JP2003326580A - ホットランナ射出成形装置 - Google Patents

ホットランナ射出成形装置

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ジョブスト、ユー．ジェラート
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度が高く熱伝導性が向上したホットランナ
射出成形装置を提供かる。 【解決手段】 溶融物通路（１２”’）を有する溶融物
分岐マニホールド（２８”’）と溶融物ボア（４２）を
有する射出ノズル（１０”’）とを備えた溶融物移送シ
ステムと、射出ノズル（１０”’）に隣接して射出ノズ
ル（１０”’）の溶融物ボア（４２）と流体連通する金
型キャビティ（１６）と、溶融物分岐マニホールド（２
８”’）を加熱するフィルムヒーター要素（３０２）を
有するマニホールドヒーター（５０”’）とから構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形装置に関
し、より詳しくは、強度が高く熱伝導性が向上したホッ
トランナ射出成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本技術分野でよく知られているように、
ホットランナ射出成形システムは、成形機の入口から１
個または複数個の出口まで加圧された溶融物を移送する
マニホールドを有し、それぞれの出口がノズルに導か
れ、ノズルがさらに射出成形金型のキャビティのゲート
まで延びている。
【０００３】マニホールドとノズルは、キャビティの数
や配列に応じて種々の構造配置をとる。マニホールドお
よび／またはノズル全体における望ましい温度分布を維
持するべく、マニホールドおよび／またはノズルを加熱
する手段を提供するとよいことが知られている。
【０００４】マニホールドやノズルを加熱する種々の手
段が知られている。たとえばＧｅｌｌｅｒｔによる米国
特許４，６８８，６２２号およびＧｅｌｌｅｒｔによる
米国特許４，６４８，５４６号に述べられているよう
に、マニホールドがそこに一体的に鋳造または鑞付けし
た電気加熱要素を有する。
【０００５】さらに、Ｇｅｌｌｅｒｔによる米国特許
４，４３９，９１５号に開示されているように、カート
リッジヒーターをマニホールド内に鋳造できる。あるい
は、１９９９年６月８日に本願と継続出願された係属米
国出願の出願番号０９／３２７，４９０号に開示されて
いるように、マニホールドに熱を提供するように、プレ
ートヒーターをマニホールドに隣接して配置できる。
【０００６】同様に、Ｇｅｌｌｅｒｔによる米国特許
４，５５７，６８５号に示されているように、ノズルが
その中に一体的に鑞付けしたヒーター要素を有する。Ｖ
ｏｎＢｕｒｅｎによる米国特許５，４４１，３９２号と
Ｓｃｈｍｉｄｔによる米国特許５，３６０，３３３号に
示されたように、ノズルがその周りに配された加熱され
たスリーブを有してもよく、米国特許５，９７３，２９
６号に示されたように、フィルムヒーターを用いてもよ
い。
【０００７】射出成形システムは、高温、高圧、そして
多数のサイクルで操作されるため、マニホールド構成部
品、ノズル構成部品、そしてヒーター構成部品も、強度
の高い材料、典型例としてはＨ１３のような強度の高い
工具鋼から製造されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このような材料は、普
通、耐食性も良好であり、このことは、本技術で良く知
られているように有益であるが、工具鋼は熱伝導性が低
く、ランナやゲートの温度を正確に制御するのが難しく
なる。そこで、熱伝導性の高い銅のような材料にする
と、こんどは強度や硬度が工具鋼に劣ってしまう。その
上、銅や銅の合金は、耐食性も非常に低い。他にも、耐
熱合金、たとえばモリブデンやタングステンのような熱
伝導性の高い材料が知られているが、これらの材料は、
加工しにくいばかりでなく、価格も高い。
【０００９】ある種の適用では、高い強度や熱伝導性を
達成するのに、いわゆる金属溶浸技術を用いることが知
られている。この技術は、強度の高い金属で構成された
多孔性のスケルトンが、熱伝導性を有する金属によって
溶浸され、これら２種のいずれの金属よりも特性が向上
する２相複合部品を得るものである。
【００１０】Ｍａｔｅｊｃｅｚｙｋによる米国特許４，
７１０，２２３号の開示によれば、ロケットノズルと反
動エンジンにおいて、超耐食性と超耐熱性を達成するた
めの溶浸方法は、モリブデンやタングステンのような耐
熱金属が、銅や銅の合金によって溶浸されるものであ
る。
【００１１】Ｓａｃｈｓによる米国特許５，７７５，４
０２号の開示によれば、いわゆる「３次元印刷」のプロ
セスによって、金属の粉末／結合剤の混合物がコンピュ
ーター制御された機械によって層状に付着し、１層ずつ
複合形状になったプリフォームを製造する。次いで、こ
のプリフォームは、公知の技術で焼結・溶浸されて、強
度と温度伝導性が高い２相材料が得られるが、このＳａ
ｃｈｓのプロセスでは、プリフォームを達成するのに、
複雑なプログラミングや機械が必須となる。
【００１２】そこで、強度を損なうことなく熱伝導性を
高めた射出成形用のマニホールドとノズルとヒーターな
どの構成部品を達成する必要が生じ、さらには、より簡
単な製造技術でこのような部品を達成する必要も生じ
た。
【００１３】上記のとおり、射出成形用構成部品は、Ｇ
ｅｌｌｅｒｔによる米国特許４，６４８，５４６号に開
示されたように、一体化されたヒーターで加熱できる。
ヒーター要素を構成部品と結合させるには、ヒーター要
素とマニホールド、ノズルおよび／またはヒーターとの
間の伝熱特性を良好にするために、鑞付け工程あるいは
接着工程が必要とされる。ところが工具製作プロセスに
おいて、鑞付け工程があるとさらなる労力や時間が要求
される。
【００１４】結局、強度や熱伝導性の高いマニホールド
とノズルとヒーターとを作るのに必要とされる製造・工
具製作の操作の数を減らす必要がさらに生じたのであ
