(57)【要約】  オーバーモールド物品を射出成形するための方法は、熱可塑性材料を射出成形装置（１０）の中で所定の温度まで加熱する工程を含む。射出成形装置は、金型キャビティ（３２）を含む金型（２８）を有する。射出成形装置（１０）は、約１００万の射出成形サイクルを超えかつ約２，０００万の射出成形サイクル未満である耐用年数を有する。上記方法は、予め製造された物品（５１）を金型キャビティ内に位置付ける工程と、加熱された熱可塑性材料を、射出成形装置（１０）の融液保持容器（２０）から金型キャビティ（３２）の中に進入させる工程と、射出要素（３０）付近の実質的に一定の溶融圧力を、少なくとも約２ＭＰａ（４００ポンド／平方インチ）及び最大約６９ＭＰａ（１０，０００ポンド／平方インチ）に維持する工程と、を更に含む。
2017502856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバーモールド物品を射出成形するための方法であって、
熱可塑性材料を射出成形装置（＃１０）の中で所定の温度まで加熱する工程であって、
前記射出成形装置は、金型（＃２８）と、プラスチック溶融体射出システム（＃１２）と、センサ（＃５２）と、コントローラ（＃５０）と、を備え、
前記金型は、金型キャビティ（＃３２）を含み、
前記プラスチック溶融体射出システムは、融液保持容器（＃２０）と射出要素（＃３０）とを含み、
前記射出成形装置は、１００万の射出成形サイクルを超えかつ２，０００万の射出成形サイクル未満である耐用年数を有する、工程と、
予め製造された物品（＃５１）を前記金型キャビティ内に位置付ける工程と、
加熱された熱可塑性材料（＃２４）を、前記射出要素を使用して、前記射出成形装置の前記融液保持容器から前記金型キャビティの中に進入させる工程と、
前記加熱された熱可塑性材料が前記金型キャビティの中に進入するときに、前記センサを使用して、前記加熱された熱可塑性材料の溶融圧力を判定する工程と、
前記センサからの、前記加熱された熱可塑性材料の前記溶融圧力を示す信号を、前記コントローラーに送信する工程と、
前記コントローラー及び前記プラスチック溶融体射出システムを使用して、前記金型キャビティに入る前記熱可塑性材料の実質的に一定の溶融圧力を維持する工程であって、前記射出要素付近の前記溶融圧力は、約２ＭＰａ（約４００ポンド／平方インチ）〜約６９ＭＰａ（約１０，０００ポンド／平方インチ）である、工程と、
前記予め製造された物品が前記熱可塑性材料と接触するように、前記金型キャビティを熱可塑性材料で実質的に充填する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱可塑性材料が実質的に凝固してオーバーモールド物品を形成するように、前記熱可塑性材料の温度を低下させる工程と、
前記オーバーモールド物品を前記金型キャビティから取り出し、それによって、１回のオーバーモールド射出成形サイクルを完了する工程と、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶融圧力が実質的に一定であるように、前記金型キャビティに入る前記熱可塑性材料の最大溶融圧力が、少なくとも２個の前記金型キャビティに入る前記熱可塑性材料の最低溶融圧力の約３０％以内である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記熱可塑性材料が、メーカーが推奨する射出温度範囲を有し、
前記所定の温度が、前記メーカーが推奨する最低射出温度を下回る、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記所定の温度が、前記メーカーが推奨する最低射出温度よりも少なくとも約４０℃低い、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の温度が、前記メーカーが推奨する最低射出温度よりも少なくとも約５０℃低い、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記熱可塑性材料が、メーカーが推奨する射出圧力範囲を有し、
前記金型キャビティに入る前記熱可塑性材料の前記溶融圧力が、メーカーが推奨する最低射出圧力よりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記熱可塑性材料が加熱される前記所定の温度が、もし前記予め製造された物品の構成要素があるならば、加熱撓み温度よりも少なくとも約３０℃低い、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記予め製造された物品が温度感受性構成要素を含み、それにより前記予め製造された物品が、予め製造された物品の変形温度において塑性変形又は弾性変形し、
前記所定の温度が、前記予め製造された物品の変形温度を下回る、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記予め製造された物品が、電子部品、はんだ付け部品、流体を含む構成要素、インクを含む構成要素、引火点が前記所定の温度未満である可燃材料を含む構成要素、及び溶融温度又は変形温度が前記所定の温度未満である構成要素であって、前記熱可塑性材料の熱質量よりも実質的に低い熱質量を有する、構成要素、からなる群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記予め製造された物品が剪断圧力感受性構成要素を含み、それにより前記予め製造された物品が、予め製造された物品の上限剪断圧力において変形し、
前記熱可塑性材料が、前記金型キャビティ内の、前記熱可塑性材料と前記予め製造された物品との間に、前記予め製造された物品の上限剪断圧力より低い剪断圧力を生じさせる溶融圧力で射出される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記予め製造された物品が、ラベル、装飾品、標識、バリア、把持要素、非平坦要素、及び触覚要素からなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記予め製造された物品が射出圧力感受性構成要素を含み、それにより前記予め製造された物品が、予め製造された物品の最大射出圧力において変形し、
前記金型キャビティに入る前記熱可塑性材料の前記溶融圧力が、前記予め製造された物品の最大射出圧力よりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記予め製造された物品が、ボトル、容器、ハンドル、飾り、装飾品、浮輪、ビーズ、工具、及び台所用品からなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記予め製造された物品が、金属ねじ、マグネット、電子サブアセンブリ、無線自動識別（ＲＦＩＤ）タグ、電子部品、はんだ付け部品、物品流体を含む構成要素、インクを含む構成要素、引火点が前記所定の温度未満である可燃材料を含む構成要素、セラミック物品、中空又は部分的に中空の物品、医療機器の部品、ブラシ用剛毛、鏡、スポンジ、ゴム製品、鉛系はんだ、鉛フリーはんだ、発光ダイオード、バッテリー、電池、抵抗器、コンデンサ、誘導子、マイクロコントローラ、演算増幅器、電子機器、２元系又は３元系共晶合金、ラベル、装飾品、標識、バリア、把持要素、非平坦要素、触覚要素、ボトル、容器、ハンドル、飾り、装飾品、浮輪、ビーズ、工具、又は台所用品のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、射出成形品を形成する方法に関し、より詳細には、実質的に一定の低射出圧力でオーバーモールド物品を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
消費財、電子機器、容器等といった射出成形品は、射出成形物品の要件に応じて、多くの技術を用いて作製可能である。射出成形品は、例えば、最終射出成形物品で異なる材料を使用する場合、又は異なる機能が必要とされる場合には、複数の技術を用いて形成されてもよい。例えば、電子機器構成要素（例えば、キーパッド及び手持ち式スキャナなど）は、オーバーモールド射出成形プロセス、又は別の製造プロセスを用いて製造され得る。こうしたプロセスのいくつかにおいて、最終射出成形品又は最終製品は、ベース部品をオーバーモールドすることによって形成され得る。例えば、ベース部品は予め製造されていてもよい。しかしながら、ベース部品は、ベース部品をオーバーモールドする際に考慮する必要があり得る特定の温度、圧力、又は剪断感受性を有する場合がある。したがって、オーバーモールド物品を形成するための改善された方法が望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態では、オーバーモールド物品を射出成形するための方法。方法は、熱可塑性材料を射出成形装置の中で所定の温度まで加熱する工程を含み、射出成形装置は、金型と、プラスチック溶融体射出システムと、センサと、コントローラーと、を備え、金型は金型キャビティを含み、プラスチック溶融体射出システムは、融液保持容器と射出要素とを含み、射出成形装置は、約１００万の射出成形サイクルを超えかつ２，０００万の射出成形サイクル未満である耐用年数を有する。上記方法は、予め製造された物品を金型キャビティ内に位置付ける工程と、加熱された熱可塑性材料を、射出要素を使用して、射出成形装置の融液保持容器から金型キャビティの中に進入させる工程と、加熱された熱可塑性材料が金型キャビティの中に進入するときに、センサを使用して、加熱された熱可塑性材料の溶融圧力を判定する工程と、センサからの、加熱された熱可塑性材料の溶融圧力を示す信号を、コントローラーに送信する工程と、コントローラー及びプラスチック溶融体射出システムを使用して、金型キャビティに入る熱可塑性材料の実質的に一定の溶融圧力を維持する工程あって、射出要素付近の溶融圧力は、約２ＭＰａ（約４００ポンド／平方インチ）〜約６９ＭＰａ（約１０，０００ポンド／平方インチ）である、工程と、予め製造された物品が熱可塑性材料と接触するように、金型キャビティを熱可塑性材料で実質的充填する工程と、を更に含む。
【０００４】
別の実施形態では、中空本体を備えたオーバーモールド物品を射出成形する方法は、熱可塑性材料を射出成形装置の中で所定の温度まで加熱する工程を含み、射出成形装置は、金型と、プラスチック溶融体射出システムと、センサと、コントローラーと、を備え、金型は金型キャビティを含み、金型は、約８ワット／メートルケルビン（約５ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））〜約３８５ワット／メートルケルビン（約２２３ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））の熱伝導率を有する材料からなり、プラスチック溶融体射出システムは、融液保持容器と射出要素とを含み、射出成形装置は、１００万の射出成形サイクルを超える耐用年数を有する。上記方法は、部分的に中空の物品を金型キャビティ内に位置付ける工程であって、部分的に中空の物品は少なくとも部分的にプラスチックから形成される、工程と、熱可塑性材料が部分的に中空の物品と接触するように、加熱された熱可塑性材料を、射出要素を使用して、射出成形装置の融液保持容器から金型キャビティの中に進入させる工程と、加熱された熱可塑性材料が金型キャビティの中に進入するときに、センサを使用して、加熱された熱可塑性材料の溶融圧力を判定する工程と、センサからの、加熱された熱可塑性材料の溶融圧力を示す信号を、コントローラーに送信する工程と、コントローラー及びプラスチック溶融体射出システムを使用して、金型キャビティに入る熱可塑性材料の実質的に一定の溶融圧力を維持する工程あって、溶融圧力は、約２ＭＰａ（約４００ポンド／平方インチ）〜約６９ＭＰａ（約１０，０００ポンド／平方インチ）である、工程と、部分的に中空の物品が熱可塑性材料と接触するように、金型キャビティを熱可塑性材料で実質的充填する工程と、を更に含む。
【０００５】
別の実施形態では、オーバーモールド物品を射出成形するための方法は、第１の熱可塑性材料を射出成形装置の中で第１の温度まで加熱する工程と、第２の熱可塑性材料を射出成形装置の中で第２の温度まで加熱する工程と、を含み、射出成形装置は、金型と、プラスチック溶融体射出システムと、センサと、コントローラーと、を備え、金型は金型キャビティを含み、金型は、約８ワット／メートルケルビン（約５ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））〜約３８５ワット／メートルケルビン（約２２３ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））の熱伝導率を有する材料からなり、プラスチック溶融体射出システムは、融液保持容器と射出要素とを含み、射出成形装置は、１００万の射出成形サイクル〜約２，０００万の射出成形サイクルの耐用年数を有する。上記方法は、第１の加熱された熱可塑性材料を、射出要素を使用して、射出成形装置の融液保持容器から金型キャビティの中に進入させる工程と、第１の加熱された熱可塑性材料が前進した後に、第２の加熱された熱可塑性材料を、射出要素を使用して、射出成形装置の融液保持容器から金型キャビティの中に進入させる工程と、第２の加熱された熱可塑性材料が金型キャビティの中に進入するときに、センサを使用して、第２の加熱された熱可塑性材料の溶融圧力を判定する工程と、センサからの、第２の加熱された熱可塑性材料の溶融圧力を示す信号を、コントローラーに送信する工程と、コントローラー及びプラスチック溶融体射出システムを使用して、金型キャビティに入る第２の熱可塑性材料の実質的に一定の溶融圧力を維持する工程と、を更に含み、溶融圧力は、約２ＭＰａ（約４００ポンド／平方インチ）〜約６９ＭＰａ（約１０，０００ポンド／平方インチ）であり、第１の熱可塑性材料は、第２の熱可塑性材料の溶融温度よりも低い溶融温度を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図面に示される実施形態は、例示的な性質のものであり、特許請求の範囲によって規定される発明の主題を限定することを意図したものではない。例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と共に読むと理解することができ、図面中、同様の構造は同様の参照番号によって示される。
【図１】本開示に従って構成された実質的に一定の低圧力射出成形機の一実施形態の概略図を示す。
【図２】従来の圧力変動の大きい射出成形機のキャビティ圧力と時間とを対比するグラフと重なり合った、図１の実質的に一定の低圧力射出成形機のキャビティ圧力と時間とを対比するグラフである。
【図３】従来の圧力変動の大きい射出成形機のキャビティ圧力と時間とを対比するグラフと重なり合った、図１の実質的に一定の低圧力射出成形機の別のキャビティ圧力と時間とを対比するグラフであり、グラフは、特定の充填工程に当てられた充填時間の百分率を示している。
【図４Ａ】従来の圧力変動の大きい射出成形機による様々な充填段階における金型キャビティの一部の垂直断面図である。
【図４Ｂ】従来の圧力変動の大きい射出成形機による様々な充填段階における金型キャビティの一部の垂直断面図である。
【図４Ｃ】従来の圧力変動の大きい射出成形機による様々な充填段階における金型キャビティの一部の垂直断面図である。
【図４Ｄ】従来の圧力変動の大きい射出成形機による様々な充填段階における金型キャビティの一部の垂直断面図である。
【図５Ａ】図１の実質的に一定の低圧力射出成形機による様々な充填段階における金型キャビティ内に固定された予め製造された物品の一部の垂直断面図である。
【図５Ｂ】図１の実質的に一定の低圧力射出成形機による様々な充填段階における金型キャビティ内に固定された予め製造された物品の一部の垂直断面図である。
【図５Ｃ】図１の実質的に一定の低圧力射出成形機による様々な充填段階における金型キャビティ内に固定された予め製造された物品の一部の垂直断面図である。
【図５Ｄ】図１の実質的に一定の低圧力射出成形機による様々な充填段階における金型キャビティ内に固定された予め製造された物品の一部の垂直断面図である。
【図６Ａ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機で行うことができる逆オーバーモールドサイクルの概略断面説明図である。
【図６Ｂ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機で行うことができる逆オーバーモールドサイクルの概略断面説明図である。
【図６Ｃ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機で行うことができる逆オーバーモールドサイクルの概略断面説明図である。
【図６Ｄ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機で行うことができる逆オーバーモールドサイクルの概略断面説明図である。
【図７Ａ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成されるオーバーモールド物品の一実施形態の概略断面説明図である。
【図７Ｂ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成されるオーバーモールド物品の一実施形態の概略断面説明図である。
