JP6599825B2 - 射出成形方法及び射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定金型と可動金型とを閉じて型締めした状態でキャビティ内に溶融した合成樹脂材料を射出して成形する射出成形方法及び射出成形装置に関する。

この種の射出成形装置に関して、例えば特許文献１などにより、バリ等の成形不良を発生させずに、充填性を向上させることのできる技術が提案されている。

特開平７−１５２５号公報

しかしながら、前記特許文献１によれば、射出工程から保圧工程へ移行する間に、時間ｔ２だけ射出圧力を設定圧力よりも高いＰ２にしているものであるが、前記時間ｔ２経過後に、この射出圧力を急激に下げているためにバリが発生し、成形品の表面が荒れ、成形品の品質が悪くなるという問題や、残留応力のため成形品が変形し易いという問題がある。

そこで本発明は、上記の点に鑑み、特に厚さの薄い成形品においても、極力成形サイクル時間を長くすることなく、成形品の品質の向上を図ることを目的とする。

このため第１の発明は、固定金型と可動金型とを閉じて型締めした状態でキャビティ内に溶融した合成樹脂材料を射出して成形する射出成形方法において、
型締め機構部により型締めし、
この型締め機構部による型締めが行われた後、射出圧力検出装置の検出出力に基づいて、型内圧力が射出圧力を超えない範囲内で且つ前記型締め機構部の最大型締力に至らない範囲内で前記射出圧力が予め設定された各設定値に達するまで前記型内圧力を上昇させたり又は同じく前記射出圧力が予め設定された各設定値に達するまで前記型内圧力を下降させるのを設定された回数繰り返すように第１制御装置が制御しつつ射出動作を行ない、
前記第１制御装置により前記設定された回数繰り返すように制御された後に、前記型内圧力が前記射出圧力を超えた状態となって一挙に上昇した前記型内圧力が前記射出圧力検出装置の検出出力に基づいて前記最大型締力に到達したものと第２制御装置が判断すると、保圧動作を行うように制御し、
この保圧動作及び前記射出動作が終了した後、冷却して前記合成樹脂材料を固化させた後、型開きして成形品を取り出す
ことを特徴とする。

また第２の発明は、固定金型と可動金型とを閉じて型締めした状態でキャビティ内に溶融した合成樹脂材料を射出して成形する射出成形装置において、
型締めするための型締め機構部と、
射出圧力を検出する射出圧力検出装置と、
前記型締め機構部により型締めが行われた後、射出動作を行う際に前記射出圧力検出装置の検出出力に基づいて、型内圧力が射出圧力を超えない範囲内で且つ前記型締め機構部の最大型締力に至らない範囲内で前記射出圧力が予め設定された各設定値に達するまで前記型内圧力を上昇させたり又は同じく前記射出圧力が予め設定された各設定値に達するまで前記型内圧力を下降させるのを設定された回数繰り返すように制御する第１制御装置と、
この第１制御装置により前記設定された回数繰り返すように制御された後に、前記型内圧力が前記射出圧力を超えた状態となって一挙に上昇した前記型内圧力が前記射出圧力検出装置の検出出力に基づいて前記最大型締力に到達したもの判断すると、保圧動作を行うように制御する第２制御装置とを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、特に厚さの薄い成形品においても、極力成形サイクル時間を長くすることなく、成形品の品質の向上を図ることができる。

一部破断せる射出成形装置の概略説明図である。 射出成形装置の制御ブロック図である。 射出成形動作に係るタイミングチャートを示す図である。

以下本発明の実施形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。先ず、図１において、１は射出成形装置で、固定金型４と可動金型５とを閉じた状態で両金型にて形成されるキャビティ（成形空間）内に溶融した熱可塑性の合成樹脂材料を射出して薄板状の製品を成形する。なお、前記合成樹脂材料の種類は、本実施形態では熱可塑性合成樹脂であるが、その種類は問わず、熱硬化性合成樹脂でも適用でき、合成樹脂材料に発泡剤を混入させ、気泡を混ぜた柔らかい合成樹脂を成形する発泡成形にも適用できる。

