JP5704392B2 - 射出成形機の樹脂替え及び色替え方法 - Google Patents

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Description

本発明は、射出成形機のシリンダバレル内の樹脂又は色を替える、樹脂替え及び色替え方法に関し、特に、連続成形運転を中断することなく成形を継続しながら行う、樹脂替え及び色替え方法に関する。
従来、射出成形機を生産運転中に、シリンダバレル内の旧樹脂を種類や色の異なる他の樹脂に替える際には、以下のような構成により樹脂替え及び色替えを行っていた。
即ち、シリンダバレルの先端に取り付けたノズルを金型のスプルブッシュに当接させた状態で、シリンダバレル内の旧樹脂を金型内に射出充填した後、シリンダバレル内に新樹脂を供給して低い背圧で可塑化しながらスクリュを後退させスクリュ先端部に新樹脂を貯留、スクリュの寸動前進と寸動前進のストロークよりも小さなストロークの寸動後退とをスクリュが前進位置に到達するまで複数回繰り返し金型内に新樹脂を充填する寸動高速射出を行う。次いで、金型から成形品を取出す樹脂替え成形サイクルを複数回繰り返してから、新樹脂による射出成形へ移行する構成になっている。(特許文献1参照)
このような構成による樹脂替え及び色替え方法では、生産運転時と可塑化計量及び射出充填挙動が大きく変わるのでキャビティ内への溶融樹脂の供給が安定しないこと、また、スクリュ後退時には金型の樹脂流動が止まり冷却固化され、次の寸動射出時に樹脂を充填できなくなること、さらに、旧樹脂が空になるまで通常の成形運転を行うことから、空になったショットは樹脂量が不足し、安定して成形運転を行うことができず、成形運転が中断するという問題を有していた。
また、射出成形機のシリンダバレル内において溶融樹脂の滞留箇所を事前に調査した。溶融樹脂の滞留は樹脂替え及び色替え不良の原因となる。調査の結果では、スクリュ部品との接触が無く射出充填時の溶融樹脂の流速が遅い(樹脂の掻き取り力が小さい)、シリンダバレル先端部の内壁面が最も滞留が多いことが判明した。この箇所の溶融樹脂の滞留を排出させる手段として、例えば従来技術で示されている未溶融樹脂が混在する可塑化計量条件と射出条件を組合せて、未溶融樹脂による掻き取り力を利用するという方法は効果あることは理解できるが、生産運転時の可塑化溶融樹脂の状態と大きく異なるために、金型内への射出充填挙動が安定せずに、生産運転を中断することなく色替え運転を継続することは困難である。また、従来技術で示されている寸動高速射出やスクリュ背圧の高低変化によるショック的な運転状態であっても、シリンダバレルの内径中心部は溶融樹脂の流速は変化するものの、内径外周部方向は壁面抵抗により溶融樹脂の流速は減速されるため、シリンダバレル先端部内壁面の溶融樹脂の流速を大きく変化させることはできず、滞留樹脂の掻き取り力は小さく、効率の良い樹脂及び色替え性は望めないという問題を有していた。
特開平11−28753号公報
本発明は、上記した従来の樹脂替え及び色替え方法の問題点に鑑みてなされたもので、樹脂を連続供給しながら樹脂を切り替えるようにして、生産運転を中断することなく効率の良い射出成形機の樹脂替え及び色替え方法を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に記載の射出成形機の樹脂及び色替え方法は、連続生産運転中に樹脂又は色を替える射出成形機の樹脂替え及び色替え方法において、樹脂又は色の供給を切り替えてから残留する樹脂量と成形品との関係から算出した製品に樹脂混じり又は色混じりが発生しない生産ショット数を予め求めておき、前記求めた生産ショット数を成形後に、所定のスクリュ前進位置で所定時間スクリュを連続回転させる第1工程と、前記連続生産運転時と同じ計量背圧及びスクリュ回転数の条件で樹脂を可塑化して計量する第2工程と、金型を型閉じして、前記連続生産運転と同じ射出保圧の圧力、速度及び速度配分の条件で前記金型のキャビティ空間内に前記第2工程で可塑化した溶融樹脂を充填して成形体を得る第3工程と、所定時間冷却保持の後に、金型を型開きして前記成形体を