特表 2024-513820 分注デバイス及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-27

(54)【発明の名称】分注デバイス及びその方法

(51)【国際特許分類】

   B05C 5/00 20060101AFI20240319BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

B05C5/00 101

B05C11/10

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023560268

(86)(22)【出願日】2022-03-09

(85)【翻訳文提出日】2023-11-27

(86)【国際出願番号】 IB2022052113

(87)【国際公開番号】W WO2022208200

(87)【国際公開日】2022-10-06

(31)【優先権主張番号】63/167,866

(32)【優先日】2021-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】505005049

【氏名又は名称】スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100130339

【弁理士】

【氏名又は名称】藤井 憲

(74)【代理人】

【識別番号】100135909

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 和歌子

(74)【代理人】

【識別番号】100133042

【弁理士】

【氏名又は名称】佃 誠玄

(74)【代理人】

【識別番号】100171701

【弁理士】

【氏名又は名称】浅村 敬一

(72)【発明者】

【氏名】チャステック，トーマス キュー．

(72)【発明者】

【氏名】ナピエラーラ，マーク イー．

(72)【発明者】

【氏名】シュルツ，マーク エフ．

(72)【発明者】

【氏名】ベーリング，ロス イー．

(72)【発明者】

【氏名】サルニコフ，イリヤ エー．

(72)【発明者】

【氏名】ラブリアン，リチャード ピー．

【テーマコード（参考）】

4F041

4F042

【Ｆターム（参考）】

4F041AA04

4F041AB01

4F041BA06

4F041BA23

4F041BA34

4F042AA13

4F042AB01

4F042BA08

4F042BA12

4F042CB05

(57)【要約】

注入口及び注出口を有するバレルと、押出スクリューと、押出スクリューに動作可能に結合された駆動機構とを含む、組成物を分注するための装置が提供される。押出スクリューは、駆動機構に接続するためのシャンク端及びシャンク端の反対側の遠位端を有するシャフトを含む。シャフトの第１の区間の周りに第１の螺旋状フライトが延在し、シャフトの第２の区間の周りに第２の螺旋状フライトが延在する。第２の区間は第１の区間に対して遠位に位置し、第１の螺旋状フライトは第２の螺旋状フライトの公称外半径よりも小さい公称外半径を有し、任意選択的に、第１の螺旋状フライトは第１の螺旋状フライトのピッチよりも短いピッチを有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

押出スクリューであって、
駆動機構に接続するためのシャンク端及び、前記シャンク端の反対側の遠位端を有するシャフトと、
前記押出スクリューの第１の区間の周りに延在する第１の螺旋状フライトと、
前記押出スクリューの第２の区間の周りに延在する第２の螺旋状フライトと、を備え、前記第２の区間が前記第１の区間に対して遠位に位置し、前記第１の螺旋状フライトが前記第２の螺旋状フライトの公称外半径よりも小さい公称外半径を有する、
押出スクリュー。

【請求項2】

前記第１の螺旋状フライトが、前記第２の螺旋状フライトの公称外半径の５０％～９０％である公称外半径を有する、請求項１に記載の押出スクリュー。

【請求項3】

前記第１の螺旋状フライトが、前記第２の螺旋状フライトの公称外半径の６０％～８５％である公称外半径を有する、請求項２に記載の押出スクリュー。

【請求項4】

前記第１の螺旋状フライトが、前記第２の螺旋状フライトの公称外半径の７０％～８０％である公称外半径を有する、請求項３に記載の押出スクリュー。

【請求項5】

前記第１の螺旋状フライトと前記第２の螺旋状フライトとの間の半径の差が、１ミリメートル～１９ミリメートルである、請求項１～４のいずれか一項に記載の押出スクリュー。

【請求項6】

前記第１の螺旋状フライトと前記第２の螺旋状フライトとの間の公称外半径の差が、３ミリメートル～１５ミリメートルである、請求項５に記載の押出スクリュー。

【請求項7】

前記第１の螺旋状フライトと前記第２の螺旋状フライトとの間の公称外半径の前記差が、５ミリメートル～１２ミリメートルである、請求項６に記載の押出スクリュー。

【請求項8】

前記第１の螺旋状フライトが、前記第１の螺旋状フライトのピッチよりも短いピッチを有する、請求項１～７のいずれか一項に記載の押出スクリュー。

【請求項9】

前記第１の螺旋状フライトが、前記第２の螺旋状フライトのピッチの１０％～９９％であるピッチを有する、請求項８に記載の押出スクリュー。

【請求項10】

前記第１の螺旋状フライトが、前記第２の螺旋状フライトのピッチの２５％～７５％であるピッチを有する、請求項９に記載の押出スクリュー。

【請求項11】

前記第１の螺旋状フライトが、前記第２の螺旋状フライトのピッチの４０％～６０％であるピッチを有する、請求項１０に記載の押出スクリュー。

【請求項12】

前記第１の区間及び前記第２の区間の各々がほぼ一定のフライト半径を有し、前記シャフトが、第３の区間と、前記第１の区間の螺旋状フライトから前記第２の螺旋状フライトへの移行を提供するようにテーパー状になっているフライト半径を有する、前記第３の区間上の第３の螺旋状フライトと、を更に備える、請求項１に記載の押出スクリュー。

【請求項13】

前記第１の区間が前記押出スクリューの全長の２％～２５％の長さを有する、請求項１～１２のいずれか一項に記載の押出スクリュー。

【請求項14】

前記第１の区間が前記押出スクリューの前記全長の５％～２０％の長さを有する、請求項１３に記載の押出スクリュー。

【請求項15】

前記第１の区間が前記押出スクリューの前記全長の９％～１５％の長さを有する、請求項１４に記載の押出スクリュー。

【請求項16】

注入口及び注出口を有するバレルと、
請求項１～１５のいずれか一項に記載の前記押出スクリューと、
前記シャンク端に動作可能に結合された前記駆動機構と、
を備える、組成物を分注するための装置。

