JP2008030489A - 射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定部材に対する可動部材の位置決め制御と加圧制御を行なって被成形物を成形する圧縮成形機を射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法を用い、加圧制御時に省エネルギー化を可能とした射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法を提供する。また前記加圧制御時の圧力制御の精度向上を可能とした射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法を提供する。
【解決手段】位置決め制御から加圧制御に切換えて加圧制御を行う射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法であって、油圧シリンダ１７へは押しのけ容積が可変であってサーボモータ２４により回転駆動されるポンプ２２から作動油が供給され、位置決め制御から加圧制御への切換え時にはポンプ２２の押しのけ容積が小さくなるように制御され、加圧制御時にはサーボモータ２４の回転数またはトルクがクローズドループ制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置決め制御から加圧制御に切換えて加圧制御を行う射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法に関するものである。

固定部材に対する可動部材の位置決め制御と加圧制御を行なって被成形物を成形する圧縮成形機においては、加圧制御開始前または加圧制御時の一部の期間においては位置決め制御により、固定部材に対する可動部材の位置や平行度を制御することが要求され、前記以外の固定部材に対する可動部材の加圧制御時には圧力を制御することが要求される。そういった圧縮成形機の一例としては、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１は、型締シリンダのラムの位置制御と型締シリンダ内の圧力制御を行なうことにより、金型内に供給した熱硬化性樹脂を加熱して流動性を与え、圧縮延伸及びガス抜きをしながら硬化させ、成形を行う圧縮成形機に関するものである。そして前記圧縮成形機では位置制御時においては、可変容量型ポンプと方向流量制御弁の組合せによるロードセンシング制御により、ポンプの吐出量の制御を行っている。また圧力制御時においては、前半はポンプの吐出量を１０〜１５％に固定制御し、後半は、高圧の作動油を型締シリンダ内に閉じ込めることにより該型締シリンダによる自己保持を行なっている。

また固定部材に対する可動部材の位置・速度制御と圧力制御をして被成形物を成形する圧縮成形機としては、特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２は、プラスチック材料等をその塑性変形特性を利用して塑性加工するための装置に関する。特許文献２では、図３に示されるようにラムの下降の後半には速度制御を行ない、その後圧力制御が行われる。そして圧力制御時においては、インバータ制御電動モータを用いた固定容量型ポンプを用い、前記モータの回転速度のフィードバック制御と、作動液の漏れ量調整部からの漏れ量のフィードバック制御により圧縮シリンダの圧力を調整している。

またプレス装置の圧力制御装置において、ポンプ１回転あたりの押しのけ容積とポンプを駆動するＡＣサーボモータの回転数を制御することにより、小容量のＡＣサーボモータ及びサーボモータドライバを用い設置スペースを減少させ、安価に供給するものとして特許文献３の記載されたものが知られている。

登録実用新案第３０１４８６３号公報（請求項１、請求項２、図１、図２） 特開２００３−１５６００５号公報（００２７、００４１、００４２、図１、図２） 特開２００１−１３２６５１号公報（請求項２、００１５、図１）

しかし特許文献１のものは、位置決め制御時には、モータの回転数が一定のため、エネルギー効率が低い点で問題があった。また圧力制御時においては、作動油圧が設定圧まで上昇すると、前記差圧がなくなり、ポンプの吐出量の制御ができなくなるという問題があった。そこで特許文献１では、圧力制御時の前半は、可変容量型ポンプの吐出量を固定とし、圧力センサと電磁式リリーフ弁により型締シリンダを圧力制御し、型締シリンダの油圧を任意の圧力に保持していた。その結果ポンプからの吐出された一定量の作動油の過半は、前記電磁式リリーフ弁からタンクに還流され、エネルギー効率の点で問題があった。また圧力制御時の後半の型締シリンダによる自己保持の間は、型締シリンダを任意の圧力に制御することができず、作動油の漏れにより型締シリンダの圧力が僅かづつ低下するという問題があった。また特許文献２のものは、固定ポンプを使用しており、圧力制御時には作動液の漏れ量により圧力調整を行なうため、エネルギー効率の点で問題があった。

