特許 7446337 構造用発泡剤、着色剤、他の添加剤の射出のリアルタイム制御のための方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-29

(45)【発行日】2024-03-08

(54)【発明の名称】構造用発泡剤、着色剤、他の添加剤の射出のリアルタイム制御のための方法および装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/17 20060101AFI20240301BHJP

   B29C 44/00 20060101ALI20240301BHJP

   B29C 45/26 20060101ALI20240301BHJP

【ＦＩ】

B29C45/17

B29C44/00 D

B29C45/26

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021569388

(86)(22)【出願日】2020-05-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-27

(86)【国際出願番号】 US2020032463

(87)【国際公開番号】W WO2020236461

(87)【国際公開日】2020-11-26

【審査請求日】2023-02-03

(31)【優先権主張番号】62/852,106

(32)【優先日】2019-05-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514159601

【氏名又は名称】アイエムフラックス インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ミルコ ゲルゴフ

(72)【発明者】

【氏名】ジーン マイケル アルトネン

(72)【発明者】

【氏名】ハーバート ケネス ハンソン

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアム フランシス ローレス

【審査官】坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０９９３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３２６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０３３９４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ３３／００，４４／００，４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

射出成形装置であって、
第１の成形型側面および第２の成形型側面により形成される複数の成形型空洞を有する成形型と、
射出ユニットであって、前記成形型空洞と流体連通する１以上のゲートを介して、溶融された材料を前記成形型空洞に射出するノズルに向かって、前記溶融された材料を先進させるように構成されたホッパー、バレルおよび往復ねじを含む射出ユニットと、
添加剤射出成形システムであって、
１つ以上の添加剤タンクであって、各々が、前記溶融された材料と異なる添加剤流体材料の供給を有する、添加剤タンクと、
前記１つ以上の添加剤タンクと流体連通している１つ以上の添加剤射出器であって、その各々の添加剤射出器が、前記添加剤流体材料を受容し、かつ前記成形型空洞の各々に射出し、前記１つ以上の添加物射出器が前記ノズルとは異なり、前記成形型空洞のそれぞれ一つに配置される、添加剤射出器と、
前記１つ以上の添加剤タンクおよび前記１つ以上の添加剤射出器の各々を接続する、共通のマニホルドと、
前記１つ以上の添加剤射出器を通して前記添加剤流体材料をポンプ圧送する、１つ以上の添加剤ポンプと、を含む添加剤射出成形システムと、
前記成形型、前記射出ユニット、および前記添加剤射出器の操作を制御するように構成されたコントローラと、を含み、
前記添加剤流体材料が、膨張性架橋ポリマー、非膨張性ポリマー、着色剤、ガス、液体、超臨界流体、粉末、界面活性剤、触媒、乳化剤、またはこれらの任意の組み合わせを含む、射出成形装置。

【請求項2】

前記添加剤射出成形システムに結合され、前記コントローラと通信する１つまたは複数のセンサであって、前記１つまたは複数のセンサの少なくとも１つが、射出成形サイクル中の少なくとも１つの非時間依存変数を測定するように構成される、１つまたは複数のセンサをさらに有する、請求項１に記載の射出成形装置。

【請求項3】

前記１つ以上のセンサの少なくとも１つは、射出成形サイクル中の少なくとも１つの非時間依存変数を測定し、（ａ）前記添加剤流体材料の投入開始、（ｂ）前記添加剤流体材料の投入停止、および／または（ｃ）前記添加剤流体材料の投入速度の変更、を保証する状態を表示する、請求項２に記載の射出成形装置。

【請求項4】

前記１つ以上の添加剤射出器のうちの少なくとも１つが、前記複数の成形型空洞のそれぞれの入口端から離れる方向で、前記入口端と反対の端部に向かって、下向きに前記添加剤流体材料を射出するように構成された出口ノズルを有する、請求項１に記載の射出成形装置。

【請求項5】

前記成形型空洞の少なくとも１つにおいて、前記１つ以上の添加剤射出器により射出された添加剤流体材料を溶融された材料中に混合するために提供された混合要素をさらに含む、請求項４に記載の射出成形装置。

【請求項6】

前記混合要素が、前記成形型空洞の入口端と前記出口ノズルのそれぞれとの間に配置されている、請求項５に記載の射出成形装置。

【請求項7】

前記出口ノズルのそれぞれが、前記混合要素と前記成形型空洞の入口端との間に配置されている、請求項５に記載の射出成形装置。

【請求項8】

前記１つ以上の添加剤射出器のうちの少なくとも１つが、前記複数の成形型空洞のそれぞれの入口端から離れる方向で、前記入口端と反対の端部に向かって、上向きに前記添加剤流体材料を射出するように構成された出口ノズルを有する、請求項１に記載の射出成形装置。

【請求項9】

前記成形型空洞の少なくとも１つにおいて、前記１つ以上の添加剤射出器により射出された添加剤流体材料を溶融された材料中に混合するために提供された混合要素をさらに含む、請求項８に記載の射出成形装置。

【請求項10】

前記混合要素が、前記成形型空洞の入口端と前記出口ノズルのそれぞれとの間に配置されている、請求項９に記載の射出成形装置。

【請求項11】

前記出口ノズルのそれぞれが、前記混合要素と前記成形型空洞の入口端との間に配置されている、請求項９に記載の射出成形装置。

【請求項12】

前記１つ以上の添加剤射出器が、６，０００ｐｓｉ以下の圧力の添加剤流体を射出する、請求項１に記載の射出成形装置。

【請求項13】

前記１つ以上の添加剤タンクが、複数の添加剤タンクを備え、前記複数の添加剤タンクの少なくとも１つが前記複数の添加剤タンクの他の前記添加剤流体材料と異なる添加剤流体材料の供給を含む、請求項１に記載の射出成形装置。

【請求項14】

前記少なくとも１つの非時間依存変数は前記添加剤流体材料の投入開始、前記添加剤流体材料の投入停止、および前記添加剤流体材料の投入速度の変更を含む群の一つを保証する状態を表示する、請求項２に記載の射出成形装置。

【請求項15】

前記１つ以上の添加剤射出器が、前記コントローラにフィードバック情報を提供する、請求項１に記載の射出成形装置。

【請求項16】

前記コントローラが、前記添加剤射出成形システムの開ループ制御を提供する、請求項１に記載の射出成形装置。

【請求項17】

前記コントローラが、前記１つ以上のセンサからの少なくとも１つの測定からのフィードバック情報および／または前記１つ以上の添加剤射出器からのフィードバック情報を用いて、前記添加剤射出成形システムの閉ループ制御を提供する、請求項１に記載の射出成形装置。

【請求項18】

前記コントローラが、前記添加剤射出器に、パルス方式で前記添加剤流体材料のそれぞれを射出することを制御するように構成される、請求項１に記載の射出成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本非仮特許出願は、２０１９年５月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／８５２，１０６号の出願日の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、概して、射出成形、より具体的には、添加剤の射出の制御を伴う射出成形に関する。

【背景技術】

【0003】

射出成形は、熱可塑性材料から構成された部品の大量生産に一般的に使用される技術である。反復射出成形プロセス中に、熱可塑性樹脂は、典型的に、小さなペレットまたはビーズの形態で、熱と圧力の下でペレットを溶融する射出成形機に導入される。溶融材料は、特定の所望の空洞形状を有する成形型空洞に強制的に射出される。射出されたプラスチックは、成形型空洞内に圧力下で保持され、その後冷却されて、成形型の空洞形状に非常に似た形状を有する固化部品として取り出される。単一の成形型は、溶融樹脂の流れを空洞に向けるゲートによって流路に接続することができる任意の数の個別の空洞を有することができる。

