JP2009542469A - 射出成形機構 - Google Patents

Abstract

本発明は、射出圧縮に使用される射出成形機構に関する。この射出成形機構は、押出機２３と、内側金型部分１と、外側金型部分２とを含む。３つの枢動可能なアーム１５、１８、２１を有するリンク・システムの形態の第１の機構が、金型を部分的に閉じるように構成される。リンク・システムの諸部分で機能する、偏心輪の形態の第２の機構が、金型を閉じて、押し出された材料を圧縮するように構成される。第１及び第２の機構は、それぞれサーボモータ１３、１４によって駆動される。

Description

本発明は、射出成形機構に関する。この射出成形機構は、ラミネート紙のスリーブの縁部における熱可塑性の上部の成形のために開発された。

本発明は、射出圧縮として知られている射出成形技術に使用するために開発されている。射出圧縮では、第１の段階で、部分的に閉じられた金型が部分的に満たされる。次いで、金型は、完全に閉じられ、金型内部の材料に圧縮力を与え、この圧縮により、材料が金型を完全に満たすことになる。金型を閉じ圧縮力を与える作動は、しばしば、油圧式シリンダ及びいくつかの種類のリンク機構によって実施される。１つの知られている装置では、リンク・システムに真直ぐな向きが与えられている限りにおいて、圧縮力を与える第２の段階が実施される。実際、従来使用されている機構は、正確に制御することが困難であり、場合によっては、適切な圧縮というよりは変形に対する潜在的リスクが示されている。

本発明の１つの目的は、第１の段階で部分的に閉じられた金型、第２の段階で閉じられた金型及び圧縮力を与える、簡易であるが信頼性の高い機構を得ることである。さらに、機構は、厳密に制御することが可能でなければならない。別の目的は、同じ結果をもたらす反復可能なプロセスを有することである。さらに別の目的は、１つの構成要素を製造するためのサイクル時間が、比較的短いものでなければならないということである。

上記の目的は、押出機と、内側金型部分と、外側金型部分とを含む射出成形機構によって達成される。射出成形機構は、金型を部分的に閉じるための第１の機構と、金型を閉じて、押し出された材料を金型の内部で圧縮するための第２の機構とをさらに含む。金型部分の一方は、金型空洞を形成するために他方の金型部分に向って移動可能に構成されている。金型部分の少なくとも一方は、金型空洞内に開口して押出機に連結されたチャネル（通路）を有する。金型を部分的に閉じるための第１の機構は、サーボモータによって駆動されるひざ型機構（knee mechanism）を有する。金型を閉じて、押し出された材料をその金型の内部で圧縮するための第２の機構は、第２のサーボモータのシャフトの一部分である偏心輪（eccentric）を有する。

サーボモータを使用することにより、正確な制御を有することが可能になる。というのも、サーボモータは、それ自体が正確に制御可能であるためである。サーボモータの相対的に大きな回転によって偏心輪の小さな移動がもたらされるため、正確な制御の可能性がさらに高められる。サーボモータはまた、各々特有のケースで必要とされる所望の移動を正確に与えるのを容易にする。必要とされる移動は、たとえば様々なセンサによって監視され得る。さらに、機構の固有の弾性が、使用された圧縮力の部分を吸収するのを助ける。

本発明のさらなる目的及び利点は、現在好ましい実施例の以下の詳細な説明を読むと、当業者に明確になるであろう。

本発明は、例を用い、添付の概略図を参照して以下でさらに説明される。

本発明による機構で使用され、作動サイクルの１つの段階中のある位置を示す、金型の断面図である。 金型を閉じ始める段階における、本発明による射出成形機構の側面図である。 図２によるものであるが、金型を閉じ終える段階を示す図である。 図２によるものであるが、本発明の第２の機構で金型を圧縮する段階を示す図である。 図２によるものであるが、本発明による射出圧縮機構の別の実施例を示す図である。

