(57)【要約】いくつかの実施形態では、射出成形装置は、第１の成形表面を含む第１の金型セクションであって、プレッサへ取り付けられるように構成された第１の金型セクションと、第１の金型セクションと対向して配置された第２の金型セクションと、第１および第２の金型セクションの１つ内に、第１および第２の金型表面の少なくとも１つと熱的に連絡されて配置された熱電装置と、熱電装置と電気的に連絡されて配置された電気制御システムと、第１の金型セクションと機械的に連絡され、第１および第２の金型セクションの少なくとも１つをもう一方に向かって移動させ、成形空間を規定するように構成されたプレッサと、成形される材料を成形空間中に導入するためのインジェクタとを備え、第１および第２の金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から形成される。
2017507818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の成形表面を含む第１の金型セクションであって、プレッサへ取り付けられるように構成された第１の金型セクションと、
第２の成形表面を含み、前記第１の金型セクションと対向して配置された第２の金型セクションであって、前記第１および第２の成形表面は互いに向かい合う、第２の金型セクションと、
前記第１および第２の金型セクションの１つ内に、前記第１および第２の金型表面の少なくとも１つと熱的に連絡されて配置された熱電装置と、
前記熱電装置と電気的に連絡されて配置された電気制御システムと、
前記第１の金型セクションと機械的に連絡され、前記第１および第２の金型セクションの少なくとも１つをもう一方に向かって移動させ、成形空間を規定するように構成された、前記プレッサと、
成形される材料を前記成形空間中に導入するためのインジェクタと
を備え：
前記第１および第２の金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から形成される、射出成形装置。
【請求項２】
前記プレッサは、前記第１の金型セクションを前記第２の金型セクションに向かって移動させるように構成され、前記第２の金型セクションは固定されている、請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項３】
前記プレッサは前記第１および第２の金型セクションの両方を一緒に移動させる、請求項１に記載の射出成形装置。
【請求項４】
前記第１および第２の金型セクションの両方はセラミック材料から形成される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項５】
前記電気制御システムは、前記熱電装置を通る電流フローの向きを逆転させるように構成される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項６】
前記第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは、前記第１および第２の成形表面の少なくとも１つと熱的に連絡されて配置された熱交換流体経路を含む、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項７】
前記第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは、熱交換流体経路および金属材料を含み、前記金属材料は前記熱電装置および前記熱交換流体経路と熱的に連絡されて配置される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項８】
前記第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは金属材料を含み、前記金属材料は前記熱電装置および前記成形表面と熱的に連絡されて配置される、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項９】
前記第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは、その中に空洞部をさらに含み、前記熱電装置は前記空洞部内に配置される、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項１０】
前記第１の金型セクションは、その中に、前記第１の金型表面と熱的に連絡されて配置された熱電装置を含み、前記第２の金型セクションは、その中に、前記第２の金型表面と熱的に連絡されて配置された熱電装置を含む、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項１１】
前記電気制御システムは、電源、電力調整器、制御装置、または前記の少なくとも１つの組み合わせを含む、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項１２】
前記熱電装置は金属、セラミック、半導体、ナノ構造超格子、量子井戸、ナノ材料、単結晶ケイ素ナノワイヤ、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項１３】
２つの金型セクション間で成形空間を形成する工程であって、前記金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から製造される工程、
前記金型セクションの少なくとも１つを、熱電装置を用いて、電流を前記熱電装置を通して第１の向きで流すことにより加熱する工程、
成形される材料を前記成形空間中に導入する工程、
前記成形される材料を冷却して、成形部品を形成させる工程、
前記部品を前記部品形成金型空洞部から排出させる工程
を含む射出成形の方法。
【請求項１４】
前記成形される材料を冷却する工程は、熱伝達流体を、前記金型セクションの少なくとも１つ内に形成された熱伝達経路を通して流す工程、電流を前記熱電装置を通して、前記第１の向きと反対の第２の向きで流す工程、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記成形される材料を冷却する工程は、電流を前記熱電装置を通して、前記第１の向きと反対の第２の向きで流す工程を含む、請求項１３ないし１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記成形される材料はプラスチック材料である、請求項１３ないし１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
第１の成形表面を含む第１の金型セクションであって、プレッサへ取り付けられるように構成された第１の金型セクションと、
