JP6422063B2 - 少なくとも１つのキャビティの充填を制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段に応じた物体の製造装置、特に射出成形機において少なくとも１つのキャビティの充填を制御する方法に関する。

物体の他の方法による製造でもそうであるが、特に射出成形では成形素材、特に溶融物が物体を形成するキャビティに注入されると、時間の経過により充填度が変化し、部分的に品質が異なるとの問題が生ずる。そのため、キャビティの充填度を均一化する種々の解決法が試みられた。このことは、一個取り、並びに複数個取り金型にも当てはまる。

例えば、ニードルバルブノズルを用いる場合には、個々のニードルバルブノズルは、射出成形機の射出ユニットのように見なすことができる。パラメータ例えば粘度の変更が必要ならば、機械の調整を変更することのみが可能で、場合によっては制御することさえ可能である。その結果として、全てのバルブノズルにおける射出成形操作はほぼ同じになる（射出速度又は溶融前線速度、圧縮などがほぼ同じ）。そのため、異なった特性（例えば、異なった壁厚など）への対応ができなくなる。例えば、バンパーのような大きな表面の成形は、部分的に異なった要求があるようにみえるが、全体の断面のみを考慮すればよい。

例えば、特許文献１には、キャビティにおける温度を測定し全てのキャビティが均一化されるように、キャビティへの充填を自動的に平衡に保つ方法が記載されている。多数個取りの金型では、信号の時間的な偏差が測定される。個々のキャビティの信号の増大が同一である場合には、キャビティに同時に充填される。

特許文献２には、溶融物を加圧しながら複数のノズルからキャビティへ導入して、金型の少なくとも１つのキャビティに充填する方法が記載されている。この場合、それぞれのノズルにキャビティ内の溶融物の流れを測定するセンサを配することが好ましく、これらのセンサの信号に基づいてノズルを通しての充填操作は自動的に互いに制御される。

上記２つの場合において、キャビティの充填が均一になるまで、個々のホットランナーノズルの温度を変更するように制御される。ここでは、信号の増大に基づいて流路の末端における溶融前線が自動的に検出されることが考えられる。しかしながら、例えば、圧力センサをゲートの近辺に配置し、圧力の閾値をそのような制御に用いることも可能である。

別の応用では、金型は多数個取りではなく、例えば、単一のキャビティの問題である。この場合、ホットランナーノズル温度の変更により、既に最適化された（例えば２つのノズル間の）基準充填時間を一定に制御することにより、溶融物の流れが制御される。

上述した制御は、特にホットランナー金型に関することである。しかしながら、ホットランナーを用いない、コールドランナー金型も在る。コールドランナーは、熱可塑性樹脂ではなく、架橋した液状シリコーンを扱う場合に用いる。このような場合には、射出操作は、通常いわゆるニードルバルブノズルにより制御される。このような、ニードルバルブノズルは、既に長年に渉って知られている。例えば、特許文献３、特許文献４に既に記載されている。より新たな記載は、特許文献５に見出される。これらのノズルは、所定の時点まで開放されて、ある時点で再度閉鎖されるにもかかわらず、平衡化されない状態となる。

最近では、開放して単に再度閉鎖する以外のバルブノズルが在る。このバルブノズルは、最終的に合成樹脂の溶融物が目標とする射出量に変更されるように、個々にかつ段階的に開放及び閉鎖される。
米国特許第６５１４４４０号明細書は、射出操作の間の溶融物の流れの制御に関している。射出開口部の遥か上流の溶融物の流路内には、該流路の円錐状の受容部と協働する円錐状のヘッドが備えられている。円錐状のヘッドを備えたノズルピンは、射出サイクルの開始時に開放され、終了時に閉鎖される。バルブピンは、開放と閉鎖の中間の位置を取って、溶融物の流速を低下又は増大させる。
更に、バルブピンの上流の溶融物の流路には、圧力センサが配置され、その信号が制御装置に転送されることが記載されている。そこでは、信号が予め設定された値と比較されてバルブヘッドが調整される。
欧州特許出願公開第２３６０００３号明細書には、射出成形金型のニードルバルブノズルを制御する方法及び装置が記載れている。ここでは、射出操作中に合成樹脂の溶融物の流れが制御されるように、意図されている。
米国特許出願公開第２０１２／０２４８６５２号明細書は、キャビティ内の溶融物の流れを制御する装置に関している。ここでは、異なった位置に配置された射出開口部を通してキャビティに充填するカスケード法を問題としている。充填するために、開口部が開放又は閉鎖されるように対象となる開口部を閉鎖するニードルが持ち上げられる。
特開２００１−０９６５８２号公報は、複数の射出開口部が制御される、大きな物体の製造に関して開示している。ここでは、ノズル開口部の近傍において溶融物の圧力が測定される。圧力が予め設定された値を越えた場合には、射出を停止するか、又は開口部から注入される溶融物の量を減ずるように、開口部幅を低下させる。これも、既に長年にわたって周知のカスケード法に関している。

