JP4746801B2

JP4746801B2 - 射出圧縮成形機

Info

Publication number: JP4746801B2
Application number: JP2001292990A
Authority: JP
Inventors: 青楊; 政之中尾
Original assignee: Matsui Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Matsui Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003094499A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密樹脂成形品を製造する射出圧縮成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
精密樹脂成形品を製造する成形機として、射出圧縮成形機は、射出成形に金型の圧縮動作を付与することにより、成形品の歪みや転写性、寸法精度、光学的特性などにおいて格段に品質向上を達成できるものとして、普及している。
【０００３】
例えば、特開平３−２７７５２３号公報に記載された型締め装置は、射出樹脂圧に対抗する金型の圧締めをアクチュエータを用いたリンク形式で行うようにしているが、金型全体に対して圧締めを行うものであり、金型の不均一な圧力分布の矯正には用いることができなかった。
【０００４】
特開平４−２７５１６号公報に記載された射出成形装置は、金型への樹脂の射出、注入に伴う相対的変形量を検出して、その変形量を補償する圧力を加える変形補償装置を備えて、成形精度を向上させている。しかしながら、この装置では、圧力発生源として、油圧シリンダ、電動ポンプを例示し、これから配管によって供給された圧力を用いているので、その圧力の精密な制御は困難であり、ましてや、歪みを補償するための変形量の精密な制御をすることができなかった。
【０００５】
特開平１０−３１５２８４公報に記載された射出成形装置は、可動側の金型を電動サーボモータで駆動して、押圧制御を行うもので、油圧シリンダやリンク機構を用いるものに比べ、精度と応答速度は向上するが、押圧圧力の制御には適していなかった。
【０００６】
また、金型のコア単位、あるいは部分的に圧縮手段を設けて、金型内の温度分布の不均一、金型の剛性の不均一、そのための複数個取りの金型における場所による仕上がりの良否、精度を要求される部分の偏在などに対処することができる部分圧縮法も提案されているが、小型化、圧縮の精度、更に、独立した制御性の点では、更なる改造が求められていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題を解決しようとするもので、コア単位で良好な圧縮制御が可能で、全体として高精度の成形が可能な射出圧縮成形機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の射出圧縮成形機は、精密樹脂成形品を製造する射出圧縮成形機であって、成形用金型のキャビティの一部を形成するコア単位に設けられ、該コアを押出すピエゾ素子を有したコア押出機構と、センサ手段として、前記成型用金型の内部の前記キャビティ部分の近傍に設置された熱流束センサと、を備えるとともに、前記センサ手段からのセンサ出力を基に、前記コア押出機構の押出制御をコア単位で独立して行うコア押出制御ユニットを設けたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、コアとは、本来は、核あるいは芯という意味であるが、ここでは、金型全体の内、特に精度が要求され、成形品の重要な、つまりコアとなる部分、あるいは、金型が複数個取りの場合は、そのそれぞれの成形品について高精度が要求され、コアとなる部分をいうものとする。
【００１０】
この射出圧縮成形機は、圧縮制御をコア単位、つまり部分的に行うようにしたことを第１の特徴とする。したがって、金型内の温度分布の不均一、金型の剛性の不均一、そのための複数個取りの金型における場所による仕上がりの良否、金型の精密部分の不均一などに対処することができ、全体として高精度な成形が可能となる。
【００１１】
また、この射出圧縮成形機は、圧縮のアクチュエータとして、ピエゾ素子を用いたことを第２の特徴とする。つまり、ピエゾ素子の特徴として応答速度が速くストロークだけでなく圧力の精密な制御も可能なので、金型の変形補償を好適に行うことができる。また、ピエゾ素子は小型化が可能で、構造がシンプルなので、コア毎の設置が可能になる。
