專利名稱：制造厚壁塑料部件特別是光學(xué)部件的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造塑料部件一特別是光學(xué)透鏡、光學(xué)光導(dǎo)管或其他光學(xué)部件 的方法一其中塑料熔體通過澆道注射到使所述部件成型的模制工具的腔中，并且額外的 塑料熔體被壓入所述腔中以補(bǔ)償由于冷卻(保壓)造成的注射塑料熔體的體積收縮。為此， 澆口可被設(shè)置在該部件的窄的側(cè)壁上。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于所述塑料部件的注射模 制或注射-壓縮模制的設(shè)備，所述設(shè)備帶有使待被制造的所述塑料部件成型的腔和供給裝 置，例如注射模制螺桿，用于經(jīng)由澆道將塑料熔體供給到所述腔中。
背景技術(shù)：
特別是在厚壁塑料部件、例如光學(xué)部件的注射模制的情況下，對(duì)這些部件的幾何 精確度有非常嚴(yán)格的要求，必須對(duì)通過保壓壓緊塑料熔體而在腔中通常發(fā)生的模制收縮進(jìn) 行有效地補(bǔ)償。如果在制造過程中，由于在冷卻階段期間所述部件的體積收縮完全結(jié)束之 前塑料熔體的固化(密封時(shí)間)而引起澆道或所述部件上靠近澆道的區(qū)域被密封，則這會(huì) 產(chǎn)生縮痕、空穴或翹曲。為了防止這種情況，通常使?jié)驳涝谄錂M截面上的尺寸盡可能的大。 然而，另一方面，在澆道和所述部件分離的情況下相對(duì)大或厚的澆道痕跡是不利的，因?yàn)樵?這種情況下令質(zhì)量降低的材料噴發(fā)或分離痕跡可能出現(xiàn)。在這種情況下，也可能出現(xiàn)被灰 塵、碎片等的污染，這例如在經(jīng)常被需求的凈化室條件下是不能接受的。通常大的澆口也是 根本不可能的，因?yàn)椴考]有提供用于其的空間。這對(duì)于透鏡和光學(xué)光導(dǎo)管來說尤其如此， 因?yàn)樵谶@類部件中只有很少的表面不被光學(xué)使用。在這些部件中，澆道通常位于側(cè)壁上，其 最小的直徑相當(dāng)于該部分的最大壁厚的約2/3。另外，在光學(xué)部件的情況下，由于透明材料 的原因，出于美學(xué)原因，在理論上可用于放置澆口的很多區(qū)域通常不予考慮。此外，由于對(duì) 澆口痕(分離痕跡)再加工，厚澆道通常來說會(huì)造成額外的成本。另外，相對(duì)大或厚的澆道 會(huì)引起材料消耗的增加。對(duì)制造塑料物體的注射模制工具施加超聲波振蕩是已知的。例如，PeterBloss等 人在2006年6月Munich(慕尼黑)Carl Hanser Verlag(卡克漢瑟出版社)的Kunststoffe 上發(fā)表的題名為“Vielseitig anwendbarer Ultraschall”(通用多用途超聲波)的文獻(xiàn)， 描述了針對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的模制和非常小的腔的填充的積極優(yōu)勢。這些觀點(diǎn)的基礎(chǔ)常常在于 塑料熔體流動(dòng)性的增加。在下面所述的本發(fā)明，一方面，并不是基于熔體流動(dòng)性的增加—— 即，不是基于粘性的降低——而是基于有意地避免固化。另一方面，超聲的引入不僅發(fā)生在 填充階段并且發(fā)生在保壓階段。US6464485B1中描述了設(shè)置有超聲波焊極的注射模制工具，用來制造光盤例如 CD-ROM。該注射模制工具包括共同界定使光盤成型的腔的兩個(gè)工具半模，所述兩個(gè)工具半 模中的一個(gè)的底部上設(shè)置有用于成型結(jié)構(gòu)元件的壓花盤(embossing disc)。在另一個(gè)工具 半模上，在盤形腔的中心布置有用于塑料熔體的澆口，而通過相對(duì)的工具半?；旧弦圆?定向的方式實(shí)現(xiàn)超聲波振蕩的輸入耦合。在兩個(gè)工具半模中，環(huán)形槽或在圓環(huán)上布置的若 干個(gè)槽形成在腔的外面，從而使腔的徑向上的超聲振蕩的振幅最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于詳細(xì)描述一種方法和一種設(shè)備，通過所述方法和設(shè)備，相對(duì)厚 壁的塑料部件，特別是光學(xué)透鏡和光學(xué)光導(dǎo)管，能夠通過注射模制或注射-壓縮模制廉價(jià) 地來制造，并具有非常高的幾何精確度。