そこで本発明では、固定部材に対する可動部材の位置決め制御と加圧制御を行なって被成形物を成形する圧縮成形機を射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法を用い、加圧制御時に省エネルギー化を可能とした射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法を提供することを目的とする。また前記加圧制御時の圧力制御の精度向上を可能とした射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法は、位置決め制御から加圧制御に切換えて加圧制御を行う射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法であって、圧縮用シリンダへは押しのけ容積が可変であってサーボモータにより回転駆動されるポンプから作動油が供給され、前記位置決め制御から前記加圧制御への切換え時にはポンプの押しのけ容積が小さくなるように制御され、前記加圧制御時には前記サーボモータの回転数またはトルクがクローズドループ制御されることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法は、請求項１において、前記位置決め制御から前記加圧制御に切換え時には、電磁比例弁により斜板角度調整シリンダが駆動され、ポンプの斜板角度が大傾斜角から小傾斜角に変更され、ポンプ１回転当りの押しのけ容積が位置決め制御時よりも少なくなるように制御されて前記ポンプの押しのけ容積が小さくなるように制御されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法は、請求項１または請求項２において、前記加圧制御時には、作動油の圧力が圧力センサにより検出された圧力フィードバック信号から生成されたサーボモータ制御信号と、前記サーボモータの回転数がロータリエンコーダにより検出されたフィードバック信号とから、サーボモータの目標回転数が演算され、ポンプの回転数がクローズドループ制御されることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、圧縮用シリンダにより固定金型に対して可動金型を位置決め制御により移動させ、キャビティを形成後、射出装置から溶融樹脂を充填し、その後に位置決め制御から加圧制御に切換えて加圧制御を行う際に、前記位置決め制御時における可動金型の目標位置は時間とともに変更されて、型閉高速移動時と比較して低速移動されるものであることを特徴とする。

本発明の射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法は、位置決め制御から加圧制御に切換えて加圧制御を行う射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法であって、圧縮用シリンダへは押しのけ容積が可変であってサーボモータにより回転駆動されるポンプから作動油が供給され、前記位置決め制御から前記加圧制御への切換え時にはポンプの押しのけ容積が小さくなるように制御され、前記加圧制御時には前記サーボモータの回転数またはトルクがクローズドループ制御されるようにしたので、特に加圧制御時において省エネルギー化が可能となった。また前記加圧制御時の圧力制御の精度向上も可能となった。

本発明の実施形態について図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明の圧縮成形機とその制御を示すブロック図である。図２は、本発明の位置決め制御時におけるサーボ弁制御電圧とポンプのサーボモータ指令電圧の関係を示すグラフである。

図１により本発明の熱硬化性樹脂用の縦型圧縮成形機１１（以下単に圧縮成形機１１と略す）について説明する。圧縮成形機１１は、固定部材に対する可動部材の位置決め制御と、加圧制御を行なって被成形物を成形する縦型プレス成形機である。圧縮成形機１１は、固定的に設けられた上盤１２に加熱可能な上型１３が取付けられ、前記上盤１２に対して可動盤１４が昇降可能に設けられ、前記可動盤１４に加熱可能な下型１５が取付けられている。そして前記上盤１２と可動盤１４の間には、可動盤１４の位置を検出する位置センサ１６が取付けられ、間接的に下型１５の位置を検出している。また前記可動盤１４には可動盤１４を昇降させる駆動手段である油圧シリンダ１７のラム１８が固定されている。

油圧シリンダ１７は、固定部材である上型１３に対して可動部材である下型１５を垂直方向に近接・離隔可能なように型閉用・型開用の両油室が形成された復動式シリンダからなる。油圧シリンダ１７は、前記ラム１８と一体化されたピストン部の下方にはラム１８を上昇させる際に作動油が供給される型閉用油室（圧縮用油室）１９が設けられ、前記ピストン部の上方にはラム１８を下降させる際に作動油が供給される型開用油室２０が設けられている。

油圧回路の詳細については省略するが、前記油圧シリンダ１７の型閉用油室１９と型開用油室２０の両油室に対して作動油を供給可能なサーボ弁２１が設けられている。そしてサーボ弁２１のＡポートは前記型閉用油室１９に、Ｂポートは型開用油室２０に、またＰポートは後述するポンプ２２に、Ｔポートはタンク２３に接続されている。なおサーボ弁２１は、弁駆動部２１ａがクローズドループにより制御されて弁位置制御される各種の方向流量比例弁を含む。

