JP2008506560A - 射出成形機及び射出成形方法 - Google Patents

射出成形機及び射出成形方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、特に、コールドチャンネル及びホットチャンネル技術に係る、射出成形樹脂材料(例えば、エラストマー材料)のための、射出成形機又は射出ユニット、及び、射出成形方法に関し、押出部、第1ピストン/シリンダユニット、及び、これに連続して設けた第2ピストン/シリンダユニットを備える。第1ピストン/シリンダユニットのシリンダは、樹脂を充填される射出成形金型から所定寸法離れて配置した第2ピストン/シリンダユニットの端部に導かれる。本発明において、エラストマー材料は、第1ピストン/シリンダユニットによって、まず、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダを通過して射出成形金型内に導かれ、そこで、第2ピストン/シリンダユニットのピストンが射出成形金型の流路を開放する。その後、第2ピストン/シリンダユニットのピストンは、第2シリンダ内に収容したエラストマー材料を射出成形金型内に供給するために、対応するシリンダ内に移動する。前記ピストンが後退すれば、エラストマー材料はコールドチャンネルノズルで加硫される。

Description

本発明は、コールドチャンネル及びホットチャンネル技術に係る射出成形機、特に、射出成形用の樹脂材料、さらにはエラストマー又は天然ゴム材料のための射出ユニット及び方法に関する。
一般に、コールドチャンネル技術において、幾つかの射出成形品が1つの射出成形工程で同時に形成されており、そこでは天然ゴム材料がコールドチャンネルブロックを介して導入され、各チャンネルは射出成形品のために金型内に設けた複数のキャビティにそれぞれ延びている。型開きの前に、射出成形機の射出ピストンは、コールドチャンネルから圧力を解放するために、後退させなければならないが、長尺な各チャンネルが材料の逆流を困難なものとしている。さらに、公知の射出成形機は、成形後、射出チューブチャンネルに無駄な材料が残留するという欠点がある。
ホットチャンネル方法では、材料が、射出チューブチャンネル及びチューブ状のノズルの壁面に残留し、新しい材料がこのチューブを通過することがよくある。速い剪断速度では、加硫材料からなるチューブが脱落し、ノズル及びランナーシステムをブロックする恐れがある。そこで、射出チューブを完全に空にすることを保証するため、実際には、先に、短い「予排出工程」を実行しなければならない。
ドイツ公開実用新案第7236994号公報には、射出シリンダ及びそこに移動可能に配置された射出ピストンを有する樹脂封止及び射出ユニットを備えた射出成形機が開示されている。樹脂封止及び射出ユニットの全体は、動的シリンダによって軸方向に移動可能に支持されている。射出ピストンは、両側に配置された2つのピストンに連結され、軸方向に移動可能に、射出シリンダの動的シリンダに支持されている。また、射出ピストンは、樹脂封止スクリューが回転可能に支持されるシリンダとして形成されている。樹脂封止スクリューは、モータと共に、射出ピストンのピストンが没入される動圧シリンダを介して射出ピストンに対して僅かに軸方向に移動可能である。
ドイツ公開特許第1917975号公報には射出成形機が開示されている。この装置は、ホッパーを介して樹脂封止シリンダ内に導入された射出材料で樹脂封止する際、スクリューがギアを介してモータにより回転する。シリンダ内で生成される排出圧力は、スクリューを、それが後端位置に至るまで、軸に沿って後方へと移動させる。スクリューの頭部は、バルブシートから離脱し、その結果、樹脂封止射出材料が、供給チャンネル及び射出チャンネルの枝から、同時に復帰するピストンによって増大するシリンダのキャビティ内へと充填可能となる。所望量の射出材料がシリンダ内に充填されれば、射出工程を実行することができる。
ドイツ登録特許第19538255号公報は、射出成形ユニットに関する。このユニットでは、射出チャンバー内に配設されたピストンが後退する際、ピストンによって樹脂封止用プラスチック材料が射出チャンバー内へと送り込まれる。
ドイツ公開実用新案第7236994号公報 ドイツ公開特許第1917975号公報 ドイツ登録特許第19538255号公報
