JP2014100896A - 射出成形機、射出成形システム、および原料計量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形材料の無駄を削減できる、射出成形機の提供。
【解決手段】射出成形機２０は、金型１１内に成形材料を充填する射出装置４０と、成形材料を構成する複数種類の原料を計量する原料計量装置５０と、原料計量装置５０を制御するコントローラ６０とを備える。コントローラ６０は、射出装置４０の作動状況を監視し、監視結果に基づいて原料計量装置５０を作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機、射出成形システム、および原料計量装置に関する。

射出成形機は、金型内に液状の成形材料を充填し、固化させて、成形品を作製する（例えば特許文献１参照）。金型内に充填する成形材料は、複数種類の原料を計量して作製される。

特開２００９−１０１５２９号公報

従来、成形材料の作製条件（例えば原料の種類や混合比など）の変更時に、予め作製された成形材料が無駄になっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形材料の無駄を削減できる、射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様の射出成形機は、
金型内に成形材料を充填する射出装置と、
前記成形材料を構成する複数種類の原料を計量する原料計量装置と、
該原料計量装置を制御するコントローラとを備え、
該コントローラは、前記射出装置の作動状況を監視し、監視結果に基づいて前記原料計量装置を作動させる。

本発明によれば、成形材料の無駄を削減できる、射出成形機が得られる。

本発明の一実施形態による射出成形システムを示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一のまたは対応する構成については同一のまたは対応する符号を付して説明を省略する。以下、シリンダから成形材料を射出する方向を前方とし、射出方向とは反対方向を後方として説明する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形システムを示す図である。図１において、太線は、輸送機９０の輸送ラインを表す。また、図１において、破線は、射出成形機２０から取り出した成形品のうち、製品以外の不要物を粉砕機８０に投入する時の取出機７０の状態を示す。図２は、本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。

射出成形システム１０は、図１に示すように、成形品を作製する射出成形機２０と、射出成形機２０から成形品を取り出す取出機７０と、取出機７０で取り出した成形品のうち、製品以外の不要物を粉砕して再生材を作製する粉砕機８０と、粉砕機８０で作製した再生材を射出成形機２０に送る輸送機９０とを備える。取出機７０は、成形品を製品と不要物とに分けて取り出し、不要物を粉砕機８０に渡す。取出機７０、粉砕機８０、および輸送機９０は、射出成形に用いられる一般的なものであってよい。

射出成形機２０は、図１に示すように、金型装置１１の型閉じ、型締め、および型開きを行う型締装置３０と、金型装置１１内に成形材料を充填する射出装置４０と、成形材料を構成する複数種類の原料を計量する原料計量装置５０とを備える。

型締装置３０は、固定金型１２が取り付けられる固定プラテン３２と、可動金型１３が取り付けられる可動プラテン３３とを備える。型締装置３０は、固定プラテン３２に対して可動プラテン３３を前後に移動させ、可動金型１３を固定金型１２に接離させることによって型閉じ、型締めおよび型開きを行う。固定金型１２および可動金型１３で金型装置１１が構成される。型開閉方向は、水平方向であってよい。型締装置３０は、電動モータおよびトグル機構を用いたトグル式、流体圧シリンダを用いた直圧式、リニアモータおよび電磁石を用いた電磁式のいずれでもよく、その方式は特に限定されない。

射出装置４０は、図１に示すように、金型装置１１内に液状の成形材料（例えば樹脂）を充填する装置である。射出装置４０から射出された成形材料は、スプルー１４やランナー１５などの金型流路を通り、キャビティ空間１６に流れ込み、キャビティ空間１６で製品に成形される。金型装置１１内で成形された成形品のうち、金型流路で固化した部分は、製品とはならない。

射出装置４０は、図２に示すように、成形材料を加熱するシリンダ４１と、シリンダ４１の前端に設けられる射出ノズル４２と、シリンダ４１内に回転自在に且つ進退自在に配設されたスクリュ４３と、シリンダ４１の後方に配設される駆動装置４４とを備える。駆動装置４４は、スクリュ４３を回転させる計量モータ４４ａ、およびスクリュ４３を進退させる射出モータ４４ｂを含む。

シリンダ４１は、成形材料を加熱して溶融させる。シリンダ４１の外周には、加熱源としてのヒータＨ１〜Ｈ３が設けられる。シリンダ４１の後部には、成形材料供給口４５が形成される。

