(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホットランナーノズル組立体のゲートを開閉するのに使用されている前記ホットランナーノズル組立体の弁ステムを作動させる空気ピストン・シリンダー装置であって、
前記ホットランナーノズル組立体は、ホットランナーマニホールドとホットランナーバックプレートとであって、これらの間に圧縮力が加えられているものを備えており、
前記空気ピストン・シリンダー装置は、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間に配置されている、
前記空気ピストン・シリンダー装置において、
前記弁ステムに連結されるべく構成されている空気ピストンと、
空気ピストンシリンダーであって、前記空気ピストンとの空気シールを形成すべき寸法に定められていると共に、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間に加えられている前記圧縮力の一部分を前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間で伝達すべく配置されているものと、
撓み部材であって、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間に前記圧縮力が加えられたときに撓むべく配置されているものと、
を具備していることを特徴とする空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーとの一体品である請求項１の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項３】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーの頂部における環状のベベルから成っている請求項２の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項４】
前記ベベルが、その中に円形の開口を有している請求項３の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項５】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーの底部に形成されているフランジから成っている請求項２の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項６】
前記圧縮力の前記一部分とは別の前記圧縮力の部分を前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間で伝達すべく配置されているバックアップパッドを更に具備している請求項１の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項７】
前記バックアップパッドが、前記圧縮力の第１の部分を前記ホットランナーバックプレートへ直接伝達し且つ前記圧縮力の第２の部分を前記ホットランナーバックプレートへ前記空気ピストンシリンダーを介して伝達する請求項６の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項８】
前記バックアップパッドが、このバックアップパッドを介して前記ホットランナーマニホールドから前記ホットランナーバックプレートへ熱を直接伝達することによって前記空気ピストンシリンダーを介しての熱伝達を低減させるべく、配置されている請求項６の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項９】
前記撓み部材が、前記バックアップパッドとの一体品として形成されている請求項６の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１０】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーと前記バックアップパッドとの間に配置されている請求項６の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１１】
前記空気ピストンシリンダーが、前記バックアップパッドが伝達する圧縮力よりも小さい圧縮力を伝達する請求項６の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１２】
前記圧縮力の前記一部分が、前記ホットランナーマニホールドとの空気シールを前記空気ピストンシリンダーが維持することを引き起こす請求項１の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１３】
前記空気ピストンシリンダーが、円筒状の部品であって、この円筒状の部品の一方の端部におけるベベル形状と、この円筒状の部品の１つ以上の壁を貫通するようにして形成されている２つの空気穴とを有しているものから成っている請求項１の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１４】
前記撓み部材が、ばねである請求項１の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１５】
ホットランナーノズル組立体のゲートを開閉するのに使用されている前記ホットランナーノズル組立体の弁ステムを作動させる空気ピストン・シリンダー装置であって、
