JP5377502B2 - 組み込まれたインジェクタを備える型工具 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の型工具、すなわち、型工具であって、該型工具内に運転状態において完全に閉鎖されたキャビティが形成可能であり、少なくとも部分的に該型工具内に収容されているインジェクタを備え、該インジェクタの吐出し開口が前記閉鎖されたキャビティに開口している形式のものに関する。

射出成形型のキャビティに噴射プロセスによって熱可塑性材料を充填することは従来公知である。近来、その上、閉鎖された型工具のキャビティに噴射によってより低粘度の材料、例えばポリウレタンを充填して、表面、装飾又は外被を形成することも公知である。

公知の実施の形態では、例えば熱可塑性材料からなる担体エレメントが、拡大されたキャビティ内に装填される。その結果、担体エレメントとキャビティ壁との間に、外部の周囲に対して閉鎖された自由空間が残される。この空間に低粘度の材料が供給され、キャビティが完全に充填されると、このフラッディングプロセス（Ｕｅｂｅｒｆｌｕｔｕｎｇｓｐｒｏｚｅｓｓ）によって担体構成部品のコーティングが生じる。このようなフラッディングプロセスは、やはり背景技術から公知である。フラッディング材料としてポリウレタンが使用されるとき、混合ヘッドが使用される。混合ヘッド内で、反応性の出発材料としてのポリオール及びイソシアネートは、噴射前に互いに混合される。それぞれの混合ヘッドは、型工具あるいは供給開口に直接ドッキングされ、混合ヘッドによって反応性の混合物はキャビティ室に供給される。

ＷＯ９４／２３９２４からは、液状の出発生成物によりプラスチック生成物を製造する方法及び装置が公知である。噴射装置は、液状の硬化可能なプラスチック生成物を閉鎖された型内に噴射する。液状の出発生成物は、ピストンを介して開閉可能な吐出し開口に供給される。吐出し開口が閉鎖されているとき、送り通路は戻し通路に接続される。
ＤＥ１０２００５００７９７９Ａ１には、高粘度の出発材料のための混合ヘッドが記載されている。混合チャンバには高粘度の出発材料が供給され、下流において別の反応性の成分がノズルを介して噴射される。摺動可能なピストンにより、高粘度の出発材料のための供給部は、一方では混合チャンバに接続され、他方では戻し通路に接続され得る。
特開昭５９−１４９３２号公報には、反応性の材料を処理するための装置が記載されている。混合ヘッドには種々異なる成分が調整弁を介して供給される。
ＥＰ１０８２８７からは、混合ヘッドに２つの反応性の出発成分が供給され、吐出しの停止時にはそれぞれ再循環管路を介して戻し案内される、調量及び混合のための装置が公知である。
本発明の課題は、特に拡大されたキャビティ内に装填される生成物をフラッディングするあるいはコーティングすることができる型工具を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴、すなわち、前記インジェクタが材料送り通路及び材料戻し通路を備え、両通路が、前記インジェクタの先端の領域で接続室に開口しており、該接続室を介して互いに流動接続されており、インジェクタニードルが少なくとも２つの運転位置に切換え可能であって、一方の運転位置においては前記吐出し開口が前記インジェクタニードルの先端により閉鎖されており、他方の運転位置においては前記吐出し開口が前記接続室との流動接続を有し、これにより前記インジェクタが開放されていることにより解決される。

本発明の核となる思想は、インジェクタが型工具内に少なくとも部分的に組み込まれており、閉鎖された型工具内に、完全に外部の周囲に対して閉鎖されるキャビティが形成されているあるいは形成可能であることにある。インジェクタの吐出し開口は直接又は間接に、閉鎖されたキャビティに開口する。インジェクタは、噴射運転でも再循環運転でも運転可能であるように形成されている。材料送り通路及び材料戻し通路は接続室を介して互いに流動接続されている。インジェクタのインジェクタニードルが開放位置に配置、例えば引き戻されているとき、接続室は吐出し開口に流動接続されており、コーティング材料は、材料送り通路、接続室及び吐出し開口を介してキャビティに（例えばフラッディングのために）到達可能である。インジェクタニードルの先端が吐出し開口に座着する閉鎖位置では、インジェクタニードルは吐出し開口を負荷して、これを閉鎖するので、今や材料は、材料戻し通路を介して容器に還流する。

