JP3605195B2

JP3605195B2 - 射出成形方法及びその装置

Info

Publication number: JP3605195B2
Application number: JP23828295A
Authority: JP
Inventors: 勝義下平; 浩司久保田; 俊彦苅谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0976316A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型内に樹脂を充填後の樹脂圧保持冷却工程中において樹脂の可塑化を可能とする射出成形方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機の射出ユニットは、金型に樹脂を充填し、その後の樹脂の収縮分を補充する圧力保持作用と、樹脂を溶融可塑化する作用との２つの機能を備えている。然るに、近年金型の内外の冷却技術が発達したことから、成形品重量の大きな厚肉成形品でもハイサイクル成形が実現しており、かかるハイサイクル成形においては、厚肉成形品のひけや気泡を防止するため、成形品が冷却されて、ある程度固まるまで射出保持圧を長く加えておく必要がある。
【０００３】
図４には従来の一般的な射出成形機の射出ユニットの１例が示されている。この射出ユニット１０においては、図６に示される射出工程ブロック図の工程の順番に、射出シリンダ５内に往復動自在に設けられた射出スクリュ６をスクリュ駆動モータ２６に連動される油圧シリンダ８により前進して押出すことによって、射出シリンダ５先端部５ｂに貯蔵されている溶融樹脂が、金型２、３が型締めされて形成されたキャビティ３３内にノズル５ａの射出口５ｃを介して射出される。その後、射出スクリュ６の回転を止めたまま油圧シリンダ８に油圧を加えて樹脂圧力を保持し、キャビティ３３内の成形品（樹脂）を冷却し、ある程度樹脂が固まった時に油圧シリンダ８の油圧を抜いて樹脂圧力を解放する。さらに続いて射出スクリュ６を回転し、樹脂原料の送り込みと可塑化、射出シリンダ５先端部５ｂへの溶融樹脂貯蔵の工程が始められる。
【０００４】
図４に示されるような射出ユニット１０においては、上記のように、成形品が冷却されてこれの樹脂が固まるまで射出スクリュ６は可塑化の工程を行うことができないので、成型の高速化の障壁となり、反面、上記の点を解消して可塑化工程の時間を短縮するには、射出スクリュ６及びシリンダ５が大型とならざるを得ない。尚、図４において、１は固定型盤、４はベース、３４はホッパである。
【０００５】
上記のような要求に応える射出成形機として、射出ユニットを可塑化スクリュ部と射出専用のプランジャ部とに分けたものが提供されている。かかる射出成形機の１例を図５に示す。図５において、可塑化スクリュ１３先端の樹脂溜め室５ｂと、射出加圧専用の射出プランジャ１８先端の樹脂溜め室１５ａとの両室を連通する樹脂通路１１が設けられ、同樹脂通路１１には逆流防止弁１２が設けられている。ノズル１９内に形成された金型キャビティ３３への射出通路１９ａは射出専用の射出プランジャ１８の先端の樹脂溜め室１５ａから直結されている。
【０００６】
しかして、上記可塑化スクリュ１３において溶融可塑化した樹脂は、一旦射出プランジャ１８先端の樹脂溜め室１５ａへ送り込まれる。そして、所要量の樹脂が前記プランジャ１８先端の樹脂溜め室１５ａに溜められると、油圧シリンダ１６と油圧ピストン１７とにより作動されるプランジャ１８が前進して、この樹脂を金型キャビティ３３内に射出する。射出後において、プランジャ１８側の樹脂は逆流防止弁１２によって可塑化スクリュ１３側へ逆流することを防止され、これによって射出圧が保持される。
【０００７】
