JP2020040234A - 射出装置および射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させ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、第１金型および第２金型の少なくとも一方に設けられ、キャビティにガスを供給するガス供給部と、ガス供給部に設けられ、キャビティに供給されるガスの流量を測定する流量計と、流量計の流量値に基づいて、第１金型および第２金型の型閉動作の開始から型締完了までの間のキャビティにガスの供給を開始する供給開始タイミングまたは供給開始金型位置を算出する制御部と、を備え、供給開始タイミングは、第１金型および第２金型の型閉動作の開始から型締完了までの間における時点であり、供給開始金型位置は、供給開始タイミングにおける第１金型および第２金型の位置である。【選択図】図２

Description

本発明による実施形態は、射出装置および射出成形機に関する。

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、キャビティ内の実圧力が低い場合、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。キャビティ内を加圧するために、例えば、まず、金型を型締する。型締後、キャビティ内にガスを供給して、キャビティ内をさらに加圧する。

しかし、この場合、型締に時間がかかり、さらに、型締後のガス供給にも時間がかかってしまう。従って、成形品を１回成形する動作に要する時間であるサイクルタイムが長く、生産効率が低いという問題があった。

特開２００６−１５９８９８号公報

サイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させることができる射出装置および射出成形機を提供する。

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、第１金型および第２金型の少なくとも一方に設けられ、キャビティにガスを供給するガス供給部と、ガス供給部に設けられ、キャビティに供給されるガスの流量を測定する流量計と、流量計の流量値に基づいて、第１金型および第２金型の型閉動作の開始から型締完了までの間のキャビティにガスの供給を開始するガスの供給開始タイミングまたは供給開始金型位置を算出する制御部と、を備え、ガスの供給開始タイミングは、第１金型および第２金型の型閉動作の開始から型締完了までの間における時点であり、供給開始金型位置は、ガスの供給開始タイミングにおける第１金型および第２金型の位置である。

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ＣＰ法の成形フローにおける射出成形機の動作を示す図。 第１流量試験におけるキャビティ内の実圧力、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グラフ。 第２流量試験におけるキャビティ内の実圧力、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グラフ。 第１実施形態による固定金型および移動金型のガスの供給開始タイミングにおける位置を示す図。

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。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との間に設けられる。尚、型閉前であっても、固定金型１１と移動金型１２との間をキャビティと呼ぶ場合がある。

射出装置７は、例えば、発泡成形法に用いられる。従って、成形材料として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、発泡ガスに対抗するガス圧力を与えて溶融樹脂の表面における発泡を抑制しつつその内部を発泡させて製品を成形する方法である。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、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を発泡圧力よりも高くすることによって、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。これにより、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、発泡性溶融樹脂の表面は、金型１１，１２により冷やされて内部より先に固化層を形成する。即ち、射出装置７は、発泡性溶融樹脂の表面が固化する前に、発泡ガスが発泡性溶融樹脂の表面から飛び出すことを抑制する。これにより、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することができる。

一方、発泡性溶融樹脂の内部は、固化に時間がかかるため、表面より遅れて固化する。射出装置７は、発泡性溶融樹脂の表面の固化後、発泡性溶融樹脂の内部の固化前に、供給されたガスをキャビティから抜く。これにより、ガス圧力が発泡圧力よりも低くなり、発泡性溶融樹脂の内部を発泡させる。

