(57)【要約】射出成形ランナ・システム用のノズルにおいて、その中を通る溶融チャネル（１４）をもつノズル・ハウジング（１２）と、チップ・チャネル（２２）とそれに連通する少なくとも１つの出口開口とをもつノズル・チップ（１６）と、チップ・チャネル（２２）が溶融チャネル（１４）と連通するように、ノズル・ハウジング（１２）に押し付けてノズル・チップ（１６）を保持するチップリテーナ（２４）とを含むノズル。チップリテーナ（２４）はノズル・チップ（１６）より相当に熱伝導率が高い。チップリテーナ（２４）より相当に熱伝導率が低いノズル・シール（３０）をチップリテーナ（２４）に融合させることができ、ノズル・チップ（１６）から環状に距離を置いて配置することができる。
2006521217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形ランナ・システム用のノズルにおいて、
その中を通る溶融チャネルをもつノズル・ハウジングと、
チップ・チャネルとそれに連通する少なくとも１つの出口開口とをもつノズル・チップと、
前記チップ・チャネルが前記溶融チャネルと連通するように、前記ノズル・ハウジングに押し付けて前記ノズル・チップを保持する、前記ノズル・チップより相当に熱伝導率が高いチップリテーナとを含むノズル。
【請求項２】
前記チップリテーナが、前記ノズル・ハウジングに取り外し可能に取り付けられた請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記チップリテーナが前記ノズル・ハウジングに
ねじ、および
低温蝋付けのどちらか１つによって取り外し可能に取り付けられる請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
前記ノズル・チップが熱伝導率をもち、前記チップリテーナが前記ノズル・チップの前記熱伝導率の少なくとも約２倍の熱伝導率をもつ請求項１に記載のノズル。
【請求項５】
前記チップリテーナの前記熱伝導率が約１００と３００Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第１の範囲であり、前記ノズル・チップの前記熱伝導率が約１０と９５Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第２の範囲である請求項４に記載のノズル。
【請求項６】
前記チップリテーナの前記熱伝導率が約１５０と２６０Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第１の範囲であり、前記ノズル・チップの前記熱伝導率が約２５と６０Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第２の範囲である請求項４に記載のノズル。
【請求項７】
前記ノズル・チップが、低温の蝋付けによって前記チップリテーナ内に保持される請求項１に記載のノズル。
【請求項８】
前記チップリテーナに取り付けられたノズル・シールをさらに含む請求項１に記載のノズル。
【請求項９】
前記ノズル・シールが、前記チップリテーナより相当に熱伝導率が低い請求項８に記載のノズル。
【請求項１０】
前記ノズル・シールが、溶接または蝋付けのどちらか１つによって前記チップリテーナに取り付けられた請求項９に記載のノズル。
【請求項１１】
前記ノズル・シールが、前記ノズル・チップから環状に距離を置いて配置される請求項９に記載のノズル。
【請求項１２】
前記ノズル・ハウジングに取り付けられる加熱器であって、使用時に、前記ノズル・ハウジングおよびチップリテーナを加熱する前記加熱器をさらに含む請求項１に記載のノズル。
【請求項１３】
前記加熱器が実質的に円筒形であり、前記ノズル・ハウジングを覆って取り付けられた請求項１２に記載のノズル。
【請求項１４】
前記ノズル・チップが軸部と、前記軸部から延びる端部とをもち、前記軸部が前記端部より相当に熱伝導が高い請求項１に記載のノズル。
【請求項１５】
前記軸部が直径をもち、前記端部が前記軸部の前記直径の約１倍から２倍の長さをもつ請求項１４に記載のノズル。
【請求項１６】
前記軸部の前記熱伝導率が約１００と３００Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第１の範囲であり、前記端部の前記熱伝導率が約１０と９５Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第２の範囲である請求項１４に記載のノズル。
【請求項１７】
前記軸部の前記熱伝導率が約１５０と２６０Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第１の範囲であり、前記端部の前記熱伝導率が約２５と６０Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第２の範囲である請求項１４に記載のノズル。
【請求項１８】
前記ランナ・システムがホット・ランナ・システムである請求項１に記載のノズル。
【請求項１９】
