JP2008504151A - 共射出成形冷却シューティングポットシリンダ - Google Patents

Abstract

同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを通して、シューティングポットピストンと併せて溶融物を射出するシューティングポットシリンダを冷却するように構成される共射出成形シューティングポット冷却装置及び方法。好ましくは、ヒートシンクスリーブがシューティングポットシリンダの後部外表面に接触するように配置される。ヒートシンクスリーブは、シューティングポットシリンダ内の溶融物の粘度を増大させるのに十分な熱をシューティングポットシリンダから除去するように構成され、よってシューティングポットピストンとシューティングポットシリンダとの間の溶融物漏れを低減する。

Description

本発明は、シューティングポットシリンダを冷却し、それによって内部の溶融物の粘度を上げて、シューティングポットシリンダ壁とシューティングポットピストンとの間の溶融物漏れを低減する共射出成形シューティングポット装置及び方法に関する。

［発明の背景］
共射出成形は通常、積層壁構造を有する多層プラスチック包装品の成形に使用される。各層は通常、単一ノズル構造内の異なる環状通路又は円形通路を通過し、各層は部分的に、同じ金型ゲートを通って順次射出される。共射出ホットランナシステムによっては、１つのプラスチック樹脂材料を計量して、成形サイクルにおいて多数個取り金型の各キャビティに正確な分量のその樹脂が収容されるようにするシューティングポットを備えるものがある。シューティングポットシリンダ内のシューティングポットピストンが作動して、樹脂をホットランナマニホルド中に排出し、ホットランナマニホルドは樹脂を共射出ノズルに、次いで金型キャビティ中に運ぶ。

多くの場合、シューティングポットに圧力がかかり、樹脂が高温である場合、通常の成形動作中に相当量の樹脂がシューティングポットシリンダとピストンとの間の隙間から垂れ落ちる。この垂れ落ちは通常、ピストンとシリンダ壁との隙間の増大及びシリンダ温度の上昇に伴って増大する。垂れ落ちは、ピストンとシリンダ壁との永続係合の低減に伴っても増大する。樹脂のかなりの漏れはいずれも、射出中のショットサイズの精度を低減させるのみならず、高価な樹脂を無駄にし、劣化した樹脂をシューティングポットシリンダ外壁とマニホルドプレートとの間に蓄積させ、最終的に、清掃のために動作を停止することが必要になる。ピストンとシリンダとの隙間を隙間のない状態近くまで低減させるのは、ピストンがシリンダ内で動かなくなる危険性が高いため有利ではない。また、垂れ落ちを最小化しようとしてピストンとシリンダとの係合を増大させることは、多くの場合、金型のサイズに対する制約によって制限される。

ピストンの外径及びシリンダの内径の各サイズを調整することにより、シューティングポットピストンを超えての樹脂漏れを最小化しようという試みがなされてきた。樹脂漏れが許容可能なレベルまで最小化されるまで、このような種々の「滑り嵌め」許容差の組み合わせを試みることができる。しかし、この嵌め合いは、樹脂を変更する場合に、またシステムを異なる工程温度で動作させる（熱膨張により「滑り嵌め」の有効性が変わる可能性がある）場合に再調整する必要があり得る。さらに、この「手探り」法は、試行の都度、ホットランナを取り外す必要があるため高コストである。

Schadに付与された米国特許第４，７１７，３２４号には、シューティングポットを有する共射出ホットランナアセンブリが開示されている。シューティングポットチャンバは、アセンブリの被加熱部品であるホットランナマニホルドの一体部分である。シューティングポット内で動作するシューティングポットピストンは、それぞれの動作ストローク全体を通して摺動し、且つ封止しなければならない。ピストン／シューティングポット壁の界面を冷却して漏れを低減させるという開示もなければ、温度を下げて漏れを低減させるという開示さえもない。

Choiに付与された米国特許第６，２４１，９３２号には、図１において、シューティングポット及びピストンアセンブリを含む従来の２段階（予備可塑化）射出ユニットが示される。シューティングポットの後端を冷却して漏れ又は垂れ落ちを最小化するという開示はない。

Ujmaに付与された米国特許第６，５２７，５３９号には、射出成形機のシューティングポット構成が教示されている。シューティングポットの後端を冷却して漏れ又は垂れ落ちを最小化するという開示はない。

したがって、必要なのは、シューティングポットピストンとシューティングポットシリンダ壁との間の漏れを実質的に低減し、設計、設置、及び整備が比較的安価の共射出成形シューティングポット構造である。

