JP2022049402A - 金型、射出成形システム、および成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外観品質および寸法品質に優れる成形品を得ることができるとともに、生産性を向上させることが可能な技術を提供すること。【解決手段】 固定型と、可動型と、前記固定型と前記可動型との連結および連結解除を行なうための連結手段と、前記固定型と前記可動型との連結部の型閉方向への移動を行なうための連結部移動手段と、前記連結手段と、前記連結部移動手段と、を制御する制御部と、を有することを特徴とする金型。【選択図】 図１

Description

本発明は、金型、射出成形システム、および成形品の製造方法に関する。

従来、成形品の生産性を高める方法として以下の様な発明が開示されている。

例えば、特許文献１記載の発明のおいては、固定型板および可動型板に夫々着脱可能なユニット型を配し、型締・射出後に夫々のユニット型を連結一体化する連結部材を取り付け、型内の湯道を該連結部材で遮断するとともに夫々のユニット型を連結して一体化する。そして、型板間より一体化されたユニット型を取り出し、成形機外で冷却する。この冷却中に別のユニット型を型板に取着し、同様なサイクルを繰り返し行うことにより、夫々冷却時間を充分にとりながら成形タイムを短縮する発明が提案されている。

また、特許文献２記載の発明のおいては、開閉自在な可動側ユニットと固定側ユニットを配し、可動側ユニットの内部に油圧シリンダまたはモーターを備えている。また、油圧シリンダのロッドもしくはモーターの回転軸上に配されたピニオンギアと歯合するピニオンによって固定側ユニットと常時連結し、当該機構により、型開閉と型締自己保持を行う。そして、成形機の固定プラテンと可動プラテンの間において、冷却工程時に型締自己保持されたユニット型を移動させ、長い冷却工程の間に他のキャビティユニットの取り外しと射出が行える成形方法により成形サイクルの短縮する発明が提案されている。

特開昭６４－０３６４２１号公報 特開平０４－３６１０１６号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、自動化しようとすると、型板からユニットを外したり別のユニットを取着するためにロボット等の大掛かりな装置を必要とする。また、ユニットの型から成形品を取り出すための装置が必要となる欠点があった。また、特許文献２の方法では、型開閉量が油圧シリンダのストローク量に依存しており、型開閉方向に大きな形状を持つ部品である場合、型開閉量を当該形状以上とする必要がある。油圧シリンダのストローク量を大きく取る必要があることから金型の厚みが大きくなることに加え、成形機の型開閉ストローク量を延長する処置もしくは成形機のサイズを大きくする必要があり、装置コストが増大してしまう。また、可動側ユニットと固定側ユニット間が常に油圧シリンダのロッドもしくはピニオンによって連結されている事から、当該機構が障害となり、大きなサイズの成形品を取り出すことが困難であるという問題があった。

本発明では、外観品質及び寸法品質に優れる成形品を得ることができるとともに、生産性を向上させることが可能な金型、射出成形システム、および成形品の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の金型は、固定型と、可動型と、前記固定型と前記可動型との連結および連結解除を行なうための連結手段と、前記固定型と前記可動型との連結部の型閉方向への移動を行なうための連結部移動手段と、前記連結手段と、前記連結部移動手段と、を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の射出成形システムは、射出成形機と、前記射出成形機に取り付けた金型と、を有し、前記金型は、固定型と、可動型と、前記固定型と前記可動型との連結および連結解除を行なうための連結手段と、前記固定型と前記可動型との連結部の型閉方向への移動を行なうための連結部移動手段と、前記連結手段と、前記連結部移動手段と、を制御する制御部と、を有し、前記射出成形機によって前記金型を型締めしている間に、前記金型への樹脂の射出と、前記固定型と前記可動型との連結と、前記固定型と前記可動型との連結部の型閉方向への移動と、を行なった後、前記金型を前記射出成形機から取り外すことを特徴とする。

また、本発明の成形品の製造方法は、上記射出成形システムにより成形されることを特徴とする。

本発明によれば、外観品質および寸法品質に優れる成形品を得ることができるとともに、生産性を向上させることが可能な技術を提供することができる。

本発明の第一の実施形態を示す図。 本発明の第一の実施形態を示す図。 本発明の第一の実施形態を示す図。 本発明の第一の実施形態を示す図。 本発明の第一の実施形態を示す図。 本発明の第二の実施形態を示す図。 本発明の第二の実施形態を示す図。 本発明の第二の実施形態を示す図。 本発明の第二の実施形態を示す図。 本発明の第二の実施形態を示す図。 本発明の第一の実施形態を示す図。 比較例３を説明する図。 本発明の第一の実施形態を示す図。

（第１の実施形態）
本発明の第一の実施形態における金型、射出成形システム、および成形品の製造方法について説明する。

以下では、射出成形機からの型締力ではなく、金型独自の独立した型締力である型閉力を発生させることができる金型、それを用いた射出成形システム、および成形品の製造方法について説明する。

本明細書において、射出成形機からの型締力ではない、金型独自の独立した型締力を「型閉力」と称する場合があり、独立した型閉力を発生させるための機構を型閉機構と称する場合がある。

図１～図５は、本発明に係る金型の第一の実施形態を示す図であり、図１（ａ）、図２～図５は、金型の断面図、図１（ｂ）は、金型の可動型の第一の型板４の正面図を示す。

まず、本実施形態における射出成形システムについて説明する。

図１１は、第１の実施形態における射出成形用金型（単に金型と称する場合がある）を２個使用し、１台の成形機で成形品を射出成形する図を示したものである。図１１において、２２は射出成形機（単に成形機と称する場合がある）、１５は射出成型機の射出ノズルを示す。

図１１（ａ）は、金型Ａ（第一の金型と称する場合がある）を成形機に取り付けた図である。図１１（ｂ）は、金型Ａを成形機から取り外し、金型Ｂを成形機に取り付けた図である。２２は射出成形機（単に成形機と称する場合がある）、１５は射出成型機の射出ノズルを示す。

