JPH0322286B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は樹脂成形品を成形する方法及びその
装置に関し、特に成形品の仕上りの良否を判別す
る方法およびその装置を備えた樹脂成形方法及び
その装置に関するものである。

従来の技術 近年、工場の自動化、FMS化が盛んに行なわ
れるようになつて来たが、その際にネツクとなる
項目のその一つとして樹脂成形品の仕掛り在庫が
ある。つまり、成形したパーツをすぐに次工程、
とりわけ組立工程で使うことができず、ラインの
フレキシビリテイ、リードタイムの短縮を阻害す
るというものである。

成形品をすぐに次工程で使えない理由の最大の
ものは、成形品の中に不良品が混入しているかも
知れないからである。

もとより、成形品の不良はある程度生ずるもの
という認識が一般的に定着している。何故なら、
成形材料のロツト間のバラツキ、金型の不慮の事
故、成形機の繰り返し精度の誤差などが複雑に絡
み合つており、発生を完全に抑えることは難しい
と思われるからである。

不良がある程度発生すると仮定するなら、迅速
に検査を行ない、選別すれば良いことになるが、
樹脂成形品の寸法は成形直後から一昼夜に旦り
徐々に変化するのが一般的であり、成形直後に判
定を下すのは誤まりを生ずる可能性が高い。

結局、成形したものをあるまとまり量だけ区分
けして、一定時間後にロツト検査を行なうことに
なり、前述のような不具合につながる。

そこで、成形加工中のプロセス要因を測定し
て、成形品が正しいものかどうか判別する方法が
注目されて来た。

第８図は従来の品質判別装置を簡単に示したも
のである。射出成形の加熱シリンダ１の内部にあ
るスクリユー２を軸方向に動作させる油圧シリン
ダ３と回転方向に動作させる油圧モータ４を備
え、方向切換弁５でこの油圧シリンダ３と油圧モ
ータ４とを交互に動作させる射出装置において、
スクリユー２と軸方向の動きを同じくするラツク
６、ラツク６に噛み合うピニオン７を設けピニオ
ン７をロータリエンコーダ８と同軸に固定してそ
の信号ｂを判定器９に接続する。一方、油圧シリ
ンダ３に供給される圧油の圧力を圧力トランスジ
ユーサ１０で検出した信号ｃを判定器９に接続す
る。

上記構成の装置は、ホツパー１１内を材料をス
クリユー２の回転でスクリユー前方に送りながら
溶融し、スクリユー２が所定量後退したら、方向
切換弁を切換えてスクリユー２を前進させスクリ
ユー２の前方に貯えられた溶融樹脂１２をランナ
ー１３、キヤビテイ１４に射出する。この時のス
クリユー２の位置およびその変化速度と油圧圧力
を信号として逐次判定器９に取り込み、許容され
た範囲内にあるか否かを判定してその結果、判定
信号ｄを反転シユート１５に送り、反転シユート
１５は許容された条件内の時はコンテナ１６に成
形品が滑り落ちるように傾斜板１７を傾け、許容
外であつた時は、コンテナ１８の方に落ちるよう
に傾ける。１９は金型の固定部、２０はランナー
プレート、２１は可動部である。また２２は圧油
を送るポンプである。

また、金型内に圧力トランスジユーサ２３を設
け圧力信号ａを判定器に送り、スクリユー位置と
対比したり、標準の圧力−時間プロフイルと対比
して判定信号を決定する方法もある。

発明が解決しようとする問題点 上記の如く、即に射出成形加工中のスクリユー
の位置、速度、油圧圧力、型内樹脂圧力をモニタ
リングして判定する方法は出現しているが、必ず
しも、良品、不良品がきれいに区別されていない
のが現実である。

即ち、上記例においてコンテナ１６に不良品が
混り、逆にコンテナ１８に良品が混じるのであ
る。つまり、品質判別装置として十分機能しな
い。

これは、バツクフローや樹脂の圧縮性によりス
クリユーの動作が必らずしも金型内の樹脂の流れ
や圧力を表わしていないことと、金型内の樹脂の
圧力値だけでなく、樹脂温度が品質に大きく作用
しているためである。

問題点を解決するための手段 そこで上記問題点を解決する本発明方法は金型
内の樹脂流路の流れ方向に沿つて少なくとも２ケ
所の樹脂圧力を検出し、同時刻における圧力差と
同圧力値を示す時間差を信号化し、これらの信号
を所定のデータと比較して、その成形シヨツトに
おける成形品の良否を判別し、その判別信号に基
いて金型より取り出された成形品をより分ける樹
脂成形方法に係わるものである。

