JP5246647B2 - 射出成形品の良否判別方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形による樹脂成形時の射出成形機の制御方法及び射出成形品の判別方法に関するものである。

金型内に射出充填された溶融樹脂は、冷却工程中に金型に放熱して冷却されることにより、製品部と共にスプルーランナー部も固化し、型開き時にノズル先端部にて分離される。そのため、ノズル先端部には半溶融或いは固化した樹脂（コールドスラグ）が存在しており、特にノズルが金型に接触したままの場合は、次の射出動作が始まるまでに更に固化が進む。このコールドスラグがランナーゲート部を通過する際に圧力が急激に上昇し、通過後に圧力が下がることによりサージ圧力が発生し、その値はその固化状態により変化する。また、このコールドスラグの固化状態が進んでいる時には、このコールドスラグを起因とするフローマークやシルバーストリームが発生したり、コールドスラグがランナーゲート部を通過する時の急な発熱により樹脂焼けが発生したりする。更に固化状態が進んだ時にはゲート詰まりが発生し、成形品が未充填になる場合もある。逆にノズル先端部の樹脂が溶融したままの状態の場合にはスプルーが糸引き状態になり、その糸状樹脂が製品部に張り付き、次のショットで外観不良を発生させたり、金型に挟み込まれ金型を破損させたりするトラブルが発生する。

そこで、従来、次のような方法で製品の良否判別を行っていた。
図１１は従来の射出圧力が最大となる射出動作のタイミングを基準とした製品良否判別点を例示する図、図１２はアナログ基準波形による製品良否判別基準を例示する図である。

従来の射出成形品の良否判別方法として、射出圧力が最大となる射出動作のタイミングを基準として、図１１に示すようなその前後に幾つかの製品良否判別点を設定し、それらの判別点における圧力検出値により製品の良否判定が行なわれていた（例えば、特許文献１参照）。

また、他に、射出速度や射出圧力、スクリュウ位置等の少なくとも１つの検出対象について、図１２に示すように、１ショット内のアナログ実績波形がアナログ基準波形に第１の値を加えたアナログ上限波形とアナログ基準波形から第２の値を減じたアナログ加減波形の間にあるかどうかにより成形品の良否判別が行なわれていた（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−３００４１８号公報 特開平７−２０５２４４号公報

射出成形においては、ノズル先端部のコールドスラグがランナーゲート部を通過する直前に射出圧力は急激に上昇し、ランナーゲート部を通過後は高温樹脂の流動により、射出圧力が低下する。これによりコールドスラグがランナーゲート部を通過する際にサージ圧力が発生する。

一般的に、このサージ圧力は金型キャビティ末端まで樹脂が充填した際の充填圧よりも小さい。
しかしながら、図１１に示す判別点による良否判別方法で圧力を測定しているポイントは射出圧力が最大になるタイミングの時を基準としており、射出圧力が最大になるタイミングは射出充填時或いは保圧工程開始時である場合が多いため、サージ圧力を考慮できない欠点がある。

また、図１２に示す特許文献２に開示されているような良否判別方法では、射出工程全域の射出圧力の値を比較評価するために制御装置に多数の記憶媒体が必要であり、またリアルタイムな判別を行うためには高速な処理能力が必要となる。また、良否判別理由の明確化が難しいという課題もあった。

すなわち、上記従来の良否判別方法では、サージ圧力を限定して検出出来ないため、このコールドスラグにより発生しうる不良要素を限定して判別することが困難であるという問題があった。

また、成形不良の発生を抑えることは出来ないという問題点があった。
上記の理由により、従来はフローマークやシルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良の判別を目視、或いは画像認識等によって行っており、多くのコストを費やしていた。

