特許 6186243 計量装置、可塑化装置、射出装置、成形装置、及び成形品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6186243

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】計量装置、可塑化装置、射出装置、成形装置、及び成形品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/50 20060101AFI20170814BHJP

   B29C 45/77 20060101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   B29C45/50

   B29C45/77

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-219555(P2013-219555)

(22)【出願日】2013年10月22日

(65)【公開番号】特開2015-80898(P2015-80898A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年8月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】東芝機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】徳山 晴道

【審査官】 ▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０２６７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−０４６９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０６７０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７０３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１６４５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２４３７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／００７３８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０２−２１７２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１５６２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１６８４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１９０６０１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０１６４７３８６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５００２７０８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ４５／００−４５／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に材料を収容するバレルと、
前記バレル内に配されたスクリュと、
前記スクリュを回転させる回転駆動部と、
前記スクリュを軸方向に動作させる軸動駆動部と、を備え、
前記軸動駆動部は、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする計量装置。

【請求項2】

計量工程中に前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする請求項１に記載の計量装置。

【請求項3】

前記スクリュを回転させる前に前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする請求項１に記載の計量装置。

【請求項4】

内部に材料を収容するバレルと、
前記バレル内に配されたスクリュと、
前記スクリュを回転させる回転駆動部と、
前記スクリュを軸方向に動作させる軸動駆動部と、を備え、
前記軸動駆動部は、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする可塑化装置。

【請求項5】

内部に材料を収容するバレルと、
前記バレル内に配されたスクリュと、
前記スクリュを回転させる回転駆動部と、
前記スクリュを軸方向に動作させる軸動駆動部と、を備え、
前記軸動駆動部は、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする射出装置。

【請求項6】

内部に材料を収容するバレルと、
前記バレル内に配されたスクリュと、
前記スクリュを回転させる回転駆動部と、
前記スクリュを軸方向に動作させる軸動駆動部と、を備え、
前記軸動駆動部は、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする成形装置。

【請求項7】

内部に材料を収容するバレル内に配されたスクリュを回転して前記材料を可塑化し、可塑化された前記材料から受ける抵抗力に基づき前記材料を計量し、計量された前記材料を金型内に射出することで成形品を製造する成形品の製造方法であって、
前記材料を可塑化する際に、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする成形品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、計量装置、可塑化装置、射出装置、成形装置、及び成形品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

射出成形装置において、例えばいわゆる予備可塑化式の射出成形装置は、材料を溶融（可塑化）して押し出す押出部と、押出部からの材料を計量して金型に射出する射出部と、金型を開閉する型締装置と、を備えて構成される。押出部は、材料を収容するバレル、バレル内で回転するスクリュ、バレルを加熱するヒータなどを備え、ペレット状の樹脂材等の材料をバレル内に供給し、スクリュの回転とヒータによる加熱で、樹脂等の材料を溶融しながら混練し、押し出す。射出部では、押出部から押し出された材料を計量する計量動作と、計量された材料を金型内に射出する射出動作を行う。また、押出部で計量及び射出を行ういわゆるインライン式の射出成形装置も知られている。

【0003】

計量動作として、例えば予備可塑化式の場合には射出軸の先端に溜まる材料による抵抗に基づいて材料の量を計測することが行われている。インライン式の場合には、回転するスクリュの先端に溜まる材料による抵抗に基づいて材料の量を計測することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−２０３６３８号公報

【特許文献2】特開２００９−２４２６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の射出成形装置において、加熱不足や溶融不足によって材料が密着した状態となる場合がある。材料が密着した状態になると、スクリュの回転に対する抵抗力が増大するため、計量動作が困難になるか、あるいは計量の精度が低下する原因となり得る。

【0006】

そこで、本発明は、材料の密着状態を解消して高精度での計量が可能な計量装置、可塑化装置、射出装置、成形装置、及び成形品の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一形態にかかる計量装置は、内部に材料を収容するバレルと、前記バレル内に配されたスクリュと、前記スクリュを回転させる回転駆動部と、前記スクリュを軸方向に動作させる軸動駆動部と、を備え、前記軸動駆動部は、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする。

