KR101372775B1

KR101372775B1 - 수지의 다층 사출 성형방법

Info

Publication number: KR101372775B1
Application number: KR1020097010047A
Authority: KR
Inventors: 아키오 오카모토; 카즈아키 미야모토
Original assignee: 우베 고산 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2014-03-10
Also published as: US20100308500A1; JPWO2008047724A1; JP4893744B2; WO2008047724A1; KR20090082224A; US7972544B2

Abstract

두번째 층의 수지 충전중에, 가동반을 소정의 가동반 위치(S1)까지 후퇴시켜서 2차 캐비티의 용적을 확대시키고, 수지의 충전이 완료한 후에는, 즉시 토글기구를 구동하여 2차 캐비티의 용적을 소정의 가동반 위치(S2)까지 축소함과 동시에, 소정 시간 경과 후에, 다시, 토글기구를 구동하여 2차 캐비티의 용적을 소정의 가동반 위치(S3)까지 확대한다. 이렇게 하면, 성형품의 두께, 치수나 질량에 변동이 적고, 변형이나 휘어짐이 없는 고품질의 다층 사출 성형품을 안정적으로 얻을 수 있다.

사출 성형품, 금형 캐비티

Description

수지의 다층 사출 성형방법{Resin multilayer injection molding method}

본 발명은, 적어도 2종류의 수지 성형재료를 다층구조로 사출 성형하는 수지의 다층 사출 성형방법에 관한 것이다.

최근, 자동차 부품이나 가전제품 등에 사용되는 수지 성형품을 제작하는 수단으로서, 그 수지 성형품의 장식성이나 다양성을 높이거나 혹은, 성형 공정시의 공정을 생략하여 비용을 줄이기 위하여, 성형과 동시에 금형 내에서 수지 성형재료를 다층구조로 하는 성형 수단이 채용되었다.

예를 들면, 성형품에 장식성이나 다양성을 높이기 위해, 성형품의 표면에 소프트감을 가진 수지층, 고급감을 가진 착색층, 또는, 발포층 등을 적층한 구조체로 하는 성형 방법이 제안되고 있다. 이 성형 방법에서는 첫번째 층의 수지 성형재료를 금형 캐비티(cavity) 내에 사출 충전한 후, 두번째 층의 수지 성형재료를 사출 충전할 때, 금형 캐비티 용적을 확대하여 성형이 실시된다. 또, 이 성형방법에 사용되는 사출 성형장치의 금형 클램핑 기구에는 금형 캐비티 용적의 확대 제어가 비교적 용이해지는 유압식의 금형 클램핑 실린더를 구비한 직압식이 채용되고 있다(특허 문헌 1 참조).

그러나 이 성형방법에 있어서, 금형 캐비티 용적의 확대량은 성형품의 두께 나 치수 등에 영향을 미치는 중요한 인자이며, 고정밀도로 재현성을 높게 제어하는 것이 요구된다.

그러나 이러한 종래의 직압식의 금형 클램핑 기구를 채용한 성형방법에서는, 작동유의 압축성이나 온도변화에 따른 점도의 변화에 의해, 유압 실린더의 제어 정밀도가 변동한다. 또, 실린더 스트로크가 길기 때문에 제어 응답성이 낮다. 또한, 실린더 스트로크의 제어량과 금형의 이동량이 일대일이므로, 위치 제어 특성이 낮은 것에서 다층 사출성형을 실시하면 성형품의 두께가 고정밀한 성형품을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

이에 대해, 가동반(可動盤)의 후퇴제어를 가동반의 후퇴량보다 큰 운동을 실시하는 크로스 헤드(cross head)로 실시함으로써 제어 정밀도를 향상시키는 토글(toggle)식 금형 클램핑 장치의 금형반 위치 제어방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의하면, 높은 정밀도로 가동반과 고정반(固定盤)과의 간격을 일정하게 유지하는 것이 가능하다(특허 문헌 2 참조).

그러나 종래의 토글식 금형 클램핑 장치를 사용해 토글기구를 굴곡시켜 금형 캐비티 용적을 확대하는 성형방법에서는, 여전히 이하와 같은 문제가 있었다. 즉, 두번째 층 수지 성형재료를 사출 충전 후에 토글기구를 구동해 금형을 개방하고, 금형 캐비티 용적을 확대하여 두번째 층 수지 성형재료의 충전공간을 확보했을 때의 굴곡 상태에서의 토글기구에서는, 두번째 층 수지의 충전압력이 가동 금형 표면에 작용하면, 가동반 위치를 유지하여 저항하는데 필요한 충분한 유지력을 얻을 수 없다. 이 때문에, 수지의 충전압력이 가동 금형 표면에 작용하면, 가동반이 후퇴하 고, 다시 금형 캐비티 용적을 확대시켜서 성형품의 두께 정밀도를 유지할 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 그 이외에 선행문헌으로서 특허 문헌 3개가 있다.

