JP2018024180A

JP2018024180A - 圧縮成形機、圧縮成形機の制御方法および圧縮成形機の成形方法

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Publication number: JP2018024180A
Application number: JP2016157789A
Authority: JP
Inventors: 幹男永田; Mikio Nagata
Original assignee: Meiki Seisakusho KK
Current assignee: Meiki Seisakusho KK
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2036-08-10
Also published as: JP6319815B2

Abstract

【課題】高精度な平行制御を行うことの可能な圧縮成形機、圧縮成形機の制御方法および圧縮成形機の成形方法を提供する。【解決手段】固定盤１５または可動盤１６のいずれかの３箇所以上に設けられ圧縮成形時に可動盤１６を移動させる圧縮用シリンダ１４と、圧縮用シリンダ１４に対応して同数が設けられサーボ機構２９により可動盤１６を移動させる型開閉装置２８と、圧縮用シリンダ１４の力を伝達するロック装置３４とが設けられ、ロック装置３４係合後の圧縮成形時に前記圧縮用シリンダ１４により可動盤１６の少なくとも閉め方向の制御を行うとともに前記型開閉装置２８により可動盤１６の開き方向の制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機、圧縮成形機の制御方法および圧縮成形機の成形方法に関するものである。

固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機としては、型開きされた金型に成形材をセットして型閉を行った後に圧縮を行う圧縮成形機と、型閉された金型のキャビティ内に成形材を射出する射出圧縮成形機が知られている。これらの圧縮成形機や射出圧縮成形機においては、特に板厚が薄い成形品や高精度が要求される成形品を成形する際に各圧縮用シリンダを個別に制御して圧縮成形を行う平行制御が行われる。圧縮成形機において平行制御（平衡制御）を行うものとしては、特許文献１に記載された油圧プレスが知られている。特許文献１では前進方向に加圧を行う1個の加圧シリンダと後退方向に加圧を行う４個の制御シリンダがそれぞれ設けられ、前記制御シリンダをサーボ弁により制御することが記載されている。

また射出圧縮成形において平行制御を行うものとしては特許文献２、特許文献３に記載された射出圧縮成形機の型締装置が知られている。特許文献２では、４個の型締シリンダと２組以上のサーボモータにより射出開始前と射出開始時の可動ダイプレートの位置保持を行うことが記載されている。更に特許文献３では、タイバーにそれぞれ油圧型締シリンダを設けるとともに、タイバーを介して移動盤を移動させる射出プレス用サーボモータをそれぞれ設けることが記載されている。そして射出プレス工程の低圧時には前記の射出プレス用サーボモータにより制御を行い、高圧時には油圧型締シリンダを用いて制御を行うことが記載されている。

特開平２−１３３２００号公報（請求項１、第５頁右上欄、第１図）特開２００３−１８１８９５号公報（請求項１、００３７ないし００３９）特開２００４−３１４４９１号公報（請求項１、００２４、図１）

上記特許文献１ないし特許文献３のような油圧プレスや射出圧縮成形機の型締装置を用いて固定金型に対して可動金型を平行な状態を保ちながら圧縮する平行制御（位置制御または速度制御）を行う場合、固定盤に対して可動盤を各位置において型閉方向および型開方向に高精度に制御することが必要となる。それに対して特許文献１に記載されたものは、可動金型の前進方向、後退方向の制御をいずれも油圧シリンダにより行うものであり、特に前進方向は中央の加圧シリンダ１個により行っているため型閉方向および型開方向の双方向に高精度な制御が困難なものであった。また特許文献２についてはサーボモータは位置保持制御に用いられるものであり、型締シリンダを制御して行う圧縮成形時のサーボモータの制御については特に記載がされていない。更に特許文献３では低圧成形時にはサーボモータのみによる高精度な制御が可能であるが、高圧時には油圧シリンダのみによる制御に切り替わるものである。

また特許文献２および特許文献３では複数の型締シリンダのうちいずれかの型締シリンダが種々の要因により指令値よりも前進しすぎた場合に補正をすることについてまったく記載がされていない。しかし前進しすぎた型締シリンダが存在する場合にその型締シリンダを後退方向に制御せずに他の型締シリンダの前進を待つ方式の平行制御方式は、平行度を取り戻すのに時間がかかることがあり、その間に樹脂の固化が進展してしまうような場合には高精度な成形品を成形するのに支障がある場合があった。

