(57)【要約】【課題】  金型温度に基づいて溶融樹脂の射出開始タイミングを制御することにより、ひけや残留応力，変形のない高い形状精度の成形品を量産することが可能な射出成形装置の提供を目的とする。【解決手段】  金型のキャビティＣ近傍の温度を検出する温度検出手段７１と、該温度検出手段７１の検出結果に基づいて、該金型温度が予め設定した目標温度となったときに信号を出力する制御手段７２と、該制御手段７２からの信号に基づいて、キャビティＣへの溶融樹脂の射出を開始する射出手段８とを備えた構成としてある。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック製品を射出成形するサイクルにおいて、型閉めした金型のキャビティ又はその近傍の温度を検出し、該金型温度が予め設定した目標温度となったときに、前記キャビティへの溶融樹脂の射出を開始することを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
前記金型のキャビティ又はその近傍の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、該金型温度が予め設定した目標温度となったときに信号を出力する制御手段と、該制御手段からの信号に基づいて、前記キャビティへの溶融樹脂の射出を開始する射出手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の射出成形装置。
【請求項３】
プラスチック製品を射出成形するサイクルにおいて、型閉めした金型の二以上のキャビティ又はその近傍の温度を検出し、各金型温度が予め設定した目標温度となり、且つ各金型温度の差が予め設定した所定温度差内となったときに、各キャビティへの溶融樹脂の射出を開始することを特徴とする射出成形装置。
【請求項４】
前記金型の各キャビティ又はその近傍の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、各金型温度が予め設定した目標温度となり、且つ各金型温度の差が予め設定した所定温度差内となったときに信号を出力する制御手段と、該制御手段からの信号に基づいて、各キャビティへの溶融樹脂の射出を開始する射出手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載の射出成形装置。
【請求項５】
前記制御手段が、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記金型温度が予め設定した目標温度に達しないときに信号を出力するとともに、該制御手段からの信号に基づいて、前記金型の温度調整を行う温調手段を備えたことを特徴とする請求項２又は４記載の射出成形装置。
【請求項６】
プラスチック製品を射出成形するサイクルにおいて、型閉めした金型のキャビティ又はその近傍の温度を検出し、該金型温度が予め設定した目標温度となったときに、前記キャビティへの溶融樹脂の射出を開始することを特徴とする射出成形方法。
【請求項７】
プラスチック製品を射出成形するサイクルにおいて、型閉めした金型の二以上のキャビティ又はその近傍の温度を検出し、各金型温度が予め設定した目標温度となり、且つ各金型温度の差が予め設定した所定温度差内となったときに、各キャビティへの溶融樹脂の射出を開始することを特徴とする射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック製品の射出成形装置に関し、特に、極めて高い精度が要求されるプラスチック製品の製造に好適な射出成形装置及び射出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラスチック製品を射出成形により量産する場合には、型閉め工程→溶融樹脂の射出充填工程→金型及び成形品の冷却工程→型開き工程→成形品の離型工程→型閉め工程→溶融樹脂の射出充填工程…といったサイクルを繰り返し行っている。
【０００３】
ここで、図５は一般的な射出成形サイクルにおける金型の時間と温度の関係を示すグラフである。同図に示すように、１サイクル中における金型温度は、成形開始の時点にあたる型閉め開始ｔ1の温度ＴMIN（℃）が最も低くなり、その後、金型キャビティ内に溶融樹脂を射出し（ｔ2）、充填完了ｔ3の温度ＴMAX（℃）が最も高くなる。そして、充填完了後は、金型のキャビティ壁面への熱伝導により溶融樹脂が冷却固化される。
【０００４】
