JP2012513327A - ナノ構造材料を有するホットランナーシステム - Google Patents
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Abstract
Description
概して、ホットランナーシステムが射出成形システムと共に用いられ、前記ホットランナーシステムは、当業者に既知である(材料によって作製される)ホットランナー構成部材を含み、これらの既知の構成部材(及び/又は材料)は本明細書においては説明しない。これらの既知の構成部材は少なくとも一部が例えば以下の参考書に記載されている:(i)OSSWALD/TURNG/GRAMANN著「Injection Molding Handbook」(ISBN:3-446-21669-2)、(ii)ROSATO AND ROSATO著「Injection Molding Handbook」(ISBN: 0-412-99381-3)、(iii)JOHANNABER著「Injection Molding Systems」第3版(ISBN 3-446-17733-7)、及び/又は(iv)BEAUMONT著「Runner and Gating Design Handbook」(ISBN 1-446-22672-9)。
第1の非限定的な実施形態によると、(射出成形システムにおいて用いる)ホットランナーシステムはホットランナー構成部材を含む(がこれに限定されない)。ホットランナー構成部材はナノ構造材料を含む(がこれに限定されない)。ナノ構造材料はナノ粒子を含む(がこれに限定されない)。第1の実施形態の変形形態によると、ナノ粒子は金属粒子及び/又はセラミック粒子等を含む(がこれらに限定されない)。第1の実施形態の別の変形形態によると、ナノ粒子は球状粒子及び/又は非球状粒子を含む(がこれらに限定されない)。第1の実施形態のさらに別の変形形態によると、ナノ粒子は金属粒子及び/又はセラミック粒子及び/又は球状粒子及び/又は非球状粒子を含む(がこれらに限定されない)。
第2の非限定的な実施形態によると、(第1の実施形態の)ホットランナーシステムは、ホットランナー構成部材が(例えば、限定はされないが、合金及び/又はセラミック材料の)材料(これに限定されない)を含むように、かつナノ構造材料がこの材料と少なくとも部分的に組み合わせられるように変更される。「組み合わせられる」の定義は以下の通りである:ユニットを形成するように組み立てるか若しくは1つにするか若しくは合わせること、及び/又は、密接なつながり若しくは関係にするか又はそのように至らせること、及び/又は、1つのものにするか若しくは1つに合わせるか若しくは一体化すること、及び/又は、結合させるか若しくはそのように至らせること、及び/又は、共に作用させるか若しくは混合すること。第2の実施形態の非限定的な変形形態によると、材料は合金を含み、ナノ構造材料は合金中に分散しており、そのため、合金及びナノ構造材料は組み合わせられてナノ構造金属複合材を形成する。第2の実施形態の別の非限定的な変形形態によると、材料はセラミック材料を含み、ナノ構造材料はセラミック材料中に分散しており、そのため、セラミック材料及びナノ構造材料は組み合わせられてナノ構造セラミック複合材を形成する。
第3の非限定的な実施形態によると、(第1の実施形態の)ホットランナーシステムは、ホットランナー構成部材が上記材料と、前記材料を少なくとも部分的に包囲するコーティングとを含む(がこれらに限定されない)ように、かつナノ構造材料がこのコーティングと少なくとも部分的に組み合わせられるように変更される。第3の実施形態の非限定的な変形形態によると、ナノ構造材料はコーティング中に少なくとも部分的に分散しており、コーティングは合金を含み、そのため、ナノ構造材料及びコーティングは組み合わせられてナノ構造金属コーティングを形成する。第3の実施形態の別の非限定的な変形形態によると、ナノ構造材料はコーティング中に少なくとも部分的に分散しており、コーティングはセラミック材料を含み、そのため、ナノ構造材料及びコーティングは組み合わせられてナノ構造セラミックコーティングを形成する。
