JP6625349B2 - 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、金型装置のキャビティ空間に成形材料を充填する射出装置を有する。射出装置は、成形材料を加熱するシリンダと、シリンダ内に回転自在に配設されるスクリュとを有する。スクリュは、回転軸と、回転軸の外周から突出する螺旋状のフライトとを有する。フライトにより螺旋状の溝が形成され、溝の上流部に成形材料が供給される。射出装置は、回転軸を回転させることにより、溝に沿って上流側から下流側に成形材料を送る。成形材料は、下流側に送られながら、シリンダからの熱によって徐々に溶融される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１８５３４２号公報

従来、成形材料の溶融状態が不明であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形材料の溶融状態を把握できる、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、
成形材料を加熱するシリンダと、前記シリンダ内に進退自在に配設される射出部材とを有する射出装置と、
前記射出部材の前進によって前記シリンダから射出される前記成形材料の射出圧を監視する監視装置とを備え、
前記監視装置は、前記射出部材の前進時における前記射出圧の加速度が所定範囲内に収まらない場合、前記成形材料の一部が未溶融のまま前記射出装置から射出される恐れがあると判定する、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、成形材料の溶融状態を把握できる、射出成形機が提供される。

一実施形態による射出成形機を示す図である。 一実施形態によるパージ動作におけるスクリュの前進によってシリンダから射出される射出圧の変動を示す図である。

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、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、射出装置４０と、コントローラ９０とを有する。

射出装置４０は、金型装置３０に対し進退自在とされる。射出装置４０は、金型装置３０にタッチされ、金型装置３０のキャビティ空間３４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に対し可動金型３３を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３３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、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。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Ｈが設けられる。加熱源Ｈは、シリンダ４１の軸方向に複数設けられる。シリンダ４１の軸方向における温度分布が設定温度分布になるように、コントローラ９０が複数の加熱源Ｈを独立に制御する。

シリンダ４１の温度は、熱電対などの温度計Ｔにより測定される。温度計Ｔは、シリンダ４１の軸方向に複数設けられ、それぞれの測定温度をコントローラ９０に出力する。コントローラ９０は、測定温度と設定温度の偏差がゼロになるように加熱源Ｈを制御する。

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。スクリュ４３は、回転軸４３１と、回転軸４３１の外周から突出する螺旋状のフライト４３２とを有する。フライト４３２により螺旋状の溝４３３が形成され、溝４３３に沿って上流側（図中右側）から下流側（図中左側）に成形材料が送られる。スクリュ４３が特許請求の範囲に記載の射出部材に対応する。

尚、スクリュ４３は、フライト４３２により形成される溝４３３を区画するサブフライトをさらに有してもよい。

スクリュ４３は、上流側から下流側に向けて、第１区間Ｚ１、第２区間Ｚ２、第３区間Ｚ３をこの順で有する。第１区間Ｚ１は、成形材料の固相が存在する区間である。第２区間Ｚ２は、成形材料の固相と液相の両方が存在する区間である。第３区間Ｚ３は、成形材料の液相が存在する区間である。

溝４３３の深さは、第１区間Ｚ１で深く、第３区間Ｚ３で浅く、第２区間Ｚ２において上流側から下流側に向かうほど浅い。この場合、第１区間Ｚ１は供給部、第２区間Ｚ２は圧縮部、第３区間Ｚ３は計量部とも呼ばれる。

尚、溝４３３の深さは一定でもよい。

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。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。

コントローラ９０は、ＣＰＵ（Central Processing 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などを制御する。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。

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、成形品を製造する成形動作を行う。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。

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、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し、プランジャが特許請求の範囲に記載の射出部材に対応する。

ところで、暖機時および成形材料の交換時などには、パージ動作が行われる。パージ動作は、金型装置３０から射出装置４０を離した状態で行われ、計量工程に対応する動作と、充填工程に対応する動作とを含む。計量工程に対応する動作では、スクリュ４３を設定回転数で回転させることにより、スクリュ４３の前方に成形材料を蓄積させる。これに伴い、スクリュ４３が後退させられる。このとき、不図示の開閉機構がノズル４２を閉塞してもよい。一方、充填工程に対応する動作では、スクリュ４３を設定速度で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シリンダ４１から射出する。このとき、開閉機構はノズル４２を開放する。

