JP2005132087A - 埋め込み型ヒータ及び取り外し可能型ヒータを備えた射出成形ノズル - Google Patents

埋め込み型ヒータ及び取り外し可能型ヒータを備えた射出成形ノズル Download PDF

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Abstract

【課題】 射出成形用加熱ノズルを提供する。
【解決手段】 本発明のノズルは、入口端及び出口端を持つ溶融体ボアを画成するノズル本体と、このノズル本体を溶融体ボアの長さに沿って加熱するため、ノズル本体によって支持された第1ヒータと、ノズル本体を加熱するためにノズル本体に取り外し自在に取り付けられた、少なくとも一部が第1ヒータの一部と重なる第2ヒータとを含む。
【選択図】 図1

Description

本発明は、全体として射出成形に関し、更に詳細には、一つ以上の加熱要素を持つ射出成形ノズルに関する。
多くの射出成形装置において信頼性が重要である。射出成形システムの構成要素が故障すると、どの構成要素が故障したのかを検出し、構成要素を交換し、成形プロセスを再開するためにかかる時間の間に出力の損失を生じる。成形作業中にホットランナー射出成形ノズル用加熱要素が故障すると、費用がかかるプロセスの中断が生じる。
一般的には、ホットランナーノズルの溶融体チャンネルに沿って熱を提供するためのヒータには二つの種類がある。第1の種類は、ノズル本体の外面の外側に、しかしこれとぴったりと接触して配置される外部ヒータを含む。外部ヒータは、代表的には、射出成形システムからホットランナーノズルとは別個に取り外すことができる。外部ヒータの例は以下に列挙する特許に記載されている。即ち、1994年11月1日に付与された米国特許第5,360,333号、1995年5月2日に付与された米国特許第5,411,392号、2002年1月25日に付与された米国特許第6,409,497号、1990年7月10日に付与された米国特許第4,940,870号、2000年12月19日に付与された米国特許第6,163,016号、1981年5月19日に付与された米国特許第4,268,241号、及び2000年3月28日に付与された米国特許第6,043,466号に記載されている(これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする)。取り外し自在の外部ヒータは、代表的には、ヒータが故障した場合、ノズルと別個に取り外して交換することができる。しかしながら、ノズルの外側で取り外し自在のヒータを使用すると、予測して制御するのが困難な熱伝達変数が導入され、その結果、ノズル本体に沿った熱曲線が望ましくない、又は意図していないものとなる。
第2の種類のノズルヒータは、ノズル本体に埋設した、又は少なくとも部分的に埋設した埋設ヒータを含む。埋設ヒータは、ノズル本体の内部に埋設した、又はノズル本体に鋳込んだヒータを含む。このようなヒータの例は、1980年12月9日に付与された米国特許第4,238,671号、1983年5月31日に付与された米国特許第4,386,262号、1983年9月13日に付与された米国特許第4,403,405号、及び2002年5月28日に付与された米国特許第6,394,784号に見ることができる(これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする)。埋設ヒータは、更に、ノズル本体の外面に埋設された、又は少なくとも部分的に埋設されたヒータを含む。表面埋設ヒータの例は、2002年10月30日に公開された欧州特許出願公開第1 252 998号及び1991年9月10日に付与された米国特許第5,046,942号、2000年12月19日に付与された米国特許第6,162,043号、1993年11月30日に付与された米国特許第5,266,023号、1998年1月6日に付与された米国特許第5,704,113号、1998年9月13日に付与された米国特許第4,771,164号、1997年5月25日に付与された米国特許第5,614,233号、1988年9月6日に付与された米国特許第4,768,283号、1993年8月17日に付与された米国特許第5,235,737号、1985年12月10日に付与された米国特許第4,557,685号、1994年2月1日に付与された米国特許第5,282,735号、及び1991年9月10日に付与された米国特許第5,046,942号に見ることができる(これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする)。埋設ヒータは、多くの場合、ノズル本体への熱伝達が外部ヒータよりも良好であり且つ更に予想可能であるが、一般的にはノズルと別個に交換することができない。幾つかの埋設ヒータは、ノズルの溶融体ボアと平行に延びるノズル本体のボアに挿入された細長いカートリッジを含む。