図に示される機構は、内側金型部分１及び外側金型部分２を有する金型を有する。外側金型部分２は、押し出されたプラスチック材料を受けるための１つ又は複数のチャネル３を有しており、内側金型部分１に関して移動可能に構成されている。図示される実施例では、内側金型部分１は、５つのマンドレルを有するマンドレル・ホイール４上に配置されたマンドレル形状を有する。他の実施例では、他の数のマンドレルをマンドレル・ホイール上に配置させることができる。マンドレルは、マンドレル・ホイール４上に径方向に外側に突出して配置される。マンドレル・ホイール４は、マンドレルが外側金型部分２に向かい合った正しい位置に１つずつ配置されるようにシャフト上で間欠的に回転するように設けられている。

図２の実施例では、次の段階において、ラミネート紙のスリーブ５が、キャップ６と一緒にマンドレル上に配置され、このマンドレルは内側金型部分１を形成している。次いで、内側金型部分１が、外側金型部分２と同一直線上に配置される。内側及び外側金型部分１、２は、互いに接合し（図１を参照）、金型空洞７がそれらの間に形成される。外側金型部分２の（１つ又は複数の）チャネル３は、金型空洞７内に開口している。

図２では、外側金型部分２が、複数のロッド１０によって互いに保持された下側プレート８及び上側プレート９を有する移動可能な枠上に取り付けられている。プレート８、９は、射出成形機構の諸部分に余地を与えるために互いからある距離を離して配置される。外側金型部分２は、下側プレート８上に取り付けられる。下側及び上側プレート８、９並びにロッド１０から形成された枠は、レール１１上に移動可能に構成される。

レール１１の上部には、第１のサーボモータ１３及び第２のサーボモータ１４を保持する支持体１２が固定される。第１の枢動可能なアーム１５が、ディスク１７の回転軸からある距離を離して配置されているためにディスク１７上に偏心して配置された第１の枢軸１６によってサーボモータに連結される。ディスク１７は、第１のサーボモータ１３によって回転される。第１の枢動可能なアーム１５は、第２の枢軸１９によって第２の枢動可能なアーム１８に連結される。第２の枢動可能なアーム１８は、第３の枢軸２０によって外側金型部分２の枠の上側プレート９に連結される。

第３の枢動可能なアーム２１は、一方の端部において、第１及び第２の枢動可能なアーム１５、１８と同じ枢軸１９に連結される。第３の枢動可能なアーム２１の他方の端部は、第２のサーボモータ１４で受けられる。

第１のサーボモータ１３の開始位置において、すなわち第１のサーボモータ１３の回転前、第２の枢動可能なアーム１８は、想像線２２に関して傾斜している（図２を参照）。想像線２２は、金型の中央を通り抜け、第２の枢動可能なアーム１８と枠の上側プレート９の間の枢軸２０を横切り、第２のサーボモータ１４のシャフト及び偏心輪を横切り、且つマンドレル・ホイール４の中央を通り抜けている。第１のサーボモータ１３が、金型が部分的に閉じられたその最終位置まで回転したとき（図３を参照）、第２の枢動可能なアーム１８は、第１、第２、及び第３の枢動アーム１５、１８、２１並びに第１、第２、及び第３の枢軸１６、１９、２０の配置により、想像線２２と同一線上になる位置まで移動されている。第３の枢動可能なアーム２１は、第１のサーボモータ１３がその最終位置に到達したとき、第２の枢動可能なアーム１８及び想像線２２と同一線上になるように配置される。

第２のサーボモータ１４には、第３の枢動可能なアーム２１上で機能する偏心輪が装着される。偏心輪は、第２のサーボモータ１４の回転軸上に形成され、第３の枢動可能なアーム２１は、ローラ軸受けにジャーナル支承されて受けられる。第２のサーボモータ１４は、第１のサーボモータ１３がその最終位置に到達して初めて駆動されるので、第２のサーボモータ１４の偏心輪は直線のリンク機構上で機能することになる。

したがって、第１のサーボモータ１３は、第１、第２、及び第３の枢動可能なアーム１５、１８、２１の形態のひざ型機構と協働して金型を部分的に閉じる。第２のサーボモータ１４は、偏心輪及び第２及び第３の枢動可能なアーム１８、２１と協働して金型を閉じ高いクランプ力でそれをロックし、プラスチック材料を金型の内部で圧縮する。

