JPH08281752A - 射出圧縮成形方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 現行のトグル機構の成形機を大幅に改造する
ことなく、高精度な型開量制御により、高品質の製品を
安定して連続的に供給するようにした射出圧縮成形方法
および制御装置を提供する。 【構成】 トグル機構を用いて型締を行う射出圧縮成形
装置であって、あらかじめ樹脂の冷却固化収縮量を算出
し、この収縮量を加えた樹脂量を金型内に射出充填し、
型締機構側であらかじめ金型キャビティ内に充填した樹
脂圧によって樹脂の冷却固化収縮量に相当する型開量ま
で金型が開くことのできるタイバーの伸び量で設定して
おき、型締動作中のタイバーの伸び量が前記設定値に達
したことを検知後型締動作を停止保持させるとともに射
出充填を行い、射出充填完了後は再度型締動作を続行さ
せて圧縮を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は低圧型締した金型内に溶
融樹脂を射出充填し、この充填された樹脂圧によって金
型が若干開き、その後型締側で圧縮を行うようにした射
出圧縮成形方法および制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の射出圧縮成形は次のような方法で
行われていた。 （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
り圧縮を行う。 （２）トグル機構が伸び切らない状態下でトグル機構の
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、射出充填によって金型が開く
型締力設定値をクロスヘッドの後退移動位置に換算した
設定値に基づいて制御を行い、この制御によりトグル機
構を停止させて型締を行った後金型内に溶融樹脂を射出
充填し、その後トグル機構の再駆動により伸び切った状
態にして圧縮を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の射出
圧縮成形では、次のような問題があった。すなわち、 （１）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の
成形機への組込み改造が必要なため、成形機の複雑・コ
スト高を招く。そのため、圧縮機構のみをユニット化し
て、成形機の可動盤または固定盤に脱着可能とする方法
も考えられるが、圧縮ユニット取付に伴い成形機への重
量増負担、金型取付有効範囲の縮小により成形機本体の
機能低下を招くため、成形可能範囲が限定されてしま
う。

【０００４】（２）トグル機構のクロスヘッド位置と可
動盤の変位量の幾何学的関係は取付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た型締完了時の最
大発生型締力を増減調整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、非現実的である。さらに、射出圧
縮成形で最も重要な型開量の制御はあくまでも演算推定
値による型締力設定であるので、実際の成形時の射出充
填によって金型が開く型開量を正確に制御しておらず、
そのため高圧型締切替に際しては、金型内の樹脂流速の
変化がないように、射出側と型締側の連動操作などの高
度なタイミング制御を必要とし、高品質な成形品を安定
して供給することは困難である。

【０００５】本発明は上記従来の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、高精度な型開量制御によ
り、高品質の製品を安定して連続的に供給するようにし
た射出圧縮成形方法および制御装置を提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、本発明に係る第１の発明では、トグル機
構を用いて型締を行う射出圧縮成形装置であって、あら
かじめ樹脂の冷却固化収縮量を算出し、この収縮量を加
えた樹脂量を金型内に射出充填し、型締機構側であらか
じめ金型キャビティ内に充填した樹脂圧によって樹脂の
冷却固化収縮量に相当する型開量まで金型が開くことの
できるタイバーの伸び量で設定しておき、型締動作中の
タイバーの伸び量が前記設定値に達したことを検知後型
締動作を停止保持させるとともに射出充填を行い、射出
充填完了後は再度型締動作を続行させて圧縮を行う。ま
た、第２の発明では、タイバー伸び量の検出を超音波信
号を用いて行い、冷却固化収縮量に相当するタイバー伸
び量はタイバー端面から反端面側へ向けて照射した超音
波信号が反射する時間で設定するようにした。さらに、
第３の発明では、射出充填を制御する射出制御部と、型
締を制御する型締制御部を有し、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部と、タイバー
伸び量の検出をタイバーに組込んだ超音波センサと該セ
ンサからの信号をカウントする超音波受発信部からなる
タイバー伸び量検出部で行い、前記型開量設定部の設定
値と、前記タイバー伸び量検出部の検出信号に基づいて
前記型締制御部へ型締保持信号と前記射出制御部へ射出
開始信号を発生させる比較制御部を有した構成にする。

