JPWO2011161899A1 - 射出成形機の成形方法 - Google Patents

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Abstract

型締装置により所定の型締力で型締された固定型2cと可動型2mからなる金型2に対して、射出装置により所定の射出圧力で樹脂Rを射出充填して成形を行うに際し、型締装置として少なくとも金型2内の樹脂Rの固化に伴って樹脂Rの自然圧縮が可能となる型締装置Mcを使用し、予め、射出充填時に可動型2mと固定型2c間に所定の型隙間Lmが生じ、かつ良品成形可能な成形射出圧力Piと成形型締力Pcを求めて設定するとともに、生産時に、成形型締力Pcにより型締装置Mcを型締し、かつ成形射出圧力Piをリミット圧力Psとして設定し、射出装置Miを駆動して金型2に対する樹脂Rの射出充填を行った後、所定の冷却時間Tcの経過後に成形品Gの取出しを行う。

Description

本発明は、型締装置により型締された金型に対して射出装置から樹脂を射出充填して成形を行う射出成形機の成形方法に関する。
従来、射出圧縮成形法などの成形原理が基本的に異なる成形法を除く通常の射出成形方法では、金型に高圧の型締力を付加して型締を行うことがいわば常識的な成形法になっているが、一方において、二酸化炭素の排出削減や資源節約等の地球環境保護の観点から、射出成形機等の産業機械には、省エネルギ化が要請されている。
そこで、このような要請に応えるため、本出願人は、既に、特許文献1により、金型に対する圧力を必要な時に必要な量だけ付加することにより、二酸化炭素の排出削減や資源節約等の地球環境保護の観点からの省エネルギ化の要請に応え得るとともに、成形時における金型内のガス抜きを確実かつ安定に行い得る等の利点を有する射出成形方法を提案した。この射出成形方法は、型開閉装置に支持された固定型と可動型を有する金型に射出装置から溶融樹脂を射出充填して射出成形を行うに際し、予め、射出成形時に溶融樹脂が侵入しない固定型と可動型間の隙間(設定間隔)を設定し、成形時に、設定間隔に基づく隙間を空けた状態で金型を閉じ、この金型に射出装置から溶融樹脂を射出充填するとともに、少なくとも射出充填中は設定間隔が固定されるように可動型に対する位置制御を行うようにしたものである。
特開2007−118349号公報
しかし、上述した特許文献1の射出成形方法をはじめ、従来における射出成形機の成形方法は、次のような解決すべき課題が存在した。
第一に、基本的には、型締装置の型締条件を固定条件として設定し、これに基づいて、射出装置の射出条件を設定するため、射出条件を正確かつ的確に設定した場合であっても、金型に充填された樹脂は、金型や型締機構における温度変動等の影響を受けるとともに、最終的な成形品の品質及び均質性も影響を受ける。特に、温度や圧力等に敏感に影響を受けやすい特性を有する樹脂の場合には、この問題が大きくなり、高度の成形品質を確保する観点からは更なる改善の余地があった。
第二に、成形条件は、主に射出装置側で設定するため、射出速度,速度切換位置,速度圧力切換位置,射出圧力,保圧力等の正確性の要求される射出条件をはじめ、正確な計量が要求される計量値等の計量条件を含む各種成形条件を設定する必要がある。したがって、成形条件に対する設定作業が容易でないとともに、成形時における動作制御も煩雑化する。しかも、通常、射出速度に対する多段の制御や保圧に対する制御などの一連の制御が行われるため、成形サイクル時間が長くなる傾向があり、成形サイクル時間の短縮化、更には量産性を高めるには限界があった。
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の成形方法の提供を目的とするものである。
本発明に係る射出成形機Mの成形方法は、上述した課題を解決するため、型締装置により所定の型締力で型締された固定型2cと可動型2mからなる金型2に対して、射出装置により所定の射出圧力で樹脂Rを射出充填して成形を行うに際し、型締装置として少なくとも金型2内の樹脂Rの固化に伴って樹脂Rの圧縮(自然圧縮)が可能となる型締装置Mcを使用し、予め、射出充填時に可動型2mと固定型2c間に所定の隙間(以下、型隙間)Lmが生じ、かつ良品成形可能な射出圧力(以下、成形射出圧力)Piと型締力(以下、成形型締力)Pcを求めて設定するとともに、生産時に、成形型締力Pcにより型締装置Mcを型締し、かつ成形射出圧力Piをリミット圧力Psとして設定し、射出装置Miを駆動して金型2に対する樹脂Rの射出充填を行った後、所定の冷却時間Tcの経過後に成形品Gの取出しを行うようにしたことを特徴とする。
この場合、発明の好適な態様により、型締装置Mcとしては、型締シリンダ3の駆動ラム4により可動型2mを変位させる直圧方式の油圧式型締装置を使用できる。この際、成形型締力Pcには、型締シリンダ3に接続した油圧回路11における圧力センサ12により検出した油圧Poを用いることができるとともに、この成形型締力Pcは、油圧回路11における温度センサ13により検出した油温Toの大きさにより補正することができる。一方、型締装置Mcには、固定型2cを支持する固定盤81と圧受盤82間に架設したタイバー83…に可動型2mを支持する可動盤84をスライド自在に装填し、かつ圧受盤82と可動盤84間にトグルリンク機構85を配設するとともに、駆動機構部86によりトグルリンク機構85を駆動して可動型2mと固定型2cの型開閉を行うトグル方式の型締装置を使用し、非ロックアップ状態で型締を行うこともできる。なお、駆動機構部86は、トグルリンク機構85のクロスヘッドmhを進退移動させるボールねじ機構87と、このボールねじ機構87に回転を入力する駆動モータ88を備えて構成できる。
