射出成形機および射出成形機の作動方法
【課題】加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う際に、計量される溶融材料の量を安定させることができる射出成形機および射出成形機の作動方法を提供する。
【解決手段】真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置１８が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュ１７を用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機１１の作動方法において、可塑化工程時には逆流防止装置１８よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、溶融材料をスクリュ前方２８に供給し、スクリュ回転終了より後にスクリュ１７を前進させる。
【解決手段】真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置１８が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュ１７を用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機１１の作動方法において、可塑化工程時には逆流防止装置１８よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、溶融材料をスクリュ前方２８に供給し、スクリュ回転終了より後にスクリュ１７を前進させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の可塑化工程を有する射出成形機および射出成形機の作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な射出成形機の射出装置は、加熱筒内に回転可能かつ前後進可能なスクリュ（インラインスクリュ）が設けられている。そして可塑化工程では、スクリュを回転させつつ背圧に抗して後退させることにより、樹脂材料を溶融樹脂にしてスクリュ前方に供給し貯留する。そして次の射出工程ではスクリュを前進させることにより加熱筒のスクリュ前方に貯留された溶融樹脂をノズルを介して金型のキャビティ内に射出する。そして射出された溶融樹脂は、キャビティ内で冷却固化され、成形金型が型開されて成形品が取出される。
【０００３】
このような射出成形機の射出装置の可塑化工程においては、成形品の体積に対応させて加熱筒の前方に正確な量の溶融樹脂を貯留する必要がある。また射出工程においては、前記の貯留された溶融樹脂が加熱筒後方へ樹脂漏れしないようにして射出する必要がある。このために一般的な射出成形機のスクリュは、スクリュの前側に逆流防止装置が取付けられている。逆流防止装置の構造は、特許文献１の（００２１）および（図２）にも示されるように、スクリュヘッドの周囲に逆止リング及びシールリングが設けられている。そして可塑化工程ではスクリュが正回転されて溶融樹脂が前方へ送られる力により、逆止リングが前方に移動して、スクリュと逆止リングの間の流路からスクリュ前方へ溶融樹脂が供給され貯留される。また射出時には前方から溶融樹脂を介して加わる圧力により逆止リングが後退して前記シールリングと密着して、スクリュ前方から後方への樹脂漏れを無くす。
【０００４】
しかしながら前記の逆流防止装置は、逆止リング自体が機械的に制御されて移動されるものではない。そのため逆流防止装置の逆止リングはスクリュの正回転が停止して計量終了後にはすぐに閉鎖されず、射出工程が開始されるまでの間に、スクリュ前方と後方の圧力差により逆止リングとスクリュの間の隙間から僅かに溶融樹脂が流動するという問題があった（通常は逆流防止装置の後方からスクリュ前方に溶融樹脂が流入する）。また特許文献１では、加熱シリンダ内の後方側が真空ポンプにより真空吸引されているが、計量終了時には逆流防止装置よりもすぐ後方のメタリングゾーンの溶融樹脂は、逆流防止装置よりも前方の溶融樹脂よりも高圧となっている点では一般的な射出成形機と同じであり、前記真空吸引だけでは、すぐには圧力差が解消されない場合が多い。そのため特許文献１の真空吸引を行うタイプも一般的な真空吸引しないタイプと同様に、計量終了後に射出工程が開始されるまでの間に、逆止リングとスクリュの間の隙間を介して後方から前方へ向けて溶融樹脂が流動するという問題があった。
【０００５】
上記の問題を解決するためのものとして特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２は、（００２５）ないし（００３１）に記載されるように、逆流防止装置である逆止リングの形状に工夫があり、計量工程終了後に、スクリュを逆回転させることにより、逆止リングを相対的に回転させて溶融樹脂の流路を遮断しようとするものである。したがって特許文献２では、シールが開始されるタイミングが変動するのを防止することができ、射出ノズルから射出される樹脂の量も一定にすることができる、としている。しかしながら特許文献２についても逆止リングよりも後方側の圧力が前方側よりも高い場合に、射出工程開始まで確実に流路を遮断できるものではなかった。また逆流防止装置に逆止リングを用いた特許文献１、特許文献２は共に、逆止リングと加熱シリンダの内壁の間が樹脂の漏れを防止可能な状態で略当接しているために、スクリュ前方に計量された溶融樹脂の圧力を下げるためにサックバックを行った際に、逆止リングが前方側に移動しやすいという問題があった。そして逆止リングとスクリュ（シールリング）の間に隙間が形成されると、その隙間を介して溶融樹脂が流動するという問題があった。また逆止リングを用いたタイプは、逆止リング３１とシールリング１８ａの当接面積が大きいため、両者の当接面の間の一部に樹脂カス等が挟まって僅かに間隔が形成されると、溶融樹脂が前記当接面と当接面の間の部分に入り込み、射出時に逆止リングが開く方向に力が発生しやすく計量された溶融樹脂の漏れに繋がる恐れがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４８６６３号公報（００２１、図２）
【特許文献２】特開平９−２６２８７７号公報（００２５ないし００３１、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
すなわち従来のスクリュに逆流防止装置が取付けられた射出成形機では、可塑化工程において、スクリュ前方に貯留された溶融材料の量が射出工程開始時までに変動してしまうという現象を抑えることができず、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量が安定しないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明では、加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う際に、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量を安定させることができる射出成形機および射出成形機の作動方法を提供することを目的とする。また特には良好な成形品を成形する目的で、加熱筒内で樹脂材料を溶融する際に発生するガスの真空吸引を行う加熱筒内にて材料の可塑化工程を行う際に、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量を安定させることができる射出成形機および射出成形機の作動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】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の射出成形機の作動方法は、真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機の作動方法において、可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の射出成形機の作動方法は、請求項１において、前記スクリュには内部に溶融材料の流路が形成され、前記流路を閉鎖部材により閉鎖する逆流防止装置が設けられたことを特徴とする射出成形機の作動方法。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の射出成形機の作動方法は、請求項１または請求項２において、スクリュ回転終了より後にスクリュを前進させ、その後に後退させて可塑化工程を終了することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の作動方法。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の射出成形機は、真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機において、可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させる制御手段が設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の射出成形機および射出成形機の作動方法は、真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機の作動方法において、可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させるので、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の射出成形機の概略説明図である。
