JP4975537B2 - 熱成形機 - Google Patents

Description

本発明は熱成形機に関する。

一般的に、熱成形機は、内部にキャビティを有する成形部内において材料を加熱し、該材料からなる平坦シートを成形するために使用される。各キャビティの内側の形状は、キャビティにおいて形成されるべき物品の外形に対応している。熱成形機は公知であり、例えば、材料供給装置、加熱装置、成形装置、取り出し装置等を備える。熱成形機を用いて比較的大きな寸法の熱可塑性材料又は熱硬化性材料を処理する技術が、様々な産業において増大する要望に応えるために開発されてきた。

出願人は、例えば、「ツインシート熱成形機」（これは２つの部品を同時に製造できる熱成形機であることを意味する）として提供される熱成形機について熟知している。この熱成形機は、フレームに対するそれぞれの相対的な高さをモータにより調節可能な上側プレート及び下側プレートを有する。上側プレートには流体圧ピストンが連結される。上側プレートは、連結要素を介して形状による嵌合(form-fit)により下側プレートへ強固に連結することができる。したがって、ピストンロッドは、対応する対向要素内へ挿入され、これに対して形状による嵌合により固定される。よって、流体圧ピストンの作動を介して、下側プレート及び上側プレートは互いを強く牽引することが可能である。

この方法においては、この形状による嵌合の構成により、牽引力が一定の強さを超えたときに連結要素の損傷が起こり得るため、連結要素の交換又は修理が必要になるという欠点があった。このような交換又は修理を行う間、熱成形機の運転が止まることになり、生産性が望ましくない形で減少する。
独国特許第１９９５５５１９号明細書 独国特許出願公開第１０２００５０３９６９１号明細書 スイス国特許第６７５０９６号明細書

したがって、本発明は、下側プレート及び上側プレートをともに牽引するために、下側プレート及び上側プレートのより好適な連結を確実に行う熱成形機を提供することを目的とする。

上記目的は、本願の請求項１に記載される特徴を備えた熱成形機により達成される。
本発明の基本的な着想においては、熱成形機が、フレームと、成形部を受承するための第１及び第２のプレートと、これらプレートの少なくとも一方が前記フレームに対して調節可能であることと、プレート同士の相対位置を調節するための駆動手段と、第２のプレートを第１のプレートの方向に牽引する牽引機構と、該牽引機構は、前記プレートの一方に取り付けられる少なくとも１つの牽引装置を備え、該牽引装置は牽引ロッドを有し、該牽引ロッドは、前記第１及び第２のプレートの相対位置の調節時に、前記プレートの他方に取り付けられた対応するクランプ装置を用いて、摩擦固定による連結によって挟持可能であることと、前記第１のプレートは、上側プレートとして設けられ、且つ第１の駆動手段により前記フレームに対して垂直方向に位置調節が可能であることと、前記第２のプレートは、前記上側プレートの下方に配置される下側プレートとして設けられ、且つ第２の駆動手段により前記フレームに対して垂直方向に位置調節が可能であることと、複数の流体圧シリンダが牽引装置として上側プレートに配置され、これら流体圧シリンダに対応し、且つクランプシリンダとして形成される複数のクランプ装置が、下側プレートに取り付けられることと、前記上側及び下側プレートを互いに向かって位置調節するときに、前記上側プレートの流体圧シリンダの各ピストンロッドが、前記下側プレートの対応する各クランプシリンダに挿入可能であり、且つ、各ピストンロッドは、それぞれ摩擦固定により挟持されることが可能であるが、その挟持力は、所定の牽引力を上回ったときに、ピストンロッドが対応するクランプシリンダから摺動して抜け出る程度の力であることとを含む。

このため、本発明は、上述した従来の方法に対し、各プレートに作用するそれぞれの牽引力が所定の最大値を超えた場合であっても、牽引機構又は２つのプレートを連結する連結要素の損傷が発生しないという効果を奏する。これは、本発明の摩擦固定によるクランプ連結によって、摩擦固定（非能動的な方法）により挟持される２つの要素が相対的に移動するためである。つまり、各プレートに作用する牽引力が所定の最大値を上回ったときに、牽引機構の各要素が破損することなく、対応するクランプ装置内の牽引ロッド（例えばピストンロッド）が確実に滑ることを意味する。

従属請求項には、請求項１に記載される熱成型器の効果的な実施形態や改良を含む。
好ましい実施形態によれば、第１の駆動手段は、駆動モータ及びこれに対応するスピンドル（特にボールスクリュスピンドル）であり、第２の駆動手段は、別の駆動モータ及びこれに対応するスピンドル（特にボールスクリュスピンドル）である。このため、下側プレート及び上側プレートは、それぞれ使用される成形部に応じて高さを調節できるとともに、互いに対する相対的な高さを好適な高さにすることができる。