【図７Ｃ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成されるオーバーモールド物品の一実施形態の概略断面説明図である。
【図７Ｄ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成されるオーバーモールド物品の一実施形態の概略断面説明図である。
【図７Ｅ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成されるオーバーモールド物品の一実施形態の概略断面説明図である。
【図７Ｆ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成されるオーバーモールド物品の一実施形態の概略断面説明図である。
【図７Ｇ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成されるオーバーモールド物品の一実施形態の概略断面説明図である。
【図８Ａ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成される部分的に中空のオーバーモールド物品の概略説明図である。
【図８Ｂ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成される部分的に中空のオーバーモールド物品の概略説明図である。
【図８Ｃ】本明細書に記載する実質的に一定の低圧力射出成形機を使用して形成される部分的に中空のオーバーモールド物品の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示は、オーバーモールド物品（例えば消費財、電子機器、容器等）を製造するための方法に関する。本開示は、例えば、ワンショット又はマルチショット射出成形プロセス及び装置と併用されてもよく、電子部品、プラスチック包装、装飾品、プラスチック物品等などの予め製造された物品と共に用いられてもよい。ワンショット射出成形プロセスは、金型キャビティの中に射出される単一の熱可塑性材料を含むことができ、一方、マルチショット射出成形プロセスは、同じ金型キャビティ又は２つの別個の金型キャビティの中に射出される、化学的に異なり得る又は化学的に同一であり得る２つの別個の材料を含むことができる。異なる材料は、同時に又は異なる時間に射出され得る。いくつかの実施形態では、最初に比較的柔らかい材料が射出された後に、逆オーバーモールド操作で、相対的に硬い材料の第２の射出が行われてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、従来のオーバーモールド操作の逆となる順序で、最初に相対的に柔らかい材料が射出された後、相対的に硬い材料の第２の射出が行われてもよい。
【０００８】
本明細書に開示される装置及び方法は、１つには、実質的に一定かつ低い射出圧力でオーバーモールド物品を形成することを含む、改善された射出成形技術を包含する。本明細書に開示される装置及び方法は、オーバーモールド物品の形成及び／又は射出中に予め製造された物品に加わる温度及び圧力（これらは、射出成形中に使用することができる予め製造された物品の種類に影響を与える場合がある）を低減することができる、より一貫性がありかつより均一なプロセスを作り出すことによって、オーバーモールド物品の品質を向上させることが可能である。射出成形プロセス中の温度及び圧力を低減させることによって、オーバーモールドすることができる予め製造された物品の種類を増やすことができる。例えば、変形温度が低いので従来の射出成形動作では損傷を受ける可能性がある電子機器を、本明細書に開示する射出成形プロセス及び装置で使用することができる。
【０００９】
本開示の実施形態は、概して、最終オーバーモールド部品を形成するために射出成形プロセスを用いて予め製造された物品をオーバーモールドすることによってオーバーモールド物品を製造するシステム、機械、製品、及び方法に関し、より詳細には、射出段階中に実質的に一定の低射出圧力で射出成形することによってオーバーモールド物品を製造するシステム、製品、及び方法に関する。
【００１０】
熱可塑性材料の溶融圧力に関して本明細書で用いる用語「低圧力」は、約６９メガパスカル（ＭＰａ）（１０，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））（例えば、約３ＭＰａ（４００ｐｓｉ））以下である、射出成形機のノズル付近の溶融圧力を意味する。キャビティ壁の一定の位置に接する場所での溶融圧力、及び予め製造されたオーバーモールド物品に接する場所での溶融圧力を含む、キャビティ内での溶融圧力は、ゼロＭＰａ（ゼロｐｓｉ）まで下がり、別の例では、大気圧となり得る。
【００１１】
熱可塑性材料の溶融圧力に関して本明細書で用いる用語「実質的に一定の圧力」とは、基準溶融圧力からのずれが、熱可塑性材料の物理的特性において重要な変化を生じさせないことを意味する。例えば、「実質的に一定の圧力」としては、溶融熱可塑性材料の粘度が有意に変化しない圧力変化が挙げられるが、これに限定されない。この点に関して、用語「実質的に一定」は、基準溶融圧力から約３０％のずれを含む。例えば、用語「約３２ＭＰａ（約４，６００ｐｓｉ）の実質的に一定圧」とは、約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）（３２ＭＰａ（４，６００ｐｓｉ）よりも３０％高い）〜約２２ＭＰａ（約３，２００ｐｓｉ）（３２ＭＰａ（約４，６００ｐｓｉ）よりも３０％低い）の範囲内の圧力変動を含む。溶融圧力は、前述の圧力から約３０％以下で変動する限りにおいて、実質的に一定であると考えられる。
【００１２】
用語「融液保持容器」は、本明細書で使用するとき、機械ノズルと流体連通する溶融プラスチックを収容している射出成形機の一部分を指す。融液保持容器は、ポリマーが所望の温度で調製されて保持され得るように、加熱される。融液保持容器は、中央制御装置又はコントローラーと連通した電源、例えば、油圧シリンダ又は電動サーボモータに接続され、機械ノズルを通して溶融プラスチックを押し進めるためにダイヤフラムを前進させるように制御され得る。次に、溶融材料は、ランナーシステムを通って金型キャビティの中に流れ込む。融液保持容器は、断面が円筒形であってもよく、又は０．７ＭＰａという低い圧力から２７６ＭＰａ以上（１００ｐｓｉから４０，０００ｐｓｉ以上）の圧力の範囲にあり得る圧力下で、ダイヤフラムがポリマーを機械ノズルを通して押し進めることを可能にする代替の断面を有してもよい。ダイヤフラムは、任意追加的に、射出前にポリマー材料を可塑化するように設計されたフライトを有する往復スクリューに一体的に接続されてもよい。
【００１３】
用語「高Ｌ／Ｔ比」は、概して、１００以上のＬ／Ｔ比（すなわち、長さと厚さの比、又は長さ／厚さ比）、より詳細には、２００以上で１，０００未満のＬ／Ｔ比を指す。Ｌ／Ｔ比の計算は以下に定義される。
【００１４】
用語「ピーク流量」は、一般に、機械ノズルで測定された最大体積流量を指す。
【００１５】
用語「ピーク射出速度」は、一般に、ポリマーを供給システムの中に押し進めるプロセスにおいて射出ラムが移動する最大線速度を指す。ラムは、一段階射出システムの場合などでは往復スクリューであり得、二段階射出システムの場合などでは水圧ラムであり得る。
【００１６】
用語「ラム速度」は、一般に、ポリマーを供給システムの中に押し進めるプロセスにおいて射出ラムが移動する線速度を指す。
【００１７】
用語「流量」は、一般に、機械ノズルで測定されたポリマーの体積流量を指す。この流量は、ラム速度及びラム断面積に基づいて計算するか、又は機械ノズル内に位置する好適なセンサを用いて測定することができる。
【００１８】
用語「キャビティ充填百分率」は、一般に、充填されたキャビティの容積積基準に対する百分率を指す。例えば、キャビティが９５％充填された場合には、充填された金型キャビティの総容積は、金型キャビティの総容積の９５％である。
【００１９】
用語「溶融温度」は、一般に、融液保持容器の中に保持されているポリマーの温度、並びにポリマーを溶融状態に保つホットランナーシステムを使用する場合には、材料供給システムの中に保持されているポリマーの温度を指す。溶融温度は材料によって異なるが、望ましい溶融温度は、一般に、材料のメーカーが推奨する範囲内であると理解される。
【００２０】
用語「ゲートサイズ」は、一般に、ランナーと金型キャビティの交差により形成されるゲートの断面積を指す。ホットランナーシステムでは、ゲートは、ゲートにおいて材料の流れのポジティブな遮断のない開放設計か、又はゲートを通って金型キャビティに入る材料の流れを機械的に遮断するために弁棒を使用する閉鎖設計（一般に弁ゲートと呼ばれる）のものであり得る。ゲートサイズは、断面積を指し、例えば、１ミリメートル（ｍｍ）のゲート径は、ゲートが金型キャビティと交わる地点において１ｍｍの直径を有するゲートの断面積に等価であるゲートの断面積を指す。ゲートの断面は、任意の所望の形状であってもよい。
【００２１】
用語「有効ゲート面積」は、一般的に、金型キャビティと、金型キャビティに熱可塑性材料を供給する供給システム（例えば、ランナー）の材料流路との交差部に対応するゲートの断面積を指す。ゲートは加熱しても、加熱しなくてもよい。ゲートは、熱可塑性材料の金型キャビティへの望ましい流れを達成するのに好適な、円形又は任意の断面形状であってよい。
【００２２】
用語「増圧比」は、一般に、機械ノズルを通して溶融ポリマーを押し進める射出ラムに対して射出力供給源が有する機械的利益を指す。油圧源については、油圧ピストンは、射出ラムに対して１０：１の機械的利益を有するのが一般的である。しかしながら、機械的利益は、２：１などの大幅に低い比から、５０：１などの大幅に高い機械的利益比まで様々であり得る。
【００２３】
用語「ピーク電力」は、一般に、金型キャビティを充填する際に生成される最大電力を指す。ピーク電力は、充填サイクルのどの時点であっても生じ得る。ピーク電力は、機械ノズルで測定されたプラスチック圧の積に、機械ノズルで測定された流量を乗じることによって決定される。電力は、式：Ｐ＝ｐ*Ｑ（式中、ｐは圧力であり、Ｑは体積流量である）で計算される。
【００２４】
用語「体積流量」は、一般に、機械ノズルで測定された流量を指す。この流量は、ラム速度及びラム断面積に基づいて計算するか、又は機械ノズル内に位置する好適なセンサを用いて測定することができる。
【００２５】
用語「充填された」及び「満タン状態」は、熱可塑性材料を含む金型キャビティに関して用いる場合、同じ意味で用いられ、共に、熱可塑性材料が金型キャビティに流れ込むのを中止したことを意味する。
【００２６】
用語「射出能力（shot size）」は、一般に、金型キャビティ（複数可）を完全に充填するために融液保持容器から射出されるポリマーの体積を指す。射出能力の体積は、射出直前の融液保持容器内のポリマーの温度及び圧力に基づいて決定される。言い換えると、射出能力は、所与の温度及び圧力において射出成形ラムの１ストロークで射出される溶融プラスチック材料の総体積である。射出能力は、溶融プラスチック材料を１つ以上のゲートを介して１つ以上の射出キャビティの中に射出することを含み得る。溶融プラスチック材料のショットはまた、１つ以上の融液保持容器によって調整されて射出されてもよい。
【００２７】
用語「ヘジテーション」は、一般に、ポリマーの一部がそのノーフロー温度未満に低下して凝固し始めるのに十分なだけ、流頭の速度が最小化される時点を指す。
【００２８】
用語「電動モータ」及び「電動プレス」は、本明細書において使用される場合、電動サーボモータ及び電動のリニアモータの両方を包含する。
【００２９】
用語「ピーク電力流動係数」は、１回の射出成形サイクル中に射出成形システムが必要とするピーク電力の正規化測定値を指し、このピーク電力流動係数を使用して、異なる射出成形システムの所要電力を直接比較することができる。ピーク電力流動係数は、最大成形圧力積に（本明細書において定義される）充填サイクル中の流量を乗じたものと一致するピーク電力を最初に決定し、次に、充填される金型キャビティの射出能力を決定することによって計算される。続いて、ピーク電力を射出能力で除してピーク電力流動係数を計算する。
【００３０】
用語「実質的に一定の低圧力射出成形機」は、約６９ＭＰａ（約１０，０００ｐｓｉ）以下である実質的に一定の射出圧力を使用するクラス１０１、クラス４０１、又はクラス３０の射出成形機として定義される。あるいは、用語「実質的に一定の低圧力射出成形機」は、約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）以下である実質的に一定の射出圧力を使用する射出成形機として定義される。別の実施形態では、用語「実質的に一定の低圧力射出成形機」は、約６９ＭＰａ（約１０，０００ｐｓｉ）以下である実質的に一定の射出圧力を使用し、金型コア（金型キャビティがその間に形成されている第１の金型部品と第２の金型部品とからできている）がその耐用年数の終了に達する前に、約１００，０００サイクル超、あるいは約１００万サイクル超、あるいは約１２５万サイクル超、あるいは約２００万サイクル超、あるいは約５００万サイクル超、あるいは約１，０００万サイクル超、あるいは約１００万サイクル超から約２，０００万サイクル未満までを実行する能力を有する射出成形機として定義され得る。「実質的に一定の低圧力射出成形機」の特徴としては、例えば、１００超の（好ましくは、２００超の）Ｌ／Ｔ比を有する金型キャビティと、複数の金型キャビティ（一例として、４個の金型キャビティ、別の例として、１６個の金型キャビティ、別の例として、３２個の金型キャビティ、別の例として、６４個の金型キャビティ、更に別の例として、１２８個の金型キャビティ、更に別の例として、２５６個の金型キャビティ、又は４個〜５１２個の任意の数の金型キャビティ）、加熱又は冷却ランナー、及び／又は誘導押し出しメカニズムを挙げることができる。
【００３１】
用語「耐用年数」は、故障又は予定の交換までの金型部品の予想寿命として定義される。金型部品若しくは金型コア（又は金型キャビティを画定する金型の任意の部品）と共に使用されるとき、用語「耐用年数」は、金型部品に品質問題が発生するまで、金型部品の一体性に問題が発生するまで（例えば、かじりきず、分割線の変形、遮断面の変形又は過度の摩耗）、あるいは金型部品に機械的故障（例えば、疲労故障又は疲労亀裂）が発生するまで、金型部品又は金型コアが稼働すると予想される時間を意味する。典型的には、金型部品は、金型キャビティを画定する接触面が廃棄又は交換されなければならないときに、「耐用年数」の終了に到達する。金型部品は、金型部品の「耐用年数」までに随時、修理又は改修を必要とすることがあり、この修理又は改修は、許容される成形部品品質及び成形効率を実現するために金型部品の完全な交換を必要としない。更に、部品が金型から正しく取り出されなかったり、金型が非押し出し部品上で無理に閉ざされたり、オペレータが間違った工具を使用して成形部品を取り出したり、金型構成要素を破損するなど、金型部品の通常の動作とは関係しない金型部品の損傷が発生する可能性がある。このため、金型部品がその耐用年数の終了に到達する前に、損傷した構成要素を交換するために予備の金型部品が使用されることが時々ある。損傷のために金型部品を交換しても、予想される耐用年数は変わらない。
【００３２】
用語「誘導押し出しメカニズム」は、金型キャビティから成形部品を物理的に押し出すために起動する動的部品として定義される。
【００３３】
用語「コーティング」は、金型キャビティを画定する金型部品の表面に配置された、厚さが０．１３ｍｍ（０．００５インチ）未満の材料の層であって、金型キャビティの形状を画定する以外の主要な機能（例えば、金型キャビティを画定する材料を保護する機能、成形部品と金型キャビティ壁との間の摩擦を低減して成形部品が金型キャビティから離れやすくする機能）を有する材料の層として定義される。
【００３４】
用語「平均熱伝導率」は、金型キャビティ又は金型側方部若しくは金型部品を形成する任意の材料の熱伝導率として定義される。金型キャビティと一体であるか、金型キャビティから分離されているかに係らず、コーティング、積層板、支持板、ゲート、又はランナーを形成する材料は、平均熱伝導率の対象に含まれていない。平均熱伝導率は、加重容積単位で計算される。
【００３５】
用語「有効冷却表面」は、熱が金型部品から除去される表面として定義される。有効冷却表面の１つの例は、能動冷却システムからの冷却流体の流路を画定する表面である。有効冷却表面の別の例は、熱が大気中に消散するときに通過する金型部品の外面である。金型部品は、２つ以上の有効冷却表面を有することがあり、したがって、金型キャビティ表面と各有効冷却表面との間に独特な平均熱伝導率を有し得る。
【００３６】
用語「公称壁厚」は、金型キャビティが均一な厚さを有するように製作されている場合の、金型キャビティの理論的な厚さとして定義される。公称壁厚は、平均壁厚によって近似され得る。公称壁厚は、個別のゲートによって充填される金型キャビティの長さと幅を積分することによって計算され得る。
【００３７】
用語「平均硬度」は、望ましい容積の任意の材料又は材料の組み合わせのロックウェル硬さとして定義される。２つ以上の材料が存在する場合、平均硬度は、各材料の加重容積パーセンテージに基づく。平均硬度の計算は、金型キャビティの任意の部分を構成する材料の硬度を含む。平均硬度の計算は、コーティング、積層板、金型キャビティと一体であるなしに関係のないゲート又はランナー、及び支持板を構成する材料を対象としない。一般的に、平均硬度は、金型冷却領域における材料の加重容積硬度を指す。
