JP2016215406A - 射出成形装置及び射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエルドラインの発生位置を自由に制御することができ、成形品の強度並びに品質の向上を図ることができる射出成形装置及び射出成形方法を提供する。【解決手段】射出成形装置は、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出するための射出プランジャ又はスクリューを有する射出ユニットと、ゲート部より金型のキャビティ内に溶融樹脂を注入する際に、ゲート部とキャビティとを相対的に移動させる移動ゲートアクチュエータと、射出ユニット及び移動ゲートアクチュエータの動作を制御する制御部とを備え、制御部は、射出プランジャ又はスクリューの位置に関する検出信号に基づいて、ゲート部とキャビティとの相対位置を制御するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、金型のキャビティに対して移動可能な移動ゲート機構を備えた射出成形装置及びそれを用いた射出成形方法に関する。

従来の射出成形においては、スプルゲートやピンポイントゲート等の樹脂注入口がキャビティへ臨んだ状態で型締めがなされ、そのままの状態、すなわち、ゲート（樹脂注入口）とキャビティとの相対位置が固定された状態でゲートから溶融樹脂がキャビティへ充填されるようになっている。

一般に、例えばキャビティ内に障害物（コア部）がある場合、ゲートから充填される溶融樹脂は分岐流となって再び合流する流動形態となるが、上述のような従来のゲート並びにキャビティ固定の成形方式では、合流地点での双方の樹脂流れの圧力がほぼ同じであるために、直線的なウエルドラインが生じていた。このため、物性的異方性が甚だしく、強度上並びに外観上問題となっていた。加えて、ゲート並びにキャビティ固定の成形方式では配向が揃うために、物性的異方性を助長していた。

ウエルドラインを抑制すると共に、配向度を抑制し、成形品の強度並びに品質の向上を図るために、本出願人は、ゲート（材料注入口）を有する移動駒を固定型板と可動型板のいずれかの型板に設け、成形材料の充填過程においてキャビティに対して材料注入口を偏位させる成形方法を提案している（特許文献１）。

また、本出願人は、回転軸心に対して偏心したゲート（樹脂注入口）を有する回転駒を固定型板と可動型板のいずれか一方の型板に設け、溶融樹脂の充填過程においてキャビティ面に対してゲートを回転偏位させる樹脂成形方法を提案している（特許文献２）。

近年、溶融樹脂が金型内に射出されると同時に、又は充填中、さらには充填完了直後に、回転制御装置を具備した回転手段により円周方向に回転する金型の内側部及び外側部の少なくとも一方が回転する角度、回転速度、回転トルク及び回転開始時間を制御する手段を有する円筒形状の射出成形品の製造方法も提案されている（特許文献３）。

特開平６−１７９２２８号公報 特開平５−１３１５０２号公報 特許第３１８５０９３号公報

特許文献１及び２に開示されている樹脂成形方法において、移動駒又は回転駒の移動は、成形材料の充填開始時或いは充填開始後から、少なくとも成形材料が半硬化又は硬化する時点まで実施される。また、移動距離は、射出速度、金型構造或いは材料等に応じて決定され、予め設定された一定の動きで移動する。ゲートの形状に起因する成形材料の充填過程における応力集中を回避して、成形品の品質向上を図ることができたが、ウエルドラインの発生位置を形成品の見栄え及び強度要求に応じて制御することに至っていなかった。

また、特許文献３に開示されている射出成形品の製造方法は、射出開始のタイミング信号に応じてゲート位置を制御するものであり、ゲートの移動は予め設定されている。このため、射出プランジャ又はスクリューの位置に関する検出信号に基づいて、ウエルドラインの発生位置を制御することができなかった。また、この製造方法は、円筒形状の成形品に限定されているので、他の形状の成形品の場合は適用できなかった。

そのため、射出プランジャ又はスクリューの位置に関する検出信号に基づいて、ウエルドラインの発生位置を制御することができ、かつ成形品の形状に応じて、ゲート位置に関する検出信号に基づいて、ウエルドラインの発生位置を制御することができる射出成形装置が望まれていた。

