CN101801628A - 用于成型微型塑料部件的超声设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于成型微型塑料部件的超声设备，其包括组合：a)配置在模具(M)中的模腔，其具有进口以用于向具有出入口的室供应塑料材料，并且所述室在其出入口的远端处面向腔；b)与超声波发生器相关联的悬臂式的超声振动元件(1)，其尾部或者末端通过所述出入口以轴向定中心的方式紧紧地插入到所述室中；c)运动装置，其用于在所述尾部和模具(M)的所述部分之间产生相对运动，以便当所述超声振动元件启动时所述尾部与供应的塑料材料接合并且在其上施加预定大小的压力。

Description

用于成型微型塑料部件的超声设备

技术领域

本发明通常涉及一种用于利用成型来制造微型部件的设备，其使用超声波振动作为能量源来熔化并注射塑料，同时利用熔化了的塑料存入或填充模腔或者多个模腔。塑料以线或条的形式被连续地供应到设备中，或者以颗粒或微型颗粒的方式被间断地供应到设备中。

在本发明中，微型部件可以被理解为重量小于1克并且通常重量在千分之一克到1克的范围内的塑料部件，或者是具有规定的显微结构细节的更重的部件。

本发明属于化学工业部分，具体地说属于通过成型来使塑料变形的领域。

背景技术

现今，整个市场都需要重量小于1克的部件或者具有显微结构细节的更重的部件。由于总体上倾向于使产品微型化，所以电力工程、医疗、电信、汽车、生物技术和航空航天市场等发展了涉及制造非常小尺寸的部件的新应用。

现有技术中已知的一些设备使用超声波来更容易地将部件从模具中排出，而且维持模具中的加工温度，甚至使以前在增塑器的喷嘴中被传统的电阻器系统熔化的质量均匀化。该传统系统是由放置在增塑缸中的加热电阻器的组件组成的，所述增塑缸负责加热和熔化热塑性塑料。

在大多数情况下，市场上销售的微型注射机只不过是大型的传统注射机的升级。

专利EP-A-0930144与其等同的US 6203747描述了一种通过超声波来辅助的注射机和使用所述注射机的方法。所述注射机包括注射缸、典型的材料输送单元、螺杆、活塞和振动元件，该振动元件连接到所述注射缸上以在注射缸和所述材料输送单元之间产生相对运动。在本发明中，待熔化的材料被引入到注射缸中，其在缸中被熔化，并且随后在振动作用下被均匀化。

所述专利未描述使用超声波来促使热塑性材料完全熔化以几乎即刻用于注射，而是预先借助于其他方法(例如，在所分析的专利中借助于热元件)来熔化塑料，并且应用超声波来调节或者修正由长时间地经过所述熔化过程而引起的均匀性的缺乏。

市面上已知的微注射机通常在增塑缸中加热以颗粒或者微型颗粒形式供应的热塑性材料，在该增塑缸中，当螺柱转动时，周期地测量材料并且断续地输送和熔化材料以便将其直接注射到模具中。另一种微型注射系统装配有单独的挤出螺杆，所述挤出螺杆熔化塑料并且将其传送到第二室中以通过活塞被注射到模具内。

在两种情况中，并且特别是当处理微型部件时，由于在每个活塞冲程

中产生的注射体积很小，所以如果熔化的颗粒在增塑器内部驻留的时间超过了其在该介质中停留的最大限度，则对于聚合物存在一个严重的问题，其将引起塑料的分子降解，并且随后降低注射部件的质量并损失机械特性，当在注射机中获取更大的注射体积时所述情况就加重了。

W.Michaeli、A.Spennemann和R.Gatner(2002)在2002年的施普林格(Springer-Verlag)的微系统技术(Microsystem Technologies)第8期的55-57页公开的用于微型注射成型的新的增塑原理描述了一种用于通过超声波来使微型部件增塑的建议并且其描述了一种试验单元。该参考文献指出了通过所述单元来测量的该机器的各种参数，例如，超声波发生器的性能、超声焊极的范围和进程、启动功率等参数。然而，所述文件未指出与组装超声焊极的方式有关的详细的结构上的细节，并且其甚至增加了关于如何可以将超声波增塑作用集成到当前的注射成型机中的问题。

因此并且基于前面提到的，看来必须为现有技术提供替代，该替代允许注射的塑料既在分子级上不降解，也不降低其质量或者导致对由在熔化步骤中曝露时间而引起的缺乏均匀性的修正需要。

为了所述目的，本发明提供了一种用于基于通过超声波控制塑料材料的熔化来成型微型塑料部件的设备。特别是，已经开发出了适合于任何类型的现有的传统注射机或者压力机的设备，其具有更小尺寸。此外，该设备是用于开发新的微型部件成型机原理的基础。

