(57)【要約】【課題】溶融体の流れを均衡するための自動調整バルブを持つ射出成形システムを開示する。【解決手段】自動調整バルブは、ホットランナーシステムを通る溶融体の流量を均衡するように形成された制御ロッドを含む。自動調整バルブは、注入圧力又はホットランナーシステム内の溶融体の圧力、及び外力デバイスが提供する予め設定された力に反応する。自動調整バルブは、開ループシステムであり、溶融体の流れを調整するために、センサによる圧力の計測もプロセッサからのフィードバックのいずれも必要としない。自動調整バルブは、溶融体がバルブの制御面に及ぼす圧力の変化に対し、上方／下方に「急速作動」することによって機械的に反応し、これによって溶融体の流れを減少／増大する。自動調整バルブは、溶融体の圧力に影響を及ぼす、溶融体の粘度の増大／減少、溶融体の温度の変化、及び／又は金型キャビティの大きさ等の条件を、プロセス装置を使用することなく、補償する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形装置において、
マニホールド溶融体チャンネルを形成する、溶融体を溶融体源から受け入れるように形成されたマニホールドと、
前記マニホールドに連結されており、前記マニホールド溶融体チャンネルと流体連通したノズル溶融体チャンネルを形成するノズルと、
前記ノズルの上流で前記マニホールド溶融体チャンネル内に部分的に位置決めされた自動調整バルブとを含み、該自動調整バルブは、
バルブディスクであって、支持延長部と、前記バルブディスクを通って延びるバルブディスクボアと、前記バルブディスクボアと連通するため、前記支持延長部の側壁を通って延びる、前記マニホールド溶融体チャンネルと流体連通した流れ穴とを含む、バルブディスクと、
制御ロッド本体と、該制御ロッド本体を通って延びる開口部と、チップ圧力面とを含み、前記制御ロッドの前記開口部が前記バルブディスクの前記流れ穴と流体連通するように前記バルブディスクボア内を摺動自在に延びる、制御ロッドとを含み、
前記制御ロッドは、前記自動調整バルブを通る連続した流体通路を形成するように制御ロッドの前記開口部が位置決めされた第１位置と、自動調整バルブが閉鎖されるように前記制御ロッドの前記開口部が前記バルブディスクボア内に位置決めされた第２位置との間で長さ方向に摺動自在である、射出成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の射出成形装置において、
前記開口部は矩形断面を有する、射出成形装置。
【請求項３】
請求項１に記載の射出成形装置において、
前記開口部は、前記開口部の断面が前記制御ロッドの外面に向かって大きくなるようにテーパ形状を有する、射出成形装置。
【請求項４】
請求項１に記載の射出成形装置において、更に、
前記制御ロッドのへッド部分に連結された外力デバイスを含む、射出成形装置。
【請求項５】
請求項４に記載の射出成形装置において、
前記外力デバイスは、液圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、おもり、及びばねのうちの一つである、射出成形装置。
【請求項６】
請求項４に記載の射出成形装置において、
前記自動調整バルブは、前記マニホールド溶融体チャンネルから前記制御ロッドの前記開口部を通って流れる溶融体を、前記外力デバイスが前記制御ロッドの前記へッド部分に及ぼす軸線方向力及び溶融体が前記制御ロッドの前記チップ圧力面に及ぼす流体圧力に応じて調整するように形成されている、射出成形装置。
【請求項７】
請求項６に記載の射出成形装置において、
前記制御ロッドは、前記制御ロッドの前記チップ圧力面に及ぼされる流体圧力が、前記外力デバイスによって及ぼされる軸線方向力よりも大きい場合、前記制御ロッドの前記開口部を通って流れる溶融体を減少する方向に摺動する、射出成形装置。
【請求項８】
請求項７に記載の射出成形装置において、
前記制御ロッドは、前記制御ロッドの前記チップ圧力面に及ぼされた流体圧力が、前記外力デバイスによって及ぼされた軸線方向力よりも小さい場合、前記制御ロッドの前記開口部を通って流れる溶融体を増大する方向に摺動する、射出成形装置。
【請求項９】
請求項１に記載の射出成形装置において、
前記支持延長部は、マニホールド溶融体チャンネルを通って延びる前記制御ロッドの一部に沿って前記制御ロッドに当接する、射出成形装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の射出成形装置において、
前記制御ロッドの前記開口部は、前記開口部の上面にある上圧力面と、前記開口部の下面にある下圧力面とを備えており、前記上圧力面の投影表面積は、前記下圧力面の投影表面積と等しい、射出成形装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の射出成形装置において、
前記制御ロッドの前記開口部は、前記開口部の上面にある上圧力面と、前記開口部の下面にある下圧力面とを備えており、前記上圧力面の投影表面積は、前記下圧力面の投影表面積と異なる、射出成形装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の射出成形装置において、
前記制御ロッドは、金型ゲートを開閉するため、前記金型ゲートに着座したり着座した状態から外れたりするように、前記制御ロッドの下流端から延びるバルブピンを含む、射出成形装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の射出成形装置において、
前記制御ロッドの直径は、前記バルブピンの直径よりも大きい、射出成形装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の射出成形装置において、
前記制御ロッドの直径と、前記バルブピンの直径との比は、約５：２である、射出成形装置。
【請求項１５】
射出成形装置用の自動調整バルブにおいて、
バルブディスクであって、支持延長部と、前記バルブディスクを通って延びるバルブディスクボアと、前記バルブディスクボアと連通するため、前記支持延長部の側壁を通って延びる流れ穴とを含むバルブディスクと、
制御ロッド本体と、該制御ロッド本体を通って延びる開口部と、チップ圧力面とを含む制御ロッドとを有し、
前記制御ロッドは、前記制御ロッドの前記開口部が前記バルブディスクの前記流れ穴と連通するように、前記バルブディスクボア内を摺動自在に延びており、
前記制御ロッドは、型成形可能な材料の溶融体の流れを前記自動調整バルブを通して流すことができるように前記制御ロッドの前記開口部が位置決めされた開放位置と、前記溶融体の流れが前記自動調整バルブを通過しないように前記制御ロッドの前記開口部が前記バルブディスクボア内に位置決めされた閉鎖位置との間で長さ方向に摺動自在である、自動調整バルブ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の自動調整バルブにおいて、
前記制御ロッドの前記開口部は矩形断面を有する、自動調整バルブ。
【請求項１７】
請求項１５に記載の自動調整バルブにおいて、
前記制御ロッドの前記開口部は、前記開口部の断面が前記制御ロッドの外面に向かって大きくなるようにテーパ形状を有する、自動調整バルブ。
【請求項１８】
請求項１５に記載の自動調整バルブにおいて、更に、
前記制御ロッドに連結された外力デバイスを含む、自動調整バルブ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の自動調整バルブにおいて、
前記外力デバイスは、液圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、おもり、及びばねのうちの一つである、自動調整バルブ。
【請求項２０】
請求項１５に記載の自動調整バルブにおいて、
前記バルブディスク支持延長部は、前記マニホールド溶融体チャンネルを通って延びる前記制御ロッドの一部に沿って前記制御ロッドに当接する、自動調整バルブ。
【請求項２１】
