JP5788353B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、溶融した樹脂を金型装置内に射出する射出装置を備える。金型装置は固定金型及び可動金型で構成され、型締め時に固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。射出装置は、シリンダ内で溶融した樹脂を、シリンダの先端に設けられるノズルから射出し、金型装置内のキャビティ空間に充填する。キャビティ空間で冷却固化された樹脂は、型開き後に成形品として取り出される（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２００５／０６８１５５号

シリンダ内で計量される溶融樹脂の密度が変動することがある。そのため、成形が不安定になり、成形品の品質が悪くなることがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、成形安定性に優れた射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様による射出成形機は、
シリンダ内で軸方向に移動自在に配設され、該シリンダ内の溶融樹脂を射出し金型内に充填する射出部材と、
該射出部材を移動させる駆動部と、
該駆動部を制御する制御部と、
前記射出部材にかかる樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出器とを備え、
前記制御部は、
射出工程開始後、保圧工程開始前に、前記射出部材を停止させ、
前記射出工程開始後かつ前記保圧工程開始前の前記射出部材が停止している間に前記樹脂圧力検出器で検出される検出値の時間積分値を算出し、
算出した前記時間積分値に基づいて、前記射出部材による充填量を調整する。

本発明によれば、成形安定性に優れた射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機の型締装置を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の射出装置を示す図である。 一実施形態による射出成形機の状態を示す各種パラメータの時間変化を示す図である。

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。

（型締装置）
図１は、本発明の一実施形態による射出成形機の型締装置を示す図である。図１は、型締めの状態を示している。型締装置の説明では、型閉じを行う際の可動プラテンの移動方向を前方とし、型開きを行う際の可動プラテンの移動方向を後方として説明する。

射出成形機１０は、フレーム１１と、フレーム１１に固定された固定プラテン１２と、固定プラテン１２との間に所定の距離をおいてフレーム１１に対して移動自在に配設されたトグルサポート１５とを備える。固定プラテン１２とトグルサポート１５との間には、複数（例えば、四本）のタイバー１６が架設されている。

射出成形機１０は、固定プラテン１２に対向して配設され、タイバー１６に沿って進退（図における左右方向に移動）可能に配設される可動プラテン１３をさらに備える。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、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。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。

射出成形機１０は、可動プラテン１３とトグルサポート１５との間に配設されるトグル機構２０と、トグル機構２０を作動させる型締め用モータ２６と、型締め用モータ２６によって発生した回転運動を直線運動に変換してトグル機構２０に伝達する伝達機構としてのボールねじ機構２７とをさらに備える。固定プラテン１２、可動プラテン１３、トグルサポート１５、トグル機構２０、型締用モータ２６等によって型締装置が構成される。

トグル機構２０は、型開閉方向と平行な方向に進退自在なクロスヘッド２４、クロスヘッド２４に揺動自在に取り付けられた第２トグルレバー２３、トグルサポート１５に揺動自在に取り付けられた第１トグルレバー２１、及び、可動プラテン１３に揺動自在に取り付けられたトグルアーム２２を有する。第１トグルレバー２１と第２トグルレバー２３との間、及び、第１トグルレバー２１とトグルアーム２２との間は、それぞれ、リンク結合される。尚、トグル機構２０は、いわゆる、内巻５節点ダブルトグル機構であり、上下が対称の構成を有する。

ボールねじ機構２７は、例えばクロスヘッド２４に固定されるボールねじナット２７ａと、ボールねじナット２７ａに螺合されるボールねじ軸２７ｂとで構成される。ボールネジ軸２７ｂは、トグルサポート１５に対して回転自在に支持されている。型締め用モータ２６の出力軸が回転すると、ボールねじ軸２７ｂが回転し、ボールねじナット２７ａが進退するので、クロスヘッド２４が進退する。

型締め用モータ２６を正方向に駆動し、被駆動部材としてのクロスヘッド２４を前進させることによって、トグル機構２０を作動させると、可動プラテン１３が前進させられ、型閉じが行われる。

