JP2013533143A - 窒化アルミニウムに封入された抵抗体を有するヒーターを備える金型アセンブリ - Google Patents

Abstract

金型アセンブリであって、（使用時に）構成要素の少なくとも一部を加熱するヒーターであって、窒化アルミニウムに少なくとも部分的に封入されている抵抗体を有する、ヒーターを備える、金型アセンブリ。
【選択図】図２

Description

本発明の主題は、包括的には(但し、これには限定されないが)、使用時に構成要素の少なくとも一部に熱を提供し、窒化アルミニウムに少なくとも部分的に封入されている抵抗体を有するヒーターを備えている金型アセンブリに関するものである。

最初の人工プラスチック（合成樹脂）は、アレクサンダー・パークス（Alexander PARKES）によって１８５１年に英国で発明された。パークスは、１８６２年ロンドン万国博覧会においてその物質をパークシン（Parkesine）と呼んで公表した。パークシンはセルロースに由来しており、加熱され、成形され、かつ冷却時にその形状を保つことができた。しかしながら、パークシンは、生産コストが高く、クラッキングし易く、また引火性が高いものであった。１８６８年、アメリカ人発明者のジョン・ウェズリー・ハイアット（John Wesley HYATT）が、パークスの発明を改良して、彼がセルロイドと名付けたプラスチック材料を開発し、その結果、このプラスチック材料を加工処理して完成形態にすることができた。ハイアットは、１８７２年、最初の射出成形機に関する特許を取得した。この射出成形機は、プランジャーを用いてプラスチックを加熱されたシリンダーを通じて金型内へ射出する、大きい皮下注射針のように機能するものであった。第２次世界大戦が廉価な大量生産品への大きな需要を生み出したため、この産業は１９４０年代に急速に拡大した。１９４６年、アメリカ人発明者のジェームス・ワトソン・ヘンドリー（James Watson HENDRY）が、最初のスクリュー式射出成形機を作り上げた。この成形機によって、射出前に材料を混合することも可能になったため、射出前に色つきプラスチック又は再生プラスチックを未使用材料に加えて完全に混合することができるようになった。１９７０年代、ヘンドリーは続いて、最初のガスアシスト射出成形プロセスを開発した。

射出成形機は、材料ホッパーと、射出ラム又はねじ型プランジャーと、加熱ユニットとからなる。それらの射出成形機はプレス機としても知られており、構成要素が成形される金型を保持する。プレス機は、自身が加えることができるクランプ力の大きさを表すトン数によって定格される。この力によって、射出プロセス中に金型は閉じたままとなる。トン数は、５トン未満〜６０００トンで変動することができ、より高い桁数のトンが比較的少数の製造工程において用いられる。必要とされる総クランプ力は、成形される部分の投影面積によって求められる。この投影面積は、投影面積平方インチごとに２トン〜８トンのクランプ力によって乗算される。大まかには、大抵の製品に対して、平方インチ当たり４トン又は５トンを使用することができる。

プラスチック材料は、非常に硬い場合、金型に充填するためにより多くの射出圧力を、したがって、金型を閉じたままに保持するためにより大きいクランプトン数を必要とする。必要とされる力はまた、用いられる材料とその部分のサイズとによっても決まる可能性があり、より大きな部分はより高いクランプ力を必要とする。射出成形を用いて、粒状のプラスチックを重力によってホッパーから加熱されたバレル内に給送する。この粒状のプラスチックがスクリュータイププランジャーによって前方にゆっくりと推し進められると、このプラスチックは、加熱されたチャンバー内に押し込められて、このチャンバーにおいて融解される。プランジャーが前進するにつれて、融解されたプラスチックは、金型に当接するノズルに押し通されて、ゲートランナーシステムを通じて金型キャビティに入ることが可能となる。金型は冷たいままであるため、プラスチックは、金型が充填されるとほぼ同時に固化する。金型アセンブリ又は金型ダイは、成形においてプラスチック部品を作製するのに用いられる装置又は工具を説明するために使用される用語である。金型アセンブリは、何千もの部品が生産される大量生産において使用される。金型は通常、硬化鋼等から構成される。ホットランナーシステムは、金型アセンブリとともに、プラスチック製品の製造のために成形システムにおいて用いられる。通例、ホットランナーシステム及び金型アセンブリは、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装置又は工具として扱われている。

