(57)【要約】  往復（ＲＳ）射出ユニット環境では、図１に示すように、射出ユニットのコントローラが、従来の可塑化動作及びショット射出の両方の間にスクリュを連続回転させるようになっている。このように、ＲＳユニットはより効率的であり、より少ないエネルギーを利用して、より多くの樹脂出力を生み出す。射出ユニットは、ノズルに隣接して逆止弁を含み、この逆止弁は、スクリュとともに回転して摩耗を低減するように構成されるか、又は逆止め玉式の逆止弁として設けられる。射出成形環境では、回転スクリュは、隣接するフライト間の空間で樹脂の粒状物を溶融及び混合させるフライトを含むが、フライトは、フライトの周りで樹脂が変位しすぎるのを実質的に阻止するようになっている。
2007518604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に作動する周期を有する往復スクリュ射出ユニットであって、
逆止弁を有し、該逆止弁の下流で使用時に一定体積の溶融体を蓄積させることができる、バレル内に装着されて軸方向に並進するスクリュと、
該バレルに対して該スクリュの軸方向運動を行い、かつ使用時に背圧を生成するようされている第１のアクチュエータと、
該スクリュに結合されて使用時に該スクリュの回転速度を制御する第２のアクチュエータと、
該スクリュ及び該第１のアクチュエータの動作を制御するコントローラとを備え、該コントローラは、使用時に該背圧を上昇させて溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止し、且つ該スクリュのリカバリーレートを実質的にゼロにするように、該逆止弁の下流に蓄積される溶融体の体積を画定する前記スクリュの軸方向位置を設定するようにされていて、該コントローラは、使用中に該スクリュが該周期的に作動する周期の全体にわたって実質的に連続的に回転することを確保するようにされている、往復スクリュ射出ユニット。
【請求項２】
前記コントローラは、各射出サイクル中に、
ａ）前記背圧、及び
ｂ）前記スクリュの回転速度
の少なくとも一方を選択的に変化させることにより、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、前記射出サイクル中の該往復スクリュ射出ユニットの前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変える、請求項１に記載の往復スクリュ射出ユニット。
【請求項３】
前記コントローラに結合される圧力変換器をさらに含む、請求項１に記載の往復スクリュ射出ユニット。
【請求項４】
前記コントローラに結合されて前記スクリュに応答するスクリュ位置検出器をさらに含み、該スクリュ位置変換器は、
背圧制御、及び
リカバリーレート制御
の少なくとも一方を目的としてスクリュ位置情報を前記コントローラに中継する、請求項１に記載の往復スクリュ射出ユニット。
【請求項５】
前記コントローラ及び前記第２のアクチュエータに結合されるスクリュ速度センサをさらに含み、該スクリュ速度センサは、各射出サイクル中の動的なリカバリーレート制御を目的としてスクリュ速度情報を前記コントローラに中継する、請求項１に記載の往復スクリュ射出ユニット。
【請求項６】
前記スクリュは、前記逆止弁の近くの下流に位置する先端を有し、前記バレルは、前記先端の前方に、溶融体が蓄積する室をさらに有し、該室は、ショットサイズと、射出中に該室から前記逆止弁を越えて生じ得る逆流を補償するのに十分な射出緩衝との和として画定される最終容積を有する、請求項１に記載の往復スクリュ射出ユニット。
【請求項７】
使用時の前記スクリュの前記回転速度は一定である、請求項６に記載の往復スクリュ射出ユニット。
【請求項８】
使用時に、前記スクリュの前記回転速度は、前記スクリュのリカバリー段階中に第１の速度であり、射出段階の少なくとも一部の間は前記第１の速度よりも遅い第２の速度に一時的に変更できる、請求項１に記載の往復スクリュ射出ユニット。
【請求項９】
生産使用時のスクリュ回転は、常に毎分回転数がゼロを上回る、請求項１に記載の往復スクリュ射出ユニット。
【請求項１０】
射出目的で射出圧力を発生させ、溶融材料が蓄積するショット室を有するバレル内にスクリュを収容し、調整可能なリカバリーレートを有する、往復スクリュ射出ユニットであって、
該バレル内の該スクリュの毎分回転数を動的に変更する手段と、
該バレルに対する該スクリュの位置及び軸方向運動を制御するために、該射出ユニットによって発生される背圧を調整する手段と、
スクリュリカバリー段階及び射出段階中に前記リカバリーレートを制御する手段を備え、前記制御する手段は、前記動的に変更する手段及び前記背圧を調整する手段に作用するように動作し、
、可塑化中に、前記スクリュの回転速度は、作動サイクル全体の大部分の期間でゼロを上回る、往復スクリュ射出ユニット。
【請求項１１】
射出成形機のコントローラであって、使用時に、背圧の選択的な制御によって往復及び連続回転する供給スクリュの軸方向位置決めを制御するようにされており、さらに、前記射出成形機内での使用時に、金型及びランナシステムの一方に材料を直接射出するための背圧の発生を支持し、かつ制御するように構成されている、射出成形機のコントローラ。
【請求項１２】
さらに、使用時に、射出段階中に前記スクリュの実質的にゼロのリカバリーレートを維持するように構成されており、該リカバリーレートは、前記スクリュの回転速度と、前記射出成形機の射出ユニット内での使用時に発生される背圧とに関連する、請求項１１に記載の射出成形機のコントローラ。
【請求項１３】
前記コントローラは、使用時に、
ａ）前記背圧、及び
ｂ）前記スクリュの前記回転速度
の少なくとも一方を選択的に変化させることにより、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、使用時に、前記射出ユニットの作動サイクル中に前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変更する、請求項１２に記載のコントローラ。
【請求項１４】
使用時に、前記作動サイクルのリカバリー段階中の前記スクリュの回転速度に対して、前記作動サイクルの射出段階中の前記スクリュの前記回転速度を一時的に低下させるように構成されている、請求項１３に記載の射出成形機のコントローラ。
【請求項１５】
使用時に、射出ユニットに関連して感知された圧力、位置、及び速度の信号に応答し、使用時に、前記作動サイクルの射出段階中にゼロのリカバリーレートを実質的に維持するように作用する、請求項１４に記載の射出成形機のコントローラ。
【請求項１６】
逆止弁を有する射出ユニットの往復供給スクリュを作動させる方法であって、該逆止弁は該射出ユニットを射出圧力で動作させ、該方法は、
射出成形サイクルの実質的に全体にわたりゼロを上回る毎分回転数で該往復スクリュを回転させることを含む、往復供給スクリュ作動方法。
【請求項１７】
前記供給スクリュの逆止弁の下流にある室内に、所望の体積が蓄積されるまで溶融体を蓄積させること、及び
射出システムの背圧を上昇させ、前記供給スクリュで実質的にゼロのリカバリーレートを達成するとともに、溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止することを更に含む、請求項１６に記載の往復供給スクリュ作動方法。
【請求項１８】
前記システム内の背圧をさらに上昇させ、前記室から金型内への前記溶融体の射出をもたらすことを含む、請求項１７に記載の往復供給スクリュ作動方法。
【請求項１９】
圧力環境、スクリュ位置、及び前記スクリュの回転速度の少なくとも１つを感知すること、及び
ａ）前記背圧、及び
ｂ）前記スクリュの前記回転速度
の少なくとも一方を調整することにより、前記圧力環境、前記スクリュ位置、及び前記回転速度のうち対応するものに応じて、前記射出サイクル中に、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、且つ前記射出ユニットの前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変えることを含む、請求項１８に記載の往復供給スクリュ作動方法。
