JPS63283922A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は射出成形機に係り、特に先端のノズル部を通じ
て射出される樹脂材料の温度若しくは粘度を成形条件に
応じて精度良く制御することのできる射出成形機に関す
るものである。

（従来技術とその問題点） 加熱、流動化せしめた所定の樹脂材料を、先端のノズル
部を通じて射出し、所定の金型の製品キャビティ内に充
填せしめるようにした射出成形機では、ノズル部を通じ
て射出される樹脂材料の温度若しくは粘度を成形条件に
応じた温度若しくは粘度に精度良く一致させることが望
ましい。そこで、従来より、樹脂材料の温度若しくは粘
度を成形条件に応じた所望の温度若しくは粘度（以下、
温度と総称する）に調整、制御するための技術が種々提
案されている。

ところで、射出シリンダ内に嵌挿された射出スクリュの
回転作動に基づいて樹脂材料を加熱、流動化（可塑化）
せしめると共に、射出スクリュの前進作動に基づいて樹
脂材料の射出を行なうようにした、所謂インラインスク
リュ式の射出成形機では、一般に、樹脂材料の可塑化時
における射出スクリュの回転速度を制御することにより
、該射出スクリュの回転に基づく樹脂材料の剪断発熱を
利用して、樹脂材料の温度を所望の温度に調整、制御す
ることが行なわれている。しかし、このような温度制御
手法では、スクリュの実質的なし／Ｄの変化に起因して
、射出シリンダ内の樹脂材料の温度、ひいてはノズル部
を通じて金型の製品キャビティに射出される樹脂材料の
温度に偏りが生じることが避けられず、そのことに起因
して成形不良が生じ易いといった問題があった。

また、従来のインラインスクリュ式射出成形機において
は、上述のように、射出シリンダ内の射出前の樹脂材料
の温度が調整、制御されるようになっていただけであっ
たため、樹脂材料がノズル部を通過する際の温度変化に
起因して、製品キャビティ内に射出される樹脂材料の実
際の温度と目標温度との間の温度差が比較的大きくなり
易く、樹脂材料の温度を所望の温度に精度良く制御する
ことに限界があった。

さらに、インラインスクリュ式射出成形機においては、
前述のように、射出シリンダ内の樹脂材料の均一化を図
ることはできるものの、射出シリンダの熱容量が大きく
、通常の外部加熱手段では樹脂材料の温度を迅速に変化
させることが難しいことから、射出工程中において、射
出樹脂材料の温度を樹脂材料の温度勾配や製品キャビテ
ィの形状等に応じて速やかに変更制御することができな
いといった問題もあった。

（解決手段） 本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり
、その要旨とするところは、前述の如き、加熱、流動化
せしめた所定の樹脂材料を、先端のノズル部を通じて射
出し、所定の金型の製品キャビティ内に充填せしめるよ
うにした射出成形機において、前記ノズル部の射出樹脂
通路に、該射出樹脂通路の断面積を変化させて、かかる
射出樹脂通路の断面積変化部位を通過する前記樹脂材料
の発熱量を変化せしめる発熱量制御部材を配設すると共
に、該発熱量制御部材を作動させて、前記射出樹脂通路
の断面積を変化せしめる駆動手段を設け、更に、前記射
出樹脂通路の断面積変化部位よりも下流側の部位に位置
して、前記樹脂材料の温度若しくは粘度を検出する温度
／粘度検出手段を設けて、該温度／粘度検出手段にて検
出された射出樹脂材料の温度若しくは粘度に基づいて前
記駆動手段を制御することにより、前記発熱量制御部材
にて前記射出される樹脂材料の発熱量を制御し得るよう
にしたことにある。

