(57)【要約】【課題】金型のキャビティ部の変形を抑制することができる成形装置および成形方法を提供する。【解決手段】第１および第２の金型１の間のキャビティ部内に樹脂を注入して、樹脂製品を成形する成形装置であって、前記第１および第２の金型１のうち少なくとも一方の前記キャビティ部を形成する面の背面側に形成される空洞部に液体を供給する供給部３と、前記キャビティ部の変形を抑制するように、前記空洞部に供給する前記液体の圧力を制御する制御部６と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の金型の間のキャビティ部内に樹脂を注入して、樹脂製品を成形する成形装置であって、
前記第１および第２の金型のうち少なくとも一方の前記キャビティ部を形成する面の背面側に形成される空洞部に液体を供給する供給部と、
前記キャビティ部の変形を抑制するように、前記空洞部に供給する前記液体の圧力を制御する制御部と、を有することを特徴とする成形装置。
【請求項２】
前記制御部は、樹脂の注入から樹脂製品取り出しまでの成形過程中の各時刻における前記キャビティ部の変形量に応じて、前記液体の圧力を制御することを特徴とする請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記キャビティ部の変形量を予測し、当該変形量が所定値よりも小さくなるように、前記液体の圧力を算出する解析部をさらに含み、
前記制御部は、前記解析部で算出された液体の圧力に基づいて、前記空洞部に供給する液体の圧力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の成形装置。
【請求項４】
前記解析部は、前記変形量が最小となるように、液体の圧力を算出することを特徴とする請求項３に記載の成形装置。
【請求項５】
前記解析部は、前記キャビティ部内の樹脂圧力、および前記金型に付加される型締め力から前記変形量を予測することを特徴とする請求項３または４に記載の成形装置。
【請求項６】
前記液体は、前記第１および第２の金型のうち少なくとも一方を冷却するための冷却水であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の成形装置。
【請求項７】
第１および第２の金型の間のキャビティ部内に樹脂を注入して、樹脂製品を成形する成形方法であって、
前記第１および第２の金型のうち少なくとも一方の前記キャビティ部を形成する面の背面側に形成される空洞部に液体を供給するステップと、
前記キャビティ部の変形を抑制するように、前記空洞部に供給する前記液体の圧力を制御するステップと、を有することを特徴とする成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形装置および成形方法に関する。特に、本発明は、金型に供給する冷却水の圧力を制御する成形装置および成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用バンパーなどの樹脂製品を成形する成形装置では、金型のキャビティ部に充填された溶融樹脂を硬化させるために、金型を冷却する必要がある。
【０００３】
樹脂成形用の金型の冷却方法として、冷却管を用いるのではなく、金型のキャビティ部を形成する面の背面に空洞部を形成し、前記空洞部に冷却水を供給する冷却方法がある。下記の特許文献１に示されている金型構造では、冷却管を用いる場合と比較すると、金型内部での温度分布が抑制されることにより、金型温度分布に起因するそり変形などが抑制され、さらに、冷却効率が改善されることにより、成形サイクルタイムも短縮される。
【特許文献１】特開２００２−３３１５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の冷却水が供給される空洞部を有する金型構造では、金型の剛性が弱いために、成形過程における型締め力および樹脂圧力によりキャビティ部が変形し、所定の形状に樹脂製品を成形することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、金型のキャビティ部の変形を抑制することができる成形装置および成形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００７】
