(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の平面（２６）上に配置され、第１の方向に延びるセンタマニホルド（２０）と、
前記共通の平面（２６）上に配置されるノズルマニホルド（１０）と、
ノズルマニホルド（１０）へ接続された複数のノズル（４６）と、
センタマニホルド（２０）、ノズルマニホルド（１０）、およびノズル（４６）に連通される溶融物流路（４４）と、
第１の方向に垂直な第２の方向に延び、センタマニホルド（２０）に対してノズルマニホルド（１０）を第２の方向にスライド可能に接続し、センタマニホルド（２０）に対してノズルマニホルド（１０）を第１の方向に位置決めし、溶融物流路（４４）の一部を形成する貫通孔（７８）を有するコネクタブッシュ（３０）と、
金型（１２）にノズルマニホルド（１０）を接続し、金型（１２）に対してノズルマニホルド（１０）を第２の方向に位置決めし、金型（１２）に対してノズルマニホルド（１０）を第１の方向に変位することを可能とする位置決め装置（８６）と、を備えたことを特徴とする射出成型装置。
【請求項２】
コネクタ部分（３０）は、センタマニホルド（２０）に接続されるねじ部を有した円筒状の部分（７０）と、ノズルマニホルド（１０）に接続されるねじを有しない円筒状の部分（７４）とを有することを特徴とする請求項１に記載の射出成型装置。
【請求項３】
コネクタ部分（３０）は、ノズルマニホルド（１０）に接続されるねじ部を有した円筒状の部分（７０）と、センタマニホルド（２０）に接続されるねじを有しない円筒状の部分（７４）とを有することを特徴とする請求項１に記載の射出成型装置。
【請求項４】
コネクタ部分（３０）は、センタマニホルド（２０）に接続されるねじを有しない円筒状の部分（７４）と、ノズルマニホルド（１０）に接続されるねじを有しない円筒状の部分（７４）とを有することを特徴とする請求項１に記載の射出成型装置。
【請求項５】
位置決め装置は、位置決めピン（８６）からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の射出成型装置。
【請求項６】
位置決めピン（８６）は、第１の方向に延びることを特徴とする請求項５に記載の射出成型装置。
【請求項７】
位置決めピン（８６）は、ノズルマニホルド（１０）内の孔（８８）内にスライド可能に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の射出成型装置。
【請求項８】
位置決めピン（８６）は、金型（１２）とノズルマニホルド（１０）の少なくとも一方に対してスライド可能であることを特徴とする請求項５または６に記載の射出成型装置。
【請求項９】
位置決めピン（８６）は、ノズルマニホルド（１０）の中心（９６）に対して同軸とされていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の射出成型装置。
【請求項１０】
位置決めピン（８６）に連結され、金型（１２）のマニホルドリテーナプレート（１４）の溝（９４）に嵌合するカム（９２）をさらに有することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の射出成型装置。
【請求項１１】
センタマニホルド（２０）は、センタ注入口（４２）から離れるように第１の方向に延びる一方のアーム（２２）と、一方のアーム（２２）と反対側に延びる他方のアームからなる２つのアーム（２２）を含み、
射出成形装置は、４つのノズルマニホルド（１０）を備えており、各アーム（２２）は、一対のノズルマニホルド（１０）間に延び、各ノズルマニホルド（１０）はコネクタブッシュ（３０）によりアーム（２２）の一つにスライド可能に接続され、かつ位置決め装置（８６）により金型に接続されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の射出成型装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的には射出成形に関し、より詳しくは、冷却される金型内に同一平面上に取り付けられた４つの加熱されるノズルマニホルドをスライド自在に位置決めするとともに、これらのノズルマニホルドに溶融物を供給するセンタマニホルドとしての設備を有する射出成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形の分野においては、多数のキャビティーに溶融物を同時に射出できることが強く望まれている。