(57)【要約】      （修正有）【課題】ホットランナー射出成形システムで溶融体の漏れが起こらないようにするための方法を提供する。【解決手段】射出成形システム１００は、溶融体源から型キャビティまで溶融体経路を形成する複数の溶融体搬送構成要素と、型ハウジングとを有する。システムの始動及び／又は作動中に溶融体搬送構成要素の熱膨張により発生した力を計測し、受信デバイスに出力を提供するため、システムの少なくとも一つの溶融体搬送構成要素と型ハウジングとの間で力センサ即ちロードセルを使用する。一実施例では、密封負荷又は所定の予負荷力に達したとき、射出成形サイクルを開始してもよい。【選択図】図１
2008114588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融体源から型キャビティまでの溶融体経路を形成する複数の溶融体搬送構成要素と、型ハウジングとを持つ射出成形システムの作動方法において、
前記システムの前記溶融体搬送構成要素を作動温度まで上昇させる工程と、
前記システムを前記作動温度まで上昇させる際、前記溶融体搬送構成要素のうちの少なくとも一つの構成要素と前記型ハウジングとの間の力を監視する工程であって、計測される前記力は、前記溶融体搬送構成要素の熱膨張の結果として生じる、工程と、
密封負荷に達し、前記溶融体搬送構成要素間の前記溶融体経路が密封されたら、射出成形サイクルを開始する工程と、を備えた方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記ホットランナー溶融体搬送構成要素の一つは、ホットランナーマニホールド（２１０）であり、前記力は、前記マニホールドと、前記型ハウジングのバックプレート及び型プレートのうちの少なくとも一方との間に配置された力センサによって計測される、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記ホットランナー溶融体搬送構成要素の一つはホットランナーノズルであり、前記力は、前記ノズルのノズル本体、ノズルチップ、ノズルフランジ、整合カラー、及びノズルチップリテーナのうちの少なくとも一つと、前記型ハウジングの型プレートとの間に配置された力センサによって計測される、方法。
【請求項４】
請求項１、２、又は３に記載の方法において、更に、
前記力を電気的出力に変換する工程と、
前記電気的出力を受信デバイス（１２７５）に伝送する工程と、
計測された力を処理し、負荷値及びインジケータ信号のうちの少なくとも一方にする工程と、を含む、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記受信デバイスはディスプレーパネル（１２７５ａ）であり、前記負荷値は、成形オペレータによって読み取ることができる、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、
前記受信デバイスは、射出成形機制御装置（１２７５ｂ）であり、前記負荷値は、密封負荷値よりも低い値で前記射出成形機が作動しないようにするのに使用される、方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法において、
前記受信デバイスは、ディスプレーパネル（１２７５ａ）、通知デバイス（１２７５ｂ）、制御パネル（１２７５ｃ）、又は制御装置（１２７５ｄ）のうちの一つであり、前記負荷値は、最大安全負荷を越えたときに通信するのに使用される、方法。
【請求項８】
請求項４乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法において、
前記受信デバイスの前記インジケータ信号は、密封負荷に達したときに発せられる可聴信号又は可視信号（１２７５ｂ）のうちの一方である、方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法において、更に、
密封負荷に達するまで、射出成形サイクルを開始しないようにするリミットスイッチを提供する工程を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホットランナー射出成形システムに関し、更に詳細には、ホットランナー射出成形システムで溶融体の漏れが起らないようにするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのホットランナー射出成形システムの設計によれば、システムは、作動中に溶融体経路を密封し、漏れが起らないようにするため、システムの構成要素である部品、例えば一つ又はそれ以上のマニホールド及びホットランナーノズルを熱膨張させるために、完全にシステムの作動温度に達することが必要とされる。従来、ホットランナーシステムで、適正な密封負荷に達したかどうか、即ちシステムの構成要素である部品間を密封するのに十分な熱膨張に達したかどうかを、システムの温度を計測することによって監視していた。しかしながら、温度計測は、システムに加わる負荷を間接的に決定する方法であり、多くの変数により悪影響が及ぼされることがある。一例として、適正な温度に達したが、システムが均衡して適正な密封がなされるには均熱時間(soak time) が短い場合、システムは漏れを生じる。
【０００３】