このようにプラスチック製品の射出成形は、高温の溶融樹脂を金型のキャビティ壁面への熱伝導により冷却固化させるものであるから、成形時における金型及び溶融樹脂の温度が、最終的な成形品の形状精度と密接に関連している。例えば、溶融樹脂が急激に冷却されたならば、不均一な冷却により成形品内部に歪みが残り、複屈折，ひけ又は変形を生じてしまう。溶融樹脂の冷却速度は、該溶融樹脂とキャビティ壁面の温度差により決まるものであるから、該溶融樹脂と金型の温度を高精度に制御する必要があり、従来から金型温度を考慮した種々の射出成形装置又は射出成形方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特開平６−２５４９２９号では、離型時のノックアウトによる成形品の変形を防止するため、金型温度をサーミスタ温度センサにより測定し、該金型温度に基づいて成形品に必要な冷却時間を算出し、該冷却時間を経過したときに前記金型を型開きする構成の射出成形機が提案されている。このような構成によれば、型開き開始時に成形品を熱変形温度以下に冷却することができ、ノックアウトによる成形品の変形を防止することができる。
【特許文献１】特開平６−２５４９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、図６は図５におけるＡ部を拡大したグラフである。同図において、型開き開始ｔ4後は、金型のパーティング面が雰囲気温度や気体流動の影響を受けるので、型開き状態にあるｔ4〜ｔ1の間で５〜１５（℃）、ｔ1〜ｔ2の間で１〜１０（℃）のばらつきがあり、サイクル最低温度であるＴMIN（℃）が図中Ｌ1の範囲でばらつきを生じてしまう。これに連鎖して、射出開始ｔ2の温度Ｔ2（℃）が２〜１０（℃）のばらつきを生じ（図中Ｌ2参照）、結局、成形最高温度であるＴMAX（℃）が図中Ｌ3の範囲でばらついてしまうのが現実である。
【０００７】
特に、型開き開始ｔ4後に、金型のパーティング面に接した外気が急激に熱せられて膨張し、該金型の下方から上方へ向かう上昇気流が発生するが、該上昇気流による金型温度の不均一な低下は、影響が大きく無視することはできない。
【０００８】
しかし、上述した従来の射出成形機では、型開き開始時ｔ4における金型温度Ｔ4のみを考慮し、型開き後の金型温度ＴMIN（℃），Ｔ2（℃）及びＴMAX（℃）等を全く考慮しない構成となっていた。このため、型開き開始ｔ4後の型閉め開始ｔ1と射出開始ｔ2のタイミングを単なる時間制御により決定していた。すなわち、型開き開始ｔ4後は金型温度を一切考慮することなく、該型開き開始ｔ4からの時間をカウンタ等により測定し、所定時間が経過した後に型閉め開始ｔ1又は射出開始ｔ2を実行するにすぎなかった。
【０００９】
このため、上述した従来の射出成形機では、型開き開始ｔ4〜射出開始ｔ2までの間に金型温度が過度に高温又は低温となった場合に何ら対処することができず、例えば、金型温度が目標温度Ｏ（℃）のときに射出開始ｔ2すべきところ、これより高温のＰ（℃）又は低温のＱ（℃）のときに射出開始ｔ2をするほかなかった。
【００１０】
特に、過度に低温となった金型に高温の溶融樹脂が射出充填された場合には、溶融樹脂が急激に冷却され、このような不均一な冷却により成形品各部の収縮量が相違してしまい、レンズやミラー，プリズム等の極めて高い形状精度を要求される成形品では、ひけや残留応力，変形が生じて所望の形状精度を得ることができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、金型温度に基づいて溶融樹脂の射出開始タイミングを制御することにより、ひけや残留応力，変形のない高い形状精度の成形品を量産することが可能な射出成形装置及び射出成形方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第一の射出成形装置は、プラスチック製品を射出成形するサイクルにおいて、型閉めした金型のキャビティ又はその近傍の温度を検出し、該金型温度が予め設定した目標温度となったときに、前記キャビティへの溶融樹脂の射出を開始する構成としてある。
【００１３】
好ましくは、前記金型のキャビティ又はその近傍の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、該金型温度が予め設定した目標温度となったときに信号を出力する制御手段と、該制御手段からの信号に基づいて、前記キャビティへの溶融樹脂の射出を開始する射出手段とを備えた構成とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の第二の射出成形装置は、プラスチック製品を射出成形するサイクルにおいて、型閉めした金型の二以上のキャビティ又はその近傍の温度を検出し、各金型温度が予め設定した目標温度となり、且つ各金型温度の差が予め設定した所定温度差内となったときに、各キャビティへの溶融樹脂の射出を開始する構成としてある。
