JP2012502814A - 組み込まれた強化構造を備えたプラスチック製品を製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、組み込まれた強化構造を備えたプラスチック製品を製造するための方法ならびに装置に関する。この場合、可撓性の織布が、まず成形型のキャビティに載置させられ、順次に種々の側でプラスチックによって被覆される。

Description

本発明は、請求項１もしくは請求項９の上位概念部に記載の形式の、組み込まれた強化構造を備えたプラスチック製品を製造するための方法および装置に関する。

特別な機械的または物理的な要求に応えるために、プラスチック製品を繊維の使用下に強化することはよく知られている。殊に、特に負荷されるプラスチック製品には、付加的な強化構造が施与されていてよい。このような強化体または機能的なコンポーネントは、より肉薄なプラスチック製品もしくはシステムプラスチック製品を求める連続的な傾向が存在しているだけになおさら一層重要となっている。この傾向は、特に、原料コストの高騰と共に製品の製造価格に著しく影響する材料を節約したいという要求から生まれている。

既に以前から、特定の製品において機械的な補強のためのリブ付け部または類似の外部エレメントを設けることが知られている。さらに、含浸されたプラスチックマットをプラスチック材料と共にプレス加工するか、または変形加工し、次いで背面射出成形（hinterspritzen）することも知られている。

さらに、数年来より、射出成形機または押出成形機を用いて、繊維、特にガラス繊維をプラスチック溶融体内に埋め込み、こうして製品全体における機械的な特性を改善するという傾向がある。このような繊維負荷されたプラスチックでは、繊維配向がしばしば流れ特性により条件付けられているので、作用方向は容易には設定され得ない。さらに、たいていは短い繊維エレメントが、その方向に関してしばしばアモルファスでかつランダムに配置されている。これによって、強化体を特定の負荷方向に形成することは不可能となる。さらに、射出成形または押出成形の使用時では、これまで、制限された繊維長さを形成することしか可能とならない。なぜならば、繊維が可塑化装置内で破断されたり、切断されたり、あるいは別の様式で細断されてしまうからである。

プラスチックは、特定の範囲においてのみ、または特定の方向に方向付けられてのみ、高い負荷ピークが存在するような多くのハイテク領域においてますます盛んに使用されている。このような製品では、製品全体にわたって強化体を設けることは必ずしも必要ではなく、それどころか、これらの部分を部分的にのみ強化することもできるので、特に負荷される範囲は特別な機械的または物理的な要求に耐えられる。それにもかかわらず、このような強化手段はたいてい目に付かないことが望ましい。それどころか、たいていは、相応する製品が表面全体にわたって同じ光学的および触覚的な特性を有していることが望まれている。

したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、組み込まれた強化構造を備えたプラスチック製品を製造するための方法および装置を改良して、前で述べた欠点が回避され、かつこれらの所望の特性が達成されるような方法および装置を提供することである。

この課題は、本発明による方法に関しては請求項１の特徴部に記載の特徴により、すなわち、多キャビティ式の型締ユニットと、成形型のキャビティ内に含浸材料、樹脂材料またはプラスチック材料を導入するための少なくとも２つの装置とを有する装置を用いて、以下のステップ：
成形型を形成する第１の型半部の型表面に、繊維または糸から成る可撓性の織布エレメントを載置して位置固定し、
成形型を形成する第２の型半部を前記第１の型半部に対応させ、こうして形成された第１の成形型を閉鎖して第１のキャビティを形成し、
前記第１のキャビティ内に第１のプラスチック材料または第１の含浸材料を導入して、第１の層を形成し、
該第１の層を少なくとも部分的に硬化させた後に前記第１の成形型を開放し、ただしこの場合、プラスチックで被覆または含浸された、第１の中間製品を形成する前記織布エレメントは前記第１の成形型の前記第１の型半部内に留めておき、
成形型を形成する前記第１の型半部に、成形型を形成する第３の型半部を対応させて、こうして形成された第２の成形型を閉鎖して、織布に関して前記第１の被着された層とは反対の側に位置するキャビティを形成し、
該キャビティ内に別のプラスチック材料を導入して、第２の層を形成し、
該第２の層を少なくとも部分的に硬化させた後に、前記第２の成形型を開放し、
こうして製造された製品を取り出す、
より成るステップを実施することにより解決される。