有利な態様では、供給管路にインジェクタの下流に切換え可能な弁が配置されている。この切換え可能な弁が閉鎖されているとき、材料は開放されたインジェクタを介して流出できるだけである。インジェクタニードルが閉鎖位置にあり、インジェクタの下流に設けられた弁が開放されていると、容器への材料の再循環が可能である。

再循環は、特に、コーティング材料として、再循環しなければノズルを詰まらせる可能性のある反応性又は架橋性の材料が使用される場合に有利である。

確かに、原理的には、材料を負圧、例えばいわゆる真空フラッディング法（Ｖａｋｕｕｍｆｌｕｔｕｎｇｓｖｅｒｆａｈｒｅｎ）によってキャビティ内に吸引することが可能である。しかし、フラッディングあるいはコーティングのための材料が加圧されていても、確実に有利である。このために、ポンプをインジェクタの上流に設けてもよい。

比較的シンプルな可能性は、シリンダ装置内に進入する唯一のピストンを備えるピストンポンプとしてのポンプの実現である。有利な態様では、ピストンが電動モータによってスピンドルナットコンビネーションの介在下で駆動される。モータの運転によって、キャビティに供給される量も制御可能である。

ポンプの上流に供給管路内に別の弁が配置されると、弁の交互の切換え及びインジェクタの開放によって、簡単に、再循環運転と噴射運転との間での切換えが可能である。この点についてはより詳細に実施の形態において説明する。

インジェクタは有利にはベースケーシング内に収容されて保持されている。ベースケーシングは型工具及び／又はマウントプレートに固定されている。これにより、型工具は言わばインジェクタとインテグラルに、すなわち一体に形成されるので、型工具及びインジェクタは１つのユニットを形成している。ベースケーシングは、１つのパーツから形成されていても、複数のパーツから形成されていてもよい。また、種々異なるユニットのための種々異なるケーシングを、例えばインジェクタのためのケーシング及びポンプ‐弁‐コンビネーションのためのケーシングを設けることも可能である。

特にコンパクトな構造形式は、ポンプの一部や、送り管路及び切換え可能な弁が少なくとも部分的にベースケーシング内に組み込まれていていると達成されている。

使用される材料次第で、恐らく、インジェクタ自体を温度調整、例えば冷却又は加熱することが有益であるか、又はそれどころか必要である。このために、インジェクタは適当な温度調整通路、及び温度調整通路に接続されている、温度調整媒体のための接続部を有する。

特に有利な態様は、インジェクタと型工具との間に温度調整素子、例えば冷却素子が介在していることを特徴とする。このような温度調整素子として、例えばペルティエ素子が可能である。ペルティエ素子は、一方側においてインジェクタを冷却し、他方側において工具を加熱する。両機能、すなわち冷却及び加熱は、特に最適な影響を及ぼす。冷却は、特定の使用したい材料がインジェクタ内でできる限り反応してしまわないようにする。その一方で、型の加熱は、キャビティ内の反応プロセス又は硬化プロセスが可及的急速に進行するようにする。また、複数のペルティエ素子を言わば直列に相前後して接続することも可能である。その結果、低温側と高温側との間の温度差を大きく選択することができる。

本発明の有利な態様では、インジェクタニードルが、閉鎖位置においてインジェクタニードルの先端の端面がキャビティ表面と面一に終端し、言わばこのキャビティ表面の一部を形成するように構成されている。