射出成形システムの成形側からノズルへのアクセスを提供することによってノズルヒータを迅速に交換できるようにする設計が試みられてきた。例えば、2000年12月19日に付与された米国特許第6,162,043号(同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする)には、射出成形装置にその成形側からねじ込むことができ且つ捩じって外すことができるように、埋設ヒータを備えたホットランナーノズルの上端にねじ山が設けられた射出成形装置が開示されている。2000年3月28日に付与された米国特許第6,043,466号は、成形側からアクセスすることができる外部取り付け式ヒータの一例を示す。2001年12月30日に付与された米国特許第6,309,207号及び1996年7月9日に付与された米国特許第5,533,882号(これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする)にも、成形側からのアクセスがノズルヒータに提供されるシステムが示されている。
予備の構成を提供するため、及びヒータの故障によってプロセスが中断しないようにするため、例えば上掲の米国特許第6,394,784号及び欧州特許出願公開第1 252 998号に示されているように、二つの重なった埋設ヒータがヒータノズルに沿って設けられた設計が提案されてきた。しかしながら、このような解決策はノズルの大きさに制限があり、ヒータをノズルと別個に交換することができない。
ホットランナーノズルにおける一般的な懸念は、ノズル本体の長さに沿って、特に熱が失われる接触点の近くのノズル本体のチップやヘッド等の領域で射出成形システムの残りの部分により均等な熱曲線を提供することである。
米国特許第5,360,333号明細書 米国特許第5,411,392号明細書 米国特許第6,409,497号明細書 米国特許第4,940,870号明細書 米国特許第6,163,016号明細書 米国特許第4,268,241号明細書 米国特許第6,043,466号明細書 米国特許第4,238,671号明細書 米国特許第4,386,262号明細書 米国特許第4,403,405号明細書 米国特許第6,394,784号明細書 欧州特許出願公開第1 252 998号明細書 米国特許第5,046,942号明細書 米国特許第6,162,043号明細書 米国特許第5,266,023号明細書 米国特許第5,704,113号明細書 米国特許第4,771,164号明細書 米国特許第5,614,233号明細書 米国特許第4,768,283号明細書 米国特許第5,235,737号明細書 米国特許第4,557,685号明細書 米国特許第5,282,735号明細書 米国特許第5,046,942号明細書 米国特許第6,162,043号明細書 米国特許第6,043,466号明細書 米国特許第6,309,207号明細書 米国特許第5,533,882号明細書
かくして、高い信頼性で、予測可能に、且つ効率的に熱伝達を行い、故障時に手早く修復することができるホットランナーノズル加熱システムが必要とされている。更に、ホットランナーノズルの長さに沿って効率的な熱曲線を提供することができる加熱システムが望ましい。
本発明は、少なくとも2つのヒータを有し、これらのヒータのうちの一方がノズル本体に埋設されているか或いは部分的に埋設されており、又はノズル本体の外面と接触しており、他方のヒータがノズル本体上に配置された交換自在のヒータであるホットランナーノズルを提供する。交換自在のヒータは、ホットランナーノズルとは別個に射出成形装置から取り外すことができるように構成されている。少なくとも二つのヒータは、予備の加熱機能を提供するように構成及び較正されており、互いに対して予備装置として作用し、又は互いに協働する。これらのヒータの各々は、更に多くの予備の構成を提供するため、一つ以上の独立した電気抵抗加熱導線を含んでもよい。
