JP6356041B2

JP6356041B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP6356041B2
Application number: JP2014215727A
Authority: JP
Inventors: 竜一徳能
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: CN105538636A; CN105538636B; EP3012085B1; EP3012085A1; JP2016083775A

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、金型装置内に成形材料を充填する射出装置、射出装置を制御するコントローラなどを有する。射出装置は、例えばシリンダ、ノズル、スクリュ、および射出モータを有する。シリンダは、成形材料を加熱する。ノズルは、シリンダの前端部に設けられ、金型装置に対して押し付けられる。スクリュは、シリンダ内において進退自在とされ、スクリュよりも前方の成形材料をシリンダから送り出す。射出モータはスクリュを進退させる。コントローラは、射出モータを駆動して、スクリュの速度を制御する充填工程、およびスクリュから成形材料に作用する圧力を制御する保圧工程を実施する。充填工程および保圧工程は、繰り返し行われる。

充填工程の途中でスクリュの設定速度を低下させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この技術によれば、スクリュの設定速度の低下後、主に残圧等によって成形材料が流動される。充填工程における成形材料のピーク圧が低減でき、バリの発生が低減でき、型締力も低減できる。型締力の低減によって、金型装置内のガス逃げも良好になり、転写不良も低減できる。また、スクリュの設定速度を低下させた後、成形材料の圧力が切換設定圧力に達すると速度制御から圧力制御に切り換えられるため、バリ及びヒケを抑制することができる。

特開２０１１−１８３７０４号公報

特に厚肉製品を成形する場合等、充填量が多くなる場合、それだけ充填時間も長くなる。このような場合には速度制御から圧力制御への切換設定圧力の設定幅も大きくなり、この切換設定圧力の設定に時間がかかってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ユーザの手間を軽減できる、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、
金型装置内に充填する成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダ内の成形材料を送り出す送出部材と、
前記送出部材を進退させる駆動装置と、
前記駆動装置を駆動して、前記送出部材の速度を制御する充填工程、および前記送出部
材から前記成形材料に作用する圧力を制御する保圧工程を実施するコントローラと、
前記成形材料の圧力に関する情報を検出する検出器とを備え、
前記送出部材の前進時の速度を正とし、前記送出部材の後退時の速度を負とすると、前記充填工程の途中で前記送出部材の設定速度がゼロまたは負に低下され、
前記コントローラは、前記設定速度の低下後で、前記検出器の検出値が減少し始めた後の前記検出値の変化量が基準値を超える場合に、前記充填工程から前記保圧工程への切換を行う、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、ユーザの手間を軽減できる、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充填工程でのスクリュ速度を示す図である。本発明の一実施形態による充填工程および保圧工程でのスクリュが成形材料から受ける圧力を示す図である。

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。図１に示す射出成形機は、フレームＦｒ、型締装置１０、射出装置４０、およびコントローラ７０などを有する。コントローラ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１と、メモリなどの記憶媒体７２とを有する。コントローラ７０は、記憶媒体７２に記憶されたプログラムをＣＰＵ７１に実行させることにより、型締装置１０および射出装置４０を制御する。

次に、型締装置１０について説明する。型締装置１０の説明では、型閉時の可動プラテン１３の移動方向（図１中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１３の移動方向（図１中左方向）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。型締装置１０は、固定プラテン１２、可動プラテン１３、リヤプラテン１５、タイバー１６、トグル機構２０、型締モータ２１および運動変換機構２５を有する。

固定プラテン１２は、フレームＦｒ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Ｆｒ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、固定プラテン１２に対して進退自在とされる。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。

固定プラテン１２に対して可動プラテン１３を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。

リヤプラテン１５は、固定プラテン１２と間隔をおいて連結され、フレームＦｒ上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、リヤプラテン１５は、フレームＦｒ上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。リヤプラテン１５のガイドは、可動プラテン１３のガイド１７と共通のものでもよい。

尚、本実施形態では、固定プラテン１２がフレームＦｒに対して固定され、リヤプラテン１５がフレームＦｒに対して型開閉方向に移動自在とされるが、リヤプラテン１５がフレームＦｒに対して固定され、固定プラテン１２がフレームＦｒに対して型開閉方向に移動自在とされてもよい。

タイバー１６は、固定プラテン１２とリヤプラテン１５とを間隔をおいて連結する。タイバー１６は、複数本用いられてよい。各タイバー１６は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも１本のタイバー１６には型締力検出器１８が設けられる。型締力検出器１８は、歪みゲージ式であってよく、タイバー１６の歪みを検出することによって型締力を検出する。

尚、型締力検出器１８は、歪みゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取り付け位置もタイバー１６に限定されない。

