JPH0550972B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は金型内圧力を制御する圧力制御手段及
び金型内温度を制御する温度制御手段を含む圧縮
成形装置と、該圧縮成形装置の前記金型内に加熱
溶融された熱可塑性樹脂を所定量計量して射出す
る射出装置とを使用した射出圧縮成形方法に関
し、例えば非球面光学レンズの様に高度な成形精
度が要求される成形品の製造に最適な射出圧縮成
形方法に関する。

【従来の技術】

熱可塑性樹脂を使用して精密な成形品を得るた
め射出圧縮成形方法が近時注目されている。 例えば、PMMA（メタクリル樹脂）等の熱可塑
性の樹脂は、溶融状態から温度を低下させること
によりその動的剛性率が上昇して硬化し、又、温
度低下に伴つてその体積が減少する。 即ち、熱可塑性の樹脂は冷却による硬化により
固体としての製品形状を整えるが、ただ単純に冷
却硬化させただけでは、溶融状態よりも体積が減
少するためにヒケやソリ等の成形不良を生じる。 そこで、一般には金型接合面に予め成形収縮率
に見合うだけの圧縮代をとつた状態で射出した後
に型締力を加えた状態で冷却硬化させる。このた
めのプロセスコントロールとしては、従来より
種々の手法が提唱されているが、基本的には、冷
却効率を高めるために予め金型温度を取り出し温
度の付近に設定しておき、射出完了後直ちに金型
内容積が常温常圧時における成形品の体積と一致
する様な圧力を加え、以後冷却に伴う収縮に見合
う様に加圧力を徐々に減少させる様なコントロー
ルをしている。

【発明が解決しようとする問題点】

即ち、従来のプロセスコントロールは、冷却に
伴う収縮に起因する形状寸法の不良を改善するた
めに、冷却中の各温度において常温常圧時の体積
を保つ様に圧力をコントロールするものであり、
形状寸法の安定性という点にのみ着眼した場合に
は満足のいく成形品を得られる様になつてきてい
る。 ところで、熱可塑性の樹脂は高温から常温まで
の間その動的剛性率が一様に上昇するものではな
く、或る温度（ガラス転位点Tg）を境に急激に
動的剛性率が上昇して硬化する。 従つて、冷却中にガラス転位点を通過する時に
樹脂の各部に温度差が生じると、温度差によつて
部分的に固化状態と溶融状態が混在することにな
り、固化状態にある部分と溶融状態にある部分を
均一に加圧し続けた場合、固化状態にある部分が
塑性変形しやすく、又、成形品の内部組成が不均
一になり易いという問題がある。 勿論予め金型温度を高めに設定しておき、十分
に時間をかけて冷却すれば、樹脂各部の温度差が
減少するので、上記の問題はある程度緩和される
が、成形品の形状寸法が大きい場合や部分的な肉
厚差が大きい場合にも温度差が生じない様に冷却
速度を遅くすると、作業能率が極めて悪化する。

【問題点を解決するための手段】

本発明はこの様な問題点に鑑みてなされたもの
であり、樹脂が硬化する過程の所要時間、特にガ
ラス転位点を通過する過程の所要時間を短縮して
も樹脂各部に大きな温度差が生じず、内部組成の
均質性に優れた成形品を得ることができる様にし
た新規な射出圧縮成形方法を提供することを目的
とする。 PMMAの様な熱可塑性の樹脂は冷却に伴つて
動的剛性率が上昇して硬化し、特に、ガラス転位
点を通過する時にこの動的剛性率が急激に上昇す
るという属性を有することは既述の通りである
が、この種の樹脂は加圧力を上昇させた場合には
同一の温度であつても動的剛性率が上昇し、ガラ
ス転位点も高温側にシフトするという属性を有す
る。 第１図はPMMAを熱可塑性樹脂の一例として
温度と動的剛性率の関係を圧力をパラメータとし
て示したものである。 図において、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの各カー
ブは各々1bar・200bar・400bar・600bar・
800bar・1000bar時における温度と動的剛性率の
関係を示しており、PMMAの温度と動的剛性率
の関係を示すカーブは圧力が1bar上昇する毎に、
0.025℃だけ高温側にシフトする。 又、第１図において、a₁，b₁，c₁，d₁，e₁，f₁
の各ポイントは各圧力時にPMMAが硬化を開始
するポイント、a₂，b₂，c₂，d₂，e₂，f₂の各ポイ
ントは各圧力時にPMMAがガラス転位点の手前
迄硬化するポイント、a₃，b₃，c₃，d₃，e₃，f₃の
各ポイントは各圧力時にPMMAがガラス転位点
以上に硬化するポイント、a₄，b₄，c₄，d₄，e₄，
f₄の各ポイントは各圧力時にPMMAが完全に硬
化するポイントを各々示す。 今、1barという圧力条件下で見ると、PMMA
は130℃以上の温度領域においては完全に溶融し
た状態にあり、この圧力下で冷却した場合約125
℃前後において硬化を開始し、120℃でガラス転
位点の直前の動的剛性率を得、115℃でガラス転
位点以上の動的剛性率を得、約100℃で完全に固
体化する。 一方、1000barという圧力条件下で見ると、
