JP3665568B2 - プリフォームの成形後冷却方法および装置 - Google Patents
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Description
(発明の背景)
本発明は、プラスチック用樹脂などの単独または複数の材料で作られるプリフォーム(予備成形品)などのプラスチック成形製品を成形および冷却するための方法および装置に関する。特に、本発明は、PETプリフォームなどの成形製品が冷却ステップを完了する前にモールドつまり金型から取り出される急速または高速な射出成形プロセスに関する。これは、プリフォームが型から取り出されて型領域の外に保持された後で、対流熱伝達により内部から冷却される新規の成形後冷却プロセスおよび装置を利用する結果として可能になる。本発明は、さらに、内部冷却と少なくとも部分的に同時に起こる対流または伝導熱伝達を通じて行われる付加的な外部冷却も開示する。
【0002】
成形製品を適切に冷却することは、製品の品質に影響を与え、射出のサイクル時間にも影響するので、射出成形プロセスの非常に重要な点である。冷却は、PETプリフォームの射出成形などの、半結晶質ないし半晶質の樹脂が用いられる用途においてはさらに重要になる。射出後、PET樹脂は、結晶質部分の形成を防止し、またプリフォームが取り出される前に凝固できるようにするために、モールドキャビティつまり型キャビティ空間内に十分な時間的期間の間だけ保持される。
【0003】
射出プロセスのサイクル時間を短くするために金型からプリフォームを急に取り出すと、2つのことが起こりやすい。第1は、プリフォームが均一に冷却されない。多くの場合、金型ゲートに対向する底部分が結晶化する。射出プロセス中にプリフォームの壁に蓄積する熱の量は、特にプリフォームのゲート領域において高いままになり、成形後に結晶化を起こすことになる。ゲート領域は、この部分における金型の冷却が充分に効率的に行われず、また金型のキャビティ空間において樹脂がホットランナ射出ノズルの熱いステムに接触したままになるので、きわめて重要な部分となる。プリフォームのこの領域が一定の寸法と深さ以上に結晶質のままであると、ブロー成形された製品の質が弱化してしまう。第2の問題は、プリフォームが柔らかくなりすぎるために、次の処理ステップの間に変形することがある点である。多くの場合において他の部分よりも壁が厚く、そのためにより多くの熱をためる頸仕上げ部分(neck finish portion)も、プリフォームの重要な領域である。この頸部は、結晶化させないように成形後に積極的な冷却を行う必要がある。また、積極的な冷却を行うことで、頸部が更なる処理に対応できるように強固になる。
【0004】
過去に、PET射出成形システムの冷却効率を高めるために多くの試みがなされてきたが、成形プリフォームの品質を大幅に改善したり、サイクル時間を実質的に短縮するには至っていない。この点に関して、Valylに付与された米国特許第4,382,905号を参照する。この特許には、成形プリフォームを第1冷却ステップのための第1の調質用金型(tempering mold)に移送し、次に第2の調質用金型に移送して最終的な冷却ステップを実行する射出成形法が開示されている。いずれの調質用金型も射出金型と同様であり、冷却プロセス中にプリフォームと接触する壁を冷却する内部手段を有する。Valylの’905号特許は、成形領域からプリフォームを移送する手段上に位置する冷却装置や、成形されたパリソン内の流体冷媒を循環させる追加の冷却装置を設けることが開示されていない。
【0005】
Ballehacheに付与された米国特許第4,592,719号には、プリフォームを保持する真空吸着装置によって構成され、またプリフォームの外表面の吸気(対流)冷却手段によって構成される第1可動装置により、射出コアから成形プリフォームが取り出されるPETプリフォーム作製のための射出成形法が開示されている。Bellehacheの第’719号特許では、プリフォーム内部を同様に吸気によってさらに冷却するために第2可動装置と共に第2冷却装置が利用されている。本明細書の図22を参照されたい。Bellehacheの第’719号特許は、周辺空気の吸入または吸収に関してはるかに高い冷却効果を有するプリフォーム内部への冷風吹込は開示されておらず、またプリフォーム壁に密接して位置する伝導熱伝達による冷却手段やプリフォームのドーム型部分に向けられる空気吹込手段も開示されていない。Bellehacheの特許には、冷却効率の低下,均一性の低下,冷却時間の延長,プリフォーム変形の可能性増大などを含めて、いくつかの欠陥がある。
【0006】
米国特許第5,176,871号および第5,232,715号には、プリフォームの冷却法および装置を示されている。成形プリフォームは、金型領域外の射出成形コアにより保持される。金型コアは、成形プリフォームと接触しない冷媒により冷却される。プリフォームよりも大きな冷却管がプリフォームの周囲に配置されて、プリフォームの周囲に冷却空気を吹き込む。これらの特許に示される装置および方法の大きな問題点は、プリフォームが金型コア内に保持されるので、このためにサイクル時間が大幅に長くなることである。また、冷媒とプリフォームとの直接的な接触による内部冷却は行われない。
【0007】
液体冷媒を利用するプリフォーム内部冷却法を開示する米国特許第5,114,327号,第5,232,641号,第5,338,172号および第5,514,309号をさらに参照する。金型から取り出されたプリフォームがプリフォームの外壁には接触せずに定位置にプリフォームを保持するための真空手段を有するプリフォーム・キャリアに移送される。しかし、プリフォーム・キャリアは、冷却装置を持たない。冷却コアが、キャリア内に保持されるプリフォーム内部にさらに導入されて、冷却流体がプリフォーム内部に吹き込まれてプリフォームを冷却する。冷媒は、プリフォームを保持する同じ真空手段によりプリフォームを囲むチャンバからさらに取り出される。これらの特許には、冷たい空気がプリフォーム内部に吹き込まれ、また空気が冷却後自由にプリフォームから抜ける、方法は開示されていない。これらの特許には、内部および外部から同時にプリフォームを冷却する方法や、冷却手段を有するプリフォーム・キャリアを開示されていない。本明細書の図21を参照されたい。
【0008】
さらにプリフォーム冷却装置および方法を開示する日本国特許公報第7−171888号を参照する。プリフォームを冷却ステーションに移送するために成形プリフォームのロボット・キャリアが用いられている。。ロボットには、水冷媒を用いる伝導熱伝達によるプリフォーム壁の外部冷却が含まれる。冷却ステーションは、プリフォームを保持する真空手段を備える回転ハンド部と伝導熱伝達によるプリフォーム壁の外部冷却とを有する第1可動移送ロボットによって構成される。成形プリフォームは、ロボット・キャリアからハンド部に移送される。ハンド部は位置Aから、90度回転した位置Bまで移動されて、プリフォーム(外面のみ冷却された)を冷却ツールに移送する。冷却ツールは、プリフォームを保持する手段と、空気吹込によりプリフォーム内部を冷却する装置と、空気吹込または水冷によりプリフォームの外側を冷却する装置とを有する。採用される内部冷却が本明細書の図19および図20に示される。この特許は、プリフォームが金型から取り出されてキャリア・プレートに入れられる瞬間からできる限り早く内部と外部の冷却を行う冷却方法を開示しない。また、可動ロボット・キャリアにより保持される間にプリフォームの内部と外部の冷却を同時に行う方法を開示しない。従って、この冷却方法は充分な迅速性を持たず、金型の外側の結晶形成を防止できない。
【0009】
