JP5197758B2 - 構造体を成形するための工具 - Google Patents

Description

本開示は包括的に構造体に関し、より詳細には、本開示は容器を成形するための工具及び方法に関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２００７年１２月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／０１７，８５０号の利益を主張する。上記に参照として挙げた仮特許出願の内容全体は、全ての目的のため、その全体が本明細書に提示されているかのように参照により本明細書に援用される。

概して、本開示の一態様は包括的にブランクから容器を成形するための成形工具に関する。成形工具はキャビティ及びコアを有する。キャビティはキャビティベースに可動に接続される関節部(articulation portion)を有する。コアはノーズベースに可動に接続されるノーズを有する。ブランクから容器を成形する際、ノーズをノーズベースに対して移動させてから、コアをキャビティに十分に嵌め入れ、容器になるようにブランクを完全に成形する。

別の態様では、本開示は包括的に、ブランクから構造体を成形するための工具に関する。工具は、ブランクを受け入れるように動作可能なキャビティを含む。キャビティは、関節部及びキャビティベースを含む。関節部は、キャビティベースに可動に接続される。キャビティは、キャビティベースに対する関節部の移動を制御する少なくとも１つのキャビティばねを含む。コアが、キャビティに動作可能に接続される。コアは、構造体になるようにブランクを少なくとも部分的に成形するためにキャビティに入るように動作可能である。コアは、コアベース及び該コアベースに可動に接続されるノーズを備える。コアは、コアベースに対するノーズの移動を制御する少なくとも１つのコアばねを含む。少なくとも１つのキャビティばねは第１の強度を有し、少なくとも１つのコアばねは第２の強度を有する。第１の強度は第２の強度よりも大きい。

別の態様では、本開示は包括的に、ブランクから構造体を成形する方法に関する。該方法は、ブランクを用意すること、及び成形工具内にブランクを入れることを含む。成形工具は、キャビティ及びコアを備える。キャビティは、関節部、キャビティベース、及びキャビティベースに対する関節部の移動を制御する少なくとも１つのキャビティばねを有する。コアは、コアベース、ノーズ、及びコアベースに対するノーズの移動を制御する少なくとも１つのコアばねを備える。該方法は、コアがキャビティ内に少なくとも部分的に嵌め入れられるように、ブランクが工具内にある状態のまま工具を閉じることをさらに含む。工具を閉じることは、少なくとも１つのコアばねを圧縮するようにコアをブランクに押し付けること、及び、関節部をキャビティベースに対して移動させるようにコアをさらに移動させることを含む。少なくとも１つのコアばねを圧縮してから、コアをキャビティに十分に嵌め入れ、構造体へのブランクの成形を完了する。

当業者は、以下に挙げる図面を参照しながら種々のさらなる実施形態の以下の詳細な説明を読めば、それらの実施形態の上述の利点並びに他の利点及び利益が分かるであろう。

一般的慣行に従い、以下に説明する図面の種々の特徴部は必ずしも原寸に比例して描かれていない。本開示の実施形態をより明確に例示するため、図面中の種々の特徴部及び要素の寸法は拡大又は縮小されているものとする。

本開示の一実施形態の成形工具の概略図である。 ブランクから構造体を成形するように工具が位置決めされている、図１の成形工具の概略図である。 構造体をさらに成形するようにさらに位置決めされている、図２の成形工具の概略図である。 構造体をさらに成形するようにさらに位置決めされている、図３の成形工具の概略図である。 図４の拡大部分を示す図である。 成形工具から成形された構造体の上面図である。

