的に落下するようになっていることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項６９】
ノズル機構は、複数の列をなすノズルを有していて、ノズルの各列のポリマーが材料の別個のシートとして金型キャビティ内にカスケード状態で効果的に落下するようになっていることを特徴とする請求項６８記載の成形装置。
【請求項７０】
複数のノズル列は各々が複数の互いに異なる種類のポリマー材料のうち１つを小出しして各パスでポリマーの多数のポリマー層を小出しするよう構成されていることを特徴とする請求項６９記載の成形装置。
【請求項７１】
複数のノズル列は各々、各々複数の互いに異なる種類のポリマー材料のうちの１つを小出しするそれぞれ対応関係にある押出し機／アキュムレータ組立体から材料を受け取ることを特徴とする請求項７０記載の成形装置。
【請求項７２】
複数のノズル列の各々に属するノズルはそれぞれ、先細マニホルドを有し、各ノズル列からのポリマーが材料の多層押出し品として金型キャビティ内にカスケード状態で効果的に落下するようになっていることを特徴とする請求項６９記載の成形装置。
【請求項７３】
先細マニホルドに取り付けられていて、組合せ状態の多層押出し品の流量の制御及び変化を選択的に行って多層押出し品の厚さを選択的に変えるよう作動できる弁部品を更に有していることを特徴とする請求項７２記載の成形装置。
【請求項７４】
各ノズルは、ノズルを別個独立してオンにしたりオフにして独立アクチュエータ制御を実施する別個のアクチュエータを有していることを特徴とする請求項７３記載の成形装置。
【請求項７５】
各ノズル内に設けられていて、それぞれ対応関係にあるアクチュエータによって制御され、弁の有効開き又はアパーチュアのサイズを変化させ、それによりノズルを通るポリマー材料の流量を変化させる内部弁を更に有していることを特徴とする請求項６９記載の成形装置。
【請求項７６】
独立アクチュエータ制御は、列内のノズルの一部をオンにし、他方、他のノズルをオフにして各パスでポリマー材料の互いに平行な列を押し出す操作及び列内のノズルを各パスの少なくとも１つの一部分にわたりオンにし、各パスの少なくとも別の部分にわたりオフにして各パスでポリマー材料の互いに平行な列を押し出す操作のうち少なくとも一方を引き起こすことを特徴とする請求項６９記載の成形装置。
【請求項７７】
独立アクチュエータ制御は、複数の変位パスにわたり働いてサンドイッチ状態、撚り合わせ状態及び織り合わせ状態のうち少なくとも１つである複数の列をノズルから押し出すようになっていることを特徴とする請求項７６記載の成形装置。
【請求項７８】
少なくとも１つの金型キャビティは、複数の金型キャビティのうちの１つであり、独立アクチュエータ制御は、ノズルを選択的にオンにしたりオフしてポリマー材料が特定の変位パス中、第１の金型キャビティ内に堆積されるが、その隣の第２の金型キャビティ内には堆積されないようになっていることを特徴とする請求項６９記載の成形装置。
【請求項７９】
少なくとも１つのノズル列は、層内で非直線状の堆積が可能であるよう角度をなして傾けられていることを特徴とする請求項６８記載の成形装置。
【請求項８０】
ポリマー材料をノズル機構に供給する少なくとも１つの押出し機／アキュレータ組立体を更に有していることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項８１】
押出し機／アキュレータ組立体とノズル機構との間に配置されていて、ノズル機構を通るポリマー材料の流速及び流量を選択的に制御したり調整する押出し制御機構を更に有していることを特徴とする請求項８０記載の成形装置。
【請求項８２】
押出し機／アキュムレータ組立体は、未加工ポリマー材料で満たされるホッパと、ポリマー材料を受け入れいて溶融させる押出し機本体と、溶融ポリマーを排出するよう回転する押出し機スクリューとを有していることを特徴とする請求項８０記載の成形装置。
【請求項８３】
押出し機／アキュムレータ組立体は、押出し機及び複数のアキュムレータから成り、押出し機は、第１のアキュムレータを充填し、第１のアキュムレータは、満杯になると、溶融ポリマーをノズル機構に向かって突き出し、第１のアキュムレータが突き出している間、押出し機は、第２のアキュムレータを充填し、したがって押出し機は、連続的に稼働し、それによりポリマーが過熱されないようになっていることを特徴とする請求項８０記載の成形装置。
【請求項８４】
アキュムレータのそれぞれの押出しは、機械的ピストン、空気圧式突き出し手段及び油圧式突き出し手段のうち１つを用いて行われることを特徴とする請求項８３記載の成形装置。
【請求項８５】
アキュムレータの接合部のところに配置されていて、ポリマーの流れを定めたり調整する方向弁を更に有していることを特徴とする請求項８４記載の成形装置。
【請求項８６】
ノズル機構は、ポリマーを金型キャビティ内に一様に堆積させて金型キャビティと合わせ金型部分が互いに接近すると、ポリマーの変位を減少させ、それによりポリマー物品内の応力を減少させるよう構成されていることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項８７】
金型キャビティ及び合わせ金型部品のうち少なくとも一方は、安定した成形環境を維持し、ポリマー物品の表面テキスチャー及び品質を向上させるよう加熱したり冷却する手段を有していることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項８８】
次の射出を行う手段を更に有し、次の射出手段は、金型キャビティ及び合わせ金型部分のうち少なくとも一方に形成されていて、成形物品の周りのボイド内部空間を開くよう引っ込むことができる少なくとも１つの引っ込み可能な金型部分と、ポリマーを引っ込み可能な金型部分内に射出して製品の外部上に追加の表面層の少なくとも一部を生じさせる少なくとも１つの射出成形ポートとを有していることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項８９】
金型キャビティ及び合わせ金型部分のうち少なくとも一方内に引っ込み可能に設けられていて、成形物品を吊り下げ、それにより周囲内部空間を形成する少なくとも１つの引っ込み可能なピンを更に有していることを特徴とする請求項８８記載の成形装置。