また同様の問題点を解決する本発明装置は、金
型中に樹脂を注入充填する手段と、金型と、金型
内の樹脂流路の流れ方向に沿つて少なくとも２ケ
所に設けられた圧力検出手段と、少なくとも圧力
検出手段からの信号を同時刻における圧力差およ
び同圧力値を示す時間差を検出する手段とこの圧
力差および時間差の信号を受けて所定のデータと
比較し成形品の良否を判別し、判別信号を出力す
る手段よりなる樹脂成形装置に係わるものであ
る。

作 用 上記手段による作用は次のようになる。

金型内の樹脂流路の断面形状と、２ケ所の圧
力検出手段の距離は予めわかつており、その上
で、２ケ所における圧力信号の同時刻における
圧力差と同圧力値に達する時間差を知ることに
より、フローマーク、ジユツテング、ヤケ、シ
ヨートシヨツト、バリなどの不良現象を支配す
る金型内で実際に生じている流速、樹脂の粘
度、樹脂温度を間接的に検知し得るので、単に
スクリユーの動作や、金型内の圧力値を検出す
る方式に比べはるかに精度良く不良現象を判別
できる。

実施例 以下本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の品質判別装置の一実施例にお
いて射出ユニツトと金型とともに示したシステム
構成図である。この射出ユニツトは一般の射出成
形機同様であり、射出スクリユー２４と加熱シリ
ンダ２５の間にホツパー２６から樹脂材料を供給
し、モータ２７の回転をギヤ２８とギヤ２９で射
出スクリユー２４に伝達し、スクリユー溝に沿つ
て樹脂材料を前方に送りながら混練溶融し、射出
スクリユー２４の前方に溶融した樹脂を貯える。
この時方切換弁３０はソレノイド３０ａが励磁さ
れ、ポンプ３１から送られる圧油が射出シリンダ
３２内の空間に満たされており、射出スクリユー
２４前方に貯えられた樹脂に生ずる圧力で射出ス
クリユー２４を押す力が射出ラム３３を圧油が押
す力に対して大きくなると射出スクリユー２４は
回転しながら後退し、溶融した樹脂が貯えられ
る。その時圧油はリリーフバルブ３５を通つてタ
ンクに戻る。然る後、金型３６の固定型３７と可
動型３８を型締機構（図示せず）により閉じて、
リリーフバルブ３５で大きな圧力を設定すれば空
間３４に高圧の圧油が満たされ、射出ラム３３に
大きな力が作用し、射出スクリユー２４が前進
し、溶融した樹脂が、金型内のスプルー３９、キ
ヤビテイ４０に充填される。この構成および動作
は一般の射出成形装置に共通するものである。可
動型３８にキヤビテイ４０にのぞんだ先端を有す
る圧力検出ピン４１と、その端部に当接する圧力
トランスジユーサ４２、および、同じキヤビテイ
４０の更に遠くの位置にやはりキヤビテイにのぞ
んだ先端を有する圧力検出ピン４３と、それに当
接する圧力トランスジユーサ４４が設けられてい
る。この圧力検出ピン４１，４３と圧力トランス
ジユーサ４２，４４の組み合せ、もしくは、ピエ
ゾ式の圧力のトランスジユーサのように直接金型
に取付けるものを含めて圧力検出手段と本発明で
は呼ぶ。上記圧力トランスジユーサ４２，４４か
ら得られる電気信号を圧力値として意味のある電
気的な信号とするものが圧力検出器４５であり、
この圧力検出器４５から送られる２つの圧力信号
は圧力差を比較する圧力比較器４６と、両方が同
一の圧力値に達する時間差を計測するタイマー４
７とに送られ、それぞれ圧力差、時間差を演算器
４８に送る。演算器４８では、上記圧力差、時間
差と記憶装置４９に貯えられている品質判別デー
タと場合により型内圧力値をもとに演算して良否
を決め、アクチエータ５０に信号を与える。アク
チエータ５０は、成形品の良否判定に従がつて金
型から取り出された成形品を別々の場所に貯え
る。

上記構成と、金型内の圧力検出手段と、品質判
別データとの関連でどのような動作をするが次に
述べる。

第２図は本発明の射出成形装置に使用できる金
型の一例の断面図であり、５１は固定側取付板、
５２はスプルーブツシユ、５３はスプルーブツシ
ユ５２に設けられたスプルー孔、５４はランナー
ストリツパープレート、５５は固定側型板、５６
はスプルー孔５３と接続するランナー、５７はラ
ンナー５６にのぞいた圧力検出ピン、５８は圧力
トランスジユーサ、５９は圧力検出ピン５７より
後で樹脂が流れる位置に設けられた圧力検出ピ
ン、６０は圧力トランスジユーサ、６１はランナ
ーとつながるゲート、６２はゲートとつながるキ
ヤビテイ、６３は可動側型板、６４は突出ピン、
６５はスペーサ、６６，６７はエジエクタープレ
ート、６８は可動側取付板である。

