JP2006095871A

JP2006095871A - ゲートバランス設定方法及び射出成形装置

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Publication number: JP2006095871A
Application number: JP2004284954A
Authority: JP
Inventors: Yohei Ichihara; 洋平一原; Tsutomu Tanaka; 力田中; Takahiro Tochioka; 孝宏栃岡
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP4487251B2

Abstract

【課題】成形品の品質を確保できるゲートバランスを、より簡易に再設定すること。
【解決手段】射出成形の条件を変更する場合において、個々の射出ゲートの射出時間と、各々の射出ゲートの射出時間のうちの最大射出時間と、の比が、射出成形の条件の変更の前後において一定となるように各々の前記射出ゲートの射出時間を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は樹脂の射出成形技術に関するものであり、特にいわゆる多点ゲート方式の射出成形技術に関するものである。

樹脂成形品の製造方法として、金型内に形成されたキャビティ内に溶融樹脂を充填して発泡させて樹脂成形品を製造する射出成形が普及している。キャビティ内で溶融樹脂を発泡させる手法としては、発泡剤を溶融樹脂に混入して発泡させる化学発泡や、超臨界状態の炭酸ガスや窒素ガスを溶融樹脂に溶解させて発泡させる超臨界ガス発泡が提案されている。超臨界ガス発泡は化学発泡に比べて微細発泡に適しており、強度が要求される部材について軽量化やひけ、反りの防止に優れている。また、溶融樹脂の流動性が向上し、低圧成形が可能であるため、複数部品の一括成形、部品の薄型化、成形機のダウンサイジングを図ることができる。更に、超臨界ガスの吸熱による冷却作用により溶融樹脂の冷却時間をより短くすることができ、成形サイクルの短縮化も図ることができる。

ここで、単一のキャビティ内に溶融樹脂を射出するにあたり、複数の射出ゲートから溶融樹脂を射出する、いわゆる多点ゲート方式の射出成形が提案されている（例えば特許文献１）。多点ゲート方式の射出成形では射出ゲートが一つの場合に比べてキャビティ内の全域に渡って溶融樹脂を効果的に流動させることが可能であり、大型の樹脂成形品や一部に薄肉部分を有する樹脂成形品の製造に用いられている。

特開平１１−３４８０７８号公報

多点ゲート方式の射出成形では、樹脂成形品の品質を確保する上で、各射出ゲートの射出量のバランス、つまりゲートバランスが重要となる。従って、射出成形の条件に変更を加える場合、例えば、樹脂成形品の重量、気泡セルの発泡率、射出ゲートからの射出速度、樹脂成形品の厚み等を変更する場合、新たな射出成形の条件に応じたゲートバランスを再設定しなければ、樹脂の不充填品等の欠陥品が生じるおそれがある。

従来ではゲートバランスの再設定にあたり、全く新規にゲートバランスを設定する場合と略同様の手法が採用され、試験等を行ってゲートバランスの条件出しを行っており、その工数や、試験に用いる樹脂の材料費等のコストがかかるという問題があった。

従って、本発明の目的は、成形品の品質を確保できるゲートバランスを、より簡易に再設定することにある。

本発明によれば、単一のキャビティに対して複数の射出ゲートから溶融樹脂を射出する射出成形におけるゲートバランスの設定方法であって、射出成形の条件を変更する場合において、個々の前記射出ゲートの射出時間と、各々の前記射出ゲートの射出時間のうちの最大射出時間と、の比が、前記条件の変更の前後において一定となるように各々の前記射出ゲートの射出時間を設定することを特徴とするゲートバランス設定方法が提供される。

本発明は、既に最適化されているゲートバランスを有効に活用してゲートバランスを再設定するものである。ここで、各射出ゲートの射出量は各射出ゲートの射出時間に比例する。この射出時間は、各射出ゲート毎に必ずしも共通ではなく、個別に定められる場合があり、ゲートバランスの再設定時にはこの射出時間を再設定することになる。

そして、本発明では、射出成形の条件の変更の前後において、個々の射出ゲートの射出時間と、各々の射出ゲートの射出時間のうちの最大射出時間と、の比が、一定となるようにゲートバランスを再設定することで、射出される樹脂量のバランスが変更前から崩れることがないため、ゲートバランスの再設定後において樹脂成形品に欠肉が生じたり、発泡度合いが変化することを抑制することができる。また、ゲートバランスを再設定するにあたり、条件出しのための試験等は不要である。従って、成形品の品質を確保できるゲートバランスを、より簡易に再設定することができる。