【請求項17】

請求項１６に記載の装置を使用して組成物を分注する方法であって、
前記組成物を前記バレルの前記注入口に供給することと、
前記第１の螺旋状フライトが前記注入口を通して前記組成物を前記バレルの前記第１の区間内に引き込み、前記第２の螺旋状フライトが前記第２の区間を通して前記組成物を搬送し、前記第２の区間で前記組成物が溶融されて前記注出口を通して排出されるように、前記押出スクリューを回転させることと、
を含む、方法。

【請求項18】

前記組成物がフィラメント組成物を含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の螺旋状フライトと前記バレルとの間の間隙が、フィラメント直径の５％～１００％である、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記フィラメント直径が、前記第１の螺旋状フライトと前記バレルとの間の前記間隙よりも２０％～５０％大きい、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ポリマー組成物のためのディスペンサ、特に、ポリマー組成物を連続的に分注することができるディスペンサが、関連する方法及び分注システムと共に提供される。

【背景技術】

【0002】

連続製造及び変換動作においてポリマー材料を供給する機構として、単軸スクリューディスペンサが一般的に使用されている。これらの機械は、円筒状バレル内に受け入れられる回転スクリューを使用する。バレルは通常、バレルの上部に位置する注入口と、バレルの遠位端に位置する注出口とを含む。バレルは長さに沿って、バレルの内容物を加熱する際に正確に制御され得る１つ以上の抵抗加熱要素を含むことができる。

【0003】

典型的には、これらのディスペンサは、典型的にはポリマーペレット又は粉末であるフィードストックを受け入れ、変換する。フィードストックとしては、周囲温度において固体である１つ以上の熱可塑性樹脂を挙げることができる。フィードストックは、注入口を通してディスペンサ内に供給された後、バレルの加熱された壁に沿った熱伝導と、スクリュー回転によって生成される高圧及び摩擦との組み合わせにより、その溶融温度を超えて加熱される。したがって、フィードストックは、回転スクリューによってバレルの長さに沿って搬送される際に、計量され、溶融され、混合され、最終的には注出口を通してバレルの遠位端から吐出される。

【0004】

スクリューはモータ式駆動アセンブリ及びギヤボックスによって動作させることができ、また、分注される組成物の特性及び当面の適用例に基づいて所望の温度プロファイルを維持するために、バレルに沿った１つ以上の制御ゾーンに沿って、加熱要素及び／又は冷却要素に温度コントローラが接続されている。

【発明の概要】

【0005】

フィラメント組成物を受容する分注デバイスを使用することによって、多くの技術的利点が得られる。フィードストックとしてフィラメントを使用することは、感圧接着剤組成物を含め、接着剤組成物を分注しようとする場合に特に便利である。これらの適用例では、取り扱い及びディスペンサへの供給を簡素化するために、フィラメントは、粘着性の第１の成分が非粘着性の第２の成分内に収められているコアシース（芯鞘）型のフォームファクタを有することができる。粘着性成分と非粘着性成分はディスペンサ内で溶融されて混合され、最終的には均質な組成物としてディスペンサの遠位端で排出される。

【0006】

フィラメントは、供給される様式においてペレットとは著しく異なる。フィラメントはペレットよりもはるかに大きく、注入口フライト間に納まらない。フィラメントのフォームファクタは、いくつかの技術的問題を提示し、そのうちの少なくともいくつかは予期されないものである。このプロセスでは、フィラメントがしっかりと把持され、一貫してディスペンサ内に引き込まれる必要がある。そうならない場合は、スループットが不適切になる、又は外部のモータ式供給機構が詰まる可能性がある。フィードホイールの詰まりは、従来のフィラメントディスペンサでは、よくある機能不全であることが分かった。ディスペンサ内へのフィラメントを計量するように考慮しても、詰まりは時折発生することがある。顧客の立場からは、断続的な詰まりであっても採用についての重大な障壁となり得る。

【0007】

別の不合格モードとして、ディスペンサへのフィラメントの供給が不慮に停止することもある。これは、例えば、スクリューがフィラメントを十分に把持していない場合に起こり得る。場合によっては、フィラメントが注入口の外へ落下することさえあり、注入口への適切な供給を回復するためにオペレータの介入が必要になる。

【0008】

本明細書で提供されるのは、低減された半径（すなわち、スクリューフライトの高さ）と、任意選択的に、注入口区間に沿って低減されたピッチとを有する押出スクリューを使用する分注デバイスである。低減された直径により、スクリューとバレルとの間に適切にサイズ決めされた間隙が作り出され、この間隙は最適には、フィラメント直径に一致し、軟質から中軟質の熱可塑性フィラメントをディスペンサ内に引き込むように積極的にはさみ取る働きをすることができる。注入口における減少したピッチにより、フィラメントがバレル内に引き込まれる速度を緩めてディスペンサの押出速度に一致させることができ、それによって、注入口における、更なる供給を妨げる回転ボールを回避する。

【0009】

回転ボール状態は、材料が注入口に入り、部分的に素練りされるが、スクリューの長さに沿って下に進まないときに生じる。その代わりに、材料は注入口の外へ戻り、素練りされた材料からなるボール形状の塊を生成する。この材料の塊は、スクリューと入ってくるフィラメントとの間の障壁として働く可能性がある。材料のボールが注入口に入らなくなるので、又は、フィラメントが引き込まれなくなるので、新しい材料は適切な供給を停止する。場合によっては、フィラメントがディスペンサの外へ落下する可能性があり、それによって、スクリューが回転ボールからの材料の消費を続けていても供給が停止する可能性がある。

