全電動式大型射出成形機による技術展開
福吉

平成 14 年 5 月，世界最大となる｢MD1800SⅢ｣を発表し，常に世界に先駆けた大型電動成形機を実現してきた(表１，写真 1，２)。

１．開発経緯近年，従来の油圧式射出成形機に代り，電動式射出成形機の普及率はますます増加傾向を示
し，今や日本国内においては，中･小型機（型締力 4,500kN 以下）において射出成形機といえば，電動成形機という時代を迎えた。しかしながら，駆動部に使用するサーボモータの容量的な制約などから，大型機への展開は困難であるとされていた。
そこで，宇部興産機械（株）と新潟鐵工成形機㈱（現㈱ニイガタマシンテクノ）は電動成形機のさらなる大型化を実現するため，複数のサーボモータを電気的にかつ機構的に駆動制御する技術，駆動源の大容量化に伴う動力伝達技術を新たに開発し，平成 12 年 6 月全米プラスチック展 NPE2000（アメリカ）に｢MD1400SⅢ｣を発表し，平成 14 年 2 月には，同機が，(社)日本機械工業連合会主催の平成
13 年度優秀省エネルギー機器表彰制度による資源エネルギー庁長官賞を受賞した。そして，

２．開発コンセプト
2-1 ダウンサイジング
MD-SⅢシリーズでは，サーボモータをアクティブにフィードバック制御して，高応答の圧力制御を可能にした。その上で，高速射出による型内充填圧力の低圧化や，射出から保圧へのスムーズな切替え制御方式である低圧充填制御（CPF 制御，Constant Pressure Filling）などを採用して，トータル樹脂圧力の適性化による型締力の低減を図り，設備スペースの短縮，設備コスト低減を実現した。
2-2 省エネ，ハイサイクル
電動成形機の大きな特徴の一つとして，消費電力が同型締力の油圧成形機と比較して小さい点がある。
成形機サイズが大型になるほど動力伝達効率の違＊Keiji Fukuyoshi，宇部興産機械(株) 樹脂成形機設計グループ〒755-8633 山口県宇部市大字小串字沖の山 1980

い，および電動成形機は必要動作のみモータを駆動させることから，消費電力の差は比例して大き表１ MD1400SⅢ･1800SⅢ主仕様
駆動方式

啓司

くなり，大幅な省エネ効果が得られる。

MD1400SⅢMD1800SⅢ

その他に，①作動油を使用しないことによる経済的，全電動式

全電動式

および環境的改善効果，②冷却水の大幅削減などに型締力

kN

13700

17600

タイバー間mm

1830×1510

2169×1661

2480×1970

よる経済的改善効果，③ハイサイクル成形による生産性向上効果，④成形品質の安定化によるむだショ

3175×2413

型 盤mm

スクリュー径mm

φ120

φ132

φ120

φ132

射出率

cm3/sec

1413

1710

1413

1710

射出圧力

MPa

185

150

185

150

ットの削減，など多くの省エネルギー効果を発揮する。

写真１ MD1400SⅢ外観写真
プラスチックス(2003 年 5 月号別冊)寄稿

写真 2 MD1800SⅢ外観写真1

宇部興産機械株式会社

また，トグル式型締機構により，高速型開閉動作を可能にするとともに，電動サーボモータによる高精度位置，速度制御により加速減速特性や停止位置精度による型開閉時間の短縮，また同時操作による遅れ時間を排除した制御でサイクル短縮が可能となる。当社は，超大型電動成形機において，同クラス初の全電動サーボ化により，油圧機・ハイブリッド機を凌駕する圧倒的な省エネ，ハイサイクルを実現した。

図１ マルチモータ駆動制御システムの構成

2-3 新技術，新プロセス対応
将来的に新たな成形モード機能も容易に追加できる，次世代成形機のベースマシンとして位置付けし，開発を行った。当社独自の開発プロセスである，ダイプレスト成形，インプレスト（型内塗装）成形などの新プロセスにも容易に対応できるマルチ成形機で，1 台で複数の成形モードを装備し，成形対象製品に応じて適切な成図２ 定圧充填制御方式形モードの選択を可能にした。
(2)定圧充填制御方式の適用による大型成形品のクラスダウン

３．機器の概要
3-1 技術的特徴

電動式射出成形機 MD1 800SⅢの代表的な機能で(1)マルチモータ駆動方式の適用による世界最大型締力 17600kN

ある CPF 制御は，充填負荷圧が急激に高くなると発生するピーク圧を，射出速度を自動的に減速させることで抑制する制御である(図 2)。

電動式射出成形機ではサーボモータによる位置・速度・圧力制御などを行うが，大型機においては複数モータ要領の制約からのサーボモータを駆この CPF 制御によるピーク圧のカットと，型盤サイズの拡大，従来の能力の 1.7 倍もの高射出率などを用いて油圧式射出成形機 2,0000kN〜3,0000kN動制御する必要性があった。そのため，図 1 に示す複数のサーボモータを駆動制御する独自技術を開発クラスの大物成形品を型締力 1,7600kN 以下で成形した。本システムは，大きなパワーを必要とする軸することが可能となった。に複数のサーボモータを配置して，そのパワーを合算して駆動制御する方式である。
MD1800SⅢでは型締軸用に 2 台，射出軸用に 3台，可塑化軸用に 2 台のサーボモータを用いて，世界最大の型締力を有する電動式射出成形機を実現した。また，駆動源の大容量化に伴い，動力伝達機構に必要な大負荷容量ボールねじ，低慣性大径プーリ，高張力低騒音ベルトなども新たに開発した。

