JP2008037068A - 樹脂材の射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でキャビティ内の充填バランスを制御可能にし、高精度の成形品が得られるようにする。
【解決手段】射出成形装置１は、射出装置のスクリューを移動させて樹脂材を溶融させながら射出する際に、最初にスクリューの速度が一定になるように制御した後に、圧力が一定になるように切り替える。圧力一定の状態でスクリューの移動時間などから樹脂材の溶融粘度を求め、予め定めてある許容範囲と比較し、現在の樹脂材の粘度が高精度な成形に適した粘度であるか判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂材を射出成形する方法に関する。

樹脂材を射出成形する際には、固定金型に対して可動金型を型締めして成形キャビティを形成し、シリンダで加圧した熱硬化性の樹脂材を固定金型のスプル及びランナを通じて成形キャビティに射出して硬化させることが知られている。ここで、従来の射出成形装置には、ランナとスプルと成形キャビティのそれぞれに圧力センサを組み込んで、成形キャビティ内の樹脂材の充填バランスに把握し、成形品の品質を判定して成形条件にフィードバックするように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３２０６４２号公報

しかしながら、ノズルから射出させられる樹脂材の溶融粘度は、シリンダに樹脂材を供給するホッパでの材料温度や時間経過によっても変化するので、成形キャビティ内の充填バランスを一定に保つことが困難であった。このため、成形品の品質にばらつきが生じ易く、高精度な成形品を製造することが困難であった。特に、硬化反応が加わる熱硬化性プラスチックの場合には、このような課題が顕著に現れる。
また、特許文献１に開示されているような射出成形装置では、金型内に複数の圧力センサを設ける必要があるので射出成形装置の加工工数や部品点数を増大させる原因となっていた。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でキャビティ内の充填バランスを予測可能にし、高精度の成形品が得られるようにすることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、射出装置内で樹脂材を溶融する工程と、前記射出装置内に設けられた押圧部材を移動させ、溶融した樹脂材を金型に形成された樹脂溜まり及び樹脂供給路を通して成形キャビティ内に射出する工程と、溶融状態の樹脂材を加圧させる工程と、を有する樹脂材の射出成形方法において、溶融した樹脂材を射出する際に、樹脂材の射出圧力が一定になるように前記押圧部材の移動制御を行い、前記押圧部材の移動量又は移動時間から溶融した樹脂材の粘度を測定する工程を有することを特徴とする樹脂材の射出成形方法とした。
この樹脂材の射出成形方法は、射出圧力が一定になるように押圧部材を制御し、このときの押圧部材の挙動から樹脂材の粘度を測定する。この測定結果を用いると、樹脂材が成形に適した粘度であるか否かを判定することが可能になる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の樹脂材の射出成形方法において、成形に適した樹脂材として許容される粘度の範囲に対応する前記押圧部材の移動量の許容範囲と、実際の前記押圧部材の移動量とを比較し、又は成形に適した樹脂材として許容される粘度の範囲に対応する前記押圧部材の移動時間の許容範囲と、実際の前記押圧部材の移動時間とを比較し、実際の前記押圧部材の移動量又は移動時間が許容範囲を越えている場合に、その樹脂材を廃棄する工程を有することを特徴とする。
この樹脂材の射出成形方法は、予め許容範囲を定めておいて、この許容範囲との比較を行うことで樹脂材が成形に適した粘度であるか否かを判定する。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の樹脂材の射出成形方法において、溶融した樹脂材を射出する際に、樹脂材の射出速度が一定になるように前記押圧部材の移動制御を行った後に、圧力が一定になるように前記押圧部材の移動制御を行い、その後に再び、樹脂材の射出速度が一定になるように前記押圧部材の移動制御を行うことを特徴とする。
この樹脂材の射出成形方法は、樹脂材を射出充填するときに一部の工程のみを圧力制御にすることで樹脂材の粘度測定を行いつつ、射出充填の安定性を確保する。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の樹脂材の射出成形方法において、前記金型内に設けられた加圧部材で前記樹脂溜まり内の樹脂を前記キャビティに向けて押圧する工程を有することを特徴とする。
この樹脂材の射出成形方法は、成形キャビティの近くで加圧部材を稼動させることで、樹脂材を加圧したり減圧時したりするときの圧力の制御性が高まって、高精度の成形が可能になる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の射出成形方法において、樹脂材として熱硬化性樹脂を使用することを特徴とする。
この樹脂材の射出成形方法は、粘度が温度と時間経過によって変化する場合であっても高精度の成形が可能になる。