【００１５】
好ましくは、前記金型の各キャビティ又はその近傍の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、各金型温度が予め設定した目標温度となり、且つ各金型温度の差が予め設定した所定温度差内となったときに信号を出力する制御手段と、該制御手段からの信号に基づいて、各キャビティへの溶融樹脂の射出を開始する射出手段とを備えた構成とする。
【００１６】
より好ましくは、上記第一及び第二の射出成形装置において、前記制御手段が、前記温度検出手段の検出結果に基づいて、前記金型温度が予め設定した目標温度に達しないときに信号を出力するとともに、該制御手段からの信号に基づいて、前記金型の温度調整を行う温調手段を備えた構成とする。
【００１７】
一方、上記目的を達成するために、本発明の第一の射出成形方法は、プラスチック製品を射出成形するサイクルにおいて、型閉めした金型のキャビティ又はその近傍の温度を検出し、該金型温度が予め設定した目標温度となったときに、前記キャビティへの溶融樹脂の射出を開始するようにしてある。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の第二の射出成形方法は、プラスチック製品を射出成形するサイクルにおいて、型閉めした金型の二以上のキャビティ又はその近傍の温度を検出し、各金型温度が予め設定した目標温度となり、且つ各金型温度の差が予め設定した所定温度差内となったときに、各キャビティへの溶融樹脂の射出を開始するようにしてある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の射出成形装置又は射出成形方法によれば、型閉めしたときの金型温度に基づいて、溶融樹脂の射出開始タイミングを制御しているので、常に、金型が目標温度又は目標温度範囲内のときに溶融樹脂を射出することができる。これにより、型開きによって過度に高温又は低温となった金型温度の修正が可能となり、溶融樹脂の急激な冷却等を防止して、ひけや残留応力，変形のない高い形状精度の成形品を量産することが可能となる。
【００２０】
また、金型が二以上のキャビティを有する場合に、各キャビティ又はその近傍の温度を検出し、これら金型温度が相互に所定温度差内にあることを射出開始の条件とした場合は、これら二以上のキャビティにより成形される全ての成形品の形状精度を高めることができ、製品歩溜まりと生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る射出成形装置及び射出成形方法について、図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の第一実施形態に係る射出成形装置及び射出成形方法について図１を参照しつつ説明する。図１は本発明の第一実施形態に係る射出成形装置を示す部分断面側面図である。
【００２２】
図１において、１は本実施形態に係る射出成形装置であり、光学素子である凹メニスカスレンズを射出成形するものである。該射出成形装置１は、水平方向に互いに対向する可動側プラテン２と固定側プラテン３とを有しており、可動側プラテン２には可動側金型４が固定してあり、固定側プラテン３には固定側金型５が固定してある。
【００２３】
可動側金型４は、可動側プラテン２側から順に、可動側取付板４１と、該可動側取付板４１の板面に固定したスペーサブロック４２と、該スペーサブロック４２内に収納した入子突出手段４３と、前記スペーサブロック４２の板面に固定した可動側受板４４と、該可動側受板４４の板面に固定した可動側型板４５とを有している。
【００２４】
可動側型板４５の中央には、凸面状の成形面を有する入子４６が水平方向に進退可能に組み込んであり、該入子４６を、入子突出手段４３により固定側金型５に向かって突出させる構成としてある。入子突出手段４３は、スペーサブロック４２の内部空間に摺動可能に設けた一対の突出板４３ａ，４３ｂと、これら一対の突出板４３ａ，４３ｂから可動受板４４を貫通して入子４６に当接する入子突出ピン４３ｃと、可動側プラテン２及び可動側取付板４１を貫通して一方の突出板４３ｂに当接する進退自在な突出ロッド４３ｄと、一対の突出板４３ａ，４３ｂの摺動時のがたつきを防止するガイドピン４３ｅとを備えた構成となっている。
【００２５】
