(57)【要約】【課題】従来の技術では達成し得なかった高精度な溶融材料の計量を簡易な構成で実現できる射出装置のスクリュの逆流防止弁及び射出装置の制御方法を提供する。【解決手段】加熱筒２３に回転かつ往復動可能に嵌挿されたスクリュ２０を回転させて材料を可塑化するときには溶融材料を流通可能とし、前記スクリュ２０を前進させて前記溶融材料を射出するときには前記溶融材料の逆流を阻止するように、前記スクリュ２０の先端に設けられる逆流防止弁１０であって、前記スクリュ２０に該スクリュ２０の軸ＳＡ方向と直交する方向が座面１６ａとなるように設けられた弁座１６と、前記弁座１６に対してスクリュ２０側から連通して形成された連通路２７と、前記弁座１６に配置され該弁座１６と当接又は離隔して前記連通路２７を開閉する弁体１９とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱筒に回転かつ往復動可能に嵌挿されたスクリュを回転させて材料を可塑化するときには溶融材料を流通可能とし、前記スクリュを前進させて前記溶融材料を射出するときには前記溶融材料の逆流を阻止するように、前記スクリュ先端に設けられる逆流防止弁であって、
前記スクリュに該スクリュの軸方向と直交する方向が座面となるように設けられた弁座と、
前記弁座に対してスクリュ側から連通して形成された連通路と、
前記弁座に配置され該弁座と当接又は離隔して前記連通路を開閉する弁体
とを有することを特徴とする逆流防止弁。
【請求項２】
前記弁体は、球状である請求項１に記載の逆流防止弁。
【請求項３】
前記連通路は、前記弁座近傍において、前記弁座の座面直交方向に形成されている請求項１または２に記載の逆流防止弁。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の逆流防止弁を備えた射出装置を制御するに際し、前記スクリュを常に同じ回転角度で停止させて可塑化工程を終了させ、その停止回転角度を保持して射出を開始させることを特徴とする射出装置の制御方法。
【請求項５】
前記スクリュの停止回転角度は、前記弁座の座面直交方向が垂直であって、前記弁体が前記弁座の上方に位置するように設定された請求項４に記載の射出装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機における射出装置のスクリュの逆流防止弁及び射出装置の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
逆流防止弁は、特許文献１に示されるように、従来から様々な形態が提案されてきた。そのうち最も多く採用されているのは、特許文献１の図２に示される逆止リング方式である。逆止リング方式の逆流防止装置は、前部に円錐（すい）形のヘッド本体部を、後部に小径部を有するスクリューヘッドと、該小径部の後方に延びる雄ねじを備える。そして、該雄ねじと前記スクリューの前端に形成された雌ねじとを螺合させることによって、スクリューヘッドをスクリューに固定することができるようになっている。また、前記小径部の外周に環状の逆止リングが配設され、両者間に樹脂流路が形成される。そして、メータリング部の前端に、前記逆止リングの後端と接離自在にシールリングが配設される。
【０００３】
しかしながらこの従来の逆流防止装置は、射出工程時にスクリューを前進させることによって、逆止リングの後端をシールリングに当接させてシールを行うようになっているので、シールが開始されるタイミングが、樹脂の混練状態、分散状態、粘度、温度等、及び射出を開始したときの射出速度の立上がりの各成形条件によって変動するだけでなく、同じ成形条件でも変動することがある。その場合、シールが終了するまでにスクリューが前進する分だけ樹脂が逆流してしまう。そこで、計量工程が完了したときに、スクリューをいったん逆回転させることによって、逆止リングの後端をシールリングに当接させてシールを行うようにした逆流防止装置が提供されている。
【０００４】
