专利名称：：使用活性材料元件的可调整的热流道组合件密封和尖部高度的方法和装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于通过在注射模制机设备(例如，热流道喷嘴组合件)中利用活性材料元件来提供可调整的热流道组合件密封以及可调整的热流道喷嘴尖部高度的方法和装置。"活性材料"是一类形变材料，例如压电致动器、压电陶瓷、电致伸縮体、磁致伸縮体、形状记忆合金和类似物。在本发明中，其用于调整热流道组合件密封并调整喷嘴尖部高度，从而改良模制物品的质量、喷嘴组合件的寿命和树脂密封性。所述活性材料元件还可用作传感器。
背景技术：
：活性材料的特征是作为可将一种形式的能量转换成另一种形式的能量的换能器。举例來说，压电致动器(或马达)将输入电能转换成导致元件的尺寸变化的机械能，而压电传感器(或发电机)将机械能-元件尺寸形状的变化-转换成电能。在Berghaus的美国专利第5,237,238号中展示了压电陶瓷换能器的一个实例。压电致动器的一个供应商是德国D-85221Dachau，Hans-B6ckler-Str.2的MarcoSystemanalyseundEntwicklungGmbH，且它们的广告资料和网站说明此类器件。通常，向压电陶瓷插入物施加IOOO伏的电位将导致其厚度"生长"约0.0015"/英寸(0.15%)。另一供应商Mid6TechnologyCorporationofMedford,Maine具有多种活性材料，包括磁致伸縮体和形状记忆合金，且其广告资料和网站说明此类器件，包括材料说明书和其它公开细节。颁予Schad的美国专利第4,588,367号和颁予Jenko的美国专利第6,343,925号每一者揭示一种热流道喷嘴，其具有用于吸收组合件的热膨胀的弹簧构件，以便确保在操作条件的整个范围内维持喷嘴体与热流道歧管之间的良好密封。颁予Meijer的美国专利第5,853,776号揭示了一种用于辅助绝缘体的弹簧构件。其还揭示了一种喷嘴外壳绝缘体和一种热流道歧管熔化物沟道栓塞装置。这些密封结构的困难在于，作为无源寧置，其相对不能够被主动地控制或能够具有不同性能水平。因此，需要一种新技术，其能够以精确的可调整控制水平，且优选地以具有密封功能的嵌入式传感器和封闭回路控制来密封各个注射模制机表面。
发明内容本发明的一个优点在于提供注射模制机装置和方法以克服前述问题，并有利地提供一种用于调整注射獏制机中喷嘴尖部高度和热流道密封的有效且高效率的构件。根据本发明的第一方面，提供用于密封注射模制机中第一表面和第二表面的结构和/或步骤，其包括一活性材料致动器，其经设置以将第一表面移向第二表面；和传输结构，其经配置以将电传输到所述活性材料致动器，以促使所述活性材料致动器密封第一表面和第二表面。根据本发明的第二方面，提供用于相对于模具浇口来移动注射模制机喷嘴的喷嘴尖部的结构和/或步骤，其包括一活性材料致动器，其经配置以相对于模具浇口来移动喷嘴尖部和传输结构，其经配置以向所述活性材料致动器供应一致动信号，以促使所述活性材料致动器改变至少一个尺寸来实现喷嘴尖部与模具浇口之间的相对移动。根据本发明的第三方面，提供用于具有一歧管板和一喷嘴的注射模制机的结构和/或步骤，其包括一压电传感器，其经配置而以设置在邻近于喷嘴和歧管板的至少一者处，且经配置以感测施加在喷嘴与歧管板之间的压縮力，并产生对应的感测信号；一压电致动器，其经配置以设置在喷嘴与歧管板之间，且经配置以在施加致动信号时改变尺寸以改变喷嘴与歧管板之间的密封力；和传输结构，其耦合到所述压电传感器并耦合到所述压电致动器，且经配置以载运感测信号和致动信号。现将参看附图来描述本发明的当前优选特征的示范性实施例，其中图1展示并入有根据本发明的实施例的热流道喷嘴组合件，其与喷嘴外壳/歧管密封界面相关；，.，图2展示并入有根据本发明的实施例的热流道喷嘴组合件，其与中心和辅助绝缘体以及喷嘴尖部密封界面相关；图3展示并入有本发明的热流道喷嘴组合件，其与喷嘴尖部高度设定和歧管沟道密封栓塞相关；且图4展示并入有本发明的热流道喷嘴组合件的替代实施例，其与喷嘴尖部高度设定相关。