(57)【要約】【課題】  射出成形機の加熱筒内に発生するガスや水分を、簡単な設定で容易かつ効果的に回収することができる射出成形機の制御方法および射出成形機の射出装置を提供する容易かつ効果的に溶融材料の脱気を簡易な構成で実施可能とする。【解決手段】 加熱筒３内に回転および前後進可能なスクリュ４を設け、前記スクリュ４の回転により成形材料２７を可塑化後、前記スクリュ４を前進させて射出を行う射出成形機の制御方法において、前記加熱筒３内を減圧手段２１により減圧状態として、可塑化工程Ａにおける設定値α２または実測値から、スクリュ逆回転工程Ｂにおける制御値−α２が決定されるようにする。【選択図】 図１
2010005840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱筒内に回転および前後進可能なスクリュを設け、前記スクリュの回転により成形材料を可塑化後、前記スクリュを前進させて射出を行う射出成形機の制御方法において、
前記加熱筒内を減圧手段により減圧状態として、
可塑化工程における設定値または実測値から、スクリュ逆回転工程における制御値が決定されることを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項２】
可塑化工程におけるスクリュ正回転時の設定回転速度または検出回転速度の少なくとも一方から、スクリュ逆回転工程におけるスクリュ逆回転時の回転速度または回転回数の少なくとも一方が決定されることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御方法。
【請求項３】
加熱筒内に回転および前後進可能なスクリュを設け、前記スクリュの回転により成形材料を可塑化後、前記スクリュを前進させて射出を行う射出成形機の射出装置において、
前記加熱筒内を減圧手段により減圧状態として、
可塑化工程における設定値または実測値から、スクリュ逆回転工程における制御値が決定されることを特徴とする射出成形機の射出装置。
【請求項４】
可塑化工程におけるスクリュ正回転時の設定回転速度または検出回転速度の少なくとも一方から、スクリュ逆回転工程におけるスクリュ逆回転時の回転速度または回転回数の少なくとも一方が決定されることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機の射出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱筒内に回転および前後進可能なスクリュを設け、前記スクリュの回転により成形材料を可塑化後、前記スクリュを前進させて射出を行う射出成形機の制御方法、および射出成形機の射出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱筒内に回転および前後進可能なスクリュを設け、前記スクリュの回転により成形材料を可塑化後、前記スクリュを前進させて射出を行う射出成形機の加熱筒内で、樹脂等を可塑化する可塑化工程では成形材料の溶融に伴ってガスや水分が発生する。それらは、溶融材料とともに金型キャビティへ射出される結果、成形品の表面にシルバーストリークを発生させる、成形品の変色を惹起させる、金型キャビティ面にガス成分からなる異物を附着させる等の問題が生ずる。そのため、従来は、スクリュの中間部に減圧部を設けその位置に対応する加熱筒壁にベント口を設けて脱気するベント式により加熱筒内からのガスや水分の回収を行うものが採用された。しかしながら、ベント式は、スクリュ・加熱筒が複雑となりコスト高になるとともに、複雑な構成に基づいた成形材料の滞留が問題となる。
【０００３】
