JP3172650B2 - 射出プレス成形方法および射出プレス成形装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】金型を所定の隙間に離間させた状
態で金型キャビティ内へ溶融樹脂を充填し、射出充填完
了後に型締機構により型締して圧縮を行なう射出プレス
成形方法および射出プレス成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トグル機構により型締を行なう射出成形
装置を用いて射出プレス成形する場合、（１）トグル機
構が伸び切った状態で型締を完了するとともに、この状
態で金型に所定の隙間を確保しておく。そして溶融樹脂
を金型内に射出充填後、可動盤あるいは固定盤に別途付
設した圧縮専用の油圧シリンダなどにより圧縮を行な
う。（２）トグル式の型締機構では、トグル機構が伸び
切らない状態下で金型に所定の隙間を確保した状態とな
るように、トグル機構のクロスヘッド位置と可動盤の変
位量（型開量、型締力）の幾何学的関係を用いてクロス
ヘッドの位置に換算した設定値に基づく制御によりトグ
ル機構を停止させて型締を行なった後、金型キャビティ
内に射出充填し、その後トグル機構を再駆動により伸び
切った状態にして圧縮を行なう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の射出圧縮成形で
は、次のような問題があった。まず、 （１）トグル機構が伸び切った状態で型締を完了し、こ
の状態で金型内に溶融樹脂を射出充填する方法では、 トグル機構側には何ら特別な改造を必要としない
が、トグル機構とは別に圧縮専用の油圧シリンダなどが
必要なため、成形機の複雑・コスト高を招く。 型開量の適正値の設定が難しく、その上、圧縮開始
タイミング設定との整合性を必要とする。また、射出側
と圧縮側との同期制御が必要であることを考えれば、駆
動部が大型化するに伴い制御のソフト面とハード面から
高度化が要求されるため複雑となり、成形の操作性を著
しく低下させることになるといった問題がある。 （２）トグル機構の幾何学的関係により、型開量や型締
力をクロスヘッド位置に換算した設定値で型締を制御す
る方法では、 前記（１）のように、トグル機構とは別に圧縮専
用の油圧シリンダなどを必要としないものの、トグル機
構のクロスヘッド位置と可動盤の変位量、換言すれば型
開量や型締力の幾何学的関係は、取付ける金型の厚さに
応じた型厚設定値と金型の大きさに応じて型締完了時の
最大発生型締力を増減させるダイハイト調整値の組合せ
によって関係式は無限大に存在するため、使用する金型
毎に幾何学的関係に基づいて計算しなければならず操作
性は極めて悪く非実用的である。 仮に、上記トグル機構の幾何学的関係をプログラミ
ングし自動演算処理させる手段を組込んで、無限大に近
い種々の変数の組合せ数を演算処理によって所望の結果
を得ようとすると、ソフト・ハードの複雑でかつ大型化
は避けられずコスト高を招き適切でないといった問題が
ある。 本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明
の目的は、現行のトグル機構の成形機を大幅に改造する
ことなく、射出圧力と型締シリンダ油圧の圧力制御のみ
の簡単な制御で、高精度な射出プレス成形ができ、安定
して良品を連続的に供給する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明の方法では、あらかじめ樹脂の冷却固化収
縮量を算出したうえ、型締工程では油圧式の型締シリン
ダを駆動してトグル機構を介して金型を型閉する際該冷
却固化収縮量に相当する型開量位置に該トグル機構が伸
び切らない状態で保持し、射出充填工程では該冷却固化
収縮量を加えた樹脂量を金型キャビティ内に充填可能な
射出圧力制御を行なうとともに、射出充填完了の検知後
該トグル機構を伸び切る方向に伸張させて型締力を付加
させることとした。また、第２の発明では、さらに、第
１の発明における射出圧力制御を射出充填開始から射出
充填完了までを充填可能な一定圧力の圧力制御で行な
い、収縮量を残さずにすべて充填するようにした。さら
に、第３の発明では、第１の発明において、あらかじめ
タイバーに組込んだ型締力検出部を用いて両金型がタッ
チした状態を検知してトグル機構に連結される型締シリ
ンダのストロークを原点設定し、樹脂の冷却固化収縮量
に相当する型開量位置を該原点設定位置からの型締シリ
ンダのストローク後退量により設定するとともに、型締
完了後は設定した後退位置に可動金型を保持するように
型締シリンダの油圧を制御することとした。また、第４
の発明では、第１の発明の射出充填完了を射出機構の射
出駆動力が急激に上昇し始めた時点とし、該射出駆動力
の変化の後型締を開始することとした。そして、第５の
発明では、第１の発明の射出充填完了を射出機構の射出
駆動部の移動が停止した時点とし、該射出駆動部の停止
位置への到達の後型締を開始することとした。一方、第
６の発明の射出プレス成形装置においては、射出充填量
設定手段と射出圧力設定手段を備え該両設定手段で設定
された設定値に基づいて射出充填を行なう射出制御部
と、樹脂の冷却固化収縮量に相当する型開量を設定する
型開量設定手段と、金型の型開量を検出する型開量検出
部と、型締シリンダのストロークを検出する型締シリン
ダストロークセンサと、型締工程における金型タッチ点
の検知をタイバーに組込まれた型締力検出部で行ない該
型締力検出部の検出信号に基づいて型締シリンダのスト
ロークを原点設定する金型タッチ点設定部と、前記型開
量設定手段の設定値と前記型開量検出部の検出信号およ
び型締ストロークセンサの検出信号を比較してトグル機
構と連結される型締シリンダのストロークを制御して型
締を行なう型締制御部とを具備するとともに、射出機構
の射出駆動力が急激に上昇し始めた時、あるいは射出駆
動部の移動が停止した時に射出充填完了信号を発信させ
る射出充填完了検出部と、該射出充填完了検出部からの
検出信号に基づいて前記型締制御部へ型締開始信号を発
信させる比較制御部とを有する構成とした。