る。
【００１５】本発明は、上記した点を考慮したなされた
もので、強度が高く熱伝導性が向上したホットランナ射
出成形装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明のホットランナ射
出成形装置は、溶融物を加圧溶融物源から送るための少
なくとも１つの溶融物通路を有する溶融物分岐マニホー
ルドと前記少なくとも１つのマニホールド溶融物通路と
流体連通する溶融物ボアを有する少なくとも１つの射出
ノズルとを備えた溶融物移送システムと、前記少なくと
も１つの射出ノズルに隣接して前記少なくとも１つの射
出ノズルの溶融物ボアと流体連通する少なくとも１つの
金型キャビティと、溶融物分岐マニホールドを加熱する
フィルムヒーター要素を有するマニホールドヒーターと
から構成される。
【００１７】射出成形装置のための溶融物分岐マニホー
ルドとマニホールドヒーターとの組み合わせは、前記溶
融物分岐マニホールドが溶融物を加圧溶融物源から少な
くとも１つの射出ノズルに送るための少なくとも１つの
溶融物通路を有し、前記マニホールドヒーターがフィル
ムヒーター要素を有し、フィルムヒーター要素が溶融物
分岐マニホールドへの加熱部を形成することを特徴とす
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しながら説明する。本発明による射出成形シ
ステムは、図面のなかでＭとして示されている。先ず射
出成形システムＭを示している図１を参照すると、この
射出成形システムＭは、１個または複数個のスチールノ
ズル１０（図１では１個のみ示されている）を有し、加
圧されたプラスチック溶融物を溶融物通路１２を通して
ゲート１４まで移送する。このゲート１４は金型１８内
のキャビティ１６に導かれる。
【００１９】このように特定された構造配置において
は、金型１８はキャビティプレート２０とバックプレー
ト２２とを含んでおり、これらのプレートはボルト２４
によって取り外し可能に一緒に固定されている。金型１
８にはその適用に応じてもっと多くのプレートを有して
もよいことは理解できるが、ここでは、わかりやすいよ
うにキャビティプレート２０とバックプレート２２とだ
けを示して説明する。
【００２０】金型１８は、キャビティプレート２０とバ
ックプレート２２とに延びる冷却導菅２６を通る冷却水
を圧送することによって冷却される。電気で加熱され溶
浸された溶融物分岐マニホールド２８（好ましくは銅に
溶浸された鋼）が、マニホールド２８の合わせ孔３０ａ
（図２）に位置づけられた中央位置決めリング３０と、
絶縁弾性スペーサー部材３２とによってキャビティプレ
ート２０とバックプレート２２との間に据えられてい
る。
【００２１】溶融物分岐マニホールド２８は、円筒状の
入口部分３４を有し、一体化された電気加熱要素３６に
よって加熱されている。絶縁空間スペース３８が、加熱
されたマニホールド２８と、その周りを囲む冷却された
キャビティプレート２０とバックプレート２２との間に
設けられている。また溶融物通路１２は、マニホールド
２８の入口部分３４内の共通入口４０から延びてマニホ
ールド２８内を外向きに分岐して各ノズル１０に達す
る。そしてこのノズル１０において、溶融物通路１２
は、中央溶融物ボア４２を通って、次いで雷管ｔｏｒｐ
ｅｄｏ４６内の位置合わせした中央開口部４４を通っ
て、ゲート１４のひとつに達する。
【００２２】各ノズル１０は、外側表面４８と後方端部
５０と前方端部５２とを有する。このように特定された
構造配置のノズル１０もまた、一体化された電気加熱要
素５４によって加熱される。この加熱要素５４は、溶融
物ボア４２のまわりを螺旋状に延びる部分５６と、電源
からのリード線６０が接続された外部端末５８とを有す
る。
【００２３】他の適用によっては、加熱要素３６と溶融
物自体とが十分な熱を提供して、ノズル１０内に加熱要
素が不要の場合もある。ノズル１０は、キャビティプレ
ート２０内のウエル６２内に、円筒状の位置決めフラン
ジ６４によって設けられている。この位置決めフランジ
６４は、前方にむかって延びて、ウエル６２内の円形位
置決めショルダー６６に至る。かくして、絶縁空間スペ
ース６８が、ウエル６２の内側表面７０とノズル１０の
外側表面４８との間に設けられて、加熱されたノズル１
０とそれを取り囲む冷却された金型キャビティ１６とを
熱的に隔絶している。
【００２４】この実施態様では、溶融物ボア４２の大径
部分の内側表面７２はネジ切りされていて、前方端部５
２にねじ込み式のシート７４を形成している。このよう
に特定された構造においては、ウエル６２の小径中央部
分７６は、空間スペース６８の先で前方に延び、内側に
向かって先細となってゲート１４に達する。また小さな
円形シート７８が、金型キャビティ１６において、ウエ
ル６２の小径中央部分７６の周りで延びている。特定さ
れた適用に望ましいとされるゲートの付け方に応じて、
多様なゲート付けのアレンジがあり、それらに対応し
て、ノズル１０が他の構造をとりうるということが理解
されよう。
【００２５】図２および３に示されたように、マニホー
ルド２８は、ほぼ平面状の本体８０を備え、この本体８
０の一面８４に溝８２を有し、電気加熱要素３６をこの
溝８２で受け入れている。この面８４の溝８２の構造
は、適用に応じて望ましいとされる温度分布をマニホー
ルド２８に提供するように意図されたものである。加熱
要素３６は、面８４の溝８２に鑞付けされている（鑞付
け部分が参照番号８６で示されている）。
【００２６】このような鑞付けはＧｅｌｌｅｒｔによる
米国特許４，６４８，５４６号に示されているように行
うことができる。この米国特許の内容は、公報番号を参
照することにより、本明細書に組込まれるものとする。
あるいはまた他の公知の鑞付け技術で、つまり、マニホ
ールド２８での溶浸が済んでから別個の操作として行っ
てもよい。ただしより詳しく後述するように、本発明の
実施形態によれば、このような鑞付けをマニホールド２
８での溶浸と同時に行ったほうが好ましい。さらにまた