ベント式のこのような課題を解決するものとして、例えば特許文献１がある。特許文献１は、スクリューが正逆回転可能でかつ軸方向前後に移動可能に内蔵された加熱シリンダ基端側の樹脂材料供給部に吸引孔を設け、この吸引孔と外部の真空吸引装置とを配管し、樹脂材料の混練・可塑化時にスクリューを正転・後退及び逆転・前進を繰返して樹脂材料から発生するガス分を加熱シリンダ基端部に誘導し、該基端部から吸引孔を通じて加熱シリンダ外部へ放出するスクリュー式射出成形機のベント機構に関する。しかしながら、特許文献１の技術では、可塑化時にスクリューを正転・後退及び逆転・前進を繰返して樹脂材料から発生するガス分を放出するため、可塑化作用が不安定となり、均一な溶融樹脂材料が得られないのである。また特許文献１の技術では、スクリュー正回転時の速度とスクリュー逆回転時の速度の間には何ら関連性がなく、本来ならスクリュ正回転時の回転速度が早い場合ほどガス分等が多く発生することが考えられるがその対策が考慮されていないものであった。更にはスクリュー逆回転時の速度は、正回転時とは別に設定入力する必要があるので、設定の際の作業負担が大きかった。
【０００４】
また特許文献２は、特許文献１と同様にスクリュを逆回転させるものであり、スクリュが設定計量完了位置に到達した後のスクリュ回転量だけスクリュを逆回転をさせることを特徴としている。しかしながら特許文献２は、スクリュのオーバーランに対応することを目的とするものであり、加熱筒内を減圧状態にしてスクリュ逆回転を行うものではない。また特許文献２は、オーバーランしたスクリュ回転量の分だけスクリュを逆回転させるだけであるので、実質的には僅かにスクリュを逆回転させるだけに留まるものであり、本発明とは技術内容が異なるものであった。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１０２５９６号公報（請求項１、第４図、第５図）
【特許文献２】特開２００４−１５５１６２号公報（請求項２、図３、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みて発明されたものであって、射出成形機の加熱筒内に発生するガスや水分を、簡単な設定で容易かつ効果的に回収することができる射出成形機の制御方法および射出成形機の射出装置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】
本発明の射出成形機の制御方法および射出成形機の射出装置は、加熱筒内に回転および前後進可能なスクリュを設け、前記スクリュの回転により成形材料を可塑化後、前記スクリュを前進させて射出を行う射出成形機に用いられ、加熱筒内を減圧手段により減圧状態として、可塑化工程における設定値または実測値から、スクリュ逆回転工程における制御値が決定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の射出成形機の制御方法および射出成形機の射出装置によれば、射出成形機の加熱筒内に発生するガスや水分を、簡単な設定で容易かつ効果的に回収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態の射出成形機の射出装置の断面図である。図２は、本実施形態の射出成形機の計量工程における可塑化工程の制御を示すフローチャート図である。図３は、本実施形態の射出成形機の計量工程におけるスクリュ逆回転工程の制御を示すフローチャート図である。図４は、本実施形態の射出成形機の計量工程（可塑化工程およびスクリュ逆回転工程）におけるスクリュ回転速度を示す図である。
【００１０】
射出成形機は、射出装置１と図示しない型締装置から構成され型締装置には成形金型が搭載される。図１に示されるように、射出装置１は、前端面にノズル２を螺着し後端側に落下口１７から供給される成形材料２７を通過させる貫通孔を有し貫通孔からノズル２へ連通する内孔２９を備えた加熱筒３と、加熱筒３の内孔２９に回転往復動可能に嵌挿されたスクリュ４と、加熱筒３を前面に固着し落下口１７が穿孔されたハウジング８と、ハウジング８の上面で落下口１７に連通するように固着され成形材料２７の搬送量を調節する調節手段３１と、調節手段３１の上面に固着され調節手段３１に連通する内部を気密に維持しつつ成形材料２７を調節手段３１に供給する供給手段２２と、スクリュ４を回転自在かつ軸方向移動不能に取り付ける可動盤１５と、可動盤１５の後面に固着されその出力軸がスクリュ４に接続されてスクリュ４を回転駆動するサーボモータ等からなる回転手段１６と、可動盤１５に設けたボールナット１４に螺合しハウジング８に回転自在かつ軸方向移動不能に取り付けられたボール螺子１３と、ボール螺子１３をプーリ１０，１２及びベルト１１を介して回転駆動するサーボモータ等からなる前後進手段９とから構成される。
