JP2015512808A - 簡素化された冷却システムを有する射出成形金型 - Google Patents

簡素化された冷却システムを有する射出成形金型 Download PDF

Info

Publication number
JP2015512808A
JP2015512808A JP2014558873A JP2014558873A JP2015512808A JP 2015512808 A JP2015512808 A JP 2015512808A JP 2014558873 A JP2014558873 A JP 2014558873A JP 2014558873 A JP2014558873 A JP 2014558873A JP 2015512808 A JP2015512808 A JP 2015512808A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mold
cooling
mold assembly
machining axis
injection molding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014558873A
Other languages
English (en)
Inventor
マイケル アルトネン ジーン
マイケル アルトネン ジーン
エドウィン ニューファース ラルフ
エドウィン ニューファース ラルフ
ボワイエ スティーブンス ジョン
ボワイエ スティーブンス ジョン
ローレンス プロサイス ロバート
ローレンス プロサイス ロバート
エドワード ポーランド ジェームス
エドワード ポーランド ジェームス
モンクリーフ レイマン ジョン
モンクリーフ レイマン ジョン
デービッド ランプキン ダニー
デービッド ランプキン ダニー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Procter and Gamble Co
Original Assignee
Procter and Gamble Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Procter and Gamble Co filed Critical Procter and Gamble Co
Publication of JP2015512808A publication Critical patent/JP2015512808A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/02Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with incorporated heating or cooling means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72Heating or cooling
    • B29C45/73Heating or cooling of the mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/72Heating or cooling
    • B29C45/73Heating or cooling of the mould
    • B29C45/7312Construction of heating or cooling fluid flow channels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/20Injection nozzles
    • B29C45/23Feed stopping equipment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/40Removing or ejecting moulded articles
    • B29C45/4005Ejector constructions; Ejector operating mechanisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/46Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould
    • B29C45/47Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it into the mould using screws
    • B29C45/50Axially movable screw
    • B29C45/5008Drive means therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/78Measuring, controlling or regulating of temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

高生産消費者製品射出成形機用の射出成形金型アセンブリである、本射出成形金型アセンブリは簡素化された冷却システムを有する。本簡素化冷却システムは3未満、好ましくは2未満、より好ましくは1未満の冷却複雑度係数を有する。