（作用・効果） このような射出成形機によれば、ノズル部の射出樹脂通
路の断面積変化部位を通過する樹脂材料の発熱量を迅速
に且つ連続的に増減制御することができるのであり、し
かもその発熱量の増減制御を、ノズル部を通じて金型の
製品キャビティに射出される樹脂材料の温度若しくは粘
度に基づいて行なうことができるのである。従って、射
出シリンダ内の樹脂材料の温度若しくは粘度が多少偏っ
ていても、製品キャビティに射出される樹脂材料の温度
若しくは粘度を目標とする所望の温度若しくは粘度に良
好な応答性をもって精度良く一致させることができるの
であり、それ故、樹脂材料の温度若しくは粘度のバラツ
キを大幅に抑制して、その樹脂材料の温度若しくは粘度
のバラツキに起因する成形不良の発生を著しく低減させ
ることができるのである。

また、このような射出成形機によれば、上述と同様の理
由から、射出工程中において、製品キャビティに射出さ
れる樹脂材料の温度若しくは粘度を成形品の形状等に応
じて最適制御することができるのであり、それ故、成形
品の品質をより一層向上させることが可能になるといっ
た利点もあるのである。

（実施例） 以下、本発明をより一層具体的に明らかにするために、
その一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

なお、ここでは、本発明をインラインスクリュ式射出成
形機に適用した例について述べるが、本発明が、プラン
ジャ式等、インラインスクリュ式以外の射出成形機に対
しても適用できることは勿論である。

先ず、第１図には、本発明に従うインラインスクリュ式
射出成形機の要部が概略的に示されている。そこにおい
て、１０は、型締装置の固定盤であり、該固定盤１０に
対して可動盤１２が接近・離間可能に支持されている。

そして、これら固定盤１０と可動盤１２とにそれぞれ固
定金型１４および可動金型１６が配設されており、それ
ら両金型１４．１６間において所定形状の製品キャビテ
ィ１８が形成されるようになっている。

一方、図中、２０は、射出装置の加熱筒（射出シリンダ
）であって、その先端部にノズル２２が取り付けられて
いると共に、その外周部に複数のバンドヒータ２４が取
り付けられている。また、図示はしないが、加熱筒２０
の後端部には材料供給口が設けられており、良く知られ
ているように、かかる材料供給口から所定の樹脂材料が
加熱筒２０内に供給されるようになっている。

この加熱筒２０内には、射出スクリュ２６が回転可能且
つ前後方向に移動可能に嵌挿されており、材料供給口か
ら加熱筒２０内に供給された樹脂材料が、かかる射出ス
クリュ２６の回転作動に基づいて、可塑化（加熱、流動
化）されつつ、スクリュ２６の前方に導かれるようにな
っている。そして、かかる射出スクリュ２６の回転作動
に基づく樹脂材料の可塑化、計量後、該射出スクリュ２
６が前進作動せしめられることにより、該スクリュ２６
の前方に導かれた樹脂材料がノズル２２を通じて射出さ
れ、前記型締装置の製品キャビティ１８内に充填せしめ
られるようになっている。

ここにおいて、前記ノズル２２は、第２図に詳細に示さ
れているように、長手筒状のノズル本体２８内に、同じ
く長手状を成すニードルプランジャ３０が長手方向に所
定距離移動可能に収容された構造を有しており、該ニー
ドルプランジャ３０の長手方向の移動に伴って、該ノズ
ル本体２８内の射出樹脂通路の断面積を連続的に変化し
得るようになっている。

より具体的には、ノズル本体２８は、加熱筒２０の先端
部に固着される比較的大径の長手筒状のノズル基部３２
と、該ノズル基部３２の先端部に固着される比較的小径
の長手筒状のノズルヘッド３４とからなっており、それ
らを軸心方向に貫通する状態で射出樹脂通路としての貫
通孔３６が形成されている。そして、ここでは、かかる
ノズル本体２８の貫通孔３６が、ノズル本体２８の基端
側、すなわち射出樹脂通路の上流側から、順に、テーパ
部３８．大径部４０．中径部４２および小径の小径部４
４とされ、前記加熱筒１０内で加熱、流動化された樹脂
材料が、前記射出スクリュ２６の前進作動に伴い、かか
るテーパ部３８．大径部４０および中径部４２内を順次
導かれてノズル本体２８の先端の小径部４４に導かれ、
この小径部４４から前記製品キャビティ１８内に射出せ
しめられるようになっている。

