(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張可能なプラスチックビーズから成形品を製造するための成形金型（１）であって、前記成形金型（１）は、成形品のほうを向き成形品に臨む方向に設けられる内壁（１０）と、成形品に臨む方向とは反対方向に設けられる外壁（１２）とを有しており、
内壁（１０）と外壁（１２）との間に、成形金型（１）を加熱する加熱媒体または成形金型（１）を冷却する冷却媒体（Ｋ）を導通するための中空スペース（１１）が構成されており、前記内壁と前記外壁（１０、１２）は部分領域でスペーサ（１３）によって相互に結合されている、そのような成形金型において、
前記スペーサ（１３）の内部に、成形キャビティ内の膨張可能なプラスチックビーズを加熱溶融させる蒸気を導通するための貫通孔（１３０）が前記内壁および前記外壁（１０、１２）を貫通して設けられ、前記貫通孔（１３０）が前記内壁（１０）に開口する側に成形品を製造するための成形キャビティが設けられ、
前記貫通孔（１３０）は前記中空スペース（１１）に対して封止され、貫通孔（１３０）の内部と中空スペース（１１）の内部が分離されるように構成されており、且つ前記貫通孔（１３０）は、蒸気室（１５）より蒸気を外壁（１２）から内壁（１０）に向かう方向へ導通し、更に内壁（１０）から成形キャビティの中へと導通することができるように構成されていることを特徴とする成形金型。
【請求項２】
前記スペーサ（１３）は規則的な間隔をおいて格子のような形式で相互に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の成形金型（１）。
【請求項３】
前記スペーサ（１３）は前記中空スペース（１１）を通して導通可能な加熱媒体または冷却媒体（Ｋ）のための流動分配器として作用することを特徴とする、請求項１または２に記載の成形金型（１）。
【請求項４】
前記内壁と前記外壁（１０、１２）は互いに実質的に平行に一定の相互間隔をおいて配置されており、前記スペーサ（１３）は前記内壁および前記外壁（１０、１２）に対して垂直に延びることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【請求項５】
前記内壁１０と前記外壁１２は前記スペーサ（１３）によって互いに間隔をおいて設けられ、それによりそれぞれのスペーサ（１３）の間には、連続する中空スペース（１１）が形成されており、この中空スペース（１１）により、加熱媒体または冷却媒体（Ｋ）を貫流するための円形の貫流開口部（１４）が構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【請求項６】
前記スペーサ（１３）の内部の前記貫通孔（１３０）は前記外壁（１２）を起点として
前記内壁（１０）に向かってテーパ状に先細になることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【請求項７】
前記スペーサ（１３）の内部の前記貫通孔（１３０）は１．５〜２ｍｍの外径から０．３〜０．５ｍｍまでテーパ状に先細になることを特徴とする、請求項６に記載の成形金型（１）。
【請求項８】
前記内壁および前記外壁（１０、１２）はそれぞれ０．３〜３ｍｍの壁厚を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【請求項９】
前記外壁（１２）と前記内壁（１０）の間の前記中空スペース（１１）は３〜６ｍｍの内のりの高さを有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【請求項１０】
前記スペーサ（１３）は柱状に構成されるとともに、４〜６ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【請求項１１】
前記中空スペース（１１）と反対を向いているほうの前記外壁（１２）の外面に前記貫通孔（１３０）と連通する蒸気室（１５）が一体成形されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【請求項１２】
前記蒸気室（１５）は２〜４ｍｍの内のりの高さ（ＨＤ）を有することを特徴とする、請求項１１に記載の成形金型（１）。
【請求項１３】