【0008】

他の一形態にかかる可塑化装置は、内部に材料を収容するバレルと、前記バレル内に配されたスクリュと、前記スクリュを回転させる回転駆動部と、前記スクリュを軸方向に動作させる軸動駆動部と、を備え、前記軸動駆動部は、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする。

【0009】

他の一形態にかかる射出装置は、内部に材料を収容するバレルと、前記バレル内に配されたスクリュと、前記スクリュを回転させる回転駆動部と、前記スクリュを軸方向に動作させる軸動駆動部と、を備え、前記軸動駆動部は、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする。

【0010】

他の一形態にかかる成形装置は、内部に材料を収容するバレルと、前記バレル内に配されたスクリュと、前記スクリュを回転させる回転駆動部と、前記スクリュを軸方向に動作させる軸動駆動部と、を備え、前記軸動駆動部は、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする。

【0011】

他の一形態にかかる成形品の製造方法は、内部に材料を収容するバレル内に配されたスクリュを回転して前記材料を可塑化し、可塑化された前記材料から受ける抵抗力に基づき前記材料を計量し、計量された前記材料を金型内に射出することで成形品を製造する成形品の製造方法であって、前記材料を可塑化する際に、前記スクリュが前記材料から受ける抵抗力が所定値を超えたときに、前記スクリュの回転が停止している状態で、前記スクリュを軸方向に動作させ前記バレルの内側にせん断力を作用させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、材料の密着状態を解消させることができる。これにより、高精度での計量が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る射出成形装置を示す説明図。

【図2】同射出成形装置の動作を示すフローチャート。

【図3】同射出成形装置のスクリュに作用するせん断力を示す一例の説明図。

【図4】第２の実施形態に係る射出成形装置を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施形態］
以下、本発明の一実施形態にかかる射出成形装置（成形装置）１０について、図１乃至３を参照して説明する。なお、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。

【0015】

図１は射出成形装置１０の説明図である。図中矢印Ｘは射出装置２０の軸心方向先端側を示している。

【0016】

射出成形装置１０は、いわゆるインライン式の射出装置（計量装置）を備えた成形装置であって、材料を溶融・混練し、計量して射出する射出装置（押出装置、押出部）２０と、射出装置２０の先端側に連通する金型３０を締める型締部（型締装置）３５と、各装置の動作を制御する制御部４０と、成形品を突き出す突出装置９０と、を備えている。本実施形態の射出装置２０は、可塑化、計量、及び射出動作を行う、可塑化装置、計量装置、及び射出装置として機能する。

【0017】

射出装置２０は、筒状の可塑化バレル２１と、材料供給部としてのホッパ２２と、可塑化バレル２１内に配されるスクリュ２４と、材料を加熱するヒータ２５と、スクリュ２４を回転動作させる第１のスクリュ駆動部２６と、スクリュ２４を軸方向に沿って前後動作（軸動作）させる第２のスクリュ駆動部（軸動駆動部）２７と、射出装置２０を金型３０に接離するように進退移動させる進退駆動部２８と、スクリュ２４を駆動するためのトルク（駆動力、回転力）を検出するトルク検出器（駆動力検出器、回転力検出器）２９と、を備えている。

【0018】

可塑化バレル２１は円筒状に構成され、内部に材料を収容するとともにスクリュ２４が配される空間２１ａを有している。可塑化バレル２１の内部に形成される円柱状の空間２１ａにスクリュ２４が内蔵されている。

【0019】

可塑化バレル２１の先端部には金型３０に材料を吐出する吐出部２１ｂが設けられている。可塑化バレル２１の外周には、可塑化バレル２１を加熱するヒータ２５が設けられている。

【0020】

ホッパ２２は、可塑化バレル２１の側面に取り付けられている。ホッパ２２は、材料としての樹脂材Ｒを貯留するとともに、可塑化バレル２１の側面に形成された材料供給用の開口を開閉して可塑化バレル２１内にペレット状の樹脂材Ｒを投入する。樹脂材Ｒは、例えばポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル系樹脂、またはＡＢＳ樹脂などの各種の熱可塑性樹脂である。また樹脂材Ｒはペレット状、または連続材料が切断装置を用いてペレットと同等な長さに切断された状態のもので構成されている。

