JP2013528136A - ノズルハウジングによって摺動支持される弁ステムを有する金型工具システム - Google Patents

Abstract

金型工具システム（１００）であって、供給端（１０６）から排出端１０８まで延在する溶融物通路（１０３）を有するノズルハウジング（１０２）を備える。弁ステム１０４は、（ｉ）溶融物通路（１０３）に沿って摺動移動可能であるとともに、（ｉｉ）供給端（１０６）と排出端（１０８）とによって摺動支持される。

Description

本発明の一態様は、概して、金型工具システムであって、供給端から排出端まで延在する溶融物通路を有するノズルハウジングと、（ｉ）溶融物通路に沿って摺動移動可能であるとともに、（ｉｉ）供給端と排出端とによって摺動支持される弁ステムと、を備える、金型工具システムに関する（しかしそれには限定されない）。

アレキサンダー・パークスによって１８５１年にイギリスで最初の人工プラスチックは発明された。１８６２年のロンドン万国博覧会でパークスはその物質を公に展示し、パークシンと命名していた。パークシンはセルロースから誘導され、加熱して成形することができ、冷却されるとその形状を保持することができた。しかしながら、パークシンは製造に費用がかかり、割れが生じやすく、かつ可燃性が高かった。１８６８年に、アメリカの発明家であるジョン・ウェズリー・ハイアットが、プラスチック材料の完成形となり得るようにパークスの発明を改良し、セルロイドと命名したプラスチック材料を開発した。１８７２年に最初の射出成形機の特許をハイアットは取得した。この射出成形機は、被加熱シリンダーを通して金型へプラスチックを射出するのにプランジャーを用いており、大型の皮下注射器のように働くものであった。第二次世界大戦が安価な大量生産品の大きな需要をもたらしたために１９４０年代に産業は急速に拡大した。１９４６年に、アメリカの発明家であるジェームス・ワトソン・ヘンドリーが最初のスクリュー射出機を作った。この成形機により材料を射出前に混合することも可能となったため、射出前に着色プラスチックや再生プラスチックをバージン材料に加えて完全に混合することができた。１９７０年代に最初のガスアシスト射出成形法の開発をヘンドリーが始めた。射出成形機は材料ホッパーと、射出ラムやスクリュー式プランジャーと、加熱ユニットとからなる。これらの成形機はプレスとしても知られており、成形品が内部で成形される金型を保持する。成形機が加えることができる型締め力の量を表すトン数によってプレスは定格される。射出プロセスの間、この力は金型を閉じた状態に維持する。トン数は５トン未満から６０００トンまで様々とすることができ、より高い数字は比較的少ない製造作業においてでしか用いられない。必要とされる総型締め力は成形される部品の突出面積によって決まる。この突出面積はその各平方インチあたり２から８トンの型締め力で乗算される。大まかには、平方インチあたり４トン又は５トンが大半の製品に用いられ得る。プラスチック材料が非常に硬い場合、金型を充填するのにより大きな射出圧力を必要とするため、金型を閉じた状態に保持するのにより大きな型締めトン数を必要とする。用いる材料と部品のサイズとによっても必要とされる力は決まる可能性があり、部品が大きいほど高い型締め力が必要となる。射出成形によれば、重力によってホッパーから被加熱バレルへ粒状プラスチックが給送される。スクリュー式プランジャーによって低速で粒状物が前進されるにつれて、被加熱チャンバーへ当該プラスチックは押し進められ、被加熱チャンバーにおいて溶融される。プランジャーが進むにつれて、金型に当接しているノズルを通って溶融されたプラスチックは押し進められ、ゲート・ランナーシステムを通って金型キャビティに入ることが可能となる。金型が低温に維持されているため、プラスチックは金型に充填されるとまもなく固化する。金型アセンブリやダイは、成形時にプラスチック部品を製造するのに用いられる工具を説明するために使用される用語である。数千もの部品が製造される大量生産において金型アセンブリは用いられる。金型は通常、焼入れ鋼等から構成される。プラスチック物品の製造のために、金型アセンブリとともにホットランナーシステムは成形システムにおいて用いられる。通常、成形システムとは別個に販売及び供給することができる工具としてホットランナーシステム及び金型アセンブリは扱われる。