その中を通る溶融チャネルをもつノズル・ハウジングと、
チップ・チャネルとそれに連通する少なくとも１つの出口開口とをもつノズル・チップと、
前記ノズル・ハウジングに取り付けられたチップリテーナであって、前記チップ・チャネルが前記溶融チャネルと連通するように、前記ノズル・ハウジングに押し付けて前記ノズル・チップを保持するチップリテーナとを含む、射出成形用のノズルであって、
ａ）前記チップリテーナが、全部でないとしても大部分が、
ｉ）ＡＳＴＭ  Ｃ１７０００シリーズの規格の任意のものに従って作られるベリリウム銅合金
ｉｉ）ＡＳＴＭ  Ｃ１８０００シリーズの規格に従って作られる銅合金
のうちの１つから製造され、
ｂ）前記ノズル・チップが、全部でないとしても大部分が、
ｉ）ステンレス鋼、
ｉｉ）工具鋼、および
ｉｉｉ）カーバイド
のうちの１つから製造されるノズル。
【請求項２０】
射出成形ホット・ランナ・システム用のノズルにおいて、
その中を通る溶融チャネルとねじを備える近位端とをもつノズル・ハウジングと、
チップ・チャネルとそれに連通する少なくとも１つの出口開口とをもつノズル・チップと、
前記ノズル・ハウジングの前記ねじに係合するねじをもち、したがって、前記ノズル・ハウジングに取り付けられ、前記チップ・チャネルが前記溶融チャネルと連通するように前記ノズル・ハウジングに押し付けて前記ノズル・チップを保持するチップリテーナであって、前記ノズル・チップを形成している前記材料より相当に高い熱伝導率をもつ材料から形成されるチップリテーナと、
前記チップリテーナに融合されたノズル・シールであって、前記チップリテーナを形成しているものより相当に低い熱伝導率をもつ材料から形成されるノズル・シールとを含むノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に射出成形システムに関し、より詳細には、それに限定するものではないが、本発明は、ホット・ランナ用のノズル、特にチップ・インサートが別のリテーナの部品によって固定されるノズルのホット・チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
最先端技術は、ホット・ランナ射出成形システム用の様々なノズルおよびチップを含む。ホット・ランナ（ｈｏｔ−ｒｕｎｎｅｒ）のノズルは、一般に弁ゲ−ト式（ｒａｌｖｅ−ｇａｔｅ  ｓｔｙｌｅ）またはホット・チップ式（ｈｏｔ−ｔｉｐ−ｓｔｙｌｅ）である。弁ゲ−ト式では、別個の心棒がノズル内部を移動し、チップがノズルを通る樹脂の流れを選択的に開始し停止するための弁として動作する。ホット・チップ式では、チップの端の小さいゲート領域が凝固し、それによって、ノズルを通る樹脂の流れを停止する。本発明は、ホット・チップ式ノズルに適用される。
【０００３】
ホット・チップ式ノズルを使用する射出成形システムは、一般にノズルのチップがその中に挿入される小さい円形ゲート開口を備える冷却モールド（ｍｏｌｄ）をもつ。チップは、一般にテーパ型の先端（ｔａｐｅｒｅｄ  ｐｏｉｎｔ）を備える円錐形である。動作時には、テーパ型の先端は円形ゲート内に配置され、それによって溶融プラスチックがその中を通ってノズルからモールドに移される環状開口を形成する。モールド（型）が満たされたとき、プラスチックの流れは停止する。理想的な成形サイクルでは、モールドは、一般に、その中に射出されたプラスチックがすぐに凝固するように冷却される。モールド内の液体プラスチックは、冷却するにつれて収縮し、そのことがプラスチックをノズルからモールドに継続して移動することを可能にする。この工程は「パッキング」と呼ばれる。ノズルは、一般に、その内部に納められた溶融プラスチックが液体のままであるように加熱される。パッキングの際に、ゲート領域を通って移動する熱いプラスチックは、部品のすべてのプラスチックが凝固するまでゲート領域が凝固しないようにする。最終的に、ゲートが凝固して、モールドが開けられ、部品が押し出され、それによって、ゲート領域の少量の凝固プラスチックが壊される。
【０００４】
ゲートが凝固する前にモールドが開けられた場合、プラスチックはノズルからモールドに糸を引くことになる。これは、「ゲート・ストリンギング（ｇａｔｅ  ｓｔｒｉｎｇｉｎｇ）」として知られており、プラスチックの糸を、次の作業で部品から取り除く、または部品をスクラップにしなくてはらないので、受け入れることができない。ゲートが凝固するのを長い時間待つことも、システムの生産性を最適化するために、できるだけ短いことが望ましい成形サイクルに時間をかけることになるので受け入れることができない。
【０００５】
部品が十分射出され充填される前に、ノズルが、ゲートが凝固しないように十分な熱をチップに供給しない場合、部品はボイド（ｖｏｉｄｓ）をもち、または受け入れることができなくなる他の品質の問題をもつことになる。
従来の技術では、ノズル・チップの大きさが小さいので、ノズル・チップの直接加熱は実用的でない。したがって、ノズル・チップをノズル全体の材料の伝導率（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を利用した伝導プロセスを通して加熱しなければならない。熱がよく知られた技術でノズル本体に加えられ、ノズル・チップに伝導される。したがって、チップ材料は、ノズル・チップへの熱の流れを促進する高い伝導材料からなる。