本発明の目的は、改良された射出ユニット及び改良された射出成形方法を提供することであり、従来の欠点が回避され、特に、射出量が大きいとき、サイクルタイムを短くし、ノズルの出口で射出圧を高めることが可能となる。この目的は、クレームで定義された射出ユニット及びクレーム化された射出成形方法によって達成される。
本発明は、射出成形機に、第1ピストン/シリンダユニットと、そこに連続して搭載される第2ピストン/シリンダユニットとを備えるというコンセプトに基づいている。第1ピストン/シリンダユニットのシリンダは、充填される射出成形金型から所定寸法離れて配置される第2ピストン/シリンダユニットの端部へと導かれる。第2ピストン/シリンダユニットは現行の射出チューブと交換する。通常の射出ユニットとは違って、射出チューブ又は第2シリンダユニットは第2ピストン/シリンダユニットのピストンを完全に空とする。これにより、圧力による落下と、射出チューブ内での望まない材料の残留とが回避される。特に、天然ゴム材料を射出成形する本発明の射出ユニットは、コールドチャンネル技術のみならず、ホットチャンネル射出成形方法にも適している。
射出ユニットは、押出部、第1ピストン/シリンダユニット、及び、そこに連続して搭載される第2ピストン/シリンダユニットを備える。第1ピストン/シリンダユニットは、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダを介してエラストマー材料を射出成形金型内に導くのに適している。本発明の配置によれば、第2ピストン/シリンダユニットは、現行の一般的な射出チューブと交換することにより、樹脂材料が確実に射出チューブ内に残留しないようにする。これにより、特に、射出成形樹脂材料が、エラストマー材料が加硫する限界温度(約120℃)を超える、第2ピストン/シリンダユニット(特に、金型に面する第2ピストン/シリンダユニットの端部)の温度でも、射出成形機を操作でき、より短い射出サイクルが達成されるという利点を有する。第2ピストン/シリンダユニットは、エラストマー材料を第1ピストン/シリンダユニット単独よりも高い圧力で射出成形金型内へと導くことができるのに適しているのが好ましい。
好ましい実施形態において、2つのピストン/シリンダユニットはほぼ垂直であって、第1ピストン/シリンダユニットがほぼ水平で、第2ピストン/シリンダユニットがほぼ鉛直であるのが好ましい。2つのピストン/シリンダユニットは、転換ユニットによって互いに連結されているのが好ましい。第2ピストン/シリンダユニットのシリンダは迂回要素を貫通して延びているのが好ましい。第2ピストン/シリンダユニットのピストンは、少なくとも2つの大径部と、それらの間の小径部とを有するのが好ましい。大径部はピストンのスカート部とも呼ばれている。ピストンのスカート部の直径は、基本的に、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダの直径に一致している。
さらに、本発明の射出成形機は吐出/吸引ユニットを備え、そのユニットは少なくとも1つのピストン/シリンダユニットに連結されているのが好ましい。吐出/吸引ユニットは、第1ピストン/シリンダユニットとは反対側の迂回要素に設けるのが好ましい。給/排ユニットにより、少なくとも第2ピストン/シリンダユニットのシリンダのシリンダは、射出前に吸引することができ、吐出/吸引ユニットの吸引側連結部は射出後に清掃可能である。このため、残留材料を吸引連結部から排出するためのプランジャを備えるのが好ましい。プランジャは、同時に又は少し遅延して、排出された残留樹脂を、吐出/吸引ユニットにより第2ピストン/シリンダユニットから吐出させる。
本発明に係る射出成形機の押出部は、第1ピストン/シリンダユニットに配置できるのが好ましい。しかしながら、押出部と第1ピストン/シリンダユニットとは2つに分離した状態で配置することも可能である。