押出機２３が、射出圧縮機構に配置される。管２４が、プラスチック材料を押出機から外側金型部分２の（１つ又は複数の）チャネル３を介して外側と内側の金型部分２、１の間に形成された金型空洞７内に導くように敷設される。

添付された図に示された実施例は、次の作動サイクルを有する。マンドレル・ホイール４は、各々が内側金型部分１を形成する、等間隔に離間された５つのマンドレルを有する。マンドレル・ホイール４は、各々の作動サイクル時、フル回転の５分の１の位置に回転され、又は位置合わせされる。したがって、各々のマンドレルは、連続的に５つの異なる位置を占めることになる。第１の位置では、スリーブ５が、マンドレル上に配置される。第２の位置では、キャップ６が、マンドレル上に配置される。第３の位置では、プラスチック製の上部が、スリーブ５とキャップ６の間に成形される。したがって、その位置を過ぎると、スリーブ、プラスチック製の上部、及びキャップ６は１つのユニットを形成する。マンドレルの第４の位置では、形成されたユニットが冷却される。第５及び最後の位置では、形成されたユニットが、マンドレルから取り外される。マンドレル上における諸部品の配置及び最終製品の取り外しは、通常、自動的に行われる。しかし、当業者は、それを少なくとも部分的に手動で実施することができることも認識している。この部分は本発明には何ら重要性を有さないので、本明細書ではこれ以上説明されない。

作動サイクルの開始時、１つのマンドレル、すなわち内側金型部分１は、外側金型部分２と一直線上に配置されている。内側金型部分１は、スリーブ５及びキャップ６を保持している。次いで、第１のサーボモータ１３は、外側金型部分２が内側金型部分１に向って下方に移動されるため、金型を閉じ、それによって金型空洞７が形成される。第１のサーボモータ１３の回転が、第１の枢動可能なアーム１５が連結された枢軸１６を保持するディスク１７を回転させる。第１の枢動可能なアーム１５の移動により、第２及び第３の移動可能なアーム１８、２１もまた移動される。第１のサーボモータ１３は、第２及び第３のアーム１８、２１を、前記アーム１８、２１が想像線２２と一直線上になる直線を形成する位置に移動させる。その位置において、第１のサーボモータ１３は停止され、第１のサーボモータ１３の最終位置がもたらされる。（図３を参照）。

作動サイクルの次の段階は、押出機２３が管２４及び外側金型部分２のチャネル３を介してプラスチック材料を金型空洞７内に射出することである。射出されたプラスチック材料は、金型空洞７を完全には満たさない。次いで、第２のサーボモータ１４が回転し、それによって第２のサーボモータ１４に連結された偏心輪は、第３の枢動可能なアーム２１上で、外側金型部分２が内側金型部分１に向ってさらに移動され金型を閉じるように機能する（図４を参照）。第２のサーボモータ１４は、フル回転の約３分の１から２分の１を回転することになる。第２のサーボモータ１４のこの比較的長い回転は、偏心輪による１〜２ｍｍだけの外側金型部分の移動になる。外側金型部分２のこのさらなる移動により、射出されたプラスチック材料は、金型空洞７を埋めるように圧縮される。サーボモータ１３、１４の両方が最終位置にある状態では、射出された材料が冷却される。したがって、冷却は、圧縮の下で行われ、通常は金型の内側から行われる。

冷却後、外側金型部分２が少なくとも第１のサーボモータ１３によって内側金型部分１から持ち上げられるため、金型が開かれる。通常、第１及び第２のサーボモータ１３、１４は、同時に回転する。両方のサーボモータ１３、１４がその開始位置に戻るとき、マンドレル・ホイール４は、フル回転の５分の１に位置合わせされる。この時、新しい作動サイクルが開始され得る。