温度を密封負荷の不正確な計測値にする他の変数は、熱電対の配置、周囲領域への熱損、隣接したホットランナー構成要素の密封表面間の磨耗及び傷である。更に、始動中にホットランナーシステムの密封インターフェースで何が起こっているのかの実際的な知識を持っていない、射出成形機を作動するオペレータは、適正な密封負荷に達したかどうかを決定し、次いで作動を開始するとき、自分の技量に頼り、場合によってはある程度の予断を以て仕事をする。従って、経験不足のオペレータや成形の開始に不安を持っているオペレータは、漏れ止めシールを形成する適正な密封負荷がシステムで得られる前に射出成形プロセスを開始してしまう。上述の全ての変数は、費用の掛かる、ホットランナーシステムの停止時間をもたらし、溶融体の漏れという有害な結果をしばしばもたらす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一実施例によれば、溶融体源から型キャビティまでの溶融体経路を形成する複数の溶融体搬送構成要素と、型ハウジングとを持つ射出成形システムの作動方法において、システムの溶融体搬送構成要素を作動温度まで上昇させる工程と、システムを作動温度まで上昇させる際、溶融体搬送構成要素のうちの少なくとも一つの構成要素と型ハウジングとの間の力を監視する工程とを有する方法が提供される。計測される力は、溶融体搬送構成要素の熱膨張の結果として生じる。本方法は、所定の密封負荷に達し、溶融体搬送構成要素間の溶融体経路が密封された後、射出成形サイクルを開始する工程を更に含む。
【０００５】
一実施例は、バックプレート及び型プレートを含む型ハウジングを持つ射出成形システムに関する。このシステムは、バックプレートと型プレートとの間にホットランナーマニホールドが配置され、ホットランナーマニホールドと型ハウジングとの間に力センサが配置される。力センサを使用し、マニホールドと型ハウジングとの間の力を計測し、受信デバイスに出力を提供する。受信デバイスは、力センサの出力を処理し、負荷値及びインジケータ信号のうちの少なくとも一方にする。
【０００６】
別の実施例では、射出成形システムは、マニホールドから溶融体の流れを受け入れるためのホットランナー射出成形ノズルを含む。力センサは、ノズルの前端ボア内にノズルチップとノズル本体との間に配置されており、受信デバイスに出力を提供する。受信デバイスは、力センサの出力を処理し、負荷値及びインジケータ信号のうちの少なくとも一方にする。
【０００７】
更に別の実施例では、射出成形システムは、ホットランナーマニホールドから溶融体の流れを受け入れるためのホットランナー射出成形ノズルを含む。力センサは、整合カラー又はノズルのノズルへッドとノズルボアの肩部との間に配置されており、ノズルと型ハウジングとの間の力を計測し、受信デバイスに出力を提供する。受信デバイスは、力センサの出力を処理し、負荷値及びインジケータ信号のうちの少なくとも一方にする。
【０００８】
別の実施例による射出成形システムは、バックプレート及び型プレートを持つ型ハウジングを含む。このシステムは、バックプレートと型プレートとの間に配置されたホットランナー主マニホールドを含む。ホットランナー主マニホールドは、主マニホールド溶融体チャンネル及び溶融体出口を備えている。ホットランナーサブマニホールドがバックプレートと型プレートとの間に配置されている。ホットランナーサブマニホールドは、サブマニホールド溶融体チャンネル及び溶融体入口を備えている。サブマニホールド溶融体入口は、主マニホールド溶融体出口と流体連通している。システムは、更に、主マニホールド及びサブマニホールドのうちの少なくとも一方と型ハウジングとの間に配置された力センサを含む。この力センサは、夫々のマニホールドと型ハウジングとの間の力を計測し、受信デバイスに出力を提供する。受信デバイスは、力センサの出力を処理し、負荷値及びインジケータ信号のうちの少なくとも一方にする。
【０００９】
本発明の上述の及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明の以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。本明細書に組み込んだ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明の原理を説明するのに役立ち、当業者が本発明を実施できるようにする。添付図面は、等縮尺ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の特定の実施例を添付図面を参照して説明する。添付図面では、同じ又は機能的に同様の構成要素に同じ参照番号が付してある。更に、添付図面では、各参照番号の最も左側の数字は、当該参照番号が最初に使用された図面と対応する。特定の形体及び構成を論じるけれども、これは単に例示の目的で行われたものであるということは理解されるべきである。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、この他の形体及び構成を使用してもよいということは、関連した技術分野の当業者には理解されよう。
【００１１】
本発明の実施例を使用した射出成形システム１００の一例を図１に示す。射出成形システムの機械ノズル１０２は溶融材料源であり、加圧した溶融体の流れを、バックプレート即ちクランププレート１０６に配置したスプルーブッシュ１０４を介して、射出成形システム１００に導入する。溶融体は、スプルーブッシュ１０４から、ホットランナーマニホールド１１０に設けられたマニホールド溶融体チャンネル１０８に流入する。マニホールド１１０は、中央定位リング１３７及びスペーサ即ち圧力ディスク１３６によって所定位置に固定される。中央定位リング１３７は、高温のマニホールド１１０の下面と低温の型キャビティプレート１２０との間に断熱空気空間１３９を形成する。圧力ディスク１３６は、マニホールド１１０の上面とバックプレート１０６との間に断熱空気空間１３９を形成する。スペーサ即ち圧力ディスク１３６は、更に、以下に更に詳細に説明するように、ホットランナーノズル１１６とマニホールド１１０との間の溶融体経路の密封を補助する。
【００１２】