Description

本発明は射出成形金型に関し、より具体的には簡素化された冷却システムを有する射出成形金型に関する。
射出成形は、溶融可能材料で作製された部品、最も一般的には熱可塑性ポリマーで作製された部品の大量生産に一般に用いられる技術である。繰返し射出成形プロセスの間、プラスチック樹脂(ほとんどの場合、小さなビーズ又はペレットの形)が、熱、圧力、及び剪断力をかけた状態で樹脂ビーズを溶融させる射出成形機に導入される。こうした樹脂は1つ以上の着色剤、添加剤、充填材などと共にマスターバッチ材料を含み得る。溶融した樹脂は、特定のキャビティ形状を有する金型キャビティ内へと力強く注入される。注入されたプラスチックが金型キャビティ内の圧力下で保持され、冷却され、次いで金型のキャビティ形状を本質的に複製した形状を有する固化した部品として取り出される。金型自体が、単一のキャビティ又は複数のキャビティを有してもよい。各キャビティは、溶融樹脂のフローをキャビティ内に導くゲートによって流路に接続されることがある。成形された部品は、1つ以上のゲートを有する場合がある。大きな部品は、成形部品を充填するようポリマーが移動しなければならないフロー距離を低減するために、2つ、3つ、又はそれ以上のゲートを有することが一般的である。キャビティ当たり1つ又は複数のゲートは、部品形状上のどこに配置されてもよく、本質的に円形などの任意の断面形状を有しても、又は1.1又はそれを超えるアスペクト比で形作られてもよい。したがって、典型的な射出成形の手順は、(1)射出成形機内でプラスチックを加熱して圧力下で流し、(2)閉じられた2つの金型半体の間に画定された(1つ又は復数の)金型キャビティ内に溶融プラスチックを注入し、(3)圧力下にある(1つ又は復数の)キャビティ内でプラスチックを冷却し硬化させ、(4)金型半体を開いて部品を金型から取り出す、4つの基本操作を含む。
溶融プラスチック樹脂は金型キャビティに注入され、プラスチック樹脂は、ゲートから最も遠いキャビティ内の位置に達するまで射出成形機でキャビティに押し込まれる。これにより得られる部品の長さ及び壁厚は、金型キャビティの形状の結果である。
射出成形機で使用される金型は、これらの高い溶融圧力に耐えることができなければならない。更に、金型を形成する材料は、金型がその寿命の間に実行することが予測されるサイクル総数の最大周期ストレスに耐え得る疲労限度を有しなければならない。結果として、典型的には、金型製造業者らは、工具鋼などの、30Rcを超える、より多くの場合は50Rcを超える高硬度を有する材料から金型を形成する。これらの高硬度材料は、プラスチック射出プロセス中に金型構成要素が互いに押し付けられた状態を保持するために必要とされる、高い型締圧に耐えるように耐久性があり、また装備されている。また、これらの高硬度材料は、成形表面と高分子フローとの間の反復接触による摩耗により良好に耐えることが可能である。
薄壁消費者製品を生産する高生産射出成形機(つまり、クラス101及びクラス102成形機)はもっぱら、大部分が高硬度材料から作製される金型を有する金型を使用する。高生産射出成形機は、典型的には500,000部品以上を生産する。工業品質の生産金型は少なくとも500,000部品、好ましくは1,000,000部品超、より好ましくは5,000,000部品超、更により好ましくは10,000,000部品超を生産するように設計されなければならない。これらの高生産射出成形機は、生産率を向上するためにマルチキャビティ金型及び複雑な冷却システムを有する。上記の高硬度材料は、より低硬度の材料と比較して、より多くの高圧型締及び注入動作の繰り返しに耐えることが可能である。しかしながら、ほとんどの工具鋼などの高硬度材料の熱伝導率は比較的低く、概して140kJ/hr m℃(20BTU/HR FT°F)未満であり、熱が溶融プラスチック材料から高硬度材料を介して冷却流体に伝達されるために冷却時間が長くかかる。
サイクルタイムを低減するために、高硬度材料から作製される金型を有する典型的な高生産射出成形機は、金型内で冷却流体を循環させる、比較的複雑な内部冷却システムを含む。これらの冷却システムは、成形部品の冷却を加速し、したがって、機械が所与の時間でより多くのサイクルを完了させることを可能にし、それは、生産率、したがって、生産される成形部品の総量を増加させる。しかしながら、これらの冷却システムは射出成形金型をより複雑にし、コストを増大させる。100万又は200万超の部品が生産され得るクラス101金型の一部の場合、これらの金型は時に「超高生産性金型」と称される。400トン以上のプレス機内で動作するクラス101金型は、業界内で時に「400クラス」金型と称される。
高硬度材料の機械加工は概してかなり困難である。結果として、既知のハイスループット射出成形金型は、形成のために長い機械加工時間及び高価な機械加工設備、並びに応力を緩和し、材料の硬度を最適化するために高価かつ時間のかかる後機械加工工程を必要とする。これらの複雑な金型内の冷却チャネルのミリング及び/又は形成は、典型的なハイスループット射出成形金型の製造時間及びコストを更に増大させる。
従来の高硬度金型における機械加工の複雑度と冷却効率との間にはトレードオフが存在する。理想的には、冷却チャネルは可能な限り金型キャビティ表面に近接させて機械加工されるべきである。加えて、共形冷却が望ましく、かつ最も効果的である。しかしながら、成形表面に近接して共形冷却チャネルを機械加工するのは困難で、時間を要し、かつ高価である。一般に、冷却チャネルの機械加工は金型表面の約5mm以内が実用的限界だと考えられる。この実用的限界のため、冷却流体と熱いプラスチックとの間に熱伝導率の低い材料があることで冷却効率が低下する。従来の機械加工技術及び従来の金型材料(すなわち、高硬度及び低熱伝導率)によって、所与の金型に対するサイクルタイム及び冷却効率の下限値が決定される。
更に、冷却管を金型表面の近傍に配置するためには、冷却管を金型内に正確に機械加工することが必要である。金型は射出成形機の型締装置内に設置される時に支持板に結合されるため、冷却管が支持板から金型へと移行する(transition)場所に流体シールが配置される必要がある(これは、流体循環システム(例えばポンプ)が金型の外部に設置される必要があるためである)。これらの流体シールは、破損して冷却流体を流出させるおそれがある。結果として、部品が完全に冷却されずに劣化した部品を生産するおそれがあり、又は、これもまた望ましくないことに、金型内のプラスチックが冷却流体で汚染されるおそれがある。
また更に、冷却チャネルの機械加工の実用的限界により、金型内の冷却が不均一になる。結果として、金型キャビティ内で温度勾配が生じる。多くの場合、金型キャビティの表面温度が10℃以上変化し得る。この金型内の広い温度変化は、成形部品の欠陥につながるおそれがある。
図面に示された実施形態は、本質上実例及び例示的なものであり、「特許請求の範囲」によって定義された内容を制限するものではない。例示的な実施形態の以下の詳細は、以下の図面と共に読むと理解することができ、図面中、同様の構造は同様の参照番号により示される。
本開示に従って構築される射出成形機の概略図を示す。 図1の射出成形機で形成される薄壁部品の一実施形態を示す。 図1の射出成形機の金型内の金型キャビティにおけるキャビティ圧対時間のグラフを示す。 図1の射出成形機の金型アセンブリの1実施形態の断面図を示す。 支持板内に機械加工された複数の冷却管を有する様々な金型アセンブリの様々な図を示す。 支持板内に機械加工された複数の冷却管を有する様々な金型アセンブリの様々な図を示す。 支持板内に機械加工された複数の冷却管を有する様々な金型アセンブリの様々な図を示す。 支持板内に機械加工された複数の冷却管を有する様々な金型アセンブリの様々な図を示す。 支持板内に機械加工された複数の冷却管を有する様々な金型アセンブリの様々な図を示す。 支持板内に機械加工されて金型部分内へと延在する複数の冷却管を有する金型アセンブリの断面図を示す。 バッフルを含む冷却管の拡大断面図を示す。 少なくとも2つの異なる軸に沿って機械加工された複数の冷却管を含む金型アセンブリの断面斜視図を示す。 少なくとも2つの異なる機械加工軸に沿って機械加工された複数の終端冷却管及び複数の貫通穴冷却管を有する金型アセンブリの断面斜視図を示す。 複数の冷却管を有し、少なくとも1つの冷却管が、終端部で互いに結合して非終端冷却管を形成する2つの終端冷却管によって形成され、各終端冷却管が異なる機械加工軸に沿って機械加工される金型アセンブリの半透明斜視図を示す。 能動的に冷却された動的部品を有する金型アセンブリの斜視図を示す。 非線形、非同軸、又は非平面の冷却チャネルを含む、少なくとも1つの冷却管を有する金型アセンブリの斜視図を示す。 簡素化された冷却システムを有する金型を組み込まれる立方体金型の一実施形態を示す。
本発明の実施形態は概して、射出成形によって製品を生産するシステム、機械、製品、及び方法に関し、より具体的には、低一定圧力射出成形によって製品を生産するシステム、製品、及び方法に関する。
熱可塑性材料の溶融圧力に関して本明細書で使用される用語「低圧力」は、41368.5kPa(6000psi)以下の射出成形機のノズル付近の溶融圧力を意味する。
熱可塑性材料の溶融圧に関して本明細書で使用するとき、用語「実質的に一定圧」とは、ベースライン溶融圧からのずれが、熱可塑性材料の物理的特性において重要な変化を生じないことを意味する。例えば、「実質的に一定圧」としては、融解熱可塑性材料の粘度が大きく変化することがない圧力変化が挙げられるが、これに限定されない。この点に関して、用語「実質的に一定」とは、ベースライン溶融圧から約30%のずれを含む。例えば、用語「約31715.8kPa(4600psi)の実質的に一定圧力」は、約41368.5kPa(6000psi)(31715.8kPa(4600psi)を30%上回る)〜約22063.2kPa(3200psi)(31715.8kPa(4600psi)を30%下回る)の範囲内の圧力変動を包含する。溶融圧が、前述の圧力から30%以下で変動する限りにおいて、実質的に一定であると考えられる。
詳細に図面を参照すると、図1は、大量に薄壁部品を生産するための例示の低一定圧力射出成形装置10(例えば、クラス101若しくは102射出金型、又は「超高生産性金型」)を示す。射出成形装置10は、一般に、射出システム12と型締システム14とを含む。熱可塑性材料は、熱可塑性ペレット16の形態で射出システム12に導入され得る。熱可塑性ペレット16は、ホッパ18に入れられてもよく、このホッパ18は、熱可塑性ペレット16を射出システム12の加熱バレル20に供給する。熱可塑性ペレット16は、加熱バレル20に供給された後、往復スクリュ22によって加熱バレル20の端部まで押されてもよい。加熱バレル20の加熱及び往復スクリュ22による熱可塑性ペレット16の圧縮は熱可塑性ペレット16を溶融させ、溶融熱可塑性材料24を形成する。溶融熱可塑性材料は、典型的には、約130℃〜約410℃の温度で処理される。
往復スクリュ22は、溶融熱可塑性材料24をノズル26に向かって押し、熱可塑性材料のショットを形成し、それは、金型28の金型キャビティ32内に注入される。溶融熱可塑性材料24は、ゲート30を通って射出され得、このゲート30は、溶融熱可塑性材料24のフローを金型キャビティ32に向けて方向付ける。金型キャビティ32は、金型28の第1及び第2の金型部品25、27の間で形成され、第1及び第2の金型部品25、27は、プレス又は型締ユニット34による圧力下で一緒に保持される。溶融熱可塑性材料24が金型キャビティ32に注入されながら、プレス又は型締ユニット34は、第1及び第2の金型部品25、27を一緒に保持するために、2つの金型半体を分離するよう動作する注入圧によって及ぼされる力を超えることが必要とされる型締力を加える。これら型締力を支援するために、型締システム14は、金型フレーム及び金型ベースを含有してもよく、この金型フレーム及び金型ベースは、約165 BHNを超える、好ましくは260 BHN未満の表面硬度を有する材料から形成されるが、以下に更に説明されるように、材料が容易に機械加工可能な限り、260を超える表面硬度BHN値を有する材料が使用されてもよい。
溶融熱可塑性材料24のショットが金型キャビティ32内に射出されると、往復スクリュ22は前方への移動を停止する。溶融熱可塑性材料24は、金型キャビティ32の形状を取り、溶融熱可塑性材料24は、熱可塑性材料24が固化するまで金型28の内部で冷却する。一旦熱可塑性材料24が固化すると、プレス34が第1及び第2の金型部品25、27を放出し、第1及び第2の金型部品25、27が互いに離れ、完成部品が金型28から押し出され得る。金型28は、全体的な生産率を高めるために、複数の金型キャビティ32を備えていてもよい。複数の金型キャビティのキャビティ形状は、互いに同一であっても、類似であっても、又は異なっていてもよい(後者は、一群の金型キャビティと考えられてもよい)。
コントローラー50は、センサ52及びスクリュコントロール36と通信できるよう接続されている。コントローラー50は、マイクロプロセッサ、メモリ、及び1つ以上の通信リンクを含有してもよい。コントローラー50は、ワイヤ接続54、56を介して、それぞれセンサ52とスクリュコントロール36に接続されてもよい。他の実施形態では、コントローラー50は、無線接続、機械的接続、水圧式接続、空気的接続、又はコントローラー50がセンサ52及びスクリュコントロール36の双方と通信することを可能にする当業者に既知である任意の他のタイプの通信接続を介して、センサ52及びスクリュコントロール56に接続されてもよい。
図1の実施形態において、センサ52は、ノズル26内の溶融熱可塑性材料24の溶融圧を(直接的又は間接的に)測定する圧力センサである。センサ52は、コントローラー50に送信される電気信号を発生する。次いでコントローラー50は、スクリュコントロール36に、ノズル24内で溶融熱可塑性材料24の実質的に一定の溶融圧を維持する速度で、スクリュ22を前進させるよう命令する。センサ52は溶融圧を直接的に測定することができるのと同時に、センサ52は、溶融圧の指標である温度、粘度、流速などの溶融熱可塑性材料24の他の特性も測定することができる。同様に、センサ52は、ノズル26内に直接的に配置される必要はなく、むしろセンサ52は、ノズル26と流動的に接続される注入システム12又は金型28内の任意の場所に配置されてもよい。センサ52は、注入された流体とかならずしも直接接触する必要はなく、別の方法で流体と動的連通してもよく、流体の圧力及び/又は他の流体特性を感知することができる。センサ52が、ノズル26内に配置されない場合、適切な補正因子を測定された特性に適用して、ノズル26内の溶融圧を算定してもよい。更に他の実施形態では、センサ52は、かならずしもノズルと流動的に接続される場所で配設されなくともよい。むしろ、センサは、第1と第2の金型部品25、27との間の金型分割線において型締システム14によって生じた型締力を測定することができる。一態様では、コントローラー50は、センサ52からの入力に従って、圧力を維持してもよい。
稼働中の閉ループコントローラー50が図1に示されているが、他の圧力調整装置が閉ループコントローラー50の代わりに使用されてもよい。例えば、圧力調整弁(図示せず)又は圧力逃がし弁(図示せず)が、溶融熱可塑性材料24の溶融圧を調整するよう、コントローラー50に置き換わってもよい。より具体的には、圧力調整弁及び圧力逃がし弁は、金型28の過加圧を防止することができる。金型28の過加圧を防止するための別の代替機構は、過加圧状態が検出されると作動する警報である。
図2を参照すると、例としての成形部品100が示される。成形部品100は薄壁部品である。成形部品は、流路の厚さTで割られた流路の長さLが100(すなわち、L/T>100)を超える場合、概ね薄壁であると考慮される。本明細書に記載される簡素化冷却を有する低一定圧力射出成形システム及び金型は、溶融熱可塑性材料が、金型キャビティを貫き前進して圧力変動の大きい射出成形システムよりもばらつくことなく金型キャビティに熱可塑性材料を充填する連続的フローフロントを含むため、成形部品のL/T比が増加するにつれて、特にL/T>200又はL/T>250の部品にとって、ますます有利となる。流路の長さLは、ゲート102から流路端部104までで測定される。薄壁部品は消費者製品産業及びヘルスケア又は医療用品産業において特によく見られる。
より複雑な構造を有する金型キャビティの場合、このL/T比は、ゲート102から金型キャビティ32の末端部までの金型キャビティ32の長さにわたってT寸法を積分し、ゲート102から金型キャビティ32の末端部までのフローの最長長さを決定することで算定され得る。次いで、L/T比が、フローの最長長さを平均部品厚さで割ることによって決定され得る。金型キャビティ32が複数のゲート30を有する場合には、L/T比は、L及びTを個々のゲートによって満たされた金型キャビティの部分に関して積分することによって決定され、所定の金型キャビティに関する全体のL/T比は、いずれかのゲートに関して算定される最高のL/T比である。