独国特許第１０１１２１２６号明細書 独国特許出願公開第１０２００４０３１５４６号明細書 独国特許第６９１３５６８号明細書 独国実用新案第７３２３４６１号明細書 独国実用新案出願公開第２０２０１００１４７４０号明細書

本発明の課題は、簡単なやり方を用いて、キャビティの充填の制御並びに特に平衡化を実行できる上述の方法を発展させることである。

本発明の課題は、請求項１の後段に記載の特徴により解決される。

本発明の基本的な考え方は、溶融物がキャビティに導入される開口部を、単に開閉のみならず中間の位置にも設定できることにある。この中間の位置も、固定されるのではなく、所定の値又は射出サイクルの変化する要求に適合させることが好ましい。

このようにして、全体の射出操作が大幅に変革できる。例えば所定の形状に基づいた射出サイクルの間も、射出開口部の幅の調整のみにより、全体の射出操作が制御される。このことは、例えば合成樹脂の溶融物を供給する上流の押出機又はポンプの配置に全く関係なく行うことができる。射出開口部における合成樹脂の溶融物が十分な圧力を保っていれば、キャビティに注入する合成樹脂の量及び速度は、射出開口部の変更により決定できる。しかしながら、このことは、上流のユニットが極めて簡単に設置でき、かつ制御できることを意味する。

例えば、キャビティを監視する温度センサへ溶融物の前線の到達が極めて遅い場合には、溶融物の開口部における圧力が同一に保たれている限りは、射出開口部の幅を広げるだけで、より多量の溶融物がキャビティ内に流入する。

例えば、流路の末端を保持圧力に切り換えた場合、溶融物の圧力が一定に持たれて、射出開口部が更に開かれれば十分である。本発明では、キャビティへの注入の極めて簡単な調整には、多くの可能性があるので、ここでは、完全な列挙は可能ではない。

当然のことながら、本発明の範囲において、溶融物の圧力及び／又は温度を変更するユニットを上流に備えた、このように変更可能な射出開口部は周知である。本発明は、極めて簡単なユニットの使用の可能性のみを開示する。

また、コールドランナー及びホットランナーに対するこの方法は、多数個取り金型における射出操作を平衡化できる。射出開口部又はバルブノズルのそれぞれの幅を個別に制御することにより、個別の開口部又はバルブノズルに対してそれぞれの特性を設定することが可能となった。したがって、例えば、インストルメントパネルのエアバグの近傍に、厚壁の断面よりも少なく圧縮するバルブノズルも考えられる（バルブノズルのニードルを更に閉鎖する）。実行の可能性及び結果は、場合によっては並はずれたものとなる。

キャビティに流入する溶融物のどのようなパラメータを測定するか、並びにそのためにどのようなセンサを使用するかは、本発明では大して重要ではない。本発明の基本的な考え方は、開口部の幅が、一つ又は複数のキャビティへの充填操作を均一化するのに使用されることに関している。当然のことながら、充填操作を所定の基準値に適合させることも可能である。

ノズル又はノズル開口部は、広義に解釈すべきである。全ての開口部は、それを通って溶融物がキャビティに注入され、その幅が変更可能であることも本発明の範囲内にある。ここでは、ニードルバルブノズルは、単に一つの可能性である。今日では、特殊な駆動部品により、例えばバルブのニードル路を０．００５ｍｍの精度で調整することができる。このことは、極めて小さな射出ノズルでも、極めて正確に、かつ互いに関係無く開口部の幅が調整できることを意味する。本発明では、バルブノズルの一つ又は複数のニードルを単に開閉するのみならず、個々のニードルの開口部を開放と閉鎖の間の任意の位置に制御することにより、射出工程を制御することが重要である。

しかしながら、開口部は、カメラのシャッターと同じような機構によっても決定できる。開口部の幅を変更するのに、スライダーなども考えられる。

好適な実施例では、温度センサ及び／又は圧力センサが用いられる。しかしながら、例えば溶融物の流路を監視する電気的センサ又は視覚センサのような、他のセンサも考えられる。ここでも本発明は、限定を設けない。しかしながら、溶融物及びキャビティにおける溶融物の進行を監視することが重要である。圧力センサはキャビティ内の圧力推移を測定し、温度センサは温度又は溶融物が例えばその温度センサに何時到達するかを認識するのみである。この場合、温度センサは、溶融物のキャビティへの流入からセンサに到達するまでに要した時間を測定する通常のカウンターよりも早く作動する。

この場合、独国特許出願公開第１０２００４００３２７８号明細書に記載されているように、主として圧力又は温度センサが用いられる。しかしながら、センサは、溶融物と直接には接触させる必要はなく、例えば薄いシートによりキャビティから隔離してもよい。

特に新たなことは、金型内圧センサ及び金型壁温度センサを用いてそのような制御を自動的に実行し、それによりサイクルからサイクルへと自動的に適合できることである。したがって、過去に既に議論した制御の大部分は、射出成型機に関係なく個々のバルブノズルに対して実行される。