図５に示される射出ユニットにおいては、図７の工程順ブロック図に示されるように、可塑化スクリュ１３は、射出、型内圧保持の工程中も、可塑化を行うことができるので、これにより、ショットサイクル時間を短縮することができる。
【０００８】
しかしながら、図５に示される射出ユニットにおいては、可塑化スクリュ１３と別置きの射出加圧ピストン部は、堅牢かつ複雑な構造の押出シリンダ１５、押出シリンダ１５の加熱装置、及び油圧シリンダ１６、油圧ピストン１７等の油圧駆動機構、並びに制御装置によって構成されており、構造が複雑で設置スペースが大きく、高コストで、さらには、維持作業が複雑である等の問題点を抱えている。かかる問題点に対処するため、一般の射出成形機の構造を殆ど変えずに、樹脂の可塑化時間を長くして、しかも射出サイクルを短縮可能な射出ユニットが特公平１−２８６９２号等で提案されている。
【０００９】
特公平１−２８６９２号に提案されている可塑化制御方法の概略を図８の工程ブロック図を参照して説明すると、この射出成形機における射出成形の工程は、可塑化時間よりも冷却時間の方が長い場合に、射出・保圧後、射出・保圧完了時から作動する冷却時間設定タイマーが満了するまでの時間に第１回目の可塑化を行い、さらに型開が完了後の成型品取出工程の時間中に第２回目の可塑化を行う。そしてこの２回目の可塑化は、成形に必要な溶融樹脂量を予め設定した計量リミットスイッチの作動で終了させる。
【００１０】
この方法の特徴は、図８に示されるように、射出ユニットの動力の出力時と型締シリンダの動力の大出力時とが重ならぬように、可塑化工程を２回に分けて設けたことである。即ち、第１回目の可塑化は型閉保圧中に行い、第２回目の可塑化は型が開き、動力を必要としない成形品取出工程に行って、充分に可塑化の時間を採るようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示されるような射出ユニットを、可塑化スクリュ部と、射出及び加圧専用のプランジャ部とに分けたものにあっては、ショットサイクルの短縮は可能であるが、折れ曲がった樹脂通路１１が設けられており、また、可塑化スクリュ部と別置きの射出加圧プランジャ部においても、堅牢、複雑構造のシリンダ、加熱装置や、強力な駆動機構及び制御装置が必要であり、構造が複雑で設置スペースが大きく、また高コストであり、さらには維持作業・色変え作業が複雑化する。
【００１２】
また、通常の射出成形機の構造のまま、可塑化工程を２回に分けて設けた特公平１−２８６９２号の射出成形方法は、射出量と射出シリンダ内の可塑化樹脂の量とを合わせるのみであり、１種類の金型で多数の成形品を同時に処理するため、多くの樹脂分岐通路を持ち、多量の樹脂を必要とするような射出成形の場合、ショートショットに対する樹脂補完ができず、また射出サイクルの短縮も困難である。
【００１３】
本発明の目的は、小型かつ簡単な構造の装置で以って、射出、型内圧保持の工程中も可塑化を可能としてショットサイクル時間を短縮し、かつ品質が向上せしめられた成形品が得られる射出成形方法及びその装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するもので、その要旨とする手法は、射出シリンダ内の射出スクリュを回転して樹脂を送りながら加熱・可塑化し、同射出スクリュを後進させて射出スクリュ先端部に溶融樹脂を溜め、次いで射出スクリュを高速で前進させて、溶融樹脂を射出ノズルから金型キャビティに射出し、射出圧を保持しながら金型キャビティ内の樹脂を冷却固化した後、金型を開いて成形品を取り出すようにした射出成形機の工程において、上記金型キャビティに樹脂を充填した後の射出圧保持冷却工程のとき、金型キャビティの圧力を所定圧力に保持したまま樹脂通路を閉、射出スクリュを回転して樹脂を可塑化しながら後退、回転停止とともに上記樹脂通路を開、前進樹脂押出の動作を繰り返して、上記金型内に樹脂を補完する射出成形方法にある。
【００１５】