［発明の概要］
本発明の利点は、関連技術の問題を解消し、シューティングポット構造の適当な部分を冷却して溶融物の粘度を増大させ、漏れを低減することにより、シューティングポットピストンとシューティングポットシリンダ壁との間の溶融物漏れを効率的に最小化する共射出シューティングポット構造を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを通して溶融物を射出するように構成される、共射出成形シューティングポット装置のための構造及び／又はステップの新規の組み合わせが提供される。シューティングポットシリンダが溶融物を保持するように構成され、シューティングポットピストンがシューティングポットシリンダから溶融物を排出するように構成される。冷却構造がシューティングポットシリンダの外表面に接触するように配置され、そこから熱を除去する。

本発明の第２の態様によれば、同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを通して、シューティングポットピストンと併せて溶融物を射出するシューティングポットシリンダを冷却するように構成される共射出成形シューティングポット冷却装置のための構造及び／又はステップの新規の組み合わせが提供される。ヒートシンクスリーブが、シューティングポットシリンダの後部外表面に接触して配置される。ヒートシンクスリーブは、シューティングポットシリンダから十分な熱を除去し、それによって、内部の溶融物の粘度を増大させるように構成され、そうしてシューティングポットピストンとシューティングポットシリンダとの間の溶融物漏れを低減する。

本発明の第３の態様によれば、金型キャビティ及び同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを備え、溶融物を金型キャビティ中に射出するように構成される共射出成形機のための構造及び／又はステップの新規の組み合わせが提供される。ホットランナマニホルドが、溶融物を共射出ノズルに運ぶように構成される。シューティングポットシリンダが溶融物をホットランナマニホルドに排出するように構成され、シューティングポットピストンがシューティングポットシリンダから溶融物を排出するように構成される。ヒートシンク構造が、シューティングポットシリンダから熱を除去して、内部の溶融物の粘度を増大させるように構成される。

本発明の第４の態様によれば、同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを通して溶融物を射出するように構成される、共射出成形シューティングポットシリンダを冷却する方法のためのステップの新規の組み合わせであって、（ｉ）シューティングポットシリンダに溶融物を充填するステップ、及び（ｉｉ）シューティングポットシリンダの一部から熱を除去するステップであって、それによって内部の溶融物の粘度を増大させて、シューティングポットシリンダとシューティングポットピストンとの間の溶融物漏れを低減する、除去するステップを含む共射出成形シューティングポットシリンダを冷却する方法のためのステップの新規の組み合わせが提供される。

本発明の現時点で好ましい特徴の例示的な実施形態について添付図面を参照しつつこれより説明する。

［好ましい実施形態の詳細な説明］
１．導入
本発明について、プラスチック樹脂共射出成形機が、異なる共射出ノズル溶融物チャネルを通して「Ａ」樹脂及び「Ｃ」樹脂を金型キャビティ中にそれぞれ射出する第１のシューティングポット及び第２のシューティングポットを有するいくつかの実施形態に関連してこれより説明する。しかし、本発明は、金属、複合材料等の射出成形のような他の射出成形用途にも適用することができる。以下の説明は概して、単一のシューティングポットの考察に限られる。しかし、この説明を共射出成形機内の１つ又は複数のシューティングポットに当てはめることができることを理解されたい。

簡潔に言えば、本発明の好ましい実施形態は、シューティングポットシリンダに隣接する熱伝導スリーブの使用により少なくとも１つのシューティングポットシリンダの冷却を提供する。こうして、このような構成は溶融物の粘度に頼って漏れを低減させ、漏れを機械的にではなく熱的に制御し、ピストンとシリンダとの間に厳しい許容差を使用する必要性をなくす。さらに、冷却機構を微調整する（すなわち、ヒートシンクスリーブの幾何学的形状、プレートとの接触表面、又はシューティングポットとの接触表面を変更することにより）際にシューティングポットの幾何学的形状は変更されないため、シリンダ上部の温度を樹脂が流れない温度よりも下に精密に下げることで、漏れを大幅に低減することができる。好ましい実施形態は、バネを利用して、ヒートシンクスリーブを通して熱いシューティングポットと冷たいプレートとを付勢接触させることにより、シューティングポットの熱膨張と同様にホットランナマニホルドの熱膨張にも対処する。