【請求項９０】
少なくとも１つの引っ込み可能なピンは、外部層の冷却後、成形物品を突き出すそれぞれの突出しピンを有していることを特徴とする請求項８９記載の成形装置。
【請求項９１】
少なくとも１つの引っ込み可能なピンは、外部層の冷却後、成形物品を突き出すそれぞれの突出しピンを有していることを特徴とする請求項９０記載の成形装置。
【請求項９２】
追加の表面層は、着色層及び強靭な被膜仕上げ層を含む群から選択されていることを特徴とする請求項８８記載の成形装置。
【請求項９３】
金型キャビティ及び合わせ金型部品のうち少なくとも１つの一方に組み込まれていて、局所製品仕上げ部を成形物品の一部上に施すエンボス機構を更に有していることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項９４】
エンボス機構は、金型キャビティ及び合わせ金型部品のうち少なくとも一方に設けられた凹み部分と、凹み部分を充填するインゼクタポートとを有していることを特徴とする請求項９３記載の成形装置。
【請求項９５】
エンボス機構は、金型キャビティ及び合わせ金型部品のうち少なくとも一方内に設けられていて、成形物品から選択的に伸縮される少なくともつの往復動ダイ部分と、エンボス射出分を射出して少なくとも１つの往復動ダイ部分を充填し、成形物品の表面に局所エンボスを形成する射出ポートとを有していることを特徴とする請求項９３記載の成形装置。
【請求項９６】
局所エンボスは、成形物品の外部上に追加の表面層の少なくとも一部を生じさせる更に次の射出工程と関連して実施され、エンボス工程は、前記次の射出工程に先立つ時期及び成形物品の頂部上に対して前記次の射出工程の後の時期のうち少なくとも一方において実施されることを特徴とする請求項９５記載の成形装置。
【請求項９７】
エンボスは、成形物品の隔離領域に被着された化粧層及び滑り止め層のうち少なくとも一方を構成するアップリケであることを特徴とする請求項９３記載の成形装置。
【請求項９８】
少なくとも１つのポリマー層は、着色／顔料層、ＵＶ層、滑り止め層、難燃層、フォーム層、バリヤ層、再生利用層及び互いに不適合な材料相互を結合する結合層のうち少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項９９】
金型キャビティ及び金型合わせ部分を密閉する前に材料を成形物品に追加する小出し装置を更に有していることを特徴とする請求項５７記載の成形装置。
【請求項１００】
成形装置は、ポリマーをノズル機構に供給する押出し式スクリューを備えた押出し機を有し、小出し装置は、ポリマーを金型キャビティ内に堆積させるノズル機構ではなく、材料を押出し機スクリューの下流側に追加する下流側フィーダを有していることを特徴とする請求項９９記載の成形装置。
【請求項１０１】
小出し装置は、材料を金型キャビティへの堆積後に少なくとも１つのポリマー層に追加するよう構成されていることを特徴とする請求項９９記載の成形装置。
【請求項１０２】
小出し装置は、長ストランドガラス繊維、ナイロンストランド、麻繊維、ゴム片、粒状物及び液体のうち少なくとも１つを追加して押出しポリマー内に強度層を生じさせるよう構成されていることを特徴とする請求項９９記載の成形装置。
【請求項１０３】
ノズル機構により堆積された少なくとも１つの層は、複数の層から成り、小出し装置は、材料をそれぞれのポリマー層相互間に小出しするよう構成されていることを特徴とする請求項９９記載の成形装置。
【請求項１０４】
小出し装置は、材料を振盪させてこれを金型キャビティ内へ落下させる少なくとも１つの振盪機を有していることを特徴とする請求項９９記載の成形装置。
【請求項１０５】
少なくとも１つの振盪機は、材料を金型キャビティに対し所望の角度で小出しするよう構成されていることを特徴とする請求項１０４記載の成形装置。
【請求項１０６】
少なくとも１つの振盪機は、材料を十字方向に小出しするよう回転可能であることを特徴とする請求項１０４記載の成形装置。
【請求項１０７】
少なくとも１つの振盪機は、材料を十字方向に小出しするよう構成された複数の振盪機から成ることを特徴とする請求項１０４記載の成形装置。
【請求項１０８】
小出し装置は、金型内導入法により要素を少なくとも１つのポリマー層中に組み込んで金型キャビティ及び合わせ金型部分を密閉する機構を有していることを特徴とする請求項１０４記載の成形装置。
【請求項１０９】
前記機構は、要素を少なくとも成形物品の内側部分に埋め込むよう構成されていることを特徴とする請求項１０８記載の成形装置。
【請求項１１０】
要素の一部が成形物品の外部に設けられるよう要素を植え込むように構成されていることを特徴とする請求項１０９記載の成形装置。
【請求項１１１】
要素は、スクリュー、ハンドル及びヒンジを含む群から選択されることを特徴とする請求項１１０記載の成形装置。
【請求項１１２】
金型キャビティは、複数の金型キャビティから成り、前記機構は、成形部品に接合されるよう要素を隣り合う金型キャビティ相互間に埋め込むよう構成されていることを特徴とする請求項１１０記載の成形装置。
【請求項１１３】
前記機構は、要素を成形物品の内部に挿入するよう構成されていることを特徴とする請求項１０９記載の成形装置。
【請求項１１４】
要素は、高周波識別チップ、構造強度をもたらす鉄筋及びＩ−ビームのうち少なくとも１つを含む補強構造部材、所定の形状を持つ前もって製造されたガラス繊維メッシュ及び外装部材のうち少なくとも１つから成ることを特徴とする請求項１１３記載の成形装置。
【請求項１１５】
前記機構は、金型キャビティ及び合わせ金型部分の密封前にオーバーレイを成形物品の外部に施すよう構成されていることを特徴とする請求項１０８記載の成形装置。
【請求項１１６】
次に保護層をオーバーレイ及び成形物品の外面の周りに射出する手段を更に有していることを特徴とする請求項１１５記載の成形装置。
【請求項１１７】
前記機構は、要素を金型内の所望の位置に支持するジグを有していることを特徴とする請求項１０８記載の成形装置。
【請求項１１８】
少なくとも１つのポリマー層は、複数のポリマー層から成り、ジグは、要素を複数の層の少なくとも１つの一部を通って支持するよう構成されていることを特徴とする１１７記載の成形装置。
【請求項１１９】
前記機構は、金型キャビティを横切ってシート材料を圧延する圧延機構を有していることを特徴とする請求項１０８記載の成形装置。
