(57)【要約】【課題】射出成形において、安価かつ容易に可塑化工程の不良を検出可能な、射手成形用金型、可塑化不良の検出方法、及び射出成形方法を提供する。【解決手段】内部にキャビティ１３を有し、スプルー１４直下のコールドスラグウェル１５に圧力センサー付きエジェクターピン１８が設けられている金型１０を用い、冷却・可塑化工程において圧力センサーにより測定された金型内の樹脂の圧力が所定の範囲を外れる場合は、成形品１が可塑化不良であると判別し、可塑化不良の成形品を取り除いて、射出成形を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプルー直下のコールドスラグウエルの樹脂圧力を測定するための圧力検知手段が金型に設けられていることを特徴とする射出成形用金型。
【請求項２】
圧力検知手段が圧力検知機能を有するエジェクターピンであることを特徴とする請求項１記載の射出成形用金型。
【請求項３】
スプルー直下のコールドスラグウエルの樹脂圧力を測定するための圧力検知手段が設けられた金型を用い、射出成形時の可塑化工程において前記圧力検知手段により測定された金型内の樹脂の圧力が所定の範囲を外れる場合は成形品が可塑化不良であると判別することを特徴とする射出成形における可塑化不良の検出方法。
【請求項４】
型閉した金型のキャビティに射出ノズルより可塑化した樹脂を射出する射出工程、キャビティの樹脂を所定の圧力に保持する保圧工程、キャビティの樹脂が所定の温度になるまで金型を冷却しながら同時に可塑化装置により樹脂を可塑化する冷却・可塑化工程、冷却終了後型開して成形品を取り出す取り出し工程を順次行う射出成形方法において、
スプルー直下のコールドスラグウエルの樹脂圧力を測定するための圧力検知手段が設けられた金型を用い、冷却・可塑化工程において前記圧力検知手段により測定された金型内の樹脂の圧力が、所定の範囲を外れる場合は、成形品が可塑化不良であると判別し、可塑化不良の成形品を取り除くことを特徴とする射出成形方法。
【請求項５】
冷却・可塑化工程における金型内の樹脂の圧力から圧力プロファイル曲線を作成し、正常な射出成形の冷却・可塑化工程における圧力プロファイル曲線と対比して可塑化不良を判別することを特徴とする請求項４記載の射出成形方法。
【請求項６】
金型の温度が１５０℃以下で成形を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形における射出成形用金型、可塑化不良の検出方法、及び射出成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形における可塑化工程は、バラツキが多い工程である。可塑化のバラツキに起因する不良は多く、例えば可塑化計量が不足していると、ショートショットやヒケが発生し、一方、可塑化計量が過大であると、バリが発生する。また可塑化による脱気が不十分であると、シルバーやボイド等の成形不良が発生する。したがって、射出成形を良好に行うためには、圧力センサー等により、可塑化工程の異常（可塑化異常）を検出する必要がある。
【０００３】
従来、射出成形における可塑化異常の検出手段として、シリンダやノズル等の成形機側にセンサーを付ける方法が、多数、提案されている。また特許文献１に記載されているように、ノズルと金型との間に可塑化特性評価装置を設ける方法が公知である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６３６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、成形機側にセンサー等を設けた場合、成形機のシリンダやノズルは温度が２００℃以上になり、成形する樹脂によっては３００℃以上の高温になるため、センサー等の熱による劣化や故障等が懸念される。またシリンダやノズル等は、高い耐熱性と耐久性が要求されるので、非常に硬い金属が用いられることが多く、センサー等の取付を行う場合の加工コストが上昇してしまうという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献１に記載されているようにノズルの先端に可塑化特性評価装置を設ける場合、やはり成形機にセンサー等を取り付ける場合と同様に、高温のノズルが可塑化評価装置と密着することから、可塑化評価装置が高温になることには変わりなく、可塑化評価装置には耐熱性が要求されるため、高価になってしまう。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、上記問題点を解決しようとするものであり、安価かつ容易に可塑化工程の不良を検出可能な、射出成形用金型、射出成形における可塑化不良の検出方法、及び射出成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明の射出成形用金型は、スプルー直下のコールドスラグウエルの樹脂圧力を測定するための圧力検知手段が金型に設けられていることを要旨とする。
