JP5102186B2 - 射出成形方法および射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒータによって内部の溶融樹脂の温度を制御できるホットランナと、バルブピンによって開閉が可能なバルブゲートとが設けられている金型を使用した射出成形方法と、そのような射出成形方法を実施する射出成形機に関するものである。

金型内には、溶融樹脂の流路であるスプル、ランナが形成されており、型締された金型内に構成されているキャビティには、溶融樹脂を注入するゲートが開口している。従って、射出成形機のノズルから溶融樹脂を射出すると、スプル、ランナを経てゲートからキャビティに充填される。充填後、冷却固化を待って型開するとキャビティで賦形される成形品が得られるが、同時にスプルやランナ内で固化して破棄される不要な樹脂も発生する。このように、スプルやランナ内の溶融樹脂は、射出成形の１ショット毎に固化してしまうので、材料の樹脂が無駄になってしまうが、このような無駄を無くすことができる金型として、バルブゲートが設けられた金型が周知である。

特開２００２−３３７１８７号公報

本願発明の直接的な文献ではないが、特許文献１には、バルブゲートが設けられた金型が記載されている。このバルブゲートは、バルブピンにより開閉されるようになっている。そして、金型には所定の断熱構造を有していると共にヒータを備えた、いわゆるホットランナが設けられ、スプルおよびランナ内の溶融樹脂は冷却固化しないようになっている。従って、射出の直前にバルブゲートを開いて、射出を実施して、射出完了後にバルブゲートを閉じれば、スプル、ランナ内の溶融樹脂は冷却固化することはなく、次回のショットにおいてスプル、ランナ内の溶融樹脂をキャビティに充填することができるので、樹脂材料が無駄にならない。

このようなバルブゲートの開閉は、射出成形機に設けられているコントローラによって制御されているが、詳しく説明すると以下のように制御されている。コントローラは型締装置を駆動して型閉・型締する。型締の完了を検出したらコントローラはバルブピンを駆動する。バルブゲートの開を検出したら、コントローラは、射出成形機のスクリュ、またはプランジャを駆動して溶融樹脂を射出する。所定の背圧をかける保圧を実施する。保圧後、コントローラはバルブピンを駆動してバルブゲートを閉じる。冷却固化を待って型開して成形品を取り出す。

バルブゲートが設けられた金型を使用して上記した従来のバルブゲートの開閉方法を実施すれば、溶融樹脂がスプルとランナ内で冷却固化されることはなく、樹脂材料は無駄にならない。また、バルブゲートを開いてから射出するので、射出圧力により金型等が破損するようなことはない。しかしながら、解決すべき問題点も見受けられる。具体的には、バルブゲートの開を検出した後に射出を開始するようになっているので問題がある。すなわち、バルブゲートを開にすると、その直後にランナ内の溶融樹脂がバルブゲートからキャビティ内に漏れ出してしまう、いわゆる洟垂れ現象が生じてしまう。そうすると、漏れ出した溶融樹脂はキャビティ内で冷却してコールドスラグになってしまい、その直後に溶融樹脂を射出すると、コールドスラグによってキャビティ内での溶融樹脂の流れが妨げられてしまい、充填不足等の成形不良が生じてしまう。さらには、コールドスラグと溶融樹脂との融着が不十分になってしまい成形品の強度が十分に得られなくなってしまう。

射出成形機に射出の指令を発した後に所定の時間経過後にバルブゲートを開にすれば、溶融樹脂の射出圧力が十分に高くなってからバルブゲートが開になるので、洟垂れ現象を防止することはできる。具体的には、タイマーによってバルブゲートの開閉を制御することになる。すなわち、コントローラが射出成形機に射出の指令を発した後に、タイマーに設定された時間の経過後にバルブゲートの開の指令を発するようにすればよい。このような方式においてタイマーが最適に設定されていると、十分に射出圧力が高くなってからバルブゲートが開かれるので、バルブゲートの開直後の溶融樹脂の漏れを防ぐことができる。しかしながら、このようなタイマーによる制御にも問題点が認められる。すなわち、タイマーの最適な設定時間は射出速度等の成形条件によって左右されるので、成形条件を変更する度にタイマーを調節する必要があり煩雑である。さらには、成形条件を変更する度にタイマーを調節しなければならないので、最適な成形条件を見つける、いわゆる成形条件出しの作業も煩雑になってしまう。さらには、事故の危険もある。すなわち、タイマーによるバルブゲートの開閉は、射出圧力の変動とは無関係に制御されるので、バルブゲートを開にするタイミングが少しでも遅くなると射出圧力が異常に高くなってしまい、ランナや射出成形機のシリンダ等に割れやクラック等の破損が生じてしまう。