図５では、本発明の別の実施例が示され、この場合、射出成形機構は、基部２５に固定されたレール１１上に移動可能に取り付けられている。この基部２５は、中央ハブに取り付けられたマンドレル・ホイール近傍に位置している。射出成形機構は、図５に示されるように上端部において、ひざ型機構１８、２１を介して支持体１２に取り付けられている。レールは、１００〜１２０ｃｍ程度の比較的長いものであり、わずかに可撓性を有するように形成される。通常の作動時、ひざ型機構からレールにかかる力は、約５０〜１００ｋＮである。これらの負荷時、レールは、約０．０５〜０．１パーセント屈曲するように設計されるべきであり、これは、１００ｃｍの長さのレールに対して０．５ｍｍ〜１ｍｍとなる。これは、金型を約１ｍｍ圧縮するには、ひざ型機構は、レールの屈曲のために約１．５〜２．０ｍｍ延伸されねばならないことを意味する。前記屈曲によって金型の過剰充填が相殺されるため、レール１１の屈曲により、射出成形機構の設定が一層容易になる。レール１１は、外端部が支持体１２に剛性に取り付けられ、内端部が基部２５に剛性に取り付けられる。

レール１１の屈曲のさらなる利点は、金型１、２内の射出されたプラスチック材料が冷却されたときに明らかになる。続いて、プラスチック材料は、収縮し、従来の成形機構の壁から分離する。しかし、レール１１の屈曲により、冷却時、金型１、２が射出されたプラスチック材料に常に接触していることが確保される。これはまた、冷却の速度も上昇させる。というのは、金型は、プラスチックの細部全体に接触している場合、プラスチック材料からの熱をより効率的に伝えるためである。

長く、比較的細いレール１１は、射出成形機構に別の利点を与える。外側金型部分２は、レール１１の長手方向の屈曲によってもたらされる長手方向に加えて、横方向にわずかに移動可能である。この横方向の移動は、レール１１の撓みによって可能である。横方向の移動は、金型１、２内の力平衡に合わせられるため、外側金型２を自己整合させる。射出されたプラスチック材料が、金型のジャケット２６上の２箇所以上の位置において、十分に開いている金型１、２に流入する圧縮成形時（図１を参照）、金型の圧縮が、力平衡を創出し、この力平衡は、最終のプラスチック部分の厚さが、様々な位置で射出された量が異なっているにもかかわらずある程度均一になることを保証しようとするものである。これは、金型部分１、２が、横方向にわずかに移動して、前記力平衡に合わせることができるように配置される場合に可能である。これは、外側金型部分２を可撓製のレール１１上に吊設された機構に配置することによって可能になる。内側金型部分１は、マンドレル・ホイール４に連結され、ある程度固定されたものである。射出成形機構が射出圧縮成形の垂直抗力を受けるとき、射出成形機構、したがって外側金型の最大可能な横方向の移動は、（上記で説明されたレール１１の長さの０．０５〜０．１％に相当する）０．５〜１ｍｍ程度になるはずである。上記の屈曲は、外側金型部分２が、横方向に約０．５〜１ｍｍの距離を移動することができるようにレール１１上に吊設された射出成形機構に取り付けられる位置を示す。

長手方向の屈曲及び横方向の屈曲は、特有の用途に適合されねばならない。上記のケースでは、屈曲は、第２の偏心輪機構によってもたらされる移動に比べて、約半分の距離であり、すなわち、偏心輪機構１４によって長手方向にもたらされる移動が約１ｍｍである場合、長手方向の屈曲は約０．５ｍｍになる。射出圧縮機構の長手方向の移動及びレール１１の同じ方向の屈曲の間の他の関係も可能である。同じことが、レール１１の横方向の屈曲にもあてはまる。

サーボモータ１３、１４、リンク・システム１５、１８、２１、及び外側金型部分２を担持する部分の正確な形態及び設計は、意図する機能を実行する限り、変更することができることを当業者は認識している。

Claims (12)

