JP2016516618A - 成形型熱転移管理 - Google Patents

Abstract

複数の型ゾーンを備える、物品を形成するための型表面（１１０）と、各型ゾーンに加熱流体または冷却流体の流れを送るための複数の流体流路（１５１、１５２）と、各加熱流体流路を通過する流体を加熱するためのインラインヒータ（１５０）を備える加熱手段と、冷却流体流路を備える冷却手段とを有する型（１００）を備える、物品を成形するための型システム。冷却流体流路は、加熱流体流路のインラインヒータを迂回する。

Description

本発明は、成形型の温度の管理に関する。より詳細には、本発明は、流体加熱および流体冷却を利用した成形型の温度の能動的な電力／流量管理に関する。

成形型の流体加熱は、特に特許文献１として公開された本出願人の以前の出願から知られている。同文献では、成形型の各ゾーンに個別に関連付けられた流体ベース加熱／冷却手段が論じられている一方で、制御手段は、型ゾーンを個別に加熱または冷却するように加熱／冷却手段を制御することにより、成形プロセス全体を通じた任意の特定の時点で各型ゾーンにおいて成形されることとなる物品へのおよび物品からの熱伝達を調整するように構成される。

かかる成形型は、典型的には２つの異なる用途に対して使用され得る。

第１のタイプの成形型用途は、大量連続生産用途である。これは、加工物ごとの熱サイクル時間が短いことを特徴とし得るものであり、各新規の加工物は、以前の加工物が成形された直後に成形される。このようにすることで、成形型は、生産シフト全体を通じて連続使用状態にある。

第２のタイプの成形型用途は、少量断続生産用途である。これは、加工物ごとの熱サイクル時間がより長いことを特徴とし得るものであり、成形型は、加工物の各成形間に「ダウンタイム」期間を被る。これは、例えば補助装置に対する要件に起因するなど、成形型へ／からの加工物の複雑な設置／除去プロセスに起因し得る。

これらの両タイプの成形型用途は、成形型ユーザに難題を与える。

図１は、大量連続生産に使用される既知の成形型（特許文献２に開示されるものなど）の温度サイクルである。加熱／冷却流は、インラインエアヒータを通過させられる。冷却時には、ヒータはオフに切り替えられる。各加工物は、この方法の利用により迅速に加熱および冷却される。

加熱から冷却への切替え時に、インラインヒータおよび周辺構成要素内の残留熱は、伝熱除去されることによりインラインヒータを通る流れがもはや加熱されていないようになるために、加工物サイクル時間全体に対してかなりの時間量を要し得る。

さらに、冷却から加熱への切替え時に、インラインヒータおよび周辺成形型構造体は、十分に加熱されることによりインラインヒータによって排出される流体が所望の温度になるために、加工物サイクル時間全体に対してかなりの時間量を要し得る。

これらの転移相では、インラインヒータは、誤った温度で流体を事実上推進させてしまうため、有害な効果をもたらす。

図２は、少量断続生産で使用される既知の成形型（特許文献２に開示されるものなど）の温度サイクルである。各加工物は、大量連続生産で使用される成形型の温度サイクルに対してより長い時間間隔にわたり加熱および冷却される。

これらの２つの間における重要で顕著な相違は、処理後の第１の加工物の除去と次の加工物の処理の開始との間の「ダウンタイム」がより長い点である。これは、２０〜２５分、および４５〜５０分にて図示される。この「ダウンタイム」時に、成形型は残留熱を喪失するため、成形型が次のサイクルに入るときにはより大きな熱の上昇を必要とし、そのためより高い熱エネルギーが必要となり、「ダウンタイム」期間の長さを長引かせる。

特に短期間サイクル時間を有する成形型に関連し、インラインヒータの使用に内在する別の難題は、最大流体流量に関するものである。流体加熱速度および流体冷却速度は、同一の成形型を冷却するのに必要とされる流体流量に比べてより低い流体流量が成形型を加熱するのに必要とされるために、異なる傾向がある。冷却流体流量を加熱流体流量と比較した場合の３：１の比率が、特許文献２に開示されるものなどの既知の層状成形型の場合に典型的なものとなる。冷却のために最適な流れ特徴（乱流レベルなど）を有する流体流を実現することは、小型の成形型においては問題をはらむ恐れがあり、インラインヒータの加熱構成要素が、冷却流体の送達に関与する導管内の障害物として作用してしまう。

さらに、加熱から冷却への移行時のインラインヒータ内の残留熱と、この移行を行う場合の流体流の必要な増加との組み合わされた効果により、高温「スパイク」が結果としてもたらされ、これは、成形型および加工物の両方に対して有害な効果を有する場合がある。