【００１２】
また、この射出圧縮成形機は、前記コア押出制御ユニットに、センサ手段を設け、このセンサ手段からのセンサ出力を基に、前記コア押出機構の押出制御をコア単位で独立して行うことを特徴とする。
【００１３】
この射出圧縮成形機は、コア押出制御ユニットにセンサ手段を設け、このセンサ手段からのセンサ出力を基に、コア押出制御をコア単位で独立して行うので、より独立したコア単位の制御が可能となる。
また、温度センサとして熱流束センサを用いているので、センサ設置位置の測定値からより離れた地点の温度、熱流束を推測でき、これによって、金型の内部側に設置したセンサで、金型表面温度あるいは成形品表面温度、さらにはこれらの温度変化、つまり、成形品の固化状況を予測することができ、これを用いて、より適切なタイミングでより高精度の圧縮制御をすることができる。
さらに、ピエゾ素子を用いた小型のコア押出機構と、センサ手段を組み合わせて全体としての小型のコア押出制御ユニットとしたので、金型に必要なコアに併せて、個々にコア押出制御ユニットを設けることができ、コア数に対応して、一つの金型に複数個のコア押出制御ユニットを設けることができる。
【００１４】
請求項２に記載の射出圧縮成形機は、請求項１に記載の射出圧縮成形機において、前記熱流束センサは、測定面付近の前記成形用金型の内部において、前記測定面から異なる距離の位置にそれぞれの測温接点を埋め込んだ一組の熱電対からなることを特徴とする。
この射出圧縮成形機は、熱流束センサの構成を具体的に規定したもので、測温接点が金型内部に設けられ、熱流以外の環境の影響を受けないので、センサー寿命を伸ばすことができる上、測温接点が金型表面に突出していないので、金型表面形状に悪影響を与えず、きれいな金型転写をすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の射出圧縮成形機は、請求項１または２に記載の射出圧縮成形機において、前記コア押出制御ユニットは、前記センサ手段として、前記コアの変位を少なくとも検出する変位センサ、前記コア押出機構の加圧圧力を検出する圧力センサの内、少なくともいずれか一つのセンサを更に備えていることを特徴とする。
【００１６】
この射出圧縮成形機は、コア押出制御ユニットのセンサ手段の内容を規定したもので、センサの選択が容易になる。これらのセンサは、成形目的、成形精度に応じて、適宜選択されるものである。
【００１７】
請求項４に記載の射出圧縮成形機は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の射出圧縮成形機において、前記成型用金型には、複数のコアが設けられており、これら複数のコア毎に複数の前記コア押出制御ユニットを設けたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る射出圧縮成形機の一例の要部構成を示す縦断面図。図２は、本発明のコア押出機構の拡大正面図である。
【００２１】
図１は、射出圧縮成形機（図５の符号１０）の固定金型ＭＡと移動金型ＭＢからなる成形用金型Ｍが射出成形のために合体した状態の断面図である。
【００２２】
この射出圧縮成形機では、移動金型ＭＢと固定金型ＭＡのコアＣ部分に、ピエゾ素子を用いたコア押出機構１、変位センサ２、圧力センサ３、熱流束センサ４が設置され、これらの変位センサ２、圧力センサ３、熱流束センサ４からのセンサ出力を基に、コア押出機構１の押出制御をコアＣ単位で独立して行うようにしたことを特徴とする。
【００２３】
なお、コア押出機構１と、変位センサ２、圧力センサ３、熱流束センサ４、及び、これらを制御する制御手段を纏めて、コア押出制御ユニット５という。また、これらの変位センサ２、圧力センサ３、熱流束センサ４は、本発明のセンサ手段を構成するもので、圧力センサ３、変位センサ２、熱流束センサ４は、成形目的、成形精度に応じて、適宜選択されるものである。
【００２４】
移動金型ＭＢ、固定金型ＭＡとも複数のパーツから構成されているが、ここでは、本発明の構成に関連する部分だけ詳しく説明する。他の部分は、一般の樹脂成形機と同様の構成となっている。
【００２５】
それぞれの金型ＭＡ、ＭＢには、冷却水管路Ｗ、要所要所の温度を測定する温度センサＳが設けられ、合体した移動金型ＭＢ、固定金型ＭＡで形成されるキャビテイＡ（この部分が精密樹脂成形品となる。）には、射出ノズルＩＮから、溶融した樹脂が供給されるようになっている。
