CN108472848B - 注射成型设备及方法 - Google Patents

Abstract

本文中公开了一种用于生产模制物品的注射成型设备及方法。在所描述的实施例中，该方法包括：(i)在步骤504处将膜层紧固至第一模具半模的一部分；(ii)在步骤506处将该第一模具组件与第二模具组件的相对位置调整成初始模制位置，以限定模具腔室；(iii)在步骤508处将熔融模制材料注射至该模具腔室中，以使得该熔融模制材料能够接触该保护膜层；(iv)在步骤510处移动可移动核心，以压缩在该模具腔室中的该熔融模制材料；以及(v)在步骤514处冷却该经压缩的熔融模制材料，以将该膜层结合至该经冷却的模制材料，从而形成该模制物品。

Description

注射成型设备及方法

技术领域

本发明涉及一种注射成型设备及方法，更特定而言但非排他地，涉及一种用于生产诸如用于平板计算机、pc监视器、电话及其他电子装置的电子显示框架的模制物品的注射成型设备及方法。

背景技术

随着产品变得愈来愈小，模制行业面临新的挑战。特别是，模制技术需要实现较高准确度，这是由于使用较薄的零件，对变化的容许度低得多。此外，也对模制产品具有在美观性上吸引消费者的“外观及感觉”存在较高需求。

因此，执行塑料膜的内模制(in-molding)为已知的。塑料膜自身(包括所有油墨层)可仅为0.050mm至0.375mm厚，且此塑料膜必须与作为支撑材料的热塑性材料一起内模制，同时需要实现/保持多个功能及特征，诸如最终产品上所需的多色层、特殊油墨系统、结合层、特殊薄膜材料及硬涂层或软触感。在市场上的当前LED技术中，塑料零件也可带有受到背光照明或在不同功能期间开启及关闭灯的符号、数字及字符。

另一工业设计特征为照明塑料零件的外部或内部圆周(其需要并入有一或多组灯和/ 或光波导)，同时使塑料零件保持尽可能薄，例如，当产品为IR触控式平板计算机时。

塑料零件应尽可能薄的原因包括以下各项：

(a)产品被设计且工程化得愈来愈薄；

(b)产品的重量被工程化得很轻；

(c)成本压力导致更便宜的制造技术；以及

(d)通过使用灯及颜色用以使功能可视化、使安全通知可视化、使信息可视化、使指令可视化或仅用以增强对消费者及用户的美学吸引，产品的设计可能需要更复

杂化。然而，当前模制技术并不够高效率并且模制准确度可以被改进。

所描述的实施例的目的是提供一种解决现有技术的劣势中的至少一个的注射成型设备及方法和/或向公众提供有用的选择。

发明内容

在第一方面中，提供一种用于生产模制物品的注射成型方法；其包括：将一膜层紧固至第一模具半模的一部分；将该第一模具部件与第二模具组件的相对位置调整成初始模制位置，以限定模具腔室；将熔融模制材料注射至该模具腔室中，以使得该熔融模制材料能够接触该保护膜层；移动可移动核心，以压缩在该模具腔室中的该熔融模制材料；以及冷却该经压缩的熔融模制材料，以将该膜层结合至该经冷却的模制材料，从而形成该模制物品。

所描述的实施例能够使模制物品上的缩痕最小化，且能够实现薄得多的模制物品，诸如壁厚度为0.30mm至1.20mm。此外，也可以使由于塑料树脂的传统高速注射成型而经常存在于模制物品中的应力最小化。所描述的实施例也使最终模制物品的变形、弯曲、扭曲及失真最小化。

在某些特定应用中，步骤(iii)可以包括以31cc/秒的速率注射成型材料。步骤(v)可包括将经压缩的熔融模制材料冷却至60℃的温度。优选地，模制物品可是用于IR触控式电子装置的IR兼容显示框架，且其中熔融模制材料为IR兼容的。