【請求項１２０】
圧延機構は、シート材料を所定長さに切断するカッタを有していることを特徴とする請求項１１９記載の成形装置。
【請求項１２１】
圧延機構は、シート材料に所望の向きを与えるよう回動するように構成されていることを特徴とする請求項１１９記載の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願の引照
本願は、２００１年８月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／３１２，７２３号明細書の権益主張出願である。
発明の背景
本発明は、ポリマー材料でできた多種多様な物品を成形するのに適した押出し圧縮射出技術の分野に関する。
本発明は、特定の材料及び物理的性質を必要とする物品を成形するのに特に利用でき、かかる物理的性質としては、高強度、多層（封入フォームコアを含む）、混合ポリマー材料（未使用ポリマー、ワイドスペックのポリマー及び再生利用ポリマー）、ポリマー物品の内部又は外部に施される特定のインレイ、オーバーレイ、インサート及び（又は）物品の金型内インサート、特定の添加剤及び特定の仕上げの外側層が挙げられる。
【０００２】
従来型高圧射出成形法では、通常は薄肉部品を製造するために幅の狭いポートを介してポリマーを射出して金型キャビティを充填することが知られている。ポリマーを高圧で射出して迅速且つ適正な充填が得られるようにする。かかる状況下においては、ポリマーは、非常に大きな応力を受け、その結果、材料の強度が劣化し、多くの応力線が生じ、これにより物品の構造的健全性が劣化する。また、射出圧力に起因して生じるポリマー中の応力を減少させるために低圧射出（例えば、低圧構造用フォームを備えるよう製造するため）多数のノズルを用いることが知られている。しかしながら、種々の射出ポートを介して射出された材料の塊相互間に依然として溶接線が存在する。また、ポリマー物品の強度を弱める構造的弱め線がある。両方の方法において、ポリマーは依然として、比較的幅の狭い１以上のノズル開口部を介して押し出されなければならない。かくして、使用できるポリマーは、高メルトインデックスポリマーに限られ、これは一般に、低メルトインデックスのポリマーよりも強度係数が低い。
【０００３】
従来の圧縮成形法では、ポリマーは、開いた開放状態の金型に注ぎ込まれて形物に圧縮される。この方法の問題は、ポリマーの塊が金型中全体にわたって依然として加圧されて広げられ、それにより応力及び弱め線が生じ、場合によっては物品を損なう場合のある狂い又は反りが生じるということにある。この射出法及び他の通常の射出法に関する別の問題は、ポリマーが、単一の均質材料であり、独特の機能性が得られるよう個々の層を形成できないということにある。
シート形成法では、ポリマーは、押し出され、冷却されているときにシートの状態に圧延される。この方法の問題は、かかる方法では部品をシート以外の種々の形状に成形できないということにある。
【０００４】
多くのポリマー用途では、特定の機能性をポリマー物品に組み込むのは困難であると共に（或いは）費用が高くつく場合が多い。特定の機能としてはＵＶ保護、帯電防止、着色、高強度、バリヤ、難燃性及び（又は）耐衝撃及び絶縁のためのフォームが挙げられる。例えば、難燃性について説明する。難燃性添加剤は非常に高価であるだけでなく、結果的に得られる添加剤入りポリマーは非常に脆弱な物理的性質を持つ傾向がある。同様な理由で、部品全体にわたって添加剤を混入ブレンドすることは望ましくない場合が多く、ポリマー全体にわたるかかるブレンドにより、追加の費用がかかると共にポリマーの化学的性質及び物理的性質が劣化するという問題が生じる。これと同様に、或る程度は、速度的理由、技術的理由、審美的理由、経済的理由、生態学的理由及び（又は）健康及び安全上の理由等に鑑みて互いに異なるポリマーの組合せ、例えばＨＤＰＥ、ＨＤＰＰ、ナイロン及び他のエンジニアリングプラスチックの混合使用又は未使用ポリマーと再生利用ポリマーの混合使用を用いることが望ましい。しかしながら、従来の射出成形法及び圧縮成形法の大部分においては、ポリマーの混合使用は、比率の観点で低い混合度に限定されている。というのは、これらポリマーのうち多くは十分に混合せず、例えばナイロンはＨＤＰＥとは十分には混合しない等の理由が挙げられる。同時に、混合ポリマーの物理的一体性の特徴は、高い比率で混ぜ合わせられると、非常に損なわれる場合がある。
【０００５】
瓶及び他の小形物品を吹込み成形する同時押出し法が存在する。吹込み成形同時押出し法の欠点は、製造できる物品のサイズ及び使用でき、互いに混ぜ合わされる材料のタイプが、ハング強度（hang-strength ）及び互いに対する層の相対的結合親和性が無い場合が多いことに鑑みて、比較的限定されることにある。加うるに、ポリマーパリソンの性質により、同時押出しが層形成にのみ限定され、技術的理由、審美的理由、経済的理由、生態学的理由及び（又は）健康及び安全上の理由等で望ましい互いに異なるポリマーの構造的要素又は他の特定の部材、例えば、リブ、ストリップ、塊及び他の特定の形成物を形成する可能性が無くなる。
【０００６】
典型的な同時押出し法では、押出しを行いながら個々のポリマーの押出し速度を意のままに別個独立に変化させることは非常に困難である。これにより、完成品の特性をよりよく注文設定するために各層の量及び厚さを正確且つ別個独立に変化させる機械の性能が制限される。
部品の成形中、異物、例えばポリマーヒンジの締結用スクリューヘッド等を部品内及び部品上に一体成形することが望ましい場合がある。しかしながら、射出及び押出し法によるかかる一体成形の性質により、比較的小さなもの以外のものを挿入することは非常に困難である。特定のインレイ、オーバーレイ又はインサートを導入することは可能でなく、ポリマー物品の内部及び外部に設けられる物品及び（又は）材料の高価な一体成形導入のための手段は得られない。
【０００７】
多くのポリマー添加剤は、押出し機及び（又は）アキュムレータの過酷な環境により研削されるので長時間にわたる熱及び（又は）高い剪断作用に起因して劣化することが知られている。例えば、ガラス繊維ストランドは、押出し機スクリューを介して押し出されている間、短い長さに剪断される。それと同時に、部品全体中に添加物を混入ブレンドすることは必ずしも望ましいことではない。というのは、かかるブレンドにより追加の費用が生じ、強度を含む物理的性質の劣化が生じる場合があるからである。