金型から取出す第4工程と、からなる樹脂替え及び色替え運転モードに移行し、前記第1工程から第4工程を予め設定した回数繰り返して前記樹脂替え及び色替え運転モードを終了し、次いで、前記連続生産運転に移行することを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の射出成形機の樹脂及び色替え方法は請求項1に記載の発明において、前記第1工程は、計量背圧を前記連続生産運転時の計量背圧よりも高く設定し、所定の降圧速度で前記第1工程から前記第2工程へ移行することを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の射出成形機の樹脂及び色替え方法は請求項1又は2のいずれかに記載の発明において、前記連続生産運転時のクッション位置と前記第1工程のスクリュ前進位置とに差が生じた場合には、スクリュストローク差に基づいて前記第2工程における計量の完了位置を設定するとともに、前記第3工程における射出保圧の速度切り替え位置を修正することを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の射出成形機の樹脂及び色替え方法は請求項1又は2のいずれかに記載の発明において、樹脂又は色の供給を切り替えてから予め求めておいた製品に樹脂混じり又は色混じりが発生しない生産ショット数を成形後、自動的に前記樹脂替え及び色替え運転モードに切り替わり、前記樹脂替え及び色替え運転モードを予め設定した回数繰り返した後、自動的に前記連続生産運転に移行すること特徴とする。
スクリュ前進位置で所定時間スクリュを連続回転させる構成としたことにより、スクリュ前進位置でスクリュとシリンダバレル先端部の内壁面との距離を小さくして、スクリュとシリンダバレル先端部の内壁面との間に薄い溶融樹脂層を形成させ、この状態でスクリュを連続回転させると、薄い溶融樹脂層に強い回転せん断力が発生し、この強い回転せん断力を利用してシリンダバレル先端部の内壁面の滞留樹脂を掻き取るために、樹脂の掻き取り力が高く、樹脂や色の滞留が多い箇所を優先的に樹脂及び色替えさせるので、効率の良い樹脂及び色替えが実現でき、樹脂及び色替えの時間を短縮することができる。
さらに、色替え運転モードにおける計量可塑化及び射出条件を連続生産運転と同じ可塑化及び射出条件で成形を行うと共に、計量ストロークを一定にする構成としたので、金型キャビティへの溶融樹脂の充填過剰(オーバーパック)や充填不足(ショートショット)を生じることがない。このため、射出成形機の連続成形運転を中断することなく、効率の良い樹脂及び色替え運転を行うことができる。
本発明の樹脂替え及び色替え方法に使用する射出成形機の全体構成を概略的に示す説明図である。 本発明の実施の形態としての射出成形機の樹脂替え及び色替え方法を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態としての射出成形機の樹脂替え及び色替え方法を説明するタイムチャートである。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面、フローチャート及びタイムチャートを参照しながら詳細に説明する。初めに、本発明に使用する射出成形機100の構成について説明する。図1に示すように、本発明に使用する射出成形機100は、金型10、型締装置20、射出装置30及び図示しない型締装置20と射出装置30を制御する制御装置とを備えている。
金型10は、固定盤21に取り付けられた固定金型11と可動盤22に取り付けられた可動金型12とからなり、型締装置20に設けられた金型10を開閉する型締シリンダ23により可動盤22及び可動金型12は前後進できるように構成されている。可動盤22及び可動金型12は、図示しないタイバーにより案内され固定金型11及び固定盤21に対して前後進する。符号13は、固定金型11と可動金型12とにより形成される金型10のキャビティ空間である。
