用于對模具或工具進行加熱的裝置和方法
【專利摘要】本披露涉及一種工具，例如注射模制工具或壓花工具。為加熱一個工具表面而提供了一個加熱裝置，該加熱裝置包括一個具有多層的堆疊。該堆疊可以包括一個線圈承載層和一個導電的頂層，該線圈承載層帶有多個纏繞線圈以用于產(chǎn)生一個磁場，并且該頂層與該工具表面相鄰近，在該頂層中感應出多個電流來加熱該表面。通過涉及多個低電阻率層的解決方案可以提供有效的加熱，這些低電阻率層將電流引導到該頂層而它們自身不會在任何更大的程度上產(chǎn)生熱量。一個傳導框架裝置可以被提供在該頂層的下方并且圍繞其周長，以提供與一個背層的可靠接觸。
【專利說明】用于對模具或工具進行加熱的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本披露涉及用于在樹脂或塑料材料成形中使用的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)提出在用于塑料材料成形的工具中提供加熱特征。這種加熱可以通過感應加熱來提供，即，借助于配備有高頻AC脈沖的線圈。這既可以用在對塑料毛坯的注射模制中又可以用在對其的壓花/壓制中。這種線圈產(chǎn)生振蕩磁場，該振蕩磁場通過感應出渦電流來在面向有待再成型的塑料材料的那個表面附近加熱該模具或工具。
[0003]也可以借助于一種例如水的流體來提供冷卻，這種流體在該工具或模具表面附近流動。
[0004]已經(jīng)披露了實現(xiàn)這樣的加熱的多種不同的方式。在US-2009/0068306-A中示出了一種具有線圈承載部分的結(jié)構(gòu)，該線圈承載部分提供了磁場。這種線圈承載體作為軟磁鐵氧體起作用并且包括相互電絕緣的磁性顆粒，例如以PERMEDYN MFl的形式。較靠近這個模具或工具表面有一個頂部部分，例如以奧氏體鋼的形式，該頂部部分具體不是鐵磁性的并且具有適合的電阻率，例如大約為7*10_7Ωπι，以便從線圈感應出的渦電流產(chǎn)生熱量。如從頂部部分所看到的，在線圈承載體的另一側(cè)上有一個背板，例如由銅制成，該背板與頂部部分相比具有明顯更低的電阻率。這個背板在線圈的背側(cè)使得感應出的渦電流短路。在頂部部分的頂上有一個壓模(stamper)，這個壓模包括有待再現(xiàn)于模具或工具中的樹脂或毛坯上的圖案。這個具有多種材料的堆疊在靠近頂部部分處具有多個冷卻導管。
[0005]在US-2009/0239023-A示出了一種進一步發(fā)展的結(jié)構(gòu)，其中如上所述的具有多種材料的堆疊配備有一個附加的層，這個層將線圈承載部分與頂部部分分開。這個中間層可以由一種陶瓷材料構(gòu)成，這種陶瓷材料或多或少在磁性上和電性能上是不活躍的、但是具有高的機械抗性。這些冷卻導管可以放置在這個中間層中。中間層的這種高機械抗性意味著頂部部分可以是薄的并且因而具有較低的比熱。由此，周期可以較短，因為頂部部分可以快速地被冷卻和加熱。另外，因為這些冷卻導管可以被移動到不與頂部部分接觸，所以可以使用更高的溫度而不會使這些導管中的水沸騰。
[0006]與這種已知技術(shù)相關(guān)聯(lián)的一個問題是如何進一步提高一種涉及這樣的工具的工藝的效率、并且以一種成本有效的方式來做到這點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此本披露的一個目的是獲得一種具有改進的效率的工具。
