JP2005074970A - 射出成形用金型、及び該金型を備えた射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】充填工程と保圧工程とを別途の機構により行う射出成形機であって、材料溜まり部内の充填材料の計量・充填を正確・確実に検知して保圧を行い得る射出成形用金型及び該金型を用いた射出成形機を提供する。
【解決手段】材料溜まり部２４内の溶融材料充填量を検出すると共に、検出後その充填材料をキャビティ１１内に押圧する保圧ピン２２と、該保圧ピンを前面に突設すると共に、後面に駆動機構２１を連結することで、保圧ピンを進退自在に駆動させる保圧プレートを備え、前記保圧プレートが、後面と金型内との間に所望な可動空間を設けて構成されている金型を使用し、前記キャビティ及び材料溜まり部内の溶融材料の計量・充填完了を、前記保圧プレート若しくは駆動機構の後退位置によりその変位量を検知する位置センサ２５で検知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂又はゴム等の材料を金型キャビティ内で射出成形する射出成形用金型及び該金型を用いる射出成形機に関する。

例えば、スクリュを回転することによって材料を可塑化すると同時に一ショット分計量し（「計量工程」と呼ぶ）、次にスクリュを前進して可塑化された材料を金型のスプルー、ランナ、ゲートを通じて金型キャビティ内に射出し（「射出工程」と呼ぶ）、充填完了後、更にスクリュを前進させて圧力を掛けることで、金型内の樹脂の圧力を所定の圧力に維持できるようにスクリュの速度を制御することで（保圧工程）成形を行い、その後冷却して製品を得ている射出成形機が知られている。ここで、保圧工程は、材料を充填後、キャビティ内で材料が冷却して収縮する分量を補給すべく圧力を掛けて、ひけ、空洞防止を図るものである。

このようにキャビティ内への溶融材料の充填工程と保圧工程の双方をスクリュの前進作動により行っている従来技術では、次のような課題があった。
（ａ）キャビティとスクリュとの間にはスプルー、ランナ、ゲート等があり、材料の通路距離が長いために、応答性が悪い。
（ｂ）金型キャビティの断面積に対し、ゲート断面積が極小であるために、成形品には流れによる方向性（異方性）、残留応力、またゲート部の材料が早く固化してしまうため、製品部にひけが発生する。

そこで、このような従来技術の問題は、溶融材料の充填工程を射出成形機（スクリュ）側、保圧工程を金型側で夫々別個に行うものとすることで解決でき、このような課題を解決することができる構成を備えた先行技術として、例えば、キャビティと連通する材料溜まり部を備え、該キャビティと材料溜まり部内への溶融材料の充填工程は、射出成形機のスクリュにより行い、前記材料溜まり部に充填された溶融材料をキャビティ内に補給すべく保圧する工程は、該材料溜まり部内を前後進可能に備えた保圧ピンにより行うものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
特開２００１−３００９８３号公報 特公平３−７７０５２号公報

しかしながら、このような先行技術には、次のような解決すべく課題が残っていた。
「特許文献１の課題」
予め、キャビティ内と材料溜まり部内に充填される溶融材料の射出量を計算・計量し、その充填材料にあった材料溜まり部の材料充填空間を決定していた。
これでは、例えば、射出成形機からの材料供給工程中において材料供給不足が生じた場合、キャビティ内の体積を圧縮するまでの材料が材料溜まり部内に充填されていない場合が生じる。すなわち、材料溜まり部内の充填材料が少ないか、若しくはキャビティ内の充填材料が少ないなどの要因により、キャビティ内の体積を圧縮するまでの材料が足らないという状況が生じていても、材料溜まり部内の材料をキャビティ内へと押圧する油圧シリンダなどの機構が作動してしまい、保圧不良となる虞れがあった。
「特許文献２の課題」
本先行技術によれば、材料溜まり部内に充填された溶融材料の圧を検知するセンサが、保圧ピンの後端とエジェクタプレートとの間の連結部分に備えられ、その保圧ピンの後端に掛かった圧をセンサが検知することにより、保圧量の計量・充填を行っていた。従って、必要保圧量の充填が検知された後に保圧ピンの前進により材料をキャビティ内に押圧して保圧を掛けることができるため、前述した保圧不良という問題も生じず、特許文献１に比して大変優れている。
しかし、この先行技術のように保圧ピンの後端に掛かった圧をセンサで検知する構造では、材料溜まり部内壁にバリ等が存在していた場合、その摺動抵抗が大きくなり、材料の充填圧を正確に検知できないということも考えられる。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、充填工程と保圧工程とを別途の機構により行う射出成形機であって、保圧を行う材料を溜める材料溜まり部内の充填材料の計量・充填を正確・確実に検知して保圧を行い得る射出成形用金型及び該金型を用いた射出成形機を提供することである。

