JP2014518794A - 低圧で実質的に一定圧における射出成形のための方法 - Google Patents

Abstract

低圧で、特に実質的に一定圧における射出成形法であり、この方法は、（ａ）溶融熱可塑性材料を含むショットが、金型キャビティ内への注入時に、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧を超える溶融圧を有して、溶融熱可塑性材料を含むショットで非加圧金型キャビティを充填する工程と、（ｂ）溶融熱可塑性材料を含むショットで、金型キャビティの実質的に全体を充填しながら、溶融圧を４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満で実質的に一定に維持する工程と、を含み、ここにおいて、溶融熱可塑性材料を含むショットと接触する金型キャビティの直近表面から少なくとも２ｍｍ離間した金型キャビティの内部部分は、約１００℃未満の温度で維持され、並びに熱可塑性材料は、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する。

Description

本開示は、射出成形のための方法に関し、より具体的には、低圧で実質的に一定圧における射出成形のための方法に関する。

（関連技術の簡単な説明）
射出成形は、溶融可能材料で作成された部品、最も一般的にはプラスチックで作成された部品の大量生産に一般に使用される技術である。繰返し射出成形法において、熱可塑性樹脂（ほとんどの場合、小さなビーズの形）が、熱と圧力下で、前記樹脂ビーズを溶融させる射出成形機に導入される。次に、溶融樹脂は、特定キャビティ形状を有する金型キャビティに強制的に注入される。射出されたプラスチックが成形型キャビティ中の圧力下で保持され、冷却され、次いで成形型のキャビティ形状を本質的に複製した形状を有する、固化した部品として取り出される。成形型自体が、単一のキャビティ又は複数のキャビティを有してもよい。各キャビティは、溶融樹脂の流れをキャビティ内に導くゲートによって、流路に接続されてよい。成形された部品は、１つ又はそれ以上のゲートを有してよい。大きな部品は、成形部品を充鎮するようポリマーが移動しなければならない流れ距離を低減するために、２つ、３つ、又はそれ以上のゲートを有することが一般的である。キャビティ当たり１つ又は複数のゲートは、部品形状上のどこに配置されてもよく、本質的に円形等の任意の断面形状を有しても、又は１．１又はそれを超えるアスペクト比で形作られてもよい。したがって、典型的な射出成形手順は、（１）射出成形機内でプラスチックを加熱し、それを圧力下で流す工程、（２）閉じられた２つの金型半体の間に画定された金型キャビティ内に溶融プラスチックを注入する工程、（３）圧力をかけながらプラスチックをキャビティ内で冷却し硬化させる工程、（４）金型半体を開いて部品を金型から取り出す工程、の４つの基本操作を含む。

溶融プラスチック樹脂は、金型キャビティに注入され、プラスチック樹脂がゲートから最も遠いキャビティ内の位置に達するまで射出成形機によってキャビティに押し込まれる。これにより得られる部品の長さ及び壁厚は、金型キャビティの形状の結果である。

プラスチック内容物、したがって最終部品のコストを低減するために射出成形された部品の壁厚を低減することが望ましい場合があるが、従来の射出成形法を使用して壁厚を低減することは、特に壁厚を１．０ミリメートル未満に設計する場合、高価でありかつ容易ではない可能性がある。従来の射出成形法では、液体プラスチック樹脂が射出金型に導入されるとき、プラスチック樹脂液体が材料の非流動温度よりも低い温度まで冷却して液体プラスチックの部分が定常状態になるために、キャビティの壁に隣接する材料は急激に「凍結し」又は固化し、若しくは硬化し始める。材料が金型内を流れるとき、金型の側面に対して材料の境界層が形成される。金型が満たされる間、境界層は厚くなり続け、その結果、材料が流れる経路が閉じて、更なる材料が金型に流れ込むのが妨げられる。金型の壁上のプラスチック樹脂の凝固は、金型が冷却されたときに悪化するため、各部分のサイクルタイムを短縮し、機械処理能力を高める技術が使用された。

また、液体プラスチック樹脂が最も厚い壁厚を有する領域から最も薄い壁厚を有する領域に流れるように、部品とそれに対応する金型とを設計する要望もある。金型の特定領域の厚さを厚くすると、強度及び厚さが必要な領域に十分な材料が流れ込むことが保証される。この「厚い部分から薄い部分へ」の流路の必要性は、プラスチックの使用を非効率的にし得て、材料が不要な場所で追加材料を部品に成形しなければならなくするので、射出成形部品メーカーの部品コストが高くなる。

部品の壁厚を薄くする１つの方法は、金型に導入されるときに液体プラスチック樹脂の圧力を高めることである。圧力を高めることによって、成形機は、流路が閉じるまで液体材料を金型に注入し続けることができる。しかしながら、圧力を高めることは、コストと能力の両方においてマイナス面がある。構成要素を成形するのに必要とされる圧力が高くなると、成形機は、追加圧力に耐えられるほど十分に頑強でなければならないため、一般に高価になる。メーカーは、高い圧力に適応するために新しい設備を購入しなければならないことがある。したがって、所定の部品の壁厚を薄くすることは、従来の射出成形技術によって製造する資本経費を著しく増やすことになる。

更に、液体塑性材料が射出金型に流れ込んで凝固するとき、高分子鎖により、高分子が液体形態のときに存在した高度の応力が維持される。このような「埋め込み成形」応力は、後に続く成形を不必要にひずませ又はゆがめてしまい、低い機械的性質をもたらし、化学物質暴露への耐性を低める原因となり得る。この低い機械的性質は、薄壁管、一体蝶番部品、及びクロージャなどの射出成形部品のために、制御及び／又は最小化することが特に重要である。

本開示の実施形態によると、方法は、（ａ）溶融熱可塑性材料を含むショットで成形装置の非加圧金型キャビティを充填する工程と、（ｂ）溶融熱可塑性材料を含むショットで金型キャビティの全体を実質的に充填しながら、溶融圧を４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満で実質的に一定に維持する工程と、を含む。金型キャビティ内への注入時に、溶融熱可塑性材料を含むショットは、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧を超える溶融圧を有する。溶融熱可塑性材料を含むショットに接触する金型キャビティの直近の表面から少なくとも２ｍｍ離間した金型キャビティの内部部分は、約１００℃未満の温度で維持される。この熱可塑性材料は、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する。

本開示の別の実施形態によると、低圧で、実質的に一定圧において溶融熱可塑性材料を含むショットを成形装置の金型キャビティ内に注入する方法は、（ａ）溶融熱可塑性材料を含むショットを金型キャビティ内に注入して、注入時に溶融熱可塑性材料を含むショットの圧力を溶融圧まで増加させる工程と、（ｂ）金型キャビティの実質的に全体の充填中に、溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧を、４１．３７ＭＰＡ（６０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で維持する工程と、を含む。溶融熱可塑性材料を含むショットに接触する金型キャビティの直近の表面から少なくとも２ｍｍ離間した金型キャビティの内部部分は、約１００℃未満の温度で維持される。溶融熱可塑性材料は、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する。

