JP4292406B2 - 射出発泡成形方法及び射出発泡成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、金型内に樹脂を充填して発泡させる樹脂の射出発泡成形方法及び射出発泡成形装置に係り、特に表面が緻密で発泡倍率や気泡径にバラツキの少ない高品質な発泡成形品を得るための、射出発泡成形方法及び射出発泡成形装置に関する。

樹脂の内部に多数存在する気泡により軽量性、断熱性、吸音性、また、同一質量での剛性などの物性に優れた効果を示す発泡成形品は、古くから様々な分野で使用されている。 特に近年は、製品に対する樹脂の使用量を減らして軽量化するために樹脂を発泡させる手法が用いられ、軽量化はコスト低減につながることとあいまって発泡成形品の適用分野を更に広げている。発泡成形品の表面が緻密でスワルマークによる表面荒れの少ない樹脂の射出発泡成形方法として、ハイプレッシャ法が知られている。
ハイプレッシャ法は、発泡剤を含む溶融樹脂を金型キャビティにフルショットの状態で射出充填して表面層が固化しスキン層を形成した後、金型キャビティ容積を拡大することにより樹脂を発泡させる方法である。この成形方法において、金型キャビティ容積の拡大量は成形品の発泡倍率、気泡径及び成形品肉厚などに影響を与える重要な因子であり、高精度に再現性高く制御することが要求される。

従来のトグル式型締装置を用いた金型キャビティ容積の拡大の制御方法は、トグル機構の倍力特性を利用し、金型タッチ点にある型締装置の可動盤を反固定盤方向へ移動させた際に検出した可動盤の位置とクロスヘッドの位置の関係を位置データ（以降はクロスヘッドの位置データという）として記憶させ、該記憶したクロスヘッドの位置データに基づき可動盤の位置をクロスヘッドの位置で制御する。この方法によれば、例えばクロスヘッドの位置が１ｍｍ変動しても可動盤の位置変動は１／１０ｍｍ以下であり（実際のクロスヘッドの位置は１／１０ｍｍ以下の精度で容易に制御できる）、極めて高精度で、かつ、再現性の高い可動盤位置の位置制御が実現できる。（特許文献１参照）
特開平９−１９３２２１（頁５−６）

しかし、トグル機構の倍力特性を利用し、金型タッチ点にある可動盤を反固定盤方向へ移動させた際の前記クロスヘッドの位置データによって可動盤の位置を制御する従来の方法でハイプレッシャ法による射出発泡成形を行なうと、以下のような問題があった。

通常、トグル機構のヒンジ部であるリンク節は、リンクと該リンクに設けられたピン孔に微小隙間を有して遊挿されたトグルピンとによって構成されている。このように該リンク節が微小隙間を有することから、前記従来技術で金型キャビティ容積の拡大を行なうと、クロスヘッドが該リンク節の合計隙間に相当する寸法後退した後に可動盤が後退することとなる。樹脂が発泡しない一般的な射出成形方法では、前記可動盤を反固定盤方向に移動させた際のクロスヘッドの位置データによって可動盤の位置を制御して金型キャビティの容積を拡大しクロスヘッドを位置保持しても、射出充填後に可動盤には金型キャビティ内の樹脂圧力が作用しないことから、該リンク節の隙間は問題となることがない。
しかし、金型キャビティ内で樹脂が発泡する射出発泡成形方法においては、所望する金型キャビティの容積に拡大した可動盤の位置でクロスヘッドを停止させ位置保持しても、金型キャビティ内の樹脂発泡圧力が可動盤に作用して可動盤はクロスヘッドの停止位置までリンク節の合計隙間に相当する寸法押し戻される。その結果、金型キャビティ容積はリンク節の合計隙間に相当する寸法だけ余分に容積が拡大することとなり、所望する発泡倍率、気泡径や成形品肉厚が変化し、良好な射出発泡成形品が得られないといった問題を有していた。

また、金型キャビティ容積の拡大を零に設定して制御しても、クロスヘッドはリンク節の合計隙間に相当する寸法だけ後退して停止して位置保持し、可動盤は樹脂発泡圧力の作用によりリンク節の合計隙間に相当する寸法押し戻されることから、リンク節の合計隙間に相当する寸法より小さい範囲の金型キャビティ容積の拡大制御をおこなうことができなかった。

本発明の課題は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたもので、トグル機構を用いた金型キャビティの拡大制御においてリンク節の合計隙間による余分な容積拡大がなく、所望する発泡倍率、気泡径や成形品肉厚の射出発泡成形品を得る射出発泡成形方法及び射出発泡成形装置を提供することにある。

