JP3154386B2 - 射出圧縮成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低圧型締の金型キャビ
ティ内に溶融樹脂を充填し、充填された樹脂圧によって
金型が若干型開し、その後型締機構で金型を高圧に圧縮
するようにした射出圧縮成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機における射出圧縮成形は、 （１）射出充填された樹脂圧によって金型が僅かに開く
ときの金型（可動金型）の移動後退限を機械的に制御す
る。 （２）金型の型開移動量を検出し、設定された型開量お
よび型開速度になるように型締装置の型締圧力や射出速
度を制御する。 （３）金型の圧縮工程においては、設定された型開量か
ら設定した移動速度で型締動作が進行するように型締圧
力を変化させるなどの操作により、精密成形や複雑な形
状を有する成形品や薄肉形状の成形品を成形するように
意図している。 このように、射出圧縮成形では、成形中の金型の型開移
動量を常時検出し、その検出信号に基づいて設定型開量
や設定型開速度になるように、型締機構と射出機構へ同
時に指令を発信するフィードバック制御を実施してい
る。

【０００３】型締動作を制御して射出圧縮成形を行なう
場合、初期の型締力設定条件によっては射出充填中の型
開量が過大となり、そのため、金型キャビティ内の樹脂
流動状態が射出充填工程と圧縮工程の切替の際に不連続
となり、その結果フローマークなどの欠陥が発生する。
そのために、射出充填動作に型締動作をオーバラップさ
せた射出・型締連動制御が必要であり、この型締開始の
タイミング制御が高品質な成形品を安定して供給させる
上で重要な制御となる。

【０００４】一方、このような射出・型締連動制御とし
ては、従来、下記に示すような種々のパターンが試みら
れていた。 （１）射出充填中の可動盤または金型の後退量をモニタ
して後退量≧設定値となったとき、または、射出充填中
の型締駆動力の変化量をモニタして変化量≧設定値とな
ったときに、型締動作を開始する。…型締側信号基準 （２）射出充填中の金型キャビティ内の溶融樹脂の充填
状態（例えば、圧力、温度）をモニタしてモニタ値≧設
定値となったときに、型締動作を開始する。…金型側信
号基準 （３）射出充填中の射出シリンダまたは射出スクリュの
ストロークをモニタしてストローク位置≧設定値となっ
たときに、型締動作を開始する。…射出側信号基準 （４）初期型締動作完了、あるいは、射出充填開始など
成形工程中の任意の工程を基準として、起動するタイマ
のタイムアウト信号に基づいて型締動作を開始する。…
タイマ信号基準

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
（１）〜（４）の方法では、各々次に述べるような問題
点があった。すなわち、 （１）射出充填中の可動盤または金型の後退挙動は、射
出充填によって金型キャビティ内の充填された樹脂圧の
増加によって発生する型開反力と、設定型開量を保持し
ようとする型締側の制御された型締力とのバランスによ
って生じるものである。したがって、型締力の制御状態
（制御精度、応答性）によっては、後退挙動は大きく変
わってしまう。さらに、可動盤および金型（実際は一体
に取付けられている）は、相当な重量を有しており、射
出充填に伴う型開反力を正確に表現することは困難であ
り、応答性も低い。このことは、型締駆動力の変化にも
顕著に影響を与え、その結果、多くは検出遅れを生じて
最適な型締開始のタイミングがズレた制御となってしま
う。そこで、上記問題点を解決するため、タイミング制
御の基準となる設定値を検出遅れなどを見越して低目に
設定することも考えられるが、考慮の度合の判定基準が
ないため難しく、逆に、オーバダウンによる早期型締動
作開始によって、射出充填と型締動作の両方からの圧縮
作用により、射出圧縮成形の効果のひとつでもある金型
キャビティ内の樹脂圧の低減効果による低歪化を達成し
得なくなることが予想される。

