JP2010083078A - 射出成形機における型開き制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品の冷却工程中のノズルと金型間の熱移動を低減することにより、ランナーの固化を向上し、ランナー排出不良などの問題を防止してより安定した成形動作を実現する。
【解決手段】樹脂材料を金型に射出するノズルを有する射出機構部と、ノズルが接触する固定側プラテンと、成形品を形成するための空間を有する可動側型板と、ランナーの形成流路を有する固定側型板とを含む金型が取付けられ、金型の開閉を行う型締め機構部と、を備えた射出成形機における型開き制御方法であって、射出機構部による金型への射出終了後の成形品の冷却工程中に、固定側型板を型開き方向に移動させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、射出成形機に関するものであり、特に、射出後の冷却工程における型開き制御方法に関するものである。

射出成形機は、樹脂を溶融混錬して金型に射出する射出機構部と、この射出機構部に対して金型を離型可能に固定保持し得る型締め機構部とを基本的な構成として備えている。

操作手順は、射出成形機にカセット型の金型をセットし、樹脂を軟化溶融する射出シリンダや、射出シリンダに接続されるノズル、および金型等について、温度設定や射出圧力などの成形条件設定を行う。続いて材料をホッパーにセットし、射出シリンダ等の温度が設定された成形温度に到達したらパージングを行い、溶融樹脂が射出シリンダからスムーズに射出されるか確認し、成形動作を開始する。

成形動作は、金型が型締めされた状態、つまり、固定側プラテンに接触したノズル部と金型とが接触した状態で射出動作が行われ、その後型締め状態を維持して成形品の冷却工程に入る。

また、成形温度については、樹脂を溶融するために射出シリンダやノズル温度は高温に設定し、金型については溶融された樹脂を冷却させるために射出シリンダ等に比べ低温に設定される。

そのため、型締めによってノズル部と金型が接触することにより、ノズル部と金型間で熱伝導が起こることが知られている。そのため、特許文献１では、この熱伝導を抑制することを目的とした射出成形機が提案されている。

この特許文献１では、ノズルの先端にノズルチップを設けるとともに、固定プラテンにチップホルダを設けて、ノズル先端のノズルチップとチップホルダとを線接触で緊密に接触させるようにすることで、ノズル先端部の金型への熱逃げを抑制する構成が提案されている。
特開２００６−２８９８５２号公報

上記の特許文献１では、射出動作後の成形品の冷却工程中、固定側プラテンと金型とが接触する型締め状態が維持されているため、成形品の冷却工程中もノズル部からの熱が金型に伝導する。そのため、固定側プラテンと金型の固定側型板との間に形成されるランナーの固化が遅くなったり、ランナーの排出不良を引き起こすことがあった。

そこで、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、成形品の冷却工程中のノズルと金型間の熱移動を低減することにより、ランナーの固化を向上し、ランナー排出不良などの問題を防止してより安定した成形動作を実現できるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる射出成形機における型開き制御方法は、樹脂材料を金型に射出するノズルを有する射出機構部と、前記ノズルが接触する固定側プラテンと、成形品を形成するための空間を有する可動側型板と、ランナーの形成流路を有する固定側型板とを含む金型が取付けられ、該金型の開閉を行う型締め機構部と、を備えた射出成形機における型開き制御方法であって、前記射出機構部による前記金型への射出終了後の成形品の冷却工程中に、前記固定側型板を型開き方向に移動させることを特徴とする。

本発明によれば、成形品の冷却工程中のノズルと金型間の熱移動を低減することにより、ランナーの固化を向上し、ランナー排出不良などの問題を防止してより安定した成形動作を実現することが可能となる。

以下、本発明を適用した射出成形機の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本実施形態における射出成形機の全体構成を示す図である。

図１において、本実施形態における型締め機構部は、固定側プラテン３と、金型の固定側型板１０を取付ける固定側型板ホルダー６と、金型の可動側型板７を取付ける可動側プラテンとしての可動側型板ホルダー９と、プラテン駆動部２４とを備えて構成されている。

なお本実施形態において、金型を構成する固定側型板１０、可動側型板７、受板８、イジェクタプレート１３は、カセット型となっており、交換取り付けが容易に行える構成になっている。

