JP7380531B2 - 射出成形機、射出成形装置、射出成形方法及び射出成形プログラム - Google Patents

射出成形機、射出成形装置、射出成形方法及び射出成形プログラム Download PDF

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Description

本開示は、射出成形機、射出成形装置、射出成形方法及び射出成形プログラムに関し、例えば、シリンダの内部でピストンを摺動させることで溶融樹脂を射出する、射出成形機、射出成形装置、射出成形方法及び射出成形プログラムに関する。
特許文献1の射出成形装置は、先端部に射出口が形成されたバレル、バレルに接続されたホッパ、バレル内を摺動するトーピード、及びバレルの開放口の側に配置され、バレルとホッパとの接続口を開閉するプランジャを備えている。
このような射出成形装置を用いて溶融樹脂を射出する場合、先ず、プランジャをバレルの開放口の側に移動させて、バレルとホッパとの接続口を開放して樹脂原料をバレル内におけるトーピードに対してプランジャの側の空間に供給する。
次に、プランジャをバレルの射出口の側に移動させて、バレルとホッパとの接続口を閉鎖し、トーピードをバレル内で当該バレルの開放口の側に移動させる。このとき、樹脂原料がトーピードの溝部を通過し、樹脂原料が可塑化して溶融樹脂となり、当該溶融樹脂がバレル内におけるトーピードに対して射出口の側の空間に流入する。
次に、トーピードをバレルの射出口の側に移動させ、溶融樹脂を当該射出口から射出させる。その後、上述の流れを繰り返すことで、樹脂原料の供給と溶融樹脂の射出とを繰り返す。
特開2017-132039号公報
本出願人は、以下の課題を見出した。特許文献1の射出成形装置は、溶融樹脂を連続的に射出することができる構成とされていない。
本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、溶融樹脂を連続的に射出可能な射出成形機、射出成形装置、射出成形方法及び射出成形プログラムを実現する。
本開示の一態様に係る射出成形機は、シリンダの内部でピストンを摺動させることで溶融樹脂を射出する射出成形機であって、
溶融樹脂を収容する複数のシリンダと、
各々の前記シリンダの内部を摺動し、前記シリンダの内部の溶融樹脂を押し出す複数のピストンと、
各々の前記ピストンを駆動させる複数の駆動部と、
前記複数のシリンダから押し出される溶融樹脂を射出する射出部と、
前記複数の駆動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記複数のシリンダのうち、少なくとも第1のシリンダから溶融樹脂が射出される期間と第2のシリンダから溶融樹脂が射出される期間とが予め設定された期間重複し、前記複数のシリンダから溶融樹脂が連続的に射出されるように、前記複数の駆動部を制御する。
上述の射出成形機において、前記ピストンは、当該ピストンの外周面に溝部が形成されたトーピード式ピストンであり、
前記シリンダは、前記射出部の側に対して逆側の端部を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部と連続する側壁部と、前記射出部の側の端部に形成され、前記射出部によって覆われる開放口と、を備え、
前記シリンダにおける前記ピストンを挟んで前記射出部の側に対して逆側の空間に樹脂原料が供給された状態で、前記ピストンが前記シリンダの内部で前記射出部の側に対して逆側に摺動し、前記樹脂原料を前記空間で圧縮しつつ前記ピストンの溝部を通過させて可塑化して溶融樹脂とすることが好ましい。
上述の射出成形機において、前記ピストンにおける前記射出部の側の面には、前記溝部と連続するように排気用切り欠き溝が形成されていることが好ましい。
上述の射出成形機において、前記シリンダは、前記空間に樹脂原料を供給する供給孔を備え、
前記供給孔は、前記シリンダの側壁部に形成されていることが好ましい。
本開示の一態様に係る射出成形装置は、
上述の射出成形機と、
前記シリンダにおける前記ピストンを挟んで前記射出部の側に対して逆側の空間に樹脂原料を供給する供給部と、
を備え、
前記供給部は、
前記空間から気体を排出する排気部と、
前記空間に接続され、前記樹脂原料を収容するホッパと、
前記ホッパの内部を加圧する加圧部と、
を有し、
前記排気部を介して前記空間から気体が排出されつつ、前記ホッパの内部の加圧によって前記空間に前記樹脂原料が供給される。
上述の射出成形装置において、
前記駆動部は、
モータと、
前記モータに駆動力を伝達可能に接続されるネジ軸と、
前記ネジ軸に沿って移動するスライダと、
前記ネジ軸及び前記スライダを収容する密閉空間を有し、前記シリンダにおける射出部の側に対して逆側の端部が固定されるケースと、
前記ケース及び前記シリンダに通された状態で、一方の端部が前記ピストンに固定され、他方の端部が前記スライダに固定されるロッドと、
を備え、
前記排気部は、
前記ロッドの内部を通り、前記ロッドの延在方向に延びる排気路と、
前記ケースに形成される排気孔と、
前記排気孔に接続される排気弁と、
を有し、
前記排気路の一方の端部は前記ロッドの一方の端部に到達して前記ケースの内部に配置され、前記排気路の他方の端部は前記ロッドの他方の端部に到達して前記空間に配置され、
前記供給部は、前記排気弁を開放して前記ケース及び前記空間の内部の圧力を低下させることで、前記空間に前記樹脂原料を供給することが好ましい。
上述の射出成形装置は、
前記射出部に配置される加熱部と、
前記溶融樹脂の温度を検出する検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記溶融樹脂の温度が予め設定された範囲内になるように、前記加熱部を制御することが好ましい。
上述の射出成形装置において、前記駆動部には、前記シリンダにおける前記射出部の側に対して逆側の端部が固定されており、
前記駆動部と前記シリンダとの間に冷却部が配置されていることが好ましい。
本開示の一態様に係る射出成形方法は、シリンダの内部でピストンを摺動させることで溶融樹脂を射出する射出成形方法であって、
複数のシリンダの内部でピストンを夫々摺動させて、前記複数のシリンダのうち、少なくとも第1のシリンダから溶融樹脂が射出される期間と第2のシリンダから溶融樹脂が射出される期間とを予め設定された第1の期間重複させ、前記複数のシリンダから溶融樹脂を連続的に射出させる。
上述の射出成形方法は、前記ピストンとしてトーピード式ピストンを用いて、前記ピストンを一方に摺動させることで樹脂原料を可塑化して溶融樹脂とし、前記ピストンを他方に摺動させることで前記溶融樹脂を射出し、
各々の前記シリンダにおいて、前記溶融樹脂を射出する期間と前記シリンダに前記樹脂原料を供給する期間とを予め設定された第2の期間重複させることが好ましい。
上述の射出成形方法は、前記溶融樹脂の目標射出量に応じて、前記溶融樹脂の射出を終了してから前記樹脂原料の可塑化を開始するまでの間に待機期間が設定されていることが好ましい。
上述の射出成形方法は、前記溶融樹脂の射出を開始する前に、前記溶融樹脂と前記ピストンとの間に侵入した気体を排気するための排気期間が設定されていることが好ましい。
本開示の一態様に係る射出成形プログラムは、シリンダの内部でピストンを摺動させることで溶融樹脂を射出する射出成形プログラムであって、
複数のシリンダの内部でピストンを夫々摺動させて、前記複数のシリンダのうち、少なくとも第1のシリンダから溶融樹脂が射出される期間と第2のシリンダから溶融樹脂が射出される期間とを予め設定された期間重複させ、前記複数のシリンダから溶融樹脂を連続的に射出するように、前記ピストンを夫々駆動する複数の駆動部を制御する処理をコンピュータに実行させる。
本開示によれば、溶融樹脂を連続的に射出可能な射出成形機、射出成形装置、射出成形方法及び射出成形プログラムを実現できる。
実施の形態1の射出成形装置を概略的に示す図である。 実施の形態1の射出成形装置の制御系のブロック図である。 実施の形態1の射出成形機のZ軸-側の部分を拡大して示す図である。 図3のIV-IV矢視断面図である。 図3のV-V矢視断面図である。 図3のVI-VI矢視断面図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 実施の形態1の射出成形機の動作を示す図である。 第1のシリンダ及び第2のシリンダでの樹脂原料の可塑化と溶融樹脂の射出との時間的な関係、及び樹脂原料の供給タイミングを示す図である。 第1の駆動部のロッド及び第2の駆動部のロッドの軸速度及び溶融樹脂の射出量と時間との関係を示す図である。 第1のピストン及び第2のピストンの動作を説明するための図である。 実施の形態3の射出成形装置の制御系のブロック図である。