第２の成形表面を含み、前記第１の金型セクションと対向して配置された第２の金型セクションであって、前記第１および第２の成形表面は互いに向かい合う、第２の金型セクションと、
前記第１の金型セクション内に、前記第１の金型表面と熱的に連絡されて配置された第１の熱電装置と、
前記第２の金型セクション内に、前記第２の金型表面と熱的に連絡されて配置された第２の熱電装置と、
前記第１および第２の熱電装置の両方と電気的に連絡されて配置された電気制御システムと、
前記第１の金型セクションと機械的に連絡され、前記第１の金型セクションを前記第２の金型セクションに向かって移動させ、成形空間を規定するように構成された前記プレッサであって、前記第２の成形表面は固定されている、プレッサと、
成形される材料を前記成形空間中に導入するためのインジェクタと
を備え、
前記第１および第２の金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から形成される、射出成形装置。
【請求項１８】
前記第１および第２の金型セクションの両方はセラミック材料から形成される、請求項１６に記載の射出成形装置。
【請求項１９】
前記第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは、前記第１および第２の成形表面の少なくとも１つと熱的に連絡されて配置された熱交換流体経路を含む、請求項１７ないし１８のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【請求項２０】
前記電気制御システムは、前記第１および第２の熱電装置の少なくとも１つを通る電流フローの向きを逆転するように構成される、請求項１７ないし１９のいずれか一項に記載の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成型の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形では、顆粒状成形材料はホッパーから加熱バレル中に重力により送り込むことができる。顆粒はスクリュにより徐々に前進させることができ、スクリュは、材料内のせん断力により引き起こされる摩擦熱による成形材料の溶融を助けることができる。成形材料は、加熱チャンバに送り込むことができ、そこで、溶融され得る。溶融成形材料は、金型に接して存在するインジェクタを通して送ることができ、そのため、材料は金型に入り、ゲートおよびランナーシステムを通して金型空洞部まで到達する。金型は、熱伝達流体を空洞部に隣接する金型壁を通って循環させることにより冷たく維持することができ、そのため、成形材料は金型が充填されるにつれ固化する。
【０００３】
金型は多くの重要なセクションを有することができる。溶融物（メルト：ｍｅｌｔ）と呼ばれる溶融材料は、金型内で、例えば、金型表面に沿ってまたは、金型セクションを通して形成されたスプルー、またはチャネルを通して、金型に入ることができる。スプルーブシュは、射出装置のインジェクタに対してしっかり密閉することができる。チャネルはランナーと呼ぶことができる。ランナーは、スプルーに連結することができる。ランナーは溶融物を部品形成金型空洞部に案内することができる。溶融材料が部品形成金型空洞部に入る位置はゲートと呼ばれる。スプルー、ランナー、および部品形成金型空洞部、または金型の空洞部を充填するのに必要とされる樹脂の量は時として、「ショット」として知られている。ホット溶融物（ホットメルト）は、部品形成金型空洞部まで流れるにつれ、金型セクションに沿っておよび／または金型セクション内を流れるにつれ、冷えることができる。溶融物から除去される熱エネルギーは補助冷却システムに移動することができる。補助冷却システムは金型セクションと熱的に連絡された流体熱交換回路を含むことができる。補助冷却システムは、流体熱交換回路と流体連絡された金型セクションを含むことができる。補助冷却システムは、金型セクションと流体連絡され、かつ熱的に連絡された流体熱交換回路を含むことができる。溶融物が冷えるにつれ、冷たい金型壁からさらに遠い溶融物の内側部分は流れ続け、金型空洞部を充填し続けることができる。インジェクタは、溶融物を加圧し、気泡を排除させることができる。インジェクタは冷却溶融物を金型空洞部壁に押し付けることができる。インジェクタ圧力は、その部分が固化する間、維持することができる。インジェクタ圧力は、その部分が固化する間増加させることができる。インジェクタ圧力は、その部分が固化する間減少させることができる。
【０００４】
射出成形における課題はプロセスの各相中、プラスチックが接触する全ての面積における、金型の温度の制御に起因し得る。金型温度が適正に制御されない場合、そうすると、様々な部品欠陥が起こり得る。金型温度が均一に制御されない場合、そうすると、様々な部品欠陥が起こり得る。成形動作のための温度制御システムは複雑なものになり得、かつ資本集約的なものになり得る。成形動作のための温度制御システムは、特定の金型設計に対し重要なカスタマイズ化を有することができる。成形動作のための温度制御システムは非効率的なものになり得る。よって、当技術分野においては、金型温度の制御を改善し、効率を改善することができ、資本コストを低減させることができる金型設計が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国実用新案第２９７０７３７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、とりわけ、解決すべき問題は、射出成形装置における効率的な金型温度の制御を含むことができることを認識した。本題材は、例えば、装置を通して流れる電流の向きに基づき、金型表面を加熱または冷却することができる熱電装置を提供することにより、この問題に対する解決策を提供するのを助けることができる。熱電装置は、例えば温度制御機能を金型セクションに局在させることにより、温度制御システムの熱損失を低減させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
