JP2019199025A - 射出装置、射出成形機および射出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型設計を複雑化することなく、キャビティ内の圧力を判定することができる射出装置および射出成形機を提供する。【解決手段】本実施形態による射出装置７は、型閉された第１金型１１と第２金型１２との間のキャビティに成形材料を射出する射出装置７であって、キャビティに供給されるガスの流量またはキャビティに供給される流体の供給圧力に基づいて、キャビティ内の圧力が或る圧力値に達したと判定する制御部を備える。【選択図】図２

Description

本発明による実施形態は、射出装置、射出成形機および射出装置の制御方法に関する。

射出成形機は、型締された複数の金型間にあるキャビティへ溶融樹脂を流し込むことによって樹脂を成形する。この射出成形において、樹脂に発泡剤を加える等により、樹脂を発泡させる発泡成形法が用いられている。発泡成形法では、キャビティ内の圧力が低い場合、射出工程において流動する溶融樹脂の先端部から発泡ガスが飛び出し、製品表面にスワールマーク等の外観不良が生じることがある。そこで、射出工程の前に、ガスの供給によりキャビティ内を発泡圧力以上に加圧するＣＰ（Counter Pressure）法が知られている。スワールマークの発生を抑制するためには、キャビティ内のガスの圧力制御が重要となる。例えば、金型に圧力センサを内蔵して、圧力制御をすることが知られている。

しかし、この場合、圧力センサのセンサ検知部がキャビティに面している必要があるため、金型設計が複雑化するという問題があった。センサ検知部がキャビティに面しない場合、例えば、ガスの供給配管の途中に圧力センサが取り付けられた場合、配管の圧力損失によりキャビティ内の圧力を正確に測定できない可能性がある。これにより、キャビティ内の圧力不足が発生すると、スワールマークが出る可能性がある。また、キャビティ内の圧力を発泡圧力以上の圧力にするために、ガス供給時間が必要以上に長く設定される可能性があり、無駄にサイクルタイムが伸びてしまう。

特開２００６−１５９８９８号公報

金型設計を複雑化することなく、キャビティ内の圧力を判定することができる射出装置、射出成形機および射出装置の制御方法を提供する。

本実施形態による射出装置は、型閉された第１金型と第２金型との間のキャビティに成形材料を射出する射出装置であって、キャビティに供給されるガスの流量またはキャビティに供給される流体の供給圧力に基づいて、キャビティ内の圧力が或る圧力値に達したと判定する制御部を備える。

第１実施形態による射出成形機の構成の一例を示すブロック図。 第１実施形態による射出装置、制御部、固定金型および移動金型の構成の一例を示すブロック図。 第１実施形態による射出成形機のＣＰ法の成形フローにおける動作を示す図。 キャビティ内の圧力、ガス圧力計の圧力値およびガス流量計の流量値の関係を示す模式図。 第２実施形態による射出成形機のＣＰ法の成形フローにおける動作を示す図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による射出成形機１の構成の一例を示すブロック図である。射出成形機１は、一連の射出成形動作を繰り返し実行可能な機械であり、例えば、成形品を１回成形する動作をサイクル動作として繰り返す。一連のサイクル動作を実行する時間をサイクルタイムという。

射出成形機１は、フレーム２と、固定盤３と、移動盤４と、タイバー５と、型締駆動機構６と、射出装置７と、制御部８と、押出機構９と、ヒューマン・マシン・インタフェース６０と、記憶部１１０と、射出圧力センサＳ１と、スクリュ位置センサＳ２とを備えている。

フレーム２は、射出成形機１の土台である。固定盤３は、フレーム２上に固定されている。固定盤３には、第１金型としての固定金型１１が取り付けられる。タイバー５の一端は、固定盤３に固定されており、その他端は、支持盤１０に固定されている。タイバー５は、固定盤３から移動盤４を通過して支持盤１０まで延びている。

移動盤４は、フレーム２に設けられたリニアガイド（図示せず）上に載置されている。移動盤４は、タイバー５またはリニアガイドに案内され、固定盤３に接近しあるいは固定盤３から離れるように移動することができる。移動盤４には、第２金型としての移動金型１２が取り付けられる。移動金型１２は、固定金型１１に対向しており、移動盤４とともに固定金型１１へ接近し、固定金型１１に組み合わされる。移動金型１２と固定金型１１とが合わされ接触することによって、移動金型１２と固定金型１１との間に製品形状に対応した空間が形成される。

型締駆動機構６は、トグル機構１３と、トグル機構駆動部１４とを備えている。トグル機構駆動部１４は、トグル機構１３を駆動するために、型締サーボモータ２１と、ボールねじ２２と、伝達機構２３とを備えている。ボールねじ２２の先端部には、クロスヘッド１５が取り付けられている。ボールねじ２２が回転することで、クロスヘッド１５が移動盤４に接近し、あるいは、移動盤４から離れるように移動する。伝達機構２３は、型締サーボモータ２１の回転をボールねじ２２に伝達し、クロスヘッド１５を移動させる。

トグル機構駆動部１４がクロスヘッド１５を移動させると、トグル機構１３が作動する。例えば、クロスヘッド１５が移動盤４へ向かって移動すると、移動盤４が固定盤３に向かって移動し、金型１１、１２の型締が行われる。逆に、クロスヘッド１５が移動盤４から離れる方向に移動すると、移動盤４が固定盤３から離れる方向に移動し、金型１１、１２の型開が行われる。

