JP3806787B2 - 射出成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形金型内の圧力をフィードバックして型内圧力を制御する、射出成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
まず、従来の一般的な射出成形機の一例について図を用いて説明すると、図２に示すように、スクリュシリンダ３の先端には、ノズル３ａが設けられるとともに、スクリュシリンダ３の上部にはホッパ２が固設されている。
また、スクリュシリンダ３内にはスクリュ１が装備され、スクリュシリンダ３の後部には射出シリンダ６が形成されている。スクリュ１には射出ラム９が固着されて射出シリンダ６に嵌挿されており、また、スクリュ１にはモータ１８が接続されている。
【０００３】
一方、スクリュシリンダ３の先端には、樹脂貯留部７が形成されるとともに、金型４が接続されている。金型４は、固定金型４ａと可動金型４ｂとにより構成され、金型４内にはキャビティ（または成形品）５が形成される。
このような構造において、ホッパ２から投入された粒状の原料樹脂は、モータ１８により回転駆動されるスクリュ１によってスクリュシリンダ３内を前方（図２中の左側）に送られるとともに、図示しないヒータで溶融され、スクリュ１の先端の樹脂貯留部７に蓄えられる。
【０００４】
また、成形に必要な量の溶融樹脂が樹脂貯留部７に蓄えられると、スクリュ１の回転を停止させ、次いで射出ラム９に油圧を作用させてスクリュ１を前方に移動させる。
これにより、樹脂貯留部７の溶融樹脂はノズル３ａからゲート８を通って金型４のキャビティ５に射出され、その後冷却されて所定の成形品５として取り出される。
【０００５】
ところで、成型品５の品質は、シリンダ加熱温度，スクリュ回転速度，射出樹脂量，計量ストローク，射出圧力，射出速度，射出時間，冷却温度及び冷却速度等の多くの成形条件によって影響を受けることになり、種々の品質欠陥を生ずることが考えられるため、この欠陥を解消するための成形方法が種々提案されている。
このうち、特開昭６０−１２７１３０号公報には、主としていわゆるヒケ（凹み）やソリを防ぐため金型内の圧力に着目して射出条件を制御する射出成形方法が開示されており、以下、この技術について図３〜図７を用いて説明する。
【０００６】
図３は従来の制御を行なうための射出成形機の構造を示す模式図であり、型内圧制御装置１３には型内圧センサ１１が接続されている。また、油圧ポンプ１０から比例電磁流量弁１６及び方向切換弁１７を介して所定の圧力に加圧された作動油が油室６ａ，６ｂに供給されるように構成されており、制御用油圧源のアキュムレータ１５及びサーボバルブ１４も付設されている。
【０００７】
そして、型内圧制御装置１３からの制御信号により、比例電磁流量弁１６，方向切換弁１７及びサーボバルブ１４が制御され、油室６ａ又は油室６ｂに所要の圧油が供給されて射出ラム９及びスクリュ１の制御が行なわれ、溶融樹脂の充填圧力が制御されるように構成されている。なお、図に示す符号１２は、金型４内の成形品５を取り出すための突出ピンである。
【０００８】
一方、型内圧センサ１１としては、ゲート８の付近に配設され、ゲート付近型内圧Ｐ₁ を検出するゲート付近センサ１１ａと、成形品流動末端（キャビティ末端）に配設され末端付近型内圧Ｐ₂ を検出する末端付近センサ１１ｂとの２つのセンサが設けられており、これらのゲート付近センサ１１ａ及び末端付近センサ１１ｂにより検出された情報は、逐次型内圧制御装置１３に送られる。
【０００９】
また、型内圧制御装置１３は２つのタイマ機能を有しており、各タイマには、型内圧調整時間Ｔ₁ と型内圧調整保持時間Ｔ₂ とが設定されている。
そして、射出工程時には、図４に示すような特性で射出成形が行なわれる。なお、図４はゲート付近センサ１１ａで検出された型内圧Ｐ₁ と時間との関係を示す図である。まず、スクリュ１の先端の樹脂貯留部７に必要量の溶融樹脂が蓄えられると、スクリュ１の回転を停止して油圧ポンプ１０からの圧油を射出シリンダ６の油室６ａに供給し、スクリュ１を前進させて溶融樹脂を金型４内に射出する。
【００１０】
これにより、金型４内におけるゲート付近センサ１１ａの型内圧Ｐ₁ が上昇し、予め設定された圧力Ｐｓ（型内充填圧＋パッキング圧）に達する。