【０００６】
ノズル・チップは、プラスチックがゲートを通って流れるときプラスチックを液体の状態に維持するために、ゲート領域に適切な熱量を提供することが重要であるが、流れが停止したときプラスチックが妥当な時間内で凝固することを可能にすることも重要である。チップはまた、腐食に耐え、４０，０００ｐｓｉ（２７５Ｍｐａ）以上に達する可能性のある射出圧力からの圧縮荷重に耐え、ガラスまたは微粒子の材料などのフィラーを含むプラスチックと共に使用される場合、摩耗にも耐えなければならない。チップは摩耗することがあるので、それらは簡単に取り換え可能であることが望まれる。チップを、別の材料を処理するために簡単に変更できることも望まれる。
【０００７】
これらの要求に対応するために、２ピースのチップ・アセンブリ（ｔｗｏ−ｐｉｅｃ
ｅ  ｔｉｐ  ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ）が普通になってきた。取り外し可能なチップ・インサートが、ノズル・ハウジングに一般にねじ式で係合するチップリテーナによってノズル・ハウジング内に固定される。比較的安価なチップ・インサートを、リテーナのねじをゆるめ、別のチップ・インサートを取り付け、リテーナを再度取り付けることによって、簡単に交換することができる。そのようなチップ装置は、リテーナが交換されないので、対費用効果が高い。
【０００８】
２ピースのチップ・アセンブリはリテーナ部分に取り付けられたノズル・シールを含む。ノズル・シールは、ノズル・チップに比べて冷たいモールドに接触するので、ノズル・シールの材料が低い熱伝導率をもち、したがってノズルおよびノズル・チップからの熱が、ノズル・シールを介してモールドに伝達されないことが好ましい。
【０００９】
これらの要件は、チップ・インサートおよびリテーナを使用する種々のチップおよびノズル・シール装置において、いくつかの米国特許をもたらし、それらはすべてチップ・インサート用に極めて高い熱伝導率材料の使用を教示している。
【００１０】
Ｓｃｈｍｉｄｔらに付与された米国特許第５，２０８，０５２号は、高い熱伝導率をもつベリリウム銅製のチップ・インサートと低い熱伝導率をもつチタン合金製のリテーナとを教示する。
【００１１】
Ｇｅｌｌｅｒｔに付与された米国特許第５，２９９，９２８号は、ベリリウム銅合金などの極めて高い熱伝導率の材料から形成されたチップの内部部品およびベリリウム銅のチップ・インサートより相当に低い熱伝導率のチタン合金などの材料から形成された外部保持部品も教示している。
【００１２】
同様に、Ｓｗｅｎｓｏｎらに付与された米国特許第５，８８５，６２８号は、ベリリウム銅などの極めて高い伝導率の材料から構成されたチップの内部部品、および好ましくはチタン合金などの低い熱伝導率の材料から形成された外部部品を教示している。
【００１３】
Ｃｉｃｃｏｎｅに付与された米国特許第６，３９４，７８５号は、普通にベリリウム銅から作られたノズル・チップのインサートも開示している。
より耐摩耗をもつチップに対して、Ｇｅｌｌｅｒｔらに付与された米国特許第６，３０２，６８０号は、成形される材料に適した熱伝導率ならびに耐摩耗性および耐腐食性の組合せをもつベリリウム銅またはタングステン・カーバイド銅などの材料で製造されたチップ・インサートを開示している。チップ・インサートも保持するノズル・シールは、ステンレスまたはＨ−１３工具鋼などの適切な耐摩耗性および耐腐食性の材料で製造される。Ｍｏｒｔａｚａｖｉらに付与された米国特許第６，１６４，９５４号は、カーバイドおよびタングステン・カーバイドなどの高い耐摩耗性および優れた熱伝導率を示すチップ・インサート用の材料の使用も開示している。ＭｏｒｔａｚａｖｉはＴｉ／Ｚｒカーバイドなどの優れた熱伝導率をもつリテーナ用の材料の使用も開示している。
【００１４】
Ｐｕｒｉに付与された米国特許第５，８７９，７２７号は、好ましくは、銅ベースの合金などの比較的高い熱伝導率をもった材料から作られたノズル・チップを開示している。チップはノズルにねじ式で取り付けられ、Ｈ−１３、４１４０またはＰ−２０工具金属などの比較的高い耐摩耗性の材料から作られたシール・リングが、チタンなどの低い熱伝導率をもつ材料から作られた断熱材を介してチップに取り付けられる。
【００１５】
