JP2011011521A - 射出圧縮成形機の型締装置 - Google Patents

Abstract

【課題】射出圧縮成形において当該応答性の高い油圧シリンダの制御システムを提供すると共に、高品質な成形品の圧縮成形を可能にする。
【解決手段】一対の金型間に、成形素材を収納して複数の型締シリンダ１１ａ（１１ｃ）により圧縮成形する圧縮成形機において、作動流体を供給する作動流体圧源と、作動流体を受けて、複数の型締シリンダ１１ａ（１１ｃ）の夫々における可動部位の変位及び移動速度並びに複数の型締シリンダ１１ａ（１１ｃ）への供給作動流体圧を調整するサーボ弁機構と、複数の型締シリンダ１１ａ（１１ｃ）の夫々におけるピストンヘッドの位置を検出する位置検出手段５５ａ（５５ｃ），５７ａ（５７ｃ）と、前記ピストンヘッドの位置を、ピストンヘッドとシリンダの端面間の距離において境界距離Ｌbとすることによって、複数の型締めシリンダ１１ａ（１１ｃ）の圧縮側油室の油柱共振周波数を制御周波数によって共振しない値に高くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、可塑化したプラスティック材料等の成形素材を射出圧縮成形するための射出圧縮成形機の型締制御に用いて好適な圧縮成形機の型締制御装置及び型締制御方法に関する。

従来の複数の型締専用シリンダを有する射出圧縮成形機では、固定金型と可動金型との間に形成されるキャビティ内に可塑化溶融樹脂等を一定量射出した後、直ちに複数の型締シリンダによって型締することにより、溶融樹脂が未だ可塑性を残している状態で、両金型に相対的に大きな型締力を加え、樹脂を圧縮、延展することにより、金型キャビティの形状と寸法通りの精密な成形品を得ることが行われている。
かかる射出圧縮成形機を用いて、成形素材を非対称な形状を有する成形品に成形する場合は、金型の圧縮時における型内圧分布が不均等になるため、各型締シリンダにかかる負荷が不均等となり、これにより固定金型と可動金型との間に相対的な傾きが生じて、固定金型と可動金型とが平行に閉まらず、成形品の肉厚が不均等になるという問題があった。

また、対称な形状を有する成形品であっても、透明な材料でレンズや窓などのように光学歪みを嫌う成形品の場合等、肉厚・密度の不均一が製品品質に欠損を生じるような場合もあり、金型の平行性及び圧縮代、並びに樹脂の冷却進行に伴う圧力伝播度合いに大きく影響する圧縮タイミングの精密な制御が要求される。
従って、金型を圧縮する際には、各型締シリンダにかかる圧縮負荷の多寡に係らず、各型締シリンダが同一速度で、且つ樹脂の冷却度合い（粘度上昇度合い）が低く樹脂の圧力伝播度合いに差が無いタイミングで、素早くストロークを行い、その結果、可動金型が固定金型に対して平行を保って素早く接近し、所定の位置で正確に停止することが重要である。
また、固定金型と可動金型の間に可塑化溶融樹脂等を一定量射出する前に、両金型間に所定の隙間を作り（以後この状態を「金型寸開」と呼ぶ）樹脂の圧縮代を設ける必要があるが、そのためにも、可動金型の精密な位置決め制御が不可欠であった。

特許文献1は、前記複数の型締シリンダにおける可動部位の移動速度、及び該シリンダへの供給作動流体圧を調整するサーボ弁機構と、前記複数の型締シリンダにおける可動部位置を検出する位置検出手段と、前記の型締シリンダの内、少なくとも１つの型締シリンダへの型締時における作動流体圧を検出する流体圧検出手段とを有する射出圧縮成形機の型締制御装置において、型締動作により成形品を圧縮成形中に、前記複数の型締シリンダ中の特定型締シリンダに対し圧力制御を施すとともに、該特定型締シリンダ以外の他の型締シリンダに対し、該特定型締シリンダに追随した速度・位置制御を施すことにより、該可動金型を平行移動させるように、該サーボ弁機構を制御する発明である。

特許文献２は、制御対象である機械系と接続され、サーボ弁からの作動油の流入・流出量によりピストン位置を制御される油圧シリンダと、制御対象の変位を検出する変位計とを備えた電気・油圧サーボ制御装置において、目標値の変化の方向と同方向であり、かつ、前記目標値の変化に対して前記機械系を含む電気・油圧サーボ制御系の固有振動周期の半周期相当の時間遅れて発生し、しかも、その後比較的短時間で零となる補正信号を、前記目標値に加えるように構成するとともに、前記補正信号として、前記制御対象の速度信号を前記固有振動周期の半周期相当の時間だけ遅延した信号を用いることにより、該機械系の持続振動が打ち消され、安定且つ高速に機械系が目標値に到達し得る、電気・油圧サーボ制御装置が提供できるとしている。