【図２】本実施形態の射出成形機のスクリュの逆流防止装置の断面図である。
【図３】本実施形態の射出成形機の作動方法の各工程を示す図である。
【図４】本実施形態の射出成形機の作動方法の各工程におけるスクリュの位置を示す図である。
【図５】本実施形態の射出成形機の作動方法の可塑化工程のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。図１は射出成形機の概略説明図である。
【００１６】
本実施形態の射出成形機１１は、射出装置１２と型締装置１３が図示しないベッド上に設けられている。射出装置１２の加熱筒１４の外周には図示しない複数のヒータが設けられ、加熱筒１４は前部ゾーン、中部ゾーン、後部ゾーンなどの複数のゾーン毎に温度コントロール可能となっている。またシリンダヘッド部を含む加熱筒１４の前部にはノズル１５が固定され、ノズル１５についてもヒータにより温度コントロール可能となっている。そして加熱筒１４の内部に軸方向に形成された内孔１６には、回転可能かつ前後進可能なスクリュ１７が配設されている。スクリュ１７の前側には逆流防止装置１８が形成されている。図１においては簡略化して図示するが、射出装置１２には、可塑化工程時にスクリュ１７を回転させる計量用モータ１９と、可塑化工程時に背圧をコントロールするとともにスクリュ１７の前後進動作を行い射出工程時にスクリュ１７を前進させる射出用モータ２０が設けられている。本実施形態では、計量用モータ１９および射出用モータ２０には、それぞれ正回転および逆回転が可能なサーボモータが用いられている。
【００１７】
加熱筒１４の後寄り部分にはハウジング部２１が固定されている。そして前記加熱筒１４とハウジング部２１を上方から内孔１６に向けて貫通した供給孔２２が形成されている。ハウジング２１の供給孔２２の周囲には材料供給筒２３が固定され、材料供給筒２３の上部はフィードスクリュ２４が内蔵されたフィードシリンダ２５の一方の下部に接続されている。そして前記フィードシリンダ２５の他方端にはフィードスクリュ２４を回転させる供給用モータ２６が設けられている。またフィードシリンダ２５の他方の上部は供給装置２７に接続されている。供給装置２７には２箇所にシャッタ２７ａ，２７ａが設けられ、常時、いずれかのシャッタ２７ａが閉鎖されるようになっている。また加熱筒１４、スクリュ１７の後部軸、ハウジング部２１、材料供給筒２３、フィードシリンダ２５、供給装置２７の各部材の間もそれぞれシールされ外気と遮断可能となっている。またフィードシリンダ１７ｍの一方の上部には開口が設けられ、バルブやフィルタが設けられた管路２９を介して真空ポンプ３０に接続されている。
【００１８】
なお本発明において真空ポンプ３０からの管路２９（吸引路）が接続される開口部分は、可塑化工程時にスクリュ１７が後退した際も逆流防止装置１８よりも後方となる部分（加熱筒１４において計量された溶融樹脂が貯留されるスクリュ前方２８を除く部分）となっている。従って本実施形態において真空ポンプ３０により吸引される部分は、供給装置２７の閉鎖されたシャッタ２７ａより下方の空間、フィードシリンダ２５内、材料供給筒２３内、供給孔２２内、および逆流防止装置１８よりも後方の加熱筒１４の内孔１６においてスクリュ１７を除いた空間（それら全体を加熱筒内と称す）となっている。そして特には加熱筒１４に成形材料を落下させる供給孔２２の部分を介して真空吸引を行うことが望ましい。本実施形態に使用する真空ポンプ３０は、高真空を実現可能な真空ポンプ３０であり、加熱筒内をゲージ圧で−９０ｋＰａ以下（絶対圧では１１．３３ｋＰａ以下）、望ましくはゲージ圧で−９５ｐＫａ以下（絶対圧では６．３３ｋｐａ以下）、成形品や樹脂材料の種類によって更に望ましくはゲージ圧で−９８ｐＫａ以下（絶対圧では３．３３ｋｐａ以下）とすることが可能なものが使用される。なお真空度の上限については、コスト（真空ポンプ３０やシール構造といった設備のコストや電気代といったランニングコスト）とガス吸引の効率との対比において決定されるが、−１００ｋｐａ以上（絶対圧では１．３３ｋＰａ）より真空度を上げてもさほど改善効果に差が出ないことから前記数値が上限の一つの目安となる。
【００１９】
図１に示されるように、本発明のスクリュ１７は、後方から順に、溝が深いフィードゾーン１７ｆ、軸が拡径され溝が浅くなるコンプレッションゾーン１７ｃ、および溝が浅いメタリングゾーン１７ｍの順となっており、それらの部分にはフライト３１が形成されている。なおスクリュ１７の形状は図示される一般的なもの以外に、前側に逆流防止装置１８が設けられたものであれば限定はされず、出願人が既に出願した特願２００８−７７０６３、特願２００８−８９３３２、特願２００８−２４１００８、特願２００８−３２５５１５、特願２００９−２３３３７６の出願明細書に記載されたスクリュも使用することもできる。
【００２０】
図２に示されるようにスクリュ１７の最先端部はスクリュヘッド３２となっている。そしてスクリュヘッド３２とフライト３１が形成されたメタリングゾーン１７ｍとの間（スクリュ１７の前側）には、逆流防止装置１８が設けられている。本実施形態では、逆流防止装置１８として、ボールチェック式の逆流防止弁が設けられている。更に詳しくは逆流防止装置１８は、加熱筒１４の内孔１６壁との間から溶融樹脂が漏れない直径に形成された円筒形の外周壁を有するボールシート部３３が設けられている。そして前記ボールシート部３３の内部の軸芯には、軸方向に長い溶融樹脂の流路であるボール室３４が形成されており、ボール室３４は後方ほど直径が小さい曲面状となっている。そしてボール室３４には、ボール室３４内を移動可能な閉鎖部材であるボール３５が配置されている。そしてボール３５が後退した際にボール室３４の後方側の壁であるシート面３６とボール３５とが当接されるようになっている。なおこのボールチェック式の逆流防止弁の閉鎖時のボール３５とシート面３６との当接面積は、リングバルブ式のリングとシールリングの当接面積よりも小面積にすることができる。その理由としては、前方から見てドーナツ形状の当接部分は両者とも漏れ防止のために一定以上の幅が必要となるが、ボールチェック式の逆流防止弁の方がリングバルブ式よりも当接部分の直径が小さいので、当接面積も小さくなるためである。このため本実施形態のボールチェック式の逆流防止弁を用いた逆流防止装置１８は、小さい力でボール３５をシート面３６に押圧した場合であっても高い当接圧が得られ、溶融樹脂の漏れが防止できる。
【００２１】
またボール室３４のシート面３６よりも後方側はボール３５が通過できない直径であって軸方向に沿った流路３７が形成され、前記流路３７を介して、メタリングゾーン１７ｍの溝部に向けて軸芯に対して斜め方向に設けられた流路３８（貫通孔）が複数形成されている。更にボール室３４の前方側は、スクリュヘッド３２の根元側開口に向けて、ボール３５が通過できない直径であって軸芯に対して斜め方向に設けられた流路３９（貫通孔）が複数形成されている。従って図２に示されるように、ボールチェック式の逆流防止弁は、可塑化工程で溶融樹脂がスクリュ前方２８に向けて供給される際には、ボール室３４のボール３５はストロークＥだけ前方に移動されて３５ａの位置に移動し、メタリングゾーン１７ｍの溝、スクリュ内部の溶融樹脂の流路である流路３８、流路３７、ボール室３４のシート面３６とボール３５の間、流路３９を通過して溶融樹脂がスクリュ１７のスクリュヘッド３２の前方へ移動され貯留される。また射出工程時などでは、ボール室３４内のボール３５は後方に移動され、ボール３５とシート面３６とが当接されることにより、ボール３５とシート面３６の間の溶融樹脂の流路が閉鎖される。この際にボール３５の移動により逆流防止装置１８から後方へ送られる溶融樹脂の量は、リング式の逆流防止弁の場合よりも少ない。
