JP4567457B2 - 加熱及び冷却要素を有する真空キャストセラミックファイバー絶縁バンド - Google Patents

Description

出願中の出願との参照

本出願は２０００年１１月１に出願された「加熱及び冷却要素を有する真空キャストセラミックファイバー絶縁バンド」と題する米国特許出願０９／７０４，１３０の利益を請求する。

本発明は、一般的には、真空キャストセラミックファイバー絶縁体に関し、より詳細には、低温装置に加熱及び／又は冷却制御を用いることにより温度を上昇、下降又は維持せしめる能力を有するこの種の絶縁体に関する

プラスチック部品を作るために射出成形／押出し成形機を使用することは、よく知られている。プラスチックコンパウンドは、このプラスチックコンパウンドを流動状態にするために熱にさらされる。プラスチックコンパウンドが流動状態になった後、プラスチックコンパウンドはそれからキャビティ内に又はダイを通して圧送される。当分野において、流動樹脂コンパウンドが射出成形又は押出し成形バレルの手段によりキャビティ内に又はダイに向けられることはよく知られている。プラスチックコンパウンドの最適な流動特性を保証するために、バレルにはプラスチックコンパウンドの温度を制御するための加熱機構が備えられている。多くの型式の加熱バンドが、従来技術において示されている。最も多くの一般的な加熱バンドは、プラスチックコンパウンドがバレルを通して流れるときにプラスチックコンパウンドを加熱するようにバレル及び導管を囲繞している加熱コイルである。

流動コンパウンドの流動特性の最適化には、流動コンパウンドがバレルを通過するときにバレルに加えられる熱の量を制御する能力に依存する。したがって、改善した加熱及び冷却機構が流動コンパウンドのために最適な流動特性を成し遂げる試みの効率を改善するために必要とされる。

本発明は、セラミック製の絶縁及び加熱／冷却バンドに関する。

従来技術は、１０００℃／１６００°Ｆよりも低い範囲の低温装置にこのようなバンドを使用することを実施していない。したがって、例えば射出成形／押出し成形機のような低温装置に使用するための温度制御機構が必要とされる。

本発明は、一般的には、流動プラスチックコンパウンドを有効に絶縁すると共に、一層有効に加熱及び／又は冷却する装置に関する。より詳細には、本発明は、例えば射出形成及び押出し成形機のような低温装置の射出成形／押出し成形工程に関連して、流動プラスチックコンパウンドの温度の可制御性を最大にする能力を有する装置に関する。

本明細書において用いられる特定の用語に関してここで説明しておくことは適切であろう。用語“セラミックバンド”は、同義的に、真空キャストセラミックファイバーヒータバンド、切削可能なセラミックファイバーボード又はセラミック類の他の材料と称される。また、押出し成形機は射出成形機とは異なるけれども、本発明は、この両型式の機械と関連して利用することができる。したがって、一方の型式の機械に関しての説明は両型式の機械に関しての説明であるとみるべきである。更に、本発明において用いられている用語“低温装置”は１０００℃／１６００°Ｆの温度及びそれよりも高い温度を得ることができない装置と解釈するものとする。

本発明は、射出成形／押出し成形機のバレルを囲繞するセラミックバンドを用いる。このセラミックバンドは、バレル上及びバレル内に含まれている熱に対しての絶縁体として働く。更に、このセラミックバンドは、バレルの温度を正確にかつ迅速に変えさせる能力を提供する加熱要素及び真空促進冷却機構を包含する。

加熱／冷却機構は、必ずではないが、セラミックバンド内にキャスト（注型成形）することができ、これにより有効な温度制御ユニットを提供する。

セラミックバンドは複数の異なる形をとることができ、これらの形には、限定されるものではないが、半断面構造又は単一のブロック構造が含まれる。いずれの構造においても、バンドはバレルの外側部分の周りに適合してバレルに加熱及び／又は冷却作用を及ぼし、これによりバレルを通して流れる流動プラスチックコンパウンドを加熱又は冷却する。

加熱機構に関し、標準的な加熱要素がセラミックバンド内にキャストされる。冷却機構に関し、空気又は流体がバレルの温度を減少せしめるために用いることができる。空気又は流体冷却能力を提供する適当な装置は、セラミックの内部又は外部にマニホルド装置を介して設けられる。

