JP2006264139A - 射出成形方法及び同方法を行なうための金型を有する成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的厚さが薄く、且つ射出方向の投影面積が大きい成形品に対する成形機の必要型締力を大幅に減少させることができる射出成形方法を提供する。
【解決手段】 金型には、当該金型キャビティCV内に成形材料MTを射出・充填するための射出ゲートG1、G2、G3を当該金型キャビティの少なくとも２以上の異なる部位に設ける。また、成形機のコントローラには、成形材料が前記各射出ゲートから金型キャビティへ射出・充填され、金型キャビティ内で成形材料同士の接合が適切になされるようなしかも別々のタイミングで当該各射出ゲートを介して前記金型キャビティ内へ射出・充填されるよう指令するタイミング信号生成手段を備え、このタイミング信号により別々の時間帯で成形材料を射出ゲートから射出・充填することにより成形時の型締力を低くして成形を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶融または可塑化された成形材料を金型キャビティへ射出・充填して成形品を成形するダイカストマシンや射出成形機（以下単に成形機という）における前記成形品の射出成形方法に係り、特に前記成形機の型締力及び射出動作時に発生する背圧を可及的に少なくできる射出成形方法に関する。

比較的厚さが薄く、且つ射出方向の投影面積が大きい成形品例えば、車のインナーカバー（泥除け）などの比較的大きな薄形成形品においても、特に薄形ではない通常の成形品と同様、一回の射出動作で当該金型キャビティ内へ必要量の成形材料を射出・充填しているので、その射出装置側及び型締装置側には射出方向の投影面積に相当する圧力が作用する。
そのため当該成形機の射出装置側及び型締装置側はそのような圧力に十分耐えうる構造が必要である。このことは、成形機の機械としての大きさが、当該成形品を成形する際の最大型締力及び背圧により定められることを意味する。

従って、従来は、射出方向の投影面積の大きい成形品の製造に際し、それに対応する大きさの型締力及び背圧に十分耐えうる大型の成形機を用意しなければならず、中小形の成形機に比べ当該成形機の設置スペースが大きく、さらに稼動に要するコストも非常に大であった。
また、ある成形業者がこのような大型の成形機を設置した場合、当該成形業者が常時射出方向の投影面積の大きい成形品の製造を受注できるとは限らず、射出方向の投影面積の小さな成形品を受注し製造するときは、前記大型の成形機の代わりに、中小型の成形機を別途用意して使用することとなり、結果として当該成形業者の成形機設備コストを上昇させることとなる。

なお、発明者の知見では、プラモデル等の成形において、成形品本体を支持するフレーム部分を成形品本体とは別の樹脂により成形する所謂、多色成形方法が行なわれており、成形品本体部分の樹脂と前記フレーム部分の樹脂とは、別々の射出ユニットから別々のタイミングで射出がなされている。しかしながら、これらの場合、そのフレーム部分と成形品本体部分との接合は容易に破断できる程度に成形がなされており、その接合強度がさらに大きいことが求められる成形品本体の中で、複数の画成部分を別々のタイミングで成形することは接合強度との関係で成形が困難である。このような複数の画成部分を別々のタイミングで成形する技術については、次に示す特許文献に見られる。
特開２０００−９４４９１号公報

本発明者は上述した従来技術の問題点を検討した結果、これまでの成形機の、機械としての大きさ即ち、型式は、1回の射出動作で成形材料を金型キャビティ内へ射出・充填することを前提にしている点に着眼し、これを、当該キャビティの異なる部位にそれぞれ射出ゲートを設け、同各ゲートから当該キャビティへ射出・充填された成形材料同士の接合が適切になされるようなしかも別々のタイミングでキャビティ内へ射出・充填を行なうことにより必要型締力を大幅に減少させることができ、前記問題点は基本的に解決できることを見出した。

従って、本発明の目的は、１つの成形品の形状を構成する金型キャビティ内に成形材料を射出・充填するための射出ゲートを前記金型キャビティの少なくとも２以上の異なる部位に設け、当該各射出ゲートを介して前記成形材料同士の接合が適切になされるようなしかも別々のタイミングでそれぞれ射出・充填することにより必要型締力を大幅に減少させることができる射出成形方法を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、前記射出成形方法を実施するために適する金型を備えた成形機を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による射出成形方法は、
１つの成形品の形状を画成する金型キャビティ内に成形材料を射出・充填するための射出ゲートを前記金型キャビティの少なくとも２以上の異なる部位に設け、前記各射出ゲートから当該金型キャビティへ射出・充填された成形材料同士の接合が適切になされるような別々のタイミングで当該各射出ゲートを介して前記成形材料を前記金型キャビティ内へ射出・充填することにより成形時の型締力を低くして成形を行なうことを特徴とする。

