(57)【要約】弁ゲートノズルの閉鎖速度を制御するシステム及び方法を開示する。一実施形態において、開放位置と閉鎖位置の間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを有するホットランナーを提供する。弁軸は、弁軸を閉鎖する第１部分について第１速度で移動され、弁軸を閉鎖する第２最終部分について第２速度で移動される。
2016510272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック部品の成形方法であって、
開放位置と閉鎖位置の間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第１部分について第１速度で前記弁軸を移動させるステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間の少なくとも最後の２ｍｍについて、閾値速度未満の第２速度で前記弁軸を移動させるステップとを備える方法。
【請求項２】
前記開放位置と前記閉鎖位置との間の少なくとも最後の２ｍｍについて前記弁軸を移動させる間、溶融ポリマーを略一定の圧力に維持するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２速度は、約５ｍｍ／秒未満である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２速度は、約２ｍｍ／秒未満である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２速度で前記弁軸を移動させるステップは、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の少なくとも最後の３ｍｍについて前記第２速度で前記弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２速度で前記弁軸を移動させるステップは、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の最後の１０ｍｍ未満について前記第２速度で前記弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
複数のアクチュエータにより複数の弁軸を作動させて前記開放位置と前記閉鎖位置の間で前記複数の弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
プレートアクチュエータにより複数の弁軸を作動させて前記開放位置と前記閉鎖位置の間で前記複数の弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項９】
プラスチック部品の成形方法であって、
開放位置と閉鎖位置の間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第１部分について第１速度で前記弁軸を移動させるステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第２部分について前記第１速度未満の第２速度で前記弁軸を移動させるステップとを備え、前記第２速度は閾値速度未満であり、前記第２部分は前記開放位置と前記閉鎖位置の間の距離の最後の１０％〜７０％の間にある方法。
【請求項１０】
前記第２速度は、約５ｍｍ／秒未満である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２速度は、約２ｍｍ／秒未満である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１速度は、約５ｍｍ／秒〜１００ｍｍ／秒である請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２部分は、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の距離の最後の２０％〜５０％の間にある請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記閉鎖位置に前記弁軸を移動させる間、溶融ポリマーを略一定の圧力に維持するステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
複数のアクチュエータにより複数の弁軸を作動させて前記開放位置と前記閉鎖位置の間で前記複数の弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
作動プレートより複数の弁軸を作動させて前記開放位置と前記閉鎖位置の間で前記複数の弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
プラスチック部品の成形方法であって、
開放位置と閉鎖位置の間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間を５ｍｍ／秒未満の速度で前記弁軸を移動させるステップとを備える方法。
【請求項１８】