技術的理由、審美的理由、経済的理由、生態学的理由及び（又は）健康及び安全上の理由等でポリマー物品のための特定の外側層を設けることが望ましい。しかしながら、特に薄い一様な外側層が必要な場合、かかる特定の外側層を達成することは非常に困難である。
【０００８】
発明の概要
現行の成形法と関連した欠点及び問題並びに製品の製造と関連した制約を理解して、大形成形物品と小形成形物品の両方を製造する場合、これら欠点を解決できる新規な方法が有利であり且つ必要である。従来型装置の問題及び欠点は、ポリマーを少なくとも１つのノズルから金型キャビティ内に押し出す工程と、押出し工程中、ノズル及び金型キャビティのうち少なくとも一方を変位させてポリマーの層の少なくとも一部を金型キャビティ内に堆積させる工程と、次に金型キャビティを合わせ部分で包囲して成形部品を得る工程とを有する本発明の成形法及び装置によって解決される。
理解されるように、本発明は、他の異なる実施形態で実施でき、その幾つかの細部は、多くの点で設計変更可能であり、これらは全て本発明の範囲から逸脱しない。したがって、図面及び明細書の記載は、本発明を限定するものではなく、例示として考えられるべきである。
【０００９】
発明の詳細な説明
本発明は、多数の層を有する大形物品と小形物品の両方を形成して従来方法では得られない製品、利点及び融通性を得る圧縮射出法に関する。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本発明の成形装置は、１以上の開放した金型キャビティを有するベッド上に１以上の種類のポリマー材料を敷設するノズル機構を採用している。
従来方法の欠点は、所望の強度、寸法及び多様性を備えた製品の形成ができないということにある。均等に層状になった部品を作ることは、従来の圧縮法ではできなかったが、本発明の押出し複合圧縮射出法を用いる際、１以上の互いに異なる材料のポリマーの均等且つ効果的な充填のために金型テーブルに対し迅速に動くことができる多列型押出し機構を互いに並んで配置することにより可能になる。また、本発明の方法により、通常は従来の成形法には適合性のない層相互間の結合を可能にするために用いられた互いに異なる複合材料層を押し出すことができ、かかる押出しには、結合剤の押出しが含まれる。次に、これら層を本発明の方法により特定の目的のために非常に効率的且つ非常に効果的に配置することができる。本発明の方法は、多層製品を製造するよう構成されているが、単層製品を製造することも十分に可能である。
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ノズル機構１２は、１又は２以上の列をなすノズル１４を有している。これらノズルを押し出されるポリマーの種類に応じて図１Ｅ、図１Ｆ及び図１Ｇに示すように種々の形態に重ねて配置できる。ノズル１４は、ポリマーを開放された金型キャビティ１６内に押し出し、それにより周囲空気圧力と比較して差が実質的に０の成形圧力のポリマー押出しを可能にするよう構成されている。ノズル１４は好ましくは、実質的に隣接した状態で互いに間隔を置いて設けられ、したがって、各ノズルからのポリマー材料が、好ましくは一様な厚さの材料のシートとして金型キャビティ１６内に効果的にカスケード状態で落下するようになる。充填されるべき金型キャビティのタイプ、レイアウト及び数に応じて、個々のノズル列が各々、図１Ｃ及び図１Ｄにそれぞれ示すように長くて幅の狭い開口部２１，２３を備えたちょうど１つのノズルから成る。変形例として、小さな開口部２０，２２を備えた多くのノズルを採用してもよい。好ましい実施形態では、種々の製造上の要件に合うようにするために複数の金型キャビティ１６が用いられ、これら金型キャビティは、互いに同一又は異なるサイズ及びキャビティパターンを有するのがよい。金型キャビティ１６は、材料をキャビティの一端から別の端まで各パスで堆積させるようノズル機構１２に対して変位される。好ましい実施形態では、金型キャビティ１６は、静止ノズル機構１２に対し前後にシャトリングする（行ったり来たりする）シャトルテーブル１８に取り付けられていて、各シャトルパス中に材料の層を堆積させるようになっている。しかしながら、変形例としてシャトルテーブル１８を静止状態に保持し、ノズル機構１２を変位させて各パスで材料層を堆積させてもよいことは理解されるべきであり、これらは全て本発明の範囲から逸脱しない。
【００１１】
図示のように、ノズル機構１２は、ノズル１４の第１の列２０及びノズル１４の第２の列２２を有している。材料は、ノズル１４に好ましくはそれぞれの第１の押出し機／アキュムレータ組立体２４及び第２の押出し機／アキュムレータ組立体２６から押し出される。各押出し機／アキュムレータ組立体２４，２６は好ましくは、互いに異なる種類のポリマー材料を小出しするよう構成されている。ただし、所望ならば両方とも同一材料を小出しすることができる。このように、ノズル機構１２は、各シャトルパスで多数のポリマー層を小出しすることができる。ノズル機構１２は、各シャトルパスで堆積されるポリマーの層及び隆起部の数並びにポリマーの種類を制御するために各列に任意の数のノズル１４を備えた任意の数の列を有してもよいことは理解されるべきである。各列は好ましくは、それぞれの押出し機／アキュムレータ組立体から材料を受け入れるよう構成されており、押出し機／アキュムレータ組立体は各々好ましくは、互いに異なるポリマー材料層を小出しするが、かかる材料層について以下に詳細に説明する。また、各ノズル１４は、独立制御を達成するためにノズル１４を独立してオンにしたりオフにする別個のアクチュエータ２８、例えばサーボモータを有している。これらアクチュエータは、それぞれのノズル１４内の内部弁を漸変的に制御して有効弁開き又はアパーチュアのサイズを変え、それによりノズル１４を通るポリマー材料の流量を変化させることができる。良好な製品の品質及び一貫性を得るためにポリマー材料の流量を更に微調整するため、プログラム可能な押出し制御機構３７が、各押出し機／アキュムレータ組立体とこれに対応した押出しノズルの列との間に組み込まれている。制御機構３７は好ましくは、弁、例えば圧力調整弁である。この制御機構は、幾つかの目的を達成する。制御機構３７は、押出し機／アキュムレータ組立体から到来する圧力変化に対するサージ保護手段となる。この制御機構は又、ポリマー材料の流れ速度及び流量を制御して調整するよう働く。この制御機構は又、出力を良好に操作するステップダウン圧力制御装置として機能し、それにより押出しの量、速度及び厚さを微調整する際に付加的なプログラム可能な機構をノズル弁にもたらし、その結果良好な品質の出力が得られる。この制御機構は又、ノズル機構に対して相補的な遮断弁として働くことができ、それによりノズルの閉止中、圧力を減少させてノズルに対する摩耗及び引裂を減少させる。さらに、制御機構を用いてポリマー運搬ラインをオフにすると、ノズル機構の迅速な点検整備を容易に達成することができる。制御機構３７を手動又は電子的に作動させることができる。