鑞付けでなくても、同等に、本技術分野で知られている
他の機械的取付け手段によって、加熱要素３６を、マニ
ホールド２８に結合できる。たとえば加熱要素３６をマ
ニホールド２８に押し込んで、しまりばめや摩擦や変形
によって嵌めてもよい。同様に、加熱要素３６をマニホ
ールド２８に結合するのに、溶射技術を使ってもよい。
加熱要素３６の配置を変えて、前記の面８４ではなく本
体８０の反対側の面８８に位置づけることも可能であ
る。
【００２７】図４および５に示されたように、ノズル１
０の外側表面４８は、この表面４８に沿ってその周りに
延びるおおむね螺旋状のチャンネル５６を有する。そし
ておおむね螺旋状の加熱要素５４をチャンネル５６で受
け、さらにニッケルや銅のような熱伝導率の高い材料に
よる鑞付けで、チャンネル５６内に埋め込む。このこと
については、Ｇｅｌｌｅｒｔによる米国特許４，５５
７，６８５号により詳しく述べられており、この米国特
許の内容は公報番号を参照することにより、本明細書に
組込まれるものとする。この米国特許４，５５７，６８
５号に述べられているように、そして添付図面でわかる
ように、螺旋状のチャンネル５６の刻みｐｉｔｃｈは一
定でなくともよく、より多くの熱が必要とされる領域付
近のほうが刻みがより密である。
【００２８】図６に示されたように、マニホールド２８
は、第２相金属９２によって溶浸された金属スケルトン
９０を備えており、この第２相金属９２は、金属スケル
トン９０よりも高い熱伝導性を有している。また金属ス
ケルトン９０が工具鋼であると好ましく、なかでもＨ１
３とＭ２とＤ２のいずれかであるとより好ましく、特に
Ｈ１３であると最も好ましい。第２相金属９２は、熱伝
導性の高い金属であれば特に限定されないが、銅、銅合
金、銀あるいは銀合金であると好ましく、特に銅である
と最も好ましい。この出願では前記の請求の範囲も含め
て、「金属」という用語を使って、おおむね、純粋な金
属および金属の合金の両方を表していることが、理解さ
れよう。溶浸が行われるプロセスについては、より詳細
に後述する。
【００２９】第２の実施態様において、成形システムＭ
のノズル１０もまた、マニホールド２８について直前に
述べた様式で、第２相金属によって溶浸されている。そ
して後述するように、ヒーター要素５４もまたこの第２
相金属によって溶浸の最中にそれと同時に溝５６内に鑞
付けされる。この実施態様の別の実施形態では、ノズル
１０は溶浸され、マニホールド２８は溶浸されていな
い。
【００３０】第３の実施態様では、溶融物分岐マニホー
ルドは、１９９９年６月８日に本願と共存出願的に出願
された係属米国出願の出願番号０９／３２７，４９０号
に開示されているように、たとえばマニホールドに隣接
した電気ヒータープレートなどによって、外部から加熱
している。この係属出願の内容は、出願番号を参照する
ことにより、本明細書に組込まれるものとする。
【００３１】図７に示されているように、成形システム
Ｍ’において、マニホールド１００は、キャビティプレ
ート２０’とバックプレート２２’との間に中央位置決
めリング３０’と複数の絶縁スペーサー３２’とによっ
て据えられている。この絶縁スペーサー３２’は、溶融
物分岐マニホールド１００と金型１８’との間の温度差
を維持できるようにするために設けられている。本発明
による溶浸されたヒータープレート１０６（好ましくは
銅によって溶浸された鋼）は、ノズル１０’と溶融物分
岐マニホールド１００との間にスクリュー１０８で取り
外し可能に据えられている。このスクリュー１０８は、
ヒータープレート１０６を通って孔１０６ａを通ってマ
ニホールド１００内に延びている。複数の位置決めピン
１１０が、ヒータープレート１０６から溶融物分岐マニ
ホールド１００内に延びている。電気加熱要素３６’
が、ヒータープレート１０６内に配置されている。ノズ
ル１０’は、ヒータープレート１０６と溶融物分岐マニ
ホールド２８’に溶融物分岐マニホールド２８’とヒー
タープレート１０６とを通って延びるボルト（図示せ
ず）で固定されている。
【００３２】図８および９に示されているように、ヒー
タープレート１０６は、平面状本体１１２を有し、平面
状本体１１２は前方プレート１１４を有し、前方プレー
ト１１４はその内がわ面１１４ｂに溝１１４ａを有し、
さらにヒータープレート１０６の平面状本体１１２は、
後方プレート１１６を有し、この後方プレート１１６は
その内側面１１６ｂに溝１１６ａを有する。加熱要素３
６’が、プレート１１４と１１６との間で溝１１４ａと
１１６ａとによって形成されたチャンネル１１８内に位
置づけられている。また中央ボア１２０が、プレート１
１４と１１６とに設けられて、加圧された溶融物がマニ
ホールド１００からノズル１０’に流れることができる
ようになっている。
【００３３】他の実施態様では、ヒータープレート１０
６がそこを通って延びる溶融物ボア１２０を複数個有
し、ヒータープレート１０６を複数個のノズル１０’に
隣接して据えることができる。また加熱要素３６’の端
末３６ａは、ヒータープレート１０６から延長可能に位
置づけられて、制御下の電源（図示せず）のリード（図
示せず）と接続している。ヒータープレート１０６のチ
ャンネル１１８の構造は、ヒータープレート１０６全体
の温度分布、適用によってはヒータープレート１０６か
らの熱伝導によってマニホールド１００全体の温度分布
を望ましいものにしてさらにそれを維持するように意図
される。
【００３４】チャンネル１１８は、協働するプレート１
１４の溝１１４ａとプレート１１６の溝１１６ａとから
構成されているが、このような協働は必須ではなく必要
に応じて、同等にチャンネル１１８全体がプレート１１
４か１１６のどちらか一方に設けられていてもよいこと
は当業者であれば理解できる。
【００３５】加熱要素３６’が、チャンネル１１８に鑞
付けされていると好ましく、プレート１１４と１１６と
が、内がわ面１１４ｂと１１６ｂで、一緒に鑞付けされ
ていると好ましい。このような鑞付けは従来技術に従っ