【０００７】

【作用】型締動作中のタイバー伸び量が、樹脂の冷却固
化収縮量に相当する型開量設定値に達した後、型締動作
を停止保持させるとともに、前記収縮量を加えた樹脂量
を射出充填することにより、金型へ樹脂がほぼ満充填
（ジャストパック）の状態であるため、圧縮工程切替に
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は皆無となる。したがって、従来
必要とされていた圧縮工程切替の極めて高度なタイミン
グ制御が不要となる。

【０００８】射出圧縮成形で最も重要な型開量（タイバ
ーの伸び量）の制御をタイバーに組込んだタイバー伸び
量検出部で行っていることにより、型厚設定値、ダイハ
イト調整値の影響を全く受けず、高精度な型開量（タイ
バー伸び量）が直接検出できるので、高精度な射出圧縮
成形の制御が可能となる。さらに、タイバー伸び量の検
出を超音波信号を用いて行い、タイバー反端面の反射波
信号の反射時間で制御していることにより、タイバー内
部を伝播する超音波信号は極めて高速であるため、タイ
バー伸び量の検出応答性は極めて高く、成形動作に対応
した連続検出が可能である。また、超音波信号の処理を
反射時間のカウントのみで行っているため、複雑な演算
処理を必要とせず、高精度な型開量検出が簡単なソフト
・ハードで可能となる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係る射出圧縮成形方法およ
び制御装置について図面を用いて詳細に説明する。

【００１０】図１は本発明に係る射出成形機の制御図、
図２はトグル式型締装置におけるタイバー伸び量と設定
型締力の関係図、図３は超音波信号の検出概念図、図４
は制御フロー図である。

【００１１】本実施例における射出成形装置１００は、
トグル式型締装置５０、射出装置４０および制御部６０
から構成されている。

【００１２】図１はトグル式の型締装置５０を備えた射
出成形装置１００を示し、中心線より上半分は射出充填
前の型締状態を示し、中心線より下半分は圧縮工程完了
後の型締状態を示している。図１におけるトグル式型締
装置５０は、リンクハウジング１、固定盤（固定プラテ
ン）２、可動盤（可動プラテン）３、金型４（固定金型
４ｂおよび可動金型４ａ）、キャビティ５、トグル機構
６、クロスヘッド７、型締シリンダ（ダイロックシリン
ダ）８、ピストンロッド９およびガイドロッド１０より
構成される。

【００１３】ダブルトグル式の型締装置５０を備えた射
出成形装置１００では、図１に示すように、可動盤３と
リンクハウジング１との間に３つのトグルリンク６ａ、
６ｂ、６ｃからなる上下一対のトグル機構６を備え、リ
ンクハウジング１の外端面の略中心部に型締シリンダ
（ダイロックシリンダ）８を装着し、型締シリンダ８の
ピストンロッド９の先端をクロスヘッド７に連結し、該
クロスヘッド７を進退自在に挿通したガイドロッド１０
に沿って前後進させるとともに、該クロスヘッド７を介
して前記トグル機構６を作動させ、固定盤２に対して可
動盤（可動プラテン）３を移動して型締動作を行うよう
になっている。符号１１はタイバーを示す。

【００１４】次に、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４
２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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】次に、制御部６０について述べる。制御部
６０は型締制御部６１、型締シリンダストロークセンサ
６２、射出制御部６３、型開量設定部６４、タイバー伸
び量検出部６５、超音波受発信部６６および比較制御部
６７、油圧制御弁６８、６９、油圧供給源７０ａ、７０
ｂ、超音波センサ７１から構成されている。

【００１８】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６９に接続され、前記射出制御部
６３は比較制御部６７に接続されている。

【００１９】また、型締工程におけるタイバー伸び量の
検知とタイバー１１に組込まれた超音波受発信部６６は
タイバー伸び量検出部６５に接続され、このタイバー伸
び量検出部６５と型開量設定部６４は比較制御部６７に
接続されている。

