JP5581741B2 - 複数の金型を使用する樹脂成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機を金型搬送ライン内に設置して、複数の金型を各ステーション（例えば、射出成形工程、冷却工程、成形品取出し工程）に順次移送して樹脂成形品を成形する樹脂成形方法に関する。

樹脂の射出成形においては、射出成形機より射出された樹脂の冷却硬化をその場で行って硬化した樹脂を取り出し、次の樹脂を射出するという工程をとると、射出成形機は樹脂が硬化するまで次の樹脂の射出に用いることができないため、製造効率が悪いという問題点が生じる。そのため、複数の金型を用意し、射出成形機により樹脂が射出された金型を別の場所へ移動してそこで冷却し、一方射出成形機では直ちに次の金型に樹脂を射出するという成形システムが提案されている（例えば特許文献１、２、３）。

特開平５−１４７０７６号公報 特開平５−２６９７８２号公報 特開２００７−２１６４１３号公報

しかし、この成形システムにおいては、以下のような問題点があった。すなわち、射出成形の起動時には、射出成形機の射出シリンダやホットランナ内の樹脂を排出するパージ作業が必要であり、このパージ作業直後は、射出成形機の射出シリンダやホットランナ内の樹脂の密度と温度が均一になりにくいいため、パージ作業直後に射出成形した成形品は不良品となり易い。このため、パージ作業直後に射出成形した成形品は通常、廃却しなければならなかった（いわゆる「捨て射ち」）。

また、射出成形機が金型搬送ライン内に設置されてインサートを使用した成形をする場合、インサートの準備（供給）工程や、インサートを金型に組付ける工程などの工程が通常の成形工程にさらに追加され、これらの工程で不具合が発生すると工程の一時停止の必要が起き、一つの金型における樹脂成形のサイクルタイム（以下、単に「サイクルタイム」と言う）が一定になりにくい現象がある。サイクルタイムが一定でない場合、樹脂滞留熱劣化や、ホットランナ内樹脂の温度変化、金型温度変化が発生し、成形品品質のバラツキが発生しやすくなる。

一つの金型を射出成形機に取り付けた状態で複数ショットの成形を実行する従来の成形方法ではサイクルタイムが２０〜３０秒であった。これに対し、本発明の成形方法は複数の金型を搬送する方法にすることで、サイクルタイムが５〜６秒になった。サイクルタイムが短縮したため、サイクルタイム変動幅が僅かでも、その影響は大きくなる。例えば、サイクルタイム変動幅が１秒のとき、サイクルタイム２０秒では変動幅５％、サイクルタイム５秒では変動幅２０％となる。本発明の成形方法では、サイクルタイム変動の影響がより顕著にあらわれる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、射出成形機を金型搬送ライン内に設置して複数の金型を各ステーションに順次移送して樹脂成形品を成形する樹脂成形方法において、各金型において成形品の品質が安定した射出成形を可能にし、パージ作業直後の捨て射ちの無い成形を可能にする樹脂成形方法を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の樹脂成形方法を提供する。
請求項１に記載の樹脂成形方法は、
射出成形機を金型搬送ライン内に設置して、複数の金型を各ステーションに順次移送して樹脂成形品を成形する樹脂成形方法であり、
前記射出成形機のパージを実行後に最初の金型を前記射出成形機に取付けて第１の射出成形を実行し、第１の射出成形後に最初の金型を取外し、次に、第２の金型を前記射出成形機に取付けて第２の射出成形を実行し、第２の射出成形後に第２の金型を取外し、以下引き続いて別な金型を前記射出成形機に取付けて射出成形を実行した後に取外す同様な工程を複数回繰り返す樹脂成形方法において、
第Ｎ番目の射出成形を開始するときの射出成形条件を第Ｎの射出成形条件とし、第Ｎ番目の射出成形開始時刻から第（Ｎ＋１）番目の射出成形開始時刻までの経過時間を第Ｎの経過時間とするとき、
射出成形条件がマップとして、前記射出成形機を制御する制御装置に記憶されており、前記マップは、第１の射出成形条件を予め設定された射出成形条件とし、第１を含まない第Ｎの射出成形条件を、第（Ｎ−１）の経過時間に基づいた射出成形条件とするデータマップであり、
射出成形は、前記マップに基づいて実行されることにより、第１の射出成形を実行する場合は、第１の射出成形条件で実行し、第１を含まない第Ｎ番目の射出成形の場合は、第（Ｎ−１）の経過時間に基づいた射出成形条件で実行することを特徴とする。

