JP4885589B2

JP4885589B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP4885589B2
Application number: JP2006094674A
Authority: JP
Inventors: 宏治樽家
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007268747A

Description

本発明は、型締め状態にある金型内に溶融樹脂を射出する射出成形機に関する。

電動式の射出成形機の型開閉系ユニットは、型開閉用サーボモータを搭載したテールストックと、固定側金型を搭載した固定ダイプレートと、テールストックと固定ダイプレートにその両端を固定された複数本のタイバーと、可動側金型を搭載してテールストックと固定ダイプレートとの間で前後進可能な可動ダイプレートと、テールストックと可動ダイプレートを連結するトグルリンク機構と、型開閉用サーボモータの回転を直線運動に変換して、直線運動力をトグルリンク機構に伝達するボールネジ機構とを備えている。そして、型閉じ・型締め時には、型開閉用サーボモータの回転をボールネジ機構で直線運動に変換して、ボールネジ機構の直動部によりトグルリンク機構の力の入力端であるクロスヘッドを前進させることでトグルリンク機構を伸張駆動し、これによって、可動ダイプレートを前進させて可動側金型を固定側金型に対してタッチさせ、さらに、金型タッチ後もクロスヘッドを所定量だけ前進させてトグルリンク機構を伸びきらせることで、タイバーを弾性的に引き伸ばし、タイバーの弾性復元力により、金型に所定の型締め力を付与するようになっている。

射出時には、射出用部材（インラインスクリュー式の射出成形機では加熱シリンダ内のスクリュー）を前進駆動することによって、型締め状態にある金型内に、溶融樹脂を急速に射出・充填し（１次射出）、１次射出工程の後は、金型内の樹脂の冷却固化に伴う収縮を補うために、射出用部材の先端側の溶融樹脂を介して金型内の樹脂に圧力（保圧力）をかける保圧工程を実行するようになっている。

従来の射出成形機における型締め力は、型締め完了後から型開きの開始までは一定値を維持するようになっており、これにより、１次射出工程および保圧工程の樹脂圧に確実に抗することができ、したがって、ひけのない、また、転写性に優れた成形製品を得ることができるようになっている。

ところで、成形に用いられる金型のキャビティ形成面には、転写されては困る微小高さのピンが設けられることがある。これは例えば、金型が成形製品Ａと成形製品Ｂの成形に共用され、成形製品Ｂの成形時にはピンを利用して中子（駒型）を位置決めした金型を用い、成形製品Ａの成形時には中子のない状態の金型を用いる場合における、成形製品Ａの成形時などである。このように、キャビティ形成面に転写されては困る微小高さのピンが設けられている場合には、強い型締め力を維持した状態で保圧をかけると、ピン跡が成形製品の外観品質を著しく劣化させる。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、キャビティ形成面に転写されては困る微小高さのピンなどの突起が設けられている金型を用いて成形を行わざるを得ない場合でも、突起跡が残らないような成形を可能とすることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、型閉じ・型締め工程と、型締め状態にある金型内に溶融樹脂を射出する射出工程と、冷却工程と、型開き工程をこの順に繰り返す射出成形機であって、前記射出工程が１次射出工程のみであるものにおいて、前記１次射出工程の途上で型締め力の漸減を開始し、前記冷却工程の途上で型締め力を所定値に到達させて漸減を終了し、型締め力が前記所定値に達した後は、前記冷却工程の終了まで、型締め力を前記所定値のまま維持させるように制御する型締め力可変制御手段を設けたことを特徴とする。
また本発明は、型閉じ・型締め工程と、型締め状態にある金型内に溶融樹脂を射出する射出工程と、冷却工程と、型開き工程をこの順に繰り返す射出成形機であって、前記射出工程が１次射出工程と保圧工程とからなるものにおいて、前記１次射出工程の途上で型締め力の漸減を開始し、前記保圧工程の途上で型締め力を所定値に到達させて漸減を終了し、型締め力が前記所定値に達した後は、前記冷却工程の終了まで、型締め力を前記所定値のまま維持させるように制御する型締め力可変制御手段を設けたことを特徴とする。
さらに本発明は、前記型締め力可変制御手段として、型締め力の低減速度を可変制御するものを用いたことを特徴とする。

キャビティ内に射出充填された溶融樹脂による高い樹脂圧力（射出充填圧力）は、金型のパーティング面を開く方向に作用する。この作用を利用して、型締め力を射出充填圧力による金型型開き力より低く設定し、樹脂充填時にパーティング面が微小量開くようにして、その後再度高い型締め力で型締めを行う、いわゆる射出圧縮成形方法もよく知られているが、一般の通常の成形においては、樹脂充填時にパーティング面が微小量開くとバリが発生するため、型締め力を射出充填圧力による金型開き力より高くするのが、一般的である。このため、型締め力の設定は射出成形機の能力の最大の高い型締め力を設定するのが通常である。