他方、成形射出圧力Piと成形型締力Pcは、可動型2mと固定型2c間の最大時における型隙間(以下、成形隙間)Lmpが、0.03〜0.30〔mm〕となるように設定することができる。また、成形射出圧力Piと成形型締力Pcは、冷却時間Tcの経過後における可動型2mと固定型2c間に、所定の残留隙間Lmrが生じるように設定することができるとともに、この残留隙間Lmrには、成形隙間Lmrよりも小さいことを条件とし、0.01〜0.10〔mm〕から選定することができる。さらに、成形射出圧力Piは、射出充填時に可動型2mと固定型2c間に型隙間Lmが生じ、かつ良品成形可能な最小値又はその近傍の値に設定することができる。一方、射出装置Miにおける射出速度Vdに対しては速度限界値VLを設定することができる。
このような手法による本発明に係る射出成形機Mの成形方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。
(1) 予め、射出充填時に可動型2mと固定型2c間に所定の型隙間Lmが生じ、かつ良品成形可能な成形射出圧力Piと成形型締力Pcを求めて設定するとともに、生産時に、成形型締力Pcにより型締装置Mcを型締し、かつ成形射出圧力Piをリミット圧力Psとして設定し、射出装置Miを駆動して金型2に対する樹脂Rの射出充填を行うようにしたため、金型2に充填された樹脂Rに対して、常に設定した成形射出圧力Piを付与できる。この結果、一定の成形型締力Pcと一定の成形射出圧力Piとの相対的な力関係により所定の型隙間Lmを生じさせることができるとともに、樹脂Rの射出充填が終了した後も成形型締力Pcによる自然圧縮を生じさせることができ、成形品Gの高度の品質及び均質性を確保できる。したがって、温度や圧力等に敏感に影響を受けやすい特性を有する低粘性の樹脂Rの成形に最適となる。
(2) 成形射出圧力Piと成形型締力Pcを設定すれば足りるため、相互に影響し合う、射出速度,速度切換位置,速度圧力切換位置,射出圧力,保圧力等の正確性の要求される射出条件をはじめ、正確な計量が要求される計量値等の計量条件を含む各種成形条件の設定は不要となる。したがって、成形条件のシンプル化及び設定容易化、更には品質管理の容易化を図ることができるとともに、生産時における動作制御も容易に行うことができる。しかも、射出速度に対する多段の制御や保圧に対する制御などの一連の制御が不要となるなど、成形サイクル時間の短縮を図れるとともに、量産性及び経済性を高めることができる。
(3) 好適な態様により、型締装置Mcとして、型締シリンダ3の駆動ラム4により可動型2mを変位させる直圧方式の油圧式型締装置を使用すれば、型締装置Mc自身の油圧挙動を直接利用して、金型2内の樹脂Rに対する自然圧縮を行わせることができるため、良好な自然圧縮を確実に実現できるとともに、制御の容易化にも寄与できる。
(4) 好適な態様により、成形型締力Pcに、型締シリンダ3に接続した油圧回路11における圧力センサ12により検出した油圧Poを用いれば、成形型締力Pcに係わる設定を容易に行うことができる。また、絶対値としての正確な成形型締力Pcの設定は不要となるため、より誤差要因の少ない高精度の動作制御を行うことができる。
(5) 好適な態様により、成形型締力Pcを、油圧回路11における温度センサ13により検出した油温Toの大きさにより補正するようにすれば、温度ドリフト等による油温Toの影響を排除できるため、成形型締力Pcを常に一定に維持することができる。したがって、動作制御の更なる高精度化及び安定化を図ることができ、成形品Gの高度の品質及び均質性に寄与できる。
(6) 好適な態様により、型締装置Mcとして、固定型2cを支持する固定盤81と圧受盤82間に架設したタイバー83…に可動型2mを支持する可動盤84をスライド自在に装填し、かつ圧受盤82と可動盤84間にトグルリンク機構85を配設するとともに、駆動機構部86によりトグルリンク機構85を駆動して可動型2mと固定型2cの型開閉を行うトグル方式の型締装置Mcを使用し、非ロックアップ状態で型締を行うようにすれば、本来の使用態様では自然圧縮を実現できないトグル方式の型締装置Mcであっても、非ロックアップ状態で型締を行うことにより自然圧縮を可能とし、本発明に係る成形方法を実現可能にするとともに、同成形方法に基づく前述した各種作用効果を享受できる。
(7) 好適な態様により、駆動機構部86を、トグルリンク機構85のクロスヘッドmhを進退移動させるボールねじ機構87と、このボールねじ機構87に回転を入力する駆動モータ88を備えて構成すれば、油圧式型締装置Mcのみならず、電動式型締装置Mcであっても本発明に係る成形方法を同様に実施できるため、汎用性及び発展性(応用性)を高めることができる。
(8) 好適な態様により、成形射出圧力Piと成形型締力Pcを、可動型2mと固定型2c間の最大時における成形隙間Lmpが、0.03〜0.30〔mm〕となるように設定すれば、不良成形品の排除と良好なガス抜きを確保する観点からの最適化を容易かつ確実に実現できる。
(9) 好適な態様により、成形射出圧力Piと成形型締力Pcを、冷却時間Tcの経過後における可動型2mと固定型2c間に、所定の残留隙間Lmrが生じるように設定すれば、金型2のキャビティ内の樹脂Rに対する自然圧縮を確実に行うことができる。
(10) 好適な態様により、残留隙間Lmrを、成形隙間Lmrよりも小さいことを条件とし、0.01〜0.10〔mm〕から選定すれば、成形品Gにおける高度の品質及び均質性を確保する観点からの最適化を容易かつ確実に実現できる。
(11) 好適な態様により、成形射出圧力Piを、射出充填時に可動型2mと固定型2c間に成形隙間Lmが生じ、かつ良品成形可能な最小値又はその近傍の値に設定すれば、これに伴って、成形型締力Pcも最小値又はその近傍の値に設定可能となるため、省エネルギ性を高める観点から最適なパフォーマンスを得ることができるとともに、機構部品等の保護及び長寿命化を図ることができる。
(12) 好適な態様により、射出装置Miにおける射出速度Vdに対して速度限界値VLを設定すれば、万が一、射出速度Vdが過度に速くなった場合であっても、金型2やスクリュ等に対する機械的な保護を図ることができる。