これらのノズル・チップのすべては、加熱されたノズル本体からゲート領域に熱を伝導するために、チップ・インサートの高い熱伝導率を利用して本質的に同じ方法で機能する。ノズル・チップからの熱が射出サイクルの開始時にゲートを開き、射出プロセスの間、それを開けたままにしておき、モールドからの冷却がゲートを冷却し、最終的にパッキングが完成した後で、それを凝固させる。チップが十分に熱くない場合、ゲートを開けることができず射出を行うことができず、またはゲートが早く凝固しすぎ、品質の不十分な部品をもたらす。多すぎる熱がチップに伝達される場合、ゲートが凝固せず、ストリンギング・ゲートを起こすことになる。したがって、任意の特定のノズル・チップおよび樹脂に対して、ゲートを開け、成形プロセスの間、要求通りにゲートを開けたままにしておくのに必要な最低温度と、ストリンギング・ゲートを起こさないで部品を作ることができる最高温度との間に、動作温度ウィンドウがある。動作ウィンドウが狭い場合、射出成形プロセスに関連する多くの変数があるので、複数のキャビティをもつモールドにとってすべてのキャビティ内で一貫して優れた部品を作ることが難しいことがある。１つの要因は、ゲート内のチップの高さを変える積み重ねの組立許容差である。チップは円錐形なので、チップの高さの変化は、溶融プラスチックがその中を流れるチップとゲートの間の環の大きさに変化をもたらす。他の要因は、ホット・ランナの様々な部分での、またはホット・ランナの流れの不均衡による熱損失によるノズル毎の樹脂の温度の変化である。
【００１６】
さらに、樹脂は溶融流れ特性および、どの加工パラメータが射出成形プロセスで使用されるかを決める加工用の最適温度範囲をもつ。樹脂用の流れ特性は、本質的にバッチ毎に変化する。樹脂のコストを下げるために、バッチで樹脂を分類することがないようにするために、成形業者は、しばしば流れ特性に対して広い範囲を可能にする規格をもった樹脂を大量に購入する。１つのバッチの樹脂を、与えられた組の加工パラメータで適切に運転できるが、異なる流れ特性をもつ次のバッチは、まったく同じプロセス設定を使用しても、優れた部品を製造することはできない。
【００１７】
多くの射出成形システムにおいて、ノズルの温度が、一般にチップの近くで、熱電対を用いてしばしば監視される。これは、ノズル内の金属の温度を測定し、溶融樹脂の実際の温度を測定しない。熱電対とノズル加熱器の間に一般に熱電対で測定されたノズル温度を一定の設定値に維持するためのループ・フィードバック装置がある。いくつかのシステムでは、各個々のノズルを、上述の変化を補償するために必要に応じて調節することができるが、多くのシステムでは、そのようなノズル加熱器の個々の制御はできない。なお、別のシステムでは、ノズルの温度は監視されない。プロセス実験に基づいて、これらのシステムは、ノズルの動作温度を決めるために、一般に、最大で利用できる電力の数パーセントの電力制御設定を利用する。しかし、任意のシステムにおいて、１つのノズルが動作ウィンドウの上限をもち、他のノズルが下限で動作することが残念ながら起こり得る。あるいは、ウィンドウが狭すぎる場合、いくつかのノズルは常にウィンドウの外側になり、それによって、すべてのキャビティ内で、モールドが優れた部品をつくるのを妨げることになる。
【特許文献１】米国特許第５，２０８，０５２号
【特許文献２】米国特許第５，２９９，９２８号
【特許文献３】米国特許第５，８８５，６２８号
【特許文献４】米国特許第６，３９４，７８５号
【特許文献５】米国特許第６，３０２，６８０号
【特許文献６】米国特許第６，１６４，９５４号
【特許文献７】米国特許第５，８７９，７２７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来の技術のものより広い動作ウィンドウを提供する射出成形ノズル・チップの必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は射出成形ランナ・システム用のノズルを提供する。ノズルは、その中を通る溶融チャネルをもつノズル・ハウジングと、チップ・チャネルとそれに連通する少なくとも１つの出口開口とをもつノズル・チップと、チップ・チャネルが溶融チャネルと連通するように、ノズル・ハウジングに押し付けてノズル・チップを保持するチップリテーナとを含む。チップリテーナは、ノズル・チップより相当に熱伝導率が高い。
【００２０】
１つの実施態様では、ノズルは、チップリテーナより相当に低い熱伝導率をもつノズル・シールを含む。ノズル・シールをチップリテーナと融合でき、ノズル・チップから距離を置いて環状に配置することができる。
【００２１】
１つの実施態様では、チップリテーナが、取り外し可能に、ノズル・ハウジングにねじで取り付けられる。別の実施態様では、チップリテーナが、取り外し可能に、ノズル・ハウジングに低温の蝋付け（ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｂｒａｚｉｎｇ）によって取り付けられる。さらに別の実施態様では、ノズル・チップが、取り外し可能に、チップリテーナ内に低温の蝋付けによって保持される。
【００２２】
有利には、本発明は樹脂温度、チップの高さおよび樹脂流れ特性の大きい変動にもかかわらず品質の高い部品の製造を可能にする大きい動作ウィンドウをもつノズル・チップを提供する。有益には、本発明の好ましい実施形態のノズル・チップは、ノズルの温度調節の必要性もなくす。