その上、本発明のセラミックバンドを監視してその現在の作動状態を作業員にアドバイスするために、例えばＬＥＤ光のような監視装置を用いることができる。

本発明の主たる目的は、低温プラスチック射出成形／押出し成形機と関連して用いられる自己絶縁の加熱及び冷却ユニットを提供することにある。

本発明の他の目的は、射出成形及び押出し成形機のバレル部分を絶縁してこのバレル部分のための改善した温度の可制御性を提供する装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、射出成形及び押出し成形機のバレル部分の制御温度を変えるために絶縁材、加熱要素、強制空気、真空又は液状冷却材装置を用いる高速応答装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、射出成形及び押出し成形機のバレル部分の温度の迅速な減少を行って、本発明のバンドを構成するブロックと前記バレルの外面との間に真空誘引空気を促進せしめることにある。

本発明の他の目的及び本発明の更なる適用の範囲は、添付図面と関連して述べられる下記の詳細な説明から明らかになるであろう。なお、図面において、同じ部品は同じ参照符号により示されている。

図面を参照するに、これらの図面には本発明の好適な実施例が概括的に示されている。これらの図面に概括的に示されているように、バンド１０は、液状樹脂機械２０のバレル２２を通して流れる液状プラスチックの温度を有効に制御するに加えて、絶縁作用を行うために、バレル２２の部分を包んでいる。機械２０はモールディング又はシェーピングするために樹脂を準備する任意の型式の機械とすることができる。このような機械は、限定されるものではないが、プラスチック射出成形又は押出し成形機である。

プラスチック部品の形成において、プラスチック部品を作る原料は機械２０内において混合されて準備される。混合工程の間に、原料は流動可能な状態に加熱される。それから、流動可能なプラスチック材料は機械２０のバレル２２の部分を通して所望する型内に又は所望する押出し成形ダイを通して進む。

この工程の間に、流動可能なプラスチック材料に関して最高レベルの品質を維持するために、材料の温度を有効に制御して維持することは、重要である。本発明の好適な実施例はバレルを包むためにバンド１０を用い、このバンド１０はその中にキャストされる加熱及び冷却要素と一緒に絶縁材料で作られている。加熱／冷却要素は、バレル２２の温度を正確にかつ迅速に変化させることを提供し、これにより材料がバレル２２の通路２４を通して進むときに材料の温度を変化させる。通路２４は、時々、バレル２２の“スクリュー”キャビティ部分として知られている。典型的なバンド１０は、真空キャストセラミックフィバー材料で作られるが、しかし、他の適当な材料も本発明の範囲及び精神内であることを理解されよう。

図面に更に示されているように、加熱要素４０はバンド１０内に埋設されて、バレル２２に向かっての加熱作用を行う。典型的には、加熱要素４０は所望する加熱レベルを生じせしめることができる電気接続手段４２を有する普通の加熱要素である。しかしながら、所望する加熱レベルを生じせしめることができる他の適当な加熱手段も本発明の範囲及び精神内であることを理解されよう。

本発明の好適な実施例は、図面に示されているように、バレル２２を完全に包む複数のブロック７０のバンドから成るバンド１０を用いる。ブロック７０は、複数の導管ブロック７２から作られて、固定手段７４により固定されている。固定手段７４は、耐高温性材料から作られているロープ又は同種の固定手段とすることができて、接続導管７６を通って各ブロック７０を接続する。導管ブロック７２は、加熱要素４０と冷却要素５０とを包含する。この種類のバンドの好適な実施例において、導管ブロックは外面８０と内面８２とを有し、内面８２はくぼみ８４を有し、くぼみ８４はバレル２２に載る。

加熱要素４０は、くぼみ８４の表面より下に配設されている。この位置は、加熱要素を損傷及び過剰摩耗から保護すると共に、加熱要素がバレル２２へ熱を与えることができるようにする。

好適な実施例においては、２つの冷却要素が用いられる。図４及び図５において、これらの冷却要素は第１の冷却要素５２及び第２の冷却要素５４と称されている。しかしながら、冷却要素の数は２つに限定されるものではない。なぜなら、この数は例示の目的のためのものであるからである。

冷却要素５２及び５４の両方は、ブロック７２の外部からブロック７２のくぼみ８４への通路を作る。作用において、空気及び／又は液体が冷却要素５２を通してくぼみ８４内に挿入され、空気及び／又は液体はくぼみ８４により作られている空どうを充填する。空気及び／又は液体は、それから、冷却要素５４を通して出る。このプロセスは、連続して、バレル２２に冷却作用を及ぼすようにする。