前記ホットランナーノズル組立体は、ホットランナーマニホールドとホットランナーバックプレートとであって、これらの間に圧縮力を加えられているものを備えており、
前記空気ピストン・シリンダー装置は、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間に配置されている、
前記空気ピストン・シリンダー装置において、
前記弁ステムに連結されるべく構成されている空気ピストンと、
前記空気ピストンと係合する空気ピストンシリンダーであって、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間で前記圧縮力を伝達する第１の伝達路を提供しているものと、
前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間で前記圧縮力を伝達する第２の伝達路を提供すべく配置されているバックアップパッドと、
を具備していることを特徴とする空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１６】
前記空気ピストンシリンダーと前記ホットランナーマニホールドとの間の空気シールを保つべく前記圧縮力の下で撓む撓み部材を更に具備している請求項１５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１７】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーの頂部におけるベベルとして形成されている請求項１６の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１８】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーの底部におけるフランジとして形成されている請求項１６の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項１９】
前記撓み部材が、前記バックアップパッドと前記空気ピストンシリンダーとの間に配置されているディスクばねから成っている請求項１６の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２０】
前記第１の伝達路及び前記第２の伝達路が、共に、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間で熱を伝達する請求項１５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２１】
ホットランナーノズル組立体のゲートを開閉するのに使用されている前記ホットランナーノズル組立体の弁ステムを作動させる空気ピストン・シリンダー装置であって、
前記ホットランナーノズル組立体は、ホットランナーマニホールドとホットランナーバックプレートとであって、これらの間に圧縮力が加えられているものを備えており、
前記空気ピストン・シリンダー装置は、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間に配置されている、
前記空気ピストン・シリンダー装置において、
前記弁ステムに連結されるべく構成されている空気ピストンと、
前記空気ピストンと係合する空気ピストンシリンダーであって、前記ホットランナーバックプレートにおける空気チャンネルと空気連通していると共に、前記圧縮力の一部分を前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間で伝達して、前記空気ピストンシリンダーと前記空気チャンネルとの間で空気シールが維持されることを引き起こすべく、配置されているものと、
を具備していることを特徴とする空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２２】
前記圧縮力の前記一部分とは別の前記圧縮力の部分であって、前記空気ピストンシリンダーによって伝達されないものを伝達するバックアップパッドを更に具備している請求項２１の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２３】
前記空気ピストンシリンダーが、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間で熱を伝達する第１の伝達路を提供しており、且つ、前記バックアップパッドが、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間で熱を伝達する第２の伝達路を提供している請求項２２の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２４】
種々の圧縮力の下で前記空気シールを維持すべく配置されているばねを更に具備している請求項２３の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２５】
ホットランナーノズル組立体のゲートを開閉するのに使用されている前記ホットランナーノズル組立体の弁ステムを作動させる空気ピストン・シリンダー装置であって、
前記ホットランナーノズル組立体は、ホットランナーマニホールドとホットランナーバックプレートとであって、これらの間に圧縮力が加えられており且つこれらの間で熱が伝達されているものを備えており、