【０００５】

【作用】射出充填工程時は充填可能な圧力制御とするこ
とで充填初期には金型のキャビティ内の樹脂流動抵抗が
小さいため高速充填となり、充填後期には樹脂流動抵抗
が大きくなるため充填速度は自然減速されるため、樹脂
充填中は自動的に連続的な速度勾配を有し、かつパック
圧を生じない理想的な自然充填流れ（ナチュラルフロ
ー）となり得る。また、樹脂の冷却固化収縮量を加えた
樹脂量を充填し、かつ、樹脂の冷却固化収縮量に相当す
る型開量設定とすることで射出充填完了時においても、
金型へ樹脂はほぼ満充填（ジャストパック）の状態であ
るため、型締開始の切替えに際しても金型内の樹脂流速
の不連続に起因するフローマークなどの欠陥発生の影響
を全く受けない。したがって、従来行なわれてきた型締
開始の複雑かつ高度なタイミング制御が不要となる。さ
らに、型締力の検知をタイバーに組込んだ型締力検出部
で行なっているので、型厚設定、ダイハイト調整の影響
を全く受けず高精度な型締力が直接検出でき、その結
果、型開量の設定に際して基準となる金型のタッチ状態
が高精度に安定して検知でき、型開量の設定が極めて容
易にできる。また、圧縮工程において、射出充填完了を
検知してから型締圧力を増圧させているので射出側と型
締側との連動が避けられるため成形機を大型化しなくて
よい。

【０００６】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例の詳細
について説明する。図１〜図２は本発明の実施例に係
り、図１は射出成形機の全体構成図、図２は射出プレス
成形方法の状態説明図である。図１の射出成形機の上半
分は、圧縮工程前の型開量設定時の状態を示し、下半分
は圧縮工程時の型締完了状態を示している。

【０００７】図１に示すように、射出成形プレスを行な
う射出成形機１００は、大別すると型締装置２０と射出
装置４０と制御部６０とから構成され、型締装置２０
は、リンクハウジング１、固定盤２、可動盤３、型締シ
リンダ８、トグル機構６（トグルリンク６ａ、ミッドリ
ンク６ｂ、クロスヘッドリンク６ｃ）、クロスヘッド
７、ピストンロッド９、ガイドロッド１０、金型４（可
動金型４ａ、固定金型４ｂ）、キャビティ５、タイバー
１１などから構成される。