本発明の成形装置は、第１および第２の金型の間のキャビティ部内に樹脂を注入して、樹脂製品を成形する成形装置であって、前記第１および第２の金型のうち少なくとも一方の前記キャビティ部を形成する面の背面側に形成される空洞部に液体を供給する供給部と、前記キャビティ部の変形を抑制するように、前記空洞部に供給する前記液体の圧力を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の成形方法は、第１および第２の金型の間のキャビティ部内に樹脂を注入して、樹脂製品を成形する成形方法であって、前記第１および第２の金型のうち少なくとも一方の前記キャビティ部を形成する面の背面側に形成される空洞部に液体を供給するステップと、前記キャビティ部の変形を抑制するように、前記空洞部に供給する前記液体の圧力を制御するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の成形装置および成形方法によれば、型締め力および樹脂圧力によるキャビティ部の変形を抑制することにより、樹脂製品を所定の形状に成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。また、本実施の形態では、本発明の成形装置および成形方法を用いて、平板形状の樹脂製品を射出成形する場合を例にとって説明する。なお、図中、同様の部材には同じ符号を用いた。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態における成形装置が含む金型の分解斜視図である。図１に示されるとおり、本実施の形態の金型１は、固定側金型である第１の金型１０、および可動側金型である第２の金型１１を有する。第１の金型１０は、第１のインサート金型１２を含み、第２の金型１１は、第２のインサート金型１３を含む。
【００１２】
図２は、図１に示す金型１の構造を説明するための断面図である。図２に示されるとおり、第１および第２のインサート金型１２，１３の間のキャビティ部１４を形成する面の背面側には空洞部１５，１６が形成される。また、金型１には、空洞部１５，１６へ冷却水（液体）を供給する冷却水路１７、およびキャビティ部１４へ樹脂を供給するためのランナー１８が形成されている。
【００１３】
図１および図２に示す第１および第２のインサート金型１２，１３の間のキャビティ部１４内に樹脂を注入することにより、図３に示すような平板形状の樹脂製品２４が成形される。以下、上記の金型１を用いて、樹脂製品２４を射出成形する場合を例にとって本実施の形態を説明する。
【００１４】
図４は、本発明の一実施の形態である成形装置の概略構成を示すブロック図である。図４に示すとおり、本実施の形態の成形装置は、金型１、樹脂射出部２、冷却水供給部３、圧力調節部４、配水管５、制御部６、圧力センサ７、および解析部８を備える。金型１には、配水管５および冷却水路１７を介して冷却水を供給する冷却水供給装置３と、ランナー１８を介して溶融樹脂を注入する樹脂射出部２とが接続されている。配水管５には、圧力調節部４が取り付けられており、圧力調節部４は、制御部６と電気的に接続されている。同様に、金型１には圧力センサ７が取り付けられており、圧力センサ７は、制御部６と電気的に接続されている。さらに、樹脂射出部２は、制御部６と電気的に接続されている。
【００１５】
樹脂射出部２は、一般的な射出成形装置に用いられる樹脂射出部と同様であるため説明は省略する。また、樹脂射出部２は、後述する制御部６から射出注入を開始する指令信号を受けて、金型１に溶融樹脂を射出注入するアクチュエータ（不図示）を含む。
【００１６】
冷却水供給部３は、金型１の空洞部１５，１６に冷却水を供給する供給部であり、具体的には、配水管５および冷却水路１７を介して、金型１の空洞部１５，１６に冷却水を供給する。冷却水供給部３は、たとえば、冷却器とポンプとを組み合わせたものである。
【００１７】
圧力調節部４は、冷却水供給部３から配水管５および冷却水路１７を介して金型１に供給される冷却水の圧力を調節するものである。圧力調節部４は、たとえば、冷却水の流量を調節可能な絞り弁、あるいは供給圧力を調節可能なポンプである。
【００１８】
制御部６は、金型１のキャビティ部１４の変形を抑制するように、空洞部１５，１６に供給する冷却水の圧力を制御するものである。また、制御部６は、後述する圧力センサ７からの信号を受信して、圧力調節部４を調節して冷却水の圧力を制御する。
【００１９】
圧力センサ７は、金型１の空洞部１５，１６内の冷却水の圧力を検出するものであり、たとえば、歪みゲージ式の圧力センサである。
【００２０】
解析部８は、樹脂成形過程中のキャビティ部１４の変形量を予測し、当該変形量が所定値よりも小さくなるように、冷却水の圧力を算出するものである。図５に示すとおり、解析部８は、樹脂製品のＣＡＤデータを記憶する記憶部８１、および前記樹脂製品のＣＡＤデータから有限要素モデルを作成して冷却水の圧力を算出する演算部８２を含む。解析部８は、たとえば、パーソナルコンピュータまたはワークステーションといったコンピュータであり、記憶部８１は、コンピュータ内部のメモリまたはハードディスクに対応し、演算部８２は、コンピュータ内部のプロセッサに対応する。
【００２１】
