JP4334469B2 - 成形型及びプラスチック製品を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、可塑化されたプラスチックが成形型のキャビティに射出される、プラスチック製品の射出成形に関する。可能な限り高い表面品質及び良好な成形特性を達成するために、成形型をキャビティの充填段階前又は充填段階中に加熱し、かつ冷却段階において離型温度よりも低い温度に冷却することが公知である。このことは例えば、成形型の一方の型部分又は両方の型部分に形成された流体通路を介して行われ、このような流体通路は交互に液状の冷却媒体もしくは加熱媒体によって貫流される。この公知の方法形式は、温度調整される質量が大きいことに基づいて、長いサイクル時間を必要とする。さらに、例えばＣＤ、ＤＶＤ、書き込み可能なＣＤ、ＤＶＤ及びこれに類したものを製造するためのマイクロ構造の成形時における、方法パラメータの維持に対する要求が高まっている。

ドイツ連邦共和国特許公開第１９５３３０４５号明細書に基づいて公知の成形型では、互いに隔てられた２つの流体通路が１つの型部分に設けられている。この型部分のベース体にはキャビティ面の近傍に加熱通路と、この加熱通路から隔てられた冷却通路とが並んで配置されており、これらの加熱通路及び冷却通路を通して加熱媒体もしくは冷却媒体が時間的に交互に導かれる。加熱装置と冷却装置とを交互に運転することによって、型を素早くその都度所望の温度にもたらし、これによって全体としてサイクル時間を短縮できることが望まれている。加熱通路及び冷却通路は一平面において互いに並んで位置するように配置されている。このことは交互に行われる運転と相俟って次のような欠点、すなわちキャビティ表面（ドイツ連邦共和国特許公開第１９５３３０４５号明細書の図２で見て左から右に向かって）において温度が常に、冷却通路の直ぐ近くにおける領域と加熱通路の直ぐ近くにおける領域との間で変動するという欠点を生ぜしめる。このような温度変動は、加熱が冷却段階中に遮断される場合でも存在する。それというのは、熱は、冷却段階中に加熱通路の領域において冷却通路の領域におけると同じ温度が得られるほど早くは、排出もしくは低下しないからである。このことは逆の形で、冷却装置が遮断されている間における加熱の場合においても言える。このようなことに起因して生じるキャビティ表面における不均一な温度経過は、プラスチック製品の品質に対して不都合な影響を及ぼすことになる。このことは特に、ＣＤ基体及びＤＶＤ基体のマイクロ構造の成形時に言える。ドイツ連邦共和国特許公開第１９５３３０４５号明細書に記載された型部分の別の欠点は、冷却過程中に加熱を遮断しなくてはならないことによって生ぜしめられる。なぜならば、これによって成形品の取出し後に、キャビティ面を再び射出開始のための本来の出発温度に加熱するまでの時間が長くなってしまうからである。

ゆえに本発明の課題は、プラスチック製品の射出成形時に高い表面品質と良好な成形可能性のみならず、同時に短いサイクル時間を達成できるようにすることであり、さらにそのために適した型部分とそのために適した製造方法とを提供することである。

この課題を解決するために、本発明による型部分を備えた成形型は、請求項１記載のように構成されており、本発明による方法は、請求項１１、１２及び１４記載のようになっている。

またその他の従属請求項には、本発明の別の有利な構成もしくは方法が開示されている。

本発明によれば、１つの型部分に少なくとも１つの加熱通路と、該加熱部分から切り離された冷却通路を形成することが、提案されており、この場合冷却通路は加熱通路よりも、プラスチック製品が形成される成形型のキャビティ面の近くに位置している。すなわち２つの温度調整平面が、つまりキャビティ近傍の冷却平面と、キャビティから離れた加熱平面とが形成されている。このよう構成されていることによって、冷却段階においてプラスチック材料を効果的に冷却することができ、この際に冷却通路は加熱通路に対するバリアとして作用する。このことは例えば、冷却通路が加熱通路の側において加熱通路に対して断熱されていることによって、さらに助成することができる。加熱通路は冷却段階において引き続き運転可能であり、その結果冷却段階の終了時には型部分のキャビティ近傍の領域だけを新たに加熱すればよくなる。

他方において冷却通路は加熱段階において熱伝達のためにも働くことができる。冷却通路はキャビティ表面の直ぐ近くに配置され得るので、加熱通路に比べて小さく寸法設定することができ、その結果冷却通路内の冷却媒体は、それが循環しない場合には、素早く暖められ、そしてキャビティ面に向かっての熱エネルギ伝達のために使用することができる。

