(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可搬式金型温度制御ユニットであって、
支持構造と、
前記支持構造に連結された運搬機構と、
金型を加熱するため使用される流体を加熱するための、前記支持構造に連結された加熱システムと、
前記加熱システムにより加熱された高温流体の流れを容易にするための、前記支持構造に連結された第１の流体ダクトと、
前記金型を冷却するため使用される低温流体の流れを容易にするための、前記支持構造に連結された第２の流体ダクトと、
前記支持構造に連結された流体交換システムであって、前記第１の流体ダクトからの高温流体を前記金型に供給し、前記第２の流体ダクトからの低温流体を前記金型に供給するよう動作可能で、さらに、前記金型から前記流体を受容するよう動作可能な流体交換システムと
を有する可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
前記支持構造に連結された冷却システムであって、当該冷却システムにより冷却された流体の流れを前記第２の流体ダクトが容易にする、冷却システムを有する、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項３】
請求項２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記冷却システムは、除熱（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）システムおよび低温流体リザーバを含み、前記除熱システムは流体を冷却するよう動作可能で、前記低温流体リザーバは、前記除熱システムにより冷却された前記流体を収容するよう動作可能である、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項４】
請求項２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、
前記流体交換システムは、遠隔流体源から流体を受容する入口を含み、
前記冷却システムは、前記入口を通じて受容された流体を冷却するよう動作可能である、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項５】
請求項２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記冷却システムは、前記流体交換システムにより金型から受容された流体を冷却するよう動作可能である、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項６】
請求項２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、
前記加熱システムは、金型を加熱するため使用される液体を加熱するよう動作可能なヒーターを含み、
前記第１のダクトは、前記ヒーターにより加熱された液体の流れを容易にするものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項７】
請求項２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、
前記加熱システムは、金型を加熱するため使用される蒸気を生成するよう動作可能な蒸気発生器を含み、
前記第１のダクトは、前記蒸気発生器により生成された蒸気の流れを容易にするものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項８】
請求項７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、
前記加熱システムは、さらに、金型を加熱するため使用される液体を加熱するよう動作可能なヒーターを含み、
当該可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、前記ヒーターにより加熱された液体の流れを容易にする第３のダクトを含み、
前記流体交換システムは、さらに、前記第３の流体ダクトからの高温流体を前記金型に供給するよう動作可能である、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項９】
請求項８記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記流体交換システムは、
前記第１の流体ダクトと、前記第２の流体ダクトと、前記第３の流体ダクトとからの流体を前記金型に供給するよう動作可能な出口と、
前記出口を通じて前記金型に供給された流体を受容するよう動作可能な入口と
を含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１０】
請求項９記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
第１の位置および第２の位置で動作できるバルブであって、
前記第１の流体ダクトおよび前記第３の流体ダクトの少なくとも一方から高温流体を受容するよう連結された第１の入口ポートと、
前記第２のダクトから低温流体を受容するよう連結された第２の入口ポートと、
前記出口に流体を供給するよう連結された出口ポートと
を含むバルブを含み、
前記バルブが前記第１の位置で動作する場合、前記第１の入口ポートは開いて前記第２の入口ポートは閉じ、
前記バルブが前記第２の位置で動作する場合、前記第１の入口ポートは閉じて前記第２の入口ポートは開くものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１１】
請求項１０記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、
前記流体交換システムは、当該金型温度制御ユニットから遠隔流体リザーバへ流体を排出する第２の出口を含み、
当該金型温度制御ユニットは、さらに、第１の位置および第２の位置で動作できるバルブであって、
前記入口から流体を受容するよう連結された第１の入口ポートと、
前記冷却システムおよび前記加熱システムの少なくとも一方に連結された第１の出口ポートと、
前記第２の出口に流体を供給するよう連結された第２の出口ポートと
を含むバルブを含み、
前記バルブが前記第１の位置で動作する場合、前記第１の出口ポートは開いて前記第２の出口ポートは閉じ、
前記バルブが前記第２の位置で動作する場合、前記第１の出口ポートは閉じて前記第２の出口ポートは開くものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１２】
請求項２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記流体交換システムは、
前記第１の流体ダクトおよび前記第２の流体ダクトからの流体を金型に供給するよう動作可能な出口と、
前記出口により金型に供給され当該金型から戻ってくる流体を受容するよう動作可能な入口と、
前記金型温度制御ユニットから流体を排出するよう動作可能な第２の出口と、
遠隔流体源から流体を受容するよう動作可能な第２の入口と
を含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１３】
請求項１２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
第１の位置および第２の位置で動作できる第１のバルブであって、
前記第１の流体ダクトから高温流体を受容するよう連結された第１の入口ポートと、
前記第２の流体ダクトから低温流体を受容するよう連結された第２の入口ポートと、
前記出口に流体を供給するよう連結された出口ポートと
を含む第１のバルブを含み、
前記バルブが前記第１の位置で動作する場合、前記第１の入口ポートは開いて前記第２の入口は閉じ、
前記バルブが前記第２の位置で動作する場合、前記第１の入口ポートは閉じて前記第２の入口ポートは開くものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１４】
請求項１２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
第１の位置および第２の位置で動作できるバルブであって、
前記入口から流体を受容するよう連結された第１の入口ポートと、
前記冷却システムおよび前記加熱システムの少なくとも一方に連結された第１の出口ポートと、