スクリュ４３は、スクリュ本体４６と、該スクリュ本体４６より前方に配設された射出部４９とで構成される。

スクリュ本体４６は、フライト部４７と、フライト部４７の前端に対して着脱自在に配設された圧力部材４８とを有する。フライト部４７は、棒状の本体部４７ａと、該本体部４７ａの外周面に突出させて形成された螺旋状のフライト４７ｂとを含み、該フライト４７ｂに沿って螺旋状の溝４７ｃが形成される。フライト部４７の後端から前端にかけて、溝４７ｃの深さは一定であってよく、スクリュ圧縮比が一定であってよい。

尚、圧力部材４８を配設することなく、スクリュ本体４６の全体にわたってフライト部４７を形成してもよく、スクリュ本体４６は後端から前端にかけて、樹脂が供給される供給部、供給された樹脂を圧縮させながら溶融させる圧縮部、溶融された樹脂を一定量ずつ計量する計量部として区別されてもよい。この場合、スクリュ本体４６に形成される螺旋状の溝の深さは、供給部で深く、計量部で浅く、圧縮部において前方に向かうほど浅くなる。

射出部４９は、先端に円錐形の部位を備えたヘッド部４９ａ、該ヘッド部４９ａの後方に隣接させて形成されたロッド部４９ｂ、該ロッド部４９ｂの周囲に配設された逆止リング４９ｃ、および圧力部材４８の前端に取り付けられたシールリング４９ｄからなる。

スクリュ４３の後退に伴って、ロッド部４９ｂに対して逆止リング４９ｃが前方に移動させられ、シールリング４９ｄから離されると、スクリュ４３の前方に成形材料が流れ込む。また、スクリュ４３の前進に伴って、逆止リング４９ｃがロッド部４９ｂに対して後方に移動させられ、シールリング４９ｄに当接させられると、成形材料の逆流が防止される。

原料計量装置５０は、金型装置１１内に充填する成形材料を構成する複数種類の原料を計量する。原料計量装置５０は、例えば図２に示すように、第１原料としてのバージン材を計量する第１原料計量部５１と、第２原料としての再生材を計量する第２原料計量部５２と、第１原料計量部５１で計量されたバージン材および第２原料計量部５２で計量された再生材とが合流する合流部５３とを有する。バージン材は、再生材と異なり、金型装置１１内に充填した履歴のないものであって、例えばペレタイザーなどで作製される。

第１原料計量部５１は、バージン材を収容する原料計量ホッパ５１ａと、原料計量ホッパ５１ａの下端から水平方向に延在する原料計量シリンダ５１ｂと、原料計量シリンダ５１ｂ内において回転自在に配設された原料計量スクリュ５１ｃと、原料計量スクリュ５１ｃを回転させる原料計量モータ５１ｄとを含む。原料計量モータ５１ｄを駆動して、原料計量スクリュ５１ｃを回転させると、原料計量スクリュ５１ｃに形成される螺旋状の溝に沿ってバージン材が前進し、筒状の合流部５３内に供給される。バージン材の供給速度は、主に原料計量スクリュ５１ｃの回転数で決まる。第１原料計量部５１は、所定時間の間、原料計量スクリュ５１ｃを所定の回転数で回転させることで、バージン材を計量する。

第２原料計量部５２は、再生材を収容する原料計量ホッパ５２ａと、原料計量ホッパ５２ａの下端から水平方向に延在する原料計量シリンダ５２ｂと、原料計量シリンダ５２ｂ内において回転自在に配設された原料計量スクリュ５２ｃと、原料計量スクリュ５２ｃを回転させる原料計量モータ５２ｄとを含む。原料計量モータ５２ｄを駆動して、原料計量スクリュ５２ｃを回転させると、原料計量スクリュ５２ｃに形成される螺旋状の溝に沿って再生材が前進し、筒状の合流部５３内に供給される。再生材の供給速度は、主に原料計量スクリュ５２ｃの回転数で決まる。第２原料計量部５２は、所定時間の間、原料計量スクリュ５２ｃを所定の回転数で回転させることで、再生材を計量する。

尚、原料計量シリンダ５１ｂ、５２ｂは、必ずしも水平方向に延在する必要はなく、例えば水平方向に対して斜めに延在してもよく、出口側が入口側よりも高くてもよい。また、原料計量シリンダ５１ｂ、５２ｂは溶融しない程度に原料を予熱してもよく、原料計量シリンダ５１ｂ、５２ｂの外周には予熱源としてのヒータが設けられてもよい。

合流部５３は、シリンダ４１の成形材料供給口４５の上方に設けられてよい。合流部５３には、第１原料計量部５１および第２原料計量部５２が接続されている。第１原料計量部５１で計量されたバージン材と、第２原料計量部５２で計量された再生材とは、合流部５３内を落下しながら、合流し、成形材料が作製される。作製された成形材料は、合流部５３内で滞留することなく、成形材料供給口４５に向けて落下し、シリンダ４１内に供給される。合流部５３内には、バージン材と再生材とを撹拌させる攪拌機が設けられてもよい。

