JP5029902B2 - 計量中断サックバック - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機によりプラスチック部品を成形する工程において、計量工程の途中でサックバック動作を行うことにより、計量工程と型開工程を同時に行う複合動作を可能とする動作方法に関するものである。

射出成形機によりプラスチック部品を成形する一連の工程は、金型にホットランナーが装備されていない（コールドランナーでありバルブゲートの装着不可）一般的な金型を用いる場合、図４の上図に示すようになる。まず金型を閉じて型締め力を負荷する型閉工程から始まり、スクリューが前進し溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填して樹脂圧力を保持する射出・保圧工程、樹脂を冷却固化させるための冷却工程、冷却工程と同時に始まりスクリューが回転して固体状の樹脂ペレットをノズル側へ移送しながら溶融しスクリューの前部に貯留する計量工程、金型を開く型開工程、そして成形品を金型から取り外し機外に搬出する押出・取出工程から構成されており、これらで１回の成形サイクルをなす。
従来の油圧式の射出成形機においては、機械を駆動する油圧源が一つであったため、型開工程と計量工程を同時に行うことは困難であった。そのため、樹脂を金型から取り外せる（金型を開くことができる）状態まで冷却固化する冷却工程が終わっても、スクリューが回転し樹脂を溶融、貯留する計量工程が終わっていない場合は、計量工程の完了を待って型開工程に移行していた。

近年多く生産されるようになったスクリューの回転を電気モータで行う方式の射出成形機においては、スクリュー回転用と型開閉用の駆動源が別となるため、計量工程と型開工程の複合（同時）動作が容易となった。それにより、図４の下図が示すよう、シャットオフバルブの開閉動作をともなって、計量工程が終わっていなくても冷却工程が終わるとすぐに型開工程を開始する複合動作が行われ、成形サイクルタイムの短縮が図られている。
この複合動作のための制御方法は、特許文献１などに開示されている。

また近年、金型から取り外された後は製品となるキャビティ部と切り離され、廃材となり捨てられるコールドランナーをなくすため、金型内のランナー周辺にヒーターを埋め込んでホットランナーとし、ランナーからキャビティ内に溶融樹脂を注入する部分であるゲートを開閉可能なバルブゲートとする方式の金型が増えている。
さらに、プラスチック部品の大型化に対応するため、キャビティ内での溶融樹脂の流動長が短くなるように、ゲートを多点方式とする金型が頻繁に用いられるようになっている。

このようなホットランナーとバルブゲートを装備した金型を用いた成形工程においては、図４の下図に示されているシャットオフバルブの開閉のタイミングにて、同様にバルブゲートを開閉することにより、成形サイクルタイムの短縮が可能な複合動作も行うことができる。（シャットオフバルブの開閉は、行っても行わなくてもよい。）

特公平０６−２２８４１号公報

しかしながら、金型内にバルブゲートを装備するためには、開閉可能な構造のゲート、それを開閉動作するためのシリンダー、さらに開閉動作の確認を行うリミットスイッチを装着する必要があり、金型内部の構造が非常に複雑となる。また、金型を交換する際、金型と成形機間での配線、配管の接続および取り外しが増えるため、金型製作そしてメインテナンスが非常に困難なものとなる。
それにより、ホットランナーは装備しているが、バルブゲートは未装着な金型が多々使用されている。

ホットランナーは装備しているがバルブゲートを未装着な金型を用いた場合の通常動作（複合動作を用いない）における成形工程は、図１の上図に示すようになる。計量工程完了後にサックバック動作（スクリューの回転を停止するとともにシャットオフバルブを開き、スクリューを一定距離後退させ、シャットオフバルブを閉じる）を行い、その後金型を開いている。
型を開く前にサックバック動作を行う理由は、射出・保圧工程が完了し射出圧力を０に落としてシャットオフバルブを閉じても、ホットランナー内の樹脂圧力が抜け切きらない、あるいは温度上昇により溶融樹脂が膨張することがあり、金型が開いた瞬間にゲートからホットランナー内の樹脂が溢れ出て、「樹脂ダレ」や「糸引き」が発生する可能性があるからである。（図５を参照）
「樹脂ダレ」や「糸引き」が発生した場合、金型が開いている間にそれらが固化し、金型を閉じる際に挟んで金型を損傷することになる。それを防ぐためには、成形運転を止めてオペレータが「樹脂ダレ」や「糸引き」を取り除く必要があり、生産性を低下させる。
よって、「樹脂ダレ」や「糸引き」の発生を防ぐため、型を開く前に、シャットオフバルブが開いた状態でサックバックし、スクリュー前部及びホットランナー内部の樹脂圧力を下げておく必要がある。（大気圧以下に下げることが好ましい）

