JP6385832B2 - 射出成形機 - Google Patents

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射出するノズルを含む射出装置、金型装置に対し射出装置を進退させる移動装置、移動装置を制御するコントローラなどを有する（例えば特許文献１参照）。移動装置は、射出装置のノズルを金型装置に押し付けることで、ノズルと金型装置との間からの成形材料の漏れを抑制する。射出装置のノズルを金型装置に押し付ける圧力を、ノズルタッチ圧力という。

特開２００６−６２２４４号公報

従来から、射出成形機の設定の調整を支援できる、射出成形機が求められていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、射出成形機の設定の調整を支援できる、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、
金型装置に押し付けられ前記金型装置内に成形材料を射出するノズル、前記ノズルが前端部に設けられるシリンダ、および前記シリンダ内において進退自在とされる射出部材を含む射出装置と、
前記金型装置に対し前記射出装置を進退させ、前記金型装置に対し前記ノズルを押し付けるノズルタッチ圧力を生じさせる移動装置と、
保圧工程中の前記射出部材の最前進位置、および保圧工程完了時の前記射出部材の位置のうちの少なくとも一方の位置を監視し、その監視位置のショット間の変動に基づいて前記ノズルタッチ圧力の設定変更を行う監視装置と、を備え、
前記監視装置は、前記変動幅が所定値以上の場合に、前記ノズルタッチ圧力の設定値を上昇させる、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、射出成形機の設定の調整を支援できる、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。

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。

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、射出装置４０、移動装置６０、およびコントローラ９０などを有する。

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。

金型装置３０は、固定金型３２と、可動金型３３とで構成される。固定金型３２は固定プラテン１２に取り付けられ、可動金型３３は可動プラテン１３に取り付けられる。可動プラテン１３を固定プラテン１２に対し進退させることにより、金型装置３０の型閉、型締、型開が行われる。型締状態の固定金型３２と可動金型との間にキャビティ空間３４が形成される。キャビティ空間３４内に充填された成形材料を固化することで、成形品が得られる。その後、金型装置３０の型開が行われ、金型装置３０から成形品が突き出される。

射出装置４０は、例えばシリンダ４１、ノズル４２、射出部材としてのスクリュ４３、計量モータ４５、駆動源としての射出モータ４６、および圧力検出器４７を有する。以下、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。

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９０によって制御される。コントローラ９０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。スクリュ４３の位置が所定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が所定位置に達した後、その所定位置にスクリュ４３を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ４３の停止の代わりに、スクリュ４３の微速前進または微速後退が行われてもよい。

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。

尚、本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、プリプラ方式などでもよい。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射出部材に対応し、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。

移動装置６０は、金型装置３０に対し射出装置４０を進退させる。また、移動装置６０は、金型装置３０に対しノズル４２を押し付け、ノズルタッチ圧力を生じさせる。移動装置６０は、液圧ポンプ６１、モータ６２、液圧シリンダ６３、第１リリーフ弁６４、第２リリーフ弁６５、フラッシング弁６６、第１チェック弁６７、第２チェック弁６８、タンク６９、電磁切替弁７１、第１圧力検出器７２、および第２圧力検出器７３などを含む。

液圧ポンプ６１は、第１ポート６１ａと、第２ポート６１ｂとを有する。液圧ポンプ６１は、両方向回転可能なポンプであり、モータ６２の回転方向を切り替えることにより、第１ポート６１ａおよび第２ポート６１ｂのいずれか一方から作動液（例えば油）を吸入し他方から吐出して液圧を発生させる。尚、液圧ポンプ６１はタンク６９から作動液を吸引して第１ポート６１ａおよび第２ポート６１ｂのいずれか一方から作動液を吐出することもできる。

モータ６２は、液圧ポンプ６１を作動させる。モータ６２は、コントローラ９０からの制御信号に応じた回転方向および回転トルクで液圧ポンプ６１を駆動する。モータ６２は、電動モータであってよく、電動サーボモータであってよい。

液圧シリンダ６３は、シリンダ本体６３ａ、ピストン６３ｂ、およびピストンロッド６３ｃを有する。シリンダ本体６３ａは、射出装置４０に対して固定される。ピストン６３ｂは、シリンダ本体６３ａの内部を、第１室としての前室Ｃ１と、第２室としての後室Ｃ２とに区画する。ピストンロッド６３ｃは、固定プラテン１２に対して固定される。ピストンロッド６３ｃが前室Ｃ１を貫通しているため、前室Ｃ１の断面積は後室Ｃ２の断面積より小さい。