次に、射出装置30の構成について説明する。図1に示す射出装置30は、シリンダバレル31と、シリンダバレル31内に内装されフライトを有するスクリュ32と、シリンダバレル31内に成形樹脂材料を供給するホッパ33とを備え、該スクリュ32を前後進させるスクリュ移動手段34と、該スクリュ32を回転駆動するスクリュ回転手段35が設けられている。そして、前記シリンダバレル31の外周面には、図示しないヒータが取り付けられている。
前記射出装置30は、スクリュ回転手段35によってスクリュ32が回転することにより、ホッパ33からペレット状の成形樹脂材料がシリンダバレル31に供給される構成となっており、該供給されたペレット状の成形樹脂材料は、シリンダバレル31に取り付けられたヒータよって加熱され、又、スクリュ32の回転によって混練圧縮作用を受けることで溶融しスクリュ32の前方へ送られる。スクリュ32の前方へ送られた溶融樹脂は、スクリュ移動手段34により前進するスクリュ32によって、バレル31の先端に取り付けられたノズル36からキャビティ空間13へ射出充填することができる。ノズル36には、溶融樹脂のシャットオフ手段37が設けられており、閉じた状態でスクリュ32を回転させたときに、ノズル36先端から外部へ溶融樹脂が漏れ出すことを防止する。
図1に示すように、本発明で使用する射出装置30のスクリュ移動手段34及びスクリュ回転手段35に油圧の駆動手段を用いる構成としたが、この構成に限らず、電動サーボモータを駆動手段に用いる構成であっても良い。
又、型締装置20は油圧駆動の型締シリンダ23を用いる直圧式型締機構としたが、トグル機構を電動サーボモータで駆動する構成であっても良い。
そして、図示しない前記制御装置は、型締装置20を制御する型締側制御部と型締条件を設定する型締条件設定器、及び射出装置を制御する射出制御部と射出条件、樹脂替え及び色替え条件を設定する射出条件設定器とを備え、連続成形運転を中断することなく樹脂替え及び色替えが行える構成となっている。
次いで、図1、図2及び図3により本発明の樹脂替え及び色替え方法について説明する。本発明の樹脂替え及び色替え方法は以下の工程となっている。
(a)所定のスクリュ前進位置で所定時間スクリュを連続回転させる第1工程。
(b)前記連続生産運転時と同じ計量背圧及びスクリュ回転数の条件で樹脂を可塑化して計量する第2工程。
(c)金型を型閉じして、前記連続生産運転と同じ射出保圧の圧力、速度及び速度配分の条件で前記金型のキャビティ空間内に前記第2工程で可塑化した溶融樹脂を充填して成形体を得る第3工程。
(d)所定時間冷却保持の後に、金型を型開きして前記成形体を金型から取出す第4工程。
図2及び3に示すように、樹脂替え及び色替え運転モードへの移行は、先ず、連続生産運転中に材料の供給を切り替えるとともに、残留する樹脂量と成形品との関係から算出した樹脂混じり又は色混じりのない生産ショット数Nを成形して連続生産運転を終了する。
連続生産運転の終了は、型締装置では型開きを完了して成形品を取出した状態である。連続生産運転の最後の生産ショットにおいて、射出充填の完了後に計量動作は樹脂替え及び色替え運転モードに切り替わる。即ち、連続生産運転の最後の生産ショットと樹脂替え及び色替え運転モードはラップ動作することになる。両者のラップ動作はシャットオフ手段37によって可能となる。なお射出成形機にシャットオフ手段37が装備されていない場合には、例えば金型内の樹脂流路にバルブゲート手段等の樹脂流路閉鎖手段が装備されていれば可能である。このラップ動作は樹脂替え及び色替え運転モードでの生産ショット間でも適用される。樹脂流路閉鎖手段が装備されていない場合には、前の生産ショットの型開・製品取出し工程の開始を樹脂替え及び色替え運転モードの第1工程及び第2工程の終了のタイミングまで遅らせて対応することになる。
そして、樹脂替え及び色替え運転モードへの切り替えは、予め設定された連続生産運転の生産ショット数の残数が生産ショット数Nと一致したことを検出することにより行う。
着色した同一樹脂材料の色の切り替えは、例えば、ホッパ33をツインホッパ構造としておき、いずれか一方のホッパを選択的に使用することによって行う。又、同一樹脂材料で着色剤(ドライカラー、カラーマスターバッチなど)により成形を行う場合における色の切り替えは、例えば、着色剤の供給手段を色の必要数だけ準備しておき、所望する色の着色剤の供給手段に変更することによって行うことができる。