このような理由により、計量工程を行いながら金型を開ける複合動作を使用することができないので、図１の上図のような、計量工程の完了後にサックバック動作を行い、その後型開工程を行わざるを得なく、サイクルタイムの短縮が図れなかった。

本発明では、ホットランナーは装備しているがバルブゲートは未装着である金型を用いて成形する場合においても、複合動作が可能な射出成形機の動作方法の実現を意図している。

以上の課題を解決するために、本発明では、
ホットランナーは装備しているがバルブゲートは未装着な金型を用いた成形動作方法であって、射出・保圧工程が完了すると冷却工程と計量工程を同時に開始し、計量工程より先に冷却工程が完了した場合、スクリューの回転を停止するとともにシャットオフバルブを開き、スクリューを一定距離後退させ、シャットオフバルブを閉じ、その後残りの計量工程と型開工程を同時に開始する動作方法とした。

本発明では、下記のような優れた効果を発揮する。
（１）ホットランナーは装備しているがバルブゲートは未装着である金型を用いる場合であっても、計量工程と型開工程を同時に行う複合動作が可能となり、サイクルタイムの短縮が図れる。
（２）金型内部の構造等を複雑にするバルブゲートの装着を必要としなくなる。

以下、図面に基づいて、本発明に係る、射出成形機での計量中断サックバック及び複合動作を使用した成形動作方法、ならびにその装置について説明する。図１〜図３はいずれも本発明の実施例に係り、図１は通常動作と本発明による複合動作（計量中断サックバック使用）における成形工程を表す図、図２は金型装置、射出装置及び油圧回路を表す図、図３は金型を開いた時の樹脂等の状態を表す図である。

まず図２において、左上には金型装置が示されており、固定プラテン１には固定金型４が、また可動プラテン２には可動金型５が取付けられている。可動プラテン２は、図示せぬ型開閉装置により動作し、型開閉動作や型締め力の負荷が行われる。金型が閉じた状態で、固定金型４と可動金型５の間には空間であるキャビティ８が形成され、そこに溶融樹脂が射出充填され固化することによりプラスチック部品を成形できる。固定金型４には溶融樹脂の通路であるホットランナー６が設けられ、周囲にはヒーター９が埋め込まれて溶融樹脂が固化しないように温度制御されている。ホットランナー６からキャビティ７に通じる先端部分はゲート７であり、多くの金型ではホットランナー６内より流路径が細くなっている。

金型装置の右側に示されている射出装置は、主にノズル１２、バレル１１、スクリュー１５、射出シリンダー１６、軸受けボックス１９及び計量用電気モータ２１から構成されており、図示せぬノズルタッチ機構によって、ノズル１２の先端部が固定金型４の樹脂流入口に押し付けられている。ノズル１２には、シャットオフバルブ１３が設けられており、図示せぬ駆動装置により９０°の回転動作を行って、溶融樹脂の通路を開閉することができる。スクリュー１５は、軸受けボックス１９に回転自在に支持されるとともに計量用電気モータ２１の回転軸と接続されて、バレル１１の内部で回転運動が可能である。バレル１１の周囲にはヒーターが巻かれており、樹脂が溶融する温度に制御されている。
そして、スクリュー１５が回転すると、図示せぬホッパー口から入ってきた固体状の樹脂ペレットは、前方に移送されながらバレル１１の内部で溶融し、スクリュー１５の前部（ノズル１２側）に貯留される。（この時スクリュー１５は後退する。）
また、射出シリンダー１６のロッド側室に圧油が導入されると、軸受けボックス１９、計量用電気モータ２１及びスクリュー１５が金型側に前進し、貯留された溶融樹脂を金型内に射出充填することが可能になっている。
軸受けボックス１９には、位置センサー２３が取付けられ、スクリュー１５のバレル１１内での位置を、精度良く測定できるようになっている。

