JP2005509541A - パーティクルフォーム成形品を製造するための形成工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 互いに平行なセグメントをなした有限数の層で形成された少なくとも一つの工具部分を含み、個々の層は、全ての層全体で形成されたスタックが成形キャビティの少なくとも一部を形成する輪郭を有し、成形キャビティは熱可塑性材料製発泡性ビードで充填でき、更に、気体及び液体の熱伝達媒体を供給し排出するための手段を有する、パーティクルフォーム成形品を製造するための形成工具を提供する。
【解決手段】 表面の品質が改善されており且つフォーム粒子が均等に溶接されたパーティクルフォーム成形品を高速製造すると同時に、成形品の製造に必要なエネルギ量を減少するため、層は、形成キャビティと隣接した領域が、互いから所定距離のところに配置され、工具部分の外側がシールされているが内側が開放した、気体状及び液体状の熱伝達媒体を通すためのチャンネルを形成する。

Description

本発明は、互いに平行なセグメントをなした有限数の層で形成された少なくとも一つの工具部分を含み、個々の層は、全ての層全体で形成されたスタックが成形キャビティの少なくとも一部を形成する輪郭を有し、成形キャビティは熱可塑性材料製発泡性ビードで充填でき、更に、気体及び液体の熱伝達媒体を形成キャビティを取り囲む層に供給し、ここから排出するための手段を有する、パーティクルフォーム成形品を製造するための形成工具に関する。

パーティクルフォーム材料は、予備発泡させた、更に発泡させることができる小さなフォームパーティクル（粒子）からブロックに合わせて又は成形品に合わせて互いに溶接される熱可塑性フォーム材料である。賦形及び溶接は、蒸気成形プロセスで、特定の設計の成形工具内で実施される。

周知の成形工具は、研削加工を施したアルミニウムプレート又は鋳造アルミニウムで製造され、過熱蒸気を成形キャビティ内に高圧で噴出できるノズルに固定するため、後に穿孔が行われる。

発泡性のポリスチレン（ＥＰＳ）、ポリエチレン（ＥＰＥ）、又はポリプロピレン（ＥＰＰ）製のビードを工具の形成キャビティ内でブローし、凝縮する。その後、蒸気チャンバ内に配置された両形成工具半部並びにその内部のベント式粒子床を過熱蒸気が作用する両蒸気チャンバ半部に交互に入れる。これにより、少なくとも表面にある粒子を、表面上の手段の溶接又はケーキングが生じる（熱−一体化接合）温度まで加熱する。その後、パーティクルフォームから遠方の形成工具の側部に冷却水又は他の冷媒を作用することにより、工具ばかりでなく製造されたパーティクルフォーム成形品を安定化する。

積層形成工具の製造及び使用の個々の特徴は、以下の特許文献から周知である。
ドイツ国特許第Ａ１−４２ １７ ９８８号には、積み重ねられた薄い層から形成工具原型を製造することが記載されている。積み重ねられた薄い層からレーザービーム又はウォータージェットによって輪郭を切り出し、これらの輪郭全てによって、製造されるべき工具の形成面を賦形する。

米国特許第２ ６７９ １７２号には、外高圧深絞りダイが記載されている。このダイの雌ダイは、座（ｓｅａｔ）で水平方向に積み重ねられた輪郭切断層によって形成される。この雌ダイの個々の領域を交換し、挿入し、又は取り外すことによって、形成キャビティの形体及び製造される加工物を迅速に且つ簡単に変化させることができる。

ドイツ国特許第Ａ１−４４ ０９ ５５６号には、曲げたシート金属構成要素の圧伸成形用の曲げ工具が記載されている。曲げパンチ及び/ 又は雌ダイの形態のこの工具は、連結されてパックを形成し、工具の曲げ軸線の方向で順次配置されており、面が接触した個々のラメラのパックでできている。

