(57)【要約】【課題】  成形型のキャビティ内の圧力を低くする技術を提供する。【解決手段】  射出成形装置１０は、成形型１２内のキャビティ２４に溶融した成形材を射出する複数の射出ノズル２０、２１、２２、２３と、各射出ノズルに各射出ノズルから射出される成形材の射出率を指令する制御手段とを備えている。その制御手段は、射出ノズル２０、２１、２２、２３毎に、射出開始からの経過時間に対応した射出率を記憶している記憶装置を備えており、その記憶装置に記憶されている射出率は、各射出ノズルの射出圧力を等しくする関係に設定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型内のキャビティに溶融した成形材を射出する複数の射出ノズルと、
各射出ノズルに各射出ノズルから射出される成形材の射出率を指令する制御手段とを備え、
その制御手段は、射出ノズル毎に、射出開始からの経過時間に対応した射出率を記憶している記憶装置を備えており、
その記憶装置に記憶されている射出率は、各射出ノズルの射出圧力を等しくする関係に設定されていることを特徴とする射出成形装置。
【請求項２】
前記記憶装置に記憶されている射出率が、各射出ノズルの射出圧力を等しくするとともに、その共通射出圧力を射出開始からの経過時間に対応して一様に増大させる関係に設定されていることを特徴とする請求項１の射出成形装置。
【請求項３】
前記記憶装置に記憶されている射出率が、射出時の成形材の流動を解析計算するプログラムを実行して得られた値であることを特徴とする請求項１または２の射出成形装置。
【請求項４】
成形型内のキャビティに溶融した成形材を射出する複数の射出ノズルと、射出ノズル毎に射出開始からの経過時間に対応した射出率を記憶している記憶装置と、記憶装置に記憶されている射出率を各射出ノズルに指令する制御手段を備えている射出成形装置の前記記憶装置に射出率を記憶させる方法であり、
射出率を入力すると、キャビティ形状と成形材の流動条件と成形材の凝固条件を記述するデータを用いて、キャビティに充填される成形材の流動速度と圧力を計算するプログラムを実行し、各射出ノズルの射出圧力を等しくする各射出ノズルの射出率を探索する工程と、
探索された各射出ノズルの射出率を前記記憶装置に記憶する工程、
を備えている射出条件設定方法。
【請求項５】
成形型内のキャビティに溶融した成形材を射出する複数の射出ノズルを備えた射出成形装置で射出成形する方法であり、
射出開始から充填完了までの間、各射出ノズルの射出圧力を等しくする各射出ノズルの単位時間あたりの射出量で充填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、射出成形装置と、射出条件設定方法と、射出成形方法に関するものである。詳しくは、射出成形装置の射出ノズルが射出する成形材によって充填される成形型のキャビティ内の圧力を調整する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
成形型のキャビティに射出ノズルから溶融した成形材を射出する射出成形装置が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
成形型のキャビティには、その形状によって射出ノズルから射出された成形材が充填されにくい部位が存在することがある。このような部位とは、例えば、射出ノズルから遠い奥まった部位や、狭隘部位等である。成形材が充填されにくい部位が存在すると、そこに成形材を行き渡らせるために、射出ノズルが射出した成形材の圧力（以下、「射出圧力」と言う）を高くしなければならない。射出ノズルの射出圧力を高くすると、キャビティ内の圧力も高くなる。キャビティ内の圧力が高くなると、成形型の合わせ面に成形材が入り込んでバリが生じてしまったり、成形型の型締め力を大きくしたりしなければならない。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、成形型のキャビティ内の圧力を低くする技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の射出成形装置は、成形型内のキャビティに溶融した成形材を射出する複数の射出ノズルと、各射出ノズルに各射出ノズルから射出される成形材の射出率を指令する制御手段とを備えている。その制御手段は、射出ノズル毎に、射出開始からの経過時間に対応した射出率を記憶している記憶装置を備えており、その記憶装置に記憶されている射出率は、各射出ノズルの射出圧力を等しくする関係に設定されている。