特許文献３は、液圧シリンダの応答性を調節可能にして、有効に実施し得る振動試験の適用周波数範囲を広げた振動試験機に関する技術開示をしている。その原理は、作動油のばね定数、即ちシリンダ内の油量を調節することによるが、そのための具体的構造例を提示しており、予め試験条件が限定できない場合に必要な長ストローク試験と、高周波領域の試験を同一の装置で実施可能とするための調節機能を持たせた振動試験機を提供している。

特許第３８６０８９５号公報 特公平６−９５２９８号公報 特公平２−２３８１９号公報

前記特許文献１で提案された技術は、金型の平行性を確保し、安全に圧縮成形を行うことで、成形品の品質を良好に保つ効果は大きかったが、前記均一で低光学歪みな特性を問われる圧縮成形品のごとく、更なる高品質化の基本である金型の位置決め制御精度の高度化、即ち複数ある型締サーボ制御系の位置決め精度、並びに速度制御精度の向上と均等化に対しては、十分に応えられなかった。
その理由は、特定の型締シリンダに対し圧力制御を施すが、該特定の型締シリンダ以外の他のシリンダに対し、該特定の型締シリンダに追随した速度・位置制御を施す方法を採用するために、追随制御に時間遅れが生じ、該特定の型締シリンダと他の型締シリンダの間で制御速度及び制御位置に誤差が生じる場合がある。

また、圧縮成形の前の金型寸開状態においても、可塑化溶融樹脂等を金型内に射出することによって、射出樹脂圧による金型の位置或いは平行度の狂いを招く場合があった。更には、迅速に圧縮工程へ移行する必要もあるので、金型の寸開及び圧縮工程期間を通じて高応答で精度の良いフィードバック制御を維持する必要があった。
また、前記特許文献２で提案された技術は、検出値を基に比較・演算を行い補正値を求め、更に該補正値を目標値に加えるなどの演算を行わなければならないため、比較、演算に要する時間分の制御信号の遅れによる油圧シリンダの動作応答性の向上が頭打ちとなる場合がある。

また、前記特許文献３で提案された技術は、液圧シリンダの応答性を改善する技術であるが、振動試験機として振動の定常状態における周波数と加振力の相関を測定することにおいては、長ストローク試験と高周波数試験が同一の装置で実施できるよう改善でき、各種の試験対象が持つ振動特性を、有効且つ効率良く試験する振動試験機のアクチュエータに適用する専用的な技術であり、ステップ応答が必要な機械に対しては、かえって応答性を低下させる等の不具合が発生する。
つまり、前記特許文献３で提案された技術は、副シリンダの前進により主シリンダ内の体積を縮小することで共振周波数を高くすることを可能としたが、前後進する副シリンダ背面を所定の位置で保持しているのは副シリンダの前後に負荷されている油圧であり、完全な固定（剛体）ではない。

即ち、油は剛体と比べて比較的大きな圧縮性を有することから、ピストンの動作開始時に副シリンダ前面側（ピストン側）に高速で大きな駆動圧力を負荷された際に、副シリンダは背面側（後退側）に押されるが、該背面側に充満している油も瞬間的に圧縮され、該副シリンダは背面側に移動するので、副シリンダの前面側に負荷された駆動油圧が瞬間的に吸収されて、油圧の上昇に遅れが発生してしまう。
そこで、射出圧縮成形機の型締装置に相応しい簡素（低コスト）で、位置決め・速度制御の精度が高く、且つまた高い応答性を有し、高速できめ細かいフィードバック制御が可能な電気・油圧サーボ制御による射出圧縮成形機の型締制御システムを発明する必要がある。

具体的には、図１に射出成形機の型締装置の構成を示すが、油圧で被駆動部分（可動型盤、金型、タイロッド把持装置等の部分）の合計質量Ｍの位置・速度を制御する場合、制御性能の限界は、油圧駆動力が被駆動質量Ｍに伝達するまでの時間が短いほど高い。一般的に作動油は、機体のその他の金属部と比較して剛性が低く力の伝達が遅いので、速い作動油圧力変化に油圧アクチュエータは応答できない。即ち、フィードバック制御を高精度化するために制御周波数をあげて行くと（作動油圧の変化速度を上げていくと）、油圧シリンダの応答性が急激に低下する周波数領域（応答限界）が生じる。当該応答性の急激な低下は、制御周波数によって、油圧アクチュエータ内の油が共振してしまうことが原因である。油圧アクチュエータの油が共振すると、制御周波数と同期した油圧の増減が、油の圧縮膨脹と同期してしまい、油圧が増減しても油の圧縮膨脹に吸収されてしまうので、被駆動部分が動作しない制御不能な現象が発生してしまう。
油圧シリンダの応答限界は、油柱共振周波数ｆとして次式（ａ）で与えられる。