冷却通路の小さな寸法設定に基づいて、冷却通路は狭い間隔おいて蛇行しながら一平面をキャビティ面に対して平行にかつ該キャビティ面の直ぐ近くに延在していても、又は互いに小さな間隔をおいて複数の冷却通路が互いに上下に設けられていてもよい。

ＣＤ基体及びＤＶＤ基体の製造時には、互いに隣接した冷却通路の間におけるウェブの長さＬ_Ｋが、冷却通路とキャビティ表面との間における間隔Ａにほぼ相当しているか、又はそれよりも小さいと、有利である。このように構成されていると、後で実施例の記載において詳しく述べるように、良好なバリア作用が得られる。さらに、互いに隣接した冷却通路の間におけるウェブの長さＬ_Ｋが、互いに隣接した加熱通路の間におけるウェブの長さＬ_Ｈよりも小さいと、有利な結果が得られた。

冷却媒体が、例えば十分に強力なポンプを用いて、大きな貫流量で冷却通路を通して導かれる場合には、冷却媒体の温度はさほど大きく離型温度の下にある必要はなく、冷却媒体の大きな貫流量によって熱は素早く排出される。

加熱通路がキャビティ表面から比較的大きな間隔を有していることに基づいて、射出時にはキャビティ表面の均一な温度が得られる。

加熱通路もしくは冷却通路は有利には、流動性の加熱媒体もしくは冷却媒体を貫通案内するように構成されている。しかしながらまた、例えば加熱通路に、抵抗素子のような加熱エレメントを装入することも可能である。さらに加熱通路もしくは冷却通路は、シングル通路として、つまり加熱蛇管もしくは冷却蛇管として形成されていても、又は加熱媒体もしくは冷却媒体によって同方向に又は逆方向に貫流される複数のシングル通路から成っていてもよい。

プラスチック製品を製造する本発明の方法は、２段階の冷却プロセスを提案している。第１段階では、キャビティ表面の温度は離型温度よりも高いが、溶融温度よりも低い温度にある。この第１段階においてプラスチック材料の射出前に、成形型の少なくとも１つのキャビティ表面が、加熱装置によって所望の温度に加熱され、この場合例えば高温の水である加熱媒体がキャビティから離れた加熱通路を通して導かれる。第２段階においてキャビティ表面の温度は離型温度の下にある。射出の終了と共に、キャビティ表面は冷却装置を用いて急激に離型温度よりも低い温度に冷却され、この場合冷却媒体はキャビティ近傍の冷却通路を通して導かれる。離型温度が得られる又は離型温度が下回られるやいなや、完成したプラスチック製品を取り出すことができる。このようにして射出時における高い型温度と、ひいては良好な型内圧分布とを短いサイクル時間と共に保証することが可能になる。

有利な構成では冷却通路の後ろで型が常に加熱されている。単に短い冷却段階においてだけ、付加的に、例えば水である冷却媒体が、高い貫流量で冷却通路を通して導かれ、キャビティ表面が急激に冷却される。このことには、急激な冷却の後で、型に蓄えられた多くの熱エネルギが、面状に冷却通路の後ろに滞留し、素早くキャビティ表面に達し、キャビティ表面を短時間のうちに再び射出温度に加熱できる、という利点がある。そしてこの場合、場合によっては加熱の前に冷却媒体を冷却通路から吸い出すことも可能であり、このようにすると、この段階において冷却媒体は加熱されない。

請求項１４記載の方法には、冷却媒体が加熱段階中に加熱されないので、冷却段階の開始に際して、まず初めに加熱された冷却媒体を排出する必要がなくなる、という利点がある。

製造される製品に応じて、加熱回路及び冷却回路を若干離型温度を下回る同じ温度で運転士、熱を排出するために冷却段階において冷却回路をそれに加えて接続することも、可能である（請求項１５及び１６）。

射出成形サイクルが極めて短い場合には、請求項１７記載のように、冷却回路を連続的に運転することができる（つまり連続運転される加熱回路に加えて）。射出段階及び冷却段階の一部において、冷却回路は付加的に、射出される高温の溶融プラスチックによって加熱される。冷却通路がいわば２つの側から加熱され、熱が排出されねばならないことによって、比較的ソフトな冷却カーブが生じ、このような冷却カーブは、製品の収縮特性に対してポジティブな影響を与えることができる。

キャビティ表面が両方の型部分において、成形に関与する異なった構造を有している場合には、請求項１８及び１９記載のように、加熱出力及び冷却出力を両型部分における異なった所与性に合わせることができる。