尚、原料計量装置５０は、多種多様な原料を計量してよく、樹脂ペレットなどの主材と、添加材とを計量してもよい。添加材としては、例えば、着色剤、発泡剤、滑剤、酸化防止剤、補強剤などが挙げられる。補強剤として、ガラス繊維やカーボン繊維などが用いられてもよい。また、原料計量装置５０は、３種類以上の原料を計量してもよく、３つ以上の原料計量部を有してもよい。

次に、射出成形機２０の動作について説明する。射出成形機２０の動作は、コントローラ６０によって制御される。コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどの記憶部、入力インターフェイス、出力インターフェイス、タイマ、およびカウンタなどで構成される。コントローラ６０は、ＲＯＭまたは記憶部などに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行させることにより、各種機能を実現する。

射出成形機２０は、金型装置１１を閉じる型閉じ工程、金型装置１１を締める型締め工程、金型装置１１内に液状の成形材料を流し込む充填工程、流し込んだ成形材料に圧力をかける保圧工程、保圧工程後に金型装置１１内で成形材料を固化させる冷却工程、次の成形のための成形材料を計量する計量工程、金型装置１１を開く型開き工程、および型開き後の金型装置１１から成形品を突き出す突き出し工程を１サイクルとし、成形品を繰り返し製造する。型締め工程中に、充填工程、保圧工程などが行われる。成形サイクルの短縮のため、計量工程は、冷却工程の間に行われてよい。

計量工程では、計量モータ４４ａを駆動し、スクリュ４３を所定の回転数で回転させる。フライト部４７に形成される螺旋状の溝４７ｃに沿って成形材料が前進させられる。続いて、成形材料は、圧力部材４８とシリンダ４１との間の樹脂流路を通過し、その間に混練された後、シリンダ４１とロッド部４９ｂとの間の樹脂流路を通過して前進させられ、スクリュ４３の前方に送られ、シリンダ４１の前部に蓄積される。成形材料は、前進させられながら、ヒータＨ１〜Ｈ３によって加熱され、溶融される。また、成形材料は、スクリュ本体４６における成形材料の圧力上昇開始位置からスクリュ本体４６の前端にかけて、次第に加圧される。スクリュ４３の前方に液状の成形材料が蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退する。

計量工程では、射出モータ４４ｂを駆動して、スクリュ４３に背圧を加え、スクリュ４３の急激な後退を抑制する。これにより、成形材料の混練性が向上し、また、成形材料中のガスが後方に逃げやすくなる。スクリュ４３の背圧が設定背圧になるように、射出モータ４４ｂに電流が供給される。

スクリュ４３を後退させる間、コントローラ６０は図示されない位置センサでスクリュ４３の位置を監視する。スクリュ４３が計量完了位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量モータ４４ａの駆動が停止され、スクリュ４３の回転が停止され、計量工程が完了する。

充填工程では、射出モータ４４ｂを駆動して、スクリュ４３を前進させ、型締め状態の金型装置１１内に成形材料を充填する。金型装置１１内に充填された液状の成形材料は冷却によって収縮するため、収縮分の成形材料を補充すべく、保圧工程では、成形材料の充填圧が設定圧になるように、射出モータ４４ｂに電流が供給される。

本実施形態のコントローラ６０は、射出装置４０の作動状況を監視し、監視結果に基づいて原料計量装置５０を作動させる。射出装置４０に供給する成形材料のストックを最小限に減らすことができ、成形材料の作製条件の変更などによって生じうる無駄な成形材料を削減することができる。

射出装置４０の作動状況は、コントローラ６０に接続される各種センサなどで検知できる。例えば、射出装置４０の作動状況は、可動金型１３の位置を検出する位置センサ、スクリュ４３の位置を検出する位置センサなど、射出成形機２０のシーケンス制御に用いられるセンサで検知できる。また、射出装置４０の作動状況は、射出成形機２０のドアの開閉を検知するドアセンサ、射出成形機２０の異常を検知するセンサでも検知できる。射出成形機２０のドアが開いているときや、射出成形機２０の異常が検知されているときは、射出成形が強制的に停止させられ、射出装置４０が作動停止させられる。