図19および図20は、冷却装置がプリフォームの外側に位置して、冷風をプリフォーム内部に吹き込むために用いられる周知のプリフォーム内部冷却方法を示す。空気ノズルがプリフォームの外側に位置するので、侵入する冷たい空気流は外に出ようとする暖かい流れと必ず干渉を起こし、少なくとも部分的に混じり合う。これによって、冷却効率が大幅に低下する。冷却装置がプリフォームと同じ軸上にある場合、図19の方法はプリフォーム内に空気の循環がないので非効率的になる。冷却装置を図20に示すように横方向に移動させると、内部の空気循環は行われるが、プリフォームの一側が他側よりも良好に早く冷却されるので依然として効率が悪くなる。冷媒は、非対称プロフィルを伴う準離散流プロフィル(quasi-divergent flow profile)を有する。このプロフィルはきわめて非効率的で、冷却流体/気体をスプルー・ゲートまたはドーム部分に向けて集中させない。
【0010】
(発明の要約)
本発明の主な目的は、冷却効率が改善されたプリフォーム製造方法および装置を提供することである。
本発明の別の目的は、品質の改善されたプリフォームを製造する上記の方法および装置を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、全体のサイクル時間を短縮する上記の方法および装置を提供することである。
上記の目的は、本発明の装置および方法により達成される。
【0011】
一つの実施例において、本発明の革新的な成形および冷却法は、プリフォームが金型内部で完全に冷却される前に、すなわち、プリフォームがスプル・ゲート部、頸仕上げ部またはプリフォーム全体を結晶化する可能性のある一定量の熱を保持するうちに、プリフォームを金型から取り出すステップ;プリフォームを成形領域の外側で保持するステップ;および対流熱伝達によりプリフォームを内部冷却してこれらの領域で結晶化が起きないようにするステップを備える。
【0012】
別の実施例において、本発明の革新的な成形および冷却法は、プリフォームが金型内部で完全に冷却される前に、すなわち、プリフォームがスプルー・ゲート部,頸仕上げ部またはプリフォーム全体を結晶化する可能性のある一定量の熱をまだ保持するうちに、プリフォームを金型から取り出すステップ;プリフォームを成形領域の外側で保持するステップ;対流熱伝達によりプリフォームを内部冷却して上記領域のいずれにおいても結晶化が起きないようにするステップであって、冷媒をプリフォームと直接接触するよう配置するステップ;および対流熱伝達によりプリフォームを外部冷却して、上記領域のいずれにおいても結晶化が起こらないようにするステップを備える。外部冷却ステップは、内部冷却ステップに関して、同時に、あるいは少なくとも部分的に同時に、あるいは逐次的に実行することができる。
【0013】
さらに別の実施例において、本発明の革新的な成形冷却法は、プリフォームが金型内部で完全に冷却される前に、すなわち、プリフォームがスプル・ゲート部,頸仕上げ部またはプリフォーム全体を結晶化する可能性のある一定量の熱をまだ保持するうちに、プリフォームを金型から取り出すステップ;プリフォームを成形領域の外側で保持するステップ;対流熱伝達によりプリフォームを内部冷却して上記領域のいずれにおいても結晶化が起きないようにするステップであって、冷媒をプリフォームと直接接触するよう配置するステップ;および伝導熱伝達によりプリフォームを外部冷却して、上記領域のいずれにおいても結晶化が起こらないようにするステップを備える。外部冷却ステップは、内部冷却ステップに関して、同時に、あるいは少なくとも部分的に同時に、あるいは逐次的に実行することができる。
【0014】
これらの実施例の各々において、プリフォームは金型から排出されて、例えば可動の引取板などの、金型とは独立する手段により金型の外側で保持される。この種の独立した保持手段は、1ロット(batch)分の成形プリフォームまたは数ロット分のプリフォームを同時に保持することができる。独立手段が数ロットを保持する場合、これらロットは異なる時刻に成形されたために温度が異なることになる。本発明によれば、成形プリフォームは本発明の冷却方法を利用して内部および外部から異なるシーケンスにおいて冷却される。本発明の各実施例においては、内部冷却は冷却ピンなどの、少なくとも部分的にプリフォームの内部に入り込んでその中に冷媒を循環させる手段を用いて実行される。冷却は、スプルー・ゲート部および頸仕上げ部など他の部分よりも多くの冷却を必要とするプリフォームの部分に向けることのできる冷媒の準対称流がプリフォーム内部に送られて優先的に実行される。本発明の好適な実施例において、冷媒は、プリフォームの底部またはドーム(dome)部に向けられて、冷媒の環状流を形成する。
【0015】
本発明の特定の実施例において、プリフォームの革新的な内部冷却は、いくつかの方法で行うことができる外部冷却により補足される。例えば、外部冷却は、伝導(冷水)または対流(空気/気体)熱伝達のいずれかを利用して動作する冷却手段を有する取出板(単独または複数位置)上で行うことができる。冷却手段を持たずプリフォームがそのホルダと部分的にしか接触しない取出板(単独または複数位置)上でも行うことができる。このようにして、冷却気体/空気を、独立した冷却装置により送り出してプリフォームの外表面に直接的に接触させることができる。
【0016】
さらに別の実施例において、プリフォームは、冷却手段を持たない取出板によって保持され、本発明の新規の冷却ピンによって内部からのみ冷却される。
【0017】
一つの実施例における本発明の革新的な冷却法は、プリフォームまたは成形製品を金型から取り出すステップ、プリフォームまたは成形製品の外表面を冷却するシステムを有するロボット引取板(robot take-off-plate)内にプリフォームまたは成形製品を保持するステップ、その後にプリフォームまたは成形製品の内部に冷却手段を係合させて、外表面と内表面とを同時に冷却するステップ、によって実行される。本発明によれば、追加の冷却ステップが導入され、それによりプリフォームの温度は、プリフォーム内部の冷却気体を循環させることなどによる、対流による熱伝達を用いて下げられる。
【0018】
本発明による方法および装置は、前述のように、プリフォームの最も重要な部分、すなわちスプル・ゲートが位置する底部またはドーム部、および頸部における結晶化を防ぐために有利に用いることができる。さらに、本発明の冷却方法および装置を射出吹込成形機に統合ないし一体化して、結晶化を起こしていない冷却されたプリフォームをさらに温度制御すると共に、ボトルに吹き込み成形する構成としても良い。
【0019】
本発明の一つに特徴において、金型の外部での冷却を強化することで射出成形されたプリフォームにおける結晶化を防止するための方法は、金型が開いた位置つまり金型開位置では間隔をおいて位置して成形領域を規定する2つのモールドハーフ(半金型)またはプレートによって形成される金型内に溶融材料を注入するステップ;溶融材料が半金型によって形成される金型キャビティ空間にある間において溶融材料をその結晶ガラス転移温度に実質的に近い温度まで冷却して成形製品を形状的な変形を起こさずに金型の外部で機械的に処理できるようにするステップ;成形製品のキャリアが2つの半金型間で移動できる程度の距離だけ各半金型を開くステップ;金型から成形製品を排出して可動キャリアに移送するステップ;成形製品が可動キャリア内にある間に成形製品を熱伝達伝導により冷却して結晶化を軽減するステップであって、冷媒が吹き込まれた空気であるステップ;および各成形製品に実質的に結晶化部分をなくせるまで(結晶化部分の発生を回避できるまで)対流熱伝達によって成形製品を内部から冷却するステップ;によって構成される。外部冷却のための対流熱伝達手段を備える可動キャリアを用いて同じ方法を実現することもできる。
【0020】