その場合、前記各射出ゲートから射出・充填される成形材料は同一材料とすることができる。
さらに、前記射出ゲートへ成形材料を射出・充填するタイミングは、隣接する他の射出ゲートから射出・充填された成形材料が当該射出ゲート近傍に到達した時として定めることができる。

また、前記目的を達成する本発明の成形機は、成形材料を金型キャビティへ射出・充填する射出手段、移動ダイプレート及び固定ダイプレートにそれぞれ固定された一対の金型、前記移動ダイプレートを固定ダイプレートに対し開閉可能であって射出成形時の型開力に耐えうる型締力で前記金型を保持する型締手段及び、前記射出手段ならびに前記型締手段の動作を制御する制御信号を供給する制御手段を備えた成形機において、
前記金型には、当該金型キャビティ内に成形材料を射出・充填するための射出ゲートを前記金型キャビティの少なくとも２以上の異なる部位に設け、前記制御手段には、前記成形材料が前記各射出ゲートから金型キャビティへ射出・充填された成形材料同士の接合が適切になされるような別々のタイミングで当該各射出ゲートを介して前記金型キャビティ内へ射出・充填されるよう指令するタイミング信号生成手段を備えることにより成形時の型締力を低くして成形を行なうことを特徴とする。
その場合、前記タイミング信号を生成する手段は、前記金型キャビティの各射出ゲートにより区画されるキャビティ部分の各容積に対応して予め定められる射出ユニットの移動部材の移動量を検出する位置検出手段を備えて構成することができる。
さらに、前記タイミング信号を生成する手段は、少なくとも1つの前記射出ゲート近傍に配置され、隣接する他の射出ゲートから射出・充填された成形材料が当該射出ゲート近傍に到達したことを検知するセンサを備えて構成することができる。
その場合、前記射出手段は、複数の射出ユニットを備えて構成することができる。
さらに、前記各射出ユニットへは単一のアキュムレータから前記成形材料が供給されるよう構成することができる。
さらに、前記各射出ユニットの少なくとも１つは他と異なる種類の成形材料が供給されるよう構成することができる。
またさらに、前記射出手段は、単一の射出ユニットを備え、前記金型には、当該射出ユニットから与えられる成形材料を前記各射出ゲートへ分岐供給する流路を形成したランナー部材を配設し、同ランナー部材の各流路に前記タイミング信号により動作する弁を設けるよう構成することができる。

本発明の射出成形方法によれば、１つの成形品の形状を画成する金型キャビティ内に成形材料を射出・充填するための射出ゲートを前記金型キャビティの少なくとも２以上の異なる部位に設け、前記各射出ゲートから金型キャビティへ射出・充填された成形材料同士の接合が適切になされるような別々のタイミングで当該各射出ゲートを介して前記成形材料を前記金型キャビティ内へ射出・充填するようにしたので、前記接合の強度を必要十分に確保しながら、当該成形品の成形時に生ずる型締力を大幅に減少させることが可能となり、射出方向の投影面積が大きい薄物の成形品をより小さな型式の成形機を用いて成形することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態に基づく１実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。なお以下の図においては、射出成形機の場合として例示する。
図1は、本発明の射出成形方法を説明するための金型キャビティ断面図である。同図（ａ）において、固定金型１０と移動金型１２により薄型成形品としての車のインナーカバーに対応する形状のキャビティＣＶが形成されている。固定金型１０の上端部には成形材料である可塑化された樹脂ＭＴの導入用ポート１４、１６、１８が設けられており、同各ポートからそれぞれ導かれる樹脂ＭＴは流路及び射出ゲートＧ１、Ｇ２、Ｇ３を介してそれぞれのゲート位置からキャビティＣＶ内へ射出・充填されるようになっている。

それぞれ射出ゲートＧ２、Ｇ３の近傍である各流路の右側にはその直下に樹脂ＭＴの通過を検出するセンサ２０、２２が配設されている。このセンサ２０、２２は、温度を検出するタイプ、圧力を検出するタイプ、光の透過、不透過を検出するタイプ、音響、振動等種々のタイプのものを使用することができるが、要するに、当該射出ゲートに隣接する射出ゲートから射出・充填された樹脂ＭＴの先端部が当該射出ゲート近傍に到達したことを応答性良く確認できる手段であればよい。