更には、上側プレート及び／又は下側プレートは、上側プレート及び下側プレートのそれぞれの使用される成形部同士の相対位置を調節できるように、対応する調節要素により、水平方向においてもフレームに対して位置を調節できることが好ましい。

請求項１に記載される熱成型機の好ましい実施形態においては、複数の、好ましくは４つの流体圧シリンダとして形成されるピストン装置が上側プレートに対して強固に取り付けられ、各ピストン装置にそれぞれ対応するクランプ装置（つまり好ましくは４つのクランプ装置）が、クランプシリンダとして形成され、下側プレートに取り付けられる。ピストン装置又は各ピストンロッドは、対応する各クランプ装置と整合する。よって、上側プレート及び下側プレートの互いに向かう位置調節中に、上側プレートのピストン装置のピストンロッドが下側プレートの対応するクランプ装置内に進入する。また、ピストンロッドは摩擦固定により挟持力で挟持され得るが、牽引力が所定値を上回ると、ピストンロッドは対応するクランプシリンダから摺動して抜け出ることができる。これにより、牽引力が最大値を上回った場合であっても、ピストンロッド及びクランプ装置のいずれも損傷を受けない。

別の好ましい実施形態においては、流体圧シリンダの作動によって、上側プレートの流体圧ピストンのピストンロッドと、下側プレートの対応するクランプ装置との間で摩擦固定による連結がなされた後に、下側プレートが所定の牽引力にて上側プレートの方向に牽引されると、プレートに連結された成形部内において供給された材料の変形が確実に行われる。

請求項９に記載される熱成型器において、好適には、クランプ装置は、流体圧式又は空圧式のクランプシリンダとしてそれぞれ設けられる。これらクランプシリンダは、外側円錐部を有するクランプブッシングと、内側円錐部を有するクランプスリーブとを備える。クランプブッシングは、クランプ装置のハウジング内において径方向には移動可能であるが、軸方向には不動であるように固定され、クランプスリーブは、クランプ装置に受承されるピストンロッドを挟持するために、空気圧又は流体圧による力が付与されることにより、クランプ軸線に沿った軸方向において、ハウジング内に案内されるとともに、摺動可能である。これにより、ピストンロッドと対応するクランプ装置との間、即ち上側プレートと下側プレートとの間の摩擦固定による連結が、単純且つ費用効率の高い方法にて確実に行われる。この方法においては、連結された構成要素同士の相対移動が可能であるため、牽引力が最大値を上回っても損傷が回避され得る。

また、熱成形機は、好ましくは、上側プレート下方に設けられる上側加熱装置と、下側プレート上方に設けられる下側加熱装置とを備え、これら加熱装置の少なくとも一方は、対応する調節装置によりフレームに対して垂直方向に位置調節が可能であり、且つ隣り合って配置される複数の個別の加熱部（好ましくは２つの加熱部）を備える。

本発明は、例示的な実施形態に基づき、添付の図面と合わせて、以下により詳細に説明する。
各図面において、同一の符号は、別に断りのない限りにおいて、同一の又は機能的に均等な構成要素を示すものである。

図１に示されるように、本発明の熱成形機１は、熱成形機１の各種構成要素を担持するためのフレーム２を備える。好ましくは、熱成形機１は、熱成形されるべき材料を成形するための所定の成形部が取り付けられた上側プレート３を備える。上側プレート３は、対応する駆動モータ及び対応するボールスクリュスピンドル４により、好ましくはフレーム２に対して垂直方向に高さを調節可能である。さらには、必要に応じ、上側プレート３は、水平方向においても支持されて、好適な駆動手段及び調節要素により、フレーム２に対して位置調節が可能であってもよい。

例えば、４つのボールスクリュスピンドル４が設けられ、これらが上側プレート３に対して矩形パターンをなすように配置されることにより、上側プレート３のスムーズな高さ調節が可能となる。

図１に更に示されるように、熱成形機１は更に、上側プレート３に固定される複数の流体圧シリンダ５を備えることが好ましい。流体圧シリンダ４には、調節距離を検知するために、例えば所定の且つ公知の距離測定装置が一体的に形成されていてもよい。図１に例示される熱成形機１の拡張状態においては、流体圧シリンダ５の各ピストンロッド６は上側プレート３の下方において下向きに突出する。