請求項１５に記載の自動調整バルブにおいて、
前記制御ロッドの前記開口部は、前記開口部の上端にある上圧力面と、前記開口部の下端にある下圧力面とを備えており、前記上圧力面の投影表面積は、前記下圧力面の投影表面積と等しい、自動調整バルブ。
【請求項２２】
請求項１５に記載の自動調整バルブにおいて、
前記制御ロッドの前記開口部は、前記開口部の上端にある上圧力面と、前記開口部の下端にある下圧力面とを備えており、前記上圧力面の投影表面積は、前記下圧力面の投影表面積と異なる、自動調整バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国特許法§１１９（ｅ）により、２００６年６月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／８１４，０４４号の優先権を主張するものである。同特許出願に触れたことにより、この特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【０００２】
本発明は射出成形に関し、詳細には、ホットランナーシステム内の溶融体の流れを均衡するための開ループ圧力制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
射出成形は、一般的な製造方法である。射出成形は繰り返しプロセスであり、溶融した（可塑化した）プラスチックを一つ又はそれ以上の金型キャビティに注入（圧入）し、固体の状態で取り出されるまで加圧状態に保持する。金型のキャビティは、基本的には、重複するものである。周知の射出成形技術によって、プラスチックボトル、歯ブラシ、自動車部品、医療用デバイス、子供用玩具、等の商業的価値のある様々な物品が製造される。
【０００４】
ホットランナー射出成形と呼ばれる一つの種類の射出成形プロセスは、一般的には、材料を溶融する工程を含む。材料は、多くの場合、ポリマー材料又は樹脂である。次いで、高温高圧の溶融体の流れを、一つ又はそれ以上のホットランナーノズルと流体連通した注入用マニホールドを通して強制的に流す。更に、加熱されたノズルが、溶融体の流れを金型ゲートを通して一つ又はそれ以上の金型キャビティ内に案内する。溶融体は、金型キャビティの形状で冷却する。金型キャビティを開放し、完成した部品を取り出す。
【０００５】
金型キャビティ内への溶融体の流れを制御する一つの方法は、バルブゲート式射出成形装置を使用することによる方法である。通常、バルブピンは、円筒形であるか或いはテーパした前端を有し、引っ込められた開放位置と延長した閉鎖位置との間で往復動する。引っ込められた開放位置では、前端がゲートに着座する。幾つかの用途では、バルブピンは逆方向に機能し、引っ込められた位置で閉鎖する。
【０００６】
しかしながら、バルブゲート式機構は、代表的には、ゲートを二進法的に開閉するように設計されている。即ち、ゲートは開放しているか或いは閉鎖しているかのいずれかであり、溶融体の流量をゲートによって制御する部分的に開放した形体を許容しない。
【０００７】
幾つかの製造プロセスでは、打ち込み(shot)中に溶融体の流れ（即ち、溶融体の温度及び圧力）を制御できるのが非常に望ましい。溶融体の流れを制御するのが望ましい別の場合は、多くの部品を別々のキャビティで同時に型成形する場合である。代表的には、この場合には、溶融プラスチックを注入ユニットから別々のキャビティに送出するのに供給システムを使用する。多くの又は大部分の射出成形金型では、多数の物品、又は溶融体の多数の流れを必要とする複雑な物品を同時に形成するように、溶融体を別々のキャビティに送出するため、多数の枝部及び出口を供給システムで使用する。各金型キャビティには、一つ又はそれ以上のゲートを通して共通の溶融体流れから供給される。このようなシステムでは、金型キャビティは、携帯電話のハウジング等の相互係止アッセンブリの構成要素を同時に型成形する場合等では、必ずしも大きさが全く同じではない。かくして、各キャビティを充填する上での最適の圧力が異なる。これは、キャビティの大きさ及び形状が異なる場合及び／又は各キャビティへの溶融体の移動時間が異なる場合、溶融体の性質、例えば粘度に影響が及ぼされるためである。かくして、射出成形機の全体の圧力を制御することによって各キャビティについて圧力を最適にするのは不可能である。
【０００８】
単一の金型キャビティに多数のホットランナーノズル及び金型ゲートを通して溶融体を供給するマルチゲート式システムでは、共通のマニホールドが全てのゲートに繋がっている。このようなシステムでは、一方のゲートから流れる溶融体が別のゲートから流れる溶融体と出会うインターフェースのところに、「ニットライン(knit line) 」又は「ウェルドライン(weld line) 」が形成されてしまう。これらのゲートは全て、共通して供給されるけれども、各ゲートを通る流量を個々に制御できるため、設計者は、製造上の目的及び美観上の目的のため、ニットラインの位置を制御できる。更に、製品品質の特性には、型成形サイクルの注入工程での流量及び圧力が大きく影響する。欠落、噴射、均衡のとれていない充填、ニットライン、配向、及びレーストラッキング等の製品の代表的な欠陥は、充填工程での流量により影響される。充填工程の動力学と関連した製品の代表的な欠陥は、ひけ(sink)、ばり、収縮、反り、及び残留応力である。速度／圧力分布に対する全ての変化が、金型の全てのキャビティで、流量及び圧力に同時に影響する。
【０００９】
当該技術分野で、溶融体の流れを制御するための様々な方法が存在し、提案されてきた。流れを制御するための一つの方法は、全ての新しい製品についてランナーを個々に設置することであるが、これには費用と時間がかかる。別の態様では、センサ、及び調節自在の多数のバルブピン又は流れ制御ロッドを備えた閉ループ制御を組み込んだ動的システムが提案された。別の変形例として、受動的システムが使用されてきた。
【００１０】
圧力センサを備えた閉ループシステムを使用する一つの動的供給システムでは、各バルブピンはノズル本体を通って延びており、夫々のゲートと整合しており、ゲートは、各々、共通の金型キャビティ又は夫々のキャビティと流動学的に連結されている。バルブピンは、ノズル本体の長さに亘って高圧の溶融体に露呈される。圧力センサが計測した圧力データは、金型キャビティ内への注入点で又は注入点の近くで読み取られる。次いで、システムの各バルブピンは、コンピュータによって、対応する注入点について圧力センサが計測した圧力データに従って動的に調節される。
【００１１】
溶融体の流れを制御するため、溶融体チャンネルの狭幅部分と相互作用する、ゲートの上流に位置決めされた溶融体流れ制御ロッドを使用する他の動的供給システムが提案されてきた。このような動的供給システムは、機器に追加の費用を負わせる。即ち、必要とされる閉ループフィードバックシステムを形成するために制御装置、圧力トランスジューサー／センサ、等を必要とすると同時に、システムが複雑であるために作動上の費用がかかる。また、多くの場合、ピン又は制御ロッドの大きな部分は、作動中に支持されておらず、撓み、これにより不整合を生じ、使用寿命が短くなる。
【００１２】
