JP4671294B2

JP4671294B2 - 射出成形機の射出圧縮成形方法

Info

Publication number: JP4671294B2
Application number: JP2006293530A
Authority: JP
Inventors: 幹男永田
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2026-10-30
Also published as: JP2008110498A

Description

本発明は、トグル機構を用いた射出成形機の射出圧縮成形方法に関するものであり、特には、可動盤を構成する第一可動盤と第二可動盤との間に油圧シリンダと位置センサが配設され、キャビティの容積変更のための位置制御を行う射出成形機の射出圧縮成形方法に関するものである。

トグル機構を用いた射出成形機において射出圧縮成形を行うものとして特許文献１に記載されたものが知られている。しかしトグル機構のみにより射出圧縮成形を行うものでは、型締工程中（金型タッチから型締完了まで）の間の型締力をクロスヘッドの移動距離に換算する必要があり、安定した制御を行うことが難しかった。また特許文献１では、トグル機構は可動盤の上下端部近傍に軸着されているので、金型の背面から直接型締力を及ぼすことができず、成形品にバリが発生したり、溶融樹脂が均等に加圧ができないという問題があった。

上記の問題を解決するものとして、トグル機構とは別に可動盤に油圧シリンダが配設されたものとして特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載されたものが公知である。これらはそれぞれの特許文献における部材名称は異なるが、トグル機構に接続される第一可動盤と可動金型が取付られる第二可動盤の２枚の可動盤から構成されている。そして特許文献２は、トグル機構により型開閉が行われた後、油圧シリンダにより射出圧縮成形を行うことが記載されている。また特許文献３は、トグル機構と可動盤の接続部にそれぞれ配設された油圧シリンダを用いて上下両型の当り面を均圧に調整制御する技術が記載されている。更に特許文献４は、トグル機構により発生させた型締力が油圧シリンダを介することにより金型に均一に伝えられることが記載されている。

しかし前記特許文献２および特許文献３に記載のものは、油圧シリンダによる圧力制御のみを前提とするものであり、特許文献４はトグル機構による型締力の伝達を行うためのみのものであるので、キャビティに溶融樹脂を射出充填完了前は高精度の制御ができなかった。
特開平９−３００４１６号公報（発明が解決しようとする課題欄、図２）特開昭６０−１５１０１５号公報（第２頁右下欄、第５頁第２図）特開平２−２１５５０９号公報（請求項１、第１図、第４図）特開２００３−８９１３３号公報（請求項１、００１３、図１）

本発明では上記の問題を鑑みて、トグル機構を用いた射出成形機の型締装置において、可動盤を構成する第一可動盤と第二可動盤との間に油圧シリンダと位置センサが配設することにより、金型の背面から直接型締力を及ぼすことができ、また可動盤および可動金型の位置または型締力を高精度に制御することを目的とした射出成形機の型締装置または射出成形機の射出圧縮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に記載の射出成形機の射出圧縮成形方法は、可動盤と受圧盤との間に配設されたトグル機構により、固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型を型合せしてキャビティを形成し、該キャビティに射出された溶融樹脂をキャビティの容積を変更して成形する射出成形機の射出圧縮成形方法において、前記トグル機構は、型閉用サーボモータにより駆動され、前記可動盤は、トグル機構が軸着される第一可動盤と可動金型が取付けられる第二可動盤からなり、前記第一可動盤と前記第二可動盤との間には油圧シリンダと位置センサが設けられており、前記型閉用サーボモータを駆動して第一可動盤と第二可動盤を型閉停止位置まで移動させトグル機構を伸長させた状態で前記型閉用サーボモータをサーボロックし、前記キャビティに溶融樹脂を射出充填時には、トグル機構を伸長させたままの状態で、前記油圧シリンダのピストンおよびロッド部を型開方向に移動させ、射出充填による可動金型の型開方向に作用する力を吸収し、その後油圧シリンダによりキャビティ内の溶融樹脂の圧縮を行うことを特徴とする。

本発明の射出成形機の射出圧縮成形方法は、可動盤と受圧盤との間に配設されたトグル機構により、固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型を型合せしてキャビティを形成し、該キャビティに射出された溶融樹脂をキャビティの容積を変更して成形する射出成形機の射出圧縮成形方法において、前記トグル機構は、型閉用サーボモータにより駆動され、前記可動盤は、トグル機構が軸着される第一可動盤と可動金型が取付けられる第二可動盤からなり、前記第一可動盤と前記第二可動盤との間には油圧シリンダと位置センサが設けられており、前記型閉用サーボモータを駆動して第一可動盤と第二可動盤を型閉停止位置まで移動させトグル機構を伸長させた状態で前記型閉用サーボモータをサーボロックし、前記キャビティに溶融樹脂を射出充填時には、トグル機構を伸長させたままの状態で、前記油圧シリンダのピストンおよびロッド部を型開方向に移動させ、射出充填による可動金型の型開方向に作用する力を吸収し、その後油圧シリンダによりキャビティ内の溶融樹脂の圧縮を行うので、金型の背面から直接型締力を及ぼすことができるとともに、油圧シリンダにより射出充填時の型開方向への力を吸収しつつ射出圧縮成形を行うことが可能となった。