油圧供給源３１は、電気モータにより回転する油圧ポンプや流量調整弁、圧力調整弁などから構成されており、所望の流量及び圧力の作動油を供給することができる。油圧供給源３１から、射出前後進切替弁３２を介して、射出シリンダー１６のロッド室１８及びヘッド室１７へと回路接続され、射出前後進切替弁３２を切替えることによりスクリュー１５の前進及び後退が可能になっている。また、射出前後進切替弁３２とロッド室１８の間にはサーボ弁３３が接続されており、ロッド室１８に送り込む作動油の流量を微調整することにより、スクリュー１５の前進速度さらには溶融樹脂の射出充填速度を微妙に制御可能となっている。サーボバルブ３３はオイルタンクＢ３５とも回路接続されているので、計量工程においては、ロッド室１８からオイルタンクＢ３５に流出する作動油の流量を調整し、スクリュー１５が後退する際の抵抗（いわゆる背圧）を制御できるようになっている。さらに、射出前後進切替弁３２はオイルタンクＡ３４とも連絡しており、ヘッド室１７またはロッド室１８から出てくる作動油を、オイルタンクＡ３４に戻すことができる。

ヒーター９、射出前後進切替弁３２、計量用電気モータ２１、位置センサー２３などの機器は、図示せぬ射出成形機用のコントローラと電気的に接続されており、操作盤からオペレータにより入力された運転条件に基づいて、コントローラが射出成形機全体の動作制御を行なう。
操作盤には、計量中断サックバックの「使用」と「不用」が選択できるようになっている。計量中断サックバックの使用が可能な金型であり、複合動作を行いたい場合は、「使用」を選択し、そうでない場合は「不用」を選択する。さらに、「計量中断サックバックストローク」、「計量中断サックバック速度」、「計量中断サックバック圧力」の値を設定できるようになっている。計量中断サックバックの「使用」が選択されている場合は、それらの値にもとづいて動作制御される。
ここで、「計量中断サックバックストローク」の値を適切に設定することが重要で、ノズル１２及びホットランナー６内部の溶融樹脂の圧力が、大気圧より若干低い圧力（負圧）まで下がるような値に設定する。

次に、図１の下の図を用い、ホットランナーは装備しているがバルブゲートが未装着な金型での成形において、複合動作（計量中断サックバック使用）を行う成形工程について説明する。

成形工程は、まず型閉工程から始まり、可動プラテン２が動作して金型が閉じられた後、型締め力が負荷される。この時、シャットオフバルブ１３は閉じられている。

次の射出・保圧工程では、シャットオフバルブ１３が開かれた後、スクリュー１５が前進しキャビティ８内に溶融樹脂が射出充填される。
この工程では、油圧供給源３１から作動油の吐出が開始されるともに、射出前後進切替弁３２のａソレノイドが励磁され、作動油はサーボバルブ３３の方へ流れる。サーボバルブ３３は、設定された射出速度になるように、位置センサー２３からの測定速度をフィードバックしながら弁開度を調整され、速度制御が行なわれる。スクリュー１５が前進し、キャビティ８内に溶融樹脂がほぼ充填されると、ロッド室１８の圧力が上昇するので、図示せぬ圧力センサーでそれを検知し、速度制御から圧力制御に切替える。圧力制御に切替えられると、設定された圧力に保持するようサーボバルブ３３の開度は調整される。そして、設定された圧力保持時間が経過すると、圧力は０まで落とされた後、シャットオフバルブ１３が閉じられるとともに射出前後進切替弁３２は消磁され、射出・保圧工程は終了する。この圧力を保持する時間は、キャビティ８内におけるゲート７周辺部の樹脂が固化し、スクリュー１５前部の樹脂圧力がキャビティ８内に伝播しなくなるまでの時間で決められる。

射出・保圧工程が終了すると、冷却工程と計量工程が同時に始まる。
冷却工程では、キャビティ８内の樹脂が型を開けることが可能な状態に固化するまで、金型は閉じられ続ける。

計量工程では、計量用電気モータ２１によりスクリュー１５が回転し、樹脂を前方に移送しながら溶融させる。移送されてスクリュー１５前部に貯留された溶融樹脂の圧力により、スクリュー１５は後退する。この時、ロッド室１８からオイルタンクＢ３５に流出する作動油の流量を、サーボバルブ３３で絞ることにより背圧を立てて、スクリュー１５の後退速度を遅くし、樹脂の溶融状態の向上や混練性を高める。