粗悪な品質の成形品や成形部品を図らずも製造する既知の成形システムに関連する課題を本発明者らは調査した。多くの研究の後、本発明者らは以下で述べる課題及びその解決策の見解に至り、この見解は公に知られていないものとみなしている。

一般的に、既知の弁ステムはホットランナーノズルにおいて曲がるとともに撓み、このことが図らずも、ノズル先端部とゲートインサートとの摩耗を早める可能性がある。

一態様によれば、金型工具システム（１００）であって、供給端（１０６）から排出端（１０８）まで延在する溶融物通路（１０３）を有するノズルハウジング（１０２）と、（ｉ）前記溶融物通路（１０３）に沿って摺動移動可能であるとともに、（ｉｉ）前記供給端（１０６）と前記排出端（１０８）とによって摺動支持される弁ステム（１０４）とを備える、金型工具システムが提供される。

別の態様によれば、上記の金型工具システム（１００）を有する成形システムが提供される。

ここで、添付の図面とともに非限定的な実施形態の以下の詳細な説明を検討すれば、当業者には非限定的な実施形態の他の態様及び特徴が明らかになるであろう。

非限定的な実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することによって非限定的な実施形態はより完全に理解されるであろう。

金型工具システム１００の概略図である。 図１の金型工具システム１００の他の概略図である。 図１の金型工具システム１００の他の概略図である。 図１の金型工具システム１００の流れ領域４００の概略図である。

図面は必ずしも縮尺通りには描かれておらず、仮想線、概略図及び部分図によって示される場合がある。特定の場合では、実施形態の理解に必要ではない細部（及び／又は他の細部の把握を難しくする細部）は省略されている場合がある。

図１は金型工具システム１００の概略図を示す。特に、図１は金型工具システム１００の断面図である。金型工具システム１００は当業者に既知である構成部材を備えることができ、これらの既知の構成部材は本明細書では記載せず、少なくとも一部が（例えば）以下の参考文献に記載されている：（ｉ）OSSWALD/TURNG/GRAMANN著「Injection Molding Handbook」（ISBN: 3-446-21669-2）、（ｉｉ）ROSATO AND ROSATO著「Injection Molding Handbook」（ISBN: 0-412-99381-3）、（ｉｉｉ）JOHANNABER著「Injection Molding Systems」（第３版）（ISBN: 3-446-17733-7）、及び／又は、（ｉｖ）BEAUMONT著「Runner and Gating Design Handbook」（ISBN: 1-446-22672-9）。本特許出願の目的から、「含む（includes）（しかしそれには限定されない）」という句は「備える（comprising）」という語に等しいことが理解されるであろう。「備える（comprising）」という語は、特許請求の範囲のプリアンブルと、発明自体が実際に何であるかを規定する特許請求の範囲に記載されている特定の要素とを関連付ける移行句又は移行語である。移行句は、特許請求の範囲を限定するものとして働き、被疑侵害装置等が特許の特許請求の範囲よりも多いか又は少ない要素を含んでいる場合は、類似の装置、方法又は構成部分が特許を侵害しているか否かを示す。「備える（comprising）」という語は、特許請求の範囲において特定されている要素がどんなものであってもそれにプリアンブルを限定しないため、最も広範な移行形式であるオープンな移行句（open transition）として扱われる。