本発明者らは、粗悪品質の成形品又は成形部品を意図せずに製造してしまう既知の成形システムに関連付けられる問題を研究してきた。多くの調査の後、本発明者らは、以下に述べる問題及びその解決策の理解に達したと確信し、またこの理解は公に知られていないと確信している。

ノズルチップは、サイズ、スペース及びリード線の制約に起因して直接かつ正確に加熱するのが困難である。酸化膜で絶縁した典型的なニクロム線ベースのヒーターが用いられる場合、熱は、ノズルシステムを構成する種々の材料を通じてノズルチップに伝導される必要がある。ニクロム線はニッケルクロム抵抗線としても知られている。この配置は、ヒーターの幾何学的形状及び構成に不都合な制限を課す。

一態様によれば、金型アセンブリであって、
構成要素と、
使用時に、前記構成要素の少なくとも一部に熱を提供するヒーターであって、窒化アルミニウムに少なくとも部分的に封入されている抵抗体を有する、ヒーターと、
を備える、金型アセンブリが提供される。

ここで、非限定的な実施形態の他の態様及び特徴が、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明らかになるであろう。

非限定的な実施形態は、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より完全に理解されるであろう。

金型アセンブリ１００の概略図である。 金型アセンブリ１００の別の概略図である。

図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、想像線、図表示及び部分図によって示すことができる。特定の例では、実施形態の理解のために必ずしも必要ではない細部（及び／又は他の細部を認識困難にする細部）を省略することができる。

図１は、金型アセンブリ１００を示す。金型アセンブリ１００は、当業者に既知である構成要素を含むことができ、これらの既知の構成要素は本明細書においては説明されない。これらの既知の構成要素は少なくとも部分的に、（例として）以下の参考文献において記載されている：（ｉ）OSSWALD／TURNG／GRAMANN著「Injection Molding Handbook（射出成形ハンドブック）」（ＩＳＢＮ：３−４４６−２１６６９―２）、（ｉｉ）ROSATO及びROSATO著「Injection Molding Handbook（射出成形ハンドブック）」（ＩＳＢＮ：０−４１２−９９３８１―３）、（ｉｉｉ）JOHANNABER著「Injection Molding Systems（射出成形システム）」第３版（ＩＳＢＮ：３−４４６−１７７３３―７）、及び／又は（ｉｖ）BEAUMONT著「Runner and Gating Design Handbook（ランナーとゲートの設計ハンドブック）（ＩＳＢＮ：１−４４６−２２６７２―９）。本明細書に関して、「含む（include）（これに限定されないが）」という句は、「備える、含む（comprise）」という語と等しいことが理解されるであろう。「備える、含む」（comprise）という語は、特許請求項のプリアンブルと、発明自体が実際に何であるかを規定する特許請求項に記載され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、特許請求項を限定するものとして機能し、被疑侵害装置（等）が当該特許におけるその請求項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その特許を侵害するか否かを示す。「備える、含む（comprise）」という語は、請求項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、最も広範な移行形態である開放的な移行句として扱われるものである。

