JPH08318533A - 樹脂成形用金型及び樹脂温度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明の樹脂温度計は、複数の熱電対の一部を
外部に露出させて一列に配設させたものである。 【効果】本発明の樹脂温度計によれば、キャビティに充
填されている溶融樹脂に対する挿脱が可能となり、射出
成形中にリアルタイムで、溶融樹脂の厚さ方向の温度を
正確かつ連続的に測定することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂成形中の金型内に
おける溶融樹脂の温度分布の時間変化を実測することの
できる樹脂成形用金型及び樹脂温度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、樹脂成形技術の発展により各分野
で樹脂部品が多用されている。とくに、樹脂を溶融させ
て、金型の中で成形するのが最も一般的な製造方法であ
る。ところで、最近では、樹脂の熱特性や粘度，物理的
特性，化学特性に基づいてコンピュータを用いた部品の
モデル化や部品の成形性の解析ができるようになってき
ている。この場合、コンピュータによるシミュレーショ
ン結果は、実際の樹脂成形データと比較照合する必要が
ある。たとえば、樹脂成形中の金型内における溶融樹脂
の温度分布の時間変化もその一つであり、これから金型
内における溶融樹脂の挙動を正確に把捉して、成形欠陥
のない信頼性の高い成形品の設計することができる。

【０００３】しかしながら、現状では、成形プロセスで
の溶融樹脂の正確な温度測定はすこぶる困難である。す
なわち、現状では、金型のキャビティやランナ近傍に熱
電対を埋設することにより、間接的にしかも限られた部
位のみの温度測定を行っているにすぎない。また、熱電
対を溶融樹脂に対して露出させた状態で温度測定を行う
場合は、溶融樹脂の直接温度測定は可能になるものの、
樹脂が固化すると、熱電対にこびりついて取り外しがで
きなくなる不具合をもっている。さらに、熱電対を用い
る温度測定では、熱電対のサイズが比較的大きいため、
薄肉部の厚み方向の温度分布を測定することができない
不具合を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
においては、成形プロセスでの溶融樹脂の正確な温度測
定はすこぶる困難である。すなわち、現状では、金型の
キャビティやランナ近傍に熱電対を埋設することによ
り、間接的にしかも限られた部位のみの温度測定を行っ
ているにすぎない。したがって、コンピュータによる成
形部品設計に不可欠な成形部品の厚み方向の温度分布を
実測することができない。このことは、コンピュータに
よる樹脂成形部品の信頼性向上の障害の一つとなってい
る。

【０００５】本発明は上記事情を勘案してなされたもの
で、樹脂成形中の金型内における溶融樹脂の温度分布の
時間変化を実測することのできる樹脂成形用金型及び樹
脂温度計を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
樹脂成形用金型は、接離自在に設けられ溶融樹脂が充填
されるキャビティを形成する一対の金型と、上記キャビ
ティの厚さ方向に出入自在に上記金型に設けられ上記溶
融樹脂の温度を長手方向に沿う複数点で測定する樹脂温
度計とを具備することを特徴とする。

【０００７】本発明の請求項２に係る樹脂成形用金型
は、請求項１において、樹脂温度計は、キャビティの厚
さ方向に挿脱する挿脱駆動部に取付けられていることを
特徴とする。

【０００８】本発明の請求項３に係る樹脂成形用金型
は、請求項２において、樹脂温度計にて出力された温度
検出信号は樹脂温度測定制御部に入力し、この樹脂温度
測定制御部にて、入力した温度検出信号に基づいて溶融
樹脂の厚さ方向の温度を求め、この求められた温度に基
づいて挿脱駆動部による上記樹脂温度計の挿脱を制御す
ることを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項４に係る樹脂温度計は、筒
状をなす筐体と、この筐体の軸方向に沿い且つ一部を外
部に露出させて設けられた複数の熱電対とを具備するこ
とを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項５に係る樹脂温度計は、請
求項４において、筐体内部には、複数の熱電対のそれぞ
れに対応して一対ずつ設けられた複数の印刷配線が形成
された印刷配線基板が設けられていることを特徴とす
る。

【００１１】本発明の請求項６に係る樹脂温度計は、請
求項５において、印刷配線基板に形成された複数の印刷
配線と複数の熱電対は、対応するもの同志が導線を介し
て電気的に接続されていることを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項７に係る樹脂温度計は、請
求項４において、筐体の側面には軸方向に沿う長穴状の
窓が設けられ、上記窓は絶縁部材により密封され、且
つ、熱電対は一部を外部に露出させた状態で上記絶縁部
材に埋設されていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明の請求項１乃至請求項３の樹脂成形用金
型によれば、適時にキャビティに挿脱自在な樹脂温度計
を設けたので、樹脂成形中にリアルタイムで、溶融樹脂
の厚さ方向の温度を正確かつ連続的に測定することが可
能となる。また、成形異常の検出を、成形品をわざわざ
取り出して外観検査しなくとも正確に検出し、この検出
結果に基づいてフィードバック制御することにより、成
形異常の発生を未然に防止することができるようにな
り、成形品質及び成形歩留りの向上に寄与することがで
きる。