【0004】

特定のデバイスを作り出すために、射出成形プロセス中に、射出プラスチック以外の追加の材料が必要になる場合がある。例えば、構造発泡材料が、射出成形プロセスに導入されて、作製に使用する材料が少なく、内部セル構造に起因して増加された強度および／または剛性を有し、とりわけ強度対重量比が高い製品を製造し得る。膨張性架橋ポリマー（例えば、エチレン酢酸ビニルまたは「ＥＶＡ」）は、一般に構造用フォームとして射出成形されるポリマーの１つのクラスである。膨張性架橋ポリマーの典型的な射出成形プロセスには、概して、４つの基本動作が挙げられ、まず、プラスチックをホッパーに設置し、射出成形機で加熱して、プラスチックを加圧下で流動させる。膨張性架橋ポリマーの射出成形のとき、この工程において、ポリマーは、ポリマーの活性化温度、またはポリマー内で膨張および架橋が発生し始める温度より低い温度まで加熱される。

【0005】

次に、溶融したプラスチックを、閉じている２つの成形型の半分の間に画定された成形型空洞、または複数の成形型空洞に射出する。成形型または空洞の温度は、化学反応またはポリマーが膨張および架橋し始めることを引き起こす反応を活性化するのに十分な高さの値に設定される。第３の工程において、プラスチックを、圧力下に保持して、空洞または複数の空洞内で適切な架橋および膨張（またはブロー）が発生することを可能にする。最後に、成形型の半分が開放され、成形物品が、成形型から取り出されるか、または排出され、これにより、プラスチックが、成形型空洞の内部容積よりも大きい最終的な形状および構成に膨張することを可能にする。

【0006】

従来のシステムでは、固定された、所定の体積のプラスチックが、成形型空洞に射出される。この体積は、空洞を部分的に充填するのみである。次いで、成形型空洞は、化学反応を引き起こすために加熱され、その後、プラスチックは、成形型空洞を充填し、かつ典型的に、部品の重量が一定期間にわたって測定される「ゲート凍結スタディ」を介して判定される、指定された保持時間の間架橋するために膨張された状態となる。このゲート凍結スタディでは、部品の重量は、射出成形プロセス中に、重量が横ばい状態になり始めるまで定期的に測定される。部品の重量が横ばい状態になるポイントは、概して、部品を排出するのに最適な時間であるとして識別される。このゲート凍結スタディは、典型的に、プロセス検証段階中に実施され、多くの場合、後続の射出成形サイクル全体で使用される。

【0007】

部品が排出された後、成形型から硬化が発生する安定化トンネルにすばやく取り出される。部品を成形型からすばやく取り出すことにより、部品は完全に膨張することができ、部品が依然として成形型内に捕捉されている領域で材料が膨張するのを制限されているために変形することはない。硬化段階中、部品は、ゆっくりと室温に近い温度まで冷却される。過剰な内部ガスは、ゆっくりと部品から出る。

【0008】

典型的に、射出プラスチック以外の追加の射出材料は、射出成形機のノズルを通して射出プラスチックとともに射出される。ノズルは、典型的に、成形型空洞の上流にあり、追加材料が、射出されたプラスチック流の前部とともに成形型空洞に進ませ、成形型空洞内の追加材料の最終的な場所および濃度に対する制御を低減させる。例えば、追加の材料が、成形型空洞の表面に移動して、追加の材料が射出されたプラスチックにより囲まれた部品の中心にあることが意図されている部品の表面欠陥を引き起こす可能性がある。追加的に、追加の材料は、発泡剤であり得、成形型空洞の表面にある場合、部品上の連続気泡表面を引き起こす。少なくとも個人用衛生製品などのいくつかの用途では、連続気泡表面の存在は、細菌の侵入および増殖の影響を受けやすくなり得、その結果、かかる製品の表面に発泡剤を使用することはＦＤＡによって禁止されている。材料および機械の相違はまた、内部ピーク空洞圧力における変化をもたらす場合があり、これにより、成形型空洞内の材料の架橋および膨張における不整合をもたらし得、さらに、射出された追加材料の不適切な場所による影響によってさらに悪化させ得る。追加的に、添加剤材料の場所および密度の不整合により、部品が成形型から排出されるとき、ならびに成形部品が最終的な形状に達するまで膨張および架橋し続ける硬化状態で、様々な速度で膨張および架橋を発生させ、それゆえ一貫性のないサイズの部品をもたらす可能性がある。さらに、部品は、変形し得、不体裁な傷、および他の望ましくない欠陥を有する可能性がある。

【0009】

追加の材料の場所および密度における不整合もまた、部品に対する構造的および物理的な不安定性を引き起こし得る。発泡剤中のセルのサイズおよび密度は、成形型空洞内の追加の発泡材料の内圧、場所、および密度に依存する。したがって、成形部品のセル構造は、不均一になり得、フリーラジカル分子が整列しない可能性があることを意味する。これらの分子が均一に分布しているとき、結果として得られる部品は、より一貫性のある、安定した寸法および物理的性質を有する。例えば、成形型空洞内の追加材料の場所および密度におけるエラーは、部品を不正確な寸法にする可能性があり（すなわち、部品が大きすぎるか、または小さすぎるかのいずれかの可能性があり）、かつ不十分な架橋または発泡体の量に起因して、潜在的に柔らかすぎ、または弾力性が強すぎる可能性がある。その結果、成形部品は、摩耗試験、包含試験、および／または動的弾性試験など、制御された荷重で何度も衝撃を加えてエネルギー損失を測定する客観試験のどれも不合格になり得る。

【0010】

さらに、従来のシステムは、典型的に、成形型の厚さが変化することに起因して、成形プロセス中にプラスチック全体に均一な熱分布を提供しない。プラスチックを不均一に加熱することにより、成形型空洞内のプラスチックおよび追加の材料の不整合領域が、望ましくない速度で膨張する可能性があり、その結果、広い公差を有する不整合部品をもたらし得る。

【発明の概要】

【0011】

本開示の射出成形システムのための添加剤射出デバイスは、各々が、添加剤流体の供給を有する、１つ以上の添加剤タンクを備えた添加剤射出ユニットを含む。添加剤流体は、溶融流または成形型空洞に射出される膨張性ポリマーまたは別の添加剤材料であり得る。１つ以上の添加剤タンクと流体連通している１つ以上の添加剤射出器は、添加剤流体を受容し、添加剤流体材料を射出成形機に射出し得る。１つ以上の添加剤ポンプは、タンク、マニホルド、および／または添加剤射出器内の添加剤流体に圧力を提供し、かつ添加剤射出器ノズルを通して添加剤流体をポンプ圧送し得る。添加剤流体は、成形型空洞、または各添加剤タンクを添加剤射出器と接続するマニホルド内などの成形型空洞の上流に直接射出され得る。

【0012】

添加剤材料の添加を用いる典型的な射出成形システムは、マニホルドまたは成形型空洞への溶融樹脂の射出前に、添加剤材料を導入し、これにより、とりわけ他の係数のなかで、溶融樹脂の流れならびに樹脂および成形型空洞温度における差に起因して、成形型空洞内の添加剤材料の場所における変化を可能にする。成形型空洞、または成形型空洞の上流で、成形型空洞の近くへの、添加剤材料の直接射出は、複数の製造セッションにわたって、成形品のより一貫した製造、および製造セッション中の成形型空洞内の、添加剤材料または添加剤流体の場所上のより良好な制御を可能にし得る。

