(57)【要約】本発明は、射出ユニット、並びに射出成形金型のキャビティ内への射出過程の制御のための方法に関する。本発明は、薄壁状の射出成形品（７６，７７）の射出成形を、電気的駆動可能な射出スクリューでも若しくは液力的に駆動可能な射出スクリューでも可能にする。重要な特徴として、閉鎖機構の開放時間が圧縮室の最適圧力でアクチブに、有利には圧縮の上方の半分で行われる。これによって容積流移送が薄壁状の射出成形品（７６，７７）の射出成形に際して著しく改善される。特に金型内の溶融圧力、流動速度、キャビティ内の有効な流動距離が高められる。
2004517763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形金型内への射出過程の制御のための方法、特に薄壁状の成形品（７６，７７）の射出成形のための方法であって、電気的若しくは液力的に駆動可能な射出スクリューを用いる形式のものにおいて、
射出スクリュー（２）が射出行程の過程中に、制御若しくは調整された圧縮行程を行い、能動式閉鎖機構（１２）が圧縮室内の最適な圧力若しくは最適な溶融物圧縮に際してコントロールして開かれ、溶融物圧縮から容積流移送への移行を行うことを特徴とする、射出過程の制御のための方法。
【請求項２】
スライダー開放がスクリュー前室内の最大の溶融圧力の上方の半部で行われる請求項１記載の方法。
【請求項３】
能動式閉鎖機構（１２）の開放ができるだけ急激に行われ、能動式閉鎖機構（１２）の開放時点を有利には、圧縮された溶融物の膨張及び流動フロント速度への変換が型のキャビティ内で一次的に行われるように選ぶ請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
圧縮行程中に加速される回転及び／又は並進運動可能な材料の運動部分のエネルギーを射出行程の助成のために最大に利用する請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
射出スクリュー（２）の駆動が電動モータによって行われ、かつ能動式閉鎖機構（１２）の開放の前のスクリュー前室内の圧力形成は、駆動ユニットの運動部分が射出の開始（能動式閉鎖機構の開放）の際にできるだけ高い運動エネルギーを有するように行われる請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
圧縮行程中に加速される回転及び／又は並進運動可能な材料の運動部分のエネルギーを射出行程の助成のために最大に利用し、電気的な駆動モータの回転数がスライダーの開放に際して最大のモータ回転数の領域にある請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
各射出サイクルの圧縮行程が全スクリュー行程の４０％までである請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
ノズルの開放の後に若しくは開放に際して、射出スクリューの運動速度を維持して、スクリュー前室内の圧力低下を避ける請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
圧縮室内の圧力形成が少なくとも能動式閉鎖機構（１２）の開放時点の前には最大の駆動出力若しくはモータ出力で継続され、かつ射出過程が少なくとも開放時点の直後に同じく最大の駆動出力若しくはモータ出力で継続される請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
射出成形ユニット、特に射出成形金型内での薄壁状の成形品（７６，７７）の射出成形のための射出成形ユニットであって、ノズル開放のための制御可能な能動式閉鎖機構（１２）並びに電気的若しくは液力的に駆動可能な射出スクリュー（２）を備えている形式のものにおいて、
射出ユニットが、射出スクリュー（２）の中断のない二段階の直動運動のため、圧縮行程並びに射出行程のための制御若しくは調整手段を有しており、能動式閉鎖機構（１２）が圧縮行程と射出行程との間に操作可能であることを特徴とする射出ユニット。
【請求項１１】
制御若しくは調整手段並びに能動式閉鎖機構が、スライダー開放をスクリュー前室内の溶融圧力の形成の上方の半分、有利には上方の四分の一で実施するように形成されている請求項１又は２記載の射出ユニット。
【請求項１２】
能動式閉鎖機構（１２）がノズルのできるだけ急激な、有利には開放過程の５０ミリ秒より小さい時間での開放のために電気式若しくは液力式の駆動手段を有している請求項１１記載の射出ユニット。
【請求項１３】
能動式閉鎖機構（１２）が射出スクリュー（２）のノズル出口に、若しくは射出成形金型のキャビティの入口領域に配置されていて、ニードル弁、差し込みスライダー、若しくは旋回スライダーとして形成されている請求項１０から１２のいずれか１項記載の射出ユニット。
【請求項１４】
各射出サイクルで成形品（７６，７７）の大きさに応じて周期的に適切な全スクリュー行程が実施されるようになっており、この場合に射出行程の終端で小さな材料クッションしか残されていない請求項１０から１３のいずれか１項記載の射出ユニット。
【請求項１５】
射出スクリュー（２）の直動駆動部が電動モータを有しており、電動モータが出力電子装置を備えており、出力電子装置が所属の演算素子並びに制御若しくは調整手段（１１）を有している請求項１０から１４のいずれか１項記載の射出ユニット。
【請求項１６】
射出ユニットに所属してプログラムメモリー並びにコンピュータ（２３）が、閉鎖機構の能動的な開放の周期的な調整を行って、能動式閉鎖機構（１２）の全開放と溶融物の最大の圧縮とをほぼ一致させるために設けられている請求項１０から１５のいずれか１項記載の射出ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、射出成形金型内への射出過程の制御のための方法、特に薄壁状の成形品の射出成形のための方法であって、電気的若しくは液力的に駆動可能な射出スクリューを用いる形式のもの、並びに射出ユニット、特に射出成形金型内での薄壁状の成形品の射出成形のための射出ユニットに関する。
【０００２】
背景技術
射出段階でスクリュー前室から射出成形金型のキャビティ内への体積流移送は、多くのパラメータに依存していて、当該分野で煩雑な過程として認識されている。Ｐｌａｓｔｖｅｒａｒｂｅｉｔｅｒ ４１， Ｊａｈｒｇａｎｇ １９９０ に基礎研究の成果が記載してある。該文献には測定結果も載せてあり、実際にキャビティ内に供給された体積と幾何学データ及びスクリュー前進速度から得られた体積との間の差異は著しい。
【０００３】
従来は差異の主要ファクターは溶融物圧縮性及び機械変形であると考えられている。溶融物圧縮の測定の実施は、流路全体の逆流を正確に遮断して行われる。理論的な流路距離と実際の流路距離との間には大きな差異がある。理論的な流動フロント位置から実際の流動フロント位置の推論は、次の仮定をベースにする：動的な射出プロセスの各時点で測定値がほぼ一定と見なす。溶融物の各箇所でスクリュー前室内と同じ圧力が作用している。算出される流路距離は実際の流路距離よりわずかに小さい。理由として挙げられることは：
ａ）スクリュー前室内とキャビティ内とには異なる高さの圧力が作用する。
【０００４】
ｂ）キャビティ内の圧力は流路にわたって一定でない。該圧力は流動フロントに向かってほぼ直線的に減少する。
【０００５】
ｃ）スクリュー前室内にある体積は射出過程中に次第に減少する。
【０００６】
ｄ）プラスチック材料は成形品の材料に比べ欠点を縮小するために大きく選ばれていた。
【０００７】
実験は、８００、１１００及び１５００ｂａｒの最終圧力で行われており、この場合、圧縮室内の圧力が時間的に調量体積に関連して２０〜５０ミリ秒の範囲で変化する。体積流上昇速度が最終圧力レベルの低下に伴って増大する。相応に、体積流が急速に流出する。別の特性経過では、体積流変化が減少して、直線的な経過に移行する。移行が背圧レベルに応じて早い時点若しくは遅い時点でかつ大きな若しくは小さな体積流レベルで行われる。直線領域での所定時間にわたる体積流変化が、最終圧力レベルの上昇に伴って増大する。金型内に流入する体積流は金型内での溶融物の流動長さの増大に伴って一次的に増大するものと思われる。さらに背圧値の増大に伴って体積流の目標値に対する差が増大することになる。このような事態は特に重要であり、それというのは実地には充填時間が必然的に増大することになるからである。特に断面の小さい成形品の射出成形に充填時間の増大を見込まなければならない。
【０００８】
近年の開発には簡単に述べると２つの傾向がある：
液力式の駆動部を備えた射出成形機の場合には、品質的な要求の低い厚肉の成形品のための経済的な機械が製造されている。特に薄壁状の成形品のための質的に高い要求は、適切に構成された高価な機械でしか満たされ得ない。
【０００９】