２．第１の実施形態の構造
図１は、一部として、第１のホットランナマニホルド１、第２のホットランナマニホルド２、ノズル筐体３、冷却マニホルドプレート４、シューティングポットシリンダ５、シューティングポットピストン６、ヒートシンクスリーブ７、保持リング８、及びバネ９を備える共射出ホットランナアセンブリ及び金型の一部を示す。ホットランナマニホルド１及び２はヒータ１０によって加熱され、マニホルドプレート４は冷却チャネル１１を通って流れる冷媒によって冷却される。第２の溶融プラスチック樹脂「Ｃ」は、加熱された第２のマニホルド２中の第２の溶融物チャネル１２を通してノズル３に運ばれる。逆止弁アセンブリ１３は、シューティングポットピストン６が進んで、第２のホットランナ溶融物チャネル１２及び対応する共射出ノズル溶融物チャネル２６を介して樹脂「Ｃ」を金型キャビティ中に射出するときに、入口チャネル１４から流入してくる樹脂「Ｃ」が逆流しないようにシューティングポットシリンダ５の一端に位置決めされる。好ましくは、マニホルドを周囲のプレートから分離する熱的に絶縁性の空隙１５がある。

シューティングポットシリンダ５中のピストン６の直径寸法は、ピストン６が、内部に収容されている樹脂の相当量を、ピストン側壁を越えて漏らすことなく摺動できるようなものである。たとえば、１０〜２０ミクロンの隙間では、ピストン６はシューティングポットシリンダ５内で自由に移動することができる。ピストン側壁とピストンシリンダ壁との間の樹脂は潤滑剤のように働く。

ヒートシンクスリーブ７を設けてシューティングポットシリンダ５の後方端を冷却することにより、より確実な「滑り嵌め」構成を容易に提供することができる。ヒートシンクスリーブ７は、熱をシューティングポットシリンダ５の後端から冷却マニホルドプレート４に熱的に伝導する経路を提供する。これは樹脂「Ｃ」の温度を低減させて粘度を増大させ、ピストン壁を越えての大きな漏れを防止する。ヒートシンクスリーブ７は、軸方向にシューティングポットシリンダ５に沿って摺動できるようにシューティングポットシリンダ５の周囲に締まり嵌め（たとえば、５〜１０マイクロメートル（ミクロン）の隙間嵌め）され、効率的な熱伝達のためにシューティングポットシリンダとの密な接触を保ちながら熱膨張への適応性を提供する。

ヒートシンクスリーブ７は、保持リング８、及び肩部１６に対して作用するバネ９によってシューティングポットシリンダの外径上の所定位置に保持され、バネ９はヒートシンクスリーブ７をマニホルドプレート４のシート１９に対して常に付勢して冷却性を高める。シューティングポットシリンダ壁のこの後部を冷却することにより、壁の内表面とピストンとの間のいかなる樹脂漏れも流動性を大幅に低減するのに十分に冷却され、それによって樹脂がシューティングポットの動作に提供する潤滑性を打ち消すことなく漏れを略なくす。シューティングポットシリンダの温度プロファイルは、ヒートシンクスリーブ７と冷却マニホルドプレート４との間の接触面積、及びヒートシンクスリーブ７とシューティングポットシリンダそれ自体との間の接触面積に応じる。これら接触面積は、（ｉ）シューティングポットシリンダ５内のピストンの、これら２つの部品が永続的に接触するエリアにおいて樹脂「Ｃ」が流れない温度よりも低い温度、及び（ｉｉ）シリンダの残りの部分（計量エリア）において樹脂の成形温度に等しい温度を生み出すように最適化される。

シューティングポットシリンダ５の冷却は、ヒートシンクスリーブ７を構成する材料（複数可）、スリーブの縦方向長さ及び半径方向幅（外径から内径を引いたもの）、スリーブの形状（その内表面は正弦波形状又は段付き形状に形作ることができる）、スリーブと冷却マニホルドプレート及びスリーブとシリンダ壁の間の近さ及び接触の程度等の適切な選択により微調整することができる。好ましくは、ヒートシンクスリーブ７は工具鋼で作られ、縦方向長さ６〜１２ｍｍ、内径１０ｍｍ、及び外径２０ｍｍを有する。好ましくは、スリーブ７が冷却マニホルドプレート４に接触する面積は、スリーブ７がシリンダ壁の外径に接触する面積と同じである。好ましくは、スリーブ７は、スリーブの内表面全体を通してシリンダ壁５に接触する。望ましい場合、スリーブ７に冷却フィン、内部を冷媒が流れる冷却チャネル、又は他の冷却補助等を設けることができる。