次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

図１は、閉鎖された成形型を部分的に断面して示す図であり、
図２は、１つの型部分を部分的に断面して示す図であり、
図３は、加熱媒体及び冷却媒体用の回路を概略的に示す図である。

図１には符号１０で、プラスチック製品を製造する成形型用の型部分が示されており、型半部であるこの型部分１０はベース体１８とキャビティ表面１２とを備えている。キャビティ表面１２の近傍には、互いに平行に延びる複数の冷却通路１４が形成されており、これらの冷却通路１４はそれぞれ長さＬ_Ｋのウェブ２２によって互いに間隔をおいて配置されている。キャビティ表面１２に対する冷却通路１４の間隔は、符号Ａで示されている。冷却通路１４に対して平行に該冷却通路１４の後ろには加熱通路１６が延びており、これらの加熱通路１６はそれぞれ長さＬ_Ｈのウェブ２４によって互いに間隔をおいて配置されている。加熱通路１６は冷却通路１４よりも明らかに大きな横断面を有している。本発明による成形型はつまり一方ではキャビティ近傍の冷却通路１４と他方ではキャビティから離れた加熱通路１６とを有している。「キャビティ近傍」及び「キャビティから離れた」という概念は、キャビティ表面１２に対する冷却通路１４及び加熱通路１６の間隔に関して制限が加えるものではなく、単に冷却通路１４と加熱通路１６との相対的な位置関係を簡潔に表現しているだけである。

型部分１０は、該型部分１０と同じ構造を有することができる型部分３０と一緒に、閉鎖されたキャビティを形成しており、このキャビティ内にプラスチック材料２０が射出される。

運転時には水又はオイルのような加熱媒体もしくは冷却媒体が通路１４，１６を通して導かれ、この場合冷却媒体は有利には押し退けポンプ例えば歯車ポンプによって圧送され、これによって高い効率を得ることができる。冷却通路は場合によっては原則的には自体公知の形式で交互に加熱及び冷却のために使用することができ、この場合には、小さな質量だけを加熱すればよいという利点が得られる。

有利には本発明による型部分は、２段階の冷却プロセスにおいて使用される。冷却段階において冷却通路はキャビティに対するバリアとして作用し、キャビティの加熱を阻止する。冷却通路から離れて位置している型部分の残りのベース体は、冷却の遮断後に高い温度を有しているので、この残りのベース体は、蓄熱体として作用し、これによってキャビティを素早く暖める。

離型後に冷却通路は遮断され、キャビティは加熱通路によって次のサイクルまで再び加熱される。

型部分の熱伝導率及びキャビティ表面に対する冷却通路間隔を考慮して、特に上に挙げた寸法Ｌ_Ｋ，Ｌ_Ｈ及びＡを考慮して、冷却は既に離型前に遮断することができる。冷却の遮断時期が次のように、すなわちちょうど製品の離型時に離型温度がキャビティ内に存在し、離型直後にキャビティ表面が再び加熱されるように、選択されると最適である。この場合加熱は、取出しロボットが成形された製品をちょうど取り出して、成形型がまだ開放している時に、開始することができる。

射出時における高いキャビティ温度によって、低い射出圧、小さな閉鎖力、均一な成形型内圧、良好な成形（Abformung）、製造されるプラスチック製品における低い応力及び高い表面光沢が得られる。

射出段階における２段階冷却によって、常に冷却段階におけるよりも高いキャビティ温度がキャビティ表面にわたって均一に分配されて存在しているので、公知技術に比べて製品の品質を同じとすると、短い冷却時間が得られ、これによって短いサイクル時間が得られる。

原則的には、高いキャビティ温度によって極めて高い製品品質を得ることができる。それというのは、射出された質量が長く液状のままであり、ひいてはゲートから離れているところでもキャビティにおける良好な成形が可能になるからである。特にＣＤやＤＶＤの基体を製造する場合には、ミクロ構造の良好な成形が行われる。

別の利点としては、これによって極めて薄壁の部分を製造できるということが挙げられる。使用例としては例えば、カバー層として１００μｍの厚さのシートが射出されるＢＬＵＥ-ＲＡＹ-ディスク型式のデータ蓄積プレートがある。

図１には中実なベース体１８を備えた型部分１０，３０が示されていて、この場合中実なベース体１８に冷却通路１４及び加熱通路１６が孔として形成されているが、図２には型部分の層構造が示されている。この型部分はベースプレート１８_１と加熱プレート１８_２と冷却プレート１８_３とから成っている。この構造では冷却通路１４及び加熱通路１６は、例えばＵ字形又は半円形の横断面を有する切欠きとしてそれぞれのプレートに、例えば図示の順番でプレートを積層することによって、形成されている。適宜な固定手段によるプレート相互の固定によって、加熱通路１６はベースプレート１８_１によって閉鎖され、冷却プレート１８_３の冷却通路１４は、加熱プレート１８_２の表面によって閉鎖される。この場合冷却プレート１８_３の、冷却通路１４とは反対の側は、キャビティ表面を形成し、ベースプレート１８_１は、例えば型締めプレート又はこれに類したものに型部分を固定するための固定手段１５を有している。