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、本発明の射出成形機の型締装置の概略図である。図２は、本発明の射出成形機の成形方法を示すフローチャート図である。

図１に示されるように、射出成形機の型締装置１１は、ベッド１２の上に射出装置１３と対向して配設されている。型締装置１１は、固定金型１４が取付けられる固定盤１５と、該固定盤１５に平行に配設された受圧盤１６と、両者の間に設けられた４本のタイバ１７と、前記タイバ１７を介して移動自在に配設され可動金型１８が取付けられる可動盤１９から構成されている。そして受圧盤１６と可動盤１９の間には、型開閉用のトグル機構２０が配設されている。トグル機構２０には、受圧盤１６に取付けられる型開閉用サーボモータ２１、モータ側のプーリ、ベルト、ボールネジ側のプーリと、ボールネジ２２およびボールナット２３等からなるボールネジ機構２４によって前後進作動するクロスヘッド２７等からなる駆動機構が設けられている。

またトグル機構２０には、可動盤１９の背面（反固定盤側）の上下両端近傍に対してピン２６ａおよびブッシュを介して一端が接続される第１リンク２５ａ、該第１リンク２５ａの他端に対してピン２６ｂおよびブッシュを介して一端が接続されるとともにピン２６ｃおよびブッシュを介して他端が受圧盤１６に接続される第２リンク２５ｂ、第２リンク２５ｂの一端寄りの内側に、ピン２６ｄおよびブッシュを介して一端が接続される第３リンク２５ｃ、該第３リンク２５ｃに対して他端がピン２６ｅおよびブッシュを介して接続され前記ボールナット２３が固着されたクロスヘッド２７等からなるリンク機構が設けられている。そして前記各リンクを介してクロスヘッド２７の前後進作動を可動盤１９および可動金型１８の型開閉作動に変換する。

本実施形態において可動盤１９は、トグル機構２０が背面側に軸着される第一可動盤２８と可動金型１８が金型取付面に取付けられる第二可動盤２９とからなっている。そして第一可動盤２８と第二可動盤２９との間には油圧シリンダである両ロッド型シリンダ３０と位置センサ５０が設けられている。具体的には第一可動盤２８の内部には油圧によって作動される両ロッド型シリンダ３０のシリンダ３０ａが配設されている。両ロッド型シリンダ３０のシリンダ３０ａ内には、ピストン３１を境にして断面積が等しいロッド部３２，３３が受圧盤１６側と固定盤１５側にそれぞれ貫通形成されており、型締側油室３４側のピストン３１の受圧面（図中左側）と型開側油室３５側のピストン３１の受圧面（図中右側）は、受圧面積が等しくなっている。そして固定盤１５側のロッド部３３端面には、第二可動盤２９が固着されている。従ってそれぞれタイバ１７に挿通される第一可動盤２８と第二可動盤２９は、平行に配設され、両ロッド型シリンダ３０の固定盤１５側のロッド部３３により間隔が変更可能に設けられている。また本実施形態でロッド部３２，３３の断面積は、固定金型１４と可動金型１８の間に形成されるキャビティ３６を射出装置１３側から見た投影面積よりも大きくなっており、可動金型１８の背面から直接型締力を及ぼすことが可能となっている。そして本実施形態では、トグル機構２０は型開閉機構に相当するものであり、両ロッド型シリンダ３０は型締機構に相当するものである。なお両ロッド型シリンダのロッド部の第二可動盤への接続は固着に限らず、球面等により第二可動盤に対して軸着されたものでもよい。また両ロッド型シリンダのシリンダは、第二可動盤に設けられていてもよく、その場合ロッド部が第一可動盤に接続される。

油圧回路について説明すると、油圧源４１から両ロッド型シリンダ３０へ通じる管路４２には、サーボバルブ４３が配設されている。そして前記両ロッド型シリンダ３０の型締側油室３４には、サーボバルブ４３のＡポートが接続され、型開側油室３５にはサーボバルブ４３のＢポートが接続されている。またサーボバルブ４３のＰポートは前記油圧源４１に接続され、Ｔポートはタンク４４に接続されている。またＡポートから型締側油室３４への管路４５とＢポートから型開側油室３５への管路４６には、それぞれ圧力センサ４７，４８が配設されている。そして前記圧力センサ４７，４８は、制御装置４９に接続され、検出された圧力値が制御装置４９に送られるようになっている。