従来、この課題は、加熱されるノズルマニホルド内の溶融物流路を、異なるキャビティーに連通する多くの異なるノズルにまで分岐させることによって達成されていた。加熱されるノズルの熱膨張および収縮が、これらのノズルが着座する冷却される金型のそれよりも大きいということに起因して、ノズルを貫通する溶融物孔がノズルマニホルド内の溶融物流路の分岐に対して位置ずれするという問題が生じるが、この問題は、ノズルマニホルドが非常に大きい場合にはより典型的に生じてくる。二つ若しくはそれ以上のノズルマニホルドを相互に接続することによって、キャビティーの個数および金型の寸法を増す技術は良く知られている。しかしながら、これは熱膨張と収縮の問題を増す。過去においては、この問題は、ノズルを所定の位置にしっかりと固定するとともにノズルマニホルドを接続する部分の熱膨張と収縮を許容することによって処理されてきた。従来技術のアプローチの１例が、１９８８年８月２日に本願の出願人に発行された米国特許第４，７６１，３４３号に開示されているが、この技術においては、多くのノズルマニホルドが、それらの上部を横切って広がる橋渡しマニホルドによって相互に接続される。熱膨張と収縮のためのゆとりは、熱膨張と収縮に適応するために、橋渡しマニホルドの支持マニホルドの上部を横切るわずかなスライドを許容することによって提供される。この技術は、多数のノズルマニホルドを相互に接続することができるという利点を有するものの、橋渡しマニホルドが、ノズルマニホルドが延びる平面とは全く異なる平面上に延びなければならないという問題点を有しており、最小の金型高さが必要なスタックモールド等には適用することができない。熱膨張および収縮の相違を許容するもう一つの例は、１９８０年８月２６日にＢｒｉｇｈｔ他に発行された米国特許第４，２１９，３２３号に見ることができる。このケースにおいては、熱膨張を許容する拡張溝が十字にカットされた接続リンクによって、２つの加熱ノズルマニホルドが相互に接続される。この技術は、接続リンクがノズルマニホルドと同一平面上に延びるという利点を有するが、非常に不正確なことに加えて、拡張溝を介した溶融物の漏出を防止するブッシュを接続リンクの内側に必要とするという問題点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、冷却される金型内に同一平面上に取り付けられる４つの加熱されるノズルマニホルドをスライド自在に位置決めするとともに、ノズルマニホルドに溶融物を供給するセンタマニホルドとしての設備を備えた射出成形装置を提供することにより、従来技術の不利益を少なくとも部分的に克服することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、本発明は、加熱されるセンタマニホルドと、金型内に取り付けられた複数の加熱されるノズルマニホルドとを備えた射出成形装置を提供する。また、本発明の装置は、センタマニホルドのセンタ注入口からノズルマニホルドを通って各ノズルマニホルドから延びる複数の加熱されるノズルまで溶融物を運ぶ、センタマニホルド内において分岐する溶融物流路を有する。各ノズルは、金型内のキャビティに連通するゲートに対して同軸に延びるセンタ溶融物孔を有して、金型内に着座する。各ノズルマニホルドは、マニホルドが動作温度にまで加熱されたときに、熱膨張が溶融物流路の分岐をスライドさせてノズルを貫通する溶融物孔と同軸になるように、製造されかつ取り付けられる。
【０００５】
本発明による改善は、センタマニホルドと４つのノズルマニホルドとが、同一平面上に延びるという特別な利益を生じさせる。センタマニホルドは、４つのノズルマニホルド、および長手方向軸に沿って実質的に反対方向に延びる一対の延伸されたアームに対して、その中心が位置決めされる。各アームは互いに対向する一対の側方を有するとともに、一対のノズルマニホルドは、センタマニホルドの各アームの互いに対向する両側方側にそれぞれ取り付けられる。これにより、各ノズルマニホルドは、センタマニホルドの長手方向軸に対して実質的に垂直な第２の方向にセンタマニホルドからオフセットされる。延伸されたコネクタブッシュは、センタマニホルドの各アームの各側方から外側に延び、ノズルマニホルドの１つをセンタマニホルドにスライド自在に接続する。スライド可能な位置決め装置は、金型と各ノズルマニホルドとの間で延びる。マニホルドシステムの溶融物流路は、センタマニホルドの各アーム内において反対方向に分岐し、各コネクタブッシュを貫通して延びその後、複数の加熱されたノズルマニホルドに至る。溶融物流路は、各ノズルマニホルド内で再び分岐し、各ノズルを貫通する溶融物孔まで延びる。
