JP2009500197A - キャビティへの溶融物の充填の監視及び／又は制御方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、コールドランナー式金型（２）を用いる射出成形機（Ｐ）の少なくとも１つのキャビティ（５）への溶融物の充填の監視及び／又は制御方法に関し、キャビティ（５）内の溶融物がセンサ（１０）に到達するのに要する時間が測定され、その時間が変化したか又は異なる場合には、溶融物の粘性を変化させることを特徴としている。

Description

本発明は、特にコールドランナー式金型を用いる射出成形機の少なくとも１つのキャビティへの溶融物の充填の監視及び／又は制御方法並びにその装置に関する。
周囲の条件並びに原材料（溶融物）の品質及び性質が常に変化するので、射出成形機による成形工程が変動するのは避けられない。このため、樹脂溶融物の流動性又は粘性が変化し、部品の特性に影響する。従って、成形機の性能が正確であればあるほど、工程が正確であるとの従来の推測は、基本的に間違っている。
ホットランナー式金型におけるこれらの問題は、独国特許公開第１０１１２１２６Ａ１号明細書に開示されているように、キャビティ内の温度が測定され、溶融物の熱によりホットランナー内の温度を均一化することにより解決された。
射出成形機に今でも多用されるコールドランナー式金型の場合には、2つの解決法がある。
第一は、機械加工する際に溶融物の分配系が補正されるように、分配系及びキャビティの流れ特性を予め算定することである。これよって、溶融物の流路による変動は無くならないので、本質的には問題は解決されない。
第二は、成形機メーカーが金型前又は射出シリンダー内の溶融物の粘性の変動を補正する試みであるが、注入装置とキャビティ間に考慮すべき影響があるので、未解決の自動制御に相当するに過ぎない。
本発明の課題は、特に射出成形サイクルのコールドランナー式金型内の変動を溶融物の変動に起因すると認識し、溶融物の流れをできるだけ均一化することである。
キャビティ内の溶融物がセンサまでに要する時間を監視し、その時間の変化に応じて溶融物の粘性を変化させることにより課題が解決される。
キャビティ内の溶融物の粘性の変動を調整又は補正するためには粘性を測定する必要がある。同一の成形機で且つ同一の金型では、樹脂溶融物の粘性に対応して一定の時間内における流路長が決まる。高い（ねばねばした）粘性では流路長が短く、低い（さらさらした）粘性では流路長が長くなる。同一の流路長を流すには、高粘性では長時間を要する（流速が遅い）が、低粘性では短時間（流速が速い）で済む。
原材料の性質、周囲の条件並びに射出成形ユニットの加熱状態が、射出成形工程中の樹脂溶融物の粘性又は流動性に影響し且つ変化させる。キャビティ内の流路端への溶融物の到達をセンサで検出することにより、粘性の変化を確認できる。その際には、センサが金型壁の温度、キャビティ内壁面の温度、キャビティ内圧を感知するかあるいは溶融物を視覚的に認識することになる。視覚的な認識の場合には、例えばあたかも溶融物を“見るように”光ガイドを用いる。いずれの場合にも、溶融物がセンサに到達すると信号の変化となって現れる。信号の変化は自動的に検出され、樹脂溶融物の高い粘性又は低い粘性は、材料又は工程の変動によるかが自動的に判定される。
同一の成形ユニットにおいて、センサの位置まで溶融物が到達するのに長い時間を要する（流速が遅い）場合には、溶融物が高い粘性であることを示す。この時間を縮めるためには、粘性を下げる必要がある。溶剤などの添加により粘性を下げることはできるが、溶融物の他の性質にも影響を及ぼす。溶融物の温度を上げて粘性を下げるのが最も簡単である。溶融物が通る射出成形機の所望の位置において溶融物の温度を上げることができる。射出ユニット又は射出ユニットの注入ノズルにおいて溶融物の温度を上げるのが最も簡単である。例えば、射出ユニット及び／又はノズルの周りに加熱帯（又は加熱部材）などの温度調節装置を設置すればよい。別の加熱部材も考えられる。射出ユニットのシリンダー内のスクリューなどの送り機構の摩擦熱を加熱に利用することも可能である。
同一の成形ユニットにおいて、センサの位置まで溶融物が到達する時間が短い（流速が速い）場合には、溶融物が低い粘性であることを示す。射出成形機の射出ユニットの温度を下げるだけで低い粘性へ対応できる。
好適な実施例においては、全体の工程が自動化される。このため、測定信号（金型壁温度信号が好ましい）は自動的に測定され、サイクル毎の射出ユニットにおけるシリンダー温度の理論値が、計算機のインターフェースを介して成形機の制御部に伝達される。このようにして、コールドランナー式金型では、閉じた制御回路を介して粘性の変化を常に補正することが確実に行なわれるので、射出成形金型内の流れは常に同一の性質となる。これにより、成形部品の品質が持続的に高められる。
時間の経過による粘性の変化を測定する本発明の方法は、射出成形機又は溶融物の粘性が調整されるのみならす、場合によっては粘性の変化が所定の限界内にあるか否かを監視するだけで十分である。工程がこの限界を超えた場合には、成形部品は欠陥品として選別される。
以下、本発明による実施例を図面に基づいて説明する。
タイバー１．１及び１．２にコールドランナー式金型２が備えられ、固定盤３には収納部が形成され、可動盤４にはキャビティ５が形成されている。このキャビティ５に単に矢印６で示されるコールドランナーが連結し、射出ユニット７からの溶融物はこのランナーを通ってキャビティ５内へ注入される。射出ユニット７は、樹脂原料を供給するホッパー９を備えた押出機８に連結している。
以下、本発明の作用を説明する。
固定盤３と可動盤４を閉じてから、溶融物は射出ユニット７及びコールドランナーを介してキャビティ５へと圧入される。溶融物はキャビティ５を満たす。溶融物は所定の流路を通ってセンサ１０に到達する。このセンサ１０は、流路の出来るだけ近傍に設置し、例えばキャビティの内壁の温度を測定する。センサは内圧を測定するセンサあるいは溶融物の流れを観測する光学的センサでもよい。
センサ１０は、解析装置１１を介して、成形装置全体の制御命令を発するインターフェース１２に連結されている。本実施例では４つの加熱帯１３．１〜１３．４により構成された溶融物の温度調節装置もこのインターフェース１２に連結されている。
センサを用いて、サイクル毎に溶融物がセンサに到達する時間が測定される。測定値は解析装置へと送られる。
センサにより流路時間差が確認され、許容値を超えた場合に解析装置は加熱帯の温度を変更する信号をインテーフェースに送信する。例えば、センサへの到達時間が長いことは、溶融物の粘性が高いことを示唆している。射出ユニットにおける温度を高めると、粘性は下がる。射出ユニットの温度が上がるや否や粘性が下がり、流路を通る溶融物のセンサへの到達が早くなる。
本発明による射出成形機の模式側面図
符号の説明
１ タイロッド
２ コールドランナー式金型
３ 固定盤
４ 可動盤
５ キャビティ
６ 矢印（コールドランナー）
７ 射出ユニット
８ 押出機
９ ホッパー
１０ センサ
１１ 解析装置
１２ インターフェース
１３ 加熱帯
Ｐ 射出成形機