本発明の特徴、利点および目的が、以下の例示的な説明および説明的な図面を参照することによって当技術分野の技術者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１および２を参照して、本発明の好ましい実施形態による射出成形ノズル１０を全体的に説明する。射出ノズル１０は、加圧された溶融材料のソース（図示せず）とよく知られた方法で連通しその内部を通る溶融チャネル１４をもつ細長いノズル・ハウジング１２を含む。ノズル・チップ１６は、ノズル・ハウジングの近位端１８で取り付けられ、したがって、ノズル・チップ１６に形成されたチップ・チャネル２２が、溶融チャネル１４と連通し、チップ・チャネル２２と連通する少なくとも１つの出口開口２０をもつ。好ましい実施形態では、ノズル・チップ１６は、ねじ２６またはそれらの機能的等価物によってノズル・ハウジング１２の近位端１８に取り付けられたチップリテーナ（保持具）２４によって、ノズル・ハウジング１２の近位端１８で保持される。チップリテーナ２４が、ノズル・ハウジング１２の近位端１８にねじ込まれるとき、チップリテーナ２４は、好ましくはノズル・チップ１６を受け、それを保持するように構成される。この実施形態では、ノズル・ハウジング１２およびチップリテーナ２４は、チップリテーナ２４がノズル・ハウジング１２の雄ねじ上に取り付けられるように、組み立てられ、配置され、ねじを切られる。図示された実施形態では、ノズル・ハウジング１２およびチップリテーナ２４は、ほぼ等しい外側直径をもつ断面積において実質的に円筒であり、したがって、実質的に円筒の外部加熱器２８をノズル・ハウジング１２およびチップリテーナ２４を覆って取り付けることができる。加熱器（ヒータ）２８は、溶融チャネル１４およびチップ・チャネル２２内の材料を溶融状態に保つために、ノズル・ハウジング１２およびチップリテーナ２４に熱を供給する。
【００２４】
射出成形ノズル１０の動作の際、加熱器２８は、ノズル・チップ１６ならびに、溶融チャネル１４およびチップ・チャネル２２内の溶融材料に熱を伝達する、ノズル・ハウジング１２およびチップリテーナ２４を直接加熱する。上述のように、射出サイクルの開始時にゲートを開けるために、また射出プロセスの間それを開けておくためにノズル・チップ１６に十分な熱を加えなければならない。チップは、パッキングが完了した後でゲートが凝固できないほど熱すぎてはならない。また、上述のように、従来の技術の射出成形ノズルは、ベリリウム銅など極めて高い熱伝導率の材料からチップを作ることによって、これを達成する。チップリテーナおよびノズル・シールは、様々なステンレスおよび工具鋼など、より低い熱伝導率の材料から作られる。本発明は、その配置を逆にし、したがって、チップリテーナがチップよりも熱伝導率が相当に高い。好ましい実施形態では、リテーナ２４は、ＡＳＴＭ  Ｃ１７０００シリーズの規格の任意のものに準拠して作られたベリリウム銅合金またはＣ１８０００の規格に準拠して作られた銅合金など極めて高い熱伝導率の材料製であり、ノズル・チップ１６は、ステンレス鋼、工具鋼またはカーバイドなど、より低い熱伝導率の材料製である。リテーナは、一般に約１００から３００Ｗｍ−１Ｋ−１までの範囲の熱伝導率をもち、ノズル・チップは、一般に１０から９５Ｗｍ−１Ｋ−１までの範囲をもつ。本発明の好ましい実施形態によれば、その範囲の上端の熱伝導率をもつノズル・チップの使用は、その範囲の上端の熱伝導率をもつリテーナの使用を必要とし、したがって相当な差、少なくとも約２倍の、好ましくは６倍またはそれ以上の係数が熱伝導率で達成される。高すぎる温度でプラスチック材料を加工することなく、システムの全体の動作温度が優れた部品を作るのに十分に高いという条件のもとで、その範囲のより下端の熱伝導率をもつリテーナの使用は、その範囲のより下端の熱伝導率をもつチップを使用することもできる。リテーナの熱伝導率の好ましい範囲は、約１５０から２６０Ｗｍ−１Ｋ−１までであり、ノズル・チップは２５から６０Ｗｍ−１Ｋ−１の範囲である。
【００２５】
当技術分野の技術者は、本発明のノズル・チップ用に使用される材料は、従来の技術のノズルにおけるノズル・チップ用に使用されるベリリウム銅より、さらに耐摩耗性が高いことを理解するであろう。したがって、そのような耐摩耗性を必要としないそれらの応用例と同じチップで、耐摩耗性が必要な応用例を実行することができる。
【００２６】
別の好ましい実施形態では、チップリテーナを、ノズル・ハウジング内の雌ねじにねじ込むことができる。１つのそのような実施形態を示す図３を参照して、ノズル・ハウジング１１２およびチップリテーナ１２４はノズル・ハウジング１１２内の雌ねじ１２６と、チップリテーナ１２４のかみ合う雄ねじとから構成される。チップリテーナ１２４は、ノズル・チップ１１６を保持するために雌ねじ１２６で設置される。
【００２７】