プラスチックス(2003 年 5 月号別冊)寄稿

2宇部興産機械株式会社

140

140

成形品 ： ﾗｹﾞｰｼﾞｻｲﾄﾞｶﾊﾞｰ

12010010087kW

表 2 実成形における省エネ・サイクル短縮効果

成形品 ：ｻﾄﾞﾙﾊﾞｯｸﾞ

120

成形品

87kW

80

8058.3kW

80.5sec6060

ﾗｹﾞｰｼﾞｻｲﾄﾞｶﾊﾞｰ
（自動車内装品）
ﾘｱﾊﾞﾝﾊﾟｰ（自動車外装品）
ﾃﾞﾌﾉｽﾞﾙ
（自動車部品）ｲﾝﾊﾟﾈ（自動車内装品）
ｻﾄﾞﾙﾊﾞｯｸﾞ（ｵｰﾄﾊﾞｲ用部品）

56sec

73sec

40

40

46.7sec

202000油圧1800T

油圧2000T

MD1400SⅢ

140

成形品 ： ﾃﾞﾌﾉｽﾞﾙ

120
100

22kW

140

成形品 ：ｲﾝﾊﾟﾈ

12097kW

10079sec

MD1400SⅢ

80

80

54sec

72kW

60
40
202027kW

表364sec

油圧2500T

効果
油圧2500T

MD1400SⅢ

46.0 %

27.6 %

62.7 %

17.2 %

62.5 %

31.6 %

76.2 %

17.1 %

74.7 %

23.2 %

実成形における不良率・無駄削減効果

23kW

00

サイクル短縮率

53sec

6040

消費電力低減率

不良率低減
による効果
成形立上時の無駄削減効果

MD1800SⅢ：消費電力,：サイクル時間
図 3 実成形における消費電力とサイクル時間

油圧機（油圧 2200T）

電動機(MD1400SⅢ)

不良率 1.5 %不良率 0.5 %30 ショット

10 ショット型閉開始
加速時間： 0.39秒

高速： 2.19秒
1500(mm)→75(mm)型閉距離 ：1500（mm）
型締力 ：1400トン

昇圧： 0.96秒
4(mm)→0(mm)(3)成形品品質向上

金型保護
低速： 0.34秒
75(mm)→4(mm)速度 (mm/sec)

500.0

400.0

300.0

最高速到達時間
0.39秒

200.0

昇圧開始タイミング

型開限位置1500 (mm)100.00.00500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

時間 (ms)

図 4 高速型開閉動作 MD1400（型閉）

3-2 効果事例

サーボモータを用いて成形品精度に影響する動作（位置・速度・圧力）をすべてフィードバック制御させることや，油圧式射出成形機における作動油温度の影響などの外乱がないことにより，抜群の成形安定性
型閉時間
3.49秒を得ることができ，成形品不良率の低減が得られた。また，成形立上げ時の安定性においても向上しており，むだショット数を4000抑えることが可能となり，廃プラスチックの発生減少による環境負荷への低減に貢献した。電動式と油圧式の比較事例を表 3 に示す。
4.電動成形機における高付加価値成形(1)省エネルギー性

トグル式型締機構を用いて，電動サーボモータによる型締多段精密制御により，成形中に金型開度を微調整することが可能となり，高機能加飾成形へ適用分野を拡げることが可能になった。図５に電動ダイプレスト成形機における高機能・複合成形の成形モード（一部開発中のモードを含む）を示す。

図 3・表 2 に MD1400SⅢ･1800SⅢの消費電力比
較事例を示すように，油圧式射出成形機と比較して，同製品に対する 1 サイクル当たりの消費電力低減率は 40〜60％と，大幅な省エネ効果が得られた。
(2)サイクル短縮・生産性向上
図 3・表 2 に示すように実成形評価において，油圧式射出成形機に比較してサイクル短縮でも大きな

4.1 表皮加飾成形（ダイプレスト成形法）効果が確認できた。これは高射出率に加え，油圧式射出成形機において不可能であった同時動作および，サーボモータを用いた高精度な位置制御による変速で低速区間を必要最小限に抑えることが可能となり，大幅なサイクル短縮となった（図４）。

プラスチックス(2003 年 5 月号別冊)寄稿

3

金型内に表皮材をセットして，表皮材と金型間の空間に樹脂を充填して一体化する貼合わせ
成形は，樹脂製品の表面加飾方法として自動車内外装部品をはじめ、家電・OA 機器などに広く利用されているが，従来成形方法では，成形樹脂の圧力や加熱温度によって，表皮材が損傷
宇部興産機械株式会社

