JP2019018567A - プラスチック材料の射出成形のための装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホットランナを有する金型において、美的なゲート痕を保証し、成形装置の製造、調達および試運転に必要な時間およびコストを低減する、射出成形装置の提供。【解決手段】プラスチック材料の射出成形のための装置は、射出モールドキャビティに向かう少なくとも1つのゲート(5)、および上記ゲート(5)と連携する少なくとも1つの射出部を有するモールドを備える。上記ゲート(5)は、螺嵌されるゲートインサート(15)で形成され、モールドの円錐面を持つセンタリングシート(16)上に載置して配置される。【選択図】図7
Description
本発明は、モールドキャビティに向かう少なくとも1つのゲートおよびゲートと連携する少なくとも1つの射出部を有するモールドを備えた、プラスチック材料の射出成形のための装置に関する。通常、射出部は、ゲートに向かうプラスチック材料の流れの通路を画するノズル端が設けられたノズルを含む。
添付図面の図1中に、従来の射出成形装置が部分的な断面図で概略的に示されている。当該装置は、ホットランナ、すなわち流体プラスチック材料の供給部1、および加圧されたプラスチック材料をモールドのキャビティに、各ゲート5を通して導入するための1または複数の射出部2、3を備え、そのプレートまたはダイは4として示される。
各射出部2、3は、概して8と示されるノズル端が設けられた管状ノズル7を備え、ノズル端8は、射出されたプラスチック材料の流体通路を画する。図1の場合、射出部2、3は、いわゆる「シャッター」タイプである。射出部2、3の各々には、電気または流体アクチュエータ11により、ノズル端8を開閉するために後退位置および前進位置との間で軸方向に変位可能なシャッター端部10が設けられたバルブピン9が設けられている。
ノズル端8は、図1の射出部2に対する図2および図1の射出部3に対する図3に、例示として詳細に示すように、異なる構成を有してよい。両方の場合において、ノズル端8は、内側管状要素または先端12および外側環状要素またはリングナット13を備える。
図2のノズル端8の場合、先端12は、ノズル端の遠位端12aと共に、リングナット13の遠位端13aを越え、軸方向に延伸し、ゲート5へと突出する。よって、成形品の表面に残るゲート痕(図2の下の平面図に示される)は、バルブピン9のシャッター端部10の直径のみによる、非常に小さい寸法を示す。これは、美的コンポーネント、特に透明または半透明コンポーネントを成形する場合に特に有利であり、これは、非常に高品質な規準を要求する自動車ランプの場合、いっそう当てはまる。
この解決手段、いわゆる「外側」リングナットを用いる、すなわちモールドキャビティに直接突出しない解決手段は、先端12およびリングナット13の遠位端の高さにおける、モールドダイ4の正確な処理を必要とする。これは、リングナットの半径全体の寸法、および特に、バルブピン9の前進した閉位置において、バルブピン9のシャッター端部10を収容するゲート5の領域における一定のばらつきに起因する。これは、成形装置の製造時間、調達時間および試運転時間の延長を暗示する。さらに、機械加工の難しさから頻繁に、バルブピン9のシャッター端部10と、ダイ4の対応するシートに適用されたダイ4のゲート5との間の、あるいはゲート5がモールドのダイ4に直接設けられておらず、中空インサートに設けられている場合は、14と示されるダイインサート全体との間の同芯度エラーにつながる。これは、モールドに対する深刻な経済的損失と共に、当該2つのコンポーネントでのより高い摩耗率、またはダイ若しくはダイインサートの破壊すらを引き起こす。
かかる欠点の克服を試み、図3中に示す解決手段が提案された。そこでは、ノズル端8は、いわゆる「スルー(through)」リングナット13であり、すなわち、その遠位端13aは、先端12の遠位端12aを越え、軸方向に延伸し、遠位端13aはモールドキャビティに直接突出する。この場合、バルブピン9のシャッター端部10と連携するゲート5は、リングナット13の遠位端13aの領域に形成され、従って、ダイ4の動作のかなりの簡便さを可能とし、よって時間およびエラーのリスクを減らす。しかしながら、図3の下部の平面図に示される通り、シャッター端部10に対応するゲート痕に対し、リングナット13の遠位端13aのゲート痕も追加され、はるかにより大きな寸法となっている。透明な美的コンポーネント、とりわけ、自動車ランプレンズの成形の場合、実際に許容不可である。