前記内壁（１０）は、成形品のほうを向く内側表面から前記中空スペース（１１）の中まで延び内壁（１０）の表面で成形キャビティに発生する凝縮物を前記中空スペース（１１）に運び出すことができる多数の毛管通路を備えていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【請求項１４】
前記毛管通路は０．１〜１．０ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項１３に記載の成形金型（１）。
【請求項１５】
焼結金属から一体的に製作されていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載の成形金型（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張可能なプラスチックビーズから成形品を製造するための成形金型に関するものであり、成形金型は、成形品のほうを向く内壁と、成形品と反対を向く外壁とを有しており、これらの間に加熱媒体／冷却媒体を導通するための中空スペースが構成されており、内壁と外壁は部分領域でスペーサによって相互に結合されている。
【背景技術】
【０００２】
たとえば膨張可能なポリプロピレン（ＥＰＰ）や膨張可能なポリスチロール（ＥＰＳ）といった膨張可能なプラスチックビーズから成形品を製造するための冒頭に述べた種類の成形金型は、多彩な形で公知となっている。
【０００３】
従来、この種の成形金型は、少なくとも２つの成形金型部分で成り立っており、成形金型部分は成形キャビティを共同で形成し、成形キャビティ内で、熱供給と隣接するプラスチックビーズの部分的溶着とによって、充填されたプラスチックビーズから成形体が生じる。このとき通常、閉じた成形キャビティの中に、成形品半体を冷却しながら事前設定された量のプラスチックビーズが投入されて、引き続き成形金型部分が、ならびに成形キャビティに収容されているプラスチックビーズが、大量の水蒸気の導入によってたとえば約１４０〜１４５℃の好適な温度まで加熱される。引き続き、その前に高いコストをかけて加熱された金型が、成形キャビティの裏面からの大量の冷却水の噴射によって再び約６０〜７０℃の温度まで冷却されてから、成形金型部分を開いた後に成形品を取り出すことができる。それ自体として成果が認められているこのような方法では、成形金型は通常金属の素材から非常に頑丈に製作されていて、成形金型と成形キャビティの内部にあるプラスチックビーズとのスムーズで十分な加熱を保証するために、成形キャビティと反対を向く外面に広めに寸法決めされた蒸気室を有しており、均一な溶融を保証するために、該蒸気室を通って蒸気が完全に浸透しなければならない。それに応じて、使用される成形金型がコスト高になるばかりでなく、大量の蒸気ならびに冷却水も必要となり、これらは公知の装置のきわめて不都合なエネルギー収支をもたらし、それに加えて発生する高い水量により、この種の成形機械の設置場所に関して特別な要求事項を課すことになる。
【０００４】
そのため、このような種類の成形金型を最適化するさまざまな試みがすでになされている。
【０００５】
当分野を形成する特許文献１より、予備発泡されたプラスチックグラニュールから成形体を製造するための２部分からなる金属鋳型が公知であり、その金属壁は二重シェル式に構成されるとともにスペーサによって相互に間隔をおいており、二重シェルの内部に中空スペースが構成されており、中空スペースは、１つの成形金型部分においては加熱媒体／冷却媒体を導通する役目を果たすことができるとともにこれと向かい合う成形金型部分においては成形キャビティへ蒸気を導通する役目を果たす。しかしこの公知の成形金型で欠点となるのは、それぞれの成形金型部分を１つの媒体でしか負荷することができず、すなわち、一方の成形金型部分の領域では蒸気導入が行われるのに対して、他方の成形金型部分を介して加熱媒体／冷却媒体による温度調節が行われるので、この種の成形金型で製造可能な部品を薄壁にしか構成できないことである。さもないと、十分な温度調節も蒸気による成形品の十分な導通も保証されないからである。それに伴って公知の成形金型は、きわめて限られた適用分野についてしか適しておらず、冒頭に述べた欠点のある標準成形金型を任意の成形体の製造のために適用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第２９３６２７３号Ａ１明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の課題は、従来技術の欠点を回避して、大幅に少ないエネルギー消費量で、同時に顕著に向上するサイクル時間のもとで、膨張可能なプラスチックビーズからの成形体の合理的な製造を高い品質で可能にする成形金型を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課せられた課題を解決するために、本発明により、請求項１の構成要件を有する成形金型の構成が提案される。