電気的に駆動される機械を要求の高い薄壁状の射出成形品の製造に使用することは不可能であった。
【００１０】
薄壁状の射出成形品の製造には、液力式の高価な特殊な機械が必要である。この場合には、射出の際に運動させられる材料の動的力が容易に制御可能である。
【００１１】
ＷＯ０１／０３９０６号明細書により公知の射出成形法においては、圧力下のプラスチックが比較的大きな閉鎖可能な前室から閉鎖機構の開放の後に型中空室内に射出される。目的は、薄く小さい成形品の射出成形に際して型中空室を迅速に満たすことであり、この場合、射出プランジャーの速度は低く、若しくは二次的問題である。ここで公知技術について、従来は閉鎖機構の開放の前に型内の圧力と同じ圧力を閉鎖機構の前側に形成すると、型が少なくとも部分的に前室内のプラスチックの膨張によって充填されると述べてある。
【００１２】
ＷＯ０１／０３９０６号明細書で提案されている改善策として、前室内の圧力が１５００ｂａｒを越えるまで上昇させられ、特に前室の容積は一般的にそうであるように射出過程に際してほとんど減少させられず、ほぼ維持される。この場合には型中空室がもっぱら、大きな前室内に集められて高圧下にあるプラスチック材料の断熱膨張過程によって満たされる。断熱膨張によって３０℃の冷却及び５００ｂａｒの最終領域への圧力降下が行われる。１つの例では、前室が型中空室に比べて４５倍の大きさであり、若しくは３０乃至４０部分の前室充填が行われる。多くの場合には、熱いプラスチック材料の前室内での待機時間及び３０℃の加熱は許されない。従って該手段は特殊な場合にしか用いられない。
【００１３】
発明の説明
本発明の課題は、特に薄壁状の射出成形品の製造のための射出過程を改善して、使用領域を制限しないようにすることである。
【００１４】
前記課題を解決するために本発明に基づく方法では、射出スクリューが射出行程の過程中に、制御若しくは調整された圧縮行程を行い、能動式閉鎖機構が圧縮室内の最適な圧力若しくは最適な溶融物圧縮に際してコントロールして開かれ、溶融物圧縮から容積流移送への移行を行うようになっている。
【００１５】
前記課題を解決するために本発明に基づく射出ユニットでは、射出ユニットが、射出スクリューの中断のない二段階の直動運動のため、圧縮行程並びに射出行程のための制御若しくは調整手段を有しており、能動式閉鎖機構が圧縮行程と射出行程との間に操作可能であり、二段階を形成している。
【００１６】
方法の特に有利な実施態様では、能動式閉鎖機構の開放時点は、ノズル孔若しくは型ノズルの前で圧力反射波の影響を防止するように選ばれている。これによってすべての機械にとって構造的及び技術的な費用が少なく、液力式に駆動可能な機械の場合に薄壁状の成形品が高品質で射出成形できる。さらに、電動モータで駆動される射出スクリューを用いて、高品質の薄壁状の成形品が液力式の駆動部の場合と同様に製造できる。
【００１７】
スクリュー前室内に形成される液体圧力は従来技術では最大圧力の段階では圧縮に活用されていなかった。それというのは体積流移送がすでに圧力形成中に行われるからである。前記引用のＷＯ０１／０３９０６号明細書に記載の手段でも積極的な効果は得られず、それというのは前室内での圧力形成から体積流移送への移行をコントロールによって生ぜしめるようになっていないからである。該ＷＯ０１／０３９０６号明細書では移行が、体積流移送の際にスクリュー前進移動への作用を考慮することなく早期に制御されている。
【００１８】
本発明では、アクチブな射出サイクルを二段階で行うようになっており、この場合、圧縮行程が第１の段階であり、射出行程が第２の段階である。両方の段階が射出スクリューの直動運動の人為的な中断によって行われるのではなく、能動式閉鎖機構の圧力及び／又は時間に依存してコントロールされた制御若しくは開放によって生ぜしめられる。これによって、圧縮行程中に加速された材料の運動力が射出行程の助成に最大に活用される。極端な構成では、運動量の大きな圧縮ばねを設けて、最大の応力の範囲で前側の端部を空けておき、ばねを前方へ伸長させるようになっている。これによって、圧縮された射出成形材料の型内への流入が達成されて、良好な効果が得られ：
改善された体積流移送、
流動速度の増大、
急速な型充填、
大きな流動速度による大きな流動距離、
特に薄い成形品の製造の場合の型内での高い圧力の形成。
【００１９】
本発明においては圧縮行程に際して、生ぜしめられたエネルギーが溶融物圧縮に最大に変換される。次いで、圧縮された溶融物が溶融物の最適な圧力に際してほぼ急激な開放によって最大の運動エネルギーで搬送され、これによって生じた最大の速度がスクリュー前室から型のキャビティ内への体積流移送のために活用される。すでに実験で明らかなことは、厚さの著しく薄い成形品の製造に際して型内での溶融物流動速度が本発明の新規な手段によって著しく増大されることである。溶融物が短い時間で大きな距離にわたって進行し、このことは適当なセンサーを介して各流動フロント位置を時間的に測定することによって確認された。キャビネットの壁部分の冷却の効果が大きければ大きいほど、成形品が薄くできるというのは誤った認識である。閉鎖機構の受動的な、かつ一般的に早すぎる開放は、型キャビティの入口区分の領域の急速な冷却をもたらし、直ちに後続の材料流れにとって流動条件を低下させることになる。本発明は欠点を著しく排除するものである。
【００２０】
本発明の有利な多数の実施態様が請求項２乃至９並びに１乃至１６に記載してある。
【００２１】
本発明の有利な実施態様では、閉鎖機構のアクチブな開放までの圧力上昇の最大の勾配が、許容可能な運転パラメータの範囲で選ばれる。閉鎖機構の開放の直後に、蓄えられた圧縮エネルギーも、プラスチック材料若しくは加速されたすべての材料への射出スクリューの吐出作用も体積流移送に最大に生ぜしめられ、これは流動通路内での最適な流動条件をなすものである。射出スクリューの駆動が電動モータで若しくは液力で行われ、最大の圧力の圧力形成が能動式閉鎖機構の開放の前に生ぜしめられると、射出開始に際して最高の運動エネルギーが生ぜしめられる。このことは射出スクリューの液力式の駆動部にとっても、電気式の駆動部にとっても同じように当てはまる。電気式に駆動される機械が、従来困難な領域でも使用できる。このことは、電気式の駆動部が液力式の駆動部に比べて製造される成形品当たり著しく少ないエネルギーしか必要としないので特に有利である。圧縮室内での圧力形成及び能動式閉鎖機構の開放時点で若しくは開放直後の射出過程が、中断なく最大のモータ出力で行われる。重要なことは、射出スクリューのための駆動手段が圧力形成の時間を短くするように選ばれることである。射出スクリューの直動駆動部が、速度調整可能なサーボモータとして形成されていてよい。能動式閉鎖機構としては最も有利にはニードル弁が用いられる。能動式閉鎖機構は射出スクリューのノズル出口若しくはキャビティの入口領域に配置されてよい。このことは実際に、能動式閉鎖機構が金型の適合によって若しくは金型の変更によって使用できるので著しく有利であり、機械側の変更は不要である。
【００２２】
本発明の実施例の説明
図１は基礎実験のための実験装置を概略的に示しており、機械的な構成部分が概略的に描いてある。射出シリンダー１内に射出スクリュー２を配置してあり、射出スクリューがスクリュー巻条３を有している。射出スクリュー２の矢印４に沿った直動駆動のために、符号５の付けられたボックスＫが概略的に示してある。直動駆動が液圧式に若しくは電気機械式に行われる。さらに位置センサーｓ−ｓｃｈｎが符号６で概略的に示してあり、かつ速度センサーｖ−ｓｃｈｎが符号７で概略的に示してある。両方のセンサー値が電気的なサーボモータを使用する場合に、制御電子装置若しくは適切な発信器及びコンピュータから得られるようになっていてよい。電気駆動式の射出成形機の制御及び調整技術は例えばヨーロッパ特許第０６４７１７５号明細書に記載してある。相応の制御若しくは信号ライン８，９，１０が制御ボックス１１へ延びている。作動閉鎖部１２がニードル弁を備えており、ニードル弁が弁ニードル１３及び操作レバー１４によって形成されており、操作レバーが制御可能な駆動部（矢印１５）によって操作される。正確なレバー位置ｓ−ｈｅｂがポテンシオメーター１６を介して検出され、位置変化のための命令が信号ライン１７を介して制御装置（制御ボックス１１）から対応する駆動部（矢印１５）に与えられる。符号Ｋが型キャビティを示し、Ｅｓｖ が射出スクリュー前室を示している。型キャビティＫが両方の型半割部１８，１９によって形成される。実験のために、溶融圧力ｐ−ｍｅｌｔが直接にノズル前室ＤＶ内で適宜な圧力センサーを介して測定されて、測定値が出力増幅器２０を介して測定装置２１に伝達される。同じく、レバー位置が信号ライン２２を介して測定装置２１の測定電子部分に伝達される。測定装置２１並びに制御ボックス１１が、受像面（スクリーン）２４及び入力キーボード２５を備えたコンピュータ２３に、制御若しくは信号ライン２６，２７を介して接続されている。