上記課題は、本発明による装置に関しては請求項９の特徴部に記載の特徴により、すなわち
互いに異なるキャビティを備えた少なくとも２つの成形型を形成するための少なくとも３つの成形型半部と、
種々の成形型半部を収容し、種々の成形型半部を交互に対応させ、かつ各成形型のための型締力を付与するための型締ユニットと、
前記キャビティ内にプラスチック材料、樹脂材料または含浸材料を導入するための少なくとも２つの装置と、
１つの成形型半部のキャビティ表面に、可撓性の織布を載置させるための導入装置と、
が設けられていることにより解決される。

本発明の根本思想は、まず、フレキシブルな、もしくは可撓性（biegeschlaff）の織布（一般に織物）を、成形型のキャビティ表面に被着させることにある。引き続き、キャビティ半部を種々様々に組み合わせ、かつこの織布の両側に成形型を形成することにより、複数の層、特にプラスチック層が形成される。全体的には、唯一つの装置を用いるだけで、サンドイッチ構造を有するプラスチック製品の廉価でかつ迅速な製造が簡単に達成される。このサンドイッチ構造においては、少なくとも２つの層に織布（特に織物織布）が埋め込まれていて、相応する補強を確保する。

特に有利な実施態様では、第１の材料として含浸剤が導入される。この含浸剤は織物の強化構造を完全に貫通して、全体的な含浸を確保する。こうして製造された（中間）製品には、次いでステップバイステップに別の層を被着させることができる。こうして含浸された強化織物の両側に２つの別のプラスチック層が被着されると、１回の加工ステップにおいて完全に含浸された強化織物を備えたサンドイッチ製品が達成されている。これまでこのためには、第１の別個のステップにおいて、相応する含浸部またはマトリックスを備えた製品を製造し、この製品を次いで第２の別個の方法ステップにおいて、場合によっては変形加工ステップの後に、射出成形機内に装入し、射出成形時にプラスチック材料によって取り囲むことが必要であった。

別の有利な実施態様では、さらに、プラスチック層または含浸層を別の方法ステップにおいて表面層、樹脂層またはラッカ層で被覆することが可能であるので、薄い被覆体またはラッカ塗布体が達成される。

層のためのプラスチック材料が、押出成形法または射出成形法により製造され、かつ導入されると有利である。本発明によれば、このことは、同じ装置において行われる。この装置は場合によってはスライドテーブル、ターンテーブルまたはターンプレートマシンとして形成されていてよい。

択一的には、プラスチック材料は反応性射出成形法によっても、たとえばポリウレタン材料または別の熱硬化性樹脂材料によって製造されかつ導入され得る。

織布構造の封入時には、プラスチック製品の特定の範囲だけが選択されていてもよい。これによって、部分的な強化構造の形成も可能となる。第１の被覆ステップにおいて含浸が行われると、このように局所的な強化において、織布面のみの含浸を行うことができる。全体的には、これによってプラスチック製品内部に、高度な強化部または低度の強化部を有するか、あるいはまた強化部を有しない強化範囲を形成することができる。

それぞれ層を被着させる前に、これまで形成された（中間）製品に機能エレメントを被着させることができる。少なくとも最後の層を被着させた後に、前記機能エレメントはプラスチック製品内に組み込まれている。

こうして、別個の装置、たとえばセンサ、ランプ、アクチュエータが挿入され得るか、または他方では機能エレメントが強化構造と一体に形成されていてよい。すなわち、たとえば強化構造に金属製の糸を埋め込むことができる。この金属製の糸は物理的な状態に関連して導電機能を満たし、たとえば亀裂または破断を検知するか、あるいはまた別の負荷、たとえば伸縮負荷を感知する。

さらに別の利点および特徴は、請求項２以下に記載されている。

以下に、本発明の種々の実施形態を図面につき詳しく説明する。

本発明による方法を実施することのできる本発明による機械の具体的な１実施形態を示す概略図である。 図１に示した機械を、第２の開放された方法状態で示す概略図である。 図１に示した機械を、第３の方法状態で示す概略図である。 図１に示した機械を、第４の方法状態で示す概略図である。 図１に示した機械を、第５の方法状態で示す概略図である。 図１に示した機械を、第６の方法状態で示す概略図である。 図１に示した機械を、第７の方法状態で示す概略図である。 図１に示した機械を、第８の方法状態で示す概略図である。 図１に示した機械を、第９の方法状態で示す概略図である。