发明内容

本发明通常涉及一种超声设备，其允许将小型的传统注塑机或者压力机转换为一种几乎立即地并且非常均匀地熔化塑料的机器，从而改进了现有技术。

所提出的超声设备运用了用于成型微型塑料部件的新颖结构和功能原理，其允许免去了专门的微型注射机以及其传统的增塑器。此外，本发明的所述设备可以免去传统的颗粒形式的热塑性材料，所述热塑性材料是通过连续地供给的塑料线或者可以被缠绕在卷筒上的任何其他形式被供应到其合适位置上的。

本发明目的的设备准备组装到任何小型压力机的模具支承板上而不需要用来注射微型部件的机器。

本发明的用于成型微型塑料部件的超声设备包括组合：

a)配置在模具中的模腔，所述模具具有用于向室供应塑料材料的进口，所述室具有出入口，并且所述室面对位于相对于其开口的远端处的腔；

b)与超声波发生器相关联的超声焊极，其起到增塑单元的作用并且以悬臂方式被支承，并且其具有端部分或者末端，该端部分或者末端借助于活塞以轴向地定中心的方式通过其出入口紧紧地(带有很小的间隙以允许超声焊极的振动并且防止熔化的塑料从室中出来)插入到腔内；

c)运动装置，用于在超声焊极的端部分和模具之间产生相对运动，以便当所述超声振动元件启动时所述端部分或末端与供应的塑料材料接合并且在其上施加预定大小的压力。

根据本发明，用于供应塑料材料的所述进口是该室的侧面入口，其出现在与出入口间隔开的地点处。

在一优选实施例中，所述模腔或者多个模腔被形成在模具的第一部件和第二部件之间，所述第一部件可沿向前和向后两个直线路径活动，该第二部件通过一系列弹簧和引导件与固定到注射机上的板相关联，并且容纳超声焊极的末端的所述室被配置在该第二部件中。

此外，超声焊极被连接到处于球窝接头的形式的部件上，这允许了枢转运动并且辅助超声焊极的末端在面向模腔的室内部的自动定中心。

根据本发明的原理，在最后封闭的时候，当模具沿受控路径移动时，其在超声焊极上施加压力，在塑料材料上施加非常大的压力，超声波同时起作用，几乎立即地以非常均匀的方式熔化塑料。

在其他已知的因素中，例如，所使用的塑料材料的粘性、流道的大小和进口直径，塑料注射到模具中的速率取决于封闭模具的最后一步的速率和压力并且取决于振动的效果。

本发明的用于成型的超声设备起作用非常快。事实上，在塑料材料进入模具的小型腔中的同时其被预压缩、熔化和注射，以防止其在移动期间的凝固。因此，更容易进行成型，并且使部件的质量最佳化，因为避免了在传统的增塑作用期间施加在塑料材料上的剪切力，并且消除了源自材料在增塑器中从其进入直到该材料变成部件的驻留时间的所有问题。

附图说明

从显示所提出的用于成型微型部件的超声设备的附图的以下说明中将更好地理解前述及其他的优点和特点。

在所述图中：

图1到3是图解本发明的原理的示意性视图。

图4是显示所提出的用于成型的超声设备的一实施例的正剖视图。

图5是显示用于固定超声焊极的部分的放大的局部正剖视图。

图6是所述设备的平面视图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于成型微型部件的超声设备，其使用了用于成型塑料的结构和功能原理，所述原理允许简化了其安装结构、加工和维修。

图1显示了用于成型微型部件的设备，带有打开的模具M。这是在塑料材料熔化之前的状况，其中可以根据待制造的部件的类型来任意地转换印痕和/或模具。设备位于这样的位置上，即在该位置模具M的腔31、31a的进口未被连接到室32的出口，具有插入的超声焊极的末端1a。该图显示了模具M，该模具M带有两个旨在形成两个部件的模腔31、31a，增加到模具M的部件的数量是可变的；室32与模具M分开一定距离，并且超声振动元件或者超声焊极1本身是已知的。这是在熔化之前的状况，其中可以根据待制造的部件的类型来任意地转换印痕和/或模具M。

图2显示了用于在模具M的闭合位置注射微型部件的设备以及塑料供应位置。设备处于第二位置，在该第二位置上在模具M的腔31、31a和室32之间存在连通。因此，图2还显示了模具M是如何处于与室32直接接触的。还观察到，所述室32具有两个进口和出口。通过这些进口中的一个以线或者条的形式连续地供应塑料材料P，或者以颗粒的形式间断地供应塑料材料P。

图3显示了用于在熔化或增塑和注射位置注射微型部件的设备。设备处于第三位置，在该第三位置上在模具M和室32之间存在连通，并且模具M还被压靠在超声焊极1上。在该情况中，由于模具M的压力和超声波的作用的联合和同时作用，塑料材料P将熔化。