前記空気ピストン・シリンダー装置は、前記ホットランナーマニホールドと前記ホットランナーバックプレートとの間に配置されている、
前記空気ピストン・シリンダー装置において、
前記弁ステムに連結されるべく構成されている空気ピストンと、
前記空気ピストンとの空気シールを形成している空気ピストンシリンダーであって、前記ホットランナーバックプレートにおける空気チャンネルと空気連通していると共に、前記圧縮力の一部分と前記熱の一部分とを、前記ホットランナーバックプレートと前記ホットランナーマニホールドとの間で伝達するものと、
前記ホットランナーマニホールド及び前記ホットランナーバックプレートと接触しているバックアップパッドであって、前記ホットランナーバックプレートと前記ホットランナーマニホールドとの間で、前記圧縮力の前記一部分とは別の前記圧縮力の部分及び前記熱の前記一部分とは別の前記熱の部分の両方を伝達するものと、
前記ホットランナーバックプレートと前記ホットランナーマニホールドとの間の前記圧縮力を吸収する撓み部材であって、前記空気ピストンシリンダーと前記空気チャンネルとの間の空気シールを維持するものと、
を具備していることを特徴とする空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２６】
前記空気ピストンが、前記空気ピストンシリンダーと接触しているピストンシールを有していると共に、前記空気ピストンの中心から前記ピストンシールへの熱伝達を妨げるべく、この空気ピストンの厚さが局部的に減少させられている部分を有している請求項２５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２７】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーとの一体品のベベルから成っている請求項２５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２８】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーとの一体品のフランジから成っている請求項２５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項２９】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーの内方に突出している底部から成っている請求項２５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項３０】
前記撓み部材が、前記空気ピストンシリンダーと前記バックアップパッドとの間に配置されているディスクばねから成っている請求項２５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項３１】
前記撓み部材が、前記バックアップパッドとの一体品から形成されている請求項２５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項３２】
前記バックアップパッドが、前記空気ピストンシリンダー、前記ホットランナーバックプレート及び前記ホットランナーマニホールドと接触すべく配置されている請求項２５の空気ピストン・シリンダー装置。
【請求項３３】
前記バックアップパッドが、前記空気ピストンシリンダー及び前記ホットランナーバックプレートの両方に前記圧縮力を伝達すべく配置されている請求項２５の空気ピストン・シリンダー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ホットランナープラスチック射出成形において通常使用されている弁ゲートピストン組立体における改良に関する。特に、本発明は、改良された空気ピストンシリンダー装置及び方法であって、向上したシーリング、向上した熱管理性、より安価な部品、及びより長いシール寿命をもたらすものに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ホットランナー弁ゲート組立体は、射出成形技術においては周知である。Ｒｅｅｓへの米国特許第４,１７３,４４８号は、典型的な構成を示しており、この構成においては、弁ステムが、シリンダー内に収容されている空気ピストンによって上下動させられる。弁ブッシュが、ホットランナーマニホールド内に装着されていると共に、熔融体チャンネル内にプラスチックをシールすべく設計されている。しかしながら、この設計の一の欠点は、マニホールドから伝わるかなりの圧縮力の全てをシリンダー壁が金型バッキングプレートへ伝達することを要求されている、ということである。同時に、シリンダー壁は、バッキングプレートにおける空気供給チャンネルとブッシュ内に収容されているシリンダーとの間に、複動ピストンの空気圧動作用の空気シールを結果的にもたらさなければならない。更に、組立体の構成要素に過度の応力を加えることなく、空気又は樹脂の漏れを防止する、完璧にバランスの取れた十分な圧縮を達成するために、バッキングプレートの内腔の深さは、非常に厳しい公差で製造されなければならない。同様に、弁ゲート組立体の種々の構成要素も、厳しい公差に従わせられ、それらの全てが、コストを大いに上昇させる。
【０００３】