【0013】

本開示の添加剤射出システムは、添加剤射出ユニットを有する射出成形機内で使用するための添加剤射出デバイスを含む。コントローラは、添加剤射出器および／または添加剤射出ユニットのポンプを制御して、パルス方式または連続方式で、添加剤流体をポンプ圧送し得る。添加剤流体はまた、非天然にバランスの取れた供給システム内に実装するために、低圧でポンプ圧送することもできる。コントローラに結合されたセンサは、コントローラにフィードバックを提供して、コントローラが、製造セッション中、流れ温度、空洞温度、流れ場所、空洞圧力、および他の係数などの変数を監視することを可能にし得る。コントローラはまた、製造セッション中に添加剤射出システムの閉ループ制御を提供して、添加剤射出製造プロファイルのより正確な実行を可能にし得る。

【0014】

本明細書のシステムおよび方法は、溶融プラスチック材料における追加の材料のより良好な混合を提供し、射出成形製造セッション中の、射出成形部品におけるセルまたは隙間のより良好な形成、発泡剤のより良好な収率、および成形型における添加剤流体の場所のより高い精度を提供し得、したがって、添加剤流体および材料の射出を用いる射出成形システムを改善する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

図面に記載された実施形態は、本質的に例解的かつ例示的であり、特許請求の範囲によって定義される本主題を限定することを意図するものではない。例解的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と併せて読むと理解することができ、同様の構造は、同様の参照番号で示される。

【0016】

【図1】本開示に従って構成された射出成形機および添加剤材料射出デバイスの概略図を例解する。

【図2A】添加剤射出器の一実施形態の概略図を例解する。

【図2B】添加剤射出器のノズルの一実施形態の拡大図である。

【図3A】図１の成形機および添加剤射出デバイスにより充填されている段階における、成形型空洞の一部分の側面断面図である。

【図3B】図３Ａの添加剤セル構造を実現するために、図１の添加剤射出デバイスによって実施される１分あたりの潜在的な射出の射出プロファイル曲線である。

【図4】射出成形サイクル中、成形型空洞への添加剤材料の射出のためのプロセスの実施形態を例解するフローチャートである。

【図5】ポリマーまたは金属の部品および構造物の高解像度印刷を生成するための装置を統合する、システムの例解図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

成形型ゲートシステムおよび空洞への添加剤材料の射出のための射出成形プロセスが、本明細書に記載される。図１は、例示的な射出成形機１００および添加剤射出デバイス１５０を例解する簡略図である。図１は、射出成形機および添加剤射出デバイスの形状の例として提供されており、添加剤材料を有する部品を生成し得る。任意の射出成形機および添加剤射出デバイスが、より単純な、またはより複雑なデバイスを含む、開示されたシステムとともに用いられ得ることを理解されたい。

【0018】

射出成形機１００は、射出ユニット１０２およびクランプシステム１０４を含む。本明細書に記載のアプローチは、垂直プレス射出成形機および任意の他の既知のタイプの射出成形機に好適であり得る。射出ユニット１０２は、ペレット１０８の形態または任意の他の好適な形態のプラスチックまたはポリマー射出材料を受け入れるように適合されたホッパー１０６を含む。多くの例では、ペレット１０８は、とりわけ、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびナイロンを含む、任意の数の熱可塑性材料を含む。

【0019】

ホッパー１０６は、ペレット１０８を射出ユニット１０２の加熱されたバレル１１０に供給する。加熱されたバレル１１０に供給されると、ペレット１０８は、往復ねじ１１２によって加熱されたバレル１１０の端部まで駆動され得る。加熱されたバレル１１０の加熱および往復ねじ１１２によるペレット１０８の圧縮により、ペレット１０８を溶融させ、それにより、溶融プラスチック材料１１４を形成する。溶融プラスチック材料１１４は、典型的には、約１１０℃～約４１０℃の範囲内で選択された温度で処理される。

【0020】

往復ねじ１１２は前方に進み、溶融プラスチック材料１１４をノズル１１６に向かって押して、プラスチック材料１１４のショットを形成し、これは、最終的に、１つ以上のゲート１２０を介して成形型１１８の成形型空洞１２２に射出され、このゲートは溶融プラスチック材料１１４の流れを成形型空洞１２２に導く。他の実施形態では、ノズル１１６は、供給システム（図示せず）によって１つ以上のゲート１２０から分離され得る。成形型空洞１２２は、成形型１１８の第１の成形型側面１２５と第２の成形型側面１２７との間に形成され、第１の成形型側面１２５および第２の成形型側面１２７は、プレスまたはクランプユニット１２４を介して圧力下でともに保持される。成形型１１８は、全体的な生産率を高めるために、任意の数の成形型空洞１２２を含んでもよい。空洞の形状および／または設計は、互いに同一、類似、および／または異なる場合がある。

【0021】

プレスまたはクランプユニット１２４は、成形プロセス中に、第１の成形型側面１２５および第２の成形型側面１２７を分離するように作用する射出圧力によって及ぼされる力よりも大きい、所定のクランプ力を適用し、それにより、第１の成形型側面１２５および第２の成形型側面１２７をともに保持し、一方で、溶融プラスチック材料１１４は、成形型空洞１２２に射出される。クランプ力を支持するために、クランプユニット１２４は、任意の他の数の構成要素に加えて、成形型フレームおよび成形型ベースを含み得る。

【0022】

往復ねじ１１２は、前方への移動を継続し、溶融プラスチック材料１１４のショットを成形型空洞１２２に射出させる。一度溶融プラスチック材料１１４のショットが成形型空洞１２２に射出されると、往復ねじ１１２は、前方への進行を停止する。溶融プラスチック材料１１４は、空洞１２２の形態を取り、溶融プラスチック材料１１４は、溶融プラスチック材料１１４が固化するまで成形型１１８の内部で冷却される。一度プラスチック材料１１４が固化すると、クランプユニット１２４は、第１の成形型側面１２５および第２の成形型側面１２７を解放し、第１の成形型側面１２５および第２の成形型側面１２７は、互いに分離され、完成部品は、成形型１１８から排出され得る。

【0023】

添加剤射出システム
添加剤射出システム１５０はまた、材料を成形型空洞１２２に射出し得る。添加剤射出システム１５０は、添加剤材料１５４の供給物を収容する添加剤タンク１５２の形態であり得る、添加剤材料の供給源と、その各々が添加剤タンク１５２から添加剤材料１５４を受容し、かつ添加剤材料１５４を成形型空洞１２２に射出する、添加剤射出器１５６と、を含む。添加剤射出器１５６は、共通マニホルド１５８、または添加剤材料１５４が添加剤タンク１５２から添加剤射出器１５６に進行するためのチャネルを提供する、添加剤供給チャネルによって、添加剤タンク１５２に接続され得る。添加剤ポンプ１６０は、添加剤タンク１５２および／または共通マニホルド１５８に接続され、添加剤材料１５４を添加剤タンク１５２および／または共通マニホルド１５８から添加剤射出器１５６にポンプ圧送し得る。