【００２０】型締シリンダ８のピストンロッド９途上の
反クロスヘッド７側には型締シリンダストロークセンサ
６２が配設され型締制御部６１に接続されており、設定
タイバー伸び量に達した時の型締シリンダ８のストロー
クを検知して、その位置を保持することにより型締シリ
ンダ８の動作を固定させるための手段として用いる。そ
して、型締制御部６１は比較制御部６７に接続されてい
る。

【００２１】以上のように構成された射出圧縮成形装置
の作用について述べる。

【００２２】金型キャビティ容積とキャビティ投影面積
および充填する樹脂物性などから算出される射出充填に
よって樹脂の冷却固化収縮量に相当する型開量をタイバ
ー伸び量として型開量設定部６４で設定する。

【００２３】この場合、トグル機構６は伸び切らない状
態であり、図２を用いてタイバー伸び量と設定型締力の
関係について詳しく説明する。

【００２４】すなわち、トグル式型締装置５０における
型締力の発生原理は、トグル機構６を駆動させて可動盤
３を前進させ、可動金型４ａと固定金型４ｂがタッチし
た状態（この時、トグル機構６は未だ伸び切っていな
い、Ｋo 値）からさらに可動盤３を固定盤２側へ押圧さ
せてタイバー１１を伸延させることによって（型締シリ
ンダ８を前進させる）型締力が発生する。そして、トグ
ル機構６が最も伸び切った状態で型締力は最大値（ただ
し、金型保護のため金型サイズによりキャビティ投影面
積に応じた型締力値にダイハイト調整した場合、Ｋｍａ
ｘ値）を示し、この時、タイバー１１は最大値（△ｌｍ
ａｘ値）まで伸びていることになる。

【００２５】このタイバー１１が伸びることを利用して
射出圧縮成形を行う場合、タイバー１１の最大許容伸び
量（△ｌｍａｘ値）が、射出充填圧による型開量の調整
可能な範囲となり、タイバー伸び量を検知することによ
り正確な型開量制御ができる。

【００２６】射出充填完了時の樹脂の冷却固化収縮量に
相当する型開量（タイバー伸び量）をＳ値とすると、最
大タイバー伸び量（△ｌｍａｘ値）よりもＳ値だけ小さ
いタイバー伸び量（△ｌs 値）を示す型締状態（Ｋs
値）とすれば、型開量Ｓ値を確保することができる。

【００２７】次に、タイバー伸び量を超音波信号を用い
て計測する場合について図３を用いて述べる。

【００２８】タイバー１１の端面に取付けた超音波セン
サ７１から反端面へ向けて照射した超音波信号は、タイ
バー１１の内部を伝播してタイバー反端面で反射して再
び超音波センサ７１へ戻る。この状態を例えばデジタル
オシログラフスコープを用いて画面で観察すると超音波
センサ７１からの発信信号は、送信波信号としてピーク
値を示し、また、反射した超音波センサへの受信信号は
反射波信号としてピーク値を示す。

【００２９】ここで、図２に示す型締力Ｋo 値（タイバ
ー伸び量△ｌo 値）の時の反射波信号（△ｌo 値）の反
射時間（ｔo 値）と比較して、型締力Ｋｍａｘ値（△ｌ
ｍａｘ値）の時の反射波信号（△ｌｍａｘ値）の反射時
間（ｔｍａｘ値）は△ｔｍａｘ値程長くなる。すなわ
ち、タイバー内部を伝播する超音波信号の伝播速度（タ
イバー材質を鋼をすると約５３００ｍ／ｓｅｃ）は、通
常の成形機を使用する環境条件では一定であるため、外
乱因子の影響を全く受けずタイバー伸び量（△ｌｍａｘ
値）＝反射時間の変化量（△ｔｍａｘ値）として計測で
きる。

【００３０】したがって、型締動作中の反射波信号の変
化（△ｌo →△ｌｍａｘ）をモニタして、型開量（Ｓ
値）に相当する反射時間の変化量（△ｔ値、これは、超
音波信号の伝播速度をタイバー長さから算出するか、ま
たは、△ｌｍａｘ値と△ｔｍａｘ値が直線関係であるこ
とを利用して算出する。）を確保した反射波信号（△ｌ
s 値）の反射時間（ｔs 値）を検知することにより、正
確な型開量制御ができる。