本実施形態におけるプラテン駆動部２４は、型締めモータ１６と、２本のリンクアームである駆動アーム１８と、従動アーム１９を持ったトグル機構とを具えている。型締めモータ１６は、ハウジング２５内に設置され、ボールねじ軸１７ｂが機械的に連結されている。ボールねじ軸１７ｂは一対の軸受ブラケットを介してハウジング２５内に回転自在に収容されている。このボールねじ軸１７ｂに螺合するボールナット１７ａと可動側型板ホルダー９との間にはトグル機構１８，１９が組み込まれている。可動側型板ホルダー９には、従動アーム１９の一端部が接続部材を介して回動自在に連結されており、この従動アーム１９の他端部には、駆動アーム１８の一端部がピンを介して連結されている。駆動アーム１８は、中間部分に枢軸を介して揺動自在にハウジング２５のベース板に連結され、他端部は、ボールナット１７ａに連結されている。

従って、型開き状態から型締めモータ１６を正転させてボールねじ軸１７ｂを回転駆動すると、ボールナット１７ａがボールねじ軸１７ｂの基端部から先端部へと移動し始める。これに伴い、倒れていた状態にある駆動アーム１８、従動アーム１９が鉛直となるように起き始め、可動側型板ホルダー９が固定側型板ホルダー６に向けて上昇する。最終的に可動側型板７と固定側型板１０とのパーティング面が当接し、可動側型板ホルダー９は固定側型板ホルダー６を挟んで固定側プラテン３に押し付けられて、型締め状態となる。

この型締め動作によって、可動側型板ホルダー９に不図示のねじで固定された金型の可動側型板７は、固定側型板ホルダー６に不図示のねじで固定された金型の固定側型板１０と共に、固定側プラテン３に押し付けられる。図１は型締めが完了した状態を示している。上記のような型締め動作と、この型締め動作と逆の型開き動作を行うことにより、金型の開閉が行なわれる。

また図４に示すように、本実施形態の射出成形機には、ランナー取り出し機構１４が備えられており、細部を図示省略した駆動機構により、ランナー保持部材１５を図４中、左右方向に駆動させる（出入りさせる）。固定側型板ホルダー６および固定側型板１０には、ランナー保持部材１５の形状に対応した嵌合穴が形成されており、型締め時においてランナー保持部材１５はこれらに嵌め込まれた状態で固定側プラテン３に押し付けられている。さらにランナー保持部材１５の先端には、ランナーの一部を形成するためのＵ字切欠き部が設けられている。したがって、型締め時この状態で射出動作が行われると、ランナーの一部がランナー保持部材１５のＵ字切欠き部により形成されて、ランナーはランナー保持部材１５に固着して保持される。型開き時、ランナー保持部材１５は固定側プラテン３の下面に接したままの位置に留まるため、固定側型板ホルダー６の下降に伴い、固定側型板１０の樹脂経路に形成されたランナーは、固定側型板１０から分離されて、ランナー保持部材１５に固着した状態となる。

次に図１、及び図２を参照すると、本実施形態における射出機構部は、ペレット状をなす樹脂材料を射出シリンダ１内に供給する材料供給部２６と、射出モータ２０と、射出シリンダ１と、ノズル４とを備えて構成されている。射出シリンダ１の先端には金型スプールに溶融樹脂を射出するノズル４が連結されている。また、図４に示すように、固定プラテン３には、これとノズル４との連結を支持するノズルホルダ５が一体的に設けられている。本実施形態においては、射出シリンダ１は固定側プラテン３に形成された円筒穴に嵌合するとともに、ノズル４の先端部がノズルホルダ５の嵌合穴に嵌合して位置が決められ固定保持されている。ノズルホルダ５の他面の開口部は、固定側型板１０に形成されたランナーの形成流路へと開口している。

材料供給部２６は、材料投入口２３と、射出シリンダ１に直交する方向に連結穴を空けて連結される材料供給路２７と、この材料供給路２７内に嵌合して材料供給路２７内を摺動可能な材料押し込みプランジャ２８と、を備えている。材料押込みプランジャ２８は、これに機械的に連結された不図示のモータの駆動によって、連結穴から射出シリンダ１内へと所定量の樹脂を押込み、供給する。

次に、射出機構部の動作について簡潔に説明する。

図２に示すように、図示しないホッパーからのペレット状の樹脂は、材料投入口２３から材料供給路２７に供給され、材料押込みプランジャ２８の駆動によってこれに連結された射出シリンダ１の内部へと送られる。

