JP3750063B2 - 射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、チップ材料からなる成形用材料を用いて射出成形を行う射出成形装置および射出成形方法に関する。

従来から、チップ材料からなる成形用材料を、金型を備えた射出成形装置で射出成形する際には、ホッパーとフィーダーを備えた材料供給装置から一定量づつチップ材料を射出シリンダー内に供給している。そして、射出シリンダー内で加熱して溶融したのち、射出ノズルから金型の成形用凹部内に射出し冷却することにより所定の形状に成形している。この場合、成形品を精度よく成形するためには、射出シリンダー内に供給されるチップ材料の量を一定にする必要がある。従来の射出成形装置では、このチップ材料の量を、フィーダーの送り速度と時間とで制御していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−９０３２４号公報

しかしながら、従来の射出成形装置では、ホッパー内のチップ材料に粗密が生じて、フィーダーに供給されるチップ材料の量にむらが生じることがある。このため、フィーダーの送り速度と時間だけの制御では正確な量のチップ材料の供給ができないという問題が生じていた。また、射出成形においては、バリの発生等により、経時的に成形品の重量に変化が生じることがあるが、従来の射出成形装置では、このような成形品の重量変化に対応することができないという問題もある。さらに、従来の射出成形装置の中には、ポンプでホッパー内を負圧にすることによってチップ材料をホッパー内に吸い上げる材料供給装置を用いたものもある。これによると、ホッパー内のチップ材料が少なくなったときには、ホッパー内の負圧によりチップ材料がホッパーから落下し難くなって射出シリンダーへのチップ材料の供給量が少なくなるという問題もある。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、供給するチップ材料の量を正確にすることができるとともに、成形品の重量の経時的変化にも対応できる射出成形装置および射出成形方法を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる射出成形装置の構成上の特徴は、材料供給装置から供給される成形用のチップ材料を、射出シリンダー内で溶融させて射出ノズルから射出することにより金型の成形用凹部に充填して所定の形状に成形する射出成形装置であって、材料供給装置から供給されるチップ材料を一時的に貯留する貯留装置と、貯留装置に貯留されるチップ材料の重量を測定する材料測定装置と、材料測定装置が測定する重量の測定値が予め設定された目標値になったときに、材料供給装置から貯留装置へのチップ材料の供給を停止させる材料供給停止装置と、材料測定装置によって重量が測定されたチップ材料を貯留装置から射出シリンダーに供給する定量供給装置と、金型で成形された成形品の重量を測定する成形品測定装置と、成形品測定装置が測定する成形品の重量に基づいて目標値を補正する補正手段とを備えたことにある。

前記のように構成した本発明の射出成形装置では、従来の射出成形装置のように、チップ材料を供給する速度や時間によってチップ材料の供給量を制御するのではなく、チップ材料の重量を測定する材料測定装置を設けて実際に射出成形に使用されるチップ材料の重量を測定できるようにしている。したがって、供給されるチップ材料に粗密が生じていたり、チップ材料が供給される速度や時間にむらが生じていたりしても、常にチップ材料は一定量づつ射出シリンダーに供給される。

その際、供給されるチップ材料は、予め設定された目標値に応じて貯留装置に一旦貯留され、その重量を材料測定装置によって実測されたのちに、射出シリンダーに供給される。また、この場合の目標値とは、貯留装置に供給されたチップ材料の重量が目標値に達したときに、チップ材料の供給を停止すれば、最終的に貯留装置内に貯留されるチップ材料の量は、１回の射出成形に必要な適正量（後述する材料設定値）になるという計算の元に設定された値である。

また、このように構成した本発明の射出成形装置では、成形された成形品の重量は、成形品測定装置によって測定され、その測定値に基づいてチップ材料の供給量の目標値が順次補正される。すなわち、成形品の重量が（投入）目標値よりも大きくなった場合には、目標値を成形品の重量に合わせて大きくする補正が行われる。また、成形品の重量が（投入）目標値よりも小さくなった場合には、成形品の重量に合わせて投入目標値を小さくする補正が行われる。したがって、射出成形装置が備える成形機内部の貯蔵量は、一定化し安定した成形を行うことができる。

