JP2010274497A - 射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容積の異なる大小複数のキャビティを有する金型を１つの射出装置で時間差を設けて溶融樹脂を順次射出充填して、１回の成形動作で所定の製品形状と製品重量が安定し、成形品毎の大きさの制約が緩和され成形品を同時に、複数成形することができる射出成形方法を提供する。
【解決手段】製品形状の異なる複数のキャビティの中から容積の大きなキャビティと小さなキャビティとの組み合わせを選択し、容積の大きなキャビティは速度制御により小さなキャビティは圧力制御により充填し、次いで、他のキャビティに充填する溶融樹脂を計量するとともに、容積の大きなキャビティは速度制御により小さなキャビティは圧力制御により充填し、以後は計量と射出充填とを繰り返す。
【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形品の成形方法に関し、特に、容積の異なる大小複数のキャビティを有する金型を用い、１つの射出ユニットで時間差を設けて溶融樹脂を順次射出充填して、１回の成形動作で複数の射出成形品を同時に成形する射出成形方法に関する。

複数個のキャビティを有する金型を用い型閉じした金型のいずれかのキャビティに溶融樹脂を射出充填した後に、時間差を設けて他のキャビティに溶融樹脂を射出充填し、複数回に分けて全てのキャビティへの溶融樹脂の充填を完了させ、全キャビティに射出充填した溶融樹脂の冷却後に金型を開いて成形品を取り出す射出成形方法が開示されている。この射出成形方法では、型締力が小さい小型の射出成形装置を用い生産性良く製品が得られる効果を有する。（特許文献１参照）

また、各キャビティにおける射出充填及び保圧工程をキャビティ毎に定めた所定の射出速度と保圧圧力で行ない、いずれかのキャビティへの射出充填及び保圧工程が完了して、他のキャビティへ射出充填するに際しスクリュが後退し各キャビティへ連通する樹脂流路及びスクリュ先端部の樹脂圧力が解放され、該解放後のスクリュ停止位置を次の射出開始位置となるように補正を行なう射出成形方法が開示されている。この射出成形方法では、キャビティ毎の充填量が安定し、成形品の重量及び寸法が安定する効果を有する。（特許文献２参照）

ところで、前記従来の射出成形方法では予め全てのキャビティに充填する樹脂量を溶融してスクリュの先端に貯留しておき、それぞれのキャビティに必要量を射出充填する構成としている。
そして、この射出成形方法では、バレル内に挿通されたスクリュが回転するとともに、軸方向に前後移動して樹脂の可塑化工程と充填工程を行なうインラインスクリュ式の射出装置が用いられる。このようなインラインスクリュ式の射出装置を用いて安定的な成形を行うには、最大射出容量の２０％〜７０％の範囲の成形品を選定することが要求される。これは、射出容量が大きくなるとスクリュが後退するにつれて可塑化能力が低下すること、樹脂の溶融温度ムラや溶融状態のバラツキが発生すること等に起因し、また、射出容量が小さくなると射出ストロークが短くなり、順次充填動作により逆流防止機構が動作しているにも関わらず、射出装置の制御に溶融樹脂が安定して追従することができないことに起因する。

前記従来の射出成形方法では、複数個のキャビティを有する金型を用いるが、成形品の大きさは、キャビティが２個の場合小さい方の成形品は最大射出容量の２０％であり、大きい方の成形品は最大射出容量の５０％で、容積の比率は１対２．５となる。キャビティが３個の場合、小さい方の成形品は最大射出容量の２０％であり、他の２個の成形品の合計が最大射出容量の５０％で、同じ大きさとすればその容積比率は１対１〜１．５となる。キャビティ数が４個では、安定的に良品を成形できる範囲の２０％最大射出容量を外れ、前記従来技術では４個以上のキャビティを適用することができない。このように、複数のキャビティを備えた金型で得られる成形品の容積と数量には制約があり、容積差の大きな複数の射出成形品を、１回の成形動作で同時に成形することができないという問題があった。