更に、図１に示される熱成形機１は、上側プレートと同様に、所定の成形部が取り付けられた下側プレート７を備える。この所定の成形部は、熱成形されるべき材料を成形するための上側プレート３の成形部に対応する。使用される各成形部又は製造されるべき成形品に応じて、上側プレート３及び下側プレート７が互いに対して、及び互いに向かうように相対位置を調節できるように、下側プレート７も、本実施形態においては対応する駆動手段及び対応するボールスクリュスピンドル８を用いて、フレーム２に対して垂直方向に位置調節が可能であることが好ましい。

下側プレート７には、好ましくは複数のクランプシリンダ９が固定され、対向するクランプシリンダ９が上側プレートの各ピストンロッド６又は流体圧シリンダ５と好適な方法で連結される。このため、上述した駆動手段及び調節要素を用いた上側プレート３及び下側プレート７の互いに向かう位置調整中には、流体圧シリンダ５の各ピストンロッド６が、対応するクランプシリンダ９に挿入されて、摩擦固定によりこれに連結されることが可能である。このような連結は、以下において、図２を参照してより詳細に説明する。

上側プレート３と同様に、整合された上側プレートとともに所望される熱成形工程を行うために、下側プレート７も、対応する駆動手段及び調節要素を用いて、フレーム２に対して水平方向に移動可能であることが好ましい。なお、プレート３、７は、その片方のみが水平方向において調節可能に支持されていてもよい。

本実施形態によれば、熱成形機１は、例えば２つの上側加熱装置１０、１１を有する加熱機構を備える。上側加熱装置１０、１１も、それぞれ行われるべき熱成形工程に応じて、好適な駆動手段及び調節要素を用いて、フレーム２に対して垂直方向に位置調節が可能である。上側加熱装置１０、１１の下方には、好ましくは２つの下側加熱装置１２、１３が設けられ、これら下側加熱装置１２、１３も、好適な駆動手段及び調節要素を用いて、フレーム２に対して垂直方向に位置調節が可能である。上側加熱装置１０、１１及び下側加熱装置１２、１３は、熱成形工程前に熱成形される材料を加熱するために設けられる。

続いて、本実施形態による例示的な熱成形機１を用いた熱成形工程について、図１及び２に基づき、より詳細に説明する。図１に示される熱成形機１は、熱成形工程前の状態で示されている。熱成形工程開始前に、上側プレート３及び下側プレート７は、上述した駆動手段及び調節要素を用いて、互いに向かって移動される。例えば、上側プレート３は、下側プレート７の方向へ向かって下方に、かつ／又は、下側プレート７は、上側プレート３の方向に向かって上方に移動される。この上側プレート３及び下側プレート７の相対移動により、上側プレート３の流体圧シリンダ５のピストンロッド６は、下側プレート７の対応する各クランプシリンダ９内へ挿入され、したがって、部分概略図である図２に示されるように、流体圧シリンダ５の下方に配置される。図２の左側半分には、クランプシリンダ９が非係合状態Ｌにて示され、図２の右側半分には、クランプシリンダが挟持状態Ｋにて示されている。

各クランプシリンダ９は、その位置を変えることなく、対応するピストンロッド６を連続的に挟持することができ、さらには、各クランプシリンダ９は、軸方向において両方向の力に耐え得る。クランプシリンダ９は、力の付与、より詳細には流体による力の付与により、作動状態又は非作動状態とされる。当業者であれば、空気による力の付与によってもこれが可能であることが理解されるであろう。

クランプシリンダ９は、好ましくは、図２に示されるように、外側円錐部を有するクランプブッシング１４と、内側円錐部を有するクランプスリーブ１５とを備える。クランプブッシング１４は、好ましくはクランプシリンダ９のハウジング１６内へ案内され、クランプブッシング１４を介して対応するピストンロッド６を挟持するために軸方向に圧迫される。必要とされる挟持力は、例えば流体による力の付与によって得られる。

図２において、符号Ｋは、クランプブッシング１４を介して、挿入されたクランプロッド６を挟持するためにクランプスリーブ１５を挟持するための挟持力を示す。同様に、図２の符号Ｌは、挿入されたピストンロッド６がクランプシリンダ９内で摩擦なく摺動できるように挟持状態を解除するための力を示す。

このようなピストンロッド６と対応するクランプシリンダ９との連結により、ピストンロッド６とそれぞれ対応するクランプシリンダ９との、即ち上側プレート３と下側プレート７との摩擦固定による連結が確実に行なわれる。

