TWI549802B - Injection molding machine - Google Patents

Description

射出成形機

本申請主張基於2012年3月26日申請之日本專利申請第2012-070439號之優先權。其申請之全部內容藉由參閱援用於本說明書中。

本發明係有關一種射出成形機。

射出成形機具備將已熔融之樹脂射出至模具裝置內之射出裝置。模具裝置由定模及動模構成，合模時在定模與動模之間形成模穴空間。射出裝置在缸體內計量熔融樹脂，並將所計量之熔融樹脂填充於模具裝置內的模穴空間。在模穴空間被冷卻固化之樹脂，在開模後作為成形品被取出(例如參閱專利文獻1)。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：國際公開第2005/068155號

由於樹脂材料的粒徑不均，樹脂材料的熔融速度有可能存在偏差。因此，成形不穩定，成形品的品質可能變差。

本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的為提供一種成形穩定性優異之射出成形機。

為了解決上述問題，本發明的一態樣之射出成形機，係具備：螺桿，藉由在缸體內將熔融樹脂計量並射出，使其填充於模具內；計量用馬達，使該螺桿旋轉；檢測器，用於檢測該計量用馬達的旋轉轉矩；移動用驅動部，使前述螺桿向軸向移動；及控制部，控制前述計量用馬達及前述移動用驅動部，其中，前述控制部依據前述檢測器的檢測值調整前述螺桿所填充之填充量。

另外，本發明的另一態樣之射出成形機，係具備：螺桿，在計量缸內計量熔融樹脂；計量用馬達，使該螺桿旋轉；檢測器，用於檢測該計量用馬達的旋轉轉矩；射出缸，接收在前述計量缸內所計量之熔融樹脂；柱塞，射出該射出缸內的熔融樹脂並填充於模具內； 移動用驅動部，使該柱塞向軸向移動；及控制部，控制前述計量用馬達及前述移動用驅動部，前述控制部依據前述檢測器的檢測值調整前述柱塞所填充之填充量。

依本發明，提供一種成形穩定性優異之射出成形機。

10‧‧‧射出成形機

12‧‧‧固定壓板

13‧‧‧可動壓板

30‧‧‧模具裝置

32‧‧‧定模

33‧‧‧動模

42‧‧‧加熱缸(缸體)

43‧‧‧射出用馬達(移動用驅動部)

52‧‧‧螺桿

55‧‧‧計量用馬達

58‧‧‧電流感測器(檢測器)

80‧‧‧控制部

第1圖係表示本發明的一實施方式之射出成形機的合模裝置係圖。

第2圖係表示本發明的一實施方式之射出成形機的射出裝置之圖。

第3圖係表示一實施方式之射出成形機的狀態之各種參數的時間變化之圖。

第4圖係表示一實施方式之計量用馬達的旋轉轉矩的時間變化之示意圖。

以下，參閱附圖對用於實施本發明之形態進行說明，在各附圖中對相同或對應之結構附加相同或對應之符號並省略說明。

(合模裝置)

第1圖係表示本發明的一實施方式之射出成形機合模裝置之圖。第1圖表示合模的狀態。在合模裝置的說明中，將進行閉模時的可動壓板的移動方向設為前方，將進行開模時的可動壓板的移動方向設為後方來進行說明。

射出成形機10具備：框架11；固定壓板12，固定於框架11；及肘節座15，與固定壓板12之間隔著既定的距離配設成相對於框架11移動自如。固定壓板12與肘節座15之間架設有複數個(例如4根)繫桿16。

射出成形機10進一步具備可動壓板13，其與固定壓板12對置而配設，且配設成能夠沿著繫桿16進退(向圖中的左右方向移動)。在可動壓板13中與固定壓板12對置的面上安裝動模33，在固定壓板12中與可動壓板13對置的面上安裝定模32。由定模32和動模33構成模具裝置30。

射出成形機10進一步具備：肘節機構20，配設於可動壓板13與肘節座15之間；合模用馬達26，使肘節機構20作動；及作為傳遞機構之滾珠螺桿機構27，將藉由合模用馬達26產生之旋轉運動轉換成直線運動來傳遞至肘節機構20。由固定壓板12、可動壓板13、肘節座15、肘節機構20及合模用馬達26等構成合模裝置。