射出成形システム１００では、マニホールド１１０は、マニホールド溶融体チャンネル出口１３４を通って、夫々のホットランナーノズル１１６に設けられたノズル溶融体チャンネル１１４内への溶融体の流れを分配する。ホットランナーノズル１１６は、型プレート１２０のノズルボア即ちキャビティ１１８内に配置されており、整合カラー即ちフランジ１３０によって夫々の型ゲート１２４と整合している。当業者には明らかなように、型キャビティプレート１２０は、一つ又はそれ以上の型プレート及び型キャビティプレートと交換してもよい。型コアプレート１３８が型キャビティプレート１２０と噛み合って型キャビティ１２２を形成する。各ホットランナーノズル１１６は、型ゲート１２４を介して夫々の型キャビティ１２２と流体連通している。そのため、溶融体の流れは、ノズル溶融体チャンネル１１４及び一部品ノズルチップ１２６を通って型キャビティ１２２に注入される。
【００１３】
図１に示すホットランナーノズル１１６の一つを断面で示す。ホットランナーノズル１１６は、ノズル溶融体チャンネル１１４の上端にノズル溶融体チャンネル入口１１２を有する。ノズル溶融体チャンネル入口１１２は、溶融体の流れを受け取るため、マニホールド溶融体チャンネル１０８の出口１３４と整合している。ホットランナーノズル１１６は、ノズル本体１２８と、このノズル本体１２８に螺着したノズルチップ１２６とを含む。射出成形システム１００は、溶融体を夫々の型キャビティ１２２に分配するため、任意の数のこのようなホットランナーノズル１１６が夫々のノズルボア１１８に配置されていてもよい。射出成形システム１００は、システム内での溶融体の温度を調節するため、マニホールド１１０の加熱エレメント１３５、各ノズル１１６の加熱エレメント１３２、型プレート１２０の冷却チャンネル１３３、及び熱電対（図示せず）を使用する。図示のように、ホットランナーノズル１１６は熱ゲート式であるが、ホットランナーノズル１１６は、別の態様では、図７を参照して下文に論じるように、バルブゲート式であってもよい。
【００１４】
本発明の一実施例による射出成形システム２００を図２に示す。ここでは、異なる特徴だけを詳細に説明するが、上記実施例と同様の部品を、本実施例で使用してもよい。溶融体を溶融体源（図示せず）から受け取って溶融体をマニホールド２１０のマニホールドチャンネル２０８に送出するため、スプルーブッシュ２０４をバックプレート即ちクランププレート２０６に配置する。溶融体は、ホットランナーノズル２１６のノズル溶融体チャンネル２１４に分配される。二部品ノズルシールを持つ熱ゲート式ノズル２１６を示す。二部品ノズルシールは、チップリテーナ２２５によってノズル本体２２８に固定された、溶融体を型キャビティ（図示せず）に送出するためのノズルチップ２２６を含む。本発明の実施例で使用できる、例示の二部品ノズルシール構成は、ゲラートに付与された米国特許第５，２９９，９２８号に開示されている。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。しかしながら、本発明の様々な実施例において、図１に示す一部品ノズルチップ１２６を、別の態様として、本発明の範囲から逸脱することなく、使用してもよい。ノズル２１６はノズルボア２１８内に着座する。ノズル溶融体チャンネル２１４とマニホールドチャンネル２０８との間の整合を維持するため、ノズルへッド２３０がノズルボア２１８の肩部２１９に着座してこれに当接する。更に、ノズル２１６及びマニホールド２１０の熱膨張中、肩部２１９により、ノズル２１６がマニホールド２１０とのインターフェースから遠ざかる方向に移動したりこのインターフェースのところに隙間を形成したりしないようにする。これにより、始動中及び作動中に二つの溶融体搬送構成要素間に密封力を形成し且つ維持する。
【００１５】
マニホールド２１０は、クランププレート２０６と型プレート２２１との間の所定位置に圧力ディスク２３６及び中央定位リング２３７によって固定される。圧力ディスク２３６は、マニホールド２１０の上面とクランププレート２０６との間に断熱空気空間２３９を形成し、中央定位リング２３７は、高温のマニホールド２１０の下面と型プレート２２１との間に断熱空気空間２３９を形成する。本発明の実施例で使用してもよい例示の圧力ディスク即ちスペーサ部材２３６は、ゲラートに付与された米国特許第５，１２５，８２７号に開示されている。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。様々な実施例において、圧力ディスク即ちスペーサ部材２３６は、熱膨張力を或る程度吸収するため、比較的可撓性であってもよいし、ただ熱膨張力を吸収するために大きく撓むことなく、断熱空気空間２３９を維持するためにだけ、比較的剛性であってもよい。クランププレート２０６は、通常は、冷却チャンネル２４１を通して冷却流体を圧送することによって低温を保持し、圧力ディスク２３６は、高温のマニホールド２１０と低温のクランププレート２０６との間の作動中の熱伝達を最少にするように、断熱材料で形成されていてもよい。
【００１６】
図２の実施例では、力センサ即ちロードセル２４２が圧力ディスク２３６とクランププレート２０６との間に配置されている。ロードセル２４２は、ロードセルに作用する力即ち負荷を計測可能な電気的出力に変換するトランスジューサーであり、一実施例では、歪みゲージを含んでいてもよい。ロードセル２４２は、電源（図示せず）と連通したリード２４７と、受信デバイス１２７５とを含む。受信デバイス１２７５は、例えば射出成形機制御装置１２７５ｄ等の制御装置及び／又は無線の又は専用のディスプレーパネル１２７５ａ等の処理デバイス及び／又は通知デバイス１２７５ｂ及び／又はホットランナーシステムのディスプレー／制御パネル１２７５ｃとを含む。
【００１７】
