CN1089666C - 密封主体及盖子的制作方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种制作密封主体及盖子的方法及装置。此方法包括的步骤有：在第一模具零件与第二模具零件之间限定一个模具腔；将熔融材料注入模具腔从而由熔融材料成形主体和盖子；和将第一模具零件从第二模具零件侧缩回以便将第一模具零件与主体及盖子分隔开。此后，在主体和盖子处于其材料未完全固化的温度下，应用机器手至少啮合主体，并应用机器手将主体移入压盖装置。接着，通过将盖子移至与主体啮合，密封主体以形成不泄漏密封。

Description

密封主体及盖子的制作方法及装置

本发明涉及一种制作及密封一件盖子及主体组合件的装置及方法。更为具体地说，本发明涉及一种方法，其特征在于，盖子和主体组合件被模压，并在主体和盖子的塑料尚未完全固化时被移至压盖装置，然后通过关闭盖子被密封。

本发明涉及的此类型密封塑料主体通常为注塑塑料主体，它们具有塑料盖子，用于以基本气密的密封对主体加以密封。这样的主体例如为乳制品工业中采样用的小瓶，或具有盖子的其它容器。盖子可是或可不是整体地与主体相连接的。

过去这类密封主体的制作是首先模压主体和盖子，然后分别进行消毒和将盖子密封至主体上。为对主体内侧进行消毒及将盖子密封至主体上，已知需将盖子和主体在无菌状态下进行加热和密封。

美国专利4783056披露了一种将盖子密封在小瓶上的实施方法，它包括一台模具，此模具具有若干运动零件，在其中小瓶可在同一装置进行模压和密封。成形和密封无菌小瓶的这一方法消除了在无菌状态下密封小瓶的附加步骤，因为密封是在小瓶仍热得足以保持小瓶必要的塑性和消毒性的状态下，在模具中直接进行的。但是，此方法要求采用具有运动零件的模具，以便将盖子封闭和密封在小瓶上。

本发明涉及一种制作及密封具有不泄漏密封的盖子和主体的方法，在此方法中，当主体材料尚未完全固化时，主体从制作它的模具中被转送至压盖装置。应用机器手将主体从模具中移出，并转送至压盖装置，在此压盖装置中，在盖子和主体材料完全固化前将盖子放置在主体上，以便在主体和盖子之间建立一种不泄漏的密封。

更具体地说，本发明涉及一种制作密封主体和盖子的方法，该方法包括的步骤有：在第一模具零件和第二模具零件之间限定一个模具腔；将熔融材料注入模具腔中从而由熔融材料成形主体和盖子；以及从第二模具零件侧缩回第一模具零件，以便使第一模具零件与主体及盖子分开。此后，在主体和盖子处于其材料未完全固化的温度时，应用机器手至少啮合主体，并用机器手将主体移入压盖装置。接着，通过将盖子移至与主体啮合，密封主体以形成不泄漏密封。

根据发明的另一方面，制作具有盖子的密封主体的装置包括一台模具、机器手和压盖装置。模具具有第一模具零件、第二模具零件以及成形于第一和第二模具零件之间的模具腔。注射装置，该注射装置用于将熔融材料注入模具腔以成形主体和盖子。缩回装置，该缩回装置将第一模具零件从第二模具零件侧缩回，以便将第一模具零件与主体及盖子分开。机器手成形为能啮合主体和盖子，并将主体和盖子从模具移至压盖装置。在主体和盖子处于主体和盖子的材料未完全固化的温度下，压盖装置将盖子密封在主体上。

以下将根据附图更为详尽地对发明加以说明，其中相同零件标以相同标号，其中：

图1是本发明一个实施例的局部剖面的侧视图；

图2是本发明一个实施例的模具的局部剖面的侧视图，模具处于打开位置，而机器手位于接受主体和盖子的位置；

图3是模具最佳实施例的局部剖面的侧视图；

图4是本发明提出的主体和盖子的剖面图。

请参看图1，本发明的最佳实施例包括一台用于成形密封的主体和盖子的模具10，一个用于传送主体的机器人12，以及一个将盖子密封地装在主体上的压盖装置14。

本发明的装置和过程可用于制作各种主体，包括瓶子、小瓶、喷嘴或要求不泄漏密封的任何其它容器。发明将相对小瓶根据附图和说明加以解释。不过应清楚，本发明的过程和装置对具有不泄漏塑料密封的任何主体都同样适用。