PMMAは155℃以上の温度領域においては完全に
溶融した状態にあるが、この圧力下で冷却した場
合約150℃前後において既に硬化を開始し、145℃
でガラス転位点の直前の動的剛性率を得、140℃
でガラス転位点以上の動的剛性率を得、約125℃
では完全に固体化する。 このことはPMMAは高圧を加えれば、相対的
に高温（即ち、125℃という様な常圧下では溶融
する様な温度）でも容易に硬化することを意味す
る。 本発明は熱可塑性樹脂のこの様な属性、即ち、
加圧により硬化する属性に着目してなされたもの
である。 即ち、本発明は溶融状態にある熱可塑性樹脂を
加圧により硬化させることにより、僅かな温度変
化の範囲で硬化を完了させ、硬化中の樹脂各部の
温度差を低減する様にしている。 このため、本発明の射出圧縮成形方法は、金型
内圧力を制御する圧力制御手段及び金型内温度を
制御する温度制御手段を含む圧縮成形装置と、該
圧縮成形装置の前記金型内に加熱溶融された熱可
塑性樹脂を所定量計量して射出する射出装置とを
使用した射出圧縮成形方法を前提として以下にの
べる様なプロセスを有する。 (a) 前記金型内温度を前記熱可塑性樹脂が常圧状
態で硬化を開始する温度よりも高い温度に設定
する金型温度初期設定プロセス。 (b) 該金型温度初期設定プロセスに引続き、前記
金型温度よりも高い温度で溶融された所定量の
熱可塑性樹脂を前記射出装置から前記金型内に
射出する射出プロセス。 (c) 該射出プロセスに引続き、前記金型内に射出
された前記熱可塑性樹脂を、当該熱可塑性樹脂
が常圧状態では硬化を開始する温度よりも高い
温度であつて且つ圧力を加えることにより硬化
を開始する温度まで冷却する冷却プロセス。 (d) 該冷却プロセスに引続き、前記金型内に射出
された前記熱可塑性樹脂に対して当該樹脂のガ
ラス転移点における動的剛性率よりも高い動的
剛性率が得られる圧力を加えて硬化させる加圧
プロセス。 (e) 該加圧プロセスに引続き、前記金型内で加圧
硬化された熱可塑性樹脂を常圧状態でも硬化状
態を保ち得る温度まで冷却するとともに、冷却
に伴う熱可塑性樹脂の動的剛性率の上昇を相殺
する様に前記金型内の熱可塑性樹脂に加える圧
力を減じる冷却減圧プロセス。

【作用】

即ち、本発明の射出圧縮成形方法によれば、金
型内の射出された樹脂は金型との熱交換により金
型の初期設定温度まで急速に冷却される。 この金型の初期設定温度は低圧下で樹脂が硬化
を開始する温度よりも高いので、初期設定温度ま
での冷却過程にある樹脂は溶融状態を保つてお
り、加圧力が均等に加わる状態にある。 既述の通り、樹脂は温度を低下させなくとも加
圧力を上昇させれば、その動的剛性率が上昇して
硬化するので、金型内に射出された樹脂が常圧下
では硬化を開始せず、加圧下では硬化を開始する
温度まで冷却された時に、当該温度において少な
くともガラス転位点の動的剛性率以上の動的剛性
率が得られる金型内圧力が得られる様に型締力を
制御すれば、樹脂はその加圧開始時の温度からの
温度低下なし（或いは僅かな温度低下の内）に硬
化し、その動的剛性率はガラス転位点の動的剛性
率以上になる。そして、この様な加圧硬化により
ガラス転位点を通過した樹脂は初期設定温度まで
冷却された時点では常温圧時における動的剛性率
が得られ、この時点では完全に硬化する。 この様に加圧により硬化した樹脂は、常圧下で
は溶融する温度にあるので、その状態から加圧力
を減少させれば、その動的剛性率が低下して再度
軟化するが、既述の通り、この種の樹脂には冷却
に伴つて動的剛性率が上昇する属性もある。 そこで、この様にして加圧により硬化した樹脂
を取り出し温度まで冷却するとともに、冷却に伴
う動的剛性率の上昇を相殺するだけ、加圧力を減
少させれば、当該樹脂は常温常圧時における動的
剛性率を維持しながら成形される。

【実施例】

以下図面を参照して本発明の１実施例を詳細に
説明する。 本発明の射出圧縮成形方法は、型締力をシリン
ダによつて加える直圧式の射出圧縮成形装置に適
用でき、その一例である射出圧縮成形装置の全体
構成を第２図に断面図で示す。 先ず、本発明が適用される射出圧縮成形装置は
フレーム１により全体形状が箱型に形成され、フ
レーム１は隔壁によつて各々室２，３，４，５に
分割されている。 先ず、室２は油が充填された油タンクになつて
おり、油圧ポンプ６が収納されている。 又、室３には油圧ポンプ６を駆動するためのモ
ータ７が収納され、油圧ポンプ６とモータ７とは
室２，３を区分する隔壁８に形成された貫通孔を
通つて連結されている。そして、油圧ポンプ６と
モータ７によつて公知の油圧ユニツトが形成さ
れ、全体の油圧機器に油を供給する。 次ぎに、室４の上方空間には型締装置９が載置
されている。 先ず、室４の上部壁面には固定側ダイプレート
１０が固定され、この固定側ダイプレート１０の
四隅に垂直に植設されたタイバー１１の上端部に
は型締シリンダ１２を搭載したシリンダ固定プレ
