(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型の型開量を計測するセンサを配したトグル式型締機構の型締装置を備えた射出成形装置を用いて行う射出成形方法であって、所定の型開量だけ金型が開いた際に所望する形状の製品が得られるよう金型キャビティを形成した金型を、該型締装置で第１の型締力により型締した後、金型キャビティ内に樹脂を充填し、樹脂の充填完了直後に前記センサで計測した型開量が前記所定の型開量より小さい場合は第１の型締力を小さくし、該計測した型開量が前記所定の型開量より大きい場合は第１の型締力を大きくすることにより、樹脂の充填完了直後の型開量が前記所定の型開量になるよう制御することを特徴とした射出成形方法。
【請求項２】
樹脂充填時に発生する型開力の最大値がＴの場合において、前記第１の型締力を０〜０．７Ｔの範囲とする請求項１記載の射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂を金型に射出充填して成形する射出成形方法に関するものであり、特に射出成形装置の型締時におけるエネルギーの省力化に優れた射出成形方法である。
【０００２】
【従来技術】
一般的な射出成形方法は、金型装置（金型と称することもある）のキャビティに溶融樹脂を充填する射出充填工程を有しており、射出充填工程には高い樹脂の充填圧力を必要とする。
金型キャビティの中に充填された樹脂は、その高い充填圧力によって金型装置を開こうとする型開力を発生させるが、成形中に金型装置が開いた場合は、金型キャビティの寸法が大きくなって成形品の寸法が変わってしまったり、樹脂が金型キャビティの外に漏れだしてバリになる等といった問題が生じる
そのため、従来の射出成形方法は、樹脂の充填時に金型装置を開かせないようにする必要があり、樹脂充填時において金型装置を前記型開力より高い型締力で型締しつづけいる。そのため、従来の射出成形機は、前記型開力に耐えうる大きな型締力の型締装置を備えて、樹脂充填時には金型装置を前記型開力より高い型締力で型締しており、該型締装置の昇圧に大きなエネルギーを必要とすることは常識とされていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、型締装置の昇圧に大きなエネルギーを必要とする従来の射出成形方法は、現在のように省エネルギー化が強く要求さている状況下において、省エネルギーの観点で問題である。
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、大きなエネルギーをかけて型締装置の型締力を昇圧させなくとも、成形品の寸法が変わってしまったり、キャビティに充填した充填物がキャビティの外に漏れだしてバリになることを防止することができる射出成形方法であって、射出成形装置の型締時におけるエネルギーの省力化に優れた射出成形方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、
（１）  本発明による射出成形方法は、金型の型開量を計測するセンサを配したトグル式型締機構の型締装置を備えた射出成形装置を用いて行う射出成形方法であって、所定の型開量だけ金型が開いた際に所望する形状の製品が得られるよう金型キャビティを形成した金型を、該型締装置で第１の型締力により型締した後、金型キャビティ内に樹脂を充填し、樹脂の充填完了直後に前記センサで計測した型開量が前記所定の型開量より小さい場合は第１の型締力を小さくし、該計測した型開量が前記所定の型開量より大きい場合は第１の型締力を大きくすることにより、樹脂の充填完了直後の型開量が前記所定の型開量になるよう制御する。
【０００５】
（２）  前記（１）に記載の発明において、樹脂充填時に発生する型開力の最大値がＴの場合において、前記第１型締力を０〜０．７Ｔの範囲とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明による実施形態の好ましい１例について詳細に説明する。図１〜図３は本発明の実施の形態に係り、図１は本発明による射出成形装置の全体構成図であり、図２（１）〜（３）は射出成形時における金型装置内の樹脂充填状態と装置全体の挙動とを説明する概念図である。図３は金型キャビティの投影面積を説明する図である。
【０００７】
図１に示すように、本実施形態に使用される射出成形装置１００は、金型装置１０、型締装置２０、射出装置３０、および型締装置と射出装置を制御する制御装置６０とを備えている。
【０００８】