前記弁軸を移動させるステップは、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の少なくとも最後の２ｍｍについて前記速度で前記弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記速度は、約２ｍｍ／秒未満である請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
プラスチック部品の成形方法であって、
開放位置と閉鎖位置の間で移動可能で、ストローク長さが約３ｍｍ未満である弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、
前記弁軸が前記開放位置と前記閉鎖位置を移動する際、閾値速度未満の速度で前記弁軸を移動させるステップとを備える方法。
【請求項２１】
前記閾値速度は、約５ｍｍ／秒未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記閾値速度は、約２ｍｍ／秒未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記ストローク長さは、約２ｍｍ未満である請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、射出成形機械のホットランナーシステムに係り、特に弁ゲートノズルの閉鎖速度制御システムに係る。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機械のホットランナーシステムは、機械的にゲート操作するノズル（すなわち、弁ゲートノズル）又は熱的にゲート操作するノズル（すなわち、ホットチップノズル）のいずれかを備える。弁のゲート操作は通常、射出成形部品の表面により良質のゲートを提供する。しかしながら弁ゲートノズルであっても、離型後、プラスチックの残余物が部品に残り得る（例えば、クラウンフラッシュ又は痕跡）。この痕跡は特に、ポリプロピレン等の特別な樹脂で問題を生じ得る。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態において、プラスチック部品の成形方法であって、開放位置と閉鎖位置の間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第１部分について第１速度で前記少なくとも１つの弁軸を移動させるステップと、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第２部分について前記第１速度未満の第２速度で前記少なくとも１つの弁軸を移動させるステップとを備え、前記第２速度は閾値速度未満であり、前記第２部分は前記開放位置と前記閉鎖位置の間の距離の最後の１０％〜７０％の間にある方法を提供する。
【０００４】
他の実施形態において、プラスチック部品の成形方法であって、開放位置と閉鎖位置との間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第１部分について第１速度で前記少なくとも１つの弁軸を移動させるステップと、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の少なくとも最後の２ｍｍについて前記第１速度未満の第２速度で前記弁軸を移動させるステップとを備える方法を提供する。
【０００５】
以上の概念及び以下に検討する他の概念はいかなる好適な組み合わせで構成されてもよく、本開示はこの様態に限定されるものでないことが理解されなければならない。
【０００６】
本教示に関して以上に述べた側面、実施形態、及び特徴と、その他の側面、実施形態、及び特徴は、添付の図面との関連で以下に述べる説明からより完全に理解することができる。
【０００７】
添付の図面は、寸法を示すために描かれたものでない。図面において、種々の図面に示された同一又は略同一の構成要素には各々、同様の参照符号を付している。図面を明確にするため、すべての図面においてすべての構成要素に参照符号を付した訳ではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】開放位置に示された弁軸を有する弁ゲートノズルを備えたホットランナーの一部を示す概略図である。
【図１Ｂ】閉鎖位置に示された弁軸を有する図１Ａのホットランナーの概略図である。
【図２】一例としての弁軸閉鎖速度プロファイルのグラフである。
【図３】一例としての弁軸閉鎖速度プロファイルのグラフである。
【図４】各々対応のアクチュエータによって稼動される個別のアクチュエータを示す、ホットランナーの一部の概略図である。
【図５】作動プレート構成を使用して同時に稼動される個別の弁軸の概略図である。
【図６】射出成形システムの概略図である。
【０００９】
［詳細な説明］
本発明者らは、溶融ポリマーの圧力スパイクは、弁ゲートノズルの弁軸を閉鎖する間に発生し、これによって最終離型部品への残余物の形成を増すことを発見した。理論に束縛されることを望むものでないが、圧力スパイクは、弁軸が対応ゲート内へ速やかに移動する際に発生する。より具体的には、圧力スパイクは、弁軸がゲートを閉鎖する場合等、弁軸が閉鎖する最終部分において、溶融ポリマーが弁軸の周囲を流れることができなくなるために生じることがある。本発明者らは、弁軸が閉鎖する間、溶融ポリマーが弁軸の周囲を流れることができる程度の低速で弁軸が移動すれば、観察される圧力スパイクは低減されるか、実質的になくなることを発見した。以上の観点より、一実施形態において、弁軸が閉鎖する少なくとも最終部分において、閾値未満の速度で弁軸を移動させることにより、圧力スパイクを低減するか、実質的になくしてもよい。結果として圧力スパイクを低減することにより、最終離型部品に形成される残余物を減らし、部品品質を向上してもよい。