また第一可動盤２８の側面には位置センサ５０のスケール５１が取付けられ、第二可動盤２９の側面には前記位置センサ５０の読取装置５２が取付けられている。よって前記位置センサ５０によって、第一可動盤２８と第二可動盤２９の間の距離が計測可能となっている。そして位置センサ５０は前記制御装置４９へ接続され、第一可動盤２８と第二可動盤２９との間の測定された距離が送信されるようになっている。またトグル機構２０を駆動する型開閉用サーボモータ２１には公知のようにロータリエンコーダ２１ａが取付けられ、ロータリエンコーダ２１ａと制御装置４９も接続されており、型開閉用サーボモータ２１の駆動軸の回転数も制御装置４９に送信されるようになっている。なお前記ロータリエンコーダ２１ａの回転数は、クロスヘッド２７の位置を示すものであり、受圧盤１６に対する第一可動盤２８の距離を示すものでもある。

次に本発明の射出成形機の成形方法について、図２のフローチャートにより説明する。まず固定金型１４に対して可動金型１８が型開きされ、前回の成形品が取出された状態から説明を開始する。まず型開時に両ロッド型シリンダ３０が作動され（Ｓ１）、成形時において第一可動盤２８と第二可動盤２９との相対位置が変化していた状態が元の状態に戻される。その際制御装置４９からサーボバルブ４３に信号が送られ位置センサ５０からの信号によるクローズドループにより圧縮開始位置ｔ１への復帰がなされる（Ｓ２）。次に制御装置４９から信号が送られて型開閉用サーボモータ２１が駆動開始される（Ｓ３）ことにより、ボールネジ機構２４、クロスヘッド２７、および各リンク等からなるトグル機構２０が作動され、第一可動盤２８と第二可動盤２９からなる可動盤１９が型閉方向に移動される。そして第二可動盤２９に取付けられた可動金型１８が固定盤１５に配設された固定金型１４に対して射出開始位置まで嵌合されると、型開閉用サーボモータ２１のロータリエンコーダ２１ａがクロスヘッド２７の位置を検出することにより型閉停止位置であると判断し（Ｓ４）、型開閉用サーボモータ２１が停止されサーボロックされる（Ｓ５）。なお型閉停止位置の検出については、型開閉用サーボモータ２１の電流値の変化等、他の手段によってもよい。このことにより固定金型１４と可動金型１８の間には容積可変のキャビティ３６が形成される。なお本実施形態では、固定金型１４の凹部内に可動金型１８の凸部が挿入されることによりキャビティ３６が容積変更される所謂インロー金型が用いられる。しかし成形金型は、いずれか一方の金型の外周が進退することによりキャビティの容積を変更するものであってもよい。

この間両ロッド型シリンダ３０は位置制御が継続されており、型当接によりピストン３１の位置が変更されないように制御されている。次にタイマにより所定の遅延時間が経過したことが検出される（Ｓ６）と、制御装置から信号が送られて図示しない射出モータが駆動されると、同じく図示しないスクリュが前進されて溶融樹脂が前記キャビティ３６に射出開始される（Ｓ７）。そして溶融樹脂の射出開始とほぼ同時に、第二可動盤２９および可動金型１８を圧力制御切換位置ｔ２を目標位置として型閉方向へ移動させる（Ｓ８）。この際の制御は、位置センサ５０により第一可動盤２８と第二可動盤２９の間の距離を測定し、それをフィードバックすることによるクローズドループによる位置制御によって行われる。すなわち位置制御は、制御装置４９を介してサーボバルブ４３の電磁弁を作動させることにより、両ロッド型シリンダ３０の型締側油室３４、型開側油室３５への流量をコントロールすることにより行われ、両ロッド型シリンダ３０はピストン３１の両側の受圧面における受圧面積が等しいことから高精度の位置制御が可能となる。なお本発明において位置制御とは位置センサ５０による位置データを用いたクローズドループ制御全般を指し、狭義の意味での速度制御も含むものとする。