有利な態様は従属請求項に係る発明である。好ましくは、前記材料戻し通路の下流において供給管路内に切換え可能な弁が設けられている。好ましくは、前記材料送り通路の上流にポンプが設けられている。好ましくは、前記ポンプがピストンポンプとして実現されている。好ましくは、前記ピストンが、電動モータにより駆動されるスピンドルナットコンビネーションによって操作される。好ましくは、前記ポンプの上流において供給管路内に切換え可能な弁が設けられている。好ましくは、前記弁が電気式、空気圧式又は液圧式に切換え可能である。好ましくは、前記インジェクタがベースケーシング内に保持されており、該ベースケーシングが当該型工具及び／又はマウントプレートに固定されている。好ましくは、前記ポンプ、及び前記材料送り通路に通じる送り管路が、前記ベースケーシング内に形成されている。好ましくは、前記切換え可能な弁が前記ベースケーシング内に組み込まれている。好ましくは、前記インジェクタが冷却されている。好ましくは、前記インジェクタと当該型工具との間に冷却素子が介在している。好ましくは、前記冷却素子がペルティエ素子である。好ましくは、前記冷却素子が前記インジェクタから少なくとも僅かに間隔を置いている。好ましくは、インジェクタ先端に少なくとも１つの冷却通路が配置されている。好ましくは、前記インジェクタ先端に配置された少なくとも１つの冷却通路に独自に冷却媒体が供給可能である。好ましくは、前記冷却媒体による冷却が水冷式に形成されている。好ましくは、前記インジェクタニードルの先端が閉鎖位置において前記吐出し開口を前記キャビティ表面と面一に閉鎖する。本発明の具体的な実施の形態について以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

部分的に図示された型工具に組み込まれたインジェクタの概略側面図である。 図３に示した線Ｂ‐Ｂに沿った概略断面図である。 図１に示したインジェクタの平面図である。 図１に示した線Ｄ‐Ｄの断面図である。 図１〜図４に示したインジェクタの流れ図である。 ノズル先端の変化態様の部分拡大断面図である。

図１〜図４には、インジェクタ１６が、開口に正確に嵌合するように、適当に封止された状態で受容され固定されているベースプレート１２が示されている。インジェクタ１６は実質的に柱状のケーシングを備える。ケーシングの端面には駆動ブロックが配置されている。駆動ブロック内ではピストン１７が流体によって操作可能であり、往復摺動可能である。流体は両流体接続部１８を介して供給される。負荷次第でピストンは、２つの極端位置の間で往復運動可能である。図２に示されているように、インジェクタの駆動領域においてピストンはばね負荷されている。このばねあるいはやはり図示のねじ（グラブねじ）によって、インジェクタニードルのためのプリロードは調節可能である。

ピストン１７は直接インジェクタニードル３６に結合されている。インジェクタニードル３６は、ピストン１７が操作されると、やはり２つの位置に移動可能である。ピストンに対して平行に、インジェクタ１６のケーシング内には、一方では、材料送り孔３０及び材料戻し孔３４が延びており、材料送り孔３０及び材料戻し孔３４は、前方の領域でそれぞれ接続室３２に開口している。接続室３２を介して両通路３０，３４間の流動接続が形成されている。インジェクタニードル３６は、この接続室３２を貫通し、その先端３８は、前進した状態で吐出し開口に座着する。吐出し開口は、インジェクタニードルの開放状態で、接続室３２への直接的な接続を有する。特に図２に示すように、インジェクタ１６の前側の部分は、部分的にのみ図示した型工具１４内に突入し、キャビティ表面から遠くないところで終端している。吐出し開口は、閉鎖された、しかし図示されていないキャビティに開口している。

インジェクタ１６の冷却を達成することができるように、インジェクタには冷却通路が通されている。冷却通路は図面には示されていない。やはり冷却のために、インジェクタ１６の前側の端部と型工具１４との間には、ディスク状のペルティエ素子４０が配置されている。ペルティエ素子４０は、電気が適当に流されたとき、インジェクタ側で冷却され、工具側で加熱される。高温側と低温側との間の温度差をより高くすることが望まれる場合、１つより多くのペルティエ素子４０を配置し、これらを温度に関して言わば直列に接続することも可能である。