３．第１の実施形態のプロセス
動作に際して、シューティングポットシリンダ５に、入口チャネル１４を通し、逆止弁１３を通過して樹脂を供給する射出ユニット（図示せず）により樹脂「Ｃ」が充填される。この樹脂の送り込みにより、シューティングポットピストン６は逆止弁１３から離れるように移動し、シューティングポットシリンダ５から外側に延出する。シューティングポットピストン６が作動ロッド（図示せず）により所定位置で停止すると、これはシューティングポットシリンダ５中の樹脂のショットサイズを、ピストンの後方移動によって作り出される量に制限する。成形サイクルの適当な時に、シューティングポットピストン６が、ピストン６の露出端１８上で作用する作動ロッドによって前方向に移動する。ピストン６の前方向移動により、樹脂「Ｃ」はシューティングポットシリンダ５からチャネル１２及びノズル溶融物チャネル２６を介し、金型ゲートを通して金型キャビティ中に移動する。逆止弁１３は、樹脂が入口チャネル１４中に逆流しないようにする。樹脂がシューティングポットシリンダ５に送り込まれる都度、ヒートシンクスリーブ７は、十分な熱を除去して、樹脂温度を低減し、樹脂の粘度を、ピストン壁を越えての漏れが実質的に回避されるポイントまで増大させる。

４．第２の実施形態の構造
シューティングポットピストン２１を収容するシューティングポットシリンダ２０は、シューティングポットシリンダ２０の外径に対して滑り嵌めを有するボアを有するヒートシンクスリーブ２４によって囲まれる。スリーブ２４は、冷却マニホルドプレート２５の窪んだ座部に配置され、保持リング２２及びスリーブ２４をマニホルドプレートの座部に対して常に付勢するバネ座金２３によって所定位置に保持され、それによってシューティングポットシリンダのヒートシンクスリーブ２４のボア内での熱膨張及び摺動を可能にしながらシューティングポットシリンダ壁からプレートへの熱の熱伝導に良好な接触を保証する。この代替の実施形態は図１の構成の肩部１６を必要としないため、わずかにより低コストの部品になる。

５．結論
本発明による有利な諸特徴は、以下を含む：
・冷却機構を後端付近に有して溶融物漏れを低減する少なくとも１つのシューティングポットシリンダを有する共射出ホットランナアセンブリ。

したがって、説明したのは、シューティングポットシリンダ内の樹脂の温度を制御することにより、シューティングポットピストンを超えての溶融物漏れを実質的に回避する共射出成形シューティングポット装置である。

添付図面において概略的に示す、又はブロックで示す個々の部品はすべて、射出成形分野において既知であり、それぞれの特定の構造及び動作は本発明の動作及び本発明を実施する最良の形態にとって重要ではない。

本発明を、現時点で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明したが、本発明は、開示される実施形態に限定されないことを理解されたい。これとは対照的に、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内に含まれる各種の変更及び等価構成を包含することが意図される。添付の特許請求の範囲は、このような変更並びに等価の構造及び機能をすべて包含するように最も広い解釈に従うべきである。

本発明による第１の実施形態によるシューティングポットアセンブリを示す共射出ホットランナアセンブリの部分断面図である。 シューティングポットシリンダ冷却機構の代替の実施形態を示す図である。

Claims (20)