本発明においては、前記溶融樹脂が超臨界状態の不活性ガスが溶解した溶融樹脂であってもよい。超臨界ガス発泡の場合には、より微細な発泡が可能であり発泡率の幅が大きくとれること、及び、溶融樹脂の流動性を向上できること、から射出される樹脂量のバランスの影響を受け易く、射出成形の条件の変更の前後において、発泡状態の変化や流動状態の変化が生じ易いところ、本発明では当該条件の変更の前後において射出される樹脂量のバランスが崩れないので、超臨界ガス発泡に特に好適である。

また、本発明においては、前記溶融樹脂が強化繊維を含有した溶融樹脂であってもよい。射出される溶融樹脂にガラス繊維、カーボン繊維等の強化繊維を含有させた場合、その繊維配向が、射出される樹脂量のバランスの影響を受け易く、射出成形の条件の変更の前後において、繊維配向の乱れ、バラツキが生じ易いところ、本発明では当該条件の変更の前後において射出される樹脂量のバランスが崩れないので、強化繊維を含有した溶融樹脂の射出成形に特に好適である。

また、本発明によれば、単一のキャビティに対して複数の射出ゲートから溶融樹脂を射出する射出成形装置において、各々の前記射出ゲートの射出時間を調節する調節手段と、前記調節手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、射出成形の条件を変更する場合において、個々の前記射出ゲートの射出時間と、各々の前記射出ゲートの射出時間のうちの最大射出時間と、の比が、前記条件の変更の前後において一定となるように前記調節手段を制御することを特徴とする射出成形装置が提供される。

なお、上記射出成形の条件としては、例えば、樹脂成形品の重量（気泡セルの発泡率）、射出ゲートからの射出速度、樹脂成形品の厚み等が挙げられる。

以上述べた通り、本発明によれば、成形品の品質を確保できるゲートバランスを、より簡易に再設定することができる。

＜装置の構成＞
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る樹脂成形品の製造装置Ａのシステム図である。製造装置Ａは超臨界ガス発泡を採用した射出成形装置であるが、本発明は化学発泡を採用した射出成形装置にも適用可能である。製造装置Ａは射出装置１００と型締め装置２００と超臨界ガス発生装置３００とを備える。射出装置１００は樹脂成形品の原材料となる樹脂材料が投入されるホッパー１０１と、ホッパー１０１に投入された樹脂材料の移送、圧縮、混練、溶融、計量等を行うスクリューシリンダ１０２と、スクリューシリンダ１０２を駆動する駆動部１０４と、スクリューシリンダ１０２内の溶融樹脂を型締め装置２００内の金型内へ射出するノズル１０３と、を備える。このような射出装置１００の構成は公知の射出装置と同様の構成とすれば足りる。

超臨界ガス発生装置３００は、ボンベ３０１に充填された炭酸ガスや窒素ガス等のガスを超臨界状態の不活性ガスに遷移させる装置である。超臨界ガス発生装置３００により発生した超臨界ガスは注入装置３０２を介してスクリューシリンダ１０２内に導入され、スクリューシリンダ１０２内の溶融樹脂に溶解される。超臨界ガスが溶融した溶融樹脂は型締め装置２００内の後述する金型内に射出されることになる。

次に、型締め装置２００内に収納される金型周辺の構成について説明する。図１（ｂ）は製造装置Ａの金型周辺の構成の概略図である。型締め装置２００は固定側の金型１０と可動側の金型１１と、を備える。可動側の金型１１は図示しないアクチュエータによって全体として移動可能に構成され、金型１０に対して型締め又は型割が行われることになる。

金型１０及び１１内にはキャビティ１２が形成されている。金型１０にはノズル１０３から射出される溶融樹脂をキャビティ１２に射出して充填させる複数（同図の例では２つ）の射出ゲートＧ１及びＧ２が設けられている。つまり、製造装置Ａは単一のキャビティ１２に対して複数の射出ゲートＧ１及びＧ２から溶融樹脂を射出する多点ゲート方式の射出成形装置である。本実施形態では、製造装置Ａによる樹脂成形品として部分的に厚さが異なる板状部材（同図の例では上部が厚肉、下部が薄肉となる）の成形を想定しており、キャビティ１２はこれに対応した立体形状の充填空間を形成している。