本発明は、上記したような従来の問題点あるいは課題を解決した、射出成形方法を提供することを目的としており、具体的には、ホットランナとバルブゲートが設けられている金型を使用して射出成形するときに、バルブゲートから樹脂漏れが生じることがなく、十分に射出圧力が高くなってからキャビティ内に溶融樹脂を射出することができ、従ってコールドスラグが生じて成形不良が発生することがなく、金型のランナや射出成形機のシリンダに異常な射出圧力がかかって割れやクラック等の破損が生じることのない、射出成形方法を提供することを目的としている。さらには、そのような射出成形方法を実施でき、成形条件出しも容易な射出成形機を提供することも目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、ホットランナとバルブゲートとキャビティティとが設けられている金型を使用する射出成形方法において、射出機のスクリュを軸方向に駆動して射出するとき、射出圧力が所定の圧力に達したときにバルブゲートを開くように構成される。つまり、射出成形機は、射出機と、ホットランナとバルブゲートとキャビティとが設けられている金型と、溶融樹脂の射出圧力を検出する圧力センサと、コントローラとから構成して、射出圧力が所定の圧力に達したらコントローラからの指令でバルブゲートを開にして射出充填するように構成される。

すなわち、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、射出機と、ホットランナとバルブゲートとキャビティとが設けられている金型とを使用し、前記射出機から前記ホットランナを介して前記バルブゲートから溶融樹脂を前記キャビティに射出充填するとき、前記射出機の加熱シリンダに設けられている圧力センサによって溶融樹脂の射出圧力を検出し、該射出圧力が所定の圧力に達したとき、前記バルブゲートを開いて射出充填するように構成される。そして請求項２に記載の発明は、射出機と、ホットランナとバルブゲートとキャビティとが設けられている金型と、前記射出機の加熱シリンダ内における溶融樹脂の射出圧力を検出する検出手段と、コントローラとからなり、前記コントローラは、前記検出手段によって検出される射出圧力を監視して、所定の圧力に達したときに前記バルブゲートを開き、前記ホットランナは前記キャビティに連通するように構成される。

以上のように、本発明によると、ホットランナとバルブゲートとキャビティティとが設けられている金型を使用する射出成形方法において、射出機のスクリュを軸方向に駆動して射出するとき、射出機の加熱シリンダ内の射出圧力が所定の圧力に達したときにバルブゲートを開くように構成されているので、射出圧力が十分に高くなってからバルブゲートが開かれる。従って、溶融樹脂がバルブゲートから漏れ出る、いわゆる洟垂れ現象は生じない。すなわちコールドスラグは形成されない。そして、溶融樹脂はバルブゲートからキャビティに勢いよく充填されるので、充填不足等の成形不良は発生しない。また、射出圧力が所定の圧力になったらバルブゲートを開にするので、射出圧力が異常に高くなることはなく、金型のランナや射出成形機のシリンダに射出圧力による割れやクラック等が生じることはない。従って、射出速度、射出圧力等の成形条件を変更して適切な成形条件を決定する、いわゆる、成形条件出しを安心して実施でき、かつ容易に実施できる。さらに、このような射出成形機は、射出圧力を検出する検出手段と、コントローラとを備えるだけで済み、安価に提供できる効果も得られる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る射出成形制御装置１は、図１に示されているように、従来周知の射出機２に設けられ、射出工程時に、金型３のバルブゲートの開閉を制御するように構成されている。最初に、バルブゲートとホットランナを備えた従来周知の金型３について説明する。金型３は、固定側金型５と可動側金型６とからなり、固定側金型５と可動側金型６は、それぞれ図に示されていない固定盤と可動盤とに取り付けられて型締装置によって型開および型締されるようになっている。可動側金型６には、パーティングラインＰに所定の形状の凹部７が明けられているので、可動側金型６が固定側金型５に対して型締されると、凹部７と固定側金型５のパーティングラインＰとによってキャビティＣが構成されることになる。固定側金型５は、第１のプレート９と第２のプレート１０とからなり、第１、２のプレート９、１０はボルト等によって固着されている。そして、第１のプレート９には、この第１のプレート９を図１において縦方向に横切る形の円筒状の第１の孔１１が明けられている。この第１の孔１１は、パーティングラインＰの近傍においてテーパ状に縮径されている。第２のプレート１０には、横方向の凹部と、この凹部の端部から固定盤側に貫通している縦方向の孔とからなる第２の孔１２が明けられている。従って、固定側金型５の内部に、第１の孔１１と第２の孔１２とからなる所定形状の穴１３が形成されていることになる。この穴１３は、固定盤側とパーティングラインＰ側に開口している。