【００１１】
供給手段２２は、上面に材料投入口２６を有し下面は調節手段３１に連通する開口を有する筒状の供給筒２３と、供給筒２３の上部と下部で水平方向に移動して供給筒２３の内部空間を開閉自在に区画するシャッタ２４，２５とからなる。材料投入口２６から投入された成形材料２７は、閉鎖したシャッタ２４の上面に堆積する。次に、シャッタ２５を閉鎖した後、シャッタ２４を開放することによりシャッタ２４の上面に堆積した成形材料２７はシャッタ２５の上面に落下して堆積する。そして、シャッタ２４を閉鎖した後、シャッタ２５を開放することによりシャッタ２５の上面に堆積した成形材料２７は調節手段３１に供給される。このように、シャッタ２４又はシャッタ２５のいずれかのシャッタが閉鎖しているので、供給手段２２は調節手段３１に対して常時減圧状態を保ちつつ成形材料２７を供給することが可能となる。
【００１２】
調節手段３１は、供給手段２２に連通する上部開口と、ハウジング８上面の落下口１７開口部に連通する下部開口と、該下部開口の対向部に穿孔した貫通孔である減圧手段２１とを有する搬送筒１８に、回転可能にフィードスクリュ１９を嵌挿したものである。フィードスクリュ１９は、モータ２０で変速可能に駆動され、供給手段２２から流入した成形材料２７を落下口１７まで搬送する。なお減圧手段２１に図示しない管路およびバルブを介して接続される真空ポンプ、真空計等が含まれる。
【００１３】
スクリュ４は、小径の基部と、大径の先端部と、小径と大径をテーパー状で連結した中間部とからなるスクリュ軸５の外周に、外径が内孔２９の内径より僅か小さくなるようにフライト６を螺旋状に連続して巻きつけた形状のものである。そして、基部はフィードゾーン、中間部はコンプレッションゾーン、先端部はメータリングゾーンとそれぞれ称される。またスクリュ４の先端には図示しない逆流防止弁が設けられている。
【００１４】
また射出成形機には、制御装置３０が設けられ、前記前後進手段９、回転手段１６、調節装置３１のサーボモータ等やエンコーダ等と接続されている。また射出成形機には、操作盤である設定手段３２が設けられ、制御装置３０と接続されている。そして制御装置３０には、種々の成形条件が記憶されている他、設定値に基づいてサーボモータ等の駆動制御を行ったり、設定値や実測値に基づいて、他の制御値を演算し決定する機能を有している。
【００１５】
次に計量工程について、図２ないし図４により詳細に説明する。まず成形を開始する前に、作業者が設定手段３２から計量工程等の設定を行う。または設定手段３２を操作して、制御装置３０に記憶されている計量工程等の成形条件を読み出す。計量工程にとって重要な設定項目は、スクリュ回転数、計量完了位置、背圧等である。スクリュ回転速度（正回転速度）は、樹脂の種類等によって異なるが、計量工程のうちの可塑化工程Ａの全領域で立上り立下り時を除き一定に設定入力される場合と変化させて設定入力される場合がある。変化させて設定入力される場合、スクリュ４の負荷を減少させる等の目的のために最初の方の回転速度を低く設定することや、計量完了位置においてスクリュ４が正確に停止されるために、最後の方の回転速度を低く設定することが行われる。図２および図４の例では、最後の方へ向けてスクリュ回転速度が低く設定されている。
【００１６】