【請求項２０】
蓄積された溶融体の体積が、物品を成形するのに必要なショットサイズと、射出中に前記室の上流にある逆止弁を越えて生じ得る逆流を補償するのに十分な射出緩衝体積との和に等しくなるまで、溶融体を前記室に蓄積させることを含む、請求項１７に記載の往復供給スクリュ作動方法。
【請求項２１】
溶融体を蓄積させる前記スクリュのリカバリー段階中に、前記スクリュを第１の速度で作動させること、及び
射出段階の少なくとも一部の間、前記スクリュを前記第１の速度よりも遅い第２の速度で一時的に作動させることを含む、請求項１６に記載の往復供給スクリュ作動方法。
【請求項２２】
毎分回転数がゼロを上回る速度での前記往復スクリュの回転が、射出成形サイクル全体にわたって生じる、請求項１６に記載の往復供給スクリュ作動方法。
【請求項２３】
前記往復スクリュの回転は、全サイクルタイムの約３０％未満、好ましくは全サイクルタイムの約２０％未満、最も好ましくは全サイクルタイムの約１５％未満の時間の間ゼロに低下され得る、請求項１６に記載の往復供給スクリュ作動方法。
【請求項２４】
射出成形サイクルの実質的に全体にわたり、好ましくは該射出サイクルの少なくとも６０％で、ゼロを上回る毎分回転数で射出ユニットの往復スクリュを回転させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム要素。
【請求項２５】
所望の体積が蓄積されるまで、前記供給スクリュの逆止弁の下流にある室内に溶融体を蓄積させ、且つ
射出システムの背圧を上昇させて、前記供給スクリュで実質的にゼロのリカバリーレートを達成するとともに、溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止する手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項２４に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項２６】
前記システム内の前記背圧をさらに上昇させて、前記室から金型内への前記溶融体の射出をもたらす手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項２５に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項２７】
感知した圧力環境、スクリュ位置、及び前記スクリュの回転速度の少なくとも１つを分析し、且つ
ａ）前記背圧、及び
ｂ）前記スクリュの前記回転速度
の少なくとも一方を調整させることにより、前記圧力環境、前記スクリュ位置、及び前記回転速度のうち対応するものに応じて、前記射出サイクル中に、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、且つ前記射出ユニットの前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変える手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項２６に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項２８】
蓄積された溶融体の体積が、物品を成形するのに必要なショットサイズと、射出中に前記室の上流にある逆止弁を越えて生じ得る逆流を補償するのに十分な射出緩衝体積との和に等しくなるまで、溶融体を前記室に蓄積させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項２５に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項２９】
溶融体を蓄積させる前記スクリュのリカバリー段階中に、前記スクリュを第１の速度で作動させ、且つ
射出段階の少なくとも一部の間、前記スクリュを前記第１の速度よりも遅い第２の速度で一時的に作動させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項２４に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項３０】
使用時に、射出成形サイクル全体にわたって毎分回転数がゼロを上回る速度で前記往復スクリュを回転させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項２４に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項３１】
前記往復スクリュの回転を、全サイクルタイムの約３０％未満、好ましくは全サイクルタイムの約２０％未満、最も好ましくは全サイクルタイムの約１５％未満の時間の間ゼロに低下させる手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段をさらに含む、請求項２４に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項３２】
コンピュータ読み取り可能媒体上で実行される、請求項２４に記載のコンピュータプログラム要素。
【請求項３３】
射出ユニットベースを有する射出成形機であって、
軸方向に並進及び往復するスクリュを内部に有し、使用時にランナシステム及び金型の一方への溶融体の射出を支持するノズルを有する、バレルを備え、該スクリュは逆止弁を有し、該逆止弁の下流で使用時に一定体積の溶融体を蓄積させることができ、
該バレルに対して該スクリュの軸方向運動を行うとともに、使用時に背圧を生成するようにされている第１のアクチュエータと、
前記スクリュに結合されて使用時に該スクリュの回転速度を制御する第２のアクチュエータと、
前記スクリュ及び前記第１のアクチュエータの動作を制御するコントローラとを備え、該コントローラは、使用時に背圧を上昇させて溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止し、且つ前記スクリュのリカバリーレートを実質的にゼロにすることにより、前記逆止弁の下流に蓄積される溶融体の体積を画定する前記スクリュの軸方向位置を設定するようにされており、該コントローラは、使用中に前記スクリュが実質的に連続的に回転することを確保するように構成されている、射出成形機。
【請求項３４】
前記コントローラは、各射出サイクル中に、
ａ）前記背圧、及び
ｂ）前記スクリュの前記回転速度
の少なくとも一方を選択的に変化させることにより、前記スクリュの軸方向並進運動を制御し、前記射出サイクル中の前記往復スクリュ射出ユニットの前記リカバリーレートを選択的且つ動的に変える、請求項３３に記載の射出成形機。
【請求項３５】
前記コントローラに結合される圧力変換器をさらに含む、請求項３４に記載の射出成形機。
【請求項３６】
前記コントローラに結合されて前記スクリュに応答するスクリュ位置検出器をさらに含み、該スクリュ位置検出器は、
背圧制御、及び
リカバリーレート制御
の少なくとも一方を目的としてスクリュ位置情報を前記コントローラに中継する、請求項３４に記載の射出成形機。
【請求項３７】
前記コントローラ及び前記第２のアクチュエータに結合されるスクリュ速度センサをさらに含み、該スクリュ速度センサは、各射出サイクル中の動的なリカバリーレート制御を目的としてスクリュ速度情報を前記コントローラに中継する、請求項３６に記載の射出成形機。
【請求項３８】
前記スクリュは、前記逆止弁の近くの下流に位置する先端を有し、前記バレルはさらに、前記先端の前方に、溶融体が蓄積する室を有し、該室は、ショットサイズと、射出中に該室から前記逆止弁を越えて生じ得る逆流を補償するのに十分な射出緩衝との和として画定される最終体積を有する、請求項３３に記載の射出成形機。
【請求項３９】
使用時の前記スクリュの前記回転速度は一定である、請求項３８に記載の射出成形機。
【請求項４０】