２は射出機構部で、端部に射出ノズル７が設けられた射出シリンダー６を備え、この射出シリンダー６の後部の基部ハウジング８上部には合成樹脂材料を前記射出シリンダー６に供給するためのホッパー９が設けられている。そして、前記射出シリンダー６の外周には供給された合成樹脂材料を加熱溶融するためのヒータが巻設され、またこの筒状の射出シリンダー６内にはスクリュー（図示せず）が回転且つ摺動自在に収納されている。

１０は射出駆動部で、前記スクリューを回転させる回転用モータ１１や同じく回転させるための機構や、前記スクリューを水平方向に移動させるための正逆転可能な射出モータ１２や移動させるための機構などを備えている。そして、前記回転モータ１１及び前記射出モータ１２には位置検出装置としてのエンコーダ１３、１４が併設されているが、このエンコーダはモータに内蔵されているものや、外付けされているものでも、どちらでもよい。

次に、図１にて概略を示す金型機構部３について、簡単に説明する。固定ダイプレート１５に取付板１６を介して前記固定金型４が取り付けられ、移動ダイプレート１７に取付板１８、スペーサ２３、取付板２４などを介して前記可動金型５が取り付けられている。そして、前記固定ダイプレート１５とテールストックや正逆転可能な移動モータ２１を含む型締め機構部１９との間にタイバー２０が配設されており、前記移動ダイプレート１７がスライド自在（移動自在）に配設されている。

従って、前記移動モータ２１を含む前記型締め機構部１９を作動させることで型開き、型締めなど金型動作をさせることが出来る。なお、この型締め機構部１９を含む前記金型機構部３の構造については、説明を省略するが、トグル方式の他、直動式など種々の方式があり、その形式は問わない。

なお、前記移動モータ２１には位置検出装置としてのエンコーダ２２が併設されているが、このエンコーダはモータに内蔵されているものや、外付けされているものでも、どちらでもよい。

次に、前記射出成形装置１の制御ブロック図である図２に基づき、説明すると、先ず３０は本射出成形装置１の合成樹脂材料の射出成形に係る動作を統括制御する制御装置であり、３１は前記制御装置３０に接続されて種々のデータを格納記憶する記憶装置である。

そして、前記制御装置３０には、インターフェース３３及び駆動回路３４、３５、３６を介して前記移動モータ２１、前記回転用モータ１１、前記射出モータ１２がそれぞれ接続されている。即ち、前記制御装置３０は前記駆動回路３４を介して前記移動モータ２１の駆動を、前記駆動回路３５を介して前記回転用モータ１１の駆動を、また前記駆動回路３６を介して前記射出モータ１２の駆動を制御している。

３７は射出圧力検出装置としての射出圧力センサで、前記合成樹脂材料を前記キャビティ内に射出するときの前記スクリュー先端にかかる圧力を検出する。

以下、最大型締力が、例えば３００トン（ｔｏｎ）の前記射出成形装置１の射出成形動作について、射出成形動作に係るタイミングチャートを示す図３に沿って説明するが、この最大型締力はこの３００トンに限らない射出成形装置にも適用できる。

なお、この図３の横軸は時間で単位は秒、縦軸は圧力で単位はトン（ｔｏｎ）であり、この図３の折れ線グラフは実線が射出圧力を示し、点線は型締力又は型内圧力を示す。また、各射出スパン、各型締めスパンの数は、この図３に示す数に限らないし、各スパンに示す射出圧力、型締力又は型内圧力もこの図３に示すものに限られず、前記固定金型４と前記可動金型５の形状や、成形品の種類に対応して選定される。また、型内圧力が射出圧力を超えない範囲内で且つ前記最大型締力に至らない範囲内で、前記型内圧力を上昇又は下降させるのを必要回数繰り返すが、その回数も、図３で示す実施形態に限らない。