前記第２の出口に流体を供給するよう動作可能な第２の出口ポートと
を含むバルブを含み、
前記バルブが前記第１の位置で動作する場合、前記第１の出口ポートは開いて前記第２の出口ポートは閉じ、
前記バルブが前記第２の位置で動作する場合、前記第１の出口ポートは閉じて前記第２の出口ポートは開くものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１５】
請求項１２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記流体交換システムの前記出口は、前記第１の流体ダクトおよび前記第２の流体ダクトの双方からの流体が貫流できるよう連結された少なくとも１つの出口ポートを含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１６】
請求項１２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記流体交換システムの前記入口は、前記第１の流体ダクトおよび前記第２の流体ダクトの双方により前記金型に供給された流体を受容する少なくとも１つの入口ポートを含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１７】
請求項１記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記局所加熱システムは、蒸気を生成するよう動作可能な局所蒸気発生器を含み、当該蒸気発生器により生成された蒸気は、前記第１の流体ダクトを通じて金型に送られるものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１８】
請求項１７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記加熱システムは、高温水を収容するよう動作可能なリザーバをさらに含み、当該リザーバは、さらに、高温水を前記蒸気発生器に供給するよう動作可能である、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項１９】
請求項１記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、
前記加熱システムは、前記金型を加熱するため使用される液体を加熱するよう動作可能なヒーターを含み、
前記第１のダクトは、前記ヒーターにより加熱された液体の流れを容易にするものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２０】
請求項１９記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、
前記流体交換システムは、遠隔水源から水を受容するようなっている入口を含み、
前記局所加熱システムは、前記入口を通じて受容された水を加熱し、この加熱された水を使って金型を加熱するよう動作可能である、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２１】
請求項１９記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記加熱システムは、前記流体交換システムにより金型から受容された流体を加熱するよう動作可能である、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２２】
請求項１９記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
前記加熱された液体を加圧状態で保つため加圧空気を提供するよう前記支持構造に連結された空気圧縮機を含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２３】
請求項１７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
遠隔源から加圧空気を受容するようなっている給気口を含み、前記加圧空気は、加熱された液体を加圧状態で保つものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２４】
請求項１記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
前記支持構造に連結されたポンプシステムを有するものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２５】
請求項２４記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記ポンプシステムは高温流体ポンプおよび低温流体ポンプを含み、前記高温流体ポンプは、作動時、前記第１の流体ダクトを通じて流体を送るよう動作可能であり、前記低温流体ポンプは、作動時、前記第２の流体ダクトを通じて流体を送るよう動作可能である、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２６】
請求項１記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
フィルターシステムを有するものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２７】
請求項１記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
前記支持構造に連結された制御システムを有するものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２８】
請求項２７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記制御システムは、利用者入出力装置を含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項２９】
請求項２７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記局所制御システムは、成形機と通信するインターフェースを含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項３０】
請求項２７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
前記制御システムにより提供される制御信号を受信するよう連結され、前記制御信号に基づいて前記高温流体および前記低温流体を選択的に前記金型に提供するよう動作可能な電気機械弁のセットを含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項３１】
請求項２７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
前記制御システムにより提供される制御信号を受信するよう連結され、前記制御信号に基づいて前記高温流体および前記低温流体を選択的に前記金型にポンプ移送するよう動作可能なポンプシステムを含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項３２】
請求項２７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記制御システムは、遠隔金型温度センサーにより提供される電気信号を受信するよう調整される、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項３３】
請求項２７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記制御システムは、局所温度センサーにより提供される電気信号を受信するよう調整される、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項３４】
請求項２７記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記制御システムは、局所圧力センサーにより提供される電気信号を受信するよう調整される、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項３５】
請求項１記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、この可搬式金型温度制御ユニットは、さらに、
