JP2006110905A - 射出成形方法及び射出成形機の金型温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 金型へ送る高温熱媒体と低温熱媒体の切り換えポイントを適正に捕らえて、成形品の表面の転写性を保持して、バリ、ひけ等の成形不良を防止すると共に、ウエルドライン、シルバー等を無くし、成形サイクルの無駄を減らすような、射出成形方法および射出成形機の金型温度調整装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 金型キャビティを、充填する熱可塑性樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）、若しくはガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱して射出充填成形する成形方法において、射出充填工程のとき、型締め後、金型キャビティの温度が上述の温度（ＨＤＴ、又はＴｇ）以上になっていることを確認して射出動作を開始し、射出スクリュが設定された充填完了位置に到達したこと、及び金型キャビティが所定温度に到達したことを検知確認して射出充填工程を完了し、保圧工程に切換え、保圧工程は設定保圧時間、及び／又は、設定金型キャビティ温度によって完了することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金型の温度を制御して射出充填成形を行う射出成形機の射出成形方法及び射出成形機の金型温度調整装置に関し、特に、金型の高温時に射出充填を行うことにより成形品の外観面に皺やひけ、そり等の欠陥が生じないようにするための金型温度制御方法及び装置に関する。

射出成形機の射出充填工程において、金型の温度が低い状態にあると、該金型のキャビティ内に充填された溶融樹脂の表面が急速に固化する。この場合、成形品に対する金型のキャビティ面の転写が不十分となり、また、成形品表面に、ウエルドライン、シルバーと呼ばれる欠陥が生じることがある。

該欠陥を防止するために、図５の射出充填、保圧、冷却、型開閉工程に示すように、金型の媒体通路に、型開き後から樹脂の充填完了までの間に熱媒体を供給し、樹脂の充填完了後から型開きまでの間に冷媒体を供給するようにして、予め樹脂の熱変形温度以上の温度まで加熱した金型に溶融樹脂を充填して樹脂表面の固化を遅らせ、樹脂の充填後、金型を樹脂のガラス転移温度、又は、熱変形温度以下まで冷却してから型開きを行う成形方法が提案されている。（例えば、特許文献１）

しかし、このような成形方法は、成形工程サイクルが長くなりがちであるので、金型の温度を急速に上下させる温度制御方式を導入して、成形工程サイクルを短くする方法が種々提案されている。この射出成形方法においては、通常、射出スクリュの射出前進端近辺の位置で充填から保圧に切り換え、保圧時間はタイマーで調整されるが、金型の温度変化の速度変動によって、ばり、ひけ等の欠陥を生じる。

また、上記の射出成形機用の金型加熱冷却切換手段を用いて、安定して外形精度や内部均質性が高くて内部歪のない優れた成形品（光学部品等）を成形できる射出成形方法として、下記の方法が提案されている。
金型のキャビティに樹脂が充填されるときのキャビティの充填圧力と射出成形機のシリンダ圧力との比が０．６５〜０．８５の条件でキャビティへの樹脂の充填と充填後シリンダの圧力を一定に保つ第１の保圧とを行った後、温度をゆっくり下げ、キャビティの充填圧力がキャビティに樹脂を充填したときの圧力の０．９５〜１．２０倍以上で且つ、該充填圧力と前記シリンダ圧力との比が０．５０〜０．６０であるようにシリンダ圧力を上げて該シリンダ圧力を少なくともキャビティ表面温度が樹脂のガラス転移温度以下になるまで一定に保つ第２の保圧とを行う射出成形方法。（例えば、特許文献２）

図６にこの射出成形方法で、樹脂材料にガラス転移温度１０３℃のポリスチレンを使って厚手の光学部品を成形するときの、射出後の保圧圧力、キャビティ表面温度の１例を示している。図中、２点鎖線で示したものは４０℃の金型に２１０℃のポリスチレンを射出充填したときのキャビティ表面圧力とキャビティ表面温度を示し、実線は金型を予め１７０℃に加熱し、同じポリスチレンを射出充填したときのキャビティ表面圧力とキャビティ表面温度を示したグラフである。

特開昭６０−５４８２８号公報（第2図） 特許第３３８５４９１号公報（図２）

特許文献１に紹介された従来例の射出充填成形方法は、既述のように、射出充填、保圧の工程の切り換えは、金型温度に関係なく、射出スクリュの位置で、保圧時間はタイマーで夫々決められるので、金型の温度変化速度が変動したときは、バリ、ひけ等の欠陥を生じる虞がある。