このとき、型内圧制御装置１３では、末端付近センサ１１ｂにより検出された末端付近型内圧Ｐ₂ のその時点での圧力Ｐ_2C、又は圧力Ｐ_2Cに一定比率を乗じた圧力Ｐ_2C′を目標圧力Ｐａとして設定する。そして、この目標圧力Ｐａへ向けた減圧制御を行なうべく、スクリュ１を後退させて型内圧Ｐ₁ を減圧する。
【００１１】
この減圧は、直線又は曲線状の円滑な推移特性となるように、タイマに設定された型内圧調整時間Ｔ₁ をかけて圧力Ｐａ（図４中における点ロの状態）となるまで行なわれるので、急激な減圧による機械的なショックは発生しない。
次いで、タイマによって型内圧調整保持時間Ｔ₂ の間この型内圧力Ｐａが保持され、図４中における点ロの状態から点ハの状態まで同一圧力に保たれる。
【００１２】
ここで、型内圧力Ｐ₁ の減圧や調整は、スクリュ１に連結された射出ラム９前後の油室６ａ又は油室６ｂに圧油を供給し、スクリュ１を前後退させることにより行なわれる。具体的には、このような動作は、アキュムレータ１５，サーボバルブ１４，比例電磁流量弁１６及び方向切換弁１７等（以下これらをサーボ制御駆動装置と呼ぶ）を制御することで行なわれる。
【００１３】
次に、このような制御による作用を説明する。図５は金型４内に樹脂を注入している状態を示す模式的図であり、図５中の矢印は、ゲート８付近の型内圧Ｐ₁ が設定圧Ｐｓに達するまでの樹脂の流れを示している。また、図６は型内圧Ｐ₁ が設定圧Ｐｓに達した時の圧力分布を図５の各部の位置に対応させて示したものであり、このときは、Ｐ₁ ＞Ｐ₂ となっている。図７は型内圧Ｐ₁ の減圧時における圧力分布を、図５の各部の位置に対応させて示したもので、このときには、樹脂は図５に示す矢印とは逆方向に流れ、圧力の分布は図７に示すように圧力の勾配がなくなって平坦になる（即ち、圧力分布が均一になる）ことがわかる。
【００１４】
したがって、この圧力勾配のない状態で冷却されて樹脂成形品の表皮が形成されると残留応力がなくなり、ソリの発生を防止することができる。
なお、図４における点ハ以降の時間においては、冷却収縮によるヒケを防止するため、最小の保持圧が加えられている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の射出成形方法では、上昇中の型内圧Ｐ₁ が減圧に転ずる時期を、型内圧Ｐ₁ が型内圧制御装置１３に設定された設定圧Ｐｓに到達した時点とし、この後の制御目標を、この時点における末端部の型内圧Ｐ₂ を用いた適宜の値Ｐａに設定している。
【００１６】
しかしながら、型内圧Ｐ₁ は樹脂の流動抵抗に対応して発生し、樹脂温度や金型温度等による樹脂の流動性の影響を受けるので、型内圧Ｐ₁ が設定圧Ｐｓのときの末端部の型内圧Ｐ_2Cは必ずしも同一ではなく、ばらつきが生ずる。
このばらつきによって、成形品の重量にばらつきが生じる可能性が高く、さらには、未充填又は過充填の可能性も高くなるという課題がある。
【００１７】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、従来の射出成形機を用いながら末端部の型内圧がばらつかないように型内圧を制御して成形品の重量ばらつきを防止できるようにした、射出成形方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の射出成形方法は、射出成形金型の型内圧力をフィードバックして該型内圧力を制御する射出成形方法において、射出成形金型のゲート付近の型内圧Ｐ₁ を検出するゲート付近型内圧センサと流動末端付近の型内圧Ｐ₂ を検出する末端付近型内圧センサとをそなえ、射出行程時には、まず、該ゲート付近型内圧センサにより検出される該ゲート付近型内圧Ｐ₁ を制御対象として設定し、第１設定圧ＰＳ₁ を制御目標として該ゲート付近型内圧Ｐ₁ の圧力制御を行ない、次に、該末端付近型内圧センサにより該末端付近型内圧Ｐ₂ が基準圧ＳＳＰに達したことが検出されると、該制御対象を該末端付近型内圧Ｐ₂ に切り替え、該基準圧ＳＳＰよりも高い第２設定圧ＰＳ₂ を制御目標として該末端付近型内圧Ｐ₂ の圧力制御を行ない、その後、該末端付近型内圧Ｐ₂ が該第２設定圧ＰＳ₂ に達したことが検出されると、所定時間ＨＴ２だけ該型内圧Ｐ₂ を該第２設定圧ＰＳ₂ に保持することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明すると、図１は本発明の一実施形態としての射出成形方法を説明するための図であって、射出工程中の金型内の圧力と時間との関係を示す図である。なお、本実施形態の射出成形方法は、図２及び図３に示す従来の射出成形機とほぼ同様の射出成形機を使用して実施されるものであり、このため、以下の説明において射出成形機に関する部分については、図２及び図３に示す符号を用いて説明する。