参照符号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、キャビティＣＶの容積Ｖ（正確には各流路部分の容積を含む）を画成する部分容積であって、部分容積Ｖ１は射出ゲートＧ１から図示のように樹脂ＭＴが射出ゲートＧ２近傍まで満たされているキャビティ内領域に対応している。同様に、部分容積Ｖ２は射出ゲートＧ２から射出ゲートＧ３近傍までのキャビティ内領域（射出ゲートＧ２への流路部分を含む）に対応し、さらに、部分容積Ｖ３は、射出ゲートＧ３から左方下端部までのキャビティ領域（射出ゲートＧ３への流路部分を含む）に対応している。これらのキャビティ容積Ｖ、及び部分容積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のデータは、射出成形機のコントローラ内のデータメモリにパラメータデータとして予め記憶されることができる。（図３のコントローラ１０６を参照）

図１（ａ）では、ポート１４に接続された第１の射出ユニット（図示しない）から樹脂ＭＴが供給され、同樹脂ＭＴが射出ゲートＧ１を介してキャビティの部分容積Ｖ１を満たし、その先端部がセンサ２０により射出ゲートＧ２近傍に到達したことが検出されると、図１（ｂ）に示すように、ポート１６に接続されている第２の射出ユニット（図示しない）から樹脂ＭＴが供給され、同樹脂ＭＴが射出ゲートＧ２を介してキャビティの部分容積Ｖ２を満たすよう射出・充填が行なわれる。同時に、前記第１の射出ユニットは、射出圧力より低い圧力の保圧工程に移行し、樹脂ＭＴの冷却に伴う収縮過程で所定の圧力を保持するように制御される。

図１（ｃ）では、さらに、センサ２２が射出ゲートＧ３近傍に樹脂ＭＴの到達を検出し、ポート１８に接続されている第３の射出ユニット（図示しない）から樹脂ＭＴが供給され、射出ゲートＧ３を介して部分容積Ｖ３に満たされている状態を示す。

図１（ｂ）に示される接合部ＪＮＴでは、センサ２０により検出される樹脂ＭＴの射出ゲートＧ２近傍への到達直後に射出ゲートＧ２から新たな樹脂ＭＴが射出され射出ゲートＧ２近傍に到達している右方からの樹脂ＭＴの先端部と接合する。その際、右方からの樹脂ＭＴの先端部の温度は、部分容積Ｖ１中を移動してキャビティ壁面から熱を奪われるため低下しているが、新たに射出ゲートＧ２から高圧で射出・充填された樹脂ＭＴの温度は高いので高圧下での接合において熱の移動が行なわれ、結果としてウェルドラインがあるものの無視できる程度であり、その接合部の強度を実用上必要十分な程度に形成することができる。また、図１（ｃ）に示す接合部ＪＮＴにおいても同様な関係により接合の強度を必要十分な程度に形成されることができる。

図1（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されることから明らかなように、１つのキャビティＣＶへの樹脂ＭＴの射出・充填はそれぞれの射出ゲートＧ１〜Ｇ３を介して別々のタイミングで行なわれるので、射出・充填時に金型１０、１２を型開きしようとする力に抗する、所謂型締力は、保圧のための圧力があるものの、一回の射出・充填の場合に比べはるかに少なくなる。

なお、上記の説明では、各ポート１４、１６、１８に接続される射出ユニットからは同一種類の樹脂ＭＴとしたが、異なる種類の樹脂であってもよく、その場合各樹脂の温度は必ずしも同一でなくてもよい。
また、各射出ゲートの配設位置は同一断面上になくてもよい。さらに、射出ゲートの配設個数も３ヶ所に限定されるものではなく、接合部ＪＮＴでの接合が良好にされる程度の個数とすることができる。
さらに、図１においては、各ポート１４、１６、１８に接続される各射出ユニットによる樹脂ＭＴの供給切換えは、センサ２０、２２の検出信号に応答して行なわれるものとして説明したが、各部分容積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に相当する樹脂ＭＴが供給されたことを射出ユニット及びコントローラ側で判定し、その判定信号を前記センサからの信号と同様に扱うことによって供給切換え操作を行なうことも可能である。

