JP6771940B2 - 射出成形機及び射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、金型に射出ノズルをノズルタッチするときのノズルタッチ力を調整可能な射出成形機及び射出成形方法に関する。特に、本発明は精密射出成形機において、ノズルタッチ力の調整機能を備えた射出成形機及び射出成形方法に関する。

従来から用いられている一般的な射出成形機においては、射出ノズルから金型のキャビティへ溶融樹脂を供給可能にするため、固定金型に対しては、射出ノズルの先端が所望の力で当接（ノズルタッチ）されるよう構成されている。

その際、金型に射出ノズルをノズルタッチさせるノズルタッチ機構を備えた射出成形機においては、ノズルタッチ機構として、ボールネジ軸とナット体からなる回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構を備えたものがあり、駆動源たるモータの駆動によりボールネジ軸が回転されると、それに伴いナット体が前進又は後退され、ナット体の進退動作に従って射出ユニットが移動されることにより、射出ユニットに設けた射出ノズルは、金型にノズルタッチされたり離間されたりする。

こうした技術に関連するものとして、特許文献１には、射出成形機において、金型に射出ノズルをノズルタッチさせるためのボールネジ機構を備え、金型に射出ノズルをノズルタッチさせたときに圧縮される圧縮バネのたわみ量を変化させることにより、金型に対する射出ノズルのノズルタッチ力を可変にすることが記載されている。

特開２０００−８６８号公報

ところで、金型に対して射出ノズルを当接してノズルタッチしているときのノズルタッチ力を調整可能とすると、その際のノズルタッチ力の大小により型板及び固定ダイプレートの撓み量、或いは固定ダイプレートの倒れ量が変動して、例えば、当該ノズルタッチ力を弱くすると、ノズルタッチにより押圧される金型が装着された型板及び固定ダイプレートの撓みや、当該固定ダイプレートの倒れ現象などを抑制することが可能となり、逆にノズルタッチ力を強くすると、それらが大きくなる。

このような状況は従来から知られていたものである。しかしながら、精密射出成形を実現しようとすると、図１等に示すように、固定ダイプレート４と金型５との間に比較的肉厚が薄い型板１８が設けられている場合には、当該型板１８は、型閉で射出成型が達成された後に型開されると、可動金型の後ろ盾がなくなるために比較的容易に撓み易くなり、それが原因となって、以降のショットで成形不良が生じる懸念があることから、このような問題点を解消可能な技術が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、型板を介して固定ダイプレートに固定金型を装着した射出成形機、特に、比較的肉厚の薄い型板を介して固定ダイプレートに金型を装着した射出成形機において、型板及び固定ダイプレートの撓み或いは固定ダイプレートの倒れにより発生する成形不良を防止することで良質な成形体を得ることが可能な射出成形機を提供することを目的とする。

本発明に係る射出成形機は、回転駆動を直線駆動に変換するボールネジ機構と、該ボールネジ機構の駆動源であるノズルタッチ用モータと、加熱シリンダの先端に装着された射出ノズルと、該射出ノズルがノズルタッチされる固定金型と可動金型とからなる金型と、該固定金型の装着される型板と、該型板を介して前記固定金型の装着される固定ダイプレートと、を備えた射出成形機であって、
前記ボールネジ機構は、複数備えられ、前記固定ダイプレートに前記固定金型を中心として点対称で配設されており、
前記ノズルタッチ用モータの回転駆動を前記ボールネジ機構により直線駆動に変換し前記射出ノズルを前進させることで、前記金型を型締した状態で該射出ノズルを金型にノズルタッチさせたときには、前記射出ノズルを前記金型に型閉時ノズルタッチ力でノズルタッチさせる一方で、前記金型を型開するときには、前記型閉時ノズルタッチ力の１／１０以上で１／２以下の型開時ノズルタッチ力で前記射出ノズルを前記金型にノズルタッチさせるよう、前記ノズルタッチ用モータの駆動力を、前記金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう可変する制御手段を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明に係る射出成形機は、
前記金型を型開するに際し、該金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう可変したときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力は、前記型板の寸法に基づき算出したものであることを特徴とする。