国際公開第２０１１／０４８３６５号 国際公開第２０１３／０２１１９５号

本発明の目的は、成形型の熱的機敏性を高めることにより、型面のより高い制御を可能にし、パーツ製造のサイクル時間および全体的な型効率の両方を低下させることである。

本発明の第１の態様によれば、物品を形成するための、複数の型ゾーンを備える型表面、各型ゾーンに加熱流体または冷却流体の流れを送るための複数の流体流路、加熱手段、および冷却手段を有する型を備える、物品を成形するための型システムが提供される。加熱手段は、各加熱流体流路を通過する流体を加熱するためのインラインヒータを備え、ヒータは、前記型ゾーンの少なくともいくつかの加熱流路と個別に関連付けられ、冷却手段は、冷却流体流路を備え、冷却流体流路は、加熱流体流路のインラインヒータを迂回する。

流れを加熱および冷却するための交番流体流路を設けることにより、２つの異なる経路が、加熱機能および冷却機能に関して最適化され得る。インラインヒータの領域に交番流体流路を設けることにより、加熱流体流路のインラインヒータに通して冷却流体流を送ることは必要ではなくなる。したがって、インラインヒータは、冷却流体流に対する障害物として作用せず、有利となる。さらに、加熱と冷却との間の切替え時に、インラインヒータ中の不要な残留熱が、冷却流体流がインラインヒータを通り送られる場合とは異なり型表面に送達されず、したがって移行後の熱除去スパイクが存在しない。さらに、型が冷却から加熱に移行された場合にインラインヒータが即座に所要温度になるように、インラインヒータは、冷却流体が冷却流体経路を経由して通過している間にある特定の温度に設定されてもよい。

好ましい一実施形態では、冷却流体流路は、加熱流路と完全に交番する。この配置により、例えばより大きな断面積を冷却流体流路に与えることによって加熱流体流よりも高い冷却流体流の流体流量に対応するなど、加熱流体流路および冷却流体流路の特定の調整が可能となる。さらに、加熱流体流路および冷却流体流路の導管の容量効果により、大量生産の短いサイクル時間の場合には不利となり得る成形型の加熱および冷却（の他方）に悪影響がもたらされない。さらに、この配置により、冷却流体流で各型ゾーンを冷却しつつ、インラインヒータを通過する流体流を逆方向に進ませることが可能となり、これにより各型ゾーンから熱が除去され有利となる。

加熱流体流路および冷却流体流路は、相互に隔離されてもよい。この配置により、２つのタイプの流体経路のより高い熱的隔離が可能となる。

本発明の好ましい一実施形態では、物品を成形するための型システムは、型層を画定するための型表面の対向側に温度制御表面を有してもよい。この温度制御表面は、流体チャンバを少なくとも部分的に境界設定し、流体チャンバは、使用時に型層を支持する排出層およびさらなる層を有し、加熱手段および冷却手段は、さらなる層と型層との間に配置される。

加熱流体流路および冷却流体流路は、さらなる層中に配置された入口と、流体チャンバ内に配置された出口とを有する導管を備えてもよい。

好ましい一実施形態では、型は、成形層とさらなる層との間に位置決めされた中間層をさらに備えてもよい。

加熱流体流路は、さらなる層中に配置された入口と、流体チャンバ内に配置された出口とを有する導管により画定され、冷却流体流路は、中間層中に配置された入口と、流体チャンバ内に配置された出口とを有する導管により画定されてもよい。したがって、中間層は、流体チャンバ（およびしたがって型表面）の温度を迅速に低下させるために使用することの可能な低温流体リザーバとして機能し得る。

好ましい一実施形態では、中間層は、冷却手段と流体連通状態にあってもよい。これにより、低温流体リザーバとしての中間層の役割がさらに支援される。

代替的な一実施形態では、冷却流体流路および加熱流体流路は、インラインヒータに隣接する部分を除いて共通の導管を共有してもよく、冷却流体流路は、インラインヒータバイパスを画定する。これは、成形型内における空間効率の高い配置を実現する。

別の好ましい実施形態では、冷却流体流路および加熱流体流路は、インラインヒータの上流のみで共通の導管を共有してもよい。別の好ましい実施形態では、冷却流体流路および加熱流体流路は、インラインヒータの下流のみで共通の導管を共有してもよい。これらの配置により、材料のより効率的な使用と、型の構造レイアウトのより効率的な設計とが可能となる。