【００２３】
射出成形サイクルのための時間的な作動経過は概略的に次の通りであり：
【００２４】
【表１】
2004517763.tif 000003
【００２５】
新規な手段の中心的な視点は、命令「射出開始」の時間的な分離、コントロールされた命令「ニードル開放」若しくは型のキャビティ内への本来の射出にある。各具体例にとって相応のプログラムが形成されて記憶され、これによって閉鎖機構が圧縮室若しくはノズル前室ＤＶ内の最適圧力に際して能動的若しくはアクチブに制御若しくは操作される。このようにして、受動式閉鎖機構の場合に行われている射出開始と弁開放との相互作用のための偶然性が排除される。
【００２６】
射出ノズルが可塑化装置の前側の終端部（閉鎖部）を形成している。射出過程中に、ノズルが金型の注入ブッシュに圧着される。ノズルは、流入する成形材料に対して可塑化シリンダーと金型の注入ブッシュとの間の接続部を成すようになっている。射出ノズルは次の要求を満たすものでありたい：
流れやすい構造、
容易な交換性、
確実なシール性、
溶融物の温度の維持。
【００２７】
従来の開発傾向は前記要求を満たすことにある。可塑化段階中の材料流出を防止するために、公知技術では種々の閉鎖ノズル、特にスライド式閉鎖ノズルを用いるようになっており、スライド式閉鎖ノズルが通常はばね負荷（予負荷）されている。ばね負荷されたスライド式閉鎖ノズルが材料圧力の作用によって作動される。多くの形式のものにおいて、弁が金型へのノズルの圧着に際して開かれる。
【００２８】
図２ａが受動式閉鎖部のための実施例、例えば公知技術のボール閉鎖の閉鎖ノズルを示している。ボール（球体）３０が、十字状にスリットの切られた特殊な皿ばね３１によって圧着されて、ノズル本体３３の流過開口３２に対する密閉を行うようになっている。皿ばね（ダイヤフラムばね）３１がノズル本体３３とノズルヘッド３４との間に保持されており、ノズルヘッドが対応する金型通路開口への移行開口３５を有している。
【００２９】
図２ｂが能動式閉鎖部のための実施例を示している。該実施例はピストンノズルであって、半径方向でシール作用を生ぜしめるニードル閉鎖部及びノズルヘッド４０を備えており、該ノズルヘッドが金型プレートノズル４１内に挿入される。ヒートバンド４２が溶融物温度の維持のために役立っている。閉鎖ニードル若しくは弁ニードル１３がノズル挿入体４３内に移動可能に支承されていて、操作レバー１４によって連続的に運動させられ、若しくは所定位置に保たれる。符号４４がノズルヘッド４０のためのセンタリング部材を表している。操作レバー１４の駆動は電動モータ式に若しくは液圧式に行われてよい。重要なことは、操作レバーの運動を高い溶融物圧力下で迅速に行うように構成することである。
【００３０】
図２ｃに、直線的な射出スクリュー運動のため、並びに液力シリンダー５０を介した閉鎖ニードルの能動的な運動のための純然たる液力式の駆動部が概略的に示してある。射出スクリュー２が液力式の駆動部５１によって直線的に運動させられる。射出装置５２全体が支持ロッド５３を介して保持されていて、別の液力式の駆動部５４によって射出位置へ移動させられてノズルヘッド３４を当接させるようになっている。絞り５５が、ニードル運動機構の衝撃を避けるために用いられている。ニードル運動のコントロールが調整弁５６並びに制御弁５７を介して行われる。
【００３１】
図３に、閉鎖ニードル若しくは弁ニードル１３のための主要な構成部分並びに該構成部分の操作が示してある。操作レバー１４の運動（矢印１５）が任意に行われてよい。概略的に力伝達ロッド６４のみを示してあり、が力伝達ロッドがヒンジ結合部６１を介して操作レバー１４に結合されている。操作レバー１４が枢着ヘッド６３内の旋回ピン６２を介して旋回可能に射出シリンダー１に保持されており、この場合、枢着ヘッド６３がねじ６５を介して射出シリンダー１の前側の端部に分解可能に取り付けられている。これによって迅速な交換が交換が可能である。材料供給通路６０が通路区分６０′，６０″で屈曲して旋回ピンの領域を迂回して導かれ、さらにニードル延長区分６６並びに弁ニードルの周囲のリング状の通路６０″′を介して導かれている。ノズル挿入体４３と枢着ヘッドとの間に２つの中間片６７，６８を設けてあり、該中間片が差し込みノズルヘッド４０を枢着ヘッド６３に摩擦力結合している。弁ニードル１３がニードル延長区分６６を介して枢着ヘッド６３の孔６９内に軸線方向移動可能に支承されている。操作レバー１４の旋回運動が必然的に、対応する弁座７１に対するニードル先端７０の所望の開閉運動を生ぜしめる。図２ｂ及び図３に示したニードル弁の代わりに、それ自体公知の旋回スライダー閉鎖部材若しくは差し込みスライダー閉鎖部材が用いられてよい。
【００３２】
図４ａが射出成形金型７５全体の断面を示している。この場合、中間片６７がプレート７３内に保持されており、プレートが直接に射出成形金型にねじ結合されている。キャビティＫが同じ２つの射出成形部分７６，７７を生ぜしめ、該射出成形部分がそれぞれＬ字形を成していて、中央で射出注入部７８によって互いに結合されている。全射出成形過程の測定検出のために複数の測定点が設けられている。例えば８つの赤外線センサー７９を等間隔で配置してあり、該赤外線センサーが充填経過を正確に記録するようになっている。さらに２つの金型内圧・センサーが、１つは射出注入部にかつもう一つは射出注入部から離れて流過経路の終端部に組み込まれている。実験は受動的なニードル開放と能動的なニードル開放とで行う。図６及び図７のダイヤグラムでは次の略語が用いてある：
金型（Ｗｅｒｋｚｅｕｇ）        ｗｚ、
圧力                  ｐ、
距離                  ｓ、
ピストン（Ｋｏｌｂｅｎ）      Ｋｏｌ．、
レバー位置            ｓ−ｈｅｂ、
金型内圧              ｐ−ｗｚ、
赤外線センサー        Ｆｒｏｎｔ、
スクリュー速度        ｖ−ｓｃｈ、
スクリュー位置        ｓ−ｓｃｈ、
ノズル前室内材料圧力  ｐ−ｍｅｌｔ。
【００３３】
能動的（ａｋｔｉｖ）なる用語は、閉鎖機構を新規な手段に基づき積極的（ａｋｔｉｖ）にコントロールすることを意味しており、受動的（ｐａｓｓｉｖ）なる用語は、閉鎖機構を従来技術に基づき強制制御なしに運転することを意味する。
【００３４】
図５ａと図５ｂとに、従来技術の手段（図５ａ）と新規な手段（図５ｂ）とが対比して示してある。図５ａでは弁が既に低い溶融物圧縮力に際して開かれている。このことが、部分的に開かれた弁で概略的に示してある。進行する溶融物の速度は比較的に低い。周縁領域８０が急速に冷却される。これによって、通路断面の必然的な狭窄が生じ、かつ相応に変形された速度プロフィール８１が生じる。従って、スクリュー前室から射出成形金型のキャビティ内への体積流移送が低下する。図５ｂには新規な手段における状態が、完全に開かれた弁によって概略的に示してある。最大の圧力若しくは最大の圧縮エネルギー並びに最大の吐出エネルギーが衝撃的に生ぜしめられるので、断面全体にわたる広い流動フロント若しくは流動先端面及びほぼ最大の速度Ｖｍａｘが得られる。相応に一様な速度プロフィール８２が生じている。結果として高い速度、急速な型充填及び長い流動距離が得られる。従って、長い薄壁状部分が著しく短い時間で射出成形される。このことは、液力式の駆動部にとっても、電気機械式の駆動部にとっても同様に当てはまる。
【００３５】
図６に能動的（アクチブ）なノズル開放と受動的（パッシブ）なノズル開放との間の比較が示してある。スクリュー前室内の溶融物圧力ａｋｔｉｖ ｐ−ｍｅｌｔ並びにｐａｓｓｉｖ ｐ−ｍｅｌｔの両方の特性線は、圧縮段階の大部分にわたって互いに合致している。ａｋｔｉｖ ｐ−ｍｅｌｔにおいて、圧力が終端でほぼ１０％増大している。これは所望の結果であり、それというのは受動的なノズル開放では圧縮段階開始の直後にすでに溶融物が流出するからである。このことはレバー位置の推移ｐａｓｓｉｖ ｓ−ｈｅｂにも認められ、この場合弁が直ちに開き始める。完全な開放距離にとってレバーは、実験例で受動的な開放（駆動なし）の場合には点（１）から点（２）までほぼ１００ｍｓを必要である。駆動による能動的な開放の場合には、開放運動は圧縮開始から遅らして、即ち点（１）からほぼ４０〜５０ｍｓにわたって遅らして生ぜしめられる。開放時間が点（３）と点（４）との間の３０〜４０ｍｓだけである。圧力ａｋｔｉｖ ｐ−ｍｅｌｔが圧力ｐａｓｓｉｖ ｐ−ｍｅｌｔよりも２０％まで増大している。重要な点は、値ａｋｔｉｖ ｐ−ｗｚ と値ｐａｓｓｉｖ ｐ−ｗｚとの間の圧力差にある。圧力ｐａｓｓｉｖ ｐ−ｗｚがほぼ４００ｂａｒ（０．４ｋｂａｒ）、点（５）であるのに対して、圧力ａｋｔｉｖ ｐ−ｗｚは大部分の時間にわたって５００ｂａｒと５５０ｂａｒ、点（６）に達し、即ち２５％を上回る値である。