ート１３が固着されている。型締シリンダ１２の
ピストンロツド１４には可動側ダイプレート１５
が上記のタイバー１１に沿つて昇降可能に固定さ
れている。 又、固定側ダイプレート１０に固定金型１６
が、可動側ダイプレート１１に可動金型１７が
各々交換可能に固定されている。 次に、１８は射出動作に先立つて金型接合面に
一定の圧縮代をとるための圧縮代形成シリンダで
あり、圧縮代形成シリンダ１８は各ダイバー１１
毎に設けられる。尚、圧縮代とは溶融状態の樹脂
を圧縮成形した際に生じる樹脂体積の減少分を見
込んで、金型接合面に予め形成する隙間のことを
意味する。 第３図はこの圧縮代調整シリンダ１８の部分を
拡大して示した断面図であり、第２図と同一の要
素は第２図と同一の符号を付している。 ダイバー１１の下端にはボルト１１ａが形成さ
れ、固定側ダイプレート１０に形成された貫通孔
１０ａを貫通している。又、圧縮代調整シリンダ
１８の上面には上記ボルト１１ａに適合するナツ
ト１８ａが形成され、ボルト１１ａとナツト１８
ａを締めつけることにより、ダイバー１１及び圧
縮代調整シリンダ１８が固定側ダイプレート１０
に固定される。 圧縮代調整シリンダ１８の下側には室１８ｂが
形成され、ピストン１８ｃは室１８ｂ内に上下摺
動自在に収納されている。この室１８ｂの下側開
口部はピストンロツド１８ｄを摺動自在に通過さ
せる貫通孔を有するキヤプ１８ｅによつて密閉さ
れている。又、１８ｆは圧縮代調整シリンダ１８
のポートである。 次に、１８ｇは有底筒状のケースであり、ケー
ス１８ｇの底部中央に形成されたナツト１８ｈと
ピストンロツド１８ｄの下端部分に形成されたボ
ルト１８ｉが螺合している。 又、固定側ダイプレート１０に形成されたガイ
ド孔１０ｂにはピン１９が昇降自在に挿入されて
おり、ピン１９の下端はケース１８ｇの上端面で
支えられている。 そして、スペーサリング２０はタイバー１１の
周囲に沿つて昇降自在に設けられており、従つ
て、ポート１８ｆから油を供給することによつて
ピストン１８ｃを室１８ｂ内に後退させれば、ピ
ストンロツド１８ｄ・ケース１８ｇ・ピン１９・
スペーサリング２０もこれと一体となつて上昇す
る。 一方、可動側ダイプレート１５の下面にはタイ
バー１１の外周を覆う様に筒状の中間部材２１が
固定されている。そして、上記の様にしてスペー
サリング２０が押し上げられると、可動側ダイプ
レート１５は中間部材２１とともに押し上げられ
て圧縮代が形成される。尚、この中間部材２１は
スペサーリング２０を下降させた時には型締動作
の妨げとならず、且つ、スペーサリング２０を下
降させた時には型締動作の妨げとならず、且つ、
スペーサリング２０を上昇させることにより圧縮
代を形成するのに十分な長さとする。 さて、上記の圧縮代調整シリンダ１８及びその
付属機構は精密成形品を得るために正確な圧縮代
を設定するためのものである。 具体的には、ピストンロツド１４を前進させて
圧縮代を０とした状態で圧縮代調整シリンダ１８
を型締シリンダ１２に抗して作動させることによ
り所定の圧縮代を形成し、この圧縮代が設定値に
達した後に金型内に樹脂を射出し、射出完了後に
圧縮代調整シリンダ１８の圧を抜くとともに、ピ
ストンロツド１４を前進させて型締動作を行う様
になされている。 そして、本実施例において特徴的な点は圧縮代
が設定値に達したタイミングで圧縮代調整シリン
ダ１８のポート１８ｆに至る油圧回路を完全に遮
蔽することにより圧縮代調整シリンダ１８を実質
的に所謂メカロツクと同様に機能させることによ
つて、圧縮代を正確に固定する様にしていること
である。 従つて、圧縮代調整シリンダ１８を作動させる
ためのバルブ機構は微少流量の制御が可能で遮蔽
時の高速応答性を有することが要求される。 第４図はこの圧縮代調整シリンダ１８を作動さ
せるためのバルブ機構の一例を示す断面図であ
り、このバルブ機構２２はパルス発振器２３が発
生するパルスに同調してステツプ状に油を吐出す
る。 第４図に示すバルブ機構２２は流入口２２ａと
吐出口２２ｂ間に並列な流路２２ｃ，２２ｄが形
成されており、パルス発振器２３が発生するパル
スに同期して、上記流路２２ｃ，２２ｄを短時間
交互に開放することにより油を通過させる様にな
されている。 より具体的には、軟磁鉄性のドライブピン２２
ｅは、軸２２ｆによつて磁界内に揺動自在に支持
されており、捲着されたコイル２２ｇ，２２ｈに
対してパルス発振器２３からパルスが加えられる
毎に、その極性が反転して揺動運動をする。 そして、第４図に示す状態においては、パイロ
ツト圧源２２ｉから加えられたパイロツト圧によ
りパイロツトバルブ２２ｊ内の球体２２ｋがピン
２２ｌとともに押し上上げられており、圧室２２
ｍと圧室２２ｎにパイロツト圧が加えられてい
る。 従つて、ポペツト２２ｏは弁座２２ｐを開放す
るがポペツト２２ｑが弁座２２ｒを遮蔽するので
流路２２ｃは全体としては遮蔽され、ポペツト２
ｓは弁座２２ｔを開放するがポペツト２２ｕが弁
座２２ｖを遮蔽するので流路２２ｄは全体として