具体实施例方式1.引言现将依据若干其中向塑料注射模制机供应一个或一个以上活性材料元件的实施例来描述本发明，所述活性材料元件用于检测且/或修正热流道组合件密封内的机械偏位和喷嘴尖部高度。然而，活性材料传感器和/或致动器可放置在注射模制装置中的可能会遇到对准/密封问题的任何位置。此类活性材料元件的其它应用在以下相关申请案中论述，所述申请案的标题为(1)"MethodandApparatusforCounteringMoldDeflectionandMisalignmentUsingActive.MaterialElements";(2)"MethodandApparatusforAssistingEjectionfromanInjectionMoldingMachineusingActiveMaterialElements";(3)"MethodandApparatusforControllingaVentGapwithActiveMaterialElements";(4)"MethodandApparatusforMoldComponentLockingUsingActiveMaterialElements";(5)"MethodsandApparatusforVibratingMeltinanInjectionMoldingMachineUsingActiveMaterialElements";(6)"MethodandApparatusforInjectionCompressionMoldingUsingActiveMaterialElements";禾口(7)"ControlSystemforUtilizingActiveMaterialElementsinaMoldingSystem"，所有这些申请案与本申请案同时递交。如上所述，此项技术中需要一种通过以提供用于调整热流道密封和/或喷嘴尖部高度的活性材料构件和方法的抢先方式来测量并接着补偿注射模制机喷嘴体中的热膨胀和振动感应变化的方法和装置。在以下描述中，压电陶瓷插入物被描述为优选的活性材料。然而，根据本发明也可使用来自活性材料族的其它材料，例如磁致伸縮体和形状记忆合金。以下表1中陈述可能的替代性活性材料及其特征的列表，且根据本发明可使用这些活性材料中的任一种。表1.活性材料比较<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>(信息源自www.mide.com)2.第一实施例的结构图1中展示本发明的第一优选实施例，其描绘一热流道喷嘴组合件，所述组合件包括一热流道歧管220、一歧管垫板234、一热流道喷嘴体221、尖部222和浇口223。熔化物沟道224将熔融树脂穿过所述歧管、喷嘴和浇口输送到模腔225。喷嘴由加热器226加热，所述加热器226除了在树脂流经喷嘴时维持其熔融状态，还促使喷嘴因热膨胀而增大长度和直径。喷嘴体221具有一头部227，其被压靠着歧管220以确保在两个表面的连接处实现密封，以使得穿过熔化物沟道224的树脂在承受注射压力时不会在界面处泄漏。喷嘴体221通常通过喷嘴绝缘体229定位在歧管板228内，且通过尖部绝缘体230定位在模腔插入物231内，其中，绝缘体229置于喷嘴体头部227和歧管板228之间。根据依据本发明的当前优选实施例，活性材料(例如，压电陶瓷)致动器232位于喷嘴绝缘体229与歧管板228之间。致动器232优选地由控制器235通过布线233而驱动，但也可能采用无线控制方法。同样可预见，致动器232可定位在热流道组合件内的其它位置中，只要所述位置允许致动元件以导致热流道喷嘴体头部227被密封地压靠着热流道歧管220。举例来说，作为图1所示的位置的替代位置或额外位置，致动器可位于以下任何或所有位置处热流道喷嘴尖部222的末尖；热流道歧管220与歧管垫板234之间；和喷嘴绝缘碎.229与喷嘴体头部227之间。压电陶瓷致动器232优选地为环形和/或管状的单个致动器。