先ず、前記固定金型４は図示しない加熱装置により前記合成樹脂材料に合わせて常時所定温度に維持されている状態下において、型締め動作が開始されるが、前記可動金型５の移動による型締め動作は前記制御装置３０により前記移動モータ２１が前記インターフェース３３及び前記駆動回路３４を介して制御されて駆動して行われる。

この場合、前記制御装置３０は前記エンコーダ２２の検出出力に基づいて（前記駆動回路３４にフィードバックして）前記可動金型５がそれぞれ対応する距離だけ初めに高速で、次いで低速で移動させ、金型の保護のため前記低速を維持して、型締め動作を終了させる。

この型締め動作が行われた型締力は、前記固定金型４と前記可動金型５の形状や、成形品の種類に応じて設定され、前述した最大型締力の３００トンの１０％以上〜４０％以下の、本実施形態では、例えば８０トン程度である。これは、最近主流となってきている薄肉成形品を成形する場合には、型内圧力が逃げにくくて射出しにくくなるため、低圧で射出する必要があり、また前記合成樹脂材料は移動しながら冷えるために充填しにくくなるので、適切な型締力を選定した上記型締力（８０トン程度）で射出動作の前の型締め動作を行う。

そして、この型締め動作の後に、前記制御装置３０は合成樹脂材料の射出を開始させるように前記射出機構部２を制御し、以後、射出スパンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各スパンにおいて、また型締めスパンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各スパンにおいて、前記射出機構部２及び前記金型機構部３を制御して、射出成形動作を行う。

即ち、前記制御装置３０が前記射出機構部２の前記回転用モータ１１を前記インターフェース３３及び前記駆動回路３５を介して駆動させることにより前記射出シリンダー６内の前記スクリューを回転させ、前記ホッパー９から投入された合成樹脂材料が溶融した状態で既に前記射出シリンダー６内の先端部分に溜めてある（計量済）ので、初めに前記制御装置３０が前記射出モータ１２を前記インターフェース３３及び前記駆動回路３６を介して駆動させることにより前記スクリューを前方へ移動させることにより、前記射出シリンダー６内の先端部分に溜められてある溶融した合成樹脂材料は前記射出ノズル７からスプルーブッシュ、スプルー、ゲートを介して前記キャビティ内へ射出され射出動作が開始される。

また、本実施形態においては、合成樹脂材料の射出に係る前記射出モータ１２は、射出開始の際及び射出停止の際を除き、一定速度で回転駆動して前記スクリューが移動するが、必ずしも一定速度でなくともよく、例えば前記型内圧力を上昇させる際に想定した値より上昇しないか又は上昇しにくいような場合には、回転速度を上昇させるように、前記制御装置３０が前記射出モータ１２を制御して前記型内圧力を上昇させてもよい。

そして、前記制御装置３０が各射出スパンにおいて、前述したように、前記最大型締力に至らないで型締めがされた状態で前記射出圧力センサ３７からの検出出力に基づいて射出圧力を監視しながら、前記型内圧力を制御することにより、射出動作が行われることとなる。

即ち、予め実験により流動解析することにより、得られて設定された射出圧力の第１設定値（図３における点Ｐ１の射出圧力レベル）が既に前記記憶装置３１に記憶されているので、射出動作が開始されて、先ずこの射出に伴って前記型内圧力より高まった射出圧力が点Ｐ１の射出圧力レベルになったと、前記射出圧力センサ３７からの出力に基づいて前記制御装置３０が判断すると、前記制御装置３０は前記射出により上昇して来た型内圧力を下げるように制御する。

即ち、例えば前記可動金型５の構造などによって前記可動金型５のキャビティ形成面５Ａがその中央部ほど撓み量が大きくなるように外方に撓ませたりして前記キャビティ内の体積を増加させたり、又は前記制御装置３０が前記移動モータ２１を駆動させて予め前記記憶装置３１に記憶されている第１の所定距離だけ僅か前記可動金型５を開くように移動させ型内圧力を前記射出成形装置１外へ逃がして、前記射出により上昇して来た型内圧力を下げるように制御する。このように、前記制御装置３０は型内圧力を下げるように調整し、射出圧力が上昇しないように制御する。

