JPH06102352B2 - 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】この発明は、射出圧縮成形を行う
際の射出成形機の運転制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学部品の射出成形には、例えばレンズ
の成形では金型内での材料の収縮による引けやボイドを
防止しなければならないことはもちろん、残留応力によ
る歪が残らないようにしなければならず、また光ディス
クの成形ではサブミクロン単位の転写性が要求される。
このような高品質、高精度の製品が要求されるときに
は、射出圧縮成形すなわち金型のキャビティの容積を若
干大きくした状態で射出充填を行い、その後の保圧工程
で金型側から材料に圧縮力を作用させて材料の内部圧力
の均一化を図りつつキャビティの容積を正規の容積にす
るという方法で成形が行われる。このような射出圧縮成
形によれば、射出充填時に生じたキャビティ内の材料の
圧力勾配（通常ゲート側が高い）を均一化して残留応力
に起因する成形品の歪を防止することができ、かつキャ
ビティ内の製品の表面を積極的に圧縮することによって
転写性を高めることができる。

【０００３】従来行われている代表的な射出圧縮成形の
工程を具体的に述べると、まず比較的弱い型締力のもと
で金型を閉じ（予備型締）、金型のキャビティ内に材料
を射出充填する。このときキャビティに作用する内圧に
よって可動金型がわずかに後退し、キャビティの容積が
若干増加する。次いでその後の保圧工程中に金型内の溶
融材料の冷却に伴う収縮を補うべく可動金型を前進さ
せ、最終的にキャビティの容積が所定の製品容積となる
ようにする。

【０００４】射出圧縮成形を行うためには、射出充填時
に材料の収縮に見合う量だけキャビティの容積を増減で
きること、および圧縮工程時に型締力を増減できること
が必要である。前者を具体化する方法としては、上述の
ように射出充填圧によって可動金型を若干後退させる方
法の他、金型内に設けたエジェクタピンや油圧シリンダ
ラムを進退させて金型のパーティング面を当接させたま
まキャビティの容積を変化させる方法（例えば特公平１
−３４７７５号公報参照）や、進退可能な取付板を介し
て金型を取り付けて当該取付板をシリンダ等で進退させ
てキャビティの容積を変化させる方法などがある。

【０００５】そして従来の方法では、可動金型や油圧シ
リンダラムなどの後退量を機械的に規制して射出充填時
にその後退限まで後退させることにより、収縮に見合う
余分の材料が計量されるようになっていた。

【０００６】保圧中に型締力を増減させる構造として
は、直圧式または機械ロック直圧式のものであれば、型
締シリンダの油圧を比例電磁圧力制御弁などでタイマ計
時により制御するのが最も簡単である。

【０００７】なお、通常の射出圧縮成形は、シャットオ
フノズル等を用いて射出装置側への材料の逆流を防止し
た状態で型締圧の制御を行っているが、シャットオフノ
ズルを使わずに金型内の材料温度を検出しながら金型内
の材料の比容積を一定に保つように射出装置側から保圧
力を与えて、圧縮工程を行う方法も提唱されている（実
開平２−２７６６１５号公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】いずれにしても従来の
射出圧縮成形は、可動金型の後退量や金型に内蔵したラ
ムなどの後退量を機械的に規制することによって、射出
充填直後のキャビティの容積を材料の収縮量に見合った
容積となるようにしている。正確な成形を行うために
は、たとえば可動金型の位置制御で行うときには、１０
ミクロン単位程度の精度で充填完了時の金型の位置を規
制する必要があり、しかもその位置は製品の形状寸法や
材料の種類によって変化させる必要があるので、型締装
置が複雑になると共に高精度の調整作業が必要になると
いう問題があった。

【０００９】また射出充填時のキャビティの容積を機械
的に規制する方法では、成形中に材料温度等の成形条件
の変化が生じた場合には、成形品の収縮量が変化し、こ
れに対応させてキャビティの容積を変化させることが極
めて困難であるという問題がある。この成形条件の変化
に対応させるために射出側の保圧力制御によって圧縮工
程時の材料の補充量または逆流量を制御しようとする
と、ゲート部における材料の固化タイミングのバラツキ
による製品重量のバラツキや局部的な残留応力が発生し
てくるという問題が生ずる。