押出機構９は、成形後の製品を移動金型１２から取り外すために、押出サーボモータ７１と、ボールねじ７２と、伝達機構７３及び押出ピン７４とを備えている。押出ピン７４の先端部は、移動金型１２の内面に貫通している。ボールねじ７２が回転することによって、押出ピン７４が移動金型１２の内面に付着した製品を押し出す。伝達機構７３は、押出サーボモータ７１の回転をボールねじ７２に伝達し、ボールねじ７２が回転して押出ピン７４を図１の左右方向に移動させる。

射出装置７は、加熱バレル（バンドヒータ）４１と、スクリュ４２と、計量駆動部４３と、射出駆動部４４とを備えている。加熱バレル４１は、溶融状態の樹脂を、型締めされた金型のキャビティ内に注入するノズル４１ａを備える。加熱バレル４１は、ホッパ４５からの樹脂を加熱溶融しつつ貯えておき、その溶融樹脂をノズルから射出する。スクリュ４２は、加熱バレル４１の内部で回転しながらあるいは回転せずに移動可能に設けられている。計量工程において、スクリュ４２は回転し、スクリュ４２の回転量（移動距離）によってバレル４１から射出される溶融樹脂の射出量が計量され決定される。射出工程においては、スクリュ４２は、回転することなく移動し、溶融樹脂をノズルから射出する。

計量駆動部４３は、計量サーボモータ４６と、計量サーボモータ４６の回転をスクリュ４２に伝える伝達機構４７とを有する。計量サーボモータ４６が駆動され、加熱バレル４１内でスクリュ４２が回転されると、樹脂がホッパ４５から加熱バレル４１内に導入される。導入された樹脂は、加熱されかつ混練されながら加熱バレル４１の先端側に送られる。樹脂は、溶融されて加熱バレル４１の先端部分に貯えられる。計量時と逆方向にスクリュ４２を移動させることによって、溶融樹脂はバレル４１から射出される。このとき、スクリュ４２は、回転することなく移動し、溶融樹脂をノズルから押し出す。尚、本実施形態では、成形材料として溶融樹脂を用いているが、成形材料は溶融樹脂に限定されることはなく、金属、ガラス、ゴム、炭素繊維を含む炭化化合物などでもよい。

射出駆動部４４は、射出サーボモータ５１と、ボールねじ５２と、伝達機構５３とを有する。ボールねじ５２が回転することで、加熱バレル４１内でスクリュ４２が図１の左右方向に移動する。伝達機構５３は、射出サーボモータ５１の回転をボールねじ５２に伝達する。これにより、射出サーボモータ５１が回転すると、スクリュ４２が移動する。スクリュ４２が加熱バレル４１の先端部分に貯えられた溶融樹脂をノズル４１ａから押し出すことによって、溶融樹脂がノズル４１ａから射出される。

射出圧力センサＳ１は、バレル４１から金型へ溶融樹脂を充填する際の充填圧力や保圧工程における保圧圧力を検出する。射出工程においては、射出圧力センサＳ１は、バレル４１から金型への溶融樹脂料の射出圧力を検出する。保圧工程においては、射出圧力センサＳ１は、速度制御から圧力制御への保圧切替え後の溶融樹脂の保圧圧力を検出する。

スクリュ位置センサＳ２は、スクリュ４２の位置を検出する。スクリュ４２は、射出サーボモータ５１の回転に伴って移動するので、スクリュ位置センサＳ２は、射出サーボモータ５１の回転数や角度位置からスクリュ４２の位置を検出してもよい。所定の制御周期ごとにスクリュ４２の位置を検出することによって、スクリュ４２の速度や加速度が分かる。

ヒューマン・マシン・インタフェース（ＨＭＩ／Ｆ）６０は、射出成形機１に関する様々な情報を表示する。ＨＭＩ／Ｆ６０は、例えば、表示部およびキーボードを備えてもよく、あるいは、タッチパネル式ディスプレイであってもよい。ユーザは、ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて、射出成形機１の動作に関する指令等の設定を入力することができる。例えば、射出成形は、金型へ溶融樹脂を射出する射出工程と金型における溶融樹脂の保圧圧力を制御する保圧工程とによって製品を成形する。

制御部８は、射出工程中に各種センサ（図示せず）から受け取るセンサ情報を監視し、そのセンサ情報に基づいて射出装置７を制御する。また、制御部８は、ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて設定された上記設定値に従ってスクリュ４２を制御する。さらに、制御部８は、必要なデータを表示部１００に表示させる。尚、射出装置７が制御部８を備えていてもよい。

記憶部１１０は、射出成形機１の複数の動作情報を格納する。動作情報は、金型１１，１２、型締駆動機構６、あるいは、射出装置７の動作を示す情報である。尚、射出装置７が記憶部１１０を備えていてもよい。

図２は、第１実施形態による射出装置７、制御部８、固定金型１１および移動金型１２の構成の一例を示すブロック図である。以下では、キャビティは、型閉された固定金型１１と移動金型１２との間の空間を言う。

射出装置７は、ガス供給部１２０と、ガス排出部１３０と、ガス流量計１４０と、ガス圧力計１５０とをさらに備えている。

ガス供給部１２０は、ガス供給管１２１と、ガス供給バルブ１２２とを有する。ガス供給管１２１は、例えば、固定金型１１に設けられる。また、ガス供給バルブ１２２は、ガス供給管１２１に設けられる。ガス供給バルブ１２２は、例えば、制御部８により制御される。ガス供給部１２０は、射出工程の前にガス供給バルブ１２２を開くことにより、キャビティ内にガスを供給する。これにより、ガス供給部１２０は、キャビティ内の圧力を上げることができる。ガスは、例えば、空気であるが、不活性ガスであってもよい。尚、ガス供給管１２１は、固定金型１１および移動金型１２の少なくとも一方に設けられてもよい。