【０００９】
上記射出成形用金型において、圧力検知手段が圧力検知機能を有するエジェクターピンであることが好ましい。
【００１０】
本発明の射出成形における可塑化不良の検出方法は、スプルー直下のコールドスラグウエルの樹脂圧力を測定するための圧力検知手段が設けられた金型を用い、射出成形時の可塑化工程において前記圧力検知手段により測定された金型内の樹脂の圧力が所定の範囲を外れる場合は成形品が可塑化不良であると判別することを要旨とする。
【００１１】
本発明の射出成形方法は型閉した金型のキャビティに射出ノズルより可塑化した樹脂を射出する射出工程、キャビティの樹脂を所定の圧力に保持する保圧工程、キャビティの樹脂が所定の温度になるまで金型を冷却しながら同時に可塑化装置により樹脂を可塑化する冷却・可塑化工程、冷却終了後型開して成形品を取り出す取り出し工程を順次行う射出成形方法において、
スプルー直下のコールドスラグウエルの樹脂圧力を測定するための圧力検知手段が設けられた金型を用い、冷却・可塑化工程において前記圧力検知手段により測定された金型内の樹脂の圧力が、所定の範囲を外れる場合は、成形品が可塑化不良であると判別し、可塑化不良の成形品を取り除くことを要旨とする。
【００１２】
上記射出成形方法において、冷却・可塑化工程における金型内の樹脂の圧力から圧力プロファイル曲線を作成し、正常な射出成形の冷却・可塑化工程における圧力プロファイル曲線と対比して可塑化不良を判別することや、金型の温度が１５０℃以下で成形を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、スプルー直下のコールドスラグウエルの樹脂圧力を測定するための圧力検知手段を用いることにより、成形時にリアルタイムで成形品に加わる圧力のプロファイルを把握することができる。特にコールドスラグウエルの部分の樹脂圧力を測定した場合、可塑化工程において正常な可塑化が行われた時にこの部分に圧力変化が特徴的に表れるが、異常な可塑化が起こった場合は、この部分の圧力変化が異なることが判った。この圧力変化は、圧力検知手段をコールドスラグウエルの部分以外に設けた場合は、検出することができない。このようにコールドスラグウエルの部分に設けた圧力検知手段によって、冷却・可塑化工程における金型内の樹脂の圧力を測定し、その圧力が所定の範囲内にあるか否かを見れば、金型内の成形体の可塑化不良の有無を判別することができる。
【００１４】
金型の温度は、一般に２００℃未満であり成形機の温度に比較すれば低温であるから、圧力センサー等を普通に使用可能な温度であり、コストが上昇することがない。また金型に圧力センサーを設ける場合、成形機に圧力センサーを設ける場合と比較して、加工が容易であり、加工コストが上昇することもない。そのため、本発明の射出成形用金型、射出成形における可塑化不良の検出方法、及び射出成形方法によれば、容易に可塑化工程の不良を検出できると共に、射出成形装置全体のコストを安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の射出成形用金型の概略を示す断面図である。図１に示すように射出成形用金型１０（以下、単に金型ということもある）は、固定側金型１１と可動側金型１２とからなり、内部にキャビティ１３を有する。前記金型１０には、樹脂を可塑化するシリンダ部２１と樹脂を射出する射出ノズル２２からなる成形機２０が接続されていて、キャビティ１３に成形用樹脂を射出可能に形成されている。
【００１６】
図１に示す金型１０は、固定側金型１１と可動側金型１２との間で分割可能に形成され、特に図示しないが、型開及び型閉する為の駆動機構や、冷却機構等を備えている。金型１０は型閉した状態で、成形品１の樹脂を注入する空間となるキャビティ１３が形成される。固定側金型１１の射出ノズル２２が接続される位置には、キャビティ１３までの樹脂の経路となるスプルー１４が設けられている。更にこのスプルー１４の直下には樹脂溜まりとしてのコールドスラグウェル１５が設けられ、射出ノズル２２から射出した樹脂がゲート１６を介してキャビティ１３に入るように樹脂の経路が形成されている。尚、図１の金型１０は、型閉した状態を示し、樹脂がスプルー１４、コールドスラグウエル１５、ゲート１６、及びキャビティ１３内に注入された状態である。