金型工具システム１００はノズルハウジング１０２と弁ステム１０４との相乗的な組合せを含む（しかしそれには限定されない）。ノズルハウジング１０２はノズル本体と呼ぶことができる。ノズルハウジング１０２の長手方向軸に沿って供給端１０６から排出端１０８まで延在する溶融物通路１０３をノズルハウジング１０２は有するか又は画定している。排出端１０８は供給端１０６からオフセットされている（すなわち離間されている）。ランナーアセンブリ（図示しないが既知である）から金型アセンブリ（図示しないが既知である）に溶融物（樹脂としても知られる）を搬送するのに溶融物通路１０３が用いられる。弁ステム１０４は溶融物通路１０３に沿って摺動移動可能である。供給端１０６と排出端１０８とにおいて弁ステム１０４は摺動支持される。弁ステム１０４が開位置と閉位置との間で摺動往復するときに、弁ステム１０４の先端部が排出端１０８においてガイドされないことを防ぐように弁ステム１０４の先端部が排出端１０８において絶えず摺動支持される（又はガイドされる）ようなものであると「摺動支持される」は定義される。「弁ステム１０４が供給端１０６において摺動支持される」という意味は、弁ステム１０４が供給端１０６において支持されるというオプション、及び／又はマニホールドブシュ２０４において支持されるというオプションを含むことが理解されるであろう。図１は、溶融物がノズルハウジング１０２を通って金型アセンブリに流れ込むことができるように開位置にある弁ステム１０４を示す。

マニホールドプレート２０２によってノズルハウジング１０２は所定位置に受け入れられて保持される。ノズルハウジング１０２はマニホールドブシュ２０４の端に当接する。マニホールドブシュ２０４はマニホールドアセンブリ２０６に受け入れられる。マニホールドブシュ２０４はまたノズルハウジング１０２の溶融物通路１０３と流体接続する溶融物通路２０５も画定している。弁ステム１０４はマニホールドブシュ２０４内を摺動可能に移動する。非限定的な変形形態によれば、弁ステム１０４の全ストロークに渡って排出端１０８は弁ステム１０４を摺動支持する。

非限定的なオプションによれば、金型工具システム１００はノズル先端部１１４を更に含むことができる（しかしそれには限定されない）。ノズルハウジング１０２に対して弁ステム１０４をセンタリングする構造をノズル先端部１１４は提供することが理解されるであろう。ノズルハウジング１０２の溶融物通路１０３と流体接続する先端部通路１０５をノズル先端部１１４は画定しているか又は含む。ノズル先端部１１４はノズルハウジング１０２の排出端１０８に受け入れられる。レンチ等の工具によってノズル先端部１１４はノズルハウジング１０２に組み付けることができる。弁ステム１０４はノズル先端部１１４によって摺動可能に支持される。一般的に、ノズル先端部１１４はノズルハウジング１０２と接続される。オプションによれば、ねじ接続等によってノズルハウジング１０２にノズル先端部１１４は分離可能に接続可能である。ノズル先端部１１４の出口ポータル１１８においてべスペル（vespel）２０８を用いてノズル先端部１１４の先を覆うことができる。ノズル先端部１１４は入口ポータル１２０も含み、溶融物通路１０３が入口ポータル１２０から出口ポータル１１８まで延在する。入口ポータル１２０は出口ポータル１１８からオフセットされ（すなわち離間され）位置決めされている。オプションによれば、排出端１１０まで弁ステム１０４の周囲に溶融物が流れることを可能にするように構成されている溝構造部１１６をノズル先端部１１４は有することができ、溝構造部１１６を用いて、排出端１０８において弁ステム１０４を支持する。溝構造部１１６はノズル先端部１１４の出口ポータル１１８において画定されている溝を含む。

図２Ａ及び図２Ｂは図１の金型工具システム１００の他の概略図を示す。図２Ａはノズル先端部１１４の等角図を示す。図２Ｂはノズル先端部１１４の断面図を示す。弁ステム１０４に面する一組の溝を溝構造部１１６が画定しており、各溝は弁ステム１０４の周囲に均一に位置付けられている。溝構造部１１６はノズル先端部１１４の出口ポータル１１８からオフセットされている。出口ポータル１１８に形成される溝を溝構造部１１６は含むことができる。