本発明の一つの特徴において、結晶化を起こさない射出成形製品を形成するための装置は、金型閉位置と金型開位置との間で移動できる2つの半金型を有する金型を有し;半金型が金型閉位置にある間に金型内に溶融材料を注入する手段を有し;成形製品が形状的変形を起こさずに金型の外部で機械的に処理できるように各半金型によって形成されるキャビティ空間内で溶融材料の結晶ガラス転移温度に実質的に近い温度まで溶融材料を冷却する手段を有し;成形製品のキャリアが2つの半金型間で移動できる程度の距離だけ金型を開く手段を有し;金型から成形製品を排出する手段を有し;成形製品を可動キャリアに移送する手段を有し;前記キャリアはプリフォームを保持すると共に熱伝達伝導により成形製品を冷却して結晶化を軽減する手段を有し;および各成形製品が、好ましくは製品全体に、実質的に結晶化部分が特に金型のゲート領域においてなくなるまで対流熱伝達によって成形製品をさらに内部冷却する手段を有して構成される。外部冷却のための対流熱伝達手段を備える可動キャリアを用いて同じ方法を実現することもできる。
【0021】
本明細書で用いる「引取板(take-off plate)」,「取出板(take-out plate)」および「アーム・ツール端部(end of arm tool)」は交換ないし置き換え可能に用いられ、同じ構造を指す。
【0022】
本発明の方法および装置のその他の詳細事項ならびにそれに付随するその他の目的および利点は、以下の詳細な説明と添付の図面とに明記される。図面において、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【0023】
(発明の詳細な説明)
図面を参照して、図1は射出ステップ中およびその後におけるプリフォームの温度の時間に対する進展を示すグラフである。図2は、プリフォームが金型内にあるときの概略図である。同図からわかるように、金型内での冷却は、金型キャビティ16内に位置する冷却管12、14および金型コア部分18にそれぞれ通常は影響を受ける。この結果、冷却はプリフォーム11の両側から行われる。さらに、図2に示されるように、金型キャビティプレート16は、通常、プリフォーム11の底部またはドーム部22が形成されるゲート領域20を有する。プリフォームは、結晶化を防ぐために冷却することが困難である厚い壁を有する頸仕上げ部分13をしばしば有している。
【0024】
図3(a)および図3(b)は、冷却中における成形プリフォーム(成形されたプリフォーム)の壁の両端の温度勾配を示す。図3(a)は、金型の内側の温度勾配を示し、図3(b)は金型の外側の温度勾配を示す。図3(c)は、プリフォーム壁に沿う温度プロフィルを示す。温度がスパイク部分は、プリフォームのドームまたはスプルー・ゲート分内の温度を表す。
【0025】
図4を参照して、金型キャビティ34のアレイを有する固定半金型またはプレート32と、金型コア38のアレイを有する可動半金型またはプレート36とを備える射出成形金型が設けられる。金型キャビティ板32は、射出成形装置の射出ユニット(図示せず)から溶融材料を受け取るマニホールド板(図示せず)と流体連通する。金型キャビティ34は、例えばバルブ・ゲート・ノズル(図示せず)などのホット・ランナ・ノズル(図示せず)から金型キャビティ・ゲート40を介して溶融材料を受け取る。金型キャビティはそれぞれ、金型プレート32、36が金型閉位置にあるときに、金型コア38と金型キャビティ34とによって形成されるキャビティ空間内で溶融材料を冷却する冷却手段42によって囲まれる。冷却手段42は、好ましくは、冷却流体を伝える金型板32内に埋め込まれる冷却路によって形成される。前述の如く、金型コア38と金型キャビティ34とは、金型閉位置において、複数の金型キャビティ空間(図示せず)を形成し、この空間は射出ステップ中に金型ゲート40を通じて溶融材料によって充填される。金型コア38は、キャビティ空間内の溶融材料を冷却する手段44も備えている。冷却手段44は、好ましくは、各金型コア内の冷却管によって構成される。金型コア板36は、金型コア38から成形プリフォーム48を取り出すために用いられるイジェクタ板46をさらに備えている。イジェクタ板46の動作は従来技術では周知であり、本発明の部分を構成することはない。実際には、イジェクタ板46は当技術で周知の適切なイジェクタ板によって構成される。
【0026】
本発明によれば、任意の溶融プラスチック、金属またはセラミック材料を金型キャビティ空間内に注入すると共に、図4の金型システムを用いて所望の製品に冷却することができる。本発明の好適な実施例においては、溶融材料はPETであり、成形製品はプリフォームである。しかし、本発明によれば、成形製品は、例えばバージンPET、リサイクルPETと、例えばEVOHはどの適切な遮断材などの2つ以上の材料からなるプリフォームとすることもできる。
【0027】
当技術で周知の如く、プリフォームは、金型を閉じ、キャビティ空間内に溶融材料を注入し、キャビティ空間の冷却を開始し、キャビティ空間を充填し、溶融材料を圧力下で保持し、最終的な金型内冷却を実行し、金型を開き、凝固した製品またはプリフォームをコアから排出して、製品またはプリフォームを引取板に移送することによって成形される。本発明によれば、全体のサイクル時間を短くするためには、金型内にプリフォームが滞在する時間を最小限にして、金型ができるだけ早くプリフォームのロットないしバッチを生産できるようにしなければならない。金型内の滞在時間を短くする場合の問題点は、成形製品またはプリフォームが変形を起こさずにその後の処理ステップのすべてに耐えることができる程度に強固にしながら、冷却時間を短縮しなければならないことである。冷却時間を短縮することは、製品またはプリフォームが冷却手段42、44によって充分にまた均一に冷却されないことから、問題のある選択肢である。短縮された時間の間、金型内で冷却された後、また金型から開放直後に製品またはプリフォームに維持される熱の量はきわめて重要であり、成形製品またはプリフォームの厚みに依存する。この内部熱は、成形製品またはプリフォームのスプルー・ゲート領域またはドーム部分や、成形製品またはプリフォームの頸仕上げ部分またはプリフォーム全体に結晶化部分を起こす可能性がある。成形製品またはプリフォームの結晶化を防ぐためには、きわめて積極的な冷却法を用いねばならない。冷却中は、最終的な寸法に悪影響を与えることがある成形製品の収縮を制御するよう注意を払わう必要がある。
【0028】
図5は、本発明の冷却法に用いることのできるロボット引取板60の1つの実施例を示す。引取板60は、複数の中空ホルダまたはレセプタクル62を備え、これらは水冷管とすることができる。引取板60として用いることのできる典型的な引取板は、Gessnerなどに付与された米国特許第5,447,426号およびDelfer、IIIに付与された米国再発行特許第RE33,237号に示される。これらの特許はいずれも参考文献として本明細書に含まれる。動作中は、複数のホルダ62の口部が金型板36の金型コア38と整合される。成形製品48のホルダ62への移送は、イジェクタ板46の動作によって行われる。本発明によれば、引取板60には、金型コア38と同数または金型コアの数の倍数、例えば金型コアの3倍または4倍の数のホルダ62を設けることができる。コア38の数よりも多いホルダ62を備えることによって、1回の成形サイクルよりも長い間、一部の成形製品を保持することが可能になり、それによって成形製品の高出力を保ちながら冷却時間を長くすることができる。本発明の方法は、ホルダ62が保持する成形製品の相対的な数に関わらず実行可能である。しかし、本発明の好適な実施例においては、ロボット引取板60は、コア38の数の3倍の数のホルダ62を有する。これは、引取板60が、ホルダ62と同数のプリフォームまたは成形製品を常に運んでいるわけではないことを意味する。また、1ロットないしバッチのプリフォームを金型コアとキャビティ板との間で金型領域内に2回以上戻して、他のバッチないしロットの成形製品を運ぶことができることを示す。この場合、成形製品は、水などの冷却液を伝える引取板内の中空管64と上記の米国特許第5,447,426号により詳細に示されるプリフォームの外壁と間の密接な接触により冷却しつつ運ばれる。管64と離型された熱い成形製品との間の熱伝達は、伝導により行われる。さらに詳しくは、冷却手段を備える固体材料を用いることができ、これが成形製品の外壁と密接に接触して成形製品を冷却する。成形製品またはプリフォームと冷却手段との間の密接な接触を通じて実現される伝導による熱伝達に基づく冷却システムを利用することにより、処理によって起こる変形または擦り傷を起こさずに製品またはプリフォームの形状が維持される。