使用時に、前記スクリュの前記回転速度は、前記スクリュのリカバリー段階中に第１の速度であり、射出段階の少なくとも一部の間は前記第１の速度よりも遅い第２の速度に一時的に変えることができる、請求項３５に記載の射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復スクリュ（ＲＳ）射出ユニットに関し、特に、限定はされないが、プラスチック射出成形機におけるこのようなＲＳ射出ユニットを操作する方法に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
従来のＲＳユニットでは、供給スクリュを断続的に回転させることにより、次の射出ショットを可塑化するのに利用可能な時間量が制限される。駆動動作間の待ち時間は通常、リカバリー時間と呼ばれる。
【０００３】
従来のＲＳ射出ユニットの動作の射出段階中に、回転していないスクリュを前進させて溶融体を金型内に射出する。開いたホッパ供給口の下をスクリュのフライトが通るときに、未溶融の樹脂粒状物がフライト間に落ち、スクリュが再び回転し始めると可塑化可能となる。しかしながら、射出速度が高速のもの等、用途によっては、ホッパ供給口に対してスクリュが高速で並進することにより、フライト間に画定された空間を完全に充填することができない。したがって、ＲＳスクリュの充填は部分的にしか達成されない。
【０００４】
図４は、ＲＳ型射出ユニットの典型的な従来の（非連続）リカバリーサイクルに関する動作チャートのシーケンスを示す。プロセスは、遮断弁が開いたときに開始する（「Ｓ／Ｏ」は、「遮断」を意味し、金型への樹脂流を制御するノズル内の弁を指す）。次に、溶融体が金型内に射出される。金型内の溶融体に対する圧力は一定期間維持され、その後でプレプルバック（pre-pullback）が始まる。プレプルバックが終了すると、遮断弁が閉じる。スクリュリカバリーが始まると、スクリュ速度は急激に上昇し、スクリュリカバリー中は横ばい状態となる。続いて、スクリュ速度は低下して停止し、その後でポストプルバック（post-pullback）が始まる。射出ユニットがこれらのサイクルステップを経ているとき、クランプユニットは、部品の射出、保持、及び冷却中に金型を閉じたまま保持し、次に金型を開いて部品を取り出す（eject）。この後、金型は再び閉じられて、サイクルの繰り返しに備える。
【０００５】
射出成形ＲＳユニットは、当該技術分野で既知である。例えば、Willcoxによる米国特許第２，６２９，１３２号は初期のＲＳ射出ユニットを開示しており、この場合、モータがスクリュを回転させて、ホッパの下のプラスチックペレットを溶融プラスチックが蓄積するボアに向けて運ぶ。次に、スクリュはピストンにより並進させられて、溶融プラスチックをボアからノズルを介して金型内へ押し込む。供給スクリュのシャンク（フライトの右側）がボアをシールすることにより、ホッパ入口を塞ぐ。次に、供給スクリュはピストンにより後退させられ、モータにより後退させられながら回転して可塑化を行う。
【０００６】
２つの実際的な欠点がこの開示から生じる。第１に、スクリュが並進して材料を金型内に射出している間、スクリュの前端は、そのストロークの終わりに達してブシュに対してシールするまで、ボアの内面に対してシールを形成しない。したがって、ボア内の溶融プラスチックの一部は、射出中にスクリュが左へ移動するときにスクリュのフライトを越えて逆流し得る。このようなプラスチックの損失は、ショットサイズの制御をサイクルごとに予測不可能にする。第２に、スクリュが後退及び回転し始めるときに、ホッパ入口がスクリュシャンクによって塞がれ続けるため、新たな材料がスクリュフライトに入ることができない。実際に、スクリュが完全に（右側へ）後退するまでホッパ入口は開放されない。それどころか、最新の成形部品が取り出された後で、ホッパ入口がシールされたままでスクリュが後退することにより、ノズル及びゲート開口（金型の）を介して空気がボアへ引き込まれることになる。次に、スクリュがその完全後退位置で回転しているときの供給動作によって、ボア内で準備されているプラスチックの次のショットで、取り込まれた空気を追い出さなければならない。これにより、この空気をスクリュの次の射出ストローク前に抜かなければ、次の成形部品内で気泡が形成される場合がある。
【０００７】
Willertによる米国特許第２，７３４，２２６号は、スクリュ先端とバレルヘッドとの間に溶融体を蓄積させることができる遮断ノズルを含むＲＳ射出ユニットを開示しており、スクリュの前方に蓄積する溶融プラスチックによってスクリュが後方に押されるときに、射出圧力からの油抜きを制限することにより、背圧が生成される。この特許は、供給スクリュの連続回転も開示している。この場合も同様に、スクリュの前端がバレルボアの内面に対してシールを形成しないことにより、スクリュがその射出ストローク中に並進させられると一部の溶融樹脂が逆流する。シール機能がないことにより、ショット制御が影響を受けるだけでなく、中程度の射出圧力しか得ることができない。さらに、スクリュがリカバリーの終わり（可塑化）に一時停止しないため、スクリュの射出ストロークが即座に開始し、ショットサイズの制御が不十分となる。
【０００８】
Wucherによる米国特許第２，８８５，７３４号は、射出ストローク中に弁としての役割を果たす、ディフューザヘッド又はスクリュ先端に取り付けられる逆止弁ディスクを有することにより材料の逆流を阻止する、射出ユニットを開示している。これは、スクリュ搭載式逆止弁の初期の例である。
【０００９】
Friedrichによる米国特許第３，００２，２２９号は、ダイカスト機を開示している。ばね付勢式の遮断ノズルに、射出前の溶融材料が収容される。スクリュは並進するのではなく、スクリュフライトに沿って、スクリュ前方の空間に溶融材料を蓄積させ、そこで溶融材料が圧縮され、その間は遮断ノズルが閉じている。この特許は、２つの異なる速度で連続的にスクリュを回転させることを開示している。遅い第１の速度は材料の供給及び溶融に用いられ、それよりも速い第２の速度は、遮断ノズルを開いたときに材料を金型内に射出するのに用いられる。スクリュが並進しないため、小さなショットサイズしか準備されず、スクリュの逆止弁がないため、比較的中程度の射出圧力が生成される。
【００１０】
Breherによる米国特許第３，０２０，５９１号は、逆止弁を有するスクリュとスクリュの下流にある蓄積室とを有する射出成形機を開示している。この特許は、供給機ウォーム（スクリュ）がプラスチックを溶融して蓄積室へ供給するときに絶え間なく動いていることも教示している。溶融体の射出は、シリンダを起動して、バレルヘッドアセンブリが蓄積シリンダ内でピストンのように働いてノズルを介してその中身を金型内に移すようにすることによって行われる。ボール逆止弁が、押出機シリンダへの逆流を防止する。
【００１１】
Farrellによる米国特許第４，７２２，６７９号は、一方が溶融体の蓄積及び金型の充填用であり他方がパッキング及びサックバック動作用である２つのピストンシリンダ機構によって補完されるＲＳ押出機を含む射出ユニットを開示している。スクリュには、チェックリング（逆止弁）が嵌められる。この設計は、スクリュのサイズを大きくする必要なくユニットのショットサイズ容量を大きくする手段を提供する。この特許は、金型充填動作が終了するとすぐにスクリュリカバリー動作を開始できることを開示している。
【００１２】
Oasによる米国特許第５，１１２，２１３号は、射出前にスクリュを逆方向にわずかに回転させることで、チェックリングをテーパ状座面に対してシールさせることによって漏れの可能性を低減するように設計されたチェックリング式逆止弁を有するＲＳ射出ユニットを開示している。
【００１３】
Spirexのウェブサイトは、回転時に保持器及び可塑化スクリュとともに回転する噛み合い（interlocking）リングを特徴とする、チェックリング式逆止弁（Ｆ−ＬＯＣ）の一例を提供している。このリングは保持器の前部座面に対して回転しないため、この領域における凝着摩耗問題がなくなる。
【００１４】