特許文献２に紹介された射出充填成形方法は厚肉成形品のケースでキャビティ内の樹脂圧力をガラス転移温度Ｔｇ以下まで保持する場合である。上述の特許文献２に記載の加熱冷却切換装置によれば、金型が設定温度に達するまでに長い時間を要するため、成形サイクルが長くなる不具合が発生する。 また非外観面を有する成形品を成形するとき、外観面に対応する金型キャビティ側のみを加熱冷却するとともに圧力を保持すると、成形品の外観面でひけやバリが生じ、また、外観面側と非外観面側との温度差により成形品全体がそるという問題があり、金型の温度調整は、金型の重量、熱媒体の温度、流速、樹脂材料等を勘案して行う必要があり、射出条件は、金型温度変化に関係なく個別に行われ、従来は試行錯誤と作業者の経験および勘に頼って調整していた。そのため最適な調整を行うことが困難であるとともに、成形不良を低減することが困難であった。

本発明は、このような問題点を解決するために提案されたものであり、金型へ送る高温熱媒体と低温熱媒体の切り換えポイントを適正に捕らえて、成形品の表面の転写性を保持して、バリ、ひけ等の成形不良を防止すると共に、ウエルドライン、シルバー等を無くし、成形サイクルの無駄を減らすような、射出成形方法および射出成形機の金型温度調整装置を提供することを目的としている。

本発明は、以下の各手段を以て課題の解決を図る。
（１）第１の手段の射出成形機の射出成形方法は、金型キャビティを、充填する熱可塑性樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）、若しくはガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱して射出充填成形する成形方法において、射出充填工程のとき、型締め後、金型キャビティの温度が上述の温度（ＨＤＴ、又はＴｇ）以上になっていることを確認して射出動作を開始し、射出スクリュが設定された充填完了位置に到達したこと、及び金型キャビティが所定温度に到達したことを検知確認して射出充填工程を完了し、保圧工程に切換え、保圧工程は設定保圧時間、及び／又は、設定金型キャビティ温度によって完了することを特徴とする。

（２）第２の手段の射出成形機の射出成形方法は、上記第１の手段の射出成形方法において、射出スクリュが設定された充填完了位置に到達した後、射出スクリュを停止させ、金型温度が予め設定された温度（熱変形温度ＨＤＴ＋α、またはガラス転移温度Ｔｇ＋α）に到達するまで、射出スクリュ停止位置を保持することを特徴とする。
（３）第３の手段の射出成形機の射出成形方法は、上記第１及び第２の手段の射出成形方法において、金型キャビティ面の複数箇所の温度を複数の温度センサで検出し、検出値が設定値に到達したか否かを、金型キャビティ面における温度センサの位置を考慮し、個別の温度センサの検出値、或いは複数の温度センサの平均検出値を選択して判定できることを特徴とする。

（４）第４の手段の射出成形機の射出成形方法は、上記第１の手段〜第３手段の射出成形方法において、充填中は徐冷、保圧時は急冷になるように冷却水量を多段制御することを特徴とする。
（５）第５の手段の射出成形機の射出成形方法は、上記第１の手段〜第４手段の射出成形方法において、金型温度が所定の設定温度に到達したら金型の樹脂入口のゲートバルブを閉じて冷却工程へ移行するようにしたことを特徴とする。

（６）第６の手段の射出成形機の射出成形方法は、上記第１の手段〜第５手段の射出成形方法において、金型キャビティの非外観面側のキャビティ面温度を、加熱冷却する外観面側のキャビティ面温度の下限温度（ＴＬ）以上で樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）、若しくはガラス転移温度（Ｔｇ）以下の一定温度に調整するようにしたことを特徴とする。

（７）第７の手段の射出成形機の金型温度調整装置は、金型に設けられた熱媒体通路に所定温度の高温熱媒体と低温熱媒体とを選択的に流すことによって該金型の温度制御を行う射出成形機の金型温度調整装置において、金型キャビティ温度を熱可塑性樹脂の熱変形温度、若しくはガラス転移温度以上に加熱する温度制御手段と、金型キャビティ内面複数箇所の温度を検出する複数の温度センサと、温度センサで検出し、検出値が設定値に到達した場合の判定を、個別の温度センサの検出値か、或いは複数の温度センサの平均検出値かを選択する論理回路手段及び論理回路手段の選択に従って熱媒体の流れを切換制御する熱媒体切換手段とで構成され、上記第１の手段に記載の方法により、射出充填成形することを特徴とする。