【0024】

添加剤射出システム１５０はまた、１つ以上の接続１７５を介して、添加剤射出システム１５０と通信可能に結合され、かつ、概して、添加剤射出システム１５０の動作を制御するために使用される、コントローラ１７０を含む。１つ以上の接続１７５は、電子信号を送信および／または受信するように適合された任意のタイプの有線および／または無線通信プロトコルであり得る。これらの例では、コントローラ１７０は、ノズル１１６内に位置付けられたセンサ１２８、および／または添加剤射出器１５６の近位に位置付けられたセンサ１２９などの、少なくとも１つのセンサと信号通信している。センサ１２９は、成形型空洞１２２内またはその近くの任意の位置に位置付けられ得る。加えて、コントローラ１７０は、１つ以上の添加剤射出器１５６と信号通信してもよい。添加剤射出器１５６からのフィードバック情報はまた、コントローラ１７０に送信され得る。成形型１１８および／または機械１００の任意の数の特性を感知することができる任意の数の追加のセンサが、機械１００および／または添加剤射出デバイス１５０の所望の場所において設置され得ることが理解される。

【0025】

コントローラ１７０は、射出成形機１００および添加剤射出デバイス１５０に対していくつかの位置において配設することができる。例として、コントローラ１７０は、添加剤射出デバイス１５０と一体であるか、添加剤射出デバイス１５０上に取り付けられた筐体内に収容されるか、添加剤射出デバイス１５０に隣接するか、もしくは近接して位置決めされる別個の筐体内に収容され得、または添加剤射出デバイス１５０から離れて位置決めされ得る。いくつかの実施形態では、コントローラ１７０は、当技術分野で知られているおよび／または一般的に使用されている有線および／または有線信号通信を介して、添加剤射出デバイス１５０の機能を部分的または完全に制御することができる。

【0026】

センサ１２８および１２９は、溶融プラスチック材料１１４の１つ以上の特性を（直接的または間接的のいずれかで）測定するように適合された任意のタイプのセンサであり得る。センサ１２８および１２９は、圧力もしくは温度などの当技術分野で知られている溶融プラスチック材料１１４および／または添加剤材料１５４の任意の特性、またはこれらを示す１つ以上の任意の数の追加特性を測定し得る。センサ１２８および１２９は、溶融プラスチック材料１１４および／または添加剤材料１５４と直接接触してもよく、またはそうでなくてもよい。いくつかの例では、センサ１２８および１２９は、溶融プラスチック材料１１４および／または添加剤材料１５４に関連する特性だけでなく、射出成形機１００および／または添加剤射出システム１５０の任意の数の特性を測定するように適合され得る。

【0027】

センサ１２８および１２９は、コントローラ１７０の入力１７３に送信される信号を生成する。センサ１２８がノズル１１６内に配置されていない場合、コントローラ１７０は、ノズル１１６内の測定された特性の値を推定または計算するための適切な補正係数を提供するために、論理、コマンド、および／または実施可能なプログラム命令を用いて設定、構成、および／またはプログラムされ得る。

【0028】

同様に、センサ１２９は、溶融プラスチック材料１１４および／または添加剤材料１５４の１つ以上の特性を（直接的または間接的のいずれかで）測定して、成形型空洞１２２内のその存在および／または状態を検出するように適合された任意のタイプのセンサであり得る。様々な実施形態では、センサ１２９は、成形型空洞１２２内の充填終了位置もしくはその近く、または添加剤射出器１５６の近くに位置付けられ得る。センサおよび１２９は、圧力もしくは温度などの当技術分野で知られている成形型空洞１２２内の溶融プラスチック材料１１４および／または添加剤材料１５４の任意の特性、またはこれらを示す１つ以上の任意の数の追加特性を測定し得る。センサ１２９は、溶融プラスチック材料１１４および／または添加剤材料１５４と直接接触してもよく、またはそうでなくてもよい。

【0029】

センサ１２９は、コントローラ１７０の入力１７３に送信される信号を生成する。センサ１２９が成形型空洞１２２内の充填終了位置、または添加剤射出器１５６の近くに位置付けられていない場合、コントローラ１７０は、論理、コマンド、および／もしくは実施可能なプログラム命令を用いて設定、構成、ならびに／またはプログラムされて、充填終了位置または添加剤射出器１５６の近くにおいて、測定された特性に関する値を推定または計算するための適切な補正係数を提供することができる。任意の数の追加のセンサを使用して、動作パラメータを感知および／または測定してもよいことが理解される。例えば、２０１６年６月３０日に出願され、米国公開第２０１７／０００１３５６号として公開された、米国特許出願第１５／１９８，５５６号は、充填終了を予測するために充填終了前に位置決めされたセンサを記載し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0030】

コントローラ１７０はまた、添加剤ポンプ１６０と信号通信している。いくつかの実施形態では、コントローラ１７０は、コントローラ１７０の出力１７４から添加剤ポンプ１６０に送信される信号を生成する。コントローラ１７０は、とりわけ他の特性の中でも、（添加剤ポンプ１６０および添加剤射出器１５６を添加剤材料１５４の所望の添加剤射出圧力を維持する速度で制御することによる）射出圧力、添加剤射出速度、射出前進時間、射出パルス速度、射出時間などの添加剤射出デバイス１５０の任意の数の特性を制御することができる。

【0031】

コントローラ１７０は、添加剤ポンプ１６０および添加剤射出器１５６を制御して、パルス方式で添加剤材料１５４を射出し得る。実施形態では、添加剤射出器１５６は、コントローラ１７０によって、単一の射出サイクル中に、異なるパルス速度で添加剤材料１５４を空洞成形型１２２に射出するように命令され得る。例えば、添加剤射出器１５６は、射出サイクルにおける第１の時間中に、毎分わずか１０００回の射出から射出サイクルにおける第２の時間中に、毎分最大１００，０００回の射出までの範囲の速度で、添加剤材料１５４を射出するようにコントローラ１７０によって命令され得、第１および第２の時間は、添加剤射出プロファイルの一部である。添加剤射出プロファイルは、射出成形サイクル中の様々な時間において、および他の特性の中でも、様々な射出パルス速度で、様々な添加剤射出器１５６からの添加剤材料１５４の同時または独立した射出を含み得る。

【0032】

いくつかの実施形態では、コントローラ１７０は、添加剤ポンプ１６０および添加剤射出器１５６を制御して、添加剤材料１５４の分散を改善し得る低圧力（例えば、６，０００ｐｓｉ未満）で、添加剤材料１５４を射出し得る。追加的に、添加剤材料の低圧射出により、典型的な射出成形型よりも製造が安価かつ速い、容易に機械加工可能な材料で形成された成形型の使用を可能にし得る。いくつかの実施形態では、添加剤ポンプ１６０は、添加剤射出器１５６に一定の圧力を提供する方式で、添加剤材料１５４をポンプ圧送し得る。次いで、添加剤射出器１５６の各々の入口にある弁は、加圧するために選択的に開放可能になり得、それにより、関連する添加剤射出器１５６を通して添加剤材料１５４をポンプ圧送し得る。コントローラ１７０は、添加剤射出プロファイルに従って、添加剤ポンプ１６０および添加剤材料１５４をポンプ圧送するための弁を制御し得る。