所述的图2清楚地显示了进口16，通过所述进口16或者可以以线或条的形式连续地供应塑料材料，或者可以以颗粒的形式间断地供应塑料材料。所述图显示了带有出入口33的室32，该室32包括引导结构，该引导结构适合于允许室32的移动，并且当模具M处于所述第二位置时，模具M利用该引导结构朝向超声焊极1，所述引导结构至少包括所述出入口33。所述室32包括与所述出入口33相对并且与所述出口连通的阻止结构，所述阻止结构适合于调节超声焊极的所述活塞形端部分1a的末端的压缩，并且从而阻止了室32朝向超声焊极1的移动。

振动元件或者超声焊极1具有活塞形端部1a，所述活塞形端部1a适合于通过室32的出口将塑料从所述室32压向模具M的内部以产生所述微注射。

本发明的设备的特征在于，其与控制系统相关联，所述控制系统适合于控制超声焊极1的操作和室32通过相应的驱动装置朝向超声焊极1的移动。所述控制系统适合于使得对于室32的移动超声焊极1同时工作，以促使塑料P实质上立即熔化。

参见附图，所提出的用于注射微型塑料部件的超声设备包括组合：

a)配置在模具M中的至少一个模腔31，所述模具M具有用于向室32供应塑料材料的进口16，所述室32在相对于其开口的远端处具有面向腔31的出入口33，所述进口16形成了室32的侧面入口，该入口出现在与出入口33间隔开的地点处；

b)超声振动元件1，所述超声振动元件1起到增塑单元的作用并且包括与超声波发生器相关联的悬臂式超声焊极，该超声焊极具有端部分1a或者末端，该端部分1a或者末端以轴向地定中心的方式通过出入口紧紧地(具有最小的公差)插入到腔31内；

c)运动装置，用于在端部分1a和模具M的所述部件之间产生相对运动，以便当所述超声振动元件启动时所述部分1a与供应的塑料材料P接合并且在其上施加预定大小的压力。

如图4所示，所提到的模腔31形成在模具M的第一部件18和第二部件17之间，所述第一部件18可沿向前和向后的双向直线路径移动，该第二部件17通过一系列的弹簧和引导件与固定到注射机或者压力机上的板10相关联，并且所提到的室32被配置在该第二部件中。

如可以在图4和5中看到的，超声焊极1由环形支承件9支承，所述环形支承件9同轴地接合在超声焊极1上并且刚性地固定在包含在所述超声焊极1的交点横截面1c中的轮廓上，该环形支承件9借助于多个等距离间隔开的径向螺钉来固定，所述螺钉的末端搁置在所提到的超声焊极的轮廓上。环形支承件9具有延伸部分或者尾部9a，该延伸部分或者尾部9a被插入并固定在一元件内部，所述元件具有形成球窝接头8的外球面，所述球窝接头8允许超声焊极1的组件的枢转运动并且提供了末端1a在室32内部的自动定中心。

图5在放大的视图中显示了由轴承5围绕的所提到的球窝接头8，所述轴承5进而布置在由盖7封闭的壳体6的内部，该壳体6通过导柱与超声焊极单元的支承件3相关联，并且以预定的压力给弹簧4加载，为了这样的目的，在与弹簧4同轴的相应的螺栓11的端部处提供螺母2，以将支承组件9、8、6压靠在支承件3上。

此外，观察到，支承件3平行于注射机的固定板10布置并且通过由调节螺母结束的支柱与注射机的固定板10相关联，所述调节螺母允许控制支承件3和板10之间的距离。

根据最优实施例，模具M的第一部件18可相对于所述第二部件17移动，所述第二部件17承载室32以采用至少两个位置，在第一位置处，模具M的腔31或多个腔的进口未被连接到室32的出口上，并且在第二位置处，存在所述连通。

已经在所描述的设备中提供了引导结构，当所述模具M处于所述第二位置处时，所述引导结构适合于在压缩模具M的第二部件17时允许室32朝向超声焊极1的移动。

此外，提供了阻止结构，所述阻止结构适合于邻接超声焊极的所述活塞形部分1a的端部，并且从而阻止室32朝向超声焊极1的移动。

设备与控制系统相关联，所述控制系统适合于控制超声焊极1的操作和室32通过相应的驱动装置朝向超声焊极1的移动。该控制系统适合于使得对于室32的移动，超声焊极1同时工作，以促使塑料实质上立即熔化。

所描述的设备适合于自动地接收通过室32的所述进口16供应的塑料，所述塑料在室32中以颗粒或者微小颗粒供应或者以通过挤出预先所获得的线形或外形来连续供应，并且用于在该超声焊极1的作用下熔化它。

