JP7062106B2 - プラスチック材料の射出成形のための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチック材料の射出成形に関し、より詳細には、完全閉鎖位置と最大開放位置との間およびその逆で変位可能なピンバルブを含む少なくとも１つのインジェクタに接続された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る射出成形方法に関する。

通常、これらの射出成形方法は、完全閉鎖位置から最大開放位置へのピンバルブの変位に続いて、金型キャビティにプラスチック材料を充填するステップを含み、圧力下で射出されたプラスチック材料をキャビティに充填するステップが続く。これにより、ピンバルブは最大開放位置に保持される。次に、ピンバルブを最大開放位置から完全閉鎖位置に変位させ、プラスチック材料が固化するのを待つために、待機時間後に成形ディテールを金型から取り外す。

ピンバルブまたは各インジェクタの変位は、従来、流体アクチュエータを介して行われる。ピンバルブが、例えば、回転式などの電気アクチュエータによって作動される装置がより最近提案されている。

電動アクチュエータと流体アクチュエータは、通常、特別なセンサ、および／または特定のアルゴリズムによって検出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して制御される。これにより、成形サイクル中に射出されるプラスチック材料の流れを変化させるために、閉鎖位置と開放位置との間でピンバルブの位置と変位速度の両方を効率的に制御できる。したがって、文献国際出願公開第２０１２／０７４８７９号および国際出願公開第２０１２／０８７４９１号は、１つまたは複数のいわゆる中間速度で、次いで、中間速度より速い１つまたは複数の速度でピンバルブを閉鎖位置から開放位置まで連続的に変位させるようにアクチュエータを制御することを提供する。このような制御は、その閉鎖位置から始まるピンバルブによって覆われる時間または空間の関数として実行される。そのような場合のために、その信号をアクチュエータの電子制御装置に送信するピンバルブに直接関連付けられた位置センサが提供される。

出願人の名義の文献米国特許出願公開第２０１５／２６６２１６号明細書（米国特許第９７３８０１６号明細書）は、閉鎖位置から開放位置へのピンバルブの不連続な変位を提供し、少なくとも部分的に開放する中間位置で停止するためのステップを含んでいる。ピンバルブの変位速度は問題ではない。

出願人名義の文献米国特許出願公開第２０１６／１６７２７２号明細書でさえ、ピンバルブの不連続な変位を規定しており、これは、開放中に、第１の速度で駆動され、その後、少なくとも１つの部分開放中間位置で停止し、その後、第１の速度よりも速い少なくとも１つの第２の速度で駆動される。ピンバルブの最大開放位置から完全閉鎖位置への変位も不連続である。すなわち、部分閉鎖中間位置で一時停止するステップを提供でき、この部分閉鎖位置から完全閉鎖位置までの変位速度は、異なり、例えば、最大開放位置から部分閉鎖中間位置までのピンバルブの変位速度よりも遅くなる。

このタイプの制御は、実際のプロセス条件、すなわち、例えば、運転条件およびプラスチック材料の物理的状態の変化の関数としての一連のかなり可変なパラメータ、およびインジェクタに供給されるプラスチック材料の圧力と相関させるのが難しい。これにより、成形品に表面欠陥が生じる可能性がある。

ピンバルブを作動させるアクチュエータが電気タイプ、特に、電気回転タイプである場合、簡単にするために、ピンバルブの位置を直接ではなく間接的に検出すると都合がよい。特に、出願人の名義の文献欧州特許出願公開第２６７９３７４号明細書の場合、回転電動機のシャフトは、ナットおよびねじユニットおよび振動レバーを明確に含むトランスミッションによってインジェクタのピンバルブを作動させる。この場合、ピンバルブの位置は、駆動シャフトに関連付けられ、その電子制御装置に動作可能に接続されたエンコーダによって都合よく検出される。トランスミッションのキネマティックチェーンに存在する可能性のあるクリアランスと、射出された材料によるピンバルブの可能な駆動効果の両方を考慮すると、エンコーダによって間接的に行われる開閉ストローク中のピンバルブの位置の検出は、ピンバルブの位置と速度を正確に制御するために必要な精度である。