本開示の更に別の実施形態によると、方法は、（ａ）溶融熱可塑性材料を含むショットを金型キャビティ内に注入することによって、成形装置の金型キャビティを充填する工程と、（ｂ）溶融熱可塑性材料を含むショットで金型キャビティの実質的に全体を充填しながら、溶融圧を４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満で実質的に一定に維持する工程と、を含む。この金型キャビティは、金型キャビティ圧を有する。溶融熱可塑性材料を含むショットは、金型キャビティ内への注入前に、注入前圧を有し、この注入前圧は金型キャビティ圧には等しくない。溶融熱可塑性材料を含むショットは、金型キャビティ内への注入時に、注入前圧を超える溶融圧を有する。この熱可塑性材料は、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する。

本開示の別の実施形態では、低圧で、実質的に一定圧において溶融熱可塑性材料を含むショットを成形装置の金型キャビティ内に注入する方法は、（ａ）溶融熱可塑性材料を含むショットを金型キャビティ内に注入して、注入時に溶融熱可塑性材料を含むショットの圧力を溶融圧まで増加させる工程と、（ｂ）溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧を、４１．３７ＭＰＡ（６０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で維持しながら、溶融熱可塑性材料を含むショットで、金型キャビティの実質的に全体を充填し、金型キャビティの圧力を大気圧で維持する工程と、を含む。溶融熱可塑性材料は、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する。

本開示の更に別の実施形態では、低圧で、実質的に一定圧において溶融熱可塑性材料を含むショットを成形装置の金型キャビティ内に注入する方法は、（ａ）溶融熱可塑性材料を含むショットを金型キャビティに注入して、注入時に溶融熱可塑性材料を含むショットの圧力を溶融圧まで増加させる工程と、（ｂ）溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧を、４１．３７ＭＰＡ（６０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で維持しながら、溶融熱可塑性材料を含むショットで、金型キャビティの実質的に全体を充填し、金型キャビティ内を真空で維持する工程と、を含む。溶融熱可塑性材料は、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する。

図面に示された実施形態は、本質上実例及び例示的なものであり、「特許請求の範囲」によって定義された内容を制限するものではない。例示的な実施形態の以下の詳細は、図面中、同様の構造が同様の参照番号により示される以下の図面と共に読むときに理解され得る。
本明細書に示され述べられた１つ又は複数の実施形態による高速射出成形機の概略正面図を示す。 本開示の実施形態による、低圧、実質的に一定圧における射出成形の方法に関する圧力プロファイルの模式図。 本開示の別の実施形態による、低圧で実質的に一定圧における射出成形の方法に関する圧力プロファイルの模式図。 本開示の実施形態による、低圧で実質的に一定圧における射出成形の方法に関する圧力プロファイルの模式図。 本開示の更に別の実施形態による、低圧で実質的に一定圧における射出成形の方法に関する圧力プロファイルの模式図。

本明細書に開示された全ての圧力はゲージ圧であり、これは周囲気圧に対する圧力である。

本明細書で開示されるものは、低圧で実質的に一定の溶融圧における射出成形の方法である。ここで開示される方法の実施形態は、従来の高速射出成形法よりもエネルギー効率が高くかつコスト効率が高い射出成形の方法を可能にする。開示された方法の実施形態は、驚くべきことに、望ましくない金型キャビティ内の熱可塑性材料の早期硬化がなく、並びに一定温度又は加熱された金型キャビティを維持する必要がなく、低い溶融圧における金型キャビティの充填を可能にする。以下に詳細に記載されるように、未加熱の金型キャビティ又は冷却した金型キャビティを使用する場合、一定圧力法が熱可塑性材料のかかる早期硬化なくして、低圧で実施され得ることを、当業者は予想されなかったであろう。

開示された方法の実施形態はまた、注入前金型キャビティ圧と熱可塑性材料の注入前圧とのバランスをとる必要なく、望ましくない沈下又はゆがみを経験しない高品質の射出成形部品の形成を可能にする。したがって、開示された方法の実施形態は、大気圧の金型キャビティ圧を使用して実施されることが可能であり、金型キャビティ内に加圧手段を内蔵する必要性を排除する。

この方法の実施形態はまた、従来の高速射出成形法に比べるとき、熱可塑性材料の温度、粘度、及び他のかかる特性における変動に対して著しく低い感受性で、高品質の射出成形部品を製造することもできる。一実施形態では、これは、材料特性のバッチ間の変動を本質的に有する、リサイクルされたプラスチック（例えば、ポスト消費者リサイクルプラスチック）、並びにその配合物から形成された熱可塑性材料の使用を有利に可能にする。

加えて、開示された方法で使用される低溶融圧は、製造のためによりコスト効率が高く、かつよりエネルギー効率が高い、低硬度で高熱伝導性の金型キャビティ材料の使用を可能にする。例えば、金型キャビティは、３０ロックウェルＣ（Ｒｃ）未満の表面硬度及び５２Ｗ／（ｍ^*Ｋ）（３０ＢＴＵ／ＨＲ ＦＴ°Ｆ）を超える熱伝導率を有する材料から形成され得る。一実施形態では、金型キャビティは、例えばアルミニウム合金６０６１ Ａｌ及び７０７５ Ａｌ等のアルミニウム合金から形成され得る。

開示された方法の実施形態は、高品質薄壁部品の形成を更に可能にすることができる。例えば、１００を超える厚さに対する溶融熱可塑性流の長さ（Ｌ／Ｔ）の比を有する成形部品は、この方法の実施形態を使用して形成され得る。この方法の実施形態はまた、２００を超える、場合によっては２５０を超えるＬ／Ｔ比を有する成形部品を形成することも可能であることも考えられる。

成形部品は、流路の厚さＴで割られた流路の長さＬが１００（すなわち、Ｌ／Ｔ＞１００）を超える場合、概ね薄壁であると見られる。より複雑な構造を有する金型キャビティについては、このＬ／Ｔ比は、ゲート１０２から金型キャビティ３２の末端部までの金型キャビティ３２の長さにわたってＴ寸法を積分し、ゲート１０２から金型キャビティ３２の末端部までの流れの最長長さを決定することによって算定され得る。次いで、Ｌ／Ｔ比が、流れの最長長さを平均部品厚さで割ることによって決定され得る。金型キャビティ３２が複数のゲート３０を有する場合には、Ｌ／Ｔ比は、Ｌ及びＴを個々のゲートによって満たされた金型キャビティ３２の部分に関して積分することによって決定され、所定の金型キャビティに関する全体のＬ／Ｔ比は、いずれかのゲートに関して算定される最高のＬ／Ｔ比である。

図１は、開示された方法の実施形態による使用のための例示的射出成形装置１０を図示する。射出成形装置１０は、一般に、射出システム１２と型締システム１４とを含む。熱可塑性材料は、射出システム１２に、例えばペレット１６の形状で導入されてもよい。ペレット１６は、ホッパ１８に入れられてもよく、ホッパ１８は、ペレット１６を射出システム１２の加熱バレル２０に供給する。ペレット１６は、加熱バレル２０に供給された後、往復スクリュ２２によって加熱バレル２０の端まで押されてもよい。加熱バレル２０の加熱及び往復スクリュ２２によるペレット１６の圧縮は、ペレット１６を溶融させて、溶融熱可塑性樹脂を形成させる。溶融熱可塑性材料は、典型的には、約１３０℃〜約４１０℃の温度で処理される。