【0033】

コントローラ１７０からの１つ以上の信号は、概して、材料粘度、活性化温度、および射出場所ならびに添加剤材料１５４の密度に影響を及ぼす他の変動が、コントローラ１７０によって考慮されるように、添加剤射出デバイス１５０の動作を制御するために使用され得る。調整がリアルタイムまたはほぼリアルタイムで（すなわち、センサ１２８、１２９の感知値とプロセスに加えられる変更との間の最小の遅延で）コントローラ１７０によって行われてもよく、または補正が後続のサイクルで行われ得る。さらに、任意の数の個々のサイクルから導出されるいくつかの信号が、添加剤射出プロセスまたは添加剤射出プロファイルを調整するための基礎として使用され得る。コントローラ１７０は、当技術分野で知られている、または今後開発される任意のタイプの信号通信を介して、センサ１２８および１２９、添加剤ポンプ１６０、添加剤射出器１５６、および／または添加剤射出デバイス１５０内の他の任意の構成要素に接続され得る。

【0034】

コントローラ１７０は、その動作を制御するように適合されたソフトウェア１７１、任意の数のハードウェア要素１７２（メモリモジュールおよび／またはプロセッサなど）、任意の数の入力１７３、任意の数の出力１７４、および任意の数の接続１７５を含む。ソフトウェア１７１は、非一時的なコンピュータ可読媒体の形態でコントローラ１７０のメモリモジュールに直接ロードされ得るか、または代替的にコントローラ１７０から離れて位置付けられ、任意の数の制御アプローチを介してコントローラ１７０と通信し得る。ソフトウェア１７１は、成形型サイクルの添加剤射出プロファイルに従って、添加剤射出デバイス１５０を制御するための論理および／またはコマンドを収容し得る論理、コマンド、および／または実行可能プログラム命令を含む。ソフトウェア１７１は、１つ以上のオペレーティングシステム、動作環境、アプリケーション環境、またはユーザインターフェースを含んでもよく、または含まなくてもよい。

【0035】

ハードウェア１７２は、入力１７３を使用して、コントローラ１７０によって制御されている射出成形機および添加剤射出デバイス１５０から信号、データ、および情報を受信する。ハードウェア１７２は、出力１７４を使用して、信号、データ、および／または他の情報を添加剤射出デバイス１５０に送信する。接続１７５は、信号、データ、および情報がコントローラ１７０とその添加剤射出デバイス１５０との間で送信され得る経路を表す。様々な実施形態では、この経路は、本明細書に記載されるかまたは当技術分野で知られている任意の様式で構成された、直接的または間接的物理的接続に類似して機能する物理的接続または非物理的通信リンクであり得る。様々な実施形態では、コントローラ１７０は、当技術分野で知られている任意の追加または代替の様式で構成され得る。

【0036】

添加剤射出プロファイルの開始のトリガーとしての非時間依存変数として感知された変数／特性の使用
前述のように、射出成形サイクル中に、センサ１２８および１２９は、添加剤射出器１５６からのフィードバックを送信することに加えて、添加剤射出デバイス１５０の動作に関連する少なくとも１つの変数を示す信号データを提供する。動作中、コントローラ１７０は、ソフトウェア１７１に記憶され得る添加剤射出プロファイルを開始する。いくつかの例では、添加剤射出プロファイルは、測定された変数が閾値に達したときに開始され得る。これらの例では、変数または特性は、時間以外のもの（例えば、サイクル、工程、または他の時間）である可能性があり、それゆえ、時間は直接測定されず、かつ添加剤射出プロファイルの開始または長さを判定するために使用され得ない、したがって、時間は、直接測定されず、かつ添加剤射出プロファイルがいつ完了したかを判定するために使用されない。むしろ、変数または特性は、添加剤射出プロファイルの完了に関する判定係数として、別の値または指標に依存する。１つ以上の非時間依存変数の使用は、連続する実行中に、ペレット１０８の同じ供給がある状態でも、ペレット品質、添加剤材料１５４の量、触媒安定性、周囲条件、または他の係数における変動が、成形型空洞１２２内の添加剤材料１５４の場所および密度の精度に影響を及ぼし得るので有利である。時間依存プロセスは、ほとんどの時間満足のいく部品を提供し得るが、１つ以上の非時間依存変数に基づいて、射出サイクルにおける添加剤射出プロファイルの進行を判定するシステムが、成形システム１００および添加剤射出デバイス１５０の個々のサイクルごとの添加剤材料の準備状況のより正確な評価を提供するため、より望ましい。

【0037】

図２Ａは、電磁弁２０２、射出器ホルダ２０４、およびノズル２０６を備えた添加剤射出器２００の実施形態である。添加剤材料は、電磁弁２０２を通過し、射出器ホルダ２０４を通り、ノズル２０６に入り、そしてノズル２０６から出て、図１の成形型空洞１２２などの成形型空洞に入り得る。電磁弁２０２は、図１のコントローラ１７０などのコントローラに電気的に接続され、電磁弁２０２を、添加剤射出プロファイルに従って、開放させ、閉鎖させ、部分的に開放させ、部分的に閉鎖させるか、または所与の周波数もしくは様々な周波数におけるパルスで開放および閉鎖させる方式で、コントローラ１７０によって制御され得る。

【0038】

添加剤射出器２００からのフィードバック情報は、添加剤射出プロファイルの進行についてのリアルタイム情報を提供し得る。潜在的なフィードバック情報の一例は、射出器ホルダ２０４の内部の添加剤材料の圧力である。射出器ホルダ２０４内の圧力の監視は、成形型空洞１２２内の添加剤射出器ノズル２０６の場所における溶融プラスチック材料の存在の検出を可能にし得、このことがコントローラ１７０に情報を提供し得、コントローラ１７０に添加剤射出プロファイルを開始、終了、変更、または前進させる。フィードバック情報はまた、ある期間にわたって成形型空洞１２２に射出される添加剤材料の量または添加剤材料の密度を判定するために、コントローラ１７０によって使用され得、これは、成形型空洞１２２の内部の材料の温度および圧力に寄与する。他の測定可能な係数の中でも、添加剤射出器２００の温度、電磁弁２０２を通る、射出器ホルダ２０４を通る、および／またはノズル２０６を通る添加剤材料の流速などの、他の係数がまた測定され、添加剤射出器２００からコントローラ１７０へのフィードバックとして使用される。

【0039】

図２Ｂは、成形型２０８の壁の内側に配設された、図２Ａの添加剤射出器２００上のノズル２０６の拡大図である。成形型２０８は、射出器シート２１０および１つ以上のオリフィス２１２を有する。オリフィス２１２は、添加剤射出器２００によって成形型空洞に直接射出される添加剤流体のためのチャネルを提供する。添加剤射出器２００は、空洞が実質的に充填されている間（すなわち、９０％超）、添加剤材料を成形型空洞に射出して、射出サイクルの終わり近くの時間に添加剤材料を導入することができ、これは、成形部品の表面上に添加剤材料を導入するために有用であり得る。いくつかの実施形態では、添加剤射出器２００は、溶融プラスチック材料２１４の流れを空洞に方向付けるゲートにおいて、成形型空洞の上流に配設され得る。成形型空洞の上流、成形型空洞のできるだけ近くでの添加剤材料の射出は、成形型空洞内の添加剤材料のより正確な最終位置決めを提供し、かつ複数の製造セッションにわたって、より一貫した部品製造が可能になり得る。添加剤材料として膨張性架橋ポリマーを用いる実施形態では、成形型空洞の近くへの添加剤材料の射出は、膨張性架橋ポリマー中で発生する化学反応のより良好な制御を可能にし得る。いくつかの実施形態では、添加剤射出器２００は、天然または非天然にバランスのとれた供給システム内に実装され得る。人工的に（または非天然に）バランスのとれた供給システムは、ＵＳ２０１２／０２９２８２３、「ＮＯＮ－ＮＡＴＵＲＡＬＬＹ ＢＡＬＡＮＣＥＤ ＦＥＥＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＡＮ ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＭＯＬＤＩＮＧ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」に記載され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0040】