射出装置４０が作動停止している間、成形品が新たに生産されないので、再生材も新たに生産されない。

そこで、コントローラ６０は、射出成形の停止を検知し、射出装置４０の作動停止を検知した場合、バージン材および再生材を計量する原料計量装置５０の作動を禁止する。再生材が新たに生産されない場合に、再生材の計量が中止される。よって、原料計量ホッパ５２ａ内の再生材の量が所定範囲内に保たれ、原料計量シリンダ５２ｂ内の再生材の密度が所定範囲内に保たれる。よって、再生材の合流部５３への供給速度が安定化し、成形材料中に占める再生材の割合が安定化し、成形品の品質が安定化する。コントローラ６０は、射出成形の再開を検知し、射出装置４０の作動再開を検知した場合、原料計量装置５０の作動を許容する。

また、コントローラ６０は、計量工程中に、原料計量装置５０を作動させてよい。原料計量装置５０からシリンダ４１内に供給された成形材料が、成形材料供給口４５で滞留することなく、スクリュ４３によって直ちに前方に送られる。そのため、フライト部４７に形成される螺旋状の溝４７ｃ内に成形材料が密に充填されることはなく、溝４７ｃ内の成形材料の状態が疎の状態（飢餓状態）となる。よって、成形材料が溝４７ｃに沿って前進するときに生じうる剪断熱が少なく、シリンダ４１内の成形材料の温度を所望の温度に制御しやすい。

例えば、コントローラ６０は、計量工程中に、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃを所定の回転数で回転させる。複数の原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転数は、複数種類の原料の混合比が所定値となるように設定される。

各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転数が大きくなるほど、スクリュ４３に形成される溝４７ｃ内への成形材料の供給速度が速くなる。一方、スクリュ４３の回転数が大きくなるほど、スクリュ４３に形成される溝４７ｃ内での成形材料の前進速度が速くなる。そのため、スクリュ４３の回転数と、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転数との比で、スクリュ４３に形成される溝４７ｃ内の成形材料の密度が変わる。溝４７ｃ内の成形材料の密度が変わると、溝４７ｃ内の成形材料の圧力上昇開始位置が変わる。圧力上昇開始位置が圧力部材４８から後方に所定範囲内の距離にあると、成形材料の溶融状態が安定化し、成形品の重量が安定化する。

そこで、コントローラ６０は、成形品の重量を安定化するため、スクリュ４３の回転数に基づいて、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転数を設定してよい。例えば、コントローラ６０は、スクリュ４３の回転数との比が所定値となるように、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転数を設定する。

また、コントローラ６０は、スクリュ４３と同期して、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃを回転させてよい。つまり、コントローラ６０は、スクリュ４３の回転開始と同時に、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転を開始し、スクリュ４３の回転終了と同時に、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転を終了してよい。１サイクル毎に、１ショット分ずつ、成形材料を作製することができ、成形材料の無駄が少ない。特に、本実施形態では、成形材料が作製された後に直ちにシリンダ４１内に供給されるので、成形材料の無駄がない。

ここで、スクリュ４３の回転と、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転とは略同時に行われればよく、完全に同時でなくてもよい。例えば、スクリュ４３の回転開始よりも僅かに早く、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転が開始されてよい。その理由は、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転開始から、成形材料がシリンダ４１内に供給されるまで、僅かな時間差が有るためである。同じ理由で、スクリュ４３の回転終了よりも僅かに早く、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転を終了してよい。

また、複数の原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転は、略同時であればよく、完全に同時でなくてもよい。例えば、図２に示すように、第１原料計量部５１および第２原料計量部５２が上下に並んでいる場合、下側の原料計量スクリュ５２ｃの回転開始よりも僅かに早く、上側の原料計量スクリュ５１ｃの回転が開始されてよい。その理由は、上側の原料計量シリンダ５１ｂから合流部５３内に供給されたバージン材が、下側の原料計量シリンダ５２ｂと同じ高さの位置に落下するまで、僅かな時間差が有るためである。同じ理由で、下側の原料計量スクリュ５２ｃの回転終了よりも僅かに早く、上側の原料計量スクリュ５１ｃの回転が終了されてよい。

以上、射出成形システムなどの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内で、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態の射出成形機２０は、型開閉方向が水平な横型であるが、型開閉方向が鉛直な竪型でもよい。

また、上記実施形態の射出装置４０は、スクリュ・インライン方式のものであるが、スクリュ・プリプラ方式のものでもよい。スクリュ・プリプラ方式では、可塑化シリンダ内で溶融された樹脂をシリンダに供給し、シリンダから金型装置内に溶融樹脂を射出する。スクリュ・プリプラ方式では、可塑化シリンダ内にスクリュが配設される。