以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
<実施の形態1>
先ず、本実施の形態の射出成形装置の構成を説明する。本実施の形態の射出成形装置は、射出成形機を用いてワークを積層造形する際に好適である。図1は、本実施の形態の射出成形装置を概略的に示す図である。図2は、本実施の形態の射出成形装置の制御系のブロック図である。なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元(XYZ)座標系を用いて説明する。
射出成形装置1は、図1及び図2に示すように、射出成形機2、供給装置3、テーブル4、移動装置5、加熱装置6及び制御装置7を備えている。射出成形機2は、連続的に溶融樹脂を射出可能な構成である。図3は、本実施の形態の射出成形機のZ軸-側の部分を拡大して示す図である。図4は、図3のIV-IV矢視断面図である。図5は、図3のV-V矢視断面図である。図6は、図3のVI-VI矢視断面図である。
射出成形機2は、図1乃至図3に示すように、第1のシリンダ11、第2のシリンダ12、端部プレート13、第1のピストン14、第2のピストン15、第1の駆動部16、第2の駆動部17、射出部18及び第1の制御部19を備えている。
第1のシリンダ11は、図3に示すように、Z軸方向に延在しており、Z軸+側の端部が閉塞された有天筒形状を基本形態としている。つまり、第1のシリンダ11は、Z軸+側に配置された閉塞部11a、及び閉塞部11aの周縁部と連続し、且つ、閉塞部11aからZ軸-側に延在する筒状の側壁部11bを備えており、Z軸-側の端部が開放されている。
第1のシリンダ11の閉塞部11aには、当該閉塞部11aをZ軸方向に貫通する貫通孔11cが形成されている。また、第1のシリンダ11の側壁部11bにおけるZ軸+側の部分には、樹脂原料Mが供給される供給孔11dが形成されている。
第2のシリンダ12は、図3に示すように、Z軸方向に延在しており、第1のシリンダ11とY軸方向で並べられている。第2のシリンダ12は、第1のシリンダ11と等しい構成とされているため、重複する説明を省略するが、貫通孔12cを有する閉塞部12a、及び供給孔12dを有する側壁部12bを備えており、第2のシリンダ12のZ軸-側の端部が開放されている。
端部プレート13は、図3に示すように、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12のZ軸-側の端部に固定されている。端部プレート13は、本体部13a及び逆止弁13bを備えている。本体部13aは、例えば、板形状を基本形態としており、Y軸方向に間隔を開けて貫通孔13cが形成されている。
貫通孔13cは、本体部13aをZ軸方向に貫通しており、貫通孔13cのZ軸-側の部分に逆止弁13bが収容される収容部13dを備えている。収容部13dのZ軸+側の面は、貫通孔13cの中心から外側に向かうのに従ってZ軸-側に傾斜する傾斜面である。
このとき、貫通孔13cのZ軸+側の部分は、貫通孔13cの中心から外側に向かうのに従ってZ軸+側に傾斜する傾斜面を備え、当該傾斜面のZ軸-側の端部が収容部13dのZ軸+側の端部と連続しているとよい。
逆止弁13bは、Z軸-側への溶融樹脂の流れを許容し、Z軸+側への溶融樹脂の流れを遮断する。逆止弁13bは、例えば、チェックバルブで構成することができ、チェックボール13e及びスプリング13fを備えている。ここで、スプリング13fの弾性力は、チェックボール13eに予め設定された圧力が作用した際に逆止弁13bが開放されるように、適宜、設定すればよい。
このような端部プレート13は、端部プレート13で第1のシリンダ11のZ軸-側の開放口及び第2のシリンダ12のZ軸-側の開放口を覆うように、本体部13aに形成されたボルト孔13gに通されたボルト13hを介して第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12のZ軸-側の端部に固定されている。
このとき、端部プレート13におけるY軸+側の貫通孔13cが第1のシリンダ11に対してZ軸-側に配置され、端部プレート13におけるY軸-側の貫通孔13cが第2のシリンダ12に対してZ軸-側に配置される。
ここで、図4に示すように、端部プレート13におけるY軸+側の貫通孔13cの中心軸AX1と、第1のシリンダ11の中心軸AX2と、が略重なるように配置され、端部プレート13におけるY軸-側の貫通孔13cの中心軸AX3と、第2のシリンダ12の中心軸AX4と、が略重なるように配置されるとよい。
第1のピストン14は、第1のシリンダ11の内部を摺動可能に当該第1のシリンダ11の内部に配置されている。第1のピストン14は、図3に示すように、本体部14a、逆止リング14b及びストッパ14cを備えており、例えば、トーピード式ピストンとして構成されている。
本体部14aは、第1のシリンダ11の内形と対応する外形を有する柱形状を基本形態としている。このとき、本体部14aのZ軸+側の面14dは、本体部14aの中央から周縁部に向かうのに従ってZ軸-側に向かって傾斜する傾斜面とされているとよい。
本体部14aの周面には、図5に示すように、溝部14eが形成されている。溝部14eは、Z軸方向に延在しており、本体部14aの周方向に略等しい間隔で配置されている。但し、溝部14eは、後述するように、第1のシリンダ11における第1のピストン14に対してZ軸+側の第1の空間S1に供給された樹脂原料Mが溝部14eを通過する際に、樹脂原料Mを可塑化させて溶融樹脂とし、当該溶融樹脂を第1のシリンダ11における第1のピストン14に対してZ軸-側の第2の空間S2に流入させることができる形状及び配置であればよい。
逆止リング14bは、図6を流用して説明すると、第1のシリンダ11の内形と対応する外形を有する環形状であり、本体部14aに対してZ軸-側に配置されている。ストッパ14cは、逆止リング14bを本体部14aのZ軸-側の端部に保持する。
ストッパ14cは、例えば、本体部14aのZ軸-側の端部から突出する柱部14f、及び柱部14fのZ軸-側の端部から当該柱部14fを中心として放射状に分岐する分岐部14gを備えている。
そして、柱部14fが逆止リング14bの貫通孔に通された状態で、逆止リング14bが本体部14aのZ軸-側の端部と分岐部14gとの間に配置されている。このとき、逆止リング14bがZ軸方向に移動できるように、柱部14fのZ軸方向の長さは逆止リング14bのZ軸方向の厚さに対して長い。
ここで、詳細な機能は後述するが、本体部14aのZ軸-側の端部には、図5に示すように、排気用切り欠き溝14hが形成されているとよい。このとき、第1のピストン14をZ軸-側から見て、排気用切り欠き溝14hの一方の端部は、溝部14eのZ軸-側の端部に到達し、排気用切り欠き溝14hの他方の端部は、逆止リング14bの貫通孔まで到達しているとよい。
第2のピストン15は、図3に示すように、第2のシリンダ12の内部を摺動可能に当該第2のシリンダ12の内部に配置されている。第2のピストン15は、第1のピストン14と等しい構成とされている。
そのため、重複する説明を省略するが、第2のピストン15は、Z軸+側の面15dに傾斜面を有する本体部15a、逆止リング15b、及び柱部15f並びに分岐部15gを有するストッパ15cを備えている。このとき、第2のピストン15も、排気用切り欠き溝15hを備えているとよい。
第1の駆動部16は、第1のピストン14をZ軸方向に駆動させる。第1の駆動部16は、図1に示すように、モータ16a、ネジ軸16b、スライダ16c、ロッド16d及びケース16eを備えている。モータ16aは、例えば、サーボモータであり、ケース16eのZ軸+側の端部に固定されている。モータ16aの出力軸の回転角度は、エンコーダ16f(図2を参照)によって検出される。
ネジ軸16bは、Z軸方向に延在しており、ケース16eの内部で軸受け16gを介して回転可能に支持されている。そして、ネジ軸16bのZ軸+側の端部は、ケース16eのZ軸+側の端部に形成された貫通孔16hに通された状態で、モータ16aの出力軸から駆動力を伝達可能に当該出力軸に接続されている。
スライダ16cは、ネジ孔を備えており、ケース16eの内部でスライダ16cがネジ軸16bに沿って移動するように、スライダ16cのネジ孔がネジ軸16bに噛み合わされている。このようなネジ軸16b及びスライダ16cは、ボールネジを構成し、ケース16eの内部に収容されている。
ロッド16dは、Z軸方向に延在しており、ケース16eのZ軸-側の端部に形成された貫通孔16i及び第1のシリンダ11の貫通孔11cに通されている。ロッド16dのZ軸+側の端部はスライダ16cに固定され、ロッド16dのZ軸-側の端部は第1のピストン14のZ軸+側の端部に固定されている。
