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2015 年関西高機能プラスチック展 発表資料
2015 年関西高機能プラスチック展 発表資料 液状シリコーンLSR射出成形 加圧圧縮エア抜き オールランダーによるLIM射出成形方式 完全なサポート：アーブルグによるLSR射出成形加工 パッキング、シール、コネクタージョイント、医療用品またはベビー 用ニップル、乳首等の分野にシリコーンまたは液状シリコーン （LSR）が射出成形用材料として用いられています。シリコーンはプ ラスチック成形加工で特殊な位置を占めています。射出成形でエ ラストマーの特性を持ち、それぞれ異なる特性の成形品が市場に はあります。加熱硬化する2液混合されたコンポーネントを金型内 に充填するこの成形方式が、プロセス技術的見地から言われてい るリキッドインジェクションモールディング（LIM）に導入されていま す。シリコーンを応用することの関心は、耐熱性、高い耐候性、耐 薬品性または生理学的に信頼性のされる高い特性を持っているこ とです。 アーブルグはオールラウンダーに、相応するシリンダーモ ジュール、加熱温調された金型ならびにオプションの材料 計量ポンプ装置、取出機またはブラッシング装置等の成形 加工装置ユニットを特別に装備することで対応できま す。LSR成形品の高い生産性を要求する場合には、アーブ ルグの専門パートナーが金型設計、配置から成形システム 完成まで完全にサポートしています。 標準的な射出成形プロセス 低粘度、加熱加硫タイプの二液性シリコーンは材料メーカーから20リットルペール缶または 200リットルドラム缶容器でAとB液が分離、密閉された状態で納入されます。 両方の付加硬化タイプのシリコーン材は混合計量装置付きポンプで加圧された状態でミキシ ングブロックに圧送されます。ミキシングブロックまで分離圧送された材料はこのブロックで混 合比率1：1に混合されます。必要に応じて、例えば成形品に要求されるフィラーの添加または カラーの着色のために添加装置を装備することができます。その添加割合は0.3から約4％ま で任意な割合で設定、充填添加できますので、要望する均一な着色度合い、含有量を得るこ とができます。ミキシングブロック内のスターティックミキサーによって均一に混合された材料 はLSRシリンダーに一定圧で供給されます。シリンダー内で早く硬化反応しないように約20か ら25℃で特殊LSRスクリュユニットは温調されています。スクリュで混合計量された材料を金 型温度170から220℃に加熱された金型に充填します。シリコーンが大変、低粘度な材料であ るために金型は、数ミクロンベースの加工精度で仕上げられ、型締めされた状態で高い気密 性が必要です。焼けの形成、表面特性と未充填トラブルが起きないように、金型は材料が充 填射出される前に充分に真空状態にされます。理想的なサイクルタイムと廃材を少なくするた めにコールドランナー方式が多く用いられます。このコールドランナーシステムは、簡単にシリ コーン成形の自動化が確立でき、また材料を大幅に節約することができます。 軟質な、密着性が高い離型が難しい成形品の場合には、圧縮エアによる離型補助、ブラシン グ装置またはロボットがしばしば導入されます。 LSR成形に対応したオールラウンダー オールラウンダーの基本仕様はLSRの成形 加工に完全に適しています。必要とされる装 備は 機械制御と同様に型締ユニットと射出ユニッ ト、取出し方式と自動成形方式にも関係しま す。 ●各種の口径のLSRシリンダーモジュール があり、そのモジュールは対応するオール ラウンダーの射出ユニットに装備させること ができます。 ●高応答性とフレキシブル性を備えたセロ ジカ機械制御装置は各種周辺装置も接続 でき、その操作、監視もでき、中央制御ター ミナルとして機能します。 ●重要な動作工程は高精度の再現性を達 成するために閉ループ制御されています。 ●オプションのスクリュポジションコントロー ルは設定したストロークと圧力経過を高精 度で保持します。 ●完了限到達前の減速停止ランプ制御さ れている型締ユニットは、ロボットシステム の最適なグリップ位置、真空ポンプスタート 位置、射出工程中の型締力減圧位置に有 効な取付けプラテンの正確な位置制御が 可能です。 ●高剛性と平行度を備えた取付プラテンな らびに高速動作は成形サイクルの理想的 な無駄のない制御が可能であり、標準仕 様で同時動作も可能です。これらのことは 材料の高速加硫に対して必要です。 オールラウンダーAシリーズ メイン軸が電動サーボモーター駆動方 式と補助軸は電動または油圧駆動方 式が選択できるオールラウンダーAの 機械設計理念は、高精度、高再現性が 要求される成形品の成形に対して最適 です。この機械のさらなる特長は ●同時動作 ●省エネ ●低騒音レベル シリコーンの成形加工では熱可塑性樹脂成形加工に装備 されている従来の逆流防止弁機構は、材料の抵抗が少な く、確実な開閉動作を保証することができないので、使用 することができません。 アーブルグで標準化されているLSR成形加工のために特 別に設計開発した逆流防止弁は、確実な閉鎖で逆流がな く、それによって精密な射出容量が維持できるので、正確 な計量精度で計量することができます。 型締ユニットは電動サーボモーター 駆動方式の５ポイントダブルトグル機 構、型締力閉ループ制御と自動金型 厚み調整機構で駆動します。エジェク ターとコア制御駆動方式は電動式ま たは油圧式が選択できます。 射出ユニットの射出と計量の駆動系 はサーボモーターとギヤーチェンジ 機構で行なわれ、ダイナミックに駆動 制御されます。スクリュ動作は駆動力 とポジション制御が閉ループで制御さ れ、ノズル動作は電動式か油圧式か に選択できます。各種射出ユニットタ イプ、シリンダーモジュールとスクリュ 径は型締力によって任意に選択、組 合せが可能です。 フリーホーマー 3Ｄ―ＣＡＤデーターで金型を使用しないで、標準ペレット材料を使用する ドロップ積層造形方式 3Ｄプリンタ技術に基づき開発したフリーホーマーでプラスチックの成形加工にまったく新しい方向を示しました。この造形方式は金 型を使用せず溶融樹脂をドロップ吐出ユニットで積層して成形品を造形する唯一の方式です。それによって小ロッドの生産に対応 できます。射出成形機メーカーの観点から開発し、金型なしで、3Ｄデーターで直接成形加工できる射出成形機です。 ・サンプル、試作品と小ロッド生産 ・金型を使用しない射出成形 ・標準ペレットが使用できる ・廃材がなく材料が有効に使用できる すでに経験とノウハウを持っている標準ペレット材が使用でき るので、追加的な添加材、高価な特殊なサポート補助材を 必要としません。 ペレットの前処理工程は射出成形機と同 じように溶融、可塑化、計量は射出ユニットで行われます。 可塑化ユニットにタクト動作するニードルノズルが装備され、射出圧力が設定制御された 特殊吐出ユニットでドロップ形状の材料で連続積層造形する方式です。 シリンダー温度 最高 350℃ 、可塑化スクリュは新開発されたスリーゾーンと特殊逆止 機構を採用している。射出圧は 500 から 1500bar 設定制御、ノズルのタクト動作はクオ ーツ制御、射出ユニットの駆動は電動サー ボモーター駆動方式、遊びがないプラネタリ ーローラースピンドル駆動方式、ノズル口径は 0.15 , 0.2 , 0.25 から選択可能。 