JP4516271B2 - フロー・デフレクタ装置およびその使用法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融物チャネル内部の循環流を均一な環状流に変換するための装置および方法に関する。より具体的には、本発明は、均一な溶融物流の改善、および、溶融物流が射出成形機および／またはホットランナ・システムを通過するときのよどみ点の除去のための装置および方法に関する。

射出成形プロセスでは、多くの変数により、均一で高品質な部品を作成するために重大な課題が生じる。これらの変数は、マルチ・キャビティ金型の中では著しく複雑化する。ここでは、ショット間の変動の問題だけでなく、所与のショット中の個々のキャビティ間に存在する変動の問題がある。せん断に起因する流れの不均衡が、工業規格のマルチ・キャビティの「ナチュラル・バランス」・ランナ・システム（”naturally balanced” runner system）を使用するすべてのマルチ・キャビティ金型内に生じ、それによって各金型内のせん断力および熱履歴が、溶融材料が、金型キャビティへ流れるとき、どのホットランナ・パスを取るかにかかわらず等しく保持されると考えられている。これらの流れの不均衡は、重要であると判明しており、マルチ・キャビティ金型内の製品変動にとって最大の要因であるかもしれない。

「ナチュラル・バランス」・ランナ・システムと伝統的に称されてきた、幾何学的なバランスにもかかわらず、これらのランナ・システムは、マルチ・キャビティ金型内の様々なキャビティへ送られる溶融状態のかなりの変動を誘発することがあると考えられてきた。これらの変動には、溶融温度、圧力、材料特性が含まれる可能性がある。このことは、マルチ・キャビティ金型の中で、製品のサイズ、形状および機械的特性における変動に起因する。

加圧された溶融物の滑らかな流れを提供することが、ある材料の成形の成功のために重要であることがよく知られている。溶融物通路の急激な屈曲、隅部またはデッド・スポットは、処理される溶融物のある部分にとって受け入れがたい滞留時間をもたらし、このことは、色の切替えの遅延を生じさせ、かつ／または、ポリ塩化ビニル、およびポリエステルまたはその他の高温結晶性材料などの、分解またはある材料の顔料の分解に至る可能性がある。大部分のマルチ・キャビティ・バルブ・ゲート射出成形システムでは、溶融物流通路が、マニホールドから各ノズルへ延びるとき、方向を９０°変更し、往復するバルブステムの周囲の孔と連結することが必要とされる。

これらの問題点は、それを克服するために精細な公差の機械加工を必然的に要求し、Ｇｅｌｌｅｒｔに対する米国特許第４，０２６，５１８号に開示されているようなノズル内に着座した別個のブシュを設けることによってこれを容易にすることがよく知られている。マルチ・キャビティ成形の類似の構成が、Ｇｅｌｌｅｒｔに対する米国特許第４，５２１，１７９号に示されている。Ｇｅｌｌｅｒｔに対する米国特許第４，４３３、９６９号はまた、マニホールドとノズルの間にブシュが配置されたマルチ・キャビティ構成を示している。Ｓｃｈｍｉｄｔに対する米国特許第４，７０５，４７３号にも示されているが、ブシュ内の溶融物ダクトが、バルブ部材の孔の両側に接続された２つの滑らかな曲線状のアームに分かれるブシュを提供している。Ｓｃｈｍｉｄｔ他に対する米国特許第４，７４０，１５１号は、マニホールドとバック・プレートの間に取り付けられたフランジ付き部分を有する、異なる密封および保持ブシュを備えるマルチ・キャビティ・システムを示している。

Ｆｕｊｉｔａに対する米国特許第４，４４３，１７８号は、普通ならば形成されるよどみ点の除去を促進するためにバルブステムの後ろに配置された単純な面取り表面を開示している。
Ｇｅｌｌｅｒｔに対する米国特許第４，９３２，８５８号は、よどみ点を除去するために、マニホールド内の溶融物通路とバルブステム周囲の溶融物通路を接続する、滑らかな曲線状の２つのアームを有する溶融物ダクトを備える、溶融物流中のマニホールドと射出ノズルの間に着座した別個のブシュを示している。

図７および８に示すような多数のバルブ・ノズルを有する別のバルブ・ノズル・デバイスも知られている。プラスチック樹脂は、第１の通路３０を通過し、次に第１の通路３０に対してほぼ直角にバルブ・チャンバ内へ延びている第２の通路３０ａを通過し、次にノズル（不図示）を通って金属製の金型内へ射出される。ニードル・バルブ３２が、ノズルに隣接して設けられている。
従来型のマルチ・バルブ・ノズル・デバイスの上記の構造では、第１の通路３０に対してほぼ直角に延びている第２の通路３０ａは、ニードル・バルブ３２を含む平面内にあるので、図７および８に示したような位置Ｐ１およびＰ２で樹脂によどみを生じさせる。プラスチック樹脂のよどみは、各バルブ・チャンバ内で圧力損失を生じさせると共に、色の変更および均一な溶融速度を阻害する。プラスチック樹脂のよどみは、従来技術の適用によって多かれ少なかれ減少されるが、今までは、よどみの完全な除去または、およびその結果生じる均一な環状流は不可能であった。

以下の参考文献、Ｂ．Ｐｒｏｃｔｏｒによる「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ Ｄｉｅ Ｄｅｓｉｇｎ」，ＳＰＥ ＡＮＴＥＣ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．ｐａｇｅｓ ２１１−２１８（１９７１）、および、Ｗ．Ｍｉｃｈａｅｌｉによる「Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ Ｄｉｅｓ ｆｏｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｒｕｂｂｅｒ」，Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ，Ｍｕｎｉｃｈ，ＩＳＢＮ ３−４４６−１６１９０−２（１９９２）も参照されたい。
以下の、参考文献、Ｗ．Ｍｉｃｈａｅｌｉによる「Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ Ｄｉｅｓ ｆｏｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｒｕｂｂｅｒ」，Ｃａｒｌ Ｈａｎｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ，Ｍｕｎｉｃｈ，ＩＳＢＮ ３−４４６−１６１９０−２（１９９２）も参照されたい。

バルブステム、ノズル、ノズル・チップ、バルブステム・ガイド、トーピードなどの溶融物流の障害物の周囲で流れが転向される結果生じる、射出成形システムおよび／またはホットランナ・システム内の流れの不均衡およびよどみ点を、実質的に減少させる方法および装置に対する必要性が存在する。

