JP3918386B2

JP3918386B2 - 射出成形機の型締力制御方法およびその装置

Info

Publication number: JP3918386B2
Application number: JP33759299A
Authority: JP
Inventors: 悦雄岡原
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2001150505A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機における型締力制御方法とその装置に関し、特に、薄い成形品を低圧で無理なく成形し、残留応力や変形の少ない良品質の成形品を効率的に生産することができる射出成形機の型締力制御方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の射出成形においては熟練したオペレータが成形品サイズや成形材料等の成形条件を考慮して経験的に型締力を予測し、試し打ちを行うことにより試行錯誤的に型締力を決定していた。このため、熟練度の高いオペレータは溶融樹脂の射出充填中にバリの発生しない範囲で金型が開き、キャビティ中および溶融樹脂から発生するガスを排出できる程度の低い型締力で成形を行っていた。特に、ＣＤディスクのような薄い製品を成形する場合にはできるだけ低圧で成形し、成形品に残留応力が残らないようにすることにより成形品の変形を防止するとともに成形品の複屈折等光学的品質の低下を防止していた。
【０００３】
しかしながら、溶融樹脂の射出充填が進むにつれて大きくなる型開力（金型を開こうとする力であり、以後は樹脂反力とも言う）に対応した必要最低限の型締力（後述する）を負荷することはできなかった。即ち、成形サイクルをスタートする前に設定した型締力を、成形サイクル中に時々刻々変化する樹脂反力に対応して型締力を変更していく制御方法は行われていなかった。従って、必要以上の型締力が負荷されており、ＣＤディスクのような薄い製品を光学的に満足できる品質レベルで得ることは困難であった。
【０００４】
一方、一般的なオペレータでは上記のような型締力の設定は期待できないので、必要以上の型締力が負荷されるため成形品の残留応力が大きくなって、成形品の変形や複屈折率が大きくなり良品を得るのは困難であった。また、過大な型締力が作用するので、金型の消耗も激しくメンテナンスにも余分な手間がかかっていた。
以上のような問題を解決した先行技術としては特開平８−２７６４７９号公報がある。
【０００５】
この先行技術においては、ディスク基板用金型の可動金型と固定金型を成形機の可動盤と固定盤にそれぞれ取付け、型閉動作により前記可動金型が固定金型に対して０〜０．５ｍｍの予め定められた距離まで移動した際に、射出装置のノズルから前記ディスク基板用金型のキャビティ内に溶融樹脂の射出を開始するとともに、前記可動金型が固定金型に当接したことを検出して、前記型締シリンダの型締側に供給する油圧を調整して型締力を定格型締力の略１０〜４０％に相当する予め定めた値に維持するようにし、射出工程終了後、前記型締シリンダの型締側に供給する油圧を昇圧して、１段または複数段の型締圧力制御を行い、定格の型締力で、キャビティ内の溶融樹脂の冷却工程を行う技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記先行技術においても、型締力の低圧化の程度は充分ではなく、必要最低限以上の型締圧力が負荷されている。また、定格型締力の略１０〜４０％に相当する型締力が負荷されるタイミングや型締力と樹脂反力との関係が明確ではなく、型締力が負荷された後に射出充填が完了することもある。この場合にはガス抜けが不充分になる恐れがある。また、射出工程終了前に樹脂反力が型締力より大きくなり、一度金型が閉じて定格の１０〜４０％の小さな型締力が負荷された後に金型が再度開いてバリが発生する恐れもある。
【０００７】
段落番号０００３で述べた必要最低限の型締力とは金型合せ面が開いてもバリが発生しない程度に固定金型と可動金型との間に僅かに隙間の開いた状態を射出工程中に常に維持するために必要な型締力であり、樹脂の充填挙動により変動するものである。即ち、射出充填の初期には金型キャビティ内の一部にしか樹脂が充填されていないので、充填された樹脂による金型を開かせる力は小さく、充填が進むにつれてこの樹脂反力は大きくなる。
【０００８】