本発明によれば、樹脂材を射出成形するときに射出圧力が一定になるように押圧部材を制御することで、樹脂材の粘度を測定することが可能になるので、樹脂材が成形に適した粘度であるか否かを射出時に判定することが可能になる。金型装置に圧力センサを設ける必要がなくなるので、射出成形装置の構造を簡略化でき、製造が容易になると共に、低コスト化が図れる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、射出成形装置１は、金型装置２と、金型装置２に樹脂材を射出する射出装置（樹脂供給装置）３と、制御装置４を有する。
金型装置２は、不図示の固定盤に固定された固定金型１１と、固定金型１１に対して型締装置（不図示）で移動可能に設けられた可動金型１２とを有する。

金型本体１３の内部には、射出装置３に連通するスプル２１（樹脂供給路）が形成されている。可動金型１２には、樹脂溜まりＫに連通するランナ２２と、プッシャ２３（加圧部材）を挿通させる通路２４が形成されている。通路２４は、樹脂溜まりＫに連なる端部２４Ａを除いてプッシャ２３を摺動自在に通し、かつ樹脂材を外部に漏洩しない径を有する。樹脂溜まりＫに連なる端部２４Ａは、プッシャ２３よりも大径になっている。

図１に示すように、射出装置３は、一端部に固定金型１１のスプル２１に連通するノズル４１が形成された加熱筒４２を有し、加熱筒４２内にスクリュー４３（押圧部材）が回転自在に挿入されている。加熱筒４２の他端部側には、樹脂材を供給するホッパ４４が固定されている。加熱筒４２の外周には、電気ヒータ４５が取り付けられて温度制御されている。スクリュー４３は、サーボモータ４６で回転制御されると共に、ロードセルなどのセンサ４７で、スクリュー４３にかかる圧力を樹脂圧（射出圧力）として検出できるようになっている。
制御装置５１は、電気ヒータ４５による加熱筒４２の温度制御と、サーボモータ４６の制御と、固定金型１１、可動金型１２の温度制御を行うように構成されている。また、センサ４７の入力を受けて後述する射出圧力の制御を実施する。

次に、この射出成形装置１による成形工程について説明する。
最初に、不図示のローダでホッパ４４に熱硬化性の樹脂材（プラスチック）を供給する。樹脂材は、ホッパ４４から加熱筒４２の入口に流れ込んでスクリュー４３の回転で加熱筒４２内に送り込まれる。電気ヒータ４５による加熱筒４２の温度制御と、スクリュー４３の回転と、回転による樹脂材のせん断の摩擦熱で樹脂材が溶融される。
樹脂の溶融状態を保ちつつ、スクリュー４３を回転させ、固定金型１１と可動金型１２を型合せした状態で形成されるスプル２１および成形品となるキャビティＬに溶融した樹脂を供給する。さらに、可動金型１２を移動させ型締めを行い、溶融した樹脂に圧力をかける。

成形キャビティＬに充填された樹脂材は、可動金型１２に与えられた硬化温度（例えば１７０℃）に加熱されて硬化し、製品となる。
成形キャビティＬに充填した樹脂が硬化して製品が成形されたら、可動金型１２を固定金型１１から離れる方向に移動させて型開きする。この際、製品は、スプル２１が一体のまま、図示しない別体のピン等により金型から取り出され、あとで製品とスプル２１とを分離する。なお、本発明では固定金型１１と可動金型１２による金型構成となっているが、固定金型と可動金型の間に中間金型を介在させることで型開きと同時に製品とスプル２１とを分離させることも可能である。

