JP7338878B2 - 射出成形するための方法および工具 - Google Patents
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Description
a)2つの異なるグレードのプラスチック材料の「共射出」または「サンドイッチ射出成形」、および
b)「系列部品の射出成形」は、現在の射出成形および工具技術と比較して、コストの低下、環境負荷の低減、資源のより有効な利用、部品の品質の向上を実現するのに大きな可能性を有する。
-2つの完璧な射出ユニットを備えた機械を使用して、2つのプラスチックグレードの溶融物のキャビティへの同時の共射出であり、最初の方法でもある同時共射出と、
-1つの射出ユニットのみを備えた機械を使用する、2つのプラスチックグレードのキャビティ内への連続する共射出であって、これは、いわゆる「コールドランナー」しか工具内のプラスチック溶融物の供給システムに使用できない結果となり、コールドランナーと、いわゆる「ホットランナー」の両方を使用できる同時共射出とは対照的である。Mono Sandwichは、図1a、図1b、および図1cに示されている連続共射出プロセスの商標名である。
-例えば、所望の色、高い耐紫外線性および/または光沢を有する表面層材料と、部品に高い剛性を与えるように強化されたコア層材料など、射出成形部品で2つのプラスチック材料の異なる特性を組み合わせるため、または
-リサイクル材料、低い指定されたいわゆる工業用プラスチックグレード、または添加物を全く含まない、または重合後に混入されたわずかな量の添加剤の量しか含まない新たに生みだされたプラスチックグレードなど、コア層に低価格の材料を使用することによって、射出成形部品のプラスチック材料のコストを節約するためのいずれかで使用される。
系列部品の射出成形は、形状、サイズ、および/または重量が異なる2つ以上の部品が、複数のキャビティを備える同じ工具のそれぞれの金型キャビティ内で同時に成形されることを意味する。異なるサイズ、体積および/または形状の金型キャビティを充填するための射出時間は異なり、このことは、溶融物に加えられる保圧を異なる時点でキャビティ内で作動させる必要がある。
-1個取りキャビティ工具または多数個取りキャビティ工具を使用することによる、サンドイッチ構造を有する部品、すなわち2つのプラスチック材料の表面層とコア層を有する部品の共射出、および
-金型キャビティが異なるサイズ、形状、および/または体積を有する多数個取りキャビティ工具での系列部品の同時の射出成形に関して、汎用性および費用効率を高め、かつ環境負荷および関連する資源の利用を低下させるために使用されることが主に意図されている。
a)少なくとも1つのランナー内の材料の流量を変更すること、
b)少なくとも1つのランナー内の材料に、および結果として少なくとも1つの金型キャビティに保圧を加えること、
c)少なくとも1つのランナー内の残留物を圧縮することのうちの少なくとも1つを達成するために、少なくとも1つのランナーの少なくとも1つの断面寸法が変更されることを可能にするように構成された少なくとも1つの可動壁を備え、これにより、工具は、少なくとも1つのランナーの少なくとも1つの断面寸法を変更するための手段を備える。
-メルトフローレート(cm3s-1)を少なくとも1つのランナーにおいて、およびこれによりランナーに接続された少なくとも1つの金型キャビティ内で変化させること、
-少なくとも1つのランナーを介して溶融物に、およびこれにより、ランナーに接続された少なくとも1つの金型キャビティに保圧を加えること、
-供給システム内の残留物を、供給システムにおけるランナーの少なくとも1つにおいて最小体積まで圧縮することを可能にする。
-ねじ装置を使用して、成形作業全体において固定された量だけ無段階方式で、成形作業の開始前に手動で、または
-例えば、継続中の射出成形サイクル中に、無段階方式で、または段階的な方式で駆動ユニットと、制御システムとを含む機構または油圧装置または電気回路を利用して、自動的に、(駆動システムは油圧装置(段階的に可変である)またはサーボモータを備えた電気装置(無段階可変である)であり得る)のいずれかでメルトフローレートを変更することを可能にしてよい。
i)各ランナーにおいて流頭を個別に制御することを可能にするため、本発明の方法および工具を使用することによって改善される、射出成形機の射出機能を使用すること、および
ii)射出成形機の保圧機能ではなく、金型キャビティ固有の保圧を加え、これにより、各金型キャビティが充填されると、射出成形機は圧力、速度、および開始点に関してリセットされることを含む。