従って、本発明は従来技術の上述した問題点を解消するものであり、本発明の目的は、ウエルドラインの発生位置を自由に制御することができ、成形品の強度並びに品質の向上を図ることができる射出成形装置及び射出成形方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、移動ゲートが一定の動きだけではなく、プログラムに応じた様々な動作を実現できる射出成形装置及び射出成形方法を提供することにある。

本発明によれば、射出成形装置は、金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出するための射出プランジャ又はスクリューを有する射出ユニットと、ゲート部より金型のキャビティ内に溶融樹脂を注入する際に、ゲート部とキャビティとを相対的に移動させる移動ゲートアクチュエータと、射出ユニット及び移動ゲートアクチュエータの動作を制御する制御部とを備え、制御部は、射出プランジャ又はスクリューの位置に関する検出信号に基づいて、ゲート部とキャビティとの相対位置を制御するように構成されている。

射出プランジャ又はスクリューの位置に関する検出信号に基づいて、ゲート部とキャビティとの相対位置を制御することにより、様々な射出動作パターンを実現でき、成形品におけるウエルドラインの発生位置を自由に制御することができると共に、成形品の強度並びに品質の向上を図ることができる。

制御部は、ゲート部とキャビティとの相対位置に関する検出信号に基づいて、射出プランジャ又はスクリューの位置を制御するように構成されていることが好ましい。これにより、成形品の形状に応じて、ゲート位置に関する検出信号に基づいて、ウエルドラインの発生位置を制御することができる。

移動ゲートアクチュエータは、ゲート部を有し、固定型板と可動型板のいずれかに設けられた移動駒と、ゲート部がキャビティ面上において少なくとも一方向に移動するように駆動する駆動ユニットと、駆動ユニットに設けられ、ゲート部の位置情報を検出するための検出手段とを備えていることが好ましい。これにより、平面上を一方向又は複数方向に移動する移動ゲートの制御及び位置検出が可能になる。

移動ゲートアクチュエータは、ゲート部を有し、固定型板と可動型板のいずれかに設けられた回転駒と、ゲート部がキャビティ面上において回転変位するように回転駒を駆動する駆動ユニットと、駆動ユニットに設けられ、ゲート部の位置情報を検出するための検出手段とを備えていることが好ましい。これにより、平面上を回転移動する移動ゲートの制御及び位置検出が可能になる。

本発明によれば、金型のキャビティ内に所定量の溶融樹脂を射出する射出成形方法であって、溶融樹脂の充填過程においてゲート部よりキャビティ内に溶融樹脂を注入する際に、射出プランジャ又はスクリューの位置情報を検出し、検出した射出プランジャ又はスクリューの位置情報に基づいて、ゲート部とキャビティとの相対位置を制御する射出成形方法が提供される。

これにより、成形品におけるウエルドラインの発生位置を自由に制御することができると共に、成形品の強度並びに品質の向上を図ることができる。

また、ゲート部とキャビティとの相対位置情報を検出し、検出したゲート部とキャビティとの相対位置情報に基づいて、射出プランジャ又はスクリューの位置を制御することが好ましい。これにより、成形品の形状に応じて、ゲート位置に関する検出信号に基づいて、ウエルドラインの発生位置を制御することができる。

本発明によれば、射出プランジャ又はスクリューの位置に関する検出信号に基づいて、ゲート部とキャビティとの相対位置を制御することで、成形品におけるウエルドラインの発生位置を自由に制御することができると共に、成形品の強度並びに品質の向上を図ることができる。

また、ゲート部とキャビティとの相対位置に関する検出信号に基づいて、射出プランジャ又はスクリューの位置を制御することで、成形品の形状に応じて、ゲート位置に関する検出信号に基づいて、ウエルドラインの発生位置を制御することができる。