ノズルボア２１８の肩部２１９は、基準点「Ｄ」、即ち図２に矢印「ＶＴＥ」で示す、ホットランナー構成要素の垂直方向即ち軸線方向熱膨張を計測するための基準点として適当である。一実施例では、システムの垂直方向熱膨張の総量は、基準点「Ｄ」に関するノズルへッド２３０の垂直方向熱膨張及びマニホールド２１０の垂直方向熱膨張の和である。ノズルへッド２３０、マニホールド２１０、断熱性圧力ディスク２３６、及びロードセル２４２に圧縮力を加えるクランププレート２０６が、ホットランナー構成要素の垂直方向熱膨張に抵抗する。この圧縮力は、ノズルへッド２３０及びマニホールド２１０のインターフェース表面間に密封力として作用し、二つの溶融体搬送構成要素間でプラスチックが漏れないようにする。この圧縮／密封力をロードセル２４２が計測し、ロードセル２４２からの出力は、例えば、上文中に言及した制御装置又はデータ処理デバイス等の受信デバイス１２７５に送信される。
【００１８】
ホットランナーシステムは、低温状態にある場合に初期予負荷が加わるように設計されており且つ形成されていてもよい。この場合、密封力は、初期組み立て予負荷に、システムを作動温度まで上昇したときにシステムの熱膨張による追加の力を加えた組み合わせである。ホットランナーシステムは、更に、低温状態にある場合に構成要素間に初期予負荷がなく、構成要素間の密封力が、システムを作動温度まで上昇したときにシステム内で専ら熱膨張によって発生されるように設計されており且つ形成されていてもよい。
【００１９】
図１２を参照すると、負荷受信デバイス１２７５からの出力は、ディスプレーパネル１２７５ａに数値表示される。成形オペレータは、所定の最小密封負荷値に達したとき、漏れのない製造を開始する。様々な実施例において、ディスプレーパネル１２７５ａは、無線及び／又はポータブルであり、専ら力センサ２４２から信号を受信するようになっている。別の実施例では、負荷受信デバイス１２７５からの出力は、最小密封負荷値に達したとき、通知デバイス１２７５ｂで発せられる可聴信号又は可視信号等のインジケータ信号、例えばブザー、チャイム、又は光によって表示されてもよい。この場合、成形オペレータは、可聴信号又は可視信号が消えたとき、漏れのない製造を開始できる。光等の可視信号を使用した場合には、光は、最小密封負荷値に達したときに消える。様々な実施例において、通知デバイス１２７５ｂは無線及び／又はポータブルであり、専ら力センサ２４２から信号を受信するようになっている。別の実施例では、ホットランナーシステム１２７５ｃのディスプレー／制御パネルは、負荷値を表示してもよく、及び／又は最小密封負荷に達したときにこれを表示する可聴警報又は可視警報等の表示信号等のインジケータ信号を含んでもよい。ディスプレーパネル１２７５ａ、通知デバイス１２７５ｂ、及び／又はディスプレー／制御パネル１２７５ｃの各々は、最大安全負荷を越えたとき、以下に更に詳細に論じるように、システムで損傷が生じる前に原因を確認して問題点を正すため、成形オペレータがシステムを遮断できるように通信に使用されてもよい。
【００２０】
別の態様では、又は以上の説明に加え、負荷受信デバイス１２７５からの出力を射出成形機の制御装置１２７５ｄが使用し、リミットスイッチ又は他の機構を使用することによって射出成形機の作動と一体化してもよい。リミットスイッチは、最小密封負荷値が表示されるまでプラスチックが注入されないように、及び／又は密封負荷が所定レベル以下に低下したり所定レベル以上に上昇したりした場合に製造を中断するように設定されていてもよい。例えば、製造中、力センサ又はロードセル２４２が示す負荷が所定の最小密封負荷値より下に低下した場合、機械の制御装置は、射出成形機を自動的に停止するように設定されていてもよい。その場合、ホットランナーシステムを、漏れたプラスチックを先ず最初にシステムから除去してきれいにする必要なしに、密封力が失われた原因について検査できる。別の実施例では、製造中、力センサ即ちロードセル２４２が示す負荷が最大安全負荷、即ち最大負荷を越えた場合、ホットランナーは、ホットランナー全体の過熱、ホットランナーの隔離された領域の過熱、及び／又は機械の不適正な許容差による負荷の不均衡等の永久的な損傷又は変形を構成要素が被る前に、型アッセンブリ及び又は構成要素の経時的磨耗に対処でき、機械制御装置は、射出成形機を自動的に停止し、これによって問題の原因を確認してこれに対処できるように設定されていてもよい。
【００２１】
本発明の様々な実施例において、最小十分力、即ち密封負荷即ち所定の設定点は、ホットランナーシステムの規模に応じて３ｔ乃至２０ｔの範囲内にあってもよい。最小密封負荷を計算し又は概算できる多くの方法がある。その一例は、予想注入圧力即ち最大注入圧力に、密封されるべき溶融体搬送構成要素の溶融体チャンネルの断面積を乗じることである。更に、型メーカー、成形業者、又はオペレータは、この結果に２０％乃至５０％の安全率を乗じることを選択してもよい。経験のあるオペレータは、所与の射出成形システムについて、一般的にどのような密封力が作用するのかについての考えを持っており、彼の仮定に基づいて設定点を選択できる。しかしながら、これは試行錯誤によるアプローチよりも優れている。この他の場合では、成形業者は、快適な密封負荷値を選択しようとし、彼等が作動する全ての射出成形システムについてこれを使用する。
【００２２】
ロードセル２４２は、ホットランナーシステムの溶融体搬送構成要素即ちホットランナーマニホールド２１０と、固定型ハウジングプレート即ちクランププレート２０６との間に配置され、ホットランナーの構成要素が作動温度まで上昇するときに生じる熱膨張中にシステム内で発生する垂直方向力即ち軸線方向力を計測する。射出成形システム２００の溶融体搬送構成要素間の溶融体経路の密封は、始動作業前に、溶融体搬送構成要素の垂直方向即ち軸線方向の特定の熱膨張量に基づいて予測されるため、マニホールド２１０とクランププレート２０６との間で発生する垂直方向力即ち軸線方向力を監視するのにロードセル２４２を使用することにより、例えばマニホールド２１０とホットランナーノズル２１６との間で適当な密封力に達したとき、確認できる。オペレータは、成形プロセスをいつ開始するのかを決定するために密封力の計測値を再検討してもよく、又は適正な密封力設定点に達するまで成形プロセスを開始しないように、密封力の計測値を使用してリミットスイッチを制御してもよい。更に、密封力の計測値は、上文中に論じたように、システムが保守をいつ必要とするのかを監視するのに使用してもよい。
