JP6719634B1 - 射出装置、射出装置のガス溶解方法および射出装置のプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】供給量を正確に制御しながら、成形材料にガスを圧縮溶解できる射出装置を得る。【解決手段】成形材料を金型４内に射出する射出装置１において、射出部３内に供給された成形材料にガスを圧縮溶解させるために、該射出部３内にガスを供給するガス供給部８を設ける。射出部３は、成形材料を収容する射出室３４を有する射出シリンダ３０と、射出室３４内をシリンダ軸方向に往復動するとともに、ガス供給部８からのガスを該射出室３４内に導くガス供給孔３１ａが内部に穿設されている射出軸３１と、射出軸３１をシリンダ軸方向に往復動させる射出駆動装置３６と、射出駆動装置３６を制御して、射出室３４を拡大、縮小するように射出軸３１を射出室３４内で後退、前進させ、該射出軸３１が後退して射出室３４にガスが供給された後、該射出軸３１を前進させて射出室３４に有る成形材料にガスを圧縮溶解させる射出制御装置３８とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスを圧縮溶解させた成形材料を射出して成形品を得る射出成形機の射出装置、その射出装置のガス溶解方法およびその射出装置のプログラムに関するものである。

射出成形機に備える射出装置の一つとして、従来、例えば特許文献１および２に開示されているように、熱可塑性の成形材料を可塑化スクリュで可塑化させる可塑化部と、可塑化部で可塑化された溶融状態の成形材料を射出軸で押して金型内に射出する射出部とを別個に設けてなる、いわゆるプリプラ式射出装置が知られている。また、熱硬化性の成形材料と添加剤を混合軸またはスタティックミキサで混合させる混合部と、混合部で混合された液状の成形材料を射出軸で押して金型内に射出する射出部とを別箇に設けてなる、プリプラ式射出装置も知られている。射出軸は、例えば、射出プランジャまたは射出スクリュなどが使われている。

また別の射出装置の一つとして、従来、１つの射出軸によって可塑化と射出の両方を行うインラインスクリュ式射出装置が知られている。また１つの射出軸によって混合と射出の両方を行うインラインスクリュ式射出装置も知られている。射出軸は、例えば、インラインスクリュが使われている。

一般的な射出部の射出制御は、射出工程において、射出軸の移動速度を優先して制御して、射出軸を大きく前進させて金型内に成形材料を射出させたあと、保圧工程において、射出軸に付与する圧力を優先して制御して、金型内の成形材料が冷えて収縮する分を補充させる。

他方、例えば特許文献３に示されているように、射出成形法で成形する対象の樹脂が高粘度で難成形樹脂である場合、その難成形樹脂に高圧下でガスを溶解させて難成形樹脂の粘度を低下させることが知られている。そして、難成形樹脂にガスを溶解させる手法として特許文献３には、難成形樹脂に対してガスボンベから直接ガスを供給する方法や、プランジャポンプ等を用いて加圧供給する方法が示されている。

特開平３−９７５１８号公報 特許第２６１５３３４号公報 特許第４１４８５８３号公報

しかし、本発明者等の研究によると、従来の射出装置の射出部において成形材料を収容した射出室内で射出軸を後退、前進させて、射出室内に供給したガスを射出室内の成形材料に圧縮溶解させる手段として適用すると、ガスの供給量を正確に制御するのが難しくなるという問題が生じ得ることが分かった。本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、射出装置において、供給量を正確に制御しながら、射出軸で成形材料にガスを圧縮溶解させ得る射出装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、そのような射出装置を実現できる射出装置のガス溶解方法および射出装置のプログラムを提供することを目的とする。

本発明による射出装置は、
成形材料を金型内に射出する射出部を有する射出装置において、
射出部内に外部から供給された成形材料にガスを圧縮溶解させるために、該射出部内に外部からガスを供給するガス供給部を備えて、
射出部は、
成形材料を収容する射出室が形成されている射出シリンダと、
射出室内をシリンダ軸方向に往復動するとともに、射出室に開口してガス供給部からのガスを該射出室内に導くガス供給孔が内部に穿設されている射出軸と、
射出軸をシリンダ軸方向に往復動させる射出駆動装置と、
射出駆動装置を制御して、射出室を拡大、縮小するように射出軸を射出室内で後退、前進させ、該射出軸が後退して射出室にガス供給孔を介してガスが供給された後、該射出軸を前進させて射出室に有る成形材料にガスを圧縮溶解させる射出制御装置とを有する、
ことを特徴とするものである。

なお、本発明による射出装置において、射出制御装置は、射出駆動装置を制御して、射出室に有る成形材料に所定量のガスを圧縮溶解させるに当たり、射出軸の後退、前進を複数サイクル行わせるよう構成されるとよい。

また、本発明による射出装置において、射出制御装置は、射出駆動装置を制御して、射出室に成形材料を供給する前に、射出軸を後退、前進させて、該射出室内に残る成形材料にガスを圧縮溶解させるよう構成されるとよい。

また、本発明による射出装置においては、
射出室に供給されたガスの積算流量を計測するガス積算流量計測装置がさらに設けられ、
射出制御装置は、ガス積算流量計測装置が計測した積算流量が所定の目標値に達すると射出軸の後退を停止して該射出軸を前進させたあと、ガスの供給および該ガスの圧縮溶解を完了させるよう構成されるとよい。

また、本発明による射出装置においては、射出軸が後退するときガス供給孔を開き、該射出軸が前進するときガス供給孔を閉じる弁がさらに設けられるとよい。

また、本発明による射出装置において、前記射出軸は、
姿勢を維持するための少なくとも１つのピストンリングと、
ガスの漏れを防止するための少なくとも１つのシールリングと、
が該射出軸の外周面に軸方向に並べて設けられているとよい。