冷却要素５０は、ヒータバンド１０内にキャストされて、バレル２２に沿う冷却作用を行う。この冷却要素５０は、バレル２２の温度を減少せしめるために空気又は液体を用いることができ、したがってバレル２２を通して流れる流動可能なプラスチック材料の温度を減少せしめる。ヒータバンド１０内にキャストすることができる又はヒータバンド１０の外部に沿って配置することができるマニホルド装置は、空気又は液体を冷却要素５０に供給する。

ヒータバンド１０のまわりには保護カバーを配置し、この保護カバーは装置の全体を包むように配置することができる。更に、流動可能なプラスチック材料の温度は非常に高くなるので、ヒータバンド１０は、流動可能なプラスチック材料がバレル２２を通過するときにバレル２２から放出される熱のほとんどを吸収するための絶縁体として機能する。

作用において、制御装置（図示せず）がバンド１０と関連し、この制御装置は材料の温度が許容レベルであるかないかによって材料を加熱すべきか又は冷却すべきかを決定することができる。もし加熱又は冷却が行われる場合には、バレル２２への加熱を増大又は減少するために、この制御装置は信号指令をバンド１０へ伝える。バンド１０がこの指令を受けとると、バンド１０は加熱要素４０又は冷却要素５０を始動させることによりバレル２２を加熱又は冷却せしめる。

監視装置（図示せず）を本発明において取り付けることができ、この監視装置は流動可能なプラスチック材料が所望する温度を維持しているかいないかを決定する。この監視装置は、本発明において加熱要素４０又は冷却要素５０を作動させるために材料温度を増大又は減少するように本発明を変更させることができる。手動操作のセッティングにおいて用いるときには、例えばＬＥＤ光のような監視光を、本発明における射出成形／押出し成形機の作業員にアドバイスするために用いることができる。自動操作のセッティングにおいて用いるときには、監視装置は、もし必要ならば、加熱要素４０又は冷却要素５０を自動的に作動させることができるコンピュータシステムと関連することができる。

以上述べた好適な実施例は、次のように作用する。複数のブロック７０のバンド１０は、バレル２２の外周部に沿って配置される。バレル２２の長さはバンド１０の一ユニットにより包まれることは推測されよう。しかしながら、バレルを完全に包むために多数のユニットを用いることができることは理解されよう。流動可能なプラスチック材料がバレル２２の通路２４を通過すると、流動可能なプラスチック材料は所望する温度のために監視される。流動可能なプラスチック材料の温度を増大することが必要とされる場合には、加熱要素４０が作動されて、バレル２２に向かった加熱作用を行う。流動可能なプラスチック材料の温度を減少することが必要とされる場合には、冷却要素５０が作動される。冷却要素５０が空気を用いる場合には、バンド１０には冷媒入口５６及び冷媒出口５８が設けられる。バレル２２からの熱は、一般の熱力学原理によりバレル２２から取り除かれる。

本発明の他の実施例は、図７に示されるように２分割の円形断面構造体９０、及び図６に示されるように２分割の矩形断面構造体９２を用いる。これらの構造体は、前述した同一の内部加熱及び冷却要素を包含する。

次に、図８を参照する。図８において、本発明のバンドは、総括して要素１０と称されている。このバンドは、ひとつ又はそれ以上の区域１５から成る。各区域１５は複数の相互接続された導管ブロック１８から成り、これらの導管ブロック１８は射出成形又は押出し成形バレル２１の外周部を周方向に囲繞する。ガスケット２３は、バレルを周方向に囲繞して、隣接する複数の相互接続された導管ブロック１８間に配置されている。真空チューブ３１は、前記複数の導管ブロックの少なくともひとつに接続されて温度検知機構に応答し、前記バレル２１の外面と前記ブロックのくぼみ区域（図８には示されていない）との間に空気を引き込む真空誘引空気流れを生じせしめる。真空手段３３は、真空装置３５と一緒に用いられ、当業者にはよく知られている真空誘引手段でもって真空ライン３１を作って維持する。図８には、更に、マニホルド３８を複数の分離したサブマニホルド３９，４０，４１に同じ方法で接続することができ、これにより、真空誘引空気流れをソレノイド３９，４０又は４１を備えている弁に接続されている真空ライン３１により表されている選択した区域を通して吸い出すことを可能にしたことが示されている。