局所ヒーターと、
前記ヒーターにより加熱された水を収容するよう動作可能な局所高温水リザーバと、
局所除熱（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）システムと、
前記局所除熱システムにより冷却された水を収容するよう動作可能な局所低温水リザーバと、
蒸気を生成するよう動作可能な局所蒸気発生器と、
局所ポンプシステムと、
前記局所ポンプシステムに電気的に連結された局所制御システムと
を含むものである、可搬式金型温度制御ユニット。
【請求項３６】
金型の温度を制御する方法であって、
可搬式金型温度制御ユニットを提供する工程と、
遠隔流体源を提供する工程と、
金型を提供する工程と、
前記可搬式金型温度制御ユニットを前記遠隔流体源に連結する工程と、
前記遠隔流体源から前記可搬式金型温度制御ユニットに流体を送る工程と、
前記可搬式金型温度制御ユニットを前記遠隔流体源から連結解除する工程と、
前記可搬式金型温度制御ユニットを前記金型に連結する工程と、
前記可搬式金型温度制御ユニットが前記遠隔流体源に連結されていない状態で、前記金型温度制御ユニットから金型を通じて前記流体を循環させる工程と
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、本願発明者らと同じ発明者らにより２００９年８月１２日付で出願された同時係属米国仮特許出願第６１／２７４，０４８号に基づく利益を主張するものであり、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。また、本願は、本願発明者らと共通の少なくとも１名の発明者により２００８年１０月１６日付で出願された中国出願第２００８２０２０２１１１．０号の外国優先権に基づく利益を主張するものであり、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、全体として熱交換システムに関し、より具体的には、金型の温度を制御する方法および装置に関する。さらに具体的にいうと、本発明は、成形工程中に金型を急速に加熱および冷却する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
製造産業において、射出成形は、部品製造の一般的な工程である。従来の射出成形では、一定温度の金型、射出成形機、およびプラスチック原料を使用する必要がある。金型にはコア側およびキャビティ側が含まれ、その双方が一体として、成形する１つまたは複数の部品の形状を画成する。射出成形機は、プラスチック原料を液状になるまで加熱したのち、溶融プラスチックを前記金型内へと射出する。
【０００４】
従来の射出成形工程には、固定段階、射出段階、冷却段階、および取り出し段階が含まれる。前記固定段階では、前記コア側およびキャビティ側が閉じた状態で固定されるとともに、射出成形機内でプラスチック原料が溶融される。次に、前記射出段階で前記溶融プラスチックが、前記金型の前記キャビティ内に射出および充填される。前記冷却段階では、前記金型が固定されたままの状態で前記溶融プラスチックの温度が下がって固化し、最終的な部品となる。最後に、前記取り出し段階で前記金型の固定が解除され、新たに成形された部品が、例えばエジェクターピンにより取り出される。部品を取り出した後は、一般に上記のサイクルが繰り返される。
【０００５】
一定温度の射出成形については、その利用を制限するいくつかの問題がよく知られている。例えば、「早期凝固」（ｐｒｅｍａｔｕｒｅ  ｆｒｅｅｚｉｎｇ）と呼ばれる公知の問題が生じると、最終部品の表面仕上げおよび構造的完全性が実質的に損なわれる。早期凝固は、前記射出段階中、金型の温度が溶融プラスチックの温度より低い場合に起こる。溶融プラスチックがそれより温度の低い金型内壁に接触すると、溶融プラスチックが金型内に射出および充填され終わる前に、プラスチックと金型の界面でプラスチックの凝固が始まる。これは特に、細長い部品、光学部品、および光沢のある表面仕上げが必要な部品を成形する場合、望ましくない。さらにもう１つ、早期凝固に起因し、または溶融プラスチックが過剰に緩慢に冷却された場合に起こりうる公知の問題として、不均一な固化がある。溶融部分が過剰に緩慢に冷却されると、溶融プラスチックの特定の領域が凝固して他の領域より先に収縮する。言うまでもなく、これが起こると、最終的な部品に、いくつかの欠陥が生じる可能性が高い（例えば、寸法のゆがみ、ニットライン、表面仕上げ不良）。
【０００６】
これらの問題は、成形工程中に金型自体の温度を制御すると回避できることが知られている。特に、早期凝固は、溶融プラスチックを射出する前に、プラスチックの熱変形温度（ｈｅａｔ  ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＨＤＴ）より高温に金型を加熱すると回避される。溶融プラスチックを高温の金型内に射出して凝固できる状態にしたら、金型を冷却して不均一な固化を最小限に抑える。金型の加熱は、通常、金型内に形成されたトンネルまたはトンネル網を通じて高温の流体をポンプ移送することにより行う。同様に、冷却は、金型内に形成された別個のトンネルまたはトンネル網を通じて低温の流体をポンプ移送することにより行う。
【０００７】
現行の成形施設では、通常、遠隔ボイラーシステムおよび遠隔冷却リザーバを採用しており、そのどちらも当該施設全体に位置する複数の金型に流体を供給する。それらの金型は、その各々に高温の流体を搬送する高温流体供給配管を通じて前記ボイラーに連結されている。また、各金型は、それぞれに低温の流体を搬送する低温流体供給配管を通じて前記冷却リザーバに連結されている。前記金型を通過する流体は、流体戻り配管を通じて前記ボイラーまたは前記冷却用リザーバに戻るよう搬送することができる。前記ボイラーに戻される流体は、再び加熱されて再利用され、前記冷却リザーバに戻される流体は、再び冷却されて再利用される。
現行の成形施設は複数の金型の温度を制御できるが、いくつか難点を抱えている。例えば、そのような施設の初期コストおよび開発は非常に高価である。別の例として、現行の施設における１日あたりの製造コストも高い。これらの製造コストの多くは、１日あたりのエネルギーコストおよび維持費が高い結果生じており、１日あたりのエネルギーコストが高いのは、主にボイラーシステムおよび冷却システムの運用に大量のエネルギーを消費するためである。また、熱エネルギーは流体配管を通じて散逸するため、流体が金型との間を長距離移動するに伴い失われてしまう。高い維持費は予防保全コストから来るもので、施設全体のダウンタイムにつながりうるボイラーシステムおよび／または冷却システムのダウンタイムを製造中に回避するため必要とされている。別の例として、流体の供給配管および戻り配管にアクセス可能な場所でしか金型の加熱および冷却が行えないため、成形施設内で成形設備を移動または移転することは難しい。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】  米国特許第２６３２０８８号明細書
【特許文献２】  米国特許第４２５１４７９号明細書
【特許文献３】  米国特許第６３２２３４３号明細書
【特許文献４】  米国特許出願公開第２００６／０１９６９５７号明細書
【特許文献５】  米国特許出願公開第２００８／０１１１２８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、より廉価な金型温度制御システムが必要とされている。また、エネルギー効率が高く、運用中に必要な予防保全が少ない金型温度システムも必要とされている。さらに、遠隔流体源に連結していない状態で稼働できる金型温度制御システムも必要とされている。  
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、構成要素を内蔵した自給式および可搬式の金型温度制御ユニットを提供することにより、先行技術に伴う問題を克服するものである。本発明により、成形工程の各サイクル中、金型の急速な加熱および冷却の制御が容易になる。前記ユニットは、特に、蒸気、高温の液体、低温の液体、または金型の温度を制御する他の手段を流通させるインフラストラクチャがない物理的な工場で、金型を急速に加熱および冷却する際、有用である。
【００１１】
