JP5739438B2

JP5739438B2 - 高速かつ低圧縮の熱可塑性材料の回転式成形装置及び成型方法

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Publication number: JP5739438B2
Application number: JP2012535195A
Authority: JP
Inventors: ジェームズロフグレン、マット
Original assignee: Flextronics AP LLC
Current assignee: Flextronics AP LLC
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: DE112010004275B4; WO2011049634A1; CN102666046B; US20160059446A1; JP2013508194A; US20110204547A1; US20200061878A1; DE112010004275T5; CN102666046A

Description

本発明は、一般に成形方法及び成形装置に関し、より詳細には深絞り部品を整形する方法及び装置に関する。

成形を行う方法は、いくつかの異なる種類の方法が周知である。これらの方法には、射出成形及び圧縮成形が含まれる。これらの方法にはそれぞれ長所と短所とがあり、従って、その長所及び短所に基づいて特定の分野及び部品に主に採用されている。

圧縮成形法による成形においては、まず、通常の場合事前に加熱された型材が、開放され、かつ加熱されている型キャビティに配置される。そして、型が閉じられ、型材が型面のすべてと接触するように圧縮が加えられる。型材が硬化するまで、加熱と圧縮が維持される。

圧縮成形法は、最も低コストである成形方法のひとつであり、例えば射出成形よりも低コストである。しかし、圧縮成形においては製品の均一性が低く、ばりの抑制が困難である。そのため、圧縮成形は、例えば深絞り部品等のいくつかのタイプの部品には不適当であると一般的に判断されている。

射出成形は、熱可塑性材料から部品を製造する方法である。熱可塑性材料は過熱されたバレルに入れられて混合され、型キャビティに押し込まれる。そして、型キャビティ内において冷却されて型キャビティの形状に硬化される。射出成形は、深絞り部品を含む様々な部品の製造に広く採用されている。

従来の射出成形の生産能力はすでに限界に達している。高速化された処理速度は、キャビティの数量及びサイクルタイムに基づいた理論上の限界に近づいている。今後の要望や単価減少を達成するために、高速機械や多数個取金型をこれ以上向上させる余地はほとんど残っていない。生産量増加を目的として、成形装置の高速化、射出速度の高速化、及び金型キャビティの増設がすでに行われている。例えば、１２８個ものキャビティを有する金型が使用されている。このような改善策は物理的な限界にほぼ到達しており、これ以上は、高コスト及び高リスクの代償として得られる生産高の向上はごく僅かである。従って、このような改善策は、費用対効果が悪い。

さらに、多数個取金型は、構造的に製造のコストが高く、キャビティの数が増えるにつれて機械配置における許容可能な誤差範囲も小さくなる。多数個取金型は高レベルの保守を要し、キャビティが損失した場合は処理パラメータが変更されてしまう。射出速度の高速化は、顕著なせん断熱を発生させるため、射出時に型材が焼損する虞がある。さらに、高速な射出成形装置は、稼働に極めて多くの電力が必要である。また高速な射出成形装置の操作及び保守には、高度に熟練した技術者、及び付随する器具が必要となる。

このため、深絞り部品を効率的に製造することができる成形システム／方法が必要とされている。また、従来の方法と比較して生産量が著しく増加されている成形システム／方法が必要とされている。さらにまた、保守整備の手間及び型の費用が低減されており、かつ、より高品質の深絞り部品を製造することができる成形システム／方法が必要とされている。

本発明の目的は、先行技術における問題を解決するために、高速かつ低圧縮の熱可塑性材料の成形システム及び成形方法を提供することである。本発明により、深絞り部品の圧縮成形を容易に行うことができる。