【００３８】
用語「金型冷却領域」は、金型キャビティ表面と有効冷却表面との間に存在する材料の容積として定義される。
【００３９】
用語「サイクル時間」は、射出成形部品を完全に成形するために要求される一回のみの射出成形プロセスを指す。サイクル時間は、溶融熱可塑性材料を金型キャビティの中に進入させる工程と、金型キャビティを熱可塑性材料で実質的充填する工程と、熱可塑性材料を冷却する工程と、第一の金型側方部と第２の金型側方部を分離して冷却された熱可塑性材料を露出させる工程と、熱可塑性材料を取り出す工程と、第１金型側方部及び第２の金型側方部を閉じる工程と、を含む。
【００４０】
実質的に一定の低圧力射出成形機は、高生産性射出成形機（例えば、クラス１０１、４０１、若しくはクラス３０射出成形機、又は「超高生産性成形機」）、例えば、参照によって本明細書に組み込まれる２０１２年８月３１に出願された米国特許出願第１３／６０１，５１４号において開示されている高生産性射出成形機であり得、それは歯ブラシバンドル及び剃刀ハンドルなどの薄壁消費生活用品の製造に使用され得る。薄壁部品は、概して、１００以上の高Ｌ／Ｔ比を有するものとして定義される。
【００４１】
本明細書において図示及び説明される立方体成形（cube molding）の１つ以上の実施形態は、マルチショット工程を含み得るが、必須ではない。マルチショットを用いる場合、各ショットは、別個の予め製造された物品又は同一の予め製造された物品を封入してもよい。本明細書に開示される装置及び方法のシングルショット又はマルチショット射出を用いて予め製造された物品をオーバーモールドするために使用可能な材料としては、例えば、熱伝導性、非熱伝導性、又はこれらの組み合わせ、導電性、非導電性、又はこれらの組み合わせ、光学的に透明、光学的に半透明、又はこれらの組み合わせ、疎水性、疎油性、耐水性、及び／あるいは上述した全ての特性の組み合わせといった特性を有する材料が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４２】
本明細書において図示及び説明される装置及び方法の１つ以上の実施形態は、以下の製品のうちの１つ以上及び／又はかかる製品の１つ以上のサブコンポーネントをオーバーモールドするために使用され得る：航空宇宙製品；農産物；家庭用電化製品；自動車部品；建築製品及び建造品及び／又は材料；コンピュータ及び事務機；消費者製品、例えば、限定されるものではないが、ベビーケア製品、美容ケア製品、布地ケア製品、ホームケア製品、ファミリーケア製品、女性用ケア製品、ヘアケア製品、ペットケア製品、小型電化製品、携帯用電源（例えば、バッテリー、電池）など；電気装置／電子装置；政府製品／防衛製品；大型トラック；工業製品；医薬製品／化学薬品；事務用及びその他の家具；他の運送製品；包装製品；レクリエーション製品／スポーツ用品；並びに電気通信製品。
【００４３】
射出成形オーバーモールド物品
マルチショット成形としても知られる多成分射出成形、ツーショット成形、又はオーバーモールドは、複合物品（例えば、荷重又はモーメント支持要件、並びに小さな力で大きくたわむ要件を有する物品）を形成するために使用され得る。典型的には、小さな力で大きくたわむことが必要な成形複合物品の構成要素は、約５００ＭＰａ未満、又は具体的には約３００ＭＰ、又は更に具体的には約１００ＭＰａ、場合によっては約５ＭＰａと低い曲げ弾性率を有する材料から製造される。ショアＡスケールで硬度範囲が２０〜１００である多くの熱可塑性エラストマーは、これら要件を満たす。例えば、ショアＡが４２であるＴＰＥは、曲げ弾性率が約７ＭＰａであり得、ショアＡが５０であるＴＰＥは、曲げ弾性率が約１３ＭＰａであり得る。比較的硬い又はより剛性の熱可塑性樹脂（例えば、ポリプロピレンなど）の例の曲げ弾性率は１，２００ＭＰａであり得、より硬くかつより剛性の熱可塑性樹脂（例えば、ＡＢＳなど）の曲げ弾性率は２，４００ＭＰａであり得る。
【００４４】
従来の場合には、最も柔らかい材料は、最後の材料として成形される。例えば、柔らかい構成要素の弾性特性は、より硬い構成要素を射出成形するために典型的に必要とされる圧力で、柔らかい構成要素に後続構成要素をオーバーモールドすること、及び必要な品質要件を得ることを、困難にする。典型的には、４２ＭＰａ（６，０００ｐｓｉ）〜１４０ＭＰａ（２０，０００ｐｓｉ）の範囲であるほとんどの熱可塑性樹脂に対する射出成形圧力は、これと同じか又はこれより低い曲げ弾性率を有する材料では、実質的な変形、つまり１０％超の工学的歪、又は具体的には５０％超の工学的歪、又は更に具体的には１００％超の工学的歪を引き起こす。更に、多くの熱可塑性エラストマーの射出成形圧力は、それらをオーバーモールドさせる相対的に硬い熱可塑性樹脂の射出成形圧力よりも実質的に低い。
【００４５】
本明細書に記載される装置及び方法を用いると、ショートショット又は不完全なキャビティ充填が生じるおそれなく、より硬い熱可塑性樹脂よりもずっと低い圧力で、熱可塑性エラストマーを射出させることができる。約１．４ＭＰａ〜約５．６ＭＰａ（約２００ｐｓｉ〜約８００ｐｓｉ）の射出圧力が一般的である。熱可塑性エラストマーは、典型的には、より硬い熱可塑性材料の融解温度に近いがそれ未満の温度で射出されるが、典型的には１〜３秒である射出時間と、より硬い熱可塑性樹脂の低い熱伝導率との組み合わせにより、温度の影響に起因する最も大きな変形が防止される。更に、熱可塑性樹脂の極めて高い剪断減粘特性が、低い射出圧力と組み合わされるということは、熱可塑性樹脂が、より硬い熱可塑性樹脂が同様にキャビティ内で成形されるときと同じ量の剪断力を、熱可塑性樹脂が射出中に密着するキャビティ壁に伝達しないことを意味する。キャビティ壁がより硬い熱可塑性材料を含んでいる場合、より硬い熱可塑性材料が第２のショットとして射出される場合と比較して、熱可塑性エラストマーが射出されるときにキャビティ壁が変形又は浸食されるリスクは低い。
【００４６】
図を全体的に参照すると、予め製造された物品は、本明細書に記載の通りに構成された射出成形装置の金型キャビティの中に位置付けられる（例えば、固定される）。熱可塑性材料は、射出成形装置の液保持容器の中又は射出成形ステーションにおいて、所定の温度まで加熱される。以下に述べるように、熱可塑性材料を加熱する所定の温度は、メーカーが推奨する射出温度より低くてもよく、特に、メーカーが推奨する最低射出温度未満であってもよい。例えば、ある熱可塑性材料に関してメーカーが推奨する最低射出温度が約２００℃である場合、その熱可塑性材料は、本明細書に記載される装置及び方法を用いて、例えば約１５０℃で射出されてもよい。熱可塑性材料が低い温度で射出されるため、凝固に必要な時間が短くなり、それによって、全体的なサイクル時間も短くなる。従来の射出成形設備を使用して、同じ熱可塑性材料を約１５０℃で射出する場合、熱可塑性材料を射出するのに必要な圧力は大きくなり、多くの電力を必要とすることになるので、設備のサイズが極めて大きくなり、不経済となる。
【００４７】
熱可塑性材料を加熱した後、プラスチック溶融体射出システム又は射出要素を使用して、射出成形装置の１つ以上の金型キャビティ（例えば、単一の金型キャビティ又は少なくとも２個の金型キャビティ）の中に熱可塑性材料を射出し、実質的に凝固させ、それによって、オーバーモールド物品を形成する。続いて、いくつかの実施形態では、オーバーモールド物品は冷却されてもよく及び／又は第２の射出工程に供されてもよい。以下に詳述するように、本明細書に記載される方法に従い、本明細書に記載される装置を使用して作製されるオーバーモールド物品のサイクル時間は短くなり、欠陥は減少し、かつ収率はより高くなり得る。加えて、射出温度が低く、溶融圧力が低く、かつ剪断圧力が低いため、温度、圧力、及び剪断圧力感受性を有する予め製造された物品を、本明細書に記載される装置及び方法を用いてオーバーモールドすることができる。
【００４８】
図１を参照すると、実質的に一定の低圧力射出成形機１０の一実施形態が示されている。実質的に一定の低圧力射出成形機１０は、概して、プラスチック溶融体射出システム１２と、型締システム１４と、金型２８と、を備える。熱可塑性材料は、熱可塑性ペレット１６の形態でプラスチック溶融体射出システム１２に導入され得る。熱可塑性材料は、最終プラスチック物品の、応力、結晶化度、及び冷却速度などのいくつかの品質、並びの他の品質に直接影響を及ぼし得る。したがって、熱可塑性材料については以下に十分に説明する。熱可塑性ペレット１６は、ホッパ１８の中に入れられてもよく、このホッパ１８は、熱可塑性ペレット１６をプラスチック溶融体射出システム１２の加熱バレル２０の中に供給する。熱可塑性ペレット１６は、加熱バレル２０の中に供給された後、往復スクリュー２２によって加熱バレル２０の端部まで駆動され得る。加熱バレル２０の加熱及び往復スクリュー２２による熱可塑性ペレット１６の圧縮は、熱可塑性ペレット１６を溶融させて、溶融熱可塑性材料２４を形成する。溶融熱可塑性材料は、典型的には、約１３０セルシウス度（℃）〜約４１０℃の温度で処理される。一実施形態では、射出成形機及び方法は低射出圧力を含む。別の実施形態では、射出成形機及び方法は、実質的に一定の低圧力射出成形機を含む。
【００４９】
往復スクリュー２２は、溶融熱可塑性材料２４を熱可塑性材料のショットを形成するノズル２６に向かって押し進め、この溶融熱可塑性材料２４は、溶融熱可塑性材料２４の流れを複数の金型キャビティ３２まで導く射出要素（例えば、１つ以上のゲート３０、好ましくは３個以下のゲートなど）を介して金型２８の複数の金型キャビティ３２の中に射出される。他の実施形態では、ノズル２６は、供給システム（図示せず）によって１つ以上のゲート３０から分離され得る。
【００５０】
複数の金型キャビティ３２は、金型２８の第１の金型部分２５と第２の金型部分２７との間に形成される。第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７は、熱伝導率の高い材料から形成され得る。例えば、第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７は、約６ワット／メートルケルビン（約４ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））〜約３８５ワット／メートルケルビン（約２２３ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））、又は約８ワット／メートルケルビン（約５ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））〜約３８５ワット／メートルケルビン（約２２３ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））、又は約５２（例えば、５１．９）ワット／メートルケルビン（約３０ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））〜約３８５ワット／メートルケルビン（約２２３ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））の熱伝導率を有する材料から形成され得る。更に他の実施例では、第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７の１つ又は両方が、約６１ワット／メートルケルビン〜約３４６ワット／メートルケルビン、又は約６９ワット／メートルケルビン〜約３２９ワット／メートルケルビン、又は約８６ワット／メートルケルビン〜約３１１ワット／メートルケルビン、又は約１３０ワット／メートルケルビン〜約２５９ワット／メートルケルビン（３５ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ）〜約２００ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ）、又は約４０ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ）〜約１９０ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ）、又は約５０ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ）〜約１８０ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ）、又は約７５ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ）〜約１５０ＢＴＵ／（ｈｒ−ｆｔ−°Ｆ））の熱伝導率を有する材料から形成され得る。
【００５１】
第１の金型部分２５及び／又は第２の金型部分２７の全て又は一部を製造するためのいくつかの例示的な材料としては［約５Ｒｃで始まる硬化工具鋼を含むように拡大すると］、例えば、約１００Ｒｃ以下、約６０Ｒｃ以下、約５０Ｒｃ以下、約３５Ｒｃ以下、約１０Ｒｃ以下、約５Ｒｃ〜約１０Ｒｃ、約５Ｒｃ〜約３５Ｒｃ、約５Ｒｃ〜約５０Ｒｃ、約５Ｒｃ〜約１００ＲｃのＲｃを有する硬化工具鋼のような硬化鋼が挙げられる。第１の金型部分２５及び／又は第２の金型部分２７の全て又は一部を製造するためのいくつかの更なる例示的な材料としては、アルミニウム（例えば、２０２４アルミニウム、２０９０アルミニウム、２１２４アルミニウム、２１９５アルミニウム、２２１９アルミニウム、２３２４アルミニウム、２６１８アルミニウム、５０５２アルミニウム、５０５９アルミニウム、航空機級アルミニウム、６０００シリーズアルミニウム、６０１３アルミニウム、６０５６アルミニウム、６０６１アルミニウム、６０６３アルミニウム、７０００シリーズアルミニウム、７０５０アルミニウム、７０５５アルミニウム、７０６８アルミニウム、７０７５アルミニウム、７０７６アルミニウム、７１５０アルミニウム、７４７５アルミニウム、ＱＣ−１０、Ａｌｕｍｏｌｄ（商標）、Ｈｏｋｏｔｏｌ（商標）、Ｄｕｒａｍｏｌｄ  ２（商標）、Ｄｕｒａｍｏｌｄ  ５（商標）、Ａｌｕｍｅｃ  ９９（商標））、ＢｅＣｕ（例えば、Ｃ１７２００、Ｃ  １８０００、Ｃ６１９００、Ｃ６２５００、Ｃ６４７００、Ｃ８２５００、Ｍｏｌｄｍａｘ  ＬＨ（商標）、Ｍｏｌｄｍａｘ  ＨＨ（商標）、Ｐｒｏｔｈｅｒｍ（商標））、銅、及び任意のアルミニウム合金（例えば、ベリリウム、ビスマス、クロム、銅、ガリウム、鉄、鉛、マグネシウム、マンガン、ケイ素、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム）、任意の銅の合金（例えば、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、ケイ素、クロム、アルミニウム、青銅）が挙げられる。
【００５２】
加えて、非均質材を使用することが可能であり、その場合、異種金属又は金属合金が、適合性のある金属間化合物合金を介して組み合わされるか、又は合金で本質的に結合されて、片側が他方よりも選択的に硬い、又は特定の実施形態では、一方又は他方の体積要素がいくぶん熱伝導性である金型部品を形成する。上述した族の合金を、こうした非均質金型部品に含ませることができる。そのような金型構成要素の一実施例は、銅、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）、鉄−クロム（Ｆｅ−Ｃｒ）、鉄−クロム−バナジウム（Ｆｅ−Ｃｒ−Ｖ）の順序の金属間化合物合金を介して本質的に結合されたＣｕコアと非常に硬い表面コーティング中のＦｅ−Ｃｒ−Ｖクラッドを含有する。これらの材料は、ロックウェルＣ（Ｒｃ）硬度０．５Ｒｃ〜２０Ｒｃ、具体的には２Ｒｃ〜２０Ｒｃ、より具体的には３Ｒｃ〜１５Ｒｃ、更により具体的には４Ｒｃ〜１０Ｒｃを有し得る。第１の金型部分２５及び／又は第２の金型部分２７は、これら材料のいずれか１つのみから、又はこれら材料の任意の組み合わせからなってもよい。例えば、金型２８は、アルミニウム及び／又はアルミニウム含有コアを含み得る。
【００５３】
開示される実質的に一定の低圧力射出成形法及び機械は、より柔らかく熱伝導率がより高い材料で作製された金型が、約１００，０００サイクル超、約２００，０００サイクル超、約５００，０００サイクル超、約７００，０００サイクル超、約１００万サイクル超、例えば１００，０００サイクル〜２，０００，０００サイクル、約１００，０００サイクル〜約１，５００，０００サイクル、約１００万サイクル〜約１，０００万サイクル、具体的には約１２５万サイクル〜約１，０００万サイクル、より具体的には約２００万サイクル〜約５００万サイクルの耐用年数を得られる成形条件下で動作する。
【００５４】
金型２８はまた、第１の金型部分２５又は第２の金型部分２７のいずれか又は両方に組み込まれた又はこれらに近接して位置付けられた冷却回路２９を備えていてもよい。冷却回路２９は、金型２８の一方又は両方の部分を通過する流体を冷却するための経路を提供することができる。冷却流体は、金型２８、又は金型の部分２５、２７から熱を取り除き、それによって、金型２８の温度を低下させ、場合によっては、金型キャビティ３２内に収容されたオーバーモールド物品の温度を低下させることができる。冷却流体が金型２８を通過するときに、冷却流体の温度を測定してもよい。例えば、冷却流体温度は、冷却流体が金型キャビティ３２に最も近い点にあるときに、金型２８に入るときに、又は金型２８を出るときに測定されてもよい。本明細書で述べるように、金型２８に到達したときの冷却流体温度は、冷却装置によって測定され得る。いくつかの実施形態では、冷却回路２９は螺旋流路を有してもよく、他の実施形態では、冷却回路２９は、平坦状流路、湾曲状流路、直線状流路、又は他の流路を有してもよい。