冷却流体流路は、加熱流体流路の周囲に同心状に配置されてもよい。これにより、空間効率の高い配置が実現され、２つのタイプの経路に共通の支持構造を与える効果がある。

好ましい一実施形態では、型は、加熱手段および冷却手段を制御するように構成された制御手段をさらに備えてもよい。

制御手段は、加熱流体流路および／または冷却流体流路を経由して流体流を選択的に送ることにより型ゾーンを個別に加熱または冷却するように構成されてもよい。

この選択は、流体流量に応答する弁を使用することによって受動的なものであってもよく、この場合に冷却流体流は、加熱流体流に比べてより高い流体流量から構成される傾向を有する。

本発明の第２の態様によれば、物品を製造する方法が提供される。この方法は、物品を成形するための型システムを用意するステップであって、このシステムが、物品を形成するための、複数の型ゾーンを備える型表面、各型ゾーンに加熱流体または冷却流体の流れを送るための複数の流体流路、加熱手段、および冷却手段を有する型を備え、加熱手段が、各加熱流体流路を通り流れる流体を加熱するためのインラインヒータを備え、ヒータが、前記型ゾーンの少なくともいくつかの加熱流路と個別に関連付けられ、冷却手段が、冷却流体流路を備え、冷却流体流路が、加熱流体流路のインラインヒータを迂回する、ステップと；型表面上に成形されることとなる物品を配置するステップと；加熱手段を作動させて各型ゾーンの型表面温度を変更させることによって物品を加熱するステップと；冷却手段を作動させて各型ゾーンの型表面温度を変更させることによって物品を冷却するステップとを含む。

好ましい一実施形態では、この方法は、加熱流体流路および／または冷却流体流路を経由して流体流を選択的に送ることにより成形プロセス全体を通じた任意の特定の時点にて各型ゾーンで物品へのおよび物品からの熱伝達を調整するために、加熱手段および冷却手段を能動的に制御するステップをさらに含んでもよい。好ましい一実施形態では、加熱流路を経由して流体流を選択的に送るステップの最中に、冷却流体から加熱流体へと流体を変化させるためにインラインヒータを能動的に制御することである。

好ましい一実施形態では、この方法は、型表面上に成形されることとなる物品を配置するステップの前に、ヒータアセンブリおよび加熱流体流を作動させるステップをさらに含んでもよい。これにより、成形型が予熱され得るため有利である。

好ましい一実施形態では、この方法は、冷却流体流から加熱流体流への後の移行が可能な状態になるようにヒータアセンブリが予熱されるように、冷却手段を作動させるステップの最中にヒータアセンブリおよび加熱流体流を作動状態に維持するステップをさらに含んでもよい。インラインヒータの温態始動により、サイクル時間が短縮される。

好ましい一実施形態では、この方法は、冷却流体流から加熱流体流への後の移行が可能な状態になるようにヒータアセンブリが予熱されるように、冷却手段を作動させるステップの最中にヒータアセンブリおよび加熱流体流を低レベルで作動状態に維持するステップをさらに含んでもよい。比較的短期間の加熱および冷却のために、冷却流に関する流体流量を加熱流に比べてより高くした場合には、加熱流体流を「オフに切り替える」ことなく冷却流体流を「オンに切り替える」ことで十分となり得る。

好ましい一実施形態では、この方法は、物品を加熱するステップと物品を冷却するステップとの間の移行時にインラインエアヒータに通して流体流を逆流させるステップをさらに含んでもよい。加熱流体流路に通して高温流体を一時的に「引き戻す」ことにより、「熱焼損」を避けるためにヒータを通る流れを維持しつつ、型表面の冷却の加速が助長される。

大量連続生産で使用される既知の層状成形型の温度プロファイルを示す図である。 少量断続生産で使用される既知の層状成形型の温度プロファイルを示す図である。 予熱チャージサイクルを利用して動作される図２ａの既知の層状成形型の温度プロファイルを示す図である。 本発明による成形型熱管理システムの第１の実施形態の概略図である。 図３ａの領域Ｂの詳細図である。 代替構成における成形型熱管理システムによる図３ａの領域Ｂの詳細図である。 本発明による成形型熱管理システムの第２の実施形態の概略図である。 本発明による成形型熱管理システムの第３の実施形態の概略図である。 本発明による成形型熱管理システムの第４の実施形態の概略図である。 線Ａ−Ａに沿った図６の成形型熱管理システムの部分断面図である。 線Ａ−Ａに沿った図６の成形型熱管理システムの代替構成の部分断面図である。 線Ａ−Ａに沿った図６の成形型熱管理システムの代替構成の部分断面図である。

図３ａを参照すると、型１００が、第１の層１０２、第２の層１０４、第３の層１０６、および支持アセンブリ１０８を備える。

第１の層１０２は、型面１１０を備える。型面１１０は、形成されることとなる加工物の形状を画定し、使用時には対向側の型（図示せず）と相関する。型面１１０の下側には、以下で説明されるような温度制御表面１１２が画定される。