ここで、Ｋ：作動油弾性、 Ｍ：被駆動質量、 Ａ：シリンダ断面積
Ｖ：シリンダ容積
である。

上記（ａ）式は、図１に示す型締装置の油圧制御モデルの場合には、ピストン両側の油室断面積をＡ1，Ａ2とし、シリンダ端からの距離をＬ１，Ｌ2とすると、Ｖ１＝Ａ１×Ｌ1、Ｖ2＝Ａ2×Ｌ2であるから、

となると考えられる。
ただし、Ｌ1＋Ｌ2＝Ｃ であり、Ｃ：シリンダストローク長さで一定数である。
通常のシリンダの場合、Ａ１＝Ａ2 と見なし得るので、前記数式は、

と変形できるが、Ｌ1をＣに対して相当に小さく選定すれば、

と見なし得るから、

となる。

上記（ｂ）の数式によれば、作動油の弾性Ｋを所与の値とすると、油柱共振周波数を高めるためには、被駆動質量Ｍを減ずるか、或いはシリンダの口径Ａを大きくして有効断面積を増すか、油柱の長さＬ1を短くする必要がある。しかし、機械的強度維持の理由から質量Ｍを減ずることは容易ではない場合が多い。また、シリンダの有効断面積Ａを増すと作動油の流量が増加するために、サーボ弁の容量、油圧ポンプの容量共に必要以上に増大させなければならず、無駄となってしまう。また、シリンダの有効断面積Ａを増すと作動油の流量が増加するために、サーボ弁の容量、油圧ポンプの容量共に必要以上に増大させなければならず、無駄となってしまう。

本発明は、射出圧縮成形において当該応答性の高い油圧シリンダの制御システムを提供すると共に、当該システムを夫々の型締制御装置に適用し、円滑で精度の高い制御をかけることにより、高応答な射出圧縮制御を提供することにより、成形品に有害な光学歪みが無い等の、高品質な成形品の圧縮成形を可能にすることを目的とする。

上記の問題点に対し、本発明は以下の手段により課題の解決を図る。
（１）第一の手段の射出圧縮成形機は、固定金型と可動金型とからなる一対の金型間に、可塑化した成形素材を収納して複数の型締シリンダにより圧縮成形する圧縮成形機において、作動流体を供給する作動流体圧源と、該作動流体圧源からの作動流体を受けて、前記複数の型締シリンダの夫々における可動部位の変位、及び移動速度、並びに前記複数の型締シリンダへの供給作動流体圧を調整するサーボ弁機構と、上記複数の型締シリンダの夫々におけるピストンヘッドの位置を検出する位置検出手段と、前記射出圧縮動作開始時の前記複数の型締シリンダの夫々におけるピストンヘッドの位置を、ピストンヘッドとシリンダの端面間の距離において所定の距離（境界距離Ｌbと呼ぶ）とすることによって、前記複数の型締めシリンダの圧縮側油室の油柱共振周波数を制御周波数によって共振しない値に高くすることを特徴とする。

一般的には機器により設計上の制約があるので、通常は任意に短くすることはできない。射出成形機においても１サイクル中の形締用油圧シリンダのストローク値としては、大ストロークが必要な工程があり、当該油圧シリンダの寸法値を短縮することはできない場合が多いが、高応答性が要求される金型寸開工程及び圧縮成形工程においては、油圧シリンダの動作ストロークは、数ｍｍから十数ｍｍ程度に限定し得る。よって高応答が必要求な金型寸開工程及び圧縮成形工程に限って、ピストンヘッドと該油圧シリンダ端面間の距離Ｌが短くなるように、ピストンの位置を限定することによって、当該工程における油圧シリンダの応答限界を高めることができる。
前記のようにして金型寸開工程及び圧縮成形工程において、制御周波数による共振が発生する当該応答限界を、制御周波数に対し十分に高くすることができるので、油圧シリンダの応答性の低下を防止できる。

（２）第二の手段の射出圧縮成形機は、前記（１）射出圧縮成形機の型締シリンダにおいて、前記所定の境界距離Ｌbは、型締シリンダ内径をφとすると次の式で求められる値であることを特徴とする。

（３）第三の手段の射出圧縮成形機は、前記（１）射出圧縮成形機の型締シリンダにおいて、前記所定の境界距離Ｌbは、型締シリンダ内径をφとすると次の式で求められる値であることを特徴とする。