在第二方面中，提供用于生产模制物品的一种注射成型设备，其包括：第一模具部件，其具有第一模具部件模制表面，用于将保护膜层紧固至其上；第二模具部件，其具有第二模具部件模制表面，该第二模具部件包括可移动核心；注射通道，其用于使得熔融模制材料能够被注射至模具腔室中；移动机构，其用于将该第一模具部件与第二模具部件的间的相对位置调整成初始模制位置，以限定该模具腔室；该第二模具部件包括被布置以压缩在该模具腔室中的该熔融模制材料的可移动核心；以及冷却机构，其用于冷却该经压缩的熔融模制材料，以将该保护膜层结合至该经冷却模制材料，从而形成该模制物品。

在第三方面中，提供一种用于IR触控式电子装置的IR兼容显示框架，该显示框架包括：框架本体，该框架本体包括外表面，该外表面具有在前边缘处或其附近终止的保护膜；以及光波导，其从该框架本体且朝向该IR触控式电子装置的本体突出，且其允许IR光穿过；该波导具有外壁，该IR光从该外壁射出该波导；其中该外壁与该前边缘之间以分模线偏移分隔开。

在某些应用中，分模线偏移可在0.2mm至0.4mm的范围内，或其他可能的尺寸。优选地，光波导与框架本体一体地形成。

具体而言，可提供一种包括如以上陈述中的任一者的显示框架的IR触控式电子装置。

显示框架的实例可为用于平板计算机或电子书、移动电话的带槽框及用于个人计算机或膝上型计算机的显示监视器或其他电子装置的框架。

在第二方面中，提供一种用于产生模制物品的模制设备，其包括：第一模具部件，其具有第一模具部件模制表面及在第一模具部件模制边缘处接合该第一模具部件模制表面的第一模具部件啮合表面；第二模具部件，其具有第二模具部件模制表面及在第二模具部件模制边缘处接合该第二模具部件模制表面的第二模具部件啮合表面；该第一模具部件及该第二模具部件能够在该模制部分可以从该第一模具部件或从该第二模具部件顶出的开放位置与该第一模具部件与该第二模具部件协作以形成模制腔室的闭合位置之间相对于彼此移动，且该第一模具部件啮合表面沿分模线与该第二模具部件啮合表面啮合；且其中在该闭合位置中，该第一模具部件模制边缘沿该分模线与该第二模具部件模制边缘之间以偏移分隔开。

鉴于该偏移，所描述的实施例能够实现光波导的更准确形成，这是由于可精确形成光学间隙。若模制物品包括嵌入物，则所描述的实施例可确保防止嵌入物突出超过某一位置，且也可在模制物品的设计需要光被阻挡而不射出装置的情况下确保光被如此阻挡而不能射出装置。

优选地，第一模具部件可包括可移动核心。第二模具部件模制表面可以被布置以紧固膜层。模制设备可进一步包括用于将IR兼容熔融模制材料注射至模制腔室中的注射通道。

优选地，第二模具部件可包括具有腔室壁的光波导腔室，腔室壁形成第二模具部件模制表面的部分，该腔室壁被布置以在第二模具部件边缘处接合第二模具部件啮合表面。

应了解，与一个方面相关联的特征也可与其他方面相关联。

附图说明

现将参看附图描述例示性实施例，其中：

图1为用于具有触摸屏的电子装置的显示框架的透视图；且

图2为图1的显示框架的示意图；

图3显示图2中的显示框架的放大部分AA且描绘该显示框架的横截面轮廓；

图4为图2的显示框架的底面视图；

图5为用以显示光波导的图4的部分BB的放大图；

图6为图3的截面轮廓的视图；

图7为图6的部分DD的放大图；

图8为描绘用于模制图2的显示框架的通用过程流程的流程图；

图9显示用于执行图8的模制方法的注射成型设备且包括上模具部件及下模具部件；

图10示出定位于图9的下模具部件的下模具腔室上方的膜层；

图11示出被降低且紧固至下模具腔室的图10的膜层；

图12示出移动至初始模制位置以在上模具部件与下模具部件的间产生偏移的图9的上模具部件及下模具部件；

图13为用以更清晰地显示偏移的部分EE的放大图；

图14显示在上模具部件与下模具部件处于用以压缩熔融材料的位置的情况下的图 12的注射成型设备；

图15显示被原位冷却以形成模制物品的图14的经压缩的熔融材料；

图16显示移动至开放位置且其中模制物品黏着至上模具部件的图15的注射成型设备；且

图17显示从上模具部件顶出的模制物品。

具体实施方式

图1为根据本发明的实施例用于通常称作电子书的电子装置的显示框架200的透视图，电子书使得用户能够储存并观看电子文件。显示框架200被布置以被安装至电子书的装置本体(未示出)且环绕电子书的红外线触摸屏102的边缘，以限定用于显示电子信息的观看区104。

