JP4155826B2 - 被成形部材の収縮を制御する方法 - Google Patents

Description

この発明は、成形金型の温度が制御される場合において、キャビティーへの充填が終了した後に、射出成形機械の成形金型内の１個のキャビティー内の被成形部材の収縮を制御する方法、ならびに前記方法に使用される装置に関する。

例えば、熱可塑性合成樹脂を成形金型に充填する従来の方法では、充填過程は、最初の射出速度支配段階に続いて圧力支配段階となるように制御され、圧力支配段階が充填過程の終了まで継続される。射出速度支配段階の終了間近、あるいは圧力支配段階の開始時期に充満状態に到達し、その際金型空腔部は、可塑化された素材によって完全に湿潤され、金型空腔部内部の素材圧力は比較的低い状態である。それに引き続いて射出ピストンあるいは押出し機がさらに駆動されることにより、金型内部圧力の上昇が起こり、これに伴って比容積が減少し、金型空腔部内にある成型素材の密度が上昇する。到達可能な圧縮の程度は、その時点の温度のみならず、作用する圧力の大きさおよび成形素材の特性によって種々異なる。

金型空腔部への溶融体の導入が停止されると、ゲート内の溶融体が硬化し始める。これにより金型空腔部が閉鎖され、それ以上は合成樹脂溶融体が導入されない。金型空腔部内の温度は降下し、最後は１バール等容積線に到達する。被成形部材が収縮し始め、最後には室温に達する。

被成形部材の収縮は、圧力変化および温度変化態様ならびに特にキャビティー内の溶融体の粘性によって決定される。被成形部材の収縮にとって重要な要素は、充填の終了した（あるいは圧力最大値の）時点から成形サイクルの終わりまでのキャビティー内の温度分布である。成形サイクル毎に収縮が異なるのは、温度プロファイルの変動と金型内部圧力プロファイルの変動に由来する。

このことは、一個取り成形金型と多数個取り成形金型の何れに対しても当てはまる。多くの種類（合成樹脂、金属、セラミックその他）の射出成形部品の製造においては、一成形サイクルあたり複数に部材が同時に製造されること（多数個取り成形金型）が多い。この場合、個々のキャビティーの形状およびゲート位置については、個々のキャビティーの均衡を保たせ、被成形部材ができる限り同一品質になるようにする。ただし実際上、収縮の態様は、材質、温度およびそれによる粘度の変動に応じて常に様々であり、絶えず変化しやすい。

この発明の課題は、多数個取り成形金型のキャビティー間においても、また射出成形のサイクル間においても、被成形部材の収縮の程度が、可能な限り同等になるようにするための簡易な方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、キャビティー内の温度および／または内部圧力が監視され、また充填の終了した時点からあるいはキャビティー内の圧力が最大値に達した時点から、成形サイクルの終結に到るまで金型を温度調節することにより、温度プロファイルまたは圧力プロファイルが基準値のプロファイルに合うように補正される。

実際の温度ならびに金型内部圧力のプロファイルを、充填の終了した時点から成形サイクルの終結に到るまで基準値のプロファイルに合うように補正することにより、被成形部材の収縮が一定に保たれる。同様のことは、多数個取り成形金型の場合にも当てはまり、この場合、個々のキャビティーの温度プロファイルならびに金型内部圧力プロファイルが、充填段階から成形サイクルの終結に到るまで監視され、また個々に制御される。

同程度の収縮に納まるようにするためには、同一の金型側壁温度において大気圧に到達させることが必要である。そのために金型内部圧力が測定され、同時に金型温度が検出される。適切な制御により、物理的条件が同一であれば、同程度の収縮を達成することが可能である。

構造粘性に起因して、金型内部圧力は、キャビティー内の溶融体の流路に沿って絶えず減少するので、金型内部圧力センサをゲート近傍に設置して、できる限り多くの情報が得られるようにすることが望ましい。ただし、これは必ずしも強制的ではなくて、これによる成形金型の変形に起因して、いわゆる残留圧力がある場合、すなわち大気圧に達しない場合には欠点となる可能性もある。

温度センサの構成に関しては、内部圧力に対応する測定は、同一位置でも厳密には実行できないと言う以前の仮定とは相違して、簡易化するために、むしろ温度センサを、温度調節循環路の区域に設置することができるということが明らかにされている。さらに多くの課題を満足することが可能となるので、温度センサは、キャビティー内の溶融体の充填径路の末端に設置されることが好ましい。