【００１４】本発明の請求項４乃至請求項７の樹脂温度
計によれば、複数の熱電対の一部を外部に露出させて一
列に配設させたので、キャビティに充填されている溶融
樹脂に対する挿脱が可能となり、射出成形中にリアルタ
イムで、溶融樹脂の厚さ方向の温度を正確かつ連続的に
測定することが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
述する。図１乃至図５は、この実施例の樹脂成形用金型
を示している。この樹脂成形用金型は、２プレート構成
金型であって、射出成形機の型締機構の可動盤（図示せ
ず。）に着脱自在に装着される可動側金型部１と、型締
機構の固定盤（図示せず。）に装着される固定側金型部
２と、これら可動側金型部１及び固定側金型部２の温度
を射出成形時に昇温するチラー及び成形後にこれらを急
冷する水冷回路などからなる金型温度調節部（図示せ
ず。）と、可動側金型部１及び固定側金型部２により形
成されるキャビティ６に射出充填される溶融樹脂１７
（具体的には、例えば塩化ビニル樹脂，ポリスチレン，
アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂，アクリル樹
脂，ポリエチレン，ポリアミド，ポリプロピレン，ポリ
アミドポノカーボネート等）の温度を計測する樹脂温度
計測部３０とからなっている。

【００１６】しかして、可動側金型部１は、可動盤に取
付けられる取付板３と、この取付板３に固定された複数
のスペーサブロック４…と、これらスペーサブロック４
…上に固定された受板５と、この受板５に固定されキャ
ビティ６が形成された型板７と、取付板３と受板５との
間に配設された上下エジェクタプレート８，９と、これ
ら上下エジェクタプレート８，９に一端部を係止固定さ
れ且つ受板５及び型板７に摺動自在に嵌合されてキャビ
ティ６に対して突没するエジェクタピン１０とからなっ
ている。

【００１７】一方、固定側金型部２は、固定盤に装着さ
れる取付板１１と、この取付板１１に固定された型板１
２と、取付板１１及び型板１２を貫通して嵌着され一端
部がキャビティ６に連通するスプルーブッシュ１３と、
このスプルーブッシュ１３の他端部に鍔状に螺合された
ロケートリング１４とからなっている。そして、スプル
ーブッシュ１３には、ノズルＮＺが当接し、熱硬化性の
溶融樹脂１７をキャビティ６に射出・充填するように設
けられている。

【００１８】さらに、樹脂温度計測部３０は、受板５に
固定された挿脱駆動部３１と、この挿脱駆動部３１に固
定された測温部３０ａとからなっている。そして、挿脱
駆動部３１は、基体部３２と、この基体部３２に連結さ
れ且つ受板５に固定された例えばステンレス鋼などから
なるシリンダ部３３とからなっている。上記基体部３２
には、油圧回路３２ａが内設されているとともに、外部
の油圧源５０に接続されている。また、シリンダ部３３
は、直径がほぼ１ｍｍの円管状をなし、内部には、作動
油が充填されるようになっている。さらに、測温部３０
ａは、シリンダ部３３に嵌脱自在に設けられたピストン
（図示せず）と、このピストンに同軸に取付けられた円
管状の取付体３５と、この取付体３５に同軸に連結され
た円柱状の樹脂温度計ＴＰと、この樹脂温度計ＴＰにフ
レキシブル・コネクタ４０を介して接続された増幅器４
１と、この増幅器４１の出力側に接続されたアナログ・
ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２と、このＡ／Ｄ変換器
４２の出力側に接続され樹脂温度計ＴＰからの測温電流
ＩＴａ，ＩＴｂ，ＩＴｃ…に基づく温度データＤＴ…を
メモリ部ＭＴに一旦格納するとともにこのメモリ部ＭＴ
に格納されている温度データＤＴ…に基づいて溶融樹脂
１７の厚さ方向の温度分布及びその時間変化を算出しこ
の算出結果を射出成形制御部４３に出力し且つこの算出
結果に基づいて挿脱駆動部３１に制御信号ＣＡを印加す
る演算制御部ＡＬＴを有する樹脂温度測定制御部４４
と、この樹脂温度測定制御部４４にて算出された溶融樹
脂１７の温度分布及びその時間変化をグラフ表示する例
えばブラウン管やプリンタなどからなる樹脂温度表示部
４５とからなっている。