穴１３には、内部に第１のスプル１５とランナ１６とからなる溶融樹脂の流路が明けられているマニホールド１８と、内部に第２のスプル２１が明けられていると共に先端にゲートチップ１９が設けられているゲートノズル２２とが格納されている。マニホールド１８とゲートノズル２２は互いに固定されており、ランナ１６、第２のスプル２１は連通している。したがって、第１のスプル１５内に射出される溶融樹脂はランナ１６、第２のスプル２１を経由して、キャビティＣに開口しているゲート２４からキャビティＣ内に充填されることになる。このようなマニホールド１８とゲートノズル２２は、穴１３の内壁と所定の隙間を介して設けられて第１、２のプレート９、１０と断熱されている。ゲートノズル２２は可動側金型１６に近接し、可動側金型１６の方へ熱が逃げるので、このゲートノズル２２の外周面にはヒータ２５が巻かれて、第２のスプル２１を加熱できるようになっている。すなわち、第１のスプル１５、ランナ１６、第２のスプル２１は、所定の温度に維持される、いわゆるホットランナになっている。ゲートノズル２２の第２のスプル２１内には、軸方向に駆動可能なバルブピン２７が設けられている。バルブピン２７の先端部の軸径はゲート２４の孔径と等しい。従って、バルブピン２７の後端部に設けられているピストンシリンダユニット２８を駆動してバルブピン２７を軸方向に突き出すと、ゲート２４は閉じられ第２のスプル２１内の溶融樹脂が漏れるのが防止され、バルブピン２７を後退させるとゲート２４を開することができる。ゲート２４とバルブピン２７はいわゆるバルブゲートを構成している。なお、第２のプレート１０の穴１３の開口部には、ロケートリング２９が嵌められている。

射出機２は、従来周知のように、加熱シリンダ３１、この加熱シリンダ３１の内部に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ、加熱シリンダ３１を加熱するヒータ等から構成されている。図にはスクリュとヒータは示されていない。このような加熱シリンダ３１の先端には射出ノズル３２が設けられ、射出ノズル３２はロケートリング２９に案内されて固定側金型５の第１のスプル１５にタッチするようになっている。加熱シリンダ３１には、外周面から軸方向に向かう所定の深さの穴が明けられて、圧力センサ３４が埋め込まれ、加熱シリンダ３１内の溶融樹脂の樹脂圧、すなわち射出圧力を検出できるようになっている。

本実施の形態に係る射出成形制御装置１は、コントローラ３５と、圧力センサ３４とから構成されている。具体的には、コントローラ３５は、圧力センサ３４と信号線Ｓ１で接続され、検出された射出圧力がコントローラ３５に入力されるようになっている。また、コントローラ３５は、ピストンシリンダユニット２８と信号線Ｓ２で接続され、コントローラ３５からの指令でピストンシリンダユニット２８を駆動して、ゲート２４すなわちバルブゲートを開閉するようになっている。