特開平１−１２５２１２号公報 特開２００４−１５５０７１号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、容積の異なる大小複数のキャビティを有する金型を１つの射出装置で時間差を設けて溶融樹脂を順次射出充填して、１回の成形動作で所定の製品形状と製品重量が安定し、成形品毎の大きさの制約が緩和され成形品を同時に、複数成形することができる射出成形方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明の請求項１に記載の射出成形方法は、製品形状の異なる複数のキャビティを有する金型と、前記複数のキャビティ容積の総和量よりも小さい射出容積を有する一つの射出ユニットを用いて、溶融樹脂を１つの射出ユニットより異なるキャビティへ時間差をもって順次射出充填する射出成形方法であって、前記複数の各キャビティには独立駆動した樹脂流路の切り替え手段を有し、１回の計量動作で射出充填できる前記複数のキャビティの中から組み合わせを選択し、予め設定された射出速度及び射出圧力の充填パターンに基づいて、製品容積の大きいキャビティ側を先に１次射出充填した後、各キャビティへ通じる樹脂流路の切り替え手段のゲートバルブを切替えて、先に射出充填したキャビティへの樹脂流路を遮断し、未充填の製品容積の小さいキャビティ側への樹脂流路を開いて、予め設定した充填可能な圧力設定の充填パターンに基づいて２次射出充填し、引き続き２次計量動作を行ない、１回の計量動作で射出充填できる複数の未充填のキャビティの組み合わせを選択し、製品容積の大きいキャビティ側から予め設定した射出充填と保圧工程の充填パターンに基づいて３次射出充填した後、各キャビティに通じる樹脂流路の切替え手段のゲートバルブを切替えて、残りの製品容積の小さい未充填のキャビティへは予め設定した充填可能な圧力設定の充填パターンに基づいて４次射出充填を行ない、以後は計量と射出充填を繰り返すことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の射出成形方法は請求項１に記載の発明において、前記製品容積の大きいキャビティとは、前記射出ユニットの最大射出容積の２０％以上〜７０％に相当することとした。

本発明の請求項３に記載の射出成形方法は請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記製品容積の小さいキャビティとは、前記射出ユニットの最大射出容積の１０％〜２０％未満に相当することとした。

本発明の射出成形方法によれば、容積の異なる大小複数のキャビティを有する金型を用いて複数の成形品を成形するときに、大きなキャビティと小さなキャビティとを選択して１回の射出充填のための組み合わせとし、前記組み合わせ複数を形成する。そして、複数の組み合わせ毎に計量動作と射出動作を行う構成とした。このために、射出ユニットの最大射出量を超えて成形品を成形することができる。

また、各射出動作において、大きなキャビティでは速度と圧力のプログラム制御により小さいキャビティは圧力プログラム制御により行なう構成とした。このため、特に小さなキャビティの成形品容積が射出容積の２０％未満であっても、所定の製品形状と製品重量が安定して成形品を得ることができる。

成形品の大きさの比率をキャビティが２個の場合小さい方の成形品は１０％最大射出容量であり、大きい方の成形品は６０％最大射出容量となり比率は１対６となり、キャビティが３個の場合では、小さい方の成形品は１０％最大射出容量、他の２個の成形品の合計は６０％最大射出容量となり比率は１対１〜５となる。さらに、キャビティ数が４個の場合では、同じく小さい方の成形品は１０％最大射出容量であり、他の３個の成形品の合計が６０％最大射出容量となり比率は１対１〜４となる。このように、キャビティ数が４個であっても安定して成形品を成形することができ、成形品毎の取数や重量の制約をなくす効果を有する。

本発明の実施の形態を示す金型と射出成形装置の断面図であり、金型が閉じられた状態を示している。 図１に示す金型と成形機により射出成形する実施形態の動作工程を説明するブロック図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように本発明の射出成形方法に用いる射出成形装置１０は、バレル１１とバレル１１内で回転及び前後方向に移動自在に嵌挿されたスクリュ１２とを有する射出装置と、平押し構造の金型２０と、取付けた金型２０を開閉自在とする図示しない型締装置とにより要部が構成される。

金型２０は、固定型２１と可動型２２とにより構成され、金型２０を閉じることで成形キャビティ２４〜２７が形成される。成形キャビティは、１次の計量動作で溶融された樹脂が充填されるように選択されて組み合わされた１次成形キャビティ２４と２次成形キャビティ２５及び２次の計量動作で溶融された樹脂が充填されるように選択された３次成形キャビティ２６と４次成形キャビティ２７とにより構成される。キャビティ容積の大きな１次と３次のキャビティと、キャビティ容積の小さい２次と４次との組み合わせは、キャビティ容積を加重平均することにより行なわれる。
また、その射出工程の順位は、キャビティで成形される成形品の冷却時間の長短によって決定され、冷却時間の設定が長い成形品から決定されることを基本とする。