この金型を成形した時の、圧力信号は第３図の
ようになる。横軸に時間ｔを、タテ軸に圧力Ｐを
とると、圧力トランスジユーサ５８からの信号を
圧力検出器４５で増巾した値は曲線Ａで、圧力ト
ランスジユーサ６０の信号を増巾した値は曲線Ｂ
で描かれる。t₁はゲートまで樹脂が充填した時点
であり、せまいゲートを通過するため急激に圧力
が上昇する。その後も圧力値は上昇し、キヤビテ
イに樹脂が充填完了した時点t₂でも急に圧力が上
昇する。t₂までを充填工程、t₂以降を保圧工程と
呼び、ともに射出工程の中に含まれる。圧力比較
器４６は曲線Ａと曲線Ｂの信号を受け、曲線Ｂで
僅かに圧力上昇を感じた瞬間の曲線Ａの圧力値を
読み取り、圧力差ΔPを信号化して演算器４８に
送る、タイマー４７は、曲線Ａが僅かに立ち上が
つた時点（即ち圧力検出ピン５７に樹脂が触れた
時点）から曲線Ｂが僅かに立ち上つた時点（同様
に圧力検出ピン５９に樹脂が触れた時点）までの
時間Δtを計測し演算器４８に送る。記憶装置４
９には、圧力検出ピン５７から圧力検出ピン５９
までのランナーの長さｌ、断面の半径ｒ、がイン
プツトされており、この圧力差ΔP、時間Δt、ラ
ンナー長ｌ、ランナー断面半径ｒをもとに、演算
器４８はこのランナー部を通過した樹脂の粘度
と、その時の剪断速度を演算する。即ち、粘度は
式(1)に従がい、剪断速度は式(2)に従がう。

粘度η＝ΔP・Δt・r₂／８・l² ………(1) 剪断速度r〓＝4l／ｒ・Δt ………(2) 一方、記憶装置４９に、第４図に示すような成
形する材料の粘度を温度と剪断速度の関係をイン
プツトしておけば、例えば、粘度がη₁で、その時
の剪断速度がr₁と与えられれば、第４図に示すよ
うに樹脂温度が200℃であることがわかる。毎シ
ヨツトごとに圧力差ΔPと時間Δtを検出して、結
果として毎シヨツトのランナー部を通過する温度
が検出できる。

以上のように、金型内での樹脂の流速、剪断速
度、粘度、溶融温度を知ることにより、品質判別
は次の点で正確になる。

成形機の加熱シリンダー２５に貯えられた樹
脂の温度は、金型に射出されるに伴ない、金型
との熱交換、剪断による発熱などの温度変化を
受けるが、それらを実際に検出できる。

スクリユー２４と加熱シリンダー２５の間の
バツクフローや、溶融樹脂の圧縮弾性などから
スクリユー２４の速度が必ずしも金型内の樹脂
の流速と一致しないが、実際の流速として検出
できる。

フローマーク、ジユツテングなどは、樹脂の
温度と流速とに支配される現象であり、上記理
由により正確に知ることができる。

ヤケの発生しやすい樹脂は金型中の剪断発熱
による温度上昇に注意する必要があり、金型中
の樹脂温度と流速がわかれば判断しやすい。

シヨートシヨツトやバリは、実際の樹脂温度
と、流速、それに保圧圧力のピーク値に左右さ
れる現象でありこれらについて正確に見極めが
できる。

上記実施例中で、粘度一剪断速度データをもと
に樹脂温度を算出する手順を示したが、第４図の
グラフの曲線が、実際の射出成形における剪断速
度領域では、一定の傾きを持つ直線で示されるこ
とが多いので、基準の条件からの温度変化巾を知
るだけであればこのデータが無くとも、活性化エ
ネルギー値だけで知ることができる。

上記実施例では、ランナー域に圧力検出手段を
設けたが、キヤビテイ中に設けても良い。

第５図は本発明の別の実施例における、成形品
と圧力検出ピンの位置関係を示したものである。
スプルー６８、ランナー６９、リングゲート７０
を通つて肉厚が３通りに異なる円盤状の成形品７
１のそれぞれの肉厚部の最初の所に圧力検出ピン
７２，７３，７４を設け、更にランナー部にも圧
力検出ピン７５を設けそれぞれに圧力トランスジ
ユーサ７６，７７，７８，７９を設けてある。圧
力トランスジユーサ７９と７６の信号によりゲー
ト付近の厚い肉厚部分の成形状態を監視し、圧力
トランスジユーサ７６と７７との信号により中間
の厚肉部分を、圧力トランスジユーサ７７と７８
との信号により最外部の薄肉部分の成形状態を監
視する。この制御方法は、フローマークの出やす
い成形品に有効である。