なお、上述のようなシールリングが設けられる場合、該シールリングのうちの少なくとも１つは金属製であることが望ましい。

あるいは、シールリングのうちの少なくとも１つは、付勢部材と、この付勢部材を覆う可撓性部材とで構成されていてもよい。

また、上述のようなシールリングが設けられる場合、射出軸は、シールリングに対して該射出軸の前進側の部分かつ該射出軸の外周面に少なくとも１つの環状溝が軸方向に該シールリングと並べて形成されていることが望ましい。

また、本発明による射出装置において、射出シリンダは、後端部に冷却装置を備えることが望ましい。

また、本発明による射出装置は、成形材料を射出部に供給する供給部を備えて、射出軸は射出プランジャであるとよい。

他方、本発明による射出装置のガス溶解方法は、
ガスを圧縮溶解させた成形材料を金型内に射出する射出装置のガス溶解方法において、
射出シリンダの射出室を拡大、縮小するように射出軸を該射出室内で後退、前進させて、
射出軸を後退させて射出室に、該射出軸の内部に穿設されてかつ射出室に開口しているガス供給孔を通してガスを供給させた後、射出軸を前進させて射出室に有る前記成形材料に前記ガスを圧縮溶解させる、
ことを特徴とするものである。

なお、本発明による射出装置のガス溶解方法においては、射出室に有る成形材料に所定量のガスを圧縮溶解させるに当たり、射出軸の後退、前進を複数サイクル行わせるとよい。

また、本発明による射出装置のガス溶解方法においては、射出室内に成形材料を供給する前に、射出軸を後退、前進させて、該射出室内に残る成形材料にガスを圧縮溶解させるとよい。

他方、本発明による射出装置のプログラムは、
ガスを圧縮溶解させた成形材料を金型内に射出する射出装置のプログラムにおいて、
射出シリンダの射出室を拡大、縮小するように射出軸を射出室内で後退、前進させて、
射出軸を後退させて射出室に、該射出軸の内部に穿設されてかつ射出室に開口しているガス供給孔を通してガスを供給させた後、射出軸を前進させて射出室に有る成形材料に前記ガスを圧縮溶解させる、
ことを特徴とするものである。

なお、本発明による射出装置のプログラムは、射出室に有る成形材料に所定量のガスを圧縮溶解させるに当たり、射出軸の後退、前進を複数サイクル行わせるものであることが望ましい。

また、本発明による射出装置のプログラムは、射出室内に成形材料を供給する前に、射出軸を後退、前進させて、該射出室内に残る成形材料にガスを圧縮溶解させるものであることが望ましい。

本発明の射出装置およびそのガス溶解方法によれば、ガスの供給量を正しく制御可能となる。その詳しい理由は、後に実施形態に即して詳細に説明する。

本発明の一実施形態による、プリプラ式射出装置におけるガス注入装置の概略構成を示す図 上記ガス注入装置の一部を拡大して示す断面図 上記ガス注入装置の作用を示す概略図 射出プランジャと射出シリンダとの間のシール構造の別の例を示す概略図 上記シール構造のさらに別の例を示す概略図 上記シール構造のさらに別の例を示す概略図

以下、熱可塑性樹脂を成形材料とするプリプラ式射出装置を一例にして、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプリプラ式射出装置１（以下、単に射出装置１という）の概略構成を示す図である。この射出装置１は、成形材料を可塑化する可塑化部２と、可塑化部２から供給された可塑化された溶融状態の成形材料（以下、単に成形材料という）を金型４のキャビティ空間４１内に射出する射出部３と、可塑化部２および射出部３の各内部空間を連通する連通路３ａ、５ａと、ガス供給部８とを備えている。可塑化部２および射出部３は、連結部材５で連結されている。連結部材５は、連通路５ａが形成されている。なお射出成形機は、射出装置１と、金型４を搭載する不図示の型締装置と、それらを制御する不図示の制御装置とで少なくとも構成されている。射出装置１および型締装置は、図示しない機台上に配置されている。なお以下では、成形材料として熱可塑性樹脂を用いるものとして説明するが、成形材料には、熱可塑性樹脂の他に、熱硬化性樹脂や、それらの樹脂と金属との複合材料等を使用してもよいし、特に限定されるものではない。

可塑化部２は、可塑化シリンダ２０と、可塑化シリンダ２０の内部に配置された可塑化スクリュ２１と、可塑化スクリュ２１を回転させる回転駆動装置２２と、逆流防止機構６とを有する。また、可塑化シリンダ２０の後端側から樹脂材料を供給するためのホッパ７が設けられている。ホッパ７、可塑化シリンダ２０および逆流防止機構６は、ホッパ取付部材２ａに取り付けられている。回転駆動装置２２は、逆流防止機構６に取り付けられている。ホッパ７の材料排出口と可塑化シリンダ２０の材料供給口は、ホッパ取付部材２ａの内部で連通されている。可塑化シリンダ２０は、例えば、外周に巻かれたヒータによってシリンダ内部まで加熱されている。なお熱硬化性樹脂材料を成形材料とするプリプラ式射出装置の混合部は、例えば、混合軸と、混合シリンダを収容する混合シリンダを含む。混合シリンダは、外周に冷却媒体を流す配管が巻かれていて、冷却されているとよい。