本発明の第１の実施形態における射出成形装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における射出成形装置の制御部の電気的構成を概略的に示すブロック図である。 図１の実施形態における射出成形装置の移動ゲートアクチュエータの一例及び動作状態を概略的に示す平面図である。 固定ゲートの場合におけるゲート位置及び成形品のウエルド位置を説明する平面図である。 図１の実施形態における移動ゲートアクチュエータの制御動作を概略的に示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における射出成形装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態における射出成形装置の移動ゲートアクチュエータの一例及び動作状態を概略的に示す平面図である。 本発明の第２の実施形態における射出成形装置の制御部の電気的構成を概略的に示すブロック図である。 図６の実施形態における移動ゲートアクチュエータ及び射出ユニットの制御動作を概略的に示すフローチャートである。

以下、本発明に係る射出成形装置及び射出成形方法の実施形態を、図を参照して説明する。

図１〜図４は本発明の第１の実施形態における射出成形装置１００の構成を示している。図１は射出成形装置１００の全体構成を概略的に示すと共に、ゲート部２１とキャビティＣとの位置関係を概念的に示している。図２は制御部３０の電気的構成を示している。図３は一例としての移動ゲートアクチュエータ２０の構成及びその動作状態を示しており、同図（ａ）は射出開始時のゲート位置を示しており、（ｂ）は射出完了時のゲート位置を示しており、（ｃ）はウエルド発生位置を示している。図４は従来の固定ゲート式射出成形装置の形成品のウエルドラインの位置を表している。

図１〜図３に示すように、本実施形態における射出成形装置１００は、射出ユニット１０と、移動ゲートアクチュエータ２０と、制御部３０とを備えている。移動ゲートアクチュエータ２０のゲート部、移動駒及び駆動ユニットは、固定型板Ａと可動型板Ｂとの間に配置されている。

射出ユニット１０は、樹脂原料を加熱溶融させ、金型内へ射出するためのものであり、シリンダ１１と、溶融樹脂を射出する射出プランジャ１２と、射出プランジャ１２を駆動する駆動モータ１３と、射出プランジャ１２の位置を検出するエンコーダ１４とを備えている。エンコーダ１４の検出信号は、制御部３０に入力される。なお、溶融樹脂を射出する射出プランジャ１２の代わりに溶融樹脂を射出するスクリューを用いても良い。この場合、駆動モータ１３はスクリューを駆動する駆動モータとなり、エンコーダ１４はスクリューの位置を検出するエンコーダとなる。

移動ゲートアクチュエータ２０は、ゲート部２１を有し、固定型板と可動型板のいずれかに設けられた移動駒２２と、サーボモータ２３ａを用い、ゲート部２１をキャビティ面上において少なくとも一方向に移動するように駆動する駆動ユニット２３と、駆動ユニット２３に設けられ、ゲート部２１の位置情報を検出するための検出手段としてのエンコーダ２４とを備えている。エンコーダ２４の検出信号は、制御部３０に入力される。

制御部３０は、図２に示すように、ＣＰＵ３１と、ＲＯＭ３２と、ＲＡＭ３３と、計時手段３４と、設定値を入力するための入力手段を含む操作部３５と、サーボモータコントローラ３６ａ及び３６ｂとを備えている。ＣＰＵ３１はＲＯＭ３２に格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭ３３をワークエリアとして使用しながら、射出成形装置１００の全体の動作を制御する。また、制御部３０は、射出プランジャ１２の位置に関する検出信号に基づいて、ゲート部２１とキャビティＣとの相対位置を制御するように構成されている。なお、外部から制御部３０に与えられた移動パターンプログラムによって射出動作パターンを制御しても良い。

次に、本実施形態における射出成形装置１００の射出成形における移動ゲートアクチュエータ２０の制御を、図５のフローチャートを参照して説明する。

まず、射出成形装置１００において、射出ユニット１０の動作開始を指示する射出開始指令があったか否かを判断する（ステップＳ１）。射出開始指令ありと判断した場合、射出ユニット１０の動作を開始し（ステップＳ２）、さらに、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置検出を開始する（ステップＳ３）。次いで、移動ゲートアクチュエータ２０の動作開始指令があったか否かを判断する（ステップＳ４）。移動ゲートアクチュエータ２０の動作開始指令がありと判断した場合は、移動ゲートアクチュエータ２０を動作させて、ゲート移動を開始する（ステップＳ５）。移動ゲートアクチュエータ２０の動作開始指令がなしと判断した場合は、ステップＳ４の判断を繰り返し行う。