ゲート内の添加剤射出器２００は、溶融プラスチック材料２１４の流れに添加剤材料を射出し得る。いくつかの実施形態では、オリフィス２１２は、射出された追加の材料を、上流方式で、すなわち、溶融プラスチック材料２１４の流れの方向に逆らって、ゲートに案内し得る。上流方式で溶融プラスチック材料２１４に追加の材料を射出することは、追加の剪断を誘発し、溶融プラスチック材料２１４中に追加の材料のより良好な混合を提供し得る。代替的に、他の実施形態では、オリフィス２１２は、射出された追加の材料を、下流方式で、すなわち、溶融プラスチック材料２１４の流れと同じ方向で、ゲートに案内し得、射出成形された部品内により良好なセルまたは隙間の形成、および潜在的にはより良好な発泡剤の収率を提供する。図２Ｂの添加剤射出器２００の実施形態などの実施形態では、複数の場所において、溶融プラスチック材料２１４の流れの方向に対する複数の角度で、追加の材料を溶融プラスチック材料２１４の流れに案内する複数のオリフィス２１２が存在し得る。他の実施形態では、オリフィスは、射出された追加材料を、溶融プラスチック材料２１４の流れに対して垂直にゲートに案内し得、またはオリフィス２１２の任意の組み合わせは、溶融プラスチック材料２１４の流れに対して様々な角度で、溶融プラスチック材料２１４の流れに追加材料を射出し得る。実施形態では、添加剤射出器のノズルおよび成形型のオリフィスは、潜在的な部品の欠陥を低減するために、ピンチオフポイントの近くまたはピンチオフポイントに戦略的に設置されてもよい。

【0041】

いくつかの添加剤材料は、本明細書に記載されるような添加剤射出器による射出に起因する混合および分散以外に、溶融流へのさらなる混合または分散を必要としない場合がある。材料の性質または添加剤材料に応じて、いくつかの添加剤材料は、溶融流へのさらなる混合または分散を必要とする場合もある。添加剤材料のさらなる混合を必要とするかかる実施形態では、混合器要素が、添加剤材料の溶融流への混合を支援し得る。混合器要素は、ポリマー溶融流全体にわたってより均一な分散で、添加剤材料をポリマーに混合するために、添加剤射出器の上流または下流で、ゲートまたはマニホルドに配設されて、ポリマー溶融流内の移動を誘発し得る。追加的に、混合要素は、溶融ポリマーが流れる射出成形システムのどこにでも配設され得る。混合要素は、ゲートの側壁からの単一の突起、溶融ポリマーが流れるグリッドパターン、回転ブレードもしくは複数のファンブレードなどの回転構造、または添加剤材料の溶融ポリマーへの混合を可能にする任意の他の構造であり得る。

【0042】

いくつかの実施形態では、添加剤材料は、発泡剤、架橋剤、または同様のものであり得る。射出成形において発泡剤として一般的に使用されるポリマーのクラスは、膨張性架橋ポリマーである。膨張架橋ポリマーは、ポリマー内で膨張および架橋が発生し始める活性化温度を有する。膨張性架橋ポリマーの例は、エチレン酢酸ビニルまたは「ＥＶＡ」であり、これは、重合されるときに、任意の数の膨張剤および任意の数の架橋剤を含み、指定された活性化温度によって活性化される。例えば、膨張剤および架橋剤は、約１６０℃～約１９０℃の温度で、または好ましくは、約１６５℃～約１８５℃の温度で、より好ましくは、約１７０℃～約１８０℃の温度で活性化され得、これにより、膨張および架橋が発生するための最適な範囲を提供し得る。好適な温度範囲の他の例が可能である。

【0043】

ここで図１に戻って参照すると、添加剤材料として膨張性架橋ポリマーを用いる実施形態では、成形型空洞１２２が活性化温度を下回る温度、例えば、１１０℃～１５０℃である間に、追加の材料１５４が、成形型空洞１２２に射出され得る。成形型空洞１２２が溶融プラスチック材料１１４および追加の材料１５４で充填され続けると、成形型空洞１２２は、追加の材料１５４の活性化温度よりも高い温度まで加熱される。例えば、成形型空洞１２２は、約１６０℃～約１８５℃の温度まで、好ましくは、約１７０℃～１８０℃の温度まで加熱されてもよい。このような場合、化学反応が、追加の材料１５４内で発生し始める。成形型空洞１２２の壁は、溶融プラスチック材料１１４および／または追加の材料１５４を射出する前に予熱され得るか、または代替的に、溶融プラスチック材料１１４および／または追加の材料１５４が成形型空洞１２２に入る際、好適な温度まで急速に加熱されてもよい。成形型空洞を画定する、成形型の表面を加熱するために使用され得る加熱技術の例は、抵抗加熱（またはジュール加熱）、伝導、対流、加熱された流体の使用（例えば、マニホルドもしくはジャケット内の過熱蒸気または油、また、熱交換器）、放射加熱（フィラメントまたは他のエミッタからの赤外線放射の使用を通じるなど）、ＲＦ加熱（または誘電加熱）、電磁誘導加熱（本明細書では誘導加熱とも称される）、熱電効果の使用（またペルチェゼーベック効果と呼ばれる）、振動加熱、音響加熱、およびヒートポンプ、ヒートパイプ、カートリッジヒーター、または電気抵抗線の使用であり、いずれにせよ、これらの使用が、上記のタイプの加熱のいずれかの範囲内であると見なされる。

【0044】

発泡剤は、最終製品の重量または密度を低減させるため、または部品にブレークポイントを導入するために使用され得る。例えば、図３Ａは、溶融プラスチック材料３０２および添加剤材料セル３０４を生成する添加剤材料で充填された、成形型空洞内の成形部品３００の例解図である。実施形態では、単一の添加剤射出器３０６Ａは、添加剤材料を溶融プラスチック材料３０２に射出し得る。図３Ａでは、添加剤材料は、添加剤材料セル３０４を生成する発泡剤、流体、またはガスであり得る。添加剤射出器３０６Ａは、添加剤射出プロファイルに従って、添加剤材料を射出するために、図１のコントローラ１７０などのコントローラによって制御され得る。図３Ｂは、図３Ａに例解されるセル３０４などの、異なるサイズおよび密度の添加剤材料セル３０４を生成するために実装され得る、添加剤射出プロファイルの一例を例解する。ここで図３Ａおよび図３Ｂを同時に参照すると、添加剤射出器３０６Ａは、添加剤材料セル３０４を生成する射出成形型製造サイクルの第１の期間ｔ₁中に、遅い繰り返し速度Ｒ_sで、添加剤材料を溶融プラスチック材料３０２に射出し得る。添加剤射出器３０６Ａは、第２の期間ｔ₂の間、溶融プラスチック材料３０２への添加剤材料の射出を停止して、成形される部品内に固体プラスチック領域を作成し得る。添加剤射出器３０６Ａは、第３の期間ｔ₃の間、より速い繰り返し速度Ｒ_fで、添加剤材料を溶融プラスチック材料３０２に射出し得、より大きく、より高密度の添加剤材料セル３０４をもたらす。パルス速度を変更することに加えて、添加剤射出器３０６Ａのノズルの開放から閉鎖デューティサイクルは、増加または減少されて、それに応じて、より大きい、またはより小さい添加剤材料セル３０４を生成し得る。時間ｔ₃中に射出されたものなどの、より高密度で、より大きいセルは、射出の繰り返し速度を増加させること、ならびにノズルの開放から閉鎖デューティサイクルを増加させることによって生成され得る。さらに、添加剤射出器３０６Ａは、期間ｔ₄の間、射出繰り返し速度をより遅い速度Ｒ_sに戻して低減させ得、成形部品３００の対応する領域に、より小さく、より低密度の追加の材料セル３０４をもたらす。図３に例解されるように、成形部品３００は、次いで、部品が他の領域よりも構造的により弱い領域をもたらす可能性がある、大きい、高密度の追加の材料セルの領域を有する。大きく、より高い密度の追加の材料セル３０４によって導入された脆弱性は、部品が、プラスチック飲料容器のためのプラスチックタブまたはツイフトオフ破断可能タブなどの、破断されることを意図された、大きく、より高密度の追加材料セル３０４を含有する領域において破断点を有することを可能にし得る。