肘節機構20具有：十字頭24，向與模開閉方向平行之方向進退自如；第2肘節操縱桿23，擺動自如地安裝於十字頭24；第1肘節操縱桿21，擺動自如地安裝於肘節座15；及肘節臂22，擺動自如地安裝於可動壓板13。 第1肘節操縱桿21與第2肘節操縱桿23之間，及第1肘節操縱桿21與肘節臂22之間分別互相連結。另外，肘節機構20為所謂內捲5支點雙肘節機構，具有上下對稱的結構。

滾珠螺桿機構27由例如固定於十字頭24之滾珠螺桿螺母27a和螺合於滾珠螺桿螺母27a之滾珠螺桿軸27b構成。滾珠螺桿軸27b相對於肘節座15被旋轉自如地支撐。當合模用馬達26的輸出軸旋轉時，會使滾珠螺桿軸27b旋轉，而使滾珠螺桿螺母27a進退，因此使十字頭24進退。

若向正方向驅動合模用馬達26來使作為被驅動構件之十字頭24前進，從而使肘節機構20作動，則可動壓板13前進而進行閉模。

若進一步向正方向驅動合模用馬達26，則肘節機構20產生基於合模用馬達26的推進力乘以肘節倍率之合模力。在對應於合模力而伸長之繫桿16上安裝有合模力感測器17。合模力感測器17藉由檢測繫桿16的應變(伸長)，每隔既定時間檢測合模力。檢測出之合模力依序輸入控制部80。合模狀態的定模32與動模33之間形成模穴空間C。熔融樹脂填充於模穴空間C，使其固化成為成形品。

接著，若向反方向驅動合模用馬達26來使十字頭24後退，從而使肘節機構20動作，則可動壓板13後退而進行開模。然後，藉由使電動頂出裝置動作，將成形品從動 模33推出。

另外，在本實施方式的合模裝置中，雖使用肘節機構20來產生合模力，但亦可不使用肘節機構20而將藉由合模用馬達26產生之推進力直接作為合模力傳遞至可動壓板13。另外，亦可將藉由合模用缸產生之推進力直接作為合模力傳遞至可動壓板13。另外，亦可藉由線性馬達進行模開閉，並藉由電磁鐵進行合模，合模裝置的方式並沒有限制。

(射出裝置)

第2圖係表示本發明的一實施方式之射出成形機的射出裝置之圖。在射出裝置的說明中，與合模裝置的說明不同，將樹脂的射出方向設為前方，並將樹脂射出方向的相反方向設為後方來進行說明。

射出成形機10進一步具備射出裝置40，前述射出裝置從噴嘴41射出在加熱缸42內熔融後之樹脂，填充於模具裝置30內的模穴空間C。射出裝置40具備射出用馬達(移動用驅動部)43。射出用馬達43的旋轉傳送至滾珠螺桿軸44。藉由滾珠螺桿軸44的旋轉來前進後退之滾珠螺桿螺母45固定於壓板46。壓板46能夠沿著固定於底座(未圖示)的導引桿47、48移動。壓板46的前進後退運動經由軸承49、樹脂壓力檢測器(例如測力器)50及射出軸51傳送至螺桿52。螺桿52配設成在加熱缸42內旋轉自如且在軸向上移動自如。在加熱缸42的後部設置 有樹脂供給用的料斗53。計量用馬達55的旋轉運動經由帶體或滑輪等的連結構件54傳遞至射出軸51。亦即，藉由計量用馬達55旋轉驅動射出軸51，藉此使螺桿52旋轉。