前記課題を達成するために本発明がなした技術的手段は、金型キャビティと、該キャビティと連通する材料溜まり部内に溶融材料を射出充填し、その後材料溜まり部内の溶融材料をキャビティ内に押圧して保圧し、成形後にエジェクタピンを用いて成形品を取り出す射出成形に用いられる金型であって、材料溜まり部内の溶融材料充填量を検出すると共に、検出後その充填材料をキャビティ内に押圧する保圧ピンと、該保圧ピンを前面に突設すると共に、後面に駆動機構を連結することで、保圧ピンを進退自在に駆動させる保圧プレートを備え、前記保圧プレートは、プレート後面と金型内との間に所望な可動空間を設けてなることを特徴とする。

また、上記技術的手段において、材料溜まり部がエジェクタピン通路であり、保圧ピンがエジェクタピンを兼用してなることを特徴とする。

さらに、前記金型を使用した射出成形機であって、前記キャビティ及び材料溜まり部内の溶融材料の計量・充填完了を、前記保圧プレート若しくは駆動機構の後退位置によりその変位量を検知する位置センサと、前記保圧プレート若しくは駆動機構に掛かる圧力により検知する圧力センサのいずれか一方若しくは双方により検知することを特徴とする技術的手段を講じることもできる。

前記射出成形機において、材料溜まり部がエジェクタピン通路であり、保圧ピンがエジェクタピンを兼用してなる技術的手段を講じることもできる。

本発明は、上述のとおり構成したため、充填工程と保圧工程とを別途の機構により行う射出成形機であって、保圧を行う材料を溜める材料溜まり部内の充填材料の計量・充填を正確・確実に検知して保圧を行い得る射出成形用金型及び該金型を用いた射出成形機を提供することができる。

本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何等限定解釈されるものではなく、本発明の範囲内において適宜設計変更可能である。

［第一実施形態］
図１は本実施形態にかかる構成の概略図で、図中１０は金型、２１は機械側に備え、金型１０内に挿入されている駆動機構としての油圧シリンダ、そして図上方には射出成形機のスクリュ（図示省略）が位置している。なお、駆動機構は油圧シリンダに限定されるものではなく、エアシリンダなどの他の駆動機構が本発明の範囲内で設計変更可能である。本発明は、金型構成及び材料溜まり部の計量・充填を検知するセンサを機械側に備えた点に特徴的な構成を有しており、射出成形機本体などの構成部分については周知の構成が適用可能であるため、以下、特徴的な構成部分を重点に説明する。

図１に示すように、金型１０は、固定型１２と可動型１３の合わせ面により所望形状のキャビティ１１が形成されており、該キャビティ１１内に材料１４を射出充填し、成形後エジェクタピンを用いて成形品を取り出すものであって、前記金型キャビティ１１内と連通する材料溜まり部２４と、該材料溜まり部２４内に充填された材料１４をキャビティ１１内に押圧して保圧する保圧ピン２２とを具備してなるものである。
なお、本実施形態では前記保圧ピン２２をエジェクタピンとして兼用する。