機械的観点と審美的観点の両方から高品質を必要とする物品の射出成形には、より正確で精密な制御が特に必要である。

本発明の目的は、成形品から前述の欠陥を制限または完全に除去することを可能にすることができる射出プロセスの特有の制御を通じて、前述の技術的問題に対する効率的な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、最初に定義されたタイプの射出成形方法を対象とし、この方法では、完全閉鎖位置から最大開放位置への変位中に、ピンバルブが複数の部分開放中間位置で停止し、停止位置間のピンバルブの変位速度は均一かつ一定である。

別の態様によれば、本発明に係る方法は、ピンバルブが最大開放位置から完全閉鎖位置に向かってさえ均一かつ一定の速度で変位され、複数の部分閉鎖中間位置で一時的に停止することを提供する。

開閉の一定かつ均一な速度は、射出されるプラスチック材料および成形される物品の特性の関数としてプログラムでき、開閉の一定かつ均一な速度は、閉鎖の一定かつ均一な速度と同じか、または異なっていてもよい。

ピンバルブの停止時間の持続時間は一定でも、より好ましくは可変でもよい。特に、その開放変位の間、ピンバルブが最大開放位置に近づくにつれて停止時間が徐々に短くなる。

本発明のさらに特有の態様によれば、ピンバルブの開放変位は不連続であるだけでなく、一時的かつ迅速に閉鎖位置に復帰するための１つまたは複数のステップも提供する。ピンバルブの閉鎖変位にも同じモードを提供でき、不連続であることに加えて、一時的かつ迅速に開放位置に復帰するための１つまたは複数のステップを提供できる。これらのステップは、例えば、電動機のエンコーダから電子制御ユニットに送信されるピンバルブの位置の間接的な検出に関する信号を本質的に較正し、場合によっては補償または補正することを目的として、ピンバルブの開閉ストロークの初期位置および／または中間位置および／または最終位置の近くに提供することができる。このようにして、成形品の品質の利点のために、ピンバルブ速度制御がかなり正確になる。ピンバルブの上昇（“上流”）および／または下降（“下流”）運動を反転させるこれらのステップは、不要ではないにしても、当業者によって常に不適切であると考えられていることに留意されたい。したがって、前述の利点を達成することに加えて、出願人によってこのように提案された反対の解決策は、統合された技術的欠点を明確に克服することを可能にする。

本発明のさらなる特徴によれば、完全閉鎖位置から開始するピンバルブの初期開放速度は、好都合には異なることができ、特に、前述の均一かつ一定の変位速度よりも大きく、したがって、ピンバルブが第１の最小部分開放位置で停止するまでの最大開放速度であり得る。

本発明のおかげで、出願人は、驚くべきことに、特に、シーケンスまたはカスケード方式で作動する複数のインジェクタを備えた成形装置の場合、成形品の審美的品質の改善に関してかなりの効果を得られることを見出した。

本発明はまた、射出成形方法を実施するための装置に関する。

本発明は、純粋に非限定的な例として提供される添付図面を参照して詳細に説明される。

本発明に係る射出成形装置用のインジェクタを示す部分断面概略図である。 本発明に係るピンバルブの開放サイクルの一例を示す図であり、図の上部は、速度／時間相関を表し、下部は、ピンの位置／時間相関を表している。 本発明に係るピンバルブの閉鎖サイクルの一例を示す図であり、図の上部は、速度／時間相関を表し、下部は、ピンバルブの位置／時間相関を表している。 本発明に係るインジェクタのピンバルブの開放サイクルのさらなる例を示す、図２の下部のものと同様の図である。 本発明に係るインジェクタのピンバルブの開放サイクルのさらなる例を示す、図２の下部のものと同様の図である。 本発明に係るインジェクタのピンバルブの開放サイクルのさらなる例を示す、図２の下部のものと同様の図である。 本発明に係るインジェクタのピンバルブの開放サイクルのさらなる例を示す、図２の下部のものと同様の図である。 本発明に係るインジェクタのピンバルブの開放サイクルのさらなる例を示す、図２の下部のものと同様の図である。 本発明に係るインジェクタのピンバルブの閉鎖サイクルのさらなる例を示す、図３の下部のものと同様の図である。 本発明に係るインジェクタのピンバルブの閉鎖サイクルのさらなる例を示す、図３の下部のものと同様の図である。 本発明に係るインジェクタのピンバルブの閉鎖サイクルのさらなる例を示す、図３の下部のものと同様の図である。