このようにして移行した樹脂替え及び色替え運転モードの(a)第1工程では、図3で示す所定のスクリュ前進位置で所定時間スクリュ32を連続回転させる。スクリュ32は連続生産運転時における回転数により回転駆動される。この工程ではスクリュ32の回転により溶融樹脂がスクリュ前方へ押し出され、ノズル36を介して金型のキャビティ空間13内に流入しないようにシャットオフ手段37を閉じた状態とする。更に、所定のスクリュ前進位置で所定時間スクリュ32の連続回転を実現させるために、スクリュ移動手段34に設けた圧力調整弁38をスクリュ32から押し出される樹脂圧の反力でも後退しない計量背圧BP2が作用する設定とし、スクリュ32が回転してもスクリュ前進位置を保持する構成となっている。スクリュ32の回転時間は、スクリュ回転時間Tにより設定する。
スクリュ前進位置で所定時間スクリュ32を連続回転させることにより、スクリュ前進位置とすることでスクリュ32とシリンダバレル31先端部の内壁面との距離を小さくし、スクリュ32とシリンダバレル31先端部の内壁面との間に薄い溶融樹脂層を形成させ、薄い溶融樹脂層に強い回転せん断力が発生し、この強い回転せん断力を利用してシリンダバレル31先端部内壁面の滞留樹脂の掻き取り力が高く、樹脂や色の滞留が多い箇所を優先的に樹脂及び色替えさせるので、効率の良い樹脂及び色替えが実現でき、樹脂及び色替えの時間を短縮することができる。なおスクリュ32の回転数は連続生産運転時と同じとさせたが、掻き取り力を増すために回転数を高く変化させても良い。
又、サーボモータによる電動駆動の射出装置を用いる場合には、スクリュ移動手段のサーボモータにトルクを出力することで、スクリュ後部に計量背圧を作用させることが可能となる。
(b)第2工程では、連続生産運転時と同じ計量背圧BP1及びスクリュ回転数の条件で樹脂を可塑化して計量する。こうすることによって、可塑化計量した溶融樹脂の状態を連続生産運転時とほぼ同等にでき、後工程の射出充填条件と合わさって連続生産運転時と同様な成形品が得られ、生産運転を中断することを回避することができる。
また、第1工程から第2工程へ移行するときに圧力調整弁38で設定される計量背圧はBP2からBP1へ設定が変更され、所定の背圧降圧時間t1により降圧速度の勾配が決定される。背圧降圧時間が長いときはバレル31の樹脂圧力は緩やかに低下し、短いときは急激な圧力低下を招き溶融樹脂内に残留する空気や溶融樹脂の熱分解発生ガスなどを泡状に発生させ(気体が溶解された飽和溶液から急激な圧力低下によって気体成分が抽出される原理と同じ)、射出充填時に泡状のガスなどが噴出して、ノズル36内や金型ホットランナ内の残留樹脂を強制排出する効果を発揮する。
計量完了位置S1は、連続生産運転時と同じ条件で行う。
(c)第3工程では、金型を型閉じして、前記連続生産運転と同じ射出保圧の圧力、速度及び速度配分の条件で前記金型のキャビティ空間内に第2工程で可塑化した溶融樹脂を充填して成形体を得る。第2工程の連続生産運転時と同じ計量背圧BP1及びスクリュ回転数の条件で樹脂を可塑化して計量と合わさって、連続生産運転時とほぼ同等な成形品を成形することができ、生産運転を中断するトラブルを回避できる。
ただし、第2工程及び第3工程を連続生産運転時の条件と同じとしているが、連続生産運転時とは異なる第1工程が含まれているために、連続生産運転時とは溶融樹脂の密度が異なる可能性がある。そこで、射出工程におけるクッション位置C2を検出し、連続生産運転時におけるクッション位置C1との偏差量δ1を算出、該検出した偏差量に基づき2回目以降の計量完了位置S1をδ2補正し計量完了位置S2を決定する。偏差量δ1と補正量δ2とは同じ値である。こうすることにより、連続生産運転時と限りなく近い運転条件となり、生産運転を中断するといったトラブルは確実に回避できる。さらに、クッション位置を連続生産運転時と同じとすることによって、樹脂替え及び色替え運転モードから連続生産運転モードへの切り替えがスムーズに行われるメリットもある。
