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技術 射出成形機の射出成形工程の制御方法

出願人 プリーアムスジステームテヒノロギースアーゲー
発明者 バーダー,クリストフェルス
出願日 2006年6月2日 (14年5ヶ月経過) 出願番号 2008-515111
公開日 2008年11月27日 (11年11ヶ月経過) 公開番号 2008-542083
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の射出成形 プラスチック等の成形用の型
主要キーワード 温度調節用媒体 温度経過 温度調整用媒体 転換点 輪郭近傍 金型内圧 冷却曲線 離型温度
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この項目の情報は公開日時点(2008年11月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題・解決手段

本発明は、射出成形工程を制御する方法であって、成形品を製造するためにゲートを通って溶融物注入される少なくとも1つのキャビティが形成された射出成形金型を有する射出成形機において、金型温度時間経過が測定され、その時間経過に基づいて射出成形工程が制御されることを特徴とする。

概要

背景

従来の射出成形機による射出成形工程は、基本的には時間の経過に応じて幾つかの段階、具体的には下記のような段階に分けられる。
型締
溶融物注入
保圧
射出成形品の冷却
・型開き
成形品離型
型開き、型締め及び離型に1サイクルの約35%、注入に5%並びに保圧に10%の時間を要し、冷却には50%もの時間が必要である。現在は絶えずサイクルの短縮の要望があるので、この時間短縮進展が注目されている。

冷却時間を計算する、数学的な方程式とは異なった種々の式がある。例えば下記に示す数式1が知られている。

数式中の変数は下記のように定義される。
tcool = 冷却時間 [秒]
s =成形品の断面厚さ [mm]
aeff =熱伝導度
TM =樹脂溶融温度
TE =樹脂成形品離型温度
TW =金型壁温度
成形に先立って、成形品の冷却時間はこの式又は類似の式が用いて概算されることが多い。この概算に基づいて射出成形工程の制御が行なわれる。

最近では、成形の各サイクルにおいて最短の冷却時間が設定でき、また、サイクルを自動的に中断し且つ成形品の離型のために型開きが設定できるように、冷却時間の制御が提案されている。この冷却時間の制御に際しては、成形品の厚さ及び樹脂の熱伝導度、並びに溶融温度及び離型温度が一度だけ測定されて入力される。その際、サイクル毎に測定される金型壁温度の最大値が重要である。同時に、金型内圧大気圧(1バール)に降下する時点も測定される。この値は理論値と比較され、成形機の操作における型開きを決める最適値としてディジタル信号として出力される。しかし、実際には、この方法によっては冷却の時間の短縮は殆どできないことに留意すべきである。選択する温度センサにより、操作又は測定誤差が大きくなる。

概要

本発明は、射出成形工程を制御する方法であって、成形品を製造するためにゲートを通って溶融物が注入される少なくとも1つのキャビティが形成された射出成形金型を有する射出成形機において、金型温度時間経過が測定され、その時間経過に基づいて射出成形工程が制御されることを特徴とする。

目的

本発明の課題は、上記の技術に基づいてサイクル時間を短縮する方法を開発することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

射出成形品を製造するために、ゲートを通って溶融物注入される少なくとも1つのキャビティが形成された射出成形金型を有する射出成形機において、金型壁温度時間経過が測定され、その時間経過に基づいて射出成形工程が制御されることを特徴とする射出成形工程を制御する方法。

請求項2

温度変化時間制御は、温度曲線を所定の限界値まで積分した形で間接的に実行されることを特徴とする請求項1に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項3

金型内圧が測定され、最大圧又は切換え圧の特性値積分値を算出する制御パラメータ初期値)として用いられることを特徴とする請求項1又はセ請求項2に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項4

金型壁温度を介して自動的に測定された切換え点が、積分値を算出する制御パラメータとして用いられることを特徴とする請求項3に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項5

ゲート近傍の金型内圧が測定されることを特徴とする請求項3又はセ請求項4に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項6