【０００６】
コネクタブッシュは、ノズルマニホルドを、センタマニホルドに対して長手方向軸に本質的に平行な第１の方向に位置決めするが、ノズルマニホルドおよびセンタマニホルドの熱膨張と収縮を補償するために、第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向への変位を許容する。スライド可能な位置決め装置は、各ノズルマニホルドをある位置で金型に対して第２の方向に位置決めするが、金型に対するノズルマニホルドの第１の方向の変位を許容する。コネクタブッシュとスライド可能な位置決め装置の組合わせは、冷却される金型に対する加熱マニホルドの熱膨張と収縮に伴う十分な変位を許する。マニホルドおよびコネクタブッシュが動作温度にまで加熱されると、センタマニホルド、コネクタブッシュおよびノズルマニホルドの熱膨張が溶融物流路の分岐をスライドさせ、ノズルを貫通する溶融物孔に対して溶融物流路の分岐が同軸となるように、各ノズルマニホルドは製造されかつ取り付けられる。
【０００７】
本発明の更なる目的および利点は、添付の図面と共になされる以下の記載によって明らかなものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず図１乃至図３を参照すると、金型１２には、４つの加熱ノズルマニホルド１０が取り付けられている。金型１２は、通常、用途に応じて多数のプレートおよびインサートを有するが、本実施形態においては、図示を簡単にするために、ボルト１８によって共締めされるマニホルドリテーナプレート（マニホルド保持板）１４およびバックプレート（背面板）１６のみが描かれている。他の実施形態においては、スプルーゲート・システム(sprue gated system)よりはむしろ弁ゲート・システム(valve gated system)を提供するために、弁構成要素および作動機構を有した液圧プレートが用いられる。
【０００９】
延伸された加熱されるセンタマニホルドすなわち加熱されるメインマニホルド２０が金型１２内に取り付けられており、このセンタマニホルド２０は、互いに反対方向に延びる２つのアーム２２を有している。センタマニホルド２０は、第１の方向に延びる長手方向軸２４を有している。図１に最も良く示されるように、センタマニホルド２０の各アーム２２は、一対のノズルマニホルド１０の間で延びている。４つの前記ノズルマニホルド１０と前記センタマニホルド２０は、すべて同一平面上に延びている。そして、各ノズルマニホルド１０は、実質的に第１の方向に垂直な第２の方向に延びる引き延ばされたコネクタブッシュ３０によって、センタマニホルド２０に接続されている。
【００１０】
センタマニホルド２０は一体化された電気加熱エレメント３２によって加熱され、金型１２は冷却水導管３４内にポンプ送りされる冷却水によって冷却されるようになっている。図２に示したように、センタマニホルド２０は、センタマニホルド２０と金型１２との間に着座する位置決めリング３６によってその中心が位置決めされる。また、加熱されるセンタマニホルド２０とその周囲の冷却される金型１２との間には、熱を絶縁する空気スペース３８が設けられている。また、センタマニホルド２０は、バックプレート１６を貫通してセンタ注入口４２まで後方に延びる延長部分若しくはセンタ注入口ブッシュ４０を有している。溶融物流路４４は、センタ注入口４２から延び、分岐してセンタマニホルド２０の一対のアーム２２内で互いに反対方向に延び、次いで各コネクタブッシュ３０を貫通して延びるために再び互いに反対方向に分岐し、４つのノズルマニホルド１０のそれぞれに至る。
【００１１】
ノズルマニホルドとそれらを貫通する溶融物流路の形状は様々に変化させることができるが、本実施形態においては、溶融物流路４４は各ノズルマニホルド１０内において分岐し、それぞれ間隔を置いて配置された８つの加熱ノズル４６に延びる。図３に最も良く示されるように、溶融物流路４４は、各ノズル４６を貫通するセンタ溶融物孔４８を介して、キャビティ５２に連通するゲート５０に続いている。種々のマニホルドとそれらを貫通する溶融物流路４４の形状は、システム内の各ゲート５０に至る溶融物の流れの長さが正確に等しくなることを保証する。各ノズル４６は、中央溶融物孔４８と共に、マニホルドリテーナプレート１４に設けられた円形の座５６に着座する環状の位置決めブッシュ５４によって、ゲート５０と同軸に位置決めされている。