【0010】

提供される本分注デバイスは、外部のモータ式供給機構の必要性を低減又は排除して分注システムを簡素化する一方で、信頼性及び経済性を高めることができる。

【0011】

第１の態様では、押出スクリューが提供される。この押出スクリューは、駆動機構に接続するためのシャンク端及び、シャンク端の反対側の遠位端を有するシャフトと、シャフトの第１の区間の周りに延在する第１の螺旋状フライトと、シャフトの第２の区間の周りに延在する第２の螺旋状フライトとを備え、第２の区間は第１の区間に対して遠位に位置し、第１の螺旋状フライトは第２の螺旋状フライトの公称外半径よりも小さい公称外半径を有する。

【0012】

第２の態様では、組成物を分注するための装置が提供され、この装置は、注入口及び注出口を有するバレルと、押出スクリューと、シャンク端に動作可能に結合された駆動機構とを備える。

【0013】

第３の態様では、装置を使用して組成物を分注する方法が提供され、この方法は、バレルの注入口に組成物を供給することと、
第１の螺旋状フライトが注入口を通して組成物をバレルの第１の区間内に引き込み、第２の螺旋状フライトが第２の区間を通して組成物を搬送し、第２の区間で組成物が溶融されて注出口を通して排出されるように、押出スクリューを回転させることと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】１つの例示的な実施形態による分注システムの概略図である。

【図2】例示的な実施形態における図１の分注システムで使用することができる分注装置の断面図である。

【図3】図２の分注装置で使用される一実施形態によるスクリューの立面側面図である。

【図4】代替実施形態による、スクリューの側面視を示す写真である。

【0015】

明細書及び図面中の参照文字が繰り返して使用されている場合、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。当業者は多くの他の修正形態及び実施形態を考案することができ、それらは本開示の原理の範囲及び趣旨に含まれることを理解されたい。図は、縮尺通りに描かれていないことがある。
定義

【0016】

「周囲温度」は、摂氏２２度の温度を意味する。

【0017】

「公称」は、平均を指す。

【0018】

「非粘着性」とは、材料を破砕することなく、材料をそれ自体から引き剥がすのに必要とされる力が、所定の最大閾値以下である、「自己接着試験」に合格する材料を指す。自己接着試験は、国際公開第２０１９／１６４６７８号（Ｎｙａｒｉｂｏら）に記載されており、典型的には、シースが非粘着性であるか否かを判断するためにシース材料の試料に対して実施する。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本明細書で使用する場合、「好ましい」及び「好ましくは」という用語は、一定の状況下で一定の利点をもたらすことができる、本明細書に記載の実施形態を指す。ただし、他の実施形態もまた、同じ又は他の状況下で好ましい場合がある。

【0020】

更にまた、１つ以上の好ましい実施形態の列挙は、他の実施形態が有用でないことを示唆するものではなく、他の実施形態を本発明の範囲から除外することを意図するものでもない。

【0021】

本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用する場合、文脈上別段の明記がない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数の指示物を含むものとする。したがって、例えば、「ａ」又は「ｔｈｅ」が付いた構成要素への言及には、構成要素及び当業者に公知のその均等物のうちの１つ以上を含んでもよい。更に、「及び／又は」という用語は、列挙された要素のうちの１つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの任意の２つ以上の組み合わせを意味する。

【0022】

「含む」という用語及びその変化形は、これらの用語が添付の記載に現れた場合、限定的意味を有しないことに注意されたい。また更に、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、「少なくとも１つの」及び「１つ以上の」は、本明細書では互換的に使用される。本明細書において、左、右、前方、後方、上部、底部、側、上方、下方、水平、垂直などの相対語が使用される場合があり、その場合、特定の図面において見られる視点からのものである。しかしながら、これらの用語は、記載を簡単にするために使用されるに過ぎず、決して本発明の範囲を制限するものではない。

【0023】

本明細書全体において、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」又は「ある実施形態」に対する言及は、その実施形態に関して記載される特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な箇所にある「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」又は「実施形態では」などの句の出現は、必ずしも本発明の同一の実施形態に言及しているわけではない。該当する場合、商品名は、全て大文字で記載する。

【0024】

溶融形態のポリマーフィードストックを連続的に分注するための分注装置が、そのシステム及び方法と共に本明細書に記載されている。分注される組成物は、１０～７０の範囲のショアＡ硬度を有することができ、場合によっては、１０未満のショアＡ硬度を有することもできる。これらの組成物は、任意選択的に、感圧接着剤である。分注装置は非常にコンパクトに作製され得る。

【0025】

図１は、以下で数字１００によって広範に参照される、例示的な分注システムの概略図である。分注システム１００は、可動アーム１０４の端部に取り付けられた分注装置１０２を含む。可動アーム１０４は、テーブル又は他のプラットフォームの一部であり得るベース１０６に固定されている。可動アーム１０４は、分注装置１０２が最大６自由度で並進及び回転することを可能にする、任意の数の関節１０５を有し得る。可動アーム１０４は手動制御又はロボット制御されてもよく、分注装置１０２が、押し出された組成物を、ベース１０６に対して広範囲の位置にわたって精度及び再現性を伴いながら分注できるようにする。

【0026】

任意選択的に、また図示されるように、分注システム１００は、図１に示されるように、分注装置１０２内に連続的に供給することができるフィラメント接着剤１０８を含む。フィラメント接着剤１０８は、図示されるようにスプール１１４から連続的に繰り出され得る。分注システム１００の他の構成要素に対するスプール１１４の位置は重要ではなく、好都合な場所に取り付けることができる。例えば、スプール１１４は、ベース１０６に、又はベース１０６が一般的に取り付けられる構造体に、固定することができる。