液圧シリンダ６３の前室Ｃ１は、第１流路ＣＤ１を介して、液圧ポンプ６１の第１ポート６１ａと接続される。第１ポート６１ａから吐出された作動液が第１流路ＣＤ１を介して前室Ｃ１に供給されることで、射出装置４０が前方に押される。射出装置４０が前進され、ノズル４２が固定金型３２に押し付けられる。前室Ｃ１は、液圧ポンプ６１から供給される作動液の圧力によってノズル４２のノズルタッチ圧力を生じさせる圧力室として機能する。

一方、液圧シリンダ６３の後室Ｃ２は、第２流路ＣＤ２を介して液圧ポンプ６１の第２ポート６１ｂと接続される。第２ポート６１ｂから吐出された作動液が第２流路ＣＤ２を介して液圧シリンダ６３の後室Ｃ２に供給されることで、射出装置４０が後方に押される。射出装置４０が後退され、ノズル４２が固定金型３２から離間される。

第１リリーフ弁６４は、第１流路ＣＤ１内の圧力が設定値を超えた場合に開き、第１流路ＣＤ１内の余分な作動液をタンク６９に戻して、第１流路ＣＤ１内の圧力を設定値以下に保つ。

第２リリーフ弁６５は、第２流路ＣＤ２内の圧力が設定値を超えた場合に開き、第２流路ＣＤ２内の余分な作動液をタンク６９に戻して、第２流路ＣＤ２内の圧力を設定値以下に保つ。

フラッシング弁６６は、前室Ｃ１の断面積と後室Ｃ２の断面積との差に起因する作動液の循環量の過不足を調整する弁であり、例えば図１に示すように３位置４ポートのスプール弁で構成される。

第１チェック弁６７は、第１流路ＣＤ１内の圧力がタンク６９内の圧力よりも低い場合に開き、タンク６９から第１流路ＣＤ１に作動液を供給する。

第２チェック弁６８は、第２流路ＣＤ２内の圧力がタンク６９の圧力よりも低い場合に開き、タンク６９から第２流路ＣＤ２に作動液を供給する。

電磁切替弁７１は、液圧シリンダ６３の前室Ｃ１と液圧ポンプ６１の第１ポート６１ａとの間の作動液の流れを制御する制御弁である。電磁切替弁７１は、例えば第１流路ＣＤ１の途中に設けられ、第１流路ＣＤ１における作動液の流れを制御する。

電磁切替弁７１は、例えば図１に示すように２位置２ポートのスプール弁で構成される。スプール弁が第１位置（図１中左側の位置）の場合、前室Ｃ１と第１ポート６１ａとの間の両方向の流れが許容される。一方、スプール弁が第２位置（図１中右側の位置）の場合、前室Ｃ１から第１ポート６１ａへの流れが制限される。この場合、第１ポート
６１ａから前室Ｃ１への流れは制限されないが、制限されてもよい。

第１圧力検出器７２は、前室Ｃ１の液圧を検出する。前室Ｃ１の液圧によってノズルタッチ圧力が生じるため、第１圧力検出器７２を用いてノズルタッチ圧力が検出できる。第１圧力検出器７２は、例えば第１流路ＣＤ１の途中に設けられ、電磁切替弁７１を基準として前室Ｃ１側の位置に設けられる。電磁切替弁７１の状態に関係なく、ノズルタッチ圧力が検出できる。

第２圧力検出器７３は、第１流路ＣＤ１の途中に設けられ、電磁切替弁７１を基準として第１ポート６１ａ側の位置に設けられる。第２圧力検出器７３は、電磁切替弁７１と第１ポート６１ａとの間における液圧を検出する。電磁切替弁７１が第１ポート６１ａと前室Ｃ１との間の両方向の流れを許容する状態の場合、第１ポート６１ａと電磁切替弁７１との間における液圧と、電磁切替弁７１と前室Ｃ１との間における液圧とは等しい。よって、この状態の場合、第２圧力検出器７３を用いてノズルタッチ圧力が検出できる。

ノズルタッチ圧力の検出値（実績値）が設定値の状態で、電磁切替弁７１によって前室Ｃ１から第１ポート６１ａへの流れを制限することで、モータ６２を停止状態またはアイドリング状態としたときに、ノズルタッチ圧力の実績値を設定値のまま保持することができる。

尚、本実施形態の移動装置６０は、モータ６２の回転運動を射出装置４０の直線運動に変換する目的で、液圧ポンプ６１や液圧シリンダ６３を有するが、ボールねじ機構などを有してもよい。