ガス排出部１３０は、ガス排出管１３１と、ガス排出バルブ１３２とを有する。ガス排出管１３１は、例えば、固定金型１１に設けられる。また、ガス排出バルブ１３２は、ガス排出管１３１に設けられる。ガス排出バルブ１３２は、例えば、制御部８により制御される。ガス排出部１３０は、射出工程の後にガス排出バルブ１３２を開くことにより、キャビティ内からガスを排出する。これにより、ガス排出部１３０は、キャビティ内の圧力を下げることができる。ガス排出部１３０は、例えば、大気開放によりキャビティ内からガスを排出する。尚、ガス排出管１３１は、固定金型１１および移動金型１２の少なくとも一方に設けられてもよい。また、ガス排出部１３０を設けず、ガス供給部１２０に真空ポンプを接続してキャビティ内からガスを排出してもよい。

ガス流量計１４０は、ガス供給管１２１に設けられ、キャビティに供給されるガスの流量を測定する。ガス流量計１４０は、測定した流量値を制御部８に送る。

ガス圧力計１５０は、ガス供給管１２１に設けられ、ガス流路の圧力を測定する。ガス圧力計１５０は、測定した圧力値を制御部８に送る。

制御部８は、ガス供給バルブ１２２、ガス排出バルブ１３２、ガス流量計１４０、ガス圧力計１５０、計量駆動部４３および射出駆動部４４に接続されている。制御部８は、ガス流量計１４０の流量値およびガス圧力計１５０の圧力値を受け取り、キャビティ内の圧力が或る圧力値に達したと判定する。キャビティ内の圧力が或る圧力値に達した場合、制御部８は、射出駆動部４４を制御して、射出装置７に発泡性溶融樹脂を射出させる。

射出装置７は、例えば、発泡成形法に用いられる。成形材料としては、発泡性溶融樹脂が用いられる。発泡性溶融樹脂は、発泡剤の添加等により発泡性を有する溶融樹脂である。発泡剤は、溶融樹脂に発泡ガスを供給することにより、溶融樹脂の内部に気泡を発生させる。これにより、製品の軽量化および材料削減をすることができる。また、射出装置７は、例えば、ＣＰ法に用いられる。ＣＰ法とは、発泡ガス以上のガス圧力を与える成形法である。例えば、射出装置７は、射出工程の前に、ガスの供給によりキャビティ内を発泡性溶融樹脂の発泡圧力以上に加圧する。発泡圧力とは、発泡性溶融樹脂に含まれる発泡ガスの圧力である。従って、射出装置７は、発泡ガスに対抗するガス圧力によって、射出工程において流動する発泡性溶融樹脂の表面から発泡ガスが飛び出すことを抑制する。従って、発泡性溶融樹脂の表面は、発泡ガスの飛び出しが抑制されたまま、金型１１，１２により冷やされて固化層を形成する。一方、発泡性溶融樹脂の内部は、射出工程においてすぐには固化しないため、未固化層である。射出工程の後、射出装置７は、供給されたガスをキャビティから抜く。ガス圧力が発泡圧力よりも低くなると、未固化層の発泡性溶融樹脂が発泡する。このように、ＣＰ法は、射出工程において、発泡性溶融樹脂の表面からの発泡ガスの飛び出しを抑制しつつ、その内部を発泡させることができる。その結果、製品表面にスワールマーク等の外観不良が発生することを抑制し、かつ、製品の軽量化または材料の削減をすることができる。尚、発泡成形法およびＣＰ法に限られず、射出装置７は、ガスの供給によりキャビティ内を加圧する場合に用いられてもよい。

次に、図３を参照して、ＣＰ法の成形フローについて説明する。

図３は、第１実施形態による射出成形機１のＣＰ法の成形フローにおける動作を示す図である。図３におけるＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれキャビティ内の実圧力、射出装置７の射出圧力およびコアバック動作における移動金型１２の移動距離を示す。射出圧力は、射出圧力センサＳ１が検出する圧力値である。

まず、型閉動作において、移動金型１２が固定金型１１に接近するように移動する。移動金型１２および固定金型１１が接触すると、ロックアップ（型締め）開始となる。

次に、ガス供給部１２０は、ロックアップ開始後のキャビティ内にガスを供給してキャビティ内の実圧力（Ｌ１）を上昇させる。

次に、制御部８は、ガス流量計１４０の流量値およびガス圧力計１５０の圧力値に基づいて、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）を監視する。制御部８は、ガス流量計１４０の流量値およびガス圧力計１５０の圧力値に基づいて、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）が発泡性溶融樹脂の発泡圧力以上の圧力値に達したと判定する。図３では、発泡性溶融樹脂の発泡圧力を０．７ＭＰａ、製品の不良が発生しづらい圧力値を１．０ＭＰａとしている。また、製品に不良が発生しづらい０．７ＭＰａから１．０ＭＰａまでの範囲内の任意の圧力値として、発泡性溶融樹脂の発泡圧力以上の圧力値（第１圧力値）を１．０ＭＰａとしている。すなわち、制御部８は、矢印Ａにおいて、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）が第１圧力値に達したと判定する。次に、ガス供給部１２０は、ガスの供給を止める。尚、制御部８によるキャビティ内の圧力の判定については、後で詳細に説明する。

次に、制御部８は、ロックアップ完了及びキャビティ内の実圧力（Ｌ１）が１．０ＭＰａに達したと判定した場合に、射出装置７に発泡性溶融樹脂を射出させる。これにより、ガス供給時間の無駄を削減して、サイクルアップすることができる。また、キャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達してから射出装置７が発泡性溶融樹脂を射出するため、スワールマーク等の外観異常の発生を抑制することができる。射出装置７による射出により、射出圧力（Ｌ２）が上昇する。