以下に、図１〜図９につき、本発明による方法を実施するための本発明による装置の具体的な実施形態を説明する。図面には、閉鎖ユニットもしくは型締ユニット１０が図示されている。この型締ユニット１０は型を緊締するための固定のダイプレート（Formaufspannplatte）１２と、可動のダイプレート１４（可動性については二重矢印参照）とを有している。両ダイプレート１２，１４はタイバー１１を介して互いに結合されている。両ダイプレート１２，１４の間では、ほぼ立方体に形成されたターンプレート１６がターンプレートテーブル（図示しない）上に配置されている。この場合、ターンプレート１６は、図示されていないターンプレートテーブルと一緒に同じく、可動のダイプレート１４の方向に移動可能で、しかもさらに回転可能（矢印参照）に配置されている。

固定のダイプレート１２にも、可動のダイプレート１４にも、成形型半部１７；２０が配置されている。両成形型半部１７，２０は、あとで詳しく説明するように、そのキャビティ切欠きの点で互いに異なっている。さらに、ターンプレート１６の互いに反対の側にも、それぞれ別の成形型半部１８，１９が取り付けられている。これらの成形型半部１８，１９も互いに異なって形成されている。固定のダイプレート１２に取り付けられた成形型半部１７は、ターンプレート１６に設けられた成形型半部１８，１９と共にそれぞれ１つの成形型を形成することができる（第１の成形型および第２の成形型）。さらに、可動のダイプレート１４に取り付けられた成形型半部２０は、同じくターンプレート１６に設けられた成形型半部１９と共に１つの成形型を形成することができる（第３の成形型）。もちろん、当該型締ユニットは択一的に、たとえばスライド式型締ユニットまたはターンテーブル式型締ユニットとして形成されていてもよい。重要となるのは、３つまたはそれ以上のキャビティが形成され得ることだけである。

固定のダイプレート１２の範囲においても、可動のダイプレート１４の範囲においても、可塑化・射出ユニット２８，２９（概略的にのみ図示する）が設けられている。これらの可塑化・射出ユニット２８，２９は相応するホッパを介して各成形型にドッキングされ得る。さらに、別の可塑化・射出ユニット３０が設けられており、この可塑化・射出ユニット３０は、いわゆる「ボルト・オン・ユニット（bolt-on-unit）」として型締ユニットの側方に（択一的には上方にも）配置されていて、少なくとも１つの個所で直接にターンプレート１６にドッキングされ得る。この個所から、相応する通路を経由して前記成形型半部のうちの１つを介してキャビティ内に溶融液（メルト）を導入することができる。択一的には、「ボルト・オン・ユニット」として設けられた型締ユニットを、直接に１つの成形型半部（たとえば成形型半部１９）にドッキング可能に形成することも可能である。

自体公知の形式で、可塑化・射出ユニット２８〜３０を用いて、プラスチック溶融液を、対応する成形型のキャビティ内に射出させることができる。

択一的には、以下に説明するように、１つの可塑化・射出装置の代わりに、プラスチック材料、樹脂材料、含浸材料、ラッカ材料、熱可塑性樹脂材料または熱硬化性樹脂材料のための別の導入ユニットを設けることも可能である。

図１〜図９には、さらに、曲げ易い可撓性の（biegeschlaff）、もしくはフレキシブルな織布（一般的な織物もしくはテキスタイル）を型締ユニットに導入するための装置５０が図示されている。この装置５０はロボットアームを有しており、このロボットアームのアーム端部には、可撓性の織布（織物）を収容するための収容ユニットが配置されている。このロボットアームを用いて、可撓性の織布（織物）を収容し、そして型締ユニットの開放された状態において、１つの成形型半部（この場合には成形型半部１８）のキャビティ表面に被着させることができる。