金型内圧は大気圧に達するまで測定され、大気圧に達した時点が制御パラペータとして用いられることを特徴とする請求項3ないし請求項5のいずれか1項に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項7

最適な冷却時間後の型開きは大気圧に達する前又は後に行なわれることを特徴とする請求項6に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項8

キャビティ内の流路近傍の任意の位置における金型温度が測定されることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項9

金型温度の時間経過の初期値として金型壁温度の最大値が用いられることを特徴とすることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項10

複数のキャビティを有する金型において、金型壁温度の時間経過を制御できるように、個々のキャビティにおける温度調整用媒体のそれぞれの制御が等しくなるように操作されることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の射出成形工程を制御する方法。

請求項11

金型壁温度の時間経過を制御するために複数の温度調節ゾーン又は温度調節サイクルは、個々のゾーン又は個々のサイクルにおける温度調節用媒体が等しくなるように制御されることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の射出成形工程を制御する方法。

技術分野

0001

本発明は、ゲートを通して溶融物注入して成形品が製造可能な少なくとも1つのキャビティが形成された射出金型を有する射出成形機射出成形工程の制御方法に関する。

背景技術

0002

従来の射出成形機による射出成形工程は、基本的には時間の経過に応じて幾つかの段階、具体的には下記のような段階に分けられる。
型締
・溶融物の注入
保圧
射出成形品の冷却
・型開き
・成形品の離型
型開き、型締め及び離型に1サイクルの約35%、注入に5%並びに保圧に10%の時間を要し、冷却には50%もの時間が必要である。現在は絶えずサイクルの短縮の要望があるので、この時間短縮進展が注目されている。

0003

冷却時間を計算する、数学的な方程式とは異なった種々の式がある。例えば下記に示す数式1が知られている。

0004

0005

数式中の変数は下記のように定義される。
tcool = 冷却時間 [秒]
s =成形品の断面厚さ [mm]
aeff =熱伝導度
TM =樹脂溶融温度
TE =樹脂成形品離型温度
TW =金型壁温度
成形に先立って、成形品の冷却時間はこの式又は類似の式が用いて概算されることが多い。この概算に基づいて射出成形工程の制御が行なわれる。

0006

最近では、成形の各サイクルにおいて最短の冷却時間が設定でき、また、サイクルを自動的に中断し且つ成形品の離型のために型開きが設定できるように、冷却時間の制御が提案されている。この冷却時間の制御に際しては、成形品の厚さ及び樹脂の熱伝導度、並びに溶融温度及び離型温度が一度だけ測定されて入力される。その際、サイクル毎に測定される金型壁温度の最大値が重要である。同時に、金型内圧大気圧(1バール)に降下する時点も測定される。この値は理論値と比較され、成形機の操作における型開きを決める最適値としてディジタル信号として出力される。しかし、実際には、この方法によっては冷却の時間の短縮は殆どできないことに留意すべきである。選択する温度センサにより、操作又は測定誤差が大きくなる。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明の課題は、上記の技術に基づいてサイクル時間を短縮する方法を開発することにある。

課題を解決するための手段

0008

金型壁温度の時間経過を測定し、その測定に基づいて射出成形工程を制御することにより課題が解決される。

発明を実施するための最良の形態

0009

速く離型するには、第一に成形品に、また金型除熱に依存することが確認されている。例えば、原理的には金型の表面から離れるほど冷却が遅く、表面近傍において速くなる。銅合金中子は鋼の中子よりも除熱が良好である。本発明の方法により、冷却時間が従来よりも50%まで削減できることが確認された。ここでは、この削減が金型温度の時間経過に一義的に反映されることが重要である(図1参照)。

0010

金型の中子に銅合金を用いると、除熱が良好なため急速に降下する一点鎖線で示す冷却曲線となるので、極めて速く離型可能となる。破線で示されるように単に輪郭近傍を冷却しても、加速はされるが、そんなに速くはない。実線で示される従来の標準冷却では、除熱が劣るため曲線が緩やかとなる。3つの曲線においては、金型壁温度の最高値は実質的に同じであるが、背景技術に記載した方法では役に立たないことは明らかである。

