JP4297277B2 - 射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機により熱硬化性成形材料等を成形する際に用いて好適な射出成形方法に関する。

一般に、射出成形機により、エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂，フェノール樹脂等の熱硬化性成形材料を成形する場合、加熱筒及び射出ノズルをある程度の温度まで加熱することにより、計量時における樹脂流動性の確保や金型内での樹脂硬化時間の短縮を図っているとともに、射出後は、加熱筒及び射出ノズルの加熱の影響により加熱筒内及び射出ノズル内に残留した樹脂が硬化しないように、スクリュをできるだけ前進させることにより、残留樹脂の低減を図っている。しかし、スクリュが前進し過ぎた場合には、スクリュの先端部が加熱筒の先端内部に接触し、計量初期に、スクリュと加熱筒が擦れる所謂カジリ現象が発生することにより、スクリュや加熱筒の破損原因になるため、通常、スクリュの先端部と加熱筒の先端内部間には、僅かな隙間を確保しているが、反面、残留樹脂が少ない故に、計量時のスクリュ回転に基づく摩擦熱が発生し、残留樹脂の硬化速度を加速してしまう問題を生じる。

そこで、この問題を解決する射出成形方法も、特開平６−２７０２１４号公報により知られている。同公報により開示される熱硬化性樹脂の射出成形方法は、熱硬化性樹脂を射出装置より金型に射出するに際し、前回の射出時に前進限度位置まで前進したスクリュを一旦強制後退せしめた後、次回の樹脂材料の計量のためのスクリュ回転を開始するようにしたものである。
特開平６−２７０２１４号

しかし、上述した従来の射出成形方法は、次のような問題点があった。

第一に、スクリュの後退により、計量初期におけるスクリュ回転による摩擦熱の発生は回避されるものの、スクリュを単に後退させるのみのため、射出ノズル内の残留樹脂を有効に抜き取ることができず、結局、射出ノズル内の残留樹脂が射出ノズル等の加熱に伴って硬化するリスクを十分に回避することができない。

第二に、射出ノズル側から残留樹脂が単に抜き取られるに過ぎないため、既に硬化を始めている樹脂が計量中の溶融樹脂に混入した場合、溶融樹脂にそのまま混入した状態で射出されてしまい、結局、均一性のない溶融樹脂が用いられることにより、成形品の品質低下や成形不良の原因となる。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る射出成形方法は、上述した課題を解決するため、先端に射出ノズル３ｎを有する加熱筒３に内蔵したスクリュ２を回転させて成形材料を計量するとともに、計量した成形材料を、スクリュ２を前進させて射出ノズル３ｎから金型４に射出するに際し、スクリュ２の前進時に、スクリュ２が予め設定した第一条件に達したなら、スクリュ２を、計量時の回転方向（正方向Ｒｐ）に対して逆方向Ｒｎに回転させるとともに、射出ノズル３ｎの内部に対して後方への負圧を生じさせて当該射出ノズル３ｎ内の残留樹脂を後方となる加熱筒３の内部に移動させて抜き取ることができる予め設定した所定速度Ｖｓ以下の微速により前進させ、かつ第一条件に達した後、予め設定した第二条件に達するまでは、キャビティ内の樹脂圧が射出終了時の射出圧力を越えない大きさである予め設定した所定圧力Ｐｓ以下となるように圧力制限し、第二条件に達したなら、スクリュ２を正方向Ｒｐに回転させて計量を行うようにしたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、スクリュ２が第一条件に達した後、第二条件に達するまでに、キャビティ内の樹脂圧が所定圧力Ｐｓを越えたなら、スクリュ２の前進を停止又は前進速度を微速よりも更に遅い速度に切換えることができる。また、第一条件は、射出時間Ｔｓ又はスクリュ位置により設定することができるとともに、第二条件は、スクリュ最前進位置Ｘｂにより設定することができる。一方、スクリュ２が第二条件に達したなら、スクリュ２に対する背圧を解除した状態でスクリュ２を正方向Ｒｐに回転させ、予め設定した切換位置Ｘｃまで後退させるとともに、スクリュ２が切換位置Ｘｃに達したなら、スクリュ２に対して所定の背圧を付与した状態でスクリュ２を正方向Ｒｐに回転させ、予め設定した計量終了位置Ｘｄまで後退させて計量を行うことができる。なお、成形材料としては、熱硬化性成形材料を用いることができる。