【００２６】
この移動金型ＭＢには、キャビテイＡの一部を形成し、移動金型ＭＢと固定金型ＭＡが合体して射出成形を行う際に、更に、移動金型ＭＢに対して移動可能となって、圧縮を行うコアＣが設けられている。
【００２７】
この射出圧縮成形機では、コア単位にコア押出機構１を備え、このコア押出機構１に取り付けたベースプレート１１、押し棒１２、フロントプレート１３、スペーサ１３ａを介して、このコアＣを圧縮制御、つまり、このコアＣに負荷する圧力と移動距離とをコア単位に独立して制御することができるようになっている。
【００２８】
コア押出機構１は、図２に示すような構造であって、その本体部１ａはピエゾ素子（ＰＺＴ：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ３）で構成され、この本体部１ａには、ピエゾ素子への駆動電力を与える電力線１ｂが接続されている。
【００２９】
また、コア押出機構１の基端部には、コア押出機構１がコアＣに負荷する圧力を検出するための圧力センサ３が設置され、この圧力センサ３から信号線３ａが延出している。
【００３０】
この射出圧縮成形機では、コア押出機構１をピエゾ素子で構成している。ピエゾ素子は、電圧を印加することによって歪みを発生する圧電効果を有しており、非拘束では一定方向に伸長しようとし、この場合にその伸長が拘束されると、この歪みがこの拘束に反発する抗力に変換される。この圧電効果は、変位量は小さいが大きな力を発生でき、しかも、数ｋＨｚの応答性が得られるものである。また、伸長の変位の分解能は非常に優れており、ｎｍ単位の微動を得ることができる。
【００３１】
このようなピエゾ素子を用いることによって、この射出圧縮成形機は、金型の変形補償を好適に行うことができ、また、ピエゾ素子は小型化が可能で、構造がシンプルなので、コア毎の設置が可能になる。
【００３２】
変位センサ２は、コア押出機構１がコアＣを押出す方向の並進変位と、移動金型ＭＢと固定金型ＭＡとの接合面が開く方向の並進変位とを検出する。変位センサ２としては、例えば、耐熱性のよい非接触式の渦電流変位センサを用いることができる。
【００３３】
圧力センサ３は、コア押出機構１の加圧圧力、つまりキャビテイＡ内の内圧を測定する１軸力センサである。
【００３４】
熱流束センサ４は、その構造は図３で後述するが、コアＣ内のエジャクタースリーブＥＳに収容されたロックピンＬＰに内蔵された熱流束センサ４Ａ、固定金型ＭＡのゲートＧ部分の内部近傍に設けられた熱流束センサ４Ｂ、固定金型ＭＡのキャビテイＡ部分の内部近傍に設けられた熱流束センサ４Ｃの３種類のものが設置されている。
【００３５】
このような構成で、この射出圧縮成形機１０においては、変位センサ２からコアＣの変位と移動金型ＭＢの変位のデータを、圧力センサ３からキャビテイＡ内の内圧データを、３種類の熱流束センサ４Ａ、４Ｂ、４Ｃからデータを得て、後述するように、それぞれの部分の金型表面の温度、熱流束を算出し、これらを用いて、最適のタイミングでコア押出機構１への電圧を変化させて、コア押出機構１がコアＣに与える圧力と変位を制御している。
【００３６】
こうして、この射出圧縮成形機１０は、コア押出制御ユニット５によって、圧縮制御をコア単位で部分毎に行うようにしているので、金型内の温度分布の不均一、金型の剛性の不均一、そのための複数個取りの金型における場所による仕上がりの良否、金型の精密部分の不均一などに対処することができ、全体として高精度な成形が可能となる。
【００３７】
また、このようなコアＣ単位の制御が可能となっているのは、小型の変位センサ２、圧力センサ３、熱流束センサ４を用いて、コアＣ単位でこれらのセンサを設置することができるからである。
【００３８】
換言すれば、ピエゾ素子を用いた小型のコア押出機構と、小型のセンサ手段を組み合わせて全体としての小型のコア押出制御ユニットとしたので、金型に必要なコアに併せて、個々にコア押出制御ユニットを設けることができ、コア数に対応して、一つの金型に複数個のコア押出制御ユニットを設けることができ、それぞれのコアに対して同様の効果を発揮し、全体として金型の成形精度を向上させることができる。
【００３９】
なお、変位センサ２、圧力センサ３、熱流束センサ４は、成形目的、成形精度に応じて、少なくともいずれか一つが選択的に使用されるものである。また、経験的にコア押出制御のデータが予め得られている場合には、センサ手段を設けることなく、シーケンサを用いて、コア単位に独立して、コア押出制御を行うことが可能である。
