説明

多層品を形成するために順次ショットを複数キャビティに配給するための方法および装置

【課題】
【解決手段】 多層品を形成するために複数の金型キャビティにポリマー材料の複数ショットを順次的に配給するための方法および装置。第1のポリマー材料の全製品重量の50%超の第1ショットが、第1のポリマー材料を予備充填された所定の容積の室を各キャビティにおいて使用して複数の金型キャビティに同時に配給される。第2の材料の全製品重量の10%以下の第2ショットが、第1ショット配給ステップの開始を生じるステップに続いて始まりキャビティの全部に同時に配給される。第2の材料の第2ショットは、各キャビティと流体連通するマニホルド流路を通じて配給され、複数キャビティの全部に共通である第2の材料の供給源によって行使される圧力下で全部のキャビティに射出される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多層品を形成するために複数の金型キャビティへのポリマー材料の順次ショットの配給に、より詳しくは、(複数キャビティにわたって)相対的に低重量パーセントかつほぼ均一な高さの内部層を有する多層プレフォームを形成することに関する。
【背景技術】
【0002】
種々のポリマー材料の順次ショットを実行するための順次射出成形プロセスが周知である。そうしたプロセスを遂行するために、複数キャビティにポリマー材料の順次ショットを配給するように設計されたホットランナーシステムを用いて種々の装置が開発されてきた。複数キャビティ用途において、ショットは、ホットランナー流路の長さおよび構成ならびに各キャビティへのホットランナーおよび射出ノズルの各種部分の温度を制御することによって同じ分量および同じ流量で同時に配給されるように意図されている。しかし実際には、複数キャビティへのそうした均一な配給を達成することは極めて難しい。
【0003】
ポリマー材料の単一供給源が複数の金型キャビティへのホットランナーの全部の流路を通る流れを生じるために使用される場合、圧力は射出源から同じ距離(経路長)に位置する異なる流路内の地点でさえ流路間で異なるであろう。またさらに、例えば異なるバッチ、供給源、温度および湿分などの経時的なポリマー材料の変化は、材料の流れ特性を変更しシステムを不均衡にさせることがあり得る。
【0004】
これらの形式の複数キャビティ射出成形システムは、後に多層容器に吹込み成形される多層プレフォームを作るために食品飲料工業において広範に使用されている。詳細には、これらの多層プレフォームおよび容器構造物は、一般により高額なバリヤーおよび/または高い熱的性能の材料によるプレフォームの1以上の層としての使用をコスト効果的にする。理想的には、高額なバリヤーまたは高性能ポリマー材料の分量は相対的に薄い層において利用され、それによりそれほど高額でない構造用ポリマーが製品の主たる重量パーセントを占めながらプレフォーム/容器の全体のコストを低減する。
【0005】
例えば、コンチネンタルPETテクノロジーズ(CPT)社は、3層または5層プレフォームを作るための順次多層射出プロセスを開発した。典型的な5層プレフォームは、未使用PETの内側および外側外部層、未使用またはリサイクル(例えばポストコンシューマおよび/または工場スクラップ)PETの中心コア層および、コア層および外部層の各々の間の2つの薄い中間バリヤー層を含む。一般に全プレフォーム重量の2〜5パーセントという相対的に少量のバリヤー材料が薄い中間層を形成し、なおかつ効果的なバリヤー(例えばガス、湿気、風味)性能を付与する。均一かつ安定したバリヤー層構造を提供するために、CPTプロセスは、一般に金型射出(または計量)ポットと呼ばれる装置を利用し、これはポリマー材料が充填/予備充填され関係するキャビティの近傍に配置された既定の容積の室を備える。これは第1ショット射出の間における第1の射出ポットからの精確な量の未使用PET(全プレフォーム重量の50%超)に続き、第2ショット射出の間における第2の射出ポットからの精確な量のバリヤー材料(全プレフォーム重量の2〜5%)の射出を可能にする。未使用またはポストコンシューマPETの第3ショットが機械射出ポットから射出される(第1、第2および第3ショットは全プレフォーム重量の約95%を構成する)。その後、未使用PETの第4の最終ショットが機械射出ポットから射出されて、プレフォームを包装し、次のサイクルに備えてポストコンシューマPETをノズルから除去する。CPTプロセスおよび多層品は、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7および特許文献8のうちの1つ以上に記載されており、これらの全部の開示はあたかもここに完全に述べられたごとく参照によってここに採り入れられる。
【0006】
金型射出ポットの使用は、各種層のためのポリマー材料の精確な量を供給し安定したプレフォーム層構造を保証するために効果的な方法である。しかし、複数キャビティシステムにおいて射出ポットを利用することに関係するコスト、すなわち、各々の金型キャビティについて各々の材料の射出ポットを設けることに関係するコストおよび、これらの射出ポットの全部を収容するために機械定盤に十分な物理的スペースを設けるうえでの費用が存在する。定盤スペースの増大する需要の結果、プレフォーム製造者は一般に、たとえ増加した総トン数が必要でないとしても、より大型でより高額な、より大きな総トン数の機械を購入する必要がある。また、ポリマー材料の複数ショットが計量ポットを使用して行われる場合、ショットの順序およびタイミングは、ホットランナー/マニホルドの複数の位置に取り付けられる複数の計量ポットからの全部のポリマー材料の全部のショットを完了しなければならない点で、面倒でより時間がかかるものになる。
【0007】
これらの理由で、他に複数の層材料の各々を配給するためのバランス形マニホルドに依拠する試みがなされてきた。しかしこれらのシステムは、射出ポットのコストおよびスペースの制約を回避する一方、プレフォームに均一な層構造を安定して生じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第4550043号明細書