【0027】

図１の分注装置１０２は、ホットメルト形態の溶融組成物１１０を、例示的な基材１１２の結合表面上に分注している様子が示されている。基材１１２は限定される必要はなく、例えば、アセンブリに接着結合するための工業部品であってもよい。オプションとして、基材１１２をベース１０６上に取り付けることにより、分注装置１０２の位置決めのための空間的基準点を提供することができる。このことは、コンピュータを使用して分注装置１０２の位置及び向きを制御する自動プロセスにおいて、特に有用であり得る。

【0028】

有利には、溶融組成物１１０の分注は、自動化又は半自動化することができ、したがって、人間のオペレータによる介入をほとんど又は全く必要としない。例えば、所定のパターンに基づいてコンピュータによって提供される命令に従って、溶融組成物１１０を基材１１２上に分注することが可能である。所定のパターンは、（平面状の表面に沿った）２次元又は（非平面状の表面に沿った）３次元とすることができる。所定のパターンは、コンピュータ上のデジタル化されたモデルによって表すことができ、その所定のパターンを任意の数の基材に対してカスタマイズすることを可能にする。

【0029】

分注システム１００又は分注装置１０２が使用され得る適用例として、国際特許公開第２０２０／１７４３９６号（Ｎａｐｉｅｒａｌａら）に記載されるものが挙げられる。

【0030】

図１の分注システム１００は、フィラメント接着剤を受け入れるように特に適合されている。フィラメント接着剤は、連続した紐状構成で提供される粘着性物質である。フィラメント接着剤は、好ましくは、一様な断面積を有する。有利には、フィラメント接着剤を、スプールから分注装置などの分注装置内に連続的に供給することができる。

【0031】

特に有用なフィラメント接着剤は、コアシースフィラメント構成を有する。コアシースフィラメント材料は、第１の材料（すなわち、コア）が第２の材料（すなわち、シース）によって取り囲まれている構成を有する。好ましくは、コアとシースとは同心であり、共通の長手方向軸線を共有している。コアの端部は、シースによって取り囲まれている必要はない。有利には、非粘着性シースは、フィラメント接着剤１０８がそれ自体に固着することを防ぎ、それにより、スプール１１４上でのフィラメント接着剤１０８の簡便な保管及び取り扱いを可能にする。

【0032】

コアシースフィラメントの直径は特に制限されない。フィラメント直径の選択に影響を及ぼす要因としては、接着剤ディスペンサに対するサイズ制約、所望される接着剤スループット、及び、接着剤の適用に関する精度要件が挙げられる。コアシースフィラメントは、１ミリメートル～２０ミリメートル、３ミリメートル～１３ミリメートル、６ミリメートル～１２ミリメートルの平均直径を有することができ、あるいは、いくつかの実施形態では、１ミリメートル、２ミリメートル、３ミリメートル、４ミリメートル、５ミリメートル、６ミリメートル、７ミリメートル、８ミリメートル、９ミリメートル、１０ミリメートル、１１ミリメートル、１２ミリメートル、１３ミリメートル、１４ミリメートル、１５ミリメートル、１６ミリメートル、１７ミリメートル、１８ミリメートル、１９ミリメートル、又は２０ミリメートルよりも小さいか、それに等しいか、若しくはそれよりも大きい平均直径を有することができる。フィラメント接着剤１０８はストック物品であってもよく、適用例に適した任意の組成物及び長さで提供されてもよい。

【0033】

本明細書に記載の分注方法には、多くの潜在的な技術的利点がある。これらの技術的利点としては、分注後の接着特性の保持、低い揮発性有機化合物（volatile organic compound；ＶＯＣ）特性、ダイ切断の回避、設計の柔軟性、複雑な非平面状結合パターンの実現、薄い基材及び／又は繊細な基材上への印刷、並びに、不規則なトポロジ及び／又は複雑なトポロジ上への印刷が挙げられる。

【0034】

本開示によるコアシースフィラメント接着剤は、任意の既知の方法を使用して作製することができる。例示的な実施形態では、これらのフィラメント接着剤は、溶融ポリマーを同軸ダイを通して押し出すことによって作製される。上述のコアシースフィラメント接着剤に関する技術的詳細、選択肢、及び利点は、国際特許公開第２０１９／１６４６７８号（Ｎｙａｒｉｂｏら）に記載されている。

【0035】

提供される分注装置１０２は、図１に示される分注システム１００に限定される必要はないことを理解されたい。他の実施形態では、分注装置１０２は、固定された位置及び／又は向きを有してもよい。更に、分注装置１０２は、フィラメント接着剤以外のフィードストックを受容することができ、例えば、分注装置１０２は、ポリマーペレット、フレーク、又は顆粒を、当業者に知られているホッパー又は他の供給機構を介して受容することができる。

【0036】

図２は、図１の分注装置１０２をより詳細に示している。図示されるように、分注装置１０２は、バレル１２０と、その中に受け入れられている回転可能なスクリュー１２２と、を含む。ギヤボックス１２４及びモータ１２６が共に、スクリュー１２２に動作可能に結合された駆動機構を提供する。駆動機構は、装置１０２が操作されているときに、バレル１２０内のスクリュー１２２の回転に動力を供給する。モータ１２６は、動作中にひっかかりがある場合にスクリュー１２２の破損を回避するために、設定されたトルクレベルを超えてモータを失速させる高トルク制限を有することが、有利である。

【0037】

バレル１２０には、熱可塑性組成物などのフィードストック組成物をその溶融温度を超えて加熱するための１つ以上の加熱要素が入っている。スクリュー１２２の一方の端部に隣接して注入口１２８があり、ここで、フィラメント接着剤１０８が、装置１０２に入り、加熱されたバレル１２０との熱的接触及びバレル１２０内のスクリュー１２２の回転によって付与される剪断作用により溶融し得る。バレル１２０はスクリュー１２２の反対側の端部に、スクリュー１２２の長手方向軸１４８（図４に示される）に整列された注出口１２９を有し、ここで、溶融組成物が装置１０２から連続的に分注される。