固定型１２は、固定側取付板１５に取付けられており、一方の可動型１３はスペーサブロック１６を介して可動側取付板１７に取付けられている。
金型１０内部には、スプルー１８、ランナ１９、ゲート２０により材料流路が形成されている。
図示しないスクリュにより押し出された材料１４は、前記材料流路を通り、キャビティ１１内及び材料溜まり部２４内に充填される。なお、本実施の形態では、ゲート２０には、該ゲート２０を遮断するゲートカットピン２０ａが設けられている。

本実施形態では、保圧ピン２２の通路（摺動通路ともいう）２３内で、保圧ピン２２が後退した際に形成される空間を材料溜まり部２４とし、通路２３は保圧ピン２２の外径と摺動する内径としている。なお、特に図示しないが、この材料溜まり部２４からの型外への材料漏れ防止は周知の技術により図るものとする。

保圧ピン２２は、例えば所望長さの円柱状に形成されると共に、その後端２２ａ側が保圧プレート２９の前面２９ａに固定されて、キャビティ１１方向に突設されている。なお、保圧ピン２２と材料溜まり部２４の形状・数量は、実施の形態に応じて適宜本発明の範囲内で設計変更可能である。

保圧プレート２９は、例えば可動型１３と可動側取付板１７との間に形成される空間Ｓ１に備えられ、その前面２９ａに前記保圧ピン２２が突設されると共に、後面２９ｂに油圧シリンダ２１のロッド先端２１ａが連結されて、前記空間Ｓ１内を前後進して保圧ピン２２を前後進可能に構成している。

保圧プレート２９の後面２９ｂと、金型１０内面との間、例えば保圧プレート後面２９ｂに位置する金型１０内面に備えたストッパ２８との間には、材料溜まり部２４内に所望量の材料が充填され、保圧ピン２２を後退させる圧が掛かった際に、保圧プレート２９が後退するに必要な程度の可動スペースＳ２が設けられている。
この可動スペースＳ２は、少なくとも、保圧ピン２２が後退し、材料溜まり部２４への材料計量・充填工程が行い得る程度のスペースとする。なお、この可動スペースＳ２の幅は特に限定されないが、金型サイズの大型化を招かない程度の範囲で設計変更されるのが好ましい。

前記保圧ピン２２と連動する油圧シリンダ２１には、油圧シリンダ２１に掛かった圧力を検知する圧力センサ２６及び油圧シリンダ２１のロッド先端２１ａの移動量（変位量）を検知する位置センサ２５が設けられている。
また、圧力センサ２６は、保圧ピン２２や保圧プレート２９に掛かった圧力を検知するものであってもよく、また位置センサ２５は、保圧ピン２２や保圧プレート２９の変位量を検知するものであってもよい。
なお、符号２７は、予め検知圧力を設定する安全弁を図示する。
また、本実施形態では、前記圧力センサ２６と位置センサ２５の双方を設けているが、いずれか一方のセンサのみを設けるものとすることはもちろん可能である。

次に、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して、前記構成の金型を用いた射出成形方法について説明する。

図２（ａ）は、図に示すように、射出成形機側からの材料の供給を待っている状態であり、ゲート２０は閉じていない。この際、保圧ピン２２は、該保圧ピン２２の摺動通路２３内を僅かだけ後退させた状態で、キャビティ１１と連通する材料溜まり部２４を形成している。

次に、図２（ｂ）に示すように、ゲート２０から材料１４が供給され、キャビティ１１内に充填される。この前記キャビティ１１内の材料が溶融状態で充填された際に、前記摺動通路２３内を保圧ピン２２が後退する結果、材料溜まり部２４にも材料１４の一部が流入する。この結果、キャビティ１１内に材料が充填される際に、所定量の材料１４が材料溜まり部２４内に充填されるまで保圧ピン２２・保圧プレート２９が、該材料１４の充填圧力により後退することとなる。