本発明の最良実施形態に係る成形方法の設定時の処理手順を説明するためのフローチャート、 同成形方法の生産時の処理手順を説明するためのフローチャート、 同成形方法の実施に用いる直圧方式の油圧式型締装置を備える射出成形機の構成図、 同射出成形機の要部における制御系のブロック系統図、 同成形方法の設定時の処理を説明するための型締力に対する成形品の良否結果を示すデータ表、 同成形方法の生産時における時間に対する射出圧力,射出速度及び型隙間の変化特性図、 同成形方法の金型の状態を示す模式図、 同成形方法により成形した成形品の状態説明図、 背景技術に係る成形方法により成形した成形品の状態説明図、 本発明の変更実施形態に係る成形方法に用いるトグル方式の型締装置を備える射出成形機の構成図、 同成形方法を用いた場合の時間に対する型隙間の変化特性図、
2:金型,2c:固定型,2m:可動型,3:型締シリンダ,4:駆動ラム,11:油圧回路,12:圧力センサ,13:温度センサ,81:固定盤,82:圧受盤,83…:タイバー,84:可動盤,85:トグルリンク機構,86:駆動機構部,87:ボールねじ機構,88:駆動モータ,M:射出成形機,Mc:型締装置,Mi:射出装置,R:樹脂,Lm:所定の隙間(型隙間),Lmp:最大時における型隙間(成形隙間),Lmr:残留隙間,Pi:成形射出圧力,Pc:成形型締力,Ps:リミット圧力,G:成形品,Vd:射出速度,VL:速度限界値,mh:クロスヘッド
次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る成形方法を実施できる射出成形機Mの構成について、図3及び図4を参照して説明する。
図3において、Mは射出成形機であり、射出装置Miと型締装置Mcを備える。射出装置Miは、前端に射出ノズル21nを、後部にホッパ21hをそれぞれ有する加熱筒21を備え、この加熱筒21の内部にはスクリュ22を挿入するとともに、加熱筒21の後端にはスクリュ駆動部23を配する。スクリュ駆動部23は、片ロッドタイプの射出ラム25を内蔵する射出シリンダ(油圧シリンダ)24を備え、射出ラム25の前方に突出するラムロッド25rは、スクリュ22の後端に結合する。また、射出ラム25の後端には、射出シリンダ24に取付けた計量モータ(オイルモータ)26のシャフトがスプライン結合する。27は、射出装置Miを進退移動させることにより金型2に対するノズルタッチ又はその解除を行う射出装置移動シリンダを示す。これにより、射出装置Miは、射出ノズル21nを金型2にノズルタッチし、金型2のキャビティ内に溶融(可塑化)した樹脂Rを射出充填することができる。
一方、型締装置Mcには、型締シリンダ(油圧シリンダ)3の駆動ラム4により可動型2mを変位させる直圧方式の油圧式型締装置を用いる。型締装置Mcに、このような油圧式型締装置を用いれば、射出充填時に射出圧力により可動型2mを変位させ、必要な型隙間Lm(Lmp,Lmr)を生じさせることができる。型締装置Mcは、位置が固定され、かつ離間して配した固定盤28と型締シリンダ3を有するとともに、固定盤28と型締シリンダ3間に架設した複数のタイバー29…にスライド自在に装填した可動盤30を有し、この可動盤30には型締シリンダ3の駆動ラム4から前方に突出したラムロッド4rの先端を固定する。また、固定盤28には固定型2cを取付けるとともに、可動盤30には可動型2mを取付ける。この固定型2cと可動型2mは金型2を構成する。これにより、型締シリンダ3は金型2に対する型開閉及び型締を行うことができる。なお、31は金型2を開いた際に、可動型2mに付着した成形品G(図7)の突き出しを行う突出しシリンダを示す。
他方、11は油圧回路であり、油圧駆動源となる可変吐出型油圧ポンプ36及びバルブ回路37を備える。油圧ポンプ36は、ポンプ部38とこのポンプ部38を回転駆動するサーボモータ39を備える。40はサーボモータ39の回転数を検出するロータリエンコーダを示す。また、ポンプ部38は、斜板型ピストンポンプにより構成するポンプ機体41を内蔵する。したがって、ポンプ部38は、斜板42を備え、斜板42の傾斜角(斜板角)を大きくすれば、ポンプ機体41におけるポンプピストンのストロークが大きくなり、吐出流量が増加するとともに、斜板角を小さくすれば、同ポンプピストンのストロークが小さくなり、吐出流量が減少する。よって、斜板角を所定の角度に設定することにより、吐出流量(最大容量)が所定の大きさに固定される固定吐出流量を設定できる。斜板42には、コントロールシリンダ43及び戻しスプリング44を付設するとともに、コントロールシリンダ43は、切換バルブ(電磁バルブ)45を介してポンプ部38(ポンプ機体41)の吐出口に接続する。これにより、コントロールシリンダ43を制御することにより斜板42の角度(斜板角)を変更することができる。
さらに、ポンプ部38の吸入口は、オイルタンク46に接続するとともに、ポンプ部38の吐出口は、バルブ回路37の一次側に接続し、さらに、バルブ回路37の二次側は、射出成形機Mにおける射出シリンダ24,計量モータ26,型締シリンダ3,突出しシリンダ31及び射出装置移動シリンダ27に接続する。したがって、バルブ回路37には、射出シリンダ24,計量モータ26,型締シリンダ3,突出しシリンダ31及び射出装置移動シリンダ27にそれぞれ接続する切換バルブ(電磁バルブ)を備えている。なお、各切換バルブは、それぞれ一又は二以上のバルブ部品をはじめ、必要な付属油圧部品等により構成され、少なくとも、射出シリンダ24,計量モータ26,型締シリンダ3,突出しシリンダ31及び射出装置移動シリンダ27に対する作動油の供給,停止,排出に係わる切換機能を有している。
これにより、サーボモータ39の回転数を可変制御すれば、可変吐出型油圧ポンプ36の吐出流量及び吐出圧力を可変でき、これに基づいて、上述した射出シリンダ24,計量モータ26,型締シリンダ3,突出しシリンダ31及び射出装置移動シリンダ27に対する駆動制御を行うことができるとともに、成形サイクルにおける各動作工程の制御を行うことができる。このように、斜板角の変更により固定吐出流量を設定可能な可変吐出型油圧ポンプ36を使用すれば、ポンプ容量を所定の大きさの固定吐出流量(最大容量)に設定できるとともに、固定吐出流量を基本として吐出流量及び吐出圧力を可変できるため、制御系による制御を容易かつ円滑に実施できる。