該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的本發(fā)明的方法和具有權(quán)利要求8的特征的本 發(fā)明的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的方法中，塑料熔體被注入到使所述部件成型的注射模制工具或注 射-壓縮模制工具的腔中。所述方法的特征在于通過在澆道區(qū)域引入的能量，特別是通過 朝澆道方向定向發(fā)射超聲波的方式，來保持位于澆道內(nèi)的塑料熔體的流動(dòng)性，直到塑料部 件的熔融芯已經(jīng)固化。通過上下文中的術(shù)語“澆道”，在流道或冷流道和使塑料部件成型的腔之間的所謂 澆口以及所述部件本身上的縮頸在適當(dāng)情況下也得到理解。使用本發(fā)明的方法，特別是包含塑料的光學(xué)部件可以以非常高的幾何精確度廉價(jià) 地來制造。對(duì)于使用根據(jù)本發(fā)明的方法，在澆道橫截面積相對(duì)小的情況下，在腔中時(shí)常發(fā)生 的模制收縮也能夠通過塑料熔體的后擠壓進(jìn)行有效地補(bǔ)償，從而得到非常高質(zhì)量的塑料部 件。通過澆道或澆口的直徑或更確切地說橫截面積的減小，可以明顯地減少使質(zhì)量降低的 材料噴發(fā)或分離痕跡。于是，通常不再需要對(duì)澆口痕的再加工。另外，澆道或澆口的減小， 使得在待被制造的部件的由于空間原因至今不能用來設(shè)置澆道或澆口的區(qū)域上放置澆道 或澆口成為可能。因此，現(xiàn)在可將澆道或澆口設(shè)置在例如所述部件的窄側(cè)或縮頸上。澆道直徑或橫截面積的最小化，一般的確增加在待被制造部件固化之前澆道凝結(jié) 的趨勢，使得，由于收縮引起的尤其是空穴和縮痕可能發(fā)生；然而，根據(jù)本發(fā)明，依靠引入到 澆道的能量，例如通過將定向超聲波發(fā)射到澆道上，可以在足夠長的時(shí)間保持澆道內(nèi)塑料 熔體的流動(dòng)性，使得盡管使用了優(yōu)選的相對(duì)小或薄的澆道，但盡可能長地保證了用于補(bǔ)償 因冷卻引起的體積收縮的塑料熔體的補(bǔ)充，這種體積收縮對(duì)于合成材料來說是典型的。此 外，澆道直徑或橫截面積的減少降低了合成材料的消耗。作為借助超聲焊極引入的備選方案，將能量到澆道的引入還可以通過借助加熱裝 置的熱引入和/或通過超聲和熱的引入的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法可有利地應(yīng)用于厚壁部件、例如應(yīng)用于壁厚在IOmm至20mm范 圍內(nèi)以及具有其他壁厚的光學(xué)部件的注射模制或注射-壓縮模制。用于此的塑料熔體由透 明或半透明塑料形成。原則上，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，能用來制造光學(xué)部件的所有合成材 料可用來形成所述塑料熔體。所使用的塑料熔體優(yōu)選包含聚碳酸酯、共聚碳酸酯、熱塑性聚 氨酯、環(huán)烯烴共聚物、環(huán)烯烴聚合物、聚酰胺、苯乙烯-丙烯腈塑料、聚苯乙烯、聚-N-甲基甲 基丙烯酰亞胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲基酰亞胺、或聚丙烯酸酯、特別是聚甲基 丙烯酸甲酯、和/或這些合成材料的混合物。特別優(yōu)選聚碳酸酯、共聚碳酸酯、熱塑性聚氨 酯和包含這些合成材料的混合物。根據(jù)本發(fā)明的方法的有利配置的特征在于在為制造另一個(gè)塑料部件注射塑料熔 體之前，已經(jīng)將由于制造塑料部件而位于澆道中的塑料從澆道移除。因此，在先前的注射過 程中經(jīng)受超聲和/或熱的塑料熔體已經(jīng)從澆道脫模，使得其在接下來的注射過程中不被注入腔中。通過這一方式，可以保證制造的塑料部件具有特別高的質(zhì)量；超聲和/或熱對(duì)熔體 的作用不會(huì)對(duì)所述部件的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。特別是與設(shè)計(jì)有熱流道的工具相比，這是 一個(gè)優(yōu)勢，因?yàn)樵谀欠N情況下，特別是由于長的循環(huán)時(shí)間，熔體有分解的趨勢。