(특허 문헌 1) 일본국 특허공개 소54－86550호 공보

(특허 문헌 2) 일본국 특허공개 평8－309779호 공보

(특허 문헌 3) 미국 특허 제5702810호 명세서

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 과제는 토글식의 금형 클램핑 기구를 사용한 수지의 다층 사출성형에 있어서, 성형품의 두께, 치수나 질량에 변동이 적고, 변형이나 휘어짐이 없는 고품질의 다층 사출 성형품을 안정적으로 얻는 수지의 다층 사출 성형방법을 제공하는 것에 있다. 연구를 거듭한 결과, 이하의 수단에 의해 상기 과제가 해결된다는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명에 의하면, 금형 캐비티에 적어도 2종류의 수지 성형재료를 사출 충전하는 사출장치와, 토글기구를 사용해 금형의 개폐와 금형 클램핑를 실시하는 금형 클램핑 장치를 사용하고, 금형 캐비티에 첫번째 층의 수지 성형재료를 사출 충전하여 성형한 후에, 금형의 개방동작에 의해 가동반을 소정의 가동반 위치(S0)까지 후퇴시키고, 금형 캐비티 용적을 확대하여 첫번째 층의 수지 성형재료와 금형 캐비티면과의 사이에 2차 캐비티를 형성하고, 그 형성한 2차 캐비티에 두번째 층 수지 성형재료를 사출 충전하여 다층 성형품을 얻는 수지의 다층 사출 성형방법에 있어서, 두번째 층 수지 충전중에 가동반이 후퇴하여 소정의 가동반 위치(S1)까지 2차 캐비티의 용적을 확대시키고, 수지의 충전 완료후에는, 즉시 토글기구를 구동하여 2차 캐비티의 용적을 소정의 가동반 위치(S2)까지 축소함과 동시에, 소정 시간 경과 후에, 다시 토글기구를 구동하여 2차 캐비티의 용적을 소정의 가동반 위치(S3)까지 확대하는 수지의 다층 사출 성형방법이 제공된다.

본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법에 있어서, 상기 두번째 층의 수지 충전중에 있어서의 2차 캐비티의 용적 확대는, 토글기구의 크로스 헤드의 위치를 유지할 때, 수지의 충전 압력이 가동 금형 면에 작용하여 가동반이 후퇴하여 실시되는 것이 바람직하다. 또는 상기 두번째 층의 수지 충전중에 있어서의 2차 캐비티의 용적의 확대는, 수지의 충전속도에 동기하여 가동반이 후퇴하도록 크로스 헤드를 후퇴 제어하여 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법에 있어서는, 두번째 층의 수지 성형재료가 발포제를 포함하고, 2차 캐비티를 소정의 가동반 위치(S3)까지 토글기구를 구동하여 확대한 후, 다시 2차 캐비티를 소정의 가동반 위치(S4)까지 토글 기구를 구동하여 확대하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법에서는, 두번째 층의 수지는 저압 상태로 금형 캐비티 내에 충전되고, 다시 저압으로 압축 작용을 받고, 이어서 압축력을 해방함으로써 두께, 치수 및 질량에 변동이 없고, 변형과 휘어짐이 없는 고품질 수지의 다층 사출 성형품을 얻을 수 있다.

또, 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법에서는, 소망하는 발포 배율과 기포 지름으로 이루어지는 발포층을 가진, 두께, 치수 및 질량에 변동이 없으며, 변형과 휘어짐이 없는 고품질 수지의 다층 사출 성형품을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법에 사용되는 사출 성형장치의 전체도이다.

도 2는 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법의 일실시형태를 나타내는 도면이며, 두번째 층의 수지를 성형할 때에 있어서의 가동형 위치의 변화를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법 이외의 실시형태를 나타내는 도면이며, 두번째 층에 발포제를 포함한 수지를 성형할 때에 있어서의 가동형 위치의 변화를 설명하기 위한 개념도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10: 금형 클램핑 장치, 12: 고정반,

13: 가동반, 16: 토글기구,

18: 링크 구동기구 30: 금형,

31: 고정 금형, 32: 가동 금형,

33: 금형 캐비티, 34: 2차 캐비티,

40: 사출장치, 41: 제1 사출유닛,

42: 제2 사출유닛, 70: 제어장치,

71: 금형 클램핑측 제어부, 72: 사출측 제어부,

100: 사출 성형장치,

S0: 가동반 위치(2차 캐비티 설정치),

S1: 가동반 위치(2차 캐비티 확대 설정치),

S2: 가동반 위치(2차 캐비티 축소 설정치),

S3: 가동반 위치(2차 캐비티 압력 완화 설정치),

S4: 가동반 위치(발포 캐비티 설정치),

t1: 압축시간(보압),

t2: 지연시간(발포핵 형성).