ここで、図２に樹脂材を射出する際のスクリュー位置の制御例を示す。図２では、横軸はスクリュー位置を示し、縦軸は射出圧力と射出速度を示す。ラインＬ１は、スクリュー位置−射出圧力の関係を示している。ラインＬ２は、スクリュー位置−射出速度の関係を示している。スクリュー位置は、金型装置２に最も近い位置を０ｍｍにしている。
射出工程は、スクリュー位置が約１０ｍｍから開始されると、制御装置５１は、ラインＬ２に示すように、射出速度が約３０ｍｍ／ｓｅｃで一定になるようにスクリュー４３を速度制御する。さらに、スクリュー４３が１５ｍｍを過ぎた辺りで、制御装置５１は速度制御から圧力制御に切り替える。制御装置５１は、センサ４７で射出圧力を検出してスクリュー４３の前進速度を制御し、ラインＬ１に示すように射出圧力が略一定になるようにする。本発明では、スクリューの移動範囲の一部を圧力制御として溶融粘度で判断できれば良いため、圧力制御を行う範囲は、スクリュー４３の移動できる範囲であればどこでも良い。

このとき、制御装置５１は、圧力制御工程において樹脂材の溶融粘度を調べる。溶融粘度は、樹脂材が一定圧力でノズル４１を通過させるのに要する時間として求めることができるので、スクリュー４３の前進速度（移動速度）を測定すれば、ノズル４１の径や長さ、シリンダ容量が既知であるので溶融粘度がわかる。制御装置５１には、高精度の成形が可能な溶融粘度の範囲に相当するスクリュー４３の前進速度の範囲が許容範囲としてメモリに予め登録されている。したがって、センサ４７の計測結果から求めたスクリュー４３の前進速度と、許容範囲とを比較し、スクリュー４３の前進速度が許容範囲内に収まっていれば良品判定をし、射出成形を継続して実施する。

その後、例えば、スクリュー４３の位置が３０ｍｍよりも手前側の位置で、制御装置５１は、圧力制御から再び速度制御に切り替える。そして、速度を２段階に変化させながら、残りの樹脂材を射出する。樹脂材の溶融粘度が適切な範囲に保たれることで、各成形キャビティＬ内での充填バランスが良好になる。さらに、プッシャ２３で追加的に圧力調整を行うことで、充填バランスがさらに良好な状態になる。そして、樹脂材を硬化させると所定形状の成形品が製造される。これに対して、スクリュー４３の前進速度と許容範囲とを比較した結果、許容範囲よりもスクリュー４３の前進速度が大きい場合は、溶融粘度が小さすぎるため、次回成形の際に、前回よりも溶融粘度が大きくなるように樹脂材への保圧力を制御し、許容範囲よりもスクリュー４３の前進速度が小さい場合は、溶融粘度が大きすぎるため、次回成形の際に、前回よりも溶融粘度が小さくなるように樹脂材への保圧力をフィードバック制御として盛り込むことにより成形品の不良を抑えることができる。

また、スクリュー４３の前進速度と許容範囲とを比較した結果、許容範囲よりもスクリュー４３の前進速度が大きい場合は、溶融粘度が小さすぎるので不良と判定する。また、許容範囲よりもスクリュー４３の前進速度が小さい場合は、溶融粘度が大きすぎるので不良と判定する。不良を判定した場合には、そのときに射出装置３及び金型装置２内にある樹脂材を廃棄しても良い。

さらに、溶融粘度を示す指標として、スクリュー４３の前進速度の代わりにスクリュー４３の前進量（移動量）を計測しても良い。前進量は、図２における圧力制御工程において、所定の時間の間にスクリュー４３が移動する距離としてサーボモータ４６の回転量から算出される。この場合、制御装置５１は、高精度の成形が可能な溶融粘度の範囲に相当するスクリュー４３の前進量の範囲（許容範囲）が予め登録されている。許容範囲内であれば良品と判定して成形工程を継続する。これに対して、許容範囲よりも前進量が小さいときは溶融粘度が大きすぎて不良であると判定する。また、許容範囲よりも前進量が大きいときは溶融粘度が小さすぎて不良であると判定する。不良と判定した場合には、その樹脂材を廃棄しても良い。