【００１９】しかして、樹脂温度計ＴＰは、全長が例え
ば５ｍｍ及び外径が例えば１ｍｍの円筒状をなすステン
レス鋼製の筐体３６と、この筐体３６の内部に遊挿され
た例えば幅０．６ｍｍ且つ厚さ０．１ｍｍの細長い板状
の印刷配線基板３７と、筐体３６の側部の軸方向に列設
されこの筐体３６の軸方向に沿う温度分布を実測する少
なくとも１８個の熱電対３８…と、印刷配線基板３７に
各熱電対３８…に対応して一対ずつ設けられた直線状を
なす印刷回路３９…（図４参照）と、この印刷回路３９
…の一端部と熱電対３８…とを電気的に接続する線径が
例えば０．０２ｍｍの導線３９…とからなっている。し
かして、上記印刷回路３９…の他端部は、フレキシブル
・コネクタ４０を介して、増幅器４１に電気的に接続さ
れている。また、筐体３６の一端部には鍔３６ａが形成
され、この鍔３６ａの内壁面にはめねじが螺刻され、か
つ、取付体３５の先端部にはおねじが螺刻されていて、
これらめねじ及びおねじを介して、筐体３６は取付体３
５に固定されている。さらに、筐体３６の先端は、鋭利
な円錐状に形成されている。また、この筐体３６の一側
部は、平面に欠切され、さらにこの平面の中央部分には
軸方向に細長い長穴状の窓３６ｂが設けられている。そ
して、この窓３６ｂには、例えばポリイミドなどの電気
的絶縁性を有する合成樹脂からなる熱電対支持体３６ｃ
が充填されているとともに、この熱電対支持体３６ｃに
は、前記熱電対３８…が一部を外部に露出させて、ほぼ
等間隔（例えば０．１５ｍｍ）で軸方向に埋設されてい
る。上記熱電対支持体３６ｃは、溶融樹脂１７が筐体３
６内部に侵入しないように密封する役割を担っている。
これらの熱電対３８…は、熱起電力を利用して測温する
ものであって、樹脂温度に対応して発生した熱起電力に
より測温電流ＩＴａ，ＩＴｂ，ＩＴｃ…を生じる。ま
た、熱電対３８…の具体的材質としては、例えばＰｔ−
３０％Ｒｈ合金，Ｐｔ−６％Ｒｈ合金，Ｐｔ−１３％Ｒ
ｈ合金，Ｐｔ−１０％Ｒｈ合金，Ｃｕ−Ｎｉ合金等が好
ましい。また、筐体３６の内部上下端部には、エポキシ
樹脂製の基板支持体６２，６２が配設されている。な
お、可動側金型部１の受板５と型板７並びに固定側金型
部２の型板１２には、それぞれ、測温部３０ａが摺動自
在に挿脱する案内孔３１ａ，３１ｂが設けられている
（図６参照）。また、案内孔３１ａの受板５部分の基体
部３２側は、大径部となっていて、筐体３６の鍔３６ａ
が摺動自在となっている。

【００２０】さらに、油圧回路３２ａは、樹脂温度測定
制御部４４による制御信号ＣＡに基づいて、油圧源５０
から供給された作動油の圧力及び流動方向を制御してシ
リンダ部３３に摺動自在に嵌合しているピストンの運動
（方向及び移動量）を制御するように設けられている。