【００１２】
作用を説明すると、ノズル機構１２をシャトルテーブル１８でプログラムされた方式で用いて層状化を正確に制御することができる。例えば、ノズル１４を通る押出し速度をシャトルテーブル１８の速度と協調させて各パスで種々の厚さの層を堆積させることができる。例えば、高い押出し速度及び（又は）大きな弁の開きを遅いテーブル速度と協働させると厚い層が得られ、逆にすると薄い層が得られる。また、これら速度を１回のシャトルパス中に変化させると、層の厚さを漸変させたり局所的に変化させることができる。列２０，２１を選択的にオンにしたりオフにすることにより、各キャビティ１６の正確な充填を可能にし、又材料がキャビティ相互間の空間にこぼれることがないようにし、それにより無駄が少なくなる。また、この選択的な作動を１回のシャトルパス中に数度採用してシートではなく、互いに平行な列をなすポリマーを押し出すことができる。また、或る列内の個々のノズル１４を他の列がオフになっている間に交互にオンにして列全体の選択的な作動により形成された列に対し垂直な互いに平行な列を押し出すことができる。かかる列を各シャトルパスで交互に配置することができ、又は互いに異なるそれぞれの列を用いて同時に配置することができる。このように、ポリマーの列から成る層をキャビティ１６内に押し出すことができ、これら層を互いにサンドイッチし、撚り合わせ又は折り合わせると任意所望の内部組成を持つポリマー製品が得られる。例えば、選択したポリマー材料及びプロセスパラメータに応じて、これら工程を層堆積法で用いて内部構造部材、例えば補強リブ又は剪断に強いウィーブ或いは層の被着で作ることができる任意形状の任意他の構造を形成することができる。また、ノズル１４を選択的にオンにしたりオフにしてポリマー材料が特定のシャトルパス中、一金型キャビティ１６内に堆積されるがその隣の別の金型キャビティ内には堆積されないようにすることができる。追加の押出し制御が必要な作動では、集中マニホルド２５を図１Ｈ及び図１Ｉに示すようにノズル機構の複数の列に取り付けるのがよいが、このようにするかどうかは任意である。集中マニホルド２５は好ましくは、ノズル機構の長さ全体にわたって延びて列の少なくとも一部から少なくともノズル１４を受け入れる長手方向に延びる部材である。ノズル１４をそれぞれ対応関係にある先細ボア内に送り込むのがよい。変形例として、各列からのノズル１４がそれぞれ対応関係にある長手方向に延びる先細チャネルに嵌入してもよい。弁部品２７を集中マニホルド２５に取り付けるのがよく、かかる弁部材は、押出し工程中作動して組合せ多層押出し品の全厚さを制御して変化させ、或いは押出し品を完全に遮断するようプログラムされたものであるのがよいが、このようにするかどうかは任意である。
【００１３】
シャトルテーブル１８は、ノズル機構１２と協働するために、テーブル１８がノズル機構１２に対し移動したり回転できるようにする標準型ＣＮＣテーブルと同様に幾つかの運動の自由度を有する。シャトルテーブル１８を１組のレールに取り付けてシャトリング方向に対し横方向の動作を可能にするのがよい。また、テーブルを回転ターンテーブルに取り付けて押出し層と円形のパターンを作ることができるが、このようにするかどうかは任意である。金型テーブル１８の運動に変化をつけることにより、任意他の型式のパターンを作ることができ、かかるパターンとしては、正弦波又は鋸歯状パターンが挙げられる。また、一層内に非直線状層又は列の堆積を容易にするためにノズル機構１２を角度θ（例えば、４５゜）をなして傾けることが望ましい場合がある。
【００１４】
本発明の押出し機／アキュムレータ組立体２４，２６は、ホッパが未加工ポリマー材料で満たされ、これを押出し機本体内に送り込み、そしてポリマー材料がここで溶解するようになった代表的な押出し機３０を有している。押出し機スクリュー３２を回転させて溶融ポリマーを排出する。本発明の特別な特徴として、押出し機３０は、１対のアキュムレータ３４，３６を充填するのに用いられる。押出し機３０は、第１のアキュムレータ３４を充填するよう連続的に稼働される。満杯になると、第１のアキュムレータ３４は溶融ポリマーをノズル機構１２に向かって押し出す。第１のアキュムレータ３４が押出しを行っている間、第２のアキュムレータ３６はポリマーで満たされている。このように、押出し機３０は、連続的に稼働され、ポリマーはそれにより過熱しない。アキュムレータ３４，３６の押出しを、機械的なピストン或いは空気圧又は油圧作動の押出し手段又はかかる用途に役立つ他のかかる装置を用いて行うことができる。本発明の用途の場合、単一の押出し機／アキュムレータ組立体が、各種類の層材料を堆積するために用いられる。特にノズル機構１２の要件に応答して材料の流れを決めたり調整する方向弁３８がそれぞれのアキュムレータラインの接合部のところに用いられている。これに対応した数のホッパが設けられ、各ホッパは１以上の材料を各層専用の押出し機内に投入する。単一層の製品の場合、１つを別にしてそれ以外の全てのホッパ／押出し機をオフにし、同一材料を高速層状化のために多数のホッパを通して送る。各ホッパは、ホッパの各々に入る投入材料の量を制御するレシオ装置計器を備えている。計量は、重量又は体積の比に基づくのがよく、１又は複数の材料は、液体、フレーク、ペレット、コンセントレート（濃縮物）、粉末及び予備溶融プラスチックの組合せであるのがよい。押出しステーションの型式及び数は、完成品に組み込まれるべき層の機能性及び型式で決まる。
【００１５】