制御部４は、射出成形機２２を制御するコントローラ４１と、金型Ａ（およびまたはＢ）の型閉機構（不図示）を制御するコントローラ４２と、を備える。各コントローラ４１、４２は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶デバイスと、センサやアクチュエータに接続されるインタフェースと、を含む。プロセッサは記憶デバイスに記憶されたプログラムを実行する。コントローラ４１は、コントローラ４２と通信可能に接続され、コントローラ４２に金型Ａ（およびまたはＢ）の、後述する連結部駆動手段あるいは移動部駆動手段に信号を出力する。コントローラ４２は、動作完了の信号をコントローラ４１に送信したり、異常発生時に緊急停止信号をコントローラ４１に送信する。

まず、図１１における金型Ａについて図１～図５を用いて説明する。ここでは金型Ａについて説明するが、図１１における金型Ｂも同様の構成であってもよい。

図１（ａ）、（ｂ）、図２～図５において、１は固定型の取付板、２は可動型の取付板、３は固定型の型板、４は可動型の第一の型板、５は可動型の第二の型板である。この金型の固定型は、取付板１と型板３とで構成されている。この金型の可動型は取付板２と第一の型板４と第二の型板５とで構成されている。６は可動型内に取り付けられたブロック、６Ａはブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間、７は成形機２２（図１１参照）からの溶融樹脂が流入するキャビティである。８はエアシリンダ、９は連結ピン１２に挿入させることにより可動型と固定型とを連結させる連結部３１（図３参照）を形成するための連結ストッパである。エアシリンダ８により連結ストッパ９を駆動させることで固定型と可動型との連結および連結解除を行なう。１０は油圧シリンダ、１１は油圧シリンダを駆動するための油を供給および排出するための油圧ホースであり、油圧シリンダ１０はブロック６を移動させることで連結部３１（図３参照）を移動させるための連結部移動手段である。１２はブロック６に取り付けられた連結ピンであり、連結ストッパ９が挿入される穴があけられている。１３は油圧シリンダ戻し用のバネ、１４はスプルー、１５は成形機２２（図１１参照）の射出ノズルである。

可動型内に取り付けられたブロック６には、ブロック６および連結ピン１２を可動型の取付板２側（図３の矢印Ｚ１方向）に移動させる連結部移動手段として油圧シリンダ１０と油圧ホース１１が取り付けられている。つまり移動部駆動手段は、連結ピン１２と連結ストッパ９の連結部（図３の３１）を型閉方向（図３の矢印Ｚ１方向）に移動させる。連結部移動手段には、ブロック６および連結ピン１２を固定型の取付板１側に移動させることにより連結部３１を型開方向（図４の矢印Ｚ２方向）に移動させるための油圧シリンダ戻し用のバネ１３を有していてもよい。連結部移動手段の駆動源は油圧の他に空圧、電動が考えられるが、型締力相当の大きな圧力を発生させるため、油圧を選択することが好ましい。

本実施形態の型閉機構は、固定型と可動型を連結する連結部、前記固定型と前記可動型との連結および連結解除を行なうための連結手段、連結部を型閉方向に押し付ける（移動させる）ための連結部移動手段から構成される。本実施形態において、連結部は、連結ピン１２、および連結ストッパ９の接触部分、連結手段は、連結ピン１２、連結ストッパ９、エアシリンダ８に対応する。また、連結部移動手段は、ブロック６、油圧シリンダ１０（、油圧ホース１１）に対応する。

可動型の第二の型板５内部には４隅に連結ピン１２が計４本配置されている。連結ピン１２の両隣には１本当たり２本の油圧シリンダ１０が計８本取り付けられており、油圧シリンダ１０は油圧ホース１１を介して外部の油圧ポンプ（図示省略）に接続されている。

本実施形態では連結ピン１２が計４本配置されている例を示した。しかし、これに限るものではない。例えば、２本以上３２本以下、好ましくは３本以上１６本以下の連結ピン１２を配置することが好ましい。これにより、成形機から金型を取り外した状態であっても金型に均一な型閉力を発生させることができる。また、多ければより大きな型閉力を得ることができるが、多すぎると個々の型閉機構を小さくする必要があるため型閉力は逆に弱くなり、装置コストも高くなる。また、油圧シリンダ１０も連結ピン１本当たり２本配置する例を示したが、これに限るものではない。連結部を移動させるために十分な圧力を発生させることができれば１本でもよい。また、２本より多くてもよいが装置コストが高くなる。

連結ストッパ９は、固定型の型板に取り付けられたエアシリンダ８に取り付けられており、エアシリンダ８を動作させることで連結ストッパ９を連結ピン１２の穴に挿入される位置まで前進させることができる。または型開動作が可能な位置まで後退させることができる構成となっている。連結ピン１２の穴に連結ストッパ９が挿入されることにより固定型と可動型の間が所定距離以上開かない状態で成形機から取り外すことができる。しかしこれだけでは固定型（固定型の型板３）と可動型（可動型の型板５）の間に隙間があいてしまう。隙間が開いてしまうと、固化が十分でない樹脂が漏れ出し、求められる成形品の精度を得ることができない場合がある。そこで、油圧シリンダ１０を動作させて、ブロック６を可動側の取付板２に近づく方向（図３の矢印Ｚ１方向）に移動させる。これにより、連結ピン１２もブロック６とともに可動側の取付板２に近づく方向（図３の矢印Ｚ１方向）に移動する。この移動により、連結ピン１２と連結ストッパ９が接触し連結部３１が形成させる。この連結部３１によって連結ストッパ９が可動側の取付板２に近づく方向（図３の矢印Ｚ１方向）に移動することで、固定型を可動型側に引きつけることができる。つまり、連結部３１が型閉方向へ移動することで、固定型（固定型の型板３）と可動型（可動型の型板５）の間に隙間が生じないようにすることができる。具体的には、油圧シリンダ１０を動作させることで、ブロック６および連結ピン１２がブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａが狭くなる方向（ブロック６と可動型の第二の型板５との間の距離が短くなる方向）に移動する。連結ストッパ９を連結ピン１２と連結可能な位置まで前進させた状態で油圧シリンダ１０を動作させる。すると連結ストッパ９と連結ピン１２とが接触および連結し、油圧シリンダ１０によって発生させた力を固定型の型閉方向（図３の矢印Ｚ１の方向）への力として作用させることができる。そして、可動型と固定型との間に、型閉力を発生させることができる。これにより、成形機から金型を取り外しても、固定型（固定型の型板３）と可動型（可動型の型板５）の間に隙間があいてしまうことを抑制することができる。