他方、51は成形機コントローラであり、ディスプレイ52が付属する。ディスプレイ52にはタッチパネルが付設され、このタッチパネルにより各種設定操作及び選択操作等を行うことができる。前述したサーボモータ39は、成形機コントローラ51に内蔵するサーボアンプ53(図4)に接続するとともに、バルブ回路37は成形機コントローラ51の制御信号出力ポートに接続する。また、ロータリエンコーダ40は成形機コントローラ51の入力ポートに接続する。さらに、油圧回路11におけるバルブ回路37の一次側には、油圧を検出する圧力センサ12を接続するとともに、油温を検出する温度センサ13を接続し、圧力センサ12及び温度センサ13は成形機コントローラ51の制御信号出力ポートに接続する。
成形機コントローラ51には、図4に示すように、要部として、コントローラ本体55と上述したサーボアンプ53が含まれる。コントローラ本体55は、CPU及び内部メモリ等のハードウェアを内蔵するコンピュータ機能を備えている。したがって、内部メモリには、各種演算処理及び各種制御処理(シーケンス制御)を実行するため制御プログラム(ソフトウェア)55pを格納するとともに、各種データ(データベース)類を記憶するデータメモリ55mが含まれる。制御プログラム55pには、本実施形態に係る成形方法の少なくとも一部を実現するための制御プログラムが含まれる。また、サーボアンプ53は、圧力補償部56、速度リミッタ57、回転速度補償部58、トルク補償部59、電流検出部60及び速度変換部61を備え、圧力補償部56にはコントローラ本体55から、成形射出圧力Pi(リミット圧力Ps)又は成形型締力Pcが付与されるとともに、速度リミッタ57には速度限界値VLが付与される。これにより、圧力補償部56からは圧力補償された速度指令値が出力し、速度リミッタ57に付与される。この速度指令値はリミット圧力Psにより制限されるとともに、速度リミッタ57から出力する速度指令値は、速度限界値VLにより制限される。さらに、速度リミッタ54から出力する速度指令値は、回転速度補償部58に付与されるとともに、この回転速度補償部58から出力するトルク指令値はトルク補償部59に付与される。そして、トルク補償部59から出力するモータ駆動電流がサーボモータ39に供給され、サーボモータ39が駆動される。なお、ロータリエンコーダ40から得るエンコーダパルスは、速度変換部61により速度検出値に変換され、回転速度補償部58に付与されることにより、回転速度に対するマイナループのフィードバック制御が行われる。
次に、本実施形態に係る成形方法について、図3〜図9を参照しつつ図1及び図2に示すフローチャートに従って説明する。
まず、本実施形態に係る成形方法の概要は、
(A) 予め、生産時に使用する成形型締力Pcと成形射出圧力Piを求めるとともに、成形条件として設定する。この際、
(x) 射出充填時に、固定型2cと可動型2m間に適切な型隙間(自然隙間)Lmが生じること、
(y) 成形品Gには、バリ,ヒケ及びソリ等の成形不良が発生しないこと、
を条件とする。
また、自然隙間Lmは、ガス抜き及び樹脂Rの圧縮(自然圧縮)を考慮して、最大時の型隙間となる成形隙間Lmpと、冷却時間Tcが経過した後の型隙間となる残留隙間)Lmrを考慮し、
(xa) 成形隙間Lmpは、0.03〜0.30〔mm〕、
(xb) 残留隙間Lmrは、0.01〜0.10〔mm〕、
の各許容範囲を満たすことを条件とする。
(B) 生産時には、設定した成形型締力Pcにより型締を行うこと、成形射出圧力Piをリミット圧力に設定すること、の成形条件により樹脂Rは単純に射出する。
したがって、このような成形方法によれば、射出充填時には、金型2において自然隙間Lm及び自然圧縮(Lm−Lr)が発生する。この結果、射出装置Miにより射出充填される樹脂Rの挙動が不安定であっても、型締装置Mcが不安定な樹脂Rの挙動に適応し、高度の品質及び均質性を有する成形品Gが得られる。
次に、具体的な処理手順について説明する。まず、予め、成形条件となる成形射出圧力Piと成形型締力Pcを求めるとともに、成形条件として設定する。図1に、成形射出圧力Piと成形型締力Pcを求めて設定する処理手順を説明するためのフローチャートを示す。
最初に、射出装置Mi側の射出条件となる射出圧力を初期設定する。このときの射出圧力は、射出装置Miの能力(駆動力)に基づく射出圧力を設定できる(ステップS1)。この場合、射出圧力は、射出シリンダ24に接続した油圧回路11における圧力センサ12により検出した油圧Poにより求めることができる。射出圧力は、絶対値として正確に求める必要がないため、検出した油圧Poの大きさを用いてもよいし、演算により射出圧力に変換して用いてもよい。また、型締装置Mc側の型締条件となる型締力を初期設定する。このときの型締力は、型締装置Mcの能力(駆動力)に基づく型締力を設定できる(ステップS2)。この場合、型締力は、型締シリンダ3に接続した油圧回路11における圧力センサ12により検出した油圧Poにより求めることができる。型締力は、絶対値として正確に求める必要がないため、検出した油圧Poの大きさを用いてもよいし、演算により型締力に変換して用いてもよい。なお、油圧回路11はバルブ回路37により切換えられ、型締時には型締装置Mc側の油圧回路として機能するとともに、射出時には射出装置Mi側の油圧回路として機能する。射出圧力及び型締力として、このような油圧Poを用いれば、成形型締力Pc及び成形射出圧力Piに係わる設定を容易に行うことができる。しかも、絶対値としての正確な成形型締力Pc及び成形射出圧力Piの設定は不要となるため、より誤差要因の少ない高精度の動作制御を行うことができる。
次いで、初期設定した型締力に対する最適化処理を行うことにより生産時に用いる成形型締力Pcを求めるとともに、初期設定した射出圧力に対する最適化処理を行うことにより生産時に用いる成形射出圧力Piを求める(ステップS3,S4)。型締力及び射出圧力を最適化する方法の一例について、図5を参照して説明する。例示の場合、初期設定した型締力は40〔kN〕である。初期設定した型締力及び射出圧力を用いて試し成形を行った結果は、図5に示すように、成形隙間Lmp及び残留隙間Lmrはいずれも0となる。即ち、型締力が大きいため、バリは発生しない(◎)とともに、ヒケ,ソリ,ガス抜きに関してはいずれも不良(▲ ▲▲)となる。