ところが、逆止リングより後方の樹脂圧を、逆止リングより前方の樹脂圧に対して十分に低くすることができないので、射出を開始する前にシールを完全に終了させることができない。したがって、射出を開始したときに、樹脂圧を十分に高くすることができず、充填時間が長くなり、充填が終了する前に樹脂の温度が低くなったり、樹脂の粘度が高くなったりしてしまう。また、前記スクリューヘッドに逆止リングを配設するために、ヘッド本体部の後方に小径部を形成し、該小径部の雄ねじと前記スクリューの前端に形成された雌ねじとを螺合させることによって、スクリューヘッドをスクリューに固定するようになっているので、樹脂を可塑化する初期状態において、樹脂の温度が十分に高くなっていないときに、スクリューヘッドが折損してしまうことがある。
【０００５】
そして、計量工程が完了したときに逆止リングが移動する量が多くなり、シールを終了するまでに必要な時間が長くなるだけでなく、その時間が計量工程毎に異なるのである。そこで、この課題を解決するボール方式の逆流防止装置が提供されている。特許文献１の図３には従来の他の逆流防止装置であるボール方式の逆流防止装置が示されている。
【０００６】
特許文献１の図３において、１１は加熱シリンダ、３２はスクリューであり、該スクリュー３２は、メータリング部３３、及び該メータリング部３３に螺合され、メータリング部３３と同じ外径を有するスクリューヘッド３４から成る。前記スクリュー３２は、前記加熱シリンダ１１内を後方（図における右方）に延び、メータリング部３３の表面には、螺旋状のフライト３５が形成され、該フライト３５間に溝３６が形成される。
【０００７】
そして、前記スクリューヘッド３４は、前端において開口し、後方に延在させて形成された樹脂流路４１、及び後端において該樹脂流路４１と連通させて形成されたバルブ室４３を有する。また、前記メータリング部３３は前端において開口し、後方に延在させて形成された樹脂流路４６、及び該樹脂流路４６と溝３６とを連通させて形成された樹脂流路４７を有する。そして、前記樹脂流路４６の前端には弁座４５が形成され、該弁座４５にボール４９がスプリング５０の付勢力によって押し付けられる。
【０００８】
しかしながらこのボール方式の逆流防止装置においては、前記逆止リング方式における問題はある程度解決されるが、高温でかつ高圧の樹脂がスプリング５０に接触することになるので、該スプリング５０が劣化し、逆流防止弁の耐久性が低くなってしまう。また、スプリング５０のような付加部材があるため、樹脂の滞留が発生して樹脂の色や種類を変更する際に容易に交換されないという問題もある。
【０００９】
さらに、特許文献１の発明に係る逆流防止装置は、前記逆止リング方式および前記ボール方式とは異なり、溝５６が形成されたメータリング部５８と、該メータリング部５８の端面に配設され、開放状態及び閉鎖状態に置かれ、開放状態においてスクリュー５２より前方と前記メータリング部５８とを連通させ、閉鎖状態においてスクリュー５２より前方と前記メータリング部５８とを直接遮断する閉鎖部材とを有する。該閉鎖部材は、少なくとも一部が弾性材料によって形成され、また、スクリュー５２より前方と前記メータリング部５８との間に形成された遮断部６３ａ、及び該遮断部６３ａと一体的に形成され、遮断部６３ａを閉鎖状態に向けて付勢する付勢支持部６３ｂから成る。
【００１０】
このような逆流防止装置においても、前記ボール方式の逆流防止装置における課題が完全に解消されたとは言えないのである。
【特許文献１】特開平１０−１９３４１２号公報（第１頁〜６頁、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来の技術では達成し得なかった高精度な溶融材料の計量を簡易な構成で実現できる射出装置のスクリュの逆流防止弁及び射出装置の制御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】
【００１２】