【0021】

スクリュ２４は、可塑化バレル２１と同軸に配される軸体２４ａと、軸体２４ａの外周面から径方向に突出形成された螺旋状のフライト２４ｂとを一体に備えて構成される。スクリュ２４の後端部には、スクリュ２４を駆動するためのトルク（駆動力）を検出するトルク検出器（検出部、駆動力検出器）２９が設けられている。

【0022】

軸体２４ａは軸心Ｃ１を中心とした円柱状であって、可塑化バレル２１と同軸に配される。軸体２４ａの一端側は第１のスクリュ駆動部２６及び第２のスクリュ駆動部２７に連結され、スクリュ２４を制御部４０の制御に応じて回転動作及び前後動作するようになっている。

【0023】

フライト２４ｂはバレル２１の内側面と軸体２４ａの外周面との間の空間を螺旋状に仕切り、スクリュ２４の回転に伴って材料を周方向に移動させながら軸方向先端側に送る機能を有している。

【0024】

第１のスクリュ駆動部２６は、制御部４０に接続されている。制御部４０の制御に応じて第１のスクリュ駆動部２６が駆動することにより、スクリュ２４の回転動作が制御可能になっている。制御部４０により、スクリュ２４の回転速度、回転数、回転時間等が制御可能になっている。

【0025】

第２のスクリュ駆動部２７は制御部４０に接続されている。制御部４０の制御に応じてスクリュ２４の前後動作が制御可能になっている。例えば第２のスクリュ駆動２７は計量トルクに応じた所定のタイミングでスクリュ２４を軸方向に沿って前後に微小に動作させ、可塑化バレルの内側にせん断力を作用させる。また第２のスクリュ駆動２７は計量後の所定のタイミングで射出用の前進動作を行う。すなわち、せん断用と射出用に異なるストロークでスクリュ２４を前後動するように構成されている。ここで、計量トルクとは、スクリュ２４を回転させる時の駆動力（抵抗力、回転力）のことである。

【0026】

この射出装置２０は材料による抵抗力に基づき材料を計量する計量装置（計量部）としても機能する。スクリュ２４の回転によりスクリュ２４の先端側に貯められた材料の圧力により後退させられるスクリュ２４の位置に基づいて、スクリュ２４の先端側に溜められた材料を計量する計量動作を行う。

【0027】

トルク検出器２９ではスクリュ２４の回転中に材料から受ける抵抗として、スクリュ２４を駆動するためのトルクを検出する。また、トルクは約モータ電流となることを利用して、トルク検出器２９は、第１のスクリュ駆動部２６に備えられたモータに流れる電流を検出する電流検出器であってもよい。つまり、第１のスクリュ駆動部２６に備えられたモータに流れる電流を検出し、その電流値をトルクに換算したものを、スクリュ２４を駆動するためのトルクとして用いてもよい。検出されたトルクの情報は、制御部４０に送られ、フィードバック制御に用いられる。制御部４０において、トルク検出器２９で検出したトルク（抵抗力、駆動力）が所定値を超えたときにせん断発生用の軸動作を行うように制御する。

【0028】

金型３０は、可塑化バレル２１の吐出側に設けられ、固定プラテン３６に取り付けられた固定型３１と、移動プラテン３７に取り付けられた可動型３２とを備えている。固定型３１と可動型３２との間にキャビティ３３が形成されている。

【0029】

型締部３５は、固定プラテン３６と移動プラテン３７と、一端を移動プラテン３７に連結されたトグル機構３８と、トグル機構３８を駆動して型締を行わせる型締駆動部３９と、を備えている。制御部４０の制御によって型締駆動部３９がトグル機構３８を介して移動プラテン３７を移動させることにより所定のタイミングで金型３０の開閉を行う。