ここで図4中に示す、本出願人の名前の下、文献US−2017/0100866に記載された解決手段は、これらの欠点を克服する目的で提案された。
この解決手段は、ゲート5と連結され、バルブピン9のシャッター端部10と連携し、バルブピン9のシャッター端部10の断面の厚みBに等しいか、またはそれより小さい断面における全体厚み2Aを有すべく構成された遠位端12aを、ノズル端8の先端12が有する、射出部7を提供する。この場合、上記の通り、ゲート5はダイインサート14内に形成され、モールドプレートのシートに挿入される。
この特徴によると、先端12の遠位端12aは延伸(いわば)、すなわち、このように、先端12の遠位端12aがモールドのゲート5に延伸してモールドキャビティに突出できる。当該特徴は、モールドのダイインサート4の処理を大きく簡易化する利点をもたらす。
他方で、先端12の遠位端12aの低壁の厚みAも、同様に、成形品上に見られるゲート痕の寸法を大きく低減することを可能にし、それは、バルブピンのシャッター端部のインプリントよりわずかに大きく、且つ、基本的にそれと同様のものである。
しかしながら、先端12の遠位端12aの特に薄く延伸する構成は、成形条件の変動により、軸方向のかなりの拡張を伴う。
これは、遠位端12aが軸方向に後退するまたは延伸する傾向があるという点で、成形コンポーネントの美的品質に悪影響を及ぼす。
最初のケースにおいては、先端12の遠位端12aと、バルブピン9のシャッター端部10との間に不完全な閉じの連結が存在することとなり、ゲート5近傍に、ばりの形成を引き起こす。
代わりに、二番目のケースにおいては、先端の遠位端12aはゲート5を越えて、モールドキャビティへと延伸し、その結果、成形部品上に、はるかにより目立つ、明らかで美的に許容不可能なゲート痕(ある種のコイニング)を残す。
図5および図6は、「フリーフロー」タイプの射出部に関する最先端技術を概略的に示す。これまでに記載したものとは対照的に、アクチュエータにより軸方向に変位可能なバルブピンの使用は、提供されていない。ノズル端8aは、単に温度に作用することによって、特に、射出部の端部においてプラスチック材料を冷却させてその流れを凝固および停止させることによって、射出されたプラスチック材料の流れの遮断をゲート5においてもたらす。
図1〜4の場合と同様に、ノズル端8aは、内側要素または先端12および外側環状要素またはリングナット13を備える。特に、図5と図6の場合、「トピード」タイプの先端12であり、すなわち、ゲート5の近傍で円錐の頂点12aで終端する円錐形状の遠位セクションで特徴付けられる。射出部7とゲート5との間のフローチャネルの連通は、先端12に設けられた1または複数の傾斜孔30を通して生じる。
図5中、リングナット13は、図2の構成と同様の構成を有する。実際のところ、リングナット13は「外部」にあり、すなわち、モールドキャビティに直接突出していない、上記の通り、この構成は、先端12およびリングナット13の遠位端の高さにおけるダイインサート14の正確な機械加工を要し、その結果、成形装置の製造、調達および試運転に要する時間の延長が伴う。これに加え、ダイインサート14は、通常付与される多数のモールドサイクル中に流れる、プラスチック材料の流れに起因する摩耗を直接被る。成形コンポーネントの機械的抵抗を増大させる目的で、プラスチック材料に補強材(例えば、ガラスファイバ)が充填された場合に、特に摩耗が加速する。長期においては、ダイインサート14、特にゲート5領域の摩耗は、成形コンポーネントの美的品質のためには、許容不可である。故に、ダイインサート全体14(またはインサート14が設けられていない場合、ダイ4自体)を交換する必要が生じ、製造時間およびコストの増大に加え、長期のシャットダウン時間を引き起こす。
かかる欠点の克服を試み、図6中に示す解決手段が提案された。そこでは、図3の場合と同様、「スルー(through)」タイプのリングナット13であり、すなわち、その遠位端13aは、先端12の遠位端12aを越えて軸方向に延伸し、遠位端12aはモールドキャビティに直接突出する。この場合、ゲート5はリングナット13の遠位端13aの領域に形成されており、従って、ダイインサート14の機械加工について言えば、かなりの簡素化を可能にしている。しかしながら、図6の下部における平面図に図示される通り、リングナット13の遠位端13aのゲート痕は、図5に見られるゲート痕と比べた場合、美的観点からは、許容不可能な寸法を有する。