在計量製程中，驅動計量用馬達55來使螺桿52旋轉，將供給螺桿52的後端部之樹脂顆粒送至螺桿52的前方。在該過程中，樹脂顆粒軟化並熔融。由於熔融樹脂貯存於螺桿52的前方，因此螺桿52會後退。在射出製程(亦稱為填充製程)中，驅動射出用馬達43來使螺桿52前進，按壓熔融樹脂並從噴嘴41射出。熔融樹脂經由第1圖所示之澆道S、流道R、澆口G等而壓入模穴空間C。螺桿52按壓熔融樹脂之力，藉由樹脂壓力檢測器50以反作用力的形式進行檢測。亦即，檢測施加於螺桿52之樹脂壓力(樹脂的射出壓)。檢測之樹脂壓力輸入控制部80。另外，在模穴空間C內樹脂經由冷卻而熱收縮，因此為了補充熱收縮量的樹脂，在保壓製程中，施加於螺桿52之樹脂壓力(樹脂的射出壓)保持為既定之壓力。

在壓板46上安裝有檢測螺桿52的位置之位置檢測器57。位置檢測器57的檢測信號輸入控制部80。位置檢測器57的檢測信號亦可用於檢測螺桿52的移動速度。

射出用馬達43及計量用馬達55可分別為伺服馬達，具備用於檢測轉數之編碼器43a、55a。由編碼器43a、55a檢測出之轉數分別輸入控制部80。控制部80依據編碼器43a、55a的檢測結果反饋控制射出用馬達43及計量 用馬達55。

控制部80由微電腦等構成，例如具有CPU、儲存控制程序等之ROM、儲存運算結果等之可讀寫之RAM、計時器、計數器、輸入介面及輸出介面等。

(表示射出成形機的狀態之各種參數的時間變化)

第3圖係表示一實施方式之射出成形機的狀態之各種參數的實績值的時間變化之圖。在第3圖中，橫軸表示時間，縱軸表示螺桿的位置、螺桿的前進速度(樹脂的射出速度)及螺桿的壓力(樹脂的射出壓)。在第3圖中，為了便與說明，螺桿停止時間(t3-t1)圖示成比實際長。

射出成形機10進行關閉模具裝置30之閉模製程、緊固模具裝置30之合模製程、控制樹脂的射出速度之射出製程、控制樹脂的射出壓之保壓製程、保壓製程後在模具裝置30內使樹脂固化之冷卻製程、計量用於下一個成形品之樹脂之計量製程、打開模具裝置30之開模製程及從開模後的模具裝置30推出成形品之推出製程。射出成形機藉由反覆進行這些製程來反覆製造成形品。第3圖表示在射出製程、保壓製程、冷卻製程及計量製程中之各種參數的時間變化。

射出製程在合模製程後進行。在射出製程中，驅動射出用馬達43，使螺桿52前進。螺桿52按壓熔融樹脂來從噴嘴41射出。熔融樹脂經由形成於模具裝置30內之澆道S、流道R、澆口G等流入模穴空間C。

在射出製程中，向射出用馬達43供給電流，以使螺桿52的前進速度成為設定值。螺桿速度的設定值亦可伴隨螺桿位置的前進而逐步變化。例如，若位置檢測器57的檢測值達到設定值，則使螺桿速度的設定值改變。

另外，對於螺桿速度的設定值的變更，亦可使用計測射出製程開始(時刻t0)起算之時間之計時器來代替位置檢測器57。由於螺桿位置與時間處於對應關係，因此不論根據哪一個來變更螺桿速度的設定值都是相同的。

螺桿速度的設定值可在保壓製程開始前之時刻t1大致成為0(零)。螺桿52被急速地減速，在時刻t2使螺桿52停止。若螺桿52停止，則螺桿位置幾乎無變化，因此控制部80利用計時器計測螺桿停止的設定開始時刻t1起算之經過時間來代替監控位置檢測器57的檢測值。

在此，「螺桿停止」不僅包括螺桿52完全停止之情況，而且進一步包括螺桿52微速前進和螺桿52微速後退之情況。螺桿52微速後退時，螺桿52在微速後退之前暫時停止。

在時刻t2螺桿52停止時，樹脂的流動前端尚未抵達模穴空間C的末端。在螺桿52停止期間，藉由在射出期間施加於樹脂之壓縮力來使樹脂的流動前端前進。由於螺桿52停止，藉由流動阻力使樹脂緩慢減速。