コンポーネントキャリヤー 230ｘ130ｘ250ｍｍ ワークトレー エリヤ温度 50－120℃ テーブルは 3 軸制御（標準） 高分解能位置制御付閉ループ冷却温調されたリニヤーモーター +/-0.002ｍｍ 造形キャリヤープレートによるワーク固定方式 真空装置でキャリヤープレート高速駆動と正確な復元性 2 軸の回転軸をワークテーブルに追加装備可能（5 軸） 造形品の高い自由度 造形品サンプル 造形品基本仕様 大きさ 積層厚み ウォール厚み 使用材料 ProFoam 射出成形方式 ガスアシストによる軽量化成形方式 Aachen- Kunststoffverarbeitung 研究機関との共同開発 シンプルーコンパクトな装置のガスアシスト成形方式の応用 ProFoam―成形方式では、射出ユニットに取付けられている特殊なペレット制 御装置内で材料ペレットにガス（炭酸または窒素ガス)が予め充填されていて、 軽量な射出成形品の成形ができます。それによって材料の節約と冷却時間の短 縮が可能になり、大幅なコストダウンが達成できます。さらにヒケが改善でき、 また収縮とソリを最小にすることができます。 この Profoam 成形方式の共同開発 と改良はＩＫＶとＡＲＢＵＲＧに よって行われ、この方式の特徴は、 熱可塑性樹脂の微細発泡成形方式 （TSG）の簡略化と効率的な応用で す。 ガスの充填と可塑化された溶融樹脂は、追加的な加工処理と特別な付属装置が必要なく、一般的な射出成形 機で可能である。従来の材料ホッパーは、材料とガスの連続供給のためにパテント取得済みのペレット制御 装置に置き換えられ、ニードルシャットノズルが組込まれた可塑化ユニットが装備されています。また可塑 化シリンダーバレルの後部がシールされています。それによってペレットの供給部内部のガス圧は約 50bar に維持されます。ペレットと溶融樹脂は発泡するのに必要なガスが充填され、通常のスリーゾーンスクリュ と同様な可塑化ユニット内の制御温度とガスによってガス溶融樹脂が組成されます。 新しい可能性を持った発泡成形 単純な効率的な発泡技術に基づく Profoam―成形方式は、たいへん興味深い特徴を備えています。 ・応用範囲のフレキシブル性―制約がないのですべてのオールラウンダーに 導入できる。 ・簡単にプロセスの導入―特殊な液体がスの設定は必要ない。 ・低温度な溶融樹脂―分解しやすい樹脂の場合には最適な温度で 成形可能。 ・ミキシング機構なしの標準可塑化スクリュ－ファイバー含有 樹脂でせん断が少ない。 ・良好な発泡分布組織の成形が可能。 成形例：ケース キャビティー：1 個取り 成形品重量：280ｍｍ長で 272ｇ 成形サイクル：70ｓ 材料：ＰＰ－ＬＧＦ(長繊維含有) この肉厚の厚い成形品（ケース）は、電動オールラウンダー820Ａとファイバー含有材料を用いて、ProFoam ―成形方式で成形することによって、ヒケ、収縮、ソリを大幅に軽減することができ、それと同時に材料の 使用量も軽減できます。その結果、効率的な成形プロセスと高い強度を持った成形品の成形が可能になり、 それと同時に大幅なコストダウンが可能になりました。 特徴 ・発泡成形方式の新しい選択肢 ・簡単な高効率な発泡成形技術 ・軽量で高強度なストレスのない成形加工方式 ・材料費とサイクルタイムで成形コストの低減できる。 ・ファイバー含有材料のファイバー長が保持できる理想的な成形方式 厚肉レンズのタクト回転方式によるオーバーモールド射出成形方式 この種の LED フロントレンズのレンズは肉厚が厚く、成形サイクルを考慮すると射出成形では不利な成形品です。しかしオー バーモールド成形方式を採用することで、標準の成形サイクルより短時間 で成形が可能になりました。 標準（竪型 L 射出ユニット配置）のマルチコンポーンネント射出成形機を 用いて、高速、正確な電動サーボ回転装置で一次成形品が二次成形 品に移動され、二次成形品(完成品)は完成品取出し位置に移動され、 次の成形のために型締した状態で完成品が取出しされる。これによって 取出し時間が短縮、確実に取出すことができる。このように金型はスリー ステーション仕様です。 このオーバーモールド方式で精密な厚肉レンズが成形でき、成形後完成 品は成形工程中に検査工程で検査する時間も確保できます。 成形サイクルは従来の射出圧縮成形方式と比較して 50％削減でき、 LED レンズでは 40 秒です。 