本発明の一つの特徴によれば、入口端及び出口端を持つ溶融体ボアを画成するノズル本体と、このノズル本体を溶融体ボアの長さに沿って加熱するためにノズル本体によって支持された第1ヒータと、ノズル本体を加熱するためにノズル本体に取り外し自在に取り付けられた、少なくとも一部が第1ヒータの一部と重なった第2ヒータとを含む射出成形加熱ノズルが提供される。
本発明のこの他の特徴は、本発明の特定の実施の形態についての以下の説明を添付図面と関連して読むことによって、当業者に明らかになるであろう。
次に、本発明の実施の形態を単なる一例として添付図面を参照して説明する。
図1は、全体に参照符号100を付した、本発明の特徴を示すホットランナー射出成形システムの概略図を示す。システム100の溶融体通路102は、マニホールド106を通るように設けられたマニホールド溶融体チャンバ104の通路に枝分かれする。マニホールド106はマニホールドヒータ108によって加熱される。マニホールド溶融体チャンバ104の各通路は、夫々のホットランナーノズル10を通るように設けられたノズル溶融体ボア14と夫々連通している。各ノズル10の溶融体ボア14が夫々の成形ゲート110を通して成形キャビティ114と連通している。スペーサプレート即ちフランジ116と、冷却チャンネル120が設けられたキャビティプレート118とがシステム100のノズルキャビティを画成する。
図1に示すように、一方のノズル10は熱ゲート式であり、バルブピン112を含む他方のノズル10はバルブゲート式である。実際には、一般的には、同じシステムで二種類のゲーティングが使用されることはないが、本発明の加熱構成が様々なゲーティング構成に適用されるということを示すため、図1にこれらのゲーティングを示す。
図2及び図3を参照すると、ノズル10は、溶融体入口端16から溶融体出口端18まで溶融体ボア14が貫通した鋼製本体12を有する。ノズル本体12の外面24上に設けられた螺旋状チャンネル22に抵抗線等の電熱要素20が押し込んである。図2の実施の形態では、加熱要素20が、鋼製本体12の出口端18の近くにU形状屈折部26を有し、端子ハウジング30を通って本体から電気端子64として延びる二つの端子が入口端16の近くに設けられている。ノズル10の入口端16に鋼製カラー90が設けられている。ノズル10の温度を示すフィードバックを提供するため、好ましくは、熱電対28が鋼製本体12を通って溶融体チャンネル14と平行に設けられている。
本発明の実施の形態によれば、取り外し自在の外部クランプヒータ40がノズル10の鋼製本体12上に設けられ、本体12の外面24に対してクランプされている。図2に示すクランプヒータ40は、熱伝導率が高い材料から形成された内スリーブ42を含む。この内スリーブ42は、ノズル本体12の外面24と密接して配置される。加熱要素44が内スリーブに巻付けてあり、これを外スリーブ46によって取り囲む。加熱要素の二つの端部は、クランプヒータ40から電気端子48として延びている。例示の実施の形態では、内スリーブ42は、ノズル本体12へのクランプヒータ40の取り付け及び取り外しを容易にするための軸線方向スロット50を含む。クランプヒータ40を所定の位置にクランプするため、外スリーブ46と加熱要素44との間に波形壁(図示せず)等の圧縮性装置が配置されていてもよく、又はクランプヒータ40をノズル10から取り外して交換することができるように他のクランプ構成を使用することができる。クランプヒータ40は、好ましくは、クランプヒータ40の温度を監視するため、熱電対52(図3参照)を含む。図1を参照すると、キャビティプレート118の少なくとも下部分は、クランプヒータ40をノズル10と別個に取り外して交換することができるように、取り外し自在であり、即ち射出成形システム100の成形側からノズル10にアクセスすることができるような構成を備えている。
埋設ヒータ20及びクランプヒータ40は、両方とも、溶融体ボア14を取り囲むノズル本体12の同じ部分に沿って熱を提供するように位置決めされている。好ましくは、クランプヒータ及び埋設ヒータは、独立して作動させたときに各々が溶融体ボアに沿って同じ又は同様の熱曲線を提供するように予め較正してある。図3を参照すると、制御装置54が、外部クランプヒータ40及び埋設ヒータ20の夫々の電気端子48及び64に作動的に接続されており、温度検出用の熱電対28及び52からフィードバック信号を受け取るように接続されている。