[0008]這個目的是借助于一種如權(quán)利要求1所限定的工具來實現(xiàn)的。更確切地說是以下一種工具、如注射模制工具或壓花/壓制工具，該工具包括一個加熱裝置，該加熱裝置包括一個具有多層的堆疊以用于加熱一個工具作用表面。該堆疊包括:一個線圈承載層，該線圈承載層包括用于產(chǎn)生一個振蕩磁場的至少一個纏繞線圈；一個導電的頂層，該頂層與該工具作用表面相鄰近；以及一個背層，如從該頂層所看到的，該背層被定位在該線圈承載層的下方，該背層在該線圈的多個繞組所匝繞的這些邊緣處被電連接至該頂層、并且與該頂層相比具有一個較低的電阻率。一個導電的中間層被定位在該線圈承載層與該頂層之間，并且該中間層與該頂層相比具有一個較低的電阻率。還考慮了一種對應的生產(chǎn)方法。
[0009]在這樣的一個堆疊中，該中間層可以用非常有效的方式將能量傳遞給該頂層、并且如果采用壓制/壓花的話可以同時承擔相當大的機械載荷。
[0010]一個阻熱層可以被放置在該中間層與該頂層之間。例如由玻璃制成的這樣一個層在一定程度上減緩熱量從頂層的散失，由此提高了在生產(chǎn)周期的過程中的頂層峰值溫度。
[0011]該中間層可以配備有多個冷卻導管，這些冷卻導管用于傳遞一種冷卻介質(zhì)。這可以縮短生產(chǎn)周期。
[0012]頂層電阻率可以是在1*10_7-1*10_6Ωπι之間的范圍內(nèi)，并且中間層具有的電阻率可以在1-3*10-8Ωπι之間的范圍內(nèi)。
[0013]這種目的進一步是借助于一種在一個作用表面處向毛坯進行壓花/壓制的工具來實現(xiàn)的，其中該工具具有一個導電的頂層，該頂層是用一個線圈所感應出的電流來加熱的，如從該作用表面所看到的，該線圈放置在該頂層的下方。如從該作用表面所看到的，一個背層被放置在該線圈的下方，該背層與該頂層相比具有一個較低的電阻率并且至少在該線圈的這些繞組所匝繞的這些相對的邊緣處被連接至該頂層。提供了一個傳導框架，該傳導框架與該頂層相比具有一個較低的電阻率并且圍繞該作用表面，這樣使得該頂層至少在其一些邊緣附近擱置在該傳導框架上。還考慮了一種對應的生產(chǎn)方法。
[0014]這樣在該背層與該頂層之間提供了良好的接觸以便改進對頂層的加熱，而同時允許該頂層在該傳導框架 的頂上浮動。
[0015]該頂層可以在該線圈的這些繞組所匝繞的一個邊緣處與該頂層的該邊緣相距一個距離地擱置在該傳導框架上，這樣使得當一個電流被從該背層引導進入該頂層時，該頂層的這個邊緣與該頂層的內(nèi)部部分相比在一個較少的程度上被加熱。這可以是有利的，例如當生產(chǎn)光導板時，在這種情形下熔化的邊緣否則將可能引入降低工藝產(chǎn)量的光學缺陷。
[0016]如從該作用表面所看到的，一個夾緊裝置可以被放置在該傳導框架的下方。這種夾緊裝置可以是相對于它所擱置于其上的這個層可移動的，這樣使得當一個電流被從該背層引導到該頂層時在一個階段的過程中該傳導框架可以被夾緊而抵靠在該頂層上。這改進了該傳導框架與該頂層之間的電傳導。
[0017]該夾緊裝置可以被設(shè)計成一種帶有兩個壓縮的密封圈的框架，一個密封圈圍繞另一個密封圈并且二者都圍繞該工具的作用表面，以使得在這些密封圈之間形成一個封閉的框架，并且具有用來迫使一種流體進入所述封閉的空間以增加其中的壓力的裝置(例如一個管道)，從而由此抬升這些密封圈來獲得這種夾緊運動。
[0018]該頂層可以被分成一個上部頂層和一個下部頂層，其中該上部頂層包括一種金屬，這種金屬具有高于該背層電阻率的均一的電阻率；并且該下部頂層具有一種圖案，這種圖案具有變化的電阻率，這樣使得在該作用表面產(chǎn)生的熱量在該作用表面上發(fā)生變化。這允許了在該作用表面上對熱量的產(chǎn)生進行有目的的改變。