このような手法による本発明に係る射出成形方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） スクリュ２が第一条件に達したなら、スクリュ２を逆方向Ｒｎに回転させるとともに、射出ノズル３ｎの内部に対して後方への負圧を生じさせて当該射出ノズル３ｎ内の残留樹脂を後方となる加熱筒３の内部に移動させて抜き取ることができる予め設定した所定速度Ｖｓ以下の微速により前進させるようにしたため、射出ノズル３ｎ内の残留樹脂を有効に抜き取ることができ、もって、射出ノズル３ｎ内で樹脂が残留したまま加熱により硬化してしまうリスクを回避することができる。

（２） スクリュ２が第一条件に達したなら、スクリュ２を逆方向Ｒｎに回転させるとともに、射出ノズル３ｎの内部に対して後方への負圧を生じさせて当該射出ノズル３ｎ内の残留樹脂を後方となる加熱筒３の内部に移動させて抜き取ることができる予め設定した所定速度Ｖｓ以下の微速により前進させるようにしたため、射出ノズル３ｎ内から抜き取られた残留樹脂が計量中の溶融樹脂に混入した際に、逆方向Ｒｎに回転するスクリュ２により均一に撹拌されることにより、成形品の品質向上及び歩留まり向上を図ることができる。

（３） スクリュ２が第一条件に達した後、第二条件に達するまで、キャビティ内の樹脂圧が射出終了時の射出圧力を越えない大きさである予め設定した所定圧力Ｐｓ以下となるように圧力制限したため、射出ノズル３ｎ内からの残留樹脂の抜き取りを円滑かつ安定に行うことができる。

（４） 好適な態様により、スクリュ２が前進する際の樹脂圧が所定圧力Ｐｓを越えたなら、スクリュ２の前進を停止又は前進速度を微速よりも更に遅い速度に切換えれば、所定圧力Ｐｓ以下の樹脂圧に対する圧力制限を容易かつ確実に行うことができる。

（５） 好適な態様により、スクリュ２が第二条件に達したなら、スクリュ２に対する背圧を解除した状態で計量、即ち、スクリュ２を正方向Ｒｐに回転させることにより、切換位置Ｘｃまで後退させるようにすれば、計量初期に発生するスクリュ２と加熱筒３が擦れる所謂カジリ現象を確実に回避してスクリュ２や加熱筒３の破損を防止できる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る射出成形方法を実施できる射出成形機Ｍの概要について、図２を参照して説明する。

射出成形機Ｍは、機台Ｍｂと、この機台Ｍｂ上に設置された射出装置Ｍｉ及び型締装置Ｍｃを備える。射出装置Ｍｉは、図３（図２）に示す加熱筒３を備え、この加熱筒３の先端には射出ノズル３ｎを有するとともに、加熱筒３の後部には成形材料を供給するホッパ１１を備える。また、加熱筒３には、スクリュ２を内蔵するとともに、加熱筒３の後部には、スクリュ２を正回転（正方向Ｒｐ）又は逆回転（逆方向Ｒｎ）させる回転駆動部１２及びスクリュ２を前進又は後退させる進退駆動部１３を備える。

この場合、回転駆動部１２は、サーボモータ１２ｍ及びこのサーボモータ１２ｍの回転を減速させてスクリュ２に伝達する不図示の減速機構を備えるとともに、このサーボモータ１２ｍの回転数を検出するロータリエンコーダ１２ｅを備える。さらに、進退駆動部１３は、サーボモータ１３ｍ及びこのサーボモータ１３ｍの回転を運動変換してスクリュ２に伝達する不図示のボールねじ機構を備えるとともに、このサーボモータ１３ｍの回転数を検出するロータリエンコーダ１３ｅを備える。なお、ロータリエンコーダ１３ｅは、スクリュ２の進退位置を検出するスクリュ位置検出器を兼ねている。

