JP2016083777A - 射出成形機 - Google Patents

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Abstract

【課題】成形サイクル時間を短縮できる、射出成形機の提供。【解決手段】固定金型と可動金型とを開閉する型開閉装置と、前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティ空間に成形材料を充填する射出装置と、前記型開閉装置および前記射出装置を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記可動金型が前記固定金型との接触位置よりも手前の位置にある状態で、前記型開閉装置による型閉工程と、前記射出装置による保圧工程とを完了させ、前記型閉工程の途中、前記可動金型が前記型閉工程の完了時の位置よりもさらに手前の位置にある状態で、前記射出装置による充填工程を開始させる、射出成形機。【選択図】図3

Description

本発明は、射出成形機に関する。
射出成形機は、金型装置の型閉および型開を行う型開閉装置、金型装置のキャビティ空間に成形材料を充填する射出装置、型開閉装置および射出装置を制御するコントローラなどを有する。金型装置は固定金型と可動金型とで構成され、固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。
特許文献1によれば、少なくとも充填工程の間、固定金型と可動金型との隙間が固定されるように、可動金型の位置が保持される。これにより、充填工程の開始から冷却工程の完了まで固定金型と可動金型との間に隙間なく型閉が行われる場合に比べて、キャビティ空間のガス抜きが改善できる。
特開2007−118349号公報
近年、生産性の向上のため、成形サイクル時間の短縮が強く望まれていた。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形サイクル時間を短縮できる、射出成形機の提供を主な目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
固定金型と可動金型とを開閉する型開閉装置と、
前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティ空間に成形材料を充填する射出装置と、
前記型開閉装置および前記射出装置を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
前記可動金型が前記固定金型との接触位置よりも手前の位置にある状態で、前記型開閉装置による型閉工程と、前記射出装置による保圧工程とを完了させ、
前記型閉工程の途中、前記可動金型が前記型閉工程の完了時の位置よりもさらに手前の位置にある状態で、前記射出装置による充填工程を開始させる、射出成形機が提供される。
本発明の一態様によれば、成形サイクル時間を短縮できる、射出成形機が提供される。
本発明の一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の型閉完了時の状態を示す図である。 本発明の一実施形態によるクロスヘッドの位置変化を示す図である。
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が、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。図2は、本発明の一実施形態による射出成形機の型閉完了時の状態を示す図である。射出成形機は、フレームFr、型開閉装置10、射出装置40、コントローラ70、および出力装置80を有する。
型開閉装置10は、金型装置30の型閉および型開を行う。金型装置30は、固定金型32と、可動金型33とを有する。
型開閉装置10は、固定プラテン12、可動プラテン13、トグルサポート15、タイバー16、トグル機構20、型開閉モータ21、および型厚調整機構23を有する。型開閉装置10の説明では、型閉時の可動プラテン13の移動方向(図1および図2中右方向)を前方とし、型開時の可動プラテン13の移動方向(図1および図2中左方向)を後方として説明する。
固定プラテン12は、フレームFrに対して固定される。固定プラテン12における可動プラテン13との対向面に固定金型32が取り付けられる。
可動プラテン13は、フレームFr上に敷設されるガイド(例えばガイドレール)17に沿って移動自在とされ、固定プラテン12に対して進退自在とされる。可動プラテン13における固定プラテン12との対向面に可動金型33が取り付けられる。
固定プラテン12に対して可動プラテン13を進退させることにより、金型装置30の型閉、型開が行われる。
トグルサポート15は、固定プラテン12と間隔をおいて連結され、フレームFr上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、トグルサポート15は、フレームFr上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。トグルサポート15のガイドは、可動プラテン13のガイド17と共通のものでもよい。