薄壁部品は、射出成形においてある特定の障害を示す。例えば、流路の薄さは、材料が流路端部104に達する前に溶融熱可塑性材料を冷却する傾向がある。冷却が起こると、熱可塑性材料は凍結し、それ以上流れなくなり、部品は不完全となる。この問題を克服するために、従来の射出成形機は、溶融熱可塑性材料が冷却および凍結する前に急速に金型キャビティを充填するように、典型的には103421.4kPa(15,000psi)を超える非常に高い圧力で、溶融熱塑性材料を金型に注入する。このことは、熱可塑性材料の製造業者が非常に高い圧力で射出するように指導する理由の1つである。従来の射出成形機が高圧力で溶融プラスチックを金型に注入するもう1つの理由は、上述したように、剪断力の改善によりフロー特性が改善されることである。これらの非常に高い射出圧力は、金型28及び供給システムを形成するために、非常に硬い材料の使用を必要とする。
従来の射出成形機は、金型を作製するために、工具鋼又は他の硬い材料から作製した金型を使用する。これらの工具鋼は、非常に高い射出圧力に耐えるのに十分に頑丈である一方で、工具鋼は、比較的不十分な熱伝導体である。結果として、非常に複雑な冷却システムは、金型キャビティが充填される時の冷却時間を強化するために金型に機械加工され、それによりサイクルタイムを低減し、金型の生産性が増加する。しかしながら、これらの非常に複雑な冷却システムは、金型作成プロセスに多大な時間及び費用を付加する。
本発明者らは、剪断減粘性熱可塑材(最小限に剪断減粘性の熱可塑材でさえ)が、任意の有意な悪影響なく、低く実質的に一定の圧力で、金型28に注入され得ることを発見した。これらの材料の例としては、ポリオレフィン(例えば、ポリプロピレン及びポリエチレン)、熱可塑性エラストマー、ポリエステル(例えば、ポリエチレン(polyethelyne)テレフタレート)、ポリブテレン(polybutelene)テレフタレート)ポリスチレン、ポリエチレンフラノエート(PEF)、ポリカーボネート、ポリ(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)、ポリ(ラティック酸(latic acid))、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリアミド、ポリアセタール、エチレン−α−オレフィンゴム、及びスチレン−ブタジエン−ストリエン(stryene)ブロックコポリマーからなるポリマー並びにコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。実際に、低く実質的に一定の圧力で成形される部品は、従来の高圧力で成形される部品と比較して、いくつかの優れた特性を示す。この発見は、より高い射出圧力がより良好であることを教示する生産業内の従来の知恵と完全に矛盾している。理論によって束縛されることなく、低く実質的に一定の圧力で、溶融熱可塑性材料を金型28に注入することは、金型を通ってゲートから金型キャビティの最も遠い部分に前進する、熱可塑性材料の連続的フローフロントを作成すると考えられている。低レベルの剪断力を維持することによって、熱可塑性材料は、そうでなければ従来の高圧力射出成形システムで可能と考えられるものよりもはるかに低い温度及び圧力で、液体及び流動可能なままである。
ここで図3を参照すると、従来の高圧力射出成形プロセスの典型的な圧力−時間曲線が、破線200によって示される。対照的に、開示された低一定圧力射出成形機の圧力−時間曲線が、実線210によって示される。
従来の場合、溶融圧力は、103421.4kPa(15,000psi)をはるかに上回るまで急速に増加し、その後、第1の期間220にわたって、103421.4kPa(15,000psi)を上回る比較的高い圧力で保持される。第1の期間220は、溶融プラスチック材料が金型キャビティに流れ込む充填時間である。その後、溶融圧力は減少し、第2の期間230にわたって、より低いが、それでもなお比較的高い68947.6kPa(10,000psi)以上の圧力で保持される。第2の期間230は、金型キャビティの中の全ての間隙が埋戻されるのを確実にするように溶融圧力が維持される填塞時間である。従来の高圧力射出成形システム中の金型キャビティは、流路の端部からゲートへと戻るように充填される。結果として、種々の固化段階におけるプラスチックは、互いの上でパッキングされ、上述のように、最終製品における不整合を引き起こし得る。更に、固化の様々な段階におけるプラスチックの従来の填塞は、いくつかの非理想的材料特性、例えば、成形応力、ヒケ、及び最適でない光学特性をもたらす。
一方で、一定低圧力射出成形システムは、単一の期間240にわたって、実質的に一定の低圧力で、溶融プラスチック材料を金型キャビティに注入する。射出圧力は、41368.5kPa(6,000psi)未満である。実質的に一定の低圧力を使用することによって、溶融熱可塑性材料は、流路を通ってゲートから流路の端部に向かって前進する、連続的メルトフロントを維持する。したがって、プラスチック材料は、流路に沿ったあらゆる場所で均一性を維持し、より均一で一貫した最終製品が得られる。比較的均一のプラスチック材料で金型を充填することによって、最終成形部品は、従来の成形部品よりも良好な機械的及び/又は光学的特性を有する結晶構造を形成し得る。非晶質ポリマーもまた、優れた機械的及び/又は光学的特性を有する構造を形成し得る。更に、低一定圧力で成形される部品のスキン層は、従来の成形部品のスキン層とは異なる特性を示す。結果として、低一定圧力で成形される部品のスキン層は、従来の成形部品のスキン層よりも良好な光学的特性を有することができる。
ノズル内で実質的に一定の低い(例えば、41368.5kPa(6000psi)未満)溶融圧力を維持することで、金型28を形成するのにより機械加工性の高い材料を用いることが可能になる。例えば、図1に示す金型28は、100%超のミリング機械加工指数(例えば100〜1000%、100〜900%、100〜800%、100〜700%、100〜600%、100〜500%、100〜400%、100〜300%、100〜250%、100〜225%、100〜200%、100〜180%、100〜160%、100〜150%、100〜140%、100〜130%、100〜120%、100〜110%、120〜250%、120〜225%、120〜200%、120〜180%、120〜160%、120〜150%、120〜140%、120〜130%、140〜400%、150〜300%、160〜250%、若しくは180〜225%、若しくはこれらの百分率値のうちのいずれかにより形成される任意のその他の範囲など)、100%超のドリリング機械加工指数(例えば100〜1000%、100〜900%、100〜800%、100〜700%、100〜600%、100〜500%、100〜400%、100〜300%、100〜250%、100〜225%、100〜200%、100〜180%、100〜160%、100〜150%、100〜140%、100〜130%、100〜120%、100〜110%、120〜250%、120〜225%、120〜200%、120〜180%、120〜160%、120〜150%、120〜140%、120〜130%、140〜400%、150〜300%、160〜250%、若しくは180〜225%、若しくはこれらの百分率値のうちのいずれかにより形成される任意のその他の範囲など)、100%超のドリリング機械加工指数(例えば100〜1000%、100〜900%、100〜800%、100〜700%、100〜600%、100〜500%、100〜400%、100〜300%、100〜250%、100〜225%、100〜200%、100〜180%、100〜160%、100〜150%、100〜140%、100〜130%、100〜120%、100〜110%、120〜250%、120〜225%、120〜200%、120〜180%、120〜160%、120〜150%、120〜140%、120〜130%、140〜400%、150〜300%、160〜250%、若しくは180〜225%、若しくはこれらの百分率値のうちのいずれかにより形成される任意のその他の範囲など)、100%超のワイヤEDM機械加工指数(例えば100〜1000%、100〜900%、100〜800%、100〜700%、100〜600%、100〜500%、100〜400%、100〜300%、100〜250%、100〜225%、100〜200%、100〜180%、100〜160%、100〜150%、100〜140%、100〜130%、100〜120%、100〜110%、120〜250%、120〜225%、120〜200%、120〜180%、120〜160%、120〜150%、120〜140%、120〜130%、140〜400%、150〜300%、160〜250%、若しくは180〜225%、若しくはこれらの百分率値のうちのいずれかにより形成される任意のその他の範囲など)、200%超のグラファイトシンカーEDM機械加工指数(例えば200〜1000%、200〜900%、200〜800%、200〜700%、200〜600%、200〜500%、200〜400%、200〜300%、200〜250%、300〜900%、300〜800%、300〜700%、300〜600%、300〜500%、400〜800%、400〜700%、400〜600%、400〜500%、若しくはこれらの百分率値のうちのいずれかにより形成される任意のその他の範囲など)、又は150%超の銅シンカーEDM機械加工指数(例えば150〜1000%、150〜900%、150〜800%、150〜700%、150〜600%、150〜500%、150〜400%、150〜300%、150〜250%、150〜225%、150〜200%、150〜175%、250〜800%、250〜700%、250〜600%、250〜500%、250〜400%、250〜300%、若しくはこれらの百分率値のうちのいずれかにより形成される任意のその他の範囲など)を有する材料によって形成してもよい。機械加工指数は、種々の材料のミリング、ドリリング、ワイヤEDM、及びシンカーEDM試験に基づく。機械加工指数を決定するための試験方法は、以下で更に詳細に説明される。材料の試料に対する機械加工指数の実施例は、以下の表1にまとめられている。
Figure 2015512808
金型28を形成するために、容易に機械加工可能な材料を使用することは、大幅に低減された製造時間、したがって製造費用の低下をもたらす。更に、これらの機械加工可能な材料は、概して工具鋼よりも良好な熱伝導率を有し、それにより冷却効率が向上し、複雑な冷却システムの必要性が低減される。
これらの容易に機械加工可能な材料の金型28を形成するとき、良好な熱伝導特性を有する、容易に機械加工可能な材料を選択することも有利である。熱伝導率が210kJ/hr m℃(30BTU/HR FT°F)超の材料が特に有利である。特に、これらの材料は、(kJ/hr m℃(BTU/HR FT°F単位で測定した)210〜1400、210〜1260、210〜1120、210〜980、210〜840、210〜700、210〜560、210〜420、210〜280、280〜1400、420〜1400、560〜1400、700〜1400、840〜1400、980〜1400、1120〜1400、1260〜1400、280〜1400、280〜1260、280〜1120、280〜980、280〜840、280〜700、280〜560、280〜420、350〜980、420〜980、490〜980、560〜980、630〜980、700〜980、770〜980、840〜980、350〜910、350〜840、350〜770、350〜700、350〜630、350〜560、350〜490、350〜420、420〜910、490〜910、560〜910、630〜910、700〜910、770〜910、840〜910、420〜840、420〜770、420〜700、420〜630、420〜560、420〜490、490〜910、490〜840、490〜770、490〜700、490〜630、490〜560、490〜770、490〜700、490〜630、490〜560、560〜840、560〜770、560〜700、560〜630(30〜200、30〜180、30〜160、30〜140、30〜120、30〜100、30〜80、30〜60、30〜40、40〜200、60〜200、80〜200、100〜200、120〜200、140〜200、160〜200、180〜200、40〜200、40〜180、40〜160、40〜140、40〜120、40〜100、40〜80、40〜60、50〜140、60〜140、70〜140、80〜140、90〜140、100〜140、110〜140、120〜140、50〜130、50〜120、50〜110、50〜100、50〜90、50〜80、50〜70、50〜60、60〜130、70〜130、80〜130、90〜130、100〜130、110〜130、120〜130、60〜120、60〜110、60〜100、60〜90、60〜80、60〜70、70〜130、70〜120、70〜110、70〜100、70〜90、70〜80、70〜110、70〜100、70〜90、70〜80、80〜120、80〜110、80〜100、若しくは80〜90)、又はこれらの熱伝導率値のうちのいずれかにより形成される任意のその他の範囲の熱伝導率を有し得る。例えば、良好な熱伝導率を有する機械加工が容易な材料としては、QC−10(Alcoから入手可能)、Alumold 500(Alcanから入手可能)、Duramold−5(Vista Metals,Corp.から入手可能)、及びHokotol(Alerisから入手可能)が挙げられるが、これらに限定されない。良好な熱伝導率を有する材料は、熱可塑性材料からの熱を、金型の外へとより効率的に伝達する。結果として、より単純な冷却システムが使用され得る。
マルチキャビティ金型アセンブリ28の1実施例が、図4に示される。マルチキャビティ金型は概して、溶融熱可塑性材料をノズル26から個々の金型キャビティ32に誘導する、供給マニホールド60を含む。供給マニホールド60は、湯口62を含み、それは、溶融熱可塑性材料を1つ以上のランナ又は供給チャネル64に誘導する。各ランナ64は、複数の金型キャビティ32に供給してもよい。高生産性金型は4つ以上の金型キャビティ32、時には384もの金型キャビティ32を含むことができ、また、多くの場合、加熱ランナ64も含むことができる。低一定圧力射出成形機の実施形態のうちの幾つかは、人工的平衡供給システムなどの非自然平衡供給システム、又は非平衡供給システムを含むことができる。
ドリリング及びミリング機械加工性指数試験方法
以下に記載される注意深く制御された試験方法で代表的な材料を試験することによって、上記の表1に列挙されるドリリング及びミリング機械加工性指数を決定した。
材料の一片をドリリング又はミリングするために必要とされるスピンドル負荷を測定することによって、各材料に対する機械加工性指数を決定し、全ての他の機械条件(例えば、機械テーブル供給速度、スピンドルrpmなど)は、種々の材料間で一定に保持した。スピンドル負荷は、ドリリング又はミリング装置に対する、測定されたスピンドル負荷と最大スピンドルトルク負荷(1400rpmにて75ft−lb)との比率として報告される。1117鋼に対するスピンドル負荷と試験材料に対するスピンドル負荷との間の割合として、指数百分率を計算した。
試験ミリング又はドリリング機械は、Haas VF−3マシニングセンタであった。
Figure 2015512808
Figure 2015512808
全試験に対して、「フラッドブラスト」冷却を使用した。冷却剤は、Koolrite 2290であった。
EDM機械加工性指数試験方法
以下に記載される注意深く制御された試験方法で代表的な材料を試験することによって、上記の表1に列挙されるグラファイト及び銅シンカーEDM機械加工性指数を決定した。
範囲(詳細は以下)を種々の試験金属に焼き付ける時間を測定することによって、種々の材料に対するEDM機械加工性指数を決定した。1117鋼に焼き付ける時間の、同一範囲を他の試験材料に焼き付けるために必要とされる時間に対する割合として、機械加工性指数百分率を計算した。
Figure 2015512808
Figure 2015512808
Figure 2015512808
開示された低一定圧力射出成形機は、容易に機械加工可能な材料から構築される金型を有利に利用する。結果として、開示された低一定圧射出成形金型(したがって、及び開示された低一定圧力射出成形機)は、より安価にかつ迅速に製造することができる。加えて、開示された低一定圧力射出成形機は、より広いプラテン幅、タイバーの間隔の増加、タイバーの除去、より速い運動を促進するためのより軽量の構造物、及び非自然平衡供給システムなど、より可撓性の支持構造及びより適応性のある送達構造を利用することが可能である。したがって、開示された低一定圧力射出成形機は、送達の必要性に合うように改善され得、特定の成形部品に対してより容易にカスタマイズ可能である。
更に、開示された低一定圧射出成形金型(例えば、1つ以上の金型部分及び1つ以上の支持板を含む金型アセンブリ)は、従来の高圧力射出成形金型で見られる冷却システムと比較して簡素化された冷却システムを含むことができる。簡素化された冷却システムはより迅速かつ容易に製造されるために、従来の冷却システムと比べてより経済的である。加えて、簡素化された冷却システムは冷却剤の使用量がより少ないため、成形作業中の冷却コストが更に低減される。場合によっては、冷却システムを変更する必要なく金型を変更できるように、簡素化された冷却システムを単独で金型支持板内に配置してもよい。要約すると、本開示の低一定圧力射出成形金型の簡素化冷却システムは、従来の高圧力射出成形金型に見られる従来の複雑な冷却システムと比べてより経済的である。