本発明の主な目的は、ほぼ均一な環状流の速度プロファイル（速度分布）を生成する、溶融物チャネル内のフロー・デフレクタを提供することである。
本発明の別の目的は、溶融物がチャネル内の障害物の周囲を流れるときに生じるチャネル内のよどみ点を除去する溶融物チャネル内のフロー・デフレクタを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、射出成形システム内での迅速な色の切換えをし、それによって、色の切換えの間の機械の休止時間を減少させるための手段を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、溶融物流中のよどみ点によって生じる悪化を減少させて、射出成形システムを通って感熱材料を移送するための手段を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、製品の品質改善に至る、金型キャビティへのほぼ均一な環状流を提供することである。
本発明のさらにまた別の目的は、高品質の成形品およびより長い耐用年数のバルブステムがその結果得られる、射出成形機／ホットランナ・システム内の改良型のバルブステムのガイドおよび支持を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、溶融物流が、機械から金型キャビティへ流れるとき、様々な角度で溶融物流を転向するための、改良型の費用効果のある手段を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、溶融物がバルブステムまたはその他の流れの障害物の周囲を流れるときに生じるよどみ点を除去することによって、改良された成形品の品質を呈する共射出成形（co-injection）ノズルを提供することである。
上記の目的は、好ましくは、デフレクタ本体内に摺動自在に挿入され溶融物の流れを開始及び停止するよう位置調整されるバルブステム、または、その他の流れの障害物の周囲で溶融物流が循環流から環状流に変換される、溶融物チャネル内のフロー・デフレクタを提供することによって達成される。デフレクタは、その外側表面上に配置された徐々に広がるチャネルを有する円筒形の本体を備える。チャネルは、溶融物が円筒形の本体を下向きに移動する際、溝の第１および第２の壁面が対称な２つの逆漏斗状のキャビティを形成するようになっている。チャネルの壁面は、溶融物が移動する方向に、ほぼ同じ長さを有するように構成されている。この構成においては、溶融物流が、円筒形の本体の周囲を流れる際に、溶融物流は手前側で制限され円筒形本体の背部のまわりで流れは促進される。流れを円筒形の本体の背部の周囲へ促進させることは、いかなるよどみ点も「洗い流す」ことを助けることとなり、また、溶融物が溝の広い端部を出るとき、均一な環状流速も促進する。

好ましい一実施形態は、その外面に配置された徐々に狭窄するチャネルを備える円筒形の本体を備える。チャネルは、深さおよび幅が減少するように形成され、それによって、溶融物がチャネル内に入り、チャネルから徐々に溢れ出す。チャネルを徐々に狭窄させることは、円筒形本体の背部の周囲へ溶融物を方向付けることを助け、このことは、溶融物の均一な環状流の提供を行い、また、流れの障害物の背後のよどみ点を除去することを助ける。

本発明のさらなる目的および利点は、以下で明らかになるであろう。

まず図１および１Ａを参照すると、本発明の背景にある基本原理を示す簡略化された平坦な構造が示されている。サイド・フィード・マンドレル・ダイの原理（side fed mandrel die principles）と同様に、溶融物流は、流入口１８においてフロー・デフレクタ１０に対して所定の角度で流入することになる。溶融物流は、分割され、トーピード１２の周囲およびトーピード壁面１４と外側の壁１６の間を移動し、その中のキャビティが、逆漏斗状のチャネル１９を形成する。逆漏斗状のチャネル１９は、流入口１８に隣接する狭窄部２０によって画定され、逆漏斗状チャネル１９の出口１７に向かうにつれて、断面積が増加する。図１Ａに示すように、等しい断面積を呈する一対のバランスのとれたキャビティ２２が、トーピード１２の両側に形成されている。溶融物が出口１７へ到達するときに均一な流速Ｖを生成するために、トーピード壁面１４（Ｌ２として示す）と外側の壁１６（Ｌ１として示す）の長さは、ほぼ等しい。

ここで図２、２ａおよび２ｂを参照すると、本発明の好ましい実施形態による共射出成形（co-injection）ホットランナ・ノズル１１が概略的に示されている。この好ましい実施形態は、デフレクタ本体２６の周囲を囲む図１に示したようなデバイスを含む。デフレクタ本体２６は、ノズル本体２４に挿入され、溶融物がデフレクタ本体２６に対してほぼ垂直な流入口１８へ入るように第２の溶融物通路３０と位置合わせされている。この位置合わせされた状態は、位置決めピン３４によって固定される。位置決めピン３４は、ねじ、リベット、スプリングピン、ダウエルピンなど当技術分野で知られているいかなる適切な位置合わせ手段であってもよい（しかしそれに限定されない）。デフレクタ本体２６は、射出成形機（不図示）またはホットランナ・マニホールド（不図示）からの第１の溶融物を通すために第２の溶融物通路３０と位置合わせされた第１の溶融物通路２８をさらに備える。また、デフレクタ本体２６の外側表面に、涙状の突起部としてトーピード１２が形成されている。

バルブステム３２が、デフレクタ本体２６の内部に配置され、その長さにわたって延在している第３の溶融物通路３３を通って延びている。第３の溶融物通路３３は、第２の溶融物の流れを金型キャビティ内へ通すために設けられている。バルブステム３２は、当技術分野でよく知られているように、上向きおよび下向きの動作を通じて、ノズル出口３６を通る２つの溶融物流の流れを開始および停止し、それによって、金型キャビティの充填を制御するように選択的に位置調整される。共射出成形（co-injection）として一般に知られているこの構成では、金型キャビティは、例えば、多色、異種の溶融材料などを実施するために２つ以上の異なる溶融物で充填されてもよい。

溶融物が第２の溶融物通路３０から流入口１８へ流れるとき、溶融物は、バルブステム３２の長手方向軸にほぼ垂直なデフレクタ本体２６の外側の壁に当たる（しかし、垂直でない流れの衝突も容易に成し得る）。トーピード１２および外側の壁１６が存在しない場合、溶融物は、流入口１８に最も近いデフレクタ本体２６の面に沿って流れることとなり、それによって、デフレクタ本体２６の背後によどみ点を生じさせる。しかし、この好ましい実施形態では、溶融物流が、トーピード壁面１４および外側の壁１６に衝突し、それによって、流れを逆漏斗状チャネル１９を通るものとデフレクタ本体２６の背部の周囲のものとにそらす。