【００３６】
図７はノズルの完全に閉じられた状態（ｇｅｓｃｈｌ−Ｄｕｅｓｅ）での溶融物の圧縮を、新規な手段の圧力段階と圧力推移で示している。圧力距離（Ｋｏｍｐｒｅｓｓｏｐｍｓｗｅｇ）が３０ｍｍである。最終圧力が実施例ではほぼ１．７５ｋｂａｒである。
【００３７】
図８及び図９は従来技術の手段の基本的な問題点を示している。図８の例では、スクリュー運動の目標速度が２００ｍｍ／ｓｅｃに選ばれ、図９の例では、スクリュー運動の目標速度が１０００ｍｍ／ｓｅｃに選ばれている。図８から明らかなように、最大の体積流速度が６０ｍｍ／ｓｅｃであり、これはほぼ２５０ｍｓである。高いスクリュー前進速度０〜２５０ｍｓが、ノズルの開いているにもかかわらず実質的に溶融物圧縮を生ぜしめる。
【００３８】
図９は円で囲った箇所に特徴的な作用を示している。点線の曲線ｓ−ｋｏｌｂｅｎがほぼ５０ｍｓの時間にわたってわずかな後退運動を示している。スクリューが弾性的な後退（Ｚｕｒｕｅｃｋｆｅｄｅｒｎ ｄｅｒ Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）を生ぜしめている。原因は、高い速度で発生する反射波の作用にある。実験から明らかなように、受動的な弁開放を行う従来技術では圧縮エネルギーの一部分が、発生する圧力反射波によって体積流速度に変換されない。新規な手段は、有利には最大圧縮の領域で閉鎖機構の制御された開放によって、反射波の不都合な作用を排除するものである。体積流移送があらゆる点で最適である。
【００３９】
図１０は、スクリュー速度の推移（Ｖ−Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）及びスクリューの距離（Ｓ−Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）を、特に電動モータ式のスクリュー駆動部の場合においてスクリュー前室内の溶融物圧力（Ｐ−Ｓｃｈｍｅｌｚｅ）、並びに型内の圧力（ｐ−ｍｏｌｄ） を示している。図示の実施例では、閉鎖機構（能動的なノズル開放）が時間のほぼ三分の一で開かれる。スクリュー前室内の溶融物の圧力（Ｐ Ｓｃｈｍｅｌｚｅ Ｓｃｈｎｅｃｋｅｎｖｏｒｒａｕｍ）が、ノズル開放の時点から最大の圧力でほぼ一定である。型内の圧力Ｐ−ｍｏｌｄ（ ｉｎ ｄｅｒ Ｆｏｒｍ）がゼロから急激に上昇して、長い時間にわたって比較的高く保たれている。図面から明らかなように、図面から明らかなように、ノズル開放の時間にわたってスクリューの速度（Ｖ−Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）が若しくはスクリューの移動距離（Ｓ−Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）が時間（ｔ）にわたって不変に維持される。スクリューの圧縮行程が中断なしにスクリュー充填行程若しくは射出行程に移行する。モーター式の駆動部が両方の領域を中断なしに通過し、それというのは能動的なノズル開放のタイミングが圧縮及び体積移送に正確に適合されているからである。対比として射出スクリューの液力式の駆動部で閉鎖機構の受動的な開放の場合のスクリューの速度（Ｖ ｐａｓｓｉｖ）が鎖線で示してあり、対応してスクリューの距離（Ｓ−ｐａｓｓｉｖ）も示してある。ノズル閉鎖機構の受動的な開放に際して、射出スクリューが射出サイクルの開始時に必要な量をはるかに超えて加速され、従って容積流移送のための速度が半分に低下する。
【００４０】
図１１ａ及び図１２ｂが能動的な閉鎖機構と受動的な閉鎖機構との比較を示しており、この場合、Ａが能動的な開放（Ａｋｔｉｖｅｓ Ｏｅｆｆｎｅｎ）を意味し、Ｂが受動的な開放（Ｐａｓｓｉｖｅｓ Ｏｅｆｆｎｅｎ）を意味している。時間はミリ秒で表してあり、ノズル前室から最後のセンサーまで流れるために多くの時間が必要である。新規な手段の能動的な閉鎖機構においては、短い時間の８２．８ｍｓであり、若しくは従来技術の受動的な閉鎖機構において必要な材料の移動距離に比べて５２％である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
能動式閉鎖機構としてニードル弁を備えた実施例の概略図。
【図２ａ】
従来技術の球体シール及び皿ばねを備えた受動式閉鎖機構の断面図。
【図２ｂ】
本発明に基づく、ニードル閉鎖機構として形成された能動式閉鎖機構の断面図。
【図２ｃ】
本発明に基づく、液力的にコントロール可能なニードルを備えた能動式閉鎖機構の実施例を示す図。
【図３】
ニードル閉鎖機構のための電気的若しくは液力的な駆動部のための、図２ｂに基づくアクチブに操作可能なニードル弁の拡大図。
【図４ａ】
実験に用いる射出成形金型の断面図。
【図４ｂ】
線ＩＶ−ＩＶ線に沿った断面で示す型部分若しくは成形品の輪郭を示す図。
【図５ａ】
従来技術の溶融物の流れに関する不都合な作用を説明するための概略図。
【図５ｂ】
本発明に基づく溶融物の流動速度の改善を示す概略図。
【図６】
能動的なノズル開放と受動的なノズル開放との比較を示す線図。
【図７】
本発明の基礎実験に基づく、閉じたノズルに対する溶融物の圧縮の測定曲線図。
【図８】
本発明の基礎実験に基づく２００ｍｍ／ｓｅｃの目標速度で直径１ｍｍのノズル開口を介した射出の測定曲線図。
【図９】
本発明の基礎実験に基づく１０００ｍｍ／ｓｅｃの目標速度での測定曲線図。
【図１０】
本発明に基づく重要なパラメータ推移と従来技術に基づく重要なパラメータ推移を示す線図。
【図１１】
能動的な弁制御と受動的な弁制御との開放時点を対比して示す線図。
【図１２】
能動的な閉鎖機構Ａと受動的な閉鎖機構Ｂとにおいて材料がノズル前室から、離れた距離にあるセンサーまでを流れるために必要とした時間を示すグラフ。
【符号の説明】
１  射出シリンダー（バレル）、  ２  射出スクリュー、  ６  位置センサー（ｓ−ｓｃｈｎ）、  ７  速度センサー（ｖ−ｓｃｈｎ）、  ８，９，１０  制御若しくは信号ライン、  １１  制御ボックス、  １２  作動閉鎖部、  １３  弁ニードル、  １４  操作レバー、  １５  矢印（制御可能な駆動部）、  １６  ポテンシオメーター、  １７  信号ライン、  １８，１９  型半部、  ２０  出力増幅器、  ２１  測定装置、  ２２  信号ライン、  ２３  コンピュータ、  ２４  受像面、  ２５  入力キーボード、  ２６，２７  信号ライン、  ３０  ボール、  ３１  皿ばね（ダイヤフラムばね）、  ３２  流過開口、  ３３  ノズル本体、  ３４  ノズルヘッド、  ３５  移行開口（流出開口）、  ４０  ノズルヘッド、  ４１  金型プレートノズル、  ４３  ノズル挿入体、  ４４  センタリング部材、  ５０  液力シリンダー、  ５１  液力式の駆動部、  ５２  射出装置、  ５３  支持ロッド、  ５４  液力式の駆動部、  ５５  絞り、  ５６  調整弁、  ５７  制御弁、  ６０  材料供給通路、  ６０  通路区分、  ６１  枢着結合部、  ６２  旋回ピン、  ６３  枢着ヘッド、  ６５  ねじ、  ６６  ニードル延長区分、  ６７，６８  中間片、  ６９  孔、  ７０  ニードル先端、  ７１  弁座、  ７３  プレート、  ７５  射出成形金型、  ７８  射出注入部、  ８０  周縁領域、  ＤＶ  ノズル前室、  Ｋ  型キャビティ、  Ｅｓｖ   射出スクリュー前室
【図１】
2004517763.tif 000004
【図１０】
2004517763.tif 000005
【図１１】
2004517763.tif 000006
【図１２】
2004517763.tif 000007
【国際公開パンフレット】
2004517763.tif 000008
2004517763.tif 000009
2004517763.tif 000010
2004517763.tif 000011
2004517763.tif 000012
2004517763.tif 000013
2004517763.tif 000014
2004517763.tif 000015
2004517763.tif 000016
2004517763.tif 000017
2004517763.tif 000018
2004517763.tif 000019
2004517763.tif 000020
2004517763.tif 000021
2004517763.tif 000022
2004517763.tif 000023
2004517763.tif 000024
2004517763.tif 000025
2004517763.tif 000026
2004517763.tif 000027
2004517763.tif 000028