さらに、本発明に係る射出成形機は、
前記金型を型開するに際し、該金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう可変したときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力は、前記型板の厚さ寸法に基づき算出したものであることを特徴とする。

さらに、本発明に係る射出成形機は、
前記金型を型開するに際し、該金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう可変したときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力は、前記型板の幅寸法に基づき算出したものであることを特徴とする。

さらに、本発明に係る射出成形機の前記制御手段は、型板情報入力手段を備えており、型板情報入力手段により型板の形状情報を入力できるようにしたことを特徴とする。

さらに、本発明に係る射出成形機の前記型板情報入力手段は、さらに、型板の材質情報を入力できるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る射出成形方法は、回転駆動を直線駆動に変換するボールネジ機構と、該ボールネジ機構の駆動源であるノズルタッチ用モータと、加熱シリンダの先端に装着された射出ノズルと、該射出ノズルがノズルタッチされる固定金型と可動金型からなる金型と、該固定金型の装着される型板と、該型板を介して前記固定金型の装着される固定ダイプレートと、を備えた射出成形機により成形品を射出成形する方法であって、
前記ボールネジ機構は、複数備えられ、前記固定ダイプレートに前記固定金型を中心として点対称で配設されており、
前記ノズルタッチ用モータの回転駆動を前記ボールネジ機構により直線駆動に変換し前記射出ノズルを前進させることで、前記金型を型締した状態で該射出ノズルを前記固定金型にノズルタッチさせたときには、前記射出ノズルを前記金型に型閉時ノズルタッチ力でノズルタッチさせ、
その後、前記金型を型開するときには、前記型閉時ノズルタッチ力の１／１０以上で１／２以下の型開時ノズルタッチ力で前記射出ノズルを前記金型にノズルタッチさせるよう、前記ノズルタッチ用モータの駆動力を、前記金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、射出ノズルが金型にノズルタッチされた状態で型開されるときに、金型が型締されているときのノズルタッチ駆動力よりも弱い力のノズルタッチ力により、射出ノズルを金型にノズルタッチさせることにより、型板及び固定ダイプレートの撓みを抑制するように、ノズルタッチ駆動力を適切に調節が可能となることから、射出ノズルが金型にノズルタッチされた状態で型開されるとき、ノズルタッチ力による型板及び固定ダイプレートの撓み或いは固定ダイプレートの倒れを抑制し、以降のショットでの成形不良を防止することができ、ひいては良質な成形体を得ることができる。

さらに、図４を参照して説明すれば、射出ノズルが固定金型５にノズルタッチされた状態で型開されるときのノズルタッチ力は、型板１８の厚み寸法（ａ）、及び高さ寸法・幅寸法（ｂ×ｃ）等の型板１８の寸法に基づき算出されたものである。このことから、射出ノズルが固定金型５にノズルタッチされた状態で型開されるときに、こうした型板１８の厚み寸法（ａ）及び高さ寸法・幅寸法（ｂ×ｃ）等の型板１８の寸法によって変動する型板１８の撓み強さ（断面係数α）に基づいて、型板１８の撓みを極力抑制可能な最適なノズルタッチ力（Ｆ）を付与しながら型開させることができるから、型板１８の撓みに伴う固定金型５のずれ等を抑制することができ、高品質な成形体を得ることができる。この型板の撓み強さ（断面係数α）は、比較的肉厚の薄い型板の場合は、その厚み寸法（ａ）に大きく影響されることから、型板の厚み寸法（ａ）に依存させても良い。また、板厚の材質も型板の撓み強さ（断面係数α）に大きく影響する。

本発明の一例の射出成形機を示す概略構成図であり、射出ノズルが固定金型にノズルタッチされた状態で型締された状態を概念的に示したものである。 本発明の一例の射出成形機を示す概略構成図であり、射出ノズルが固定金型にノズルタッチされた状態で型開された状態を概念的に示したものである。 金型とボールネジ機構との配置関係を示す概略説明図である。 型板の撓み強さを説明するための、固定金型の装着構造の概略説明図である。 型板情報入力手段に対して、型板情報を入力する際の型板情報入力画面の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、実施形態において説明した以外の構成のものに対しても当業者であれば容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。