【００２２】
一方、射出成形機１１の型締装置１３は、固定金型４２が取付けられる固定盤４１と、可動金型４４が取付けられる可動盤４３が設けられ、可動盤４３は型締機構４５（型開閉機構を含む）により、型開閉方向に移動可能となっている。そしてり固定金型４２と可動金型４４は、型締機構４５により型締されることにり内部にキャビティ４６が形成される。本実施形態では型締装置１３は、射出圧縮成形（キャビティ４６の容積が拡大された位置に可動金型４４を停止させ射出した後にキャビティ４６内の溶融樹脂の圧縮を開始する射出プレス成形を含む）を行うことができるものが使用されるが、型締機構４５のタイプは限定されない。また成形金型についても限定はされないが、薄物を成形する際に溶融樹脂の射出充填が困難なものでは、圧縮成形を可能なようにキャビティ４６の厚みが可変の金型や、加熱冷却可能な金型、キャビティ４６内が真空吸引可能な金型、ホットランナ金型などを用いることが考えられる。なお射出装置１２および型締装置１３の動力源や機構についても、サーボモータに代表される電動機や油圧シリンダによるものなど限定されない。
【００２３】
次に本発明の射出成形機１１の成形時の作動方法、特には可塑化工程のシーケンス制御について、図３ないし図５により説明する。本実施形態で成形されるのは、携帯電話用を含む携帯端末用の導光板である。携帯端末用の導光板は、０．２〜０．５ｍｍ程度の厚さであり、その薄さのために保圧工程での溶融樹脂の補充が出来にくい場合が多く、溶融樹脂の正確な計量および正確な射出量が求められる成形品である。また使用される樹脂材料は、ポリカーボネート、アクリル、シクロオレフィンポリマー等の中でも高流動性のものが使用されることが多い。従って逆流防止装置１８が確実に閉鎖されていないと計量後に逆流防止装置１８を介して溶融樹脂が流動して、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量が変化しやすい。なお本発明は、導光板以外に溶融樹脂の正確な計量および正確な射出量が求められるレンズ、ディスクなどの光学製品やコネクタ、医療機器、薄物品などに好適に用いられるが成形品は限定されない。
【００２４】
可塑化工程を開始するまでに射出装置１２の加熱筒内の逆流防止装置１８よりも後方側の加熱筒内の空間は、真空ポンプ３０により真空吸引されて設定された真空状態（例えば−９８ｋＰａ以下）に保持され、加熱筒１４の各ゾーンは設定された温度に制御されている。図３に示されるように、連続した成形サイクル実行中に射出装置側で可塑化工程が開始されるのは射出工程の後であって、型締装置側での冷却工程と並行して行われる。また可塑化工程が開始される際のスクリュ１７の位置は、図４（ｄ）に示されるように、加熱筒１４の内孔１６において前進側の射出（保圧）完了位置Ｄに位置している。この際に固定金型４２のスプルは、樹脂で詰まっているため、固定金型４２に当接される射出装置１２のノズル１５のノズル孔は閉塞された状態にある（加熱筒内の前方は閉鎖されている）。
【００２５】
可塑化工程をスタートすると、図５のフローチャートに示されるように、計量用モータ１９を回転開始させる（Ｓ１）。この際、計量用モータ１９およびスクリュ１７は、溶融樹脂を前方に送るために回転（正回転）される。そして計量用モータ１９は設定された回転速度となるように回転制御される。また可塑化工程のスタートと同時またはその前後に供給装置２７から送られた樹脂材料（ペレット）は、フィードスクリュ２４を用いて材料供給筒２３内、供給孔２２内を介して加熱筒１４の内孔１６に供給される。その際にフィードスクリュ２４の回転数（または回転時間）を制御して樹脂材料（ペレット）供給することにより、加熱筒内を溶融樹脂や樹脂材料で完全に満たさない飢餓状態とし可塑化工程が実施される。飢餓状態とし可塑化工程を行うことは、加熱筒１４の後部から加熱筒内を真空吸引して発生するガスを除去するために行われるが、逆流防止装置１８の閉鎖状態を良好に行うためにも必須ではないがより望ましい方法である。本実施形態ではフィードスクリュ２４を用いて飢餓状態となるように制御しているが、他の手段により加熱筒内を飢餓状態（一例として加熱筒内容積（逆流防止装置１８から後方の加熱筒内の容積）の２０〜７０％の容積に樹脂（溶融樹脂およびペレット）がある状態）としてもよい。そしてスクリュ回転とともに前方に送られた樹脂材料（ペレット）は加熱されて徐々に溶融状態となり、メタリングゾーン１７ｍではせん断発熱も加わって完全に溶融状態となる。
【００２６】
そして可塑化工程でスクリュ前方２８に溶融樹脂が送られている状態では、メタリングゾーン１７ｍの溝部の溶融樹脂とスクリュ前方２８に貯留される溶融樹脂ではメタリングゾーン１７ｆの溝部の溶融樹脂のほうが僅かに高圧であり、溶融樹脂がスクリュ前方２８に送られる際の流れにより、チェックバルブのボール３５は前方に移動されて、チェックバルブが開放状態となる。そして溶融樹脂がチェックバルブの各流路を介してスクリュ前方２８に貯留されていく。またこの可塑化工程ではスクリュ回転数とともに背圧が制御されている。背圧は射出装置１２の図示しないロードセルにより検出され、射出用モータ２０をクローズドループ制御することによりコントロールされる。本実施形態における背圧は、低め（一例として０ＭＰａ〜６ＭＰａ）に設定されているので、スクリュ前方２８に計量され貯留された溶融樹脂やメタリングゾーン１７ｍの溝内の溶融樹脂の圧力はそれほど上昇せず、常にメタリングゾーン１７ｍのほうが高い状態で溶融樹脂がスクリュ前方２８に送られる。またその結果、メタリングゾーン１７ｍの溝部の側にも溶融樹脂が詰まりすぎるということはない。
【００２７】
そして図４（ａ）に示されるように、スクリュ１７の位置が計量完了位置Ａ（設定位置）まで後退したら（Ｓ２）、スクリュ回転を停止する（Ｓ３）。（図３に示されるように、本実施形態では、スクリュを回転して溶融樹脂をスクリュ前方２８に供給終了するまでを計量を呼び、スクリュ後退等の動作が終了するまでを可塑化工程と呼ぶ。）なお図５において図示はしないが、所定時間までにスクリュ１７が計量完了位置まで後退しない場合はタイムアップして警報を出す。
【００２８】
次にスクリュ１７を図４（ｂ）に示される前方の設定された前進位置Ｂ（目標位置）へ向けて前進開始させる（Ｓ４）。なおスクリュ１７の前進開始は計量完了と同時でもよく僅かな時間が経過してから前進させてもよい。そしてスクリュ１７が前進位置ＢまでストロークＦだけ前進されることにより、スクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂の圧力が上昇する。この際にノズル１５の先端がスプルにより閉塞されていることは前記した通りである。また加熱筒１４の内孔１６におけるスクリュ１７の逆流防止装置１８の後方側は、逆流防止装置１８の前進により体積が増加するが、溶融樹脂の量には変化がないので、溶融樹脂の圧力が低下する方向へ働く。また加熱筒１４の逆流防止装置１８の後方は絶えず真空ポンプ３０により吸引され真空状態が保持されているので、スクリュ１７が回転されていない場合、メタリングゾーン１７ｍの溶融樹脂の圧力は時間とともに低下する方向へ働く。従ってスクリュ前進によって、スクリュ１７が回転していた計量時とは、スクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂と逆流防止装置１８の後方のメタリングゾーン１７ａの溶融樹脂の圧力のバランスが変わり、スクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂の圧力のほうが高くなる。またはスクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂の圧力のほうが高くなるようにスクリュ１７の前進時のストロークＦを決定する。前進時のストロークＦの数値は、射出装置１２の大きさにより異なるが、好ましい一例としては、スクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂量の５〜４０％、または射出工程における計量完了位置Ａから射出（保圧）完了位置Ｄまでのスクリュ１７のストロークＨの５〜４０％である。
【００２９】
そして前記のように溶融圧力のバランスが変化したため、逆流防止装置１８のボール室３４内のボール３５が後方へ移動され、ボール３５はシート面３６に当接され流路４０が閉鎖される。そしてスクリュ１７が予め設定された前進位置Ｂに到達すると（Ｓ５）、スクリュ１７の前進を停止させる（Ｓ６）。なお本実施形態ではスクリュ１７を前進させている間、計量用モータ１９によるスクリュ１７の回転制御は、正回転駆動も逆回転駆動も行わない。しかしながら計量用モータ１９によりスクリュ１７の回転（望ましくは逆回転駆動）も行いながらスクリュ１７を前進させるものでもよい。更にはスクリュ１７の前進に伴う自転を容認するものでもよい。