また、金型キャビティ内には空気が存在しており、高速で溶融樹脂が充填される射出成形においては、この空気は金型外へ速やかに排出させる必要がある。この場合、固定金型と可動金型が大きな力で締め付けられていると空気の逃げ場がなくなり、金型内の空気は断熱圧縮されて高温になり成形品にガス焼けを発生させるとともに一部は溶融樹脂中に入りボイドという成形品欠陥の原因となる。また、ガス抜きを良くするために金型合せ面にガス抜き通路を設けると、この部分より溶融樹脂が漏れてバリが発生し成形不良となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような問題を解決し、オペレータの熟練度に左右されないで、必要最低限の型締力が自動的に負荷される射出成形機の型締力制御方法およびその装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明においては、第１の発明では、可動金型と固定金型の両金型を閉じて該両金型間に形成される金型キャビティ内へ溶融樹脂を射出充填して成形品を得るためにトグルを用いた射出成形機の型締力制御方法において、型締力保持期間中に該金型に付与された型締力を型締力検出手段により検出された検出値を演算して得られた実効型締力と、ドライサイクル状態下における該両金型の型合わせ状態時のクロスヘッド位置とその時得られた検出値を演算して得られた設定型締力との関係に基いて、前記実効型締力から前記設定型締力を差引いた型締力値が予め設定した許容値に入るようにクロスヘッド位置を制御することにより、型締期間中に該両金型間に必要最低限の型締力を付与することとした。
【００１１】
また、第２の発明では、第１の発明における溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填中および保圧期間も常に前記実効型締力が前記設定型締力よりも大きくなるようにクロスヘッド位置を制御することとした。
更に、第３の発明では、第１の発明における溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填した後の保圧期間中および冷却期間も常に前記実効型締力が前記設定型締力よりも大きくなるようにクロスヘッド位置を制御することとした。
【００１２】
次に、第４の発明では、可動金型と固定金型の両金型を閉じて該両金型間に形成される金型キャビティ内へ溶融樹脂を射出充填して成形品を得るためにトグルを用いた射出成形機の型締力制御装置において、型締力保持期間中に該金型に付与された型締力を型締力検出センサにより検出する型締力検出部と、ドライサイクル状態下で両金型の型合わせをした際のクロスヘッド位置とその時の型締力検出値に基いて演算される型締力の関係を記憶する記憶部と、実成形サイクル中に型締力検出部よりの検出値に基いて実効型締力を演算する演算部と、演算部で演算された実効型締力と入力されている初期型締力とを比較する比較制御部と、金型タッチ点よりのクロスヘッドの移動量を検出するクロスヘッド位置検出部と、比較制御部からの信号を受けて型締シリンダ制御部に型締力の指令値を発する型締制御部と、型締制御部で得られた情報に基づきクロスヘッドを前後動させる型締作動機構制御部と、少なくとも初期型締力と実効型締力より初期型締力又は設定型締力を差し引いた型締力値の許容値と型締力の上昇幅／下降幅とを設定する型締条件設定部とを有する構成とした。
【００１３】
また、第５の発明では、第４の発明におけるトグルを駆動する機構がサーボモータとボールネジ機構からなる構成とした。
【００１４】
【作用】
本発明によれば、型締期間中に金型に負荷されている実際の型締力（本発明では実効型締力と定義している）を型締装置の型締力伝達部材の応力を測定し演算することにより算出している。また、溶融樹脂を射出しない状態（ドライサイクルともいう）で金型の型合せを行い、この状態からクロスヘッドを前進させてクロスヘッド位置と前記実効型締力の関係を求めておく。
一方、実成形サイクルにおいては溶融樹脂の充填圧力により金型を開かせようとする力即ち、樹脂反力が発生する。この樹脂反力は射出充填が進むにつれて大きくなり、その後充填された樹脂の冷却の進行とともにこの樹脂反力は小さくなる。
【００１５】
以下図２に基づいて説明する。、ドライサイクル時の両金型が接触したいわゆるタッチ点Ａ（型締力が０である型合せした状態）からのクロスヘッド位置と型締力伝達部材の応力より求めた前記実効型締力との関係より、ある瞬間のクロスヘッド位置（点Ｂ）に相当するドライサイクル時の型締力（Ｆ１：線分ＣＢ）を求める。一方、このクロスヘッド位置での実成形サイクル中の型締力伝達部材の応力より求めた型締力、即ち実効型締力（Ｆ２：線分ＥＧ）は樹脂反力を受けるのでＦ１より大きくなっている。
Ｆ２＞Ｆ１（１式）
また、型締力伝達部材の応力より求めた実効型締力（Ｆ２）と樹脂反力（Ｆ３：線分ＥＦ）、固定金型と可動金型との間に作用している型圧力（Ｆ４：線分ＦＧ）との関係は下記の通りとなる。