以上のとおり構成される成形装置では、金型１に供給される冷却水の圧力が制御される。以下、図６を参照しつつ、本実施の形態における成形装置において、金型１のキャビティ部１４の変形を抑制するように、金型１の空洞部１５，１６に供給する冷却水の圧力を制御する処理について説明する。
【００２２】
図６は、本実施の形態において、制御部６が冷却水の圧力を制御する処理を示すフローチャートである。制御部６が冷却水の圧力を制御する前段階として、解析部８において、金型１の空洞部１５，１６に供給する冷却水の圧力の目標値が算出される。以下、制御部６は、解析部８において算出された冷却水の圧力の前記目標値に基づいて、樹脂の注入から樹脂製品取出しまでの成形過程中の各時刻におけるキャビティ部１４の変形量に応じて、冷却水の圧力を制御する。なお、解析部８において目標値を算出する処理の詳細は後述する。
【００２３】
まず、制御部６は、解析部８において算出された冷却水の圧力の目標値を取得する（ステップＳ１０１）。取得された前記目標値は、制御部６内に格納される。
【００２４】
次に、制御部６は、金型１への溶融樹脂の射出注入を開始する指令信号を樹脂射出部２に送信する（ステップＳ１０２）。本実施の形態では、樹脂射出部２へ前記指令信号を送信した時刻を時刻ｔ＝０として樹脂射出部２と同期をとりつつ、時刻ｔにおける冷却水の圧力の目標値に基づいて、圧力調節部４を調節する。
【００２５】
次に、ステップＳ１０１で取得した目標値から時刻ｔにおける冷却水の圧力を読み込み（ステップＳ１０３）、同時刻（時刻ｔ）における空洞部１５，１６内の冷却水の圧力を検出して（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０３において読み込まれた圧力と、ステップＳ１０４において検出された圧力とを比較する（ステップＳ１０５）。そして、ステップＳ１０５での比較結果に基づいて、圧力調節部４を調節する（ステップＳ１０６）。
【００２６】
次に、成形過程が終了かどうかを判断する（ステップＳ１０７）。具体的には、樹脂の注入から樹脂製品取り出しまでに要する時間と、実際の注入開始からの経過時間とを比較することにより、成形過程の終了を判断する。成形過程が終了の場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、冷却水の圧力の制御を終了する。成形過程が終了ではない場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、時刻ｔ＝ｔ＋ｔ´（ｔ´は冷却水の圧力を読み込む時間間隔）として（ステップＳ１０８）、成形過程が終了するまでステップＳ１０３以下の処理が繰り返される。
【００２７】
次に、上記の制御内容を図７〜図１０を用いてさらに詳しく説明する。図７は、成形過程中に金型１に付加される力を説明するための図である。図７に示されるとおり、金型１には、型締め力２０、樹脂圧力３０、および冷却水の圧力４０が作用する。型締め力２０は、第１および第２の金型１０，１１を型締めするための力であり、本実施の形態では、図８に示されるとおり、成形過程中は一定の大きさである。
【００２８】
一方、樹脂圧力３０は、樹脂注入によるキャビティ部１４内に付加される圧力であり、図９は、成形過程中のキャビティ部１４内の任意の一点における樹脂圧力３０を示す図である。なお、樹脂圧力３０は、キャビティ部１４内で圧力分布をもつ。図９において、横軸は時間であり、樹脂製品２４を成形する成形過程中（成形サイクルタイム）の各時刻における樹脂圧力３０の変化が示されている。樹脂注入を開始してすぐは、溶融樹脂が射出注入されることに伴い樹脂圧力３０は増大する。溶融樹脂の注入が終了して、樹脂製品２４が冷却され始めると、冷却による樹脂の収縮を補うために、樹脂圧力３０を一定に維持する保圧工程に移行する。本実施の形態では、２段階の保圧工程を実施して、樹脂製品２４を冷却した後、樹脂製品２４を金型１から取り出す。
【００２９】
仮に、冷却水の圧力４０を制御しない場合、成形過程中の型締め力２０および樹脂圧力３０によって、キャビティ部１４が変形する。具体的には、樹脂圧力３０によりキャビティ部１４は膨張する。したがって、本実施の形態における成形装置では、図１０に示されるような成形過程中の各時刻における冷却水の圧力の目標値に基づいて、冷却水の圧力４０を制御することにより、上記の型締め力２０および樹脂圧力３０によるキャビティ部１４の変形を抑制することができる。
【００３０】
なお、図１０に示す各時刻における冷却水の圧力の目標値は、図９で示す樹脂圧力３０の変化に対応しており、樹脂の射出注入に伴う圧力の増大、および複数回の保圧工程によるキャビティ部１４の変形量を抑制するように算出される。あるいは、樹脂の収縮による樹脂圧力の変化を抑制するように、目標値を算出することもできる。
【００３１】
以上のとおり、本実施の形態の成形装置において、解析部８で算出された冷却水の圧力の目標値に基づいて、金型１の空洞部１５，１６に供給する冷却水の圧力を制御する処理について述べた。以下、図５および図１１を参照して、解析部８において冷却水の圧力の目標値を算出する処理について説明する。