すなわち、請求項１の発明は、加熱筒に回転かつ往復動可能に嵌挿されたスクリュを回転させて材料を可塑化するときには溶融材料を流通可能とし、前記スクリュを前進させて前記溶融材料を射出するときには前記溶融材料の逆流を阻止するように、前記スクリュ先端に設けられる逆流防止弁であって、前記スクリュに該スクリュの軸方向と直交する方向が座面となるように設けられた弁座と、前記弁座に対してスクリュ側から連通して形成された連通路と、前記弁座に配置され該弁座と当接又は離隔して前記連通路を開閉する弁体とを有することを特徴とする逆流防止弁に係る。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１において、前記弁体は球状である逆流防止弁に係る。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記連通路は、前記弁座近傍において、前記弁座の座面直交方向に形成されている逆流防止弁に係る。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の逆流防止弁を備えた射出装置を制御するに際し、前記スクリュを常に同じ回転角度で停止させて可塑化工程を終了させ、その停止回転角度を保持して射出を開始させることを特徴とする射出装置の制御方法に係る。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４において、前記スクリュの停止回転角度は、前記弁座の座面直交方向が垂直であって、前記弁体が前記弁座の上方に位置するように設定された射出装置の制御方法に係る。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明は、加熱筒に回転かつ往復動可能に嵌挿されたスクリュを回転させて材料を可塑化するときには溶融材料を流通可能とし、前記スクリュを前進させて前記溶融材料を射出するときには前記溶融材料の逆流を阻止するように、前記スクリュ先端に設けられる逆流防止弁であって、前記スクリュに該スクリュの軸方向と直交する方向が座面となるように設けられた弁座と、前記弁座に対してスクリュ側から連通して形成された連通路と、前記弁座に配置され該弁座と当接又は離隔して前記連通路を開閉する弁体とを有するので、極めて高精度に溶融材料の計量を簡易な構成で実現することができる。
【００１８】
請求項２の発明は、前記弁体は球状であるので、弁座との当接が良好に行われ逆流防止効果が高まる。
【００１９】
請求項３の発明は、前記連通路は、前記弁座近傍において、前記弁座の座面直交方向に形成されているので、弁体直下の溶融材料の下降が促進され、弁体の下降が助勢される。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の逆流防止弁を備えた射出装置を制御するに際し、前記スクリュを常に同じ回転角度で停止させて可塑化工程を終了させ、その停止回転角度を保持して射出を開始させるので、弁体と溶融材料の下降量が常に一定となり、溶融材料の計量に変動がない。
【００２１】
請求項５の発明は、前記スクリュの停止回転角度は、前記弁座の座面直交方向が垂直であって、前記弁体が前記弁座の上方に位置するように設定されるので、弁体と溶融材料の下降する力が最大となり、溶融材料の逆流をより効果的に防止して計量を高精度に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明を実施する射出装置を概略的に示すとともにそれを制御する制御装置を示すブロック図、図２は本発明の逆流防止弁の射出装置における装着状態を示す縦断面図、図３は図２における逆流防止弁の平面図、図４は本発明の制御方法を示す流れ図である。
【００２３】