【0029】
必要ならば、引取板に用いられる伝導式の冷却手段64を対流式の熱伝達手段と置き換えることもできる。当技術で周知の任意の適切な対流式の熱伝達手段を引取板60と共に用いて、引取板60が運ぶ成形製品またはプリフォームの外表面を冷却することもできる。
【0030】
次に図6(a)および図6(b)を参照して、追加ないし付加的な冷却装置70がロボット引取板60と共に使用されており、これにより、対流熱伝達により成形製品またはプリフォームの内表面と外表面とを同時に冷却することを可能にすることで、成形後冷却効率を高め、それによってサイクル時間を短縮し、プリフォームの品質を改善している。追加の冷却装置70は、細長い冷却ピン74のアレイを備え、この役割は、引取板60によって保持される成形製品内部の冷却流体を送り出すことである。本発明の好適な実施例においては、冷却流体は、大部分が成形製品またはプリフォームのドーム(スプルー・ゲート)部22に向かい、直接的に送られる。この部分は、金型内の冷却時間が短くなるために結晶化する機会が最も大きくなる。冷却流体が導入されて環状流のパターンが形成される。本発明により、冷却流体は、例えば液体または気体などの適切な冷媒とすることができる。本発明の好適な実施例においては、冷却流体は冷却ピン74内部に位置する通路90を通じて配される加圧空気である。本発明のこの点については、図9(a)に、より詳細に示す。
【0031】
図9(a)は、冷却されるプリフォームまたは成形製品48内に置かれる、本発明による冷却ピン74を示す。冷却剤の最適な流れを生成するために、冷却ピン74はプリフォーム48内部に深く導入され、冷媒がドームまたはスプルー・ゲート部22に到達することができるようにする。それ他、冷却ピン74は、更なる冷却コアとして働く。冷却ピン74は、他の冷却流パターンよりも高い冷却能力を持つ環状流パターンを形成することに役立つ。また、この新規な冷却ピン74を用いることによって、侵入する吹込冷風と外に出る温風とが完璧に分離されて、これら2つが混じり合うことを防ぐ。
【0032】
図9(a)に示したように、冷却ピン74はプリフォームまたは成形製品内の中心に置かれ、好ましくは、冷却ピン74の中心軸220がプリフォームの中心軸222と整合するようにされる。同図からわかるように、上部領域UPにおける冷却ピン74の外壁224は、距離Dだけプリフォームの内壁226から隔てられている。さらに、冷却ピン74の出口ノズル92は、距離dだけドーム部22の内壁228から隔てられている。冷却流体の望ましい環状流パターンを形成するためには、d:Dの比が約1:1ないし10:1の範囲であることが好ましい。また、冷却ピンの出口ノズル92は拡散型ノズル構造によって形成されることがきわめて望ましい。出口92に関して拡散型ノズルを利用することが好ましいが、直壁ノズル構造から出口92を形成することも可能である。
【0033】
冷却ピン74はプリフォーム内部に深く入り込み、冷却コアのようにも機能するので、プリフォームから自由に抜けて外に出ようとする温かい空気つまり温風のパターンが環状の形態になる。
【0034】
冷却ピンの好ましい構造を図9(a)に図示したが、図8(a)から図8(g)、図17および図18に示したように、冷却ピン74は様々な冷却効果をあげるために、種々の寸法と形状とを有することができる。例えば、図8(a)に示すように、冷却ピンの下側部分LPは、ピンの上側部分UPの直径D1 とは異なる直径D2 を有することができる。図8(a)ないし8(c)に示すように、ピンの上側部分UPが異なる形状を有することもある。図8(d)を参照して、冷却ピン74は冷却流体を、結晶化が起こる可能性のある成形製品の側壁上に放出する側面出口82を有することができる。図8(e)に示すように、冷却ピン74は、特殊な冷却効果を得るための螺旋形の溝84を有することもできる。同様に、図8(f)および図8(g)に示したように、冷却ピン74はその周囲に複数のリブ86あるいは複数の接触要素88を有することもできる。
【0035】
図18(a)および図18(b)に、頸仕上げ部分または本体部分などのドーム部22以外のプリフォームの領域上に冷媒を送り込むための複数の放射状ないし放射形の導管230を有する冷却ピン74を示した。放射状の導管230は、冷却ピンの長さに沿って間隔を置いて配置されて、プリフォーム48の特定の領域に向けて冷媒を送る。
【0036】
冷却ピン74は、適切な熱伝導性あるいは断熱性を有する任意の材料から作ることができる。必要ならば、図17に示すように冷却ピン74を多孔性材料232から作り、追加の冷媒がドームまたはスプルー・ゲート部分22以外のプリフォームの領域上にきわめて均一に拡散することもできる。
【0037】
本発明の好適な実施例において、冷却ピン74は、成形製品48のスプルー・ゲートまたはドーム部分22に最大の冷却が集中して、冷却流体を強力に集中させてこの領域を冷却することを目的として設計される。これにより、スプルー・ゲートまたはドーム部分22に結晶化領域がないプリフォームなどの成形製品を形成できる。
【0038】
本発明の装置に使用できる冷風吹込システムを備えた代替のピン構造を、図9(b)に示した。同図に示したように、ピン74は成形製品48好ましくは成形製品のドームまたはスプルー・ゲート部22の内表面に冷たい空気つまり冷風を向ける出口92を備えた冷風吹出通路90を有している。通路90は、入口94を介して冷風源(図示せず)と連通している。冷却ピン74には、さらに、成形製品48の内部から冷風を除去する真空通路96が設けられている。真空通路96は、任意の所望の真空源(図示せず)に接続されている。図9(b)に示したように、冷却ピン74は、ピンの自己整合に用いられるスライディング・パッド100と、ナット102などの締め付け手段とによって、フレーム98の部分上に載置される。ナット102は、雄ネジ部分(図示せず)を有する要素104に固定できる。
【0039】
図6および図7を参照して、冷却ピン74のアレイが、アルミニウムなど軽量の材料で作ることのできる冷却フレーム98上に載置されている。本発明によれば、冷却フレーム98は、垂直位置または水平位置のいずれにおいても動作することができる。いずれの場合でも、フレーム98は、引取板60がその最終的な金型外の位置に到達すると、引取板60に向かって移動することができる。当技術で周知の任意の手段を用いて、フレーム98を移動させ、高速でそれを進めて、冷却ピン74を成形製品内に直ちに導入できるようにする。本発明の好適な実施例において、フレーム98は、油圧シリンダ110を用いて移動される。本発明によれば、冷却ピン74の数は引取板60内のレセプタクルの数と同数でも、それよりも少なくてもよい。本発明によれば、引取板60には、成形製品またはプリフォーム48をレセプタクル62内に保持する吸引手段(図示せず)などの手段と、引取板からプリフォームを排出する手段とが備えられる。保持手段と排出手段は、本明細書に参考文献として含まれる上記の米国特許第5,447,426号に開示されるものでもよい。図6(c)および図6(d)に示したように、冷却フレーム98には、複数の空間112が設けられている。この空間112によって、引取板60から排出され、最終的に冷却された成形製品またはプリフォームがコンベヤ114上に落とされて、システムから運び出される。本発明の好適な実施例においては、完全に冷却されたプリフォーム48は、引取板60から排出されるべきプリフォームを保持するレセプタクル62に対して冷却ピン74を横に移動させることで、空間112を通じてコンベヤ114上に落とされる。これは、冷却フレームが水平位置にある場合である。冷却フレームが垂直位置にある場合は、引取板により落とされるプリフォームに干渉しない。
【0040】