ケース16eは、モータ16a、ネジ軸16b、スライダ16c及びロッド16dを支持する。ケース16eは、例えば、箱形状であり、ケース16eの内部に密閉空間を形成している。このようなケース16eのZ軸-側の端部には、第1のシリンダ11の閉塞部11aが固定されている。
第2の駆動部17は、第2のピストン15をZ軸方向に駆動させる。第2の駆動部17は、第1の駆動部16と略等しい構成とされているため、重複する説明は省略するが、図1に示すように、モータ17a、ネジ軸17b、スライダ17c、ロッド17d及びケース17eを備えている。
つまり、モータ17aは、ケース17eのZ軸+側の端部に固定されており、モータ17aの出力軸の回転角度がエンコーダ17f(図2を参照)によって検出される。ネジ軸17bは、軸受け17gを介してケース17eの内部で支持されており、ネジ軸17bがケース17eのZ軸+側の端部に形成された貫通孔17hに通された状態で、ネジ軸17bのZ軸+側の端部がモータ17aの出力軸に接続されている。
スライダ17cは、ケース17eの内部でネジ軸17bに沿って移動するように、スライダ17cのネジ孔がネジ軸17bに噛み合わされている。ロッド17dは、ケース17eのZ軸-側の端部に形成された貫通孔17i及び第2のシリンダ12の貫通孔12cに通されている。そして、ロッド17dのZ軸+側の端部はスライダ17cに固定され、ロッド17dのZ軸-側の端部は第2のピストン15のZ軸+側の端部に固定されている。
ケース17eは、モータ17a、ネジ軸17b、スライダ17c及びロッド17dを支持し、ケース17eの内部に密閉空間を形成している。そして、ケース17eのZ軸-側の端部には、第2のシリンダ12の閉塞部12aが固定されている。
本実施の形態では、図1に示すように、ケース17eを第1の駆動部16のケース16eと一体的に形成しており、共通の密閉空間を形成している。そのため、以下の説明では、第1の駆動部16のケース16eを示す場合、第2の駆動部17のケース17eも併せて示している場合がある。但し、ケース17eは、第1の駆動部16のケース16eと別部材で構成してもよい。
射出部18は、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12から押し出される溶融樹脂を射出することができるように、端部プレート13に対してZ軸-側に配置されている。射出部18は、溶融樹脂を射出する射出口18a、射出口18aからZ軸+側であって、且つ、Y軸+側に延在する第1の分岐路18b、射出口18aからZ軸+側であって、且つ、Y軸-側に延在する第2の分岐路18cを備えている。
このような射出部18は、リテーリングナット18dを介して端部プレート13に固定されている。このとき、図3に示すように、第1の分岐路18bのZ軸+側の端部は、端部プレート13におけるY軸+側の貫通孔13cと連通し、第2の分岐路18cのZ軸+側の端部は、端部プレート13におけるY軸-側の貫通孔13cと連通する。
射出部18は、射出口18aが形成される第1のプレート18eと、第1の分岐路18b及び第2の分岐路18cが形成される第2のプレート18fと、に分割されており、詳細な機能は後述するが、第2のプレート18fがセラミックプレートで構成されているとよい。
第1の制御部19は、詳細は後述するが、エンコーダ16f、17fの検出結果に基づいて、第1の駆動部16のモータ16a及び第2の駆動部17のモータ17aを制御する。
供給装置3は、樹脂原料Mを第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12に供給する。供給装置3は、図1及び図2に示すように、排気部31、ホッパ32、加圧部33及び第2の制御部34を備えている。排気部31は、第1のシリンダ11の第1の空間S1及び第2のシリンダ12における第2のピストン15に対してZ軸+側の第1の空間S3から気体を排出する。
詳細には、排気部31は、排気路31a、排気孔31b及び排気弁31cを備えている。排気路31aは、図1及び図3に示すように、第1の駆動部16のロッド16d及び第2の駆動部17のロッド17dに夫々形成されている。排気路31aは、ロッド16d、17dの内部を通り、Z軸方向に延在している。
排気路31aのZ軸-側の端部は、ロッド16d、17dのZ軸-側の端部の周面に到達し、排気路31aのZ軸+側の端部は、ロッド16d、17dのZ軸+側の端面に到達している。
そのため、排気路31aのZ軸-側の端部は、第1のシリンダ11の第1の空間S1又は第2のシリンダ12の第1の空間S3に配置され、排気路31aのZ軸+側の端部は、第1の駆動部16のケース16eの内部に配置されている。
排気孔31bは、第1の駆動部16のケース16eに形成されている。但し、第1の駆動部16のケース16eと第2の駆動部17のケース17eとが別部材で構成されている場合、各々のケース16e、17eに排気孔31bが形成される。排気弁31cは、排気管35を介して排気孔31bに接続されている。排気弁31cは、例えば、電磁バルブである。
ホッパ32は、第1のシリンダ11の第1の空間S1及び第2のシリンダ12の第1の空間S3に供給する樹脂原料Mを収容する。本実施の形態では、ホッパ32として、第1のホッパ32a及び第2のホッパ32bを備えている。
第1のホッパ32aは、第1のホッパ32aの内部を密閉可能な構成とされており、第1の供給管36を介して第1のシリンダ11の供給孔11dに接続されている。第2のホッパ32bは、第2のホッパ32bの内部を密閉可能な構成とされており、第2の供給管37を介して第2のシリンダ12の供給孔12dに接続されている。
これらの第1のホッパ32a及び第2のホッパ32bは、余熱ヒータによって樹脂原料Mを乾燥状態に維持できる構成であればよい。これにより、樹脂原料Mを可塑化する際に発生する水蒸気による造形不良を抑制することができる。
また、第1のシリンダ11の供給孔11d、第2のシリンダ12の供給孔12d、第1の供給管36及び第2の供給管37の内径は、樹脂原料Mである樹脂ペレットの対角線の2倍以下であるとよい。
これにより、第1のシリンダ11の供給孔11d、第2のシリンダ12の供給孔12d、第1の供給管36及び第2の供給管37で樹脂原料Mが並んでブリッジを起こし、各々の内部が詰まることを抑制できる。
加圧部33は、ホッパ32内を気体で加圧するエアポンプである。本実施の形態では、加圧部33は、第1の接続管38を介して第1のホッパ32aに接続され、且つ、第2の接続管39を介いて第2のホッパ32bに接続されている。
加圧部33は、例えば、常時、ホッパ32内を加圧する。そのため、排気弁31c及び逆止弁13bが閉じた状態では、第1のシリンダ11と第2のシリンダ12と第1の駆動部16のケース16eとで形成される密閉空間が当該ケース16eの外側に対して高圧に維持される。
第2の制御部34は、後述する所望のタイミングで第1のシリンダ11の第1の空間S1又は第2のシリンダ12の第1の空間S3から気体を排出するために、排気弁31cを制御する。
テーブル4は、射出成形機2に対してZ軸-側に配置されており、射出成形機2から射出される溶融樹脂を積層してワークを成形するための成形台である。ここで、テーブル4は、例えば、加熱可能な構成とされているとよい。移動装置5は、ワークを成形するために射出成形機2及びテーブル4を移動させる。移動装置5は、例えば、ガントリー装置51、昇降装置52及び第3の制御部53を備えている。
ガントリー装置51は、射出成形機2をX軸方向及びY軸方向に移動させる。ガントリー装置51としては、一般的なガントリー装置を用いることができ、例えば、X軸方向に延在するスライドレールとY軸方向に延在するスライドレールとを組み合わせて構成することができる。
昇降装置52は、テーブル4をZ軸方向に昇降させる。昇降装置52としては、例えば、一般的な昇降装置を用いることができ、ボールネジで構成することができる。第3の制御部53は、射出成形機2から射出される溶融樹脂を積層して所望のワークを成形するためにガントリー装置51及び昇降装置52を制御する。
加熱装置6は、図2及び図3に示すように、第1の加熱部61、温度検出部62及び第4の制御部63を備えている。第1の加熱部61は、可塑化された溶融樹脂を保温する。
第1の加熱部61は、例えば、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12のZ軸-側の部分を囲むシートヒータで構成することができる。但し、第1の加熱部61は、可塑化された溶融樹脂を保温できればよく、第1の加熱部61の構成及び配置は限定されない。
温度検出部62は、溶融樹脂の温度を検出する。温度検出部62は、例えば、射出部18に設けられている。このとき、例えば、温度検出部62は、射出部18の第2のプレート18fに設けられるとよい。