【０００６】（２）上記（１）の方法よりは検出精度は
高い方法と言えるが、圧力、温度などの検出センサによ
る検出信号はいずれもピンポイント計測であり、センサ
取付箇所によっては（実際はエジェクタピンなどの存在
により、取付場所は限定されている）全く異なった判断
をする可能性が極めて高い。上記問題点に対しては、セ
ンサ数を増して対応することも考えられるが、ピンポイ
ントデータの単なる集合体検出信号であるため、金型キ
ャビティ内の樹脂挙動を全体的には観察できないこと、
信号処理のためのソフト・ハードがともに複雑化するこ
とにより、大きなメリットを見い出すことはできない。
また、金型にセンサ類を取付けるための金型への特殊な
加工が必要なこと、金型毎に取付工数が必要なことなど
の理由からもデメリットは大きい。

【０００７】（３）射出充填量を制御している箇所で、
直接、充填挙動を検出しているので、射出充填動作に型
締動作をオーバラップさせた射出・型締連動制御には、
従来方法の（１）〜（４）の中で、最も精度の高い制御
方法と言える。しかしながら、単に射出ストローク位置
のみでタイミング制御を行なう従来方法では、まだ計量
値の変動、チェックリングの作動状態の変動に起因する
充填量のバラツキを含んだ状態での検出方法であるた
め、射出充填挙動を正確に検知できているとは言えな
い。さらに、従来方法では、金型内の樹脂の充填挙動を
同時に把握するまでには至っておらず、そのため、成形
中の樹脂温度（射出シリンダ〜金型までの総合温度）の
変動に対しては対応困難であり、高品質な成形品を安定
して供給することはできない。 （４）従来方法（１）〜（４）の中で、最も簡単な制御
方法であるが、制御レベルは最も低く、そのため、単独
での使用では高精度射出圧縮成形の射出・型締連動制御
には、適応不十分である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明においては、第１ の発明では、樹脂の射出
圧縮成形方法において、あらかじめ樹脂の冷却固化収縮
量を算出し、該収縮量を加算した樹脂量を金型キャビテ
ィ内に充填可能な射出圧力制御で射出充填するととも
に、充填された樹脂圧によって金型が開くことを許容す
る低い型締力をあらかじめ金型に負荷させておき、射出
充填工程中の射出機構の射出速度が設定値まで減速され
たことを検知したのち型締圧力を増圧させるとともに、
型締機構の型締圧力と射出機構の射出圧力を同期制御す
ることとした。また、第２ の発明では、第１ の発明に
おける射出充填工程中の射出速度の検知は、射出シリン
ダストロークの前進限と該前進限に至るまでの射出充填
完了近傍の領域の射出シリンダストローク位置で行なう
こととした。

【０００９】

【作用】樹脂の冷却固化収縮量を加算した樹脂量を充填
可能な射出圧力制御で充填することにより、充填初期に
は流動抵抗が小さいため高速充填となり、充填後期には
流動抵抗の増加に伴って充填速度は自然減速され、パッ
ク圧の生じない理想的な自然充填流れ（ナチュラルフロ
ー）が自動的に得られる。さらに、射出充填工程中の射
出機構の射出速度が設定値まで減速されたことを検知し
た後、型締圧力で増圧させて圧縮工程を行なうことによ
り、射出・型締連動制御における型締増圧開始のタイミ
ング信号の検出を射出充填工程を制御している箇所で直
接検知し、さらにタイミング信号を射出速度の変化量を
用いていることにより、金型キャビティ内の溶融樹脂の
充填挙動も併せて検知していることで、射出機構側から
金型キャビティ内までの樹脂の充填挙動を総合的に把握
でき、極めて精度の高い射出・型締連動制御が実現でき
る。

【００１０】その結果、計量値チェックリングの作動変
動などに起因する充填量のバラツキや成形中の樹脂温度
の変動などの外乱因子に影響されることなく、高精度射
出圧縮成形が制御できるため、高品質な成形品を安定し
て供給することができる。また、型締増圧以降は型締力
と射出圧力の同期制御を行なうことにより、型締動作に
よる圧縮工程で、従来、特に問題とされていた金型キャ
ビティから射出側への樹脂の逆流が防止できるため、成
形品重量が安定するとともに、樹脂の逆流により生じて
いた成形品の変形も防止できて、高品質な成形品を安定
して供給することができる。また、従来、逆流防止のた
め付設していたシャットオフバルブなどは不要となるた
め、低コスト化が達成できる。さらに、タイミング信号
の検出を射出シリンダストローク前進限を近くの射出充
填完了近傍の範囲内で行なうことにより、射出機構側で
の充填挙動と金型キャビティ内の充満挙動の相互関係を
最も的確に検知できる領域で型締開始のタイミング制御
が行なえるため、射出充填動作に型締動作をオーバラッ
プさせた射出・型締連動制御が正確に実現できる。