また、上記実施形態の原料計量装置５０は、射出成形機２０の一部として設けられるが、射出成形機２０の外部装置として設けられてもよい。この場合、原料計量装置５０のコントローラは、射出成形機２０のコントローラとは別に設けられ、射出成形機２０のコントローラから、射出装置４０の作動状況に関する情報を取得してよい。

また、上記実施形態の原料計量装置５０は、１サイクル毎に、１ショット分ずつ、成形材料を作製するが、本発明はこれに限定されない。例えば、原料計量装置５０は、複数サイクル毎に、複数ショット分ずつ、成形材料を作製してもよい。

また、上記実施形態の原料計量装置５０は、成形材料を作製した後、直ぐに作製した成形材料をシリンダ４１内に供給するが、原料計量装置５０で作製した成形材料は一旦タンクなどに収容され、輸送機によってタンクからシリンダ４１内に供給されてもよい。

また、上記実施形態の原料計量装置５０は、複数の原料計量部でそれぞれ計量された原料を合流させるが、合流させずに、シリンダ４１内に供給してもよい。スクリュ４３の回転によって、シリンダ４１内で複数の原料が混合される。

また、上記実施形態の計量工程では、スクリュ４１の回転数や、各原料計量スクリュ５１ｃ、５２ｃの回転数が、一定であるが、計量工程開始からの経過時間やスクリュ４１の位置に応じて変更してもよい。

また、上記実施形態の金型装置１１は、ランナー１５などの金型流路で成形材料を固化させるコールドランナー方式のものであるが、金型流路を加熱するホットランナー方式のものでもよい。ホットランナー方式の金型装置では、製品以外の不要物が生じない。

また、上記実施形態の粉砕機９０は、金型装置１１内で成形された成形品のうち、金型流路で固化された部分を粉砕して再生材を作製するが、不良の製品を粉砕して再生材を作製してよい。

また、取出機７０と、粉砕機８０との配置は、図１の配置に限定されない。図１では、取出機７０と粉砕機８０とが、型開閉方向に並んでいるが、型開閉方向と垂直な方向（紙面垂直方向）に並んでいてもよい。

１０ 射出成形システム
１１ 金型装置
１２ 固定金型
１３ 可動金型
２０ 射出成形機
３０ 型締装置
４０ 射出装置
４１ シリンダ
４３ スクリュ
４４ 駆動装置
４４ａ 計量モータ
４４ｂ 射出モータ
５０ 原料計量装置
５１ 第１原料計量部
５１ａ 原料計量ホッパ
５１ｂ 原料計量シリンダ
５１ｃ 原料計量スクリュ
５１ｄ 原料計量モータ
５２ 第２原料計量部
５２ａ 原料計量ホッパ
５２ｂ 原料計量シリンダ
５２ｃ 原料計量スクリュ
５２ｄ 原料計量モータ
５３ 合流部
６０ コントローラ
７０ 取出機
８０ 粉砕機
９０ 輸送機

Claims (7)

1. 金型内に成形材料を充填する射出装置と、
   前記成形材料を構成する複数種類の原料を計量する原料計量装置と、
   該原料計量装置を制御するコントローラとを備え、
   該コントローラは、前記射出装置の作動状況を監視し、監視結果に基づいて前記原料計量装置を作動させる、射出成形機。
2. 前記原料計量装置は、複数種類の原料を別々に計量する複数の原料計量部を有し、
   各原料計量部は、原料が供給される原料計量シリンダと、該原料計量シリンダ内で回転自在に配設される原料計量スクリュとを含む、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記射出装置は、前記成形材料を加熱するシリンダと、該シリンダ内において回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュとを有し、
   前記コントローラは、前記スクリュの回転数に基づいて、前記各原料計量スクリュの回転数を設定する、請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記原料計量装置は、前記各原料計量部で計量した原料が合流する合流部を有する、請求項２または３に記載の射出成形機。
5. 該合流部は、前記射出装置のシリンダに形成される成形材料供給口の上方に設けられる、請求項４に記載の射出成形機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の射出成形機と、前記金型内で成形された成形品のうち、不要物を粉砕する粉砕機とを備え、
   前記原料計量装置は、前記粉砕機で前記不要物を粉砕して作製される再生材、およびバージン材を計量する、射出成形システム。
7. 金型内に充填する成形材料を構成する複数種類の原料を計量する原料計量装置であって、
   複数種類の原料を別々に計量する複数の原料計量部と、
   該複数の原料計量部を制御するコントローラとを備え、
   該コントローラは、前記金型内に成形材料を充填する射出装置の作動状況を監視し、監視結果に基づいて前記各原料計量部を作動させる、原料計量装置。

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