タンク２３にはポンプ２２が配設されている。本実施形態ではポンプ２２は、サーボモータ２４によって駆動される一方向吐出型ポンプである。またポンプ２２は、アキシアル型のピストンポンプ（可変容量型ポンプ）であって、斜板の角度が変更されることにより、ポンプ一回転当たりの押しのけ容積が変更可能となっている。そしてポンプ２２には、斜板角度調整手段である斜板角度調整シリンダ２５が取付けられ、前記斜板角度調整シリンダ２５は、電磁比例弁２６の励磁により図示しないパイロット圧力によって作動されるようになっている。またポンプ２２の駆動手段であるサーボモータ２４にはポンプ２２の回転数を検出するロータリエンコーダ２７が連結されている。またポンプ２２の吐出口には、少なくとも加圧制御時に作動油の圧力を検出する圧力センサ２８が接続されている。

なお本発明のポンプ２２は、前記斜板に角度を検出する検出手段を設け、クローズドループにより斜板の角度が制御されるようにしてもよい。またポンプ２２としてはサーボモータ２４により駆動されるポンプであれば、他のタイプの可変容量型ポンプや固定容量型ポンプでもよい。また加圧制御時の圧力検出は、型閉用油室１９の作動油の圧力が直接検出されるようにしてもよい。更には圧力検出は、ロードセル等の圧力検出手段により固定部材である上型１３に対する可動部材である下型１５の加圧力を検出するようにしてもよい。

次に図１、図２により圧縮成形機１１の制御について、位置決め制御工程（位置決め制御時）と加圧制御工程（加圧制御時）を中心に説明する。図示しない原料供給装置により被成形物である熱硬化性樹脂が下型１５に供給されると、次に可動盤上昇工程を開始する。可動盤上昇工程ではポンプ２２からの吐出量を最大にして可動盤１４を高速で上昇させ、位置決め停止位置の直前で可動盤１４の移動を低速にする。

可動盤１４が停止位置に到達したことを位置センサ１６によって検出されると、制御装置２９のシーケンス制御部３０からサーボ弁設定部３１とポンプ設定部３２に信号が送られて位置決め制御工程が開始される。この位置決め制御工程の目的は、重量物である可動盤１４と下型１５を上型１３に対して僅かに型開きした停止位置に一定期間停止し、下型１５に供給された熱硬化性樹脂を加熱し、流動状態にすることである。そして位置決め制御工程では、サーボ弁設定部３１からは、位置・速度制御部３３に停止位置を目標とした位置・速度指令信号が送られる。前記位置・速度指令信号は、位置センサ１６により検出された位置フィードバック信号と加算器３４において突き合わされて位置偏差が求められ、補正位置・速度指令信号として位置・速度制御部３３に送られる。そして位置・速度制御部３３において前記位置センサ１６からのフィードバック信号により得られたサーボ弁制御電圧（サーボ弁制御信号）３５が生成され、電流生成部３６に送られる。そして電流生成部３６において電力増幅され、作動電流がサーボ弁２１のスプルを作動させる弁駆動部２１ａに向けて送られる。

また前記位置決め制御工程の間、ポンプ２２は、前記のサーボ弁制御電圧３５に基づいて制御される。具体的には前記サーボ弁制御電圧３５は位置・速度制御部３３から位置決め制御時のポンプ制御信号３７としてポンプ設定部３２に送られる。そしてポンプ設定部３２では前記ポンプ制御信号３７からポンプ２２を駆動するサーボモータ指令電圧（サーボモータ指令信号）３８が生成され、サーボアンプ４１に向けて送られる。そして前記サーボアンプ４１においてはサーボモータ駆動電流が電力増幅され、サーボモータ２４が駆動される。またサーボモータ２４の回転数は、ロータリエンコーダ２７によって検出され、前記ロータリエンコーダ２７から位置・速度フィードバック信号としてサーボアンプ４１に送られる。そしてサーボアンプ４１において、サーボモータ２４の回転数がサーボモータ指令電圧３８に基づく目標回転数となるように制御される。よって位置決め制御工程においては、サーボ弁制御電圧３５に基づいて演算されるサーボモータ指令電圧３８によりサーボモータ２４の回転数がオープンループ制御されてポンプ２２の吐出量が制御され、圧力センサ２８の圧力を検出してポンプ２２の吐出量を行なう制御を行なうクローズドループは行なわれない。