【００１１】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例について
詳細に説明する。図１〜図３は本発明の実施例に係り、
図１は射出圧縮成形装置の全体構成図、図２は射出充填
動作説明図、図３は射出圧縮成形方法のフローチャート
である。

【００１２】射出圧縮成形装置１００は、図１に示すよ
うに、型締装置１、射出装置４０および制御部６０から
構成されている。型締装置１は、移動シリンダ２、型締
シリンダ３、タイバー７、固定盤１０、ねじ噛合調整装
置１１、可動盤２０、半割ナット２２、タイバー係止装
置２６、固定金型３０ａ、可動金型３０ｂおよび連結板
５０などから構成され、固定金型３０ａの中央の凹部に
可動金型３０ｂの中央の凸部が嵌装され、摺動自在に進
退動できるようになっている。符号５ａはピストンロッ
ド室、８はねじ部（または溝部）、２８は金型キャビテ
ィである。

【００１３】つぎに、射出装置４０について述べる。本
実施例における射出装置４０はバレル４１内にスクリュ
４２が配設され、ホッパ４３内の樹脂原料が供給ゾー
ン、圧縮ゾーンにおいて加熱圧縮され、計量ゾーンにお
いて溶融計量され、そして射出ゾーンを経てノズル４４
内へ射出されるように構成されている。そして、バレル
４１の外周面には樹脂原料を外部加熱するためのヒータ
が設けられており、樹脂原料がスクリュ４２の回転によ
って前方へ送られるようになっている。符号４６は射出
シリンダ、４７は正逆転用モータであってスクリュ４２
に直結されており、スクリュ４２を正逆回転するように
なっている。

【００１４】次に、制御部６０について述べる。制御部
６０は、射出制御部６１、同期制御部６２、比較制御部
６３、タイマ６３ａ、射出速度検出部６４、位置設定部
６５、ならびに型締制御部６６、油圧制御弁６７、油圧
制御弁６８、油圧供給源６８ａ、６８ｂなどで構成され
ている。そして、射出制御部６１は油圧制御弁６８を介
して正逆転用モータ４７の動作を制御する図示しない制
御装置に接続されるとともに、同期制御部６２とも接続
される。また、同期制御部６２は射出シリンダ４６の射
出速度検出部６４と比較制御部６３を介して接続され、
比較制御部６３にはタイマ６３ａが接続されるととも
に、射出速度検出部６４は位置設定部６５と接続され
る。一方、型締制御部６６は型締シリンダ３の動作を制
御する油圧制御弁６７に接続されている。なお、６８
ａ、６８ｂは簡略化した油圧供給源である。

【００１５】以上のように構成された射出圧縮成形装置
１００の作動について述べる。まず、生産成形運転に入
る前に通常行なわれる型締動作や取出動作の確認を済ま
せた後、試験成形運転を行なう。この試験成形運転では
通常数回の「捨て打ち」と呼ばれる試し打ちを行ない、
樹脂の特性に応じた射出充填量、射出圧力および型締圧
力の適正値を把握して条件設定の情報を得る。