を受けやすく，所望の表面加飾性能が得られていないといった問題を抱えていた。
このダイプレスト成形法は，成形中の表皮材の温度履歴と熱特性に着目し，成形中に金型を微小型開させることで，表皮材の損傷を回復することが可能になった画期的なプロセスである（図６）。写真 3,4,5 にダイプレスト成形プロセ
スでの成形実例を示す。

セスである。
5.今後の展望
電動成形機は今後，ますます大型化，高精度化が進んでいくと思われるが，これまでのような生産技術，コストや高機能成形技術などの観点だけでなく，環境保全という新たな条件をも考慮していく必要がある。

4-2.型内塗装技術（インプレスト成形法）
型内加飾成形の究極のプロセスとして，弊社は射出成形と同時に金型内で塗装を行うインプレスト成形法を開発した（図７）。従来，成形後の後工程で塗装されている自動車，二輪車，家電などの意匠部品は，塗装工程で品質維持管理に多くの工程を経ており，コスト高になっていた。
インプレスト成形法は，型内での一体成形によるコストダウンや塗料に無機溶剤性の特殊塗料を使用して，型内完全クローズ系で塗装できることにより VOC（有機溶剤）排出がないなど環境にも配慮されている。本プロセスは平成 14 年 11 月の IPF2002 出展マシンにて成形実演を行い，大きな注目を集めた世界初のプロ

通常成形

ＣＰＦ制御
高速射出
高速型開閉動作
精密制御

型締力クラスダウン
省エネ
成形サイクル短縮
製品重量の安定化

型締多段制御型内圧ＦＢ制御

型締力クラスダウン
薄肉成形
バリ無し＋低圧成形

Ｃ−Ｍｏｄｅファブリック系表皮材
表皮ﾀﾞﾒｰｼﾞﾚｽ（起毛感）

Ｐ−Ｍｏｄｅ

フォーム層付き表皮材
表皮ﾀﾞﾒｰｼﾞﾚｽ（ｿﾌﾄ感）

射出圧縮

電動成形機
（MD-DP）

射出プレス
ダイプレスト（DIEPEST）

Ｒ−Ｍｏｄｅ

電動成形機（IMC仕様）IMC専用塗料（ﾌﾟﾗｸﾞﾗｽ#8000）

型内発泡成形プロセス
Ｓ−Ｍｏｄｅ金型内塗装成形プロセス

サンドイッチ成形
２色(積層)成形図 5 電動成形機の高機能・複合成形成形技術
インモールドラミネーション

構成

効果

用途

表皮材

＊表皮ﾀﾞﾒｰｼﾞﾚｽ＊表皮材ｺｽﾄ低減＊ﾌｨﾙﾑ転写向上＊自動車内外装＊家電製品

樹脂

コインジェクションとの複合成形

多層樹脂
発泡樹脂

発泡成形
塗料

図 ７

インモールドコート

・ＤＮＴ専用塗料

樹脂

プラグラスシリーズ

成形性向上

型内塗装用装置

写真 3 A,B,C ピラー（ダイプレスト成形品:Ｃモード）
プラスチックス(2003 年 5 月号別冊)寄稿

薄肉化
２層型内発泡成形
多層＋表皮加飾成形

ダイプレスト（DIEPEST）

電動Co‑inj機

・基材樹脂・塗料循環機
及び制御盤

ヒケ低減プロセス

インプレスト（IMPREST）

・塗料注入機・専用金型

・金型温度調節機

印刷、塗装フィルム
金型高転写成形プロセス

Ｆ−Ｍｏｄｅ図6

写真 4 ドアトリム（ダイプレスト
成形品:Ｐモード）
4＊家電製品＊ﾘｻｲｸﾙ対応＊硬軟異種材多層 ＊自動車
＊薄肉成形，発泡＊軽量化

＊自動車
＊雑貨

＊型内一体塗装＊環境対策＊自動車,二輪車
＊家電製品

＊薄肉成形
＊ひけ防止

＊家電，雑貨＊自動車

ダイプレスト成形モード

写真 5 インストパッド（ダイプレスト成形品:Ｐモード）
宇部興産機械株式会社

3) 新潟鉄工成形機，宇部興産機械,
マルチモータ駆動方式による大型電動式射出成形機（MD1400SⅢ） ,平成 13 年度優秀省エネルギー機器
資源エネルギー庁長官賞,日本機械工業連合会

宇部興産機械(株)は，今後も電動式射出成形機と高付加価値成形を融合させた，さらなる高機能化に努めていく所存である。
〈参考文献〉

4) 岡本昭男, 大型全電動射出成形機と高機能成形プロセス ,産業機械,（2002.4）

1) 福吉啓司， 全電動式超大型射出成形システムとその事例 ,プラスチックス,53(8),(2002)5) 岡原悦雄,米持建司, 最近の電動成形機による金型
内塗装技術 , ポリマーダイジェスト,（2003.2）

2) 福吉啓司， 世界最大の全電動射出成形機 ，ポリマーダイジェスト,(2002.3)

プラスチックス(2003 年 5 月号別冊)寄稿

5宇部興産機械株式会社