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。

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、キャビティ内の実圧力を上げ、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、キャビティ内の実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と接続する。制御部８は、ガス流量計１４０の流量値に基づいて、キャビティにガスの供給を開始するガスの供給開始タイミングを算出する。本実施形態において、ガスの供給開始タイミングは、固定金型１１および移動金型１２の型閉動作の開始後、固定金型１１および移動金型１２が接触すると推測される時点に設定されている。これにより、ガスの無駄なく、効率よくガスを供給することができる。型閉動作とは、固定金型１１から離れた移動金型１２を固定金型１１に接近させて、金型を閉じる動作である。型締動作とは、固定金型１１と移動金型１２とが接触してから、さらに移動金型１２を固定金型１１に押圧する動作である。型締動作は、型閉動作に含めてもよい。この場合、型締完了は型閉完了と同じ時点となる。上述のように、本実施形態では、ガスの供給開始タイミングは、固定金型１１および移動金型１２が接触する型締動作の開始時に設定されている。従って、射出装置７は、ガスの供給開始タイミングを型締完了後に設定した場合よりも早くガスの供給を開始して、型締動作とガス供給とを並行して行う。これにより、射出装置７は、サイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させることができる。制御部８は、ガスの供給開始タイミングにおいて、ガス供給部１２０にガスを供給させる。これにより、射出装置７は、算出したガスの供給開始タイミングにおいて自動でガスの供給を開始することができる。また、制御部８は、型締およびガス供給によるキャビティ内の加圧後、計量駆動部４３および射出駆動部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。尚、ガスの供給開始タイミングは、ＣＰ法による射出成形の前に算出される。ガスの供給開始タイミングの算出については、図４および図５を参照して後で詳細に説明する。

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ＣＰ法の成形フローにおける射出成形機１の動作を示す図である。図３は、本実施形態における成形フロー（Ａ）および比較例における成形フロー（Ｂ）を示している。図３におけるＬ１Ａ，Ｌ２Ａ，Ｌ３Ａ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。Ｌ１Ｂは、型締完了後にガスを供給開始した場合のキャビティ内の実圧力を示す。尚、成形フロー（Ｂ）における射出装置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の移動距離は図３には示していない。

成形フロー（Ａ）に示すように、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。ｔ１において、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。すなわち、ｔ１において、型締動作が始まる。ガス供給部１２０は、固定金型１１および移動金型１２が接触する時に（型締開始時に）、キャビティ内にガスを供給開始する。ガスの供給により、ｔ１においてキャビティ内の実圧力（Ｌ１Ａ）が上昇する。

次に、ｔ２において型締が完了し、ガス供給時間が経過すると、キャビティ内の実圧力（Ｌ１Ａ）は、発泡性溶融樹脂の発泡圧力以上の設定圧力値になる。キャビティ内の実圧力が或る上限値より大きいと不良が発生しやすくなる場合がある。従って、設定圧力値には、上限がある。設定圧力値は、製品に不良が発生しづらい範囲内（即ち、発泡圧力以上かつ上限圧力値以下）の任意の圧力値でよい。図３では、発泡性溶融樹脂の発泡圧力を、一例として、０．７ＭＰａ、圧力の上限値を、一例として、１．０ＭＰａとしている。設定圧力値は、０．７ＭＰａから１．０ＭＰａまでの範囲内の任意の圧力値としている。以下、設定圧力値は、例えば、１．０ＭＰａであるとして説明している。

次に、射出装置７は、ガス供給時間の経過後、ｔ３において発泡性溶融樹脂をキャビティに射出する。これにより、射出圧力（Ｌ２Ａ）が上昇する。

次に、射出開始後、充填の完了前のｔ４において、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（Ｌ１Ａ）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。さらに、後のコアバック動作において、エア巻き込みを抑制するためでもある。コアバック動作において、移動金型１２は、固定金型１１から離れるように、すなわち、金型１１，１２が開くように移動する。エア巻き込みは、キャビティ内の加圧されたガスが金型１１，１２の接触面から急に抜け出て、成形品に負荷がかかり、成形品の表面に凹凸が生じることである。

次に、射出成形機１は、ｔ５において、コアバック動作を開始する。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（Ｌ１Ａ）が下がる。キャビティ内の実圧力（Ｌ１Ａ）が発泡圧力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。

本実施形態における成形フロー（Ａ）と比較例における成形フロー（Ｂ）との違いは、ガスの供給開始タイミングである。成形フロー（Ｂ）に示すように、比較例では、型閉動作の完了後、すなわち、型締完了後のｔ２において、ガス供給部１２０はキャビティにガスを供給する。従って、Ｌ１Ｂに示すように、型締完了後のｔ２においてキャビティ内の実圧力（Ｌ１Ｂ）が上昇する。