【００５５】
金型２８（例えば、第１の金型部品２５及び／又は第２の金型部品２７）の熱伝導率が高いと、金型と周囲環境との間の温度差が低減され得るので、除湿装置の必要性も軽減され得る。更に、金型の熱伝導率が高いことにより、金型内の加熱遅れが低減され得る。このことにより、例えば、気化冷却流体及び／又は閉回路システムの使用が可能となり得る。
【００５６】
金型２８が複数の金型キャビティ３２を有する実施形態では、全体的な生産速度を増加させることができる。上述のように、本明細書に記載される金型の実施形態のいずれに関しても、金型はいずれも、閉鎖位置において、２個の金型キャビティ〜５１２個の金型キャビティ、２個の金型キャビティ〜５１２個の金型キャビティの間の任意の整数値の数の金型キャビティ、又はこれらの値のいずれかによって形成される任意の範囲内の任意の整数値の数の金型キャビティ、例えば、６４〜５１２個、１２８〜５１２個、４〜２８８個の金型キャビティ、１６〜２５６個の金型キャビティ、３２〜１２８個の金型キャビティ等を形成するように構成され得る。複数の金型キャビティのそれぞれのキャビティの形状は、互いに同一であっても、類似していても、又は異なっていてもよい。金型キャビティはまた、２つを超える金型部分から形成されてもよい。複数の金型キャビティの形状が互いに異なる実施形態では、複数の金型キャビティは一群の金型キャビティと見なすことができる。
【００５７】
図１に示す実施形態では、予め製造された物品５１は、複数の金型キャビティ３２のうちの少なくとも１つに固定される。予め製造された物品５１は、熱可塑性材料によって部分的に又は完全にオーバーモールドされることになる任意の物品であり得る。例えば、予め製造された物品５１は、例えば、金属ねじ、マグネット、電子サブアセンブリ、無線自動識別（ＲＦＩＤ）タグ、電子部品、はんだ付け部品、液体（例えば、スノーグローブ）、又は空気、窒素、若しくはアルゴンなどの気体のような流体を含む構成要素、インクを含む構成要素、引火点が所定の温度未満である可燃材料を含む構成要素、セラミック物品、中空又は部分的に中空の物品、医療機器の部品、ブラシ用剛毛、鏡、スポンジ、ゴム製品（例えばガスケット）、鉛系はんだ、鉛フリーはんだ、発光ダイオード、バッテリー、抵抗器、コンデンサ、誘導子、マイクロコントローラ、演算増幅器、電子機器（例えば、携帯電話、スマートフォン）、２元系又は３元系共晶合金などの物品ののうちの任意の１つ又は物品の組み合わせであり得る。
【００５８】
予め製造された物品５１の更なる例としては、ラベル、装飾品、標識、バリア、把持要素、非平坦要素、及び触覚要素が挙げられる。以下に述べるように、印刷面を有する化粧ラベルなどの感温性及び／又は感圧性を有する予め製造された物品は、本明細書に記載されるオーバーモールドするための装置及び方法で使用可能であり得る。物品は、異なる応力成分又は粘性剪断テンソル（viscous shear tensor）に対して、異なる程度の感受性を有してもよい。例えば、物品は、静水圧力成分（応力又は粘性剪断テンソルの対角成分）に対して最も感受性が高く、剪断（非対角）成分に対して感受性が低い場合があり、逆もまた同様である。静水圧力にさらされたときに容積変化を起こす可能性がある中空物品、又は他の物品は、剪断テンソルの対角成分に対してより感受性がある。一方、平坦な物品、薄い物品、又はその他の高アスペクト比の物品は、更に大きな静水圧応力にさらされたときでも容積変形をほとんど起こさないが、溶融プラスチックが物品の１つの表面を横切って流れることによって生じる大きな滑り力又は剪断応力にさらされると、一部又は全体的のいずれかが壊れることになる。インモールドラベルは、剪断応力又は剪断ひずみに対する感受性が高く、静水圧に対する感受性が少ない物品の一例である。金型キャビティ内に定置され、静電気力若しくは真空（又は当業者に既知の何らかの他の方法）などの何らかの機構によって保持されたラベルは、移動するプラスチックの抵抗力（剪断応力と言い換えられる）にさらされ、こうした力の結果、ひずみ、変形、又は更にはバルク運動を受ける場合がある。これら剪断力、ひずみ、及び応力は、射出されたラスチックの移動の割合つまり速度とほぼ比例することになる。
【００５９】
予め製造された物品５１は、取付部５によって位置付けられる（例えば、固定される）ことができ、この取付部５３は各金型キャビティ３２に組み込まれてもよい。他の実施形態では、予め製造された物品５１は、接着剤、締め金、突出部、又は金型キャビティ３２の内部に予め製造された物品５１を固定するための他の固定機構及び／若しくは方法を用いて位置付けられても（例えば、固定されても）よい。予め製造された物品５１は、例えば、接着剤を含有していてもよく、又は接着剤は金型表面３３に塗布されてもよい。
【００６０】
第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７は、プレス又は型締ユニット３４により圧力が加えられて一緒に保持される。プレス又は型締ユニット３４は、成形プロセス中、第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７を分離させるように作用する射出圧力によってもたらされる力よりも大きい型締力を印加し、それによって、溶融熱可塑性材料２４が複数の金型キャビティ３２の中に射出される間、第１の金型部分２５と第２の金型部分２７とを一緒に保持する。こうした型締力を支持するために、型締システム１４は、金型枠と金型ベースとを含み得る。以下に述べるように、溶融熱可塑性材料２４は、少なくとも約３ＭＰａ及び最大約６９ＭＰａ（４００ｐｓｉ及び最大約１０，０００ｐｓｉ）である実質的に一定の溶融圧力で、複数の金型キャビティ３２内に射出される。一実施例では、型締システム１４の型締力は、成形投影面積１平方センチメートル当たり約２８１キログラム（１平方インチ当たり２トン）未満であり得る。型締システム１４は、上述の例示的な成形投影面積１平方センチメートル当たり２８１１キログラム（１平方インチ当たり２トン）よりも高い及び低いその他の型締力を有し得ることが理解される。
【００６１】
熱可塑性材料２４は所定の温度まで加熱される。熱可塑性材料２４は、特定の熱可塑性材料に関してメーカーが推奨する最低射出温度よりも低い所定の温度まで加熱され得る。一般に、メーカーは、特定の材料に関する溶融又は射出温度を、熱可塑性材料が容易に射出される範囲として提供する。本明細書に記載される装置及び方法を用いる場合、熱可塑性材料は、メーカーが推奨する最低温度を下回る所定の温度（例えば、最低推奨温度より約１００℃下回る、又は最低推奨温度より約７５℃下回る、最低推奨温度より約５０℃下回る、又は最低推奨温度より約４０℃下回る、又は最低推奨温度より約２５℃下回る温度）まで加熱され得る。別の測定により、熱可塑性材料が加熱される所定の温度は、予め製造された物品の加熱撓み温度又は塑性若しくは弾性変形温度を約３０℃下回る場合がある。加熱された熱可塑性材料２４は、複数の金型キャビティ３２が実質的に充填されるまで、複数の金型キャビティ３２に進入する。溶融熱可塑性材料２４は、熱可塑性材料２４が射出要素から出て、複数の金型キャビティ３２のうちの少なくとも１つに入るときに測定される溶融温度で前進してもよい。複数の金型キャビティ３２は、複数の金型キャビティ３２が９０％を超えて充填されたとき、別の例では９５％を超えて充填されたとき、別の例では９９％を超えて充填されたときに、実質的に充填され得る。一旦溶融熱可塑性材料２４のショットが複数の金型キャビティ３２の中に射出されると、往復スクリュー２２は前方への移動を停止する。
【００６２】
コントローラー５０は、ノズル２６付近に位置するセンサ５２、射出要素又はゲート３０、及びスクリュー制御部３６と連通可能に接続されている。コントローラー５０は、マイクロプロセッサ、メモリ、及び１つ以上の通信リンクを含んでもよい。熱可塑性材料の溶融圧力及び／又は溶融温度がセンサ５２によって測定される場合、充填が完了したときに複数の金型キャビティ３２の中（又はノズル２６の中）に維持するための目標圧力をコントローラー５０に提供するために、このセンサ５２は、圧力又は温度を示す信号をコントローラー５０に送信してもよい。この信号は、一般に、材料の粘度、金型温度、溶融温度の変動、及び充填速度に影響を与える他の変動が、制御装置５０によって調節されるように、成形プロセスを制御するために使用され得る。こうした調節は成形サイクルの最中にすぐに行われてもよく、又は修正は以降のサイクルにおいて行われてもよい。更に、いくつかの信号を多くのサイクルにわたって平均化した後、制御装置５０が成形プロセスに調節を加えるためにこれら信号を使用してもよい。コントローラー５０は、それぞれワイヤ接続５４、５６を介して、センサ５２及びスクリュコントロール３６に接続されてもよい。他の実施形態では、コントローラー５０は、無線接続、機械的な接続、水圧式接続、空気的接続、又はコントローラー５０がセンサ５２及びスクリュコントロール３６の双方と通信することを可能にする当業者に既知である任意の他のタイプの通信接続（例えば、フィードバックループ）を介して、センサ５２及びスクリュコントロール３６に接続されてもよい。
【００６３】
図１の実施形態では、センサ５２は、ノズル２６付近の溶融熱可塑性材料２４の溶融圧力を（直接又は間接的に）測定する圧力センサである。熱可塑性材料２４は、少なくとも２個の金型キャビティに入る熱可塑性材料の最低溶融圧力の３０％以内である最大溶融圧力で射出されてもよく、これにより溶融圧力は実質的に一定となる。メーカーが推奨する射出温度と同様に、メーカーは、一般に、推奨射出又は溶融圧力範囲を提供し、そのサンプルについては後述する。本明細書に記載される装置及び方法を用いる場合、少なくとも２個の金型キャビティに入る熱可塑性材料の溶融圧力は、メーカーが推奨する最低射出圧力を下回り得る。
【００６４】
センサ５２は、コントローラー５０に送信される電気信号を発生する。次いで、コントローラー５０は、スクリュー制御装置３６に対して、ノズル２６の中の溶融熱可塑性材料２４の望ましい溶融圧力を維持する速度で、スクリュー２２を前進させるように指示する。センサ５２が溶融圧力を直接的に測定する間、センサ５２はまた、溶融熱可塑性材料の他の特性（溶融圧力のしるしとなる温度、粘土、流量など）を測定することによって溶融圧力を間接的に測定してもよい。同様に、センサ５２は、ノズル２６内に直接的に配置される必要はなく、むしろセンサ５２は、ノズル２６と流動的に接続されるプラスチック溶融体射出システム１２又は金型２８内の任意の場所に配置されてもよい。センサ５２がノズル２６内部に位置決めされない場合、ノズル２６内の溶融圧力の推定値を計算するために、測定された特性に適切な補正係数が適用されてもよい。センサ５２は、射出された材料と必ずしも直接接触する必要はなく、別の方法で材料と動的に連通して、材料の圧力及び／又は他の流体特性を感知することができてもよい。センサ５２がノズル２６内に配置されない場合は、適切な補正因子を測定された特性に適用して、ノズル２６内の溶融圧力を計算してもよい。更に他の実施形態では、センサ５２は、必ずしもノズル２６と流動的に接続される場所に配設されなくともよい。むしろ、センサ５２は、第１の金型部品２５と第２の金型部品２７との間の金型分割線において型締システム１４が生じさせた型締力を測定することができる。一態様では、コントローラー５０は、センサ５２からの入力に従って、圧力を維持してもよい。あるいは、センサ５２は、電動プレスによる電力需要を測定することができるが、これは、ノズル２６の中の圧力の推定値を計算するために用いられ得る。
【００６５】
稼働中の閉ループコントローラ５０が図１に示されているが、他の圧力調整装置が閉ループコントローラ５０の代わりに使用されてもよい。例えば、圧力調整弁（図示せず）又は圧力安全弁（図示せず）が、溶融熱可塑性材料２４の溶融圧力を調整するためのコントローラー５０に置き換わってもよい。より具体的には、圧力調整弁及び圧力安全弁は、金型２８の過加圧を防止することができる。金型２８の過加圧を防止するための別の代替機構は、過加圧状態が検出されると作動する警報である。
【００６６】
実質的に一定の低圧力射出成形機１０は、更に、材料粘度の変化、材料温度の変化、及び他の材料特性の変化をモニタするために、流れの端部の位置の近く（すなわち、金型キャビティの端部近く）に配置される（上記図１のセンサ５２などの）別のセンサを使用してもよい。溶融前部が複数の金型キャビティ３２の端部に達する（これは金型２８のフラッシング、及び別の圧力及び電力ピークを引き起こし得る）前に溶融前部の圧力が解放されるのを確実にするように、コントローラー５０がプロセスをリアルタイムで修正できるように、このセンサからの測定値がコントローラー５０に伝達され得る。更に、コントローラー５０は、プロセスにおけるピーク電力点及びピーク流量点を調節し、それにより一貫した加工条件を得るために、センサ測定値を用いてもよい。センサ測定値を用いてプロセスをリアルタイムで、進行中の射出サイクルの間に微調整するのに加えて、コントローラー５０はまた、プロセスを経時的に（例えば、複数の射出サイクルにわたって）調節してもよい。このようにして、進行中の射出サイクルを、１つ以上のサイクルの間に生じる測定値に基づいて、できるだけ早期に修正することができる。一実施形態では、センサ測定値は、プロセスの一貫性を達成するよう、多くのサイクルにわたって平均化され得る。
【００６７】
溶融熱可塑性材料２４は、複数の金型キャビティ３２の中に射出されると、各金型キャビティ３２の金型接触面３３に接触して複数の金型キャビティ３２の形状になり、溶融熱可塑性材料２４は、熱可塑性材料２４が固化する又は実質的に凝固するまで、金型２８の内側で冷たくなる。溶融熱可塑性材料２４は、以下で説明するように、第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７のうちの少なくとも１つを通って流れる冷却流体を含む能動冷却装置で能動的に冷却されるか、又は大気中への対流及び伝導により受動的に冷却され得る。熱可塑性材料２４が固化したら、プレス３４は、第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７を解放する。この時点で、第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７は互いに分離され、完成部品（この実施形態では、オーバーモールド物品）が金型２８から押し出されてもよい。熱オーバーモールドされた物品は、例えば、押し出し、ダンピング、（手動、又はロボットによる動作を含む自動プロセスによる）抜出、引っ張り、押し、重力、又は冷却したオーバーモールド物品を第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７から分離させる任意の他の方法によって押し出される又は取り出されることができる。冷却されたオーバーモールド物品が第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７から取り除かれた後、第１の金型部分２５と第２の金型部分２７とが閉じられて、複数の金型キャビティ３２が再形成される。複数の金型キャビティ３２が再形成されることにより、第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７が溶融熱可塑性材料の新しいショットを受容する準備が整い、それによって１回の成形サイクルが完了する。サイクル時間は、１回のみの成形サイクルとして定義される。
【００６８】
射出成形プロセスの間、溶融熱可塑性材料２４からの熱が金型２８に移動することが可能であり、それによって金型の温度が上昇する。冷却システム又は冷却回路は、金型２８及び／又は複数の金型キャビティ３２の一部又は全体を、熱可塑性材料２４の非流動温度を下回る温度に維持するのを支援することができる。例えば、溶融熱可塑性材料２４を含むショットに接触する複数の金型キャビティ３２の表面であっても、より低い温度を維持するよう冷却することができる。約１０℃といった任意の好適な冷却温度を用いることができる。例えば、金型２８は、実質的に室温で維持され得る。かかる冷却システムの組込みは、形成されたままの射出成形部品が冷却されて、金型からの押し出しの準備が整う速度を有利に向上させる。加えて、本明細書に記載される金型は熱伝導率が高いため、金型に移動した熱は続いて、短期間で冷却流体へと移動し得るので、金型は熱の全て又は大部分を保持することができない。例えば、金型２８は、溶融熱可塑性材料の射出段階の間、約９０℃以上の温度を有する又は維持することができ、それにより金型２８に又は金型２８の周囲に結露が生じるのを避けることができるので、除湿装置の必要性が排除される。いくつかの実施例では、金型の温度は露点よりわずかに高く設定されてもよく、他の実施例では、金型の一部（例えば、ゲート付近）における金型の温度は、材料押出温度、又は材料結晶化温度、又は材料固化温度と同じであってもよく、かつそれをわずかに上回ってもよい。
【００６９】