本発明は上記問題点を解決するもので、容易に、コールドスラグがランナーゲート部を通過する時に発生しうるフローマークやシルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良を良否判別し、更に、これらの不良の発生を抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の射出成形品の良否判別方法は、ノズル温度を制御する射出成形機にて樹脂を射出成形して連続成形した射出成形品の不良品を判別する射出成形品の判別方法において、樹脂注入中に発生する射出圧力を測定する工程と、前記射出圧力が最初に降下し始める圧力をコールドスラグにより発生するサージ圧力として検出するサージ圧力検出工程と、前記サージ圧力が前記射出成形機であらかじめ連続して樹脂を射出成形して測定した所定期間内のサージ圧力の平均値から所定の値以上の差があった場合には成形された製品が不良であると判別し不良信号を出力する不良判定工程とを有することを特徴とする。

以上により、容易に、コールドスラグがランナーゲート部を通過する時に発生しうるフローマークやシルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良を良否判別し、また、これらの不良の発生を抑えることができる。

以上のように本発明によれば、コールドスラグがランナーゲート部を通過するときに発生するサージ圧力を圧力検出器により検出し、この値を基準圧力と比較して良否判別を行うことにより、コールドスラグがランナーゲート部を通過する時に発生しうるフローマークやシルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良が発生している可能性のある製品を不良品として、容易に判別することができる。

更に、サージ圧力のばらつきを基にノズル部の温度を制御することにより、フローマークやシルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良や糸引き等が発生し難いノズル温度の設定を自動的に行うことが可能となり、不良の発生を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜１０に基づき説明する。
図１は本発明の射出成形機の構成を説明するための模式断面図であり、射出成形機の制御方法を実施する射出成形機および金型を簡略的に示す全体断面図である。図２は射出工程における射出圧力の変化を示す図、図３はコールドスラグの固化状態が通常よりも進んだ場合の射出工程における射出圧力の変化を示す図、図４は射出工程における射出圧力変化の微分値を示す図、図５は射出工程における射出圧力と基準圧力との関係を示す図、図６は製品毎の良否判別結果を示す図、図７は射出工程におけるサージ圧力の平均値から求めた基準圧力と射出圧力との関係を示す図、図８は製品毎のサージ圧力の平均値から求めた基準圧力を用いた良否判別結果を示す図、図９はサージ圧力のばらつきによりノズル温度を上昇制御する様子を示す図、図１０はサージ圧力のばらつきによるノズル温度の制御の様子を示す図である。

図１に示すように、この射出成形機はスクリュウ・プリプラ式であり、射出装置１００と、この射出装置１００に可塑化した成形材料を供給する予備可塑化装置２００とから構成され、射出装置１００から可塑化した成形材料が金型３００のキャビティ３０１に射出注入されるよう構成されている。なお、射出成形機は、スクリュウ・プリプラ式に限定されるものではない。

射出装置１００は、先端部が金型３００に接するノズル１１を有するシリンダ１と、駆動手段３により駆動され、シリンダ１内部のノズル１１よりも基部側（本体内部側）においてシリンダ１の軸心方向に摺動するプランジャ２と、このプランジャ２を軸心方向に移動させる（図１においては昇降させる）駆動手段３とをそれぞれ備えている。シリンダ１におけるプランジャ２の摺動位置の途中箇所には、予備可塑化装置２００からの可塑化された成形材料が供給される供給口１２が設けられている。