図7(a)および図7(b)を参照して、第1アレイの冷却ピン74を例示した。図7(b)に示したように、冷却ピン74はそれぞれ、通路122を介して冷却空気源(図示せず)と連通する冷却空気通路90を有している。通路122には、複数のエア・バルブ124が組み込まれており、これらのバルブを冷却空気の流れを調整するために用いることができる。このようにして、可変量の冷却空気を冷却ピン74に供給できる。
【0041】
次に図7(c)を参照して、各冷却ピン74に、単純な通路126を介して冷却流体源(図示せず)からの空気を直接的に供給することも可能である。さらに、図7(d)に示したように、所望の場合は、通路126を、可撓性導管128を介して冷却ピンの各々内で流体導管120に接続することもできる。
【0042】
本発明の一実施例において、冷却ピン74は、数ステップにおいて引取板60により保持されているプリフォームに入り、また各ステップにおいて、異なる時刻に成形されるプリフォームは異なる温度にある。冷却ステップ全体を最適化し、冷媒の無駄を省くために、冷却の第1ステップの間は、プリフォームはきわめて熱いので、最大量の冷却空気がピンにより送り込まれる。第2ステップ以降では、第1成形プリフォームに係合するピンにより向けられる冷却空気の量は、実質的に、新たに成形された、より熱いプリフォームに向けられる量よりも実質的に少ない。冷却プロセスをさらに最適化するために、熱電対などの既知の適切な温度センサの任意のものを用いて、プリフォームの冷却の前後に温度を測定して、冷却速度の調整を成形サイクルを中断することなく実行できるようにする。好適な実施例において、ある冷却制御手段(図示せず)に接続される熱電対(図示せず)は、引取板60内で各プリフォームに隣接して配置される。各プリフォームの温度を監視することで、すべての冷却ピン74または一部の冷却ピン74に送られる冷却空気の量に対してある程度の調整を行うことができる。これにより、引取板におかれた導電冷却手段の冷却の非効率性または不均一性も補正される。
【0043】
図10(a)および図10(b)を参照して、図10(a)は従来技術によるシステムにより成形されるプリフォーム48を断面図に示す。この図に示されるように、プリフォーム48はドーム部分22および頸部13を含む4つの異なる部分に結晶性領域を有する。一方、図10(b)は本発明のシステムを用いて製造されたプリフォーム48を断面図に示す。図示されるように、結晶性領域はない。
【0044】
本発明の別の実施例を図11(a)から図11(l)に示した。これらの図において、引取板60’は成形サイクル全体を通じて常に垂直位置に維持される。これにより、複雑なモータがなくすことができて、より軽量で、半金型または金型板32、36の間に形成される成形空間の内外に移動することを早くできる。このシステムで利用される冷却フレーム98’は、追加の機能と追加の動きとを有する。まず第1に、ピン74’は吹込空気を用いて成形製品またはプリフォームを冷却し、吸着空気を用いて成形製品またはプリフォームを引取板60’から取り出す。プリフォームは、真空によりピン74’上に保持され、戻り動作中に引取板60’内で管62’から離される。冷却フレーム98’は、引取板60’に近づきそこから戻る動きを行い、さらに垂直位置からコンベヤ114’に平行な水平位置まで移動する回転を行って、真空を停止することによりプリフォームをピン74’から排出できる。本発明によれば、当技術で周知の任意の適切な手段を用いて、ピン74’と共に冷却フレーム98’を回転させることができる。図11(a)ないし図11(l)に示される本発明の好適な実施例によれば、静止カム130をきわめて簡略な手段として用いて、フレームの移行を回転に変換して、冷却フレームが保持するプリフォームをコンベヤ114’上に落とすことができる。図11(h)に示すように、冷却ピン74’は真空によりプリフォームに係合して、それらを引取板60’から離すことができる。次に、プリフォームがピン74’からコンベヤ上に落とされる。
【0045】
本発明の革新的な冷却装置の動作は、図6(a)ないし図6(d)から理解することができる。製品またはプリフォームの変形を防ぐ凝固状態に製品またはプリフォームが達する点まで短縮される金型内冷却プロセスの後で、金型が開放ないし開かれ、引取板60が金型コア板60と金型キャビティ板32との間の成形領域内に移動される。金型コアと金型キャビティ板との間の相対的移動は、当技術で周知の任意の適切な手段(図示せず)を用いて当技術で周知の方法で実行される。引取板60が金型外位置に到達すると、冷却ピン74は成形製品と係合して、特に各製品またはプリフォームのドーム領域22において冷却する。
【0046】
引取板60はホルダ62内でプリフォームの外表面を伝導冷却する水冷手段として説明されるが、プリフォームが引取板内に最初に置かれるときに外表面の冷却を開始したくない場合もあろう。このためには、引取板内の冷却を制御して、プリフォームの内部冷却が開始されるか、あるいは完了するまで冷却を開始しないようにする手段を設けることもある。例えば、適切なバルブ手段(図示せず)を引取板に組み込んで、所望の時点まで冷却流体の流れを妨げることができる。この方法で、プリフォームの内部および外部の冷却を同時に、あるいは少なくとも部分的に同時に、あるいは逐次的に実施することができる。
【0047】
図16に、冷却手段を持たない引取板60”を用いて成形領域から成形プリフォームを取り出す別の実施例を示す。引取板60”は、1バッチ分または複数バッチ分のプリフォームのいずれかに対応するのに充分な数のプリフォーム・ホルダ62”を有する。プリフォームは、真空手段(図示せず)によって保持され、この真空手段が開口部240を介してプリフォーム48のスプルー・ゲートまたはドーム部分22に吸着する。プリフォームは、プリフォームを冷却気体/空気を用いて直接的に冷却できる所望の構造を有することができるホルダ62”によって保持される。ホルダ62”は、プリフォームを保持するに充分な強度を持つことが好ましく、穿孔部または他の開口部242,244を有しており、この部分ではホルダはプリフォームと直接的な接触をしない。プリフォームの外表面を部分的にしか覆わないこの種のホルダを備えることによって、プリフォームを外表面で冷却して、なおかつ冷却ピン74によって内部からさらに冷却することができる。この場合、冷却ステップは、プリフォームを金型から引取板60”に移送するステップと、引取板60”を成形領域の外側に移動して成形領域に隣接する冷却領域に移動するステップとによって構成される。冷却領域において、プリフォーム48は、フレーム98と、少なくとも部分的にプリフォーム内部に入り込む冷却ピン74とを用いて内部から冷却される。同時に、引取板60”に保持されるプリフォーム48は、その外表面を、プリフォーム・ホルダに冷媒流体を吹き付ける別の冷却ステーション250によって対流冷却される。図16に示すように、追加の冷却ステーション250は、プリフォームの外表面に冷媒を吹き付ける複数のノズル252,254,256を有する。ノズル252,254,256は、引取板60”の窓部258を通じて、プリフォームの外表面に対して、プリフォーム・ホルダ内の窓部または開口部242,244を介して冷却流体を吹き付ける。ノズル252,254,256は、プリフォーム・ホルダ62”内の開口部242,244を通じて、プリフォームの外表面に冷却流体を吹き付ける。追加の冷却ステーション250は、2つのプリフォームを冷却するノズルを有して図示されるが、実際には、冷却ステーション250は、任意の所望の数のプリフォームの外表面を冷却するのに必要な数だけのノズルを有することができることはいうまでもない。
【0048】
追加の冷却ステーション250を用いると、引取板60”とは独立した冷却手段を用いて、プリフォーム48を中と外で同時に冷却することができる。この方法を用いると、引取板60”がきわめて軽量で、使用が迅速で容易になる。所望の場合は、プリフォーム・ホルダ62”が頸部の周りのみでプリフォームを掴み、より広く開口された窓部を残して、吹き付けた冷却流体がプリフォームの外側部分を冷却することができる。
【0049】