また、油圧シリンダ１０の動作を解除すると、油圧シリンダ戻しバネ１３によって、ブロック６は元の位置に戻る構成になっている。具体的には、ブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａの、ブロック６と可動型の第二の型板５との間の距離が長くなる方向（元の長さにもどる方向、図４の矢印Ｚ２の方向）にブロック６が移動する。このように空間６Ａが設けられていることで、金型に成形機の型締力が作用している場合においても、金型だけで型閉力を発生させることができる。

以上の構成からなる金型には、成形機２２（図１１参照）の射出ノズル１５より溶融した樹脂がスプルー１４を介してキャビティ７に射出され、成形品２０が成形される。

図１～図５には、本実施形態に係る金型Ａの、成形機２２に取り付ける工程から取り外す工程までの型閉機構の一連の動作が示されている。

図１は、成形機２２からの型締力が金型Ａに発生している状態を示している。具体的には、金型Ａを成形機２２に取り付ける型開位置において金型Ａを成形機２２に取り付けた後、型閉位置まで可動型を動作させる。その後、成形機２２から、可動型（取付板２、第一の型板４、第二の型板５）と、固定型（取付板１、型板３）に、所定の型締力を加える。射出ノズル１５は固定型の取付板１の方向に型締力と比べて十分小さい力で圧接させる。

図２は、図１で示した成形機２２からの型締力が金型Ａに作用している状態で、連結ストッパ９を連結ピン１２の穴に挿入し、連結ピン１２と接合可能な位置まで前進させた状態を示している。具体的には、制御部４のコントローラ４２（図１１参照）によって、連結部駆動手段に指示を出力し、連結部駆動手段（エアシリンダ８）を動作させることにより連結ストッパ９を前進させる。この時、連結ストッパ９と連結ピン１２との間には間隙が設けられている。この間隙によって、連結ストッパ９と連結ピン１２とが摺動もしくは連結する動作を繰り返し行なったとしても、保持機構連結ストッパ９と保持機構連結ピン１２とが固着して動作不良となることを防ぐことができる。

図３は、図１で示した成形機２２からの型締力が金型Ａに作用にし、かつ図２で示した連結ストッパ９を前進させた状態で、ブロック６を移動させた状態を示している。具体的には、制御部４のコントローラ４２（図１１参照）によって、連結部移動手段に信号を出力し、連結部移動手段（油圧シリンダ１０）を動作させる。これにより可動型内に配置されたブロック６が、ブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａの厚みが減少する方向に移動する。この移動によってブロック６に取り付けられた連結ピン１２も可動型の取付板方向（図３の矢印Ｚ１の方向）に移動する。そして、連結ピン１２と連結ストッパ９とが連結し連結部を形成し、連結ストッパ９に連結ピン１２からの可動型方向への力が加わる。そして連結ストッパ９によって固定型に可動型方向（型閉方向）へ油圧シリンダ１０による力が作用する。ブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａの厚みは、連結ストッパ９と連結ピン１２との間に設けられた間隙と、型閉力を加えることで発生する連結ピン１２の変形量（伸び代）とを合算した厚みよりも大きくする。これによりブロック６と可動型の第二の型板５とが密着することを防止することができる。空間６Ａの厚みは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。そして、射出成形機からの型締力ではない、金型独自の独立した型締力である型閉力を発生させ、型締力（型閉力）を金型だけで保持（自己保持）することができる。この型閉力によって金型の固定型と可動型の間に隙間が開かない（型閉状態を保持可能である）ため、成形機からの型締力を解除しても（成形機から金型を取り外しても）型閉状態を維持することができる。つまり、金型の固定型と可動型の間に隙間が生じることはない。

図２に示す連結ストッパ９を連結ピン１２と連結可能な位置まで前進させるためのエアシリンダ８の作動、および図３に示す油圧シリンダ１０の作動は、成形機２２からの型締力が金型Ａに発生している状態であればいつ行なってもよい。そして、成形機２２からの型締力が金型Ａに発生している状態で射出ノズル１５より射出を行なう（射出工程）。射出工程として、射出ノズル１５より溶融した樹脂がスプルー１４を介して、固定型の型板３と可動型の第一の型板４とで形成されるキャビティ７に射出される。

この射出工程の後、金型Ａに金型独自の独立した型締力である型閉力を発生させている状態で、金型Ａを成形機２２から取り外す。そして、キャビティ７内に射出された溶融樹脂が所定の温度まで冷却されるまで、成形機２２から取り外された状態で置かれる。所定の温度とは、キャビティ７内に射出された溶融樹脂が取り出しても変形が生じない温度まで冷却され固化される温度である。

次に、再度金型Ａを成形機２２に取り付け、型開を開始するために油圧シリンダ１０を解除する。すると、油圧シリンダ戻しバネ１３によって、ブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａが元の厚みにもどる方向にブロック６が移動する。移動するとともに、連結ピン１２と連結ストッパ９の連結が解除する（連結ピン１２と連結ストッパ９の間の接触が解除される）。連結が解除された後、エアシリンダ８を動作して連結ストッパ９を型開動作が可能な位置まで後退させる。この状態を図４に示す。

次に、設定された位置まで可動型を後退させることで固定型と可動型が完全に分離させる（型開動作が完了した状態）。そして、キャビティ内で溶融樹脂が冷却し固化した樹脂成形品２０をエジェクタロッドで突き出して、連結ピン１２と固定型の型板３との間隙に生じる空間に押し出しキャビティから取り出す。この状態を図５に示す。この突き出し時に、エジェクタロッドを使わずに、固定側型板内に設けたエジェクタプレートと接続されている引っ張りリンクを用いて固定側からの突き出しを行ってもよい。