【００４０】
図３は、本発明の熱流束センサの概念説明図であり、図３（ａ）は、その概略構成を示す図、図３（ｂ）は、この熱流束センサの原理説明図、図３（ｃ）は、この場合の温度分布のグラフを示す図である。これより、既に説明した部分と同じ部分については、同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００４１】
ここでは、熱流束センサの一例として、固定金型ＭＡのゲートＧ部分の内部近傍に設けられた熱流束センサ４Ｂの場合を示し、固定金型ＭＡの測定面Ｆ付近の金型内部に、できるだけ測定面Ｆに近い位置となる異なる距離Ｘ１，Ｘ２の位置まで形成された測定穴Ｍａの穴底に、熱電対４ａの測温接点４ｂを溶接した構造となっている。
【００４２】
このように構成した一組の熱電対４ａからなる熱流束センサ４Ｂを埋め込んだ状態で、図３（ｂ）に示すように、キャビテイＡ側、つまり、溶融した樹脂が供給され高温の熱源となる部分から熱の流れが生じ、これが固定金型ＭＡの反対側へと放熱される熱交換が行われる。
【００４３】
図３（ｃ）のグラフでは、縦軸に温度Ｔ、横軸に測定面Ｆからの距離Ｘをとり、距離Ｘ１、Ｘ２での温度Ｔ１，Ｔ２を示しているが、曲線ＴＣは、非線形な実際の温度分布を示し、直線ＴＲは、測定値から推定する計算式を示している。また、ＴＳは実際の測定面温度、ＴＳ′は計算上の測定面温度である。
【００４４】
この場合の計算式は、
ＴＳ′＝Ｔ１−（Ｔ１−Ｔ２）＊（Ｘ１／（Ｘ１−Ｘ２））
となり、これにより、測定面でない点で測定した温度Ｔ１、Ｔ２から、測定面の温度ＴＳ′を計算することができる。
【００４５】
また、距離Ｘ１をできるだけ小さく、距離Ｘ２とＸ１の差をできるだけ小さくすることにより、実際の測定面温度ＴＳと計算上の測定面温度ＴＳ′との差を小さくすることができる。
【００４６】
一方、この金型の熱伝導率λにより、測定面Ｆでの熱流束Φは、近似的に、
Φ＝λ＊（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｘ１−Ｘ２）
で得られる。こうして得られた熱流束Φは、測定面Ｆの静的な温度だけでなく、動的な温度変化の推測にも用いることができ、これをコア押出機構の制御に用いている。
【００４７】
このように、本発明では、温度センサとして熱流束センサを用いているので、センサ設置位置の測定値からより離れた地点の温度、熱流束を推測でき、これによって、金型の内部側に設置したセンサで、金型表面温度あるいは成形品表面温度、さらにはこれらの温度変化、つまり、成形品の固化状況を予測することができ、よって、より適切なタイミングでより高精度の圧縮制御をすることができる。
【００４８】
また、測温接点４ｂが金型ＭＡ内部に設けられ、熱流以外の環境の影響を受けないので、センサー寿命を伸ばすことができる。更に、測温接点４ｂが金型表面Ｆに突出していないので、金型表面形状に悪影響を与えず、きれいな金型転写をすることができる。
【００４９】
図４は、本発明のコア押出制御ユニットを複数個設けた成形用金型の一例を示すもので、（ａ）は一部破断の側面図、（ｂ）は固定金型の前面図である。
【００５０】
この図において、ＳＰは溶融樹脂を導入する射出方向経路であるスプルー、Ｒは、スプルーＳＰで導入された溶融樹脂を、金型合わせ面に沿ってそれぞれのコアＣに導入する経路となるランナーである。
【００５１】
上述したように、コア押出制御ユニット５は、小型であるので、この図４に示すように、金型Ｍに複数のコアＣが有る場合にも、コアＣ単位にこのコア押出制御ユニット５を設けることができ、コア単位に独立して、コア押出制御を行うことができる。
【００５２】
図５は、本発明に係る射出圧縮成形機の一例の外観斜視図である。
【００５３】
この射出圧縮成形機１０においては、上述したコア押出機構１、変位センサ２、圧力センサ３、熱流束センサ４を、固定金型ＭＡと移動金型ＭＢとからなる成形用金型ＭのコアＣ部分に設置したことを特徴とし、その他の部分は、一般の射出圧縮成形機あるいは射出成形機と同様の構成であって、固定金型ＭＡを設置する固定プレート５１、移動金型ＭＢを設置する移動プレート５２を備え、移動プレートの駆動手段などを内蔵した装置本体５、上述した射出ノズルＩＮを先端に備えた射出ユニット６、この射出ユニット６に成形樹脂材料を供給する材料投入ホッパ７を備えている。