本発明の一実施例の射出成形機１は、粒状の熱可塑性樹脂を原料として成形体を製造するものであり、射出成形機１には、大別すると、射出ユニット２、型締ユニット３が設けられている。

型締ユニット３には、固定ダイプレート４に装着された固定金型５に対し可動ダイプレート６に装着された可動金型７を前進後退させ型締め（型閉）及び型開き（型開）を行う型開閉機構を備えており、本実施形態における型開閉機構としては、図示しない型開閉用モータの駆動力を駆動源としてトグルリンク機構１９を屈曲作動することで可動ダイプレート６が進退され、これにより、固定金型５に対しての可動金型７の型開閉動作が行われる。これにより、トグルリンク機構による強力な力で型締めが行われ、固定金型５と可動金型７との間に形成されたキャビティ内に溶融樹脂が射出されても漏れがなく製品が成形される。この際、型締めされた固定金型５と可動金型７は、一つのブロックとなり大きな力によっても撓んだりしない剛性を備えていると考えて良い。

固定金型５には、当該固定金型５と可動金型７とからなる型閉された金型のキャビティに溶融樹脂を供給するために、固定金型５には樹脂注入口５ａが形成されている。樹脂注入口５ａには、射出成形機による成形に先立って、射出ユニット２が前進されることで後述する射出ノズル８が予め定められた所定の力（Ｆ）によりノズルタッチされる。このノズルタッチ力（Ｆ）は、通常上下のノズルタッチ駆動機構（ボールネジ機構１４，ボールネジ軸１２，１２）により、分散して固定ダイプレート４に力が伝えられる。この力が、固定ダイプレート４及び型板１８を撓ませる力となり、可動ダイプレート６を倒す力にもなる。

本発明における射出ユニット２は従来のものと実質的に相違はなく、当該射出ユニット２は外観を示しているが、内部で熱可塑性樹脂を加熱溶融する筒型の加熱シリンダ９、加熱シリンダ９の先端に設けた射出ノズル８、加熱シリンダ９内に設けられ当該加熱シリンダ９内に供給された熱可塑性樹脂を混練するスクリュー１０、加熱シリンダ９を片持ち状に保持する加熱シリンダ取付ブラケット１１、ボールネジ軸１２と該ボールネジ軸１２に螺合され回転に伴い進退するナット体１３とからなるボールネジ機構１４、加熱シリンダ取付ブラケット１１の下方に配設され、加熱シリンダ取付ブラケット１１が固定されたユニットベース１５、ナット体１３を図示しないベルト等の駆動伝達手段を介して回転駆動する駆動源としてのノズルタッチ用モータ１６が設けられている。射出成形機１には、全体の各種制御を司る制御手段１７等が構成されている。

ボールネジ機構１４のナット体１３及びノズルタッチ用モータ１６は、加熱シリンダ取付ブラケット１１に一体に設けられ、固定金型５は、型板１８を介して、通常４本のボルトにより固定ダイプレート４に一体的に設けられている。

制御手段１７は、ノズルタッチ用モータ１６を駆動してナット体１３を回転させることで、ナット体１３をボールネジ機構１２に対して相対的に前進させ、それに伴い射出ユニット２全体を前進させる。図１に示すように、可動金型７が固定金型５に型締された状態で、射出ノズル８を型開方向（図１に示す左方向）の固定金型５の樹脂注入口５ａにノズルタッチさせるときには、射出ノズル８を樹脂注入口５ａに、例えば、１０ｋＮの強いノズルタッチ力（型閉時ノズルタッチ力（Ｆ型閉時））でノズルタッチさせる。一方、図２に示すように、可動金型７が後退して型開きされるときには、前記１０ｋＮよりも弱い、例えば、１ｋＮ以上であって５ｋＮ以下のノズルタッチ力（型開時ノズルタッチ力（Ｆ型開時））で射出ノズル８を樹脂注入口５ａにノズルタッチさせ、型板１８及び固定ダイプレート４の撓み、或いは固定ダイプレート４の倒れが発生しないようにする。