1. 同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを通して溶融物を射出するように構成される共射出成形シューティングポット装置であって、
   該溶融物を収容するように構成されるシューティングポットシリンダと、
   該溶融物を該シューティングポットシリンダから排出するように構成されるシューティングポットピストンと、
   該シューティングポットシリンダの外表面に接触するように配置され、そこから熱を除去する冷却構造と
   を備える、共射出成形シューティングポット装置。
2. 該冷却構造は、該シューティングポットシリンダの後部に接触するように配置されるヒートシンクスリーブを含む、請求項１に記載の装置。
3. 該冷却構造は、該シューティングポットシリンダから十分な熱を除去し、それによって、該シューティングポットシリンダ内の該溶融物の粘度を増大させて、該シューティングポットピストンと該シューティングポットシリンダとの間の溶融物漏れを実質的に低減するように構成される、請求項１に記載の装置。
4. 該冷却構造は熱を冷却金型プレートに伝達するように構成される、請求項１に記載の装置。
5. 該冷却構造を該冷却金型プレートに対して押す付勢構造をさらに備える、請求項４に記載の装置。
6. 該冷却構造は該シューティングポットシリンダの外表面と摺動係合するように構成される、請求項１に記載の装置。
7. 同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを通して、シューティングポットピストンと併せて溶融物を射出するシューティングポットシリンダを冷却するように構成される共射出成形シューティングポット冷却装置であって、
   該シューティングポットシリンダの後部外表面に接触するように配置されるヒートシンクスリーブを備え、該ヒートシンクスリーブは、該シューティングポットシリンダから十分な熱を除去し、それによって、該シューティングポットシリンダ内の該溶融物の粘度を増大させるように構成される、共射出成形シューティングポット冷却装置。
8. 該ヒートシンクスリーブは、該シューティングポットシリンダから十分な熱を除去し、それによって、該シューティングポットピストンと該シューティングポットシリンダとの間の溶融物漏れを実質的に低減するように構成される、請求項７に記載の装置。
9. 該ヒートシンクスリーブは熱を冷却金型プレートに伝達するように構成される、請求項７に記載の装置。
10. 該ヒートシンクスリーブを該冷却金型プレートに対して押すように構成される付勢構造をさらに備える、請求項７に記載の装置。
11. 同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを通して溶融物を射出するように構成される共射出成形ホットランナアセンブリであって、
    該溶融物を該共射出ノズルに供給するように構成されるホットランナマニホルドと、
    該溶融物の計量ショットを収容するように構成されるシューティングポットシリンダと、
    該溶融物を該シューティングポットシリンダから排出するように構成されるシューティングポットピストンと、
    冷却マニホルドプレートと、
    該シューティングポットシリンダ内の該溶融物から熱を除去するように配置されるヒートシンクと
    を備える、共射出成形ホットランナアセンブリ。
12. 該シューティングポットシリンダは、該ヒートシンクを該冷却マニホルドプレートに対して保持するように構成される肩部を外表面に有し、該ヒートシンクは該シューティングポットシリンダの後部の外表面に接触するように配置される、請求項１１に記載のアセンブリ。
13. 該肩部と該ヒートシンクとの間に配置されて、該ヒートシンクを該冷却マニホルドプレートに対して付勢するバネをさらに備える、請求項１２に記載のアセンブリ。
14. 該冷却マニホルドプレートに取り外し可能に結合される保持リングと、
    該保持リングと該ヒートシンクとの間に配置されて該ヒートシンクを該冷却マニホルドに向けて付勢するバネ座金と
    をさらに備える、請求項１１に記載のアセンブリ。
15. 該ヒートシンクは、該シューティングポットシリンダから十分な熱を除去し、それによって、該シューティングポットピストンと該シューティングポットシリンダとの間の溶融物漏れを実質的に低減するように構成される、請求項１１に記載のアセンブリ。
16. 該ヒートシンクは、該シューティングポットシリンダの外表面と摺動係合するように構成されるヒートシンクスリーブを備える、請求項１１に記載のアセンブリ。
17. 共射出成形機であって、
    金型キャビティと、
    同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有し、溶融物を該金型キャビティ中に射出するように構成される共射出ノズルと、
    該溶融物を該共射出ノズルに運ぶように構成されるホットランナマニホルドと、
    該溶融物を該ホットランナマニホルドから排出するように構成されるシューティングポットシリンダと、
    該シューティングポットシリンダから該溶融物を排出するように構成されるシューティングポットピストンと、
    該シューティングポットシリンダから十分な熱を除去し、それによって、該シューティングポットシリンダ内の該溶融物の粘度を増大させるように構成されるヒートシンク構造と
    を備える、共射出成形機。
18. 該ヒートシンク構造は、該シューティングポットシリンダから十分な熱を除去し、それによって、該シューティングポットピストンと該シューティングポットシリンダとの間の溶融物漏れを実質的に低減するように構成される、請求項１７に記載の成形機。
19. 該シューティングポットシリンダの後部外表面と摺動係合するように構成される該ヒートシンク構造ヒートシンクスリーブ、請求項１７に記載の成形機。
20. 同じゲートで終わる少なくとも２つの溶融物チャネルを有する共射出ノズルを通して溶融物を射出するように構成される共射出成形シューティングポットシリンダを冷却する方法であって、
    シューティングポットシリンダに溶融物を充填するステップと、
    該シューティングポットシリンダの一部から熱を除去するステップであって、それによって該シューティングポットシリンダ内の該溶融物の粘度を増大させて、該シューティングポットシリンダとシューティングポットピストンとの間の溶融物漏れを低減する、除去するステップと
    を含む、共射出成形シューティングポットシリンダを冷却する方法。

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