【００２３】
図２の実施例では、ロードセル２４２は、クランププレート２０６の下面に設けられた切欠き２４３内に配置した状態で示してあるが、ロードセル２４２は、ディスク２３６とクランププレート２０６の下面との間の空気空間２３９内に配置されていてもよいということは理解されるべきである。本発明の実施例で、高圧高温環境で使用できる例示のロードセルは、オハイオ州コロンバスのハネウェルセンシング・コントロール社の一事業部であるセンソテックセンサーズ社から入手できる。別の実施例では、ロードセル２４２を圧力ディスク即ちパッド２３６内に一体のデバイスであるように組み合わせてもよい。図２Ａに示す別の実施例では、ロードセル２４２ａは、別体の断熱制御圧力ディスク２３６を必要としないように、マニホールドの温度に対する十分な抵抗を有し且つマニホールド２１０からクランププレート２０６に過剰の熱が引き出されないようにするのに十分な断熱特性を有する材料で形成されていてもよい。ロードセル２４２ａは、その断熱性を向上するため、その上下の接触面に、チタニウム、セラミック、又はポリイミド等の耐熱性ポリマー等のコーティング又は送出を備えていてもよい。
【００２４】
射出成形システム２００は、マニホールド２１０の下面内に固定されたマニホールド加熱エレメント２３５、及びこの実施例においてノズル本体２２８の外面に配置されたノズル加熱エレメント２３２を制御することによって、並びに型キャビティプレート２２０に配置された冷却チャンネル２３３内の冷却流体を制御することによって、溶融体の温度を調節する。加熱エレメント２３２、２３５は、誘電体で覆った抵抗線で形成されているが、当該技術分野で既知の任意の加熱エレメントを使用してもよいということは理解されるべきである。加熱エレメント２３２、２３５は、ノズル２１６及びマニホールド２１０の夫々の表面内に、プレス嵌めや、鑞付け、スポット溶接、又は関連した技術の当業者に既知の任意の他の固定方法等の結合技術によって固定されてもよい。加熱エレメント２３２、２３５の温度を計測するため、熱電対２２７、２４０を加熱エレメント２３２、２３５と近接して配置する。温度は、加熱エレメントの監視−制御作業に使用される。
【００２５】
図３乃至図６は、始動中及び／又は作動中、ノズル２１６とマニホールド２１０との間、ノズル２１６と型ゲートとの間、及び／又はノズルチップ２２６及びノズル本体２２８等のノズル構成要素間の密封負荷を監視するため、一つ又はそれ以上の圧力トランスジューサー又はロードセルを使用する射出成形システム２００の様々な実施例を示す。図３乃至図６の各々において、一つ又はそれ以上のロードセルが、型構成要素の垂直方向又は軸線方向の熱膨張に応じた、矢印ＶＴＥで示す力を計測する。
【００２６】
図３は、ロードセル２４２と圧力ディスク２３６との間でスペーサ３４４を使用することを示す。特定の用途では、スペーサ３４４は、圧力ディスク２３６に作用する負荷を更に均等に分配し、ロードセル２４２が計測する、ノズル２１６とマニホールド２１０との間の密封力と相関する力の精度を向上する。図４は、ノズル２１６のノズルへッド４３０と型プレート２２１内のノズルボア４１８の肩部４１９との間でドーナッツ形状力センサ又はロードセル４４２を使用することを示す。変形例では、ノズル２１６を整合するため、図１に示すように別体の整合カラー又はフランジ１３０を使用してもよい。これにより、ロードセル４４２を整合カラー１３０と肩部４１９との間に配置できる。ノズル２１６と型プレート２２１との間の熱損を減少するため、整合カラー４３０とロードセル４４２との間に配置した断熱スペーサ４４４を示す。断熱スペーサ４４４は、熱伝導率が、ノズル２１６、ノズルへッド４３０、整合カラー即ちフランジ１３０、又は型プレートの材料と等しいか或いはこれらの材料よりも低く、作動中にホットランナーシステムに加わる温度及び圧力を取り扱うことができる、チタニウム、耐熱性ポリマー、例えばポリイミド、セラミック、又は任意の他の材料で形成されていてもよい。代表的には、ノズルへッド４３０及び型プレート２２１は特定の用途用に選択された所定の等級の鋼で形成される。整合カラー即ちフランジ１３０は鋼製であるが、ノズル２１６又はノズルへッド４３０及びノズルプレート２２１よりも断熱性が高い材料で形成されていてもよい。断熱スペーサ４４４は、図４Ａに示すように、ノズルへッド４３０の下部分を受け入れるため、凹所部分４４６を含む。ロードセル４４２は、ノズル２１６とマニホールド２１０との間の密封力と相関する、ノズル２１６と型プレート２２１との間の力を計測する。特定の用途では、ノズルへッド４３０、整合フランジ１３０、又はロードセル４４２は、ロードセル４４２からスペーサ４４４をなくすことにより、ノズルへッド４３０又は整合フランジと直接的に接触させることができるように、断熱材料で形成されていてもよい。
【００２７】