第2のプレート18fは、上述のようにセラミックプレートで構成されている場合、金属製に比べて熱容量が小さいため、射出部18を通る溶融樹脂の熱が第2のプレート18fに熱伝導し易く、溶融樹脂の温度を精度良く検出することができる。第4の制御部63は、温度検出部62の検出結果に基づいて、溶融樹脂の温度が予め設定された第1の範囲内になるように第1の加熱部61を制御する。
制御装置7は、図2に示すように、第1の制御部19、第2の制御部34、第3の制御部53及び第4の制御部63を備えており、ワークを成形するために、第1の制御部19、第2の制御部34、第3の制御部53及び第4の制御部63を制御する。
次に、本実施の形態の射出成形装置1を用いてワークを成形する流れを説明する。図7乃至図16は、射出成形機の動作を示す図である。図17は、第1のシリンダ及び第2のシリンダでの樹脂原料の可塑化と溶融樹脂の射出との時間的な関係、及び樹脂原料の供給タイミングを示す図である。
ここで、初期状態として、第1のピストン14及び第2のピストン15が最もZ軸+側に配置されているものとする。このような状態から、先ず、第1の制御部19は、エンコーダ16fの検出結果を参照しつつ、モータ16aを制御し、第1のピストン14をZ軸-側に移動させる。
そして、第1の制御部19がエンコーダ16fの検出結果を参照して、第1のピストン14がZ軸方向の予め設定された位置に到達したことを確認すると、第2の制御部34は、排気部31の排気弁31cを制御し、排気弁31cを開放させる。このとき、第1の制御部19は、未だ第2の駆動部17のモータ17aを駆動させない。
これにより、第1のシリンダ11の第1の空間S1の気体がロッド16dの排気路31aを通って、ケース16eの内部に侵入し、排気孔31b及び排気弁31cを介して排出されて第1のシリンダ11の第1の空間S1が減圧されると共に、第1のホッパ32aから樹脂原料Mが気体に押され、図7に示すように、第1のシリンダ11の供給孔11dを介して当該第1のシリンダ11の第1の空間S1に供給される。
このとき、供給孔11dは、第1のシリンダ11の側壁部11bに形成されているので、樹脂原料Mが気体と共に渦を巻きながら、Z軸-側に落下する。そのため、樹脂原料Mを第1のシリンダ11の第1の空間S1内に略均一に供給することができる。
そして、第1の制御部19がエンコーダ16fの検出結果を参照して、第1のピストン14が最もZ軸-側に到達したことを確認すると、第2の制御部34は、排気部31の排気弁31cを制御して閉鎖する。このとき、第1のシリンダ11の第1の空間S1に樹脂原料Mが満たされた状態となる。
つまり、排気部31の排気弁31cを開放するだけで、自動的に樹脂原料Mを第1のシリンダ11の第1の空間S1に供給することができる。このとき、第1のピストン14が予め設定されたZ軸方向の位置に到達してから最もZ軸-側に到達するまでの間で第1のシリンダ11の第1の空間S1に樹脂原料Mが供給されるので、第1のシリンダ11に定量的に樹脂原料Mを供給することができる。
次に、第1の制御部19は、エンコーダ16fの検出結果を参照しつつ、モータ16aを制御し、図8に示すように、第1のピストン14をZ軸+側に移動させると共に、エンコーダ17fの検出結果を参照しつつ、モータ17aを制御し、第2のピストン15をZ軸-側に移動させる。
第1のピストン14がZ軸+側に移動することで、樹脂原料Mが第1のピストン14と、第1のシリンダ11の閉塞部11aと、第1のシリンダ11の側壁部11bと、で圧縮され、樹脂原料Mが第1のピストン14の溝部14eを通過しつつ可塑化して溶融樹脂Rとなり、第1のシリンダ11の第2の空間S2に流入する。この状態は、図17の太線の一つ目の山として示している。
ここで、図17では、太線によって第1のシリンダ11での樹脂原料Mの可塑化と溶融樹脂Rの射出とのタイミングを示し、細線によって第2のシリンダ12での樹脂原料Mの可塑化と溶融樹脂Rの射出とのタイミングを示している。また、図17では、破線によって樹脂原料Mの供給タイミングを示している。
このとき、供給孔11dが第1のシリンダ11の側壁部11bに形成されており、樹脂原料Mが供給孔11dから漏れ出し難い。しかも、第1のピストン14で樹脂原料Mを可塑化する際に作用するZ軸+側の力を第1のシリンダ11の閉塞部11aで受けることができる。
また、第1のピストン14のZ軸+側の面14dが本体部14aの中央から周縁部に向かうのに従ってZ軸-側に向かって傾斜する傾斜面に形成されている場合、第1のピストン14がZ軸+側に移動する際に、樹脂原料Mを第1のピストン14の溝部14eに良好に誘導することができる。
そして、第1のピストン14がZ軸+側に移動する際に、第1のピストン14の逆止リング14bがZ軸-側に押され、本体部14aと逆止リング14bとの隙間を介して当該逆止リング14bの貫通孔から溶融樹脂Rを第1のシリンダ11の第2の空間S2に良好に流入させることができる。
一方、第1の制御部19がエンコーダ17fの検出結果を参照して、第2のピストン15がZ軸方向の予め設定された位置に到達したことを確認すると、第2の制御部34は、排気部31の排気弁31cを制御し、排気弁31cを開放させる。
これにより、第2のシリンダ12の第1の空間S3の気体がロッド17dの排気路31aを通って、ケース16eの内部に侵入し、排気孔31b及び排気弁31cを介して排出されて第2のシリンダ12の第1の空間S3が減圧されると共に、第2のホッパ32bから樹脂原料Mが気体に押され、第2のシリンダ12の供給孔12dを介して当該第2のシリンダ12の第1の空間S3に供給される。
このとき、供給孔12dは、第2のシリンダ12の側壁部12bに形成されているので、樹脂原料Mが気体と共に渦を巻きながら、Z軸-側に落下する。そのため、樹脂原料Mを第2のシリンダ12の第1の空間S3内に略均一に供給することができる。
次に、第1の制御部19は、エンコーダ16fの検出結果を参照して、第1のピストン14が最もZ軸+側に到達したことを確認すると、第1のピストン14をZ軸+側への移動からZ軸-側への移動に反転させるためにモータ16aを反転制御し、図9に示すように、第1のピストン14をZ軸-側に移動させる。
このようにモータ16aを反転制御した場合、モータ16aが一時的に略停止する期間があるため、第1のピストン14は最もZ軸+側で、一旦、停止した後にZ軸-側への移動を開始する。
このとき、樹脂原料Mが第1のシリンダ11の第1の空間S1に供給された際の当該樹脂原料Mの容積が第2の空間S2の容積に対して小さい場合、第1のシリンダ11の第2の空間S2のZ軸+側の領域に気体Aが侵入する可能性があるが、当該気体Aが第1のピストン14の排気用切り欠き溝14h及び溝部14eを介して第1の空間S1に抜け、さらにロッド16dの排気路31a、ケース16eの排気孔31b及び排気弁31cを介して排出される。これにより、溶融樹脂Rに気体Aが混入することを抑制でき、その結果、ワークの欠陥を抑制することができる。
ここで、第1のシリンダ11の第2の空間S2に侵入した気体Aを排気する期間、第1のピストン14の移動速度を、溶融樹脂Rを目標射出量で射出する際の第1のピストン14の移動速度に比べて速くすると、溶融樹脂Rを迅速に射出することができる。
次に、第1の制御部19がエンコーダ17fの検出結果を参照して、第2のピストン15が最もZ軸-側に到達したことを確認すると、第2のピストン15をZ軸-側への移動からZ軸+側への移動に反転させるためにモータ17aを反転制御する。このようにモータ17aを反転制御した場合、モータ17aが一時的に略停止する期間があるため、第2のピストン15は最もZ軸-側で略停止した状態となる。
それと共に、第2の制御部34は、排気部31の排気弁31cを制御して閉鎖する。上述のように排気弁31cを開放してから閉鎖するまでの間に、第2のシリンダ12の第1の空間S3は、樹脂原料Mで満たされる。つまり、排気部31の排気弁31cを開放するだけで、自動的に樹脂原料Mを第2のシリンダ12の第1の空間S3に供給することができる。
このとき、第2のピストン15が予め設定されたZ軸方向の位置に到達してから最もZ軸-側に到達するまでの間で第2のシリンダ12の第1の空間S3に樹脂原料Mが供給されるので、第2のシリンダ12に定量的に樹脂原料Mを供給することができる。
次に、第1の制御部19は、モータ16aを制御して第1のピストン14をさらにZ軸-側に移動させると、図10及び図11に示すように、溶融樹脂Rが端部プレート13のY軸+側の逆止弁13bをZ軸-側に押し込みつつY軸+側の貫通孔13c、射出部18の第1の分岐路18b及び射出口18aを介して射出される。なお、この時、Y軸-側の逆止弁13bは、溶融樹脂Rが生じる圧力により、Z軸+側への溶融樹脂Rの流れを遮断する。この状態は、図17の太線の一つ目の谷として示している。