本発明の別の実施例により、引取板は吹付空気を用いる外部冷却手段を備えることも、あるいは冷却手段を備えないこともある。いずれの場合も、本発明の新規な冷却方法および装置を用いて内部冷却を実現する。
【0050】
本発明の革新的冷却方法および装置は、高空洞化金型において成形されるプリフォームを冷却するのにきわめて有利である。金型を流れる溶融樹脂の温度は様々な理由からかなり変動することが知られている:その理由としては(a)ホット・ランナ・マニホールドが均一に加熱されない;(b)マニホールドの溶融路内部に境界層が形成される;(c)金型キャビティが均一に冷却されない;および(d)金型のゲート領域における冷却が不充分であることがある。金型の両端で温度が変動する結果として、冷却時間を局所的レベルに調整して、最終的なプリフォームに結晶化が起こる前に最も熱いプリフォームを冷却しなければならないということが起こる。結晶化部分の形成を防ぐために、本発明の冷却システムは、各金型の温度特性に合わせて調整できる異なる冷却パターンを提供することができる。引取板60内のセンサを設けて、各冷却ピン74からの冷却量を調整することができる。金型内部で温度が不均一になる結果としてはさらに、多くの場合、プリフォームのドーム部分22に位置するゲート・スプルー領域が成形プリフォームの中で最も熱い部分になるということが起こる。このスプルー・ゲート部分は金型閉位置において、よりゆっくりと冷却されるので、金型内冷却があまりに長すぎたり、金型の外で追加的な冷却が行われない場合は、この部分が高度に結晶化する可能性がある。本発明によれば、スプルー・ゲート領域に直接隣接するプリフォーム内部に冷風を吹き込む冷却ピン74は、きわめて効率的に、プリフォーム内での結晶化領域の形成を防ぐ新規の動作である。
【0051】
本発明の革新的冷却方法および装置は、引取板の冷却の非効率性を補正するにもきわめて有利である。熱い成形製品と冷却管との接触が不完全なために、引取板に保持される成形製品の温度が引取板の両端で変わることがある。本発明により、引取板または冷却フレーム内に配置される温度センサを用いて、各プリフォームに向けられる冷却流体の量を可変する冷却制御ユニットに情報を提供することができる。
【0052】
上記に説明した適応冷却方法はさらに、成形プリフォームの温度パターンが1日の間に、あるいは使用される特定の樹脂の機能により、あるいは機械の設定により、あるいはホット・ランナ・ノズルにおけるバルブ・ステムの作動が不適切なために起こるプリフォームの厚みの局所的な変動、あるいは金型キャビティ内でコアが不均等にずれることなどによって、変動する可能性があることを考慮できるのできわめて有利である。このような状況は予測不能であり、なおかつ容易に修復できない。しかし、本発明は、各々の成形製品またはプリフォームの温度に基づき各キャビティに関する成形後冷却ステップを調整するための機構を提供する。
【0053】
引取板および冷却フレームの設計と動作を簡素にすることによって、成形後冷却時間を長くするためにサイクル時間を大幅に短縮することができる。これは、剛性,運動の精度,冷却ピンと引取板上の成形製品またはプリフォームとの整合および変動などきわめて重要な組み立て,保守および動作上の制約を考慮に入れなければならない。また、ピンを備える冷却フレームの位置は、装置全体の「設置面積」を小さくするように決定しなければならない。
【0054】
この点に関して、図13(a)および図13(b)を参照する。これらの図では、引取板60が追加的な空冷ステップの間、垂直位置に、すなわち金型板32,26に平行になる。冷却フレーム98が引取板60に向けて移動され、冷却ピン74が成形製品またはプリフォーム48内に入る。すべてのプリフォームが冷却されると、冷却フレーム98は退出して、引取板60は90度回転され、引取板60から取り出される。この方法では、回転手段と、引取板から排出されるプリフォームとの干渉を防ぐための手段とを必要とせず、冷却フレームの設計が簡単になる。
【0055】
本発明の別の実施例を示す図14を参照する。この実施例では、ロボット引取板60は、プリフォーム48をその回転軸に平行な軸に沿って移動するための追加の移動手段150によって構成される。プリフォーム48をこのようにさらに移動させることにより、冷却プロセスの間は、実質的に静止状態にある冷却フレーム98が簡素化される。図14に示すように、引取板60またはプリフォームを保持するその他の手段が静止状態の冷却フレーム98に向かい軸Xに沿って移動される。冷却ステップの後で、引取板60が90度回転し、コンベヤ114に対向して、冷却されたプリフォームが排出される。
【0056】
さらに、引取板60に付属される新規の空冷手段を示す図15を参照する。この図に示される方法によって、冷却ピンを保持する別のフレームが必要でなくなり、そのために冷却システムの寸法が小さくなり、射出成形装置の寸法も小さくなる。新規の冷却ピン174は、ほぼU字型で、すべてが一緒にプリフォーム48に平行に移動することができのるで、ピストンBBまたは他の任意の既知手段により作動される薄帯片176を用いて、プリフォーム内部に導入し、またプリフォームの外に移動できる。ピン174はまた、プリフォームに平行な軸「A」の周囲にも回転することができるので、プリフォームとの軸整合状態になり、そこから脱することができる。このようにすべてのピン174を同時に回転させることは、当技術では周知の任意の適切な手段によって行うことができる。本発明により、U字型冷却ピン174はプリフォームに入り込むアーム「A」と、アーム「A」に平行でアーム「A」を移動させるために用いられるアーム「C」と、アーム「A」をアーム「C」に接続するアーム「B」とを有する。アーム「C」の軸Aの周囲にピンを回転させることは、様々な方法で行うことができる。図15に示すように、これはピストンAAによって動作され、各冷却ピンのアーム「C」に付属されるピニオン180と係合する細長いラック178を用いて行うことができる。一方が移動状態で一方が回転状態のとき、摩擦手段を用いても同じ回転を行うことができる。コア38から引取板60の冷却管62までプリフォーム48を移動する間、U字型冷却ピン174は各冷却管62に隣接して位置する専用の位置に「停止」して、移動するプリフォームに干渉しないようにすることができ、それによって金型を開くための空間が小さくて済む。プリフォーム98が引取板60に保持された直後は、引取板60に付属する冷却ピン174がピストンBBおよび片176によって前に移動し、アーム「A」がプリフォームの頂点に来ることができる一定の高さにピンが到達すると、プリフォームと軸整合状態で回転され、ピストンBBが退出することによって最終的にプリフォーム内部に導入される。片176と各アーム「C」との恒久的な接触が、ショルダ181に対して動作するコイル・バネ182またはその他の適切な任意の手段によりなされる。引取板に付属する冷却ピンのこの設計により、次のような利点がもたらされる。冷却システムの規模を簡素化し小さくする,内側の冷却がプリフォームが引取板内に入る直後に開始するので冷却速度が改善される,引取板の移動中に、プリフォームが引取板によって冷却される間、実際的には連続して内部冷却を行うことができる。冷却されたプリフォームを排出する間、冷却ピンを再びその初期の位置に向かって回転して、プリフォームとは整合しないようにしなければならない。
【0057】
図12をさらに参照する。同図において、半金型32,36内に組み込まれる冷却路210によって構成される空冷手段が示されており、これは金型の開放中におよびその直後で、引取板が成形領域に入る前に金型コアにより保持されるプリフォームを冷却することができる。この追加の冷却ステップは、引取板が金型領域に入る前に、また引取板に移送される前にプリフォームをさらに固化させる。
【0058】
本明細書の他の図面から容易に理解頂ける本発明の別の実施例により、ロボットと引取板とは1バッチ分のプリフォームしか保持しない。射出ステップの後で、引取板は金型領域の外側に停止して、冷却空気または冷やされた空気が冷却ピンから各プリフォーム内部に吹き込まれる。冷却されたプリフォームは引取板から排出され、引取板はプリフォームを持たずに成形領域に戻される。