US 2003/235638は、円錐面を有するモールドのセンタリングシート上に載置されたゲートインサートを有する射出成形装置を開示する。類似の構成が、JP H07186203およびJP H05309695にも開示されている。
本発明の目的は、成形細部における所望の美的品質を保証すると共に、成形装置の製造、調達および試運転に必要な時間およびコストを低減すべく、前述の先行技術の解決手段の欠点を克服することにある。
本発明に係るこの目的は、上記定義されたタイプの射出成形装置により達成される。当該装置の特有の特徴は、ゲートインサートが、モールドの対応するねじと螺合するねじを有することで構成される。
ゲートインサートは、モールドプレートに適用された中空ダイインサート内に嵌合されてよく、内側ねじおよびセンタリングシートで形成されてよい。あるいは、代わりに、ゲートインサートの上記内側ねじおよび上記センタリングシートがモールドプレート内に直接形成されてもよい。
好都合には、ゲートインサートは、前述のセンタリングシートと連結された環状耳軸が中央に形成され、モールドキャビティに向かってテーパー状となる厚みを持つ円錐壁を有する基部を有する。有利なことに、かかる耳軸は、ゲートインサートの基部をモールド表面から離間させて保持する。
本発明は、シーケンシャルサイクルまたはカスケードサイクルにより制御される複数の射出部が設けられた射出成形装置、または、短時間での多数のモールドサイクルによって特徴付けられるマルチキャビティ射出成形にも、非常に有利に適用される。
添付図面は、以下の通りである。
上記の先行技術によるプラスチック材料の射出成形のための装置の部分的な断面図である。
図1による先行技術の成形装置の詳細をさらに拡大して示す。
図1による先行技術の成形装置の詳細をさらに拡大して示す。
上記のさらなる先行技術の解決手段を示す、図2と3に類似する図である。
上記の他の変形例の先行技術による、成形装置の詳細を示す。
上記の他の変形例の先行技術による、成形装置の詳細を示す。
本発明の一実施形態を非限定的な例示として示す、図2〜6に類似する図である。
図7の一部の拡大図を示す。
図7の変形例を示す。
本発明による、ゲートインサートと呼ばれるコンポーネントの斜視図である。
図10の底部の平面図である。
図11のX‐X線に沿う、断面図である。
本発明の非限定的例示のさらなる実施形態を示す。
上記の先行技術の解決手段の欠点を克服すべく、本発明は、コンセプト的に異なり、成形コンポーネントの所望の美的品質を保証可能であり、加えて、射出成形装置の製造、調達および試運転に必要な時間およびコストを低減する解決手段を提案する。基本的に、本発明の構成要素は、ゲートインサートと呼ばれるインサートで構成され、当該ゲートインサートは、従来のゲートインサートが存在する場合は、ゲートインサート内のゲートの近傍に位置され、または、モールドダイ若しくはプレートのシートに直接位置される。
最初に図7および図8を参照すると、図1〜6を参照して上記したものと同一または類似の部材は、同一の参照符号を用いて示されている。このゲートインサートは15と示され、ダイインサート14にねじ込まれ、ゲート5の近傍にある、かかるダイインサート14の下部にある円錐面を有するシート16に載置されている。
詳しく言うと、図10から図12に示す通り、ゲートインサート15は、円形基部17を有する金属中空体で構成され、当該円形基部17には、外側ねじ19が形成された軸方向の外壁18が備えられている。外壁18の縁には、操縦ツール(不図示)と係合するためのノッチ29が設けられている。中央の環状耳軸20が基部17から軸方向に出発し、外壁18の反対側に突出し、その自由端においてゲート5を区切る。
図8中でより良く観察できる通り、中央の環状耳軸20がモールドキャビティに向かってテーパー状になるように、中央の環状耳軸20は概して円錐形状であり、異なる円錐度のそれぞれの円錐面を有する内壁21および外壁22が備わっている。外壁22の円錐度は、ダイインサート14の円錐シート16の円錐度と相補的である。