【特許文献2】米国特許第4609516号明細書
【特許文献3】米国特許第4710118号明細書
【特許文献4】米国特許第4781954号明細書
【特許文献5】米国特許第4950143号明細書
【特許文献6】米国特許第4990301号明細書
【特許文献7】米国特許第4923723号明細書
【特許文献8】米国特許第5098274号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
それゆえ、特に相対的に低重量パーセントの選択的(例えばバリヤー層)材料を利用するが複数キャビティにわたり安定した層構造の形成を要求する多層プレフォームの製造において、複数キャビティで多層品を形成するための代替的な射出成形システムを提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明によれば、多層品を形成するために複数の金型キャビティにポリマー材料の順次ショットを配給するための新しい方法および装置が提供される。射出ポットの選択的使用により層材料の著しく異なる重量パーセントであるが相対的に均一な層構造を備える多層構造を複数キャビティにわたって製造できることがわかった。
【0011】
1実施形態において、全製品重量の10%以下よりなる2つの相対的に薄い中間内部層を有する5層プレフォームを形成するための方法および装置が提供され、その方法/装置はこの低重量パーセント内部層材料を配給するために射出ポットの使用を必要としない。(各キャビティのための)別個の金型射出ポットが、製品の外部内面および外面層を形成する第1ショットの全製品重量の50%超という相当に大きな量を配給するために使用される。対照的に、低重量パーセントの第2ショットは共通供給源から全部のキャビティに配給され得る。ポリマー材料の残りの相対的に大きな量は1つ以上の供給源から配給され得る。
【0012】
従って、薄い中間層のためにバリヤー材料の相対的に低重量パーセントの安定した分量を配給するために(すなわちバリヤー材料層がプレフォームの所定の長さに沿って延在する、かつ/または所要のバリヤー性能を付与する所定の厚さであることを保証するために)射出ポットの必須の使用がこれまで考えられていたこととは逆に、今や、(複数の金型キャビティに共通の)射出材料の共通供給源からのバリヤー材料の配給に依拠できることがわかった。配給されるバリヤー材料の分量の変動が存在する一方、第2ショットのより高速な射出(材料のより少ない量のための少ない射出時間)、そして相対的に大きな量の第1ショットの制御された分量が第2ショット内部層のほぼ均一な高さを生じる。この知見は、相対的に小さなショットの分量のわずかな変動でさえ(その変動がより少ない量のうちのより大きなパーセントを占めるので)、層構造においてより大きな変動を生じるという以前の予想に直観的に反する。
【0013】
1実施形態によれば、多層品を形成するために複数の金型キャビティにポリマー材料の複数ショットを順次的に配給する方法が提供され、方法は、
第1のポリマー材料の全製品重量の50%超の所定の量の外部製品層を形成する第1ショットを複数の金型キャビティに、所定の量の第1の材料を各金型キャビティに別個に配給するために第1のポリマー材料が予め充填された室を各キャビティにおいて使用して、同時に配給することと、
第2の材料の全製品重量の最大10%より構成される第2ショットを、第1ショット配給ステップの開始に続いて始まりキャビティの全部に同時に配給することと、
多層品を形成するために材料の1つ以上の追加ショットを配給することとを含み、
第2ショット配給ステップは各キャビティと流体連通するマニホルド流路によって第2の材料の第2ショットを射出することを含み、第2ショットは複数キャビティの全部に共通である第2の材料の供給源によって行使される圧力下で全部のキャビティに射出される。
【0014】
第3ショットが各キャビティと流体連通するマニホルド流路によって配給されてもよく、第3ショットは複数キャビティの全部に共通である第3の材料の供給源によって行使される圧力下で射出される。
【0015】
第2ショット配給ステップは複数のキャビティの全部への第1ショットの配給の完了時に始まり得る。同様に、第3ショットは全部のキャビティへの第2ショットの配給の完了後に始まり得る。
【0016】
種々の実施形態において、材料の第2ショットの重量は、全製品重量の約10%以下、約8%以下または約5%以下である。
【0017】
第1ショット配給ステップは構造用ポリマー材料を第1のポリマー材料として配給し、第2ショットはバリヤー(または他の高性能)ポリマー材料を第2のポリマー材料として配給することができる。第3ショットは第3のポリマー材料として構造用および/またはリサイクル材料から構成され得る。
【0018】
1方法の実施形態によれば、第2ショット配給ステップは第1ショット配給の完了前に始まる。さらに、第3ショット配給ステップは第2の配給ステップの開始以後かつ第1の配給ステップの完了前に始まり得る。第2ショットはバリヤーポリマー材料を配給し、そして第1および第3ショットは同一または異なる構造用ポリマー材料を配給することができる。
【0019】
本発明の別の実施形態によれば、射出成形装置が提供され、それは、
複数の金型キャビティを備えており、各キャビティは、第1、第2および第3のポリマー材料の第1、第2および第3ショットを順次的に各金型キャビティにそれぞれ配給する第1、第2および第3の流体配給流路と流体連通しており、
第1の流体配給流路は別個の対応するキャビティと個別に流体連通する別個の流路部を有しており、各流路部は、対応するキャビティと別個に連通し第1ショットの間に第1の材料の全製品重量の50%超の所定の量を別個に収容し対応するキャビティに配給する別個の流体射出室を有しており、
第2の流体配給流路は第2の材料の共通射出源と流体連通しており、共通射出源は各キャビティへの第1ショットの配給の開始に続いて始まる複数キャビティの全部への第2材料の第2ショットと同時に全製品重量の最大10%の量を配給する圧力を行使する。
【0020】
第2の材料の共通射出源は、各キャビティと共通に連通しそれに第2の材料を同時に配給する射出スクリューまたは流体室よりなり得る。