次いで、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置情報を取得する（ステップＳ６）。そして、取得したプランジャ（又はスクリュー）１２の位置情報に基づいて、ゲートの位置調整が必要か否かを判断する（ステップＳ７）。必要でない場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ６に戻り、上記動作を繰り返す。ゲートの位置調整が必要であると判断した場合は、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置情報に基づいて、ゲート位置を調整する（ステップＳ８）。次いで、射出動作を完了するか否かを判断する（ステップＳ９）。射出動作完了ではないと判断した場合は、ステップＳ６に戻り、上述したステップＳ６〜Ｓ８の動作を繰り返す。ステップＳ９において射出動作完了と判断した場合は、射出ユニット１０の動作を停止し（ステップＳ１０）、移動ゲートアクチュエータ２０の動作を停止する（ステップＳ１１）。これにより、射出成形装置１００による射出動作を終了する。

このように本実施形態においては、射出成形装置１００は、射出プランジャ（又はスクリュー）１２の位置に関する検出信号に基づいて、ゲート部２１とキャビティとの相対位置を制御するように構成されている。

これにより、様々な動作パターンを実現でき、成形品におけるウエルドラインの発生位置を自由に制御することができると共に、成形品の強度並びに品質の向上を図ることができる。即ち、ウエルドラインの発生位置を形成品の見栄え及び強度要求に応じて制御することができる。例えば、図３（ｃ）に示すように、キャビティＣの内部にコア部を有する場合、ウエルドラインの位置を形成品形状的に強度の高い場所（例えば、角部）に、又は外部から見えない場所に持っていくことができる。これに対して、従来の固定ゲートの場合、図４に示すように形成品のウエルドラインの位置はゲートの対向する側の中央にしか形成されない。

図６は本発明の第２の実施形態における射出成形装置２００の構成を示している。図６は射出成形装置２００の全体構成を概略的に示すと共に、ゲート部２１ＡとキャビティＣとの位置関係を概念的に示している。図７は一例としての移動ゲートアクチュエータ２０Ａの構成を示しており、同図（ａ）は、移動ゲートアクチュエータ２０Ａ及び固定型板Ａの平面図であり、（ｂ）は移動ゲートアクチュエータ２０Ａ、固定型板Ａ及び可動型板Ｂの側面図であり、（ｃ）は成形品のウエルドラインを示している。

図６に示すように、本実施形態における射出成形装置２００は、射出ユニット１０と、移動ゲートアクチュエータ２０Ａと、制御部３０Ａとを備えている。射出ユニット１０は、図１の実施形態における射出ユニットと同じ構成であるため、本実施形態では説明を省略する。

移動ゲートアクチュエータ２０Ａは、図７に示すように、ゲート部２１Ａを有し、固定型板Ａと可動型板Ｂのいずれかに設けられた回転駒２２Ａと、ゲート部２１Ａをキャビティ面上において回転移動するように駆動する駆動ユニット２３Ａと、駆動ユニット２３Ａに設けられ、ゲート部２１Ａの位置情報を検出するための検出手段としてのエンコーダ２４Ａとを備えている。エンコーダ２４Ａの検出信号は、制御部３０Ａに入力される。

制御部３０Ａは、図８に示すように、ＣＰＵ３１と、ＲＯＭ３２と、ＲＡＭ３３と、計時手段３４と、設定値を入力するための入力手段を含む操作部３５と、サーボコントローラ３６ａ及び３６ｂとを備えている。ＣＰＵ３１はＲＯＭ３２に格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭ３３をワークエリアとして使用しながら、射出成形装置２００の全体の動作を制御する。制御部３０Ａは、射出プランジャ１２の位置に関する検出信号に基づいて、ゲート部２１ＡとキャビティＣとの相対位置を制御するように構成されている。また、制御部３０Ａは、ゲート部２１ＡとキャビティＣとの相対位置に関する検出信号に基づいて、射出プランジャ１２の動作を制御するように構成されている。なお、外部から制御部３０に与えられた移動パターンプログラムによって射出動作パターンを制御しても良い。