【0030】

制御部４０は、各駆動部に接続され、各部の動作を制御する。スクリュの回転動作、スクリュの前後微小動作（微小前後動作、微小の前後動作）、スクリュの射出動作（前後動作）、型締部の型締・型開動作、射出装置２０の前後進動作等を制御する。

【0031】

以下、本実施形態にかかる射出成形装置の動作について図２及び図３を参照して説明する。

【0032】

制御部４０は、ヒータ２５を駆動して可塑化バレル２１を加熱する。可塑化バレル２１の温度は温度センサなどにより検出され、制御部４０へと送られる。

【0033】

制御部４０は、可塑化バレル２１の温度が所定値に至った時点で、ホッパ２２を作動させ、ペレット状の樹脂材Ｒを供給するとともに、第１のスクリュ駆動部２６を制御してスクリュ２４を回転駆動させる（ＳＴ１）（計量工程の開始）。

【0034】

以上の動作により、射出装置２０において、スクリュ２４の回転動作とヒータ２５の加熱で樹脂材Ｒが可塑化バレル２１内に引き込まれ、溶融し混練される(可塑化される）。また、このスクリュ２４が回転することにより、フライト２４ｂで仕切られた螺旋状の空間に沿って先端側に樹脂材Ｒが送られる。

【0035】

このときトルク検出器２９においてスクリュ２４にかかる計量トルクを検出する。成形開始の数ショットは計量トルクが通常よりも高い場合がある。成形開始時ではヒータからの熱量のみで樹脂を溶融するためである。成形が進むにつれて、ヒータからの熱量の他に、せん断発熱が加わる。これにより樹脂の粘度も低下していくため、計量トルクも成形が進むにつれて次第に下がる。特に塩化ビニルの樹脂を材料とする場合は、成形開始時は溶融不足によって樹脂が密着しており、最初の数ショットの計量トルクはその後の安定した成形が行われる時の計量トルクと比べ３割程度高いことがある。

【0036】

例えば機械立上げで成形を開始する時に、樹脂の溶融が不十分でバレル壁面に密着している場合、スクリュ２４を回転させる時のトルクが高くなり、場合によっては回転不能になることがある。通常、スクリュ外周の樹脂が密着している面積に対し、計量トルクによるせん断力よりも、スクリュ２４を前後進させる力（スクリュ２４の軸方向の推力）によるせん断力の方が数倍高い。

【0037】

したがって、成形装置１０では、計量トルクが一定値を超えた場合に、樹脂が密着してスクリュ２４が回転しない、いわゆるおこし状態であると判断し、スクリュ２４を軸方向に対して前後に動かして、バレルとの間にせん断熱を発生させて、樹脂（材料）の粘度を低下させる。この後スクリュ２４を回転させることでせん断熱が連続的に発生し、計量を行うことが可能となる。

【0038】

処理条件の一例として、スクリュ径φ４０[ｍｍ]の射出装置では、出力可能な計量トルクは８００[Ｎｍ]、スクリュ２４の軸方向の推力は２００[ＭＰａ]とする。

【0039】

スクリュ２４の外周の一定の面積に材料が密着している場合、この材料に対してかかるスクリュ２４の回転方向のトルク(計量トルク)によるせん断力は、計量トルク／スクリュ半径＝８００［Ｎｍ］／０．０２［ｍ］＝４００００［Ｎ］となる。一方、この材料に対してかかるスクリュ２４の軸方向の推力によるせん断力は、スクリュ２４の軸方向の推力×スクリュ断面積＝２００［ＭＰａ］×（２０^２×π）［ｍｍ^２］≒２５１３２７［Ｎ］となり、スクリュ２４の軸方向の推力によるせん断力の方が約６．３倍大きい。

【0040】

本実施形態では、図２に示すように、計量トルクＴが所定値Ｔ０を超えた場合にスクリュ２４の折損を防止するため、スクリュ２４の回転を停止させる（ＳＴ２）。このときの所定値T０は、スクリュ２４の強度限界以下の範囲で、例えば予め製造メーカで制御部４０に組み込んでおくことにより設定される。次に第２のスクリュ駆動部２７を駆動してスクリュ２４を所定の回数微小前後動作させる（ＳＴ３）。このときの所定の回数行う微小前後動作に必要な設定は、予め製造メーカで決めて制御部４０に組み込んでおくか、あるいはユーザ側で図示しない入力装置を用いて制御部４０に入力して組み込むことにより設定される。