トグル機構２０は、可動プラテン１３とリヤプラテン１５との間に配設される。トグル機構２０は、クロスヘッド２０ａ、複数のリンク２０ｂ、２０ｃなどで構成される。一方のリンク２０ｂは可動プラテン１３に揺動自在に取り付けられ、他方のリンク２０ｃはリヤプラテン１５に揺動自在に取り付けられる。これらのリンク２０ｂ、２０ｃは、ピンなどで屈伸自在に連結される。クロスヘッド２０ａを進退させることにより、複数のリンク２０ｂ、２０ｃが屈伸され、リヤプラテン１５に対して可動プラテン１３が進退される。

型締モータ２１は、リヤプラテン１５に取り付けられ、クロスヘッド２０ａを進退させることにより、可動プラテン１３を進退させる。型締モータ２１とクロスヘッド２０ａとの間には、型締モータ２１の回転運動を直線運動に変換してクロスヘッド２０ａに伝達する運動変換機構２５が設けられる。運動変換機構２５は例えばボールねじ機構で構成される。

型締装置１０の動作は、コントローラ７０によって制御される。コントローラ７０は、型閉工程、型締工程、型開工程などを制御する。

型閉工程では、型締モータ２１を駆動して可動プラテン１３を前進させることにより、可動金型３３を固定金型３２に接触させる。

型締工程では、型締モータ２１をさらに駆動させることで型締力を生じさせる。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、キャビティ空間３４に液状の成形材料が充填される。キャビティ空間３４内の成形材料は、固化され、成形品となる。

型開工程では、型締モータ２１を駆動して可動プラテン１３を後退させることにより、可動金型３３を固定金型３２から離間させる。

次に、射出装置４０について説明する。射出装置４０の説明では、型締装置１０の説明と異なり、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。

射出装置４０は、フレームＦｒに対して進退自在なスライドベースＳｂに設置され、金型装置３０に対して進退自在とされる。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、計量モータ４５、射出モータ４６、および圧力検出器４７を有する。

シリンダ４１は、供給口４１ａから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の外周には、ヒータなどの加熱源が設けられる。

ノズル４２は、シリンダ４１の前端部に設けられ、金型装置３０に対して押し付けられる。

スクリュ４３は、シリンダ４１内の成形材料を送り出す送出部材である。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。

計量モータ４５は、スクリュ４３を回転させることにより、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。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。

射出モータ４６は、スクリュ４３を進退させる駆動装置である。射出モータ４６は、スクリュ４３を前進させることにより、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のキャビティ空間３４に充填させる。その後、射出モータ４６は、スクリュ４３を前方に押し、キャビティ空間３４内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。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が設けられる。

圧力検出器４７は、例えば射出モータ４６とスクリュ４３との間に配設され、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力、スクリュ４３に対する背圧などを検出する。スクリュ４３が成形材料から受ける圧力は、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力に対応する。

射出装置４０の動作は、コントローラ７０によって制御される。コントローラ７０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により検出される。

保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば圧力検出器４７により検出される。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。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により検出される。

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により検出される。スクリュ４３が所定位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。

図２は、本発明の一実施形態による充填工程でのスクリュ速度を示す図である。図２において、横軸は時刻、縦軸はスクリュ速度である。図３は、本発明の一実施形態による充填工程および保圧工程でのスクリュが成形材料から受ける圧力を示す図である。図３において、横軸は時刻、縦軸は圧力である。図２および図３において、一点鎖線は、圧力が再上昇する場合の様子を示す。

時刻ｔ_０において充填工程が開始され、スクリュ４３の設定速度がＶ_０（＞０）に設定される。スクリュ４３の速度が正であることはスクリュ４３の前進を表し、スクリュ４３の速度が負であることはスクリュ４３の後退を表す。

時刻ｔ_０において、スクリュ４３が設定速度Ｖ_０で前進され、スクリュ４３の前方に蓄積された成形材料が金型装置３０内に充填される。スクリュ４３が成形材料から受ける圧力が徐々に上昇する。この圧力は、圧力検出器４７によって検出できる。

充填工程の途中の時刻ｔ_１において、スクリュ４３の位置が速度切換位置に達すると、スクリュ４３の設定速度がＶ_０からＶ_１（Ｖ_０＞Ｖ_１＞０）に低下される。スクリュ４３は微速前進され、主に残圧等によって成形材料が流動される。充填工程における成形材料のピーク圧が低減でき、バリの発生が低減でき、型締力も低減できる。型締力の低減によって、金型装置３０内のガス逃げも良好になり、転写不良も低減できる。