一つの作動モードでは、ノズル10を埋設ヒータ20によって加熱する。熱電対28からのフィードバックが、所定の閾値と比較した場合に、埋設ヒータ20が部分的に又は完全に故障していることを示した場合、制御装置54は、成形プロセスへの障害を最少にし、又は全くないようにするため、埋設ヒータ20からクランプヒータ40に電力を自動的に切り換えるように構成されている。制御装置54は、熱電対52を監視することにより、クランプヒータ40の作動を追跡することができる。これに続いてクランプヒータ40が故障した場合、ノズルの交換を必要とせずにクランプヒータ40をノズル10から取り外して交換することができ、これによって、停止時間を短くする。その後、スケジュール通りの保守停止時間中にノズル10を正しく作動する埋設ヒータを持つノズルと交換することができる。
埋設ヒータを取り外し自在の予備の外部ヒータと組み合わせて使用することにより、熱伝達特性が改善された埋設ヒータの設計を提供することができる。しかしながら、埋設ヒータが故障したときには、成形プロセスを停止することなく予備のクランプヒータがこれに代わる。
幾つかの実施の形態では、埋設ヒータが外部クランプヒータに対する予備のヒータとして設けられていてもよい。幾つかの実施の形態では、埋設ヒータ及びクランプヒータを同時に作動させてノズルの溶融体ボアの長さに沿った熱曲線を改善し、熱が逃げやすいノズルの領域、例えばゲート110の近く及び入口端16の近くに余分の熱を提供する。
図3のノズルには二つの熱電対28及び52が示してある。幾つかの実施の形態では、これらの熱電対は、加熱作業とは別個の互いに対する予備の装置として役立つ。例えば、埋設された熱電対28が故障しても、埋設ヒータ20は未だ機能している。制御装置54は、埋設された熱電対28からの信号が範囲外であったりこのような信号がないことが検出された場合、外部の熱電対52からの信号を一つ又はそれ以上の所定の閾値に対して検査し、問題が埋設ヒータ20でなく埋設された熱電対28にあることが確認された場合、外部熱電対52を使用し、これ以降、埋設ヒータ20を監視するように構成されていてもよい。幾つかの実施の形態では、熱電対を二つでなく一つだけ設け、ノズルの溶融体ボアの熱曲線を監視するためにノズル本体12に埋め込むか或いはノズル本体の外部に配置する(例えば図4参照)。
図2及び図3に示す埋設ヒータの構成は、螺旋状チャンネル22に鑞付けされていてもよい。本発明の様々な用途で使用することができる、表面にヒータが埋設されたノズルの例が、例えば米国特許第5,266,023号、米国特許第5,046,942号、米国特許第6,162,043号、米国特許第5,704,113号、米国特許第4,771,164号、米国特許第5,614,233号、米国特許第4,768,283号、米国特許第5,235,737号、米国特許第4,557,685号、米国特許第5,282,735号及び米国特許第5,046,942号を含む上掲の多くの文献に記載されている。
ノズル10によって支持された埋め込み型の第1ヒータ即ち埋設ヒータは、図2及び図3に示す以外の多くの形態をとることができる。例えば、図4は、ヒータ20がノズル本体12内の熱伝導率が高い挿入体132内に埋設されていることを除くと、ノズル10と同様のホットランナーノズル130を示す。このようなヒータの構成の一例は、米国特許第6,394,784号に記載されている。例えば米国特許第4,386,262号、米国特許第4,238,671号及び米国特許第4,403,405号等に記載された鋳込みヒータを持つノズルを本発明の用途で使用することができる。
図5は、本発明の実施の形態による更に別のホットランナーノズル134を示す。このノズルは、溶融体ボア14の長さに沿って熱を提供するためにノズル本体12の外面に固定された一つ又はそれ以上のフィルムヒータ136で第1ヒータが構成されていることを除くと、ノズル10と同様である。外部クランプヒータ40はフィルムヒータ136上に固定される。本発明での使用に適合したフィルムヒータを持つノズルの例は、例えば1999年10月26日に付与された米国特許第5,973,296号及び2001年10月23日に付与された米国特許第6,305,923号に記載されている(これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする)。