図１ないし図３に示すように、射出成形機の一部である射出装置３０は、プラスチック、金属またはセラミック等の材料を可塑化して溶融材料２６となしたものを図示しない型締装置の金型へ射出するものである。加熱筒２３は、肉厚円筒状の耐摩耗・耐腐食性金属でなり、その内孔２４にスクリュ２０を回動かつ往復動可能に嵌挿し、その外周に加熱温調のための図示しないヒータが捲着され、その前端面には金型へ当接・連通して溶融材料２６を導くノズル２５を有する。スクリュ２０は、その外周に材料を溶融しつつ前方に搬送するための螺旋状のリード２１と、リード２１により形成される溝２２とを有する。スクリュ２０の前端部には逆流防止弁１０が設けられている。
【００２４】
図２に示すように、逆流防止弁１０は、スクリュ２０の前端部に螺着される弁基材１１と、弁基材１１の雄螺子５２に雌螺子５３と螺合して螺着される弁頭材１２と、弁頭材１２に緩嵌された弁体１９からなる。弁基材１１は、スクリュ２０の溝２２と同径の小径部５０と、加熱筒２３の内孔２４の径より僅か小径の大径部５１と、大径部５１より小径の雄螺子５２とがスクリュ２０側から連設されてなる。弁基材１１の雄螺子５２端面の中心軸であるスクリュ軸ＳＡ（破線にて図示）には軸通路１４が穿孔されている。軸通路１４の底部分には、三等分に放射状に貫通して穿孔された３つの傾斜路１３（図３参照）が連通し、傾斜路１３は溝２２と内孔２４から形成される空間に小径部５０において開口している。
【００２５】
弁頭材１２は、外径が内孔２４の径より僅か小径で内部に雌螺子５３を有するシール部５４と、シール部５４より小径の円筒部５５と、円筒部５５と滑らかな表面で接続された円錐部５６とがスクリュ２０側から連設されてなる。シール部５４は、内孔２４との間に僅かな隙間を有し、その隙間は逆流防止弁１０の回動および往復動が容易でかつ溶融材料２６の浸入を許さない程度に設定されている。円筒部５５の円周上一箇所には、前記スクリュ軸ＳＡ方向と直交する方向が座面１６ａなるように設けられた弁座１６を配した垂直路１８が穿孔され、垂直路１８は垂直路１８より小径の屈曲路１５に連通している。
【００２６】
図２に示すとおり、弁座１６は、垂直路１８と屈曲路１５との連通部分に設けられ、前記垂直路１８と前記屈曲路１５のそれぞれの内径の中間値を有する環状突起である。ここで、座面１６ａとは、弁座１６と弁体１９との当接可能となる箇所に形成される面を表す。また、前記座面１６ａにおいて、当該座面１６ａと直交する座面直交軸ＶＡ（破線にて図示）とスクリュ軸ＳＡとは直交する関係にある。
【００２７】
屈曲路１５は、弁座１６に対してスクリュ側から連通して形成された連通路２７の一部であり、その縦断面は「レ」字状に形成される。さらに、前記連通路２７の垂直路１８側の連通部近傍（すなわち、屈曲路１５）は垂直路１８と同方向（垂直同方向）に形成される。同時に、前記屈曲路１５では、当該連通路２７の垂直路１８側と逆方向のスクリュ側（軸通路１４に接続される側）は雌螺子５３が設けられた凹部の中心軸であるスクリュ軸ＳＡ方向に開口している。
【００２８】
したがって、垂直路１８、弁座１６における座面１６ａの座面直交軸ＶＡ、および屈曲路１５（弁座に対してスクリュ側から連通して形成された連通路２７の一部）の垂直路１８側の連通部近傍は、同方向（垂直同方向）に構成されている。
【００２９】
弁体１９は、鋼球等からなり、弁座１６と線接触または狭い面接触で当接する位置と、弁座１６から離隔して内孔２４の表面に当接する位置（図２に示す）との間を垂直路１８内で座面１６ａにおける座面直交軸ＶＡ方向上を移動可能として設けられている。すなわち、弁体１９の直径は、弁座１６の直径より大きく、垂直路１８の内周を三等分した位置に突設した３つの案内部１７の内径より僅かに小さく設定されている（図２及び図３参照）。このように、弁体１９は、球体であることが弁座１６との接触、もしくは当接が良好に行われ逆流防止効果が高くて好ましいが、円柱状等の他の形状であってもよい。
【００３０】