図２は、本発明の射出成形方法を説明するための金型キャビティ断面及び射出ユニット部分の要部を示す図であって、それぞれのランナー部に切換弁を配置した状態を示す。同図２においては、左側に移動金型１２と固定金型１０からなる一対の金型が配置され、その固定金型１０にランナー部材１０Ａを備えて構成されている。同ランナー部材１０Ａには右方から先端のノズル部ＮＺを有する加熱筒２６が接続され、その中に本発明における移動部材である射出スクリュ２４が配置されている。射出スクリュ２４の右端側にはボールネジ軸２４Ａが一体的に取付けられ、サーボモータＳＶＭの回転がタイミングベルトＴＢを介して前記ボールネジ軸２４Ａと螺合し、軸方向移動を規制されたナットＮＴに伝達されることにより、射出スクリュ２４が軸方向に進退可能に構成されている。前記サーボモータＳＶＭからボールネジ軸２４Ａまでの伝達は、回転直動変換機構を構成している。参照符号ＥＮは、エンコーダであって、射出スクリュ２４の軸方向移動量、位置を検出するセンサである。なお、内径Ｄの前記加熱筒２６内の先端部に滞留する樹脂ＭＴは後方からホッパー（図示しない）を介して投入されたペレットが射出スクリュ２４の回転により可塑化され前方へ送り出されたものである。

前記ランナー部材１０Ａには、主流路２８から分岐され、キャビティＣＶの各射出ゲートＧ１、Ｇ２、Ｇ３に連通可能に接続された流路３０、３２、３４が形成されている。同各流路３０、３２、３４には切換弁ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３が配設されている。これら切換弁への動作信号は図３のコントローラ１０６のタイミング信号生成部１０６Ａから与えられる。
前述したように、タイミング信号生成部１０６ＡにはキャビティＣＶの容積Ｖ、各画成部Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の部分容積に対応するデータが記憶されている。図２において、射出・充填の動作は、最初にコントローラ１０６のタイミング信号生成部１０６Ａから、切換弁ＶＬ１のみが全開とされ、射出スクリュ２４の前進に伴いキャビティＣＶの部分容積Ｖ１へ射出ゲートＧ１を介して樹脂ＭＴが射出される。前記タイミング信号生成部１０６Ａでは、エンコーダＥＮからの信号により射出スクリュ２４の移動量が前記部分容積Ｖ１に達したことを確認すると、保圧工程に対応させるべく切換弁ＶＬ１を絞り、同時に切換弁ＶＬ２を全開動作するよう指令信号を与える。同様にして部分容積Ｖ２、Ｖ３への射出・充填が順次行なわれる。

図２に示す例では、各射出ゲートＧ１、Ｇ２、Ｇ３へは同一樹脂ＭＴが射出・充填される。
また、金型にはセンサは設けていない。その代わりに、間接的にエンコーダＥＮからの信号と予め定められた部分容積Ｖ１〜Ｖ３のデータとを対比することにより各射出ゲート近傍への樹脂先端部の到達を確認するものである。その場合、さらに図１に示すセンサを設けて樹脂の到達確認をより確実にしてもよい。

図３は、本発明を適用する射出成形機の機能構成を示すブロック図である。同図において、射出成形機１００は基本的に、射出装置１０２と型締装置１０４とコントローラ１０６で構成される。前記射出装置１０２は、射出ユニット１０２Ａと樹脂可塑化ユニット１０２Ｂとで構成される。また、型締装置１０４は、型開閉機構１０４Ａと型締力の発生・保持機構１０４Ｂ及び金型ユニット１０４Ｃとで構成される。前記コントローラ１０６には、前述したように、タイミング信号生成部１０６Ａが設けられ、各射出ゲートへの樹脂の射出・充填を別々のタイミングで行なわせるように各射出ユニットまたは切換弁の動作を指令する。パラメータデータとして前記Ｖ、Ｖ１〜Ｖ３、Ｄ（加熱筒内径）、ＥＮ（射出スクリュ位置、移動量）が与えられている。

図４は、複数の射出ユニットへの成形材料の供給を単一のアキュムレータにより行なうことを示す配置図である。同図において、参照符号４０はアキュムレータである。このアキュムレータ４０の下室４０Ａには押出機ＥＸＴＲから流路４０Ｂを介して連続的に可塑化された樹脂ＭＴが供給されるよう構成されている。

下室４０Ａの上方にはピストン４０Ｃが設けられ、矢視のように上下に移動することが可能である。下室４０Ａの下方には、主流路Ｌから分岐ＪＮＣを介して各流路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が接続され各射出ユニット４２、４２Ａ、４２Ｂの先端のノズル部ＮＺにそれぞれ切換弁４８、４８Ａ、４８Ｂを介して樹脂ＭＴが供給されるようになっている。これら３つの射出ユニットは例えば、図１の各ポート１４〜１８に接続されることができる。また、前記各射出ユニット４２〜４２Ｂの移動部材は射出スクリュでなくてもよく、ダイカストマシンにおける射出プランジャのようなプランジャロッド４６とその先端部のプランジャチップ４４とで構成される。このプランジャロッド４６の軸方向位置は、例えば、図２における回転直動変換機構３６により駆動制御されることができる。