本実施形態では計量工程のうちスクリュ逆回転工程Ｂについては、逆回転数のみを設定手段３２により設定する。逆回転数は、「弱」「中」「強」の３段階の中から選択が可能で、逆回転数がそれぞれ対応している。スクリュ逆回転工程Ｂにおける逆回転数については、１〜５回転が望ましく、更には２〜４回転がより一層望ましい。逆回転数が１回転より少ない場合はガスや水分を加熱筒後部から吸引する際の効果を上げることが期待できず、５回転より多い場合は、回転数を増加させた割には効果が上がらず成形サイクルが伸びることのマイナス要因の方が大きい。またスクリュ逆回転工程Ｂのスクリュ回転速度は、詳細は後述するように作業者が設定手段３２から設定入力しないので、設定入力項目が少なくなり作業負担が減少する。
【００１７】
加熱筒３内は減圧手段２１である真空ポンプや真空計により所定の真空度に減圧されている。なお真空度は樹脂材料の種類や、乾燥済であるかどうかによっても異なる。また成形サイクルの途中において真空度を変化させるものでもよい。また加熱筒３の途中から窒素ガス等の不活性ガスや大気を供給するものでもよく、その場合は加熱筒３内にガス等の流れが出来る程度に減圧（負圧吸引）されたものであってもよい。
【００１８】
そして計量工程が開始されるまでに、調節手段３１のフィードスクリュ１９により成形材料２７が加熱筒３の内孔２９に送られる。本実施形態では飢餓成形が行われるので、加熱筒３の内孔２９の後部部分に未溶融の成形材料２７が大量に堆積されないように、前記フィードスクリュ１９の回転数を制御しつつ成形材料２７の供給が行われる。そして加熱筒３の内孔２９や落下口１７に樹脂材料（ペレット）が詰まっていないので、計量工程等において溶融樹脂から発生したガスや水分が減圧手段２１によって抜きやすくなっている。
【００１９】
図２および図４に示されるように、成形が開始され計量工程のうちの可塑化工程Ａが開始されると、回転手段１６のサーボモータが回転駆動され、スクリュ４の正回転が開始される（Ｓ１）。そしてスクリュ４の正回転速度が、設定された最初の設定回転速度である第１の設定回転速度α１に到達する（Ｓ２）と、スクリュ４は第１の設定回転速度α１から最終の設定回転速度である第２の設定回転速度α２に向けてスロープで回転速度を変化させるよう切換える（Ｓ３）。この際加熱筒３内のフィードゾーンに供給された成形材料２７は、正回転するスクリュ４の先端方向へ進行するフライト６と内孔２９壁面とから熱量を受けつつ混練されてコンプレッションゾーンに搬送される。成形材料２７は、コンプレッションゾーンに到達する前後から溶融し初め、コンプレッションゾーンで圧縮されて溶融材料２８となり、その割合は搬送が進むにしたがって多くなる。溶融材料２８は、フライト６の正進行方向前方の壁面（ノズル側を向いた壁面）７から搬送力を受けるので、その壁面７に集中して堆積する。溶融材料２８は、メータリングゾーンに到達するときには、略全体が溶融状態となるとともに、スクリュ軸５、フライト６及び内孔２９の壁面で形成される空間を空隙なく充填する。
【００２０】
このような可塑化工程Ａにおいて、背圧力を受けながら溶融材料２８はスクリュ４の前方に押出され、ノズル２は図示しない金型に当接されるか、又は、図示しないシャフトオフバルブで閉塞されるので、溶融材料２８はスクリュ４前方の内孔２９内に貯留される。溶融材料２８は、前記したように、フライト６の正進行に基づいて圧力を有しているので、スクリュ４は前後進手段９が生成する背圧力に抗して後退する。そしてスクリュ４の後退位置が第２の設定回転速度α２の設定位置に到達したら（Ｓ４）、スクリュ４の正回転速度を第２の設定回転速度α２からスクリュ回転停止に向けてスロープで回転速度を変化させるように切換える（Ｓ５）。
【００２１】
そしてスクリュ４が、成形品の容積に応じて予め設定された計量完了位置に到達したら（Ｓ６）、スクリュ４の正回転を停止（Ｓ７）させる。そしてスクリュ４の前後進方向の位置を計量完了位置に保持（Ｓ８）して、計量工程のうちの可塑化工程Ａが終了する。なお本実施形態ではスクリュ回転をスロープにより制御する例について示したが、各段におけるスクリュ回転数を一定の回転数で継続する多段制御を行うようにしてもよい。その場合、最終の設定回転速度の段を後述する逆回転時の回転速度として利用するようにしてもよい。
【００２２】