あるいは、図４を参照して、さらに別な実施形態では、本発明を取り外し可能なチップリテーナなしで、構成することもできる。チップリテーナ２２４は、ノズル・ハウジング２１２の統合された部分であり得る。ノズル・ハウジング２１２のものと違う材料で作られる場合、リテーナ部分２２４を溶接しまたは、高温蝋付け材料でノズル・ハウジング２１２に蝋付けすることができる。ノズル・チップ２１６を、比較的低温の蝋付け材料によってチップリテーナ部分２２４に取り付けることができる。なお、低温の蝋付け材料を溶かすのに十分高い温度であるが、高温の蝋付け材料を溶かすほど高くない温度までアセンブリを再加熱することによって、ノズル・チップ２１６をチップリテーナ部分２２４から取り外すことができる。あるいは、ノズル・ハウジング２１２およびチップリテーナ部分２２４が、同じ材料製の１つの統合部品であってもよい。別の例では、チップリテーナ部分２２４は、それに蝋付けされ、または溶接されたチップ２１６をもち、ノズル・ハウジング２１２に、ねじ式で係合するチップリテーナ部分２２４をもつことができる。さらに別の例では、チップリテーナ部分２２４を、低温で蝋付けされた接合面によってノズル・ハウジング２１２に取り外し可能に取り付けることができ、チップリテーナ部分２２４を、図１の実施形態のものと同じ方法で、ノズル・チップ２１６を機械的に保持するように構成することができる。蝋付けを必要とする実施形態の場合、低温の蝋付けする材料を溶かすのに十分な温度は、チップリテーナ部分２２４の材料の性質を望ましくなく劣化させるのに十分に高いことを認識しなければならない。
【００２８】
図３および４のいずれかの実施形態において、加熱器２８は、図示されたように外部加熱器でもあり得るし、ノズル・ハウジングとチップリテーナは一体化されるので、当技術分野でよく知られているようにノズル・ハウジングやチップリテーナに統合されて作られることもあり得る。本発明は、これらの実施形態のすべてならびに、チップをノズル・ハウジングに押し付けて、またはその中に保持する、任意の他のチップ／ノズルの組合せを含んでいる。
【００２９】
上の実施形態のすべてにおいて、任意選択のノズル・シール３０が、チップリテーナ２４、１２４または２２４に取り付けられ、モールド（図示せず）に接触し、それに押し付けて密封するフランジ３２をもつ。当技術分野の技術者は、溶融材料が凝縮して、モールドからの射出ノズル１０の熱絶縁を強化することを可能にするフランジ３２とノズル・チップ１６の間に形成されたバブル領域３４を含むことができるノズル・シールなどの無数の構成に精通していることに留意すべきである。本発明は、本明細書で図示され説明された１つの構成に限定されず、ノズル・シールなどのすべての知られた構成を企図している。
【００３０】
説明された実施形態では、ノズル・シール３０は、チップリテーナ２４とモールド（図示せず）の間の熱伝達を最小限に抑えるために、好ましくは、チップリテーナ２４より低い熱伝導率の材料からできている。ノズル・シール３０はまた、ノズル・シール３０とノズル・チップ１６の間の熱伝達を最小限に抑えるために、好ましくは、環状にノズル・チップ１６から距離を置いて配置される。ノズル・シール３０用に好ましい材料は、約１４Ｗｍ−１Ｋ−１の熱伝導率をもつ１３−８工具鋼である。ノズル・シール３０は、好ましくは、接合面３６のところで、電子ビーム溶接、蝋付けまたは他のそのようなプロセスによってチップリテーナ２４、１２４または２２４に融合される。または、ノズル・シール３０を、接合面３６のところで、圧入することができ、またはノズル・シール３０をチップリテーナ２４、１２４または２２４にねじ式で係合させることもできる。
【００３１】
テストは、この新しいリテーナ／チップの組合せは、従来の技術の組合せより、大抵のプラスチック樹脂に対して、相当に広い動作ウィンドウを提供することを示した。鋼鉄のチップリテーナ２４、ベリリウム銅のノズル・チップ１６をもつ従来の技術のＨｕｓｋｙのＵＬＴＲＡ（商標）５００ノズルを使用して、部品が、いくつかの樹脂で射出成形され、動作ウィンドウを決めるためにノズルの温度を変えた。ノズル・ハウジング１２の近位端１８の近くのチップリテーナ２４内の熱電対が、ノズル１０の温度を監視し、樹脂製造業者によって推薦された温度に対応する樹脂加工温度のよい指標であった。ノズルの温度が上下に調節されるとき、作られた部品のゲート品質が監視された。ゲートが適切に開き、優れた部品を作るのに必要な最低温度は、動作ウィンドウの最低温度として記録され、部品がゲート・ストリンギングなしで作られる最高温度は、動作ウィンドウの最高温度として記録される。すべての他のパラメータは一定に維持して、ノズル温度だけを変えた。それから、鋼鉄のチップリテーナおよびベリリウム銅のノズル・チップが、本発明に準拠するベリリウム銅のチップリテーナおよび４１４０鋼のノズル・チップに交換し、テストが繰り返された。
【００３２】
これらのテストの結果は表１に示す。従来の技術の構成では、動作ウィンドウの大きさは、ポリプロピレン用の摂氏３０度の最低値から、高密度ポリプロピレン用の摂氏１００度の最高値まで変動した。本発明の構成では、ポリプロピレン用の動作ウィンドウの大きさは、摂氏２０５度まで増加し、高密度ポリプロピレン用の動作ウィンドウの大きさは、摂氏２６０度まで増加した。本発明の構成は、動作ウィンドウの最低温度を下げ、最高温度を相当に上げた。実際、優れた部品は、摂氏４００度のノズルで、ゲート・ストリンギングなしでなお作られた。摂氏４００度を超える温度では、ベリリウム銅のリテーナが焼きなまされ、それによって強度を失うので、より高い温度でのテストは行われなかった。