【００１０】この発明は、射出圧縮成形において、金型
ないし型締装置側でのキャビティ容積の設定を不要とす
るとともに、ニードルシャットオフノズル等を用いるこ
となく圧縮工程時のゲート部での材料の流動を防止し、
さらに成形条件の変化に追従してキャビティ内への材料
の初期充填量を補正させることも可能な成形方法を得る
ことを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の方法は、プリ
プラ式の射出装置あるいはスクリュー４０の先端に逆流
の生じないスクリューヘッド４１を設けたインラインス
クリュー式の射出装置を用い、そのプランジャ２６ない
しスクリューヘッド４１のストローク制御により、金型
４、５のキャビティ３５への材料の初期充填量を設定す
るとともに、圧縮工程時には型締シリンダ７の油圧力と
射出用油圧シリンダ２７の油圧力とを同じタイミングで
同じ割合で変化させることにより、ノズル２５を挟む射
出バレル２４内の材料圧と金型４、５内の材料圧とをバ
ランスさせる方法を採用している。

【００１２】金型４、５のキャビティ３５は、従来と同
様に、可動金型５やエジェクタピン５７などの後退によ
り、射出充填時のキャビティ容積を増大させる。このと
きのキャビティ３５の容積の増加量すなわち可動金型５
やエジェクタピン５７の後退量は、射出充填される材料
の量によって規定され、射出充填時に可動金型５やエジ
ェクタピンの後退量を機械的に規制する従来の方法とは
異なっている。すなわちこの発明の方法では、図１、３
に示すように、射出充填時に後退した可動金型５やエジ
ャクタピン５７と機械的にこれらの後退限を規制する部
材との間にδ₂ なる余裕寸法を残している。射出プラン
ジャ２６やスクリューヘッド４１のストロークは、リニ
アスケール２９等によってストロークを検出して、射出
用油圧シリンダ２７への油圧回路を開閉するという従来
公知の方法で行うことができる。

【００１３】さらに上記方法において、可動金型５の最
終型締位置を常に監視し、その位置が変動（バラツキ）
したときには、その変動をキャンセルするように射出プ
ランジャ２６またはスクリューヘッド４１のストローク
を制御することにより、成形条件が変動した場合にも、
最終の製品が常に一定の圧縮量となるようにキャビティ
内への初期充填量を変化させることができる。

【００１４】

【作用】上記発明方法では、逆流のない射出装置として
プランジャ式の射出装置、あるいは図示実施例に示すよ
うにスクリュー先端に逆流のないスクリューヘッド４１
を設けたインラインスクリュー式の射出装置を用いて、
そのストローク制御により、金型内での材料の収縮に見
合う余分な量の材料を初期充填するようにしているの
で、金型や型締装置側に機械的な規制装置を設けなくて
も、正確に初期充填量を制御できる。この場合、射出プ
ランジャ２６やスクリューヘッド４１の直径は、キャビ
ティ３５の投影面積に比べて通常小さいので、プランジ
ャ２６やスクリューヘッド４１の位置検出の精度は、金
型の移動量を検出する場合の精度より高く、従って充分
な精度での制御が可能である。

【００１５】そして圧縮工程時においては、金型４、５
内の材料圧力と射出バレル２４内の材料圧力とが平衡す
るように、金型４、５内の材料に圧縮力を作用させたと
きには同時にかつ同じ割合で射出装置側の保圧力を変化
させ、これによって圧縮工程時における金型４、５と射
出バレル２４との間での材料の移動を防止しているの
で、キャビティ３５に初期充填した量の材料が逆流によ
って増減することがなく、バラツキのない均一な成形品
を得ることができる。

【００１６】さらに圧縮ないし保圧工程完了時の可動金
型５やエジェクタピン５７の位置変化を検出して射出プ
ランジャ２６やスクリューヘッド４１のストロークをフ
ィードバック制御することにより、成形条件の変化に対
応して初期充填量を最適値に自動的に補正することがで
きる。

【００１７】

【実施例】図１はこの発明の第１実施例を示したもの
で、射出装置はスクリュープリプラ式の構造であり、可
動金型５を後退させてキャビティ３５の初期容積を増加
させる構造を採用している。図において１は固定盤、２
は可動盤、３は支持盤であり、固定盤１と支持盤３とは
図示しないタイバーで連結され、可動盤２はタイバーに
沿って移動自在である。４は固定盤１に装着された固定
金型、５は可動盤２に装着された可動金型である。６は
支持盤３に装着されて可動盤２の開閉を行う小径大スト
ロークの型開閉シリンダ、７は支持盤３に内蔵された大
径小ストロークの型締シリンダで、リング状のシリンダ
室８を有し、貫通孔９を設けたピストン１０が嵌装され
ている。