本発明による第１の発明においては、クロスヘッドの移動により可動盤と固定盤との間に配した金型を自在に開閉して型締するトグル式の型締装置を備えた射出発泡成形装置を用い、該可動盤と固定盤の間で型締した金型のキャビティに発泡剤を含む溶融樹脂を充填する射出充填工程と、該射出充填工程後に、該可動盤を反固定盤方向に移動させて該キャビティの容積を射出充填工程時より拡大し、該拡大しているキャビティの中で該溶融樹脂を発泡させる樹脂の発泡工程を備えた射出発泡成形方法において、予め可動盤を固定盤方向に移動させた際におけるクロスヘッドの位置と可動盤との位置の関係を位置関係データとして記憶しておき、該発泡工程の開始時にキャビティ容積が所望する容積となるよう可動盤の位置を移動させる際において、該移動後の可動盤位置に対応するクロスヘッド位置を該位置データより算出して、該算出したクロスヘッド位置にクロスヘッドを移動させるとともに、該発泡工程の完了時まで該移動後のクロスヘッド位置を保持することとした。

そして、第１の発明では、予め前記位置関係データを測定して記憶させるためのティーチング工程を備えて、該ティーチング工程が、金型を完全に開くティーチング型開限位置にある可動盤が固定盤方向に移動するようクロスヘッドを移動させた際に、可動盤が移動し始めるクロスヘッドの位置を前進動作基準点（Ｓｍｃ）として検出し記憶する工程と、該前進動作基準点（Ｓｍｃ）から可動盤が固定盤方向に移動するようクロスヘッドを移動させた際に、型締力が零から変化し始めるクロスヘッドの位置を金型タッチ点（Ｓｔｃ）として検出して記憶する工程と、を備えて該前進動作基準点（Ｓｍｃ）から金型タッチ点（Ｓｔｃ）までクロスヘッドを移動させた際におけるクロスヘッドの位置と可動盤の位置を計測して、クロスヘッドと可動盤との位置関係データとして記憶することとした。

更に、第１の発明では、ティーチング工程が、所定の型締力で金型を型締して型締力を検出する第１の工程と、型締状態からクロスヘッドを反固定盤方向に移動させた際に型締力が零となる該クロスヘッド位置を仮の金型分離点（Ｓｔｏ）として検出し記憶する第２の工程と、該仮の金型分離点（Ｓｔｏ）から金型を完全に開く所定位置まで該クロスヘッドを反固定盤方向に移動させて停止させたクロスヘッド位置を後退動作基準点（Ｓｍｏ）として検出し記憶する第３の工程と、該後退動作基準点（Ｓｍｏ）からクロスヘッドを固定盤方向に移動させた際に可動盤が移動し始める該クロスヘッドの位置を前進動作基準点（Ｓｍｃ）として検出し記憶する第４の工程と、該前進動作基準点（Ｓｍｃ）から可動盤が固定盤方向に移動するようにクロスヘッドを移動させた際に、型締力が零から変化し始めるクロスヘッドの位置を金型タッチ点（Ｓｔｃ）として検出し記憶する第５の工程を備えて、第１の工程から第５の工程まで順次おこないながら、クロスヘッドの位置と可動盤との位置の関係を位置関係データとして記憶することとした。

第２の発明では、トグル式型締機構、クロスヘッド、及びクロスヘッドを介して該トグル式型締機構を駆動するリンク駆動機構を有して、該トグル式型締機構の一端に取り付けた可動盤を固定盤方向に向けて進退させて、該可動盤と固定盤との間に配した金型を自在に開閉して型締する型締機構を備えるとともに、該可動盤の位置を検出する可動盤位置センサ、該クロスヘッドの位置を検出するための位置センサ、及び、該型締装置の型締力を検出するための型締力センサを有して、該クロスヘッドと該可動盤の位置を測定しながら、該金型を完全に開くティーチング型開限位置にある可動盤が固定盤方向に移動するようにクロスヘッドを移動させて、可動盤が移動し始めるクロスヘッドの位置を前進動作基準点（Ｓｍｃ）として検出するとともに、型締力が零から変化し始めるクロスヘッドの位置を金型タッチ点（Ｓｔｃ）として検出して、該前進動作基準点（Ｓｍｃ）から金型タッチ点（Ｓｔｃ）までクロスヘッドと可動盤との位置の関係を位置データとして記憶し、該記憶した位置データに基きクロスヘッドの位置を移動させて可動盤の位置を制御することのできる型締制御部を備え、樹脂の発泡工程の開始時にキャビティ容積が所望する容積となるよう可動盤の位置を移動させる際において、該移動後の可動盤位置に対応するクロスヘッド位置を該位置データより算出して、該算出したクロスヘッド位置にクロスヘッドを移動させるとともに、該発泡工程の完了時まで該移動後のクロスヘッド位置を保持する構成とした。

