JP2022542555A - ホットランナー・バルブ・ピンを駆動する電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

ホットランナーを有する射出成形装置のためのバルブ・ゲート組立体は、冷却ブロック上に取り付けられた電動モータ及び伝達装置を含み、冷却ブロックは、それ自身がホットランナー・マニホルド上に直接取り付けられている。

Description

本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０１９年７月２１日に出願した米国出願第１６／５１７，６１６号の優先権を主張するものである。

本開示は、射出成形機のホットランナー・バルブ・ピンを駆動する電動アクチュエータの使用に関する。

射出成形システムは、ホットランナー・システム又はコールド・ランナー・システムのいずれかとして分類することができる。コールド・ランナー射出成形システムの場合、複数の金型部品で画定される型穴への液状樹脂の供給を容易にするために、少なくとも１つの金型部品（例えば、半金型）に液状樹脂を流すための流路が設けられる。型穴が液状樹脂で充填された後、樹脂が冷却され、固化又は硬化して、固形射出成形部品を形成する。金型部品の流路内側の樹脂も固化してコールド・ランナーを形成し、コールド・ランナーは一般に再生利用又は廃棄される。ホットランナー・システムでは、液状樹脂が型穴へと流れる流路は、製造工程を通じて樹脂を液状に保つ加熱されたマニホルド及び加熱されたノズルによって画定される。その結果、コールド・ランナーが生成されず、通常生産中の再生利用及び廃棄物が実質的になくなる。さらに、ホットランナー・システムにより、サイクル時間の短縮及び生産速度の向上が実現される。ホットランナー・システムにより、典型的には、ランナー及びスプルーの取り外し、廃棄、及び再生利用などの生産後の作業に必要な労働力やロボット技術の量が削減される。したがって、ホットランナー金型システムは、コールド・ランナー金型システムよりも費用がかかる傾向があるが、単位（部品）あたりの総合的な生産コストは、コールド・ランナー金型システムよりも実質的に低くできることが多い。

型穴への流れを慎重に制御すると、成形部品の冷却及び固化の間の収縮による表面欠陥を、著しく削減又は除去することができる。ホットランナー・システムの型穴への流入の制御を向上させるためには、より従来的に使用されている油圧又は空気圧のアクチュエータではなく、ノズルからの流れを制御するバルブ・ピンを調整する電動アクチュエータ（モータ）を使用することが望ましい。ホットランナー（マニホルド流路）を通る流れを制御するために電動モータを使用することに伴う問題として、マニホルド及びノズルを高温に保つことは、電動モータの信頼性、効率、及び寿命に悪影響を及ぼし得る。従来この問題は、成形サイクル中にマニホルドから離れた成形板又は他の構造物の１つで電動モータを支持することで、主に解決されていた。これらの構成により、一般に射出成形装置の組み立て及び維持管理がより複雑になっていた。

ホットランナーを有する射出成形装置のための、開示されているバルブ・ゲート組立体は、射出成形機から液状樹脂が流れることを可能にする１つ又は複数の樹脂流路を画定する加熱されたマニホルドと、対応する樹脂流路とノズルと流体連通している１つ又は複数のホットランナー・ノズルと、ノズルから型穴への樹脂の流入を制御するために、対応するノズルの長手方向軸内で、及び長手方向軸に沿って直線運動するように構成されたバルブ・ピンとを含む。バルブ・ピンは、加熱されたマニホルド上に取り付けられた冷却板上に配置された電動モータ及び伝達装置によって駆動される。この構成により、射出成形装置の組み立て及び分解がより容易になり、装置の維持管理及び修繕に関連する時間及び費用が削減される。