次に図３および図４に示されるように、計量工程のうちのスクリュ逆回転工程Ｂに移り、直ちにスクリュ４は可塑化工程Ａ時のスクリュ４の正回転方向とは反対に逆回転方向に回転を開始する（Ｓ９）。この際のスクリュ逆回転時の回転速度は、スクリュ正回転時の最終の設定回転速度（第２の設定回転速度）α２と回転方向は異なるが同じ回転速度−α２となるように目標速度が制御装置３０内で処理される。また前記回転速度−α２に到達するまでの時間が所定時間（本実施形態では０．５秒）となるようにスロープで回転速度の増速がなされる。何故なら余り急速にスクリュ逆回転速度を上昇させると、スクリュ４前方の逆流防止弁等の挙動が安定しないので、可塑化後に射出される溶融樹脂量が安定しないという問題があるからである。
【００２３】
本実施形態では、スクリュ逆回転工程Ｂの回転速度は、基本的には正転時の最終の設定回転速度と同じ回転速度−α２となっているが、それとは別に上限速度−βが定められている。これは可塑化工程Ａのスクリュ回転速度が高速であった場合に、スクリュ逆回転時の回転速度の上限を定めるものである。上限速度−βの値は、射出装置に採用されるスクリュ４の直径にも左右されるが２０〜１２０ｍｉｎ−１程度が望ましい。従って制御装置３０によって決定されたスクリュ逆回転時の回転速度−α２よりも上限速度−βの方が低い（遅く）場合であって、先に上限速度−βに到達した場合（Ｓ１０）は、スクリュ回転速度は上限速度−βで逆回転され（Ｓ１１）、設定回転数に到達した（Ｓ１２）際に、スクリュ４の逆回転が停止される（Ｓ１６）ようにスクリュ逆回転工程Ｂを終了する。
【００２４】
また前記上限速度−βよりもスクリュ逆回転時の回転速度−α２が低い場合であって、時間ｔ１をかけてスロープにより増速され、先に回転速度−α２に到達した場合（Ｓ１３）は、その後、回転速度−α２で逆回転され（Ｓ１４）、設定回転数に到達した（Ｓ１５）際に、スクリュ４の逆回転が停止される（Ｓ１６）ようにスクリュ逆回転工程Ｂを終了する。
【００２５】
なおスクリュ逆回転工程Ｂにおいて、スクリュ４が逆回転されると、フライト６は逆進行方向に進行する。これにより、溶融材料２８の蓄圧は解除されるとともに、フライト６の正進行方向前方の面に集中して堆積していた溶融材料２８は、その面から混練されつつ離隔する。そのため、溶融材料２８中に包含されていたガス、空気、水分等の排気体が放出される。放出された排気体は、フライト６間に空隙のあるスクリュ４の後部へ流動し、落下口１７を経由して減圧手段２１から排出される。
【００２６】
本発明においてスクリュ正回転時の設定回転速度からスクリュ逆回転時の回転速度を決定しているのは、次の理由からである。即ち可塑化工程時の正回転時の回転数が高い場合は、溶融樹脂または一部溶融樹脂がコンプレッションゾーンやミキシングゾーンの前方側に送られている比率が高くなっている。また前記溶融樹脂または一部溶融樹脂がフライト６の正進行方向前方の壁面（ノズル側を向いた壁面）７に押し付けられている比率も高くなっている。従って逆回転工程時のスクリュ４の逆回転速度もそれに応じて高くして、圧力を開放してやることが望ましい。また可塑化工程Ａ時の正回転時の回転数が低い場合は、その反対で、逆回転工程時のスクリュ４の逆回転速度も低くてよい。このときの可塑化工程Ａが終了後、逆回転工程Ｂの間は、スクリュ４は前後進不能となるよう前後進手段９で保持されている。
【００２７】
スクリュ４の逆回転を停止させ（Ｓ１６）た後については、ノズル２からの溶融材料２８の鼻たれを防止するため、スクリュ４を僅か後退させるサックバックを必要に応じて行う。なお、溶融材料２８からのガス等の放出を促進させるため、スクリュ４を可塑化終了直後、逆回転させた後、再び正回転及び逆回転を所定回数繰返し行うようにしてもよい。
【００２８】
本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。
【００２９】