本発明の射出成形方法において、樹脂材料(例えば、エラストマー材料)は、まず、第1ピストン及び第1シリンダを備えた第1ピストン/シリンダユニットによって射出成形金型内に導かれ、その後、第2ピストン/シリンダユニットの第2シリンダを通過する。第1ピストン/シリンダユニットのシリンダは、射出成形金型から所定寸法離れて配置された第2ピストン/シリンダユニットの端部へと導かれる。これにより、第2ピストンは射出成形金型への流路を解放する。その後、第2ピストンは、第2シリンダ内に配置されたエラストマー材料を射出成形金型内に導くために、第2シリンダ内を移動する。エラストマー材料は、第1ピストン/シリンダユニット単独の場合に比べて高い圧力で、第2ピストン/シリンダユニットにより射出成形金型内に導かれるのが好ましい。第1ピストン/シリンダユニットの操作圧力は、例えば、約1500〜1800barの範囲とする一方、第2ピストン/シリンダユニットのピストンの圧力は、2500bar以上とすることができる。
その後、第2ピストンが収縮する。これにより、コールドチャンネルブロックの圧力をコールドチャンネル方法で解放することができる。すなわち、材料は、ノズルを通過してピストン/シリンダユニットのシリンダチャンバ内へと流動する。
本発明の射出成形方法の好ましい実施形態において、ピストン/シリンダユニット、特に、第2ピストン/シリンダのシリンダチャンバは、樹脂材料(エラストマー材料)を供給する前に、吐出/吸引ユニットにより空にされる。このため、第2ピストンは、好ましくは、迂回要素及び金型のチャンネルと同様に、少なくとも、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダチャンバを排気できるように第2シリンダから外部へと移動する。排気後、第2ピストンは、樹脂材料を供給するための排気状態を維持するため、吐出/吸引ユニットの吸引連結部を閉鎖するように、第2シリンダ内へと移動するのが好ましい。
さらに、吐出/吸引ユニットは、清掃機能を担うことができるのが好ましい。すなわち、吐出/吸引ユニットの吸引連結部は、例えば、プランジャによって残留材料から解放することができる。そして、これらの残留材料は、吐出によってシリンダチャンバから除去されるのが好ましい。このため、第2ピストンは第2シリンダから外部へと移動する。
さらに、ホットチャンネル技術において、より一層材料を加熱するか、迂回要素の調整可能又は制御可能な絞り弁を介して、材料を予め決められた所望温度に調整し、より高い初期温度で、より短い加熱/サイクル時間を達成することが可能である。このさらなる温度上昇は、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダがほぼ完全に空となり、シリンダ内で加硫できる材料がなくなるので、直ちに可能である。
射出ユニット2は、図1に示すように、第1シリンダ6及び第1ピストン8を備えた第1ピストン/シリンダユニットを有する。シリンダ6及びピストン8は、樹脂材料、特に、エラストマー材料を、ピストン8内に配置した押出部12によって導くことができる第1シリンダチャンバ10を形成する。ピストン8は、少なくとも1つ、好ましくは3つの通路を有し、排出バルブ16が開放されると、押出部12によって可塑化された樹脂材料が流動可能である。
第1ピストン/シリンダユニット4のシリンダチャンバ10は迂回要素すなわち小片18に導かれ、そこにはチャンネル20と、流路断面を調整又は制御可能な絞り弁21とが設けられている。絞り弁21は、例えば、断面楕円形状に形成されている。加えて又はこれに代えて、絞り弁21には、樹脂材料の最適動作温度に調整するために温度調整部を連結することができる。
さらに、第2ピストン/シリンダユニット22は、迂回要素18、第2シリンダ24からなるユニット22、及び、第2ピストン26を備える。第2ピストン26は連結要素18のさらに先のチャンネル28を介して延び、そこでは2つのチャンネル20及び28が連結されている。第2ピストン/シリンダユニット22のピストン26は、大径の2つのピストンスカート部30、32と、それらの間に、小径のピストン24とを有するのが好ましい。第2ピストン/シリンダユニット22は、シリンダ24及びピストン26に沿い、第2シリンダチャンバ36を形成し、そこには、図1に示すように、流動状態のエラストマー材料が充填されている。第2ピストン/シリンダユニット22のシリンダ24は、各図の上部に示されるように、その端部すなわち第1ピストン/シリンダユニット4に対向する上流端で、第1ピストン/シリンダユニット4へと連結されている。
エラストマー材料38は、図1に示すように、ホットチャンネル(図示せず)、又は、いくつかの流動チャンネル42、44を備えたコールドチャンネルブロック40を流動して射出成形金型46に導かれる。射出成形金型46は、各金型キャビティ52、54を形成する上型47及び下型50からなる。