一方、本実施形態における成形フロー（Ａ）では、射出成形機１は型締動作とガス供給とを並行して行うため、成形フロー（Ｂ）よりも射出工程およびコアバック動作のタイミングが早い。すなわち、本実施形態における成形フロー（Ａ）は、比較例における成形フロー（Ｂ）よりもサイクルタイムが短い。

次に、図４および図５を参照して、制御部８によるガスの供給開始タイミングの算出について説明する。

上記のように、制御部８は、ＣＰ法による射出成形の前に、ガス流量計１４０の流量値に基づいてガスの供給開始タイミングを算出する。第１実施形態において、ガスの供給開始タイミングは、固定金型１１および移動金型１２が接触する時（図３のｔ１）に設定される。制御部８は、図４に示す第１流量試験および図５に示す第２流量試験により、金型１１，１２が接触する時（図３のｔ１）を算出する。後で説明するように、制御部８は、第１流量試験において図４に示す第１期間Ｘａを算出し、第２流量試験において図５に示す第２期間Ｘｃを算出する。制御部８は、第１期間Ｘａおよび第２期間Ｘｃに基づいて、第３期間Ｙ２を算出する。第３期間Ｙ２が経過する時は、金型１１，１２が接触する時（図３のｔ１）と推測される。従って、ガスの供給開始タイミングは、第３期間Ｙ２が経過する時に設定される。尚、第１流量試験および第２流量試験は、ＣＰ法による射出成形の前に実施される。また、算出されたガスの供給開始タイミングは、記憶部１１０に記憶される。以下では、第１流量試験および第２流量試験について詳細に説明する。

（第１流量試験）
図４は、第１流量試験におけるキャビティ内の実圧力、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グラフである。縦軸は圧力値および流量値を示し、横軸はガスの供給開始からの時間を示す。Ｌ１１，Ｌ４１，Ｌ５１は、それぞれキャビティ内の実圧力、ガス圧力計１５０の圧力値およびガス流量計１４０の流量値を示す。

第１流量試験の開始時において、型閉動作前の固定金型１１および移動金型１２は開いている。まず、ガス供給部１２０は、第１流量試験において、型閉動作前のキャビティに略一定の流量のガスを供給する。ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）は、ｔ１０においてガスの供給開始により上昇し、時間の経過により安定し、略一定になる。ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）は、例えば、供給流量の上限において略一定になる。図４では、供給流量の上限を、一例として、１０Ｌ／ｍｉｎとしている。また、ｔ１０においてガスを供給開始するが、固定金型１１および移動金型１２は接触していないため、供給されたガスはキャビティから抜け、ガス圧力計１５０の圧力値（Ｌ４１）は上がらない。従って、キャビティ内の実圧力（Ｌ１１）も略ゼロである。

次に、ｔ１１において、移動金型１２は型閉動作を開始する。固定金型１１および移動金型１２が接触していない間は、供給されたガスがキャビティから抜けるため、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）は略一定である。しかし、ｔ１２において移動金型１２が固定金型１１と接触してキャビティ内が密封されると、ガスがキャビティから抜けないため、キャビティ内の実圧力（Ｌ１１）が上昇し始める。キャビティ内が密封されてキャビティ内の実圧力（Ｌ１１）が上昇すると、ガスがキャビティ内に入りづらくなるため、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）は減少し始める。しかし、配管の圧力損失やガス流量計１４０の流量値の遅れ等により、ガス流量計１４０の流量値は、ｔ１２から遅れて減少し始める。ガス流量計１４０の流量値の遅れとは、ガス流量計１４０が金型１１，１２から離れているために、キャビティ内の実圧力（Ｌ１１）の増大に対してガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）の減少が遅れることである。図４に示すように、ｔ１２から期間Ｘｂを経過したｔ１３において、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）は減少し始める。また、キャビティ内の実圧力（Ｌ１１）がさらに高くなると、キャビティ内にガスがさらに入りづらくなる。従って、ｔ１３以降においてガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）は減少する。さらに時間が経過すると、ｔ１４においてキャビティ内の実圧力（Ｌ１１）が設定圧力値（例えば、１．０ＭＰａ）に達する。ガス供給側であるガス圧力計１５０の圧力値（Ｌ４１）とキャビティ内の実圧力（Ｌ１１）とが略等しくなり、キャビティへのガスの供給が止まる。すなわち、ｔ１４においてガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）は略ゼロになる。