型締め用モータ２６をさらに正方向に駆動すると、トグル機構２０は、型締め用モータ２６による推進力にトグル倍率を乗じた型締力を発生させる。型締力に応じて伸びるタイバー１６に型締力センサ１７が取り付けられている。型締力センサ１７は、タイバー１６の歪み（伸び）を検出することにより、型締力を所定時間毎に検出する。検出された型締力は制御部８０に順次入力される。型締め状態の固定金型３２と可動金型３３との間にキャビティ空間Ｃが形成される。キャビティ空間Ｃに溶融樹脂が充填され、固化されて成形品となる。

続いて、型締め用モータ２６を逆方向に駆動し、クロスヘッド２４を後退させ、トグル機構２０を作動させると、可動プラテン１３が後退させられ、型開きが行われる。その後、電動エジェクタ装置を作動させることによって、成形品が可動金型３３から突き出される。

尚、本実施形態の型締装置は、トグル機構２０を使用して型締力を発生させるが、トグル機構２０を使用することなく、型締用モータ２６によって発生した推進力を直接型締力として可動プラテン１３に伝達してもよい。また、型締用シリンダによって発生した推進力を直接型締力として可動プラテン１３に伝達してもよい。また、リニアモータによって型開閉を行い、電磁石によって型締めを行ってもよく、型締装置の方式に制限はない。

（射出装置）
図２は、本発明の一実施形態による射出成形機の射出装置を示す図である。射出装置の説明では、型締装置の説明と異なり、樹脂の射出方向を前方とし、樹脂の射出方向とは反対方向を後方として説明する。

射出成形機１０は、加熱シリンダ４２内で溶融した樹脂をノズル４１から射出し、金型装置３０内のキャビティ空間Ｃに充填する射出装置４０をさらに備える。射出装置４０は、射出用モータ（駆動部）４３を備える。射出用モータ４３の回転はボールねじ軸４４に伝えられる。ボールねじ軸４４の回転により前後進するボールねじナット４５はプレッシャプレート４６に固定されている。プレッシャプレート４６は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー４７、４８に沿って移動可能である。プレッシャプレート４６の前後進運動は、ベアリング４９、樹脂圧力検出器（例えばロードセル）５０、射出軸５１を介してスクリュ（射出部材）５２に伝えられる。スクリュ５２は、加熱シリンダ４２内に回転自在に、且つ軸方向に移動自在に配置されている。加熱シリンダ４２の後部には、樹脂供給用のホッパ５３が設けられている。射出軸５１には、ベルトやプーリ等の連結部材５４を介して計量用モータ５５の回転運動が伝達される。即ち、計量用モータ５５により射出軸５１が回転駆動されることにより、スクリュ５２が回転する。

計量工程においては、計量用モータ５５を駆動し、スクリュ５２を回転させ、スクリュ５２の後端部に供給された樹脂ペレットをスクリュ５２の前方に送る。この過程で、樹脂ペレットが軟化、溶融する。スクリュ５２の前方に溶融樹脂が貯えられるので、スクリュ５２が後退する。射出工程（充填工程とも呼ばれる）においては、射出用モータ４３を駆動し、スクリュ５２を前進させ、溶融樹脂を押してノズル４１から射出する。溶融樹脂は、図１に示すスプルーＳ、ランナーＲ、ゲートＧ等を介して、キャビティ空間Ｃに押し込まれる。スクリュ５２が溶融樹脂を押す力は、樹脂圧力検出器５０により反力として検出される。つまり、スクリュ５２にかかる樹脂圧力（樹脂の射出圧）が検出される。検出された樹脂圧力は、制御部８０に入力される。また、キャビティ空間Ｃ内で樹脂が冷却によって熱収縮するので、熱収縮分の樹脂を補充するため、保圧工程では、スクリュ５２にかかる樹脂圧力（樹脂の射出圧）が所定の圧力に保たれる。