第1の好ましい実施形態において、図7〜12に見られる「シャッタータイプ」射出部に関しては、ゲートインサート15は、バルブピン9のシャッター端部10と連携して、ゲート5を開くまたは閉じる。特に、内側円錐面21の遠位端は、円筒状端部28を有し、当該円筒状端部28が実質的にゲート5を形成する。ゲート5の半径方向の厚みは、バルブピン9の円筒状シャッター端部10の横方向寸法よりかなり小さく、円筒状シャッター端部10は、かかる円筒状端部28と、前進位置において密封のために連携してバルブピン9を閉じ、前進位置においてゲート5は閉じられる。
故に、実質的にシャープエッジタイプであってもよいゲートインサート15の円筒状端部28は、シャッター端部10の直径(例えば、約2.0mm)と比較した場合、美的に妥当でない全体厚み(例えば、約0.2mm)を有する。
ゲートインサート15の外壁18の外側ねじ19は、ダイインサート14の凹部25の壁内に形成された対応する内側ねじ24と係合する。上記の操縦ツールにより得られる完全螺合した状態においては、中央の環状耳軸20の外側円錐面22は、ゲートインサート15の基部壁17が凹部の底部25から離間した状態で保持され、軸方向の間隙26を形成するように、ダイインサート14の円錐シート16上に載置される。
好ましい構成によると、ゲートインサート15は、ゲート箇所のみでなく、ゲート箇所に対する上流側にも、ゲートバルブピン9のシャッター端部10の形状と相補的な内部形状を有する。この目的のために、好都合には、バルブピン9は、シャッター端部10から短い距離離れた箇所における、前進した閉位置近傍において、円錐面23を備えた部分を有し、ゲートインサート15の中央の環状耳軸20の内側円錐面21の一部にもたれかかる。バルブピン9を閉じる際の、バルブピン9およびゲートインサート15の中央の環状耳軸20の円錐面および円筒面間の連結は、ゲート5に対するシャッター端部10の正確な自動センタリングを達成し、円筒状シャッターシステムに典型的なゲート5の見事に整った閉塞を保証する。実際、円錐シャッターシステムについては、不正確な閉鎖に伴う、成形部品の欠陥を引き起こす、シャッター端部10とゲート5の壁との間に残留するプラスチックがもはや生じなくなる。
有利な特徴によると、ゲートインサート15は、ダイインサート14(またはモールドプレート4)と比較して、より固く、より摩耗耐性のある材料で形成され、ゲートインサート15は、バルブピン9と直接連携する唯一の構成要素である。従って、ダイインサート14は、より低コスト材料で形成されてよく、顧客に対し明らかな利点を備える。
さらなる解決手段によると、射出装置の稼働時に、例えば、電子的に制御される、バルブピン9の開位置からその閉位置への変位速度は、閉動作の最後の段階で好都合に低減されてよい。故に、センタリングは、はるかにいっそう制御された態様で実行されてよく、その結果、コンポーネントの摩耗およびゲート5に加え、バルブピン9の破壊のリスクも限定的なものとする。よって、本解決手段は、ゲートインサート15に対し、およびカスケード方式のダイインサート14(存在する場合)に対し、より安価な材料を用いることを可能にする。
しかしながら、成形装置の動作中に摩耗の問題が生じた場合、結果的にダイインサート14全体ではなく、ゲートインサート15のみを交換(ホットランナ射出システムのサプライヤによって行われるべき)すれば、いまだ十分である。ダイインサート14は通常、顧客によって高コストおよび必要な機械加工処理を考慮した製造時間をかけて設置されている。故に、これによって、実質的に、顧客に悪影響を及ぼすことなく、試運転時間を節約することになろう。
バルブピン9とゲートインサート15との間の円錐間の接触から生じる別の利点は、シャッターの熱を、通常クーラント液の通路27が設けられるダイインサート14に向けて放熱できる点にある。動作中、バルブピン9は高温のプラスチック材料で囲まれ、ゲート5のレベルにおいてすら、特に熱くなる傾向がある。これには、実際にプラスチック材料がバルブピン9のシャッター端部10にくっつく状態を伴われる。ひとたび閉じられた成形部品は、シャッター端部10からきれいに分離できず、美的に許容不可能な欠陥を引き起こす。バルブピン9と冷却されたダイインサート14との間の間接的な接触(ゲートインサート15を通しての)により、バルブピン9の熱の放熱を可能にし、その結果、くっつきに関する問題を克服できる。