【００１０】
理論に束縛されることを望むものでないが、残余物の形成を低減することに加え、弁軸を閉鎖する最終部分の間、閾値未満の速度で弁軸を移動させることにより、弁軸を閉鎖する間、溶融ポリマーの圧力を略一定にしてもよい。いくつかの実施形態において、弁軸を閉鎖する間、溶融ポリマーの圧力を略一定に維持することにより、金型充填を均一に行うことを容易にし、ゲート領域内のポリマー配向を低減し、ゲート領域内の不均一な残留応力を低減し、且つ、当分野で通常の知識を有する当業者が理解するであろう他の利益を得てもよい。
【００１１】
さて図１Ａ及び図１Ｂに進むと、一実施形態に係る弁ゲートホットランナーと関連のノズルとが示されている。図示の実施形態において、弁ゲートホットランナー２は、マニホルド３と、ノズル吐出口６を有するノズル４とを備える。周知のとおり、弁軸８は、後退した開放位置（図１Ａ）と前進した閉鎖位置（図１Ｂ）の間で選択的に移動するようにノズル４と関連付けられている。弁軸が後退した開放位置に配置されると、溶融ポリマーが溶解チャンネル１２から吐出口６まで自在に流れる。これに対応して、弁軸が前進した閉鎖位置に配置されると、弁軸８の前方端部９がゲート１０を遮断し、溶融ポリマーが溶解チャンネル１２から吐出口６まで流れるのを選択的且つ実質的に妨げる。図面を明確にするため、ノズル及びホットランナーのその他の構成要素は描写すなわち図示しない。しかしながら当業者は、これらの構成要素の１つ以上を含み得ることを理解するであろう。このような構成要素の例が、共有の米国特許第６，６６９，４６２号及び第８，１４２，１８３号に記載されており、これらを参照として本明細書に組み込む。
【００１２】
理論に束縛されることを望むものでないが、弁軸を閉鎖する間に観察される圧力変化は、弁軸を閉鎖する最終部分すなわち最終位相の間、溶融ポリマーを通じて弁軸が移動する速度に関連する。弁軸は、開放位置と閉鎖位置の間を移動するにつれて、溶融ポリマーを局所的に変形し、溶融ポリマー内に局所的な圧力勾配（すなわち、局所応力）を生じる。このような局所的な圧力勾配は、任意の数の異なる緩和機構により、特定の緩和率で時間経過とともに緩和される。溶融ポリマーの緩和率は、処理温度、可塑剤、変形率（例えば、せん断増粘化ポリマー及びせん断減粘化ポリマー）、及び／又はその他の適切なパラメータを含む、使用の処理パラメータによって変化する。弁軸速度が上昇すると、溶融ポリマーの局所変形率が対応して増加する。溶融ポリマーの局所変形率が溶融ポリマーの緩和率を上回ると、誘発された変形（すなわち、弁軸周囲への流動）を収めるのに十分早い速度でポリマーを緩和させることができなくなるため、弁軸の前方に隣接して、より圧力の高い局所領域が形成されることがある。実際にはこれで、増加した圧力において、弁軸前方にポリマーのプラグ様フローを発生するであろう。弁軸が閉鎖位置に接近するにつれて、このポリマーのプラグ様フローがノズル吐出口６に入りこみ、結果として圧力スパイクが認められ、残余物が増加する。
【００１３】
理論に束縛されることを望むものでないが、本発明者らは、溶融ポリマーの変形率がおおよそポリマーの緩和率以下であれば、溶融ポリマーは、弁軸周囲を流れることができる程度に十分早い速度で緩和することができ、実質的に圧力スパイクの発生を回避できることを発見した。溶融ポリマーに付与される応力勾配に関して、緩和率は通常、応力勾配が、平衡状態、又は、変形率が付与される場合は動的平衡状態に緩和される速度と見做されてもよい。物理的に、これは任意の数の異なる物理現象に対応してもよく、付与された応力勾配を収めるようにポリマー分子を再配置することが含まれるが、これに限定されるものでない。弁軸等の対象物が溶融ポリマーを通じて移動する場合、溶融ポリマーには一定の変形率が付与される。この変形率は、結果として、ポリマー分子の再配置に繋がり、変形率が緩和率以下である場合、ポリマー分子の再配置が、移動中の対象物の周囲を流れるポリマーに対応することもある。粘度が高いほど緩和率は下がり、粘度が低いほど緩和率は上がる。
【００１４】
一実施形態において、弁軸を閉鎖する少なくとも最終部分において、弁軸は、弁軸の動きによる溶融ポリマーの変形率が、溶融ポリマーの緩和率未満となるか、又は、略同一の緩和率となるように、閾値未満の速度で移動される。溶融ポリマーが基本的に弁軸の前方端部の経路を流れ出ることができるため、弁軸が閾値速度未満の速度で移動されると、変位した材料は、ノズル吐出口６に集中して圧力スパイクを発生する代わりに、溶解チャンネル１２へと後方に流れてもよい。従って、弁軸を閉鎖する最終部分において閾値速度以下の速度で弁軸を移動させることにより、観察される圧力スパイクを低減してもよく、若しくは、実質的になくしてもよい。
【００１５】