あらゆる種類の冷却システムは冷却複雑度レベルの体系内に分類することが可能であり、冷却複雑度レベル0は最も簡素な冷却システムを示し、冷却複雑レベルが高くなるほど累進的により複雑な冷却システムを示す。この冷却システムの分類体系については以下でより詳細に説明する。しかしながら、従来の高生産性消費者製品射出成形装置(例えばクラス101及び102の成形機)は、複雑な冷却システムを採用して、サイクルタイムを短縮し、生産性を向上させている。一般的には、高生産性消費者製品射出成形機には、複雑な冷却システム(すなわち、レベル4以上の冷却システム複雑度を有する冷却システム)が含まれる。冷却複雑度がレベル0〜3のシステムは、一般に高硬度・低熱伝導率材料で作られる金型を含む従来の高生産性射出成形金型にとって十分な冷却能力を産まない。
有利には、開示された低一定圧射出成形金型は、冷却複雑度がレベル3以下、好ましくは冷却複雑度がレベル3、2、又は1の冷却システムを含み、これにより従来の高圧力射出成形機における製造コストが低下し、製造効率が向上する。
本明細書で使用する時、「冷却複雑度レベル0の金型アセンブリ」とは、能動的冷却システムを含まない金型アセンブリと定義される。言い換えれば、冷却複雑度レベル0の金型アセンブリは、金型部分及び支持板を介して最終的に金型アセンブリを包囲する大気へと至る熱伝導により、受動的にのみ冷却される。冷却複雑度0の金型アセンブリは、典型的には比較的長いサイクルタイムを有する(冷却速度が遅く金型内のプラスチックが凍結するまでに相当長い時間がかかるため)。結果として、高生産性消費者製品金型アセンブリ(例えばクラス101〜102の成形機で使用される金型アセンブリ)は、冷却複雑度0の金型アセンブリを使用しない。
ここで図5A〜5Eを参照すると、冷却複雑度レベル1の金型アセンブリ328の様々な実施形態(及び/又は金型アセンブリ内支持板の様々な実施形態)が示される。金型アセンブリ328は、第1部分372及び第2部分374を有する金型370を含み得る。第1部分372及び第2部分374は、その間に金型キャビティ376を形成する。第1部分372は第1支持板378に支持されてよく、第2部分374は第2支持板380に支持されてよい。第1及び第2支持板378、380は、成形プロセス中に作動して第1及び第2部分372、374を動かすプレス(図示せず)に接続されてよい。1つ以上の冷却管382が、1つ以上の支持板378、380内に形成されてよい。第1及び第2部分372、374が高熱伝導率材料から作られるため、熱は、許容可能な時間内に金型キャビティ376内のプラスチックを冷却するのに十分な速度で、第1及び第2部分372、374を介して支持板378、380へと流れる。
支持板378、380は、支持板378、380から離れて金型370へと延在する支柱又はその他の突起部381を含んでよい。冷却管382は、金型380のコアを形成し得る支柱381内へと延在してよい。支柱381は金型370の凹みと互いに嵌合して金型キャビティを形成するように構成されてよい。例えば、図7の実施形態の突起部は、冷却管382と共に用いてもよく、また突起部は、図5Bの実施形態の支柱381のいずれの内部へも延在するように構成されてよい。支柱381のいずれも、図5Bに示すような円筒形、又はテーパ形、若しくは金型コア若しくは金型キャビティとして嵌合するために便利な任意の寸法で、任意の他の実施可能な形状に構成されてよい。支柱381のいずれもが、部分的に又は完全に金型380若しくは金型受板の外側表面に載るように、又は金型380若しくは金型受板の外側表面内の凹み又は穴の中に延伸するように構成してよい。
図5Bの冷却管の突起部、支柱381、及び金型370は合わせて、単一構造体として、永久的に結合した要素の構造体として、又は相互交換可能な要素の構造体としてのいずれかの任意の実施可能な組み合わせに構成することができる。例としては、図7の突起した冷却管、及び支柱381は共に、金型及び/又は金型受板に着脱自在に結合可能であり、したがってその金型又は板内の冷却管に結合可能な、可換ボスを形成することができる。別の例として、図7の突起した冷却管は、様々な金型用に様々な寸法及び形状の支柱と交換可能に構成することができ、突起した冷却管がこうした支柱から着脱自在に結合可能である場合、交換中に(1つ又はそれ以上の)冷却管及び(1つ又はそれ以上の)受板を取り外す必要なく、成形機をある金型から別の金型へと素早く交換できるため、成形プロセスの柔軟度が更に高められる。
特定の例として、金型370の支柱381及びキャビティは、成形部品の形状の全体が支柱381によって形成された金型キャビティ内で保持され得るように寸法決め及び位置決めすることができる。こうすることで、キャビティの成形表面の切れ目をなくし、また成形部品上に寸法補助線が存在しないようにして、審美上及び設計上の利点を提供することができる。任意で、金型キャビティは、段積み可能な板を用いて成形表面に必要な高さを作ることで寸法決め及び/若しくは位置決めすることができ、並びに/又は、金型は、キャビティとコアとの間に取り付けられ、機械式操作若しくは油圧式操作を有し得る移動可能なスライド板(ストリッパ板と呼ばれる場合もある)を用いて構成することができる。更に、上述したように、この特定の例は、交換可能な部品と組み合わせて用いることもできる。
金型370は、金型が支柱381の周囲(図5B)、その中(図5C)、又はその上(図5D及び5E)に嵌合し得るような補完的特性を含んでもよい。こうすることで、冷却管382を、金型370内又は第1及び第2金型部分372、374内に延在させることなく、金型キャビティのより近隣に配置することができる。結果として、支持板378、380は様々な金型キャビティ形状の金型を受容することができる。したがって、金型を第1及び/又は第2部分372、374と一体化した冷却管なしで形成できるため、金型370の製造コストが低減される。
従来の高生産消費者製品射出成形金型アセンブリは、2つの高硬度・低熱伝導率材料により形成された金型キャビティ内(with in)でプラスチックを適切に冷却しないため、こうした金型アセンブリは冷却複雑度レベル1の金型アセンブリを使用しない。冷却複雑度レベル1の金型アセンブリは、たとえ冷却管382の形成に1つを超える機械加工軸が必要である場合であっても、支持板378、380内に能動的冷却管382の全てが含まれるものとして定義される。図5A〜5Eの実施例では、金型は必要に応じてスタック金型、立方体金型、シャトル金型、ヘリコプター金型、回転式取付板を有する金型、又は生産性を向上させるその他のマルチキャビティ金型であってよい。
ここで図6を参照すると、冷却複雑度レベル2の金型アセンブリ328が示される。冷却複雑度レベル2の金型アセンブリ328は、図6の実施形態の冷却管382が少なくとも1つの支持板378、380を介して少なくとも1つの金型部分372、374内に延在することを除き(すなわち、支持板378、380だけを貫いて延在する冷却管382とは対照的に)、図5の冷却複雑度レベル1の金型アセンブリ328と同一である。冷却管382は終端部384を有する。しかしながら、各冷却管382は、単一の機械加工軸と平行な軸に沿って機械加工される。
図7により詳細に示される通り、冷却流体が冷却管382内を流れるのを促進するために、冷却管382は外側に延在してバッフル386を含む突起部を形成してよい。図7の代替的実施形態では、冷却流体が螺線形キャビティを介して突起部の底部の片側から流入して、底部の反対側から流出できるように、バッフル386を、外側に向かい突起部を貫いて内部に延在する螺旋形キャビティと交換してもよい。図7の別の代替的実施形態では、冷却流体が突起部内部の周囲を流れることができるように、バッフル386を、外側に向かって突起部を貫いてその内部に延在するバブラー形キャビティ(bubbler cavity)と置き換えてもよい。
冷却複雑度レベル2の金型アセンブリは、冷却管を金型キャビティの金型表面に近接して機械加工するだけの十分な可撓性がなく、したがって高硬度・低熱伝導率金型を有する従来の高生産金型アセンブリに対して十分な冷却を提供しないため、高生産消費者製品射出成形機(すなわちクラス101〜102の射出成形機)では用いられてこなかった。
ここで図8を参照すると、冷却複雑度レベル3の金型アセンブリ328の一実施形態が示されている。冷却複雑度レベル3の金型アセンブリ328は、少なくとも2つの異なる機械加工軸を有する冷却チャネル382によって規定される。少なくとも1つの冷却管382は、2つの異なる機械加工軸及び1つの終端部を含んでよい。より具体的には、冷却管382は反りや曲がりを有してもよい。例えば、冷却管382は、金型アセンブリ328の開閉ストロークSと実質的に平行な第1機械加工軸、及び第1機械加工軸に対して角度がつけられた第2機械加工軸を含んでよい。冷却複雑度レベル3の金型アセンブリは金型キャビティの金型表面に近接して冷却管を機械加工するだけの十分な可撓性を持たず、したがって高硬度・低熱伝導率金型を有する従来の高生産金型アセンブリに対して適切な冷却を提供しないため、冷却複雑度レベル2の金型アセンブリと同様に、冷却複雑度レベル3の金型アセンブリも高生産消費者製品射出成形機(例えばクラス101及び102の射出成形機)では用いられてこなかった。
ここで図9を参照すると、冷却複雑度レベル4の金型アセンブリ328が示される。冷却複雑度レベル4の金型アセンブリ328は、複数の冷却管382を含み、第1冷却管382aは終端部384を有し、第2冷却管382bは終端部を有さない貫通穴である。第1冷却管382aは支持板378から第1金型部分372内へと延在し、第2冷却管382bは第1金型部分372を貫いて延在する。第1冷却管382aの機械加工軸は第2冷却管382bの機械加工軸と異なる。言い換えれば、冷却管382は少なくとも2つの異なる機械加工軸を有して形成される。冷却複雑度レベル4の金型アセンブリは、非常に簡素な金型キャビティ形状を有する金型アセンブリを有する一部の高生産消費者製品射出成形機(例えばクラス101〜102の射出成形機)で用いられてきた。
ここで図10を参照すると、冷却複雑度レベル5の金型アセンブリ328が示される。冷却複雑度レベル5の金型アセンブリ328は、2の異なる機械加工軸を有する貫通穴である第1冷却管382を含む。図10に図示されるように、第1冷却管382は、互いに対して角度をつけられて接合部又は転換部394で交わる第1セクション390及び第2セクション392を含む。金型部品内部のある位置で必ず交わる2の異なる軸を有する第1冷却管382の機械加工には非常な正確さを必要とし、したがってより高価な装置及びより長い製造時間を必要とする。しかしながら、冷却複雑度レベル5の金型アセンブリは冷却管の配置のより幅広いカスタマイズが可能であるため、冷却複雑度レベル5の金型アセンブリ328は、高生産消費者製品射出成形機(例えばクラス101〜102の射出成形機)で用いられてきた。したがって、より複雑度が低い冷却複雑金型アセンブリを冷却する場合よりも、冷却管を金型キャビティにより近接して配置することができる。結果として、より複雑な冷却複雑金型アセンブリは、高硬度・低熱伝導率材料で作られた従来の射出成形金型に見られるより低い熱伝導率の欠点を少なくとも部分的に相殺し得る。
ここで図11を参照すると、冷却複雑度6の金型アセンブリ328が示される。冷却複雑度レベル6の金型アセンブリ328は、少なくとも1つの能動的に冷却された動的な成形用部品398をも含む冷却複雑度レベル1〜5の金型アセンブリである。動的成形用部品398における冷却チャネルの形成には非常な正確さが必要である。更に、能動的に冷却された動的成形用部品398は、金型アセンブリ328の作動中に動的成形用部品398に合わせて動作する複雑なフロー機構を必要とする。冷却複雑度レベル6の金型アセンブリは、高生産消費者製品射出成形機(例えばクラス101〜102の射出成形機)で使用されてきた。
ここで図12を参照すると、冷却複雑度レベル7の金型アセンブリ328が示される。冷却複雑度レベル7の金型アセンブリ328は、少なくとも1つの共形冷却キャビティ399を含む冷却複雑度レベル2〜6の金型アセンブリである。共形冷却キャビティ399は、金型キャビティの外形を少なくとも部分的に補完して、最大限の能動的冷却を提供する。共形冷却キャビティ399は非線形、非同軸、及び/又は非平面である。共形冷却キャビティ399の形成には複雑な機構を必要とする。加えて、共形冷却キャビティ399の形成には長い時間を必要とする。結果として、冷却複雑度レベル7の金型アセンブリは非常に高価であり、一般に非常に入り組んだ部品形状を有する高生産消費者製品射出成形機のために確保されている。
本明細書に記載される簡素化冷却システムは、例えば図13に示す立方体金型アセンブリ428を有する射出成形機などの、実質的にあらゆる種類の従来型の射出成形金型に導入可能である。
一般的に言えば、上述したように、本開示の低一定圧力射出成形機は、高熱伝導率の材料から製造される金型及び/又は金型アセンブリを含む。この高熱伝導率により、本開示の低一定圧力射出成形機、金型、及び金型アセンブリは冷却複雑度レベル3以下の金型アセンブリを用いて実質的にあらゆる部品形状の成形部品を冷却することが可能である。好ましくは冷却複雑度レベル2の金型アセンブリが成形部品の冷却に用いられる。より好ましくは冷却複雑度レベル1の金型アセンブリが成形部品の冷却に用いられる。一部の部品形状では、冷却複雑度レベル0の金型アセンブリですら用いることができる。高硬度・低熱伝導率材料製の従来型射出成形金型のためにより複雑な冷却システムを必要とする超高生産消費者製品射出成形機(例えばクラス101〜102の射出成形機)でさえも、冷却複雑度レベル3以下の金型アセンブリを用いることができる。結果として、本開示の低一定圧射出成形金型及び金型アセンブリ、したがって並びに射出成形機は、少なくとも部分的には複雑度のより低い冷却システムを利用し得ることによって、成形サイクルタイムを低減させ、かつ金型生産性を向上させる一方で、製造コストはより安価である。
高熱伝導率材料から作られる金型の更なる利点は、射出成形プロセス中の金型の温度特性が従来の金型よりも均一だということである。言い換えれば、金型内の各地点間の温度変化がより少ないということである。結果として、高熱伝導率の金型内で製造された部品は、従来の金型内で製造された部品よりも内部応力が少ない(また、結晶構造がより均一である)。このより低い内部応力及びより均一な結晶性のために、部品の歪み率がより低くなる。従来の金型では、金型キャビティは、不均一な温度勾配に起因する、従来の金型アセンブリのコスト及び複雑性を増大させる部品の歪みを相殺するように設計されることが多い。特定の相殺を完了するには繰り返しかつ時間のかかる試験プロセスを必要とする。高熱伝導率金型では、より均一な冷却によって内部応力がより均一になるため、成形部品が大きな歪みを経験しないので、金型キャビティを歪みを相殺するように設計する必要がない。かくして、従来の金型の設計に用いられる繰り返しの相殺プロセスを回避することができ、製造コスト及び時間が更に減少する。
試験データ
数種類の金型構造のコンピュータ分析を実施して、従来の高硬度・低熱伝導率金型の標準的冷却システムと、高熱伝導率金型の簡素化冷却システムとの間の温度及び熱流束の差を示した。コンピュータプログラムはMagma Corporations製SigmaSoftバージョン4.8を使用した。各試験で従来の冷却システム及び理想化された冷却システムのモデリングに用いられた高硬度・低熱伝導率材料はP20鋼であった。簡素化冷却システムをモデリングするのに用いられた高熱伝導率材料はQC10アルミニウム、銅、及びMold Max(登録商標)であった。
(実施例1)
第1の実施例の金型の試験では、矩形金型のコンピュータモデルを用いた。矩形金型は5種類の条件下でモデリングされた。はじめに「理想的な」条件がモデリングされた。理想的条件には成形表面から5mmの位置に配置された完全な共形冷却チャネルが含まれた。理想的条件は現存するいかなる実用的冷却システムと比較しても優れていると考えられ、また所与の金型キャビティに対して理論最大量の冷却を生じると考えられ得る。
第2の条件では、理想的冷却チャネルをコンピュータモデル内で完全な共形になお維持させながら、金型表面から7.5mmの位置に移動させた。当業者には、完全な共形冷却チャネルがあらゆる点で連続性であった場合、金型表面が冷却チャネルによって金型の残部から完全に分離されてしまうため、いかなる形状においても(非常に簡素な形状であっても)完全な共形冷却チャネルは実質的に不可能であるという点が理解されよう。
第3の条件では、理想的冷却チャネルをコンピュータモデル内で完全な共形になお維持させながら、金型表面から10mmの位置に移動させた。実用的な冷却チャネルは10mmより近接した機械加工が可能であるが、完全な共形にはならないため、第3の条件は最高の実用的冷却構造に近似していると考えられ得る。
第4の条件では、理想的冷却チャネルをコンピュータモデル内で完全な共形になお維持させながら、金型表面から12.7mmの位置に移動させた。
第5の条件では、従来の冷却チャネルをコンピュータモデル内で成形表面から5mmの距離に配置した。従来の冷却チャネルは、従来の金型向けの実用的な最高事例の冷却システムと近似している。5mmは、冷却チャネルから金型キャビティ表面までで実用的に実現可能であるため、近接しているとして一般に許容される。5mmよりも近接する場合、プラスチック注入中に冷却チャネルの領域で金型が変形する恐れがある。