また、バルブピン9とゲート5との間に加え、ゲートインサート15は、全体的に射出部2とゲート5との間のセンタリングも実行するように指定されている。特に、リングナット13がゲートインサート15の軸方向の壁18にもたれかかることによって、このセンタリングを保証し、公差を備えて好適に機械加工される。
故に、すべての構成要素(リングナット13、射出部2、バルブピン9、ゲートインサート5)は、同一のコンポーネント、すなわち、ゲート15を用いて、相互にセンタリングされる。故に、射出装置のユーザが行う必要のあることは、ぴったりのねじ24に加え、妥当な公差を備えたダイインサート14の円錐シート16を提供することであり、それによって、ゲートインサート15(および故にすべての構成要素)のゲート5に対するセンタリングを保証する。
必要なものは、妥当な公差を持つ円錐シート22およびぴったりのねじ24を提供することだけなので、最先端技術と比較して、特に、外側リングナット13の場合においては、顧客によるダイインサート14の機械加工は大きくより簡素化、より迅速化され、より安価なものとなる。
さらなる有利な特徴によると、ダイインサート14に設けられたシート25は、円錐シート16およびねじ24には変更を加えずに維持しながら、軸方向の延伸の観点から異なるゲートインサート15を収容するために構成されている。図9は、異なる構成の例を示し、そこでは、ゲートインサート15の基部17がより厚みを有し、壁18が凹部25から射出部3に向かって、さらに突出している。
故に、より小さいまたはより大きい軸方向の延伸を持つゲートインサート15を単に設置することによって、同一のダイインサート14が、より長いまたはより短い射出部と組み合わされてよく、ダイインサート14を交換する、または再度機械加工する必要はない。
さらに、ゲートインサート15の基部17とダイインサート14の凹部25との間に接触部がない場合、前述の軸方向の間隙26の存在によって、ゲートインサート15とダイインサート14との間の円錐間のセンタリングを実行する際のエラーの可能性をなくすことができることを観察されたい。
図13中に示す代替的な実施形態によると、ゲートインサート15は、「フリーフロータイプ」と呼ばれる、すなわち、バルブピン9および関連するシャッター端部10がないノズル端8aと連携する。
図5の場合に説明したものと同様に、「トピード」タイプの先端12であり、すなわち、ゲート5の近傍で、円錐の頂点12aで終端する円錐形状の遠位セクションで特徴付けられる。ノズル7とゲート5との間のフローチャネルの連通は、先端12に設けられた1または複数の傾斜孔30を通して生じる。リングナット13は、外部にあり、すなわち、モールドキャビティに直接突出していない。
ダイインサート14の正確な機械加工、ダイインサート14に応じた摩耗および許容不可能なゲート痕(図6の「スルー」リングナット13の場合)から生じる問題を克服する目的で、上記の場合と同様の態様でのゲートインサート15の使用が提供される。
図13の下部の平面図に図示する通り、インサート15は、ゲート5を区切るが、小さな、故に美的に許容可能な痕を残す。ダイインサート14に必要な機械加工は、円錐シート22およびねじ24に限定される。
さらに、動作中、ゲートインサート15のみが、ゲート5の近傍におけるプラスチック材料(例えば、可能性として、ガラスファイバが充填される場合)の流れに起因する直接的な摩耗を被る。故に、有利な実施形態によると、インサート15は、より固く、より摩耗耐性の高い材料で形成されてよい。好都合には、ダイインサート14は、より固くなく、摩耗耐性の低い材料で形成されてよく、これによって、顧客のコストをかなり節約することになる。しかしながら、ゲートインサート15の過度な摩耗の場合は、ゲートインサート15の交換で十分であり、ダイインサート14には全く影響を及ぼさない。
最後に、好ましい実施形態に関し上記したすべての他の利点、解決手段および特徴は、「フリーフロー」実施形態に適用されるべきであり、その場合、バルブピン9および関連のシャッター端部10の存在に関する内容は明らかに除く。