【００１８】可動盤２の背面には、貫通孔９を通過可能
な型締力伝達ロッド１３が設けられており、その先端に
設けた雄スプライン１４と型締ピストン１０の先端に設
けた雌スプライン１５との係脱によって、型締ピストン
１０と型締力伝達ロッド１３との係脱が行われる。すな
わち雌スプライン１５は図示しない駆動装置によって歯
の半ピッチ分回動可能であり、雄スプライン１４の歯と
雌スプライン１５の歯とを半ピッチずらした状態で雄ス
プライン１４が雌スプライン１５を通過可能となり型開
きが行われる。そして型開閉シリンダ６で可動盤２を前
進させた状態で、雌スプライン１５を回動させて雄スプ
ライン１４の歯との位相を一致させることにより、雄ス
プライン１４の歯と雌スプライン１５の歯とが係止され
て型締ピストン１０の型締力が可動盤２に伝達される。

【００１９】支持盤３を基準とする可動盤２のストロー
クは、支持盤側に軸支したピニオン１７とこれに噛合す
る可動盤２側のラック１８とにより計測されている。す
なわち可動盤２の移動によりピニオン１７が回転し、そ
の回転を図示しないロータリエンコーダによりカウント
して可動盤２の移動量を計測している。

【００２０】２０は可塑化バレル、２１は可塑化スクリ
ューであり、可塑化バレル２０は図示しないホッパや、
可塑化スクリュー２１を回転する回転駆動機構および可
塑化スクリュー２１を前進させてその先端で材料流路２
２を閉じるための油圧シリンダ等を備えている。

【００２１】２４は射出バレル、２５は射出バレルの先
端のノズル、２６は射出プランジャ、２７は射出用油圧
シリンダであり、射出用油圧シリンダのピストン２８が
射出プランジャ２６に直結されており、射出プランジャ
２６のストロークはリニアスケール２９によって測定さ
れている。

【００２２】可塑化スクリュー２１は、金型４、５内の
製品が冷却工程に入ったときに回転して溶融材料を射出
バレル２４に流入させ、射出プランジャ２６が所定の位
置まで後退したときに回転を停止して前進し、材料流路
２２を閉鎖して射出時における材料の逆流を防止する。
射出プランジャ２６の射出ストロークは、材料流路２２
が閉鎖された後の最終のプランジャ位置を基準にして測
定される。型締シリンダの型締側シリンダ室８および射
出油圧シリンダの射出側シリンダ室３０には、比例電磁
圧力制御弁３１および比例電磁圧力流量制御弁３２を介
して油圧力が供給されており、制御器から与えられる制
御信号ＰＡおよびＰＢに比例した圧力で型締ピストン１
０および射出ピストン２８を駆動する。なお本案による
ときは、初期充填量が射出プランジャ２６のストローク
により制御されるので、型締装置は一般的な直圧式型締
装置でもよい。

【００２３】上記構成の装置において、射出圧縮成形は
次のようにして行われる。まず型開閉シリンダ６により
可動盤２をその前進限まで進出させる。このとき可動金
型５と固定金型４のパーティング面は図２に示すように
当接する。この状態で、後退側に移動している型締ピス
トン１０の先端と型締力伝達ロッド１３の先端との間に
は、図２の上半に示すように、δ₁ の遊隙が存在してい
る。この状態で雌スプライン１５を回動して型締ピスト
ン１０を図２の下半に示すように前進させ、予備型締が
行われる。このときの型締圧は比較的低い値に設定され
る。この状態でリニアスケール２９の検出値を基準とす
る射出プランジャ２６のストローク制御により、金型内
での収縮を考慮した量の溶融材料が計測されて、金型の
キャビティ３５内に射出充填される。このときキャビテ
ィに流入した材料の圧力により、可動金型５がδ₃ だけ
後退する。このとき可動金型５と共に後退する型締ピス
トン１０の後退位置とその後退限との間には、δ₂ （図
１）なる余裕が残っており、可動金型５はその機械的に
規制される後退限にまで達していない。タイバーの伸び
を無視すれば、δ₂ とδ₃ の和はδ₁ に等しい。