この射出成形装置によれば、制御手段の記憶装置に記憶されている射出率は、各射出ノズルの射出圧力を等しくする関係に設定されている。このため、制御手段が記憶装置に記憶されている各射出ノズルの射出圧力を等しくする射出率で各射出ノズルから成形材を射出すると、キャビティ内の圧力が全体として平均化されて低くなる。
ここで、射出率とは、単位時間当りの射出量を意味するとともに、射出率そのものに限られず、その射出率を実現するためのデータを含んでいる。また、各射出ノズルの射出圧力が等しいとは、各射出ノズルの射出圧力差が、キャビティ内の成形材に実質的流動を引き起こさない程度に接近していることを意味する。
【０００５】
上記の射出成形装置において、記憶装置に記憶されている射出率が、各射出ノズルの射出圧力を等しくするとともに、その共通射出圧力を射出開始からの経過時間に対応して一様に増大させる関係に設定されていることが好ましい。
このように、各射出ノズルの共通射出圧力が射出開始からの経過時間に対応して一様に増大させる関係に設定されていると、キャビティ内に射出される経過時間に対応した成形材の射出率が大きく変動しないので、良質な成形品を得ることができる。ここで、一様に増大するとは、射出率がそれ以前の射出率を下回らないで増大することを意味する。
【０００６】
上記の射出成形装置において、記憶装置に記憶されている射出率が、射出時の成形材の流動を解析計算するプログラムを実行して得られた値であることが好ましい。
このようなプログラムを用いることにより、各射出ノズルの射出率を効率良く求めることができる。
【０００７】
本発明の射出条件設定方法は、成形型内のキャビティに溶融した成形材を射出する複数の射出ノズルと、射出ノズル毎に射出開始からの経過時間に対応した射出率を記憶している記憶装置と、記憶装置に記憶されている射出率を各射出ノズルに指令する制御手段を備えている射出成形装置の前記記憶装置に射出率を記憶させる。その方法は、射出率を入力すると、キャビティ形状と成形材の流動条件と成形材の凝固条件を記述するデータを用いて、キャビティに充填される成形材の流動速度と圧力を計算するプログラムを実行し、各射出ノズルの射出圧力を等しくする各射出ノズルの射出率を探索する工程と、探索された各射出ノズルの射出率を前記記憶装置に記憶する工程を備えている。
上記の射出条件設定方法は、射出率を入力すると、キャビティ形状と成形材の流動条件と成形材の凝固条件を記述するデータを用いて、キャビティに充填される成形材の流動速度と圧力を計算するプログラムを実行し、各射出ノズルの射出圧力を等しくする各射出ノズルの射出率を探索する。このようなプログラムを用いると、各射出ノズルの射出率を効率よく探索することができる。また、探索された各射出ノズルの射出率が記憶装置に記憶されるので、制御手段は、各射出ノズルの射出圧力を等しくする各射出ノズルの射出率を各射出ノズルに指令する。よって、キャビティ内圧力を全体として平均化して低くすることができる。
【０００８】
本発明の射出成形方法は、成形型内のキャビティに溶融した成形材を射出する複数の射出ノズルを備えた射出成形装置で射出成形する。そして、射出開始から充填完了までの間、各射出ノズルの射出圧力を等しくする各射出ノズルの単位時間あたりの射出量で充填する。
このように、射出開始から充填完了までの間、各射出ノズルの射出圧力を等しくする各射出ノズルの単位時間あたりの射出量で充填すると、キャビティ内圧力を全体として平均化して低くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（１）射出成形装置１０は、成形型１２と、第１射出ノズル２０と、第２射出ノズル２１と、第３射出ノズル２２と、第４射出ノズル２３と、スクリュウ駆動部３０と、コントローラ３１と、ホッパー３２を備えている。
射出ノズル２０、２１、２２、２３に収容されているスクリュウ３４は、スクリュウ駆動部３０によって駆動される。コントローラ３１は、スクリュウ駆動部３０を制御する。ホッパー３２には粉末状の成形材が貯留されている。
（２）スクリュウ３４を後退させたままスクリュウ３４を高速回転すると、ホッパー３２から成形材がシリンダ３３内に取込まれ、溶融してシリンダ３３の先端側の空間に貯められる。スクリュウ３４が前進すると、射出ノズル２０、２１、２２、２３から溶融した成形材がキャビティ２４に射出される。