次に、射出成形システムの動作例について図１～図５、図１１、図１３を用いて説明する。図１３Ａはコントローラ４１が実行する処理例を示すフローチャートである。

図１３ＡのＳ１では初期設定を行う。ここでは、図１１に示す金型Ａ、Ｂ毎に、射出成形機２２、射出成形機２２の動作条件を登録する。例えば、一回の射出樹脂量、温度、射出速度、型締力、タイバに対する可動プラテン２２２の位置の初期値等である。これらの条件は金型Ａと金型Ｂとで同じ場合も異なる場合もある。１回目の成形動作は金型Ａを用いるので、まずは、動作条件として金型Ａに関する条件が自動設定される。また、射出シリンダの加温や初回の樹脂の可塑化計量等を開始する。

図１３ＡのＳ２では、金型Ａを射出成形機２２内に搬送する。固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との間の隙間が、金型Ａの厚みよりも少し広くする。続いて、搬送装置等により金型Ａを成形動作位置に搬入する。搬入が完了すると、搬送装置からコントローラ４１へ搬入完了を示す信号が送信される。搬入完了を示す信号を受信すると、固定プラテン２２１と可動プラテン２２２とを金型Ａに密着させる。このときは、成形中に発生させるような型締力を発生させる必要はない。

図１３ＡのＳ３では、金型Ａを固定プラテン２２１、可動プラテン２２２にそれぞれロックする。

図１３ＡのＳ４では、固定プラテン２２１と可動プラテン２２２とにより金型Ａの型締めを行う。次に、図１３ＡのＳＸ１とＳ５～Ｓ７の処理を並列的に行う。図１３ＡのＳＸ１では、コントローラ４１はコントローラ４２に指示信号を送信し、エアシリンダ８を動作させ、ストッパ９を連結ピン１２と連結可能な位置まで前進させる。そして、油圧シリンダ１０を動作させ、可動金型内に取り付けられたブロック６を、ブロック６と可動金型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａの厚みが減少する方向に移動させる。ブロック６に取り付けられた連結ピン１２がストッパ９と連結し、型締力（型閉力）を金型だけで保持（型閉の自己保持）することができる。この型閉の自己保持が完了した時点で金型の入れ替えが可能となる。Ｓ４が完了した後から金型の入れ替えを行う図１３ＡのＳ９までに型閉の自己保持を完了できる範囲内であれば、Ｓ４からＳ９までの間において、任意のタイミングで型閉の自己保持動作を開始すればよい。これにより、型閉を自己保持させる際、待ち時間を発生させることなく、金型入れ替えることができる。

図１３ＡのＳ５では金型Ａに対する射出の準備を行う。

次に、図１３ＡのＳ６及びＳ７の処理を並列的に行う。

Ｓ６では、溶融樹脂の射出と、保圧とを行う。詳細には、ノズル１５から金型Ａ内のキャビティへ溶融樹脂を充填し、更に、樹脂の固化による体積減少を補うために、樹脂を高圧で押し込む。Ｓ６の処理の際、センサによって実際の型締力を計測する。成形中、金型Ａの温度が次第に上昇することで、金型Ａが熱膨張し、初期の型締力としばらく時間が経過した後の型締力に差が生じる場合がある。よって、次回の型締めの際の型締力を、センサの計測結果に基づき補正することができる。型締力の調整は、可動プラテン２２２の位置調整により行う。このようにタイバに対する可動プラテン２２２の位置の初期値を、センサの計測結果に応じて補正して型締力を調整することで、型締力の精度を高めることができる。タイバに対する可動プラテン２２２の位置調整は、任意のタイミング（例えば図１３ＡのフローチャートであればＳＸ１、Ｓ９、ＳＸ２、Ｓ１４～Ｓ１６のいずれかのタイミング等）で行えばよい。

Ｓ７では、固定プラテン２２１及び可動プラテン２２２に対する金型Ａのロックを解除する。金型Ａのロック解除には一定の時間（例えば数秒）を要する場合がある。金型Ａのロック解除を、Ｓ６の射出、保圧と並行して行うことで、Ｓ６の処理完了後、直ぐにＳ９の金型入れ替えを行うことができる。金型Ａは型締め状態にあるので、プラテン２２１、２２２とのロックを解除しても金型Ａが落下したり、固定金型３と可動金型の第一の型板４との相対位置がずれることは無い。

これにより生産性を向上できる。具体的には、例えば、本実施形態とは異なり、Ｓ６の処理の後にＳ７の処理を行う構成において、成形品の取り出し間隔が１８秒であり、Ｓ７の金型のロック解除に２．６秒かかっていたと仮定する。この場合、一日あたり４８００ショット分の成形品を生産することができる。一方、本実施形態のように、Ｓ６とＳ７の処理を並列的に実行することで、Ｓ６の処理中に、金型Ａのロック解除を完了できた場合、成形品の取り出し間隔が１５．４秒に短縮できる。一日あたり５６１０ショット分の成形品を生産でき、生産性が１６．９％向上する。

固定プラテン２２１及び可動プラテン２２２に対する金型Ａのロックを、例えば、流体アクチュエータを駆動源として用いている場合がある。停電や装置トラブルが発生して流体の圧力が失われた場合の対策として、金型Ａが射出成形機２から脱落しないように、金型保持用のバネを設ける場合がある。しかし、このようなバネが存在すると、バネの付勢力に抗してロックを解除する必要があるため、ロック解除時間が長くなる傾向にある。特に、空圧アクチュエータの場合にロック解除時間が長時間化する。金型Ａが大型化すると、より強いバネを使用し、また、流体アクチュエータもより高出力のものを使用するが、高出力な流体アクチュエータは一般的にシリンダが大径であるため、更にロック解除時間が長くなる傾向にある。