なお、第２図から明らかなように、テーパ部３８と大径
部４０とは、テーパ部３８の小径側の径と同径の小径部
４６で接続されており、かかる小径部４６と大径部４０
との間には環状の段付面４日が形成されている。また、
大径部４０と中径部４２、および中径部４２と小径部４
４とは、それぞれテーパ部５０．５２によって連続的に
接続されている。さらに、ノズル本体２日の外周部には
、該ノズル本体２８を加熱するためのバンドヒータ２４
が複数配設されている。

一方、前記ニードルプランジャ３０は、第２図に示され
ているように、有底円筒状のプランジャ本体５４の底壁
部から、前記貫通孔３６の小径部４４よりも径の若干大
きい所定長さのニードル５６が同心的に延び出させられ
た構造を有している。

そして、ここでは、かかるニードルプランジャ３０が、
ニードル５６を中径部４２内に突入せしめられた状態で
、且つプランジャ本体５４において大径部４０に摺動可
能に嵌合せしめられた状態で、ニードル５６の先端部が
小径部４４を閉塞する位置と、プランジャ本体５４の開
口端面が前記段付面４８に当接する位置との間で所定距
離移動可能に貫通孔３６内に配設されており、かかるニ
ードルプランジャ３０の軸心方向（長手方向）への移動
に伴って、ニードル５６の先端部と貫通孔３６のテーパ
部５２の内面との間の断面積が連続的に変化せしめられ
るようになっている。

つまり、本実施例では、ニードルプランジャ３０の軸心
方向の移動位置を制御することにより、テーバ、部５２
部位における貫通孔３６の断面積の大きさを連続的に制
御し得るようになっているのであり、これにより、かか
る貫通孔３６のテーバ部５２部位を通過する樹脂材料の
剪断作用等に基づく発熱量、ひいては小径部４４を通じ
て前記製品キャビティ１８に射出せしめられる樹脂材料
の温度（粘度）を、速やかに且つ連続的に制御し得るよ
うになっているのである。このことから明らかなように
、本実施例では、ニードルプランジャ３０が発熱量制御
部材を構成しており、また、貫通孔３６のテーバ部５２
部位が射出樹脂通路の断面積変化部位とされている。

なお、ニードルプランジャ３０には、プランジャ本体５
４の底壁部に位置して、プランジャ本体５４の内外空間
を連通せしめる連通孔５８が形成されており、第２図か
ら明らかなように、ここでは、貫通孔３６の大径部４０
内に導入された樹脂材料がかかる連通孔５Ｂを通じて中
径部４２側に導かれるようになっている。

ところで、ノズル本体２８のノズル基部３２には、第２
図に示されているように、その側壁部を内外に貫通する
状態で、ノズル２２の長手方向に所定長さで延びる通孔
６０が形成されている。そして、この通孔６０からノズ
ル本体２８の外部に突出する状態で、所定長さのアーム
６２がニードルプランジャ３０のプランジ中本体５４か
ら延び出させられている。なお、通孔６０は、前記ニー
ドルプランジャ３０の軸心方向の移動を充分許容し得る
長さをもって形成されている。

かかるニードルプランジャ３０のプランジャ本体５４か
ら延び出させられたアーム６２の先端部には、ボールネ
ジナツト６４が固設されており、このポールネジナツト
６４に対して、ノズル２２の長手方向に平行にボールネ
ジ６６が螺合されている。そして、このボールネジ６６
が、加熱筒２０に対して位置固定に配設されたモータ６
８によって回転駆動せしめられるようになっている。

モータ６８によってボールネジ６６を回転駆動させるこ
とにより、ニードルプランジャ３０の軸心方向における
移動位置を連続的に変化させ得るようになっているので
あり、これにより、前記貫通孔３６の断面積変化部位（
テーバ部５２部位）における断面積、ひいてはかかる断
面積変化部位を通過する樹脂材料の発熱量を連続的に増
減し得るようになっているのである。このことから明ら
かなように、本実施例では、モータ６８．ボールネジ６
６、ポールネジナツト６４等から駆動手段が構成されて
いる。