更に特許文献２および特許文献３は型締シリンダの力がタイバおよびハーフナットを介して可動盤に伝達されるタイプの型締装置であるが、これらの型締装置においては、通常タイバの係合溝とハーフナットの係合歯の間には、係合時に係合歯を係合溝に接触することなく係合させるための間隙が存在する。そして前記ハーフナットは、圧縮成形機には係合溝に対して一方の間隙を残した状態で係合歯が当接して圧縮用シリンダの力を伝達することになる。ところがこれらの装置を用いて前進しすぎた型締シリンダを補正して早期に平行度を復元するために型締シリンダにより型閉方向および型開方向の双方の制御を行う場合、型開方向へ移動させるための制御量が一定以上であると、係合歯と係合溝の当接が外れて型締シリンダの力が伝達されなくなり、高精度な制御ができなくなることがあった。そして前記問題は、竪型の圧縮成形機の場合は、可動盤および可動金型の自重が影響するので特に問題となる場合がある。本発明は上記の問題を鑑みて、高精度な平行制御を行うことの可能な圧縮成形機、圧縮成形機の制御方法および圧縮成形機の成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の圧縮成形機の制御方法は、固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機の制御方法において、固定盤または可動盤のいずれかの３箇所以上に設けられ圧縮成形時に可動盤を移動させる圧縮用シリンダと、前記圧縮用シリンダに対応して同数が設けられサーボ機構により可動盤を移動させる型開閉装置と、圧縮用シリンダの力を伝達するロック装置とが設けられ、前記ロック装置係合後の圧縮成形時に前記圧縮用シリンダにより可動盤の少なくとも閉め方向の制御を行うとともに前記型開閉装置により可動盤の開き方向の制御を行うことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の圧縮成形機の制御方法は、固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機の制御方法において、固定盤または可動盤のいずれかの３箇所以上に設けられ圧縮成形時に可動盤を移動させる圧縮用シリンダと、前記圧縮用シリンダに対応して同数が設けられサーボ機構により可動盤を移動させる型開閉装置と、係合溝に対して係合歯が当接して圧縮用シリンダの力を伝達するロック装置とが設けられ、前記ロック装置係合後の圧縮成形時に前記圧縮用シリンダにより可動盤の少なくとも閉め方向の制御を行うとともに前記型開閉装置により係合溝に対する係合歯の当接状態が継続されるように制御を行うことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の圧縮成形機の制御方法は、請求項１または請求項２において、圧縮成形時には圧縮用シリンダを閉め方向および開き方向に速度制御または位置制御するともに、前記サーボ機構により可動盤の開き方向に負荷を加える制御を行うことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の圧縮成形機は、固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機において、固定盤または可動盤のいずれか一方の３箇所以上に設けられ圧縮成形時に可動盤を少なくとも型閉方向に移動させる圧縮用シリンダと、圧縮用シリンダを制御するサーボバルブと、前記圧縮用シリンダに対応して同数が設けられ型開閉時に可動盤を型開閉移動させるとともに圧縮成形時に可動盤の開き方向に負荷を加えるサーボモータを用いた型開閉装置と、圧縮用シリンダの力を伝達するロック装置とが備えられたことを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の圧縮成形機は、請求項４において、前記可動盤は固定盤に対して昇降移動される可動盤であり、下型と上型の間にキャビティが形成されることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の圧縮成形機の成形方法は、請求項５に記載の圧縮成形機を用い、
型開きされた下型の上に成形材の一部または全部をセットした後、下型と上型の型閉めを行ってキャビティを形成し、そのまま圧縮成形を行うか、または前記キャビティ内に成形材を射出して射出圧縮成形を行うことを特徴とする。

本発明の圧縮成形機の制御方法は、固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機の制御方法において、固定盤または可動盤のいずれかの３箇所以上に設けられ圧縮成形時に可動盤を移動させる圧縮用シリンダと、前記圧縮用シリンダに対応して同数が設けられサーボ機構により可動盤を移動させる型開閉装置と、圧縮用シリンダの力を伝達するロック装置とが設けられ、前記ロック装置係合後の圧縮成形時に前記圧縮用シリンダにより可動盤の少なくとも閉め方向の制御を行うとともに前記型開閉装置により可動盤の開き方向の制御を行うので、高精度な平行制御を行うことの可能である。

本実施形態の圧縮成形機の型開状態の概略説明図である。本実施形態の圧縮成形機のロック装置の拡大図である。本実施形態の圧縮成形機の各工程を示す図である。本実施形態の射出圧縮機の圧縮用シリンダとサーボモータの制御を示すブロック図である。本実施形態の圧縮成形時の圧縮用シリンダの状態を示す図である。別の実施形態の圧縮成形機の概略説明図である。更に実施形態の圧縮成形機の概略説明図である。更に別の実施形態の射出圧縮成形機の概略説明図である。

図１により本発明の本実施形態の圧縮成形機１１について説明する。圧縮成形機置１１は、強化繊維と熱可塑性樹脂を含む成形材を上型である可動金型１２と下型である固定金型１３の間で平行制御しつつ圧縮する縦型の圧縮成形機である。圧縮成形機１１は、下盤であって固定金型１３が取付けられる固定盤１５に対して、上盤であって可動金型１６が取付けられる可動盤１６が昇降自在に設けられている。可動盤１６の四隅近傍には圧縮用シリンダ１４が設けられている。また固定盤１５の四隅近傍にはタイバ１７が縦方向に向けて固定され、タイバ１７は圧縮用シリンダ１４のピストン１８ａとロッド１８ｂの中心孔に挿通されている。タイバ１７の周囲にはハーフナット２７が係合される係合溝３１が形成されている。