第4の非限定的な実施形態は、第2の実施形態と第3の実施形態との組み合わせである。第4の非限定的な実施形態によると、(第1の実施形態の)ホットランナーシステムは、ホットランナー構成部材が(A)上記材料(ナノ構造材料が前記材料と少なくとも部分的に組み合わせられる)と、(B)上記材料を少なくとも部分的に包囲するコーティング(ナノ構造材料は前記コーティング中に少なくとも部分的に組み合わせられる)とを含む(がこれらに限定されない)ように変更される。
ナノ構造材料を含み得るホットランナー構成部材の例は、ノズル先端、ノズルハウジング、マニホールド、マニホールドによって画定されるメルトチャネル、ブッシュ、マニホールドブッシュ、スプルーブッシュ、バルブステム、金型ゲートインサート、スクリュー、バルブ、ステムブッシュ、金型スライダー、ピストンシリンダー等である(がこれらに限定されない)。以下は、選択されるホットランナー構成部材の性能又は寿命における改善のリストである:(i)より高い強度(例えば、限定はされないが、ノズル先端、ノズルハウジング、マニホールド、マニホールドブッシュ、スプルーブッシュ)、(ii)より高い耐摩耗性(例えば、限定はされないが、ノズル先端、マニホールドブッシュ、ステム、ゲートインサート、スクリュー、バルブ)。
ナノ構造材料(NsM)は、例えば、(i)直径が1ミクロン(マイクロメートル)未満である合金粒子又はセラミック粒子等であり得るナノ粒子を含むことができ、基材の材料又は基材へのコーティングとして具現(インプリメント)することができる。加えて、ナノ構造材料は、ナノ結晶構造として具現することができる。ナノコーティングは、ナノ粒子及び/又はナノ結晶構造を含むことができる。ナノ構造材料は、場合によっては「ナノ粒子」又は「ナノ粒子ベース材料」と称され得る。ナノ粒子ベース材料はサイズが1ミクロン未満の粒子である。ナノ構造材料を有するホットランナー構成部材の技術的な利点は、ホットランナー構成部材が、(その粒子サイズが小さい結果として)改善された靭性、及び/又は改善された均一性(すなわち、小さい円形粒子は、より大きい不均一な粒子よりも、良好に共にネスト化される)を有する微細な構造を有することである。小さい粒子はまた、より大きい粒子よりも、それらの質量に対する表面エネルギーの比がはるかに大きいため、粒子間の結合強度が増す。ナノ構造材料の球状化は上述の利点をさらに高め、一般的には他の方法の中でも誘導プラズマ又は脈動反応器から得ることができる。ナノ構造材料は、ナノサイズ粒子から得ることができるが、機械的及び熱的に衝突してナノサイズの構造を作る、より大きい粒子からも得ることができる。過去20年に、ナノメートルサイズの微細構造を有する種類の材料が合成及び研究されてきた。これらの材料は、ナノメートルサイズのビルディングブロック、たいていは結晶子からアセンブルされる。ビルディングブロックは、それらの原子構造、結晶方位又は化学組成が異なる場合がある。ビルディングブロックが結晶子である場合、隣接する結晶子の(i)原子構造、(ii)結晶方位、及び/又は(iii)化学組成に応じて、結晶子間にインコヒーレント界面又はコヒーレント界面が形成される場合がある。換言すると、ナノメートルサイズのビルディングブロックからアセンブルされた材料は、ビルディングブロック(例えば結晶子)及び隣接するビルディングブロック間の領域(例えば結晶粒界)を含め、微細構造的に不均一なものである。これらの材料の特性の多くに欠かせず、かつこれらの材料と微細構造的に均一であるガラス、ゲル等との違いに欠かせないのは、ナノメートルスケールのこの本質的に不均一な構造である。結晶粒界は、ナノスケールで材料の大部分を構成し、特性及び加工に強く影響を与える。NsMの特性は、同じ平均的化学組成を有する単結晶(又は粗粒の多結晶)やガラスの特性とは、ずれがある。このずれは、ナノメートルサイズの結晶子のサイズ及び次元が小さいこと、並びに隣接する結晶子間の多くの界面に起因する。合金のナノ粉末では、マクロスケールの粉末と比較して、延性の増加が観察されている。
非限定的な実施形態によると、ナノ構造材料(NsM)は、ホットランナー構成部材の機械的特性を改善するナノサイズ粒子、ナノサイズ球状粒子及び/若しくはナノサイズ金属粉末、並びに/又はナノサイズセラミック粉末を含む。