また上記手法を適用する装置としての第１の手段は、射出シリンダ内の射出スクリュを回転して樹脂を送りながら加熱・可塑化し、同射出スクリュを後進させて射出スクリュ先端部に溶融樹脂を溜め、次いで射出スクリュを高速で前進させて、溶融樹脂を樹脂通路を経て射出ノズルから金型のキャビティに射出し、射出圧を保持しながらキャビティ内の樹脂を冷却固化した後、金型を開いて成形品を取り出すようにした射出成形装置において、上記樹脂通路を開閉する開閉弁と、上記開閉弁の下流側の樹脂通路内の樹脂圧力を検出する樹脂圧センサと、同樹脂圧センサからの樹脂圧力の検出信号が入力され、同検出信号に基づき上記開閉弁に開閉信号を出力するとともに、上記射出スクリュを駆動するスクリュ駆動モータに射出スクリュの駆動信号を出力する制御装置とを備え、上記制御装置が、樹脂射出後に上記開閉弁を一旦閉じ、射出圧保持冷却工程時において、上記樹脂圧力が規定保持圧力以下に低下したとき上記射出スクリュの回転を停止するとともに上記開閉弁を開き、次いで上記射出スクリュを前進せしめて樹脂を加圧し、上記樹脂圧力が一定圧力を超えたとき上記開閉弁を閉じ、上記射出スクリュを回転して可塑化せしめるように構成されたことを特徴とする射出成形装置にある。
【００１６】
上記方法及び装置としての第１の手段によれば、制御装置からの制御により、射出シリンダ内の射出スクリュを回転しながら後退させて樹脂を可塑化し、射出スクリュ先端に溶融樹脂を溜め、射出スクリュを一気に前進させて、樹脂通路を通して金型のキャビティ内に射出充填する。そして、その後の射出圧保持冷却工程の際、金型キャビティ内の圧力を保持したまま樹脂通路を閉、射出スクリュを回転して樹脂を可塑化しながら後退、回転停止とともに上記樹脂通路を開、前進の動作を１回乃至複数回繰り返すことにより、金型内の樹脂を補完する。
【００１７】
これにより、樹脂のショートショット或いは冷却収縮によって生じるひけ等の成形品の欠陥の発生が防止される。また、上記圧力を保持しながら金型内の樹脂を冷却固化した後、金型を開いて成形品を取り出す金型開閉の作業中においても、射出スクリュは樹脂の可塑化作業を継続することができる。
【００１８】
要するに上記方法及び装置としての第１の手段によれば、金型側と射出シリンダ側とを接続する樹脂通路は、溶融樹脂射出直後に閉じられ、射出ユニットにおいては、この時点より独自に射出スクリュを回転して樹脂原料を取り込み、これを加熱、溶融、可塑化するので、可塑化に充分の時間をかけることができる。このように、射出スクリュによる可塑化回転は、射出充填された成形品が冷却、固化されるまで待つ必要がないので、ショットサイクル時間を短縮することができる。
【００２０】
そして、上記装置としての第１の手段では、樹脂を射出後開閉弁を一旦閉じ、射出圧保持冷却工程の途中で樹脂圧力が必要な保持圧以下に低下したとき、射出スクリュの回転を停止し、開閉弁を開き、射出スクリュを樹脂加圧のため前進し、樹脂圧が充分上昇したとき開閉弁を再び閉じ、その後射出スクリュを回転して樹脂の可塑化をするように制御する。
【００２１】
さらに、本発明の装置としての第２の手段は、射出シリンダ内の射出スクリュを回転して樹脂を送りながら加熱・可塑化し、同射出スクリュを後進させて射出スクリュ先端部に溶融樹脂を溜め、次いで射出スクリュを高速で前進させて、溶融樹脂を樹脂通路を経て射出ノズルから金型のキャビティに射出し、射出圧を保持しながらキャビティ内の樹脂を冷却固化した後、金型を開いて成形品を取り出すようにした射出成形装置において、上記樹脂通路を開閉する開閉弁と、上記開閉弁の下流側の樹脂通路内の樹脂圧力を検出する樹脂圧センサと、同樹脂圧センサからの樹脂圧力の検出信号が入力され、同検出信号に基づき上記開閉弁に開閉信号を出力するとともに、上記射出スクリュを駆動するスクリュ駆動モータに射出スクリュの駆動信号を出力する制御装置とを備え、上記開閉弁が、射出口側から射出スクリュ側への樹脂の逆流を阻止する逆流防止弁により構成され、上記制御装置が、射出圧保持冷却工程時において、上記射出スクリュを所定圧力以下の低圧下で回転せしめて可塑化しながら後退せしめ、金型側の樹脂圧力が規定保持圧力以下に低下したとき上記射出スクリュの回転を停止しこれを前進せしめて樹脂を加圧し、樹脂圧力が一定圧力以上に上昇した後、射出スクリュを再回転して樹脂を可塑化することを繰り返し行わしめるように構成したことにある。