また、第２の発明では、予め位置関係データを測定して記憶させるための前記ティーチング工程を備え、ティーチング操作によって得られた金型タッチ点（Ｓｔｃ）と仮の金型分離点（Ｓｔｏ）の差異、並びに、後退動作基準点（Ｓｍｏ）と前進動作基準点（Ｓｍｃ）との差異をリンク節の合計隙間寸法としてクロスヘッドの移動距離として検出して記憶するとともに、該記憶したクロスヘッドの移動距離を比較することによってリンク節の合計隙間寸法の経年変化を検出する構成とした。

本発明の射出発泡成形方法によれば、スワルマークと呼ばれる成形品表面の荒れを防止して表面が緻密な高品質の発泡成形品を得ることが可能である。また、樹脂の発泡時に可動盤位置を高精度に再現性高く制御できることから、成形品の発泡倍率、気泡径や成形品肉厚が均一でバラツキの少ない射出発泡成形品を得ることができる。そして、従来技術では成形ができなかったリンク節の合計隙間に相当する寸法のキャビティ容積の拡大であっても制御ができ、発泡倍率が１．１以下の微小な発泡倍率の射出成形品の射出成形ができるようになった。

また、本発明の射出発泡成形装置によれば、可動盤を固定盤方向に移動させた際の可動盤位置に対応したクロスヘッドの位置データをティーチング操作によって予め制御装置に記憶させ、該記憶したデータに基づいて金型容積の拡大量をクロスヘッドの位置で制御することにより、従来技術の問題点であるリンク節の隙間によって発泡倍率、気泡径や成形品の肉厚が変化し良好な射出発泡成形品が得られないといった問題を防止し、ハイプレッシャ法による高品質な射出発泡成形品を得ることができる。
さらに、ティーチング操作によって得られた金型タッチ点（Ｓｔｃ）と仮の金型分離点（Ｓｔｏ）の差異、並びに、後退動作基準点（Ｓｍｏ）と前進動作基準点（Ｓｍｃ）との差異をリンク節の合計隙間寸法としてクロスヘッドの移動距離として検出して記憶するとともに、記憶した該クロスヘッドの移動距離を比較することによってリンク節の合計隙間寸法の経年変化を定量的に検出することができる。

以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１〜２は本発明を実施するための最良の形態に係り、図１は本実施形態による射出発泡成形装置の全体構成図であり、図２は可動盤位置に対応するクロスヘッドの位置データを記憶させるティーチング操作の手順を説明するフローチャートである。図３はトグル機構の可動盤位置とクロスヘッド位置の関係を模式的に示した図である。

図１に示すように、本発明の一実施例に使用される射出発泡成形装置１００は、金型１０、型締装置２０と射出装置３０及び型締装置２０と射出装置３０とを制御する制御装置６０とを備えている。金型１０は、図１に示すように固定型３と可動型４とを備えており、固定型３と可動型４とは半押込み構造であり嵌合部で嵌め合わされ、該嵌め合わされた状態で固定型３に形成されたキャビティ面と可動型４に形成されたキャビティ面とが組み合わされて、金型キャビティを形成する構造となっている。そして、該半押込み構造の嵌合部は金型キャビティ全周にわたって形成され、射出充填後に金型キャビティの容積を拡大しても金型キャビティに充填した樹脂が金型１０から漏れ出すことを防止している。

また、本実施形態においては、固定型３に対して型側面から金型キャビティ面に向かって温度センサ８０が挿入できる図示しない孔をあけ、金型キャビティ面近傍に温度センサ８０を設け、金型キャビティ近傍の金型温度を計測し、測定された金型キャビティ近傍の温度は制御装置６０に入力される構成となっている。なお、温度センサ８０を設ける目的は、充填された樹脂の表面温度を検出することである。本実施形態はスキン層の形成を判断する好ましい実施形態の一つとして、金型キャビティ近傍の金型温度が充填された樹脂の温度変化を反映して変化することに着目し、金型キャビティ近傍の金型温度を測定することによって、充填された樹脂の表面温度の変化を予測し、表面層が固化温度となった際において、スキン層が形成されたとして金型を開くように制御を行なうものである。

従って、本実施形態においては上記のような構成で金型キャビティ近傍の温度を測定できる温度センサ８０を設けたが、温度センサ８０の種類や取り付け方法はこれに限らず、上記の目的を逸脱しない範囲において、センサの種類や取り付け位置を変更して良く、また、成形品の表面温度を直接測定しても良い。さらに言えば、実成形のトライアンドエラーによって、金型に樹脂を充填した後必要な厚みのスキン層が形成するまでの時間を求めて、該時間の経過によってスキン層が形成されたと判断して金型キャビティ容積を拡大するよう制御を行なっても良い。
なお、本発明の実施の形態においては、金型１０を所定のストローク開いても金型キャビティ内に充填した樹脂が漏れ出すことのない半押込み構造の金型を用いたが、これに限るものでなく、発泡成形に適用可能であればそれ以外の平押し構造などの金型を使用しても良い。