次に、充填の完了前に、ガス排出部１３０は、キャビティ内のガスを排出させ、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）を下げる。これは、キャビティ内のガスが断熱圧縮により高温になることを抑制し、製品の焼けを抑制するためである。また、後のコアバック動作において、発泡性溶融樹脂と金型１１，１２の内面との接触面におけるエア巻き込みを抑制するためでもある。尚、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）を下げるタイミングは、例えば、射出時間またはスクリュ４２の位置によって決められる。

次に、射出成形機１は、充填完了後にコアバック動作をする。コアバック動作とは、移動金型１２が固定金型１１から離れるように移動することにより、キャビティ内の容積を大きくする動作である。コアバック動作により、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）が下がる。キャビティ内の実圧力（Ｌ１）が発泡圧力である０．７ＭＰａよりも小さくなると、未固化層の発泡性溶融樹脂は発泡し始め、未固化層の気泡を拡大させることができる。これにより、製品の軽量化および材料削減をすることができる。

次に、図４を参照して、制御部８によるキャビティ内の圧力の判定について説明する。

図４は、キャビティ内の圧力、ガス圧力計１５０の圧力値およびガス流量計１４０の流量値の関係を示す模式図である。縦軸は、圧力値および流量値を示し、横軸は、ガス供給開始からの時間を示す。図４におけるＬ１は、図３におけるＬ１と同様に、キャビティ内の実圧力を示す。尚、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）は、ガスの供給による圧力の上昇を示している。図４におけるＬ４は、ガス圧力計１５０が示す圧力値を示す。Ｌ５，Ｌ６は、ガス流量計１４０の流量値を示す。

ガス供給部１２０がガスの供給を開始すると、ガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）が上昇する。さらに時間が経過すると、ガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）は、１．０ＭＰａに達する。キャビティ内の実圧力（Ｌ１）も、ガスの供給開始により上昇する。しかし、配管の圧力損失や長さにより、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）は、ガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）よりも遅れて１．０ＭＰａに達する。すなわち、ガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）が１．０ＭＰａに達してからキャビティ内の実圧力（Ｌ１）が１．０ＭＰａに達するまでの遅延時間が存在する。この遅延時間により、ユーザは、ガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）ではキャビティ内の実圧力（Ｌ１）が１．０ＭＰａに達したか否かを正確に判断することは難しい。

そこで、制御部８は、ガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）が１．０ＭＰａであり、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）が所定の条件を満たした場合に、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）が１．０ＭＰａに達したと判定する。例えば、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）は、ガスの供給開始により上昇する。しかし、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）が高くなるとキャビティ内にガスが入りづらくなる。従って、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）は、時間の経過に伴って上昇が緩やかになり、減少する。すなわち、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）は、ガスの供給開始によるガス流量計１４０の流量値の上昇と減少との間にピークを示す。さらに時間が経過すると、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）が１．０ＭＰａに達する。ガス供給側であるガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）とキャビティ内の実圧力（Ｌ１）とが略等しくなるため、キャビティへのガスの供給が止まる。すなわち、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）は略ゼロになる。従って、矢印Ａに示すように、制御部８は、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）がガス供給時間の経過に伴って減少して略ゼロになった場合に、キャビティ内の圧力が１．０ＭＰａに達したと判定する。すなわち、この場合の所定の条件は、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）がガス供給時間の経過に伴って減少して略ゼロになることである。

キャビティからガスの漏れが存在する場合、Ｌ６に示すように、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ６）は略ゼロにはならない場合がある。この場合、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ６）は、漏れるガスの流量に対応する流量値となり、時間の経過に対して略一定になる。従って、矢印Ａに示すように、制御部８は、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ６）がガス供給時間の経過に伴って減少してガス供給時間の経過に対して略一定になった場合に、キャビティ内の実圧力（Ｌ１）が１．０ＭＰａに達したと判定してもよい。すなわち、この場合の所定の条件は、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ６）がガス供給時間の経過に伴って減少してガス供給時間の経過に対して略一定になることである。また、制御部８は、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ６）がガス供給時間の経過に伴って減少してガス供給時間の経過に対して略一定になってから所定の期間が経過した場合に、キャビティ内の圧力が１．０ＭＰａに達したと判定してもよい。すなわち、この場合の所定の条件は、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ６）がガス供給時間の経過に伴って減少してガス供給時間の経過に対して略一定になってから所定の期間が経過することである。

また、ガス供給管１２１においてキャビティに接続する部分（ガスゲート）は、通常、樹脂の流れ込みを抑制するために狭く設計される。このガスゲートに樹脂が詰まった場合、キャビティ内にガスが入りづらくなる。この場合、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）が略ゼロまたは略一定になるまでの時間が延びる。また、金型１１，１２によっては、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）が略ゼロまたは略一定になるまでに長い時間がかかる場合もある。従って、判定の条件に閾値を設けてもよい。例えば、制御部８は、ガス流量計の流量値（Ｌ５）がガス供給時間の経過に伴って減少して第１流量値以下になった場合に、キャビティ内の圧力が１．０ＭＰａに達したと判定してもよい。すなわち、この場合の所定の条件は、ガス流量計の流量値（Ｌ５）がガス供給時間の経過に伴って減少して第１流量値以下になることである。

第１流量値は、例えば、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）のピーク値に対する所定の割合の流量値である。また、第１流量値は、ガス供給時間に対するガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）の変曲点における流量値であってもよい。この変曲点は、例えば、図４において、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）が上に凸から下に凸になる変曲点である。