以下の制御が考慮の対象となる。
ａ）ニードルバルブノズルの開口部の幅によるホットランナーの平衡化
ｂ）ニードルバルブノズルの開口部の幅によるホットランナーの制御（例えば基準値に基づいて所定域における溶融物の流れを制御する）
ｃ）ニードルバルブノズルの開口部の幅によるコールドランナーの平衡化
ｄ）ニードルバルブノズルの開口部の幅による個々のバルブノズルに対するせん断速度の制御。これは、２つのセンサによって溶融物の流れにおけるせん断速度を測定して、対応するニードルの位置が変更されることを意味する。
ｅ）せん断応力の制御（ｄ）と類似）
ｆ）非常に重要：ニードルバルブノズルの開口部の幅による個々のバルブノズルに対する圧縮の制御。このことは、射出操作後又は保圧に切換え後に、個々のノズルの上流に多少の圧縮が生成するように、ノズルの位置を再度変更することを意味する。この場合、既に実行した圧縮制御と同様に、ある閾値（例えば最大値の８０％）において金型内圧を測定する。
ｇ）ホットランナー（熱可塑性樹脂）の場合には、個々のニードルバルブノズルに対する冷却時間の制御は、ニードルバルブノズルの開口部の幅により個別に制御される。このことは、所要の冷却時間に到達したら、個々のノズルが閉鎖されることを意味する。
ｈ）コールドランナー（熱硬化性樹脂、液状シリコーンゴム、ＲＩＭのような反応方法）の場合には、個々のニードルバルブノズルに対する反応時間の制御は、ニードルバルブノズルの開口部の幅により個別に制御される。このことは、所要の反応時間に到達したら、個々のノズルが閉鎖されることを意味する。
ｉ）ニードルバルブノズルの開口部の幅による多成分の個別制御。このことは、任意の数の素材成分が個別に制御できることを意味する。
ｊ）インサートを鋳包むノズルのバルブノズルの個別制御、他のバルブノズルは制御しない。
ｋ）異なった大きさのインサートを鋳包むバルブノズルの個別制御。
ｌ）位置に応じて個別に制御されるカスケード法によるバルブノズルの個別制御。このことは、第一のノズルから第二のノズへの流路は、第二、第三又は以後の流路とは異なった、速度又は圧縮度を有していることを意味する。
ｍ）特性がそれぞれに調整可能な、組み合わせ金型のそれぞれの部分の個別制御。
ｎ）ガス内圧射出方法及び水射出方法におけるバルブノズルの個別制御。

しかしながら、この列挙は決して完結していない。

当然のことながら本発明の範囲内において完結していない、上記の調整の大部分は、コールドランナー及びホットランナーの問題である。

特に重要かつ強調することは、全ての制御に対して、ノズル毎の唯一の値に設定して制御するのみならず、（ノズルの開閉に対しては）設定した形状を制御することである。結論は、操作は金型における調整に関わることなので、ほとんどの操作が機械の設定とは無関係に実行されることである。高価なインターフェースを使用しなくても実行できる。多くの機械製造者は、そのようなインターフェースを提供していない。

本発明は、キャビティに備えられた少なくとも一つのセンサからの信号に基づいて、開口部の幅を変更する機器を開口部に備えた方法を実行する機構も含んでいる。信号を互いに／又は所定の信号と比較して射出操作を均一化するように開口部の幅を制御する制御装置を、中間に接続してもよい。センサは、溶融物の前線が到達した場合に応答するスイッチのように作動することが好ましい。この場合、開口部の幅の制御が開始されるように、センサが信号を発する。

Claims (9)

1. 物体の製造装置において少なくとも１つのキャビティの充填を制御する方法であって、
   前記キャビティ内に開口部を通して溶融物が注入されて、前記開口部の幅が変更され、
   前記開口部の幅は閉鎖位置と最大開放位置との間の位置に変更されるか、または固定され、
   前記キャビティの充填及び溶融物の前記キャビティへの注入及び／又は前記キャビティ内の溶融物前線はセンサにより監視されて、充填を制御するために前記開口部の幅が変更され、且つ前記開口部の幅の制御は、射出サイクルの間にも実行され、
   前記溶融物は、前記開口部において十分な圧力を保ち、キャビティに流入する前記溶融物の量及び速度は前記開口部の幅の変更により決定され、
   関係する複数の前記キャビティが監視されて、互いに調整されることを特徴とする方法。
2. 前記開口部の幅は、サイクルからサイクルへと変更されてキャビティへの充填度が制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記開口部の幅の制御は、予め設定された形状に基づいて行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記開口部は、ニードルバルブノズルの開口部であり、前記開口部の幅はニードルにより決定されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記溶融物のパラメータを測定するために、少なくとも１つの温度センサ及び／又は圧力センサが前記キャビティ内において用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記温度センサ／圧力センサは、前記キャビティ内の溶融物の流路の末端に向けて設置
   されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記温度センサ／圧力センサは、ゲート近傍に設置されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. 個々のバルブノズルに対する圧力は、ニードルバルブの開口部の幅により制御されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 個々のノズルの上流に多少の圧力が生成するように、射出操作後又は保圧に切換え後にノズルの位置を再度変更することを特徴とする請求項８に記載の方法。