「最近のプラスチック射出成形技術」超大型電動射出成形機（型締力3,000トン）の開発三菱重工プラスチックテクノロジー㈱大関泰明バンパーに代表される自動車用大物部品成形の主要な課題である「ハイサイクル」、「薄肉化」等のニーズに対応しながら、省スペース・省エネを可能にした世界初の超大型クラスの電動射出成形機「3000 em」について紹介する。置は成形サイクルを半減するために、大容量ダイレク 1．はじめにト駆動サーボモータと自動車部品材専用の MD（マルプラスチック製品・部品を生産する射出成形機は、チダム）メルタ付 UB スクリュを開発し、型締装置は従来の油圧式に比べてクリーンで省エネ性に優れる電新開発のセンタープレス構造で、パーティング面の口動式が需要を伸ばしており、小型機から始まり、最近開きを防止するバリレス成形を可能にすることを目指 1,000 トン以上の大型射出成形機まで電動化してきたした。が、サーボモータ容量や機械サイズの制約から 1,500 開発した 3000 em 機の外観を写真 1 に示す。トンクラスが限界とされてきた。また、図 1 に特にハイサイクルとバリレスを中心とバンパーに代表される自動車用大物成形品においした高品質成形の実現技術を紹介する。ても、生産性向上につながる「ハイサイクル」だけでなく、車体の軽量化につながる「薄肉化」や車体パネルやモジュール部品の「樹脂化」が主要な課題になってきて、大型でより複雑な形状の製品を、安定して高精度・高品質に成形可能な大型電動射出成形機の開発が望まれていた。写真 1 3000 em 機の外観 2．開発のねらい主に自動車業界のバンパー成形電動駆動割ナット機構電動型内圧波形制御大容量ダイレクト駆動サーボモータ電動高速可塑化装置をターゲットとして、お客様のニーズ「加工費低減」「材料費低減」「ランニングコスト低減」を商品コンセプトとし、環境への配慮（省エネ、低騒音化）や、省スペース性を保ちつつ 3,000 トンクラスの仕様を満足させる手段として、当社で長年実績のある 2 プラタン式型締機構をベースに電動化によりハイサイクル化した。射出・可塑化装電動駆動型開閉機構（エジェクタラップ動作） 4点均等型締センタープレス型締機構 ACサーボ駆動＋低騒音エコポンプシステム図 1 高品質成形の実現技術 MDメルタ付UBスクリュ最近のプラスチック射出成形技術 3．3000 em 機の特長 3．1 2 プラタン式型締機構による省スペース・省エネ化 ① 金型温度が変化しても型締力が変化しない。 ② 偏心（オフセット）したキャビティ形状の金型やセット取りを片肺成形しても型締精度を長期に維持でき、寿命低下する個所が無い。 3000 em 機の最大の特長は、当社独自に開発した省この利点を生かした em 機では次の様な成形が可能スペース 2 プラタン式型締機構で、省エネ型低騒音のである。エコポンプシステムを採用することにより「世界最小・ファミリモールド成形機長の電動射出成形機」を実現したことにある。・部分布張り成形（布張り部非対称） 3,000 トンクラスでは、世界的に見て油圧式射出成しかし、この 4 点型締機構においてもトグル式型締形機おいてもトグル式型締機構は、機長の問題と倍力機構と同様にセンター押しの直圧式の油圧成形機と対機構の構造からくる信頼性の問題から市場から大幅に比して型盤端を支点とした型盤の湾曲変形を相対的に減少し、2 プラタン式型締機構が主流となっている。剛性の低い金型に影響を与えやすいという弱点があっ当社は、長年にわたって培ってきた 2 プラタン式型締た。その結果、金型パーティング面は、中央部に隙間機構の設計ノウハウをベースに 3,000 トン用に電動型が発生しやすく、型内圧がゲート周辺で高くなるので開閉機構と電動駆動割ナット機構を新たに開発した。口開きが生じて、バリが発生する傾向が見られた。 ①型開閉動作は、操作・反操作側に配置された一対のそこで金型口開き変形解析手法をもとに、金型合わボールねじを各軸のサーボモータ制御に当社独自にせ面の均一性を確保できる当社独自の分割型センター開発した同期制御システムを採用、高応答な型開閉プレス型盤を開発した。センタープレス型締機構と従を実現し型開閉ドライサイクルを従来油圧機対比で来の 4 点型締機構及びトグル式型締機構との比較を図 20％短縮した。 2 に示す。センタープレス型締機構は、以下の設計コ ②電動駆動割ナット機構についても、ボールねじとサーボモータによる駆動方式を採用した。油･空圧ンセプトで型締装置と金型構造を構造連成解析し最適化した。方式では難しい 4 つの割ナットの同時開閉を実現し、0.7 秒で開閉が可能になった。 ③型締力は、型閉し自在構造のタイバーを割ナットでロックした後、ショートストロークの型締シリンダを昇圧して発生させる。型締油圧は、必要な時のみサーボモータにより起動、可変、停止させる新型低騒音エコポンプシステムにより高精度で省エネ制御される。この油圧ポンプシステムは、金型の油圧コアプル作動にも使用され大径のコアプルシリンダに対応できるよう最大 150ℓ/min まで可変に流量制御図 2 センタープレス型締機構による金型合わせ面口開き（バリ）の低減できコアプル動作を短縮できる。この油圧源がビルトインされているのでシャットオフバルブ、バルブゲートやクランパの対応が容易である。