從射出製程向保壓製程的切換稱為V/P切換。V/P切換在螺桿停止的設定開始時刻t1起算之時間達到設定值之時刻t3進行。另外，射出製程開始後且保壓製程開始 前尚未進行螺桿停止時，V/P切換在位置檢測器57的檢測值達到設定值時、或者計測射出製程開始起算之時間之計時器的計測值達到設定值時進行。

若在模穴空間C內樹脂被冷卻，樹脂產生熱收縮。為了補充熱收縮量的樹脂，在保壓製程中，將施加於螺桿52之樹脂壓力(樹脂的射出壓)保持為既定之壓力。向射出用馬達43供給電流，以使樹脂壓力檢測器50的檢測值成為設定值。保壓製程中的樹脂的射出壓的設定值可伴隨時間的經過而逐步變化。在保壓製程中，由於螺桿位置的變化小，因此利用控制部80的計時器計測從V/P切換起算之時間。

在從V/P切換起算之時間達到設定時間之時刻t4，使樹脂的射出壓的設定值返回到大致0(零)，結束保壓製程。在保壓製程結束時，作為模穴空間C的入口之澆口G被固化之樹脂堵塞。這種狀態稱作澆口封閉，樹脂的射出壓不會傳到模穴空間C，並且防止從模穴空間C的樹脂的倒流。

保壓製程結束後，進行固化模穴空間C內的樹脂之冷卻製程。在冷卻製程中，在斷絕向模穴空間C的樹脂的供給之狀態下，在模穴空間C內樹脂藉由冷卻而產生熱收縮。另外，樹脂的冷卻在射出製程或保壓製程中亦進行，保壓製程結束時樹脂表面已固化。

計量製程在保壓製程結束後進行。為了縮短成形週期，計量製程可在冷卻製程期間進行。在計量製程中，驅 動計量用馬達55來使螺桿52旋轉，將供給於螺桿52的後端部之樹脂顆粒送至螺桿52的前方。在該過程中，樹脂顆粒軟化而熔融。由於熔融樹脂貯存於螺桿52的前方，而使螺桿52後退。若螺桿52後退既定距離而使既定量的熔融樹脂積蓄於螺桿52的前方時，螺桿52停止旋轉。

在計量製程中，向計量用馬達55供給電流，產生與供給電流相應之旋轉轉矩，以使螺桿52的轉數成為設定值。用於檢測計量用馬達55的旋轉轉矩之檢測器中例如使用電流感測器58。電流感測器58檢測向計量用馬達55之供給電流。電流感測器58的檢測值供給控制部80，並換算成計量用馬達55的旋轉轉矩。計量用馬達55的旋轉轉矩包括螺桿52的旋轉轉矩及樹脂的剪切扭矩等。

第4圖係表示一實施方式之計量用馬達的旋轉轉矩的時間變化之示意圖。

在計量製程開始時使螺桿52起動，如第4圖所示，計量用馬達55的旋轉轉矩變大。若螺桿52的轉數成為設定值，計量用馬達55的旋轉轉矩變小，不久就穩定化。

然而，由於樹脂材料的粒徑不均等，樹脂材料的熔融速度在每一次射出(1週期)時有可能存在偏差。開始融化之樹脂越多，熔融樹脂的黏度就越高，計量用馬達55的旋轉轉矩變越高。並且，開始融化之樹脂越多，空隙就越多，樹脂的密度變越低。因此，在加熱缸42內計量之熔融樹脂的密度與計量用馬達55的旋轉轉矩具有相關關 係。

控制部80依據檢測出之計量用馬達55的旋轉轉矩來調整有關射出用馬達43的控制之設定值。能依據在加熱缸42內計量之熔融樹脂的密度，調整熔融樹脂的填充量(射出量)，並將在射出/保壓製程中填充於模具裝置30內之熔融樹脂的重量保持為恆定。

成形條件的調整，可使計量用馬達55的轉數成為設定值，而使用穩定化時的計量用馬達55的旋轉轉矩。例如，使用計量製程開始起算之設定時間(例如計量時間T的一半)經過後之旋轉轉矩的平均值。另外，亦能夠使用旋轉轉矩的積分值來代替旋轉轉矩的平均值。