て、すなわちプレート１１４と１１６とでの溶浸が済ん
でから、別個の異なる操作として行ってもよい。ただ
し、本発明のひとつの実施形態によれば、詳細を後述す
るように、このような鑞付けは、プレート１１４と１１
６とでの溶浸と同時に行うと好ましい。鑞付けのかわり
に、プレート１１４と１１６とを結合してから、本技術
分野で公知の、たとえば摩擦による嵌めや溶射などのよ
うな、他の機械的手段や金属加工手段を用いて、加熱要
素３６’をプレート内でそこに結合させてもよい。
【００３６】後述する図１７の実施態様に示されている
位置のように、マニホールドに対するヒータープレート
の位置が他でもよいことは、当業者であれば理解できよ
う。
【００３７】図１０および１１に示されたように、マニ
ホールドとヒータープレートを加熱するのに、これまで
述べてきた以外の加熱手段も利用可能であることが理解
されよう。たとえば加熱要素３６や３６’のかわりに、
加熱された流体、たとえばオイルが通って循環するよう
になった加熱通路１３０を用いてもよいのである。さら
に別の実施態様（図示せず）では、Ｄｅｖｅｌｌｉａｎ
による米国特許４，５００，２７９号に述べられている
ように、加熱要素が１個または複数個の従来のカートリ
ッジタイプの抵抗加熱ヒーターやヒートパイプになっ
て、マニホールド２８やヒータープレート１０６の１個
または複数個のボア内に延びている。なお、この米国特
許の内容は公報番号を参照することにより、本明細書に
組込まれるものとする。
【００３８】さらに別の実施態様では、ノズル１０の加
熱要素５４が一体化されておらず、Ｖｏｎ Ｂｕｒｅｎ
による米国特許５，４４１，３９２号とＳｃｈｍｉｄｔ
による米国特許５，３６０，３３３号に開示されている
ようなタイプの、外部のバンドヒーターになっている。
両米国特許の内容はこれら公報番号を参照することによ
り、本明細書に組込まれるものとする。このようなバン
ドヒーターの構造について、本明細書では簡単にしか説
明しない。もっとも、米国特許５，４４１，３９２号と
５，３６０，３３３号が、このようなヒーターの構造や
操作について十分に述べていることを、当業者であれば
理解できる。
【００３９】図１２に示されたように、成形システム
Ｍ”は、成形システムＭとほぼ同一であるが、以下の点
で異なっている。つまりノズル１０”が備える単純な射
出成形ノズルの外側表面４８”が平滑なのである。そし
てバンドヒーター２００が、ノズル１０”の周りにぴっ
たりと位置づけられている。操作に際しては、バンドヒ
ーター２００をリード線６０”に接続して、ノズル１
０”に伝熱によって熱を提供する。
【００４０】図１２の実施態様では、バンドヒーター２
００が、米国特許５，４１１，３９２号に開示されてい
るタイプのヒーターで構成されている。図１３に示され
ているように、この実施形態では、ヒーター２００は環
状ヒーター２０２と環状ばね２０４とを備えている。ば
ね２０４はばね状に形成されて、ヒーター２００に圧を
継続的にかけて、ヒーター２０２をノズル１０”に向か
って付勢する。ばね２０４はまたヒーター２０２より径
が小さく形成されて、ヒーター２０２の周りに継続的に
応力をかけられるように、さらに予備荷重をかけられる
ようにして、組立品の固定をはかっていると好ましい。
【００４１】ばね２０４はさらにまた、ヒーター２０２
全長に沿って、継続的な圧をかけて接触していると好ま
しい。ただし、成形の適用によっては、他の構造であっ
ても好ましい場合がある。ばね２０４の端部２０６と２
０８とは互いに離れていて、端部の間にすき間２１０を
成し、このすき間２１０によってリード線６０”がヒー
ター２０２から延びてここを出られる。ただし、他の構
造であってもよく、ばね２０４がヒーター２０２を全面
的に取り囲んで重なっていてもよい。詳細は後述する
が、図６に示されたように、ヒーター２０２とばね２０
４とのいずれか一方あるいは両方が、２相の溶浸された
金属から構成されていると、ヒーター２００の強度と熱
伝導性を高めることができる。
【００４２】図１２の実施態様では、バンドヒーター２
００が、米国特許５，３６０、３３３号に述べられたよ
うなタイプのバイメタルのクランピングシステムから構
成されている。このシステムが提供する構造では、クラ
ンピング手段を追加する必要なく、ヒーター２００はノ
ズル１０”上でその周りに確実に保持されている。図１
４に示されたように、ヒーター２００はバイメタルであ
り、円筒状の本体もしくはヒーター鞘２２０によって形
成されている。そしてこのヒーター鞘２２０は、円筒状
の内側スリーブ２２２，円筒状外側スリーブ２２４と、
これらスリーブ同士の間に位置づけられたヒーターコイ
ル２２６とによる同軸菅状の組立品から構成される。ヒ
ーターコイルはリード線６０”に電気的に接続されてい
る（図示せず）。米国特許５，３６０、３３３号に述べ
られているように、内側スリーブ２２２は、外側スリー
ブ２２４より熱膨張の大きい材料から形成されている。
当業者であれば理解できるように、スリーブ２２２と２
２４とのどちらか一方あるいは両方が、本発明による２
相の溶浸された金属から製造できる。かくして、内側ス
リーブ２２２全体の結果として得られる熱伝導性が外側
スリーブ２２４より高くなっていればそれだけで、本明
細書に開示された有益性が達成できる。
【００４３】図１７から１９に示されているように、本
発明のさらにまた別の実施態様では、フィルムヒーター
要素を用いて、マニホールドヒータープレートを加熱す
る。フィルムヒーターは公知であり、射出成形プロセス
の範囲外の多くの適用で用いられてきた。そしてフィル
ムヒーターは最近、ホットランナ射出ノズルとホットラ
ンナマニホールドと組み合わせて取り入れられるように
なった。このことに関して、Ｈｕｓｋｙ Ｉｎｊｅｃｔ
ｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ社による欧州特
許出願ＥＰ０９６３８２９号およびＪｕｌｉａｎｏらに
よる米国特許５，９７３，２９６号で言及されている。