第１の層１０２は、囲まれた容積を画定するように周囲壁部１１４により囲まれる。第１の層１０２は、多数の個別のチャンバ１１８を画定し、これらのチャンバは、第１の端部で温度制御表面１１２の一部により境界設定され、第２の端部１１６では開口する。チャンバ１１８は、温度制御表面１１２から開口端部１１６まで延在するチャンバ壁部１２０により隔てられる。そのため、第１の層１０２は、多数の個別のセル状チャンバ１１８を備えるタイプのハニカム構造を画定する。

温度制御表面は、多数のリブ１２２を備える。これらのリブは、チャンバ１１８内の流体が接触する温度制御表面に大きな表面積を与え、それにより流体と温度制御表面１１２との間での熱伝達を促進する。そのため、チャンバ１１８内に直面したあらゆる流体が、第１の層１０２を経由した伝導により型面１１０の温度に影響を及ぼす。

第２の層１０４は、多数の貫通穴１２５が中に画定されたブロック１２４を備える。隣接し合う貫通穴１２５同士は、内側ポート１２８を介して流体連通状態にある。ブロック１２４の外周部近傍の貫通穴は、貫通穴１２５と流体連通状態にある排出ポート１３０を画定する。

第３の層１０６は、一連の貫通穴１３４を有するブロック１３２を備える。各貫通穴１３４は、インラインエアヒータ用の取付装置を含む（以下に説明されるように）。

支持アセンブリ１０８は、複数の止まり穴１３８が中に画定された封止プレート１３６と、支持プレート１４０と、複数のＩ字形ビーム１４２とを備える。

上述の構成要素に加えて、第１のガスケット１４４および第２のガスケット１４６が設けられる。

型１００は、以下の通りに組み立てられる。

Ｉ字形ビーム１４２は、対向側の型（図示せず）により型面１１０に対して印加される任意の圧縮荷重に反作用し得るように、型用の反作用構造体を形成する。支持プレート１４０はＩ字形ビーム１４２上に取り付けられ、封止プレート１３６は図３ａに示すように支持プレート１４０上に位置決めされる。次いで、第３の層１０６は、各貫通穴１３４が封止プレートの各止まり穴１３８に整列するように、支持プレートに装着される。

ヒータアセンブリ１５０と、細長チューブセクション１５２、入口１５３、出口１５５、およびバイパス部分１５４とを有するインラインエアヒータ１４０が設けられる。ヒータアセンブリ１５０は、貫通穴１３４を有する第３の層１０６内に取り付けられる。上流ヒータアセンブリ弁１５６および下流ヒータアセンブリ弁１５７は、ヒータアセンブリ１５０の上流および下流のそれぞれに位置決めされる。したがって、上流ヒータアセンブリ弁は、ヒータアセンブリ１５０およびバイパス１５４を通る流れを制御する。複数のかかるヒータは、各貫通穴１３４内に設置される点に留意されたい。また、上方に突出する熱電対が設置される。

第２のガスケットは、第３の層１０６の頂部に配置される。第２のガスケット１４６は、ヒータ１５０のチューブセクション１５２の周囲に気密シールを形成する複数のオリフィス１３６を備える。そのため、各ヒータ１５０がガスケット１４６に沿って設置されると、各穴１３４は、下方では封止プレート１３６により、および上方ではガスケット１４６により封止される。

次いで、第２の層１０４は、各貫通穴１２５が各貫通穴１３４に整列されるように、第３の層１０６の頂部上に配置される。そのため、各貫通穴１２５は、中に収容されたエアヒータチューブセクション１２５の一部を有する。

第１のガスケット１４４は、第２の層１０４の頂部上に配置される。第１のガスケット１４４は、貫通穴１２５が上方に開口するように、ヒータ１４０のセクション１５２よりも実質的に幅広の一連のオリフィス１５８を備える。

第１の層１０２は、各チャンバ１１８が各貫通穴１２５に整列されるように、第２の層１０４上に積み重ねられる。そのため、貫通穴１２５およびチャンバ１１８は、それぞれ相互に流体連通状態にある。

図３に示すように、組み立てられると、チューブセクション１５２の出口１５５は、第１の層１０２の温度制御表面１１２の近位に流体を放出し、この温度制御表面１１２に作用する。

各ガスケット１４４、１４６は、断熱材料から作製される。この材料は、層１０２、１０４を作製するために使用される材料よりも低い熱伝導性を有する。そのため、第１の層１０２と第２の層１０４との間における伝導が最小限に抑えられる。

