(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
図1は、一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図である。
図2は、一実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。
【0011】
射出成形機は、例えば
図1および
図2に示すように、フレームFrと、型締装置10と、射出装置40と、制御装置90と、入力装置95と、出力装置96とを有する。
【0012】
先ず、型締装置10について説明する。型締装置10の説明では、型閉時の可動プラテン13の移動方向(
図1および
図2中右方向)を前方とし、型開時の可動プラテン13の移動方向(
図1および
図2中左方向)を後方として説明する。
【0013】
型締装置10は、金型装置30の型閉、型締、型開を行う。型締装置10は、固定プラテン12、可動プラテン13、サポートプラテン15、タイバー16、トグル機構20、型締モータ21および運動変換機構25を有する。
【0014】
固定プラテン12は、フレームFrに対し固定される。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。
【0015】
可動プラテン13は、フレームFr上に敷設されるガイド(例えばガイドレール)17に沿って移動自在とされ、固定プラテン12に対し進退自在とされる。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が取り付けられる。
【0016】
固定プラテン12に対し可動プラテン13を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型32と可動金型33とで金型装置30が構成される。
【0017】
サポートプラテン15は、固定プラテン12と間隔をおいて連結され、フレームFr上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、サポートプラテン15は、フレームFr上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。サポートプラテン15のガイドは、可動プラテン13のガイド17と共通のものでもよい。
【0018】
尚、本実施形態では、固定プラテン12がフレームFrに対し固定され、サポートプラテン15がフレームFrに対し型開閉方向に移動自在とされるが、サポートプラテン15がフレームFrに対し固定され、固定プラテン12がフレームFrに対し型開閉方向に移動自在とされてもよい。
【0019】
タイバー16は、固定プラテン12とサポートプラテン15とを間隔をおいて連結する。タイバー16は、複数本用いられてよい。各タイバー16は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも1本のタイバー16にはタイバー歪検出器18が設けられる。タイバー歪検出器18は、タイバー16の歪みを検出することによって型締力を検出し、検出結果を示す信号を制御装置90に送る。
【0020】
尚、本実施形態では型締力検出器としてタイバー歪検出器18が用いられるが、型締力検出器は、歪みゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取り付け位置もタイバー16に限定されない。
【0021】
トグル機構20は、固定プラテン12に対し可動プラテン13を移動させる。トグル機構20は、可動プラテン13とサポートプラテン15との間に配設される。トグル機構20は、クロスヘッド20a、一対のリンク群などで構成される。各リンク群は、ピンなどで屈伸自在に連結される複数のリンク20b、20cを有する。一方のリンク20bは可動プラテン13に揺動自在に取付けられ、他方のリンク20cはサポートプラテン15に揺動自在に取付けられる。クロスヘッド20aを進退させると、複数のリンク20b、20cが屈伸し、サポートプラテン15に対し可動プラテン13が進退する。
【0022】
型締モータ21は、サポートプラテン15に取付けられており、トグル機構20を作動させる。型締モータ21は、クロスヘッド20aを進退させることにより、リンク20b、20cを屈伸させ、可動プラテン13を進退させる。
【0023】
運動変換機構25は、型締モータ21の回転運動を直線運動に変換してクロスヘッド20aに伝達する。運動変換機構25は、例えばボールねじ機構などで構成される。
【0024】
型締装置10の動作は、制御装置90によって制御される。制御装置90は、型閉工程、型締工程、型開工程などを制御する。
【0025】
型閉工程では、型締モータ21を駆動してクロスヘッド20aを設定速度で前進させることにより、可動プラテン13を前進させ、可動金型33を固定金型32に接触させる。クロスヘッド20aの位置や速度は、例えば型締モータ21のエンコーダ21aなどにより検出される。その検出結果を示す信号が、制御装置90に送られる。