往復スクリュ２２が、溶融熱可塑性材料をノズル２６に向かって押し込み、溶解熱可塑性材料２４を含むショットを形成し、これが金型２８の金型キャビティ３２内に注入される。金型キャビティ３２は、金型２８の第１及び第２の金型部品２５、２７の間で形成され、第１及び第２の金型部品２５、２７は、プレス又は型締ユニット３４による圧力下で一緒に保持される。溶融熱可塑性材料２４が金型キャビティ３２に注入されながら、プレス又は型締ユニット３４は、第１及び第２の金型部品２５、２７を一緒に保持するために、２つの金型半体を分離するよう動作する注入圧によって及ぼされる力を超えることが必要とされる型締力を加える。これら型締力を支援するために、型締システム１４は、金型フレーム及び金型ベースを含有してもよく、この金型フレーム及び金型ベースは、約１６５ＢＨＮを超える、好ましくは２６０ＢＨＮ未満の表面硬度を有する材料から形成されるが、以下に更に説明されるように、材料が容易に機械加工可能な限り、２６０を超える表面硬度ＢＨＮ値を有する材料が使用されてもよい。

溶融熱可塑性材料２４を含むショットが一旦金型キャビティ３２内に注入されると、往復スクリュ２２は前進移動を停止する。溶融熱可塑性材料２４は、金型キャビティ３２の形状を取り、溶融熱可塑性材料２４は、熱可塑性材料２４が固化するまで金型２８の内部で冷却する。一旦熱可塑性材料２４が固化すると、プレス３４が第１及び第２の金型部品２５、２７を放出し、第１及び第２の金型部品２５、２７が互いに離れ、完成部品が金型２８から押し出され得る。金型２８は、全体の生産速度を増加させるために、複数の金型キャビティ３２を含有してもよい。複数の金型キャビティの形状は同一でもよく、互いに類似しても又は異なってもよい。（後者は、一群の金型キャビティと考えられてもよい）。

この方法は、一般的に、金型キャビティを充填するために、溶融熱可塑性材料を含むショットを金型キャビティ３２に注入する工程を含む。図２を参照すると、注入前であるｔ１では、熱可塑性材料を含むショットは、注入前圧を有する。本明細書で使用するとき、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧とは、可塑性材料が加熱バレル内で溶融状態に加熱されてショットに調製された後の、並びに溶融熱可塑性材料を含むショットの金型キャビティ又はランナ若しくはノズル及び金型キャビティと流体連通する供給システムへの注入直前の、熱可塑性材料の圧力を指す。溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧は、注入前の金型キャビティの圧力とは等しくない。一実施形態では、例えば、図２及び４に示すように、注入の前に、金型キャビティは、大気圧にあることもできる。別の実施形態では、図３に示すように、金型キャビティは、わずかな正圧を有することもあり得る。更に別の実施形態では、金型キャビティ内で真空が誘発され得る。

図２に示すように、ｔ２における金型キャビティへの注入時に、溶融熱可塑性材料を含むショットの圧力は、熱可塑性材料を含むショットの注入前圧を超える溶融圧まで増加する。例えば、図１を再度参照すると、熱可塑性材料を含むショットの注入は、往復スクリュ２２をノズル２６に向かって、図１の矢印Ａの方向に平衡移動させて、溶融熱可塑性材料２４を含むショットをノズル２６を通して金型キャビティ３２に押し込むことを含む。様々な実施形態では、熱可塑性材料２４を含むショットは、溶融熱可塑性材料の流れを金型キャビティ３２に向けるゲート３０を通して、熱可塑性材料２４の流れが金型キャビティ３２に向けられて、金型２８の金型キャビティ３２に注入されてもよい。金型キャビティ３２は、例えば金型２８の第１及び第２の金型部品２５、２７の間に形成されることができる。金型２８の第１及び第２の金型部品２５、２７は、プレス３４による圧力よって一緒に保持され得る。

再び図２を参照すると、金型キャビティの実質的に全体又は金型キャビティの全体が、ｔ３時に溶融熱可塑性材料を含むショットで充填される。金型キャビティの実質的に全体の充填中に、この溶融圧は、４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で維持される。熱可塑性材料の溶融圧について本明細書で使用するとき、用語「実質的に一定圧」とは、基線溶融圧からのずれが、熱可塑性材料の物理的特性において重要な変化を生じないことを意味する。例えば、「実質的に一定圧」としては、融解熱可塑性材料の粘度が大きく変化することがない圧力変化が含まれるが、これに限定されない。この点に関して、用語「実質的に一定」とは、基線溶融圧から約３０％のずれを含む。例えば、用語「約３１．７１ＭＰａ（４６００ｐｓｉ）の実質的に一定圧」とは、約４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）（３１．７１ＭＰａ（４６００ｐｓｉ）より３０％高い）〜約２２．０６ＭＰａ（３２００ｐｓｉ）（３１．７１ＭＰａ（４６００ｐｓｉ）よりも３０％低い）の範囲内の圧力変動を含む。溶融圧が、前述の圧力から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。

例えば、実質的に一定圧は、約０％〜約３０％、約２％〜約２５％、約４％〜約２０％、約６％〜約１５％、及び約８％〜約１０％で、溶融圧から変動することができる（増加又は減少のいずれかとして）。他の好適な変動量としては、０、２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、及び３０％が挙げられる。この変動は、所望の溶融圧からのΔＰとして、図２に示されている。理論によって束縛されようとするものではないが、本明細書で画定されるような実質的一定圧を維持することは、溶解熱可塑性材料が金型キャビティに流入すると同時に、溶融物前側のヘジテーションを防止することができると考えられる。かかる動的流動条件は、溶融熱可塑性材料を含むショットが、溶融材料中の凝固又は他の破壊なしに、金型の満杯の最終点まで均一の流動及びパッキング条件を維持することを有利に可能にする。図３及び４に示すように、金型キャビティの実質的に全体の充填中の溶融圧は、例えば一定の割合で、それぞれ増加又は減少することができ、金型キャビティの実質的に全体の充填中の溶融圧における最大増加又は減少が所望の溶融圧の３０％以下である限り、実質的に一定であると考えられる。再度、この変動は、所望の溶融圧からのΔＰとして、図３及び図４に示されている。

図５及び以下の詳細な説明を参照すると、一旦金型キャビティの実質的に全体が充填されると（ｔ３時に）、溶融圧は、金型キャビティの残りの部分を充填するためのパック圧まで低減され得る（ｔ３’時に）。このパック圧は、金型キャビティ全体が充填されるまで実質的に一定に維持され得る。

一旦金型キャビティが完全に充填されると、溶融圧及び必要な場合は金型キャビティ圧が、ｔ４時に大気圧まで低下され、金型キャビティが開かれることができる。この間に、往復スクリュ２２が前方移動を停止する。好都合なことに、低圧の実質的に一定圧の条件は、溶融熱可塑性材料を含むショットが金型の内部で急激に冷却することを可能にし、様々な実施形態では、これは融解圧をガス抜きし金型キャビティを大気圧にすることと実質的に同時に起こる。したがって、射出成形された部品は、溶融熱可塑性材料を含むショットでの金型キャビティの充填後に、金型から迅速に押し出されることができる。