【００３１】さらに、超音波信号の検出は、反射波信号
の反射時間を計測するのみとしているので、実際には、
図３の説明で用いたデジタルオシロスコープなどは不要
であり、超音波センサ７１と超音波信号を受発信して反
射時間をカウントする機能を付加した超音波受発信部６
６の簡単なソフト・ハード構成でよく、コストダウンも
可能となる。

【００３２】なお、超音波信号を用いてタイバー伸び量
を検出するメリットとして次のようなことが考えられ
る。 超音波信号の伝播速度が極めて速いため、検出応答
性が高く、その結果、短時間の型締動作中のタイバー１
１の伸長挙動を遅れることなく検出できる。 超音波信号の伝播速度が極めて速いため、検出分解
能が高く、高精度な型開量の検出ができる。 実用範囲内における超音波信号の伝播速度への変動
がほとんどなく、外乱要因に強い信頼性の高い計測がで
きる。 超音波センサをタイバーに固定するだけで計測でき
るため、成形機の改造を全く必要としない。また、超音
波センサは極めて小さいためスペース的に無駄を生じさ
せない。

【００３３】因みに、超音波計測のスペックとしては次
のものが望ましい。 超音波センサ…周波数＝５ＭＨｚ、センサ径＝１／
２インチ ・周波数は高い程、直進性が高くなるが、伝播距離が短
くなる。 ・センサ径が小さい程、ビーム性は高くなるが、信号レ
ベルが低くなる。 超音波受発信部…超音波信号をパルス制御できるも
の。

【００３４】なお、図３は説明しやすいように、送信波
信号と反射波信号を同位相で示したが、実際の反射波信
号は以下の数１の理由により逆位相である。

【００３５】

【数１】

【００３６】ここでＺ1 とＺ2 は超音波信号が伝播する
物体の音響インピーダンス（ｋｇ／ｍ² ・ｓ）を示し、
反射波信号はタイバー１１（Ｚ1 ）→空気（Ｚ2 ）を経
由することによりタイバー１１（鉄製）のＺ1 は４５．
３×１０⁶ 、空気のＺ2 は４×１０² であるためこれを
上記式に代入すると音圧反射率（Ｒp ）は負となり逆位
相となる。

【００３７】次に、図４を用いて本実施例の成形動作を
説明する。

【００３８】（１）型開量設定部６４の型開量設定値に
基づいて、型締制御部６１は型締シリンダ８の油圧を制
御して型締を行う。型締動作中はタイバー伸び量検出部
６５でタイバー伸び量をモニタする。 （２）タイバー伸び量が設定値（ｔs ）に達したことを
検知後、比較制御部６７は型締保持信号を発信して、型
締動作を停止・保持させる。この場合の型締保持は、例
えば型締シリンダ８のストローク値を型締シリンダスト
ロークセンサ６２で検出し、型締シリンダ８の油圧を制
御して、型締シリンダ８位置保持制御を行う。

【００３９】（３）同時に比較制御部６７は射出開始信
号を射出制御部６３へ発信し、先に設定した射出充填量
設定値（樹脂の冷却固化収縮量を加算した樹脂量）に基
づいて、射出充填を行う。 （４）射出充填に伴い型開挙動（タイバー１１が伸長）
を示し、射出完了時には、先に設定した型開量（樹脂の
冷却固化収縮量に相当）となる。こうすることにより、
金型へ樹脂がほぼ満充填（ジャストパック）の状態であ
るため、圧縮工程切替に際しても、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は皆無で
ある。したがって、従来必要とされていた圧縮工程切替
の極めて高度なタイミング制御が不要となる。

【００４０】（５）なお、射出完了時のタイバー伸び量
を検出して、例えば、型開量設定値と若干ズレが生じて
いた場合、あるいは、製品取出後の成形品の品質判定の
結果により型開量の補正の必要性が生じた場合には、タ
イバー伸び量検出部６５は型開量設定部６４へ型開量補
正信号を発信して、補正を行うことも可能である。