[0019]這個目的還是通過一種以其一個作用表面來對毛坯進行壓花/壓制的工具實現(xiàn)的，其中該工具具有一個具有多層的堆疊，該堆疊包括在該作用表面處的一個頂層，并且該頂層在壓花/壓制的過程中被加熱。在該堆疊中的兩個層之間、如從該作用表面所看到的在該頂層的下方限定了一個空腔，并且該空腔在該作用表面的一個較大部分下方延伸并且至少部分地填充有一種流體。這使得被施加在該工具的作用表面上的壓力均衡，這是因為該壓力應在整個空腔上是均一的。還考慮了一種對應的生產(chǎn)方法。
[0020]有可能的是，已經(jīng)處于該作用表面不接觸毛坯的一種狀態(tài)中時來升高該空腔中的壓力使得該壓力高于大氣壓力，從而使得該頂層在一定程度上膨出。這用于從該工具的作用表面與一個毛坯交界之處排空任何氣穴。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1示意性地展示了一種用于對毛坯進行壓花/壓制的工具；
[0022]圖2示意性地展示了一種注射模制工具；
[0023]圖3示意性地展示了一個具有多層的堆疊，該堆疊被設(shè)計用來提供對一個工具表面的有效加熱；
[0024]圖4示出了一個壓花/壓制工具半件的透視圖；
[0025]圖5示出了圖4的工具半件的俯視圖，描繪了兩個截面A-A和B-B的位置；
[0026]圖6示意性地展示了在圖3的這些層中的電流感應；
[0027]圖7示出了來自圖4的工具半件的在工具表面的短邊緣處的截面A-A ；
[0028]圖8示出了來自圖4工具半件的在工具表面的長邊緣處的截面B-B ；
[0029]圖9A和圖9B展示了圖8的截面的細節(jié)；
[0030]圖10示出了圖7的截面的細節(jié)；
[0031]圖11展示了頂層如何能夠擱置在傳導框架上從而在頂層與背層之間建立良好的電接觸；
[0032]圖12A和圖12B展示了一個有圖案的下部頂層如何能夠被用來改變該頂層的作用表面上的熱量產(chǎn)生。
【具體實施方式】
[0033]本披露涉及用于在樹脂或塑料材料成形中使用的裝置和方法。以下說明將主要闡述一種用于對塑料毛坯進行壓花的系統(tǒng)，但是如技術(shù)人員所理解的，本文中闡述的許多技術(shù)方案可以等效地應用于注射模制以及其他工藝中。
[0034]圖1示意性地并且以截面展示了一種用于對毛坯I進行壓花/壓制的工具。該工具具有兩個工具半件3、5。每個半件或者其中一個半件可以配備有一個加熱裝置7。在壓花中，通過在一個工具中施加熱量和壓力而在一定程度上對毛坯I (一個固體塑料件)再成型，即，將這些半件壓靠在彼此上同時在這些半件的這些面向毛坯I的作用表面處加熱這些半件。典型地，應用了一種表面圖案。在生產(chǎn)用于背光式平板視屏LCD電視屏幕的光導時就是使用這種技術(shù)的一個實例。于是就為透明的矩形塑料片材提供了位于其一個平坦表面上的一種精細的表面圖案。當這種片材的一個邊緣被照亮時，這種表面圖案使得所注入的光在這個表面上均勻地離開光導。這樣的一種圖案可以通過如在以下披露的工具系統(tǒng)中闡述的一個壓模/頂層來實現(xiàn)。還可想像通過壓花而生產(chǎn)的其他產(chǎn)品，例如菲涅耳透鏡。除提供表面圖案(壓花)之外或作為其一種替代方案，還能夠例如彎折一個毛坯(壓制)。通過主動式加熱和冷卻，提供了相對短的周期時間。[0035]在圖2中示意性地展示的注射模制意味著將熔化的樹脂9通過噴嘴13(如通過箭頭所展示的)而注射進入一個空腔11中以便產(chǎn)生一種固態(tài)形式。用于將在下文闡述的這種工具的這些加熱裝置7可以用來加熱這樣的一個空腔并且可以被放置在對空腔11進行限定的這些工具部分15，17中的一個或多個部分中。與不被加熱的模具相比，這允許了在最終產(chǎn)品中產(chǎn)生更薄的結(jié)構(gòu)和更精細的圖案。同時，例如借助于在該周期的一部分的過程中在多個冷卻導管中流動的流體，可以允許較短的生產(chǎn)周期，尤其是如果模具也被主動冷卻的話。這種所披露的加熱技術(shù)披露還可以對于吹塑工藝是有用的。