이하, 도면에 근거하여 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해 설명 한다.

도 1∼도 3은 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 따른 도면이며, 그 중에서 1은 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법에 사용하는 사출 성형장치의 전체도이다. 도 2는, 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법의 일실시형태로, 두번째 층의 수지를 성형할 때에 있어서의 가동 금형 위치의 변화를 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은, 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법 이외의 실시 형태로, 두번째 층에 발포제를 포함한 수지를 성형할 때에 있어서의 가동 금형 위치의 변화를 설명하기 위한 개념도이다.

먼저, 사출성형 장치에 대해 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 사용하는 사출 성형장치(100)는 금형 클램핑 장치(10)와, 사출장치(40)와, 금형 클램핑 장치(10) 및 사출장치(40)를 제어하는 제어장치(70)와, 금형(30)을 구비하고 있다. 금형(30)은 도 1에 나타낸 바와 같이 고정 금형(31)과 가동 금형(32)을 구비하고 있으며, 고정 금형(31)과 가동 금형(32)은 세미 압착(semi pressing)구조로 삽입부에서 끼워 맞춰지고, 그 끼워 맞춰진 상태에서 고정 금형(31)에 형성된 캐비티면과 가동 금형(32)에 형성된 캐비티면이 조합되어, 금형 캐비티(33)를 형성하는 구성으로 되어 있다. 2차 캐비티(34)는 첫번째 층의 수지 성형재료를 사출 충전한 후에 가동 금형(32)을 후퇴시켜서 형성된다.

또한, 세미 압착구조의 삽입부는 금형의 모든 원주에 걸쳐서 형성되고, 수지 성형재료를 사출 충전 후에, 금형 캐비티(33) 및 2차 캐비티(34)의 용적을 확대 또는 축소하여도, 캐비티 내에 충전한 수지 성형재료가 누출되는 것을 방지하고 있다. 본 발명에 있어서의 2차 캐비티이란, 첫번째 층의 성형 후에 가동 금형(32)이 후퇴(금형 개방)함으로써 형성되고, 제1층 수지와 고정 금형 캐비티면과의 사이, 또는, 제1층 수지와 가동 금형 캐비티면과의 사이에 생기는 공극을 말한다.

도 1에 나타낸 금형 클램핑 장치(10)는 링크 하우징(11)과, 고정반(12)과, 가동반(13)과, 전동 서보모터(22)를 구동원으로 하는 링크 구동기구(18)와, 링크 구동기구(18)로 구동되는 토글기구(16) 및 전동 서보모터(22)를 구동 제어하는 제어용 드라이버를 구비하고, 가동반(13)은 고정반(12)과 링크 하우징(11)과의 사이에 가설된 타이 바(tie bar: 21)에 의해 안내되며, 토글기구(16)에 의해 가동 금형 (32)과 함께 전후진할 수 있도록 구성되어 있다.

또, 금형 클램핑 장치(10)에 구비된 링크 구동기구(18)의 크로스 헤드 구동축(23)에는 크로스 헤드(17)의 위치를 검출하기 위한 위치 센서로서, 스트로크 센 서(23)가 설치되어 있으며, 스트로크 센서(24)에 의해 크로스 헤드(17)의 위치를 정확하게 검출할 수 있다.

상술한 금형 클램핑 장치(10)에 있어서는, 크로스 헤드(17)의 위치를 검출하기 위한 위치 센서로서 스트로크 센서(24)를 배치하는 구성으로 하였으나, 크로스헤드(17)의 위치를 검출하기 위한 위치 센서가, 이들로 한정되지 않는 것은 물론이며, 전동 서보모터(22)에 내장된 센서로 검출하는 방법이 적용될 수도 있다.

또, 금형 클램핑 장치(10)는 금형 클램핑력을 검출하는 센서로서 타이 바(21)의 고정측 일단에 금형 클램핑력 센서(25)를 구비하고 있으며, 금형 클램핑력 센서(25)는 타이 바(21)의 신장량을 검출함으로써, 금형 클램핑력을 검출하는 구성으로 되어 있다.

또한, 금형 클램핑 장치(10)는 금형 개폐 스트로크를 검출하는 금형 개폐 스트로크 센서로서, 가동반 위치센서(26)가 가동반(13)의 위치를 검출하도록 배치되어 있으며, 가동반 위치센서(26)의 계측치로부터 금형(30)의 개폐 스트로크 및 가동반 위치를 검출한다. 또, 이들 검출기로부터의 검출신호를 받아 금형 클램핑 제어부(71)의 출력신호에 의해 금형 개폐의 제어가 실시된다.