【００３０】
またスクリュ１７の正回転終了後（計量完了後）に、スクリュ１７を前進させる際の制御は上記に限らず、次のようなものでもよい。スクリュ１７の速度を検出し、スクリュ１７が減速状態となってから設定速度まで低下した時点でスクリュ１７の前進を停止するようにしてもよい。またはスクリュ１７が前進時に受ける圧力が設定圧力になった時点でスクリュ１７を停止するようにしてもよい。その場合スクリュ１７が前進時に受ける圧力は、スクリュ１７の前進力を検出するロードセルの値の他、射出用油圧シリンダの油圧や加熱筒１４の内孔１６の前方における計量された溶融樹脂の圧力を直接検出するものでもよい。更にはスクリュ１７が前進開始されてからタイマがタイムアップされるまで所定時間分前進させるようにしてもよく、制御方法は限定されない。そして前記の設定速度や設定圧力となりスクリュ１７を停止する場合は、毎回スクリュ１７の位置自体は異なる可能性があるので、スクリュ１７が停止した位置において、制御値をオフセットし、オフセットされた位置を基準に射出工程を行うことが望ましい。
【００３１】
そして次にスクリュ１７の前進が終了するのと同時かまたは僅かに時間の経過後に、射出用モータ２０を作動させてスクリュ１７を図４（Ｃ）に示される後退位置Ｃ（目標位置）へ向けて後退を開始させる（Ｓ７）。そしてスクリュ１７が前記後退位置Ｃに到達したかが判断される（Ｓ８）。そして後退位置Ｃ（射出開始位置）に到達するとスクリュ１７の後退を停止する（Ｓ９）。この作動はサックバックとも呼ばれ、図４（Ｃ）に示されるストロークＧだけスクリュ１７を後退させることにより、加熱筒１４の内孔１６の前側（スクリュ前方２８）の容積を拡大し、貯留された溶融樹脂の圧力を低下させる。しかしスクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂の圧力は、加熱筒１４の内孔１６の後方（スクリュ後方）よりも依然として高いから逆流防止装置１８のボール３５が前方に向けて移動されて流路４０が開放されるということはない。この際に逆流防止装置１８よりも後方側が真空吸引されているので、逆流防止装置１８の流路３８を介してボール３５が後方に向けて吸引され、シート面３６にらボール３５が押圧される。従ってより一層、逆流防止装置１８の閉鎖が保持される。本発明ではここまでを可塑化工程と呼ぶ。なおスクリュ１７の後退についても位置制御以外の方式を採用してもよい。その場合も射出工程の前にスクリュ位置のオフセットが行われる。
【００３２】
そして型締装置側では、冷却時間が終了すると、型締機構４５の圧抜き、型開き、および型開位置での成形品の取出しを行う。そして次の型閉を行い、わずかに型開してキャビティを容積の拡大した位置に可動盤４３および可動金型４４を停止させて、型締側が準備完了となる。また射出装置側は可塑化工程が終了すると、次の射出工程まで待機している。そして型締装置側が前記のように準備完了すると、射出工程を開始する。射出工程のうちの射出充填工程においてスクリュ１７が所定の位置まで前進されると型締装置１３の可動盤４３が前進され、キャビティ４６内の溶融樹脂が圧縮される。また更にスクリュ１７の位置が前進して保圧切換位置に到達するとスクリュ１７は速度制御から圧力制御に切換えられる。そして射出工程全体では、図４（ｄ）に示される射出（保圧）完了位置ＤまでストロークＨだけ前進する。そして保圧工程が終了して所定時間経過すると、再び次の可塑化工程が開始される。なお射出工程は、保圧工程を設けずに射出充填工程でスクリュ１７が前進限まで前進されるものでもよい。
【００３３】
なお本実施形態では、逆流防止装置１８として、ボールチェック式の逆流防止弁を用いたが、リング式の逆流防止弁や、その他の閉鎖部材（例えばボール３５の代わりに棒状のものを閉鎖部材としたものなど）を用いることにより、溶融樹脂の流路を閉鎖するものでもよい。ただしリング方式の逆流防止弁の場合、シリングの外周面と加熱筒内孔壁の間が摺動状態にあるため、スクリュ後退時（サックバック時）にスクリュ本体に対してリングバルブが相対的に前方へ残る形になりやすい。そうすると逆流防止装置の溶融樹脂の流路が完全に閉鎖できず、射出工程でノズルから成形金型のキャビティ内に射出される溶融樹脂の量が一定しないことも考えられ、ボールチェック式のほうが溶融樹脂の流路の閉鎖の点では有利であると考えられる。ただしリング方式の場合にも、スクリュ前進時にスクリュ前方の圧力をより高くすることや、スクリュ後退量や後退速度を僅かにしたりスクリュ後退を行わないようにすることなどの対策を行って同様の閉鎖効果を得るようにすることも考えられる。更には逆流防止装置は、閉鎖部材をバネにより閉鎖方向に付勢したものでもよい。この場合は、計量後に閉鎖部材に僅かに力を加えるだけで溶融樹脂の流路が閉鎖しやすくなる。
【００３４】
本実施形態では、可塑化工程における逆流防止装置１８の閉鎖部材を閉鎖するための動作として、計量完了後（スクリュ正回転完了後）にスクリュ前進、スクリュ後退（サックバック）の順に行った。しかし前記に限定されず、次のようなものでもよい。計量完了とスクリュ前進の間、スクリュ前進とスクリュ後退（サックバック）の間、スクリュ後退の後、の少なくとも一つにスクリュ１７を逆回転させるものでもよい。スクリュ１７を逆回転する目的は、メタリングゾーン１７ｍの溝部の溶融樹脂を後方へ送り、逆流防止装置１８よりもすぐ後ろ側の圧力を下げることである。そしてスクリュ１７を逆回転させることでボールチェックのボール３５がシート面３６に強固に押圧され流路４０が閉鎖されやすくなる。また逆流防止装置１８よりも後方の溶融樹脂（半溶融のものを含む）が、溝部の中で分散されてガス抜きが容易になる。
【００３５】
更にはスクリュ前進のみを行うものでもよい。更にまたスクリュ前進を含むこれらの作動を複数回繰り返すものでもよい。いずれにしても本発明において、溶融材料をスクリュ前方２８に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュ１７を前進させ逆流防止装置１８を閉鎖する動作は必須である。前記においてスクリュ前進のみを行いサックバックを行わない場合、スクリュ前方１７ａの溶融樹脂圧が高くなりすぎることがある。そうすると射出工程開始前に成形品を取出した際に、ノズル１５からの溶融樹脂が漏れ出るドルーリングの問題が発生する場合も考えられる。従ってその場合はシャットオフノズル等のノズル閉鎖装置や金型内のバルブゲート等が必要となる。
【００３６】
また本発明の加熱筒内の真空度については、−９０ｋＰａ以下の低真空状態のものであってもよく、加熱筒内に窒素ガス等を供給するものを除外するものではない。また加熱筒内の逆流防止装置１８よりも後方の空間の真空吸引状態は、計量工程後のスクリュ前進時も常時継続されているものが望ましいが、一部の工程において真空ポンプの停止やバルブ操作により、真空吸引を停止するものを除外するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の材料の可塑化工程を有する射出成形機および射出成形機の作動方法は、竪型の射出装置を使用したものにも応用することができる。また材料については、樹脂が想定されるが、それ以外に可塑化工程においてガスや水分等が発生する材料であってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１１ 射出成形機
１２ 射出装置
１３ 型締装置
１４ 加熱筒
１６ 内孔
１７ スクリュ
１８ 逆流防止装置
１９ 計量用モータ
２０ 射出用モータ
２４ フィードスクリュ
３０ 真空ポンプ
３４ ボール室
３５ ボール
３６ シート面
３７，３８，３９ 流路
Ａ 計量完了位置
Ｂ 前進位置
Ｃ 後退位置
Ｄ 射出（保圧）完了位置
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ ストローク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の可塑化工程を有する射出成形機および射出成形機の作動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な射出成形機の射出装置は、加熱筒内に回転可能かつ前後進可能なスクリュ（インラインスクリュ）が設けられている。そして可塑化工程では、スクリュを回転させつつ背圧に抗して後退させることにより、樹脂材料を溶融樹脂にしてスクリュ前方に供給し貯留する。そして次の射出工程ではスクリュを前進させることにより加熱筒のスクリュ前方に貯留された溶融樹脂をノズルを介して金型のキャビティ内に射出する。そして射出された溶融樹脂は、キャビティ内で冷却固化され、成形金型が型開されて成形品が取出される。