2004517763.tif 000029
2004517763.tif 000030
2004517763.tif 000031
2004517763.tif 000032
2004517763.tif 000033
2004517763.tif 000034
2004517763.tif 000035
2004517763.tif 000036
2004517763.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月10日(2003.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】射出過程の制御のための方法及び射出ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】射出成形金型内への射出過程のため、特に薄壁状の成形品（７６，７７）の射出成形のための射出及び圧縮行程を制御若しくは調整する方法であって、電気的若しくは液力的に駆動可能な射出スクリューを用いる形式のものにおいて、
圧縮行程が中断なしに射出行程へ移行され、能動式閉鎖機構（１２）が圧縮室内の最適な圧力若しくは最適な溶融物圧縮に際してコントロールして開かれて、溶融物圧縮から容積流移送への移行を行い、その際に能動式閉鎖機構ができるだけ急激に行われることを特徴とする、射出及び圧縮行程を制御若しくは調整する方法。
【請求項２】スライダー開放がスクリュー前室内の最大の溶融圧力の上方の半部で行われる請求項１記載の方法。
【請求項３】能動式閉鎖機構（１２）の開放ができるだけ急激に行われ、能動式閉鎖機構（１２）の開放時点を有利には、圧縮された溶融物の膨張及び流動フロント速度への変換が型のキャビティ内で一次的に行われるように選ぶ請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】圧縮行程中に加速される回転及び／又は並進運動可能な材料の運動部分のエネルギーを射出行程の助成のために最大に利用する請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】射出スクリュー（２）の駆動が電動モータによって行われ、かつ能動式閉鎖機構（１２）の開放の前のスクリュー前室内の圧力形成は、駆動ユニットの運動部分が射出の開始（能動式閉鎖機構の開放）の際にできるだけ高い運動エネルギーを有するように行われる請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】射出スクリューの電気的な駆動モータの回転数がスライダーの開放に際して最大のモータ回転数の領域にあり、その結果、圧縮行程中に加速される回転及び／又は並進運動可能な材料の運動部分のエネルギーが射出行程の助成のために最大に活用される請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】各射出サイクルの圧縮行程が全スクリュー行程の４０％までである請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】ノズルの開放の後に若しくは開放に際して、射出スクリューの運動速度を維持して、スクリュー前室内の圧力低下を避ける請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】圧縮室内の圧力形成が少なくとも能動式閉鎖機構（１２）の開放時点の前には最大の駆動出力若しくはモータ出力で継続され、かつ射出過程が少なくとも開放時点の直後に同じく最大の駆動出力若しくはモータ出力で継続される請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】射出成形ユニット、特に射出成形金型内での薄壁状の成形品（７６，７７）の射出成形のための射出成形ユニットであって、ノズル開放のための制御可能な能動式閉鎖機構（１２）並びに電気的若しくは液力的に駆動可能な射出スクリュー（２）を備えている形式のものにおいて、
射出ユニットが、射出スクリュー（２）の中断のない二段階の直動運動のため、圧縮行程並びに射出行程のための制御若しくは調整手段を有しており、能動式閉鎖機構（１２）が圧縮行程と射出行程との間に操作可能であり、能動式閉鎖機構が能動式閉鎖機構のできるだけ急激な開放のための電気式若しくは液力式の駆動手段を有していることを特徴とする射出ユニット。
【請求項１１】制御若しくは調整手段並びに能動式閉鎖機構が、スライダー開放をスクリュー前室内の溶融圧力の形成の上方の半分、有利には上方の四分の一で実施するように形成されている請求項１又は２記載の射出ユニット。
【請求項１２】能動式閉鎖機構（１２）がノズルのできるだけ急激な、有利には開放過程の５０ミリ秒より小さい時間での開放のために電気式若しくは液力式の駆動手段を有している請求項１１記載の射出ユニット。
【請求項１３】能動式閉鎖機構（１２）が射出スクリュー（２）のノズル出口に、若しくは射出成形金型のキャビティの入口領域に配置されていて、ニードル弁、差し込みスライダー、若しくは旋回スライダーとして形成されている請求項１０から１２のいずれか１項記載の射出ユニット。
【請求項１４】各射出サイクルで成形品（７６，７７）の大きさに応じて周期的に適切な全スクリュー行程が実施されるようになっており、この場合に射出行程の終端で小さな材料クッションしか残されていない請求項１０から１３のいずれか１項記載の射出ユニット。
【請求項１５】射出スクリュー（２）の直動駆動部が電動モータを有しており、電動モータが出力電子装置を備えており、出力電子装置が所属の演算素子並びに制御若しくは調整手段（１１）を有している請求項１０から１４のいずれか１項記載の射出ユニット。
【請求項１６】射出ユニットに所属してプログラムメモリー並びにコンピュータ（２３）が、閉鎖機構の能動的な開放の周期的な調整を行って、能動式閉鎖機構（１２）の全開放と溶融物の最大の圧縮とをほぼ一致させるために設けられている請求項１０から１５のいずれか１項記載の射出ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、射出成形金型内への射出過程のため、特に薄壁状の成形品の射出成形のための射出及び圧縮行程を制御若しくは調整する方法であって、電気的若しくは液力的に駆動可能な射出スクリューを用いる形式のもの、並びに、射出成形ユニット、特に射出成形金型内での薄壁状の成形品の射出成形のための射出成形ユニットであって、ノズル開放のための制御可能な能動式閉鎖機構並びに電気的若しくは液力的に駆動可能な射出スクリューを備えている形式のものに関する。
【０００２】
背景技術
射出段階でスクリュー前室から射出成形金型のキャビティ内への体積流移送は、多くのパラメータに依存していて、当該分野で煩雑な過程として認識されている。Ｐｌａｓｔｖｅｒａｒｂｅｉｔｅｒ ４１， Ｊａｈｒｇａｎｇ １９９０ に基礎研究の成果が記載してある。該文献には測定結果も載せてあり、実際にキャビティ内に供給された体積と幾何学データ及びスクリュー前進速度から得られた体積との間の差異は著しい。
【０００３】
従来は差異の主要ファクターは溶融物圧縮性及び機械変形であると考えられている。溶融物圧縮の測定の実施は、流路全体の逆流を正確に遮断して行われる。理論的な流路距離と実際の流路距離との間には大きな差異がある。理論的な流動フロント位置から実際の流動フロント位置の推論は、次の仮定をベースにする：動的な射出プロセスの各時点で測定値がほぼ一定と見なす。溶融物の各箇所でスクリュー前室内と同じ圧力が作用している。算出される流路距離は実際の流路距離よりわずかに小さい。理由として挙げられることは：
ａ）スクリュー前室内とキャビティ内とには異なる高さの圧力が作用する。
【０００４】
ｂ）キャビティ内の圧力は流路にわたって一定でない。該圧力は流動フロントに向かってほぼ直線的に減少する。
【０００５】
ｃ）スクリュー前室内にある体積は射出過程中に次第に減少する。
【０００６】
ｄ）プラスチック材料は成形品の材料に比べ欠点を縮小するために大きく選ばれていた。
【０００７】
実験は、８００、１１００及び１５００ｂａｒの最終圧力で行われており、この場合、圧縮室内の圧力が時間的に調量体積に関連して２０〜５０ミリ秒の範囲で変化する。体積流上昇速度が最終圧力レベルの低下に伴って増大する。相応に、体積流が急速に流出する。別の特性経過では、体積流変化が減少して、直線的な経過に移行する。移行が背圧レベルに応じて早い時点若しくは遅い時点でかつ大きな若しくは小さな体積流レベルで行われる。直線領域での所定時間にわたる体積流変化が、最終圧力レベルの上昇に伴って増大する。金型内に流入する体積流は金型内での溶融物の流動長さの増大に伴って一次的に増大するものと思われる。さらに背圧値の増大に伴って体積流の目標値に対する差が増大することになる。このような事態は特に重要であり、それというのは実地には充填時間が必然的に増大することになるからである。特に断面の小さい成形品の射出成形に充填時間の増大を見込まなければならない。近年の開発には簡単に述べると２つの傾向がある：