図面全体を通じて、対応する部品には対応する参照符号が付されている。

図１は、一実施形態による、容器又は構造体３００（図６）の製造又は成形の際に用いることができる工具（例えば、金型組立体１３０）を概略的に示す。容器３００は、同一人に譲渡された２００７年３月８日に出願の米国特許出願第１１／７１５，７１８号（以下「‘７１８号出願」）（全ての目的のため、その内容全体が本明細書に参照により援用される）に記載の容器及び射出成形構造体と同様の特性を有する射出成形構造体３０５を有し得る。さらに、容器及び射出成形構造体は、‘７１８号出願に開示されているのと同様の方法、工具、装置等によって成形されてもよい。代替的に、本開示から逸脱しない限り、本開示の金型組立体１３０は、射出成形特徴部を有しない容器を成形するのに用いてもよい。

図示の実施形態では、容器３００は、底壁３０７及び該底壁から上向きに延びる４つの側壁３０９を有する。射出成形構造体３０５はフランジ３１０を含むことができ、該フランジは容器及びフィンガ３１２の周囲に延び、該フィンガは容器の各隅部３１１においてフランジ３１０から下向きに延びる。本開示から逸脱しない限り、容器３００及び射出成形構造体３０５は他の形状、配置、構成としてもよく、且つ／又は省いてもよい。

金型組立体１３０は図１では開放形態にあり、雄型１３２（例えばコア）及び雌型１３４（例えばキャビティ）を備える。雌型１３４は、実質的に構造体３００の形状に対応する形状である側壁１３５によって画定される空間１３３を備える。図示の実施形態では、雄型１３２は、空間１３３に押し込まれる実質的に平坦なブランク２２から三次元形状構造体３００を成形するように、実質的に空間１３３の形状に対応する形状である。本開示から逸脱しない限り、雄型１３２及び／又は雌型１３４は他の形状及び／又は配置としてもよい。

図１に示すように、コア１３２は、ノーズユニット１３８（例えばコア板又はノーズ）が取り付けられる外側型又はコアベース１３６を備える。ノーズ１３８はコアベース１３６に可動に取り付けられ、一群のコアばね１４０（そのうち２つが図１に示されている）によってコアベースに接続される。代替的な実施形態では、単一のコアばね１４０を設けることができる。任意に、容器の成形に役立たせるように固定ピン１４４等の４つの固定要素がコアベース１３６から突出する。より多い数又は少ない数の固定要素（例えば固定ピン１４４）があってもよく、本開示から逸脱しない限り、状況によってはそれらを完全に省くこともできる。

一実施形態では、流体射出成形材料（例えば樹脂）等を金型組立体１３０に射出して構造体３００の射出成形構造体３０５を成形するように、ポート１４６（例えばバルブゲート付き）をコアベース１３６に任意に画定するか又は設ける。一例では、ポート１４６はバルブゲートの形態であるか又はバルブゲートを含む。本開示から逸脱しない限り、工具１３０が射出成形構造体のない構造体を成形するようにポート１４６を省くことができる。

図示の実施形態では、キャビティ１３４は、型押しユニット１５２（例えばキャビティ板又は関節部）が可動に取り付けられるキャビティベース１５０を備える。一実施形態では、一群のキャビティばね１５４（そのうち２つのみを図１に概略的に示す）が関節部１５２をコア１３２に向けて付勢する。代替的に、本開示から逸脱しない限り、単一のキャビティばね１５４を設けることができるか、又はキャビティばねを省くことができる。ブランク２２を所定位置に位置決めするのに役立たせるための構成において、一群の位置決めピン１５６をキャビティベース１５０に取り付けることができる。キャビティ１３４は、側壁１３５に対してほぼ垂直であると共にさらに空間１３３を少なくとも部分的に画定するフランジ表面１６４を含む。

本開示の一実施形態では、構造体を成形する際にブランク２２の側壁３０９を締め付けないように、雄型１３２のコアばね１４０及び雌型１３４のキャビティばね１５４は強度が異なる。図示の実施形態では、雌型１３４のキャビティばね１５４は、雄型１３２のコアばね１４０よりも強度が大きいため、キャビティばねは圧縮に対する抵抗がより高い。キャビティばね１５４の強度がより高いことにより、ノーズ１３８がブランク２２を関節部１５２に押し付ける際にコアばね１４０が圧縮してから、関節部１５２の移動及びそれに対応するキャビティばね１５４の圧縮が生じる。

