JP6351564B2 - プラスチック材料の注入成形のための方法及び装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、プラスチック材料の射出成形に関し、特に、完全な閉じ位置と最大限の開き位置などの間で置換可能なピンバルブを含む少なくとも一つのインジェクタに接続する、圧力下の流体プラスチック材料の分配器を含む、装置により、射出成形する方法に関する。

通常、これらの射出成形の方法は、モールドキャビティをプラスチック材料で埋めるステップを含み、続いて、閉じ位置から開き位置へピンバルブを置換するステップを行い、更に、圧力下でキャビティ内に注入されたプラスチック材料を詰めるステップを行い、キャビティ内ではピンバルブは最大限の開き位置に保持される。ピンバルブは続いて、最大限の開き位置から完全な閉じ位置へ置換され、プラスチック材料を固めさせる時間を待機した後、成形された詳細物がモールドから除去される。

ピンバルブ若しくは個々のインジェクタの置換は、従来、流体アクチュエータを介して実行される。電子システムを介する制御法で、ロータリ電気アクチュエータによりピンバルブが操作される、装置は、近時幾つか提案されてきた。

先行技術の状態
成形装置の一つの若しくは個々のインジェクタのピンバルブを操作する電気アクチュエータの利用は、例えば、ＪＰ−０６１１４８８７（特許文献１）、ＵＳ−７１２１８２０（特許文献２）及び（出願人名義の）ＥＰ−２６７９３７４（特許文献３）の文献に記載されている。電気アクチュエータは、流体アクチュエータと比較して、特別のセンサを介して及び／又は特定のアルゴリズムを介して検知された、プロセスパラメータに従って動作する電子システムを利用することを制御することがより容易である。このことにより、例えば、ＵＳ−６２９４１２２（特許文献４）に記載されるように、閉じ位置と開き位置との間のピンバルブの位置を制御して成形サイクルの間に注入されるプラスチック材料の流れを変動させることが可能になり、更には、閉じ位置から開き位置へのピンバルブの置換の移動の間にピンバルブの置換速度を変動させることが可能になる。よって、文献ＷＯ−２０１２／０７４８７９（特許文献５）及びＷＯ−２０１２／８７４９１（特許文献６）は、電気アクチュエータを制御して、最初は初期速度で、続いて初期速度よりも速い一つ若しくはそれ以上の速度で、閉じ位置から開き位置へ連続してピンバルブを置換することを、開示する。この制御は、時間の関数として、若しくは、ピンバルブの閉じ位置から開始する、ピンバルブによりカバーされる空間の関数として、実行される。

このタイプの制御は、実際のプロセス条件と、即ち、例えば、プラスチック材料の動作条件及び物理状態の、更には、インジェクタに供給されるプラスチック材料の圧力の、変数の関数としての、一連の相当の可変のパラメータと、相関させることが、困難である。

特に、分配器内の注入圧力は、ピンバルブ及びモールドの注入ゲートの開きに先立つ瞬間に最大限となる。これらの条件では、ピンバルブの相当量の置換による開きによって、注入圧力の急激な集中状の放出によりゲートの近傍にて成形ピース上に表面欠陥が、形成され得る。注入されるプラスチック材料の流線に対応する、これらの美的欠陥は、明白なものとなり且つ受け容れ難いものとなることが、しばしばである。

ピンバルブの閉じるステップの終わりにて、ゲートに向かって起こり得るプラスチック材料の浸透により、他の相当量の美的影響が生じ得る。

機械的観点と美的観点の両方から高い品質を要求するより正確な制御が、詳細な注入成形にとって特に望ましい。

ＪＰ−０６１１４８８７ ＵＳ−７１２１８２０ ＥＰ−２６７９３７４ ＵＳ−６２９４１２２ ＷＯ−２０１２／０７４８７９ ＷＯ−２０１２／８７４９１ 伊国特許出願第ＴＯ２０１４Ａ０００７０１

本発明の目的は、全体の開き及び閉じサイクルでの関連電気アクチュエータの新規且つ革新的な制御により特定の若しくは個々の成形装置のピンバルブの位置及び速度に作用することにより、成形ピースから前述の欠陥を制限し若しくは完全に除去し得る注入プロセスの制御を介して、前述の記述課題に実効的解決策を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、明細書導入部に記載されたタイプの注入成形方法を提供するものであり、完全に閉じた位置から最大限に開いた位置への開き置換動作の間に、ピンバルブは、最初第１の速度で移動し、その後少なくとも一つの第２の速度で移動するのであるが、その主たる特徴は、前記第１の速度は、前記少なくとも一つの第２の速度より速いということにある。