図２は、一実施形態によるパージ動作におけるスクリュの前進によってシリンダから射出される射出圧の変動を示す図である。図２において、射出圧の変動を誇張して示す。図２に示すように、射出圧は、いったん上昇した後、ほぼ安定する。

シリンダ４１から射出される成形材料に未溶融の粒が含まれていると、成形材料に疎密があるため、射出圧が瞬間的に上下する。一方、シリンダ４１から射出される成形材料が十分に溶融され均一であると、射出圧の瞬間的な変動がほとんど生じない。

そこで、コントローラ９０は、スクリュ４３の前進時における射出圧を監視し、その射出圧の変動に基づいて成形材料の溶融状態を判定する。射出圧は、例えば圧力検出器４７によって計測できる。射出圧の変動は成形材料の疎密を表しているため、成形材料の溶融状態の判定が可能になる。

射出圧の計測は、スクリュ４３の前進開始から前進終了まで行われてよい。その計測データの全部が判定に用いられてもよいが、その計測データの一部のみが判定に用いられてもよい。判定に用いられる射出圧は、予め定められた時点以降のデータであってよい。例えば、判定に用いられる射出圧は、スクリュ４３の前進開始から所定時間が経過した時点以降のデータ、スクリュ４３が所定位置に達した時点以降のデータ、または射出圧がいったん上昇しほぼ安定した時点以降のデータなどであってよい。これらの場合、成形材料の疎密が射出圧の変動に顕著に表れるため、判定精度が向上できる。

判定基準としては、例えば下記（１）〜（２）の判定基準が挙げられる。これらの判定基準は、単独で用いられてもよいし、組合せて用いられてもよい。

（１）の判定基準は、射出圧の加速度が所定範囲内に収まるか否かである。射出圧の加速度が所定範囲内に収まらない場合、射出圧の瞬間的な変動が大きく、成形材料の疎密が顕著に表れている。そのため、成形材料の一部が未溶融のまま射出装置４０から射出される恐れがある。そこで、射出圧の加速度が所定範囲内に収まらない場合、成形材料の溶融状態が不良であると判定する。一方、射出圧の加速度が所定範囲内に収まる場合、射出圧の瞬間的な変動が小さく、成形材料の溶融状態が良好であると判定する。

（２）の判定基準は、射出圧の基準値からの変動幅が閾値以下であるか否かである。変動幅が閾値を超える場合、射出圧の瞬間的な変動が大きく、成形材料の疎密が顕著に表れている。そのため、成形材料の一部が未溶融のまま射出装置４０から射出される恐れがある。そこで、変動幅が閾値を超える場合、成形材料の溶融状態が不良であると判定する。一方、変動幅が閾値以下である場合、射出圧の瞬間的な変動が小さく、成形材料の溶融状態が良好であると判定する。ここで、基準値は、例えば、判定に用いる全てのデータの平均値、または、判定に用いる全てのデータのうちの直近のデータの移動平均値などであってよい。移動平均は、単純移動平均、荷重移動平均、指数移動平均などのいずれでもよい。

このように、コントローラ９０は、パージ動作によるスクリュ４３の前進時における射出圧の変動に基づいて成形材料の溶融状態を判定してよい。パージ動作時に判定を行うことで、成形動作の開始前に成形条件の条件出しが可能である。

尚、コントローラ９０は、成形動作によるスクリュ４３の前進時における射出圧の変動に基づいて成形材料の溶融状態を判定してよい。成形動作時に判定を行うことで、成形品の歩留まりを向上できる。

コントローラ９０は、成形材料の溶融状態の判定基準の作成に用いるデータとして、パージ動作よるスクリュ４３の前進時における射出圧の変動を取得してよい。コントローラ９０は、取得した変動と、成形材料の溶融状態とを対応付けて記憶媒体９２に記憶する。成形材料の溶融状態は、成形材料の固化後に、外観検査や品質検査などによって判断できる。その結果は、ユーザによる入力操作を受け付ける操作装置などを介してコントローラ９０に記憶されてよい。コントローラ９０は、スクリュ４３の設定回転数やシリンダ４１の設定温度などの成形条件を変更することで、多数のデータを取得してよい。コントローラ９０は、これらの記憶に基づいて、例えば上記（１）の判定基準の所定範囲、上記（２）の判定基準の閾値などを求める。よって、パージ動作中に判定基準を作成することができ、成形動作前に判定基準を作成することができる。コントローラ９０は、作成した判定基準を用いて、別のパージ動作における成形材料の溶融状態を判定してもよいし、成形動作における成形材料の溶融状態を判定してもよい。尚、コントローラ９０は、パージ動作を行うことで上記データを取るが、試験的に成形動作を行うことで上記データを取ってもよい。