前で説明した実施形態の作業形式は以下の通りである：
本実施形態で説明した実施サイクルの開始時に、射出成形機の型締ユニット１０は、図１に示したように開放された状態にあり、ターンプレート１６に取り付けられた成形型半部１８には、固定のダイプレート１２に取り付けられた成形型半部１７が対応しており、ターンプレート１６に取り付けられた成形型半部１９には、可動のダイプレート１４に取り付けられた成形型半部２０が対応している。各可塑化・射出ユニット２８，２９，３０は成形型から持ち上げられている。

ロボットアーム５０を用いて、織布、フリース、編地、編成品、編状体またはこれに類する、これらから形成された繊維複合材料であってよい可撓性の織布（織物）２３が収容されて、ターンプレート１６の成形型半部１８のキャビティ表面に被着される。この場合には、可撓性の織布（織物）２３を成形型半部１８のキャビティ表面に保持するための手段が設けられている。このことは、たとえば真空手段であってよい。場合によっては、可撓性の織布（織物）２３を位置固定するために、キャビティ表面が付着剤もしくは接着剤で濡らされているか、または適当な機械的な収容エレメントを備えていてよい。

可撓性の織布（織物）を導入した後に、ロボットアーム５０は型締ユニットから、特に固定のダイプレート１２の成形型半部１７と、ターンプレート１６の成形型半部１８との間の中間室から引き戻され（このことは図２に図示されている）、型締ユニット１０は閉じられる（図３参照）。この場合、前記両成形型半部１７，１８によって第１の成形型が形成される。この第１の成形型内には、可撓性の織布（織物）２３に対応して主として固定のダイプレート１２の成形型半部１７の側に形成されているキャビティが存在している。

次いで、可塑化・射出ユニット２８が前記第１の成形型にドッキングされ、前記キャビティ内に第１のプラスチック材料が射出される。この第１のプラスチック材料２４は、可撓性の織布（織物）２３を主として片側で覆うか、または言い換えれば、織布（織物）２３は、こうして製造された製品の表面に載置される。もちろん、可撓性の織布（織物）２３を、選択された個所にのみ配置することが可能であるので、こうして製造された製品の表面は部分的にのみ織布（織物）を備えている。

引き続き、型締ユニットは再び開放される。このことは図４に図示されている。この場合、織布（織物）２３（もはや可撓性ではない）と第１のプラスチック材料２４とから成る、第１のステップで製造された中間製品は、固定のダイプレート１２の成形型半部１７に留まる。

引き続き、同じく図４に示されているように、ターンプレート１６の成形型半部１９を、固定のダイプレート１２の成形型半部１７に対応させるために、ターンプレート１６は１８０゜だけ回転させられる。その後に、型締ユニットは再び閉じられる（図５参照）。この場合、前に製造された前記中間製品に対してキャビティがターンプレート１６の成形型半部１９の側に存在する。このキャビティ内には、可塑化・射出ユニット３０によって第２のプラスチック材料が射出される。この第２のプラスチック材料はこの場合、ターンプレート１６と成形型半部１９とを介して案内される。択一的には、可塑化・射出ユニット３０を、直接に成形型半部１９にドッキングさせることもできる。

第２のプラスチック材料２５を少なくとも部分的に硬化させた後に、型締ユニット１０は再び開放され、こうして製造された中間製品はターンプレート１６の成形型半部１９に留まる。このとき、第１のプラスチック材料２４と第２のプラスチック材料２５とから形成された両層の間に織布２３がサンドイッチ状に収容されているようなプラスチック製品が提供されている。この場合、図６は極めて概略的にしか図示されていない。なぜならば、この製品において織布（織物）はもはや認識され得ないからである。それどころか、この織布（織物）は種々の層によって完全に被覆されている。この織布（織物）は、ほぼ全面にわたって埋め込まれているか、または使用者が所望しているようにか、もしくは製品が要求しているように、部分的にのみ組み込まれていてもよい。第１のプラスチック材料と第２のプラスチック材料とは同一であるか、あるいは互いに異なっていてもよい。