本発明の主題である射出成形装置は、一般に、従来のものであり、当業者に周知である。例えば、前述の文献米国特許出願公開第２０１５／２６６２１６号明細書（米国特許第９７３８０１６号明細書）に記載および図示されているタイプのものであり、簡単に言えば、溶融プラスチック材料の分配器、またはプラスチック材料を１つまたは複数のインジェクタに供給するホットランナを含み、それぞれが可動式のノズルを備え、これは、アクチュエータによって、前進完全閉鎖位置と後退最大開放位置の間で軸方向に変位できるピンバルブであり、金型へのプラスチック材料の流れを可能にし、およびその逆で流れを閉じる。複数のインジェクタの場合、成形サイクルは、既知の方法で、シーケンシャルまたはカスケードタイプの射出を提供する。

インジェクタまたは各インジェクタのピンバルブの変位を制御するアクチュエータは、流体タイプ（油圧または空気圧）または電気タイプであり得る。回転タイプのそのような電気アクチュエータの例は、出願人の名義の先行技術文献欧州特許出願公開第２６７９３７４号明細書に記載され、図示されており、電気駆動シャフトは、ナットとねじユニットと振動レバーを含むトランスミッションによってピンバルブを作動させる。

アクチュエータは、電気タイプであろうと流体タイプであろうと、プログラム可能な制御電子ユニットに動作可能に接続され、その位置および変位速度に従って制御された方法でピンバルブを作動させるように構成される。制御は、例えば、プラスチック材料および成形される物品の特性、キャビティに注入されるプラスチック材料の圧力、および／またはさらに事前設定パラメータのような成形装置の動作パラメータの関数としてプログラムすることができる。

図１は、溶融プラスチック材料分配器またはホットランナ２の分配器に接続されたインジェクタ３が、その自由端に、ゲートによって金型のキャビティと連通して配置されたノズル端子６が設けられたノズル５を備えた成形装置を概略的に示している。ノズル端子６を通るプラスチック材料の流れは、図１に示される下降完全閉鎖位置と上昇最大開放位置との間で、アクチュエータ８によってノズル５に沿って軸方向に移動可能なピンバルブ７によって制御される。

アクチュエータ８は、この場合、電気アクチュエータ、より具体的には回転電動機である。図１に示されているその配置は、前述の文献欧州特許出願公開第２６７９３７４号明細書に記載され図示されているタイプであることが都合がよいという点で、単に例示目的である。これによれば、回転電動機８のシャフトは、ピンバルブ７に対して横方向に配置され、ナットとねじユニットと振動レバーを含むトランスミッション（図示せず）によってピンバルブ７を作動させる。本発明は、例えば、電動機のシャフトがピンバルブ７と軸方向に整列しているタイプなどの他の構成にも同様に適用されることに留意されたい。

電動機８には、既知の方法で、そのシャフトに関連付けられ、ピンバルブ７の位置を間接的に検出するのに適したエンコーダ９が設けられている。エンコーダ９は、様々なパラメータの関数として制御された方法で、電動機８、したがって、ピンバルブ７を作動させるように構成された電子制御ユニット４に動作可能に接続されている。特に、電動機８によって実行されるピンバルブ７の変位速度は、エンコーダ９によって検出されるその位置の関数として実行される。

本発明の際立った特徴によれば、プログラム可能な制御は、以下で特に説明されない限り、ピンバルブの開放ストロークおよび／または閉鎖ストロークでピンバルブを変位させるための各ステップ中に常に均一かつ一定の速度を設定することにより、ピンバルブの不連続変位と、完全閉鎖と最大開放との間の、および／またはその逆の、１つまたは複数の中間位置でのピンバルブの停止を提供する。ピンバルブの変位休止と組み合わされたそのような均一かつ一定の速度は、驚くべきことに、成形品の審美的および構造的品質を改善することを可能にする。

図２の図は、本発明に係る開放サイクルの例を示している。図の上部は、速度／時間相関を表し、下部は、ピンバルブ７の位置／時間相関を表している。観察可能なように、完全閉鎖位置から最大開放位置への変位は、ピンバルブの部分開放中間位置を停止するための様々なステップを提供し、その速度は、ゼロである。各停止位置と次の停止位置との間のピンバルブの変位速度は、加速－減速過渡を除き、常に一定かつ均一であり、この速度は電子制御ユニット４によってプログラムできる。

