JP5823352B2

JP5823352B2 - 射出成形機

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Publication number: JP5823352B2
Application number: JP2012138039A
Authority: JP
Inventors: 清家　幸治; 幸治清家
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: JP2014000737A

Description

本発明は、シリンダ内に樹脂を供給するフィーダと、該シリンダ内を軸方向に移動するスクリューとを有する射出成形機に関する。

従来から、この種の射出成形機自体は知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される射出成形機は、計量用サーボモータのトルクを検出するトルク検出器と、フィーダの回転数を制御する制御部とを備え、そのトルク検出器が検出した計量用サーボモータのトルクが予め設定された基準値と一致するように、そのフィーダの回転数（シリンダ内の樹脂の状態）を制御する。

特開２００４−３５１６６１号公報

しかしながら、引用文献１の射出成形機は、フィーダの回転数を低減させることによって、スクリューを所定の速度で回転させる際の最大トルクを所定値未満に抑えることができるのみであり、シリンダ内の樹脂の状態を加工に適した状態に調節することはない。

そこで、本発明は、この種の射出成形機において、より簡易に且つ迅速に、樹脂の状態を把握可能とすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、シリンダ内に樹脂を供給するフィーダと、該シリンダ内を軸方向に移動するスクリューとを有する射出成形機であって、
所定のパラメータに基づいて、計量工程の際にシリンダ内の樹脂材料の圧力が０から上昇し始める、前記スクリューの軸方向に沿った位置（圧力上昇位置）を推定する処理装置を含むことを特徴とする、射出成形機が提供される。

本発明によれば、この種の射出成形機において、より簡易に且つ迅速に、樹脂の状態を把握可能となる。

本発明の射出成形機に用いられてよい射出装置３１の一例を示す図である。圧力上昇位置の説明図であり、スクリュー２０の長さ方向に沿った加熱シリンダ１７内の樹脂圧力の変化態様を示す図である。圧力上昇位置Ｌを推定する処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明の射出成形機に用いられてよい射出装置３１の一例を示す図である。射出成形機は、型締装置及び射出装置３１を有する。型締装置は、固定金型が取り付けられる固定プラテン、及び可動金型が取り付けられる可動プラテンを備え、トグル機構が可動プラテンを進退させることによって金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われる。尚、金型装置は、固定金型と可動金型とにより構成される。また、型締装置は、リニアモータを用いた電磁式の型締装置であってもよいし、型締用シリンダを用いた型締装置であってもよい。

射出装置３１は、加熱シリンダ１７と、該加熱シリンダ１７の前端に配設された射出ノズル１８と、加熱シリンダ１７内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリュー２０と、加熱シリンダ１７の外周に取り付けられたヒータｈ１１〜ｈ１３と、加熱シリンダ１７の後方に配設された駆動装置１０１とを含む。駆動装置１０１は、射出用モータや計量用モータを含む。

スクリュー２０は、スクリュー本体５２と、該スクリュー本体５２より前方に配設された射出部４６とからなり、後端の軸部５１を介して駆動装置１０１と連結される。スクリュー本体５２は、フライト部４５、及び前端において、フライト部４５の前端に配設された圧力部材５４を備え、フライト部４５は、棒状の本体部分４５ａ、及び該本体部分４５ａの外周面に突出させて形成された螺旋状のフライト５３を備え、該フライト５３に沿って螺旋状の溝６７が形成される。尚、圧力部材５４を配設することなく、スクリュー本体５２の全体にわたってフライト部を形成してもよい。

射出部４６は、先端に円錐形の部位を備えたヘッド部５５、該ヘッド部５５の後方に隣接させて形成されたロッド部５６、該ロッド部５６の周囲に配設された逆止リング５７、及び圧力部材５４の前端に取り付けられたシールリング５８（チェックリング）からなる。