ピストンヘッドと該油圧シリンダ端面間の距離Ｌ1を極端に短くなるように構成すると、作動油の流路が狭くなるため、排出口へ向かう作動油の垂直流が支配的になり、ピストンの移動方向（軸方向）流と交錯して油室内に乱れが発生し、油圧アクチュエータとしての機能を損ねるほどの大きい圧力損失を伴うまでになり、非常に大きな油圧元圧が必要となる。また、距離Ｌ1を長くすると制御位置精度が落ちてしまう。
これらに対し、本発明において後述するように境界距離Ｌｂを前記範囲の値とすることによって、前記圧力損失を抑制し且つ制御位置精度を高精度に維持することができる。

（４）第四の手段の射出圧縮成形機は、前記（１）〜（３）の前記複数の形締シリンダが、固定型盤若しくは可動型盤の複数箇所、少なくとも四隅に設けられた射出圧縮成形機であって、該型締装置を互いに独立に且つ型盤間の平行度を高めるように射出圧縮制御することを特徴とする。
（５）第五の手段の射出圧縮成形機は、前記（１）〜（４）の型締装置における射出圧縮制御が、前記油圧ピストンヘッド端面と油圧シリンダ壁面の距離が、所定の距離Ｌｂにて射出圧縮制御を行うことを特徴とする。

（６）第六の手段の射出圧縮成形機は、前記（１）〜（５）の型締装置が、割ナットを開放若しくは閉止しタイバー外面のねじ山を解放若しくは拘束するタイバー把持装置を備えた型締装置であって、前記油圧ピストンヘッド端面と油圧シリンダ壁面の距離が前記境界距離に達した場合において、前記割ナットと前記タイバーのねじ山の山谷を確実に噛み合わせて、前記可動金型の把持ができるように、前記割ナットと前記タイバーの相対位置を調整する調整部材を備えたことを特徴とする。

請求項1及び請求項4に係る本発明は、射出圧縮成形機の複数の型締装置に適用することにより、精度の良い金型寸開と応答性の高い圧縮成形を可能にし、光学歪みを抑えた成形品を生産し得ることが可能である。また高応答の射出圧縮が可能であることから、樹脂の可塑性が高く十分温度が高い状態で射出圧縮を開始できるので、フローマークなど成形品表面の樹脂冷却が進んだことに起因する成形不良を防止できる射出圧縮成形機を提供する効果がある。
請求項２、請求項3及び請求項5に係る本発明は、更に、射出圧縮成形機の型締装置における油圧シリンダに特段の構造変更を加えず、従来の寸法構造を維持したままで良く、ただピストンの位置に応じて高応答で精度の良いフィードバック制御を遂行させる条件を与え、高品質の成形品が生産可能な射出圧縮成形機を提供する効果がある。
請求項６に係る本発明は、射出成形機のタイバー把持装置に、割ナット方式を適用する場合でも、割ナットとタイバーのねじ山の山谷の噛み合わせによる前記可動金型の把持を確実にする効果がある。

図２に示す射出圧縮成形機の、区画線Ｄで囲んだ領域に表示された一組の型締装置に係る油圧制御モデルを示す模式断面図である。 本発明の第１実施形態に係る射出圧縮成形機の一部を破断して、その構造を模式的に示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る射出圧縮成形機の型締装置の一部を破断して、その構造を模式的に示す縦断面図である。

以下にこの発明の実施の形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施形態を図1及び図２に基づいて説明する。
図１は、図２に示す射出圧縮成形機の、区画線Ｄで囲んだ領域に表示された一組の型締装置に係る油圧制御モデルを示す模式断面図である。
図２は、本発明に係る射出圧縮成形機の一部を破断して、その構造を模式的に示す縦断面図である。

図1及び図２に示すように、本射出圧縮成形機の型締制御装置は、支持フレーム１の上面の一端側部分（図２中右側部分参照）に固定された固定型盤５を備えており、この固定型盤５には固定金型３が取り付けられている。また、支持フレーム１の上面の他端側部分（図２中左側部分参照）には、可動金型７を取り付けられた可動型盤９が固定型盤５と対向するように、型盤スライド機構３０を介して載置されている。
すなわち、型盤スライド機構３０はレール３９、リニアベアリング３５及び台３７により構成されており、可動型盤９は台３７上に載置され、更に、この台３７は支持フレーム１の上面に固設されたレール３９上をリニアベアリング３５を介して案内されるようになっていて、これにより可動型盤９は、支持フレーム１に対して摺動可能に載置されていることになる。