設定された冷却時間が経過し冷却工程が完了すると、計量中断サックバックのために、スクリュー１５の回転を一旦停止して、シャットオフバルブ１３を開き、スクリュー１５の位置を位置センサー２３により測定、記憶する。次に、サーボバルブ３３は、ロッド室１８とオイルタンクＢ３５が連通する方向に最大限開かれるとともに、射出前後進切替弁３２のｂソレノイドを励磁し、油圧供給源３１からヘッド室１７に作動油を送り込む。この時、油圧供給源３１から吐出される作動油の流量は、設定された「計量中断サックバック速度」に、また圧力の上限は設定された「計量中断サックバック圧力」の値に対応する。そして、後退するスクリュー１５の位置を位置センサー２３の測定値より監視し、設定された「計量中断サックバックストローク」の距離後退すると、射出前後進切替弁３２のｂソレノイドを消磁するとともにシャットオフバルブ１３を閉じて、計量中断サックバックを終了する。

その後、スクリュー１５の回転を始めて計量工程を再開するとともに、可動プラテン２を開き型開工程を開始し、複合動作となる。
設定された距離金型が開くと、型開工程は完了する。次の押出・取出工程では、キャビティ８内で固化したプラスチック成形部品を可動金型５から押し出し、取出装置などを使って機外に運び出す。
また、スクリュー１５が設定された位置まで後退すると、スクリュー１５の回転は止められ計量工程は終了する。

金型を開いた時の樹脂等の状態を図３に示す。キャビティ８内で固化した樹脂は、可動金型５に貼り付いて固定金型４から離れる。またこの時、ホットランナー６内の溶融樹脂は先に行われた計量中断サックバック動作により大気圧より低く（負圧）になっているため、ゲート７部から大気圧に押され内側に引っ込み、「樹脂ダレ」や「糸引き」を起こすことはない。よって、その後可動金型５からプラスチック成形部品が取り外されると、次の型閉じ動作を支障無く行うことができる。

押出・取出工程と計量工程の両方が終了すると、次の成形サイクルのスタートとなり、型閉工程が連続的に開始される。

このように、計量中断サックバックを行うことにより、型開工程と計量工程の同時進行（計量工程より型開工程が先に終了した場合は、押出・取出工程と計量工程の同時進行）が可能で、ホットランナーは装備しているがバルブゲートを未装着な金型を使用した成形であっても、成形サイクルタイムを短縮することができ、生産性の向上が図れる。

本実施例では、スクリュー回転とスクリュー前後進の駆動源を別の電気モータとしているため、複合動作を容易に実現できる。

上記の実施の形態は本発明の例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。
例えば、本実施例においては、スクリューの前後進は油圧シリンダーにより行う構成になっているが、サーボモータとボールねじを用いたいわゆる電動方式の射出前後進装置であってもよい。

本発明の実施例に係る成形工程を説明する図である。 本発明の実施例に係る金型装置、射出装置、油圧回路を説明する図である。 本発明の実施例に係り、金型を開いた時の状態を表す図である。 従来のホットランナーの無い金型での成形工程を表す図である。 従来のホットランナーは装備しているがバルブゲートの無い金型による成形において、サックバック動作を行わずに金型を開いた時の状態を表す図である。

符号の説明

１ 固定プラテン
２ 可動プラテン
４ 固定金型
５ 可動金型
６ ホットランナー
７ ゲート
８ キャビティ
９ ヒーター
１１ バレル
１２ ノズル
１３ シャットオフバルブ
１５ スクリュー
１６ 射出シリンダー
１７ ヘッド側油室
１８ ロッド側油室
１９ 軸受けボックス
２１ 計量用電気モータ
２３ 位置センサー
３１ 油圧供給源
３２ 射出前後進切替弁
３３ サーボ弁
３４ オイルタンクＡ
３５ オイルタンクＢ

Claims (1)

1. ホットランナーは装備しているがバルブゲートは未装着な金型を用いた成形における射出成形機の動作方法であって、
   射出・保圧工程が完了すると冷却工程と計量工程を同時に開始し、計量工程より先に冷却工程が完了した場合、スクリューの回転を停止するとともにシャットオフバルブを開き、前記スクリューを一定距離後退させ、前記シャットオフバルブを閉じ、その後残りの計量工程と型開工程を同時に開始することを特徴とする射出成形機の動作方法。

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