【0026】
型締工程では、型締モータ21をさらに駆動してクロスヘッド20aを設定位置までさらに前進させることで型締力を生じさせる。型締時に可動金型33と固定金型32との間にキャビティ空間34が形成され、キャビティ空間34に液状の成形材料が充填される。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。キャビティ空間34の数は複数でもよく、その場合、複数の成形品が同時に得られる。
【0027】
型開工程では、型締モータ21を駆動してクロスヘッド20aを設定速度で後退させることにより、可動プラテン13を後退させ、可動金型33を固定金型32から離間させる。
【0028】
尚、本実施形態の型締装置10は、駆動源として、型締モータ21を有するが、型締モータ21の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置10は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。
【0029】
また、本実施形態の型締装置10は、型開閉方向が水平方向の横型であるが、型開閉方向が鉛直方向の竪型でもよい。
【0030】
次に、射出装置40について説明する。射出装置40の説明では、型締装置10の説明と異なり、充填時のスクリュ43の移動方向(
図1および
図2中左方向)を前方とし、計量時のスクリュ43の移動方向(
図1および
図2中右方向)を後方として説明する。
【0031】
射出装置40は、フレームFrに対し進退自在なスライドベースSbに設置され、金型装置30に対し進退自在とされる。射出装置40は、金型装置30にタッチされ、金型装置30内に成形材料を充填する。
【0032】
射出装置40は、例えばシリンダ41、ノズル42、スクリュ43、計量モータ45、射出モータ46、圧力検出器47、加熱器48、および温度検出器49を有する。
【0033】
シリンダ41は、供給口41aから内部に供給された成形材料を加熱する。供給口41aはシリンダ41の後部に形成される。シリンダ41の外周には、バンドヒータなどの加熱器48と、温度検出器49とが設けられる。
【0034】
シリンダ41は、シリンダ41の軸方向(
図1および
図2中左右方向)に複数のゾーンに区分される。各ゾーンに加熱器48と温度検出器49とが設けられる。ゾーン毎に、温度検出器49の実測温度が設定温度になるように、制御装置90が加熱器48を制御する。
【0035】
ノズル42は、シリンダ41の前端部に設けられ、金型装置30に対し押し付けられる。ノズル42の外周には、加熱器48と温度検出器49とが設けられる。ノズル42の実測温度が設定温度になるように、制御装置90が加熱器48を制御する。
【0036】
スクリュ43は、シリンダ41内において回転自在に且つ進退自在に配設される。スクリュ43が特許請求の範囲に記載の射出部材に対応する。尚、詳しくは後述するが、射出装置がプリプラ方式の場合、プランジャが特許請求の範囲に記載の射出部材に対応する。
【0037】
計量モータ45は、スクリュ43を回転させることにより、スクリュ43の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ41からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ43の前方に送られシリンダ41の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ43が後退させられる。
【0038】
射出モータ46は、スクリュ43を進退させる。射出モータ46は、スクリュ43を前進させることにより、スクリュ43の前方に蓄積された液状の成形材料をシリンダ41から射出し金型装置30内に充填させる。その後、射出モータ46は、スクリュ43を前方に押し、金型装置30内の成形材料に圧力をかける。冷却収縮による不足分の成形材料が補充できる。射出モータ46とスクリュ43との間には、射出モータ46の回転運動をスクリュ43の直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。この運動変換機構は、例えばボールねじ機構で構成される。射出モータ46が特許請求の範囲に記載の駆動源に対応する。尚、駆動源としては、油圧シリンダなどが用いられてもよい。
【0039】
圧力検出器47は、例えば射出モータ46とスクリュ43との間に配設され、スクリュ43が成形材料から受ける圧力、スクリュ43に対する背圧などを検出する。スクリュ43が成形材料から受ける圧力は、スクリュ43から成形材料に作用する圧力に対応する。圧力検出器47は、その検出結果を示す信号を制御装置90に送る。
【0040】
射出装置40の動作は、制御装置90によって制御される。制御装置90は、充填工程、保圧工程、計量工程などを制御する。