또, 금형 클램핑 장치(10)는 다른 두께의 금형을 설치하기 위한 금형 두께 조정기구(19)를 구비하고 있다. 도시하지 않은 구동수단에 의해, 링크 하우징(11) 내에 삽입되고, 또한, 타이 바(21)에 나사 고정된 가동 너트(27)를 회전 구동함으로써, 토글기구(16)를 전후진시키도록 되어 있다. 또한, 금형 두께 조정기구(19)를 구동함으로써 금형 클램핑력을 설정할 수 있다.

도 1에 나타낸 금형 클램핑 장치(10)에 사용한 토글기구(16)는 5개의 링크 조인트를 갖는 5 조인트 더블 토글식으로, 크로스 헤드(17)를 금형 개폐 방향으로 동작시킴으로써 가동반(13)의 이동과 금형 클램핑력을 제어하는 구성으로 하였으나, 링크 조인트가 4개인 4 조인트 더블 토글식의 기구를 본 발명에 적용할 수도 있다. 또, 전동 서보모터(22)를 이용한 링크 구동기구(18)로 크로스 헤드(17)를 구동하는 수단으로 하였으나, 크로스 헤드(17)의 구동 수단으로서 유압 실린더 등을 사용한 구성으로 할 수도 있다.

이어서, 본 실시형태에 사용하는 사출장치(40)의 구성에 대해 설명한다. 도 1에 나타낸 사출장치(40)는 금형 캐비티(33) 내에 첫번째 층의 수지 성형재료를 공급하는 제1 사출유닛(41)과 2차 캐비티(34) 내에 두번째 층의 수지 성형재료를 공급하는 제2 사출유닛(42)으로 기본 구성되고, 각각의 사출유닛은 배럴과, 배럴에 내장되어 플라이트를 갖는 스크류와, 배럴 내에 수지 성형재료를 공급하는 호퍼를 구비하고, 스크류를 전후진시키는 스크류 이동수단과, 스크류를 회전 구동하는 스크류 회전수단이 설치되어 있다. 그리고, 제1 사출유닛(41) 및 제2 사출유닛(42)은 수지 유로를 개폐하는 셧 오프 밸브(shut-off valves; 43, 44)를 구비하고 있다.

상기 사출유닛(41, 42)은 스크류의 회전 수단에 의해서 스크류가 회전함으로써 호퍼로부터 펠릿 형상의 수지 성형재료가 배럴 내에 공급되는 구성으로 되어 있으며, 상기 공급된 펠릿 형상의 수지 성형재료는 배럴에 설치된 히터에 의해 가열되고, 스크류의 회전으로 혼합 압축 동작을 받음으로써 용융하여 스크류 전방에 보내진다. 스크류 전방에 보내진 용해 수지는 스크류 이동수단에 의해 전진하는 스크 류에 의해, 배럴의 선단에 설치된 셧 오프 밸브(43, 44)를 지나 노즐을 통해 금형 내의 캐비티(33, 34)에 사출 충전된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 사출유닛(41)은 고정 금형(31)의 사출 성형 장치(100)의 축선 방향에서부터 금형 캐비티(33) 내에, 제2 사출유닛(42)은 고정 금형(31)의 사출 성형장치(100)의 축선과 교차 방향으로부터 2차 캐비티(34) 내에 각각 용융 수지를 공급하는 구성으로 되어 있다. 또한, 첫번째 층 및 두번째 층에 사용되는 수지 성형재료는, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필린(PP), ABS 수지 등의 범용 열가소성 수지나, 폴리카보네이트(PC), 폴리아세탈(POM), 폴리아미드(나일론) 등의 범용의 다목적 엔지니어링 플라스틱 등을 이용할 수 있다.

상술한 사출장치(40)는 스크류 이동수단 및 스크류 회전수단에 전동 서보모터를 구동원으로서 배치한 구성으로 하였으나, 유압 실린더 및 유압 모터 등을 구동원으로서 적용할 수도 있다.

또, 본 실시형태에 사용한 제어장치(70)는 금형 클램핑 장치(10)를 제어하는금형 클램핑 제어부(71)와, 금형 클램핑 조건을 설정하는 금형 클램핑 조건 설정기, 및 사출장치(40)를 제어하는 사출 제어부(72)와 사출 조건을 설정하는 사출 조건 설정기로 기본 구성된다.

이어서, 이상과 같이 구성된 사출 성형장치(100)를 사용한 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법에 대해 설명한다. 성형 동작은 하기의 순서로 실시된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법의 일 실시형태는 금형 폐쇄와, 첫번째 층 수지의 성형과, 금형 캐비티의 용적 확대와, 두번째 층 수지의 성형과, 금형 개방의 각 공정으로 이루어진다.