また、トーピード壁面１４および外側の壁１６は、ほぼ同じ長さで設けられ、このことによって、溶融物がデフレクタ本体２６に沿って移動するとき溶融物がほぼ等しい距離を流れる。溶融物が出口１７に達するときまでには、溶融物の流速は本質的に等しく、その結果溶融物の均一な環状流が生じる。

図２ｂに、図２に示したものと類似した２重取入口共射出成形ノズルが示されている。これら２つの好ましい実施形態の間の顕著な違いは、もう一方の第１の溶融物通路と直径方向に対向する追加の第１の溶融物通路２８ａの使用である。この実施形態では、同一の第２の逆漏斗状チャネル１９ａを画定する同一のトーピード１２ａおよび外側の壁１６ａが設けられている。この構成で、よどみ点の除去および均一な環状速度の生成が達成される。

図３を参照すると（類似の特徴は類似の番号を有する）、本発明による別の好ましい実施形態が概略的に示されている。金型またはそれと類似のものの中にプラスチック材料を射出するためのホットランナ・バルブ・ゲート・システム１００が示されている。システムは、バッキング・プレート１０２およびマニホールド・プレート１０４を含む。システムは、溶融したプラスチック材料を金型（不図示）内に導入するためのノズル・アセンブリ１０８と、供給源（不図示）からノズル・アセンブリ１０８へプラスチック材料を通すことを可能にするマニホールド／ブシュ装置１１０をさらに含む。マニホールド１３８内に挿入され、それによってマニホールド１３８を加熱するマニホールド・ヒータ１３９が示されており、マニホールド１３８により、溶融物チャネル１４２およびデフレクタ・ハウジング・チャネル１４４の中を流れるプラスチックが加熱される。

図３に示すように、ノズル・アセンブリ１０８は、ノズル本体１１２と、チップ１１４と、ノズル・ヒータ１１６と、ばね手段１１８と、ノズル・インシュレータ１１３から成る。ノズル本体１１２は、典型的には鋼製であるが、チップ１１４は、ベリリウム／銅などの当技術分野で知られているいかなる高熱伝導性の適切な材料から形成されてもよい。ノズル本体１１２は、溶融したプラスチック材料がそれを通って流れる軸方向チャネル１２０を有する。チップ１１４は、軸方向チャネル１２０の終端分部を包囲している。
必要に応じて、ノズル・チップ１１４は、ノズル・チップ１１４の下流側の端部に断熱を目的としたシース（sheath）１２２を含んでもよい。シース１２２は、予め製造された樹脂製材料から形成されてもよい。別法として、シース１２２は、第１の作動サイクルで射出された樹脂のオーバー・フローから形成されてもよい。ノズル・インシュレータ１１３は、マニホールド・プレート１０４のキャビティ内に設置され、ノズル本体１１２とマニホールド・プレート１０４の間の熱伝達を減少させるように作用し、それによって、溶融したプラスチック材料が軸方向チャネル１２０を通って流れるとき、溶融したプラスチック材料を高い温度に維持する。ノズル・インシュレータ１１３は、チタニウムなどの当技術分野で典型的に知られているいかなる適切な絶縁材料から形成されてもよい。

ノズル・ヒータ１１６は、ケーブル１２４を用いて電流が導入される、当該技術分野で知られているいかなる適切な電気式ヒータであってもよい。図３に示すように、ノズル・ヒータ１１６は、ノズル本体１１２の一部を包囲している。
ノズル本体１１２内のゲート１２８の開閉を可能にするために、バルブステム１２６が設けられている。バルブステム１２６は、デフレクタ・ハウジング１３０内の通路を通ってノズル本体１１２内へ延びる鋼製のロッドによって形成できる。ゲート１２８の反対側のバルブステム１２６の端部は、止めねじ１５４によってピストン・ヘッド１３１に接続されている。
ピストン・ヘッド１３１は、デフレクタ・ハウジング１３０の上部先端部を含み、かつ、円筒形壁部１３４によって形成された円筒ハウジング内に収容されている。ピストン・ヘッド１３１の上から下への動きによって、バルブステム１２６が、溶融したプラスチック材料の流れを制限するように、ゲート１２８を閉じる位置またはゲート１２８の断面積を減少させる位置へ移動する。ピストン・ヘッド１３１の下から上への動きによって、バルブステム１２６が、ゲート１２８を通る溶融したプラスチック材料の流れを増加させるように移動する。

この好ましい実施形態のホットランナ・システムはまた、マニホールド１３８およびその中に挿入されたデフレクタ・ハウジング１３０から成るマニホールド／デフレクタ・ハウジング装置１１０を含む。位置決めピン１２９が、溶融物チャネル１４２に対するデフレクタ・ハウジング１３０の位置合わせされた状態を固定する。マニホールド１３８が、プレート１０２と１０４の間に収容された分配プレートによって形成されるが、エアギャップ（空隙）１４０によってそこから分離される。バッキング・プレート１０２は、複数の高張力ボルト（不図示）によってマニホールド・プレート１０４に堅く固定される。高張力ボルトは、周期的な成形プロセス中に発生する大きな引張力に耐えなければならない。

マニホールドは、溶融したプラスチック材料を供給源（不図示）から各金型に関連付けられたゲート１２８へ移送するための、ホットランナ・システムの一部を形成している溶融物チャネル１４２を含む。マニホールドは、デフレクタ・ハウジング１３０を挿入する孔１４３をさらに含む。マニホールド１３８は、当技術分野で知られているいかなる適切な金属製または熱伝導性の材料で形成されてもよい。マニホールド・ヒータ１３９は、当技術分野でよく知られており、通常、マニホールド１３８の溝内に着座する円筒形断面を有するワイヤ／セラミック抵抗タイプ・ヒータを備える。