次に、図２（ｃ）に示すように、保圧ピン２２・保圧プレート２９と連動する油圧シリンダ２１に設置された圧力センサ２６・位置センサ２５により、所定の圧力を検知・所定の変位量を検知し、所定量の材料１４が流入されたことを検知すると、ゲートカットピン２０ａによりゲート２０が遮断され、材料の流入を停止して、充填を終了する。
この充填の終了は圧力センサ２６及び位置センサ２５からの情報の両方又は一方を制御装置（図示せず）で受け取り、ゲートカットピン２０ａの駆動手段（図示せず）に対してゲート２０を遮断する指令を出すようにしている。

その後、保圧プレート２９を油圧シリンダ２１の前進作動により前進させることで、図２（ｄ）に示すように保圧ピン２２をキャビティ１１側に前進させて押圧する。これにより、材料溜まり部２４内に充填されている材料をキャビティ１１内に押し込み保圧を掛ける。

本発明では、材料１４の可塑化、大まかな計量、充填工程については従来と同様にスクリュ側で行うが、計量はキャビティ１１に充填された材料量で検出し、保圧はエジェクタピンを兼ねた保圧ピン２２で直接キャビティ１１に圧力を付加することで行うようにしているので、キャビティ１１と連通する材料溜まり部２４からの材料の供給が迅速に行われることとなり、保圧の応答性が良好となり、製品にひけの発生が生じなくなる。
また、材料溜まり部２４内にバリ等が生じていたとしても、材料溜まり部２４内の溶融材料の計量・充填完了を、前記保圧プレート２９若しくは油圧シリンダ２１の後退位置によりその変位量を検知する位置センサ２５と、前記保圧プレート２９若しくは油圧シリンダ２１に掛かる圧力により検知する圧力センサ２６のいずれか一方若しくは双方により検知するものとしたため、バリ等による摺動抵抗を無視して正確な計量・充填完了を検知することができる。

なお、材料充填前における保圧ピン２２の待機位置は、本実施形態では、材料の充填前に予め所定量後退させるようにしておくが、材料の流動性、硬化性等のパラメータによって適宜変更するようにすることが可能である。

このように、本実施の形態によれば、ひけが無いために、キャビティ形状の転写性に優れた精密な成形品を得ることができた。
また、バリの出やすい熱硬化性樹脂やゴム等にも効果を発揮することができる。
また、ゲートシール後直ちに計量動作に移れるので製造サイクルの寄与に向上する。
また、スプルー、ランナ等の材料流路の圧力損失が少ないので、ゲートを大きくすることができる。充填後、ゲートシールを行うものであるため、充填時のゲートの大きさは、可能な限り大きくできる。そのため、スプルー、ランナにおける圧力損失が少なくなり、省エネルギとなる。
迅速に保圧作業を行うことができるので、成形品密度が高くなり、製品強度が向上する。また、本実施形態によれば、材料溜まり部を複数個設けることも出来、このようにすることで、従来の方法に比して、等方性に近い成形品が得られ、また成形品密度（成形品強度）のコントロールも可能である。

本実施形態では、キャビティ１１と連通する材料溜まり部２４を保圧ピン２２の通路２３とし、保圧ピン２２をエジェクタピンと兼用するようにしているが、本発明はこれに限定解釈されるものではなく、別途キャビティ１１と連通する材料溜まり部を形成すると共に、該材料溜まり部に溜まった材料をキャビティ１１内に押圧する保圧ピン２２を、エジェクタピンとは別に金型側に設けるようにしてもよい。

また、エジェクタピンを兼用する保圧ピン２２は、キャビティ１１内周面の形状と面一となるように保圧するようにしてもよいが、キャビティ１１内まで押し込むようにするようにしてもよい。特に、製品に凹部や穴を形成するような場合には好適である。