このような成形においては、高い型締め力の付加状態では、この高い型締め力でダイプレートやテールストックやトグルリンク機構を構成する部材や金型が弾性変形する。中でも、トグルリンク機構を構成する部材と金型には高い圧縮力が作用し、特に、金型パーティング面に作用する圧縮力は、パーティング面を型締め方向に縮ますという圧縮弾性変形を生じる。

射出充填工程においては、溶融樹脂を高圧・高速で金型のキャビティに充填し、金型のキャビティの隅々まで溶融樹脂を行きわたらせるため、このキャビティ内の射出充填圧力は金型パーティング面が開く方向の力を発生させる。ただしこの場合、前記のように、型締め力が射出充填圧力による金型開き力より高く設定されているので、金型パーティング面が開くまでには至らない。この結果、移動側金型のパーティング面と固定側金型のパーティング面の圧縮力は減少することになり、金型キャビティから見ると圧縮変形が弾性回復するため、微量であるがキャビティ容量が増えることになる。充填完了後、キャビティ内樹脂が冷却するにつれて、成形品表皮（キャビティ面）が薄く固化する、いわゆるスキン層が形成されて行くが、この現象とともにキャビティ内樹脂圧力も減少していく。

通常の成形であれば、高い型締め力が保持された状態であるので、キャビティ内樹脂圧力の減少とともに金型パーティング面は高圧で圧縮され最初の圧縮変形状態に戻るが、このことは一般的には、転写性の向上に寄与する。

つまり、これらの金型と樹脂の挙動は、前記射出圧縮成形方法のように金型パーティング面が開くところまで行かないものの、ミクロ的にみれば類似するものである。

本発明は前記した通常成形の圧縮性の内容に着目したもので、溶融樹脂充填から冷却固化の過程で、型締め力を最初の型締め力から５０％〜２０％の型締め力まで減少させることにより、溶融樹脂の圧力低下による金型パーティング面の圧縮力増加がなくなり、溶融樹脂充填時の金型キャビティの状態に近い状態を保持することができる。このため、成形品に金型キャビティ面の極微細な凹凸が転写されないことを見出したものである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図５は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による射出成形機に係り、図１は、本実施形態の射出成形機の主として型開閉系の構成を簡略化して示す説明図である。

図１において、１は、図示せぬベース盤上に固設された固定ダイプレート、２は、固定ダイプレート１に搭載された固定側金型、３は、固定ダイプレート１と対向するように図示せぬベース盤上に配置され、成形運転状態では固定位置を保たれるテールストック、４は、成形運転状態ではその両端を固定ダイプレート１とテールストック３に固定された複数本のタイバー、５は、タイバー４に挿通されて固定ダイプレート１とテールストック３との間で前後進可能な可動ダイプレート、６は、可動ダイプレート５に搭載された可動側金型、７は、テールストック３に搭載された型開閉用サーボモータ、８は、その回転部をテールストック３に回転可能に保持されて、型開閉用サーボモータ７の回転を直線運動に変換するボールネジ機構、９は、テールストック３と可動ダイプレート５とを連結し、ボールネジ機構８の直動部によって伸張駆動または折り畳み駆動されることで、可動ダイプレート５を前進または後退させるトグルリンク機構、１０は、ボールネジ機構８の直動部が連結・固定されたトグルリンク機構８の力の入力端であるクロスヘッド、１１は、図示せぬスクリューを回転並びに前後進であるように収納した加熱シリンダ、１２は、加熱シリンダ１１の先端に取り付けられたノズル（射出ノズル）である。

図１に示す構成において、型閉じ・型締め工程時には、型開閉用サーボモータ７を所定方向に回転駆動して、ボールネジ機構８によりクロスヘッド１０を前進させてトグルリンク機構９を伸張駆動し、これにより、可動ダイプレート５を前進させて、可動側金型６を固定側金型２にタッチさせる。この金型タッチ後も、クロスヘッド１０を所定量だけ前進させてトグルリンク機構９を伸びきらせることで、タイバー４を弾性的に引き伸ばし、タイバー４の弾性復元力により、金型に所定の型締め力を付与する。また、型開き工程時には、型開閉用サーボモータ７を先とは逆方向に回転駆動して、ボールネジ機構８によりクロスヘッド１０を後退させてトグルリンク機構９を折り畳み駆動し、これにより、可動ダイプレート５を後退させる。