【００１６】特に、射出動作に型締動作をオーバラップ
させた射出・型締連動制御での射出圧縮成形において
は、型締開始のタイミングの条件設定が重要である。具
体的には、図２に示すように、以下の手順にしたがって
適正な型締開始のタイミング信号の条件の設定を行な
う。 あらかじめ設定した射出充填量（樹脂の冷却固化収
縮量を加算した樹脂量）と射出圧力（充填可能な圧力
値）の設定値に基づいて、射出充填を行なう。こうする
ことにより、充填初期は高速充填で、充填の進行に伴い
自然に減速される充填状態（ナチュラルフロー）が得ら
れる。 型締増圧開始のタイミング信号を検出する範囲を、
射出シリンダストロークの前進限（Ｅ点）と前進限（Ｅ
点）に至るまでの射出充填完了近傍の領域の射出シリン
ダストローク位置を位置設定値（モニタリング開始点
Ｖ）として、位置設定部６５を介して設定する。こうす
ることにより、射出機構側での充填挙動と金型キャビテ
ィ内の充満挙動の相互関係を最も的確に検知することに
なり、射出充填動作に型締動作をオーバラップさせた射
出・型締連動制御が正確に制御できる。 同時に、型締増圧開始のタイミング信号を射出速度
による比較設定値（Ｋ値）として比較制御部６３を介し
て設定する。射出圧力制御で射出充填を行なうことによ
りタイミング信号を射出速度で設定することにより、射
出機構側から金型キャビティ内の樹脂の充填挙動が総合
的に把握できるため、計量値、チェックリングの作動変
動による充填量のバラツキおよび成形中の樹脂温度の変
動などの外乱因子に影響されることなく、安定して高精
度なタイミング信号の検出ができる。

【００１７】 上記設定値（Ｖ点、Ｋ点）に基づい
て、型締増圧開始のタイミング制御を行なう。射出シリ
ンダストロークがモニタリング開始点Ｖに達すると、射
出速度検出部６４で射出速度のモニタを開始する。射出
圧力制御による射出充填により、金型キャビティ内の充
満挙動に対応して射出速度は自然減速される。射出速度
検出部６４の検出信号がＫ値に達すると（設定速度到達
点Ｐ）、型締増圧を開始する（圧縮工程）。 型締増圧開始（射出・型締連動区間のスタート）と
同時に、型締力と射出圧力の同期制御を行なう。こうす
ることにより、型締動作による圧縮工程において、金型
キャビティ内から射出側への樹脂の逆流が防止でき、そ
の結果、逆流による成形品の変形は皆無となるうえ、逆
流防止のためのシャットオフバルブなどは不要となる。
なお、周期制御というのは、射出シリンダ内と金型キャ
ビティ内の樹脂圧バランスを保つことであり、型締によ
る圧縮条件（型締速度、型締圧力）を考慮して、射出シ
リンダが後退することがないように型締側と射出側の圧
力制御を同時に行なう。すなわち、型締力の増圧開始と
同時に射出圧力を増加し、金型キャビティ内の樹脂圧と
射出圧力を同等になるようにして樹脂の逆流を防止す
る。

【００１８】以上述べた型締増圧開始タイミング信号設
定を中心とする初期設定を完了した後、成形動作に入
る。成形動作では、図３に示すような下記の手順にした
がって実施する。

【００１９】 移動シリンダ２を用いて可動盤２０な
どを固定盤１０側へ移動前進させる。両金型３０ａ、３
０ｂがタッチした後、移動シリンダ２の駆動を停止させ
る。 半割ナット開閉シリンダ２６を駆動させて、半割ナ
ット２２とタイバー７上のねじ部または溝部を完全に噛
合・固定させる。ここで前以て、両金型３０ａ、３０ｂ
の金型厚さ（ダイハイト値：Ｈ）とねじ部または溝部の
ピッチ（Ｐｉ）から、半割ナット２２とタイバー７上の
ねじ部または溝部が完全に噛合するように、あらかじめ
チェーンによって連結されたモータを回転させることで
スプロケットを回転させて調整軸の前後進移動量を調整
しておく。

【００２０】 充填された樹脂圧によって金型が開く
ことを許容する型締力設定値（Ｓ₁ 値）に基づいて、型
締制御部６６で油圧を制御して型締を行なう（初期型
締）。 初期型締完了後、充填可能な射出圧力制御で射出充
填を行なう。同時に先に設定した位置設定値（Ｖ点）お
よび比較設定値（Ｋ値）に基づいて、型締増圧を開始す
る。 射出シリンダストロークがＶ点に到達後、射出速度
検出部６４で射出圧力モニタを開始する。射出速度検出
部６４の検出信号がＫ値に達したことを検知後、比較制
御部６３は型締制御部６６へ型締増圧開始信号を同期制
御部６２を介して発信するとともに、タイマ６３ａを起
動させる。 同期制御部６２は、型締力と射出圧力の同期制御を
行ない、射出・型締連動の射出圧縮成形を行なう。