図１に示す型締装置２０は、可動盤２と固定盤１と電動サーボモータ２５を駆動源とするリンク駆動機構２６と、リンク駆動機構２６に駆動されるトグル式型締機構８と、電動サーボモータ２５を駆動する制御用ドライバとを備え、可動盤２は固定盤１とエンドプレート５との間に架設されたタイバー７により案内されて、トグル式型締機構８により可動型４と共に前後進できるように構成となっている。また、型締装置２０に備えたリンク駆動機構２６のクロスヘッド駆動軸２７には、クロスヘッド２８の位置を検出するための位置センサとしてストロークセンサ７４が取り付けられており、ストロークセンサ７４によってクロスヘッド２８の位置を正確に検出することができる。

なお、本実施の形態においては、クロスヘッド２８の位置を検出するための位置センサとしてストロークセンサ７４を配する構成としたが、クロスヘッド２８の位置を検出するための位置センサの形態がこれに限らない事は勿論であり、電動サーボモータ２５に内蔵されたセンサで検出する方式であっても良い。

また、射出発泡成形装置１００は、型締力を検出するセンサとして、タイバー７の固定盤側の一端に型締力検出センサ７５を備えており、型締力検出センサ７５はタイバー７の伸び量を検出することによって、型締力を検出する構成となっている。さらに、射出発泡成形装置１００は、型開閉ストロークを検出する型開閉ストロークセンサとして、可動盤位置センサ７１が可動盤２の位置を検出するようにして配されており、可動盤位置センサ７１の計測値から金型１０の型開閉ストロークを検出する。

なお、本実施の形態においては、型開閉ストロークを検出する型開閉ストロークセンサとして、可動盤位置センサ７１を配する構成としたが、型開閉ストロークセンサの形態がこれに限らないことは勿論であり、金型１０に直接型開閉ストロークセンサを取り付ける方式であっても良い。

射出発泡成形装置１００の動作を制御する制御装置６０は、金型１０の開閉ストロークを検出する可動盤位置センサ７１、型締装置２０の型締力を検出する型締力検出センサ７５、及びクロスヘッド２８の位置を検出するストロークセンサ７４の検出値が入力されて、金型１０の型閉動作により型締力が上昇開始する際のクロスヘッド２８の位置を型締力検出センサ７５により金型タッチ点（Ｓｔｃ）として検出すると共に、該金型タッチ点（Ｓｔｃ）にあるクロスヘッド２８を金型が完全に開くティーチング型開限位置へ移動させた後、再び金型タッチ点（Ｓｔｃ）まで移動させた際の可動盤位置に対応したクロスヘッド２８の位置を位置関係データとして記憶する。

本実施形態におけるトグル式型締機構８は、５つのリンク節６ａ〜６ｅを有する５節ダブルトグル式でクロスヘッド２８を型開閉方向に動作させることによって可動盤２の移動と型締力を制御する方式としたが、リンク節が４つである４節ダブルトグル式の型締機構であっても良い。また、本実施形態においては、図１に示すような電動サーボモータ２５をクロスヘッド２８の移動手段としたが、本発明に適応できる本実施形態に限らず、クロスヘッド２８の移動手段として油圧シリンダなどを本発明に用いても良い。

次に、本実施形態に用いた射出装置３０の構成について説明する。
図１に示す射出装置３０は、バレル３２と、バレル３２に内装されフライトを有するスクリュ３４と、バレル３２内に成形樹脂材料を供給するホッパ３８とを備え、該スクリュ３４を前後進させるスクリュ移動手段４０と、該スクリュ３４を回転駆動するスクリュ回転手段４２が設けられている。そして、前記バレル３２の外周面には、図示しないヒータが取り付けられている。

前記射出装置３０は、スクリュ回転手段４２によってスクリュ３４が回転することにより、ホッパ３８からペレット状の成形樹脂材料がバレル３２内に供給される構成となっており、該供給されたペレット状の成形樹脂材料は、バレル３２に取り付けられたヒータによって加熱され、また、スクリュ３４の回転によって混練圧縮作用を受けることによって溶融しスクリュ３４前方へ送られる。スクリュ３４の前方へ送られた溶融樹脂は、スクリュ移動手段４０により前進するスクリュ３４によって、バレル３２の先端に取り付けられたノズル３９から金型内へ射出充填することができる。

図１に示すように、本実施形態における射出装置３０のスクリュ移動手段４０は油圧シリンダとし、スクリュ回転手段４２は油圧モータとしたが、本発明に適応できる実施形態は本実施例に限らず、電動サーボモータを用いたスクリュ移動手段４０及びスクリュ回転手段４２としても良い。そして、本実施形態に用いた制御装置６０は、型締装置２０を制御する型締制御部６１と型締条件を設定する型締条件設定器、及び射出装置３０を制御する射出制御部６３と射出条件を設定する射出条件設定器とを備えている。