本実施形態において、制御部３０Ａは、ゲート部２１Ａとキャビティとの相対位置に関する検出信号に基づいて、射出プランジャ１２の動作を制御するように構成されていること以外、上述した射出成形装置１００と同様な構成を有する。

なお、溶融樹脂を射出する射出プランジャ１２の代わりに溶融樹脂を射出するスクリューを用いても良い。この場合、駆動モータ１３はスクリューを駆動する駆動モータとなり、エンコーダ１４はスクリューの位置を検出するエンコーダとなる。

次に、本実施形態における射出成形装置２００の射出成形における射出プランジャ（又はスクリュー）１２の制御、及び移動ゲートアクチュエータ２０Ａの制御を、図９のフローチャートを参照して説明する。

まず、射出成形装置２００において、射出ユニット１０の動作開始を指示する射出開始指令があったか否かを判断する（ステップＳ２１）。射出開始指令がありと判断した場合、射出ユニット１０の動作を開始し（ステップＳ２２）、さらに、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置検出を開始する（ステップＳ２３）。次いで、移動ゲートアクチュエータ２０Ａの動作開始指令があったか否かを判断する（ステップＳ２４）。移動ゲートアクチュエータ２０Ａの動作開始指令がありと判断した場合は、移動ゲートアクチュエータ２０Ａを動作させて、ゲート移動を開始する（ステップＳ２５）。移動ゲートアクチュエータ２０Ａの動作開始指令がなしと判断した場合は、ステップＳ４の判断を繰り返し行う。次いで、ゲートの位置検出を開始する（ステップＳ２６）。

その後、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置情報を取得する（ステップＳ２７）。そして、取得したプランジャ（又はスクリュー）１２の位置情報に基づいて、ゲート位置の調整が必要か否かを判断する（ステップＳ２８）。必要でない場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ２７に戻り、上記動作を繰り返す。ゲート位置の調整が必要であると判断した場合は、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置情報に基づいて、ゲート位置を調整し（ステップＳ２９）、ステップ３３へ進む。一方、ステップＳ２６でゲートの位置検出を開始した後、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置情報を取得すると共に、ゲートの位置情報を取得する（ステップＳ３０）。次いで、ゲートの位置情報に基づいて、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置調整が必要か否かを判断する（ステップＳ３１）。必要でない場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ３０に戻り、上記動作を繰り返す。プランジャ（又はスクリュー）１２の位置の調整が必要であると判断した場合は、ゲートの位置情報に基づいて、プランジャ（又はスクリュー）１２の位置を調整し（ステップＳ３２）、ステップ３３へ進む。

ステップＳ３３においては、射出動作を完了するか否かを判断する。ここで、射出動作完了ではないと判断した場合は、ステップＳ２７及びＳ３０に戻り、上述したステップＳ２７〜Ｓ３２の動作を繰り返す。ステップＳ３３において射出動作完了と判断した場合は、射出ユニット１０の動作を停止する（ステップＳ３４）。次いで、移動ゲートアクチュエータ２０Ａの動作を停止する（ステップＳ３５）。これにより、射出成形装置２００による射出動作を終了する。

このように本実施形態においては、射出成形装置２００は、射出プランジャ（又はスクリュー）１２の位置に関する検出信号に基づいて、ゲート部２１（２１Ａ）とキャビティＣとの相対位置を制御するように構成されており、かつゲート部２１ＡとキャビティＣとの相対位置に関する検出信号に基づいて、射出プランジャ（又はスクリュー）１２の位置を制御するように構成されている。