上記のように構成されているので、可塑化時に、スクリュ２０から逆流防止弁１０に搬送された溶融材料２６は、溝２２から３つの傾斜路１３に分かれて流入し、傾斜路１３、軸通路１４および屈曲路１５からなる連通路２７を経て弁座１６に至る。溶融材料２６は、スクリュ２０の回転に基づく圧力を有しているため、弁体１９を押し上げて流通し、案内部１７、垂直路１８および弁体１９から形成される間隙２８を通過して円錐部５６の方向へ流動する（図２及び図３参照）。そして溶融材料２６は、円錐部５６前方の加熱筒２３内部に所定量貯留されるのである。なお、弁体１９は、スクリュ軸ＳＡから離れて設けられているので、スクリュ２０の回転に基づく遠心力により弁座１６から離隔するように駆動される。このように、本発明の逆流防止弁１０は、既に背景技術において述べたように、スプリングのような弾性部材を有しない簡易な構成であるため、弾性部材に基づく溶融材料２６の流動圧力損失が低減されるとともに、弾性部材に溶融材料２６が滞留して材料の色や種類を変更する際に材料の交換が困難になるという問題が回避できる。
【００３１】
ところで、本発明では、スクリュ２０の回転を溶融材料２６の所定量に相当するスクリュ２０の計量完了位置で停止させるとき、スクリュ２０を常に同じ回転角度で停止させて可塑化工程を終了させ、その停止回転角度を保持させるように制御する。このように制御することにより、弁体１９と溶融材料２６の自重による下降量が可塑化工程の終了後に常に一定となり、溶融材料の計量毎の変動がなくなる。特に、逆流防止弁１０において、弁体１９を弁座１６における座面１６ａの座面直交軸ＶＡ方向上
に位置するように停止回転角度を設定すると、弁体１９と溶融材料２６にかかる自重に基づく下降の力が最大になり最も効果的であるから、その場合の状況を説明する。
【００３２】
可塑化の終了直後から射出開始までの間、スクリュ２０の停止回転角度が一定に上記のように保持されているので、弁体１９および弁体１９直下の溶融材料２６はそれらの自重により下降する。このとき、屈曲路１５の垂直路１８側の連通部近傍は垂直路１８と同方向（垂直同方向、図２中の座面直交軸ＶＡ参照）に形成されているため、弁体１９の直下にある溶融材料２６は容易に下降して弁体１９の下降を助勢する。したがって、溶融材料２６を射出するときには、弁体１９は弁座１６に十分接近しているため、スクリュ２０を前進させたときに逆流は殆ど発生せず、溶融材料２６には十分な圧力が発生し、その圧力により弁体１９は弁座１６に強力に押圧されて連通路２７が閉塞される。この結果、射出時の溶融材料２６の逆流が効果的に防止される。本発明のこの逆流防止弁１０によれば、射出開始時に弁体１９が予め略閉鎖状態となっているため、射出開始してから弁体１９が閉鎖完了するまでの時間が短縮されかつ安定して、溶融材料２６の所定量の計量における可塑化工程間の誤差が減少し、高精度の成形品を成形することができる。
【００３３】
ここで、図１に基づいて射出装置３０について詳述する。ハウジング３１は、加熱筒２３の後部を固着するとともに、サーボモータ３３，３３を固着する。ハウジング３１は、その中心部にスクリュ２０を遊貫する貫通穴を有し、その貫通穴には材料の供給穴（図示せず）が直交して連通している。スクリュ２０の後部は、可動盤３２の中心部に設けた貫通穴を遊貫して、可動盤３２に固着したサーボモータ３８に接続されている。可動盤３２は、サーボモータ３３に接続されたボールネジ３７，３７に螺合するボールナット（図示せず）を両端部に有する。このようにして、スクリュ２０は、サーボモータ３８により回動されるとともに、サーボモータ３３，３３により前後進される。
【００３４】
サーボモータ３８の背面にはエンコーダ３９が設けられている。エンコーダ３９は、サーボモータ３８の回転角度すなわちスクリュ２０の回転角度を常時検出して、その回転角度信号４０を制御装置４２へ伝送する。なお、サーボモータ３３，３３にもエンコーダ３４，３４が設けられている。
【００３５】