駆動手段３は、シリンダ１の基端部から軸心方向に沿って上方に伸びた複数のスライドガイド軸３１と、スライドガイド軸３１の一端に取り付けられた支持台３２と、この支持台３２に設置された駆動モータ３３と、一端が駆動モータ３３に連結されて回転するねじ軸３４と、ねじ軸３４のねじ部分に噛み合ってねじ軸３４の正逆回転によりスライドガイド軸３１に沿って移動する移動部材３５とを備えている。移動部材３５の一端は、圧力検出器としてのロードセル３６を介してプランジャ２の上端に連結されていて、その駆動力をプランジャ２に伝達して、プランジャ２を移動させる。なお、ロードセル３６は、プランジャ２のシリンダ１内の樹脂（樹脂ペレット）側から受ける射出圧力を検出するための圧力検出器として機能する。また、駆動モータ３３には、ねじ軸３４の回転数および回転角度に基づいて、プランジャ２の位置を検出する位置検出器としてのエンコーダ３７が取り付けられている。なお、エンコーダ３７を設ける代わりに、プランジャ２の基端部または先端部などや、移動部材３５の位置を検出する位置センサを配設してもよい。また、５は駆動モータ３３の駆動制御および後述する制御動作を行う制御部、４は成形材料としての樹脂溶融液が供給口１２に逆流することを防止する逆流防止弁である。なお、駆動手段３は、上記構成に限られるものではなく、プランジャ２を所定位置に移動制御できて、プランジャ２に作用する樹脂射出圧力と、プランジャ２の位置とを認識できる構成であればよい。

予備可塑化装置２００は、ホッパ２０１とスクリュウ２０２とスクリュウハウジング２０３とを備えており、ホッパ２０１に溜められた成形材料としての粒状の樹脂（樹脂ペレット）が、スクリュウ２０１によってスクリュウハウジング２０３内を可塑化されながら送られ、可塑化された樹脂がシリンダ１の供給口１２を通じてシリンダ１内に送り込まれる。

キャビティ３０１は流路が絞られたランナーゲート３０３によりスプルーランナー部３０２と製品部３０４に分離される。
ノズル１１の回りには加熱装置（例えばコイルヒータ）１３が外装され、また熱電対１４が配設されている。加熱装置１３と熱電対１４は温度調整装置６に接続され、所定温度を維持するようにＰＩＤ制御等により温度制御されている。

なお、図示しないが、スクリュウハウジング２０３およびシリンダ１には、ノズル１１と同様にそれぞれ加熱装置（例えばパネルヒータ）が外装されるなどして設けられており、成形時においてそれぞれ所定温度まで加熱される。

そして、上記構成において、予備可塑化装置２００からシリンダ１内に可塑化された樹脂が供給口１２を通じて供給され、シリンダ１内において可塑化された樹脂を満たした状態で、プランジャ２をノズル１１側に移動させる（この実施の形態では下降させる）ことにより、１ショット分の可塑化された成形材料（樹脂）が金型３００のキャビティ３０１に射出注入される。その後、金型３００のキャビティ３０１内の樹脂が硬化するまで、プランジャ２によって射出圧力を保持させる。そして、樹脂が硬化した時点で、金型３００を離型させてキャビティ３０１内の成形製品を取り出し、再度、金型３００を組付けて、プランジャ２の移動、保持を行って射出工程、保持工程を繰り返すことで、成形動作を繰り返す。

この過程において、金型３００を離型させてキャビティ３０１内の成形製品取り出し後、ノズル１１の先端は金型に熱を吸収されることにより、ノズル１１の先端に存在する樹脂は次の射出動作が開始するまでに徐々に固化が進み、コールドスラグとなる。

図２に示す様に、射出動作時に、上記コールドスラグがランナーを流れ、更にランナーゲート３０３に達する過程で樹脂流動に伴う圧力損失が増大し、射出圧力が上昇する。コールドスラグがランナーゲート３０３を通過した後は樹脂粘度の低下により射出圧力が少し下がり、それによりサージ圧力が発生する。その後流路長さの増加及び流動樹脂の固化の進行により射出圧力が増加する。

また、図３に示すように、通常よりもコールドスラグの固化が進んだ場合にはコールドスラグがランナーゲート３０３を通過するときのサージ圧力が増大する。
ここで、本発明のこの実施の形態においては、圧力検出器としてのロードセル３６で、成形開始時から、樹脂注入時に発生する圧力である射出圧力の検出を開始する。そして、図４に示すように、射出開始後に射出圧力の微分値δＰ／δｔが最初に負の値に転じたタイミング、すなわち射出圧力が最初に下降し始めるタイミングの射出圧力をサージ圧力Ｐｓとし、制御装置の記憶装置に保存する。