図３は図１の金型工具システム１００の流れ領域４００の概略図を示す。ノズル先端部１１４の出口ポータル１１８に近接して溝構造部１１６は位置決めされている。開位置に配置されている弁ステム１０４の周囲にプラスチックが流れることを可能にするように溝構造部１１６は構成されている。弁ステム１０４は開位置と閉位置との間で移動可能である。閉位置では、弁ステム１０４の先端部がノズル先端部１１４の一部とシールする。開位置では、溶融物通路１０３から溝構造部１１６を通ってノズルハウジング１０２の出口端まで溶融物が自由に流れることができるように、弁ステム１０４の先端部はノズル先端部１１４の一部とシールしない。

弁ステム１０４が開位置に配置されると、ノズル先端部１１４の出口ポータル１１８の断面積が画定する流れ領域３００に等しく弁ステム１０４を囲んだ流れ領域４００を溝構造部１１６は形成し、それによって、弁ステム１０４が支持されると同時に流れ領域４００は維持されることができる。

技術的効果
弁ステム１０４がノズル先端部１１４及びノズルハウジング１０２の溶融物通路１０３の内部でセンタリングされているままであることを確実にすることにより、
（Ａ）弁ステム１０４の周囲の溶融物のより良好に均質化した温度分布及び粘度分布、（Ｂ）ノズル先端部１１４、弁ステム１０４及びゲートインサート（図示せず）に関連する摩耗の低減、（Ｃ）プリフォームゲートナブの品質の向上、（Ｄ）用いる弁ステムのタイプ（ストレートタイプ、圧力リリーフタイプ等）にかかわらない、ゲートの裂断に対する可能な解決策、（Ｅ）弁ステムの影側（shadow side）に起因する着色剤と添加剤とに伴う溶融物の流れの線の低減、及び／又は（Ｆ）ホットランナーバランス最適化の改善を得ることができる。

更なる説明
以下の項目は本発明の実施形態の態様の更なる説明として提供される。

項目（１）。金型工具システム１００であって、供給端１０６から、供給端１０６からはオフセットされている排出端１０８まで延在する溶融物通路１０３を有するノズルハウジング１０２と、（ｉ）溶融物通路１０３に沿って摺動移動可能であるとともに、（ｉｉ）供給端１０６と排出端１０８とによって摺動支持される弁ステム１０４と、を備える、金型工具システム。

項目（２）。弁ステム１０４の全ストロークに渡って排出端１０８は弁ステム１０４を摺動支持する、項目（１）に記載の金型工具システム１００。

項目（３）。ノズルハウジング１０２の排出端１０８に受け入れられるノズル先端部１１４を更に備え、弁ステム１０４はノズル先端部１１４によって摺動可能に支持される、前述の項目のいずれかに記載の金型工具システム１００。

項目（４）。ノズルハウジング１０２の排出端１０８に受け入れられるノズル先端部１１４を更に備え、排出端１１０まで弁ステムの周囲に溶融物が流れることを可能にするように構成されている溝構成部１１６をノズル先端部１１４は有し、溝構造部１１６においてノズル先端部１１４によって摺動可能に弁ステム１０４は支持される、前述の項目のいずれかに記載の金型工具システム１００。

項目（５）。ノズル先端部１１４の出口ポータル１１８に近接して溝構造部１１６は位置決めされ、開位置に配置されている弁ステム１０４の周囲にプラスチックが流れることを可能にするように構成されている、前述の項目のいずれかに記載の金型工具システム１００。

項目（６）。弁ステム１０４が開位置に配置されると、ノズル先端部１１４の出口ポータル１１８の断面積が画定する流れ領域３００に等しい弁ステム１０４を囲む流れ領域４００を溝構造部１１６は形成し、それによって、弁ステム１０４が支持されると同時に流れ領域４００が維持され得る、前述の項目のいずれかに記載の金型工具システム１００。