いくつかの実施形態では、射出成形装置は、第１の成形表面を含む第１の金型セクションであって、第１の金型セクションはプレッサ（ｐｒｅｓｓｅｒ）へ取り付けられるように構成された第１の金型セクションと、第２の成形表面を含み、第１の金型セクションと対向して配置された第２の金型セクションであって、第１および第２の成形表面は互いに向かい合う、第２の金型セクションと、第１および第２の金型セクションの１つ内に、第１および第２の金型表面の少なくとも１つと熱的に連絡されて配置された熱電装置と、熱電装置と電気的に連絡されて配置された電気制御システムと、第１の金型セクションと機械的に連絡され、第１および第２の金型セクションの少なくとも１つをもう一方に向かって移動させ、成形空間を規定するように構成されたプレッサと、成形される材料を成形空間中に導入するためのインジェクタとを備えることができ、ここで、第１および第２の金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から形成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、射出成形の方法は、２つの金型セクション間で成形空間を形成する工程であって、金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から製造される工程、金型セクションの少なくとも１つを、熱電装置を用いて、電流を熱電装置を通して第１の向きで流すことにより加熱する工程、成形される材料を成形空間中に導入する工程、成形される材料を冷却して、成形部品を形成させる工程、部品を部品形成金型空洞部から排出させる工程を含むことができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、射出成形装置は、第１の成形表面を含む第１の金型セクションであって、プレッサへ取り付けられるように構成された第１の金型セクションと、第２の成形表面を含み、第１の金型セクションと対向して配置された第２の金型セクションであって、第１および第２の成形表面は互いに向かい合う、第２の金型セクションと、第１の金型セクション内に、第１の金型表面と熱的に連絡されて配置された第１の熱電装置と、第２の金型セクション内に、第２の金型表面と熱的に連絡されて配置された第２の熱電装置と、第１および第２の熱電装置の両方と電気的に連絡されて配置された電気制御システムと、第１の金型セクションと機械的に連絡され、第１の金型セクションを第２の金型セクションに向かって移動させ、成形空間を規定するように構成されたプレッサであって、第２の成形表面は固定されているプレッサと、成形される材料を成形空間中に導入するためのインジェクタとを備えることができ、ここで、第１および第２の金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から形成される。
【００１０】
この概要は本特許出願の題材の概要を提供することが意図される。発明の排他的または包括的な説明を提供することは意図されない。詳細な説明が本特許出願についてのさらなる情報を提供するために含められる。
【００１１】
以下、図面について説明するが、これらは例示的な実施形態であり、図面において、同様の要素には同様の番号が付される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】部分的に開かれた、熱電装置を有する射出成形装置の側面図を示す。
【図２】閉じられた、熱電装置を有する射出成形装置の側面図を示す。
【図３】熱電装置を示す図である。
【図４】開かれた、熱電装置を有する射出成形装置の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面は例示にすぎず、特定の縮尺で描かれていない。
【００１４】
熱電装置を含む金型、例えばセラミック金型が本明細書で開示される。装置は、金型空洞部内の表面温度を制御することができる。装置は、例えばフィードバックの使用により、能動的に温度を制御することができる。それらはまた、表面温度を受動的に制御することができる。金型温度を正確な様式で制御すると、部品品質（例えば、部品間の寸法一貫性）が改善され得る。金型温度の迅速制御はより短いサイクル時間に寄与することができる。
【００１５】
プラスチック部品の成形では、２つ以上の金型セクション（各々が取り外し可能な、または一体成形の表面を有する）が一緒にプレスされ、部品形成金型空洞部および射出経路、またはチャネルを含む成形空間を規定することができる。溶融プラスチック材料は、時としてランナーと呼ばれる射出経路を通して１つ以上の部品形成金型空洞部に導入することができる。ランナーでは、溶融プラスチックは、部品形成金型空洞部まで前進する時に、経路の表面に沿って移動することができる。成形プロセスの導入段階中、プラスチックは流体相である。プラスチックが経路を通って流れる時に、これはランナー（複数可）内の経路壁に触れ、冷える。経路壁に隣接する流れの一部が固化し、経路内の流動面積を狭くする。これにより、金型空洞部に入る残りのプラスチック材料の流れが制限され得る。流動面積のこの低減を克服するために、射出圧力は、溶融プラスチックを金型に押し込み続けるように増加させることができる。これにより、高い射出圧力を得ることができる。一例では、溶融物がランナーを通過し、金型空洞部に入る時に、射出圧力は５０ｂａｒから１７０ｂａｒまで上昇することができる。
【００１６】
溶融プラスチックが成形表面に触れると、これは熱を金型セクション中に伝達させる。金型セクションは、冷却チャネルまたは経路を含むことができ、熱伝達流体を金型セクションを通して循環させることができ、成形表面が所望の温度で維持される。この型の熱交換回路では、金型セクションからの熱エネルギーは、熱伝達流体中に伝達させることができる。熱伝達流体は熱エネルギーを別の熱交換器中の第２の熱伝達流体に伝達させることができる。成形表面全体にわたる温度プロファイルは、この型の流体に基づく熱交換を用いて調整するには困難である場合があり、というのも、少なくとも、各経路を通る流体流は、総流体流に対して固定された関係を有し得るからである。この欠点に対処するために、熱交換回路は、複合化される可能性がある。
【００１７】
複合化回路は、弁、オリフィス、ポンプ、温度センサ、制御装置、など、ならびに金型セクション内の複雑なまたは入り組んだ流路を含むことができる。これらの回路は、成形表面温度、例えば、部品形成金型空洞部、および射出チャネル（複数可）の表面に沿った温度を所望のように制御するように熱伝達流体を分配するように設計することができる。このように、熱伝達流体は、金型セクション全体にわたって、特に部品形成金型空洞部の表面に沿って所望の温度分布を維持するために使用することができる。これらの回路は、効率的なサイズとされ、正確に所望の成形表面温度を達成するように設計することができるが、設計および製造に対しコストが高くなる可能性がある。
【００１８】
いくつかの例は、成形表面をほぼ等温に維持する。そのようなアプローチは大量の流体流、二次熱交換器、およびコストを追加する他のアプローチに依存し、サイクル時間を減少させることができる。
【００１９】