本発明の原理を損なうことなく、構造の詳細および実施形態は、説明および図示された内容に対し広く異なってよく、それによって、以下の特許請求の範囲において規定する本発明の保護範囲から逸脱することがないことは明らかである。すなわち、指摘した通り、ダイインサート14の存在は厳密には必要なものではなく、この場合、ゲートインサート15が、凹部25と同様に構成されたモールドプレートまたはダイ4の好適なシートに直接適用されることになる。
Claims (16)
- プラスチック材料の射出成形のための装置であって、
モールドキャビティに向かう少なくとも1つのゲート、および前記ゲートと連携し、且つ、前記ゲートに向かう前記プラスチック材料の流れ通路を画するノズル端が設けられたノズルを含む少なくとも1つの射出部を有するモールドを備え、
前記ゲートは、円錐面を有する前記モールドのセンタリングシート上に載置されたゲートインサート内に形成され、前記ゲートインサートは、前記モールドの対応するねじ溝と螺合するねじ山を有する、装置。 - 前記ゲートインサートは、前記センタリングシートと連結され、且つ、前記モールドキャビティに向かいテーパー状になる厚みを持つ円錐壁を有する、環状耳軸が中央に形成された基部を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記環状耳軸は、前記ゲートインサートの前記基部を、前記モールドの表面から軸方向に離間させて保持する、請求項2に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの射出部は、シャッター端部を有し、且つ、前記ゲートインサートに形成された前記ゲートの後退した開位置と、前進した閉位置との間で軸方向に変位可能なバルブピンを有するタイプである、請求項2または3に記載の装置。
- 前記環状耳軸は、前記前進した閉位置において、前記バルブピンを閉じるために、前記バルブピンの前記シャッター端部と連携し、且つ、前記シャッター端部の断面に対し、かなりより小さな厚みを有する、円筒状遠位端を有する、請求項4に記載の装置。
- 前記円筒状遠位端は、実質的に鋭いエッジを有する、請求項5に記載の装置。
- 前記バルブピンの前記シャッター端部は、前記前進した閉位置の近傍において、前記ゲートインサートの前記環状耳軸の前記円錐壁と連携する円錐面を持つ軸部分を有する、請求項4に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの射出部は、フリーフロータイプである、請求項1または2に記載の装置。
- 前記ゲートインサートは、前記ノズル端を前記ゲートに対しセンタリングするための円筒状軸壁が形成される、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ノズル端は、内側管状要素または先端および前記先端に対し外部に配置された外側リングナットを有し、前記外側リングナットは前記円筒状軸壁と係合する、請求項9に記載の装置。
- 前記ゲートインサートは、より大きいまたはより小さい軸方向の延伸において互いに異なる、交換可能な異なる構成で設けられる、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ゲートインサートは、前記ゲートインサートのねじを締める/ねじを緩めるための操縦ツールが係合するよう設計されているノッチが形成される、請求項1から11のいずれか一項に記載の装置。
- 前記モールドは、モールドプレートまたはダイを有し、前記モールドは、前記モールドの前記モールドプレート内に適用され、且つ、内側の前記対応するねじ溝および前記ゲートインサートのための前記センタリングシートが形成された中空ダイインサートを有する、請求項1または2に記載の装置。
- 前記ゲートインサートは、硬度および摩耗耐性が、前記中空ダイインサートの材料より高い材料で形成されている、請求項13に記載の装置。
- 前記モールドは、モールドプレートまたはダイを有し、内側の前記対応するねじ溝および前記ゲートインサートのための前記センタリングシートは、前記モールドプレート内に直接形成される、請求項1または2に記載の装置。
- 請求項4に記載の装置による、射出成形プロセスであって、
前記後退した開位置と前進した閉位置との間の前記バルブピンの変位の速度が制御されており、閉動作中における、前記バルブピンの前記速度は、かかる閉動作の最後の段階で低減される、射出成形プロセス。
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