固定プラテン２２１及び可動プラテン２２２に対する金型Ａのロックを、電磁クランプを駆動源としている場合は、コイルに大電流を流すことで、短時間にロックが可能である。しかし、ロック解除のための脱磁は一般的に交流電流をコイルに与えながら徐々に磁力を弱めていく必要があるため、ロック解除に一定の時間を要する。

本実施形態のようにＳ６とＳ７の処理を並列的に行うことで、ロック解除に起因する待ち時間を短縮することができる。Ｓ７のロック解除はＳ６の射出開始後、保圧開始前に開始してもよい。Ｓ７のロック解除を保圧完了前に完了することで、その後の処理（Ｓ９）の開始前の待ち時間を０にすることができる。Ｓ６の処理時間が短い場合、Ｓ７のロック解除が保圧完了後に完了することになるが、それでもＳ６の後にＳ７の処理を実行する場合と比べて待ち時間を短縮できる。

Ｓ６及びＳ７及びＳＸ１の処理が完了すると、次に、Ｓ８～Ｓ１０の処理を並列的に行う。図１３ＡのＳ８では、金型Ａ内の成形品の冷却時間の計時を開始する。

Ｓ９では金型の入れ替えを行う。射出成形機の型締力を解除し、固定プラテン２２１に対して可動プラテン２２２を僅かに離間させ、金型の入れ替えが可能となる隙間を形成する。そして金型の搬出入を行う。詳細は図１３Ｂを参照して後述する。

図１３ＡのＳ１０では射出成形機２２に関連する処理を行う。ここでは、例えば、保圧サックバック、ノズルシャットオフ、射出成形機２２の後退、次の射出のための可塑化計量開始、等を行う。

保圧サックバック、ノズルシャットオフは、ノズル１５が金型Ａから離れて溶融樹脂が垂れることを防止するものである。これらの処理は、ＳＸ１で金型の型閉を自己保持させる前に行ってもよい。また、Ｓ９で固定プラテン２２１に対して可動プラテン２２２を僅かに離間させる前に行ってもよい。保圧サックバックとは、保圧後に射出成形機内や金型Ａ内の樹脂圧力を低減するものである。保圧サックバックにおける射出成形機内のスクリュの後退位置は、絶対位置で管理してもよいし、保圧完了後のスクリュ（不図示）の位置に対する相対位置で管理してもよい。また、射出成形機に設置されているロードセル（不図示）が測定する樹脂圧力が所定圧まで低下することが検知されるまでスクリュを後退させてもよい。ノズルシャットオフは、ノズル１５の吐出口を閉鎖することであり、例えば、ピンで吐出口を閉鎖する。このような動作により、樹脂が漏れ出ることを抑制できる。また、次の射出のための樹脂計量の精度も向上できる。なお、以上の処理により、樹脂が漏れ出ることを防止できるが、樹脂の種類や金型の構造によっては金型Ａとノズル１５の間で長い糸状の樹脂が発生することがあるため、これを防止するため、ノズル１５にエアを吹きつける装置を設置してもよい。

図１３ＢはＳ９の金型入替え処理の例を示している。図１３ＢのＳ２１では固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との離間を開始する。これにより固定プラテン２２１と可動プラテン２２２とを僅かに離間させ、金型の入れ替えが可能となる隙間を形成する。本実施形態の場合、離間動作が完了する前にＳ２２の処理を開始する。

図１３ＢのＳ２２では、射出成形機２２内の金型Ａの搬出と、射出成形機２２外の金型Ｂの搬入とを開始する。ここで、一般的にどのような制御方法を用いても、目標とする移動量や絶対位置に近づいてから、目標に収束するまで多少の時間がかかる。また、一般に、高い型締力を受け止める必要のある可動プラテン２２２は、比較的重量があるため、その移動から停止に際して急激な移動や停止は困難である。そして、可動プラテン２２２の移動が概ね完了していれば、金型の入れ替えが可能となる隙間は形成されている。本実施形態では、固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との離間完了前に金型Ａの入替えを開始することで、生産性を向上することができる。これによって、例えば、金型交換１回あたりに０．１秒～０．３秒程度の待ち時間を削減できる。仮に０．２秒として一日に金型交換を６０００回行うとすると、一日あたり２０分の待ち時間を削減できる。

Ｓ２２における金型Ａの搬出開始タイミングは、例えば、可動プラテン２２２の移動完了前０．５ｍｍ～２ｍｍ程度の位置のタイミングであるが、事前の実験などにより適宜設定することができる。同様に機外の金型Ｂの搬入開始タイミングは、可動プラテン２２２の移動完了前０．５ｍｍ～２ｍｍ程度の位置のタイミングであるが、事前の実験などにより適宜設定することができる。金型Ｂの搬入出タイミングは、金型等によっても異なる場合があるため、任意に設定変更できる構成であってもよい。

図１３ＢのＳ２３では固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との離間を完了する（可動プラテン２２２の移動が完了する）。なお、固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との離間完了を監視して、異常が確認された場合には金型入れ替えを停止してもよい。異常の例として、可動プラテン２２２が目標位置に到達していない場合や、搬送装置に過負荷が生じている場合を挙げることができる。

図１３ＢのＳ２４では、可動プラテン２２２の移動を開始し、固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との近接を開始する。ここでも、金型Ｂの搬入の完了前の移動中に、固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との近接を開始することで生産性を向上することができる。可動プラテン２２２の移動開始のタイミングは、例えば、搬入される金型Ｂの移動完了前０．５ｍｍ～３ｍｍ程度の位置のタイミングであるが、事前の実験などにより適宜設定することができる。搬入される金型Ｂの位置に対する可動プラテン２２２の移動開始タイミングは、型閉じ速度や搬送装置の性能、金型Ｂの重量等によっても異なるため、任意に設定変更できる構成であってもよい。