センサが金型キャビティ中の充填物の端部近くに置かれてもよい。このセンサは、金型の前側がいつキャビティ内の充填物の末端部に近づくのかの表示を提供する。センサは、光学的に、又はポリマーの存在を確認するための他の手段で、圧力、温度を感知することが可能である。センサによって圧力が測定される場合、この測定値は、中央制御装置と連通するよう使用され、成形された構成部品に関する標的「パッキング圧」をもたらすことができる。センサによって発生した信号は、成形プロセスを制御するよう使用され得ることで、材料粘度、金型温度、溶融温度における変動、及び充填速度に影響を及ぼす他の変動が、中央制御装置によって調整され得る。これら調整は、成形サイクル中に迅速に実行され得るか、又は補正が後続のサイクルで実行され得る。更に、次いで中央制御装置によって成形プロセスへの調整を行うために使用される多数のサイクルにわたって、いくつかの読取り値が平均化され得る。このようにして、現行の注入サイクルが、初期時点における１つ以上のサイクル中に発生する測定値に基づいて、補正され得る。一実施形態では、センサ読取り値は、プロセス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。

溶融圧
本明細書で使用するとき、用語「溶融圧」とは、溶融熱可塑性材料を含むショットが成形装置の金型キャビティ内に注入されかつこれを充填するときの溶融熱可塑性材料を含むショットの圧力を指す。金型キャビティの実質的に全体を充填しながら、溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧は、４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満で実質的に一定に維持され得る。金型キャビティの実質的に全体を充填する間の溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧は、従来の射出成形法で使用され並びに射出成形法における使用のために熱可塑性材料のメーカーによって推奨される注入及び充填溶融圧よりも著しく低い。他の好適な溶融圧としては、例えば、３４．４７ＭＰａ（５０００ｐｓｉ）未満、３１．０２ＭＰａ（４５００ｐｓｉ）未満、２７．５８ＭＰａ（４０００ｐｓｉ）未満、及び２０．６８ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）未満が挙げられる。例えば、溶融圧は、約６．８９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）〜４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満、約１０．３４ＭＰａ（１５００ｐｓｉ）〜約３７．９２ＭＰａ（５５００ｐｓｉ）、約１３．７９ＭＰａ（２０００ｐｓｉ）〜約３４．４７ＭＰａ（５０００ｐｓｉ）、約１７．２３ＭＰａ（２５００ｐｓｉ）〜約３１．０２ＭＰａ（４５００ｐｓｉ）、約２０．６８ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）〜約２７．５８ＭＰａ（４０００ｐｓｉ）、及び約２０．６８ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）〜４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満の範囲内の実質的に一定圧で維持され得る。

上記記載のような、「実質的に一定圧」とは、溶融熱可塑性材料を含むショットで金型キャビティの実質的に全体を充填する間、所望の融解圧から上方又は下方に所望の溶融圧の３０％を超える変動することがない圧力を指す。例えば、実質的に一定圧は、約０％〜約３０％、約２％〜約２５％、約４％〜約２０％、約６％〜約１５％、及び約８％〜約１０％で、溶融圧から変動することができる（増加又は減少のいずれかとして）。他の好適な変動量としては、０、２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、及び３０％が挙げられる。この変動は、所望の溶融圧からのΔＰとして、図２に示されている。図３及び４を参照すると、金型キャビティの実質的に全体を充填する間の溶融圧は、例えば一定速度でそれぞれ増加又は減少することができ、金型キャビティの実質的に全体を充填する間の溶融圧における最大増加又は減少が所望の溶融圧の３０％以下である限りにおいて、実質的に一定であると考えられる。再度、この変動は、所望の溶融圧からのΔＰとして、図３及び図４に示されている。更に別の実施形態では、金型キャビティの実質的に全体を充填する間の溶融圧は、ｔ３時の一部にわたって増加することができ、次いでｔ３時の残りの部分にわたって減少することができる。この変動は、充填する間の溶融圧における最大増加又は減少が所望の溶融圧の３０％未満である限りにおいて、実質的に一定であると考えられるであろう。

金型キャビティ内への注入時の熱可塑性材料を含むショットの溶融圧は、例えば、注入ポイントで配設された圧力変換器を使用して測定され得る。本明細書で使用するとき、「注入ポイント」とは、溶融熱可塑性材料を含むショットが金型キャビティに入る成形装置内の場所である。例えば、ノズルに連結した単一の金型キャビティを有する成形装置については、この注入ポイントは、ノズルに又はノズルに隣接できる。あるいは、複数個の金型キャビティ及び溶融熱可塑性材料を金型キャビティのそれぞれから移送するためのランナシステムを有する成形装置については、この注入ポイントはランナシステムと個々の金型キャビティとの間の接点であることができる。溶融熱可塑性材料を含むショットは、これがランナシステムを通して移送されると同時に、実質的に一定圧で維持される。広くは、このランナシステムとは、熱可塑性材料を含むショットが金型キャビティに移送されると同時にショットの溶融温度を維持する加熱されたランナシステムである。

金型キャビティの実質的に全体を充填する間の溶融圧は、例えば、ノズルで配設された圧力変換器を使用して溶融圧を測定し、金型キャビティへ内への注入時にノズルにおける一定圧を維持することによって、維持され得る。別の実施形態では、金型キャビティの実質的に全体を充填する間の溶融圧は、ゲートの反対側の金型キャビティ内に配設された圧力変換器を使用して測定され得る。

キャビティの充填パーセントは、容積測定基準で充填されるキャビティの％として定義される。したがって、キャビティが９５％充填される場合、その時の充填される金型キャビティの総容積は、金型キャビティの総容積容量の９５％である。金型キャビティの少なくとも７０％、少なくとも７２％、少なくとも７４％、少なくとも７６％、少なくとも７８％、少なくとも８０％、少なくとも８２％、少なくとも８４％、少なくとも８６％、少なくとも８８％、少なくとも９０％、少なくとも９２％、少なくとも９４％、少なくとも９６％、少なくとも９８％、又は少なくとも９９％が溶融熱可塑性材料で充填される場合、金型キャビティの実質的に全体が充填されるものである。例えば、金型キャビティの約７０％〜約１００％、約７５％〜約９９％、約８０％〜約９７％、又は約９０％〜９５％が溶融熱可塑性材料で充填される場合、金型キャビティの実質的に全体が充填されるものである。溶融熱可塑性材料を含むショットで充填される金型キャビティのパーセンテージは、例えば、所望の充填パーセンテージに対応する金型キャビティの充填ポイントの末端部で、金型キャビティ内に圧力変換器を配置することによって決定され得る。圧力変換器は、溶融熱可塑性材料を含むショットが所望の充填パーセンテージに到達したときに、操縦者に警告を発する。

図５を参照すると、一実施形態において、金型キャビティの実質的に全体が一旦充填されると（ｔ３時の終わりに）、低減された溶融圧が金型キャビティの残りの部分を充填しかつパックするよう使用されてもよい（ｔ３’時に）。金型キャビティの実質的に全体が一旦充填されると、金型キャビティの残りの部分を充填するための理想的な圧力を提供し、並びに金型キャビティの過度の加圧又は過度のパッキングを防止するために、熱可塑性材料を含むショットの溶融圧は、溶融圧よりも低いパック圧まで低減され得る。溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧をパック圧で実質的に一定に維持しながら、金型キャビティの残りの部分が充填され得る。パック圧は、例えば、溶融圧の少なくとも５０％、少なくとも５５％、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、又は少なくとも９９％であることができる。