各ノズルマニホルド１０は、その前面５８がノズル４６の後端６０に接触するとともに、マニホルドリテーナプレート１４内に延びるスクリュ（ネジ）６２によってその位置に固定されている。このスクリュ６２は各ノズルマニホルド１０の貫通孔６４を貫通して延びるが、この貫通孔６４はスクリュ６２より十分に大きくされ、後に詳述する熱膨張および収縮を許容するためにノズルマニホルド１０を変位可能としている。ノズルマニホルド１０もまた、一体化された電気加熱エレメント６６によって加熱される。このため、ノズルマニホルド１０は、その周囲にある冷却される金型１２との間に断熱的な空気スペース６８が延びるように取り付けられている。
【００１２】
図４に示したように、各コネクタブッシュ３０は、ねじ部を有した円筒状の部分７０を一方の端部７２に、またねじを有しない円筒状の部分７４を他方の端部７６に有している。また、コネクタブッシュ３０は、貫通孔７８と、このコネクタブッシュ３０の所定の位置に対する締め付けおよび取り外しを容易にする、六角形のフランジ８０を有している。本実施形態においては、図１に示されるように、各コネクタブッシュ３０は、そのねじ部７０がセンタマニホルド２０の１つのアーム２２に設けられたねじを有する開口８２に螺着されるとともに、そのねじを有しない部分７４は、これに適合するノズルマニホルド１０のねじを有しない円筒状の開口８４内にスライド自在に（滑り動くことができるように）収容される。なお、コネクタブッシュ３０の取り付け方向を反転させたり、若しくは、コネクタブッシュ３０の両端部をねじを有しない部分７４とすることもできるが、この場合には、センタマニホルド２０の１つのアーム２２の開口８２にはねじが設けられない。
【００１３】
コネクタブッシュ３０のねじを有しない部分７４は、溶融物の漏出を防止するために、ノズルマニホルド１０の開口８４にぴったりと嵌合するように製造されるが、熱膨張および収縮を許容するために開口８４内でスライドすることができる。好ましい実施形態においては、マニホルド１０，２０は、鋼のように熱膨張係数が相対的に小さい材料から製造されるとともに、コネクタブッシュ３０は、ベリリウム銅合金のように膨張係数が相対的により大きな材料から製造される。これにより、コネクタブッシュ３０は、容易に取り付けることができるが、動作温度にまで加熱されて高圧にさらされると膨張してきつく嵌合する。なお、マニホルドおよびコネクタブッシュを全く同じ材料から製造し、予め嵌合するようにしてもよい。
【００１４】
図１乃至図５を参照すると、各ノズルマニホルド１０は、ノズルマニホルド１０の孔８８とマニホルドリテーナプレート１４のチャネル（溝）９４に嵌合するカム９０の孔との間で延びる、引き延ばされた位置決めピン８６によって位置決めされている。図１に示されるように、前記位置決めピン８６は、センタマニホルド２０の長手方向軸２４に平行な第１の方向に延びるとともに、本実施形態においては、ノズルマニホルド１０の中心９６に対して同軸とされている。
【００１５】
実際の使用に際しては、図示のように組み立てられた後、冷却水が冷却水導管３４内にポンプ送りされるとともに、電力が加熱エレメント３２、６６に供給され、マニホルド１０，２０およびコネクタブッシュ３０は動作温度にまで加熱される。マニホルド１０，２０が加熱されると、熱膨張により、各ノズルマニホルド１０は、金型に対して所定の場所に固定されたノズル４６の後端６０を横切る方向にスライドする。各ノズル４６におけるこの変位量は予め計算され、かつノズルマニホルド１０は、動作温度に達したときに、その溶融物流路４４の分岐がスライドして一つのノズル４６の溶融物孔４８と正確に同軸となるように製造されなければならない。２０，０００ポンド／平方インチに達する射出圧力と３００℃に達する射出温度により、同軸化は困難でありかつ未だその達成は臨界的である。不適当な同軸化は、溶融物内に応力を生成し、容認できない品質に帰結する。
【００１６】
位置決めピン８６は、各ノズルマニホルド１０が第１の方向に変位することを許容するが、第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向への変位は阻止する。特定のノズル４６におけるノズルマニホルド１０の第１の方向の変位量は、ノズルマニホルド１０の膨張とセンタマニホルド２０の膨張との組合わせであり、したがって中心を位置決めする位置決めリング３６と特定のノズル４６との間の距離に依存する。この距離およびマニホルド１０，２０の膨張係数はともに知られているので、ノズルマニホルド１０の特定のノズル４６における第１の方向の変位量は計算することができる。そして、ノズルマニホルド１０は、動作温度に達したときに溶融物流路４４と溶融物孔４８とが同軸となるように製造される。