【００２２】
上記装置としての第２の手段によれば、射出後の圧保持冷却工程の際において、射出スクリュを一定圧力以下の低圧下で回転、後退して可塑化するが、このとき逆流防止弁の作用で樹脂は射出スクリュ側に逆流せず金型側の樹脂圧が保持される。そして、樹脂圧力が必要な樹脂保持圧以下に低下したとき、制御装置は、射出スクリュの回転を停止した後、これを前進して樹脂を加圧せしめ、樹脂圧力が充分に上昇した後、射出スクリュを再回転して樹脂を可塑化せしめる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係る射出成形機の射出ユニットの要部構成図であり、図４に示される従来の射出ユニットの改良部分のみを示したものである。
【００２４】
図１において、３５は射出シリンダ、６は同射出シリンダ３５内に往復動自在に嵌挿された射出スクリュ、３７はノズル筐体、３７ａは射出口、１は固定型盤、２は固定金型、３は可動金型、３３は両金型２、３により形成されるキャビティ、２９は射出シリンダ３５加熱用のヒータである。
【００２５】
上記射出シリンダ３５の先端の樹脂通路３５ａには、同通路を開閉する回転式２方弁３６が設けられ、さらに同２方弁３６の下流側即ち射出口３７ａ側のノズル筐体３７内には上記樹脂通路３５ａに連通される保圧チャンバ３８が形成されている。
【００２６】
３９は上記保圧チャンバ３８内の樹脂圧力Ｐを検出する樹脂圧センサ、３０は同センサ３９からの樹脂圧力Ｐの検出信号が入力され、上記回転式２方弁３６及びスクリュ駆動モータ２６等に制御信号を出力する制御装置である。
【００２７】
上記のように構成された射出ユニットを備えた射出成形機の作用について説明する。上記射出成形機における射出作業工程は、図３の射出ユニットの射出工程ブロック図に示された通りである。上記射出シリンダ３５内の樹脂は、これに巻き付けられた加熱用ヒータ２９により射出シリンダ３５を介して加熱され、射出スクリュ６の回転により溶融可塑化される。この樹脂を射出シリンダ３５の先端に貯蔵し、金型２、３を型締め後、回転を停止した射出スクリュ６を一気に前進させて溶融樹脂を、樹脂通路に設けられた２方弁３６と保圧チャンバ３８を通し、ノズル筐体３７の射出口３７ａから押出し、金型のキャビティ３３内に射出充填する。
【００２８】
樹脂の充填完了後、射出圧即ち図３の最高保持圧を保持したまま、制御装置３０からの指令により２方弁３６を回転して樹脂通路３５ａを閉じる。上記樹脂圧センサ３９は保圧チャンバ３８内の圧力の検出信号を制御装置３０に送る。同制御装置３０は射出圧保持冷却工程の途中で樹脂圧力Ｐが徐々に下がって、必要保持圧即ち図３の検出圧以下に低下したとき、スクリュ駆動モータ２６に射出スクリュ６の回転停止の指令を出力し、２方弁３６を開弁せしめる。さらに、上記制御装置３０は、上記スクリュ駆動モータ２６を介して射出スクリュ６を樹脂加圧のため前進させ、樹脂圧力Ｐが充分上昇したとき、上記２方弁３６を再び閉じ、その後射出スクリュ６を回転して樹脂の可塑化を再開するように指令制御する。
【００２９】
上記樹脂の圧力を保持するための射出スクリュ６の作動制御は、成形品（樹脂）を冷却し、ある程度樹脂が固まる時まで続けられ、圧力保持の必要がなくなった時点で上記作動制御が解かれた後は、２方弁３６は閉じたままとなり、射出スクリュ６は可塑化を行い、一方の型締シリンダ側においては、型開、成形品取出、型閉、が行われる。