これらの熱伝達法は柔軟な金属金型セクションと用いると、うまく働き、というのも、熱伝達回路は金属セクション中に、従来の技術、例えば、限定はされないが、機械加工、穴あけ、スタンピング、プレス、などを用いて容易に形成させることができるからであり、ならびに、金属金型セクションは、溶融物と熱伝達流体の間で高い熱伝導を提供することができるからである。
【００２０】
成形性および熱伝達とは別に、金型セクションのための構築材料の選択において考慮することができる別の重要な特性は、金型セクションの耐用年数である。軟質金属（例えば、アルミニウム）は、比較的短命な製造作業において使用することができるが、硬化鋼に比べた場合の、それらの比較的低い耐摩耗性のために、長期製造用途には不向きである可能性がある。同様に、硬化鋼は、セラミック材料に比べ、劣った耐摩耗性および延性を有する可能性がある（成形部品の長期寸法制御の問題に至る）。
【００２１】
成形表面の耐用年数は、その、完成部品の形状をその部品の寸法要求内で維持する能力により決定することができる。表面間接触およびプレスのような反復熱サイクル、および使用により、金属成形表面は摩耗し、最終的には、公差外部品、すなわち、成形部品の確立された寸法公差に適合しない部品となる。セラミック材料は、金属と比べて優れた硬度および耐摩耗性、セラミック材料の微細構造に起因し得る特性を提供することができる。これらの特性は優れた耐久性および優秀な耐摩耗性に貢献することができ、これにより、金属で製造された成形表面と比べて、セラミックで製造された成形表面では、より長い有用な耐用年数が得られる。
【００２２】
セラミックは金属と比べて高い剛性、または硬さ（すなわち、ヤング率）を提供し、これにより、セラミックが負荷下にある時にたわみおよび／または変形が低減され得る。この特性はセラミックの長期にわたり厳密な寸法公差を維持する能力に寄与し、薄い断面および複雑な形状を成形する能力が可能になる。
【００２３】
成形動作のために利用することができるセラミックの別の特性は、金属では得られない多岐にわたる表面仕上げである。
【００２４】
しかしながら、これらの有益な特性にもかかわらず、セラミックは熱をうまく伝導せず、少なくとも一部は、高い硬度および耐摩耗性のために、セラミック金型セクションにおいて熱伝達回路を形成するのが困難となり、および／またはコストが高くなる可能性がある。これらの特性のために、優れた耐摩耗性、寸法制御、および表面仕上げの多様性などの、それらの金属を超える他の利点にも関わらず、セラミックは成形動作において大規模な採用となっていない。これらの欠点を克服するために、セラミック金型セクションは、金型セクション全体にわたって温度を制御するために使用することができる熱電装置を含むことができる。
【００２５】
いくつかの熱電装置では、直流（ＤＣ）が不均一伝導体の回路を通過する時に、熱は、伝導体の接合部で放出または吸収され得る。放出または吸収される熱の量は、伝導体を通過する電流に比例する。接合部が「ホット（熱い）」または「コールド（冷たい）」は、電流フローの向き、すなわち、回路の極性に依存する。この現象は熱電対において使用され、この場合、温度勾配が装置を通る電流フローを駆動し、得られた電圧差は接合部での温度に相関させることができる。
【００２６】
本明細書で使用される熱電装置は、電圧勾配を温度勾配に変換することができる、およびその逆の装置を示す。熱電装置は、異種材料間の境界面を含むことができる。これらの異種材料は、金属、セラミック、半導体、およびペルチェ効果（２つの異なる伝導体の帯電接合部での加熱または冷却の存在）を示す任意の材料を含むことができる。熱電装置は、ナノ材料、例えばナノ構造化超格子、量子井戸、および単結晶ケイ素ナノワイヤを含むことができる。サーモトンネル現象を使用して動作する熱電装置は、本範囲内にある。
【００２７】
金型セクションは、成形プロセス中に溶融物と接触することができる成形表面と熱的に連絡されて配置される熱電装置を含むことができる。
【００２８】
熱電装置を使用して、成形中に溶融物と接触することができる金型セクションの成形表面、または面を形成することができる。あるいは、熱電装置は金型セクション、空洞部に挿入することができ、そこで、成形中に溶融物と接触することができる金型セクションおよび成形表面（すなわち、部品形成金型空洞部および射出経路の壁）と熱的に連絡させることができる。このように、熱電装置は、溶融物に加熱および冷却を提供するように配置および／または構成させることができる。熱電装置は、冷却および／または加熱効果を増加させるために、順に、接触して積み重ねることができ、および／または順に貼り付けることができ、あるいは別様に、互いに熱的に連絡させて構成させることができる。
【００２９】
熱電装置はセラミック金型セクション内で、成形表面の選択された部分のみと熱的に連絡させて配置することができ、成形表面の局在セクションに対して個別温度制御が提供される。このように、溶融物の体積および／または面積は、所望の順で、おおむね迅速に、溶融物の他の体積および／または面積とは異なる温度まで、および／または異なる速度で冷却および／または加熱させることができる。
【００３０】
熱電装置インサートを保持するための空洞部はセラミック金型セクション内で、セクションの成形表面を含む、金型セクションの任意の側から形成させることができる。特に、金型セクション内で形成された空洞部内に配置される熱電装置は、修復または交換における場合に、ルーチン的な維持管理および／または分解修理のために容易にアクセスすることができる。熱電装置は金型セクションの体積内に、溶融物からより近いまたはより離れた距離で配置することができ、金型セクションの位置での温度および／または熱エネルギーが熱電装置と溶融物の間で伝達される速度に影響を与えることができる。
【００３１】
セラミック金型セクションは金属インサートを用いて形成させることができる。これらの金属インサートは、金型セクションの面積／体積間の熱伝達経路を提供することができる。これらの経路は、金型セクションの体積または面積間、例えば、成形表面、金型セクション内に配置された熱電装置、および／または金型セクション内の熱伝達流体経路の間で熱エネルギーを伝達させるために使用することができる。
【００３２】
セラミックおよび金属のハイブリッド金型セクションは、便宜的に各材料の特徴を組み合わせることができる。金属インサートは、セラミック金型セクション内で規定された熱流路を提供することができる。セラミック部分は、特に成形表面または金型装置内の他の接触部分に高い硬度および耐摩耗性を提供することができ、そのため、金型装置は、同等の金属部分を有する金型装置と比べて、より長い耐用年数の間、部品公差要求を満たすことができる。
【００３３】