【0021】
第2の流路および各キャビティの少なくとも一方または他方は各キャビティに向けて、またはその中を流れる第2の材料の温度の独立制御のための加熱機構を含み得る。
【0022】
各キャビティは別個の対応するノズルと流体連通していてよく、各ノズルは、第1および第2ショットを対応するキャビティにそれぞれ順次的に配給するために第1および第2の流路とそれぞれ連通する第1および第2の孔を有する。
【0023】
別個の流体射出室の各々は第1の駆動機構を含むことができ、第2の材料の共通射出源は第2の駆動機構を含むことができ、そして装置は全部のキャビティへの第1ショットの配給の完了時に第2ショットの配給の開始を生じるように第1および第2の駆動機構の動作のタイミングを計り指示するコントローラを含むことができる。
【0024】
本発明の方法および機構は、ボトルその他の食品包装容器を製作するためのプレフォームといった多層プラスチック製品の製造において有用である。ポリマー材料は一般に、構造用材料および(例えば、ガス、湿気、風味などの通過を抑止する)バリヤーまたは他の高性能(例えば、高温充填用、再充填用または低温殺菌用容器のためのより高い耐熱性の)材料または、低コスト材料(例えばリサイクルポストコンシューマ製品および/または工場スクラップ)を含む。例えば、構造用および/または耐熱性材料は第1ショットとして射出され、バリヤーおよび/またはリサイクル材料は第2ショットとして射出され得る。第3ショットとして、構造用、バリヤーおよび/またはリサイクル材料が使用され得る。
【0025】
各種層におけるポリマー材料の他の組合せが可能であり、本発明に含まれる。例えば、相対的にそれほど高額でないポリマーをより大量の層として使用し、より少量の層(第2ショット)としての相対的により高額なポリマーと組み合わせてもよい。いずれかの1つ以上の層は、強化された構造上または他の機能特性(例えば耐熱性、層間剥離抵抗など)を提供し得る。また、ここで使用されるところでは、第1、第2および第3のポリマーは異なるポリマーに限定されず、さらにポリマーはコポリマー、混合物、ブレンドなどを含むように広義に使用されている。
【0026】
本発明の種々の実施形態の上記および他の特徴は、添付図面とともに以下の説明を参照することによってより良好に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】各々の金型キャビティがホットランナー流路システムによって加圧流体材料の共通供給源と流体連通する複数キャビティ金型システムの概略図であり、各金型キャビティは単一射出サイクルの間に異なる速度で充填される。
【図2A】5層プレフォームの略側面断面図である。
【図2B】プレフォームの多層壁の一部の拡大部分断面図である。
【図3A】図2Aの5層プレフォームから作られた吹込み成形ボトルの略側面断面図である。
【図3B】ボトルの多層壁をより詳細に図示している拡大部分断面図である。
【図4A】順次的に射出されるポリマー材料の第1、第2および第3ショットの結果として5層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。
【図4B】順次的に射出されるポリマー材料の第1、第2および第3ショットの結果として5層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。
【図4C】順次的に射出されるポリマー材料の第1、第2および第3ショットの結果として5層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。
【図4D】順次的に射出されるポリマー材料の第1、第2および第3ショットの結果として5層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。
【図5】本発明の1実施形態に従った複数キャビティ射出成形システムの概略図であり(検討の容易さのために単一のキャビティだけを示す)、この場合3つの異なる材料が制御可能に各キャビティに射出される。
【図6】各キャビティへの材料の配給のタイミングがコントローラによって制御される複数キャビティ射出成形システムの概略図である。
【図7A】本発明の選択的実施形態において使用可能な多位置アクチュエータ/バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。
【図7B】本発明の選択的実施形態において使用可能な多位置アクチュエータ/バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。
【図7C】本発明の選択的実施形態において使用可能な多位置アクチュエータ/バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。
【図7D】本発明の選択的実施形態において使用可能な多位置アクチュエータ/バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。
【図8A】本発明の別の実施形態に従った射出されるポリマー材料の第1、第2および第3ショットの結果として3層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。
【図8B】本発明の別の実施形態に従った射出されるポリマー材料の第1、第2および第3ショットの結果として3層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。
【図8C】本発明の別の実施形態に従った射出されるポリマー材料の第1、第2および第3ショットの結果として3層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。
【図8D】本発明の別の実施形態に従った射出されるポリマー材料の第1、第2および第3ショットの結果として3層製品を形成するためにキャビティへのポリマー材料流れの移動の進行を示す単一の金型キャビティの略側面断面図である。
