JP6177712B2

JP6177712B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP6177712B2
Application number: JP2014039715A
Authority: JP
Inventors: 幸冶清家
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: CA2883038C; JP2015163453A; EP2913172A1; US20150246462A1; CN104875352B; US9943984B2; CN104875352A; CA2883038A1; EP2913172B1

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、成形材料を加熱するシリンダと、該シリンダ内に回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュとを有する（例えば、特許文献１参照）。計量工程では、スクリュを回転させ、スクリュの前方に成形材料を送る。成形材料は前方に送られながら徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ前方に溜まるにつれ、スクリュ前方の成形材料の圧力によってスクリュが後退される。その後、充填工程では、スクリュを前進させ、スクリュ前方の成形材料をシリンダから射出し、金型装置内に充填する。充填された成形材料は固化され、成形品が得られる。成形品は、型開後に金型装置から突き出される。通常、金型装置内に充填された成形材料を固化させる冷却工程中に、計量工程が行われる。

特開２０１１−１８３７０５号公報

冷却時間よりも計量時間が長い場合、計量工程完了後に型開工程が行われる。計量工程中に型開工程を開始させることで成形サイクルを短くすることができるが、型開状態での計量を可能とするため、シリンダの出口を開閉する開閉機構が必要であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、シリンダの出口を開閉する開閉機構以外の手段によって型開状態での計量を可能とする、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、
該シリンダ内に回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、
該スクリュを回転させる回転駆動部と、
前記スクリュを進退させる進退駆動部と、
前記スクリュの前方の前記成形材料の圧力を検出する圧力検出器と、
前記回転駆動部および前記進退駆動部を制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、
第１計量工程では、前記スクリュを所定位置まで後退させ、該所定位置で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成形材料を送り、前記スクリュの前方の空間に成形材料を溜め、
第１充填工程では、前記スクリュを前進させることにより、前記第１計量工程によって前記スクリュの前方に溜めた成形材料を前記シリンダから射出し、金型装置内に充填し、
前記圧力検出器によって前記第１充填工程における前記圧力を監視し、
第２計量工程では、前記スクリュを回転させることで前記スクリュの前方に成形材料を溜めると共に前記スクリュ前方に溜まる成形材料の圧力によって前記スクリュを所定位置まで後退させ、
第２充填工程では、前記スクリュを前進させることにより、前記第２計量工程によって前記スクリュの前方に溜めた成形材料を前記シリンダから射出し、金型装置内に充填し、
前記圧力検出器によって前記第２充填工程における前記圧力を監視し、
前記第２充填工程における前記圧力と前記第１充填工程における前記圧力とに基づいて前記第１計量工程の設定を補正する、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、シリンダの出口を開閉する開閉機構以外の手段によって型開状態での計量を可能とする、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制御方法を示す図である。

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を示す図である。射出成形機は、例えば図１に示すように、型締装置１０、射出装置５０、および制御装置７０を有する。

型締装置１０は、金型装置３０の型閉、型締、型開を行う。型締装置１０は、例えば図１に示すように、フレーム１１、固定プラテン１２、および可動プラテン１３を有する。

固定プラテン１２は、フレーム１１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１１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。

固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。固定プラテン１２に対して可動プラテン１３を移動させることにより、型閉、型締、型開が行われる。型締状態の固定金型３２と可動金型３３との間にキャビティ空間３４が形成される。

射出装置５０は、金型装置３０内に成形材料を充填する。射出装置５０は、例えば図１に示すように、シリンダ５１、スクリュ５２、計量モータ５３、射出モータ５４、および圧力検出器５５を有する。

シリンダ５１は成形材料（例えば樹脂）を加熱する。成形材料の供給口５１ａはシリンダ５１の後部に形成される。シリンダ５１の外周には、ヒータなどの加熱源が設けられる。シリンダ５１の前端にはノズル５６が設けられる。

スクリュ５２は、シリンダ５１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５２を回転させると、スクリュ５２の螺旋状の溝に沿って成形材料が前方に送られる。成形材料は前方に移動しながら徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ５２前方に溜まる。その後、スクリュ５２を前進させると、スクリュ５２前方の成形材料がノズル５６から射出され、金型装置３０内のキャビティ空間３４に充填される。

計量モータ５３は、スクリュ５２を回転させる回転駆動部である。計量モータ５３はエンコーダ５３ａを有してよい。エンコーダ５３ａは、計量モータ５３の回転数を検出することによりスクリュ回転数を検出し、その回転数を示す信号を制御装置７０に出力する。