最後に、上記の冷却複雑度レベル0〜3の金型アセンブリのうちの1つなどの簡素化冷却システムを、本明細書に記載の低一定圧力射出成形機の金型及び金型アセンブリの製造に用いられる材料などの高熱伝導率材料の5mm、10mm、及び15mmの距離にモデリングした。
試験結果を下記の表1にまとめた。表中x軸は金型表面からの距離を示し、軸yは熱流束を示す。
Figure 2015512808
表1にまとめたデータを、下記のチャート1のチャートに示す。
Figure 2015512808
予想された通り、冷却チャネルが金型表面からより遠くに移動すると、熱流束は低下する。しかしながら、チャート1に示したように、簡素化冷却システムは、従来の金型の理想的冷却システムの5mm位置における熱流束さえも上回る。言い換えれば、簡素化冷却システムは従来の金型の理論最高冷却すら上回る優れた冷却を提供する。更に、金型表面からの距離が増しても、簡素化冷却システムを有する金型を通る熱流束はそれほどには急速に低下しなかった。簡素化冷却システムのこの特性により、冷却チャンルを従来の金型の場合よりも金型キャビティ表面から遠くに配置することができ、これにより金型内の温度がより均一になり、ホットスポットがより減少する。金型内の温度分布がより均一になるほど、成形部品の一貫性が向上する。
同様の試験を、円形、正方形、矩形、及び楕円形の脱臭剤キャップを含む様々な部品形状に対して実施した。試験結果を下記の表2〜4及びチャート2〜4に示す。
Figure 2015512808
Figure 2015512808
Figure 2015512808
Figure 2015512808
Figure 2015512808
Figure 2015512808
上記で示した矩形、正方形、及び円形は比較的簡素な形状であるが、これらの形状に現実上の実用性はない。脱臭剤キャップのデータは、既存の射出成形部品、すなわち脱臭剤容器用キャップのデータである。脱臭剤キャップ試験では、2007年時点でProcter & Gamble Company製Secret(登録商標)脱臭剤キャップ製造用の金型アセンブリをモデリングした。脱臭剤キャップは、比較的簡素な成形部品の形状の1例を表す。脱臭剤キャップは、依然として比較的簡素な形状を維持しているが、上記の矩形、正方形、又は円形の例より複雑である。データを比較すれば、本明細書に記載の簡素化冷却システムは、部品形状がより複雑な従来の冷却システムと比較してより効果的であることは明らかである。例えば、本簡素化冷却システムは、熱流束の点で、金型キャビティ表面からの距離が同じ、脱臭剤キャップ用の実用的な最高の従来型冷却の約2倍効果的である。更に、15mm位置における本簡素化冷却(cooing)システムは、5mm位置における従来の冷却システムよりも約80%優れている。同様に、5mm位置において、本簡素化冷却システムは、5mm位置における理想化された冷却システムよりも熱流束が約47%高い。言い換えれば、簡素化冷却管及び理想化冷却管が金型キャビティから同じ距離で形成される場合、簡素化冷却金型の第1及び第2金型部分を通る熱流束は、理想化冷却金型の第1及び第2金型部分を通る熱流束よりも大きい。結果として、簡素化冷却システムは、従来の冷却システムよりも効率的な冷却を提供しながらも、より容易な製造が可能である。
本明細書に記載の簡素化冷却システムが提供する冷却がより効率的であるほど、金型キャビティ内の温度分布もより均一になる。上記の同じコンピュータプログラム(すなわち、Sigma Soft v.4.8)を使用して脱臭剤キャップを試験し、金型キャビティ内の温度分布を測定した。分析に含まれる構成要素には、移動金型部分及び固定金型部分が含まれた。複数の非定常熱サイクルが定常状態の金型温度特性を捕捉するものと考えられた。各サイクルで、プログラムは型締め時間、冷却フェーズ、及び型開き時間を説明して(accounted for)、通常の成形サイクルの間に非定常熱条件を正確に表示した。型締め時に、ポリマー溶融物が218℃の均一な溶解温度で金型キャビティに充填されたとみなされた。冷却管を20℃の一定かつ均一な温度に維持した。第1サイクルの開始時に、金型部分の初期温度を30℃にした。全16サイクルの分析を完了して、結果が準定常状態に到達したことを確認した。様々な金型構成要素間の熱伝達係数を以下に記載する。
Figure 2015512808
各構成要素の熱特性を説明するのに用いた材料特性には、密度、定圧熱容量(cp)、及び熱伝導率が含まれる。各構成要素材料の熱特性を以下にまとめた。
Figure 2015512808
分析結果を第16サイクルの完了時に評価した。金型アセンブリの移動部分及び固定部分の両方のキャビティ表面の最低温度及び最高温度を記録した。移動部分及び固定部分のいずれかの最大温度勾配を、最高温度−最低温度と定義し、これにより各金型部品の均熱性の測定基準が提供される。固定部分の任意の場所の最高温度−移動部分の任意の場所の最低温度、及び移動部分の任意の場所の最高温度−固定部分の任意の場所の最低温度と定義される金型壁面全体の熱勾配により、均熱性の更なる指標が提供される。
シミュレーションの結果を、下記の表5にまとめた。
Figure 2015512808
Figure 2015512808
Figure 2015512808
上記で示した通り、金型キャビティの5mm以内に機械加工されたシミュレーション上の従来型冷却システムは、金型の固定部分で7.7℃の温度デルタ、金型の移動部分で30.4℃の温度デルタを得た。同様に、金型キャビティの5mm以内を機械加工された理想化された従来の冷却システム(上記で定義した通り)は、固定部分で4.5℃、移動部分で24.14℃の温度デルタを得た。
反対に、金型キャビティの5mm以内を機械加工された本明細書に記載のシミュレーション上の簡素化冷却システムは固定部分でわずか1.6℃、移動部分でわずか15.5℃の温度デルタを得た。金型キャビティから10mm位置に機械加工した時は、簡素化冷却システムは固定部分で1.8℃のデルタ、移動部分で16.1℃のデルタを得た。最後に、金型キャビティから15mm位置に機械加工した時は、簡素化冷却システムは固定部分で1.9℃のデルタ、移動部分で18.7℃のデルタを得た。
金型キャビティ表面から5mm、10mm、又は15mm位置に機械加工された簡素化冷却システムは、金型キャビティ表面から5mm位置に機械加工された理想化冷却システムの対応する金型部分と比較して、固定部分で7%減〜78%減の温度デルタ、移動部分で75%減〜約41%減(QC10の場合)の温度デルタを示すことが判明した。
要約すると、本明細書に記載の、金型キャビティから5mm位置にミリングした簡素化冷却(cooing)システムは、5mm位置での金型キャビティ内の温度デルタを、理想化された従来の冷却と比較して78%も減少させ(したがって、簡素化冷却の理想化従来型冷却に対する温度勾配の比率は1未満である)、金型の固定部分の5mm位置では従来の冷却と比較して87%も減少させた。金型の移動部分では、5mm位置での簡素化冷却システムは、5mm位置での理想化された従来の冷却と比較して温度デルタを75%も減少させ(繰り返すが、簡素化冷却の理想化従来型冷却に対する温度勾配の比率は1未満である)、5mm位置で従来の冷却と比較して78%も減少させた。金型キャビティからより離れて(例えば15mm)ミリングした時でさえも、簡素化冷却システムは、固定部分の5mm位置で従来型冷却と比較して温度デルタを85%も減少させ、移動部分の5mm位置で従来型冷却と比較して63%も減少させた。結果として、本明細書に記載の簡素化冷却システムは金型キャビティからより離れた位置で機械加工することができ、それにより、従来の冷却システムと比較してより優れた冷却能力をなお提供しながらも、冷却チャネルの機械加工をより容易にすることで金型の製造コストを低減させる。この優れた冷却能力及びより均一な温度分布によって部品品質が改善され、同時に金型の生産性が向上する。
「実質的に」、「約」、及び「およそ」という用語は、特別の定めのない限り、本明細書において、任意の定量的な比較、値、測定値、又は他の表現に帰属される場合がある、不確定の固有度を表すために利用される得ることに留意すべきである。これらの用語はまた、本明細書では、定量的表現が、問題となる対象物の基本的機能に変化をもたらすことなく、記載の基準から変動する程度を表すためにも利用される。特に本明細書中で定義されている場合を除き、「実質的に」、「約」、及び「およそ」という用語は、記載された基準値の20%以内の範囲にある定量的な比較、値、測定値、又は他の表現を意味する。
本明細書で例示及び記載された製品の様々な実施形態が、低一定圧力射出成形プロセスによって作製されてもよいことはここで明らかである。本明細書では、消費財を含む製品又は消費財製品自体を特に参照したが、本明細書で検討した低一定圧力射出成形方法が、消費財産業、外食産業、運送業、医療産業、玩具産業などで使用される製品と共に使用するために好適であり得ることは明らかである。更に、本明細書に開示された教示が、金型内の装飾、インサート成形、金型内組立品などと組み合わされて、スタック金型、回転及びコアバック金型を含む多数の材料の金型の構成体において使用され得ることが、当業者であれば理解されるであろう。
本明細書で開示される任意の実施形態の一部分、複数の部分、又は全ては、以下に記載するものを含む当該技術分野で周知される他の実施形態の一部分、複数の部分、又は全てと組み合わせることが可能である。
本開示の実施形態は、2012年5月21日出願の米国特許出願番号第13/476,045号、題名「Apparatus and Method for Injection Molding at Low Constant Pressure」(出願人案件12127)として開示され、米国特許番号第2012−0294963 A1として公開される低一定圧射出成形に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年5月21日出願の米国特許出願番号第13/476,047号、題名「Alternative Pressure Control for a Low Constant Pressure Injection Molding Apparatus」(出願人案件12128)として開示され、米国特許番号第2012−0291885 A1として公開される圧力制御に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年5月21日出願の米国特許出願番号第13/476,073号、題名「Non−Naturally Balanced Feed System for an Injection Molding Apparatus」(出願人案件12130)として開示され米国特許番号第2012−0292823 A1として公開される非自然平衡供給システムに関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年5月21日出願の米国特許出願番号第13/476,197号、題名「Method for Injection Molding at Low,Substantially Constant Pressure」(出願人案件12131Q)として開示され米国特許番号第2012−0295050 A1として公開される低い実質的一定圧力での射出成形に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年5月21日出願の米国特許出願番号第13/476,178号、題名「Method for Injection Molding at Low,Substantially Constant Pressure」(出願人案件12132Q)として開示され米国特許番号第2012−0295049 A1として公開される低い実質的一定圧での射出成形に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年2月24日出願の米国特許出願番号第61/602,650号、題名「High Thermal Conductivity Co−Injection Molding System」(出願人案件12361P)として開示される共射出プロセスに関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
開示の実施形態は、2013年2月12日出願の米国特許出願番号第13/765,428号、題名「Injection Mold Having a Simplified Evaporative Cooling System or a Simplified Cooling System with Exotic Cooling Fluids」(出願人案件12453M)として開示される簡素化冷却システムを有する成形方法に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年5月21日出願の米国特許出願番号第13/476,584号、題名「Method and Apparatus for Substantially Constant Pressure Injection Molding of Thinwall Parts」(出願人案件12487)として開示される薄壁部品の成形方法に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年11月8日出願の米国特許出願番号第13/672,246号、題名「Injection Mold With Fail Safe Pressure Mechanism」(出願人案件12657)として開示されるフェイルセーフ機構を備える成形方法に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年11月20日出願の米国特許出願番号第13/682,456号、題名「Method for Operating a High Productivity Injection Molding Machine」(出願人案件12673R)として開示される高生産性成形方法に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年11月20日出願の米国特許出願番号第61/728,764号、題名「Methods of Molding Compositions of Thermoplastic Polymer and Hydrogenated Castor Oil」(出願人案件12674P)として開示される特定の熱可塑材の成形方法に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、2012年11月21日出願の米国特許出願番号第61/729,028号、題名「Reduced Size Runner for an Injection Mold System」(出願人案件12677P)として開示されるランナシステムに関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、1998年3月17日発行の米国特許番号第5,728,329号、題名「Method and Apparatus for Injecting a Molten Material into a Mold Cavity」(出願人案件12467CC)として開示される成形プロセスの制御方法に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、1998年2月10日発行の米国特許番号第5,716,561号、題名「Injection Control System」(出願人案件12467CR)として開示される成形プロセスの制御方法に関する実施形態と合わせて用いることができ、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に開示した寸法及び値は、記載された正確な数値に厳密に限定されるものと理解されるべきではない。むしろ、特に断らないかぎり、そのような寸法のそれぞれは、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等の範囲の両方を意味するものとする。例えば、「40ミリメートル」として開示される寸法は、「約40ミリメートル」を意味するものである。
任意の相互参照又は関連特許若しくは関連出願を包含する本明細書に引用される全ての文献は、明確に除外ないしは別の方法で限定されない限り、その全てを本明細書中に参照により組み込まれる。いずれの文献の引用も、こうした文献が本願で開示又は特許請求される全ての発明に対する先行技術であることを容認するものではなく、また、こうした文献が、単独で、あるいは他の全ての参照文献とのあらゆる組み合わせにおいて、こうした発明のいずれかを参照、教示、示唆又は開示していることを容認するものでもない。更に、本文書において、用語の任意の意味又は定義の範囲が、参考として組み込まれた文書中の同様の用語の任意の意味又は定義と矛盾する場合には、本文書中で用語に割り当てられる意味又は定義に準拠するものとする。
本発明の特定の実施形態が例示され記載されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更及び修正を実施できることが、当業者には自明であろう。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変更及び修正を添付の特許請求の範囲で扱うものとする。