射出シリンダ１には射出プランジャ２９が嵌合しており、この射出プランジャ２９は、射出モータ２０の駆動によって、ベルト２１を介してボールねじ２２で動力を伝達され、射出シリンダ１内を直進運動する。また、射出シリンダ１の外側面には、射出シリンダ１内の樹脂を軟化溶融するためのバンドヒータ２が巻き付けられており所定の温度に制御されている。ノズル４も図示しないヒータによって所定の温度で制御され、樹脂の可塑化状態をさらに促進・維持している。したがって、射出プランジャ２９の下降によって、シリンダ１内に供給された材料は、射出シリンダ１内に形成された樹脂流路を通って、バンドヒータ２によって軟化溶融されつつ、射出シリンダ１内の下方へと送られる。

つまり、１回の射出作業毎に射出プランジャ２９の往復動と、材料押し込みプランジャ２８の往復動とを組み合わせ、以下のように動作する。すなわち、射出プランジャ２９が上昇位置にあるときに、材料押し込みプランジャ２８が駆動されて、連結穴から射出シリンダ１内に材料を供給する。そして射出プランジャ２９が下降することによって、材料を射出シリンダ１内の下方へと押し込むとともに、ノズル４内に蓄えられた樹脂を、可塑化した状態でノズル４から固定側型板１０と可動側型板７との間に形成されたキャビティ（空間）内に所定量ずつ順に射出する。

このようにして、後述する成形動作手順にて、型締め機構部による型締めが完了した後の射出時には、ノズル４からキャビティ側に溶融樹脂が射出される。

なお、上述した材料供給部２６としては、本実施形態以外にも、任意の周知の構成のものを適宜採用し得るものである。

図７は本実施形態における射出成形機の回路ブロック図である。図７において、射出成形機を駆動制御する制御装置１００は、以下を備えて構成されている。

すなわち、１０５は演算処理用のＣＰＵ、１０２は射出成形機の制御プログラムおよび演算データを格納するＲＯＭ、１０３は制御プログラムや演算データの一時記憶用に使用されるＲＡＭ、１０１は各成形条件や成形回数などを記憶するためのＥＥＰＲＯＭである。１０７は射出および型締め用のサーボモータを駆動するサーボアンプ、１０４はサーボアンプ１０７を制御するＦＰＧＡ、１０６はランナー保持部材１５などを駆動するモータを制御するモータドライバである。

２は射出シリンダ１を加熱するバンドヒータ、３０はノズル４を加熱するためのホルダヒータ、１１２は射出シリンダ１の温度を検出するための温度センサ、１１３はノズル４の温度を検出するための温度センサ、１０８はオペレータとのインタフェースを行うための表示装置および操作手段としてのタッチパネル機能を有するＬＣＤ、１０９は補助操作手段としてのスイッチである。

上記構成において、ＣＰＵ１０５は、ＲＯＭ１０２に格納されているプログラムを読み込み、ワークアリアとして、ＲＡＭ１０３を使用しながら、成形機を制御する。ユーザーからスイッチ１０９で指示を受け、ＬＣＤ１０８にメニュー画面（図示せず）や状態等を表示する。成形条件は、成形される材料によって適宜調整されるため、ＥＥＰＲＯＭ１０１に成形条件を記憶できるように構成している。また、バンドヒータ２、ホルダヒータ３０を制御しこれらヒータのＯＮやＯＦＦを行う。型締め用のサーボモータを制御するときは、ＦＰＧＡ１０４を通して、サーボアンプ１０７に指令を出して行う。

以上のような構成において、以下本実施形態における射出成形機の成形動作を説明する。図３は本発明の一実施形態におけるＣＰＵ１０５による射出成形機の一連の成形動作を示すフローチャートである。

成形動作が開始されると、ステップＳ１において、型締めモータ１６の駆動により前述の機構により可動側型板ホルダー９が上昇し、型締め動作を行う。

型締め完了後、ステップＳ２において、射出モータ２０の駆動により射出プランジャ２９の下降動作を行い、これによってノズル４先端から金型側に向けて溶融樹脂が射出される。ノズル４から射出された溶融樹脂は、固定側型板１０の流路にランナーを形成しつつ、固定側型板１０及び可動側型板７によって形成されたキャビティ内に成形品を形成する。このように、使用樹脂ごとに設定される射出圧力に達して樹脂が射出され始めると、射出プランジャ２９は下降位置で停止したまま、溶融樹脂が金型のキャビティ内に行きわたる様に、圧力制御に切り替わり保圧工程に入る。