デフレクタ・ハウジング１３０は、バルブステム１２６の一部をガイドする。このバルブステムの支持の増加が、バルブステムの磨耗を減少させ、バルブステムの寿命をかなり延長させるため、このことは本発明の重要な利点である。バルブステムの寿命の延長の結果、維持コストおよび機械の休止時間が減少するであろう。
デフレクタ・ハウジング１３０は、当技術分野で知られているいかなる適切な材料（通常鋼製）からでも形成され、最上部からマニホールド１３８内に挿入するように構成されている。図３に示すように、デフレクタ・ハウジング・チャネル１４４は、マニホールド１３８内の溶融物チャネル１４２およびノズル・アセンブリ１０８の軸方向チャネル１２０と通じている。

既述の実施形態と同様に、デフレクタ・ハウジング１３０は、隅部の周囲およびバルブステム１２６の背後の流れの向きを変える即ち転向させるように作用するトーピード１２および外側の壁１６をさらに備える。溶融物流は、デフレクタ・ハウジング・チャネル１４４に流入し、逆漏斗状チャネル１９を形成するように形づくられた外側の壁１６とトーピード１２の間で直ちに転向される。トーピード壁面１４は、溶融物が出口１７に達するときまでに、溶融物流がほぼ均一な環状流速を呈するように外側の壁１６とほぼ同一の長さを有するように構成されている。この構成では、溶融物は、成形品の品質に不利な影響を与える流れの不均衡を生み出すことなく、９０°方向転換し、バルブステム１２６またはデフレクタ・ハウジング１３０などの障害物の周囲で分割して進む。また、バルブステム１２６の背後で通常形成されるよどみ点が、溶融物をバルブステム１２６の後ろへ流れ回るように方向付けることによって除去される。

前の実施形態は、ノズル本体２４（図２）とは別個のデフレクタ・ハウジング２６（図２）を記載しているが、必要なすべての特徴を組み込んだ単一のブシュを容易に製造することができることに留意されたい。

ここで図４を参照すると（類似の特徴が類似の番号を有する）、本発明による別の好ましい実施形態が概略的に示されている。この実施形態では、デフレクタ本体２６は、単一の溶融物ノズルとしてノズル本体２４に挿入された単一のブシュである。
ここにおいても、バルブステム３２が、デフレクタ本体２６を通って挿入され、それによって、バルブステム３２を支持し、かつ、ガイドし、その一方で溶融物をバルブステムの背部の周囲へ方向付けもする。前の実施形態と同様に、溶融物は、溶融物チャネル１４２から、デフレクタ本体２６の上部フランジ内に配置された第１の溶融物通路２８を通って流れる。溶融物チャネル１４２と第１の溶融物通路２８との位置合わせされた状態は、位置決めピン３４によって維持される。次に、溶融物は、ノズル本体２４の内部に配置された第２の溶融物通路３０を通って流れる。

その後、溶融物は、デフレクタ本体２６に接して方向付けられ、そこで、流れが外側の壁１６とトーピード壁面１４によってバルブステム３２の背後へ回り込むように転向される。溶融物流は、逆漏斗状チャネル１９によって転向され、それによって、デフレクタ本体２６から流出するとき、循環流から均一な環状流に変換されて、ノズル出口３６を出て、高品質で均質な成形品を形成する。

ここで図５、６を参照すると（類似の特徴は類似の番号を有する）、射出成形ノズル・チップ・アセンブリ２００を備える本発明の別の好ましい実施形態が示されている。この実施形態では、前述のサイド・フィード・マンドレル・ダイの原理が、射出ノズル・アセンブリのチップに適用されている。一般に「ホットチップ」と称されているこの好ましい実施形態は、前の実施形態で示したようなバルブステムのないノズルを備える。

細長い第１の溶融物通路２８が、溶融物をチップ４４へ通すためにスリーブ４０内に配置される。スリーブ４０は、ノズル本体２４の内側に堅く固定され、チップ４４をノズル本体２４内に同軸に捕捉する。好ましい実施形態では、スリーブは、ノズル本体２４内に螺着され、チップ４４の上部フランジに当接される。溶融物がノズル・アセンブリを通って流れるとき、溶融物の温度を維持するために、ヒータ１１６が、ノズル本体２４の外側を包囲している。
溶融物は、第１の溶融物通路２８を通って流れ、チップ通路４６を通ってさらに流入口１８へと連絡される。したがって、流れは、トーピード１２の周囲で向きを変えられ即ち転向され、外側の壁１６によってさらに画定される逆漏斗状チャネル１９を通る。この構成では、溶融物流は、均一な環状流としてノズル出口３６から流出する。チップ４４の背後のよどみ点の除去は、溶融物がチップ４４の背部へ流れ回るようにすることによって達成される。

図６を参照すると、チップ４４の両側へ溶融物流を通す第２のチップ通路４６の追加を除いて、図５と同様であるノズル・アセンブリが示されている。また、トーピード１２および外側の壁１６に対して対象な、第２のトーピード１２および第２の外側の壁１６が、第２の逆漏斗状チャネル１９を画定するように設けられている。
図６Ａに参考例を示す。溶融物をチップ４４へ通すための２つのチップ通路４６を有する。しかし、この参考例では、トーピード１２は除去されている。この構成は、その製造コストがより安いため、より厳しくない用途に対して有利であるかもしれない。

ここで図９を参照すると（類似の特徴が類似の番号を有する）、テーパ付けされた流れ表面を有するデフレクタ本体２６を備える本発明の別の好ましい実施形態が示されている。サイド・フィード・マンドレル・ダイの原理は、特に逆漏斗状チャネル１９の領域内で、溶融物が流れの障害物の周囲でそらされたとき、テーパ付けされた流れ表面が、溶融物内で生じる圧力降下を実質的に減少させるのを助けることを示している。トーピード１２および外側の壁１６は、逆漏斗状チャネル１９を備えるテーパ付けされた表面に沿って形成されている。テーパ付けされたデフレクタ本体２６は、マニホールド１３８内のテーパ付き受け孔内に挿入され、テーパ付けされた表面を衝合することによって位置合わせされた状態が維持される。デフレクタ本体２６の溶融物チャネル１４２との位置合わせされた状態をさらに維持するために、前の実施形態で示した位置決めピンと同様の位置決めピンを使用してもよい。

このテーパ付けされたチャネル構成は、上述の実施形態で使用することもできる。特に、図２、２ｂ、３、４、５、６および６Ａに示した実施形態はすべて、溶融物が障害物の周囲を流れるときの溶融物の圧力降下を減少させるために、テーパ付けされた流れ表面の使用を組み込むことができる。