【図9】図8の実施形態において使用可能なアクチュエータ/バルブピンおよび関係する複数孔ノズルの略側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
図1は、ポリマー材料の単一供給源10によって供給される多数の本質的に同一に造形されたキャビティ14a〜14iを有する射出成形システムを図式的に示している。図1に示されたシステムは、各キャビティへの材料流れの分量または圧力を制御するのを援助する射出/計量ポットを含まず、逆に、射出ポリマー材料が種々の異なるマニホルド流路12a〜12cの全部に、そして複数のキャビティ14a〜14iの全部に流入させられるように強制する圧力の全部を供給する単一の射出源10だけを使用する。図示の通り、各キャビティ14a〜14iへのポリマー材料の移動の最前端の進行は各キャビティについて異なり、各キャビティ内のポリマー材料の頂端または最先端水準は図1に図示の通り移動線16の上下の距離が異なる。同一に造形されたキャビティの材料充填の速度および量のこれらの差は一般に、供給源10から流路12a〜12cを通り別個のキャビティまでの流路移動の経路の寸法、形状、長さおよび温度のわずかな相違だけでなく、キャビティ14a〜14i自体のわずかな相違に起因する。そのような流量の相違は流路またはキャビティ間の極めて小さな相違(例えば、長さまたは直径の数十分の1ミリメートルまたは温度での何分の1度)によって生じ得るが、そうした相違はやはり図1に図示の通り異なるキャビティ間での充填速度の差をもたらす。充填速度の小さな差でさえ、例えば多層プレフォームにおける内部バリヤー層の位置といった成形品の構造に重大な影響を及ぼし得る。
【0029】
相対的に大きな量の第1の層材料を精確に要求される(すなわち計量された)分量で多数の金型キャビティの各個に射出することが、第2の相対的に少ない量の第2の射出材料のキャビティ内での適正な成層を達成するために重要であることがわかっている。材料の順次的な第1、第2および第3ショットを実行するための方法および装置が本発明に関連する多様な状況において生まれてくるので以下の例によって説明する。
【0030】
3材料(3M)5層(5L)成形品の典型的な実施形態が図2A〜2B(プレフォーム)および図3A〜3B(ボトル)に例示されている。射出成形プロセスによって製造された多層プレフォーム110が図2Aに図示されている。多層プレフォーム110は、中心内部コア層130、コア層の両側の2つの中間内部層136および138、外部内面層132および外面層134を有する。図3Aに図示されたボトル210はプレフォーム110から吹込み成形プロセスによって作られる。プレフォームと同様、ボトルの壁は、中心内部コア層230、2つの中間内部層236、238および、外部内面層および外面層232、234を有する。多層プレフォームおよび/またはボトルの典型的な実施形態において、ボトル(図3B)のコア230および外部層232、234および/またはプレフォーム(図2B)のコア130および外部層132、134は構造用ポリマーから構成されるが、コア層の構造用ポリマーは外部層のそれと異なってもよい。ボトル(236および238)およびプレフォーム(136および138)の相対的に薄い(少量の)中間層は一般に、バリヤーまたは他の高性能ポリマーといった別のより高額なポリマーから構成される。多層プレフォーム、ボトルおよびパッケージの典型的な実例および、そうした多層物の各種層の特定の組成は、米国特許第4781954号、第4863046号、第5599496号および第6090460号に開示されており、それらの前述の全部の開示はそれらの完全な形で参照によってここに採り入れられる。
【0031】
図4A〜4Dは、図2A〜2Bの5層3材料プレフォームを形成するための3ショット多層射出成形プロセスを例示している。プレフォームは、従来の射出金型の外型303とインナーコア302との間の金型キャビティ466において形成される。第1のポリマー材料318の第1ショットは金型キャビティ466の近位端(ゲート)に射出され、そしてそれが金型キャビティ内を流れる際に、外型303およびインナーコア302の相対的に冷たい温度のために、第1のポリマー材料の凝固が金型キャビティ/コアの内壁および外壁の双方で生じて第1の材料の外部内側プレフォーム層304および外側プレフォーム層306(図2Bの層132および134)を画成する。図4Aにおいて、相対的に大きな量の第1ショット材料は金型キャビティ壁の上方途中(ほぼ半分)まで進行している。図4Bにおいて、例えばバリヤー材料といった第2のポリマー材料320の第2ショットが金型キャビティの底部に射出される。相対的に少ない量のバリヤー材料320はキャビティの下端に溜まるかもしれない。その後、第3のポリマー材料の相対的に大きな第3ショット322がある圧力でゲートに射出され、それは第2ショット材料320を金型キャビティの上方に押し上げて内側および外側中間プレフォーム層309、310(図2Bにおける層136および138)を形成させる一方、第3の材料322は中心コアプレフォーム層328(図2Bの層130)を形成する。外部層304および306間での第2ショット320および第3ショット322のトンネル流れは、バリヤー材料320の相対的に均一で薄い内部中間層309および310、および材料322のより厚いコア層の形成を可能にする。最後に、前進する層は金型キャビティの遠位端に到達し、(図4Dに図示の通り)首部終端にまで及ぶ内部中間層およびコア層を有する5層プレフォーム構造を生じる。代替として、内部層309、310および328は、プレフォーム壁の上方に部分的に及ぶだけかもしれず、例えばプレフォーム首部終端114(図1)の下方で終端してもよい。またさらに、(例えば第1の材料318の)第4ショットを第3ショットの後に射出し、ノズルから第3ショット材料322をきれいにするか、かつ/またはプレフォームベース(図示せず)の一部または全部にさらなる内部層を形成し、それにより第2および第3ショット材料を外部暴露から完全に封じ込めてもよい。ここで使用されるところでは、中間層309、310およびコア層328は、ベースのわずかな部分が露出するにせよしないにせよ、「内部」層とみなされる。上述のプロセスは例としてのみ提示されており限定的なものではなく、多くの他のプロセスがプレフォーム以外の製品を含む多層品を形成するために使用することができる。
