JP4410317B2 - 合成樹脂製射出成形品の製造方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１記載の合成樹脂（ポリマー材料）製の射出成形品を製造するための方法と、請求項３記載の射出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリマー材料からなる射出成形品を製造するために、射出成形機内に挿入される金型が使用される。小さな合成樹脂部品の場合、一般的に、１個の射出成形金型に複数の同一の金型キャビティが設けられている。従来は、合成樹脂が星形または櫛形のスプル分配部を介して金型キャビティに充填される。このスプル分配部内の材料は、成形品と共に固化し、一部だけが再使用可能であり、再び粒状にした後で初めて再使用可能である。
【０００３】
例えば電子部品またはマイクロシステム部品のような非常に少ない射出容積のきわめて小さい部品の場合には、一緒に固化するこのスプル部分によって、有効容積の何倍もの合成樹脂が失われる。特に高価な高性能ポリマー材料の場合には、製品が非常に高価になる。問題のある添加剤（例えば防火剤）の場合には、廃棄処理するために付加的なコストがかかる。
【０００４】
部品の製造単価を下げるために、１個の金型にできるだけ多くの金型キャビティを設けることが望まれる。しかし、最近の高性能ポリマー材料の場合には、１個の金型に多数のキャビティが設けられている場合、中央のスプルから射出ノズルを介して射出するときに不均一の流動抵抗および流路長さによって現在まで解決できていない充填問題が生じる。
【０００５】
米国特許第５０６９８４０号明細書により、成形品の結合部の強度低下作用を減少させる背圧方式または振動方式の装置が知られている。１個の成形品あたり複数のスプルを有する場合、結合部は避けられない。ここで提案されている方法の場合、成形品を充填するために、各キャビティのために少なくとも２個の射出ノズルが必要である。成形材料は、供給装置からキャビティに供給され、同時に２個の圧力シリンダに供給される。この圧力シリンダに成形材料が充填されると、供給装置に通じる接続部が弁によって閉鎖され、圧力シリンダのピストンが移動する。これにより、キャビティ内の成形物質が固化するまで振動し、固化層が相対的に摺動する。これにより、結合部の強度が高められる。この方法は、複数のスプルを必要とする大きな成形品にのみ適し、装置のために必要スペースは非常に小さな成形品には大きすぎる。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１３３４３５号公報に記載された方法の場合には、キャビティを必要な時間内で充填するために押出し能力が充分でないほど大きな成形品が、廃棄合成樹脂によって製造される。圧力シリンダを備えた加熱される中間貯蔵装置内に、金型充填のために充分な量の溶融材料が集められる。押出し機が多すぎる材料を搬送するので、多数の成形品を同時に製造することによって必要材料を最少にするときにのみ、経済的な製造が可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、スプルを用いずに１個の金型あたり多数のキャビティを用いて、従来の射出成形機で部品を製造するための方法と装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、請求項１および３の特徴付け部分に記載の特徴によって解決される。
【０００９】
本発明による方法は、射出成形機の中央の射出圧力の変化やスプル通路の不可避の変化によって充填パラメータが左右されないようにする。本発明による射出シリンダを射出成形機からキャビティへの溶融物流内に配置したことにより、ポリマー加工において全く新しい製造方法が得られる。
射出成形機は、先ず最初に、スプル通路を介して射出シリンダの前室に材料を押込む。前室のこの充填は問題がない。なぜなら、前室の幾何学的形状が簡単で薄壁を備えていないからである。そして、材料は、射出シリンダのピストンによって高圧でキャビティに直接射出される。
【００１０】
材料の充填パラメータと加工パラメータは、この圧力技術的および流れ技術的な切離しによって各キャビティにとって最適となる。というのは、金型充填のための射出圧力が、射出成形機によって集中的に発生するのではなく、射出シリンダによって分散して発生し、材料がキャビティに直接達するからである。射出シリンダのピストンは、個別的にまたは一緒に操作可能である。この場合、操作力は、液圧、空気圧または機械的に発生させることができる。一緒に操作する場合には、あらゆる種類の誤差を補正するために、個々のピストンをばねによって切り離すと有利である。
【００１１】
スプル通路と射出シリンダは、加工すべきポリマー材料の要求に応じて温度調節される。熱可塑性物質を加工する場合には、スプル通路と射出シリンダが加熱され、いわゆる加熱通路として構成されている。これにより、材料を流動させてかつ高い圧力でキャビティに射出することが可能である。これに対して、キャビティを有する金型ブロックは冷却される。これにより、溶融物が固化し、離型可能である。