ベースケーシング１２上には、一方では２つの電気式弁４４及び４６が配置され、両者の間にはピストンポンプ２０が配置されている。ピストンポンプ２０は、ベースプレート１２の対応する形態と合わせて規定されている。ピストンポンプ２０の機能形式は、特に図２から明らかである。ピストンポンプ２０は、すなわち、上側の領域に電動モータを備え、電動モータは、スピンドル２２を回転駆動する。ナットの介在下で、回転運動は軸方向の送り運動又は後退運動に変換される。その結果、スピンドルに結合されたピストン２４は、ベースケーシングの正確に嵌合する切欠き２６内に進入するか、又はこの切欠き２６から進出する。ピストン２４及び切欠き２６は、ピストンシリンダ機能を規定する。供給兼排出通路２８を介して、コーティング材料がシリンダ室２６内に到達する（吸い込まれる）か、あるいはシリンダ室２６から押し退けられ得る。詳細な機能形式については流れ図を参照しながら後述する。

ベースケーシング１２は、ベースケーシング１２上に配置される要素及びインジェクタ１６と共にフラッディングユニット（Ｆｌｕｔｕｎｇｓｅｉｎｈｅｉｔ）１０を形成する。

その上で、図面には詳細には示されていないが（ただし、図５の回路図参照）、管路２８は材料送り管路３０に接続されている。さらに、弁４５とピストンポンプ２０との間、最終的にはインジェクタと弁４７との間にも流動接続が存在している。弁４５は、容器５９に管路を介して接続されており、かつ弁４７から出た管路６６は、再び容器５９に戻し案内されている。

図６に示した実施の形態では、ペルティエ素子がその低温側でインジェクタから僅かに離間しており、その高温側でのみ工具側に当接している。その上、インジェクタの先端の領域には、複数の冷却通路が設けられている。図６には、１つの冷却通路だけが、符号７２を付与されて図示されている。これらの冷却通路には、冷却媒体供給部７０を介して冷却媒体、有利には水が供給される。複数の冷却通路又は温度調整通路がインジェクタ先端に、又はインジェクタのその他の部分に配置されると、これらの通路には独自に温度調整媒体が供給され得る。実験により、ノズル先端に冷却装置（場合によっては別個の冷却装置）を設けることは、さもなければ使用される材料、例えばアクリル材料がニードル先端の領域で反応してしまう危険が生じるので、有利であることが判った。

装置の機能形式は極めて簡単である。

インジェクタ１６が、前進したノズルニードル３６によって閉鎖され、弁４７も閉鎖されているとき、弁４５が開放され、ピストン２４が引き戻されると、コーティング材料を容器５９から管路６０を介してシリンダ室２６内に吸い込むことができる。そして弁４５を閉鎖する。

噴射ステップが実施されるべきか、又は再循環ステップが実施されるべきかに応じて、インジェクタ１６をインジェクタニードル３６の後退運動によって開放するか、又は弁４７を電磁石４６の適当な印加によって開放する。

前者の場合、すなわち弁４７を閉鎖し、インジェクタを開放する場合、ピストン２４が下方へ運動するとき、シリンダ室２６内に存在する材料は、管路２８及び６４と、材料送り管路３０と、接続室３２と、吐出し開口とを介してキャビティ内に射出される。噴射行程が終了すると、インジェクタ１０は、インジェクタニードルの前進運動によって閉鎖される。そして、シリンダ室２６内の残りの材料は、弁４７の開弁時に、戻し管路３４と、管路６５及び６６とを介して再び容器５９に戻し案内され得る。インジェクタがより長い期間閉鎖されているとき、ポンプ２０はさらに、弁４５及び４７を交互に開弁しながら運転されることができ、その結果、常時の再循環流が提供されている。

このことは、全体として、架橋性又は反応性の材料のためのインジェクタの極めて簡単な形態を可能にする。その上、噴射ノズルあるいはインジェクタは型工具内に組み込まれている。