冷却回路は、複数の金型キャビティ３２から熱を除去し、複数の金型キャビティ３２内に形成されるオーバーモールド物品の温度を低下させることができる。冷却回路は、例えば、第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７の両方に位置付けられる螺旋状の冷却回路であってもよい。他の実施形態では、冷却回路は、直線状の管を含んでもよい。冷却回路は、複数の金型キャビティ３２（したがって、熱可塑性材料及び／又は形成されたオーバーモールド物品）から熱が除去され、水などの冷却流体を第１の金型部分２５及び第２の金型部分２７に向けて及びこれらから離れる方向に方向付け、冷却流体に転送されるように構成され得る。冷却流体は、冷却流体の保有熱を除去する冷却装置システム（図示せず）に流体的に結合される。金型２８の熱伝導率に起因して、金型２８全体の温度は実質的に同様に維持されるという点で、金型２８から冷却流体に移動する熱は、かなり均一かつ効率的でなければならない。金型２８から除去された熱は、更に、オーバーモールド物品から熱を除去することができ、オーバーモールド物品の実質的にバランスのとれた冷却及びより効率的な冷却がもたらされ、それによってオーバーモールド物品の成形応力を低減することができ、更に、オーバーモールド物品の成形応力を実質的に均衡させる、ないしは別の方法でより均一にすることが可能となる。
【００７０】
ここで図２を参照すると、従来の圧力変動の大きい射出成形プロセスについての典型的な圧力−時間曲線が点線６０で示されている。一方、開示された実質的に一定の低圧力射出成形機についての圧力−時間曲線は実線６２で示されている。
【００７１】
従来の場合、溶融圧力は、１０３ＭＰａ（１５，０００ｐｓｉ）をはるかに上回るまで急速に増加し、次いで、第１の期間６４にわたって、約１０３ＭＰａ（１５，０００ｐｓｉ）を上回る比較的高い圧力で保持される。第１の期間６４は、溶融プラスチック材料が金型キャビティの中に流れ込む充填時間である。その後、溶融圧力は低下し、第２の期間６６にわたって、低くはなったが依然として比較的高い圧力（典型的には約６９ＭＰａ（１０，０００ｐｓｉ）以上）に保たれる。第２の期間６６は、金型キャビティの中の全ての間隙が充填し戻されることを確実にするように溶融圧力が維持される填塞時間である。填塞が完了した後、圧力は、必要に応じて、冷却時間である第３の期間６８の間、再度低下されてもよい。従来の高変動の圧力の射出成形システムの金型キャビティは、流路の端部からゲートまで戻って填塞される。金型の中の材料は、典型的には、キャビティの端部の近くで凝固し、その後、材料の完全に凝固した領域は、１つ乃至複数のゲートの位置に向かって次第に移動する。結果として、金型キャビティの端部の近くのプラスチックは、１つ乃至複数のゲートの位置により近いプラスチック材料よりも、より短い期間にかつより低い圧力で填塞される。ゲートと金型キャビティの端部との中間の非常に薄い断面のような部品形状もまた、金型キャビティの領域の填塞圧力のレベルに影響を与え得る。非一貫性填塞圧力は、最終製品に不整合（壁厚のむら、アンバランスな応力、及び高レベルの結晶化度など）を生じさせる可能性がある。更に、固化の様々な段階におけるプラスチックの従来の填塞は、いくつかの理想的でない材料特性、例えば、残留成形応力、ヒケ、及び最適でない光学特性をもたらす。
【００７２】
一方、実質的に一定の低圧力射出成形機１０は、充填期間７０の間、実質的に一定の圧力で金型キャビティの中に溶融プラスチック材料を射出する。図２の実施例の射出圧力は、約６９ＭＰａ（約１０，０００ｐｓｉ）未満である。別の実施形態では、射出圧力は、約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）未満である。他の実施形態は、より低い圧力を使用し得る。別の実施例では、射出圧力は約２ＭＰａ（約４００ｐｓｉ）〜約６９ＭＰａ（約１０，０００ｐｓｉ）である。金型キャビティが充填された後、実質的に一定の低圧力射出成形機１０は、成形部品が冷却される第２の期間７２にわたって徐々に圧力を低減する。実質的に一定の圧力を用いることによって、溶融熱可塑性材料は、流路を通ってゲートから流路の末端に向かって進む連続的な溶融物の流頭を維持する。言い換えると、溶融熱可塑性材料は、金型キャビティを通ってずっと移動し続け、それにより、早期凝固を防止する。したがって、プラスチック材料は、流路に沿ったあらゆる場所で比較的均一に維持され、その結果、より均一で一貫した最終製品が得られる。金型を比較的均一な圧力で充填することによって、最終成形部品は、従来の成形部品よりも良好な機械的及び光学的特性を有し得る結晶構造を形成する。更に、一定圧力で成形された部品は、従来の成形部品のスキン層と異なる特性を呈する。結果的に、一定圧力で成形された部品は、従来の成形部品の部品よりも良好な光学特性を有し得る。
【００７３】
ここで図３を参照すると、充填の様々な段階が、全充填時間の百分率として分割されている。例えば、従来の圧力変動の大きい射出成形プロセスでは、充填期間６４は全充填時間の約１０％を占め、填塞期間６６は全充填時間の約５０％を占め、冷却期間６８は全充填時間の約４０％を占める。一方、本明細書に記載するほぼ一定圧力の射出成形プロセスのいくつかの実施例では、充填期間７０は全充填時間の約９０％を占め、冷却期間７２は全充填時間の約１０％のみを占める。本明細書に記載するほぼ一定圧力の射出成形プロセスのいくつかの他の実施例では、冷却期間７２は、充填時間の約５０％又は全充填時間の約２５％を占める。ほぼ一定圧力の射出成形プロセスでは、溶融プラスチック材料は金型キャビティに流れ込むときに冷えるので、冷却時間が短くて済む。このようにして、金型キャビティが充填されるまでには、溶融プラスチック材料はかなり冷却されており（金型キャビティの断面中心が固化するのに十分ではないが）、凝固過程を完了するために除去しなければならない全熱量は少なくて済む。更に、溶融プラスチック材料は充填を通じて液体のままであり、填塞圧力はこの溶融断面中心を通して伝えられるので、溶融プラスチック材料は金型キャビティの壁と接触し続ける（凝固して縮まるのとは反対に）。結果として、本明細書に記載されるほぼ一定圧力の射出成形プロセスは、従来の圧力変動の大きい射出成形プロセスより短い合計時間で、成形部品を充填及び冷却することができる。
【００７４】
従来の圧力変動の大きいプロセス６０及び実質的に一定圧力のプロセス６２に関するピーク電力及びピーク流量と金型キャビティ充填百分率との比較を、図３に示す。実質的に一定圧力のプロセス６２では、ピーク電力負荷はピーク流量が生じる時間とほぼ同時に生じ、その後、充填サイクルを通して着実に低下する。より具体的には、ピーク電力及びピーク流量は、充填の最初の３０％以内、別の実施例では、充填の最初の２０％以内、更に別の実施例では、充填の最初の１０％以内に生じる。ピーク電力及びピーク流量が充填の始まりの間に生じるようにすることで、熱可塑性材料は、凝固に近づいたときに極限状態に曝されることがない。このことが成形部品の優れた物理的性質をもたらすと考えられる。
【００７５】
電力レベルは、一般に、ピーク電力負荷の後に、充填サイクルを通じてゆっくりと下降する。更に、充填圧力は実質的に一定に維持されるので、流量は、一般に、ピーク流量の後に、充填サイクルを通じてゆっくりと減少する。先に例示したように、ピーク電力レベルは、従来のプロセスのピーク電力レベルより低く（概ね約３０〜約５０％低い）、ピーク流量は、従来のプロセスのピーク流量より低い（概ね約３０〜約５０％低い）。
【００７６】
同様に、従来の圧力変動の大きいプロセスのピーク電力負荷は、ピーク流量が生じる時間とほぼ同時に生じる。しかしながら、実質的に一定のプロセスと異なり、従来の圧力変動の大きいプロセスのピーク電力及び流量は、充填の最後の１０％〜３０％で生じ、これにより熱可塑性材料は、凝固プロセスの間に極限状態にさらされる。更に実質的に一定圧力のプロセスと異なり、従来の圧力変動の大きいプロセスの電力レベルは、一般に、ピーク電力負荷の後に、充填サイクルを通して急激に下降する。同様に、従来の圧力変動の大きいプロセスの流量は、一般に、ピーク流量に続く充填サイクルを通じて急激に減少する。
【００７７】
あるいは、本明細書において図示及び説明される１つ以上の実施形態では、ピーク電力は、実質的に一定の射出圧力を維持するように調節され得る。より具体的には、充填圧力プロファイルは、ピーク電力が、キャビティ充填の最初の３０％以内、別の実施例では、キャビティ充填の最初の２０％以内、更に別の実施例では、キャビティ充填の最初の１０％以内に生じるように調節されてもよい。ピーク電力をこの特定の範囲内に生じさせた後、キャビティ充填の残りを通して低下した電力を有するようにプロセスを調節することにより、ピーク流量の調節に関して上述した成形部品と同じ利益がもたらされる。更に、ほぼ一定圧力の射出成形法及び／又は機械の１つ以上の実施形態では、上述の方法でのプロセスの調節が、薄壁部品（例えば、Ｌ／Ｔ比＞１００）をオーバーモールドするとき及び大きな射出能力（例えば、５０ｃｃ超過、特に１００ｃｃ超過）のために使用されてもよい。
【００７８】
ここで図４Ａ〜図４Ｄ及び図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、従来の圧力変動の大きい射出成形機（図４Ａ〜図４Ｄ）によって充填されている金型キャビティの一部と、本開示の予め製造された物品５１（図５Ａ〜図５Ｄ）を有するほぼ一定圧力の射出成形機（図５Ａ〜図５Ｄ）によって充填されている金型キャビティの一部が示されている。
【００７９】
図４Ａ〜図４Ｄに示すように、従来の圧力変動の大きい射出成形機が、溶融熱可塑性材料２４をゲート３０を通して複数の金型キャビティ３２の中に射出し始めると、高い射出圧力は、溶融熱可塑性材料２４を高速で複数の金型キャビティ３２の中に射出する傾向があり、それにより溶融熱可塑性材料２４は積層物３１の状態（最も一般的に、層流と呼ばれる）で流れる（図４Ａ）。これら最も外側の積層物３１は、オーバーモールド物品接触面３３にぴったり合うように付着し、続いて、冷却及び凝固して、複数の金型キャビティ３２が完全に満たされる前に、凝固した境界層３７を形成する（図４Ｂ）。しかしながら、熱可塑性材料が凝固すると、凝固した熱可塑性材料はまた、複数の金型キャビティ３２の壁から離れる方向に縮み、金型キャビティ壁と境界層３７との間に間隙３５が残される。この間隙３５は、金型の冷却効率を低下させる。溶融熱可塑性材料２４はまた、ゲート３０付近で冷却及び凝固し始め、ゲート３０の有効断面積を減少させる。一定の体積流量を維持するため、従来の圧力変動の大きい射出成形機は、狭いゲート３０に溶融熱可塑性材料を押し通すために圧力を増大さなければならない。熱可塑性材料２４が複数の金型キャビティ３２の中に流入し続けるにつれて、境界層３７は厚くなる（図４Ｃ）。最終的に、複数の金型キャビティ３２全体は、凝固した熱可塑性材料で実質的に充填される（図４Ｄ）。この時点で、従来の高圧射出成形機は、後退した境界層３７を金型キャビティ３２の壁に押し付け返して更に冷却するために、填塞圧力を維持しなければならない。
【００８０】
一方、ここで図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、実質的に一定の低圧力射出成形機１０は、常に動いている流頭３９を用いて、溶融熱可塑性材料を複数の金型キャビティ３２に流し込む。流頭３９の後方の熱可塑性材料２４は、凝固する前に金型キャビティ３２がほぼ充填されるまで（すなわち、９９％以上充填されるまで）溶融状態を維持する。その結果、ゲート３０の有効断面積の低減はなく、一定した射出圧力が維持される。更に、流頭３９の後方の熱可塑性材料２４は溶融状態にあるので、熱可塑性材料２４は複数の金型キャビティ３２の壁と接触し続ける。その結果、熱可塑性材料２４は、成形プロセスの充填部分の間に冷却される（凝固せずに）。したがって、射出成形プロセスの冷却部分は、従来のプロセスと同じように長い必要はない。
【００８１】
熱可塑性材料は溶融したまま、複数の金型キャビティ３２の中へと移動し続けるので、必要となる射出圧力は従来の金型の場合よりも少なくて済む。一実施形態では、射出圧力は約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）以下であってもよい。結果的に、射出システム及び型締システムは、それほど強力である必要はない。例えば、開示の実質的に一定射出圧力の装置は、低型締力及び対応する低型締用電源を必要とする型締具を使用してもよい。更に、開示の射出成形機は、所要電力が小さいので、従来の圧力変動の大きい射出成形法及び／又は機械（例えば、クラス１０１及び１０２の射出成形機）で使用するほどに強力でない電動プレスを使用することができる。電動プレスが、ごく少数の金型キャビティを有する一部の単純な金型で使用するのに十分である場合でさえも、小さくて安価な電動モータを使用することができる開示の実質的に一定射出圧力の方法及び装置を使用して、そのプロセスを改善することができる。開示の実質的に一定の射出圧力成形機は、次のタイプの電動プレス、すなわち、直流サーボ駆動モータプレス、デュアルモータベルト駆動式プレス、デュアルモータ遊星歯車式プレス、及び／又は電力定格が２００ＨＰ以下であるデュアルモータボール駆動式プレスのうちの１つ以上を含んでもよい。
【００８２】
本明細書に記載される方法で用いる溶融温度及び射出圧力は低いため、高圧力で射出される熱可塑性材料と比べて、熱可塑性材料２４が充填される際に熱可塑性材料２４が予め製造された物品５１に加える剪断力は、低減する。したがって、予め製造された物品の上限剪断圧力で変形する、剪断圧力に感受性のある構成要素を有する予め製造された物品は、本明細書において図示及び説明される実質的に一定の射出圧力を用いる方法及び／又は機械の１つ以上を使用してオーバーモールドすることができる。具体的には、熱可塑性材料は、少なくとも２個の金型キャビティ内の熱可塑性材料と予め製造された物品との間に、予め製造された物品の上限剪断圧力を下回る剪断圧力を生成する溶融圧力で射出されるが、これは、本明細書に開示される実質的に一定の射出圧力を用いる方法及び／又は機械によって可能となる。
【００８３】
実質的に一定の圧力で充填する場合には、従来の充填方法と比べて充填速度を低減する必要があると従来から考えられていた。このことは、金型が完全に充填される前に、ポリマーがより長い時間にわたって冷えた金型表面と接触する状態にあることを意味する。したがって、より多くの熱が充填前に除去されることになり、このことは、金型が充填される前に材料の凝固をもたらすことが予想される。
【００８４】
しかしながら、これとは反対に、本明細書において図示及び説明される実質的に一定の射出圧力成形機及び方法を用いる場合、金型キャビティの一部が熱可塑性材料の非流動温度を下回るにもかかわらず、熱可塑性材料は、実質的に一定の圧力条件にさらされたときに流動する。かかる条件は、熱可塑性材料が流れて金型キャビティを充填し続けるよりむしろ、熱可塑性材料が凝固して金型キャビティを塞ぐことを引き起こすと、当業者であれば一般的に予想するであろう。何ら理論に拘束されることを意図するものではないが、開示の方法及び機械の実施形態の実質的に一定の圧力条件は、充填中に金型キャビティ全体を通る動的流れ条件（すなわち、常に動いている溶融前部）を可能にすると考えられる。溶融熱可塑性材料が流れて金型キャビティを充填するときには、溶融熱可塑性材料の流れの滞留はなく、したがって、金型キャビティの少なくとも一部分が熱可塑性材料の流動停止温度未満であるにも関わらず、流動が凝固することはない。
【００８５】
更に、動的流動状態の結果として、溶融熱可塑性材料は、金型キャビティの中でかかる温度に曝されるにもかかわらず、剪断発熱の結果として、流動停止温度よりも高い温度を維持することができると考えられる。この動的流動状態は、熱可塑性材料が凝固プロセスを開始すると、熱可塑性材料の中における結晶構造の形成を抑制することが更に考えられる。結晶構造形成は、熱可塑性材料の粘度を増加させて、キャビティを充填するための好適な流動を妨げ得る。結晶構造形成及び／又は結晶構造サイズの低減は、熱可塑性材料がキャビティの中に流入して、材料の流動停止温度未満の金型の低い温度に曝されると、熱可塑性材料の粘度を低下させることが可能である。
【００８６】
熱可塑性材料が射出されたら、オーバーモールド物品、及び任意にキャビティは冷却される。オーバーモールド物品及びキャビティを、受動的又は能動的に冷却してもよい。受動的冷却は、金型内で自然に冷却するように、オーバーモールド物品を単に放置することを含む。能動的冷却は、冷却を支援しかつ促進するための更なる装置を使用することを含む。能動的冷却は、金型の近くに冷却剤（典型的には水）を通すことによって、又は冷却剤の別の例としての冷たい空気をキャビティ及び／又は製品に吹き付けることによって、達成されてもよい。冷却剤は、金型からの熱を吸収し、金型を好適な温度に維持し、最も効率的な速度で材料を固化させる。金型（例えば、金型２８）は、部品がその形状を保持するのに十分なだけ固化し、材料を損傷なく金型キャビティから脱型させることができるようになったら、開くことができる。しかしながら、オーバーモールド物品を金型ユニットから押し出すことはできない。より好ましくは、オーバーモールド物品は、金型ユニットの近くを通るが、金型ユニットとは分離している冷却剤を使用して冷却させる。冷却には、約１秒〜約６０秒、又は約１秒〜約３０秒、又は約１秒〜約１５秒、又は約２秒〜約１０秒、又は約３秒〜約８秒かかる場合がある。必須ではないが、能動的冷却は、製造プロセスのサイクル時間を短くするのに有効である。
【００８７】
逆オーバーモールド