【０００９】
本発明の好ましい構成と発展例は従属請求項の対象である。
【００１０】
本発明は、成形金型がスペーサの内部に、外壁と内壁を貫通しており中空スペースに対して封止された、蒸気を導通するための貫通孔を有していることを提案する。
【００１１】
このようにして、成形金型に、これを温度調節するために、加熱媒体と冷却媒体を貫流させ、すなわちそれらを内壁と外壁の間の中空スペースの領域で貫流させることが可能であるだけでなく、それと同時に加熱媒体や冷却媒体との混合の危険なしに、成形金型だけでなく成形金型の内部で構成されるべき成形品の温度調節もするための蒸気を、その貫通孔によって案内することが可能である。それにより、従来技術に比べて明らかに低減された寸法で製造可能であり、それに加えて加熱媒体と冷却媒体だけでなく蒸気も貫通孔の相応の配置によってほぼ任意に成形金型のあらゆる位置へと案内することができ、特に、作成されるべき成形品のクリティカルな個所でも、たとえば材料肉厚個所や材料肉薄個所などでも、好適に準備して印加することができる成形金型を製造することが可能である。
【００１２】
本発明の１つの提案によると、スペーサは規則的な間隔をおいて格子のような形式で相互に配置され、それにより、相応に多い個数の貫通孔を蒸気の導通のために成形金型に構成するという可能性が開かれる。
【００１３】
これに加えてスペーサは、特に規則的な間隔をおいて格子のような形式で配置される場合、中空スペースを通して導通可能な加熱媒体／冷却媒体のための流動分配器としても作用することができ、それにより、これが良好かつ均等に混合されて均一な温度分布が調整され、良好な熱移転が保証される。
【００１４】
内壁と外壁は互いに実質的に平行に一定の相互間隔をおいて配置することができ、スペーサは内壁と外壁に対して垂直に延びることができる。それにより、本発明による成形金型が非常にコンパクトに保たれる。
【００１５】
さらに、隣接するスペーサと、中空スペースのほうを向いている内壁および外壁の表面との間に、それぞれ円形の貫流開口部が加熱媒体と冷却媒体のために構成されることが提案され、このことは特に、スペーサをほぼ柱状に構成することを可能にする。その場合、スペーサはたとえば円形の断面を有する。
【００１６】
さらに、貫通孔はスペーサの内部で外壁を起点として内壁へとテーパ状に先細になることが意図されていてよく、それにより、成形品キャビティの側での自己洗浄効果によるいっそう高い耐久性を実現可能である。しかも、製造されるべき成形品の表面品質も、このような方策によってきわめて改善される。
【００１７】
貫通孔は、成形キャビティへの出口の領域で、たとえば約１．５〜２ｍｍの外径から０．３〜５ｍｍへとテーパ状に先細になっている。
【００１８】
本発明による成形金型の内壁と外壁は非常に薄壁に施工されていてよく、たとえば０．３〜３ｍｍの壁厚を有することができる。
【００１９】
外壁と内壁の間の中空スペースも、たとえば２〜１２ｍｍ、好ましくは３〜６ｍｍの内のりの高さで、同じく非常に低く施工することができる。
【００２０】
本発明の１つの提案に基づいて柱状に構成されるスペーサは約４〜６ｍｍの直径を有することができ、格子状に等しい相互間隔を有することができ、隣接するスペーサの約５〜２５ｍｍの間隔を意図することができる。
【００２１】
これに加えて、中空スペースと反対を向いている外壁の外面に、貫通孔と連通する蒸気室を一体成形することも可能であり、そこから蒸気が貫通孔へ直接的に入り、そこから成形品キャビティの中に入ることができる。
【００２２】
このような蒸気室は同じく非常にコンパクトに保つことができ、たとえば２〜４ｍｍの内のりの高さを有することができる。
【００２３】
これに加えて本発明による成形金型の内壁は、成形品のほうを向く内側表面から中空スペースの中まで延びる多数の毛管通路を有するように構成されていてよい。この毛管通路は０．１〜１．０ｍｍ、たとえば０．３ｍｍの直径を有することができる。このような種類の成形金型により、成形品製造中に発生する凝縮物による突起物形成（Ｚｗｉｃｋｅｌｂｉｌｄｕｎｇ）に効果的に対処することができる。
【００２４】
