JP2007518604A - 連続可塑化用の射出成形方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
従来のRSユニットでは、供給スクリュを断続的に回転させることにより、次の射出ショットを可塑化するのに利用可能な時間量が制限される。駆動動作間の待ち時間は通常、リカバリー時間と呼ばれる。
本発明の利点は、本明細書に記載される装置及び方法によって操作されるRS射出ユニットの出力効率の向上及びエネルギー需要の削減である。本発明は、スクリュ回転時間を実質的に長くすることにより射出成形機の出力効率を向上させる構成及び/又はステップを特徴とする。
1.序論
上述のように、上記のいくつかの問題をなくすとともに効率を向上させるRS射出ユニット装置及び方法が、当該技術分野で必要とされている。逆止弁を有するスクリュを利用して、次のショット用の樹脂をスクリュの下流にある槽内に変位させることなく、スクリュを樹脂の可塑化のための方向に回転させ続けながら射出及び金型キャビティ内への保持圧力の維持を行う射出ユニット装置及び方法が、当該技術分野でさらに必要とされている。射出スクリュのフライト間で樹脂を溶融及び混合し、その樹脂が上記フライトに沿ってスクリュ先端の開口出口へ変位することのない装置及び方法がさらに必要とされている。これらのニーズは、本明細書に記載される本発明の装置及び方法によって対処される。
図1〜図3は、ハウジング2内に取り付けられたバレル1を備えるプラスチック射出成形機の往復スクリュ射出ユニットを示す。スクリュ駆動モータ3がハウジング2の一端に取り付けられ、そのスプライン駆動軸4はハウジング2内に延びる。中空の射出ピストン5が駆動軸4のスプラインと係合し、ハウジング2の射出シリンダ28内で摺動する。バレル1内の供給スクリュ6の一端が射出ピストン5の端に取り付けられることで、ピストンがハウジング内で回転及び並進する(すなわち、長手方向に移動する)ときに供給スクリュ6も回転及び並進させる。供給スクリュ6は、プラスチック材料を搬送するフライト7を有し、プラスチック材料は、供給スクリュ6がモータ3によって回されるとホッパ8から供給口9を介してバレルに入る。供給スクリュ6は、その先端12にミキサ10及び逆止弁11も有する。ノズル13は、バレルヘッド14に接続され、溶融プラスチックをバレルから金型(図示せず)へ搬送する溶融体流路15を含む。遮断弁16がノズル13内に設けられて、溶融体流路15を選択的に塞いだり開放したりする。遮断弁16はシリンダ17によって動かされる。
動作の際に、スクリュ位置及び作動油圧力が感知される。所望のショットサイズに達すると、サーボ弁26が閉じてスクリュの並進運動を止めることで、シリンダボア内の圧力が上昇し、スクリュ6の後退が防止される。代替的に、油圧をシリンダのボア側に加えて、スクリュが回転しながら後退するのを防止してもよい。図8は、リカバリー中の背圧(psiで測定)とスクリュの並進速度(mm/秒で測定)との通常の関係を示す。X軸と交わるまで線を延ばすことにより、この例でスクリュの並進を止めるには約5171067.97パスカル(約750psi)という低い背圧しか必要ないことが分かる。これは、比較的低い油圧を用いてスクリュの並進を制御できることを示す。スクリュ先端12の下流にある樹脂の圧力は、作動油がピストンに加える圧力に正比例して上昇する。圧力がスクリュによって発生される圧力を超えると、この圧力は逆止弁11を閉じることで、逆止弁を通って溶融体が逆流するのを止める。
2.不均衡な流れプロファイル及び補償不可能な背圧により生じると予想される逆流に対処するための、蓄積した材料のサイズをわずかに増加させるスクリュ位置の補償を行うこと。
本発明の装置及び方法によれば、未溶融体の樹脂混合及び溶融が改善される。ガラス長繊維等、充填材又は強化材を含有する樹脂の場合、溶融体中の充填材又は繊維のより均一な分布が達成される。スクリュは連続して回転するときにより低い速度で動作することができるため、溶融体とともに処理されるときの繊維の破断が少なくなり、これにより成形物の強度及び品質が高くなる。
このように、スクリュの並進中を含むユニットの動作全体を通したスクリュの連続回転を利用することにより、RS射出ユニットを効率的に動作させる方法及び装置を説明してきた。このために、逆止弁又はシールが設けられてフライトとともに樹脂の変位に抵抗する。これらの特徴は、効率を高め、機器及び動作の費用を減らす。本発明の概念(すなわち、RSユニットでのスクリュの連続回転)は、逆止弁(バレルのノズルにある)を変更することができる既存のシステムに適用可能であり、さらにスクリュのフライトが連続回転を支持する。システムの変更を行うために、ソフトウェア制御モジュール(CDROM又は専用チップから記憶されアップロード可能なもの等)をシステムコントローラ(図1の参照符号23)にロード又は他の方法でプログラムして、射出ユニットの動作及びシステムタイミングを変更することができる。本質的に、ソフトウェアプログラム(通常はコンピュータ読み取り可能媒体上にある)が、RS射出ユニットと既存のシステム内のセンサ(図1に示す構造に例示されているような)により決定されるプロセス制御パラメータとに関連するサーボ弁の作動及び停止のタイミングを変更する。