そしてこの際のサーボ弁制御電圧３５に基づいてポンプ２２を駆動するサーボモータ指令電圧３８を演算する具体的な演算式は、
サーボモータ指令電圧＝Ａ×｜サーボ弁制御電圧｜＋オフセット電圧
の式で表される。よってサーボモータ指令電圧３８は、サーボ弁２１への制御電圧（±１０Ｖ以内）の絶対値に係数値Ａを乗算し、それにオフセット電圧を加算して演算される電圧である。本実施形態ではサーボ弁２１へのサーボ弁制御電圧３５が±１０Ｖのとき（図２においてｂ，ｃのとき）に、サーボモータ指令電圧３８が５Ｖ（図３においてｄ）となる比例式が用いられる。またオフセット電圧は１Ｖに設定され、サーボ弁制御電圧３５が０Ｖの場合（図３におけるａ）におけるポンプ２２からの作動油の吐出量を零にならないようにコントロールしている。なおサーボモータ指令信号が演算される際に使用されるサーボ弁制御信号については、本実施形態では制御電圧（Ｖ）を用いるが、弁駆動部２１ａを作動させる電流値（Ａ）を用いて演算してもよい。

そして前記の位置決め制御を行なう結果、下型１５の位置は、僅かに上下方向に修正されつつ停止位置に位置決めされる。なお本実施形態では位置決め制御におけるポンプ２２の斜板は可動盤上昇工程から継続して大傾斜角に固定されている。しかし場合によってはポンプ２２の斜板を小傾斜角にするか、または可変制御してもよい。

位置決め制御工程が開始されてから一定時間が経過したことがシーケンス制御部３０のタイマーにより検出されると、位置決め制御工程が終了され、油圧シリンダ１７のラム１８は決められた速度に従ってゆっくりと可動盤１４を上昇させ、下型１５と上型１３とが閉鎖される。

下型１５と上型１３とが閉鎖されたことが位置センサ１６により検出されると、制御装置２９のシーケンス制御部３０からサーボ弁設定部３１とポンプ設定部３２とに信号が送られ、加圧制御工程が開始され、流動状態の熱硬化性樹脂が圧縮され附形される。加圧制御工程では、サーボ弁設定部３１から位置・速度制御部３３にサーボ弁２１の弁位置がポンプ２２からの作動油が型閉側油室に連続的に供給されるように制御される指令信号が送られる。そして位置・速度制御部３３、電流生成部３６を介してサーボ弁２１の弁駆動部２１ａに、制御電流が送られ、前記弁駆動部２１ａの作動によりサーボ弁２１のＡポートとＰポートが接続される。この際には位置センサ１６に基づく位置フィードバック制御は行なわれない。

同時に制御装置２９のポンプ設定部３２からの信号により、電磁比例弁２６が励磁されて、斜板角度調整シリンダ２５が駆動され、ポンプ２２の斜板の角度が大傾斜角から小傾斜角に変更され、ポンプ１回転当たり（サーボモータ１回転当たり）の押しのけ容積が少なくなるようにされる。本実施形態では、加圧制御工程のポンプ１回転当たりの押しのけ容積は、位置決め制御工程における押しのけ容積の３７．５％になるように制御される。またポンプ設定部３２からサーボモータ指令電圧３８が送信され、サーボモータ２４の回転数が制御されてポンプ２２の吐出量が制御される。この際ポンプ２２から吐出される作動油の圧力が圧力センサ２８により検出され、圧力フィードバック信号として加算器３９に送られ、前記サーボモータ指令電圧３８との偏差が求められ、補正指令電圧として圧力制御部４０に送られる。そして前記圧力制御部４０においてはサーボモータ制御電圧（サーボモータ制御信号）が生成され、サーボアンプ４１に送られる。またサーボモータ２４の回転数は、ロータリエンコーダ２７によって検出され、前記ロータリエンコーダ２７から位置・速度フィードバック信号としてサーボアンプ４１に送られる。そしてサーボアンプ４１において、サーボモータ２４の回転数が圧力制御部４０で生成された制御電圧に基づく目標回転数となるように電力増幅され、サーボモータ２４に駆動電流が送られる。なお本実施形態ではこの際にサーボモータ２４のトルクが常に一定になるようにクローズドループ制御される。

そして前記圧力センサ２８とサーボモータ２４等によってポンプ２２の回転数がクローズドループ制御されていることと、ポンプ１回転当たりの押しのけ容積が位置決め制御工程と比較して少なくなるように制御されることにより、加圧制御工程において精度の高い圧力制御が実現される。なお本実施形態では加圧制御工程においては、サーボモータ２４の回転数（吐出量）が制御されるが、サーボモータ２４のトルク（吐出圧力）、またはサーボモータ２４の回転数とトルクの両方が制御されるようにしてもよい。