実施形態の一例において、可搬式金型温度制御ユニットは、支持構造と、前記支持構造に連結された運搬機構と、金型を加熱するため使用される流体を加熱するための、前記支持構造に連結された加熱システムと、前記加熱システムにより加熱された高温流体の流れを容易にするための、前記支持構造に連結された第１の流体ダクトと、前記金型を冷却するため使用される低温流体の流れを容易にするための、前記支持構造に連結された第２の流体ダクトと、前記第１の流体ダクトからの高温流体を前記金型に供給し、前記第２の流体ダクトからの低温流体を前記金型に供給するよう動作可能で、前記支持構造に連結された流体交換システムとを含む。また、前記流体交換システムは、循環した前記流体を前記金型から受容するよう動作可能である。
【００１２】
前記可搬式金型温度制御ユニットは、任意選択で、前記支持構造に連結された冷却システムを含む。前記第２の流体ダクトは、前記冷却システムにより冷却された流体の流れを容易にする。冷却システムの例としては、除熱（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）システムおよび低温流体リザーバなどがある。前記可搬式金型温度制御ユニットは前記流体を冷却し、前記低温流体リザーバは、前記金型を通過して循環させるため前記除熱システムにより冷却された前記流体を収容する。
【００１３】
請求項２記載の可搬式金型温度制御ユニットにおいて、前記流体交換システムには、遠隔流体源から流体を受容する入口が含まれる。この入口を流体源として使うことにより、当該制御ユニットは、少なくとも２つの異なる方法で動作可能になる。第１のモードで動作する場合、前記冷却ユニットは、外部源から前記流体を受容し、本ユニットを通過して前記金型に送られる前記流体を冷却し、前記金型から戻ってくる前記流体を受容し、元の流体源または排水口へと前記流体を排出する。第２の動作モードにおいて、前記冷却システムは、閉じたシステムとして動作可能である。このシステムでは、まず前記外部源から前記入口を通じて流体が充填される。次に、前記ユニットが前記外部源から連結解除され、前記金型に連結される。次いで、前記金型を繰り返し通過して循環する前記流体を前記ユニットが冷却する。
【００１４】
特定の一実施形態において、前記加熱システムは、前記金型を加熱するため使用される液体を加熱するよう動作可能なヒーターを含む。また、前記加熱システムは、蒸気を生成するよう動作可能な任意選択の蒸気発生器を含み、前記蒸気は、前記金型を加熱するため使用することもできる。前記第１のダクトは、前記蒸気発生器により生成された蒸気の前記金型への流れを容易にし、第３のダクトは、前記加熱された液体の前記金型への流れを容易にする。前記流体交換システムは、前記第１の流体ダクトと、前記第２の流体ダクトと、前記第３の流体ダクトとからの流体を、選択的に前記金型に供給するよう動作可能な出口をさらに含む。また、前記流体交換システムは、前記出口を通じて前記金型に供給され前記金型温度制御ユニットに戻ってくる前記流体を受容するよう動作可能な入口を含む。前記加熱された流体、前記加熱された液体、および前記冷却された流体は、全部同じ組成（例えば、水）を有するため、相互汚染の問題を生じることなく、すべて単一の入口および単一の出口を通過することができる。
【００１５】
特定の一実施形態において、この熱調節流体は、バルブシステムを通じて前記金型温度制御ユニットおよび前記金型を出入りするよう誘導される。前記バルブシステムは、少なくとも第１の位置および第２の位置で動作できる第１のバルブを含む。当該第１のバルブは、前記第１の流体ダクトおよび前記第３の流体ダクトの少なくとも一方から高温流体を受容するよう連結された第１の入口ポートと、前記第２のダクトから低温流体を受容するよう連結された第２の入口ポートと、前記流体交換システムの前記出口に流体を供給するよう連結された出口ポートとを含む。前記第１の位置では、前記第１の入口ポートが開いて前記第２の入口ポートが閉じることにより、高温流体が前記流体交換システムの前記出口を通過する。前記第２の位置では、前記第１の入口ポートが閉じて前記第２の入口ポートが開くことにより、低温流体が前記流体交換システムの前記出口を通過する。
【００１６】
この流体交換システム例は、当該金型温度制御ユニットから遠隔流体リザーバへ流体を循環させる第２の出口をさらに含む。前記バルブシステムには、少なくとも第１の位置および第２の位置で動作できる第２のバルブが含まれる。当該第２のバルブは、前記流体交換システムの前記入口を通じて前記金型から戻ってくる流体を受容するよう連結された入口ポートと、前記冷却システムおよび前記加熱システムの少なくとも一方に連結された第１の出口ポートと、前記第２の出口に流体を誘導するよう連結された第２の出口ポートとを含む。前記第１の位置では、前記第１の出口ポートが開いて前記第２の出口ポートが閉じることにより、前記熱調節流体は、当該金型温度制御ユニットの前記内部加熱・冷却システムに戻るよう誘導される。前記第２の位置では、前記第１の出口ポートが閉じて前記第２の出口ポートが開くことにより、前記熱調節流体は前記遠隔流体リザーバへ誘導される。
【００１７】
別の実施形態例において、前記流体交換システムは、出口と、入口と、第２の出口と、第２の入口とを含む。前記出口は、前記第１の流体ダクトおよび前記第２の流体ダクトからの前記熱調節流体を前記金型に供給するよう動作可能で、前記入口は、前記金型から戻ってくる前記熱調節流体を受容するよう動作可能である。前記第２の出口は、当該金型温度制御ユニットから前記流体を排出するよう動作可能で、前記第２の入口は、遠隔流体源から流体を受容するよう動作可能である。第１のバルブは、第１の位置および第２の位置で動作でき、前記第１の流体ダクトから高温流体を受容するよう連結された第１の入口ポートと、前記第２の流体ダクトから低温流体を受容するよう連結された第２の入口ポートと、前記出口に流体を供給するよう連結された出口ポートとを含む。前記第１のバルブが前記第１の位置にある場合は、前記第１の入口ポートが開いて前記第２の入口が閉じることにより、高温流体が前記出口に提供される。前記第１のバルブが前記第２の位置にある場合は、前記第１の入口ポートが閉じて前記第２の入口ポートが開くことにより、低温流体が前記出口に提供される。
【００１８】
第２のバルブは、第１の位置および第２の位置で動作でき、前記入口から流体を受容するよう連結された第１の入口ポートと、前記冷却システムおよび前記加熱システムの少なくとも一方に連結された第１の出口ポートと、前記第２の出口に流体を誘導するよう動作可能な第２の出口ポートとを含む。前記第２のバルブが前記第１の位置で動作する場合、前記第１の出口ポートが開いて前記第２の出口ポートが閉じることにより、前記熱調節流体は、前記内部の加熱システムおよび／または冷却システムに戻るよう誘導される。前記第２のバルブが前記第２の位置で動作する場合、前記第１の出口ポートが閉じて前記第２の出口ポートが開くことにより、前記熱調節流体は、前記第２の出口を通じて前記金型温度制御ユニットから出て前記遠隔流体リザーバに戻るよう誘導される。
【００１９】
同じ組成の流体を加熱および冷却の双方に使用すると、前記流体を取り扱うシステムが単純化される。例えば、前記流体交換システムの前記出口には、前記第１の流体ダクトおよび前記第２の流体ダクトの双方から流体が流出できるよう連結された単一の出口ポートを含めることができる。同様に、前記流体交換システムの前記入口には、前記第１の流体ダクト（高温）および前記第２の流体ダクト（低温）の双方から前記金型に供給された流体を受容する単一の入口ポートを含めることができる。
【００２０】
任意選択で、前記局所加熱システムは、蒸気を生成するよう動作可能な、前記可搬式の支持構造に搭載された局所蒸気発生器を含む。この蒸気発生器で生成された蒸気は、前記第１の流体ダクトを通じて前記金型へ送られる。また、前記加熱システムは、高温水を収容するよう動作可能なリザーバを含む。このリザーバは、高温水を前記蒸気発生器に供給するよう連結される。
【００２１】
上記で示したように、前記加熱システムは、前記金型を加熱するため使用される液体を加熱するよう動作可能なヒーターを含む。前記第１のダクトは、前記ヒーターにより加熱された液体の前記金型への流れを容易にする。前記流体交換システムは、遠隔水源から水を受容するようなっている入口と、前記金型から戻ってくる前記流体を受容する別の入口とを含む。前記局所加熱システムは、前記入口のいずれかを通じて受容された水を加熱し、この加熱された水を前記金型へ誘導するよう動作可能である。
【００２２】