本実施の形態に係る射出成形制御装置１を備えた射出成形機による成形方法を説明する。最初に、バルブピン２７によってゲート２４が閉されている状態から説明する。第１のスプル１５とランナ１６、第２のスプル２１内には溶融樹脂が充填されており、ヒータ２５によって溶融樹脂の温度が維持されているので、溶融樹脂は冷却固化しない。型締装置によって可動側金型６を固定側金型５に対して型締する。計量を開始する。すなわち、加熱シリンダ３１を加熱して、スクリュを回転方向に駆動してホッパから成形用樹脂を供給する。そうすると成形用樹脂は加熱シリンダ３１による熱と、スクリュの回転による剪断作用によって生じる摩擦熱とによって溶融し、加熱シリンダ３１の前方に送られ、スクリュは後退する。所定量の溶融樹脂が加熱シリンダ３１の前方に蓄積されたら計量を完了する。射出を開始する。バルブゲートが閉になっている状態でスクリュを軸方向に駆動する。そうすると、図２のグラフに示されているように、射出圧力は短時間に急速に増大する。グラフにおいて符号４１はスクリュの駆動開始のタイミングを、符号４２はスクリュの駆動直後の射出圧力の変化を示している。圧力センサ３４から検出される射出圧力が設定された圧力値に到達したら、コントローラ３５はピストンシリンダユニット２８を駆動してバルブピン２７を後退させてゲート２４を開にする。そうすると、図３に示されているように、溶融樹脂４９はゲート２４からキャビティＣに射出され、瞬間的に射出圧力が低下した後に再び射出圧力が急激に増大して、溶融樹脂４９のキャビティＣへの充填が完了する。グラフにおいて、符号４３は設定された圧力値を、符号４４はゲート２４が開にされたタイミングを、符号４６はゲート２４が開にされた直後の射出圧力の変化を、符号４７はキャビティＣへ溶融樹脂が充填されるときの射出圧力の変化を、それぞれ示している。スクリュを軸方向に所定の力で駆動して溶融樹脂に所定の背圧をかける保圧を実施する。その後、コントローラ３５はピストンシリンダユニット２８を駆動してバルブピン２７を前方に駆動してゲート２４を閉にする。ヒータ２５によってスプル１５とランナ１６、２１内の溶融樹脂の温度は維持される。キャビティＣに充填された溶融樹脂が冷却固化するのを待って型開して成形品を取り出す。以下、同様にして成形する。

上記した実施の形態においては、圧力センサ３４から検出される射出圧力をコントローラ３５で監視して、コントローラ３５によってバルブゲートの開を制御するように構成されている。すなわち、バルブゲートの開は制御的に実施されるように構成されている。以下に、溶融樹脂の射出圧力によって機械的にバルブゲートを開くことができる、第２の実施の形態について説明する。図４の（ア）には、第２の実施の形態に係るバルブゲートが示されている。前記した実施の形態に係る装置と同様の作用効果を奏する部材については同じ参照番号を付して詳しくは説明しない。第２の実施の形態に係るバルブゲートにおいては、バルブピン２７’の径は比較的大きく、バルブピン２７’の後端部には、バネ３６が設けられている。このバネ３６によってバルブピン２７はゲート２４方向に付勢されてゲート２４は閉じられている。このようなバルブピン２７’の先端部近傍は、円錐状に縮径されており、円錐の先端部近傍のみがゲート２４をシールしている。そして、縮径されたテーパ面の大部分、すなわち溶融樹脂の圧力を受ける受圧面３７はランナ２１内に位置している。スクリュを軸方向に駆動して射出を開始すると、ランナ２１内の溶融樹脂の射出圧力は増加する。そうすると、射出圧力は受圧面３７に作用してバルブピン２７’を図において上方向に押し上げようとする。射出圧力が所定の圧力に達したら、バネ３６の付勢に抗してバルブピン２７’が押し上げられてゲート２４が開かれる。すなわち、バルブゲートは機械的に開かれる。