【表１】
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【００３３】
本発明の構成において、極めて高い熱伝導率のチップリテーナ２４は、チップリテーナがスチール製で小さいチップだけが高い熱伝導率の材料である従来の技術の構成より多く、加熱器２８およびノズル・ハウジング１２からノズル・チップ１６に熱を伝達する。チップリテーナ２４内の高い熱伝導率材料のより大きな重量は、ゲートにより近くにより多くの熱を出し、それによって、ゲートに形成された凝固した樹脂のプラグを十分に薄くして、ゲートをより低い最低動作温度で開けることができる。これを、表１の結果をもたらすために使用された構成用のノズル・チップ１６に沿った温度の定常状態の熱解析を示すグラフ１で見ることができる。
【表２】
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【００３４】
ノズル・チップ１６は、かなり低い熱伝導率の材料製であるので、円錐形部分４０に沿ったチップの温度は、ノズル・チップ１６の端部４２の方に急激に下がる。線４４で示された端部４２から４ｍｍの部分は、従来の技術のチップの同じ領域より低温である。これは、ゲート内に位置する本発明のノズル・チップ１６の部分を、従来の技術のものよりさらに低温にさせる。ノズルの動作温度が非常に高い状態であっても、ゲートの比較的低温のチップは、ゲートの適切な凝固を可能にする。加工温度のウィンドウに影響する別の要因は、それがチップ１６内を流れるとき、溶融材料のせん断発熱の過渡状態に対するノズル・チップ１６の反応である。従来の技術のチップに使用された材料と比較すると、本発明のチップ１６に使用された材料は、比較的高い密度と低い熱伝導率を有し、溶融材料の射出の際、溶融材料のせん断発熱に大きくまたは迅速に反応しない。これが、成形サイクルの射出部分のすぐ後方で、チップをより低温に維持し、これがゲート・ストリンギングの可能性を低減する。したがって、ノズル温度がその構造的上限の場合でも、ゲート・ストリンギングなしで優れた部品を製造することができる。
【００３５】
同じテストが、より大きなノズル（ＨｕｓｋｙのＵＬＴＲＡ（商標）７５０およびＵＬＴＲＡ（商標）１０００）を使用しても行われ、同様な結果が得られた。
すべてのテストに対して、チップ１６は、ほとんどの応用例で使用される１つの長さであった。いくつかの応用例では、延長された長さのチップが必要となる。これらの応用例では、全ノズル・チップ１６が低い熱伝導率の材料で作られた場合、ノズル・チップ１６の低い熱伝導率は、十分な熱を円錐形部分で与えるには不十分である。これらの応用例では、延長されたチップを図５および６に示すように作ることができる。延長されたチップ５０は、軸部５２と、軸部５２から延びる端部５４とをもつ。軸部５２と端部５４との熱伝導率の関係は、好ましくは、それぞれチップリテーナ２４とチップ１６とのものとほぼ同じである。軸部５２は、端部５４を形成するステンレスまたは工具鋼などの材料より、相当に熱伝導率が高いベリリウム銅などの材料から形成される。端部５４の長さは、好ましくは、軸部５２の直径のほぼ１倍から２倍である。部分５２と５４は、それらの接合面５６で電子ビーム溶接などによって接合される。
【００３６】
ウィンドウ内部で動作する場合、射出成形プロセスは、ゲートが凝固するのにどの位の時間がかかるかに大きく依存するサイクル時間をもつ。より多くの熱がノズル・チップの端部にあるとき、より多くの熱が、モールド内に散逸されなくてはならず、したがって、ゲートを凝固させるのにより長い時間が必要となり、サイクル時間をより長くする。本発明のノズル・チップ１６のより冷たい端部４２は、２つの方法でサイクル時間を短くすることを可能にする。第１に、より冷たいチップ端部４２は、（１）チップ端部４２に、ゲートを凝固させるためモールドによって取り除かれなくてはならない熱をより少なく伝達すること、および（２）プラスチックをより速く冷却するために、チップ端部とそれに隣接するプラスチックの間に温度差を提供することによってゲートをより速く凝固させる。第２に、本発明の動作ウィンドウの下限が、従来の技術のノズルのものより低いので、射出成形システムの全体の加工温度を低くすることができる。プラスチックがより低い温度にあるので、それは、モールドおよびゲート内でより速く凝固し、そのことがサイクル時間を短くする。
【００３７】
もちろん、上の説明は例のためだけに与えられ、本発明の範囲を逸脱することなく詳細な修正をすることができることが理解される。例えば、ノズル・チップを、同様にコールド・ランナ・システムにも適用することができることを容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】チップリテーナがノズル・ハウジング上の外部に取り付けられた、本発明のノズルの好ましい実施形態の縦断面図である。
【図２】図１の部分詳細図である。
【図３】チップリテーナがノズル・ハウジングの内部に取り付けられた、本発明のノズルの別の好ましい実施形態の縦断面図である。