尚、本実施形態では、固定プラテン12がフレームFrに対して固定され、トグルサポート15がフレームFrに対して型開閉方向に移動自在とされるが、トグルサポート15がフレームFrに対して固定され、固定プラテン12がフレームFrに対して型開閉方向に移動自在とされてもよい。
タイバー16は、固定プラテン12とトグルサポート15とを間隔をおいて連結する。タイバー16は、型開閉方向に平行とされる。タイバー16は複数本(例えば4本)であってよい。
トグル機構20は、可動プラテン13とトグルサポート15との間に配設され、トグルサポート15により支持される。トグル機構20は、クロスヘッド20a、複数のリンク20b、20cなどで構成される。一方のリンク20bは可動プラテン13に揺動自在に取り付けられ、他方のリンク20cはトグルサポート15に揺動自在に取り付けられる。これらのリンク20b、20cは、ピンなどで屈伸自在に連結される。クロスヘッド20aを進退させることにより、複数のリンク20b、20cからなる腕が屈伸され、トグルサポート15に対して可動プラテン13が進退される。
型開閉モータ21は、トグルサポート15に取り付けられ、クロスヘッド20aを進退させることにより、可動プラテン13を進退させる。型開閉モータ21とクロスヘッド20aとの間には、型開閉モータ21の回転運動を直線運動に変換してクロスヘッド20aに伝達する運動変換機構が設けられる。運動変換機構は例えばボールねじ機構で構成される。型開閉モータ21はエンコーダ21aを有する。エンコーダ21aは、型開閉モータ21の出力軸の回転角を検出し、その回転角を示す信号をコントローラ70に出力する。
型開閉装置10の動作は、コントローラ70によって制御される。コントローラ70は、型閉工程、型開工程などを制御する。
型閉工程では、型開閉モータ21を駆動して可動プラテン13を前進させることにより、可動金型33を固定金型32に接近させる。型閉工程の完了時に、固定金型32と可動金型33との間に所定の隙間35が形成される。この状態で、可動金型33と固定金型32との間にキャビティ空間34が形成され、キャビティ空間34に液状の成形材料が充填される。キャビティ空間34内のガスは隙間35を通り抜けるが、キャビティ空間34内の成形材料は隙間35から外部に漏れないように、隙間35の大きさが設定される。キャビティ空間34内の成形材料は、固化され、成形品となる。
型開工程では、型開閉モータ21を駆動して可動プラテン13を後退させることにより、可動金型33を固定金型32から離間させる。型開工程の完了後、可動金型33から成形品が突き出される。
型厚調整機構23は、固定プラテン12とトグルサポート15との間隔を調整する。型厚調整機構23は、雄ネジ24、雌ネジ25、および型厚モータ26を有する。
雄ネジ24は、各タイバー16の後端部に形成される。雌ネジ25は、対応する雄ネジ24と螺合され、トグルサポート15に回転自在に保持される。
型厚モータ26は、各雌ネジ25を回転させることにより、各タイバー16とトグルサポート15との相対位置を調整し、固定プラテン12とトグルサポート15との間隔を調整する。
型厚モータ26はエンコーダ26aを有する。エンコーダ26aは、型厚モータ26の出力軸の回転角を検出することで、固定プラテン12とトグルサポート15との間隔を検出し、その間隔を示す信号をコントローラ70に出力する。
尚、雄ネジ24は各タイバー16の前端部に形成され、雌ネジ25は固定プラテン12に回転自在に保持されてもよい。各雌ネジ25を回転させることにより、固定プラテン12と各タイバー16との相対位置が調整でき、固定プラテン12とトグルサポート15との間隔が調整できる。
射出装置40は、フレームFrに対して進退自在なスライドベースSbに設置され、金型装置30に対して進退自在とされる。射出装置40は、金型装置30にタッチされ、金型装置30内に成形材料を充填する。
射出装置40は、例えばシリンダ41、スクリュ43、計量モータ45、射出モータ46、および圧力検出器47を有する。射出装置40の説明では、型開閉装置10の説明と異なり、充填時のスクリュ43の移動方向(図1および図2中左方向)を前方とし、計量時のスクリュ43の移動方向(図1および図2中右方向)を後方として説明する。
シリンダ41は、供給口41aから供給された成形材料を加熱する。供給口41aはシリンダ41の後部に形成される。シリンダ41の外周には、ヒータなどの加熱源が設けられる。
スクリュ43は、シリンダ41内の成形材料を送り出す。スクリュ43は、シリンダ41内において回転自在に且つ進退自在に配設される。
計量モータ45は、スクリュ43を回転させることにより、スクリュ43の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ41からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ43の前方に送られシリンダ41の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ43が後退させられる。