射出成形条件は、直前の射出成形開始時刻からの経過時間に対して、射出成形品の品質（例えばボイドの無いこと）を確保するための最適な条件が存在する。この射出成形条件は、例えば射出成形機における保圧圧力又は保圧切換位置等である。そして、本発明の樹脂成形方法は、射出成形機に取付けられた各金型において、測定された前記経過時間に基づいた射出成形条件により射出成形をする。これにより、射出成形機を金型搬送ライン内に設置して、複数の金型を各工程に順次移送して樹脂成形品を成形する樹脂成形方法において、射出成形品の品質を確保することが可能となる。

請求項２に記載の樹脂成形方法は、射出成形工程時に金型キャビティ内の樹脂圧力を計測し成形品の品質を判定することを特徴とする。
これにより、不良品を廃棄して良品のみを次の製造工程へ送ることが可能となる。

請求項３に記載の樹脂成形方法は、前記射出成形条件は、射出成形機における保圧圧力又は保圧切換位置であることを特徴とする。射出成形条件を具体的に列挙したものである。

請求項４に記載の樹脂成形方法は、前記射出成形はインサートを使用する射出成形であることを特徴とする。樹脂成形方法の種類を例示したものである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る方法の第１実施形態に用いる成形システムの全体構成を説明する概念図である。 本発明方法の第１実施形態に用いる射出成形システムの制御ブロック図である。 本発明方法の第１実施形態に用いる射出成形条件のマップである。 本発明方法の第１実施形態の射出成形機を中心とした工程の流れを説明する図である。 本発明の実施形態に用いる射出成形工程時に金型キャビティ内の樹脂圧力を計測するセンサーを説明する図である。 本発明の実施形態に用いる射出成形工程時に金型キャビティ内の樹脂圧力を計測する別の形式のセンサーを説明する図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の樹脂成形方法を用いる金型搬送式成形システムの全体構成を説明する概念図である。例えば、図１に示すように２列に配置された１０個のステーションＳ１〜Ｓ１０が設けられていて、各ステーションＳ１〜Ｓ１０間を金型Ｍが移動することで、樹脂成形が行われる。即ち、ステーションＳ１で金型Ｍ内のキャビティにインサート部品が投入され、金型Ｍが閉じられる。次に、この閉じられた金型Ｍは、ステーションＳ２に移送され、ここで型締め機構によって、金型Ｍの型締め（クランプ）が行われた後に、金型Ｍは射出成形機に接続され、キャビティ内への溶融樹脂の充填が行われる。このようにして、ステーションＳ２では、金型Ｍの型締め及び射出成形機による溶融樹脂の射出が行われる。

溶融樹脂の射出・充填が行われた金型Ｍは、次のステーションＳ３及びＳ４に送られ、ここで充填樹脂の冷却が行われる。次いで、ステーションＳ５では、型締め機構による金型Ｍの型締めの解除（アンクランプ）が行われ、ステーションＳ６では、金型Ｍの型開きが行われる。更に、エジェクタ機構によりエジェクタピンで成形品を型から突き出す。ステーションＳ７では、型からの成形品の取り出しが行われる。成形品が取り出された金型Ｍは、ステーションＳ８〜Ｓ１０を搬送され、当初のステーションＳ１に戻される。このような閉サイクルが繰り返されて成形が行われる。なお、金型Ｍは、例えばレールによって各ステーション間を移動する。