別の動的システムでは、マニホールドは、「射出ポット(sooting pot) 」を含む。溶融体の流れの一部がマニホールド溶融体チャンネルから、別の室即ち「ウェル」内に迂回される。作動ラムがウェル内に配置されており、ウェルの開口部をシールするように位置決めできる。金型ゲートオリフィスを通る溶融体の流れが、作動させたバルブピンによって制御されるように、バルブゲート式ノズルがウェルの下流に配置されている。溶融体の流れがマニホールド溶融体チャンネルに導入されたとき、バルブピンが金型ゲートオリフィスに着座し、金型キャビティ内への流れを阻止する。ウェルラムは、マニホールドから所定容積の溶融体がウェル内に迂回し、ウェル内に含まれるように、引っ込め位置にある。打ち込みを開始するため、ウェルの上流に配置されたゲート機構がマニホールド容積チャンネルを閉鎖し、これによって新たな容積の溶融体がウェル内に導入されないようにする。ノズルのバルブピンは、金型ゲートオリフィスに着座した状態から外れ、ラムを第１速度で前方に移動し、溶融体をウェルからノズル溶融体チャンネルに、及び次いで金型キャビティに押し込む。圧力センサシステムがシステム内の圧力を計測し、その圧力の読みをターゲット圧力分布と比較する。更に大きな圧力が必要な場合には、ラムの速度を上昇する。別の態様では、比較的低い圧力が必要な場合にはラムの速度を低下する。ラムがその最も下の位置に達したとき、金型キャビティは一杯になっており、バルブピンを前方に移動して金型ゲートを閉鎖する。ラムをこのように操作することによって、溶融体の流れの流量を制御できる。溶融体の流れに対するこの制御は、マニホールド溶融体チャンネルの一つの部分を完全に閉鎖する必要がある。これは、その別の部分の溶融体の流れを操作するためである。ラム及びバルブピンの制御と関連した追加の費用が掛かることに加え、このシステムは、溶融体の流れの二次的中断を生じる。このような二次的中断は、型成形した部品に更なる欠陥を生じてしまう。
【００１３】
別のシステムでは、摺動スプールバルブは、溶融体の容積流を制御するのに使用される少なくとも一つの凹所と、別体のゲート閉鎖部分とを含む。このバルブは、バルブを通って流れる溶融体がスプールに最小の軸線方向力を発生し、これによって、スプールの作動に必要な力を最小にするように形成されている。凹所は、主として、溶融体の容積流を制御するように形成されており、そのためゲート閉鎖部分の大きさを小さくできる。小さなゲート閉鎖部分を除くスプールの上流端及び下流端の両方が大気圧に露呈される。バルブは、予め設定された分布又は動的態様のいずれかで作動する。例えば、予め設定された分布の作動モードは、フィードバック制御がなく、予め設定された作動分布を使用して圧力を制御する開ループシステム又は無ループシステムを意味する。これとは対照的に、動的作動モードは、フィードバック制御を有し、圧力を制御するため、実時間で感知した状態に基づく連続的に変化する作動分布を使用する閉ループシステムを意味する。予め設定された分布の作動モードでは、スプールバルブの位置は、変化する容積流量を提供するため、成形プロセスの充填工程で所定の分布に従って定められる。別の態様では、動的モードでは、溶融体がスプールバルブに及ぼす圧力又は負荷の計測値に基づいてスプールバルブの位置を制御し、又はスプールバルブの位置を調節する。このシステムは、作動モードに関わらず、スプールバルブ及びハウジングの両方が複雑な形状を持つことを必要とする。更に、スプールバルブの一部を通気するための、金型ブロック内の深くに位置決めされていてもよい手段を設けなければならない。更に、システムが動的モードで作動した場合、上文中に説明した動的システムの追加の欠点が生じる。
【００１４】
様々な受動的システムが開発されてきた。一般的には、受動的システムは、引っ込め位置にあるときにノズルのゲートを閉鎖し、開放位置又は閉鎖位置でのみ作動するばね負荷されたプランジャーを使用する。溶融体に露呈されたプランジャーの上流端の投影面積は、プランジャーの下流端の投影面積と異なる。注入サイクルの開始時に、プランジャーの上流の圧力は、全体として、下流の溶融体の圧力よりも高く、これによりプランジャーを延長し、ゲートを開放する。キャビティ内のプランジャーの下流の圧力が上昇すると、これらの異なる表面積は、ばね力と相まって、正味力の差をプランジャーに発生し、これによりプランジャーを閉鎖位置に引っ込める。このようなシステムでは、プランジャーは、全体がその長さに沿って支持されておらず、プランジャー及び／又はばねが溶融体に対して露呈される。その結果、これらの受動的システムは使用寿命が短くなりがちである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、射出成形システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による射出成形システムは、マニホールド溶融体チャンネルを持つマニホールドと、ノズル溶融体チャンネルを持つ射出成形ノズルとを含み、前記ノズル溶融体チャンネルがマニホールド溶融体チャンネルの出口と流体連通している。この射出成形システムは、更に、マニホールド溶融体チャンネル内にノズル溶融体チャンネルの上流に部分的に位置決めされた自動調整バルブを含む。この自動調整バルブは、バルブディスクと、このバルブディスクの長さ方向ボア内で摺動自在の制御ロッドとを含む。バルブディスクは制御ロッド支持延長部を有し、この延長部の側壁に流れ穴が設けられている。バルブディスクの制御ロッド支持延長部の流れ穴は、マニホールド溶融体チャンネル及び制御ロッドの下流端の開口部と連通している。制御ロッドは、更に、チップ圧力面を備えている。自動調整バルブは、マニホールド溶融体チャンネルからノズル溶融体チャンネルの入口まで、制御ロッド開口部を通って流れる溶融体の流れを調整するように形成されている。制御ロッドのへッド部分に作用する外力デバイスによって制御ロッドに及ぼされる力、及び溶融体が制御ロッドのチップ圧力面に及ぼす流体圧力の向き合った力に応じて、制御ロッドは、注入サイクル中、上方及び／又は下方に摺動し、溶融体の流れを均衡する。
【００１７】
本発明のこの他の実施例、特徴、及び利点、並びに本発明の様々な実施例の構造及び作動を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１８】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明の一つ又はそれ以上の実施例を例示し、以下の説明とともに、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施し且つ使用できるようにするのに役立つ。
【００１９】
次に、本発明の一つ又はそれ以上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エレメントに同じ参照番号が付してある。更に、参照番号の最も上の桁の数字は、当該参照番号が最初に使用された図面の番号と対応する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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エレメントに同じ参照番号が付してある。更に、添付図面では、各参照番号の最も上の桁の数字は、当該参照番号が最初に使用された図面の番号と対応する。特定の形体及び構成を論じるけれども、これは例示の目的で行われたに過ぎない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できるということは当業者には理解されよう。
【００２１】
図１は、射出成形装置１００を示す。射出成形装置１００は機械ノズル１０２を有し、このノズルは、加圧された溶融体の流れを、機械プラテン１０６内のスプルーブッシュ１０４を介して射出成形システムに導入する。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。射出成形装置１００では、マニホールド１１０により、溶融体の流れを、マニホールド溶融体チャンネル出口１３４を通して、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内に分配できる。ホットランナーノズル１１６は、金型プレート１２０のノズルボア即ちキャビティ１１８内に位置決めされており、各ホットランナーノズル１１６は、整合カラー１３０によって金型ゲート１２４と整合している。当業者には明らかであるように、金型プレート１２０は、一つ又はそれ以上の金型プレート及び／又は金型キャビティプレートを含んでいてもよい。金型コアプレート１３８が金型プレート１２０と噛み合い、金型キャビティ１２２を形成する。各ホットランナーノズル１１６は、溶融体の流れが、ノズル溶融体チャンネル１１４及びノズルチップ１２６を通して金型キャビティ１２２内に注入されるように、金型ゲート１２４を介して夫々の金型キャビティ１２２と流体連通している。