広い面積を有する被成形部材もまた、比較的大きなキャビティーを必要とする。それゆえ複数個の温度調節循環路が、キャビティー内の充填径路全体に渉って分布設置されることが必要である。収縮を制御するために、同じ温度調節循環路の区域に温度センサの設置が必要であり、そこには金型内部圧力センサも設置される。それに加えて、流路までの温度調節循環路の広い区域に、各１個の温度センサを、必要に応じて圧力センサも内設することができ、それによりこの区域内の収縮も制御される。金型内部圧力が大気圧に到達した時点に複数の温度調節循環路は同じ温度に統一される。温度調節媒体の温度は、きわめて長い期間にわたって調節される。すなわち、それは一方では、金型内部圧力のプロファイルが最大値から大気圧に到達するまでの間、また他方では、金型温度のプロファイルが最大値から金型内部圧力が大気圧に到達した時点の温度までの間、それぞれ予め規定された基準値のプロファイル（つまり良好な部品）に一致させるように調節される。

この発明の好適な一実施例の場合は、実測値および基準値の両パラメータが、時間的に相互に比較されるのではなくて、むしろ両者が一方を横軸、他方を縦軸にグラフ表示されることにより絶対的に一致する場合は、４５°直線が形成される。

このような制御それ自体は、射出成形機械からは完全に無関係に達成され、成形金型の温度調節装置のみに関連する。

この発明の、その他の利点、特徴および独自性を、以下記載の実施例および図面を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、型締め状態の射出成形金型１を示す。基本的には２個の金型板２および３より成り、金型板３から心部材４が突出し、心部材４は、型締め状態で金型板２のキャビティー５内に挿入されている。心部材４およびキャビティー５により、各々１個ずつの金型空腔部６が形成され、これに例えば合成樹脂溶融体が充填される。熔融体はノズル８のホットランナー７を通過して導入され、ゲート９において金型空腔部６内へ射出される。

この発明では、各キャビティー５に、少なくともそれぞれ１個の温度センサ１０が付設されることが好ましい。この温度センサ１０は、キャビティー５の充填径路の一端部に設置され、充填径路の９５ないし９８％の位置に設置されることが好ましい。さらにキャビティー５には、ゲート９の近傍に圧力センサ２０が付設されている。

ノズル８内には加熱管路１１があって、これによりホットランナー７内の合成樹脂溶融体が所要の温度に保持される。他方、金型板２内でキャビティー５の区域に冷却管路１２があって、金型空腔部６内の合成樹脂を一定温度に下げ、そこで所定の時間後に硬化され、成形された物品をキャビティー５から摘出することができる。

図２ａにより、キャビティー５が溶融体で充満された際に、圧力が最大値１３まできわめて急速に上昇し、次いで封鎖点１４まで徐々に降下し、その時点でゲートが閉鎖されることが認識される。

その後、圧力はさらに１バールまで低下し、最後に温度も摂氏２０°まで降下する。

充填が完了後の過程が、温度に応じて（縦軸を比容積とした）図２ｂのように表示される場合は、点１３において最大値に達することが判る。その後温度は封鎖点１４まで降下し、さらにその後１バール等容積線１５まで降下し、この時点で被成形部材の収縮が開始する。この被成形部材は、ａの区域内で、温度が摂氏２０°に達するまで収縮する。その後被成形部材が、キャビティー５から摘出される。

以下この発明の機能を、図３ないし図５ｂに基づいて説明する。

図３は、多数個取り成形金型の模式図である。個々のキャビティー５の何れにも、例えば、冷却管路１２を備えた専用の温度調節循環路１６が付設されている。キャビティー５の各々には、さらに各１個の圧力センサ２０と温度センサ１０とが付設されている。

温度センサ１０により、キャビティー５内の温度が監視され、キャビティー５内の内部圧力が圧力センサ２０で検出される。温度と圧力の測定は、同一位置で厳密に実行する必要はなく、むしろ簡易化するために、対応する温度調節循環路１６の区域内で実行してもよい。個々の温度調節循環路１６の制御は、一方では、金型内部圧力のプロファイルが、最大値から大気圧に到達するまで、また他方では、金型温度のプロファイルが、最大値から金型内部圧力が大気圧に達した際の温度までの長い期間にわたって、予め規定された圧力又は温度の基準値のプロファイルに到達するまで、温度調節媒質の温度を調節することによって実行される。