此外，在熱流 道系統(tǒng)中，經(jīng)常有材料會(huì)聚集的死角的風(fēng)險(xiǎn)和黑斑等會(huì)形成的風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)本發(fā)明的用于塑料部件特別是光學(xué)透鏡或光學(xué)光導(dǎo)管的注射模制或注 射-壓縮模制的設(shè)備，包括用于使待被制造的塑料部件成型的腔和用于通過澆道向該腔供 給塑料熔體的供給裝置，例如注射模制螺桿。所述設(shè)備的特征在于定向朝澆道發(fā)射超聲波 或熱能的至少一個(gè)超聲焊極和/至少一個(gè)加熱裝置被分配到澆道，使得位于澆道中的塑料 熔體能夠保持流動(dòng)性，直到在為了補(bǔ)償位于腔內(nèi)的塑料熔體因冷卻引起的體積收縮的塑料 熔體后擠壓過程中塑料部件的熔融芯已經(jīng)固化。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述設(shè)備包括激勵(lì)控制器，所述激勵(lì)控制器通過傳感器 記錄熔體的流動(dòng)性，和/或所述激勵(lì)控制器包括可調(diào)節(jié)定時(shí)構(gòu)件，通過所述可調(diào)節(jié)定時(shí)構(gòu) 件，超聲焊極或加熱裝置的激勵(lì)時(shí)間段能夠被預(yù)置。在加熱裝置的情況下，考慮例如電加熱器，例如感應(yīng)加熱器和/或陶瓷加熱器，和 /或激光加熱器和/或電阻加熱器。特別地，經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的方法，可制造帶有恒定壁厚或區(qū)域不同的壁厚的厚壁 塑料部件，例如光學(xué)透鏡。依靠本發(fā)明的方法，可實(shí)現(xiàn)澆道的直徑小于50 %，特別地小于35 %，在特別典型 的實(shí)施方式中甚至小于20%。因此，在這樣的部件中常見的且由現(xiàn)有技術(shù)預(yù)定的為最大壁 厚的約2/3的澆道直徑能夠得到明顯減小。根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的優(yōu)選和有利的配置在從屬權(quán)利要求中詳細(xì)說明。


下面依據(jù)代表典型實(shí)施方式的附圖更加詳細(xì)地闡述本發(fā)明。圖示為圖1在閉合狀態(tài)下，帶有流道的注射-模制工具的一部分的剖面圖；以及圖2附圖1中所示的注射_模制工具的開放腔的立體頂部視圖。
具體實(shí)施例方式附圖中所述的注射-模制工具用于從合成材料制造透明部件特別是光學(xué)透鏡。該 注射-模制工具由限定使待被制造部件成型的腔1的若干部件組成。在所示的示例性的實(shí)施方式中，注射_模制工具包括澆道襯套2，其帶有圓錐形的 通道3。該通道3通向同樣圓錐形的另一通道部分4，通道部分4穿過板形工具部件5并通 向流道6。經(jīng)流道6，從帶有注射_模制螺桿或其他供給裝置的注射_模制機(jī)的噴嘴7傳出 到澆道襯套的塑料熔體被導(dǎo)入腔1。對(duì)于流道6，優(yōu)選考慮冷流道。用于熔體的澆口 8設(shè)置在腔1的邊緣處，使得澆口 8位于圓盤形塑料部件的周邊， 從而在窄側(cè)9上。依靠澆口 8在腔1上的邊緣布置，確保了透鏡的光學(xué)功能不被澆口損害。 注射-模制工具尺寸設(shè)定為使得澆口 8的直徑(橫截面)為小于塑料部件的最大壁厚的 50%，特別地小于35%。在所示的典型實(shí)施方式中，澆口 8的直徑使得其為塑料部件的壁9 的厚度的大約20%，即五分之一。
盡管澆口 8的直徑相對(duì)小，但為了確保塑料熔體長時(shí)間跟進(jìn)至腔1，通過有意引入 超聲和/或熱能來保持塑料熔體的流動(dòng)性。在應(yīng)用超聲的情況下，一個(gè)或多個(gè)超聲焊極被以將定向超聲波發(fā)射到位于澆道 (3,4,6,8)中的塑料熔體的方式集成到工具上。例如，為了這個(gè)目的，流道(冷流道)6和/ 或板形工具部件5和額外優(yōu)選的澆道襯套2被構(gòu)成為(多個(gè))超聲焊極?？蛇x擇地，超聲被引入流道(冷流道)6的熔體傳導(dǎo)區(qū)域和優(yōu)選地額外進(jìn)入澆道襯 套2的熔體傳導(dǎo)區(qū)域。另外，可以引入到部件本身的澆道附近的區(qū)域。定向的超聲波被位于澆道(3，4，6，8)中的塑料熔體吸收，因此降低了其凝結(jié)趨 勢。位于澆口8上的塑料熔體以這種方法被保持流動(dòng)性直到在部件中不存在熔融芯。