以下、本発明の特徴の一つであるティーチング操作について説明する。
成形前の準備工程として、可動盤２の位置に対応するクロスヘッド２８の位置を位置関係データとして記憶させるティーチング操作を行なう。ティーチング操作は、金型１０を交換した際に実施されるものであり、金型１０の厚みや設定型締力によって変化する可動盤２の位置に対応するクロスヘッド２８の位置データを制御装置６０に記憶させる工程である。

図２に可動盤位置に対応するクロスヘッド２８の位置データを記憶させるためのティーチング操作の手順を示し、図３は、トグル機構の可動盤位置とクロスヘッド位置との関係を模式的に示したものである。

金型１０を交換した後、金型１０を所定の型締力で型締した状態から、クロスヘッド２８を反固定盤方向へ徐々に移動させることで型締力を減じて行き、型締力センサ７５の検出信号が零となったクロスヘッド位置を仮の金型分離点（Ｓｔｏ）として検出し、制御装置６０に備えた型締制御部６１に内蔵したメモリに記憶する。そして、引き続きクロスヘッド２８を反固定盤方向へ移動させることで可動盤２を移動させ所定の量（例えば、５０ｍｍ）型開することによって金型を完全に型開した（ティーチング型開限位置）状態として、この状態でのクロスヘッド位置を後退動作基準点（Ｓｍｏ）として検出し、制御装置６０に備えた型締制御部６１に内蔵したメモリに記憶する。

次に、クロスヘッドによりティーチング型開限位置にある可動盤２を後退動作基準点（Ｓｍｏ）から固定盤方向へ前進移動させる。このときに可動盤位置センサ７１の出力信号が零から変化し始めたクロスヘッド位置を前進動作基準点（Ｓｍｃ）として検出し、制御装置６０に備えた型締制御部６１に内蔵したメモリに記憶すると共に、可動盤位置に対応するクロスヘッド位置を順次制御装置６０に備えた型締制御部６１に内蔵したメモリに記憶する。そして、型締力検出センサ７５の検出信号が零から上昇開始する際のクロスヘッド位置を金型タッチ点（Ｓｔｃ）として検出し、制御装置６０に備えた型締制御部６１に内蔵したメモリに記憶する。このようにして記憶したクロスヘッド２８の前進動作基準点（Ｓｍｃ）から金型タッチ点（Ｓｔｃ）までの固定盤方向のクロスヘッド位置関係データに基づき、発泡工程の開始時にキャビティ容積が所望する容積となるよう可動盤２の位置を移動させる際において、該移動後の可動盤位置に対応するクロスヘッド２８を該位置データより算出して、該算出したクロスヘッド位置にクロスヘッド２８を移動させるとともに、該発泡工程の完了時まで該移動後のクロスヘッド位置を保持する。

図４に、クロスヘッド２８を反固定盤方向へ移動して、停止させ金型キャビティの容積を拡大したときの可動盤２のリンク節６ｃを示す。この状態で、前述どおり可動盤２に負荷である金型キャビティ内の樹脂発泡圧力が作用すると、可動盤２はトグルピンとリンクが当接して隙間がなくなるまで反固定盤方向へ移動するので金型キャビティ容積が所定寸法より拡大され、発泡倍率、気泡径や成形品肉厚が変化するのである。
本発明においては、金型キャビティの容積拡大後の可動盤２に作用する樹脂発泡圧力によって可動盤２が後退し停止する位置にクロスヘッド２８が停止する制御とした。即ち、発泡工程の開始時にキャビティ容積が所望する容積となるよう可動盤の位置を移動させる際において、該移動後の可動盤位置に対応するクロスヘッド位置を可動盤の固定盤方向に対応するクロスヘッド位置データより算出して、該算出したクロスヘッド位置にクロスヘッドを移動させるとともに、該発泡工程の完了時まで該移動後のクロスヘッド位置を保持するのである。その結果、所望する金型キャビティ容積の拡大寸法が得られることから、発泡倍率、気泡径や成形品肉厚が変化することがない。

図３に、以上説明した可動盤位置とクロスヘッド位置の関係を模式的に示す。図３においてＸ軸（水平方向）はクロスヘッド位置を表し、左端がトグルの伸びきった前進限位置を示す。Ｙ軸（垂直方向）は可動盤位置を表し、Ｘ軸との交点が金型タッチ点（Ｓｔｃ）を示す。本図に示すＸ軸のクロスヘッドの前進限位置と手前（反固定盤方向）の金型タッチ点（Ｓｔｃ）の寸法（Ｌ値）が型締力の大きさを示している。本図によれば、同じ可動盤位置を得る場合において固定盤方向のデータと反固定盤方向のデータではクロスヘッド位置に違いがあることが明瞭で、この違いが前述したリンク節６ａ〜６ｅの合計隙間を表している。また、設定した型締力の大きさよって可動盤位置に対応するクロスヘッド位置に違いがあることから、金型交換の都度ティーチング操作によって可動盤位置に対応するクロスヘッド位置をメモリに記憶するのである。