【0038】

効果的な動作のために、スクリュー１２２は、スクリュー１２２がその回転によってバレル１２０に挿入され、またそこから除去されることができるようにする十分なクリアランスを有しながら、バレル１２０の内面と近接してはまり合うことが望ましい。動作中、このクリアランスは、少量の溶融組成物を収容し、それによってバレル１２０に対する液体シールを提供する。図示されるように、スクリュー１２２はいくつかの区間に細分され、それらの区間にはバレル１２０の注入口１２８に隣接する第１の区間１３０と、第１の区間１３０に対して遠位に位置し、バレル１２０の注出口１２９に向かって延在する第２の区間１３２とが含まれる。任意選択的に、また図示されるように、スクリュー１２２は、第２の区間１３２の遠位端に接続され、かつ注出口１２９に隣接している混合区間１３３を更に含む。

【0039】

スクリュー１２２の構造に関する更なる詳細について、装置１０２の残りの構成要素から分解されたスクリュー１２２を示す図３を参照しながら、以下で説明する。この図は、提供される順に、モータ１２６及びギヤボックス１２４に接続するためのスクリュー１２２のシャンク端１３４、第１の区間１３０及び第２の区間１３２、並びに混合区間１３３を示す。第１の区間１３０は、第１の螺旋状フライト１４２がその上に配置された第１のシャフト１４０から構成される。第２の区間１３２は、第２の螺旋状フライト１４６がその上に配置された第２のシャフト１４４から構成される。第１の螺旋状フライト１４２及び第２の螺旋状フライト１４６は、互いに接続されていてもよく、あるいは、接続されていなくてもよい。更に、いくつかの実施形態では、第１の区間１３０及び第２の区間１３２のいずれか又は両方に２つ以上の螺旋フライトが存在することができる。より大きいピッチが所望される場合、及びフライト間の間隙を最小に保ちたい場合、複数の螺旋状フライトの組み合わせが有利であり得る。

【0040】

第１のシャフト１４０及び第２のシャフト１４４は概して、共通の長手方向軸１４８を中心とする軸対称である。シャフト１４０、１４４の半径又は周囲長は、区間１３０、１３２のいくつかの部分に沿ってほぼ一定で、区間１３０、１３２の他の部分にわたっては概して増大することができる。図３に示される実施形態では、第１のシャフト１４０の半径は長さに沿ってほぼ一定である。対照的に、第２のシャフト１４４の半径は長さの第１の部分にわたってほぼ一定であり、長さの第２の部分にわたって有意に大きい半径まで増大し、その後、長さの第３の部分にわたってその大きい半径でほぼ一定である。第２のシャフト１４４をテーパー状にすることにより、組成物の混合及び溶融によってバレル内の圧力を強制的に高めて、溶融物を注出口から排出するのを助けることができる。

【0041】

第１の螺旋状フライト１４２及び第２の螺旋状フライト１４６の各々は、それぞれの区間１３０、１３２の長さに沿ってほぼ一定の半径を有する。ただし、図示されるように、第１の螺旋状フライト１４２は、第２の螺旋状フライト１４６の半径よりも有意に小さい半径を有する。第１の螺旋状フライト１４２は、第２の螺旋状フライト１４６の公称外半径の５０％～９０％、６０％～８５％、７０％～８０％である公称外半径を有することができ、又は、いくつかの実施形態では、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、若しくは９０％よりも小さいか、等しいか、それよりも大きい公称外半径を有することができる。パーセント差が低すぎる場合は、はさみ取る現象は観察されない。パーセント差が高すぎる場合は、注入口フライトが非常に浅くなるので、スクリュー強度が損なわれ、破損しやすくなることがある。

【0042】

スクリュー１２２のサイズに応じて、第１の螺旋状フライト１４２と第２の螺旋状フライト１４６との間の半径の絶対差は０．５ミリメートル～１９ミリメートル、３ミリメートル～１５ミリメートル、５ミリメートル～１２ミリメートルであってもよく、又は、いくつかの実施形態では、０．５ミリメートル、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、若しくは１９ミリメートルよりも小さいか、等しいか、それよりも大きくてもよい。

【0043】

いくつかの実施形態では、第１の螺旋状フライト１４２は第２の螺旋状フライト１４６のピッチよりも短いピッチを有し、ここでピッチは、同じフライトの連続した２回の回転の間の、長手方向軸１４８に平行な方向に沿った中心間距離として定義される。第１の螺旋状フライト１４２は、第２の螺旋状フライト１４６のピッチの１０％～９９％、２５％～７５％、若しくは４０％～６０％であるピッチを有することができ、又はいくつかの実施形態では、１０％、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９９、若しくは１００％よりも小さいか、等しいか、若しくはそれよりも大きいピッチを有することができる。注入口ピッチが小さすぎると、フィラメントの引き込みが遅すぎて、最大スループットが制限されることがある。注入口ピッチが大きすぎると、スクリューの残りの部分が追従できず、フィラメントが過剰供給され、回転ボールが形成されて供給プロセスを停止させることがある。

【0044】

スクリュー１２２は、第１の区間１３０及び第２の区間１３２のみから構成される必要はない。例えば、ここには示されていないが、スクリュー１２２は、第１の区間と第２の区間とを互いに接続する移行区間を更に含むこともできる。例示的な実施形態では、第１の区間及び第２の区間の各々がほぼ一定のフライト半径を有し、スクリューは、第１の区間のフライトから第２の区間のフライトへのより滑らかな移行を提供するようにテーパー状になっているフライト半径を有する第３の区間を更に備える。