本発明の射出ユニット2は、第1ピストン/シリンダユニット4に対向する連結要素18に配置した吐出/吸引ユニット56を備えるのが好ましい。吐出/吸引ユニット56は、連結要素18のさらに先のチャンネル58を介してシリンダチャンバ10及び36に連結されている。吐出/吸引ユニット56は、シリンダチャンバ36及び連結要素18のチャンネル28から排気するのに適している。さらに、吐出/吸引ユニット56は、吸引開口62を閉鎖するためのプランジャ60を備えるのが好ましい。
図2乃至6に言及し、本発明の射出成形機での射出サイクルについて詳述する。簡略化するため、第1ピストン/シリンダユニットは、これらの図面から削除する。図2において、樹脂材料38が、第1ピストン/シリンダユニット4の第1ピストン8によって、連結要素18のチャンネル20を介して第2ピストン/シリンダユニット22の第2シリンダ24のシリンダチャンバ36に導かれる。このため、第2ピストン26は、その後、シリンダチャンバ36のエラストマー材料38を金型46内に注入し、金型キャビティ52内に完全に充填するために、シリンダ24内にピストン26を移動させることにより駆動する。第2ピストン/シリンダユニット22の第2ピストン26の直径が第1ピストン/シリンダユニット4のピストン8の直径よりも小さいため、本発明に係る射出成形機では、相対的に小さな作用力により、一般の射出成形機よりも大きな(例えば、2500bar以上の)圧力が得られる。第2ピストン/シリンダユニット22の位置では、図3に示すように、上方側ピストンのスカート部30が、シリンダチャンバ10へのチャンネル20と、吐出/吸引ユニット56へのチャンネル58とを閉鎖する。端部64を備えた下方側ピストンのスカート部32は、コールドチャンネルブロック40の開口66を密閉する。2つのピストンのスカート部30、32の間に位置する小径部34により、相対的に小さな摩擦抵抗によりピストンの位置を変更可能である。
金型に樹脂が充填されると、第2ピストン/シリンダユニット22のピストン26は、図4に示す吐出位置のシリンダチャンバ36からほぼ完全に外部へと移動するが、それは圧力を解放する、ある時間の後であるのが好ましい。これにより、シリンダチャンバ36は、上方に開口し、排気口68を提供する。吐出/吸引ユニット56のプランジャ60は、吸引連結部62から残留材料を除去するために、矢印で示す方向にシリンダチャンバ36内へと移動する。同時に、又は、遅延して、吐出/吸引ユニット56は、残留樹脂の除去を促進し、図4にライン72で示すように、開口68を介して除去された残留樹脂を吐出するために、チャンネル58を介して噴射空気を供給する。
ピストン26が第2ピストン/シリンダユニット22のシリンダ24から外部に移動する前に、ピストン26の圧力を軽減するために、第1ピストン/シリンダユニット4の第1ピストン8を後退させるように設計されている。
その後、ピストン26は、図5に示すように、吸引位置に向かってシリンダチャンバ36内へと移動することにより、下方側ピストンのスカート部32を閉鎖する。吐出/吸引ユニット56へのチャンネル58と同様に、第1シリンダチャンバ10へのチャンネル20は開放状態を維持するので、吐出/吸引ユニット56は、真空装置を駆動することにより、第2ピストン/シリンダユニット22のキャビティと、連結要素18のチャンネル20、58とを空にすることができる。これにより、装置のキャビティ内には空気がなくなり、天然ゴム材料が充填されると、それを金型内に到達させることができる。図5に示す吸引位置に続いて、ピストンがさらにシリンダチャンバ36内に移動してチャンネル58を閉鎖することにより、新たな射出サイクルを開始できる。
図6は、本発明の射出成形機の他の実施形態を示すが、それは基本的に同様な原理に従って動作する。この実施形態では、押出部12及び第1ピストン/シリンダユニット4は別々に形成されている。また、押出部12は、可塑化したエラストマー材料を提供し、それを、連結要素18と、第1ピストン/シリンダユニット4のシリンダチャンバとに導く。そして、第1ピストン8は、樹脂材料を射出成形金型へと導き、第2ピストン26は、樹脂材料を完全に射出成形金型へと送出し、射出成形に必要とされる圧力を付与する。作動モードは、第1実施形態に係る射出ユニットのための上述の作動モードと同様である。