【0045】

いくつかの実施形態では、複数の添加剤射出器３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃが、実装されて、図３Ａに例解される添加剤射出セルの３つの領域を実現し得る。添加剤射出器３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃは、それぞれ早い速度および遅い速度で添加剤材料を溶融材料３０２に射出して、成形型空洞の添加剤射出器の３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃの対応する領域の各々において、所望のサイズおよび密度の添加剤材料セルを実現する。添加剤射出器の各々は、図１のコントローラ１７０などのコントローラによって独立して制御されて、成形型空洞の添加剤射出器の３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃの対応する領域の各々において、所望の添加剤材料セル３０４の場所、密度、およびサイズに依存する添加剤射出プロファイルに従って、添加剤材料を射出する。図３Ａおよび図３Ｂに例解される例は、単一の添加剤射出器３０６Ａが、動的添加剤射出プロファイルを実装する成形部品内に、様々なセルサイズおよび密度を生成するために使用されること、およびさらに添加剤射出器３０６Ｂおよび３０６Ｃが、複数の独立した概して静的な添加剤射出プロファイルを使用する同じ部品を生成するために使用され得ることを例解する。図３Ａは、３つの添加剤射出器３０６Ａ、３０６Ｂ、および３０６Ｃを例解するが、任意の数の添加剤射出器が、添加剤材料を成形型空洞に射出するために使用され得る。追加的に、任意の数の動的射出プロファイル、静的射出プロファイル、またはこれらの組み合わせを実装して、追加の材料の所望の場所、濃度、および量、ならびに／または成形型空洞内の追加の材料セルのサイズを実現し得る。

【0046】

いくつかの実施形態では、添加剤材料は、非発泡材料であり得る。図３Ａのセル３０４などの添加剤材料セルは、非発泡材料をパルス方式で成形型空洞に射出することによって作成され得る。セルのサイズおよび場所は、添加剤材料をさらに上流に射出する代わりに、添加剤材料をゲートに直接、または成形型空洞に直接射出することによって高精度で制御され得る。いくつかの実施形態では、空気または別の軽量流体は、部品を生成するコストを低減させるため、および／または部品に必要な溶融プラスチックの量を低減させるために、より軽く、重くない部品の生成を可能にし得る、添加剤材料として実装され得る。

【0047】

他の実施形態では、添加剤材料は、着色剤であり得る。溶融プラスチック材料の流れに着色剤を射出して、成形部品の着色コアまたは部品の着色表面を作成することが望ましい場合がある。着色剤の量および着色剤の場所は、着色剤をゲートに、または射出成形機の成形型空洞に直接射出することによって正確に制御され得、これにより、部品および成形部品の表面上のより高い解像度の物理的特徴および色の設計が可能になり得る。加えて、本明細書に記載の添加剤射出器および方法は、射出された着色剤の密度におけるより多くの制御を提供し、これにより部品の色のより広い範囲もしくは勾配を可能にし、および／または成形部品の色欠陥および不整合を低減し得る。

【0048】

実施形態では、添加剤材料は、射出されたプラスチックまたは溶融材料の表面張力を制御するための触媒または界面活性剤であり得る。実施形態では、添加剤材料は、ＡＢＳ、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ＰＶＣ、ナイロン、アクリル、スチレン、ポリエーテルイミド、または前述の材料の配合物などの熱可塑性材料であってもよい。実施形態では、添加剤材料は、局所染色、ポリマーの溶解、および潜在的にポリマーの拡散を加速するために使用され得る超臨界流体であり得る。さらに他の実施形態では、添加剤材料は、溶液支援で導入された粉末であり得る。例えば、金属射出成形システムでは、添加剤材料は、７０～８０％の噴霧された金属粉末と、３０～２０％のポリマーワックスとの混合物として成形された部品を製造するための金属粉末であり得る。

【0049】

成形型空洞１２２に射出された添加剤材料１５４の場所および量は、細かく制御され、成形部品内の欠陥の数を低減することができる。加えて、本明細書に記載の方法およびデバイスは、射出成形サイクル中に、高圧、高速の材料噴霧を可能にし、直接重合プロセスに関する可能性につながる。本明細書に記載の方法およびデバイスは、他の性質の中でもとりわけ、部品の重量、コスト、耐久性、および色の範囲を作成するデバイス性質の増加された制御を可能にする。

【0050】

図４は、射出成形機１００のノズル１１６の下流で、図１の機械１００などの射出成形機に添加剤材料を射出するための方法４００の実施形態を例解するフローチャートである。ブロック４０２で、物理的射出成形機（図１の射出成形機１００など）および物理的添加剤射出デバイス（図１の添加剤射出デバイス１５０など）が提供される。コントローラは、添加剤射出デバイスを制御し、センサおよび／または添加剤射出器からの情報を受信する。４０４で、圧力、体積、および温度曲線、ならびに／または他の情報を含む、添加剤射出プロファイルが、添加剤材料の所望の射出速度またはパルス射出パターンのためにコントローラに提供される。

【0051】

４０６で、添加剤射出プロファイル内に含まれ得る、開始条件が検出され得、４０８で、添加剤射出プロファイルに従って、添加剤材料の射出の開始を引き起こす。開始条件は、開始温度値、開始圧力値、ゲートまたは成形型空洞における射出された溶融材料の検出された場所、溶融材料の検出された流速、または他の測定可能な係数もしくは値などの限界または開始値であり得る。いくつかの実施形態では、開始条件は、射出成形サイクルの開始後の時間遅延などの時間依存性であってもよい。４１０で、センサは、射出成形機および／または添加剤射出システムの添加剤材料、添加剤射出器、溶融材料、もしくは他の部品の、圧力、体積、温度、もしくは他の性質を感知するか、または監視し得る。射出成形サイクル中の添加剤射出中に、感知された圧力、体積、温度、および／または他の性質が、添加剤射出プロファイル内の対応する曲線もしくは所望の値と一致しない場合、添加剤材料の射出は、（４１２で）調整され得る。