控制部80所調整之設定值包括(1)從射出製程開始到保壓製程開始為止之時間(t3-t0)或保壓製程開始時的螺桿位置。若保壓製程開始的時刻t3提早，則到時刻t3為止之螺桿移動距離變短，熔融樹脂的填充量變小。另一方面，若保壓製程開始的時刻t3延遲，則到時刻t3為止之螺桿移動距離變長，熔融樹脂的填充量變大。

在射出製程中螺桿52停止時，控制部80所調整之設定值亦可以為例如(2)從射出製程開始到螺桿停止的設定開始為止之時間(t1-t0)或螺桿停止的設定開始的螺桿位置。若螺桿停止的設定開始時刻t1提早，則到時刻t1為止之螺桿移動距離變短，熔融樹脂的填充量變小。另一方面，若螺桿停止的設定開始時刻t1推遲，則到時刻t1為止之螺桿移動距離變長，熔融樹脂的填充量變大。

並且，控制部80所調整之設定值包括(3)保壓製程的開始到結束為止之保壓時間(t4-t3)。若保壓時間變短，則螺桿移動距離變短，熔融樹脂的填充量變小。另一方面，若保壓時間變長，則螺桿移動距離變長，熔融樹脂的填充量變大。

另外，控制部80所調整之設定值包括(4)在保壓製程中施加於螺桿52之樹脂壓力(樹脂的射出壓)。由於保壓製程係用於補充樹脂的冷卻所造成之熱收縮之製程，因此若保壓變低，則熔融樹脂的填充量變小。另一方面，若保壓變高，則熔融樹脂的填充量變大。樹脂的射出壓的設定值隨著時間的經過而逐步變化時，調整至少1個設定值即可。

控制部80所調整之設定值包括上述(1)~(4)的設定值的至少1個即可，其組合為自由。

檢測出之計量用馬達55的旋轉轉矩超過預先設定之範圍的上限值時，控制部80使上述(1)~(4)的設定值大於預先設定之基準值。並且，檢測出之計量用馬達55的旋轉轉矩小於上述範圍的下限值時，控制部80使上述(1)~(4)的設定值小於預先設定之基準值。各設定值之變更量被預先設定，可以是恆定量，亦可以是與檢測出之計量用馬達55的旋轉轉矩從上述範圍之偏差量成比例之量。基準值例如由使用者設定。

另一方面，檢測出之計量用馬達55的旋轉轉矩在上述範圍內時，控制部80不變更上述(1)~(4)的設定 值，而是維持預先設定之基準值的狀態。藉由在上限值與下限值之間賦予範圍，能防止過度之設定變更。

控制部80之設定值的調整可在每次計量時進行，亦可依據使用者的要求進行。使用者的要求藉由鍵盤等輸入部94(參閱第2圖)輸入並發送至控制部80。使用者的要求可在例如樹脂顆粒的批號變化時、樹脂顆粒與再生材料的混合比發生變化時、樹脂材料的粒度分佈或平均粒徑發生變化時進行。

計量用馬達55的旋轉轉矩記錄於RAM等記錄媒體，並依據需要讀取。計量用馬達55的旋轉轉矩與成形品的ID資訊做對應關聯而記錄於記錄媒體。

射出成形機10可進一步具備顯示部92(參閱第2圖)，顯示用於射出/保壓製程的成形條件的調整之計量用馬達55的旋轉轉矩。讓使用者能夠確認在加熱缸42內計量之熔融樹脂的密度的穩定性。

顯示部92例如由顯示器等構成，並在控制部80之控制下依據使用者的要求以影像顯示計量用馬達55的旋轉轉矩。使用者的要求藉由輸入部94輸入並發送至控制部80。顯示部92將成形品的ID資訊與計量用馬達55的旋轉轉矩做對應關聯來輸出。