【００２２】
ホットランナーノズル１１６の一方を図１に断面で示す。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。この入口は、溶融体の流れを受け入れて溶融体を金型ゲート１２４を通して金型キャビティ１２２に送出するため、マニホールド溶融体チャンネル１０８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及びノズルチップ１２６を含む。射出成形装置１００は、任意の数のこのようなホットランナーノズル１１６を備えていてもよい。これらのホットランナーノズル１１６は、溶融体を夫々のノズル溶融体チャンネル入口１１２から夫々の金型ゲート１２４まで伝達するため、夫々のノズルボア１１８に配置される。射出成形装置１００は、各ノズルで加熱エレメント１３２を使用し、溶融体の温度を下げるため、金型プレート１２０で冷却チャンネル１３６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。しかしながら、ホットランナーノズル１１６は、別の態様では、図７及び図８に関して更に詳細に論じるように、バルブゲート式であってもよい。
【００２３】
本発明の一実施例による溶融体流れ調整アッセンブリ即ち自動調整バルブ２４０を図２乃至図５に示す。溶融体流れ調整アッセンブリ２４０は、溶融体の流量と、マニホールドチャンネル１０８から夫々のホットランナーノズル１１６に、及びこのホットランナーノズル１１６から夫々の金型キャビティ１２２内に送出される溶融体の量とを均衡させる。溶融体流れ調整アッセンブリ２４０は、マニホールド、ノズル、及び／又は金型キャビティ内部の注入圧力のうちの一つ又はそれ以上に基づいて、及び特定の実施例では、以下に更に詳細に説明する外部力デバイスが提供する所定の軸線方向力に基づいて作動する。溶融体流れ調整アッセンブリ２４０は開ループシステムである。これは、溶融体の流れを調整するために、センサによって圧力を計測することも、プロセッサからのフィードバックも必要としないためである。その代わり、溶融体流れ調整アッセンブリ２４０は、以下に更に詳細に説明するように、アッセンブリの制御／圧力面に作用する圧力の変化に対し、溶融体が上方及び下方に「急速作動(bobbing) 」することによって機械的に反応し、これに従って流れを減少し又は増大する。このように、溶融体流れ調整アッセンブリ２４０は、溶融体の圧力の変化に影響を及ぼす、溶融体の粘度及び／又は溶融体の温度の上昇／低下、及び／又は金型キャビティの大きさの変化等の、しかしこれらに限定されない何らかの条件を、能動的制御装置又はプロセッサを使用せずに補償する。
【００２４】
溶融体流れ調整アッセンブリ即ち自動調整バルブ２４０は、全体として、制御ロッド２４２及びバルブディスク２５８を含む。制御ロッド２４２は、制御ロッド本体２４４と、この制御ロッド本体２４４の上流端のへッド部分２４６と、制御ロッド本体２４４の下流端の制御ロッドチップ部分２４８と、この制御ロッドチップ部分２４８の上流の開口部、穴、ニードルアイ、穴、等２５０とを備えている。
【００２５】
制御ロッド本体２４４は、全体として、細長い円筒形の本体である。変形例では、制御ロッド本体２４４の断面は任意の形状であってもよく、必ずしも円筒形でなくてもよい。更に、制御ロッド本体２４４の断面積は、長さに亘って必ずしも一定でなくてもよく、流体圧力が加わったときにこのような断面積の変化を使用して制御ロッドに正味力を発生してもよい。
【００２６】
へッド部分２４６は、図示のように、制御ロッド本体２４４の拡大部分であってもよい。へッド部分２４６は、制御ロッド２４２を外力デバイス２８０に連結するのに使用してもよい。外力デバイス２８０は、制御ロッド２４２に一定の又は可変の軸線方向力のいずれかを加える。へッド部分２４６及び制御ロッド本体２４４は、別の態様では、制御ロッド単独の重量で必要な軸線方向力が提供されるように形成されていてもよい。当業者に明らかなように、軸線方向力を加えることができる任意のデバイスを外力デバイス２８０として使用してもよい。このようなデバイスは、例えば、液圧又は空気圧式のアクチュエータ、電気機械的リニアアクチュエータ、おもり、又はばねである。
【００２７】
制御ロッドチップ部分２４８は、作動中に溶融体の圧力が加わるチップ圧力面２５２を含み、これによって制御ロッド２４２にへッド部分２４６の方向に、図３に矢印Ｆで示すように加わる力を発生する。当業者にはわかるように、本体の表面に流体圧力が加わることにより、表面の投影面積と比例する力が本体に加わる。従って、チップ部分２４８及び圧力面２５２は、詳細には、所与の溶融体圧力で制御ロッド２４２に所定の軸線方向力を提供するように形成できる。
【００２８】
図３を参照し、図２を参照し続けると、ニードルアイ２５０は、スロット又は通穴であり、制御ロッド本体２４４を通って横方向に延びる。ニードルアイ２５０は、上圧力面３５４及び下圧力面３５６を含む。溶融体は、ニードルアイ２５０に流入したとき、上圧力面３５４及び下圧力面３５６の両方に圧力を及ぼす。ニードルアイ２５０は、上圧力面３５４及び下圧力面３５６が同じ又は異なる投影面積を持つように形成されていてもよい。これらの二つの面の投影面積が異なる場合には、加圧された溶融体がニードルアイ２５０に流入するとき、正味力が制御ロッド２４２に加わり、自動調整バルブ２４０が閉鎖する。
【００２９】
ニードルアイ２５０は、更に、制御ロッド本体２４４の断面積がニードルアイ２５０に近接したその半径方向中央で最小であるように、制御ロッド本体２４４の外面から制御ロッド本体２４４の半径方向中央に向かってテーパしている。ニードルアイ２５０を矩形のテーパしたスロットとして図示するが、ニードルアイ２５０の断面及び／又はテーパは図示の形体に限定されず、自動調整バルブ２４０の流れ特性を変化させるために変化させてもよいということは理解されよう。詳細には、ニードルアイ２５０は、円形又は矩形等の任意の断面形状を備えていてもよく、ニードルアイ２５０の上端及び／又は一方の横側のテーパは、下側及び／又は逆の横側のテーパと異なっていてもよい。
【００３０】
制御ロッド２４２は、当業者に明らかなように、任意の適当な材料から形成されていてもよく、耐磨耗性コーティングを備えていてもよい。例えば、制御ロッド２４２は、鋼、チタニウム、又はセラミックから形成されていてもよいが、これらの材料に限定されない。制御ロッド２４２は、自動調整バルブ２４０の作動に熱膨張の悪影響が及ぼされないように、バルブディスク２５８と同様の熱特性を持つ材料で形成されていてもよい。
【００３１】
バルブディスク２５８は、ディスクフランジ２６０と、側壁２６２と、制御ロッド支持延長部２６８とを含む。ディスクフランジ２６０は、バルブディスク２５８を通って長さ方向に延びるボア３７０から横方向外方に延びる。ディスクフランジ２６０の厚さは、バルブディスクボア３７０を形成する中央で厚く、側壁２６２と近接したその外縁部の薄い部分に向かってテーパしている。ディスクフランジ２６０の下面には下取り付け面２７６が設けられている。ディスクフランジ２６０は、更に、定位特徴部３６６を備えている。この実施例の定位特徴部３６６は、下取り付け面２７６からディスクフランジ２６０内に延びるボアであり、射出成形装置の対をなす部品（図示せず）に設けられただぼピンを受け入れるるように形成されている。側壁２６２は、ディスクフランジ２６０の外縁部から上方に上取り付け面２７４まで延びる。
【００３２】
制御ロッド支持延長部２６８は、ディスクフランジ２６０から下方に延び、バルブディスクボア３７０の下部分を形成する。流れ穴２７２が制御ロッド支持延長部２６８を通って横方向に延び、バルブディスクボア３７０と流体連通している。制御ロッド支持延長部２６８は、円形、正方形、又は矩形等の任意の断面形状を備えていてもよい。しかしながら、全体として、制御ロッド支持延長部２６８は、マニホールド又は対をなす構成要素のチャンネル内に配置され、断面形状は、図６に示し且つ以下に説明するように、チャンネルと適合するように形成されている。更に、バルブディスクボア３７０の断面は、全体に、制御ロッド２４２の断面と適合するように形成されている。