図５及び図５Ａは、図２の実施例におけるように配置した第１ロードセル２４２と、一部品チップ５２６の下面と型ゲート５２４と近接した型キャビティプレート２２０との間に配置した第２のドーナッツ形状力センサ即ちロードセル５４２とを提供する、射出成形システム２００の一実施例を示す。図５Ｂは、本発明の別の実施例による図５のノズル２１６のノズル本体２２８の前端の拡大図を示す。この図では、ロードセル５４２ａが、ノズルボア２１８内で、ノズル本体２２８の前端と型プレート２２０との間に配置されている。図６及び図６Ａは、図２の実施例におけるように配置した第１ロードセル２４２と、ノズルチップ２２６の上面とノズル本体２２８の前端ボア内の座６４８との間に配置した第２のドーナッツ形状力センサ即ちロードセル６４２とを提供する、射出成形システム２００の一実施例を示す。図６Ｂは、本発明の別の実施例による図６のノズル２１６の前端の拡大図を示す。この図では、ロードセル６４２ａが、チップリテーナ２２５の前端と型プレート２２０との間に配置してある。図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、及び図６Ｂの実施例の各々では、ロードセル５４２、５４２ａ、６４２、６４２ａは、型ゲート領域の近くでの力の計測値を提供する。この計測値は、ノズル本体２２８、ノズルチップ２２６、５２６及び／又はチップリテーナ２２５内で生じる熱膨張量と相関し、ゲート領域での密封負荷を更に正確に決定できる。本発明による様々な実施例において、本発明の範囲を逸脱することなく、一部品、二部品、又はこれ以上の多数の部品を含むノズルチップ構成を使用してもよいということは当業者には理解されよう。
【００２８】
図１１は、図２の実施例におけるように配置した第１ロードセル２４２と、中央定位リング２３７と型プレート２２１との間に位置決めした第２のドーナッツ形状力センサ即ちロードセル１１４２とを提供する、射出成形システム２００の一実施例を示す。第２ロードセル１１４２は、マニホールド２１０の溶融体チャンネル２０８の入口１１０７及びスプルーブッシュ２０４の溶融体出口１１０５の近くでの力の計測値を提供する。この計測値は、マニホールド２１０内で生じる熱膨張量と相関する。従って、マニホールド２１０とスプルーブッシュ２０４との間の、溶融体チャンネル入口／出口１１０５、１１０７での密封負荷を更に正確に決定できる。
【００２９】
本発明のバルブゲート式の実施例による射出成形システム７００を図７に示す。ここでは、異なる特徴だけを詳細に説明するが、上記実施例と同様の部品を、本実施例で使用してもよい。スプルーブッシュ７０４は、ホットランナーバックゲート式ノズル７１６のノズル溶融体チャンネル７１４に溶融体を分配するために溶融体源（図示せず）から溶融体を受け取ってマニホールド７１０を介して送出するため、バックプレート即ちクランププレート７０６に位置決めされる。図２の実施例におけるように、ノズル７１６は、溶融体を型ゲート７２４を介して型キャビティ（図示せず）に送出するため、二部品ノズルシールを持つように示してある。バルブピン７５０がノズル溶融体チャンネル７１４内に示してある。バルブピン７５０は、バルブピン７５０の前端が型ゲート７２４と着座した状態から外れており、溶融体を流すことができる開放位置と、バルブピン７５０の前端が型ゲート７２４と着座した、溶融体の流れを停止する閉鎖位置との間で移動自在である。バルブピンアクチュエータ７５２がバックプレート７０６内に配置されており、バルブピン７５０を開放位置と閉鎖位置との間で移動するため、バルブピン７５０に作動的に連結されている。アクチュエータ７５２は、任意の適当な種類のアクチュエータであってもよく、例えば液圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、又は電動アクチュエータであってもよい。
【００３０】
図２の実施例と同様に、マニホールド７１０は、クランププレート７０６と型プレート７２１との間の所定の位置に、バルブブッシュ７３６及び中央定位リング７３７によって固定されている。バルブブッシュ７３６によって、マニホールド７１０の上面とクランププレート７０６との間に断熱空気空間７３９が形成され、中央定位リング７３７によって、高温のマニホールド７１０の下面と型プレート７２１との間に断熱空気空間７３９が形成される。本発明の実施例で使用できる例示のバルブブッシュ７３６は、シュミット等に付与された米国特許第４，７４０，１５１号、及びバビン等に付与された米国特許第６，８４０，７５８号に開示されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。通常は、バルブブッシュは、バルブピンとマニホールド溶融体チャンネルとの間に密封を提供する。しかしながらこの実施例では、バルブブッシュ７３６は、更に、マニホールド７１０とクランププレート７６０との間に断熱空気空間を提供するスペーサ部分を含む。本発明の実施例は、スペーサ部分を含まない、現在市場で入手できる任意のバルブピンブッシュを含む。
【００３１】
図７の実施例では、システムの温度が作動温度まで上昇する際にホットランナー構成要素が矢印ＶＴＥで示すように垂直方向即ち軸線方向に熱膨張することによってシステム内に生じる垂直方向負荷即ち軸線方向負荷を計測するため、ドーナッツ形状力センサ即ちロードセル７４２がバルブブッシュ７３６とクランププレート７０６との間に配置してある。マニホールド７１０とクランププレート７０６との間で発生する垂直方向負荷を監視するためにロードセル７４２を使用することにより、射出成形システム７００のマニホールド７１０とノズル７１６との間に適当な密封力が発生する時期を決定できる。図７の実施例では、ロードセル７４２は、クランププレート７０６の下面の切欠き７４３内に配置した状態で示してあるが、特定の用途の必要に応じて、ロードセル７４２をバルブブッシュ７３６とクランププレート７０６の下面との間の断熱空気空間に配置してもよく、及び／又はスペーサ（図示せず）をロードセル７４２とバルブブッシュ７３６との間に配置してもよい。
【００３２】
