JPS6290212A - 樹脂成形方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
になって来だが、その際にネッ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ィ、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、成形材料のロフ
ト間のバラツキ、金型の不慮の事故、成形機の繰９返し
精度の誤差などが複雑に絡み合っておシ、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シを生ずる可
能性が高い。

結局、成形したものをあるまとまシ量だけ区分けして、
一定時間後にロフ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ュー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、スクリュー２と軸方向の動きを同じくするう
・ツク６、う、り６に噛み合うピニオン７を設はピニオ
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
すを判定器９に接続する。一方、油圧ンリンダ３に供給
される圧油の圧力を圧カドランスジューサ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、ホッパー１１内を材料をスクリュー
２の回転でスクリュー前方に送りながら溶融し、スクリ
ュー２が所定量後退したら、方向切換弁を切換えてスク
リュー２を前進させスクリュー２の前方に貯えられた溶
融樹脂１２をランナー１３．キャピテイ１４に射出する
。この時のスクリュー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
を反転シュート１５に送シ、反転シュート１５は許容さ
れた栄件内の時はコンテナ１６に成形品が滑シ落ちるよ
うに傾斜板１７を傾け、許容外であった時は、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２
２は圧油を送るポンプである。

また、金型内に圧カドランスジューサ２３を設は圧力信
号ａを判定器に送り、スクリュー位置と対比したり、標
準の圧力一時間プロフィ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、既に射出成形加工中のスクリューの位置、
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に不良品が混シ、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、バックフローや樹脂の圧縮性によりスクリュー
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
脂温度が品質に犬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って少なくとも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、７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
流れ方向に沿って少なくとも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っており、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、ジュソテン
グ、ヤケ。

７ヨートシヨツト、パ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、単にスクリューの動作や、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
ユニットと金型とともに示したシステム構成図である。

この射出ユニットは一般の射出成形機同様であり、射出
スクリュー２４と加熱シリンダ２５の間にホッパー２６
から樹脂材料を供給し、七〜り２７の回転をギヤ２８と
ギヤ２９で射出スクリュー２４に伝達し、スクリュー溝
に沿って樹脂材料を前方に送りなから混練溶融し、射出
スクリュー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、射出スクリュー２４前方に貯えられ
た樹脂に生ずる圧力で射出スクリュー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
クリュー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パルプ３５を通ってタンクに戻る
。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、ＩＪ　リーフパルプ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、射出スクリュ
ー２４が前進し、溶融した樹脂が、金型内のスプルー３
９、キャビティ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３
８にキャビティ４ｏ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カドランスジューサ４
２、および、同じキャビティ４０の更に遠くの位置にや
はりキャビティにのぞんだ先端を有する圧力検出ピン４
３と、それに当接する圧カドランスジューサ４４が設け
られている。

この圧力検出ピン４１．４３と圧カドランスジューサ４
２．４４の組み合せ、もしくは、ピエゾ式の圧力のトラ
ンスジュ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。上記圧カドランスジュ
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４６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４７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４
８では、上記圧力差９時間差と、−゛　　　　　　　記
憶装置４９に貯えられている場合より、圧力値と品質判
別データをもとに演算して良否を決め、アクチェータ５
Ｑに信号を与える。アクチェータ６０は、成形品の良否
判定に従がっ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
プヮシュ、６３はスブルーフ・ンシュ５２に設けられた
スプル一孔、５４はランナーストリッパープレート、５
５は固定側型板、５６はスプル一孔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、５
８は圧カドランスジューサ、５９は圧力検出ピン６７よ
り後で樹脂が流れる位置に設けられた圧力検出ピン、６
０は圧カドランスジューサ、６１はランナ〜とつながる
ゲート、６２はゲートとつながるキャビティ、６３は可
動側型板、６４は突出ビン、ｅ５はスペーサ、６６．６
７はエジェクタープレート、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、圧カド
ランスジューサ５８からの信号を圧力検出器４５で増巾
した値は曲線Ａで、圧カドランスジューサ６０の信号を
増巾した値は曲線Ｂで描かれる。ｔ、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、キャピ
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。ｔ　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４ｅ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が僅かに立ち上がった時点（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
に立ち上った時点（同様に圧力検出ピン５ｅ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４９には、圧力検出ピン５７から圧力検出ピ
ン６９までのランナーの長さｅ、断面の半径ｒ。

がインプットされており、この圧力差ΔＰ　１時間Δｔ
　、ランナー長ｅ、ランナー断面半径ｒをもとに、演算
器４８はこのランナ一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）に従かう。

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ットしておけ
ば、例えば、粘度がη、で、その時の剪断速度がγ、と
与えられれば、第４図に示すように樹脂温度が２ｏｏ℃
であることがわかる。

毎ショットごとに圧力差ΔＰと時間Δｔを検出して、結
果として毎ショットのランナ一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ター２６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。

■　スクリュー２４と加熱シリンダー２５の間のバック
フローや、溶融樹脂の圧縮弾性などからスクリュー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、シュ・ンテングなどは、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。

■　ショートショットやパリは、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シ
これらについて正確に見甑めができる。

上記実施例中で、粘度−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
トの温度変化中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
、キャビティ中に設けても良い。

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７Ｑを通っ
て肉厚が３通りに異なる円盤状の成形品７１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、更にランナ一部にも圧力検出ピン７５を設けそれ
ぞれに圧カドランスジューサ７６．７７．７８．７９を
設けである。

−ト付近の厚い肉厚部分の成形状態を監視し、圧カドラ
ンスジューサ７６と７７との信号により中間の厚肉部分
を、圧カドランスジューサ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ッ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、かなり離れだ位置の圧力を
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
を適当に区切った部分ごとの冷却計算を行ない有効なキ
ャビティ肉厚や、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、ＭＯＬＤ　ＦＬＯＷ　ＰＴＹ　（オーストラ
リア）が発表し−ｔ−イるＭＯＬＤＦＬＯＷ　ＳＹＳＴ
ＥＭ　やニア−ネル大学的になりつつある最近のコンピ
ュ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Δを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ックス成形品の
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．ボックスの底部８１、ボッ
クスの側部８２と頭次樹脂が充填する。圧力検出ピン８
３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、金型でいうキャビティ
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、キャビティ内の、樹脂温度を知ることが大切
なので効果がある。また流れの末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である
。いまＴ、の樹脂温度で、Ｐ３の圧力にて成形すると、
キャビティ中の樹脂１ｌ−ｉｖ、の比容積を示す。この
時の成形品重量はキャビティ容積Ｖと比容積Ｖ、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Ｖ、より大きなり
２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
型とくにキャビティ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。

従って、記憶装置４９にＰＶＴ特性をインプットしてお
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
７０−マーク、ジュッテング、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、＠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図の圧カドランスジ
ュ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・・
・・・・圧カドランスジューサ、４６・・・・・・圧力
検出器、４６・・・・・・圧力比較器、４７・・・・・
・タイマー。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名３Ｇ
・・−訃！ 多す　　１　　図　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　“１．４５′−゛圧力ネ１だＣ°ン４２．４４
−、圧ｆｌＬう）スジ、−ア第　３　図 第　４　図 １ｔｒ寥（嶌」（１ 第　５　図 手続補正書 昭和６１年　８月２７日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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って少なくと
   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
   成形ショッ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. （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って少なくとも
   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。