又、同様に検出した偏差量δ1により射出工程における速度の切り替え位置を補正し、2回目以降の射出速度の切り替えを決定する。
(d)第4工程では、所定時間冷却保持の後に、可動金型12を型開きして成形体を金型装置10から取出す。これにより樹脂替え及び色替え運転モードの1回の成形サイクルが終了し、この成形サイクルを所定回数繰り返す。所定の回数繰り返して樹脂替え及び色替え運転モードから連続生産運転モードへ切り替え、新しい樹脂の連続生産運転へと移行する。
新しい樹脂の連続生産運転への移行に際しても、樹脂替え及び色替え運転生産と連続生産運転はラップ動作されるが、成形品の品質確認などのために生産を一時停止させても良い。
以上のように、可塑化計量条件及び射出保圧条件が連続生産運転と同じであること、クッション位置の変化に応じて計量完了位置や射出速度の切り替え位置を補正して修正するので、製品はショットショットやオーバーパック(バリ不良)等の成形不良が発生することがないので安定成形ができ、連続生産運転中に樹脂又は色替え運転を行っても成形運転が中断することがない。さらに、樹脂や色の滞留が多い箇所を優先的に樹脂及び色替えさせるので、効率の良い樹脂及び色替えが実現でき、樹脂及び色替えの時間を短縮することができる。
本発明の実施例と比較例とにより、本発明の優れた効果を説明する。成形には、射出成形機として横型トグル式電動駆動射出成形機(宇部興産機械製 MD850S−V射出成形機)を、樹脂材料として自動車内装用ポリプロピレン(プライムポリマー製 MRF=35)を用い、旧色を黒のマスターバッチ(東京インク製 3%添加)から新色を白(マスターバッチ無し)に色替えした。
成形品としては350×350の板状品で、質量は480グラムである。樹脂温度の設定は190℃とした。
黒色の成形を行う途中で黒色のマスターバッチの供給を停止し、成形品に色混じりが出始めてから、色替えモードに切り替えて連続成形運転を行い、色混じりの無い良品が得えられた成形回数で色替えの完了を確認する方法で行った。
[実施例1]
実施例1として、スクリュ32の回転数と計量背圧BP1及び射出保圧を連続生産運転と同一に設定し、第1工程の計量背圧PB2を連続生産運転時より20MPa高く、スクリュ回転時間Tを10秒に、背圧降圧時間t1を10秒に、計量完了位置を補正した色替計量完了位置S2に設定し、色替え運転を行った。連続成形運転が行えたと共に、成形回数10回で色混じりのない良品を得た。
[実施例2]
実施例2として、第1工程の計量背圧BP2を実施例1より高く設定した成形例を説明する。スクリュ32の回転数と計量背圧BP1及び射出保圧を連続生産運転と同一に設定し、第1工程の計量背圧PB2を連続生産運転時より50MPa高く、スクリュ回転時間Tを10秒に、背圧降圧時間t1を10秒に、計量完了位置を補正した色替計量完了位置S2に設定し、色替え運転を行った。連続成形運転が行えたと共に、成形回数5回で色混じりのない良品を得た。
[実施例3]
実施例3として、第1工程のスクリュ回転時間Tと背圧降圧時間t1を実施例2より短く、設定した成形例を説明する。スクリュ32の回転数と計量背圧BP1及び射出保圧を連続生産運転と同一に設定し、第1工程の計量背圧PB2を連続生産運転時より50MPa高く、スクリュ回転時間Tを5秒に、背圧降圧時間t1を1秒に、計量完了位置を補正した色替計量完了位置S2に設定し、色替え運転を行った。連続成形運転が行えたと共に、成形回数3回で色混じりのない良品を得た。
[比較例1]
比較例1としての成形例を説明する。使用した射出成形機、成形材料、成形品は実施例と同じである。
色替連続運転時の成形条件を連続生産運転時と同じ条件に設定し、色替え運転を行った。連続成形運転は行えたが、成形回数50回でも色混じりのない良品を得ることができなかった。
[比較例2]
次に,比較例2として、実施例1の色替運転における計量完了位置S2を連続生産運転における計量完了位置S1に変更した以外は、同じ条件に設定し色替え運転を行った。オーバーパック(バリ不良)が発生して連続運転が中断し、連続成形運転を継続することができなかった。
[比較例3]