以上のティーチング操作によって得られた金型タッチ点（Ｓｔｃ）と仮の金型分離点（Ｓｔｏ）の差異、並びに、後退動作基準点（Ｓｍｏ）と前進動作基準点（Ｓｍｃ）との差異はリンク節の合計隙間に相当する寸法を示し、クロスヘッドの移動距離として検出される。そして、継続的に検出と比較を行なうことによって、リンク節６ａ〜６ｅの合計隙間寸法の経年変化を定量的に把握できる。
なお、ティーチング操作にあたっては微小な型締力や可動盤位置の変化を検出して行なうことから、成形運転の条件下で事前に実施することが望ましい。

以下、本発明の射出発泡成形方法について説明する。
本発明に適用できる樹脂は、射出成形が可能なポリスチレンやポリプロピレンに代表される熱可塑性樹脂材料に発泡剤を混合したものである。そして、発泡剤には重炭酸ソーダに代表される無機発泡剤やアゾジカルボンアミドに代表される有機発泡剤の化学発泡剤等が使用される。

図１に示す電動サーボモータ２５を駆動してクロスヘッド２８を前進移動させることにより、型締装置２０のリンク駆動機構２６を作動させ、トグル式型締機構８を延伸させながら可動盤２を固定盤１の方向に移動させ金型１０を型締して、トグルが伸びきらない状態で保持する。型締力は樹脂充填時の際に樹脂の充填圧力で開かない最小の値とすることが、使用エネルギーや成形装置寿命の観点から望ましい。

型締完了後、予め設定した射出充填量、射出圧力、射出速度に基づいて金型キャビティに樹脂の射出充填を行なう。射出充填完了後は成形品表面層が固化しスキン層が形成されるまで金型内及び射出装置３０内の溶融樹脂が発泡しないように保圧を作用させる。保圧工程は、前記金型１０に内蔵された温度センサ８０により金型温度を測定し、予め設定された温度となるまで行なう。表面層の固化温度は成形品の肉厚、形状、金型温度、樹脂温度及び樹脂の種類等によって異なり、成形品の状態を見ながら設定することが望ましい。
なお、保圧工程は金型温度を計測し表面層の固化温度に基づく方法としたが、これに限るものでなく、射出充填完了と共に計時を開始するタイマの出力信号を基準としても良い。そして、成形品表面層が固化したスキン層の形成後は金型１０を開いて発泡工程へ移行する。

発泡工程における金型のキャビティ容積の拡大制御は、前記ティーチング操作により制御装置６０に内蔵した型締制御部６１のメモリに記憶したクロスヘッド２８を前進動作基準点（Ｓｍｃ）から金型タッチ点（Ｓｔｃ）まで前進移動させた可動盤の位置に対応するクロスヘッド２８の位置関係データに基づき行ない、クロスヘッド２８は予め設定された可動盤２の位置で停止させると共に、金型内の樹脂発泡圧力によって可動盤２が押し戻されないように位置保持する。このように金型の容積拡大制御を行なって金型キャビティを拡大することで、金型キャビティ内圧力が減少し始め、同時に樹脂内部で発泡が起こり始める。そして、予め設定された成形品の冷却時間だけキャビティ容積を保持した冷却工程の後、金型を成形品の取り出し位置まで後退させ高品質な発泡成形品を得るのである。

本実施の形態においては、金型１０を僅かに開いた状態であっても固定型３と可動型４とは嵌合部で嵌め合わさっており、金型キャビティ内の溶融樹脂が金型１０の外へ漏れ出すことがない。また、スキン層形成後の発泡工程において、可動盤２に作用する樹脂発泡圧力で後退し停止する位置が所望する可動盤の位置となるように、予めティーチング操作によってリンク節６ａ〜６ｅの合計隙間に相当する寸法をクロスヘッド２８の移動距離として検出して記憶し、該記憶した寸法だけ金型キャビティ容積の拡大寸法が小さくなる制御方法及び装置とした。即ち、発泡工程の開始時にキャビティ容積が所望する容積となるよう可動盤２の位置を移動させる際において、該移動後の可動盤位置に対応するクロスヘッド位置を可動盤の固定盤方向に対応するクロスヘッド位置データより算出して、該算出したクロスヘッド位置にクロスヘッドを移動させるとともに、該発泡工程の完了時まで該移動後のクロスヘッド位置を保持するのである。その結果、所望する金型キャビティ容積の拡大寸法が得られることから、トグル機構のリンク節６ａ〜６ｅの合計隙間による余分な容積拡大が無く、所望する成形品肉厚を得ることができる。