以上，對本發明的一實施方式進行了說明，但本發明不限於上述實施方式，在申請專利範圍中記載之本發明的主旨的範圍內，能夠進行各種變形及置換。

例如上述實施方式的射出裝置40為進行樹脂的計量 及樹脂的射出之螺桿52配設於加熱缸42內之直列螺桿式，但亦可為螺桿預塑式。螺桿預塑式射出裝置具備：在計量缸內計量熔融樹脂之螺桿、接收在計量缸內所計量之熔融樹脂之射出缸、及射出射出缸內的熔融樹脂來填充於模具內之柱塞。

另外，控制裝置80所調整之設定值不限於上述(1)~(4)的設定值。當為上述(1)~(4)以外的設定值時，計量用馬達55的旋轉轉矩的大小可與設定值的變更的大小相反。亦即，計量用馬達55的旋轉轉矩超過預先設定之既定範圍的上限值時，亦可減小有關射出用馬達43的控制之設定值。另外，計量用馬達55的旋轉轉矩小於預先設定之既定範圍的下限值時，亦可增大有關射出用馬達43的控制之設定值。

另外，在上述實施方式中，螺桿52的轉數的設定值與螺桿的位置無關地而為恆定，但可伴隨螺桿52的後退而逐步變化。例如，若位置檢測器57的檢測值達到設定值，則螺桿52的轉數的設定值發生變化。此時，螺桿52以變更後的設定值旋轉，其旋轉轉矩穩定化時的計量用馬達55的旋轉轉矩可用於成形條件的調整。

另外，在上述實施方式中，使用旋轉馬達作為使螺桿52向軸向移動之移動用驅動部，但亦可使用線性馬達或流體壓缸，移動用驅動部的構造並無特別限定。

Claims (9)

1. 一種射出成形機，其特徵為，具備：螺桿，藉由在缸體內將熔融樹脂計量並射出，使其填充於模具內；計量用馬達，使該螺桿旋轉；檢測器，用於檢測該計量用馬達的旋轉轉矩；移動用驅動部，使前述螺桿向軸向移動；及控制部，控制前述計量用馬達及前述移動用驅動部，前述控制部依據前述檢測器的檢測值調整有關前述移動用驅動部的控制之設定值，藉此調整前述螺桿所填充之填充量。
2. 一種射出成形機，其特徵為，具備：螺桿，在計量缸體內計量熔融樹脂；計量用馬達，使該螺桿旋轉；檢測器，用於檢測該計量用馬達的旋轉轉矩；射出缸體，接收在前述計量缸體內所計量之熔融樹脂；柱塞，射出該射出缸體內的熔融樹脂並填充於模具內；移動用驅動部，使該柱塞向軸向移動；及控制部，控制前述計量用馬達及前述移動用驅動部，前述控制部依據前述檢測器的檢測值調整有關前述移動用驅動部的控制之設定值，藉此調整前述柱塞所填充之填充量。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，前述控制部依據從計量製程開始經過既定時間後之旋轉轉矩的檢測值，調整有關前述移動用驅動部的控制之設定值。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，有關前述移動用驅動部的控制之設定值包括：從射出製程開始到保壓製程開始為止之時間、保壓製程開始時的藉由前述移動用驅動部所移動的構件之位置。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，前述控制部在射出製程開始以後且保壓製程開始以前使藉由前述移動用驅動部所移動的構件停止，有關前述移動用驅動部的控制之設定值包括：從射出製程開始到前述構件停止的設定開始為止之時間、前述構件停止的設定開始時的前述構件位置。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，有關前述移動用驅動部的控制之設定值包括從保壓製程的開始到結束為止之保壓時間。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，有關前述移動用驅動部的控制之設定值包括在保壓製 程中作用於藉由前述移動用驅動部所移動的構件之樹脂壓力。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，前述檢測器的檢測值超過既定範圍的上限值時，前述控制部使有關前述移動用驅動部的控制之設定值大於預先設定之基準值，前述檢測器的檢測值小於前述既定範圍的下限值時，前述控制部使有關前述移動用驅動部的控制之設定值小於預先設定之基準值。
9. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，射出成形機進一步具備顯示部，其顯示前述控制部之前述調整所使用之前述檢測器的檢測值。