［第二実施形態］
図３は本実施形態にかかる金型の構成図である。本実施形態では、ゲート形式が第一実施形態と異なる形式としたものである。なお、その他の部材については、第一実施形態と同一であるので、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施形態にかかる金型１０は、ゲートカットシリンダ３１と連動するゲートカットピン３２により、キャビティ１１内に材料１４を供給するゲート２０の流路を遮断するようにしている。

本実施形態構成の金型において、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して射出成形方法について説明する。

図４（ａ）は、図に示すように、射出成形機側からの材料の供給を待っている状態であり、ゲート２０は閉じていない。本実施の形態においては、この際、保圧ピン２２は、該保圧ピン２２の摺動通路２３の端部に位置し、キャビティ１１内面と面一としている。

次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート２０から材料１４が供給され、キャビティ１１内に充填される。この前記キャビティ１１内の材料１４が溶融状態で充填された際に、該材料１４の充填圧力により保圧ピン２２が摺動通路２３内を後退する結果、該通路２３内が材料溜まり部２４となり、この部分にも材料１４の一部が流入する。この結果、所定量の材料１４が材料溜まり部２４内に充填されるまで保圧ピン２２が保圧プレート２９と共に後退することとなる。

次に、図４（ｃ）に示すように、保圧ピン２２・保圧プレート２９と連動する油圧シリンダ２１内に設置された圧力センサ２６・位置センサ２５により、所定の圧力を検知・所定の変位量を検知し、所定量の材料１４が流入されたことを検知すると、ゲートピンカットピン３２によりゲート２０が遮断され、材料の流入を停止して、充填を終了する。
この充填の終了は圧力センサ２６及び位置センサ２５からの情報の両方又は一方を制御装置（図示せず）で受け取り、ゲートカットピン３２の駆動手段である油圧シリンダ３１に対してゲート２０を遮断する指令を出すようにしている。

その後、保圧プレート２９を油圧シリンダ２１の前進作動により前進させることで、図４（ｄ）に示すように保圧ピン２２をキャビティ１１側に前進させて押圧する。これにより、材料溜まり部２４内にあった材料をキャビティ１１内に押し込み保圧を掛ける。

このように、本実施の形態によれば、ひけが無いために、キャビティ形状の転写性に優れた精密な成形品を得ることができた。
また、ゲートシール後直ちに計量動作に移れるので製造サイクルの寄与に向上する。

なお、各本実施形態においては、ゲートをゲートカットピンで遮断してから保圧を掛けるようにしているが、いわゆるサブマリンゲート方式の場合には、この遮断工程が不要となり、所定の圧力又は位置をセンサで確認して、所定量の材料がキャビティ及び材料溜まり部内に充填したことを確認した後に、保圧ピンでキャビティ内に所定の保圧を掛けるようにしてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、射出充填工程を射出成形機側で行い、保圧工程を直接金型内でキャビティ内に保圧ピンで保圧するようにするので、ひけの発生が無く、キャビティ形状の転写性に優れた精密な成形品を得ることができた。
また、本発明を適用することで、バリの出やすい熱硬化性樹脂やゴム等にも効果を発揮することができる。
また、ゲートカット工程を有する射出成形方法においては、ゲートシール後直ちに計量動作に移れるので製造サイクルの向上に寄与する。

第一実施形態にかかる金型の概略図。 第一実施形態にかかる材料充填・保圧工程の概略図。 第二実施形態にかかる金型の概略図。 第二実施形態にかかる材料充填・保圧工程の概略図である。

符号の説明

１０ 金型
１１ キャビティ
１２ 固定型
１３ 可動型
１４ 材料
１８ スプルー
１９ ランナ
２０ ゲート
２０ａ ゲートカットピン
２１ 駆動装置（油圧シリンダ）
２２ 保圧ピン（エジェクタピン）
２３ 摺動通路
２４ 材料溜まり部
２５ 位置センサ
２６ 圧力センサ
２９ 保圧プレート
Ｓ２ 可動スペース