【０００３】
このような射出成形機の射出装置の可塑化工程においては、成形品の体積に対応させて加熱筒の前方に正確な量の溶融樹脂を貯留する必要がある。また射出工程においては、前記の貯留された溶融樹脂が加熱筒後方へ樹脂漏れしないようにして射出する必要がある。このために一般的な射出成形機のスクリュは、スクリュの前側に逆流防止装置が取付けられている。逆流防止装置の構造は、特許文献１の（００２１）および（図２）にも示されるように、スクリュヘッドの周囲に逆止リング及びシールリングが設けられている。そして可塑化工程ではスクリュが正回転されて溶融樹脂が前方へ送られる力により、逆止リングが前方に移動して、スクリュと逆止リングの間の流路からスクリュ前方へ溶融樹脂が供給され貯留される。また射出時には前方から溶融樹脂を介して加わる圧力により逆止リングが後退して前記シールリングと密着して、スクリュ前方から後方への樹脂漏れを無くす。
【０００４】
しかしながら前記の逆流防止装置は、逆止リング自体が機械的に制御されて移動されるものではない。そのため逆流防止装置の逆止リングはスクリュの正回転が停止して計量終了後にはすぐに閉鎖されず、射出工程が開始されるまでの間に、スクリュ前方と後方の圧力差により逆止リングとスクリュの間の隙間から僅かに溶融樹脂が流動するという問題があった（通常は逆流防止装置の後方からスクリュ前方に溶融樹脂が流入する）。また特許文献１では、加熱シリンダ内の後方側が真空ポンプにより真空吸引されているが、計量終了時には逆流防止装置よりもすぐ後方のメタリングゾーンの溶融樹脂は、逆流防止装置よりも前方の溶融樹脂よりも高圧となっている点では一般的な射出成形機と同じであり、前記真空吸引だけでは、すぐには圧力差が解消されない場合が多い。そのため特許文献１の真空吸引を行うタイプも一般的な真空吸引しないタイプと同様に、計量終了後に射出工程が開始されるまでの間に、逆止リングとスクリュの間の隙間を介して後方から前方へ向けて溶融樹脂が流動するという問題があった。
【０００５】
上記の問題を解決するためのものとして特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２は、（００２５）ないし（００３１）に記載されるように、逆流防止装置である逆止リングの形状に工夫があり、計量工程終了後に、スクリュを逆回転させることにより、逆止リングを相対的に回転させて溶融樹脂の流路を遮断しようとするものである。したがって特許文献２では、シールが開始されるタイミングが変動するのを防止することができ、射出ノズルから射出される樹脂の量も一定にすることができる、としている。しかしながら特許文献２についても逆止リングよりも後方側の圧力が前方側よりも高い場合に、射出工程開始まで確実に流路を遮断できるものではなかった。また逆流防止装置に逆止リングを用いた特許文献１、特許文献２は共に、逆止リングと加熱シリンダの内壁の間が樹脂の漏れを防止可能な状態で略当接しているために、スクリュ前方に計量された溶融樹脂の圧力を下げるためにサックバックを行った際に、逆止リングが前方側に移動しやすいという問題があった。そして逆止リングとスクリュ（シールリング）の間に隙間が形成されると、その隙間を介して溶融樹脂が流動するという問題があった。また逆止リングを用いたタイプは、逆止リング３１とシールリング１８ａの当接面積が大きいため、両者の当接面の間の一部に樹脂カス等が挟まって僅かに間隔が形成されると、溶融樹脂が前記当接面と当接面の間の部分に入り込み、射出時に逆止リングが開く方向に力が発生しやすく計量された溶融樹脂の漏れに繋がる恐れがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４８６６３号公報（００２１、図２）
【特許文献２】特開平９−２６２８７７号公報（００２５ないし００３１、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
すなわち従来のスクリュに逆流防止装置が取付けられた射出成形機では、可塑化工程において、スクリュ前方に貯留された溶融材料の量が射出工程開始時までに変動してしまうという現象を抑えることができず、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量が安定しないという問題があった。
【０００８】
そこで本発明では、加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う際に、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量を安定させることができる射出成形機および射出成形機の作動方法を提供することを目的とする。また特には良好な成形品を成形する目的で、加熱筒内で樹脂材料を溶融する際に発生するガスの真空吸引を行う加熱筒内にて材料の可塑化工程を行う際に、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量を安定させることができる射出成形機および射出成形機の作動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】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の射出成形機の作動方法は、真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機の作動方法において、可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の射出成形機の作動方法は、請求項１において、前記スクリュには内部に溶融材料の流路が形成され、前記流路を閉鎖部材により閉鎖する逆流防止装置が設けられたことを特徴とする射出成形機の作動方法。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の射出成形機の作動方法は、請求項１または請求項２において、スクリュ回転終了より後にスクリュを前進させ、その後に後退させて可塑化工程を終了することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の作動方法。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の射出成形機は、真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機において、可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させる制御手段が設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の射出成形機および射出成形機の作動方法は、真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機の作動方法において、可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させるので、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の射出成形機の概略説明図である。
【図２】本実施形態の射出成形機のスクリュの逆流防止装置の断面図である。
【図３】本実施形態の射出成形機の作動方法の各工程を示す図である。
【図４】本実施形態の射出成形機の作動方法の各工程におけるスクリュの位置を示す図である。
【図５】本実施形態の射出成形機の作動方法の可塑化工程のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。図１は射出成形機の概略説明図である。
【００１６】
本実施形態の射出成形機１１は、射出装置１２と型締装置１３が図示しないベッド上に設けられている。射出装置１２の加熱筒１４の外周には図示しない複数のヒータが設けられ、加熱筒１４は前部ゾーン、中部ゾーン、後部ゾーンなどの複数のゾーン毎に温度コントロール可能となっている。またシリンダヘッド部を含む加熱筒１４の前部にはノズル１５が固定され、ノズル１５についてもヒータにより温度コントロール可能となっている。そして加熱筒１４の内部に軸方向に形成された内孔１６には、回転可能かつ前後進可能なスクリュ１７が配設されている。スクリュ１７の前側には逆流防止装置１８が形成されている。図１においては簡略化して図示するが、射出装置１２には、可塑化工程時にスクリュ１７を回転させる計量用モータ１９と、可塑化工程時に背圧をコントロールするとともにスクリュ１７の前後進動作を行い射出工程時にスクリュ１７を前進させる射出用モータ２０が設けられている。本実施形態では、計量用モータ１９および射出用モータ２０には、それぞれ正回転および逆回転が可能なサーボモータが用いられている。