射出モータ46は、スクリュ43を前進させることにより、スクリュ43の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置30のキャビティ空間34に充填させる。その後、射出モータ46は、スクリュ43を前方に押し、キャビティ空間34内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。射出モータ46とスクリュ43との間には、射出モータ46の回転運動をスクリュ43の直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。
圧力検出器47は、例えば射出モータ46とスクリュ43との間に配設され、成形材料からスクリュ43に作用する圧力、スクリュ43に対する背圧などを検出する。成形材料からスクリュ43に作用する圧力は、作用反作用の法則から明らかなように、スクリュ43から成形材料に作用する圧力に対応する。
射出装置40の動作は、コントローラ70によって制御される。コントローラ70は、充填工程、保圧工程、計量工程などを制御する。
充填工程では、射出モータ46を駆動してスクリュ43を設定速度で前進させ、スクリュ43の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置30内に充填させる。スクリュ43の設定速度は、スクリュ43の位置に応じて段階的に変更されてよい。スクリュ43の位置や速度は、例えば射出モータ46のエンコーダ46aにより検出される。スクリュ43がV/P切換位置まで前進すると、保圧工程が開始される。尚、スクリュ43が速度切換位置に達してからの経過時間が所定時間に達すると、保圧工程が開始されてもよい。スクリュ43は、速度切換位置に達すると、微速前進、停止、または微速後退させられてもよい。
保圧工程では、射出モータ46を駆動してスクリュ43を設定圧力で前方に押し、金型装置30内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば圧力検出器47により検出される。保圧工程の完了後、冷却工程が開始される。
冷却工程では、キャビティ空間34内の成形材料の固化が行われる。保圧工程の完了からの経過時間が所定時間に達すると、冷却工程が完了される。成形サイクル時間の短縮のため、冷却工程の間に計量工程が行われてよい。
計量工程では、計量モータ45を駆動してスクリュ43を設定回転数で回転させ、スクリュ43の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ43の前方に送られシリンダ41の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ43が後退させられる。スクリュ43の回転数は、例えば計量モータ45のエンコーダ45aにより検出される。
計量工程では、スクリュ43の急激な後退を制限すべく、射出モータ46を駆動してスクリュ43に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ43に対する背圧は、例えば圧力検出器47により検出される。スクリュ43が所定位置まで後退し、スクリュ43の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。
コントローラ70は、CPU(Central Pocessing Unit)71と、メモリなどの記憶媒体72とを有する。コントローラ70は、記憶媒体72に記憶されたプログラムをCPU71に実行させることにより、型開閉装置10および射出装置40を制御する。
図3は、本発明の一実施形態によるクロスヘッドの位置変化を示す図である。図3において、横軸は時刻、縦軸はクロスヘッドの位置である。クロスヘッド20aの位置は、可動プラテン13の位置、および可動金型33の位置を表す。そのため、図3の説明において、クロスヘッド20aの位置は、可動プラテン13の位置、または可動金型33の位置と読み替えてもよい。
コントローラ70は、時刻tにおいて、型閉工程を開始させる。型閉工程の開始後、クロスヘッド20aが設定速度で前進させられる。その設定速度は、クロスヘッド20aの位置などに応じて段階的に変更されてもよい。コントローラ70は、型閉工程の間、クロスヘッド20aの速度や位置を監視する。この監視には、例えば型開閉モータ21のエンコーダ21aが用いられる
型閉工程の途中の時刻tにおいて、クロスヘッド20aの位置が所定位置に達すると、コントローラ70は充填工程を開始させる。充填工程の開始後、スクリュ43が設定速度で前進させられる。その設定速度は、スクリュ43の位置などに応じて段階的に変更されてもよい。コントローラ70は、充填工程の間、スクリュ43の速度や位置を監視する。この監視には、例えば射出モータ46のエンコーダ46aが用いられる。
尚、本実施形態のコントローラ70は、充填工程の開始のタイミングを計るため、クロスヘッド20aの位置を監視するが、可動プラテン13の位置、または可動金型33の位置を監視してもよい。可動金型33の位置は、例えばギャップセンサを用いて監視できる。ギャップセンサは、金型装置30に取り付けられ、可動金型33と固定金型32との間の隙間の大きさを検出する。