また、制御部８は、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）のピークが生じてから第１判定期間が経過した場合に、キャビティ内の圧力が１．０ＭＰａに達したと判定してもよい。すなわち、この場合の所定の条件は、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）のピークが生じてから第１判定期間が経過することである。第１判定期間とは、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５）のピークが生じてからの待ち時間である。第１判定期間は、例えば、ユーザの経験則や勘により決定される。

判定のための所定の条件は、上記の条件を複数組み合わされてもよい。尚、組み合わされた場合の所定の条件は、複数の条件のいずれか一つが満たされることであってもよく、複数の条件の全てが満たされることであってもよい。また、ユーザは、例えば、ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて所定の条件を設定する。

以上のように、第１実施形態による射出装置７において、ガス供給部１２０は、型閉された固定金型１１と移動金型１２との間のキャビティにガスを供給する。ガス供給部１２０に設けられるガス流量計１４０は、キャビティに供給されるガスの流量を測定する。ガス供給部１２０に設けられるガス圧力計１５０は、ガス流路の圧力を測定する。制御部８は、ガス流量計１４０の流量値およびガス圧力計１５０の圧力値に基づいて、キャビティ内の圧力が発泡性溶融樹脂の発泡圧力以上の圧力値に達したと判定する。

これにより、射出装置７は、ガス流量計１４０およびガス圧力計１５０により、キャビティ内の圧力を監視することができる。さらに、射出装置７は、キャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達したと判定することができる。

もし、ガス圧力計１５０がキャビティ内に設けられる場合、ガス圧力計１５０のセンサ検知部をキャビティに面するようにする必要があるため、金型設計が複雑化してしまう。

これに対し、第１実施形態による射出装置７では、ガス流量計１４０およびガス圧力計１５０は金型１１，１２の外部に設けられる。従って、金型設計を複雑化することなく、キャビティ内の圧力を判定することができる。

第１実施形態による射出装置７は、キャビティ内の圧力を判定し、判定結果を射出開始の制御に利用する。これにより、射出装置７は、ガスゲートの詰まりが有る場合であっても、ガスの供給時間の無駄を削減して、サイクルアップすることができる。尚、ガスゲートの詰まりが無い場合であっても、同様に、ガスの供給時間の無駄を削減して、サイクルアップすることができる。

更に、第１実施形態による射出装置７では、ガス流量計１４０およびガス圧力計１５０を制御部８に容易に接続させることができる。また、記憶部１１０は、ガス流量計１４０の流量値およびガス圧力計１５０の圧力値を動作記録として記憶してもよい。これにより、品質管理を容易にすることができる。

（変形例１）
第１実施形態の変形例１は、制御部８が記憶部１１０に記憶された流量値に基づいてキャビティ内の圧力を判定する点で、第１実施形態とは異なる。

記憶部１１０は、ガス流量計１４０の流量値を記憶する。

制御部８は、ガス流量計１４０の流量値および記憶部１１０に記憶された流量値に基づいて、キャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達したと判定する。

変形例１による射出成形機１のその他の構成は、第１実施形態による射出成形機１の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

射出工程においてキャビティ内の圧力が十分であれば、製品表面のスワールマーク等の外観異常は抑制される。すなわち、製品は良品となる。従って、例えば、制御部８は、キャビティ内の圧力を判定する前に、製品が良品であった場合の流量値の動作記録を記憶部１１０から読み出す。次に、制御部８は、ガス流量計１４０の流量値が、製品が良品であった場合の射出時の流量値と略一致した場合に、キャビティ内の圧力値が発泡圧力以上の圧力値に達したと判定する。すなわち、この場合の所定の条件は、ガス流量計１４０の流量値が、製品が良品であった場合の射出時の流量値と略一致することである。

尚、製品が良品であった場合は、第１実施形態における判定の所定の条件に従って良品ができた場合であってもよく、ユーザの経験則や勘によりガス供給時間を決めて良品ができた場合であってもよい。

これにより、変形例１による射出装置７は、製品が良品であった場合と同じガス流量計１４０の流量値において射出を開始することができる。すなわち、射出装置７は、製品が良品であった場合と同じキャビティ内の圧力において射出を開始することができる。また、射出装置７は、射出工程ごとに圧力の判定を行う必要が無くなる。

（変形例２）
第１実施形態の変形例２は、キャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達したと判定される場合であっても、射出装置７に発泡性溶融樹脂を射出させないようにする点で、第１実施形態とは異なる。

制御部８は、ガス流量計１４０の流量値に基づいて、射出装置７に発泡性溶融樹脂を射出させないようにする。

変形例２による射出成形機１のその他の構成は、第１実施形態による射出成形機１の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

既述のように、ガスゲートに樹脂が詰まった場合、キャビティ内にガスが入りづらくなる。この詰まりの程度が大きくなると、ガス流量計１４０の流量値は、図４に示すＬ１の波形とは異なる波形を示す。

例えば、ガスゲートが完全に詰まっている場合、ガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）が発泡圧力以上の圧力値に達する短時間の間に、ガス流量計１４０の流量値はピークを示して略ゼロまたは略一定になる。すなわち、ガス流量計１４０の流量値のピーク値が小さい値となる。これは、ガスがキャビティに流れず、ガスゲートまでの配管の狭い空間までしかガスが供給されないためである。従って、キャビティ内の圧力は上昇しない。このように、ガス流量計１４０の流量値のピーク値からガスゲートの詰まりを判定することができる。

従って、制御部８は、ガス流量計１４０の流量値のピーク値が所定の下限値以下である場合、射出装置７に発泡性溶融樹脂を射出させないようにする。これにより、キャビティ内の圧力が低い状態における射出を止め、材料の無駄な消費を抑制することができる。

