JP6326076B2 - プラスチック材料を射出成形するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、モールドのキャビティへの、プラスチック材料の射出成形に関し、特に、プラスチック材料のディスペンサと複数のインジェクタを含む射出成形システムに関し、個々のインジェクタは、加圧下でプラスチック材料をモールドのキャビティ内へ導入するための、閉じ位置と開き位置の間に配置可能なピンバルブを有する。

個々のインジェクタのピンバルブの配置は、流体若しくは電気アクチュエータを介して実施される。二つ目の場合、例えば、本願の出願人名義のＥＰ−２６７９３７４Ａ１（特許文献１）に記載され示されるように、電気アクチュエータは、閉じ位置から開き位置までの、及びその逆の、動作の間にピンバルブの位置と速度の両方を正確且つ精密に制御するための、プロセスパラメータに従って動作する電子ユニットを用いて、容易に操作され得る。この制御は、設定周期に従って、例えば、射出プロセスの間に、及び、所定のアルゴリズムを介して検出されるデータに従って、取得される。電子ユニットは同様に、流体（油圧及び空気圧）アクチュエータと組み合わせ得る。

成形システムの動作において、成形される部品の色を返上する要求が生じることが多く、このことは、プラスチック材料ディスペンサ及びインジェクタをきれいにするという予備的な動作が必要ということになる。これにより、生産のシャットダウン、及び、相当量のポリマの浪費が不可避となる。実際のところ、クリーニングは、最も簡素な形態でも、所望の美的品質に達するまでに、新しい色に関するプロセスパラメータを設定して所与数の部品を成形し、その後に放棄する、というようにして行われる。大量生産にて色の変更に係る時間及び放棄材料を減少させることが、基礎事項である。

更に、色の変更を完了させるための、インジェクタを開けるサイクルシーケンスを設定することは、従来、オペレータの裁量にて評価されるのであり、このことはそのオペレータにより手作業で為されるのであるが、このことは、更なる生産シャットダウン時間が生じることを意味する。

文献「“ＬＯＥＣＨＴＥＲ ＵＭＳＰＲＩＴＺＥＮ”， Ｐｌａｓｔｖｅｒａｒｂｅｉｔｅｒ， Ｈｕｅｔｈｉｎｇ ＧｍｂＨ， Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ， ＤＥ， Ｖｏｌ． ４９， Ｎｏ ５， ０１／０５／１９９８， ｐａｇｅｓ ５０−２０」（非特許文献１）は、プラスチック材料の色の変更に関して、直列若しくは順次の方式で作動する三つのインジェクタを伴う射出成形装置に言及するサイクルを記載し、該サイクルは、通常の順次の標準的成形サイクルの繰り返しを提供するものに過ぎず、該サイクルに従って、側部のインジェクタが先ずモールドキャビティの対応領域を満たすように開き、経験的に確立された時間の後、中央のインジェクタも開かれる。中央のインジェクタによりモールド内に注入されるプラスチック材料の流れが、二つの側部の領域に達すると、二つの側部のインジェクタが閉じられる。

この文献によると、通常の成形の順次サイクルのこのような繰り返しにより、５〜１０の成形の操作で色の変更を行うことができる。この可能性は、実験的証拠無く公表されるに過ぎず、以下に関する一連のパラメータに依存することが明らかである。
−成形されるピースの寸法（供給チャネルの長さ、及びプラスチック材料の量）。
−プラスチック材料の特性（粘性、成形温度）。
−インジェクタ（数、位置、タイプ、制御方法）。
−プラスチック材料の色。

この文献は、これらのパラメータを何ら記載しない。記載の色変更サイクルが順次の射出とどのようにしても異ならない、という事実を考慮すると、示された５〜１０の成形の操作は最良の条件（成形されるべき小さいピース、プラスチック材料の高粘性及び温度、限定数のインジェクタ、黄から白への色のスイッチ若しくはその逆）に準拠しなければならない、ということが基本的に考えられる。

実際、相当に良好でない条件（例えば、乗物パネルやスポイラなどの、成形されるべき大きいピース、プラスチック材料の低粘性及び温度、多数のインジェクタ、黒から白への色のスイッチ）の場合には、色を変更するために要求される順次の標準を伴う成形の操作の数は、顕著により高くなり、数十のオーダにもなり、長期間とプラスチック材料の相当量の浪費を伴う、ということが、基本的に証明された。