本発明の一実施形態による成形装置は、複数の深絞り加工用圧縮型を備える。各圧縮型は、型キャビティ及び同型キャビティに対応する型コアを有する。圧縮型における、径に対する深さの比が１を超え、かつ対応する型コアの少なくとも一部は、圧縮型が閉じる際に型キャビティに嵌入する。回転支持構造が、型キャビティ及び型コアを互いに対して動作可能に支持する。圧縮型は、回転支持構造により形成される閉路を移動する間に開閉する。型材吐出機構が、閉路に沿った第１所定位置を圧縮型が通過するときに、各圧縮型の型コアに所定量の型材を順次導入する。熱源が、閉路に沿った第１所定位置及び第２所定位置の間を圧縮型が移動するときに圧縮型を加熱すべく連結されている。熱源は、圧縮型が第１所定位置及び第２所定位置の間を移動する間、かつ圧縮型が閉じる前に型キャビティ及び型コアを加熱する。型閉鎖機構が、閉路に沿った第２所定位置及び第３所定位置の間を圧縮型が移動するときに、加熱された圧縮型を閉じ、型キャビティ及び型コアの間において型材を圧縮して深絞り部品を形成する。熱源は、圧縮型が閉じた後に型キャビティ及び型コアを加熱する。冷却源が、閉路に沿った第３所定位置及び第４所定位置の間を圧縮型が移動するときに圧縮型を冷却すべく連結されている。型開放機構が、閉路に沿った第４所定位置及び第５所定位置の間を圧縮型が移動するときに、冷却された圧縮型を開く。取出装置が、閉路に沿った第６所定位置を圧縮型が通過するときに深絞り部品を圧縮型から取り出す。

本成形装置は、広範囲の深絞り部品を製造することができる。一実施形態においては、深絞り加工用の圧縮型の、径に対する深さの比が１を超える。他の実施形態においては、深絞り加工用の圧縮型の、径に対する深さの比が１０を超える。

熱源が圧縮型を過熱する。一実施形態においては、熱源が過熱された水を導く。別の実施形態においては、熱源が蒸気を導く。圧縮型は、摂氏１００度を超える温度に加熱される。

一実施形態においては、深絞り加工用の圧縮型が注射筒を成形すべく構成される。注射筒及び他の深絞り部品のための深絞り加工用圧縮型は、圧縮型を通過する軸線を中心に対称的である。

本発明の別の実施形態による深絞り成形方法は、型キャビティ及び同型キャビティに対応する型コアをそれぞれ有する複数の深絞り加工用の型を用意する工程であって、型が閉じる際に対応する型コアの少なくとも一部が型キャビティに嵌入する、型を用意する工程と、型を支持構造に配置する工程と、型を閉路において繰り返し移動させる工程と、閉路に沿った第１所定位置を型が通過するときに、各型の型コアに所定量の型材を配置する工程と、型が開いているとき、かつ閉路に沿った第１所定位置及び第２所定位置の間を型が移動するときに型キャビティ及び型コアを加熱する工程と、閉路に沿った第２所定位置及び第３所定位置の間を型が移動するときに、型内の型材を圧縮して径に対する深さの比が１を超える深絞り部品を形成する工程と、型が閉じた後、かつ閉路に沿った第２所定位置及び第３所定位置の間を型が移動するときに、型の型キャビティ及び型コアを加熱する工程と、閉路に沿った第３所定位置及び第４所定位置の間を型が移動するときに型を冷却する工程と、閉路に沿った第４所定位置及び第５所定位置の間を型が移動するときに、冷却された型を開く工程と、閉路に沿った第５所定位置及び第１所定位置の間を型が移動するときに型から前記深絞り部品を取り出す工程と、からなる。別の実施形態においては、型内の型材を圧縮して深絞り部品を形成する工程が、径に対する深さの比が１０を超える深絞り部品を形成する工程を含む。

一実施形態においては、型を加熱する工程が、過熱された水を用いて前記型を加熱する工程を含む。他の実施形態においては、型を加熱する工程が、蒸気を用いて前記型を加熱する工程を含む。型を加熱する工程が、摂氏１００度を超える温度に前記型を加熱する工程を含む。

