JP6682288B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。

特許文献１に記載の射出成形機は、樹脂が供給されるシリンダと、樹脂をシリンダ先端から金型に注入させるスクリュと、樹脂の圧力を検出するロードセルとを有する。シリンダを固定するシリンダ固定板には、シリンダに対して対称位置に複数のボールナットが固着される。各ボールナットにはボールねじが螺装され、各ボールねじの軸受が射出スクリュ押さえ板に保持されている。いずれか１本のボールねじの軸受の外輪と、射出スクリュ押さえ板の穴の段部との間にロードセルが介装されている。樹脂の内圧は、スクリュ、射出スクリュ押さえ板などを介してロードセルに伝達される。

実開平５−５３９２３号公報

従来、ロードセルの検出値は樹脂の圧力の他に機械の摩擦抵抗などを含んでおり、成形品の品質のばらつきが大きかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形品の品質のばらつきを低減した、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、

金型装置の型閉、型締、型開を行う型締装置と、
前記金型装置の内部に成形材料を射出する射出装置と、
前記型締装置および前記射出装置を制御する制御装置と、
前記金型装置の内部に充填される前記成形材料の圧力による前記金型装置の歪を検出する歪検出器と、を備え、
前記射出装置は、前記成形材料が内部に供給されるシリンダと、前記シリンダの内部において進退する射出部材と、前記射出部材を進退させる駆動源と、前記射出部材と前記駆動源との間に配設され、前記射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と、を備え、前記射出部材を前進させることで、前記射出部材の前方に蓄積される前記成形材料を前記シリンダから前記金型装置の内部に射出し、
前記制御装置は、前記射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中に、前記圧力検出器により検出される前記圧力と、前記歪検出器により検出される前記歪と、に基づいて、前記駆動源を駆動する、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、成形品の品質のばらつきを低減した、射出成形機が提供される。

一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。 一実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。

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の型開完了時の状態を示す図である。図２は、一実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。

射出成形機は、例えば図１および図２に示すように、フレームＦｒと、型締装置１０と、射出装置４０と、制御装置９０と、入力装置９５と、出力装置９６とを有する。

先ず、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および図２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および図２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、サポートプラテン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。

サポートプラテン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、サポートプラテン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。サポートプラテン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に対し固定され、サポートプラテン１５がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされるが、サポートプラテン１５がフレームＦｒに対し固定され、固定プラテン１２がフレームＦｒに対し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とサポートプラテン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にはタイバー歪検出器１８が設けられる。タイバー歪検出器１８は、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し、検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。

尚、本実施形態では型締力検出器としてタイバー歪検出器１８が用いられるが、型締力検出器は、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、固定プラテン１２に対し可動プラテン１３を移動させる。トグル機構２０は、可動プラテン１３とサポートプラテン１５との間に配設される。トグル機構２０は、クロスヘッド２０ａ、一対のリンク群などで構成される。各リンク群は、ピンなどで屈伸自在に連結される複数のリンク２０ｂ、２０ｃを有する。一方のリンク２０ｂは可動プラテン１３に揺動自在に取付けられ、他方のリンク２０ｃはサポートプラテン１５に揺動自在に取付けられる。クロスヘッド２０ａを進退させると、複数のリンク２０ｂ、２０ｃが屈伸し、サポートプラテン１５に対し可動プラテン１３が進退する。

型締モータ２１は、サポートプラテン１５に取付けられており、トグル機構２０を作動させる。型締モータ２１は、クロスヘッド２０ａを進退させることにより、リンク２０ｂ、２０ｃを屈伸させ、可動プラテン１３を進退させる。

運動変換機構２５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は、例えばボールねじ機構などで構成される。

型締装置１０の動作は、制御装置９０によって制御される。制御装置９０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を駆動してクロスヘッド２０ａを設定速度で前進させることにより、可動プラテン１３を前進させ、可動金型３３を固定金型３２に接触させる。クロスヘッド２０ａの位置や速度は、例えば型締モータ２１のエンコーダ２１ａなどにより検出される。その検出結果を示す信号が、制御装置９０に送られる。

型締工程では、型締モータ２１をさらに駆動してクロスヘッド２０ａを設定位置までさらに前進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。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。キャビティ空間３４の数は複数でもよく、その場合、複数の成形品が同時に得られる。

型開工程では、型締モータ２１を駆動してクロスヘッド２０ａを設定速度で後退させることにより、可動プラテン１３を後退させ、可動金型３３を固定金型３２から離間させる。

尚、本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。

また、本実施形態の型締装置１０は、型開閉方向が水平方向の横型であるが、型開閉方向が鉛直方向の竪型でもよい。

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および図２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および図２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、圧力検出器４７、加熱器４８、および温度検出器４９を有する。

シリンダ４１は、供給口４１ａから内部に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、バンドヒータなどの加熱器４８と、温度検出器４９とが設けられる。