Plastics Technologyのオンライン記事「Know-How: Injection Molded Furniture in a Slump」は、流動成形と呼ばれる場合がある押出（intrusion）プロセスを説明しており、このプロセスにより、可塑化容量が限られている射出ユニットを用いて、こうしたユニットが従来供給可能であるよりも大きなショットサイズを必要とする部品を成形することができる。この記事は、スクリュを回転させてプラスチックを低圧下で金型内に圧送することにより金型が部分的に充填される既知のプロセスを開示している。具体的には、スクリュは前進せずに回転し、ラムとして射出に用いられる前に押出機として用いられる。射出機能では、最終充填及びパッキングステップを行う。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
［発明の概要］
本発明の利点は、本明細書に記載される装置及び方法によって操作されるＲＳ射出ユニットの出力効率の向上及びエネルギー需要の削減である。本発明は、スクリュ回転時間を実質的に長くすることにより射出成形機の出力効率を向上させる構成及び／又はステップを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１の態様によれば、作動周期を有する往復スクリュ射出ユニットの構成及び／又はステップが提供される。該ユニットは、バレル内に取り付けられ軸方向に並進するスクリュを含む。該スクリュは関連する逆止弁を有し、逆止弁の下流で使用時に一定体積の溶融体を蓄積させることができる。該ユニットはまた、バレルに対してスクリュの軸方向移動を行うとともに使用時に背圧を生成するように構成されている第１のアクチュエータを含む。第２のアクチュエータがスクリュに結合されて使用時にスクリュの回転速度を制御する。該ユニットは、スクリュ及び第１のアクチュエータの動作を制御するコントローラを含み、該コントローラは、使用時に背圧を上昇させて溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止し、且つスクリュのリカバリーレートを実質的にゼロにすることにより、逆止弁の下流に蓄積される溶融体の体積を画定するスクリュの軸方向位置を設定するように構成されている。該コントローラは、使用中にスクリュが作動周期の全体にわたって実質的に連続的に回転することを確実にするように構成されている。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、射出目的で射出圧力を発生させる往復スクリュ射出ユニットの構成及び／又はステップが提供される。往復スクリュ射出ユニットは、溶融材料が蓄積されるショット室を有するバレル内にスクリュを含む。該射出ユニットは、調整可能なリカバリーレートを有する。該往復スクリュ射出ユニットは、バレル内のスクリュの毎分回転数を動的に変える手段と、バレルに対するスクリュの位置及び軸方向運動を制御するために、射出ユニットによって発生される背圧を調整する手段と、スクリュリカバリー段階及び射出段階中にリカバリーレートを制御する手段とを備える。該制御する手段は、動的に変える手段及び背圧を調整する手段に作用するように動作する。可塑化中に、スクリュの回転速度は、動作サイクル全体の大部分の期間でゼロを上回る。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、射出成形機のコントローラの構成及び／又はステップが提供される。コントローラは、使用時に、背圧の選択的な制御によって往復及び連続回転する供給スクリュの軸方向位置決めを制御するように構成されている。該コントローラは、さらに、使用時に射出成形機内において、金型及びランナシステムの一方に材料を直接射出するための背圧の発生を支持及び制御するようになっている。
【００１９】
本発明の第４の態様によれば、関連する逆止弁を有する射出ユニットの往復供給スクリュを作動させる方法が提供され、逆止弁は射出ユニットを射出圧力で作動させる。該方法は、射出成形サイクルの実質的に全体でゼロを上回る毎分回転数で往復スクリュを回転させるステップを含む。
【００２０】
本発明の第５の態様によれば、手続をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム要素の構成及び／又はステップが提供される。該手続は、射出成形サイクルの実質的に全体にわたり、好ましくは射出サイクルの少なくとも６０％において、ゼロを上回る毎分回転数で射出ユニットの往復スクリュを回転させることを含む。
【００２１】
本発明の第６の態様によれば、射出ユニットベースを有する射出成形機の構成及び／又はステップが提供される。該ベースは、軸方向に並進及び往復するスクリュを内部に有するバレルを含み、該バレルは、使用時にランナシステム及び金型の一方への溶融体の射出を支持するノズルを有し、スクリュは、関連する逆止弁を有し、逆止弁の下流で使用時に一定体積の溶融体を蓄積させることができる。また、バレルに対してスクリュの軸方向運動を行わせしめ、使用時に背圧を生成せしめる第１のアクチュエータと、スクリュに結合されて使用時にスクリュの回転速度を制御する第２のアクチュエータと、スクリュ及び第１のアクチュエータの作動を制御するコントローラとが含まれる。該コントローラは、使用時に背圧を上昇させて溶融体の蓄積体積がそれ以上増加することを防止し、且つスクリュのリカバリーレートを実質的にゼロにすることにより、逆止弁の下流に蓄積される溶融体の体積を画定するスクリュの軸方向位置を設定するように構成されている。該コントローラは、使用中にスクリュが実質的に連続的に回転することを確実にするように構成されている。本発明の一実施形態では、第１のアクチュエータは油圧シリンダであり、第２のアクチュエータは電気モータである。代替的には、第１のアクチュエータは、電気モータであるか、又は電気機械装置、例えばスクリュを並進させるラックピニオン機構を有する電気モータであり、代替的に、第２のアクチュエータは油圧モータである。
【００２２】
次に、本発明の例示的な実施形態を添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［好適な実施形態の詳細な説明］
１．序論
上述のように、上記のいくつかの問題をなくすとともに効率を向上させるＲＳ射出ユニット装置及び方法が、当該技術分野で必要とされている。逆止弁を有するスクリュを利用して、次のショット用の樹脂をスクリュの下流にある槽内に変位させることなく、スクリュを樹脂の可塑化のための方向に回転させ続けながら射出及び金型キャビティ内への保持圧力の維持を行う射出ユニット装置及び方法が、当該技術分野でさらに必要とされている。射出スクリュのフライト間で樹脂を溶融及び混合し、その樹脂が上記フライトに沿ってスクリュ先端の開口出口へ変位することのない装置及び方法がさらに必要とされている。これらのニーズは、本明細書に記載される本発明の装置及び方法によって対処される。
【００２４】
次に、ＲＳ射出ユニットの効率及び出力が逆止弁又はシールが設けられた並進供給スクリュの連続回転によって向上する、プラスチック射出成形機の例示的な用途に関して、本発明の概念を説明する。好ましくは、回転スクリュは、フライト間の空間で樹脂を溶融及び混合することができるが、フライトの周りの樹脂を変位させすぎないフライトを特徴とする。
【００２５】
２．構造
図１〜図３は、ハウジング２内に取り付けられたバレル１を備えるプラスチック射出成形機の往復スクリュ射出ユニットを示す。スクリュ駆動モータ３がハウジング２の一端に取り付けられ、そのスプライン駆動軸４はハウジング２内に延びる。中空の射出ピストン５が駆動軸４のスプラインと係合し、ハウジング２の射出シリンダ２８内で摺動する。バレル１内の供給スクリュ６の一端が射出ピストン５の端に取り付けられることで、ピストンがハウジング内で回転及び並進する（すなわち、長手方向に移動する）ときに供給スクリュ６も回転及び並進させる。供給スクリュ６は、プラスチック材料を搬送するフライト７を有し、プラスチック材料は、供給スクリュ６がモータ３によって回されるとホッパ８から供給口９を介してバレルに入る。供給スクリュ６は、その先端１２にミキサ１０及び逆止弁１１も有する。ノズル１３は、バレルヘッド１４に接続され、溶融プラスチックをバレルから金型（図示せず）へ搬送する溶融体流路１５を含む。遮断弁１６がノズル１３内に設けられて、溶融体流路１５を選択的に塞いだり開放したりする。遮断弁１６はシリンダ１７によって動かされる。
【００２６】