制御部８は、第１流量試験において、型閉動作の開始からガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）が減少し始めるまでの第１期間Ｘａを算出または測定する。第１期間Ｘａは、型閉動作の開始（ｔ１１）から固定金型１１および移動金型１２が接触（ｔ１２）するまでの期間（図４における期間Ｙ）と、配管の圧力損失やガス流量計１４０の流量値の遅れ等によるロスタイム（図４における期間Ｘｂ）とを足した期間である。配管の圧力損失やガス流量計１４０の流量値の遅れ等によるロスタイムとは、固定金型１１および移動金型１２が接触（ｔ１２）してから、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５１）が減少する（ｔ１３）までの期間である。ロスタイムの期間Ｘｂは、配管の圧力損失によって、キャビティ内の実圧力の上昇がガス圧力計１５０の圧力値の上昇よりも遅いために生じる。さらに、ロスタイムの期間Ｘｂは、上述のように、ガス流量計１４０の流量値の遅れによっても生じる。一方、ガス供給部１２０の個数が多いほど、配管の圧力損失は小さく、ロスタイムの期間Ｘｂは短くなる。

（第２流量試験）
図５は、第２流量試験におけるキャビティ内の実圧力、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グラフである。第１流量試験では、ガスを供給している状態から型閉動作が始まる。これに対して、第２流量試験では、すでに金型１１，１２が閉じてキャビティ内が密封された状態からガスの供給が始まる。第２流量試験では、移動金型１２は移動しなくてもよく、例えば、型締完了の状態で実施される。縦軸は圧力値および流量値を示し、横軸はガスの供給開始からの時間を示す。Ｌ１２，Ｌ４２，Ｌ５２は、それぞれキャビティ内の実圧力、ガス圧力計１５０の圧力値およびガス流量計１４０の流量値を示す。

第２流量試験の開始時において、固定金型１１および移動金型１２は型締されている。まず、ガス供給部１２０は、第２流量試験において、型締されたキャビティにガスを供給する。ｔ２０において、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５２）は、ガスの供給開始により上昇する。また、ガス圧力計１５０の圧力値（Ｌ４２）は、ｔ２０においてガスの供給開始により上昇し、設定圧力値（１．０ＭＰａ）に達する。固定金型１１および移動金型１２は接触しているため、ガスの供給開始によりキャビティ内の実圧力（Ｌ１２）も上昇する。キャビティ内の実圧力（Ｌ１２）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（Ｌ５２）は、ガス供給開始から第２期間Ｘｃが経過すると、ｔ２１において減少する。図５では、一例として、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５２）は、ｔ２１においてピークを示して減少する。さらに時間が経過すると、ｔ２２においてキャビティ内の実圧力（Ｌ１２）が設定圧力値（１．０ＭＰａ）に達する。ガス供給側であるガス圧力計１５０の圧力値（Ｌ４２）とキャビティ内の実圧力（Ｌ１２）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、ｔ２２においてガス流量計１４０の流量値（Ｌ５２）は略ゼロになる。尚、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５２）は、ピークを示さずに、略一定になってもよい。この場合、ｔ２１のタイミングは、ガス流量計１４０の流量値（Ｌ５２）が略一定から減少し始める時である。