Claims (40)
- 周期的に作動する周期を有する往復スクリュ射出ユニットであって、
逆止弁を有し、該逆止弁の下流で使用時に一定体積の溶融体を蓄積させることができる、バレル内に装着されて軸方向に並進するスクリュと、
該バレルに対して該スクリュの軸方向運動を行い、かつ使用時に背圧を生成するようされている第1のアクチュエータと、
該スクリュに結合されて使用時に該スクリュの回転速度を制御する第2のアクチュエータと、
該スクリュ及び該第1のアクチュエータの動作を制御するコントローラとを備え、該コントローラは、使用時に該背圧を上昇させて溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止し、且つ該スクリュのリカバリーレートを実質的にゼロにするように、該逆止弁の下流に蓄積される溶融体の体積を画定する前記スクリュの軸方向位置を設定するようにされていて、該コントローラは、使用中に該スクリュが該周期的に作動する周期の全体にわたって実質的に連続的に回転することを確保するようにされている、往復スクリュ射出ユニット。 - 前記コントローラは、各射出サイクル中に、
a)前記背圧、及び
b)前記スクリュの回転速度
の少なくとも一方を選択的に変化させることにより、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、前記射出サイクル中の該往復スクリュ射出ユニットの前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変える、請求項1に記載の往復スクリュ射出ユニット。 - 前記コントローラに結合される圧力変換器をさらに含む、請求項1に記載の往復スクリュ射出ユニット。
- 前記コントローラに結合されて前記スクリュに応答するスクリュ位置検出器をさらに含み、該スクリュ位置変換器は、
背圧制御、及び
リカバリーレート制御
の少なくとも一方を目的としてスクリュ位置情報を前記コントローラに中継する、請求項1に記載の往復スクリュ射出ユニット。 - 前記コントローラ及び前記第2のアクチュエータに結合されるスクリュ速度センサをさらに含み、該スクリュ速度センサは、各射出サイクル中の動的なリカバリーレート制御を目的としてスクリュ速度情報を前記コントローラに中継する、請求項1に記載の往復スクリュ射出ユニット。
- 前記スクリュは、前記逆止弁の近くの下流に位置する先端を有し、前記バレルは、前記先端の前方に、溶融体が蓄積する室をさらに有し、該室は、ショットサイズと、射出中に該室から前記逆止弁を越えて生じ得る逆流を補償するのに十分な射出緩衝との和として画定される最終容積を有する、請求項1に記載の往復スクリュ射出ユニット。
- 使用時の前記スクリュの前記回転速度は一定である、請求項6に記載の往復スクリュ射出ユニット。
- 使用時に、前記スクリュの前記回転速度は、前記スクリュのリカバリー段階中に第1の速度であり、射出段階の少なくとも一部の間は前記第1の速度よりも遅い第2の速度に一時的に変更できる、請求項1に記載の往復スクリュ射出ユニット。
- 生産使用時のスクリュ回転は、常に毎分回転数がゼロを上回る、請求項1に記載の往復スクリュ射出ユニット。
- 射出目的で射出圧力を発生させ、溶融材料が蓄積するショット室を有するバレル内にスクリュを収容し、調整可能なリカバリーレートを有する、往復スクリュ射出ユニットであって、
該バレル内の該スクリュの毎分回転数を動的に変更する手段と、
該バレルに対する該スクリュの位置及び軸方向運動を制御するために、該射出ユニットによって発生される背圧を調整する手段と、
スクリュリカバリー段階及び射出段階中に前記リカバリーレートを制御する手段を備え、前記制御する手段は、前記動的に変更する手段及び前記背圧を調整する手段に作用するように動作し、
、可塑化中に、前記スクリュの回転速度は、作動サイクル全体の大部分の期間でゼロを上回る、往復スクリュ射出ユニット。 - 射出成形機のコントローラであって、使用時に、背圧の選択的な制御によって往復及び連続回転する供給スクリュの軸方向位置決めを制御するようにされており、さらに、前記射出成形機内での使用時に、金型及びランナシステムの一方に材料を直接射出するための背圧の発生を支持し、かつ制御するように構成されている、射出成形機のコントローラ。
- さらに、使用時に、射出段階中に前記スクリュの実質的にゼロのリカバリーレートを維持するように構成されており、該リカバリーレートは、前記スクリュの回転速度と、前記射出成形機の射出ユニット内での使用時に発生される背圧とに関連する、請求項11に記載の射出成形機のコントローラ。
- 前記コントローラは、使用時に、
a)前記背圧、及び
b)前記スクリュの前記回転速度