この閾値速度は絶対パラメータではないことに留意しなければならない。むしろこの閾値速度は、任意の数の異なるパラメータによって決められてもよい。例えば閾値速度は、種々の構成要素の配列、緩和率に影響してもよい特定の溶融ポリマーの処理パラメータ（例えば、ポリマー種別、処理温度、可塑剤、変形率、及びその他の適切な処理パラメータ）、及び／又は、当分野において通常の知識を有する当業者にとって明らかであろうその他の適切なパラメータによって決められてもよい。従って閾値速度は、より一般的に、弁軸を閉鎖している間に実質的に圧力スパイクが観察されない範囲の速度と見做されなければならない。
【００１６】
図１Ａ及び図１Ｂに戻ると、一実施形態に係る、開放位置と閉鎖位置の間の弁軸作動を示している。弁軸を閉鎖する第１部分すなわち第１位相において、弁軸は８は、閾値速度よりもおおよそ速い第１速度で移動する。弁軸は、弁軸を閉鎖する第２部分すなわち第２位相において、閾値速度以下の第２速度まで実質的に減速される。いくつかの実施形態において、第２位相は、弁軸の開放位置と閉鎖位置の間の距離の最終部分に対応する。図示のとおり、弁軸は、弁軸８をゲート１０で完全に閉じた位置から、事前に選択された距離Ｓにおいて減速される。第１速度及び第２速度は、距離Ｓと同様、圧力スパイクが低減されるか、若しくは実質的になくなるように選択されてもよい。
【００１７】
特定の閾値速度と、弁軸速度が減速される所望の距離Ｓとは、第１の弁軸閉鎖速度、種々の構成要素の配列、緩和率に影響する特定の溶融ポリマーの処理パラメータ（例えば、ポリマー種別、処理温度、可塑剤、及びその他の適切な処理パラメータ）、及び／又は当分野において通常の知識を有する当業者にとって明らかであろうその他の適切なパラメータによって決められてもよい。
【００１８】
理論に束縛されることを望むものでないが、閾値速度及び／又は距離Ｓが制御される方法について、以下にいくつかの非限定的な例を詳述する。例えば、溶融ポリマーの温度を上昇させることにより、ポリマーの緩和率を上昇させるため、閾値速度が上昇する。同様に、可塑剤を使用すると、溶融ポリマーの流動性を増し、緩和率を上昇し、引いては閾値速度を上昇する。他の例によると、第１の弁軸閉鎖速度が速いほど、緩和率に対するポリマーの変形率が上昇するため、弁軸を閉鎖する早い段階で圧力スパイクが発生する。弁軸を閉鎖する早い段階で圧力スパイクが発生することを回避するため、弁軸はさらに、弁軸を閉鎖する間の早い時点（例えば、距離Ｓを延ばす）で減速されてもよい。特定のパラメータと、その閾値速度及び距離Ｓに対する関係を以上に詳述したが、他の処理パラメータを使用して閾値速度及び距離Ｓを判定及び設定してもよく、本開示は本明細書に記載のパラメータのみに限定されるものでない。
【００１９】
任意の適切な第１弁軸閉鎖速度が使用されてもよいが、いくつかの実施形態において、弁軸を閉鎖する間の弁軸の第１速度は、約１０ｍｍ／秒、２０ｍｍ／秒、３０ｍｍ／秒、４０ｍｍ／秒、５０ｍｍ／秒、６０ｍｍ／秒、７０ｍｍ／秒、８０ｍｍ／秒、９０ｍｍ／秒、又はその他の適切な速度以上である。弁軸を閉鎖する間の弁軸に第１速度として以上の最低速度を、最高速度との組み合わせにおいて使用してもよい。例えば、弁軸を閉鎖する間の弁軸の第１速度は、約１００ｍｍ／秒、９０ｍｍ／秒、８０ｍｍ／秒、７０ｍｍ／秒、６０ｍｍ／秒、５０ｍｍ／秒、４０ｍｍ／秒、３０ｍｍ／秒、２０ｍｍ／秒、又はその他の適切な速度未満であってもよい。以上の範囲の組み合わせが可能である（例えば、弁軸の第１速度は、約１０ｍｍ／秒以上約１００ｍｍ／秒以下であってもよい）。その他の組み合わせも可能であり、本開示はこの例に限定されるものでない。
【００２０】
上述のとおり、適切な第２の弁軸閉鎖速度は、特定のポリマー及び前述の種々の処理パラメータによって決まる閾値以下であってもよい。しかしながら、いくつかの実施形態において、第２速度は、約０．５ｍｍ／秒、１ｍｍ／秒、２ｍｍ／秒、３ｍｍ／秒、４ｍｍ／秒、又は弁軸を閉鎖する少なくとも最終部分において溶融ポリマーの圧力を略一定に維持するその他の適切な速度以上であってもよい。弁軸を閉鎖する間の弁軸の第２速度として以上の最低速度を、最高速度との組み合わせにおいて使用してもよい。例えば、弁軸の第２速度は、約５ｍｍ／秒、４ｍｍ／秒、３ｍｍ／秒、２ｍｍ／秒、１ｍｍ／秒、又は弁軸を閉鎖する少なくとも最終部分において溶融ポリマーの圧力を略一定に維持するその他の適切な速度以下であってもよい。以上の範囲の組み合わせが可能である（例えば、弁軸の第２速度は、約０．５ｍｍ／秒以上約５ｍｍ／秒以下であってもよい）。その他の組み合わせも可能であり、本開示はこの点において限定されるものでない。
【００２１】
いくつかの実施形態において、特定のポリマー及び処理パラメータのセットに対する閾値速度は、約２ｍｍ／秒、３ｍｍ／秒、４ｍｍ／秒、５ｍｍ／秒、１０ｍｍ／秒、２０ｍｍ／秒、３０ｍｍ／秒、４０ｍｍ／秒、又は上述のその他の適切な速度以上であってもよい。閾値速度として以上の最低速度を、最高速度との組み合わせにおいて使用してもよい。例えば、閾値速度は、約５０ｍｍ／秒、４０ｍｍ／秒、３０ｍｍ／秒、２０ｍｍ／秒、１０ｍｍ／秒、５ｍｍ／秒、又は上述のその他の適切な速度以下であってもよい。以上の範囲の組み合わせが可能である（例えば、閾値速度は、約５ｍｍ／秒以上約５０ｍｍ／以下であってもよい）。その他の組み合わせも可能であり、本開示はこの点において限定されるものでない。
【００２２】