相應(yīng) 地，封閉時(shí)間不再像常規(guī)方法那樣依賴所述澆道，而是由部件本身決定。在其他實(shí)施方式中，(多個(gè))超聲焊極被加熱裝置或超聲焊極和加熱裝置的組合 所取代。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備帶有激勵(lì)超聲焊極和/或加熱裝置的控制器，其特別地可包括 記錄熔體的流動(dòng)性的傳感器。這種情況下，以依靠傳感器信號(hào)的方式，使超聲焊極和/或加 熱裝置激勵(lì)或去激勵(lì)。作為該傳感器的替代方式或額外于該傳感器，該控制器可以包括可 調(diào)節(jié)定時(shí)構(gòu)件，通過該可調(diào)節(jié)定時(shí)構(gòu)件，超聲焊極和/或加熱裝置的激勵(lì)時(shí)間段能夠被預(yù)置。使用根據(jù)本發(fā)明的方法不會(huì)延長制造塑料部件的總循環(huán)時(shí)間，因?yàn)闈驳涝谑Ｓ嗬?卻時(shí)間里——也就是說，在保壓階段結(jié)束之后——冷卻到適合的脫模溫度。由于澆道的小 的厚度(橫截面積)，在保壓階段結(jié)束之后并且因此在超聲和/或熱量引入結(jié)束之后，澆道 相對(duì)快地冷卻下來。根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠被特別有利地用于由聚碳酸酯、其混 合物和熱塑性聚氨酯構(gòu)成的透明光學(xué)部件的注射模制或注射_壓縮模制。同樣，用根據(jù)本 發(fā)明的方式和根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，由PMMA、C0C、C0P、PA、PMMI、SAN和/或PS構(gòu)成的相應(yīng)部 件可以高幾何精確度廉價(jià)地制造出。根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施并不受前面提及的典型實(shí)施 方式的限制；同樣，它不被限定到前面提及的合成材料；而是，所有熱塑性塑料，特別是透 明或半透明的合成材料，和可以用來制造光學(xué)部件的所有合成材料，能夠依照根據(jù)本發(fā)明 的方法和在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中來制造。
權(quán)利要求
用于制造塑料部件、特別是光學(xué)透鏡或光學(xué)光導(dǎo)管的方法，其中塑料熔體經(jīng)由澆道(3，4，6，8)注射到使所述部件成型的模制工具的腔(1)中，并且額外的塑料熔體被后擠壓到所述腔(1)中以補(bǔ)償因冷卻引起的所注射塑料熔體的體積收縮，其特征在于，通過在所述澆道區(qū)域中引入的能量使位于所述澆道(3，4，6，8)中的所述塑料熔體保持流動(dòng)性，直到所述塑料部件的熔融芯已經(jīng)固化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在所述澆道的所述區(qū)域中所引入的所述能量 是以定向到所述澆道的超聲波發(fā)射的方式引入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在所述澆道的所述區(qū)域中所引入的能量通過 加熱裝置來引入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述能量通過定向到所述澆道的超聲波的發(fā) 射和加熱裝置的結(jié)合的方式來引入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中之一的方法，其特征在于，注射_模制工具或注射_壓縮模制 工具作為模制工具使用，其中至少一個(gè)澆口(8)位于待被制造的塑料部件的側(cè)壁上，并且 其中所述澆道(3，4，6)或澆口(8)的直徑小于所述塑料部件的最大壁厚(9)的50%、優(yōu)選 小于35%和特別地小于20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中之一的方法，其特征在于，所述塑料部件從一種或多種合成 材料注射-模制或注射-壓縮模制，所述一種或多種合成材料選自包括聚碳酸酯、共聚碳酸 酯、熱塑性聚氨酯、環(huán)烯烴共聚物、環(huán)烯烴聚合物、聚酰胺、苯乙烯_丙烯腈塑料、聚苯乙烯、 聚-N-甲基甲基丙烯酸酰亞胺、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲基亞酰胺和聚丙烯酸酯、 特別是聚甲基丙烯酸甲酯、或其混合物的組。