計量工程時に、スクリュー２０が後退させられるのに伴って、ロッド部５６に対して逆止リング５７が前方に移動させられ、シールリング５８から離されると、逆流防止装置６２によるシールが解除される。また、射出工程時に、スクリュー２０が前進させられるのに伴って、逆止リング５７がロッド部５６に対して後方に移動させられ、シールリング５８に当接させられると、逆流防止装置６２によるシールが行われる。

加熱シリンダ１７の後端の近傍には、成形材料供給口としての樹脂供給口６５が形成され、該樹脂供給口６５は、スクリュー２０を加熱シリンダ１７内における前進限位置に置いた状態において、溝６７の後端部と対向する箇所に形成される。樹脂供給口６５には、樹脂を投入するためのフィーダ８１が取り付けられる。フィーダ８１の上端には、ペレット状の樹脂を収容するホッパ８２が取り付けられる。該ホッパ８２に収容された樹脂は、フィーダ８１を介して樹脂供給口６５に送られ、該樹脂供給口６５から加熱シリンダ１７内に供給される。

フィーダ８１は、水平方向に延在させて配設されたシリンダ部８３、該シリンダ部８３の前端から下方に延在させて配設された筒状の案内部８４、シリンダ部８３内において回転自在に配設されたフィードスクリュー８５、該フィードスクリュー８５を回転させるフィードモータ８６等を備え、シリンダ部８３は、後端においてホッパ８２と連結され、前端において案内部８４と連通させられる。尚、シリンダ部８３は、必ずしも水平方向に延在する必要はなく、例えば出口側が入口側よりも高い斜め方向で配置されてもよい。

フィードモータ８６を駆動してフィードスクリュー８５を回転させると、ホッパ８２内の樹脂は、シリンダ部８３内に供給され、フィードスクリュー８５の外周面に形成された溝に沿って前進させられ、フィードスクリュー８５の前端から案内部８４内に送られ、該案内部８４内を落下し、加熱シリンダ１７内に供給される。尚、シリンダ部８３内において、樹脂は、図示しないヒータによって加熱（予熱）されてもよい。この際、樹脂は、溶融することがない温度、例えば、ガラス転移点以下の所定の温度に予熱されてもよい。

計量工程時に、フィードモータ８６を正方向に駆動するとともに、駆動装置１０１の計量用モータ（図示せず）を正方向に駆動すると、フィードスクリュー８５及びスクリュー２０が正方向に回転させられる。このとき、ホッパ８２内の樹脂は、シリンダ部８３内に供給され、フィードスクリュー８５の外周面に形成された溝に沿って前進させられ、フィードスクリュー８５の前端から案内部８４内に送られ、該案内部８４内を落下し、加熱シリンダ１７内に供給される。加熱シリンダ１７内に供給された樹脂は、溝６７に沿って前進させられるとともに、ヒータｈ１１〜ｈ１３によって加熱され、溶融させられる。なお、樹脂は、圧力部材５４より所定の距離だけ手前の圧力上昇開始点からスクリュー本体５２の前端にかけて前進させられるのに伴って、圧力が次第に高くされる。

続いて、樹脂は、加熱シリンダ１７と圧力部材５４との間の樹脂流路を通過して、その間に、十分に混練された後、加熱シリンダ１７とロッド部５６との間の樹脂流路を通過して前進させられ、スクリューヘッドの前方に送られる。なお、計量工程時に、スクリュー２０に背圧を加えるために、駆動装置１０１の射出用モータ（図示せず）が駆動され、スクリュー２０の後退を抑制する。

射出工程時には、駆動装置１０１によりスクリュー２０は回転しない状態で前進させられる。スクリュー２０が前進させられると、スクリューヘッドの前方に送られた樹脂は、射出ノズル１８から射出され、金型装置のキャビティ空間に充填される。