別の実施形態では、金型キャビティの実質的に全体が一旦充填されると、金型キャビティの残りの部分を充填しかつパックするために、融解圧が増加され得る。

実質的に一定圧の維持
一実施形態では、溶融熱可塑性材料２４を含むショットに水圧が加えられ、溶融熱可塑性材料２４を含むショットを溶融温度で金型キャビティ内に注入する。この水圧は、例えば、往復スクリュ２２を、ノズル２６に向かって、図１の矢印Ａの方向で移動させて、溶融熱可塑性材料２４を含むショットをノズル２６を通して金型キャビティ３２内に押し込むことによって加えられ得る。次いで、金型キャビティ３２への注入時の溶融熱可塑性材料２３を含むショットの溶融圧及び金型キャビティ３２の充填中の溶融熱可塑性材料２４を含むショットの溶融圧を監視し、金型キャビティ内への注入中の溶融熱可塑性材料を含むショットに加えられる水圧を調整することによって、溶融熱可塑性材料２４を含むショットの金型キャビティ３２内への充填中に、溶融圧が実質的に一定に維持される。溶融圧は、例えば、ノズル２６、及び金型キャビティ３２内の注入ポイントで配設された圧力変換器を使用して監視され得る。

コントローラー５０は、センサ５２及びスクリュコントロール３６と通信できるよう接続されている。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有してもよい。コントローラー５０は、ワイヤ接続５４、５６を介して、それぞれセンサ５２と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を介して、センサ５２及びスクリュコントロール５６に接続されてもよい。

図１の実施形態において、センサ５２は、ノズル２６内の溶融熱可塑性材料２４の溶融圧を（直接的又は間接的に）測定する圧力センサである。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、スクリュコントロール３６に、ノズル２６内で溶融熱可塑性材料２４の実質的に一定の溶融圧を維持する速度で、スクリュ２２を前進させるよう命令する。センサ５２は溶融圧を直接的に測定することができるのと同時に、センサ５２は、溶融圧の指標である温度、粘度、流速等の溶融熱可塑性材料２４の他の特性も測定することができる。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注入システム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は、注入された流体とかならずしも直接接触する必要はなく、別の方法で流体と動的連通してもよく、流体の圧力及び／又は他の流体特性を感知することができる。センサ５２が、ノズル２６内に配置されない場合、適切な補正因子を測定された特性に適用され、ノズル２６内の溶融圧を算定されてもよい。更に他の実施形態では、センサ５２は、かならずしもノズルと流動的に接続される場所で配設されなくともよい。むしろ、センサは、第１と第２の金型部品２５、２７との間の金型分割線において型締システム１４によって生じ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。

稼働中の閉ループコントローラー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ー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）又は圧力逃がし弁（図示せず）が、溶融熱可塑性材料２４の溶融圧を調整するよう、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逃がし弁は、金型２８の圧力過剰を防止することができる。金型２８の圧力過剰を防止するための別の代替機構は、圧力過剰状態が検出される場合に警報を作動させることである。

したがって、別の実施形態では、成形装置は、注入ポイントと金型キャビティとの間に配設された圧力逃がし弁を含むことができる。圧力逃がし弁は、所定の圧力設定値を有し、これは金型キャビティの注入及び充填に望ましい溶融圧と等しい。金型キャビティの注入及び充填中の溶融圧は、溶融熱可塑性材料を含むショットに圧力を加え、所定の設定値よりも高い溶融圧で、圧力逃がし弁を通して溶融熱可塑性材料を含むショットを押し込むことによって実質的に一定に維持される。次いで圧力逃がし弁が、熱可塑性材料を含むショットが圧力逃がし弁を通過し、金型キャビティ内に注入されるとき、ショットの溶融圧を低減する。溶融熱可塑性材料を含むショットの低減された溶融圧は、金型キャビティの充填のための所望の溶融圧に相当し、圧力逃がし弁の所定の設定値によって、この溶融圧が実質的に一定に維持される。

一実施形態では、熱可塑性材料を含むショットの一部分を圧力逃がし弁の出口に方向転換することによって、溶融圧が低減される。熱可塑性剤材料を含むショットの方向転換された部分は、溶融状態で維持され、例えば、加熱されたバレルを通して、注入システム内に再び組み込まれ得る。

金型キャビティ
この成形装置は、少なくとも１つの金型キャビティを有する金型を含む。この金型は、好適な数の金型キャビティを含むことができる。本明細書に開示された方法の実施形態は、非対称的に配向された金型キャビティ及び／又は異なる形状を有する金型キャビティを有する金型の使用を有利に可能にする。本方法の実施形態の低圧の実質的に一定の充填圧は、金型キャビティの配置が非対称的であるにもかかわらず、各金型キャビティがバランスの取れたパッキング条件下で充填されることを可能にすることができる。したがって、非対称の配向にもかかわらず、高品質の射出成形部品が金型の金型キャビティのそれぞれで形成され得る。金型の金型キャビティを非対称に配置するための性能は、金型内の高金型キャビティ密度を可能にし、これによって、単一の金型による射出成形部品の数の増加を可能にし、及び／又は金型のサイズでの減少も可能にする。

金型キャビティ圧
本明細書で使用するとき、「金型キャビティ圧」とは、閉じた金型キャビティ内の圧力を指す。金型キャビティ圧は、例えば、金型キャビティの内部に配置された圧力変換器を使用して測定され得る。いくつかの実施形態では、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前に、金型キャビティ圧は、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧とは異なる。例えば、金型キャビティ圧は、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧未満であることができる。別の実施形態では、金型キャビティ圧は、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧を超えることができる。例えば、注入前の金型キャビティ圧は、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧より、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、少なくとも２５％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、又は少なくとも５０％異なる（高い又は低い）。一実施形態では、金型キャビティ圧は、溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧とは少なくとも０．１０３ＭＰａ（１５ｐｓｉ）異なる（高い又は低い）。図２〜４を参照すると、種々の実施形態では、注入前の金型キャビティ圧は大気圧であることができる。例えば、図３に示されるような他の実施形態では、金型キャビティ圧は、大気圧を超える圧力を有することができる。更に別の実施形態では、金型キャビティは、注入前に真空で維持され得る。

種々の実施形態では、金型キャビティ圧は、金型キャビティの実質的に全体を溶融熱可塑性材料を含むショットで充填する間に実質的に一定に維持され得る。本明細書で使用するとき、用語「実質的に一定の金型キャビティ圧」とは、金型キャビティの実質的に全体を溶融熱可塑性材料を含むショットで充填する間に、３０％を超えて所望の溶融圧から上方又は下方に変動することがない圧力を指す。例えば、実質的に一定圧は、約０％〜約３０％、約２％〜約２５％、約４％〜約２０％、約６％〜約１５％、及び約８％〜約１０％で、溶融圧から変動することができる（増加又は減少のいずれかとして）。他の好適な変動量としては、約０、２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６、２８、及び３０％が挙げられる。例えば、図２を参照すると、金型キャビティ圧は、金型キャビティの実質的に全体を溶融熱可塑性材料を含むショットで充填する間に、実質的に一定の大気圧で維持されることができる。例えば、図３を参照すると、金型キャビティ圧は、金型キャビティの注入前圧に等しい大気圧を超える圧力で、実質的に一定に維持されることができる。別の実施形態では、金型キャビティ圧は、金型キャビティの注入前圧を超える実質的に一定圧で維持されることができる。例えば、金型キャビティを充填するために好適な金型キャビティ圧としては、例えば約０．３４ＭＰａ（５０ｐｓｉ）〜約３．４５ＭＰａ（５００ｐｓｉ）が挙げられる。