本発明の成形テーブル１８を、種々の製造工程の種々の要求を満たすよう任意のサイズに合わせて形成することができる。例えば、テーブルは、種々のサイズの多くの金型に対応するよう４フィート×４フィート（約１．２２ｍ×約１．２２ｍ）以下であってもよく、１５フィート×１５フィート（約４．５７ｍ×４．５７ｍ）以上であってもよい。図１Ａ及び図２に示すように、金型キャビティ１６を所望の層で充填した後、シャトルテーブル１８は、テーブル１８を受け入れて支持する底部部材４２及び金型部分の合わせ部分４６を位置合わせ状態に保持する頂部部材４４を備えた成形プレス４０内へ移動する。次に、成形プレス部材４２，４４を互いに結合して完成品を成形する。本発明の方法では、ポリマーを迅速に押し出し、したがってポリマーの押し出された塊は、金型半部の閉鎖が生じる前においてはそれほど冷えないようになる。ポリマー塊は、始まりがかなり一様に配置されているので、金型半部が互いに近づくと、ボイドを充填するためのポリマーの移動の度合いは大幅に小さくなり、それにより形成されたポリマー物品内での応力は殆ど無いか又は全く無い。また、従来方法とは異なり、ポリマーは周囲空気圧力と比較して差が実質的に０の成形圧力で射出されるので、このようにすると材料は応力を受けず、その結果強固な成形品が得られる。金型は又、安定した成形環境を維持し、ポリマー物品の表面テキスチャー及び品質を向上させるよう加熱したり冷却することができるように設計されている。本発明の方法及び装置はプロトタイプ作製連続操業と大量及び少量連続操業の両方に好適なので、本発明の金型テーブル１８は、大型シャトルシステムの一部であり、補助金型テーブルを金型が出し入れされるときに稼働中の生産ラインに出し入れすることができ、それにより機械は金型交換等のために作動停止の必要なく常時生産状態にあるようにすることができ、かくして金型交換等のために機械を頻繁に作動停止しなければならない場合と比べて、多くの時間が節約されると共に過熱状態の材料がパージされる。
【００１６】
本発明は又、製品の外部に被着される追加の表面層を作る次に行われる１以上の射出工程を考慮に入れることができる。例えば、安価な材料で作られた粗い製品を、所望の色、強靱な被膜仕上げ又は他の所望の性質を有する特殊な又は高価な材料で被覆するのがよい。例えば、かかる被膜を施したフォームポリマーを用いて液体の所望温度を維持するための断熱バスタブ又は他の製品を作ることができる。本発明の方法に従って次の射出を行うため、金型は、射出ポリマーの被膜を被着させるよう成形物品の周りにボイド内部空間を生じさせるよう僅かに、例えば約１／１６インチ（１．５９ｍｍ）引っ込むよう構成されている。好ましくは金型キャビティ内に引っ込み可能に取り付けられたピンによって物品を吊り下げることによりこの包囲内部空間を作ることができる。一実施形態では、完成品を突き出すために用いられる突出しピンも又、この役目を果たすことができる。１以上の射出成形ポート５２が、局所充填部を作るようポリマーを金型内に射出するために用いられる。次に、ピン５０を用いて外部層の冷却後、完成品を突き出すことができる。
【００１７】
上述したことに加えて、専用のエンボス機構が特別な局所製品仕上がりが得られるよう金型内に組み込まれている。この専用エンボス機構は、次の射出工程と関連して作動するよう設計されており、金型が近づいているとき又は一時的に僅かに引き離されたとき、エンボス射出を作動させ、それにより技術的理由、審美的理由、経済的理由、生態学的理由及び（又は）健康及び安全上の理由等でポリマーの一体部品であるエンボスが作られる。本発明の一特徴では、エンボス機構は、それ自体のインゼクタポート５２を備えた金型合わせ部分４６の凹み部分を有するのがよい。まず最初に金型合わせ部分４６を堆積状態のポリマーに接触させると、凹み部分は、中空ボイドのままである。インゼクタポート５２を介して別個のエンボス射出を行って凹み部分を充填する。凹み部分は、別個に射出されたポリマーを収容し、下に位置する層への「ブリードオーバー（bleed-over）」を生じさせないように縁部を有している。このように、別個のエンボス射出は、下に位置する層に対し異なる色又は他の物理的性質を持つエンボス特徴を同時に生じさせることができる。凹み部分の幾何学的形状を注意深く選択し、エンボス射出のタイミングを制御し、そして下に位置する層の流れを操作することにより、エンボス特徴を生じさせるのに射出材料の僅かな部分が必要であるに過ぎず、かくして高価な材料の節約が可能になる。
【００１８】
本発明の別の特徴では、エンボス機構は、金型合わせ部分４６の１以上の別々の「クッキーカッタ（cookie cutter ）」部分を更に有するのがよく、各「クッキーカッタ」部分は、別の色及び（又は）他の種類の材料を受け入れるそれ自体のインゼクタポート５２を有している。これは、金型内に別個の往復動ダイ部分として具体化でき、かかる別個の往復動ダイ部分は、次の射出に先だって物品の表面に又は次の射出後に物品の頂部上に局所エンボスを生じさせるよう選択的に伸縮できる。例えば、かかるエンボスを用いると、滑り止め層として化粧ゴム設計を下に位置する層状の隔離された領域に施すことができる。任意他の特定の射出を局所スポットに実施することができる。このように、かかる実施を製品の製造と同時に行うと、製造工程及びプロセス時間を減少させ、かくして製造上の経済性が向上する。
【００１９】
本発明の概要を説明したが、本発明の方法及び装置に用いることができる種々のポリマー材料についての説明を次に行う。幾つかの種類の層材料が開示されるが、これらの任意の組合せを、技術的判断基準、審美的判断基準、経済的判断基準、生態学的判断基準及び（又は）健康及び安全上の判断基準を満足させるよう選択された種々の層状化設計を持つ種々の製品の製造を可能にするために本発明の方法及び装置において選択できる。これら層としては、以下のものが挙げられるが、これらには限定されない。
着色／顔料層：本発明者の多層方式では、薄い外側の着色層を製品の本体部分に被着させることができ、これは安価な再生利用材料で作ることができる。この薄い層は、製造業者に顔料担持材料の非常に高い費用を負担させないで、着色要件を満足させるうえで必要な唯一のものである。加うるに、着色／顔料を外部に施すことができる任意他の層又は添加剤に添加することができ、その結果更に節約が得られる。この層の押出しには通常の押出し機が用いられる。
【００２０】