Ｆ２-Ｆ３＝Ｆ４（２式）
このＦ４がマイナスとなった時には金型にスキマが空くことになる。このスキマが大きくなると溶融樹脂がキャビティ外に漏れ出してバリが発生することになる。一般的には、樹脂の種類や成形条件にもよるが、一般的には、このスキマが０〜０．２ｍｍの範囲にあればバリは発生しないと言われている。
【００１６】
本発明の技術思想の一つは、上記の型圧力（Ｆ４）をできるだけ小さくすることにより金型内のガス抜けを良くするとともに、キャビティ内の溶融樹脂にかかる型圧力を可能な限り小さくしてキャビティ内の溶融樹脂の流動を滑らかにすることにより成形品に残る残留応力を少なくし、成形品の変形を少なくするものである。
また、上記技術思想をプログラム制御により達成することにより、経験の少ないオペレータでも容易に、且つ、効率的に残留応力の少ない、光学的にも良品質の成形品を生産できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明について説明する。図１〜図４は本発明の実施例に係り、図１は本発明に係るトグル式射出成形機の型締力制御装置の構成図、図２は本発明に係るクロスヘッド位置と実効型締力、樹脂反力等の説明図、図３は実効型締力と設定型締力の制御状態の説明図、図４は型締力制御のフローチャート図である。
【００１８】
本発明に使用するトグル式射出成形機の構成および動作について図１に基づいて説明する。射出成形機の型締装置１は、タイバー２の前端部に固定盤３を、タイバの後端部にリンクハウジング４を取付け、このリンクハウジング４にトグル駆動用（型締用）サーボモータ８が固定されている。サーボモータ８とボールネジ機構１１によりクロスヘッド１２を駆動することにより、トグルリンクを介してタイバ２上を摺動する可動盤５を固定盤３に対して離間接近させるものであり、この可動盤５に可動金型７が取付けられ、固定盤３に固定金型６が取付けられている。
【００１９】
型締力検出センサ１３としてタイバ２上に歪ゲージを貼り、その検出信号を型締力検出部３０に送信している。
クロスヘッド１２の位置検出センサ１４としてはリニアセンサを使用し、その検出信号をクロスヘッド位置検出部３１に送信している。本実施例ではトグル駆動機構としてサーボモータとボールネジ機構を採用しているのでサーボモータの回転角度よりクロスヘッド位置を算出することもできる。
【００２０】
次に、型締力制御装置の構成と機能について説明する。
初期型締力や型締速度、実効型締力と設定型締力との許容差、型締力の上昇／下降幅等を型締条件設定部３３に入力する。これらの入力値は型締制御部３４に送信される。成形サイクルを開始する前に、樹脂を射出しない状態（ドライサイクル）で型合せ位置からのクロスヘッドの位置（距離）と型締力（Ｆ１＝Ｆ２）の関係データを採り、記憶部３５に記憶させる。
【００２１】
型締条件設定部３３に入力されている初期型締力（Ｆ０）に基づいて型締制御部３４を経由して型締作動機構制御部３６の指令に基づき型締動作が行なわれる。型締動作が完了すると射出制御部（図示せず）より溶融樹脂の射出指令が行われ、金型キャビティ内へ溶融樹脂が充填される。
溶融樹脂の充填が進むにつれて樹脂反力（Ｆ３）が発生し、金型を開こうとする力に抗してタイバの応力が大きくなる。このタイバの応力を型締力検出センサ１３経由して型締力検出部３０で検出し、演算部３７でタイバに負荷されている力（実効型締力（Ｆ２））を演算・算出する。この算出された実効型締力（Ｆ２）と入力されている初期型締力（Ｆ０）とを比較制御部３８で比較する。
【００２２】
実効型締力（Ｆ２）より初期型締力（Ｆ０）を差し引いた値が予め型締条件設定部３３に入力されている許容値より大きくなると、予め型締条件設定部３３に入力されている型締力の上昇幅だけ型締力が大きくなるようにクロスヘッド位置を前進させる。この型締力上昇値とクロスヘッド位置の移動量（設定Ｂ）との関係は図２に示すように、成形サイクル開始前に採取したドライサイクル時のデータ、即ち、型合せ位置からのクロスヘッドの位置（距離）と型締力の関係より演算部３７で演算・算出される。クロスヘッド移動後の位置における図２に基づいて算出された型締力が、このクロスヘッド位置における設定型締力（Ｆ１）となる。
溶融樹脂の充填が進むと樹脂反力は更に大きくなり、実効型締力より前記設定型締力（射出開始時の値は初期型締力であった）を差し引いた値が予め型締条件設定部３３に入力されている許容値より大きくなると、前述したように予め型締条件設定部３３に入力されている型締力の上昇幅だけ型締力が大きくなるようにクロスヘッド位置を前進させる。このようにして、型締力の制御が繰り返し行われる。