ステップＳ３において射出保圧が完了しキャビティ内に樹脂が行きわたると、ステップＳ４に進み、射出モータ２０を逆転させて射出プランジャ２９の上昇を行い、射出を終了する。

また、このとき、ステップＳ４の射出終了と同時（射出終了後）に、成形品の冷却工程が開始される。なお、この冷却工程は、ステップＳ４〜Ｓ７の間継続される。この冷却工程では、ステップＳ４と同時に冷却時間の計測を開始することによって、設定された冷却時間中、冷却工程が保持される。なお、本実施形態において、成形品の冷却は可動側型板７と固定側型板１０との間の型締め状態を維持して自然冷却によって行っているが、金型を冷却するための冷却手段などを別途設けて冷却しても良い。

ステップＳ４において射出プランジャ２９が原点位置に戻ると、ステップＳ５に進み、冷却型開きを行う。

またこのとき、射出プランジャ２９の上昇に伴い、ステップＳ６において、上述のように材料供給部２６により、射出シリンダ１内への材料供給が行われる。

ここで、本実施形態の特徴部分であるステップＳ５の冷却型開きについて説明する。

まず、図５に示すように、型締モータ１６を一定量逆転し、可動側型板ホルダー９を固定側型板ホルダー６とともに下降させる。この冷却型開き動作では、可動側型板ホルダー９とともに固定側型板ホルダー６も下降させるため、固定側型板ホルダー６との型締め状態は保持されている。この冷却型開き動作により、ノズルホルダ５と固定側型板１０との間に空気層を設け、双方の熱の移動を抑えることができるため、これによってノズル４の樹脂詰まりを抑制するとともに、成形品の冷却効果を向上することができる。

このとき、可動側型板ホルダー９および固定側型板ホルダー６の移動量については、以下のように設定することが出来る。すなわち、可動側型板ホルダー９および固定側型板ホルダー６の移動量を、ランナーが固定側型板１０から分離する程度まで下降させるように設定することが出来る。これによって、ランナーは断熱層に触れて冷却固化を促される。

ステップＳ７で成形品の冷却工程を経て冷却完了を確認すると、ステップＳ８に進み、型締モータ１６を逆回転させてイジェクト型開きを行う。このイジェクト型開きでは、先程の冷却型開きにより下降している固定側型板ホルダー６をその位置に保ちつつ、可動側型板ホルダー９をさらに成形開始位置まで下降させることによって、固定側型板ホルダー６および固定側型板１０と、可動側型板ホルダー９および可動側型板７とを分離する。このとき固定側型板ホルダー６は、図６に示すように、可動側型板ホルダー９、および固定側プラテン３との間にそれぞれ所定の間隔を持って下降して停止している。

次にステップＳ９において、成形品の取り出しおよびランナーの排出を行う。成形品の取り出しは、先のステップＳ８で可動側型板ホルダー９が成形開始位置まで下降したことにより、図６に示すようにイジェクタピン１２によって可動側型板７から突き出された成形品を不図示の取り出し機構で取り出す。また成形品の取り出しと同時にランナー取り出し機構１４の駆動により、ランナーを保持したランナー保持部材１５を型の外に抜き出す方向（図６中、右方向）に移動させる。この移動を利用して、ランナーのみを分離ブロックにぶつけることによって、ランナーをランナー保持部材１５から分離して排出する。

次にステップＳ１０に進み、最終ショットか否かの判断を行い、最終であれば成形動作を終了する。継続であれば、再び型締め動作（ステップＳ１）へ戻る。

なお、上記の実施形態では、ステップＳ５の冷却型開きにおいて、固定側型板ホルダー６の移動量（下降量）を、ランナーが固定側型板１０から分離される程度の値に設定したが、以下のように設定するとより好適である。すなわち、可動側型板ホルダー９および固定側型板ホルダー６の移動量を、固定側型板ホルダー６が下降した位置においても、固定側型板１０のランナー形成流路にランナーの一部が残留する程度の移動量に設定することができる。すなわち、ランナーは冷却型開きの段階では、未だ軟化状態がのこっているため、ランナー保持部材１５は、これが撓む範囲でその先端が固定側プラテン３から分離されるとともに、固定側型板１０のランナー形成流路にランナーの一部が残留する。これによって、ランナーはノズル４の周辺の熱源から分離されつつ、金型の冷却によって冷却固化が促進される。よって、ランナーの固化がより促進される。