は遮蔽されて、流入口２２ａから吐出口２２ｂは
油は流れない。 さて、この状態でパルス発振器２３が発生する
パルスの極性が反転すると、ドライブピン２２ｅ
の左右の極性も反転するので、ドライブピン２２
ｅは図面上で時計廻りに回転する。従つて、パイ
ロツト圧源２２ｉから加えられたパイロツト圧に
よりパイロツトバルブ２２ｗ内の球体２２ｘがピ
ン２２ｙとともに押し上げられて、圧室２２Ａと
圧室２２Ｂにパイロツト圧が加えられる。 従つて、圧室２２Ａに加えられたパイロツト圧
によりポペツト２２ｏが弁座２２ｐを閉じるとと
もにポペツト２２ｕが弁座２２ｖを開放し、圧室
２２Ｂに加えられたパイロツト圧によりポペツト
２２ｓが弁座２２ｔを閉じるとともにポペツト２
２ｑが弁座２２ｒを開放するが、パイロツトバル
ブ２２ｗと圧室２２Ｂの間にはオリフイス２２Ｄ
が設けられているので、ポペツト２２ｕが弁座２
２ｖを開放してからポペツト２２ｓが弁座２２ｔ
を閉じるまでには時間的な遅延があり、この遅延
時間に流入口２２ａから吐出口２２ｂに流路２２
ｄを通つて油が流れる。 そして、パルス発振器２３が発生するパルスの
極性が再度反転すると、圧室２２ｍと圧室２２ｎ
に再度パイロツト圧が加えられてバルブ機構２２
は第４図に示す状態に復帰するが、パイロツトバ
ルブ２２ｉと圧室２２ｎの間にはオリフイス２２
Ｅが設けられているので、ポペツト２２ｏが弁座
２２ｐを開放してからポペツト２２ｑが弁座２２
ｒを閉じるまでには時間的な遅延があり、この遅
延時間に流入口２２ａから吐出口２２ｂに流路２
２ｃを通つて油が流れる。 この様に第４図に示すバルブ機構２２はパルス
発振器２３が発生するパルスの極性が反転する毎
に、オリフイス２２Ｄ，２２Ｅで設定される遅延
時間だけ流入口２２ａから吐出口２２ｂに油を流
すので、全体としての流量はパルス周波数によつ
て正確に制御されるとともに、パルス発振器２３
を停止させることによつて流入口２２ａから吐出
口２２ｂに至る油圧回路をポペツトにより完全に
遮蔽することが可能となり、本発明の要求を満足
する。 次に第２図において、３０はノズルが垂直上方
に向けられた射出装置、４０は原料樹脂を可塑化
して射出装置３０に供給する可塑化装置を示し、
射出装置３０は室４内に、可塑化装置４０は室５
内に各々配置され、射出装置３０と可塑化装置４
０とは各々連結されている。 本実施例では可塑化装置４０は台車４０ａ上に
載置されて、射出装置３０とともにレール４０ｂ
に沿つて移動し、又、軸４０ｃを中心にして垂直
平面上を回動する。そして、ノズル３１は台車４
０ａの走行によつて位置決めされ、軸４０ｃを中
心にした回動によつて固定側ダイプレート１０の
スプルブシユ１０ｃと接続される。 さて、上記の射出装置３０や可塑化装置４０及
びその付属機構は適切な温度で溶解された樹脂を
正確に計量して、射出することができるものでな
くてはならず、射出装置３０及び可塑化装置４０
の具体例を第５図に断面図として示す。 尚、第５図においても既に説明た要素と同一の
要素は既に説明した要素と同一の符号を付して重
複した説明は省略している。 先ず、射出シリンダ３２の下側開口部にはプラ
ンジヤ３３が挿入されており、このプランジヤ３
３は油圧シリンダ３４によつて上下に移動する。 又、射出シリンダ３２の先端部にはチエツキバ
ルブ３５が設けられている。 射出シリンダ３２の内周面は、油圧シリンダ３
４側の内周面３２ａの径がノズル３１側の内周面
３２ｂの径よりも小さく、内周面３２ａと内周面
３２ｂの間には段差ができており、内周面３２ａ
とプランジヤ３３の外周面３３ａはシールされて
いる。そして内周面３２ｂとプランジヤ３３の外
周面３３ａとの間には空隙ができ、射出シリンダ
３２内にはこの空隙を通過して可塑化された樹脂
が流入する。 そして、プランジヤ３３は、射出シリンダ３２
内の樹脂圧と油圧シリンダ３４の差圧によつて移
動する。 又、３６は射出シリンダ３２を加熱するヒー
タ、TS₁は射出シリンダ３２内の樹脂温度を検出
する温度センサ、PS₁は射出シリンダ３２内の圧
力を検出する圧力センサを示す。又、３７はプラ
ンジヤ３３の後退量を検出するための例えば光電
式の位置センサであり、温度センサTS₁、圧力セ
ンサPS₁及び位置センサ３７の出力により一回の
射出動作で射出する樹脂量を計量する。尚、位置
センサ３７はプランジヤ３３の後退量を検出する
ことができる限り、その配設箇所は上記に限定さ
れない。 次に、可塑化装置４０はホツパ４１によつて可
塑化シリンダ４２内に投入された原料樹脂をヒー
タ４３による加熱によつて溶融させるためのもの
である。尚、スクリユー４４は油圧モータ４５に
よつて回転する。 又、可塑化シリンダ４２から射出シリンダ３２
に至る樹脂の流路にはポペツト４６が設けられ、
このポペツト４６はシリンダ４７によつて駆動さ
れて可塑化シリンダ４２と射出シリンダ３２間の
流路を開閉する。 そして、これら既述の機構は例えば第６図に示
す様なシステムで制御される。 尚、第６図においても既に説明した要素はこれ