（３）射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出率の決定にあたっては、ＣＡＥで流動解析を行う。この場合、成形型１２をモデル化したモデル３６を用いる。モデル３６は、成形型３７と、ランナー３８と、１つの射出ノズル３９から構成されている。ランナー３８は、下流側で分岐ランナー３８ｃに分岐している。ＣＡＥ解析にあたっては、分岐ランナー３８ｃの出口部３８ｂの圧力が等しくなるように設定して、そのときに各分岐ランナー３８ｃを流れる成形材の流量を算出する。
（４）このようにして算出した各分岐ランナー３８ｃを流れる成形材の流量は、射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出圧力が等しくなる場合の射出率に相当する。この射出率で成形材を射出すると、射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出圧力が等しくなり、キャビティ２４内の圧力を低くすることができる。
【実施例】
【００１０】
本発明に係る射出成形装置１０について、図面を参照しながら説明する。
図６に示すように、射出成形装置１０は、成形型１２と、第１射出ノズル２０（図１に図示）と、第２射出ノズル２１と、第３射出ノズル２２と、第４射出ノズル２３を備えている。さらに射出成形装置１０は、図２に示す、スクリュウ駆動部３０と、コントローラ３１と、ホッパー３２を備えている。成形型１２は、第１型１４と、第２型１６と、中子１８（図１に図示）から構成されている。中子１８は、第２型１６に固定されている。第１型１４と第２型１６が密着し、成形型１２が閉じられた状態では、第１型１４と第２型１６と中子１８とによって、キャビティ２４が形成される。成形型１２を開くときには、第１型１４と第２型１６を分離する。
図１に示すように、第１射出ノズル２０は、第１型１４の外面に固定されている。第１型１４には、第１射出ノズル２０とキャビティ２４を連通する第１成形材流路２５が形成されている。第２射出ノズル２１と第３射出ノズル２２と第４射出ノズル２３は、第２型１６の外面に固定されている。第２型１６には、第２射出ノズル２１とキャビティ２４を連通する第２成形材流路２６と、第３射出ノズル２２とキャビティ２４を連通する第３成形材流路２７と、第４射出ノズル２３とキャビティ２４を連通する第４成形材流路２８が形成されている。
【００１１】
図２に示すように、射出ノズル２０、２１、２２、２３は、シリンダ３３と、スクリュウ３４を有している。シリンダ３３の先端部３３ａは窄まっており、この先端部３３ａが型１４、１６に接続されている。ホッパー３２は、シリンダ３３の後端側でシリンダ３３内と連通するとともに、成形材を貯留している。成形材は粉末状である。成形材には、例えば、ポリプロピレンが用いられる。スクリュウ３４は、シリンダ３３に収容されている。スクリュウ３４の外周部には、螺旋が形成されている。スクリュウ３４は、スクリュウ駆動部３０に駆動されて、軸回りに回転するとともに、軸方向に進退する。コントローラ３１は、スクリュウ駆動部３０を制御して、射出ノズル２０、２１、２２、２３のそれぞれのスクリュウ３４の動きを個別に調整する。このため、コントローラ３１が内蔵している記憶装置は、射出ノズル２０、２１、２２、２３のスクリュウ３４の動作に係る情報を記憶している。
射出成形を行う際には、スクリュウ３４を後退（図２に示されている状態）させたまま、スクリュウ３４を高速回転する。スクリュウ３４が高速回転すると、ホッパー３２に貯留されている成形材がシリンダ３３内に取込まれる。シリンダ３３内に取込まれた成形材は、スクリュウ３４の螺旋によって混練されながらシリンダ３３の先端側に送られる。混練された成形材は発熱して溶融する。従って、シリンダ３３の先端側の空間には、溶融した成形材が貯められる。続いて、スクリュウ３４が急速に前進する。スクリュウ３４が前進すると、射出ノズル２０、２１、２２、２３から溶融した成形材が射出される。射出ノズル２０、２１、２２、２３から射出された成形材は、成形材流路２５、２６、２７、２８を通ってキャビティ２４に充填される。キャビティ２４に充填された成形材が冷えて個化してから成形型１２を開き、成形品を取出す。
【００１２】