実験室機械用途では、プラスチック圧力センサ１８をバレルヘッドに任意に設けて、スクリュ先端１２の下流及び遮断弁１６の上流のプラスチック圧力を測定する。生産機械用途では、油圧センサ１９をハウジング２内に設けて、射出ピストン５のモータ側の作動油（hydraulic oil）の圧力を測定してもよい。スクリュ位置変換器２０等（通常はＴｅｍｐｏｓｏｎｉｃ式）をハウジング２に取り付けて、バレル１に対して長手方向の供給スクリュ６の位置を測定することが好ましい。供給スクリュ６が射出ピストン５の端に接続されるため、位置センサ２０は、ハウジングに対する射出ピストンの位置も測定する。供給スクリュ速度センサ２１をモータ３に取り付けて、駆動軸４の回転速度を測定することが好ましく、射出ピストン５がこの軸のスプラインと係合し、供給スクリュ６が射出ピストン５の端に接続されるため、速度センサ２１は供給スクリュ６の回転速度を事実上測定する。上述のセンサ全てからの信号が、適当な接続２２を介して、マイクロプロセッサベースのプログラマブルコントローラ等のコントローラ２３に搬送され、これは、例えばデータ入力デバイス３０（例えば、ＣＤＲＯＭドライブ等）を含む任意の適当な周辺機器に連結される従来のコンピュータの一部であり得る。
【００２７】
コントローラ２３は、当該技術分野で既知である、ＰＣベースユニットであることが好ましい射出成形機のコントローラの一部であることが好ましい。
【００２８】
加圧された作動油は、ライン２４を介して射出シリンダ２８に供給されるか、又は射出シリンダ２８から放出される。図２に示すように、ライン２４を介して供給された油は、射出ピストン５及びスクリュ６を前進してスクリュ先端１２の下流のプラスチックを金型内に射出する。ライン２４を介して放出された油は、リカバリー中に射出ピストン５及びスクリュ６を後退させることができる。ライン２４には通常、放出される油を計量することにより射出ピストン５の後退に抵抗する背圧を制御するサーボ制御弁２６も設けられる。背圧を上昇させるとリカバリーレートが低下し、軸方向変位の単位当たりに必要なスクリュ回転数が増える。これは、スクリュが後退するにつれてプラスチックの剪断発熱が上昇するという効果を有する。加圧された作動油は、ライン２５を介して射出シリンダ２８に供給されるか、又は射出シリンダ２８から放出される。ライン２５を介して供給された油は、射出ピストン５及びスクリュ６を後退させて、ノズルにおいて「サックバック（吸い戻し(suckback)」（プルバック(引き戻し（pullback)））を与える。ライン２５には、放出される油を計量することにより射出ストローク中のピストン５及びスクリュ６の前進に抵抗する圧力を制御するサーボ制御弁２７も設けられる。これにより、プロファイルされた又は可変の射出ストローク又は射出速度を提供することができる。コントローラ２３は、任意の適当な通信手段２９を介してサーボ弁２６、２７、モータ速度制御部２１、及び遮断シリンダアクチュエータ１７に接続されて、これらそれぞれの動作を選択的に制御するために命令信号を伝える。
【００２９】
スクリュを射出ピストンとして用いながらスクリュを連続的に回転させる場合に直面する問題の１つは、逆止弁の磨耗速度が上昇するおそれがあることである。これは、逆止弁が、スクリュ先端の対応するテーパ状面と係合するテーパ状シール面を有する、スクリュ先端を囲む管状スリーブを備えるチェックリング型(check ring type)である場合に、特に問題となる。このような設計は、スクリュを射出及びパッキング（保持）機能のために前進させるときの溶融物の逆流を防止する。チェックリングスリーブの外面は、バレルボア内で摺動し、部分シール機能を提供して、射出及びパッキング機能中にボアとチェックリング外面との間で溶融体が逆流するのを阻止する。
【００３０】
チェックリング外面とバレルボアとの間の隙間の程度に応じて、リングは回転に逆らい、スクリュが回転するときに一緒に回転するのではなく、スクリュが往復するときにバレルに沿って摺動するだけである。その結果、過去に、スクリュを射出機能のために前進させてチェックリングのテーパ状シール面をスクリュのテーパ状面と係合させるときに、回転するスクリュ及び回転しないチェックリングシールは、リングがスクリュと同じ速度で回転するまで互いに擦れ合っていた。この摩擦作用が、テーパ状シール面の磨耗速度を加速させていた。
【００３１】
本発明の好適な実施形態では、スクリュとともに回転することによりこの磨耗問題をなくすか又は最小限に抑える噛み合い又は「溝付き（castled）」式のチェックリング、好ましくはＳｐｉｒｅｘ  Ｆ−ＬＯＣ型チェックリングが用いられる。代替的に、本発明の別の実施形態によれば、逆止め玉弁式の逆止弁を用いてもよい。
【００３２】
３．方法
動作の際に、スクリュ位置及び作動油圧力が感知される。所望のショットサイズに達すると、サーボ弁２６が閉じてスクリュの並進運動を止めることで、シリンダボア内の圧力が上昇し、スクリュ６の後退が防止される。代替的に、油圧をシリンダのボア側に加えて、スクリュが回転しながら後退するのを防止してもよい。図８は、リカバリー中の背圧（ｐｓｉで測定）とスクリュの並進速度（ｍｍ／秒で測定）との通常の関係を示す。Ｘ軸と交わるまで線を延ばすことにより、この例でスクリュの並進を止めるには約５１７１０６７．９７パスカル（約７５０ｐｓｉ）という低い背圧しか必要ないことが分かる。これは、比較的低い油圧を用いてスクリュの並進を制御できることを示す。スクリュ先端１２の下流にある樹脂の圧力は、作動油がピストンに加える圧力に正比例して上昇する。圧力がスクリュによって発生される圧力を超えると、この圧力は逆止弁１１を閉じることで、逆止弁を通って溶融体が逆流するのを止める。
【００３３】
金型が次のショットを受け入れる態勢になると、遮断ノズル１６が開き（図２参照）、所望の速度（例えば、７５０ｍｍ／ｓ）でスクリュ６を並進させるのに必要な射出圧力（約１３７８９５１４．６パスカル（約２０００ｐｓｉ））まで油圧が上昇する。逆止弁１１は閉じたままであり、溶融体は金型（図示せず）内に射出される。この手順の間中、スクリュ６は回転し続ける。スクリュのドウェル時間（約０．５秒）の間、閉じた逆止弁１１の上流にある樹脂は溶融及び混合され続けるが、必ずしもスクリュフライトに関して前方に搬送されるわけではない。
【００３４】
スクリュの射出ストロークの終了時において、通常はゲートが塞がれるか又は機械的に閉じられるまで、前進圧力（約８２７３０７８．７５パスカル（約１２００ｐｓｉ））が維持され樹脂を金型に詰める。続いて、スクリュをわずかに後退させてランナシステムの「サックバック」（プルバック）又は減圧を行うことができる。この動作中、スクリュは低速で回転し続ける。図３に示すように、遮断ノズル１６が閉じると、スクリュ６が回転し続けながらスクリュのリカバリー及び次のショットの準備が始まる。
【００３５】
スクリュ６の射出速度、すなわち前進運動の速度は、射出ピストンがそのシリンダ内を前進するときに射出ピストンに供給される作動油の計量によって、又はチクソモールディングの場合のように、射出ピストンが移動するときに射出ピストンの後ろにある作動油の計量によって、制御されることが好ましい。これらの油圧「計量」動作は、スクリュ位置センサ２０によって感知されたスクリュの「リアルタイム」位置に応じてコントローラ２３により制御されるサーボ弁２６及び２７によって行われる。したがって、スクリュの射出速度の閉ループ制御が達成される。同様に、スクリュのリカバリーは、スクリュ速度の調整と、射出ピストンの後ろで背圧を与える作動油の「計量」とによって制御されることが好ましい。この機能を制御するサーボ弁２６は、スクリュ位置センサ２０によって感知されたスクリュ位置と、センサ２１によって測定されソフトウェア制御プログラムにより決定されたスクリュの回転速度とに応じて、コントローラ２３により制御される。したがって、スクリュのリカバリーレートの閉ループ制御が達成される。
【００３６】
したがって、プラスチック粒状物は回転スクリュに継続的に加えられ、これらの粒状物は、バレルに沿ってほぼ位置付けられる剪断力及び補助ヒータバンドによる発熱を受ける。溶融体の均質性は、スクリュの連続回転によってさらに向上する。供給スクリュが回転するとき、供給スクリュフライトによって上記下流の槽内に変位する樹脂は実質的にない。