（８）第８の手段の射出成形機の金型温度調整装置は、上記第７の手段に記載する金型温度調整装置に射出スクリュのストローク位置の検出手段を備え、上記第２の手段に記載する射出成形方法によって射出充填成形を行うことを特徴とする。
（９）第９の手段の射出成形機の金型温度調整装置は、上記第７及び第８の手段に記載する金型温度調整装置の金型の溶融樹脂供給通路に、ゲートバルブを設置し、上記第５の手段に記載する射出成形方法によって射出充填成形を行うことを特徴とする。

（１０）第１０の手段の射出成形機の金型温度調整装置は、上記第７〜第９の手段に記載する金型温度調整装置の熱媒体配管から非外観面側の金型の熱媒体配管を分離し、該非外観面側の金型の熱媒体配管に専用の温調器を連結し、該温調器及び上記第７の手段の金型温度調整装置を用い、上記第６の手段に記載する方法により金型温度を制御して射出充填成形することを特徴とする。
（１１）第１１の手段の射出成形機の金型温度調整装置は、上記第７〜第１０の手段に記載する金型温度調整装置の外観面側金型の熱媒体通路に流れる熱媒体量を多段制御する熱媒体量制御手段を備え、上記第４に記載の方法で冷却水量を多段制御することを特徴とする。

請求項１及び請求項７に係わる発明は、成形機の金型温度調整に上記第１及び第７の手段を採用しているので、金型に充填された樹脂は（保圧工程で）加圧されたまま冷却されて収縮を防止し、熱変形温度（ＨＤＴ）、若しくはガラス転移温度（Ｔｇ）を通過して同温度以下の温度になるので、成形品の変形を抑制することができる。

請求項２及び請求項８に係わる発明は、成形機の金型温度調整に上記第２及び第８の手段を採用しているので、型温が予め設定された温度（ＨＤＴ＋α、またはＴｇ＋α）に到達するまで、射出スクリュは止まった状態で、樹脂は金型内で流動停止となり、キャビティ面に接触している樹脂が固化し始め、スキン層が生成される。その段階で保圧工程に移行するので、加圧による金型パーティング面への溶融樹脂漏れを抑制し、成形品にバリが生じることを防ぐことができる。

請求項３に係わる発明は成形機の金型温度調整に、上記第３の手段を採用しているので、金型に樹脂を射出充填したとき、スプルーの出口からの距離や肉厚の差、成形品の形状によるキャビティ面の温度差を平均化し、金型温度検出の優先位置、或いは金型温度の最低温度等を選択して設定値に到達の可否を判定することができる。

請求項４及び請求項１１に係わる発明は成形機の金型温度調整に、上記第４及び第１１の手段の金型調整方法を採用しているので、樹脂充填中は徐冷して充填中は金型が冷え過ぎないように、保圧時は急冷するようにして成形サイクル時間を短くすることができる。
請求項５及び請求項９に係わる発明は成形機の金型温度調整に、上記第５及び第９の手段を採用しているので、樹脂供給通路が閉じられ、成形品にひけが生じないようにする効果がある。
請求項６及び請求項１０に係わる発明は成形機の金型温度調整に、上記第６及び第１０の手段を採用し、非外観面側の金型温度を、外観面側のキャビティの下限温度（ＴＬ）以上で樹脂の熱変形温度ＨＤＴ、又はガラス転移温度Ｔｇ以下の一定温度にしてあり、成形品の冷却中に金型は外観面側の温度と非外観面側の温度の温度差により、そりが低減し、外観面側の下限温度が非外観面側より低いことから、外観面側のスキン層が先にできるので、成形品外観面のひけを防止する効果がある。