一方、固定側金型５は、固定側プラテン３側から順に、固定側取付板５１と、該固定側取付板５１の板面に固定した固定側受板５２と、該固定側受板５２の板面に固定した固定側型板５３とを有している。該固定側型板５３の中央には、凹面状の成形面を有する入子５４が組み込んであり、前記可動側プラテン２を前進駆動させて可動側型板４５を固定側型板５３に突き合わせることによって、両入子４６，５４間に成形品を成形するためのキャビティＣが形成される。
【００２６】
また、可動側型板４５と固定側型板５３には、加熱冷却水路４５ａ，５３ａがそれぞれ設けてあり、これら加熱冷却水路４５ａ，５３ａには、温水又は冷水の切り換え供給が可能な温調手段６が接続してある。温調手段６が供給した温水又は冷水を加熱冷却水路４５ａ，５３ａ内で循環させることにより、金型ないしキャビティＣ内の温度調節が可能となっている。
【００２７】
ここで、本実施形態では、可動側金型４と固定側金型５を型閉めしたときのキャビティＣ近傍の温度を、温度計測器７によって測定し、該金型温度が予め設定した目標温度となったときに、キャビティＣへの溶融樹脂の射出を開始する構成としてある。
【００２８】
温度計測器７は、温度検出手段７１と制御手段７２及び表示手段７３を有している。温度検出手段７１は、可動側金型４の入子４６の成形面近傍に埋設した温度センサ（熱電対）７１ａにより、可動側金型４の入子４６成形面近傍の温度を検出し、これを増幅した後にＡ／Ｄ変換して制御手段７２に出力する。
【００２９】
制御手段７２は、温度検出手段７１の検出結果を表示手段７３に出力し、該表示手段７３が液晶デジタル表示等により現在の金型温度を表示する。また、制御手段７２は、温度検出手段７１の検出した金型温度が、予め設定された目標温度か否かを判断し、該金型温度が目標温度となったときに動作信号を射出手段８（具体的な内容については図示を省略する）に出力する。該制御手段７２に設定する目標温度は、成形品の形状精度の確保を考慮して決定されるものであり、例えば、極めて高い形状精度が要求される場合には一の温度を設定し、ある程度の温度範囲内でも十分な形状精度を確保することができる場合には一定範囲の温度を設定する。
【００３０】
制御手段７２から動作信号を入力した射出手段８は、予め設定された充填圧及び加圧時間に基づいてランナ部８１，ゲート部８２を介して、キャビティＣへの溶融樹脂の射出を開始する。
【００３１】
なお、上述した温度センサ７１ａは、入子４６の成形面近傍に限らず、可動側型板４５の成形面近傍に埋設してもよい（図１中の鎖線部参照）。また、成形品の形状精度に影響を与えないのであれば、直接キャビティＣ内の温度を検出する構成としてもよい。
【００３２】
次に、本実施形態に係る射出成形方法について図１及び図２を参照しつつ説明する。図２は上記射出成形装置の射出成形サイクルにおける金型の時間と温度の関係を示すグラフである。図２に示すように、射出成形の１サイクル（図５参照）が完了し、型閉め開始ｔ1の時点における金型の温度ＴMIN（℃）が、例えば、図中Ｌ1の如く過度に低下した場合は、図１に示す可動側金型４と固定側金型５の型閉め後、キャビティＣ近傍の温度を温度検出手段７１により検出し、該キャビティＣ近傍の温度Ｏ’が予め設定した目標温度Ｏとなるまで溶融樹脂の射出を開始しない（図２のｔ2参照）。その後、温調手段６によってキャビティＣの温度Ｏ’が上昇して目標温度Ｏとなったとき、制御手段７２が射出手段８に動作信号を出力し、ランナ部８１，ゲート部８２を介してキャビティＣ内に溶融樹脂の射出を開始する（図２のｔ2’参照）。これにより、図６のＬ2の如き射出開始温度にばらつきが生じず、常にキャビティＣが最適温度となったときに溶融樹脂の射出充填を行うことができる。
【００３３】
このような本実施形態の射出成形装置及び射出成形方法によれば、型閉めしたときのキャビティＣ近傍の温度に基づいて、溶融樹脂の射出開始タイミングを制御しているので、常に、キャビティＣが目標温度となったときに溶融樹脂を射出充填することができる。これにより、型開きによって過度に高温又は低温となったキャビティＣの温度を修正することが可能となり、溶融樹脂の急激な冷却等を防止して、ひけや残留応力，変形のない高い形状精度の成形品を量産することが可能となる。
【００３４】
次に、本発明の第二実施形態に係る射出成形装置及び射出成形方法について、図３を参照しつつ説明する。図３は本発明の第二実施形態に係る射出成形装置を示す部分断面側面図である。なお、本実施形態において、上述した第一実施形態と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３５】
同図において、本実施形態の射出成形装置１は、二個の両凸レンズを同時成形するものであり、可動側型板４５には入子４６Ａ，４６Ｂ、固定側型板５３には入子５４Ａ，５４Ｂが組み込んである。これら入子４６Ａ，４６Ｂ及び５４Ａ，５４Ｂは、可動側金型４と固定側金型５を型閉めしたとき二つのキャビティＣ１，Ｃ２を形成する。