そこで、型締力の大きさ及び射出圧力の大きさを、図5に示すように、段階的に低下させ、それぞれの段階で試し成形を行うことにより、固定型2cと可動型2m間の型隙間Lm(Lmp,Lmr)を測定するとともに、成形品Gの良否状態を観察する(ステップS5,S6)。図5が、この結果を示している。
なお、図5に、射出圧力のデータがないが、射出圧力の最適化は、射出充填時に可動型2mと固定型2c間に成形隙間Lmが生じ、かつ良品成形可能となることを条件に、設定し得る最小値又はその近傍の値を成形射出圧力Piとすることができる。したがって、具体的には、図5に示すように、型締力を変更(低下)した際に、適宜、射出圧力も変更(低下)し、樹脂Rが金型2に対して正常に充填しなくなる手前の大きさを選択することができる。成形射出圧力Piとして、このような最小値又はその近傍の値を選択すれば、これに伴って、成形型締力Pcも最小値又はその近傍の値に設定可能となるため、省エネルギ性を高める観点から最適なパフォーマンスを得ることができるとともに、機構部品等の保護及び長寿命化を図ることができる。そして、求めた成形射出圧力Piは、生産時の射出圧力に対するリミッタ圧力Psとして設定する(ステップS7)。
他方、図5における各段階において、仮想線枠Zuで囲まれる14,15,16〔kN〕の型締力のとき、成形隙間Lmp及び残留隙間Lmrはいずれも許容範囲を満たしている。即ち、成形隙間Lmpは、0.03〜0.30〔mm〕の許容範囲、更には、0.03〜0.20〔mm〕の許容範囲をも満たしている。また、残留隙間Lmrは、0.01〜0.10〔mm〕の許容範囲、更には、0.01〜0.04〔mm〕の許容範囲をも満たしている。しかも、バリ,ヒケ及びソリのいずれも発生しない(◎)とともに、ガス抜きも良好(◎)に行われ、良品成形品を得るという条件を満たしている。したがって、成形型締力Pcは、三つの型締力14,15,16〔kN〕から選択して設定することができる。そして、選択した型締力は、生産時に型締を行う際の成形型締力Pcとして設定する(ステップS8)。
なお、図5の場合、成形隙間Lmpが、0.03〜0.20〔mm〕の許容範囲を満たすとともに、残留隙間Lmrが、0.01〜0.04〔mm〕の許容範囲を満たすことがバリの発生しない最良成形品を得ることができるが、バリは成形品取出後に除去できるとともに、少しのバリがあっても良品として使用できる場合もあるため、図5に(〇)や(△)で示す低度のバリ発生は即不良品となるわけではない。したがって、図5に示す結果を考慮すれば、成形品Gの種類等によっては、仮想線枠Zusで囲まれる型締力12,13〔kN〕の選択も可能である。即ち、成形隙間Lmpが、0.03〜0.30〔mm〕の許容範囲を満たすとともに、残留隙間Lmrが、0.01〜0.10〔mm〕の許容範囲を満たせば、良品成形品を得ることが可能となる。
図5は、本実施形態に係る成形方法における成形型締力Pcと成形射出圧力Piの設定手法を説明するための実験的なデータである。したがって、実際の設定に際しては、例えば、型締力を、40,30,20,10等のように、数回程度の変更実施により目的の成形型締力Pc及び成形射出圧力Piを求めることができる。また、型締力及び射出圧力の大きさは、オペレータが任意に設定してもよいし、射出成形機Mに備えるオートチューニング機能等を併用しつつ自動又は半自動により求めてもよい。オートチューニング機能を利用した場合には、バリが発生する直前の型締力を容易に求めることができる。
一方、射出装置Miの射出速度Vdに対する速度限界値VLを設定する(ステップS9)。この速度限界値VLは、必ずしも設定する必要はないが、設定することにより、万が一、射出速度Vdが過度に速くなった場合でも、金型2やスクリュ22等に対して機械的な保護を図ることができる。したがって、速度限界値VLには、金型2やスクリュ22等に対して機械的な保護を図ることができる大きさを設定する。
さらに、他の必要事項の設定を行う(ステップS10)。例示の射出成形機Mは、成形型締力Pcを、油圧回路11における温度センサ13により検出した油温Toの大きさにより補正する補正機能を備えている。この補正機能は、成形型締力Pcに対する温度ドリフト等による油温Toの影響を排除するための機能であり、成形型締力Pcを常に一定に維持できるため、動作制御の更なる高精度化及び安定化を図れるとともに、成形品Gの高度の品質及び均質性に寄与できる。したがって、他の必要事項の設定としては、補正機能により補正する際に使用する補正係数等を適用できる。
次に、生産時の具体的な処理手順について説明する。図2は、成形射出圧力Pi及び成形型締力Pcを用いた生産時の処理手順を説明するためのフローチャートを示す。
まず、バルブ回路37の切換及びサーボモータ39の制御により、射出装置Miの計量モータ26を駆動し、樹脂Rを可塑化して射出準備を行う(ステップS21)。本実施形態に係る成形方法では、一般的な成形法のように、樹脂Rを正確に計量する計量工程は不要である。即ち、一般的な計量工程における計量動作は行うが、正確な計量値を得るための計量制御は行わない。いわば樹脂Rが不足する前に樹脂Rを追加する動作となる。また、バルブ回路37の切換及びサーボモータ39の制御により、型締装置Mcの型締シリンダ3を駆動し、型締力が成形型締力Pcとなるように、金型2に対する型締を行う(ステップS22)。このときの金型2の状態を図7(a)に示す。
次いで、バルブ回路37の切換及びサーボモータ39の制御により、射出装置Miの射出シリンダ24を駆動し、図6に示す射出開始時点tsから樹脂Rの射出を行う(ステップS23)。この場合、スクリュ21は定格動作により前進させればよく、スクリュ21に対する速度制御及び圧力制御は不要である。これにより、加熱筒22内の可塑化溶融した樹脂Rは金型2のキャビティ内に充填される(ステップS24)。樹脂Rの充填に伴い、図6に示すように、射出圧力Pdが上昇する。そして、リミット圧力Psに近づき、リミット圧力Psに達すれば、リミット圧力Psに維持するための制御、即ち、オーバーシュートを防止する制御が行われ、射出圧力Pdはリミット圧力Ps(成形射出圧力Pi)に維持される(ステップS25,S26)。したがって、射出動作では実質的な一圧制御が行われる。なお、図6中、Vdは射出速度を示す。