米国特許第５ ０３１ ４８３号には、工具の離型面と平行に配置され、冷却チャンネル又は焼き戻しチャンネルが設けられた薄い輪郭切断層で製造された深絞りダイ金型の製造が開示されている。これに加え、この特許には、加圧空気又は負圧を加工物の表面に作用するため、選択された幾つかの層の間に離間手段を取り付けることの可能性が記載されている。しかし、これは、溶接媒体や冷媒を領域に亘って導入することを可能にしない。冷却は、主として、熱伝導によって行われる。パーティクルフォーム成形品の製造で重要な、充填中に形成工具を均等に通気することは行われない。

ノズルを備えたウェブを持つ二つのシェルの形態で立体リソグラフィーによって製造されたパーティクルフォーム形成工具は、欧州特許第Ａ１−０ ９０８ ２８６号から周知である。

同様の圧力制御装置によって工具半部の両側に対して機械的に安定化させたシリコーン製パーティクルフォーム形成工具がドイツ国特許第Ａ１−１９５ ００ ６０１号から周知である。

ドイツ国特許第Ａ１−３３ ３０ ８２６号及び欧州特許第Ａ１−０ ７２０ ５２８号によれば、面に細かな穴が形成された工具表面を使用することにより、ノズルによりフォーム成形体の表面に窪みが形成されるという欠点をなくすことができる。このため、完全に又は主として焼結金属でできた形成体を使用する。

ＷＯ９４／０９９７３は、パーティクルフォーム成形品の製造におけるエネルギ消費を減少するため、成形品工具を断熱することを提案する。特に従来のプロセスにおけるように、フォーム粒子の溶接を行うためのエネルギ消費は、成形品を製造するために発生されるエネルギよりも１％低い。サイクル時間が長いが、とりわけ、絶縁層の機械的抵抗及び熱的抵抗がないため、このプロセスは、低温で蒸気圧で加工されるポリスチレンフォーム粒子に限定される。
ドイツ国特許第Ａ１−４２ １７ ９８８号 米国特許第２ ６７９ １７２号 ドイツ国特許第Ａ１−４４ ０９ ５５６号 米国特許第５ ０３１ ４８３号 欧州特許第Ａ１−０ ９０８ ２８６号 ドイツ国特許第Ａ１−１９５ ００ ６０１号 ドイツ国特許第Ａ１−３３ ３０ ８２６号 欧州特許第Ａ１−０ ７２０ ５２８号 ＷＯ９４／０９９７３

本発明の目的は、表面品質が良好でフォーム粒子が均等に溶接されたパーティクルフォーム成形品を更に高速でコンピュータ支援製造できるようにすると同時に、必要な蒸気及びエネルギ量を大幅に減少できる、冒頭に言及した種類のパーティクルフォーム成形品を製造するための成形工具を開発し改良することである。

本発明によれば、この目的は、少なくとも成形キャビティと隣接した領域に層を互いに対して所定距離のところに配置し、気体又は液体の熱伝達媒体を通すための外方にシールされているが工具部分の内側に開放したチャンネルを形成することによって、冒頭に言及した種類の形成工具により達成される。

上述の目的に対する本発明による解決策は、積み重ね構成により達成される。この積み重ね構成は、全ての個々の層の互いに対する所定の距離により、フォーム粒子即ちビードを溶接するため並びにフォーム粒子を冷却するための熱活性媒体を均等に供給すること、これにより形成された成形体、及び成形工具によって達成される。これは、充填中に工具を急速に通気するのにも役立つ。好ましくは、加熱を行うための過熱蒸気及び冷却を行うための水が熱活性媒体として使用される。本発明による成形工具の積層構造により、過熱蒸気及び冷却水が面に亘って及び全ての側部から工具内の形成キャビティ内に直接均等に供給され、これによりフォーム粒子の加熱及び冷却が迅速に行われる。別々の蒸気チャンバを使用する従来の技術と比較すると、本発明は、かなりの構造的節約を行うばかりでなく、蒸気及びエネルギの消費を大幅に減少する。本発明による形成工具が形成キャビティ表面の一部を形成する蒸気ノズルを備えていないため、本発明による工具で形成されたパーティクルフォーム成形品の表面には、蒸気ノズルの目障りな窪みがない。これにより、成形品の外観が改良され、均等な表面品質がもたらされる。