までの説明と同一の符号を付して重複した説明は
省略し、これまでに説明していない要素に関して
説明する。 先ず、５０は、電気−油圧変換式の公知のサー
ボバルブ及び公知の圧力制御バルブを有するバル
ブ機構であり、型締シリンダ１２のポート１２
ａ，１２ｂに接続されている。そして、バルブ機
構５０を介してポート１２ａに油を供給すること
によりピストンロツド１４は前進する。 同様に５１は、電気−油圧変換式の公知のサー
ボバルブを有するバルブ機構であり、射出シリン
ダ１４のポート３４ａ，３４ｂに接続されてい
る。そして、バルブ機構５１を介してポート３４
ａに対して油を供給することにより射出動作がな
される。 次に、５２はシリンダ４７に油を供給する電磁
式の切り換えバルブであり、切り換えバルブ５２
の状態によつてシリンダ４７は圧源又はドレーン
の何れかと接続される。 又、５３は圧縮代形成シリンダ１８の油圧回路
を遮断するためのシヤツトオフバルブである。 次に、５４は圧縮代を検出するためのセンサの
一例であるフオトインタラプタであり、可動側ダ
イプレート１５の後退に伴つてフオトインタラプ
タ２０が発生するパルスは制御装置５６に入力さ
れる。 又、５５は金型内の樹脂温度を決定するヒータ
であり、ヒータ５５の配置位置は金型形状により
異なる。又、５７は公知の入力装置、５８はメモ
リ、５９は補助記憶装置を各々示す。 又、TS₂は金型内の樹脂温度を検出する温度セ
ンサ、PS₂は金型内の樹脂圧力を検出する圧力セ
ンサ、TS₃は可塑化シリンダ４２内の樹脂温度を
検出する温度センサを各々示す。 更に、６０は金型１６が有するゲートシール用
の電磁バルブであり、より具体的な構成は第７図
の拡大図に示される。 即ち、電磁バルブ６０はシリンダ６１に接続さ
れており、電磁バルブ６０の励磁によりシリンダ
６１はロツド６２を前進させて、ゲートシールを
行い、電磁バルブ６０の消磁によりシリンダ６１
はロツド６２を後退させてゲートを開放する。 次に、上記装置を使用した本発明の射出圧縮成
形方法の具体的なプロセスを説明する。 先ず、各種のデータ、例えば射出前の樹脂温度
一回の成形動作で射出される樹脂の量、射出圧や
射出速度、圧縮代の大きさ、金型内の温度データ
列や型締力データ列等は入力装置５７から入力さ
れ、メモリ５８や補助記憶装置５９に入力記憶さ
れている。 先ず、ヒータ４３は材料樹脂の一例である
PMMAの射出前の温度である190℃に保持されて
いる。 又、初期状態において、制御装置５６は切り換
えバルブ５２を消磁しており、シリンダ４７は切
り換えバルブ５２を介してドレーンに接続されて
いる。 従つて、ポペツト４６は可塑化シリンダ４２と
射出シリンダ３２の間を開放している。 さて、ホツパ４１から投入されたPMMAはヒ
ータ４３で加熱されて溶融する。 そして、可塑化シリンダ４２内のPMMA温度
が190℃になつたことを温度センサTS₃の出力に
よつて検出すると、制御装置５６はモータ４５を
駆動し、スクリユー４４を回転させる。 そして、この時点においてバルブ機構５１は油
圧シリンダ３４のポート３４ａとポート３４ｂの
圧を均衡させており、従つて、プランジヤ３３は
外圧によつて射出シリンダ３２内を自由に移動し
得る状態にある。 又、初期状態ではロツド６２はゲートシール
しているので、スクリユー４４の回転に伴つて可
塑化シリンダ４２から射出シリンダ３２へ溶融し
たPMMAが流入すると、プランジヤ３３は後退
してゆく。 さて、射出シリンダ３２内にPMMAが充満す
るのに伴つて、プランジヤ３３は後退し、その後
退量は位置センサ３７によつて検出される。そし
て、制御装置５６は、位置センサ３７の出力によ
つて射出シリンダ３２内に所望量のPMMAが蓄
積されたことを知ると、切り換えバルブ５２を励
磁する。 この切り換えバルブ５２の励磁に伴つて、シリ
ンダ４７は圧源と接続され、シヤツトオフバルブ
４６は可塑化シリンダ４２と射出シリンダ３２の
間を閉鎖するので、射出シリンダ３２内には所望
量のPMMAが蓄えられる。 尚、上記の様に本実施例では射出シリンダ３２
内に所望量のPMMAが充填されたことを位置セ
ンサ３２の出力によつて検出しているが、
PMMAの体積は温度や圧力により若干変動する。 そこで、本実施例では圧力センサPS₁及び温度
センサTS₁の出力によつてシリンダ４７を閉鎖す
るための条件を補正している。 より具体的には、PMMAはその圧力が高い程
体積が減少する。そこで、制御装置５６は、圧力
センサPS₁の検出圧力が高い程位置センサ３７の
検出出力に対する基準値を低くする様に補正し、
圧力センサPS₁の検出圧力が低い程位置センサ３
７の検出出力に対する基準値を高くする様に補正
する。 又、PMMAはその温度が低い程体積が減少す
る。そこで、制御装置５６は、温度センサTS₁の
検出温度が低い程位置センサ３７の検出出力に対
する基準値を低くする様に補正し、温度センサ
TS₁の検出温度が高い程位置センサ３７の検出出