また、金型2のキャビティ内に樹脂Rが満たされることにより、金型2は樹脂Rに加圧され、固定型2cと可動型2m間に型隙間Lmが生じるとともに、最大時には成形隙間Lmpが生じる(ステップS27)。この成形隙間Lmpは、予め設定した成形型締力Pc及び成形射出圧力Piにより、0.03〜0.30〔mm〕の許容範囲、望ましくは、0.03〜0.20〔mm〕の許容範囲となり、良好なガス抜きが行われるとともに、不良の排除された良品成形が行われる。このときの金型2の状態を図7(b)に示す。一方、時間の経過に伴って金型2のキャビティ内における樹脂Rの固化が進行するとともに、この固化に伴って樹脂Rの圧縮(自然圧縮)が行われる(ステップS28)。
そして、設定した冷却時間Tcが経過すれば、バルブ回路37の切換及びサーボモータ39の制御により、型締シリンダ3を駆動し、可動型2mを後退させることにより型開きを行うとともに、バルブ回路37の切換及びサーボモータ39の制御により、突出しシリンダ31を駆動し、可動型2mに付着した成形品Gの突き出しを行う(ステップS29,S30)。これにより、成形品Gが取り出され、一成形サイクルが終了する。なお、冷却時間Tcは、射出開始時点tsからの経過時間として予め設定することができる。また、図6に示すように、冷却時間Tcの経過した時点teでは、樹脂Rの自然圧縮により、固定型2cと可動型2m間の残留隙間Lmrは、予め設定した成形型締力Pc及び成形射出圧力Piにより、0.01〜0.10〔mm〕の許容範囲、望ましくは、0.01〜0.04〔mm〕の許容範囲となり、金型2のキャビティ内における樹脂Rに対する自然圧縮が確実に行われるとともに、成形品Gにおける高度の品質及び均質性が確保される。このときの金型2の状態を図7(c)に示す。
この後、次の成形が継続する場合には、同様に、樹脂Rを可塑化して射出準備を行うとともに、以降は、型締、射出、冷却等の処理を同様に行えばよい(ステップS31,S21,S22…)。
よって、このような本実施形態に係る射出成形機Mの成形方法によれば、予め、射出充填時に可動型2mと固定型2c間に所定の型隙間Lmが生じ、かつ良品成形可能な成形射出圧力Piと成形型締力Pcを求めて設定するとともに、生産時に、成形型締力Pcにより型締装置Mcを型締し、かつ成形射出圧力Piをリミット圧力Psとして設定し、射出装置Miを駆動して金型2に対する樹脂Rの射出充填を行うようにしたため、金型2に充填された樹脂Rに対して、常に設定した成形射出圧力Piを付与できる。この結果、一定の成形型締力Pcと一定の成形射出圧力Piとの相対的な力関係により所定の型隙間Lmを生じさせることができるとともに、樹脂Rの射出充填が終了した後も成形型締力Pcによる自然圧縮を生じさせることができ、成形品Gの高度の品質及び均質性を確保できる。したがって、温度や圧力等に敏感に影響を受けやすい特性を有する低粘性の樹脂Rの成形に最適となる。特に、型締装置Mcとして、型締シリンダ3の駆動ラム4により可動型2mを変位させる直圧方式の油圧式型締装置を使用したため、型締装置Mc自身の油圧挙動を直接利用して金型2内の樹脂Rに対する自然圧縮を行わせることができ、これにより、良好な自然圧縮を確実に実現できるとともに、制御の容易化にも寄与できる。
図8は、本実施形態に係る成形方法により成形した成形品Gの状態を示すとともに、図9(a),(b)は、比較例として、金型2に型隙間Lmを生じさせることなく成形を行う一般的な成形方法により成形した成形品Gの状態を示す。今、成形品Gの形状に、図8及び図9に示すような、厚さDwが2〔mm〕のプレート部Gw及びこのプレート部Gwに直角に設けた厚さDwrが2〔mm〕のリブ部Gwrを含む場合を想定する。この場合、一般的な成形方法では、図9(a)に示すように、プレート部Gwの上面Gwfにリブ部Gwrに沿った凹状のヒケGwfeが生じる。この理由は、リブ部Gwrの体積が比較的大きくなるため、金型2のキャビティ容積が一定に維持される場合には、キャビティ内に充填された樹脂Rが固化し、体積が減少した際に、その減少分が凹状のヒケGwfeとなって発生するためである。したがって、一般的な成形方法においては、ヒケGwfeの発生を回避するため、図9(b)に示すように、厚さDwrsが1〔mm〕程度の薄いリブ部Gwrsに設計せざるを得ず、プレート部Gwにとって十分な強度を確保できないなどの不具合を招く。
これに対して、本発明に係る成形方法を用いた場合には、図8に示すように、厚さDwが2〔mm〕のプレート部Gwに厚さDwrが2〔mm〕のリブ部Gwrを設けた場合であっても、生産時には、成形型締力Pcにより型締装置Mcを型締し、かつ成形射出圧力Piをリミット圧力Psとして設定し、射出装置Miを駆動して金型2に対する樹脂Rの射出充填を行うようにしたため、金型2に充填された樹脂Rに対して、常に設定した成形射出圧力Piを付与できるとともに、樹脂Rの射出充填が終了した後も成形型締力Pcによる自然圧縮を生じさせることができる。したがって、図8に示すように、プレート部Gwの上面GwfにヒケGwfeは全く発生せず、良好な平坦性(平面性)を確保できるとともに、成形品の高度の品質及び均質性を確保できる。
さらに、本発明に係る成形方法によれば、成形射出圧力Piと成形型締力Pcを設定すれば足りるため、相互に影響し合う、射出速度,速度切換位置,射出圧力,保圧力等の正確性の要求される射出条件をはじめ、正確な計量が要求される計量値等の計量条件を含む各種成形条件の設定は不要となる。したがって、成形条件のシンプル化及び設定容易化、更には品質管理の容易化を図ることができるとともに、生産時における動作制御も容易に行うことができる。しかも、射出速度に対する多段の制御や保圧に対する制御などの一連の制御が不要となるなど、成形サイクル時間の短縮を図れるとともに、量産性及び経済性を高めることができる。
