JP2017039235A - 射出成形機、および射出成形機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品の品質を安定させることができる射出成形機を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の実施形態に係る射出成形機１は、固定金型１１と移動金型１２を接触させて型締めする型締駆動機構６と、固定金型と移動金型の間に形成されるキャビティ内に溶融材料を送り込むスクリュ４２をキャビティに向けて移動させて溶融材料をキャビティ内へ射出する射出装置７と、を有する。射出成形機１の制御部８は、固定金型１１と移動金型１２を接触させて、スクリュ４２をキャビティに向けて移動させて、溶融材料の射出を開始し、スクリュ４２が所定位置を通過した時点で固定金型１１と移動金型１２を型締めするように、型締駆動機構６と射出装置７を動作制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、射出成形機、および射出成形機の制御方法に関する。

射出成形機は、型締め装置と射出装置を備える。型締め装置は、固定金型に移動金型を押し付けて両者の間に成形品形状のキャビティを形成する。射出装置は、固定金型の後方からキャビティ内へ樹脂などの溶融材料を射出する。溶融材料は、高温でキャビティ内へ射出され、一定圧力下で冷却される。材料が固まった後、型締め装置が金型を開いて、キャビティから成形品が押し出される。

キャビティ内へ射出される溶融材料にはガスが含まれる。このため、固定金型と移動金型を接触させた状態で溶融材料をキャビティ内へ射出し、金型の接合面の微小な隙間からガス抜きをする。そして、溶融材料の射出開始から所定時間経過後に、２つの金型を密着させて型締め（ロックアップ）してキャビティを密閉し、型締め力より小さい射出圧力で溶融材料をキャビティ内へ射出する。

特開平６−２２６８０６号公報

しかし、型締めのタイミングを射出開始からの経過時間で管理すると、溶融材料の温度や溶融状態などの外乱要素によって射出速度が乱れた場合、溶融材料の単位時間あたりの充填量にバラつきを生じ、ガス抜きが不十分になる可能性がある。この場合、成形品にヒケを生じたり白く濁ったり（シルバー化）して、成形品の品質が低下する。

本発明の目的は、成形品の品質を安定させることができる射出成形機、およびその制御方法を提供することにある。

本発明の実施形態に係る射出成形機は、第１金型と第２金型を接触させて型締めする型締め機構と、第１金型と第２金型の間に形成されるキャビティ内に溶融材料を送り込むスクリュによって溶融材料をキャビティ内へ射出する射出機構と、を有する。射出成形機の制御部は、第１金型と第２金型を接触させて、スクリュによって溶融材料の射出を開始し、スクリュが所定位置を通過した時点で第１金型と第２金型を型締めするように、型締め機構と射出機構を動作制御する。

また、本実施形態の射出成形機の制御方法によると、第１金型と第２金型を接触させて、スクリュによって溶融材料の射出を開始し、スクリュが所定位置を通過した時点で第１金型と第２金型を型締めする。

図１は、第１の実施形態に係る射出成形機を示す概略図である。 図２は、図１の射出成形機の動作を説明するためのフローチャートである。 図３は、図２とともに図１の射出成形機の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図４は、第２の実施形態に係る射出成形機の動作を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る射出成形機１の概略図である。射出成形機１は、フレーム２、固定盤３、移動盤４、タイバー５、型締駆動機構６、射出装置７、及び制御部８を備えている。型締駆動機構６は型締め機構の一例であり、射出装置７は射出機構の一例である。

フレーム２は、射出成形機１の土台を形成している。フレーム２の上には、図示しないリニアガイドが設けられている。固定盤３は、フレーム２上に固定されている。固定盤３には、固定金型１１（第１金型）が取り付けられる。タイバー５は、例えば４本設けられている。タイバー５の一端部は、固定盤３に固定されている。タイバー５は、固定盤３から移動盤４を通り越して、型締駆動機構６の圧受盤１３まで延びている。圧受盤１３は、フレーム２に支持されている。