【００３３】
バルブディスク２５８は、当業者に明らかなように、任意の適当な材料から形成されていてもよく、耐磨耗性コーティングを備えていてもよい。バルブディスク２５８は、その耐磨耗性を向上するため、マニホールド２１０よりも硬質の、即ち耐磨耗性に優れた材料で形成されていてもよい。例えば、バルブディスク２５８は、鋼、チタニウム、セラミック、焼入鋼又は処理を施した鋼、又はタングステンカーバイドから形成されていてもよいが、これらの材料に限定されない。バルブディスク２５８は、更に、図６に示すように、断熱体として使用してもよい。このような機能のために使用される場合には、一般的には、周囲マニホールド１１０／６１０よりも熱伝導率が低いチタニウムやセラミック等の材料で形成される。穴２７２を含むように変更できる支持延長部を含む任意のバルブブッシュ設計を、本発明の範囲から逸脱することなく、バルブディスク２５８の代わりに使用してもよい。
【００３４】
制御ロッド２４２は、制御ロッド２４２がバルブディスク２５８内に摺動自在に受け入れられるように、ディスクフランジ２６０及び支持延長部２６８によって形成されたバルブディスクボア３７０を通って延びる。ニードルアイ２５０は、支持延長部２６８の流れ穴２７２と隣接して配置される。図４に示すように、制御ロッド２４２は、特定的には、支持延長部２６８の壁によって、バルブディスクボア３７０内に横方向で支持されるように形成されている。支持延長部２６８が提供する横方向支持により、制御ロッド２４２が不整合になったり向きが変わったりすることがなく、これにより制御ロッド２４２の使用寿命が改善される。制御ロッド２４２は、支持されていないと、マニホールドチャンネル内だけで摺動する従来技術の幾つかのバルブピン及び制御ロッド設計の場合のように、早期磨耗及び／又は大きな磨耗が加わり、これにより使用寿命が短くなる。バルブディスク２５８は、更に、プラスチック溶融体の流れや制御ロッド２４２の移動によって磨耗したり損傷したりした場合に容易に交換でき、自動調整バルブ２４０の性能を更に向上するため、マニホールド２１０よりも硬質の、又は耐磨耗性が高い材料で形成してもよい。
【００３５】
制御ロッド２４２は、流体圧力に応じて、又は流体圧力及び外力デバイスの組み合わせに応じて、バルブディスクボア３７０内で、開放位置と閉鎖位置との間で容易に摺動でき、開放位置と閉鎖位置との間の様々な中間位置をとり、溶融体の可変の流量を得る。このように、制御ロッド２４２は、バルブディスクボア３７０内で上下に本質的に「急速作動(bob) 」し、注入サイクル中に溶融体の流量を連続的に均衡する。
【００３６】
別の実施例では、制御ロッド２４２が比較的高い圧力に耐えることができるように、ニードルアイ２５０を使用し、制御ロッド２４２に作用する圧力を低減する。例えば、溶融体から制御ロッド２４２に及ぼされる圧力は、７０３ｋｇ／ｃｍ２乃至２８１２ｋｇ／ｃｍ２（１００００ｐｓｉ乃至４００００ｐｓｉ）にのぼる。幾つかの場合では、ニードルアイを備えていない制御ロッドは、こうした圧力で流れる溶融体によって損傷する。しかしながら制御ロッド２４２に作用する溶融体の圧力は、溶融体がニードルアイ２５０を通過でき、連続的に流れるために解放され、その結果、来入溶融体流の全ての力に耐える必要はない。
【００３７】
自動調整バルブ２４０は、ニードルアイ２５０がバルブディスクボア３７０の下流の溶融体チャンネルに露呈され、これによって自動調整バルブ２４０を通る連続した流路を形成する場合、図２、図３、及び図４に示す開放位置にある。逆に、自動調整バルブ２４０は、ニードルアイ２５０が完全にバルブディスクボア３７０内に収容されており、制御ロッド２４２のチップ部分２４８が支持延長部２６８の内壁に対してシールし、これによってバルブディスクボア３７０を通る流れを遮断している場合、図５に示す閉鎖位置にある。
【００３８】
図６は、射出成形装置６００内に配置された自動調整バルブ６４０を示す。この自動調整バルブ６４０は、ケーシング６９２内にばね６８０が設けられた外力デバイスを含む。ケーシング６９２は、ねじ込み式の調節自在のキャップ６９０を有する。制御ロッド６４２のへッド部分６４６には、ばね６８０によって所定量の軸線方向負荷が加えられる。ばね６８０が制御ロッド６４２に及ぼす軸線方向負荷の量は、ねじ山を備えたキャップ６９０をケーシング６９２内に締め付ける又はケーシング６９２から戻すことによって調節してもよい。
【００３９】
バルブディスク６５８は、マニホールド６１０と後プレート６０６との間に配置されており、断熱体として役立つ。バルブディスク６５８の制御ロッド支持延長部６６８は、流れ穴６７２がマニホールド溶融体チャンネル６０８の上流部分内と流体連通するように、マニホールド６１０内に延びている。自動調整バルブ６４０は、マニホールド溶融体チャンネル６０８がノズル６１６に向かう９０°転向部を含む場所に位置決めされる。マニホールド溶融体チャンネルの転向部の角度は重要でなく、角度が９０°よりも小さくても９０°よりも大きくても自動調整バルブを使用できるということは理解されよう。
【００４０】
溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル６０８から流れ穴６７２に進入した後、バルブディスクボア６７０に流入し、更にニードルアイ６５０に進入する。自動調整バルブ６４０が図示のように開放位置にある場合には、ニードルアイ６５０の一部が、マニホールド溶融体チャンネル６０８の下流部分内で、バルブディスクボア６７０の下流で、溶融体チャンネルに露呈される。その結果、ニードルアイ６５０に流入する溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル６０８の下流部分を通ってホットランナーノズル６１６に流入できる。自動調整バルブ６４０が閉鎖位置にある場合には、ニードルアイ６５０はマニホールド溶融体チャンネル６０８の下流部分に露呈されず、溶融体はバルブ６４０を通って流れることができない。
【００４１】
射出成形装置６００での成形サイクルの開始時に、高圧の溶融体を機械ノズル（図示せず）から、自動調整バルブ６４０の上流のマニホールド溶融体チャンネル６０８に注入する。溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル６０８を通って流れ穴６７２に流入し、次いで自動調整バルブ６４０のニードルアイ６５０に流入する。図示のように、上ニードルアイ圧力面６５４の投影面積は、下ニードルアイ圧力面６５６の投影面積と等しく、従って、ばね６８０を使用して制御ロッド６４２に下向きの力を加え、自動調整バルブ６４０を開放位置に置く。しかしながら上文中に説明したように、自動調整バルブ６４０は、外力デバイスなしで、又は外力デバイスと組み合わせて、溶融体の圧力によって制御ロッド６４２に下向きの正味力を発生するように形成されていてもよい。
【００４２】
一実施例では、自動調整バルブ６４０の出口（例えばノズル溶融体チャンネル６１４内）での溶融体の圧力は、制御ロッド６４２の位置に比例する。自動調整バルブ６４０の出口での溶融体の圧力が最大値にある場合には、制御ロッド６４２は下方一杯の位置にある。自動調整バルブ６４０の出口での溶融体の圧力が最小値にある場合には、制御ロッド６４２は上方一杯の位置にある。自動調整バルブ６４０の出口での溶融体の圧力は、制御ロッド６４２が上方一杯の位置から下方一杯の位置まで移動するに従って上昇する。自動調整バルブ６４０の出口での溶融体の圧力は、制御ロッド６４２が下方一杯の位置から上方一杯の位置まで移動するに従って低下する。上述のように、制御ロッド６４２は、注入サイクル中に上下の中間位置間で効果的に「急速作動」し、溶融体の流入を連続的に均衡させる様々な中間位置をとり、その位置を保持してもよい。
【００４３】