更に、現行のシリンダー壁は、マニホールドが横方向に熱膨脹し、これによって金型バッキングプレートの面を横切る方向にブッシュ組立体が摺動させられる際に、それらのシリンダー壁に作用する横力に耐えるに十分に強くなければならない。 ４４８特許のデザインにおいては、空気ピストンの複動運動がもたらされ得るように、シリンダー壁は、また、バッキングプレートからピストンの真下のシリンダー空間へ搬送されるべき空気用の導管を収容している。後者の理由のために、シリンダー壁は、局部的に厚くされている。シリンダー壁に沿って伝えられるマニホールドからの熱がシリンダーの内面を高温にし、これにより、その壁の面に沿って摺動しなければならないピストンシールの寿命が劇的に短縮させられる、という点において、そのことは、現行のシリンダーデザインに伴う別の問題を提供している。更に、弁ステム(熱いプラスチック熔融体の流れによって直接取り囲まれている)を介してピストンに伝えられる熱も、ピストンを高温にし、ピストンシールの劣化に更に寄与する。また、シールを交換するためには、ピストンがシリンダーの背面から引き抜かれ得るように、バッキングプレートが、取り外されなければならない。
【０００４】
別の弁ゲートピストン組立体が、Ｄａｒｎｅｌｌへの米国特許第３,０３７,２４５号に示されており、この特許は、バッキングプレート内に完全に装着されているシリンダー内に収容されている空気ピストンを示している。弁ブッシュ２８は、図１におけるマニホールド内に装着されている別体品であり、又は、図２に示されているように、シリンダーへの付属品として装着されている別体品である。これらの構成要素は、構造的な無欠性及び適切なシーリング力に要求される厳しい公差の故に、非常に高価である。更に、厚肉のシリンダー及びピストンそれ自体も、過熱によるピストンシールの早期劣化を引き起こす。圧縮シーリング力は、専らブッシュ壁を介してのみ、マニホールドからバックプレートへ伝達される。
【０００５】
Ｆｅｒｎａｎｄｅｚへの米国特許第４,２１３,７５１号は、プラスチックを弁ステムで４４においてシールするノズルハウジングに依存している。空気ピストン組立体は、バッキングプレート内に完全に配置されており、もって、低温環境が、良好なシール寿命に役立つ。全圧縮力が、別体のブッシュ７０を介して、マニホールドからバックプレートへ直接伝達され、シリンダー壁を通して伝達される力は、全く無い。しかしながら、空気ピストン組立体は、バックプレートに固定されており、マニホールドが熱膨張する際にそれと一緒に横方向に摺動することができないので、弁ステム４２は、それらの二者の間のその相対的な運動を吸収すべく、撓まなければならない。この結果、ステムは、ノズルハウジングの内側のシールの直径を４６において摩耗させる傾向があり、最後には、プラスチックは、その箇所で漏出することを引き起こされる。更に、ステムの撓みは、ピストンブッシュ６８が摩耗することを引き起こし、これは、シリンダーから空気が漏れるのを可能にする。同様に、Ｇｅｌｌｅｒｔへの米国特許第４,４６９,１９１号は、撓む弁ステムの同じ特徴を示している。 １９１特許は、マニホールドからの圧縮力をバックプレートへ伝達させる方法に関する教示を何ら与えていない。
【０００６】
Ｓｃｈｍｉｄｔへの米国特許第５,０２２,８４６号は、別の撓みステム構成を示している。しかしながら、 ８４６特許においては、プラスチックをシールする弁ブッシュは、マニホールドに装着されていると共に、ピストン組立体内の空気用の底部シールとして作用する。グラファイトのピストンシールが、より安価ではあるが、より温度に敏感なポリマーシールの代わりに、使用されている。 ８４６特許のシールは、バッキングプレート内の通り穴の内腔の内側に直接広がっており、これは、内腔の深さに厳しい公差を要求することはないが、内腔の高価な表面仕上げを要求し得る。また、ステムの撓み作用は、マニホールドにおけるブッシュの摩耗を引き起こす。圧縮力は、ブッシュ５６を通してマニホールドからバックプレートへ完全に伝達される。
【０００７】
ＬａＢｉａｎｃａへの米国特許第５,０７１,３４０号は、プレート内の摺動シールを備えている在来の弁ブッシュ構成体を示している。しかしながら、ピストンへの空気の供給は、弁ステムの冷却をもたらすべく、その弁ステムを通過するようにルートを定められている。空気ピストンのシールがその上で働かされるところの面の温度における低下は、全く無く、そして、マニホールドからの全圧縮力が、シリンダー壁を介してバックプレートへ伝達される。
【０００８】
Ｇｅｓｓｎｅｒへの米国特許第５,３７４,１８２号は、摺動シールを備えている在来の弁ブッシュの別の具体例を示している。 ３４０特許においては、ブッシュ１３０及びシリンダー本体１３６は、ナット１５８で一体となるように締着されている２つの部品である。厳しい公差が、依然として、シリンダーとプレート内腔深さとに対して要求されている。更に、シリンダー壁及びピストンのデザインは、ピストンのシールがその上で働くところの面の温度を低下させることを全くしない。マニホールドからの全圧縮力が、シリンダー壁を介してバックプレートへ伝達される。 ３４０特許は、シリンダーとバックプレートとの間の空気シールを維持するのに熱圧縮力が使用されるところの他の全ての構成と同様に、スタックを組み立てる構成要素の製造公差が非常に厳密に制御される(典型的には±０.０００５″)、ということを要求する。明らかに、これは、製造コストを非常に高くする。例えば、バックプレートにおける内腔の深さは、±０.０００２″の公差を典型的に有している。更に、シリンダー壁を通して伝達される圧縮力は、１０,０００〜２０,０００ポンドのオーダーであり、このことは、それらの力を伝達する構成要素が鋼又は同等の高力材料で作られることを要求し、それらの鋼又は同等の高力材料は、比較的薄い断面においてさえ、依然として良好な熱伝導体である。