【0032】
図5は、本発明に従った射出成形システム4の1実施形態を示している。この実施形態は、図4A〜4Dに関して述べたような3ショット5層プロセスを実行することができる。システム4は、インナーコア302および外型303のキャビティセット、関係するノズル468およびアクチュエータ400、マニホルド18、そして第1、第2および第3のポリマー材料の3つの別個の供給源20、22、34を含む。検討の目的で、図5には1つの金型キャビティ466だけが図示されている。
【0033】
第1の供給源(例えばスクリュー/バレル)20が共通の送給マニホルド流路44を通じて第1ショット材料を供給する。各々の別個のキャビティは計量(射出とも言う)ポット36を別個に備えており、精確に計量された分量の構造用材料の第1ショットが個別のキャビティ466と特定的に連通する別個の流路部48を通じて関係するキャビティに射出されるのを保証する。図5において、計量ポット36はキャビティ466に送給する流路部48に送給し、別個の計量ポットおよび関係する別個の流路部が複数キャビティシステムにおける多数のキャビティ(図5には図示せず)の各個について別個に設けられていることが理解される。共通流路送給部44はバルブ38を介してキャビティの全部および各々の個別の流路部48と連通している。バルブ38は第1ショットの開始時に閉じられて、システムの残りの部分との連通から流路部48および計量ポット36を切り離し閉鎖し、それにより計量ポット36はキャビティ466およびその関係するノズル経路における流体材料圧力を別個に制御することができる。この実施形態において、ノズル468は中心軸孔460ならびに2つの側部孔458および462(図7A〜7Cにおいてより詳細に図示)を有する。アクチュエータアセンブリ400が中心孔460内のバルブピン450を動かして、ノズル孔458、460、462の全部の開閉を所定のプログラムに従って制御する。ノズルアクチュエータ400(図5には図式的にのみ図示)は、単一ピストン/室アクチュエータ(図7A〜7Cの特定の実施形態において図示の通り)、複数ピストン/室または、射出成形バルブピン用途での使用に適格ないずれかの他の既知のアクチュエータ設計とすることができる。図6に関して後述するコントローラがノズル468の選択された孔を通る流れを制御するために制御バルブ38、39、40、50、62、63に設けられている。
【0034】
第1ショットとは異なり、例えばガスバリヤー(非活性または活性)材料といった第2ショット材料は共通マニホルド流路42によって共通の単一の第2の供給源(例えばスクリュー/バレル)34から多数のキャビティに共通に送給される。第1ショットに関して上述したように、各々の別個のキャビティはキャビティ466に送給する別個の流路部46を備えている。図示の通り、共通流路送給部42は、第1ショットの経過中および第2ショットの開始時まで一般に閉じられているバルブ40によって個々の流路部46と連通している。バルブ40は流路部46をシステムの残りの部分との連通から切り離し閉鎖する。送給流路46は、ゲート464(図7A〜7C参照)に送給するためにノズル468の胴内部の軸方向にオフセットされた送給孔462と連通している。バルブ40が第1ショットの終わりに開かれると、スクリュー/バレル34または、全部のキャビティ(図示せず)に共通である機械(主)射出ポットのどちらか一方は、複数キャビティシステムにおけるキャビティの全部への第2ショットの材料の配給に必要な圧力の全部を供給する。第2ショットの材料は、第1ショットの材料(図4B参照)が精確に計量された量ですでに配給されているので、そのような相対的に精確ではないやり方(例えば製品における第2ショット層の所要重量の±20%)で配給することができる。特定の用途では、より大量の第2ショットバリヤー材料が供給され、それにより全部のキャビティが(例えば所定の最小バリヤー高さが各キャビティ/プレフォームにおいて満たされるのを保証するために)少なくとも最小限の量のバリヤー材料を受け入れる。多くの用途では、第2の材料の第2ショットは好ましくは、第1の材料の第1ショットがキャビティの全部に完全に配給されるまで、多数のキャビティのいずれの1つにも開始されない。しかし他の用途では、第2ショットは、第1ショットが始まった後それが終わる前に開始されてもよく、それによりいくらかの量の第1および第2の(そして第3の)ショットの同時配給が存在する。ここで使用されるところでは、「順次的」は、1つのショットは先行ショットの後に始まるが配給における若干の重なりは排除されないことを意味する。
【0035】
第1ショットを個別のキャビティに送給するための計量ポット36は一般に、システム4のホットランナーまたはマニホルド18部分に取り付けられるように構成および適応されており、それにより個別の計量ポットは、個別のキャビティと別個に連通する各々の個別のマニホルド流路部48との流体連通のために容易に相互接続され得る。対照的に、(後述の通り第3ショットのための計量ポット56といった)主計量ポットは、多数のキャビティの全部への同時かつ共通の送給のために貯蔵され準備ができた材料の共通供給源として機能するために(マニホルド18とは反対に)射出成形機自体に取り付け設けることができる。
【0036】
図5に図示された実施形態において、機械計量ポット56は、第3ショットの材料(図4C〜4D参照)を射出するための第3の供給源(スクリュー/バレル)22と流体により接続されている。第3ショットは、ノズル孔460、462と同じゲート464で終端し連通するノズル468の第3の孔458を通じて同じゲート464に配給される。第3ショットの開始前に、機械計量ポット56が充填され、バルブ62が閉じられる。バルブ63は全部のキャビティへの第3ショットの開始時に開かれる。共通マニホルド流路部58は多数のキャビティの全部と連通しそれらへの第3ショットの同時射出を可能にする。機械計量ポット56の使用の主要な目的の1つは、ある射出サイクルから次のサイクルへ射出の準備ができているように、過剰な流体材料がスクリュー/バレル22とキャビティ466との間でシステムに常に存在することを保証するためである。機械計量ポット56は、材料送給の共通供給源であり、多数のキャビティの全部に第3ショットの第3の材料を配給するために必要な圧力の全部を供給する。上述の通り、類似の機械計量ポットを第2ショットを実行することに関連して使用することができよう。