圧縮用シリンダ１４は復動型の油圧シリンダでありピストン１８ａを挟んで圧縮用油室１９と型開用油室２０が形成されている。圧縮用油室１９と型開用油室２０に接続される管路２１，２２は作動油の圧力を測定する圧力センサ２３，２４が取付けられるとともに管路２１，２２はサーボ機構のサーボバルブ２５が備えられている。そしてサーボバルブ２５は油圧装置２６を構成する他のバルブ、ポンプおよびタンクに接続されている。従って圧縮用シリンダ１４はサーボ機構であるサーボバルブ２５により制御され、圧縮成形時にタイバ１７を介して可動盤１６を型閉方向および型開方向に移動可能である。なお圧縮用シリンダ１４は４箇所に設けられるのが一般的であるが、固定盤１５または可動盤１６のいずれかの盤の３箇所以上に設けられていればよく上限としては８箇所に設けることが考えられる。また図示はしないが、圧縮用シリンダ１４とは別にハーフナット２７の係合歯３２とタイバ１７の係合溝３１を係合可能な位置に調整するための係合位置調整装置を設けてもよい。

可動盤１６の上面のタイバ１７が挿通される部分の周囲にはロック装置３４であるハーフナット２７がそれぞれ取付けられている。図２に示されるようにハーフナット２７にはタイバ１７の係合溝３１に係合される係合歯３２が設けられている。ハーフナット２７の係合歯３２は、型開閉時にはタイバ１７の係合溝３２と係合されておらず、型閉後に図示しない油圧シリンダ等のアクチュエータにより前進され係合溝３２と係合される。図２の右側半分は係合時のハーフナット２７の状態を示しているが、係合時の係合溝３１と係合歯３２の関係は係合歯３２の型締方向および型開方向の双方に僅かな間隙３３ａ，３３ｂを有している。図２の左側半分は圧縮成形時のハーフナット２７の状態を示しているが、圧縮成形時には前記間隙３３ａ，３３ｂは、ハーフナット２７および係合歯３２が圧縮用シリンダ１４の作動により図２において上方向に移動することにより、係合溝３２に対して係合歯３２が一方の間隙３３ｂのみを残した状態で、係合歯３２の当接面３２ａと係合溝３１の当接面３１ａが当接されて間隙３３ａが解消される。図２では、ロック装置３４のハーフナット２７の係合歯３２は模式的に１個が記載されているが実際には複数の係合歯が設けられる場合が殆どである。ハーフナット２７の下面は、圧縮用シリンダ１４のロッド１８ｂの上面に固定または押し引き可能に係合されている。なおロック装置３４の係合部分の構造は上記に限定されない。ロック装置３４は、油圧等でスリーブ体をタイバ１７に押付けてロックするタイプのものでもよいが、ハーフナット２７のタイプのほうが多用されている。
なおスリーブ体をタイバ１７に押付けてロックするタイプでは、圧縮用シリンダ１４の空走の問題は発生しない。またロック装置３４は圧縮用シリンダ１４とは別の盤に設けられてもよい。

また固定盤１５と可動盤１６には、可動盤１６を昇降させる型開閉装置２８が取付けられている。型開閉装置２８は、圧縮用シリンダ１４に対応して同数（ここでは４基）が設けられている。本実施形態では型開閉装置２８は、サーボ機構の一種であるサーボモータ２９と、該サーボモータ２９により作動されるボールねじ機構３０から構成される。サーボモータ２９は、固定盤１５または可動盤１６のいずれかに、ボールねじを直接またはベルト等を介して間接的に回転駆動可能に設けられている。本実施形態では固定盤１５の四隅近傍にサーボモータ２９が固定的に設けられ、可動盤１６にボールねじ機構のボールねじナット３７が固定的に設けられるが、逆に可動盤１６にサーボモータ２９が設けられたものでもよい。型開閉装置２８のサーボモータ２９のエンコーダ３５により固定盤１５に対する可動盤１６のそれぞれの圧縮用シリンダ１４に隣接する場所（対応する場所）の距離が測定可能となっている。なお型開閉装置２８は、サーボ機構であるサーボバルブにより制御される型開閉シリンダを用いたものでもよい。

本実施形態では型開閉装置２８の４基のサーボモータ２９のエンコーダ３５により固定盤１５と可動盤１６の間の距離を検出するが、固定盤１５と可動盤１６の間、または固定金型１３と可動金型１２の間を圧縮用シリンダ１４の位置に対応した４基のリニアセンサ等の位置センサによっても検出するようにしてもよい。特に型開閉装置２８にサーボ機構を用いた型開閉シリンダを用いる場合、位置センサは必須である。また固定金型１３は下盤である固定盤１５に固定されており移動可能に記載されていないが、圧縮成形機１１の外部に向けて下型のみかまたは下型とその保持板であるボルスタが共に水平移動されるものや、下型と上型からなる金型が圧縮成形機１１の外部に向けて水平移動されるものでもよい。更に圧縮成形機１１は成形材Ｍを載置する上では、可動盤１６および可動金型１２が昇降して竪方向に圧縮がなされる竪型のものが好適であるが、可動盤および可動金型が水平方向に移動する横型のものであってもよい。