図２は、本実施形態の射出成形機における制御系の要部構成を示すブロック図である。図２において、２１は、射出成形機の各部に備えられたセンサからのセンサ情報や計時情報などを参照して射出成形機の各部の状態を監視して、射出成形機全体を統括制御する上位コントローラ、２２は、上位コントローラ２１からの指令に基づき、予め設定された運転条件にしたがって型開閉動作（型閉じ・型締め動作、型開き動作）を制御する型開閉制御部、２３は、型開閉制御部２２からの指令信号に基づき、型開閉用サーボモータ７からの信号（位置信号、トルク信号）を参照して型開閉用サーボモータ７を駆動制御するサーボドライバ、２４は、上位コントローラ２１からの指令に基づき、予め設定された運転条件にしたがって射出動作を制御する射出制御部、２５は、射出制御部２４からの指令信号に基づき、射出用サーボモータ２６からの信号（位置信号、トルク信号）を参照して射出用サーボモータ２６を駆動制御するサーボドライバ、２６は、サーボドライバ２５によって回転駆動されて、加熱シリンダ１１内の図示せぬスクリューの軸方向位置や前進速度やスクリューに与える圧力を制御する射出用サーボモータである。

また、型開閉制御部２２内において、２２ａは、射出工程の途上で型締め力を所定値まで低減させるように制御する動作モード（以下、射出中型締め力可変モードと記す）が選択されている場合には、オペレータによって予め設定された型締め力可変条件に基づき、サーボドライバ２３を介して型開閉用サーボモータ７を駆動制御して、射出工程の途上で型締め力を所定値まで低減させる制御を行う型締め力可変制御部である。

次に、本実施形態において、射出中型締め力可変モードが選択（設定）されている場合の動作の１例を、図３を用いて説明する。図３は、成形サイクル中の各工程とクロスヘッド位置と型締め力とキャビティ内樹脂圧力との関係を示す図で、図中で矢印で示す方向に各工程が進行する。

型閉じ・型締め工程は従来と同様に実行され、金型タッチ後、型締めが行われる。型締め完了の時点Ｔ１では、高い型締め力値Ｐ１が付与された状態となり、この型締め完了の時点Ｔ１から射出工程が開始されて、射出工程の途上までは、この高い型締め力値Ｐ１が付与された金型のキャビティ内に溶融樹脂が射出・充填される。そして、型締め完了の時点Ｔ１から起動されるタイマがカウントアップした時点Ｔ２となると、つまり、射出工程途上のあるタイミングに至ると、型締め力可変制御部２２ａは、予め設定されたクロスヘッド１０の後退位置Ｓ１まで（換言するなら、予め設定された型締め力値Ｐ２となるまで）、予め設定されたクロスヘッド１０の後退速度によって、クロスヘッド１０を漸次後退（微速後退）させるように、サーボドライバ２３を介して型開閉用サーボモータ７を駆動制御する。このクロスヘッド１０を漸次後退制御によって、型締め力は所定値Ｐ２まで、徐々に低下する。図３に示した本例では、射出工程は１次射出工程のみとなっていて保圧工程は実行されず、射出工程（１次射出工程）が完了して冷却工程に入っても、冷却工程の途上までクロスヘッド１０を漸次後退動作（すなわち、型締め力の漸次低減動作）が実行される。また、型締め力は、Ｐ１＝１００％からＰ２＝２５％まで落とされる。

上記のような射出中型締め力可変モードによる制御動作を実行することで、発明の効果で述べたような理由であると推測される金型と樹脂の挙動によって、キャビティ形成面に転写されては困る微小高さのピンなどの突起が設けられている金型を用いていても、金型内で冷却固化しつつある樹脂がキャビティ形成面の微小高さの突起に強く押し当てられことがなくなり、突起跡が目立たない成形製品を得ることができることが確認された。本実施例のこのような手法では、成形製品に「ヒケ」が生じることは否めないが、面精度を無視できる、外観重視の成形製品では何ら問題とはならない。

ここで、上述した図３に示した例では、射出工程を１次射出工程のみで構成しているが、射出工程を１次射出工程と保圧工程とによって構成した場合にも、本発明のクロスヘッド１０の漸次後退制御（型締め力の漸次低減制御）は、突起跡が目立たない成形製品を得ることに有効である。本実施形態において、射出中型締め力可変モードが選択（設定）されている場合の動作の他の１例を、図４を用いて説明する。図４は、成形サイクル中の各工程とクロスヘッド位置と型締め力とキャビティ内樹脂圧力との関係を示す図で、図中で矢印で示す方向に各工程が進行する。