以上本発明の好適な実施例について図１〜図４で説明したが、本発明の精神は、これらに限定されるものではなく、当業者であれば種々の変形が可能である。

本発明の射出成形方法を説明するための金型キャビティ断面図であって、（ａ）は、成形材料を第１ゲートからキャビティ内へ射出・充填した状態、（ｂ）は、その後、成形材料を第２ゲートからキャビティ内へ射出・充填した状態、（ｃ）は、さらにその後、成形材料を第３ゲートからキャビティ内へ射出・充填した状態をそれぞれ示す。 本発明の射出成形方法を説明するための金型キャビティ断面及び射出ユニット部分の要部を示す図であって、それぞれのランナー部に切換弁を配置した状態を示す。 本発明を適用する射出成形機の機能構成を示すブロック図である。 複数の射出ユニットへの成形材料の供給を単一のアキュムレータにより行なうことを示す配置図である。

符号の説明

１０ 固定金型
１２ 移動金型
１４ ポート
１６ ポート
１８ ポート
２０ センサ
２２ センサ
２４ 射出スクリュ
２６ 加熱筒
２８ ランナー部材
３０、３２、３４ 成形材料の流路
３６ 回転直動変換機構
４０ アキュムレータ
４２ 射出ユニット
４６ プランジャロッド
４８ 切換弁
１００ 射出成形機
１０２ 射出装置
１０４ 型締装置
１０６ コントローラ
１０６Ａ タイミング信号生成部

Claims (10)

1. １つの成形品の形状を画成する金型キャビティ内に成形材料を射出・充填するための射出ゲートを前記金型キャビティの少なくとも２以上の異なる部位に設け、前記各射出ゲートから当該金型キャビティへ射出・充填された成形材料同士の接合が適切になされるような別々のタイミングで当該各射出ゲートを介して前記成形材料を前記金型キャビティ内へ射出・充填することにより成形時の型締力を低くして成形を行なう射出成形方法。
2. 前記各射出ゲートから射出・充填される成形材料は同一材料であることを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
3. 前記射出ゲートへ成形材料を射出・充填するタイミングは、他の隣接する射出ゲートから射出・充填された成形材料が当該射出ゲート近傍に到達した時として定めることを特徴とする請求項１または２記載の射出成形方法。
4. 成形材料を金型キャビティへ射出・充填する射出手段、移動ダイプレート及び固定ダイプレートにそれぞれ固定された一対の金型、前記移動ダイプレートを固定ダイプレートに対し開閉可能であって射出成形時の型開力に耐えうる型締力で前記金型を保持する型締手段及び、前記射出手段ならびに前記型締手段の動作を制御する制御信号を供給する制御手段を備えた成形機において、
   前記金型には、当該金型キャビティ内に成形材料を射出・充填するための射出ゲートを前記金型キャビティの少なくとも２以上の異なる部位に設け、
   前記制御手段には、前記成形材料が前記各射出ゲートから金型キャビティへ射出・充填された成形材料同士の接合が適切になされるような別々のタイミングで当該各射出ゲートを介して前記金型キャビティ内へ射出・充填されるよう指令するタイミング信号生成手段を備えることにより成形時の型締力を低くして成形を行なうことを特徴とする成形機。
5. 前記タイミング信号生成手段は、前記金型キャビティの各射出ゲートにより区画されるキャビティ部分の各容積に対応して予め定められる射出ユニットの移動部材の移動量を検出する位置検出手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の成形機。
6. 前記タイミング信号生成手段は、少なくとも1つの前記射出ゲート近傍に配置され、隣接する他の射出ゲートから射出・充填された成形材料が当該射出ゲート近傍に到達したことを検知するセンサを備えたことを特徴とする請求項４記載の成形機。
7. 前記射出手段は、複数の射出ユニットを備えたことを特徴とする請求項４乃至６いずれかに記載の成形機。
8. 前記各射出ユニットへは単一のアキュムレータから前記成形材料が供給されることを特徴とする請求項７記載の成形機。
9. 前記各射出ユニットの少なくとも１つは他と異なる種類の成形材料が供給されることを特徴とする請求項７記載の成形機。
10. 前記射出手段は、単一の射出ユニットを備え、前記金型には、当該射出ユニットから与えられる成形材料を前記各射出ゲートへ分岐供給する流路を形成したランナー部材を配設し、同ランナー部材の各流路に前記タイミング信号により動作する弁を設けたことを特徴とする請求項４記載の成形機。

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