【００１７】
加熱筒１４の後寄り部分にはハウジング部２１が固定されている。そして前記加熱筒１４とハウジング部２１を上方から内孔１６に向けて貫通した供給孔２２が形成されている。ハウジング２１の供給孔２２の周囲には材料供給筒２３が固定され、材料供給筒２３の上部はフィードスクリュ２４が内蔵されたフィードシリンダ２５の一方の下部に接続されている。そして前記フィードシリンダ２５の他方端にはフィードスクリュ２４を回転させる供給用モータ２６が設けられている。またフィードシリンダ２５の他方の上部は供給装置２７に接続されている。供給装置２７には２箇所にシャッタ２７ａ，２７ａが設けられ、常時、いずれかのシャッタ２７ａが閉鎖されるようになっている。また加熱筒１４、スクリュ１７の後部軸、ハウジング部２１、材料供給筒２３、フィードシリンダ２５、供給装置２７の各部材の間もそれぞれシールされ外気と遮断可能となっている。またフィードシリンダ１７ｍの一方の上部には開口が設けられ、バルブやフィルタが設けられた管路２９を介して真空ポンプ３０に接続されている。
【００１８】
なお本発明において真空ポンプ３０からの管路２９（吸引路）が接続される開口部分は、可塑化工程時にスクリュ１７が後退した際も逆流防止装置１８よりも後方となる部分（加熱筒１４において計量された溶融樹脂が貯留されるスクリュ前方２８を除く部分）となっている。従って本実施形態において真空ポンプ３０により吸引される部分は、供給装置２７の閉鎖されたシャッタ２７ａより下方の空間、フィードシリンダ２５内、材料供給筒２３内、供給孔２２内、および逆流防止装置１８よりも後方の加熱筒１４の内孔１６においてスクリュ１７を除いた空間（それら全体を加熱筒内と称す）となっている。そして特には加熱筒１４に成形材料を落下させる供給孔２２の部分を介して真空吸引を行うことが望ましい。本実施形態に使用する真空ポンプ３０は、高真空を実現可能な真空ポンプ３０であり、加熱筒内をゲージ圧で−９０ｋＰａ以下（絶対圧では１１．３３ｋＰａ以下）、望ましくはゲージ圧で−９５ｐＫａ以下（絶対圧では６．３３ｋｐａ以下）、成形品や樹脂材料の種類によって更に望ましくはゲージ圧で−９８ｐＫａ以下（絶対圧では３．３３ｋｐａ以下）とすることが可能なものが使用される。なお真空度の上限については、コスト（真空ポンプ３０やシール構造といった設備のコストや電気代といったランニングコスト）とガス吸引の効率との対比において決定されるが、−１００ｋｐａ以上（絶対圧では１．３３ｋＰａ）より真空度を上げてもさほど改善効果に差が出ないことから前記数値が上限の一つの目安となる。
【００１９】
図１に示されるように、本発明のスクリュ１７は、後方から順に、溝が深いフィードゾーン１７ｆ、軸が拡径され溝が浅くなるコンプレッションゾーン１７ｃ、および溝が浅いメタリングゾーン１７ｍの順となっており、それらの部分にはフライト３１が形成されている。なおスクリュ１７の形状は図示される一般的なもの以外に、前側に逆流防止装置１８が設けられたものであれば限定はされず、出願人が既に出願した特願２００８−７７０６３、特願２００８−８９３３２、特願２００８−２４１００８、特願２００８−３２５５１５、特願２００９−２３３３７６の出願明細書に記載されたスクリュも使用することもできる。
【００２０】
図２に示されるようにスクリュ１７の最先端部はスクリュヘッド３２となっている。そしてスクリュヘッド３２とフライト３１が形成されたメタリングゾーン１７ｍとの間（スクリュ１７の前側）には、逆流防止装置１８が設けられている。本実施形態では、逆流防止装置１８として、ボールチェック式の逆流防止弁が設けられている。更に詳しくは逆流防止装置１８は、加熱筒１４の内孔１６壁との間から溶融樹脂が漏れない直径に形成された円筒形の外周壁を有するボールシート部３３が設けられている。そして前記ボールシート部３３の内部の軸芯には、軸方向に長い溶融樹脂の流路であるボール室３４が形成されており、ボール室３４は後方ほど直径が小さい曲面状となっている。そしてボール室３４には、ボール室３４内を移動可能な閉鎖部材であるボール３５が配置されている。そしてボール３５が後退した際にボール室３４の後方側の壁であるシート面３６とボール３５とが当接されるようになっている。なおこのボールチェック式の逆流防止弁の閉鎖時のボール３５とシート面３６との当接面積は、リングバルブ式のリングとシールリングの当接面積よりも小面積にすることができる。その理由としては、前方から見てドーナツ形状の当接部分は両者とも漏れ防止のために一定以上の幅が必要となるが、ボールチェック式の逆流防止弁の方がリングバルブ式よりも当接部分の直径が小さいので、当接面積も小さくなるためである。このため本実施形態のボールチェック式の逆流防止弁を用いた逆流防止装置１８は、小さい力でボール３５をシート面３６に押圧した場合であっても高い当接圧が得られ、溶融樹脂の漏れが防止できる。
【００２１】
またボール室３４のシート面３６よりも後方側はボール３５が通過できない直径であって軸方向に沿った流路３７が形成され、前記流路３７を介して、メタリングゾーン１７ｍの溝部に向けて軸芯に対して斜め方向に設けられた流路３８（貫通孔）が複数形成されている。更にボール室３４の前方側は、スクリュヘッド３２の根元側開口に向けて、ボール３５が通過できない直径であって軸芯に対して斜め方向に設けられた流路３９（貫通孔）が複数形成されている。従って図２に示されるように、ボールチェック式の逆流防止弁は、可塑化工程で溶融樹脂がスクリュ前方２８に向けて供給される際には、ボール室３４のボール３５はストロークＥだけ前方に移動されて３５ａの位置に移動し、メタリングゾーン１７ｍの溝、スクリュ内部の溶融樹脂の流路である流路３８、流路３７、ボール室３４のシート面３６とボール３５の間、流路３９を通過して溶融樹脂がスクリュ１７のスクリュヘッド３２の前方へ移動され貯留される。また射出工程時などでは、ボール室３４内のボール３５は後方に移動され、ボール３５とシート面３６とが当接されることにより、ボール３５とシート面３６の間の溶融樹脂の流路が閉鎖される。この際にボール３５の移動により逆流防止装置１８から後方へ送られる溶融樹脂の量は、リング式の逆流防止弁の場合よりも少ない。
【００２２】
一方、射出成形機１１の型締装置１３は、固定金型４２が取付けられる固定盤４１と、可動金型４４が取付けられる可動盤４３が設けられ、可動盤４３は型締機構４５（型開閉機構を含む）により、型開閉方向に移動可能となっている。そしてり固定金型４２と可動金型４４は、型締機構４５により型締されることにり内部にキャビティ４６が形成される。本実施形態では型締装置１３は、射出圧縮成形（キャビティ４６の容積が拡大された位置に可動金型４４を停止させ射出した後にキャビティ４６内の溶融樹脂の圧縮を開始する射出プレス成形を含む）を行うことができるものが使用されるが、型締機構４５のタイプは限定されない。また成形金型についても限定はされないが、薄物を成形する際に溶融樹脂の射出充填が困難なものでは、圧縮成形を可能なようにキャビティ４６の厚みが可変の金型や、加熱冷却可能な金型、キャビティ４６内が真空吸引可能な金型、ホットランナ金型などを用いることが考えられる。なお射出装置１２および型締装置１３の動力源や機構についても、サーボモータに代表される電動機や油圧シリンダによるものなど限定されない。
【００２３】
次に本発明の射出成形機１１の成形時の作動方法、特には可塑化工程のシーケンス制御について、図３ないし図５により説明する。本実施形態で成形されるのは、携帯電話用を含む携帯端末用の導光板である。携帯端末用の導光板は、０．２〜０．５ｍｍ程度の厚さであり、その薄さのために保圧工程での溶融樹脂の補充が出来にくい場合が多く、溶融樹脂の正確な計量および正確な射出量が求められる成形品である。また使用される樹脂材料は、ポリカーボネート、アクリル、シクロオレフィンポリマー等の中でも高流動性のものが使用されることが多い。従って逆流防止装置１８が確実に閉鎖されていないと計量後に逆流防止装置１８を介して溶融樹脂が流動して、射出工程時にノズルから射出される溶融材料の量が変化しやすい。なお本発明は、導光板以外に溶融樹脂の正確な計量および正確な射出量が求められるレンズ、ディスクなどの光学製品やコネクタ、医療機器、薄物品などに好適に用いられるが成形品は限定されない。
【００２４】