液力式の駆動部を備えた射出成形機の場合には、品質的な要求の低い厚肉の成形品のための経済的な機械が製造されている。特に薄壁状の成形品のための質的に高い要求は、適切に構成された高価な機械でしか満たされ得ない。
【０００８】
電気的に駆動される機械を要求の高い薄壁状の射出成形品の製造に使用することは不可能であった。
【０００９】
薄壁状の射出成形品の製造には、液力式の高価な特殊な機械が必要である。この場合には、射出の際に運動させられる材料の動的力が容易に制御可能である。
【００１０】
ＷＯ０１／０３９０６号明細書により公知の射出成形法においては、圧力下のプラスチックが比較的大きな閉鎖可能な前室から閉鎖機構の開放の後に型中空室内に射出される。目的は、薄く小さい成形品の射出成形に際して型中空室を迅速に満たすことであり、この場合、射出プランジャーの速度は低く、若しくは二次的問題である。ここで公知技術について、従来は閉鎖機構の開放の前に型内の圧力と同じ圧力を閉鎖機構の前側に形成すると、型が少なくとも部分的に前室内のプラスチックの膨張によって充填されると述べてある。
【００１１】
ＷＯ０１／０３９０６号明細書で提案されている改善策として、前室内の圧力が１５００ｂａｒを越えるまで上昇させられ、特に前室の容積は一般的にそうであるように射出過程に際してほとんど減少させられず、ほぼ維持される。この場合には型中空室がもっぱら、大きな前室内に集められて高圧下にあるプラスチック材料の断熱膨張過程によって満たされる。断熱膨張によって３０℃の冷却及び５００ｂａｒの最終領域への圧力降下が行われる。１つの例では、前室が型中空室に比べて４５倍の大きさであり、若しくは３０乃至４０部分の前室充填が行われる。多くの場合には、熱いプラスチック材料の前室内での待機時間及び３０℃の加熱は許されない。従って該手段は特殊な場合にしか用いられない。
【００１２】
ヨーロッパ特許０５１３７７４号明細書に、射出成形サイクルの経過を段階的に制御するための液力式の駆動部を備えた手段が開示してあり、この場合には保圧がその都度先行の射出成形サイクルの保圧と合致させられるようになっている。射出スクリューと成形型との間に前圧が、先行のサイクルの圧力に達するまで切換弁を閉鎖することによって形成される。切換弁の開放の後に、調量過程中の圧力が崩壊される。前圧の形成と保圧の形成とが互いに独立的に唯一の目的で、先行のサイクルと同じ値を得るために行われる。このような手段は薄壁状の成形品にとって効果的なものではない。
【００１３】
発明の説明
本発明の課題は、特に薄壁状の射出成形品の製造のための射出過程を改善して、使用領域を制限しないようにすることである。
【００１４】
前記課題を解決するために本発明に基づく方法では、圧縮行程が中断なしに射出行程へ移行され、能動式閉鎖機構が圧縮室内の最適な圧力若しくは最適な溶融物圧縮に際してコントロールして開かれて、溶融物圧縮から容積流移送への移行を行い、その際に能動式閉鎖機構ができるだけ急激に行われるようになっている。
【００１５】
前記課題を解決するために本発明に基づく射出ユニットでは、射出ユニットが、射出スクリュー（２）の中断のない二段階の直動運動のため、圧縮行程並びに射出行程のための制御若しくは調整手段を有しており、能動式閉鎖機構（１２）が圧縮行程と射出行程との間に操作可能であり、能動式閉鎖機構が能動式閉鎖機構のできるだけ急激な開放のための電気式若しくは液力式の駆動手段を有している。
【００１６】
方法の特に有利な実施態様では、能動式閉鎖機構の開放時点は、ノズル孔若しくは型ノズルの前で圧力反射波の影響を防止するように選ばれている。これによってすべての機械にとって構造的及び技術的な費用が少なく、液力式に駆動可能な機械の場合に薄壁状の成形品が高品質で射出成形できる。さらに、電動モータで駆動される射出スクリューを用いて、高品質の薄壁状の成形品が液力式の駆動部の場合と同様に製造できる。
【００１７】
スクリュー前室内に形成される液体圧力は従来技術では最大圧力の段階では圧縮に活用されていなかった。それというのは体積流移送がすでに圧力形成中に行われるからである。前記引用のＷＯ０１／０３９０６号明細書に記載の手段でも積極的な効果は得られず、それというのは前室内での圧力形成から体積流移送への移行をコントロールによって生ぜしめるようになっていないからである。該ＷＯ０１／０３９０６号明細書では移行が、体積流移送の際にスクリュー前進移動への作用を考慮することなく早期に制御されている。
【００１８】
本発明では、アクチブな射出サイクルを二段階で行うようになっており、この場合、圧縮行程が第１の段階であり、射出行程が第２の段階である。両方の段階が射出スクリューの直動運動の人為的な中断によって行われるのではなく、能動式閉鎖機構の圧力及び／又は時間に依存してコントロールされた制御若しくは開放によって生ぜしめられる。これによって、圧縮行程中に加速された材料の運動力が射出行程の助成に最大に活用される。極端な構成では、運動量の大きな圧縮ばねを設けて、最大の応力の範囲で前側の端部を空けておき、ばねを前方へ伸長させるようになっている。これによって、圧縮された射出成形材料の型内への流入が達成されて、良好な効果が得られ：
改善された体積流移送、
流動速度の増大、
急速な型充填、
大きな流動速度による大きな流動距離、
特に薄い成形品の製造の場合の型内での高い圧力の形成。
【００１９】
本発明においては圧縮行程に際して、生ぜしめられたエネルギーが溶融物圧縮に最大に変換される。次いで、圧縮された溶融物が溶融物の最適な圧力に際してほぼ急激な開放によって最大の運動エネルギーで搬送され、これによって生じた最大の速度がスクリュー前室から型のキャビティ内への体積流移送のために活用される。すでに実験で明らかなことは、厚さの著しく薄い成形品の製造に際して型内での溶融物流動速度が本発明の新規な手段によって著しく増大されることである。溶融物が短い時間で大きな距離にわたって進行し、このことは適当なセンサーを介して各流動フロント位置を時間的に測定することによって確認された。キャビネットの壁部分の冷却の効果が大きければ大きいほど、成形品が薄くできるというのは誤った認識である。閉鎖機構の受動的な、かつ一般的に早すぎる開放は、型キャビティの入口区分の領域の急速な冷却をもたらし、直ちに後続の材料流れにとって流動条件を低下させることになる。本発明は欠点を著しく排除するものである。
【００２０】
本発明の有利な多数の実施態様が請求項２乃至９並びに１１乃至１６に記載してある。
【００２１】
本発明の有利な実施態様では、閉鎖機構のアクチブな開放までの圧力上昇の最大の勾配が、許容可能な運転パラメータの範囲で選ばれる。閉鎖機構の開放の直後に、蓄えられた圧縮エネルギーも、プラスチック材料若しくは加速されたすべての材料への射出スクリューの吐出作用も体積流移送に最大に生ぜしめられ、これは流動通路内での最適な流動条件をなすものである。射出スクリューの駆動が電動モータで若しくは液力で行われ、最大の圧力の圧力形成が能動式閉鎖機構の開放の前に生ぜしめられると、射出開始に際して最高の運動エネルギーが生ぜしめられる。このことは射出スクリューの液力式の駆動部にとっても、電気式の駆動部にとっても同じように当てはまる。電気式に駆動される機械が、従来困難な領域でも使用できる。このことは、電気式の駆動部が液力式の駆動部に比べて製造される成形品当たり著しく少ないエネルギーしか必要としないので特に有利である。圧縮室内での圧力形成及び能動式閉鎖機構の開放時点で若しくは開放直後の射出過程が、中断なく最大のモータ出力で行われる。重要なことは、射出スクリューのための駆動手段が圧力形成の時間を短くするように選ばれることである。射出スクリューの直動駆動部が、速度調整可能なサーボモータとして形成されていてよい。能動式閉鎖機構としては最も有利にはニードル弁が用いられる。能動式閉鎖機構は射出スクリューのノズル出口若しくはキャビティの入口領域に配置されてよい。このことは実際に、能動式閉鎖機構が金型の適合によって若しくは金型の変更によって使用できるので著しく有利であり、機械側の変更は不要である。
【００２２】
本発明の実施例の説明