【００１７】
可動側金型１２のキャビティ１３に臨む位置に、エジェクターピン１７が設けられている。また、スプルー１４直下のコールドスラグウェル１５に臨む位置に、圧力検知機能を有する圧力センサー付きエジェクターピン１８が設けられている。圧力センサー付きエジェクターピン１８により、スプルー１４直下のコールドスラグウエル１５の樹脂圧力を測定可能である。圧力センサー付きエジェクターピン１８は、例えば、双葉電子工業株式会社から市販されている商品名「ＥＰＳＢＱＬシリーズ」等を用いることができる。
【００１８】
金型１０の温度は、汎用プラスチックや、汎用エンジニアリングプラスチックでは１００℃以下であり、スーパーエンジニアリングプラスチックでも、せいぜい１５０℃程度である。これに対し、成形機２０のシリンダ２１や射出ノズル２２は、２００℃以上〜３００℃以上の高温になる可能性がある。シリンダやノズルと接触する位置に圧力センサーを設けようとすると、制約が大きく、コストが上昇してしまう。これに対し、金型１０の温度が１５０℃以下であれば、圧力センサーの設置条件としては緩い条件で良く、圧力センサー等の装置のコストを低く抑えることができる。
【００１９】
また図１に示すように、圧力センサー付きエジェクターピン１８を用いることは、下記の理由より好ましい。一般に、金型のスプルー直下のコールドスラグウエル１５の位置には、突き出し用のエジェクターピンが設けられる。圧力センサー付きエジェクターピン１８を用いると、圧力センサーを金型に取付ける場合に、通常のエジェクターピンと交換するだけで良く、センサーの設置場所を確保するために金型に特別な加工を施す必要がなく、加工コストを低減できる。また、エジェクターピンと圧力センサーを別々に取付ける必要がない。
【００２０】
本発明において、圧力検知手段としては、コールドスラグウエルの部分の圧力を測定可能であれば、圧力センサー付きエジェクターピンを使用することに限定されず、エジェクターピンの機能のない単なる圧力センサーを使用しても良い。
【００２１】
エジェクターピン１７及び圧力センサー付きエジェクターピン１８は、先端で成形品１を付き出し可能な形状に形成されている。尚、特に図示しないが、金型１０は型開した時にエジェクターピン１７及び圧力センサー付きエジェクターピン１８を突き出す機構と、型閉する前に突き出したエジェクターピン１７及び圧力センサー付きエジェクターピン１８を所定の位置まで引っ込めるための機構を備えている。金型１０を型開し、エジェクターピン１７、１８の先端で、成形品１とコールドスラグウエル１５の部分を突き出して、成形品１を金型１０から取り出すことができる。
【００２２】
圧力センサー付きエジェクターピン１８は、コールドスラグウエル１５の部分の樹脂圧力を測定して、そのデータを外部に出力可能に形成されている。圧力センサー付きエジェクターピン１８は制御装置３０に接続されている。圧力センサー付きエジェクターピン１８から出力された樹脂圧力は、制御装置３０に入力されて、射出成形の各工程における圧力と時間の関係からなる圧力プロファイルが作成される。また制御装置３０は、金型１０及び成形機２０の作動を制御可能に形成されている。具体的には、制御装置３０は、樹脂の射出温度や射出時間、保圧時間、冷却・可塑化時間等を管理し、図示しない開閉機構、エジェクターピンの可動機構、及び冷却装置等を作動させて、樹脂の射出、金型の型開、成形品の取り出し、金型の型閉等を制御することができる。
【００２３】
図２は射出成形方法を示すフローチャートである。以下、射出成形方法について説明する。図１及び図２に示すように、まず可塑化工程（Ｓ１１０）で射出装置２１のシリンダ２１内で樹脂を可塑化する。次にＡ：射出工程（Ｓ１２０）で金型１０を型閉し、形成されたキャビティ１３に、成形機２０のシリンダ２１で可塑化した樹脂を射出ノズル２２の先端から射出する。射出時間は、射出樹脂の射出量に応じて所定の時間に設定されている。射出された樹脂は、金型１０のスプルー１４、コールドスラグウエル１５、ゲート１６を通りキャビティ１３に充填される。次いでＢ：保圧工程（Ｓ１３０）では、所定の時間、圧力を一定に保持して、キャビティ１３内に樹脂を行き渡らせる。次いで、Ｃ：冷却・可塑化工程（Ｓ１４０）では、冷却機構により成形用金型１０の冷却を行う。金型を所定の時間冷却して樹脂を可塑化した後、冷却工程を終了する。次にＤ：型開・突出工程（Ｓ１５０）では、金型１０を型開し、エジェクターピン１７及び圧力センサー付きエジェクターピン１８により、成形品１を突き出して、成形品１を金型１０から取り出す。