このように第1のピストン14がZ軸-側に移動する際に、第1のピストン14の逆止リング14bがZ軸+側に押され、逆止リング14bによって本体部14aの溝部14eが塞がれるので、本体部14aの溝部14eを介して溶融樹脂Rを第1のシリンダ11の第1の空間S1に逆流することを抑制することができる。
一方、図11に示すように、第2のピストン15がZ軸+側への移動を開始すると、樹脂原料Mが第2のピストン15と、第2のシリンダ12の閉塞部12aと、第2のシリンダ12の側壁部12bと、で圧縮されて、樹脂原料Mが第2のピストン15の溝部15eを通過しつつ可塑化して溶融樹脂Rとなり、第2のシリンダ12における第2のピストン15に対してZ軸-側の第2の空間S4に流入する。この状態は、図17の細線の一つ目の山として示している。
このとき、供給孔12dが第2のシリンダ12の側壁部12bに形成されており、樹脂原料Mが供給孔12dから漏れ出し難い。しかも、第2のピストン15で樹脂原料Mを可塑化する際に作用するZ軸+側の力を第2のシリンダ12の閉塞部12aで受けることができる。
また、第2のピストン15のZ軸+側の面15dが本体部15aの中央から周縁部に向かうのに従ってZ軸-側に向かって傾斜する傾斜面に形成されている場合、第2のピストン15がZ軸+側に移動する際に、樹脂原料Mを第2のピストン15の溝部15eに良好に誘導することができる。
このように第2のピストン15がZ軸+側に移動する際に、第2のピストン15の逆止リング15bがZ軸-側に押され、本体部15aと逆止リング15bとの隙間を介して当該逆止リング15bの貫通孔から溶融樹脂Rを第2のシリンダ12の第2の空間S4に良好に流入させることができる。
第1の制御部19がエンコーダ16fの検出結果を参照して、図11に示すように、第1のピストン14がZ軸方向の予め設定された位置に到達したことを確認すると、排気部31の排気弁31cを制御し、排気弁31cを開放させる。これにより、第1のシリンダ11の第1の空間S1の気体が排出され、第1のシリンダ11の第1の空間S1に樹脂原料Mが供給される。この状態は、図17の破線の一つ目の谷として示している。
一方、第1の制御部19は、エンコーダ17fの検出結果を参照して、図12に示すように、第2のピストン15が最もZ軸+側に到達したことを確認すると、第2のピストン15をZ軸+側への移動からZ軸-側への移動に反転させるためにモータ17aを反転制御する。このとき、モータ17aを反転させるために当該モータ17aが一時的に略停止する期間があるため、第2のピストン15は最もZ軸+側で略停止した状態となる。
第2のピストン15がZ軸-側への移動を開始すると、図13に示すように、溶融樹脂Rが端部プレート13のY軸-側の逆止弁13bをZ軸-側に押し込みつつY軸-側の貫通孔13c、射出部18の第2の分岐路18c及び射出口18aを介して射出される。なお、この時、Y軸+側の逆止弁13bは、溶融樹脂Rが生じる圧力により、Z軸+側への溶融樹脂Rの流れを遮断する。この状態は、図17の細線の一つ目の谷として示している。
このとき、樹脂原料Mが第2のシリンダ12の第1の空間S3に供給された際の当該樹脂原料Mの容積が第2の空間S4の容積に対して小さい場合、第2のシリンダ12の第2の空間S4のZ軸+側の領域に気体Aが侵入する可能性があるが、当該気体Aが第2のピストン15の排気用切り欠き溝15h及び溝部15eを介して第1の空間S3に抜け、さらにロッド17dの排気路31a、ケース17eの排気孔31b及び排気弁31cを介して排出される。これにより、溶融樹脂Rに気体Aが混入することを抑制でき、その結果、ワークの欠陥を抑制することができる。
ここで、第2のシリンダ12の第2の空間S4に侵入した気体Aを排気する期間、第2のピストン15の移動速度を、溶融樹脂Rを目標射出量で射出する際の第2のピストン15の移動速度に比べて速くすると、溶融樹脂Rを迅速に射出することができる。
次に、第1の制御部19は、エンコーダ16fの検出結果を参照して、第1のピストン14が最もZ軸-側に到達したことを確認すると、排気部31の排気弁31cを制御して閉鎖すると共に、第1のピストン14をZ軸-側への移動からZ軸+側への移動に反転させるためにモータ16aを反転制御する。このとき、モータ16aを反転させるために当該モータ16aが一時的に略停止する期間があるため、第1のピストン14は最もZ軸-側で略停止した状態となる。
これにより、第2のシリンダ12から溶融樹脂Rが射出される期間は、第1のシリンダ11から溶融樹脂Rが射出される期間と予め設定された第1の期間重複することになる。そのため、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12から連続的に溶融樹脂Rを射出させることができる。ここで、予め設定された第1の期間は、第1のピストン14及び第2のピストン15の移動速度に応じて、適宜、設定することができる。
このとき、射出部18から射出される溶融樹脂Rの射出量が目標射出量になるように、第1の制御部19はモータ16a、17aを制御して、第1のピストン14及び第2のピストン15の移動速度を調整すると、所望のワークを精度良く成形することができる。
第1のピストン14がZ軸+側への移動を開始すると、図14に示すように、樹脂原料Mが第1のピストン14の溝部14eを通過しつつ可塑化して溶融樹脂Rとなり、第1のシリンダ11の第1の空間S1に流入する。この状態は、図17の太線の二つ目の山として示している。
一方、第1の制御部19がモータ17aを制御して第2のピストン15をさらにZ軸-側に移動させて溶融樹脂Rを射出させつつ、エンコーダ17fの検出結果を参照して、第2のピストン15がZ軸方向の予め設定された位置に到達したことを確認すると、第2の制御部34は、排気部31の排気弁31cを制御し、排気弁31cを開放させる。
これにより、第2のシリンダ12の第1の空間S3の気体Aが排出されて減圧され、第2のシリンダ12の第1の空間S3に樹脂原料Mが供給される。この状態は、図17の破線の二つ目の谷として示している。
次に、第1の制御部19は、図15に示すように、エンコーダ16fの検出結果を参照して、第1のピストン14が最もZ軸+側に到達したことを確認すると、第1のピストン14をZ軸+側への移動からZ軸-側への移動に反転させるためにモータ16aを反転制御する。このとき、モータ16aを反転させるために当該モータ16aが一時的に略停止する期間があるため、第1のピストン14は最もZ軸+側で略停止した状態となる。
第1のピストン14がZ軸-側への移動を開始すると、図16に示すように、溶融樹脂Rが端部プレート13のY軸+側の逆止弁13bをZ軸-側に押し込みつつY軸+側の貫通孔13c、射出部18の第1の分岐路18b及び射出口18aを介して射出される。なお、この時、Y軸-側の逆止弁13bは、溶融樹脂Rが生じる圧力により、Z軸+側への溶融樹脂Rの流れを遮断する。この状態は、図17の太線の二つ目の谷として示している。
次に、第1の制御部19は、エンコーダ17fの検出結果を参照して、第2のピストン15が最もZ軸-側に到達したことを確認すると、第2のピストン15をZ軸-側への移動からZ軸+側への移動に反転させるためにモータ17aを反転制御する。
このとき、モータ17aを反転させるために当該モータ17aが一時的に略停止する期間があるため、第2のピストン15は最もZ軸-側で略停止した状態となる。それと共に、第2の制御部34は、排気部31の排気弁31cを制御して閉鎖する。
これにより、第1のシリンダ11から溶融樹脂Rが射出される期間も、第2のシリンダ12から溶融樹脂Rが射出される期間と予め設定された第1の期間重複する。そのため、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12から連続的に溶融樹脂Rを射出させることができる。
第2のピストン15がZ軸+側への移動を開始すると、樹脂原料Mが第2のピストン15の溝部15eを通過しつつ可塑化して溶融樹脂Rとなり、第2のシリンダ12の第1の空間S3に流入する。この状態は、図17の細線の二つ目の山として示している。
一方、第1の制御部19がモータ16aを制御して第1のピストン14をさらにZ軸-側に移動させて溶融樹脂Rを射出させつつ、エンコーダ16fの検出結果を参照して、第1のピストン14がZ軸方向の予め設定された位置に到達したことを確認すると、第2の制御部34は、排気部31の排気弁31cを制御し、排気弁31cを開放させる。
これにより、第1のシリンダ11の第1の空間S1の気体Aが排出されて減圧され、第1のシリンダ11の第1の空間S1に樹脂原料Mが供給される。この状態は、図17の破線の三つ目の谷として示している。