红外线触摸屏102允许用户与电子书的所显示内容交互，且红外线触摸屏102包括布置于显示框架200的框架本体208下方的红外线LED传输器及检测器对的阵列(未示出)。X-Y红外线LED传输器及检测器对的阵列被布置以恰好在屏幕表面上产生红外线栅格，且当红外线栅格被干扰(例如，藉由手指在红外线触摸屏102上触摸)时，由检测器拾取干扰的准确位置。

鉴于以上，显示框架200包括光学间隙204(参见图7)，以允许由LED传输器辐照(且由对应的检测器接收)光。然而，随着对较扁平或较薄装置的需要，急需减少显示框架的厚度，且此导致减少最佳光学间隙以及显示框架200的厚度的更大挑战。

图2为图1的显示框架200的稍微减小的示意图。图3为图2的显示框架200的部分AA的放大图，其描绘显示框架200的横截面轮廓206。如从横截面轮廓206所示，显示框架200包括框架本体208及结合至框架本体208的嵌入物210。

图4示出图2的显示框架200的底面视图，且图5为图4 的显示框架200的部分 BB的放大图。图5也说明图3中所示出的横截面轮廓206，但不言而喻，横截面轮廓 206在图5中被展示为倒置。如图4及图5中所示出的，框架本体208包括内边缘212 及内边缘212的远端处的外边缘214。框架本体208包括从内边缘212突出的具有波形轮廓217的光波导216。框架本体208包括在光波导216与外边缘214的间形成的槽道 218。LED传输器的阵列以预定间隔设置在外边缘附近以发射红外线(IR)光束，且槽道 218被布置以允许IR光穿过至光波导216，且IR光被布置以经由内边缘212射出波导 216(参见图5中的方块箭头CC)。

图6展示图3的横截面轮廓206(其也显示于图5中，但为倒置的)，且应了解，嵌入物210被结合至框架本体208的顶部表面220，且嵌入物210用以提供以此阻止来自 LED传输器的光射出显示框架(除了所要情况之外)的构件。因此，嵌入物210应覆盖按需要的量的显示框架200的曝露的表面积，且不覆盖更多。实际上，如为图6的部分 DD的放大图的图7中所显示，嵌入物210在前边缘221处或其附近终止，前边缘221 沿实质上垂直于图7中所示出的内边缘212的垂直轴的纵轴225，与内边缘212以分模线偏移223被间隔开。若嵌入物210不是准确地结合至框架本体208，则此可能影响光学间隙204，其可随后阻碍由LED传输器进行的光束的传输及/或在光不应射出显示框架的情况下致使光射出显示框架。在本实施例中，光学间隙204为大约0.935mm。

图8为示出用于生产显示框架200的制造过程500的流程图，且图9至图17显示在制造过程的不同阶段下的注射成型设备600。

如图9中所展示，注射成型设备600包括上模具部件602及被布置成与上模具部件602对置的下模具部件604。下模具部件604包括下模具腔室606，下模具腔室606具有实质上对应于显示器框架的壁厚度的腔室深度608。在此实施例中，注射成型设备600 包括用于使上模具部件602相对于下模具部件604移动的液压机构(未示出)。上模具部件602包括可移动核心610，且将稍后解释此可移动核心610的目的。

在此实施例中，腔室深度608为约2mm(但其他值是可能的，例如，从0.3mm至1.20mm)，且下模具前啮合表面624a低于下模具后啮合表面624b，以限定如图10中所显示的光学间隙缝(optical clearance gap)609，光学间隙缝609最终形成图7的显示框架的光学间隙204。在此实施例中，光学间隙缝609为约0.935mm(但可选择其他值，诸如0.50mm至2.00mm)。