【００２４】
引き続き、上記のＡ：射出工程（Ｓ１２０）、Ｂ：保圧工程（Ｓ１３０）、Ｃ：冷却・可塑化工程（Ｓ１４０）、Ｄ：型開・突出工程（Ｓ１５０）の工程を１ショットとして、繰り返し成形を行うことで、連続的に成形品１を成形することができる。本発明では、上記のＣ：冷却・可塑化工程における圧力が、所定の範囲内である場合には可塑化が正常であり、圧力が高すぎる場合や、低すぎる場合等のように所定の範囲を外れている場合には、可塑化に異常が起こり、成形品が不良品であると判別することができる。具体的な可塑化不良の良否を判別する方法について以下に説明する。
【００２５】
図３は成形時の樹脂圧力の変化を示す圧力プロファイルのグラフである。上記Ａ〜Ｄの成形工程において、圧力センサー付きエジェクターピン１８の圧力センサーによって測定された圧力は、圧力センサーに接続された制御装置３０に出力されて記録されている。制御装置３０では、この圧力を用いて、各ショットの成形工程の圧力プロファイルを作成する。このようにして作成された圧力プロファイルが、図３に示す圧力変化のグラフである。コールドスラグウエルの位置の樹脂の圧力は、図３に示すプロファイル曲線に示すように変化する。
【００２６】
図３のプロファイル曲線は、Ａ：射出工程では、樹脂がコールドスラグウエルを通りキャビテイに充填されるので圧力が急激に上昇して下降するピークが見られる。次にＢ：保圧工程では、キャビティに樹脂を行き渡らせるため、圧力が徐々に上昇する。そしてＣ：冷却・可塑化工程では、保圧が終了した点で、急激に圧力が低下した後に、圧力が短時間だけ僅かに上昇する圧力上昇ピークＰが見られる。Ｄ：型開・突出工程では、エジェクターピンで成形品とコールドスラグウエルを突出す際に、エジェクターピンに圧力が加わりピークが一瞬だけ現れる。
【００２７】
上記のＣ：冷却・可塑化工程において圧力上昇ピークＰが出現することは、従来、知られていなかった。この圧力上昇ピークＰは、スプルー直下のコールドスラグウエルの位置に圧力センサーを設けることにより、はじめて検出することができた。この圧力上昇ピークＰが出現するのは、以下の理由によるものと推測される。図１に示すように、スプルー１４とコールドスラグウエル１５の樹脂が固化して一体になった固化体が形成される。固化体は成形機のノズル先端に直線的に一体化している。成形機２０で可塑化計量を行う際に、溶融樹脂はノズル手前に背圧を掛けながら溜められる。上記の成形機の溶融樹脂は、スプルーとコールドスラグウエルの樹脂の固化体をノズル越しに押圧する。この固化体に加わる圧力が、スプルー直下に伝わり、圧力上昇ピークＰとして現れると考えられる。
【００２８】
またスプルー直下以外では、圧力上昇ピークＰと同種の圧力上昇ピークが現れないのは、以下の理由によるものと考えられる。成形機の溶融樹脂によりノズル越しに押圧されることで固化体に加わる圧力は、わずかな圧力にすぎない。この圧力が、スプルー１４やコールドスラグウエル１５を通り成形品１に伝わる際に、ランナやゲートの部分で圧力損失が生じるため、成形品１の部位では圧力を検出できない。従って、ノズル越しに伝わる可塑化の際の圧力は、直線的に伝わり、最小限の圧力損失しか起きないスプルー直下でのみ検出可能であると考えられる。
【００２９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、実施例と比較例の圧力センサーと樹脂圧力の関係を示すグラフであり、（ａ）は可塑化時間が標準時間の場合、（ｂ）は可塑化時間を短縮した場合、（ｃ）は可塑化時間を延長した場合を示している。図４（ａ）〜（ｃ）において、実線は実施例１の圧力プロファイルであり、点線は比較例１の圧力プロファイルであり、一点鎖線が比較例２の圧力プロファイルである。
【００３０】
実施例１は、金型のスプルー直下のコールドスラグウェルの位置の圧力プロファイルである。比較例１は、コールドスラグウエル以外の位置の圧力プロファイルである。比較例２は、比較例１とは異なる位置で、コールドスラグウエル以外の位置の圧力プロファイルである。図４（ａ）〜（ｃ）のグラフに示すように、金型内の成形樹脂の圧力を測定するための圧力センサーを設置する位置によって、圧力プロファイル曲線が相違する。図４（ａ）〜（ｃ）においていずれの場合も、実施例１の圧力プロファイル曲線では、Ｃ：冷却・可塑化工程における圧力上昇ピークＰ１、Ｐ２、Ｐ３が見られるが、比較例１及び比較例２の圧力プロファイル曲線では冷却・可塑化工程の圧力上昇ピークはどこにもない。