【０００９】
ＭｃＧｒｅｖｙへの米国特許第５,４７８,２３０号は、スタック金型における使用に適している背合せ構成体に装着される弁ゲート組立体を開示している。この構成においては、弁ピストン組立体は、マニホールドの内側の共通のシリンダーハウジング内に装着されている。ピストンの両側への空気の供給は、シリンダー壁の外側に沿ってルートを定められている。しかしながら、ピストンのシールがそれに沿って働くところの面を冷却すべく空気を使用することの開示は、全く無い。実際、 ２３０特許は、高価な「強化高温プラスチック」でシールが作られている(第５蘭第１２行)、ということを開示している。シールを交換するには、支持プレート・マニホールド組立体が、分解されなければならず、これは、時間の掛かる、高コストの作業である。
【００１０】
従って、弁ゲート空気ピストン組立体であって、この弁ゲート空気ピストン組立体においては、製造公差が増大させられ得、安価なピストンシールが使用され得、長い有効寿命に亘る有効な動作が達成され得、且つサービスを容易にするためのシールへの簡単なアクセスがもたらされ得る、ものに対するニーズが、存在する。
【００１１】
【発明の概要】
本発明は、ホットランナー金型において使用するための改良された弁ゲートピストン組立体を提供し、この弁ゲートピストン組立体においては、マニホールドとバックプレートとの間の圧縮力の一部のみが、金型プレートに対する空気シールを維持すべく、ピストンシリンダーを通して伝達される。好適に、ピストンシリンダーは、十分な空気シーリング力をもたらすべく、一体のばね手段又は弾性手段を用いており、これにより、より低い精度及びより低いコストで組立体の構成部品が作られることが、可能になる。好適に、バックアップパッドが、マニホールドとバックプレートとの間で圧縮力を伝達する第２の路として使用されている。この第２の路は、また、かなりの量の熱をもマニホールドからバックプレートへ伝達し、これにより、ピストンシリンダーの温度が、下がり、より長いピストンシール寿命が、もたらされる。
【００１２】
本発明の第１の側面によると、ホットランナーノズル組立体用の空気シリンダー装置は、空気ピストンシリンダーであって、空気ピストンとの空気シールを形成する寸法に定められており且つ全圧縮力よりも小さい圧縮力をホットランナーマニホールドとバックプレートとの間で伝達すべく配置されているものを備えている。ばねであって、ホットランナーマニホールドとバックプレートとの間に圧縮力が加えられると撓むものが、配置されている。
【００１３】
本発明の別の側面によると、ホットランナーノズル組立体の空気ピストン用の装置は、空気ピストンと係合する空気ピストンシリンダーを備えている。空気ピストンシリンダーは、ホットランナーマニホールドとバックプレートとの間で圧縮力を伝達する第１の路を提供する。バックアップパッドが、ホットランナーマニホールドとバックプレートとの間で圧縮力を伝達する第２の路を提供すべく配置されている。
【００１４】
本発明の更なる側面によると、ホットランナーノズル用の空気シリンダーは、バックプレートにおけるチャンネルと空気連通しているピストンシリンダーを備えている。ピストンシリンダーは、ピストンシリンダーと空気チャンネルとの間で空気シールが維持されるのを引き起こすべく、全圧縮力よりも小さい圧縮力をマニホールドとバックプレートとの間で伝達すべく配置されている。
【００１５】
本発明の更に別の側面によると、ホットランナー組立体における空気ピストン用の装置は、ピストンシリンダーであって、空気ピストンとの空気シールを形成しており且つホットランナーバックプレートにおける空気チャンネルと空気連通しているものを備えている。ピストンシリンダーは、全圧縮力よりも小さい圧縮力と全熱伝達よりも少ない熱伝達とを、バックプレートとマニホールドとの間で伝達する。バックアップパッドであって、圧縮力及び熱伝達の両方をバックプレートとマニホールドとの間で伝達するものが、マニホールドとバックプレートとに接触した状態で配置されている。撓み部材であって、ピストンシリンダーと空気チャンネルとの間の空気シールを維持すべく、バックプレートとマニホールドとの間の圧縮力を吸収するものが、設けられている。
【００１６】
本発明の更に別の側面によると、ホットランナーノズル組立体における空気ピストンをシールする方法は、(ｉ)ホットランナーマニホールドとバックプレートとの間に配置されているピストンシリンダーで空気ピストンをシールする工程と、(ii)ピストンシリンダーを介して且つバックアップパッドを介してホットランナーマニホールドとバックプレートとの間で伝達されるべき圧縮力を生じさせる工程とを備えている。
【００１７】
【好適な実施形態の詳細な記載】
本発明は、全圧縮力よりも小さい圧縮力がピストンシリンダーを介してマニホールドとバックプレートとの間で伝達されるということを保証することにより、向上したシーリング、より長い部品寿命、及び低い製造コストを達成する。好適に、バックアップパッドが、それらの圧縮力を伝達する第２の路として使用される。バックアップパッドは、また、マニホールドからバックプレートへ熱を伝達する第２の路をも提供し、これにより、ピストンシリンダーを介して伝達される熱が、減少されられる。好適な形態においては、ピストンシリンダーは、このピストンシリンダーとバックプレートにおける空気チャンネルとの間に十分なシーリング力を供給する一体のばね(ベベル又はフランジ)を、その一端部に有している。
【００１８】