【００１２】
例えばゴムのような架橋性ポリマーの加工は、上記とは逆の温度調節を必要とする。すなわち、スプルブロックが冷却され、金型ブロックが加熱される。これにより、キャビティ内で初めて合成樹脂が架橋され、固化される。本発明による方法と装置は、温度調節装置を適当に形成することによって両方の種類のポリマーのために適用可能である。
【００１３】
射出シリンダは非常に細く形成可能である。これにより、単位面積あたりの密度を高くし、１個の金型に多数のキャビティを設けることができる。
射出シリンダの温度調節を個別に行うこともできるし、複数の射出シリンダを温度調節される１個の加熱ブロックに組み込むこともできる。個別の温度調節は、各キャビティの微調節を可能にし、ブロックの温度調節では、更に過密な配置や装置コストの低減が可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、スプルブロック２を備えた射出装置１を示している。このスプルブロックは、射出時に分離面３で金型ブロック４に押しつけられる。この金型ブロック４内には、合成樹脂溶融物を収容するための金型キャビティ５がある。スプルブロック２内には射出シリンダ６が設けられている。この射出シリンダは、分離面３まで延び、その中に射出ピストン７が摺動可能に案内されている。分離面３側の射出シリンダ６の端面には、小さな横断面の射出ノズル８が設けられている。射出ピストン７は、静止状態で射出シリンダ６内で次のような位置を占める。すなわち、射出ノズル８とこの射出ノズル側の射出ピストン７の端面７′との間に、合成樹脂溶融物を収容する前室９が構成されるような位置を占める。合成樹脂溶融物は、略示した搬送スクリュ１０によって温度調節可能なスプル通路１１を介して前室９に供給される。
【００１５】
加熱要素または冷却要素の形をした温度調節要素１２が射出シリンダ６とスプル通路１１を温度調節する。
射出ピストン７を操作するために供給管路１３が設けられている。この供給管路から圧力媒体が射出シリンダ６に供給可能である。圧力媒体は、射出ピストン７に連結された操作ピストン１４に作用する。
【００１６】
射出時に、射出ピストン７は、先ず最初に図１に示す静止位置にある。前室９内には搬送スクリュ１０から供給された合成樹脂溶融物がある。操作ピストン１４に圧力媒体を作用させることにより、射出ピストン７は、射出ノズル８の方へ摺動し、前室９内にある合成樹脂溶融物を金型キャビティ５に供給する。
射出工程が終了した後、射出ピストン７は、流入する合成樹脂溶融物の作用を受けて再び静止位置に戻る。この場合、前室９には再び合成樹脂溶融物が充填される。これにより、射出装置１は新しいサイクルのための準備がなされ、前室９内の合成樹脂溶融物は処理可能な温度調節された状態にあり、金型キャビティ５内の成形品は適当な温度調節によってその所望の状態となる。
【００１７】
図２は、本発明の第２の実施の形態を示している。この場合にも、スプルブロック１５内に射出シリンダ１６が設けられている。射出シリンダは、それぞれ射出ノズル１７を備え、射出シリンダ内にそれぞれ１個の射出ピストン１８が摺動可能に案内されている。摺動可能な往復横材１９が、スプルブロック１５から分離されて延びている。この往復横材は盲穴２０を備えている。この盲穴内に、射出ピストン１８のフランジ２１が摺動可能に案内されている。盲穴２０は、環状ねじ２２によって閉鎖可能であり、この環状ねじ２２とフランジ２１の間には補正ばね２３のセットが設けられている。往復横材１９は、往復シリンダ２４のピストンロッド２４′に連結されている。この実施の形態の場合、更に、射出ピストン１８と射出ノズル１７の間に前室２５が設けられている。温度調節可能なスプル通路２６を経てこの前室に合成樹脂溶融物が供給可能である。
【００１８】
この実施の形態の場合、射出ノズル１７は、静止位置で閉鎖機構２７によって閉鎖されている。この閉鎖機構の円錐状尖端部２８は、同様に円錐状の射出ノズル１７に係合している。閉鎖機構２７は、射出ピストン１８の縦穴２９を通って他の往復横材３０まで延びている。この往復横材は、他の往復シリンダ３１のピストンロッド３１′によって操作可能である。その際、閉鎖機構２７は、往復横材３０に固定連結されている。
【００１９】
この実施の形態の場合の操作は、第１の実施の形態の場合と同じように行われるが、静止位置では差し当たり射出ノズル１７が閉じている。射出ピストン１８によって射出工程を開始する前に、閉鎖機構２７が往復横材３０によって上方へ引っ張られ、射出ノズル１７を開放する。射出工程は、往復横材１９を操作することによって行われる。この往復横材は、複数の射出ピストン１８を一緒に摺動させ、これにより、合成樹脂溶融物が射出ノズル１７から出る。
【００２０】