図４に示す本例でも、型閉じ・型締め工程は従来と同様に実行され、金型タッチ後、型締めが行われる。型締め完了の時点Ｔ１では、高い型締め力値Ｐ１が付与された状態となり、この型締め完了の時点Ｔ１から射出工程（１次射出工程）が開始されて、射出工程（１次射出工程）の途上までは、この高い型締め力値Ｐ１が付与された金型のキャビティ内に溶融樹脂が射出・充填される。そして、型締め完了の時点Ｔ１から起動されるタイマがカウントアップした時点Ｔ２となると、つまり、１次射出工程途上のあるタイミングに至ると、型締め力可変制御部２２ａは、予め設定されたクロスヘッド１０の後退位置Ｓ１’まで（換言するなら、予め設定された型締め力値Ｐ２’となるまで）、予め設定されたクロスヘッド１０の後退速度によって、クロスヘッド１０を漸次後退（微速後退）させるように、サーボドライバ２３を介して型開閉用サーボモータ７を駆動制御する。このクロスヘッド１０を漸次後退制御によって、型締め力は所定値Ｐ２’まで、徐々に低下する。図４に示した本例では、型締め力漸減期間の終期から保圧工程に入り、保圧工程の途上で型締め力漸減期間は終了するようになっている。なお、図４に示した本例では、型締め力は、Ｐ１＝１００％からＰ２’＝５０％まで落とされる。

このような図４に示すような制御を行っても、キャビティ形成面に転写されては困る微小高さのピンなどの突起が設けられている金型を用いていても、突起跡が目立たない成形製品を得ることができることが確認された。

図５は、オペレータの適宜操作により射出成形機の表示部に呼び出される、射出中型締め力可変モードの設定用ウインド画像例を示している。図５において、５１は、射出中型締め力可変モードの運転制御を実行するか否かの選択欄、５２は、金型タッチ位置に相当するクロスヘッド１０の位置の表示欄、５３は、図３、図４中のクロスヘッド１０の後退位置Ｓ１、Ｓ１’の設定欄、５４は、図３、図４中のタイマ計測時間の設定欄、５５は、クロスヘッド１０の漸次後退速度の設定欄である。

なお、本発明による型締め力の漸次低減制御では、型締め完了時点の型締め力値Ｐ１を、Ｐ１×（５０％〜２０％）まで低減させるようにすると、キャビティ形成面に転写されては困る微小高さのピンなどの突起が設けられている金型を用いていても、突起跡が目立たない成形製品を得ることに有効である。なおまた、型締め力漸減期間では、型締め力の低減速度を一次関数的に低減させる以外にも、任意の低減速度カーブに沿って低減させることも可能である。

本発明の一実施形態に係る射出成形機における、主として型開閉系の構成を簡略化して示す説明図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における、制御系の要部構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における、成形サイクル中の各工程とクロスヘッド位置と型締め力との関係の１例を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における、成形サイクル中の各工程とクロスヘッド位置と型締め力との関係の他の１例を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における、射出中型締め力可変モードの設定用ウインド画像例を示す説明図である。

符号の説明

１固定ダイプレート
２固定側金型
３テールストック
４タイバー
５可動ダイプレート
６可動側金型
７型開閉用サーボモータ
８ボールネジ機構
９トグルリンク機構
１０クロスヘッド
１１加熱シリンダ
１２ノズル
２１上位コントローラ
２２型開閉制御部
２２ａ型締め力可変制御部
２３サーボドライバ
２４射出制御部
２５サーボドライバ
２６射出用サーボモータ

Claims

型閉じ・型締め工程と、型締め状態にある金型内に溶融樹脂を射出する射出工程と、冷却工程と、型開き工程をこの順に繰り返す射出成形機であって、前記射出工程が１次射出工程のみであるものにおいて、
前記１次射出工程の途上で型締め力の漸減を開始し、前記冷却工程の途上で型締め力を所定値に到達させて漸減を終了し、型締め力が前記所定値に達した後は、前記冷却工程の終了まで、型締め力を前記所定値のまま維持させるように制御する型締め力可変制御手段を設けたことを特徴とする射出成形機。
型閉じ・型締め工程と、型締め状態にある金型内に溶融樹脂を射出する射出工程と、冷却工程と、型開き工程をこの順に繰り返す射出成形機であって、前記射出工程が１次射出工程と保圧工程とからなるものにおいて、
前記１次射出工程の途上で型締め力の漸減を開始し、前記保圧工程の途上で型締め力を所定値に到達させて漸減を終了し、型締め力が前記所定値に達した後は、前記冷却工程の終了まで、型締め力を前記所定値のまま維持させるように制御する型締め力可変制御手段を設けたことを特徴とする射出成形機。
請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の射出成形機において、
前記型締め力可変制御手段として、型締め力の低減速度を可変制御するものを用いたことを特徴とする射出成形機。