また、例えば、ガスゲートが部分的に詰まっている場合、既述のように、ガス流量計１４０の流量値が略ゼロまたは略一定になるまでの時間が延びるようになる。従って、キャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達するまで時間が延びる。このように、制御部８によってキャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達したと判定されるまでの時間から、ガスゲートの詰まりを判定することができる。ガスゲートが部分的に詰まっている場合であっても、制御部８は、キャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達したと判定し得る。しかし、ガス供給時間が延びるため、サイクルタイムが延びてしまう。

従って、制御部８は、第１タイムアウト期間内にキャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達したと判定しない場合、射出装置７に発泡性溶融樹脂を射出させないようにする。これにより、制御部８は、ガス供給時間が延びた場合に射出を止めることができる。尚、第１タイムアウト期間は、例えば、ガス流量計１４０の流量値のピークが生じてから第２タイムアウト期間が経過するまでの期間である。第２タイムアウト時間は、例えば、１サイクルの時間であり、約３０秒である。

以上のように、変形例２による制御部８は、ガス流量計１４０の流量値に基づいて、射出装置７に発泡性溶融樹脂を射出させないようにする。

従来、ガス圧力計１５０は金型１１，１２の外部にあるため、ガス供給時間は、ユーザの経験則や勘によって設定されている。従って、ユーザは、ガスゲートに詰まりが生じた場合、キャビティ内の圧力が発泡圧力以上の圧力値に達したか否かを判断することができない。よって、ユーザは、製品表面のスワールマーク等の外観異常を見ることにより、ガスゲートに詰まりが生じてキャビティ内の圧力が不十分であったと判断する。

これに対して、変形例２による射出装置７は、ガス流量計１４０の流量値に基づいてガスゲートの詰まりが生じたと判定する。さらに、射出装置７は、ガスゲートに詰まりが生じたと判定した場合、射出を止めることができる。これにより、材料の無駄な消費を抑制し、ガス供給時間が延びた場合に射出を止めることができる。

また、固定金型１１および移動金型１２は、ガスゲートに詰まりが生じたと判定されたタイミングにおいて、メンテナンスが行われてもよい。これにより、射出装置７は、ガスゲートの詰まりに対して安定して動作することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、充填完了後のキャビティ内の圧力が或る圧力値に達した場合に、制御部８がコアバック動作を開始させる。この点で、第２実施形態は、第１実施形態とは異なる。尚、「達した」とは、上回ったことおよび下回ったことを含む。

発泡成形法では、発泡性溶融樹脂の充填完了後に、コアバック動作が行われる。製品内部の気泡の寸法、形状等を精度良く制御するためには、適切なバレル４１内の圧力およびキャビティ内の圧力となるタイミングでコアバック動作を開始させる必要がある。コアバック動作は、例えば、充填完了時、または、タイマーにより充填完了から一定期間経過した時に行われる。

しかし、充填完了時では、バレル４１内の圧力が高い。従って、コアバック動作によりキャビティ内の圧力が減少すると、発泡性溶融樹脂がバレル４１からキャビティ内に流入してしまう。従って、製品内部の気泡の制御が困難になったり、製品の質量が変化してしまう。

また、樹脂の種類や製品形状によって、発泡性溶融樹脂の固化によるキャビティ内の圧力の減少速度がばらつく場合がある。従って、タイマーを用いる場合、コアバック動作時のキャビティ内の圧力がばらつき、製品毎に製品内部の気泡の寸法、製品の質量を均一化することが難しくなってしまう。

そこで、コアバック動作時において金型内への樹脂の流入を抑制し、かつ、製品毎に製品内部の気泡の寸法、製品の質量をより均一にすることができる射出装置および射出成形機を提供する。

射出圧力センサＳ１は、キャビティに供給される流体としての発泡性溶融樹脂の射出圧力（供給圧力）を測定する。射出圧力センサＳ１は、例えば、スクリュ４２に設けられるロードセルである。射出圧力センサＳ１は、測定した圧力値を制御部８に送る。

制御部８は、射出圧力センサＳ１の圧力値に基づいて、キャビティ内の圧力が第２圧力値に達したと判定した場合に、型締駆動機構６にキャビティの容積を拡大させる（コアバック動作）。第２圧力値は、図５を参照して後で説明するように、例えば、発泡圧力以上であり、発泡圧力になるべく近い圧力値である。尚、第２圧力値は、任意の圧力値であってもよい。

第２実施形態による射出成形機１のその他の構成は、第１実施形態による射出成形機１の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

図５は、第２実施形態による射出成形機１のＣＰ法の成形フローにおける動作を示す図である。図５における充填完了までの動作は、図３と同様である。既述のように、Ｌ２に示す射出圧力は、射出圧力センサＳ１の圧力値である。また、第２実施形態において、Ｌ４は、充填完了後の射出圧力を示す。Ｌ４１およびＬ４２は、それぞれ、減少速度が速い場合および遅い場合の射出圧力を示す。

充填完了後、キャビティの内部からバレル４１の内部までは、発泡性溶融樹脂で満たされている。従って、充填完了後の射出圧力センサＳ１の圧力値は、キャビティ内の圧力と略等しくなる。

図５に示すように、充填完了後、スクリュ４２は停止してキャビティ内の発泡性溶融樹脂の表面が固化するのを待つ。キャビティ内の発泡性溶融樹脂の表面が固化し始めると、キャビティ内の圧力が減少する。従って、発泡性溶融樹脂を介してキャビティ内と接続しているバレル４１内の圧力も減少して、射出圧力（Ｌ４）は減少する。