キャビティ２４の第２型１６と中子１８に挟まれた部位は狭くなっている（以下、この部位を「狭隘部３５」と言う）。狭隘部３５は狭いので、成形材が充填されにくい。仮に、キャビティ２４に１つの射出ノズルから成形材を射出したとすると、狭隘部３５に成形材を行き渡らせるために、射出ノズルの射出圧力を高くしなければならない。射出ノズルの射出圧力を高くすると、キャビティ２４内の圧力が高くなる。キャビティ２４内の圧力が高くなると、第１型１４と第２型１６の合わせ面に成形材が入り込んでバリが生じてしまう。また、１つの射出ノズルから成形材を射出すると、成形材がキャビティ２４内を大きく流動しながら充填されてゆくので、ヒケや面ハリ不良が生じたりする。
本実施例の射出成形装置１０のように複数の射出ノズルを用いると、射出ノズルを１つしか設けない場合よりも、それぞれの射出ノズルの射出圧力を低くすることができる。射出圧力を低くすることができるのは、複数の射出ノズルを用いると、１つの射出ノズルで狭隘部３５を含むキャビティ２４全体に成形材を行き渡らせるのとは異なり、それぞれの射出ノズルがキャビティ２４各部への成形材の充填を分担するからである。よって、キャビティ２４内の圧力が低くなり、バリの発生が防止される。また、複数の射出ノズルを用いると、１つの射出ノズルを用いる場合に比べて、成形材がキャビティ２４内で流動する程度が小さくなる。このため、ヒケや面ハリ不良が生じるのが防止される。
【００１３】
このように、複数の射出ノズルを用いると、キャビティ内の圧力を低くすることができる。この場合、各射出ノズルが射出する成形材の射出率を調整すると、キャビティ内の圧力をより低下させることができる。ここで射出率とは、射出開始からの経過時間に対応した単位時間当りの成形材の射出量を意味する。
これに対して、射出率が調整されずに射出ノズル２０、２１、２２、２３が同じ射出率で成形材を射出すると、狭隘部３５の圧力が他の部位よりも高くなる。狭隘部３５の圧力が他の部位よりも高くなるのは、狭隘部３５に成形材が充填されにくい（成形材が入り込みにくい）からである。狭隘部３５の圧力が高くなると、その圧力が狭隘部３５以外の部位にも伝搬し、キャビティ２４内の圧力が全体的に高くなる。
【００１４】
これに対して、コントローラ３１がスクリュウ駆動部３０の前進速度を制御し、射出ノズル２０、２１、２２、２３が射出する成形材の射出率を調整すると、キャビティ２４内の圧力をより低くすることができる。この場合、射出ノズル２０、２１、２２、２３が射出した成形材の圧力（射出圧力）が等しくなるように、射出率を調整する。
射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出率の決定にあたっては、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）を用いる。ＣＡＥは、キャビティ２４に充填される成形材の流動速度や圧力等を計算する。図３は、ＣＡＥを用いて解析する成形型１２のモデル３６を模式的に例示している。モデル３６は、成形型３７と、ランナー３８と、１つの射出ノズル３９から構成されている。成形型３７は、３次元シェルメッシュモデルであり、内部には、キャビティや成形材流路がモデル化されている。射出ノズル３９は、ランナー３８の入口部３８ａに接続されている。ランナー３８は、入口部３８ａの下流側で５つの分岐ランナー３８ｃに分岐しており、その下流端である出口部３８ｂが成形型３７の成形材流路に接続されている。各分岐ランナー３８ｃの長さは、屈曲させることによって等しく設定されている。
【００１５】
上述したモデル３６で、各分岐ランナー３８ｃの出口部３８ｂの圧力を等しくするとの条件でＣＡＥを用いて流動解析を行い、各分岐ランナー３８ｃを流れる成形材の流量を算出する。各分岐ランナー３８ｃの長さは等しいので、それらの圧力損失特性も等しくなる。各分岐ランナー３８ｃの屈曲形状が異なることによる圧力損失特性の差異は無視できる。各分岐ランナー３８ｃの圧力損失特性が等しいと、各分岐ランナー３８ｃを流れる成形材の流量は、出口部３８ｂの圧力に依存する。従って、１つの射出ノズル３９から成形材を射出するとして算出される各分岐ランナー３８ｃを流れる成形材の流量は、それぞれの出口部３８ｂに射出ノズルを配置した場合の射出率に相当する。よって、各射出ノズルの射出圧力が等しくなるときの、各射出ノズルの射出率を求めることができる。
ＣＡＥ解析には、例えば、MOLDFLOW社のMoldflow Plastic Insight等の流動解析ソフトウェアを用いる。
なお、射出ノズルの射出率を算出するために圧力が等しくなると設定する部位は、必ずしも分岐ランナー３８ｃの出口部３８ｂに限られない。例えば、成形型３７の成形材流路の途中や、キャビティ内であって成形材流路がキャビティに開口している部位であってもよい。