如由图3和4可最清楚的看到，小瓶16最好是具有一体成型底部的圆柱形。设置的盖子18适用于以基本气密封接将小瓶加以密封封闭。盖子18最好以小法兰20一体地与小瓶16相连接。小瓶16和盖子18最好由热塑材料在模具10中注塑而成。

盖子18包括一个圆形、平面的中央部分22，它具有一个从其外边缘垂直伸展的凸缘24。凸缘24预定被用于密封地装配在小瓶16外壁28的上边缘26上。在盖子凸缘24的内侧可成形有脊30以加强盖子18对小瓶16的密封。

如图4所示，小瓶16具有一条围绕小瓶16周边而延伸的环形脊66。脊66和小瓶16的上边缘或轮缘26处的光滑过渡表面形成与盖子18互锁的环形区域。

请特别参考图2和3，模具10主要包括一件由一块端板或端模具零件32、一块中间块34、以及一块脱模板或内模具零件36构成的第一模具零件，和一件由中央部分38构成的第二模具零件。第二模具零件设置在模具框架40上。

中间板34借助螺栓或其它合适的紧固装置(未表示)与端板32相连接。当模具10处于初始位形时，脱模板36设置在位于一侧的中间板34和位于另一侧的中央部分38之间。

设置了压紧装置(未表示)，该压紧装置既用于以注射过程期间的预定压力将所有三块板32、34、36倚靠着框架40而夹持，又用于在小瓶16已被注射后，将端板和中间板32、34从框架40中退出。螺栓42以螺纹啮合脱模板36，并被设置成其头部44位于端板和中间板32、34中的腔46内。腔46的突肩48设计成用于在端板和中间板32、34从脱模板36移开约一英寸之后啮合螺栓头44。螺栓头44与突肩48的接触阻止脱模板36再进一步与端板和中间板32、34分开。

腔50成形于板32、34、36之内，而一个诸如发红压模弹簧的弹簧52则当模具10关闭时，在受压状态下设置于腔50之内。弹簧52的作用是在脱模板36和端板与中间板32、34之间施加一个推斥力。

因此，当端板和中间板32、34被压紧装置从框架40内拉出时，在板32、34移动的第一英寸期间，弹簧52将以降低的力夹持脱模板36倚靠在框架40上。在移动约一英寸后，螺栓头44将接触腔的突肩48，于是脱模板36将被压紧装置从框架40中拉出。

假如脱模板36与中间板34之间的分隔距离基本大于1英寸，则在弹簧52中产生不希望有的应力。这些应力可导至弹簧52的过早损坏。

一根杆54被紧固在中间板34内，并通过脱模板36中的开口56伸入位于模具10的框架40中的孔58。杆54使板32、34、36在模具打开和关闭期间能相互保持对准，并与模具10的框架40保持对准。一旦设置这样的杆装置，则最好设置在模具10的每一角上。

第一型芯60是这样的安装在中间板34之内，从而可通过脱模板36中的第一开口62突入模具10的中央部分41内的凹腔中。第一型芯60形成了一个模具表面用以在模压过程期间形成小瓶16的内侧壁64。第一型芯60和模具的中央部分38一起形成一个模具腔，小瓶16在其中形成。

第二型芯72是这样的安装在中间板34之内，从而可通过脱模板36中的第二开口74而突出。第二型芯72的底部76包括形成小瓶瓶盖18内侧表面的模具表面。在第二型芯72的底部76中设置有凹陷80用以形成一个从小瓶瓶盖18的内侧表面78突出的环形密封件82。在美国专利4783056中较详尽地说明了第一和第二型芯60、72，该专利本文已加以参考引用。

如图4所示，盖子18的密封件82具有内边缘84和外边缘86，它们基本垂直小瓶盖18的内侧表面78。密封件82的端表面88互连内边缘84与外边缘86，并与边缘相交成约45°的角度。

密封件82与盖子轮缘90相结合形成一个环形区域用以与小瓶16上的互锁环形区域相互锁紧。环形密封件82适用于至少部分装配在小瓶壁28的上边缘26内。端表面88是倾斜的，以便引导小瓶壁的上边缘26进入成形于密封件82与外盖轮缘90之间的环形间隙94。