【0059】
図23は、冷却ピン74を保持するフレーム98の代替構造を示す。この図に示すように、フレーム98は2つの対向面に冷却ピン74を有する。さらに、フレームは第1軸300と第1軸300に垂直の第2軸302との周囲に回転することができる。当技術で周知の任意の適切な手段(図示せず)を用いて、軸300,302の周囲にフレーム98を回転させることができる。
【0060】
この種の構造を提供することで、第1組の冷却ピン74を引取板60内のプリフォーム48に係合させ、プリフォームの内部冷却を開始することが可能になる。プリフォーム48は、次に引取板60内でホルダ62から、ピン74上に移送される。フレーム98は、軸300,302のうち1つ以上の軸の周囲に回転することができ、その間にプリフォーム48の内部冷却がピン74によって実行される。第1組のプリフォームが図23に示される左側の位置に到達すると、第2組の冷却ピン74が引取板60内に保持される第2組のプリフォーム48と係合する。所望の場合は、左側の組のプリフォーム48は、外表面に冷風を吹き付ける複数のノズル(図示せず)を有する冷却ステーション304を用いて、外表面を対流冷却することができる。所望の場合は、フレーム98は、それに付属するプリフォーム保持板308を備えることもある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 射出ステップ中およびその後における時間に対するプリフォーム温度を示すグラフである。
【図2】 金型内のプリフォームを概略的に示す説明図である。
【図3(a)】 冷却中の成形プリフォームの壁の両端における温度勾配ないし傾斜を示す説明図である。
【図3(b)】 冷却中の成形プリフォームの壁の両端における温度傾斜ないし傾斜を示す説明図である。
【図3(c)】 プリフォーム壁に沿う温度プロフィルを示す説明図である。
【図4】 従来技術による射出成形金型を示す断面図である。
【図5】 固定金型板と可動金型板との間の成形領域に置かれるアーム・ツール端部(ECAT)装置を備える可動ロボットを示す断面図である。
【図6(a)】 ロボット引取板(またはアーム・ツール端部(EOAT))および冷却ピンを保持するフレームを含む本発明の実施例を示す側面図である。
【図6(b)】 ロボット引取板(またはアーム・ツール端部(EOAT))および冷却ピンを保持するフレームを含む本発明の実施例を示す側面図である。
【図6(c)】 図6(a)および図6(b)の実施例の正面図である。
【図6(d)】 図6(a)および図6(b)の実施例の正面図である。
【図7(a)】 本発明の第1実施例によるフレームと冷却ピンを示す説明図である。
【図7(b)】 本発明の第1実施例によるフレームと冷却ピンを示す説明図である。
【図7(c)】 本発明の第1実施例によるフレームと冷却ピンを示す説明図である。
【図7(d)】 本発明の第1実施例によるフレームと冷却ピンを示す説明図である。
【図8(a)】 本発明による冷却ピンのいくつかのデザインを示す説明図である。
【図8(b)】 本発明による冷却ピンのいくつかのデザインを示す説明図である。
【図8(c)】 本発明による冷却ピンのいくつかのデザインを示す説明図である。
【図8(d)】 本発明による冷却ピンのいくつかのデザインを示す説明図である。
【図8(e)】 本発明による冷却ピンのいくつかのデザインを示す説明図である。
【図8(f)】 本発明による冷却ピンのいくつかのデザインを示す説明図である。
【図8(g)】 本発明による冷却ピンのいくつかのデザインを示す説明図である。
【図9(a)】 本発明の2つの実施例における冷却ピンのより詳細な説明図である。
【図9(b)】 本発明の2つの実施例における冷却ピンのより詳細な説明図である。
【図10(a)】 従来技術による方法で生成される結晶化部分を有するプリフォームを示す説明図である。
【図10(b)】 本発明の方法による結晶化部分を持たないプリフォームを示す説明図である。
【図11(a)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(b)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(c)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(d)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(e)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(f)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(g)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(h)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(i)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(j)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(k)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図11(l)】 本発明によるフレームおよび冷却ピンの別の実施例を示す説明図である。
【図12】 空気冷却路が半金型内に組み込まれるシステムの断面図である。
【図13(a)】 本発明の冷却システムの別の実施例の側面図である。
【図13(b)】 本発明の冷却システムの別の実施例の側面図である。
【図14】 本発明の冷却システムの別の実施例を有する射出成形システムの上面図である。
【図15】 引取板に付着される成形製品内部を冷却する機構を示す本発明の冷却システムのさらに別の実施例の断面図である。
【図16】 冷却手段を持たない引取板を用いて成形領域から成形プリフォームを取り出す本発明の実施例を示す説明図である。
【図17】 本発明による代替の冷却ピンの構造を示す説明図である。
【図18(a)】 本発明によるさらに別の代替の冷却ピンの構造を示す説明図である。
【図18(b)】 本発明によるさらに別の代替の冷却ピンの構造を示す説明図である。
【図19】 プリフォーム内部を冷却する従来技術による方法を示す説明図である。
【図20】 プリフォーム内部を冷却する従来技術による方法を示す説明図である。
【図21】 プリフォームの内部と外部とを冷却する従来技術による別のシステムを示す説明図である。
【図22】 周辺空気を吸引してプリフォームを冷却する従来技術によるシステムを示す説明図である。
【図23】 フレームの複数の表面上に冷却ピンを有する代替のフレーム構造を示す説明図である。
Claims (15)
- 相対的に高い温度の第1の領域(22)と相対的に低い温度の隣接した領域とを有する成形製品(48)を冷却するための方法であり、
各半金型(16,18,32,36)から構成される金型から成形製品(48)を取り出す工程を有し、前記成形製品(48)が一定の量の熱を保持する間に前記成形製品がアーム・ツールの端部(60)のホルダ(62)内に移動され、前記アーム・ツールの端部は、半金型(16,18,32,36)の間であって前記ホルダ(62)が成形製品(48)を受容する第1の位置と、金型(16,18,32,36)の外側である第2の位置との間で作動し、
各半金型(16,18,32,36)の間から前記第2の位置に前記アーム・ツールの端部を退出させる工程を有し、
前記アーム・ツール(60)の前記第2の位置への退出の直後に、前記ホルダ内に前記成形製品を保持したままで冷却ピン(74,174)の先端部を前記成形製品(48)内に挿入する工程を有してなる方法において、