【００３７】
本発明は、バレルの内側とスクリュとの間の流れプロファイルに関する以下の説明を検討することによっても理解することができる。
【００３８】
本発明の文脈において、いわゆる「推進流」及び「背圧」がどのように相関するか、また速度又は速さの観点から、これらそれぞれの速度プロファイル両方がどのように組み合わさって圧力の関数となるかを、よりよく理解するために、図９及び図１０を参照する。図９は、可塑化動作中（通常はスクリュリカバリーの途中）のＲＳスクリュのバレル内の通常の流れプロファイルを示す。図１０は、チェック弁１１の前方に形成される室（すなわち、図１に示すような先端１２の前方の空間）に蓄積する溶融材料間で、プラスチック材料の正味の変位、移動、又は交換が実質的にない、理想的には全くない、均衡のとれた流れ位置を示す。
【００３９】
また、システムの「リカバリーレート」は、実際には可塑化速度、すなわち単位時間当たりのスクリュの出力であることを想起する必要がある。通常、リカバリーレートはグラム／秒等の単位で測定される。
【００４０】
図９を簡単に参照すると、流路の高さ（すなわち、本質的にはスクリュのフライトの深さ）にわたって、推進流プロファイル（すなわち、速度プロファイル）が本質的には三角形であることが分かり、理解できる。この推進流速度プロファイルは、溶融体をノズルの下流に向かって強制搬送させる。したがって、溶融体は、軸方向に往復するスクリュの先端１２の前方に蓄積し得る。スクリュのフライトのピッチは推進流の発生に関与することが、さらに理解されるであろう。当然ながら、フライト及びバレルの内部両方の摩耗を防止するために、フライトは概して、バレルの内径よりも名目上わずかに小さな直径を有するが、スクリュの全径（フライトの先端から測定した）は、特定の処理、例えば高い混合機能を提供するためにスクリュの長さに沿って変わり得る。スクリュのシリンダ内で発生される油圧により生じる背圧プロファイルに関しては、これは、ほぼ対称であるが、流路の縁（高さ）でゼロ速度となる本質的に放物線状の速度プロファイルを有する。
【００４１】
推進流及び背圧の速度プロファイルを積算すると、混合を生じる非対称な放物線関数（流路高さにわたって）が得られるが、このプロファイルでは、チェック弁１１を通って前方への（溶融）材料の流れが優勢となる。したがって、溶融材料は、ノズルの遮断弁１６とスクリュの軸方向並進先端１２との間に画定される蓄積体積又は室内に集められる。蓄積体積又は室は、先端の左側の領域として図１〜図３に示される。
【００４２】
リカバリー（すなわち、可塑化）中にスクリュが常にではないとしてもほぼ常に、プラスチックの最大剪断発熱及び最大処理量を得るために最高速度で運転されていた従来のシステムと比較することにより、本発明をより一層理解することができる。このような従来のＲＳシステムでは、射出目的でフル（すなわち、完全）ショットを蓄積する前の時点で、スクリュ回転をゼロに減速する必要があった。平均スクリュ速度が最適な可塑化のための公称（利用可能な最高の）スクリュ速度設定よりも低いため、この減速は有限のかなりの時間を要し、したがって浪費につながり、リカバリーレートの浪費につながることとなる。スクリュをゼロまで減速する必要があるという従来の考えは、ｉ）（特にプラスチック処理の状況において）射出後にスクリュに辛うじて最少量の材料を保持し、この材料が保持及びパッキングに用いられることが望ましいように思われること、ｉｉ）バレル内でのプラスチックの滞留すなわちドウェル時間を最短にすることが望ましいように思われること、及びｉｉｉ）ショットサイズに達すると、それ以上の溶融材料が蓄積する場所がなく、したがってリカバリーレートをゼロまで低下させる必要があることに起因していた。
【００４３】
補足的には、射出後に、従来のシステムのスクリュ速度は、最適なリカバリーレートを得るために上昇させる必要があり、これは時間がかかり、スクリュと、樹脂（通常は半固体／部分液体形態）と、バレルの内面との間の慣性力を克服するのに必要なエネルギー消費の増加を招いていた。
【００４４】
当然ながら、発熱は概して剪断効果により誘発されており、プラスチックの特性は過熱により悪変しやすいため、最大スクリュ速度は、当然ながら用いられる材料に応じて決まっていた。この考慮事項は、ＰＥＴ、ＰＶＣ等の射出成形環境でのプラスチックの処理に特に関係がある。しかしながら、処理される材料が熱により特性変化しにくい従来のシステムでは、最大スクリュ速度はシステムの最大効率及び最大処理量を確実にすることが望まれていた。
【００４５】
基本となる発明概念に関しては、本発明は、本質的にはショットサイズを画定し、実際には、背圧を動的に調整することによってリカバリー段階中にそのショットのために蓄積される材料の量を制御する。理解されるように、背圧は通常、油圧作用によって、具体的にはサーボ弁（図１の要素２６及び２７）のプロセッサベース制御、したがって射出ユニット全体に関連する射出シリンダ内の油圧のシステム制御によって発生される。より具体的には、所望の溶融体体積が蓄積するか又は所望の溶融体体積にほぼ近づくと、本発明においては、スクリュの軸方向並進が停止して、推進流及び背圧の速度プロファイルが互いに反作用して実質的に、理想的には完全に均衡がとれた流れプロファイルを作り出すまで、背圧の上昇を制御させる。
【００４６】
図１０は、放物線状の背圧速度プロファイルが増大して、ゼロ（又はほぼゼロ）のリカバリーレートを有する積算流れプロファイル(summed flow profile)１００を生成することを示している。高い背圧まで急激に変化させるよりも、溶融材料の所望の蓄積体積で均衡が得られるまで背圧を徐々に上昇させることが好ましいであろうと想定される。
【００４７】
従来のシステムとは対照的に、本発明では、スクリュの軸方向並進が背圧によって阻止される一方でスクリュの回転速度は維持されている。さらに、ホッパ（図１の符号８）の重力供給の観点から、バレル内の持続的な圧力及び体積環境により、さらなるバージン(virgin)材料がホッパからスクリュに入ることが防止される。したがって、得られたショットサイズで達する平衡位置では、制御システム及びプロセスは実質的にゼロのリカバリーレート及びゼロのメルトフローを達成する。さらに、スクリュ速度が完全にではないとしても実質的に維持されることで、スクリュの上端内（上流、すなわち、チェック弁の後ろ）で剪断発熱がプラスチック粒状物を溶融し続け、これにより時間が節約される。
【００４８】
適当な体積の溶融材料（金型充填の完了に必要な体積をわずかに超え得る）が蓄積された後で、背圧を再び通常は上昇させてスクリュを前方に押すことにより、ノズルを通した射出が開始する。当然ながら、所望の体積の蓄積から射出までにはわずかな遅延が生じるが、この遅延は、例えば下流のマニホルド又は金型への射出を可能にするために遮断弁１６を機械的に作動させることに起因する。スクリュが動作速度で回転し続けると、本発明のコントローラは通常、スクリュをバレルヘッド１４に向けて軸方向前方（並進）移動させるために閉ループ速度制御をサポートする。
【００４９】
概して、理解されるように、背圧のレベルは可塑化される材料の粘度に応じて必然的に変わる。
【００５０】
射出の後で、本発明のシステムは通常は保持段階に移り、この段階でコントローラは、例えばスクリュ位置、終了時間、キャビティ圧力、又は油圧のうち１つ又は複数によって決まる閉ループ圧力制御を行う。保持は、当業者には容易に理解される従来技法であり、既知の技術を用いた既存の（従来技術の）ＲＳ射出ユニットで行われる。したがって、図１の例示的な状況は、射出及び保持機能がサポートされ得ることを確実にするのに必要なセンサ及びロジック（コントローラ２３内の）を含むものと理解されるであろう。
【００５１】
射出では、チェック弁（逆止弁）１１は本質的に、ノズル１３からの溶融材料の逆流を防止するために動作する。
【００５２】
本発明は、背圧及びスクリュの速度を動的に変えて、図１０に示すゼロリカバリーレート及び均衡のとれた流れ状態を維持する能力も意図している。したがって、射出の開始から保持の終了まで、本発明では以下のことが意図される。
【００５３】