可塑化シリンダ２０の内部は、連結部材５の連通路５ａおよび射出部３の連通路３ａを介して、射出部３の射出室３４と連通している。連通路５ａの可塑化部側開口５ｂは、可塑化スクリュ２１の軸線上に位置している。可塑化スクリュ２１の先端は先鋭した円錐状に形成されている。回転駆動装置２２が駆動されると、逆流防止機構６およびホッパ取付部材２ａ内に配された図示外の駆動伝達機構を介して、可塑化スクリュ２１が回転する。ホッパ７から可塑化シリンダ２０に供給された成形材料は、例えばヒータによる可塑化シリンダ２０の加熱および可塑化スクリュ２１の圧縮と回転に伴う剪断発熱によって溶融される。連結部材５は、例えば、外周に巻かれたヒータによって部材内部まで加熱されている。なお熱硬化性樹脂材料を成形材料とするプリプラ式射出装置の連結部材５は、外周に冷却媒体を流す配管が巻かれていて、冷却されているとよい。

逆流防止機構６は、後述される射出プランジャ３１によって射出室３４内に圧力が掛けられた際に、射出室３４内の成形材料が可塑化シリンダ２０内に逆流することを防止するために設けられている。その具体的な構成としては、例えば特許第６２８１９９９号公報に示されているように、逆流防止機構６で可塑化スクリュ２１を前進させて、可塑化スクリュ２１の先端で連通路５ａの可塑化部側開口５ｂを閉塞する構成等を採用することができる。また、逆流防止機構６は、連通路５ａの途中を閉塞するチェック弁、ロータリ弁またはニードル弁などの開閉弁を採用してもよい。

射出部３は、射出シリンダ３０と、射出シリンダ３０の内部に配置された射出軸３１と、射出シリンダ３０の前端に取り付けられた射出ノズル３２とを有する。射出ノズル３２には、射出シリンダ３０の内部に形成されている射出室３４に連通して外部に開口した射出孔３２ａが、該射出ノズル３２の全長に亘って穿設されている。射出ノズル３２の先端部には、射出孔３２ａを開閉する射出孔開閉弁３３が設けられている。射出孔開閉弁３３は、例えば、チェック弁、ロータリ弁またはニードル弁などを採用してもよい。なお射出シリンダ３０および射出ノズル３２は、例えば、外周に巻かれたヒータによってシリンダ内部まで加熱されている。なお熱硬化性樹脂材料を成形材料とするプリプラ式射出装置の射出部は、例えば、射出シリンダおよび射出ノズルの外周に冷却媒体を流す配管が巻かれていて、冷却されているとよい。

射出軸３１は、射出プランジャ３１または不図示の射出スクリュなどである。ここからは、射出プランジャ３１を一例にして説明する。射出プランジャ３１の中心部には、該射出プランジャ３１の全長に亘って延びるガス供給孔３１ａが穿設されており、このガス供給孔３１ａの先端部（射出ノズル３２側の端部）には、ガス供給孔３１ａを開閉可能なバネ式弁３１ｂが収められている。ガス供給孔３１ａは、ガス供給部８から供給されるガスを射出室３４内に導く。

図１において、射出部３の以上説明した構成は概略的に示している。図２は以上の構成をより詳しく示す断面図である。なお、この図２では、射出プランジャ３１が可能な限り射出ノズル３２側に位置している状態を示している。この図２に示される通りバネ式弁３１ｂは、コイルバネ３１sによって図中右方に付勢されており、外力が作用しなければこの付勢力により、ガス供給孔３１ａを閉じた状態を維持する。また同図に示す通り、概略円柱状の射出プランジャ３１の外周面には少なくとも１つのシールリング３１ｃおよび少なくとも１つのピストンリング３１ｄが射出プランジャ３１の軸方向に並んで嵌着されている。射出プランジャ３１は、これらのシールリング３１ｃおよびピストンリング３１ｄが射出シリンダ３０の内周面と摺動することにより、射出シリンダ３０との間で機密状態を保って該射出シリンダ３０のシリンダ軸方向に相対移動可能となっている。主にシールリング３１ｃは、射出室３４内のガスが射出シリンダ３０の内周面と射出プランジャ３１の外周面との間から漏れることを防止する。主にピストンリング３１ｄは、射出シリンダ３０内を摺動する射出プランジャ３１を調心しかつ射出プランジャ３１の姿勢を維持して、射出プランジャ３１の移動をスムーズにするとともに、射出シリンダ３０の内周面と射出プランジャ３１の外周面との間の隙間を均一にして、シールリング３１ｃが確実にすべての隙間をシールして隙間から射出室３４内のガスが漏れることを防止する。

シールリング３１ｃのうちの少なくとも１つは、例えば、材質が金属でもよい。好ましくは、射出プランジャ３１の外周面には、３つ以上の金属製のシールリング３１ｃが射出プランジャ３１の軸方向に並んで嵌着されているとよい。具体的な例として図４に、金属製シールリング３１ｃが射出プランジャ３１の軸方向に３個並べて嵌着されている例を示す。なおこの図４において、先に説明した図２中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。

シールリングのうちの少なくとも１つは、例えば、付勢部材を可撓性部材で被覆して構成されているとよい。付勢部材は、例えば、ばねである。可撓性部材は、例えば、高い耐熱性と高い耐磨耗性を有し、さらに高い滑り性を有するとよい。可撓性部材の材質は、例えば、フッ素樹脂を含むとよい。図５に、そのように形成されたシールリング１３１ｃの一例を示す。図中１３０が付勢部材、１３２が可撓性部材である。このように構成されているシールリング１３１ｃは、必要以上に変形して取り付け位置から移動することを防止するために、バックアップリング１３１ｂと一緒に射出プランジャ３１に取り付けられてもよい。

さらに図６に一例を示すように、射出プランジャ３１の外周には、シールリング２３１ｃに対して射出プランジャ３１の前進側の部分に、少なくとも１つの環状溝２３１ｂが射出プランジャ３１の軸方向にシールリング２３１ｃと並べて形成されているとよい。