【0045】

第１の区間１３０は概して、スクリュー１２２の区間の、バレル１２０の注入口１２８に隣接する部分の大半又は全体に沿って延在する。好ましい実施形態では、第１の区間１３０は、フィラメントをバレル内に納めるように機能できるように、注入口１２８をいくらか越えて延在している。任意選択的に、注入口１２８は、フィラメントが納まらずにスクリューの上に乗ることができるようになっている。第１の区間１３０は概して第２の区間１３２よりも短く、スクリュー１２２の全長の２％～２５％、５％～２０％、９％～１５％の長さを有することができ、又はいくつかの実施形態では、２％、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、若しくは２５％よりも小さいか、等しいか、若しくはそれよりも大きい長さを有することができる。第１の区間１３０の長さは、注入口１２８の長さの少なくとも８０％、少なくとも９０％、又は少なくとも１００％であってもよい。

【0046】

スクリュー１２２がバレル１２０内で回転しているとき、第１の螺旋状フライト１４２の半径は概して、フィラメント組成物などの連続したフィードストックが第１の螺旋状フライト１４２の外面とバレル１２０の内面との間に有効に把持されることができるようにサイズ決めされている。装置１０２では、これらの対向する表面間のクリアランス又は間隙は、好ましくは、バレル１２０の注入口１２８に供給されるフィラメント組成物の直径よりも小さい。この空隙により、装置１０２の動作中にスクリュー１２２が回転する際に、フィラメント組成物を一貫した速度で積極的に注入口１２８に引き込むことができる。

【0047】

第１の螺旋状フライト１４２の適切なサイズ決めは概して、フィードストックの寸法に依存する。第１の螺旋状フライト１４２とバレル１２０との間の間隙が、フィラメント直径の５％～１００％、１０％～７５％、２０％～５０％であること、又はいくつかの実施形態では、５％、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、若しくは１００％よりも小さいか、等しい、若しくは、それより大きいことは、有利であり得る。

【0048】

スクリュー１２２によってフィラメント組成物がバレル１２０内に引き込まれる速度の制御は、第１の螺旋状フライト１４２のピッチを最適化することによって達成することができる。スクリュー１２２及び装置１０２のここに記載した構成の主な利点は、より一般的には、高度に制御された速度でフィラメント組成物を装置１０２内に能動的に引き込みながらも、フィラメント組成物の偶発的な切断又は把持の喪失のリスクを最小限に抑えるか、又は排除できるようになることである。装置１０２は自己計量型なので、外部のモータ式供給システムを設ける必要はない。また、この構成により、供給速度と消費速度との間の不一致の結果として注入口１２８付近でフィラメント接着剤が詰まる速度が、相当減少することが分かった。

【0049】

図４は、スクリュー２２２が別種のマドックタイプの混合区間２３３を使用することを除き、図１に示されるものと類似した実施形態によるスクリュー２２２を示す。先述の混合区間１３３と同様に、この構成要素は、組成物がディスペンサから排出される前に組成物を完全に溶融させるように意図されている。ただし、任意の他のタイプの混合区間を、代替的に、又は組み合わせて使用し得ることが理解される。例えば、混合区間は、（Ｓａｘｔｏｎミキサに見られるような）クロスカット、又は、パイナップルミキサに使用されるものを含めた様々な既知のポストパターンのうちのいずれかを有する、複数の円筒状ポスト又は高密度フライト付きスクリュー区間に基づくこともできる。任意選択的に、バレルの内部側壁上にポスト又はピンが配置されて、混合プロセスを補助してもよい。干渉を避けるために、スクリューのフライトにクロスカットが存在してもよい。スクリュー２２２の他の態様は、スクリュー１２２に関して既に図示及び説明されたものと本質的に類似しており、ここでは繰り返さない。

【0050】

他の変形例が可能である。例えば、スクリューは、同時係属中の米国仮特許出願第６２／９９４，６３３号（Ｃｈａｓｔｅｋら）に記載されているような中空構成を有することもできる。また、国際公開第２０２０／１７４３９４号（Ｎａｐｉｅｒａｌａら）に記載されているように、スクリューは、第１の区間のフライト上に形成された把持ラグを含むように修正することもできる。鋼、クロム、又はアルミニウムから構成される金属コーティングを含む様々なコーティングが当技術分野で知られており、当該技術分野で知られているようにスクリュー表面に配置して、耐亀裂性及び耐腐食性を提供することができる。

【実施例】

【0051】

本開示の目的及び利点は以下の非限定的な実施例によって更に例証されるが、これらの実施例に引用される具体的な材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限するものと解釈されるべきではない。

【0052】

別段の記載がない限り、実施例及び本明細書の他の箇所における全ての部、百分率、比などは、重量基準である。

【表1】

【0053】

試験方法：
スループット測定試験
ディスペンサ温度を２００℃に設定し、少なくとも１０分間平衡させた。注入口オリフィスが下を向き、かつ妨げとなるものがないようにディスペンサを配向し、ディスペンサの下方に位置するバレルからフィラメントを供給した。フィラメントの供給は、スクリューを８０回転／分で回転させながら、注入口オリフィスにフィラメントを手動で挿入することによって開始した。分注を少なくとも１分間実施して、バレルが確実に接着剤で満たされるようにした。ディスペンサの遠位端から出た溶融接着剤をアルミニウムパンに収集し、秤量した。３０秒間サンプルを収集した。収集したサンプル間で、ディスペンサを３０秒間停止した。合計５つのサンプルを連続的に収集し、収集と収集との間にスクリューを３０秒間停止させ、スループットをキログラム／時間（ｋｇ／ｈ）で報告した。５つのスループットサンプル間の標準偏差もまた、キログラム／時間で報告した。ディスペンサのスループット速度が確実に十分に再現可能であるためには、標準偏差はスループットの１０％未満でなければならない。