小瓶16的环形凸缘26设计成用于装配在间隙94内。当小瓶在小瓶材料完全固化之前被关闭时，在盖子18和小瓶16的各个啮合部分之间形成一个防泄漏的密封。

现请参看图3，模具10的中央部分38装配在框架40的凹腔中。中央部分38具有一个基本为圆柱形的凹腔，其壁的表面用于形成小瓶16的外壁。环形水通道96围绕其外周边而伸展，水通过这些通道而循环以加强模压过程期间的冷却。O形环98设置于通道96附近以保持围绕它们周围的密封性。

端板32具有一条由此通过而伸展的水通道100。水通道100与纵向通过第一和第二型芯60、72而伸展的水通道102相互连接。O形环104设置在型芯60、72的水通道102与端板32的水通道100互连处的邻近，以便强化其间的密封。水通道96、100、102促进模压过程期间模具的冷却。

位于模具10的框架40之内、紧邻第一型芯60的底部的是浇注口106，熔融塑料通过它注入至模具10中。浇注口106的直径最好约为0.06英寸，并选择成使塑料得以按合理可能快的速率注入模具10中。通气口108在注射塑料时通过使模具10中存在的空气逸出，从而促进塑料的快速注射。

位于模具10的框架之内、紧邻第一型芯底部的还有一个管阀110，它用于在小瓶已冷却至足以保持其形状，但仍未完全固化时，将小瓶16从模具10中排出。管阀110可如图所示地为一空气管阀，或为一机械推动器。管阀110最好相对小瓶16倾斜地设置，这样，在排出小瓶时不会在小瓶表面留下痕迹。

在模具10的运转中，端板、中间板和脱模板32、34、36被压紧装置(未表示)以约为15吨的压力倚靠模具10的框架而夹持。然后，熔融塑料通过浇注口106以约为15吨的压力注入，以形成小瓶16和盖子18。

在一个所示最佳实施例中，注入的小瓶得以冷却约6秒钟，其间其温度从约550°F降至约100°-120°F。小瓶16降低的具体温度可根据小瓶的尺寸和类型加以改变，但应足够冷却，从而塑料将保持其形状，并足够热，从而塑料没有完全固化。水通过模具10的水通道96、100、102而循环，以便加速小瓶16和盖子18的冷却。

当小瓶16和盖子18显著冷却的，端板32和中间板34从模具10的框架40退出。如上所述，当端板和中间板32、34开始从框架40移出时，弹簧52作用于脱模板36和端板32之间，以便将脱模板36抵靠框架40而加以夹持。在端板和中间板32、34脱开脱模板36约一英寸后，螺栓42的头部44与端板和中间板32、34内的腔46的突肩48相啮合，将脱模板36从框架40拉开。杆54在它们相应的开口56和孔58内导行，以便在板32、34、36与框架40分开期间，使三块板32、34、36与框架40保持对准。装配至中间板34上的第一和第二型芯60、72与板32、34、36一起从框架40移开。

板32、34、36和框架最好安装在平行轨道(未表示)上，这样，即使在打开模具时，它们仍位于对准位置。如图2所示，板从框架移开一个显著距离后，机器手112的一部分得以在板32、34、36与框架40之间向下移动，将小瓶16从模具10中移走。

虽然本发明是相对具体模具加以说明的，但应认识到，也可应用其它类型的模具以成形本发明提出的主体和盖子。

如图1所示，机器人12至少设置成具有三个自由度以便将小瓶16从模具10移至压盖装置14。机器人12包括一只机器手112，它具有一块连接至下端的板114。在图1中位于上升位置的机器手112可在垂直指向的轨道116上垂直移动。机器手112的垂直运动使板114得以向下降低至这样的一个位置上，在此位置上板114直接位于放置在模具中央部分41的小瓶子16的前面。或替代之，机器人12能布置成得以从模具10的侧面移走小瓶。

机器人12还设置有水平指向的轨道118，在此轨道上，机器人12从模具10以上的位置A移至压盖装置14以上的位置B。机器手112设置有一根枢轴120，其轴线平行水平指向的轨道118，因而板114可至少枢轴转动90°。适用于实施将小瓶从模具10快速移至压盖装置14的作用的机器人装置的一个实例是W312机器人，它是由卫特曼机器人和自动化系统公司生产的。