-各キャビティ内において個々に機能する、金型キャビティ固有の保圧機能、および
-保圧動作が作動されるときの溶融物の逆流を防止するために、保圧機能のランナー(複数可)の上流にある遮断装置のための手段を備えるべきである。
a)いわゆる「コールドランナー」であるため、いわゆる「ホットランナー」とは対照的に、上記で例示したように、使用されるプラスチック材料のさまざまな処理要件に供給システムを適合させるための柔軟性および信頼性が向上する、
b)
-その断面積を無限に調整(増大させる、または減少させる)することにより、
-または、ランナーが中に位置決めされている工具インサートを個別に加熱または冷却することにより、つまり、これらの工具インサートは、工具の他の部分から断熱されていることにより、減少または増加させることができる流動抵抗を有することによって特徴付けられる。コールドランナーの断面積を増大させる、および/または壁の温度を上昇させるとき、固化したスキンの「覆われていない」断面積が増大し、これによりランナーの流動抵抗が減少する。
a)共射出成形:
-通常はより高価な表面層材料のみの従来の単一材料射出成形と比較して、コア層にリサイクルグレードなどの低コストのプラスチック材料を使用することによる、部品の総プラスチック材料コストの10~20%の節約、
-リサイクルされたプラスチック材料を使用することによる環境負荷の低減、
-押出成形機を射出ユニットから前後に移動させるコア材料の可塑化/計量供給のための時間と、表面材料の可塑化/計量のための時間が、成形動作に必要とされる特有のサイクル時間と比べてかなり長いケースにおいて、Mono Sandwich法を使用する際の生産能力の増加を意味するサイクル時間の短縮、
-オーバーモールド法と比較して、工具コストの削減およびサイクル時間の短縮、
b)系列部品の射出成形:
-系列部品ごとに個別の工具を購入する場合と比較して、系列部品の合計購入価格の約30%の節約、
-機械および周辺機器の取得およびメンテナンスのコスト、占有される工場エリアおよびオペレーターのコストが低くなるため、生産コストの削減、
-鋼材や工具のさまざまな構成要素などの資源の使用率の低下、
c)その他の従来の射出成形ケース:
-プラスチック材料の可塑化/計量供給のための時間が、総サイクルタイムを長くする必要があるほどに非常に長い場合の生産能力の向上を意味する、サイクル時間の短縮、
-キャビティの形状、サイズ、体積が等しい多数個取りキャビティ工具の充填バランスの信頼性の向上、これは部品が完全に充填されないリスクの軽減を意味する。
-メルトフローレートcm3s-1を無限に変えられるように調整して、個別のメルトフローレートを使用して、1つの金型キャビティ17を充填するか、複数の金型キャビティ17の各金型キャビティを充填する、および/または
-1個取り金型キャビティ17内の溶融物に、または複数の金型キャビティ17の各金型キャビティに個別に保圧を加える、および/または
-溶融物に特定の圧力を加えて、供給システムの複数のランナー19、20、21内のプラスチック残留物を圧縮し、ランナー19、20、21内に最小限の量のプラスチックが残るようにすることのうちの1つまたは複数を実行するように構成されている。
-ゲート18の上流に位置する複数のサイドゲートランナー19(たとえば、図8を参照)であり、これにより、本発明によるランナー19は、工具の片側の一方にある複数の無限に調整可能なゲートインサート16または26および他方の側にある固定されたゲートインサート34(図9に示されるように)、または、他方の工具の側にある調節可能なゲートインサート26(図10dに示される)に対応付けられ、これらのインサートに複数のランナー19を結合させることができる、複数のサイドゲートランナー19と、
-駆動機構(図10aに示されるように)であって、1つまたは複数のゲートインサート16(または図10dのインサート26)が止めねじ35を介して上部ウェッジ22に結合され、下部ウェッジ23は接続部45で駆動ユニット(図示せず)に結合されている駆動機構と、
-複数の分岐ランナー20とメインランナー21(図8に示される)であって、ランナー20と21のそれぞれの可動壁は、インサート25の貫通穴を移動するコア40の上部と(図11aおよび図11bの例に示されているような)、貫通穴の表面の一部および反対側の工具の片側にある通常は単一の湾曲面と、分岐ランナー20および/またはメインランナー21のための本発明による機構(図11aおよび図11bを参照)とによって構成され、