また、本発明にかかる射出成形装置の他の構成上の特徴は、材料供給停止装置が、貯留装置の上部に設けられた開閉式の上蓋部で構成され、定量供給装置が、貯留装置の下部に設けられた開閉式の下蓋部で構成されていることにある。

このように構成した射出成形装置によれば、上蓋部を開けた状態で材料供給装置から貯留装置にチップ材料を供給し、材料測定装置が測定するチップ材料の重量が目標値になったときに、材料供給装置からのチップ材料の供給を停止させ上蓋部を閉じることができる。そして、下蓋部を開けることにより、適正量のチップ材料を射出シリンダーに供給することができる。この場合、実際に射出シリンダーに供給されるチップ材料と目標値との間には多少の誤差が生じるが、この誤差は貯留装置に貯留されたチップ材料の重量を材料測定装置が実測することにより求めることができるので、数サイクルに１回チップ材料の投入量を補正する。

また、本発明にかかる射出成形装置のさらに他の構成上の特徴は、定量供給装置と射出シリンダーとの間にシャッターを設け、射出シリンダーにおいて溶融された成形用材料の射出が行われている間は、新たなチップ材料の供給を停止させるようにしたことにある。これによると、射出シリンダー内において、意図しないタイミングでチップ材料が供給されて溶解し、射出スクリューなどに固着することを防止できる。

本発明にかかる射出成形方法の構成上の特徴は、材料供給装置から供給される成形用のチップ材料を、射出シリンダー内で溶融させて射出ノズルから射出することにより金型の成形用凹部に充填して所定の形状に成形する射出成形方法であって、材料供給装置から供給されるチップ材料の重量を測定する材料測定工程と、材料測定装置が測定する重量の測定値が予め設定された目標値になったときに、材料供給装置からのチップ材料の供給を停止させる材料供給停止工程と、材料供給装置から供給されたチップ材料を射出シリンダーに供給する定量供給工程と、金型で成形された成形品の重量を測定する成形品測定工程と、成形品測定工程において測定された成形品の重量に基づいて目標値を補正する目標値補正工程とを備えたことにある。

このように構成した本発明の射出成形方法では、材料供給装置から供給されるチップ材料の重量を測定し、その重量が目標値になったときに材料供給装置からのチップ材料の供給を停止させ、その目標値に対応する重量のチップ材料を射出シリンダーに供給するようにしている。したがって、一定量のチップ材料を射出シリンダーに供給することができ、安定した射出成形を行うことができる。また、射出シリンダーに供給されるチップ材料の重量を決定する目標値は成形品の重量に基づいて適宜補正されるため、成形される成形品の重量は適正な値になる。

また、本発明による射出成形方法の他の構成上の特徴は、定量供給工程において射出シリンダーに供給されるチップ材料の重量を予め測定する材料実測工程と、所定回数の射出成形における材料実測工程で測定されたチップ材料の重量の測定値と、１回の射出成形のために供給するチップ材料の重量の設定値（材料設定値）との差を累積し、つぎの射出成形の際に、設定値に累積値を加味した値に基づいて目標値を設定し、その目標値に基づいて材料測定工程で測定された重量のチップ材料を射出シリンダーに供給する補正量供給工程とを備えたことにある。

このように構成した本発明の射出成形方法では、所定回数（例えば、５〜１０回程度）の射出成形で使用されるチップ材料の重量の合計値に所定の誤差が生じたときに、つぎの射出成形の際に、その誤差を相殺する処理が行われる。すなわち、所定回数の射出成形に用いるチップ材料の理想供給量（材料設定値×所定回数）と、材料実測工程によって実測された所定回数分のチップ材料の重量の合計測定値との差を、つぎの射出成形の際に、材料設定値に加算または減算した値に対応するチップ材料を用いることにより、所定回数プラス１回分の供給量を一定にすることができる。これによって、所定回数プラス１回を１サイクルとした各サイクルにおいて供給されたチップ材料のばらつきを知ることができる。