これにより、様々な動作パターンを実現でき、成形品におけるウエルドラインの発生位置を自由に制御することができると共に、成形品の強度並びに品質の向上を図ることができると共に、成形品の形状に応じて、ゲート位置に関する検出信号に基づいて、ウエルドラインの発生位置を制御することができる。即ち、ウエルドラインの発生位置を形成品の見栄え及び強度要求に応じて制御することができる。

なお、上述した実施形態において、射出成形装置１００は少なくとも一方向に移動可能な移動駒２２を有する移動ゲートアクチュエータ２０を用いた構成例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。射出成形装置１００において、移動ゲートアクチュエータ２０の代わりにゲート部２１Ａがキャビティ面上において回転変位する回転駒２２Ａを有する移動ゲートアクチュエータ２０Ａを用いてもよい。

また、上述した実施形態においては、射出成形装置２００はゲート部２１Ａがキャビティ面上において回転変位する回転駒２２Ａを有する移動ゲートアクチュエータ２０Ａを用いた構成例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。射出成形装置２００において、移動ゲートアクチュエータ２０Ａの代わりに少なくとも一方向に移動可能な移動駒２２を有する移動ゲートアクチュエータ２０を用いてもよい。

また、本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨を逸脱しない範囲内での種々、設計変更した形態を技術的範囲に含まれるものである。

１０ 射出ユニット
１１ シリンダ
１２ 射出プランジャ（又はスクリュー）
１３ 駆動モータ
１４、２４、２４Ａ エンコーダ
２０、２０Ａ 移動ゲートアクチュエータ
２１、２１Ａ ゲート部
２２ 移動駒
２２Ａ 回転駒
２３、２３Ａ 駆動ユニット
２３ａ サーボモータ
３０、３０Ａ 制御部
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ 計時手段
３５ 操作部
３６ａ、３６ｂ サーボモータコントローラ
Ａ 固定金型
Ｂ 可動金型
Ｃ キャビティ
１００、２００ 射出成形装置

Claims (6)

1. 金型のキャビティ内に溶融樹脂を射出するための射出プランジャ又はスクリューを有する射出ユニットと、
   ゲート部より前記金型のキャビティ内に溶融樹脂を注入する際に、前記ゲート部と前記キャビティとを相対的に移動させる移動ゲートアクチュエータと、
   前記射出ユニット及び前記移動ゲートアクチュエータの動作を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記射出プランジャ又は前記スクリューの位置に関する検出信号に基づいて、前記ゲート部と前記キャビティとの相対位置を制御するように構成されていることを特徴とする射出成形装置。
2. 前記制御部は、前記ゲート部と前記キャビティとの相対位置に関する検出信号に基づいて、前記射出プランジャ又はスクリューの位置を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
3. 前記移動ゲートアクチュエータは、ゲート部を有し、固定型板と可動型板のいずれかに設けられた移動駒と、前記ゲート部が前記キャビティ面上において少なくとも一方向に移動するように駆動する駆動ユニットと、前記駆動ユニットに設けられ、前記ゲート部の位置情報を検出するための検出手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形装置。
4. 前記移動ゲートアクチュエータは、ゲート部を有し、固定型板と可動型板のいずれかに設けられた回転駒と、前記ゲート部が前記キャビティ面上において回転変位するように前記回転駒を駆動する駆動ユニットと、前記駆動ユニットに設けられ、前記ゲート部の位置情報を検出するための検出手段とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形装置。
5. 金型のキャビティ内に所定量の溶融樹脂を射出する射出成形方法であって、前記溶融樹脂の充填過程においてゲート部よりキャビティ内に溶融樹脂を注入する際に、射出プランジャ又はスクリューの位置情報を検出し、該検出した射出プランジャ又はスクリューの位置情報に基づいて、前記ゲート部と前記キャビティとの相対位置を制御することを特徴とする射出成形方法。
6. 前記ゲート部と前記キャビティとの相対位置情報を検出し、該検出したゲート部とキャビティとの相対位置情報に基づいて、前記射出プランジャ又は前記スクリューの位置を制御することを特徴とする請求項５に記載の射出成形方法。

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