の少なくとも一方を選択的に変化させることにより、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、使用時に、前記射出ユニットの作動サイクル中に前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変更する、請求項12に記載のコントローラ。 - 使用時に、前記作動サイクルのリカバリー段階中の前記スクリュの回転速度に対して、前記作動サイクルの射出段階中の前記スクリュの前記回転速度を一時的に低下させるように構成されている、請求項13に記載の射出成形機のコントローラ。
- 使用時に、射出ユニットに関連して感知された圧力、位置、及び速度の信号に応答し、使用時に、前記作動サイクルの射出段階中にゼロのリカバリーレートを実質的に維持するように作用する、請求項14に記載の射出成形機のコントローラ。
- 逆止弁を有する射出ユニットの往復供給スクリュを作動させる方法であって、該逆止弁は該射出ユニットを射出圧力で動作させ、該方法は、
射出成形サイクルの実質的に全体にわたりゼロを上回る毎分回転数で該往復スクリュを回転させることを含む、往復供給スクリュ作動方法。 - 前記供給スクリュの逆止弁の下流にある室内に、所望の体積が蓄積されるまで溶融体を蓄積させること、及び
射出システムの背圧を上昇させ、前記供給スクリュで実質的にゼロのリカバリーレートを達成するとともに、溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止することを更に含む、請求項16に記載の往復供給スクリュ作動方法。 - 前記システム内の背圧をさらに上昇させ、前記室から金型内への前記溶融体の射出をもたらすことを含む、請求項17に記載の往復供給スクリュ作動方法。
- 圧力環境、スクリュ位置、及び前記スクリュの回転速度の少なくとも1つを感知すること、及び
a)前記背圧、及び
b)前記スクリュの前記回転速度
の少なくとも一方を調整することにより、前記圧力環境、前記スクリュ位置、及び前記回転速度のうち対応するものに応じて、前記射出サイクル中に、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、且つ前記射出ユニットの前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変えることを含む、請求項18に記載の往復供給スクリュ作動方法。 - 蓄積された溶融体の体積が、物品を成形するのに必要なショットサイズと、射出中に前記室の上流にある逆止弁を越えて生じ得る逆流を補償するのに十分な射出緩衝体積との和に等しくなるまで、溶融体を前記室に蓄積させることを含む、請求項17に記載の往復供給スクリュ作動方法。
- 溶融体を蓄積させる前記スクリュのリカバリー段階中に、前記スクリュを第1の速度で作動させること、及び
射出段階の少なくとも一部の間、前記スクリュを前記第1の速度よりも遅い第2の速度で一時的に作動させることを含む、請求項16に記載の往復供給スクリュ作動方法。 - 毎分回転数がゼロを上回る速度での前記往復スクリュの回転が、射出成形サイクル全体にわたって生じる、請求項16に記載の往復供給スクリュ作動方法。
- 前記往復スクリュの回転は、全サイクルタイムの約30%未満、好ましくは全サイクルタイムの約20%未満、最も好ましくは全サイクルタイムの約15%未満の時間の間ゼロに低下され得る、請求項16に記載の往復供給スクリュ作動方法。
- 射出成形サイクルの実質的に全体にわたり、好ましくは該射出サイクルの少なくとも60%で、ゼロを上回る毎分回転数で射出ユニットの往復スクリュを回転させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム要素。
- 所望の体積が蓄積されるまで、前記供給スクリュの逆止弁の下流にある室内に溶融体を蓄積させ、且つ
射出システムの背圧を上昇させて、前記供給スクリュで実質的にゼロのリカバリーレートを達成するとともに、溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止する手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項24に記載のコンピュータプログラム要素。 - 前記システム内の前記背圧をさらに上昇させて、前記室から金型内への前記溶融体の射出をもたらす手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項25に記載のコンピュータプログラム要素。
- 感知した圧力環境、スクリュ位置、及び前記スクリュの回転速度の少なくとも1つを分析し、且つ
a)前記背圧、及び
b)前記スクリュの前記回転速度