前記金型温度制御ユニットでは、高圧下の高温水を有利に使って、前記金型を加熱する。一実施形態において、この制御ユニットは、前記加熱された液体を加圧状態で保つため加圧空気を提供するよう前記支持構造に連結された空気圧縮機を含む。あるいは、この制御ユニットは、遠隔源から加圧空気（または他の加圧気体）を受容するようなっている給気口を含む。前記加圧空気は加熱された液体を加圧状態で維持し、前記熱調節流体が高温であってもこれを液状に保つ。
【００２３】
前記熱調節流体は、前記支持構造に連結されたポンプシステムにより、前記可搬式金型温度制御ユニットおよび前記金型を通じて循環する。前記ポンプシステムには、高温流体ポンプおよび低温流体ポンプが含まれる。前記高温流体ポンプは、作動時、前記第１の流体ダクトを通じて流体を送るよう動作可能である。前記低温流体ポンプは、作動時、前記第２の流体ダクトを通じて流体を送るよう動作可能である。任意選択で、前記可搬式金型温度制御ユニットはフィルターシステムを含み、このフィルターシステムは、前記熱調節流体の清浄度を保って、前記ポンプ、前記金型内の流路などの汚染を回避する。
【００２４】
前記可搬式金型温度制御ユニットの一例は、さらに、前記支持構造に連結された制御システムを含む。この制御システムは、利用者入出力装置と、成形機と通信するインターフェースと、当該制御システムにより提供される制御信号を受信するよう連結された電気機械弁のセットであって、前記制御信号に基づいて前記高温流体および前記低温流体を選択的に前記金型に提供するよう動作可能な電気機械弁のセットと、当該制御システムにより提供される制御信号を受信するよう連結されたポンプシステムであって、前記制御信号に基づいて前記高温流体および前記低温流体を選択的に前記金型にポンプ移送するよう動作可能なポンプシステムとを含む。前記制御システムは、遠隔金型温度センサーおよび局所温度センサーにより提供される電気信号を受信するようなっている。
【００２５】
上記で示したように、前記可搬式金型温度制御ユニットは、構成要素を内蔵した自給式である。当該ユニットは、局所ヒーターと、前記ヒーターにより加熱された水を収容するよう動作可能な局所高温水リザーバと、局所除熱（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）システムと、前記局所除熱システムにより冷却された水を収容するよう動作可能な局所低温水リザーバと、蒸気を生成するよう動作可能な局所蒸気発生器と、局所ポンプシステムと、前記局所ポンプシステムに電気的に連結された局所制御システムとを含む。
【００２６】
金型の温度を制御する方法についても開示している。この方法は、可搬式金型温度制御ユニットを提供する工程と、遠隔流体源を提供する工程と、金型を提供する工程と、前記可搬式金型温度制御ユニットを前記遠隔流体源に連結する工程と、前記遠隔流体源から前記可搬式金型温度制御ユニットに流体を送る工程と、前記可搬式金型温度制御ユニットを前記遠隔流体源から連結解除する工程と、前記可搬式金型温度制御ユニットを前記金型に連結する工程と、前記可搬式金型温度制御ユニットが前記遠隔流体源に連結されていない状態で、前記金型温度制御ユニットから金型を通じて前記流体を循環させる工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明については、以下の図面を参照して説明しており、これらの図面において同様な参照番号は実質的に同様な要素を示している。
【図１】図１は、金型温度制御ユニット１００と、金型１０２と、遠隔流体源１０４と、空気圧源１０６との後面斜視図を示したものである。
【図２】図２は、図１の前記金型温度制御ユニット１００の正面斜視図を示したものである。
【図３】図３は、図１の金型温度制御ユニット１００と、金型１０２と、遠隔流体源１０４と、空気圧源１０６との間の流体の流れを示した概略図である。
【図４ａ】図４ａは、代替金型温度制御ユニット４００と、遠隔流体源１０４と、空気圧源１０６との斜視図を示したものである。
【図４ｂ】図４ｂは、金型温度制御ユニット４００および金型１０２の斜視図を示したものである。
【図５】図５は、金型温度制御ユニット４００の正面斜視図を示したものである。
【図６】図６は、図４ｂの前記金型温度制御ユニット４００および金型１０２の流体の流れを示したの概略図である。
【図７】図７は、成形工程における金型１０２の急速な加熱および冷却を例示した図である。
【図８】図８は、金型温度制御ユニット４００を使用する方法を説明したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、遠隔流体源に連結した状態でも連結していない状態でも動作できる可搬式の金型温度制御ユニットを提供することにより、先行技術に伴う問題を克服するものである。以下の説明では、本発明が完全に理解されるよう具体的な詳細事項（例えば、遠隔冷却塔、流体バルブ、流体配管、流体配管コネクタ）を多数記載する。ただし、当業者であれば、これらの具体的な詳細事項なしでも本発明を実施できることが理解できるであろう。他の場合では、本発明を不要に曖昧にしないよう、周知の成形手順に関する詳細（例えば、加熱・射出・充填、部品突き出し、プラスチックタイプ）および構成要素を省略している。なお、本明細書における用語「流体」は、液体および／または気体の双方を広義に記述するため使用している。
【００２９】
図１は、金型１０２と、遠隔流体源１０４と、空気圧源１０６とに連結された可搬式の金型温度制御ユニット１００の斜視図を示したものである。金型温度制御ユニット１００は、成形工程の種々の段階中に金型１０２の温度を急速に変えるよう動作可能な可搬式装置である。この特定の実施形態では、ユニット１００が金型１０２に透設された流路１０８（図示せず）を通じ、それぞれ高温および低温の水をポンプ移送することにより、金型１０２の加熱および除熱を行う。流体源１０４は、例えば低温の水をユニット１００に供給するよう動作可能な遠隔冷却塔である。空気圧源１０６は、例えば圧縮空気をユニット１００に供給する空気圧縮機配管である。この圧縮空気により、通常大気圧での蒸発温度を超えて加熱された高温水を液状に保つことができる。なお、空気圧源１０６は、単に本発明に関する理解を深めるよう提供したものであるため、代替圧縮空気源で置き換えることができ、またはすべて省略することもできる。例えば、ユニット１００には、圧縮空気を供給する手段として局所用の空気圧縮機を含めることができる。
【００３０】
ユニット１００には、ユニット１００との流体交換を促進する外部流体交換システム１１０が含まれる。流体交換システム１１０には、第１の流体出口１１２と、第１の流体入口１１４と、第２の流体出口１１６と、第２の流体入口１１８と、給気口１２０と、排水口１２２とが含まれる。出口１１２により、高温水および低温水の双方をユニット１００から金型１０２へ流すことができ、入口１１４により、金型１０２内を通過した水をユニット１００へ戻すことができる。出口１１２には、遮断弁１２４と、複数の並列出口ポート１２６とがさらに含まれる。遮断弁１２４により、利用者は、出口１１２を手動で開閉できる。各出口ポート１２６は、流体配管コネクタを受容するようなっている。また、入口１１４には、遮断弁１２８と、複数の並列入口ポート１３０とが含まれる。遮断弁１２８により、利用者は、入口１１４を手動で開閉できる。各入口ポート１３０は、流体配管コネクタを受容するようなっている。出口１１６は、ユニット１００から流体源１０４への水の流れを容易にし、入口１１８は、より低温の水を流体源１０４から受容するよう動作可能である。出口１１６には、遮断弁１３２および出口ポート１３４がさらに含まれる。遮断弁１３２により、利用者は、出口１１６を手動で開閉できる。出口ポート１３４は、流体配管コネクタを受容するようなっている。入口１１８には、遮断弁１３６および入口ポート１３８がさらに含まれる。遮断弁１３６により、利用者は、入口１１８を手動で開閉できる。入口ポート１３８は、流体配管コネクタを受容するようなっている。給気口１２０は、圧縮空気を受容するようなっており、遮断弁１４０および入口ポート１４２を含んでいる。遮断弁１４０により、利用者は、給気口１２０を手動で開閉できる。入口ポート１４２は、圧縮空気ホースコネクタを受容するようなっている。排水口１２２には遮断弁１４４が含まれており、これを開けると、ユニット１００から排水することができる。
【００３１】