【００２１】つぎに、上記実施例の樹脂成形用金型の作
動について述べる。まず、射出成形制御部４３の指令に
基づいて、型締機構を起動して、可動側金型部１を固定
側金型部２に対して押し付け、型締めを行う。つぎに、
樹脂温度測定制御部４４から制御信号ＣＡを油圧回路３
２ａに印加することにより、ピストンとともに樹脂温度
計を矢印Ｒ１方向に前進させる（図６参照）。すると、
樹脂温度計ＴＰは、案内孔３１ａ内を摺動して、先端が
案内孔３１ｂに挿入した段階で停止する。その結果、熱
電対支持体３６ｃは、キャビティ６を完全に貫通し、こ
のキャビティ６に充填された溶融樹脂１７の厚さ方向の
温度分布を、熱電対支持体３６ｃにより支持された熱電
対３８…により測定可能な状態となる。つぎに、射出成
形制御部４３からの指令に基づいて、ノズルＮＺから溶
融樹脂１７を、スプルーブッシュ１３を介してキャビテ
ィ６に射出充填する。その結果、樹脂温度計ＴＰは、溶
融樹脂１７に浸漬された状態となる。これにより、熱電
対３８…からは、接触している溶融樹脂１７の温度に応
じた大きさの測温電流ＩＴａ，ＩＴｂ，ＩＴｃ…が発生
する。しかして、これら測温電流ＩＴａ，ＩＴｂ，ＩＴ
ｃ…は、増幅器４１にて増幅され、さらにアナログ・デ
ィジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２にてディジタル信号に変
換された後、樹脂温度測定制御部４４に入力する。そし
て、この樹脂温度測定制御部４４にては、熱電対３８…
からの測温電流ＩＴａ，ＩＴｂ，ＩＴｃ…に基づく温度
データＤＴ…をメモリ部ＭＴに一旦格納するとともに、
演算制御部ＡＬＴにては、温度データＤＴ…に基づいて
溶融樹脂１７の温度分布（図７参照）及びその時間変化
（図８参照）を算出する。しかして、これら、溶融樹脂
１７の厚さ方向の温度分布及びその時間変化は、樹脂温
度表示部４５にて表示される。また、樹脂温度測定制御
部４４にては、図７に示すように、算出した溶融樹脂１
７の温度分布ＴＲが予め設定した基準温度分布ＴＳ以下
になったときは、溶融樹脂１７が冷却によりゲル化し粘
度が上昇したと判断し、樹脂温度測定制御部４４から制
御信号ＣＡを油圧回路３２ａに印加することにより、ピ
ストンとともに樹脂温度計を矢印Ｒ２方向に前進させ
る。すると、樹脂温度計ＴＰは、案内孔３１ａ内を摺動
後退して、先端が案内孔３１ｂから完全に離脱した元の
位置で停止する（図６参照）。かくして、キャビティ６
内に充填されている溶融樹脂１７は、金型温度調節部に
より強制冷却され固化すると、射出成形制御部４３は、
型締機構に指令信号を印加し、可動側金型部１を固定側
金型部２に対して後退させ、型開きする。しかして、キ
ャビティ６内の射出成形品ＰＩＭは、上下エジェクタプ
レート８，９を駆動することにより、エジェクタピン１
０によりキャビティ６から突き出し、回収する。さら
に、射出成形制御部４３にては、樹脂温度測定制御部４
４から出力された溶融樹脂１７の温度分布及びその時間
変化のデータに基づいて、フィードバック制御を行い、
例えば射出圧力，金型温度，保圧（冷却）時間，射出速
度，スクリュー回転数，背圧，樹脂温度等の成形条件を
調整する。

【００２２】以上にように、この実施例の樹脂成形用金
型は、適時にキャビティ６に挿脱自在な樹脂温度計ＴＰ
を設けたので、射出成形中にリアルタイムで、溶融樹脂
１７の厚さ方向の温度を正確かつ連続的に測定すること
が可能となる。また、成形異常の検出を、射出成形品Ｐ
ＩＭをわざわざ取り出して外観検査しなくとも正確に検
出し、この検出結果に基づいてフィードバック制御する
ことにより、成形異常の発生を未然に防止することがで
きるようになり、成形品質及び成形歩留りの向上に寄与
することができる。さらに、樹脂温度測定制御部４４に
格納された樹脂温度データＤＴ及びこれから演算された
各種データは、そのままデータベースとして利用するこ
とができる。

【００２３】また、この実施例の樹脂温度計ＴＰは、例
えば外径１ｍｍ程度の筐体３６に熱電対３８…を一部を
外部に露出させて一列に配設させてなるもので、キャビ
ティ６に充填されている溶融樹脂１７に対する挿脱が可
能となり、射出成形中にリアルタイムで、溶融樹脂１７
の厚さ方向の温度を正確かつ連続的に測定することが可
能となる。

【００２４】なお、上記実施例は、射出成形用金型にお
ける樹脂温度計ＴＰの適用例を示しているが、これに限
定されることはない。すなわち、トランスファ成形用金
型のキャビティに樹脂温度計を挿脱させるようにして、
溶融樹脂の厚み方向の温度分布を測定するようにしても
よい。

【００２５】さらにまた、注型成形用金型のキャビティ
に樹脂温度計を挿脱させるようにして、溶融樹脂の厚み
方向の温度分布を測定するようにしてもよい。さらに、
図９に示すように、熱電対７１…の配列を千鳥状に配列
することにより、温度測定間隔を狭めることが可能とな
る。

【００２６】また、上記実施例においては、可動側金型
部１に樹脂温度計ＴＰを取付けているが、固定側金型部
２に樹脂温度計ＴＰを取付けてもよい。さらに、樹脂温
度計ＴＰを一本でなく、複数本設け、キャビティ６内の
複数箇所で、溶融樹脂１７の厚み方向の温度分布を測定
するようにしてもよい。