熱成形工程を行うために、前記摩擦固定による連結後、所定の大きさの牽引力がクランプシリンダ９を備える下側プレート７に付与されるように、上側プレート３の流体圧シリンダ５が駆動される。このため、上側プレート３及び下側プレート７の成形部を用いて、加熱された材料を所定の牽引力にて熱成形するために必要な成形力を供給するために、下側プレート７が上側プレート３とは反対方向に牽引される。上述したピストンロッド６と対応するクランプシリンダ９との間の摩擦固定による連結により、牽引力が所定の最大値を超えたときに、挿入されたピストンロッド６の対応するクランプシリンダ９に対する摺動が好適に起こる。ピストンロッド６が対応するクランプシリンダ９から摺動して抜け出ることにより、所定の牽引力を超過したときに、例えば各構成要素間の形状による嵌合を用いた連結とは異なり、特定の構成要素の損傷が回避される。

熱成形工程が無事に完了した後、下側プレート７に付与される牽引力は流体圧シリンダ５の各駆動手段により解放され、上側プレート３及び下側プレート７は、各駆動手段及び調節要素により、互いから離間するように移動され、熱成形品が取り出される。

本発明の好ましい実施形態について上述してきたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、様々に改変することができる。
例えば、流体圧シリンダに代えて空気圧シリンダも用いることができ、この場合も各牽引力を確実に得られる。また、上側プレートのピストンシリンダ、及び対応する下側プレートのクランプシリンダの数及び配置も適宜変更することができ、これらは、上側プレート及び下側プレートの互いに対する相対移動がスムーズに行われるように選択されることが好ましい。

さらには、図２とは異なるクランプ機構も、摩擦固定による連結を行なうために使用することができる。

本発明の好ましい実施形態による熱成形機の概略を示す正面図。 本発明の好ましい実施形態による、挟持状態又は非係合状態にあるクランプ装置の概略図。

符号の説明

１…熱成形機、２…フレーム、３…上側プレート、４…ボールスクリュスピンドル、５…流体圧シリンダ、６…ピストンロッド、７…下側プレート、８…ボールスクリュスピンドル、９…クランプシリンダ、１０…上側加熱装置、１１…上側加熱装置、１２…下側加熱装置、１３…下側加熱装置、１４…クランプブッシング、１５…クランプスリーブ、１６…ハウジング。

Claims (13)