このように第1の制御部19がモータ16a、17aを制御して第1のシリンダ11と第2のシリンダ12から連続的に溶融樹脂Rを射出しつつ、射出される溶融樹脂Rによってテーブル4のZ軸+側の面で所望のワークが積層造形されるように、第3の制御部53がガントリー装置51及び昇降装置52を制御すると、ワークを成形することができる。
このとき、第4の制御部63は、温度検出部62の検出結果に基づいて、射出される溶融樹脂Rの温度が予め設定された第1の範囲内になるように、第1の加熱部61を制御する。これにより、溶融樹脂Rを安定した状態で射出することができる。
ここで、第1のシリンダ11と第2のシリンダ12から連続的に溶融樹脂Rを射出するためには、以下の二つの条件を満たす必要がある。
<条件1> T1_dw=T2_up+T2_rv1+T2_rv2
<条件2> T2_dw=T1_up+T1_rv1+T1_rv2
但し、T1_upは第1のピストン14がZ軸+側に移動中の期間、T1_dwは第1のピストン14がZ軸-側に移動中の期間、T1_rv1は第1のピストン14がZ軸-側の移動からZ軸+側への移動に反転するために要する期間、T1_rv2は第1のピストン14がZ軸+側の移動からZ軸-側への移動に反転するために要する期間である。また、T2_upは第2のピストン15がZ軸+側に移動中の期間、T2_dwは第2のピストン15がZ軸-側に移動中の期間、T2_rv1は第2のピストン15がZ軸-側の移動からZ軸+側への移動に反転するために要する期間、T2_rv2は第2のピストン15がZ軸+側の移動からZ軸-側への移動に反転するために要する期間である。
このような条件1、2を満たしつつ、第1のシリンダ11から溶融樹脂Rが射出される期間と、第2のシリンダ12から溶融樹脂Rが射出される期間と、の一部を重複させると、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12から溶融樹脂Rを連続的に射出することができる。
このように本実施の形態の射出成形装置1、射出成形機2及び射出成形方法は、第1のシリンダ11から溶融樹脂Rが射出される期間と、第2のシリンダ12から溶融樹脂Rが射出される期間と、の一部を重複させる。これにより、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12から溶融樹脂Rを連続的に射出することができる。
しかも、本実施の形態の射出成形装置1、射出成形機2及び射出成形方法は、排気部31の排気弁31cを制御するだけで、自動的に樹脂原料Mを第1のシリンダ11及び第2にシリンダ12に供給することができる。つまり、本実施の形態の供給装置3は、樹脂原料Mの自動供給装置として機能させることができる。そのため、簡単な構成で樹脂原料Mを供給することができる。
また、第1のピストン14及び第2のピストン15が予め設定されたZ軸方向の位置に到達してから最もZ軸-側に到達するまで第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12に樹脂原料Mを供給するので、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12に定量的に供給することができる。そのため、樹脂原料Mの計量器を省略することができる。
なお、予め設置されたZ軸方向の位置は、第1のピストン14又は第2のピストン15が最もZ軸-側に到達するまでに、第1のシリンダ11の第1の空間S1又は第2のシリンダ12の第1の空間S3が樹脂原料Mで満たされるように設定されればよい。また、樹脂原料Mが満たされる位置は、第1のピストン14又は第2のピストン15が最もZ軸-側に到達する前であってもよい。
ここで、第1のシリンダ11のZ軸-側の端部は開放しているので、第1のピストン14や第1の駆動部16のロッド16dを第1のシリンダ11のZ軸-側の開放口から挿入することができる。同様に、第2のシリンダ12のZ軸-側の端部は開放しているので、第2のピストン15や第2の駆動部17のロッド17dを第2のシリンダ12のZ軸-側の開放口から挿入することができる。そのため、特許文献1の射出成形装置が有するようなプランジャを省略することができる。
本実施の形態の射出成形装置1の加熱装置6は、さらに第2の加熱部64を備えているとよい。第2の加熱部64は、例えば、ヒータ線で構成され、射出部18の第2のプレート18fに埋設されているとよい。
これにより、第4の制御部63が第1の加熱部61又は第2の加熱部64を制御することで、溶融樹脂Rの温度を所望の温度に加熱できる。そのため、射出部18の射出口18aから射出される溶融樹脂Rの粘度を低下させることができ、溶融樹脂Rの射出制御を容易に行うことができ。その結果、ワークを成形する際に層間強度の向上、及びワークの収縮や反りを抑制することができる。
このとき、第2のプレート18fは、上述のようにセラミックプレートで構成されているとよい。セラミックプレートは金属に比べて熱容量が小さいため、第2の加熱部64の熱を効率良く溶融樹脂Rに伝えることができる。
また、第2の加熱部64が損傷した場合、リテーリングナット18dを緩めると第2のプレート18fを介して第2の加熱部64を簡単に交換することができる。なお、例えば、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12が溶融樹脂Rを保温できる構成とされている場合、加熱装置6を省略してもよい。
ちなみに、図3に示すように、第1の駆動部16のケース16eと、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12と、の間に冷却部8を備えているとよい。冷却部8は、例えば、環形状を基本形態としており、冷却部8をZ軸方向に貫通するようにロッド16d又は17dが通される貫通孔8aが形成されている。そして、冷却部8には、貫通孔8aを囲むように冷却媒体が流れる冷却路8bが形成されている。
このような構成により、射出成形装置1でワークを成形する際に、冷却部8の冷却路8bに冷却媒体を流すと、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12からの熱が第1の駆動部16の軸受け16gや第2の駆動部17の軸受け17gに伝わり難い。そのため、軸受け16g、17gの温度変化を抑制することができ、軸受け16g、17gの動作不良を抑制することができる。その結果、ワークを精度良く成形することができる。
<実施の形態2>
図18は、第1の駆動部のロッド及び第2の駆動部のロッドの軸速度と時間と溶融樹脂の射出量との関係を示す図である。図19は、第1のピストン及び第2のピストンの動作を説明するための図である。
ここで、図18では、上段に第1の駆動部16のロッド16d及び第2の駆動部17のロッド17dの軸速度と時間との関係を示し、下段に溶融樹脂Rの射出量と時間との関係を示している。そして、図18の上段では、太線で第1の駆動部16のロッド16dを示し、細線で第2の駆動部17のロッド17dを示している。
本実施の形態では、図18に示すように、溶融樹脂Rの射出量をQ1からQ2に減少させている。先ず、図18及び図19の状態Iに示すように、第1の駆動部16のロッド16dを軸速度Vd1で移動させつつ第1のピストン14をZ軸-側に移動させ、溶融樹脂Rを射出させる。一方、第2の駆動部17のロッド17dを軸速度Vuで移動させつつ第2のピストン15をZ軸+側に移動させ、樹脂原料Mを可塑化させる。
その後、第2のピストン15がZ軸+側への移動からZ軸-側への移動に反転し、Z軸-側への移動を開始する。このとき、第2のシリンダ12の第2の空間S4のZ軸+側の領域に気体Aが侵入しており、迅速に気体Aを排出するために、図18及び図19の状態IIに示すように、軸速度Vd1に比べて速い軸速度Vd2で第2の駆動部17のロッド17dを移動させつつ第2のピストン15をZ軸-側に移動させる。
次に、例えば、予め設定された第2の期間、第2の駆動部17のロッド17dを軸速度Vd2で移動させ、第2のシリンダ12の第2の空間S4から気体Aが排出されると、図18及び図19の状態IIIに示すように、ロッド16d、17dの合計の軸速度が、溶融樹脂Rの射出量が目標射出量Q1となる軸速度Vd1となるように、第1の駆動部16のロッド16dの軸速度V1を減速させつつ、第2の駆動部17のロッド17dの軸速度V2を加速させ、第2の駆動部17のロッド17dの軸速度V2をVd1に到達させる。
その結果、第1のピストン14が最もZ軸-側に到達し、第1のピストン14がZ軸-側への移動からZ軸+側への移動に反転する。それと共に、第2のピストン15がZ軸-側に移動し、溶融樹脂Rが目標射出量Q1で射出される。ここで、予め設定された第2の期間は、第2のシリンダ12の第2の空間S4から気体Aが排出される期間を予め計測した計測結果に基づいて、設定することができる。そのため、当該期間とは、排気期間である。