ここで金型装置１０は、図１に示すように固定型３と可動型４とを備えており、メス型の固定型３とオス型の可動型４とがくいきり構造の嵌合部で嵌め合わされ、該嵌め合わされた状態でその内部に金型キャビティを形成する構造となっており、該くいきり構造の嵌合部（くいきり部と称することもある）は金型キャビティの全周にわたって形成される。
【０００９】
また、この金型装置１０は、金型装置１０のパーティング面が完全に閉じられたときに所望の製品形状になるのではなく、パーティング面が完全に閉じられたときから所定距離（本実施形態においては２．３ｍｍ）開いたときにおいて、所望する製品の形状となるように設計されている。なお、金型装置１０は前記したようにくいきり部にて嵌めあわされているため、例え所定距離開いても金型キャビティ内に充填された樹脂が金型装置１０の外部に漏れ出すことはない。
【００１０】
ここで、図３に示すように金型装置１００の前記金型キャビティを型移動方向から投影した場合の投影面積はＳｃｍ２は本実施形態においては１０００ｃｍ２であり、２．３ｍｍ開いた状態の金型キャビティ内に樹脂を充填する際の、樹脂圧力の型内平均値は概ね３５ＭＰａ（３５０ｋｇ／ｃｍ２）である。従って、通常の射出成形方法では、前記金型装置１００の成形品と同一成形品を成形しようとすれば、３５ＭＰａ×１０００ｃｍ２＝３．５ＭＮ（３５０ｔｏｎ）の型締力に型締機構を昇圧することのできる型締シリンダーを使用する必要がある。
【００１１】
そして、図１に示すように固定型３は固定盤１に取り付けられ、可動型４は可動盤２に取り付けられている。従って、後述する型締装置２０を作動させることにより、可動型４を固定型３に対して自在に前後進させることができる。
【００１２】
次に本実施形態に用いた型締装置２０について説明する
図１に示した型締装置２０は、可動盤２と固定盤１と型締シリンダ２２と、型締シリンダ２２に駆動によって作動するトグル式型締機構８（トグル機構と称することもある）と、型締シリンダ２２に所望の油圧を供給する図示しない油圧源等を備え、可動盤２は固定盤１とエンドプレート５との間に架設した４本のタイバー７に案内されて、型締シリンダ２２で駆動されたトグル機構８により可動金型４とともに前後進できるよう構成されている。
また、本実施形態においては、位置センサＬを、可動盤２の位置を測定できるように配しており、可動盤２の位置を測定した該位置センサＬの測定値の信号は、制御装置６０に備えた型締制御装置６１の型締制御部に入力される。
【００１３】
なお、成形時における型開量を計測するセンサは、金型装置１０の位置を測定して型開量を算出する位置センサＬが、計測値が正確であるという点で好ましいが、これに限るものではなく、図１に示した実施形態の１例のように可動盤２の位置を測定することにより型開量を算出する位置センサＬであって良く、また駆動シリンダ２２のピストンロッド、あるいはトグル機構８の一部等、可動盤２の位置を算出して割り出せる他の部分の位置を測定する等して、間接的に型開量を計測するセンサであっても良い。
【００１４】
図１に示した制御装置６０は、型締制御装置６１によって、型締シリンダ２２に油圧を供給する型締シリンダ制御バルブ（型締ＣＹＬ制御バルブと称することもある）を制御し、金型装置１０を自在に開閉し、また型締できるよう構成されている。
また、図１に示した型締制御装置６１は、前記位置センサＬの出力信号より可動盤２の位置を検知して型開量を算出し、後述する制御方法によって、型締シリンダ２２に油圧を供給する型締シリンダ制御バルブを制御することができるよう構成されている。
【００１５】
なお、本実施形態においては、図１に示すような油圧式のトグルタイプの型締装置２０を使用したが、可動盤２を所望の位置に正確に、かつ、自在に移動させることができ、金型装置１０に十分な型締力を負荷することのできる型締装置であれば、本実施形態に限らず、電動式のトグルタイプ型締装置等を本発明に用いても良い。
【００１６】
次に、図１及び図２に示す射出装置３０は、バレル３２とバレル３２に内装されスクリュフライトを有するスクリュ３４と、バレル３２内に樹脂を供給するホッパ３８と、該スクリュ３４を前後進させる射出シリンダ４０と、該スクリュ３４を回転させる油圧モータ４２と、射出シリンダ４０と油圧モータ４２に所望の油圧を供給する図示しない油圧源等を備え、前記バレル３２外周面には、図示しないヒータが取付けられている。
【００１７】