1. 押出機（２３）と、内側金型部分（１）と、外側金型部分（２）と、前記金型を部分的に閉じるための第１の機構と、前記金型を閉じて、押し出された材料を前記金型の内部で圧縮するための第２の機構とを含み、一方の金型部分（２）が、前記金型部分（１、２）の間に金型空洞（７）を形成するために他方の金型部分（１）に向って移動可能に構成されており、一方の金型部分（２）が、前記金型空洞（７）内に開口して前記押出機（２３）に連結された１つ又は複数のチャネル（３）を有する射出成形機構であって、前記金型を部分的に閉じるための前記第１の機構が、第１のサーボモータ（１３）によって駆動されるひざ型機構を有し、前記金型を閉じて前記押し出された材料を前記金型の内部で圧縮するための前記第２の機構が、第２のサーボモータのシャフトの一部分である偏心輪を有することを特徴とする射出成形機構。
2. 請求項１に記載の機構において、前記ひざ型機構が、３つの枢動可能なアーム（１５、１８、２１）から形成され、前記第１の枢動可能なアーム（１５）が、一方の端部において、前記第１のサーボモータ（１３）によって回転されるディスク（１７）に第１の枢軸（１６）によって連結され、他方の端部において、前記第２の枢動可能なアーム（１８）の一方の端部に第２の枢軸（１９）によって連結され、前記第２の枢動可能なアーム（１８）が、その他方の端部において、前記外側金型部分（２）を担持する枠に第３の枢軸（２０）によって連結されており、前記第３の枢動可能なアーム（２１）が、一方の端部において、前記第２の枢軸（１９）に連結され、また前記第１と第２の枢動可能なアーム（１５、１８）も連結させており、他方の端部において、前記第２のサーボモータ（１４）のシャフトに連結されている、射出成形機構。
3. 請求項２に記載の装置において、前記外側金型部分（２）を担持する前記枠が、前記外側金型部分（２）を前記内側金型部分（１）に向って及びそれから離れて移動させることができるように線形方向に移動可能に構成され、前記枠が、前記ひざ型機構によって前記枠に伝えられる前記第１のサーボモータ（１３）の回転によって移動される、射出成形機構。
4. 請求項３に記載の機構において、前記枠が、前記第３の枢軸（２０）によって前記第２の枢動可能なアーム（１８）が取り付けられた１つの上側プレート（９）と、外側金型部分（２）を担持する１つの下側プレート（８）と、前記上側及び下側プレート（９、８）を連結する複数のロッド（１０）とを有し、さらに、レール（１１）上に移動可能に受けられる、射出成形機構。
5. 請求項３に記載の機構において、前記第１のサーボモータ（１３）の開始位置において、前記第２の枢動アーム（１８）が、想像線（２２）に関して傾斜し、マンドレル・ホイール（４）の中央及び前記金型の中央を通り抜け、前記第３の枢軸（２０）及び前記第２のサーボモータ（１４）の前記シャフトを横切る、射出成形機構。
6. 請求項５に記載の機構において、前記第２及び第３の枢動可能なアーム（１８、２０）が、前記金型が部分的に閉じられる前記第１のサーボモータ（１３）の最終位置に、互いに及び前記想像線（２２）と一直線上にあるように配置される、射出成形機構。
7. 請求項５に記載の機構において、前記偏心輪が、前記想像線（２２）に沿って前記第３の枢動可能なアーム（２１）上で機能する、射出成形機構。
8. 請求項５に記載の機構において、内側金型部分（１）が、前記マンドレル・ホイール（４）上に径方向に外側に突出する複数のマンドレルを有する前記マンドレル・ホイール（４）に受けられたマンドレルの形状を有し、前記マンドレル・ホイール（４）が、作動サイクル中、前記マンドレルを異なる位置に配置するように回転する、射出成形機構。
9. 請求項８に記載の機構において、前記マンドレル・ホイール（４）が、各々が内側金型部分（１）を形成する、５つのマンドレルを有する、射出成形機構。
10. 請求項８に記載の機構において、前記押し出されたプラスチック材料が、前記プラスチック材料が射出される前に１つのマンドレル上の適切な位置に配置されたラミネート紙のスリーブ（５）とキャップ（６）の間に上部を形成し、食品用のパッケージを形成するのに使用される、射出成形機構。
11. 請求項１に記載の機構において、圧縮射出成形の垂直の圧縮力を受けたとき、長手方向に０．０５〜０．１パーセント屈曲するように設計されているレール（１１）上に吊設されている、射出成形機構。
12. 請求項１に記載の機構において、横方向に０．５〜１パーセント屈曲するように設計されているレール（１１）上において、前記レール（１１）の長手方向に垂直である前記外側金型部分（２）の前記位置に吊設され、その結果、前記外側金型部分（２）が、圧縮射出成形の垂直の圧縮力を受けたとき、実質的に固定である前記内側金型部分（１）に関して横方向に移動可能である、射出成形機構。

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