JP2018069626A

JP2018069626A - 射出成形機

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Publication number: JP2018069626A
Application number: JP2016213817A
Authority: JP
Inventors: 一弥日置; Kazuya Hioki
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: JP6906926B2

Abstract

【課題】保圧工程でシリンダ内に残る成形材料の量の不足による保圧工程の中断を抑制できる、射出成形機の提供。【解決手段】成形材料を加熱するシリンダと、前記シリンダの内部に進退自在に且つ回転自在に配設されるスクリュと、前記スクリュの進退および回転を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、保圧工程で、前記スクリュの位置を監視し、前記スクリュの位置に基づき、前記スクリュを回転させる、射出成形機。【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機に関する。

特許文献１に記載の射出成形機のコントローラは、射出工程ではスクリュの前進速度が所定の設定速度となるように射出用のサーボモータを制御し、スクリュの位置がＶ／Ｐ切替位置に到達した時点で射出工程から保圧工程に切り換え、保圧工程ではスクリュの前端部における樹脂圧が保圧設定圧に保たれるように射出用のサーボモータを制御する。

特開２０１１-１８３７０５号公報

保圧工程では、シリンダ内に残る成形材料をスクリュで前方に押して、スクリュの前端部における成形材料の圧力を設定圧に保ち、シリンダ内に残る成形材料を金型装置に向けて押す。金型装置内での冷却収縮による不足分の成形材料を補充できる。

ところで、保圧工程終了時にシリンダ内に残る成形材料は、次回のショットで金型装置内に充填される。そのため、保圧工程終了時にシリンダ内に残る成形材料の量が多いほど、シリンダ内での滞留時間の長い成形材料の量が多くなる。滞留時間の長い成形材料は、熱によって劣化しやすく、成形品の品質の低下の原因になりうる。従って、保圧工程終了時にシリンダ内に残る成形材料の量は、できるだけ少なくしたい。

しかしながら、成形材料の逆流などが原因で、保圧工程で、シリンダ内に残る成形材料の量が不足することがある。保圧工程でスクリュが前進してクッション位置を越えると、シリンダ内に残る成形材料の量が不足するため、制御装置が保圧工程を中断していた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、保圧工程でシリンダ内に残る成形材料の量の不足による保圧工程の中断を抑制できる、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、
成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダの内部に進退自在に且つ回転自在に配設されるスクリュと、
前記スクリュの進退および回転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、保圧工程で、前記スクリュの位置を監視し、前記スクリュの位置に基づき、前記スクリュを回転させる、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、保圧工程でシリンダ内に残る成形材料の量の不足による保圧工程の中断を抑制できる、射出成形機が提供される。

一実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。一実施形態による制御装置の処理を示すフローチャートである。

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。

図１は、一実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。図１に示すように射出成形機は、型締装置１０と、射出装置４０と、制御装置９０とを有する。以下、充填時のスクリュ４３の移動方向（図１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中右方向）を後方として説明する。

型締装置１０は、金型装置３０の型閉、型締、型開を行う。金型装置３０は、固定金型３２と可動金型３３とを含む。型締装置１０は、固定金型３２が取付けられる固定プラテン１２と、可動金型３３が取付けられる可動プラテン１３とを有する。型締装置１０は、固定プラテン１２に対し可動プラテン１３を移動させることで金型装置３０の型閉、型締、型開を行う。

型締時に可動金型３３と固定金型３２との間にキャビティ空間３４が形成され、射出装置４０がキャビティ空間３４に液状の成形材料を充填する。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。キャビティ空間３４の数は複数でもよく、その場合、複数の成形品が同時に得られる。成形品は、型開後に、金型装置３０から取出される。

射出装置４０は、フレームＦｒに対し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内のキャビティ空間３４に成形材料を充填する。射出装置４０は、例えば、シリンダ４１、ノズル４２、スクリュ４３、冷却器４４、計量モータ４５、射出モータ４６、圧力検出器４７、加熱器４８、および温度検出器４９などを有する。

シリンダ４１は、供給口４１ａから内部に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の後部の外周には、水冷シリンダなどの冷却器４４が設けられる。冷却器４４よりも前方において、シリンダ４１の外周には、バンドヒータなどの加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。

シリンダ４１は、シリンダ４１の軸方向（図１中左右方向）に複数のゾーンに区分される。各ゾーンに加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。ゾーン毎に、温度検出器４９の検出温度が設定温度になるように、制御装置９０が加熱器４８を制御する。

ノズル４２は、シリンダ４１の前端部に設けられ、金型装置３０に対し押し付けられる。ノズル４２の外周には、加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。ノズル４２の検出温度が設定温度になるように、制御装置９０が加熱器４８を制御する。