一方、前記ノズル本体２８のノズルヘッド３４には、貫
通孔３６の小径部４４に臨む状態で、かかる小径部４４
内の樹脂材料の温度を検出するための温度／粘度検出手
段としての温度センサ７０が配設されており、この温度
センサ７０からその小径部４４内の樹脂材料の温度を表
す温度信号Ｓ１が出力されるようになっている。そして
、かかる温度センサ７０から出力された温度信号Ｓ１が
アナログ入力カード７２およびＡ／Ｄコンバータ７４を
介して比較器７６に供給されるようになっている。

また、この比較器７６には、樹脂温度設定パターンメモ
リ７８が接続されており、この樹脂温度設定パターンメ
モリ７８から、予め設定された樹脂温度設定パターンに
基づき、前記射出スクリュ２６の移動位置乃至は射出操
作開始後の経過時間に関連して、目標とすべき樹脂温度
を表す目標温度信号Ｓ２が供給されるようになっている
。そし・て、比較器７６は、かかる目標温度信号Ｓ２と
前記温度センサ７０から供給される温度信号Ｓ１とを比
較して、それらの比較差を表す偏差信号Ｓ３を出力する
ようになっている。そして、ここでは、この比較器７６
から出力された偏差信号Ｓ３がＰＩＤ制御回路８０を介
してストロークリミッタ８２に供給され、さらにこのス
トロークリミッタ８２からＤ／Ａコンバータ８４および
アナログ出力カード８６を介してモータドライバ８８に
供給されるようになっており、これにより、かかる偏差
信号Ｓ３がゼロとなるように、前記モータ６８が正逆回
転駆動せしめられるようになっている。

つまり、温度信号Ｓ１が表す小径部４４内の樹脂材料の
実際の温度が目標温度信号Ｓ２が表す目標温度よりも低
い場合には、モータ６８が正転駆動されてニードルプラ
ンジャ３０がその温度差に応じて前進作動されるように
なっているのであり、前記貫通孔３６の断面積変化部位
の断面積がその温度差に応じて小さくされるようになっ
ているのである。そしてこれにより、かかる貫通孔３６
の断面積変化部位を通過する樹脂材料の発熱量が増大せ
しめられて、小径部４４内の樹脂材料の温度が高められ
、以てかかる小径部４４内の樹脂材料の温度が目標温度
に合致せしめられるようになっているのである。

また、温度信号Ｓ１が表す小径部４４内の樹脂材料の実
際の温度が目標温度よりも高い場合には、上述の場合と
は逆に、モータ６８が逆転駆動されてニードルプランジ
ャ３０がその温度差に応じて後退作動され、貫通孔３６
の断面積変化部位の断面積がその温度差に応じて大きく
されるようになっているのであり、これにより、貫通孔
３６の断面積変化部位を通過する樹脂材料の発熱量が低
減されて、小径部４４内の樹脂材料の温度が目標温度に
合致せしめられるようになっているのである。

なお、前記ストロークリミッタ８２は、ニードルプラン
ジャ３０が予め設定された前進限度位置（最小断面積設
定位置）および後退限度位置（最大断面積設定位置）に
達したことを検出して、ニードルプランジャ３０の前進
限度位置よりも前方への移動および後退限度位置よりも
後方への移動を規制するためのものであり、ニードルプ
ランジャ３０がそれら前進限度位置と後退限度位置との
間の許容ストローク範囲内にある間は、前述のように、
比較器７６からの偏差信号Ｓ３をモータドライバ８８に
供給し、ニードルプランジャ３０の移動を許容するが、
ニードルプランジャ３０がその許容ストローク範囲を外
れて移動しようとする場合には、モータドライバ８８へ
の偏差信号Ｓ３の供給を停止し、前記貫通孔３６の断面
積変化部位における断面積が予め設定された最小断面積
よりも小さくなること、並びに最大断面積よりも大きく
なることを阻止するようになっている。