【００１７】
センタマニホルド２０と各ノズルマニホルド１０は共に加熱されるので、お互いの方に向かって第２の方向に膨張する。しかしながら、各ノズルマニホルド１０に向かって延びるコネクタブッシュ３０のねじを有しない部分７４が、ノズルマニホルド１０の円筒状の開口８４内でスライドし、ノズルマニホルド１０およびセンタマニホルド２０のお互いの方に向かう第２の方向の膨張を吸収し若しくは補償する。このように、コネクタブッシュ３０が第２の方向の熱膨張を吸収するので、ノズルマニホルド１０を第２の方向には位置決めするが第１の方向のスライドは許容するように、位置決めピン８６を使用することができる。各ノズル４６の位置におけるノズルマニホルド１０の第２の方向の変位量は、そのノズル４６が位置決めピン８６に対してオフセットされる距離に依存する。この距離はノズルマニホルド１０の膨張係数と共に知られているので、ノズルマニホルド１０の特定のノズル４６の位置における第２の方向の変位量は計算することができる。そして、ノズルマニホルド１０は、作動温度に達したときに、その溶融物流路４４が溶融物孔４８に対して同軸となるように製造される。
【００１８】
これにより、コネクタブッシュ３０と位置決めピン８６との組合わせは、加熱されるマニホルド１０，２０の冷却される金型１２に対する熱膨張に伴うノズルマニホルド１０の第１および第２の方向の十分な変位を許容する。もちろん、加熱エレメント３２，６６がスイッチ・オフとされ、分解若しくは修理のためにマニホルド１０、２０が冷え切る際には、この変位は反対方向となる。なお、本実施形態においては上記機能を実現するために位置決めピン８６およびカム９０が図示されているけれども、ノズルマニホルド１０を第２の方向には位置決めするが第１の方向には自由なスライドを許容する他の位置決め手段を使用することもできる。
【００１９】
溶融物流路４４の各分岐がノズル４６を貫通する溶融物孔４８に対して同軸となる所定の位置までマニホルド１０，１２が膨張すると、予め定められた手順にしたがい、圧力が負荷された溶融物が図示されない射出成形機から溶融物流路４４のセンタ注入口４２に供給される。溶融物は、マニホルド１０，２０内の溶融物流路４４を通って各ノズル４６と同軸な中央溶融物孔４８に流れた後、ゲート５０を通ってキャビティー５２に至る。キャビティー５２が満たされ、適当な充填および冷却期間が終了すると、射出圧力が解放されるとともに、開いたゲート５０からの糸引きを避けるために溶融物搬送システムは減圧される。それから、金型１２は成形された製品を取り出すために開かれる。製品が取り出されると金型１６は閉じられ、成形部品の壁部分のサイズと成形材料に応じた成形サイクルが連続して反復される。
【００２０】
射出成形装置の説明が好ましい実施形態に関連してなされているが、この分野における熟練した技術者によって理解され、かつ請求項に定義される本発明の範囲から離れることのない、種々の他の変更が可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】部分的に組み立てられた金型内に着座する、本発明による好ましい実施形態の４つの加熱されるノズルマニホルドを示す平面図。
【図２】図１に示した２−２破断線に沿った組立完了後の金型の断面図。
【図３】図１に示した３−３破断線に沿った組立完了後の金型の断面図。
【図４】図１に示したコネクタブッシュの斜視図。
【図５】位置決めピンおよび金型のチャネルと嵌合する位置におけるカムと共にノズルマニホルドを示す斜視図。
【符号の説明】
１０  ノズルマニホルド
１２  金型
１４  リテーナプレート
１６  バックプレート
２０  センタマニホルド
２２  アーム
２４  長手方向軸
３０  コネクタブッシュ
３２  加熱エレメント
３４  冷却水導管
３６  位置決めリング
４０  センタ注入口ブッシュ
４２  センタ注入口
４４  溶融物流路
４６  ノズル
４８  溶融物孔
５０  ゲート
５２  キャビティ
５４  位置決めブッシュ
８６  位置決めピン
９２  カム
【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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