この解決策により、成形装置の分配器の部分的真空が注入サイクルの開始時に発生し、このことにより、成形ピースの表面の質が大きく改良され得る。

第１の速度は、ピンバルブの最大限の開き置換動作速度であることが好ましく、該ピンバルブは、完全に閉じた位置から部分的に開いた位置へ、その第１の速度にて移動する。この部分的に開いた位置において、ピンバルブは、決められた時間一時的に停止し、よって最大限に開いた位置に向かう置換動作が非連続である。

別の形態によると、本発明に係る方法は更に、ピンバルブが、最大限に開いた位置から完全に閉じた位置に向かって置換され、部分的に閉じた中間の位置にて決められた時間一時的に停止し、よって、完全に閉じた位置に向かうピンバルブの置換動作も非連続であるということを特徴とする。

本発明の別の明確な特徴は、部分的に閉じた中間の位置における前記決められた停止時間の終わりには、プロセスパラメータの関数として予め決定されるトルクが電気アクチュエータに加えられ、中間の部分的に閉じた位置から完全に閉じた位置までピンバルブを置換するということにある。

本発明は、注入成形の方法を実装する装置にも関する。

これらの特徴により、注入サイクルの終わりにてゲートの「強制的閉鎖」を得ることができる。これにより、プラスチック材料の浸透の不存在が保証され、更には成形ピースの美的品質を改良するという点において有利な効果を得られる。

本発明は、注入成形方法を実装する装置にも関連する。

本発明は、添付の図面を参照しつつ、非限定的な例示のみにより、以下詳細に記述される。
図１は、本発明に係る方法の第１のステップで示される注入成形装置の一部を示す、部分概略の軸断面図である。 図２は、本発明に係る方法の更なるステップを示す、図１と同様の図である。 図３は、本発明に係る方法の更なるステップを示す、図１と同様の図である。 図４は、本発明に係る方法の更なるステップを示す、図１と同様の図である。 図５は、本発明に係る方法の更なるステップを示す、図１と同様の図である。 図６は、本発明に係る方法の更なるステップを示す、図１と同様の図である。 図７は、本発明に係る方法の更なるステップを示す、図１と同様の図である。 図８は、本発明に係る方法の更なるステップを示す、図１と同様の図である。 図９上部は、図１から図８で示される本発明に係る方法のステップの間の、時間の関数としてピンバルブの位置を表すグラフである。 図１０下部は、図９上部に示されるピンバルブの位置と関連する、時間の関数としてピンバルブの速度を表すグラフである。

図１は、プラスチック材料の射出成形のための装置の一部を模式的に示しており、概略従来のものであり本願の出願人名義の前述文献ＥＰ−２６７９３７４（特許文献３）にも記載されており、溶融プラスチック材料を分配するエレメント、即ち、プラスチック材料を一つ若しくはそれ以上のインジェクタに供給するホットチャンバを示しており、インジェクタの各々は、インジェクションゲート４を介してモールド３のキャビティ２と連絡する、概略１を付されるノズルを含む。ゲート４を介するプラスチック材料の流れは、図１に示す完全に閉じた前進位置と、図５に示す最大限に開いた後退位置との間で、（図示しない）アクチュエータを介してノズル１沿いに軸方向に置換し得るピンバルブ５により制御される。

ピンバルブ５は、ゲートを横切り、更に、ヌル値（完全な閉じ位置）と最大値（最大限の開き位置）との間で、またその逆も同様に、モールド３のキャビティ２内に入り込む、プラスチック材料の流速を正確に変動させることができる。

例示の場合、６で示される、ゲート４と協働するピンバルブ５の先端は、円筒形状である。一方で、該先端は円錐台形状であってもよい。

ピンバルブ５の置換を制御するアクチュエータは電気アクチュエータであり、とりわけロータリ電気モータである。図の簡素化のために示していないが、例えば、本願の出願人名義の前述文献ＥＰ−２６７９３７４（特許文献３）に記載して示すタイプのものであり、該タイプではロータリ電気モータのシャフトが、ねじ、ナット、及び振動レバーを含むトランスミッションによりピンバルブ５を駆動する。