【００４４】図１７の示す成形システムＭ”’の一部分
が有する溶浸されたマニホールド２８”’の一方の片面
側は、加熱要素３６”’によって他方の片面側は、溶浸
されたマニホールドヒーター５０”’によって加熱され
る。マニホールド２８”’を通る溶融物チャンネル１
２”’は、加圧された溶融物を成形機から溶浸されたノ
ズル１０”’に移送する。
【００４５】図１８に示されたように、マニホールドヒ
ーター５０”’は、そこに取り付けられたヒーターユニ
ット３００を有し、このヒーターユニット３００は、誘
電層３０４（フィルム層であってもよい）と絶縁層３０
６とこれらの層同士の間に配置されたフィルムヒーター
要素３０２とを備えている。
【００４６】図１９に示されたように、フィルムヒータ
ー要素３０２は、シート状で、その中にヒーター要素３
０８と熱電対要素３１０とを有する。ヒーターユニット
３００は、作動すると、ヒータープレート５０”’に熱
を提供し、それからこのヒータープレート５０”’がマ
ニホールド２８”’を加熱する。
【００４７】図１８および１９に示されたフィルムヒー
ターは、欧州特許出願ＥＰ０９６３８２９号と米国特許
５，９７３，２９６号およびこれらの特許の引例で言及
された公知の技術のいずれを使っても製造できる。同等
に、加熱要素３６”’が不要となるようにヒーター５
０”’を図７の実施態様に示された様式と同様にして、
マニホールド２８”’とノズル１０”’との間に位置づ
けられてもよいことが当業者であれば理解できる。
【００４８】同等に、フィルムヒーター技術を使って、
本発明の溶浸されたバンドノズルヒーター（つまり、図
１２で述べたタイプのヒーター）を提供できる。図２０
に示されたフィルムヒーター３２０は、米国特許５，９
７３，２９６号に述べられたように、誘電層３２４と絶
縁層３２６とこれらの層どうしの間に配置されたフィル
ムヒーター層３２２とを備えている。この米国特許の内
容は、公報番号を参照することにより本明細書に組込ま
れるものとする。このヒーターは、溶浸されたバンドヒ
ーター５０”に熱を提供する。
【００４９】特定の適用に応じて、マニホールドとマニ
ホールドヒータープレートとノズルシステムとを用いる
上で、これらの構成部品が溶浸されたものと溶浸されて
ないものと両方のあることが望ましい。ここで、構成部
品のうち少なくとも１個でも溶浸されていれば、その実
施態様は必ず、本発明に含まれることを理解すべきであ
る。
【００５０】使用に際しては、射出成形システムＭを図
１に示されたように、組み立てる。図１には分かり易い
ように、キャビティ１６が１個だけ示されているが、溶
融物分岐マニホールド２８は普通、適用に応じて、多く
の溶融物通路に枝別れして多数のキャビティ１６まで延
びていることが認識されよう。マニホールド２８の加熱
要素３６とノズル１０の加熱要素５４とに電気が通じ
て、これらの加熱要素を所定の作動温度まで加熱する。
マニホールド２８の加熱要素３６どうしは、直列にも並
列にもつなぐことができる。あるいは、それぞれの加熱
要素３６または加熱要素３６の１グループまたは複数の
グループを、別に制御される電源（図示せず）に接続し
て、温度を個々に調節することも可能である。
【００５１】溶融物通路１２全体を一定の温度に維持す
るには、いくつかのマニホールドに対して、他のマニホ
ールドよりも多くの熱を提供するようにしなければなら
ない。たとえば金型１８の中央のマニホールドは通常、
金型の外周ぞいのマニホールドよりも必要とする熱は少
ない。次いで、従来の様式での所定のサイクルによっ
て、成形機（図示せず）からの加圧された溶融物を、従
来の様式の所定のサイクルにしたがって、共通入口４０
を通って溶融物通路１２内に射出する。加圧された溶融
物は、各ノズル１０の溶融物ボア４２を通って流れ、魚
雷部４６を過ぎ、ゲート１４を通って、キャビティ１６
を満たす。キャビティ１６が満たされた後、射出圧は、
一時的にそのまま保持されて、その部分を固めてから下
げる。所定の冷却期間をおいてから金型を開いて成形品
を取出す。取出のあと金型を閉じて射出圧をかけて再び
キャビティ１６を満たす。このサイクルをキャビティ１
６のサイズや形状および成形材料の種類に応じて、何度
も繰り返し続ける。
【００５２】当業者であれば明らかなように、図４およ
び５に示された成形システムＭ’、図１２に示された成
形システムＭ”、図１７に示された成形システムＭ”’
も、明瞭な違いを伴ってはいても、おおよそは、成形シ
ステムＭについて述べたのと同様にして作動する。成形
システムＭ’の場合は、加熱要素３６’が、作動したと
きに、ヒータープレート１０６に熱を提供し、それから
このヒータープレート１０６がマニホールド２８’を加
熱する。そしてシステムＭ”の場合は、ヒーター２００
がノズル１０”を加熱するのである。さらにシステム
Ｍ”’の場合は、マニホールド２８”’の一方の片面側
は加熱要素３６”’によって他方の片面側はマニホール
ドヒーター５０”’によって加熱される。
【００５３】本発明による溶浸された構成部品の熱伝導
特性が向上しているために、スケルトン母材金属９０に
溶浸する第２層金属９２の連続ネットワークによって溶
浸された構成部品に加熱要素から移送された熱が迅速か
つ効率的に分布される。
【００５４】こうして本発明によって、熱伝導性の高い
第２相金属によって溶浸された強度の高い母材金属を備
える、マニホールド２８、ヒータープレート１０６、ノ
ズル１０”、あるいはバンドヒーター２００のような射
出成形用構成部品が提供されたために、これらの構成部
品は、硬度が高く、操作圧力が高くても操作サイクルが
多くてもそれらに対して耐性を有し、さらに熱伝導性が
良好なために構造体全体に熱を効率的に移送できるよう
になった。この結果、マニホールドランナシステム内の
加圧された溶融物の温度制御が向上し、それによって、
成形時間や各部品の品質さらにシステム効率に有益な影
響をもたらすこととなった。
【００５５】本発明の方法によれば、マニホールド２
８、前方プレート１１４、後方プレート１１６、フィル