力に対する基準値を高くする様に補正する。 さて、この様にして射出シリンダ３２内に、所
望量のPMMAが充填されると、制御装置５６は
圧縮代の形成動作を制御する。 本実施例では圧縮代調整シリンダ１８が型締シ
リンダ１２に抗して圧縮代を形成するので、型締
シリンダ１２の内径をA₁その油圧をP₁と定義す
るとともに、圧縮代調整シリンダ１８の内径を
A₂その油圧をP₂と定義した場合に、P₁・A₁＜
P₂・A₂の関係が成立するとともに上記不等式の
差が極めて僅かなものとなる様にバルブ機構５０
及びバルブ機構２２は調整される。 更に、シヤツトオフバルブ５３は消磁されて圧
縮代調整シリンダ１８のポート１８ｆを開放して
おり、又、パルス発振器２３は発振動作を停止し
ている。 この状態で制御装置５６はバルブ機構５０を作
動させ、ポート１２ａに油を供給する。この時圧
縮代調整シリンダ１８は圧が抜けているので、ピ
ストンロツド１４は前進し、可動金型１７と固定
金型１６の間の圧縮代ｓは０となり、可動金型１
７と固定金型１６の接合面にはP₁・A₁の力が加
わる。 圧縮代ｓが０になると、制御装置５６はシヤツ
トオフバルブ５３を励磁し、パルス発振器２３を
作動させるとともに、フアトインタラプタ５４が
発生するパルスを受け付ける。 パルス発振器２３がパルスを発生すると、その
パルスエツジ毎にバルブ機構２２は油をステツプ
状に吐出し、又、シヤツトオフバルブ５３は励磁
されることにより遮蔽されるので、バルブ機構２
２が吐出した油は圧縮代調整シリンダ１８のポー
ト１８ｆに供給される。 型締シリンダ１２が発生する力P₁・A₁と圧縮
代調整シリンダ１８が発生する力P₂・A₂との間
にはP₁・A₁＜P₂・A₂の関係が成立するので、第
３図に示すピストン１８ｃは室１８ｂ内に後退
し、ケース１８ｇもピン１９・スペーサリング２
０・中間部材２１・可動側ダイプレート１５を押
し上げながら上昇するので、圧縮代ｓも増大す
る。 この可動側ダイプレート１５の上昇に伴つて、
フオトインタラプタ５４はパルスを発生し、制御
装置５６はフオトインタラプタ５４が発生したパ
ルスを加算して圧縮代ｓの現在値を知り、これが
メモリ５８内に記憶されている圧縮代ｓの設定値
に達すると、パルス発振器２３を停止させる。 既述の通りバルブ機構２２は、パルス発振器２
３からパルスが加えられなくなると流入口２２ａ
と吐出口２２ｂの間の流路２２ｃ，２２ｄがポペ
ツト機構によつて完全に遮蔽され、又、シヤツト
オフバルブ５３も遮蔽されているので、圧縮代調
整シリンダ１８内に供給された油は完全に退路を
断たれることになる。 そして、型締シリンダ１２はP₁・A₁の力を圧
縮代調整シリンダ１８に加えているので、圧縮代
調整シリンダ１８はP₁・A₁＝P₂′・A₂の関係を満
足した状態で、その長さが完全に固定され、圧縮
代ｓも固定される。 尚、この時圧縮代調整シリンダ１８の圧はP₂
からP₂′に変化するが、これに伴う圧縮代調整シ
リンダ１８内の油の圧縮は圧縮代ｓに比べて実質
的に無視できる数値範囲にある。 さて、この様にして適正な圧縮代が設定される
と、制御装置５６はPMMAの射出動作を制御す
る。 先ず、射出動作に先立つて金型のヒータ５５の
目標値はPMMAが常圧時に硬化を開始する以前
の温度の一例である125℃に設定される。 又、射出シリンダ３２のヒータ３６の目標値は
PMMAがいかなる加圧状態でも硬化を開始しな
い温度の一例である190℃に常に設定されている。
従つて、射出シリンダ３２内のPMMAは完全に
溶融している。 制御装置５６は第７図に示す電磁バルブ６０を
消磁してゲートシールを解除した後に、バルブ機
構５１を作動させて油圧シリンダ３４のポート３
４ａに油を供給する。従つて、プランジヤ３３は
射出シリンダ３２内を前進し、溶融したPMMA
は可動金型１７と固定金型１６によつて形成され
るキヤビテイに射出される。 尚、この時の射出圧によつて圧縮代調整シリン
ダ１８内の圧力は微少変化をするが、圧縮代調整
シリンダ１８内の圧力は固定側ダイプレート１０
と可動側ダイプレート１５間に作用する力に対す
る反力であつて外部の油圧回路には依存しない性
質のものであり、しかも射出圧は極めて微少なも
のであるので、圧縮代ｓは殆ど変化しない。 そして、射出完了後に電磁バルブ６０を励磁し
てゲートシールを行つた後にシヤツトオフバルブ
５３を消磁して圧縮代調整シリンダ１８の圧を抜
くことによりPMMAの圧縮形成が可能になる。 金型内に射出された樹脂は初期設定温度である
125℃までは金型との熱交換により急速に冷却さ
れる。 又、金型内の温度センサTS₂の検出値は190℃
に加熱されているPMMAが射出されることによ
り一気に上昇するが、このPMMAの冷却に伴つ
て、温度センサTS₂の検出値は再度低下する。 さて、既述の通り、PMMAは1barという圧力
下では、その温度が125℃程度まで低下するまで
は硬化しないが、1000barという圧力下では150