さらに、固定型盤５の外周付近には、ストロークが少なく断面積が大きな複数（本実施形態では４本）の型締シリンダ１１ａ〜１１ｄ（但し型締シリンダ１１ｃ及び１１ｄは図示せず）が所要の間隔を空けて設けられており、これらの型締シリンダ１１ａ〜１１ｄ内にはピストン１３ａ〜１３ｄが可動型盤９の移動方向へ摺動可能に嵌挿され、各ピストン１３ａ〜１３ｄには、タイバー１５ａ〜１５ｄの基端側が連結されている。また、各タイバー１５ａ〜１５ｄは、可動型盤９側に向かって水平に延設されている。
なお、この実施形態においても、図中カッコを付して表示されているｃ，ｄの文字を有する各符号は、それぞれ併記されているａ，ｂの文字を有する各符号と同一の断面形状を有していることを示しているとともに、紙面厚み方向に異なる位置に配設されていることを示している。例えば、型締シリンダ１１ｃは図２中において「１１ａ（１１ｃ）」と表示されており、この型締シリンダ１１ｃは、型締シリンダ１１ａと同一の断面形状を有しているとともに、型締シリンダ１１ａと紙面厚み方向に異なる位置に配設されていることを示している。

また、この実施形態においても、図中、ａ〜ｄの文字を有する各符号は、同じ文字を有する各符号どうしの間に、それぞれ対応関係があることを示しており、例えば、上述の構成においては、型締シリンダ１１ａにはピストン１３ａが嵌挿され、また、ピストン１３ａにはタイバー１５ａの基端側が連結されるようになっており、同様に、型締めシリンダ１１ｂにはピストン１３ｂが嵌挿され、またピストン１３ｂにはタイバー１５ｂの基端側が連結されるようになっていることを示しており、以下同様に、ａ〜ｄの文字を有する符号どうしは互いに対応関係にある部分であることを示す。
また、ｃ，ｄの文字を有する部品は、便宜上、図示を省略されている。

さらに、上記のａ〜ｄの符号を有する部品において、ａ〜ｄの符号を有した各部品どうしの間に構成上及び機能上の差異がないものに関しては、以下、便宜上ａ〜ｄの各符号を省略して表記する場合がある。例えば、タイバー１５ａ〜１５ｄはそれぞれ同一の構成を有しているとともに同一の機能を有するものであり、以下、タイバー１５というときは、符号１５ａ〜１５ｄで示すタイバーを表記するものとする。
これらのタイバー１５は、可動型盤９に形成された各挿通孔２７をそれぞれ貫通するようになっており、また、各タイバー１５の端部付近外周には、前記可動型盤９に付設されたタイバー把持装置２９の把持面に緊密に係合し、強固に把持されるような係合溝などの加工面２８が設けられている。

各タイバー把持装置２９は、各タイバー１５に形成された前記加工面２８に対して係合或いは解放するもので、挿通孔２７の軸心方向に対しほぼ直角方向に開閉するように設けられており、図示しない油圧シリンダ等により開閉されるようになっている。
また、可動型盤９に付設されたタイバー把持装置２９の取付面側には、支持部材３３が固定されており、この支持部材３３は、タイバー把持装置２９が閉じてタイバー１５を強固に把持した状態で、ピストン１３のヘッド側（図1及び図２中における各ピストン１３の右側）油室に油圧が働き、タイバー１５が型開方向（図1及び図２中の左方向）に押圧された時、タイバー把持装置２９を支持し、可動型盤９及び可動金型７をタイバー１５の移動に伴って移動させるようになっている。

一方、これら型締シリンダ１１ａ〜１１ｄの中を摺動するピストン１３ａ〜１３ｄの、タイバー１５ａ〜１５ｄが連結されていない側の端面には、ロッド５３ａ〜５３ｄの基端側が連結されており、各ロッド５３ａ〜５３ｄはタイバー１５ａ〜１５ｄとは反対側の方向に向かって水平に延設されている。各ロッド５３ａ〜５３ｄは固定型盤５を貫通しており、それらの先端部には各々位置センサ５５ａ〜５５ｄが配設されている。
固定型盤５における各ロッド５３ａ〜５３ｄの近傍位置には、検出目盛若しくは検出目盛磁石を有するスケール５７ａ〜５７ｄが、それぞれロッド５３ａ〜５３ｄと平行に配設されており、これらのスケール５７ａ〜５７ｄと位置センサ５５ａ〜５５ｄとが協働することにより位置検出手段として機能するようになっている。すなわち、これらのスケール５７ａ〜５７ｄ及び位置センサ５５ａ〜５５ｄにより、各型締シリンダ１１ａ〜１１ｄにおけるピストン１３ａ〜１３ｄの位置を検出し、各型締シリンダ１１内における各ピストン１３の位置（可動部位置）を検出することができるようになっている。