単純化された実施態様では、この個所で生産を既に終了させ、引き続き製品を別の加工に搬送することができる。

しかし、本実施態様では、ターンプレート１６がもう一度回転させられるので、層２３〜２５から成る、これまで製造された中間製品が、前記成形型半部１９と共に、可動のダイプレート１４の成形型半部２０に対応させられる（図７参照）。型締ユニット１０の閉鎖後に、前記両成形型半部１９，２０によって第３の成形型が形成される。この第３の成形型はこの場合、可動のダイプレート１４の成形型半部２０の側で前記中間製品に隣接して配置されたキャビティを有している。可塑化・射出ユニット２９をドッキングさせ、かつ第３のプラスチック材料を導入することにより、規定された表面特性を有する被覆体が形成される（図９の符号２６参照）。

次いで、少なくとも部分的な硬化および開放の後に、完成した製品を取り出すことができる。

図１〜図９に示した実施態様を少しだけ改良することによって、本発明の枠内で択一的な別の実施形態を実現することが可能である。

たとえば可塑化・射出ユニット２８の代わりに、含浸材料のための射出装置が設けられることにより、特に有利な変化実施形態が与えられている。すなわち、第１のステップにおいて高粘稠性のプラスチック材料が射出されると、織布材料（強化織物）が完全にこのプラスチック材料によって貫通されるのではなく、コア内で相変わらず可撓性の状態となることが考えられる。強化効果はこれにより低減される。したがって、完全な貫徹含浸を実現するためには、第１のステップにおいて含浸を行うことができる。この含浸時では、主として可撓性の織布材料（強化織物）２３が、成形型半部１７，１８から成る第１の成形型に設けられた、相応して小さく形成されたキャビティ内で完全に貫徹含浸される。引き続き、後続のステップにおいて、上で説明したように、２種の別のプラスチック材料が被着されるので、こうして製造された製品においては、含浸された織布（織物）が２つのプラスチック層の間にサンドイッチ状に収容されている。このことは、卓越した（全面的または部分的な）強化を生ぜしめる。

さらに、１つまたは複数の可塑化・射出ユニット２８，２９，３０の代わりに、ポリウレタン混合ヘッドが設けられていてよい。これにより、熱可塑性樹脂だけでなく、熱硬化性樹脂材料がキャビティ内に導入される。このことは特に、特別に所望される特性（触感性、耐光性等）を有する表面被覆体（たとえば層２６）が要求されている場合に重要となる。

また、表面材料としてラッカを設けることも可能である。こうして、ラッカ塗布された製品（ラッカ層はその場合、やはり層２６である）が取り出される。

特に、さらに上で説明したように、第１の層が含浸物として形成されている場合には、図１〜図９に示した実施形態に対する変化形の形で、第４の成形型を形成し、これにより第１の含浸層、第２の含浸層および第３の含浸層の他に同じくラッカ塗布部を達成することができることが望ましい。このことから判るように、本発明の使用可能性は広く拡張されている。

織布材料（強化織物）の他に、各方法ステップにおいて、別の機能エレメント、たとえばセンサまたはこれに類するものを中間製品の表面に被着させることができる。この機能エレメントは次いで、後続の加工ステップにおいて射出されたプラスチック材料に埋め込まれるので、この機能エレメントは製品と一体に提供される。また、織布、編地（Strickwerk）またはフリース（一般に強化織物）が、部分的に金属糸またはこれに類するエレメントを有していてもよい。この金属糸またはこれに類するエレメントは、あとでアクチュエータまたはセンサにより作動（使用）される。

もちろん、なお多数の別の加工装置が設けられていてよく、これらの加工装置を用いて、種々の方法区分において被覆、コーティング、加工等を実施することができる。

本発明を用いると、無数の変化形において、強化構造をプラスチック製品に導入することができるので、特に薄い構成部分または高負荷される構成部分において、所望の機械的、熱的、物理的または別の特性を形成することができる。また、強化構造の範囲において場合によっては必要となる、相応する機能エレメントを成形時に一緒に埋め込むこともできる。

１０ 型締ユニット
１１ タイバー
１２ 固定のダイプレート
１４ 可動のダイプレート
１６ 中間・ターンプレート
１７ 固定のダイプレートに取り付けられた成形型半部
１８，１９ 中間・ターンプレートに取り付けられた成形型半部
２０ 可動のダイプレートに取り付けられた成形型半部
２３ 可撓性の織布構造（可撓性の織物強化構造）
２４ プラスチック層または含浸層
２５ プラスチック層
２６ 表面層、ラッカ層またはプラスチック層
２８ 第１の射出ユニット
２９ 第２の射出ユニット
３０ 第３の射出ユニット
５０ 導入装置