すなわち、かかるストロークリミッタ８２には、位置セ
ンサ９０から、アナログ入力カード９２およびＡ／Ｄコ
ンバータ９４を介して、ニードルプランジャ３０の移動
位置を表す位置信号Ｓ４が供給されるようになっており
、ストロークリミッタ８２では、かかる位置センサ９０
からの位置信号Ｓ４に基づいて、ニードルプランジャ３
０が前進限度位置および後退限度位置に達したかどうか
が検出されるようになっている。そして、その検出結果
に基づき、上述のように、ニードルプランジャ３０が許
容ストローク範囲から外れるような偏差信号Ｓ３が入力
された場合において、かかる偏差信号Ｓ３のモータドラ
イバ８８への供給を停止するようになっているのである
。なお、このストロークリミッタ８２は、樹脂材料の非
射出時においては、モータドライバ８８に対して樹脂通
路閉塞信号を出力するようになっており、ニードルプラ
ンジャ３０をその前進位置に移動させて、貫通孔３６を
ニードル５６の先端部で閉塞せしめるようになっている
。

また、かかるストロークリミッタ８８は、ここでは、ニ
ードルプランジャ３０を許容ストローク範囲外に移動さ
せるような偏差信号Ｓ３が入力された場合において、該
偏差信号Ｓ３の大きさに応じた射出速度修正信号Ｓ５を
出力するようになっており、スイッチ９６を閉成するこ
とにより、その射出速度修正信号Ｓ５を図示しない射出
速度設定器に供給して、樹脂材料の射出速度設定値、す
なわち前記射出スクリュ２６の前進速度設定値を偏差信
号Ｓ３の内容に応じて修正し得るようになっている。つ
まり、必要に応じてスイッチ９６を閉成することにより
、樹脂材料の射出速度を調節して、前記貫通孔３６の断
面積変化部位における樹脂材料の発熱量を増減制御でき
るようになっているのであり、これにより前記小径部４
４内の樹脂材料の温度を目標温度信号Ｓ２に対応した目
標温度に近づけることができるようになっているのであ
る。なお、上記樹脂材料の射出速度制御は、前記スイッ
チ９６の閉成時以外は、前記ニードルプランジャ３０の
移動位置制ｍ＜樹脂材料の発熱量制御）とは独立して行
なわれるようになっている。

このような構成の射出成形機によれば、前述のように、
モータ６８によってニードルプランジャ３０をノズル２
２の長手方向に移動制御することに基づいて、貫通孔３
６の小径部４４の樹脂材料温度を目標温度信号Ｓ２が表
す目標温度に速やか、に、しかも精度良く合致させるこ
とができるのであり、型締装置の製品キャビティ１８に
射出される樹脂材料の温度を樹脂温度設定パターンメモ
リ７８で設定された樹脂温度設定パターンに従って精度
良く、良好な応答性をもって制御することができるので
ある。

従って、かかる樹脂温度設定パターンを一定の温度に設
定すれば、たとえ前記射出スクリュ２６の回転作動に基
づ（樹脂材料の可塑化時において、樹脂材料の温度にあ
る程度の偏りが生じても、製品キャビティ１８に射出す
る樹脂材料の温度をその設定温度に極めて良好な精度を
もって一致させることができるのであり、それ故、樹脂
材料の温度のバラツキに起因する成形不良を著しく低減
して、成形品の品質を従来よりも大幅に向上させること
ができるのである。

また、樹脂温度設定パターンを製品キャビティ１８の形
状等の成形条件に応じた最適パターンに設定すれば、製
品キャビティ１８に射出される樹脂材料の温度を成形条
件に応じて最適制御することができるのであり、成形品
の品質を更に向上させることができるのである。

以上、本発明の一実施例を詳細に説明したが、これは文
字通りの例示であり、本発明がかかる具体例に限定して
解釈されるべきものでないことは、勿論である。

例えば、前記実施例では、比較器７６で比較される目標
温度が温度パターンとして設定されるようになっていた
が、設定温度が一定の場合には、目標温度は必ずしも温
度パターンとして設定する必要はなく、単に一定の大き
さの信号として設定することが可能である。