次に、金型１０内にはノズル１０３から射出される溶融樹脂を各射出ゲートＧ１及びＧ２に分配すると共にそれぞれの射出時間を制御する複数の弁機構を有する制御弁１３が設けられている。つまり、制御弁１３は各々の射出ゲートＧ１及びＧ２のキャビティ１２に対する射出時間を調節する調節手段として機能する。本実施形態において制御弁１３は電磁制御弁であり、制御装置１４により電子制御され、制御装置１４からの命令により各射出ゲートＧ１及びＧ２への流路を開閉し、射出時間が調節される。

制御装置１４は、制御装置１４全体を制御するＣＰＵ１４１を備える。このＣＰＵ１４１は制御弁１３を制御する制御手段として機能し、後述するゲートバランス設定変更処理を実行する。ＲＯＭ１４２は固定的なデータ及びプログラムを記憶するメモリである。ＲＡＭ１４３はＣＰＵ１４１のワークエリアとして機能し、可変データ等を記憶するメモリである。ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１４４は、後述するゲートバランス設定変更処理のプログラムやゲートバランスの比率データを記憶する記憶装置である。これらのＲＯＭ１４２、ＲＡＭ１４３並びにＨＤＤ１４４は他の記憶手段を用いてもよい。

Ｉ／Ｆ（インターフェース）１４５は制御弁１３とＣＰＵ１４１との間のインターフェースであり、ＣＰＵ１４１はＩ／Ｆ１４５を介して制御弁１３に各ゲートＧ１及びＧ２に対応する弁の開閉等の制御命令を出力する。入力装置１４７はオペレータが各種のデータを入力するためのキーボード、マウス等の入力装置である。Ｉ／Ｆ（インターフェース）１４６は入力装置１４７とＣＰＵ１４１との間のインターフェースであり、入力装置１４７から入力されたデータはＩ／Ｆ１４６を介してＣＰＵ１４１により取得されることになる。ディスプレイ１４９は各種の情報を表示する表示装置であり、ディスプレイコントローラ１４８はＣＰＵ１４１からの命令に従ってディスプレイ１４９の表示制御を行う。

次に、製造装置Ａにおけるゲートバランスの再設定時の処理について説明する。ゲートバランスは射出成形の条件を変更する場合に再設定される。射出成形の条件を変更する場合の例としては、例えば、樹脂成形品の重量（気泡セルの発泡率）、射出ゲートからの射出速度、樹脂成形品の厚み等を変更する場合が挙げられる。

樹脂成形品の重量を変更する場合とは、キャビティ１２内に充填する溶融樹脂の充填量を変更する場合であり、樹脂成形品をよりソリッド化する場合（気泡セルの発泡率を下げる場合）は充填量が多くされる（樹脂成形品の重量は重くなる）。逆に樹脂成形品をより発泡体化する場合（気泡セルの発泡率を上げる場合）は充填量が少なくされる（樹脂成形品の重量は軽くなる）。このような場合、溶融樹脂の充填量を変更する必要があるため、単位時間あたりの射出量を変更しないとすると各ゲートＧ１及びＧ２から射出される溶融樹脂の射出時間を変える必要が生じ、ゲートバランスの再設定が必要となる。

射出ゲートからの射出速度を変更する場合は、キャビティ１２内の溶融樹脂の充填量を変更しない場合は射出時間を変更することが必要となる。従って、このような場合もゲートバランスの再設定が必要となる。

樹脂成形品の厚みを変更する場合とは、例えば、図３（ａ）に示すようにキャビティ１２の容積を厚さｄ分だけ増加させて樹脂成形品の厚みを変更する場合である。この場合はキャビティ１２の容積が増えるので溶融樹脂の充填量を増加する必要があり、単位時間あたりの射出量を変更しないとすると各ゲートＧ１及びＧ２の射出時間を変える必要が生じ、ゲートバランスの再設定が必要となる。

本実施形態では、ゲートバランスを再設定するにあたり、個々の射出ゲートの射出時間と、各々の射出ゲートの射出時間のうちの最大射出時間と、の比（以下、その値を比率データという。）が、射出成形の条件の変更の前後において一定となるように各々の射出ゲートの射出時間を設定する。つまり、既に最適化されている、射出成形の条件の変更前のゲートバランスを有効に活用してゲートバランスを再設定する。以下、詳細に説明する。