射出モータ５４は、スクリュ５２を進退させる進退駆動部である。スクリュ５２と射出モータ５４との間には、射出モータ５４の回転運動をスクリュ５２の直線運動に変換する運動変換部が設けられる。射出モータ５４はエンコーダ５４ａを有してよい。エンコーダ５４ａは、射出モータ５４の回転数を検出することによりスクリュ５２の前進速度を検出し、その前進速度を示す信号を制御装置７０に出力する。

圧力検出器５５は、スクリュ５２の背圧を検出することによりスクリュ５２前方の成形材料の圧力を検出し、その圧力を示す信号を制御装置７０に出力する。尚、本実施形態の圧力検出器５５はスクリュ５２の後方に設けられるが、圧力検出器５５の設置場所は特に限定されない。例えば圧力検出器は、シリンダ５１内に設けられてもよい。

制御装置７０は、型締装置１０および射出装置５０を制御する。制御装置７０は、メモリなどの記憶部およびＣＰＵを有し、記憶部に記憶された制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、型締装置１０および射出装置５０を制御する。

図２は、本発明の一実施形態による射出成形機の制御方法を示す図である。図２に示すステップＳ１１において、制御装置７０は、第２計量工程を制御する。第２計量工程は冷却工程中に行われ、型開工程が第２計量工程後に開始される。冷却工程は、金型装置３０内に充填された成形材料を固化させる工程である。

制御装置７０は、第２計量工程において、計量モータ５３を作動させてスクリュ５２を回転させ、成形材料を前方に送る。成形材料は前方に送られながら徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ５２前方に溜まるにつれ、スクリュ５２前方の成形材料の圧力によってスクリュ５２が後退される。

制御装置７０は、第２計量工程において、スクリュ回転数が設定値になるように計量モータ５３を制御する。スクリュ回転数の設定値は、一定でもよいし、スクリュ位置または経過時間に応じて変更されてもよい。

制御装置７０は、第２計量工程において、スクリュ５２の急激な後退を制限すべく、射出モータ５４を作動させてスクリュ５２に対して背圧を加えてよい。制御装置７０は、スクリュ５２の背圧が設定値になるように射出モータ５４を制御する。

スクリュ５２が所定位置まで後退し、スクリュ５２前方に所定量の成形材料が蓄積されると、第２計量工程が終了する。

図２に示すステップＳ１２において、制御装置７０は、第２充填工程を制御する。制御装置７０は、第２充填工程において、射出モータ５４を作動させてスクリュ５２を前進させることにより、第２計量工程によってスクリュ５２前方に溜めた成形材料をシリンダ５１から射出し、金型装置３０内に充填する。

制御装置７０は、第２充填工程において、スクリュ５２の前進速度が設定値になるように射出モータ５４を制御する。スクリュ５２の前進速度の設定値は、一定でもよいし、スクリュ位置または経過時間に応じて変更されてもよい。

スクリュ５２が所定位置（所謂Ｖ／Ｐ切換位置）まで前進すると、第２充填工程が終了し、保圧工程が開始される。尚、充填工程開始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。保圧工程は、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける工程である。成形材料の冷却による体積収縮分の成形材料が補充できる。Ｖ／Ｐ切替時に、スクリュ５２の制御が速度制御から圧力制御に切り替えられる。保圧工程では、スクリュ５２の圧力が設定値になるように射出モータ５４が制御される。

制御装置７０は、圧力検出器５５によって、第２充填工程におけるスクリュ５２前方の成形材料の圧力（以下、単に「第２充填工程における圧力」という）を監視し、監視結果（例えばピーク圧）を記憶部に記憶する。制御装置７０は、ピーク圧の代わりに、Ｖ／Ｐ切替時の圧力を記憶してもよく、記憶するデータの種類は多種多様であってよい。制御装置７０は、第２計量工程および第２充填工程を繰り返し行い、複数ショットの平均値を記憶部に記憶してよい。

図２に示すステップＳ１３において、制御装置７０は、第１計量工程を制御する。第１計量工程は、第２計量工程と異なり、型開工程と重なる。型開工程が第１計量工程中に開始される。

制御装置７０は、第１計量工程において、射出モータ５４を作動させてスクリュ５２を後退させ、スクリュ５２前方に空間を形成する。その後、制御装置７０は、スクリュ位置を固定した状態で計量モータ５３を作動させてスクリュ５２を回転させ、スクリュ５２前方に成形材料を送る。

制御装置７０は、第１計量工程において、スクリュ回転数が設定値になるように計量モータ５３を制御する。スクリュ回転数の設定値は、一定でもよいし、経過時間に応じて変更されてもよい。