制御部８は、第２流量試験において、キャビティへのガスの供給開始（ｔ２０）からガス流量計１４０の流量値（Ｌ５２）が減少し始める（ｔ２１）までの第２期間Ｘｃを算出または測定する。第２期間Ｘｃは、ガスの供給開始から、キャビティへのガスの流入量がキャビティの最大の流入量に或る程度近づくまでの時間である。一方、図４に示すロスタイムの期間Ｘｂは、ガスがキャビティ内に入り始める時における、配管の圧力損失やガス流量計１４０の流量値の遅れにより生じる期間である。従って、第２期間Ｘｃには、ロスタイムの期間Ｘｂが含まれる。すなわち、第２期間Ｘｃは、上述した配管の圧力損失やガス流量計１４０の流量値の遅れ等によるロスタイムの期間Ｘｂよりも長い。

次に、制御部８は、第１期間Ｘａから第２期間Ｘｃを引いた第３期間Ｙ２（Ｙ２＝Ｘａ−Ｘｃ）を算出する。上述のように、第２期間Ｘｃにはロスタイムの期間Ｘｂが含まれるため、第３期間Ｙ２は、ロスタイムの期間Ｘｂが引かれている。

ガスの供給開始タイミングは、型閉動作の開始から第３期間Ｙ２が経過した時である。第３期間Ｙ２が経過した時は、図４のｔ１２における、金型１１，１２の接触時あるいは型締開始時と推測される。制御部８はガスの供給開始タイミングを金型接触時あるいは型締開始時と推測される時点に設定する。従って、本実施形態によれば、ガスによる加圧が可能となる金型１１，１２の接触時から遅延することなく、ガスの供給を開始することができる。その結果、金型１１，１２の接触時からガス供給を型締動作と並行して行うことにより、早くキャビティ内の加圧を完了することができる。これにより、サイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させることができる。

上述のように、第２期間Ｘｃはロスタイムの期間Ｘｂよりも長いため、第３期間Ｙ２（Ｙ２＝Ｘａ−Ｘｃ）は期間Ｙ（Ｙ＝Ｘａ−Ｘｂ）よりも短い。従って、第３期間Ｙ２の始点を型閉動作の開始（ｔ１１）をとすると、第３期間Ｙ２の終点は、金型１１，１２が接触するｔ１２より前になる。この場合、ガスの供給開始から短時間のうちに金型１１，１２が接触する。一方、配管の圧力損失やガス流量計１４０の流量値の遅れの大きさによっては、第２期間Ｘｃがロスタイムの期間Ｘｂに近い値になる場合がある。この場合、第３期間Ｙ２が期間Ｙに近い値になる。従って、ガスの供給開始のタイミングは、金型１１，１２が接触する時（ｔ１２）に近づく。

図６は、第１実施形態による固定金型１１および移動金型１２のガスの供給開始タイミングにおける位置を示す図である。図６は、金型の接触時点（図３のｔ１）における固定金型１１および移動金型１２の状態を示している。図６を参照して、ガスの供給開始タイミングについてさらに説明する。

図６に示すように、移動金型１２において固定金型１１と接触する接触面には、パッキン１６０が設けられている。固定金型１１および移動金型１２がパッキン１６０を介して接触することにより、パッキン１６０はキャビティ内を密封する。図６は、型閉動作中において、固定金型１１および移動金型１２がパッキン１６０を介して接触する状態を示す。この状態が金型の接触時点（図３のｔ１）の状態である。尚、パッキン１６０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、パッキン１６０は、キャビティ内を密封することができる、弾性体等であってもよい。

図６に示すように、型閉動作中に金型１１，１２が接触し、キャビティ内が密封された時（図３のｔ１）に、図３における成形フロー（Ａ）のガス供給が開始される。

成形サイクルが繰り返されると、パッキン１６０が劣化する場合がある。この場合、キャビティ内が密封される、適切なガスの供給開始タイミングがサイクルの繰り返しによって変化する可能性がある。従って、成形サイクルの繰り返しによるパッキン１６０の劣化を考慮して、第１流量試験および第２流量試験は、例えば、１日の最初の成形の前に実施される。その日１日は、ＣＰ法による射出成形において、その日に算出されたガスの供給開始タイミングが用いられる。また、例えば、パッキン１６０が交換された場合においても、第１流量試験および第２流量試験は実施される。これにより、パッキン１６０の劣化等の状態を考慮して、適切なガスの供給開始タイミングを設定することができる。