また、本発明による射出成形方法のさらに他の構成上の特徴は、目標値補正工程が、所定回数の射出成形における成形品測定工程で測定された測定値の平均値を求め、平均値に基づいて目標値を補正するものであることにある。

このように構成した本発明の射出成形装置では、所定回数（例えば、１００〜２００回程度）の射出成形で成形された成形品の平均重量を求め、この平均値に基づいて目標値を設定する処理が行われる。この場合、平均値をそのまま材料設定値として目標値を設定してもよいが、これに歩留まり等を考慮して目標値を設定してもよい。これによると、射出成形装置の状態等に応じて、成形品の重量が変化しても、その変化にしたがって目標値が補正されるため成形される成形品の重量は、現状に合った適正な値になるように制御される。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかる射出成形装置Ａの主要部の概略構成図を示している。この射出成形装置Ａは、材料供給装置１０と、材料供給装置１０から供給されるマグネシウムのチップ材料Ｍを一時的に貯留する貯留装置２０と、貯留装置２０から供給されるチップ材料Ｍを溶解して成形する成形機３０とを備えている。

材料供給装置１０は、供給ホッパー１１と振動式フィーダー１２とで構成されている。供給ホッパー１１は上端面が大径で下端開口が小径になった漏斗状に形成されており、天井面に材料供給用ホースが接続され、側面の上部側に吸引用ホース（いずれも図示せず）が接続されている。材料供給用ホースの他端部は、チップ材料Ｍが収容されたドラム缶内に位置決めされ、吸引用ホースの他端部はポンプに接続されている。したがって、ポンプを作動させることにより、ドラム缶内のチップ材料Ｍを吸い上げて供給ホッパー１１内に取り込むことができ、供給ホッパー１１内には、所定量のチップ材料Ｍが貯蔵されている。

振動式フィーダー１２は、樋状に形成されており、振動することにより供給ホッパー１１の下端開口から落下してくるチップ材料Ｍを前方（図１の右方向）に搬送する。振動式フィーダー１２は、前方側上方と後方側下方との間で往復移動することにより振動し、この振動によって、チップ材料Ｍを前方側上方に跳ね上げるようにして前進させる。また、振動式フィーダー１２は、その振動の強弱を制御することができる。

貯留装置２０は、振動式フィーダー１２から搬送されるチップ材料Ｍを、直接成形機３０に供給することなく、一旦貯留してその重量を測定するためのものであり、円筒体の下端開口部が先細りに形成され、上端開口部が大径になるように広がった形状の２個の貯留ホッパー２１，２２を上下に重ねて構成されている。そして、貯留ホッパー２１の内部における上部側部分には、回転軸２３を中心として水平姿勢と下方に傾斜した姿勢との間で回転することにより貯留ホッパー２１内の通路を開閉する上蓋部２４が設けられている。

貯留ホッパー２２の内部における下部側部分には、回転軸２５を中心として水平姿勢と下方に傾斜した姿勢との間で回転することにより貯留ホッパー２２内の通路を開閉する下蓋部２６が設けられている。また、貯留ホッパー２２には、内部に貯留されるチップ材料Ｍの重量を測定するためのロードセル２７が設けられており、このロードセル２７の測定値は、計量インジケータ２８に表示される。

成形機３０は、射出シリンダー３１と、射出シリンダー３１の先端部に設けられた射出ノズル３２と、金型３３とで構成されている。射出シリンダー３１の上部には、貯留ホッパー２２から落下してくるチップ材料Ｍを取り込むための材料受け部３１ａが設けられている。また、射出シリンダー３１の内部には、スクリューおよび加熱ヒーター（図示せず）が設けられている。このため、材料受け部３１ａを介して射出シリンダー３１内に取り込まれたチップ材料Ｍは、加熱ヒーターの加熱によって溶解され、スクリューが金型３３側に向かって移動することにより、金型３３内に形成された成形凹部３３ａに射出される。