如图2所示，在机器手112端部上的板114包括安装于其上的第一和第二抽气凹形座122、124。第一抽气凹形座122的尺寸及形状能装配在小瓶16的盖子18之内，并与之接触。第一抽气凹形座122的侧边126最好从抽气凹形座的中心从离开板114的方向向外倾斜。而第二抽气凹形座124则成形成能装配在小瓶16的上轮缘26之内，并与之啮合，第二抽气凹形座124与第一抽气凹形座122相隔一个适当的距离。第二抽气凹形座124的侧边128最好从离开板114的方向向内朝着抽气凹形座的中心倾斜，这样，第二抽气凹形座124将容易地装配在小瓶的上轮缘26之内，而不会损坏小瓶。抽气凹形座122、124最好由一种特别柔韧的塑料材料制成，这种材料要比小瓶16和盖子18的材料更柔韧，这样，抽气凹形座122、124就不会损坏小瓶和盖子。

设置了一个真空源(未表示)，一条真空线路130将真空源与抽气凹形座122、124中的每一个相连接。应意识到，虽然在此最佳实施例中应用了两个抽气凹形座，但其它或在小瓶16或在盖子18中应用单个抽气凹形座的实施例也属于发明的范围。

虽然已说明的抽气凹形座是作为啮合小瓶的最佳装置提出的，但其它啮合装置也可应用，只要它们不会扎破或以其它方式损坏小瓶。抓钳就是这样一种啮合装置，它抓紧小瓶16的上边缘26。

运行中，机器手112沿垂直轨道116向下滑行，直至板114处于这样的位置，即抽气凹形座122、124与小瓶16和盖子18相对准。然后驱动模具10的管阀110以便将小瓶16从模具10中射出。从模具10中射出的小瓶16被板114全部制止。真空源或在管阀110驱动后立即驱动，或与管阀110同时驱动。接着，板114从模具框架40移出，以便将小瓶16完全从模具10的中央部分41移走。板从中央部分41移出从而将小瓶从模具中完全移走的这一运动也可通过机器手112围绕枢轴120转动加以完成，但在此情况下，小瓶将略为弯曲。可替换的是，可设置一台机器人装置将小瓶从模具10的中央部分41移走，这台机器人装置具有附加的运动自由度，从而使小瓶16得以沿着小瓶16的轴线移走。

一旦小瓶16完全从模具框架40的中央部分41移走时，装有小瓶16的板114从模具10垂直移走。然后机器人12沿着水平轨道118移走，将小瓶16运送至压盖装置14。接着借助板114围绕枢轴120的转动将小瓶16转入垂直位置。然后，借助沿着垂直轨道116移动机器手112将垂直放置的小瓶16降低进入压盖装置14的夹持器132。如图1所示的模具10、机器人12和压盖装置14的定向是为了方便。但是，只要不偏离发明的范围，也可应用其它定向。

为了在防泄漏的盖子和小瓶之间设置密封，盖子18必须在塑料尚未固化之时与小瓶轮缘26装配在一起。在塑料尚未固化时将盖子密封至小瓶上，使盖子和小瓶得以相互贴合，形成要求的防泄漏密封。但是，在塑料未充分冷却之前，不能将盖子放置在小瓶上，这样，盖子和小瓶才不会相互熔融成一体。盖子的过早封口会引起盖子永久性地被固定，从而不能装卸。

必须在特定的时间窗口内将小瓶从模具中移出，并将其移至压盖装置，此时塑料已足够硬化，因而可以移动，但不会使小瓶16变形，同时塑料还尚未完全固化。根据小瓶的不同材料以及其不同的尺寸和形状，此时间窗口也将改变。在某些塑料固化之前，时间是可能长达2分钟，但是较好的是在成形一分钟内对小瓶加以密封。最好是在一个45秒钟的时间窗口内成形、移动并封闭小瓶。

如图1所示，压盖装置14用于在这样的时间窗口内将盖子18封闭至小瓶16上，在此时间窗口内小瓶16和盖子18的塑料已足够硬化以承受移动，但尚未完全固化。小瓶夹持器132设置有两条或多条臂134，它们最好由气动汽缸(未表示)加以操作。但是应认识到，一种机械机构也可用于打开和关闭臂134。

在小瓶夹持器132附近放置了一台转动升降机136，用以封闭小瓶16的盖子18。图1所示的升降机136位于打开位置与封闭位置之间的半路位置上。升降机136设置有一个传动装置138，它可以或是气动传动装置，或是马达从动传动装置。根据本发明的最佳实施例，设置了一股或多股受控空气射流(未表示)，它们至少在升降机臂的一个表面上起作用。