ここで図６Ａ〜図６Ｄを参照すると、更なる段階が、本開示の実質的に一定の射出圧力成形機及び方法の１つ以上の実施形態に組み込まれ得る。一実施形態では、本開示の実質的に一定の射出圧力成形機及び方法は、複数の射出段階又は共射出段階を含み得る。この実施形態では、第１の材料を金型キャビティ内に射出して、オーバーモールド物品の第１の部分を作製することができる。次に、オーバーモールド物品の第１の部分は、オーバーモールド物品に損傷を与えることなく更なる成形作業を行い得るのに十分な程度に低い温度まで冷却され得る。オーバーモールド物品の第１の部分が冷却しかつ十分に固化した後、金型キャビティの形状を変更する。次に、第２の材料を新たなキャビティ形状の中に射出して、オーバーモールド物品の第２の部分を作製することができる。オーバーモールド物品は、第１及び第２の射出からの材料が互いに直接接触して、材料がその直接接触位置で結合できるような方法で製造される。したがって、オーバーモールド物品の両方の部分の温度は、この実施形態では、結合を実現するのに十分な温度である。射出される第２の材料は、第１の材料と同じ材料であってもよく、又は異なってもよい。あるいは、共射出技術の間に２つの材料を第１のキャビティ内に同時に射出してもよい。第１及び第２の材料が同じ又は化学的に類似している場合、それらの間の熱接着は改善される。異なる熱可塑性材料を射出することもまた可能であり、製品が異なる透明性、不透明度、又は可撓性などの数の特性を有することを可能にする。
【００８８】
いくつかの実施形態では、オーバーモールド物品は、第１の成形部分に加えられた後、第２の成形部分でオーバーモールドされてもよい（すなわち、オーバーモールド物品を封入する）。これは、１箇所以上（例えば、１箇所、２箇所、３箇所など）で行われてもよい。更に、いくつかの他の実施形態では、オーバーモールド物品は１つの材料（例えば、導電性若しくは非導電性材料、又は非常に軟質若しくは硬質の材料、又は高熱伝導若しくは低熱伝導材料、防水材料、及び／あるいは疎水性材料等）によって封入されてもよい。材料の第１の層は、オーバーモールド物品が無損傷又は最適性能であるのを確実にするように設計され得る（物品は、熱（高温又は冷温）感受性、伝導感受性、剪断感受性、圧力感受性、液体感受性等であり得る）。本明細書において図示及び説明される装置及び方法のこれら又はその他の実施形態は、１つ以上のオーバーモールド物品を含むことができ、これら物品は、オーバーモールド物品に要求される適切な性能要件を付与するために、１つ以上の異なる材料で封入されてもよい。更に、本明細書において図示及び説明される装置及び方法の実施形態の１つ以上において、使用される材料のショットの全てが低い一定の圧力である必要はない。低い一定圧力でのショットに先行又は後続する材料ショットのうちの１つ以上は、中圧、高圧、又はこれらの組み合わせを含み得る。例えば、第１のオーバーモールドショットは、（例えば、予め製造された）物品の壊れやすい部分を覆うように、低い一定の圧力で射出されてもよく、したがって、より高い圧力による後続ショット（第２のショット）の間、オーバーモールド物品を保護する役割を果たし、逆も同様である。
【００８９】
例えば、図６Ａ〜図６Ｄを参照すると、本明細書に記載される装置及び方法を用いてブラシヘッド２００を製造することができ、ブラシヘッド２００は、複数のブラシ用剛毛２０４を支持するヘッドキャリア２０２を含み、ブラシ用剛毛２０４は、ヘッドキャリア２０２及びブラシヘッド２００よりも相対的に柔らかい材料からなる。いくつかの実施形態では、ブラシ用剛毛２０４は、ヘッドキャリア２０２及び／又はブラシヘッド２００よりも有意に柔らかい場合があり、ブラシヘッド２００又はヘッドキャリア２０２の加熱撓み温度、溶融温度、又は塑性若しくは弾性変形温度よりも有意に低い（例えば、約２０℃低い、約３０℃低い、約４０℃低い、約５０℃低い、約６０℃低い、約７０℃低い、又は約１００℃低い）加熱撓み温度、溶融温度、又は塑性若しくは弾性変形温度を有する場合がある。
【００９０】
本明細書に記載される１つの方法によると、図６Ａにおいて、複数のブラシ用剛毛２０４の一端２１０は、金型２０９の金型キャビティ２０８内に固定され得、ブラシ用剛毛２０４の自由端２１２は、金型キャビティ面２１４から離れる方向に、金型キャビティ２０８内まで延びる。図６Ｂにおいて、金型２０９が閉じられ、第１の相対的に柔らかい熱可塑性材料２２０が、本明細書に記載される射出方法を用いて金型キャビティ２０８内に射出され、それによって、金型キャビティ２０８内に固定されたブラシ用剛毛２０４を取り囲むことができる。次に、第１の相対的に柔らかい熱可塑性材料２２０を実質的に凝固させ、それによって、図６Ｃに示すブラシヘッド２００のヘッドキャリア２０２を画定することができる。次に、ヘッドキャリア２０２は、図６Ｃに示す第２の金型キャビティ２１１に移動又は移送され得る。いくつかの実施形態では、ヘッドキャリア２０２は固定されたままであってもよく、図６Ｃに示すように、金型の一部だけが替わってもよい。次に、第２の相対的に硬い熱可塑性材料２２４が第２の金型キャビティ２２２の中に射出され、その結果、ヘッドキャリア２０２は、第２の相対的に硬い熱可塑性材料２２４によって少なくとも部分的に覆われる又はオーバーモールドされる。第２の熱可塑性材料２２４は第１の熱可塑性材料２２０よりも相対的に硬いので、第２の熱可塑性材料２２４は第１の熱可塑性材料２２０よりも高い溶融又は熱変形温度を有し得る。したがって、第１の熱可塑性材料２２０は、射出中の第２の熱可塑性材料２２４に接触した際に、いくらか再溶融する場合がある。しかしながら、本明細書に記載される装置及び方法では、第２の熱可塑性材料２２４は、メーカーが勧める温度よりも有意に低い温度で射出され得るので、再溶融の量又は第１の熱可塑性材料２２０に対する他のダメージは限定的であり、従来のプロセスを用いた場合に生じ得るよりも有意に少ない。よって、この図ではブラシ用剛毛が使用されているが、用途として、他のプロセスを用いてオーバーモールドすることが普通では可能でない電気部品、電子機器、又は他の高度に温度感受性、圧力感受性、又は液体感受性である予め製造された物品を、本明細書に開示される方法を用いてオーバーモールドすることができる。
【００９１】
本明細書に記載される装置及び方法を用いると、実質的により硬い熱可塑性材料を、オーバーモールド操作において、第１の相対的に柔らかい熱可塑性材料の上に射出することができる。いくつかの実施形態では、第２の熱可塑性材料は、第１の熱可塑性材料よりも約１０倍つまり１０００％硬くてもよく、他の実施形態では、第２の熱可塑性材料は、第１の熱可塑性材料よりも約１００％硬くてもよく、又は第１の熱可塑性材料よりも約９０％硬くてもよく、又は第１の熱可塑性材料よりも約７５％硬くてもよく、又は第１の熱可塑性材料よりも約６０％硬くてもよく、又は第１の熱可塑性材料よりも約５０％硬くてもよく、又は第１の熱可塑性材料よりも約３０％硬くてもよい。硬度は、弾性係数又は曲げ弾性率によって、線形目盛上で、又は当業者に良く知られた多くのスケール、例えば、ショアＡスケール、ショアＤスケール、ビッカーススケール、ブリネルスケール、又は任意のロックウェルスケールのうちの１つで定量化され得る。多くの場合、第１及び第２の熱可塑性材料の硬度を測定するのに一般的に使用されるスケールは、異なっているか、又は互換性がないか、又は非スケーリングであってもよい。その場合、硬度のパーセント差は、弾性係数又は曲げ弾性率のいずれかのパーセント差にほぼ比例することを意味するものとして理解されるべきである。他の実施形態では、第１の熱可塑性材料の変形応力は、第２の熱可塑性材料の変形応力より低くてもよい。他の実施形態では、第１の熱可塑性材料の曲げ弾性率は、第２の熱可塑性材料の曲げ弾性率よりも大幅に低い（例えば約９０％低い、又は一桁低い）場合がある。更なる実施形態では、第１の熱可塑性材料の弾性率は、第２の熱可塑性材料よりも大幅に低い（例えば約９０％低い、又は一桁低い）場合がある。
【００９２】
設計クリティカルなオーバーモールド物品
図７Ａ〜図７Ｇを参照すると、別の実施形態では、本開示の実質的に一定の射出圧力成形機及び方法の１つ以上は、例えば、平坦な封止部が所望される用途において使用され得る。本明細書に記載される装置及び方法を用いることによって、射出ゲート又は跡形位置を巧みに操作することができる。まず図７Ａを参照すると、シールガスケット３０２を備えた成形部品３００が描かれている。シールガスケット３０２を成形するためには、シールガスケット３０２の表面上の射出ゲート位置にいくつかの跡形３０４（図７Ｄに示す）が存在することが必要になる。しかしながら、本明細書に記載される方法を用いると、跡形３０４を、シールガスケット３０２の内側表面３０６上に形成することができ、それによって、シールガスケット３０２を使用した平坦な封止のための滑らかな外側表面を残すことができる。具体的には、シールガスケット３０２は、成形部品３００の残りの部分よりも柔らかい材料から形成され得るので、跡形を再配置するために、上で説明した逆オーバーモールド法を使用することができる。
【００９３】
図７Ｂを参照すると、成形部品３００の線Ａ−Ａに沿った断面図が描かれている。金型３１０は、図７Ｃに示すように金型３１０が閉鎖位置にあるときに形成される金型キャビティ３１２を含む。熱可塑性材料３１６は、射出ゲート３１８を通って金型キャビティ３１２の中に射出される。次に、図７Ｄに示すように、シールガスケット３０２、及びシールガスケット３０２の内側表面３０６上の跡形３０４を残して金型３１０を開く。跡形３０４は、金型３１０が開かれ、射出ゲート３１８からの残留物が後に残されたときに形成される。次に、シールガスケット３０２は、図７Ｅに示す成形部品３００の本体を形成する第２の金型３２０に移動され得る。より硬い材料であってよい第２の熱可塑性材料３２４が、射出ゲート３２２を通って金型キャビティ３２６の中に射出されると、図７Ｆに示すように、金型キャビティ３２６が充填される。次に、金型３１０、３２０を開き、図７Ｇに示すように、成形部品３００を取り出す。シールガスケット３０２の跡形３０４は、成形部品３００の内面側に位置付けられ、跡形３３０は、成形部品３００の下面３３２に現れる。しかしながら、シールガスケット３０２はこのとき、改善された封止のために使用することができる平坦な外側表面３０８を有する。複数のキャビティ金型の場合、キャビティの形状が同一又は実質的に同一でない場合も可能である。加えて、複数のキャビティ金型の全てのキャビティが、オーバーモールドされる予め製造された物品を収容していなくてもよい。例えば、携帯電話ケース用の金型群は、裏側ケース、前側ケース、及び内部シャーシを含み得、前記内部シャーシは、複数のキャビティ金型群の一部としてオーバーモールドされた、予め製造された電子プリント基板を含み、前記電子プリント基板は、はんだ付け部品の融解温度が低いため、温度に対して感受性がある。
【００９４】
予め製造された物品としての部分的に中空の物品
ここで図８Ａ〜図８Ｃを参照すると、別の実施形態では、本開示の実質的に一定の射出圧力成形機及び方法の１つ以上を使用して、例えば、ボトル４００、ガスアシスト射出成形又は押出ブロー成形を用いて製造される中空の熱可塑性歯ブラシバンドルなどの部分的に中空の又は完全に中空の物品上に、ハンドル４１０をオーバーモールドすることができる。他の実施形態では、予め製造された物品は、容器、ハンドル、飾り、装飾品、浮輪、ビーズ、工具、及び台所用品からなる群から選択される部分的に中空の物品であり得る。
【００９５】
この方法では、図８Ａに示すボトル４００は、中空部分４１８を備えて少なくとも部分的に又は完全に中空であり得る。いくつかの実施形態では、部分的に中空の物品の本体は、壁厚を有する複数の壁を含み得、また、部分的に中空の物品の本体は、壁厚に依存する壁強度を有し得る。
【００９６】
図８Ｂに断面で示すように、ボトル４００は、金型４１４によって形成された金型キャビティ４１２の中に固定される。流体射出装置４１６は、ボトル４００の中空部分４１８又は他の部分的に中空の物品に挿入され得る。流体射出装置４１６は、ボトル４００の中空部分４１８の中に流体（例えば、窒素、空気、アルゴン）を射出することができ、それによって、ボトル４００の構造剛性及び／又は壁強度を増大させる。流体射出装置４１６は、流体が流体射出装置４１６から矢印４２０で示す全方向に流れるように流体を射出して、ボトル４００の壁に加わるボトル４００の内圧を増加させることができる。場合によっては、例えば、部分的に中空の物品を膨張させている間に、部分的に中空の物品の本体の壁強度は、約１５％〜約３０％増大し得る。
【００９７】
第２の熱可塑性材料は、ゲート４２４を介して、金型キャビティ４１２の未充填部分４２２の中に射出され得る。例えば、第２の熱可塑性材料は、ボトル４００の材料に対して化学的親和性を有し得、したがって、図８Ｃに示すように、結合して、ボトル４００に接続されるハンドル４３０を形成することができる。
【００９８】
本明細書に記載される実質的に一定の射出圧力成形機及び方法を用いることにより、オーバーモールドプロセスの大幅な改善をもたらすことができ、かつ、プロセスの順序が逆であることを除いて、ＰＰの上にＴＰＥを成型する従来のプロセスの多くの利点を提供することができる。第１に、第２の構成要素、つまりより硬い材料の射出圧力を低下させることにより、第１のより柔らかい構成要素が、第１の材料と第２の材料との間の任意の接触点において著しく変形する可能性が低減する。射出圧力の高速フィードバック及び制御を用いることにより、相対的に硬い熱可塑性樹脂の射出圧力を有意に低下させることが可能となる。第２に、低い射出圧力は、より遅い射出速度に対応する。例えば、約１００ｍｍ／秒で射出する代わりに、ゲートが凝固するリスクを低減させながら、約１０ｍｍ／秒で、又は別の実施例では、約５ｍｍ／秒で射出することが可能となり得る。こうした低い射出圧力では、プラスチック剪断が減少し、したがって、プラスチックが密着する任意のキャビティ壁に対するプラスチックの剪断が減少する。射出された熱可塑性樹脂は、熱可塑性エラストマーを含むキャビティの壁に対して小さな剪断力を伝えるので、剪断の性質により、従来のオーバーモールドプロセスで射出された熱可塑性樹脂によるものよりも少ない程度に壁を変形させる傾向がある。
【００９９】
ゆっくり射出された部品の部品密度の差は、従来方式で射出された部品でも実質的に同じであるので、所与の部品に関する射出速度が低下すると、射出時間はほぼ比例して長くなる必要がある。理論に制限されるものではないが、より硬い熱可塑性材料の射出中の射出時間のこの増加は、射出ゲート近くの熱可塑性エラストマーの望ましくない再溶融をもたらす可能性がある。このため、ここでも同様に理論に制限されるものではないが、いくつかの実施形態では、より硬い熱可塑性樹脂は、射出可能であり、なおかつ完成部品の好適な品質を維持することが可能な最低圧力よりも高い射出圧力で、射出されてもよい。この場合、射出圧力の下限は、部品形状及び熱可塑性エラストマーの材料特性によって決定され得る。
【０１００】
本明細書に記載される実質的に一定の射出圧力成形機及び方法の１つ以上の実施形態は、オーバーモールド物品の内側及び外側表面からの、改善されたバランスのよい熱除去を可能にする。本明細書に記載される装置及び方法を用いて製造されたオーバーモールド物品は、熱可塑性材料と金型自体との間の温度勾配が低減するので、改善された冷却を更に可能にすることができる。射出成形の熱伝導率は、熱可塑性材料のより迅速な冷却を可能にしてサイクル時間を短くでき、より高品質のオーバーモールド物品をもたらすことができる。更に、金型の熱伝導率に起因して、あらゆる冷却回路又は冷却流体は高温に維持され、温度を維持するためにあらゆる冷却装置に加わる負荷が軽減され、それによって製造コストを低減することが可能となる。
【０１０１】
金型温度が増加し、したがって金型温度と溶融熱可塑性材料との間の温度勾配が低減することにより、オーバーモールド物品内に生じる応力が低減しかつより均一になり得る。オーバーモールド物品の中心とオーバーモールド物品の壁との間の温度勾配も低減され得る。加えて、オーバーモールド物品の冷却が改善されることにより、オーバーモールド物品内に生じる内部応力及び外部応力がより均一になると共に、結晶化度が減少しかつより均一となり得る。更に、オーバーモールド物品を形成するために用いられる実質的に一定の低射出圧力の射出成形プロセスは、一群の金型にわたるオーバーモールド物品の一貫性を改善することができる。特に、高い射出圧力の射出成形プロセスと比較した場合に、例えば、第１のキャビティ内で形成されたオーバーモールド物品は、６４番目のキャビティ内で形成されたオーバーモールド物品と実質的に同様であり得る。
【０１０２】
本明細書に記載される実質的に一定の射出圧力成形機及び方法の１つ以上の実施形態は、金型の一貫した填塞を可能にし得、それにより、充填領域の末端部における射出圧力は、充填領域の前部における射出圧力と同様となる。これにより、金型を過剰に填塞するリスクの低減、及びオーバーモールド物品内の残留成形応力の低減がもたらされ得る。加えて、部品の重量を低減することができ、それによりオーバーモールド物品の形成に伴うコストを低減することができる。
【０１０３】
より硬い材料でより柔らかくて弾性の材料をオーバーモールドすることの更なる利点は、特に壁の厚い（例えば、約３ｍｍ〜約１５ｍｍ）物品に関し、柔らかい材料がオーバーモールド中に可逆的に収縮する能力であり、これにより、より硬い材料の固化及び冷却中に自然に生じる縮みは、収縮した熱可塑性エラストマーの弾性力によってより硬い材料を内側から金型キャビティ壁に向かって「填塞」することによって、少なくとも部分的に緩和され得る。
【０１０４】
熱可塑性材料、添加剤、及びメーカーが推奨する射出圧力範囲