溶融体が、マニホールド溶融体チャンネル６０８、自動調整バルブ６４０、及びノズル６１６を通って金型キャビティ６２２に流入するとき、溶融体の圧力がチップ圧力面６５２に力を及ぼす。この溶融体の力は、制御ロッド６４２を押し上げようとする。外部からの制御力、例えばばね６８０の力が制御ロッド６４２のへッド部分６４６に加わる。この力は、制御ロッド６４２を押し下げようとする。ばね６８０は、調節キャップ６９０によって所定の軸線方向圧力に合わせて設定してもよい。制御ロッド６４２の位置は、これらの二つの力によって制御される。一実施例では、自動調整バルブ６４０は、バルブ構成要素に作用するこの他の全ての力を比較的無視できるように設計される。
【００４４】
制御ロッド６４２のへッド部分６４６に作用する、ばね６８０の外制御力は、チップ圧力面６５２に作用する溶融体の力に打ち勝つと、制御ロッド６４２が下方に移動する。自動調整バルブ６４０の出口での溶融体圧力は、制御ロッド６４２が下方に移動するに従って増大する。その結果、チップ圧力面６５２に作用する溶融体の力が増大する。制御ロッド６４２は、チップ圧力面６５２に作用する溶融体の力と、制御ロッド６４２のへッド部分６４６に作用するばね６８０の外制御力とが均衡に至ったとき、例えば実質的に等しくなったとき、下方への移動を停止する。
【００４５】
チップ圧力面６５２に作用する溶融体の力が、制御ロッド６４２のへッド部分６４６に作用するばね６８０の外制御力を越えると、制御ロッド６４２は上方に移動する。自動調整バルブ６４０の出口での溶融体の圧力は、制御ロッド６４２が上方に移動するために低下する。そのため、チップ圧力面６５２に及ぼされる溶融体の力が減少する。制御ロッド６４２は、チップ圧力面６５２に及ぼされる溶融体の力及び制御ロッド６４２のへッド部分６４６に作用するばね６８０の外制御力とが均衡に至ったとき、例えば実質的に等しくなったとき、上方への移動を停止する。
【００４６】
図７及び図８に示す別の実施例では、自動調整バルブ７４０がバルブゲート式ノズル７１６に組み込んである。図７は、自動調整バルブ７４０及びバルブゲート式ノズル７１６が閉鎖位置で示してあるのに対し、図８は、自動調整バルブ７４０及びバルブゲート式ノズル７１６が開放位置で示してある。
【００４７】
自動調整バルブ７４０は、少なくとも一部が射出成形装置７００のマニホールド７１０内に配置されている。バルブディスク７５８が後プレート７０６とマニホールド７１０との間に配置されており、断熱体として役立つ。流れ穴７７２は、マニホールド溶融体チャンネル７０８の下流部分と流体連通している。自動調整バルブ７４０は、マニホールド溶融体チャンネルがノズル７１６に向かう９０°転向部を含む場所に位置決めされている。ということは理解されよう。マニホールド溶融体チャンネルの転向部の角度は重要ではなく、角度が９０°よりも小さくても大きくても自動調整バルブを使用できる。
【００４８】
この実施例では、バルブピン７８２が制御ロッド７４２のチップ圧力面７５２に連結されているか或いはここから延びている。バルブピン７８２は、ノズル本体７２８の溶融体チャンネル７１４及びノズルチップ７２６の溶融体チャンネル７８８を通って延びる。図７に示す閉鎖状態では、バルブピン７８２は、溶融体の流れを停止するのが所望である場合には、金型ゲート７２４内を延びる。別の態様では、図８に示す開放状態では、バルブピン７８２は、金型ゲート７２４内を延びておらず、これにより、ゲート７２４を通して金型キャビティ７２０に溶融体を流入させることができる。
【００４９】
自動調整バルブ７４０及びバルブピン７８２の夫々を作動するため、制御ロッドアクチュエータ７８０及びバルブピンアクチュエータ７８６を使用する。溶融体の圧力の調節に必要な制御圧力は、制御ロッドアクチュエータ７８０によって供給され、バルブピンアクチュエータ７８６は、必要な場合に金型ゲート７２４を開閉するのに使用される。バルブピンアクチュエータ７８６は、注入サイクル中、溶融体の流量を自動調整バルブ７４０によって調整し又は変化するとき、バルブピン７８２が制御ロッド７４２と一緒に移動できるように、制御ロッドアクチュエータ７８０に連結デバイス７８４によって連結されている。
【００５０】
制御ロッド７４２は、制御ロッド７４２の周囲に沿った剪断及び圧力降下の作用を小さくするように注意深く設計されており、制御ロッド７４２に作用する溶融体の唯一の大きな力は、制御ロッド７４２のチップ圧力面７５２に流れの方向と逆方向に作用する溶融体の圧力による。しかしながら、制御ロッド７４２をバルブピン７８２とともに延ばすことによって、制御ロッド７４２及びバルブピン７８２に剪断力が加わる。この剪断力は、制御ロッド７４２を流れの方向に引っ張ろうとする。制御ロッド７４２の自動調整挙動を維持するためには、これらの剪断力を小さくし、チップ圧力面７５２の投影面積に流れの方向と逆方向に作用する溶融体の力と比べて大きくなくすることが重要である。一実施例では、剪断力は、制御ロッド７４２の直径のバルブピン７８２の直径に対する比ができるだけ大きいように維持することによって小さくされる。例えば、制御ロッド７４２の直径は、約５ｍｍであってもよく、この際、バルブピン７８２の直径は、約２ｍｍであってもよく、その結果、約５：２の比が得られる。この比を決定する上で、制御ロッド７４２の作動力及び機械的強度を配慮しなければならない。必要な作動力は、バルブピン７８２の直径が増大するに従って増大し、バルブピン７８２の強度は、バルブピンの直径が減少するに従って減少する。
【００５１】
図８を参照すると、溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル７０８から流れ穴７７２に進入した後、バルブディスク７５８を通って長さ方向に延びるバルブディスクボア７７０に流入し、更に自動調整バルブ７４０のニードルアイ７５０に流入する。自動調整バルブ７４０が図８に示すように開放位置にある場合には、ニードルアイ７５０の一部が、バルブディスクボア７７０の下流にあり且つマニホールド溶融体チャンネル７０８の下流部分にある溶融体チャンネルに対して露呈される。その結果、ニードルアイ７５０を通って流れる溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル７０８の下流部分を通ってノズル７１６に流入できる。自動調整バルブ７４０が図７に示すように閉鎖位置にある場合には、ニードルアイ７５０はマニホールド溶融体チャンネル７０８の下流部分に全く露呈されておらず、溶融体はバルブ７４０を通って流れることができない。
【００５２】
射出成形装置７００での成形サイクルの開始時に、高圧の溶融体を機械ノズル（図示せず）から、自動調整バルブ７４０の上流のマニホールド溶融体チャンネル７０８に注入する。溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル７０８を通って流れ穴７７２及び自動調整バルブ７４０のニードルアイ７５０に流入する。図示のように、上ニードルアイ圧力面７５４の投影面積は、下ニードルアイ圧力面７５６の投影面積と等しく、従って、制御ロッドアクチュエータ７８０を使用して制御ロッド７４２に下向きの力を加えて自動調整バルブ７４０を開放位置に置く。しかしながら上文中に説明したように、自動調整バルブ７４０は、溶融体の圧力によってのみ、又は溶融体の圧力と外力デバイスの組み合わせによって制御ロッド７４２に正味力が発生するように形成されていてもよい。
【００５３】
溶融体が、マニホールド溶融体チャンネル７０８、自動調整バルブ７４０、ノズル７１６、及び最後に金型キャビティ７２２を通って流れるとき、自動調整バルブ７４０の下流の溶融体の圧力が徐々に上昇し、これによって制御ロッド７４２のチップ圧力面７５２に作用し、制御ロッド７４２に作用する上向きの力を発生する。上向きの力は、最終的には、制御ロッド７４２に作用する下向きの力に打ち勝つレベルまで上昇し、制御ロッド７４２は上方に摺動する。制御ロッド７４２の上方への移動により、自動調整バルブ７４０が閉鎖位置に置かれるか或いは、単に自動調整バルブ７４０を通る溶融体の流れを減少する。溶融体の流れが減少することにより、下流圧力を、制御ロッド７４２に作用する下向きの力が上向きの力を越えるレベルまで減少し、その結果、制御ロッド７４２は下方に移動する。次いで、制御ロッド７４２の下方への移動により流れが増大し、サイクルは制御ロッド７４２が溶融体の圧力をターゲット値の近くで揺らがせ、ターゲット値に維持するように続行される。