移動盤４は、フレーム２のリニアガイド上に載置されている。移動盤４は、タイバー５およびリニアガイドによって案内され、固定盤３に近付く方向と固定盤３から離れる方向とに移動可能である。移動盤４には、移動金型１２（第２金型）が取り付けられる。移動金型１２は、固定金型１１に対向する。移動金型１２と固定金型１１とが接触して合わされることで、移動金型１２と固定金型１１との間に製品形状に対応したキャビティが形成される。

型締駆動機構６は、移動盤４に対して、固定盤３とは反対側に設けられている。型締駆動機構６は、移動金型１２を固定金型１１に押し付ける。型締駆動機構６の一例は、トグル機構である。なお、型締駆動機構６の構成は、トグル機構に限らず、例えば油圧シリンダーとタイバーを用いた構成やその他の構成であってもよい。本実施形態の型締駆動機構６は、例えば、圧受盤１３、トグル機構駆動部１４、クロスヘッド１５、第１のトグルレバー１６、第２のトグルレバー１７、及びトグルアーム１８を備えている。

圧受盤１３は、型締駆動機構６の支持部であり、フレーム２上に支持されている。圧受盤１３には、タイバー５の他端部が固定されている。トグル機構駆動部１４は、圧受盤１３に設けられ、例えば、型締サーボモータ２１、ボールねじ２２、及び伝達機構２３を備えている。

ボールねじ２２の先端部には、クロスヘッド１５が取り付けられている。ボールねじ２２は、回転運動を直線運動に変換する運動方向変換機構の一例である。ボールねじ２２が回転されることで、クロスヘッド１５が移動盤４に近付く方向および移動盤４から離れる方向に移動（図１中で左右方向の移動）される。

伝達機構２３は、例えばプーリ２３ａと、このプーリ２３ａに掛けられたタイミングベルト２３ｂなどで構成されている。伝達機構２３は、型締サーボモータ２１の回転をボールねじ２２に伝達する。これにより、型締サーボモータ２１が回転されると、クロスヘッド１５が移動される。

第１のトグルレバー１６は、クロスヘッド１５に連結されている。第２のトグルレバー１７は、圧受盤１３と第１のトグルレバー１６との間に設けられている。トグルアーム１８は、第２のトグルレバー１７と移動盤４との間に設けられている。圧受盤１３と第２のトグルレバー１７との間、第１のトグルレバー１６と第２のトグルレバー１７との間、第２のトグルレバー１７とトグルアーム１８との間、クロスヘッド１５と第１のトグルレバー１６との間、及びトグルアーム１８と移動盤４との間は、それぞれ揺動可能にリンク結合されている。

クロスヘッド１５が移動されると、トグル機構が作動する。すなわち、クロスヘッド１５が前進（図１中で右方向に移動）すると、移動盤４が固定盤３に向いて移動され、型閉が行われる。また、トグル倍率が乗じられた型締力が移動盤４に加わり、移動金型１２と固定金型１１の型締めが行われる。なお、トグル機構やトグル機構駆動部１４の構成は、上記に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。

射出成形機１は、型締状態（型閉状態）に関する情報を検出する検出部３１を有する。検出部３１は、例えば型締力に関する情報を検出する。検出部３１は、例えばタイバー５に設けられている。検出部３１は、例えばタイバー５の伸び量を検出する。タイバー５の伸び量は、「型締力に関する情報」の一例である。

検出部３１は、検出した型締力に関する情報を制御部８に送る。なお、「型締力に関する情報」とは、直接に計測された型締力などの値に限らず、その情報に基づき制御部８が型締力を割り出すことができる情報でもよい。検出部３１は、１つでもよく、複数設けられてもよい。複数の検出部３１を設ける場合は、４本のタイバー５のそれぞれ、又は対角に位置した２つのタイバー５のそれぞれに検出部３１を設けてもよい。

検出部３１は、上記例に限らず、例えば型締サーボモータ２１の回転数またはトルクを検出するセンサでもよい。制御部８は、例えば型締サーボモータ２１の回転数またはトルクなどの情報から型締力を割り出してもよい。