本明細書で論じるオーバーモールド物品は、熱可塑性材料を用いて製造される。任意の好適な熱可塑性材料が本明細書で有用であり得る。そのような熱可塑性材料は、通常は固体ポリマー及び樹脂を含んでもよい。広くは、脂肪族モノ−１−オレフィンの任意の固体ポリマーをこの開示の範囲内で使用することができる。そのような材料の例としては、エチレン、プロピレン、ブテン−１、ヘキセン−１、オクテン−１などの脂肪族モノ−１−オレフィン（aliphatic mono-l-olefins）のポリマー及びコポリマー、並びにこれらのポリマー及びコポリマーのブレンドが挙げられる。１分子あたり最大８個の炭素原子を有し、４位よりも近い二重結合で分岐しない脂肪族モノ−１−オレフィンのポリマーは、特に望ましい特性を有する製品を提供する。本開示の実施において使用することができる他の熱可塑性材料としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、セルロース誘導体、メタクリル酸などの酸基を有するエチレン及びビニルモノマーのコポリマー、フェノキシポリマー、ポリアミド−イミド（ＰＡＩ）を含むポリアミド、ポリカーボネート、ビニルコポリマー及びホモポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ポリエチレンナフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアミド系樹脂、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリプロピレン、高密度ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、スチレンブタジエンコポリマー、アクリロニトリル、アクリロニトリル−ブタジエンコポリマー、酢酸酪酸セルロース及びこれらの混合物、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ又はケトン）、ポリブタジエン（ＰＢＤ）、ポリブチレン（ＰＢ、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチルエチルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンクロリネート（ＰＥＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、及びＳｐｅｃｔｒａｌｏｎが挙げられる。更に好ましい材料として、アイオノマー、Ｋｙｄｅｘという商標登録されたアクリル／ＰＶＣ合金、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリアセタール（ＰＯＭ又はアセタール）、ポリアクリレート（アクリル）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ又はアクリロニトリル）、ポリアミド（ＰＡ又はナイロン）、ポリアミド−イミド（ＰＡＩ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ又はケトン）、ポリブタジエン（ＰＢＤ）、ポリブチレン（ＰＢ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）、改質ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（ＰＣＴ）、改質ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）グリコール（ＰＣＴＧ）、ポリ（シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）酸性改質物（ＰＣＴＡ）、及びポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、及びこれらの混合物が挙げられる。
【０１０５】
本開示の実施において使用することができる他の熱可塑性材料には、ＴＰＥとして周知の熱可塑性エラストマーの群が挙げられ、これにはスチレンブロックコポリマー、ポリオレフィンブレンド、エラストマー合金（ＴＰＥ−ｖ及びＴＰＶ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性コポリエステル、及び熱可塑性ポリアミドが挙げられる。
【０１０６】
更に例示的な熱可塑性材料は、ポリオレフィン及びそれらの誘導体からなる群から選択されるものである。他の実施例では、熱可塑性材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン（低密度を含むが特に高密度のポリエチレン及びポリプロピレン）、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンフラノエート（ＰＥＦ）、ポリオレフィンブレンドからの熱可塑性エラストマー、及びこれらの混合物からなる群から選択される。
【０１０７】
更に例示的なポリオレフィンとしては、ポリメチルペンテン及びポリブテン−１が挙げられるが、これらに限定されない。前述のポリオレフィンのいずれもが、バイオ−ポリプロピレン又はバイオ−ポリエチレンを生成するために、サトウキビ又は他の農産物などのバイオベースの原料から供給され得る。ポリオレフィンは、溶融状態にあるとき、剪断減粘を示し得る。ずり減粘は、流体が圧縮応力下に置かれたときの粘度の減少である。剪断減粘は、熱可塑性材料の流動を射出成形プロセス全体にわたって有利に維持させることができる。何ら理論に拘束されることを意図するものではないが、熱可塑性材料、特にポリオレフィンの剪断減粘特性により、材料が一定圧力で処理される場合に、材料粘度の変動が小さくなると考えられる。その結果、本開示の実質的に一定の射出圧力成形機及び方法の１つ以上の実施形態は、例えば、着色剤及び他の添加剤、並びに処理条件がもたらす熱可塑性材料の変動に対する感受性が低くなり得る。熱可塑性材料特性のバッチ間での変動に対するこの感受性の低下により、産業使用後及び消費者使用後の再生プラスチックを、本開示の装置及び方法の実施形態を用いて有利に処理することがまた可能である。産業使用後、消費者使用後の再生プラスチックは、消費財としてそれらのライフサイクルを完了した最終生産物及び固体老廃物として別途廃棄された最終生産物に由来するものである。かかる再生プラスチック、及び熱可塑性材料のブレンドは、それらの材料特性の著しいバッチ間の変動を本来的に有する。
【０１０８】
本開示の実質的に一定の射出圧力成形機及び方法の１つ以上の実施形態を用いるオーバーモールド物品及び射出成形品は、未使用の樹脂製、粉砕再生された又は再利用された樹脂製、石油由来の樹脂製、植物性素材からの生物由来の樹脂製、及びそのような樹脂を組み合わせた材料製であってよい。当該容器は、基本となる樹脂素材の他に、充填剤及び添加材を含んでもよい。充填剤及び添加材の例としては、当該分野において知られている、着色剤、架橋ポリマー、炭酸カルシウムのような無機及び有機充填剤、乳白剤、並びに加工助剤等がある。
【０１０９】
熱可塑性材料は、また、例えば、ポリエステルであり得る例示的なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられるが、これに限定されない。ＰＥＴポリマーは、バイオ−ＰＥＴポリマーを部分的又は全体的に製造するために、サトウキビ又は他の農産物などのバイオベースの原料から供給され得る。他の好適な熱可塑性材料としては、ポリプロピレン及びポリエチレンのコポリマー、並びに熱可塑性エラストマーのポリマー及びコポリマー、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）、ポリ（乳酸）、ポリ（エチレンフラネート）ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ（エチレンフラノエート）（ＰＥＴ代替、又はＰＥＴに置き換えて使用されると考えられる）、ポリヒドロキシアルカノエート等のバイオベースのポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、エチレン−αオレフィンゴム、及びスチレン−ブタジエン−スチレンブロックコポリマーが挙げられる。熱可塑性材料は、複数の高分子及び非高分子材料のブレンドでもあり得る。熱可塑性材料は、例えば、多モード又は２モードのブレンドを産生する高中低の分子量のポリマーのブレンドであり得る。多モード材料は、優れた流動特性を有し、その上、満足すべき化学的／物理的特性を有する熱可塑性材料をもたらす態様で設計され得る。熱可塑性材料は、また、ポリマーと１つ以上の小分子添加剤とのブレンドであり得る。この小分子は、例えば、熱可塑性材料に添加されると、ポリマー材料の流動性を改善するシロキサン又は他の潤滑分子であり得る。
【０１１０】
他の添加剤としては、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、タルク、粘土（例えば、ナノクレイ）、水酸化アルミニウム、ＣａＳｉＯ３、繊維又はミクロスフィアに形成されたガラス、結晶性シリカ（例えば、石英、石英粉末、クリスタロバイト）、水酸化マグネシウム、雲母、硫酸ナトリウム、リトポン、炭酸マグネシウム、酸化鉄等の無機充填剤；若しくはもみ殻、藁、麻すさ、木粉、又は木材、竹若しくはサトウキビ繊維等の有機充填剤を挙げることができる。
【０１１１】
更なる審美的又は機能性添加剤としては、芳香剤、着色剤、パールエッセンス剤、抗菌剤、紫外線遮断剤、蛍光又はリン光剤、サーモクロミック材料、起泡剤、感触剤、又はスリップ剤が挙げられる。射出の前に起泡剤を樹脂と混合する実施形態では、熱可塑性材料が射出されるときに、樹脂の内部に気泡が形成され得る。これは射出要素内に高圧を生じさせる場合があり、この高圧は金型キャビティ内に放出される。熱可塑性材料が金型キャビティ面と接触すると、複数の空所が内部に残った状態で、熱可塑性材料の外皮は固化する。この実施は、成形部品の重量及び材料使用量を、起泡剤を有さない場合よりも約１０％〜約５０％の範囲内で低減させ得る。このことから、予め製造された物品は、封鎖された若しくは封鎖されていない空所、又は複数の空所を含み得、空所は、容積測定的に、予め製造された物品の合計排出容積の中実部分の５％超であり得る。
【０１１２】
他の好適な熱可塑性材料としては、ポリヒドロキシアルカノエート（例えば、ポリ（β−ヒドロキシアルカノエート）、ポリ（３−ヒドロキシブチレート−コ−３−ヒドロキシバレラート、ＮＯＤＡＸ（登録商標））、及び細菌セルロース等の生物体から直接的に製造されたポリマーの非限定的な例などの再生可能ポリマー；多糖類及びこれらの誘導体（例えば、ガム、セルロース、セルロースエステル、キチン、キトサン、デンプン、化学修飾したデンプン、セルロースアセテートの粒子）、タンパク質（例えば、ゼイン、乳清、グルテン、コラーゲン）、脂質、リグニン、及び天然ゴム等の植物、農林産物、及びバイオマスから抽出されたポリマー；デンプン又は化学修飾されたデンプンから製造された熱可塑性デンプン並びにバイオ−ポリエチレン、バイオ−ポリプロピレン、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ナイロン１１、アルキド樹脂、コハク酸系ポリエステル、及びバイオ−ポリエチレンテレフタレート等の天然に供給されるモノマー由来の最近のポリマー及び誘導体が挙げられる。
【０１１３】
好適な熱可塑性材料は、前述の例におけるような異なる熱可塑性材料のうちの１つ又は複数のブレンドを含んでもよい。なお、その異なる材料は、未使用のバイオ由来材料若しくは石油由来材料から誘導された材料、又はバイオ由来材料若しくは石油由来材料の再生材料の組み合わせであってもよい。ブレンド中の熱可塑性材料のうちの１つ以上は、生分解性であってもよい。更に、非ブレンド熱可塑性材料については、この熱可塑性材料は生分解性であってもよい。
【０１１４】
本明細書に記載される溶融熱可塑性材料は、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８に準拠して温度約２３０℃、２．１６ｋｇ重で測定した場合、約０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）で定義された粘度を有し得る。例えば、ポリプロピレンに対して、メルトフローインデックスは、約０．５ｇ／１０分〜約２００ｇ／１０分の範囲にあり得る。別の好適なメルトフローインデックスは、約１ｇ／１０分〜約４００ｇ／１０分、約１０ｇ／１０分〜約３００ｇ／１０分、約２０ｇ／１０分〜約２００ｇ／１０分、約３０ｇ／２０分〜約１００ｇ／１０分、約５０ｇ／１０分〜約７５ｇ／１０分、約０．１ｇ／１０分〜約１ｇ／１０分、又は約１ｇ／１０分〜約２５ｇ／１０分を含む。材料のＭＦＩは、成形品の用途及び使用方法に基づいて選択される。例えば、約０．１ｇ／１０分〜約５ｇ／１０分のＭＦＩを有する熱可塑性材料は、ＩＳＢＭ用途用のオーバーモールド物品としての使用に好適であり得る。約５ｇ／１０分〜約５０ｇ／１０分のＭＦＩを有する熱可塑性材料は、物品を包装するためのキャップ及びクロージャとしての使用に好適であり得る。約５０ｇ／１０分〜約１５０ｇ／１０分のＭＦＩを有する熱可塑性材料は、バケツ又はたらいの製造における使用に好適であり得る。約１５０ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のＭＦＩを有する熱可塑性材料は、薄板などの極めて高いＬ／Ｔ比を有する成形品に好適であり得る。そのような熱可塑性材料の製造者は、概して、その材料が約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）を超過する、そして、しばしば約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）を大きく超過する溶融圧力を使用して射出成形されるべきであることを教示する。そのような熱可塑性材料の射出成形に関する従来の教示に反して、本開示の実質的に一定の射出圧力成形機及び方法の実施形態は、かかる熱可塑性材料を使用し、約６９ＭＰａ（約１０，０００ｐｓｉ）又は約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）未満の、場合によっては、約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）をはるかに下回る溶融圧力で処理して、良質の射出成形部品を形成するのを可能にする。
【０１１５】
代表的な熱可塑性樹脂を、メーカーが推奨する射出圧力範囲と共に下表に示す（表に示される全ての数値の前には「約」という用語が付く場合がある）。
【０１１６】
【表１】
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【０１１７】
実施形態の２つ以上は、溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧力を実質的に一定圧力に維持しながら、溶融熱可塑性材料を含むショットで金型キャビティのほぼ全体を充填することを含むが、特定の熱可塑性材料は、異なる一定圧力において本開示の恩恵を受ける。具体的には次の通りである：ＰＰ、ナイロン、ＰＣ、ＰＳ、ＳＡＮ、ＰＥ、ＴＰＥ、ＰＶＤＦ、ＰＴＩ、ＰＢＴ、及びＰＬＡは、約６９ＭＰａ（約１０，０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定の圧力；ＡＢＳは、約５６ＭＰａ（約８，０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定の圧力；ＰＥＴは、約４０ＭＰａ（約５，８００ｐｓｉ）未満の実質的に一定の圧力；アセタールコポリマーは、約４９ＭＰａ（約７，０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定の圧力；ポリ（エチレンフラネート）ポリヒドロキシアルカノエート、ポリエチレンフラノエート（ａｋａ  ＰＥＦ）は、約６９ＭＰａ（約１０，０００ｐｓｉ）、又は約５６ＭＰａ（約８，０００ｐｓｉ）、又は約４９ＭＰａ（約７，０００ｐｓｉ）又は約４２ＭＰａ（約６，０００ｐｓｉ）、又は約４０ＭＰａ（約５，８００ｐｓｉ）未満の実質的に一定の圧力。
【０１１８】
熱可塑性ポリマーは、既定の温度におけるより高い粘度及びより低いメルトフローレートに対応する、より高い分子量を一般的に有する。場合によっては、これらのより低いメルトフローレートは、より低い製造生産高をもたらし得、大規模な商業的製造を抑制的にすることがある。溶融流れを増大させるために、押出成形機温度及び／又は圧力を上昇させてもよいが、これは多くの場合、不均等な剪断応力、一貫性のない溶融流れ、気泡不安定性、材料の貼り付き若しくは滑り、及び／又は押出成形機の全体にわたる不均一な材料張力の原因となり、押出品が出るときに破断する原因にさえなり得る不規則性、変形、及び歪曲を有する、低品質の押出品をもたらす。更に、高温は熱可塑性溶融物を焼き焦がす可能性があり、過剰な圧力は押出成形機の構造的一体性を突破し、破裂、漏れ、又は断裂の原因となることがある。これら問題点のいくつか又は全ては、ＩＢＭプロセスの射出段階にとって問題となり得る。あるいは、溶融流れの増大、粘度の低減、及び／又は剪断応力の一定化を助けるために、例えば、希釈剤などの、粘度を修正する添加剤をその配合物に含んでもよい。これらの添加剤の多くはポリマーの表面に移染し、熱可塑性樹脂をその意図される用途のために許容不可能な状態にし得るブルームをもたらす傾向がある。例えば、希釈剤の移染は、熱射出成形品を脂っぽい外観又は感触にすること、それが接触する他の材料を汚染すること、接着に干渉すること、及び／又は熱密封若しくは表面印刷などの更なる加工を厄介にすることがある。影響は、組成物に含まれる種類及び割合に依存し得る。ＨＣＯなどの非移染性添加剤も使用可能である。