【０００８】つぎに、射出装置４０について述べる。本
実施例における射出装置４０はバレル４１内にスクリュ
４２が配設され、ホッパ４３内の樹脂原料が供給ゾー
ン、圧縮ゾーンにおいて加熱圧縮され、計量ゾーンにお
いて溶融計量され、そして射出ゾーンを経てノズル４４
内へ射出されるように構成されている。そして、バレル
４１の外周面には樹脂原料を外部加熱するためのヒータ
が設けられており、樹脂原料がスクリュ４２の回転によ
って前方へ送られるようになっている。符号４６は射出
シリンダ、４７は正逆転用モータであってスクリュ４２
に直結されており、スクリュ４２を正逆回転するように
なっている。

【０００９】つぎに、制御部６０について述べる。制御
部６０は射出充填量設定手段６１、射出圧力設定手段６
２、射出制御部６３、油圧制御弁６４、圧力センサ６
５、油圧制御弁６７、油圧供給源６８ａ、６８ｂ、射出
充填完了検出部６９、タイマ７０、時間設定部７１、比
較制御部７２、型締制御部７３、型締シリンダストロー
クセンサ７４、型開量検出部７５、型開量設定手段７
６、型締力検出部７７、金型タッチ点設定部７８などか
ら構成される。そして、射出充填量設定手段６１と射出
圧力設定手段６２が射出制御部６３に接続され、射出制
御部６３は射出シリンダ４６の動作を制御する油圧制御
弁６４と正逆転用モータ４７の動作を制御する図示しな
い制御装置にそれぞれ接続されている。また、射出シリ
ンダ４６内の作動油圧が圧力センサ６５で検知され、射
出充填完了検出部６９、タイマ７０、比較制御部７２を
経由して型締制御部７３へ送られるとともに、型締シリ
ンダストロークセンサ７４によって検知される位置情報
と型開量検出部７５によって検知される型開量情報とタ
イバー１１に組込まれている型締力検出部７７で検知さ
れる型締力情報がそれぞれ型開量設定手段へ送信され、
型締制御部へ動作信号が発信され、型締シリンダ８を制
御する油圧制御弁６７へ動作指令を与えるようになって
いる。なお、型締力検出部７７はタイバー１１に組込ま
れ、例えばロードメータなどが使用される。また、型開
量検出部７５はエンコーダやリニアスケールが採用さ
れ、可動盤位置で計測される。型締シリンダストローク
センサ７４は型締シリンダ８のピストンロッド９に取り
付けられ、エンコーダやリニアスケールが採用される。

【００１０】このように構成された射出成形機１００に
おける射出プレス成形方法の操作手順について次に説明
する。まず、固定金型４ｂと可動金型４ａで画成される
キャビティ５の容積に樹脂物性に係り算出される樹脂の
冷却固化収縮量を加えた樹脂量を計量値として射出充填
量設定手段６１で設定するとともに、キャビティ５内へ
充填可能でバリを発生しない射出充填圧力範囲から射出
効率の最もよい射出圧力条件を射出圧力値として射出圧
力設定手段６２で設定する。同時に、設定した計量値お
よび射出圧力値と、キャビティ５の容積およびキャビテ
ィ投影面積から、射出充填完了時に樹脂の冷却固化収縮
量に相当する型開量を型開量設定手段７６で設定する。

【００１１】すなわち、射出充填完了時に溶融樹脂が金
型４へほぼ満充填されている状態（ジャストパック）を
適正型開量とする。こうすることにより、射出充填完了
から圧縮工程へ移行する際に、樹脂の流動変化が生じな
いためにこれに起因するフローマークなどの欠陥の発生
はなく、射出工程と圧縮工程を連動させる必要はない。
なお、適正型開量よりも大きい型開量設定では、射出充
填完了時には充填した樹脂とキャビティ間に大きな隙間
が生じているため、圧縮工程へ移行した際に樹脂の流動
速度が不連続となり、フローマークなどの欠陥が発生す
る。この場合においては、射出工程と圧縮工程を連動さ
せるなどの極めて制御の難しい成形方法が要求される。
逆に型開量が極端に小さい設定では、キャビティ内の樹
脂の流動抵抗が大きくなるので、ショートショットなど
の成形不良が生じやすくなる。