【0041】
充填工程では、射出モータ46を駆動してスクリュ43を設定速度で前進させ、スクリュ43の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置30内に充填させる。スクリュ43の位置や速度は、例えば射出モータ46のエンコーダ46aにより検出される。その検出結果を示す信号が制御装置90に送られる。スクリュ43の位置が設定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替(所謂、V/P切替)が行われる。スクリュ43の設定速度は、スクリュ43の位置や時間などに応じて変更されてよい。
【0042】
尚、充填工程においてスクリュ43の位置が設定位置に達した後、その設定位置にスクリュ43を一時停止させ、その後にV/P切替が行われてもよい。V/P切替の直前において、スクリュ43の停止の代わりに、スクリュ43の微速前進または微速後退が行われてもよい。
【0043】
保圧工程では、射出モータ46を駆動してスクリュ43を設定圧力で前方に押し、金型装置30内の成形材料に圧力をかける。冷却収縮による不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば圧力検出器47により検出される。その検出結果を示す信号が制御装置90に送られる。
【0044】
保圧工程では金型装置30内の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間34の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間34からの成形材料の逆流が防止される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間34内の成形材料の固化が行われる。成形サイクルの短縮のため、冷却工程中に計量工程が行われてよい。
【0045】
計量工程では、計量モータ45を駆動してスクリュ43を設定回転数で回転させ、スクリュ43の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ43の前方に送られシリンダ41の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ43が後退させられる。スクリュ43の回転数は、例えば計量モータ45のエンコーダ45aにより検出される。その検出結果を示す信号が制御装置90に送られる。
【0046】
計量工程では、スクリュ43の急激な後退を制限すべく、射出モータ46を駆動してスクリュ43に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ43に対する背圧は、例えば圧力検出器47により検出される。その検出結果を示す信号が制御装置90に送られる。スクリュ43が設定位置まで後退し、スクリュ43の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。
【0047】
尚、本実施形態の射出装置40は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式でもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。
【0048】
制御装置90は、
図1や
図2に示すようにCPU(Central Processing Unit)91と、メモリなどの記憶媒体92と、入力インターフェイス93と、出力インターフェイス94とを有する。制御装置90は、記憶媒体92に記憶されたプログラムをCPU91に実行させることにより、各種の制御を行う。また、制御装置90は、入力インターフェイス93で外部からの信号を受信し、出力インターフェイス94で外部に信号を送信する。
【0049】
入力装置95は、ユーザの入力操作を受け付け、ユーザの入力操作に応じた操作信号を制御装置90に送信する。入力装置95としては、例えばタッチパネルが用いられる。タッチパネルは、後述の出力装置96を兼ねる。
【0050】
出力装置96は、制御装置90による制御下で、入力装置95の入力操作に応じた操作画面を表示する。操作画面は、複数用意され、切り替えて表示されたり、重ねて表示されたりする。
【0051】
ユーザは、出力装置96で表示される操作画面を見ながら、入力装置95を操作することにより各種の設定を行う。設定は、記憶媒体92に記憶され、必要に応じて読み出される。
【0052】
制御装置90は、金型歪検出器36によって検出される歪に基づいて射出装置40を制御する。金型歪検出器36は、金型装置30に取付けられ、金型装置30の内部に充填される成形材料の圧力によって生じる金型装置30の歪を検出する。
【0053】
金型装置30の内部に充填される成形材料の圧力が大きくなるほど、金型装置30の歪が大きくなる。そのため、金型装置30の歪は、金型装置30の内部に充填される成形材料の圧力の指標として使用できる。