尚、図２ではＶ_１は正とされるが、ゼロまたは負でもよい。Ｖ_１の絶対値はＶ_０の絶対値よりも小さくてよく、スクリュ４３は停止または微速後退されてもよい。これらの場合も、充填工程における成形材料のピーク圧が低減できる。

スクリュ４３の設定速度がＶ_０からＶ_１に低下される時刻ｔ_１（以下、「速度切換時刻ｔ_１」ともいう）の後、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力は降下するが、図２および図３に一点鎖線で示すように再上昇する場合がある。例えば成形材料の流動先端が終点に達する場合に、圧力が再上昇する。圧力が再上昇し過ぎると、成形品の品質が低下しうる。

そこで、速度切換時刻ｔ_１の後、コントローラ７０は、圧力が再上昇し過ぎないように、圧力検出器４７の検出値の変化量に基づいてＶ／Ｐ切換を行う。圧力の再上昇は、例えば、圧力検出器４７の検出値の時間微分に基づいて検知できる。圧力が再上昇する場合、上記時間微分は負から正に転じる。

例えば、コントローラ７０は、圧力検出器４７の検出値が減少し、且つ、上記時間微分が基準値を超える場合に、Ｖ／Ｐ切換を行う。基準値は略ゼロとされる。基準値は、ゼロであることが最適であるが、ある程度の許容幅を有し、正、負のいずれでもよい。基準値が正の場合、図３に実線で示すように検出値が再上昇し始めた直後の時刻ｔ_２において、Ｖ／Ｐ切換が行われる。基準値が負の場合、検出値が再上昇し始める直前に、Ｖ／Ｐ切換が行われる。基準値が負の場合、上記時間微分が基準値に達してから、Ｖ／Ｐ切換が行われるまでの間に待ち時間を設定してもよい。

尚、Ｖ／Ｐ切換に用いられる検出器は、成形材料の圧力に関する情報を検出するものであればよく、圧力検出器４７に限定されない。例えば、圧力検出器４７の他に、ノズル圧検出器４８が使用できる。ノズル圧検出器４８は、ノズル４２内の成形材料の圧力を検出する。これらの検出器は、１つで用いられてもよいが、任意の組合せで用いられてもよい。

速度切換時刻ｔ１の後、圧力が低下し過ぎることを防止するため、コントローラ７０はスクリュ４３を微速前進させることが好ましい。

尚、速度切換時刻ｔ_１の後、成形材料の圧力が降下し続ける場合、成形材料の圧力が所定の切換設定圧力に達した場合に、コントローラ７０はＶ／Ｐ切換を行ってよい。

尚、図２では、充填工程の開始時の時刻ｔ_０から速度切換時刻ｔ_１まで、スクリュ４３の設定速度が一定であるが、変更されてもよい。充填工程においてスクリュ４３の設定速度の切換が複数回行われる場合、最後の切換の時刻が速度切換時刻ｔ_１であってよい。

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、上記実施形態の射出装置４０は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式でもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。この場合、プランジャが特許請求の範囲に記載の送出部材に対応し、射出シリンダが特許請求の範囲に記載のシリンダに対応する。

上記実施形態の型締装置１０は、駆動源として、型締モータ２１を有するが、型締モータ２１の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置１０は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。

３０金型装置
３２固定金型
３３可動金型
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
４８ノズル圧検出器
７０コントローラ

Claims

金型装置内に充填する成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダ内の成形材料を送り出す送出部材と、
前記送出部材を進退させる駆動装置と、
前記駆動装置を駆動して、前記送出部材の速度を制御する充填工程、および前記送出部材から前記成形材料に作用する圧力を制御する保圧工程を実施するコントローラと、
前記成形材料の圧力に関する情報を検出する検出器とを備え、
前記送出部材の前進時の速度を正とし、前記送出部材の後退時の速度を負とすると、前記充填工程の途中で前記送出部材の設定速度がゼロまたは負に低下され、
前記コントローラは、前記設定速度の低下後で、前記検出器の検出値が減少し始めた後の前記検出値の変化量が基準値を超える場合に、前記充填工程から前記保圧工程への切換を行う、射出成形機。
前記コントローラは、前記設定速度の低下後で、前記検出器の検出値が減少し始めた後の前記検出値の時間微分が基準値を超える場合に、前記充填工程から前記保圧工程への切換を行う、請求項１に記載の射出成形機。
前記検出器は、前記送出部材から前記成形材料に作用する圧力を検出する圧力検出器を含む、請求項１または請求項２に記載の射出成形機。
前記検出器は、前記シリンダの前端部に設けられるノズル内の前記成形材料の圧力を検出するノズル圧検出器を含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の射出成形機。