同様に、第２の層１０４と第３の層１０６との間における伝導は、第２のガスケット１４６により最小限に抑えられる。さらに、オリフィス１３６が、ヒータ１４０のチューブセクション１５２の周囲に気密シールを形成するため、貫通穴１２５と貫通穴１３４との間における流体の通過は不可能となる。そのため、伝導および対流による熱伝達は、第２の層１０４と第３の層１０６との間では不可能となる。

組み立てられると、各インラインエアヒータ１４０は、ヒータアセンブリ１５０、細長チューブセクション１５２、入口１５３、および出口１５５を備える加熱流体流路と、バイパス部分１５４、細長チューブセクション１５２、入口１５３、および出口１５５を備える冷却流体流路とを形成する。バイパス部分１５４は、インラインエアヒータ１４０のヒータアセンブリ１５０の周囲に同心状に配置される。そのため、加熱流体流路および冷却流体流路は、ヒータアセンブリ１５０の領域を除いては共通の導管を共有する。加熱流体流路および冷却流体流路の入口１５３は、マルチチャネル主制御装置１９２により制御される圧縮空気源１９０によって供給される（矢印１９１）。このマルチチャネル主制御装置１９２は、一連の温度制御センサ（図示せず）を介して型本体１１２からフィードバックを受ける。

したがって、使用時に型１００は、様々な方法で動作され得る。

加工物の加熱が必要とされる場合には（図３ｂを参照）、ヒータアセンブリ１５０が作動され、圧縮流体がインラインエアヒータ１４０の入口１５３を通り追いやられる。上流ヒータアセンブリ弁１５６および下流ヒータアセンブリ弁は共に、圧縮流体が加熱流体流路を経由してヒータアセンブリ１５０を通り追いやられて流体を加熱するように、第１の位置にある。加熱された流体は、細長チューブセクション１５２まで流れ、出口１５５にてインラインエアヒータ１４０から出て、温度制御表面１１２のリブ１２２に衝突する。第１の層１０２の温度制御表面１１２に加熱された流体が衝突した後で、この加熱された流体は、破線矢印１７０により示されるように、開口端部１１６を経由して第１の層１０２の各チャンバ１１８から第２の層１０４のチャンバ１２５まで進む。次いで、流体は、圧力下で内側ポート１２８を通り第２の層１０４に沿って進み、この過程で徐々に混合する。次いで、流体は、破線矢印１７１により示されるように排出ポート１３０を経由して第２の層１０４から出て、周囲雰囲気へと排出される。

加工物の冷却が必要とされる場合には、圧縮流体流は、上流ヒータアセンブリ弁１５６が第２の位置に移動されて、流体がインラインヒータバイパス１５４を経由して流れるのを可能にし、また下流ヒータアセンブリ弁１５７が第２の位置に移動されて、流体が細長チューブセクション１５２まで流れるのを可能にし、ヒータアセンブリ１５０を通る流れを実質的に防止することによって、代替的な冷却流体流路を通る（図３ｃを参照）。次いで、冷却流体は、出口１５５にてインラインエアヒータ１４０から出て、温度制御表面１１２のリブ１２２に衝突する。第１の層１０２の温度制御表面１１２に対して冷却流体が衝突した後に、この冷却流体は同じ経路をたどり、すなわち加熱された流体は、最終的に排出ポート１３０を経由して周囲雰囲気に排出される。

冷却流時には、ヒータアセンブリ１５０は、作動停止され得るか、定圧に維持され得るか、またはさらには後の加熱相に備えて「予熱」され得る。下流弁１５７の配置は、過熱を防止するが、冷却流の著しく不利な効果が生じることのない程度に、第２の位置で少量の流体がヒータアセンブリ１５０を通り流れることが可能となるようなものである。

上流ヒータアセンブリ弁１５６および下流ヒータアセンブリ弁１５７の動作は、それらの動作が流体質量流量の増加により、およびしたがって加熱流と冷却流との間の移行に相関する圧力により誘発される点で、受動的であってもよい。これは、例えば所定の圧力でのみ開口する弾性フラップ弁などにより実現され得る。代替的には、この動作は、弁が既知の方法で作動される点で能動的であってもよい。

代替的な配置では、ヒータアセンブリバイパス部分１５４は、インラインエアヒータ１４０内におけるヒータアセンブリ１５４の個別の配置に応じて、第３の層１０６よりもさらに延在してもよい。

図４に進むと、図３ａと同様の成形型２００が示され、同様の参照数字は同様の構成要素を指す。型１００と２００との間の主な相違は、インラインエアヒータ２４０の配置である。（やはり図３ａと同様に、インラインエアヒータ２４０のみが詳細に図示される）。