次に、第1のピストン14がZ軸+側への移動からZ軸-側への移動に反転し、図18及び図19の状態IVに示すように、第1の駆動部16のロッド16dが軸速度Vuで移動しつつ、第1のピストン14がZ軸+側に移動する。これにより、第1のシリンダ11内の樹脂原料Mが可塑化して溶融樹脂Rとなる。
その後、第1のピストン14が最もZ軸+側に到達すると、第1のピストン14がZ軸+側への移動からZ軸-側への移動に反転して、Z軸-側への移動を開始する。一方、第2の駆動部17のロッド17dが軸速度Vd1で移動しつつ、第2のピストン15がZ軸-側に移動し、第2のシリンダ12から目標射出量Q1の溶融樹脂Rが射出され続いている。
次に、第1のシリンダ11の第2の空間S2のZ軸+側の領域に気体Aが侵入しているため、図18及び図19の状態Vに示すように、軸速度Vd2で第1の駆動部16のロッド16dを移動させつつ第1のピストン14をZ軸-側に移動させる。
そして、例えば、予め設定された第2の期間、第1の駆動部16のロッド16dを軸速度Vd2で移動させ、第1のシリンダ11の第2の空間S2から気体Aが排出されると、図18及び図19の状態VIに示すように、ロッド16d、17dの合計の軸速度が軸速度Vd1となるように、第1の駆動部16のロッド16dの軸速度V1を加速させつつ、第2の駆動部17のロッド17dの軸速度V2を減速させる。
その後、第2のピストン15が最もZ軸-側に到達すると、第2のピストン15がZ軸-側への移動からZ軸+側への移動に反転して、図18及び図19の状態VIIに示すように、第2の駆動部17のロッド17dが軸速度Vuで移動しつつ、第2のピストン15がZ軸+側に移動する。これにより、第2のシリンダ12内の樹脂原料Mが可塑化して溶融樹脂Rとなる。
一方、第1の駆動部16のロッド16dが軸速度Vd1で移動しつつ、第1のピストン14がZ軸-側に移動する。これにより、第1のシリンダ11から目標射出量Q1の溶融樹脂Rが射出される。このとき、本実施の形態では、図18及び図19の状態VIIIに示すように、射出部18からの溶融樹脂Rの目標射出量をQ1からQ2に減少させる。
そのため、溶融樹脂Rの射出量が目標射出量Q2となる軸速度Vd3に第1の駆動部16のロッド16dの軸速度V1を減速させて当該ロッド16dを移動させる。このように、第1の駆動部16のロッド16d及び第2の駆動部17のロッド17dの軸速度を変化させることで、溶融樹脂Rの射出量を簡単に変更することができる。
ここで、溶融樹脂Rの目標射出量を減少させるためには、第1の駆動部16のロッド16d又は第2の駆動部17のロッド17dの軸速度を減速させることになり、溶融樹脂Rを目標射出量Q1で射出する場合に比べて目標射出量Q2で射出する場合、第1のピストン14がZ軸-側に移動する期間であるT1_dw又は第2のピストン15がZ軸+側に移動する期間であるT2_dwが長くなる。
そのため、第1のピストン14又は第2のピストン15が最もZ軸-側に到達してから樹脂原料Mを可塑化するために第1のピストン14又は第2のピストン15の反転が開始するまでの間に、目標射出量(即ち、他方の駆動部のロッドの軸速度)に応じて、待機期間が設けられているとよい。
このように待機期間を第1のピストン14又は第2のピストン15が最もZ軸-側に到達してから第1のピストン14又は第2のピストン15の反転が開始されるまでの間に設ける場合、待機時間を第1のピストン14又は第2のピストン15が最もZ軸+側に到達してから第1のピストン14又は第2のピストン15の反転が開始されるまでの間に設ける場合に比べて、樹脂原料Mが可塑化した直後の溶融樹脂Rを射出することができ、溶融樹脂Rの温度低下を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、溶融樹脂Rの目標射出量をQ1からQ2に減少させているが、目標射出量を増加させてもよい。
<実施の形態3>
図20は、本実施の形態の射出成形装置の制御系のブロック図である。本実施の形態の射出成形装置9は、実施の形態1の射出成形装置1と略等しい構成とされているが、圧力検出部91を備えている。なお、その他の構成は、実施の形態1の射出成形装置1と等しいため、重複する説明は省略する。
圧力検出部91は、射出部18の射出口18aに設けられており、溶融樹脂Rの射出圧を検出し、検出結果を第4の制御部63に出力する。第4の制御部63は、検出結果に基づいて、溶融樹脂Rの射出圧が予め設定された第2の範囲内になるように、第1の加熱部61又は第2の加熱部64を制御する。これにより、溶融樹脂Rの種類に応じて、溶融樹脂Rの射出圧を制御することができる。
本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施の形態の射出成形機2は、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12を備えているが、シリンダの数は複数であればよく、要するに、複数のシリンダから溶融樹脂Rを連続的に射出することができればよい。
上記実施の形態の供給装置3の構成は、一例であり、第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12から連続的に溶融樹脂Rが射出されるように第1のシリンダ11及び第2のシリンダ12に樹脂原料Mを供給できればよい。
上記実施の形態の移動装置5の構成は、一例であり、テーブル4にワークを成形することができるようにテーブル4又は射出成形機2を移動させることができる構成であればよい。
上記実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、CPU(Central Processing Unit)にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD-ROM(Read Only Memory)、CD-R、CD-R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(random access memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
1 射出成形装置
2 射出成形機
3 供給装置
31 排気部、31a 排気路、31b 排気孔、31c 排気弁
32 ホッパ(32a 第1のホッパ、32b 第2のホッパ)
33 加圧部
34 第2の制御部
35 排気管
36 第1の供給管
37 第2の供給管
38 第1の接続管
39 第2の接続管
4 テーブル
5 移動装置
51 ガントリー装置
52 昇降装置
53 第3の制御部
6 加熱装置
61 第1の加熱部
62 温度検出部
63 第4の制御部
64 第2の加熱部
7 制御装置
8 冷却部、8a 貫通孔、8b 冷却路
9 射出成形装置
11 第1のシリンダ、11a 閉塞部、11b 側壁部、11c 貫通孔、11d 供給孔
12 第2のシリンダ、12a 閉塞部、12b 側壁部、12c 貫通孔、12d 供給孔
13 端部プレート
13a 本体部
13b 逆止弁、13e チェックボール、13f スプリング
13c 貫通孔、13d 収容部
13g ボルト孔
13h ボルト
14 第1のピストン
14a 本体部
14b 逆止リング
14c ストッパ、14f 柱部、14g 分岐部
14d 本体部のZ軸+側の面
14e 溝部
14h 排気用切り欠き溝
15 第2のピストン
15a 本体部
15b 逆止リング
15c ストッパ、15f 柱部、15g 分岐部
15d 本体部のZ軸+側の面
15e 溝部
15h 排気用切り欠き溝
16 第1の駆動部、16a モータ、16b ネジ軸、16c スライダ、16d ロッド、16e ケース、16f エンコーダ、16h、16i 貫通孔
17 第2の駆動部、17a モータ、17b ネジ軸、17c スライダ、17d ロッド、17e ケース、17f エンコーダ、17h、17i 貫通孔
18 射出部、18a 射出口、18b 第1の分岐路、18c 第2の分岐路、18d リテーリングナット、18e 第1のプレート、18f 第2のプレート
19 第1の制御部
91 圧力検出部
A 気体
S1 第1のシリンダの第1の空間
S2 第1のシリンダの第2の空間
S3 第2のシリンダの第1の空間
S4 第2のシリンダの第2の空間
AX1 端部プレートにおけるY軸+側の貫通孔の中心軸
AX2 第1のシリンダの中心軸
AX3 端部プレートにおけるY軸-側の貫通孔の中心軸
AX4 第2のシリンダの中心軸
M 樹脂原料
R 溶融樹脂

Claims (10)