一実施形態においては、型内の型材を圧縮して深絞り部品を形成する工程が、注射筒を形成する工程を含む。型内の型材を圧縮して深絞り部品を形成する工程は、注射筒に加えて、部品を通過する軸線を中心に対称的であるその他の部品を形成する工程を含んでいてもよい。

閉路に沿った位置の間を型が移動する間に型を過熱する手段が開示されている。また、閉路に沿った位置の間を型が移動する間に型を冷却する手段も開示されている。
本発明のさらなる別の実施形態による成形装置は、型キャビティ及び同型キャビティに対応する型コアをそれぞれ有する複数の深絞り加工用の圧縮型であって、型が閉じる際に対応する型コアの少なくとも一部が型キャビティに嵌入する、複数の深絞り加工用の圧縮型と、深絞り加工用の圧縮型を動作可能に支持するとともに閉路を形成し、圧縮型が同閉路を移動する間に同圧縮型が開閉する支持構造と、閉路に沿った第１所定位置を圧縮型が通過するときに、各圧縮型の型コアに所定量の型材を順次導入するよう動作可能な型材吐出機構と、閉路に沿った第１所定位置及び第２所定位置の間を圧縮型が移動するときに型キャビティ及び型コアを過熱する手段であって、型キャビティ及び型コアを過熱する手段は、型が閉じる前に型キャビティ及び型コアを加熱する、型キャビティ及び前記型コアを過熱する手段と、閉路に沿った第２所定位置及び第３所定位置の間を圧縮型が移動するときに、加熱された圧縮型を閉じ、型キャビティ及び型コアの間において型材を圧縮して深絞り部品を形成する型閉鎖機構であって、型キャビティ及び型コアを過熱する手段は、型が閉じた後に型キャビティ及び型コアを加熱する、型閉鎖機構と、閉路に沿った第３所定位置及び第４所定位置の間を圧縮型が移動するときに圧縮型を冷却する手段と、閉路に沿った第４所定位置及び第５所定位置の間を圧縮型が移動するときに、冷却された圧縮型を開く型開放機構と、閉路に沿った第６所定位置を圧縮型が通過するときに深絞り部品を圧縮型から取り出す取出装置と、を備える。
本発明について、図面を参照して以下に説明する。図面においては、類似する構成要素には同一の符号が付されている。

本発明の一実施形態による回転式圧縮成形装置を示す図。圧縮成形プロセスの様々な工程における圧縮型を示す図。深絞り部品の圧縮成形方法を示すフローチャート。

本発明は、先行技術における問題を解決するために、高速かつ低圧縮の熱可塑性材料の成形システム及び成形方法を提供する。本成形システム及び成形方法においては、例えば蒸気や過熱された水を用いて圧縮型を過熱することにより、注射筒等の深絞り部品の圧縮成形を容易に行うことができる。以下の説明においては、本発明を十分に理解してもらうために数々の具体的な特徴（型の数量や型が移動する経路の形状等）について記載される。しかし、本発明はこれらの特徴に限定されるものではない。周知の圧縮成形技術（装置の配管及び配線、ならびに特定の型材等）及び部品（装置の配管及び配線の詳細等）については、本発明の記載を明瞭にするために省略した。

図１は、高速かつ低圧縮の熱可塑性材料の回転式成形機の一例を示す上面図である。回転式圧縮成形機は当技術分野において周知であり、市販されている。しかし、本発明により変更されていない周知の圧縮成形機では、深絞りされる薄肉の部品を連続的に成形することはできない。

成形機１００は、回転支持構造１０３に支持される複数（図１に示す実施形態においては３２個）の深絞り加工用圧縮型１０２を含む。本実施形態においては、支持構造１０３は円形であるため、成形機１００の作動中には型が円形の経路を繰り返し通過することになる。しかし、本発明の実施においては、経路の形状及び型の数量のどちらも重要ではない。経路及び型の数量は、特定の成形処理において必要である場合は、加熱及び／又は冷却時間を増加させるために変更することができる。型を追加して経路を延長すると、各型が加熱又は冷却される時間が延長されるが、これによって全体的な生産速度に悪影響が与えられることはない。なぜなら、型は連続的に（一度に１つずつ）充填され、空にされるからである。