非限定的な実施形態によると、ナノ構造材料はナノベースコーティングを含む。ナノベースコーティングは、より均一である傾向があり、また、粒子間の表面結合及び基材との表面結合が高まるため、付着性が改善される傾向がある。ナノ構造材料を成長又は蒸着させる技法は以下の通り:(i)MBE(分子線エピタキシ)、(ii)MOCVD(有機金属気相成長法)、(iii)PECVD(プラズマ化学気相成長法)、(iv)HVPE(ハライド気相成長法)、(v)PLD(パルスレーザーデポジション)、(vi)ALD(原子層デポジション)、(vii)スパッタリングである(がこれらに限定されない)。ホットランナー構成部材は、ナノ粒子ベース材料でコーティングすることができる、及び/又はナノ粒子ベース材料から作製されることができる。
ナノ構造材料は、合金(例えば銅合金、ニッケル合金、合金鋼(ステンレスを含む)、チタン合金、アルミニウム合金)、セラミック及び/又はセラミック複合材を含むことができる。ナノ構造材料は、粉末形態で利用可能な又はナノ粒子サイズに変えられた合金から作製することができる。
粒子又は「ナノ粒子」を含有するナノ構造材料は、(i)焼結、(ii)3Dプリント若しくは(iii)粉末射出成形、及び/又は(iv)微細粉末をニアネットシェイプに変える他の手段によって製造することができ、原料は、例えば棒材、ロッド若しくはプレート、すなわち最終ネットシェイプを形成する。ナノ結晶材料は、それらの小さい粒子サイズを達成する機械的手段である厳密な塑性変形によって、従来の材料から作り出すことが可能である。
非限定的な実施形態によると、ナノ構造材料は、ホットランナー構成部材の或る特性がホットランナー構成部材全体を通して変わるように、ホットランナー構成部材全体を通して機能的にグレーディングされる。上記実施形態の変形形態によると、ホットランナー構成部材は、コーティング(これに限定されない)を含み、ナノ構造材料はコーティング中に少なくとも部分的に分散しており、コーティングはホットランナー構成部材を少なくとも部分的に包囲し、ナノ構造材料は、ホットランナー構成部材の或る特性がホットランナー構成部材全体を通して変わるように、コーティング全体を通して機能的にグレーディングされる。上記実施形態の別の変形形態(上述の実施形態と変形形態の組み合わせである)によると、ホットランナー構成部材は(A)コーティング(これに限定されない)を含み、ナノ構造材料は前記コーティング中に少なくとも部分的に分散しており、コーティングはホットランナー構成部材を少なくとも部分的に包囲し、ナノ構造材料は、ホットランナー構成部材の或る特性がホットランナー構成部材全体を通して変わるように、コーティング全体を通して機能的にグレーディングされ、(B)ナノ構造材料は、ホットランナー構成部材の別の特性がホットランナー構成部材全体を通して変わるように、ホットランナー構成部材全体を通して機能的にグレーディングされる。
Claims (19)
- 射出成形システムにおいて用いるホットランナーシステムにおいて、
ナノ粒子を含むナノ構造材料を含むホットランナー構成部材を備える、ホットランナーシステム。 - 前記ナノ粒子は金属粒子を含む、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記ナノ粒子はセラミック粒子を含む、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記ナノ粒子は、金属粒子と、前記金属粒子と組み合わせられるセラミック粒子とを含む、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記ナノ粒子は球状粒子を含む、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記ナノ粒子は非球状粒子を含む、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記ナノ粒子は、球状粒子と、前記球状粒子と組み合わせられる非球状粒子とを含む、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記ホットランナー構成部材は、或る材料と、前記材料と少なくとも部分的に組み合わせられる前記ナノ構造材料とを含む、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記材料は合金を含み、
