JP2010511535A - 温度センサを有するホットランナーノズル - Google Patents

Abstract

射出成形工具用のホットランナーノズル（３０）は、内部に流動性の材料のための少なくとも１つの流路（４０）が形成されている材料管（３２）と、材料管（３２）の上にスライド可能なスリーブ（１０）と、材料管（３２）を加熱するためのヒータ（１６）と、温度を検出するための温度センサ（２０）とを有する。材料管内に案内される流動性の材料の温度をさらに正確に検出することができるようにするために、本発明は、スリーブ（１０）が、その端部領域の近くにおいて、スリーブ（１０）の壁部を貫通してほぼ半径方向に延びた貫通開口部（２４）を備えており、スリーブ（１０）が材料管（３２）上にスライドしている際に、この貫通開口部内に、温度センサ（２０）の自由端が、または温度センサ（２０）の自由端の近くに設けられた温度センサ部分（５６）が案内されていることを考慮している。

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項の類概念に記載の射出成形工具用のホットランナーノズルに関する。

ホットランナーノズルは、高い圧力をかけてあらかじめ与えることができる温度において流動性の材料を、たとえば合成物質溶融物を分離可能な型挿入体に供給するために、射出成形工具において使用される。これらのホットランナーノズルは、ほとんどの場合、流路を備えた材料管を有し、この流路は、ノズルオリフィスにおいて終っている。このノズルオリフィスは、端部側においてノズル出口開口部を形成しており、このノズル出口開口部は、注入開口部を介して型挿入体（キャビティー）に口を開いている。材料管内において流動性の材料が早期に冷却されないようにするために、ヒータが設けられており、このヒータは、ノズルオリフィス内にまでできるだけ均一な温度分布を提供しなければならない。高熱ノズルと低温の工具との間の熱的な分離は、ノズルが凍結すること、および工具または型挿入体が加熱されることを防止する。

ホットランナーノズルにおける温度管理の要求は、きわめて高度である。なぜなら処理すべき合成物質は、しばしばきわめて狭い処理ウインドウを有し、かつきわめて敏感に温度変動に反応するからである。このようにしてたとえばわずか数度の温度変化が、射出誤りおよび不良品を引き起こすことがある。それ故に精密な温度管理は、良好に機能するかつ全自動で作業するホットランナーモールドにとって重要である。

その上さらにたとえば２４，３２または６４のキャビティーを有する多重工具において、すべてのキャビティーに対して設定すべき温度が同じであるということは重要である。このことは、設定された温度がノズルにおける実際の温度ときわめて正確に一致しなければならないということを引き起こす。

実際温度を監視するために、通常の温度センサが利用される。このとき、温度センサの出力信号は、相応する制御部に供給することができ、この制御部は、目標／実際−温度補償によって温度を制御する。

このような温度センサを備えた射出成形工具用のホットランナーノズルは、たとえば特許文献１に記載されている。このホットランナーノズルにおいて、材料管の上に熱ガイドスリーブがスライドしてており、この熱ガイドスリーブは、軸線方向に延びたスリットを備え、このスリット内に温度センサが配置されている。熱ガイドスリーブの下にクランプスリーブが配置されており、このクランプスリーブは、その内側に切り欠きを有し、この切り欠きは、外部からのアクセスによってアクセス可能である。温度センサの自由端は、切り欠き内へのアクセスによって案内され、それから材料管の上においてクランプスリーブがねじられ、かつ温度センサの自由端は、クランプスリーブ内においてクランプして保持される。この構成は、たとえば熱ガイドスリーブに加えてクランプスリーブの形の別の構成部分を設けなければならないという趣旨において不利であり、このことは、ホットランナーノズルの製造に関してかつその組み立てに関して好ましくはない。

ヨーロッパ特許出願公開第６２３８１０号明細書

この従来の技術から出発して、本発明の課題は、前記の問題の少なくとも一部を取除いた、代替構成を有する射出成形工具用の温度センサを備えたホットランナーノズルを提供することにある。

この課題を解決するために、本発明は、特許請求の範囲第１項に記載の射出成形工具用のホットランナーノズルを提案する。従属請求項は、本願発明の個々の実施形態に関する。

本発明によるホットランナーノズルは材料管を備えており、この材料管は、鋼から製造されているのが好ましく、その際、材料管内に、流動性の材料のために少なくとも１つの流路が形成されている。さらにホットランナーノズルは、好ましくは耐熱性の材料から、たとえば銅からまたは銅合金から製造されたスリーブを含み、このスリーブは、材料管の上にスライド可能である。加えて材料管を加熱するためのヒータ、および温度を検出するための温度センサが設けられている。