【0041】

スクリュ２４が軸方向に微小の前後動作をすることにより、フライト２４ｂのエッジと可塑化バレル２１の内側面とのせん断によるせん断熱が発生するとともに、おこし状態の材料を引き剥がす。なお、前後移動のタイミングは、例えばスクリュ２４を回転させる前または計量工程中とする。また、せん断用の微小な前後動作として、例えばスクリュ２４の前後動作のストロークは１[ｍｍ]、往復回数は１０[回]、速度は１０[ｍｍ／ｓ]が設定される。

【0042】

スクリュ２４の軸方向への微小の前後動作が所定の回数行われた後、第２のスクリュ駆動部２７の駆動を停止し、スクリュ２４の軸方向への微小の前後動作を止める。その後、第１のスクリュ駆動部２６を駆動してスクリュ２４を回転させる。

【0043】

スクリュ２４を回転し、検出される計量トルクＴが所定値Ｔ１（例えば、所定値Ｔ１は所定値Ｔ０と同じとする。）より大きいならば、再度スクリュ２４の回転を停止させ、再度スクリュ２４の軸方向への微小な前後動作を行わせる。

【0044】

スクリュ２４を回転し、検出される計量トルクＴが所定値Ｔ１（例えば、所定値Ｔ１は所定値Ｔ０と同じとする。）以下ならば、スクリュ２４の回転動作を続け、スクリュ２４の先端側に材料を送る。

【0045】

送られた溶融材料はスクリュ２４の先端部（ノズル付近）で蓄えられ、その蓄えられた溶融材料の圧力によりスクリュ２４は後方へ押し戻される。このスクリュ２４の先端部に溜められた溶融材料の圧力による、スクリュ２４の後退量に基づき溶融材料を計量する（計量動作）。

【0046】

所定量（計量完了位置まで）スクリュ２４が押し戻されたら（ＳＴ６）、第１のスクリュ駆動部２６を停止して、スクリュ２４の回転を止めて（ＳＴ７）計量完了となる(計量工程の終了)。

【0047】

また、計量動作(計量工程）とは別に、型締動作が行われる。例えば、制御部４０は、計量動作とは別に、型締駆動部３９を駆動してトグル機構３８を介して移動プラテン３７を移動することにより金型３０を閉じ、型締めを行う。

【0048】

その後、第２のスクリュ駆動部２７を駆動してスクリュ２４を前進させることにより、吐出部２１ｂから溶融・混練された材料を金型３０内に射出する射出動作を行う。

【0049】

射出動作が終了した所定のタイミングで制御部４０は型締駆動部３９を駆動して型開動作を行う。型開動作としては、金型３０を開くとともに、進退駆動部２８によって射出装置２０を金型３０から退避させる。その後、突出装置９０により成形品を可動型３２から突出させ、図示しない取出装置により成形品を取り出す。

【0050】

以上により１サイクルでの射出成形動作が完了する。連続射出成形動作としては、連続射出成形の開始時に進退駆動部２８を駆動して射出装置２０を金型３０に近接させ、吐出部２１ｂを金型３０のキャビティに連通することと、連続射出成形の終了時に進退駆動部２８を駆動して射出装置２０を金型３０から退避させることを、それぞれ連続射出成形中に一回だけ行い、それ以外の他の動作、すなわち金型３０に対する型締動作（型締工程）、材料の射出動作（射出充填動作及び保圧動作、射出工程）、冷却動作（成形固化動作、冷却工程）、金型に対する型開動作（型開工程）、成形品の突出・取出動作（突出・取出工程）、材料の計量動作(計量工程)についてはサイクル動作として連続的に繰り返し行うことにより、成形品が順次製造される。