【0054】

フィード把持試験
ディスペンサ温度を２００℃に設定し、少なくとも１０分間平衡させた。注入口オリフィスが下を向き、かつ妨げとなるものがないように、また、重り保持プラットフォームの１．４５メートル上方にあるように、ディスペンサを配向した。一端でフィラメント内に半径１０ｃｍのループを結びつけて、長さ２メートルのフィラメント片を準備した。１キログラムの重りをこのループに取り付け、重り保持プラットフォーム上に置いた。スクリューを８０ＲＰＭで回転させ、フィラメントの、結び目及び重りのない側の端部を注入口オリフィスに手動で押し込むことによって、フィラメントの供給を開始した。１キログラムの重りとディスペンサとの間で全てのたるみが除去される点まで十分にフィラメントがディスペンサに供給されると、タイマーを開始した。供給を続け、６０秒間監視した。ディスペンサが、少なくとも５０％のスループット率を維持しながら、フィラメントを注入口に引き込み続けることに成功した場合、合格条件とみなした。合格条件は、１キログラムの重りを重り保持プラットフォームから持ち上げることを伴ってもよく、又はフィラメントが伸長してもよい。合格条件は重りを持ち上げることとフィラメントの伸長との両方の組み合わせからなってもよく、正確な結果はフィラメントのデュロメータ及び直径に依存することが理解される。一方、フィラメントが６０秒以内にディスペンサの外へ落下した場合は、不合格とした。不合格は、スクリューがフィラメントを把持できないこと、又は回転ボールが形成されることによって引き起こされ得る。場合によっては、スクリューがフィラメントを弱く把持しすぎているためにフィラメントのたるみは除去されないが、フィラメントの粘着性によってフィラメントの脱落を防ぐことができる。この状況では、フィラメントのたるみなしで１キログラムの重りが重り保持プラットフォームの３０センチメートル上方にくるまで、フィラメントの供給を手動で補助した。１キログラムの重りをゆっくりと解放してフィラメントに張力をかけ、試験を開始した。フィード把持試験の間、外部の供給機構又は把持機構は使用しなかった。試験を３回行い、スクリュー設計が望ましいフィード把持の強さを有するとみなすには、３つの連続した合格値が要求された。

【0055】

予備実施例１（ＰＥ１）：
多峰性非対称ブロックコポリマー（Polymodal Asymmetric Block Copolymer、ＰＡＳＢＣ）の調製
多モード非対称スターブロックコポリマー（「ＰＡＳＢＣ」）を、その主題が参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，３９３，７８７号（Ｎｅｓｔｅｇａｒｄら）の例１に従って調製した。ポリマーは、ポリスチレン基準を用いて較正したＳＥＣ（サイズ排除クロマトグラフィー）により測定した数平均分子量が、２つのエンドブロックについて約４，０００ダルトン及び約２１，５００ダルトン、アームについて１２７，０００～１４７，０００ダルトン、スターについて約１，１００，０００ダルトンであった。ポリスチレン含有量は、９．５～１１．５重量パーセントであった。高分子量アームのモル百分率は、約３０％と推定された。

【0056】

コアシースフィラメントの調製
フィラメントの組成（材料量は重量パーセント）を表２に示す。フィラメント構造を組み立てるための技術及びプロセスの更なる説明は、ＰＣＴ特許出願公開第２０１９／１６４６７９８号（Ｎｙａｒｉｂｏら）に含まれる。コア接着剤原材料は、２１２℃で動作する３０ｍｍのＳｔｅｅｒ二軸スクリューディスペンサで配合した。Ｚｅｎｉｔｈギヤポンプを使用して、内径２５ｍｍ及び長さ２．４メートルを有する加熱されたホースを通るように溶融接着剤を押し込んだ。溶融接着剤を、同軸ダイの中央オリフィスを通して３０℃のウォーターバス内に分注し、手動で繊維ドラムに巻き取った。コアシースフィラメントを、直径８ｍｍ±１ｍｍで作製した。シース材料を、２０４℃に設定された３０ｍｍの単軸スクリューディスペンサを使用して供給し、同軸ダイの外側リングオリフィスを通して分注した。

【表2】

【0057】

実施例１及び比較例１（ＥＸ１及びＣＥ１）
接着剤の分注
ＰＥ１で組み立てたコアシースフィラメントを、繊維ドラムから分注ヘッドに直接供給した。分注ヘッドには、スクリュー（ＥＸ１）又は比較用スクリュー（ＣＥ１）のいずれかが収容されており、これらは両方とも以下に更に定義されるように製造されたものである。分注ヘッドに装填されたＥＸ１スクリューとＣＥ１スクリューの両方について、スループット測定試験を実施した。スループット測定試験の結果を表３に記録する。