好ましくは、層は、熱伝導率に優れた金属材料で形成され、例えば薄いラメラ又はシート金属の形態で製造される。層は、鋼、アルミニウム、又はアルミニウム合金でできたシートで形成されているのが特に好ましい。

好ましくは、層は、コンピュータ支援手段によって所望の材料から切断される。切断は、製造されるべきパーティクルフォーム成形品の輪郭が正確に決定されるように、続いて行われる処理で輪郭の形成が不要であるように行われる。金属加工で層を切り出すため、例えばレーザービームやウォータージェットによる切断等の従来の切断技術を使用できる。しかしながら、原型の製造で周知のコンピュータ支援プロセスを使用することによって、例えば「積層体製造（ＬＯＭ）プロセス」を使用することによって層を製造することもできる。

本発明による形成工具の有利な実施例では、層には、中実のウェブによって分割された開口部が設けられる。これらの開口部は、工具部分に散在する複数のチャンバが、全ての層全体によって形成された積み重ねに形成されるように配置される。これらのチャンバの大きな容積により、有利には、工具の全質量が減少する。このことは、好ましくは過熱蒸気及び冷却水を意味する気体及び液体の熱伝達媒体を迅速に且つ効果的に拡散する上で好都合であり、従来技術で必要であった追加の蒸気チャンバと比較してエネルギ損失を大幅に減少する。熱伝達媒体は、本発明によれば、層の開口部によって形成されたキャビティ自体が、蒸気チャンバの機能を担うと同時に冷却水アキュムレーターの機能を担うため、出しっぱなしにしておくことができる。

即ち、本発明による形成工具の特定の利点は、形態を切断した層の輪郭が形成工具の壁並びに蒸気チャンバ、媒体案内体、及び支持体を描くということである。これにより、工具の質量及びエネルギ消費が減少し、作動費用が減少し、工具の構成が簡単になる。

好ましくは、積み重ねの少なくとも各第２層は、熱交換面として作動する少なくとも一つの延長部を形成する。この延長部は、開口部内又はチャンバ内に突出する。これにより、両方向での熱伝達速度が高くなり、その結果、過熱蒸気又は他の高温のガスをチャンバを通して案内した場合の加熱が更に迅速になり、水又は他の冷媒をチャンバを通して流した場合の冷却が更に迅速になる。

好ましくは、本発明による形成工具は、熱媒又は冷媒として使用された熱伝達媒体用の一つの供給配管及び一つの排出配管を有する。これは、気体及び液体の熱伝達媒体の両方を流すのに全体構造が適しているためである。

好ましくは、層間の所定距離は、工具の外側だけに配置された中間プレートによって形成される。その結果、ほぼ完全に閉鎖された壁が工具の外側に形成される。媒体を通すため、内部の平行な所定幅のチャンネルは開放されたままである。

変形例では、距離は、型打ち、研削、又は蝕刻凹所によって層の片側又は両側に形成できる。型打ちは、好ましくは、波形、チャンネル、リブ、又は截頭円錐形又は截頭四角錐の形態のノブとして設計される。層の相互固定又は平行中心決めを管理できるようにノブ又は波形の形態の型打ちを規則的に分配するのが特に好ましい。これは、互いに係合するピンでも行うことができる。

媒体が外側に漏れないようにするため、及び媒体が二つの形成半部間の離型線を通って夫々の他方の工具半部内に直接的に流れないようにするため、工具の外側の層は、好ましくは溶接、拡散溶接、接着、ねじ止め、又はハンダ付け等の材料組み立てによって互いにシールされる。これらの層は、他の薄い層にハンダ付けによって連結できる。この薄い層の融点は、これらの層よりも低い。

本発明による形成工具の、外部領域及び離型平面に対するシールは、層間の外部空間に硬化性液体材料を置くことによって、並びに接着、溶接、又はハンダ付けによって行うことができる。この場合、ハンダ又はシーリングコンパウンドを個々の層に予め付けることができ、積み重ね又は加熱による組み立てを行った後にのみ、所望のシール効果を得ることができる。このため、アルミニウム及び他の周知のシーラントで充填したシリコーン及び樹脂をシーリングコンパウンドとして使用出来る。好ましくは、層間のチャンネルの外側を圧力シールする完全に金属製の包囲体を形成工具の周囲に配置できる。