前の実施形態はすべて、バルブステム３２を包囲するデフレクタ本体２６の部分としてトーピード１２および外側の壁１６を使用することを示しているが、トーピード１２および外側の壁１６は、バルブステム３２の外側表面上に直接配置することが容易に可能である。しかし、この手法の不利な点は、デフレクタ・ハウジングによって提供されるバルブステムの支持の減少であり、このことは、バルブステムの磨耗の加速に至る場合がある。この欠点に加えて、バルブステムとマニホールド・チャネルとの位置合わせされた状態を維持するための位置合わせ機能を組み込むこともまた必要となる。

（参考例）
以後、図１０乃至１９を参照しながら、参考例について説明する。
ここで図１０を参照すると、本参考例の背景にある基本原理を示す簡略化された平坦な構造が示されている。押出し成形分野で知られているコート・ハンガ・マニホールド原理（coat hanger manifold principles）と同様に、溶融物流は、流入口３１８のチャネル３１９へ所定の角度で流入することとなる。溶融物は、その後、分割されて、チャネルの端部３１６に到達するまで対称チャネル３１９の両側に等しく流れる。チャネル３１９は徐々に減少する断面を有するように形成され、それによって、溶融物がチャネル３１９を下流へ移動するとき、より多くの溶融物が、チャネル３１９から溢れ出て環状領域３２０内へ入り出口３１７へ向かう。この構成では、溶融物は、図中の矢印で示すようにほぼ等流Ｖを呈して出口３１７へ到達することになる。溶融物がチャネル３１９を通って移動するとき、一定の圧力降下を維持するために、流入口３１８から端部３１６へのチャネル３１９内の体積流量は、線形的な態様においてゼロへ降下しなければならない。均一な体積流量を維持するために、環状領域３２０が、その長手方向軸に沿った均一な断面領域によって画定されている。

ここで図１１、１１ａ、１１ｂを参照すると、射出成形ホットランナ・ノズル３１１の参考例が、概略的に示されている。この参考例は、図１０に示すようなデバイスを含み、デフレクタ本体３２６の周囲を囲んでいる。デフレクタ本体３２６は、ノズル本体３２４と同軸を有し、ノズル本体３２４内に挿入され、溶融物がデフレクタ本体３２６とほぼ垂直な流入口３１８内へ流入するように第２の溶融物通路３３０と位置合わせされている。この位置合わせされた状態は、位置決めピン３３４によって固定される。位置決めピン３３４は、ねじ、リベット、スプリングピン、ダウエルピンなど（しかし、それに限定されない）を含む当技術分野で知られているいかなる適切な位置合わせ手段であってもよい。デフレクタ本体３２６は、射出成形機（不図示）またはホットランナ・マニホールド（これも不図示）からの第１の溶融物を通すための、第２の溶融物通路３３０と位置合わせされた第１の溶融物通路３２８をさらに備える。

バルブステム３３２が、デフレクタ本体３２６の内部に配置され、その長さにわたって延在している第３の溶融物通路３３３を通って延びている。第３の溶融物通路３３３が、金型キャビティへの第２の溶融物流を通すために設けられている。バルブステム３３２は、当技術分野でよく知られているように、上向きおよび下向きの移動を通じて、ノズル出口３３６を通る２つの溶融物流の流れを開始および停止し、それによって金型キャビティの充填を制御するように選択的に位置調整される。共射出成形として一般に知られているこの構成では、金型キャビティは、多色、異種等のために、２つまたはそれ以上の異なる溶融物によって充填されてもよい。

溶融物が第２の溶融物通路３３０から流入口３１８へ流れるとき、溶融物は、バルブステム３３２の長手方向軸にほぼ垂直なデフレクタ本体３２６の外壁に当たる（しかし、垂直でない流れの衝突も容易に成し得る）。チャネル３１９が存在しない場合、溶融物は、流入口３１８に最も近いデフレクタ本体３２６の面に沿って流れることとなり、それによって、デフレクタ本体３２６の背後によどみ点を生じさせる。しかし、この参考例では、溶融物は、チャネル３１９内に流入し、デフレクタ本体３２６の周囲を流れるように方向付けられ、それによって、よどみ点の形成が除去される。より多くの溶融物がチャネル３１９から出ていくように、溶融物がチャネル３１９を通って流れるにつれて、チャネルの深さおよび幅は次第に減少している。このことは、均一な断面を有する環状領域３２０を通る環状流へ流れを徐々に遷移させ、それによって、溶融物が出口３１７に到達するときまでに均一な速度プロフィールが達成され、その結果高品質の成形品が形成される。

図１１ｂには、図１１に示したものと類似の２重取入口共射出成形ノズルが示されている。これら２つの参考例の顕著な違いは、もう一方の第１の溶融物通路に直径方向に対向する追加の第１の溶融物通路３２８ａの使用である。溶融物チャネルは、直径方向に対向させることが必須ではないことに留意されたい。この参考例では、同一のチャネル３１９および３１９ａが設けられている。この構成では、よどみ点の除去および均一な環状流速の生成もまた達成される。

図１２を参照すると（類似の特徴は類似の番号を有する）、別の参考例が、概略的に示されている。プラスチック材料を金型または類似のもの中へ射出するためのホットランナ・バルブ・ゲート・システム４００が、示されている。システムは、バッキング・プレート４０２およびマニホールド・プレート４０４を含む。金型ベース４０６（金型用板材）が、マニホールド・プレート４０４にさらに取り付けられている。
システムは、溶融したプラスチック材料を金型（不図示）内へ導入するためのノズル・アセンブリ４０８と、供給源（不図示）からノズル・アセンブリ４０８へプラスチック材料を通すことを可能にするためのマニホールド／デフレクタ・ハウジング装置４１０とをさらに含む。マニホールド４３８内へ挿入され、それによって、マニホールド４３８を加熱するマニホールド・ヒータ４３９が示されており、マニホールド４３８はさらに、溶融物チャネル４４２およびデフレクタ・ハウジング・チャネル３１９内を流れるプラスチックを加熱する。デフレクタ・ハウジング４３０は、マニホールド４３８の孔４４３内に挿入される。