Claims (8)

  1. コールドランナー式金型（２）を用いる射出成形機（Ｐ）の少なくとも１つのキャビティ（５）への溶融物の充填の監視及び／又は制御方法であって、
    キャビティ（５）内の溶融物がセンサに到達するのに要する時間が測定され、前記時間が変化したか又は異なる場合には、溶融物の粘性を変化させることを特徴とする方法。
  2. センサ（１０）を用いて金型壁の温度、キャビティ内壁の温度、キャビティ内圧を測定するか及び／又は溶融物を光学的に観測することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 溶融物の粘性を変化させるために、溶融物の温度を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
  4. 加熱部材（１３．１〜１３．４）により溶融物の温度を変化させることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 射出成形ユニットの送り機構の摩擦熱を加熱に利用することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の方法。
  6. センサ（１０）の測定信号が自動的に測定され、解析され且つ理論値が成形サイクル毎に成形機の制御装置へと伝達されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
  7. コールドランナー式金型（２）を用いる射出成形機（Ｐ）の少なくとも１つのキャビティ（５）への溶融物の充填の監視及び／又は制御装置であって、
    キャビティ（５）に溶融物の流速を測定するセンサ（１０）が配置され、溶融物の粘性を変化させることにより前記流速を変化させることを特徴とする装置。
  8. 溶融物の粘性を変化させるために、押出機（８）の射出ユニット（７）に温度調節装置（１３．１〜１３．４）が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
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