【0051】

本実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、例えば連続成形運転の開始時や再開時には、材料の表面だけが溶融して互いに固着した、いわゆるおこし状態となるが、計量前や計量中に、スクリュを軸方向に微小動作させる(微小の前後動作をさせる)ことで、溶融不足の樹脂が密着している状態をせん断力で引き剥がし、せん断熱により樹脂の粘度を低下させる。これにより、固着していた樹脂が溶融するため、固着していた樹脂の体積が減少して、樹脂(材料)から受けるスクリュの回転に対する抵抗力が下がり、計量トルクを低減することが可能となる。

【0052】

なお、塩化ビニル樹脂を材料とする場合は必要とする計量トルクが高いため、成形開始時に計量トルクが不足してスクリュが回転できないことがあるが、このような場合に、従来から行われてきた成形開始時にヒータ温度を上げて樹脂溶融を促進させる方法では、数ショット後にヒータ温度を下げても、実際のバレル温度が下がるまでにタイムラグが生じる。このタイムラグの間、必要以上に熱量を与えることになるため、塩化ビニル樹脂のように加熱で分解しやすい樹脂では望ましくない。また、スクリュが回転できたとしても、最初の数ショットの計量トルクは高めとなるため、スクリュが折損する可能性がある。これに対し、本実施形態の方法によれば、ヒータ温度を上げる必要が無く、樹脂の分解を防止することができる。また、スクリュの回転による回転方向のねじり荷重に比べ、スクリュの軸方向の前後動作による圧縮荷重の方がスクリュ強度面で有利なため、スクリュ折損を防止する効果も得られる。

【0053】

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る射出成形装置(成形装置)１１０について、図４を参照して説明する。

【0054】

図４に示す射出成形装置１１０は、押出部２０と射出部６０とが個別に構成されたいわゆる予備可塑化式の構造としたことを除き、上記第１の実施形態の射出成形装置と同様である。このため、図４において第１の実施形態と同じ部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0055】

射出成形装置１００は、予備可塑化式であり、材料を溶融・混練して送り出す押出部（押出装置、可塑化部、可塑化装置）２０と材料を計量して金型３０に射出する射出部６０とからなる射出装置８０と、金型３０を締める型締部３５と、各装置の動作を制御する制御部４０と、成形品を突き出す突出装置９０と、を備えている。

【0056】

押出部２０は、上記第１の実施形態における射出装置２０と同様に、可塑化バレル２１、スクリュ２４、ヒータ２５、第１スクリュ駆動部２６、及び第２スクリュ駆動部２７を備えて構成される。

【0057】

射出部６０は、可塑化バレル２１の吐出部２１ｂに連通する空間６１ａを有する射出シリンダ６１と、射出シリンダ６１内に配される射出プランジャ６６（射出軸）と、射出プランジャ６６を前後動作させるプランジャ駆動部６８と、射出装置８０を金型に対して進退動作させる進退駆動部６５と、を有する構成とした。

【0058】

射出シリンダ６１は、円筒形であって押出部２０の吐出部２１ｂに連通する内部空間を有している。この内部空間に射出プランジャ６６が配されている。また、射出シリンダ６１の先端側には金型３０に連通する吐出部６１ｂが形成されている。

【0059】

本射出成形装置１１０においては、制御部４０の制御によって進退駆動部６５が射出部６０及び押出部２０を含む射出装置８０を進退動作させる。また押出部２０の吐出部２１ｂから吐出された材料が射出シリンダ６１の先端に蓄えられながら、蓄えられた材料の圧力により射出プランジャ６６を後退させ、材料を計量する計量動作が行われる。計量後、制御部４０の制御によりプランジャ駆動部６８を駆動して射出プランジャ６６を金型方向に移動させることにより所定のタイミングで射出シリンダ６１内の先端に蓄えられた材料を吐出部６１ｂから金型３０内に射出する射出動作を行う。

【0060】

金型３０は、射出部６０の吐出側に設けられ、固定プラテン３６に取り付けられた固定型３１と、移動プラテン３７に取り付けられた可動型３２とを備えている。固定型３１と可動型３２との間にキャビティ３３が形成されている。