本発明の方法において、射出成形金型への樹脂の充填は2段階で行うのが好ましい。すなわち、第1段階では、第1ピストンシリンダユニット4が第2ピストン/シリンダユニットを介して材料を搬送し、第2段階では、第2ピストン/シリンダユニットが、十分な圧力下で、残留樹脂を完全に金型内へと送出する。第1段階では、速度制御、すなわち樹脂材料の流量を制御するのが好ましい。一方、第2段階では、圧力を制御するのが好ましい。このため、第1及び/又は第2ピストン/シリンダユニットでの位置測定システムの使用は、キャビティ10及びチャンネル20の領域での、対応する圧力及び/又は温度センサと同様に有効である。
第1段階は、全体の温度の制御に同期させることができる。第1段階の終了までに、一定量の流れで、チャンネル20の効果的な流路断面が調整絞り弁21を介して変更され、エラストマー材料はこのチャンネル20での摩擦によって放熱された予め決められた温度まで加熱される。これは、予め決められた圧力の違いを調整するか、あるいは、アクチュエータ21の前後で温度を測定することにより制御可能である。
本発明の射出成形方法の好ましい実施形態において、(実質的な、いわゆる保持加圧時間の)遅延なしに、樹脂材料の射出後に新たに混合物の追加が可能である。この追加は、図3の第2ピストン/シリンダユニット22のピストンの位置で、第1ピストン/シリンダユニット4と共に行われる。さらに、ホットチャンネル技術では、金型の排気は、射出ユニットを介して、すなわち、金型吸引、吸引チャンバー、あるいは、吸引器(vacuum bell jar)を全く必要とすることなく行うことができる。また、本発明に係る射出成形機又はユニットでは、上方側圧力プレートの非常に小さなスルホールが確認でき、そのプレートを僅かに上方へと曲げることが可能となる。
本発明に係る射出ユニットの側面図である。 エラストマー材料を射出成形金型に供給する際に於ける、本発明の射出成形機の一部を示す部分側面断面図である。 射出金型に高圧でエラストマー材料を供給し、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダを完全に空にするために、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダの第2ピストンが移動している状態を示す図2と同様な側面図である。 第2ピストンが第2シリンダから完全に外部へと移動し、吐出/吸引ユニットが開口する減圧連結部(オプション)に送風する状態を示す図2及び3と同様な側面図である。 金型のチャンネル及びキャビティと同様に、ピストン/シリンダユニットのシリンダキャビティからの排気を可能とするために、第2ピストンが第2シリンダ内にある程度移動した状態を示す図2乃至4と同様な図である。 本発明に係る射出ユニットの第2実施形態の側面図である。

Claims (25)

  1. 押出部、第1ピストン/シリンダユニット、及び、第2ピストン/シリンダユニットが連続して設けられ、前記第1ピストン/シリンダユニットのシリンダは、樹脂が充填される射出成形金型から所定寸法離れて配置された第2ピストン/シリンダユニットの端部に導かれるコールドチャンネル及びホットチャンネル技術に係る射出成形樹脂材料のための射出成形機。
  2. 前記第1ピストン/シリンダユニットは、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダを介して射出成形金型内に樹脂材料を導くのに適し、前記第2ピストン/シリンダユニットは、第1ピストン/シリンダユニット単独よりも高い圧力下で射出成形金型内に樹脂材料を送出するのに適している請求項1に係る射出成形機。
  3. 前記第2ピストン/シリンダユニットのピストンは、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダをほぼ完全に空にする請求項2に係る射出成形機。
  4. 前記2つのピストン/シリンダユニットは、基本的に互いに直交するように配置される請求項1乃至3のいずれか1項に係る射出成形機。
  5. 前記2つのピストン/シリンダユニットは、迂回要素によって互いに連結される請求項1乃至4のいずれか1項に係る射出成形機。