図２は、本発明方法の第１実施形態に用いる射出成形システムの制御ブロック図である。制御装置１１は、金型搬送路Ｈの搬送手段、型締めステーションＳ１の型締め装置、射出ステーションＳ２の射出成形機Ｙ、型開きステーション６の型開き装置及びエジェクタ機構等を制御する。この制御装置１１には操作盤１９が接続されている。制御装置１１はカウンタを備えている。後に詳述するが、パージ直後の最初の射出成形を第１番目の射出成形としたときの第Ｎ番目の射出成形開始時刻から第（Ｎ＋１）番目の射出成形開始時刻までの経過時間（以下、「直前サイクルタイム」と言う）を第Ｎの経過時間（例えば第１の射出成形開始時刻から第２の射出成形開始時刻までの経過時間である第１の経過時間）とするとき、全ての第Ｎの経過時間を、カウンタがサイクル毎にリセットをしながら計測している。

又、制御装置１１は、射出成形条件を記憶する記憶装置２３を備えており、本発明方法を実施する前の初期化の段階において、作業者が操作盤１９を操作して、射出成形条件を記憶装置２３に予め記憶させるようになっている。そして、第Ｎ番目の射出成形を開始するときの射出成形条件を第Ｎの射出成形条件とするとき、射出成形条件はマップ（図３参照）になっている。このマップは、図３に示すように、第１の射出成形条件を予め設定された射出成形条件とし、第１を含まない第Ｎの射出成形条件を、直前サイクルタイムに基づいた射出成形条件（以下、「直前サイクルタイム等に基づいた射出成形条件」と言う）とするデータマップである。そして、制御装置１１は、このマップに基づいて射出成形条件を選択し、その射出成形条件に基づき射出ステーションＳ２の射出成形機Ｙを制御して各金型に応じた射出成形を行うようになっている。

以上の工程を、更に詳述する。図２に示すように、制御装置１１は、記憶装置２３から射出成形機に取付けられた金型Ｍ１の射出成形条件を選択し、選択した射出成形条件に基づき図２に示すようにポンプ２５の油圧制御弁２５ａに流量・圧力制御信号を送って射出成形機Ｙのスクリュー用モータ２７の回転速度等を調整しながらスクリュー２９を後退させて、ノズル３１内に、金型Ｍ１の充填に必要なの樹脂材料３３を計量しながら充填する。

そして、スクリュー２９の回転を停止して計量が終了したら、ノズルタッチ圧抜きの後、ノズル３１を若干下降させてノズル３１先端の注入口を金型Ｍ１の注入孔に圧接し、ノズルタッチ圧力を上昇させる。

そして、制御装置１１は、射出成形条件に基づきポンプ２５の油圧制御弁２５ａを制御しながら、シリンダ３５を下降させて、マップより選択した速度制御から圧力制御への切換位置（保圧切換位置）に基づきながらスクリュー２９を前進させながら速度制御から圧力制御（保圧）へ切換えて、金型Ｍ１内に樹脂材料３３を射出注入する。保圧時はマップより選択した保圧圧力により保圧される。その後、金型Ｍ１は射出成形機Ｙから取外されて、次の充填樹脂の冷却ステーションＳ３に移動することとなる。

以下同様に、各金型Ｍは、射出ステーションＳ２において射出成形機Ｙにより、直前サイクルタイム等に基づいた射出成形条件により、そのキャビティ内に樹脂を射出充填される。そして、ステーションＳ１で金型Ｍ内のキャビティにインサート部品が投入され、金型Ｍが閉じられる工程から、金型Ｍからの成形品の取り出しが行われ、成形品が取り出された金型Ｍが、ステーションＳ８〜Ｓ１０を搬送され、当初のステーションＳ１に戻されるまでの工程を、成形品供給の１サイクルとして順次繰り返されていくこととなる。