図２は、圧力上昇位置の説明図であり、スクリュー２０の長さ方向に沿った加熱シリンダ１７内の樹脂圧力の変化態様を示す図である。

シリンダ１７内の樹脂圧力は、図２に示すように、ホッパ８２側からシールリング５８に向かって、ゼロから最大圧力P_ｍａｘまで略直線的に増加し、最大圧力P_ｍａｘからある値（＞０）まで略直線的に減少していく特性を有する。このとき、最大圧力P_ｍａｘを取る位置を「最大圧力位置」と称し、圧力がゼロから増加し始める位置を「圧力上昇位置」と称する。尚、ここでは、スクリュー２０の基準位置（本例では、フライト５３の後端位置）から最大圧力位置までの距離をＬ_ｍａｘとし、スクリュー２０の基準位置から圧力上昇位置までの距離をＬとする。このように、Ｌ_ｍａｘ及びＬは距離のオーダーであるが、スクリュー２０の基準位置からの位置を表すため、以下では、Ｌ_ｍａｘ及びＬは、それぞれ、最大圧力位置及び圧力上昇位置に付される。尚、最大圧力位置Ｌ_ｍａｘは、スクリュー２０の形状から決まるものであり、既知となる。

図３は、圧力上昇位置Ｌを推定する処理の一例を示すフローチャートである。図３に示す処理は、射出成形機に備わる処理装置（例えば射出装置３１の制御装置）により実現されてもよいし、射出成形機とは別の外部の処理装置により実現されてもよいし、これらの組み合わせにより協動して実現されてもよい。図３に示す処理は、スクリュー２０の回転数を調整する際（成形条件出しを行う際）に実行されてよい。従って、図３に示す処理は、例えば樹脂材料の変更やスクリュー２０の種類の変更等に伴う成形条件出しを行う際に実行されてよい。

ステップ３００では、スクリュー２０の回転数が初期的に決定される。スクリュー２０の回転数は、後述の如く最終的に調整されるので、初期値は任意の態様で決定されてよい。

ステップ３０２では、上記ステップ３００で決定したスクリュー２０の回転数で計量工程及び射出工程を実行し、その際に所定のパラメータの実測値を取得する。所定のパラメータは、次のステップ３０６で圧力上昇位置Ｌを推定するために必要とされるパラメータであり、圧力上昇位置Ｌの推定方法に依存する。例えば後述のように、圧力上昇位置Ｌが、計量時のスクリュートルク（スクリュー２０のトルク）及び、射出時の樹脂材料の射出ピーク圧に基づいて推定される場合には、スクリュートルク及び射出ピーク圧が実測される。射出ピーク圧は、射出工程時に計測されるが、パージ時に計測されてもよい。

ステップ３０４では、上記ステップ３０２で得られた実測値に基づいて、圧力上昇位置Ｌが推定される。

圧力上昇位置Ｌは、例えば、以下の式を用いて推定されてもよい。
Ｌ＝Ｌ_ｍａｘ−（Ｔｑ−Ｃ１）／（Ｃ２×Ｐ_ｉｍａｘ×Ｎｓ）式（１）
ここで、Ｔｑは、計量時のスクリュートルクであり、Ｐ_ｉｍａｘは、射出ピーク圧であり、Ｎｓは、スクリュー２０の回転数であり、Ｃ１，Ｃ２は係数である。この式（１）は、圧力上昇位置Ｌが、計量時のスクリュートルクＴｑ、射出ピーク圧Ｐ_ｉｍａｘ及びスクリュー２０の回転数Ｎｓと相関することを知見して得られたものである。係数Ｃ１，Ｃ２は、過去の計量工程で得られたデータに基づいて統計的手法を適用することで予め導出されてよい。尚、最大圧力位置Ｌ_ｍａｘは、図２を参照して上述したように、スクリュー２０の形状から決まるものであり、既知である。

式（１）を用いる場合、上記ステップ３００で決定したスクリュー２０の回転数Ｎｓと、上記ステップ３０２で実測された計量時のスクリュートルクＴｑ及び射出時の射出ピーク圧Ｐ_ｉｍａｘとを式（１）に代入して、圧力上昇位置Ｌを得る。尚、計量時のスクリュートルクＴｑは、複数の実測値の平均値や中央値等が使用されてもよい。また、上記ステップ３０２で複数回の計量工程を実行し、その際の平均値等が使用されてもよい。これは、射出ピーク圧Ｐ_ｉｍａｘについても同様であり、複数回の射出工程を実行し、その際の平均値等が使用されてもよい。