図９は更に他の実施例を示し、この実施例においては、２つ又はそれ以上の複数の直接に隣接する導管ブロックが射出成形機のバレルの外周部を周方向に囲繞して加熱／冷却区域４５を形成している。図９において、本発明の更に他の実施例は、３つのバンド、すなわち、３つの区域４５，４７及び４９の各々が射出成形又は押出し成形バレル２１の外面を周方向に囲繞しているひとつ又はそれ以上の複数の導管ブロック１８から成るものとして、示されている。図９は、しかしながら、ひとつのみの真空誘引空気流れを真空ライン３１により促進せしめる手段を示しており、真空ライン３１は温度調節及び真空手段（図９には示されていない）に取り付けられている。図９は各区域４５，４７及び４９ごとに一連の周方向囲みバンドを示し、各バンドが複数の導管ブロック１８から成ること示しているが、図８は各区域１５が複数の導管ブロック１８から成る単一の周方向囲みバンドにより表されていることを示している。

次に、図１０を参照する。図１０は、冷却チューブを欠いている単一の導管ブロックの正面図、背面図及び底面図を示す。図１０において、真空冷却導管を欠いている単一の導管ブロック７５の分離図が示されている。図１０において、空気通路７７に関しての詳細が示されており、これらの空気通路７７は、前記導管ブロック７５の底部と押出し成形又は射出成形バレル（図示せず）の表面との間に空気を吸い込むことを可能とする。

図１１は、本発明の他の導管ブロック８３を示し、冷却導管７９が示されている。導管７９は、前記ブロックの内面８１から外面８３まで前記ブロックの厚さ部を通る。真空チューブ３１（図１１には示されていない）が冷却導管７９内に挿入され又は他の方法で冷却導管７９に接続されると、温度制御手段に応答して、真空誘引空気流れの通過を促進せしめ、空気通路７７により、押出し成形又は射出成形機のバレルを周方向に囲繞している複数のブロック間に空気を吸い込むことを可能とする。

特許請求の範囲及び明細書は本発明を述べており、特許請求の範囲において用いられている用語はそれらの意味を明細書におけるこれらの用語の使用から導き出されるものである。従来技術において用いられている同じ用語は、意味において、本明細書において特別に用いられているよりも広いこともあり得る。従来技術において用いられるこのような用語の広い説明と本明細書における用語の特別の使用との間に疑義がある場合には、本明細書における特別の意味を意味するものである。

以上本発明を特別の実施例でもって詳述してきたけれども、多くの変形が本発明の精神及び範囲から逸脱することなしに本発明の構成要素の構成及び配置の詳部において行うことができることは明らかである。本発明は、例示の目的のために本明細書において述べた実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものであり、特許請求の範囲は各構成要素と等価の広い範囲の物も含むものである。

射出成形機と関連する本発明の斜視図である。 本発明のブロック構造体の斜視図である。 本発明の単一ブロックの斜視図である。 図３のＡ−Ａ線に沿って示される本発明の断面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿って示される本発明の断面図である。 矩形断面を有する本発明の斜視図である。 円形断面を有する本発明の斜視図である。 射出成形機と関連する本発明の斜視図であって、複数の相互接続された導管ブロックが、射出成形機のバレルの外周部を周方向に囲繞して個々にアドレス可能な加熱／冷却区域を形成している。 本発明の他の実施例を示し、複数の相互接続された導管ブロックが２つ又はそれ以上隣接して射出成形機のバレルの外周部を周方向に囲繞して個々にアドレス可能な加熱／冷却区域を形成している。 冷却チューブを欠いている単一の導管ブロックの正面図、背面図及び底面図を示す。 埋設冷却チューブにより真空誘引空気流れをもたらす冷却チューブの存在を示す正面図、背面図及び底面図である。

Claims (16)