図５は、可塑化工程における設定値または実測値から、スクリュ逆回転工程における制御値が決定される組合せ例を示している。本発明ではスクリュ逆回転工程における制御値は、可塑化工程における設定値または実測値から少なくとも一部が決定される。即ち可塑化工程の側で制御に用いられるのは、スクリュ回転速度（正回転）の設定値、スクリュ回転速度（正回転）の検出値、スクリュ回転回数の検出値、スクリュ回転時間の検出値、計量ストロークの設定値、計量ストロークの検出値などであって、前記のいずれか１つを用いるか、２以上を組合せてもよい。
【００３０】
前記においてスクリュ回転速度の設定値を設定すればスクリュ回転速度の検出値は、ほぼ近似値が検出される。従ってスクリュ回転速度の検出値を逆回転時の制御に用いる場合も、広義においてはスクリュ回転速度の設定値を用いる場合に含まれる。また計量ストロークの設定値と検出値の関係も同様である。可塑化工程Ａの回転回数および回転時間については、通常の場合、設定は行わないから検出値を用いるが、設定を行う場合は、設定値を用いてもよい。
【００３１】
また前記の可塑化工程における設定値または実測値に加え、次のような要素を指数として追加し演算を行ってもよい。即ち真空ポンプによる加熱筒内の真空度や、溶融樹脂の種類、乾燥の有無、再生材の有無、および加熱筒温度等が前記要素として考えられる。また前記以外にも一定の指数を乗算等してもよい。一例としては、図２および図３に示されるフローチャートの例では、可塑化工程におけるスクリュ正回転時の回転速度をそのままスクリュ逆回転工程におけるスクリュ逆回転時の回転速度として用いたが、スクリュ正回転時の回転速度に０．９等の指数を乗算したものなどでもよい。
【００３２】
またスクリュ逆回転工程において制御装置３０で決定される制御値としては、スクリュ回転速度（逆回転）、スクリュ回転回数、およびスクリュ回転時間のいずれか１つか、２以上の組合せが決定される。なおスクリュ回転速度は、逆回転開始時のスロープの角度や、途中の回転速度もスロープ等により可変制御可能である。そして図２ないし図４に示される本実施形態の例でも明らかなように、前記スクリュ逆回転工程の制御値は、全てが可塑化工程の設定値または実測値から決定されず、作業者により設定手段３２から設定入力されるものや最初からリミット値が設定されているものを含むことは言うまでもない。
【００３３】
また本発明はプランジャ式の射出成形機における可塑化装置にも用いることができる。即ち可塑化工程でスクリュが後退して加熱筒前方に溶融樹脂を貯留した後、前記溶融樹脂をプランジャ装置の側へ射出（供給）するものであってもよい。また成形材料は樹脂に限定されず、ガスや水分が発生する材料であれば、金属、有機材、無機材等のいずれでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態の射出成形機の射出装置の断面図である。
【図２】本実施形態の射出成形機の計量工程における可塑化工程の制御を示すフローチャート図である。
【図３】本実施形態の射出成形機の計量工程におけるスクリュ逆回転工程の制御を示すフローチャート図である。
【図４】本実施形態の射出成形機の計量工程（可塑化工程およびスクリュ逆回転工程）におけるスクリュ回転速度を示す図である。
【図５】可塑化工程における設定値または実測値から、スクリュ逆回転工程における制御値が決定される組合せ例を示した図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    射出装置
３    加熱筒
４    スクリュ
１６  回転手段（サーボモータ）
２１  減圧手段（真空ポンプ）
２６  材料投入口
２７  成形材料
２８  溶融材料
α２    第２の設定回転速度（スクリュ正回転時の設定回転速度）
−α２    回転速度（スクリュ逆回転時の回転速度）
−β    上限速度
【図１】
2010005840.tif 000003
【図２】
2010005840.tif 000004
【図３】
2010005840.tif 000005
【図４】
2010005840.tif 000006
【図５】
2010005840.tif 000007