本発明の射出成形方法及び射出成形機の金型温度調整装置の実施形態は、射出成形機の成形工程中に、外観面側金型（意匠面側金型）は加熱、冷却し、非外観面側金型（コア側金型）は一定温度に調整し、熱媒体に水を使用した例であり、以下、図に基づいて説明する。図１は射出成形機と金型と金型温度調整装置を示す模式図、図２は図１の射出成形機と金型温度調整装置の温度とを制御する制御系統を示すブロック図、図３は本発明の金型温度制御方法に従って制御された図１の射出成形機の各工程に対する射出スクリュストローク、射出圧力、金型温度を示すグラフ（金型温度特性曲線）の一例、図４は図３の金型温度特性曲線を示すグラフに若干の制御要素を加えた一部拡大図である。

図１により射出成形機１の型締装置と射出ユニット１０と金型温度調整装置３０の構成について説明する。 まず、型締装置の構成を説明する。 基台１８に固定ダイプレート２が固設され、固定ダイプレート２に外観面側金型（意匠面側金型）４が取付けられ、外観面側金型４に対向する非外観面側金型（コア側金型）５は、基台１８に敷設されたガイドレール１９にガイドされ、リニアベアリングを介して固定ダイプレート２に対向して移動する可動ダイプレート３に取付けられている。可動ダイプレート３の移動（金型開閉移動）には油圧駆動の油圧シリンダ２２が用いられる。

固定ダイプレート２に内蔵する複数の型締油圧シリンダ２ａ内で摺動するラム１６に直結し、片端部にねじ溝を有する複数のタイバー１５が可動ダイプレート３の貫通孔を貫通し、可動ダイプレート３の反金型側に設置された複数の半割りナット１７がタイバー１５のねじ溝１５ａに係合してタイバー１５の引張方向を固定拘束する。油圧切換弁２１は、射出成形機制御装置２０の指令により、型開閉の油圧シリンダ２２、型締油圧シリンダ２ａの駆動等の油圧を切換える役割を有している。

外観面側金型４には金型を加熱、冷却するための熱媒水通路４ａが通り、熱媒水通路４ａは金型温度調整装置３０の熱媒水の出口、入口に連結されている。熱を早く伝達して金型キャビテイ面を急速に加熱冷却するため、外観面側金型４の熱媒水通路４ａはキャビテイにできるだけ近い位置に配設してある。外観面側金型４のキャビテイ面に接して、複数の金型温度センサ６５が樹脂入口からの距離を変えて配置されている。各温度センサ６５の検出した温度の信号は射出成形機制御装置２０の金型温度制御部４５に送られ成形条件によって平均温度、又は、特定の位置のセンサの検出値を選択して制御温度とする。

非外観面側金型５にも熱媒水通路５ａが通り、この通路５ａは温調器３８に通じる配管に連結され、同金型５の温度が設定温度に保たれるように、温調器３８に取付けてある温調器温度センサ６６の検出値を設定値と比較して温調器３８のヒータ発熱量と冷却水の注入量を制御している。

射出ユニット１０は電動型である。射出動作時、外観面側金型４の樹脂入り口に当接しているノズルを備えた射出シリンダ６には、射出シリンダ６と一体のフレーム６ａが設けられ、このフレーム６ａに射出シリンダ６の中心線の両側に対称に、一対の射出駆動サーボモータ１２、１２が取付けられ、同サーボモータ１２、１２の出力軸にボールねじ軸８、８が直結される。射出スクリュ７は移動フレーム２７に軸方向を拘束され、回転方向は自由に取付けられ、移動フレーム２７の中央に固設された射出スクリュ回転駆動モータ１３の出力軸に直結されて回転駆動され、射出シリンダ６内の樹脂の回転送り出しと可塑化を行う。

移動フレーム２７に対称に一対のボールねじナット９、９が取付けられ、このボールねじナット９、９にボールねじ軸８、８が螺合している。一対の射出駆動サーボモータ１２、１２が同期回転駆動されることにより、射出スクリュ７は射出シリンダ６の中を軸方向に前後進して樹脂の射出動作を行う。ボールねじナット９の１つは射出圧検出センサ１１を介して移動フレーム２７に取付けられており、射出圧検出センサ１１は射出圧を検出し、射出成形機制御装置２０にその信号を伝達する。

射出ユニット１０は、外観面側金型４と非外観面側金型５が型締されることによって形成された金型キャビテイの中に溶融樹脂を射出する。成形品が冷却固化した後は、非外観面側金型５は外観面側金型４との型締結合を解き、移動用の油圧シリンダ２２の作動により外観面側金型４から離れて成形品を取出すようになっている。