金型アセンブリ１００は、小型でコンパクトな高ワット数のヒーターを用いて、射出成形ノズルチップ（又はノズルチップ）を加熱する。ヒーターは、窒化アルミニウムに封入された抵抗体から形成されている。窒化アルミニウムは、高密度であるという利点を有し、また良好な誘電特性、良好な熱伝導率、及び高温耐性を有する。高ワット数及び小さなサイズの組み合わせによって、ヒーターをノズルチップに対して近接して（近くに）配置することができ、これにより、実際のノズルチップのより直接的な加熱及びより高度な制御を可能にする。１つのオプションでは、ヒーターをノズルチップに対して近接して配置することができ、これにより、ヒーターがノズルチップに直熱（direct heat）を提供することが出来る。組み立て方法及び材料においては、また、防湿シール（moisture-sealed）ヒーターを規定することができる。この構成をホットランナーノズル、エッジゲートノズル、及びサイドゲートノズルにおいて用いることができる。ヒーターは、平面、円筒形、又は円錐形を含む（がこれに限定されない）多様な幾何学構成を有することができる。ヒーターの部分は、所望される場合には溶融チャネル通路を画定することができる。

図１は、サイドゲート式ホットランナー等の金型アセンブリ１００の構成例を示す。多くの他の実施構成が可能である。金型アセンブリ１００は、（ｉ）構成要素と、（ｉｉ）この構成要素（部品又は構造要素等としても知られている）の少なくとも一部を加熱するように構成されているヒーター１０２とを備える（がこれに限定されない）。ヒーター１０２は、使用時に、上記構成要素の少なくとも一部に熱を提供することが理解される。ヒーターは、窒化アルミニウムに少なくとも部分的に封入されている抵抗体を有する。上記構成要素は、ノズルチップを含むことができる。上記構成要素は、プラスチック用樹脂を収容するように構成されている溶融チャネルを含み又は画定することができ、ヒーターは、（使用時に）プラスチック用樹脂の少なくとも一部に熱を提供するように構成されている。溶融チャネルは、使用時に、プラスチック用樹脂を収容する。ヒーターをノズルチップに対して近接して配置することができ、したがって、そのように配置されたヒーターは、ノズルチップのより直接的な加熱及びより高度な加熱制御を可能にする。ヒーターは、溶融チャネルを少なくとも部分的に画定することができる。一例によれば、ヒーターは、ゲートオリフィス（図示せず）を少なくとも部分的に画定することができる。別の例によれば、ヒーターは、成形面（図示せず）を少なくとも部分的に画定することができる。

図２は、窒化アルミニウムで封入した抵抗加熱要素を有する金型アセンブリ１００の別の例を示す。図２は、ヒーターを有する射出成形ノズルと、ヒーターを有しない射出成形ノズルチップの双方の断面を示す。

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。本特許出願に関して、「含む（include）（これに限定されないが）」という句は「備える、含む(comprise)」という語に等しいことが理解される。「備える、含む(comprise)」という語は、特許請求項のプリアンブルと、発明自体が実際に何であるかを規定する特許請求項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、特許請求項を限定するものとして機能し、被疑侵害装置（等）が特許のその請求項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その特許を侵害しているか否かを示す。「備える、含む(comprise)」という語は、請求項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、最も広範な移行形態である開放的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. 金型アセンブリ（１００）であって、
   構成要素と、
   使用時に、前記構成要素の少なくとも一部に熱を提供するヒーター（１０２）であって、窒化アルミニウムに少なくとも部分的に封入されている抵抗体を有する、ヒーターと、
   を備える、金型アセンブリ。
2. 前記構成要素はノズルチップを含む、請求項１に記載の金型アセンブリ。
3. 前記ヒーター（１０２）は、前記ノズルチップに直熱を提供する、請求項２に記載の金型アセンブリ。
4. 前記ヒーター（１０２）は、溶融チャネルを少なくとも部分的に画定する、請求項１に記載の金型アセンブリ。
5. 前記ヒーター（１０２）は、ゲートオリフィスを少なくとも部分的に画定する、請求項１に記載の金型アセンブリ。
6. 前記ヒーター（１０２）は、成形面を少なくとも部分的に画定する、請求項１に記載の金型アセンブリ。
7. 前記構成要素は、使用時にプラスチック用樹脂を収容する溶融チャネルを含み、前記ヒーター（１０２）は、使用時に、前記プラスチック用樹脂の少なくとも一部に熱を提供する、請求項１に記載の金型アセンブリ。

Images