図１は基礎実験のための実験装置を概略的に示しており、機械的な構成部分が概略的に描いてある。射出シリンダー１内に射出スクリュー２を配置してあり、射出スクリューがスクリュー巻条３を有している。射出スクリュー２の矢印４に沿った直動駆動のために、符号５の付けられたボックスＫが概略的に示してある。直動駆動が液圧式に若しくは電気機械式に行われる。さらに位置センサーｓ−ｓｃｈｎが符号６で概略的に示してあり、かつ速度センサーｖ−ｓｃｈｎが符号７で概略的に示してある。両方のセンサー値が電気的なサーボモータを使用する場合に、制御電子装置若しくは適切な発信器及びコンピュータから得られるようになっていてよい。電気駆動式の射出成形機の制御及び調整技術は例えばヨーロッパ特許第０６４７１７５号明細書に記載してある。相応の制御若しくは信号ライン８，９，１０が制御ボックス１１へ延びている。作動閉鎖部１２がニードル弁を備えており、ニードル弁が弁ニードル１３及び操作レバー１４によって形成されており、操作レバーが制御可能な駆動部（矢印１５）によって操作される。正確なレバー位置ｓ−ｈｅｂがポテンシオメーター１６を介して検出され、位置変化のための命令が信号ライン１７を介して制御装置（制御ボックス１１）から対応する駆動部（矢印１５）に与えられる。符号Ｋが型キャビティを示し、Ｅｓｖ が射出スクリュー前室を示している。型キャビティＫが両方の型半割部１８，１９によって形成される。実験のために、溶融圧力ｐ−ｍｅｌｔが直接にノズル前室ＤＶ内で適宜な圧力センサーを介して測定されて、測定値が出力増幅器２０を介して測定装置２１に伝達される。同じく、レバー位置が信号ライン２２を介して測定装置２１の測定電子部分に伝達される。測定装置２１並びに制御ボックス１１が、受像面（スクリーン）２４及び入力キーボード２５を備えたコンピュータ２３に、制御若しくは信号ライン２６，２７を介して接続されている。
【００２３】
射出成形サイクルのための時間的な作動経過は概略的に次の通りであり：
【００２４】
【表１】
2004517763.tif 000038
【００２５】
新規な手段の中心的な視点は、命令「射出開始」の時間的な分離、コントロールされた命令「ニードル開放」若しくは型のキャビティ内への本来の射出にある。各具体例にとって相応のプログラムが形成されて記憶され、これによって閉鎖機構が圧縮室若しくはノズル前室ＤＶ内の最適圧力に際して能動的若しくはアクチブに制御若しくは操作される。このようにして、受動式閉鎖機構の場合に行われている射出開始と弁開放との相互作用のための偶然性が排除される。
【００２６】
射出ノズルが可塑化装置の前側の終端部（閉鎖部）を形成している。射出過程中に、ノズルが金型の注入ブッシュに圧着される。ノズルは、流入する成形材料に対して可塑化シリンダーと金型の注入ブッシュとの間の接続部を成すようになっている。射出ノズルは次の要求を満たすものでありたい：
流れやすい構造、
容易な交換性、
確実なシール性、
溶融物の温度の維持。
【００２７】
従来の開発傾向は前記要求を満たすことにある。可塑化段階中の材料流出を防止するために、公知技術では種々の閉鎖ノズル、特にスライド式閉鎖ノズルを用いるようになっており、スライド式閉鎖ノズルが通常はばね負荷（予負荷）されている。ばね負荷されたスライド式閉鎖ノズルが材料圧力の作用によって作動される。多くの形式のものにおいて、弁が金型へのノズルの圧着に際して開かれる。
【００２８】
図２ａが受動式閉鎖部のための実施例、例えば公知技術のボール閉鎖の閉鎖ノズルを示している。ボール（球体）３０が、十字状にスリットの切られた特殊な皿ばね３１によって圧着されて、ノズル本体３３の流過開口３２に対する密閉を行うようになっている。皿ばね（ダイヤフラムばね）３１がノズル本体３３とノズルヘッド３４との間に保持されており、ノズルヘッドが対応する金型通路開口への移行開口３５を有している。
【００２９】
図２ｂが能動式閉鎖部のための実施例を示している。該実施例はピストンノズルであって、半径方向でシール作用を生ぜしめるニードル閉鎖部及びノズルヘッド４０を備えており、該ノズルヘッドが金型プレートノズル４１内に挿入される。ヒートバンド４２が溶融物温度の維持のために役立っている。閉鎖ニードル若しくは弁ニードル１３がノズル挿入体４３内に移動可能に支承されていて、操作レバー１４によって連続的に運動させられ、若しくは所定位置に保たれる。符号４４がノズルヘッド４０のためのセンタリング部材を表している。操作レバー１４の駆動は電動モータ式に若しくは液圧式に行われてよい。重要なことは、操作レバーの運動を高い溶融物圧力下で迅速に行うように構成することである。
【００３０】
図２ｃに、直線的な射出スクリュー運動のため、並びに液力シリンダー５０を介した閉鎖ニードルの能動的な運動のための純然たる液力式の駆動部が概略的に示してある。射出スクリュー２が液力式の駆動部５１によって直線的に運動させられる。射出装置５２全体が支持ロッド５３を介して保持されていて、別の液力式の駆動部５４によって射出位置へ移動させられてノズルヘッド３４を当接させるようになっている。絞り５５が、ニードル運動機構の衝撃を避けるために用いられている。ニードル運動のコントロールが調整弁５６並びに制御弁５７を介して行われる。
【００３１】
図３に、閉鎖ニードル若しくは弁ニードル１３のための主要な構成部分並びに該構成部分の操作が示してある。操作レバー１４の運動（矢印１５）が任意に行われてよい。概略的に力伝達ロッド６４のみを示してあり、が力伝達ロッドがヒンジ結合部６１を介して操作レバー１４に結合されている。操作レバー１４が枢着ヘッド６３内の旋回ピン６２を介して旋回可能に射出シリンダー１に保持されており、この場合、枢着ヘッド６３がねじ６５を介して射出シリンダー１の前側の端部に分解可能に取り付けられている。これによって迅速な交換が交換が可能である。材料供給通路６０が通路区分６０′，６０″で屈曲して旋回ピンの領域を迂回して導かれ、さらにニードル延長区分６６並びに弁ニードルの周囲のリング状の通路６０″′を介して導かれている。ノズル挿入体４３と枢着ヘッドとの間に２つの中間片６７，６８を設けてあり、該中間片が差し込みノズルヘッド４０を枢着ヘッド６３に摩擦力結合している。弁ニードル１３がニードル延長区分６６を介して枢着ヘッド６３の孔６９内に軸線方向移動可能に支承されている。操作レバー１４の旋回運動が必然的に、対応する弁座７１に対するニードル先端７０の所望の開閉運動を生ぜしめる。図２ｂ及び図３に示したニードル弁の代わりに、それ自体公知の旋回スライダー閉鎖部材若しくは差し込みスライダー閉鎖部材が用いられてよい。
【００３２】
図４ａが射出成形金型７５全体の断面を示している。この場合、中間片６７がプレート７３内に保持されており、プレートが直接に射出成形金型にねじ結合されている。キャビティＫが同じ２つの射出成形部分７６，７７を生ぜしめ、該射出成形部分がそれぞれＬ字形を成していて、中央で射出注入部７８によって互いに結合されている。全射出成形過程の測定検出のために複数の測定点が設けられている。例えば８つの赤外線センサー７９を等間隔で配置してあり、該赤外線センサーが充填経過を正確に記録するようになっている。さらに２つの金型内圧・センサーが、１つは射出注入部にかつもう一つは射出注入部から離れて流過経路の終端部に組み込まれている。実験は受動的なニードル開放と能動的なニードル開放とで行う。図６及び図７のダイヤグラムでは次の略語が用いてある：
金型（Ｗｅｒｋｚｅｕｇ）        ｗｚ、
圧力                  ｐ、
距離                  ｓ、
ピストン（Ｋｏｌｂｅｎ）      Ｋｏｌ．、
レバー位置            ｓ−ｈｅｂ、
金型内圧              ｐ−ｗｚ、
赤外線センサー        Ｆｒｏｎｔ、
スクリュー速度        ｖ−ｓｃｈ、
スクリュー位置        ｓ−ｓｃｈ、
ノズル前室内材料圧力  ｐ−ｍｅｌｔ。
【００３３】
能動的（ａｋｔｉｖ）なる用語は、閉鎖機構を新規な手段に基づき積極的（ａｋｔｉｖ）にコントロールすることを意味しており、受動的（ｐａｓｓｉｖ）なる用語は、閉鎖機構を従来技術に基づき強制制御なしに運転することを意味する。
【００３４】
図５ａと図５ｂとに、従来技術の手段（図５ａ）と新規な手段（図５ｂ）とが対比して示してある。図５ａでは弁が既に低い溶融物圧縮力に際して開かれている。このことが、部分的に開かれた弁で概略的に示してある。進行する溶融物の速度は比較的に低い。周縁領域８０が急速に冷却される。これによって、通路断面の必然的な狭窄が生じ、かつ相応に変形された速度プロフィール８１が生じる。従って、スクリュー前室から射出成形金型のキャビティ内への体積流移送が低下する。図５ｂには新規な手段における状態が、完全に開かれた弁によって概略的に示してある。最大の圧力若しくは最大の圧縮エネルギー並びに最大の吐出エネルギーが衝撃的に生ぜしめられるので、断面全体にわたる広い流動フロント若しくは流動先端面及びほぼ最大の速度Ｖｍａｘが得られる。相応に一様な速度プロフィール８２が生じている。結果として高い速度、急速な型充填及び長い流動距離が得られる。従って、長い薄壁状部分が著しく短い時間で射出成形される。このことは、液力式の駆動部にとっても、電気機械式の駆動部にとっても同様に当てはまる。
【００３５】