この金型キャビティは、例えば、金型キャビティ圧を実質的に一定に維持するための１つ以上のベントを含むことができる。このベントは、実質的に一定の金型キャビティ圧を維持するために、開閉するよう制御され得る。

一実施形態では、溶融熱可塑性材料を含むショットによる金型キャビティの実質的に全体の注入及び充填中に、金型キャビティ内で真空が維持され得る。注入中に金型キャビティ内を真空に維持することは、充填中に金型キャビティから引き出すための空気が存在しないために、キャビティを充填するために必要とされる溶融圧の量を有利に低減することができる。流れに対する空気抵抗の欠如並びに溶融圧と充填圧の末端部との間の圧力低下の増大はまた、溶融熱可塑性材料を含むショットのより大きな流動長をもたらすことも可能である。

図５を参照すると、別の実施形態では、溶融熱可塑性材料を含むショットによる金型キャビティの実質的に全体の充填中に、金型キャビティ圧は減少することができる。例えば、金型キャビティ圧は、充填中に金型キャビティの排出容積に比例して増加することができる。例えば、実質的に一定の速度で、金型キャビティ圧における増加が発生することができる。金型キャビティは、上昇する金型キャビティ圧を所定の設定値より低く維持するためにベントを含むことができる。この所定の設定値は、例えば、溶融熱可塑性材料を含むショットのおよそ融解圧であることができる。この所定の設定値はまた、例えば、それよりも高い圧力で金型キャビティを損傷し得る又は射出成形部品の品質に悪影響を及ぼし得る圧力でもあり得る。

一旦金型キャビティが溶融熱可塑性材料を含むショットで完全に充填され、材料が冷却されると、金型キャビティ圧が、必要に応じて、大気圧まで排気され、金型が開けられ、射出成形部品が放出され得る。

金型キャビティ温度
この方法の実施形態では、溶融熱可塑性材料を含むショットによる金型キャビティの注入及び充填の前に、金型キャビティは、室温で維持されるか又は冷却される。金型キャビティ表面は、溶融熱可塑性材料との接触時に温度が増加する場合があるが、熱可塑性材料を含むショットと接触する金型キャビティの最も近接した表面から少なくとも２ｍｍ、少なくとも３ｍｍ、少なくとも４ｍｍ、少なくとも５ｍｍ、少なくとも６ｍｍ、少なくとも７ｍｍ、少なくとも８ｍｍ、少なくとも９ｍｍ、又は少なくとも１０ｍｍ離間した金型キャビティの内部は、低温で維持される。典型的には、この温度は、熱可塑性材料の非流動温度未満である。本明細書で使用するとき、「非流動温度」とは、熱可塑性材料の粘度が高いために、これが効果的に流されることができない温度を指す。種々の実施形態では、金型キャビティの内部部分は、約１００℃未満の温度で維持され得る。例えば、この内部部分は、約１０℃〜約９９℃、約２０℃〜約８０℃、約３０℃〜約７０℃、約４０℃〜約６０℃、及び約２０℃〜約５０℃の温度で維持され得る。他の好適な温度としては、約１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９５、又は９９℃が挙げられる。一実施形態では、内部部分は５０℃未満の温度で維持される。一実施形態では、内部部分は３０℃未満の温度で維持される。

これまでは、低い一定の圧力で充填する場合、従来の充填法よりも充填速度が低減された。このことは、金型を完全に充填する前に、ポリマーがより長い時間にわたって冷えた鋳造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必要があり、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。熱可塑性材料は、低圧で、実質的に一定の圧力条件に曝される場合、金型キャビティの一部が熱可塑性材料の非流動温度よりも低い温度にあるにもかかわらず、流れることが予期せずに発見された。かかる条件は、熱可塑性材料が流れ続けて金型キャビティを充填するよりはむしろ、熱可塑性材料が凝固し、金型キャビティを塞ぐことを引き起こすと、当業者には一般的に予想されたことであろう。理論によって束縛されようとするものではないが、開示された方法の実施形態の低圧で、実質的に一定の圧力条件は、充填中の金型キャビティ全体にわたる動的流動条件（すなわち、一定に移動する溶融物前側）を可能にすると考えられる。溶融熱可塑性材料が金型キャビティを充填するよう流れるにつれての溶融熱可塑性材料の流れにおける淀みはなく、したがって、金型キャビティの一部が熱可塑性材料の非流動温度よりも低いにも関わらず、その流れを凝着する機会はない。更には、動的流動条件の結果として、せん断発熱の結果として、金型キャビティ内のかかる温度に曝されるにもかかわらず、溶融熱可塑性材料は、非流動温度よりも高い温度で維持されることができると考えられる。この動的流動条件は、熱可塑性材料が凝着プロセスを開始すると同時に、熱可塑性材料中の結晶構造の形成を妨害することも更に考えられる。結晶構造形成は、熱可塑性材料の粘度を増加させて、これがキャビティを充填するための好適な流れを防止する可能性がある。結晶構造及び／又は結晶構造サイズにおける低減は、熱可塑性材料がキャビティ内に流入しながら熱可塑性材料の粘度を低下させることができ、材料の非流動温度よりも低い金型の低い温度に曝される。

様々な実施形態では、金型は、非流動温度よりも低い温度で金型キャビティ全体を維持する冷却系を含むことができる。例えば、溶融熱可塑性材料を含むショットに接触する金型キャビティの表面であっても、より低い温度を維持するよう冷却され得る。任意の好適な冷却温度が使用され得る。例えば、金型は、実質的に室温で維持され得る。かかる冷却系の組み込みは、このように形成された射出成形部品が冷却され、金型からの取り出しが容易い速度を有利に改良する。

熱可塑性材料：
多様な熱可塑性材料が、本開示の低圧で、実質的に一定圧の射出成形法で使用され得る。一実施形態では、溶融熱可塑性材料は、２．１６ｋｇ重量で約２３０℃の温度にて実施されたＡＳＴＭ Ｄ１２３８により測定されるような、約０．１／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスによって画定されるような粘度を有する。例えば、ポリプロピレンについては、メルトフローインデックスは、約０．５ｇ／１０分〜約２００ｇ／１０分の範囲であることができる。他の好適なメルトフローインデックスとしては、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／１０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分が挙げられる。材料のＭＦＩは、成形物品の用途及び使用に基づいて選択される。例えば、０．１ｇ／１０分〜約５ｇ／１０分のＭＦＩを備える熱可塑性材料は、射出延伸吹込み成形（ＩＳＢＭ）用途のための予備成形品としての使用に好適であり得る。５ｇ／１０分〜約５０ｇ／１０分のＭＦＩを備える熱可塑性材料は、パッキング物品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。５０ｇ／１０分〜約１５０ｇ／１０分のＭＦＩを備える熱可塑性材料は、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。１５０ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のＭＦＩを備える熱可塑性材料は、薄板などの極めて高いＬ／Ｔ比を有する成形物品に好適であり得る。かかる熱可塑性材料のメーカーは、一般的には、この材料が４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）を超過する、多くの場合は４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）を大きく超過する溶融圧を使用して射出成型されるべきであることを教示する。かかる熱可塑性材料の射出成形に関する従来の教示とは対照的に、本開示の低圧で、一定の射出成形法の実施形態は、かかる熱可塑性材料及び４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）より低い、ことによると４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）よりも十分に低い融解圧における処理加工を使用する高品質の射出成形部品の形成を有利に可能にする。