成形キャビティに充填される膨張可能なプラスチックビーズが蒸気作用を受けるとき、必然的に、後の成形品のほうを向く内壁の表面に凝縮物障害が生じる。このような凝縮物は、本発明によると、毛管作用の結果として毛管通路の中へ引き込まれる。成形品が蒸気作用によって構成されるとただちに、成形品は内壁の表面に向かって伸長し、凝縮物がいっそう毛管通路の中へ押し除けられ、そこから中空スペースの中に入り、続いて中空スペースを通るように案内される加熱媒体と冷却媒体へと移行する。その一方で、加熱媒体と冷却媒体は中空スペースの通過時に毛管通路を介して成形キャビティに入ることはあり得ない。膨張した成形品が、成形キャビティの中で毛管通路を封止するように閉ざすからである。
【００２５】
このような種類の本発明の成形金型は、本発明のさらに別の提案によると、特に焼結金属から一体的に製作することができ、それにより、少ない壁厚と固有のジオメトリーを上で説明したように簡単な仕方で製作することができる。特に、柱状に構成されたスペーサの内部に延びる貫通孔を有する、このような種類の本発明による成形金型を１回の作業工程で適当な素材から一体的に製作するために、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）を適用することができる。そのために特に適当な金属粉末が適用される。
【００２６】
次に、本発明のその他の構成や具体的事項について、一実施例を示す図面を参照しながら詳しく説明する。図面は次のものを示す。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による成形金型を示す段階的な断面図である。
【図２】図１の成形金型を別の視角から拡大図として示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１および図２より、本発明による成形金型の実施例が、厳密にいえばその１つの成形金型部分が明らかであり、これが、ここには図示しないが原理的に類似して構成される別の成形金型部分との協同作用で成形キャビティを区切り、その中に膨張可能なプラスチックビーズから成形品をそれ自体公知の仕方で製造することができる。
【００２９】
以下においては単に成形金型とも呼ぶこの成形金型部分は全体として符号１が付されており、成形品や成形キャビティのほうを向く内壁１０を含んでおり、ならびに、成形品と反対を向く外壁１２を含んでいて、これらが柱状に構成されたスペーサ１３によって互いに間隔をおくように位置決めされており、それにより、それぞれのスペーサ１３の間には連続する中空スペース１１が構成されている。
【００３０】
スペーサ１３は規則的な、かつ特に格子状の配置で設けられており、図１では一例として符号Ｌ１およびＬ２で表されている線上に配置されており、線Ｌ１の個々のスペーサは、隣接する線Ｌ２の上でスペーサがそれぞれ半分の間隔だけオフセットされて配置されるように、配置されている。すべての線Ｌ１，Ｌ２が平行に延びている。隣接するスペーサの間隔は約５〜２５ｍｍである。
【００３１】
たとえば４〜６ｍｍの直径を有するスペーサの柱状の構成により、中空スペース１１のほうを向いている内壁１０の表面と、外壁１２と、スペーサ１３との間にそれぞれ円形の貫流開口部１４が残される。したがって、中空スペース１１の内部で図２に矢印Ｋにより示唆する加熱媒体と冷却媒体を循環させ、それにより成形品製造の途中、前、および後に成形金型の表面を所望の温度まで加熱または冷却することが可能である。このとき、格子として規則的に配置されたスペーサ１３は加熱媒体と冷却媒体が周囲を流れるものとなり、流動分配器としての役目を果たし、それにより、加熱媒体と冷却媒体Ｋの均一な配分と良好な循環が実現される。加熱媒体／冷却媒体のための接続部は図示していないが、適当な個所に設けることができる。
【００３２】
図示している成形金型はこのような構成により、発泡プロセスの終了後に水などの冷却媒体が中空スペースを通るように案内されたときに輪郭に近い冷却を可能にする。このようにして、噴射乾燥をベースとする公知の方法に比べて冷却水消費量の著しい削減を実現することができ、本発明による成形金型を有する自動成形機械からもさほどの冷却剤流出が生じることがなくなるので、ほぼ乾燥した作業形態が実現される。このようにして最大で７５％の冷却水消費量の削減を実現可能である。
【００３３】