或いは、圧力上昇位置Ｌは、過去の計量工程で得られたデータを集積したデータベースを用いて推定されてもよい。例えば、データベースには、過去の計量工程で得られたスクリュートルク、射出ピーク圧、スクリュー２０の回転数及び最大圧力位置Ｌ_ｍａｘと、そのときの圧力上昇位置Ｌとが対応付けられて蓄積される。そして、今回の上記ステップ３０２で実測された計量時のスクリュートルクＴｑ、今回の上記ステップ３０２で実測された射出時の射出ピーク圧Ｐ_ｉｍａｘ、スクリュー２０の回転数Ｎｓ，最大圧力位置Ｌ_ｍａｘと一致するデータが、データベース内に存在するかが探索され、存在する場合には、当該データに対応付けられた圧力上昇位置Ｌがデータベースから取り出される。このようにしてデータベースから得られた圧力上昇位置Ｌは、今回の圧力上昇位置Ｌと同一であると推定されてよい。尚、今回の上記ステップ３０２で実測された計量時のスクリュートルクＴｑ、今回の上記ステップ３０２で実測された射出時の射出ピーク圧Ｐ_ｉｍａｘ、スクリュー２０の回転数Ｎｓ，最大圧力位置Ｌ_ｍａｘと完全に一致するデータが、データベース内に存在しない場合は、補間等により今回の圧力上昇位置Ｌが近似的に推定されてもよい。

ステップ３０６では、上記ステップ３０４で推定された圧力上昇位置Ｌが所定範囲内か否かが判定される。所定範囲は、適切な圧力上昇位置Ｌを規定する範囲（最適範囲）であり、計量時間、１ショット容量、樹脂物性、背圧、及びスクリュー２０の形状等に応じて予め決定されてよい。尚、所定範囲内に圧力上昇位置Ｌが存在することは、樹脂加工品の品質が一定の良品レベルに維持されることを意味し、一方で、この所定範囲外の圧力上昇位置Ｌは、過剰なせん断発熱、焼け等の問題を発生させうる。上記ステップ３０４で推定された圧力上昇位置Ｌが所定範囲内である場合は、上記ステップ３００で決定したスクリュー２０の回転数Ｎｓは変更の必要がなく、そのまま終了する。他方、上記ステップ３０４で推定された圧力上昇位置Ｌが所定範囲内でない場合は、ステップ３０８に進む。

ステップ３０８では、上記ステップ３０４で推定された圧力上昇位置Ｌと所定範囲との関係に基づいて、新たなスクリュー２０の回転数Ｎｓを決定する。即ち、上記ステップ３０４で推定された圧力上昇位置Ｌと所定範囲との関係に基づいて、スクリュー２０の回転数Ｎｓが調整される。例えば、スクリュー２０の回転数Ｎｓを高くすると、圧力上昇位置Ｌが増加する方向となるので、圧力上昇位置Ｌが所定範囲よりも大きい場合は、スクリュー２０の回転数Ｎｓが低くなる方向に調整され、圧力上昇位置Ｌが所定範囲よりも小さい場合は、スクリュー２０の回転数Ｎｓが高くなる方向に調整されてよい。このようにしてスクリュー２０の回転数Ｎｓが新たに決定されると、ステップ３０２に戻り、新たに決定されたスクリュー２０の回転数Ｎｓを用いて、上記ステップ３０２乃至３０６の処理を行い、圧力上昇位置Ｌが所定範囲内であるか否かが判定される。このようにして圧力上昇位置Ｌが所定範囲内になるまで、スクリュー２０の回転数Ｎｓが調整される。