  6. 前記第2ピストン/シリンダユニットのシリンダ及びピストンは、前記迂回要素を介して延びている請求項5に係る射出成形機。
  7. 前記迂回要素は、機械的に調整可能、又は、電気的、水力学的、あるいは、空気圧によって駆動可能である、変更可能な断面を有する絞り弁を備える請求項5又は6に係る射出成形機。
  8. 前記第2ピストン/シリンダユニットのピストンは、少なくとも2つの大径部と、その間の小径部とを備え、前記大径部の直径は、第2ピストン/シリンダユニットのシリンダの直径とほぼ一致している請求項6又は7に係る射出成形機。
  9. 前記ピストン/シリンダユニットの少なくともいずれか一方に連結される給/排ユニットを備えた請求項1乃至8のいずれか1項に記載の射出成形機。
  10. 前記給/排ユニットは、前記第1ピストン/シリンダユニットに対向する迂回要素に設けた請求項9に係る射出成形機。
  11. 前記給/排ユニットは、ピストン/シリンダユニットのシリンダチャンバを吸引するように形成され、射出前に空とし、射出後、吹き込みにより、少なくとも給/排ユニットの吸引連結部を清掃する請求項9又は10に係る射出成形機。
  12. 前記給/排ユニットは、排気連結部を封止するためのプランジャを備えた請求項11に係る射出成形機。
  13. 前記押出部は、前記第1ピストン/シリンダユニットに配置した請求項1乃至12のいずれか1項に係る射出成形機。
  14. 前記第1ピストン/シリンダユニットはほぼ水平で、前記第2ピストン/シリンダユニットはほぼ垂直である請求項1乃至13のいずれか1項に係る射出成形機。
  15. (a)第1ピストン及び第1シリンダを備える第1ピストン/シリンダユニットによって、第1ピストン/シリンダユニットのシリンダを、射出成形金型から所定寸法に配置された第2ピストン/シリンダユニットの端部に導き、第2ピストン/シリンダユニットの第2ピストンが射出成形金型への流路を開放し、第2シリンダユニットの第2シリンダを介して射出成形金型内に樹脂を供給するステップと、
    (b)第2シリンダ内に収容した樹脂材料を射出成形金型に供給するために第2ピストンを第2シリンダ内に移動させるステップと、
    (c)第2ピストンを退避させるステップと、
    を備えたコールドチャンネル及びホットチャンネル技術に係る射出成形樹脂材料のための方法。
  16. 前記第2ピストン/シリンダユニットは、第1ピストン/シリンダユニット単独でよりも高い圧力下で、樹脂材料を射出成形金型内に供給する請求項15に係る方法。
  17. 前記第2ピストン/シリンダユニットのピストンは、シリンダをほぼ完全に空にする請求項15又は16に係る方法。
  18. 前記樹脂材料を、温度制御によって予め決められた温度に加熱する請求項15乃至17のいずれか1項に係る方法。
  19. 前記樹脂材料の温度調整は、少なくとも1つの流動チャンネルでの樹脂材料の摩擦を増減することによって行う請求項18に係る方法。
  20. 前記樹脂材料の全体温度を、機械的に調整可能、又は、電気的、水力学的、あるいは、空気圧によって駆動するアクチュエータとしての絞り弁によって一定量の流れに電気的に調整する請求項19に係る方法。
  21. 前記ステップ(a)に係る樹脂材料の供給前に、ピストン/シリンダユニットの空のシリンダチャンバを給/排ユニットによって排気する請求項15乃至20のいずれか1項に係る方法。
  22. 少なくとも、前記給/排ユニットの吸引連結部を吹き込みによって清掃するステップ(d)をさらに備え、このステップの終わりに、第2ピストンを第2シリンダから移動させる請求項21に係る方法。
  23. 前記第2シリンダを閉鎖するために、前記清掃ステップ(d)の後、前記第2ピストンを移動させて吸引可能とし、吸引後、第2シリンダをさらに移動させて給/排ユニットの排気連結部を閉鎖し、ステップ(a)に係る樹脂材料の供給のために、吸引状態を維持する請求項22に係る方法。
  24. 前記樹脂材料の充填後、実質的な遅延なしに新たな混合物を添加する請求項15乃至23のいずれか1項に係る方法。
  25. ホットチャンネル技術による射出成形時、射出ユニットを介して吸引を行う請求項15乃至24のいずれか1項に係る方法。
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