0011

すなわち、例えば最短の冷却時間を実現するためには、射出成形機の工程の監視及び工程の制御は、第一に温度経過曲線により行なうべきであり最高値によるべきではない。金型壁温度の時間経過又は間接的には温度曲線の積分によって冷却時間の短縮を実現することが好ましい。

0012

生産中の除熱を変更させると、それぞれの成形品の振動特性と同時に品質に影響する。例えば、温度曲線を積分する監視では、除熱の変化に基づいて不良品選別できる。

0013

しかし、工程の制御は温度経過によるのみではなく、金型内圧によってその内圧が大気圧に達する時点まで行なうことが好ましい。更に、補助量又は初期値として、最高金型壁温度を用いてもよい。

0014

最適な冷却時間を実現するために、内圧が最も長く作用するゲート近傍圧力センサを設置することが好ましい。圧力センサを流路末端に離して設置するほど、金型内圧曲線が小さく且つ短くなる。

0015

最適な冷却時間に従って型開きできる限界時点t1は、金型内圧が大気圧に達する時点t2よりも前である。すなわち、最適冷却時間は、ゲート近傍で測定した内圧が大気圧に達した時点t2よりも常に短い。従って、リアルタイムにおける最適冷却時間t1は式:t1=t2−Δtにより決定される(図2参照)。本発明では、冷却時間が、内圧が大気圧に達した時間より長い場合も含まれる。

0016

しかし、最適冷却時点t1を算出する基準値は、金型壁温度曲線の積分値である(図3参照)。

0017

従って、所定の限界時点t1に達するまでリアルタイムにおける温度曲線を積分して制御が行なわれるべきである。

0018

積分に際しての時間の初期値は、例えば上述のように、金型壁温度曲線の最高値又は保圧への転換点又は金型内圧の最高値が選ばれる。転換点は温度信号又は金型内圧の閾値(例えば120バール)により自動的に生成される。

0019

最適な冷却時間に従って型開きできる限界時点t1は、例えば直前のサイクルの全積分(A1+A2)から所定の面積A2′を減ずることにより決定される。面積A2′は実験的に決定するか又は成形品の素材又は形状の特性値を用いて算定される。

0020

実際のサイクルでは、型開きの時点から面積A1が計算できる。従って型開きはリアルタイムで行なわれる。

0021

複数のキャビティを有する金型では、それぞれの成形品の性質を同等とするために、各キャビティを同等に温度調節する必要があり、加熱媒体(水、油、電気など)は何の役割も果たさない。理想的には、各キャビティの温度曲線は同一であるべきである。温度曲線が上昇する前は、溶融物がセンサに達していないので、測定した金型壁温度が金型温度に相当する。金型温度は余り変化しないように保たれ、それぞれの高感度温度調節系を用いて、長時間に渉って、設定値を上回る温度にするか又は保持される。

0022

しかし、水による温度調節においては、個々のキャビティ内の設定温度乱流(多い拡散)よりは層流(少ない拡散)により達成される。同等の温度条件を実現するため、実際には、2つの調節法、すなわち温度調節装置の設定値の制御及び除熱の制御が用いられ、センサの位置へ溶融物が達した後の温度曲線の時間経過に伴う除熱の変動が観察できる。それによって個々のキャビティの金型温度が区別でき、拡散を増大させるか又は減少させることにより自動適合(制御)が可能となる。2つの制御の目的は、同一の温度条件を得ることであり、温度調節サイクル数(従って、温度信号の数)は任意に設定できる。その前提は、温度調節チャネル(又は電気的加熱帯)毎に温度センサが備えられることである。

図面の簡単な説明

0023

種々の条件における金型の冷却曲線を示す図
金型内圧の時間による変化を示す図
金型温度曲線の積分法を説明する図

符号の説明

0024

t1型開き時
t2金型内圧が大気圧と同等になる時点
Δt t1とt2の時間差
A1 t1までの積分値
A2 t1〜t2の積分値

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