固定型２１には射出装置と連通し１次成形キャビティ２４〜４次成形キャビティ２７に溶融樹脂を供給する樹脂流路２３が設けられ、樹脂流路２３には１次成形キャビティ２４〜４次成形キャビティ２７への溶融樹脂を選択的に供給するための樹脂流路の切り替え手段３０を備えている。前記樹脂流路２３は、ホットランナにより構成されている。
そして、樹脂流路の切り替え手段３０は、油圧シリンダ３１ａ〜３１ｄ、ピストンロッド３２ａ〜３２ｂｄ及びゲートバルブ３３ａ〜３３ｄを有し、制御装置３５により駆動制御される。

１次成形キャビティ２４〜４次成形キャビティ２７と樹脂流路２３を連通させる場合は、制御装置３５により圧油を油圧シリンダ３１ａ〜３１ｄのロッド側に供給してピストンロッド３２ａ〜３２ｄを引き込む方向に移動させることによって行ない、１次成形キャビティ２４〜４次成形キャビティ２７と樹脂流路２３とを遮断する場合には、制御装置３５により圧油を油圧シリンダ３１ａ〜３１ｄのヘッド側に供給してピストンロッド３２ａ〜３２ｄを押し出す方向に移動させることによって行なう。

この操作によってゲートバルブ３３ａ〜３３ｄが移動し、樹脂流路２３と１次成形キャビティ２４〜４次成形キャビティ２７との開閉が行なえ、いずれか一箇所のゲートを開き他のゲートを閉じることによって、それぞれのキャビティへ樹脂供給を選択的に行なうことができる。図１では、いずれのゲートも閉じた状態を示している。

図１では、キャビティの数量を１次から４次の４つのキャビティを有する構成としたが、キャビティの数はこれに限定されるものではなく、３次の計量動作により射出充填される５次、６次のキャビティを有する構成であっても良く、また、１次の計量動作により射出充填される１次及び２次のキャビティ構成であっても良い。そして、樹脂流路２３の切り替え手段３０はゲートバルブ３３ａ〜３３ｄの駆動手段に油圧シリンダを用いる構成としたが、油圧シリンダに限定されるものではなく、空圧シリンダ等他の駆動手段が用いられても良い。

次に、本発明の実施形態の射出成形方法について、射出成形装置と金型の動作を工程図である図２により説明する。実施の形態において、１次計量動作の溶融樹脂が充填される１次成形キャビティ２４の容積と２次成形キャビティ２５の容積の合計を射出成形装置１０の最大射出容積の７０％とする。そして、２次成形キャビティ２５の容積を前記射出成形装置１０の最大射出容積の１５％、１次成形キャビティ２４を最大射出容積の５５％と設定する。この場合１次製品と２次製品との重量比率は１対３．６７となる。

また、２次計量動作の溶融樹脂が充填される３次成形キャビティ２６の容積と４次成形キャビティ２７の容積の合計も同じく射出成形装置１０の最大射出容積の７０％に、４次成形キャビティ２７の容積を前記射出成形装置１０の最大射出容積の１５％、３次成形キャビティ２６を最大射出容積の５５％に設定する。

本発明の射出成形方法における射出充填の制御は、充填するキャビティの容積が安定して成形品を得ることができる射出成形装置１０の最大射出容積の２０％を基準とし、容積が２０％以上〜７０％以下の場合は予め設定された射出速度及び射出圧力の充填パターンに基づいて行なわれ、容積が１０％以上〜２０％未満の場合には予め定めた射出圧力充填パターンに基づいて行なう構成としている。

これにより実施形態の射出制御は、１次成形キャビティ２４及び３次成形キャビティ２６への充填は射出速度及び射出圧力の充填パターンにより、２次成形キャビティ２５及び４次成形キャビティ２７への充填は射出圧力充填パターンにより行なわれる。そして、射出装置では１次計量動作により予めスクリュの先端部に１次成形キャビティ容積と２次成形キャビティ容積に充填可能な容積の溶融樹脂を貯留しておく。