出願人は、本願の出願日時点で既に公開されていた一連の特許出願を介して、特に、直列の若しくは順次の射出の場合に、物品の質の相当の改良を獲得して成形し得る、いいじぇくたのピンバルブを制御する具体的且つ特定の方法を、考案し保護した。通常、順次の射出では、標準サイクルは、インジェクタの一部、通常、モールドキャビティに関して最も周辺のものが、他のインジェクタよりもより少ない量のプラスチック材料を射出する、ということを提供する。特にそのような差異は、ディスペンサ及びインジェクタの形状、即ち、融解プラスチックが種々の射出ポイントに到達するチャネルの断面及び長さに、依存する。量は、個々のピンバルブの開き程度、及び全体の射出時間にも依存する。

ＥＰ−２６７９３７４Ａ１

"ＬＯＥＣＨＴＥＲ ＵＭＳＰＲＩＴＺＥＮ"， Ｐｌａｓｔｖｅｒａｒｂｅｉｔｅｒ， Ｈｕｅｔｈｉｎｇ ＧｍｂＨ， Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ， ＤＥ， Ｖｏｌ． ４９， Ｎｏ ５， ０１／０５／１９９８， ｐａｇｅｓ ５０−２０

本発明の目的は、色の変更プロセスを最適化し、更に自動化し、要求される時間を相当量減少させ、更に、排気される部材、よってプラスチック材料の浪費を相当量減少させることにある。

本発明は、電子コントロールユニットにより関連アクチュエータ（電気若しくは流体アクチュエータ）の起動を介して実行される、あらゆる瞬間における個々のインジェクタのピンバルブの位置及び配置速度のコントロールが、色の変更のプロセスを加速するのに用いられるのが好ましいという事実を認めることに、基づく。

このことを考慮に入れて、本発明は、請求項１の前特徴部に記載の射出成形の方法を提供するものであり、その顕著な特徴は以下の事実にある。即ち、本発明は、射出されるプラスチック材料の色を変更するプリセットの関数の起動を促進し、限定数の射出サイクルにてプラスチック材料の最大限の量を射出するように（標準成形サイクルではより少ない量の材料を射出する）前記一部のインジェクタを完全に開き、一方でその間（標準成形サイクルではより多い量のプラスチック材料を射出するものである）他のインジェクタ（３ａ）を閉じられたままとし、これらにより色を変更するのに要求される成形操作の数を最小限にする、最適化シーケンスに従って作動する。

従って、この特徴ある方法は、標準サイクルにて少ない量を射出するインジェクタにより多くの量を割り当て、よって、標準成形サイクルの通常の状況を基本的に反転させる、ということを提供する。

プリセットの色変更は、成形される物品の寸法及び形状、加えて、材料の特徴、並びに、成形のために設けられるインジェクタの数及び位置を、明確に含む種々のパラメータの関数として、処理される。

射出装置の電子コントロールユニットが前述のプリセットの関数によりプログラムされると、色変更サイクルは、オペレータによりリコールされて起動され得るのであり、よって、時間を相当量省きプラスチック材料の無駄を減少し得る。

本発明は、例えば、自動車産業における乗物車体パネルなどの、大きい物品を成形する順次の若しくは直列の射出の場合に、特に有用である。この場合、成形装置は、周知のように、モールドキャビティの概略中央エリア及び一つ若しくはそれ以上の周辺エリアに夫々配置される、第１と第２のインジェクタを含み、第１と第２のインジェクタを順次制御することによりプラスチック材料の射出が実行され、第１のインジェクタのピンバルブは、第２のインジェクタのピンバルブの前に、第１の閉じ位置から閉じ位置へ配置され、概略中央エリアから概略周辺エリアへモールドキャビティを漸進的に充填する。この場合、本発明に係るプリセットの色変更関数は、第１のインジェクタが閉じられている間に関連するピンバルブの完全な開きを介してプラスチック材料の量を最大化することを、提供する。色変更操作を完了し、成形される物品につき所望の美的品質に到達するのに要求される、成形操作の数は、顕著に低減し最小化し、数十個から数個のユニットへとなる。

本発明は、添付の図面を参照して、非限定的な例によってのみ、以下詳細に説明される。
図１は、本発明を利用する射出成形システムの一部を示す部分概略図である。 図２は、順次の若しくは直列の射出を実行するのに適した成形システムの構成を示す立面概略図である。 図２Ａは、図２のシステムの正面概略図である。 図３は、図２に示すインジェクタから出て行くプラスチック材料の量を、時間の関数として示すグラフである。 図４は、本発明の利点を例示する表である。

図１は、プラスチック材料の射出成形のためのシステムの一部を概略示し、該システムは、一般的な従来技術のように、融解プラスチック材料ディスペンサ若しくはホットチャンバ２と接続するインジェクタ３を含み、更に、インジェクタ３の自由端部に設けられノズルターミナル６を伴い射出ゲートを介してモールドＳのキャビティと連絡するノズル５を、含む。ノズルターミナル６を介するプラスチック材料の流れは、ピンバルブ７により制御され、該ピンバルブ７は、ノズル５沿いに、アクチュエータ８を介して、図１に示す低い閉じ位置と、高い開き位置との間で軸方向に配置され得る。