射出装置３０は、油圧モータ４２によってスクリュ３４が回転することにより、ホッパ３８からペレット形状の樹脂をバレル内に供給する構造となっており、該供給したペレット形状の樹脂は、バレル３２に取付けられたヒータによって加熱され、また、スクリュ３４の回転によって混練圧縮作用を受けることによって溶融し、スクリュ前方に送られる。
スクリュ３４の前方に送られ、溶融した樹脂（溶融樹脂と称することもある）は、射出シリンダ４０により前進するスクリュ３４によって、バレル３２の先端部にあるノズル３９から射出することができる。
【００１８】
なお、本実施形態における制御装置６０は、型締装置を制御する型締制御部６１と該型締制御部に型締条件を設定する型締条件設定器、及び射出装置を制御する射出制御装置６３と該射出制御部に射出条件を設定する射出条件設定器等を備えている。
【００１９】
以下、本発明による射出成形方法の実施形態の好ましい１例を、図１及び図２を用いて説明する。
第１の工程として、型締制御装置６１の中の型締条件設定機に初期型締力として、第１型締力を１ｔｏｎとして設定するとともに、所定の型開量として２．３ｍｍを設定する。なお、型開量を２．３ｍｍとした理由は、前述したように図１に示した金型装置１０が、パーティング面が完全に閉じられたときから２．３ｍｍ開いたときにおいて、樹脂の収縮率などを勘案して所望する製品の形状が得られるように設計されているためである。従って、金型が閉じられた状態からＸｍｍ開いたときにおいて、樹脂の収縮率などを勘案して所望する製品の形状の製品が得られるように設計されている金型を用いる場合は、前記型開量としてＸｍｍを設定する。
【００２０】
そして、型締装置２０に配した型締シリンダ２２を作動させてトグル機構８を延伸させることにより、可動盤２を固定盤１の方向に移動させて金型１０を型閉する。そして、第１型締力Ｗ（本実施形態においては１ｔｏｎ）にて金型装置１０を型締した状態で、トグル機構８のリンクをロッキングし、延伸させたトグル機構８が後述する型開力により屈曲しないようにする。
【００２１】
次に、図２（１）に示すように溶融樹脂（本実施形態では、ポリプロピレン）を金型キャビティに射出する。溶融樹脂（本実施形態では、ポリプロピレン）が金型キャビティ内に充填されていくにつれて、樹脂圧力は上昇を始め、金型装置１０を開こうとする型開力が発生する。そして、前記型開力が第１型締力Ｗを超えたとき金型装置１０は金型キャビティを広げるように開き始める。
【００２２】
ここで、トグル機構８はロッキングされて延伸されたままの状態であるため、前記型開力により金型装置１０が型開きされるために、タイバー７が延びることになる。この時の型締力は、タイバー７が延びることによって、トグル機構８で発生させた第１型締力Ｗから徐々に増加する。
【００２３】
そして、金型キャビティ内にほぼ樹脂が充填完了した際において、前記型開力は最大値となり、図２（３）に示すように前記型開力の最大値Ｔと釣り合う長さ分のΔＬだけタイバー７が延びるので、ΔＬだけ型が開くことになる。
【００２４】
ここで、位置センサＬによって金型の型開量を計測し、計測した型開量ΔＬが型締条件設定機に設定した型開量より小さい場合は次の成形において、前記第１型締力を小さくし、計測した型開量が型締条件設定機に設定した型開量より大きい場合は、次の成形において前記第１型締力を大きくすることによって、樹脂の充填後における金型の型開量が、前記該型締条件設定機に設定した型開量になるように制御する。
【００２５】
本願発明においては、射出充填の際の樹脂の型開力によって、タイバー７がΔＬだけ延びることによって、型締力はトグル機構８で発生させた第１の型締力Ｗから増加するので、前記型開力に耐えうる大きな型締力が発生する。
なお、本実施形態においては、金型装置１０がわずかに開いた状態になっても、固定型３と可動型４の間に形成したくいきり構造の嵌合部によりシールされおり、金型キャビティ内の溶融樹脂が金型装置１０の外に漏れ出すことはない。
【００２６】
そして、金型キャビティ内に樹脂が充填された後、樹脂は十分に冷却されて成形品として取出される。
【００２７】
ここで、前述したように本実施形態における金型キャビティ投影面積Ｓは、１０００ｃｍ２であり、充填完了時における型内平均樹脂圧力Ｐが概算で３５ＭＰａ（３５０Ｋｇｆ／ｃｍ２）程度必要である。
そのため、成形時における型開力の最大値Ｔとして３．５ＭＮ（３５０ｔｏｎ）程度が発生するが、第１の型締力Ｗは０．１ＭＮ（１ｔｏｎ）であるので、型開力の最大値Ｔとの差は、約３．４９ＭＮ（３４９ｔｏｎ）となる。
図１に示す実施形態のタイバー７は４本であるので、タイバー７は一本あたり約７ＭＮ（７０ｔｏｎ）の力で伸ばされて、２．３ｍｍ程度伸びている。