シリンダ４１は、シリンダ４１の軸方向（図１および図２中左右方向）に複数のゾーンに区分される。各ゾーンに加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。ゾーン毎に、温度検出器４９の実測温度が設定温度になるように、制御装置９０が加熱器４８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に対し押し付けられる。ノズル４２の外周には、加熱器４８と温度検出器４９とが設けられる。ノズル４２の実測温度が設定温度になるように、制御装置９０が加熱器４８を制御する。

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が特許請求の範囲に記載の射出部材に対応する。尚、詳しくは後述するが、射出装置がプリプラ方式の場合、プランジャが特許請求の範囲に記載の射出部材に対応する。

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。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シリンダ４１から射出し金型装置３０内に充填させる。その後、射出モータ４６は、スクリュ４３を前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。冷却収縮によ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。この運動変換機構は、例えばボールねじ機構で構成される。射出モータ４６が特許請求の範囲に記載の駆動源に対応する。尚、駆動源としては、油圧シリンダなどが用いられてもよい。

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。圧力検出器４７は、その検出結果を示す信号を制御装置９０に送る。

射出装置４０の動作は、制御装置９０によって制御される。制御装置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。その検出結果を示す信号が制御装置９０に送られる。スクリュ４３の位置が設定位置に達すると、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。スクリュ４３の設定速度は、スクリュ４３の位置や時間などに応じて変更されてよい。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が設定位置に達した後、その設定位置にスクリュ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。冷却収縮によ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。その検出結果を示す信号が制御装置９０に送られる。

保圧工程では金型装置３０内の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間３４の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間３４からの成形材料の逆流が防止される。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。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。

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。その検出結果を示す信号が制御装置９０に送られる。

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。その検出結果を示す信号が制御装置９０に送られる。スクリュ４３が設定位置まで後退し、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。

制御装置９０は、図１や図２に示すようにＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリなどの記憶媒体９２と、入力インターフェイス９３と、出力インターフェイス９４とを有する。制御装置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、各種の制御を行う。また、制御装置９０は、入力インターフェイス９３で外部からの信号を受信し、出力インターフェイス９４で外部に信号を送信する。

入力装置９５は、ユーザの入力操作を受け付け、ユーザの入力操作に応じた操作信号を制御装置９０に送信する。入力装置９５としては、例えばタッチパネルが用いられる。タッチパネルは、後述の出力装置９６を兼ねる。

出力装置９６は、制御装置９０による制御下で、入力装置９５の入力操作に応じた操作画面を表示する。操作画面は、複数用意され、切り替えて表示されたり、重ねて表示されたりする。

ユーザは、出力装置９６で表示される操作画面を見ながら、入力装置９５を操作することにより各種の設定を行う。設定は、記憶媒体９２に記憶され、必要に応じて読み出される。

制御装置９０は、金型歪検出器３６によって検出される歪に基づいて射出装置４０を制御する。金型歪検出器３６は、金型装置３０に取付けられ、金型装置３０の内部に充填される成形材料の圧力によって生じる金型装置３０の歪を検出する。

金型装置３０の内部に充填される成形材料の圧力が大きくなるほど、金型装置３０の歪が大きくなる。そのため、金型装置３０の歪は、金型装置３０の内部に充填される成形材料の圧力の指標として使用できる。

金型装置３０の内部において成形材料が成形されるため、金型歪検出器３６により検出される歪に基づいて射出装置４０を制御することで、圧力検出器４７により検出される圧力のみに基づいて射出装置４０を制御する場合に比べ、成形品の品質のばらつきが低減できる。また、金型装置３０の歪は金型装置３０の外側から検出できるため、金型装置３０の外側に金型歪検出器３６を設けることができる。よって、溶融した成形材料に金型歪検出器３６が直接に接触しないため、金型歪検出器３６の劣化を抑制できる。

金型歪検出器３６は、金型装置３０の弾性変形部３５に取り付けられてよく、弾性変形部３５の歪を検出してよい。弾性変形部３５は、例えば図１および図２に示すように、可動金型３３に設けられ、キャビティ空間３４の壁面を形成する。キャビティ空間３４に成形材料が到達すると、成形材料の圧力によって弾性変形部３５が弾性変形する。弾性変形部３５は、弾性変形しやすいように、可動金型３３と固定金型３２との境界に形成されてよい。

尚、本実施形態の弾性変形部３５は、可動金型３３に設けられているが、固定金型３２に設けられていてもよく、可動金型３３と固定金型３２の両方にそれぞれ設けられていてもよい。

ところで、金型装置３０の内部に充填される成形材料の圧力によって金型装置３０に歪が生じると、金型装置３０の厚さが変るため、タイバー１６にも歪が生じる。この歪はタイバー歪検出器１８によって検出できる。タイバー歪検出器１８は、型締力検出器の役割と、金型歪検出器３６の役割とを兼ねることができる。