【００２４】その後圧縮工程に入ると、タイマー計時に
より比例電磁圧力制御弁３１および比例電磁圧力流量制
御弁３２に同じタイミングで同じ割合での圧力変化が指
令され、射出プランジャ２６によって射出バレル２４内
の材料に与えられている保圧力と型締シリンダ７によっ
てキャビティ３５内の材料に与えられている圧縮圧力と
が平衡関係を保ちながら、圧縮圧力が段階的に変化させ
られ、可動金型５は最終的に図２の下半に示す圧縮工程
完了位置まで前進する。このときの前進端の位置は、ピ
ニオン１７に連結されたロータリエンコーダによって検
出される。

【００２５】以上の動作の手順は図８にフローチャート
で示されている。図８において、Ｖ−Ｐ切り換え位置
は、射出充填時に速度制御から圧力制御に切り換えられ
る位置を示し、射出完了後Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ にそれぞれ
時間設定されたタイマの時間経過毎に、射出側シリンダ
室３０の油圧力ＰＢがＰＢ₁ 、ＰＢ₂ 、ＰＢ₃ と切り換
えられ、同時に型締側シリンダ室８に与えられている油
圧力がＰＡ＝ＰＢ₁ ×α、ＰＢ₂ ×α、ＰＢ₃ ×αと切
り換えられることが示されている。ここでαはキャビテ
ィの投影面積×最大射出圧力を最大型締力で除した値で
あり、型締側の油圧力と射出側の油圧力がαなる比例関
係を保ったまま同時に変更させられ、これによって金型
のキャビティ３５内の材料の圧力が射出バレル２４内の
材料の圧力と平衡を保ったまま、圧縮されていくことと
なる。αは射出側の油圧力ＰＢと型締側の油圧力ＰＡと
が、樹脂材料により、またキャビティ、ゲート、ランナ
等の形状により伝達効率が異なることを考慮した値に補
正することもできる。

【００２６】図１に示したものは、プリプラ式の射出装
置を用いたものであるが、射出スクリュー４０の先端に
射出時の逆流を完全に防止することができるスクリュー
ヘッド４１を設けた場合には、インラインスクリュー式
のものでもこの発明の方法を採用することができる。図
４の実施例に示したスクリュー４０の先端のスクリュー
ヘッド４１は、図５および６に示すように、スクリュー
４０の先端外周に設けた縦溝４２ａ付きのスクリューヘ
ッド４１ａと、スクリュー４０の中心に挿通したロッド
４３によってスクリューヘッド４１ａに対して一定角度
だけ回動駆動される縦溝４２ｂ付きの回動スクリューヘ
ッド４１ｂとをその端面相互を密着させて設けたもの
で、回動スクリューヘッド４１ｂを回動させて固定ピス
トンの縦溝４２ａと回動スクリューヘッドの縦溝４２ｂ
とを一致させることにより、可塑化した材料をスクリュ
ー先端から射出室に送り出す一方、スクリュー４０が射
出動作に入るときには、回動スクリューヘッド４１ｂを
回転させて縦溝４２ａ、４２ｂ相互の位相をずらすこと
により、スクリューヘッド４１によって射出時にスクリ
ュー４０へと溶融材料が逆流するのを防止している。

【００２７】なお図４の４４は、スクリュー４０を回転
駆動するための可塑化モータで、回動スクリューヘッド
４１ｂをスクリュー４０に対して一定角度回転可能とす
る遊びをスクリュー４０の基端部に備えて、上記動作を
可能としている。

【００２８】以上の実施例は、可動金型５を後退させる
ことによって初期充填時における金型のキャビティ容積
を増加させるものであるが、図３に示すように、エジェ
クタシリンダ５０によって進退する圧縮板５１でキャビ
ティの容積を変化させることが可能である。図３に示す
実施例では、位置決めシリンダ５２でストッパ５３を進
出させた状態で、エジェクタプレート５４が該ストッパ
に当接するまで圧縮板５１を前進させてキャビティ３５
内の材料を圧縮し、金型を開いて製品を脱型するとき
は、位置決めシリンダ５２でストッパ５３を後退させ、
エジェクタプレート５０すなわち圧縮板５１をさらに前
進させて製品を排出する構造としている。図３の上半は
材料の初期充填時の圧縮板５１の位置を示したもので、
圧縮板５１は下半部の圧縮工程終了時の位置よりδ₃ だ
け後退している。このとき圧縮板５１とその後退端との
間には、δ₂ の遊隙が残っている。すなわち圧縮板５１
の機械的な後退限によってキャビティ３５の容積が決定
されるのではなく、初期充填時のキャビティ３５の容積
はあくまで射出プランジャ２６またはスクリューヘッド
４１のストロークによって規制されるのである。なお図
３の５５および５６は、圧縮板５１の進退位置を測定す
るためのラックピニオン装置であり、ピニオン１７と同
軸にロータリエンコーダが連結される構造である。