図３は本発明方法の第１実施形態に用いる射出成形条件のマップである。図３に示すように、直前サイクルタイム等に対する射出成形条件（保圧圧力、保圧切換位置、他）がデータマップになっている。保圧圧力とは、樹脂材料の金型キャビティ内への注入が終了したとき、スクリューが金型キャビティ内の樹脂材料に掛ける圧力を言う。金型キャビティ内の樹脂材料を保圧することにより、溶融樹脂材料内部の小さい空洞がつぶされて樹脂成形品の品質が確保される。保圧切換位置とは、スクリューを前進させ金型内に樹脂材料を射出注入している操作中に、スクリュー前進移動を速度制御から圧力制御へ切換える位置を言う。加工スピードの点からスクリューを最初は速度制御し、途中からは溶融樹脂の材料内部品質の確保の点から圧力制御することが望ましいため、このような制御を実行する。特に注目したい点は、条件番号１のパージ直後の保圧圧力を５８ＭＰａにすることである。このような高い圧力に設定することにより、パージ直後の不安定な溶融樹脂の状態を安定化することができる。

図４は射出成形機Ｙを中心とした本発明方法の第１実施形態の工程の流れを説明する図である。ステップ１（ＳＴ１）では、射出ステーションＳ２の射出成形機Ｙにおいて、ノズル３１とスクリュー２９の間に存在する樹脂材料をパージする。いわば前回の成形作業の残りかすである樹脂材料を掃除するのが、このパージ工程である。ステップ２（ＳＴ２）では、最初の金型が射出成形機Ｙに取付けられる。ステップ３（ＳＴ３）では、最初の金型内のキャビティへ溶融樹脂を射出充填する第１射出成形が実行される。第１射出成形はパージ直後の射出成形であるので、マップ（図３参照）の条件番号１の射出成形条件（保圧圧力５８ＭＰａ、保圧切換位置１０ｍｍ）が選択されて、この条件により第１射出成形が実行される。第１射出成形が終了すると、ステップ４（ＳＴ４）では、第１金型が射出成形機Ｙから取り外されステーションＳ３へ搬送される。ステップ５（ＳＴ５）では、第２金型が射出成形機Ｙに取り付けられる。

ステップ６（ＳＴ６）では、第２射出成形が実行される。このとき、制御装置１１のタイマーが第１射出成形の開始時刻から第２射出成形の開始時刻までの直前サイクルタイムｔ１をカウントしている。タイマーは、ｔ１を５秒とカウントしており、ｔ１をカウント後にタイマーはリセットされる。そこで、制御装置１１は、記憶装置２３からマップの条件番号２の射出成形条件（保圧圧力５３ＭＰａ、保圧切換位置１０．０５ｍｍ）を選択し、射出成形機Ｙに第２射出成形を実行させる。第２射出成形が終了すると、ステップ７（ＳＴ７）では、第２金型が射出成形機Ｙから取り外されステーションＳ３へ搬送される。ステップ８（ＳＴ８）では、ステーションＳ１でインサートの第３金型への装着に問題が起きたため一時的に工程を停止している。このような一時的な工程停止は通常の工程ではなく、言わば異常事態時の工程である。ステップ９（ＳＴ９）では、インサートの装着が無事完了した第３金型が射出成形機Ｙへ取り付けられる。

一方、タイマーは、第２射出成形開始時刻にリセットされており、第２射出成形開始時刻から第３射出成形開始時刻までの直前サイクルタイムｔ２をカウントしている。タイマーは、ｔ２を４１秒とカウントしており、ｔ２をカウント後にタイマーはリセットされる。そこで、ステップ１０（ＳＴ１０）では、制御装置１１は、記憶装置２３からマップの条件番号４の射出成形条件（保圧圧力５５ＭＰａ、保圧切換位置１０．００ｍｍ）を選択し、射出成形機Ｙに第３射出成形を実行させる。第３射出成形が終了すると、ステップ１１（ＳＴ１１）では、第３金型が射出成形機Ｙから取り外されステーションＳ３へ搬送される。