(1A) 금형 폐쇄 공정에서는, 미리 금형 클램핑 조건 설치기로 설정한 금형 폐쇄 조건에 근거해 링크 구동기구(18)를 구동하여 금형 폐쇄 동작을 실시함과 동시에, 소정의 금형 클램핑력을 금형(30)에 작용시킨다(토글기구는 잠금상태). 금형 클램핑력은 금형 클램핑 센서(25)에 의해 검출된다.

(2A) 금형 폐쇄 후의 첫번째 층 수지의 성형 공정에서는, 제1 사출유닛(41)의 셧 오프 밸브(43)를 개방하고, 첫번째 층의 용해 수지를 금형 캐비티(33) 내에 사출 충전한다. 첫번째 층의 용해 수지의 충전과 압력유지가 완료된 후, 셧 오프 밸브(43)를 닫고, 이어서, 첫번째 층 수지의 냉각 고체화 상태에 따라 설정되는 소정의 냉각시간이 계시 완료될 때까지 금형 클램핑력을 유지하여, 첫번째 층 수지의 냉각이 실시된다(토글기구는 잠금상태).

(3A) 첫번째 층 수지 냉각 완료 후의 금형 캐비티의 용적 확대 공정에서는, 금형 클램핑 조건 설정기로 설정한 가동반 위치의 설정치(S0)에 근거해 금형 개방 동작을 실시하고, 가동반(13)을 후퇴시켜서 금형 클램핑력을 해방함과 동시에 금형 캐비티(33)의 용적을 확대하여, 2차 캐비티(34)를 형성한다(토글기구는 굴곡 상태).

(4A) 2차 캐비티(34)가 형성된 후의 두번째 층 수지의 성형 공정에서는, 제2 사출유닛(42)의 셧 오프 밸브(44)를 개방하여, 두번째 층의 용해 수지를 2차 캐비티(34)에 사출 충전한다. 이 두번째 층의 수지 충전중에는, 가동반(13)이 후퇴하여 가동반 위치가 설정치(S1)가 될 때까지 2차 캐비티의 용적이 확대된다. 또, 두번째 층 수지의 사출 충전을 종료한 후, 즉시 토글기구(16)를 구동하고, 미리 설정된 소정의 속도로 가동반 위치를 설정치(S2)까지 전진시켜 2차 캐비티(34)의 용적을 축소하여, 두번째 층 수지에 가동 금형(32)측으로부터 압력 유지를 작용시킨다. 이어서, 소정의 압력 유지 시간(t1)이 경과한 후, 재차, 토글기구(16)를 구동하고, 미리 설정된 소정의 속도로, 가동반 위치를 설정치(S3)까지 후퇴시켜 2차 캐비티의 용적을 확대, 압력 유지를 완화함과 동시에, 소정의 냉각시간이 계시 완료될 때까지, 가동반 위치를 유지한다(토글기구는 굴곡상태).

상기의 두번째 층 수지 충전중에 있어서의 캐비티 용적의 확대 제어는 가동반 위치가 설정치(S0)에 있는 크로스 헤드(17)의 위치를 유지하고, 수지의 충전압력이 가동 금형(32)면에 작용하여 가동반(13)이 설정치(S1)까지 후퇴함으로써 실시된다. 타이 바(21)는 가동반(13)의 후퇴에 따라 눌려 신장되고, 수지의 충전 거동에 따른 금형 개방량의 제어를 타이 바(21)의 신장을 검출하여 실시한다. 또, 상기 두번째 층 수지 충전중에 있어서의 캐비티 용적의 확대 제어는, 가동반 위치가 설정치(S0)에 있는 크로스 헤드(17)를 수지의 충전 속도에 동기하여 가동반(13)이 설정치(S1)까지 후퇴하도록 제어하여 실시할 수 있다. 이들 어떠한 방법을 선택적으로 사용하여 두번째 층 수지 충전중에 있어서의 캐비티 용적의 확대 제어를 실시하는 것이 가능이다.

(5A) 냉각 완료 후의 금형 개방 공정에서는, 금형 클램핑 조건 설정기로 설정한 금형 개방 위치의 설정치까지 가동반(13)을 후퇴시킨다. 가동반 위치센서(26) 의 검출신호가, 백스페이스 위치의 설정치를 검출한 후에는, 금형 개방 위치를 유지 하도록, 전동 서보모터(22)를 제어하여, 크로스 헤드(17)의 위치를 유지한다(토글 기구는 굴곡상태). 이어서, 성형품은 금형(30)으로부터 압출되어 사출 성형기(100)밖으로 꺼내져 다음의 성형 개시신호를 대기한다.