また、検出部３１は、例えば型締駆動機構６に含まれる１つ又は複数の部材の位置から型締めの状態に関する情報を得るものでもよい。検出部３１の一例は、例えばクロスヘッド１５の位置を検出するセンサである。ここで、クロスヘッド１５の位置を検出するセンサは、直接にクロスヘッド１５の位置を検出する位置センサだけでなく、型締サーボモータ２１の回転数またはトルクなどを測定するセンサなど、センサの検出結果から制御部８を用いてクロスヘッド１５の位置を検出することができるセンサであれば特に限定されない。クロスヘッド１５の位置を検出することでも、型締力に関する情報を得ることができる。なお、検出部３１は、その他のセンサであってもよい。

射出装置７は、固定盤３の背後に設けられている。射出装置７は、フレーム２の図示しないリニアガイド上に載置されたベース４０を有する。ベース４０上には、加熱バレル４１、スクリュ４２、計量部４３、及び射出装置駆動部４４が取り付けられている。ベース４０には、ベース移動モータ４０ａにより回転するボールねじ４０ｂが接続されている。ベース移動モータ４０ａは、フレーム２に固設されている。ボールねじ４０ｂは、ベース移動モータ４０ａによる回転運動を直線運動に変換する運動方向変換機構の一例である。すなわち、ベース移動モータ４０ａを回転すると、射出装置７がリニアガイドに沿って固定盤３に近付く方向および固定盤３から離れる方向に移動される。

射出装置７が固定盤３に向けて移動されると、加熱バレル４１の先端にあるノズル４１ａが固定盤３の背後から固定金型１１と移動金型１２の間のキャビティに連結される。固定盤３には、加熱バレル４１の先端およびノズル４１ａを挿通する図示しない孔が設けられている。また、固定金型１１は、固定盤３の孔に連続してキャビティまで延びた図示しない孔を有している。ベース移動モータ４０ａおよびボールねじ４０ｂは、ノズル４１ａを金型１１、１２のキャビティに連結する連結機構の一例である。

スクリュ４２は、金型のキャビティに溶融材料を送り込む。加熱バレル４１は、溶融材料を金型内に注入するノズル４１ａを先端に備えるとともに、ホッパー４５に接続されている。スクリュ４２は、加熱バレル４１の内部で移動自在（図１中で左右方向に移動可能）に設けられている。スクリュ４２が図１中で左方向に移動すると、加熱バレル４１内の溶融材料が加圧されてノズル４１ａを介して射出される。溶融材料の射出量は、スクリュ４２の移動量によって決まる。

計量部４３は、計量用サーボモータ４６と、この計量用サーボモータ４６の回転をスクリュ４２に伝える伝達機構４７とを有する。伝達機構４７は、例えばプーリ４７ａと、このプーリ４７ａに掛けられたタイミングベルト４７ｂなどで構成されている。計量用サーボモータ４６が駆動され、加熱バレル４１内でスクリュ４２が回転されると、原料の樹脂がホッパ４５から加熱バレル４１内に導入される。導入された樹脂は、加熱及び混練されながら加熱バレル４１の先端側に送られ、溶融樹脂（溶融材料）となって加熱バレル４１の先端部分に貯えられる。ここで、原料は樹脂に限定されることはなく、金属、ガラス、ゴム、炭素繊維を含む炭化化合物など成形材料として用いることができるものであれば何でもよい。

射出装置駆動部４４は、射出用サーボモータ５１、ボールねじ５２、及び伝達機構５３を有する。また、射出用サーボモータ５１は、スクリュ４２の移動位置を検出するためのエンコーダ５１ａを備えている。エンコーダ５１ａは、検出した移動位置に関する情報を制御部８に送る。制御部８は、この情報に基づいて、スクリュ４２の移動位置を算出する。ボールねじ５２は、回転運動を直線運動に変換する運動方向変換機構の一例であり、スクリュ４２に連動している。ボールねじ５２が回転されることで、加熱バレル４１内でスクリュ４２が移動（図１中で左右方向の移動）される。