【００３２】
図１１は、解析部８において冷却水の圧力を算出する処理を示すフローチャートである。まず、図５に示す記憶部８１内の製品ＣＡＤデータ記憶部に記憶されている樹脂製品２４のＣＡＤデータから、樹脂製品２４の形状データ（以下、製品形状データ）を作成し（ステップＳ２０１）、前記製品形状データから樹脂製品２４の有限要素モデル（以下、製品有限要素モデル）３４を作成する（ステップＳ２０２）。図５に示す製品形状データ作成部および製品有限要素モデル作成部が、それぞれステップＳ２０１およびステップＳ２０２に示す処理を実行する。また、樹脂製品２４の製品有限要素モデル３４を図１２に示す。なお、図１２に示される製品有限要素モデルは、平板の厚さ情報を含む。
【００３３】
次に、記憶部８１に記憶されている樹脂製品２４のＣＡＤデータから、金型１の形状データ（以下、金型形状データ）２１を作成し（ステップＳ２０３）、金型形状データ２１から金型１の有限要素モデル（以下、金型有限要素モデル）３１を作成する（ステップＳ２０４）。図５に示す金型形状データ作成部および金型有限要素モデル作成部が、それぞれステップＳ２０３およびステップＳ２０４に示す処理を実行する。また、金型形状データ２１および金型有限要素モデル３１をそれぞれ図１３および図１４に示す。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２０２に示される処理を実行する前に、ステップＳ２０３〜Ｓ２０４に示される処理を実行してもよい。
【００３４】
次に、流動解析（充填保圧冷却解析）を実行することにより、時刻ｔにおける樹脂圧力を算出する（ステップＳ２０５）。図５に示す流動解析部が、ステップＳ２０５に示す処理を実行する。流動解析では、樹脂温度、樹脂材料の粘度、および成形条件を入力することにより、図１５に示されるようなキャビティ部１４内における樹脂圧力が算出される。なお、前記成形条件は、たとえば、樹脂の注入に要する時間、圧力、および樹脂の密度である。また、図１５に示されるとおり、キャビティ部１４内の樹脂圧力は、面内に圧力分布を有する。
【００３５】
次に、ステップＳ２０４で作成した金型有限要素モデルに対して、解析条件として冷却水の初期圧力を設定する（ステップＳ２０６）。さらに、型締め力と、ステップＳ２０５で算出された樹脂圧力とを設定して剛性解析を実行することにより、キャビティ部１４の変形量を算出（予測）する（ステップＳ２０７）。なお、剛性解析の結果の一例を図１６に示す。
【００３６】
次に、ステップＳ２０７で算出された変形量を、基準値（所定値）と比較する（ステップＳ２０８）。算出された変形量が基準値未満の場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、前記変形量を算出する際に設定した冷却水の圧力が目標値として決定される（ステップＳ２１０）。一方、算出された変形量が基準値以上の場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、冷却水の圧力を再設定した後（ステップＳ２０９）、ステップＳ２０７以下の処理が繰り返し実行される。なお、図５に示す剛性解析部および目標値決定部がステップＳ２０６〜ステップＳ２１０に示す処理を実行する。
【００３７】
次に、成形過程が終了かどうかを判断する（ステップＳ２１１）。具体的には、樹脂の注入から樹脂製品取り出しまでに要する時間と、実際の注入開始からの経過時間とを比較することにより、成形過程の終了を判断する。成形過程が終了の場合（ステップＳ２１１：ＹＥＳ）、冷却水の圧力の目標値を算出する処理を終了する。成形過程が終了ではない場合（ステップＳ２１１：ＮＯ）、時刻ｔ＝ｔ＋ｔ´（ｔ´は冷却水の圧力を算出する時間間隔）として成形過程が終了するまで、ステップＳ２０５以下の処理が繰り返される。
【００３８】
なお、ステップＳ２０８での前記変形量と基準値とを比較する方法としては、たとえば、剛性解析結果においてキャビティ部１４の変形量が最大となる位置での当該変形量と基準値とを比較してもよく、面内分布を有する変形量の平均値をとって当該平均値と基準値とを比較してもよい。
【００３９】
以上のとおり、図１１に示すフローチャートの処理が終了すると、成形過程中の各時刻におけるキャビティ部１４の変形量を抑制することができる冷却水の圧力が算出される。また、図１０に示されるような各時刻における冷却水の圧力の目標値が決定される。
【００４０】