℃前後で既に硬化を開始する。 そこで、本実施例ではPMMAが低圧下では未
だ硬化を開始しないが、加圧下では硬化を開始す
る温度になつたことを温度センサTS₂が検出する
と、バルブ機構５０を制御して型締シリンダ１２
の型締力を急激に上昇させて、金型内のPMMA
を一気に加圧し、僅かな温度低下の範囲内でガラ
ス転位点の動的剛性率以上の動的剛性率を得る様
にしている。 第８図の太線で示すカーブはこの硬化時の温度
と圧力の制御曲線の例を示している。 金型内にPMMAが射出されると、その温度は
ゲートシール後しばらくして145℃まで低下する。
尚、製品形状が大きい場合にはゲートシール以前
に部分的に樹脂温度が145℃まで低下する場合も
考えられるが、その場合は射出速度を速くした
り、或いは、初期金型温度を125℃よりも高く設
定することにより、145℃前後までPMMA各部が
均等に冷却される様に制御する。 さて、PMMAは常圧時には145℃前後まで冷却
された時点では完全に溶融しており、PMMA各
部に圧力が均等に加わる状態にある。 そして、本実施例ではPMMAが完全に溶融状
態を保つている温度領域において、PMMAに対
する加圧力を急激に上昇させることにより
PMMAが僅かに温度低下する間にその動的剛性
率を急激に上昇させる。 温度センサTS₂の検出温度が145℃に達すると
（第８図のポイントp₁）、制御装置５６はバルブ機
構５０を制御して型締シリンダ１２のポート１２
ａに加える圧を上昇させ、金型内のPMMAに例
えば600barの圧力を加える。 この加圧によつてPMMAの動的剛性率は上昇
し、PMMA温度が135℃まで冷却された時点（第
８図のポイントp₂）ではその動的剛性率はＥ×10
（dyn／cm²）に達し、ガラス転位点の直前の状態
になる。尚、Ｅは樹脂により異なる係数である。 PMMAが135℃まで冷却されたことを温度セン
サTS₂が検出すると、制御装置５６はバルブ機構
５０を制御して型締シリンダ１２のポート１２ａ
に加える圧を上昇させ、金型内のPMMAに
1000barの圧力を加える。 この加圧によつてPMMAの動的剛性率は更に
上昇し、133℃まで冷却された時点（第８図のポ
イントp₃）ではガラス転位を完全に通過し、130
℃まで冷却された時点（第８図のポイントp₄）で
殆ど硬化を完了し、125℃まで冷却された時点
（第８図のポイントp₅）で完全に固体になる。 上記の様な制御をした場合には、PMMAは135
℃〜133℃まで僅か２℃冷却される間にガラス転
位点を通過するので、ガラス転位点を通過する間
にPMMA各部に温度差が生じない様に、この間
の冷却速度を十分に遅くしても、全体としての冷
却時間は極めて短くなり、作業能率が向上する。 尚、このガラス転位点を通過する間の適切な冷
却速度は樹脂の温度伝導率や製品形状等によつて
異なることは云うまでもなく。大型の成形品を得
る場合や肉厚の偏りがある成形品を得る場合に
は、金型温度をより高く設定したり、又、金型温
度をより段階的に低下させることにより、ガラス
転位点通過時における樹脂各部の温度差が僅かな
ものになる様にする。 さて、この様に1000barという加圧状態では
PMMAは125℃で完全に固体化するが、第１図及
び第８図からも明らかな様に、125℃という温度
は常圧時にはPMMAが僅かに硬化を開始する温
度であり、この温度にあるPMMAを常圧に戻し
た場合にはPMMAは再度軟化してしまうので、
成形品を取り出すためには、常圧時においても
PMMAが完全に固体化している温度（即ち、100
℃）まで冷却することが必要となる。 そこで、本実施例ではバルブ機構５０から型締
シリンダ１２のポート１２ａに圧を加えた型締状
態において、金型内のヒータ５５の設定温度を段
階的に低下させて、PMMAを取り出し温度であ
る100℃まで冷却するが、硬化状態にあるPMMA
を1000barという様な高圧で加圧し続けた場合に
は成形品に塑性変形が生じる。 ところでPMMAが或る動的剛性率の時の温度
は加圧力が1bar変動する毎に0.025℃変動するこ
とは既述の通りである。 そこで、制御装置５６は金型内の温度センサ
TS₂の検出温度を監視しながらバルブ機構５０を
制御し、PMMA温度が１℃低下する毎にPMMA
に対する圧力を40barずつ低下させてゆくことに
よりPMMAの動的剛性率を均等に維持しながら
成形する。 尚、この時の温度制御及び圧力制御自体は公知
の指令値追従制御を行う。 上記の様に１℃の温度低下毎に40bar減圧した
場合は、120℃では800barまで減圧され、115℃
では600barまで減圧され、110℃では400barまで
減圧され、105℃では200barまで減圧され、100
℃で常圧に至る。 この様にして成形動作が完了すると、制御装置
５６はバルブ機構５０を制御して型締シリンダ１
２のポート１２ｂに油を供給することにより可動
金型１７を上昇させ、図示せぬ公知のエジエクタ
機構によつて成形品を取り出す。 尚、本発明は常圧下では溶融状態にあるが、加