【００２１】 ここで、タイマ６３ａに計量開始時間
（ｔ₁ ）、型締完了時間（ｔ₂ ）をあらかじめ設定して
おく。なお、計量開始時間（ｔ₁ ）は、ゲートシールの
時間を基準として設定し、型締完了時間（ｔ₂ ）は、樹
脂温度、金型冷却能力、成形品形状などから樹脂の冷却
時間を算出して設定する。 タイマ６３ａのタイムアウト信号に基づいて、型締
増圧開始後の射出、型締の制御を行なう。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
下記のような優れた効果を発揮することができる。 （１）射出充填工程中の射出速度が充填完了近傍の範囲
内において、設定値に達したことを検知後、型締増圧を
開始して圧縮工程を行なうことにより、計量値、チェッ
クリング作動変動による充填量のバラツキや成形中の樹
脂温度の変動などの外乱因子に全く影響されずに、射出
機構側での充填挙動と金型キャビティ内の充満挙動の相
互関係が正確に検知でき、極めて高精度な射出圧縮成形
が制御できるため、高品質な成形品を安定して供給でき
る。 （２）圧縮工程は、射出圧力と型締圧力を同期制御させ
ることにより、金型キャビティから射出側への樹脂の逆
流が防止できるため、成形品の品質精度が極めて向上す
るとともに、逆流防止のためのシャットオフバルブなど
の省略によるコストダウンができる。 （３）樹脂の冷却固化収縮量を加算した樹脂量を充填可
能な射出圧力制御で射出充填することにより、理想的な
自然充填流れ（ナチュラルフロー）が自動的に得られる
ため制御の操作性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る射出圧縮成形装置の全体
構成図である。

【図２】本発明の実施例に係る射出充填動作説明図であ
る。

【図３】本発明の実施例に係る射出圧縮成形方法のフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１ 型締装置 ２ 移動シリンダ ３ 型締シリンダ ７ タイバー ８ ねじ部（溝部） １０ 固定盤（固定プラテン） ２０ 可動盤（可動プラテン） ２２ 半割ナット（ハーフナット） ２６ タイバー係止装置（半割ナット開閉シリンダ） ２８ 金型キャビティ ３０ａ 固定金型 ３０ｂ 可動金型 ４０ 射出装置 ４１ バレル ４２ スクリュ ４３ ホッパ ４４ ノズル ４６ 射出シリンダ ４７ 正逆転用モータ ４８ ピストン ６０ 制御部 ６１ 射出制御部 ６２ 同期制御部 ６３ 比較制御部 ６３ａ タイマ ６４ 射出速度検出部 ６５ 位置設定部 ６６ 型締制御部 ６７ 油圧制御弁 ６８ 油圧制御弁 ６８ａ 油圧供給源 ６８ｂ 油圧供給源 １００ 射出圧縮成形装置 Ｋ 射出速度比較設定値 Ｓ₁ 型締力設定値 Ｖ 位置設定値（モニタリング開始点） Ｅ 前進限 Ｐ 設定速度到達点 Ｐｉ ピッチ Ｈ ダイハイト値 ｔ₁ 計量開始時間 ｔ₂ 型締完了時間

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂の射出圧縮成形方法において、あら
   かじめ樹脂の冷却固化収縮量を算出し、該収縮量を加算
   した樹脂量を金型キャビティ内に充填可能な射出圧力制
   御で射出充填するとともに、充填された樹脂圧によって
   金型が開くことを許容する低い型締力をあらかじめ金型
   に負荷させておき、射出充填工程中の射出機構の射出速
   度が設定値まで減速されたことを検知したのち型締圧力
   を増圧させるとともに、型締機構の型締圧力と射出機構
   の射出圧力を同期制御することを特徴とする射出圧縮成
   形方法。
2. 【請求項２】 射出充填工程中の射出速度の検知は、射
   出シリンダストロークの前進限と該前進限に至るまでの
   射出充填完了近傍の領域の射出シリンダストローク位置
   で行なう請求項１ 記載の射出圧縮成形方法。