熱電装置は金型セクション内に、熱伝達流体経路と熱的に連絡させて配置することができ、熱電装置および／または熱電装置の片面の冷却または加熱を可能にする。熱伝達流体は、成形動作において、熱電装置と合わせて（一緒に）使用することができ、そのため、熱電装置および熱伝達流体はどちらも、熱エネルギーを成形表面（および溶融物）と同時に交換することができる。この場合、熱エネルギーの交換は、熱電装置および熱伝達流体で異なるものとすることができ、例えば、熱伝達流体が溶融物、または溶融物の一部を冷却する間、熱電装置は加熱することができ、逆の場合もしかりである。
【００３４】
溶融物導入段階中、熱電装置は、金型セクションおよび／または成形表面を断熱、またはほぼ断熱で維持するように作用することができ、この場合、熱エネルギーは溶融物から成形表面に全く、または非常に少ししか伝達されない。このように、熱電装置は、溶融物を液体、溶融または流動状態で維持するように機能することができ、確実に、金型空洞部全体が成形される材料で充填される。言い換えれば、熱電装置を使用して成形表面上で固化する溶融物の量を低減させることができ、よって、固化した溶融物によりブロックされる流動面積の量が低減され、部品形成金型空洞部の全体積を充填するのに必要とされる圧力が低減される。
【００３５】
例えば、溶融物導入相中、熱電装置は、第１の極性（すなわち、電流フローの向き）で動作させることができ、「ホット」接合部と呼ばれる熱電装置接合部で熱が生成される。「ホット」接合部は、成形表面と熱的に連絡させることができる。このように、熱電装置は熱エネルギーをスプルー、ランナー、ゲート、および部品形成金型空洞部を含む、金型の流路中に伝達させることができ、溶融物の流動性を維持することができ（例えば、溶融、液体、または流動状態）、成形表面に沿った溶融物固化の発生が低減される。このように、溶融物のために使用可能な流動面積、例えば、スプルー、ランナー、ゲート、および部品形成空洞部は、固化した材料による封鎖または閉塞がない。言い換えれば、加熱は、特に流路（複数可）内、および成形表面に沿って、溶融物の流動性を維持することができる。より大きな流動面積および固化する材料の量の低減のために、溶融物導入中、溶融物はより自由に流れることができるので、射出圧力は、部品欠陥を導入することなく、低減させることができる。射出圧力を低下させると、プレス関連機器（例えば油圧ポンプ、モーター、空気ポンプ、など）のエネルギー消費を低減させることにより、動作コストを低減させることができる。射出圧力を低下させると、成形装置の金型セクション、プレッサ、インジェクタ、および他の部品の設計圧力を低減させることにより、資本コストを低減させることができる。射出圧力を低下させると、１サイクルあたりの成形表面上での摩耗を低減させることにより、金型装置の耐用年数を増加させることができる。
【００３６】
溶融物導入が完了するとすぐに、熱電装置は、第１の極性とは反対の第２の極性（すなわち、電流フローの第２の向き）を用いて動作させることができ、熱電装置を横切る温度勾配が逆転される。このように、前の「ホット」接合部を冷却し、同時に、前の「コールド」接合部を加熱する。このように、成形表面と熱的に連絡させることができる前の「ホット」接合部の温度は冷え始め、ひいては、成形表面を冷却する。これにより、熱エネルギーを金型から、および成形される材料（すなわち、溶融物）から引き出すことができる。
【００３７】
熱電装置は、成形表面温度の直接局所制御、迅速応答時間、および狭い温度動作範囲を提供することにより、複雑で比較的遅い流体制御（弁、ポンプ、ヒーター、ファン、など）なしで、熱制御を改善することができる。セラミック金型セクション内での熱電装置の使用は、セラミックの導電率の欠如によりさらに有利になり得る。金属とは異なり、セラミックで製造された金型セクションは熱電装置とショートせず、そのため、セラミック金型セクション内での熱電装置の使用は、金型設計または熱電装置の設計に過度の複雑さを引き起こさない。
【００３８】
熱電装置は電気制御システムと電気的に連絡させて配置することができる。電気制御システムは電力、ならびに熱電装置に、および／またはこれを通って流れる電流の調整を提供することができる。電気制御システムは、一般に、電源、電力調整器、および制御装置、ならびに電力を伝導するための配線、通信、センサ、および／または制御信号を含む。電気制御システムは、より特定的には、電力変圧器、交流電流（ＡＣ）電源、ＡＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ電源、電圧変換器、電力調整器、電流調整器、電圧調整器、フィードバックシグナル（例えば、温度、圧力、材料の流れ、電流、電圧、電力、など）、およびマイクロプロセッサ、制御装置、プログラマブル論理制御装置、または他の型の論理制御装置を含むことができる。
【００３９】
フィードバックシグナルは直接測定装置（例えば、熱電対、電圧計、マスフローメータ、ボリュームフローメータ、カレントクランプ、など）から生じさせることができ、または計算されたパラメータまたは特性（例えば、エンタルピー、粘度、密度、など）から生じさせることができる。フィードバックシグナルは、正確さ、応答時間および最終的には、熱電装置の効率を改善するために使用することができ、ならびに、電気制御システムにおいて、熱電装置を通る電流フローの量および／または向きを制御するために使用することができる。
【００４０】
温度測定装置は、熱電対、サーミスタ、抵抗温度計、ＵＶセンサ、および他の温度測定装置を含むことができる。
【００４１】
制御装置は、所望の温度（すなわち、温度設定点）と熱電装置接合部温度、成形表面温度、またはその指示温度、または任意の所望の制御温度の間の誤差を０にするために使用することができる。制御装置は設定点と実際の測定パラメータの間の誤差を０にするために任意の好適な制御アルゴリズムを使用することができ、例えば、アルゴリズムは、例えば、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムにおけるような、比例的誤差、積分誤差、微分誤差、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含むことができる。制御装置は、例えば、神経ネットワーク、ベイズ確率、ファジー論理、機械学習、および進化的計算法を含む任意の型のインテリジェント制御技術を使用することができる。あるいは、電気制御システムは手動制御することができる。
【００４２】