【００４１】（６）射出充填完了後、型締を再起動させ
て高圧型締を行い、圧縮を開始する。この場合、射出完
了時には樹脂はジャストパック状態であること、タイバ
ー伸長による弾性回復力が樹脂の冷却固化収縮に対応し
て連続的に継続されていることにより、圧縮開始に際し
てタイムラグが生じていても、フローマーク発生などの
欠陥が生じることは皆無である。

【００４２】（７）圧縮工程および射出側制御は、例え
ば射出充填完了を検知後、起動するタイマの設定時間で
行う。 計量開始…ゲートシール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場合では、シャットオ
フバルブ閉動作完了時間。 冷却完了…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時間を算出し、圧縮完了時間とす
る。 （８）冷却完了後、型開き動作を行って製品取出しをす
る。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したことからも明らかなよう
に、本発明に係る射出圧縮成形方法および制御装置で
は、 （１）型締動作中のタイバー伸び量を検出して樹脂の冷
却固化収縮量に相当する型開量設定値に達すると同時
に、型締動作を停止保持させるとともに、前記収縮量を
加算した樹脂量を射出充填することにより、金型内の樹
脂はジャストパック状態であるので、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
グ制御が不要となり、操作性を簡単とする。 （２）射出圧縮成形で最も重要な型開量（タイバー伸び
量）制御を、超音波信号を用いて直接行っているので、
外乱因子に対して変動のない高応答・高精度な型開量制
御ができ、その結果、極めて高品質な成形品を連続して
供給できる。 （３）現行トグル式の型締成形機に超音波センサを取付
けるだけでよいので成形機の改造を全く必要とせず、ワ
ンタッチで高精度制御可能な射出圧縮成形機へ変換で
き、大幅なコストダウンが図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る射出成形機の制御図である。

【図２】トグル式型締装置におけるタイバー伸び量と設
定型締力の関係図である。

【図３】超音波信号の検出概念図である。

【図４】制御フロー図である。

【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 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 射出ピストン ５０ トグル式型締装置 ６０ 制御部 ６１ 型締制御部 ６２ 型締シリンダストロークセンサ ６３ 射出制御部 ６４ 型開量設定部 ６５ タイバー伸び量検出部 ６６ 超音波受発信部 ６７ 比較制御部 ６８、６９ 油圧制御弁 ７０ａ、７０ｂ 油圧供給源 ７１ 超音波センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トグル機構を用いて型締を行う射出圧縮
   成形装置であって、あらかじめ樹脂の冷却固化収縮量を
   算出し、この収縮量を加えた樹脂量を金型内に射出充填
   し、型締機構側であらかじめ金型キャビティ内に充填し
   た樹脂圧によって樹脂の冷却固化収縮量に相当する型開
   量まで金型が開くことのできるタイバーの伸び量で設定
   しておき、型締動作中のタイバーの伸び量が前記設定値
   に達したことを検知後型締動作を停止保持させるととも
   に射出充填を行い、射出充填完了後は再度型締動作を続
   行させて圧縮を行うことを特徴とする射出圧縮成形方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のタイバー伸び量の検出を
   超音波信号を用いて行い、冷却固化収縮量に相当するタ
   イバー伸び量はタイバー端面から反端面側へ向けて照射
   した超音波信号が反射する時間で設定するようにしたこ
   とを特徴とする射出圧縮成形方法。
3. 【請求項３】 射出充填を制御する射出制御部と、型締
   を制御する型締制御部を有し、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部と、タイバー伸
   び量の検出をタイバーに組込んだ超音波センサと該セン
   サからの信号をカウントする超音波受発信部からなるタ
   イバー伸び量検出部で行い、前記型開量設定部の設定値
   と、前記タイバー伸び量検出部の検出信号に基づいて前
   記型締制御部へ型締保持信号と前記射出制御部へ射出開
   始信号を発生させる比較制御部を有することを特徴とす
   る射出圧縮成形制御装置。