尚、これまで、第１期間Ｘａ、第２期間Ｘｃ、第３期間Ｙ２およびガスの供給開始タイミングを時間として説明した。しかし、型締駆動機構６が移動金型１２の移動を制御しているため、時間を型開量（移動距離）に換算することができる。従って、第１期間Ｘａ、第２期間Ｘｃ、第３期間Ｙ２およびガスの供給開始タイミングは、移動金型１２の型開量（移動距離）または位置であってもよい。この場合、換算後のガスの供給開始タイミングである供給開始金型位置は、ガスの供給開始タイミングにおける固定金型１１および移動金型１２の位置である。

また、第１流量試験および第２流量試験は、実施する順番は限定されず、いずれかを先に実施してもよい。

また、ガスの供給開始タイミングは、型閉動作の開始から型締完了までの間の任意の時点であってもよい。例えば、ガスの供給開始タイミングは、型閉動作の開始から第１期間Ｘａが経過した時であってもよい。第１期間Ｘａには、配管の圧力損失やガス流量計１４０の流量値の遅れ等によるロスタイムの期間Ｘｂが含まれる。しかし、型締動作と並行してガス供給をすることができるため、サイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させることができる。さらに、第２流量試験を省略して、より簡易にガスの供給開始タイミングを算出することができる。

また、上記のように第２流量試験を省略する場合において、ユーザは、金型１１，１２が接触する時と第１期間Ｘａの経過する時とがずれていると判断した場合、第１期間Ｘａを補正してもよい。例えば、制御部８は、第１期間Ｘａから所定の期間を引いた第１補正期間を算出する。所定の期間は、ユーザの経験則や勘によって設定されても良い。この場合、ガスの供給開始タイミングは、型閉動作の開始から第１補正期間が経過した時である。第１補正期間が経過する時は、第１期間Ｘａが経過する時よりも、所定の期間だけ、金型１１，１２が接触する時に近づく。従って、補正前よりも、ガスの無駄を抑制しつつ、ガスの供給開始を早くすることができる。この場合でも、型締動作と並行してガス供給をすることができるため、サイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させることができる。さらに、第２流量試験を省略して、より簡易にガスの供給開始タイミングを算出することができる。

以上のように、第１実施形態によれば、制御部８は、ガス流量計１４０の流量値に基づいて、固定金型１１および移動金型１２の型閉動作の開始から型締完了までの間に設定されたガスの供給開始タイミングを算出する。ガスの供給開始タイミングは、型締動作とガス供給とを並行して行うよう設定される。従って、射出装置７は、サイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させることができる。

もし、固定金型１１および移動金型１２が接触するよりも前にガスの供給を開始するようにガスの供給開始タイミングを設定すれば、ガスの供給開始タイミングを算出する必要もなく、かつ、サイクルタイムも短縮することはできる。しかし、固定金型１１および移動金型１２が接触するよりも前にガスを供給すると、それだけガスが固定金型１１および移動金型１２に長時間供給されることになる。この場合、ガスが金型１１，１２の表面温度を大きく下げてしまう可能性がある。例えば、発泡成形法では、金型１１，１２の温度を６０℃から７０℃に調整していることがある。このような場合に、長時間のガス供給により金型１１，１２の温度が低下すると、金型１１，１２の温度調整が不安定になる可能性がある。

また、固定金型１１および移動金型１２が接触するよりも前にガスの供給を開始すれば、固定金型１１および移動金型１２が接触するまで、ガスは、固定金型１１と移動金型１２との間から漏れ出ていることになる。これでは、ガスを無駄に消費してしまう。