本明細書で開示されるセラミック金型は、多くの異なる型の成形材料、例えば、金属、ガラス、熱可塑性ポリマ、熱硬化ポリマ、および前記の少なくとも１つを含む組み合わせを成形するために使用することができる。成形材料は、ポリマ材料を含むことができる。ポリマ材料のいくつかの例としては、熱可塑性材料、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリカーボネート／ＰＢＴブレンド、ポリカーボネート／ＡＢＳブレンド、コポリカーボネート−ポリエステル、ポリカーボネート／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／ＰＢＴのブレンド、ならびに前記の少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。ポリマ材料は、添加物、例えば衝撃改質剤、紫外線吸収剤、顔料、または前記の１つの組み合わせを含むことができる。成形材料は、強化材料、例えばガラス、炭素、玄武岩、アラミド、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含むことができる。強化材料は、切断、刻み、ストランド繊維、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含むことができる。例えば、材料はＰＣ／ＰＢＴ、ポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン、例えばガラス充填ポリプロピレン、長いガラス繊維ポリプロピレン、など）ならびに前記の少なくとも１つを含む組み合わせとすることができる。
【００４３】
成形動作では、溶融物のショット（経路および部品形成金型空洞部を充填するのに必要とされる成形材料の量）が射出のために調製される（例えば、加熱され、インジェクタ中に移動される）間、金型セクションは閉じることができる。この射出前相中、熱電装置は、成形表面と熱的に連絡されている熱電装置の接合部を加熱するために、電子制御システムにより第１の極性を用いて動作させることができる。熱電装置を通って流れる電流の量は制御することができ、そのため、熱電装置のホット接合部は、成形される材料のガラス転移温度を超える、またはこれに等しい温度となり、導入中の材料の流れが維持される。
【００４４】
溶融物の一ショットを金型空洞部中に導入すると、熱電装置は、第１の極性で動作し続けることができ、すなわち、成形表面を加熱し、または成形表面の温度を維持し、溶融物の大部分を非固体状態で維持し、固化の量を低減させ、成形空間を、固化による制限／閉塞が実質的にないように維持することができる。この場合、実質的にないというのは、熱電装置が、総流動面積の５％以下の低減、例えば、溶融物射出経路における総流動面積の０．１％から２％、または、０．１％から１％の低減を維持するように動作することができることを意味する。
【００４５】
そのショットが金型に導入され、部品形成金型空洞部が材料で充填されるとすぐに、インジェクタは成形空間内の溶融物の圧力を維持し、その間、溶融物は固化し、成形部品の形態になり、この段階は固化と呼ばれる。固化中、電気制御システムから熱電装置への電流の流れは、逆転させることができ、そのため、熱電装置は、第２の極性（第１の極性とは反対）を用いて動作させることができる。このように、溶融物導入相中熱い（ホット）な熱電装置の接合部は冷え始めることができる。成形表面と熱的に連絡され、溶融物と接触しているこれらの接合部は、固化プロセス中に、溶融物から熱エネルギーを除去することができる。
【００４６】
成形動作のいずれの段階中であっても、熱交換流体回路は、熱電装置、金型セクション（成形表面を含む）、または成形装置の他の構成要素、と熱伝達流体の間で熱エネルギーを交換するように動作させることができる。
【００４７】
溶融物と接触している成形表面の温度は成形される材料のガラス転移温度より下に低下させることができる。熱電装置および／または流体熱交換回路は一緒にまたは別個に動作し、固化中に溶融物を冷却することができる。溶融物の温度が成形される材料のガラス転移温度より下に降下するとすぐに、金型が開かれ、成形部品は排出させることができ、すなわち、金型空洞部から除去または放出させることができる。
【００４８】
金型から出て行った後、成形部品は室温まで冷却され、および／またはさらなる加工を受けることができる。成形部品が形成されるとすぐに、部品はさらに加工され、または仕上げ加工され、完成部品が形成され得る。仕上げ加工動作は、部品から材料を除去する工程、および／または部品を化学的に、機械的に、および／または熱的にリフォームする工程を含むことができ、例えば、固化後加工は、吹き付け加工、破断、バフ研磨、バニシ仕上げ、切断、穴あけ、エッチング、浸食、研削、インデンティング、機械加工、刻印加工、ポリッシング、サンディング、スコーリング、形削り、ねじ切り、トリミング、タンブリング、振動、および／または別様の表面生成処理、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含むことができる。仕上げ加工動作はまた、材料を部品に添加する工程、例えば、オーバーモールディング、再成形、バックモールディング、シーラー、グレーズ、塗料、機能層、マーキング、および／または部品に対する他の表面添加物にあるようなコーティングの付加（すなわち、塗布）、または前記の少なくとも１つの組み合わせを含むことができる。コーティングの型は、耐摩耗、接着、抗菌、触媒、装飾、電気または熱伝導、電気または熱非伝導、感光、非接着、光学、プライマー、紫外線防止、防水、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含むことができる。
【００４９】
図１は、その中に配置された熱電装置３０を有する射出成形装置１０を示す図である。２つのセラミック金型セクション２０は、取り付け盤１８に取り付けられ、取り付け盤は、プレス装置に取り付けられる。プレス装置は油圧式、空気圧式、電気、機械式、などとすることができ、取り付け盤１８を一緒にして、セラミック金型セクション２０の間の部品形成金型空洞部２２を含む、成形空間を形成するように作用することができる。金型セクション２０は、熱交換流体経路２８、またはチャネルを備える。チャネルは熱交換回路と流体連絡させて配置することができる。チャネルは熱交換回路と熱的に連絡させて配置することができる。チャネルは熱交換回路と流体連絡させておよび熱的に連絡させて配置することができる。熱交換回路は、熱伝達流体間で熱エネルギーを伝達させるために別の熱交換器を含むことができる。
【００５０】
２つの熱電装置３０は、電気制御システム４０と電気的に連絡されて配置される。電気制御システム４０は制御装置５０を使用して、温度センサ４６からの温度測定を解釈し、電源４２から、電力調整器４８を通して、熱電装置３０までの電流の送達（すなわち、電力）を制御する。
【００５１】