タイバー７が一本あたり２．３ｍｍ程度伸びることによって、型締力は第１の型締力０．１ＭＮ（１ｔｏｎ）より増加して３．５ＭＮ（３５０ｔｏｎ）となる。
【００２８】
本発明による射出成形方法においては、以上説明したような理由から、溶融樹脂の充填圧力を利用して型締装置の型締力を昇圧し、前記型開力の最大値Ｔ（本実施形態においては３５０ｔｏｎ）に耐えうる大きな型締力を型締シリンダ２２によって発生させる必要がないので、型締シリンダを小型化でき、型締力を昇圧させるためにエネルギーが少なくて良いという優れた効果を有する。
【００２９】
なお、第１の型締力Ｗを型開力の最大値Ｔの０．７倍より大きくした場合は、第１の型締力Ｗと型開力の最大値Ｔとの差が小さくなり、ΔＬが非常に小さくなる。該ΔＬが非常に小さい場合は、可動盤２等の部材の変形、可動盤１とタイバー７の摺動抵抗、あるいはその他の外部要因により、必ずしも型開力Ｔに釣り合う分だけ金型装置１０が開かないこともあり、再現性等に問題を生じる可能性がある。従って、型開力の最大値Ｔに対して、第１の型締力Ｗを０〜０．７倍の範囲に選択しておくことが好ましい。
【００３０】
また、金型装置１０が開くことによって、金型キャビティの容積が拡大して成形品の大きさが変化するので、金型キャビティの寸法は予め可動盤の移動方向に容積が拡大することを予測して小さめに製作しておくことが必要であり、所定の型開量だけ金型が開いたときに所望する形状の製品が得られるように金型キャビティを形成する。
実際に金型装置１０を製作する場合においては、金型キャビティの投影面積、樹脂の種類、成形温度等から成形の際に発生する型開力の最大値Ｔを予測し、該予測した型開力の最大値Ｔに対して、第１の型締力Ｗを上記の好ましい範囲で選定することによって、タイバー７の伸び量ΔＬを予測する。
そして、予測したΔＬだけ金型装置１０が開いた状態で、所望寸法の成形品が成形できる金型キャビティの寸法で、金型装置１０を製作する。
前記予測で製作した金型装置１０で、第１の型締力を調整しながら、成形品の大きさを微調整して、所望する大きさの成形品を得る。
【００３１】
さらに、本射出成形方法においては、トグル機構８で発生させる型締力より大きい型締力が型締装置に発生するので，型締装置２０を構成するタイバー７、固定盤１、可動盤２、及びトグル機構８等の機械的強度を高めておくことが好ましく、トグル機構８で発生させることのできる型締力に対して必要な型締装置の機械的強度の１．５倍以上の機械的強度を選択して設計しておくことが特に好ましい。しかし、機械的強度を無制限に大きくした型締装置２０は現実的でないことから、トグル機構８で発生させることのできる型締力に対して必要な型締装置の機械的強度の１．５倍から１０倍に機械的強度を選択して型締装置２０を設計しておくことが好ましい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による射出成形方法によれば、樹脂の充填圧力を利用して型締装置の型締力を昇圧するので、前記型開力の最大値に耐えうる大きな型締力を型締シリンダ等によって発生させる必要がない。
従って、型締機構を小型化でき、型締力を昇圧させるためにエネルギーが少なくて良いという優れた作用効果を有する。
特に、型締シリンダの変わりにボールネジ等を使用する電動型型締機構を有する型締装置においては、ボールネジ等のサイズの制限などから、型締装置を大型化することが困難な場合もあることから、非常に利用価値が高く効果的である。
【００３３】
また、第１の型締力を型開力の最大値Ｔの０．７倍より小さくすることによって、所望する寸法の成形品を効率的かつ安定的に成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる射出成形装置の全体構成図である。
【図２】本発明に係わる射出成形方法の成形時における金型装置内の樹脂充填状態と装置全体の挙動とを説明する概念図である。
【図３】金型キャビティの投影面積を説明する図である。
【符号の簡単な説明】
１      固定盤
２      可動盤
３      固定金型
４      可動金型
５      エンドプレート
７      タイバー
８      トグル式型締機構
１０    金型装置
２０    型締装置
２２    型締シリンダ
３０    射出装置
６０    制御装置
１００  射出成形装置
Ｌ      位置センサ
【図１】
0003711940.tif 000002
【図２】
0003711940.tif 000003
【図３】
0003711940.tif 000004