なお、「スクリュ４２の移動位置」とは、加熱バレル４１の先端部分に貯えられた溶融樹脂をノズル４１ａから射出する方向（図１中で左方向）にスクリュ４２を移動したときの軸方向の移動位置である。スクリュ４２の移動位置は、エンコーダ５１ａの代りに図示しないリニアセンサなどを用いて直接に計測することもできる。本実施形態では、制御部８は、エンコーダ５１ａの出力に基づいて、射出用サーボモータ５１の駆動を制御するとともに、スクリュ４２の前進速度（射出速度）を制御する。

伝達機構５３は、例えばプーリ５３ａと、このプーリ５３ａに掛けられたタイミングベルト５３ｂなどで構成されている。伝達機構５３は、射出用サーボモータ５１の回転をボールねじ５２に伝達する。これにより、射出用サーボモータ５１が回転されると、スクリュ４２が移動される。なお、射出装置駆動部４４の構成は、上記に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。

射出装置７は、該射出装置７の射出圧力に関する情報を検出する射出圧力検出部５５を備えている。なお射出圧力検出部５５は、図中の位置にあるものに限らず、射出装置７のその他の位置に設けてもよい。射出圧力検出部５５は、検出した射出圧力に関する情報を制御部８に送る。なお、「射出圧力に関する情報」とは、直接に計測された射出圧力の値に限らず、その情報に基づき制御部８が射出圧力を割り出す（算出する）ことができる情報でもよい。なお、直接に計測される射出装置７の射出圧力は、例えば、射出圧力検出部５５を圧力センサとすることにより得られる。また、射出圧力に関する情報に基づき制御部８が割り出す射出装置７の射出圧力は、例えば、射出用サーボモータ５１の駆動を制御することで、すなわちスクリュ４２の前進速度（射出速度）を制御することで、制御される。

さらに、射出成形機１は、ヒューマン・マシン・インターフェイス（以下、ＨＭＩ／Ｆ）６０を有する。オペレータは、ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて、射出成形機１の動作に関する指令などの設定を入力することができる。ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて入力可能な情報の一例は、例えば射出装置７の射出工程中における最大射出圧力、型締駆動機構６による最大型締力、適切な型締めタイミングを取得するためのスクリュ４２の通過位置などに関する情報である。

ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて入力された値は、メモリ７０に記憶され、制御部８により適宜読み出される。例えば、適切な型締めタイミングを取得するためのスクリュ４２の通過位置に関する情報は、そのときのエンコーダ５１ａの出力値に置き換えられてメモリ７０に記憶される。スクリュ４２の経時的な摩耗などにより最適な型締めタイミングを決める最適なスクリュ４２の移動位置が変わった場合、その移動位置にスクリュ４２を移動させたときのエンコーダ出力値をメモリ７０に記憶しておき、以降の制御で変更後のエンコーダ出力値に基づく動作制御をする。

最適な型締めタイミングは、仮に設定したいくつかのエンコーダ出力値に基づく種々の型締めタイミングで製造した成形品の状態をオペレータが検査して、ヒケや白濁のない成形品が得られるエンコーダ出力値を判断し、そのエンコーダ出力値をメモリ７０に記憶することで設定可能である。つまり、最適な型締めタイミングは、スクリュ４２の摩耗などにより経時的に変化するため、定期的に成形品を検査して補正する必要がある。

なお、制御部８は、基本的に、射出工程中に検出部３１および射出圧力検出部５５から受け取る情報を監視し、その情報から得られた数値（すなわちその情報に含まれた数値、またはその情報に含まれた数値から算出される数値）が予め設定された閾値を越えた時に、射出装置７の射出圧力を抑制するように制御する。つまり、制御部８は、射出工程中に、射出圧力検出部５５からの情報に基づいて算出した射出圧力が、検出部３１からの情報に基づいて算出した型締力を超えないように、射出装置７の射出圧力を抑制するように制御する。

以下、上述した射出成形機１の動作について、図２および図３を参照して説明する。図２は、射出成形機１の動作を説明するためのフローチャートであり、図３は、図２とともに射出成形機１の動作を説明するためのタイミングチャートである。