この特定の実施形態では、ユニット１００が、金型１０２と、流体源１０４と、空気圧源１０６とに連結された態様を示している。特に、出口１１２および入口１１４は、それぞれ流体配管１４６および１４８のセットを通じて、金型１０２に連結されている。流体配管１４６の各端部にはコネクタ１５０が含まれており、その一方は、出口１１２の７つの出口ポート１２６の１つに連結されており、他方は、金型１０２の流体入口に連結されている。同様に、流体配管１４８の各端部にはコネクタ１５２が含まれており、その一方は、出口１１４の７つの出口ポート１３０の１つに連結されており、他方は、金型１０２の流体入口（同じく図示せずに連結されている。出口１１６および入口１１８は、それぞれ流体配管１５４および１５６のセットを通じて、流体源１０４に連結されている。流体配管１５４には、出口ポート１１６に連結されたコネクタ１５８が含まれる。流体配管１５６には、入口１１８の入口ポート１３８に直接固定されたコネクタ１６０が含まれる。入口１２０は、空気ホース１６２を通じて空気圧源１０６に連結されており、空気ホース１６２には、入口ポート１４２に連結されたコネクタ１６４が含まれる。流体配管１４６、１４８、１５４、および１５６の各々は、例えば水用ホースである。コネクタ１５０、１５２、１５８、１６０、および１６４の各々は、例えばすばやく着脱できるクイックコネクタ装置である。
【００３２】
以下さらに詳しく説明するように、ユニット１００は、射出成形工程中に金型１０２の温度を制御するよう動作可能である。特に、ユニット１００は、各射出サイクル中、金型１０２を急速に加熱および冷却する。
【００３３】
図２は、金型温度制御ユニット１００の正面斜視図で、この金型温度制御ユニット１００は、さらに局所加熱システム２００と、局所ポンプシステム２０２と、局所フィルターシステム２０４と、局所制御システム２０６と、支持構造２０８とを含んでいる。加熱システム２００には、高温流体リザーバ２１０および加熱要素２１２が含まれる。リザーバ２１０は、例えば加熱要素２１２により加熱された水を収容するようなっている高温水タンクである。加熱要素２１２は、例えばリザーバ２１０内の加圧水を加熱するようリザーバ２１０の外周部に熱的に連結された電気コイルヒーターである。ポンプシステム２０２は、例えば高温水ポンプ２１４（図示せず）および低温水ポンプ２１６（同じく図示せず）を通じて、ユニット１００全体にわたり高温水および低温水の双方を循環させる多機能システムである。フィルターシステム２０４は、ユニット１００全体にわたり循環する水を、フィルター２１８、２２０、および２２２のセット（図３）でろ過するよう動作可能である。制御システム２０６は、以下さらに詳しく説明するように、例えばユニット１００の種々の動作を制御するよう動作可能なオンボードコンピュータシステムである。さらに、制御システム２０６には、利用者入出力パネル２２４および通信線２２６が含まれる。利用者入出力パネル２２４は、表示画面２２８と、ボタンセット２３０とを介した利用者インタラクションを容易にする。通信線２２６により、制御システム２０６は、遠隔装置、例えば成形機、金型温度センサーと通信することができる。支持構造２０８には、ハウジング２３２と、アクセスパネル２３４と、ホイール２３６のセットとが含まれる。ハウジング２３２は、ユニット１００の種々の構成要素を保護および支持するよう動作可能な筐体である。アクセスパネル２３４は、ハウジング２３２に収納された種々の構成要素に利用者がアクセスできるようにする取り外し可能なドアである。ホイール２３６は、ユニット１００に可動性をもたらすようユニット１００の底部に取り付けられる。ホイール２３６は、ユニット１００を容易に運搬する手段を提供する運搬装置の単なる一例である。なお、ユニット１００には任意の適切な手段で電力を供給できることに注意すべきである。例えば、ユニット１００は、電源ソケットおよび／または局所電池システムを有することができる。
【００３４】
熱は内蔵の加熱システム２００で生成されることから、ユニット１００は、金型１０２を加熱する手段として遠隔高温流体源（例えば、ボイラー）に依存しないことを認識することが重要である。そのため、ユニット１００は、高温流体の中央供給機構がない施設でも動作可能である。また、後の図を参照して以下説明するように、ユニット１００は内蔵した流体をリサイクルできるため、遠隔流体源に連結されていないときでも動作可能である。
【００３５】
図３は、これまでの図で示さなかった、ユニット１００の付加的な特徴を例示した図である。また、ユニット１００と、金型１０２と、流体源１０４と、空気圧源１０６との間の流体交換についても記述している。
【００３６】
ユニット１００には、種々の流体ダクト内の流れを調節するＴ型バルブ３００および３０２のセットが含まれる。Ｔ型バルブ３００および３０２は、例えば第１の位置または第２の位置で動作する電気機械弁である。Ｔ型バルブ３００には、第１の入口３０４と、第２の入口３０６と、出口３０８とが含まれる。前記第１の位置では、入口３０６が閉じ、入口３０４が開いて、入口３０４に供給された流体だけが出口３０８から流出できる。逆に、前記第２の位置では、入口３０４が閉じ、入口３０６が開いて、入口３０６に供給された流体だけが出口３０８から流出する。同様に、Ｔ型バルブ３０２には、第１の出口３１０と、第２の出口３１２と、入口３１４とが含まれる。その第１の位置では、出口３１２が閉じ、出口３１０が開いて、入口３１４に供給された流体は出口３１０からのみ流出できる。第２の位置では、出口３１０が閉じ、出口３１２が開いて、入口３１４に供給された流体は出口３１２から流出する。
【００３７】
ユニット１００の種々の構成要素は、複数の流体ダクト３１６、３１８、３２０、３２２、３２４、３２６、および３２８からなる流体ネットワークへと組み立てられている。ダクト３１６は、ユニット１００の入口１１８からの低温水を、加熱システム２００と、Ｔ型バルブ３００の入口３０６との双方へ誘導する。ダクト３１８は、Ｔ型バルブ３０２の出口３１２からの水を、ユニット１００の出口１１６へ誘導する。ダクト３２０は、加熱システム２００からの高温水を、Ｔ型バルブ３００の入口３０４へ誘導する。ダクト３２２は、Ｔ型バルブ３００の出口３０８からの水を、ユニット１００の出口１１２へ誘導する。ダクト３２４は、ユニット１００の入口１１４からの水を、Ｔ型バルブ３０２の入口３１４へ誘導する。ダクト３２６は、Ｔ型バルブ３０２の出口３１０からの水を、加熱システム２００へ誘導する。最後に、ダクト３２８は、ユニット１００の入口１２０から加熱システム２００へ加圧空気を提供する。加熱システム２００では、通常大気圧での水の沸点を超えた温度に水を加熱する際、前記加圧空気を使って水の気化を防いでいる。
【００３８】
金型１０２の高速加熱中、Ｔ型バルブ３００および３０２は前記第１の位置で動作し、ポンプ２１４は電源がオンにされ、ポンプ２１６は電源がオフにされる。その結果、高温水は、加熱システム２００からダクト３２０に沿ってフィルター２２０およびポンプ２１４を通過して流れる。この流れは、入口３０４へと続いたのち、Ｔ型バルブ３００の出口３０８を出る。この流れは、さらにダクト３２２に沿って続き、出口１１２を通過して流体配管１４６へ進む。この高温水が金型１０２を貫流するに伴い、当該水の熱が金型１０２へ伝達される。前記水は、より低温になり金型１０２を出て流体配管１４８に沿って流れ、入口１１４を通過する。流れはダクト３２４に沿って続き、フィルター２２２を通過して、Ｔ型バルブ３０２の入口３１４へ進む。最後に、前記水は出口３１０から流れ出たのち、ダクト３２６を通過して加熱システム２００に戻り、再び加熱されて使用される。任意選択で、Ｔ型バルブ３０２は前記第２の位置で動作でき、その場合、水は出口３１２から出て、ダクト３１８に沿って流れ、最終的に流体源１０４に入る（例えば、冷却塔）。
【００３９】
金型１０２の高速冷却中、Ｔ型バルブ３００および３０２は前記第２の位置で動作し、ポンプ２１４は電源がオフにされ、ポンプ２１６は電源がオンにされる。その結果、低温水は、流体源１０４から出て流体配管１５６に沿って流れ、入口１１８を経由する。この流れは、さらにダクト３１６に沿って続き、フィルター２１８および低温水ポンプ２１６を通過する。その低温水は、次いで入口３０６へ流れ、Ｔ型バルブ３００の出口３０８を出る。この流れは、さらにダクト３２２に沿って続き、出口１１２を通過して流体配管１４６へ進む。この低温水が金型１０２を貫流するに伴い、金型１０２の熱が当該水へ伝達される。前記水は、より高温になり金型１０２を出て流体配管１４８に沿って流れ、入口１１４を通過する。流れはダクト３２４に沿って続き、フィルター２２２を通過して、Ｔ型バルブ３０２の入口３１４へ進む。前記水は、出口３１２を出てダクト３１８に沿って引き続き流れ、出口１１６を通過する。最後に、前記水は流体配管１５４を貫流して流体源１０４に戻り、冷却される。
【００４０】