【００２３】
溶融樹脂の射出充填が完了すると保圧工程に入る。保圧工程中は樹脂反力の変動が少ないため、図３に示すように保圧終了時付近の如く圧力制御は殆ど行われていない。
そして、この保圧工程の末期から冷却工程期間中（保圧終了直前まで）においては樹脂反力は徐々に小さくなっていく。従って、クロスヘッド位置を前述の樹脂反力が増大する期間中の最終位置に固定していると、樹脂反力（Ｆ３）が小さくなった分だけ実効型締力（Ｆ２）が小さくなる。従って、（Ｆ２−Ｆ１）の値は小さくなり、最終的にはゼロとなる。この状態では、樹脂反力が増大している時の最大型締力が負荷されていることになる。
冷却期間中に大きな型締力を負荷したい場合はこの時点で型締力の制御を中止すれば良い。一方、樹脂の収縮・固化に応じて型締力を小さくしたい場合には（Ｆ２−Ｆ１）を予め設定された許容値になるようにクロスヘッドを後退させる制御を行う。以下に、この場合の制御方法について説明する。
【００２４】
保圧工程の末期から冷却工程期間中における型締力の制御方法について説明する。この期間中においても型締力制御の技術思想は射出充填工程や保圧期間中の樹脂反力が大きくなる場合と同じである。即ち、実効型締力（Ｆ２）と現在のクロスヘッド位置に相当するドライサイクル時の型締力、即ち設定型締力（Ｆ１）との差を比較する。キャビティ内の樹脂の固化が進み体積収縮が起こるので、樹脂反力（Ｆ３）は次第に小さくなっていく。この為、実効型締力Ｆ２は樹脂反力（Ｆ３）分だけ小さくなる。従って、現状のクロスヘッド位置における（Ｆ２−Ｆ１）の値は小さくなり、更に樹脂の固化・収縮が進むとゼロになる。
実効型締力（Ｆ２）と設定型締力（Ｆ１）が同じになるということは、樹脂のない状態、即ちドライサイクルの状態であり、キャビティ内の樹脂に対して何ら力を負荷していないことになる。この状態では金型に大きな力を作用させるだけであり、何の効果もない。従って、金型寿命の延命、省エネの目的から冷却期間中の型締力制御を行うことになる。
【００２５】
前述の通り、実効型締力（Ｆ２）が小さくなるため、設定型締力（Ｆ１）も同じだけ小さくする必要がある。この為、クロスヘッド位置を後退させることにより、、設定型締力（Ｆ１）を小さくすることができる。（Ｆ２−Ｆ１）の許容値やクロスヘッド位置の移動量については樹脂反力の上昇時と同じ考え方である。但し、設定型締力が０トン以下となるようなクロスヘッド位置にしてしまうと金型と成形品の間に隙間が出来てしまうため冷却速度が低下する。このため設定型締力が０トン以下となった時点で制御を中止してそのままのクロスヘッド位置を保持してタイムアウト信号により型開きする
【００２６】
溶融樹脂の充填後期において、金型キャビティへの充填が完了した後も射出動作が継続されていると、パック圧が発生する。このため設定型締力の上昇速度が追いつけずにバリが発生することがある。この不具合を解消するために射出後半においては速度制御から圧力制御への切換を早めに行いパック圧の発生を抑制することが望ましい。又、保圧設定も１秒程度低圧の保圧を行ったあと通常の保圧条件に移行することが望ましい。但し、このような配慮は特に流動性の高い樹脂に対してのみ行えば良い。
【００２７】
以下に、比較例と実施例について説明する。
【比較例１】
投影面積約８５０ｃｍ² 、厚み３ｍｍの略箱型形状の金型を使用し、成形材料としてポリカーボネイト樹脂を使用し成形した。射出成形機としては最大型締力が４５０トン、サーボモータ／ボールネジ機構のトグル駆動装置を搭載した横形射出成形機を使用した。成形条件として、金型温度８５℃、射出ユニットのバレル設定温度３００℃、型締力４００トン、射出時間８秒、保圧時間５秒、保圧圧力４００ｋｇｆ／ｃｍ² の設定で通常の成形を行った。この結果、成形品にはバリの発生はなかった。また、偏光板により残留応力を確認した結果、干渉縞の数は多数存在していた。
【００２８】
【実施例１】
比較例１と同じ金型、成形材料、金型温度、バレル設定温度で初期型締力を２００トンに設定し、実効型締力（Ｆ２）と設定型締力（Ｆ１）との差（Ｆ２−Ｆ１）が２０トンを超えると設定型締力が２０トンだけ大きくなるようなクロスヘッド位置にクロスヘッドを前進させる条件を設定した。射出時間、保圧時間、保圧圧力は比較例１と同じ条件で成形した。型締力の制御期間は射出と保圧初期とし、樹脂反力が減少する保圧後期および冷却期間中は型締力の制御は行わなかった。この結果、設定型締力の最終値は２８０トンとなった。この成形品はバリの発生もなく、また、偏光板により残留応力を確認した結果、干渉縞の数は比較例１の半分になっていた。
【００２９】