電気モータは次に、動作するようにプログラム可能電子コントロールと接続し、ピンバルブ５の位置及び置換速度に従って制御されてピンバルブ５を駆動するように構成されている。制御は、例えば、モールド３のキャビティ２内に注入されるプラスチック材料の圧力などの、成形装置の動作パラメータ、及び／又はプリセットのパラメータの、関数として、実行され得る。

以下は、本発明に係る方法に従って実行されるピンバルブ５の開きサイクル（アップストリーム）及び閉じサイクル（ダウンストリーム）を記載するものであり、このことは、成形ピースの最適な表面の質を保証する。

充填ステップ
ノズル１の注入圧力はゲート４の開口に先行する瞬間に最大限となる。これらの条件では、注入圧力の急激な集中状の放出により、ピンバルブ５の相当量の置換の開口がゲート４の近傍の成形ピース上に表面欠陥を形成し得る。特に、注入される材料の流線が、この場合の成形ピース上で観察され得る。

本発明が基にするコンセプトは、電気アクチュエータ及び関連電子コントロールユニットによりピンバルブ５の位置及び速度の正確な制御に作用することにより、このタイプの欠陥を制限し若しくは完全に除去することである。特に、本発明は、成形装置のノズル１及び分配器若しくはホットチャンバの初期の部分減圧を行うことを含むが、以下の明確な方法によるものである。

図１を参照すると、ピンバルブ５は最初、（前述のような、円筒形状若しくは円錐台形状の）先端６がゲート４の完全に閉じた位置にある。ホットチャンバ内の注入圧力及びノズル１の作用は、最大限である。

ピンバルブ５は、開きステップ全体において観察される速度間から、ゲート４が部分的に開いた第１の位置Ｂまで、電子コントロールユニットにより適切にセットされた、最大限速度で最初移動する。位置Ｂは、材料がゲート４の外に流れてモールドキャビティを充填し始めるべく、最小限のギャップが残されている、というものである。しかしながら、その最小限のギャップは材料を下げるべきものでは無い。

特別のセンサにより注入圧力を正確に読み取れるポイントまで、モールドのキャビティ２を流れ材料が充填する間、位置Ｂは保持される。本願の出願日には公開されていないが、本願出願人名義の伊国特許出願第ＴＯ２０１４Ａ０００７０１（特許文献７）に記載されるように、圧力計測は、キャビティ内に配置されたセンサを用いて、若しくは、電気モータのトルクを読み取ることにより間接的に、実行され得る。注入圧力が電子コントロールユニット内で所定の値に達するまで、ピンバルブ５はＢに静止して保持される（図３、ポイントＢ’）。よって、初期の高圧は、制御されて突然では無く放出され、ゲート４の近傍の、成形ピースの対応表面欠陥を、制限若しくは除去する。

一方で、位置Ｂは、電子コントロールユニット内で、成形装置を開始し回を重ねてえられる表面を評価するステップの間に動的プロセスシミュレーション若しくはその後の試行の結果として在られるプリセットの期間、保持される。

所望の圧力に達すると、若しくは、プリセットの期間の終わりに、ピンバルブ５は、電子コントロールユニット内に予定されたピースを充填する一般的な最適サイクルに従って、部分的開き位置Ｃまで、更に上方に動かされる（図４）Ｂ’及びＣからの開き速度は、しかしながら、最初のセクションＡ−Ｂよりも常に低い。

ピンバルブ５は更に、最大限の開き位置Ｚまで更に上方に動かされる（図５）が、ピンバルブストローク（１００％）の上部のちょうど中心に必ずしも合致するものでは無い。セクションＣ−Ｚの開く速度は、電子コントロールユニット内にセットされた最適サイクルに拠って、先行のセクションＢ’−Ｃに対して、速くても、遅くても、若しくは等しくても（一定速度でも）よい。いずれにせよ、最初のセクションＡ−Ｂよりも常に低い。

対応するセクションＣ−Ｄ、Ｄ−Ｅ等を識別する、更なる位置Ｄ、Ｅ、Ｆ等が、位置Ｃと位置Ｚとの間に、設けられてもよい。単体のセクションＢ’−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−Ｅ、Ｅ−Ｆ等を介する、Ｂ’とＺとの間の速度プロファイルは、電子コントロールユニット内にプログラムされた最適サイクルの関数として、様々な形状であってもよい（必ずしも、一定若しくは単調増加速度でなくてもよい）。Ｂ’とＺとの間に含まれる個々の単体セクションの速度は、第１のセクションＡ−Ｂの速度よりも、確実に常に低い。