次に、図５に示すように、記憶されたサージ圧力Ｐｓとあらかじめ定めた基準圧力Ｐ１とを比較し、サージ圧力Ｐｓが基準圧力Ｐ１よりも大きい場合に、コールドスラグの固化が進行して不良が発生する可能性が高いと判断して、製品取出装置等の次工程の装置に対し、制御装置より不良信号を出力する。図６はこのサージ圧力Ｐｓのショット間の推移を示したものであり、サージ圧力Ｐｓが基準圧力Ｐ１よりも大きい範囲にある場合にシルバーストリーム等の外観不良が確認された。

以上のように、射出成形工程において、製品ごとに射出圧力を測定してサージ圧力を検出し、サージ圧力と基準圧力を比較することにより、容易にコールドスラグがランナーゲート部を通過する時に発生しうるフローマークやシルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良が発生している可能性を判断して良否判別することが可能となる。

また、図７に示すように、予め連続成形中のサージ圧力の平均値Ｐｓａｖｅを記憶し、その成形におけるサージ圧力ＰｓがＰｓａｖｅ−ΔＰ以下か、或いはＰｓａｖｅ＋ΔＰ以上であった場合に製品取出装置等の次工程の装置に対し、制御装置より不良信号を出力しても良い。尚ここでのΔＰは予め設定された値である。サージ圧力ＰｓがＰｓａｖｅ−ΔＰ以下になった場合は、ノズル先端部の温度上昇、或いは樹脂粘度の低下が発生している可能性が有り、この場合、スプルーの糸引き等が発生している可能性があるとして不良と判別する。図８はこのサージ圧力Ｐｓのショット間の推移を示したものであり、サージ圧力ＰｓがＰｓａｖｅ＋ΔＰ以上の範囲にある場合にシルバーストリーム等の外観不良が確認された。

このように、連続成形中のサージ圧力の平均値Ｐｓａｖｅに対するあらかじめ定めた値の差分の範囲を基準圧力とすることにより、良否判定の基準値の設定がより容易になり、良否判定基準値の設定間違い等が発生し難くなる。

また、図９に示すように、射出開始からＮｓショット経過後のＮ１ショット間のサージ圧力Ｐｓの標準偏差σＰｓがΔＰｓよりも大きい場合に、ノズルの設定温度をΔＴｎだけ上昇させる。このΔＰｓ，ΔＴｎは任意に設定される値であるが、ΔＴｎは０．５℃から５℃までの小さめな値が望まれる。

さらに、ノズル温度変更からＮｎｓショット経過後のＮ１ショット間のサージ圧力Ｐｓの標準偏差σＰｓを再度計測し、その値がΔＰｓ以下になるまで、上記作業を繰り返すとより良い。尚、本実施の形態では標準偏差を使用したが、Ｎ１ショット間の製品ごとのサージ圧力がばらついた幅である変動幅を使用しても良い。また、成形開始後或いはノズル温度の設定値の変更後Ｎｓショット後或いはＮｎｓショット後でなく、ｔｓ秒或いはｔｎｓ秒経過後のＮ１ショット間のサージ圧力を利用しても良い。

上記のように、あらかじめ測定した複数の製品を形成する間の一定期間内でのサージ圧力のばらつき度合を測定し、射出成形中のサージ圧力がその値からあらかじめ定めた所定の範囲を超える場合にはノズル温度を上昇させることにより、コールドスラグがランナーゲート部を通過する際に発生し易いフローマーク、シルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良が発生し難いノズル温度を自動的に設定して、フローマーク、シルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良の発生を抑制することができる。