図１３ＢのＳ２５では射出成形機２２内の金型Ａの搬出と、射出成形機２２外の金型Ｂの搬入とを完了する。Ｓ２６では固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との近接を完了する（可動プラテン２２２の移動が完了する）。固定プラテン２２１と可動プラテン２２２とが射出成形機２２内に搬入した金型Ｂに密着する。このときは、成形中に発生させるような型締力を発生させる必要はない。なお、固定プラテン２２１と可動プラテン２２２との近接完了を監視して、異常が確認された場合には金型入れ替えを停止してもよい。異常の例として、可動プラテン２２２が目標位置に到達していない場合や、搬送装置に過負荷が生じている場合を挙げることができる。Ｓ２７では射出成形機２２内に搬入した金型Ｂを固定プラテン２２１、可動プラテン２２２にそれぞれロックする。以上によりＳ９の金型入替え処理が終了する。

これを繰返すことで、短時間で効率よく、外観品質および寸法品質に優れた成形品を製造することが可能となり、ひいては、短時間で効率よく成形された外観品質および寸法品質に優れた成形品を含む物品を製造することができる。

（第２の実施形態）
図６～図１０を用いて、第二の実施形態について説明する。第一の実施形態では、連結ピン１２が固定型に配置され、ブロック６が可動型に配置された例を示したが、第二の実施形態では、連結ピン１２が可動型に配置され、ブロック６が固定型に配置された例を示す。図６～図１０において、図１～図５と同様の機能を有する部材には同じ符号を付し詳細な説明を省略する。

図６～図１０において、１は固定型の取付板、２は可動型の取付板、１６は固定型の第一の型板、１７は固定型の第二の型板、１８は可動型の型板である。この金型の固定型は、取付板１と第一の型板１６と第二の型板１７とで構成されている。この金型の可動型は取付板２と型板１８とで構成されている。１９は固定型内に取り付けられたブロック、１９Ａはブロック１９と固定型の第二の型板１７との間に形成される空間、７は成形機２２（図１１参照）からの溶融樹脂が流入するキャビティである。８はエアシリンダ、２１は連結ピン１２に挿入させることにより可動型と固定型とを連結させる連結部４１（図８参照）を形成するための連結ストッパである。エアシリンダ８により連結ストッパ２１を駆動させることで固定型と可動型との連結および連結解除を行なう。１０は油圧シリンダ、１１は油圧シリンダを駆動するための油を供給および排出するための油圧ホースであり、油圧シリンダ１０はブロック１９を移動させることで連結部４１（図８参照）を移動させるための連結部移動手段である。１２はブロック１９に取り付けられた連結ピンであり、連結ストッパ２１が挿入される穴があけられている。１３は油圧シリンダ戻し用のバネ、１４はスプルー、１５は成形機２２（図１１参照）の射出ノズルである。

固定型内に取り付けられたブロック１９には、ブロック１９および連結ピン１２を固定型の取付板１側（図８の矢印Ｚ２方向）に移動させる連結部移動手段として油圧シリンダ１０と油圧ホース１１が取り付けられている。つまり移動部駆動手段は、連結ピン１２と連結ストッパ２１の連結部（図８の４１）を型閉方向（図８の矢印Ｚ２方向）に移動させる。連結部移動手段には、ブロック１９および連結ピン１２を可動型の取付板２側に移動させることにより連結部４１を型開方向（図９の矢印Ｚ１方向）に移動させるための油圧シリンダ戻し用のバネ１３を有していてもよい。連結部移動手段の駆動源は油圧の他に空圧、電動が考えられるが、型締力相当の大きな圧力を発生させるため、油圧を選択することが好ましい。

本実施形態の型閉機構は、固定型と可動型を連結する連結部、前記固定型と前記可動型との連結および連結解除を行なうための連結手段、連結部を型閉方向に押し付ける（移動させる）ための連結部移動手段から構成される。本実施形態において、連結部は、連結ピン１２、および連結ストッパ２１の接触部分、連結手段は、連結ピン１２、連結ストッパ２１、エアシリンダ８に対応する。また、連結部移動手段は、ブロック１９、油圧シリンダ１０（、油圧ホース１１）、および油圧シリンダ戻し用のバネ１３に対応する。

固定型の第二の型板１７内部には４隅に連結ピン１２が計４本配置されている。連結ピン１２の両隣には１本当たり２本の油圧シリンダ１０が計８本取り付けられており、油圧シリンダ１０は油圧ホース１１を介して外部の油圧ポンプ（図示省略）に接続されている。

本実施形態では連結ピン１２が計４本配置されている例を示した。しかし、これに限るものではない。例えば、２本以上３２本以下、好ましくは３本以上１６本以下の連結ピン１２を配置することが好ましい。これにより、成形機から金型を取り外した状態であっても金型に均一な型閉力を発生させることができる。また、多ければより大きな型閉力を得ることができるが、多すぎると個々の型閉機構を小さくする必要があるため型閉力は逆に弱くなり、装置コストも高くなる。また、油圧シリンダ１０も連結ピン１本当たり２本配置する例を示したが、これに限るものではない。連結部を移動させるために十分な圧力を発生させることができれば１本でもよい。また、２本より多くてもよいが装置コストが高くなる。

連結ストッパ２１は、可動型の型板に取り付けられたエアシリンダ８に取り付けられており、エアシリンダ８を動作させることで連結ストッパ２１を連結ピン１２の穴に挿入される位置まで前進させることができる。または型開動作が可能な位置まで後退させることができる構成となっている。連結ピン１２の穴に連結ストッパ２１が挿入されることにより固定型と可動型の間が所定距離以上開かない状態で成形機から取り外すことができる。しかしこれだけでは固定型（固定型の第一の型板１６）と可動型（可動型の型板１８）の間に隙間があいてしまう。隙間が開いてしまうと、固化が十分でない樹脂が漏れ出し、求められる成形品の精度を得ることができない場合がある。そこで、油圧シリンダ１０を動作させて、ブロック１９を固定側の取付板１に近づく方向（図８の矢印Ｚ２方向）に移動させる。これにより、連結ピン１２もブロック１９とともに固定側の取付板１に近づく方向（図８の矢印Ｚ２方向）に移動する。この移動により、連結ピン１２と連結ストッパ２１が接触し連結部３１が形成させる。この連結部４１によって連結ストッパ２１が固定側の取付板１に近づく方向（図８の矢印Ｚ２方向）に移動することで、可動型を固定型側に引きつけることができる。つまり、連結部４１が型閉方向へ移動することで、可動型（可動型の型板１８）と固定型（固定型の第一の型板１６）の間に隙間が生じないようにすることができる。具体的には、油圧シリンダ１０を動作させることで、ブロック１９および連結ピン１２がブロック１９と固定型の第二の型板１７との間に形成される空間１９Ａが狭くなる方向（ブロック１９と固定型の第二の型板１７との間の距離が短くなる方向）に移動する。連結ストッパ２１を連結ピン１２と連結可能な位置まで前進させた状態で油圧シリンダ１０を動作させる。すると連結ストッパ２１と連結ピン１２とが接触および連結し、油圧シリンダ１０によって発生させた力を可動型の型閉方向（図８の矢印Ｚ２の方向）への力として作用させることができる。そして、可動型と固定型との間に、型閉力を発生させることができる。これにより、成形機から金型を取り外しても、可動型（可動型の型板１８）と固定型（固定型の第一の型板１６）の間に隙間があいてしまうことを抑制することができる。