次に圧縮成形機１１の一部を構成する制御装置３７について説明する。制御装置３７は、型開閉用のサーボモータ２９を制御するサーボアンプ５３等も含む概念であり、サーボモータ２９（エンコーダ３５を含む）にも接続されている。また制御装置３７は、圧縮成形機１１を駆動する油圧装置２６のサーボバルブ２５を始めとした各バルブや油圧センサ２３，２４等にも接続されている。また制御装置３７は、加熱媒体供給装置３８や冷却媒体供給装置３９や取出機等の周辺機器にも接続されている。

次に本実施形態の圧縮成形機１１の制御方法について、強化繊維と熱可塑性樹脂を含む成形材を圧縮成形する例を用いて説明する。本実施形態で使用される成形材は、強化繊維としては炭素繊維を使用し、マトリクス樹脂である熱可塑性樹脂マトリクス樹脂としてはポリアミド（ＰＡ６）を使用したプリプレグＭである。なお成形材は、プリプレグＭ、強化繊維のみのシート、樹脂のみのシートの少なくとも二つからなる組合せであってもよい。

図３に示されるように最初の載置工程では固定金型１３のキャビティ面３６にプリプレグＭを載置する。この際に図２に示されるように固定金型１３と可動金型１２は、プリプレグＭに含まれるマトリクス樹脂（熱可塑性樹脂）の熱変形温度以上の温度まで昇温させておくことが望ましい。

次の型閉工程では制御装置３７からの指令により、型開閉装置２８のサーボモータ２９を作動させて可動盤１６と可動金型１２を固定盤１５と固定金型１３に向けて下降させ、固定金型１３と可動金型１２の間にプリプレグＭの内包されたキャビティが形成される。なおこの状態でのキャビティは圧縮代が残された状態である。型閉工程の可動盤１６の作動制御は、速度制御（または位置制御）によりフィードバック制御され、所定位置になると可動盤１６はサーボモータ２９により停止制御される。またこの際に可動盤１６は原点から等しい距離移動されて固定金型１３に対して可動金型１２の平行度が保った状態で当接される。

可動盤１６が前記の所定位置に停止されて型閉工程が終了すると、次にロック装置３４であるハーフナット２７の図示しないアクチュエータが作動され、ハーフナット２７の係合歯３２がタイバ１７の係合溝３１に係合される。なおこの際ハーフナット２７の係合歯３２がタイバ１７の係合溝３１に対して両側に間隙３３ａ，３３ｂを有して係合できるよう成形前に図示しない係合位置調整装置によりタイバ１７に対する圧縮用シリンダ１４のロッド１８ｂの位置が調整されている。そして圧縮前工程では金型１２，１３を融点以上に昇温する。この際型開閉装置２８のサーボモータ２９により可動盤１６および可動金型１２が位置保持されている。なお成形材の種類によって圧縮前工程は省略してすぐに次の圧縮工程に移行してもよい。またハーフナット２７の係合は次の圧縮工程の開始直前でもよい。

本発明の圧縮成形時に相当する圧縮工程では、圧縮用シリンダ１４が作動されると、圧縮シリンダ１４のピストン１８ａとロッド１８ｂが上向きに移動され、ハーフナット２７を押し上げて、ハーフナット２７の係合歯３２の当接面３２ａがタイバ１７の係合溝３１の当接面３１ａに当接される。その際に係合溝３１に対して係合歯３２は、一方の間隙３３ｂのみを残した状態で当接面３１ａ，３２ａ同士が当接される。そして圧縮用シリンダ１４の作動によりハーフナット２７を介してタイバ１７に力が伝達され、可動盤１６が型閉方向に移動される。圧縮工程開始時点では金型またはプリプレグＭの温度は融点以上であることが望ましい。

この際の圧縮用シリンダ１４は、速度制御（または位置制御）がなされる。そして圧縮用シリンダ１４によりタイバ１７をおよびハーフナット２７介して可動盤１６が閉め方向および開き方向のフィードバック制御が行われる。この際の制御は、図４のブロック図に示されるように制御装置３７の指令信号生成部５１から速度制御部５２に向けて指令信号が送られる。そして前記指令信号は、サーボモータ２９のエンコーダ３５からの検出信号が加算されて制御信号として速度制御部５２に送られる。そして速度制御部５２からサーボバブル２５に向けて速度制御信号が送られる。そしてサーボバルブ２５の制御により圧縮用シリンダ１４の速度制御（または位置制御）がなされて可動盤１６が移動されるとその検出結果は、前記のようにエンコーダ３５により検出されフィードバック制御（ＰＩＤ制御）がなされる。なお図４では１本の圧縮用シリンダ１４の制御ブロックを示しており、他の3本の圧縮用シリンダ１４も同様の制御ブロックを備える。