【００２０】
さて、図１中、型内圧Ｐ₁ は、ゲート付近センサ（ゲート付近型内圧センサ）１１ａにより検出されたゲート付近型内圧であり、型内圧Ｐ₂ は、末端付近センサ（末端付近型内圧センサ）１１ｂにより検出された末端付近型内圧である。
また、図１中、縦軸に示すＰＳ₁ はゲート付近型内圧Ｐ₁ の制御目標である目標設定内圧（又は、第１設定圧）であり、ＳＳＰは制御対象をゲート付近型内圧Ｐ₁ から末端付近型内圧Ｐ₂ に切り替える基準となる圧力（又は、基準圧）であり、ＰＳ₂ は末端付近型内圧Ｐ₂ の制御目標である設定内圧（又は、第２設定圧）であって、上記基準圧ＳＳＰよりも高圧に設定された値である。なお、これらの値は、実験や従来の経験に基づいて設定されたものである。
【００２１】
ところで、本実施形態では、従来例の場合と同様に、スクリュシリンダ３の樹脂貯留部７に必要量の溶融樹脂が蓄えられると、スクリュ１の回転を止めてスクリュ１を前進させ、溶融樹脂を金型４内に射出する。
このとき、ゲート８付近の型内圧Ｐ₁ は、タイマに設定された所定時間ＳＴ₁ （ｔ＝０からｔ₁ までの時間）をかけて第１設定圧ＰＳ₁ になるように型内圧制御装置１３により制御される。また、その後はゲート付近センサ（ゲート付近型内圧センサ）１１ａからの情報をフィードバックしながら目標設定内圧ＰＳ₁ に保持されるようになっている。
【００２２】
一方、充填が進んで溶融樹脂が型内の流動末端に達すると、末端付近センサ（末端付近型内圧センサ）１１ｂにより検出される型内圧Ｐ₂ が上昇し始める。ここで、末端付近型内圧Ｐ₂ は、末端の充填状況を端的に表しており、このため、本発明の射出成形方法では、末端付近型内圧Ｐ₂ が基準圧ＳＳＰに達すると（ｔ＝ｔ₂ ）、型内圧制御装置１３における制御対象をゲート付近型内圧Ｐ₁ から末端付近型内圧Ｐ₂ に切り換えるようになっている。
【００２３】
そして、タイマに設定された所定時間ＳＴ２（ｔ＝ｔ₂ からｔ₃ までの時間）をかけて、末端付近型内圧Ｐ₂ を目標の設定内圧ＰＳ₂ まで昇圧させる。また、この設定圧ＰＳ₂ になった時点から所定時間ＨＴ２（ｔ＝ｔ₃ からｔ₄ までの時間）だけ、型内圧Ｐ₂ をそのまま設定内圧ＰＳ₂ に保持するように制御が行なわれる。なお、このときも末端付近センサにより検出された型内圧Ｐ₂ をフィードバックしながら設定内圧ＰＳ₂ に保持するようになっている。
【００２４】
この間、型内圧Ｐ₁ は特に制御されないので、成り行きの圧力となるが、末端付近型内圧Ｐ₂ が制御されているので、型内圧Ｐ₁ が急激に変化するようなことはなく、ショック等が生じたり不具合が生じたりすることはない。
なお、上記の制御動作は、従来例と同様に型内圧制御装置１３の指令によるサーボ制御用駆動装置の動作により行なわれ、油圧とスクリュ１の移動が制御される。なお、このようなサーボ制御は、図１中における型内圧Ｐ₁ の特性の太線部分（時間ｔ＝０〜ｔ₂ ）と型内圧Ｐ₂ の特性の太線部分（時間ｔ＝ｔ₂ 〜ｔ₄ ）において実行される。
【００２５】
本発明の一実施形態としての射出成形方法は上述のように構成されているので、その作用を説明すると以下のようになる。
まず、射出工程の初期はゲート付近型内圧Ｐ₁ に着目して制御を行なう。このときの目標設定内圧ＰＳ₁ は、実験又は過去の経験によって充填過剰又は充填不足にならない範囲に設定されており、末端の充填状況とは無関係に不具合の発生が抑制された状態で充填動作が行なわれる。
【００２６】
次に、溶融樹脂が末端に到達して末端の充填が始まり、末端付近型内圧Ｐ₂ が上昇する。
そして、末端付近型内圧Ｐ₂ が基準圧ＳＳＰに達したところで、制御対象をゲート付近型内圧Ｐ₁ から末端の充填状況を端的に表す末端付近型内圧Ｐ₂ に切り替え、末端付近型内圧Ｐ₂ を目標設定内圧ＰＳ₂ になるように制御を行なう。
【００２７】
その後、末端付近型内圧Ｐ₂ が設定圧ＰＳ₂ に達すると、所定時間ＨＴ２だけ、型内圧Ｐ₂ をそのまま設定内圧ＰＳ₂ に保持するのである。
ところで、一般に型内圧Ｐ₁ は溶融樹脂の充填が進むにつれて上昇し、一方、末端付近型内圧Ｐ₂ はこれに遅れて、溶融樹脂が流動末端部に到達してから上昇を始めるという特性を示す（図１参照）。