の少なくとも一方を調整させることにより、前記圧力環境、前記スクリュ位置、及び前記回転速度のうち対応するものに応じて、前記射出サイクル中に、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、且つ前記射出ユニットの前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変える手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項26に記載のコンピュータプログラム要素。 - 蓄積された溶融体の体積が、物品を成形するのに必要なショットサイズと、射出中に前記室の上流にある逆止弁を越えて生じ得る逆流を補償するのに十分な射出緩衝体積との和に等しくなるまで、溶融体を前記室に蓄積させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項25に記載のコンピュータプログラム要素。
- 溶融体を蓄積させる前記スクリュのリカバリー段階中に、前記スクリュを第1の速度で作動させ、且つ
射出段階の少なくとも一部の間、前記スクリュを前記第1の速度よりも遅い第2の速度で一時的に作動させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項24に記載のコンピュータプログラム要素。 - 使用時に、射出成形サイクル全体にわたって毎分回転数がゼロを上回る速度で前記往復スクリュを回転させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項24に記載のコンピュータプログラム要素。
- 前記往復スクリュの回転を、全サイクルタイムの約30%未満、好ましくは全サイクルタイムの約20%未満、最も好ましくは全サイクルタイムの約15%未満の時間の間ゼロに低下させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項24に記載のコンピュータプログラム要素。
- コンピュータ読み取り可能媒体上で実行される、請求項24に記載のコンピュータプログラム要素。
- 射出ユニットベースを有する射出成形機であって、
軸方向に並進及び往復するスクリュを内部に有し、使用時にランナシステム及び金型の一方への溶融体の射出を支持するノズルを有する、バレルを備え、該スクリュは逆止弁を有し、該逆止弁の下流で使用時に一定体積の溶融体を蓄積させることができ、
該バレルに対して該スクリュの軸方向運動を行うとともに、使用時に背圧を生成するようにされている第1のアクチュエータと、
前記スクリュに結合されて使用時に該スクリュの回転速度を制御する第2のアクチュエータと、
前記スクリュ及び前記第1のアクチュエータの動作を制御するコントローラとを備え、該コントローラは、使用時に背圧を上昇させて溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止し、且つ前記スクリュのリカバリーレートを実質的にゼロにすることにより、前記逆止弁の下流に蓄積される溶融体の体積を画定する前記スクリュの軸方向位置を設定するようにされており、該コントローラは、使用中に前記スクリュが実質的に連続的に回転することを確保するように構成されている、射出成形機。 - 前記コントローラは、各射出サイクル中に、
a)前記背圧、及び
b)前記スクリュの前記回転速度
の少なくとも一方を選択的に変化させることにより、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、前記射出サイクル中の前記往復スクリュ射出ユニットの前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変える、請求項33に記載の射出成形機。 - 前記コントローラに結合される圧力変換器をさらに含む、請求項34に記載の射出成形機。
- 前記コントローラに結合されて前記スクリュに応答するスクリュ位置検出器をさらに含み、該スクリュ位置検出器は、
背圧制御、及び
リカバリーレート制御
の少なくとも一方を目的としてスクリュ位置情報を前記コントローラに中継する、請求項34に記載の射出成形機。 - 前記コントローラ及び前記第2のアクチュエータに結合されるスクリュ速度センサをさらに含み、該スクリュ速度センサは、各射出サイクル中の動的なリカバリーレート制御を目的としてスクリュ速度情報を前記コントローラに中継する、請求項36に記載の射出成形機。
- 前記スクリュは、前記逆止弁の近くの下流に位置する先端を有し、前記バレルはさらに、前記先端の前方に、溶融体が蓄積する室を有し、該室は、ショットサイズと、射出中に該室から前記逆止弁を越えて生じ得る逆流を補償するのに十分な射出緩衝との和として画定される最終体積を有する、請求項33に記載の射出成形機。
- 使用時の前記スクリュの前記回転速度は一定である、請求項38に記載の射出成形機。
- 使用時に、前記スクリュの前記回転速度は、前記スクリュのリカバリー段階中に第1の速度であり、射出段階の少なくとも一部の間は前記第1の速度よりも遅い第2の速度に一時的に変えることができる、請求項35に記載の射出成形機。
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