なお、固定金型５に対し可動金型７が型開きされているときの、ノズルタッチ用モータ１６により発生される１ｋＮ以上であって５ｋＮ以下のノズルタッチ力（Ｆ型開時）は、固定金型５の厚さに比べてより肉厚の薄い型板１８の厚さ寸法（ａ）、型板１８の幅寸法（ｂ×ｃ）、型板１８の材質に起因する断面係数（α）等を用いて所定の演算式により算出したものである。しかし、それをどのような演算式にするかは今回の発明に影響を与えるものではない。

本発明の実施形態においては、型開しているときのノズルタッチ力（Ｆ型開時）は、下記の式（１）で示すように、型締しているときのノズルタッチ力（Ｆ型閉時）の１／１０以上であって５／１０（１／２）以下であり、本実施形態では、具体的には１ｋＮとなっている。
１／１０×（Ｆ型閉時）≦（Ｆ型開時）≦１／２×（Ｆ型閉時）・・・（式１）

また、本発明の実施形態においては、下記の式（２）で示すように、型板１８の型開しているときのノズルタッチ力（Ｆ型開時）による撓み量は、型板１８の厚さ寸法（ａ）、型板１８の幅寸法（ｂ×ｃ）、及び型板１８の材質等に基づく断面係数（α）等に起因するものである。
Ｆ型開時の型板１８の撓み量＝ｆ（ａ、ｂ、ｃ、α）・・・（式２）
この場合の、型板１８の厚さ寸法（ａ）、型板１８の幅寸法（ｂ×ｃ）、及び型板１８の材質に応じた、型板１８の撓み量の関数は、多くの実験的試行錯誤に基づくものであるが、企業のノウハウに係るものである。

本発明の好ましい実施形態においては、制御手段１７は型板情報入力手段（図示なし）を備えており、当該型板情報入力手段は、例えば、図５に示すような型板情報入力画面により型板の厚み寸法（ａ）、高さ寸法（ｂ）、幅寸法（ｃ）及び材質情報を入力できる構成となっている。このような上方に基づいて、型開き時であっても型板に撓みが発生しない型開時のノズルタッチ力（Ｆ型開時）が決定され、それに応じてノズルタッチ力を調整するものである。実際の成形機に適用する場合には、これに加えて固定ダイプレートの撓み量或いは倒れ量も考慮して型開時のノズルタッチ力（Ｆ型開時）を決めることも可能である。

以上のような本実施形態の射出成型機１によれば、成形体を製造するに際し、固定金型５に可動金型７を型締した状態で、固定金型５に射出ノズル８をノズルタッチさせて射出成形機１の稼動を行うときには、射出ノズル８を固定金型５に強いノズルタッチ力（Ｆ型閉時）でノズルタッチさせる一方で、可動金型７を後退させて型開するときには、型締状態のときのノズルタッチ力（Ｆ型閉時）よりも弱いノズルタッチ力（Ｆ型開時）で射出ノズル８を固定金型５にノズルタッチされるよう、制御手段１７が、ノズルタッチ用モータ１６の駆動力を型締したときの駆動力よりも弱くなるよう可変制御を行う。

これにより、射出ノズル８が固定金型５にノズルタッチされた状態で型開するときには、可動金型７と固定金型５が型締されているときの駆動力よりも弱い力の、型板１８の撓みを抑制可能とするに適切なノズルタッチ力（Ｆ型閉時）により、射出ノズル８を固定金型５に対してノズルタッチさせることが可能となる。このことから、型開状態で射出ノズル８が固定金型５にノズルタッチされるときであっても、ノズルタッチ力による型板１８の撓みを抑制し、それ以降のショットに対しての成形不良を防止することができ、ひいては良質な成形体を得ることができる。

さらに、射出ノズル８が固定金型５にノズルタッチされた状態で型開されるときのノズルタッチ力は、比較的肉厚の薄い型板１８の厚み寸法（ａ）、型板１８の高さ寸法・幅寸法（ｂ×ｃ）、型板１８の材質等に基づく断面係数（α）等を用い算出されたものであることから、射出ノズル８が固定金型５にノズルタッチされた状態で型開されるときに、こうした型板１８の厚み寸法（ａ）、型板１８の高さ寸法・幅寸法（ｂ×ｃ）、型板１８の断面係数（α）等に基づいて、型板１８の撓みを極力抑制可能な最適なノズルタッチ力（Ｆ型開時）を付与しながら、型開させることができるから、型板１８の撓みに伴う固定金型５のずれ等を抑制することができ、高品質な成形体を得ることができる。