【００２８】
すなわち、型内圧Ｐ₁ は金型４に流入する溶融樹脂の流動抵抗に対応して現れるが、流動抵抗は樹脂温度や金型温度等によって変化するので、一定の型内圧Ｐ₁ に対応する末端の充填状況は必ずしも同一とはならず、ばらつきが生じる。
一方、末端付近型内圧Ｐ₂ は溶融樹脂が末端に注入されてから発生するので、末端部の充填状況を端的に表していることになる。したがって、末端付近型内圧Ｐ₂ が基準圧ＳＳＰに達したときに、制御対象となるパラメータをゲート付近型内圧Ｐ₁ から末端付近型内圧Ｐ₂ に切り替えることにより、樹脂温度や金型温度等の条件が変化しても、末端の充填条件のばらつきを防止することができ、これにより、成形品の重量ばらつき等の不具合を防止することができるのである。
【００２９】
また、上述の射出成形方法によれば、射出成形機等の装置については従来のものをそのまま適用でき、型内圧制御装置１３のプログラムを変更するだけでよいので、コストや射出成形機等の装置の重量の増加をともなうことなく、極めて簡単に従来の課題及び不具合を解決することができる利点を有している。
なお、本発明の射出成形方法は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明の射出成形方法に適用される射出成形機の細部の構造については上述と異なるように構成したものでもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の射出成形方法によれば、充填工程の末期における制御を、末端付近の充填状況を端的に表す末端付近型内圧Ｐ₂ を用いて行なうので、末端型内圧のばらつきが低減され、成形品の重量のばらつきを低減することができる利点があるほか、未充填又は過充填の可能性を低減することができる利点がある。さらには、射出成形機等の装置については従来のものをそのまま適用できるとともに、装置のプログラムを変更するだけでよいので、射出成形機等の装置の重量の増加やコストをともなうこともないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての射出成形方法を説明するための図であり、射出工程中の金型内圧力特性を示すグラフである。
【図２】一般的な射出成形機の要部構成を示す模式的な断面図である。
【図３】一般的な射出成形機の全体構成を示す模式図である。
【図４】従来の射出成形機において、ゲート付近センサで検知した型内圧と時間との関係を示すグラフである。
【図５】従来の射出成形方法をを説明するための図である。
【図６】従来の射出成形方法における型内の圧力分布を図５に示す各部位に対応させて示すグラフである。
【図７】従来の射出成形方法における型内の圧力分布を図５に示す各部位に対応させて示すグラフである。
【符号の説明】
１ スクリュ
２ ホッパ
３ スクリュシリンダ
４ 金型
５ 成型品
６ 射出シリンダ
６ａ 油室
６ｂ 油室
７ 樹脂貯留部
８ ゲート
９ 射出ラム
１０ 油圧ポンプ
１１ 型内圧センサ
１１ａ ゲート付近センサ（ゲート付近型内圧センサ）
１１ｂ 末端付近センサ（末端付近型内圧センサ）
１２ 突出ピン
１３ 型内圧制御装置
１４ サーボバルブ
１５ アキュムレータ
１６ 比例電磁流量弁
１７ 方向切換弁
１８ モータ

Claims (1)

1. 射出成形金型の型内圧力をフィードバックして該型内圧力を制御する射出成形方法において、
   射出成形金型のゲート付近の型内圧Ｐ₁ を検出するゲート付近型内圧センサと流動末端付近の型内圧Ｐ₂ を検出する末端付近型内圧センサとをそなえ、
   射出行程時には、
   まず、該ゲート付近型内圧センサにより検出される該ゲート付近型内圧Ｐ₁ を制御対象として設定し、第１設定圧ＰＳ₁ を制御目標として該ゲート付近型内圧Ｐ₁ の圧力制御を行ない、
   次に、該末端付近型内圧センサにより該末端付近型内圧Ｐ₂ が基準圧ＳＳＰに達したことが検出されると、該制御対象を該末端付近型内圧Ｐ₂ に切り替え、該基準圧ＳＳＰよりも高い第２設定圧ＰＳ₂ を制御目標として該末端付近型内圧Ｐ₂ の圧力制御を行ない、
   その後、該末端付近型内圧Ｐ₂ が該第２設定圧ＰＳ₂ に達したことが検出されると、所定時間ＨＴ２だけ該型内圧Ｐ₂ を該第２設定圧ＰＳ₂ に保持する
   ことを特徴とする、射出成形方法。

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