本開示によるバルブ・ゲート組立体の正面図である。 図２に示すバルブ・ゲート組立体の側面図である。 図１及び図２に示す組立体の変形例の側面図である。 開示されているバルブ・ゲート組立体の他の実施例の斜視図である。 図３に示すバルブ・ゲート組立体の正面図である。 図３及び図４に示すバルブ・ゲート組立体の側面図である。 開示されているバルブ・ゲート組立体の第３の実施例の斜視図である。 図６に示すバルブ・ゲート組立体の正面図である。 開示されているバルブ・ゲート組立体の第４の実施例の斜視図である。 図２に示すゲート組立体の一部の拡大断面図である。 修正された冷却構成を有する、図２に示すモータ及び伝達装置の斜視図である。 修正された冷却構成を有する、図２に示すモータ及び伝達装置の斜視図である。 成形装置上に組み立てられた、２つのモータ及び関連付けられる伝達装置の相対位置を示す上面図である。

射出成形機（図示せず）から型板１４、１６によって画定される型穴１２に、液状樹脂（典型的には溶融した熱可塑性組成物）を供給するのに使用するバルブ・ゲート組立体１０が、図１及び図２に示されている。樹脂は、射出成形機から電気抵抗発熱体２２によって加熱されたスプルー・ブッシュ２０内に配置された流路１８に流入し、加熱された（又は加熱可能な）マニホルド２６によって画定されたマニホルド流路２４を通って分配される。加熱されたマニホルドには、樹脂を流れやすい所望の温度に保つことができる電気抵抗発熱体２８が設けられている。樹脂は、マニホルド流路２４からノズル３４の内壁３２とバルブ・ピン３６との間に画定された環状空間３０に流入し、バルブ・ピン３６は、ノズル３４内でノズルの垂直長手方向軸に沿って、（図１では左のノズルについて示されている）開位置と（図１では右のノズルについて示されている）閉位置との間で直線的に移動可能である。バルブ・ピン３６が開位置にあるとき、液状樹脂が型穴１２に流入する。ノズル３４は、電気抵抗発熱体３８によって、樹脂を液体状態（流動可能状態）に保つのに十分な温度で維持される。ノズル３４は、ノズルの入口端に、マニホルド２６の底部に開けたボアの雌ねじに係合する雄ねじ４０を備えて、液密シールを提供できる。金型は単一の型穴又は複数の型穴を画定でき、各型穴には単一のノズル又は複数のノズルから樹脂が供給できる。

回転出力軸４４を有する電動モータ４２（図２）は、大きい方の傘歯車又は被動歯車５２の歯５０と噛み合う歯４８を有する小さい方の傘歯車又は駆動歯車４６によってバルブ・ピン３６に機械的に連結されており、水平方向の出力軸４４の周囲の高速・低トルク回転が、垂直軸に沿った低速・高トルク回転に変換される。被動歯車５２は、回転－直線変換器５４（例えばねじ及びナット式の構成）に機械的に連結され得、回転運動が円筒形状ノズル３４の長手中心線と概ね一致する垂直軸に沿ったバルブ・ピン３６の直線（上下）動作に変換される。歯車４６及び５２は、変換器５４と共に、モータ４２からの水平方向の出力軸の回転運動をバルブ・ピン３６の直線的な垂直運動に変換する好適な又は好ましい伝達装置組立体５５を構成する。好ましい実施例では、ギア比（すなわち、被動軸又は被動歯車に対する駆動軸又は駆動歯車の回転の割合）は、２：１より大きく、好ましくは少なくとも３：１であり、より好ましくは少なくとも４：１である。

図２Ａは、図１及び図２のバルブ・ゲート組立体の変形例を示し、上部型板６４には、アクチュエータ（すなわち、モータ４２及び伝達装置）の支持を補助するポケット又は凹部６３が設けられている。この構成は、モータ及び伝達装置から伝導により熱を取り去るのにも役立つ（すなわち、ポケットがヒート・シンクとして作用する）。より具体的には、電動モータ及び伝達装置の少なくとも一方は、この窪みの下側壁又は下側表面と熱的に接触している。