本発明によれば、ホットランナーノズルのスリーブは、その端部領域の近くにおいて、スリーブの壁部を通ってほぼ半径方向に延びた貫通開口部を有し、スリーブを材料管にスライドしているときに、この貫通開口部を通って、材料管は、外部から見ることができ、またはアクセス可能である。および／またはスリーブを材料管にスライドした状態において、この貫通開口部を通って、温度センサの測定点として使われる温度センサの自由端が、または温度センサの自由端の近くにおける温度センサの相応する部分が延びている。したがって貫通開口部によって材料管、スリーブおよび温度センサの間に空いた空間が提供されるので、温度センサの測定点は、耐熱性の材料から製造されたスリーブに直接接触しない。それによりヒータから発生された熱エネルギーは、温度センサにまたはその測定点に直接作用することはない。それによりこの温度センサの測定点は、材料管の温度を、したがってこの中に案内された溶融物の温度をきわめて大いに正確に検出することができ、すなわち外側領域において温度センサによって検出される温度は、材料管内に案内される溶融物の温度にきわめて大いに正確に対応している。

本発明によるホットランナーノズルの前記の構成は、さらにこの構成がきわめて簡単であり、かつわずかな構成部分だけからなるという趣旨において有利である。さらに簡単な様式および方法において（場合によってはスリーブおよびヒータとともに）温度センサを構成することができる。

スリーブの外面に沿って、少なくとも１つの溝が形成されており、この溝内に、ヒータおよび／または温度センサを収容することができる。とくに有利な構成によれば、スリーブの外面に、ヒータのための溝、および温度センサのための別の溝が形成されている。このようにしてヒータおよび温度センサは、スリーブ内に統合され、このことは、とくに本発明によるホットランナーノズルの組み立ての際に有利である。

スリーブにヒータおよび／または温度センサを固定するために、これらのヒータおよび／または温度センサは、プレス結合によってそれぞれの溝内に保持されているのが好ましい。その代わりにヒータおよび温度センサは、スリーブ内に設けられた溝内に、接着することができ、はんだ付けすることができ、またはその他の様式および方法において取り付けることもできる。

本発明によるホットランナーノズルの変形によれば、スリーブに設けられた貫通開口部は、スリーブの外面において溝状またはスリット状の拡張部を有し、この拡張部は、この拡張部内に温度センサの測定点として使われる温度センサの自由端を固定することができるように形成されており、その際、取り付けは、プレス結合、はんだ付け結合、接着結合等によって製造することができる。それにより温度センサの自由端は固定されるので、温度を記録する温度センサの部分の位置は、固定に基づく極端な外部条件の際にも、その自由端の近くにおいて一定である。互いに相対的な温度センサおよびヒータの同じままの配置に基づいて、材料管の温度は、常に正規に検出することができる。

その代わりに温度センサの自由端は、定義されて貫通開口部内に突出することができる。その際、有利には組み込まれた状態において温度センサの自由端と材料管との間の接触が保証されているように、温度センサの自由端は、保持要素によって固定されている。保持要素は、耐熱性（ほぼ５００°Ｃまで）のばね鋼からなるクランプであると有利である。

別の代替案によれば、温度センサの自由端は、スリーブ内に設けられた貫通開口部によって案内することもでき、かつ切り欠き内に収容することもでき、この切り欠きは、材料管にスリーブをスライドしているときに、この切り欠きが貫通開口部に連通するように、材料管の外面におよび／またはスリーブの内面に形成されている。このとき、この切り欠き内において自由端は、プレス結合、接着結合、はんだ付け結合等によって固定することができるので、ここでも極端な外部条件の際にさえ、温度を記録する温度センサの部分の一定の位置が保証されている。

次に図面を引用して本発明によるホットランナーノズルの実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明によるホットランナーノズルのスリーブの第１の構成の正面図である。 図１に示したスリーブの断面図である。 挿入した温度センサを含む図１および２に示したスリーブの拡大した部分図である。 挿入した温度センサを含む本発明によるホットランナーノズルのスリーブの代替え構成の図３に類似の拡大した部分図である。 挿入した温度センサを含む本発明によるホットランナーノズルのスリーブの別の代替え構成の図３に類似の拡大した部分図である。 挿入した温度センサを含む本発明によるホットランナーノズルのスリーブのなお別の代替え構成の図３に類似の拡大した部分図である。 挿入した温度センサを含む本発明によるホットランナーノズルのスリーブの図６に示した構成の部分横断面図である。 挿入した温度センサを含む本発明によるホットランナーノズルのスリーブのなお別の代替え構成の図３に類似の拡大した部分図である。 図１および２に示したスリーブを含む本発明によるホットランナーノズルの断面図である。