また制御装置３７の指令信号生成部５１からサーボアンプのトルク制御部５３に向けてサーボモータ２９のトルク制御のための指令信号が送られる。一方サーボアンプのトルク制御部５３では負荷電流値に基づいてサーボモータ２９のトルクが検出されて、サーボモータ２９のトルクのフィードバック制御がなされる。そして型開閉装置２８のサーボモータ２９により可動盤１６の開き方向に負荷をかける制御（トルク制御）が行なわれる。この際にサーボモータ２９による位置保持制御は行われず、圧縮用シリンダ１４の速度制御（位置制御）に追従する。なお本実施形態ではサーボモータ２９から可動盤１６に開き方向に常時同じ負荷をかけるトルク制御が行われる。しかしサーボモータ２９には、圧縮用シリンダ１４を開き方向に制御する際のみ、可動盤１６および可動金型１２の自重を保持し上方に向けて移動させるトルク制御を行うものでもよい。

またこれらの圧縮工程の制御は、４本の圧縮用シリンダ１４に対して同様にフィードバック制御が行われるが、４本の圧縮用シリンダ１４間では一時的に図５に示されるような前進制御位置が検出される場合がある。即ち制御装置３７からは同じ指令信号が送られたとしても、成形品の形状や金型の問題、圧縮成形機１１の問題等により、各圧縮用シリンダ１４が常に同じ位置へ前進されるとは限らない（なおここにおいて圧縮方向を前進方向とする）。従って各圧縮用シリンダ１４はそれぞれ単独で制御され、対応するエンコーダ３５（位置センサ）の値が加算されてサーボバルブ２５の制御信号が生成される。例えば図５に示される第１の圧縮用シリンダ１４のように指令信号による指令位置Ｂよりも位置センサの検出位置が遅れているシリンダでは、速度制御部５２からサーボバルブ２５に向けて型閉方向に大きく移動させる制御信号が送信され、遅れている距離Ｃ分を解消しようと速度制御（または位置制御）がなされる。しかし図５に示される第４の圧縮用シリンダ１４のように指令信号による指令位置Ｂよりも位置センサの検出位置が進みすぎているシリンダでは、速度制御部５２からサーボバルブ２５に向けて型開方向の制御信号が送信され、進みすぎている距離Ｄ分を解消しようとする。そして圧縮用シリンダ１４が後退方向（なおここにおいて型開方向を後退方向とする）に速度制御（または位置制御）がなされる。

なおこの際に圧縮用シリンダ１４が後退方向に速度制御されても、圧縮成形時に発生していたタイバ１７の伸び量度が減少されることやキャビティ内の成形材Ｍの反力、サーボモータ２９により可動盤１６に対して開き方向の負荷がかけられていることにより、ハーフナット２７の係合歯３２の当接面３２ａとタイバ１７の係合溝３１の当接面３１ａは当接した状態を保つことができる。特に竪型の圧縮成形機１１の場合、仮にサーボモータ２９により可動盤１６に対して開き方向の負荷がかけられていない状態で、圧縮用シリンダ１４が後退方向に作動されると、タイバ１７の伸び量が解消された時点から、ハーフナット２７の係合歯３２の当接面３２ａとタイバ１７の係合溝３１の当接面３１ａは当接状態が解消されてしまう。そして可動盤１６および可動金型１２はその自重のみにより下方へ移動される力が働くが、圧縮用シリンダ１４により可動盤１６および可動金型１２を型開方向に移動させることはできず、その進みすぎていた圧縮用シリンダ１４に対応する可動盤１６の位置制御（後退制御）はその間不可能となる。即ち圧縮用シリンダ１４はハーフナット２７の係合歯３２と係合溝３１の間隙３３ｂが解消されている間は空走状態となり圧縮用シリンダ１４の制御が及ばなくなる。またこの当接面３１ａ，３２ａ同士が当接していない空走状態が発生してから次に圧縮用シリンダ１４に型閉方向に制御信号が与えられた場合に、前記当接面３１ａ，３２ａ同士は衝突することになり問題が発生する場合もある。それに対して本発明では、型開閉装置２８のサーボモータ２９を型開方向に制御することによってタイバ１７の係合溝３１に対するハーフナット２７の係合歯３２の当接状態を継続することができる。そして可動盤１６および可動金型１２の自重のみによる圧縮状態を防止して可動盤１６および可動金型１２を後退方向に制御することができる。また前記により圧縮用シリンダ１４の空走状態が発生しないので、可動盤１６は常時高精度に位置制御されることになる。

そしていずれか圧縮用シリンダ１４の圧力センサ２３または全ての圧縮用シリンダ１４の圧力センサ２３の検出値が設定値を超えたら加圧工程に切り替える。加圧工程では、圧縮用シリンダ１４の圧縮用油室１９の作動油の圧力を圧力センサ２３により検出し、その平均値を算出して制御に用いる。そして目標圧力との差分を取って圧力ループの制御信号を生成する。また各位置センサであるエンコーダ３５による値も検出され、圧縮工程と同様に速度制御（または位置制御）がなされる。従って本実施形態の加圧工程では、速度制御（または位置制御）により固定盤１５に対する可動盤１６の平行度を確保しながら、各圧縮用シリンダ１４の圧力制御を行うことができる。なお加圧工程への切換えや加圧工程の制御はこれに限定されない。