本発明による形成工具の別の好ましい実施例では、平行に配置されており且つ方向が異なる層でできた幾つかのスタックを互いに連結する。これらの平行な層は、離型面に対して一つの角度で又は離型面に対して直角以外の幾つかの異なる角度で延びることができる。本発明のこれらの実施例は、製造されるべきパーティクルフォーム成形品にアンダーカットを形成し、段効果を小さくできるようにする上で特に適している。その結果、互いに連結された層の個々のスタック、パック、又はクラスターを互いに対して任意の及び異なる角度で配置でき、互いに形成工具を構成する少なくとも二つの工具部分をそれら全体で形成できる。

本発明の他の実施例では、形成キャビティを取り囲む層の前側が賦形面、詳細には型打ち面又は蝕刻面を形成する。このように賦形された表面は、例えば、正方形又は円形の盛り上がった又は凹所をなした断面を形成でき、このようにして、形成キャビティを取り囲む一種の「ピン−クッション」形成する。

驚くべきことに、前側の表面構造は、完成したパーティクルフォーム成形品の摩擦騒音挙動に大きく影響する。パーティクルフォーム、特にポリスチレンパーティクルフォーム（スチロパー（Ｓｔｙｒｏｐｏｒ）は登録商標である）でできた成形品の二つの表面間の摩擦中に通常発生する不快なキーキーという騒音を、ここに説明する表面構造によって驚く程効果的になくすことができる。構造の特別な種類はケース毎に経験的に見つけ出さなければならない。これは、詳細には、使用された発泡性ポリマーの種類で決まる。製造されたパーティクルフォーム成形品の表面の清浄可能性もまた、特に異なる表面構造による影響を受ける。

工具保持ジグに関し、本発明による形成工具は、好ましくは、不必要なエネルギ損失を回避するため、熱によって外される。
本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。

通常、本発明による形成工具は、相補的に形成された二つの工具部分１を含む。これらの工具部分１は、互いに平行なセグメントをなした有限数の層１０でできている。図示の実施例では、層１０は、コンピュータ支援手段によって切断したアルミニウムシートでできている。方向が異なる三つのスタックＡ、Ｂ、Ｃ（図１参照）が層１０から形成されている。これらのスタック内部の個々の層は平行に配置されており、スタックは互いに連結されて工具部分１を形成する。図示の実施例では、全ての平行な層１０は工具離型面９に対して直角である。

個々の層１０は、これらの層１０全体によって形成されたスタックＡ、Ｂ、Ｃの夫々が形成キャビティ２の一部を形成するようの輪郭を備えている。形成キャビティ２は、蒸気成形プロセスを使用して適当なパーティクルフォーム成形品を形成するため、ＥＰＳ、ＥＰＥ、又はＥＰＰ等の熱可塑性材料製の発泡性フォームパール（ビーズ）で充填できる。

工具部分１には、気体及び液体の熱伝達媒体用の、特に過熱蒸気及び冷却水用の一つの単一の供給配管３及び一つの単一の排出配管４が設けられている。本発明による形成工具の許諾された使用において、ビードを溶接するための第１過熱蒸気、及び冷却水又は製造した成形品を後に冷却するための他の適当な冷媒は、工具部分１を通して同じ配管を通して案内される。

層１０は、チャンネル５（図３又は図６参照）を形成するため、互いに対して所定距離のところに配置される。これらのチャンネルは、外側がシールされている（図１参照）が熱伝達媒体として作用する気体及び液体の媒体を浸透するために工具部分１の内側が開放している。

これにより、加熱並びに冷却を行うため、エネルギを迅速に、及び両方向でのエネルギ損失を比較的小さくして伝達できるように、熱媒及び冷媒が非常に迅速に及び大きな有効面を介して形成キャビティ２に直接案内される。

本発明による形成工具の別の利点は、セグメントをなして形成し、熱媒及び冷媒の供給及び排出を一体化することにより、全質量を小さくすると同時に工具の全エネルギ要求量を減少することである。