【００１２】以上述べたような初期設定を完了したあ
と、次に成形動作に入る。成形動作は、図２に示すよう
に、下記の手順にしたがって遂行する。 （１）型開量設定手段７６で設定した適正型開量の設定
値に基づいて、型締制御部７３は型締シリンダ８の動作
を制御して型締を行なう。 （２）まず、型開量設定の際の原点設定（金型タッチ状
態）を行なう。型締動作中の金型タッチ状態の検知（す
なわち型締力の検知）は、タイバー１１に組込まれた型
締力検出部７７で行なう。そのメリットは、下記のとお
りである。 トグル機構６の型締力の発生原理であるタイバー１
１の伸延（応力）挙動を直接計測しているので最も計測
精度は高い。 従来のトグル機構６の幾何学的関係に基づいて算出
する方法の場合の欠点（無限大に近い演算プログラムの
蓄積、あくまでも演算推定による精度の低さ）は皆無で
ある。 金型取付部とは無関係の位置なので、取扱性が極め
て良好。

【００１３】（３）金型タッチ状態の時の型締シリンダ
ストロークを０点リセットして原点設定する。次に型開
量検出部７５で金型４の移動量を検知しながら、適正型
開量の位置まで金型４を後退させる。なお、本実施例で
は以下の理由により、金型４の移動量の検知を可動盤３
で計測した。 型締力は全く発生していない状態であるので、各部
材の変形はほとんどなく、金型４と可動盤３の移動量は
１対１であるため。 金型取付部とは無関係の位置であるので、取扱性が
極めて良好。 （４）適正型開量の位置まで金型４を後退させた時の型
締シリンダ８のストロークを型締シリンダストロークセ
ンサ７４で検出し、この検出信号値でもって型開量の制
御を行なう。すなわち、射出充填中は検出信号値をキー
プするように型締シリンダ油圧を制御する（型締シリン
ダ位置保持制御）。ここで、トグル機構６の特性（型締
シリンダストロークが１ｍｍ程度変動しても可動盤３の
位置変動は１／数十ｍｍ以下であり（図１中Ｓとｔとの
関係）、したがって型開量の設定精度は極めて高い。実
際型締シリンダストロークは１ｍｍ〜１／１０ｍｍの精
度で保持できる。）により、極めて高精度な型開量制御
が容易にできる。

【００１４】（５ ）なお、上記（２ ）〜（４ ）は、
金型および圧縮工程時の型締力設定値（ダイハイト調整
による）を変更しない限り、成形動作前に１回設定すれ
ばよく、実際の成形動作における型締制御は、型締動作
中に先に設定した適正型開量に相当する型締シリンダ８
のストローク位置になった時点で、型締シリンダ位置
保持制御を行なう。 （６ ）型開量設定後、射出充填動作に入る。射出充填
量設定手段６１ 、射出圧力設定手段６２で設定した樹
脂計量値、射出充填圧力の設定値に基づいて射出制御部
６３は、充填可能な一定圧力の圧力制御で射出充填を行
なう。すなわち、射出初期にはキャビティ５内の流動抵
抗が小さいので高速充填となり、射出後期にはキャビテ
ィ５内の流動抵抗の増加に伴い、充填速度は自然減速
し、その結果連続的な速度勾配を有し、かつパック圧を
発生しない理想的な自然充填流れ（ナチュラルフロー）
となる。さらに、射出充填工程時には射出シリンダ４６
の圧力制御よりスクリュ４２が前進限に至るまでのいわ
ゆるクッション量を残さない射切り状態に射出制御され
る。こうすることにより、後述する射出充填完了の確認
のための検知が極めて容易かつ正確となる上に計量およ
び射出充填制御も簡単となる。