最大限に開いた位置Ｚに到達すると、サイクルは続いて、モールド３のキャビティ２内にプラスチック材料を詰め込むステップとなる。位置Ｚは、充填するステップの終わりと詰め込むステップの始まりとの間の所定の期間、固定して（ヌル速度）保持されてもよい。

詰め込みステップ
詰め込みステップの間、電気モータにより加えられるトルクは、観察される周囲の条件（例えば、圧力）の関数として、プリセットのピンバルブ５の閉じサイクルに適合するように、即座に且つ自動的に変動する。サイクルの終わりには、ピンバルブ５はゲートを閉じ、よって浸透が無いことを保証する。

この目的のために、本発明は、ゲート４の「強制的な」機械的閉鎖の取得と浸透の不存在の保証とを許容するプロセスの条件（例えば、材料、圧力）の関数として、電子コントロールユニット内にプリセットされたトルク値を、ピンバルブ閉じストロークの最後のセクションに加えることを、提供する。

本発明に係る閉じサイクルは、以下のように実行される。

最大限に開いた位置Ｚから、ピンバルブ５はゲート４に向かって下方に移動し、一つ若しくはそれ以上の中間位置Ｙ、Ｘ、Ｗ等を通過する（図６）。存在し得る単体のセクションＺ−Ｙ、Ｙ−Ｘ、Ｘ−Ｗ等の各々に対して観察され得る閉じにおける速度プロファイルは、電子コントロールユニット内にセットされたサイクルの関数として様々な形状となり得る（必ずしも、一定若しくは単調減少速度でなくてもよいが、例えば、ヌル速度のセクションもあり得る）。

ピンバルブ５は、ゲート４の近傍（距離は例えば、１ｍｍであればよい）で部分的閉じ位置Ｎまで下方移動を続ける。この位置は、電子コントロールユニット内でプリセットされた短期間保持される（ポイントＮ’、図７）。

位置Ｎ’から、プロセスパラメータ（例えば、材料、圧力）の関数としてプリセットされたトルクがピンバルブ５に加えられ、これにより、ピンバルブ５はゲート４の完全な閉じ位置Ａに到達し、浸透の不存在を保証して、適切な安全マージンを伴いつつ詰め込みステップを完了する（図８）。通常、最後のセクションの閉じ速度は、比較的遅い。

図９上部及び図１０下部は夫々、前述の発明に係る方法に拠って動作するピンバルブ５の、概略の完全な開き及び閉じサイクルの間の位置及び速度プロファイルを示し、ピンバルブ５の位置及び速度を制御することに関する、その主たる明確な特徴は以下の通りである。

開くステップで観察され得る速度間から、最大限速度でセクションＡ−Ｂ内で開くステップ。

モールドキャビティ内でプリセットの圧力に達するまで（ポイントＢ’）、若しくは、プリセットの期間の終わりまで、位置Ｂを保持する（ヌル速度）ステップ。

Ｂ’とＺの間の速度プロファイルは変動し得るが、常に、最初のセクションＡ−Ｂの速度よりも低い単体のセクションの開き速度を伴う。

プロセスパラメータの関数として確立される、プリセットの「強制的な」閉じトルクを加える前に（ポイントＮ’）、プリセットの短期間、ゲートの近傍で位置Ｎを保持するステップ（ヌル速度）。

プリセットのトルクを加えることにより、閉じるＮ’−Ａステップ。

不連続の、即ち、非連続の、開き及び閉じの両方で、ピンバルブは移動する。

最後に、単体のインジェクタを参照して本発明を記載したが、多数のインジェクタを利用するカスケードや順次注入に、特に本発明が有意に適用されることが、観察される。

１・・・バルブ、２・・・キャビティ、３・・・モールド、４・・・ゲート、５・・・ピンバルブ、６・・・先端。

Claims (20)