そこで、制御装置９０は、射出装置４０の制御に、金型歪検出器３６の代わりに、タイバー歪検出器１８を用いてもよい。また、制御装置９０は、射出装置４０の制御に、金型歪検出器３６と、タイバー歪検出器１８とを両方用いてもよい。金型歪検出器３６、タイバー歪検出器１８が特許請求の範囲に記載の歪検出器に対応する。以下、金型歪検出器３６、タイバー歪検出器１８をまとめて単に歪検出器と呼ぶ。歪検出器は、金型装置３０の内部に充填される成形材料の圧力によって生じる金型装置３０の歪、またはその歪による周辺部材の歪を検出するものであればよい。歪検出器の取付位置、歪検出器の数などは、特に限定されない。

制御装置９０は、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力を制御する保圧工程中に、歪検出器により検出される歪に基づいて、射出モータ４６を駆動してよい。

例えば、制御装置９０は、保圧工程中に、圧力検出器４７により検出される圧力の代わりに、歪検出器により検出される歪に基づいて、射出モータ４６を駆動してもよい。例えば、制御装置９０は、保圧工程中に、歪検出器により検出される歪が歪の設定値になるように、射出モータ４６を駆動する。歪の設定値は、例えばテスト成形などによって求められ、予め記憶媒体９２に記憶されたものを読み出して用いる。テスト成形では、保圧工程中に、圧力検出器４７によって検出される圧力が圧力の設定値になるように射出モータ４６を駆動する。テスト成形によって良品の成形品が得られたときの保圧工程中に歪検出器によって検出された歪が歪の設定値として用いられる。

また、制御装置９０は、保圧工程中に、圧力検出器４７により検出される圧力と、歪検出器により検出される歪の両方に基づいて、射出モータ４６を駆動してもよい。例えば、制御装置９０は、保圧工程中に、歪検出器により検出される歪と歪の設定値との差分に基づいて圧力検出器４７により検出される圧力と圧力の設定値との差分を補正し、補正後の差分がゼロになるように射出モータ４６を駆動する。ここで、制御装置９０は、圧力検出器４７により検出される圧力と圧力の設定値との差分を補正するため、圧力検出器４７により検出される圧力を補正してもよいし、圧力の設定値を補正してもよい。

制御装置９０は、スクリュ４３の速度を制御する充填工程中に、歪検出器により検出される歪を監視してもよい。

例えば、制御装置９０は、充填工程中に、歪検出器により検出される歪が設定値を超える場合に、警報を出力してよい。

また、制御装置９０は、充填工程中に、歪検出器により検出される歪が設定値を超える場合に、歪が設定値を超えないように、スクリュ４３の速度の設定値を補正してよい。その補正は、歪が設定値を超えた充填工程中に行われてもよいし、歪が設定値を超えた充填工程の終了後、次回の充填工程の開始までに行われてもよい。尚、前者の場合、制御装置９０は、歪が設定値を超えないように、スクリュ４３の速度の検出値を補正してもよい。

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。

１０ 型締装置
１２ 固定プラテン
１３ 可動プラテン
１５ サポートプラテン
１８ タイバー歪検出器
２０ トグル機構
２１ 型締モータ
２１ａ エンコーダ
３０ 金型装置
３２ 固定金型
３３ 可動金型
３４ キャビティ空間
３５ 弾性変形部
３６ 金型歪検出器
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
４５ａ エンコーダ
４６ 射出モータ
４６ａ エンコーダ
４７ 圧力検出器
９０ 制御装置

Claims (3)

1. 金型装置の型閉、型締、型開を行う型締装置と、
   前記金型装置の内部に成形材料を射出する射出装置と、
   前記型締装置および前記射出装置を制御する制御装置と、
   前記金型装置の内部に充填される前記成形材料の圧力による前記金型装置の歪を検出する歪検出器と、を備え、
   前記射出装置は、前記成形材料が内部に供給されるシリンダと、前記シリンダの内部において進退する射出部材と、前記射出部材を進退させる駆動源と、前記射出部材と前記駆動源との間に配設され、前記射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と、を備え、前記射出部材を前進させることで、前記射出部材の前方に蓄積される前記成形材料を前記シリンダから前記金型装置の内部に射出し、
   前記制御装置は、前記射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中に、前記圧力検出器により検出される前記圧力と、前記歪検出器により検出される前記歪と、に基づいて、前記駆動源を駆動する、射出成形機。
2. 前記型締装置は、型締力に応じて伸びるタイバーを含み、
   前記歪検出器は、前記金型装置の前記歪による前記タイバーの歪を検出する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記制御装置は、前記射出部材の速度を制御する充填工程中に、前記歪検出器により検出される前記歪を監視する、請求項１または請求項２に記載の射出成形機。

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