【0061】

型締部３５は、固定プラテン３６と移動プラテン３７と、一端を移動プラテン３７に連結されたトグル機構３８と、トグル機構３８を駆動して型締を行わせる型締駆動部３９と、を備えている。制御部４０の制御によって型締駆動部３９がトグル機構３８を介して移動プラテン３７を移動させることにより所定のタイミングで金型３０の開閉を行う。

【0062】

以下、本実施形態にかかる射出成形装置１１０の動作について説明する。

【0063】

射出成形装置１１０において、制御部４０は、第１の実施形態のＳＴ１乃至ＳＴ４と同様に、押出部２０を動作させる。すなわち、ヒータ２５を駆動して可塑化バレル２１を加熱し、可塑化バレル２１の温度が所定値に至った時点で、ホッパ２２を作動させ、ペレット状の樹脂材Ｒを供給するとともに、第１のスクリュ駆動部２６を制御してスクリュ２４を回転駆動させる（ＳＴ１）(計量工程の開始）。

【0064】

以上の動作により、押出部２０において、スクリュ２４の回転動作とヒータ２５の加熱で樹脂材Ｒが可塑化バレル２１内に引き込まれ、溶融されながら(可塑化されながら）、先端側に樹脂材Ｒが送られる。

【0065】

このとき回転するスクリュ２４にかかる回転抵抗力（トルク、駆動力、抵抗力、回転力）Ｔを検出し、回転抵抗力Ｔが所定値Ｔ０を超えた場合にスクリュ２４の折損を防止するため、スクリュ２４の回転を停止させる（ＳＴ２）。次に、第２のスクリュ駆動部２７を駆動してスクリュ２４を所定の回数微小に軸方向に前後動作させる（ＳＴ３）。Ｔ０は、例えば第１の実施形態と同様に設定される。

【0066】

スクリュ２４が軸方向に微小に前後動作することにより、フライト２４ｂのエッジと可塑化バレル２１の内側面とのせん断によるせん断熱が発生するとともに、おこし状態の材料を引き剥がす。なお、前後移動のタイミングや微小の前後動作に必要な設定は、例えば第１の実施形態と同様に設定される。そして、スクリュ２４を回転し、検出される計量トルクＴが所定値Ｔ１を下回った時点で（ＳＴ４）、微小の前後動作を停止する（ＳＴ５）。このときの所定値Ｔ１は、例えば第１の実施形態と同様に設定される。この動作を繰り返し、スクリュ２４の先端側に材料を送り、吐出部２１ｂから射出シリンダ６１内に吐出する。送られた溶融材料は射出シリンダ６１内に供給される。

【0067】

吐出部２１ｂから吐出された溶融材料は射出プランジャ６６の先端へ送られる。溶融材料は、射出プランジャ６６の先端部（ノズル付近）で蓄えられ、その蓄えられた溶融材料の圧力により射出プランジャ６６は後方へ押し戻される。この射出プランジャ６６の先端部に溜められた溶融材料の圧力による、射出プランジャ６６の後退量に基づき溶融材料を計量する（計量動作）。

【0068】

所定量（計量完了位置まで）射出プランジャ６６が押し戻されたら（ＳＴ６）、計量完了となる(計量工程の終了)。

【0069】

また、第１の実施形態と同様に、計量動作とは別に、型締動作が行われる。例えば、制御部４０は、計量動作(計量工程）とは別に、型締駆動部３９を駆動してトグル機構３８を介して移動プラテン３７を移動することにより金型３０を閉じ、型締めを行う。

【0070】

その後、プランジャ駆動部６８を駆動して射出プランジャ６６を前進させることにより、吐出部６１ｂから溶融材料を金型３０内に射出する射出動作を行う。

【0071】

射出動作が終了した所定のタイミングで制御部４０は型締駆動部３９を駆動して金型３０を開くとともに、進退駆動部６５によって射出装置８０を金型３０から退避させる。

【0072】

以上により１サイクルでの射出成形動作が完了する。連続射出成形動作としては、連続射出成形の開始時に進退駆動部６５を駆動して射出装置８０を金型３０に近接させ、吐出部６１ｂを金型３０のキャビティに連通することと、連続射出成形の終了時に進退駆動部６５を駆動して射出装置８０を金型３０から退避させることを、それぞれ連続射出成形中に一回だけ行い、それ以外の他の動作、すなわち金型３０に対する型締動作（型締工程）、材料の射出動作（射出充填動作及び保圧動作、射出工程）、冷却動作（成形固化動作、冷却工程）、金型に対する型開動作（型開工程）、成形品の突出・取出動作（突出・取出工程）、材料の計量動作(計量工程)についてはサイクル動作として連続的に繰り返し行うことにより、成形品が順次製造される。