図１２に示すように、ノズル・アセンブリ４０８は、ノズル本体４１２と、チップ４１４と、ノズル・ヒータ４１６と、ばね手段４１８と、ノズル・インシュレータ４１３とから成る。ノズル本体４１２は、典型的には鋼製であるが、チップ４１４は、ベリリウム／銅などの当技術分野で知られているいかなる適切な高い熱伝導性の材料から形成されてもよい。ノズル本体４１２は、溶融したプラスチック材料がそれを通って流れる軸方向チャネル４２０を有する。チップ４１４は、軸方向チャネル４２０の終端部分を包囲している。
必要に応じて、ノズル・チップ４１４は、ノズル・チップ４１４の下流側の端部を熱的に絶縁するシース４２２を含んでもよい。シース４２２は、予め製造された樹脂製材料から形成されてもよい。別法として、シース４２２は、第１の作動サイクルで射出された樹脂のオーバー・フローから形成されてもよい。ノズル・インシュレータ４１３は、マニホールド・プレート４０４のキャビティ内に設置され、ノズル本体４１２とマニホールド・プレート４０４の間の熱伝達を減少させるように作用し、それによって、溶融したプラスチック材料が軸方向チャネル４２０を通って流れるときの溶融したプラスチック材料の高い温度を維持する。ノズル・インシュレータ４１３は、チタニウムなどの当技術分野で典型的に知られているいかなる適切な絶縁材料から形成されてもよい。

ノズル・ヒータ４１６は、ケーブル４２４を用いて電流が導入される、当技術分野で知られているいかなる適切な電気式ヒータであってもよい。図１２に示すように、ノズル・ヒータ４１６は、ノズル本体４１２の一部を包囲している。
ノズル本体４１２内のゲート４２８の開閉を可能にするためにバルブステム４２６が設けられている。バルブステム４２６は、デフレクタ・ハウジング４３０の通路を通ってノズル本体４１２内へ延びる鋼製のロッドによって形成されてもよい。ゲート４２８とは反対側のバルブステム４２６の端部は、止めねじ４５４によってピストン・ヘッド４３１に接続されている。
ピストン・ヘッド４３１が、デフレクタ・ハウジング４３０の上部先端部を含み、かつ、円筒形壁面４３４によって形成されている円筒ハウジング内に収容されている。ピストン・ヘッド４３１の上から下への動きによって、バルブステム４２６が、溶融したプラスチック材料の流れを制限するために、ゲート４２８の断面積を減少させるまたは閉じる位置へ移動する。ピストン・ヘッド４３１の下から上への動きによって、バルブステム４２６が、ゲート４２８を通る溶融したプラスチック材料の流れを増加させるように移動する。

この参考例のホットランナ・システムはまた、マニホールド４３８およびその中の孔４４３に挿入されたデフレクタ・ハウジング４３０から成るマニホールド／デフレクタ装置４１０を含む。位置決めピン４２９が、デフレクタ・ハウジング４３０の溶融物チャネル４４２に対する位置合わせされた状態を固定する。マニホールド４３８が、プレート４０２および４０４の間に収容された分配プレートによって形成されるが、エアギャップ４４０によってそれらから分離される。バッキング・プレート４０２は、複数の高張力ボルト（不図示）によってマニホールド・プレート４０４に堅く固定され、その高張力ボルトは、周期的な成形プロセス中に発生する大きな力に耐えなければならない。

マニホールドは、溶融したプラスチック材料を供給源（不図示）から各金型に関連付けられたゲート４２８へ移送するためのホットランナ・システムの一部を形成している溶融物チャネル４４２を含む。マニホールドは、デフレクタ・ハウジング４３０を挿入する孔４４３をさらに含む。マニホールド４３８は、当技術分野で知られているいかなる適切な金属製または熱伝導性の材料で形成されてもよい。マニホールド・ヒータ４３９は、当技術分野でよく知られており、典型的には、マニホールド４３８の溝内に着座する円筒形の断面を有するワイヤ／セラミック抵抗タイプ・ヒータを備える。
デフレクタ・ハウジング４３０が、バルブステム４２６の一部を包囲し、それを案内する。このバルブステムの支持の増加が、バルブステムの磨耗を減少させ、バルブステムの寿命をかなり伸ばすため、このことは重要な利点である。バルブステムの寿命が伸びる結果、維持コストおよび機械の休止時間が減少するであろう。
デフレクタ・ハウジング４３０は、当技術分野で知られているいかなる適切な材料（通常鋼製）からでも形成でき、最上部からマニホールド４３８内に挿入されるように構成されている。図１２に示すように、デフレクタ・ハウジング・チャネル３１９は、マニホールド４３８内の溶融物チャネル４４２およびノズル・アセンブリ４０８の軸方向チャネル４２０と交わっている。

溶融物が溶融物チャネル４４２から流入口３１８へ流れるとき、溶融物は、バルブステム４２６の長手方向軸にほぼ垂直に、デフレクタ・ハウジング４３０の外壁に当たる（しかし、垂直でない流れの衝突も容易になし得る）。チャネル３１９が存在しない場合、溶融物は、流入口３１８に最も近いデフレクタ・ハウジング４３０の面に沿って流れることとなり、それによって、デフレクタ・ハウジング４３０の背後によどみ点を生じさせる。しかし、この参考例では、溶融物は、チャネル３１９内に流入し、デフレクタ・ハウジング４３０の周囲を流れるように方向付けられ、それによって、よどみ点の形成が除去される。より多くの溶融物がチャネル３１９から出ていくように、溶融物がチャネル３１９を通って流れるにつれて、チャネルの深さおよび幅は減少している。このことは、流れを環状流へ徐々に遷移させ、それによって、溶融物が出口３１７に到達するときまでに均一な速度プロフィールが達成され、その結果高品質の成形品が形成される。

前の参考例は、ノズル本体３２４（図１１）と別個のデフレクタ本体３２６（図１１）を説明しているが、すべての必要な特徴を組み込んだ単一のブシュを容易に製造することができることに留意されたい。