図３の図は、本発明に係る閉鎖サイクルの例を示している。この場合、図の上部は、速度／時間相関を表し、下部は、ピンバルブの位置／時間相関を表している。観察可能なように、最大開放位置から完全閉鎖位置への変位は、速度がゼロである部分閉鎖中間位置でピンバルブを停止するための様々なステップを提供する。各停止位置と次の停止位置の間のピンバルブの速度は、常に一定かつ均一であり、プログラムすることもできる。すなわち、電子制御ユニット４を使用して、必要と思われる場合はいつでも変更できる。

例えば、ピンバルブが変位しているセクションの速度は、常に２０ｍｍ／秒のオーダである。ピンバルブの停止ステップの数、位置、および持続時間に適用されるこの値は、電気タイプか流体タイプかにかかわらず、インジェクタのアクチュエータの電子制御装置のプログラミングモードに応じて異なる場合がある。したがって、開放定数および均一速度は、閉鎖定数および均一速度と等しいか、または異なっていてもよい（より大きいまたはより小さい）。さらに、ピンバルブの一定かつ均一な変位速度による不連続な変位は、開閉サイクルの一方または他方でのみ提供されてもよい。

停止位置と後続の停止位置との間の一定かつ均一な変位速度は、速度がゼロの各位置から開始して、標準変位速度に達するまで、ピンバルブを加速するために必要な過渡現象も、ピンバルブの速度がゼロの各位置で停止するまでピンバルブを減速するために必要な過渡現象も考慮しないことに留意されたい。これらの過渡現象は、無視できると見なされるため、ピンバルブの完全開放および／またはサイクル時間、および各停止と次の停止との間の時間間隔の両方に関して、その非常に短い時間を考慮すると、本発明の効果および添付の特許請求の範囲で概説されるその定義とは無関係である。

図４～図８および図９～図１１は、それぞれ開閉モードにおけるピンバルブ７の速度プロファイルのさらなる代替例を示しており、これらは、本発明の保護範囲内にある。これらの図では、横軸は、時間を秒または倍数で示し、縦軸は、ピンバルブの位置をｍｍまたは倍数で示している。

図４のプロファイルでは、均一速度と一定速度でのピンバルブの各変位間の停止休止は、同じ持続時間を有するが、図５の場合、休止は、減少する持続時間、すなわち、最大開放位置に向かって徐々に短くなる持続時間を有する。

図６のプロファイルには、各一時停止の前後の後続の変位セクションでの均一かつ一定な速度よりも速い速度でのピンバルブの変位の短い初期セクションが用意されている。したがって、この初期速度は、ピンバルブの最大開放速度である。また、この場合、ピンバルブの停止休止の持続時間は、最大開放位置に向かって減少する。

本発明によれば、上述の種々のモードを使用する開放サイクル中に、ピンバルブの変位運動の少なくとも１つの反転、すなわち、部分的な再閉鎖位置への少なくとも１つの一時的な短い復帰も提供することができる。この運動の反転は、ピンバルブの位置の検出が、本明細書で説明する場合のように、エンコーダ９（または同等のシステム）によって間接的に実行される場合に特に有利であり、これにより、電動機８のエンコーダ９によって電子制御ユニット４に送信されるピンバルブ７の位置の間接的な検出に関する信号を検証し、場合によっては修正することができる。このようにして、ピンバルブの速度の制御の精度がかなり正確になり、成形品の品質が向上する。図６の場合には、ピンバルブの開閉ストロークの初期位置と最終位置の近くにそれぞれ２つの短い一時的な反転ステップが用意されているが、図７の場合には、３番目の１つは、開始ストロークの中間位置にある。

図７のプロファイルでは、ピンバルブの停止休止の持続時間も可変であり、図８のプロファイルでは、このような持続時間は最大開放位置に向かって延びている。

本明細書で説明および図示されるプロファイルは、非限定的な例として純粋に提供されることに留意すべきである。特に、本発明の保護範囲内にある、任意の集合体またはその組み合わせを提供することができる。