以下、図１および図２に戻って説明を続ける。射出シリンダ３０は、図２に示すように、後端部に冷却装置４２を備えるとよい。冷却装置４２は、ヒータで加熱されている射出シリンダ３０の後端部の熱膨張を抑制する。熱膨張が抑制された射出シリンダ３０の後部の内周面と、それに対面する射出プランジャ３１の外周面と、の間の隙間は、ヒータの加熱によって大きくなることが抑制されて、その隙間から射出室３４内のガスが漏れることを防止する。

冷却装置４２は、例えば、冷却配管４３を備えて射出シリンダ３０の後端部に取り付けられているスクレーパリングでもよい。冷却配管４３を備えるスクレーパリングは、冷却配管４３の入口から供給されて出口から排出される冷却媒体によって射出シリンダ３０の後端部を冷却することができる。なおスクレーパリングは、射出プランジャ３１を貫通させて、射出プランジャ３１の外周面に付着する薄い膜状の成形材料を取り除くための装置である。冷却装置４２は、スクレーパリングとは別の単体の装置でもよい。

射出シリンダ３０の内部空間のうち、射出プランジャ３１よりも前側つまり射出ノズル３２側の空間が、前述した射出室３４とされている。また射出シリンダ３０の後方側つまり図１中で右側には、駆動装置保持部３５が設けられ、この駆動装置保持部３５には射出駆動装置３６が保持されている。

射出駆動装置３６は例えば油圧式等のピストンシリンダ装置等から形成されて、ロッド３７を射出プランジャ３１の軸方向に移動させるように構成されている。このロッド３７は射出プランジャ３１に連結されている。したがって該ロッド３７が上述のように移動すると、射出プランジャ３１が前進、後退する。射出室３４の容積は、射出プランジャ３１が前進すると縮小し、射出プランジャ３１が後退すると拡大する。ここで、前進とは図１中で左方への移動であり、後退とは同図中で右方への移動である。射出プランジャ３１の位置は例えばリニアエンコーダ、ロータリエンコーダ等の不図示の位置検出器で検出されているとよい。射出駆動装置３６の駆動は、射出制御装置３８によって制御される。射出制御装置３８は、射出成形機の全体を制御する前述した制御装置に含まれてもよい。射出制御装置３８は、前述の位置検出器の検出値に基づき射出駆動装置３６を制御するとよい。なお射出駆動装置３６は油圧式の他にも例えば空圧式、電動式等の各種方式で構成されてもよい。

なお、前述した型締装置は、金型４を開閉させる機構を有し、金型４に成形材料が充填された時に十分な圧力（型締力）をかける構造になっている。型締力をかけることで溶けた樹脂材料が金型４に入ってくる時の圧力に負けないようにして、金型４から樹脂材料が外に出ないようにしている。

ガス供給部８は、例えば、二酸化炭素等のガスを貯えたガス供給源としての高圧ガスボンベ８０と、この高圧ガスボンベ８０から吐出されるガスを上記ロッド３７の内部通路（図示せず）を介して、射出プランジャ３１のガス供給孔３１ａ内に送るガス通路８１と、ガス通路８１に高圧ガスボンベ８０の側から順に介設された減圧弁８２、圧力計８３、および切換弁８４とを有している。ガス供給部８はさらに、切換弁８４の下流側つまり高圧ガスボンベ８０と反対側においてガス通路８１から分岐された分岐通路８５と、この分岐通路８５に介設された切換弁８６とを有している。なおガス通路８１は、前述した射出プランジャ３１のガス供給孔３１ａと共に、本発明におけるガス通路を構成している。

本例では通常、切換弁８４が開かれると共に切換弁８６が閉じられて、高圧ガスボンベ８０に貯えられているガスがガス供給孔３１ａ内に送られるようになっている。こうしてガス供給孔３１ａ内に送られるガスの圧力は、減圧弁８２の操作によって、好ましい値に設定することができる。またこのガスの圧力は、圧力計８３によって確認することができる。その一方、例えば射出部３の保守、管理等のために、上記とは反対に切換弁８４を閉じると共に切換弁８６を開いて、ガス供給孔３１ａから切換弁８６までのガス通路８１内のガスの一部を外部に排出させて、ガス供給孔３１ａから切換弁８６までのガス通路８１内のガスの圧力を大気圧まで減圧することも可能となっている。またガス供給部８は、必要に応じてガス通路８１の必要な箇所に例えば、リリーフ弁等の圧力制御弁９２を少なくとも１つ備えてもよい。なお、図１には、２つ備えた例を示している。圧力制御弁９２は、ガス通路８１内のガスの圧力が所定の圧力値以上になると外部にガスを排出して、ガス通路８１内のガスの圧力が所定の圧力値以上にならないように制御する。

ガス供給部８はさらに、例えば、分岐通路８５の下流側においてガス通路８１に介設された流量センサ８８と、この流量センサ８８に接続された積算流量コントローラ８９と、この積算流量コントローラ８９に接続された積算流量モニタ９０とを有している。流量センサ８８、積算流量コントローラ８９、および積算流量モニタ９０はガスの積算流量を計測するガス積算流量計測装置９１を構成しており、このガス積算流量計測装置９１は前述の射出制御装置３８に接続されている。例えば、ガス通路８１を通してガス供給孔３１ａ内に送られたガスの積算流量を示す信号が、積算流量モニタ９０から射出制御装置３８に入力される。積算流量コントローラ８９と積算流量モニタ９０は、射出制御装置３８または前述した制御装置に含まれてもよい。流量センサ８８は、マスフローメータであるとよい。またガス供給部８は、流量センサ８８に替えて、ガスの流量を検出するとともにガスの流量を制御することができるマスフローコントローラを備えてもよい。マスフローコントローラは、流量センサと、流量制御弁と、流量センサの出力に基づき流量制御弁を制御する制御部とを備えている。ガス供給部８は、マスフローコントローラによって、所望する一定の流量でガスを供給することができる。なお、マスフローメータには、積算流量コントローラ８９の機能を備えるものがある。マスフローメータには、積算流量モニタ９０の機能を備えるものがある。マスフローコントローラには、積算流量コントローラ８９の機能を備えるものがある。マスフローコントローラには、積算流量モニタ９０の機能を備えるものがある。積算流量コントローラ８９は、マスフローメータまたはマスフローコントローラが有する積算流量コントローラ８９の機能を利用してもよい。積算流量モニタ９０は、マスフローメータまたはマスフローコントローラが有する積算流量モニタ９０の機能を利用してもよい。