熱可塑性材料は、例えばポリオレフィンであることができる。例示的ポリオレフィンとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、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、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、これが溶融状態にある場合、ずり減粘であることを有利に立証する。ずり減粘は、流体が圧縮ストレス下に配置される場合の粘度における減少である。ずり減粘は、熱可塑性材料の流れを射出成形プロセスの全体にわたって有利に維持させることができる。理論によって束縛されようと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ずり減粘特性は、材料が低圧で処理される場合、材料粘度のより少ない変動をもたらすと考えられる。結果的に、本開示の方法の実施形態は、例えば、着色剤及び他の添加剤並びに処理加工条件から生じる熱可塑性材料における変動に対してより感受性が低いことが可能である。熱可塑性材料特性のバッチ間の変動に対するこの低減された感受性はまた、脱工業化及びポスト消費者リサイクルプラスチックが本開示の方法の実施形態を使用して処理されることを好都合に可能にする。脱工業化、ポスト消費者リサイクルプラスチックは、消費財としてそれらのライフサイクルを完了した最終産物並びに固体老廃物として別の方法で廃棄された最終産物に由来するものである。かかるリサイクルされたプラスチック、及び熱可塑性材料の配合物は、それらの材料特性の著しいバッチ間の変動を本質的に有する。

熱可塑性材料はまた、例えば、ポリエステルであることができる。例示的ポリエステルとしては、限定されないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。ＰＥＴポリマーは、部分的又は完全なバイオ−ＰＥＴポリマーを製造するために、サトウキビ又は他の農産物等の生物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。熱可塑性材料はまた、複数のポリマー材料及び非ポリマー材料の配合物であることができる。熱可塑性材料は、例えば、多モード又は二モードの配合物を産生する高、中、低の分子量のポリマーであることができる。多モード材料は、優れた流動特性を有するが満足すべき化学的／物理的特性を有する熱可塑性材料をもたらす方法で設計され得る。熱可塑性材料はまた、１つ以上の小分子添加剤とのポリマーの配合物であることができる。この小分子は、例えば、熱可塑性材料に添加される場合、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ることができる。

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、ケイ酸カルシウム（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、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、竹又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。

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に由来の最近のポリマー及び誘導体が挙げられる。

好適な熱可塑性材料は、前述した例におけるような異なる熱可塑性材料の配合物又は配合物（複数）を含んでもよい。同様に、異なる材料が、真新しいバイオ由来材料又は石油由来の材料から誘導された材料との混合であってもよく、バイオ由来材料又は石油由来材料のリサイクルされた材料であってもよい。配合物中の熱可塑性材料の１つ以上は、生分解性であってもよい。更に、非配合物熱可塑性材料については、この材料は生分解性であってもよい。

例示的熱可塑性樹脂が、それらの推奨される使用圧力範囲と共に、以下の表に提供されている。

複数の実施形態が、溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧を、４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定の圧力で維持しながら、金型キャビティの実質的に全体を溶融熱可塑性材料を含むショットで充填することを伴うが、特定の熱可塑性材料は、異なる一定圧力で本発明から利益を得る。具体的には、ＰＰ、ナイロン、ＰＣ、ＰＳ、ＳＡＮ、ＰＥ、ＴＰＥ、ＰＶＤＦ、ＰＴＩ、ＰＢＴ、及びＰＬＴは、６８．９５ＭＰａ（１００００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で；ＡＢＳは５５．１６ＭＰａ（８０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で；ＰＥＴは４０ＭＰａ（５８００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で；アセタールコポリマーは４８．２６ＭＰａ（７０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で；付加物ポリ（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（別名ＰＥＦ）は６８．９５ＭＰａ（１００００ｐｓｉ）、又は５５．１６ＭＰａ（８０００ｐｓｉ）、又は４８．２６ＭＰａ（７０００ｐｓｉ）又は４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）、若しくは４０ＭＰａ（５８００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧である。

上記に詳細に説明されたように、開示された低圧の、実質的に一定圧法の実施形態は、従来の高圧射出成形法、先行技術の高一定圧射出成形法、並びに先行技術の低圧射出成形法を超える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、金型キャビティと熱可塑性材料の注入前圧のバランスをとる必要を排除する対費用効率が高くかつ有効な方法、大気圧の金型キャビティの使用を可能にする方法によって、加圧手段の必要性を排除する単純化された金型構造、より対費用効率が高くかつ機械加工が容易な低い硬度で高い熱伝導性金型キャビティ材料を使用するための能力、熱可塑性材料の温度、粘度、及び他の材料特性に対して感受性が低いより強靭な処理方法、並びに金型キャビティ内での熱可塑性材料の早期硬化なくかつ金型キャビティ内で一定温度に加熱する又はそれを維持する必要なしに、高品質の射出成形部品を低圧で製造するための能力を含む。

一例において、注入圧の４１．３７ＭＰａ（６０００ＰＳＩ）より低い一定圧法を使用して、試料部品を成形した。通常の研究室用ミクロトームを使用して、試料を射出成形部品から分離した。少なくとも４つの試料を各射出成形部品から採取した。次いで試料の断面を、各試料の組成層（表皮層、コア等）を暴露するよう調製した。

ＭＡＸＩＭ検出器アンサンブルを有するＤＯＲＩＳ ＩＩＩでＤｅｕｔｓｃｈｅｓ Ｅｌｅｋｔｒｏｎｅｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ（ＤＥＳＹ）ビームラインＧ３にてシンクロトロン測定値を採取し、すなわち第１の測定値は、点平均化シンチレーション計数装置で採取し、試料回折の概要を得た。次いで空間分解回折像を、ＭＡＸＩＭ（その電荷結合素子センサの前側に多重チャンネルプレート［ＭＣＰ］を備える２Ｄ検出器Ｈａｍａｍａｔｓｕ ４８８０）の位置検出型カメラによって採取した。

シンクロトロン測定値は、低い一定の圧力法を使用して成形された特定の厚さを有する射出成形部品が、部品のコア内に配向ポリプロピレン結晶子（下図の赤い矢印を参照されたい）の明確かつ認識可能な特別な帯域又は区域を示すことを明らかにした。配向された材料のこの特別な区域は、スチール又はアルミニウム金型のいずれかを使用して成形された部品においても見られた。従来の、高圧プロセスを使用して成形された部品は、低く一定の圧力プロセスを使用して成形された部品と比較する場合、通常、減少した数の配向された帯域を有する。

低圧で一定の圧力法を使用して成形された部品は、より少ない埋め込み成形応力を有し得る。従来のプロセスでは、圧力制御のためのより高度な移動又は切り替えと組み合わされた速度制御された充填プロセスが、高レベルの望ましくない埋め込み成形応力をもたらす場合もある。従来のプロセスにおいてパック圧が非常に高く設定される場合には、部品が過剰にパックされたゲート領域を有することも頻繁にあるだろう。埋め込み成形応力は、部品をクロス偏光台上に配置させることによって、目視により評価され得る。成形部品において観察される複屈折は、埋め込み成形応力における差異を観察するよう使用され得る。典型的には、これは部品内の応力線のパターンとして観察される。より多くの数の線及び／又は応力線の不均一性は、一般的には望ましくない。