また、油圧シリンダ１０の動作を解除すると、油圧シリンダ戻しバネ１３によって、ブロック１９は元の位置に戻る構成になっている。具体的には、ブロック１９と固定型の第二の型板１７との間に形成される空間１９Ａの、ブロック１９と固定型の第二の型板１７との間の距離が長くなる方向（元の長さにもどる方向、図９の矢印Ｚ１の方向）にブロック１９が移動する。このように空間１９Ａが設けられていることで、金型に成形機の型締力が作用している場合においても、金型だけで型閉力を発生させることができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
図１１に示すように、第一の実施形態の金型を２個使用し、１台の成形機で成形品を射出成形した。

具体的には、取付板１と型板３とで構成される固定型と、取付板２と第一の型板４と第二の型板５とで構成される可動型を有する金型Ａを成形機に取り付けた。次に成形機からの所定の型締力Ｆ１、射出ノズル１５の、固定型の取付板１の方向のノズルタッチ力をｆ１した。次にエアシリンダ８を動作させ、連結ストッパ９を連結ピン１２と連結可能な位置まで前進させた。次に油圧シリンダ１０を動作させ、可動型内に取り付けられたブロック６を、ブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａの厚みＬ１が減少する方向に移動させた。これによって、ブロック６に取り付けられた連結ピン１２が連結ストッパ９と接触し連結部を形成し、連結部が型閉方向に移動することによる金型独自の型閉力を発生させた。この状態で樹脂を射出時間ｔ１で射出し、キャビティ７に充填した。この状態で、保圧時間ｔ２で保圧し、ｔ２経過した時点で、成形機からの所定の型締力を解除し、成形機外へ金型Ａを排出し、冷却時間ｔ３で冷却した。

金型Ａを成形機外へ排出すると同時に、金型Ｂを成形機内へ挿入し、成形機からの所定の型締力Ｆ２、固定型の取付板１の方向のノズルタッチ力をｆ２とし、樹脂を射出時間ｔ１１で射出し、キャビティ７に充填した。エアシリンダ８を動作させ、連結ストッパ９を連結ピン１２と連結可能な位置まで前進させた。次に油圧シリンダ１０を動作させ、可動型内に取り付けられたブロック６を、ブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａの厚みＬ２が減少する方向に移動させた。これによって、ブロック６に取り付けられた連結ピン１２が連結ストッパ９と連結部を形成し、連結部が型閉方向に移動することによる金型独自の型閉力を発生させた。この状態で、保圧時間ｔ２１で保圧し、ｔ２１経過した時点で、成形機からの所定の型締力を解除し、成形機外へ金型Ｂを排出し、冷却時間ｔ３１で冷却した。金型Ｂを成形機外へ排出すると同時に、金型Ａを成形機内へ挿入し、油圧シリンダ１０の動作を解除して連結ピン１２と連結ストッパ９の連結を解除した。そして油圧シリンダ戻しバネ１３によってブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａの厚みＬ１が増加する方向にブロック６を移動させた。次にエアシリンダ８を動作して連結ストッパ９を型開動作が可能な位置まで後退させて、設定された後退限位置まで可動型を後退させることで型開工程を完了させた。型開工程完了後、エジェクタロッドにより樹脂成形品２０を突き出して、連結ピン１２と可動型の第一の型板４との間隙に生じる空間より成形機外へ取り出した。取出し後、型閉し、成形機から所定の型締力を発生させた。

以上の成形工程を繰り返し行なった。各種力、時間、厚みの関係を、次の表１に示す。また、成形品の外観を目視で確認し外観不良のないものをａ、外観不良が一か所以上発生しているものをｂとした。さらに成形品の寸法を計測し、目標寸法に対して寸法誤差が０．５ｍｍ以下のものをａそれ以上のものをｂとした。

この表からもわかるように、成形機からの型締力の有無に関わらず、従来の成形と遜色のない外観と寸法品質を得られ、成形サイクルの短縮による生産性向上を実現することができた。

［実施例２］
実施例２では、実施例１に対して金型Ａが保圧時間ｔ２、金型Ｂが保圧時間ｔ２１経過した時点で、エアシリンダ８を動作させ、連結ストッパ９を連結ピン１２と連結可能な位置まで前進させた。次に油圧シリンダ１０を動作させ、可動型内に取り付けられたブロック６を、ブロック６と可動型の第二の型板５との間に形成される空間６Ａの厚みＬ２が減少する方向に移動させた。これによって、ブロック６に取り付けられた連結ピン１２が連結ストッパ９と連結部を形成し、連結部が型閉方向に移動することによる金型独自の型閉力を発生させた。各種力、時間、厚み等を、次の表１に示す。

表１から、成形機からの型締力が加わっていれば、金型独自の型閉力発生開始時間を変更しても、実施例１と遜色のない外観と寸法品質と、成形サイクルの短縮による生産性向上を実現することができる。