-複数のランナー20および21の各ランナーに関する機構は、射出成形作業の開始前に、楕円の断面では、高さHx(図8に示されるように)またはSx(図11cに示されるように)またはSx+ΔSxで、
コア40を任意選択の固定位置に設定するために無限に調整可能であり、複数のランナー20および21のそれぞれに特定の断面積を与えることで、ランナーを通る望ましいメルトフローレートが獲得される、または
-複数のランナー20および21の各ランナーに関する機構は、射出作業の各サイクル中に各ランナーの各々において個別にメルトフローレートを変更するため、またはランナーの各々において個別に溶融物に保圧動作を加える、または高さHrxまたはSrxに対応するランナー内でプラスチック材料を個別に最小体積に圧縮するように溶融物に圧力を加えるため、あるいは同じ成形サイクル中にメルトフロー調整動作と、保圧動作を順次組み合わせるために使用される、複数の分岐ランナー20とメインランナー21である。指数「r」は、「残留物」、つまり複数のランナー19、20、21に残っているプラスチック材料、またはその金型キャビティ、または各金型キャビティが充填された後のプラスチック材料を意味する(図10dおよび図11cを参照)。
-例えば、複雑な設計の部品の共射出または従来式の単一材料射出成形で、金型キャビティ内での溶融物の広がりに最適な流頭の輪郭、
-多数個取りキャビティ工具で、等しい形状、サイズ、体積を備えた金型キャビティ間での溶融物の流れのバランスの調整と組み合わせた、金型キャビティ内での溶融物の最適な広がりを必要とする工具で使用することができる。
図9に示される実施形態は、サイドゲート18の上流にある複数のゲートランナー19内の溶融物内で保圧動作を実行するために、ゲートインサート16(図10a~図10cを参照)に特定の力を加え、その結果、金型キャビティ17に供給された溶融物内の保圧を加える駆動機構を追加することができる。
サイドゲートインサート16は、寸法Txに設定された後、互いに対して固定された位置関係であるため、複数のランナー19のすべてのランナーに関して同一である距離Teだけ拡張するように制御されることを意味する。拡張移動Teは、カセット33内で下部ウェッジ23を対応する距離だけ後方に引っ張ることによって実行される。それにより、プラスチック溶融物は、複数のランナー19において、いわゆる「溶融クッション」に蓄積され、これは、適切に選択された拡張Teの結果として特定の体積を達成し、この体積は、全保圧動作中に金型キャビティ17内で所望の保圧を維持するために必要とされるプラスチック溶融物の体積と同じ大さであるか、それよりわずかに大きい。プラスチック材料の圧縮は、複数のランナー19内のプラスチック残留物の異なる寸法Trxで(図10cを参照)で終了し、この寸法Trxは通常Txよりわずかに大きい。
-複数の金型キャビティ17を備えた工具、たとえば系列部品の射出成形用工具における金型キャビティの各々に、個別の保圧を加え、保圧動作のための個別の時間を適用すること、
-射出成形機の射出ユニット内での可塑化および計量供給のための時間が長すぎることで、従来の射出成形機で保圧機能を使用する場合にサイクル時間の延長を生じさせるケースにおいて、単一の金型キャビティ、または等しい形状、サイズおよび体積を備える複数の金型キャビティを備える工具内に保圧を加えることで最短の可能なサイクル時間を達成することを必要とする工具で使用することができる。連続共射出法を使用する射出成形Mono Sandwichは、射出、保圧、冷却動作の合計時間が非常に短いため、コア層材料の可塑化および計量供給、ならびに射出ユニットのノズルへの押出機のドッキング、その後の表面層材料の計量供給の合計時間が、サイクル時間を延長させることになる。
-取り外しは、サイドゲートインサート16または26からカバーネジ36を外すことから始まり、反対の方法で実行される。
-工具インサート25を、プラスチック材料製造業者が推奨する従来より使用されている金型温度よりも大幅に高くなるように選択され得る、複数のランナー19、20、21の壁の温度に達するように加熱することであって、インサート25の加熱は、金型プレート、キャビティインサートなどの工具の他の部分に熱が伝導または放射されるのを最小限に抑えるように行われること、および
-工具インサート25の摩耗特性は、移動コア40のための貫通穴、およびインサート25内の移動ゲートインサート16および26の凹部における可能な限り低い摩耗を保証するのに十分であるため、インサート25の存続期間は少なくとも工具の寿命に等しくなることが達成されるように設計されてよい。
-ステンレス鋼などの熱伝導率が非常に低い鋼種の選択、および