如可以在图5中看到的，所提出的设备是完全的功能单元，其适合于通过除去中央增塑单元并且组装超声焊极1的支承台板来被组装到注射机或者压力机的模具支承板中。

在不脱离如权利要求所限定的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可以将改变和改进引入所描述的实施例中。

Claims (16)

1.一种用于成型微型塑料部件的超声设备，该类型设备包括组合：

a)配置在模具(M)中的至少一个模腔(31)，该模具具有至少一个进口(16)，该至少一个进口(16)用于向带有出入口(33)的室(32)供应塑料材料，并且所述室(32)在相对于其出入口(33)的远端处面向该腔(31)；

b)与超声波发生器相关联的悬臂式超声振动元件(1)，其具有端部分(1a)或者末端，该端部分(1a)或者末端以轴向地定中心的方式通过室(32)的出入口紧紧地插入到腔(32)内；

c)运动装置，用于在该端部分(1a)和模具(M)的所述部件之间产生相对运动，以便当所述超声振动元件启动时所述部分(1a)与供应的塑料材料接合并且在其上施加预定大小的压力。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个进口(16)是该室(32)的侧面入口，该侧面入口出现在与该出入口(33)间隔开的地点处。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述超声振动元件起到增塑单元的作用并且包括超声焊极。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所提到的模腔(31)形成在模具(M)的第一部件(18)和第二部件(17)之间，该第一部件(18)可沿向前和向后的双向直线路径移动，该第二部件(17)通过一系列的弹簧和引导件与固定到注射机或者压力机上的板(10)相关联，并且所提到的室(32)被配置在该第二部件中。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，该超声焊极(1)由环形支承件(9)支承，该环形支承件同轴地接合在该超声焊极上并且刚性地固定在包含在所述超声焊极(1)的交点横截面(1c)中的轮廓上，该环形支承件(9)借助于多个等距离间隔开的径向螺钉来固定，所述螺钉的末端搁置在所提到的该超声焊极的轮廓上，并且，所述环形支承件(9)具有延伸部分或者尾部(9a)，该延伸部分或者尾部(9a)被插入并固定在一元件内部，该元件具有形成球窝接头(8)的外球面，该球窝接头(8)允许超声焊极1的组件的枢转运动并且提供了末端(1a)在该室(32)内部的自动定中心。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所提到的球窝接头(8)被轴承(5)围绕，所述轴承(5)进而被布置在被盖(7)封闭的壳体(6)内部，该壳体(6)通过导柱和弹簧(4)与该超声焊极单元的支承件(3)相关联。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述弹簧(4)被加载预定的压力，为了这样的目的，在与该弹簧(4)同轴的相应螺栓(11)的端部处提供螺母(2)，以将支承组件(9、8、6)压靠在该支承件(3)上。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述支承件(3)平行于注射机或者压力机的固定板(10)布置并且通过由调节螺母结束的支柱与注射机或者压力机的固定板(10)相关联，该调节螺母允许控制支承件(3)和板(10)之间的距离。

9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，该模具(M)的所述第一部件(18)可相对于所述第二部件(17)移动，该第二部件(17)承载该室(32)以采用至少两个位置，在第一位置处，模具(M)的腔(31)或多个腔的进口未被连接到室(32)的出口上，并且在第二位置处，存在所述连通。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，提供引导结构，当该模具(M)处于所述第二位置时，该引导结构适合于在该模具(M)的第二部件(17)压缩时允许该室(32)朝向超声焊极(1)的移动。

11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，提供阻止结构，该阻止结构适合于邻接该超声焊极的所述端部分(1a)的具有活塞形状的末端，并且从而阻止该室(32)朝向该超声焊极(1)的移动。

12.根据权利要求3到11中任一项所述的设备，其特征在于，其与控制系统相关联，该控制系统适合于控制该超声焊极(1)的操作和室(32)通过相应的驱动装置朝向该超声焊极(1)的移动。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述控制系统适合于使得对于室(32)的移动，超声焊极(1)同时工作，以促使塑料实质上立即熔化。

14.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，其适合于自动地接收通过该室(32)的所述进口(16)供应的塑料，所述塑料在该室(32)中以颗粒或者微小颗粒供应或者以通过挤出预先所获得的线形或外形来连续供应(8)，并且用于在该超声焊极(1)的作用下熔化它。

15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其是完全的功能单元，该功能单元适合于被组装在注射机或者压力机的模具支承板中。

16.根据权利要求1到14中任一项所述的设备，其特征在于，其是完全的功能单元，所述功能单元装备有驱动装置，该驱动装置用于执行该室(32)朝向该超声焊极(1)的移动或者反向的移动。

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