根据当前优选实施例，致动器由压电陶瓷制成，约30.0mm长且直径为25.0mm，且当通过布线233施加1000V的电压时长度增加约50微米。然而，多个致动器和/或具有其它形状的致动器的使用涵盖在本发明的范围内，且因此本发明不限于压电陶瓷致动器232的任何特定配置。优选地，一个或一个以上独立压电陶瓷传感器236可提供在邻近于致动器232处(或在上述任何或相关表面之间)，以检测由热流道喷嘴体221相对于热流道歧管220的位置变化所造成的压力。优选为，传感器向控制器235提供感测信号。根据本发明的优选实施例而使用的压电元件(即，压电传感器和/或压电致动器)可包含由MarcoSystemanalyseundEntwicklungGmbH制造的任何器件。压电传感器236将检测施加到元件232的压力并通过布线连接件233传输对应的感测信号，从而允许控制器235实现封闭回路反馈控制。压电致动器232将通过布线连接件233接收致动信号，根据所述致动信号来改变尺寸，并在歧管板228与喷嘴绝缘体229之间施加对应的力，从而可调整地控制其间的密封力。注意，可提供所述压电传感器以在任何期望位置处感测压力。同样，可提供一个以上压电致动器232，其串联或串接安装，以便实现扩展移动、角度移动等。另外，每个压电致动器可分割成一个或一个以上弓形、梯形、矩形等形状，所述形状可被单独控制以便在密封表面之间的各个位置处提供不同的密封力。另外，可视需要，将压电致动器和/或致动器区段堆叠成两层或两层以上以实现精确的密封力控制。布线233耦合到任何期望形式的控制器或处理电路235，以便读取压电传感器信号且/或向压电致动器提供致动信号。举例来说，一个或一个以上通用计算机、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、门阵列、模拟电路、专用数字和/或模拟处理器、硬连线电路等可控制或感测本文所述的压电元件232。用于控制所述一个或一个以上处理器的指令可存储在任何期望的计算机可读媒介和/或数据结构中，例如软盘、硬盘驱动器、CD-ROM、RAM、EEPROM、磁性媒介、光学媒介、磁光媒介等。使用根据本实施例的致动器232允许上述热流道喷嘴组合件的各种组件被制造成具有较低的公差，从而降低制造注射模制机组件本身的成本。以前，使用5到30微米的公差以便实现一功能性喷嘴组合件。其它益处包括更高效率地调整喷嘴体与歧管的对准的能力，从而防止装置内的熔化物泄漏并縮短任何设备停机时间的长度。3.第一实施例的过程在操作中，通过布线233使致动器元件232通电，从而促使所述元件沿着其纵轴线增加长度。根据本发明，当将约1000V施加到元件232时，元件232(标称长度为30.0mm)的通电将产生约50微米的长度增加。元件232的致动提供足够的力(约500kg到约7000kg)，以使得喷嘴绝缘体229和喷嘴头部227被密封地压靠着歧管220，从而确保通过由加热器226和流经喷嘴的树脂施加至喷嘴组合件的一操作温度范围而在喷嘴头部/歧管界面处维持一有效密封。当然，可在不同时间施加不同电压电平并施加到不同致动器区段以实现不同密封表面之间的密封力的精确控制。当压电传感器236与致动器232—起用于封闭回路控制配置中时，传感器元件响应于喷嘴头部227与歧管220之间的压力而产生一信号，并通过布线233将所述信号传输到控制器235。基于从传感器接收到的信号，控制器接着产生适当的致动信号，所述信号通过布线233而传输到致动器元件232，从而根据从传感器接收到的数据使其通电以完成喷嘴外壳/歧管界面的适当密封。举例来说，控制器235可经编程以促使密封力保持恒定，或基于时间、温度和/或周期数目，根据预定进度表而增加和/或减小。4.第二实施例的结构/图2展示根据本发明的第二实施例，其中包含一浇道套242的热流道组合件附接到一歧管240，所述歧管240含有一连接到喷嘴外壳243的熔化物沟道241，所述喷嘴外壳243具有螺接到其末端上的喷嘴尖部244。歧管240由中心绝缘体250和喷嘴外壳绝缘体256而与歧管板248间隔开，且由辅助绝缘体253而与歧管垫板249间隔开，以使得从歧管到冷却的模板的^^损失最小。