射出成形機１の制御部８は、まず、移動金型１２を全開位置（ダイ後退限）（図３；タイミングＴ１）から閉じ位置（ダイ前進限）（タイミングＴ２）へ移動させて（図２；ステップＳ１）、移動金型１２を固定金型１１に接触させる。移動金型１２は、この位置で一旦停止される。この状態で、固定金型１１と移動金型１２との間に微小な隙間が形成され、両者の間のキャビティは密閉されていない状態となる。なお、ここで言うダイ後退限とは、成形品を金型から取り出す際に移動金型１２を固定金型１１から最も離間させた状態を指す。

２つの金型を接触させると同時（タイミングＴ２）に、制御部８は、射出装置７を固定盤３に向けて移動させて、ノズル４１ａを金型１１、１２のキャビティに連結する（ノズルタッチ）（ステップＳ２、タイミングＴ３）。このとき、制御部８は、所定の押圧力でノズル４１ａの先端を固定金型１１の孔に押し付けて、溶融材料が漏れないように与圧を与える。図１は、ノズルタッチ前の射出装置７の状態を図示してある。なお、１つ目の成形品に対する溶融材料の計量動作は、このノズルタッチ動作が終了する前までに実施される。計量動作とは、１つの成形品を製造するのに必要な量の溶融材料を計量する動作を指す。また、ステップＳ２のノズルタッチ動作は、移動金型１２を全開位置から閉じ位置へ移動させるステップＳ１の動作と並行して行っても良い。

いずれにしても、移動金型１２が固定金型１１に接触されて且つノズル４１ａがキャビティに連結されると（ステップＳ３；ＹＥＳ）、制御部８は、一定の射出遅延時間を待って（ステップＳ４）、スクリュ４２の移動を開始して溶融材料のキャビティ内への射出を開始する（ステップＳ５、タイミングＴ４）。射出遅延時間は、例えば、ノズル４１ａと金型内のキャビティを連絡した流路の途中に設けた図示しないゲートを開くための動作時間などを含む。

射出を開始した（タイミングＴ４）後、制御部８は、射出装置７のスクリュ４２の移動位置を監視し、スクリュ４２が予め決めた所定位置を通過した時点（ステップＳ６；ＹＥＳ、タイミングＴ５）で固定金型１１と移動金型１２を型締め（ロックアップ）する（ステップＳ７）。つまり、本実施形態では、スクリュ４２の移動位置を検出してロックアップのトリガーを取得する。

このように、スクリュ４２の移動位置に基づいて、金型１１、１２をロックアップすることにより、溶融材料の温度や溶融状態などが変化した場合であっても、溶融材料の充填量にバラつきを生じることを防止でき、溶融材料のガス抜きを十分且つ確実にできる。このため、本実施形態によると、成形品にヒケを生じたり白く濁ったり（シルバー化）して、成形品の品質が低下する不具合を防止でき、品質を安定させることができる。

ステップＳ７の型締め動作の後、制御部８は、計量した全ての溶融材料が射出されるまで（ステップＳ８；ＹＥＳ）スクリュ４２の移動を継続する。制御部８は、射出終了後、一定の冷却時間（ステップＳ９）の後、移動金型１２を固定金型１１から離間させてダイ後退限まで移動させ、キャビティから成形品を取り出す（ステップＳ１１）。一定の冷却時間の間に、制御部８は、次の成形品のための上述した計量動作を行う（ステップＳ１０）。

この後、制御部８は、予定数の成形品を製造し終わるまで（ステップＳ１２；ＹＥＳ）上述したステップＳ１〜ステップＳ１１の処理を繰り返し、複数の成形品を連続して製造する。なお、このとき、２つ目以降の成形品を製造する際には、上述したステップＳ２〜ステップＳ３の処理を省略し、ノズル４１ａをキャビティに連結したままとする。ノズルタッチは、１つの成形品を製造する度に行うこともできる。