【００３６】
ここで、可動側型板４５の入子４６Ａ，４６Ｂには、それぞれ温度センサ７１ａ，７１ｂが埋設してあり、各キャビティＣ１，Ｃ２近傍の温度を温度検出手段７１によって検出し、各金型温度が予め設定した目標温度となり、且つ各金型温度の差が予め設定した所定温度差の範囲内となったときに、制御手段７２が動作信号を出力して、各キャビティＣ１，Ｃ２への溶融樹脂の射出を開始するようにしてある。
【００３７】
各キャビティＣ１，Ｃ２の所定温度差の範囲としては、本実施形態の如きレンズであれば０〜２℃、プリズムならば０〜４℃程度の温度差（温度差のない場合も含む）があっても同時成形される各成形品の形状精度を十分に確保することができる。
【００３８】
このような本実施形態の射出成形装置及び射出成形方法によれば、金型が二以上のキャビティＣ１，Ｃ２を有する場合に、各キャビティＣ１，Ｃ２近傍の温度を検出し、これら金型温度が相互に所定温度差内にあることを射出開始の条件としているので、各キャビティＣ１，Ｃ２により成形される全ての成形品の形状精度を高めることができ、製品歩溜まりと生産性の向上を図ることができる。
【００３９】
次に、本発明の第三実施形態に係る射出成形装置及び射出成形方法について、図４を参照しつつ説明する。図４は本発明の第三実施形態に係る射出成形装置を示す部分断面側面図である。なお、本実施形態において、上述した第一及び第二実施形態と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４０】
同図において、本実施形態の射出成形装置１では、上述した第二実施形態の構成に加えて、温度測定器７の制御手段７２が、温度検出手段７１の検出結果に基づいて、金型温度が予め設定した目標温度でないときに動作信号を温調手段６に出力し、該温調手段６が制御手段７２からの動作信号に基づいて、可動側型板４５及び固定側型板５３の温度調整を行うようにしてある。具体的に、温調手段６は、制御手段７２からの動作信号に基づいて、温水又は冷水の切り換えを行うとともに、これを前記可動側型板４５と固定側型板５３の各加熱冷却水路４５ａ，５３ａに供給し、これら可動側型板４５と固定側型板５３ないしキャビティＣ１，Ｃ２の温度調整を行う。
【００４１】
このような本実施形態の射出成形装置及び射出成形方法によれば、各キャビティＣ１，Ｃ２を積極的に加熱又は冷却することができ、これら各キャビティＣ１，Ｃ２が目標温度に到達するまでの時間を短縮することが可能となり、この結果として射出成形サイクルの短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る射出成形装置を示す部分断面側面図である。
【図２】上記射出成形装置の射出成形サイクルにおける金型の時間と温度の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第二実施形態に係る射出成形装置を示す部分断面側面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る射出成形装置を示す部分断面側面図である。
【図５】一般的な射出成形サイクルにおける金型の時間と温度の関係を示すグラフである。
【図６】図５におけるＡ部を拡大したグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１  射出成形装置
２  可動側プラテン
３  固定側プラテン
４  可動側金型
４１  可動側取付板
４２  スペーサブロック
４３  入子突出手段
４３ａ，４３ｂ  突出板
４３ｃ  入子突出ピン
４３ｄ  突出ロッド
４３ｅ  ガイドピン
４４  可動側受板
４５  可動側型板
４５ａ  加熱冷却水路
４６，４６Ａ，４６Ｂ  入子
５  固定側金型
５１  固定型取付板
５２  固定側受板
５３  固定側型板
５３ａ  加熱冷却水路
５４，５４Ａ，５４Ｂ  入子
６  温調手段
７  温度計測器
７１  温度検出手段
７１ａ，７１ｂ  温度センサ（熱電対）
７２  制御手段
７３  表示手段
８  射出手段
８１  ランナ部
８２  ゲート部
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２  キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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