プレッシャプレート４６には、スクリュ５２の位置を検出する位置検出器５７が取り付けられている。位置検出器５７の検出信号は制御部８０に入力される。位置検出器５７の検出信号は、スクリュ５２の移動速度を検出するためにも使用されてもよい。

射出用モータ４３、及び計量用モータ５５は、それぞれ、サーボモータであってよく、回転数を検出するためのエンコーダ４３ａ、５５ａが備えられている。エンコーダ４３ａ、５５ａで検出された回転数はそれぞれ制御部８０に入力される。制御部８０は、エンコーダ４３ａ、５５ａの検出結果に基づいて射出用モータ４３、及び計量用モータ５５をフィードバック制御する。

制御部８０は、マイクロコンピュータ等で構成されており、例えば、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。

（射出成形機の状態を示す各種パラメータの時間変化）
図３は、一実施形態による射出成形機の状態を示す各種パラメータの実績値の時間変化を示す図である。図３において、横軸は時間を示し、縦軸はスクリュの位置、スクリュの前進速度（樹脂の射出速度）、スクリュの圧力（樹脂の射出圧）を示す。図３において、説明の便宜上、スクリュ停止時間（ｔ３−ｔ１）が実際よりも長く図示されている。

射出成形機１０は、金型装置３０を閉じる型閉じ工程、金型装置３０を締める型締め工程、樹脂の射出速度を制御する射出工程、樹脂の射出圧を制御する保圧工程、保圧工程後に金型装置３０内で樹脂を固化させる冷却工程、次の成形品のための樹脂を計量する計量工程、金型装置３０を開く型開き工程、及び型開き後の金型装置３０から成形品を突き出す突き出し工程を行う。射出成形機は、これらの工程を繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する。図３は、射出工程、保圧工程、冷却工程、及び計量工程における各種パラメータの時間変化を示している。

射出工程は、型締め工程後に行われる。射出工程では、射出用モータ４３を駆動し、スクリュ５２を前進させる。スクリュ５２が溶融樹脂を押してノズル４１から射出する。溶融樹脂は、金型装置３０内に形成されるスプルーＳ、ランナーＲ、ゲートＧ等を介して、キャビティ空間Ｃに流れ込む。

射出工程では、スクリュ５２の前進速度が設定値になるように、射出用モータ４３に電流が供給される。スクリュ速度の設定値は、スクリュ位置の前進に伴って段階的に変更される。位置検出器５７の検出値が設定値に達すると、スクリュ速度の設定値が変更される。

尚、スクリュ速度の設定値の変更には、位置検出器５７の代わりに、射出工程開始（時刻ｔ０）からの時間を計測するタイマが用いられてもよい。スクリュ位置と時間とは対応関係にあるので、どちらを基にスクリュ速度の設定値を変更しても同じことである。

スクリュ速度の設定値は、保圧工程開始前の時刻ｔ１で略０（ゼロ）となる。スクリュ５２が急速に減速され、時刻ｔ２でスクリュ５２が停止する。スクリュ５２が停止すると、スクリュ位置がほとんど変化しなくなるので、制御部８０は位置検出器５７の検出値を監視する代わりに、スクリュ停止の設定開始時刻ｔ１からの経過時間をタイマで計測する。

ここで、「スクリュが停止する」とは、スクリュ５２が完全に停止していることは勿論、スクリュ５２が微速前進すること、スクリュ５２が微速後退することを含む。スクリュ５２が微速後退するときは、微速後退の前にスクリュ５２が一旦停止する。

時刻ｔ２でスクリュ５２が停止した時、樹脂の流動先端はキャビティ空間Ｃの末端まで届いていない。スクリュ５２が停止している間、樹脂の流動先端が、射出中に樹脂に加えられた圧縮力で進む。スクリュ５２が停止しているので、流動抵抗によって樹脂は徐々に減速する。