そしてキャビティ３６内への溶融樹脂の供給量の増加と両ロッド型シリンダ３０の作動によるキャビティ３６の容積減少の両方により、キャビティ３６内に射出充填された溶融樹脂が急速に圧縮される。そのことにより射出装置における射出ピーク圧が最高圧に達するとともに、可動金型１８を型開方向に移動させようと作用する力が急速に高まる。この際両ロッド型シリンダ３０は、ピストン３１およびロッド部３２，３３を型開方向に移動させて前記の型開方向への力を吸収する。またこの際に型開閉用サーボモータ２１はサーボロックされており、トグル機構２０は伸長した状態を保っているので、第一可動盤２８と受圧盤１６との間隔はほとんど変化しない。

そして位置制御によって第一可動盤２８に対する第二可動盤２９の位置が圧力制御切換位置ｔ２に到達されると（Ｓ９）、それまで行われてきた位置制御から圧力制御への切換が行われる。圧力制御は、型締側油室３４の圧力を圧力センサ４７により検出して、設定圧力となるようサーボバルブ４３がコントロールされ、クローズドループ制御することにより行われる（Ｓ１０）。そして前記圧力制御により高精度の型締力を制御することが可能であり、キャビティ３６内の溶融樹脂が圧縮される。射出充填時において位置制御から圧力制御へ切換られるのは圧力制御切換位置ｔ２であるが、この位置における射出装置１３側の作動制御は、速度制御による射出工程の後半か、或いは圧力制御による保圧工程が既に開始された状態にあってキャビティ３６の樹脂が完全に圧縮完了していない状態である。その後キャビティ３６内の溶融樹脂は冷却収縮による容積減少が中心となり、型締装置１１による圧力制御により圧縮される距離は徐々に減少していく。また射出装置１３側においては前記保圧工程が完了すると、次に計量工程に移行する。

本実施形態において位置制御から圧力制御までの切換は、射出開始から圧縮完了までの射出充填の間に圧力制御切換位置ｔ２を設定することにより行われる。しかし位置制御（速度制御）から圧力制御への切換えは、型締側油室３４の油圧が所定値になったことにより切換えてもよい。また速度制御、圧力制御ともに、多段制御を行うようにしてもよく、スロープにより徐々に速度や圧力を変化させるよう制御してもよい。

そしてタイマにより所定の冷却時間が経過する（Ｓ１１）と、型開閉用サーボモータ２１を停止させた状態で、両ロッド型シリンダ３０の型開側油室３５に作動油を供給して、両ロッド型シリンダ３０のみにより強力型開が行われる（Ｓ１２）。そして強力型開が完了すると（Ｓ１３）、型開閉用サーボモータ２１を駆動し（Ｓ１４）、型開完了位置まで型開を行い（Ｓ１５）、型開閉用サーボモータを停止し（Ｓ１６）、次の成形に移行する（Ｓ１７）。なお型開工程において、両ロッド型シリンダ３０をロックして型開閉用サーボモータ２１のみを作動させてトグル機構２０を屈曲させ型開を行うか、両ロッド型シリンダ３０と型開閉用サーボモータ２１とを併用して強力型開を行うようにしてもよい。そしていずれの場合も、両ロッド型シリンダ３０内のピストン３１およびロッド部３２，３３の位置は、射出充填前の圧縮開始位置ｔ１と比較して変化しているから、図２のフローチャートで（Ｓ１），（Ｓ２）で示されるように、型開中に当初のピストン３１の位置へ戻される。

なお本発明は、射出圧縮成形に用いられることを想定しているが、発泡成形に使用されるものであってもよい。すなわちトグル機構２０を伸長させて固定金型１４と可動金型１８の間にインロー形状等の容積可変のキャビティ３６を形成後に、発泡性の溶融樹脂を射出充填する。そして発泡性の溶融樹脂が前記キャビティ３６のキャビティ形成面にスキン層として固化され発泡による膨張が開始される。それとともに前記両ロッド型シリンダ３０の型閉側前進限またはその近傍に位置していたピストンを型開方向に速度制御により移動制御させ、キャビティ３６の容積を増大させていく。その際に発泡性の溶融樹脂は時間とともに膨張するから、それに応じた所定の速度により可動盤１９を移動させることが望ましい。またはキャビティ３６の内圧を所定に保つように可動盤１９を移動させてもよい。更には使用される樹脂材料が発泡性材料でなくても、溶融樹脂の内部にキャビティ３６の壁面に形成されたノズルからガスを注入し中空部を拡張形成させていくものであっても、同様の制御を行うことは有効である。