図３には、自体公知の射出成形機の閉鎖ユニット２６が略示されており、この閉鎖ユニット２６は、固定の型部分３０を受容する位置固定の型締めプレート２８と、可動の型部分１０を受容する可動の型締めプレート３２と、支持プレート３４とを有している。支持プレート３４には駆動機構３６が設けられており、この駆動機構３６によって可動の型締めプレート３２はビーム３８に沿って案内されて往復動可能である。可動の型部分１０における加熱通路系１６には、加熱媒体を加熱及び循環させる第１の装置４０を備えた加熱媒体回路４４が接続されている。同様に、加熱媒体を加熱及び循環させる第２の装置４２を備えた第２の加熱媒体回路４６は、位置固定の型部分３０における加熱通路系１６に接続されている。キャビティ表面１２のそばを延びている冷却通路１４には、冷却媒体を冷却及び循環させる装置５０，５２を備えた冷却媒体回路５４，５６が接続されている。図面を見易くするために、両方の型部分１０，３０の内部を延びる冷却通路１４及び加熱通路１６は図示されていない。

閉鎖された成形型を部分的に断面して示す図である。 １つの型部分を部分的に断面して示す図である。 加熱媒体及び冷却媒体用の回路を概略的に示す図である。

符号の説明

１０ 第１の型部分、 １２ キャビティ表面、 １４ 冷却通路、 １５ 固定手段、 １６ 加熱通路、 １８ ベース体、 １８_１ ベースプレート、 １８_２ 加熱プレート、 １８_３ 冷却プレート、 ２０ プラスチック製品、 ２２ 冷却通路の間のウェブ、 ２４ 加熱通路の間のウェブ、 ２６ 閉鎖ユニット、 ２８ 位置固定の型締めプレート、 ３０ 第２の型部分、 ３２ 可動の型締めプレート、 ３４ 支持プレート、 ３６ 駆動機構、 ３８ ビーム、 ４０ 加熱媒体を加熱及び循環させる第１の装置、 ４２ 加熱媒体を加熱及び循環させる第２の装置、 ４４ 第１の加熱媒体回路、 ４６ 第２の加熱媒体回路、 ５０ 冷却媒体を冷却及び循環させる第１の装置、 ５２ 冷却媒体を冷却及び循環させる第２の装置、 ５４ 第１の冷却媒体回路、 ５６ 第２の冷却媒体回路

Claims (18)