本発明において、マニホールドに対するスタックのシーリング圧力を維持する、ノズルハウジング組立体及びばねパックの全体は、Ｇｅｓｓｎｅｒへの米国特許第５,３７４,１８２号(これを引用することによって本明細書に組み入れられている)に記載されているものと同様である。しかしながら、Ｇｅｓｓｎｅｒの多数のばねスタックは、単一のばねワッシャー及び絶縁体(後述される)で置き換えられているが、それらの機能、即ち、構成要素の温度に拘わりなくノズルハウジングとマニホールドとの間の圧縮シーリング力を維持するということは、同じである。
【００１９】
図１を参照するに、ホットランナーのマニホールド１は、プラスチック熔融体チャンネル２と、ヒーター３とを備えている。ブッシュ４が、マニホールドにおける内腔を通して組み込まれており、この場合、合せピン５が、ブッシュにおける熔融体チャンネル６をマニホールドにおける熔融体チャンネル２と整合させている。ノズルハウジング７が、ばねワッシャー８によってブッシュの頭部に対して押圧されており、そのばねワッシャー８は、マニホールド板１０における内腔内に配置されているチタン絶縁体９の上に載っている。ノズルハウジングは、ヒーター１１によって加熱されると共に、チップ１２を搭載しており、このチップ１２は、ハウジングを金型キャビティインサート１３内に配置している。チップ１２がハウジングに螺子作用で着脱される際にハウジング７が回転するのを防止すべく、回転防止クリップ１４が、使用されている。
【００２０】
ブッシュ４は、ナット１５によってマニホールド内に保持されており、そのナット１５は、バックアップパッド１６を捕捉していると共に、締め付けられると、金属“Ｏ”リング１７がしっかりとシールすることを引き起こし、これにより、ブッシュ４の内腔に沿うプラスチックの漏出が、防止される。バックアップパッド１６は、ばねワッシャー８によってマニホールドに加えられる圧縮力の大部分に抵抗する。バックアップワッシャーは、この部分的な力を、環状の肩部１９を介して、バックプレート１８に直接伝達する。ヒーター３により、そして、間接的にノズルヒーター１１により、マニホールドが加熱されると、それは、ブッシュ４がノズルハウジング７の接合面上を摺動するのを引き起こしつつ且つバックアップパッド１６の肩部１９がバックプレート１８の表面上を摺動するのを引き起こしつつ、横方向に膨脹する。弁ステム２０であって、ブッシュ４を通るようにして案内され且つノズルチップ１２の端部におけるゲート２１を閉じるのに使用されるものも、マニホールドが膨脹するにつれて、それと共に横方向に移動する。ステムの撓みは、起こらない。
【００２１】
ピストン/シリンダー構成体の好適な実施形態の拡大断面図が、図４に示されている。空気ピストン２２は、止め螺子２３を介して弁ステム２０の頭部を保持しており、もって、ピストン２２が移動させられると、ステムは、移動する。ピストン２２は、シリンダー２５の内面上を摺動するシール２４を有しており、このシール２４は、ピストンの互いに反対側にある面の間の空気シールを維持し、もって、圧縮空気がチャンネル２６を介しシリンダー２５の頂部における穴２７を介して入るのを許容されると、それは、ピストンが下方に移動することを引き起こし、これにより、ゲート２１は、ステム２０によって閉じられる。圧縮空気がチャンネル２８を介しシリンダー２５の側壁における穴２９を介して入るのを許容されると、それは、ピストンが上方に移動することを引き起こし、これにより、ゲート２１は、後退しつつあるステム２０によって開けられる。
【００２２】
シリンダー２５は、薄肉の金属部品であると共に、僅かに高くされた環状のベベル３０に形成されている上端部を有しており、もって、この端壁は、シリンダーをマニホールド１に向けて絶えず押圧しているばねのように作用する。シリンダーの下縁部３１は、バックアップパッド１６における嵌込み環状段部内にぴったりと嵌入している。ばねワッシャー８からの十分な圧縮シーリング力は、シリンダー２５の壁を通るように方向付けられており、もって、組立体の全ての作業温度において、空気シールが、下縁部３１とベベル３０とにおいて維持される。これは、作業の間に、チャンネル２６及び２８からの空気の漏れがそれぞれ存在しないということを、保証する。シリンダーをシールするのに必要な力は、１０００〜２０００ポンドのオーダーであり、従来技術のデザインの１０分の１である。スタック品を製造するのに必要な公差は、±０.００５″のオーダーであり、従来技術のデザインよりも１０倍大きい。一例として、シリンダー２５は、０.５〜２.０ｍｍの肉厚、２５〜１００ｍｍの直径、及び１５〜７５ｍｍの高さを有している金属シリンダーから成り得る。頂部におけるベベルは、数ｍｍ高くなり得且つその頂部に５〜１５ｍｍの開口を有し得る。このシリンダーを通して伝達される圧縮力は、数１００ポンドから数１０００ポンドのオーダーであり得る。
【００２３】