一実施形態において、弁軸閉鎖の第２部分は、弁軸を閉鎖する間に溶融ポリマーの圧力を略一定に維持することのできる、弁軸の開放位置と閉鎖位置との間の距離の任意の適切な長さ又はパーセンテージに対応する弁軸閉鎖の最終部分である。いくつかの実施形態において、弁軸閉鎖の第２部分は、少なくとも最後の２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、又は弁軸閉鎖のその他の適切な長さに対応してもよい。第２部分として以上の最短長さは、最長長さとの組み合わせにおいて使用されてもよい。例えば、弁軸閉鎖の第２部分は、最後の１０ｍｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、又は弁軸閉鎖のその他の適切な長さ未満であってもよい。以上の範囲の組み合わせが可能である（例えば、弁軸閉鎖の最後の約２ｍｍより長く、最後の約５ｍｍより短い）。代替の実施形態において、弁軸閉鎖の第２部分は、最後の約５％、１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、又は弁軸閉鎖のその他のパーセンテージ以上であってもよい。第２部分としての以上の最低パーセンテージは、最高パーセンテージとの組み合わせにおいて使用されてもよい。例えば、弁軸閉鎖の第２部分は、最後の約７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％、１０％、又は弁軸閉鎖のその他の適切なパーセンテージ以下であってもよい。例えば、弁軸閉鎖の第２部分は、弁軸閉鎖の最後の約１０％以上で、弁軸閉鎖の最後の約７０％以下であってもよい。以上に述べた長さ及びパーセンテージの組み合わせに加えて、他の組み合わせも可能であり、本開示はこの点において限定されるものでない。
【００２３】
さらに他の実施形態において、開放位置と閉鎖位置の間の弁軸のストローク長さは、１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、又はその他の適切なストローク長さを超えてもよい。弁軸のストローク長さとしての以上の最短長さは、最長長さとの組み合わせにおいて使用されてもよい。例えば、弁軸のストローク長さは、最後の１０ｍｍ、９ｍｍ、８ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、又はその他の任意の適切な長さ未満であってもよい。以上の範囲の組み合わせが可能である（例えば、約２ｍｍを超え、約１０ｍｍ未満の弁軸のストローク長さ）。以上の長さの組み合わせに加えて、他の組み合わせも可能であり、本開示はこの点において限定されるものでない。
【００２４】
いくつかの実施形態において、システムの生産性を下げることを回避するため、本開示を実施する射出成形システムの成形周期時間を維持することが望ましい。しかしながら、特定の実施形態によると、弁軸は、弁軸を閉鎖する少なくとも一部分において閉鎖速度を減速するため、弁軸閉鎖時間が長くなる。成形周期の後半部分において弁軸を単純に閉鎖してもよい例がある。例えば、成形サイクルの金型冷却部分の後半では、弁軸が閉鎖されてもよいかもしれない。あるいは、弁軸閉鎖時間の増加を補償するため、開放位置と閉鎖位置の間の弁軸作動を成形プロセスの早い段階で開始することにより、弁軸閉鎖時間の増加を収めてもよい。いずれにしても、開放位置と閉鎖位置の間の弁軸の閉鎖時間を延ばす一方で、弁ゲートホットランナー及び関連金型の成形周期時間を実質的に同一のままとしてもよい。任意の適切な成形周期時間が使用されてもよいことを理解しなければならない。例えば、成形システムは、約２秒、３秒、４秒、５秒、１０秒、１５秒、２０秒、又はその他の適切な成形周期時間を越える成形周期時間を有してもよい。以上の最短成形周期時間を、最長成形周期時間との組み合わせにおいて使用してもよい。例えば、成形周期時間は、約３０秒、２５秒、２０秒、１５秒、１０秒、５秒、又はその他の適切な成形周期時間未満であってもよい。以上の範囲の組み合わせが可能である（例えば、約２秒を超え、約３０秒未満の成形周期時間）。以上の成形周期時間の組み合わせに加えて、その他の組み合わせも可能であり、本開示はこの点において限定されるものでない。
【００２５】
図２及び図３は、弁軸閉鎖に対する弁軸速度の一例としてのプロファイルを示している。図示された弁軸閉鎖プロファイルには、弁軸閉鎖の開始部分から所定位置Ｓ１まで延びた弁軸閉鎖の第１部分すなわち第１位相１００に対する、閾値速度ＶＴｈを超える略一定の第１速度Ｖ１が含まれる。弁軸が一旦所定位置Ｓ１に到達すると、弁軸速度は、閾値速度ＶＴｈ未満、若しくは、閾値速度ＶＴｈと略同一の第２速度Ｖ２まで減速される。その後、第２速度Ｖ２は、Ｓ１とＳｆに対応する最終閉鎖位置の間の弁軸閉鎖の第２部分において、略一定の速度に維持される。図２に示すとおり、Ｖ１とＶ２の間の移行は、実質的に階段関数に対応してもよい。しかしながら、図３に示すとおり、Ｖ１とＶ２の間の移行には、弁軸閉鎖速度をＶ１からＶ２に徐々に変化させる移行が含まれてもよい。このような実施形態は、作動中に弁軸に付与される力を低減するのに有利であってもよい。実施形態によっては、第１速度と第２速度の間の移行に、指数プロファイル、線形プロファイル、非線形プロファイル、又はその他の適切なプロファイルが使用されてもよく、本開示はこのように限定されるものでない。さらにいくつかの実施形態において、弁軸は、開放位置と閉鎖位置の間の全距離について、閾値未満の速度で単純に移動してもよい。このような実施形態は、２ｍｍ以下等、弁軸のストローク長さがより短い弁軸に有利であってもよい。しかしながら、このような実施形態は任意の弁軸のストローク長さに適用されてもよいことを理解しなければならない。