【００２７】さらにまた、樹脂温度計ＴＰの筐体３６の
横断面形状は、円形に限ることなく、三角形，四角形あ
るいは多角形状でもよい。同様に、樹脂温度計ＴＰの筐
体３６の先端形状は、円錐形でなく、平坦面としてもよ
い。こうすることにより、射出成形品ＰＩＭに、残存す
る樹脂温度計ＴＰの痕跡が、無視できる程度に小さくす
ることができる効果を奏することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の請求項１乃至請求項３の樹脂成
形用金型によれば、適時にキャビティに挿脱自在な樹脂
温度計を設けたので、樹脂成形中にリアルタイムで、溶
融樹脂の厚さ方向の温度を正確かつ連続的に測定するこ
とが可能となる。また、成形異常の検出を、成形品をわ
ざわざ取り出して外観検査しなくとも正確に検出し、こ
の検出結果に基づいてフィードバック制御することによ
り、成形異常の発生を未然に防止することができるよう
になり、成形品質及び成形歩留りの向上に寄与すること
ができる。

【００２９】本発明の請求項４乃至請求項７の樹脂温度
計によれば、複数の熱電対の一部を外部に露出させて一
列に配設させたので、キャビティに充填されている溶融
樹脂に対する挿脱が可能となり、射出成形中にリアルタ
イムで、溶融樹脂の厚さ方向の温度を正確かつ連続的に
測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の樹脂成形用金型の全体構成
図である。

【図２】本発明の一実施例の樹脂温度計の要部断面構成
図である。

【図３】本発明の一実施例の樹脂温度計の正面図であ
る。

【図４】本発明の一実施例の樹脂温度計の要部拡大説明
図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線→断面図である。

【図６】本発明の一実施例の樹脂成形用金型の作動説明
図である。

【図７】本発明の一実施例の樹脂成形用金型の作動を説
明する樹脂温度とキャビティ位置との関係を示すグラフ
である。

【図８】本発明の一実施例の樹脂成形用金型の作動を説
明する樹脂温度と冷却時間との関係を示すグラフであ
る。

【図９】本発明の樹脂温度計の変形例を示す要部拡大説
明図である。

【符号の説明】

ＴＰ：樹脂温度計，１：可動側金型部，２：固定側金型
部，６：キャビティ，１７：溶融樹脂，３０：樹脂温度
計測部，３１：挿脱駆動部，３６：筐体，３６ｃ：熱電
対支持体，３７：印刷配線基板，３８：熱電対，３９：
印刷回路，４４：樹脂温度測定制御部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接離自在に設けられ溶融樹脂が充填される
   キャビティを形成する一対の金型と、上記キャビティの
   厚さ方向に出入自在に上記金型に設けられ上記溶融樹脂
   の温度を長手方向に沿う複数点で測定する樹脂温度計と
   を具備することを特徴とする樹脂成形用金型。
2. 【請求項２】樹脂温度計は、キャビティの厚さ方向に挿
   脱する挿脱駆動部に取付けられていることを特徴とする
   請求項１記載の樹脂成形用金型。
3. 【請求項３】樹脂温度計にて出力された温度検出信号は
   樹脂温度測定制御部に入力し、この樹脂温度測定制御部
   にて、入力した温度検出信号に基づいて溶融樹脂の厚さ
   方向の温度を求め、この求められた温度に基づいて挿脱
   駆動部による上記樹脂温度計の挿脱を制御することを特
   徴とする請求項２記載の樹脂成形用金型。
4. 【請求項４】筒状をなす筐体と、この筐体の軸方向に沿
   い且つ一部を外部に露出させて設けられた複数の熱電対
   とを具備することを特徴とする樹脂温度計。
5. 【請求項５】筐体内部には、複数の熱電対のそれぞれに
   対応して一対ずつ設けられた複数の印刷配線が形成され
   た印刷配線基板が設けられていることを特徴とする請求
   項４記載の樹脂温度計。
6. 【請求項６】印刷配線基板に形成された複数の印刷配線
   と複数の熱電対は、対応するもの同志が導線を介して電
   気的に接続されていることを特徴とする請求項５記載の
   樹脂温度計。
7. 【請求項７】筐体の側面には軸方向に沿う長穴状の窓が
   設けられ、上記窓は絶縁部材により密封され、且つ、熱
   電対は一部を外部に露出させた状態で上記絶縁部材に埋
   設されていることを特徴とする請求項４記載の樹脂温度
   計。