射出工程から保圧工程への切換は、Ｖ／Ｐ切換と呼ばれる。Ｖ／Ｐ切換は、スクリュ停止の設定開始時刻ｔ１からの時間が設定値に達した時刻ｔ３で行われる。

キャビティ空間Ｃ内で樹脂が冷却されると、樹脂が熱収縮する。熱収縮分の樹脂を補充するため、保圧工程では、スクリュ５２にかかる樹脂圧力（樹脂の射出圧）を所定の圧力に保つ。樹脂圧力検出器５０の検出値が設定値になるように、射出用モータ４３に電流が供給される。保圧工程における樹脂の射出圧の設定値は、時間の経過に伴って段階的に変化してよい。保圧工程では、スクリュ位置の変化が小さいので、Ｖ／Ｐ切換からの時間を制御部８０のタイマで計測している。

Ｖ／Ｐ切換からの時間が設定時間に達した時刻ｔ４で、樹脂の射出圧の設定値が略０（ゼロ）に戻され、保圧工程が完了する。保圧工程完了時には、キャビティ空間Ｃの入口であるゲートＧが固化した樹脂で塞がれている。この状態はゲートシールと呼ばれ、樹脂の射出圧がキャビティ空間Ｃに伝わらなくなると共に、キャビティ空間Ｃからの樹脂の逆流が防止されている。

保圧工程完了後、キャビティ空間Ｃ内の樹脂を固化する冷却工程が行われる。冷却工程では、キャビティ空間Ｃへの樹脂の供給が絶たれた状態で、キャビティ空間Ｃ内で樹脂が冷却によって熱収縮する。尚、樹脂の冷却は射出工程や保圧工程でも進行し、保圧工程完了時に樹脂表面は固化している。

計量工程は、保圧工程完了後に行われる。計量工程は、成形サイクルを短縮するため、冷却工程の間に行われてよい。計量工程では、計量用モータ５５を駆動して、スクリュ５２を回転させ、スクリュ５２の後端部に供給された樹脂ペレットをスクリュ５２の前方に送る。この過程で、樹脂ペレットが軟化、溶融する。スクリュ５２の前方に溶融した樹脂が貯えられるので、スクリュ５２が後退する。スクリュ５２が所定距離後退し、スクリュ５２の前方に所定量の樹脂が蓄積されると、スクリュ５２の回転は停止される。

ところで、スクリュ位置精度などで、加熱シリンダ４２内で計量される溶融樹脂の密度がばらつくことがある。また、樹脂材料の変更などで、加熱シリンダ４２内で計量される溶融樹脂の密度が高い密度又は低い密度にシフトすることがある。樹脂材料の変更は、例えば樹脂ペレットのロットの変更、樹脂ペレットと再生材との混合比の変更などによる樹脂材料の粒度分布の変更を含む。

計量工程においてスクリュ５２の前方に蓄積される溶融樹脂の密度が高くなると、射出工程においてスクリュ５２の前進速度が同じ場合、スクリュ５２にかかる樹脂圧力が高くなる。従って、射出工程における樹脂圧力検出器５０の検出値は、計量工程においてスクリュ５２の前方に蓄積される溶融樹脂の密度と相関がある。

そこで、制御部８０は、スクリュ停止の間に樹脂圧力検出器５０で検出される検出値の時間積分値を算出する。スクリュ５２の速度ムラに起因する樹脂圧力ばらつきを排除して、加熱シリンダ４２内で計量された溶融樹脂の密度を精度良く調べることができる。

時間積分は、例えば図３に斜線で示すように、スクリュ停止の開始時刻ｔ２から、Ｖ／Ｐ切換の時刻ｔ３まで行われる。尚、時間積分の開始時刻及び終了時刻は、スクリュ５２が実際に停止している時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間であれば、いつでもよく、ユーザによって設定されてよい。スクリュ停止は、位置検出器５７又は射出用モータ４３のエンコーダ４３ａで検出可能である。

制御部８０は、算出した時間積分値に基づいて、射出用モータ４３の制御に関する設定値を調整する。計量工程においてスクリュ５２の前方に蓄積される溶融樹脂の密度に応じて、溶融樹脂の充填量（射出量）を調整することができ、射出・保圧工程で金型装置３０内に充填される溶融樹脂の重量を一定に保つことができる。