【００３０】
上記のように、保圧チャンバ３８の樹脂圧力Ｐが高い間は、２方弁３６により射出シリンダ３５側との樹脂通路３５ａが閉じられるので、射出ユニットにおいては、この時点には独自に射出スクリュ６を回転して樹脂原料を取り込み、これを加熱、溶融、可塑化し、また、射出スクリュ６の後退により射出充填所要量の樹脂の貯蔵をすることができ、従って、樹脂の可塑化に充分の時間を採ることができる。従ってショットサイクル時間を短縮することができる。
【００３１】
上記のように、図１に示される射出ユニットは、樹脂射出後の圧力保持冷却工程中に、射出スクリュ６を回転して樹脂を可塑化したり、後退、回転停止、前進の動作を複数回繰り返すことができるので、金型キャビティ３３内の樹脂を確実に補完し、樹脂のショートショット或いは冷却収縮によって生じるひけ等の成形品の欠陥の発生を防止することができる。
【００３２】
上記のように、樹脂の圧力を保持しながら金型キャビティ３３内の樹脂を冷却固化した後、金型を開いて成形品を取り出すが、この金型開閉の作業中も射出スクリュ６は樹脂の可塑化作業を継続することができる。
【００３３】
図２には本発明の実施の第２形態が示されている。図２において、射出シリンダ４５の先端の樹脂通路４５ａには、逆流防止弁４６及びノズル筐体３７に保圧チャンバ３８が設けられている。同保圧チャンバ３８が形成されるノズル筐体３７には、保圧チャンバ３８内の樹脂圧力を検出する樹脂圧センサ３９を取り付けられ、これの検出信号が制御装置３０に入力するようになっている。尚、この場合は金型側に樹脂通路４５ａを遮断するゲート弁４７を設けるのが望ましい。このゲート弁４７は金型２、３を開いて成形品を取出すとき、樹脂の通路を閉じて未固化の樹脂の流下を防止する作用をなす。
【００３４】
上記第２形態（図２）に係る射出成形機の射出作業工程は、第１形態（図１）と同様であり、図３の射出ユニットの射出工程順ブロック図に示した通りである。ただし、この実施形態においては、図１に示される第１形態と異なり、樹脂の射出充填後、制御装置３０からの指令なしで射出圧（図３の最高保持圧）を保持したまま、逆流防止弁４６により自動的に樹脂通路４５ａが閉じる。また、保圧チャンバ３８内の圧力Ｐが規定値より低下して、樹脂圧センサ３９からの検出信号に基づく制御装置３０の指令で、射出スクリュ６により加圧樹脂が押出される際にも、自動的に逆流防止弁４６が開く。尚、この実施形態の場合は、射出スクリュ６によるサックバックを効かせることができないので、樹脂が洩れぬようにするため、上記ゲート弁４７を装備することが必須となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されており、請求項１〜３の発明によれば、射出充填完了後直ちに射出スクリュの回転が可能となるので、射出圧保持冷却工程と可塑化とをラップして行うことができることにより、ショットサイクル時間を短縮でき、従来の一般的な射出スクリュ、射出シリンダの構造を殆ど変えることなく、またスクリュ回転数を増加することなく、ハイサイクル成形が可能となる。
【００３６】
また、１つの金型で多数の成形品を同時に処理するために多くの樹脂分岐通路を持ち、多量の樹脂を必要とするような射出成形の場合でも、確実に樹脂の補完ができるので、ショートショット発生の虞れはなく、また冷却時の収縮に伴う成形品のひけの心配もない。要するに本発明によれば、コンパクトな装置で、コストも殆ど増加せず、設置場所もメンテナンスも一般の設備と同じ程度の装置で以って、高能率かつ良好な品質の成形品が得られる射出成形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る射出ユニットの部分断面図。
【図２】本発明の実施の第２形態に係る射出ユニットの部分断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る射出ユニットの射出工程ブロック図。