Claims (15)

  1. 射出成形機(図1−10)用の金型アセンブリ(図5A−328)であって、
    第1金型部分(図5A−372)及び第2金型部分(図5A−374)であって、それらの間に金型キャビティ(図1−32、図5A−376)を画定する第1金型部分及び第2金型部分、
    前記第1金型部分に結合される第1支持板(図5A−378)、
    前記第2金型部分に結合される第2支持板(図5A−380)、並びに
    射出成形プロセス中に前記第1及び第2金型部分から熱を除去するための冷却システム(図5A、5B、6、7、8、10−382、図9−382a、382b、図12−399)を含み、
    前記金型アセンブリが、
    L/T比が100超の金型キャビティ(図2)、
    少なくとも4つの金型キャビティ(図4)、
    1つ以上の加熱ランナ(図4−64)、
    誘導排出機構のうち少なくとも1つを含み、
    前記冷却システムがレベル3、レベル2、又はレベル1の冷却複雑度を有することを特徴とする、金型アセンブリ。
  2. 前記冷却システムがレベル1の冷却複雑度を有する(図5A〜5E)、請求項1に記載の金型アセンブリ。
  3. 前記第1支持板及び第2支持板の少なくとも1つが単一の機械加工軸を有する冷却管を含む、請求項2に記載の金型アセンブリ。
  4. 前記第1支持板及び第2支持板の少なくとも1つが複数の冷却管を含み、前記複数の冷却管の各冷却管が共通の機械加工軸と実質的に平行な単一の機械加工軸を有する、請求項2に記載の金型アセンブリ。
  5. 前記冷却システムがレベル2の冷却複雑度を有する(図6)、請求項1に記載の金型アセンブリ。
  6. 単一の機械加工軸を有する冷却チャネルを更に含む、請求項5に記載の金型アセンブリ。
  7. 前記冷却チャネルが、少なくとも部分的に前記第1支持板及び前記第1金型部分、並びに前記第2支持板及び前記第2金型部分のうちの1つを貫き延在する、請求項6に記載の金型アセンブリ。
  8. 前記冷却チャネルが終端部(図6−384)を含む、請求項7に記載の金型アセンブリ。
  9. 前記冷却チャネルがバッフル(図6−386)を含む、請求項7に記載の金型アセンブリ。
  10. 複数の冷却チャネルを更に含み、前記複数の冷却チャネルの各冷却チャネルが共通の機械加工軸と実質的に平行な単一の機械加工軸を有する、請求項6に記載の金型アセンブリ。
  11. 前記冷却システムがレベル3の冷却複雑度を有する(図8)、請求項1に記載の金型アセンブリ。
  12. 単一の第1機械加工軸を有する第1冷却チャネル及び単一の第2機械加工軸を有する第2冷却チャネルを更に含み、前記第1機械加工軸が前記第2機械加工軸と実質的に平行でない、請求項11に記載の金型アセンブリ。
  13. 前記第1機械加工軸が前記第2機械加工軸に対して実質的に垂直である、請求項12に記載の金型アセンブリ。
  14. 第1冷却チャネルを更に含み、前記第1冷却チャネルが第1機械加工軸及び第2機械加工軸を有し、前記第1機械加工軸が前記第2機械加工軸に対して角度を付けられた、請求項11に記載の金型アセンブリ。
  15. 前記冷却チャネルが終端部を含む、請求項11に記載の金型アセンブリ。
JP2014558873A 2012-02-24 2013-02-22 簡素化された冷却システムを有する射出成形金型 Pending JP2015512808A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261602781P 2012-02-24 2012-02-24
US61/602,781 2012-02-24
PCT/US2013/027353 WO2013126723A1 (en) 2012-02-24 2013-02-22 Injection mold having a simplified cooling system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016039425A Division JP6177953B2 (ja) 2012-02-24 2016-03-01 簡素化された冷却システムを有する射出成形金型