次に、本発明の変更実施形態に係る成形方法について、図10及び図11を参照して説明する。
変更実施形態に係る成形方法は、射出成形機Mの型締装置Mcとして、固定型2cを支持する固定盤81と圧受盤82間に架設したタイバー83…に可動型2mを支持する可動盤84をスライド自在に装填し、かつ圧受盤82と可動盤84間にトグルリンク機構85を配設するとともに、駆動機構部86によりトグルリンク機構85を駆動して可動型2mと固定型2cの型開閉を行うトグル方式の型締装置Mcを使用し、さらに、非ロックアップ状態で型締を行うようにしたものである。
図10に、トグル方式の型締装置Mcを示す。この型締装置Mcは、離間して配した固定盤81と圧受盤82を備え、固定盤81は不図示の機台上に固定されるとともに、圧受盤82は当該機台上に進退移動可能に支持される。固定盤81と圧受盤82間には、四本のタイバー83…を架設し、各タイバー83…の前端は、固定盤81に固定するとともに、各タイバー83…の後端は、圧受盤82に対して挿通させる。一方、タイバー83…には、可動盤84をスライド自在に装填する。この可動盤84は可動型2mを支持するとともに、固定盤81は固定型2cを支持し、可動型2mと固定型2cは金型2を構成する。さらに、圧受盤82と可動盤84間にはトグルリンク機構85を配設する。トグルリンク機構85は、圧受盤82に軸支した一対の第一リンクma,maと、可動盤84に軸支した一対の出力リンクmc,mcと、第一リンクma,maと出力リンクmc,mcの支軸に結合した一対の第二リンクmb,mbを有し、この第二リンクmb,mbはクロスヘッドmhに軸支する。
また、圧受盤82とクロスヘッドmh間には駆動機構部86を配設する。駆動機構部86は、圧受盤82に回動自在に支持されたボールねじ部87sと、このボールねじ部87sに螺合し、かつクロスヘッドmhに一体に設けたボールナット部87nを有するボールねじ機構87を備えるとともに、ボールねじ部87sを回転駆動する回転駆動部89を備える。回転駆動部89は、サーボモータを用いた駆動モータ88と、この駆動モータ88に付設して当該駆動モータ88の回転数を検出するロータリエンコーダ88eと、駆動モータ88の回転シャフトの回転をボールねじ部87sに伝達するタイミングベルトを利用した回転伝達機構部90を備えている。これにより、駆動モータ88を作動させれば、ボールねじ部87sが回転することによりボールナット部87nが進退移動する。この結果、ボールナット部87nと一体のクロスヘッドmhが進退移動し、トグルリンク機構85が屈曲又は伸長し、可動盤84が型開方向(後退方向)又は型閉方向(前進方向)へ進退移動する。このように、駆動機構部86を、トグルリンク機構85のクロスヘッドmhを進退移動させるボールねじ機構87と、このボールねじ機構87に回転を入力する駆動モータ88を備えて構成すれば、油圧式型締装置Mcのみならず、電動式型締装置Mcであっても本発明に係る成形方法を同様に実施できるため、汎用性及び発展性(応用性)を高めることができる。
他方、圧受盤82には型厚調整装置91を付設する。型厚調整装置91は、四本のタイバー83…の後端側にねじ部92…を形成し、各ねじ部92…にそれぞれ調整ナット93…を螺合する。これにより、各調整ナット93…を回転させれば、ねじ部92…に対して相対変位するため、圧受盤82を進退移動させることができる。さらに、圧受盤82の側面には、圧受盤82を移動させる駆動源となるギアードモータを用いた型厚調整モータ94を取付ける。この型厚調整モータ94は、中間部に設けた誘導モータによるモータ部,前半部に設けることにより当該モータ部の回転が入力する減速ギア機構,及び後半部に設けることによりモータシャフトに対して位置をロックし又はロック解除するモータブレーキ部94bとを備えるとともに、型厚調整モータ94の後端にはモータシャフトの回転数を検出するロータリエンコーダ94eを付設する。この型厚調整モータ94に対しては、成形機コントローラ51によりオープンループ制御が行われる。したがって、目標位置に対する位置制御は、オープンループ制御となり、目標位置に到達したなら型厚調整モータ94を停止させる制御が行われる。一方、型厚調整モータ94の前端面から突出する回転出力シャフトの回転は、回転伝達機構部95を介して各調整ナット93…に伝達される。これにより、型厚調整モータ94を作動させれば、各調整ナット93…が回動し、かつタイバー83…のねじ部92…に沿って進退移動するため、圧受盤82も進退移動し、その前後方向位置が調整される。なお、51は、成形機コントローラであり、型締モータ88,ロータリエンコーダ88e,型厚調整モータ94,モータブレーキ部94b及びロータリエンコーダ94eを接続する。
このような構成を備えるトグル方式の型締装置Mcを使用した変更実施形態に係る成形方法を実施するには、非ロックアップ状態で型締を行うことにより実施可能となる。即ち、ロックアップ状態の場合、トグルリンク機構85は、図10に示すように、完全に延び切った状態になり、樹脂圧による金型2の開きは基本的にタイバー83…の伸びに依存する。したがって、このロックアップ状態における可動型2mの型位置Xを0〔mm〕とするとともに、駆動モータ88を駆動制御し、トグルリンク機構85を屈曲させることにより可動型2mの位置を型開方向へ僅かに後退させれば、非ロックアップ状態にすることができ、これにより、可動型2mに対する背圧(型締力)を駆動モータ88により制御することができる。図11に示す、Lmtaは可動型2mの位置Xを型開方向へ0.8〔mm〕後退させた場合、Lmtbは可動型2mの位置Xを型開方向へ0.5〔mm〕後退させた場合、Lmtuは可動型2mの位置Xを後退させることなく0〔mm〕とした場合、をそれぞれ示す。この場合、Lmta及びLmtbは非ロックアップ状態、Lmtuはロックアップ状態となる。なお、いずれの場合も樹脂Rを充填する前の型締力は30〔%〕に設定した。型締力の設定は、型厚調整装置91の型厚調整モータ9を駆動制御して圧受盤82を前方へ移動させ、型締力が30〔%〕に相当する締代分の位置で停止させればよい。