以下、同様な射出成形サイクルが繰り返される。

（他の実施形態）
本発明の樹脂成形方法は、射出成形工程時に金型キャビティ内の樹脂圧力を計測し成形品の品質を判定する工程をさらに備えることもできる。金型キャビティ内の樹脂圧力を計測する方法を図５及び図６を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態に用いる射出成形工程時に金型キャビティ内の樹脂圧力を計測するセンサーを説明する図である。

金型Ｍは上型１と、下型２と、キャビティ５と、受圧ピン６を備え、支持台４の上に配置される。上板３は、圧力センサー７（例えばロードセル）を備え、所定の間隙を設けて金型Ｍの真上に配置される。この状態で上板３を図５の矢印方向に移動させ、溶融樹脂をキャビティ５に充填する。キャビティ５に溶融樹脂が充填されると、樹脂圧力によって受圧ピンが上昇し，圧力センサー７の下端と受圧ピン６の上端とが当接し、キャビティ５内の溶融した樹脂の圧力を計測することができる。

図６は、本発明の実施形態に用いる射出成形工程時に金型キャビティ内の樹脂圧力を計測する別の形式のセンサーを説明する図である。同一の機能を持つ部材は同一の番号を付してその説明を省略する。図６の実施形態では、金型Ｍの下に開口部４ａを持つ支持台４が配置され、金型Ｍの真下には、圧力センサー７を内蔵した下板が配置されている。この状態で下板８を図６の矢印方向に移動させると、圧力センサー７の上端７ａと受圧ピン６の下端６ａとが当接して、さらに上型１の上面１ａと上板３の下面３ａが当接する。この状態で、キャビティ５内に溶融樹脂を充填すると、溶融樹脂圧力によって受圧ピンがおしさげられ、圧力センサーをおすことでキャビティ５内の溶融した樹脂材料の圧力を計測することができる。

以上のように、射出成形機を金型搬送ライン内に設置して複数の金型を各ステーションに順次移送して樹脂成形品を成形する樹脂成形方法において、各金型において成形品の品質が安定した射出成形を可能にし、パージ作業直後の捨て射ちの無い成形を可能にする樹脂成形方法を提供することが可能となる。

Ｓ ステーション
Ｍ 金型
Ｙ 射出成形機

Claims (4)

1. 射出成形機を金型搬送ライン内に設置して、複数の金型を各ステーションに順次移送して樹脂成形品を成形する樹脂成形方法であり、
   前記射出成形機のパージを実行後に最初の金型を前記射出成形機に取付けて第１の射出成形を実行し、第１の射出成形後に最初の金型を取外し、次に、第２の金型を前記射出成形機に取付けて第２の射出成形を実行し、第２の射出成形後に第２の金型を取外し、以下引き続いて別な金型を前記射出成形機に取付けて射出成形を実行した後に取外す同様な工程を複数回繰り返す樹脂成形方法において、
   第Ｎ番目の射出成形を開始するときの射出成形条件を第Ｎの射出成形条件とし、第Ｎ番目の射出成形開始時刻から第（Ｎ＋１）番目の射出成形開始時刻までの経過時間を第Ｎの経過時間とするとき、
   射出成形条件がマップとして、前記射出成形機を制御する制御装置に記憶されており、前記マップは、第１の射出成形条件を予め設定された射出成形条件とし、第１を含まない第Ｎの射出成形条件を、第（Ｎ−１）の経過時間に基づいた射出成形条件とするデータマップであり、
   射出成形は、前記マップに基づいて実行されることにより、第１の射出成形を実行する場合は、第１の射出成形条件で実行し、第１を含まない第Ｎ番目の射出成形の場合は、第（Ｎ−１）の経過時間に基づいた射出成形条件で実行することを特徴とする樹脂成形方法。
2. 射出成形工程時に金型キャビティ内の樹脂圧力を計測し成形品の品質を判定することを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形方法。
3. 前記射出成形条件は、射出成形機における保圧圧力又は保圧切換位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形方法。
4. 前記射出成形はインサートを使用する射出成形であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の樹脂成形方法。

Images