本実施形態では、次に被成形物である熱硬化性樹脂から発生する揮発性ガスを抜くため僅かに下型１５を開くガス抜き制御工程が、１回ないしは複数回、実施され、その際には加圧制御工程が中止され、位置決め制御工程が再度実施される。ガス抜き制御工程が終了すると再度加圧制御工程が行なわれる。次に被成形物である熱硬化性樹脂が硬化完了すると、型開工程が行なわれる。型開工程では当初低速型開が行われ、その後高速型開が行なわれた後に型開停止前に減速されて型開が行なわれる。

なお本実施形態では、固定部材に対する可動部材の位置決め制御と加圧制御を行なって被成形物を成形する圧縮成形機として熱硬化性樹脂用の縦型圧縮成形機１１の例について説明したが、被成形物は熱硬化性樹脂に限定されない。また本発明の圧縮成形機としては、上盤に固定された固定部材である固定熱板に対して可動部材である複数の可動熱板を上昇移動させ、固定熱板と可動熱板間および可動熱板間で、可動熱板の位置決め制御と、積層成形物への加圧制御を行なうホットプレス装置であってもよい。更には本発明の圧縮成形機は、固定盤に配設された固定部材である固定金型に対して可動盤に配設された可動部材である可動金型を移動させ、位置決め制御してキャビティを形成した上で、射出装置から溶融樹脂を充填し、その後に加圧制御を行う射出圧縮成形や射出プレスであってもよい。その場合、縦型のものには限定されず、可動部材が水平方向に移動されるものでもよい。更に圧縮用シリンダは一に限定されず、各タイバーに圧縮用シリンダが配設されたものでもよい。そして前記において位置決め制御時における可動部材の目標位置は、時間経過とともに変更されて可動部材が型閉高速移動時と比較して低速移動されるものも本発明に含まれる。

また本発明については、一々列挙はしないが、上記した実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもない。

本発明の圧縮成形機とその制御を示すブロック図である。 本発明の位置決め制御時におけるサーボ弁制御電圧とポンプのサーボモータ指令電圧の関係を示すグラフである。

符号の説明

１１ 熱硬化性樹脂用の縦型圧縮成形機
１２ 上盤
１３ 上型
１４ 可動盤
１５ 下型
１６ 位置センサ
１７ 油圧シリンダ
１８ ラム
１９ 型閉用油室
２０ 型開用油室
２１ サーボ弁
２１ａ 弁駆動部
２２ ポンプ
２３ タンク
２４ サーボモータ
２５ 斜板角度調整シリンダ
２６ 電磁比例弁
２７ ロータリエンコーダ
２８ 圧力センサ
２９ 制御装置
３０ シーケンス制御部
３１ サーボ弁設定部
３２ ポンプ設定部
３３ 位置・速度制御部
３４，３９ 加算器
３５ サーボ弁制御電圧
３６ 電流生成部
３７ 位置決め制御時のポンプ制御信号
３８ サーボモータ指令電圧
４０ 圧力制御部
４１ サーボアンプ

Claims (4)

1. 位置決め制御から加圧制御に切換えて加圧制御を行う射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法であって、
   圧縮用シリンダへは押しのけ容積が可変であってサーボモータにより回転駆動されるポンプから作動油が供給され、
   前記位置決め制御から前記加圧制御への切換え時にはポンプの押しのけ容積が小さくなるように制御され、
   前記加圧制御時には前記サーボモータの回転数またはトルクがクローズドループ制御されることを特徴とする射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法。
2. 前記位置決め制御から前記加圧制御に切換え時には、
   電磁比例弁により斜板角度調整シリンダが駆動され、ポンプの斜板角度が大傾斜角から小傾斜角に変更され、
   ポンプ１回転当りの押しのけ容積が位置決め制御時よりも少なくなるように制御されて前記ポンプの押しのけ容積が小さくなるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法。
3. 前記加圧制御時には、
   作動油の圧力が圧力センサにより検出された圧力フィードバック信号から生成されたサーボモータ制御信号と、前記サーボモータの回転数がロータリエンコーダにより検出されたフィードバック信号とから、サーボモータの目標回転数が演算され、ポンプの回転数がクローズドループ制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法。
4. 圧縮用シリンダにより固定金型に対して可動金型を位置決め制御により移動させ、キャビティを形成後、射出装置から溶融樹脂を充填し、その後に位置決め制御から加圧制御に切換えて加圧制御を行う際に、前記位置決め制御時における可動金型の目標位置は時間とともに変更されて、型閉高速移動時と比較して低速移動されるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の射出圧縮成形方法または射出プレス成形方法。

Images