7.應(yīng)用根據(jù)權(quán)利要求1-6中之一的所述方法以制造透明的光學(xué)部件，特別是光學(xué)透鏡 或光學(xué)光導(dǎo)管。
8.用于塑料部件、特別是光學(xué)透鏡或光學(xué)光導(dǎo)管的注射模制或注射-壓縮模制的設(shè) 備，包括用于使待被制造的所述塑料部件成型的腔⑴和用于經(jīng)由澆道(3，4，6，8)向腔⑴ 中供給塑料熔體的供給裝置，其特征在于，向所述澆道(3，4，6，8)定向發(fā)射超聲波和/或熱 的至少一個(gè)超聲焊極和/或至少一個(gè)加熱裝置被分配到所述澆道(3，4，6，8)，以使位于所 述澆道(3，4，6，8)中的塑料熔體能夠保持流動(dòng)性直到所述塑料部件的熔融芯已經(jīng)固化，由 此設(shè)置激勵(lì)超聲焊極和/或加熱裝置的控制器，所述控制器通過傳感器記錄所述熔體的流 動(dòng)性和/或所述控制器包括可調(diào)節(jié)定時(shí)構(gòu)件，所述可調(diào)節(jié)定時(shí)構(gòu)件能夠預(yù)置所述焊極或所 述加熱裝置的激勵(lì)時(shí)間段。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于，以如下方式設(shè)計(jì)所述澆道，即至少一個(gè)澆口 (8)位于待被制造的所述塑料部件的窄側(cè)(9)上，其中所述澆道在所述至少一個(gè)澆口(8) 處通入所述腔(1)，所述澆口(8)的直徑小于所述塑料部件的最大壁厚的50%，優(yōu)選小于 35%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的設(shè)備，其特征在于，發(fā)射定向到所述澆口(8)的超聲波的至少一個(gè)超聲焊極被分配至所述澆口(8)，所述澆道(3，4，6)在所述澆口(8)處通入所述腔 ⑴。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中之一的設(shè)備，其還包括澆道襯套(2)，其特征在于，用于引 入超聲的超聲焊極被分配至所述澆道襯套(2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至10中之一的設(shè)備，還包括澆道襯套(2)，其特征在于，超聲焊極 集成在所述澆道襯套(2)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中之一的設(shè)備，還包括流道或冷流道(6)，其特征在于，超聲 焊極集成在所述流道或冷流道(6)內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至12中之一的設(shè)備，還包括流道或冷流道(6)，其特征在于，用于 引入超聲的超聲焊極被分配至所述流道或冷流道(6)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8至14中之一的設(shè)備，其特征在于，單獨(dú)地或額外地通過依靠一個(gè)或 多個(gè)加熱裝置引入到所述澆道的所述區(qū)域中的能量，使位于所述澆道中的塑料熔體保持流 動(dòng)性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造塑料部件、特別是光學(xué)透鏡或光學(xué)光導(dǎo)管的方法，其中塑料熔體經(jīng)由澆道(3，4，6，8)注射入使所述部件成型的模制工具的腔(1)中，且額外的塑料熔體被后擠壓入腔(1)中以補(bǔ)償由于冷卻造成的注射塑料熔體的體積收縮。該方法的特征在于通過在澆道的區(qū)域中所引入的能量保持位于澆道(3，4，6，8)中的塑料熔體的流動(dòng)性，直到在為了補(bǔ)償由于冷卻造成的體積收縮的塑料熔體后擠壓的過程中所述塑料部件的熔融芯已經(jīng)固化。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施所述方法的設(shè)備。
文檔編號(hào)B29C45/27GK101934577SQ20101027241
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月27日
發(fā)明者C·克林肯伯格, R·普羅特 申請(qǐng)人:拜爾材料科學(xué)股份公司