ムヒータープレート５０”’、ノズル１０”、および／
またはバンドヒーター２００を形成するのに、金属溶浸
技術を使って、硬度が高く耐熱性の強化された第２相金
属部品を得ている。以下の説明は、プレート１１４と１
１６とを形成する方法の実践に関するものであるが、マ
ニホールド２８、ヒーター５０”’、ノズル１０”そし
てバンドヒーター２００の製造に対しても、同等に適用
可能で、変形があってもそれは当業者にとって明らかな
ものである。
【００５６】典型的にはＨ１３のような工具鋼である母
材金属を、粉末状にしてプラスチック結合剤と混合し、
金属射出成形を行ってヒータープレート１１４あるいは
１１６のネットのような形状を有するプリフォームとす
る。ここで、未完成部品から結合剤を取り除いても、未
完成部品が保形性を有するように金属と結合剤を合わせ
た混合物にこの母材金属粉末を入れていくということ
は、当業者であれば理解できる。次いで、本技術分野で
よく知られた技術を用いて、この混合物を射出成形し、
望ましいネット形状あるいはネットのような形状を有す
る未完成部品を得る。
【００５７】次に、この未完成部品を減圧環境下または
不活性ガス環境下で、母材金属の融点より低いが結合剤
の融点よりは高い温度まで加熱して、プリフォームから
結合剤を取り除いて、連続開放多孔を有するスケルトン
を構成する未完成プリフォームを成す。次いでこの多孔
性のプリフォームを部分的に焼結して、その部分の多孔
性を低下させ、焼結された多孔性プリフォームを作り出
す。当業者であれば理解できるように焼結温度が高くな
るにつれて、プリフォームの多孔度は低くなる。かくし
て、焼結されたプリフォーム全体にわたって、連続多孔
性は保全しておくべきであるから、焼結温度は、孔の崩
壊が始まる温度を越えてはならない。焼結されたプリフ
ォームの多孔度は、４０容量％から１０容量％であると
好ましく、３０容量％から１５容量％であるとより好ま
しい。
【００５８】図１５に示されたように、図７のヒーター
プレートの未完成プリフォーム組立品では、前方ヒータ
ープレート１１４の多孔性プリフォーム１１４”と後方
ヒータープレート１１６の多孔性プリフォーム１１６”
とを、それぞれの内がわ面１１４ｂと１１６ｂとを互い
に隣接して合わせ、電気ヒーター要素３６’を内側面１
１４ｂと１１６ｂとの間でチャンネル１１８内に配置し
て、位置合わせして配置し、プリフォーム組立品１４０
を形成する。ヒーター要素３６（３６’）の端末３６ａ
は、プリフォーム１１４”と１１６”とから適切にむき
だした状態になっていて、最終的に、制御下の電源（図
示せず）に接続する。
【００５９】次いで、このプリフォーム組立品１４０
に、第２相金属による溶浸を行って、ヒータープレート
プリフォーム１１４”と１１６”との母材金属の孔をほ
ぼ満たす。この操作について以下に説明する。熱伝導性
を有するプレートやシートまたはインゴットのような塊
ｍａｓｓ（図示せず）をプリフォーム組立品１４０のプ
リフォーム１１４”または１１６”あるいはそれら両方
と接触するように配する。それから減圧炉または不活性
ガス炉に配して溶浸温度まで加熱する。この溶浸される
塊は、プリフォーム１１４”と１１６”との両方に接触
することは必須ではないものの、どちらか一方には必ず
接触しなければならない。ただし特定の適用では、溶浸
する塊が複数あるのが望ましい。
【００６０】炉の溶浸温度は、溶浸金属の融点よりわず
かに高いだけでよく、一般的には可能な限り低くして、
溶浸時間も可能な限り短くして、母材金属と溶浸金属と
の相互介入や溶解を最低限に抑えるようにする。溶浸金
属は、溶浸温度において、時間を経て溶け、毛管作用に
よって、多孔性プリフォームに吸収されて、プリフォー
ム中の連続多孔における空所スペースを満たしていく。
当業者であれば明らかなように、母材金属プリフォーム
の連続多孔をほぼ満たすだけの十分な溶浸金属を用いる
べきである。
【００６１】第２相金属が母材金属のプリフォームの連
続多孔内に溶浸すると、有利なことに、この溶浸した金
属が、内側面１１４ｂと１１６ｂとを一緒に鑞付けする
ようにも作用することがわかった。さらにまた溶浸した
金属は同時に、電気加熱要素３６’をチャンネル８２に
鑞付けする。かくして、一体化され金属加工的に結合さ
れたヒーター組立品１０６が溶浸と同時にできる。つま
り、良好な強度と熱特性が得られたことになる。電気加
熱要素３６’は溶浸されないのが好ましく、溶浸されな
いことによって、加熱要素３６（３６’）の機能が溶浸
プロセスから影響を受けないようになっていると好まし
い。
【００６２】溶浸が済めば、熱伝導性の高い溶浸金属
が、母材金属のそれまで連続多孔となっていたところを
満たす（図６を参照せよ）。結局、マニホールド２８お
よび／またはヒータープレート１０６の硬度が高まり、
操作圧力が高くても操作サイクルが多数あってもそれら
に耐えられるようになって、さらに熱伝導性も良好で構
造体全体に熱を効率的に移送できるようになる。本発明
はまた、熱伝導性の高い溶浸金属を電気加熱要素３６’
の周囲に配設し、これによって加熱要素をヒータープレ
ート１０６内に一体化し、それによってヒータープレー
ト１０６の熱移送効率を高めるものである。このように
鑞付け工程で同時に熱移送効率を高める特性によって、
成形システムの工具製作に必要な工程数を有益に減らす
ことができる。
【００６３】Ｈ１３、Ｍ２、Ｄ２あるいは超硬鋼（ｃａ
ｒｂｉｄｅ ｓｔｅｅｌ）のような強度の高い母材金属
のいずれを用いた場合でも、本発明は有利に適用され
る。当業者であれば理解しているように、焼結温度およ
び／または焼結時間が増加するにつれ部品全体の多孔性
が低下するのであるから、どの部材を選択するかとは無
関係に、焼結条件を用いて未完成部品の多孔度を制御す
ることになる。また母材金属未完成プリフォームは連続
多孔を有していなければならないため、焼結は、孔が閉
じないようにそして未完成部品が液体状の溶浸金属を透
すように、注意深く制御する必要がある。
【００６４】熱伝導性の高い適切な溶浸金属であればい