埋設ヒータは、他の形態をとってもよく、例えば誘導加熱システムを使用したり、ヒートパイプを使用したり、軸線方向カートリッジヒータを使用したりすることができる。
外部ヒータ40は、更に、図2に示す以外の多くの様々な形態をとることができる。例えば、上記の「背景技術」に記載された特許文献に示された外部ヒータの多くを本発明の実施の形態での使用に適合させることができる。例えば、米国特許第5,360,333号、米国特許第5,411,392号、米国特許第6,043,466号及び米国特許第6,409,497号に示された帯状ヒータの構成及び外部螺旋状ヒータの構成を本発明の実施の形態での使用に適切に適合させることができる。外部ヒータでフィルムヒータの構成を使用することもできる。
幾つかの実施の形態では、ノズルは、追加の予備的な構成を提供するため、外部ヒータの他に二つの独立した埋設ヒータを含んでいてもよい。例として、図7は本発明の別の実施の形態に係るノズル150を示す。ノズル150は、端子連結部分154で終端する追加の螺旋状ヒータ152が、ノズル本体12の表面に、第1埋設ヒータ20と隣接してこれとは電気的に独立して埋設されていることを除くと、ノズル10と同様である。クランプヒータ40は、両方の埋設ヒータ20、152上を延びている。一実施の形態では、第1の埋設ヒータ20が故障したとき、制御装置54は第2の埋設ヒータ152でノズル本体12に熱を提供する。続いて第2の埋設ヒータ152が故障したとき、外部クランプヒータ40がこれに代わる。本発明の実施の形態で使用することができる二重埋設ヒータの構成の例が米国特許第6,394,784号及び欧州特許出願公開第1 252 998号に示されている。幾つかの実施の形態では、ノズル溶融体ボアの長さに沿った熱曲線を改善するため、二つの埋設ヒータ20、152が、互いに対して、予備ヒータの他に、又は予備ヒータの代わりに、協働して作動するように構成されている。
幾つかの実施の形態では、追加の予備ヒータをクランプヒータ40で使用してもよい。これに関し、図6は、本発明の別の実施の形態に係るノズル140を示す。このノズル140は、ノズル140のクランプヒータ40が、互いに対して、予備として役立つ電気的に独立した二つの螺旋状加熱導線142及び144を含むこと以外は、ノズル130と同様である。
本発明のノズルは、好ましい実施の形態では、米国特許第6,162,043号、米国特許第6,043,466号、米国特許第6,309,207号及び米国特許第5,533,882号に示されたシステムのように、システムの成形側からクランプヒータ及びノズルにアクセスを提供するように構成された射出成形システムで使用される。幾つかの実施の形態では、ノズルは、米国特許第6,162,043号に示されているように、成形側から取り外すことができるように構成されていてもよい。
本発明の上述した実施の形態は、単なる例示である。当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、特定の実施の形態に対して変形及び変更を行うことができる。
本発明による一対のノズルアッセンブリを示す概略断面図である。 組み立ての準備ができた、本発明によるノズルを示す部分分解斜視図である。 図2に示すノズルの概略断面図である。 本発明の別の実施の形態に係るノズルの概略断面図である。 本発明の別の実施の形態に係るノズルの概略断面図である。 本発明の別の実施の形態に係るノズルの概略断面図である。 本発明の別の実施の形態に係るノズルの概略断面図である。
符号の説明
10 ホットランナーノズル
12 鋼製本体
14 ノズル溶融体ボア
16 溶融体入口端
18 溶融体出口端
20 電熱要素
22 螺旋状チャンネル
24 外面
26 U形状屈折部
28 熱電対
30 端子ハウジング
40 外部クランプヒータ
42 内スリーブ
44 加熱要素
46 外スリーブ
48 電気端子
50 軸線方向スロット
52 熱電対
54 制御装置
64 電気端子
90 鋼製カラー
100 ホットランナー射出成形システム
102 溶融体通路
104 マニホールド溶融体チャンバ
106 マニホールド
108 マニホールドヒータ
110 成形ゲート
112 バルブピン
114 成形キャビティ
116 スペーサプレート即ちフランジ
118 キャビティプレート