【0037】
図6において図式的に図示された通り、複数キャビティシステムの各々の別個のキャビティへの材料の配給は、流体駆動アクチュエータ26a〜dによって往復動可能であるバルブピン27a〜dにより機械的に制御することができる。アクチュエータは、流体ポンプ20、22および/またはバルブ24a〜dを通じてアクチュエータのシリンダーに制御可能に入出力される流体によって駆動される。ポンプ20、22の駆動装置に対するタイミングの計られた制御および/またはバルブ24a〜dの開閉は、コントローラ28のプロセッサおよび/またはメモリにロードされた所定のプログラムに従ってコントローラ28の使用によって実行することができる。コントローラ28は一般に、マイクロプロセッサまたは他のディジタルデータ処理/記憶装置を備える。
【0038】
図7A〜7Cは、単一射出サイクルの経過中の所定の時間に、キャビティに3連続ショットにおいて3つの材料の選択量を配給するためのノズル設計およびプロセスの1実施形態を示す。図示の通り、アクチュエータシステム400は、軸Xに沿ったピストン412および、バルブピン450といったいずれかの関係/付属部品の往復流体駆動(水力または空気圧)運動のために室414内に封止して取り付けられた単一のピストン412を有するアクチュエータを備える。図6に関して説明した様態において、コントローラ28はアクチュエータピストン412の駆動装置をプログラムに従って指示し、プログラムは、図7A〜7Cに図示された複数位置間でのバルブピン450の動作および移動を、計量ポット36、スクリュー20、22、34、バルブ38、39、40、50、62、63、およびシステムのいずれかの関係する動作可能な構成要素のための駆動機構の動作と同期して精確にタイミングを取る。複数キャビティ用途において、コントローラ28は一般に、単一射出サイクルの間に多数のアクチュエータ、バルブ、スクリュー、計量ポットなどの全部の駆動装置と相互接続されそれらに同時に指示する。
【0039】
1実施形態において、図7Aは、典型的な3材料ショット射出サイクルにおけるアクチュエータ400およびバルブピン450の開始位置を示している。図7Aにおいて、3つの材料流路458、460および462は全部、サイクルの初めに閉じられており、それによりゲート通路464への、またはそこからキャビティ466への3つの材料のいずれの流れもまったく存在しない。
【0040】
図5に関して説明した通り、未使用材料の第1ショットはノズル468の中心軸孔460を通じて計量ポット36から配給される。第1ショットの開始時に、コントローラ28はアクチュエータ400に対し、中心孔460の先端が開かれキャビティ466のゲート464への中心孔460を通る材料流れが可能になる、図7Bに図示された位置までバルブピン450を後退させるように命令する。第1ショットが始まると、キャビティ466は図4Aに図式的に図示された様態および履歴で充填し始める。
【0041】
第2ショットを開始するために、コントローラはアクチュエータ400に対しピン450を図7Cに図示された位置に移動させて(第1ショット材料を送給する)中心軸孔460を閉じてノズル孔462内の第2の材料の流れを可能にするように命令する。同時に、コントローラ28は、第2の材料の流れの開始をノズル孔462の開口と協調させるために、バルブ40を開くか、またはスクリュー34を動作させるかのどちらか一方(または両方)を命令する。第2ショットの射出流れが始まると、第2の材料は、各個別のマニホルド流路部46、各々の第2のノズル孔462および各個別のゲート464の中を各個別のキャビティ466に流れて、図4Bに図示された第2ショット充填履歴を実現する。ここで説明したように、第2ショットを配給するための個別の計量ポットの使用は排除される。
【0042】
第3の材料の第3ショットが共通マニホルド流路58によって全部のキャビティに同時に配給される図5に例示された実施形態において、第3ショットは好ましくは全部のキャビティへの第2ショットの完了時に開始される。第3ショットは、バルブピン450および関係するアクチュエータ400を図7Dに図示された位置に移動させることによって(全部のキャビティへ同時に、または別々の時間にのどちらかで)開始され、その位置において少なくとも第3の材料孔458の先端は開かれてゲート464およびキャビティ466と連通し、第3ショットポリマー材料が金型の第2ショット材料に突き進み5層プレフォームを形成するのを可能にする。コントローラ28は、第3ショットの流れを精確に開始および終了させるようにピン450、アクチュエータ400、バルブ62、63および計量ポット56の移動を同時に指示する。第3ショットの終了時に、バルブピン450は図7Aの閉位置に戻るように指示される。
【0043】
図8〜9は、3層プレフォームを形成するための本発明に従った方法および装置の別の実施形態を例示している。図8A〜8Bは3層品を形成するために金型を複数のポリマー材料で充填する一連のステップを示しており、図9は複数のポリマー材料を金型キャビティに供給するための関係するバルブ装置を示している。
【0044】
図8Aは、PETといった構造用ポリマー材料518の第1ショットがコア502と外側キャビティ503との間の金型のゲート端に射出されているところを図示している。まさにこの時点で、全体の第1ショット量の約80〜95%が金型キャビティに射出されており、PETの全体の第1ショット重量は全プレフォーム重量の約75〜85%である。図9は、適格なノズル568、バルブピン550ならびに、ピストン512、室514およびコントローラ528を含むアクチュエータアセンブリ500を図示している。ノズル568は孔562を有し、それを通りPET材料の第1ショットがゲート564から金型キャビティ556に導入される。
【0045】