図１に示すように、コアばね１４０は、コアベース１３６の表面１４５に接触する第１の端部１４３を有する。コアばね１４０は、ノーズ１３８の表面１４９に接触する第２の端部１４７を有する。キャビティばね１５４は、キャビティベース１５０の表面１５７に接触する第１の端部１５５を有する。キャビティばね１５４は、関節部１５２の表面１６１に接触する第２の端部１５９を有する。本開示から逸脱しない限り、コアばね１４０及び／又はキャビティばね１５４は他の形状、配置、及び／又は構成としてもよい。

一実施形態では、コアばね１４０は少なくとも約０．７５インチ（１９ｍｍ）の直径及び非圧縮状態で少なくとも約１．２５インチ（３０ｍｍ）の全長を有することができる。図示の実施形態では、キャビティばね１５４は少なくとも約０．７５インチ（２０ｍｍ）の直径及び非圧縮状態で少なくとも約７．０インチ（１７５ｍｍ）の全長を有することができる。一実施形態では、コアばね１４０及びキャビティばね１５４はAssociated Spring Raymond of Maumee（オハイオ州所在）から市販されているタイプの中程度の荷重のダイスプリングとすることができる。代替的に、コアばね１４０及び／又はキャビティばね１５４は他のタイプ及び／又はサイズのばねとなるような他の形状、配置及び／又は構成としてもよい。本明細書に提示される寸法情報は全て、例示的であることを意図し、本開示の範囲を限定することを意図しない。

図示の実施形態では、キャビティばね１５４は第１の強度、すなわち、線形圧縮に対する抵抗を有し、コアばね１４０は第２の強度、すなわち、線形圧縮に対する抵抗を有する。キャビティばね１５４はキャビティベース１５０に対する関節部１５２の移動に対して抵抗を与える。コアばね１４０は、コアベース１３６に対するノーズ１３８の移動に対して抵抗を与える。図示の実施形態では、キャビティばね１５４の第１の強度はコアばね１４０の第２の強度よりも大きいため、コア１３２及びキャビティ１３４が共にその間に位置するブランク２２に接触すると、コアばねが圧縮してから、キャビティばねが圧縮する。したがって、コアベース１３６がノーズに対し矢印Ａ１（図１）の方向に移動すると、コアベース１３６の表面１４５が、ノーズ１３８の表面１４９により近く移動する。表面１４５の移動が生じてから、矢印Ａ２（図１）の方向に移動する関節部１５２の移動が生じることで、キャビティばね１５４の圧縮がもたらされる。代替的に、キャビティばね１５４以外の機構によって、関節部１５２の移動に対する抵抗をノーズ１３８の移動に対する抵抗よりも大きくなるように維持することができる。例えば、キャビティばね１５４及び／又はコアばね１４０はコイルばね以外の機構（例えば、ガススプリング、往復動ピストン、又は線形圧縮に対する抵抗を与える他の機構）とすることができる。

図示の実施形態では、コアベース１３６は、キャビティ１３４の側壁１３５と協働して容器３００の側壁３０９を形成する外側表面１７１を有する。一実施形態では、コアベース１３６の外側表面１７１はコアベース１３６に第１の部分１７１ａを含み、ノーズ１３８に第２の部分１７１ｂを含む。第１の部分１７１ａ及び第２の部分１７１ｂは間隙１７５によって離間している。図１及び図２に示すように、ノーズ１３８は、間隙１７５が最大寸法Ｈ１を有するような伸張位置にある。図１に示すように、キャビティ１３４の関節部１５２は、最大寸法Ｈ２を有する間隙１７９によってキャビティベース１５０の表面１５７から離間した伸張位置で示されている。より詳細に以下に説明するように、成形工具１３０がブランク２２から容器３００を成形するように動作する際、間隙１７５が初めに矢印Ａ１の方向へのノーズ１３８の移動によって小さくなり、次いで、間隙１７９が矢印Ａ２の方向への関節部１５２の移動によって小さくなる。