また、このように設定したときのイジェクト型開きの動作（ステップＳ８）については、ランナーが固定側型板１０から分離する位置まで固定側ホルダー６を下降させてから停止させるとともに、さらに可動側型板ホルダー９を上述と同様に成形開始位置まで下降させればよい。

また、ステップＳ９のランナーの排出についても、本実施形態では成形品の取り出しとともに行っているが、ランナーが固化した時点で、ランナーが固定側型板１０と分離してランナーの排出が可能な範囲の冷却型開き量を以って、成形品の取り出しより先にランナー排出を行っても良い。こうすることによって、ランナーの排出を冷却型開きの工程と並行して実行できるので、ステップＳ９におけるランナー排出の時間が短縮され、よって成形のサイクルタイムを短縮することが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、冷却工程中に可動側プラテンを型開き方向に動作させ、ノズル部と金型を分離し空気層を設け、ノズル部から金型への熱移動をなくすことにより、ノズル部での樹脂の固化による射出不良がなくなり、ランナーの冷却効果も向上する。また、型締め力が金型にかかる時間も短縮することができる。これにより、溶融温度領域の狭い樹脂においても、安定した成形動作を実現でき、金型への負荷も軽減する。

特に本実施形態のように、射出シリンダ１を固定プラテン３に対して固定する等の構成によって全体的な小型化を図った射出成形機の場合、ノズル４や金型の大きさもそれに伴って小型に構成されている。そのため、金型と固定プラテン３とが接触した際に、ノズル４と金型間での熱移動が比較的発生しやすい。そのため、成形品の冷却工程中、固定側型板１０が取り付けられる固定側型板ホルダー６と、加熱されているノズル４や固定側プラテン３との間に断熱層を得るように冷却型開きを行うことは、本実施形態のような小型の射出成形機においてより効果的であるといえる。

なお、ノズルと金型との駆動の構成について、本実施形態においては、ノズル４がノズルホルダ５を介して固定プラテン３に対し固定されている構成によって説明した。しかし本実施形態に限らず、先に述べたように、ノズルが固定プラテンに対して可動に移動する構成の射出機構部や型締め機構部を持った射出成形機によっても本発明は実施可能である。

その他、本発明は、その特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態における事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のない構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

本発明の一実施形態における射出成形機の全体の構成を示す図である。 一実施形態における射出成形機の射出機構部の断面を示す図である。 一実施形態における射出成形機のフローチャートである。 一実施形態における型締め機構部の断面図で、型締め時の状態を示す図である。 一実施形態における型締め機構部の断面図で、冷却型開き時の状態を示す図である。 一実施形態における型締め機構部の断面図で、イジェクト型開き時の状態を示す図である。 一実施形態における射出成形機の回路ブロック図である。

符号の説明

１ 射出シリンダ
３ 固定側プラテン
４ ノズル
５ ノズルホルダ
６ 固定側型板ホルダー
７ 可動側型板
８ 受板
９ 可動側型板ホルダー
１０ 固定側型板
１１ カセット型リターンピン
１２ イジェクタピン
１３ イジェクタプレート
１４ ランナー取り出し機構
１５ ランナー保持部材
１６ 型締めモータ
２２ ボールねじ
２４ プラテン駆動部
３０ ホルダヒータ

Claims (3)

1. 樹脂材料を金型に射出するノズルを有する射出機構部と、前記ノズルが接触する固定側プラテンと、成形品を形成するための空間を有する可動側型板と、ランナーの形成流路を有する固定側型板とを含む金型が取付けられ、該金型の開閉を行う型締め機構部と、を備えた射出成形機における型開き制御方法であって、
   前記射出機構部による前記金型への射出終了後の成形品の冷却工程中に、前記固定側型板を型開き方向に移動させることを特徴とする射出成形機における型開き制御方法。
2. 前記射出成形機は、前記ノズルが前記固定側プラテンに対して固定保持されている射出成形機であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機における型開き制御方法。
3. 前記射出成形機は、前記金型に対して出入り可能で、ランナーの一部を形成して該ランナーを保持してランナーの排出を行うランナー保持部材をさらに備えており、前記固定側型板の型開き方向の移動量を、前記固定側型板が型開き方向に移動した位置においても、前記ランナー保持部材にランナーを保持しつつ、前記ランナーの形成流路に前記ランナーの一部が残留する程度の移動量とすることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形機における型開き制御方法。

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