ずれであっても、本発明で成功裡に適用できる。ただし
銅および銅の合金がもっとも好適である。
【００６５】本発明のプロセスでの使用に適した結合剤
は、低温で溶融あるいは軟化し、金属／結合剤の混合物
が射出成形中に良好な流れ特性を示すようになっている
ものであることが理解できよう。ただし結合剤はさらに
また、処理中に崩壊や変形を起こさない程度に十分な強
度を有した未完成成形用品を提供するものでなければな
らない。比較的低温で結合力が低下するプラスティック
結合剤を選択して、未完成部品から結合剤が容易に取り
除けるようにするのが好ましい。
【００６６】本発明によるプリフォーム処理は、いかな
る粉末処理方法でも可能であり、母材金属プリフォーム
の金属射出成形に制約されるものではないことは、当業
者であれば明らかであろう。たとえば従来の粉末処理を
活用し、本技術分野で知られているように、母材金属粉
末を最初に潤滑剤と混合して、次いで押圧してプリフォ
ーム形状とし、この未完成のプリフォームから潤滑油を
取り除いてｄｅｌｕｂｅｄ、それからこの多孔性プリフ
ォームを上述のように焼結すればよい。あるいはまた、
本技術分野で公知の３次元印刷技術や他の粉末形成技術
を使うこともできる。本発明は、母材金属プリフォーム
の特定形成方法に制約されることなく、連続多孔を有す
るプリフォームを得るものであればいずれの方法でも適
用可能である。
【００６７】本発明の方法を使って、たとえば上述のご
とくヒータープレート１１４をヒータープレート１１６
に結合する場合のように、同類の母材金属で溶浸したり
結合したりでき、また、たとえば上述のごとくヒーター
要素３６をヒータープレート１１４や１１６に結合する
場合のように、同類ではない母材金属で溶浸したり結合
したりでき、さらにまた、たとえば上述のごとくヒータ
ープレート１１４と１１６とをヒーター要素３６に結合
する場合のように、同類の母材金属と同類ではない母材
金属とで溶浸したり結合したりできる。そして本発明の
方法を用いて、溶浸された射出ノズルで、上記したよう
にノズルプリフォームでの溶浸中にそれと同時にノズル
内に鑞付けされた一体化ヒーター要素を有するノズルも
作り出せる。同様に、スプルーブッシュなどのような他
の加熱された一体化構成部品も、本発明の方法によって
作ることができる。かくして、溶浸中にそのプリフォー
ムに一体化されることになっている、多孔性プリフォー
ムが何個であっても、非多孔性部品が何個であっても、
本発明の適用は可能である。
【００６８】そのうえ特定化された適用に応じて、プレ
ート１１４と１１６とのどちらか一方だけが本発明に従
って溶浸され他方は溶浸されていない（図１６を参照せ
よ、ここではプレート１１４のほうだけが溶浸されてい
る）ヒータープレート１０６を本発明に従って製造する
ために本明細書で教唆していることを用いることによっ
て有益性を達成できる。またプレート１１４と１１６と
で溶浸と鑞付けとを同時に行うと有利ではあるものの、
本発明の有益性を達成するのに必須というわけではな
い。
【００６９】さらに特定化された適用では、図７の実施
態様に、溶浸されたマニホールドヒーターのかわりに、
あるいはそれに加えて、溶浸された金属の分岐マニホー
ルド１００を提供するのも望ましい。また、特定部品内
での溶浸がその部品全体にわたって均等に分布される必
要はなく、そうではなくてむしろ部品のある領域に偏っ
ているとよいことが、当業者であれば理解できよう。同
様に、プレート１１４と１１６とは、同じ母材金属で構
成される必要はなく、同じ第２相金属によって溶浸され
る必要もない。
【００７０】以下に述べる実施例は、本発明の理解を助
けるために提供されるもので、上記請求の範囲によって
定められた本発明の範囲を制約しようとするものではな
い。
【００７１】実施例 Ｈ１３工具鋼の粉末を、ポリマー結合剤と混合した。次
いでこの混合物を射出成形して、前方ヒータープレート
１１４の形状を有する未完成部品とした。結合剤を、好
適には５００℃を越えない温度で、炉内で加熱して取り
除き、開放連続多孔を有する未完成プリフォームを得
た。次いで未完成の多孔性プリフォームを１１５０℃か
ら１２６０℃の範囲で部分的に焼結して、この焼結され
た部分の最終的な多孔度が４０容量％から１０容量％ま
でとなるようにした。これと同時にあるいはこれに続い
て、後方ヒータープレート１１６用のＨ１３多孔性プリ
フォームも、ここで述べた技術を用いて作り出した。
【００７２】前方ヒータープリフォームと後方ヒーター
プリフォームを、溝１１４ａおよび１１６ａ内の加熱要
素３６’で嵌め、これらのプリフォームを合わせて、未
完成ヒーター組立品１４０を得た。それから未完成組立
品を減圧炉あるいは不活性ガス炉に配した。そして銅シ
ートをこの未完成ヒーター組立品の上面に置いて、この
炉を銅の融点よりわずかに高い１１２℃まで加熱した。
次いで溶浸され鑞付けされた一体化部分を冷却して、必
要に応じて最終的な加工を行った。
【００７３】かくして、本発明が強度と耐熱性が従来技
術より向上した、改良溶融物分岐マニホールドを提供す
ることは、当業者であれば明らかであろう。また本発明
の方法は、加熱されたマニホールド組立品で、その内部
の加熱要素で、溶浸と鑞付けを同時に行う手段も提供し
ている。
【００７４】これまで好適な態様について説明してきた
が、本発明は、前記請求の範囲における適切な範囲の正
確な意味から逸脱することなく、変形や変更が可能であ
ることが認識できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶浸され加熱されたマニホールド
を組込んだ典型的な射出成形システムの部分側断面図。
【図２】図１の加熱されたマニホールド組立品の底面側
から見た分解斜視図。
【図３】図２の線３−３に沿った断面図。
【図４】図１の加熱されたノズルの側断面図。
【図５】図４のノズルのノズル加熱要素の装入前を示し
た側断面図。
【図６】図１の装置の溶浸され加熱されたマニホールド
の顕微鏡写真図。
【図７】本発明の別の実施態様による溶浸されたマニホ