１０ フラッディングユニット
１２ ベースケーシング
１４ 工具（部分的）
１６ インジェクタ
１７ インジェクタピストン
１８ 作業流体のための接続部
２０ ポンプ
２２ スピンドル
２４ ピストン
２６ 切欠き又はポンプのシリンダ
２８ 切欠き又はポンプシリンダに対する供給部兼排出部
３０ インジェクタ内の材料送り通路
３２ 接続チャンバ
３４ 材料戻し通路
３６ インジェクタニードル
３８ ニードル先端
４０ ペルティエ素子
４４ 第１の電気式弁のケーシング
４５ 第１の電気式弁
４６ 第２の電気式弁のケーシング
４７ 第２の電気式弁
５９ 容器
６０ 第１の電気式弁とポンプとの間の管路
６４ ポンプとインジェクタとの間の管路
６５ インジェクタと第２の電気式弁との間の管路
６６ 貯蔵容器への戻し管路
６８ 間隔
７０ 冷却媒体供給部
７２ インジェクタ先端内の冷却媒体のための孔

Claims (12)

1. 型工具であって、該型工具内に運転状態において完全に閉鎖されたキャビティが形成可能であり、少なくとも部分的に該型工具（１４）内に収容されているインジェクタ（１０）を備え、該インジェクタ（１０）の吐出し開口が前記閉鎖されたキャビティに開口しており、前記インジェクタ（１０）が材料送り通路（３０）及び材料戻し通路（３４）を備える形式のものにおいて、
   両通路（３０，３４）が、前記インジェクタ（１０）の先端の領域で接続室（３２）に開口しており、該接続室（３２）を介して互いに流動接続されており、インジェクタニードル（３６）が少なくとも２つの運転位置に切換え可能であって、一方の運転位置においては前記吐出し開口が前記インジェクタニードル（３６）の前記吐出し開口に座着する先端（３８）により閉鎖されており、他方の運転位置においては前記吐出し開口からの前記インジェクタニードルの持ち上げにより前記吐出し開口が前記接続室との流動接続を有し、これにより前記インジェクタ（１０）が開放されており、
   前記材料戻し通路（３４）の下流において供給管路（６５，６６）内に切換え可能な弁（４６，４７）が設けられており、
   前記材料送り通路（３０）の上流にポンプ（２０）が設けられており、
   前記ポンプがピストンポンプ（２０）として実現されており、
   前記ピストンポンプ（２０）のピストン（２４）が、電動モータにより駆動されるスピンドルナットコンビネーション（２２）によって操作され、
   インジェクタ（１６）の前側の端部と型工具（１４）との間に冷却素子としてのペルティエ素子（４０）が配置されており、該ペルティエ素子（４０）は、電気が流れたとき、インジェクタ（１６）側で冷却され、型工具（１４）側で加熱されることを特徴とする、型工具。
2. 前記ポンプ（２０）の上流において供給管路（６０）内に切換え可能な弁（４４，４５）が設けられている、請求項１記載の型工具。
3. 前記弁（４４，４５；４６，４７）が電気式、空気圧式又は液圧式に切換え可能である、請求項２記載の型工具。
4. 前記インジェクタがベースケーシング（１２）内に保持されており、該ベースケーシング（１２）が当該型工具（１４）及び／又はマウントプレートに固定されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の型工具。
5. 前記ポンプ（２０）、及び前記材料送り通路（３０）に通じる送り管路（６４）が、前記ベースケーシング（１２）内に形成されている、請求項４記載の型工具。
6. 前記切換え可能な弁（４５，４７）が前記ベースケーシング（１２）内に組み込まれている、請求項４又は５記載の型工具。
7. 前記インジェクタ（１０）が冷却されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の型工具。
8. 前記冷却素子が前記インジェクタ（１０）から少なくとも僅かに間隔を置いている、請求項１から７までのいずれか１項記載の型工具。
9. インジェクタ先端に少なくとも１つの冷却通路が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の型工具。
10. 前記インジェクタ先端に配置された少なくとも１つの冷却通路に独自に冷却媒体が供給可能である、請求項９記載の型工具。
11. 前記冷却媒体による冷却が水冷式に形成されている、請求項１０記載の型工具。
12. 前記インジェクタニードル（３６）の先端（３８）が閉鎖位置において前記吐出し開口を前記キャビティの表面と面一に閉鎖する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の型工具。

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