【図４】チップリテーナがノズル・ハウジングに蝋付けされ、かつノズル・チップが低温鑞付け材料でチップリテーナに取り付けられた、本発明のノズルの別の好ましい実施形態の縦断面図である。
【図５】延長されたノズル・チップの等角投影図である。
【図６】図５の延長されたノズル・チップの縦断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月4日(2004.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形ランナ・システム用のノズル（１０）において、
その中を通る溶融チャネル（１４）をもつノズル・ハウジング（１２）と、
チップ・チャネルとそれに連通する少なくとも１つの出口開口とをもつノズル・チップ（１６）と、
前記チップ・チャネルが前記溶融チャネルと連通するように、前記ノズル・ハウジング（１２）の近位部（１８）に押し付けて前記ノズル・チップ（１６）を保持する、前記ノズル・チップ（１６）より相当に熱伝導率が高いチップリテーナ（２４）と、
を含むノズル（１０）。
【請求項２】
前記チップリテーナ（２４）が、前記ノズル・ハウジング（１２）に取り外し可能に取り付けられた請求項１に記載のノズル（１０）。
【請求項３】
前記チップリテーナ（２４）が前記ノズル・ハウジング（１２）に
ねじ、および
低温蝋付けのどちらか１つによって取り外し可能に取り付けられる請求項２に記載のノズル（１０）。
【請求項４】
前記ノズル・チップ（１６）が熱伝導率をもち、前記チップリテーナ（２４）が前記ノズル・チップ（１６）の前記熱伝導率の少なくとも約２倍の熱伝導率をもつ請求項１に記載のノズル（１０）。
【請求項５】
前記チップリテーナ（２４）の前記熱伝導率が約１００と３００Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第１の範囲であり、前記ノズル・チップ（１６）の前記熱伝導率が約１０と９５Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第２の範囲である請求項４に記載のノズル（１０）。
【請求項６】
前記チップリテーナ（２４）の前記熱伝導率が約１５０と２６０Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第１の範囲であり、前記ノズル・チップ（１６）の前記熱伝導率が約２５と６０Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第２の範囲である請求項４に記載のノズル（１０）。
【請求項７】
前記ノズル・チップ（１６）が、低温の蝋付けによって前記チップリテーナ（２４）内に保持される請求項１に記載のノズル（１０）。
【請求項８】
前記チップリテーナ（２４）に取り付けられたノズル・シール（３０）をさらに含む請求項１に記載のノズル（１０）。
【請求項９】
前記ノズル・シール（３０）が、前記チップリテーナ（２４）より相当に熱伝導率が低い請求項８に記載のノズル（１０）。
【請求項１０】
前記ノズル・シール（３０）が、溶接または蝋付けのどちらか１つによって前記チップリテーナ（２４）に取り付けられた請求項９に記載のノズル（１０）。
【請求項１１】
前記ノズル・シール（３０）が、前記ノズル・チップ（１６）から環状に距離を置いて配置される請求項９に記載のノズル（１０）。
【請求項１２】
前記ノズル・ハウジング（１２）および前記チップリテーナ（２４）を覆って配置された外部加熱器（２８）をさらに含むノズルであって、
動作中、前記加熱器（２８）が前記ノズル・ハウジング（１２）および前記ノズル・チップ（１６）に熱を伝達する前記チップリテーナ（２４）に熱を供給する請求項１に記載のノズル（１０）。
【請求項１３】
前記ノズル・チップ（１６）が軸部（５２）と、前記軸部（５２）から延びる端部（５４）とをもち、前記軸部（５２）が前記端部（５４）より相当に熱伝導が高い請求項１に記載のノズル（１０）。
【請求項１４】
前記軸部（５２）が直径をもち、前記端部（５４）が前記軸部（５２）の前記直径の約１倍から２倍の長さをもつ請求項１３に記載のノズル（１０）。
【請求項１５】
前記軸部（５２）の前記熱伝導率が約１００と３００Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第１の範囲であり、前記端部（５４）の前記熱伝導率が約１０と９５Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第２の範囲である請求項１３に記載のノズル（１０）。
【請求項１６】
前記軸部（５２）の前記熱伝導率が約１５０と２６０Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第１の範囲であり、前記端部（５４）の前記熱伝導率が約２５と６０Ｗｍ−１Ｋ−１との間の第２の範囲である請求項１３に記載のノズル（１０）。
【国際調査報告】
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