１．チェック弁を越える流れをゼロ又は実質的にゼロにするための、背圧及びスクリュ速度の動的な調整を行うこと。この動的調整は、バレル内でチェック弁の上流に位置する圧力変換器を用いて感知されることが好ましいが、当業者によって理解される代替的な方法、例えば、所望の結果に基づいた経験的決定及びその後の動作設定を用いてもよい。圧力変換器は、システムコントローラ２３に結合され、システムコントローラはモータ３と油圧供給ライン２４及び２５のサーボ弁２６及び２７とを制御するように動作する。理解されるように、スクリュの動作速度の制御は、モータ３並びにサーボ弁２６及び２７が速度を上昇させる能力の影響を受ける。その結果、スクリュ速度は、リカバリー中にその上限から戻してその後の射出及び保持中に上昇させることができるようにする必要があるであろうが、スクリュ速度を戻しても、単位時間の平均処理量は依然として多くなることが理解されるであろう。及び／又は
２．不均衡な流れプロファイル及び補償不可能な背圧により生じると予想される逆流に対処するための、蓄積した材料のサイズをわずかに増加させるスクリュ位置の補償を行うこと。
【００５４】
射出及び保持の終わりに、スクリュはリカバリー状態になり、ここで第１のアクチュエータの背圧が低下してスクリュが後方に移動し始める。リカバリーレートはスクリュで増加するが、このときリカバリー時間はスクリュ速度を上昇させる必要があることによる影響を受けない。プロセス全体でスクリュを回転させ続けることで、本発明により得られるリカバリーレートは従来技術のシステムのリカバリーレートよりも著しく速いが、材料（例えば、プラスチック）のドウェル時間は長くなる。
【００５５】
要約すると、本発明は、スクリュの毎分回転数を動的に変え、背圧を調整してスクリュの位置を制御するとともにリカバリーレートを制御する。
【００５６】
理解されるように、ショットサイズ対スクリュの直径の比（ショット利用率と呼ばれる）は、射出ショット及びサイクルの再現性（例えば、送出重量）に比例する。換言すれば、ショット利用率が高いほど再現性及びサイクルの一貫性が高くなる。スクリュが本質的に小さいほど、大径のスクリュと比較して比較的高いショット利用率を有するため、できるだけ小さな（したがって安価な）スクリュを用いることが好ましい。しかしながら、過去に、ボア／直径が小さなスクリュは大径のスクリュよりも低いリカバリーレートを有するという事実が、その選択に影響を与えてきた。その結果、顧客はこれまで、サイクルタイム及び出力の要件を満たすために大きなスクリュを用いざるを得ないことが多かった。本発明の概念を用いることにより、新たな機械でも制御ソフトウェアのアップロード（また、必要な場合には制御センサの設置）でも、本発明は、小さなスクリュを用いて高い処理量、すなわち高いリカバリーレート及びより効率的且つ費用効果的な動作を得ることを可能にする。
【００５７】
４．利点
本発明の装置及び方法によれば、未溶融体の樹脂混合及び溶融が改善される。ガラス長繊維等、充填材又は強化材を含有する樹脂の場合、溶融体中の充填材又は繊維のより均一な分布が達成される。スクリュは連続して回転するときにより低い速度で動作することができるため、溶融体とともに処理されるときの繊維の破断が少なくなり、これにより成形物の強度及び品質が高くなる。
【００５８】
感熱性樹脂の場合、溶融体の劣化も低減される。これにより、例えば、ＰＥＴを処理するときにアセトアルデヒド（ＡＡ）の発生も少なくなる。より高価な２段射出ユニットを用いて以前に得られていたのと同じＡＡ発生性能を、本発明の連続可塑化ＲＳ射出ユニットを用いて得ることができる。
【００５９】
さらに、本明細書に記載される方法及び装置を用いると、溶融体処理量当たりの費用（＄／Ｋｇ／時で測定）及び溶融体処理量当たりのエネルギー消費（Ｋｗ／Ｋｇ／時で測定）が少なくなる。図５は、連続リカバリーモードで動作する好適な実施形態のＲＳ型射出ユニットに関する動作チャートのシーケンスを示す。射出成形プロセスの各ステップは、「Ｓ／Ｏ開放」で始まり「型締め」で終わる注釈付き囲い（text  box)によって正しいシーケンスで記されている。さらに、成形シーケンス中の各時点で上下するスクリュの相対回転速度及び相対溶融体圧力を表すグラフ線が示されている。（この文脈では、「Ｓ／Ｏ」は「遮断」を意味し、金型への樹脂流を制御するノズル内の弁１６に関連する。）
【００６０】
図５を参照すると、グラフは、溶融体圧力を表し、左側の垂直軸（溶融体圧力（ｐｓｉ）と表示されている）に対応する。溶融体圧力は成形サイクル中に変わり、そのタイミングは水平軸（時間（ｓ）と表示されている）で示される。溶融体圧力を左から右へ読むと、溶融体圧力は低い値で始まり、次に急上昇して射出の終わりでピークに達し、次に低下して保持段階中に中程度の圧力で保たれ、次に冷却中に周囲値まで低下した後で、金型が開いて部品が取り出される。次に、溶融体圧力は、型締め期間の終わりの間に上昇し始める。
【００６１】
図５のグラフの実線は、スクリュ速度を表し、右側の垂直軸（スクリュ速度（ｒｐｍ）と表示されている）に対応する。スクリュ速度は成形サイクル中に変わる。スクリュ速度を左から右へ読むと、スクリュ速度は遮断弁開放中に中程度のレベルで始まり、射出及び保持中にわずかに高い値に上昇し、次に冷却の初期部分中にわずかに低い値に低下し、次に冷却の後半部分中そして型締めの後半部分までのこのサイクルの残りの部分において大幅に高い値に上昇してから、スクリュ速度はそのもとの中程度のレベルに低下する。なお、遮断弁の閉鎖及びスクリュのプレプルバックの動作は、サイクルのうち金型冷却部分の一部と同時に行われ、スクリュリカバリーは、サイクルのうち金型冷却部分の一部、型開き、部品取り出し、及び型締めの一部と同時に行われる。また、スクリュのポストプルバックは、サイクルのうち型締め部分の一部と同時に行われる。図５を図４と比較すると理解されるように、連続リカバリーモードは射出ユニットがより効率的に動作することを可能にし、これについては次に説明する。
【００６２】
本発明の方法及び装置を用いると、小さなスクリュほど小さなモータによって低速で駆動することができ、その結果、制御部、ブレーカ等の費用が減る。これは、機器の費用の大幅な節約につながる。また、低いスクリュ速度を利用するため、等価な溶融体処理量を有する従来のユニットよりもユニットの動作が静かになる。
【００６３】
従来のＲＳユニットは、各成形サイクル中にスクリュ回転を停止及び開始させる。これは、モータからの高ピークトルク要求を引き起こし、これはさらに高いピークエネルギー量の消費をもたらす。成形サイクルのうちスクリュが回転していない部分の間、溶融体の混合及び可塑化が一時停止される。連続スクリュ回転は、モータからの断続的な高ピークトルク要求をなくし、溶融体の混合及び可塑化を常に行なわせる。その結果、ピークエネルギー要求が低くなり、ユニットからの全体的なエネルギー消費が少なくなる。
【００６４】
図６は、非連続回転手法を用いたリカバリー開始時のスクリュの初期回転中に、スクリュフライトが充填されるのに要する従来技術の「再充填」時間を示す。スクリュは回転しているが、フライトが充填されて押し当たるものができるまでは並進しない。その結果、スクリュが可塑化のために再び回転し始めると、フライトと未溶融樹脂粒状物との間に閉じ込められた空気を抜くよう考慮しなければならない。また、バレルの所与の容積内で溶融可能な新鮮な樹脂はほとんどない。
【００６５】
連続回転するスクリュを用いると、射出及び保持中に開いたホッパ口の下を通過するときにスクリュが回転していることによってより多くの樹脂を取り込むことができ、その結果、より多くの量を可塑化可能であり、欠点（図６に示す）が改善される。また、バレルの同じ容積内に閉じ込められる空気が少なくなる。図７は、この点を示しており、リカバリーの開始時にスクリュが即座に並進し始める、すなわち、図６に示すような「再充填」時間がないことを示すことにより、上記のことを示している。
【００６６】