여기서, 금형 캐비티의 용적 확대 및 압축 동작에 있어서, 가동반(13)이 고정반(12)에 당접하기 직전의 크로스 헤드(17)의 이동 스트로크에 대한 가동반(13)의 이동 스트로크는 대략 10 대 1의 비율이 된다. 또, 크로스 헤드(17)의 이동속도에 대한 가동반(13)의 이동속도도 대략 10 대 1의 비율의 거동을 나타낸다. 바꿔 말하면, 토글기구(16)를 구비한 금형 클램핑 장치(10)에서는 크로스 헤드(17)의 위치를 제어하면, 가동반(13)은 크로스 헤드 위치의 대략 10배 정도의 정밀도로 제어되어 고정밀한 금형 개폐 위치 제어를 실시하는 것이 가능하다.

그리고, 가동반(13)의 위치 제어에서는, 상술한 토글기구(16)의 배율 특성을 이용해 금형 터치점에 있는 금형 클램핑 장치(10)의 가동반(13)을 금형 개방 방향으로 이동시켰을 때에 검출한 크로스 헤드(17)의 위치와 가동반(13)의 위치 관계를 위치 데이터로서 기억시키고, 그 기억시킨 크로스 헤드(17)의 위치 데이터에 근거해 가동반(13)의 위치를 제어한다. 이 방법에 의하면, 고정밀도로 금형 캐비티의 용적 확대량과 축소량을 제어할 수 있다.

이어서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법 이외의 실시형태는, 금형 폐쇄와, 첫번째 층 수지의 성형과, 금형 캐비티의 용적 확대와, 발포제를 포함한 두번째 층 수지의 성형과, 발포와, 금형 개방의 각 공 정으로 이루어진다.

(1B) 금형 폐쇄 공정에서는, 미리 금형 클램핑 조건 설치기로 설정한 금형 폐쇄 조건에 근거해 링크 구동기구(18)를 구동하여 금형 폐쇄 동작을 실시함과 동시에, 소정의 금형 클램핑력을 금형(30)에 작용시킨다(토글기구는 잠금상태). 금형 클램핑력은 금형 클램핑 센서(25)에 의해 검출된다.

(2B) 금형 폐쇄 후의 첫번째 층 수지의 성형 공정에서는, 제1 사출유닛(41)의 셧 오프 밸브(43)를 개방하고, 첫번째 층의 용해 수지를 금형 캐비티(33) 내에 사출 충전한다. 첫번째 층의 용해 수지의 충전과 압력 유지가 완료된 후, 셧 오프 밸브(43)을 닫고, 이어서, 첫번째 층 수지의 냉각 고체화 상태에 따라 설정되는 소정의 냉각시간이 계시 완료될 때까지 금형 클램핑력을 유지하고, 첫번째 층 수지의 냉각이 실시된다(토글기구는 잠금상태).

(3B) 첫번째 층 수지 냉각 완료 후의 금형 캐비티의 용적 확대 공정에서는, 금형 클램핑 조건 설정기로 설정한 가동반 위치의 설정치(S0)에 근거하여 금형 개방 동작을 실시하고, 가동반(13)을 후퇴시켜서 금형 클램핑력을 해방함과 동시에 금형 캐비티(33)의 용적을 확대하여 2차 캐비티(34)를 형성한다(토글기구는 굴곡 상태).

(4B) 2차 캐비티(34)가 형성된 후의 발포제를 포함하는 두번째 층 수지의 성형 공정에서는, 제2 사출유닛(42)의 셧 오프 밸브(44)를 개방하여 두번째 층의 용해 수지를 2차 캐비티(34)에 사출 충전한다. 이 두번째 층의 수지 충전중에는, 가동반(13)이 후퇴하여 가동반 위치가 설정치(S1)가 될 때까지 2차 캐비티의 용적이 확대된다. 그리고, 두번째 층 수지의 사출 충전을 종료한 후, 즉시 토글기구(16)를 구동하고, 미리 설정된 소정의 속도로 가동반 위치를 설정치(S2)까지 전진시켜 2차 캐비티(34)의 용적을 축소하여 두번째 층 수지에 가동 금형(32)측으로부터 압력 유지를 작용시킨다. 이어서, 소정의 압력 유지시간(t1)이 경과한 후, 재차, 토글기구(16)를 구동하고, 미리 설정된 소정의 속도로, 가동반 위치를 설정치(S3)까지 후퇴시켜 2차 캐비티의 용적을 확대, 압력 유지를 완화함과 동시에, 소정의 지연시간(t2)이 계시 완료될 때까지, 가동반 위치를 유지하고, 스킨층과 발포핵을 형성한다(토글기구는 굴곡상태).

(5B) 스킨층과 발포핵을 형성한 후의 발포 공정에서는, 다시 토글기구(16)를 구동하고, 미리 설정된 소정의 속도로, 가동반(13)을 가동반 위치가 설정치(S4)가 될 때까지 후퇴시켜 캐비티의 용적을 확대한다. 가동반 위치(S4)에서 크로스 헤드 (17)의 위치를 유지 제어하여 소정의 발포 배율이 되는 발포층을 형성한다.