1. 流動可能な状態のプラスチック材料がバレルを通して流れるときの温度を制御する装置において、前記バレルの外面と関連するバンドを包含し、このバンドが、前記バレルを通して流れる前記プラスチック材料の温度を制御する少なくともひとつ温度制御手段と、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する複数の相互接続された導管ブロックとを包含し、これらの各導管ブロックが、外面と、空気を挿入するためのくぼんだ区域を有する内面と、厚さ部と、空気通路とを有し、前記空気通路が前記空気通路を通しての真空誘引空気流れの通過を容易にし、かつ加熱要素が前記導管ブロック内に埋設されている装置。
2. 請求項１記載の装置において、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する前記複数の導管ブロックの少なくともひとつの導管ブロックが、更に、前記導管ブロックの内面から外面にまで前記導管ブロックの厚さ部を通る冷却導管を包含している装置。
3. 請求項１又は２記載の装置において、前記空気通路が、温度感知調節手段により調節される真空誘引空気流れの、前記空気通路を通しての通過を容易にする装置。
4. 請求項１記載の装置において、更に、前記バレルを周方向に囲繞するガスケットを包含し、このガスケットが前記バレルの外周部を周方向に囲繞する、隣接する前記複数の相互接続された導管ブロック間に配置されている装置。
5. 請求項１記載の装置において、前記プラスチック材料の温度を放射加熱により制御する装置。
6. 請求項１記載の装置において、前記相互接続された導管ブロックの各々が個々に取換え可能である装置。
7. 流動可能な状態のプラスチック材料がバレルを通して流れるときの温度を制御する装置において、前記バレルの外面と関連するバンドを包含し、このバンドが、前記バレルを通して流れる前記プラスチック材料の温度を制御する少なくともひとつ温度制御手段と、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する複数の相互接続された導管ブロックとを包含し、これらの各導管ブロックが、外面と、空気を挿入するためのくぼんだ区域を有する内面と、厚さ部と、空気通路であって、前記空気通路を通しての真空誘引空気流れの通過を容易にする空気通路と、前記導管ブロックの各々の内部に埋設された加熱要素と、前記バレルを周方向に囲繞するガスケットであって、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する、隣接する前記複数の相互接続された導管ブロック間に配置されているガスケットとを有し、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する前記複数の導管ブロックの少なくともひとつの導管ブロックが、更に、前記導管ブロックの内面から外面にまで前記導管ブロックの厚さ部を通る冷却導管を包含している装置。
8. 請求項７記載の装置において、前記空気通路が、温度感知調節手段により調節される真空誘引空気流れの、前記空気通路を通しての通過を容易にする装置。
9. 流動可能な状態のプラスチック材料が射出成形又は押出し成形装置からバレルを通してキャビティ又は押出し成形ダイ内に流れるときの温度を制御すると共に前記バレルを絶縁する装置において、前記バレルの外面と関連するバンドを包含し、このバンドが、前記バレルを通して流れる前記プラスチック材料の温度を制御する少なくともひとつ温度制御手段と、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する複数の相互接続された導管ブロックとを包含し、これらの各導管ブロックが、外面と、空気を挿入するためのくぼんだ区域を有する内面と、厚さ部と、空気通路をと有し、前記空気通路が前記空気通路を通しての真空誘引空気流れの通過を容易にし、かつ加熱要素が前記導管ブロック内に埋設されている装置。
10. 請求項９記載の装置において、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する前記複数の導管ブロックの少なくともひとつの導管ブロックが、更に、前記導管ブロックの内面から外面にまで前記導管ブロックの厚さ部を通る冷却導管を包含している装置。
11. 請求項９又は１０記載の装置において、前記空気通路が、温度感知調節手段により調節される真空誘引空気流れの、前記空気通路を通しての通過を容易にする装置。
12. 請求項９記載の装置において、更に、前記バレルを周方向に囲繞するガスケットを包含し、このガスケットが前記バレルの外周部を周方向に囲繞する、隣接する前記複数の相互接続された導管ブロック間に配置されている装置。
13. 請求項９記載の装置において、前記プラスチック材料の温度を放射加熱により制御する装置。
14. 請求項９記載の装置において、前記相互接続された導管ブロックの各々が個々に取換え可能である装置。
15. 流動可能な状態のプラスチック材料が射出成形又は押出し成形装置からバレルを通してキャビティ又は押出し成形ダイ内に流れるときの温度を制御すると共に前記バレルを絶縁する装置において、前記バレルの外面と関連するバンドを包含し、このバンドが、前記バレルを通して流れる前記プラスチック材料の温度を制御する少なくともひとつ温度制御手段と、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する複数の相互接続された導管ブロックとを包含し、これらの各導管ブロックが、外面と、空気を挿入するためのくぼんだ区域を有する内面と、厚さ部と、空気通路であって、前記空気通路を通しての真空誘引空気流れの通過を容易にする空気通路と、前記導管ブロックの各々の内部に埋設された加熱要素と、前記バレルを周方向に囲繞するガスケットであって、前記バレルの外周部を周方向に囲繞する、隣接する前記複数の相互接続された導管ブロック間に配置されているガスケットとを有し、前記バレルの外周部を周方向の囲繞する前記複数の導管ブロックの少なくともひとつの導管ブロックが、更に、前記導管ブロックの内面から外面にまで前記導管ブロックの厚さ部を通る冷却導管を包含している装置。
16. 請求項１５記載の装置において、前記空気通路が、温度感知調節手段により調節される真空誘引空気流れの、前記空気通路を通しての通過を容易にする装置。

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