熱電装置３０は、成形表面２３および熱伝達流体経路２８と熱的に連絡されている。金属インサートは熱電装置３０のセクションと熱交換流体経路２８の間に配置することができ、特定の熱伝達経路が提供され、熱電装置３０と熱交換流体の間の熱エネルギーの交換が増大される。
【００５２】
図２は、一緒にプレスされ、成形空間２５（点線で囲まれた領域）を形成するセラミック金型セクション２０の成形表面２３を有する、射出成形装置１０の側面図を示す図である。成形空間は、２つの部品形成金型空洞部２２、スプルー２６、２つのランナー２９、および２つのゲート２４（対応する金型セクション２０の成形表面２３間で形成される）により規定される。スプルーブシュ１４は、スプルー２６とインジェクタ１２の間に配置される。溶融物が、インジェクタ１２から射出されると、これはスプルー２６を通って、ランナー２９を通って、ゲート２４を通って、部品形成金型空洞部２２に流れ込む。熱電装置３０は、溶融物導入中、成形材料を加熱し、固化中、成形材料を冷却して固体部品にするために使用することができる。
【００５３】
図３は熱電装置３０の型を示すである。この場合、熱電装置３０はＮ型半導体３８およびＰ型半導体３９を有する半導体装置である。
【００５４】
Ｎ型およびＰ型半導体は、異なる電気特性を付与するためにドープされた外因性半導体を示す。Ｎ型半導体は、正孔濃度（電子ホール、負の質量の電子がない、または最高価電子帯付近の電子がない）より大きな電子濃度を有し、一方、電子濃度よりも大きな正孔濃度を有するＰ型半導体では、反対のことが真実となる。
【００５５】
図３では、電流フロー４４の向きは、一般に、電気的接続３６から電気的接続３７であることが示される。電流がこの経路に沿って流れる場合、電気的接続３６は陰極となり、電気的接続３７は陽極となる。この場合、電流は、上面３１に隣接する接合部３３ではＰ型からＮ型半導体に、底面３２に隣接する接合部３４ではＮ型からＰ型半導体に流れる。Ｐ型からＮ型半導体に流れる電流は熱エネルギーを放出し、一方、Ｎ型からＰ型半導体に流れる電流は熱エネルギーを吸収する。このように、この構成では、電流フローにより、上面３１（これは熱くなるであろう）に隣接する「ホット」接合部３３、および底面３２（冷たくなるであろう）に隣接する「コールド」接合部３４が得られるであろう。
【００５６】
「ホット」および「コールド」接合部は、例えば、電気的接続３７から電気的接続３６に電流を流すことにより、熱電装置を通る電流フローの向きを逆転させることにより、逆転させることができる。これは、電流フローが逆転されると、電流が、上面３１に隣接する接合部３３ではＮ型からＰ型半導体に、底面３２に隣接する接合部３４ではＰ型からＮ型半導体に流れるからである。
【００５７】
図４は互いに離された金型セクション２０の成形表面２３（点線により表される）を有する射出成形装置１０の側面図を示す図である。プレッサ１６は、第１の金型セクション２０と機械的に連絡させて配置することができ、第１および第２の金型セクション２０の少なくとも１つを他方に向かって移動させ、成形空間２５を規定するように構成させることができる。成形空間２５は、金型セクションが一緒にされるとすぐに、対応する金型セクション２０の成形表面２３により規定される。インジェクタ１２は、成形材料を金型に導入するために、金型２０セクションを通るチャネルに隣接して配置される。溶融物が、インジェクタ１２から射出されるにつれ、これは成形空間２５に流れ込む。熱電装置３０は、溶融物導入中、成形表面２３を加熱し、固化中、成形表面２３を冷却するために、使用することができる。電気制御システム４０は熱電装置３０と電気的に連絡させて配置させることができる。
【００５８】
実施形態１：第１の成形表面を含む第１の金型セクションであって、プレッサへ取り付けられるように構成された第１の金型セクションと、第２の成形表面を含み、第１の金型セクションと対向して配置された第２の金型セクションであって、第１および第２の成形表面は互いに向かい合う、第２の金型セクションと、第１および第２の金型セクションの１つ内に、第１および第２の金型表面の少なくとも１つと熱的に連絡されて配置された熱電装置と、熱電装置と電気的に連絡されて配置された電気制御システムと、第１の金型セクションと機械的に連絡され、第１および第２の金型セクションの少なくとも１つをもう一方に向かって移動させ、成形空間を規定するように構成されたプレッサと、成形される材料を成形空間中に導入するためのインジェクタとを備え、第１および第２の金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から形成される、射出成形装置。
【００５９】
実施形態２：プレッサは、第１の金型セクションを第２の金型セクションに向かって移動させるように構成され、第２の金型セクションは固定されている、実施形態１の射出成形装置。
【００６０】
実施形態３：プレッサは第１および第２の金型セクションの両方を一緒に移動させる、実施形態１の射出成形装置。
【００６１】
実施形態４：第１および第２の金型セクションの両方はセラミック材料から形成される、実施形態１ないし３のいずれか１つの射出成形装置。
【００６２】
実施形態５：電気制御システムは、熱電装置を通る電流フローの向きを逆転させるように構成される、実施形態１ないし４のいずれか１つの射出成形装置。
【００６３】
実施形態６：第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは、第１および第２の成形表面の少なくとも１つと熱的に連絡されて配置された熱交換流体経路を含む、実施形態１ないし５のいずれか１つの射出成形装置。
【００６４】
実施形態７：第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは、熱交換流体経路および金属材料を含み、金属材料は熱電装置および熱交換流体経路と熱的に連絡されて配置される、実施形態１ないし６のいずれか１つの射出成形装置。
【００６５】
実施形態８：第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは金属材料を含み、金属材料は熱電装置および成形表面と熱的に連絡されて配置される、実施形態１ないし７のいずれか１つの射出成形装置。
【００６６】
実施形態９：第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは、その中に空洞部をさらに含み、熱電装置は空洞部内に配置される、実施形態１ないし８のいずれか１つの射出成形装置。
【００６７】
実施形態１０：第１の金型セクションは、その中に、第１の金型表面と熱的に連絡されて配置された熱電装置を含み、第２の金型セクションは、その中に、第２の金型表面と熱的に連絡されて配置された熱電装置を含む、実施形態１ないし８のいずれか１つの射出成形装置。