Claims (6)

1. 金型キャビティと、該キャビティと連通する材料溜まり部内に溶融材料を射出充填し、その後材料溜まり部内の溶融材料をキャビティ内に押圧して保圧し、成形後にエジェクタピンを用いて成形品を取り出す射出成形に用いられる金型であって、
   材料溜まり部内の溶融材料充填量を検出すると共に、検出後その充填材料をキャビティ内に押圧する保圧ピンと、
   該保圧ピンを前面に突設すると共に、後面に駆動機構を連結することで、保圧ピンを進退自在に駆動させる保圧プレートを備え、
   前記保圧プレートは、プレート後面と金型内との間に所望な可動空間を設けてなることを特徴とする射出成形用金型。
2. 材料溜まり部がエジェクタピン通路であり、保圧ピンがエジェクタピンを兼用してなることを特徴とする請求項１に記載の射出成形用金型。
3. 金型キャビティと、該キャビティと連通する材料溜まり部内に溶融材料を射出充填し、その後材料溜まり部内の溶融材料をキャビティ内に押圧して保圧し、成形後にエジェクタピンを用いて成形品を取り出す射出成形機であって、
   材料溜まり部内の溶融材料充填量を検出すると共に、検出後その充填材料をキャビティ内に押圧する保圧ピンと、
   該保圧ピンを前面に突設すると共に、後面に駆動機構を連結することで、保圧ピンを進退自在に駆動させる保圧プレートを備え、
   前記保圧プレートが、後面と金型内との間に所望な可動空間を設けて構成されている金型を使用し、
   前記キャビティ及び材料溜まり部内の溶融材料の計量・充填完了を、前記保圧プレート若しくは駆動機構の後退位置によりその変位量を検知する位置センサで検知することを特徴とする射出成形機。
4. 金型キャビティと、該キャビティと連通する材料溜まり部内に溶融材料を射出充填し、その後材料溜まり部内の溶融材料をキャビティ内に押圧して保圧し、成形後にエジェクタピンを用いて成形品を取り出す射出成形機であって、
   材料溜まり部内の溶融材料充填量を検出すると共に、検出後その充填材料をキャビティ内に押圧する保圧ピンと、
   該保圧ピンを前面に突設すると共に、後面に駆動機構を連結することで、保圧ピンを進退自在に駆動させる保圧プレートを備え、
   前記保圧プレートが、後面と金型内との間に所望な可動空間を設けて構成されている金型を使用し、
   前記キャビティ及び材料溜まり部内の溶融材料の計量・充填完了を、前記保圧プレート若しくは駆動機構に掛かる圧力により検知する圧力センサで検知することを特徴とする射出成形機。
5. 金型キャビティと、該キャビティと連通する材料溜まり部内に溶融材料を射出充填し、その後材料溜まり部内の溶融材料をキャビティ内に押圧して保圧し、成形後にエジェクタピンを用いて成形品を取り出す射出成形機であって、
   材料溜まり部内の溶融材料充填量を検出すると共に、検出後その充填材料をキャビティ内に押圧する保圧ピンと、
   該保圧ピンを前面に突設すると共に、後面に駆動機構を連結することで、保圧ピンを進退自在に駆動させる保圧プレートを備え、
   前記保圧プレートが、後面と金型内との間に所望な可動空間を設けて構成されている金型を使用し、
   前記キャビティ及び材料溜まり部内の溶融材料の計量・充填完了を、前記保圧プレート若しくは駆動機構の後退位置によりその変位量を検知する位置センサと、前記保圧プレート若しくは駆動機構に掛かる圧力により検知する圧力センサの双方により検知することを特徴とする射出成形機。
6. 材料溜まり部がエジェクタピン通路であり、保圧ピンがエジェクタピンを兼用してなることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の射出成形機。
   

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