そして、以上のように、射出圧力が点Ｐ１の射出圧力レベルになったときに、前記制御装置３０は型内圧力が下降するように制御してこの型内圧力を下降させた後に、直ちに前記可動金型５の前記キャビティ形成面５Ａの撓みが無くなるように元の状態に復帰させたり、又は前記移動モータ２１を逆転駆動させて移動させた前述した第１の所定距離だけ前記可動金型５を閉じるように移動させる。

なお、前述した射出圧力の第１設定値は、金型や成形品の種類に応じて設定され、最大型締力の３００トンの２０％以上〜７０％以下の、例えば半分程度の１５０トンである。これは、前述したように、最近主流となってきている薄肉成形品を成形する場合には、型内ガスが逃げにくく、射出しにくくなるため、低圧で射出する必要があり、また前記合成樹脂材料は移動しながら冷えるために充填しにくくなるので、適切な前記第１設定値を選定したものであり、更には高く設定しすぎると、成形品にバリが発生し易いので、極力バリが発生しない程度に設定される。

以上のように、前記射出圧力センサ３７からの出力に基づいて射出圧力が点Ｐ１の射出圧力レベルに到達したと前記制御装置３０が判断すると、前記制御装置３０は型内圧力が下降するように制御し、この型内圧力の下降により前記射出圧力も下降することとなる。この場合、前記型内圧力が前記射出圧力を超えないように制御されることとなる。

そして、前記型内圧力の下降により前記射出圧力も下降して、予め設定された射出圧力の第２設定値（図３における点Ｐ２の射出圧力レベル）、即ち前記射出圧力センサ３７からの出力に基づいて、前記第１設定値より数％低い値に設定された第２設定値に到達したと前記制御装置３０が判断すると、前記制御装置３０は成形品にバリが発生しないように前記射出圧力を超えないレベルで型内圧力を上げるように制御する。

即ち、射出圧力に負けないように、前記可動金型５が移動しないよう不動の状態としたり、又は前記移動モータ２１を駆動させて予め前記記憶装置３１に記憶されている第２の所定距離だけ僅か前記可動金型５を閉じるように移動させ、型内圧力を上げるように制御する。

そして、以上のように、射出圧力が点Ｐ２の射出圧力レベルになったときに、前記制御装置３０は型内圧力が上昇するように制御してこの型内圧力を上昇させた後も前記可動金型５が移動しないよう不動の状態を維持し、又は前記型内圧力を上昇させた直後に前記移動モータ２１を駆動させて移動させた前述した第２の所定距離だけ前記可動金型５を開くように移動させる。

すると、上述したように、前記型内圧力を上昇させることにより前記射出圧力も上昇して、前記射出圧力センサからの出力に基づいて、射出圧力のレベルの第３設定値（図３における点Ｐ３の射出圧力レベル）に達したと前記制御装置３０が判断すると、前記制御装置３０は前記型内を下げるように制御する。

即ち、前述したように、例えば前記可動金型５の構造などによって前記可動金型５の前記キャビティ形成面５Ａがその中央部ほど撓み量が大きくなるように外方に撓ませたりして前記キャビティ内の体積を増加させたり、又は前記制御装置３０が前記移動モータ２１を駆動させて予め前記記憶装置３１に記憶されている第３の所定距離だけ僅か前記可動金型５を開くように移動させ型内圧力を前記射出成形装置１外へ逃がして、前記射出により上昇して来た型内圧力を下げるように制御する。このように、前記制御装置３０は型内圧力を下げるように調整し、射出圧力が上昇しないように制御する。