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。スクリュ４３を回転させると、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料が前方に送られる。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。その後、スクリュ４３を前進させると、スクリュ４３前方に蓄積された液状の成形材料がノズル４２から射出され、金型装置３０内に充填される。

スクリュ４３の前部には、逆流防止リング５１が進退自在に取付けられる。逆流防止リング５１は、スクリュ４３を前進させるときに、スクリュ４３前方の成形材料の圧力によって後方に押され、成形材料の流路を塞ぐ閉塞位置まで後退する。これにより、スクリュ４３前方に蓄積された成形材料が後方に逆流するのを防止する。一方、逆流防止リング５１は、スクリュ４３を回転させるときに、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って前方に送られる成形材料の圧力によって前方に押され、成形材料の流路を開放する開放位置まで前進する。これにより、スクリュ４３の前方に成形材料が送られる。逆流防止リング５１は、スクリュ４３と共に回転する共回りタイプと、スクリュ４３と共に回転しない非共回りタイプのいずれでもよい。

計量モータ４５は、スクリュ４３を回転させる。スクリュ４３を回転させる駆動源は、計量モータ４５には限定されず、例えば油圧ポンプなどでもよい。

射出モータ４６は、スクリュ４３を進退させる。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などが設けられる。運動変換機構は、例えばねじ軸と、ねじ軸に螺合するねじナットとを有する。ねじ軸とねじナットの間には、ボールやコロなどが設けられてよい。スクリュ４３を進退させる駆動源は、射出モータ４６には限定されず、例えば油圧シリンダなどでもよい。

圧力検出器４７は、射出モータ４６とスクリュ４３との間で伝達される圧力を検出する。圧力検出器４７は、射出モータ４６とスクリュ４３との間の力の伝達経路に設けられ、圧力検出器４７に作用する圧力を検出する。

圧力検出器４７は、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。圧力検出器４７の検出結果は、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力、スクリュ４３に対する背圧、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力などの制御や監視に用いられる。

制御装置９０は、図１に示すようにＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２と、入力インターフェイス９３と、出力インターフェイス９４とを有する。制御装置９０は、記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、型締装置１０や射出装置４０を制御する。また、制御装置９０は、入力インターフェイス９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェイス９４で外部に信号を送信する。制御装置９０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内のキャビティ空間３４に充填させる。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を用いて検出する。エンコーダ４６ａは、射出モータ４６の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。スクリュ４３の位置が設定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。スクリュ４３の設定速度は、スクリュ４３の位置や時間などに応じて変更されてもよい。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が設定位置に達した後、その設定位置にスクリュ４３を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ４３の停止の代わりに、スクリュ４３の微速前進または微速後退が行われてもよい。

保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を前方に押し、スクリュ４３の前端部における成形材料の圧力（以下、「保圧圧力」とも呼ぶ。）を設定圧に保ち、シリンダ４１内に残る成形材料を金型装置３０に向けて押す。金型装置３０内での冷却収縮による不足分の成形材料を補充できる。保圧圧力は、例えば圧力検出器４７を用いて検出する。圧力検出器４７は、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。保圧圧力の設定値は、保圧工程の開始からの経過時間などに応じて変更されてもよい。

保圧工程では金型装置３０内のキャビティ空間３４の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間３４の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間３４からの成形材料の逆流が防止される。保圧工程後、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。成形サイクルの短縮のため、冷却工程中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を用いて検出する。エンコーダ４５ａは、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。

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を用いて検出する。圧力検出器４７は、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。スクリュ４３が設定位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が完了する。

ところで、保圧工程終了時にシリンダ４１内に残る成形材料は、次回のショットで金型装置３０内に充填される。そのため、保圧工程終了時にシリンダ４１内に残る成形材料の量が多いほど、シリンダ４１内での滞留時間の長い成形材料の量が多くなる。滞留時間の長い成形材料は、熱によって劣化しやすく、成形品の品質を低下させる原因になりうる。従って、保圧工程終了時にシリンダ４１内に残る成形材料の量は、できるだけ少なくしたい。しかしながら、成形材料の逆流（例えば逆流防止リング５１のシール漏れなど）などが原因で、保圧工程で、シリンダ４１内に残る成形材料の量が不足することがある。

そこで、本実施形態の制御装置９０は、保圧工程で、スクリュ４３の位置を監視して、スクリュ４３の位置に基づきスクリュ４３を回転させる。これにより、スクリュ４３の前方に成形材料が送られるため、保圧工程でシリンダ４１内に残る成形材料の量の不足による保圧工程の中断を抑制できる。

図２は、一実施形態による制御装置の処理を示すフローチャートである。図２に示すステップＳ１０１以降の処理は、保圧工程の開始条件が成立すると、開始される。保圧工程の開始条件は、例えばスクリュ４３がＶ／Ｐ切替位置に達していることである。