【００２６】
以上、２つの具体的部分を有する弁軸閉鎖について説明して図示したが、異なる弁軸速度を有する任意の数の具体的部分を備えた弁軸閉鎖も想定される。例えば、弁軸閉鎖には、３つの異なる速度を有する３つの部分が含まれてもよい。さらに略一定のＶ１及びＶ２について図示したが、弁軸閉鎖の１つ以上の部分において速度が変化する実施形態も想定される。さらに、図２及び図３に示した弁軸閉鎖速度の実施形態は双方とも、Ｖ２をＶＴｈより小さいものとして示したが、実施形態によってはＶ２はＶＴｈと略同一であってもよいことを理解しなければならない。
【００２７】
説明を明確にするため、上述の実施形態は単一の弁ゲートノズルに関するものであったが、ホットランナーは通常、複数のノズルを備えており、上述の動作方式は、ホットランナーの弁ゲートノズルのうちの１つ、２つ以上、又はすべてについて使用可能であることを理解しなければならない。従って図４の実施形態に示すとおり、複数の個別の弁軸８が対応する複数のノズル４に関連付けられる。図示の弁軸は各々、開放位置と閉鎖位置の間の関連弁軸を作動するよう構成及び適合された対応アクチュエータ１４と関連付けられる。このような実施形態において、各弁軸は、独立して制御される。或いは、図５に示すとおり、複数の弁軸８が作動プレート１６に連結されてもよい。従って作動プレート１６は、１つ以上のアクチュエータ１６によって駆動される。このような実施形態において、複数の弁軸は、アクチュエータプレート１６の動きにより、開放位置と閉鎖位置の間で同時に作動される。以上の観点より、本開示は、弁軸を作動するために利用される構成に限られないことを理解しなければならない。
【００２８】
アクチュエータ１４は、油圧式アクチュエータ、空気圧式アクチュエータ、電気式アクチュエータ（例えば、電気サーボモータ及びその他の適切な電気式アクチュエータ）、及びその他の適切なシステムを含むがこれに限定されない任意の適切な作動システムに対応してもよい。任意の適切な作動システムが実施されてもよい一方で、一実施形態において、１つ以上の電気サーボモータを使用して、弁軸ストローク全体を通じて弁軸速度を制御し、反復可能な作動プロファイルを提供する。空気式システム及び油圧式システムを使用して所望の性能特性を得ることができ、一方で電気サーボモータにより、応答時間の短縮と、精密に反復可能な作動制御の利益を提供することができる。
【００２９】
一実施形態において、射出成形システムは、弁軸と関連付けられた１つ以上のアクチュエータの作動を制御するコントローラを備えてもよい。コントローラは、本明細書に開示の制御方法により、弁軸作動制御に関連の指示を備えてもよい。コントローラは、統合プロセッサ及びメモリ、外部プロセッサ及びメモリ、コンピュータ、又はその他の適切なシステムを含む任意の適切なシステムによって具体化されてもよいが、これに限定されるものでない。いくつかの実施形態において、コントローラは、１つ以上のアクチュエータが個別、又は、協働して制御されるように、１つ以上のアクチュエータに関連付けられた複数のコントローラであってもよい。さらに、いくつかの実施形態において、コントローラは、単一のコンピュータ又はプロセッサでなくてもよく、コントローラの種々の側面を実装する複数の異なるコンピュータ又はプロセッサの中にモジュラー方式に分布してもよい。さらに、いくつかの実施形態において、分布したコントローラを構成する異なるコンピュータ又はプロセッサは、異なる位置に配置されてもよい。
【００３０】
圧力スパイクの生成は、弁軸を閉鎖する間の弁軸の速度及び位置に影響されるため、圧力スパイクの生成の機会を低減するため、弁軸の速度及び位置を精密に制御することが望ましいこともある。従って、いくつかの実施形態において、コントローラは、感知及び／又は計算された弁軸の位置及び速度に基づいて、弁軸作動の閉ループ制御を行ってもよい。コントローラは閉ループ制御システムを実装してもよい一方で、コントローラが開ループ制御を実装する実施形態も想定される。
【００３１】
一実施形態において、コントローラは、所望の制御ストラテジーを可能にし、且つ／又は、処理条件のモニタリングを可能にするため、弁軸作動を通して弁軸の位置及び速度に関する情報を提供する種々のセンサから入力を受信してもよい。適切なセンサには、変位変換器、接触センサ、伸縮計、レーザー変位センサ、及びその他の適切なセンサが含まれるが、これに限定されるものでない。センサの代替又は追加として、コントロールシステムは、コントローラにより命令された変位を使用して、弁軸の変位及び速度を推定してもよい。
【００３２】
場合によっては、異なる射出プロセス及び材料のために射出成形システムを使用することができるように、ユーザが弁軸制御プロファイルを制御及び／又は変更できるようにすることが望ましいこともある。このような実施形態において、コントローラは、事前設定した１つ以上の弁軸閉鎖プロファイルを備えてもよく、ユーザはここから、弁軸閉鎖の速度プロファイルを制御すべく選択を行ってもよい。他の実施形態において、コントローラは、弁軸閉鎖の所望の速度プロファイルを提供すべく、ユーザによってプログラムされてもよい。さらに他の実施形態によると、コントローラは、事前設定された１つ以上の弁軸閉鎖プロファイルを備えてもよく、ユーザはここから、弁軸閉鎖速度や、その速度を維持する距離等、所望の性能特性を選択及び入力してもよい。