そして、前述したように、射出圧力が点Ｐ３の射出圧力レベルになったときに、前記制御装置３０は前記型内圧力が下降するように制御してこの型内圧力を下降させた後に、直ちに前記可動金型５の前記キャビティ形成面５Ａの撓みが無くなるように元の状態に復帰させたり、又は前記移動モータ２１を逆転駆動させて移動させた前述した第３の所定距離だけ前記可動金型５を閉じるように移動させる。

以上のように、前記制御装置３０は前記射出圧力を監視しながら、前記射出圧力センサ３７からの出力に基づいて前記型内圧力を制御することにより、以下同様に、図３における点Ｐ３〜点Ｐ９の射出圧力レベルに対応して、前記型内圧力が前記射出圧力を超えない範囲内で且つ前記最大型締力に至らない範囲内で前記型内圧力を上昇又は下降させるように制御しつつ、射出動作が行われることとなる。

なお、前記点Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７のレベルになるように前記型内圧力を上昇させる際に、上昇しないか又は上昇しにくいような場合には、回転速度を上昇させるように、前記制御装置３０が前記射出モータ１２を制御して前記型内圧力を上昇させてもよい。

そして、このように制御して、前記型内圧力が前記射出圧力を超えて射出圧力のレベルが点Ｐ１０のレベルになると、この時点から型内圧力が前述した最大型締力に近づくこととなり、射出圧力が急激に上昇するので、前記型内圧力も一挙に（急激に）上昇することとなる。

このため、前記型内圧力が射出圧力を超えた状態のまま、この型内圧力が前記最大型締力に達すると、前記制御装置３０により保圧動作が開始されるように制御されることとなる（前記射出モータ１２の駆動は射出動作を継続するように制御される。）。この保圧は前記キャビティ全体に溶融合成樹脂材料が充填された後に、ゲートから合成樹脂材料が逆流しないように一定の圧力でゲート内の部分が固化するまでの間、加圧している圧力であり、この保圧動作により前記キャビティ内の合成樹脂材料を圧縮して均一に万遍なく圧縮密度を高められる。

従って、前記合成樹脂材料の前記キャビティ内への充填率が高まることにより、前記型内圧力が前記射出圧力に負けると、バリが発生することになるが、上述したように、前記型内圧力を一挙に前記射出圧力より高くして、前記最大型締力に到達させて保圧動作が行われるので、成形品にバリが発生することはなくなり、成形品の品質が向上する。

やがて、予め計量された所定量の合成樹脂材料が前記キャビティ内に射出されると、前記射出圧力がゼロとなったとの前記射出圧力センサ３７の出力に基づいて前記制御装置３０は前記射出モータ１２の駆動を停止させて射出動作を終了させるように制御し、保圧動作も終了することとなる。その後、前述したように、前記制御装置３０が前記インターフェース３３及び前記駆動回路３５を介して前記射出機構部２の前記回転用モータ１１を駆動させることにより前記射出シリンダー６内の前記スクリューを回転させ、前記ホッパー９から投入された所定量の合成樹脂材料を記射出シリンダー６内の先端部分に溜める（次回射出のための計量）と共に、前記固定金型４を冷却装置（図示せず）により冷却して前記合成樹脂材料を固化する。

そして、型締めスパンＦ、Ｇにおいて、前述したような次回射出のための計量や、成形品として前記固定金型４及び前記可動金型５から取り出せる程度まで冷却する前記合成樹脂材料の固化を終えると、前記制御装置３０は前記冷却装置による冷却を停止すると共に、型開き動作を開始する。

即ち、前記可動金型５の移動による型開き動作は、前記制御装置３０により前記移動モータ２１が前記インターフェース３３及び前記駆動回路３４を介して制御されて駆動して行われる。

この場合、前記制御装置３０は前記エンコーダ２２の検出出力に基づいて（前記駆動回路３４にフィードバックして）前記可動金型５がそれぞれ対応する距離だけ初めに低速で、次いで高速で移動させ、金型の保護のため低速で移動させて、型開き動作を終了させる。なお、前述したように、前記可動金型５が初めに低速で移動を終えると、前記型内圧力はゼロとなる。