そして、サーボモータ１２ｍ及びロータリエンコーダ１２ｅ、さらに、サーボモータ１３ｍ及びロータリエンコーダ１３ｅは、それぞれコントローラ１５に接続する。コントローラ１５は、予め設定した制御プラグラムに従って各種シーケンス制御を行うとともに、コンピュータ機能に基づく各種データ処理を行う。また、コントローラ１５には、ディスプレイ１６が付属し、このディスプレイ１６は、各種設定を行うことができるタッチパネルによる設定部を兼ねている。このディスプレイ１６は、機台Ｍｂ上に起設した側面パネル１７に配設する。

一方、型締装置Ｍｃには、可動型と固定型からなる金型４を備える。金型４は、図に現れないキャビティを有するとともに、このキャビティに射出充填された溶融樹脂の樹脂圧を検出する圧力検出器１８を内蔵し、この圧力検出器１８は、コントローラ１５に接続する。

次に、本実施形態に係る射出成形方法について、図２及び図３を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。

まず、本実施形態に係る射出成形方法では、成形材料として、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂，フェノール樹脂等）や熱硬化特性を有するゴム等の熱硬化性成形材料を使用する。

また、本実施形態に係る射出成形方法では、予め、ディスプレイ（タッチパネル）１６を利用して必要な条件設定を行う。特に、本実施形態に係る射出成形方法に固有の条件として、射出工程において使用するスクリュ２の前進移動に対する第一条件及び第二条件を設定するとともに、第一条件に達した後、第二条件に達するまでのスクリュ２の前進速度及び樹脂圧を設定する。この場合、第一条件は、射出時間Ｔｓ（又はスクリュ位置）により設定できるとともに、第二条件は、スクリュ最前進位置Ｘｂを設定できる。なお、スクリュ最前進位置Ｘｂは、スクリュ２の先端部が加熱筒３の先端内部に接触する僅か手前、望ましくは０．１〔ｍｍ〕以上であって、成形品に対してノズルランド部における溶融樹脂が容易に繋がる位置に設定することが望ましい。一方、前進速度は、所定速度Ｖｓ以下の微速に設定するとともに、樹脂圧は、射出終了時の射出圧力を越えない大きさとなる所定圧力Ｐｓ以下を設定し、これにより、樹脂圧に対する圧力制限を行う。さらに、計量工程において使用するスクリュ２に対する背圧の解除状態から背圧を付与する状態に切換える切換位置Ｘｃを設定する。これら各条件は、熱硬化性成形材料の種類等に応じて実験的に求めることができる。

今、熱硬化性成形材料をホッパ１１に投入し、スクリュ２を正方向Ｒｐに回転（正回転）させれば、熱硬化性成形材料は可塑化溶融され、スクリュ２の前方に溶融樹脂として計量蓄積される。図３（ａ）は、計量工程が終了し、スクリュ２が射出開始位置Ｘａにある状態を示している。

以下、この状態からの射出成形手順について説明する。まず、この状態から射出工程が行われる（ステップＳ１）。射出工程では、スクリュ２が予め設定した射出速度により前進する。前進方向を矢印Ｆｆで示す。そして、予め設定した射出時間Ｔｓをタイムアップしたなら停止させる（ステップＳ２，Ｓ３）。このタイムアップ時点を図３（ｂ）中にＴｓで示している。