また本実施形態では、型開閉用サーボモータ２１は、型開閉のみに使用されるので、最大トルクが小さいものでよい。しかしトグル機構を射出圧縮成形時の圧縮にも使用するようにしてもよい。その場合型開閉用サーボモータは最大トルクが大きいものが使用される。すなわちその場合トグル機構は、固定金型と可動金型が合わせられ射出開始される状態では、完全にリンクが伸びていない状態に制御される。そして射出装置による溶融樹脂の射出開始と略同時に型開閉用サーボモータの駆動（クロスヘッドの前進移動）と両ロッド型シリンダの作動（ピストンの前進移動）を並行して行う。そのことにより可動金型を固定金型に向けてより高速かつ高型締力で移動させることができる。その場合も射出開始とともに行われるトグル機構と両ロッド型シリンダの作動は、ロータリエンコーダと位置センサの位置検出信号を加算した位置制御によって行われ、途中で圧力センサによる圧力検出信号による圧力制御に切換えが可能である。

次に図３により本発明の別の実施形態の射出成形機の型締装置について説明する。なお別の実施形態については、図１に示される実施形態との相違点のみを記載する。別の実施形態は請求項４以下にのみ対応する。別の実施形態では、可動盤６１は、第一可動盤と第二可動盤から形成されておらず１枚の可動盤から形成されている。そして可動盤６１には両ロッド型シリンダ６２が配設されている。そして固定金型１４と可動金型１８によって形成されるキャビティ６４に対して前記両ロッド型シリンダ６２のロッド部６３が挿入され、位置制御または圧力制御によりキャビティ６４の容積を変更することが可能となっている。このことによりキャビティ６４内の溶融樹脂が圧縮されるようになっている。なおこの構造についてはロッド部自体が直接キャビティ内に臨むものでなく、ロッド部の作動により、金型の駒部を介して溶融樹脂を圧縮するものでもよい。

また本発明では、金型交換時の型厚変更が一定以内の場合や、成形時における金型の熱膨張の問題について、両ロッド型シリンダ３０のピストン位置を調節し、受圧盤位置を変更しないで制御することも可能である。また異物の挟み込みを検出する金型保護工程についても、第二可動盤２９が金型保護区間まで前進したかどうかはクロスヘッド２７の位置により検出し、金型保護区間においては、位置センサ５０による位置検出と圧力センサ４７による圧力上昇から異常を検出するようにすることも可能である。

なお上記実施例は、すべて可動盤１９が水平方向に移動する横型射出成形機の例で記載したが、可動盤が垂直方向に移動する竪型射出成形機に用いてもよい。また複数の金型がテーブル上で間欠回転するロータリ式射出成形機に用いてもよい。従って本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができることは言うまでもない。

本発明の射出成形機の型締装置の概略図である。本発明の射出成形機の成形方法を示すフローチャート図である。本発明の別の実施形態の射出成形機の型締装置の概略図である。

１１型締装置
１４固定金型
１５固定盤
１８可動金型
１９可動盤
２０トグル機構
２１型開閉用サーボモータ
２８第一可動盤
２９第二可動盤
３０両ロッド型シリンダ
３１ピストン
３２，３３ロッド部
３４型締側油室
３５型開側油室
４３サーボバルブ
４７，４８圧力センサ
４９制御装置

Claims

可動盤と受圧盤との間に配設されたトグル機構により、固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型を型合せしてキャビティを形成し、該キャビティに射出された溶融樹脂をキャビティの容積を変更して成形する射出成形機の射出圧縮成形方法において、
前記トグル機構は、型閉用サーボモータにより駆動され、
前記可動盤は、トグル機構が軸着される第一可動盤と可動金型が取付けられる第二可動盤からなり、
前記第一可動盤と前記第二可動盤との間には油圧シリンダと位置センサが設けられており、
前記型閉用サーボモータを駆動して第一可動盤と第二可動盤を型閉停止位置まで移動させトグル機構を伸長させた状態で前記型閉用サーボモータをサーボロックし、
前記キャビティに溶融樹脂を射出充填時には、トグル機構を伸長させたままの状態で、前記油圧シリンダのピストンおよびロッド部を型開方向に移動させ、射出充填による可動金型の型開方向に作用する力を吸収し、その後油圧シリンダによりキャビティ内の溶融樹脂の圧縮を行うことを特徴とする射出成形機の射出圧縮成形方法。
前記キャビティに溶融樹脂を射出充填時に、前記可動盤に配設された油圧シリンダにより位置制御を行い、射出装置側が射出工程の後半か、或いは圧力制御による保圧工程が既に開始された状態にあってキャビティの樹脂が完全に圧縮完了していない状態で、油圧シリンダの制御を位置制御から圧力制御に切換え溶融樹脂の圧縮を行うことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の射出圧縮成形方法。
油圧シリンダのロッドの断面積は、前記キャビティを射出装置側から見た投影面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の射出圧縮成形方法。