[0036]圖3示意性地并且以截面展示了一個具有多層的堆疊，該堆疊被設(shè)計用來提供對一個工具作用表面31的有效加熱。在此，工具作用表面意為一個與有待再成型的塑料或樹脂產(chǎn)生接觸的表面。這個具有多層的堆疊具有一個感應線圈19，該感應線圈可以用于對模具或工具提供加熱。這個堆疊具有一個線圈承載層21、一個在電性能上活躍的中間層23、一個頂層25、一個背層27、以及一個阻熱層29。
[0037]線圈承載層21包括這個纏繞的線圈19并且是由一種有高的相對磁導率(例如室溫下為300)和非常高的電阻率(例如2.5*10_3Ωπι)的材料制成的。因而，它是一種傾向于傳導磁場但不會在任何更大的程度上傳遞電流的材料。這意味著線圈承載層21會將由線圈19在其中產(chǎn)生的磁場傳遞到其他層并且使這種磁場具有形狀，而不會在線圈承載層21自身中感應出任何實質(zhì)性的渦電流。線圈19被放置在多個開放的槽縫中并且在線圈承載的表面上提供了均勻的場分布。PERMEDYN MFl (商標)被認為是一種對于線圈承載層適合的材料并且含有通過電絕緣樹脂烘焙在一起的鐵磁性材料顆粒?？傮w上，線圈承載的厚度可以典型地在10-30mm的范圍內(nèi)。
[0038]這個在電性能上活躍的中間層23包括一種具有非常低的電阻率(典型地1-3*10_8Ωπι或更少)的金屬，例如銅或鋁。這個層被稱作活躍的是因為線圈在其中感應出電流。然而，由于電阻率是如此之低以至于這些電流不會在任何更大的程度上產(chǎn)生熱量。該層的厚度可以典型地是10-30mm，相對磁導率可以是接近于I (非鐵磁性的)并且熱導率可以典型地是100-400W/m/K。
[0039]頂層25可以包括一種有比活躍的中間層23更高電阻率的金屬。一個適合的實例是1-2_厚的奧氏體鋼。因為電阻率更高，所以這就是會從由線圈19感應出的并且經(jīng)過活躍的中間層23的渦電流產(chǎn)生熱量的那個層。
[0040]這個頂層部分可以是非鐵磁性的，并且電阻率可以典型地在從1*10_7至1*10_6Ωπι的范圍內(nèi)。因而，這個頂部是導電的，但與中間層相比是導電性低得多的。
[0041]可能適合的是將這個頂層分成兩個子層。例如，如果要通過壓模來仿制精細結(jié)構(gòu)的話，這個頂層可以適合地由電鍍處理過的鎳制成。因為鎳是鐵磁性的，所以這個鎳子層的面向著這些線圈的表面(并非為作用表面)會被加熱，這就是這個層為何優(yōu)選地很薄的一個原因。另一個原因是電鍍厚材料是耗費時間的。
[0042]為了使得這個頂部整體有一定厚度，可以在一個奧氏體非鐵磁性層(例如1.0mm厚)的頂上放置一個薄的鎳層(例如0.7_)。這確保了均勻的熱量分布。又另一個替代方案將是一個厚1_2_的鎳層，即便這可能對于生產(chǎn)而言是昂貴的。
[0043]如從面向有待處理的樹脂或毛坯的這個表面31所看到的，在線圈承載層21的另一側(cè)上提供了一個背層27 (例如2-15mm厚)，并且該背層可以是由一種與活躍的中間層23相似的材料制成的。背層27借助于一種連接33而電連接至頂層25，在圖3非常示意性地描繪了這種連接并且后面將進一步加以闡述。
[0044]可以在活躍的中間層23與頂層25之間放置一個阻熱層29。該阻熱層29用于在一定程度上阻礙熱量從頂層25傳遞到活躍的中間層23，以使得頂層25可以達到更高的峰值溫度。沒有這個層，頂層在一個周期過程中則會達到較低的峰值溫度，因為于是會有更多熱量持續(xù)地從頂層25散失并且傳遞到這個活躍的中間層23。