本発明の別の好ましい実施例では、層１０には、中実のウェブ６（図２参照）によって分けられた開口部７が設けられている。これらの開口部は、全ての層１０全体によって形成されたスタックＤ内に、工具部分１内に散在する幾つかのチャンバ８が形成されるように配置されている。この実施例は、作用媒体（過熱蒸気及び冷却水）を急速に拡散するのに十分な容積を確保するキャビティを有し、これにより、従来技術で必要なエネルギ的に不便な蒸気チャンバをなくし、更に工具の全質量を減少する。媒体が外部に漏出しないようにするため、及び流れを離型線９に沿って夫々の工具半部内に差し向けるため、層１０は、工具部分１の外側のところで、例えば溶接、接着、又はハンダ付けによって互いに圧力シールされている。

層１０の互いに対する所定距離は、様々な方法で得ることができる。例えば、一方の側に型打ちが施してある一定構造の金属シートを層１０として使用する。例えば、ノブ、三角錐、又は魚骨のような設計の型打ちが施してある場合には、成形層１０は、型打ちパターンを考慮して、型打ち１１が位置合わせして配置されるように（図３参照）切断でき、この方法では、変位しないように積極的に固定される。

しかし、型打ち１２（図４参照）は、個々の層１０が全面に亘って点接触又は線接触するように、互いに対してオフセットさせることができ、その結果、工具壁の形成に関して寸法的に安定した構成が形成される。

個々の層１０間の所定距離、層１０間のチャンネル５の所定の好ましくは一定の幅は、好ましくは、型打ち１１が設けられた層１０を位置合わせして積み重ね、型打ち１１の接触点のところで接着し、ハンダ付けし、又は拡散溶接したとき、一体の立体的な多孔質コンパウンドによって得られる。輪郭に型打ちが施してあるか或いは切り欠いてある場合、ハンダ付け材料層をシート金属に即ち層１０に適用する。工具の組み立て後にこれらを熱処理によって融着し、接触点のところにハンダ付け連結部１３を毛管作用によって形成する（図６参照）。

他の方法では、ハンダ付けした層１０のスタックを個々の層に再度分離でき、必要であれば、別の形状の成形部品を製造できるように他の輪郭を持つ層１０と交換できる。
形成キャビティ２を取り囲む層１０の前側には、構造を備えた表面（図示せず）が設けられている。所望構造を蝕刻によって形成でき、又は層１０のトリミング中に切断縁部に配置できる。更に、蝕刻前に層１０間に溶解性層を配置し、蝕刻後に洗い落とすことができる。

本発明による成形構造で製造した、好ましくは発泡性ポリプロピレン（ＥＰＰ）又はＥＰＥやＥＰＳで形成されたパーティクルフォーム成形品は、粒子が特に均等に溶接し、蒸気ノズルの跡がない滑らかな表面を持ち、摩擦騒音の発生が小さい。本成形工具により、成形品の製造が早くなり、エネルギ消費が少ないため、価格が抑えられる。

本発明による形成工具の一実施例の工具部分（形成半部）の斜視図である。 本発明による形成工具の工具部分の別の実施例の切り欠き図である。 所定距離のところで型打ちによって互いに固定された三つの層からなる群の部分断面部分斜視図である。 型打ちによって互いに固定された層からなる別の群の部分（部分断面）図である。 互いに固定された層からなる群の概略断面図である。 互いにハンダ付けした層からなる群の概略断面図である。

符号の説明

１ 工具部分
２ 形成キャビティ
３ 供給配管
４ 排出配管
５ チャンネル
６ ウェブ
７ 開口部
８ チャンバ
９ 工具離型面
１０ 層

Claims (20)