加熱流体流路は、ヒータアセンブリ２５０と、細長チューブセクション２５２と、入口２５３と、出口２５５とを有するインラインエアヒータ２４０を備える。冷却流体流路が、細長チューブセクション２５１と、入口２５６と、出口２５７とを備える。冷却流体流路の細長チューブセクション２５１は、加熱流体流路の細長チューブセクション２５２の周囲に同心状に配置され、インラインエアヒータ２４０の全高にわたり延在する。加熱流体流路および冷却流体流路の入口２５３、２５６は、主制御装置２９２により制御される圧縮空気源２９０によって供給される（矢印２９１）。この主制御装置２９２は、一連の温度制御センサ（図示せず）を介して型本体２１２からフィードバックを受ける。

図３ａの実施形態と同様に、成形型２００のインラインヒータアセンブリ２４０は、様々な方法で動作され得る。

加工物の加熱が必要とされる場合には、ヒータアセンブリ２５０が作動され、圧縮流体がインラインエアヒータ２４０の入口２５３を通り追いやられる。この加熱された流体は、細長チューブセクション２５２まで流れ、出口２５５にてインラインエアヒータ２４０から出て、温度制御表面２１２のリブ２２２に衝突する。

加工物の冷却が必要とされる場合には、圧縮流体流は、入口２５６を通り細長チューブセクション２５１に沿って追いやられ、出口２５５にて冷却流体経路から出て温度制御表面２１２に衝突することにより、冷却流体流路に沿って代替経路を通る。第１の層２０２の温度制御表面２１２に冷却流体が衝突した後に、この冷却流体は同一経路をたどり、すなわち加熱された流体は、最終的に排出ポート２３０を経由して周囲雰囲気に排出される。

冷却流時には、ヒータアセンブリ２５０は、作動停止され得るか、低減された流れで動作され得るか、またはさらには後の加熱相を「温態始動」する備えとして作動され得る。

温態始動は、以下の通りに実施される。

図１に示すように、０秒の時点から６５秒の時点にわたる加熱期間後に、加工物が３５秒間にわたり冷却され、その後処理済み加工物を除去し処理すべき次の加工物と交換するのに５秒の期間が必要となる。次いで、次の加工物が加熱される。そのため、加工物が加熱されていない期間は、わずかに４０秒となる。冷却流路は、ヒータアセンブリを迂回するため、加熱から冷却への移行時には、加熱流体流を停止または減速し、インラインヒータへの電力を停止または低減し、それによりヒータアセンブリにおける熱エネルギーレベルを維持することが可能となる。次の加工物の加熱が必要とされる場合には、流体流は、依然として高温のヒータアセンブリを通り再開されて、成形型表面にほぼ即座に加熱流体流を供給し得る。

冷却流の期間の後に、ヒータアセンブリ２５０は、後の加熱相に備えて「予熱」され得る。

予熱は以下の通りに実施される。

一般的に成形型の少量断続生産使用に関連し、図２ａの２０〜２５分および４５〜５０分の時点で示される、処理後の第１の加工物の除去と次の加工物の処理の開始との間の「ダウンタイム」期間を再度思い出されたい。

図２ｂに示すように、このダウンタイム時には、成形型のインラインヒータは、最大で最高型温度の約５０％までの５回の短期突発加熱サイクルを被る。これは、インラインヒータ、ヒータアセンブリ、および周辺型構造体に熱エネルギーを「チャージ」する効果を有し、そのため、加工物の加熱が要求される場合に、成形型内における熱慣性がより低くなりそれによって型表面の迅速な加熱を防止する。

サイクル数は、５回に限定されず、所望に応じて任意の回数であってもよく、また同様に、これらのサイクルの温度は、最高型温度の５０％に限定されない。また、このプロセスは、例えば１晩の休止が明けた翌日の初回の使用のためになど、初回の使用のために成形型を準備する場合に利用され得る。

したがって、予熱は、インラインヒータおよび周辺型本体が、サイクル終了直後のように次のサイクルが可能な状態となるように応答するのを確保する効果を有する。

冷却流時には、ヒータアセンブリ２５０を通過する流体流は、逆方向に送られてもよく、それにより熱は、冷却流が冷却流体流路２５１を経由して開始されることによって、第１の層２０２から離れるように引っ張られ得る。

図５に進むと、図３および図４と同様の成形型３００が示され、同様の参照数字は、同様の構成要素を指す。型１００、２００、および３００間の主な相違は、冷却流体流路の配置、および中間層３６０が設けられる点である。