スタックの全圧縮シーリング力を空気シリンダーの壁を介してバックプレートに伝達するところの従来技術の構成は、その力を伝達するに十分に強いシリンダー壁を必要としていた。これは、過去においては、鋼(典型的にはＨ−１３等)と、荷重に耐えるに十分な厚さの壁とを用いることにより、達成されていた。これは、マニホールドから冷却されているバックプレートへとシリンダー壁を介して熱を伝達することにおける、そこそこ有能な熱伝導体として、壁が作用することをも引き起こし、これにより、空気ピストンシール用の走行面は、所望されているよりも熱くなることを強いられる。これに対し、本発明によれば、より薄く、より耐熱性の材料が、シリンダー２５の構造に使用され得、これにより、ピストンのシールがシリンダーの壁と接触するところの温度は、より低くなる。より詳細には、本発明においては、シリンダーの壁は、バックプレート１８とのその接触面において空気シールを維持するに十分に強いということを必要としているだけである。シリンダー又はより弾性的なシリンダー構造と結び付いているばね手段を組み入れることにより、バックプレートの内腔の深さの公差とシリンダーの高さの公差とが、増大させられ得、これは、製造コストを引き下げる。ばねワッシャー８からの圧縮力の大部分は、バックアップパッド１６を介して、肩部１９におけるバックプレート１８に向けられている。この結果、シリンダーの壁は、従来使用されていたものよりも、より薄く、より弱い材料で作られ得、従って、より大きい耐熱性を有し得、これにより、空気ピストン用の走行面の温度は、長い有効寿命を維持しつつ、より低い価格のシールが使用されるのを可能にするに十分に低くなる。ブッシュ４及びバックアップパッド１６におけるドレン通路３５及び３６が、弁ステムに沿って漏出するプラスチックが脱出するのを可能にする。
【００２４】
シールの周囲の温度を最小にすべくデザインされている第２の特徴は、ピストン２２それ自体の形状である。従来技術のピストンとは異なり、本発明は、シールが位置させられているところの周縁フランジ３４にハブ３３を半径方向に接続している薄い断面部３２を設けることを教示している。熱い弁ステムの頭部から熱を伝え得るピストン材料の断面を局部的に減少させることにより、ピストンのシール領域の温度は、かなり低下させられる。あるいは、ピストンは、エンジニアリングポリマーのような、高い熱伝導抵抗性を有している材料で作られ得る。
【００２５】
これらのデザインの特徴の熱的な特性が、図２と図３との間で対比される。図２は、米国特許第５,３７４,１８２号に示されているものと同様なデザインについての熱プロファイルを示している。熱は、ブッシュ及びシリンダー壁を介してマニホールド(赤)から冷却されているバックプレート(青)に伝えられる。この場所におけるマニホールドから失われる熱の殆ど全ては、この伝導ルートを介して、８６.５ワット失われる一方、より少ない量の９.２ワット及び１１.９ワットが、放射によって失われる。図は、また、ピストンのシールが働かなければならないところのシリンダーの壁面の温度１３５.２℃をも示している。これに対し、図３は、本発明の発明デザインの熱プロファイルを示している。今度も、熱の大部分は、バックアップパッド及びバックプレートの接触領域を通過する伝導ルートを介して、９１.２ワット失われる。しかしながら、シール用のシリンダー壁の表面温度は、ここでは９８.１℃である。これは、以前のデザインよりもかなり低く、そして、これは、より安価なシールが使用され得ると同時に長い有効寿命が依然としてもたらされ得る、ということを意味している。
【００２６】
もし必要ならば、バックプレートとシリンダー２４とを取り外すことにより、ピストンのシール２４は、簡単に交換され得、これにより、組立体の修理容易性が、維持される。
【００２７】
本発明に係る空気ピストン組立体のデザインの第２の利点は、空気供給チャンネル２６及び２８が、バックプレートの錐もみを低コストにすべく、それぞれ単純化され得る、ということである。 １８２特許のような幾つかの従来技術のデザインは、両方の空気供給チャンネルがシリンダー壁のシーリング面に設けられることを要求していた。これは、プレートにおける錐もみが、より複雑であったということと、シリンダーのシーリング平面の後のバックプレートの厚さの中に両方の回路を収容すべく、そのプレートにおける錐もみが、プレートがより厚くなることをしばしば要求していたということとを、意味している。
【００２８】
図５及び図６は、本発明のピストン/シリンダーの構成の代替実施形態を示している。共通の品目は、同じ数字を有している。図５は、薄肉のシリンダー５５を示しており、このシリンダー５５は、ばね様特性を有しているフランジを両端部に有しており、これにより、組み立て時に調整され得る撓みの範囲が、増大させられる。バックアップパッド５６は、下方フランジ５８を位置させるための環状凹面５７を提供すべく変更されている。バックアップパッド５６を通して伝達される圧縮力は、例えば１,０００〜２０,０００ポンドであり得ると共に、高くされた環状リブ５９を介してバックプレート１８に伝達される。空気は、幾つかの穴６０を介してピストン２２の下側部に供給され、それらの穴６０は、シリンダーの下方フランジ５８を貫通するようにして、そのシリンダーのフランジが形成されるのと同時に、打ち抜かれ得、これにより、個別の作業のコストが、節減される。
【００２９】
図６は、第２代替実施形態を示しており、この第２代替実施形態においては、薄肉のシリンダー６５は、ナット１５の真下に捕捉されている閉鎖端部と、バックプレート１８における内腔の底部に対してシールを形成している開放端部とを有している。シリンダーの閉鎖端壁６７は、ばね様特性を有していると共に、撓むことが可能であり、もって、それは、バックプレート１８における内腔の底部に対する空気シールを行なうべく、シリンダー壁の開放端部を絶えず押圧している。前のように、空気ピストン２２の下部への空気の供給をもたらすべく、幾つかの穴６８が、シリンダーの端壁６７を貫通するようにして打ち抜かれ得る。この構成においては、バックアップパッド６６は、環状肩部６９を介してバックプレート１８に圧縮力を直接伝達するための、単純化された構造を有している。