射出成形機制御装置２０は成形工程のプログラムに従って、油圧切換弁１２を切換えて射出成形機１の各工程を受け持つそれぞれの型締油圧シリンダ２ａに作動油を送り、射出ユニット１０の射出駆動サーボモータ１２、１２に電流を送って射出スクリュ７を前後進させ、射出スクリュ７の射出スクリュ回転駆動モータ１３に電流を送って樹脂の可塑化を指示する。

金型温度調整装置３０について説明する。 低温水タンク２３は低温水を設定低温に調整する冷媒及び熱媒配管を内蔵する熱交換器である。低温水タンク２３に取付けられた低温水温度センサ６３が同タンク２３内の水温を検出し、その検出値の信号を受けた金型温度制御部４５が冷媒量を制御して水温を設定温度に維持する。低温水タンク２３に結合された送出側配管３１ａと低温水配管３１ｃの間には、低温水ポンプ２６が設置され、低温水配管３１ｃと配管３１ｄとの間には開閉弁５２が設置され、配管３１ｄと供給配管３１ｅとの間には流量調整弁５７が設置され、供給配管３１ｅは外観面側金型４の熱媒水通路４ａの入口に連結されている。戻り側配管３５ａは外観面側金型４の熱媒体通路出口に連結され、戻り側配管３５ａと低温水タンク２３の接続配管３５ｃとの間には開閉弁５５が設置してある。

高温水タンク２４は高温水を設定高温に調整するヒータを内蔵した熱交換器であり、高温水の温度を検出する高温水温度センサ６４が取付けられている。この高温水温度センサ６４が高温水タンク２４内の水温を検出し、その検出値の信号を受けた金型温度制御部４５が、高温水タンク２４のヒータの発熱量を制御して高温水温を設定温度に維持する。高温水タンク２４の送出側配管４１には高温水循環用の高温水ポンプ２８が設置され、同配管４１は開閉弁５３を介して配管３１ｄ、流量調整弁５７、供給配管３１ｅを経て外観面側金型４の熱媒水通路４ａに連結されている。外観面側金型４の熱媒水通路出口に連結された戻り側配管３５ａから分岐した高温水の配管は、開閉弁５４を介して接続配管３５ｂに連結され、同配管３５ｂは高温水タンク２４に連結される。

開閉弁５２、５５を閉じ、開閉弁５３、５４を開き、高温水ポンプ２８を回すことにより外観面側金型４の熱媒体通路４ａに高温水を流して外観面側金型４を加熱することができる。このとき、低温水ポンプ２６の回転を続け、連結配管３１ｂを経て水圧調整弁６１を通すことにより高い設定水圧を維持するようにすれば、連結配管３６によりこの水圧が回収タンク２５を経て高温水タンク２４に伝えられるので、高温水の飽和蒸気圧を高め、高温水の温度を１００℃以上に調整保持することができる。

また、開閉弁５３、５４を閉じ、高温水ポンプ２８を止めて高温水の還流を停止して閉じ込め、開閉弁５２、５５を開くことにより外観面側金型４に低温水を還流して外観面側金型４を冷却することができる。

配管４４により高温水タンク２４と連結している熱回収タンク２５は、外観面側金型４、非外観面側金型５の熱媒体通路容積と高温水の送出側配管４１、同配管４１との連結部以降の配管３１ｄ、及び高温水側に分岐するまでの戻り側配管３５ａと、接続配管３５ｂの管内容積の合計より多い容積を有していて、上部に高温水タンク２４に連結する高温水入口を有し、下部に連結配管３６と結合する低温水入口を有し、タンク内に収容された高温水と低温水の混合を抑制する手段を備えた縦円筒形のタンクである。

金型温度調整装置３０内の開閉弁５２〜５５の開閉は、射出成形機制御装置２０に内蔵して射出成形機制御と連携する金型温度制御部４５によって制御される。図２に示すように、部品のブロックが接しているものは、機械的に内蔵又は当接していることを示し、太線は熱媒水配管によって結合するものを示し、細線は電気信号線及び電流配線を示している。