1. フレーム（２）と、
   成形部を受承するための第１のプレート（３）及び第２のプレート（７）と、これらプレート（３，７）の少なくとも一方は前記フレームに対して位置調節が可能であることと、
   前記第１及び第２のプレート（３；７）の相対位置を調節するための駆動手段（４，８）と、
   前記第２のプレート（７）を前記第１のプレート（３）の方向に牽引するための牽引機構（５，６；９）と、該牽引機構（５，６；９）は、前記プレート（３；７）の一方に取り付けられた少なくとも１つの牽引装置（５）を備え、該牽引装置（５）が牽引ロッド（６）を有し、該牽引ロッド（６）は、前記第１及び第２のプレート（３；７）の相対位置の調節時に、前記プレートの他方（７；３）に取り付けられた対応するクランプ装置（９）と摩擦固定により連結されることによって挟持可能であることと、
   前記第１のプレート（３）は、上側プレートとして設けられ、且つ第１の駆動手段（４）により前記フレーム（２）に対して垂直方向に位置調節が可能であることと、
   前記第２のプレート（７）は、前記上側プレートの下方に配置される下側プレートとして設けられ、且つ第２の駆動手段（８）により前記フレーム（２）に対して垂直方向に位置調節が可能であることと、
   複数の流体圧シリンダが牽引装置（５）として上側プレート（３）に配置され、これら流体圧シリンダに対応し、且つクランプシリンダとして形成される複数のクランプ装置（９）が、下側プレート（７）に取り付けられることと、
   前記上側及び下側プレート（３；７）を互いに向かって位置調節するときに、前記上側プレート（３）の流体圧シリンダ（５）の各牽引ロッド、即ちピストンロッド（６）が、前記下側プレート（７）の対応する各クランプシリンダ（９）に挿入可能であり、且つ、各ピストンロッド（６）は、それぞれ摩擦固定により挟持されることが可能であるが、その挟持力は、所定の牽引力を上回ったときに、ピストンロッド（６）が対応するクランプシリンダ（９）から摺動して抜け出る程度の力であることと、
   を含む熱成形機（１）。
2. 前記第１の駆動手段（４）が、前記上側プレート（３）の前記フレーム（２）に対する垂直方向の位置調節をスムーズに行うために、駆動モータと、複数のスピンドルとを備える、請求項１に記載の熱成形機（１）。
3. 前記第２の駆動手段（８）が、前記下側プレートの前記フレームに対する垂直方向の位置調節をスムーズに行うために、駆動モータと複数のスピンドルとを備える、請求項１又は２に記載の熱成形機（１）。
4. 前記スピンドルがボールスクリュスピンドルである、請求項３に記載の熱成形機（１）。
5. 前記上側プレート（３）及び下側プレート（７）のうち少なくとも一方は、対応する調節要素によって、前記フレーム（２）に対して水平方向に位置調節が可能である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱成形機（１）。
6. 前記上側プレート（３）の牽引装置（５）の作動時には、クランプ装置（９）を介して摩擦固定により連結される前記下側プレート（７）が、所定の牽引力にて上側プレート（３）の方向に牽引され得る、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱成形機（１）。
7. 前記クランプ装置（９）が、流体圧式又は空圧式クランプシリンダであり、各クランプシリンダは、外側円錐部を有するクランプブッシング（１４）と、内側円錐部を有するクランプスリーブ（１５）とを備え、前記クランプブッシング（１４）は、対応するクランプ装置（９）の各ハウジング（１６）内において径方向においては可動であるが、軸方向においては不動であるように固定され、前記クランプスリーブ（１５）は、前記ハウジング（１６）内において軸方向に案内され、且つクランプ装置（９）によって受承される対応するピストンロッド（６）を対応するクランプブッシング（１４）を介して挟持するために、所定の力を付与することによって軸方向に摺動可能である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱成形機（１）。
8. 前記熱成形機は、前記上側プレート（３）の下方に設けられる少なくとも１つの上側加熱装置（１０，１１）と、前記下側プレート（７）の上方に設けられる少なくとも１つの下側加熱装置（１２，１３）とを備え、これら加熱装置（１０，１１；１２，１３）のうち少なくとも１つは、対応する調節装置により前記フレーム（２）に対して垂直方向に位置調節が可能であり、且つ互いに隣接して配置される少なくとも２つの独立した加熱部を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱成形機（１）。
9. フレーム（２）と、
   成形部を受承するための第１のプレート（３）及び第２のプレート（７）と、これらプレート（３；７）の少なくとも一方は前記フレームに対して位置調節が可能であることと、
   前記第１及び第２のプレート（３；７）の相対位置を調節するための駆動手段（４，８）と、
   前記第２のプレート（７）を前記第１のプレート（３）の方向に牽引するための牽引機構（５，６；９）と、該牽引機構（５，６；９）は、前記プレート（３；７）の一方に取り付けられた少なくとも１つの牽引装置（５）を備え、該牽引装置（５）が牽引ロッド（６）を有し、該牽引ロッド（６）は、前記第１及び第２のプレート（３；７）の相対位置の調節時に、前記プレートの他方（７；３）に取り付けられた対応するクランプ装置（９）と摩擦固定により連結されることによって挟持可能であることと、
   前記クランプ装置（９）が、流体圧式又は空圧式クランプシリンダであり、各クランプシリンダは、外側円錐部を有するクランプブッシング（１４）と、内側円錐部を有するクランプスリーブ（１５）とを備え、前記クランプブッシング（１４）は、対応するクランプ装置（９）の各ハウジング（１６）内において径方向においては可動であるが、軸方向においては不動であるように固定され、前記クランプスリーブ（１５）は、前記ハウジング（１６）内において軸方向に案内され、且つクランプ装置（９）によって受承される牽引装置（５）の対応する牽引ロッド（６）を対応するクランプブッシング（１４）を介して挟持するために、所定の力を付与することによって軸方向に摺動可能である、熱成形機（１）。
10. 前記第１のプレート（３）は、上側プレートとして設けられ、且つ第１の駆動手段（４）により前記フレーム（２）に対して垂直方向に位置調節が可能であり、
    前記第２のプレート（７）は、前記上側プレートの下方に配置される下側プレートとして設けられ、且つ第２の駆動手段（８）により前記フレーム（２）に対して垂直方向に位置調節が可能である、請求項９に記載の熱成形機（１）。
11. 前記第１の駆動手段（４）が、前記上側プレート（３）の前記フレーム（２）に対する垂直方向の位置調節をスムーズに行うために、駆動モータと、複数のスピンドルとを備える、請求項１０に記載の熱成形機（１）。
12. 前記第２の駆動手段（８）が、前記下側プレートの前記フレームに対する垂直方向の位置調節をスムーズに行うために、駆動モータと複数のスピンドルとを備える、請求項１０又は１１に記載の熱成形機（１）。
13. 前記スピンドルがボールスクリュスピンドルである、請求項１２に記載の熱成形機（１）。

Images