中間層３６０は、第２の層３０４と第３の層３０６との中間に設けられ、ポート３６６に流体連通する単一流体チャンバ３６２を画定する本体３６４を備える。

成形型２００の場合のように、加熱流体流路は、ヒータアセンブリ３５０と、細長チューブセクション３５２と、入口３５３と、出口３５５とを有するインラインエアヒータ３４０を備える。冷却流体流路は、細長チューブセクション３５１と、入口３５６と、出口３５７とを備える。冷却流体流路の細長チューブセクション３５１は、細長チューブセクション３５２の周囲に同心状に配置され、中間層３０６から加熱流体流路の細長チューブセクション３５２の出口３５５まで延在し、冷却流体経路の入口３５６は、中間層３０６内に配置され、冷却流体経路の出口３５７は、加熱流体流路の出口３５５に隣接して配置される。そのため、第１の層３０２および中間層３６０は、冷却流体流路を介して流体連通状態にある。加熱流体経路および冷却流体経路の入口３５３、３５６は、主制御装置３９２により制御される圧縮空気源３９０によって供給される（矢印３９１）。

加工物の加熱が必要とされる場合には、インラインエアヒータアセンブリ３４０は、通常の方法で動作される。非常に迅速な冷却が必要とされる場合には、「冷気送風」が、冷却流体流路３５１を経由して中間層３６０から送達され得る。

若干の正圧が、中間層３６０の加熱を回避するために中間層３６０内に必要とされる場合がある。代替的には、または追加的には、冷却手段が、冷却流体のリザーバを維持するために、中間層３６０と流体連通状態に配置されてもよい。

図６ａに進むと、図５と同様の成形型４００が示され、同様の参照数字は同様の構成要素を指す。型４００と３００との間の主な相違は、排出層および中間層が組み合わされて組合せ層４０４を形成している点である。この完全に一体化した冷気送風層は、組合せ層４０４の城郭状形成により可能となり、これにより、組合せ層４０４の一方の側におけるチャネル４９１を経由した圧縮空気源４９０から冷却流体流路の入口４５６への圧縮冷却流体の同時供給と、組合せ層４０４の他方の側における温度制御表面４１２への衝突後の流体の排出ポート４３０を通した排出とが得られる。

さらに、冷却流体流路は、細長チューブ部材４５２内に与えられる加熱流体流路から隔てられた複数の細長チューブセクション４５１によって与えられる。

図６ｂ、図６ｃ、および図６ｄは、加熱流路および冷却流路を設けるための代替的な構成を示す。

図６ｂの実施形態では、２つの冷却流体流路が、細長チューブ部材の周囲に配置された２つの細長チューブセクション４５１によって、インラインエアヒータアセンブリ４２０ごとに設けられる。

図６ｃの実施形態では、４つの冷却流体流路が、加熱流体流路の細長チューブ部材５５２の周囲に配置された４つの細長チューブセクション５５１によって、インラインエアヒータアセンブリ４４０ごとに設けられる。図６ｄの代替的な実施形態では、４つの細長チューブセクション６５１が、チャンバ壁部６２０および周囲壁部６１４に形成されたボス上に設けられる。

本発明は、多数の用途における単一の型面に関連して説明されたが、２つの面を有する型が使用されることになり、本発明による上方型面が下方型面と組み合わせて使用されて型の両面からの能動的加熱／冷却を実現することもできる点を理解されたい。

変形形態は、本発明の範囲内に含まれる。インラインエアヒータを含む他の流路構成が、本発明の利用により可能である。

空気の加熱および冷却と同様に、液体などの他の流体が、温度制御のために使用されてもよい。

Claims (25)