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015512808A true JP2015512808A (ja) 2015-04-30

Family

ID=47827474

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014558873A Pending JP2015512808A (ja) 2012-02-24 2013-02-22 簡素化された冷却システムを有する射出成形金型
JP2016039425A Expired - Fee Related JP6177953B2 (ja) 2012-02-24 2016-03-01 簡素化された冷却システムを有する射出成形金型

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016039425A Expired - Fee Related JP6177953B2 (ja) 2012-02-24 2016-03-01 簡素化された冷却システムを有する射出成形金型

Country Status (14)

Country Link
US (2) US9475211B2 (ja)
EP (1) EP2817138B1 (ja)
JP (2) JP2015512808A (ja)
KR (1) KR20140117591A (ja)
CN (1) CN104144777A (ja)
AU (1) AU2013222278A1 (ja)
CA (1) CA2865255C (ja)
IN (1) IN2014DN06967A (ja)
MX (1) MX2014010075A (ja)
PH (1) PH12014501903A1 (ja)
RU (1) RU2014133966A (ja)
TW (1) TW201400268A (ja)
WO (1) WO2013126723A1 (ja)
ZA (1) ZA201406081B (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112571741A (zh) * 2020-11-09 2021-03-30 盐城烨恒汽车配件有限公司 一种汽车零部件注塑模具冷却装置
US11845212B2 (en) 2020-01-28 2023-12-19 Seiko Epson Corporation Injection molding apparatus, cooling plate for injection molding apparatus, and cassette mold

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190118442A9 (en) * 2010-04-20 2019-04-25 Honda Motor Co., Ltd. Conforming cooling method and mold
CN103547430A (zh) 2011-05-20 2014-01-29 宝洁公司 用于在低恒定压力下注塑的设备和方法
US20130295219A1 (en) 2012-05-02 2013-11-07 Ralph Edwin Neufarth Injection Mold Having a Simplified Evaporative Cooling System or a Simplified Cooling System with Exotic Cooling Fluids
MX2014010075A (es) 2012-02-24 2014-10-13 Procter & Gamble Molde de inyeccion que tiene un sistema de refrigeracion simplificado.
EP2922680A2 (en) 2012-11-21 2015-09-30 iMFLUX Inc. Reduced size runner for an injection mold system
EP2996850B1 (en) 2013-05-13 2019-03-20 iMFLUX, Inc. Low constant pressure injection molding system with variable-position molding cavities
BR112016009990B1 (pt) 2013-11-04 2021-10-19 Plastics Unbound Gmbh Molde para injeção, ferramenta de moldagem por injeção que compreende o molde para injeção e maquinário de molda
JP2017502856A (ja) * 2013-12-19 2017-01-26 アイエムフラックス インコーポレイテッド オーバーモールド物品を形成する方法
JP6320821B2 (ja) * 2014-03-27 2018-05-09 住友重機械工業株式会社 射出成形機
RS56698B1 (sr) 2014-03-28 2018-03-30 Plastics Unbound Gmbh Kalup za ubrizgavanje, alat za livenje ubrizgavanjem koji sadrži kalup za ubrizgavanje, postupci njihovih upotreba
JP6289970B2 (ja) * 2014-03-28 2018-03-07 住友重機械工業株式会社 射出成形機、射出成形機の設定装置、および射出成形機の設定方法
US9216533B2 (en) * 2014-05-23 2015-12-22 Nan-Chi Chen Energy saving device for accelerated pressurization in injection molding machine
KR102324570B1 (ko) * 2014-12-04 2021-11-09 익스트루드 투 필, 인크. 사출 몰딩 시스템을 위한 노즐 차단
CN108349118B (zh) * 2015-09-15 2022-03-18 路易斯·曼努埃尔·阿莱马尼·内格雷特 用于注塑热塑性塑料的模具和使用所述模具的方法
EP3290178B1 (de) * 2016-08-31 2019-04-03 Weckerle GmbH Verfahren und vorrichtung zum steuern eines abkühlprozesses von giessformen für kosmetische produkte
US10967550B2 (en) 2016-11-09 2021-04-06 Plantronics, Inc. High yield strength, low thermal impedance component and manufacturing method
DE102017207506A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 BSH Hausgeräte GmbH Verfahren zum Herstellen eines dünnwandigen Haushaltsgerätebauteils mit einem RIM-Prozess sowie Haushaltsgerätebauteil
TWI681858B (zh) * 2017-09-08 2020-01-11 日商日精Asb機械股份有限公司 模具
US20190091909A1 (en) * 2017-09-26 2019-03-28 Brandon Fontaine Injection Molding Assembly with Cooling Insert
US11148331B2 (en) 2017-10-10 2021-10-19 General Electric Company Mold system including separable, variable mold portions for forming casting article for investment casting
US10252325B1 (en) 2017-10-10 2019-04-09 General Electric Company Core mechanical integrity testing by viscosity manipulation
US11027469B2 (en) * 2017-10-10 2021-06-08 General Electric Company Mold system including separable, variable mold portions for forming casting article for investment casting
US11413802B2 (en) * 2018-03-22 2022-08-16 Honda Motor Co., Ltd. Reusable mold for injection molding and molding method
CN110480966A (zh) * 2018-05-15 2019-11-22 泰科电子(上海)有限公司 注塑模具冷却系统
US11472083B2 (en) 2019-09-25 2022-10-18 Honda Motor Co., Ltd. Injection mold master unit die back plate cooling with metal backfilled plastic mold
DE102020103035A1 (de) * 2020-02-06 2021-08-12 Meissner Ag Modell- Und Werkzeugfabrik Formwerkzeug mit Wärmeleiterstruktur sowie ein entsprechendes Verfahren

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1128749A (ja) * 1997-07-10 1999-02-02 Canon Inc トナーカートリッジ用射出成形金型の冷却方法
JP2002283355A (ja) * 2001-03-28 2002-10-03 Toray Ind Inc 樹脂成形金型
JP2009226902A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Nissha Printing Co Ltd 成形金型
JP2010089390A (ja) * 2008-10-08 2010-04-22 Kasai Kogyo Co Ltd 成形金型
JP2010099964A (ja) * 2008-10-24 2010-05-06 Kasai Kogyo Co Ltd 成形金型