このようなトグル方式の型締装置Mcを使用し、図11に示すts時点から前述した図1及び図2に示した成形方法と同様の条件により樹脂Rの射出充填を開始した場合、図11に示すように、Lmtuでは、最大時の成形隙間Lmpが0.02〔mm〕程度となり、また、残留隙間Lmrは全く発生しないため、本発明に係る成形方法を行う際の条件を満たすことができない。これに対して、Lmta及びLmtbでは、最大時の成形隙間Lmpがいずれも0.03〔mm〕を越え、0.03〜0.30〔mm〕(望ましくは、0.03〜0.20〔mm〕)の許容範囲を満たすとともに、残留隙間Lmrも0.01〔mm〕を越え、0.01〜0.10〔mm〕(望ましくは、0.01〜0.04〔mm〕)の許容範囲を満たすことになり、本発明に係る成形方法の実現が可能になる。
このように、型締装置Mcとして、固定型2cを支持する固定盤81と圧受盤82間に架設したタイバー83…に可動型2mを支持する可動盤84をスライド自在に装填し、かつ圧受盤82と可動盤84間にトグルリンク機構85を配設するとともに、駆動機構部86によりトグルリンク機構85を駆動して可動型2mと固定型2cの型開閉を行うトグル方式の型締装置Mcを使用し、非ロックアップ状態で型締を行うようにすれば、本来の使用態様では自然圧縮を実現できないトグル方式の型締装置Mcであっても、非ロックアップ状態で型締を行うことにより自然圧縮を可能とし、本発明に係る成形方法を実現可能にするとともに、同成形方法に基づく前述した各種作用効果を享受できる。
以上、最良実施形態及び変更実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,数量,手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。例えば、冷却時間Tcの経過後における可動型2mと固定型2c間に所定の残留隙間Lmrを生じさせることが望ましいが、残留隙間Lmrを生じさせない場合を排除するものではない。また、成形隙間Lmpとして、0.03〜0.30〔mm〕の許容範囲を、残留隙間Lmrとして、0.01〜0.10〔mm〕の許容範囲をそれぞれ例示したが、これらの範囲に限定されるものではなく、新しい樹脂Rの種類等に応じて変更可能である。さらに、成形射出圧力Piは、良品成形可能な最小値又はその近傍の値に設定することが望ましいが、このような最小値又はその近傍の値以外となる場合を排除するものではない。一方、成形型締力Pcとして、型締シリンダ3に接続した油圧回路11における圧力センサ12により検出した油圧Poを用いる場合を示したが、型締シリンダ3内の油圧を用いてもよいし、可動盤(可動型)等の機構部分における圧力を用いてもよい。
本発明に係る成形方法は、型締装置Mcにより型締された金型2に対して射出装置Miから樹脂Rを射出充填して成形を行う各種の射出成形機に利用できる。

Claims (11)

  1. 型締装置により所定の型締力で型締された固定型と可動型からなる金型に対して、射出装置により所定の射出圧力で樹脂を射出充填して成形を行う射出成形機の成形方法において、前記型締装置として少なくとも前記金型内の樹脂の固化に伴って樹脂の圧縮(自然圧縮)が可能となる型締装置を使用し、予め、射出充填時に前記可動型と前記固定型間に所定の隙間(型隙間)が生じ、かつ良品成形可能な射出圧力(成形射出圧力)と型締力(成形型締力)を求めて設定するとともに、生産時に、前記成形型締力により前記型締装置を型締し、かつ前記成形射出圧力をリミット圧力として設定し、前記射出装置を駆動して前記金型に対する樹脂の射出充填を行った後、所定の冷却時間の経過後に成形品の取出しを行うことを特徴とする射出成形機の成形方法。
  2. 前記型締装置として、型締シリンダの駆動ラムにより前記可動型を変位させる直圧方式の油圧式型締装置を使用することを特徴とする請求項1記載の射出成形機の成形方法。
  3. 前記成形型締力は、前記型締シリンダに接続した油圧回路における圧力センサにより検出した油圧を用いることを特徴とする請求項2記載の射出成形機の成形方法。
  4. 前記成形型締力は、前記油圧回路における温度センサにより検出した油温の大きさにより補正することを特徴とする請求項3記載の射出成形機の成形方法。
  5. 前記型締装置として、前記固定型を支持する固定盤と圧受盤間に架設したタイバーに前記可動型を支持する可動盤をスライド自在に装填し、かつ前記圧受盤と前記可動盤間にトグルリンク機構を配設するとともに、駆動機構部により前記トグルリンク機構を駆動して前記可動型と前記固定型の型開閉を行うトグル方式の型締装置を使用し、非ロックアップ状態で型締を行うことを特徴とする請求項1記載の射出成形機の成形方法。
  6. 前記駆動機構部は、前記トグルリンク機構のクロスヘッドを進退移動させるボールねじ機構と、このボールねじ機構に回転を入力する駆動モータを備えることを特徴とする請求項5記載の射出成形機の成形方法。
  7. 前記成形射出圧力及び前記成形型締力は、前記可動型と前記固定型間の最大時における前記型隙間(成形隙間)が、0.03〜0.30〔mm〕となるように設定することを特徴とする請求項1記載の射出成形機の成形方法。
  8. 前記成形射出圧力は、射出充填時に前記可動型と前記固定型間に前記型隙間が生じ、かつ良品成形可能な最小値又はその近傍の値に設定することを特徴とする請求項7に記載の射出成形機の成形方法。
  9. 前記成形射出圧力及び前記成形型締力は、前記冷却時間の経過後における前記可動型と前記固定型間に、所定の残留隙間が生じるように設定することを特徴とする請求項1記載の射出成形機の成形方法。
  10. 前記残留隙間は、前記成形隙間よりも小さいことを条件とし、0.01〜0.10〔mm〕から選定することを特徴とする請求項9記載の射出成形機の成形方法。
  11. 前記射出装置における射出速度に対して速度限界値を設定することを特徴とする請求項1記載の射出成形機の成形方法。
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