以上、本発明に従う構造とされたトグル式射出成形機の型締制御装置および型締制御方法の一実施例について詳述してきたが、これは文字通りの例示であって、本発明はかかる具体例に限定して解釈されるものではない。
例えば、トグル駆動機構として、サーボモータ／ボールネジ機構の代わりに油圧シリンダを採用することもできるし、型締力検出センサ取付位置として、タイバの代わりにトグルリンクを採用することも出来る。
その他、一々列挙はしないが、本発明は当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、またそのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、オペレータの熟練度に左右されないで必要最低限の型締力が自動的に負荷されるため、キャビティ内のガス抜けが良好であり、ＣＤ等薄物の成形であっても無理なく成形できる。従って、残留応力の少ない、変形のない成形品を効率的に得ることができる。特に、光学的な用途に使用される成形品には好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトグル式射出成形機の型締力制御装置の構成図である。
【図２】本発明に係るクロスヘッド位置と実効型締力、樹脂反力等の説明図である。
【図３】本発明に係る実効型締力と設定型締力の制御状態の説明図である。
【図４】本発明に係る型締力制御のフローチャート図である
【符号の説明】
１トグル式射出成形機の型締制御装置
２タイバ
３固定盤
４リンクハウジング
５可動盤
６固定金型
７可動金型
８サーボモータ
１０トグルリンク（トグル機構）
１１ボールネジ（ボールネジ機構）
１２クロスヘッド
１３型締力検出センサ
１４クロスヘッド位置検出センサ
３０型締力検出部
３１クロスヘッド位置検出部
３３型締条件設定部
３４型締制御部
３５記憶部
３６型締作動機構制御部
３７演算部
３８比較制御部
Ｆ０初期型締力
Ｆ１設定型締力
Ｆ２実効型締力
Ｆ３樹脂反力
Ｆ４型圧力
Ａ金型タッチ点

Claims

可動金型と固定金型の両金型を閉じて該両金型間に形成される金型キャビティ内へ溶融樹脂を射出充填して成形品を得るためにトグルを用いた射出成形機の型締力制御方法であって、型締力保持期間中に該金型に付与された型締力を型締力検出手段により検出された検出値を演算して得られた実効型締力と、ドライサイクル状態下における該両金型の型合わせ状態時のクロスヘッド位置とその時得られた検出値を演算して得られた設定型締力との関係に基いて、前記実効型締力から前記設定型締力を差引いた型締力値が予め設定した許容値に入るようにクロスヘッド位置を制御することにより、型締期間中に該両金型間に金型合わせ面が開いてもバリが発生しない程度の型締力を付与するように制御することを特徴とする射出成形機の型締力制御方法。
溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填中および保圧期間も常に前記実効型締力が前記設定型締力よりも大きくなるようにクロスヘッド位置を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の型締力制御方法。
溶融樹脂を金型キャビティ内に射出充填した後の保圧期間中および冷却期間も常に前記実効型締力が前記設定型締力よりも大きくなるようにクロスヘッド位置を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の型締力制御方法。
可動金型と固定金型の両金型を閉じて該両金型間に形成される金型キャビティ内へ溶融樹脂を射出充填して成形品を得るためにトグルを用いた射出成形機の型締力制御装置であって、型締力保持期間中に該金型に付与された型締力を型締力検出センサにより検出する型締力検出部と、ドライサイクル状態下で両金型の型合わせをした際のクロスヘッド位置とその時の型締力検出値に基いて演算される型締力の関係を記憶する記憶部と、実成形サイクル中に型締力検出部よりの検出値に基いて実効型締力を演算する演算部と、演算部で演算された実効型締力と入力されている初期型締力とを比較する比較制御部と、金型タッチ点よりのクロスヘッドの移動量を検出するクロスヘッド位置検出部と、比較制御部からの信号を受けて型締シリンダ制御部に型締力の指令値を発する型締制御部と、型締制御部で得られた情報に基づきクロスヘッドを前後動させる型締作動機構制御部と、少なくとも初期型締力と実効型締力より初期型締力又は設定型締力を差し引いた型締力値の許容値と型締力の上昇幅／下降幅とを設定する型締条件設定部とから構成される射出成形機の型締力制御装置。
トグルを駆動する機構がサーボモータとボールネジ機構からなることを特徴とする請求項４記載の射出成形機の型締力制御装置。