ステップＳ１０１では、スクリュ４３の回転を停止した状態で、保圧圧力が設定圧になるようにスクリュ４３を前方に押圧する。その結果、シリンダ４１から金型装置３０に成形材料が補充されると、スクリュ４３が前進するので、制御装置９０はステップＳ１０２を行う。尚、上述の如く、スクリュ４３の前端部における成形材料の設定圧は、保圧工程の開始からの経過時間などに応じて変更されてもよい。

ステップＳ１０２では、スクリュ４３の位置が設定位置よりも後方であるか否かをチェックする。スクリュ４３の位置は、例えば射出モータ４６のエンコーダ４６ａなどで検出する。スクリュ４３の位置は、射出モータ４６への電流指令などから算出することも可能である。設定位置は、予め試験などによって最適化され、記憶媒体９２に記憶されている。設定位置として、例えば従来から保圧工程で設定されているクッション位置が用いられてもよい。但し、設定位置は、クッション位置よりも後方の位置であってもよい。

ステップＳ１０２でスクリュ４３の位置が設定位置であるか、設定位置よりも前方である場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、シリンダ４１内に残る成形材料の量が不足しているので、制御装置９０はステップＳ１０３を行う。ステップＳ１０３では、スクリュ４３を回転させて、スクリュ４３の前方に成形材料を送る。スクリュ４３の回転数や回転時間などは、予め設定されてよく、スクリュ４３の位置や圧力検出器４７の検出値などに基づき適宜補正されてもよい。シリンダ４１内においてスクリュ４３前方に残る成形材料の量が所定量まで回復すると、制御装置９０はステップＳ１０４に進む。

一方、ステップＳ１０２でスクリュ４３の位置が設定位置より後方である場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、シリンダ４１内に残る成形材料の量が足りているので、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、保圧工程の終了条件が成立しているか否かをチェックする。保圧工程の終了条件は、例えば保圧工程の開始からの経過時間が設定時間に達していることである。

ステップＳ１０４で保圧工程の終了条件が成立していない場合（ステップＳ１０４、Ｎｏ）、制御装置９０はステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１以降の処理を続行する。

一方、ステップＳ１０４で保圧工程の終了条件が成立している場合（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、制御装置９０は今回の処理を終了する。保圧工程の終了後、冷却工程などが行われる。

次に、上記ステップＳ１０３について、より詳細に説明する。上記ステップＳ１０３は、上記ステップＳ１０２でスクリュ４３の位置が設定位置であるか、設定位置よりも前方である場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）に実施される。上記ステップＳ１０３において、制御装置９０は、例えば、下記（１）の処理、または下記（２）の処理を行う。

（１）制御装置９０は、スクリュ４３を所定位置で進退停止させると共に、スクリュ４３を回転させる。スクリュ４３を回転させると、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料が前方に送られる。前方に送られる成形材料の圧力によって、逆流防止リング５１が前方に押され閉塞位置から開放位置に移動すると、スクリュ４３の前方に成形材料が送られる。

例えば、制御装置９０は、スクリュ４３の位置が設定位置または設定位置よりも前方であることを検出した位置で、スクリュ４３を進退停止させると共に、スクリュ４３を回転させる。スクリュ４３のさらなる前進を防止でき、且つ、スクリュ４３の前方に成形材料を送ることができる。

また、制御装置９０は、スクリュ４３の位置が設定位置または設定位置よりも前方であることを検出すると、スクリュ４３を所定位置まで後退させて保圧圧力を低下してもよい。続いて、制御装置９０は、スクリュ４３を所定位置で進退停止させると共に、スクリュ４３を回転させる。保圧圧力を低下することで、逆流防止リングを閉塞位置から開放位置に移動する抵抗を低下でき、スクリュ４３の前方に成形材料を送りやすくなる。

制御装置９０は、スクリュ４３を所定位置で進退停止させる間、保圧圧力を設定圧に保持することを解除してよい。制御装置９０は、スクリュ４３の前方に成形材料を十分に送った後、保圧圧力を設定圧に保持することを再度実行してよい。

制御装置９０は、スクリュ４３を所定位置で進退停止させるため、射出モータ４６の各相の電気角が固定されるように射出モータ４６の電流指令を作成してもよいし、射出モータ４６の回転を停止させるブレーキ装置を作動させてもよい。ブレーキ装置としては、例えば電磁ブレーキなどが用いられる。

（２）制御装置９０は、スクリュ４３を前方に押して保圧圧力を設定圧に保持すると共に、スクリュ４３を回転させる。これにより、シリンダ４１内に残る成形材料を金型装置３０に向けて押す圧力を制御しながら、スクリュ４３の前方に成形材料を送ることができる。