［実施例３］
実施例３では、実施例１に対して型Ａの空間６Ａの厚みＬ１と、型Ｂの空間６Ａの厚みＬ２を０．１ｍｍから１ｍｍに厚くした。各種力、時間、厚み等を、次の表１に示す。

可動型の第二の型板５の厚みよりも小さい範囲であれば、空間６Ａの厚みを厚くしても、実施例１と遜色のない外観と寸法品質と、成形サイクルの短縮による生産性向上を実現することができる。

［比較例１］
比較例１では実施例１と比較し、金型Ａのエアシリンダ８と油圧シリンダ１０を動作させず、ブロック６に取り付けられた連結ピン１２が連結ストッパ９と連結しない状態で樹脂を射出時間ｔ１で射出し、キャビティ７に充填した。この状態で、保圧時間ｔ２で保圧し、ｔ２経過した時点で、成形機からの所定の型締力を解除し、成形機外へ金型Ａを排出し、冷却時間ｔ３で冷却した。

金型Ａを成形機外へ排出すると同時に、金型Ｂを成形機内へ挿入し、成形機からの所定の型締力Ｆ２、固定型の取付板１の方向のノズルタッチ力をｆ２とした。そしてエアシリンダ８と、油圧シリンダ１０を動作させず、ブロック６に取り付けられた連結ピン１２が連結ストッパ９と連結しない状態で樹脂を射出時間ｔ１１で射出し、キャビティ７に充填した。

この状態で、保圧時間ｔ２１で保圧し、ｔ２１経過した時点で、成形機からの所定の型締力を解除し、成形機外へ金型Ｂを排出し、冷却時間ｔ３１で冷却した。金型Ｂを成形機外へ排出すると同時に、金型Ａを成形機内へ挿入し、設定された後退限位置まで可動型を後退させることで型開工程を完了した。エジェクタロッドにより樹脂成形品２０を突き出して、保持機構連結ピン１２と可動型の第一の型板４との間隙に生じる空間より成形機外へ取り出した。取出し後、型閉し、成形機から所定の型締力を発生させた。

以上の成形工程を繰り返し行なった。このときの各種力、時間、厚み等を、次の表２に示す。金型Ａと金型Ｂのどちらにおいても、成形機から所定の型締力を解除したあと、固定型と可動型が分離し、良好な外観かつ寸法品質となる成形品を得ることができなかった。

［比較例２］
比較例２では実施例１に対して、金型Ａの油圧シリンダ１０をｔ２、金型Ｂの油圧シリンダ１０をｔ２１経過した時点で解除した。このときの各種力、時間、厚み等を、次の表２に示す。

金型Ａと金型Ｂのどちらにおいても、成形機から所定の型締力を解除したあと、固定型と可動型が分離し、良好な外観かつ寸法品質となる成形品を得ることができなかった。

［比較例３］
図１２に比較例３における射出成形方法における型閉中の図を示す。比較例３では実施例１に対して、金型Ａ内部と金型Ｂ内部に型閉機構を有さず、型外にマグネットブロックを取り付けており、前記マグネットブロックは固定型と可動型を隔てるパーティングラインを境にして固定型と可動型に各々一対ずつ計２対取り付けた。このときの各種力、時間、厚み等を、次の表２に示す。

マグネットブロックによる磁力と比して、キャビティ７に射出された樹脂の圧力が強いため、金型Ａと金型Ｂのどちらにおいても、成形機から所定の型締力を解除したあと、固定型と可動型が分離してしまった。よって、良好な外観かつ寸法品質となる成形品を得ることができなかった。

［比較例４］
比較例４では実施例１に対して、金型独自の型閉力は発生させず、金型Ａのみで従来の成形方法で成形した。このときの各種力、時間、厚み等を、次の表３に示す。

良好な外観かつ寸法品質となる成形品を得ることができたが、成形サイクルの短縮による生産性向上は実現できなかった。

１ 固定型の取付板
２ 可動型の取付板
３ 固定型の型板
４ 可動型の第一の型板
５ 可動型の第二の型板
４１ 連結部

Claims (9)

1. 固定型と、
   可動型と、
   前記固定型と前記可動型との連結および連結解除を行なうための連結手段と、
   前記固定型と前記可動型との連結部の型閉方向への移動を行なうための連結部移動手段と、
   前記連結手段と、前記連結部移動手段と、を制御する制御部と、
   を有することを特徴とする金型。
2. 前記連結は、連結ピンの穴にストッパを挿入することにより行なうことを特徴とする請求項１記載の金型。
3. 前記連結部移動手段は、前記連結ピンが固定されたブロックを油圧シリンダの駆動により移動させることにより行なうことを特徴とする請求項２記載の金型。
4. 前記ストッパの挿入はエアシリンダの駆動により行なうことを特徴とする請求項２または３記載の金型。
5. 射出成形機と、
   前記射出成形機に取り付けた金型と、を有し、
   前記金型は、
   固定型と、
   可動型と、
   前記固定型と前記可動型との連結および連結解除を行なうための連結手段と、
   前記固定型と前記可動型との連結部の型閉方向への移動を行なうための連結部移動手段と、
   前記連結手段と、前記連結部移動手段と、を制御する制御部と、
   を有し、
   前記射出成形機によって前記金型を型締めしている間に、
   前記金型への樹脂の射出と、前記固定型と前記可動型との連結と、前記固定型と前記可動型との連結部の型閉方向への移動と、を行なった後、
   前記金型を前記射出成形機から取り外すことを特徴とする射出成形システム。
6. 前記連結は、連結ピンの穴にストッパを挿入することにより行なうことを特徴とする請求項５記載の射出成形システム。
7. 前記連結部移動手段は、前記連結ピンが固定されたブロックを油圧シリンダの駆動により移動させることにより行なうことを特徴とする請求項６記載の射出成形システム。
8. 前記ストッパの挿入はエアシリンダの駆動により行なうことを特徴とする請求項６または７記載の射出成形システム。
9. 請求項５乃至８いずれか一項記載の射出成形システムにより成形されることを特徴とする成形品の製造方法。

Images