先ず、可動型２２を固定型２１の方向に移動して当接させ型締を行なう。全てのゲートバルブ３３ａ〜ｄは閉じた状態にしておく。
次に、１次成形キャビティ２４のゲートバルブ３３ａを開き、１次成形の射出工程である射出１で１次成形キャビティ２４内に溶融樹脂を射出充填し、保圧１工程へ移行する。 保圧１の工程完了の後、１次成形キャビティ２４のゲートバルブ３３ａを閉じる。１次射出の保圧工程完了後のスクリュ位置を保持するよう、スクリュには背圧を作用させる。
１次成形キャビティの容積が最大射出容積の５５％であることから、射出１は射出速度及び射出圧力の充填パターンに基づいて行なわれる。

次いで、保圧１工程完了後にゲートバルブ３３ａを閉じた後の所定の時間経過後に２次成形キャビティ２５のゲートバルブ３３ｂを開き、２次成形の射出工程である射出２で２次成形キャビティ２５内に溶融樹脂を射出充填し、保圧２工程へ移行する。
ここで、１次成形の完了後直ちに２次成形を行なわず所定の時間経過後に行なうようにしたのは、１次成形品と２次成形品との間には冷却時間の違いがあり、成形品の互いの冷却タイマ計時完了のタイミングが同一となるようにするためである。
２次成形キャビティの容積が前記射出成形装置１０の最大射出容積の１５％であることから、射出２は射出圧力充填パターンに基づいて行なわれる。

保圧１工程及び保圧２工程の完了後それぞれの成形品に設定された冷却時間の計時が開始される。また、保圧２工程の完了後には、２次成形キャビティ２５のゲートバルブ３３ｂが閉じられ、さらに、射出装置ではスクリュ１２を回転駆動して次の成形に供えるため溶融樹脂を可塑化しスクリュ先端部に貯留する２次計量工程に移行する。２次計量工程では、１次製品と２次製品の充填量に相当する樹脂量を計量する。

１次成形キャビティ２４のゲートバルブ３３ａと２次成形キャビティ２４のゲートバルブ３３ｂを閉じた状態で、３次成形キャビティ２６のゲートバルブ３３ｃを開き、次成形の射出工程である射出３で３次成形キャビティ２６内に溶融樹脂を射出充填し、保圧３工程へ移行する。 保圧３の工程完了の後、３次成形キャビティ２６のゲートバルブ３３ｃを閉じる。３次射出の保圧工程完了後のスクリュ位置を保持するよう、スクリュには背圧を作用させる。
３次成形キャビティの容積が最大射出容積の５５％であることから、射出３は射出速度及び射出圧力の充填パターンに基づいて行なわれる。

次いで、保圧３工程完了後にゲートバルブ３３ｃを閉じた後の所定の時間経過後に４次成形キャビティ２７のゲートバルブ３３ｄを開き、４次成形の射出工程である射出４で４次成形キャビティ２７内に溶融樹脂を射出充填し、保圧４工程へ移行する。
ここで、３次成形の完了後直ちに４次成形を行なわず所定の時間経過後に行なうようにしたのは、３次成形品と４次成形品との間には冷却時間の違いがあり、成形品の互いの冷却タイマ計時完了のタイミングが同一となるようにするためである。
４次成形キャビティの容積が前記射出成形装置１０の最大射出容積の１５％であることから、射出４は射出圧力充填パターンに基づいて行なわれる。

保圧３工程及び保圧４工程の完了後それぞれの成形品に設定された冷却時間の計時が開始される。また、保圧４工程の完了後には、４次成形キャビティ２７のゲートバルブ３３ｄが閉じられ、さらに、射出装置ではスクリュ１２を回転駆動して次の成形に供えるため溶融樹脂を可塑化しスクリュ先端部に貯留する計量工程に移行する。
樹脂の計量工程を完了するとともに、成形品の冷却時間が計時を完了したことで可動型２２を型開方向に移動させて、製品の取り出しを行なう。このようにして、１回の成形動作で所定の製品形状と製品重量及び形状の安定し、成形品毎の大きさの制約が緩和された複数の成形品を同時に成形することができる。