比較例3として、連続生産運転時の計量条件を同じとし、射出条件を射出・後退の寸動射出に設定して色替え運転を行った。ショートショットが発生して連続運転が中断し、連続成形運転を継続することができなかった。
以上説明したように、本発明では、可塑化計量工程の前に高い計量背圧を設定してスクリュ位置を保持し、所定の前進限位置でスクリュを連続回転させるので、スクリュ回転による樹脂の掻き取り力によって残留する旧樹脂の剥離が促進され、樹脂や色の滞留が多い箇所を優先的に樹脂及び色替えさせるので、効率の良い樹脂及び色替えが実現でき、色替えに要する樹脂量と時間を削減することができる。
又、初回の色替え射出工程のデータを検出して2回目以降の計量位置や射出工程の速度切り替え位置を補正する構成としたので、ショートショット(充填不足)やオーバーパック(充填過剰)等の成形不良が防止され、樹脂替え及び色替え運転を連続して行うことができ、射出成形機の連続成形運転を中断することがない。
10 金型
11 固定金型
12 可動金型
13 キャビティ空間
20 型締装置
21 固定盤
22 可動盤
23 型締シリンダ
30 射出装置
31 シリンダバレル
32 スクリュ
33 ホッパ
34 スクリュ移動手段
35 スクリュ回転手段
36 ノズル
37 シャットオフ手段
38 圧力調整弁
BP1 連続生産運転時の計量背圧
BP2 色替え運転時の計量背圧
C1 連続生産運転時のクッション位置
C2 色替え運転時のクッション位置
S1 連続生産運転時の計量完了位置
S2 色替え運転時の計量完了位置
N 色混じりのない良品ショット数
T スクリュ回転時間
t1 背圧降圧時間
δ1 クッション位置の偏差量(スクリュストローク差)
δ2 偏差量と同等の補正量
T1 連続生産運転時の射出速度の切り替え位置
T2 色替え成形運転時の射出速度の切り替え位置

Claims (4)

  1. 連続生産運転中に樹脂又は色を替える射出成形機の樹脂替え及び色替え方法において、樹脂又は色の供給を切り替えてから残留する樹脂量と成形品との関係から算出した製品に樹脂混じり又は色混じりが発生しない生産ショット数を予め求めておき、前記求めた生産ショット数を成形後に、所定のスクリュ前進位置で所定時間スクリュを連続回転させる第1工程と、前記連続生産運転時と同じ計量背圧及びスクリュ回転数の条件で樹脂を可塑化して計量する第2工程と、金型を型閉じして、前記連続生産運転と同じ射出保圧の圧力、速度及び速度配分の条件で前記金型のキャビティ空間内に前記第2工程で可塑化した溶融樹脂を充填して成形体を得る第3工程と、所定時間冷却保持の後に、金型を型開きして前記成形体を金型から取出す第4工程と、からなる樹脂替え及び色替え運転モードに移行し、前記第1工程から第4工程を予め設定した回数繰り返して前記樹脂替え及び色替え運転モードを終了し、次いで、前記連続生産運転に移行することを特徴とする射出成形機の樹脂替え及び色替え方法。
  2. 前記第1工程は、計量背圧を前記連続生産運転時の計量背圧よりも高く設定し、所定の降圧速度で前記第1工程から前記第2工程へ移行することを特徴とする請求項1に記載の射出成形機の樹脂替え及び色替え方法。
  3. 前記連続生産運転時のクッション位置と前記第1工程のスクリュ前進位置とに差が生じた場合には、スクリュストローク差に基づいて前記第2工程における計量の完了位置を設定するとともに、前記第3工程における射出保圧の速度切り替え位置を修正することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の射出成形機の樹脂替え及び色替え方法。
  4. 樹脂又は色の供給を切り替えてから予め求めておいた製品に樹脂混じり又は色混じりが発生しない生産ショット数を成形後、自動的に前記樹脂替え及び色替え運転モードに切り替わり、前記樹脂替え及び色替え運転モードを予め設定した回数繰り返した後、自動的に前記連続生産運転に移行すること特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の射出成形機の樹脂替え及び色替え方法。
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