成形機１００はさらに型材（熱可塑性材料等）吐出機構１０４を備える。型材吐出機構１０４は型の移動経路に沿って第１位置１０８から第２位置１１０へ圧縮型１０２が移動する際に、各圧縮型１０２内に所定の量の型材１０６を順次導入する。

型１０２が第２位置１１０及び第３位置１１２の間を移動する間、型１０２は過熱されて閉じられる。そして型１０２が第３位置１１２及び第４位置１１４の間を通過する間、型が型材を圧縮して深絞り部品を形成する。第４位置１１４及び第５位置１１６の間においては、型１０２が活発かつ迅速に冷却される。そして、第５位置１１６及び第６位置１１８の間において、型１０２が開かれる。

成形機１００は、第６位置１１８及び第１位置１０８の間を型１０２が通過する間に、成形された深絞り部品１２６を取り除く取出装置１２０をさらに備える。この第６位置１１８及び第１位置１０８の間において、型１０２は次の動作サイクルを開始する。搬送機構１２２が取出装置１２０から深絞り部品１２６を受け取ってシステム１２４に渡す。システム１２４は、完成した深絞り部品１２６を成形機１００から離すように移動させる。

型１０２を過熱することにより、型材の粘性が大幅に減少され、薄肉の深絞り部品であっても圧縮成形を容易に行うことができる。深絞り部品においては、径に対する深さの比が１を超えるが、径に対する深さの比が１０を超える部品を本工程において成形することができる。本発明による方法は、円形の断面を有する深絞り部品に限定されるものではないが、部品の長手軸を中心に対称的である深絞り部品については特に良い結果をもたらすことができる。しかしながら、楕円の断面、多角形の断面、またさらに不規則な形状の断面を有する深絞り部品も本発明の方法により好適に成形することができる。

一般的に、過熱とは、通常の水の沸点（摂氏１００度（華氏２１２度））を超える温度に過熱することである。型１０２の過熱は、蒸気、過熱された水、又は他の好適な熱調整流体を用いて行うことができる。熱調整流体（蒸気等）は、型１０２に形成された流体通路（図示しない）を通って導入される。周知の型は、より穏やかな温度の加熱用流体及び冷却用流体のための流体通路をすでに備えている。従って、このような既存の流体通路を少し変更するか、もしくは何も変更することなく型の過熱に用いることができる。

図２は、深絞り加工用圧縮型１０２を時間的に連続して示す図であり、本発明の一実施形態による圧縮成形プロセスの１サイクルが示されている。各型１０２は、型キャビティ２０２及び型コア２０４を有する。第１時点２０８及び第２時点２１０の間に、型材吐出機構１０４が一塊の型材１０６を型コア２０４に配置する。そして、第２時点２１０及び第３時点２１２の間に、型キャビティ２０２及び型コア２０４が過熱される。次いで、第３時点２１２及び第４時点２１４の間に、型１０２が閉じられ、型キャビティ２０２及び型コア２０４が引き続き加熱され、深絞り部品を形成すべく型材１０６が圧縮成形される。その後、第４時点２１４及び第５時点２１６の間に、型キャビティ２０２及び型コア２０４が活発かつ迅速に冷却される。第５時点２１６及び第６時点２１８の間に、型１０２が開かれる。最後に第６時点２１８の後に、型コア２０４が後退し、形成された深絞り部品２２０が型１０２から取り除かれる。