金型３３は、固定型３４と可動型３５とで構成されており、固定型３４の中央には図２に示すように、スプールブッシュ３６が設けられ、このスプールブッシュ３６に、溶融材料を通過させるとともに、射出成形によって成形される成形品のスプール部分を形成するためのスプール形成穴３６ａが設けられている。このスプール形成穴３６ａは、固定型３４と可動型３５との境界面に形成されたランナー形成穴３５ａを介して成形凹部３３ａに連通している。また、固定型３４における射出ノズル３２側部分には、断熱材３７ａに囲まれた断熱性を有するノズルタッチブッシュ３７が取り付けられている。このノズルタッチブッシュ３７は、射出ノズル３２の先端部が、常時接触するようにして取り付けられており、射出ノズル３２の先端部の外周面にはコイル状のヒーター３２ａが取り付けられている。

固定型３４のスプールブッシュ３６におけるスプール形成穴３６ａの周囲近傍にはスプールブッシュ３６を冷却するための冷却水路３８が設けられている。成形機３０をこのように構成したことにより、連続したタッチ成形（射出ノズル３２を固定型３４側に常時接触させた状態で行う射出成形）を良好な状態で行うことができる。

また、この射出成形装置Ａは、成形機３０で成形した成形品Ｐの重量を測定するための成形品測定装置３９および射出成形装置Ａが備える各装置を制御するための制御装置４０も備えている。成形機３０によって成形品Ｐが成形され金型３３が開くと、ロボット（図示せず）によって、成形品Ｐは金型３３から取り出され成形品測定装置３９に搬送される。そして、成形品測定装置３９によって重量を測定されたのちに、成形品Ｐは、搬送装置（図示せず）によって次の工程の場所に搬送される。

制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭおよび各種の回路等で構成され、上蓋部２４および下蓋部２６を開閉作動させるための作動部（図示せず）、計量インジケータ２８、成形機３０および成形品測定装置３９に各配線を介して接続されている。すなわち、制御装置４０は、振動式フィーダー１２を起動または停止させるとともに、その振動の強弱を制御する。そして、振動式フィーダー１２の作動によりチップ材料Ｍは貯留装置２０に供給される。

また、制御装置４０は、計量インジケータ２８が示すロードセル２７の測定値が、１回の射出成形に使用されるチップ材料Ｍの重量（材料設定値）に基づいて設定された目標値に達したときに、振動式フィーダー１２を停止させるとともに、上蓋部２４を閉塞させる。そして、成形機３０からの材料供給指令により下蓋部２６を開けて、貯留ホッパー２２内のチップ材料Ｍを射出シリンダー３１内に落下させる。また、材料供給後は、下蓋部２６を閉じる。

また、制御装置４０は、ロードセル２７が測定するチップ材料Ｍの重量を、例えば５回分合計する演算を行う。そして、その合計値と、材料設定値×５の値との差を求め、つぎの射出成形の際に、材料設定値から演算によって求めた差を加減した値に基づいて目標値を設定し、その目標値にしたがってチップ材料Ｍを供給するように制御する。また、制御装置４０は、成形品測定装置３９が測定した成形品Ｐの所定個数分の重量、例えば、１００個分の重量の平均値を求める。そして、その平均値に基づいて目標値を変更する制御を行う。

以上のように構成された射出成形装置Ａを用いて、成形品Ｐを射出成形する場合は、まず、電源スイッチをオン状態にするとともに、スタートボタン（ともに図示せず）をオンにして、射出成形装置Ａの作動を開始させる。これによって、下蓋部２６が閉じ、上蓋部２４が開くとともに、振動式フィーダー１２が振動を開始する。そして、供給ホッパー１１から振動式フィーダー１２の上面に落下するチップ材料Ｍは順次貯留装置２０側に移送され、振動式フィーダー１２の先端部から貯留ホッパー２１内を通過して貯留ホッパー２２内に落下する。