制御装置４２は、マイクロプロセッサに基づいて構成されたプログラマブルなものであり、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、成形条件等を設定入力・表示する操作部と、設定値、定数およびプログラムを格納するＲＡＭ・ＲＯＭ等の記憶部と、前記エンコーダ３９，３４，３４から回転角度信号４０，３５，３５を入力するとともに加熱筒のサーモカップルや各種手動スイッチに接続される入力部と、サーボモータ３３，３３，３８への駆動電流３６，３６，４１やヒータへの駆動電流を出力するとともに操作部と接続する出力部とからなる。制御装置４２は、射出成形機の型締装置や射出装置３０等をシーケンス制御しそれらの速度や力を制御する他、加熱筒２３のヒータの温度制御を行う。
【００３６】
次に図４に基づいて本発明を実施する制御装置４２の作動を説明する。制御装置４２は、射出工程の終了後、駆動電流４１をサーボモータ３８へ通電させて、スクリュ２０を所定の回転速度で回転開始させる（Ｓ１）。このときの回転方向は正回転であり、スクリュ２０の先端方向から見て時計方向である。これにより可塑化工程が開始する。可塑化工程中に、制御装置４２は、サーボモータ３３，３３のエンコーダ３４，３４が検出するスクリュ２０の後退位置が所定の計量完了位置に到達したか否かを判断する（Ｓ２）。Ｓ２においてスクリュ２０の後退位置が所定の計量完了位置に到達しない場合には、手動操作による可塑化停止指令の有無を判断する（Ｓ３）。Ｓ３において手動操作による可塑化停止指令がでていない場合には再びＳ２に戻る。
【００３７】
Ｓ２において、スクリュ２０の可塑化による後退位置が所定の計量完了位置に到達したかもしくは、Ｓ３において手動操作による可塑化停止指令がでた場合は、スクリュ２０の正回転を停止させた（Ｓ４）後、サーボモータ３３，３３をサーボロックさせてスクリュ２０が前後に移動しない状態にする（Ｓ５）。そして、エンコーダ３９で検出されたスクリュ２０の回転角度が所定の停止回転角度になったか否かが判断される（Ｓ６）。スクリュ２０の回転角度が所定の停止回転角度になっていない場合には、サーボモータ３８を逆回転させてスクリュ２０をスクリュ２０の先端方向から見て反時計方向に所定回転速度で回転させる（Ｓ７）。スクリュ２０の回転角度が所定の停止回転角度になったとき、実施例によると、前記弁座の座面直交方向が垂直であって、前記弁体が前記弁座の上方に位置するときには、サーボモータ３８の駆動を停止させ、スクリュ２０の逆回転を停止させるとともにサーボモータ３８をサーボロックしてスクリュ２０の回動を禁止する（Ｓ８）。これで可塑化工程が終了する。なお、スクリュ２０の前後進と正逆回転の駆動源としてサーボモータ３３，３３，３８を採用することが、サーボロックや逆回転を極めて容易に高精度に実施できる点で効果的である。
【００３８】
なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。例えば、スクリュ２０の正回転を停止させた後、サーボモータ３３，３３をサーボロックさせるとともに、サーボモータ３８を逆回転させるように説明した。しかし、スクリュ２０の正回転を停止させたときのスクリュ２０の回転角度から所定の停止回転角度へのスクリュ２０の正回転方向における角度が１８０度以内であるときは、スクリュ２０を正回転方向に回転させて、スクリュ２０を停止回転角度に位置決めさせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施する射出装置を概略的に示すとともにそれを制御する制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の逆流防止弁の射出装置における装着状態を示す縦断面図である。
【図３】図２における逆流防止弁の平面図である。
【図４】本発明の制御方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  逆流防止弁
１６  弁座
１９  弁体
２０  スクリュ
２３  加熱筒
２６  溶融材料
２７  連通路
３０  射出装置
【図１】
2005199505.tif 000003
【図２】
2005199505.tif 000004
【図３】
2005199505.tif 000005
【図４】
2005199505.tif 000006