ＵＶ層：同一の多層方式により、太陽からの有害な紫外線に対するポリマー物品の有効な保護を可能にする１以上の外部ＵＶ層を設けることができる。ＵＶ添加剤をポリマー物品全体に施すのではなく、外部ＵＶ層を設けた場合の別の利点は、物理的性質の不必要な劣化を生じさせないで、良好なＵＶ保護が得られるよう外部に施された高濃度のＵＶ添加剤を利用できるという融通性だけでなく、外側層のすぐ内側の層に施された低濃度のＵＶ添加剤を利用できるという融通性が得られると共に大幅なコストの節約が実現される。
【００２１】
滑り止め層：構造的本体周りに滑り止め層を形成することができる。例えば、線状低密度ポリマー層を滑り止め層として同一材料の下に位置する層（例えば、高密度）の外部に追加することができる。例えば、低密度ポリエチレンの軟質の摩擦滑り止め層を高密度ポリエチレンの剛性構造的本体上に被着させることができる。本発明をこのように利用することにより、次の多くの利点が得られる。この層は、それ以上の能力及び取扱いを行わないで一体に形成される。従来型式の滑り止め層とは異なり、この種の滑り止め層は、その下に位置する層から剥れ又は分離する必要はない。というのは、これは、同種であるが、異なる密度のポリマーベースから選択でき、かくして完全な結合が得られるからである。これら層はそれぞれ同一の熱可塑性材料で作られているので、製品全体は完全に再生利用可能である。この方法を用いる滑り止め層の所望の摩擦特性を樹脂の密度を調節することにより特定の顧客の要件に合わせて容易に調節することができる。というのは、樹脂の摩擦特性は、その分子密度の関数だからである。結果的に得られる滑り止め層は、滑らかであり且つ容易に洗浄可能であり、それによりパレット用途に関するＦＤＡ及びＵＳＤＡの要件に合致している。滑り止め層は又、着色層として役立つよう色合わせされたものであるのがよい。この層上への押出しのために通常の押出し機が用いられる。
【００２２】
難燃層：難燃層を被着させることにより、製品全体を通じて高価な添加剤を用いないで、同一の難燃機能を達成する保護層をこれに設けることにより費用全体が大幅に減少する。また、層状化により、重量に関する大きな問題が無くなる。脆弱さに関する問題、破断、亀裂及び構造上の問題を最小限に抑えるため、難燃層内に特定の協働層を形成して必要な又はこれを層相互間に封入することにより必要な追加の支持体を得る。用いられる難燃性添加剤の量は、薄い層だけを用いる場合非常に僅かなので、製品の再生利用性は許容状態のままである。この層上への押出しのために通常の押出し機が用いられる。
【００２３】
強度層：特定の強度層を形成する際、技術の２つの別々の観点が利用される。多層方法はそれ自体、多層の周知の固有の性質として追加の機械的強度をもたらす。また、特定の強度層は、ポリマーを超強固であるが再生利用可能にするよう構成されたものであるのがよい。強度に関する要件を達成するため、ストランドの長いガラス繊維、ナイロンストランド及び（又は）他の天然繊維、例えば麻をポリマー中にブレンドする。この層の材料は、ナイロン、ポリエチレン又はポリプロピレンであるのがよい。ストランドの長さ及び一体性を維持するため、押出し機は、押出し機内部のスクリューの剪断をバイパスする下流側フィーダと協働するのがよい。強度層を導入するもう１つの選択肢は、固有の高い強度特性に鑑みてナイロンだけをこの層の改変ポリマーとして用いることである。この強度層を可能にする利点は、多くある。強度層は、他の層の低い構造強度を補償することができ、それにより、機能的有用性、例えば滑り止め、難燃性等を達成するよう特殊且つ独特の特徴及び材料を利用できる。
【００２４】
フォーム層：耐衝撃性、断熱性、軽量化、体積充填が得られるようフォーム層を設けるのがよい。本発明の多層方法は、フォーム及び非フォーム層の材料及び厚さを変えることにより所望の剛性度及び耐衝撃性をもたらす。外部フォーム層は又、着色層、滑り止め層及び強度層としても役立ち得る。さらに、内部層のうち大部分は未使用材料、又は再生利用材料を利用できるという融通性を持っている。また、フォーム層を設けることは、追加の機能の達成に役立つ。断熱溶融及び軽量化における改良は、フォーム層の発泡度の変化と厚さの変化の組合せにより達成できる。或る特定の用途では、発泡は、キャビティの体積充填に効果的である。また、１又は複数のフォーム層は、機械的強度を増すことができ、好ましい質量：強度の比が得られる。フォームをプラスチックに導入するには２つの典型的な方法がある。１つの方法は、化学的発泡剤を混入し、ホッパのところ又は下流側位置にプラスチックを導入した状態で標準型押出し機を用いることである。別の方法は、窒素ガスを押出し機の中間又は下流側に導入することである。フォーム層を用いる場合、押し出された柱状体に及ぼされる特定の最小限度の空気圧が、フォーム層の意図した発泡度を保持し、１又は複数の層の意図した厚さを確保するうえで重要である。
【００２５】
バリヤ層：本体部分を通る含有材料、例えば水又は溶剤の滲出又は移動を防止するために特定の不浸透性材料を外部に被着させるのがよい。また、このバリヤ材料を着色又は他の層と組み合わせるのがよい。この目的のために典型的な押出し機が用いられる。低レベルのバリヤ材料を用いて適正なバリヤを確保することができるようにすることにより、特に大形プラスチック製品について材料費が大幅に減少する。さらに、用いられるバリヤ材料の種類に応じて、かかる材料は、部品全体に用いられた場合に高価すぎると共に重すぎ又は硬すぎるという問題がある。これは、本発明の方法では問題とならない。というのは、部品全体にかかる材料を用いないで、バリヤ材料の層だけが必要だからである。
【００２６】
結合層：適合性が無く、互いに十分に結合しない層、例えばポリエチレン及びナイロン層を互いに結合するために結合層を設けるのがよい。自然に十分に結合する層相互間に用いられる適合性のある材料の場合、この結合層は不要である。
再生利用層：材料費を減少させるため、再生利用材料の層を配置するのがよい。この層を他のより高価な層で補強すると、強度、色及び任意他の性質が得られ、所望の属性を持つ安価な製品が得られる。製品全体を再生利用可能な材料で作ると、再生利用可能な製品が得られる。
【００２７】