また、本実施形態では、第１流路ＣＤ１の途中に設けられる圧力検出器を用いてノズルタッチ圧力を検出するが、例えばノズル４２に設けられるロードセルなどを用いてノズルタッチ圧力を検出してもよい。つまり、ノズルタッチ圧力を検出する圧力検出器は、移動装置６０、射出装置４０のいずれに設けられてもよい。

次に、コントローラ９０について説明する。コントローラ９０は、ＣＰＵ（Central Pr
ocessing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２とを有する。コントローラ９０は、
記憶媒体９２に記憶されたプログラムをＣＰＵ９１に実行させることにより、射出装置４０、および移動装置６０を制御する。

コントローラ９０は、充填工程、保圧工程、および冷却工程などの一連の工程を行うことにより、成形品を製造する。コントローラ９０は、これらの一連の工程を繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造するサイクル運転を行う。成形サイクルの短縮のため、冷却工程中に、計量工程が行われてよい。

コントローラ９０は、少なくとも充填工程の開始から保圧工程の終了までの間、ノズルタッチ圧力が設定値になるように移動装置６０を制御する。この間、ノズルタッチ圧力の設定値は、一定とされてもよいが、変化されてもよく、例えば段階的に変化されてもよい。

ところで、ノズルタッチ圧力の設定値が十分に高くない場合、ノズル４２と固定金型３２との間から成形材料が漏れることがある。成形材料が漏れる場合、漏れた分の補填が必要になる。そのため、成形材料が漏れる場合、成形材料が漏れない場合に比べ、保圧工程中のスクリュ４３の最前進位置、および保圧工程完了時のスクリュ４３の位置が前進する。

ここで、保圧工程中のスクリュ４３の最前進位置とは、保圧工程中にスクリュ４３が最も前進したときの位置のことである。保圧工程中に成形材料が冷却収縮するため、スクリュ４３は基本的に前進する。従って、保圧工程中のスクリュ４３の最前進位置と、保圧工程完了時のスクリュ４３の位置とは同じ位置であることが多い。

尚、保圧工程中のスクリュ４３の最前進位置と、保圧工程完了時のスクリュ４３の位置とは、異なる位置であってもよい。例えば保圧工程中に保圧の設定値が段階的に変更される場合などが挙げられる。

コントローラ９０は、保圧工程中のスクリュ４３の最前進位置、および保圧工程完了時のスクリュ４３の位置の少なくとも一方の位置を監視し、その監視位置のショット間の変動を監視する。コントローラ９０が特許請求の範囲に記載の監視装置に対応する。尚、監視装置は、コントローラ９０とは別に設けられてもよい。

ノズル４２と固定金型３２との間から成形材料が時々漏れる場合または経時的に漏れやすくなる場合、監視位置のショット間の変動幅（例えば最大値と最小値との差）が所定値以上となる。スクリュ４３の監視位置は、スクリュ４３の基準位置（例えば前進限位置）からの距離で表してもよい。上記所定値は、ノズル４２と固定金型３２との間から成形材料が漏れる場合と漏れない場合との変動幅を予め試験で求めることにより決められ、記憶媒体９２に記憶されたものを用いる。変動幅が所定値以上か否かから、ノズルタッチ圧力の設定値が十分に高いか否かが判断できる。よって、射出成形機の設定の調整を支援することができる。

ここで、ショット間の変動は、連続する複数のショット間の変動でもよいし、飛び飛びの複数のショット間の変動でもよい。変動の算出に用いられるショットの数は、２つ以上であればよく、特に限定されない。

コントローラ９０は、上記変動に基づいて、ノズルタッチ圧力の設定変更を行う。この設定変更は、設定値の上昇、設定値の低下のいずれでもよい。

例えば、コントローラ９０は、上記変動幅が所定値以上の場合に、ノズルタッチ圧力の設定値を上昇させる。これにより、ノズル４２と固定金型３２との間からの成形材料の漏れを抑制することができる。ノズルタッチ圧力の設定値の上昇幅は、予め試験などにより求められ、記憶媒体９２に記憶されたものを用いてよく、上記変動幅の大きさに応じて決定されてもよい。

尚、ノズルタッチ圧力の設定値が１ショット中に段階的に変更される場合、コントローラ９０は少なくともいずれか１つの設定値を上昇させればよく、全部の設定値を上昇させなくてもよい。どの設定値を上昇させるかは、例えばスクリュ４３の位置の時間変化などからどの段階で成形材料の漏れが生じているかを推定し、その推定結果に基づいて決定されてよい。