型閉工程の途中の時刻tにおいて、スクリュ43がV/P切換位置に達すると、コントローラ70は充填工程と保圧工程の切換を行い、保圧工程を開始させる。尚、充填工程と保圧工程の切換は、上述の如く、スクリュ43が速度切換位置に達してからの経過時間が所定時間に達したときに行われてもよい。
時刻tにおいて、クロスヘッド20aの位置が型閉完了位置に達すると、コントローラ70は型閉工程を完了させる。型閉工程の完了時に、可動金型33は固定金型32との接触位置よりも手前の位置にあり、可動金型33と固定金型32との間に所定の隙間35が形成される。
コントローラ70は、型閉工程の完了後、少なくとも保圧工程の完了まで、固定金型32との接触位置よりも手前の位置に可動金型33を保持する位置保持工程を実施する。位置保持工程は、少なくとも保圧工程の完了まで行われ、例えば図3に示すように冷却工程の完了まで行われてもよい。
時刻tにおいて、保圧工程が完了すると、冷却工程が開始される。その後、時刻tにおいて、冷却工程が完了すると、コントローラ70は型開工程を開始させる。型開工程の完了後、金型装置30から成形品が突き出される。
以上説明したように、コントローラ70は、可動金型33が固定金型32との接触位置よりも手前の位置にある状態で型閉工程と保圧工程とを完了させる。型閉工程の完了時および保圧工程の完了時に可動金型33と固定金型32との間に隙間がない場合に比べて、キャビティ空間34のガス抜きが改善できる。また、型開閉装置10の寿命が延期でき、且つ、型開閉装置10の消費エネルギーが削減できる。型閉工程の完了時および保圧工程の完了時の可動金型33の位置は、可動金型33と固定金型32との隙間35から成形材料が漏れないように設定される。
また、コントローラ70は、型閉工程の途中、可動金型33が型閉工程の完了時の位置よりもさらに手前の位置にある状態で、充填工程を開始させる。型閉工程の途中で充填工程を開始させることにより、型閉工程の完了後に充填工程を開始させる場合に比べて、成形サイクル時間が短縮できる。充填工程の開始時の可動金型33の位置は、隙間35から成形材料が漏れないように設定される。
また、コントローラ70は、型閉工程の途中、可動金型33が型閉工程の完了時の位置よりもさらに手前の位置にある状態で、保圧工程を開始させる。型閉工程の途中で保圧工程を開始させることにより、型閉工程の完了後に充填工程および保圧工程を開始させる場合に比べて、成形サイクル時間が短縮できる。保圧工程の開始時の可動金型33の位置は、隙間35から成形材料が漏れないように設定される。
尚、本実施形態では、型閉工程の途中で保圧工程が開始されるが、型閉工程の完了後に保圧工程が開始されてもよい。
ところで、位置保持工程において、成形材料から可動金型33に作用する圧力が同じ場合、可動金型33の位置を保持するための型開閉モータ21の負荷(例えばトルク)はトグル機構20の姿勢に応じたものとなる。トグル機構20の腕が屈曲した状態から真っ直ぐ伸びた状態に近づくほど、型開閉モータ21の負荷が低減できる。尚、負荷と電流との間には対応関係があるため、負荷は電流で表されてもよい。
そこで、コントローラ70は、型開閉モータ21の負荷に基づいて、トグル機構20の姿勢を設定してもよい。例えば、コントローラ70は、型開閉モータ21の負荷が許容負荷を超えないようにトグル機構20の姿勢を設定する。
ここで、型開閉モータ21の負荷は実効値であってよく、許容負荷は定格値であってよい。型開閉モータ21の負荷は、周期的に変化し、時間の関数f(t)で表される。その実効値は、関数f(t)を2乗した値を周期Tで積分し、その積分値Fを周期Tで割った値の平方根である。周期Tは成形サイクル時間である。定格値は、型開閉モータ21を連続的に使い続けた場合に、型開閉モータ21の温度が許容温度以下となる上限値である。尚、定格値は、型開閉モータ21を連続的に使い続けた場合に、インバータの温度が許容温度以下となる上限値であってもよい。実効値と定格値とを比較することで、サイクル運転時の異常検出による停止が回避できる。
ところで、位置保持工程において、トグル機構の腕の状態が屈曲した状態から真っ直ぐ伸びた状態に近づくほど、型開閉モータ21の負荷が軽減できるが、型閉工程の時間が長くなり、成形サイクル時間が長くなる。
そこで、コントローラ70は、型開閉モータ21の負荷と、成形サイクル時間とに基づいて、トグル機構20の姿勢を設定してもよい。例えば、コントローラ70は、型開閉モータ21の負荷が許容負荷を超えないように、且つ、所定時間内に所定回数以上の成形サイクルが行われるように、トグル機構20の姿勢を設定する。
コントローラ70は、トグル機構20の姿勢が設定した姿勢になるように、型厚調整機構23によって固定プラテン12とトグルサポート15との間隔を調整してもよい。この調整は、操作者の入力操作を受け付ける操作部の操作状況に応じて実施されてもよい。例えば、この調整は、操作者による所定の入力操作が行われた場合に実施され、所定の入力操作が行われない場合に実施されなくてもよい。
コントローラ70は、型開閉モータ21の負荷が許容負荷を超える場合、アラームを出力する出力装置80を作動させてもよい。出力装置80としては、例えば画像表示装置、音声出力装置などが使用される。
以上、射出成形機の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