以下、上記射出装置１の作用について、図３を参考にしながら説明する。一般に射出成形は、型閉および型締め、射出、保圧、冷却、計量、型開、取出の各工程が順になされ、この成形サイクルを繰り返して成形された製品が得られる。図３の（１）〜（１１）は、１つの製品を成形するに当たって上記保圧が終了した時点から、次の製品を成形する際の保圧がなされるまでの射出プランジャ３１、バネ式弁３１ｂ、および射出孔開閉弁３３の状態を時間経過に従って概略的に示している。なお、同図の（１）では、図中の全ての要素に附番を付けて示しているが、（２）〜（１１）では図面の煩雑化を避けるために、説明に必要な要素のみに附番を付けて示している。

また、射出シリンダ３０内における射出プランジャ３１の前進、後退位置は、前述したように射出制御装置３８によって制御される射出駆動装置３６の動作によって定められる。しかし以下の説明では、特に必要な場合以外は、射出制御装置３８の制御および射出駆動装置３６の動作については逐一説明しないで、射出プランジャ３１の動作あるいは位置だけを説明することもある。

まず、上記保圧工程が終了した時点において、射出プランジャ３１の位置は図３の（１）に示す状態となっている。また射出孔開閉弁３３は、射出ノズル３２の射出孔３２ａを開いた状態となっている。このとき、射出プランジャ３１の前の射出室３４には、成形材料が残っている。またこのとき逆流防止機構６は、連通路５ａを閉じている。この逆流防止機構６の動作は、例えば射出制御装置３８によって制御されるが、それに限らず、射出成形機全体の動作を制御する制御装置によって制御されてもよい。

以上の状態から次に、図３の（２）に示すように、例えば電磁弁等からなる射出孔開閉弁３３は射出ノズル３２の射出孔３２ａを閉じる状態に変えられる。この射出孔開閉弁３３の動作は、例えば射出制御装置３８によって制御されるが、それに限らず、射出成形機全体の動作を制御する制御装置によって制御されてもよい。射出孔開閉弁３３が以上の状態に変えられた後、型締装置で金型４を開く型開の工程、および、開かれた金型４から冷却した成形品を取り出す取出の工程がなされる。

次に図３の（３）に示すように、図１に示すガス通路８１を通してガス供給孔３１ａ内にガスを送り込みながら、射出プランジャ３１が所定の速度で所定の位置まで後退させられる。このときのガスの圧力は、図１に示す減圧弁８２により、例えば５ＭＰａ以下程度に設定される。このガスの圧力および射出プランジャ３１の後退に伴う負圧により、バネ式弁３１ｂはコイルバネ３１sの付勢力に抗してガス供給孔３１ａを開く。それにより、ガス供給孔３１ａから射出シリンダ３０の内部空間（射出室３４）にガスが送られる。このガスは、圧力が上記程度でさほど高くはないので、射出室３４内に残っている成形材料に溶解することは基本的に回避される。

次に図３の（４）に示すように、射出プランジャ３１が所定の圧力で所定の時間だけ前進させられる。それにより、射出室３４に送られていたガスが、該射出室３４に残っている成形材料に圧縮溶解する。なお、バネ式弁３１ｂは図２に示した通りの構成を有するので、射出室３４に送られたガスがガス供給孔３１ａに逆流することを防止可能である。バネ式弁３１ｂは、射出室内のガスの圧力とコイルばね３１ｓの付勢力を足し合わせた圧力が、ガス供給孔３１ａ内のガスの圧力よりも大きくなるとガス供給孔３１ａを閉じる。

次に図３の（５）に示すように、同図（３）に示したのと同様にして、射出プランジャ３１が所定の速度で所定の位置まで後退させられる。それにより、ガス供給孔３１ａから射出シリンダ３０の射出室３４にガスが送られる。この場合も、射出室３４内に残っている成形材料にガスが溶解することは基本的に回避される。

次に図３の（６）に示すように、同図（４）に示したのと同様にして、射出プランジャ３１が所定の圧力で所定の時間だけ前進させられる。それにより、射出室３４に送られていたガスが、該射出室３４に残っている成形材料に圧縮溶解する。

以上のようにして、射出プランジャ３１の後退および前進が複数サイクル繰り返される。その間、図１に示す流量センサ８８が、ガス通路８１を流れるガスの流量を検出し、積算流量コントローラ８９がこのガスの流量から積算流量を算出する。そして、その積算流量が積算流量モニタ９０によって監視され、この積算流量を示す信号が射出制御装置３８に入力される。射出制御装置３８はこの信号が示す積算流量が目標値（射出室３４内に供給させたい所望量）に達すると、射出駆動装置３６の動作を制御して射出プランジャ３１の位置を、最初の保圧工程が終了した時点の位置に戻す。図３の（７）は、このときの状態を示している。積算流量モニタ９０は、射出制御装置３８に積算流量が予め設定した目標値に達すると、それを示す信号を出力するようにしてもよい。射出制御装置３８は、積算流量が予め設定した目標値に達したことを示す信号が入力されると、射出プランジャ３１の位置を、最初の保圧工程が終了した時点の位置に戻すように射出駆動装置３６の動作を制御してもよい。射出制御装置３８は、積算流量モニタ９０を含んで、積算流量コントローラ８９で算出された積算流量を示す信号が入力されて、積算流量が予め設定した目標値に達すると、射出プランジャ３１の位置を、最初の保圧工程が終了した時点の位置に戻すように射出駆動装置３６の動作を制御してもよい。射出制御装置３８は、積算流量コントローラ８９および積算流量モニタ９０を含んで、流量センサ８８で検出されたガスの流量を示す信号が入力されて、このガスの流量から積算流量を算出して、積算流量が予め設定した目標値に達すると、射出プランジャ３１の位置を、最初の保圧工程が終了した時点の位置に戻すように射出駆動装置３６の動作を制御してもよい。