本発明の好適な非限定の形態に係る、アクチュエータ８は、電気アクチュエータ、特に、ロータリ電気モータである。図１に示すその構成は、例えば、ロータリ電気モータ８のシャフトが、ねじとナットのグループ及び振動レバーを通常含むリバーシブルタイプのトランスミッションを介してピンバルブ７を駆動する、前述の文献ＥＰ２６７９３７４Ａ１に記載され示されるタイプのものでも構わない、という意味において、例示としてのみ示される。

電気モータ８は、プログラム可能な電子コントロールユニット４と操作自在に接続し、種々のペリメータの関数として、設定サイクルに係る制御方式でピンバルブ７を動作する。特に、電子コントロールユニット４は、インジェクタ３の開き及び閉じの間の位置及び速度に関して制御するように、ピンバルブ７を動作すべくプログラムされる。

図２は、直列の若しくは順次の射出により、例えば、乗物パネルＰなどの、大きい物品を得るための、成形システムの周知の構成を概略示す。図２に例示するシステムは、夫々、３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄにより示される複数のインジェクタを含み、それら複数のインジェクタは、夫々、モールドキャビティの中央エリア、中間エリア及び端部エリアに配置され、電子コントロールユニット４により制御される夫々のロータリ電気モータ８ａ、８ｂ及び８ｃにより動作される。

図２Ａは、図２の成形システムの正面図を示し、該正面図からはパネルＰの形状と、モールドキャビティＳの中央エリア、中間エリア及び端部エリアにおけるインジェクタ３ａ〜３ｄの夫々の配置が、観察され得る。更に、ディスペンサ２のチャネル１０も観察され得るが、該チャネル１０を介して融解プラスチックが、プレスノズル９の延在部からインジェクタ３の単体ターミナル６まで運ばれる。明白であるが、チャネル１０の長さはインジェクタ３の位置の関数として可変であり、よってチャネル１０を横切る材料の量となる。

図３のグラフは、順次の射出を実行するように電子コントロールユニット４がプログラムされる電気モータ８ａ〜８ｄの、可能な駆動サイクルを示す。Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤにより表されるグラフは、時間の関数として、中央インジェクタ３ａ、中間インジェクタ３ｂ及び端部インジェクタ３ｄから、夫々出て行く量を示す。前述のように、電子コントロールユニット４により作動され得る可能なサイクルの一つを、例示するに過ぎない、グラフから観察され得るように、モールドキャビティを充填する段階にて、中央インジェクタ３ａ（グラフＡ）は最初に開けられ、ピンバルブ７の開きの程度に主として依存する、所与の量が、キャビティ内に射出される。配置されるキャビティの充填が完了すると、中央インジェクタ３ａは、ゼロ量の値に到達するまでの閉じ動作を開始する。第１の中間インジェクタ３ｂは同時に開き、最大限量の値にまで到達するが、この最大限量の値は、中央インジェクタ３ａにより到達された最大限量よりも常時低く、更に、例えば、その量の約半分と評価される（グラフＢ）。上述の記載内容と同様に、第１の中間インジェクタ３ｂの近傍での充填が完了すると、第１の中間インジェクタ３ｂが閉じられ、同時に第２の中間インジェクタ３ｃが開き、最大限量の値にまで到達するが、この最大限量の値は、中央インジェクタ３ａにより最初到達された最大限量よりも常時低く、更に、例えば、第１の中間インジェクタ３ｂの量と同様である（グラフＣ）。最後に、サイクルは、端部インジェクタ３ｄの開き動作（グラフＤ）により、同様に完了する。中間インジェクタ３ｂ、３ｃ及び端部インジェクタ３ｄによりモールドキャビティ内に注入されるプラスチック材料の量は、中間インジェクタ３により発出される量よりも、相当に少なく、このことは、単体のピンバルブ７の開き位置に主として作用することにより、得られる事項である。

前述の成形システムが成形される部品の色を変更することを要求するならば、ディスペンサ２及びインジェクタ３ａ〜３ｄをクリーニングするプロセスが実行されるべきである。このことにより、新しい色のプラスチック材料での、所与の数の部品の成形が必要になるが、これら部品は、要望される美的品質が達成されるまで廃棄されるものである。