この実施の形態によれば、従来は速度制御していた射出工程において、その一部の領域でスクリュー４３を圧力制御して溶融粘度を測定するようにしたので、射出成形を行うときに樹脂材の実際の溶融粘度をチェックすることが可能になる。また、金型装置２に圧力センサを設けることなく成形キャビティＬ内の圧力損失を低減することができる。したがって、高精度の成形品を製造することが可能になる。このような射出成形方法は、ブラシモータの給電に使用されるコンミテータ用の成形品のような高い寸法精度が要求とされる場合に効果を発揮する。樹脂材として、硬化反応による時間変化が発生し易い熱硬化性の樹脂材（プラスチック）であっても高精度の成形が可能になる。
樹脂材の溶融粘度をチェックする指標として、スクリュー４３の移動速度又は移動量を使用したので、簡単な構成で樹脂材の挙動を把握することができる。
溶融粘度を判定するに際して、保圧工程を除く全ての工程を圧力制御工程で行わずに、速度制御の途中で一部区間だけ圧力制御を行うことで、成形品の品質が悪化することを防止できる。

金型装置２内にプッシャ２３を設けて樹脂材を加圧するクッション成形を併用することで、さらに高精度の成形品が得られるようになる。このようなクッション成形では、成形キャビティＬの近くに圧力発生源があるため、樹脂材を加圧したり減圧時したりするときの圧力の制御性に優れるので成形品の残留応力の低減が図れ、反りやねじれを大幅に低減できるからである。

なお、本発明は、前記した実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
射出成形装置１は、プッシャ２３を有するクッション成形用の装置に限定されない。
樹脂材は、熱硬化性樹脂に限定されない。溶融粘度が温度に依存するプラスチック成形材料などであっても良い。
樹脂材を安定して成形キャビティＬに充填できる場合には、射出工程の全てを圧力制御で行っても良い。
スクリュー４３は、サーボモータ４６だけでなく油圧モータで移動させても良い。

本発明の実施の形態に係る射出成形装置の概略構成を示す断面図である。 樹脂材を射出する工程を説明する図である。

符号の説明

１ 射出成形装置
２ 金型装置
３ 射出装置
２１ スプル（樹脂供給路）
２３ プッシャ（加圧部材）
４３ スクリュー（押圧部材）
Ｋ 樹脂溜まり
Ｌ 成形キャビティ

Claims (5)

1. 射出装置内で樹脂材を溶融する工程と、
   前記射出装置内に設けられた押圧部材を移動させ、溶融した樹脂材を金型装置に形成された樹脂溜まり及び樹脂供給路を通して成形キャビティ内に射出する工程と、
   溶融状態の樹脂材を加圧させる工程と、
   を有する樹脂材の射出成形方法において、
   溶融した樹脂材を前記金型装置に射出する際に、樹脂材の射出圧力が一定になるように前記押圧部材を制御し、前記押圧部材の移動量又は移動時間から溶融した樹脂材の粘度を測定する工程を有することを特徴とする樹脂材の射出成形方法。
2. 成形に適した樹脂材として許容される粘度の範囲に対応する前記押圧部材の移動量の許容範囲と、実際の前記押圧部材の移動量とを比較し、又は成形に適した樹脂材として許容される粘度の範囲に対応する前記押圧部材の移動時間の許容範囲と、実際の前記押圧部材の移動時間とを比較し、実際の前記押圧部材の移動量又は移動時間が許容範囲を越えている場合に、その樹脂材を廃棄する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の樹脂材の射出成形方法。
3. 溶融した樹脂材を射出する際に、樹脂材の射出速度が一定になるように前記押圧部材の移動制御を行った後に、圧力が一定になるように前記押圧部材の移動制御を行い、その後に再び、樹脂材の射出速度が一定になるように前記押圧部材の移動制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の樹脂材の射出成形方法。
4. 前記金型内に設けられた加圧部材で前記樹脂溜まり内の樹脂を前記キャビティに向けて押圧する工程を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の樹脂材の射出成形方法。
5. 樹脂材として熱硬化性樹脂を使用することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の射出成形方法。
   
   

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