本発明の一実施形態による深絞り部品の成形方法の一例を、図３のフローチャートに要約する。第１工程３０２においては、複数の深絞り加工用の圧縮型が用意される。第２工程３０４においては、型が支持構造に配置される。次いで第３工程３０６においては、閉じた経路において型が移動される。第４工程３０８においては、所定量の型材が各型に順次導入される。第５工程３１０においては、型が過熱される。第６工程３１２においては、型材が過熱された型内において圧縮されて深絞り部品が形成される。第７工程３１４においては、型が活発かつ迅速に冷却される。そして、第８工程３１６において型が開かれ、第９工程３１８において深絞り部品が型から取り出される。本方法は複数の型に連続的に実施されるため、方法の工程が行われるタイミングは各型により若干異なる。

本発明のいくつかの実施形態を上記説明した。記載された特徴の多くは、本発明の範囲から逸脱することなく置き換え、変更、及び省略可能である。例えば、代替ヒータ（抵抗性の電気ヒータ等）を熱調整流体の代わりに用いて型１０２を過熱してもよい。別の例として、型の数量を多くするとともに工程経路をより長くして、冷却時間を延長させてもよい。これ以外にも、本明細書に記載された実施形態の変形例が、上記の記載から当業者にとって明らかになるであろう。

Claims

型キャビティ及び同型キャビティに対応する型コアをそれぞれ有する複数の深絞り加工用の圧縮型であって、同深絞り加工用の圧縮型における、径に対する深さの比が１を超え、かつ前記対応する型コアの少なくとも一部が、前記圧縮型が閉じる際に前記型キャビティに嵌入する、複数の深絞り加工用の圧縮型と、
前記型キャビティ及び型コアを互いに対して動作可能に支持するとともに閉路を形成し、前記圧縮型が同閉路を移動する間に圧縮型が開閉する回転支持構造と、
前記閉路に沿った第１所定位置を前記圧縮型が通過するときに、各圧縮型の前記型コアに所定量の型材を順次導入するよう動作可能な型材吐出機構と、
前記閉路に沿った前記第１所定位置及び第２所定位置の間を前記圧縮型が移動するときに圧縮型を加熱すべく連結された熱源であって、同熱源は、前記圧縮型が前記第１所定位置及び前記第２所定位置の間を移動する間、かつ前記圧縮型が閉じる前に前記型キャビティ及び前記型コアを加熱する、熱源と、
前記閉路に沿った前記第２所定位置及び第３所定位置の間を前記圧縮型が移動するときに、加熱された圧縮型を閉じ、前記型キャビティ及び型コアの間において型材を圧縮して深絞り部品を形成する型閉鎖機構であって、前記熱源は、前記圧縮型が閉じた後に前記型キャビティ及び前記型コアを加熱する、型閉鎖機構と、
前記閉路に沿った前記第３所定位置及び第４所定位置の間を前記圧縮型が移動するときに圧縮型を冷却すべく連結された冷却源と、
前記閉路に沿った前記第４所定位置及び第５所定位置の間を前記圧縮型が移動するときに、冷却された圧縮型を開く型開放機構と、
前記閉路に沿った第６所定位置を前記圧縮型が通過するときに前記深絞り部品を圧縮型から取り出す取出装置と、を備える成形装置。
前記深絞り加工用の圧縮型における、径に対する深さの比が１０を超える請求項１に記載の成形装置。
前記熱源が過熱された水を導く請求項１に記載の成形装置。
前記熱源が蒸気を導く請求項１に記載の成形装置。
前記圧縮型が摂氏１００度を超える温度に加熱される請求項１に記載の成形装置。
前記深絞り加工用の圧縮型が注射筒を成形すべく構成される請求項１に記載の成形装置。
前記深絞り加工用の圧縮型が、同圧縮型を通過する軸線を中心に対称的である請求項１に記載の成形装置。
型キャビティ及び同型キャビティに対応する型コアをそれぞれ有する複数の深絞り加工用の型を用意する工程であって、該型が閉じる際に該対応する型コアの少なくとも一部が該型キャビティに嵌入する、型を用意する工程と、