本発明の別の特徴では、本発明の層状化方法は、インサート及び添加剤の追加を考慮に入れている。例えば、長繊維ガラス繊維ストランドを層相互間に配置することにより成形物品に追加するのがよい。他の材料、例えば麻繊維、ゴム片の粒状物及び液体を追加することができる。このように、材料を劣化させ、長繊維ストランドを破断させる押出し機の高温且つ剪断条件を回避しながらかかる添加剤を追加することができる。図２に示すように、小出し装置７０をテーブル１８の上方に吊り下げた状態でかかるストランドを追加することができる。小出し装置６０は、繊維又は粒子を振盪して金型キャビティ１６内に落とし込む振盪機から成るのがよい。振盪機６０は、繊維を金型キャビティ１６に対し所望の角度で配置するよう差し向けられたものであるのがよい。振盪機６０は又、回転して繊維を十字方向に配置するよう構成されたものであるのがよい。また、多数の振盪機を用いると、ストランドを任意所望の向きに配置することができる。この方法により、添加剤を成形品の非常に特定の領域又は層に配置することができる。
【００２８】
添加剤を含ませることに加えて、小出し装置６０は、特定のインレイ、オーバーレイ及びインサートを成形中、ポリマー物品の内部又は外部に混ぜ込む機構を有するのがよい。金型内導入法により、多くの型式の要素、例えばスクリュー、ハンドル及びヒンジを組み込むことができる。例えば、本発明により、２つの成形部品を別々に形成し、ヒンジ又は他のコンポーネントを隣り合う金型相互間に配置することができる。このように、完成部品を現場で形成でき、それにより最終工程の時間及び労力が無くなり、それにより製造費が減少する。また、高品質グラフィックスのためのサーモラベル（thermo label）をポリマーの外面に付加し、任意的に透明な保護層をその周りに射出することもできる。また、ＲＦＩＤチップ／タグをポリマー物品の内部に付加し、又はＲＦＩＤ（即ち、高周波識別）を持つラベルを外部に取り付けることも可能である。
【００２９】
さらに、本発明の方法は、構造部材を組み込むために利用できる。例えば、補強部材、例えば鉄筋をポリマー製品内に形成してかなり大きな機械的強度が得られるようにするのがよい。又、本発明により、鋼のＩ−ビームをポリマー内に埋め込むことができる。これは、腐食環境、例えば海で用いられる桟橋に用いられる鋼構造部材に特に利用でき、この場合、ポリマー封入部材は、塩分による腐食に耐性がある。当然のことながら、任意他の型式のインサートを用いることができる。
例えば、所定の形状の前もって製造されたガラス繊維メッシュを挿入することができ、成形をその周りに実施することができる。また、例えば「ケブラー（Kevlar）」で作られた外装部材をポリマー部材の内部又は外部に埋設するのがよい。
【００３０】
このように、外装が施されたコンポーネントをポリマーで作ることができ、これは、従来型式の鋼外装メッキと比較して極めて軽量である。本発明のインサート成形法は、自動車部品、機体、建築部材及び他のかかる用途を製造するために用いることができる多種多様な高強度軽量部品を潜在的に作ることができる。かかる特定のインサート法の場合、小出し装置６０は、金型内の所望位置に手で又はロボットにより配置されていて、インサートを支持するジグを有するのがよい。ジグは、特定の方法の要件に応じて、１以上の層堆積中インサートを支持することができ、又は配置後これを引っ込めることができる。
【００３１】
本発明の別の特徴では、小出し装置６０は、任意所望の長さのシート材料をシャトルテーブル１８を横切って圧延するよう構成された圧延機構を有するのがよい。この圧延機構は、シート材料を任意所望の長さに自動的に切断するカッタを更に有するのがよい。このように、かかるシート材料を１以上の金型キャビティ１６に追加して物品の挿入を一段と可能にして強度又は任意他の所望の物理的性質が得られるようにするのがよい。圧延機構は、回動して任意所望の向きを持つシート材料を取り扱うことができるよう差し向けられているのがよい。また、当然のことながら、圧延機構は、シート材料を任意所望の向きで同時に又は連続的に小出しして所望の方法の要件に合うようにする２以上の圧延ステーションを有してもよいことは理解されるべきである。
【００３２】
ポリマー堆積のピンポイント制御を注意深く行うことにより、本発明の方法は、形物をインサートの周りに配置することができる。本発明の一特徴では、合わせ金型部分４６は、ポリマーのディスロケーション（転位）及びばりを最小限に抑えた状態で細部を完成させるために用いることができ、それにより材料中の応力が最小限に抑えられる。また、インサート配置場所を注意深く制御することにより、インサートの重量に起因して生じる溶融ポリマーの流体押退け量を計算して制御することができ、それにより厳密な公差を維持することができる。
本発明の方法及び装置は、従来の射出成形法及び従来の圧縮成形法又は射出法と圧縮法の組合せを実施できるほど十分融通性があることは理解されるべきである。射出機構は、プレスの一方の側又は両側に設けられたマルチノズル形高温ランナーシステムからシングルノズル形システムまでの形態を取ることができる。
理解されるように、本発明は、他の異なる実施形態で実施でき、その幾つかの細部は、例えば技術的理由、審美的理由、経済的理由、生態学的理由及び（又は）健康及び安全上の理由等で多くの点で設計変更可能であり、これらは全て本発明の範囲から逸脱しない。したがって、図面及び明細書の記載は、本発明を限定するものではなく、例示として考えられるべきである。上述したように、本発明は、従来型装置と関連した多くの問題を解決する。しかしながら、当業者であれば、本発明の内容を明らかにするために本明細書において説明した部分の細部、材質及び配置状態の種々の変更を行うことができ、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】本発明のポリマー成形装置を上から見た図である。
【図１Ｂ】本発明のノズル機構の一具体例の詳細図である。
【図１Ｃ】本発明のノズル機構の別の具体例の詳細図である。
【図１Ｄ】本発明のノズル機構の別の具体例の詳細図である。
【図１Ｅ】本発明のノズル機構の別の具体例の詳細図である。
【図１Ｆ】本発明のノズル機構の別の具体例の詳細図である。
【図１Ｇ】本発明のノズル機構の別の具体例の詳細図である。
【図１Ｈ】本発明のノズル機構の別の具体例の詳細図である。
【図１Ｉ】本発明のノズル機構の別の具体例の詳細図である。
【図２】本発明の成形プレスの構成及び作用を示す側面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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