次に、射出圧力（Ｌ４）は、時間の経過とともに減少して第２圧力値に達する。射出圧力とキャビティ内の圧力とは略等しいため、制御部８は、充填後に射出圧力（Ｌ４）が減少して第２圧力値に達した場合に、型締駆動機構６にコアバック動作を開始させる。

射出圧力（Ｌ４）の減少速度は、樹脂の種類や製品形状によって異なる。例えば、樹脂の種類や製品形状によって樹脂の固化が速い場合、キャビティ内の圧力の減少速度が大きい。この場合、Ｌ４１に示すように、射出圧力の減少速度が大きくなる。一方、樹脂の固化が遅い場合、Ｌ４２に示すように、射出圧力の減少速度は小さくなる。

制御部８は、射出圧力（Ｌ４）の減少速度によらず、キャビティ内の圧力が第２圧力値に達した場合に、コアバック動作を開始させる。これにより、射出装置７は、キャビティ内の圧力の減少速度によらず、コアバック動作開始時のキャビティ内の圧力をより均一にすることができる。この結果、製品毎に製品内部の気泡の寸法、製品の質量をより均一にし、品質のばらつきを抑制した製品を安定して成形することができる。また、１サイクル毎における射出圧力のばらつきの影響を小さくすることができる。

第２圧力値は、なるべく低い圧力値に設定されることが好ましい場合がある。例えば、第２圧力値をなるべく低い圧力値に設定することにより、コアバック動作開始時における射出圧力（Ｌ４）、すなわち、バレル４１内の圧力を小さくすることができる。バレル４１内の圧力と略等しいキャビティ内の圧力は、コアバック動作により減少して大気圧となる。従って、コアバック動作開始時のバレル４１内の圧力を小さくすることにより、コアバック動作後の大気開放されたキャビティ内の圧力とバレル４１内の圧力との圧力差を小さくすることができる。これにより、コアバック動作時にバレル４１内から圧力の低いキャビティ内に樹脂が流入することを抑制することができる。樹脂がキャビティ内に流入すると、製品内部の気泡の制御が困難になったり、製品の質量が変化してしまう場合がある。従って、キャビティ内への樹脂の流入を抑制することにより、製品内部の気泡の制御が困難になったり、製品の質量が変化してしまうことを抑制することができる。

また、ＣＰ法では、ＣＰ法を用いない場合よりも、射出圧力（Ｌ４）およびキャビティ内の圧力が高くなる。この場合、コアバック動作時のキャビティの大気解放によって製品にかかる負荷が大きくなり、製品の表面が凹むアバタやエア巻き込み等の外観不良が出る場合がある。しかし、第２圧力値をなるべく低い圧力値に設定することにより、コアバック動作開始時のキャビティ内の圧力を低くすることができる。これにより、アバタやエア巻き込み等の外観不良を抑制することができる。

尚、第３実施形態による射出装置７は、ＣＰ法を用いない発泡成形法であってもよい。この場合、射出装置７は、ガス供給部１２０、ガス排出部１３０、ガス流量計１４０およびガス圧力計１５０を有さなくてもよい。

また、表示部１００は、射出圧力（Ｌ４）を表示してもよい。これにより、ユーザは、充填完了後のキャビティ内の圧力を知ることができる。

また、第２圧力値は、予め設定された範囲の上限値または下限値であってもよい。このとき、射出圧力が第２圧力値に達した場合とは、射出圧力が上限値を下回る、または、射出圧力が下限値を上回る場合、すなわち、射出圧力が予め設定された範囲内に達した場合であってもよい。

また、第２実施形態は、第１実施形態と組み合わせてもよく、単独で実施されてもよい。

（変形例３）
第２実施形態の変形例３は、キャビティ内の圧力の判定にガス圧力計１５０を用いる点で、第２実施形態と異なる。尚、第１実施形態では、配管の圧力損失が大きく、ガス圧力計１５０を用いてキャビティ内の圧力を判定することが難しかった。これは、短時間でキャビティ内を高圧にする必要があり、キャビティ内に供給されるガスの流速が速いためである。しかし、充填完了後では、発泡性溶融樹脂の固化によるキャビティ内の圧力の減少によって、ガス供給管１２１からキャビティ内にガスが流れる。この場合、キャビティ内に供給されるガスの流速が遅いため、樹脂の充填前のガス供給に比べて、配管の圧力損失は小さい。従って、第２実施形態では、ガス圧力計１５０を用いてキャビティ内の圧力を判定することができる。

ガス圧力計１５０は、キャビティに供給される流体としてのガスの供給圧力を測定する。

制御部８は、ガス圧力計１５０の圧力値に基づいて、キャビティ内の圧力が第２圧力値に達した場合に、型締駆動機構６にコアバック動作させる。

変形例３による射出成形機１のその他の構成は、第２実施形態による射出成形機１の対応する構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

発泡性溶融樹脂の充填中では、キャビティ内のガスは、図示しないガスベントによって排出され、発泡性溶融樹脂に置換される。充填完了後、キャビティの内部には発泡性溶融樹脂が満たされ、キャビティ内からガスはほぼ抜けきっている。しかし、ガス供給バルブ１２２は閉じられ、キャビティ内からガス圧力計１５０まではガスで満たされている。従って、充填完了後のガス圧力計１５０の圧力値は、キャビティ内の圧力と略等しくなる。すなわち、図５において、変形例３によるガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）は、第２実施形態による射出圧力（Ｌ４）とほぼ同様の振る舞いを示す。従って、図５について、その詳細な説明を省略する。

変形例３による射出装置７は、第２実施形態による射出装置７と同様に、キャビティ内の圧力の減少速度によらず、コアバック動作開始時のキャビティ内の圧力をより均一にすることができる。また、１サイクル毎におけるキャビティ内の圧力減少のばらつきの影響を小さくすることができる。