在小瓶夹持器132之下设置了一台输送装置用以运送纸箱142，这样，密封的小瓶就可直接跌落至纸箱142中。根据本发明的最佳实施例，升降机136设置有一台传感器，它检测在什么时候升降机136将盖子18密封至小瓶16上。根据传感器发出的信号，小瓶夹持器132的臂134移动分开，将经密封的小瓶16跌落至等候的纸箱142中。

虽然本发明是根据其特定实施例加以详细说明的，但对本技术的一般技术人员而言，显然不偏离本发明的精神和范围，还可有各种改变和修正以及可应用的等同物。

Claims (19)

1.一种制作密封主体及盖子的方法，该方法包括的步骤有：

在第一模具零件和第二模具零件之间限定一个模具腔；

将一种熔融的塑料材料至少注射至第二模具零件的一个模具腔中，从而由熔融材料成形主体和盖子；

将第一模具零件从第二模具零件侧缩回，以便使第一模具零件脱离主体和盖子；

应用机器手上的啮合装置在材料完全固化之前至少啮合主体和盖子中的一个；

从模具中移走主体和盖子；

在主体和盖子处于材料未完全固化的温度下，应用机器手将主体和盖子移入压盖装置；以及

在材料完全固化之前在压盖装置中密封主体，借助将盖子移至与主体相啮合以便在材料完全固化前形成防泄漏的密封。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，啮合步骤包括：

应用机器手在第一模具零件和主体之间插入一个接受装置；

将主体部分地从模具中射出，直至主体和盖子啮合接受装置；和

应用机器手将主体从第二模具零件中完全移出。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，射出步骤包括驱动模具中的管阀。

4.根据权利要求2的方法，其特征在于，插入在第一模具零件和主体之间的接受装置为一块板，在其上至少具有一个抽气凹形座。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，射出步骤包括驱动真空源，该真空源至少与一个抽气凹形座相连接。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，该方法还包括一个步骤，即在缩回步骤之前，将小瓶冷却至这样的温度，此时材料将保持其形状，但没有完全固化。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，密封步骤包括枢轴转动一件枢轴零件，以便相对主体移动盖子，从而引导盖子与主体进行啮合以形成防泄漏的密封。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，该方法包括的步骤还有：

提供一种指示枢轴零件已将盖子密封在主体上的信号；和

根据信号，将已密封主体从压盖装置向下投放。

9.根据权利要求1的方法，其特征在于，抓紧、移动和密封步骤期间的小瓶温度约为100°-120°F。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，该方法包括的步骤还有应用抽气以通过啮合装置啮合所述的主体和盖子中的一个。

11.根据权利要求1的方法，其特征在于，啮合装置要软于材料。

12.根据权利要求1的方法，其特征在于，啮合步骤是在不损坏主体和盖子密封表面情况下进行的。

13.根据权利要求1的方法，其特征在于，主体和盖子成形成具有连接折叶。

14.根据权利要求1的方法，其特征在于，主体和盖子均由啮合装置加以啮合。

15.一种装置，用于制作密封主体及盖子，它包括：

一个模具，该模具具有第一模具零件、第二模具零件以及成形于第一和第二模具零件之间的模具腔；

注射装置，该注射装置用于将熔融材料注入模具腔以成形主体和盖子；

缩回装置，该缩回装置用于将第一模具零件从第二模具零件侧缩回，以便将第一模具零件与主体及盖子分开；

机器手，该机器手具有啮合装置，其形状能在主体和盖子完全固化之前至少啮合主体和盖子中的一个，以便在材料完全固化前，将主体和盖子从模具移至压盖装置；和

压盖装置，该压盖装置用于在主体和盖子处于主体和盖子的材料未完全固化的温度下，将盖子密封在主体上。

16.根据权利要求15的装置，其特征在于，该装置还包括：

一块板，该板安装在机器手上，用于啮合主体和盖子；以及

一个抓紧装置，该抓紧装置位于板上，用于或抓紧主体，或抓紧盖子。

17.根据权利要求15的装置，其特征在于，压盖装置还包括一对用于夹持主体的可移动臂，和一台将盖子移至与主体啮合的升降机。

18.根据权利要求15的装置，该装置还包括抽气装置，该抽气装置用以啮合所述主体和盖子中的一个。

19.根据权利要求15的装置，其特征在于，啮合装置软于未完全固化的材料。

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