ここで、金型１０が金型タッチする直前のクロスヘッド２８の移動ストロークに対する可動盤２の移動ストロークはおおよそ１０：１の比率となる。また、クロスヘッド２８の移動速度に対する可動盤２の移動速度もおおよそ１０：１の挙動を示す。換言すれば、トグル式型締機構８の型締装置２０ではクロスヘッド２８の位置を制御すれば可動盤２はクロスヘッド位置精度の１０倍の精度で制御されることとなり、高精度な型開閉位置制御を行なうことが可能である。しかし、金型のキャビティ容積を拡大して樹脂を発泡させる従来の射出発泡成形方法及び射出成形装置は、前述したようにクロスヘッド２８を反固定盤方向へ移動させた際における位置関係データによって可動盤の位置を制御している。そのため、所定の可動盤位置でクロスヘッド２８を停止させ位置保持しても、金型内の樹脂発泡圧力が可動盤２に作用した場合に可動盤２はリンク節６ａ〜６ｅの合計隙間分まで押し戻され、その結果、金型１０はリンク節６ａ〜６ｅの合計隙間に相当する寸法だけ余分に容積が拡大して、所望する成形品の発泡倍率、気泡径、成形品肉厚等が得られないといった問題を有している。
それに比較して、本実施形態は、発泡時の金型１０のキャビティ容積の拡大制御を、前記可動盤２を固定盤方向に移動させる際におけるクロスヘッド位置と可動盤２との位置との位置関係データを用いて行なっている。そのため、金型内の樹脂発泡圧力が可動盤２に作用しても、金型１０はリンク節６ａ〜６ｅの合計隙間に相当する寸法だけ余分に容積が拡大することがない。従って、本発明は、発泡時における金型の型開制御を精度良く行なうことができ、ハイプレッシャ法により表面が緻密で発泡倍率や気泡径にバラツキの少ない高品質な発泡成形品を得ることができる。

なお、トグル式型締装置を用いた従来の射出成形装置は、前述したような理由から可動盤位置の精度には優れているという特性を有していたが、トグル機構のリンク節６ａ〜６ｅが微小隙間を有することから所望する成形品肉厚や発泡倍率の発泡射出成形品が得られないといった問題があった。本発明による射出発泡成形方法及び射出発泡成形装置は、従来の反固定盤方向に対応するクロスヘッド位置関係データによらず、発泡工程の開始時にキャビティ容積が所望する容積となるよう可動盤の位置を移動させる際において、該移動後の可動盤位置に対応するクロスヘッド位置を可動盤の固定盤方向に対応するクロスヘッド位置データより算出して、該算出したクロスヘッド位置にクロスヘッドを移動させるとともに、該発泡工程の完了時まで該移動後のクロスヘッド位置を保持することにより、上記の問題を克服した。

そして、成形条件を調整しても従来方法及び装置では成形ができなかった成形品を成形可能とした。即ち、肉厚１．９ｍｍ、金型キャビティの容積拡大寸法０．２ｍｍ、発泡倍率約１．１の成形品を、ポリプロピレン樹脂に有機発泡剤であるアゾジカルボンアミドを重量比で３％混合し、本発明の成形方法及び装置で成形することができた。

本発明の射出発泡成形方法に使用した射出発泡成形装置の全体構成図である。 ティーチング動作の手順を説明するフローチャートである。 可動盤位置とクロスヘッド位置の関係を示す模式図である。 可動盤におけるリンク節を説明する図である。

符号の説明

１ 固定盤
２ 可動盤
３ 固定型
４ 可動型
６ａ リンク節
６ｂ リンク節
６ｃ リンク節
６ｄ リンク節
６ｅ リンク節
７ タイバー
８ トグル式型締機構
１０ 金型
２０ 型締装置
２６ リンク駆動機構
２８ クロスヘッド
３０ 射出装置
６０ 制御装置
７１ 可動盤位置センサ
７４ ストロークセンサ
７５ 型締力センサ
１００ 射出発泡成形装置

Claims (2)