-外側の凹部と内側の凹部を備えたインサート25を設計することにより、凹部内の空気がインサートの材料を通る熱伝導を減少させる。
請求項の範囲内での本発明のさらなる修正は、当業者には明らかであろう。
Claims (7)
- 射出成形機、ならびに2つ以上の金型キャビティ(17)と、少なくとも1つのゲート(18)、および前記少なくとも1つのゲート(18)の上流に位置する複数のランナー(19、20、21)を備える供給システムとを備える工具(12、13)を使用して、2つ以上の、異なるサイズ、形状および/または容積の部品を同時に射出成形するための方法であって、
前記複数のランナー(19、20、21)は、少なくとも1つの可動壁を備え、かつ
a)複数のランナー(19、20、21)内の材料に、および、2つ以上の金型キャビティ(17)に、保圧を加えること、
b)前記複数のランナー(19、20、21)内の残留物を圧縮することのうちの少なくとも1つを達成するために、前記可動壁を移動させることによって、前記複数のランナー(19、20、21)の少なくとも1つの断面寸法(T、B、H、S、またはS+ΔS)を変更するステップを含み、
それにより、前記複数のランナー(19、20、21)の前記少なくとも1つの断面寸法(T、B、H、S、またはS+ΔS)が個別に変えられ、
さらに、前記複数のランナー(19、20、21)を、前記複数のランナー(19、20、21)内の材料の融点または溶融間隔よりも低い温度に加熱するステップを含む、ことを特徴とする、方法。 - 前記可動壁は、機械的、油圧的または電気的に制御されるように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 2つ以上の金型キャビティ(17)と、少なくとも1つのゲート(18)、および前記少なくとも1つのゲート(18)の上流に位置するように構成された複数のランナー(19、20、21)を備える供給システムとを備える、射出成形機を使用して、2つ以上の、異なるサイズ、形状および/または容積の部品を同時に射出成形するための、請求項1又は2に記載の方法を実行するための射出成形工具(12、13)であって、
前記複数のランナー(19、20、21)は、
a)前記複数のランナー(28、34、36)内の材料に、および、複数の金型キャビティ(17)に、保圧を加えること、および
b)前記複数のランナー(19、20、21)内の残留物を圧縮することのうちの少なくとも1つを達成するために、前記複数のランナー(19、20、21)の少なくとも1つの断面寸法(T、B、H、S、またはS+ΔS)が変更されることを可能にするように構成された少なくとも1つの可動壁を備え、これにより前記工具(12、13)は、前記複数のランナー(19、20、21)の前記少なくとも1つの断面寸法(T、B、H、S、またはS+ΔS)を変更するための手段を備え、および、それにより、前記複数のランナー(19、20、21)の前記少なくとも1つの断面寸法(T、B、H、S、またはS+ΔS)が個別に変えられることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法を実行するための射出成形工具(12、13)。 - 前記複数のランナー(19)の前記少なくとも1つの断面寸法(T)を、駆動ユニットおよび制御システムを含む、機械的手段、または油圧装置、または電気回路を用いて、無段階方式で、または段階的な方式で、自動的に変更するように適合された複数の隣接して配置されたゲートインサート(16、26)を備えることを特徴とする、請求項3に記載の工具(12、13)。
- 前記複数のランナー(19、20、21)を、前記複数のランナー(19、20、21)内の前記材料の融点または溶融間隔よりも低い温度に加熱するための加熱手段を備えることを特徴とする、請求項3または4に記載の工具(12、13)。
- 前記可動壁は、前記複数のランナー(19、20、21)の前記少なくとも1つの断面寸法(T、B、H、SまたはS+ΔS)を変更するために、前記手段によって機械的、油圧的または電気的に制御されるように構成されていることを特徴とする、請求項3~5のいずれかに記載の工具。
- 前記複数のランナー(19、20、21)の前記少なくとも1つの断面寸法(T、B、H、SまたはS+ΔS)を変更するための前記手段の少なくとも一部は、前記工具に取り外し可能に取り付けられるように構成された交換可能なカセットを構成することを特徴とする、請求項3~5のいずれか一項に記載の工具(12、13)。
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