[0045]阻熱層的厚度可以是例如在1-5_的范圍內(nèi)，這取決于其熱傳導性能。這可以是在高的頂部溫度(厚)與短的周期時間(薄)之間權(quán)衡而選定的。在電學意義上，這個層可以是絕緣的并且熱導率可以典型地大約為lW/m/K。相對磁導率可以是接近于I (非鐵磁性的)。玻璃被認為是一種適合的材料。
[0046]這個阻熱層還使得多個鐵磁性頂層(例如鎳)的使用不會出現(xiàn)太多問題。由于鐵磁性材料中的集膚效應，頂層的面向線圈的一側(cè)將被主要加熱。然而，歸功于這個阻熱層，這種熱能會被傳遞給作用表面而不是傳遞給活躍的中間層。
[0047]以下是可以使用的層材料及其厚度的一個實例:
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種工具，例如注射模制工具或壓花/壓制工具，該工具包括一個加熱裝置，該加熱裝置包括一個具有多層的堆疊以用于加熱一個工具作用表面，該堆疊包括:一個線圈承載層(21)，該線圈承載層包括用于產(chǎn)生一個振蕩磁場的至少一個纏繞線圈；一個導電的頂層(25)，該頂層與該工具作用表面相鄰近；以及一個背層(27)，如從該頂層所看到的，該背層被定位在該線圈承載層的下方，該背層在該線圈的多個繞組所匝繞的這些邊緣處被電連接至該頂層、并且與該頂層相比具有一個較低的電阻率，其特征為一個導電的中間層(23)，該中間層被定位在該線圈承載層與該頂層之間，其中該中間層與該頂層相比具有一個較低的電阻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中一個阻熱層(29)被放置在該中間層與該頂層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工具，其中該中間層具有多個冷卻導管(53)，這些冷卻導管用于傳遞一種冷卻介質(zhì)。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的工具，其中該頂層具有的電阻率在1*10-7-1*10-6Ωπι之間的范圍內(nèi)，并且該中間層具有的電阻率在1-3*10-8Ωπι之間的范圍內(nèi)。
5.一種使用一個工具、例如注射模制工具或壓花/壓制工具的方法，該工具包括一個加熱裝置，該加熱裝置包括一個具有多層的堆疊以用于加熱一個工具作用表面，該堆疊包括:一個線圈承載層，該線圈承載層包括用于產(chǎn)生一個振蕩磁場的至少一個纏繞線圈；一個導電的頂層，該頂層與該工具作用表面相鄰近；以及一個背層，如從該頂層所看到的，該背層被定位在該線 圈承載層的下方，該背層在該線圈的多個繞組所匝繞的這些邊緣處被電連接至該頂層、并且與該頂層相比具有一個較低的電阻率，其特征為使用被定位在該線圈承載層與該頂層之間的一個導電的中間層將來自該線圈的能量傳遞至該頂層，其中該中間層與該頂層相比具有一個較低的電阻率。
6.一種用于在一個作用表面處對毛坯進行壓花/壓制的工具，該工具具有一個導電的頂層(25)，該頂層是用一個線圈所感應出的電流來加熱的，如從該作用表面所看到的，該線圈被放置在該頂層的下方；如從該作用表面所看到的，一個背層(27)被放置在該線圈的下方，該背層與該頂層相比具有一個較低的電阻率并且至少在該線圈的這些繞組所匝繞的這些相對的邊緣處連接至該頂層，其特征為一個傳導框架(63)，該傳導框架與該頂層相比具有一個較低的電阻率并且圍繞該作用表面，這樣使得該頂層至少在其一些邊緣附近被擱置在該傳導框架上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工具，其中該頂層是在該傳導框架上浮動的