上記と同じ動作モードは、不連続であることに加えて、停止休止間で均一かつ一定の変位速度を有するピンバルブの閉鎖変位にも提供でき、その持続時間は、等しくても異なってもよい。また、部分的開放位置への一時的および短時間の復帰のための１つまたは複数のステップが考えられ得る。したがって、図９に示されている閉鎖プロファイルは、初期の最大開放位置と最終の完全閉鎖位置のそれぞれの近くで、可変の一時停止と運動反転を提供する。これに対して、図１０および１１のプロファイルは、反転を提供せず、均一かつ一定速度での各変位セクション間の停止の持続時間は、それぞれ等しいか、または異なる。特に、完全閉鎖位置に向かって増加する。

閉鎖および／または開放変位中のピンバルブの停止時間は、金型の内部条件に関連する数学関数に従って都合よく変更できる。例えば、停止持続時間は、金型の様々なポイントでの射出圧力および／または射出された材料の流量に比例する。

前に明らかにしたように、ピンバルブの開閉プロファイルは、互いに独立して構成できる。さらに、それらは、例えば、一定かつ連続な速度タイプの従来のプロファイルを一方または他方に有することができる。

明らかに、例示的な実施形態を参照して本明細書で説明される装置および関連するインジェクタの構造の詳細および実施形態は、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の保護範囲から逸脱することなく広く変更され得る。したがって、本発明は、インジェクタの電気的作動に関して説明したが、電子制御装置を備えた、例えば、空気圧式の流体アクチュエータの場合にも有利に適用することができる。このような場合、ピンバルブの位置の間接的な検出は、リニアエンコーダを使用して取得できる。リニアエンコーダ、ホール効果磁気センサ、光学センサ、または同等のシステムによって取得されたピンバルブの位置の直接検出も、流体アクチュエータの場合と電動機の場合の両方で想定できる。

Claims (14)

1. 完全閉鎖位置と最大開放位置との間およびその逆で変位可能なピンバルブ（７）を備える少なくとも１つのインジェクタ（３）により、プラスチック材料を金型キャビティに射出成形する方法であって、
   前記ピンバルブは、その前記位置間の前記ピンバルブの位置および速度に関連して、制御された方法でアクチュエータによって操作され、
   前記完全閉鎖位置から前記最大開放位置への変位中、または前記最大開放位置から前記完全閉鎖位置への変位中、前記ピンバルブの変位は、その運動の反転の少なくとも１つのステップを提供することを特徴とする方法。
2. 前記ピンバルブ（７）の変位は、その運動の反転の複数のステップを提供することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ピンバルブ（７）の変位は、その運動の反転の初期ステップ、中間ステップおよび最終ステップを提供することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. ピンの変位速度は、均一かつ一定であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記最大開放位置から前記完全閉鎖位置への変位中、前記ピンバルブは、複数の部分閉鎖中間位置で停止し、前記位置間の前記ピンバルブの変位速度は、均一かつ一定であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 均一かつ一定の開放変位速度は、均一かつ一定の閉鎖変位速度に等しいことを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
7. 均一かつ一定の開放変位速度は、均一かつ一定の閉鎖変位速度と異なることを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
8. 前記ピンバルブの前記均一かつ一定の変位速度は、修正可能であることを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
9. 前記完全閉鎖位置から部分開放位置の第１の停止までの前記ピンバルブの初期開放速度は、前記均一かつ一定な変位速度とは異なり、大きいことを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
10. 前記ピンバルブの停止時間は、一定の持続時間を有することを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
11. 前記ピンバルブの停止時間は、可変の持続時間を有することを特徴とする、請求項４または５に記載の方法。
12. 閉鎖および／または開放変位中の前記ピンバルブの停止時間は、射出圧力および／または射出された材料の流量など、金型の内部条件に関する数学関数に従って可変であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 完全閉鎖位置と最大開放位置との間で変位可能なピンバルブ（７）を有する少なくとも１つのインジェクタ（３）を備えるプラスチック材料の射出成形装置であって、
    前記ピンバルブは、前記ピンバルブの位置を直接または間接的に検出するための電気または空気圧アクチュエータおよび関連センサ（９）によって作動し、前記センサ（９）に動作可能に接続された電子ユニット（４）は、電動機（８）および／または空気圧シリンダの動作を制御し、
    前記電子ユニット（４）は、請求項１ないし１２のうちいずれか１項に記載の方法を実行するように構成される装置。
14. 前記電動機（８）は、回転または線形電動機であり、前記センサ（９）は、回転または線形エンコーダ、またはホール効果磁気センサ、または光学センサであることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。

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