1. クロスヘッドの移動により可動盤と固定盤との間に配した金型を自在に開閉して型締するトグル式の型締装置を備えた射出発泡成形装置を用い、該可動盤と固定盤の間で型締した金型のキャビティに発泡剤を含む溶融樹脂を充填する射出充填工程と、該射出充填工程と、該射出充填工程後に、該可動盤を反固定盤方向に移動させて該キャビティの容積を射出充填工程時より拡大して保持し、該拡大したキャビティの中で該溶融樹脂を発泡させる樹脂の発泡工程を備えた射出発泡成形方法において、
   予め可動盤を固定盤方向に移動させた際におけるクロスヘッドの位置と可動盤との位置の関係を位置関係データとして記憶しておき、該発泡工程の開始時にキャビティ容積が所望する容積となるよう可動盤の位置を移動させる際において、該移動後の可動盤位置に対応するクロスヘッド位置を該位置データより算出して、該算出したクロスヘッド位置にクロスヘッドを移動させるとともに、該発泡工程の完了時まで該移動後のクロスヘッド位置を保持し、
   予め前記位置関係データを測定して記憶させるためのティーチング工程を備えて、該ティーチング工程が、金型を完全に開くティーチング型開限位置にある可動盤が固定盤方向に移動するようクロスヘッドを移動させた際に、可動盤が移動し始めるクロスヘッドの位置を前進動作基準点（Ｓｍｃ）として検出し記憶する工程と、該前進動作基準点（Ｓｍｃ）から可動盤が固定盤方向に移動するようクロスヘッドを移動させた際に、型締力が零から変化し始めるクロスヘッドの位置を金型タッチ点（Ｓｔｃ）として検出して記憶する工程と、を備えて該前進動作基準点（Ｓｍｃ）から金型タッチ点（Ｓｔｃ）までクロスヘッドを移動させた際におけるクロスヘッドの位置と可動盤の位置を計測して、クロスヘッドと可動盤との位置関係データとして記憶する射出発泡成形方法であって、
   前記ティーチング工程が、所定の型締力で金型を型締して型締力を検出する第１の工程と、型締状態からクロスヘッドを反固定盤方向に移動させた際に型締力が零となる該クロスヘッド位置を仮の金型分離点（Ｓｔｏ）として検出し記憶する第２の工程と、該仮の金型分離点（Ｓｔｏ）から金型を完全に開く所定位置まで該クロスヘッドを反固定盤方向に移動させて停止させたクロスヘッド位置を後退動作基準点（Ｓｍｏ）として検出し記憶する第３の工程と、該後退動作基準点（Ｓｍｏ）からクロスヘッドを固定盤方向に移動させた際に可動盤が移動し始める該クロスヘッドの位置を前進動作基準点（Ｓｍｃ）として検出し記憶する第４の工程と、該前進動作基準点（Ｓｍｃ）から可動盤が固定盤方向に移動するようにクロスヘッドを移動させた際に、型締力が零から変化し始めるクロスヘッドの位置を金型タッチ点（Ｓｔｃ）として検出し記憶する第５の工程を備えて、第１の工程から第５の工程まで順次おこないながら、クロスヘッドの位置と可動盤との位置の関係を位置関係データとして記憶する射出発泡成形方法。
2. トグル式型締機構、クロスヘッド、及びクロスヘッドを介して該トグル式型締機構を駆動するリンク駆動機構を有して、該トグル式型締機構の一端に取り付けた可動盤を固定盤方向に向けて進退させて、該可動盤と固定盤との間に配した金型を自在に開閉して型締する型締機構を備えるとともに、該可動盤の位置を検出する可動盤位置センサ、該クロスヘッドの位置を検出するための位置センサ、及び、該型締装置の型締力を検出するための型締力センサを有して、該クロスヘッドと該可動盤の位置を測定しながら、該金型を完全に開くティーチング型開限位置にある可動盤が固定盤方向に移動するようにクロスヘッドを移動させて、可動盤が移動し始めるクロスヘッドの位置を前進動作基準点（Ｓｍｃ）として検出するとともに、型締力が零から変化し始めるクロスヘッドの位置を金型タッチ点（Ｓｔｃ）として検出して、該前進動作基準点（Ｓｍｃ）から金型タッチ点（Ｓｔｃ）までクロスヘッドと可動盤との位置の関係を位置データとして記憶し、該記憶した位置データに基きクロスヘッドの位置を移動させて可動盤の位置を制御することのできる型締制御部を備え、樹脂の発泡工程の開始時にキャビティ容積が所望する容積となるよう可動盤の位置を移動させる際において、該移動後の可動盤位置に対応するクロスヘッド位置を該位置データより算出して、該算出したクロスヘッド位置にクロスヘッドを移動させるとともに、該発泡工程の完了時まで該移動後のクロスヘッド位置を保持する樹脂の発泡射出成形装置であって、
   予め位置関係データを測定して記憶させるための前記ティーチング工程を備え、ティーチング操作によって得られた金型タッチ点（Ｓｔｃ）と仮の金型分離点（Ｓｔｏ）の差異、並びに、後退動作基準点（Ｓｍｏ）と前進動作基準点（Ｓｍｃ）との差異をリンク節の合計隙間寸法としてクロスヘッドの移動距離として検出して記憶するとともに、該記憶したクロスヘッドの移動距離を比較することによってリンク節の合計隙間寸法の経年変化を検出する射出発泡成形装置。

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