一方、タイムアップによりスクリュ２が停止したなら、直ちに、スクリュ２を計量時の回転方向（正方向）Ｒｐに対して逆方向Ｒｎに回転させる（ステップＳ４）。また、同時に圧力検出器１８から検出される樹脂圧を監視し、樹脂圧が所定圧力Ｐｓ以下の場合には、スクリュ２を予め設定した所定速度Ｖｓ以下の微速により前進させる（ステップＳ５，Ｓ６）。これにより、射出ノズル３ｎの内部に対しては後方への負圧が生じるため、射出ノズル３ｎ内の溶融樹脂（残留樹脂）は、後方となる加熱筒３の内部に移動する。

即ち、スクリュ２は、逆回転しつつ微速前進するため、射出ノズル３ｎ内の残留樹脂が後方へ押し戻され、射出ノズル３ｎ内から有効に抜き取られるとともに、射出ノズル３ｎ内から抜き取られた残留樹脂が計量中の溶融樹脂に混入した際には、逆方向Ｒｎに回転するスクリュ２により均一に撹拌される。なお、通常の熱硬化性樹脂やゴムの場合、ゲートシール時間にある程度の時間を要するため、スクリュ２が逆回転しつつ微速前進する動作が付加されても、成形サイクル上、支障を生じることはない。

この際、コントローラ１５は、圧力検出器１８から検出されるキャビティ内の樹脂圧を監視し、もし樹脂圧が所定圧力Ｐｓを超えたなら、スクリュ２の前進を停止させる（ステップＳ７，Ｓ８）。これにより、スクリュ２の逆回転と共に樹脂圧が低下するため、樹脂圧が所定圧力Ｐｓ以下になったなら、再度、スクリュ２を微速により前進させる（ステップＳ９，Ｓ６）。このような樹脂圧の監視とスクリュ２の前進を停止させることにより、所定圧力Ｐｓ以下の樹脂圧になるよう圧力制限することができ、射出ノズル３ｎ内からの残留樹脂の抜き取りを円滑かつ安定に行うことができるとともに、圧力制限を容易かつ確実に行うことができる。なお、樹脂圧が所定圧力Ｐｓを超えた場合、スクリュ２の前進を停止させることなく、前進速度を微速よりも更に遅い速度に切換えることもできる。そして、このような圧力制限を行いつつ、微速によりスクリュ２を前進させ、スクリュ最前進位置Ｘｂに達したなら、スクリュ２の逆回転及び前進を停止させる（ステップＳ１０，Ｓ１１）。このスクリュ最前進位置Ｘｂを図３（ｃ）に示す。

他方、スクリュ２がスクリュ最前進位置Ｘｂに達したなら、スクリュ２に対する背圧を解除した状態でスクリュ２を正方向Ｒｐに回転させる計量工程を行う（ステップＳ１２）。即ち、スクリュ２に対して無背圧の状態で切換位置Ｘｃまで後退させて計量を行う（ステップＳ１２，Ｓ１３）。この場合、スクリュ２は、背圧が解除された状態で後退するため、計量初期に発生するスクリュ２と加熱筒３が擦れる所謂カジリ現象を回避してスクリュ２や加熱筒３の破損を防止できる。したがって、切換位置Ｘｃは、この現象が発生しなくなる位置を設定することができる。この切換位置Ｘｃを図３（ｄ）に仮想線で示すとともに、スクリュ２の後退方向を矢印Ｆｒで示す。

そして、スクリュ２が後退して切換位置Ｘｃに達したなら、スクリュ２に対して所定の背圧を付与し、この状態でスクリュ２を正方向Ｒｐに回転させる通常の計量工程を行う（ステップＳ１４）。この場合、スクリュ２は、背圧が付与された状態で後退するため、予め設定した計量終了位置Ｘｄに達したなら、スクリュ２の回転を停止させて計量工程を終了させる（ステップＳ１５，Ｓ１６）。なお、この計量終了位置Ｘｄは、上述した射出開始位置Ｘａと一致する。この計量終了位置Ｘｄを図３（ｄ）に実線で示す。