図４ａおよび４ｂは、本発明の別の一実施形態に係る代替金型温度制御ユニット４００を示したものである。この特定の実施形態において、流体源１０４と空気圧源１０６との間の流体交換は、ユニット４００が成形機のところへ運ばれ、前記加熱および冷却工程を制御するため金型に連結される前に実施される。図４ａは、充填状態におけるユニット４００を示し、図４ｂは、それに続く加熱および冷却制御状態におけるユニット４００を示している。前記充填状態において、ユニット４００は流体源１０４および空気圧源１０６に連結されている。充填中、それまでの用途による残留汚水は、すべて出口１１６を通じてユニット４００から除去され、清浄水が十分な動作レベルに達するまで入口１１８から新たな水が供給される。また、ユニット４００は、十分な動作圧に達するまで入口から圧縮空気で加圧される。
【００４１】
充填されたユニット４００は、流体源１０４および空気圧源１０６から連結解除される。次に、金型１０２のところへ運ばれ、これに連結されて、図４ｂに示すように加熱および冷却制御状態で動作する。ユニット４００は、流体源から切り離された状態で動作する能力を有するとして示しているが、連結された状態でも動作できる。
【００４２】
図５は、ユニット４００の斜視図を示したもので、ユニット４００には、蒸気発生器５００と、局所冷却システム５０２と、局所加熱システム２００と、局所ポンプシステム２０２と、局所フィルターシステム２０４と、局所制御システム２０６と、支持構造２０８とが含まれる。蒸気発生器５００は、加熱システム２００からの高温水を、金型１０２の加熱に使用できる蒸気へと変換するよう動作可能な内蔵装置である。上述のように、加熱システム２００は、加圧された高温水を提供する。冷却システム５０２は、金型１０２を冷却するため使用される水を冷却するよう動作可能な内蔵冷却システムである。冷却システム５０２には、低温水リザーバ５０４および除熱（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ）システム５０６が含まれる。低温水リザーバ５０４は水を収容し、除熱システム５０６は水から熱を取り除く。
【００４３】
ユニット４００は、従来の加熱および冷却システムに対し、いくつかの利点を提供する。例えば、ユニット４００は、遠隔流体源（例えば、ボイラー、冷却塔）が利用できない環境でも動作できる。そのような場合、ユニット１００は構成要素を完全に内蔵した自給式の閉ループシステムとして動作し、その場合、加熱および冷却に使用される流体はリサイクルされ、繰り返し使用される。任意選択で、ユニット４００は、遠隔流体源が利用できない環境において開ループシステムとして動作することができる。もう１つの利点として、ユニット４００は、非常に広い加熱および冷却温度範囲を有するため、多種多様な用途に適している。ユニット４００は、特定の用途に応じて、加熱システム２００からの液状の高温水または蒸気発生器５００からの蒸気を、加熱媒体として使用することができる。多くの用途において、加圧高温水は、蒸気を利用したシステムの利点を提供できるが、大幅な省エネルギーおよび可搬性を可能にする。また、ユニット４００は、冷却システム５０２からの冷却水または遠隔源からの低温水を、冷却媒体として使用することができる。
【００４４】
図６は、閉ループシステムとして動作するユニット４００を示した図で、この場合、ユニット４００は金型１０２に連結され、すべての外部流体源から切り離されている。ユニット４００内の流体の流量は、電気機械弁であるＴ型バルブ６００、６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、および６１２のセットにより調整され、これらはそれぞれ第１の位置または第２の位置で動作する。Ｔ型バルブ６００には、第１の入口６１４と、第２の入口６１６と、出口６１８とが含まれる。前記第１の位置では、入口６１４が閉じ、入口６１６が開いて、入口６１６に供給された流体だけが出口６１８から流出する。逆に、前記第２の位置では入口６１６が閉じ、入口６１４が開く。Ｔ型バルブ６０２には、第１の入口６２０と、第２の入口６２２と、出口６２４とが含まれる。その第１の位置では、入口６２０が閉じ、入口６２２が開く。第２の位置では、入口６２０が開き、入口６２２が閉じる。Ｔ型バルブ６０４には、第１の入口６２６と、第２の入口６２８と、出口６３０とが含まれる。その第１の位置では、入口６２６が閉じ、入口６２８が開く。第２の位置では、入口６２６が開き、入口６２８が閉じる。Ｔ型バルブ６０６には、入口６３２と、第１の出口６３４と、第２の出口６３６とが含まれる。その第１の位置では、出口６３４が閉じ、出口６３６が開く。第２の位置では、出口６３４が開き、出口６３６が閉じる。Ｔ型バルブ６０８には、入口６３８と、第１の出口６４０と、第２の出口６４２とが含まれる。その第１の位置では、出口６４０が閉じ、出口６４２が開く。第２の位置では、出口６４０が開き、出口６４２が閉じる。Ｔ型バルブ６１０には、第１の入口６４４と、第２の入口６４６と、出口６４８とが含まれる。その第１の位置では、入口６４４が閉じ、入口６４６が開く。第２の位置では、入口６４４が開き、入口６４６が閉じる。最後に、Ｔ型バルブ６１２には、第１の入口６５０と、第２の入口６５２と、出口６５４とが含まれる。その第１の位置では、入口６５０が閉じ、入口６５２が開く。第２の位置では、入口６５０が開き、入口６５２が閉じる。
【００４５】
ユニット４００の種々の構成要素は、複数の流体ダクト６５６、６５８、６６０、６６２、６６４、６６６、６６８、６７０、６７２、６７４、６７６、６７８、６８０、６８２、および６８４からなる流体ネットワークへと組み立てられている。ダクト６５６は、注水口１１８からの水を、Ｔ型バルブ６０４の注水口６２６と、Ｔ型バルブ６１２の注水口６５０と、Ｔ型バルブ６１２の注水口６４４とに誘導する。ダクト６５８は、出口６３６からの水を、ユニット４００の出口１１６へ誘導する。ダクト６６０は、Ｔ型バルブ６１０の出口６４８からの水を、加熱システム２００へ誘導する。ダクト６６２は、加熱システム２００からの高温水を、蒸気発生器５００と、Ｔ型バルブ６００の入口６１６との双方へ誘導する。ダクト６６４は、蒸気発生器５００から、Ｔ型バルブ６０２の入口６２２への誘導を行う。ダクト６６６は、Ｔ型バルブ６０２の出口６２４からの高温水または蒸気を、Ｔ型バルブ６００の入口６１６へ誘導する。ダクト６６８は、出口６５４からの水を冷却システム５０２へ誘導する。ダクト６７０は、冷却システム５０２からの冷却水を、Ｔ型バルブ６０４の入口６２８へ誘導する。ダクト６７２は、Ｔ型バルブ６０４の出口６３０からの水を、Ｔ型バルブ６００の入口６１４へ誘導する。ダクト６７４は、Ｔ型バルブ６００の出口６１８からの水を、ユニット４００の出口１１２へ誘導する。ダクト６７６は、ユニット４００の入口１１４からの水を、Ｔ型バルブ６０６の入口６３２へ誘導する。ダクト６７８は、Ｔ型バルブ６０６の出口６３４からの水を、Ｔ型バルブ６０８の入口６３８へ誘導する。ダクト６８０は、Ｔ型バルブ６０８の出口６４２からの水を、Ｔ型バルブ６１０の入口６４６へ誘導する。ダクト６８２は、出口６４０からの水を、Ｔ型バルブ６１２の入口６５２へ誘導する。ダクト６８４は、加熱システム２００を入口１２０に連結する空気圧配管である。
【００４６】
以下の例では、ユニット４００が閉ループシステムとして動作する場合の、高温水を介した金型１０２の加熱について説明する。Ｔ型バルブ６００、６０４、６０８、６１０、および６１２は、前記第１の位置で動作し、Ｔ型バルブ６０２および６０６は前記第２の位置で動作し、ポンプ２１４は電源がオンになり、ポンプ２１６は電源がオフになる。その結果、高温水は、加熱システム２００からダクト６６２に沿ってフィルター２２０およびポンプ２１４を通過して流れる。この流れは、入口６２０へと続いたのち、Ｔ型バルブ６００の出口６２４を出る。この流れは、さらにダクト６７４に沿って続き、出口１１２を通過して流体配管１４６へ進む。この高温水が金型１０２を貫流するに伴い、当該水の熱が金型１０２へ伝達される。前記水は、より低温になり金型１０２を出て流体配管１４８に沿って流れ、入口１１４を通過する。流れはダクト６７６に沿って続き、フィルター２２２を通過して、Ｔ型バルブ６０６の入口６３２へ進む。この流れは、Ｔ型バルブ６０６の出口６３４を出た後、ダクト６７８に沿って続き、Ｔ型バルブ６０８の入口６３８に入る。この流れは、出口６４２を出てダクト６８０に沿って続き、Ｔ型バルブ６１０の入口６４６に入る。最後に、前記水はＴ型バルブ６１０の出口６４８を出たのち、ダクト６６０に沿って流れ、加熱システム２００に戻り、再び加熱されて使用される。任意選択で、ユニット４００は、高温水ではなく蒸気を介して金型を加熱することもできる。蒸気が使用される場合、Ｔ型バルブ６０２は前記第１の位置で動作し、ポンプ２１４はオフになり、残りの構成要素は、高温水が使用される場合と同じ態様で動作する。Ｔ型バルブ６０２が前記第１の位置で動作する場合は、高温水の代わりに蒸気がＴ型バルブ６０２を通過する。