さらに、固定型盤５の下部には、移動シリンダ１７が固定されており（図２参照）、この移動シリンダ１７の内部ピストン１８と接続される移動ロッド２０の先端部が可動型盤９の下部に連結・固定されている。なお、移動シリンダ１７はボールねじなどの電動駆動アクチュエータに代えても支障ない。可動型盤９及び可動金型７は、前記移動シリンダ１７の内部ピストン１８の移動に追従して、型盤スライド機構３０の台３７、リニアベアリング３５を介して支持フレーム1上のレール３９に案内されながら移動して行き、結局は可動型盤９に形成された挿通孔２７が、固定型盤５から前記レール３９と平行に延設されたタイバー１５に嵌合するようになっている（図２の二点鎖線の関係位置参照）。
通常、可動金型７が交換或いは点検修理を受ける場合には、可動型盤９及び可動金型７は、移動シリンダ１７のピストン１８及び移動ロッド２０共に最大ストロークの位置にあり（図２の表示の通り）、タイバー１５と可動型盤９に形成された挿通孔２７は、接触をしていないのでタイバー把持装置２９は開放されている。

一方、固定型盤５内に設けられている型締シリンダ１１中のピストン１３は、タイバー１５を可動型盤側に最も長く突出するために、シリンダの左端に寄せられているので、前記可動型盤９に形成された挿通孔２７が、延設されたタイバー１５に嵌合する位置を、仮に成形品を取り出す位置（金型開の位置）とした上で、タイバー把持装置２９を閉止し可動型盤９とタイバー１５を連結すれば、次いでの金型締切工程及び金型寸開工程は、全て型締装置の位置決め制御により実行できることとなる。
本発明の実施例の説明においては、図１に示す１組の型締装置に係る油圧制御モデルが、いかにして精度の良い位置決め制御と応答性の高い圧力・速度制御を可能にするのかを以下に詳述することによって、射出圧縮成形機に備わる４組の型締め装置が互いに独立に且つ型盤間の平行度を高めるように射出圧縮制御できることを説明する。

図１は、図２に示す射出圧縮成形機において、４組備えられた型締装置中の１組の型締装置に係る装置構成を示す模式断面図である。
図1は、タイバー１５ａが、タイバー把持装置２９によって可動型盤９及び可動金型７に連結された状態において、作動流体圧源８０からサーボ弁６０を経由して負荷された油圧により、タイバー基端部のピストン１３ａの背面側（図中右側）にタイバー１５が移動し、固定金型５と可動金型７の間に形成されたキャビティ内に射出ユニット１９から射出された可塑化樹脂を圧縮成形している状態を示す。但しサーボ弁６０を制御する電子制御装置は図示していない。
この電子・油圧制御の場合、型締シリンダ１１ａに印加される油圧駆動力が被駆動質量Ｍに伝達するまでの限界時間を検証し、該限界時間以上のなるべく短いサイクル時間を有する制御周波数を使用し、制御密度の高いフィードバック制御をすることが、タイバー１５即ち可動金型７の位置・速度制御の精度と応答性を高めることとなる。

油圧シリンダの応答限界は、油柱共振周波数ｆとして前記（ａ）式で与えられる（上記伝達するまでの限界時間は１／ｆである）が、図１の場合は前記（ｂ）式が適用できる。そして、この式の関係を発明者が試験により検証した結果の一例が表１と表2である。
表1はシリンダ径φ＝８５０ｍｍにおける試験結果であり、表２はシリンダ径φ＝４００ｍｍにおける試験結果である。最上段にピストンヘッドとシリンダ壁面の距離であるピストン位置Ｌ１（ｍｍ）が表示されており、その下に順に油柱共振周波数ｆ（Ｈｚ）、安定したフィードバック制御が得られた制御周波数（Ｈｚ）、動作時定数（ｍｓ）、位置制御誤差（ｍｍ）と続き、最下段にシリンダ内作動油圧力損失（ｋＰa）が表示されている。

型締装置において、高精度位置制御と言われている精度誤差上限値は±０．０５ｍｍであることから、表1の場合、ピストン位置Ｌ１が１０mmを超えないことが望ましい。また、最下段のシリンダ内作動油圧力損失（ｋＰa）が急激に増大し必要油圧が上昇することから、前記ピストン位置Ｌ１が５ｍｍを下回った領域では、供給源油圧のピストン駆動油圧に対する余裕が急激に低下し好ましくない。結局、ピストン位置Ｌ１が、５ｍｍ≦Ｌ1≦１０ｍｍである太線枠内の条件が、フィードバック制御に対して有効であることを示している。
同様に表2からシリンダ径φ＝４００ｍｍの場合は、ピストン位置Ｌ１が、３ｍｍ≦Ｌ1≦５ｍｍ である太線枠内の条件が有効であることが判る。

油圧シリンダの内径φ＝８５０mm及びφ＝４００mmの場合の他、各種サイズの油圧シリンダで試験を行ってみると、最適ピストン位置Ｌbは、油圧シリンダ内径φの平方根に比例しており、応答性と速度・位置制御精度が高く、実用的な油圧値の両方を満たすＬｂの値は下記（ｄ）式で示す範囲の値が、低コストと高生産性を得るために最も好ましいことが判った。