【００３３】
本開示の弁軸動作を実装可能なホットランナーを組み込んだ、一実施形態に係る射出成形システムの概略図を図６に示す。図示の射出成形システムは、スクリューバレルシステム等の射出供給器２００と、プラテン２０２と、ホットランナー２０４と、金型２０８を備える。上述のとおり、ホットランナー２０４は、弁ゲートノズルと、不図示の関連の弁軸とを備え、これが本開示の方法によって制御されてもよい。いくつかの実施形態において、ホットランナー２０４は、射出ポット作動システム２０６によって作動される１つ以上の射出ポットを備えてもよい。図示の射出成形システムはさらに、上述のとおり、弁軸の作動を制御するコントローラ２１０を備える。コントローラは、図示のとおり、射出成形システム上に配置されてもよく、或いは、射出成形システムから離間して配置されてもよいが、本開示はこれらの様態に限定されるものでない。いくつかの実施形態において、コントローラ２１０は弁軸のみを制御してもよい。他の実施形態において、コントローラ２１０は、射出成形システムのうちの複数の構成要素、場合によってはすべての構成要素を制御してもよい。特定の射出成形システムについて図示したが、本開示の射出成形システムは、任意の数の異なる構成要素を組み込んでもよく、図示の構成要素のうちのいずれかを除外してもよく、任意の数の異なる構成に配置してもよく、本開示はこの様態に限定されるものでない。他の例による射出成形機械が、共有の米国特許第７，８０２，９８０号及び第７，９０５，７２１号に記されており、これらを参照として本明細書に組み込む。
【００３４】
以上の実施形態は、弁軸を閉鎖する間の溶融ポリマーの圧力を略一定に維持するため、弁軸閉鎖に関連の圧力スパイクを低減するか、若しくは、実質的になくすことを目指すものであったが、弁軸閉鎖以外の考慮により、弁軸閉鎖の間に溶融ポリマーの圧力が上昇する実施形態も想定される。より具体的には、従来より周知のとおり、溶融ポリマーの圧力は、射出成形プロセスを通して変化することもある。例えば溶融ポリマーの注入時の圧力は、充填時の溶融ポリマーの圧力と異なってもよい。従って他の検討事項により溶融ポリマーの圧力が変化する射出成形処理の一部において弁軸閉鎖が発生したとすれば、圧力スパイクの生成を低減し、且つ／又は、実質的に回避するために、弁軸閉鎖の最終部分において閾値速度以下で弁軸が移動した場合であっても、弁軸を閉鎖する間に溶融ポリマーの圧力が依然として変化するであろう。特定の一実施形態において、関連金型の充填圧力は、本開示による弁軸閉鎖の間に上昇することもある。このような実施形態において、全体の溶融ポリマーの圧力が弁軸を閉鎖する間に上昇する一方で、弁軸閉鎖による上述の圧力スパイクは、以前として回避されてもよい。
【００３５】
［実施例］
残余物形成と弁軸閉鎖中に観察される圧力スパイクに対する弁軸の閉鎖速度の影響を判定するため、試験を実施した。部品を成形するため、ポリプロピレンポリマーをハスキー射出成形システムとともに使用した。射出成形プロセスには、初期閉鎖速度と、弁軸閉鎖の最後の２ｍｍにおけるより低速な第２閉鎖速度とによる弁軸閉鎖が含まれた。弁軸の初期閉鎖速度は１０ｍｍ／秒であった。試験対象であった第２弁軸閉鎖速度には、２ｍｍ／秒及び５ｍｍ／秒が含まれた。射出成形プロセスの間、バレル温度は約２４０度であり、ノズル温度は約２４０度であり、金型温度は約２０度であった。
【００３６】
５ｍｍ／秒の弁軸閉鎖速度で成形した部品では残余物が増加し、弁軸を閉鎖する間、約５００ｐｓｉの圧力スパイクが観察された。一方、２ｍｍ／秒の弁軸閉鎖速度で成形した部品では残余物が減少し、弁軸を閉鎖する間、圧力スパイクは観察されなかった。
【００３７】
種々の実施形態及び実施例との関連で本教示について説明したが、本教示はこのような実施形態又は実施例に限定されることを意図するものでない。逆に、当業者にとって理解されるとおり、本教示は、種々の変更、修正、及び同等物を含む。従って前述の説明及び図面は、例示のみを目的とするものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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26年9月2日(2014.9.2)
【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】
プラスチック部品の成形方法であって、
開放位置と閉鎖位置の間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第１部分について第１速度で前記閉鎖位置に向かって前記弁軸を移動させるステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間の少なくとも最後の２ｍｍについて、閾値速度未満の第２速度で前記閉鎖位置に向かって前記弁軸を移動させるステップとを備える方法。
【請求項２】