用語「実質的に」、「約」、及び「およそ」は、本明細書において、任意の定量的な比較、値、測定、又は他の表現に帰属される場合がある、不確定の固有度を表すために利用されることがあることに注意されたい。これらの用語はまた、本明細書では、定量的表現が、問題となる対象物の基本的機能に変化をもたらすことなく、記載の基準から変動する程度を表すためにも利用される。本明細書に異なる旨を特記されない限り、用語「実質的に」、「約」、及び「およそ」は、定量的比較、値、測定、又は他の表現が、述べられた参照の５％の範囲内に入り得ることを意味する。

本明細書で述べた製品の様々な実施形態が、低圧の実質的に一定圧射出成形法によって作成されてもよいことは明らかである。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、金型内組立品等と組み合わされて、スタック金型、回転及びコアバック金型を含む多数の材料の金型の構成体において使用され得ることが、当業者であれば理解されるであろう。

本発明の「発明を実施するための形態」で引用したすべての文献は、関連部分において本明細書に援用するが、いずれの文献の引用もそうした文献が本発明に対する先行技術であることを容認するものとして解釈されるべきではない。この文書における用語のいずれかの意味又は定義が、参照すること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矛盾する範囲については、本文書においてその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。

本明細書では特定の実施形態を図示し説明したが、請求内容の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な他の変更及び修正を行うことができることを理解されたい。更に、本明細書で請求内容の様々な態様を述べたが、そのような態様は組み合わせで利用されなくてもよい。したがって、添付の「特許請求の範囲」は、請求内容の範囲内のそのような全ての変更及び修正を含むものとする。

Claims (15)

1. （ａ）溶融熱可塑性材料を含むショットで、成形装置の非加圧金型キャビティを充填する工程であって、前記溶融熱可塑性材料を含むショットが溶融圧を有し、前記金型内への注入時に、前記溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧を超える工程と、
   （ｂ）前記溶融熱可塑性材料を含むショットで前記金型キャビティの実質的に全体を充填しながら、前記溶融圧を４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満で実質的に一定に維持する工程と、を含む方法であり、
   ここにおいて、
   前記溶融熱可塑性材料を含むショットに接触する前記金型キャビティの最も直近の表面から少なくとも２ｍｍ離間した前記金型キャビティの内部部分が、約１００℃未満の温度で維持され、並びに
   前記熱可塑性材料が、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する方法。
2. 溶融熱可塑性材料を含むショットを、低圧で実質的に一定圧において成形装置の金型キャビティ内に注入する方法であって、
   該方法は、
   （ａ）前記溶融熱可塑性材料を含むショットを前記金型キャビティ内に注入して、注入時に前記溶融熱可塑性材料を含むショットの圧力を溶融圧まで増加させる工程と、
   （ｂ）前記金型キャビティの実質的に全体を充填しながら、前記溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧を、４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で維持する工程と、を含み、
   ここにおいて、
   前記溶融熱可塑性材料を含むショットに接触する前記金型キャビティの直近の表面から少なくとも２ｍｍ離間した前記金型キャビティの内部部分が、約１００℃未満の温度で維持され、並びに
   前記熱可塑性材料が、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する方法。
3. 前記金型キャビティの内部部分が、約３０℃以下の温度で維持される、請求項２に記載の方法。
4. 前記溶融熱可塑性材料を含むショットが前記金型キャビティ内に注入されるとき、前記金型キャビティの少なくとも一部を通して冷却液体を流すことによって、前記金型キャビティが、約１００℃未満の温度で維持される、請求項２に記載の方法。
5. （ａ）溶融熱可塑性材料を含むショットを金型キャビティ内に注入することによって、成形装置の前記金型キャビティを充填する工程であって、前記金型キャビティが金型キャビティ圧を有し、前記溶融熱可塑性材料を含むショットが、前記金型キャビティ内への注入前に、前記金型キャビティ圧に等しくない注入前圧を有し、並びに前記溶融熱可塑性材料を含むショットが、前記金型キャビティ内への注入時に、前記注入前圧を超える溶融圧を有している工程と、
   （ｂ）前記溶融熱可塑性材料を含むショットで前記金型キャビティの実質的に全体を充填しながら、前記溶融圧を４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満で実質的に一定に維持する工程と、を含む方法であり、
   前記熱可塑性材料が、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する方法。
6. 前記溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧が、前記金型キャビティ圧を超える、請求項５に記載の方法。
7. 前記金型キャビティ圧が、大気圧である、請求項６に記載の方法。
8. 前記溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧が、前記金型キャビティ圧未満である、請求項５に記載の方法。
9. 前記金型キャビティ圧が、前記溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧を少なくとも０．１０３ＭＰａ（１５ｐｓｉ）超える又は前記注入前圧より少なくとも０．１０３ＭＰａ（１５ｐｓｉ）小さい、請求項５に記載の方法。
10. 前記溶融熱可塑性材料を含むショットで、前記金型キャビティの実質的に全体を充填する間に、前記金型キャビティ圧が、約０．３４ＭＰａ（５０ｐｓｉ）〜約３．４５ＭＰａ（５００ｐｓｉ）の範囲で実質的に一定に維持される、請求項９に記載の方法。
11. 前記溶融熱可塑性材料を含むショットで、前記金型キャビティの実質的に全体を充填する間に、前記金型キャビティ圧が、前記金型キャビティの置換容積に比例して増加する、請求項５に記載の方法。
12. 前記金型キャビティの全体が、前記溶融熱可塑性材料を含むショットで充填された後に、前記金型キャビティを大気圧までガス抜きすることを更に含む、請求項５に記載の方法。
13. 溶融熱可塑性材料を含むショットを、低圧で実質的に一定圧において成形装置の金型キャビティ内に注入する方法であって、
    （ａ）前記溶融熱可塑性材料を含むショットを前記金型キャビティ内に注入して、注入時に前記溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧を溶融圧まで増加させる工程と、
    （ｂ）前記溶融熱可塑性材料を含むショットの溶融圧を、４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定圧で維持しながら、前記溶融熱可塑性材料を含むショットで、前記金型キャビティの実質的に全体を充填し、前記金型キャビティの圧力を大気圧で維持することと、を含む方法であり、
    ここにおいて、前記溶融熱可塑性材料が、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する方法。
14. 溶融熱可塑性材料を含むショットを、低圧で実質的に一定圧において成形装置の金型キャビティ内に注入する方法であって、
    （ａ）前記溶融熱可塑性材料を含むショットを前記金型キャビティ内に注入して、注入時に前記溶融熱可塑性材料を含むショットの注入前圧を溶融圧まで増加させる工程と、
    （ｂ）前記溶融熱可塑性材料を含むショットの前記溶融圧を、４１．３７ＭＰａ（６０００ｐｓｉ）未満の実質的に一定の圧力で維持しながら、前記金型キャビティの実質的に全体を前記溶融熱可塑性材料を含むショットで充填し、前記金型キャビティ内を真空に維持する工程と、を含む方法であり、
    ここにおいて、前記溶融熱可塑性材料が、０．１ｇ／１０分〜約５００ｇ／１０分のメルトフローインデックスを有する方法。
15. 前記金型キャビティが、前記溶融熱可塑性材料を含むショットの前記金型キャビティ内への注入時に、約３０℃以下の温度を有する、請求項１４に記載の方法。

Images