また肉厚 25ｍｍのレンズの成形は、マルチタクト金型による成形方式で 順次回転移動させ、成形中に取出し位置で成形品を取出し、連続順次 送り成形工程によってサイクルタイムが 60 秒です。マルチタクト金型によ る成形方式で同様に順次回転移動させ、60 秒で 1 個の成形できます。 今回の成形品は 3 タクトポジッション成形方式を採用しています。 さらに肉厚が厚い場合には、タクト数を増すことで、成形品の品質が高精 度で成形可能です。 8 ステーションタクト動作成形方式によるレンズ成形方法 オーバーボールディング方式：肉厚レンズにおける高い生産効率を達成 ガラスからプラスチックに置き換えることによってレンズ製作加工に大きな長所をもたらした。デ ザインのフレキシブルであるために同じ品質、特性で大幅に軽量化することができる。 革新的な金型技術は、そのような肉厚成形品を高速で一工程で生産できる技術です。 オーバーモールディング技術は、金型、成形品の製造と回転装置のスペシャリストであるドイツ の Weber Esslingen のマルチタクト金型と電動マルチ射出成形機で確立した。 実演している自動化された製造シェルは Bayer Material Science Iken GmbH, Weber と ARBURG との共同開発で実現しました。 エイト ステーションタクト動作による成形方法 肉厚のレンズがエイト ステーションを持ったシングルキャビティーでどのように成形されるか、アーブルグはテクニカルデー 2014 で実演を通して紹介した。このような光学製品が自動車分野のヘッドライトに応用されている。積層されたレンズの最 終肉厚は 25ｍｍになる。その積層動作は複数のオーバーモールディング工程と冷却ステーションからなっている金型でタク ト動作成形していることで理解できる。革新的なマルチ ステーション タクト動作回転方式の金型は、複数の射出と冷却ス テーションならびに取出しステーションから成っている。そのステーションはＷｅｂｅｒ社の電動回転装置によって送り角度 45 度でタクト動作し、トータル エイトステーションの動作中に縦型射出ユニット 290 ならびに横型射出ユニット 400 で材料ＰＣ を多層に射出成形する。その成形品は次のステーションに移動され、そのポジッションで冷却される。八工程目に移動され た要求精度を持った完成品のレンズは、型締されている最終ポジション工程でレンズが射出成形されている時に金型から取 出しされる。 この方式は十倍以上早い成形が可能 従来の成形方法で積層成形品の成形サイクルは約 180 秒になる。レンズを一般的な一工程で成形する場合にはトータル 成形タイム 600 秒で計算しなければならない。 マルチコンポーネント成形ではマルチタクト金型ですべての各工程が金型内で同時に進行していくので、サイクルタイムを約 60 秒確実に短縮できる。回転動作を含めた金型工程はすべてオールラウンダーのセロジ カ制御装置でプロセス制御できる。 成形品取出と自動検査 装置の中に連動する 6 軸ロボットは機械制御装置のセロジカに直接接続され、そしてセロジカに実装されている設定画面の モニター上で動作が自由にプログラム設定することができる。 ロボットは、まず成形完成品のレンズをチャックし、次の工程とストックカ ーに搬送される前に光学的検査装置にセットする。 このロボットは高いフレキシブル性、コンパックトな構造と小設置面積であ ることが特徴である。それによって、このケースの場合と同様に繊細な 成形の検査とチャック移動を含めて完全な搬送システムが問題なく実 現できる。機械とロボットの共通したデーター管理によって連動運転をす ることができる。機械制御システムとロボットシステム間のリアルタイム制 御方式で、早いサイクルと同時動作が実現可能である。それによって成 形品の要望する高速動作がすべてのハンドリング工程で実現できる。 