次に射出制御装置３８は、連通路５ａを開き、射出駆動装置３６により射出プランジャ３１に所定の背圧を掛けながら、図１の回転駆動装置２２を駆動させて可塑化スクリュ２１を回転させ、ホッパ７から溶融した成形材料を可塑化シリンダ２０内に供給させる。なお、このように射出制御装置３８が回転駆動装置２２の駆動を直接制御する他に、回転駆動装置２２の駆動を制御する専用の回転駆動制御部を設けて、その回転駆動制御部を射出制御装置３８が制御するようにしてもよい。可塑化シリンダ２０内に供給された成形材料は、回転する可塑化スクリュ２１によって混練されながら前方、つまり連通路５ａの方に給送される。連結部材５の可塑化部側開口５ｂから連通路５ａ内に送られた成形材料は、連通路３ａを経て射出部３の射出室３４に送られる。

図３の（８）はこのときの状態を示しており、図示のように射出プランジャ３１は、射出室３４に供給された成形材料に押されて後退している。射出室３４に新たに供給された成形材料には、射出室３４の中で既にガスが圧縮溶解した成形材料と混ざり合うことで、該射出室３４に供給されていたガスが高圧下で圧縮溶解する。図１に示す射出制御装置３８は射出プランジャ３１を、上記計量が完了した位置、つまり計量された成形材料の量が所定量に達した位置で停止させる。図３中のＬ１は、同図の（７）の位置からこの停止した位置までの射出プランジャ３１の後退長を示している。

上記計量が完了し、逆流防止機構６が連通路５ａを閉じた後、射出制御装置３８は成形材料を金型４内に射出する工程が開始されるまで射出プランジャ３１を所定の圧力で前進させる。図３の（９）はこの前進がなされた後の状態を示している。同図中のＬ２は、この前進の長さを示している。こうして射出プランジャ３１を前進させることにより、成形材料およびガスがさらに圧縮されて、成形材料へのガスの溶解が促進されて、そして、成形材料にガスが圧縮溶解している状態が維持される。成形材料は、こうしてガスが溶解されることにより粘度が低下して、可塑性が高められる。

次に射出制御装置３８は、例えば内部メモリに記憶している、成形材料計量完了時の射出プランジャ３１の位置を、上記前進がなされた後の位置として補正する。成形材料計量完了時の射出プランジャ３１の位置は、成形材料を金型４内に射出する際に、射出プランジャ３１が前進を開始する位置である。

次いで、射出孔開閉弁３３が射出ノズル３２の射出孔３２ａを開く状態に変えられた後、射出制御装置３８は図３の（１０）に示すように、射出プランジャ３１を所定の速度で所定の距離だけ前進させる。同図中のＬ３は、この前進の長さを示している。こうして射出プランジャ３１を前進させることにより、ガスが溶解して低粘度化している成形材料が、射出ノズル３２の射出孔３２ａを通して金型４の中に射出される。

次いで射出制御装置３８は、図３の（１１）に示すように、金型４中のゲート部分の成形材料が冷却固化するまで、射出プランジャ３１を所定の圧力で所定時間前進させる保圧を行う。同図中のＬ４は、このときの射出プランジャ３１の前進長を示している。

射出制御装置３８または前述の制御装置は、本発明の射出装置１を実現できる射出装置のガス溶解方法および本発明の射出装置１を実現できる射出装置のプログラムに従って射出装置１を制御するとよい。

本実施形態では、射出プランジャ３１にガス供給孔３１ａが穿設されている。ガス供給孔３１ａは、射出プランジャ３１の先端面に開口し、射出プランジャ３１が後退すると、射出室３４内における、射出プランジャ３１の先端面と射出室３４内の成形材料との間の空間に連通する。ガス供給孔３１ａが連通する空間は、射出プランジャ３１を後退させることで、容積が拡大することで発生する負圧によって空間内の圧力が下がる。ガスは、ガス供給孔３１ａ内の圧力よりも、負圧によって空間内の圧力が小さくなることで、ガス供給孔３１ａの開口から射出室３４内に供給される。

一般的に、保圧工程後の射出ノズル３２内および射出室３４内には、成形材料が残っている。例えば、ガス供給孔３１ａが射出ノズル３２内に開口している場合、あるいは、ガス供給孔３１ａが射出プランジャ３１の先端面に対面する射出室３４の壁面に開口している場合、ガスは、ガス供給孔３１ａの開口を覆う成形材料を一時的に押し退けて、負圧によって内部圧力が低下した空間へと到達する。

ガス供給孔３１ａから負圧によって内部圧力が低下した空間内へと流れるガスは、負圧によって内部圧力が低下した空間内の圧力とガス供給孔３１ａ内の圧力との間の圧力差が小さくなるにしたがって流量が小さくなり、ガス供給孔３１ａの開口を覆っていた成形材料を押し退けられなくなる場合がある。再びガス供給孔３１ａの開口の少なくとも一部を覆った成形材料は、ガス供給孔３１ａからのガスの供給を途中で停止させる原因となる場合がある。