よって、本発明の独自の特徴により、電子コントロールユニット４は、プリセットの色変更関数の起動を促進するように、設計され、即ちプログラムされ、よって、成形操作の必要数を最小限にする最適なシーケンスに従って作動する。そのプリセットの関数は有限要素解析により決定されるのが好ましく、本明細書に記載する順次の射出の例の場合には、図３のグラフに示すものに対応する、標準プロセスパラメータにより作動する限定された一連の射出サイクルを提供し、該サイクルには限定数のサイクルが続き、該限定数のサイクルでは標準射出プロセスの間におけるプラスチック材料のより少ない量によって特徴付けられるインジェクタ、この場合にはインジェクタ３ｂ、３ｃ、３ｄは、相対的にピンバルブ７を動かして最大限の若しくは全体の開き位置にまで完全に開き、このときインジェクタ３ａは閉じを保持する。

図４の表に示すように、このシーケンスにより、例えば、黒から明色への色の変更を１１以内の成形操作でのみ完了することができ、そのうち７つは標準プロセスパラメータにより得られ、４つはインジェクタ３ｂ、３ｃ、３ｄを全体で開きインジェクタ３ａを閉じることにより得られる。

表から見られるように、「４」で示されるこのシーケンスは、標準プロセスパラメータによる少なくとも３２の成形操作を通常提供する、「１」で示される従来のシーケンスよりも相当に少なく、更に、全てのインジェクタ３ａ〜３ｄが複数の成形操作のために完全に開かれる場合（シーケンス「２」）、及び、所与の数の成形操作が標準プロセスパラメータにより実行され続いて全てのインジェクタ３ａ〜３ｄが開かれる更なる成形操作が実行される場合（シーケンス「３」）よりも、相当に少ない。

本発明に係る方法により、色を変更するのに要求される時間と、プラスチック材料の無駄を相対的に減らしつつ要求される美的品質を達成するまでに廃棄されるピースとの両方を最小限にすることができる。

電子コントロールユニット４は、例えば、インジェクタの数及びプリントされる部品の寸法に従って、種々のプリセットの色変更関数でプログラムされ得るが、該関数は、オペレータによる更なる介入を要求すること無く、その完了にまで自動的にリコールし起動することを促進し得る。

電気アクチュエータの好適な非限定の利用には、ターミナルエリア６からの残余の材料の除去を加速することができるという更なる利点があり、このことは、色変更プロセスにおいて特に重要である。実際には、インジェクタは最小限レベルに開かれ、ピンバルブ７の下方端近傍の射出圧力は非常に高くなり残余の材料の除去は容易となる。

成形システムの構成の詳細及び実施形態は、記載し示した内容に対して広汎に変動し得るが、添付の請求項に記載の本発明の保護範囲から乖離することは無いことは、明白である。

２・・・ディスペンサ、３・・・インジェクタ、４・・・電子コントロールユニット、５・・・ノズル、６・・・ノズルターミナル、７・・・ピンバルブ、８・・・アクチュエータ（電気モータ）。

Claims (4)

1. 複数のインジェクタ（３ａ−３ｄ）を介してプラスチック材料を射出成形する方法であって、
   各々のインジェクタは、標準射出サイクルを含む設定サイクルに従って、個々の電子的にコントロールされるアクチュエータ（８ａ−８ｄ）により閉じ位置と開き位置の間で制御されて配置され得るピンバルブ（７）を有し、
   前記インジェクタの一部（３ｂ、３ｃ、３ｄ）は前記インジェクタの他のもの（３ａ）よりも少ないプラスチック材料の量を射出する、方法において、
   少なくともインジェクタの数及びプリントされる部品の寸法に従う、射出されるプラスチック材料の色を変更するプリセットの関数の、起動を促進し、
   限定数の射出サイクルにてプラスチック材料の最大限の量を射出するように前記一部のインジェクタ（３ｂ、３ｃ、３ｄ）を完全に開き、一方でその間他のインジェクタ（３ａ）を閉じられたままとし、これらにより色を変更するのに要求される成形操作の数を最小限にする、最適化シーケンスに従って作動する、ことを特徴とする
   方法。
2. 色を変更するのに要求される成形操作の数を最小限にする、最適化シーケンスは、有限要素解析により決定される
   請求項１に記載の方法。
3. アクチュエータ（８ａ−８ｄ）は電気アクチュエータである
   請求項１に記載の方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一に記載の方法を実装するための、プラスチック材料を射出成形するシステムであって、
   前記設定サイクルに従って制御されてインジェクタ（３ａ−３ｄ）のアクチュエータ（８ａ−８ｄ）を起動するようにプログラムされた電子コントロールユニットを含み、
   前記電子コントロールユニットは、射出されるプラスチック材料の色を変更するべく、前記プリセットの関数の起動を促進するように設計されている、ことを特徴とする
   システム。

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