制御部８０が調整する設定値は、例えば（１）射出工程開始からスクリュ停止の設定開始までの時間（ｔ１−ｔ０）、又はスクリュ停止の設定開始時のスクリュ位置を含む。スクリュ停止の設定開始時刻ｔ１が早くなると、時刻ｔ１までのスクリュ移動距離が短くなり、溶融樹脂の充填量が小さくなる。一方、スクリュ停止の設定開始時刻ｔ１が遅くなると、時刻ｔ１までのスクリュ移動距離が長くなり、溶融樹脂の充填量が大きくなる。

制御部８０が調整する設定値は、（２）射出工程開始から保圧工程開始までの時間（ｔ３−ｔ０）であってもよい。射出工程におけるスクリュ停止の設定時間（ｔ３−ｔ１）が一定の場合、上記（１）の設定値（ｔ１−ｔ０）の調整によって、上記（２）の設定値（ｔ３−ｔ０）が自動的に変わる。

また、制御部８０が調整する設定値は、（３）保圧工程の開始から終了までの保圧時間（ｔ４−ｔ３）を含む。保圧時間が短くなると、スクリュ移動距離が短くなり、溶融樹脂の充填量が小さくなる。一方、保圧時間が長くなると、スクリュ移動距離が長くなり、溶融樹脂の充填量が大きくなる。

さらに、制御部８０が調整する設定値は、（４）保圧工程においてスクリュ５２にかかる樹脂圧力（樹脂の射出圧）を含む。保圧工程は樹脂の冷却による熱収縮を補充するための工程であるので、保圧が低くなると、溶融樹脂の充填量が小さくなる。一方、保圧が高くなると、溶融樹脂の充填量が大きくなる。樹脂の射出圧の設定値が時間の経過に伴って段階的に変化する場合、少なくとも１つの設定値が調整されればよい。

制御部８０が調整する設定値は、上記（１）〜（４）の設定値の少なくとも１つを含んでいればよく、その組合せは自由である。

上記（１）及び（２）の設定値の調整は、樹脂材料の変更などで、加熱シリンダ４２内で計量される溶融樹脂の密度が高い密度又は低い密度にシフトする場合に有効である。

一方、上記（３）及び（４）の設定値の調整は、樹脂材料の変更などで、加熱シリンダ４２内で計量される溶融樹脂の密度が高い密度又は低い密度にシフトする場合の他、スクリュ位置精度などで、加熱シリンダ４２内で計量される溶融樹脂の密度がばらつく場合にも有効である。

制御部８０は、算出した時間積分値が予め設定した範囲の上限値を超える場合、上記（１）〜（４）の設定値を予め設定された基準値よりも小さくする。また、制御部８０は、算出した時間積分値が上記範囲の下限値よりも小さい場合、上記（１）〜（４）の設定値を予め設定された基準値よりも大きくする。各設定値の変更量は、予め定められており、一定量であってもよいし、時間積分値の上記範囲からの逸脱量に比例する量であってもよい。基準値は例えばユーザによって設定される。

一方、制御部８０は、算出した時間積分値が上記範囲内の場合、上記（１）〜（４）の設定値を変更せず、予め設定された基準値のままとする。上限値と下限値との間に幅をもたせることで、過度な設定変更を防止することができる。

制御部８０による設定値の調整は、成形の度に行われてもよいし、ユーザの要求に応じて行われてもよい。ユーザの要求は、キーボード等の入力部９４（図２参照）で入力され、制御部８０に送信される。ユーザの要求は、例えば樹脂ペレットのロットが変わる場合や樹脂ペレットと再生材との混合比が変わる場合等、樹脂材料の粒度分布や平均粒径が変わる場合に行われてよい。