これに対して、第１実施形態による射出装置７は、ガス流量計１４０の流量に基づいて、固定金型１１および移動金型１２が接触すると推測される時点にガスの供給開始タイミングを設定する。すなわち、射出装置７は、キャビティ内が密封されるタイミングでガス供給を開始することができる。これにより、金型１１，１２は、過剰に長い時間、ガスの供給を受けることがない。尚且つ、ガス供給は、キャビティが密封されてから遅延すること無く開始される。従って、金型１１，１２の温度の無駄な低下を抑制することができ、かつ、ガスの無駄な消費を抑制することもできる。

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。ガスゲートが固定金型１１および移動金型１２の接触面に設けられる場合、型締によりガスゲートはさらに狭くなる。従って、型締後にガスの供給を開始する場合、ガスゲートが狭くキャビティ内にガスが入りづらいため、ガス供給時間が長くなってしまう。

これに対して、第１実施形態による射出装置７は、金型１１，１２が接触してから型締完了する前にガスの供給を開始する。従って、ガスゲートが狭くなる前にガスの供給を開始するため、ガスがキャビティ内に入りやすく、ガス供給時間を短くすることができる。すなわち、ユーザは、型締完了後にガスの供給を開始する場合よりも、ガス供給時間を短く設定することができる。これにより、さらに、サイクルタイムを短縮し、生産効率を向上させることができる。

また、図４に示すように、金型１１，１２が接触するｔ１２において、キャビティ内の実圧力（Ｌ１１）が上昇する。従って、圧力センサをキャビティ内に設けて図４に示す期間Ｙを算出または測定し、期間Ｙの経過時をガスの供給開始タイミングとすることができる。しかし、この場合、圧力センサ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。

これに対して、第１実施形態による射出装置７は、金型１１，１２の外部に設けられるガス流量計１４０によって、金型接触時あるいは型締開始時と推測される時点を算出することができる。従って、金型設計を複雑化することなく、金型接触時あるいは型締開始時と推測される時点を算出することができる。

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、７ 射出装置、８ 制御部、１１ 固定金型、１２ 移動金型、１２０ ガス供給部、１４０ ガス流量計

Claims (9)

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、
   前記流量計の流量値に基づいて、前記キャビティにガスの供給を開始する供給開始タイミングまたは供給開始金型位置を算出する制御部と、を備え、
   前記供給開始タイミングは、前記第１金型および前記第２金型の型閉動作の開始から型締完了までの間における時点であり、
   前記供給開始金型位置は、前記供給開始タイミングにおける前記第１金型および前記第２金型の位置である射出装置。
2. 前記ガス供給部は、予め実施する第１流量試験において、前記型閉動作前の前記キャビティに略一定の流量のガスを供給し、
   前記制御部は、前記第１流量試験において、前記型閉動作の開始から前記流量計の流量値が減少し始めるまでの第１期間を算出または測定する、請求項１に記載の射出装置。
3. 前記供給開始タイミングは、前記型閉動作の開始から前記第１期間が経過した時である、請求項２に記載の射出装置。
4. 前記供給開始タイミングは、前記型閉動作の開始から、前記第１期間から所定の期間を引いた第１補正期間が経過した時である、請求項２に記載の射出装置。
5. 前記ガス供給部は、予め実施する第２流量試験において、型閉された前記キャビティにガスを供給し、
   前記制御部は、前記第２流量試験において、前記キャビティにガスの供給を開始してから前記流量計の流量値が減少し始めるまでの第２期間を算出または測定し、
   前記供給開始タイミングは、前記型閉動作の開始から、前記第１期間から前記第２期間を引いた第３期間が経過した時である、請求項２に記載の射出装置。
6. 前記第３期間は、前記型閉動作の開始から前記第１金型および前記第２金型が接触するまでの期間である、請求項５に記載の射出装置。
7. 前記制御部は、前記供給開始タイミングにおいて、前記ガス供給部にガスを供給させる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の射出装置。
8. 前記成形材料は、発泡性樹脂である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の射出装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の射出装置を備える射出成形機。

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