図8Bは、第1、第2および第3ショット518、520、522がそれぞれゲート564を通じキャビティ566に同時に射出されているシーケンスにおける次の時点を図示している。第1ショット518が金型に進入し充填し続ける間に、バリヤーポリマー材料520の第2ショットが開始される。さらに、この場合第1ショット材料と同じPETである構造用ポリマー材料の第3ショット522が、第2ショットバリヤー材料の開始とともに始められる。図9に図示の通り、孔562が第1ショットPET材料を供給するのと同時に、第2ショットバリヤー材料は孔558によって供給され、そして第3ショットPET材料は孔ノズル560によって供給される。この実施形態において、第1、第2および第3ショット孔の相対的配置は以前の実施形態のそれとは異なり、従って図5の送給供給源は既知の様態で相応に修正される(例えば、第1ショット孔562に送給するための個別の射出ポット、第2ショット孔558に送給するための共通供給源、および第3ショット孔560に送給するための別の供給源)。
【0046】
図8Cはシーケンスにおける次の時点を図示しており、ここにおいて第2のバリヤーショット520は終了したが、第1ショット518および第3ショット522は続いている。図示の通り、第1ショット518はほとんど完了しているが(プレフォームの首部終端504の端に近づいている)、第3ショット522は(第1ショットの完了に伴い)なおも充填している。
【0047】
図8Dはシーケンスにおける次の時点を図示しており、ここにおいて第1および第2ショットはこの時に終了しているが、第3ショット522はプレフォームが冷却し収縮する際のパックアンドホールド(pack and hold)段階のためにゲートに供給され続ける。プレフォーム終端部504(フランジ507のすぐ上)内部からプレフォームエンドキャップ509の頂端にまで及ぶ結果として得られる3層構造は、(第1および第3ショット518および522によって形成された)PETの内側および外側外部層間に配置されたバリヤー材料の中心コア層520を含む。層の配置、材料の重量パーセント、および/または材料の組成は、所要の用途に従ってすべて変えることができる。
【0048】
このようにプレフォームといった多層品を製造するための本発明の種々の方法および装置の実施形態を示してきた。これらの上記および他の実現および修正は当業者には容易に明らかとなるはずであり、以下の請求項に記載されるところの本発明の範囲内に包含される。
【符号の説明】
【0049】
4 射出成形システム
10 ポリマー材料の単一供給源
12a〜12c マニホルド流路
14a〜14i キャビティ
16 移動線
18 マニホルド、ホットランナー
110 多層プレフォーム
114 プレフォーム首部終端
130 中心内部コア層
136、138 中間内部層
132、232 外部内面層
134、234 外部外面層
210 ボトル
230 中心内部コア層
236、238 中間内部層
302 インナーコア
303 外型
304 外部内側プレフォーム層
306 外部外側プレフォーム層
309 内側中間プレフォーム層
310 外側中間プレフォーム層
318 第1のポリマー材料
320 第2のポリマー材料
322 第3のポリマー材料
328 中心コアプレフォーム層
400、500 アクチュエータ
468、568 ノズル
20、22、34 ポリマー材料供給源
34 スクリュー/バレル
36、56 計量ポット
38、39、40、50、62、63 バルブ
42、44、46、48、58 共通流路送給部
450、550 バルブピン
460、560 中心軸孔
458、462、558、562 側部孔
464、564 ゲート
466、556 金型キャビティ
412、512 ピストン
20、22 流体ポンプ
24a〜d バルブ
26a〜d 流体駆動アクチュエータ
27a〜d バルブピン
28、528 コントローラ
414、514 室
502 コア
503 外側キャビティ
504 首部終端
507 フランジ
509 エンドキャップ
518 第1ショット
520 第2ショット
522 第3ショット


【特許請求の範囲】
【請求項1】
射出成形多層品を形成するために複数の金型キャビティにポリマー材料の複数ショットを順次的に配給する方法であって、方法は、
第1のポリマー材料の全製品重量の50%超の所定の量の外部製品層を形成する第1ショットを複数の金型キャビティに、所定の量の第1の材料を各金型キャビティに別個に配給するために第1のポリマー材料が予め充填された室を各キャビティにおいて使用して、同時に配給することと、
第2の材料の全製品重量の最大10%より構成される内部製品層を形成する第2ショットを、第1ショット配給ステップの開始に続いて始まりキャビティの全部に同時に配給することと、
多層品を形成するために材料の1つ以上の追加ショットを配給することとを含み、
第2ショット配給ステップは各キャビティと流体連通するマニホルド流路によって第2の材料の第2ショットを射出することを含み、第2ショットは複数キャビティの全部に共通である第2の材料の供給源によって行使される圧力下で全部のキャビティに射出される、方法。
【請求項2】
1つ以上の追加ショットを配給するステップは、各キャビティと流体連通するマニホルド流路を通じて第3の材料の第3ショットを配給することを含み、第3ショットは複数キャビティの全部に共通である第3の材料の供給源によって行使される圧力下で射出される、請求項1記載の方法。
【請求項3】
第2ショット配給ステップは複数キャビティの全部への第1ショットの配給の完了時に始まる、請求項1記載の方法。
【請求項4】
方法は、第2の材料を各々のキャビティに配給するステップに続いて複数キャビティの全部にポリマー材料の第3ショットを同時に配給するステップを含む、請求項3記載の方法。
【請求項5】
第1ショット配給ステップは構造用ポリマー材料を第1のポリマー材料として配給する、請求項4記載の方法。
【請求項6】
第2ショット配給ステップはバリヤーポリマー材料を第2のポリマー材料として配給する、請求項5記載の方法。
【請求項7】
第3ショット配給ステップは構造用およびリサイクル材料のうちの少なくとも一方を第3のポリマー材料として配給する、請求項6記載の方法。