【０１１９】
添加剤は熱可塑性材料に含ませてもよい。例えば、粘度調整剤を含むブレンド添加剤を含ませてもよい。例えば、樹脂組成物は、約２５℃超の融点を有するワックスの混合物、ブレンド、又は均質混加物であって、組成物の総重量に基づき、約０．１重量％〜約５０重量％のワックス又は約５重量％〜約４０重量％のワックス、組成物の総重量に基づき、約８重量％〜約３０重量％のワックス、又は組成物の総重量に基づき、約１０重量％〜約２０重量％のワックスを含む混合物、ブレンド、又は均質混加物、を含み得る。
【０１２０】
このワックスは脂質を含み、脂質の例は、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、脂肪酸、脂肪族アルコール、エステル化脂肪酸、エポキシ化脂質、マレエート化脂質、水素添加脂質、脂質から誘導されるアルキド樹脂、スクロースポリエステル、又はこれらの組み合わせであり得る。ワックスは鉱物ワックスを含み、鉱物ワックスの例は、直鎖アルカン、分枝状アルカン、又はこれらの組み合わせである。他の実施形態では、ワックスは、水素添加大豆油、部分水素添加大豆油、エポキシ化大豆油、マレイン化大豆油、トリステアリン、トリパルミチン、１，２−ジパルミトオレイン、１，３−ジパルミトオレイン、１−パルミト−３−ステアロ−２−オレイン、１−パルミト−２−ステアロ−３−オレイン、２−パルミト−１−ステアロ−３−オレイン、１，２−ジパルミトリノレイン、１，２−ジステアロ−オレイン、１，３−ジステアロ−オレイン、トリミリスチン、トリラウリン、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるワックスを含み得る。ワックスは、水素添加植物油、部分水素添加植物油、エポキシ化植物油、マレエート化植物油、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、植物油は、大豆油、トウモロコシ油、キャノーラ油、パーム核油、又はこれらの組み合わせであり得る。
【０１２１】
他の実施形態では、油又はワックスは、大豆油、エポキシ化大豆油、マレエート化大豆油、コーン油、綿実油、キャノーラ油、牛脂、ヒマシ油、ココナッツ油、ココナッツ種子油、コーン胚芽油、魚油、亜麻仁油、オリーブ油、オイチシカ油、パーム核油、パーム油、パーム種子油、ピーナッツ油、菜種油、ベニバナ油、マッコウクジラ油、ヒマワリ種子油、トール油、キリ油、鯨油、トリステアリン、トリオレイン、トリパルミチン、１，２−ジパルミトオレイン、１，３−ジパルミトオレイン、１−パルミト−３−ステアロ−２−オレイン、１−パルミト−２−ステアロ−３−オレイン、２−パルミト−１−ステアロ−３−オレイン、トリリノレイン、１，２−ジパルミトリノレイン、１−パルミト−ジリノレイン、１−ステアロ−ジリノレイン、１，２−ジアセトパルミチン、１，２−ジステアロ−オレイン、１，３−ジステアロ−オレイン、トリミリスチン、トリラウリン、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ラウロレイン酸（lauroleic acid）、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸、ミリストレイン酸、オレイン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。
【０１２２】
ワックス又は油は、熱可塑性ポリマー内で約１０μｍ未満の液滴直径を有するように、熱可塑性ポリマー内に分散され得るか、又は液滴直径は約５μｍ未満であり、液滴直径は約１μｍであり、又は液滴直径は約５００ｎｍ未満である。
【０１２３】
組成物は、ワックス若しくは油溶解性、又はワックス若しくは油分散性である添加剤を更に含んでもよい。添加剤は、香料、染料、顔料、界面活性剤、ナノ粒子、帯電防止剤、充填剤、成核剤、又はこれらの組み合わせであり得る。こうした添加剤は、たとえワックス又は油が組成物に組み込まれないとしても含ませることができる。ワックス又は油は、再生可能又は環境を壊さず利用可能な材料であり得る。
【０１２４】
例えば、樹脂組成物は、約２５℃超の融点を有する熱可塑性デンプンの混合物、ブレンド、又は均質混加物であって、組成物の総重量に基づき、約０．１重量％〜約９０重量％のＴＰＳ若しくはワックス、又は約１０重量％〜約８０重量％の熱可塑性デンプン、あるいは約２０重量％〜約４０重量％を含む混合物、ブレンド、又は均質混加物、を含み得る。熱可塑性デンプンは、デンプン又はデンプン誘導体と、可塑剤とを含み得る。可塑剤はポリオールを含み、ポリオールは、マンニトール、ソルビトール、グリセリン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。別の実施形態では、可塑剤は、グリセロール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレンジグリコール、プロピレンジグリコール、エチレントリグリコール、プロピレントリグリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，５−ヘキサンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，３，５−ヘキサントリオール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、グリセロールエトキシレート、トリデシルアジペート、イソデシルベンゾエート、クエン酸トリブチル、リン酸トリブチル、セバシン酸ジメチル、尿素、ペンタエリスリトールエトキシレート、ソルビトールアセテート、ペンタエリスリトールアセテート、エチレンビスホルムアミド、ソルビトールジアセテート、ソルビトールモノエトキシレート、ソルビトールジエトキシレート、ソルビトールヘキサエトキシレート、ソルビトールジプロポキシレート、アミノソルビトール、トリヒドロキシメチルアミノメタン、グルコース／ＰＥＧ、エチレンオキシドとブドウ糖の反応生成物、トリメチロールプロパンモノエトキシレート、マンニトールモノアセテート、マンニトールモノエトキシレート、ブチルグルコシド、グルコースモノエトキシレート、α−メチルグルコシド、カルボキシメチルソルビトールナトリウム塩、乳酸ナトリウム、ポリグリセロールモノエトキシレート、エリスリトール（erythriol）、アラビトール、アドニトール、キシリトール、マンニトール、イジトール、ガラクチトール、アリトール、マルチトール（malitol）、ホルムアミド（formaide）、Ｎ−メチルホルムアミド（N-methylformamide）、ジメチルスルホキシド、アルキルアミド、２〜１０個の繰り返し単位を有するポリグリセロール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。
【０１２５】
デンプン又はデンプン誘導体は、デンプン、ヒドロキシエチルデンプン、ヒドロキシプロピルデンプン、カルボキシメチル化デンプン、リン酸デンプン、酢酸デンプン、カチオン性デンプン、（２−ヒドロキシ−３−トリメチル（アンモニウムプロピル）デンプンクロリド、酸、塩基又は酵素加水分解により改質されたデンプン、酸化により改質されたデンプン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。
【０１２６】
硬化ヒマシ油（カスターワックスとも呼ばれる）は、制御された水素化を通じて、トウゴマの生成物であるヒマシ油から調製されるトリアシルグリセロールである。ＨＣＯは、ほとんどの材料における乏しい不溶性、非常に狭い溶融範囲、潤滑性、並びに卓越した顔料及び染料分散性を特徴とする。ＨＣＯは植物系であるため、１００％生物系及び再生可能な材料である。好適な市販の等級のＨＣＯは、Ａｌｎｏｒｏｉｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（Ｖａｌｌｅｙ  Ｓｔｒｅａｍ，ＮＹ）から入手可能な「硬化ヒマシ油」である。ＨＣＯの原理成分は、１２−ヒドロキシステアリンである。ＨＣＯは、それぞれが二級ヒドロキシル基を有する１８炭素脂肪酸鎖から主になっているため、脂肪質材料の中でも独特である。他のワックスは熱可塑性樹脂の表面に移染する傾向がある一方、ＨＣＯは移染しないため独特である。理論に限定されることを望むものではないが、それぞれの分子が複数（典型的には３つ）のヒドロキシル（−ＯＨ）基を含有し、ＨＣＯ分子間の強固な分子間水素結合を可能にするため、ＨＣＯは非移染性であると考えられている。水素結合は、水素原子、及び酸素、窒素、又はフッ素などの電気陰性原子を伴う方向性の静電気引力である。−ＯＨ基において、酸素は、付着した水素よりも多く結合電子を誘引し、部分負電荷を有する酸素及び部分正電荷を有する水素を有する双極子を生じさせる。したがって、２つの−ＯＨ基は、一方の正端が他方の負端と相互作用するように、クーロン力で互いに誘引され得る。ＨＣＯの場合、任意の特定の脂肪酸鎖の−ＯＨ基の水素は、異なる分子上の別の−ＯＨ基と相互作用して分子間水素結合を形成することができる。ＨＣＯは複数のヒドロキシル基を有し得るため、他のより低分子量の脂質よりも高い凝集力を有する、もつれた「超分子」構造を生じさせる、複数の分子間会合が可能である。他の非共有結合より強固である一方、この形態の分子間会合は依然として容易に破壊され、したがって組成物の熱可塑性性質を保持することができる。本組成物は、本組成物の総重量に基づき、５重量％〜５０重量％のＨＣＯ、又は１０重量％〜５０重量％、又は１５重量％〜５０重量％、又は２０重量％〜５０重量％、又は３０重量％〜５０重量％のＨＣＯを含み得る。本発明での使用が意図されるＨＣＯは、約６５℃を超える融点を有する。
【０１２７】
ＨＣＯは、このＨＣＯが熱可塑性ポリマー内で約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約１μｍ未満、又は５００ｎｍ未満の液滴直径を有するように、熱可塑性ポリマー内に分散され得る。本明細書で使用するとき、ＨＣＯが熱可塑性ポリマー内で１０μｍ未満の液滴直径を有するとき、ＨＣＯ及びポリマーは「均質混加物」を形成する。液滴直径を判定するための分析方法は本明細書に記載されている。
【０１２８】
未知のポリマー−ＨＣＯ組成物内（例えば、第三者によって作製された生成物内）に存在するＨＣＯの割合を判定したい場合、重量測定重量損失方法を介してＨＣＯの量を判定することができる。固化した混合物を崩壊させ、１ｍｍを超えない最狭寸法を有する（すなわち、最小寸法は１ｍｍを超えられない）粒子の混合物を生成し、この混合物を秤量し、次に、還流フラスコシステムを使用して、１００ｇのアセトン当たり１ｇの混合物の比率でアセトン中に配置する。このアセトン及び微粉砕した混合物を、６０℃にて２０時間にわたり加熱する。固体試料を除去して、６０分にわたって空気乾燥させ、最終重量を測定する。ＨＣＯの重量パーセントを計算するための計算式は次の通りである。
【０１２９】
【数１】
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【０１３０】
水素添加大豆油、部分水素添加大豆油、部分水素添加パーム核油及びこれらの組み合わせなどの他のワックス又は油を任意選択的に含ませることができる。ナンヨウアブラギリ（Jatropha）からの非食用ワックス及び菜種油もまた使用することができる。更に、任意のワックスは、水素添加植物油、部分水素添加植物油、エポキシ化植物油、マレエート化植物油、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され得る。かかる植物油の特定例としては、大豆油、トウモロコシ油、キャノーラ油、及びパーム核油が挙げられる。
【０１３１】
先に詳細に説明したように、開示される実質的に一定の低圧力射出成形法及び装置の実施形態は、従来の圧力変動の大きい射出成形プロセスに勝る１つ以上の利点を達成することができる。例えば、実施形態は、金型キャビティの射出前の圧力と熱可塑性材料とのバランスをとる必要性を排除した、より費用効率が高く有効なプロセス、金型キャビティ圧力で大気圧を用いるのを可能とし、したがって、加圧手段の必要性を排除した単純な金型構造を可能とするプロセス、より費用効率が高くかつ機械加工しやすい、より低硬度で高熱伝導性の金型キャビティ材料を使用する能力、熱可塑性材料の温度、粘度、及び他の材料特性の変化に対する感受性が低い、よりロバストな加工方法、並びに金型キャビティ内の熱可塑性材料の早期硬化がなく、かつ金型キャビティを加熱して一定温度に維持する必要なく、実質的に一定圧力で良質の射出成形部品を製造する能力、を含む。
【０１３２】
開示のほぼ一定圧力の射出成形機は、部品の品質を向上させながら、成形プロセスの合計サイクル時間を有利に低減させる。更に、開示のほぼ一定圧力の射出成形機は、いくつかの実施形態では、一般にエネルギー効率がより高く、油圧プレスよりも保守の必要性が少ない電動プレスを採用することができる。加えて、開示のほぼ一定圧力の射出成形機は、例えば、より幅広のプラテン幅、広いタイバー間隔、タイバーの除去、高速移動を容易にする軽量構造体、及び非自然的な平衡供給システムなどの、より柔軟性のある支持構造物及びより適合性のある送達構造物を採用することができる。したがって、開示のほぼ一定圧力の射出成形機は、送達ニーズに合わせて変更することができ、特定の成形部品に合わせてより容易にカスタマイズ可能である。
【０１３３】
更に、開示されたほぼ一定圧力の射出成形機及び方法によって、金型をより柔軟な材料（例えば、約３０未満のＲｃを有する材料）で作製することが可能となり、そうした材料は、より高い熱伝導率（例えば、約３５ワット／メートルケルビン（２０ＢＴＵ／ＨＲ  ＦＴ°Ｆ）超の熱伝導率）を有し得、それが、改善された冷却能力を有してより均一に冷却する金型をもたらす。冷却能力が改善されるので、開示された実質的に一定の低圧力射出成形が備える冷却システムは、簡略化されたものであってもよい。概して、簡略化された冷却システムは冷却通路の数がより少なく、含まれる冷却通路がより真っ直ぐで加工軸がより少ない。簡略化された冷却システムを有する射出金型の一実施例が、本明細書に参照によって組み込まれている、２０１２年２月２４日に出願された米国特許出願第６１／６０２，７８１号において開示されている。
【０１３４】
実質的に一定の低圧力射出成形機のより低い射出圧力は、上記のより軟らかい材料でできた金型が１００万回以上の成形サイクルを得ることを可能にするが、こうした材料は、高圧射出成形機においては１００万回の成形サイクルに達する前に故障するであろうことから、従来の圧力変動の大きい射出成形機で１００万回以上の成形サイクルを得るのは不可能であろう。
【０１３５】
「実質的に」、「約」、及び「およそ」という用語は、特に指定のない限り、本明細書において、任意の定量的な比較、値、測定値、又は他の表現に起因し得る不確実性の固有の度合いを表すために使用され得ることに留意すべきである。これらの用語はまた、問題となる対象物の基本的機能の変化をもたらすことなく、定量的表現が述べられた基準から変動する程度を表すためにも使用される。本明細書において別途定義しない限り、用語「実質的に」、「約」、及び「およそ」は、定量的な比較、値、測定、又は他の表現が、述べられた基準の２０％の範囲内に入り得ることを意味する。
【０１３６】
本明細書において例示及び記載された製品の様々な実施形態が、低くほぼ一定圧力の射出成形プロセスによって製造され得ることがここに明らかである。特定の参照が、本明細書において、消費財又は消費財それ自体を含むために生産品についてなされてきたが、本明細書で検討された成形法は、消費財工業、食品サービス工業、運輸工業、医療産業、玩具工業等における使用のための生産品と関連付けた使用に好適であり得ることは明白であるはずである。更に、本明細書において開示された教示が、金型内の装飾、インサート成形、金型内組立品などと組み合わされて、スタック金型、回転及びコアバック金型を含む多数材料金型の構成において利用され得ることを、当業者であれば理解するであろう。
【０１３７】
本開示の「発明を実施するための形態」で引用した全ての文献は、関連部分において、参照により本明細書に組み込まれるが、いかなる文献の引用も、それが本開示に対する先行技術であることを容認するものと解釈されるべきではない。本明細書における用語のいずれかの意味又は定義が、参照により組み込まれる文献における用語のいずれかの意味又は定義と対立する範囲においては、本明細書においてその用語に付与した意味又は定義を適用するものとする。
【０１３８】
特定の実施形態が本明細書で図示及び説明されたが、請求される主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく種々の他の変更及び修正がなされ得ることを理解されたい。更に、請求される主題の種々の態様が本明細書で説明されたが、このような態様は組み合わせて利用される必要はない。したがって、添付の「特許請求の範囲」は、請求される主題の範囲内の全てのそのような変更及び修正を網羅することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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