図４（ａ）は射出ゲートの射出時間の例を示すタイミングチャートである。同図の例の場合、射出ゲートＧ１は時間０において射出を開始し、時間Ｔ１の経過後に射出を終了している。射出ゲートＧ２は射出ゲートＧ１の射出開始からＴｄ時間遅延して射出を開始し、時間Ｔ２の経過後に射出を終了している。射出ゲートＧ１とＧ２とで射出終了のタイミングは同じである。

ここで、射出ゲートＧ１及びＧ２の射出時間Ｔ１、Ｔ２のうちの最大射出時間はＴ１となる。従って、射出ゲートＧ２の比率データＫは、
Ｋ＝Ｔ２／Ｔ１
とすることができる。

そして、射出成形の条件を変更して、例えば、キャビティ１２への溶融樹脂の充填量を増量する場合、図４（ａ）に破線で示すように射出ゲートＧ１の射出時間をＴ１’にしたとする。この場合、射出ゲートＧ２の射出時間Ｔ２’は、
Ｔ２’＝Ｋ×Ｔ１’
としてゲートバランスを再設定することができる。この場合、射出ゲートＧ２の射出開始の、射出ゲートＧ１の射出開始からの遅延時間Ｔｄ’は、
Ｔｄ’＝（１−Ｋ）×Ｔ１’
となる。

また、先に射出ゲートＧ２の射出時間をＴ２’とした場合、射出ゲートＧ１の射出時間Ｔ１’は、
Ｔ１’＝Ｔ２’／Ｋ
となる。遅延時間Ｔｄ’の求め方は同じである。

図２はＣＰＵ１４１が実行するゲートバランス設定変更処理のフローチャートであり、ゲートバランスの再設定時の処理である。Ｓ１ではオペレータが入力装置１４７から変更される条件を入力する。つまり、射出成形の条件の変更に伴って、射出時間Ｔ１又はＴ２の変更後の値をオペレータに入力させる。

Ｓ２では比率データ（Ｋ）を読み出す。比率データはＨＤＤ１４４に格納しておく。Ｓ３ではＳ１で入力された条件とＳ２で読み出した比率データ（Ｋ）とに基づいて、各射出ゲート（Ｇ１、Ｇ２）の変更後の射出時間Ｔ１’又はＴ２’のうち、Ｓ１で入力されていない方の射出時間を算出する。また、遅延時間Ｔｄ’も算出する。

Ｓ４ではＳ３で算出した各射出ゲート（Ｇ１、Ｇ２）の射出時間（Ｔ１’、Ｔ２’）、遅延時間Ｔｄ’を新たな射出時間、遅延時間として設定する。以上によりゲートバランスが再設定されたことになる。その後、製造装置Ａにより樹脂成形品を射出成形する場合、ＣＰＵ１４１はＳ４で設定した新たな射出時間、遅延時間に基づいて制御弁１３を制御し、各射出ゲートＧ１、Ｇ２に対応する弁を開閉する。

このように、本実施形態では射出成形の条件の変更の前後において、個々の射出ゲートの射出時間と、各々の射出ゲートの射出時間のうちの最大射出時間と、の比が、一定となるようにゲートバランスを再設定することで、射出される樹脂量のバランスが変更前から崩れることがないため、ゲートバランスの再設定後において樹脂成形品に欠肉が生じたり、発泡度合いが変化することを抑制することができる。また、ゲートバランスを再設定するにあたり、条件出しのための試験等は不要である。従って、成形品の品質を確保できるゲートバランスを、より簡易に再設定することができる。

また、本実施形態では、超臨界ガスが溶解した溶融樹脂を射出する場合を想定しているが、本実施形態のゲートバランスの再設定を採用する場合、このような超臨界ガス発泡を採用した射出成形に特に効果的である。超臨界ガス発泡の場合には、より微細な発泡が可能であり発泡率の幅が大きくとれること、及び、溶融樹脂の流動性を向上できること、から射出される樹脂量のバランスの影響を受け易く、射出成形の条件の変更の前後において、発泡状態の変化や流動状態の変化が生じ易いところ、本実施形態では射出成形の条件の変更の前後において射出される樹脂量のバランスが崩れないからである。