射出成形システム８００の実施例を図８及び図９に示す。これらの図では、異なる特徴だけを詳細に説明するが、上記実施例と同様の部品を本実施例で使用してもよい。溶融体を主マニホールド８１０に送出するために溶融体源（図示せず）から溶融体を受け取るため、スプルーブッシュ８０４をバックプレート即ちクランププレート８０６に配置する。主マニホールド８１０は、次いで、溶融体を少なくとも一つのサブマニホールド８５６に分配する。主マニホールド８１０は、圧力ディスク８３６及び中央定位リング８３７によって、クランププレート８０６と型プレート８２１との間の所定位置に固定される。圧力ディスク８３６は、マニホールド８１０の上面とクランププレート８０６との間に断熱空気空間８３９を形成し、中央定位リング８３７は、高温のマニホールド８１０の下面と型プレート８２１との間の断熱空気空間２３９を形成する。更に、サブマニホールド８５６には、少なくとも一部が、クランププレート８０６と型プレート８２１との間の所定位置に、サブマニホールド定位デバイス８５８によって、及びサブマニホールド溶融体入口８６０と近接したサブマニホールド８５６の部分と対応する主マニホールド溶融体出口８６３と近接した主マニホールド８１０の一部との間に併置された入口シール８５４によって、固定される。
【００３３】
主マニホールド８１０は、その下面に加熱エレメント８３５を備えており、サブマニホールド８５６は、その下面に加熱エレメント８６２を備えている。主マニホールド及びサブマニホールドの加熱エレメント８３５、８６２は、予備作動でホットランナー構成要素を熱膨張させ、及びかくしてシステムの主マニホールド構成要素及びサブマニホールド構成要素との間に適正な密封負荷を発生するため、始動中、射出成形システム８００を作動温度まで上昇するのに使用される。主マニホールド及びサブマニホールドの熱電対８４０、８６１は、主マニホールド及びサブマニホールドの加熱エレメント８３５、８６２の温度を計測するため、これらの加熱エレメントと近接して配置される。計測された温度は、加熱エレメント８３５、８６２の作動を監視し制御するのに使用される。
【００３４】
図８の実施例では、力センサ又はロードセル８４２が、サブマニホールド定位デバイス８５８と型プレート８２１との間に配置される。ロードセル８４２は、型プレート８２１の切欠き内に配置され、電源及び制御装置（図示せず）に接続するリード８４７を備えている。図９の実施例では、力センサ又はロードセル９４２は、圧力ディスク８３６とクランププレート８０６との間に配置され、ロードセル９４２は、クランププレート８０６の切欠き内に配置される。発生した負荷を更に均等に分配するスペーサ８４４、９４４は、特定の射出成形の用途で正当化されているように、随意であるが、図８に定位デバイス８５８とロードセル８４２との間、及び図９に圧力ディスク８３６とロードセル９４２との間に夫々示してある。
【００３５】
ロードセル８４２、９４２は、適当には、システムを作動温度まで上昇するとき、主マニホールド８１０及びサブマニホールド８５６が、図８及び図９に矢印ＶＴＥで示すように、垂直方向即ち軸線方向に熱膨張することにより射出成形システム８００に生じる垂直方向負荷を計測するのに適当であるように配置される。ロードセル８４２、９４２を使用し、主マニホールド８１０とクランププレート８０６との間、及び／又はサブマニホールド８５６と型プレート８２１との間で発生する垂直方向負荷即ち軸線方向負荷を監視することにより、射出成形システム８００の主マニホールド８１０とサブマニホールド８５６との間で適正な密封力に達した時期を決定できる。
【００３６】
本発明の一実施例は、溶融体源から型キャビティまでの溶融体経路を形成する複数の溶融体搬送構成要素を持つ射出成形システムの作動方法を含む。本方法は、熱膨張によって発生した、塑性シールインターフェースに亘る密封力を監視しながら、システムの溶融体搬送構成要素を作動温度まで上昇する工程を含む。計測された力は、溶融体搬送構成要素の熱膨張による。溶融体搬送構成要素間で密封された射出成形システムの溶融体経路と対応する所定の密封負荷、又は所定の設定点に力が達した後、射出成形サイクルを開始してもよい。一実施例では、ホットランナー溶融体搬送構成要素は、ホットランナーマニホールドであり、負荷は、マニホールドと、型ハウジングのバックプレート及び型プレートのうちの少なくとも一方との間に配置されたロードセルによって計測される。別の実施例では、ホットランナー溶融体搬送構成要素は、ホットランナーノズルであってもよく、負荷は、整合カラー、ノズルのノズルチップリテーナ、及び型ハウジングの型プレートのうちの少なくとも一つの間に配置されたロードセルによって計測する。別の実施例では、射出成形システムは、システムが密封負荷に達するまで、射出成形サイクルを開始しないようにするリミットスイッチを含んでいてもよい。
【００３７】
図１０は、図３の射出成形システム２００の全体の側断面図を示す。図１０を参照すると、射出成形機でホットランナー溶融体搬送構成要素を加熱するとき、オペレータはロードセル２４２ａ、２４２ｂから、最小密封力に達したこと、及び作動開始が設定されたことを示すフィードバックを受け取ることを期待する。しかしながら、特定の場合には、システム内の一つ又はそれ以上のロードセルが、最小密封負荷を表示せず、又は所定の最小密封力に達する。
【００３８】
例えば、図１０の領域「Ａ」と近接したロードセル２４２ａが、所定の最小密封力に達したことを示しておらず、図１０の領域「Ｂ」と近接したロードセル２４２ｂが、所定の最小密封領域に達したことを示す場合には、オペレータは、低い密封力が「Ａ」のところで示された原因を確認するため、射出成形システムに何らかの検査を行う。オペレータは、当該領域の熱膨張を制御するヒーター２３２、２３５が適正に作動しているかどうかを、温度制御装置を検査することによって予め確認し、及び／又は当該領域の熱電対２２７、２４０が正しく作動しているかどうかを確認し、ヒーター２３２、２３５が作動温度に達しているかどうかを、温度制御装置を検査することによって確認する。これらの予備検査によって問題が明らかにならなかった場合には、更に詳細な調査を行うために型をプレスから取り外す。