【００２９】図１、３、４に示すように、可動盤２の位
置や圧縮板５１の位置をロータリーエンコーダ等によっ
て検出することによって次のような制御が可能である。
すなわち図７に示すように、圧縮工程が完了したときの
可動盤２の位置から金型の開き量すなわち可動金型５と
固定金型４とのパーティング面相互の隙間が許容範囲内
にあるかどうかを検出し、もし許容範囲内であればその
まま冷却（同時に可塑化計量動作が行われる）型開きを
経て製品を突出する一つのサイクルが終了する。もし金
型の開き量が許容範囲を外れたときには、それが設定値
以上である場合には、初期充填量を減少させるように、
すなわち射出プランジャ２６やスクリューヘッド４１の
ストロークを減少させる方向に制御値を補正し、また金
型の開き量が設定値以下の場合には、初期充填量を増加
させる方向に制御値を変更して、あるサイクルにおける
金型停止位置の微少な変動を検出して次のサイクルにお
ける射出プランジャ２６やスクリューヘッド４１のスト
ロークを設定するという方法によって、初期充填量を自
動的に正確に設定させることができ、また材料温度等の
成形条件が変化したときにも、その変動に追従して初期
充填量の設定値を変化させるという制御が可能である。
なお上記金型開き量の検出は、圧縮完了前一定時におい
てもでき、このときは充填量がショートしたときでもそ
の検出ができる。このような制御を採用した場合にも、
成形動作中に初期充填量の変更を頻繁に行わねばならな
いような事態は生じ得ないので、設定する許容範囲を大
きくするとか、何回か連続して設定値を外れたときにの
み射出ストロークの補正をするとかの方法によってハン
チングが生じないようにすることができる。なお、充填
完了直後にあっては樹脂の流動性が低下していないの
で、プランジャ２６による充填量のストローク制御に変
動があった場合、射出側あるいは型締側の一方の圧力を
昇圧して、プランジャのストローク位置を検出しながら
補正することもできる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したこの発明の方法によれば、
射出側のストローク制御だけで金型内での材料の圧縮量
に相当する余分の材料を正確に計量して初期充填するこ
とができ、金型等の開き量を規制する必要がなくなり、
金型や型締装置の構造を簡単にでき、面倒な金型の開き
量の調整も必要としない。また圧縮工程時に型締力と射
出側の保圧圧力とを平衡を保ちながら制御するので、キ
ャビティのゲートシール部付近での材料の流動が防止で
き、圧縮工程時の材料の流動による製品のバラツキを防
止できる。また初期充填量の最適化を自動設定する方法
を採用することができ、これによって可動金型の最適な
充填完了点の位置を自動的に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す模式的な断面図

【図２】射出圧縮成形における型締装置の動作を図１と
ともに示す図

【図３】キャビティの容積を変化させる他の構造を示す
模式的な断面図

【図４】この発明の第２実施例を示す模式的な断面図

【図５】図４のスクリュー先端の側面図

【図６】図４のスクリュー先端の正面図

【図７】初期充填の自動設定を行わせるときの制御を示
すフローチャート

【図８】射出圧縮動作の一実施例を示すフローチャート

【符号の説明】

４ 固定金型 ５ 可動金型 ７ 型締シリンダ 26 射出プランジャ 27 射出用油圧シリンダ 35 キャビティ 40 射出スクリュー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出プランジャ(26)ないし射出スクリュ
   ー(40)のストローク制御により金型(4),(5) のキャビテ
   ィ(35)への材料の初期充填量を設定するとともに、圧縮
   工程においては型締シリンダ(7) の油圧力と射出用油圧
   シリンダ(27)の油圧力との同期制御により射出バレル(2
   4)内の材料圧と金型(4),(5) 内の材料圧とを平衡させて
   圧縮行程を行うことを特徴とする、射出圧縮成形方法。
2. 【請求項２】請求項１の方法において、可動金型(5) の
   最終型締位置を検出し、その検出値が設定値から変動し
   たときにその変動を補正するように以後のサイクルにお
   ける射出プランジャ(26)または射出スクリュー(40)のス
   トロークを制御することを特徴とする、請求項１記載の
   射出圧縮成形方法。