注射成型设备600也包括注射通道及热流道阀门针，且此等部分不显示于附图中，这是由于这些为本领域中熟知的。

在图8的步骤502处，注射成型设备600启动液压机构以使上模具部件602相对于下模具部件604移动至开放位置，如图9中所显示。应了解，上模具部件602包括设置于可移动核心610处的上模具部件模制表面616及上模具部件啮合表面618。在此实施例中，上模具部件啮合表面618包括上模具前啮合表面618a及上模具后啮合表面618b，且上模具前啮合表面618a具有上模具部件模制边缘620，其为最接近上模具部件模制表面616的外边缘。下模具部件604包括下模具部件模制表面622及下模具部件啮合表面 624。下模具部件啮合表面624包括下模具前啮合表面624a及下模具后啮合表面624b，其中下模具前啮合表面624a被布置以在下模具部件模制边缘626处接合下模具部件模制表面622。

接着，在步骤504处，将膜层628定位并固定到下模腔606上抵靠下模具部件模制表面622，如图10及图11中所展示，且应了解，膜层628在制成成品中(即，在膜层 628被结合至框架本体208时)变成嵌入物210。

在步骤506处，注射成型设备600启动液压机构以调整上模具部件602与下模具部件604之间的相对位置。具体而言，朝向下模具部件604来移动上模具部件602，直至上模具部件啮合表面618在初始模制位置处与下模具部件啮合表面624啮合以形成分模线630为止，且上模具部件模制表面616与下模具部件模制表面622协作以限定模具腔室606的形状及大小，如图12中所显示。应了解，也由抵靠下模具前啮合表面624a而啮合的上模具前啮合表面618a和抵靠下模具后啮合表面624b而啮合的上模具后啮合表面618b来限定初始模制位置。

应了解，在上模具部件602与下模具部件604之间存在偏移632，如由上模具部件模制边缘620相对于下模具部件模制边缘626对准时发生的偏差所限定。在此实施例中，偏移为0.2mm，且此偏移被更清晰地显示于图13中。应明显的是，这将产生图7中所示出的分模线偏移223。

在图12中所显示的初始模制位置中，上模具部件602的可移动核心610与下模具部件模制表面622之间由下模具腔室及压缩缝633隔开。在此实施例中，压缩缝633为0.3mm。以液压方式、气动方式或由伺服马达开启一个或多个热流道阀门针(未示出)，且如步骤508中所示出，熔融材料开始注射。在此实施例中，在步骤510处经由注射通道(未示出)在103mpa的压力下且以135mm3/秒的注射速度将约36cm3的所限定体积的熔融塑料注射至模具腔室606中，以允许熔融塑料接触膜插入物628。在此实施例中，在31cc/秒的速率下注射模制材料。

接着，在步骤512处，在100mm/秒的预限定速度下且在1000KN的预限定力下，使承载上模具部件模制表面616的可移动核心610朝向模具腔室606移动至0mm的预限定的最终位置，以压缩熔融材料使其抵靠膜层628。换句话说，将可移动核心610相对于上模具部件602移动至中间模制位置以压缩熔融材料，如图14中所显示。在约0.6 秒的间隔内完成注射及压缩的整体制程。在步骤506中的模具闭合期间，沿分模线630 的偏移632会提供阻止膜插入物628移动的功能，且此会防止膜插入物628不必要的移动。当腔室空间606被完全填充有熔融塑料材料且因此达到最终零件厚度(包括形成精细细节，诸如光波导216)时，压缩停止。

在步骤514处，注射成型设备600开启冷却机构(未示出)以原位将经压缩熔融塑料材料冷却至约60℃的温度，如图15中所显示(即，当将可移动核心610保持在经压缩的位置中时)，且这使得膜插入物628能够与塑料材料结合以便形成模制物品634。

在步骤516处，上模具部件602及下模具部件604开放，且模制物品634黏着到可移动核心610，如图16中所显示。接着，启动顶出销(未图示)，以在步骤518处顶出模制物品634，且机器人臂抓住模制物品634，如图17中所显示，且在步骤520处，机器人臂承载模制物品634且将模制物品634释放至输送机，用于进一步处理和/或质量检查，模制物品634随后变成显示框架200。

应了解，图8的制造过程(特别是，步骤508至512)在高速、高压及高力下进行，且取决于模制物品的大小，在少于1秒内完成。在此实施例中，例如，这些步骤可在约 0.6秒内完成。