上記利点の全てが、所与のスクリュ直径、スクリュ長さ、及び駆動システムで溶融、混合、及び均質化できる樹脂の具体的な処理量が多くなることを意味する。連続回転ＲＳユニットを用いたこのような処理量の増加は、この機構を不可能なものであるとして軽視していた従来の認識に反するものである。連続回転の利点は、図６及び図７を比較することにより視覚化することができる。図６は、サイクルのうちリカバリー段階中にのみスクリュを回転させる従来の成形サイクルを用いると、成形サイクルが５．２９秒で終了することを示す。図７は、スクリュを射出及び保持中にも回転させると、同じ成形サイクルが４．０７秒で終了することを示す。
【００６７】
好適な実施形態は、スクリュを回転させる電気モータとスクリュを並進させる油圧シリンダとを用いる射出成形機の状況で説明したが、本発明が、代替的だが等価な駆動技法を用いて軸方向並進、スクリュ回転、背圧、及び推進流を発展させることができることが、理解されるであろう。したがって、例えば油圧シリンダに関する言及、又は油圧シリンダによって果たされる機能のいずれも、その機能上最も広い意味で解釈されるべきである。
【００６８】
さらに、実用上の観点から、射出圧力がスクリュ及びそのフライトから離れた領域に限られるようになるため、チェック弁はスクリュの先端付近に、理想的には先端に直接隣接して位置付けられるのが最適であることが理解されるであろう。この構成では、バレルの前端がより高い圧力環境に対応するとともにより堅牢に構成されるように、バレルの構造的構成はその長さに沿って変えることができる。
【００６９】
さらに、本発明の好適な実施形態は概して、スクリュの連続動作（これが選択期間で低速であるとしても）を提唱しているが、ユニットの射出サイクル全体の種々の段階の１つ又は複数で、例えばリカバリー中に、スクリュ回転速度の低下及び即時の上昇があるという点で、プロセスは実質的に連続的であり得ると理解される。従来技術［スクリュの回転を低下させ、次にスクリュ（チェック弁で射出圧力を支持するように構成される）をスクリュリカバリー期間外はずっとゼロの回転速度で保つ（図４参照）］とは対照的に、本発明の実施形態は、ゼロ回転速度の状態が短時間しかないようにすることができる。往復スクリュの回転は、全サイクルタイムの約３０％未満、好ましくは全サイクルタイムの約２０％未満、最も好ましくは全サイクルタイムの約１５％未満の時間の間ゼロに低下され得る。しかしながら、このような状態は、システムの動作効率を低下させ、したがってバレル内の或る時点で射出圧力を発生させる射出ユニットの往復スクリュ環境での連続スクリュ回転を用いることにより得られる利益が損なわれる。
【００７０】
実用的な観点から、スクリュの回転は、サイクル全体の５０％よりも長い間、好ましくはできる限り１００％に近い時間の間、その最大付近又は最大であることが好ましいであろう。とはいえ、既存のシステムに勝る本発明の利益は、スクリュの回転がサイクル全体の少なくとも約６０％、好ましくは少なくとも約７０％、最も好ましくは少なくとも約８０％の間、最大又は最大付近であっても得られるであろう。当然ながら、スクリュが最大又は最大付近の回転速度で動作していないときはいつでも、平均スクリュ回転速度（及び平均リカバリーレート）が低下することにより全体の可塑化処理量（及び全体のリカバリーレート）が減少する。
【００７１】
５．結論
このように、スクリュの並進中を含むユニットの動作全体を通したスクリュの連続回転を利用することにより、ＲＳ射出ユニットを効率的に動作させる方法及び装置を説明してきた。このために、逆止弁又はシールが設けられてフライトとともに樹脂の変位に抵抗する。これらの特徴は、効率を高め、機器及び動作の費用を減らす。本発明の概念（すなわち、ＲＳユニットでのスクリュの連続回転）は、逆止弁（バレルのノズルにある）を変更することができる既存のシステムに適用可能であり、さらにスクリュのフライトが連続回転を支持する。システムの変更を行うために、ソフトウェア制御モジュール（ＣＤＲＯＭ又は専用チップから記憶されアップロード可能なもの等）をシステムコントローラ（図１の参照符号２３）にロード又は他の方法でプログラムして、射出ユニットの動作及びシステムタイミングを変更することができる。本質的に、ソフトウェアプログラム（通常はコンピュータ読み取り可能媒体上にある）が、ＲＳ射出ユニットと既存のシステム内のセンサ（図１に示す構造に例示されているような）により決定されるプロセス制御パラメータとに関連するサーボ弁の作動及び停止のタイミングを変更する。
【００７２】
当業者であれば、チクソモールディング機、金属射出成形機、及び他の同様の射出成形機、並びにＲＳ射出ユニットと同様の一般的構成及び設計を有するこのような機械の動作方法にも同様に、本発明を適用可能であることを認識するであろう。
【００７３】
添付図面において輪郭で示すか又はブロックで示した個々の構成部品は全て、射出成形技術分野では既知であり、これらの特定の構成及び動作は本発明を実施するための動作又は最良の形態にとって重要ではない。
【００７４】
本発明は好適な実施形態であると目下みなされるものに関して説明してきたが、本発明が開示された実施形態に限定されないことを理解されたい。反対に、本発明は、添付の特許請求項の精神及び範囲内に含まれる種々の変更及び均等な構成を包含することが意図される。例えば、本発明の好適な実施形態は、油圧制御式の射出ユニットに関して説明したが、本発明では、射出圧力を電気システム又はその機能的均等物によって発生させることもできる。したがって、射出ユニットという用語は、広い機能的な意味で考えるべきである。また、本発明は、チクソモールディング機及び金属射出成形機に応用することができる。添付の特許請求の範囲は、このような変更並びに均等な構造及び機能の全てを包含するように最も広義に解釈されるべきである。
【００７５】
上述の米国特許文献及び外国特許文献は全て、参照により好適な実施形態の詳細な説明に援用される。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】リカバリーストロークの終わりにおける、本発明の概念に対応することができるＲＳ射出ユニットの側面図である。
【図２】射出ストロークの終わりにおける、本発明の概念に対応することができるＲＳ射出ユニットの側面図である。
【図３】リカバリーストローク中の、本発明の概念に対応することができるＲＳ射出ユニットの側面図である。
【図４】従来のＲＳユニット又は非連続リカバリーサイクルのシーケンスチャートである。
【図５】本発明による連続リカバリーサイクルのシーケンスチャートである。
【図６】図４のリカバリーサイクル中のスクリュ速度及びスクリュ位置を示すチャートである。
【図７】図５の連続リカバリーサイクル中のスクリュ速度及びスクリュ位置を示すチャートである。
【図８】従来のリカバリー用途及び連続リカバリー用途両方に典型的な、スクリュ並進速度対背圧を示すチャートである。
【図９】推進流成分が背圧流成分よりも大きい場合の、バレル内の溶融体の正味流れプロファイルを示すチャートである。
【図１０】推進流成分が背圧流成分と等しい場合の、バレル内の溶融体の正味流れプロファイルを示すチャートである。
【図１】
2007518604.tif 000003
【図２】
2007518604.tif 000004
【図３】
2007518604.tif 000005
【図４】
2007518604.tif 000006
【図５】
2007518604.tif 000007
【図６】
2007518604.tif 000008
【図７】
2007518604.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007518604.tif 000011
【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年10月30日(2006.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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【国際調査報告】
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2007518604.tif 000015
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