【００６８】
実施形態１１：電気制御システムは、電源、電力調整器、制御装置、または前記の少なくとも１つの組み合わせを含む、実施形態１ないし１０のいずれか１つの射出成形装置。
【００６９】
実施形態１２：熱電装置は金属、セラミック、半導体、ナノ構造超格子、量子井戸、ナノ材料、単結晶ケイ素ナノワイヤ、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、実施形態１ないし１１のいずれか１つの射出成形装置。
【００７０】
実施形態１３：２つの金型セクション間で成形空間を形成する工程であって、金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から製造される工程、金型セクションの少なくとも１つを、熱電装置を用いて、電流を熱電装置を通して第１の向きで流すことにより加熱する工程、成形される材料を成形空間中に導入する工程、成形される材料を冷却して、成形部品を形成させる工程、部品を部品形成金型空洞部から排出させる工程を含む射出成形の方法。
【００７１】
実施形態１４：金型セクションの少なくとも１つを、熱電装置を用いて、電流を熱電装置を通して第１の向きで流すことにより加熱する工程、成形される材料を成形空間中に導入する工程、成形される材料を冷却して、成形部品を形成させる工程、部品を部品形成金型空洞部から排出させる工程を含む、実施形態１ないし１２のいずれかの装置を使用する射出成形の方法。
【００７２】
実施形態１５：成形される材料を冷却する工程は、熱伝達流体を、金型セクションの少なくとも１つ内に形成された熱伝達経路を通して流す工程、電流を熱電装置を通して、第１の向きと反対の第２の向きで流す工程、または前記の少なくとも１つを含む組み合わせを含む、実施形態１３ないし１４のいずれか１つの方法。
【００７３】
実施形態１６：成形される材料を冷却する工程は、電流を熱電装置を通して、第１の向きと反対の第２の向きで流す工程を含む、実施形態１３ないし１５のいずれか１つの方法。
【００７４】
実施形態１７：成形される材料はプラスチック材料である、実施形態１３ないし１６のいずれか１つの方法。
【００７５】
実施形態１８：第１の成形表面を含む第１の金型セクションであって、プレッサへ取り付けられるように構成された第１の金型セクションと、第２の成形表面を含み、第１の金型セクションと対向して配置された第２の金型セクションであって、第１および第２の成形表面は互いに向かい合う、第２の金型セクションと、第１の金型セクション内に、第１の金型表面と熱的に連絡されて配置された第１の熱電装置と、第２の金型セクション内に、第２の金型表面と熱的に連絡されて配置された第２の熱電装置と、第１および第２の熱電装置の両方と電気的に連絡されて配置された電気制御システムと、第１の金型セクションと機械的に連絡され、第１の金型セクションを第２の金型セクションに向かって移動させ、成形空間を規定するように構成されたプレッサであって、第２の成形表面は固定されているプレッサと、成形される材料を成形空間中に導入するためのインジェクタと、を備え、第１および第２の金型セクションの少なくとも１つはセラミック材料から形成される、射出成形装置。
【００７６】
実施形態１９：第１および第２の金型セクションの両方はセラミック材料から形成される、実施形態１８の射出成形装置。
【００７７】
実施形態２０：第１および第２の金型セクションの少なくとも１つは、第１および第２の成形表面の少なくとも１つと熱的に連絡されて配置された熱交換流体経路を含む、実施形態１８ないし１９のいずれか１つの射出成形装置。
【００７８】
実施形態２１：電気制御システムは、第１および第２の熱電装置の少なくとも１つを通る電流フローの向きを逆転するように構成される、実施形態１８ないし２０のいずれか１つの射出成形装置。
【００７９】
一般に、発明は、あるいは、本明細書で開示される任意の適切な構成要素を含む、これらから構成される、またはこれらから本質的に構成され得る。発明は加えて、またはその代わりに、先行技術組成物で使用される、または、そうでなければ、本発明の機能および／または目的の達成に必要でない任意の構成要素、材料、材料成分、アジュバントまたは種を欠く、または実質的に含まないように策定することができる。
【００８０】
本明細書で開示される全ての範囲は終点を含み、終点は独立して互いに組み合わせ可能である（例えば、「２５ｗｔ％まで、または、より特定的には、５ｗｔ％から２０ｗｔ％」の範囲は、終点および「５ｗｔ％から２５ｗｔ％」の範囲の全ての中間値を含む、など）。「組み合わせ」は、ブレンド、混合物、合金、反応生成物、などを含む。さらに、「第１の」「第２の」などの用語は、本明細書ではいずれの順、量、または重要性も示さないが、むしろ、１つの要素を別の要素と比較して示すために使用される。「１つの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」という用語は本明細書では、量の制限を示さず、本明細書で別記されない限り、または文脈により明確に反対されない限り、単数形および複数形の両方を含むと解釈されるべきである。添え字「（複数可）」は、本明細書では、これが修飾する用語の単数形および複数形の両方を含むことが意図され、よって、１つ以上のその用語を含む（例えば、フィルム（複数可）は１つ以上のフィルムを含む）。明細書を通して、「１つの実施形態」、「いくつかの実施形態」、「いくつかの実施形態」、などへの言及は、実施形態に関連して記載される特定の要素（例えば、特徴、構造、および／または特性）が、本明細書で記載される少なくとも１つの実施形態に包含され、他の実施形態では存在してもよく、または存在しなくてもよいことを意味する。加えて、記載される要素は、様々な実施形態において任意の好適な様式で組み合わせることができることが理解されるべきである。
【００８１】
特定の実施形態について記載してきたが、予期されないまたは現在のところ予期され得ない代替案、改変、変更、改善および実質的な等価物は、出願人または他の当業者であれば思いつくことができる。したがって、出願された、および補正される可能性のある添付の特許請求の範囲は、そのような代替案、改変、変更、改善および実質的な等価物を全て包含することが意図される。
【図１】
2017507818.tif 000003
【図２】
2017507818.tif 000004
【図３】
2017507818.tif 000005
【図４】
2017507818.tif 000006
【国際調査報告】
2017507818.tif 000007
2017507818.tif 000008
2017507818.tif 000009