基于所描述的使用注射压缩的实施例，有助于生产具有最小缩痕及薄壁塑料零件的光波导。这由以下三个“交错同时”移动来执行：

(1)第一移动为经由热流道阀门系统穿过核心将热塑料材料注射至开放腔室空间中。

(2)第二移动(其在第一移动即将结束的际但在第一移动完成之前开始)为在注射预限定的塑料材料之后尽可能快地滑动回模具核心板并关闭阀门系统。

(3)第三移动为向前移动核心并压缩注射塑料材料，直至实现最终零件壁厚度为止。

所描述实施例能够使模制物品634上的缩痕最小化，且能够实现薄得多的模制物品 634，诸如壁厚度为0.30mm至1.20mm。此外，也可以使模制物品中由于塑料树脂的传统高速注射成型而经常存在的应力最小化。所描述的实施例也使最终模制物品的变形、弯曲、扭曲及失真最小化。

鉴于沿分模线630的偏移632，所描述的实施例能够实现光波导216的更准确形成，这是由于可精确地形成光学间隙204。若模制物品634包括嵌入物210，则所描述的实施例可确保防止嵌入物210突出超过某一位置，且也可在光不应射出显示框架200的情况下确保阻止光射出显示框架200。

在注射成型方法500中，模制物品634(诸如，显示框架200)可在单一处理步骤(被称为“单点”(single shot)工艺)中与光波导216一起形成为单一整合式部分。也应了解，可存在彼此间隔开的许多光波导，但是，这些光波导可以类似方式与框架本体208一体地形成。栅格的光源对于人眼可能是不可见的(小于380nm或大于780nm)，或者栅格可由人眼可见的光(380nm至780nm)所形成。LED传输器及检测器对的阵列的布置可以在预定方向上，不论是侧向、垂直或在任何预定义方向，或者仅配置至三维部分表面上。

这样的电子书可提供其他功能。例如，电子书可使用人眼可见且使用内置于框架本体208中的光波导的光源来照明(开关接通和断开)显示框架的外周边和/或内周边，或者基于所执行的功能或向用户显示在装置上的消息来照明(点亮及熄灭)框架本体208上的符号。

基于所提议的方法，可实现更准确且更小的光学间隙204。以此方式，来自LED传输器的光束能够穿过光波导216且射出光波导216，以形成跨越触摸屏104的表面的相应光束，且光束会进入在框架202的另一侧上的对应检测器。以此方式，形成红外线栅格。若光束中的一个在其来源与检测器之间被中断，则检测器及其电子器件会将这样的中断转换成电信号，所述电信号可以开始或停止一或多个功能、或用以执行一或多个功能或使一或多个功能自动化。

红外线栅格的精确度由产生红外线栅格的光波导之间的间隔及方向所限定，且可在在从小于1mm至任何指定尺寸的范围内变化。此栅格的功能为一侧充当光束源且相对侧充当此辐射的传感器(即，检测器/接收器)。内置于框架202中的光波导为光束源(可见或不可见)与其在塑料零件的一侧的塑料表面上的出射点之间的物理连接，以及与塑料零件的相对侧的塑料表面上的出射点之间的物理连接，其中在塑料零件的相对侧上，相同光束会进入限定的第二光导中，并且其为到传感器(接收器)与其电子器件的实体连接。

嵌入物210与塑料树脂的结合也强化了且改进了显示框架的结构硬度，并且从而使得显示框架能够更薄。换句话说，嵌入物210或膜628可载有装饰、纹理或触感设计，和/或提供对显示框架的结构加强。

所描述的实施例不应被解释为限制性的。例如，电子书可使用红外线(IR)光或可见光或其他非可见光源来产生光栅格。另外，模制物品634可以不是显示框架200，以及模制物品634可以是用于电子交互式显示设备的框架，电子交互式显示设备诸如电话(例如，智能手机显示器)、个人计算机(例如，计算机监视器或屏幕)、机动车辆或飞机中所使用的电子平板计算机或交互式显示设备(例如，汽车或飞机上的GPS屏幕、娱乐或信息娱乐显示设备)等。

在所描述的实施例中，分模线偏移223被指示为0.2mm，但这可在0.2mm至0.4mm 的间变化。

在现已完全描述本发明之后，对本领域普通技术人员来说应该明显的是，在不脱离如所主张的范围的情况下可对本发明作出许多修改。

Claims (10)