冷却液（例えば、水）を循環させるための内部流路５８を有する冷却板又は冷却ブロック５６が、マニホルド２６上に（スペーサ板６０を介して）取り付けられ、又は組み立てられている。冷却ブロック及びスペーサ板（又はアダプタ板）は、全体的にマニホルドに支持され、マニホルドに重なっている。好ましくは、冷却ブロック５６は、スペーサ板６０によってマニホルド２６から離間しており、これにより、マニホルド２６と冷却ブロック５６との間に空隙６２をもたらし、冷却ブロック５６とアダプタ板６０と間の接触を最小限にすることができる。スペーサ板６０の厚さ（すなわち、マニホルド２６の最上部と冷却ブロック５６の底部との間の距離）は、約０．６４ｃｍ～約５．０８ｃｍ（約０．２５インチ～約２インチ）とすることができる。概して、モータ４２を加熱されたマニホルド２６からより良好に熱的に分離するには、厚さがより厚い方が好ましく、一方、装置の全体寸法がこの新規構成から比較的影響を受けないまま、より小型の成形装置を提供するには、厚さがより薄い方が望ましい。いくつかの実施例では、スペーサ板６０は、伝導性熱伝達に耐性のある材料であってよい。例えば、ある種のステンレス鋼及びチタン合金は２０Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導率を有する。ある種のセラミック材料は、さらに低い熱伝導率を有し得る。

冷却ブロック５６は、上部型板６４と、周壁又は側壁６５を含む中間型板６６とが概ね境界をなす空間内に配置され、周壁又は側壁６５は、マニホルド、冷却ブロック、並びに伝達装置及びモータの少なくとも一部を囲む。

また、組立体１０は、組立体の構成要素の適切な位置合わせ及び間隔を容易にするための様々な下側支持要素６８、ダボ７０、及び上側支持要素７２を含む。

出力軸７９が垂直方向に向けられ、大きい方の歯車８５上の歯８４と係合する歯８２を有する小さい方の歯車８０を有し、出力軸７９からの高速・低トルク回転が歯車８５及び関連する軸又はハブ８６の低速・高トルク回転に変換されるように、モータ４２が構成されている代替実施例１１０が、図３～図５に示されている。伝達装置組立体は、またハブ８６の回転運動をバルブ・ピン３６の直線運動に変換するための回転－直線動作変換デバイス８８（例えば、ねじ又はナットのいずれか一方が固定されているねじ及びナット式の構成）を含んでもよい。組立体１１０は、他の点では組立体１０と概ね同様であり、共通の又は類似した構成要素には図１及び図２の実施例と同じ参照符号が付されている。図３～図５に示されていない型板及びその他の構成要素は、図１及び図２に示されたものと同じであるか又は類似してよく、好ましくは同じであるか又は類似している。

出力軸９０がバルブ・ピン３６と軸方向に整列し、バルブ・ピン３６に連結された回転－線形変換器９２に直接連結されて、モータからの回転出力が、バルブ・ピン３６をノズル３４のボア流路３０に対して上下に動かす直線動作に変換される、伝達装置組立体を提供するようにモータ４２が構成された別の代替実施例２１０が、図６及び図７に示されている。本実施例では、単一のマニホルド流路２４が、単一ノズル３４への液状樹脂の流れを促進する。しかしながら、一般に、任意の数のマニホルド流路及びノズルを設けることができ、図示の実施例は、本明細書に開示されている概念及びデバイスへの理解を容易にするための、比較的単純な設計である。別途記載のない限り、実施例２１０の構成要素は、第１の実施例１０及び第２の実施例１１０に関して説明したものと概ね同様又は同一であり、そのような構成要素には前述の実施例と同様に番号を付している。

６セットのモータ４２及びノズル３４を有する別の実施例４１０が、図８に示されている。様々なバルブ・ピン３６は、異なる速度（例えば、ｖ３＞ｖ２＞ｖ１）で駆動されて、異なる型穴又は異なるレートの同じ型穴の異なる入口に樹脂を供給することができる。それぞれの速度は一定でもよく、又は別々に変化（加速及び／又は減速）してもよい。また、開閉速度はノズルごとに異なってよい。型穴の異なる部分への樹脂の流れをそれぞれ異なるように精密に制御するこの機能は、生産品質及び／又は生産速度を最適化するように調整され得る。