Family Cites Families (87)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2350348A (en) 1942-12-21 1944-06-06 Gen Motors Corp Heat transfer device
US3127753A (en) 1960-01-04 1964-04-07 George A Tinnerman Method of chilling die elements of molding apparatus
DE2427969A1 (de) 1974-06-10 1976-01-02 Reinhard Colortronic Verfahren und vorrichtung zum spritzgiessen, insbesondere von kunststoffen
US4017242A (en) * 1975-10-28 1977-04-12 The Mcdowell-Wellman Engineering Company Injection molding apparatus
US4219322A (en) 1978-12-20 1980-08-26 Owens-Illinois, Inc. Apparatus for molding plastic articles
US4295628A (en) * 1979-11-09 1981-10-20 Statni Vyzkumny Ustav Materialu Mold for the injection molding of objects of large dimension and complicated surfaces from plastic material
US4462780A (en) * 1982-12-17 1984-07-31 Rca Corporation Injection molding apparatus
JPS60127125A (ja) 1983-12-14 1985-07-06 Chisso Corp 射出成形方法
GB8424357D0 (en) 1984-09-26 1984-10-31 British Telecomm Injection moulding apparatus
US4812115A (en) * 1987-10-05 1989-03-14 Dow Corning Corporation Fixed-volume trapped rubber molding apparatus
JPH0222026A (ja) 1988-01-04 1990-03-28 Toshiba Corp ディスク成形用金型
DE3836875A1 (de) 1988-04-07 1989-10-26 Erlenbach Gmbh & Co Kg Verfahren und vorrichtung zum herstellen von formlingen aus expandierbaren kunststoffpartikeln
US5041247A (en) * 1988-09-29 1991-08-20 General Electric Company Method and apparatus for blow molding parts with smooth surfaces
JP2691581B2 (ja) 1988-10-03 1997-12-17 東芝機械株式会社 射出成形装置およびこれを用いる射出成形方法
JPH0379317A (ja) 1989-08-23 1991-04-04 Toshiba Corp プラスチックの成形品
US5478520A (en) * 1989-10-27 1995-12-26 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Process for injection molding and apparatus therefor
JPH04126214A (ja) 1990-09-17 1992-04-27 Fuji Photo Film Co Ltd 金型
JP3079317B2 (ja) 1991-07-26 2000-08-21 石川島播磨重工業株式会社 溶融炭酸塩型燃料電池発電装置
JPH056914A (ja) 1991-06-27 1993-01-14 Fujitsu Ltd 半導体装置の樹脂封止装置およびその樹脂封止方法
JPH0577244A (ja) 1991-09-19 1993-03-30 Sony Corp 金 型
CA2079390C (en) 1991-10-16 1996-08-27 Akira Nonomura Multi-cavity mold, method of fabricating same and molding control method using said mold
JPH0753405B2 (ja) 1991-11-28 1995-06-07 花王株式会社 射出成形機における樹脂流動物性変動制御方法および装置
JP2559651B2 (ja) 1991-12-26 1996-12-04 花王株式会社 射出成形の制御方法および装置
US6276656B1 (en) 1992-07-14 2001-08-21 Thermal Wave Molding Corp. Mold for optimizing cooling time to form molded article
JPH072359B2 (ja) 1992-10-22 1995-01-18 大宝工業株式会社 射出成形ユニット
US5407342A (en) * 1993-09-13 1995-04-18 Boucher; Paul Y. Apparatus for manufacturing a composite product
US5423670A (en) * 1993-10-08 1995-06-13 Hamel; Julio E. Enhanced thermal transfer injection molding apparatus
JPH07223242A (ja) 1994-02-15 1995-08-22 Mitsubishi Materials Corp 複数個取り金型
US5441680B1 (en) 1994-05-02 1997-04-29 Milko G Guergov Method and apparatus for injection molding
US5716561A (en) 1994-05-02 1998-02-10 Guergov; Milko G. Injection control system
JPH08118435A (ja) 1994-10-27 1996-05-14 Daicel Chem Ind Ltd 射出成形金型
US5811494A (en) 1995-04-06 1998-09-22 The Dow Chemical Company Impact modified thinwall polymer compositions
EP0749821B1 (en) 1995-06-19 2003-03-05 Siebolt Hettinga A low pressure method for injection molding a plastic article
US5902525A (en) 1995-06-19 1999-05-11 Hettinga; Siebolt Method of molding a plastic article including injecting based upon a pressure-dominated control algorithm after detecting an indicia of a decrease in the surface area of the melt front
US5830515A (en) * 1996-09-18 1998-11-03 Pleasant Precision, Inc. Mold insert
JPH10146869A (ja) 1996-11-20 1998-06-02 Aron Kasei Co Ltd 射出成形機および熱可塑性合成樹脂成形品
NL1005502C2 (nl) 1997-03-12 1998-09-15 Ict Axxicon Bv Matrijs voor het vervaardigen van schijfvormige voorwerpen.
US6464909B1 (en) 1998-04-21 2002-10-15 Synventive Molding Solutions, Inc. Manifold system having flow control
CH692383A5 (de) 1997-09-16 2002-05-31 Kk Holding Ag Verfahren zur Regelung der Heisskanalheizung eines Mehrkavitäten-Spritzgiesswerkzeugs.
JPH11262936A (ja) 1998-03-18 1999-09-28 Sekisui Chem Co Ltd 硬質塩化ビニル樹脂の射出成形方法
US6824379B2 (en) 1998-04-21 2004-11-30 Synventive Molding Solutions, Inc. Apparatus for utilizing an actuator for flow control valve gates
AUPP403398A0 (en) 1998-06-11 1998-07-02 James, Malcolm Barry Temperature control method and apparatus
JP2000202863A (ja) 1999-01-11 2000-07-25 Sekisui Chem Co Ltd 射出成形用金型
JP4081201B2 (ja) 1999-03-29 2008-04-23 本田技研工業株式会社 タンデム型射出成形装置およびそれを使用する成形品の製造方法
US6290882B1 (en) 1999-06-07 2001-09-18 Galic Maus Ventures Llp Reduced-knitline thermoplastic injection molding using multi-gated non-sequential-fill method and apparatus, with a heating phase and a cooling phase in each molding cycle
US6372162B1 (en) 1999-08-31 2002-04-16 The Gillette Company Injection molding of oral brush bodies
US6719942B1 (en) 1999-09-08 2004-04-13 David A. Triplett Method and apparatus for production of tubing
AUPQ307799A0 (en) 1999-09-24 1999-10-21 Ritemp Pty Ltd Improvements relating to cooling of dies
US6616871B1 (en) 1999-11-05 2003-09-09 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Filling step control method of injection molding machine
JP3625166B2 (ja) 1999-12-20 2005-03-02 矢崎総業株式会社 成形仮係止金型及び成形仮係止方法
JP3636101B2 (ja) 2001-06-22 2005-04-06 三菱電機株式会社 金型装置
JP4126214B2 (ja) 2002-09-24 2008-07-30 ブラザー工業株式会社 ラベルテープの印字装置
DE10256036A1 (de) 2002-11-30 2004-06-17 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Werkzeugkühlung
CN1741884A (zh) 2003-01-24 2006-03-01 阿尔马包装技术股份有限公司 一种转动模制机
EP1614516B1 (en) 2003-03-31 2009-12-30 Nissha Printing Co., Ltd. Mold for in-mold decoration
JP4273401B2 (ja) * 2003-08-06 2009-06-03 住友電装株式会社 射出成形用金型
JP2005215497A (ja) 2004-01-30 2005-08-11 Nippon Zeon Co Ltd 光拡散板及びその製造方法
US8501060B2 (en) 2005-02-14 2013-08-06 Moldcool International Llc Method and apparatus for controlling the temperature of molds, dies, and injection barrels using fluid media
KR100644920B1 (ko) 2005-03-24 2006-11-10 김동학 사출 성형기용 금형장치
US7802982B2 (en) * 2005-05-09 2010-09-28 Top Grade Molds, Ltd. Grooved-surface air conduit for injection molds
DE202005020533U1 (de) 2005-05-12 2006-03-16 Stemke, Gudrun Kühlsystem für Werkzeuge von Kunststoffverarbeitungsmaschinen
US7621739B2 (en) 2005-07-25 2009-11-24 Isothermal Systems Research, Inc. Injection molding apparatus for producing an atomizer
RU2008110527A (ru) * 2005-08-30 2009-10-10 Эдвансид Пластикс Текнолоджиз Лаксемберг С.А. (LU) Способы и системы для регулирования температуры формы
US20080064805A1 (en) 2005-10-07 2008-03-13 Mitsui Chemicals, Inc. Process for producing injection molded product
US7794643B2 (en) 2006-03-24 2010-09-14 Ricoh Company, Ltd. Apparatus and method for molding object with enhanced transferability of transfer face and object made by the same
ATE508854T1 (de) 2006-11-21 2011-05-15 Thermal Cyclic Technologies Tctech I Stockholm Ab Spritzgiessform mit induktionsheizung sowie spritzgiessverfahren
JP4854493B2 (ja) 2006-12-15 2012-01-18 日本プレーテック株式会社 射出成形用金型
JP4429304B2 (ja) 2006-12-19 2010-03-10 本田技研工業株式会社 射出成形方法及び射出成形装置
US20090020924A1 (en) 2007-02-21 2009-01-22 Iowa State University Research Foundation, Inc. Drying-mediated self-assembly of ordered or hierarchically ordered micro- and sub-micro scale structures and their uses as multifunctional materials
JP4976888B2 (ja) 2007-03-06 2012-07-18 ソニー株式会社 射出制御装置
DE102008000452A1 (de) 2008-02-29 2009-09-03 Stemke, Gudrun Kühlmittelverteilung zur Werkzeugkühlung
KR20090114766A (ko) 2008-04-30 2009-11-04 엘지디스플레이 주식회사 사출성형 금형, 이를 이용하여 제작된 도광판, 이 도광판을갖는 액정표시장치
JP5092927B2 (ja) 2008-06-20 2012-12-05 ソニー株式会社 射出成形の制御方法及び射出成形の制御装置
TWI370273B (en) 2008-10-17 2012-08-11 Coretronic Corp Light guide plate
WO2010108866A1 (en) 2009-03-23 2010-09-30 Basell Poliolefine Italia S.R.L. Polyolefin masterbatch and composition suitable for injection molding
KR100963191B1 (ko) 2009-09-15 2010-06-14 이재복 배플관 및 사출금형의 코어 냉각장치
DE102009046835A1 (de) 2009-11-18 2011-05-19 Robert Bosch Gmbh Spritzgießwerkzeug
EP2709816B1 (en) 2011-05-20 2019-09-11 iMFLUX, Inc. Method for injection molding at low, substantially constant pressure
CN103561935B (zh) 2011-05-20 2017-08-29 艾姆弗勒克斯有限公司 用于基本上恒压注塑薄壁部件的方法和设备
CN103547430A (zh) 2011-05-20 2014-01-29 宝洁公司 用于在低恒定压力下注塑的设备和方法
MX2013013594A (es) 2011-05-20 2013-12-12 Procter & Gamble Sistema de alimentacion balanceado artificialmente para un aparato de moldeo por inyeccion.
KR20140001254A (ko) 2011-05-20 2014-01-06 더 프록터 앤드 갬블 캄파니 낮은 일정한 압력 사출 성형 장치를 위한 대안적인 압력 제어
RU2583394C2 (ru) 2011-05-20 2016-05-10 иМФЛАКС Инк. Способ инжекционного формования при низком, в сущности, постоянном давлении
CN104334330A (zh) 2012-02-24 2015-02-04 宝洁公司 高热导率共注塑系统
MX2014010075A (es) 2012-02-24 2014-10-13 Procter & Gamble Molde de inyeccion que tiene un sistema de refrigeracion simplificado.
US20130295219A1 (en) 2012-05-02 2013-11-07 Ralph Edwin Neufarth Injection Mold Having a Simplified Evaporative Cooling System or a Simplified Cooling System with Exotic Cooling Fluids
US20130221575A1 (en) 2012-02-24 2013-08-29 The Procter & Gamble Company Method for Operating a High Productivity Injection Molding Machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1128749A (ja) * 1997-07-10 1999-02-02 Canon Inc トナーカートリッジ用射出成形金型の冷却方法
JP2002283355A (ja) * 2001-03-28 2002-10-03 Toray Ind Inc 樹脂成形金型
JP2009226902A (ja) * 2008-03-25 2009-10-08 Nissha Printing Co Ltd 成形金型
JP2010089390A (ja) * 2008-10-08 2010-04-22 Kasai Kogyo Co Ltd 成形金型
JP2010099964A (ja) * 2008-10-24 2010-05-06 Kasai Kogyo Co Ltd 成形金型

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11845212B2 (en) 2020-01-28 2023-12-19 Seiko Epson Corporation Injection molding apparatus, cooling plate for injection molding apparatus, and cassette mold
CN112571741A (zh) * 2020-11-09 2021-03-30 盐城烨恒汽车配件有限公司 一种汽车零部件注塑模具冷却装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013126723A1 (en) 2013-08-29
TW201400268A (zh) 2014-01-01
PH12014501903A1 (en) 2014-11-24
CA2865255A1 (en) 2013-08-29
US20140154351A1 (en) 2014-06-05
US9089998B2 (en) 2015-07-28
US20130224327A1 (en) 2013-08-29
AU2013222278A1 (en) 2014-09-11
US9475211B2 (en) 2016-10-25
KR20140117591A (ko) 2014-10-07
RU2014133966A (ru) 2016-03-20
JP2016104579A (ja) 2016-06-09
EP2817138A1 (en) 2014-12-31
MX2014010075A (es) 2014-10-13
ZA201406081B (en) 2016-08-31
IN2014DN06967A (ja) 2015-04-10
JP6177953B2 (ja) 2017-08-09
CN104144777A (zh) 2014-11-12
EP2817138B1 (en) 2023-03-22
CA2865255C (en) 2016-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6177953B2 (ja) 簡素化された冷却システムを有する射出成形金型
JP5824143B2 (ja) 低一定圧力での射出成形のための装置
US9289933B2 (en) Alternative pressure control for an injection molding apparatus
JP6117393B2 (ja) 共射出成形システムにおいて薄肉部品を成形する方法
JP5973656B2 (ja) 簡略型蒸発冷却システム又は新奇な冷却流体を使用する簡略型冷却システムを有するイジェクション成形
CA2892032C (en) Reduced size runner for an injection mold system
US20150102525A1 (en) Non-Naturally Balanced Feed System for an Injection Molding Apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150812

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150901

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20151130

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20151225

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20160201

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20161108