ールドヒータープレート組立品を組込んだ典型的な射出
成形システムの部分側断面図。
【図８】図７のヒータープレート組立品の分解斜視図。
【図９】図７の組立てられたヒータープレート組立品の
斜視図。
【図１０】図７のヒータープレート組立品の別の実施形
態の斜視図。
【図１１】図１０の線１１−１１に沿った断面図。
【図１２】本発明のまた別の実施態様による溶浸された
ノズルバンドヒーター組立品を組込んだ典型的な射出成
形システムの断面図。
【図１３】図１２の実施態様の第１の実施形態に従った
バンドヒーターとスプリングクランプの分解図。
【図１４】図１２の実施態様の第２の実施形態に従った
バイメタルバンドヒーターの側断面図。
【図１５】図７のヒータープレートの未完成プリフォー
ム組立品の斜視図。
【図１６】１枚のプレートが溶浸されてもう一方のプレ
ートが溶浸されていないマニホールドヒーターの側断面
図。
【図１７】本発明によるフィルムヒーター要素と溶浸さ
れていない構成部品とを組込んだ典型的な射出成形シス
テムの部分側断面図。
【図１８】図１７の実施態様のフィルムヒータープレー
トの部分拡大図。
【図１９】図１７のフィルムヒーターの平面図。
【図２０】フィルムヒーター要素を用いた図１２のバン
ドヒーターの拡大断面図。
【符号の説明】
１０”’ ノズル １２”’ 溶融物通路 １６ キャビティ １８ 金型 ２８”’ マニホールド ３６”’ 加熱要素 ４２ 中央溶融物ボア ５０”’ マニホールドヒーター ３００ ヒーターユニット ３０２ フィルムヒーター要素 ３０８ ヒーター要素 ３１０ 熱電対要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハクルム、ベルハードハミダ カナダ国オンタリオ州、トロント、ドナル ズ、アベニュ、506 Ｆターム(参考） 4F202 AK09 CA11 CB01 CK03 CN01 CN18 CN21

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）溶融物を加圧溶融物源から送るため
    の少なくとも１つの溶融物通路を有する溶融物分岐マニ
    ホールドと、前記少なくとも１つのマニホールド溶融物
    通路と流体連通する溶融物ボアを有する少なくとも１つ
    の射出ノズルとを備えた溶融物移送システムと、 （ｂ）前記少なくとも１つの射出ノズルに隣接して前記
    少なくとも１つの射出ノズルの溶融物ボアと流体連通す
    る少なくとも１つの金型キャビティと、 （ｃ）溶融物分岐マニホールドを加熱するフィルムヒー
    ター要素を有するマニホールドヒーターと、を備えたこ
    とを特徴とするホットランナ射出成形装置。
  2. 【請求項２】前記マニホールドヒーターは、前記フィル
    ムヒーター要素と前記溶融物分岐マニホールドの間に誘
    電層を有することを特徴とする請求項１に記載のホット
    ランナ射出成形装置。
  3. 【請求項３】前記フィルムヒーター要素は、前記溶融物
    分岐マニホールド方向に面する内面と、外面を有し、前
    記マニホールドヒーターは、前記外面に位置された絶縁
    層を有することを特徴とする請求項１に記載のホットラ
    ンナ射出成形装置。
  4. 【請求項４】前記マニホールドヒーターは、ワイヤヒー
    ター要素を含むことを特徴とする請求項１に記載のホッ
    トランナ射出成形装置。
  5. 【請求項５】前記マニホールドヒーターは、前記フィル
    ムヒーター要素に接続された熱電対要素を含むことを特
    徴とする請求項１に記載のホットランナ射出成形装置。
  6. 【請求項６】前記フィルムヒーター要素は、ワイヤヒー
    ター要素と、前記フィルムヒーター要素に接続された熱
    電対要素を含むことを特徴とする請求項１に記載のホッ
    トランナ射出成形装置。
  7. 【請求項７】射出成形装置のための溶融物分岐マニホー
    ルドとマニホールドヒーターとの組み合わせにおいて、
    前記溶融物分岐マニホールドは、溶融物を加圧溶融物源
    から少なくとも１つの射出ノズルに送るための少なくと
    も１つの溶融物通路を有し、前記マニホールドヒーター
    は、フィルムヒーター要素を有し、フィルムヒーター要
    素は溶融物分岐マニホールドへの加熱部を形成すること
    を特徴とする溶融物分岐マニホールドとマニホールドヒ
    ーターの組み合わせ。
  8. 【請求項８】前記マニホールドヒーターは、前記フィル
    ムヒーター要素と前記溶融物分岐マニホールドの間に誘
    電層を有することを特徴とする請求項７に記載の溶融物
    分岐マニホールドとマニホールドヒーターの組み合わ
    せ。
  9. 【請求項９】前記フィルムヒーター要素は、前記溶融物
    分岐マニホールド方向に面する内面と、外面を有し、前
    記マニホールドヒーターは、前記外面に位置された絶縁
    層を有することを特徴とする請求項７に記載の溶融物分
    岐マニホールドとマニホールドヒーターの組み合わせ。
  10. 【請求項１０】前記マニホールドヒーターは、ワイヤヒ
    ーター要素を含むことを特徴とする請求項７に記載の溶
    融物分岐マニホールドとマニホールドヒーターの組み合
    わせ。
  11. 【請求項１１】前記マニホールドヒーターは、前記フィ
    ルムヒーター要素に接続された熱電対要素を含むことを
    特徴とする請求項７に記載の溶融物分岐マニホールドと
    マニホールドヒーターの組み合わせ。
  12. 【請求項１２】前記フィルムヒーター要素は、ワイヤヒ
    ーター要素と、前記フィルムヒーター要素に接続された
    熱電対要素を含むことを特徴とする請求項７に記載の溶
    融物分岐マニホールドとマニホールドヒーターの組み合
    わせ。
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