喷嘴外壳的头部258由弹簧垫圈257恒定地被迫抵靠歧管240，以使得在两个组件的界面处维持密封，使得流经沟道241到达喷嘴尖部244且通过模具浇口245以填充模腔246的加压熔化物将不会泄漏。喷嘴外壳加热器247将外壳保持在操作温度，从而允许熔化物从中流过。所述加热器还促使喷嘴外壳243和喷嘴尖部244在被加热到其操作温度时归因于热膨胀而在长度上扩展。在喷嘴尖部244定位并密封在浇口区域中的地方，使用一环形压电陶瓷插入物259以径向调整喷嘴尖部的密封直径。插入物259通过管道260连接到控制器263。在操作期间，浇口泡261填充有加压的塑料且必须被密封，以使得塑料不会沿着喷嘴尖部侧溢出到喷嘴外壳周围的气隙262。通过使用一压电陶瓷插入物259来径向调整此密封界面，用于喷嘴尖部密封直径和对应的模腔插入物孔密封直径的规格的制造公差可变宽，从而显著降低这些组件的加工成本。压电陶瓷插入物251或类似物也可放置在中心绝缘体250与歧管板248之间。类似地，另一压电陶瓷插入物254或类似物可放置在辅助绝缘体253与歧管垫板249之间。这些插入物提供一种用以感测并调整正通过个别绝缘体传输的压縮力的构件，并在喷嘴外壳/歧管界面处提供额外的密封力调整构件。这些插入物分别通过管道252和255连接到控制器263。视情况，可提供一个或一个以上单独的压电陶瓷传感器以检测由喷嘴组合件内的位置变化导致的压力。,这些传感器也可由管道252、255和260连接到控制器236。根据本发明而使用的压电元件(即，压电传感器和/或压电致动器)可包含由MarcoSystemanalyseundEntwickhmgGmbH制造的任何器件。压电传感器可检测喷嘴组合件内各个界面处的压力，并通过管道252、255和260来传输对应的感测信号，从而实现封闭回路反馈控制。压电致动器接着通过管道252、255和260来接收致动信号并施加对应的力。注意，可提供压电传感器以感测任何期望位置的压力。同样，可提供一个以上压电致动器来代替本文所述的任何单个致动器，且所述致动器可串联或串接安装，以便实现扩展移动、角度移动等。如上所述，使用上述活性元件插入物的一个显著优点中在于允许用于容纳个别绝缘体的歧管板和歧管垫板中的孔的深度的制造公差变宽，从而显著降低加工所述板中的那些部件的成本。类似地，用于中心与辅助绝缘体的高度的制造公差也可变宽，从而进一步降低加工这些组件的成本。在上述配置中使用压电陶瓷插入物的另一优点在于，压电陶瓷材料的极好隔热性减少了热从受热组件传输到冷却的模板。在一些特定配置中，可能完全省略辅助绝缘体，从而节省其成本。5.第二实施例的过程类似于第一实施例的过程，在操作中，通过管道252、255和260使致动器元件251、254和259通电，从而促使元件增加轴向长度和/或径向厚度。根据本发明，当将约IOOOV施加到元件251、254和259时，元件251、254和259的通电优选地将产生约0.1mm的每个元件的长度增加。元件251和254的致动提供足够的力(从约500kg到约10,000kg)以确保在操作温度的整个范围内，在喷嘴组合件内的各个接合处维持有效的密封。这些接合包括(但不限于)浇道套242与歧管240之间的接合和歧管240与喷嘴外壳258之间的接合。另外，元件259的致动确保喷嘴尖部244相对于腔插入物的模具浇口245保持良好居中并恰当对准。在替代实施例中,，充当传感器(未图示)的压电陶瓷元件与致动元件组合使用以提供一封闭回路反馈配置，如上所述。传感器元件响应于喷嘴组合件内各个界面之间的压力而产生信号，并将所述信号通过管道252、255和260而传输到控制器265、264和263。基于从传感器接收到的信号，控制器接着产生其它信号，所述其它信号通过管道252、255和260传输到致动器，从而根据从传感器接收到的数据使其通电以完成各个喷嘴组合件界面的适当密封。6.第三实施例的结构图3展示根据本发明的第三优选实施例，其中热流道组合件包括一歧管282，所述歧管282含有一连接到喷嘴外壳281的熔化物沟道283。