1.一种生产用于IR触控式电子装置的IR可透射显示框架的注射成型方法；所述方法包括：

(i)提供第一模具部件，所述第一模具部件具有第一模具部件模制表面和第一模具部件啮合表面，所述第一模具部件啮合表面在第一模具部件模制边缘处接合所述第一模具部件模制表面，和

提供第二模具部件，所述第二模具部件具有第二模具部件模制表面和第二模具部件啮合表面，所述第二模具部件啮合表面在第二模具部件模制边缘处接合所述第二模具部件模制表面，所述第二模具部件还包括可移动核心；

(ii)将膜层紧固至第一模具部件模制表面；

(iii)将所述第一模具部件与第二模具部件的相对位置调整成初始闭合模制位置，以限定模具腔室，并且其中所述第一模具部件啮合表面沿分模线与所述第二模具部件啮合表面啮合；

(iv)将熔融模制材料注射至所述模具腔室中，以使得所述熔融模制材料接触所述膜层；

(v)移动可移动核心，以压缩在所述模具腔室中的所述熔融模制材料；以及

(vi)冷却所述经压缩的熔融模制材料，以将所述膜层结合至所述经冷却的模制材料，从而形成所述模制物品；其中所述第二模具部件包括具有腔室壁的光波导腔室，所述腔室壁形成所述第二模具部件模制表面的部分，所述腔室壁被布置以在第二模具部件边缘处接合所述第二模具部件啮合表面；其中所述熔融模制材料是IR可透射的。

2.如权利要求1所述的注射成型方法，其中步骤(iii)包括在31cc/秒的速率下注射所述模制材料。

3.如权利要求1或2所述的注射成型方法，其中步骤(v)包括将所述经压缩的熔融模制材料冷却至60℃的温度。

4.一种用于IR触控式电子装置的IR可透射显示框架，所述显示框架包括：

框架本体，其包括外表面，所述外表面具有在前边缘处或其附近终止的保护膜；以及

光波导，其从所述框架本体突出且朝向所述IR触控式电子装置的本体，且其允许IR光穿过；所述波导具有外壁，所述IR光从所述外壁射出所述波导；

其中所述外壁与所述前边缘以分模线偏移间隔开。

5.如权利要求4所述的IR可透射显示框架，其中所述分模线偏移在0.2mm至0.4mm的范围内。

6.如权利要求5所述的IR可透射显示框架，其中所述光波导与所述框架本体一体地形成。

7.一种IR触控式电子装置，所述IR触控式电子装置包括如权利要求4至6中任一项所述的显示框架。

8.一种可操作以生产用于IR触控式电子装置的IR可透射显示框架的模制设备，所述模制设备包括：

第一模具部件，其具有第一模具部件模制表面和第一模具部件啮合表面，所述第一模具部件啮合表面在第一模具部件模制边缘处接合所述第一模具部件模制表面；

第二模具部件，其具有第二模具部件模制表面和第二模具部件啮合表面，所述第二模具部件啮合表面在第二模具部件模制边缘处接合所述第二模具部件模制表面；

所述第一模具部件及所述第二模具部件能够在所述模制显示框架可以从所述第一模具部件或从所述第二模具部件顶出的开放位置与所述第一模具部件与所述第二模具部件协作以形成模制腔室的闭合位置之间相对于彼此移动，且所述第一模具部件啮合表面沿分模线与所述第二模具部件啮合表面啮合；且其中在所述闭合位置中，所述第一模具部件模制边缘沿所述分模线与所述第二模具部件模制边缘以偏移间隔开；并且其中所述第二模具部件包括具有腔室壁的光波导腔室，所述腔室壁形成所述第二模具部件模制表面的部分，所述腔室壁被布置以在第二模具部件边缘处接合所述第二模具部件啮合表面；其中所述模制设备还包括注射通道，所述注射通道可操作以将IR可透射熔融模制材料注射至所述模制腔室中。

9.如权利要求8所述的模制设备，其中所述第一模具部件包括可移动核心。

10.如权利要求8或9所述的模制设备，其中所述第二模具部件模制表面被布置以紧固膜层。

Images