1. プラスチック製品（２０）を製造する成形型の型部分（１０，３０）であって、キャビティ面（１２）を有するベース体（１８）が設けられており、該ベース体（１８）に少なくとも１つの加熱通路（１６）と、該加熱通路（１６）から切り離された少なくとも１つの冷却通路（１４）とが形成されている形式のものにおいて、冷却通路（１４）が加熱通路（１６）よりもキャビティ面（１２）の近くに配置されており、キャビティ面（１２）の近傍に、互いに隣接して配置された冷却通路（１４）が形成されていて、該冷却通路（１４）がベース体（１８）において互いに間隔をおいて位置しており、さらに互いに隣接して配置された冷却通路（１４）の間の間隔（Ｌ_Ｋ）が、冷却通路（１４）とキャビティ表面（１２）との間における間隔（Ａ）よりも小さいか又は同じ大きさであることを特徴とする、成形型の型部分。
2. 冷却通路（１４）が加熱通路（１６）の側において加熱通路（１６）に対して断熱されている、請求項１記載の型部分。
3. 冷却通路（１４）が加熱通路（１６）よりも小さな横断面を有している、請求項１又は２記載の型部分。
4. ベース体が層構造を成していて、ベースプレート（１８_１）と、加熱通路（１６）を有する加熱プレート（１８_２）と、冷却通路（１４）を有する冷却プレート（１８_３）とを備えている、請求項１記載の型部分。
5. 加熱通路（１６）がベースプレート（１８_１）の表面によって画成され、かつ冷却通路（１４）が加熱プレート（１８_２）の表面によって画成されている、請求項４記載の型部分。
6. 冷却通路（１４）の間の間隔（Ｌ_Ｋ）が、互いに隣接して配置されている加熱通路（１６）の間の間隔（Ｌ_Ｈ）よりも小さい、請求項１から５までのいずれか１項記載の型部分。
7. 冷却通路（１４）が、平坦なキャビティ面（１２）に対して平行に位置している第１の平面に配置されていて、加熱通路（１６）が、第１の平面に対して平行に位置している第２の平面に配置されていて、第１の平面が第２の平面よりもキャビティ面（１２）に対して近くに位置している、請求項１から６までのいずれか１項記載の型部分。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の型部分を少なくとも１つ備えた成形型。
9. 請求項８記載の成形型と、加熱媒体を加熱及び循環させる装置（加熱装置）と、冷却媒体を冷却及び循環させる装置（冷却装置）とを備えた射出成形機。
10. 請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法であって、
    下記のステップ：すなわち
    ａ）キャビティから離れた加熱通路を通して加熱媒体を導くことによって、成形型の成形キャビティを、加工されるプラスチックの離型温度を上回る温度に加熱し、
    ｂ）プラスチックの射出を開始し、
    ｃ）射出を終了すると同時に、キャビティ近傍の冷却通路を通して冷却媒体を導くことによって、冷却を開始し、
    ｄ）離型温度に達した時に、冷却を終了し、
    ｅ）プラスチック製品を取り出し、かつ加熱を開始する
    というステップによって、しかもこの場合ステップｂ）〜ｄ）においては加熱装置を引き続き運転するか又は遮断して、請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法。
11. 請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法であって、
    下記のステップ：すなわち
    ａ）キャビティから離れた加熱通路を通して加熱媒体を導くことによって、成形型の成形キャビティを、加工されるプラスチックの離型温度を上回る温度に加熱し、
    ｂ）プラスチックの射出を開始し、かつ加熱媒体の温度を低下させ、
    ｃ）射出を終了すると同時に、キャビティ近傍の冷却通路を通して冷却媒体を導くことによって、冷却を開始し、
    ｄ）離型温度に達した時に、冷却を終了し、かつ加熱媒体の温度を上昇させ、
    ｅ）プラスチック製品を取り出し、かつ加熱を開始する
    というステップによって、請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法。
12. ステップｄ）において冷却媒体を吸い出す、請求項１０又は１１記載の方法。
13. 請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法であって、
    下記のステップ：すなわち
    ａ）キャビティから離れた加熱通路を通して加熱媒体を導くことによって、成形型の成形キャビティを、加工されるプラスチックの離型温度を上回る温度に加熱し、
    ｂ）プラスチックの射出を開始し、
    ｃ）射出を終了すると同時に、キャビティ近傍の冷却通路を通して冷却媒体を導くことによって、冷却装置を用いて冷却を開始し、
    ｄ）離型温度に達した時に、冷却を終了し、
    ｅ）プラスチック製品を取り出し、かつ加熱を開始する
    というステップによって、しかもこの場合ステップｄ）においては冷却媒体を吸い出して、請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法。
14. 請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法であって、
    下記のステップ：すなわち
    ａ）キャビティから離れた加熱通路を通して加熱媒体を導くことによって、成形型の成形キャビティを、加工されるプラスチックの離型温度を若干下回る温度に加熱し、
    ｂ）プラスチックの射出を開始し、
    ｃ）射出を終了すると同時に、加工されるプラスチックの離型温度を若干下回る温度を有する冷却媒体をキャビティ近傍の冷却通路を通して導くことによって、冷却装置を用いて冷却を開始し、
    ｄ）離型温度に達した時に、冷却を終了し、
    ｅ）プラスチック製品を取り出し、かつ加熱を開始する
    というステップによって、請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法。
15. 請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法であって、
    下記のステップ：すなわち
    ａ）加熱装置を運転して、キャビティから離れた加熱通路を通して加熱媒体を導き、かつ冷却装置を運転して、キャビティ近傍の冷却通路を通して冷却媒体を導き、
    ｂ）プラスチックの射出を開始し、
    ｃ）射出を終了し、
    ｄ）プラスチック製品を冷却させ、
    ｅ）プラスチック製品を取り出す
    というステップによって、請求項９記載の射出成形機を用いてプラスチック成形品を製造する方法。
16. 成形型の型部分を、ステップａ）において異なった温度に加熱する、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. 成形型の型部分を、ステップｃ）において異なった温度に冷却する、請求項１０から１６までのいずれか１項記載の方法。
18. 冷却装置をステップａ），ｂ）及びｄ）において、ステップｃ）におけるよりも高い温度で運転する、請求項１０から１７までのいずれか１項記載の方法。

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