可塑化工程を開始するまでに射出装置１２の加熱筒内の逆流防止装置１８よりも後方側の加熱筒内の空間は、真空ポンプ３０により真空吸引されて設定された真空状態（例えば−９８ｋＰａ以下）に保持され、加熱筒１４の各ゾーンは設定された温度に制御されている。図３に示されるように、連続した成形サイクル実行中に射出装置側で可塑化工程が開始されるのは射出工程の後であって、型締装置側での冷却工程と並行して行われる。また可塑化工程が開始される際のスクリュ１７の位置は、図４（ｄ）に示されるように、加熱筒１４の内孔１６において前進側の射出（保圧）完了位置Ｄに位置している。この際に固定金型４２のスプルは、樹脂で詰まっているため、固定金型４２に当接される射出装置１２のノズル１５のノズル孔は閉塞された状態にある（加熱筒内の前方は閉鎖されている）。
【００２５】
可塑化工程をスタートすると、図５のフローチャートに示されるように、計量用モータ１９を回転開始させる（Ｓ１）。この際、計量用モータ１９およびスクリュ１７は、溶融樹脂を前方に送るために回転（正回転）される。そして計量用モータ１９は設定された回転速度となるように回転制御される。また可塑化工程のスタートと同時またはその前後に供給装置２７から送られた樹脂材料（ペレット）は、フィードスクリュ２４を用いて材料供給筒２３内、供給孔２２内を介して加熱筒１４の内孔１６に供給される。その際にフィードスクリュ２４の回転数（または回転時間）を制御して樹脂材料（ペレット）供給することにより、加熱筒内を溶融樹脂や樹脂材料で完全に満たさない飢餓状態とし可塑化工程が実施される。飢餓状態とし可塑化工程を行うことは、加熱筒１４の後部から加熱筒内を真空吸引して発生するガスを除去するために行われるが、逆流防止装置１８の閉鎖状態を良好に行うためにも必須ではないがより望ましい方法である。本実施形態ではフィードスクリュ２４を用いて飢餓状態となるように制御しているが、他の手段により加熱筒内を飢餓状態（一例として加熱筒内容積（逆流防止装置１８から後方の加熱筒内の容積）の２０〜７０％の容積に樹脂（溶融樹脂およびペレット）がある状態）としてもよい。そしてスクリュ回転とともに前方に送られた樹脂材料（ペレット）は加熱されて徐々に溶融状態となり、メタリングゾーン１７ｍではせん断発熱も加わって完全に溶融状態となる。
【００２６】
そして可塑化工程でスクリュ前方２８に溶融樹脂が送られている状態では、メタリングゾーン１７ｍの溝部の溶融樹脂とスクリュ前方２８に貯留される溶融樹脂ではメタリングゾーン１７ｆの溝部の溶融樹脂のほうが僅かに高圧であり、溶融樹脂がスクリュ前方２８に送られる際の流れにより、チェックバルブのボール３５は前方に移動されて、チェックバルブが開放状態となる。そして溶融樹脂がチェックバルブの各流路を介してスクリュ前方２８に貯留されていく。またこの可塑化工程ではスクリュ回転数とともに背圧が制御されている。背圧は射出装置１２の図示しないロードセルにより検出され、射出用モータ２０をクローズドループ制御することによりコントロールされる。本実施形態における背圧は、低め（一例として０ＭＰａ〜６ＭＰａ）に設定されているので、スクリュ前方２８に計量され貯留された溶融樹脂やメタリングゾーン１７ｍの溝内の溶融樹脂の圧力はそれほど上昇せず、常にメタリングゾーン１７ｍのほうが高い状態で溶融樹脂がスクリュ前方２８に送られる。またその結果、メタリングゾーン１７ｍの溝部の側にも溶融樹脂が詰まりすぎるということはない。
【００２７】
そして図４（ａ）に示されるように、スクリュ１７の位置が計量完了位置Ａ（設定位置）まで後退したら（Ｓ２）、スクリュ回転を停止する（Ｓ３）。（図３に示されるように、本実施形態では、スクリュを回転して溶融樹脂をスクリュ前方２８に供給終了するまでを計量を呼び、スクリュ後退等の動作が終了するまでを可塑化工程と呼ぶ。）なお図５において図示はしないが、所定時間までにスクリュ１７が計量完了位置まで後退しない場合はタイムアップして警報を出す。
【００２８】
次にスクリュ１７を図４（ｂ）に示される前方の設定された前進位置Ｂ（目標位置）へ向けて前進開始させる（Ｓ４）。なおスクリュ１７の前進開始は計量完了と同時でもよく僅かな時間が経過してから前進させてもよい。そしてスクリュ１７が前進位置ＢまでストロークＦだけ前進されることにより、スクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂の圧力が上昇する。この際にノズル１５の先端がスプルにより閉塞されていることは前記した通りである。また加熱筒１４の内孔１６におけるスクリュ１７の逆流防止装置１８の後方側は、逆流防止装置１８の前進により体積が増加するが、溶融樹脂の量には変化がないので、溶融樹脂の圧力が低下する方向へ働く。また加熱筒１４の逆流防止装置１８の後方は絶えず真空ポンプ３０により吸引され真空状態が保持されているので、スクリュ１７が回転されていない場合、メタリングゾーン１７ｍの溶融樹脂の圧力は時間とともに低下する方向へ働く。従ってスクリュ前進によって、スクリュ１７が回転していた計量時とは、スクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂と逆流防止装置１８の後方のメタリングゾーン１７ａの溶融樹脂の圧力のバランスが変わり、スクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂の圧力のほうが高くなる。またはスクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂の圧力のほうが高くなるようにスクリュ１７の前進時のストロークＦを決定する。前進時のストロークＦの数値は、射出装置１２の大きさにより異なるが、好ましい一例としては、スクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂量の５〜４０％、または射出工程における計量完了位置Ａから射出（保圧）完了位置Ｄまでのスクリュ１７のストロークＨの５〜４０％である。
【００２９】
そして前記のように溶融圧力のバランスが変化したため、逆流防止装置１８のボール室３４内のボール３５が後方へ移動され、ボール３５はシート面３６に当接され流路４０が閉鎖される。そしてスクリュ１７が予め設定された前進位置Ｂに到達すると（Ｓ５）、スクリュ１７の前進を停止させる（Ｓ６）。なお本実施形態ではスクリュ１７を前進させている間、計量用モータ１９によるスクリュ１７の回転制御は、正回転駆動も逆回転駆動も行わない。しかしながら計量用モータ１９によりスクリュ１７の回転（望ましくは逆回転駆動）も行いながらスクリュ１７を前進させるものでもよい。更にはスクリュ１７の前進に伴う自転を容認するものでもよい。
【００３０】
またスクリュ１７の正回転終了後（計量完了後）に、スクリュ１７を前進させる際の制御は上記に限らず、次のようなものでもよい。スクリュ１７の速度を検出し、スクリュ１７が減速状態となってから設定速度まで低下した時点でスクリュ１７の前進を停止するようにしてもよい。またはスクリュ１７が前進時に受ける圧力が設定圧力になった時点でスクリュ１７を停止するようにしてもよい。その場合スクリュ１７が前進時に受ける圧力は、スクリュ１７の前進力を検出するロードセルの値の他、射出用油圧シリンダの油圧や加熱筒１４の内孔１６の前方における計量された溶融樹脂の圧力を直接検出するものでもよい。更にはスクリュ１７が前進開始されてからタイマがタイムアップされるまで所定時間分前進させるようにしてもよく、制御方法は限定されない。そして前記の設定速度や設定圧力となりスクリュ１７を停止する場合は、毎回スクリュ１７の位置自体は異なる可能性があるので、スクリュ１７が停止した位置において、制御値をオフセットし、オフセットされた位置を基準に射出工程を行うことが望ましい。
【００３１】
そして次にスクリュ１７の前進が終了するのと同時かまたは僅かに時間の経過後に、射出用モータ２０を作動させてスクリュ１７を図４（Ｃ）に示される後退位置Ｃ（目標位置）へ向けて後退を開始させる（Ｓ７）。そしてスクリュ１７が前記後退位置Ｃに到達したかが判断される（Ｓ８）。そして後退位置Ｃ（射出開始位置）に到達するとスクリュ１７の後退を停止する（Ｓ９）。この作動はサックバックとも呼ばれ、図４（Ｃ）に示されるストロークＧだけスクリュ１７を後退させることにより、加熱筒１４の内孔１６の前側（スクリュ前方２８）の容積を拡大し、貯留された溶融樹脂の圧力を低下させる。しかしスクリュ前方２８に貯留された溶融樹脂の圧力は、加熱筒１４の内孔１６の後方（スクリュ後方）よりも依然として高いから逆流防止装置１８のボール３５が前方に向けて移動されて流路４０が開放されるということはない。この際に逆流防止装置１８よりも後方側が真空吸引されているので、逆流防止装置１８の流路３８を介してボール３５が後方に向けて吸引され、シート面３６にらボール３５が押圧される。従ってより一層、逆流防止装置１８の閉鎖が保持される。本発明ではここまでを可塑化工程と呼ぶ。なおスクリュ１７の後退についても位置制御以外の方式を採用してもよい。その場合も射出工程の前にスクリュ位置のオフセットが行われる。
【００３２】