また、コントローラ９０は、上記変動幅が所定値以上の場合に、ノズルタッチ圧力の設定値を上昇させた後、上記変動の監視を再度行ってもよい。ノズルタッチ圧力の設定値の上昇によって、成形材料の漏れを低減できたか否かを確認することができる。ノズルタッチ圧力の設定値の上昇によって上記変動幅が小さくなる場合、成形材料の漏れが低減できたと推定できる。一方、ノズルタッチ圧力の設定値の上昇によって上記変動幅が変わらない場合、または大きくなる場合、ノズル４２と固定金型３２との間以外の隙間（例えば固定金型３２と可動金型３３との隙間）から成形材料が漏れていると推定できる。この場合、コントローラ９０は、アラームの出力装置を作動させてもよく、さらにサイクル運転を中断させてもよい。

また、コントローラ９０は、ノズルタッチ圧力の設定値の上昇とその後の上記変動の監視とを、上記変動幅が所定値未満となるまで、所定の繰り返し回数の範囲内で繰り返し行ってもよい。設定値の上昇を繰り返し行っても、上記変動幅が所定値未満とならない場合に、アラームの出力装置の作動やサイクル運転の中断などが行われてよい。

また、上記変動の監視に用いられる各ショットにおける射出圧のピーク値は、所定範囲内であってよい。射出圧は、例えば圧力検出器４７などにより検出される。射出圧のピーク値が一定の範囲内に収まっていることは、成形条件が安定化していることを表す。例えば、サイクル運転開始時には射出成形機や金型装置３０の温度が安定化しておらず、射出圧のピーク値が変動しうる。射出圧のピーク値が所定範囲外の場合のデータを上記監視に用いないことで、成形材料の漏れを精度良く検知することができる。上記所定範囲は、例えば試験などによって求められ、予め記憶媒体９２に記録されたものを用いてよい。

以上、射出成形機の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態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、コントローラ９０は、上記変動幅が所定値未満の場合に、ノズルタッチ圧力の設定値を低下させてもよい。ノズル４２と固定金型３２との間から成形材料が漏れない範囲でノズルタッチ圧力を低下させることで、金型装置３０や射出装置４０にかかる荷重を低減することができ、金型装置３０や射出装置４０を保護することができる。

また、コントローラ９０は、上記変動幅が所定値未満の場合に、ノズルタッチ圧力の設定値を低下させた後、上記変動の監視を再度行ってもよい。ノズルタッチ圧力の設定値の低下後に、ノズル４２と固定金型３２との間からの成形材料の漏れの有無を確認することができる。

さらに、コントローラ９０は、ノズルタッチ圧力の設定値の低下とその後の上記変動の監視とを、上記変動幅が所定値未満となる限り、繰り返し行ってもよい。ノズル４２と固定金型３２との間から成形材料が漏れない範囲でノズルタッチ圧力をできるだけ低下させることができる。

また、コントローラ９０は、上記変動幅が所定値以上の場合に、アラームの出力装置の作動、およびサイクル運転の中断のいずれか一方を行ってもよい。アラームの出力装置としては、例えば画像表示装置、ブザーなどの警報機が用いられる。

３０ 金型装置
３２ 固定金型
３３ 可動金型
３４ キャビティ空間
４０ 射出装置
４１ シリンダ
４２ ノズル
４３ スクリュ
４６ 射出モータ
４７ 圧力検出器
６０ 移動装置
６１ 液圧ポンプ
６２ モータ
６３ 液圧シリンダ
７２ 第１圧力検出器
７３ 第２圧力検出器
９０ コントローラ

Claims (4)

1. 金型装置に押し付けられ前記金型装置内に成形材料を射出するノズル、前記ノズルが前端部に設けられるシリンダ、および前記シリンダ内において進退自在とされる射出部材を含む射出装置と、
   前記金型装置に対し前記射出装置を進退させ、前記金型装置に対し前記ノズルを押し付けるノズルタッチ圧力を生じさせる移動装置と、
   保圧工程中の前記射出部材の最前進位置、および保圧工程完了時の前記射出部材の位置のうちの少なくとも一方の位置を監視し、その監視位置のショット間の変動に基づいて前記ノズルタッチ圧力の設定変更を行う監視装置と、を備え、
   前記監視装置は、前記変動幅が所定値以上の場合に、前記ノズルタッチ圧力の設定値を上昇させる、射出成形機。
2. 前記監視装置は、前記ノズルタッチ圧力の設定値を上昇させた後、前記変動の監視を再度行う、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記監視装置は、前記ノズルタッチ圧力の設定値の上昇とその後の前記変動の監視とを、前記変動幅が所定値未満となるまで、所定の繰り返し回数の範囲内で繰り返し行う、請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記変動の監視に用いられる各ショットにおける射出圧のピーク値が所定範囲内である、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。

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