【0073】

このようなプランジャ式の射出成形装置１１０においても、スクリュ２４を軸方向に前後動作させてバレル２１内にせん断を作用させることで、密着状態の樹脂材料を剥がすとともにせん断熱で溶融を促進させ、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【0074】

なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、上記の実施形態では、材料は熱可塑性樹脂としたが、これに限らない。例えば、アラミド、ボロン、金属、セラミクス、カーボン、ガラス等の材料でもよい。また、材料の形態はペレット状に限定されず、例えば粉末状、粒状、チップ状等、他の形態であってもよい。

【0075】

例えば制御方法としては上記以外に次のような制御方法も考えられる。例えばスクリュを回転させる前にスクリュを軸方向に微小に前後動作させる微小軸動作を行ってもよい。スクリュの回転動作を開始し、計量トルクが規定の基準値（予め定められた基準値、所定値）を超えた場合に、スクリュの軸方向の微小の前後動作を実施することとしてもよい。あるいは、スクリュの回転動作中に前記スクリュを軸方向に微小に前後動作させてもよい。つまり、材料の溶融に起因するスクリュの回転動作と、せん断発生用のスクリュの軸方向の微小の前後動作とを同時に実施するように設定することも可能である。あるいはスクリュの軸方向の微小の前後動作中にスクリュにかかる抵抗力を検出し、検出した抵抗力が所定値（例えばＴ１）以下または未満となった時に、スクリュの軸方向の微小の前後動作を停止し、スクリュの回転動作を開始するようにしてもよい。この他、スクリュ２４を軸方向へ微小に前後動作させる時の圧力（スクリュを前後へ押出す圧力）を測定し、移動に伴い上昇していく前記圧力が変化した(例えば下がった）場合に、樹脂の密着状態が解消したと判断してスクリュを回転するように制御することも可能である。

【0076】

なお、射出軸の構造上、樹脂を射出する方向に対して後退方向への動作は強度的に弱いため、後退方向へ移動する時には、射出圧力にリミットを掛けるか、あるいはせん断用の軸方向の動作は前進方向のみに制限するようにしてもよい。

【0077】

パージ動作でない時には、計量した樹脂がスクリュ前方に蓄積するため、スクリュの軸方向への微小動作を前進方向に行なうと、スクリュを押出す圧力が高くなってしまう。この場合には、後退方向のみに制限するように制御してもよい。

【0078】

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。また、各部の具体的構成や、各工程における具体的な制御手順等は、上記実施形態に例示したものに限られるものではなく適宜変更可能である。さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。

【符号の説明】

【0079】

１０…射出成形装置（成形装置）、２０…射出装置（押出装置、押出部）、２１…可塑化バレル、２１ｂ…吐出部、２２…ホッパ、２４…スクリュ、２４ａ…軸体、２４ｂ…フライト、２４ｃ…エッジ、２５…ヒータ、２６…第１のスクリュ駆動部、２７…第２のスクリュ駆動部、２８…進退駆動部、２９…トルク検出器、３０…金型、３１…固定型、３２…可動型、３５…型締部（型締装置）、３６…固定プラテン、３７…移動プラテン、３８…トグル機構、３９…型締駆動部、４０…制御部、６０…射出部、６１…射出シリンダ、６１ｂ…吐出部、６２…射出スクリュ、６３…回転駆動部、６４…軸駆動部、６５…進退駆動部、６６…射出プランジャ、６８…プランジャ駆動部、８０…射出装置、１１０…射出成形装置(成形装置）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】