そして、型開き動作が終了すると、前記制御装置３０はエジェクターピンを移動させて成形品を離型させ、この薄板状の成形品を前記キャビティから取り出して、次の成形品の生産に備える。

なお、前記制御装置３０を、前記型内圧力が前記射出圧力を超えない範囲内で且つ前記最大型締力に至らない範囲内で前記型内圧力を上昇又は下降させるのを必要回数繰り返すように制御する第１制御装置と、前記型内圧力が前記射出圧力を超えた状態となって一挙に上昇した前記型内圧力が前記射出圧力検出装置の検出出力に基づいて前記最大型締力に到達したもの判断すると保圧動作を行うように制御する第２制御装置とに分けて２つの制御装置で構成してもよい。

以上のように、本実施形態によれば、特に厚さの薄い成形品においても、極力成形サイクル時間を長くすることなく、成形品の品質の向上を図ることができる。即ち、前記合成樹脂材料の射出時に最大型締力の型締力に至らない型内圧力で行う合成樹脂成形であって、特に薄肉成形や、圧力を上げる発泡成形の２次加工レスを遂行できる。薄肉の成形品であっても、圧損なく前記合成樹脂材料を前記キャビティ内に充填することができ、前記キャビティ内に充填された前記合成樹脂材料に圧力が過度に掛からないため、樹脂密度が極力偏らず、残留応力が減少でき、また発泡成形においても、必要な高圧高速射出が容易に可能となる。

以上のように、本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

１ 射出成形装置
２ 射出機構部
３ 型締め機構部
４ 固定金型
５ 可動金型
１９ 型締め機構部
３０ 制御装置
３７ 射出圧力センサ

Claims (2)

1. 固定金型と可動金型とを閉じて型締めした状態でキャビティ内に溶融した合成樹脂材料を射出して成形する射出成形方法において、
   型締め機構部により型締めし、
   この型締め機構部による型締めが行われた後、射出圧力検出装置の検出出力に基づいて、型内圧力が射出圧力を超えない範囲内で且つ前記型締め機構部の最大型締力に至らない範囲内で前記射出圧力が予め設定された各設定値に達するまで前記型内圧力を上昇させたり又は同じく前記射出圧力が予め設定された各設定値に達するまで前記型内圧力を下降させるのを設定された回数繰り返すように第１制御装置が制御しつつ射出動作を行ない、
   前記第１制御装置により前記設定された回数繰り返すように制御された後に、前記型内圧力が前記射出圧力を超えた状態となって一挙に上昇した前記型内圧力が前記射出圧力検出装置の検出出力に基づいて前記最大型締力に到達したものと第２制御装置が判断すると、保圧動作を行うように制御し、
   この保圧動作及び前記射出動作が終了した後、冷却して前記合成樹脂材料を固化させた後、型開きして成形品を取り出す
   ことを特徴とする射出成形方法。
2. 固定金型と可動金型とを閉じて型締めした状態でキャビティ内に溶融した合成樹脂材料を射出して成形する射出成形装置において、
   型締めするための型締め機構部と、
   射出圧力を検出する射出圧力検出装置と、
   前記型締め機構部により型締めが行われた後、射出動作を行う際に前記射出圧力検出装置の検出出力に基づいて、型内圧力が射出圧力を超えない範囲内で且つ前記型締め機構部の最大型締力に至らない範囲内で前記射出圧力が予め設定された各設定値に達するまで前記型内圧力を上昇させたり又は同じく前記射出圧力が予め設定された各設定値に達するまで前記型内圧力を下降させるのを設定された回数繰り返すように制御する第１制御装置と、
   この第１制御装置により前記設定された回数繰り返すように制御された後に、前記型内圧力が前記射出圧力を超えた状態となって一挙に上昇した前記型内圧力が前記射出圧力検出装置の検出出力に基づいて前記最大型締力に到達したもの判断すると、保圧動作を行うように制御する第２制御装置とを設けたことを特徴とする射出成形装置。

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