受圧面３７が設けられる位置は、バルブピン２７’の先端部ではなく他の部分であってもよく、そのような例として、図４の（イ）に第３の実施の形態に係るバルブゲートが示されている。前記した実施の形態に係る装置と同様の作用効果を奏する部材については同じ参照番号を付して詳しくは説明しない。第３の実施の形態においては、マニホールド１８’の一部に所定のシリンダ孔３８が明けられている。そして、バルブピン２７’の所定の部分に固定されているピストン部３９が、シリンダ孔３８に摺動可能に設けられ、ピストン部３９の下方の面はランナ１６、第２のスプル２１に露出して、溶融樹脂の射出圧力を受ける受圧面３７になっている。バルブピン２７’の後端にはバネ３６が設けられ、バルブピン２７’をゲート２４の方向に付勢している。スクリュを軸方向に駆動して射出を開始すると、ランナ１６、第２のスプル２１内の溶融樹脂の射出圧力は増加する。射出圧力が所定の圧力に達したら、バネ３６の付勢に抗して受圧面３７が受ける射出圧力によってバルブピン２７’が押し上げられてゲート２４が開かれる。

本発明の実施の形態に係る射出成形制御装置１は、上記実施の形態に限定されることなく色々な形で実施できる。例えば、溶融樹脂の射出圧力は、加熱シリンダに設けられている圧力センサによって検出されるように説明されているが、スクリュの後端の所定の部材にロードセルを設けて、スクリュを軸方向に駆動する力を検出して、射出圧力を計算するように実施することもできる。さらには、金型内に圧力センサを設けて金型内において射出圧力を検出するようにしてもよい。また、コントローラは、射出成形機に設けられている従来周知のコントローラから構成することもできる。この場合は、射出圧力を監視してバルブゲートの開閉を制御するソフトウエアを従来周知のコントローラに追加するだけでよく、射出成形制御装置を安価に構成できる。第２、３の実施の形態に係るバルブゲートについても変形が可能であり、例えば、バルブピン２７’を付勢する付勢手段はバネに限定される必要はなく、流体圧、ゴム素材等の弾性体によっても実施が可能である。

本発明の実施の形態に係る金型と射出成形制御装置を模式的に示す正面図である。 本実施の形態に係る射出制御装置を使用して射出するときの溶融樹脂の射出圧力の変化を示すグラフである。 本実施の形態に係る金型を使用して成形している状態を示す金型の断面図である。 本実施の形態に係るバルブゲートを模式的に示す図で、その（ア）は第２の実施の形態に係るバルブゲートを、その（イ）は第３の実施の形態に係るバルブゲートを、それぞれ示す断面図である。

符号の説明

１ 射出成形制御装置 ２ 射出機
３ 金型 ５ 固定側金型
６ 可動側金型 ９ 第１のプレート
１０ 第２のプレート １５ 第１のスプル
１６ ランナ １８ マニホールド
１９ ゲートチップ ２１ 第２のスプル
２２ ゲートノズル ２４ ゲート
２５ ヒータ ２７ バルブピン
３４ 圧力センサ ３５ コントローラ

Claims (2)

1. 射出機と、ホットランナとバルブゲートとキャビティとが設けられている金型とを使用し、前記射出機から前記ホットランナを介して前記バルブゲートから溶融樹脂を前記キャビティに射出充填するとき、
   前記射出機の加熱シリンダに設けられている圧力センサによって溶融樹脂の射出圧力を検出し、該射出圧力が所定の圧力に達したとき、前記バルブゲートを開いて射出充填することを特徴とする射出成形方法。
2. 射出機と、ホットランナとバルブゲートとキャビティとが設けられている金型と、前記射出機の加熱シリンダ内における溶融樹脂の射出圧力を検出する検出手段と、コントローラとからなり、
   前記コントローラは、前記検出手段によって検出される射出圧力を監視して、所定の圧力に達したときに前記バルブゲートを開き、前記ホットランナは前記キャビティに連通することを特徴とする射出成形機。

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