(6B) 발포층이 형성된 후의 금형 개방 공정에서는, 금형 클램핑 조건 설정기로 설정한 금형 개방 위치의 설정치까지 가동반(13)을 후퇴시킨다. 가동반 위치센서 (26)의 검출신호가 후퇴위치의 설정치를 검출한 후에는, 금형 개방 위치를 유지하도록, 전동 서보모터(22)를 제어하여 크로스 헤드(17)의 위치를 유지한다(토글기구는 굴곡상태). 이어서 성형품은 금형(30)으로부터 압출되어 사출 성형기(100) 밖으로 꺼내져, 다음 성형의 개시신호를 대기한다.

여기서, 상술한 성형품의 품질에 영향을 미치는 금형 캐비티의 용적 확대량 및 축소량이 되는 가동반 위치의 설정치(S0~S4)의 관계에 대해 설명한다. 가동반 위치의 설정치(S0~S4)는 가동 금형(32)의 금형 터치점으로부터의 이동량으로 나타내고, S0는 2차 캐비티(34)를 형성하는 가동 금형(32)의 이동량이다.

(a) S1의 설정치는 S0의 설정치보다 큰 값(S0＜S1)으로 설정한다. 두번째 층 수지 충전중에 가동반(13)이 상술한 방법에 의해 후퇴하여 가동반 위치가 S0에서 S1가 될 때까지, 2차 캐비티의 용적이 확대된다. 이 캐비티 용적의 확대에 의해, 수지 충전압력의 저감화를 도모할 수 있고, 성형품의 편응력의 저감 및 캐비티 내의 가스제거 효과와, 예를 들면 폴리에틸렌 설파이드(PPS) 등의 유동성이 나쁜 수지 성형재료의 충전을 용이하게에 실시할 수 있다는 효과가 발현된다. S1은 S0에 0.1~5.0mm 가산하는 값이 최적이다.

(b) S2의 설정치는 S0의 설정치와 동등하거나 작은 값(S2≤S0)으로 설정한다. 두번째 층 수지의 충전완료 후, 즉시, 캐비티의 용적을 축소하여 충전된 두번째 층 수지를 캐비티 내에 풀 팩(full packed)하여 유지한다. 이 캐비티의 용적 축소에 의한 수지 유동과 성형품의 고체화 상태까지의 압력 유지시간(t1)은 0.5~10.0 Sec가 최적이다. 두번째 층 수지가 발포제를 포함한 용해 수지를 충전하는 경우는 스킨층을 형성하는 유지시간이 설정된다.

(c) S3의 설정치는 S2의 설정치보다 큰 값(S2＜S3)으로 설정한다. 두번째 층 수지 응력완화를 목적으로 하여, 편응력, 변형이나 휘어짐이 적은 성형품을 얻을 수 있다. S3의 설정치는 탄성 변형량이 작은 폴리에틸렌(PP), 폴리프로필렌(PE)이나 ABS 수지 등의 경우 S2에 가산하는 것으로 0.1∼1.0 mm가 최적이고, 탄성 변형량의 큰 서모 플라스틱 올레핀(TPO) 등의 경우 S2에 가산하는 것으로 0.1∼2.0 mm 가 최적이다. 두번째 층 수지가 발포제를 포함한 용융 수지를 충전하는 경우는, 캐비티의 용적 확대에 의한 감압에 의해 발포핵이 형성된다.

(d) S4의 설정치는 S3의 설정치보다 큰 값(S3＜S4)으로 발포층의 성형 두께로 설정한다. 두번째 층의 용해 수지가 발포제를 포함한 경우이며, 발포핵을 발포 셀에 성장시킨다. 이 캐비티의 용적 확대 동작을 의도적으로 지연시켜 발포셀 형성에 적절한 수지 신장 점도로 조정할 수 있다. 또, 캐비티의 용적 확대 속도를 발포셀의 성장속도에 맞춰 조정하는 것이 바람직하다. 지연시간(t2)은 0.1∼10.0 Sec가 최적이다.

본 발명의 실시형태에 있어서, 첫번째 층 수지 성형재료의 성형 공정에 있어서, 미리 금형 클램핑 조건 설치기로 설정한 금형 폐쇄 조건에 근거해, 링크 구동기구(18)를 구동하여 금형 폐쇄 동작을 실시함과 동시에, 소정의 금형 클램핑력 을 금형(30)에 작용시키는(토글기구는 잠금상태) 구성으로 하였으나, 예를 들면, 토글기구가 굴곡 상태인 금형 터치점으로부터 토글기구가 잠금 상태가 되는 임의의 중간위치에 크로스 헤드를 설정하는 저압 금형 클램핑 상태나, 성형 터치점으로부터 소정의 간극을 설치하여 가동반을 배치한 소정의 위치에 크로스 헤드를 설정하는 금형 개방 유지 상태로 하는 구성을 적용할 수 있다. 이 경우에 있어서, 첫번째 층의 수지 성형재료를 사출 충전한 후, 토글기구를 소정의 금형 클램핑력이 작용하는 잠금 상태까지 구동하는 구성이 바람직하다.