【0054】
金型装置30の内部において成形材料が成形されるため、金型歪検出器36により検出される歪に基づいて射出装置40を制御することで、圧力検出器47により検出される圧力のみに基づいて射出装置40を制御する場合に比べ、成形品の品質のばらつきが低減できる。また、金型装置30の歪は金型装置30の外側から検出できるため、金型装置30の外側に金型歪検出器36を設けることができる。よって、溶融した成形材料に金型歪検出器36が直接に接触しないため、金型歪検出器36の劣化を抑制できる。
【0055】
金型歪検出器36は、金型装置30の弾性変形部35に取り付けられてよく、弾性変形部35の歪を検出してよい。弾性変形部35は、例えば
図1および
図2に示すように、可動金型33に設けられ、キャビティ空間34の壁面を形成する。キャビティ空間34に成形材料が到達すると、成形材料の圧力によって弾性変形部35が弾性変形する。弾性変形部35は、弾性変形しやすいように、可動金型33と固定金型32との境界に形成されてよい。
【0056】
尚、本実施形態の弾性変形部35は、可動金型33に設けられているが、固定金型32に設けられていてもよく、可動金型33と固定金型32の両方にそれぞれ設けられていてもよい。
【0057】
ところで、金型装置30の内部に充填される成形材料の圧力によって金型装置30に歪が生じると、金型装置30の厚さが変るため、タイバー16にも歪が生じる。この歪はタイバー歪検出器18によって検出できる。タイバー歪検出器18は、型締力検出器の役割と、金型歪検出器36の役割とを兼ねることができる。
【0058】
そこで、制御装置90は、射出装置40の制御に、金型歪検出器36の代わりに、タイバー歪検出器18を用いてもよい。また、制御装置90は、射出装置40の制御に、金型歪検出器36と、タイバー歪検出器18とを両方用いてもよい。金型歪検出器36、タイバー歪検出器18が特許請求の範囲に記載の歪検出器に対応する。以下、金型歪検出器36、タイバー歪検出器18をまとめて単に歪検出器と呼ぶ。歪検出器は、金型装置30の内部に充填される成形材料の圧力によって生じる金型装置30の歪、またはその歪による周辺部材の歪を検出するものであればよい。歪検出器の取付位置、歪検出器の数などは、特に限定されない。
【0059】
制御装置90は、スクリュ43から成形材料に作用する圧力を制御する保圧工程中に、歪検出器により検出される歪に基づいて、射出モータ46を駆動してよい。
【0060】
例えば、制御装置90は、保圧工程中に、圧力検出器47により検出される圧力の代わりに、歪検出器により検出される歪に基づいて、射出モータ46を駆動してもよい。例えば、制御装置90は、保圧工程中に、歪検出器により検出される歪が歪の設定値になるように、射出モータ46を駆動する。歪の設定値は、例えばテスト成形などによって求められ、予め記憶媒体92に記憶されたものを読み出して用いる。テスト成形では、保圧工程中に、圧力検出器47によって検出される圧力が圧力の設定値になるように射出モータ46を駆動する。テスト成形によって良品の成形品が得られたときの保圧
工程中に歪検出器によって検出された歪が歪の設定値として用いられる。
【0061】
また、制御装置90は、保圧工程中に、圧力検出器47により検出される圧力と、歪検出器により検出される歪の両方に基づいて、射出モータ46を駆動してもよい。例えば、制御装置90は、保圧工程中に、歪検出器により検出される歪と歪の設定値との差分に基づいて圧力検出器47により検出される圧力と圧力の設定値との差分を補正し、補正後の差分がゼロになるように射出モータ46を駆動する。ここで、制御装置90は、圧力検出器47により検出される圧力と圧力の設定値との差分を補正するため、圧力検出器47により検出される圧力を補正してもよいし、圧力の設定値を補正してもよい。
【0062】
制御装置90は、スクリュ43の速度を制御する充填工程中に、歪検出器により検出される歪を監視してもよい。
【0063】
例えば、制御装置90は、充填工程中に、歪検出器により検出される歪が設定値を超える場合に、警報を出力してよい。
【0064】
また、制御装置90は、充填工程中に、歪検出器により検出される歪が設定値を超える場合に、歪が設定値を超えないように、スクリュ43の速度の設定値を補正してよい。その補正は、歪が設定値を超えた充填工程中に行われてもよいし、歪が設定値を超えた充填工程の終了後、次回の充填工程の開始までに行われてもよい。尚、前者の場合、制御装置90は、歪が設定値を超えないように、スクリュ43の速度の検出値を補正してもよい。
【0065】
以上、射出成形機の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等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、改良が可能である。