喷嘴尖部275螺接到喷嘴外壳281的水端上。歧管282由辅助绝缘体284和弹簧垫圈285而与歧管垫板286间隔开，且还由喷嘴外壳绝缘体27，和弹簧垫圈280而与歧管板287间隔开，以使得从歧管到冷却的模板的热损失最小。喷嘴外壳281的头部由弹簧垫圈280恒定地被迫抵靠歧管282，以使得在两个组件的界面处维持密封，使得流经沟道283到达喷嘴尖部275且通过浇口270以填充模腔271的加压熔化物将不会泄漏。喷嘴外壳加热器276将外壳保持在操作温度，从而允许熔化物从中流过。加热器276还促使喷嘴外壳281和喷嘴尖部275在被加热到其操作温度时归因于热膨胀而在长度上扩展。此膨胀促使喷嘴尖部275的末端278进一步延伸穿过浇口孔270。如果尖部的末端278未维持与模腔表面齐平，那么可能发生模制和泄漏问题。如果末尖278延伸得太远，那么其突出到模制零件中而引起污损，且还可减小浇口的有效环形面积，从而在注射期间.阻止耀伴物流动。如果末尖278未延伸得足够远且未达到模腔表面，那么浇口痕迹会增加，同样对模制零件造成污损。尖部也有可能将不足的热量传导到浇口区域，从而造成绕口冻结。末尖位置通常通过严格地规定相关组件的长度的公差而得以控制。举例来说，尖部275的长度、喷嘴外壳281的长度、歧管282的厚度、辅助绝缘体284的高度和歧管垫板286中所述绝缘体284的袋口深度的每一者均被规定严格的公差，喷嘴外壳绝缘体279的高度和歧管板287中的其袋口的深度以及喷嘴外壳袋口的深度和腔插入物272中的浇口泡细节也是如此。此严格公差制造会大大增加制造热流道组合件的成本。通过安装压电陶瓷致动器274，使其通过管道277而连接到控制器295，可(例如)基于操作者对于模制零件的目视检査，在模制操作期间准确地控制并调整末尖278位置。一特别优选的插入物274具有一管状，但认为其它配置也在本发明的范围内，如其中利用多个致动器插入物和/或致动器区段以实现类似效果的配置。喷嘴尖部275上的密封环273在泡区域中维持一滑动式密封，同时允许喷嘴末尖278改变其位置。插入物274还密封浇口泡，并防止塑料泄漏到喷嘴外壳周围的气隙中。当然，如果所述喷嘴是多材料或共注射喷嘴，那么可相对^"多个注射路径来设置各种类型的压电陶瓷致动器以视需要实现尖部高度调整。图4中展示用于调整尖部高度的替代实施例。两个压电陶瓷致动器300和304定位在可在喷嘴外壳302的孔内滑动的尖部305的每一端。致动器由通信线301连接，并通过通信线277而连接到控制器293。可通过两个致动器300和304的组合致动来轴向调整相对于浇口孔270的尖部高度。或者，致动器300可由弹簧替代以迫使尖部305离开喷嘴外壳302。图3也展示歧管282中的熔化物沟道栓塞配置。压电陶瓷致动器290放置在熔化物沟道栓塞292与固定螺丝289之间，所述固定螺丝289螺接到歧管282中并紧靠着其端面。插入物290通孕管道291而连接到控制器294。在熔化物沟道283己被加工形成在歧管282中之后，使用栓塞292堵塞其末端。在插入之后，栓塞292在原处加工其沟道面轮廓，以与沟道283的半径融合以便提供平滑表面，从而防止出现其中熔化物可能停置并降级的区域。因此，一旦定位并加工，应防止栓塞292移动，以使得密封得以维持。使用本发明的活性材料元件以便防止此移动。根据优选实施例，通过使一个或一个以上致动器2卯通电以提供适于将栓塞292保留在其优选位置的力来防止移动。另外，可提供一个或一个以上传感器(未图示)来感测栓塞292的任何移动，且从而对栓塞292的位置提供封闭回路反馈控制。7.第三实施例的过程，在操作中，通过使致动器274通电以增加其轴向长度，末尖278可移离浇口孔。由安装在辅助绝缘体284后方的弹簧垫圈285将尖部和喷嘴外壳的此移动吸收在模具结构中。通过使插入物274断电以减小其高度，末尖278可移向浇口孔。弹簧垫圈285恒定地迫使辅助绝缘体284、歧管282和喷嘴外壳281移向浇口区域，以使得当致动器274减小轴向长度时，在喷嘴外壳/歧管界面处维持一塑料密封。