第１計量工程では、スクリュ５２前方に空間を形成した後で、スクリュ５２前方に成形材料を送るため、スクリュ５２前方の成形材料には圧力がほとんど作用しない。そのため、第１計量工程中に型開工程が開始される場合に、シリンダ５１からの成形材料の流出が抑制できる。

制御装置７０は、第１計量工程において、圧力検出器５５によってスクリュ５２前方の成形材料の圧力を監視する。当該圧力が所定値以上になると、スクリュ５２前方の空間が成形材料で充填されたと判断できる。

第１計量工程終了時のスクリュ位置は、暫定的に第２計量工程終了時のスクリュ位置と同じとされてよく、後述のステップＳ１５において補正されてよい。尚、補正前に、第１計量工程終了時のスクリュ位置は、第２計量工程終了時のスクリュ位置よりも後方とされてもよく、特に限定されない。

尚、本実施形態の制御装置７０は、第１計量工程において、スクリュ５２を後退させた後にスクリュ５２を回転させるが、スクリュ５２の後退とスクリュ５２の回転とを繰り返し行ってもよい。また、詳しくは後述するが、制御装置７０は、スクリュ５２の後退時にスクリュ５２を回転させてもよい。第１計量工程において、スクリュ５２前方の成形材料に作用する圧力が、シリンダ５１から成形材料が流出する圧力よりも低ければよい。

図２に示すステップＳ１４において、制御装置７０は、第１充填工程を制御する。制御装置７０は、第１充填工程において、射出モータ５４を作動させてスクリュ５２を前進させることにより、第１計量工程によってスクリュ５２前方に溜めた成形材料をシリンダ５１から射出し、金型装置３０内に充填する。第１充填工程の設定は、第２充填工程の設定と同じであってよい。例えば、スクリュ５２の前進速度、Ｖ／Ｐ切替位置などは、第１充填工程と第２充填工程とで同じであってよい。

制御装置７０は、圧力検出器５５によって、第１充填工程におけるスクリュ５２前方の成形材料の圧力（以下、単に「第１充填工程における圧力」という）を監視し、監視結果（例えばピーク圧）を記憶部に記憶する。制御装置７０は、ピーク圧の代わりに、Ｖ／Ｐ切替時の圧力を記憶してもよく、記憶するデータの種類は多種多様であってよい。尚、制御装置７０は、第１計量工程および第１充填工程を繰り返し行い、複数ショットの平均値を記憶部に記憶してよい。

ところで、第１計量工程では、第２計量工程と異なり、スクリュ５２前方の成形材料に圧力がほとんど作用しない。そのため、第１計量工程の場合、第２計量工程の場合よりも、スクリュ５２前方の成形材料の密度が低い。

そこで、金型装置３０内の成形材料の充填量が同じになるように、図２に示すステップＳ１５において、制御装置７０は、第１充填工程における圧力（例えばピーク圧）と第２充填工程における圧力（例えばピーク圧）とに基づき第１計量工程の設定を補正する。第１充填工程における圧力が第２充填工程における圧力と同じになるように、制御装置７０が第１計量工程の設定を補正する。補正の対象となる設定は、例えば、第１計量工程終了時のスクリュ位置、第１計量工程の時間などである。補正に用いる圧力は、ピーク圧の代わりに、Ｖ／Ｐ切替時の圧力でもよい。

第１計量工程終了時のスクリュ位置を後退させると、スクリュ５２前方の成形材料の量が増え、第１充填工程における圧力が大きくなる。一方、第１計量工程終了時のスクリュ位置を前進させると、スクリュ５２前方の成形材料の量が減り、第１充填工程における圧力が小さくなる。

また、第１計量工程の時間を伸ばすと、スクリュ前方の成形材料の量が増え、第１充填工程における圧力が大きくなる。計量時間を伸ばす場合、スクリュ５２前方の空間が成形材料で充填された後、シリンダ５１から成形材料が漏れない程度にしばらくスクリュ５２が回転され続ける。一方、第１計量工程の時間を縮めると、スクリュ前方の成形材料の量が減り、第１充填工程における圧力が小さくなる。

これらの第１充填工程における圧力と、第２充填工程における圧力と、第１計量工程の設定との関係は、予めテーブルや式などの形態で記憶部に記憶され、第１計量工程の設定の補正に用いられてよい。テーブルや式は、実機またはテスト機による試験やシミュレーションなどによって作成され、更新されてよい。