金型温度制御部４５は制御処理ユニット（ＣＰＵ）と設定値、実測値、表示画像等を記憶する記憶手段、入出力回路及び熱水流量制御回路を内蔵している。また、作業者に画像が見える位置に、射出成形機制御装置２０に画像表示手段（画像パネル）４６が設置され、成形機制御のみならず、画像切換操作により、金型温度制御部４５の制御の実態が表示される。画像表示手段４６の傍らに熱媒水温度・熱媒水流量の設定手段４７が設けられている。

外観面側金型４の温度を検出する金型温度センサ６５の検出値は、金型温度制御部４５において各工程にセットされた金型温度の設定値と比較され、設定値と合致したとき射出成形機制御装置２０に次の成形工程への移動を指示し、又は、金型温度調整装置３０に外観面側金型４に送る熱媒体の変更、又は、加熱冷却工程変更のタイミングを決めるタイマーのセットを指示する。

射出成形機１の成形工程とこれに連携する金型温度調整装置３０の工程、作用について、以下に図３と図４を参照しながら説明する。 型閉から型締の工程において、金型温度調整装置３０の開閉弁５３、５４を開、開閉弁５２、５５を閉、高温水タンク２４の高温水を外観面側金型金型４へ供給し、キャビティ周りの金型温度を充填する熱可塑性樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）、若しくはガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱する。（図３、図４は熱変形温度ＨＤＴで表示せず、ガラス転移温度Ｔｇで表している）

射出充填工程は、キャビティ周りの金型温度が上述のＨＤＴ、又はＴｇ以上の設定温度ＴＨになっていることを確認して、射出成形機１の射出動作を開始する。金型温度がキャビティ設定温度ＴＨ又は、同ＴＨより低い設定値に到達したと同時に、金型温度調整装置３０の開閉弁５３を閉じ、開閉弁５２を開にして低温水を外観面側金型４へ供給し、同金型４の熱媒体通路４ａ内の高温水を押し出して、低温水に置き換える。押し出された高温水は高温水タンク２４へ回収される。射出スクリュ７が設定された充填完了時のスクリュ位置ＬＳに到達したこと、及び充填完了時のキャビティ温度ＴＳを検知、表示して射出充填工程を完了する。なお、充填完了時のキャビティ基準温度ＴＳ１と良品温度範囲ΔＴＳ１を予め設定しておき、検知したキャビティ温度ＴＳとの比較により成形品の良否判定を行うこともできる。

待機工程は、射出スクリュ７が設定された充填完了時のスクリュ位置ＬＳに到達した後、射出駆動サーボモータ１２、１２を止めて射出スクリュ７を停止させ、金型温度が予め設定された温度（熱変形温度ＨＤＴ＋α、またはガラス転移温度Ｔｇ＋α）に到達するまで、射出スクリュ停止位置を保持し、この設定温度に達したら保圧工程に切換える。αは樹脂の種類によって予め設定する保圧開始温度とガラス転移温度または熱変形温度ＨＤＴとの温度差である。保圧完了時の金型温度を予め設定された温度TｂとORの条件で、成形品の形状、肉厚等から経験的に求められる保圧時間に余裕時間を付加して、保圧工程限度タイマーＴＢを設定して保圧工程を制御する。温度Tｂは、保圧完了の起点となるキャビティ設定温度であって、熱変形温度（ＨＤＴ）またはガラス転移温度（Ｔｇ）付近の温度とする。同タイマーＴＢは、保圧工程限度タイマーとして使用するが、温度変化が遅くて保圧工程限度を超える場合に、次工程に移行するためにセットするものである。この待機工程に入るとき、開閉弁５４を閉じ、開閉弁５５を開いて、金型の冷却に移行する。

保圧工程は、保圧工程限度タイマーＴＢの設定時間が経過後、又は、設定金型キャビティ温度が設定温度Ｔｂに達したことの確認によって、或いは両方の信号を確認して完了し、冷却工程に切り換えられる。冷却開始から工程限度タイマーＴ２の設定時間後、金型温度調整装置３０は、開閉弁５３と開閉弁５５を開いて高温水を外観面側金型４へ送り、同金型４内の低温水の置換えが行われる。

冷却工程は、金型温度センサ６５が検出した外観面側金型４のキャビティ温度が成形品の樹脂材料が固化して取出し可能となるキャビティ温度ＴＬに到達するまで続き、この温度ＴＬにおいて型開、続いて成形品取出しが行われる。成形工程側の冷却工程が終わった外観面側金型４の温度ＴＬの時点からタイマーで設定された工程限度タイマーＴ３の設定時間後に、開閉弁５５を閉じ、開閉弁５４を開いて、外観面側金型４内の高温水による低温水の置換えを終え、高温水の循環による金型加熱に入る。