【００３１】
実施例１は、図４（ｂ）に示すように可塑化時間を短くした場合、圧力上昇ピークＰ２は波形がシャープになる。また図４（ｃ）に示すように、実施例１の、可塑化時間を長くした場合、圧力上昇ピークＰ３は波形がブロードになる。このように実施例１では、可塑化時間に追従して、圧力上昇ピークＰの形状が変化する。この圧力上昇ピークＰの変化は、樹脂の可塑化と関連性があることを裏付けるものである。これに対し、比較例１及び比較例２は、可塑化時間を長くしても、短くしても圧力上昇ピークは見られない。圧力センサーを設ける位置が、スプルー１４直下のコールドスラグウエル１５の部分以外では、圧力上昇ピークを検出できない。
【００３２】
冷却・可塑化工程における圧力上昇ピークＰの波形は、可塑化不良の場合と可塑化が正常な場合とでは異なる波形になる。圧力上昇ピークＰを利用することで、成形品の可塑化が正常か不良かを判別することができる。そして可塑化不良の成形品を除外することができる。また、以下に述べるように、正常な成形品の圧力プロファイル曲線をマスターカーブとして予め作成しておいて、成形品の圧力プロファイル曲線とマスターカーブと比較対照することで、可塑化の良否を判別することもできる。
【００３３】
図５は、本発明の可塑化不良の検出方法を示すフローチャートである。射出成形における可塑化不良の検出では、図５に示すように、射出成形（Ｓ１００）を行って１ショットが終了したならば、制御装置３０は、金型１０のスプルー直下に設置した圧力センサーから出力された圧力のデータを用いて圧力プロファイルを作成する（Ｓ２００）。予め、正常な成形品の射出成形の際の圧力プロファイル曲線をマスターカーブとして制御装置３０の記憶装置等に記録しておく。このマスターカーブは、図３に示す圧力プロファイル曲線の様に、冷却・可塑化工程における圧力上昇ピークＰを持っている。次に制御装置３０は、Ｓ２００で作成した圧力プロファイル曲線を予め入力されている前記マスターカーブと比較して、この両者の圧力プロファイル曲線の類似を判断する処理を行う（Ｓ２１０）。Ｓ２１０の処理において、圧力プロファイル曲線がマスターカーブと類似している場合（ＹＥＳ）は、可塑化が正常であると判断する。一方Ｓ２１０の処理において、圧力プロファイルが、マスターカーブと相違する場合（ＮＯ）は、可塑化不良であると判断する。このように、成形品の可塑化不良の有無を判別可能である。
【００３４】
射出成形で製造した成形品の中から、上記の判別方法で検出された可塑化不良の成形品を取り除く。この可塑化不良の判別は機械的に判断できるので、可塑化不良による成形不良品を人手で目視検査等を行うことなく、自動的に不良品を除外することができる、射出成形方法において、可塑化不良のない成形品のみを得ることができる。
【００３５】
また、冷却・可塑化工程における成形品の可塑化不良を検出する場合、上記の圧力プロファイルとマスターカーブとの類似の判断処理（Ｓ２１０）の代わりに、圧力センサで測定される圧力が、所定の数値範囲内か否かを判断して、数値範囲内であれば成形品の可塑化が良好であり、数値範囲を外れる場合には可塑化が不良であるといった良否判別を行っても、成形品の良否を判断しても良い。上記の圧力の数値範囲は、予め正常な成形品と不良な成形品の製造データ等から、圧力上昇のピークの圧力上限値や下限値等の所定の圧力の範囲を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の射出成形用金型の一例を示す概略構成図である。
【図２】射出成形方法のフローチャートである。
【図３】成形時の樹脂圧力の変化を示すグラフである。
【図４】圧力センサーの位置と樹脂圧力の関係を示すグラフであり、（ａ）は可塑化時間が標準時間の場合、（ｂ）は可塑化時間を短縮した場合、（ｃ）は可塑化時間を延長した場合である。
【図５】本発明の可塑化不良の検出方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１  成形品
１０  射出成形用金型
１１  固定側金型
１２  可動側金型
１３  キャビティ
１４  スプルー
１５  コールドスラグウエル
１８   圧力センサー付きエジェクターピン
２０  成形機
２１  シリンダ
２２  射出ノズル
３０  制御装置
Ｐ  圧力上昇ピーク
【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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