例えば、制御装置９０は、スクリュ４３の位置が設定位置または設定位置よりも前方であることを検出したときの設定圧で、保圧圧力を保持すると共に、スクリュ４３を回転させる。シリンダ４１内に残る成形材料を金型装置３０に向けて押す圧力の低下を防止できる。

また、制御装置９０は、スクリュ４３の位置が設定位置または設定位置よりも前方であることを検出すると、保圧圧力を第１設定圧から第２設定圧に低下してもよい。第１設定圧は、スクリュ４３の位置が設定位置または設定位置よりも前方であることを検出した時点の設定圧である。続いて、制御装置９０は、スクリュ４３を前方に押して保圧圧力を第２設定圧で保持すると共に、スクリュ４３を回転させる。保圧圧力を第１設定圧から第２設定圧に低下することで、逆流防止リングを閉塞位置から開放位置に移動する抵抗を低下でき、スクリュ４３の前方に成形材料を送りやすくなる。

制御装置９０は、保圧圧力を設定圧に保持すると共にスクリュ４３を回転させる間、スクリュ４３の位置を監視し、スクリュ４３が所定位置まで後退すると、スクリュ４３の回転を停止してよい。スクリュ４３が所定位置まで後退することは、シリンダ４１内において、スクリュ４３前方の成形材料の量が所定量まで回復することを意味するからである。

制御装置９０は、保圧圧力を設定圧に保持すると共にスクリュ４３を回転させる間、スクリュ４３の位置を監視し、スクリュ４３がさらに前進する場合、スクリュ４３の回転数を大きくしてよい。スクリュ４３の回転数を大きくすることで、スクリュ４３の前方に送られる成形材料の流量を大きくでき、スクリュ４３の前進を抑制できる。

スクリュ４３を回転させる間に、スクリュ４３がさらに前進しうる場合、設定位置はクッション位置よりも後方の位置であってもよい。

制御装置９０は、保圧圧力を設定圧に保持すると共にスクリュ４３を回転させる間、スクリュ４３の位置を監視し、スクリュ４３が設定位置よりもさらに前進してクッション位置に達するかクッション位置を越えると、保圧工程を中断してもよい。

また、制御装置９０は、保圧圧力を設定圧に保持すると共にスクリュ４３を回転させる間、スクリュ４３の位置を監視し、スクリュ４３が設定位置よりもさらに前進して所定位置に達するか所定位置を越えると、スクリュ４３の進退を停止させると共にスクリュ４３を回転させてもよい。この場合、制御装置９０は、上記（１）の処理と上記（２）の処理を両方行うことになる。尚、上記（１）の処理と上記（２）の処理の両方が行われる場合、その順序は特に限定されず、どちらの処理が先であってもよい。

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、上記実施形態の逆流防止リング５１は、スクリュ４３前方の成形材料の圧力によって後退し、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って前方に送られる成形材料の圧力によって前進するが、本発明はこれに限定されない。射出装置４０は、逆流防止リング５１を開放位置と閉塞位置との間で進退させる駆動源を有していてもよい。

４０射出装置
４１シリンダ
４２ノズル
４３スクリュ
４５計量モータ
４６射出モータ
４７圧力検出器
９０制御装置

Claims

成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダの内部に進退自在に且つ回転自在に配設されるスクリュと、
前記スクリュの進退および回転を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、保圧工程で、前記スクリュの位置を監視し、前記スクリュの位置に基づき、前記スクリュを回転させる、射出成形機。
前記制御装置は、保圧工程で、前記スクリュの位置を監視し、前記スクリュの位置に基づき、前記スクリュを回転させることにより前記スクリュの前方に前記成形材料を送る、請求項１に記載の射出成形機。
前記制御装置は、前記保圧工程で、前記スクリュの位置を監視し、前記スクリュの位置に基づき、前記スクリュを所定位置で進退停止させると共に、前記スクリュを回転させる、請求項１または２に記載の射出成形機。
前記制御装置は、前記保圧工程で、前記スクリュの位置を監視し、前記スクリュの位置に基づき、前記スクリュを所定位置まで後退させて前記スクリュの前端部における前記成形材料の圧力を低下し、続いて、前記スクリュを前記所定位置で進退停止させると共に、前記スクリュを回転させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形機。
前記制御装置は、前記保圧工程で、前記スクリュの位置を監視し、前記スクリュの位置に基づき、前記スクリュを前方に押して前記スクリュの前端部における前記成形材料の圧力を設定圧で保持すると共に、前記スクリュを回転させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形機。
前記制御装置は、前記保圧工程で、前記スクリュの位置を監視し、前記スクリュの位置に基づき、前記スクリュの前端部における前記成形材料の圧力を第１設定圧から第２設定圧に低下し、続いて、前記圧力を前記第２設定圧で保持すると共に、前記スクリュを回転させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の射出成形機。