1. 互いに平行な少なくともセグメントをなした有限数の層（１０）で形成された少なくとも一つの工具部分（１）を含み、個々の層（１０）は、全ての層（１０）全体で形成されたスタック（Ａ、Ｂ、Ｃ）が成形キャビティ（２）の少なくとも一部を形成する輪郭を有し、前記成形キャビティは熱可塑性材料製発泡性ビードで充填でき、更に、気体及び液体の熱伝達媒体を前記形成キャビティ（２）を取り囲む前記層（１０）に供給し、ここから排出するための手段（３、４）を有する、パーティクルフォーム成形品を製造するための形成工具において、前記層（１０）は、少なくとも前記形成キャビティ（２）と隣接した領域が、互いから所定距離のところに配置され、前記工具部分（１）の外側がシールされているが内側が開放した、気体状及び液体状の熱伝達媒体を通すためのチャンネル（５）を形成する、ことを特徴とする形成工具。
2. 請求項１に記載の形成工具において、前記層（１０）は、熱伝導率が高い金属材料でできている、ことを特徴とする形成工具。
3. 請求項２に記載の形成工具において、前記層（１０）は、鋼、アルミニウム、又はアルミニウム合金のシートでできている、ことを特徴とする形成工具。
4. 請求項１、２、又は３に記載の形成工具において、前記層（１０）には、中実のウェブ（６）によって分割された開口部（７）が設けられており、これらの開口部は、前記工具部分（１）に散在する複数のチャンバ（８）が、全ての層（１０）全部によって形成された一つのスタック（Ｄ）に形成されるように配置されている、ことを特徴とする形成工具。
5. 請求項４に記載の形成工具において、スタック（Ｄ）の少なくとも各第２層（１０）には、熱交換面として作用する少なくとも一つの延長部が設けられており、前記開口部（７）内又は前記チャンバ（８）内に突出している、ことを特徴とする形成工具。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、熱交換媒体用の一つの単一の供給配管及び一つの単一の排出配管が設けられている、ことを特徴とする形成工具。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、前記層（１０）間の距離は、工具の外側だけに配置された中間プレートによって形成されている、ことを特徴とする形成工具。
8. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、前記距離は、型打ち、研削、又は蝕刻凹所によって前記層（１０）の片側又は両側に形成される、ことを特徴とする形成工具。
9. 請求項８に記載の形成工具において、前記型打ちは、波形、チャンネル、リブ付け、又は截頭円錐形又は截頭四角錐形の形態のノブとして設計されている、ことを特徴とする形成工具。
10. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、前記層（１０）は、ノブ又は波形の形態の規則的型打ちによって、又は互いに係合するピンによって平行に固定され又は中心決めされている、ことを特徴とする形成工具。
11. 請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、前記層（１０）は、溶接、拡散溶接、接着、ねじ止め、又はハンダ付け等の材料組み立てによって互いに連結されている、ことを特徴とする形成工具。
12. 請求項１１に記載の形成工具において、前記層（１０）は、ハンダ付けによって他の薄い層に連結されており、前記薄い層は、融点が前記層（１０）自体よりも低い、ことを特徴とする形成工具。
13. 請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、層（１０）の複数のスタック（Ａ、Ｂ、Ｃ）は平行に配置されており、方向が異なり、互いに連結されている、ことを特徴とする形成工具。
14. 請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、前記平行な層（１０）は、工具の離型線（９）に対して直角以外の一つの又は幾つかの角度で延びている、ことを特徴とする形成工具。
15. 請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、前記形成キャビティ（２）を取り囲む前記層（１０）の前側には構造を備えた表面が設けられている、ことを特徴とする形成工具。
16. 請求項１５に記載の形成工具において、前記前側の前記表面には型打ち又は蝕刻が施されている、ことを特徴とする形成工具。
17. 請求項１５又は１６に記載の形成工具において、前記前側の前記表面は、正方形又は円形の盛り上がった又は凹所をなした断面を備えている、ことを特徴とする形成工具。
18. 請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、前記チャンネル（５）を外方に対して圧力シールする金属製包囲体を備えている、ことを特徴とする形成工具。
19. 請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、前記チャンネル（５）は、硬化性シーラントによって、接着によって、又は隣接した層のハンダ付けによって外方に対して圧力シールされている、ことを特徴とする形成工具。
20. 請求項１乃至１９のうちのいずれか一項に記載の形成工具において、工具保持ジグに関し、前記形成工具は熱的に分離されている、ことを特徴とする形成工具。
    
    
    

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