通过提供一种用于在模制操作期间动态调整喷嘴尖部位置的构件，显著降低了热流道组合件的制造成本，因为不再需要前述对所述多个组件尺寸中的大多数的严格容差规定。并且，能够在操作期间调整尖部位置的附加便利性避免了早期"试凑"方法的长时间停机和再制造成本。相对于经提供用于密封歧管282中的熔化物沟道283的熔化物沟道栓塞292,压电陶瓷致动器290优选地提供在熔化物沟道栓塞292与固定螺丝之间，所述固定螺丝经提供用于将熔化物沟道栓塞292固定在适当位置。当通电时，致动器2卯增加了轴向厚度，迫使栓塞292更紧地抵靠其在歧管中的锥形座体，从而确保良好的密封以防止塑料从流道泄漏。此配置也允许用于熔化物沟道栓塞和对应歧管座体的规格的制造公差增大，包括固定螺丝的旋紧转矩在内。这样显著降低了这些组件的加工成本。在替代实施例中，充当一个或一个以上传感器的额外压电陶瓷元件与致动器组合使用以提供封闭回路反馈控制。传感器元件响应于喷嘴组合件的各个组件之间的压力而产生一信号，并通过管道将对应的信号传输到控制器236。基于从传感器接收到的信号，控制器236接着产生致动信号，所述致动信号通过管道传输到致动器元件，从而根据从传感器接收到的数据而使其通电以完成喷嘴组合件界面的适当密封和尖部高度的适当调整。8.结论因此，已描述了一种在注射模制机中单独或组合使用活性材料元件的方法和装置，以实现注射模制装置的有用改良，包括在热流道组合件中提供可调整的密封，和提供可调整的热流道喷嘴尖部高度。根据本发明的有利特征包括1.压电陶瓷元件经单独或组合使用以便在注射模制装置中产生力且/或感测力;2.喷嘴密封装置使用一作用于喷嘴组合件的由封闭回路控制的力产生单元；3.通过使用局部力产生单元来可调整地密封热流道组合件密封界面；4.使用局部力产生单元对喷嘴尖部高度进行动态调整。尽管本发明对于大体上具有垂直于预成型坯轴线的圆形横截面形状的注射模制PET塑料预成型坯提供明显优点，但所属领域的技术人员将了解，本发明同样可应用于可能具有非圆形横截面形状的其它模制产品，例如提桶、漆罐、装运箱和其它类似产品。所有此类模制产品均在所附权利要求书的范围内。附图中以略图展示或以方框指示的个别组件在注射模制技术中均是众所周知的，且其特定构造和操作对于执行本发明的操作或最佳模式并不重要。尽管已相对于当前被认为是优选实施例的那些实施例来描述本发明，但应了解本发明不限于所揭示的实施例。相反，本发明希望涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效配置。所附权利要求书的范围应符合最广义的解释以便涵盖所有这些修改以及等效结构和功能。权利要求1一种用于在一模具机中对于一熔化物沟道控制熔化物沟道栓塞的位置的装置，其包含所述临近所述熔化物沟道设置的熔化物沟道栓塞；一临近所述熔化物栓塞设置的固定螺丝；和一活性材料元件定位在所述熔化物沟道栓塞与所述固定螺丝之间，且经配置以对于所述熔化物沟道控制所述熔化物沟道栓塞的所述位置。全文摘要本发明提供用于在一具有一第一表面和一第二表面的注射模制机内密封界面的方法和装置，其包括一活性材料致动器(232、251、254、274、300、304)，所述活性材料致动器(232、251、254、274、300、304)被配置成以一适于在所述第一表面与所述第二表面之间产生一力的方式来设置。所述活性材料致动器(232、251、254、274、300、304)经配置以响应于来自一视情况连接到活性材料传感器(232、251、254、274、300、304)的控制器的感测信号而产生一力。本发明还提供同样使用活性材料插入物将一喷嘴尖部(278)定位在一浇口开口(270)内的中心处并相对于一浇口开口(270)来调整一喷嘴尖部(278)的尖部高度的方法和装置。文档编号B29C45/26GK101407099SQ200810181139公开日2009年4月15日申请日期2005年3月22日优先权日2004年4月23日发明者爱德华·J·延科申请人:赫斯基注射器成型系统有限公司