【００３０】
図７は、第３代替実施形態を示しており、この第３代替実施形態においては、図６に示されているものと同様の、薄肉のシリンダー７１は、ばね様特性を有している閉鎖端壁７２を有しており、もって、それは、撓むことが可能であると共に、バックプレート１８における内腔の底部に対する空気シールを行なうべく、シリンダー壁の開放端部を絶えず押圧している。バックアップパッド７３は、チタン製部品であり、このチタン製部品は、マニホールド１から冷却されているバックプレート１８への熱の伝導を最小にすべく、薄い断面を有している。バックアップパッド及びシリンダー７１の両方は、ブッシュ７５に装着されている割りリング７４によって所定の場所に保持されている。内腔におけるバックアップパッドの環状厚肉部７６であって、ブッシュ７５上に嵌まっているものが、バックアップパッド及びマニホールドの間の絶縁空気ギャップ７７と、バックアップパッド及びシリンダー７１の端壁の間のクリアランスとを、局部的にもたらし、もって、シリンダーの端壁７２用の空所であって、バックプレート１８の内腔における開放端部にその端壁が空気シールを結果的にもたらす際に撓むためのものが、存在する。
【００３１】
図８は、第４代替実施形態を示しており、この第４代替実施形態においては、薄肉のシリンダー８１は、その閉鎖端壁８２においてばね様特性を有している必要はない。何故ならば、その特徴は、別体のばねワッシャー８３によってもたらされるからである。ノズルハウジング８４は、在来のものであり、ブッシュ８５の下面をシールしている。しかしながら、本明細書に含まれている ８１２特許及び ２３０特許に示されているような従来技術の例とは異なり、室温から、システムの作業温度及びそれ以上の温度を通り越し、たとえシステムがその正常の温度範囲を超えて働かされても、プラスチックの漏出が防止されるべく設計されている所定の最大値まで、ハウジング８４とブッシュ８５との間のプラスチックのシールがもたらされるのを引き起こすサイズに、ばねワッシャー８３も、定められている。２０００年５月１９日に出願された同時係属米国出願第０９/５７５,３５３号を、この主題についての追加の教示用に参照されたい。
【００３２】
図９は、第５代替実施形態を示しており、この第５代替実施形態においては、シリンダー９１は、端壁を有していない。その代わりに、端壁は、バックプレート１８における内腔の底部に対してシリンダー９１を押圧するばねワッシャー９２であり、これにより、空気シールが、もたらされる。バックアップパッド９３が、シリンダー壁を中心に合わせ、その下端部９４において空気シールを行ない、且つばねワッシャー９２の内面をその内腔９５において支持する。
【００３３】
各代替実施形態は、より低い製造コスト、向上した信頼性、組立て及びサービスの容易性等のような、１つ以上の利点を備えている。しかしながら、好適な実施形態(図１)が、それらの利点の最良の組合せを備えているものと考えられる。
【００３４】
以上のように、新規な空気ピストン組立体であって、圧縮力の一部のみを、ピストンシリンダー壁を介してマニホールドとバックプレートとの間を伝達させるものが、記載されている。好適に、バックアップパッドは、その他の圧縮力、及び熱を伝達し、これにより、より低いシリンダー壁温度とより長いシール寿命とが、もたらされる。更に、バックプレートに対してシリンダーを保持する撓み部材の使用も、シリンダー壁がずっと薄くされ、従って、より冷えることを可能にする。この有利な構造は、より緩い部品公差と、より容易な部品交換及びサービスとを可能にする。
【００３５】
好適な実施形態であると現時点では考えられるものについて、本発明が記載されているが、本発明は開示されている実施形態に限定されないということが、理解されるべきである。それとは反対に、本発明は、添付されている請求項の精神及び範囲の中に包含される、種々の改造物及び均等な構成物を覆うべく意図されている。請求項の範囲は、そのような改造物並びに均等な構造及び機能の全てを包含すべく、最も広い解釈と一致させられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の弁ゲートノズル組立体の断面図である。
【図２】  標準的な弁ゲートデザインについての、空気ピストンシリンダー装置の熱画像断面図である。
【図３】  本発明の弁ゲートデザインについての、空気ピストンシリンダー装置の熱画像断面図である。
【図４】  本発明の好適な実施形態のピストン/シリンダー組立体の断面図である。
【図５】  本発明の代替実施形態のピストン/シリンダー組立体の断面図である。
【図６】  本発明の第２代替実施形態のピストン/シリンダー組立体の断面図である。
【図７】  本発明の第３代替実施形態のピストン/シリンダー組立体の断面図である。
【図８】  本発明の第４代替実施形態のピストン/シリンダー組立体の断面図である。
【図９】  本発明の第５代替実施形態のピストン/シリンダー組立体の断面図である。
【図１】
0003715240.tif 000002
【図２】
0003715240.tif 000003
【図３】
0003715240.tif 000004
【図４】
0003715240.tif 000005
【図５】
0003715240.tif 000006
【図６】
0003715240.tif 000007
【図７】
0003715240.tif 000008
【図８】
0003715240.tif 000009
【図９】
0003715240.tif 000010