その際、補正ばね２３は、個々の射出ピストン１８を機械的に互いに切り離すために役立つ。これにより、あらゆる種類の誤差が補正される。
射出ピストン１８を後退させ、閉鎖機構２７の尖端部２８を射出ノズル１７に挿入した後で、合成樹脂溶融物がスプル通路２６を通って再び前室２５に供給され、射出装置は新しいサイクルのために準備される。
【００２１】
図３は、１個の射出装置で操作できるような複数の小さな金型キャビティ３２を有する射出装置の他の実施の形態を示している。そのために、射出ノズル３３は複数の流出通路３４を備えている。流出通路３４はそれぞれ金型キャビティ３２に開口している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 射出装置の概略部分断面図である。
【図２】 射出装置の第２の実施の形態の概略断面図である。
【図３】 多重ノズルを備えた射出装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 射出装置
２，１５ スプルブロック
４ 金型ブロック
５，３２ 金型キャビティ
６，１６ 射出シリンダ
７，１８ 射出ピストン
８，１７，３３ 射出ノズル
９，２５ 前室
１０ 搬送スクリュ
１１，２６ スプル通路
１２ 温度調節要素
２３ 補正ばね
２７ 閉鎖機構
２９ 縦穴
３４ 流出通路

Claims (8)

1. 流動性材料のための温度調節可能な通路を備えたスプルブロック（２）と、複数の金型キャビティ（５）を備えた金型ブロック（４）とを備え、各金型キャビティ（５）に射出ノズル（８，１７，３３）の流出通路が１つずつ付設されている、１個の射出成形金型内で熱可塑性ポリマーまたは架橋性ポリマーから複数の射出成形品を同時に製造するための方法において、
   第１の段階で、搬送スクリュ（１０）から供給された材料が、金型キャビティ（５，３２）に達しないように、スプル通路（１１，２６）を介して、付設の金型キャビティ（５）の容積を有する前室（９，２５）に直接供給され、
   第２の段階で、射出ピストン（７，１８）が、射出ピストン（７，１８）によって発生させた射出圧力が搬送スクリュ（１０）の搬送圧力と無関係であるように、射出ノズル（８，１７，３３）を介して金型キャビティ（５，３２）に材料を押し込むこと、
   スプルブロック（２，１５）内に温度調節要素（１２）を設け、この温度調節要素によって、スプル通路（１１，２６）と前室（９，２５）内の合成樹脂溶融物を射出ノズル（８，１７，３３）までその処理温度に保持すること、
   温度調節要素（１２）によって、加熱ブロックに組み込まれた複数の射出シリンダ（１６）を温度調節すること
   を特徴とする方法。
2. 静止位置で閉じている射出シリンダ（１６）の射出ノズル（１７）を開放した後で、合成樹脂溶融物が金型キャビティ（５，３２）に供給可能であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 射出シリンダ（６，１６）と射出ピストン（７，１８）と射出ノズル（８，１７，３３）と射出ピストン（７，１８）用操作装置を備えた、請求項１または２記載の方法を実施するための射出装置において、
   射出シリンダ（６，１６）と射出ピストン（７，１８）と射出ノズル（８，１７，３３）が、付設の金型キャビティ（５）の容積を有する前室（９，２５）を構成し、かつ一直線上に配置され、前室（９，２５）が、温度調節可能なスプル通路（１１，２６）を介して搬送スクリュ（１０）に接続していること、
   スプルブロック（２，１５）内に温度調節要素（１２）が設けられ、この温度調節要素が、スプル通路（１１，２６）と前室（９，２５）内の合成樹脂溶融物を射出ノズル（８，１７，３３）までその処理温度に保持すること、
   温度調節要素（１２）が、加熱ブロックに組み込まれた複数の射出シリンダ（１６）を温度調節するために設けられていること
   を特徴とする射出装置。
4. 射出ノズル（３３）が複数の流出通路（３４）を備え、各流出通路（３４）が金型キャビティ（３２）に開口していることを特徴とする請求項３記載の射出装置。
5. 射出ノズル（１７）を閉鎖するための軸方向に摺動可能な閉鎖機構（２７）が射出シリンダ（１６）内に設けられていることを特徴とする請求項３記載の射出装置。
6. 閉鎖機構（２７）が、１個の射出ノズル（３３）の複数の流出通路（３４）を閉鎖することを特徴とする請求項４または５記載の射出装置。
7. 閉鎖機構（２７）が、射出ピストン（１８）の縦穴（２９）内に摺動可能に案内されていることを特徴とする請求項５または６記載の射出装置。
8. 補正ばね（２３）が、前室（２５）と反対側の射出ピストン（１８）の端面（１８′）に設けられていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載の射出装置。

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