ここで図１３を参照すると（類似の特徴は類似の番号を有する）、別の参考例が、概略的に示されている。この参考例では、デフレクタ本体３２６は、シングル溶融ノズルとしてノズル本体３２４内に挿入された単一のブシュである。
ここにおいても、バルブステム３３２が、デフレクタ本体３２６を通って摺動自在に挿入され溶融物の流れを開始及び停止するよう位置調整され、それによって、溶融物をバルブステムの背部の周囲に方向付けしながら、バルブステム３３２を支持し、案内する。前の参考例と同様に、溶融物は、溶融物チャネル４４２から、デフレクタ本体３２６の上部フランジ内に配置された第１の溶融物通路３２８を通って流れる。溶融物チャネル４４２と第１の溶融物通路３２８の間の位置合わせされた状態は、位置決めピン３３４によって維持される。次に、溶融物は、ノズル本体３２４の内側に配置された第２の溶融物通路３３０を通って流れる。

その後、溶融物は、流入口３１８でデフレクタ本体３２６に接して方向付けられ、そこで、流れがチャネル３１９によってバルブステム３３２の背後へ回り込むように転向される。溶融物流は、チャネル３１９によって転向され、チャネル３１９から徐々に溢れ出て環状領域３２０へ入る。それによって、デフレクタ本体３２６の出口３１７に到達したときには、循環流から均一な環状流に変換されて、ノズル出口３３６から出て、高品質で均質な成形品を形成する。

ここで図１４および１５を参照すると（類似の特徴は類似の番号を有する）、射出成形ノズル・チップ・アセンブリ３００を備える別の参考例が示されている。この参考例では、前述のコート・ハンガ・マニホールドの原理が、射出ノズル・アセンブリのチップに適用されている。一般に「ホットチップ」または「ピン・ポイント」と称されているこの参考例は、前の参考例で示したようなバルブステムのないノズルを備える。

細長い第１の溶融物通路３２８が、溶融物をチップ３４４へ通すためにスリーブ３４０内に配置される。スリーブ３４０は、ノズル本体３２４の内側に堅く固定され、チップ３４４をノズル本体３２４内に同軸に捕捉する。好ましい参考例では、スリーブは、ノズル本体３２４内に螺着され、チップ３４４の上部フランジに当接される。溶融物がノズル・アセンブリを通って流れるとき溶融物の温度を維持するために、ヒータ４１６が、ノズル本体３２４の外側を包囲している。
溶融物は、第１の溶融物通路３２８を通って流れ、さらにチップ通路３４６を通って流入口３１８に流れる。したがって、流れは、チャネル３１９に伝わっていく。この参考例では、溶融物流は、均一な環状流としてノズル出口３３６から出る。チップ３４４の背後のよどみ点の除去は、溶融物をチップ３４４の背後のまわりに強制的に流れるようにすることによって達成される。

図１５を参照すると、チップ３４４の両側へ溶融物流を通す第２のチップ通路３４６の追加を除いて、図１４と同様なノズル・アセンブリが示されている。また、第２の対称チャネル３１９が設けられている。ここで、溶融物は、チャネル３１９内へ流れ、徐々に溢れ出し、溶融物が出口３１７に到達するまでに全て環状流となる。

図１６ａおよび１６ｂを参照すると、別の参考例が示されている。これらの参考例では、チャネル３１９は、曲線状の輪郭を有する溝ではなく、角ばった溝の輪郭の溝から形成されている。図１６ａでは、チャネル３１９は、一定の角度で下向きに傾斜しているが、図１６ｂでは、チャネル３１９は、デフレクタ本体３２６に沿ったチャネル３１９の経路を画定する半径を有している。

図１７を参照すると、別の参考例が示されている。この参考例では、対向するチャネル３１９’が、溶融物流をデフレクタ本体３２６の周囲にさらに方向付けるためにマニホールド４３８内に形成されている。チャネル３１９と３１９’とが組み合わされてより深いチャネルを形成し、溶融物をデフレクタ本体３２６の背部の周囲に方向付ける。ここでも、溶融物は、チャネル３１９および３１９’から徐々に溢れ出して、よどみ点を除去して流れを均一な環状流に変換する。溶融物流の原理のため、この参考例は、溶融物の特性の最小量の変動を呈することになり、最小量の変動で成形品を生成することになる。

ここで図１８を参照すると（類似の特徴が類似の番号を有する）、テーパ付けされた流れ表面を有するデフレクタ本体３２６を備える別の参考例が示されている。コート・ハンガ・マニホールド原理（coat hanger manifold principles）は、特にチャネル３１９の領域内のテーパ付けされた流れ表面が、溶融物が流れの障害物の周囲で転向される際、溶融物に生じる圧力降下を実質的に減少させるのを助けることを示した。テーパ付けされたデフレクタ本体３２６は、マニホールド４３８内のテーパ付き受け孔内に挿入され、当接するテーパ付き表面によって位置合わせされた状態が維持される。デフレクタ本体３２６の溶融物チャネル４４２との位置合わせされた状態をさらに維持するために、前の参考例で示した位置決めピンと同様の位置決めピンを使用してもよい。
このテーパ付けされたチャネル構成を、すべての前述の参考例で使用することもできる。これらの参考例はすべて、溶融物が障害物の周囲を流れるときの溶融物の圧力降下を減少させるためにテーパ付けされた流れ表面の使用を組み込むことができる。

前の参考例はすべて、バルブステム３３２を包囲するデフレクタ本体３２６におけるチャネル３１９を使用することを示しているが、チャネル３１９は、バルブステム３３２の外側表面上に直接配置することが容易に可能である。しかし、この手法の不利な点は、デフレクタ・ハウジングによって提供されるバルブステムの支持の減少であり、このことは、バルブステムの磨耗を加速させることに至る場合がある。この欠点に加えて、バルブステムとマニホールド・チャネルとの位置合わせされた状態を維持するための位置合わせ機能を組み込むこともまた必要となる。

図１９を参照すると、チャネル３１９がブシュ４３１と一体に形成された別の参考例が示されている。この参考例では、チャネル３１９が、デフレクタ本体ではなくバルブステム４２６の周囲を流れるように溶融物を方向付ける。この参考例は、前の参考例で示したように追加のバルブステムの支持を減少させる。

本発明は、本発明の実施の最良の形態を例示する目的でここで説明した図に限定されず、形状、大きさ、部品の構成および動作の詳細に変更が加えられることを理解されたい。本発明は、特許請求の範囲によって定義されたようなその精神および範囲内にある、このような修正形態をすべて含むように意図されている。