【0058】

ＥＸ１及びＣＥ１を有するディスペンサをフィード把持試験にも供した。その結果を表３に報告する。

【表3】

【0059】

ＥＸ１スクリューの製造
図３及び図４に表されるとおりの、長さ２６２ミリメートル（ｍｍ）で半径９．５ｍｍのスクリューを、コンピュータ数値制御（computer numerical controlled：ＣＮＣ）四軸垂直エンドミル内で機械加工した。半径９．５ｍｍのアルミニウム６０６１の中実円筒に機械加工プロセスを行った。第１の区間１３０及びマドックミキサーについては半径１．５５ｍｍ（０．０６２５インチ）、第２の区間１３２については半径４．７５ｍｍ（０．０１８７インチ）のエンドミルカッターでチャネル幅を画定して単一のチャネルを作製して、フライトを画定した。第１の区間のピッチ（すなわち、フライト間の頂部から頂部までの距離）は６ｍｍ、第２の区間のピッチは１２．５ｍｍであった。スクリューシャンクは長さ３５ｍｍ、半径６ｍｍであった。第１の区間はシャンク端から４５ｍｍから７７ｍｍまで延在しており、７ｍｍの外半径（フライトの高さ）を有した。第１の区間のスクリュー谷底半径（半径からフライトの高さを引いたもの）は４．４５ｍｍであった。第２の区間は、９．５ｍｍのフライト外半径を有した。第２の区間の谷底半径は、シャンク端から測定して７７ｍｍから１４０ｍｍまでは４．４５ｍｍで、１４０ｍｍから１９０ｍｍまでで６．７ｍｍに増大した。１９０ｍｍと２３２ｍｍの間では、第２の区間の谷底半径は６．７ｍｍであった。スパイラル状マドックミキサーは２３２～２５７ｍｍに位置した。ピッチは１００ｍｍであった。フライトは、単一の３．１ｍｍチャネルで画定され、６．７ｍｍの谷底半径を形成した。スパイラル状マドックミキサーの設計で期待されるとおりに、シャンクと遠位端との間で開口部が交互になるようにして、等間隔の８つの平行スパイラルチャネルを作製した。マドックミキサーのフライト外半径は９ｍｍであった。

【0060】

ＣＥ１比較用スクリューの製造
比較のために、比較用スクリューを製造した。比較用スクリューはＥＸ１と同様の設計を有するが、主な違いは、第１の区間１３０のフライトを有さないことであった。すなわち、第２の区間１３２のみを有する従来の方法で作製された。

【0061】

長さ２６２ｍｍで半径９．５ｍｍのスクリューを、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）四軸垂直エンドミル内で機械加工した。半径９．５ｍｍのアルミニウム６０６１の中実円筒に機械加工プロセスを行った。マドックミキサーについては半径１．５５ｍｍ（０．０６２５インチ）、第２の区間１３２については半径４．７５ｍｍ（０．０１８７インチ）のエンドミルカッターでチャネル幅を画定して単一のチャネルを作製して、フライトを画定した。第２の区間１３２のピッチは１２．５ｍｍである。スクリューシャンクは長さ３５ｍｍ、半径６ｍｍであった。第２の区間１３２は、シャンク端から４５ｍｍから２３２ｍｍだけ延在していた。第２の区間１３２は、９．５ｍｍのフライト外半径を有していた。第２の区間１３２の谷底半径は、シャンク端から測定して４５ｍｍから１０７ｍｍまでは４．４５ｍｍで、１０７ｍｍから１７０までで６．７ｍｍに増大した。１７０ｍｍと２３２ｍｍの間では、第２の区間１３２の谷底半径は６．７ｍｍを維持していた。スパイラル状マドックミキサーは２３２～２５７ｍｍに位置した。ピッチは１００ｍｍであった。フライトは、単一の３．１ｍｍチャネルで画定され、６．７の谷底半径を形成した。スパイラル状マドックミキサーの設計で期待されるとおりに、シャンクと遠位端との間で開口部が交互になるようにして、等間隔の８つの平行スパイラルチャネルを作製した。マドックミキサーのフライト外半径は９ｍｍであった。

【0062】

バレルの製造
バレルのシャンク端を表すアルミニウムブロック（６３．５ｍｍ×３８．１×７６．２ｍｍ）を、バレルの注入口区間に使用した。中心最長軸を通して半径９．５ｍｍの穴を切削し、主バレル軸を確立した。ブロックにねじ山を切り、スケジュール８０アルミニウム３／４インチＮＰＴパイプニップルを受容した。ＮＰＴパイプニップルは、主バレル軸に沿って長さ１５２．４ｍｍであった。バレルの遠位端を表す第２のアルミニウムブロック（３８．１ｍｍ×３８．１ｍｍ×２５ｍｍ）を作製し、また、中心最短軸を通して半径９．５ｍｍの穴を切削した。最短軸にねじ山を切り、ＮＰＴパイプニップルの他端に接続した。第２のブロックの遠位端は半径１．６ｍｍのオリフィスを有し、出口ノズルとして作用した。追加の機械加工を実施して、主バレル軸を内径９．６ｍｍまで穿孔した。注入口オリフィスを、ブロック１の主バレル軸の真上に切削した。半径４．８ｍｍのエンドミルカッターを使用して、幅９．５ｍｍ、長さ１９．１ｍｍのチャネルを作製した。チャネルは、バレルの遠位端から１２．５ｍｍ～３１．６ｍｍのところで開始した。注入口オリフィスは、まっすぐな側面を有し、斜面を有さなかった。注入口オリフィスの長軸は、主バレル軸の直接上方を中心とした。

【0063】

バレルを、２枚のアルミニウム板（９．５ｍｍ×３８．１ｍｍ×１００ｍｍ）を使用して、２００ＷのＡＣサーボモータと２５：１遊星ギヤボックスとの組み合わせに取り付けた。押出機のスクリューシャンクを、モータカプラを用いてギヤボックスシャフトに接続した。抵抗バンドヒーター及び熱電対をＰＩＤ温度コントローラと組み合わせて使用して、ディスペンサを２００℃にした。

【0064】

分注システム構成要素の製造：
同時係属中の米国特許仮出願第６２／８１０２４８号（Ｎａｐｉｅｒａｌａら）に記載されている製造技術に従って、他の分注システム構成要素を組み立てた。

【0065】

特許状に関する上記特許出願において引用された全ての文献、特許文献又は特許出願は、一貫した形でそれらの全容が参照により本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先するものとする。前述の記載は、当業者が、特許請求の範囲に記載の開示を実践することを可能にするためのものであり、本開示の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本開示の範囲は特許請求の範囲及びその全ての等価物によって定義される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】