そして加圧工程の間、金型温度は熱変形温度以下の設定された目標冷却温度に維持され、プリプレグＭの冷却固化が行われる。そして冷却が完了すると、圧縮用シリンダ１４の型開用油室２０に作動油が供給されて離型が行われる。この際に４基の型開閉装置２８のサーボモータ２９のみにより離型を行うか、圧縮用シリンダ１４とサーボモータ２９を併用して離型を行うようにしてもよい。そして離型工程の後にはハーフナット２７の離脱が行われた後に、型開閉装置２８のサーボモータ２９を作動させて型開工程が行われ、型開完了位置まで移動後に突出工程が行われる。

なお上記の圧縮工程（圧縮成形時）において、圧縮用シリンダ１４が復動型のものであっても型閉側のみの制御を行うものでもよい。また圧縮用シリンダ１４は型閉側のみに圧縮可能な単動シリンダであってもよい。それらの際は成形材の反力等により想定外に圧縮用シリンダ１４が型開側に移動した際にも圧縮用シリンダ１４が空走状態とならないように型開閉装置２８のサーボ機構により制御を行う。また圧縮用シリンダ１４の制御は流量制御弁等、サーボバルブ２５以外のバルブにより制御されるものでもよい。更にサーボモータ２９やサーボバルブ２５を用いた油圧シリンダ等のサーボ機構を用いた開き方向の制御については常時一定の負荷を加えるもの以外に負荷の値を変更するものでもよい。更にサーボモータ２９を用いて開き方向の制御を行う場合については、可動盤１６の落下を防止したり圧縮用シリンダ１４の空走状態が発生しないように開き方向への位置制御または速度制御や、サーボロック制御またはブレーキ制御を行うものでもよい。

更に圧縮成形時の平行制御の方式も上記に限定されない。例えば４つ圧縮用シリンダ１４に対応する各位置センサ（エンコーダ３５）の値の平均値を算出し、指令値に加算して別途にフィードフォーワード制御の制御信号を生成するようにしてもよい。そして前記フィードフォーワード制御の制御信号を、各位置センサ（エンコーダ３５）と指令信号を加算した各圧縮用シリンダ１４のフィードバック制御の制御信号に加算してサーボバルブ２５を制御するようにしてもよい。このような制御方式を採用することにより圧縮用シリンダ１４は安定して前進方向の制御信号が得られやすくなることも想定される。

また更に別の平行制御の方式としては、いずれか１つの圧縮用シリンダ１４をマスターシリンダとして前記マスターシリンダに対応する位置を検出してマスターシリンダは単独でフィードバック制御を行い、他の３本の圧縮用シリンダ１４はマスターシリンダに追従するように制御を行ってもよい。ただしこの制御方式においても金型の状態または圧縮用シリンダ１４のオーバーシュート等により前進し過ぎたシリンダがある場合は、圧縮用シリンダを開き方向に制御することもあり得る。そしてこれらの２つの平行制御方式においてもハーフナット２７の係合歯３２の当接面３２ａとタイバ１７の係合溝３１の当接面３１ａの当接を確実にして高精度な制御を行うためにサーボモータ２９による開き方向の制御は並行して行われる。

本発明は、上記したように可動盤１６は固定盤１５に対して昇降移動される可動盤１６をであり、下型と上型の間にキャビティが形成される竪型の圧縮成形機１１に好適に用いられる。竪型の圧縮成形機１１では、型開きされた下型の上に成形材の一部または全部をセットした後、下型と上型の型閉めを行ってキャビティを形成し、そのまま圧縮成形を行うことができるので有利である。一方、横型の圧縮成形機では成形材のセットに工夫を要する点が不利であるが、本発明は横型の圧縮成形機を除外するものではない。

竪型の圧縮成形機の例としては上記図１の実施形態の他、図６に示されるような固定盤６２の上に可動盤６３が配置される竪型の圧縮成形機６１であってもよい。図１および図６の圧縮成形機１１，６１により圧縮用シリンダ１４、６４のみを用いて圧縮成形（平行制御）を行う際、圧縮用シリンダ１４，６４が型開方向に移動して型閉方向（圧縮方向）の圧縮力を全く失うと、係合歯３２等が間隙３３ｂを移動することになる。そしてこの間隙３３ｂを移動する空走区間の間は、圧縮用シリンダ１４，６４による可動盤１６，６３の位置制御（速度制御）は不可能となる。その結果、可動盤１６，６３等の自重のみが型閉方向に負荷として加えられることになる。しかし型開閉装置２８，７１により可動盤１６，６３に開き方向の制御を行うことにより、係合歯３２等と係合溝３１等の当接面３２ａ，３１ａ同士が当接した状態が継続され、常時圧縮用シリンダ１４，６４による位置制御が可能となる。