貯留ホッパー２２内に溜まるチップ材料Ｍは、ロードセル２７によって重量を測定され、その重量が目標値になったときに、振動式フィーダー１２によるチップ材料Ｍの搬送が停止する。その際、上蓋部２４は閉じ、最終的に貯留ホッパー２２内に貯留されたチップ材料Ｍの重量がロードセル２７によって測定される。その測定値は、制御装置４０のＲＡＭに記憶される。

ついで、成形機３０による射出成形後、材料供給指令により、下蓋部２６が開いて、貯留ホッパー２２内のチップ材料Ｍは、材料受け部３１ａを通過して射出シリンダー３１内に充填される。そして、射出シリンダー３１内のスクリューが移動して、射出成形が行われる。その際、射出シリンダー３１内に供給されたチップ材料Ｍは、加熱ヒーターの加熱によって溶解される。また、その射出成形の際、チップ材料Ｍが射出シリンダー３１内に入らないようにする。

成形品Ｐが成形されると、金型３３が開いて、成形品Ｐはロボットによって、成形品測定装置３９に搬送され、重量を測定される。その測定値は、制御装置４０のＲＡＭに記憶される。その射出成形の間に、貯留装置２０内には、つぎのチップ材料Ｍが搬送されており、スクリューが後退する時、成形機３０からの材料供給指令により下蓋部２６が開いて、そのチップ材料Ｍは射出シリンダー３１内に供給される。このようにして、予め設定されたプログラムにしたがって、チップ材料Ｍの供給サイクルと射出成形のサイクルとが順次行われる。

この射出成形の回数が、５回になったとき、例えば、材料設定値が１００ｇで、供給されたチップ材料Ｍの重量が、それぞれ、１００．１ｇ、１００．２ｇ、１００．１ｇ、１００．２ｇ、１００．１ｇであれば、つぎの射出成形の際に供給されるチップ材料Ｍの重量（材料設定値）は、９９．３ｇとする。この場合、目標値は、９９．３ｇよりもやや小さめの値に設定される。これによって、６回の射出成形を１サイクルとして、各サイクルで使用するチップ材料Ｍの合計重量がすべて同じになる。

また、射出成形の回数が、１００回になったとき、例えば、成形品Ｐの材料投入目標値が、９９．８ｇで、１００個の成形品Ｐの平均重量が、９９．７ｇであれば、目標値を、この１００回の射出成形の際に設定した値よりも、０．１ｇだけ小さく設定する補正を行う。また、１００個の成形品Ｐの平均重量が、材料投入目標値よりも大きければ、目標値をその分大きくする補正を行う。これによって、成形機３０内部のチップ材料Ｍの貯留量を一定に保つことができる。また、この補正は、つぎの１００回の射出成形によって得られた成形品Ｐの平均重量に基づいても再度補正され、これが繰り返される。

このように、本実施形態による射出成形装置Ａでは、射出シリンダー３１に供給するチップ材料Ｍの量の制御を、チップ材料Ｍの重量をロードセル２７で直接測定することにより行うようにしている。したがって、供給されるチップ材料Ｍに粗密が生じていたり、振動式フィーダー１２の搬送速度や搬送時間にむらが生じていたりしても、常にチップ材料Ｍは一定量づつ射出シリンダー３１に供給される。また、この射出成形装置Ａでは、成形された成形品Ｐの重量の平均値に基づいてチップ材料Ｍの供給量の目標値が順次補正される。

さらに、射出成形装置Ａでは、射出ノズル３２が固定型３４側に常時接触した状態で射出成形を行うタッチ成形を行うための成形機３０が用いられているため、チップ材料Ｍの歩留まりがよくなる。このため、使用材料の量に生じるむらが少なくなって、前述した目標値等の補正が大きな効果を奏し精度のよい射出成形が可能になる。

また、本発明は、前述した実施形態に限るものでなく適宜、変更実施が可能である。例えば、前述した実施形態では、チップ材料Ｍをマグネシウムとしているが、このチップ材料Ｍに使用される材料は、これに限らず、アルミニウムやチタン等の金属チップや樹脂材料とすることもできる。また、振動式フィーダー１２に代えてスクリューフィーダーを用いることができ、ロードセル２７に代えて他の計量装置を用いることもできる。さらに、成形品測定装置３９に代えて、ロボット自体にロードセルのような測定装置を設けて、成形品Ｐを搬送する際に重量の測定ができるようにすることもできる。また、それ以外の部分の構造や、目標値の補正方法等も本発明の技術的範囲内で変更が可能である。