以下において同じ参照符号は、同じ構成部分に関する。

次に図１，２，３および７を引用して、本発明によるホットランナーノズルのスリーブ１０の１つの実施系の構成を、さらに詳細に説明し、その際、図１はスリーブ１０の正面図であり、図２は同じものの断面図であり、図３はスリーブ１０の拡大した部分図であり、かつ図９は、ホットランナーノズル内に組み込まれた状態におけるスリーブ１０の断面図である。図３ないし８は、本発明によるホットランナーノズルのスリーブの代替え構成を示している。

スリーブ１０は、ほぼ管状に形成されており、かつたとえば銅、銅合金等のように、良好な耐熱性を有する材料から製造されている。

らせん状の溝１２は、スリーブ１０の外面１４においてスリーブ１０の軸線方向に形成されており、図９に示すように、線材状のヒータ１６を収容するために使われる。線材状のヒータ１６は、プレス結合によって溝１２内に固定されており、その際、ヒータ１６は、その代わりに接着によって、はんだ付け等によって溝１２内に固定することができる。さらにスリーブ１０の外面１４に別の溝１８が形成されており、この溝は、同様にスリーブ１０の軸線方向にらせん状に延びている。この別の溝１８は、図９に示すように、線材状の温度センサ２０を収容するために使われる。スリーブ１０の端部領域２２に孔の形の貫通開口部２４が設けられており、この貫通開口部は、スリーブ１０の外面１４からスリーブ１０の壁部を通ってほぼ半径方向内方に延びている。この貫通開口部２４内に、温度センサ２０を収容する溝１８が口を開いている。

実質的に貫通開口部２４内に口を開いた溝１８の端部に対して、貫通開口部２４に溝状の拡張部２６が形成されており、溝１８内に温度センサ２０を収容した状態においてこの拡張部内に、図３による拡大した部分図に示すように、温度センサ２０の自由端が挿入されている。その際、温度センサ２０の自由端は、クランプによって拡張部２６内に保持される。その代わりに温度センサ２０の自由端は、接着結合、はんだ付け結合等によって拡張部２６内に固定することもできる。したがって温度センサ２０を溝１８内に挿入した場合、温度センサ２０の自由端の近くにおける部分は、貫通開口部２４を通って延びている。

さらにスリーブ１０に、図には示されていない追加的な孔が設けられており、とくに材料管３２からスリーブ１０を取り外すことを容易にするために、これらの孔内に引き外し工具等をかみ合わせることができる。

図４ないし８は、本発明によるホットランナーノズルのスリーブの代替え構成を示している。

図４が示すように、貫通開口部２４内に口を開いた溝１８の端部に対して、貫通開口部２４に溝状の拡張部２６ａが形成されており、この拡張部は、スリーブ１０ａの下側の自由端にまで延びており、スリーブ１０ａの自由端に形成された切り欠き２５内に口を開いている。溝状の拡張部２６ａ内に温度センサ２０の自由端が挿入されており、この自由端は、クランプによって拡張部２６ａ内に保持されており、その際、温度センサの自由端は、切り欠き２５内に突出している。その代わりに温度センサ２０の自由端は、接着結合、はんだ付け結合等によって拡張部２６ａ内に固定することもできる。この構成において、スリーブ１０およびヒータ１６からなる部分システムを延長することなく、かつ温度センサ２０の自由端がスリーブから突出することなく、またはここから張り出すことなく、材料管３２の自由端のさらに近くに温度センサ２０が配置されている。

図５による構成において、温度センサ２０の自由端は、貫通開口部２４内に口を開いた溝１８の端部から貫通開口部２４内に定義されて突出しており、かつここにおいて終っている。

図６によれば、温度センサ２０の自由端は、貫通開口部２４内に口を開いた溝１８の端部から貫通開口部２４内に定義されて突出しており、かつここにおいて終っており、その際、材料管３２と温度センサ２０の自由端の接触が保証されるように、温度センサ２０の自由端は、クランプ２７によって保持されている。本構成においてこのことは、図７による横断面図においていっそう詳細に明らかなように、クランプ２７が温度センサ２０を押し下げ器の様式にしたがって図示しない材料管の方向に下方に押すことによって達成される。その際、切り欠き２４内においてクランプ２７を固定するために、クランプ２７の自由端は、貫通開口部２４の相応する拡張部領域２９にかみ合っている。クランプ２７は、材料管に温度センサ２０の自由端を押し付けるために必要な力を発生するために、耐熱性（ほぼ５００°Ｃおよびそれ以上まで）のばね鋼から製造されている。