また、図４に示したように、射出成形工程において、射出充填工程と待機工程では熱媒水を供給する配管３１ｄに設置してある流量調整弁５７を操作して低温水の流量を絞って外観面側金型４の冷却を遅らせ、保圧工程になった時、流量調整弁５７を十分に開いて低温水量を増加する等、冷却水量を多段制御して外観面側金型４の冷却を速めることも可能であり、成形サイクルを短縮することができる。

また、図４に示すように、射出成形工程の開始前に外観面側金型４の樹脂供給スプルーに設置されたゲートバルブ１４を開き、保圧完了の設定温度Tbに到達したら、冷却工程へ移行する前にゲートバルブ１４を閉じるようにして成形品にひけが生じないようにすることができる。

成形工程において、外観面側金型４は、上記のように金型温度調整装置３０により成形工程に平行して、キャビティ面の温度を検出しながら加熱冷却の温度制御を行うが、非外観面側金型５は、図１に示すように、専用の温調器３８を通った熱媒水を配管３２，３３、温調水ポンプ３４の循環で温度調整され、図４に示すように、外観面側金型４のキャビティ面温度の下限温度であるキャビティ温度ＴＬ以上で樹脂の熱変形温度ＨＤＴ、若しくはガラス転移温度Ｔｇ以下の一定温度であるキャビティ温度ＴＭ２を保つようにしている。同温度ＴＭ２は、温調器温度センサ６６からの温度信号値を設定温度であるキャビティ温度ＴＭ２と比較し、金型温度制御部４５において温調器３８のヒータの発熱量及び冷却水注入量を調整することにより設定温度に保つことができる。

図３、図４に示したような金型温度制御を行って、相当な大サイズで外観面と非外観面を有する成形品を射出充填成形した実施例について説明する。
供試体樹脂材料 ：ＡＢＳ
ガラス転移温度 ：Ｔｇ＝８０〜９０℃
ヒートサイクル ：ＴＬ＝６０℃ ＴＨ＝１２０〜１３０℃
成形品の主要寸法 ：１２７０ｍｍ×７４０ｍｍ×３０ｍｍ（薄型テレビ枠）
［成形テスト結果］
（１）充填完了を金型温度で制御せずに、スクリュ位置のみで制御する従来方法では、充填時にバリ、ひけが発生する欠陥が発生した。本発明による成形では、所定のスクリュストロークで充填完了して、スクリュを停止位置に保持し、Ｔｇ＋α＝１０５℃において保圧開始とした成形テストを実施したところ、充填時のバリ、ひけは見られなかった。
（２）保圧完了時のキャビティ温度の変化とバリ発生状況の比較（表１参照）

保圧完了時の温度Tｂによってバリの発生状況が変化する。従って、キャビィティ温度をガラス転移温度の付近の温度９０℃によって保圧完了することでバリの発生を防止することができた。
（３） 非外観面側の金型温度を変えて、成形品の外観面のひけとそりの比較（表２参照）

非外観面側の温度を外観面側の下限温度より上げることで、外観面側のスキン層が先に生成されるので、非外観面側のみが収縮して外観面のひけとそりを防止できる。なお、熱媒体は熱水の例を示したが、加熱油、水蒸気等の熱媒体を用いても同様の効果が有り、熱水に限定するものではない。

本発明の実施の形態に係る射出成形機と金型と金型温度調整装置を示す模式図である。 図１の射出成形機と金型温度調整装置の温度とを制御する制御系統を示すブロック図である。 本発明の金型温度制御方法に従って制御された図１の射出成形機の各工程に対する射出ストローク、射出圧力、金型温度を示すグラフの一例である。 図３の金型温度特性曲線を示すグラフに若干の制御要素を加えた一部拡大図である。 従来例（特許文献１）における射出成形機の成形工程に対する金型温度制御方法を併記した図である。 別の従来例（特許文献２）における射出成形機の金型温度制御方法に従って制御された金型キャビティの温度を示すグラフである。