一方図７に示されるような固定盤８２の下に可動盤８３が配置される竪型の圧縮成形機８１の場合は、型閉時に可動盤８３と可動金型８８の自重が働くので、上記の実施形態とは別の制御が必要となる。即ち圧縮成形機８１では、圧縮成形時（平行制御時）に圧縮用シリンダ８３が型閉方向の圧縮力を全く失って型開方向に移動される場合、タイバ８６の係合溝８７の面にはハーフナット８４の係合歯８５の面を介して可動盤８３等の自重が働くので、当接面はすぐに離脱されない。そして圧縮用シリンダ８３により可動盤８３等を型開方向に移動制御することが可能である。ただし圧縮用シリンダ８３による型開方向の制御と可動盤８３等の自重落下が加わると可動盤８３等を開きすぎる可能性がある場合は、サーボモータ９０を図１等の圧縮成形機１１の制御とは別の制御を行う必要がある。また圧縮用シリンダ８３が単動シリンダか型締方向のみしか制御を行わない場合、型開閉装置８９のサーボ機構により型開方向の制御を行う。

また本発明は圧縮成形の一種である射出圧縮成形を行うものでもよく、図１、図６、図７等の圧縮成形機と同様の配置の型締装置に射出圧縮成形用の金型を取付けるともに、射出装置を並設して射出圧縮成形機としてもよい。射出圧縮成形機の制御方法について図６に示される実施形態を用いて次に説明する。

射出圧縮成形における型閉工程では、固定盤６２の四隅近傍に設けられた型開閉装置７１の４個のサーボモータ７２により可動盤６３が型閉され、固定金型７０と可動金型６９の間にキャビティが形成される。この際に可動盤６３が型閉された型閉完了位置がハーフナット６５の係合位置となっている。ハーフナット係合位置において、タイバ６７の係合溝６８に対してハーフナット６５の係合歯６６が両側にそれぞれ間隙を有して挿入可能なように調整がされている。そしてハーフナット係合位置でハーフナット６５が係合されると、次に各サーボモータ７２により型開方向に平行制御移動を行ってハーフナット６５の係合歯６６の当接面とタイバ６７の係合溝６８の当接面を当接させ、更に最適な射出開始位置に可動盤６３および可動金型６９を移動させる。またはハーフナット６５を係合後に圧縮用シリンダ６４を作動させてハーフナット６５とタイバ６７の当接面同士を当接させるものでもよい。この状態で各タイバ６７と可動盤６３は、図示しないサーボバルブを制御することにより各圧縮用シリンダ６４の型締側油室と型開側油室に作動油を封入して位置保持されている。またサーボモータ７２には可動盤６３の開き方向に向けて負荷をかける低トルクが付与され、ハーフナット６５とタイバ６７の当接面同士の当接が確実なものとされている。

そして次に図示しない射出装置から溶融樹脂が固定金型７０と可動金型６９の間のキャビティに射出充填がなされ、射出充填と同時または射出後のスクリュ位置等の検出値から圧縮制御を開始する。圧縮制御の方式は上記の図１等の圧縮成形時の制御と基本的には同じである。ただし射出圧縮成形の場合、金型形状や射出圧にもよるが、圧縮成形よりも射出時の反力により可動金型６９が開き方向に受ける力は大きくなる傾向にある。従って上記の図４に記載されるようなフィードバック制御を用いた平行制御により圧縮成形を行ったとしても、図５に示されるように４本の圧縮用シリンダ６４の前進位置が揃わない場合がより一層あり得る。そして早期に前進しすぎた圧縮用シリンダ６４については型開方向に移動させる制御が行われる。

この圧縮制御の際には型開閉装置７１のサーボモータ７２は、可動盤６３の開き方向に向けて制御する。具体的にはサーボモータ７２を可動盤６３の開き方向に負荷を加えるトルク制御か、圧縮用シリンダ６４を型開方向に移動させる際にサーボモータ７２も可動盤６３を型開方向に速度制御や位置制御を行う。このようにすることにより、ハーフナット６５の係合歯６６の当接面とタイバ６７の係合溝６８の当接面の間の当接が良好に維持され、常に可動盤６３の位置を検出して正確な圧縮用シリンダ６４により速度制御または位置制御が行える。なお射出圧縮制御についても、竪型の型締装置（圧縮成形機６１）を用いた場合は、型開きされた下型である固定金型７０の上に成形材の一部であるインサート物をセットした後、下型である固定金型７０と上型である可動金型６９の型閉めを行ってキャビティを形成し、前記キャビティ内に成形材を射出して射出圧縮成形を行うことができるので、インサート物のセットの点で望ましい。しかし横型の射出圧縮成形機を除外するものではない。