制御装置７０は、第１計量工程の設定の補正後、第１計量工程（ステップＳ１６）および第１充填工程（ステップＳ１７）を行い、第１充填工程における圧力と第２充填工程における圧力との差（絶対値）が所定値以下であるか否かを調べる（ステップＳ１８）。この差が所定値以下となるまで、制御装置７０はステップＳ１５〜ステップＳ１８を繰り返し行ってよい。

尚、本実施形態では、予め記憶部に記憶したデータを参照して第１計量工程の設定を補正するが、第１充填工程の圧力と第２充填工程の圧力との大小関係（どちらの工程の圧力が小さいか）に基づいて第１計量工程の設定を補正してもよい。例えば、第１充填工程の圧力が第２充填工程の圧力よりも小さい場合、第１計量工程終了時のスクリュ位置を所定量後退させる。その後、大小関係を再度調べ、大小関係が変化しない場合にはスクリュ位置をさらに上記所定量後退させ、大小関係が変化する場合にはスクリュ位置を上記所定量よりも少ない量前進させる。スクリュ位置の補正は第１充填工程の圧力と第２充填工程の圧力との差が所定値以下となるまで繰り返し行われ、補正量は徐々に小さくなってよい。

補正後の設定で第１計量工程、第１充填工程を行うことにより、第２計量工程、第２充填工程を行う場合と同じ品質の成形品が短時間で得られる。第１計量工程によれば、計量工程中に型開工程が開始される場合にシリンダ５１の出口を開閉する開閉機構が不要である。開閉機構が用いられる場合よりもシリンダ５１の成形材料の流路が広く、成形材料のせん断発熱が小さく、成形材料の温度を精度良く制御することができる。

制御装置７０は、補正後の設定で第１計量工程、第１充填工程を繰り返し行う際、第１充填工程における圧力を監視してよい。制御装置７０は、成形品の品質を安定化させるため、複数ショット間の第１充填工程における圧力の変化に基づいて第１計量工程の設定を補正してもよい。

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、上記実施形態の制御装置７０は、第１計量工程におけるスクリュ５２の後退時に、スクリュ５２を回転させないが、スクリュ５２を回転させてもよい。スクリュ５２の回転数は、スクリュ５２前方の成形材料に圧力が作用しないように設定される。スクリュ５２の回転方向は成形材料を前方に送る方向とされる。第１計量工程の時間が短縮できる。

また、図２に示す工程の順番は、特に限定されない。例えばステップＳ１３（第１計量工程）およびステップＳ１４（第１充填工程）は、ステップＳ１１（第２計量工程）およびステップＳ１２（第２充填工程）よりも先に行われてもよい。

１０型締装置
３０金型装置
３２固定金型
３３可動金型
３４キャビティ空間
５０射出装置
５１シリンダ
５２スクリュ
５３計量モータ
５４射出モータ
５５圧力検出器
７０制御装置

Claims

成形材料を加熱するシリンダと、
該シリンダ内に回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、
該スクリュを回転させる回転駆動部と、
前記スクリュを進退させる進退駆動部と、
前記スクリュの前方の前記成形材料の圧力を検出する圧力検出器と、
前記回転駆動部および前記進退駆動部を制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、
第１計量工程では、前記スクリュを所定位置まで後退させ、該所定位置で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成形材料を送り、前記スクリュの前方の空間に成形材料を溜め、
第１充填工程では、前記スクリュを前進させることにより、前記第１計量工程によって前記スクリュの前方に溜めた成形材料を前記シリンダから射出し、金型装置内に充填し、
前記圧力検出器によって前記第１充填工程における前記圧力を監視し、
第２計量工程では、前記スクリュを回転させることで前記スクリュの前方に成形材料を溜めると共に前記スクリュ前方に溜まる成形材料の圧力によって前記スクリュを所定位置まで後退させ、
第２充填工程では、前記スクリュを前進させることにより、前記第２計量工程によって前記スクリュの前方に溜めた成形材料を前記シリンダから射出し、金型装置内に充填し、
前記圧力検出器によって前記第２充填工程における前記圧力を監視し、
前記第２充填工程における前記圧力と前記第１充填工程における前記圧力とに基づいて前記第１計量工程の設定を補正する、射出成形機。
前記制御装置は、前記第１計量工程における前記スクリュの後退時に、成形材料を前方に送る方向に前記スクリュを回転させる、請求項１に記載の射出成形機。
前記第１計量工程の設定の補正に用いる圧力は、ピーク圧である、請求項１または２に記載の射出成形機。
前記第１計量工程の設定の補正に用いる圧力は、前記スクリュの制御を速度制御から圧力制御に切り替える時の圧力である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形機。