【００５４】
図９及び図１０は、本発明の一実施例による自動調整バルブ６４０／７４０の制御ロッドチップ部分２４８／７４８の、開放位置及び閉鎖位置の夫々の拡大図である。制御ロッドチップ部分２４８／７４８は、チップ圧力面６５２／７５２と、上圧力面６５４／７５４と、下圧力面６５６／７５６と、開口部６５０／７５０とを備えている。バルブゲート式の実施例７００では、ロッドチップ部分７４８がバルブピン７８２に連結されている。
【００５５】
上文中に論じたように、自動調整バルブ６４０／７４０が閉鎖位置にある場合（図１０参照）には、溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル６０８／７０８から、ノズル溶融体チャンネル６１４／７１４に流れない。これは、制御ロッドチップ部分２４８／７４８が流れを遮断しているためである。これとは対照的に、上文中に論じたように、自動調整バルブ６４０／７４０が開放位置にある場合（図９参照）には、溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル６０８／７０８からノズル溶融体チャンネル６１４／７１４に、上下の圧力面６５４／７５４及び６５６／７５６の夫々を越えて、開口部６５０／７５０を通って流れる。自動調整バルブ６４０／７４０は、チップ圧力面６５２／７５２に作用する溶融体の圧力と制御ロッド６４２／７４２のへッド部分に及ぼされる外制御圧力との間の圧力値の相違に基づいて開放位置と閉鎖位置との間で調整される。
【００５６】
更に、又は別の態様として、この説明を読むことにより、当業者に明らかであるように、自動調整バルブ２４０、６４０、又は７４０の様々な表面及び開口部について他の形状を使用してもよい。
【００５７】
図１２は、自動調整バルブ１２４０がマニホールド１２１０のマニホールド溶融体チャンネル１２０８内に配置された射出成形装置１２００を示す。自動調整バルブ１２４０は、マニホールド１２１０と後プレート１２０６との間に配置された、断熱体として役立つバルブディスク１２５８を含む。この実施例では、バルブディスク１２５８は支持延長部を備えておらず、マニホールド１２１０内に延びるバルブディスク１２５８の部分はない。この設計は、幾つかの強力な樹脂については最適の設計でないけれども、その他の樹脂の用途については十分であり、この実施例により、米国特許第４，６９８，０１３号及び米国特許第４，７０５，４７３号に図示されており且つ記載されたバルブディスク等の、当業者に周知の様々なバルブディスクを使用できる。同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。自動調整バルブ１２４０は、ニードルアイ１２５０、上下のニードルアイ圧力面１２５４、１２５６、及びチップ圧力面１２５２を持つ制御ロッド１２４２を含む。
【００５８】
自動調整バルブ１２４０は、マニホールド溶融体チャンネル１２０８がホットランナーノズル１２１６に向かう９０°転向部を含む場所に位置決めされている。制御ロッド１２４２は、ニードルアイ１２５０がマニホールド溶融体チャンネル１２０８の端部１２７２と整合できるように、マニホールドボア１２７０内に摺動自在に受け入れられている。従って、マニホールド溶融体チャンネル１２０８からの溶融体の流れは、端部１２７２を通ってマニホールドボア１２７０に、及びニードルアイ１２５０を通って流れる。
【００５９】
自動調整バルブ１２４０が図示のように開放位置にある場合には、ニードルアイ１２５０の一部が、ノズル溶融体チャンネル１２１４と流動学的に連通したマニホールド１２１０の下流面内の座繰り１２０９に露呈される。その結果、ニードルアイ１２５０に流入する溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル１２０８の下流部分を通ってノズル１２１６の溶融体チャンネル１２１４に流入する。自動調整バルブ１２４０が閉鎖位置にある場合には、座繰り１２０９、即ちマニホールド溶融体チャンネル１２０８の下流部分に露呈されるニードルアイ１２５０の部分はなく、溶融体は自動調整バルブ１２４０を通って流れることはできない。
【００６０】
射出成形装置１２００での成形サイクルの開始時に、高圧の溶融体を機械ノズル（図示せず）から、自動調整バルブ１２４０の上流のマニホールド溶融体チャンネル１２０８に注入する。溶融体は、マニホールド溶融体チャンネル１２０８及び出口端部１２７２を通って自動調整バルブ１２４０のニードルアイ１２５０に流入する。図示のように、ニードルアイの上圧力面の投影面積は、ニードルアイの下圧力面の投影面積と等しく、従って、外力デバイス１２８０、例えばピストン、シリンダ、圧力バルブ、ばね、アクチュエータを使用して制御ロッド１２４２に下向きの力を加え、自動調整バルブ１２４０を開放位置に置く。
【００６１】
溶融体が、マニホールド溶融体チャンネル１２０８、自動調整バルブ１２４０、及びノズル１２１６を通って金型キャビティ１２２２に流入するとき、溶融体の圧力がチップ圧力面１２５２に力を及ぼす。溶融体のこの力により制御ロッド１２４２が上方に押されると同時に、外力デバイス１２８０の外制御力が制御ロッド１２４２のへッド部分１２４６に加えられ、これにより制御ロッド１２４２を下方に押す。上述のように、外制御力は、所定の圧力分布に基づく。制御ロッド１２４２の長さ方向位置は、主として、これらの２つの向き合った力によって制御される。
【００６２】
注入サイクル中、制御ロッド１２４２のへッド部分１２４６に作用する外制御力が、チップ圧力面１２５２に作用する溶融体の力に打ち勝つと、制御ロッド１２４２は下方に移動する。自動調整バルブ１２４０に作用する溶融体の圧力は、制御ロッド１２４２が下方に移動するに従って増大し、チップ圧力面１２５２に作用する溶融体の力が増大する。制御ロッド１２４２は、チップ圧力面１２５２に作用する溶融体の力及び制御ロッド１２４２のへッド部分１２４６に作用する外制御力が均衡に達したとき、例えばこれらの力が実質的に等しくなったとき、その下方への移動を停止する。
【００６３】
逆に、チップ圧力面１２５２に作用する溶融体の力が、制御ロッド１２４２のへッド部分１２４６に作用する外制御力が打ち勝つと、制御ロッド１２４２が上方に移動し、チップ圧力面１２５２に作用する溶融体の力が減少する。制御ロッド１２４２は、チップ圧力面１２５２に作用する溶融体の力及び制御ロッド１２４２のへッド部分１２４６に作用する外制御力が均衡に達したとき、例えばこれらの力が実質的に等しくなったとき、その上方への移動を停止する。
【００６４】
図１１は、本発明の一実施例による開ループ圧力制御システム１１９０のブロックダイヤグラムを示す。開ループ圧力制御システム１１９０は、使用者インターフェース１１９１と、制御装置１１９２と、圧力供給装置１１９３と、ソレノイドバルブ等の外力デバイス１１８０と、自動調整バルブ１１４０とを備えている。様々な実施例において、外力デバイス１１８０は、上文中に説明したばね６８０又は制御ロッドアクチュエータ７８０と同様であってもよい。追加として、又は別の態様では、外力デバイス１１８０は、液圧／空気圧式の比例圧力バルブであってもよい。更に、自動調整バルブ１１４０は、上文中に説明した自動調整バルブ２４０、６４０、７４０、及び１２４０と同様であってもよい。外力デバイス１１８０及び自動調整バルブ１１４０が一つしか示してないが、射出成形システムの射出成形ノズル毎に一つづつ、複数の外力デバイス１１８０及び対応する自動調整バルブ１１４０を使用してもよいということは当業者には明らかである。
【００６５】