以上、詳述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施形態においては、図３に示すように、ボールネジ機構１４を２つ備えており、固定金型５を中心として、これら２つのボールネジ機構１４が点対称で配設されているのだが、２つに限らずそれ以上の数を対称的に配設するようにしてもよい。

１ 射出成形機
２ 射出ユニット
３ 型締ユニット
４ 固定ダイプレート
５ 固定金型
５ａ 樹脂注入口
６ 可動ダイプレート
７ 可動金型
８ 射出ノズル
９ 加熱シリンダ
１０ スクリュー
１１ 加熱シリンダ取付ブラケット
１２ ボールネジ軸
１３ ナット体
１４ ボールネジ機構
１５ ユニットベース
１６ ノズルタッチ用モータ
１７ 制御手段
１８ 型板
１９ トグルリンク機構

Claims (7)

1. 回転駆動を直線駆動に変換するボールネジ機構と、該ボールネジ機構の駆動源であるノズルタッチ用モータと、加熱シリンダの先端に装着された射出ノズルと、該射出ノズルがノズルタッチされる固定金型と可動金型からなる金型と、該固定金型の装着される型板と、該型板を介して前記固定金型の装着される固定ダイプレートと、を備えた射出成形機であって、
   前記ボールネジ機構は、複数備えられ、前記固定ダイプレートに前記固定金型を中心として点対称で配設されており、
   前記ノズルタッチ用モータの回転駆動を前記ボールネジ機構により直線駆動に変換し前記射出ノズルを前進させることで、前記金型を型締した状態で該射出ノズルを前記固定金型にノズルタッチさせたときには、前記射出ノズルを前記金型に型閉時ノズルタッチ力でノズルタッチさせる一方で、前記金型を型開するときには、前記型閉時ノズルタッチ力の１／１０以上で１／２以下の型開時ノズルタッチ力で前記射出ノズルを前記金型にノズルタッチさせるよう、前記ノズルタッチ用モータの駆動力を、前記金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう可変する制御手段を備えたことを特徴とする射出成形機。
2. 前記金型を型開するに際し、該金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう可変したときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力は、前記型板の寸法に基づき算出したものであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記金型を型開するに際し、該金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう可変したときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力は、前記型板の厚さ寸法に基づき算出したものであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
4. 前記金型を型開するに際し、該金型を型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう可変したときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力は、前記型板の幅寸法に基づき算出したものであることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機。
5. 前記制御手段は、型板情報入力手段を備えており、型板情報入力手段により型板の形状情報を入力できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
6. 前記型板情報入力手段は、さらに、型板の材質情報を入力できるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の射出成形機。
7. 回転駆動を直線駆動に変換するボールネジ機構と、該ボールネジ機構の駆動源であるノズルタッチ用モータと、加熱シリンダの先端に装着された射出ノズルと、該射出ノズルがノズルタッチされる固定金型と可動金型からなる金型と、該固定金型の装着される型板と、該型板を介して前記固定金型の装着される固定ダイプレートと、を備えた射出成形機により成形品を射出成形する方法であって、
   前記ボールネジ機構は、複数備えられ、前記固定ダイプレートに前記固定金型を中心として点対称で配設されており、
   前記ノズルタッチ用モータの回転駆動を前記ボールネジ機構により直線駆動に変換し前記射出ノズルを前進させることで、前記金型を型締した状態で該射出ノズルを前記固定金型にノズルタッチさせたときには、前記射出ノズルを前記金型に型閉時ノズルタッチ力でノズルタッチさせ、
   その後、前記金型を型開するときには、前記型閉時ノズルタッチ力の１／１０以上で１／２以下の型開時ノズルタッチ力で前記射出ノズルを前記金型にノズルタッチさせるよう、前記ノズルタッチ用モータの駆動力を、前記金型が型締状態のときの前記ノズルタッチ用モータの駆動力よりも弱くなるよう制御することを特徴とする射出成形方法。
   

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