前記開放位置と前記閉鎖位置との間の少なくとも最後の２ｍｍについて前記弁軸を移動させる間、溶融ポリマーを略一定の圧力に維持するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２速度は、約５ｍｍ／秒未満である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２速度は、約２ｍｍ／秒未満である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２速度で前記弁軸を移動させるステップは、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の少なくとも最後の３ｍｍについて前記第２速度で前記弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２速度で前記弁軸を移動させるステップは、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の最後の１０ｍｍ未満について前記第２速度で前記弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
複数のアクチュエータにより複数の弁軸を作動させて前記開放位置と前記閉鎖位置の間で前記複数の弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
プレートアクチュエータにより複数の弁軸を作動させて前記開放位置と前記閉鎖位置の間で前記複数の弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項９】
プラスチック部品の成形方法であって、
開放位置と閉鎖位置の間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第１部分について第１速度で前記閉鎖位置に向かって前記弁軸を移動させるステップと、
前記開放位置と前記閉鎖位置の間の第２部分について前記第１速度未満の第２速度で前記閉鎖位置に向かって前記弁軸を移動させるステップとを備え、前記第２速度は閾値速度未満であり、前記第２部分は前記開放位置と前記閉鎖位置の間の距離の最後の１０％〜７０％の間にある方法。
【請求項１０】
前記第２速度は、約５ｍｍ／秒未満である請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２速度は、約２ｍｍ／秒未満である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１速度は、約５ｍｍ／秒〜１００ｍｍ／秒である請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２部分は、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の距離の最後の２０％〜５０％の間にある請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記閉鎖位置に前記弁軸を移動させる間、溶融ポリマーを略一定の圧力に維持するステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
複数のアクチュエータにより複数の弁軸を作動させて前記開放位置と前記閉鎖位置の間で前記複数の弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
作動プレートより複数の弁軸を作動させて前記開放位置と前記閉鎖位置の間で前記複数の弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
プラスチック部品の成形方法であって、
開放位置と閉鎖位置の間で移動可能な弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、
５ｍｍ／秒未満の速度で前記閉鎖位置に向かって前記弁軸を移動させるステップとを備える方法。
【請求項１８】
前記弁軸を移動させるステップは、前記開放位置と前記閉鎖位置の間の少なくとも最後の２ｍｍについて前記速度で前記弁軸を移動させるステップをさらに備える請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記速度は、約２ｍｍ／秒未満である請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
プラスチック部品の成形方法であって、
開放位置と閉鎖位置の間で移動可能で、ストローク長さが約３ｍｍ未満である弁軸を備えた弁ゲートノズルを提供するステップと、
閾値速度未満の速度で前記閉鎖位置に向かって前記弁軸を移動させるステップとを備える方法。
【請求項２１】
前記閾値速度は、約５ｍｍ／秒未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記閾値速度は、約２ｍｍ／秒未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記ストローク長さは、約２ｍｍ未満である請求項２０に記載の方法。
【国際調査報告】
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