以上説明した本実施例の射出成形機によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。

本実施例の射出成形機によれば、上述の如く、圧力上昇位置Ｌが実測値等を用いて推定されるので、高価な圧力センサを用いる必要がなくなり、圧力センサを用いて圧力上昇位置Ｌを推定又は検出する構成に比べて、コストを低減することができる。また、過去の実績値を用いることで、圧力上昇位置Ｌを精度良く推定することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、圧力上昇位置Ｌの推定は、フィードスクリュー８５の回転数を所定値に固定した状態で、スクリュー２０の回転数Ｎｓの調整を行う際に、実行されているが、他の態様で実行されてもよい。例えば、圧力上昇位置Ｌの推定は、スクリュー２０の回転数Ｎｓと共にフィードスクリュー８５の回転数を調整する際に実行されてもよい。また、圧力上昇位置Ｌの推定は、スクリュー２０の回転数Ｎｓを所定値に固定した状態で、フィードスクリュー８５の回転数を調整する際に実行されてもよい。このように、圧力上昇位置Ｌの推定は、圧力上昇位置Ｌを所望の値に調整（即ち、同期率を所望の値に調整）する際に実行することができる。尚、同期率とは、スクリュー２０の回転数に対するフィードスクリュー８５の回転数の比、例えば（フィードスクリュー８５の回転数）／（スクリュー２０の回転数）である。

また、上述した実施例では、フィードスクリュー８５の回転数を所定値に固定した状態で、スクリュー２０の回転数Ｎｓの調整を行うことを前提としているが、上述の通り、スクリュー２０の回転数Ｎｓを所定値に固定した状態で、フィードスクリュー８５の回転数を調整する方法や、スクリュー２０の回転数Ｎｓと共にフィードスクリュー８５の回転数を調整する方法も可能である。スクリュー２０の回転数Ｎｓを所定値に固定した状態で、フィードスクリュー８５の回転数を調整する方法を採用する場合、上記の式（１）の推定式は、Ｎｓに代えて、フィードスクリュー８５の回転数Ｎｆを加味するパラメータ（例えば，１／Ｎｆ）が使用されてもよい。この場合、当然ながら係数Ｃ２等は、当該パラメータに応じて適合される。また、スクリュー２０の回転数Ｎｓと共にフィードスクリュー８５の回転数を調整する方法を採用する場合、上記の式（１）の推定式は、Ｎｓに代えて、フィードスクリュー８５の回転数Ｎｆも加味したパラメータ（例えば，Ｎｓ／Ｎｆ、即ち同期率の逆数）が使用されてもよい。この場合も、当然ながら係数Ｃ２等は、当該パラメータに応じて適合される。

また、上述した実施例では、スクリュートルク及び射出ピーク圧の各実測値を用いて圧力上昇位置Ｌが推定されているが、他のパラメータを使用して圧力上昇位置Ｌが推定されてもよい。例えば、計量時又は射出時等の樹脂粘度の推定値を使用して圧力上昇位置Ｌが推定されてもよい。

１７加熱シリンダ
１８射出ノズル
２０スクリュー
３１射出装置
４５フライト部
５２スクリュー本体
８１フィーダ
８３シリンダ部
８５フィードスクリュー
１０１駆動装置

Claims

シリンダ内に樹脂を供給するフィーダと、該シリンダ内を軸方向に移動するスクリューとを有する射出成形機であって、
所定のパラメータに基づいて、計量工程の際にシリンダ内の樹脂材料の圧力が０から上昇し始める、前記スクリューの軸方向に沿った位置（以下、圧力上昇位置という）を推定する処理装置を含むことを特徴とする、射出成形機。
前記所定のパラメータは、計量工程の際のスクリュートルクと、射出ピーク圧又は樹脂粘度とを含む、請求項１に記載の射出成形機。
前記処理装置は、前記所定のパラメータと、前記圧力上昇位置との関係を定める所定式に、前記所定のパラメータを代入することで、前記圧力上昇位置を推定する、請求項１又は２に記載の射出成形機。