よって、このような本実施形態に係る射出成形方法によれば、スクリュ２が第一条件に達したなら、スクリュ２を逆方向Ｒｎに回転させつつ所定速度Ｖｓ以下の微速により前進させるようにしたため、射出ノズル３ｎ内の残留樹脂を有効に抜き取ることができ、もって、射出ノズル３ｎ内で樹脂が残留したまま加熱により硬化してしまうリスクを回避することができる。しかも、射出ノズル３ｎ内から抜き取られた残留樹脂が計量中の溶融樹脂に混入した際には、逆方向Ｒｎに回転するスクリュ２により均一に撹拌されるため、成形品の品質向上及び歩留まり向上を図ることができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，手法，材料，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除できる。

例えば、成形材料として、熱硬化性成形材料を例示したが、射出工程後、射出ノズル３ｎに残留することが望ましくない各種の成形材料に適用することができる。また、樹脂圧が所定圧力Ｐｓを越えたなら、スクリュ２の前進を停止又は前進速度を微速よりも更に遅い速度に切換える方法を例示したが、その他、スクリュ２の逆回転速度を速くするなどの方法であってもよい。さらに、例示の射出成形機Ｍは、サーボモータ１２ｍ，１３ｍを搭載した電動式射出成形機を例示したが油圧式射出成形機であってもよい。電動式射出成形機を用いた場合、位置制御を高精度で行うことができるとともに、回転制御を容易に行うことができる利点がある。なお、第二条件に達してから切換位置Ｘｃまで背圧を解除した状態でスクリュ２を回転させる場合を示したが、第二条件から背圧を付与した状態でスクリュ２を回転させる場合を排除するものではない。

本発明の最良の実施形態に係る射出成形方法の処理手順を示すフローチャート、 同射出成形方法を実施できる射出成形機の制御系の構成を含む外観図、 同射出成形方法を実施した際におけるスクリュの位置を順を追って示す作用説明図、

符号の説明

２ スクリュ
３ 加熱筒
３ｎ 射出ノズル
４ 金型
Ｔｓ 第一条件（射出時間）
Ｘｂ 第二条件（スクリュ最前進位置）
Ｘｃ 切換位置
Ｘｄ 計量終了位置
Ｒｐ 正方向
Ｒｎ 逆方向

Claims (6)

1. 先端に射出ノズルを有する加熱筒に内蔵したスクリュを回転させて成形材料を計量するとともに、計量した成形材料を、スクリュを前進させて前記射出ノズルから金型に射出する射出成形方法において、前記スクリュの前進時に、前記スクリュが予め設定した第一条件に達したなら、前記スクリュを、計量時の回転方向（正方向）に対して逆方向に回転させるとともに、射出ノズルの内部に対して後方への負圧を生じさせて当該射出ノズル内の残留樹脂を後方となる加熱筒の内部に移動させて抜き取ることができる予め設定した所定速度以下の微速により前進させ、かつ前記第一条件に達した後、予め設定した第二条件に達するまでは、キャビティ内の樹脂圧が射出終了時の射出圧力を越えない大きさである予め設定した所定圧力以下となるように圧力制限し、前記第二条件に達したなら、前記スクリュを正方向に回転させて計量を行うことを特徴とする射出成形方法。
2. 前記スクリュが前記第一条件に達した後、前記第二条件に達するまでに、前記キャビティ内の樹脂圧が前記所定圧力を越えたなら、前記スクリュの前進を停止又は前進速度を前記微速よりも更に遅い速度に切換えることを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
3. 前記第一条件は、スクリュ位置又は射出時間により設定することを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
4. 前記第二条件は、スクリュ最前進位置により設定することを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
5. 前記スクリュが前記第二条件に達したなら、前記スクリュに対する背圧を解除した状態で前記スクリュを正方向に回転させ、予め設定した切換位置まで後退させるとともに、前記スクリュが前記切換位置に達したなら、前記スクリュに対して所定の背圧を付与した状態で前記スクリュを正方向に回転させ、予め設定した計量終了位置まで後退させて計量を行うことを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。
6. 前記成形材料は、熱硬化性成形材料を用いることを特徴とする請求項１記載の射出成形方法。

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