保圧工程後に射出室３４内に残る成形材料の量は、成形サイクル毎にばらつきがある。保圧工程後にガス供給孔３１ａの開口を覆う成形材料の量は、成形サイクル毎にばらつきがある。前述の理由でガスの供給が停止するタイミングは、成形サイクル毎にばらつく場合がある。ガスの供給が停止するタイミングがばらつくことで、射出室３４内に供給されるガスの供給量が成形サイクル毎にばらつく場合がある。

本実施形態では、射出プランジャ３１の先端面にガス供給孔３１ａの開口を設け、ガスを供給する際に射出プランジャ３１を後退させるので、ガスを供給している途中でガス供給孔３１ａの開口の少なくとも一部が成形材料に覆われることがない。本実施形態では、成形サイクル毎に所定量のガスを正確に射出室３４内に供給することが可能になり、ガスの供給量を正しく制御することが可能になる。

本実施形態では、射出プランジャ３１が後退を開始した直後からガス供給孔３１ａの開口の前方に空間が形成される。本実施形態では、射出プランジャ３１が後退を開始した直後でも前述の圧力差があればガスの供給を開始できるので、射出プランジャ３１が後退するストロークを短くできる。

本実施形態では、射出室３４内の成形材料に所定量のガスを圧縮溶解させるために、射出プランジャ３１の後退、前進を複数サイクル行わせるようにしている。

一般的に、保圧工程後の射出ノズル３２内および射出室３４内には、成形材料が残っている。保圧工程では、成形材料を金型内に射出したあと、射出室３４内に残る成形材料および射出ノズル３２内に残る成形材料を介して金型内の成形材料に射出プランジャ３１で所定の保持圧力を付与している。このとき、射出室３４内の成形材料は、成形材料の弾性に応じて収縮する。保圧工程が完了すると、射出プランジャ３１は、保持圧力が付与されなくなる。射出室３４内で収縮していた成形材料は、元に戻ろうとして反発力を発生する。保圧工程が完了すると、射出プランジャ３１は、成形材料の弾性による反発力で後退方向へと押し戻される。

保圧工程後の射出室３４内に残る成形材料の量は、成形サイクル毎にばらつきがある。保圧工程後に反発する成形材料によって後退方向に移動する射出プランジャ３１のストロークは、成形サイクル毎にばらつきがある。それらのばらつきが原因で、負圧が発生する前の射出室３４内の圧力は、成形サイクル毎にばらつく場合がある。そのあと射出プランジャ３１を後退させた際に、負圧によって内部圧力が低下する射出室３４内の圧力も成形サイクル毎にばらつく場合がある。ガスは、前述のとおり、圧力差によって、ガス供給孔３１ａの開口から射出室３４内へと供給される。射出プランジャ３１を１回だけ後退させて、所定量のガスを１回で射出室３４内に供給する場合、ガスの供給量は、成形サイクル毎にばらつく場合がある。

本実施形態では、所定量のガスが射出室３４内に供給されるまで、所定量のガスよりも少ない量のガスを射出室３４内に供給したあと、射出室３４内の成形材料にガスを圧縮溶解することを繰り返すことで、成形サイクル毎に所定量のガスを正確に射出室３４内に供給することが可能になり、ガスの供給量を正しく制御することが可能になる。

本実施形態では、射出プランジャ３１の後退、前進を１回だけ行う場合と比べると、射出プランジャ３１の往復動のストロークをより短く設定可能である。

一般的に、射出プランジャ３１の往復動のストロークを比較的長く設定するには、射出シリンダ３０を比較的長い全長を有するように形成する必要がある。そのように射出シリンダ３０の全長が比較的長いと、射出プランジャ３１は可塑化シリンダ２０や射出室３４から離れて低温になっている射出シリンダ３０の一部も通過するようになる。そのような場合は、射出室３４で射出プランジャ３１に付着した溶融状態の成形材料が冷えて薄く固化することがある。

この固化した成形材料が射出シリンダ３０の内周面に不均一に残ると、射出シリンダ３０の内周面と射出プランジャ３１の外周面との間の隙間が不均一になる。当該不均一な隙間は、射出プランジャ３１に取り付けたシールリング３１ｃでもシールできずに、射出室３４内のガスを漏らす原因となる場合がある。射出プランジャ３１の往復動のストロークを比較的長く設定すると、ガスの供給量を正しく制御できないという不具合が生じることがある。それに対して、射出プランジャ３１の往復動のストロークをより短く設定できれば、上述のような不具合を回避して、ガスの供給量を正しく制御可能となる。

本発明の射出装置、射出装置のガス溶解方法および射出装置のプログラムは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１ プリプラ式射出装置
２ 可塑化部
２ａ ホッパ取付部材
３ 射出部
３ａ 射出部の連通路
４ 金型
５ 連結部材
５ａ 連結部材の連通路
６ 逆流防止機構
７ ホッパ
８ ガス供給部
２０ 可塑化シリンダ
２１ 可塑化スクリュ
２２ 回転駆動装置
３０ 射出シリンダ
３１ 射出プランジャ
３１ａ ガス供給孔
３１ｂ バネ式弁
３１ｃ、１３１ｃ、２３１ｃ シールリング
３１ｄ ピストンリング
３１ｓ コイルバネ
３２ 射出ノズル
３２ａ 射出孔
３３ 射出孔開閉弁
３４ 射出室
３５ 駆動装置保持部
３６ 射出駆動装置
３７ ロッド
３８ 射出制御装置
４１ キャビティ空間
４２ 冷却装置
４３ 冷却配管
８０ 高圧ガスボンベ
８１ ガス通路
８２ 減圧弁
８３ 圧力計
８４ 切換弁
８５ 分岐通路
８６ 切換弁
８８ 流量センサ
８９ 積算流量コントローラ
９０ 積算流量モニタ
９１ ガス積算流量計測装置
９２ 圧力制御弁