項目（７）。前述の項目のいずれかに記載の金型工具システム１００を有する成形システム。

本発明の範囲は独立請求項によって与えられる範囲に限定されることが理解され、また、本発明の範囲が（ｉ）従属請求項、（ｉｉ）非限定的な実施形態の詳細な説明、（ｉｉｉ）概要、（ｉｖ）要約書、及び／又は（ｖ）本特許出願以外（すなわち、出願時、審査時及び／又は付与時の本出願以外）において与えられる説明に限定されないことが理解される。本特許出願の目的から、「含む（Includes）（しかしこれには限定されない）」という句は「備える（comprising）」という語に等しいことが理解される。「備える」という語は、特許請求の範囲のプリアンブルと、発明自体が実際に何であるかを規定する特許請求の範囲に記載されている特定の要素とを関連付ける移行句又は移行語である。移行句は、特許請求の範囲を限定するものとして働き、被疑侵害装置（等）が特許の特許請求の範囲よりも多いか又は少ない要素を含んでいる場合は、類似の装置、方法又は構成部分が特許を侵害しているか否かを示す。「備える」という語は、特許請求の範囲において特定されている要素がどんなものであってもそれにプリアンブルを限定しないため、最も広範な移行形式であるオープンな移行句として扱われる。上記の記載は、非限定的な実施形態を概説していることに留意されたい。したがって、この説明は特定の非限定的な実施形態についてなされたものであるが、本発明の範囲は他の構成及び用途に適しているとともに適用可能である。独立請求項の範囲から逸脱することなく、非限定的な実施形態に対する変更を行うことができる。非限定的な実施形態は、例示に過ぎないことが理解される。

Claims (7)

1. 金型工具システム（１００）であって、
   供給端（１０６）から、該供給端（１０６）からはオフセットされている排出端（１０８）まで延在する溶融物通路（１０３）を有するノズルハウジング（１０２）と、
   （ｉ）前記溶融物通路（１０３）に沿って摺動移動可能であるとともに、（ｉｉ）前記供給端（１０６）と前記排出端（１０８）とによって摺動支持される弁ステム（１０４）と、
   を備える、金型工具システム。
2. 前記弁ステム（１０４）の全ストロークに渡って前記排出端（１０８）は前記弁ステム（１０４）を摺動支持する、請求項１に記載の金型工具システム（１００）。
3. 前記ノズルハウジング（１０２）の前記排出端（１０８）に受け入れられるノズル先端部（１１４）を更に備え、
   前記弁ステム（１０４）は、前記ノズル先端部（１１４）によって摺動可能に支持される、請求項１に記載の金型工具システム（１００）。
4. 前記ノズルハウジング（１０２）の前記排出端（１０８）に受け入れられるノズル先端部（１１４）を更に備え、
   前記排出端（１１０）まで前記弁ステムの周囲に溶融物が流れることを可能にするように構成されている溝構成部（１１６）を該ノズル先端部（１１４）は有し、
   前記溝構造部（１１６）において前記ノズル先端部（１１４）によって摺動可能に前記弁ステム（１０４）は支持される、請求項１に記載の金型工具システム（１００）。
5. 前記ノズル先端部（１１４）の出口ポータル（１１８）に近接して前記溝構造部（１１６）は位置決めされ、開位置に配置されている前記弁ステム（１０４）の周囲にプラスチックが流れることを可能にするように構成されている、請求項４に記載の金型工具システム（１００）。
6. 前記弁ステム（１０４）が前記開位置に配置されると、前記ノズル先端部（１１４）の前記出口ポータル（１１８）の断面積が画定する流れ領域（３００）に等しい前記弁ステム（１０４）を囲む流れ領域（４００）を前記溝構造部（１１６）は形成し、それによって、前記弁ステム（１０４）が支持されると同時に前記流れ領域（４００）が維持され得る、請求項５に記載の金型工具システム（１００）。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の金型工具システム（１００）を有する成形システム。

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