図６に能動的（アクチブ）なノズル開放と受動的（パッシブ）なノズル開放との間の比較が示してある。スクリュー前室内の溶融物圧力ａｋｔｉｖ ｐ−ｍｅｌｔ並びにｐａｓｓｉｖ ｐ−ｍｅｌｔの両方の特性線は、圧縮段階の大部分にわたって互いに合致している。ａｋｔｉｖ ｐ−ｍｅｌｔにおいて、圧力が終端でほぼ１０％増大している。これは所望の結果であり、それというのは受動的なノズル開放では圧縮段階開始の直後にすでに溶融物が流出するからである。このことはレバー位置の推移ｐａｓｓｉｖ ｓ−ｈｅｂにも認められ、この場合弁が直ちに開き始める。完全な開放距離にとってレバーは、実験例で受動的な開放（駆動なし）の場合には点（１）から点（２）までほぼ１００ｍｓを必要である。駆動による能動的な開放の場合には、開放運動は圧縮開始から遅らして、即ち点（１）からほぼ４０〜５０ｍｓにわたって遅らして生ぜしめられる。開放時間が点（３）と点（４）との間の３０〜４０ｍｓだけである。圧力ａｋｔｉｖ ｐ−ｍｅｌｔが圧力ｐａｓｓｉｖ ｐ−ｍｅｌｔよりも２０％まで増大している。重要な点は、値ａｋｔｉｖ ｐ−ｗｚ と値ｐａｓｓｉｖ ｐ−ｗｚとの間の圧力差にある。圧力ｐａｓｓｉｖ ｐ−ｗｚがほぼ４００ｂａｒ（０．４ｋｂａｒ）、点（５）であるのに対して、圧力ａｋｔｉｖ ｐ−ｗｚは大部分の時間にわたって５００ｂａｒと５５０ｂａｒ、点（６）に達し、即ち２５％を上回る値である。
【００３６】
図７はノズルの完全に閉じられた状態（ｇｅｓｃｈｌ−Ｄｕｅｓｅ）での溶融物の圧縮を、新規な手段の圧力段階と圧力推移で示している。圧力距離（Ｋｏｍｐｒｅｓｓｏｐｍｓｗｅｇ）が３０ｍｍである。最終圧力が実施例ではほぼ１．７５ｋｂａｒである。
【００３７】
図８及び図９は従来技術の手段の基本的な問題点を示している。図８の例では、スクリュー運動の目標速度が２００ｍｍ／ｓｅｃに選ばれ、図９の例では、スクリュー運動の目標速度が１０００ｍｍ／ｓｅｃに選ばれている。図８から明らかなように、最大の体積流速度が６０ｍｍ／ｓｅｃであり、これはほぼ２５０ｍｓである。高いスクリュー前進速度０〜２５０ｍｓが、ノズルの開いているにもかかわらず実質的に溶融物圧縮を生ぜしめる。
【００３８】
図９は円で囲った箇所に特徴的な作用を示している。点線の曲線ｓ−ｋｏｌｂｅｎがほぼ５０ｍｓの時間にわたってわずかな後退運動を示している。スクリューが弾性的な後退（Ｚｕｒｕｅｃｋｆｅｄｅｒｎ ｄｅｒ Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）を生ぜしめている。原因は、高い速度で発生する反射波の作用にある。実験から明らかなように、受動的な弁開放を行う従来技術では圧縮エネルギーの一部分が、発生する圧力反射波によって体積流速度に変換されない。新規な手段は、有利には最大圧縮の領域で閉鎖機構の制御された開放によって、反射波の不都合な作用を排除するものである。体積流移送があらゆる点で最適である。
【００３９】
図１０は、スクリュー速度の推移（Ｖ−Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）及びスクリューの距離（Ｓ−Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）を、特に電動モータ式のスクリュー駆動部の場合においてスクリュー前室内の溶融物圧力（Ｐ−Ｓｃｈｍｅｌｚｅ）、並びに型内の圧力（ｐ−ｍｏｌｄ） を示している。図示の実施例では、閉鎖機構（能動的なノズル開放）が時間のほぼ三分の一で開かれる。スクリュー前室内の溶融物の圧力（Ｐ Ｓｃｈｍｅｌｚｅ Ｓｃｈｎｅｃｋｅｎｖｏｒｒａｕｍ）が、ノズル開放の時点から最大の圧力でほぼ一定である。型内の圧力Ｐ−ｍｏｌｄ（ ｉｎ ｄｅｒ Ｆｏｒｍ）がゼロから急激に上昇して、長い時間にわたって比較的高く保たれている。図面から明らかなように、図面から明らかなように、ノズル開放の時間にわたってスクリューの速度（Ｖ−Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）が若しくはスクリューの移動距離（Ｓ−Ｓｃｈｎｅｃｋｅ）が時間（ｔ）にわたって不変に維持される。スクリューの圧縮行程が中断なしにスクリュー充填行程若しくは射出行程に移行する。モーター式の駆動部が両方の領域を中断なしに通過し、それというのは能動的なノズル開放のタイミングが圧縮及び体積移送に正確に適合されているからである。対比として射出スクリューの液力式の駆動部で閉鎖機構の受動的な開放の場合のスクリューの速度（Ｖ ｐａｓｓｉｖ）が鎖線で示してあり、対応してスクリューの距離（Ｓ−ｐａｓｓｉｖ）も示してある。ノズル閉鎖機構の受動的な開放に際して、射出スクリューが射出サイクルの開始時に必要な量をはるかに超えて加速され、従って容積流移送のための速度が半分に低下する。
【００４０】
図１１ａ及び図１２ｂが能動的な閉鎖機構と受動的な閉鎖機構との比較を示しており、この場合、Ａが能動的な開放（Ａｋｔｉｖｅｓ Ｏｅｆｆｎｅｎ）を意味し、Ｂが受動的な開放（Ｐａｓｓｉｖｅｓ Ｏｅｆｆｎｅｎ）を意味している。時間はミリ秒で表してあり、ノズル前室から最後のセンサーまで流れるために多くの時間が必要である。新規な手段の能動的な閉鎖機構においては、短い時間の８２．８ｍｓであり、若しくは従来技術の受動的な閉鎖機構において必要な材料の移動距離に比べて５２％である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
能動式閉鎖機構としてニードル弁を備えた実施例の概略図。
【図２ａ】
従来技術の球体シール及び皿ばねを備えた受動式閉鎖機構の断面図。
【図２ｂ】
本発明に基づく、ニードル閉鎖機構として形成された能動式閉鎖機構の断面図。
【図２ｃ】
本発明に基づく、液力的にコントロール可能なニードルを備えた能動式閉鎖機構の実施例を示す図。
【図３】
ニードル閉鎖機構のための電気的若しくは液力的な駆動部のための、図２ｂに基づくアクチブに操作可能なニードル弁の拡大図。
【図４ａ】
実験に用いる射出成形金型の断面図。
【図４ｂ】
線ＩＶ−ＩＶ線に沿った断面で示す型部分若しくは成形品の輪郭を示す図。
【図５ａ】
従来技術の溶融物の流れに関する不都合な作用を説明するための概略図。
【図５ｂ】
本発明に基づく溶融物の流動速度の改善を示す概略図。
【図６】
能動的なノズル開放と受動的なノズル開放との比較を示す線図。
【図７】
本発明の基礎実験に基づく、閉じたノズルに対する溶融物の圧縮の測定曲線図。
【図８】
本発明の基礎実験に基づく２００ｍｍ／ｓｅｃの目標速度で直径１ｍｍのノズル開口を介した射出の測定曲線図。
【図９】
本発明の基礎実験に基づく１０００ｍｍ／ｓｅｃの目標速度での測定曲線図。
【図１０】
本発明に基づく重要なパラメータ推移と従来技術に基づく重要なパラメータ推移を示す線図。
【図１１】
能動的な弁制御と受動的な弁制御との開放時点を対比して示す線図。
【図１２】
能動的な閉鎖機構Ａと受動的な閉鎖機構Ｂとにおいて材料がノズル前室から、離れた距離にあるセンサーまでを流れるために必要とした時間を示すグラフ。
【符号の説明】
１  射出シリンダー（バレル）、  ２  射出スクリュー、  ６  位置センサー（ｓ−ｓｃｈｎ）、  ７  速度センサー（ｖ−ｓｃｈｎ）、  ８，９，１０  制御若しくは信号ライン、  １１  制御ボックス、  １２  作動閉鎖部、  １３  弁ニードル、  １４  操作レバー、  １５  矢印（制御可能な駆動部）、  １６  ポテンシオメーター、  １７  信号ライン、  １８，１９  型半部、  ２０  出力増幅器、  ２１  測定装置、  ２２  信号ライン、  ２３  コンピュータ、  ２４  受像面、  ２５  入力キーボード、  ２６，２７  信号ライン、  ３０  ボール、  ３１  皿ばね（ダイヤフラムばね）、  ３２  流過開口、  ３３  ノズル本体、  ３４  ノズルヘッド、  ３５  移行開口（流出開口）、  ４０  ノズルヘッド、  ４１  金型プレートノズル、  ４３  ノズル挿入体、  ４４  センタリング部材、  ５０  液力シリンダー、  ５１  液力式の駆動部、  ５２  射出装置、  ５３  支持ロッド、  ５４  液力式の駆動部、  ５５  絞り、  ５６  調整弁、  ５７  制御弁、  ６０  材料供給通路、  ６０  通路区分、  ６１  枢着結合部、  ６２  旋回ピン、  ６３  枢着ヘッド、  ６５  ねじ、  ６６  ニードル延長区分、  ６７，６８  中間片、  ６９  孔、  ７０  ニードル先端、  ７１  弁座、  ７３  プレート、  ７５  射出成形金型、  ７８  射出注入部、  ８０  周縁領域、  ＤＶ  ノズル前室、  Ｋ  型キャビティ、  Ｅｓｖ   射出スクリュー前室




【国際調査報告】
2004517763.tif 000039
2004517763.tif 000040
2004517763.tif 000041
2004517763.tif 000042