【図４】一般的な射出成形機の射出ユニットの平面断面図。
【図５】従来の可塑と射出を分離した射出ユニットの断面図。
【図６】図４に示される一般的な射出ユニットの射出工程ブロック図。
【図７】図５に示される従来の射出ユニットの射出工程ブロック図。
【図８】他の従来例の射出ユニットの射出工程ブロック図。
【符号の説明】
２固定金型
３可動金型
５射出シリンダ
６射出スクリュ
３０制御装置
３３キャビティ
３５，４５射出シリンダ
３６２方弁
３７ノズル筐体
３７ａ射出口
３９樹脂圧センサ
４６逆流防止弁

Claims

射出シリンダ内の射出スクリュを回転して樹脂を送りながら加熱・可塑化し、同射出スクリュを後進させて射出スクリュ先端部に溶融樹脂を溜め、次いで射出スクリュを高速で前進させて、溶融樹脂を射出ノズルから金型キャビティに射出し、射出圧を保持しながら金型キャビティ内の樹脂を冷却固化した後、金型を開いて成形品を取り出すようにした射出成形機の工程において、上記金型キャビティに樹脂を充填した後の射出圧保持冷却工程のとき、金型キャビティの圧力を所定圧力に保持したまま樹脂通路を閉、射出スクリュを回転して樹脂を可塑化しながら後退、回転停止とともに上記樹脂通路を開、前進樹脂押出の動作を繰り返して、上記金型内に樹脂を補完することを特徴とする射出成形方法。
射出シリンダ内の射出スクリュを回転して樹脂を送りながら加熱・可塑化し、同射出スクリュを後進させて射出スクリュ先端部に溶融樹脂を溜め、次いで射出スクリュを高速で前進させて、溶融樹脂を樹脂通路を経て射出ノズルから金型のキャビティに射出し、射出圧を保持しながらキャビティ内の樹脂を冷却固化した後、金型を開いて成形品を取り出すようにした射出成形機において、上記樹脂通路を開閉する開閉弁と、上記開閉弁の下流側の樹脂通路内の樹脂圧力を検出する樹脂圧センサと、同樹脂圧センサからの樹脂圧力の検出信号が入力され、同検出信号に基づき上記開閉弁に開閉信号を出力するとともに、上記射出スクリュを駆動するスクリュ駆動モータに射出スクリュの駆動信号を出力する制御装置とを備え、上記制御装置が、樹脂射出後に上記開閉弁を一旦閉じ、射出圧保持冷却工程時において、上記樹脂圧力が規定保持圧力以下に低下したとき上記射出スクリュの回転を停止するとともに上記開閉弁を開き、次いで上記射出スクリュを前進せしめて樹脂を加圧し、上記樹脂圧力が一定圧力を超えたとき上記開閉弁を閉じ、上記射出スクリュを回転して可塑化せしめるように構成されたことを特徴とする射出成形装置。
射出シリンダ内の射出スクリュを回転して樹脂を送りながら加熱・可塑化し、同射出スクリュを後進させて射出スクリュ先端部に溶融樹脂を溜め、次いで射出スクリュを高速で前進させて、溶融樹脂を樹脂通路を経て射出ノズルから金型のキャビティに射出し、射出圧を保持しながらキャビティ内の樹脂を冷却固化した後、金型を開いて成形品を取り出すようにした射出成形機において、上記樹脂通路を開閉する開閉弁と、上記開閉弁の下流側の樹脂通路内の樹脂圧力を検出する樹脂圧センサと、同樹脂圧センサからの樹脂圧力の検出信号が入力され、同検出信号に基づき上記開閉弁に開閉信号を出力するとともに、上記射出スクリュを駆動するスクリュ駆動モータに射出スクリュの駆動信号を出力する制御装置とを備え、上記開閉弁が、射出口側から射出スクリュ側への樹脂の逆流を阻止する逆流防止弁により構成され、上記制御装置が、射出圧保持冷却工程時において、上記射出スクリュを所定圧力以下の低圧下で回転せしめて可塑化しながら後退せしめ、金型側の樹脂圧力が規定保持圧力以下に低下したとき上記射出スクリュの回転を停止しこれを前進せしめて樹脂を加圧し、樹脂圧力が一定圧力以上に上昇した後、射出スクリュを再回転して樹脂を可塑化することを繰り返し行わしめるように構成されたことを特徴とする射出成形装置。