例えば、上記実施形態の型閉工程では、可動金型33を前進させ続け、固定金型32との接触位置よりも手前の位置で停止させるが、一旦、固定金型32との接触位置まで前進させた後、後退させてもよい。この場合も、型閉工程の途中、可動金型33が型閉工程の完了時の位置よりもさらに手前の位置にある状態で、充填工程を開始させる。
また、上記実施形態の位置保持工程は、冷却工程の完了時に解除されるが、冷却工程の途中で解除されてもよい。冷却工程の途中で、型開工程が開始されてもよい。
また、上記実施形態の型開閉装置10は、型開閉方向が水平方向の横型であるが、型開閉方向が上下方向の竪型であってもよい。竪型の型開閉装置は、固定プラテンとしての下プラテン、可動プラテンとしての上プラテン、トグルサポート、トグル機構、および型厚調整機構などを有する。下プラテンには下金型が取り付けられ、上プラテンには上金型が取り付けられる。下金型と上金型とで金型装置が構成される。下金型は、ロータリーテーブルを介して下プラテンに取り付けられてもよい。トグルサポートは、下プラテンの下方に配設され、上プラテンと共に昇降する。トグル機構は、トグルサポートと下プラテンとの間に配設される。型厚調整機構は、雄ねじ、雌ねじ、および型厚モータなどで構成される。雄ねじはタイバーに形成され、タイバーはトグルサポートと上プラテンとを連結する。雌ねじは、トグルサポートまたは上プラテンに回転自在に保持される。型厚モータは、雄ねじと螺合する雌ねじを回転させることにより、トグルサポートと上プラテンとの相対的な位置を調整する。
上記実施形態の型開閉装置10は、駆動部として、型開閉モータ21を有するが、型開閉モータ21の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型開閉モータ21は、回転モータであるが、リニアモータでもよい。
上記実施形態の射出装置40は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式でもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。
10 型開閉装置
12 固定プラテン
13 可動プラテン
15 トグルサポート
16 タイバー
20 トグル機構
20a クロスヘッド
20b リンク
20c リンク
21 型開閉モータ
21a エンコーダ
23 型厚調整機構
30 金型装置
32 固定金型
33 可動金型
34 キャビティ空間
35 隙間
40 射出装置
41 シリンダ
43 スクリュ
45 計量モータ
46 射出モータ
47 圧力検出器
70 コントローラ
80 出力装置

Claims (8)

  1. 固定金型と可動金型とを開閉する型開閉装置と、
    前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティ空間に成形材料を充填する射出装置と、
    前記型開閉装置および前記射出装置を制御するコントローラとを備え、
    前記コントローラは、
    前記可動金型が前記固定金型との接触位置よりも手前の位置にある状態で、前記型開閉装置による型閉工程と、前記射出装置による保圧工程とを完了させ、
    前記型閉工程の途中、前記可動金型が前記型閉工程の完了時の位置よりもさらに手前の位置にある状態で、前記射出装置による充填工程を開始させる、射出成形機。
  2. 前記コントローラは、前記型閉工程の途中、前記可動金型が前記型閉工程の完了時の位置よりもさらに手前の位置にある状態で、前記保圧工程を開始させる、請求項1に記載の射出成形機。
  3. 前記コントローラは、前記型閉工程の完了後、少なくとも前記保圧工程の完了まで、前記固定金型との接触位置よりも手前の位置に前記可動金型を保持する位置保持工程を実施する、請求項1または2に記載の射出成形機。
  4. 前記型開閉装置は、
    前記固定金型および前記可動金型の一方が取り付けられるプラテン部と、
    前記プラテン部と間隔をおいて連結されるサポート部と、
    前記サポート部によって支持されるトグル機構部と、
    前記トグル機構部を作動させることにより前記可動金型を移動させる駆動部と、
    前記プラテン部と前記サポート部との間隔を調整する型厚調整部とを備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の射出成形機。
  5. 前記コントローラは、前記駆動部の負荷に基づいて、前記トグル機構部の姿勢を設定する、請求項4に記載の射出成形機。
  6. 前記コントローラは、前記駆動部の負荷と、成形サイクル時間とに基づいて、前記トグル機構部の姿勢を設定する、請求項4または5に記載の射出成形機。
  7. 前記コントローラは、前記トグル機構部の姿勢が設定した姿勢になるように、前記型厚調整部によって前記プラテン部と前記サポート部との間隔を調整する、請求項5または6に記載の射出成形機。
  8. アラームを出力する出力装置を備え、
    前記コントローラは、前記駆動部の負荷が予め定めた許容負荷を超える場合に、前記出力装置を作動させる、請求項4〜7のいずれか1項に記載の射出成形機。
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