  1. シリンダの内部でピストンを摺動させることで溶融樹脂を射出する射出成形機であって、
    溶融樹脂を収容する複数のシリンダと、
    各々の前記シリンダの内部を摺動し、前記シリンダの内部の溶融樹脂を押し出す複数のピストンと、
    各々の前記ピストンを駆動させる複数の駆動部と、
    前記複数のシリンダから押し出される溶融樹脂を射出する射出部と、
    前記複数のシリンダのうち、少なくとも第1のシリンダから溶融樹脂が射出される期間と第2のシリンダから溶融樹脂が射出される期間とが予め設定された期間重複し、前記複数のシリンダから溶融樹脂が連続的に射出されるように、前記複数の駆動部を制御する制御部と、
    を備え
    前記ピストンは、当該ピストンの外周面に溝部が形成されたトーピード式ピストンであって、前記ピストンにおける前記射出部の側の面に前記溝部と連続するように排気用切り欠き溝が形成され、
    前記シリンダは、前記射出部の側に対して逆側の端部を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部と連続する側壁部と、前記射出部の側の端部に形成され、前記射出部によって覆われる開放口と、を有し、
    前記シリンダにおける前記ピストンを挟んで前記射出部の側に対して逆側の空間に樹脂原料が供給された状態で、前記ピストンが前記シリンダの内部で前記射出部の側に対して逆側に摺動し、前記樹脂原料を前記空間で圧縮しつつ前記ピストンの溝部を通過させて可塑化して溶融樹脂とする、射出成形機。
  2. 前記シリンダは、前記空間に樹脂原料を供給する供給孔を備え、
    前記供給孔は、前記シリンダの側壁部に形成されている、請求項1に記載の射出成形機。
  3. 溶融樹脂を収容する複数のシリンダと、各々の前記シリンダの内部を摺動し、前記シリンダの内部の溶融樹脂を押し出す複数のピストンと、各々の前記ピストンを駆動させる複数の駆動部と、前記複数のシリンダから押し出される溶融樹脂を射出する射出部と、前記複数のシリンダのうち、少なくとも第1のシリンダから溶融樹脂が射出される期間と第2のシリンダから溶融樹脂が射出される期間とが予め設定された期間重複し、前記複数のシリンダから溶融樹脂が連続的に射出されるように、前記複数の駆動部を制御する制御部と、を有する射出成形機と、
    前記シリンダにおける前記ピストンを挟んで前記射出部の側に対して逆側の空間に樹脂原料を供給する供給部と、
    を備え、
    前記供給部は、
    前記空間から気体を排出する排気部と、
    前記空間に接続され、前記樹脂原料を収容するホッパと、
    前記ホッパの内部を加圧する加圧部と、
    を有し、
    前記排気部を介して前記空間から気体が排出されつつ、前記ホッパの内部の加圧によって前記空間に前記樹脂原料が供給される、射出成形装置。
  4. 前記駆動部は、
    モータと、
    前記モータに駆動力を伝達可能に接続されるネジ軸と、
    前記ネジ軸に沿って移動するスライダと、
    前記ネジ軸及び前記スライダを収容する密閉空間を有し、前記シリンダにおける射出部の側に対して逆側の端部が固定されるケースと、
    前記ケース及び前記シリンダに通された状態で、一方の端部が前記ピストンに固定され、他方の端部が前記スライダに固定されるロッドと、
    を備え、
    前記排気部は、
    前記ロッドの内部を通り、前記ロッドの延在方向に延びる排気路と、
    前記ケースに形成される排気孔と、
    前記排気孔に接続される排気弁と、
    を有し、
    前記排気路の一方の端部は前記ロッドの一方の端部に到達して前記ケースの内部に配置され、前記排気路の他方の端部は前記ロッドの他方の端部に到達して前記空間に配置され、
    前記供給部は、前記排気弁を開放して前記ケース及び前記空間の内部の圧力を低下させることで、前記空間に前記樹脂原料を供給する、請求項に記載の射出成形装置。
  5. 前記射出部に配置される加熱部と、
    前記溶融樹脂の温度を検出する検出部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記溶融樹脂の温度が予め設定された範囲内になるように、前記加熱部を制御する、請求項又はに記載の射出成形装置。
  6. 前記駆動部には、前記シリンダにおける前記射出部の側に対して逆側の端部が固定されており、
    前記駆動部と前記シリンダとの間に冷却部が配置されている、請求項乃至のいずれか1項に記載の射出成形装置。
  7. 溶融樹脂を収容する複数のシリンダと、
    各々の前記シリンダの内部を摺動し、前記シリンダの内部の溶融樹脂を押し出す複数のピストンと、
    各々の前記ピストンを駆動させる複数の駆動部と、
    前記複数のシリンダから押し出される溶融樹脂を射出する射出部と、
    前記複数の駆動部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記ピストンは、当該ピストンの外周面に溝部が形成されたトーピード式ピストンであって、前記ピストンにおける前記射出部の側の面に前記溝部と連続するように排気用切り欠き溝が形成され、
    前記シリンダは、前記射出部の側に対して逆側の端部を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部と連続する側壁部と、前記射出部の側の端部に形成され、前記射出部によって覆われる開放口と、を有し、
    前記シリンダにおける前記ピストンを挟んで前記射出部の側に対して逆側の空間に樹脂原料が供給された状態で、前記ピストンが前記シリンダの内部で前記射出部の側に対して逆側に摺動し、前記樹脂原料を前記空間で圧縮しつつ前記ピストンの溝部を通過させて可塑化して溶融樹脂とする、射出成形機を用いて溶融樹脂を射出する射出成形方法であって、
    前記複数のシリンダの内部で前記ピストンを夫々摺動させて、前記複数のシリンダのうち、少なくとも第1のシリンダから溶融樹脂が射出される期間と第2のシリンダから溶融樹脂が射出される期間とを予め設定された第1の期間重複させ、前記複数のシリンダから溶融樹脂を連続的に射出させ
    前記溶融樹脂の射出を開始する前に、前記溶融樹脂と前記ピストンとの間に侵入した気体を前記ピストンに形成された排気用切り欠き溝及び溝部を介して排気するための排気期間が設定されている、射出成形方法。
  8. 々の前記シリンダにおいて、前記溶融樹脂を射出する期間と前記シリンダに前記樹脂原料を供給する期間とを予め設定された第2の期間重複させる、請求項に記載の射出成形方法。
  9. 前記溶融樹脂の目標射出量に応じて、前記溶融樹脂の射出を終了してから前記樹脂原料の可塑化を開始するまでの間に待機期間が設定されている、請求項に記載の射出成形方法。
  10. 溶融樹脂を収容する複数のシリンダと、
    各々の前記シリンダの内部を摺動し、前記シリンダの内部の溶融樹脂を押し出す複数のピストンと、
    各々の前記ピストンを駆動させる複数の駆動部と、
    前記複数のシリンダから押し出される溶融樹脂を射出する射出部と、
    前記複数の駆動部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記ピストンは、当該ピストンの外周面に溝部が形成されたトーピード式ピストンであって、前記ピストンにおける前記射出部の側の面に前記溝部と連続するように排気用切り欠き溝が形成され、
    前記シリンダは、前記射出部の側に対して逆側の端部を閉塞する閉塞部と、前記閉塞部と連続する側壁部と、前記射出部の側の端部に形成され、前記射出部によって覆われる開放口と、を有し、
    前記シリンダにおける前記ピストンを挟んで前記射出部の側に対して逆側の空間に樹脂原料が供給された状態で、前記ピストンが前記シリンダの内部で前記射出部の側に対して逆側に摺動し、前記樹脂原料を前記空間で圧縮しつつ前記ピストンの溝部を通過させて可塑化して溶融樹脂とする、射出成形機を用いて溶融樹脂を射出する射出成形プログラムであって、
    前記複数のシリンダの内部で前記ピストンを夫々摺動させて、前記複数のシリンダのうち、少なくとも第1のシリンダから溶融樹脂が射出される期間と第2のシリンダから溶融樹脂が射出される期間とを予め設定された期間重複させ、前記複数のシリンダから溶融樹脂を連続的に射出するように、前記複数の駆動部を制御する処理を前記制御部に実行させ
    前記溶融樹脂の射出を開始する前に、前記溶融樹脂と前記ピストンとの間に侵入した気体を前記ピストンに形成された排気用切り欠き溝及び溝部を介して排気するための排気期間が設定されている、射出成形プログラム。
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