尚、変形例３は、第２実施形態と組み合わせても良い。この場合、キャビティ内の圧力の判定に用いる圧力計は、第１圧力計としての射出圧力センサＳ１および第２圧力計としてのガス圧力計１５０である。例えば、制御部８は、射出圧力センサＳ１およびガス圧力計１５０のいずれか一方、または、両方が第２圧力値に達した場合に、キャビティ内の圧力が第２圧力値に達したと判定する。

また、表示部１００は、ガス圧力計１５０が示す圧力値（Ｌ４）を表示してもよい。これにより、ユーザは、充填完了後のキャビティ内の圧力を知ることができる。

また、第２圧力値は、予め設定された範囲の上限値または下限値であってもよい。このとき、ガス圧力計１５０が示す圧力値が第２圧力値に達した場合とは、ガス圧力計１５０が示す圧力値が上限値を下回る、または、ガス圧力計１５０が示す圧力値が下限値を上回る場合、すなわち、ガス圧力計１５０が示す圧力値が予め設定された範囲内に達した場合であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 射出成形機、６ 型締駆動機構、７ 射出装置、８ 制御部、１１ 固定金型、１２ 移動金型、１１０ 記憶部、１２０ ガス供給部、１４０ ガス流量計、１５０ ガス圧力計、Ｓ１ 射出圧力センサ

Claims (16)

1. 型閉された第１金型と第２金型との間のキャビティに成形材料を射出する射出装置であって、
   前記キャビティに供給されるガスの流量または前記キャビティに供給される流体の供給圧力に基づいて、前記キャビティ内の圧力が或る圧力値に達したと判定する制御部を備える射出装置。
2. 前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方に設けられ、前記キャビティにガスを供給するガス供給部と、
   前記ガス供給部に設けられ、前記キャビティに供給されるガスの流量を測定する流量計と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記流量計の流量値が所定の条件を満たした場合に、前記キャビティ内の圧力が第１圧力値に達したと判定する、請求項１に記載の射出装置。
3. 前記制御部は、前記流量計の流量値がガス供給時間の経過に伴って減少してガス供給時間の経過に対して略一定になった場合に、前記キャビティ内の圧力が前記第１圧力値に達したと判定する、請求項２に記載の射出装置。
4. 前記制御部は、前記流量計の流量値がガス供給時間の経過に伴って減少して第１流量値以下になった場合に、前記キャビティ内の圧力が前記第１圧力値に達したと判定する、請求項２または請求項３に記載の射出装置。
5. 前記ガス供給部に設けられ、ガス流路の圧力を測定する圧力計をさらに備え、
   前記制御部は、前記圧力計の圧力値が前記第１圧力値であり、前記流量計の流量値が所定の条件を満たした場合に、前記キャビティ内の圧力が前記第１圧力値に達したと判定する、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の射出装置。
6. 前記制御部は、前記キャビティ内の圧力が前記第１圧力値に達したと判定した場合に、前記射出装置に前記成形材料を射出させる、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の射出装置。
7. 前記制御部は、ガスの供給開始による前気流量計の流量値の上昇と前記流量計の流量値の減少との間の前記流量計の流量値のピーク値が所定の下限流量値以下である場合、前記射出装置に前記成形材料を射出させない、請求項６に記載の射出装置。
8. 前記制御部は、第１タイムアウト期間内に前記キャビティ内の圧力が前記第１圧力値に達したと判定しない場合、前記射出装置に前記成形材料を射出させない、請求項６または請求項７に記載の射出装置。
9. 前記成形材料は、発泡性樹脂であり、
   前記第１圧力値は、前記発泡性樹脂の発泡圧力以上の圧力値である、請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の射出装置。
10. 前記キャビティに供給される流体の供給圧力を測定する圧力計をさらに備え、
    前記制御部は、前記圧力計の圧力値が第２圧力値に達した場合に、前記キャビティ内の圧力が前記第２圧力値に達したと判定する、請求項１に記載の射出装置。
11. 前記制御部は、前記キャビティ内の圧力が前記第２圧力値に達したと判定した場合に、前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方を移動させる型締機構に前記キャビティの容積を拡大させる、請求項１０に記載の射出装置。
12. 前記圧力計は、前記成形材料の射出圧力を測定する、請求項１０または請求項１１に記載の射出装置。
13. 前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方に設けられ、前記キャビティにガスを供給するガス供給部をさらに備え、
    前記圧力計は、前記ガス供給部に設けられ、ガス流路の圧力を測定する、請求項１０または請求項１１に記載の射出装置。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の射出装置を備える射出成形機。
15. 型閉された第１金型と第２金型との間のキャビティに成形材料を射出する射出装置であって、前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方に設けられ、前記キャビティにガスを供給するガス供給部と、前記ガス供給部に設けられ、前記キャビティに供給されるガスの流量を測定する流量計とを備える射出装置の制御方法であって、
    前記流量計の流量値が所定の条件を満たした場合に、前記キャビティ内の圧力が第１圧力値に達したと判定し、前記射出装置に前記成形材料を射出させることを具備する射出装置の制御方法。
16. 型閉された第１金型と第２金型との間のキャビティに成形材料を射出する射出装置であって、前記キャビティに供給される流体の供給圧力を測定する圧力計を備える射出装置の制御方法であって、
    前記圧力計の圧力値が第２圧力値に達した場合に、前記キャビティ内の圧力が前記第２圧力値に達したと判定し、前記第１金型および前記第２金型の少なくとも一方を移動させる型締機構に前記キャビティの容積を拡大させることを具備する射出装置の制御方法。

Images