更に射出圧縮成形機または圧縮成形機は次のようなものでもよい。射出圧縮成形機１０１は、固定金型１０２が取付けられる固定盤１０３に対して可動金型１０４が取付けられる可動盤１０５が設けられている。可動盤１０５は、前部可動盤１０６と後部可動盤１０７からなり、前部可動盤１０６と後部可動盤１０７の間には３基〜８基、望ましくは４基の圧縮用シリンダ１０８が設けられている。そして固定盤１０３または可動盤１０５の一方の盤の四隅近傍に圧縮用シリンダ１０８と対応して同数の型開閉装置１０９のサーボ機構のサーボモータ１１０がそれぞれ取付けられて、ボールねじ機構１１１を介して可動盤１０５を移動可能となっている。ボールねじ機構１１１のボールねじナット１１２は、前可動盤１０６また後可動盤１０７のいずれかに固定されている。ここではボールねじナット１１２は後可動盤１０７に固定され、後可動盤１０７と前可動盤１０６の間には図示しない位置センサが圧縮用シリンダ１０８に対応して設けられている。

また固定盤１０３と後部可動盤１０７の間には４本の係合溝１１３を備えたタイバ１１４が設けられ、後部可動盤１０７の外側の前記タイバ１１４に対応する位置には係合歯を備えたロック装置のハーフナット１１５が設けられている。また固定盤１０３の金型取付面の反対側には射出装置１１６が設けられている。ハーフナット１１５の係合歯と係合溝１１３の関係や係合時に両者の間に間隙ができる点は、図１等の実施形態と同じである。この射出圧縮成形機１０１については、圧縮用シリンダ１０８は直接にタイバ１１４を牽引するものではないが、圧縮成形時にハーフナット１１５およびタイバ１１４を介して金型１０２，１０４に圧縮力を及ぼすものであり、上記の図１や図６の例と同様の平行制御が行われるものである。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。本実施形態では強化繊維と熱可塑性樹脂を含む成形材を圧縮成形する例について記載したが、成形材については限定されず、樹脂等の成形材のみでもよい。

１１圧縮成形機
１２可動金型
１３固定金型
１４圧縮用シリンダ
１５固定盤
１６可動盤
１７タイバ
２５サーボバルブ
２７ハーフナット
２８型開閉装置
２９サーボモータ
３１係合溝
３１ａ，３２ａ当接面
３２係合歯
３３ａ，３３ｂ間隙
３４ロック装置
３５エンコーダ（位置センサ）

Claims

固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機の制御方法において、
固定盤または可動盤のいずれかの３箇所以上に設けられ圧縮成形時に可動盤を移動させる圧縮用シリンダと、
前記圧縮用シリンダに対応して同数が設けられサーボ機構により可動盤を移動させる型開閉装置と、
圧縮用シリンダの力を伝達するロック装置とが設けられ、
前記ロック装置係合後の圧縮成形時に前記圧縮用シリンダにより可動盤の少なくとも閉め方向の制御を行うとともに前記型開閉装置により可動盤の開き方向の制御を行うことを特徴とする圧縮成形機の制御方法。
固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機の制御方法において、
固定盤または可動盤のいずれかの３箇所以上に設けられ圧縮成形時に可動盤を移動させる圧縮用シリンダと、
前記圧縮用シリンダに対応して同数が設けられサーボ機構により可動盤を移動させる型開閉装置と、
係合溝に対して係合歯が当接して圧縮用シリンダの力を伝達するロック装置とが設けられ、
前記ロック装置係合後の圧縮成形時に前記圧縮用シリンダにより可動盤の少なくとも閉め方向の制御を行うとともに前記型開閉装置により係合溝に対する係合歯の当接状態が継続されるように制御を行うことを特徴とする圧縮成形機の制御方法。
圧縮成形時には圧縮用シリンダを閉め方向および開き方向に速度制御または位置制御するともに、
前記サーボ機構により可動盤の開き方向に負荷を加える制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧縮成形機の制御方法。
固定盤に取付けられた固定金型と可動盤に取付けられた可動金型の間に形成されたキャビティ内で成形材料の圧縮成形を行う圧縮成形機において、
固定盤または可動盤のいずれか一方の３箇所以上に設けられ圧縮成形時に可動盤を少なくとも型閉方向に移動させる圧縮用シリンダと、
圧縮用シリンダを制御するサーボバルブと、
前記圧縮用シリンダに対応して同数が設けられ型開閉時に可動盤を型開閉移動させるとともに圧縮成形時に可動盤の開き方向に負荷を加えるサーボモータを用いた型開閉装置と、
圧縮用シリンダの力を伝達するロック装置とが備えられたことを特徴とする圧縮成形機。
前記可動盤は固定盤に対して昇降移動される可動盤であり、
下型と上型の間にキャビティが形成されることを特徴とする請求項４に記載の圧縮成形機。
請求項５に記載の圧縮成形機を用い、
型開きされた下型の上に成形材の一部または全部をセットした後、
下型と上型の型閉めを行ってキャビティを形成し、
そのまま圧縮成形を行うか、または前記キャビティ内に成形材を射出して射出圧縮成形を行うことを特徴とする圧縮成形機の成形方法。