前記成形製品(48)の内部から前記成形製品の外部にガス状の冷却流体を排出することを可能にする通路を有する解放系を形成する工程を有してなり、前記解放系は前記冷却ピンの外面領域と前記外面領域に隣接した前記成形製品(48)の開口端との間に空間を画定するように前記冷却ピンを前記成形製品(48)の開口端に対して位置決めすることで形成され、前記冷却ピンの外面領域と前記成形製品(48)の開口端との間に前記通路が画定され、
ガス状の冷却流体を前記冷却ピンの内部チャネル(90)に沿って送り込む工程を有してなり、前記内部チャネルは、前記成形製品(48)内に挿入された際に、前記第1の領域(22)から離間した先端部(92)で終わっており、少なくとも前記第1の領域(22)内における冷却を強めるために前記ガス状の冷却流体は前記先端部(92)から主に前記第1の領域の方向に放出され、およびこれにより前記ガス状の冷却流体が前記成形製品(48)の内部から流れることおよび前記通路を経て前記成形製品の外部に排出することが可能になり、および前記成形製品内に配置されたときに、前記内部チャネルと前記先端部とは協働して前記第1の領域上に前記冷却流体を集中させる、ことを特徴とする成形製品の冷却方法。 - 前記ガス状の冷却流体が、前記内部チャネル(90)に沿って吹き出される、冷却され加圧された空気である、請求項1記載の成形製品の冷却方法。
- 前記成形製品(48)を前記ホルダ内に保持したままで前記成形製品の外側部分を冷却する工程をさらに有してなり、前記外側部分を冷却する工程が、前記内部チャネルに沿って前記冷却流体を送り込む工程と、同時に、一部が同時に、あるいは逐次に実行される、請求項1または2記載の成形製品の冷却方法。
- 前記冷却ピンに供給される冷却流体の量を、時間の経過と共に、変える工程をさらに有してなる、請求項1から3のいずれかに記載の成形製品の冷却方法。
- 前記先端部が、拡散された冷却流体の流れを前記先端部から生成するように形成されている、請求項1から4のいずれかに記載の成形製品の冷却方法。
- 前記冷却ピンの先端が、冷媒がプリフォームの内側ドーム部に到達し且つこれを冷却することが可能な深さまで、プリフォーム内に導入されている、請求項1から5のいずれかに記載の成形製品の冷却方法。
- 前記先端部(92)を前記成形製品(48)の前記第1の領域から第1の距離(d)だけ離間する工程、および
前記冷却ピン(74,174)の側壁(224)を前記成形製品(48)の内側壁(228)から第2の距離(D)だけ離間する工程をさらに有してなり、
前記第1の距離の前記第2の距離に対する比(d:D)が1:1から10:1の範囲である、請求項1から6のいずれかに記載の成形製品の冷却方法。 - 半金型(16,18,32,36)から形成され射出成形により作られた成形製品(48)を冷却するための装置であって、前記成形製品は相対的に高い温度の第1の領域(22)と相対的に低い温度の隣接した領域とを有し、
前記装置は、少なくとも1つのホルダ(62)を有するアーム・ツール端部(60)を有してなり、前記アーム・ツール端部(60)は、使用の際には、各半金型(16,18,32,36)の間であって少なくとも1つのホルダ(62)の各1つ内に成形製品(48)を受容する第1の位置と金型(16,18,32,36)の外側である第2の位置との間で作動し、前記成形製品(48)は、使用の際には、前記成形製品が一定の量の熱を保持するときに少なくとも1つのホルダ(62)の各1つ内に配置され、
前記装置は、第2の位置に隣接して配置されたフレーム(98)上の冷却ピン(74,174)を有してなり、前記冷却ピンは先端部(92)を有しており、また前記アーム・ツール端部(60)が前記第2の位置に到達した後に前記冷却ピン(74,174)の先端部の成形製品(48)内への挿入が行われるようにするために前記フレーム(98)は、使用の際には、前記アーム・ツール端部(60)に対して移動するように配置された装置において、
前記フレーム(98)と前記アーム・ツール端部(60)との相対的な移動による前記成形製品(48)内への挿入の際に、前記成形製品内にあるが前記第1の領域(22)から離間している、前記先端部(92)において終端する内部チャネル(90)を前記冷却ピン(74,174)が有しており、また、ガス状の冷却流体を前記先端部(92)から主に前記第1の領域(22)の方向に放出させ少なくとも前記第1の領域(22)内の冷却を強めるために、前記冷却ピン(74,174)は、使用の際には、前記内部チャネル(90)に沿ってガス状の冷却流体を送り込むように配置された冷却流体送出システムに連結可能であり、
使用の際には、前記成形製品(48)の内部から前記成形製品の外部へのガス状の冷却流体の排出を可能とする通路を有する解放系を画定するように、前記フレーム(98)が、前記先端部(92)からのガス状の冷却流体の放出の間において、アーム・ツール端部に対して位置決めされており、および
前記装置が、前記先端部(92)からのガス状の流体の放出の間において、前記フレームを前記アーム・ツール端部(60)から引き離すように動作し、また、前記冷却ピン(74,174)の外面の領域と、使用の際には、個々のホルダ内に配置され且つ前記冷却ピン(74,174)の外面の前記領域に隣接して位置決めされる、前記成形製品の解放端との間の空間によって解放系の前記通路が生成される、装置。 - 冷媒がプリフォームの内側ドーム部に到達し且つこれを冷却することが可能な深さまで冷却ピンの先端部をプリフォーム内に導入するように、装置が構成されている、請求項8記載の装置。
- 前記フレームが前記成形製品(48)内において前記冷却ピンを、i)前記先端部(92)が前記成形製品(48)の前記第1の領域から第1の距離(d)だけ変位し、ii)前記冷却ピン(74,174)の側壁(224)が前記成形製品(48)の内側壁(228)から第2の距離(D)だけ離れて配置されるように位置決めし、および
前記第1の距離の前記第2の距離に対する比(d:D)が1:1から10:1である、請求項8または9記載の装置。 - ガス状の冷却流体が、前記内部チャネル(90)に沿って吹き出される、冷却され加圧された空気である、請求項8から10のいずれかに記載の装置。
- 前記冷却ピン(74,174)に調整された量のガス状の冷却流体を供給するためのバルブをさらに含んでいる、請求項8から11のいずれかに記載の装置。
- 前記先端部が拡散型ノズル構造および直壁ノズル構造の一方を有しており、前記内部チャネルおよび前記先端部は、前記成形製品内に配置されたときには、第1の領域(22)を主に囲繞する領域に向かってガス状の冷却流体を集中させる、請求項8から12のいずれかに記載の装置
- 前記冷却ピンが、
i)その長さに沿って変化する直径を有し、
ii)前記冷却ピンの側部内に流体の側面出口(82)または放射形の導管(230)を有し、前記側面出口または放射形の導管は前記内部チャネル(90)に連結されると共に前記成形製品の頸部(13)と本体部分の少なくとも一方に冷却流体を向けるように配置されており、
iii)前記冷却ピン(74,174)の外面に沿った溝を有し、
iv)前記冷却ピン(74,174)の周辺の周りに配置されたリブ(86)を有し、使用の際には、各リブの長さに亘って成形製品(226,228)の内壁に対する前記冷却ピンの外面の寸法的な分離を低減するために前記リブが前記冷却ピンから突出しており、
v)前記冷却ピン(74,174)の外面に沿った複数の接触要素(88)を有しており、
のいずれかである、請求項8から13のいずれかに記載の装置。 - 前記アーム・ツール端部(60)が複数のホルダを支持しており、および
前記フレームが前記アーム・ツール端部(60)上にあるホルダよりも少ない冷却ピン(74,174)を含んでおり、
使用の際には、個々のホルダ内の選択された成形製品だけが、前記冷却ピンの先端部を成形製品の選択されたものの内部に整合させて挿入することで冷却される、請求項8から14のいずれかに記載の装置。
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