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的工具，其中，在所述這些繞組所匝繞的一個邊緣處，該頂層在與該頂層的該邊緣相距一個距離處擱置在該傳導框架上，這樣使得當一個電流被從該背層被引導進入該頂層時，該頂層的這個邊緣與該頂層的內(nèi)部部分相比在較少的程度上被加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的工具，其中如從該作用表面所看到的，在該傳導框架的下方放置了一個夾緊框架(77)，該夾緊框架相對于它所擱置于其上的這個層是可移動的，這樣使得當一個電流從該背層被引導到該頂層時在一個階段的過程中該傳導框架可以被夾緊而抵靠在該頂層上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工具，其中該夾緊框架的至少一側(cè)具有:兩個壓縮的密封圈(79，81)，一個密封圈圍繞另一個密封圈并且二者都圍繞該工具的作用表面，以使得在這些密封圈之間形成一個封閉的空間(87);以及用來迫使一種流體進入所述封閉的空間中以增大其中的壓力的裝置，由此抬升這些密封圈來獲得這種夾緊運動。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項所述的工具，其中該頂層被分成一個上部頂層和一個下部頂層，該上部頂層包括一種金屬，該金屬具有高于該背層的電阻率的均一的電阻率；該下部頂層具有一種圖案，該圖案具有變化的電阻率，這樣使得在該作用表面處產(chǎn)生的熱量在該作用表面上發(fā)生變化。
12.一種使用了在作用表面處對毛坯進行壓花/壓制的工具的生產(chǎn)方法，該工具具有一個導電的頂層，該頂層是用一個線圈所感應出的電流來加熱的，如從該作用表面所看到的，該線圈被放置在該頂層的下方；如從該作用表面所看到的，一個背層放置在該線圈的下方，該背層與該頂層相比具有一個較低的電阻率并且至少在該線圈的這些繞組所匝繞的這些相對的邊緣處連接至該頂層，其特征為使用一個傳導框架將來自該背層的電流傳遞至該頂層，該傳導框架與該頂層相比具有一個較低的電阻率并且圍繞該作用表面，這樣使得該頂層至少在其一些邊緣附近擱置在該傳導框架上。
13.一種用于以其一個作用表面來對毛坯進行壓花/壓制的工具，該工具具有一個具有多層的堆疊，該堆疊包括在該作用表面處的一個頂層(25)，該頂層在壓花/壓制的過程中被加熱，其特征為一個空腔(47)，該空腔是在該堆疊中的兩個層之間、如從該作用表面所看到的在該頂層的下方被限定的，該空腔在該作用表面的一個較大部分的下方延伸并且至少部分地填充有一種流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的工具，其中，已經(jīng)處于該作用表面不接觸毛坯的一種狀態(tài)中，該空腔中的壓力是高于大氣壓力的，從而使得該頂層在一定程度上膨出。
15.一種使用了以其一個作用表面來對毛坯進行壓花/壓制的工具的生產(chǎn)方法，該工具具有一個具有多層的堆疊，該堆疊包括在該作用表面處的一個頂層，該頂層在壓花/壓制的過程中被加熱，其特征為通過一個空腔對該毛坯進行壓制，該空腔是在該堆疊中的兩個層之間、如從該作用表面所看到`的在該頂層的下方被限定的，該空腔在該作用表面的一個較大部分下方延伸并且至少部分地填充有一種流體。
【文檔編號】B29C51/30GK103764359SQ201280041799
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月28日
【發(fā)明者】詹·詹德伯格 申請人:泰克瑞典公司, 阿瓦倫創(chuàng)新公司, 詹·詹德伯格