1. 加圧下で流体プラスチック材料を供給され、且つ、完全に閉じた位置と最大限に開いた位置との間及びその逆の間にて、置換し得るピンバルブ（５）を備える、少なくとも一つのインジェクタ（１）を含む成形装置により、モールド（３）のキャビティ（２）内へのプラスチック材料の注入成形を行う方法であって、
   ピンバルブ（５）は、その置換動作の間の位置及び速度に関して制御されて電気アクチュエータにより駆動され、
   完全に閉じた位置から最大限に開いた位置への開き置換動作の間にピンバルブ（５）は、最初第１の速度で移動し、その後少なくとも一つの第２の速度で移動し、
   前記第１の速度は、前記少なくとも一つの第２の速度より速いことを特徴とする
   方法。
2. 前記第１の速度は、ピンバルブの開き置換動作の最大限速度であることを特徴とする
   請求項１に記載の方法。
3. ピンバルブは、前記完全に閉じた位置から部分的に開いた位置へ、前記第１の速度にて置換されることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記部分的に開いた位置におけるピンバルブは、決められた時間一時的に停止し、よって最大限に開いた位置に向かう置換動作が非連続であることを特徴とする
   請求項３に記載の方法。
5. 前記決められた時間がプリセットされていることを特徴とする
   請求項４に記載の方法。
6. 前記決められた時間は、モールドキャビティ内の注入圧力が所定の圧力値に到達することに依存することを特徴とする
   請求項４に記載の方法。
7. 注入圧力はモールドキャビティ内で直接計測されることを特徴とする
   請求項６に記載の方法。
8. 注入圧力は電気アクチュエータのトルクを介して間接的に計測されることを特徴とする
   請求項６に記載の方法。
9. 前記決められた時間が終わると、ピンバルブは、前記最大限に開いた位置に到達するまで前記少なくとも一つの第２の速度にて置換されることを特徴とする
   請求項５から８のうちのいずれか一に記載の方法。
10. 最初は前記第２の速度にて、続いて第２の速度より速い、第２の速度と等しい、若しくは第２の速度より遅い、第３の速度にて、ピンバルブが前記最大限に開いた位置に到達するまで置換されることを特徴とする
    請求項９に記載の方法。
11. 前記最大限に開いた位置に到達すると、ピンバルブは所定の時間停止することを特徴とする
    請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記所定の時間の終わりにピンバルブが、最大限に開いた位置から完全に閉じた位置に向かって置換され、中間の部分的に閉じた位置にて決められた時間一時的に停止し、よって、ピンバルブの閉じる置換動作は非連続であることを特徴とする
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記決められた時間がプリセットされていることを特徴とする
    請求項１２に記載の方法。
14. 中間の部分的に閉じた位置から完全に閉じた位置までのピンバルブの置換の速度は、最大限に開いた位置から中間の部分的に閉じた位置までのピンバルブの置換の速度より遅いことを特徴とする
    請求項１２に記載の方法。
15. ピンバルブを駆動する電気アクチュエータがロータリ電気モータであることを特徴とする
    請求項１から１４のうちのいずれか一に記載の方法。
16. 順次サイクルに従って操作される複数の前記インジェクタを含む成形装置に適用されることを特徴とする
    請求項１から１５のうちのいずれか一に記載の方法。
17. 前記ピンバルブ（５）が、円筒形状若しくは円錐台形状の先端（６）を有することを特徴とする
    請求項１から１６のうちのいずれか一に記載の方法。
18. 加圧下で流体プラスチック材料を供給され、且つ、完全に閉じた位置と最大限に開いた位置との間及びその逆の間にて、置換し得るピンバルブ（５）を備える、少なくとも一つのインジェクタ（１）を含む、モールド（３）のキャビティ（２）内へのプラスチック材料の注入成形を行う装置であって、
    ピンバルブ（５）は、その置換動作の間にピンバルブ（５）の位置及び速度を制御する電子コントロールユニットに接続する電気アクチュエータにより駆動され、
    完全に閉じた位置から最大限に開いた位置への開き置換動作の間にピンバルブ（５）は、最初第１の速度で移動し、その後少なくとも一つの第２の速度で移動し、
    前記電子コントロールユニットは、第１の速度が前記少なくとも一つの第２の速度よりも速く、且つピンバルブの開き置換動作の最も速い速度であることを特徴とする
    装置。
19. 前記電子コントロールユニットは更に、ピンバルブ（５）の開く置換動作と閉じる置換動作が両方とも非連続であり、ピンバルブの速度がヌルである少なくとも一つの時間間隔を含むように構成されていることを特徴とする
    請求項１８に記載の装置。
20. カスケード若しくは順次サイクルに従って操作される複数のインジェクタを含むことを特徴とする
    請求項１８又は１９に記載の装置。

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