そして型締装置側では、冷却時間が終了すると、型締機構４５の圧抜き、型開き、および型開位置での成形品の取出しを行う。そして次の型閉を行い、わずかに型開してキャビティを容積の拡大した位置に可動盤４３および可動金型４４を停止させて、型締側が準備完了となる。また射出装置側は可塑化工程が終了すると、次の射出工程まで待機している。そして型締装置側が前記のように準備完了すると、射出工程を開始する。射出工程のうちの射出充填工程においてスクリュ１７が所定の位置まで前進されると型締装置１３の可動盤４３が前進され、キャビティ４６内の溶融樹脂が圧縮される。また更にスクリュ１７の位置が前進して保圧切換位置に到達するとスクリュ１７は速度制御から圧力制御に切換えられる。そして射出工程全体では、図４（ｄ）に示される射出（保圧）完了位置ＤまでストロークＨだけ前進する。そして保圧工程が終了して所定時間経過すると、再び次の可塑化工程が開始される。なお射出工程は、保圧工程を設けずに射出充填工程でスクリュ１７が前進限まで前進されるものでもよい。
【００３３】
なお本実施形態では、逆流防止装置１８として、ボールチェック式の逆流防止弁を用いたが、リング式の逆流防止弁や、その他の閉鎖部材（例えばボール３５の代わりに棒状のものを閉鎖部材としたものなど）を用いることにより、溶融樹脂の流路を閉鎖するものでもよい。ただしリング方式の逆流防止弁の場合、シリングの外周面と加熱筒内孔壁の間が摺動状態にあるため、スクリュ後退時（サックバック時）にスクリュ本体に対してリングバルブが相対的に前方へ残る形になりやすい。そうすると逆流防止装置の溶融樹脂の流路が完全に閉鎖できず、射出工程でノズルから成形金型のキャビティ内に射出される溶融樹脂の量が一定しないことも考えられ、ボールチェック式のほうが溶融樹脂の流路の閉鎖の点では有利であると考えられる。ただしリング方式の場合にも、スクリュ前進時にスクリュ前方の圧力をより高くすることや、スクリュ後退量や後退速度を僅かにしたりスクリュ後退を行わないようにすることなどの対策を行って同様の閉鎖効果を得るようにすることも考えられる。更には逆流防止装置は、閉鎖部材をバネにより閉鎖方向に付勢したものでもよい。この場合は、計量後に閉鎖部材に僅かに力を加えるだけで溶融樹脂の流路が閉鎖しやすくなる。
【００３４】
本実施形態では、可塑化工程における逆流防止装置１８の閉鎖部材を閉鎖するための動作として、計量完了後（スクリュ正回転完了後）にスクリュ前進、スクリュ後退（サックバック）の順に行った。しかし前記に限定されず、次のようなものでもよい。計量完了とスクリュ前進の間、スクリュ前進とスクリュ後退（サックバック）の間、スクリュ後退の後、の少なくとも一つにスクリュ１７を逆回転させるものでもよい。スクリュ１７を逆回転する目的は、メタリングゾーン１７ｍの溝部の溶融樹脂を後方へ送り、逆流防止装置１８よりもすぐ後ろ側の圧力を下げることである。そしてスクリュ１７を逆回転させることでボールチェックのボール３５がシート面３６に強固に押圧され流路４０が閉鎖されやすくなる。また逆流防止装置１８よりも後方の溶融樹脂（半溶融のものを含む）が、溝部の中で分散されてガス抜きが容易になる。
【００３５】
更にはスクリュ前進のみを行うものでもよい。更にまたスクリュ前進を含むこれらの作動を複数回繰り返すものでもよい。いずれにしても本発明において、溶融材料をスクリュ前方２８に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュ１７を前進させ逆流防止装置１８を閉鎖する動作は必須である。前記においてスクリュ前進のみを行いサックバックを行わない場合、スクリュ前方１７ａの溶融樹脂圧が高くなりすぎることがある。そうすると射出工程開始前に成形品を取出した際に、ノズル１５からの溶融樹脂が漏れ出るドルーリングの問題が発生する場合も考えられる。従ってその場合はシャットオフノズル等のノズル閉鎖装置や金型内のバルブゲート等が必要となる。
【００３６】
また本発明の加熱筒内の真空度については、−９０ｋＰａ以下の低真空状態のものであってもよく、加熱筒内に窒素ガス等を供給するものを除外するものではない。また加熱筒内の逆流防止装置１８よりも後方の空間の真空吸引状態は、計量工程後のスクリュ前進時も常時継続されているものが望ましいが、一部の工程において真空ポンプの停止やバルブ操作により、真空吸引を停止するものを除外するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の材料の可塑化工程を有する射出成形機および射出成形機の作動方法は、竪型の射出装置を使用したものにも応用することができる。また材料については、樹脂が想定されるが、それ以外に可塑化工程においてガスや水分等が発生する材料であってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１１ 射出成形機
１２ 射出装置
１３ 型締装置
１４ 加熱筒
１６ 内孔
１７ スクリュ
１８ 逆流防止装置
１９ 計量用モータ
２０ 射出用モータ
２４ フィードスクリュ
３０ 真空ポンプ
３４ ボール室
３５ ボール
３６ シート面
３７，３８，３９ 流路
Ａ 計量完了位置
Ｂ 前進位置
Ｃ 後退位置
Ｄ 射出（保圧）完了位置
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ ストローク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機の作動方法において、
可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、
溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させることを特徴とする射出成形機の作動方法。
【請求項２】
前記スクリュには内部に溶融材料の流路が形成され、前記流路を閉鎖部材により閉鎖する逆流防止装置が設けられたことを特徴とする射出成形機の作動方法。
【請求項３】
スクリュ回転終了より後にスクリュを前進させ、その後に後退させて可塑化工程を終了することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の作動方法。
【請求項４】
真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機において、
可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、
溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させる制御手段が設けられたことを特徴とする射出成形機。
【請求項１】
真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機の作動方法において、
可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、
溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させることを特徴とする射出成形機の作動方法。
【請求項２】
前記スクリュには内部に溶融材料の流路が形成され、前記流路を閉鎖部材により閉鎖する逆流防止装置が設けられたことを特徴とする射出成形機の作動方法。
【請求項３】
スクリュ回転終了より後にスクリュを前進させ、その後に後退させて可塑化工程を終了することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の作動方法。
【請求項４】
真空吸引可能な加熱筒内にて前側に逆流防止装置が設けられ回転可能かつ前後進可能なスクリュを用いて材料の可塑化工程を行う射出成形機において、
可塑化工程時には逆流防止装置よりも後方側の加熱筒内の空間が真空状態に保持されるとともに、
溶融材料をスクリュ前方に供給するスクリュ回転終了より後にスクリュを前進させる制御手段が設けられたことを特徴とする射出成形機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５９８９１（Ｐ２０１３−５９８９１Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８９３７（Ｐ２０１１−１９８９３７）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００１５５１５９）株式会社名機製作所 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００１５５１５９）株式会社名機製作所 (255)
【Ｆターム（参考）】
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