【００１６】
図４は、ＣＡＥ解析で算出した時間経過に対する射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出圧力を図示している。射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出圧力は一致しており、１本に線で示されている。このように射出ノズル２０、２１、２２、」２３の射出圧力を一致させるに際しては、ＣＡＥの境界条件を操作する。射出ノズル２０、２１、２２、２３からの成形材の射出は、圧力がピークを付けている「Ｐ」時点で終了しており、それ以降は成形材がキャビティ２４内に確実に充填されるように、キャビティ２４に保圧を加えている。
図５は、図４に示したように射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出圧力が等しくなるようにＣＡＥ解析を実施した場合に、それにともなって算出される射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出率を示している。図５に示しているのは、射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出が終了するまでである（図４の時点「Ｐ」までである）。図５の線４０は、第１射出ノズル２０の射出率を示している。線４１は、第２射出ノズル２１と第４射出ノズル２３の射出率を示している。線４２は、第３射出ノズル２２の射出率を示している。第３射出ノズル２２は、狭隘部３５に成形材を充填するので、線４２で示されているように、射出率が最も少なく算出されている。逆に言うと、第３射出ノズル２２の射出率が少ないので、第３射出ノズル２２の射出圧力が低くなって、射出ノズル２０、２１、２３の射出圧力と等しくなっている。
従って、図５に示した射出率になるように、コントローラ３１でスクリュウ駆動部３０を制御し、射出ノズル２０、２１、２２、２３のスクリュウ３４の前進速度を調整すると、射出時のキャビティ２４内の圧力を低くすることができる。キャビティ２４の圧力が低いと、バリの発生防止や、型１４、１６の型締め力の低減をはかることができる。また、各射出ノズル２０、２１、２２、２３の射出圧力が等しいと、キャビティ２４内の圧力の分布がアンバランスにならないので、充填後にキャビティ２４内で成形材が流動することが防止される。キャビティ２４内での成形材の流動が防止されると、ヒケや面ハリ不良の発生が防止される。
【００１７】
図１に示すように、第１型１４の第１成形材流路２５や、第２型１６の成形材流路２６、２７、２８は、その長さが異なっている。従って、上述したＣＡＥ解析にあたっては、成形材流路２５、２６、２７、２８の長さが異なることによる圧力損失の相違を考慮することが好ましい。成形材流路２５、２６、２７、２８の圧力損失の相違を考慮すると、ＣＡＥ解析の精度をより高めることができる。
【００１８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図６のI−I線断面図。
【図２】射出ノズル、コントローラ等の模式的構成図。
【図３】ＣＡＥ解析モデルの模式図。
【図４】射出ノズルの射出圧力を示すグラフ。
【図５】射出ノズルの射出率を示すグラフ。
【図６】射出成形装置の模式的斜視図。
【符号の説明】
【００２０】
１０：射出成形装置
１２：成形型
１４：第１型
１６：第２型
１８：中子
２０：第１射出ノズル
２１：第２射出ノズル
２２：第３射出ノズル
２３：第４射出ノズル
２４：キャビティ
２５：第１成形材流路
２６：第２成形材流路
２７：第３成形材流路
２８：第４成形材流路
３０：スクリュウ駆動部
３１：コントローラ
３２：ホッパー
３３：シリンダ、３３ａ：先端部
３４：スクリュウ
３５：狭隘部
３６：モデル
３７：成形型
３８：ランナー、３８ａ：入口部、３８ｂ：出口部、３８ｃ：分岐ランナー
３９：射出ノズル
４０：線（第１射出ノズルの射出率）
４１：線（第２射出ノズルと第４射出ノズルの射出率）
４２：線（第３射出ノズルの射出率）
【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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