以上のように大幅なドライサイクル短縮と安定した型締力および省エネルギーを両立させることができた。超大型機分野において、このハイブリッド型が主流になっていくと思われる。 3．2 4 点均等型締センタープレス型締機構 2 プラタン式型締機構は、タイバー 4 本に均等な型締圧力をかける機構のため、トグル式型締機構に対して次の利点がある。図 3 金型口開き変形解析ダイレクト駆動サーボモータ図 4 大容量ダイレクト駆動サーボモータと射出軸同期制御 ① 固定盤・可動盤ともタイバーの荷重点から型盤中央部に力線が流れるようなリブ構成とし直圧と同様な荷重均一性をめざす。 ② 金型取付け面は、型締力による変形を受けない。 ③ 型盤本体と金型取付け面は、分割構造とする。図 5 ダイレクト駆動射出この構造の金型パーティング面の口開き解析結果と従来型の 4 点型締機構と対比した結果を図 3 に示す。ゲート周りの口開き量は大幅に改善されておりバリを大幅に減らす事が期待できる。 3．3 大容量ダイレクト駆動サーボモータと多軸同期制御による薄肉成形対応射出装置は、バンパー成形で必要な低圧・高速射出を実現し、精度維持とメンテナンス性からベルトレスとなるダイレクト駆動サーボモータの 4 軸同期制御を採用することを計画し、中型電動機で開発した 2 軸同期制御のダイレクト駆動サーボモータをベースにサイサーボモータと 4 軸同期制御システムにより低慣性化と応答性向上を図ることができ油圧成形機でしか実現できなかった｢型内圧波形制御｣を電動射出成形機においても可能にした。図 6 にバンパー成形における電動型内圧波形制御時の樹脂流動シミュレーション結果を示す。型内圧の立上がり時にも安定に制御されており収束性が良い事がわかる。この｢電動型内圧波形制御｣と｢多点ゲート充填（シーケンスバルブ制御）｣により安定した低型内圧成形が可能になった。ズアップと積層アップして大容量化を実現し、同期制御の高速化することで 4 軸同期制御を開発した。これにより射出機構の慣性を低減して薄肉成形に重要な速度応答性を向上させ、ベルトの伸びやズレなどによる制御精度安定性の阻害要因を排除した。また、ベルトによる騒音、発塵をなくした（図 4、図 5）。またこの大容量ダイレクト駆動図6 バンパー成形における型内圧波形制御時の樹脂流動充填シミュレーション結果最近のプラスチック射出成形技術図 7 バンパー成形における型内圧低減効果図 7 にバンパー成形における型内圧低減効果を示る混練性向上と樹脂温度の均一化はバンパーの品質確す。先述したセンタープレス型締機構との相乗効果に保には不可欠である。よりバンパー成形におけるバリ発生を防止する事がで当社が他社に先駆けて適用して御好評いただいていきる。るダブルフライトタイプの｢UB スクリュ｣は、ダム 3．4 バンパー専用 MDメルタ付 UB スクリュクリアランステーパ（当社特許）の「クローズドダム」バンパー成形にて 30秒サイクルを実現する為にはこにより未溶融樹脂を通過させない。図 8 に示すようにのサイクルで可塑化能力 860 kg/h （バンパー重量：4.3 kg）この UB スクリュの先端にマルチダムミキシング｢MD が必要でありスクリュ回転 167 rpm の高速回転で樹脂メルタ｣を装着し、ハイサイクル成形時の混練性能向温度ばらつきを 5℃以内とする事が重要である。上を図った。特に未溶融樹脂の混入防止（未溶融レス成形）によ図 8 MDメルタ付 UBスクリュ図 10 バンパー成形時の可塑化能力図 9 MDメルタの溶融機構図 9 に｢MDメルタ｣の溶融機構を示す。多角形断面形状を持つマルチダムにより可塑化能力を落とすことな図 11 樹脂温度ばらつきく、未溶融樹脂に最適な剪断、分割作用を与える。本スクリュのバンパー成形時に計測した可塑化能力 4．おわりにを図 10 に示す。30 秒のハイサイクル成形時にも目標 3000 em の導入により生産性が向上し、当初のニーの可塑化能力を十分クリアする。また、同じハイサイズを充分に満たす成果が得られたとの評価をお客様よクル成形時に計測した樹脂温度のばらつきを図 11 にり頂いている。示す。このデータは、ノズル部でのスクリュストロー今後は、高精度成形が可能な本機を中核として、生ク方向の温度分布を高感度の 4 対式熱伝対で計測した産品変更時の金型予熱システム追加により、垂直立ちものである。｢MDメルタ付 UB スクリュ｣の樹脂温度上げを目指したオンデマンド成形システムやサブ射出ばらつきは、5℃以内であり、溶融樹脂の可塑化品質ユニットと金型回転盤を組合せた異材複合成形システは格段に向上した事がわかる。以上から｢MDメルタムへの展開など、新たなニーズにお応えする製品開発付 UB スクリュ｣の採用により汎用のインライン型スを行うことで、日本のものづくりの更なる進歩発展にクリュユニットにて高速バンパー成形を実現できるこ貢献していきたい。とがわかった。三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社開発部 http://www.mhi-pt.co.jp/ 〒453−0862 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道 1 番地 TEL 052−412−1122 FAX 052−412−1499