図９に最も良く示されているように、漏洩防止ブッシュ９０は、マニホルド壁９６とバルブ・ピン３６との間にシールを提供するフランジ部分９２を有する環状カラー状構造を画定する。ブッシュ９０は、プラスチック流体が伝達装置（例えば、歯車及び／又は変換器）内に漏れるのを防ぐために、冷却ブロック５６を通ってバルブ・ピン開口部に対して付勢される。例えば、ばね座金９８を使用してブッシュ９０をバルブ・ピン開口部に対して付勢することができる。図示の実施例では、冷却ブロック５６は、マニホルド２６上に（アダプタ板６０を介して）支持され、モータ４２と伝動装置組立体との両方を支持している。しかしながら、複数の冷却ブロック（例えば、伝達装置組立体用の第１の冷却ブロック及びモータ用の第２の冷却ブロック）が使用されてもよいことが理解されよう。図２では、スペーサ・ブロック６０と伝達装置組立体５５（例えば、歯車４６及び４８から構成される）との間に配置された単一の冷却ブロック５６のみが示されている。しかしながら、いくつかの適用例では、上側冷却ブロック５６Ａ（図１０）、側面冷却ブロック５６Ｂ（図１１）又は側面冷却ブロック５６Ａと上側冷却ブロック５６Ｂとの両方の組み合わせを追加することが望ましい場合があり、これらは、下側冷却ブロック５６と共に使用することができる。

いくつかの適用例では、第２のモータ４２Ａ及び第２の伝達装置組立体５５Ａを、モータ４２及び伝達装置組立体５５に、他の方法で可能であるよりも近接して位置決めできる空間を作るために、伝達装置組立体５５とモータ４２との間に空間を作るために延在又は伸長したモータ軸３００（図１２）を使用することが望ましい場合がある。これにより、成形装置においてノズルをより柔軟に位置決めできるようになる。

本明細書に記載された構成又は実施例により、ホットランナー・マニホルド上、及び組み立てられた型板の設計によってマニホルドに提供される空間内の、電動モータ及び伝達装置組立体の取付けを容易にする小型の金型設計が提供される。通常ホットランナー・マニホルドのために提供される空間内で冷却される電動モータを使用することにより、バリュー・ピンの位置及び動きの精確且つ信頼性の高い調整をもたらし、これは、生産速度、生産品質、並びに廃棄物及び破損の削減などに関する利点がある。

上記の説明は、例示を意図するものであり、限定的なものではない。本発明の範囲は、均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。当技術分野において将来的な発展が起こり、開示されているデバイス、キット及び方法がそのような将来的な実施例に組み込まれることが、予想され、意図されている。したがって、本発明は変更及び変形することが可能であり、以下の特許請求の範囲によってのみ制限される。

Claims (20)