制御部８０が算出した時間積分値は、ＲＡＭ等の記録媒体に記録され、必要に応じて読み出される。時間積分値は、成形品のＩＤ情報と対応付けて記録媒体に記録されている。

射出成形機１０は、制御部８０によって算出された時間積分値を表示する表示部９２（図２参照）をさらに備えてよい。加熱シリンダ４２内で計量される溶融樹脂の密度の安定性をユーザが確認できる。

表示部９２は、例えば液晶ディスプレイ等で構成され、制御部８０による制御下で、ユーザの要求に応じて時間積分値を画像表示する。ユーザの要求は、制御部８０に接続されるキーボード等の入力部９４（図２参照）で入力される。表示部９２は、成形品のＩＤ情報と、時間積分値とを対応付けて出力する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態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、置換が可能である。

例えば、上記実施形態の射出装置４０は、樹脂の計量及び樹脂の射出を行うスクリュ５２が加熱シリンダ４２内に配設されるスクリュインライン方式であるが、その方式に制限はない。例えば、射出装置は、プランジャプリプラ方式、又はスクリュプリプラ方式であってもよい。従って、シリンダ内で軸方向に移動自在に配設され、シリンダ内の溶融樹脂を射出する射出部材として、プランジャが用いられてもよい。

また、制御装置８０が調整する設定値は、上記（１）〜（４）の設定値に限らない。上記（１）〜（４）以外の設定値の場合、時間積分値の大小と、設定値の変更の大小とは逆であってもよい。つまり、時間積分値が予め設定した所定範囲の上限値を超えるとき、射出用モータ４３の制御に関する設定値が大きくされてもよい。また、時間積分値が予め設定した所定範囲の下限値よりも小さいとき、射出用モータ４３の制御に関する設定値が小さくされてもよい。

また、上記実施形態では、射出部材としてのスクリュ５２を軸方向に移動させる駆動部として、回転モータが用いられるが、リニアモータ又は流体圧シリンダが用いられてもよく、駆動部の構成は特に限定されない。

１０ 射出成形機
１２ 固定プラテン
１３ 可動プラテン
３０ 金型装置
３２ 固定金型
３３ 可動金型
４２ 加熱シリンダ（シリンダ）
４３ 射出用モータ（駆動部）
５２ スクリュ（射出部材）
５７ 樹脂圧力検出器
８０ 制御部

Claims (7)

1. シリンダ内で軸方向に移動自在に配設され、該シリンダ内の溶融樹脂を射出し金型内に充填する射出部材と、
   該射出部材を移動させる駆動部と、
   該駆動部を制御する制御部と、
   前記射出部材にかかる樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出器とを備え、
   前記制御部は、
   射出工程開始後、保圧工程開始前に、前記射出部材を停止させ、
   前記射出工程開始後かつ前記保圧工程開始前の前記射出部材が停止している間に前記樹脂圧力検出器で検出される検出値の時間積分値を算出し、
   算出した前記時間積分値に基づいて、前記射出部材による充填量を調整することを特徴とする射出成形機。
2. 前記制御部は、算出した前記時間積分値に基づいて、前記駆動部の制御に関する設定値を調整する請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記駆動部の制御に関する設定値は、前記射出工程開始から前記射出部材停止の設定開始までの時間、又は前記射出部材停止の設定開始時のスクリュ位置を含む請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記駆動部の制御に関する設定値は、前記保圧工程の開始から終了までの保圧時間を含む請求項２又は３に記載の射出成形機。
5. 前記駆動部の制御に関する設定値は、前記保圧工程における前記樹脂圧力を含む請求項２〜４のいずれか一項に記載の射出成形機。
6. 前記制御部は、
   算出した前記時間積分値が所定範囲の上限値を超える場合、前記駆動部の制御に関する設定値を予め設定された基準値よりも小さくし、
   算出した前記時間積分値が前記所定範囲の下限値よりも小さい場合、前記駆動部の制御に関する設定値を予め設定された基準値よりも大きくする請求項２〜５のいずれか一項に記載の射出成形機。
7. 前記制御部によって算出される前記時間積分値を表示する表示部をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の射出成形機。

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