前記型を支持構造に配置する工程と、
前記型を、閉路に沿って繰り返し移動させる工程と、
前記閉路に沿った第１所定位置を前記型が通過するときに、各型の前記型コアに所定量の型材を導入する工程と、
前記型が開いているとき、かつ前記閉路に沿った前記第１所定位置及び第２所定位置の間を前記型が移動するときに型の前記型キャビティ及び前記型コアを加熱する工程と、
前記閉路に沿った前記第２所定位置及び第３所定位置の間を前記型が移動するときに、型内の型材を圧縮して径に対する深さの比が１を超える深絞り部品を形成する工程と、
前記型が閉じた後、かつ前記閉路に沿った前記第２所定位置及び第３所定位置の間を前記型が移動するときに、型の前記型キャビティ及び前記型コアを加熱する工程と、
前記閉路に沿った前記第３所定位置及び第４所定位置の間を前記型が移動するときに型を冷却する工程と、
前記閉路に沿った前記第４所定位置及び第５所定位置の間を前記型が移動するときに、
冷却された型を開く工程と、
前記閉路に沿った前記第５所定位置及び第１所定位置の間を前記型が移動するときに型から前記深絞り部品を取り出す工程と、からなる成形方法。
前記型内の型材を圧縮して深絞り部品を形成する工程が、径に対する深さの比が１０を超える深絞り部品を形成する工程を含む請求項８に記載の成形方法。
前記型を加熱する工程が、過熱された水を用いて前記型を加熱する工程を含む請求項８に記載の成形方法。
前記型を加熱する工程が、蒸気を用いて前記型を加熱する工程を含む請求項８に記載の成形方法。
前記型を加熱する工程が、摂氏１００度を超える温度に前記型を加熱する工程を含む請求項８に記載の成形方法。
前記型内の型材を圧縮して深絞り部品を形成する工程が、注射筒を形成する工程を含む請求項８に記載の成形方法。
前記型内の型材を圧縮して深絞り部品を形成する工程が、部品を通過する軸線を中心に対称的である部品を形成する工程を含む請求項８に記載の成形方法。
型キャビティ及び同型キャビティに対応する型コアをそれぞれ有する複数の深絞り加工用の圧縮型であって、該型が閉じる際に該対応する型コアの少なくとも一部が該型キャビティに嵌入する、複数の深絞り加工用の圧縮型と、
前記深絞り加工用の圧縮型を動作可能に支持するとともに閉路を形成し、前記圧縮型が同閉路を移動する間に同圧縮型が開閉する支持構造と、
前記閉路に沿った第１所定位置を前記圧縮型が通過するときに、各圧縮型の前記型コアに所定量の型材を順次導入するよう動作可能な型材吐出機構と、
前記閉路に沿った前記第１所定位置及び第２所定位置の間を前記圧縮型が移動するときに前記型キャビティ及び前記型コアを過熱する手段であって、前記型キャビティ及び前記型コアを過熱する手段は、前記型が閉じる前に前記型キャビティ及び前記型コアを加熱する、前記型キャビティ及び前記型コアを過熱する手段と、
前記閉路に沿った前記第２所定位置及び第３所定位置の間を前記圧縮型が移動するときに、加熱された圧縮型を閉じ、型キャビティ及び型コアの間において型材を圧縮して深絞り部品を形成する型閉鎖機構であって、前記型キャビティ及び前記型コアを過熱する手段は、前記型が閉じた後に前記型キャビティ及び前記型コアを加熱する、型閉鎖機構と、
前記閉路に沿った前記第３所定位置及び第４所定位置の間を前記圧縮型が移動するときに圧縮型を冷却する手段と、
前記閉路に沿った前記第４所定位置及び第５所定位置の間を前記圧縮型が移動するときに、冷却された圧縮型を開く型開放機構と、
前記閉路に沿った第６所定位置を前記圧縮型が通過するときに前記深絞り部品を圧縮型から取り出す取出装置と、を備える成形装置。
前記深絞り加工用の圧縮型における、径に対する深さの比が１０を超える請求項１５に記載の成形装置。