また、本実施形態のゲートバランスの再設定を採用する場合、強化繊維を含有した溶融樹脂の射出成形にも効果的である。射出される溶融樹脂にガラス繊維、カーボン繊維等の強化繊維を含有させた場合、その繊維配向が、射出される樹脂量のバランスの影響を受け易く、射出成形の条件の変更の前後において、繊維配向の乱れ、バラツキが生じ易いところ、本実施形態では射出成形の条件の変更の前後において射出される樹脂量のバランスが崩れないからである。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、射出ゲートを２つ用いたものを例示したが、３つ以上のものも適用可能である。図３（ｂ）は射出ゲートを３つ（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）設けた場合を示す図である。この場合、図４（ｂ）に示すように、
・射出ゲートＧ１は時間０において射出を開始し、時間Ｔ１の経過後に射出を終了する。
・射出ゲートＧ２は射出ゲートＧ１の射出開始からＴｄ２時間遅延して射出を開始し、時間Ｔ２の経過後に射出を終了する。
・射出ゲートＧ３は射出ゲートＧ１の射出開始からＴｄ３時間遅延して射出を開始し、時間Ｔ３の経過後に射出を終了する。
（射出ゲートＧ１乃至Ｇ３で射出終了のタイミングは同じである。）
とすると、射出ゲートＧ１乃至Ｇ３の射出時間Ｔ１乃至Ｔ３のうちの最大射出時間はＴ１となる。

従って、射出ゲートＧ２、Ｇ３の比率データＫ２、Ｋ３は、それぞれ、
Ｋ２＝Ｔ２／Ｔ１、
Ｋ３＝Ｔ３／Ｔ１
となる。射出時間Ｔ１をＴ１’に変更したとすると、射出時間Ｔ２、Ｔ３の変更後の時間Ｔ２’、Ｔ３’は、それぞれ、
Ｔ２’＝Ｋ２×Ｔ１’、
Ｔ３’＝Ｋ３×Ｔ１’
となる。

また、遅延時間Ｔｄ２、Ｔｄ３の変更後の遅延時間Ｔｄ２’、Ｔｄ３’は、それぞれ、
Ｔｄ２’＝（１−Ｋ２）×Ｔ１’
Ｔｄ３’＝（１−Ｋ３）×Ｔ１’
となる。

また、先に射出ゲートＧ２の射出時間をＴ２’とした場合、射出ゲートＧ１の射出時間Ｔ１’は、
Ｔ１’＝Ｔ２’／Ｋ２
となり、先に射出ゲートＧ３の射出時間をＴ３’とした場合、射出ゲートＧ１の射出時間Ｔ１’は、
Ｔ１’＝Ｔ３’／Ｋ３
となる。

射出ゲートを４つ以上設けた場合も同様であり、各射出ゲートに対応する比率データは分子をその射出ゲートの射出時間、分母を最大射出時間、とすればよい。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る樹脂成形品の製造装置Ａのシステム図、（ｂ）は製造装置Ａの金型周辺の構成の概略図である。ゲートバランス設定処理を示すフローチャートである。（ａ）はキャビティ１２の容積を厚さｄ分だけ増加させて樹脂成形品の厚みを変更する例を示す図、（ｂ）は射出ゲートを３つ設けた例を示す図である。（ａ）及び（ｂ）は射出ゲートの射出時間の例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

Ａ樹脂成形品の製造装置
Ｇ射出ゲート
１０、１１金型
１２キャビティ
１３、１３’ 制御弁（調節手段）
１４制御装置
１４１ＣＰＵ（制御手段）

Claims

単一のキャビティに対して複数の射出ゲートから溶融樹脂を射出する射出成形におけるゲートバランスの設定方法であって、
射出成形の条件を変更する場合において、個々の前記射出ゲートの射出時間と、各々の前記射出ゲートの射出時間のうちの最大射出時間と、の比が、前記条件の変更の前後において一定となるように各々の前記射出ゲートの射出時間を設定することを特徴とするゲートバランス設定方法。
前記溶融樹脂が超臨界状態の不活性ガスが溶解した溶融樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のゲートバランス設定方法。
前記溶融樹脂が強化繊維を含有した溶融樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載のゲートバランス設定方法。
単一のキャビティに対して複数の射出ゲートから溶融樹脂を射出する射出成形装置において、
各々の前記射出ゲートの射出時間を調節する調節手段と、
前記調節手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
射出成形の条件を変更する場合において、個々の前記射出ゲートの射出時間と、各々の前記射出ゲートの射出時間のうちの最大射出時間と、の比が、前記条件の変更の前後において一定となるように前記調節手段を制御することを特徴とする射出成形装置。