이상, 설명한 바로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 있어서, 첫번째 층의 수지 성형재료를 사출 충전한 후에, 2차 캐비티를 형성하고, 그 2차 캐비티에 두번째 층 의 수지 성형재료를 사출 충전할 때에, 가동반을 후퇴시켜 2차 캐비티의 용적을 더욱 확대한다. 그리고, 두번째 층의 수지 성형재료의 충전을 완료한 후, 즉시, 캐비티의 용적을 축소하고, 충전한 수지 재료를 압축함과 동시에, 다시, 캐비티의 용적을 확대하여, 압축력을 완화하는 구성으로 했기 때문에, 내부 응력이 완화되어 편응력이 적고, 변형이나 휘어짐이 적은 다층 성형품을 얻을 수 있다. 또한, 크로스 헤드의 위치 데이터에 근거해 가동반에 위치를 제어하기 때문에, 고정밀도로, 금형 캐비티의 용적 확대량과 축소량을 제어할 수 있어 성형품의 두께, 치수나 질량에 변동이 적은 고품질, 적층 사출 성형품을 안정적으로 얻을 수 있다.

또, 두번째 층의 수지 성형재료가 발포제를 포함하는 발포층을 형성하는 다층 사출 성형품의 성형에 있어서는, 크로스 헤드의 위치 데이터에 근거해 가동반 위치를 제어하기 때문에, 고정밀도로 금형 캐비티의 용적 확대량을 제어할 수 있어 소망하는 발포셀과 발포층을 갖는 다층 사출 성형품을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 수지의 다층 사출 성형방법은, 모든 수지 성형품을 제작하는 수단으로서 이용된다. 특히, 자동차 부품이나 가전제품 등에 사용되는 수지 성형품을 제작하는 수단으로서 최적으로 사용된다.

Claims

금형 캐비티에 적어도 2종류의 수지 성형재료를 사출 충전하는 사출장치와, 토글기구를 사용하여 금형의 개폐와 금형 클램핑를 실시하는 금형 클램핑 장치를 사용하고, 상기 금형 캐비티에 첫번째 층의 수지 성형재료를 사출 충전하여 성형한 후에, 금형 개방 동작에 의해 가동반을 소정의 가동반 위치(S0)까지 후퇴시키고, 상기 금형 캐비티의 용적을 확대하여 첫번째 층의 수지 성형재료와 금형 캐비티면과의 사이에 2차 캐비티를 형성하고, 상기 형성한 2차 캐비티에 두번째 층의 수지 성형재료를 사출 충전하여 다층 성형품을 얻는 수지의 다층 사출 성형방법에 있어서,

두번째 층의 수지 충전중에, 상기 가동반이 후퇴하여 소정의 가동반 위치(S1)까지 상기 2차 캐비티의 용적을 확대시켜 수지의 충전을 완료한 후에는, 즉시 상기 토글기구를 구동하여 상기 2차 캐비티의 용적을 소정의 가동반 위치(S2)까지 축소함과 동시에, 소정 시간 경과 후에, 다시, 상기 토글기구를 구동하여 상기 2차 캐비티의 용적을 소정의 가동반 위치(S3)까지 확대하는 것을 특징으로 하는 수지의 다층 사출 성형방법.
청구항 1에 있어서,

상기 두번째 층의 수지 충전중에 있어서의 2차 캐비티의 용적의 확대는, 상기 토글기구의 크로스 헤드의 위치를 유지하고 수지의 충전압력이 가동 금형면에 작용하여 가동반이 후퇴하여 실시되는 것을 특징으로 하는 수지의 다층 사출 성형방법.
청구항 1에 있어서,

상기 두번째 층의 수지 충전중에 있어서의 2차 캐비티의 용적의 확대는, 수지의 충전속도에 동기하여 가동반이 후퇴하도록 크로스 헤드를 후퇴 제어하여 실시되는 것을 특징으로 하는 수지의 다층 사출 성형방법.
청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 있어서,

상기 두번째 층의 수지 성형재료가 발포제를 포함하며, 상기 2차 캐비티를 소정의 가동반 위치(S3)까지 상기 토글기구를 구동하여 확대한 후, 다시 상기 2차 캐비티를 소정의 가동반 위치(S4)까지 상기 토글기구를 구동하여 확대하는 것을 특징으로 하는 수지의 다층 사출 성형방법.