符号の説明

１ 射出成形機
４ 外観面側（意匠面側）金型
５ 非外観面側（コア側）金型
１０ 射出ユニット
２０ 射出成形機制御装置
２３ 低温水タンク
２４ 高温水タンク
２５ 回収タンク
２６ 低温水ポンプ
２８ 高温水ポンプ
３０ 金型温度調整装置
３８ 温調器
４５ 金型温度制御部
４６ 画像表示手段
４７ 熱媒水温度・流量設定手段
５７ 流量調整弁
６５ 金型温度センサ
６６ 温調器温度センサ

Claims (11)

1. 金型キャビティを、充填する熱可塑性樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）、若しくはガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱して射出充填成形する成形方法において、射出充填工程のとき、型締め後、金型キャビティの温度が上述の温度（ＨＤＴ、又はＴｇ）以上になっていることを確認して射出動作を開始し、射出スクリュが設定された充填完了位置に到達したこと、及び金型キャビティが所定温度に到達したことを検知確認して射出充填工程を完了し、保圧工程に切換え、保圧工程は設定保圧時間、及び／又は、設定金型キャビティ温度によって完了することを特徴とする射出成形方法。
2. 射出スクリュが設定された充填完了位置に到達した後、射出スクリュを停止させ、金型温度が予め設定された温度（熱変形温度ＨＤＴ＋α、またはガラス転移温度Ｔｇ＋α）に到達するまで、射出スクリュ停止位置を保持することを特徴とする請求項１に記載の射出成形方法。
3. 金型キャビティ面の複数箇所の温度を複数の温度センサで検出し、検出値が設定値に到達したか否かを、金型キャビティ面における温度センサの位置を考慮し、個別の温度センサの検出値、或いは複数の温度センサの平均検出値を選択して判定できることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の射出成形方法。
4. 充填中は徐冷、保圧時は急冷になるように冷却水量を多段制御することを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の射出成形方法。
5. 金型温度が所定の設定温度に到達したら金型の樹脂入口のゲートバルブを閉じて冷却工程へ移行するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４に記載の射出成形方法。
6. 金型キャビティの非外観面側のキャビティ面温度を、加熱冷却する外観面側のキャビティ面温度の下限温度（ＴＬ）以上で樹脂の熱変形温度（ＨＤＴ）、若しくはガラス転移温度（Ｔｇ）以下の一定温度に調整するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項５に記載の射出成形方法。
7. 金型に設けられた熱媒体通路に所定温度の高温熱媒体と低温熱媒体とを選択的に流すことによって該金型の温度制御を行う射出成形機の金型温度調整装置において、 金型キャビティ温度を熱可塑性樹脂の熱変形温度、若しくはガラス転移温度以上に加熱する温度制御手段と、金型キャビティ内面複数箇所の温度を検出する複数の温度センサと、温度センサで検出し、検出値が設定値に到達した場合の判定を、個別の温度センサの検出値か、或いは複数の温度センサの平均検出値かを選択する論理回路手段及び論理回路手段の選択に従って熱媒体の流れを切換制御する熱媒体切換手段とで構成され、上記請求項１に記載の方法により、射出充填成形することを特徴とする射出成形機の金型温度調整装置。
8. 請求項７に記載する金型温度調整装置に射出スクリュのストローク位置の検出手段を備え、上記請求項２に記載する射出成形方法によって射出充填成形を行うことを特徴とする射出成形機の金型温度調整装置。
9. 請求項７及び請求項８に記載する金型温度調整装置の金型の溶融樹脂供給通路にゲートバルブを設置し、上記請求項５に記載する射出成形方法によって射出充填成形を行うことを特徴とする射出成形機の金型温度調整装置。
10. 請求項７〜請求項９に記載する金型温度調整装置の熱媒体配管から非外観面側の金型の熱媒体配管を分離し、該非外観面側の金型の熱媒体配管に専用の温調器を連結し、該温調器及び前記請求項７の金型温度調整装置を用いて請求項６に記載する方法により金型温度を制御して射出充填成形することを特徴とする射出成形機の金型温度調整装置。
11. 請求項７〜請求項１０に記載する金型温度調整装置の外観面側金型の熱媒体通路に流れる熱媒体量を多段制御する熱媒体量制御手段を備え、請求項４に記載の方法で冷却水量を多段制御することを特徴とする射出成形機の金型温度調整装置。

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