Claims (14)

1. 組み込まれた強化構造を備えたプラスチック製品を製造するための方法において、多キャビティ式の型締ユニットと、成形型のキャビティ内に含浸材料、樹脂材料またはプラスチック材料を導入するための少なくとも２つの装置とを有する装置を用いて、以下のステップ：
   成形型を形成する第１の型半部の型表面に、繊維または糸から成る可撓性の織布エレメントを載置して位置固定し、
   成形型を形成する第２の型半部を前記第１の型半部に対応させ、こうして形成された第１の成形型を閉鎖して第１のキャビティを形成し、
   前記第１のキャビティ内に第１のプラスチック材料または第１の含浸材料を導入して、第１の層を形成し、
   該第１の層を少なくとも部分的に硬化させた後に前記第１の成形型を開放し、ただしこの場合、プラスチックで被覆または含浸された、第１の中間製品を形成する前記織布エレメントを前記第１の成形型の前記第１の型半部に留めておき、
   成形型を形成する前記第１の型半部に、成形型を形成する第３の型半部を対応させて、こうして形成された第２の成形型を閉鎖して、織布に関して前記第１の被着された層とは反対の側に位置するキャビティを形成し、
   該キャビティ内に別のプラスチック材料を導入して、第２の層を形成し、
   該第２の層を少なくとも部分的に硬化させた後に、前記第２の成形型を開放し、
   こうして製造された製品を取り出す、
   より成るステップを実施することを特徴とする、組み込まれた強化構造を備えたプラスチック製品を製造するための方法。
2. 前記第２の層を形成し、かつ前記第２の成形型を開放した後に、こうして製造された製品を、成形型を形成する前記第３の型半部に留め、
   成形型を形成する前記第３の型半部に、成形型を形成する第４の型半部を対応させ、こうして形成された第３の成形型を閉鎖して、前記第１または第２の形成された層に隣接した別のキャビティを形成し、
   該キャビティ内に別のプラスチック材料、樹脂またはラッカ材料を導入して、第３の層を形成する、
   請求項１記載の方法。
3. 前記第１のプラスチック層および／または前記第２のプラスチック層および／または前記第３のプラスチック層を、押出し成形法または射出成形法により製造して導入する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記第１の層および／または前記第２の層および／または前記第３の層を、反応性射出成形法により製造して導入する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記第１の層のための材料が、含浸剤である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 可撓性の織布エレメントを、織布、フリース、編地、編成品またはこれに類するものから形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 層を被着させる前に、接着助剤を塗布する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 層を被着させる前に、または層を被着させると同時に、または層を被着させた後に、別の機能エレメントを中間製品に被着させる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置において、
   互いに異なるキャビティを備えた少なくとも２つの成形型を形成するための少なくとも３つの成形型半部と、
   種々の成形型半部を収容し、種々の成形型半部を交互に対応させ、かつ各成形型のための型締力を付与するための型締ユニットと、
   前記キャビティ内にプラスチック材料、樹脂材料または含浸材料を導入するための少なくとも２つの装置と、
   １つの成形型半部のキャビティ表面に、可撓性の織布を載置させるための導入装置と、
   が設けられていることを特徴とする、組み込まれた強化構造を備えたプラスチック製品を製造するための装置。
10. 少なくとも４つのキャビティ半部が設けられている、請求項９記載の装置。
11. 前記型締ユニットが、２つのダイプレートと、両ダイプレートの間に配置された、所定の軸線を中心にして回転可能な中間・ターンプレートとを有している、請求項９または１０記載の装置。
12. 第１の導入装置および／または第２の導入装置が、押出し成形装置、可塑化・射出装置および／または反応性射出成形装置である、請求項９から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 第１の導入装置が、キャビティ内に含浸剤を導入するための装置である、請求項９または１２記載の装置。
14. 接着剤または位置固定剤または接着助剤を被着させるための装置が設けられている、請求項９から１３までのいずれか１項記載の装置。

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