【００１５】（７）射出充填完了後は型締側で圧縮工程
を行なう。ここで、射出充填完了後、金型内の溶融樹脂
はジャストパック状態であるので、充填完了に引続いて
圧縮（型締）を開始すれば、フローマークなどの欠陥の
発生は全くない。なお、圧縮に伴い、射出シリンダ４６
内の作動油圧を上昇させれば（ただし射出シリンダ４６
は前進しない）ノズル４４内からキャビティ５までの通
路中には樹脂が充満されているので、金型内の樹脂の逆
流は完全に防止できる。 （８）射出充填完了検知は前述した射切り状態において
射出シリンダ４６内の作動油圧値の変化、あるいは射出
ピストン４８の前進動作（射出速度）の変化により求ま
る。すなわち、射出充填開始から射出完了直前までは射
出充填圧力が一定となるようにスクリュ４２の前進動作
と合せて射出シリンダ４６内の作動油圧値は一定に制御
されているために射出完了時、すなわちスクリュ４２が
前進限に達するとスクリュ４２の前進動作は停止し、射
出シリンダ４６内の作動油圧値は一時的に急激に上昇す
る。したがって、射出シリンダ４６内の作動油圧値を検
出することにより射出充填完了が正確に検知できる。し
かしながら、これに限定するものでなくスクリュ４２の
前進動作あるいは射出ピストン４８の前進動作を停止し
た時を射出充填完了として検知してもよい。さらに、前
記のような射出充填完了を確認検知する方法を組合せて
使うことも可能である。

【００１６】（９）こうして射出充填完了検出部６９で
射出充填完了を検知すると型締制御部７３へ型締開始の
信号を発生させるとともにタイマ７０が起動して圧縮工
程を制御するのである。ここで、時間設定部７１にあら
かじめ計量開始時間および保圧冷却時間を入力させてお
く。計量開始はゲートシールをする時間を基準とし、シ
ャットオフバルブが組込まれている成形機ではシャット
オフバルブ閉動作完了時間を基準として設定する。保圧
冷却時間は、樹脂温度、金型冷却能力、成形品形状など
によって樹脂の冷却固化時間を算出し、圧縮完了時間と
して設定する。 （１０）タイマ７０のタイムアウト信号と時間設定部７
１の設定値を比較制御部７２で比較して各々の設定値に
達していることが判明すると計量開始信号を射出制御部
６３へ出力し、圧縮完了信号を型締制御部７３へ出力し
て型開きに引続き製品取出しを行なった後次の成形動作
に入る。 （１１）なお、圧縮工程の型締力値は成形品の転写性を
アップさせる目的で付加させるのであって、射出プレス
成形のメリットの１つである型締力の低減化と合せて成
形機の最大型締圧力範囲の中で、例えば成形後の成形品
の転写性を評価して必要最小型締力値をあらかじめ設定
しておく。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明においては、 射出充填工程および圧縮工程は射出圧力と型締シリ
ンダ油圧の圧力制御のみの簡単な制御方法でよいため操
作性は極めて容易となる。 また、射出充填可能な射出圧力制御とすることで、
製品形状に応じた連続的な速度勾配を有し、パック圧発
生のない、かつ短時間充填が可能な理想的な射出充填制
御が極めて簡単に自動設定できるため、制御の操作性が
極めて容易である。 射出充填完了時においても、溶融樹脂はジャストパ
ック状態であるため、樹脂流れの不連続に起因するフロ
ーマークなどの欠陥発生が皆無となり、その結果、射出
充填工程から圧縮工程切替に際しての極めて高度なタイ
ミング制御が不要となるため、さらに制御の操作性を簡
単にすることができる。 射出充填制御は射出圧力制御とするとともにクッシ
ョン量を残さずに充填することにより、射出充填完了検
知は簡単かつ正確に検出できることと、型締開始制御が
簡単にできることと合せて、射出充填完了以降の圧縮工
程および計量開始などの制御はタイマによる簡単な制御
で可能となり、高品質な成形品を極めて容易な操作で得
ることができる。 型締力の検知を、トグル式型締機構の型締力の発生
原理であるタイバー部で直接行なっているため、計測精
度が極めて高く、いかなる条件の金型サイズあるいは型
締力設定に対して対応可能であるために、制御の操作性
・精度が極めて良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る射出成形機の全体構成図
である。