これに加えて各々の柱状のスペーサ１３の内部には、成形金型１の内壁および外壁１０，１２を貫通する貫通孔１３０が構成されており、これらの貫通孔は、外側表面１２およびそこにある入口開口部１３０ａを起点として、内側表面およびそこにある出口開口部１３０ｂへとテーパ状に、たとえば約１．５〜２ｍｍのはじめの直径から０．３〜０．５ｍｍまで、先細になっている。
【００３４】
それにより、それぞれ個々のスペーサ１３を通して、その中に構成されている貫通孔１３０の領域で、蒸気Ｄを外壁１２から内壁１０に向かう方向へ、およびそこから成形キャビティの中へと案内することが可能であり、それにより、それ自体公知の仕方で成形キャビティの中に位置決めされる膨張可能なプラスチックビーズを高温の蒸気によって蒸気作用させ、成形品をなすように溶融させることができる。
【００３５】
蒸気負荷のために設けられる蒸気室１５は、外壁１２に対してある程度の間隔をおいて装着される壁部１５０によって具体化され、蒸気室の内のりの高さＨＤはたとえば２〜４ｍｍを有する。ここでも便宜上、蒸気室１５への接続部や供給配管は図示していない。
【００３６】
スペーサ１３の内部に貫通孔１３０が構成されることで、中空スペース１１の中で循環する冷却剤が貫通孔１３０を通って案内される蒸気Ｄから完全に分離され、いかなる混合も起こらないことが保証され、それにより、蒸気消費量も公知の方法に比べてきわめて削減することができる。従来式の方法と比較したときの６５％の量の蒸気削減が容易に考えられると思われる。
【００３７】
さらに、蒸気通過のための貫通孔１３０のすでに説明したテーパ状の先細により、得られる成形品の表面が大幅に改善され、このような種類の成形金型１の耐用寿命が長くなる。自己洗浄効果が生じて、蒸気貫通穴１３０への成形品素材の侵入が効果的に防止されるからである。これに加えて、規則的に配置されたスペーサの内部での貫通孔１３０の格子状の配置、ならびに冷却媒体による成形金型１の全面的な貫流は、作成されるべき成形品のジオメトリーにほぼ左右されることがない効率的な温度調節と蒸気作用を可能にするが、当然ながら必要性に応じて、成形金型の特定の領域で、多い数または少ない数のスペーサ１３およびその中に構成される蒸気通過Ｄのための貫通孔１３０が構成されていてもよい。
【００３８】
図面に示す成形金型１は、特に、いわゆるレーザ焼結方式で適当な金属素材から一体的に１回の作業工程で、その複雑なジオメトリーにもかかわらず製作することができ、必要な壁厚の著しい縮小によって成形金型素材の削減を可能にする。たとえば内壁および外壁１０，１２は０．３〜３ｍｍの壁厚で製作することができ、設けられる大量のスペーサ１３０は、それにもかかわらず中空スペースを区切る内壁および外壁１０，１２の高い安定性を保証する。これに伴い、このような成形金型の金型重量も、同じく従来式の方法に比べてきわめて削減することができ、この場合には最大で７０％の重量削減が考えられる。
【００３９】
このような重量削減により、成形金型を収容する機械全体も明らかに小型に施工することができる。運動させられるべき質量もきわめて低減されるからである。
【００４０】
最終的に、成形品を成形するのに必要なプロセス時間も、このような成形金型の特別にコンパクトな構成によって著しく短縮される。加熱時間と冷却時間が、成形金型で実現可能な質量削減に応じて、ならびに実現可能な効率的な蒸気作用と冷却に応じて、きわめて短縮されるからである。たとえば、従来式の製造方法に比べて４０％を超えるプロセス時間短縮がすでに具体化されている。
【００４１】
さらに、特に内壁１０の表面で成形キャビティに場合により発生する凝縮物を運び出すために、たとえば０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍの平均直径を有するここには図示しない毛管通路が内壁１０に十分な、たとえば規則的な配置で設けられていてよく、該毛管通路は中空スペース１１の中まで延びるとともに、これを介して凝縮物を中空スペース１１に運び出すことができる。それにより、成形品表面における突起物形成に効果的に対処することができる。
【００４２】
当然ながら、上に説明した成形金型は特に膨張可能なプラスチックビーズから成形品を製造するために好適であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、この原理を別の好適な成形品製造方法で適用することもできる。前述したレーザ焼結以外にも、他の製造方法を本発明による成形金型の製作に適用することができる。
【図１】
0006736581.tif 000002
【図２】
0006736581.tif 000003