前記ナノ構造材料は前記合金中に分散しており、前記合金及び前記ナノ構造材料は組み合わせられてナノ構造金属複合材を形成する、請求項8に記載のホットランナーシステム。 - 前記材料はセラミック材料を含み、
前記ナノ構造材料は前記セラミック材料中に分散しており、前記セラミック材料及び前記ナノ構造材料は組み合わせられてナノ構造セラミック複合材を形成する、請求項8に記載のホットランナーシステム。 - 前記ホットランナー構成部材は、
或る材料と、
前記材料を少なくとも部分的に包囲するコーティングとを含み、前記ナノ構造材料は前記コーティング中に少なくとも部分的に組み合わせられる、請求項1に記載のホットランナーシステム。 - 前記ナノ構造材料は前記コーティング中に少なくとも部分的に分散しており、前記コーティングは合金を含み、前記ナノ構造材料及び前記コーティングは組み合わせられてナノ構造金属コーティングを形成する、請求項11に記載のホットランナーシステム。
- 前記ナノ構造材料は前記コーティング中に少なくとも部分的に分散しており、前記コーティングはセラミック材料を含み、前記ナノ構造材料及び前記コーティングは組み合わせられてナノ構造セラミックコーティングを形成する、請求項11に記載のホットランナーシステム。
- 前記ホットランナー構成部材は、
或る材料と、前記材料と少なくとも部分的に組み合わせられる前記ナノ構造材料と、
前記材料を少なくとも部分的に包囲するコーティングとを含み、前記ナノ構造材料は前記コーティング中に少なくとも部分的に組み合わせられる、請求項1に記載のホットランナーシステム。 - 前記ナノ構造材料は、前記ホットランナー構成部材の或る特性が前記ホットランナー構成部材全体を通して変わるように、前記ホットランナー構成部材全体を通して機能的にグレーディングされる、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記ホットランナー構成部材はコーティングと、前記コーティング中に少なくとも部分的に分散している前記ナノ構造材料とを含み、前記コーティングは前記ホットランナー構成部材を少なくとも部分的に包囲し、前記ナノ構造材料は、前記ホットランナー構成部材の或る特性が前記ホットランナー構成部材全体を通して変わるように、前記コーティング全体を通して機能的にグレーディングされる、請求項1に記載のホットランナーシステム。
- 前記ホットランナー構成部材はコーティングと、前記コーティング中に少なくとも部分的に分散している前記ナノ構造材料とを含み、前記コーティングは前記ホットランナー構成部材を少なくとも部分的に包囲し、前記ナノ構造材料は、前記ホットランナー構成部材の或る特性が前記ホットランナー構成部材全体を通して変わるように、前記コーティング全体を通して機能的にグレーディングされ、
前記ナノ構造材料は、前記ホットランナー構成部材の別の特性が前記ホットランナー構成部材全体を通して変わるように、前記ホットランナー構成部材全体を通して機能的にグレーディングされる、請求項1に記載のホットランナーシステム。 - 前記ホットランナー構成部材は、
ノズル先端、
ノズルハウジング、
マニホールド、
前記マニホールドによって画定されるメルトチャネル、
ブッシュ、
マニホールドブッシュ、
スプルーブッシュ、
バルブステム、
金型ゲートインサート、
バルブ、
ステムブッシュ、
金型スライダー、
ピストンシリンダー、
のうちのいずれか1つを含む、請求項1に記載のホットランナーシステム。 - 射出成形システムであって、
ナノ粒子を含むナノ構造材料を含むホットランナー構成部材を含むホットランナーシステムを備える、射出成形システム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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