このように細かいピツチで圧力検出手段を設け
ると金型内の樹脂の冷却固化が進行しないうちに
圧力を検出できるので正確な樹脂温度が得られや
すい。

もし２組の圧力検出手段が、かなり離れた位置
の圧力を検出する場合は、式(1)と式(2)で一旦、樹
脂温度を求めた後に時間Δtにおける、両方の位
置の間の流路を適当に区切つた部分ごとの冷却計
算を行ない有効なキヤビテイ肉厚や、補正された
樹脂温度、肉厚方向の温度分布を計算することで
誤差を解決できる。またそのような計算は、
MOLP FLOW PTY（オーストラリア）が発表
しているMOLDFLOW SYSTEMやコーネル大
学の開発したプログラムTM−ICなどからなり一
般的になりつつある最近のコンピユータ応用技術
である。こうした技術を利用することに上記補正
や細かい計算が可能になる。その場合、樹脂の温
度伝導度もしくは、比重、比熱、熱伝導率のデー
タを記憶しておくことが必要である。また、上記
プログラムより時間Δt内の温度変化量を予め求
め、そのデータを記憶しておくことでも誤差を解
決できる。

第６図は、ダイレクトゲートタイプのボツクス
成形品の実施例であり成形品断面の圧力検出ピン
の位置を示したものである。スプルー８０、ボツ
クスの底部８１、ボツクスの側部８２と順次樹脂
が充填する。圧力検出ピン８３はスプルー８０の
近くの底部に、圧力検出ピン８４は流れの末端部
に設けられており、金型でいうキヤビテイに両方
の圧力検出ピンが設けられている。このような配
置は、特に第７図のようなPVT特性を用いて判
別を行なう場合、キヤビテイ内の、樹脂温度を知
ることが大切なので効果がある。また流れの未端
に圧力検出ピンを設けることは更に効果がある。

第７図は、PVT特性より加工条件と成形品の
寸法の関係を説明するものであり、樹脂の比容積
と圧力の温度の関係を実線で示してあり、加工条
件を破線で示してある。いまT₁の樹脂温度で、
P₃の圧力にて成形すると、キヤビテイ中の樹脂
はV₁の比容積を示す。この時の成形品重量はキ
ヤビテイ容積Ｖと比容積V₁の逆数の積、即ち、 重量Ｗ＝Ｖ／V₁ で示される。

ところが何らかの外乱によりT₂なる樹脂温度
になり、同じくP₃の圧力で成形すれば比容積V₁
より大きなV₂となり重量は減少する。

成形品の重量と成形品の寸法は密接な関係にあ
るので金型とくにキヤビテイ内の樹脂温度と圧力
を知ると成形品の寸法の良否判別に有効である。

従つて、記憶装置４９にPVT特性をインプツ
トしておくことにより、寸法の良否判別が可能に
なる。

発明の効果 本発明方法および本発明装置は次のような効果
を奏することができる。

金型内における、樹脂の流速、剪断速度、粘
度および温度の値もしくは相対的な変化値を知
ることができるので正確な品質判別が可能にな
る。

金型中の局所的な成形条件を知ることができ
るのでフローマーク、ジユツテング、ヤケなど
に有効である。

成形品の寸法の良否判別がより有効にでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における品質判別装
置を含む成形システム構成図、第２図は第１図の
システムで成形可能な金型の断面図、第３図は第
２図の圧力トランスジユーサで得られる圧力信号
のグラフ、第４図は樹脂の粘度を温度と剪断速度
の関係の一例を示したグラフ、第５図、第６図は
それぞれ別の実施例の成形品と圧力検出ピンの位
置関係を示す図、第７図は樹脂の比容積を温度と
圧力との関係の一例を示したグラフ、第８図は従
来の品質判別装置を含む成形システム構成図であ
る。 ４１，４３……圧力検出ピン、４２，４４……
圧力トランスジユーサ、４５……圧力検出器、４
６……圧力比較器、４７……タイマー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金型中に外部より樹脂を注入充填する成形方
   法において、金型内の樹脂流路の流れ方向に沿つ
   て少なくとも２ケ所の樹脂圧力を検出し、同時刻
   における前記２ケ所の圧力差と、前記２ケ所が同
   圧力値となる時間差とを信号化し、これらの信号
   を所定のデータと比較してその成形シヨツトにお
   ける成形品の良否を判別し、その判別信号に基い
   て金型より取り出された成形品をより分ける樹脂
   成形方法。 ２ 金型と、この金型中に樹脂を注入充填する手
   段と、前記金型内の樹脂流路の流れ方向に沿つて
   少なくとも２ケ所に設けられた圧力検出手段と、
   少なくとも圧力検出手段からの信号により同時刻
   における圧力差を検出する手段と、２ケ所で同圧
   力値を示す時間差を検出する手段と、この圧力差
   および時間差の信号を受けて所定のデータと比較
   し成形品の良否を判別し、判別信号を出力する手
   段とよりなる樹脂成形装置。