但し、十分高い油圧を供給可能な油圧源を有する油圧回路を使用し、シリンダ内作動油の圧力損失を考慮する必要のない場合は、Ｌｂは、下記（ｃ）式で示される値でも良い。

なお、最適ピストン位置Ｌbをピストンヘッドとシリンダ端面間の距離と定義し、Ｌｂを境界距離と呼ぶこととする。

前記境界距離内で油圧シリンダにフィードバック制御をかけ、金型寸開及び圧縮成形を実行させるための型締装置の設定方法について、次に説明する。
（型締装置の型盤位置設定）
図２において、タイバー把持装置２９を閉止し可動型盤９とタイバー１５を連結した後、金型締切工程に移行し、固定金型４と可動金型７を密着させる。次いで、スケール５７を参照しながらサーボ弁６０を作動させ、ピストン1３をピストン1３とシリンダの端面間の距離Ｌ１が所定の値（例えば５ｍｍ）になるようにピストン１３、可動型盤９及び可動金型７を型開方向（図中左側）に一体で移動させて、金型を寸開させる。
本実施例では、金型締切工程を介してピストン1３とシリンダの端面間の距離Ｌ１が５ｍｍになるようにピストン１３、可動型盤９及び可動金型７を一体で移動させた例を示したが、ピストン１３の原点位置を予め図示しない制御装置に記憶させておき、金型締切工程を経由せずに、スケール５７を参照しながらピストン１３を、ピストン1３とシリンダの端面間の距離Ｌ１が５ｍｍになるように、移動制御しても良い。
また、金型を寸開させる工程において、可動型盤と固定型盤の平行度を高く維持するように制御させると更に良い。

（可塑化溶融樹脂の射出）
当該金型寸開が制御・維持され、両金型３，７の温度分布が所定の精度になると、射出ユニット１９は、その内部に保有していた均一に溶融した可塑化樹脂Ｒを、ノズルを経由して金型キャビティ内に射出する（図1の矢印を参照）。この時、相当な射出圧力がキャビティ内に加えられるので、可動金型７は左方向に不均等な力を受けるが、型締装置は精度の良い位置決めフィードバック制御を受けており、所定の金型寸開姿勢・位置を維持している。

（圧縮成形）
前記射出された溶融樹脂Ｒは、両金型によって適切に冷却されるが、該樹脂の塊全体に十分な可塑性が残存しているうちに、素早く圧縮成形工程が始まる。この時のピストンヘッドとシリンダ端面間の距離L１は５mm であり、応答性並びに位置・速度の精度が良い制御ができる ５ｍｍ≦Ｌｂ≦１０ｍｍ の条件内にある。
したがって、図示しない型締制御装置が、サーボ弁６０経由で型締シリンダ１１に、フィードバック制御による制御密度の高い油圧駆動力を与えれば、ピストン１３、タイバー１５、可動型盤９、可動金型７等は即応して、本発明の目的を達成する。

上記の応答性並びに位置・速度の精度が良い制御が、4組で構成される当該射出圧縮成形機のそれぞれの型締装置で、互いに独立に、且つ型盤間の平行度を高めるように実行されるので、肉厚の均一な成形品を得ることができる。
本実施例では、シリンダ径φ＝８５０mmの場合の境界距離である５ｍｍ≦Ｌｂ≦１０ｍｍにて示したが、シリンダ径φが異なる場合でも、式（ｄ）に従って境界距離Ｌｂを設定することにより本発明の最も高い効果を得ることができる。例えばシリンダ径φ＝４００mmの場合は、式（ｄ）の値は、２．５ｍｍ≦Ｌｂ≦６．５ｍｍを満たすように、境界距離Ｌｂを決めれば良い。

（型開及び成形品の取出し）
上記所定時間が経過し、成形品の冷却固化が完了すると、型締シリンダ１１にはサーボ弁６０経由で定格流量の作動油が供給され、ピストン１３、タイバー１５、可動型盤９、可動金型７等は、図中左方向に高速で移動させられ、予め設定された成形品取り出し位置において停止する。
その後、可動型盤９に備えられたエジェクタ（図示せず）が作動して、成形品を可動金型より押し出し、取り出す。そして、引き続いて次サイクルに移行する。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図３に基づいて説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る射出圧縮成形機の型締装置の一部を破断して、その構造を模式的に示す縦断面図であり、図２に相当する図である。図３において、第１の実施形態と同じ構造のものは同じ記号を付してあり、重複する説明は省略する。
タイバー把持装置に、割ナット１２９を開放若しくは閉止してタイバー外面のねじ山１２８を解放若しくは拘束する方式を採用する場合、該割ナット１２９は前記ねじ山１２８のピッチ間隔以外では噛合・把持ができないため、前記（型締め装置の生産前の設定）の項において詳述したように、油圧ピストンヘッド端面と油圧シリンダ壁面の距離が前記境界距離（Ｌb＝５ｍｍ）に達した場合においても、前記タイバーの噛合・把持ができない場合が発生する。かかる場合には、可動金型盤と金型の間に前記タイバーのねじ山１２８と、割ナット１２９の溝の噛合位置を微調整するための調整部材を使用し、前記溝が噛み合うように調整する。本実施例では調整部材としてスペーサ８を示しているが、調整部材はタイバー把持装置と可動型盤の相対距離を可変とする部材、例えばねじ構造体を用いても良い。