この時、開始時のノズル温度の設定値が最適温度よりも高い場合、サージ圧力Ｐｓの変動が小さいためにノズル温度の補正は行われないが、ノズル温度の設定値が高い場合には、スプルーの糸引きが発生する可能性が有り、上記方法では最適なノズル温度が設定できない可能性がある。そのために、本発明では更に、図１０に示すように、射出開始からＮｓショット経過後のＮ１ショット間のサージ圧力Ｐｓの標準偏差σＰｓがΔＰｓよりも小さい場合に、ノズルの設定温度をΔＴｎだけ下降させる。さらに、ノズル温度変更からＮｎｓショット経過後のＮ１ショット間のサージ圧力Ｐｓの標準偏差σＰｓを再度計測し、その値がΔＰｓ以上になるまで、上記作業を繰り返すとより良い。サージ圧力Ｐｓの標準偏差がΔＰｓ以上になればノズル温度の設定値をΔＴｎ０だけ上昇させ、この一連の作業を終了する。尚、ΔＴｎ０はΔＴｎよりも大きい値が望まれる。

このように、一定期間経過後のサージ圧力のばらつきを測定し、その値があらかじめ定めた所定の範囲より大きい場合にはノズル温度を上昇させ、所定の範囲より小さい場合にはノズル温度を下降させることにより、コールドスラグがランナーゲート部を通過する際に発生し易いフローマーク、シルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良が発生し難く、且つスプルー部での糸引き等の問題も発生し難い最適なノズル温度を自動的に設定して、フローマーク、シルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良やスプルー部での糸引き等の発生を抑制することができる。

本発明は、容易に、コールドスラグがランナーゲート部を通過する時に発生しうるフローマークやシルバーストリーム、或いは樹脂焼け等の外観不良を良否判別し、また、これらの不良の発生を抑えることができ、射出成形による樹脂成形時の射出成形機の制御方法及び射出成形品の判別方法等に有用である。

本発明の射出成形機の構成を説明するための模式断面図 射出工程における射出圧力の変化を示す図 コールドスラグの固化状態が通常よりも進んだ場合の射出工程における射出圧力の変化を示す図 射出工程における射出圧力変化の微分値を示す図 射出工程における射出圧力と基準圧力との関係を示す図 製品毎の良否判別結果を示す図 射出工程におけるサージ圧力の平均値から求めた基準圧力と射出圧力との関係を示す図 製品毎のサージ圧力の平均値から求めた基準圧力を用いた良否判別結果を示す図 サージ圧力のばらつきによりノズル温度を上昇制御する様子を示す図 サージ圧力のばらつきによるノズル温度の制御の様子を示す図 従来の射出圧力が最大となる射出動作のタイミングを基準とした製品良否判別点を例示する図 アナログ基準波形による製品良否判別基準を例示する図

符号の説明

１ シリンダ
２ プランジャ
３ 駆動手段
４ 逆流防止弁
５ 制御部
６ 温度調整器
１１ ノズル
１２ 供給口
１３ 加熱装置
１４ 熱電対
３１ スライドガイド軸
３２ 支持台
３３ 駆動モータ
３４ ねじ軸
３５ 移動部材
３６ ロードセル
３７ エンコーダ
１００ 射出装置
２００ 予備可塑化装置
２０１ ホッパ
２０２ スクリュウ
２０３ スクリュウハウジング
３００ 金型
３０１ キャビティ
３０２ スプルーランナー
３０３ ランナーゲート
３０４ 製品部

Claims (1)

1. ノズル温度を制御する射出成形機にて樹脂を射出成形して連続成形した射出成形品の不良品を判別する射出成形品の判別方法において、
   樹脂注入中に発生する射出圧力を測定する工程と、
   前記射出圧力が最初に降下し始める圧力をコールドスラグにより発生するサージ圧力として検出するサージ圧力検出工程と、
   前記サージ圧力が前記射出成形機であらかじめ連続して樹脂を射出成形して測定した所定期間内のサージ圧力の平均値から所定の値以上の差があった場合には成形された製品が不良であると判別し不良信号を出力する不良判定工程と
   を有することを特徴とする射出成形品の良否判別方法。

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