本発明の一実施形態による射出成形装置の主要部を示す概略構成図である。 射出ノズルと金型との接続部を示断面図である。

符号の説明

１０…材料供給装置、１１…供給ホッパー、１２…振動式フィーダー、２０…貯留装置、２１，２２…貯留ホッパー、２４…上蓋部、２６…下蓋部、２７…ロードセル、３０…成形機、３１…射出シリンダー、３２…射出ノズル、３３ａ…成形凹部、３３…金型、３４…固定型、３５…可動型、３９…成形品測定装置、４０…制御装置、Ａ…射出成形装置、Ｍ…チップ材料、Ｐ…成形品。

Claims (6)

1. 材料供給装置から供給される成形用のチップ材料を、射出シリンダー内で溶融させて射出ノズルから射出することにより金型の成形用凹部に充填して所定の形状に成形する射出成形装置であって、
   前記材料供給装置から供給されるチップ材料を一時的に貯留する貯留装置と、
   前記貯留装置に貯留されるチップ材料の重量を測定する材料測定装置と、
   前記材料測定装置が測定する重量の測定値が予め設定された目標値になったときに、前記材料供給装置から前記貯留装置へのチップ材料の供給を停止させる材料供給停止装置と、
   前記材料測定装置によって重量が測定されたチップ材料を前記貯留装置から前記射出シリンダーに供給する定量供給装置と、
   前記金型で成形された成形品の重量を測定する成形品測定装置と、
   前記成形品測定装置が測定する成形品の重量に基づいて前記目標値を補正する補正手段と
   を備えたことを特徴とする射出成形装置。
2. 前記材料供給停止装置が、前記貯留装置の上部に設けられた開閉式の上蓋部で構成され、前記定量供給装置が、前記貯留装置の下部に設けられた開閉式の下蓋部で構成されている請求項１に記載の射出成形装置。
3. 前記定量供給装置と前記射出シリンダーとの間にシャッターを設け、前記射出シリンダーにおいて溶融された成形用材料の射出が行われている間は、新たなチップ材料の供給を停止させるようにした請求項１または２に記載の射出成形装置。
4. 材料供給装置から供給される成形用のチップ材料を、射出シリンダー内で溶融させて射出ノズルから射出することにより金型の成形用凹部に充填して所定の形状に成形する射出成形方法であって、
   前記材料供給装置から供給されるチップ材料の重量を測定する材料測定工程と、
   前記材料測定装置が測定する重量の測定値が予め設定された目標値になったときに、前記材料供給装置からのチップ材料の供給を停止させる材料供給停止工程と、
   前記材料供給装置から供給されたチップ材料を前記射出シリンダーに供給する定量供給工程と、
   前記金型で成形された成形品の重量を測定する成形品測定工程と、
   前記成形品測定工程において測定された成形品の重量に基づいて前記目標値を補正する目標値補正工程と
   を備えたことを特徴とする射出成形方法。
5. 前記定量供給工程において射出シリンダーに供給されるチップ材料の重量を予め測定する材料実測工程と、
   所定回数の射出成形における前記材料実測工程で測定されたチップ材料の重量の測定値と、１回の射出成形のために供給するチップ材料の重量の設定値との差を累積し、つぎの射出成形の際に、前記設定値に前記累積値を加味した値に基づいて前記目標値を設定し、その目標値に基づいて前記材料測定工程で測定された重量のチップ材料を前記射出シリンダーに供給する補正量供給工程とを備えた請求項４に記載の射出成形方法。
6. 前記目標値補正工程が、所定回数の射出成形における前記成形品測定工程で測定された測定値の平均値を求め、前記平均値に基づいて前記目標値を補正するものである請求項４または５に記載の射出成形方法。

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