Claims (17)

1. 成形材料を金型内に射出する射出部を有する射出装置において、
   前記射出部内に外部から供給された前記成形材料にガスを圧縮溶解させるために、該射出部内に外部から前記ガスを供給するガス供給部を備えて、
   前記射出部は、
   前記成形材料を収容する射出室が形成されている射出シリンダと、
   前記射出室内をシリンダ軸方向に往復動するとともに、内部に穿設されてかつ一方の端部が前記射出室の壁面の一部を形成する先端面に開口して他方の端部が前記ガス供給部に接続されて該ガス供給部からの前記ガスを該射出室内に導くガス供給孔が形成されている射出軸と、
   前記射出軸をシリンダ軸方向に往復動させる射出駆動装置と、
   前記射出駆動装置を制御して、前記射出室を拡大、縮小するように前記射出軸を前記射出室内で後退、前進させ、該射出軸が後退して前記射出室に前記ガス供給孔を介してガスが供給された後、該射出軸を前進させて前記射出室に有る前記成形材料に前記ガスを圧縮溶解させる射出制御装置とを有することを特徴とする射出装置。
2. 前記射出制御装置は、前記射出駆動装置を制御して、前記射出室に有る前記成形材料に所定量の前記ガスを圧縮溶解させるに当たり、前記射出軸の後退、前進を複数サイクル行わせる、
   請求項１に記載の射出装置。
3. 前記射出制御装置は、前記射出駆動装置を制御して、前記射出室に前記成形材料を供給する前に、前記射出軸を後退、前進させて、該射出室内に残る前記成形材料に前記ガスを圧縮溶解させる、
   請求項１または２に記載の射出装置。
4. 前記射出室に供給された前記ガスの積算流量を計測するガス積算流量計測装置がさらに設けられ、
   前記射出制御装置は、前記ガス積算流量計測装置が計測した積算流量が所定の目標値に達すると前記射出軸の後退を停止して該射出軸を前進させたあと、前記ガスの供給および該ガスの圧縮溶解を完了させる、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の射出装置。
5. 前記射出軸が後退するとき前記ガス供給孔の前記一方の端部の開口を開き、該射出軸が前進するとき前記ガス供給孔の前記一方の端部の開口を閉じる弁をさらに有する、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の射出装置。
6. 前記射出軸は、姿勢を維持するための少なくとも１つのピストンリングと、
   前記ガスの漏れを防止するための少なくとも１つのシールリングと、を該射出軸の外周面に軸方向に並べて設けられている、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の射出装置。
7. 前記シールリングのうちの少なくとも１つは、金属製である、
   請求項６に記載の射出装置。
8. 前記シールリングのうちの少なくとも１つは、付勢部材と、前記付勢部材を覆う可撓性部材とで構成されている、
   請求項６に記載の射出装置。
9. 前記射出軸は、前記シールリングに対して該射出軸の前進側の部分かつ該射出軸の外周面に少なくとも１つの環状溝が軸方向に該シールリングと並べて形成されている、
   請求項６ないし８のいずれか１項に記載の射出装置。
10. 前記射出シリンダは、後端部に冷却装置を備える、
    請求項１ないし９のいずれか１項に記載の射出装置。
11. 前記成形材料を前記射出部に供給する供給部を備えて、
    前記射出軸は、射出プランジャである、
    請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の射出装置。
12. ガスを圧縮溶解させた成形材料を金型内に射出する射出装置のガス溶解方法において、
    射出シリンダの射出室を拡大、縮小するように射出軸を該射出室内で後退、前進させて、
    前記射出軸を後退させて前記射出室に、該射出軸の内部に穿設されてかつ一方の端部が該射出室の壁面の一部を形成する該射出軸の先端面に開口して他方の端部がガス供給部に接続されているガス供給孔を通して前記ガスを該ガス供給部から供給させた後、前記射出軸を前進させて前記射出室に有る前記成形材料に前記ガスを圧縮溶解させる、
    ことを特徴とする射出装置のガス溶解方法。
13. 前記射出室に有る前記成形材料に所定量の前記ガスを圧縮溶解させるに当たり、前記射出軸の後退、前進を複数サイクル行わせる、
    請求項１２に記載の射出装置のガス溶解方法。
14. 前記射出室内に前記成形材料を供給する前に、前記射出軸を後退、前進させて、該射出室内に残る前記成形材料に前記ガスを圧縮溶解させる、請求項１２または１３に記載の射出装置のガス溶解方法。
15. ガスを圧縮溶解させた成形材料を金型内に射出する射出装置のプログラムにおいて、
    射出シリンダの射出室を拡大、縮小するように射出軸を射出室内で後退、前進させて、
    前記射出軸を後退させて前記射出室に、該射出軸の内部に穿設されてかつ一方の端部が該射出室の壁面の一部を形成する該射出軸の先端面に開口して他方の端部がガス供給部に接続されているガス供給孔を通して前記ガスを該ガス供給部から供給させた後、前記射出軸を前進させて前記射出室に有る前記成形材料に前記ガスを圧縮溶解させる、
    ことを特徴とする射出装置のプログラム。
16. 前記射出室に有る前記成形材料に所定量の前記ガスを圧縮溶解させるに当たり、前記射出軸の後退、前進を複数サイクル行わせる、
    請求項１５に記載の射出装置のプログラム。
17. 前記射出室内に前記成形材料を供給する前に、前記射出軸を後退、前進させて、該射出室内に残る前記成形材料に前記ガスを圧縮溶解させる、請求項１５または１６に記載の射出装置のプログラム。