前述した実施の形態において、成形キャビティの数を４個とし、これに限られるものではなく、成形キャビティの数は４個以上であっても良く、そのキャビティ容積が成形装置の最大射出容積の２０％以上であれば射出充填は射出速度及び射出圧力の充填パターンに基づいて行なわれ、それ以下であれば射出充填は射出圧力充填パターンに基づいて順次行なわれる。この場合、図２において、射出４及び保圧４の次に射出５、６及び保圧５、６などキャビティ数に対応して順次射出工程が追加されることになる。
また、成形キャビティの数を２個とし、１次及び２次の成形で完了する範囲も含む。

本発明の射出成形方法では、成形する全射出容積を射出成形装置１０の最大射出容積の７０％とし、２次および４次成形キャビティ２５の容積を前記射出成形装置１０の最大射出容積の１５％と設定したが、２０％以上の設定であっても良く、射出充填は射出速度及び射出圧力の充填パターンに基づいて行なわれる。即ち、本発明による１次射出工程以降の射出工程は、充填されるキャビティの容積を基準として射出速度及び射出圧力又は射出圧力の充填パターンを選択的に用いて制御する構成となっている。

以上説明したように、本発明の射出成形方法によれば、製品形状と容積の異なる複数のキャビティを有する金型を用い、容積の異なる製品を大小の２個に選択的に組み合わせるとともに、組み合わせて形成した順に射出充填を繰り返す構成とした。そして、組み合わせたキャビティにおいても、大きなキャビティから順次射出充填するようにした。成形するに際して、成形品の容積を予め設定した基準値と比較し、基準値より小さい場合には射出圧力充填パターンに基づいて、基準値よりも大きな場合には射出速度及び射出圧力パターンに基づいて行なわれる。このため、射出ユニットの最大射出容積の２０％未満の製品形状や製品重量が安定して成形し難いものであっても、容易に成形することが出来る。
また、本発明の射出成形方法によれば、成形品の容積比率が従来の成形方法よりも改善され、１回の射出成形で得られる成形品の重量差の適用範囲を幅広く設定することが出来る。

１０ 射出成形装置
１１ バレル
１２ スクリュ
２０ 金型
２１ 固定型
２２ 可動型
２３ 樹脂流路
２４ １次成形キャビティ
２５ ２次成形キャビティ
２６ ３次成形キャビティ
２７ ４次成形キャビティ
３０ 樹脂流路の切り替え手段
３３ａ〜３３ｄ ゲートバルブ
３５ 樹脂流路切り替え手段の制御装置

Claims (3)

1. 製品形状の異なる複数のキャビティを有する金型と、前記複数のキャビティ容積の総和量よりも小さい射出容積を有する一つの射出ユニットを用いて、溶融樹脂を１つの射出ユニットより異なるキャビティへ時間差をもって順次射出充填する射出成形方法であって、
   前記複数の各キャビティには独立駆動した樹脂流路の切り替え手段を有し、１回の計量動作で射出充填できる前記複数のキャビティの中から組み合わせを選択し、予め設定された射出速度及び射出圧力の充填パターンに基づいて、製品容積の大きいキャビティ側を先に１次射出充填した後、各キャビティへ通じる樹脂流路の切り替え手段のゲートバルブを切替えて、先に射出充填したキャビティへの樹脂流路を遮断し、未充填の製品容積の小さいキャビティ側への樹脂流路を開いて、予め設定した充填可能な圧力設定の充填パターンに基づいて２次射出充填し、
   引き続き２次計量動作を行ない、１回の計量動作で射出充填できる複数の未充填のキャビティの組み合わせを選択し、製品容積の大きいキャビティ側から予め設定した射出充填と保圧工程の充填パターンに基づいて３次射出充填した後、各キャビティに通じる樹脂流路の切替え手段のゲートバルブを切替えて、残りの製品容積の小さい未充填のキャビティへは予め設定した充填可能な圧力設定の充填パターンに基づいて４次射出充填を行ない、以後は計量と射出充填とを繰り返すことを特徴とする射出成形方法。
2. 前記製品容積の大きいキャビティとは、前記射出ユニットの最大射出容積の２０％〜７０％に相当する請求項１に記載の射出成形方法。
3. 前記製品容積の小さいキャビティとは、前記射出ユニットの最大射出容積の２０％未満〜１０％以上に相当する請求項１〜請求項２記載の射出成形方法。

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