1. 物品を形成するための、複数の型ゾーンを備える型表面、各型ゾーンに加熱流体または冷却流体の流れを送るための複数の流体流路、加熱手段、および冷却手段を有する型であって、前記加熱手段は、各加熱流体流路を通過する流体を加熱するためのインラインヒータを備え、該ヒータは、前記型ゾーンの少なくともいくつかの加熱流路と個別に関連付けられ、前記冷却手段は、冷却流体流路を備え、該冷却流体流路は、前記加熱流体流路の前記インラインヒータを迂回する、型
   を備える、物品を成形するための型システム。
2. 前記冷却流体流路は、前記加熱流路と完全に交番する請求項１に記載の物品を成形するための型システム。
3. 前記加熱流体流路および前記冷却流体流路は、相互に隔離される請求項２に記載の物品を成形するための型システム。
4. 型層を画定するための前記型表面の対向側に温度制御表面を有し、該温度制御表面は、流体チャンバを少なくとも部分的に境界設定し、該流体チャンバは、使用時に前記型層を支持する排出層およびさらなる層を有し、前記加熱手段および前記冷却手段は、前記さらなる層と前記型層との間に配置される請求項１から３のいずれか一項に記載の物品を成形するための型システム。
5. 前記加熱流体流路および前記冷却流体流路は、前記さらなる層中に配置された入口と、前記流体チャンバ内に配置された出口とを有する導管を備える請求項４に記載の物品を成形するための型システム。
6. 前記型層と前記さらなる層との間に位置決めされた中間層をさらに備える請求項４に記載の物品を成形するための型システム。
7. 前記加熱流体流路は、前記さらなる層中に配置された入口と、前記流体チャンバ内に配置された出口とを有する導管により画定され、前記冷却流体流路は、前記中間層中に配置された入口と、前記流体チャンバ内に配置された出口とを有する導管により画定される請求項６に記載の物品を成形するための型システム。
8. 前記中間層は、冷却手段と流体連通状態にある請求項７に記載の物品を成形するための型システム。
9. 前記冷却流体流路および前記加熱流体流路は、前記インラインヒータに隣接する部分を除いて共通の導管を共有し、前記冷却流体流路は、前記インラインヒータバイパスを画定する、請求項１に記載の物品を成形するための型システム。
10. 前記冷却流体流路および前記加熱流体流路は、前記インラインヒータの上流のみで共通の導管を共有する、請求項９に記載の物品を成形するための型システム。
11. 前記冷却流体流路および前記加熱流体流路は、前記インラインヒータの下流のみで共通の導管を共有する、請求項９に記載の物品を成形するための型システム。
12. 前記冷却流体流路は、前記加熱流体流路の周囲に同心状に配置される請求項９から１１のいずれか一項に記載の物品を成形するための型システム。
13. 前記加熱手段および前記冷却手段を制御するように構成された制御手段を有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の物品を成形するための型システム。
14. 前記制御手段は、前記加熱流体流路および／または前記冷却流体流路を経由して流体流を選択的に送ることにより前記型ゾーンを個別に加熱または冷却するように構成される請求項１３に記載の物品を成形するための型システム。
15. 前記選択は、流体流量を変更することにより制御される請求項１３に記載の物品を成形するための型システム。
16. 物品を成形するための型システムを用意するステップであって、該システムは、
    物品を形成するための、複数の型ゾーンを備える型表面、各型ゾーンに加熱流体または冷却流体の流れを送るための複数の流体流路、加熱手段、および冷却手段を有する型であって、前記加熱手段は、各加熱流体流路を通過する流体を加熱するためのインラインヒータを備え、該ヒータは、前記型ゾーンの少なくともいくつかの加熱流路と個別に関連付けられ、前記冷却手段は、冷却流体流路を備え、該冷却流体流路は、前記加熱流体流路の前記インラインヒータを迂回する、型
    を備える、ステップと、
    前記型表面上に成形されることとなる物品を配置するステップと、
    前記加熱手段を作動させて各型ゾーンの型表面温度を変更させることによって前記物品を加熱するステップと、
    前記冷却手段を作動させて各型ゾーンの型表面温度を変更させることによって前記物品を冷却するステップと
    を含む、物品を製造する方法。
17. 前記加熱流体流路および／または前記冷却流体流路を経由して流体流を選択的に送ることにより前記成形プロセス全体を通じた任意の特定の時点にて各型ゾーンで前記物品へのおよび前記物品からの熱伝達を調整するために、前記加熱手段および前記冷却手段を能動的に制御するステップ
    をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記加熱流路を経由して流体流を選択的に送る前記ステップの最中に、冷却流体から加熱流体へと前記流体を変化させるために前記インラインヒータを能動的に制御する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記型表面上に成形されることとなる物品を配置する前記ステップの前に、前記ヒータアセンブリおよび加熱流体流を作動させるステップをさらに含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 冷却流体流から加熱流体流への後の移行が可能な状態になるように前記ヒータアセンブリが予熱されるように、前記冷却手段を作動させる前記ステップの最中に前記ヒータアセンブリおよび加熱流体流を作動状態に維持するステップをさらに含む、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 冷却流体流から加熱流体流への後の移行が可能な状態になるように前記ヒータアセンブリが予熱されるように、前記冷却手段を作動させる前記ステップの最中に前記ヒータアセンブリおよび加熱流体流を低レベルで作動状態に維持するステップをさらに含む、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記物品を加熱する前記ステップと前記物品を冷却する前記ステップとの間の移行時に前記インラインエアヒータに通して前記流体流を逆流させるステップをさらに含む、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記物品を冷却する前記ステップの後に成形されることとなる前記物品を前記型表面から除去するステップと、
    成形されることとなる別の物品を前記型表面上に配置するステップと、
    前記物品を加熱する前記ステップおよび冷却する前記ステップを繰り返すステップと
    をさらに含む、請求項１６から２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 実質的に添付の図面を参照としてまたは添付の図面にしたがって本明細書で説明されるような型システム。
25. 実質的に添付の図面を参照としてまたは添付の図面にしたがって本明細書で説明されるような物品を製造する方法。
    

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