【００５４】
このような構成で、この射出圧縮成形機１０は、上述したような効果を発揮する。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１に記載の射出圧縮成形機によれば、圧縮制御をコア単位、つまり部分的に行うようにしたので、金型内の温度分布の不均一、金型の剛性の不均一、そのための複数個取りの金型における場所による仕上がりの良否、金型の精密部分の不均一などに対処することができ、全体として高精度な成形が可能となる。
【００５６】
また、この射出圧縮成形機は、圧縮のアクチュエータとして、応答速度が速くストロークだけでなく圧力の精密な制御も可能なピエゾ素子を用いたので、金型の変形補償を好適に行うことができる。また、ピエゾ素子は小型化が可能で、構造がシンプルなので、コア毎の設置が可能になる。
【００５７】
また、コア押出制御ユニットにセンサ手段を設け、このセンサ手段からのセンサ出力を基に、コア押出制御をコア単位で独立して行うようにしたので、より独立したコア単位の制御が可能となる。
加えて、温度センサとして熱流束センサを用いているので、センサ設置位置の測定値からより離れた地点の温度、熱流束を推測でき、これによって、金型の内部側に設置したセンサで、金型表面温度あるいは成形品表面温度、さらにはこれらの温度変化、つまり、成形品の固化状況を予測することができ、よって、より適切なタイミングでより高精度の圧縮制御をすることができる。
【００５８】
さらに、ピエゾ素子を用いた小型のコア押出機構と、センサ手段を組み合わせて全体としての小型のコア押出制御ユニットとしたので、金型に必要なコアに併せて、個々にコア押出制御ユニットを設けることができ、コア数に対応して、一つの金型に複数個のコア押出制御ユニットを設けることができる。
【００５９】
請求項２に記載の射出圧縮成形機によれば、熱流束センサの構成を具体的に規定したもので、測温接点が金型内部に設けられ、熱流以外の環境の影響を受けないので、センサー寿命を伸ばすことができる上、測温接点が金型表面に突出していないので、金型表面形状に悪影響を与えず、きれいな金型転写をすることができる。
請求項３に記載の射出圧縮成形機によれば、コア押出制御ユニットのセンサ手段の内容を規定したもので、センサの選択が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出圧縮成形機の一例の要部構成を示す縦断面図
【図２】本発明のコア押出機構の拡大正面図
【図３】本発明の熱流束センサの概念説明図
【図４】本発明のコア押出制御ユニットを複数個設けた成形用金型の一例を示すもので、（ａ）は一部破断の側面図、（ｂ）は固定金型の前面図
【図５】本発明に係る射出圧縮成形機の一例の外観斜視図
【符号の説明】
１コア押出機構
２変位センサ（小型センサ手段）
３圧力センサ（小型センサ手段）
４熱流束センサ（小型センサ手段）
４ａ熱電対
４ｂ測温接点
５コア押出制御ユニット
１０射出圧縮成形機
Ａ精密樹脂成形品（キャビティ）
Ｃコア
Ｍ成形用金型
ＭＡ固定金型
ＭＢ移動金型

Claims

精密樹脂成形品を製造する射出圧縮成形機であって、
成形用金型のキャビティの一部を形成するコア単位に設けられ、該コアを押出すピエゾ素子を有したコア押出機構と、
センサ手段として、前記成型用金型の内部の前記キャビティ部分の近傍に設置された熱流束センサと、を備えるとともに、
前記センサ手段からのセンサ出力を基に、前記コア押出機構の押出制御をコア単位で独立して行うコア押出制御ユニットを設けたことを特徴とする射出圧縮成形機。
請求項１に記載の射出圧縮成形機において、
前記熱流束センサは、測定面付近の前記成形用金型の内部において、前記測定面から異なる距離の位置にそれぞれの測温接点を埋め込んだ一組の熱電対からなることを特徴とする射出圧縮成形機。
請求項１または２に記載の射出圧縮成形機において、
前記コア押出制御ユニットは、前記センサ手段として、前記コアの変位を少なくとも検出する変位センサ、前記コア押出機構の加圧圧力を検出する圧力センサの内、少なくともいずれか一つのセンサを更に備えていることを特徴とする射出圧縮成形機。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の射出圧縮成形機において、
前記成型用金型には、複数のコアが設けられており、これら複数のコア毎に複数の前記コア押出制御ユニットを設けたことを特徴とする射出圧縮成形機。