次に、成形工具１３０から構造体３００（図６）を成形する方法を説明する。概して図１に概略的に示すように、ブランク２２を初めにキャビティ１３４とコア１３２との間に入れる。図２に示すように、コア１３２を矢印Ａ３の方向に移動させることで、ノーズ１３８をブランク２２（コア１３２とキャビティ１３４との間に保持されている）に接触させ、ブランクを関節部１５２に押し付ける。代替的に、キャビティ１３４を矢印Ａ３とは反対の方向に移動させることで、関節部１５２がブランク２２をノーズ１３８に押し付ける。図３に示すように、コア１３２が矢印Ａ３の方向にさらに移動することで、ノーズ１３８とコアベース１３６との間の間隙１７５が最小寸法Ｈ３まで小さくなる。間隙１７５は、コアばね１４０がコアベース１３６の上方移動によってノーズ１３８に対し圧縮される際に小さくなる。物品成形プロセスのこの時点において、キャビティに向けてコアベース１３６を移動させるのに該コアベースに印加される力が、キャビティばね１５４の圧縮に対する抵抗に打ち勝つには不十分であるため、キャビティ１３４の関節部１５２は移動しない。図４に示すように、キャビティばね１５４の圧縮に対する抵抗に打ち勝つのに十分な力がコアベース１３６に印加される場合、関節部１５２が矢印Ａ２の方向に移動することで、間隙１７９の高さが最小距離Ｈ５まで小さくなる。代替的に、キャビティばね１５４を（例えば、間隙１７９の高さがＨ３よりも小さく、且つＨ２よりも大きい寸法を有するように）部分的に圧縮することができる。

図示の実施形態では、ブランク２２は、コア１３２の外側表面１７１が容器の側壁３０９に対応するブランクの部分をキャビティ１３４の側壁１３５に押し付ける、図４に示す成形工具１３０の構成によって、容器３００になるように成形される。コアばね１４０を圧縮してから、コア１３２をキャビティ１３４に十分に嵌め入れ、構造体３００へのブランク２２の成形が完了する。コアばね１４０の圧縮により、間隙１７９の高さを最小限にしてから、構造体３００の形状へのブランク２２の成形が完了する。

ポート１４６を介して、キャビティ１３４のフランジ表面１６４とブランク２２との間に形成される射出キャビティ２０５（図５）を満たす射出成形材料（例えば高分子材料、樹脂等）を射出することによって射出成形構造体３０５を成形することができる。図示の実施形態では、射出キャビティ２０５は、フランジ３１０及びフィンガ３１２を有することができる射出成形構造体３０５を形成する形状であるが、本開示から逸脱しない限り、他の形状、配置、構成であってもよく、且つ／又は省いてもよい。一実施形態では、射出成形は、ブランク２２がコア１３２の外側表面１７１及びキャビティ１３４の側壁１３５に押し付けられるようにコア１３２をキャビティ１３４に十分に嵌め入れることによるブランクの成形の完了後に行われる。

本開示の例示的な実施形態によれば、ブランクは板紙、段ボール紙、又は少なくとも実質的に上述の各機能性を可能にするのに適した特性を有する他の材料から形成することができる。板紙は典型的に、普通の紙より重く、且つより硬質であるような厚さを有し、段ボール紙は典型的に、板紙より重く、且つより硬質であるような厚さを有する。一般的に、少なくとも板紙又はボール紙の側面（板紙又はボール紙から組み立てられたカートンにおいて外側表面となる）は、クレーコーティング等でコーティングされる。クレーコーティングは、製品、広告、価格コード、及びその他の情報又は画像で、重ねて印刷することができる。その場合、ブランクはニスでコーティングされて、ブランクの上に印刷されたいかなる情報も保護するようにされてもよい。また、ブランクは片側面又は両側面上を例えば水分バリア層でコーティングされてもよい。また、ブランクは１つ又は複数のシート様材料にラミネートすることができるか又は該材料でコーティングすることができる。