【００４７】
以下の例では、ユニット４００が閉ループシステムとして動作する場合の、冷却水を介した金型１０２の冷却について説明する。Ｔ型バルブ６０２、６０４、６０６、６１０、および６１２は、前記第１の位置で動作し、Ｔ型バルブ６００および６０８は前記第２の位置で動作し、ポンプ２１４は電源がオフになり、ポンプ２１６は電源がオンになる。その結果、低温水は、冷却システム５０２から出てダクト６７０に沿って流れ、入口６２８に入る。この流れは、Ｔ型バルブ６０４の出口６３０を出てダクト６７２に沿って続き、フィルター２１８および低温水ポンプ２１６を通過する。その低温水は、次いで入口６１４へ流れ、Ｔ型バルブ６００の出口６１８を出る。この流れは、さらにダクト６７４に沿って続き、出口１１２を通過して流体配管１４６へ進む。この低温水が金型１０２を貫流するに伴い、金型１０２の熱が当該水へ伝達される。前記水は、より高温になり金型１０２を出て流体配管１４８に沿って流れ、入口１１４を通過する。流れはダクト６７６に沿って続き、フィルター２２２を通過して、Ｔ型バルブ６０６の入口６３２へ進む。この水は、引き続き出口６３４を出てダクト６７８に沿って流れ、Ｔ型バルブ６０８の入口６３８に入る。前記水は、Ｔ型バルブ６０８の出口６４０を出た後、ダクト６８２に沿って流れ、Ｔ型バルブ６１２の入口６５２に入る。最後に、前記水はＴ型バルブ６１２の出口６５４を出たのち、ダクト６６８に沿って流れ、冷却システム５０２に戻る。次いでこの水は再び冷却されて使用される。
【００４８】
ユニット４００は開ループ冷却システムとしても動作でき、その場合は、冷却システム５０２がバイパスされ、遠隔流体源からの流体を使って、金型１０２が冷却されることを理解すべきである。例えば、Ｔ型バルブ６０６は前記第１の位置で動作し、Ｔ型バルブ６００、６０２、６０４、６０８、６１０、および６１２は、前記第２の位置で動作し、ポンプ２１４は電源がオフになり、ポンプ２１６は電源がオンになる。その結果、遠隔冷却源からの低温水は、入口１１４を通過し、ダクト６５６に沿って流れ、入口６２６へ入る。この流れは、Ｔ型バルブ６０４の出口６３０を出てダクト６７２に沿って続き、フィルター２１８および低温水ポンプ２１６を通過する。その低温水は、次いで入口６１４へ流れ、Ｔ型バルブ６００の出口６１８を出る。この流れは、さらにダクト６７４に沿って続き、出口１１２を通過して流体配管１４６へ進む。この低温水が金型１０２を貫流するに伴い、金型１０２の熱が当該水へ伝達される。前記水は、より高温になり金型１０２を出て流体配管１４８に沿って流れ、入口１１４を通過する。流れはダクト６７６に沿って続き、フィルター２２２を通過して、Ｔ型バルブ６０６の入口６３２へ進む。この水は、引き続き出口６３６を出てダクト６５８に沿って流れた後、出口１１６を通過してユニット４００を出る。
【００４９】
図７は、成形サイクルの一例の各種段階における、ユニット１００および４００のいずれか一方による金型１０２の急速加熱および冷却を例示した図である。また、金型１０２の特徴例も示して、本発明に関する理解を深めるようにしている。金型１０２にはキャビティ側７００およびコア側７０２が含まれ、この双方が一体的にキャビティ７０４を画成する。キャビティ側７００には、溶融プラスチックをキャビティ７０４内に容易に流し込むための流路７０６（例えば、スプルー）が含まれる。コア側７０２には流路１０８が含まれており、上記のとおり、流路１０８は金型１０２内を通過する高温流体および低温流体の双方の流れを促進する。当業者であれば、金型１０２の具体的な細部設計が特定用途に応じて異なることと、そのため本発明にとり本質的ではないこととが理解できるであろう。
【００５０】
成形サイクルの例としては、固定段階７０８、射出段階７１０、硬化段階７１２、冷却段階７１４、および取り出し段階７１６などがある。前記固定段階７０８では、キャビティ側７００およびコア側７０２を閉じて固定すなわち型締めした状態で、出口１１２から流路１０８を通じて入口１１４へ高温流体をポンプ移送する。前記高温流体が流れ続けるに伴い、金型１０２の温度は所定の射出温度に近づく。その温度に達した時点で、前記射出段階７１０が始まり、一定量の溶融プラスチック７１８が流路７０６を通じてキャビティ７０４内に射出される。次に、前記高温流体がまだ流れている状態で、当該工程は、前記硬化段階７１２に入り、前記プラスチックが所定の硬化温度に達するまで加圧状態で保たれる。前記硬化温度に達した直後、当該工程は前記冷却段階７１４に入り、前記高温流体の流れが停止して、同じ流路に低温水が流れ始める。プラスチック７１８が十分硬くなり取り出し可能になるまで、前記低温流体が流れ続け、金型１０２の温度は急速に低下する。当該工程が前記取り出し段階７１６に入ると、前記低温流体の流れは停止し、前記高温流体が流れ出して次の成形サイクルの固定段階の準備が始まる。この時点で、キャビティ側７００およびコア側７０２は分離し、何らかの適切な手段でプラスチック７１８が取り出される。続けて、高温流体がまだ経路１０８を貫流している状態で固定段階７００が再び始まり、このサイクルが続く。
【００５１】
ユニット１００および４００は、各成形サイクル中、金型１０２を急速に加熱および冷却することができる。加圧高温水を使うと、１００℃〜１５０℃の温度に金型１０２を加熱でき、通常は１３０℃で良好な結果が得られる。また低温水を使うと、３０℃〜８５℃範囲の温度まで金型１０２を冷却でき、通常は７０℃で良好な結果が得られる。ユニット１００および４００による急速な加熱および冷却で、非常に短い成形サイクルタイムが容易になる。成形工程によっては、１５秒〜１０分という短いサイクルタイムを達成することができる。１５秒〜１分範囲のサイクルタイムでは、光沢度の高い優れた成形部品が得られる。この高速サイクルタイムでは、優れた部品品質が得られるほか、部品の歩留まりが著しく向上する。
【００５２】
また、ユニット１００および４００には、プログラム可能で成形機と連動できるという利点がある。これらのユニットでは、特定の成形工程について特定のプログラムが確立されていれば、そのプログラムと、金型および／または成形機からのフィードバックとに基づいて前記金型を加熱および冷却でき、また前記成形機に制御信号を提供できる。これにより、非常に正確で再現可能な熱サイクルが得られる。
【００５３】
図８は、金型温度制御ユニットを使用する方法８００を要約したフローチャートである。第１の工程８０２では、金型温度制御ユニットを提供する。次に、第２の工程８０４で流体源を提供する。次いで、第３の工程８０６で金型を提供する。次に、第４の工程８０８で前記金型温度ユニットを前記流体源に連結する。続けて、第５の工程８１０で前記流体源から前記金型温度制御ユニットに流体を移す。次いで、第６の工程８１２で前記金型温度制御ユニットを前記流体源から連結解除する。次に、第７の工程８１４で前記金型温度制御ユニットを前記金型に連結する。最後に、第８の工程８１６で前記金型温度制御ユニットから前記金型に流体を送る。前記金型内における前記流体の循環により、成形工程中、前記金型が急速に加熱および冷却される。
【００５４】
本発明の特定の実施形態に関する説明は、以上のとおりである。上述した特徴の多くは、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、置換、変更、または省略できる。例えば、水に代えて、代替熱媒体（例えば、油）を使用してもよい。別の例として、前記Ｔ型バルブおよび遮断弁を代替バルブおよび／またはバルブシステムで置き換えてもよい。さらに別の例として、上記で示したホイールについては、管、リフトアップシャックル、軌道、スプロケットなどを受容するフォークリフトを含む代替運搬装置で置き換えることができるが、これらに限定されるものではない。以上に示した特定の実施形態に対するこれらの変更形態等は、当業者が特に上記の開示を考慮すれば、明確に理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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