【0052】

いくつかの実施形態では、添加剤射出システムを制御するコントローラは、射出成形機を制御する別のコントローラに信号を送信して、溶融材料の射出を変更し、添加剤射出プロファイルに従って、添加剤材料の射出を実現することを支援し得る。他の実施形態では、添加剤射出システムを制御するコントローラはまた、射出成形機を制御するか、または直接通信して、単一のコントローラが、溶融プラスチック材料および添加剤射出材料の両方の射出に対する調整を行うことを可能にする。コントローラはまた、他のデバイスに接続されるか、または他のデバイスに信号を送信して、溶融材料、添加剤射出材料、射出成形機、および／もしくは添加剤射出システムの圧力、温度、体積、もしくは他の特性に対する修正または変更（例えば、加熱ライン、抵抗加熱要素、または他のデバイスの手段を通じて、成形型空洞のアクティブ加熱を制御すること）を行うこともできる。

【0053】

添加剤射出サイクル中に、測定された条件または性質が、添加剤射出プロファイルと一致する場合、添加剤材料射出は、（４１４で）続行され、添加剤射出が、監視されて、添加剤射出プロファイルが完了しているかどうかを（４１６で）確認する。添加剤射出プロファイルが完了していない場合、添加剤射出は（４０８で）続行され、センサおよびコントローラによってさらに（４１０で）監視されて、添加剤射出プロファイルに従って、添加剤射出が実施されることを確実とし得る。添加剤射出プロファイルが完了したと（４１６で）判定された場合、添加剤射出は（４１８で）終了する。

【0054】

追加の材料を射出成形システムに射出するために添加剤射出器を実装するデバイスおよび方法は、本明細書で考察される主要なプロセスである、射出成形プロセスにおいて使用され得る。しかしながら、添加剤材料射出の方法は、実質的に定圧の射出成形プロセス、射出ブロー成形プロセス、ブロー成形プロセス、金属射出成形（ＭＩＭ）プロセス、反応射出成形（ＲＩＭ）プロセス、液体射出成形（ＬＩＭ）プロセス、構造発泡体成形プロセス、液晶ポリマー（ＬＣＰ）成形プロセス、および射出ストレッチブロー成形プロセスなどの、他の成形プロセスにおいて代替的に使用され得る。

【0055】

いくつかの実施形態では、図１のコントローラ１７０などのコントローラは、添加剤射出デバイス１５０を制御することに加えて、射出成形機１００とインターフェースするか、または射出成形機１００を制御し得る。コントローラ１７０は、溶融プラスチック材料１１４および添加剤材料１５４の射出を制御し得、および溶融プラスチック材料１１４、添加剤材料１５４、射出成形機１００、および／または添加剤射出デバイス１５０の圧力、体積、温度、流速、または任意の他の特性を含む、任意の性質を監視し得る。射出成形機１００および添加剤射出デバイス１５０の両方の射出を同じコントローラで制御することにより、プラスチック溶融材料の特性および射出を監視および制御するための能力に起因して、射出成形サイクル中の添加剤材料の射出のより正確な制御が可能になり得る。

【0056】

追加の材料を射出成形システムに射出するための添加剤射出器を実装するデバイスおよび方法は、マイクロ成形、３Ｄ印刷プロセス、ワイヤ放電加工（ＥＤＭ）、添加剤製造プロセス、材料堆積、および同様の技術において使用され得る。図５は、ポリマーの液滴、フレーク、および／または粒子を部品上に生成、処理、堆積、および融着させて、ポリマー、または金属の部品および構造の高解像度印刷を実現するための装置を統合する、システム５００の例解図である。添加剤射出器５０３を備えた添加剤射出デバイス５０２は、ポリマー構造または部品５０４上へのインクおよびレーザ印刷を支援するために、光受容テープ５０４上に添加剤材料を射出し得る。再帯電ドラム５０８は、ＡＣまたはＤＣバイアスを光受容テープ５０６に印加して、光受容テープ５０４上の残留電荷を除去し、光受容テープ５０６上の均一な負電位を確実とし得る。添加剤射出デバイス５０２は、添加剤材料の高解像度堆積物を生成するために、毎分最大１００，０００射出の速度で、光受容テープ５０４上に添加剤材料を堆積する、１つ以上の添加剤射出器５０３を有し得る。前帯電ステーション５１０は、光受容テープ５０４上に正電荷を提供するか、または光受容テープ５０４上の負電荷の領域を除去し得る。帯電ステーション５１２は、光受容テープ５０４に正電荷をさらに提供するか、または光受容テープ５０４上の負電荷を除去し得る。溶液支援堆積ステーション５１４は、負電荷粒子または材料を光受容テープ５０４上に堆積させてもよい。負電荷粒子または材料は、負電荷が、負電荷粒子が互いに反発するという事実に起因して、光受容テープ５０４から除去される場所でのみ光受容テープ５０４に付着する。次いで、融着ステーション５１６は、光受容テープ５０４上の材料を加熱して、材料を、光受容テープ５０４上の材料の対応する場所で部品５０６に融着させ得る。冷却ドラム５１８は、光受容テープに熱冷却を提供して、テープを再帯電させ、記載された堆積プロセスの別の反復のために再利用されることを可能にし得る。システム５００は、金属の成形および堆積能力を実現するために、高温（１２００℃）融着プロセス内に実装され得る。本明細書でのシステム５００の説明が、融着システム内の部品５０６上への材料の堆積に関する一方で、添加剤射出デバイス５０２を備えたシステム５００の同様の実装は、インクおよびレーザ印刷システム、ワイヤ放電加工、および電子顕微鏡における融着システムに関して実装され得る。

【0057】

「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語が、明細書または特許請求の範囲内で使用される限り、その用語が特許請求の範囲内の移行語として用いられるとき解釈される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様の方式で包括的であることを意図している。さらに、「または（ｏｒ）」という用語が用いられる限り（例：ＡまたはＢ）、「ＡまたはＢ、もしくは両方」を意味することを意図する。 出願人らが、「ＡまたはＢのみで、両方ではない」ことを指すことを意図するとき、「ＡまたはＢのみで、両方ではない」という用語が、用いられるであろう。このため、本明細書における「または」という用語の使用は、包括的であり、排他的使用ではない。Ｂｒｙａｎ Ａ． Ｇａｒｎｅｒ， Ａ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｌｅｇａｌ Ｕｓａｇｅ ６２４（２ｄ．Ｅｄ．１９９５）を参照のこと。また、「内（ｉｎ）」または「に（ｉｎｔｏ）」という用語が、明細書または特許請求の範囲内で使用される限り、「上（ｏｎ）」または「上（ｏｎｔｏ）」を付加的に意味することが意図される。さらに、「接続する（ｃｏｎｎｅｃｔ）」という用語が、明細書または特許請求の範囲内で使用される限り、「直接接続されている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」だけでなく、別の構成要素または複数の構成要素を介して接続されているなどの「間接的に接続されている（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」ことも意味することが意図される。

【0058】

当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に関して多種多様な修正、変更、および組み合わせを行うことができ、そのような修正、変更、および組み合わせは本発明の概念の範囲内にあるとみなすべきであることを認識するであろう。

【0059】

また、本特許出願の最後にある特許請求の範囲は、特許請求項において明示的に列挙される「～するための手段」または「～するためのステップ」などの、伝統的な手段・プラス・機能用語が明示的に列挙されていない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されることを意図するものではない。本明細書に記載のシステムおよび方法は、コンピュータ機能の改善、および従来のコンピュータの機能の改善を対象とする。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】