上記の開示記載は、本開示の種々の実施形態を例示及び説明している。本開示の範囲から逸脱しない限り、上記構成において種々の変更を行うことができるため、上記記載に含まれるか又は添付の図面に示される全ての事項は、例示として解釈されるべきであって限定の意味で解釈されるべきではないことが意図される。さらに、本開示の範囲は、上述の実施形態の種々の変形、組合せ及び変更等を包含する。さらに、本開示は、該開示の選択された実施形態のみを示し説明しているが、種々の他の組合せ、変更及び環境での使用が可能であり、本明細書に明示される通りの、上記教示と同等の、且つ／又は関連技術の技能又は知識内での本発明の概念の範囲内の変更又は変形が可能である。さらに、各実施形態の幾つかの特徴及び特性は、選択的に入れ替えてもよく、且つ、本開示の範囲から逸脱しない限り、該開示の他の例示及び非例示の実施形態に適用してもよい。

Claims (23)

1. ブランクから構造体を成形する工具であって、
   ブランクを受け入れるように動作可能なキャビティであって、該キャビティは関節部及びキャビティベースを含み、該関節部は該キャビティベースに可動に接続され、前記キャビティは、前記キャビティベースに対する前記関節部の移動を制御する少なくとも１つのキャビティばねを含む、キャビティと、
   前記キャビティに動作可能に接続されるコアであって、該コアは、構造体になるように前記ブランクを少なくとも部分的に成形するために、前記キャビティに入るように動作可能であり、前記コアは、コアベース及び該コアベースに可動に接続されるノーズを含み、前記コアは、前記コアベースに対する前記ノーズの移動を制御する少なくとも１つのコアばねを含む、コアと、
   を備え、
   前記少なくとも１つのキャビティばねは第１の強度を有し、前記少なくとも１つのコアばねは第２の強度を有し、前記第１の強度は前記第２の強度よりも大きい、工具。
2. 前記キャビティばねは、前記キャビティベースの表面に接触する第１の端部及び前記関節部の表面に接触する第２の端部を有し、前記コアばねは、前記コアベースの表面に接触する第１の端部及び前記ノーズの表面に接触する第２の端部を有する、請求項１に記載の工具。
3. 前記キャビティは、前記構造体の少なくとも１つの側壁を成形する少なくとも１つの側壁を含み、前記構造体は前記ブランクから成形される三次元容器である、請求項１に記載の工具。
4. 前記工具は、前記キャビティ及び前記コアから少なくとも部分的に形成される射出キャビティを含み、該射出キャビティは前記ブランクの周囲の少なくとも一部の周りに液体樹脂を受け入れるためのものである、請求項１に記載の工具。
5. 前記射出キャビティは、前記構造体のフランジに射出成形バンドを成形するためのものである、請求項４に記載の工具。
6. 前記射出キャビティは、前記射出成形バンドから延びると共に前記構造体の隅部を少なくとも部分的に画定する射出成形ストリップを成形するためのものである、請求項５に記載の工具。
7. 前記少なくとも１つのキャビティばねは、該キャビティばねの各端部間に第１の長さを有し、前記少なくとも１つのコアばねは、該コアばねの各端部間に第２の長さを有し、前記第１の長さは前記第２の長さよりも長い、請求項２に記載の工具。
8. 前記第１の長さは少なくとも１７５ミリメートルであり、前記第２の長さは少なくとも３０ミリメートルである、請求項７に記載の工具。
9. 前記少なくとも１つのキャビティばねは第１の直径を有し、前記少なくとも１つのコアばねは第２の直径を有し、前記第１の直径及び前記第２の直径はほぼ等しい、請求項８に記載の工具。
10. 前記コアは、前記少なくとも１つの側壁と協働して、前記構造体になるように前記ブランクを少なくとも部分的に成形する表面を有し、該表面は前記コアベースの外側表面の一部及び前記ノーズの外側表面の一部を含み、該コアベースの該外側表面及び該ノーズの該外側表面は間隙を少なくとも部分的に形成するように離間している、請求項３に記載の工具。
11. 前記構造体になるように前記ブランクを成形する前に、前記間隙を前記コアベースと前記ノーズとの間に第１の距離だけ画定し、前記間隙は、前記コアを前記ブランクに押し付けて前記少なくとも１つのコアばねを圧縮した後で、前記コアベースと前記ノーズとの間に第２の距離だけ画定される、請求項１０に記載の工具。