120 冷却チャンネル

Claims (20)

  1. 溶融体チャンネルを画成するノズル本体と、
    前記溶融体チャンネルの第1部分を加熱するため、前記ノズル本体に固定的に取り付けられており且つ前記ノズル本体によって支持された第1ヒータと、
    前記溶融体チャンネルの第2部分を加熱するため、前記第1ヒータと少なくとも部分的に重なるように前記ノズル本体に摺動自在に取り付けることができる第2ヒータとを含む、射出成形用加熱ノズル。
  2. 前記第1ヒータは、前記ノズル本体に少なくとも部分的に埋設されている、請求項1に記載のノズル。
  3. 前記第1ヒータは、前記ノズル本体の溝内に配置されている、請求項2に記載のノズル。
  4. 前記第1ヒータは、前記ノズル本体の外面の周囲にこれと接触して配置されている、請求項1に記載のノズル。
  5. 前記第1ヒータは、フィルムヒータである、請求項4に記載のノズル。
  6. 前記第1ヒータによって加熱される前記溶融体チャンネルの前記第1部分は、前記第2ヒータによって加熱される前記溶融体チャンネルの前記第2部分と実質的に同じである、請求項1に記載のノズル。
  7. 前記第2ヒータは前記第1ヒータから電気的に絶縁されている、請求項6に記載のノズル。
  8. 前記第1ヒータ及び前記第2ヒータのうちの少なくとも一方を、他方のヒータと同時に及びこの他方のヒータに対する予備として交互に作動させることができる、請求項7に記載のノズル。
  9. 前記第1ヒータ及び前記第2ヒータのうちの少なくとも一方を、他方のヒータと同時に、又は他方のヒータに対する予備として作動させることができる、請求項7に記載のノズル。
  10. 前記第1ヒータは、二つの独立したヒータを含む、請求項1に記載のノズル。
  11. 前記第2ヒータは、二つの独立したヒータを含む、請求項1に記載のノズル。
  12. 前記第2ヒータは、前記ノズル本体にクランプ止めすることができるスリーブに配置されている、請求項1に記載のノズル。
  13. 前記第1ヒータ及び/又は前記第2ヒータの温度を監視するための少なくとも一つの熱電対を含む、請求項12に記載のノズル。
  14. 第1熱電対は、前記第2ヒータの温度を監視するため、クランプ止め可能なスリーブに配置され、第2熱電対は、前記第1ヒータの温度を監視するため、ノズル本体に沿って位置決めすることができる、請求項13に記載のノズル。
  15. 射出成形マニホールドと、
    第1端が前記射出成形マニホールドと流体連通し、第2端に成形キャビティの成形ゲートがあり、且つ溶融体チャンネルを画成するノズル本体を持つノズルと、
    前記溶融体チャンネルの第1部分を加熱するため、前記ノズル本体に固定的に取り付けられており且つ前記ノズル本体によって支持された第1ヒータと、
    前記溶融体チャンネルの第2部分を加熱するため、前記第1ヒータと少なくとも部分的に重なるように前記ノズル本体に摺動自在に取り付けることができる第2ヒータとを含む、射出成形装置。
  16. 溶融体チャンネルを画成するノズル本体と、
    前記溶融体チャンネルの第1部分を加熱するため、前記ノズル本体に固定的に取り付けられており且つ前記ノズル本体によって支持された第1ヒータと、
    前記溶融体チャンネルの第2部分を加熱するため、前記ノズル本体に摺動自在に取り付けることができる第2ヒータとを含み、前記第2ヒータは前記ノズル本体に沿って移動自在である、射出成形用加熱ノズル。
  17. 前記第2ヒータは、少なくとも部分的に前記第1ヒータ上に位置決めすることができる、請求項16に記載のノズル。
  18. 前記第1ヒータによって加熱される前記溶融体チャンネルの前記第1部分は、前記第2ヒータによって加熱される前記溶融体チャンネルの第2部分と実質的に同じである、請求項17に記載のノズル。
  19. 前記第1ヒータ及び前記第2ヒータのうちの少なくとも一方を、他方のヒータと同時に及びこの他方のヒータに対する予備として交互に作動させることができる、請求項16に記載のノズル。
  20. 前記第1ヒータ及び前記第2ヒータのうちの少なくとも一方を、他方のヒータと同時に、又は他方のヒータに対する予備として作動させることができる、請求項16に記載のノズル。
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