また、前記実施例では、温度／粘度検出手段として温度
センサ７０が採用され、貫通孔３６の小径部４４内の樹
脂材料の温度、すなわち射出樹脂通路の断面積変化部位
よりも下流側の樹脂材料の温度が予め設定された樹脂温
度設定パターンに従って制御せしめられるようになって
いたが、温度センサ７０に代えて粘度センサを採用し、
射出樹脂通路の断面積変化部位よりも下流側の樹脂材料
の粘度を所定の樹脂粘度設定パターンに従って制御させ
るようにすることも可能である。

さらに、前記実施例では、発熱量制御部材として軸心方
向に移動制御せしめられるニードルプランジャ３０が採
用されていたが、発熱量制御部材は必ずしもこのような
プランジャタイプのものに限定されるものでなく、例え
ば、ノズルの射出樹脂通路上に位置して一軸回りに回動
可能なロークリバルブを配設し、このロータリバルブを
その軸心回りに回動させて射出樹脂通路の断面積を変化
させるようにすることも可能である。

また、前記実施例では、ストロークリミッタ８２から射
出速度修正信号Ｓ５が出力されるようになっていたが、
ストロークリミッタ８２は必ずしもそのような射出速度
修正信号Ｓ５を出力する機能を備えている必要はない。

また、前記実施例では、ニードルプランジャ３０の移動
位置制御（樹脂材料の発熱量制御）と樹脂材料の射出速
度制御とが原則として互いに独立して制御されるように
なっていたが、それらを互いに関連させて制御させるよ
うにすることも可能である。

その他、具体例を−々列挙することは割愛するが、本発
明が、その趣旨を逸脱しない範囲内において、当業者の
有する知識に基づき、種々なる変更、修正、改良等を施
した態様で実施できることは、言うまでもないところで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従うインラインスクリュ式射出成形
機の一例を概略的に示す要部断面図であり、第２図は、
第１図の射出成形機のノズル部をニードルプランジャの
移動制御部と共に示す系統図である。 １８：製品キャビティ ２０：加熱筒（射出シリンダ） ２２：ノズル　　　　　２６：射出スクリュ２８：ノズ
ル本体 ３０：ニードルブランジャ（発熱量制御部材）３６二貫
通孔（射出樹脂通路） ５４ニブランジャ本体　　５６：ニードル６４：ボール
ネジナツト　６６：ボールネジ６８：モータ ７０：温度センサ（温度／粘度検出手段）７６：比較器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱、流動化せしめた所定の樹脂材料を、先端の
   ノズル部を通じて射出し、所定の金型の製品キャビティ
   内に充填せしめるようにした射出成形機において、 前記ノズル部の射出樹脂通路に、該射出樹脂通路の断面
   積を変化させて、かかる射出樹脂通路の断面積変化部位
   を通過する前記樹脂材料の発熱量を変化せしめる発熱量
   制御部材を配設すると共に、該発熱量制御部材を作動さ
   せて、前記射出樹脂通路の断面積を変化せしめる駆動手
   段を設け、更に、前記射出樹脂通路の断面積変化部位よ
   りも下流側の部位に位置して、前記樹脂材料の温度若し
   くは粘度を検出する温度／粘度検出手段を設けて、該温
   度／粘度検出手段にて検出された射出樹脂材料の温度若
   しくは粘度に基づいて前記駆動手段を制御することによ
   り、前記発熱量制御部材にて前記射出される樹脂材料の
   発熱量を制御し得るようにしたことを特徴とする射出成
   形機。
2. （２）前記発熱量制御部材が、前記ノズル部の長手方向
   に所定距離移動可能に配設された、先端側に該ノズル部
   の長手方向に延びるニードルを備えたニードルプランジ
   ャであり、該ニードルプランジャが前記駆動手段によっ
   て該ノズル部の長手方向に移動せしめられることにより
   、該ニードルの先端部と前記射出樹脂通路の内壁との間
   の断面積が変化せしめられるようになっている特許請求
   の範囲第１項記載の射出成形機。