様々な実施例におい、使用者インターフェース１１９１は、オペレータと制御装置１１９２との間でデータをやりとりするための任意の入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスであってもよい。例えば、使用者インターフェース１１９１は、キーボード、タッチスクリーン、音声作動式Ｉ／Ｏデバイス、網膜追従(retinal following) デバイス、仮想キーボード等であってもよいが、これらに限定されない。オペレータが使用者インターフェース１１９１を使用し、予め設定された圧力分布又は個々の圧力設定１１９８を、外力デバイス１１８０で後に使用するため、制御装置１１９２に入力する。様々な実施例では、制御装置１１９２は、データを受信し、記憶し、演算処理し、発生し、及び／又は伝送するため、所定のソフトウェア及び外部デバイスに接続されたプロセッサ、マイクロプロセッサ、コンピュータシステム等であってもよいが、これらに限定されない。
【００６６】
成形サイクルの開始時に、制御装置１１９２は、成形サイクルを開始したことを示す始動信号１１９４を成形機（図示せず）から受け取る。始動信号１１９４を受け取ると、制御装置１１９２は、予め設定された圧力分布又は圧力設定の入力１１９５を外力デバイス１１８０に送出する。圧力分布が変化すると、射出成形サイクルに亘って入力信号１１９５が外力デバイス１１８０に供給し続けられるが、圧力が変化しない場合には、サイクルの開始時に入力信号１１９５を一度送出し、外力デバイス１１８０を設定する。外力デバイス１１８０は、システム１１９０が開ループシステムであり、フィードバックがなく、即ち検出された条件が制御装置１１９２に送り返されることがないため、注入サイクル中に他の入力源から追加の入力を受け取ることはない。
【００６７】
一実施例では、入力信号１１９５は、入力信号１１９５を受け取る外力デバイス１１８０が、現在の成形サイクルについて設定されるべき個々の圧力分布に関する情報を含んでいてもよい。別の実施例では、個々の圧力分布は、所定範囲の様々な電圧であり、有線又は無線の内部ネットワーク（イントラネット）又は外部ネットワーク（インターネット）を介して制御装置１１９２のところでダウンロードされ、記憶され、及び／又は受信される。かくして、各ノズルが外力デバイス１１８０及び自動調整バルブ１４０を持つ多数のノズルを使用する場合、対応する複数の圧力値又は圧力分布の入力１１９５を発生し、夫々の自動調整バルブ１１４０によって調整される各ノズルについて個々に設定する。各圧力分布は、金型キャビティの大きさを変化させることによって必要とされるように、同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００６８】
外力デバイス１１８０が空気圧又は液圧式のアクチュエータ、ソレノイドバルブ、又は他の流体駆動式のデバイスである場合には、外力デバイス１１８０は、入力１１９５を使用し、自動調整バルブ１１４０又は複数の自動調整バルブ１１４０に所望の力１１９７を及ぼすためにどれ程多くの流体材料１１９６を圧力供給装置１１９３から放出しなければならないのかを制御する。所望の力１１９７は、例えば、上文中に論じた実施例の制御ロッド２４２、６４２、７４２、又は１２４２に及ぼされる軸線方向力である。また、溶融体の流れに及ぼされる圧力は、自動調整バルブ１１４０に及ぼされる、外力デバイス１１８０が出力する力と比例する。制御装置１１９２から入力された予め設定された分布により、外力デバイス１１８０によって及ぼされる力を減少するか或いは増大することが求められた場合には、流体材料１１９６を、外力デバイス１１８０から圧力供給装置１１９３に放出したり、外力デバイス１１８０に引き込んだりする。このようにして、外力デバイス１１８０の予め設定された圧力分布又は圧力設定を維持する。
【００６９】
外力デバイスは、選択的開放、選択的閉鎖、又は自動調整バルブ及び制御ロッドに追加の上向きの又は下向きの力を提供するのに使用してもよい。更に、制御ロッドに圧力面が機械加工で形成されているため、制御ロッドに作用する正味力を、溶融体の様々な上流圧力及び下流圧力について計算できる。その結果、自動調整バルブは、外力デバイスの出力を変化させることによって、特定の圧力で開放し又は閉鎖するように容易に調節できる。
【００７０】
追加として、又は変形例では、使用者インターフェース１１９１で初期データを入力した後、一実施例では、使用者インターフェース１１９１をシステム１１９０から取り外すことができる。かくして、使用者インターフェース１１９１は、連続的作動に常に必要とされるわけではない。
【００７１】
以上、本発明による様々な実施例を説明したが、これらは単なる例示であって限定ではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形体及び詳細における様々な変更を行うことができる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、上文中に説明した任意の例示の実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ、定義される。更に、本明細書中に論じた各実施例の各特徴及び本明細書中で引用した各文献を、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。本明細書中で論じた全ての特許及び刊行物は、それらに触れたことにより、その開示された内容が本明細書中に含まれたものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の実施例で使用するための射出成形装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例による自動調整バルブの側面図である。
【図３】図３は、図２に示す開放位置の自動調整バルブの、図２の紙面の平面での断面図である。
【図４】図４は、図２の自動調整バルブの、４−４線に沿った別の断面図である。
【図５】図５は、図２の自動調整バルブの、閉鎖位置での、図２の紙面の平面での断面図である。
【図６】図６は、本発明の別の実施例による自動調整バルブを含む射出成形装置の一部の断面図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施例による自動調整バルブを含む射出成形装置の一部の断面図である。
【図８】図８は、本発明の別の実施例による自動調整バルブを含む射出成形装置の一部の断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例による自動調整バルブの制御ロッドチップ部分の、開放位置での拡大断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例による自動調整バルブの制御ロッドチップ部分の、閉鎖位置での拡大断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例による制御システムのブロックダイヤグラムである。
【図１２】図１２は、本発明の別の実施例による自動調整バルブを含む射出成形装置の一部の断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１００  射出成形装置
１０２  機械ノズル
１０４  スプルーブッシュ
１０６  機械プラテン
１０８  マニホールド溶融体チャンネル
１１０  ホットランナーマニホールド
１１２  ノズル溶融体チャンネル入口
１１４  ノズル溶融体チャンネル
１１６  ホットランナーノズル
１１８  ノズルボア
１２０  金型プレート
１２２  金型キャビティ
１２４  金型ゲート
１２６  ノズルチップ
１２８  ノズル本体
１３０  整合カラー
１３２  加熱エレメント
１３４  マニホールド溶融体チャンネル出口
１３６  冷却チャンネル
１３８  金型コアプレート
【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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【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】
2007331396000001.pdf