【請求項8】
第2ショットは全製品重量の最大8%を配給する、請求項1記載の方法。
【請求項9】
第2ショットは全製品重量の最大5%を配給する、請求項1記載の方法。
【請求項10】
製品はプレフォームである、請求項1記載の方法。
【請求項11】
第2ショットはプレフォームにコア層を形成する、請求項10記載の方法。
【請求項12】
第3ショットはプレフォームにコア層を封じ込める、請求項11記載の方法。
【請求項13】
第2ショットはプレフォームに2つの中間層を形成する、請求項10記載の方法。
【請求項14】
第3ショットはプレフォームに中心コア層を形成する、請求項13記載の方法。
【請求項15】
第4ショットはプレフォームにコア層および中間層を封じ込める、請求項14記載の方法。
【請求項16】
第2ショットの重量は全部のキャビティに形成される製品において第2ショット内部層の所定の最小高さを実現するように選定される、請求項1記載の方法。
【請求項17】
製品はプレフォームであり、最小高さはプレフォームの首部に及ぶ、請求項16記載の方法。
【請求項18】
第2ショット配給ステップは第1ショット配給ステップの完了前に始まる、請求項1記載の方法。
【請求項19】
第3ショット配給ステップは、第2ショット配給ステップの開始以後かつ第1の配給ステップの完了前に始まる、請求項18記載の方法。
【請求項20】
第2ショット配給ステップはバリヤーポリマー材料を配給する、請求項19記載の方法。
【請求項21】
第1ショット配給ステップは構造用ポリマー材料を配給する、請求項20記載の方法。
【請求項22】
第1および第3ショット配給ステップは同じ構造用ポリマー材料を配給する、請求項21記載の方法。
【請求項23】
多層品を形成するために複数の金型キャビティへのポリマー材料の複数ショットの順次的配給のための射出成形装置であって、装置は、
複数の金型キャビティを備えており、各キャビティは、第1、第2および第3のポリマー材料の第1、第2および第3ショットを順次的に各金型キャビティにそれぞれ配給する第1、第2および第3の流体配給流路と流体連通しており、
第1の流体配給流路は別個の対応するキャビティと個別に流体連通する別個の流路部を有しており、各流路部は、対応するキャビティと別個に連通し第1ショットの間に第1の材料の全製品重量の50%超の所定の量を別個に収容し対応するキャビティに配給する別個の流体射出室を有しており、
第2の流体配給流路は第2の材料の共通射出源と流体連通しており、共通射出源は各キャビティへの第1ショットの配給の開始に続いて始まる複数キャビティの全部への第2ショットと同時に全製品重量の最大10%の量を配給する圧力を行使する、装置。
【請求項24】
第2の材料の共通射出源は、各キャビティと共通に連通しそれに第2の材料を同時に配給する射出スクリューまたは流体室よりなる、請求項23記載の装置。
【請求項25】
第2の流路および各キャビティの少なくとも一方または他方は各キャビティに向けて、またはその中を流れる第2の材料の温度の独立制御のための加熱機構を含む、請求項23記載の装置。
【請求項26】
各キャビティは別個の対応するノズルと流体連通しており、各ノズルは、第1および第2ショットを対応するキャビティにそれぞれ順次的に配給するために第1および第2の流路とそれぞれ連通する第1および第2の孔を有する、請求項23記載の装置。
【請求項27】
別個の流体射出室の各々は第1の駆動機構を含み、第2の材料の共通射出源は第2の駆動機構を含み、そして装置は全部のキャビティへの第1ショットの配給の完了時に第2ショットの配給の開始を生じるように第1および第2の駆動機構の動作を指示するコントローラを含む、請求項23記載の装置。

【図1】
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【図2A】
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【図2B】
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【図3A】
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【図3B】
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【図5】
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【図6】
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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9】
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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8A】
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【図8B】
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【図8C】
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【図8D】
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【公表番号】特表2010−505665(P2010−505665A)
【公表日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−531620(P2009−531620)
【出願日】平成19年10月5日(2007.10.5)
【国際出願番号】PCT/US2007/080524
【国際公開番号】WO2008/045772
【国際公開日】平成20年4月17日(2008.4.17)
【出願人】(502326130)グラハム パッケージング カンパニー,エル ピー (15)
【Fターム(参考)】