電動駆動方式のＷｅｂｅｒ回転装置のマルチタクト回転方式を用いて、レンズ形状をマルチ成形することで、一工程で完全な 成形品の成形が可能である。 例：エアバックーケース ・キャビティ数：２ ・成形品重量：３３０ｇ 長さ２８０ｍｍ ・サイクルタイム：７０ｓ ・材料：ＰＰ＋グラスファイバーボビン 直圧式オールラウンダー８２０Ｓと長繊維―ダイレクト射出成 形方式でケースを成形。 成形品は縦型ロボットーシステム MULTILIFT SELECTで取 出し、ボックス自動交換装置が組込まれたパレットシステムの ボックスの中に置かれます。 この自動化されたプロセスでコスト的に有利な高強度を持っ た成形品の成形が可能になりました。 例：オーガニックシートとのコンビネーション キャビティ：１ 成形品重量：２０２ｇ ５００ｍｍ長さ サイクルタイム：４０ｓ 材料：ＰＰ＋クラスファイバーボビン＋オーガニックシート ６軸ロボットが２枚のオーガニックシートをチャックの中で温め、柔 らかくなった温度でLIPA金型（軽量化のプロセスのアプリケーショ ン）にセッティングし、シートが形成され、同時に長繊維―ダイレク ト射出成形で機能材と補強材エレメントが付け加えられる。結果は 高強度と軽量の結合構造部品ができる。 鋳物 結合構造品 強度 強固性 粘り強度 ファイバー長さ[mm] 長繊維―ダイレクト射出成形による改良度 長繊維―ダイレクト射出成形において５０ｍｍまでの長 さのファイバーをダイレクトに溶融樹脂の中に挿入さ 長繊維ペレットに対して長繊維―ダイレクト射出成形は多くの利点 があります。 れ、同じ強度の成形品において肉厚の薄い軽量な成 形品が作られ、または金属から簡単にプラスチックスに 置換えられます。 構造品の中のファイバーの長さによって機械的特 性が良くなり、今まで材料の製造と計量ならびに ペレット形状から長いファイバーでの加工は失敗し ていました。しかしながらアーブルグとSKZで開発 した長繊維―ダイレクト射出成形が長いファイ バーのインライン供給とそれによってプラスチック スの強度を上げる新しい方法が可能になりまし た。 ・ここに応じたファイバーの長さ、割合、材料のコンビネーションを調整に よって 目的にあった構造品の特性が可能 ・溶融時のファイバーの損傷が少ない ・構造品の中の長いファイバーによって高い強度 ・高価なベース材料を使う必要がない 長繊維入りペレット ﾛﾝｸﾞﾌｧｲﾊﾞｰ ﾀﾞｲﾚｸﾄｲﾝｼﾞｪｸｼｮﾝ PP LGF30 PP 長繊維 接着材料 コスト利益 2.65EUR/ｋｇ 1.40EUR/ｋｇ 1.35EUR/ｋｇ 3.50EUR/ｋｇ 1.46EUR/ｋｇ 1.19EUR/ｋｇ 長繊維ファイバー 特殊技術 溶融材料の中にファイバーのカッティングとインライン挿入は特 殊な技術です。 ・射出ユニットに取付けられた電動サーボモーター駆動のサイド 供給装置がエンドレスでファイバー長さ１５－５０ｍｍ長さにカッ トし、そのファイバーピースを溶融材料の中に挿入する。 ・射出ユニット２１００用特殊シリンダーモジュール これ以外は問い合わせください。 ・ツーステージを持ったスクリューが挿入されたファイバーと溶融 の混練可塑化する。 ・セロジカ制御装置で簡単なプログラムとデーターセット、品質 監視機能が可能です。 長繊維―すべての可能性 コストダウンのための経済的なシリーズ生産がこの成形方式の開発目 標である。 ・使用できる材料の多様性：すべての安価な樹脂がグラスファイバーで 個々に応じて強化できる。 これ以外のファイバーと炭素繊維については問い合わせください。 ・少ない設備投資額：標準の射出成形機が使用できる。型締力２，５０ ０ｋＮ以上 ・早い交換作業：単一構造のサイド供給装置によって異なったオールラ ウンダーにユニバーサルに応用できる。 ・最大のフレキシブル性：熱可塑性樹脂成形シリンダーモジュールでい つでも標準的な射出成形ができる。 ・高荷重に耐える軽量構造品：オーガニックシート用のロボットシステム で自動成形可能。