圧することにより硬化を開始する温度にある樹脂
を加圧することによつて硬化させ、僅かな温度低
下の内にガラス転位点を通過させることを本質と
するものであり、射出前の樹脂の温度や金型の初
期設定温度、加圧開始時の温度、加圧力等は樹脂
の種類や製品の大きさ・製品形状等によつて異な
り、成形時間もこれらの条件によつて異なつてく
ることは云うまでもなく最適な成形条件は各成形
品毎に決定しなければならないこともいうまでも
ない。 又、上記では射出装置や可塑化装置に関しても
具体例に言及したが、これらは射出前の樹脂温度
を適切に制御することができ、しかも正確に樹脂
を計量することができる限りその構成は問わな
い。 更に、上記では圧縮代を形成するための機構に
関しても言及したが、これも圧縮代の調整精度が
満足できる限り上記に限定されない。

【効果】

以上説明した様に、本発明では射出された樹脂
が常圧下では溶融状態を保つているとともに、加
圧する事により硬化を開始する温度にまで冷却さ
れた時に、樹脂を加圧することによつて樹脂をガ
ラス転位点の動的剛性率以上の動的剛性率が得ら
れる様に硬化させているので、樹脂は僅かに温度
低下をする間にガラス転位点を通過する。 従つて、成形中の樹脂がガラス転位点を通過す
るのに必要な温度低下が極めて僅かなものとなる
ので、この間に樹脂各部に温度差が生じない様に
冷却速度を遅くしても、ガラス転位点の通過時間
が僅かなものですむ。 又、本発明によれば、金型の初期設定温度が樹
脂が常圧時においても硬化を開始する温度よりも
高く設定されており、加圧開始前の樹脂は未だ完
全に溶融した状態にあるので、樹脂各部に加圧力
が均等に加わり、成形中の樹脂に固化状態にある
部分と溶融状態にある部分が混在しないので、部
分的な塑性変形や、内部組成の不均質が生じにく
く、内部組成の均質性に優れた成形品を容易に得
ることができる。 更に、本発明は硬化を完了した樹脂を取り出し
温度まで冷却する間も、温度低下に伴う動的剛性
率の上昇と圧力低下に伴う動的剛性率の低下とが
相殺すする様に温度及び圧力を制御しているの
で、冷却中の樹脂は一定の動的剛性率を維持し、
冷却中に成形品性質を損なうこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱可塑性の樹脂の一例であるPMMA
の温度と動的剛性率の関係を圧力をパラメータと
して表示した特性図、第２図は本発明の実施例に
係る直圧式の射出圧縮成形装置の断面図、第３図
は圧縮代調整機構の一例である圧縮代調整シリン
ダの断面図、第６図は第３図に示す圧縮代調整シ
リンダの駆動用のバルブ機構の一例を示す断面
図、第５図は可塑化装置と射出装置の一例を示す
断面図、第６図は本発明の制御システムの一例を
示す回路図、第７図はゲートシールのための機構
例を示す断面図、第８図は成形時の制御特性を示
す特性図。 ９……型締装置、１０……固定側ダイプレー
ト、１１……ダイバー、１２……型締シリンダ、
１３……シリンダ固定プレート、１４……ピスト
ンロツド、１５……可動側ダイプレート、１６…
…固定金型、１７……可動金型、１８……圧縮代
調整シリンダ、２２……バルブ機構、３０……射
出装置、４０……可塑化装置、５０……バルブ機
構、５１……バルブ機構、３６，４３，５５……
ヒータ、TS₁，TS₂，TS₃……温度センサ、PS₁，
PS₂……圧力センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金型内圧力を制御する圧力制御手段及び金型
   内温度を制御する温度制御手段を含む圧縮成形装
   置と、該圧縮成形装置の前記金型内にに加熱溶融
   された熱可塑性樹脂を所定量計量して射出する射
   出装置とを使用した射出圧縮成形方法において、 前記金型内温度を前記熱可塑性樹脂が常圧状態
   で硬化を開始する温度よりも高い温度に設定する
   金型温度初期設定プロセスと、 該金型温度初期設定プロセスに引続き、前記金
   型温度よりも高い温度で溶融された所定量の熱可
   塑性樹脂を前記射出装置から前記金型内に射出す
   る射出プロセスと、 該射出プロセスに引続き、前記金型内に射出さ
   れた前記熱可塑性樹脂を、当該熱可塑性樹脂が常
   圧状態では硬化を開始する温度よりも高い温度で
   あつて且つ圧力を加えることにより硬化を開始す
   る温度まで冷却する冷却プロセスと、 該冷却プロセスに引続き、前記金型内に射出さ
   れた前記熱可塑性樹脂に対して当該樹脂のガラス
   転移点における動的剛性率よりも高い動的剛性率
   が得られる圧力を加えて硬化させる加圧プロセス
   と、 該加圧プロセスに引続き、前記金型内で加圧硬
   化された熱可塑性樹脂を常圧状態でも硬化状態を
   保ち得る温度まで冷却するとともに、冷却に伴う
   熱可塑性樹脂の動的剛性率の上昇を相殺する様に
   前記金型内の熱可塑性樹脂に加える圧力を減じる
   冷却減圧プロセスとを備える射出圧縮成形方法。