コントローラ９０は、成形材料の溶融状態の判定結果に基づいて、警報を出力させてもよい。成形材料の溶融状態が不良である場合に警報が出力され、成形材料の溶融状態が良好である場合に警報が出力されない。警報の出力は、画像の表示、音の出力などにより行われてよい。

コントローラ９０は、成形材料の溶融状態の判定結果に基づいて、成形条件の設定を変更してもよい。例えば、コントローラ９０は、成形材料の溶融状態の判定結果に基づいて、スクリュ４３の設定回転数およびシリンダ４１の設定温度の少なくとも一方を変更してよい。

成形材料の溶融状態が不良である場合、スクリュ４３の設定回転数が小さくなる方向に変更されてよい。成形材料を前方に送る速度が小さくなり、成形材料の加熱時間が長くなるため、成形材料の溶融状態が改善する。また、成形材料の溶融状態が不良である場合、シリンダ４１の設定温度が大きくなる方向に変更されてよい。この場合も、成形材料の溶融状態が当然に改善する。

一方、成形材料の溶融状態が良好である場合、成形条件の設定は変更されなくてもよいが、変更されてもよい。成形材料の溶融状態が良好である場合、良好な範囲内でスクリュ４３の設定回転数が大きくなる方向に変更されてよい。成形サイクルが短縮できる。また、成形材料の溶融状態が良好である場合、良好な範囲内でシリンダ４１の設定温度が小さくなる方向に変更されてよい。加熱源Ｈの負荷が軽減できる。

成形材料の溶融状態が良好である範囲において、スクリュ４３の設定回転数はできるだけ大きく設定されてよい。スクリュ４３の設定回転数は、冷却工程の時間なども考慮して決められる。

また、成形材料の溶融状態が良好である範囲において、シリンダ４１の設定温度はできるだけ小さく設定されてよい。シリンダ４１の設定温度は、スクリュ４３の設定回転数なども考慮して決められる。

以上、射出装置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、上記実施形態のコントローラ９０は、成形材料の溶融状態を良否の２段階で判定するが、３段階以上の多段階で判定してもよい。この場合、判定基準も多段階で作成されてよい。また、この場合、コントローラ９０は、段階に応じた変更幅で、成形条件の設定を変更してよい。

４０ 射出装置
４１ シリンダ
４３ スクリュ
４３１ 回転軸
４３２ フライト
４３３ 溝
４５ 計量モータ
４６ 射出モータ
４７ 圧力検出器
９０ コントローラ

Claims (7)

1. 成形材料を加熱するシリンダと、前記シリンダ内に進退自在に配設される射出部材とを有する射出装置と、
   前記射出部材の前進によって前記シリンダから射出される前記成形材料の射出圧を監視する監視装置とを備え、
   前記監視装置は、前記射出部材の前進時における前記射出圧の加速度が所定範囲内に収まらない場合、前記成形材料の一部が未溶融のまま前記射出装置から射出される恐れがあると判定する、射出成形機。
2. 前記監視装置は、前記射出部材の前進時における前記射出圧の基準値からの変動幅が閾値を超える場合、前記成形材料の一部が未溶融のまま前記射出装置から射出される恐れがあると判定する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記監視装置は、パージ動作による前記射出部材の前進時における前記射出圧の加速度が所定範囲内に収まらない場合、前記成形材料の一部が未溶融のまま前記射出装置から射出される恐れがあると判定する、請求項１または２に記載の射出成形機。
4. 前記監視装置は、成形動作による前記射出部材の前進時における前記射出圧の加速度が所定範囲内に収まらない場合、前記成形材料の一部が未溶融のまま前記射出装置から射出される恐れがあると判定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形機。
5. 前記監視装置は、前記判定の基準の作成に用いるデータとして、パージ動作による前記射出部材の前進時における前記射出圧の変動を取得する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の射出成形機。
6. 前記監視装置は、前記成形材料の一部が未溶融のまま前記射出装置から射出される恐れがあると判定する場合、警報を出力させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の射出成形機。
7. 前記監視装置は、前記成形材料の一部が未溶融のまま前記射出装置から射出される恐れがあると判定する場合、成形条件の設定を変更する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の射出成形機。

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