図５ａには充填後の時間による圧力のプロファイルが図示されている。しかし、圧力センサ２０により検出された圧力のプロファイルがその基準値のプロファイルと時間的に相互に比較されるのではなく、むしろ両者が共にグラフ表示され、例えば横軸に測定された圧力、縦軸に圧力の基準値として両者の関係をプロットして、両者が完全に一致する場合は、４５°直線が表示される図５ｂの図示の方が好ましい。

図４に示されるように、成形金型内で広い面積を有する被成形部材が製作される場合に、キャビティー５．１がかなり大きくなる。それ故、この種のキャビティー５．１には、複数個のゲート９．１ないし９．５が備えられ、少なくともゲート９．１にもまた圧力センサ２０が付設される。必要に応じ、当然ながら他のゲート９．２ないし９．５にも各１個ずつの圧力センサ２０が付設されてもよい。ただし、これは必ずそうすべきだというわけではない。

さらにキャビティー５．１は複数個の温度調節循環路１６および複数個の温度センサ１０を備える。

制御は前記記載の通りに実行される。

射出成形金型の模式断面図 キャビティーが充填された場合の圧力変化過程の曲線図 キャビティーが充填された場合の圧力変化過程および温度変化過程の曲線図 多数個取り射出成形金型の各キャビティーの模式図 広大な面を有する被成形部材用の射出成形金型の１個のキャビティーの模式図 １個のキャビティー内の射出成形部品の収縮の際の圧力のプロファイルを示す図 １個のキャビティー内の射出成形部品の収縮の際の、実際の圧力降下とその基準値との関係を示す図

符号の説明

１ 成形金型
２ 金型板
３ 金型板
４ 心部材
５ キャビティー
６ 金型空腔部
７ ホットランナー
８ ノズル
９ ゲート
１０ 温度センサ
１１ 加熱管路
１２ 冷却管路
１３ 圧力最大値
１４ 封鎖点
１５ （１バール）等容積線
１６ 温度調節循環路
２０ 内部圧力センサ
ａ 区域

Claims (8)

1. 温度制御された射出成形機械の成形金型（１）のキャビティー（５，５．１）への溶融体の充填終了後に、キャビティー（５，５．１）内の被成形部材の収縮を制御する方法であって、
   キャビティー（５，５．１）内の温度および／または内部圧力が監視され、また充填の終了の時点からあるいはキャビティー（５，５．１）内の圧力が最大値（１３）となった時点から、射出成形の１サイクルの終結に到るまで金型を温度調節することにより、キャビティー内の温度が基準温度プロファイルを目標とするかまたは内部圧力が基準圧力プロファイルを目標として補正されることを特徴とする被成形部材の収縮を制御する方法。
2. キャビティー内の圧力が、常に同一の金型温度において大気圧に達するように温度調節が実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 金型温度の検出が、キャビティー（５，５．１）の冷却管路（１２）を備えた温度調節循環路（１６）の区域で実行されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 複数個の温度調節循環路（１６）を備えたキャビティー（５．１）において、各々の温度調節循環路（１６）の温度は金型内部圧力が大気圧に達した時点で、同一の温度に統一されることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項記載の方法。
5. 実際の温度プロファイルおよび／または圧力プロファイルが、各々の基準プロファイルを基準として表示されることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項記載の方法。
6. キャビティー（５，５．１）に、あるいはキャビティー（５，５．１）の温度調節循環路（１６）に付設された温度センサ（１０）および／または内部圧力センサ（２０）によりキャビティー（５，５．１）内の温度および／または内部圧力が監視されることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項記載の方法。
7. 内部圧力センサ（２０）が、ゲート（９ないし９．１）の近傍に、また温度センサ（１０）が、溶融体の流通径路の端部に対向して位置することを特徴とする請求項６項記載の方法。
8. 複数個の温度調節循環路（１６）を備えたキャビティー（５．１）の場合において、少なくとも１つの温度調節循環路（１６）にはゲートに近接して１個の圧力センサ（２０）が、またすべての温度調節循環路（１６）には温度センサ（１０）が付設されたことを特徴とする請求項７項記載の方法。

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