図８は、温度センサ２０と材料管との間の接触を行なうために、ここにおいて温度センサ２０の自由端が、図６および７に図示した構成におけるように、クランプ２７によって材料管の方向に押されるという点においてだけ、図４に示したものと類似の別の構成を示している。切り欠き２５内においてクランプ２７を固定する基本方式は、ここにおいて図７に示したものに相当する。

図９は、ホットランナーノズル３０を示しており、このホットランナーノズル内に図１および２に示されたスリーブ１０が組み込まれている。ホットランナーノズル３０は、射出成形工具内に挿入するために設けられている。このホットランナーノズルは、材料管３２を含み、この材料管は、その上側端部にフランジ状の接続ヘッド３４を備えている。この接続ヘッドは、ハウジング３６内に取り外し可能に着座しており、このハウジングは、（図示しない）分配器板に下から固定することができる。半径方向に形成された段３８は、ハウジング３６を中心配置し、したがって工具内においてホットランナーノズル３０を中心配置する。軸線方向Ａに延びた材料管３２の内部には、中心に材料溶融物のための流路４０が設けられている。好ましくは孔として形成された流路４０は、接続ヘッド３４内に材料供給開口部４２を有し、かつその下側の端部では、ノズルオリフィス４４内に合流しており、このノズルオリフィスは、たとえばノズル尖端部として形成されている。流動性の材料溶融物が（図示しない）キャビティー内に達することができるようにするために、このノズル尖端部は、材料出口開口部４６を有する。高熱伝導材料から製造されたノズルオリフィス４４は、端部側において材料管３２内に挿入されており、好ましくはねじ込まれている。しかしながらこのノズルオリフィスは、（用途に応じて）同じ動作様式の場合にも軸線方向に可動に支承されているか、あるいは材料管３２と一体で形成されていてもよい。分配器板に対してホットランナーノズル３０を封止するために、材料管３２の接続ヘッド３４内において材料供給開口部４２に対して同心状に、パッキンリング４８が設けられている。（図示しない）別の環状の心出し突起を形成することも可能であり、これにより、工具におけるホットランナーノズル３０の取り付けが容易にできる。

材料管３２の外周部部５０の上に、図１および２に示されたスリーブ１０がスライドしており、その際、相応して線材状のヒータ１６および線材状の温度センサ２０が、スリーブ１０の溝１２，１８内に固定されている。ヒータ１６および温度センサ２０のそれぞれの端子は、ハウジング３６から側方に導き出されていつが、このことは、ここでは図示されていない。スリーブ１０全体は、保護管５２によって囲まれており、この保護管は、スリーブ１０上にスライドされている。

図９に示した加熱通路ノズル３０の組み立てられた状態において、スリーブ１０内に設けられた貫通開口部２４は、材料管３２の端部領域５４に配置されており、ここにおいて材料管３２の温度を検出するようにする。その際、貫通開口部２４は、材料管３２の外周部５０と温度センサ２０の部分５６との間の直接の結合を引き起こし、この部分は、貫通開口部２４の拡張部２６内に固定された温度センサ２０の自由端の近くに配置されている。この直接の結合のおかげで、温度センサ２０によって検出された温度は、材料管３２とは異なるスリーブ１０の温度により影響もしくは劣化されず、またはほんのわずかな程度しか影響もしくは劣化されないので、温度センサ２０は、材料管３２の正確な温度を、したがってこの材料管内にある溶融物の温度を検出することができる。

温度センサ２０またはヒータ１６の交換のために、材料管３２からスリーブ１０を取り外すだけでよく、かつここに取り付けられた温度センサおよびここに取り付けられたヒータとともにスリーブに取り替えるだけでよく、このことは、わずかな時間しか必要としない。

本発明によるホットランナーノズルのスリーブの代替え構成によれば、図１ないし３に示された構成においてスリーブ１０の外面１４に設けられた拡張部２６は、選択的にスリーブの内面に、または材料管の外周部に形成することができるが、このことは、図１ないし３には示されていない。相応して温度センサの自由端を貫通開口部の相応して配置された拡張部内に挿入する前に、温度センサの端部は、まず貫通開口部によって案内される。それから温度センサは、拡張部内においておよび／またはスリーブと材料管との間において固定することができる。たとえば材料管におけるプレス整合によってスリーブが固定される場合、これらの構成部分の間における温度センサの自由端の固定は、同様にプレスによって行うことができる。このようにして同時にヒータと材料管との間における相対位置も固定される。