1. ホットランナーを有する射出成形装置のためのバルブ・ゲート組立体であって、
   射出成形機から型穴に向かって液状樹脂を運ぶ樹脂流路を画定するマニホルドと、
   前記加熱されたマニホルドの下側表面に配置されたノズルと、
   前記ノズルを通る流れを制御するために、前記ノズルの長手方向軸内で、及び長手方向軸に沿って直線運動するように構成されたバルブ・ピンと、
   前記バルブ・ピンを駆動するように構成された電気モータ及び伝達装置と、
   前記加熱されたマニホルド上に組み立てられ、前記電動モータ及び前記伝達装置を支持する冷却ブロック又は複数の冷却ブロックと
   を備えたバルブ・ゲート組立体。
2. 前記マニホルドと前記冷却ブロックとの間にアダプタ板が配置されている、請求項１に記載の組立体。
3. 前記冷却ブロック又は前記複数の冷却ブロックが、前記モータの側面に沿って延在している、請求項１に記載の組立体。
4. 前記冷却ブロック又は前記複数の冷却ブロックが、前記モータの最上部の上方に延在している、請求項１に記載の組立体。
5. 前記冷却ブロック又は前記複数の冷却ブロックが、前記モータの側面に沿って、且つ前記モータの最上部の上方に延在している、請求項１に記載の組立体。
6. 前記電動モータが回転出力軸を有する、請求項１に記載の組立体。
7. 前記伝達装置が回転－直線変換器を備える、請求項１に記載の組立体。
8. 前記回転出力軸が水平方向の回転軸を有し、前記伝達装置が、前記出力軸に連結された第１の傘歯車と、垂直方向の回転軸を有する被動軸上の第２の傘歯車であって、前記第１の傘歯車が前記第２の傘歯車と噛み合う、第２の傘歯車と、前記被動軸の回転を前記バルブ・ピンの直線運動に変換する回転－直線変換器とを備える、請求項１に記載の組立体。
9. ギア比が２：１より大きい、請求項８に記載の組立体。
10. ギア比が３：１以上である、請求項８に記載の組立体。
11. 前記回転出力軸が垂直方向の回転軸を有し、前記伝達装置が、前記出力軸に連結された第１の歯車と、垂直軸を有する被動軸上の第２の歯車であって、前記第１の歯車が前記第２の歯車と噛み合う、第２の歯車と、前記被動軸の回転を前記バルブ・ピンの直線運動に変換する回転－直線変換器とを備える、請求項１に記載の組立体。
12. 前記アダプタ板が、前記冷却板と前記マニホルドとの間の５．０８ｃｍ（２インチ）未満である間隔を画定する、請求項２に記載の組立体。
13. 前記アダプタ板が、前記冷却板と前記マニホルドとの間の０．６４ｃｍ（０．２５インチ）より大きい間隔を画定する、請求項２に記載の組立体。
14. 前記アダプタ板が、前記冷却板の底部と前記マニホルドの最上部との間に空隙を画定する、請求項２に記載の組立体。
15. 前記アダプタ板がステンレス鋼から構成される、請求項２に記載の組立体。
16. 前記アダプタ板がチタン合金から構成される、請求項２に記載の組立体。
17. 前記アダプタ板がセラミック材料から構成される、請求項２に記載の組立体。
18. 前記冷却ブロック、前記電動モータ、及び前記伝達装置が、前記マニホルドを囲む型板で画定された空間内に境界を有する、請求項１に記載の組立体。
19. 前記型板が、下側表面を有する上部型板と前記下側表面に画定された窪みとを含み、前記電動モータ及び前記伝達装置が前記窪み内に配置され、前記電動モータ及び前記伝達装置の少なくとも一方が、前記窪みの下側壁に熱的に接触している、請求項１８に記載の組立体。
20. ホットランナーを有する射出成形装置であって、
    射出成形機から少なくとも１つの型穴に向かって液状樹脂を運ぶ複数の樹脂流路を画定するマニホルドと、
    前記加熱されたマニホルドの下側表面に配置された第１のノズルと、
    前記ノズルを通る流れを制御するために、前記ノズルの長手方向軸内で、及び長手方向軸に沿って直線運動するように構成された第１のバルブ・ピンと、
    前記バルブ・ピンを駆動するように構成された第１の電動モータ及び第１の伝達装置と、
    前記第１の電動モータ及び前記第１の伝達装置を支持する、前記加熱されたマニホルド上の第１の冷却ブロックであって、前記第１の電動モータ及び前記第１の伝達装置が、離間して、細長いモータ軸によって動作可能に接続されている、第１の冷却ブロックと、
    前記加熱されたマニホルドの下側表面に配置された第２のノズルと、
    前記ノズルを通る流れを制御するために、前記ノズルの長手方向軸内で、及び長手方向軸に沿って直線運動するように構成された第２のバルブ・ピンと、
    前記バルブ・ピンを駆動するように構成された第２の電動モータ及び第２の伝達装置であって、前記第２の伝達装置が前記第１の電動モータと前記第１の伝達装置との間の空間内に少なくとも部分的に配置される、第２の電動モータ及び第２の伝達装置と、
    前記加熱されたマニホルド上に組み立てられ、前記第２の電動モータ及び前記第２の伝達装置を支持する第２の冷却ブロックと
    を備えた射出成形装置。

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