サイド・フィード・マンドレル・ダイの基本的原理を示す概略図である。 サイド・フィード・マンドレル・ダイの基本的原理を示す概略図である。 共射出成形ホットランナ・ノズルにおける本発明の好ましい実施形態の部分断面図である。 本発明の好ましい実施形態の概略等角図である。 ２つの溶融物流入口を備える共射出成形ノズルにおける本発明の別の好ましい実施形態の部分断面図である。 射出成形システムにおいてバルブ・ゲート・ノズルを備える、本発明の別の好ましい実施形態の断面図である。 バルブ・ゲート・ノズル・アセンブリを備える本発明の別の好ましい実施形態の断面図である。 ホットランナ・ノズルのノズル・チップ・アセンブリを備える本発明の別の好ましい実施形態の断面図である。 ２つの溶融物流入口を備えるノズル・チップを備える本発明の別の好ましい実施形態の断面図である。 ２つの溶融物流入口を備えるノズル・チップを備える参考例の断面図である。 よどみ点および均一でない環状流速度を呈する従来技術の断面図である。 よどみ点および均一でない環状流速度を呈する従来技術の断面図である。 テーパ付けされた表面を有する射出ノズル・アセンブリを備える本発明の別の好ましい実施形態の部分断面図である。 コート・ハンガ・マニホールドの基本原理を示す概略図である。 共射出成形ホットランナ・ノズルにおける本発明における参考例の部分断面図である。 本発明における参考例の概略等角図である。 ２つの溶融物流入口を備える共射出成形ノズルにおける本発明における別の参考例の部分断面図である。 射出成形システムにおけるバルブ・ゲート・ノズルを備える本発明における別の参考例の断面図である。 バルブ・ゲート・ノズル・アセンブリを備える本発明における別の参考例の断面図である。 ホットランナ・ノズルのノズル・チップ・アセンブリを備える本発明における別の参考例の断面図である。 ２つの溶融物流入口を備えるノズル・チップを備える本発明における別の参考例の部分断面図である。 本発明の参考例によるフロー・デフレクタの部分断面図である。 本発明の参考例によるフロー・デフレクタの部分断面図である。 本発明の参考例によるフロー・デフレクタの部分断面図である。 テーパ付けされた表面を有する射出ノズル・アセンブリを備える本発明における別の参考例の部分断面図である。 ブシュ内に形成されたフロー・デフレクタを備える本発明における別の参考例の部分断面図である。

Claims (9)

1. 少なくとも１つの溶融物チャネル（１４２）によって溶融物を少なくとも１つのノズル・アセンブリ（１０８）に連絡するためのホットランナ・マニホールド（１３８）を有する射出成形システムのためのフロー・デフレクタであって、
   該フロー・デフレクタは、ほぼ円筒形のデフレクタ本体（２６）を含み、
   該デフレクタ本体は、流入口（１８）と、流出口（１７）と、該流入口と該流出口の間の分流チャネルとを有し、
   該分流チャネルは、該円筒形のデフレクタ本体（２６）の周囲に延びる曲線状の外側の壁（１６）と、該デフレクタ本体（２６）の外表面に形成された涙形状の突起部からなるトーピード（１２）の周囲のトーピード壁面（１４）によって画定され、
   該外側の壁（１６）と該トーピード壁面（１４）が、断面積が等しい排出領域（２２）を有する二つの狭窄部（２０）と、該狭窄部（２０）と連通している逆漏斗状チャネル（１９）を確定し、
   該逆漏斗状チャネル（１９）は、該円筒形のデフレクタ本体に沿う均一な環状流で該溶融物を該出口（１７）から排出し、
   該ノズル・アセンブリ（１０８）は、ノズル出口（３６）と、該ノズル出口（３６）に隣接するノズル・チップ（４４）と、溶融物を該ノズル出口（３６）へ送り込むための第１の溶融物通路（２８）とを有し、
   該フロー・デフレクタは該ノズル・チップ（４４）に組み込まれ、
   該ノズル・チップ（４４）は該第１の溶融物通路（２８）と位置合わせされたチップ通路（４６）を有し、該第１の溶融物通路（２８）と該チップ通路（４６）は連通し、該チップ通路（４６）と該流入口（１８）は連通し、該流出口（１７）と該ノズル出口（３６）は連通している、
   ことを特徴とする、フロー・デフレクタ。
2. 前記外側の壁（１６）および前記トーピード壁面（１４）が、ほぼ同じ長さである、請求項１に記載のフロー・デフレクタ。
3. 前記外側の壁（１６）が、デフレクタ本体（２６）の外側表面に沿って外側表面を囲み、該流出口（１７）に隣接する点まで延びている、請求項１に記載のフロー・デフレクタ。
4. 前記デフレクタ本体（２６）がテーパ付けされている、請求項３に記載のフロー・デフレクタ。
5. 該ノズル・チップ（４４）が、該第１の溶融物通路（２８）と位置合わせされ連通している追加のチップ通路（４６）と、該追加のチップ通路（４６）と連通する追加の流入口（１８）と、追加のトーピード（１２ａ）と、追加の外側の壁（１６ａ）と、該追加のトーピード（１２ａ）の周囲の追加のトーピード壁面とをさらに有し、
   該追加のトーピード（１２ａ）と該追加の外側の壁（１６ａ）は、それぞれ、前記トーピード（１２）と前記外側の壁（１６）に対称に配置され、
   該追加の外側の壁（１６ａ）と該追加のトーピード壁面によって、前記分流チャネルの該追加の流入口（１８）と該流出口（１７）の間に追加の逆漏斗状チャネル（１９ａ）を画定する、
   請求項１に記載のフロー・デフレクタ。
6. 前記ノズル・アセンブリに熱を伝えるヒータをさらに備える、請求項３に記載のフロー・デフレクタ。
7. 前記分流チャネルと前記流入口との正確に位置合わせされた状態を維持するための位置決めピンをさらに備える、請求項３に記載のフロー・デフレクタ。
8. 前記トーピードが、涙状の突起部から成る、請求項３に記載のフロー・デフレクタ。
9. 前記外側の壁が、前記デフレクタ本体の外側表面を囲み、かつ、それに沿って、前記流出口に隣接する点へ延びている、請求項３に記載のフロー・デフレクタ。

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