作業台で行う検査(bench check) には、型プレート２０６、２２０、２２１を互いに保持するねじが、当該領域において、適切なトルクで締め付けられていることを確認すること（これは、ねじのトルクが不適切であると、型プレートが、適正な予負荷力を発生するのに互いに十分にぴったりと保持されないためである）、型プレート２０６、２２０、２２１を互いに保持するねじの数及び強度が、当該領域において、適正な予負荷力を発生するのに十分にぴったりと型プレートを互いに保持する上で、十分であることを確認すること、圧力ディスク２３６の当該領域での厚さが、所定の最小予負荷力を発生する上で適切であることを確認すること、ノズルボア２１８の肩部２１９の当該領域での高さが、所定の最小密封力を発生する上で適切であることを確認すること、及び／又はノズルフランジ２３０の当該領域での厚さが、所定の最小密封力を発生する上で適切であることを確認することが含まれる。領域「Ａ」での不適切な密封力の原因が確認され、改良がなされた後、システムの作動を開始できる。
【００３９】
ホットランナーシステムが、低温状態予負荷に関して設計されており且つ形成されている場合には、この予負荷がシステムに亘って正しいことを確認するため、力センサ即ちロードセルを使用してもよい。予負荷が一貫していない場合には、型は正しく組み立てられておらず、即ちねじが正しいトルクで締め付けられておらず、おそらくは構成要素が正しい許容差で形成されておらず、そのため、補償を行うため、更に機械加工を施したり及び／又はスペーサを設けることを必要とする。システムが所定の予負荷を持つように設計されており、力センサ即ちロードセルが、この予負荷が低すぎることを確認した場合には、設計熱膨張は、必ずしも、これに関して補償できる必要はなく、必要とされる十分な密封力に達せず、その結果、予負荷条件が調節されるまで、注入プロセスを開始すべきでない。同様に、力センサ即ちロードセルは、最大安全負荷の計測／検出／送出に使用してもよい。最大安全負荷は、構成要素が永久的損傷又は変形を被る前にホットランナーが取り扱うことができる最大負荷である。このような損傷や変形は、ホットランナー全体の過熱、ホットランナーの隔離された領域の過熱、及び／又は不適切な機械的許容差、型の組み立て、又は構成要素の経時的磨耗によるアンバランスな加負荷により生じる。
【００４０】
以上、本発明の様々な実施例を説明したが、これらの実施例は、単なる例示として提供されたものであって、限定ではないということは理解されるべきである。本発明の範囲から逸脱することなく、形態及び詳細について様々な変化を行ってもよいということは当業者には明らかであろう。かくして、本発明の範囲は、上文中に説明した例示の実施例のうちの任意の実施例によって限定されるべきではないが、特許請求の範囲及びその等価物のみによって限定されるべきである。本明細書中で論じた各実施例、及びここで引用した各文献の各特徴は、任意の他の実施例の特徴と組み合わせて使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明の実施例を使用してもよい、射出成形システム１００の部分断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例による射出成形システム２００の部分断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の別の実施例による、図２の射出成形システム２００の一部の図である。
【図３】図３は、本発明の別の実施例による、図２の射出成形システム２００の断面図である。
【図４】図４は、本発明の別の実施例による、図２の射出成形システム２００の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図４に示すスペーサ−ロードセル構成の拡大図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施例による、図２の射出成形システム２００の断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図５に示すノズルチップ−ロードセル構成の拡大図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の別の実施例による、図５のノズル前端の拡大図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施例による、図２の射出成形システム２００の断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図６に示すノズルチップ−ロードセル構成の拡大図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の別の実施例による、図６のノズル前端の拡大図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例による、バルブゲート式射出成形システム７００の断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例による、射出成形システム８００の主マニホールド及びサブマニホールド構成の断面図である。
【図９】図９は、本発明の別の実施例による、図８の射出成形システム８００の断面図である。
【図１０】図１０は、図３に示す実施例による射出成形システム２００の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施例による図２の射出成形システム２００の断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例による力センサ出力についての例示の使用の概略ダイヤグラムである。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2008114588000001.pdf