【図２】本発明の実施例に係る射出プレス成形方法の状
態説明図である。

【符号の説明】

１ リンクハウジング ２ 固定盤 ３ 可動盤 ４ 金型 ４ａ 可動金型 ４ｂ 固定金型 ５ キャビティ ６ トグル機構 ７ クロスヘッド ８ 型締シリンダ ９ ピストンロッド １０ ガイドロッド １１ タイバー ２０ 型締装置 ４０ 射出装置 ４１ バレル ４２ スクリュ ４３ ホッパ ４４ ノズル ４６ 射出シリンダ ４７ 正逆転用モータ ４８ ピストン ６０ 制御部 ６１ 射出充填量設定手段 ６２ 射出圧力設定手段 ６３ 射出制御部 ６４ 油圧制御弁 ６５ 圧力センサ ６７ 油圧制御弁 ６８ａ、６８ｂ 油圧供給源 ６９ 射出充填完了検出部 ７０ タイマ ７１ 時間設定部 ７２ 比較制御部 ７３ 型締制御部 ７４ 型締シリンダストロークセンサ ７５ 型開量検出部 ７６ 型開量設定手段 ７７ 型締力検出部 ７８ 金型タッチ点設定部 １００ 射出成形機

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 あらかじめ樹脂の冷却固化収縮量を算出
   したうえ、型締工程では油圧式の型締シリンダを駆動し
   てトグル機構を介して金型を型閉する際該冷却固化収縮
   量に相当する型開量位置に該トグル機構が伸び切らない
   状態で保持し、射出充填工程では該冷却固化収縮量を加
   えた樹脂量を金型キャビティ内に充填可能な射出圧力制
   御を行なうとともに、射出充填完了の検知後該トグル機
   構を伸び切る方向に伸張させて型締力を付加させること
   を特徴とする射出プレス成形方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の射出圧力制御を射出充
   填開始から射出充填完了までを充填可能な一定圧力の圧
   力制御で行ない、収縮量を残さずにすべて充填すること
   を特徴とする射出プレス成形方法。
3. 【請求項３】 あらかじめタイバーに組込んだ型締力検
   出部を用いて両金型がタッチした状態を検知してトグル
   機構に連結される型締シリンダのストロークを原点設定
   し、樹脂の冷却固化収縮量に相当する型開量位置を該原
   点設定位置からの型締シリンダのストローク後退量によ
   り設定するとともに、型締完了後は設定した後退位置に
   可動金型を保持するように型締シリンダの油圧を制御す
   ることを特徴とする請求項１記載の射出プレス成形方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の射出充填完了を射出機構
   の射出駆動力が急激に上昇し始めた時点とし、該射出駆
   動力の変化の後型締を開始する射出プレス成形方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の射出充填完了を射出機構
   の射出駆動部の移動が停止した時点とし、該射出駆動部
   の停止位置への到達の後型締を開始する射出プレス成形
   方法。
6. 【請求項６】 射出充填量設定手段と射出圧力設定手段
   を備え該両設定手段で設定された設定値に基づいて射出
   充填を行なう射出制御部と、樹脂の冷却固化収縮量に相
   当する型開量を設定する型開量設定手段と、金型の型開
   量を検出する型開量検出部と、型締シリンダのストロー
   クを検出する型締シリンダストロークセンサと、型締工
   程における金型タッチ点の検知をタイバーに組込まれた
   型締力検出部で行ない該型締力検出部の検出信号に基づ
   いて型締シリンダのストロークを原点設定する金型タッ
   チ点設定部と、前記型開量設定手段の設定値と前記型開
   量検出部の検出信号および型締ストロークセンサの検出
   信号を比較してトグル機構と連結される型締シリンダの
   ストロークを制御して型締を行なう型締制御部とを具備
   するとともに、射出機構の射出駆動力が急激に上昇し始
   めた時、あるいは射出駆動部の移動が停止した時に射出
   充填完了信号を発信させる射出充填完了検出部と、該射
   出充填完了検出部からの検出信号に基づいて前記型締制
   御部へ型締開始信号を発信させる比較制御部とを有する
   射出プレス成形装置。