全体として本発明によるホットランナーノズルのスリーブの構成は、その簡単な構成によって特徴づけられている。とくにスリーブに温度センサおよびヒータを固定するために、他の構成部品は必要ない。ヒータに対して相対的な温度センサの正確かつ永続的な配置によって、さらに温度センサによって検出されるデータの最適な再現性が得られる。

本発明によるホットランナーノズルの前記の構成が、決して限定するものではないことは明らかである。それどころか添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の保護範囲から外れることなく、変形および変更が可能である。

Ａ 軸線方向
１０ スリーブ
１０ａ スリーブ
１２ 溝
１４ 外面
１６ ヒータ
１８ 溝
２０ 温度センサ
２２ 端部領域
２４ 貫通開口部
２５ 切り欠き
２６ 拡張部
２６ａ 拡張部
２７ クランプ
３０ ホットランナーノズル
３２ 材料管
３４ 接続ヘッド
３６ ハウジング
３８ 段
４０ 流路
４２ 材料供給開口部
４４ ノズルオリフィス
４６ 材料出口開口部
４８ パッキンリング
５０ 外周部
５２ 保護管
５４ 端部領域
５６ 部分

Claims (12)

1. 内部に流動性の材料のために少なくとも１つの流路（４０）が形成されている材料管（３２）と、
   材料管（３２）の上にスライド可能なスリーブ（１０；１０ａ）と、
   材料管（３２）を加熱するためのヒータ（１６）と、
   温度を検出するための温度センサ（２０）とを備えた、射出成形工具用のホットランナーノズル（３０）において、
   スリーブ（１０；１０ａ）が、その端部領域近くにおいて、スリーブ（１０）の壁部を貫通してほぼ半径方向に延びている貫通開口部（２４）を備えており、
   スリーブ（１０；１０ａ）が材料管（３２）上にスライドしている際に、この貫通開口部内におよび／またはこの貫通開口部を通って、温度センサ（２０）の自由端が、または温度センサ（２０）の自由端の近くに設けられた温度センサ部分（５６）が案内されていることを特徴とする、ホットランナーノズル（３０）。
2. 材料管（３２）が、鋼から製造されていることを特徴とする、請求項１に記載のホットランナーノズル（３０）。
3. スリーブ（１０；１０ａ）が、銅からまたは銅合金から製造されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のホットランナーノズル（３０）。
4. スリーブ（１０；１０ａ）の外面（１４）に沿って、少なくとも１つの溝（１２；１８）が形成されており、この溝が、ヒータ（１６）および／または温度センサ（２０）を収容することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のホットランナーノズル（３０）。
5. ヒータ（１６）および／または温度センサ（２０）が、プレス結合によって少なくとも１つの溝（１２；１８）内に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のホットランナーノズル（３０）。
6. スリーブ（１０；１０ａ）の外面（１４）に、ヒータ（１６）のための溝（１２）が、および温度センサ（２０）のための別の溝（１８）が形成されていることを特徴とする、請求項４または５に記載のホットランナーノズル（３０）。
7. 貫通開口部（２４）が、スリーブ（１０）の外面（１４）において溝状またはスリット状の拡張部（２６；２６ａ）を有し、この拡張部が、この拡張部内に温度センサ（２０）の自由端を固定することができるように形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載のホットランナーノズル（３０）。
8. 温度センサ（２０）の自由端が、定義された貫通開口部（２４）内に突出することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載のホットランナーノズル（３０）。
9. 組み込まれた状態において温度センサ（２０）の自由端と材料管（３２）との間の接触が保証されているように、温度センサ（２０）の自由端が、保持要素によって固定されていることを特徴とする、請求項８に記載のホットランナーノズル（３０）。
10. 保持要素が、耐熱性のばね鋼からなるクランプ（２７）であることを特徴とする、請求項９に記載のホットランナーノズル（３０）。
11. 材料管（３２）の外面におよび／またはスリーブの内面に、温度センサの自由端を収容するための切り欠きが形成されており、材料管にスリーブがスライドしている際に、この切り欠きが、貫通開口部に連通することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載のホットランナーノズル。
12. 切り欠き内に温度センサの自由端が固定可能であるように、この切り欠きが形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のホットランナーノズル。

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