１ 支持フレーム
３ 固定金型
５ 固定型盤
７ 可動金型
８ スペーサ
９ 可動型盤
１１； 型締シリンダ
１１ａ（１１ｃ）型締シリンダ
１１ｂ（１１ｄ）型締シリンダ
１３； ピストン
１３ａ（１３ｃ）ピストン
１５； タイバー
１５ａ（１５ｃ）タイバー
１５ｂ（１５ｄ）タイバー
１７ 移動シリンダ
１８ 内部ピストン
１９ 射出ユニット
２０ 移動ロッド
２７ 挿通孔
２８ タイバー外周の加工面
２９ タイバー把持装置
３０ 型盤スライド機構
３３ 支持部材
３５ リニアベアリング
３７ 台
３９ レール
４１ 位置センサ
５３ａ（５３ｃ）ロッド
５５ａ（５５ｃ）位置センサ
５７ａ（５７ｃ）スケール
６０ サーボ弁
８０ 作動流体圧源
１０９ 可動型盤
１１５；タイバー
１１５ａ（１１５ｃ）タイバー
１１５ｂ（１１５ｄ）タイバー
１２７ 挿通孔
１２８ ねじ
１２９ 割ナット
Ｄ 区画線
Ｒ 溶融樹脂
Ｆ／Ｂ フィードバック
Ｌｂ ピストンヘッドの境界距離
Ｌ１、Ｌ２ 油室の長さ
Ａ，Å_１，Ａ_２ ピストンの受圧面積
φ 油圧シリンダ直径

Claims (6)

1. 固定金型と可動金型とからなる一対の金型間に、可塑化した成形素材を収納して複数の型締シリンダにより圧縮成形する圧縮成形機において、作動流体を供給する作動流体圧源と、該作動流体圧源からの作動流体を受けて、前記複数の型締シリンダの夫々における可動部位の変位、及び移動速度、並びに前記複数の型締シリンダへの供給作動流体圧を調整するサーボ弁機構と、
   上記複数の型締シリンダの夫々におけるピストンヘッドの位置を検出する位置検出手段と、前記射出圧縮動作開始時の前記複数の型締シリンダの夫々におけるピストンヘッドの位置を、ピストンヘッドとシリンダの端面間の距離において所定の距離（境界距離Ｌbと呼ぶ）とすることによって、前記複数の型締めシリンダの圧縮側油室の油柱共振周波数を制御周波数によって共振しない値に高くすることを特徴とする射出圧縮成形機の型締装置。
2. 請求項1の型締シリンダにおいて、前記所定の境界距離Ｌbは、型締シリンダ内径をφとすると次の式で求められる値であることを特徴とする射出圧縮成形機の型締装置。
   

   
3. 請求項1の型締シリンダにおいて、前記所定の境界距離Ｌbは、型締シリンダ内径をφとすると次の式で求められる値であることを特徴とする射出圧縮成形機の型締装置。
   

   
4. 請求項１、請求項２及び請求項３の前記複数の形締シリンダが、固定型盤若しくは可動型盤の複数箇所、少なくとも四隅に設けられた射出圧縮成形機であって、該型締装置を互いに独立に且つ型盤間の平行度を高めるように射出圧縮制御することを特徴とする射出圧縮成形機。
5. 請求項１、請求項２、請求項３及び請求項４の型締装置における射出圧縮制御が、前記油圧ピストンヘッド端面と油圧シリンダ壁面の距離が、所定の境界距離Ｌｂにて射出圧縮制御を行うことを特徴とする射出圧縮成形装置。
6. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４及び請求項５の型締装置が、割ナットを開放若しくは閉止しタイバー外面のねじ山を解放若しくは拘束するタイバー把持装置を備えた型締装置であって、前記油圧ピストンヘッド端面と油圧シリンダ壁面の距離が前記境界距離Ｌｂに達した場合において、前記割ナットと前記タイバーのねじ山の山谷を確実に噛み合わせて、前記可動金型の把持ができるように、前記割ナットと前記タイバーの相対位置を調整する調整部材を備えたことを特徴とする射出圧縮成形機の型締装置。

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