以上のように、第１の実施形態によると、スクリュ４２の移動位置を検出して型締めを行うようにしたため、溶融材料の温度や溶融状態に応じて射出速度が不安定になった場合であっても、溶融材料のガス抜きを安定して実施でき、成形品の品質を安定させることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る射出成形機１’の制御動作について、図４のタイミングチャートを参照して説明する。なお、第２の実施形態の射出成形機１’は、射出装置７を固定盤３に対して移動させる連結機構４０ａ、４０ｂを備えておらず、それ以外の構成は第１の実施形態の射出成形機１と略同じ構成である。つまり、本実施形態の射出成形機１’は、射出装置７の加熱バレル４１のノズル４１ａを固定金型１１の背後からキャビティ内に連結させた状態で固定されており、ノズルタッチの必要がない構成となっている。よって、ここでは、射出成形機１’の構成の説明を省略し、第１の実施形態と異なる動作を中心に射出成形機１’の制御動作を説明する。

射出成形機１’の制御部８は、まず、移動金型１２を全開位置（ダイ後退限）から閉じ位置（ダイ前進限）へ移動させ（タイミングｔ１〜ｔ２）、移動金型１２を固定金型１１に接触させる。

そして、この後、制御部８は、所定の射出遅延時間が経過した時点（タイミングｔ３）で、スクリュ４２の移動を開始して溶融材料の射出を開始する。このとき、溶融材料のガス抜きがなされる。

さらに、この後、制御部８は、スクリュ４２の移動位置を監視して、スクリュ４２が所定位置を通過した時点（タイミングｔ４）で、金型１１、１２を型締め（ロックアップ）する。

なお、本実施形態においても、いくつかの成形品を製造して品質が安定するエンコーダ出力値を調べてメモリ７０に記憶し、このエンコーダ出力値を示す位置をスクリュ４２が通過した時点で型締めを行う。

以上のように、第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、スクリュ４２の移動位置に基づいて型締めをするようにしたため、第１の実施形態と同様の効果を奏することができ、溶融材料のガス抜きを安定して実施でき、成形品の品質を安定させることができる。

以上、第１および第２の実施形態について説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではない。各実施形態に係る構成要素は、適宜組み合わせて実施することができる。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

１…射出成形機、２…フレーム、３…固定盤、４…移動盤、５…タイバー、６…型締駆動機構、７…射出装置、８…制御部、１１…固定金型、１２…移動金型、１３…圧受盤、１４…トグル機構駆動部、２１…型締サーボモータ、３１…検出部、４０…ベース、４０ａ…ベース移動モータ、４１…加熱バレル、４１ａ…ノズル、４２…スクリュ、４３…計量部、４４…射出装置駆動部、４６…計量用サーボモータ、５１…射出用サーボモータ、５１ａ…エンコーダ、５５…射出圧力検出部、６０…ＨＭＩ／Ｆ、７０…メモリ。

Claims (3)

1. 第１金型と第２金型を接触させて型締めする型締め機構と、
   上記第１金型と上記第２金型の間に形成されるキャビティ内に溶融材料を送り込むスクリュを有し、このスクリュによって溶融材料を上記キャビティ内へ射出する射出機構と、
   上記第１金型と上記第２金型を接触させて、上記スクリュによって溶融材料の射出を開始し、上記スクリュが所定位置を通過した時点で上記第１金型と上記第２金型を型締めするように、上記型締め機構と上記射出機構を動作制御する制御部と、
   を有する射出成形機。
2. 上記射出機構は、溶融材料を上記キャビティへ充填するためのノズル、およびこのノズルを上記キャビティに連結する連結機構をさらに有し、
   上記制御部は、上記第１金型と上記第２金型を接触させるとともに上記ノズルを上記キャビティに連結させて、上記スクリュによって溶融材料の射出を開始し、上記スクリュが所定位置を通過した時点で上記第１金型と上記第２金型を型締めするように、上記型締め機構と上記射出機構と上記連結機構を動作制御する、
   請求項１の射出成形機。
3. 第１金型と第２金型を接触させて型締めする型締め機構と、
   上記第１金型と上記第２金型の間に形成されるキャビティ内に溶融材料を送り込むスクリュによって溶融材料を上記キャビティ内へ射出する射出機構と、
   を有する射出成形機を制御する方法であって、
   上記第１金型と上記第２金型を接触させ、
   上記スクリュによって溶融材料の射出を開始し、
   上記スクリュが所定位置を通過した時点で上記第１金型と上記第２金型を型締めする、
   制御方法。