12. 前記間隙が前記第２の距離に維持されると共に、前記コアが前記キャビティにさらに移動して、前記構造体になるように前記ブランクを成形する、請求項１１に記載の工具。
13. ブランクから構造体を成形する方法であって、
    ブランクを用意するステップ、
    成形工具内に前記ブランクを入れるステップであって、該成形工具は、関節部、キャビティベース、及び該キャビティベースに対する該関節部の移動を制御する少なくとも１つのキャビティばねを有するキャビティと、コアベース、ノーズ、及び該コアベースに対する該ノーズの移動を制御する少なくとも１つのコアばねを有するコアとを備える、成形工具内に前記ブランクを入れるステップ、及び
    前記ブランクが前記成形工具内にある状態のまま該成形工具を閉じるステップ、
    を含み、
    前記成形工具を閉じるステップは、前記少なくとも１つのコアばねを圧縮するように前記コアを前記ブランクに押し付けるステップ、及び、前記関節部を前記キャビティベースに対して移動させるように前記コアをさらに移動させるステップを含み、前記少なくとも１つのコアばねを圧縮してから、前記コアを前記キャビティに嵌め入れ、前記構造体への前記ブランクの成形を完了する、方法。
14. 前記少なくとも１つのコアばねを圧縮してから、前記キャビティベースに対して前記関節部を移動させる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記成形工具を閉じるステップは、前記構造体を少なくとも部分的に成形するように前記ブランクを前記キャビティの表面に押し付けるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ブランクを前記キャビティの前記表面に押し付けるステップは、前記構造体への前記ブランクの成形を完了するステップを含み、該構造体への該ブランクの成形を完了するステップは、前記少なくとも１つのキャビティばねを十分に圧縮するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記成形工具は、前記キャビティ及び前記コアから少なくとも部分的に形成される射出キャビティをさらに含み、前記方法は、前記構造体のフランジを成形するステップ、及び、該フランジ上に少なくとも１つのフィンガを射出成形するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
18. 前記コアは、前記コアベースの外側表面の一部及び前記ノーズの外側表面の一部を含む表面を有し、前記コアベースの前記外側表面及び前記ノーズの前記外側表面は、間隙を少なくとも部分的に画定するように離間し、前記ノーズの前記外側表面と前記コアベースの前記外側表面との間の前記間隙は、前記少なくとも１つのコアばねの圧縮及び前記コアベースに対する前記ノーズの移動によって小さくなる、請求項１３に記載の方法。
19. 前記コアを前記キャビティ内に嵌め入れる前に、前記間隙は小さくなる、請求項１８に記載の方法。
20. 前記コアの前記表面は、前記構造体になるように前記ブランクを少なくとも部分的に成形するように該ブランクを前記キャビティの表面に押し付ける、請求項１８に記載の方法。
21. 前記コアの前記移動は、前記構造体になるように前記ブランクを少なくとも部分的に成形することを含み、該コアの該移動により、前記キャビティの前記関節部を前記キャビティベースに対して移動させる、請求項１３に記載の方法。
22. 前記少なくとも１つのキャビティばねは、前記少なくとも１つのコアばねが圧縮された後に圧縮される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記キャビティばねは第１の強度を有し、前記コアばねは第２の強度を有し、前記第１の強度は前記第２の強度よりも大きい、請求項１３に記載の方法。

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