なお、図１１に示されるフローチャートでは、算出された変形量が基準値未満になることを条件として目標値を決定している。しかしながら、設定する冷却水の圧力を、一定の範囲内において、所定のステップ間隔に基づいて変化させながら、剛性解析を繰り返すことにより、キャビティ部１４の変形量が最小となるように冷却水の圧力を算出することもできる。また、本実施の形態では、流動解析を実行して樹脂圧力を算出した後に、前記樹脂圧力を入力して剛性解析を実行した。しかしながら、流動解析と剛性解析を同時に実行して、冷却水の圧力を算出することもできる。
【００４１】
そして、図１１に示すフローチャートの処理において算出された目標値は、電気回線または記録媒体を介して、制御部６に送られる。制御部６は、図１０に示されるような成形過程中の各時刻における冷却水の圧力の目標値、つまり、解析部８で算出した冷却水の圧力に基づいて、金型１の空洞部１５，１６に供給する冷却水の圧力を制御する。
【００４２】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００４３】
本発明の成形装置では、キャビティ部１４の変形を抑制するように、金型１の空洞部１５，１６に供給する冷却水の圧力を制御するため、樹脂製品２４を所定の形状に成形することができる。
【００４４】
制御部６は、成形過程中の各時刻におけるキャビティ部１４の変形量に応じて、冷却水の圧力を制御する。したがって、正確に樹脂製品２４を所定の形状に成形することができる。
【００４５】
本発明の成形装置では、解析部８によりキャビティ部１４の変形量を予測し、当該変形量を抑制するように冷却水の圧力が制御される。したがって、制御内容の決定に解析的な手法を導入することにより実験的な手法が省略され、開発時間が短縮される。さらに、開発コストも削減することができる。
【００４６】
解析部８は、所定の形状からの変形量が最小になるように、樹脂製品２４を成形することができる。したがって、より正確に樹脂製品２４を所定の形状に成形することができる。
【００４７】
解析部８は、型締め力２０、樹脂圧力３０、および冷却水の圧力４０からキャビティ部１４の変形量を予測する。したがって、正確にキャビティ部１４の変形量を予測することができる。
【００４８】
本発明の液体は冷却水であるため、空洞部１５，１６の変形を抑制するのと同時に、金型１を冷却することができる。さらに、空洞部１５，１６によりキャビティ部１４全体を均一に冷却することができるため、温度分布による樹脂製品２４のそり変形を抑制することができる。したがって、うねりのない均一な面を有する樹脂製品２４を成形することができる。さらに、接触面積が向上し、冷却効率も向上するため、成形サイクルタイムを短縮することができる。
【００４９】
本発明の成形方法では、樹脂製品２４を所定の形状に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態である成形装置の金型の分解斜視図である。
【図２】図１に示される金型の構造を説明するための断面図である。
【図３】図１に示される金型から成形される樹脂製品の形状を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態である成形装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示される解析部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図４に示される制御部において冷却水の圧力を制御する処理を示すフローチャートである。
【図７】図１に示される金型に付加される力を説明するための図である。
【図８】図７に示される型締め力の一例を示す図である。
【図９】図７に示される樹脂圧力の一例を示す図である。
【図１０】図７に示される冷却水の圧力の一例を示す図である。
【図１１】図５に示される解析部において冷却水の圧力を算出する処理を示すフローチャートである。
【図１２】図３に示される樹脂製品の有限要素モデルを示す図である。
【図１３】図１に示される金型の形状データを示す図である。
【図１４】図１に示される金型の有限要素モデルを示す図である。
【図１５】図１２に示される有限要素モデルの流動解析結果の一例を示す図である。
【図１６】図１４に示される有限要素モデルの剛性解析結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    金型、
２    樹脂射出部、
３    冷却水供給部、
４    圧力調節部、
５    配水管、
６    制御部、
７    圧力センサ、
８    解析部、
１０，１１，１２，１３    金型、
１４    キャビティ部、
１５，１６    空洞部、
１７    冷却水路、
１８    ランナー、
２０    型締め力、
３０    樹脂圧力、
４０    冷却水の圧力。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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