JP2004155134A

JP2004155134A - 自動可塑化装置及び方法

Info

Publication number: JP2004155134A
Application number: JP2002324578A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Mayama; 勉間山
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】非反応性ガスの流量又は圧力に基づいて、スクリュの進退、背圧、又は回転を適切に制御することによって、非反応性ガスを樹脂に適切に溶解させることができ、樹脂を適切に可塑化することができるようにする。
【解決手段】樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ２２と、該加熱シリンダ２２内に配設されたスクリュ２４と、該スクリュ２４を回転させるスクリュ回動装置２８と、前記スクリュ２４を進退させるスクリュ駆動装置２５と、前記加熱シリンダ２２内に非反応性ガスを供給するガス供給ユニット３０と、前記非反応性ガスの流量又は圧力に基づいて、前記スクリュ回動装置２８又はスクリュ駆動装置２５の動作を制御する制御装置５０とを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動可塑化装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形機等の成形機においては、加熱シリンダ内において加熱され、溶融させられた樹脂を高圧で射出して金型装置のキャビティに充填（てん）し、該キャビティ内において樹脂を冷却し、固化させることによって成形品を成形するようにしている。
【０００３】
そのために、前記射出成形機は金型装置、型締装置及び可塑化装置としての射出装置を有し、前記型締装置は、固定プラテン及び可動プラテンを備え、型締用シリンダが可動プラテンを進退させることによって金型装置の型閉、型締及び型開を行う。
【０００４】
一方、前記射出装置は、樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ、及び、該加熱シリンダの前端に取り付けられ、溶融させられた樹脂を射出する射出ノズルを備え、前記加熱シリンダ内にスクリュが回転可能に、かつ、進退可能に配設される。そして、該スクリュを、後端に配設された駆動部によって前進させることにより射出ノズルから樹脂が射出され、前記駆動部によって回転させることにより樹脂の計量が行われる。
【０００５】
近年、射出成形機においては、炭酸ガス等の非反応性ガスを樹脂に含浸させる成形方法を採用することがある（例えば、特許文献１参照。）。この場合、前記加熱シリンダ内に非反応性ガスを導入し、前記加熱シリンダ内において溶融させられた樹脂に非反応性ガスを含浸させて溶解させるようになっている。
【０００６】
図２は従来の射出装置を示す図である。
【０００７】
図において、１０１は可塑化装置としての射出装置の加熱シリンダ、１０２は該加熱シリンダ１０１を加熱する加熱装置としてのヒータ、１０３は前記加熱シリンダ１０１の先端に取り付けられた射出ノズル、１０４は前記加熱シリンダ１０１内に配設されたスクリュ、１０５は該スクリュ１０４を回転させるモータ、１０６は前記加熱シリンダ１０１に原料としての樹脂を供給するホッパである。また、１１１は炭酸ガス等の非反応性ガスを貯蔵するガス貯留源としてのガスボンベ、１１２は前記加熱シリンダ１０１に取り付けられたガス導入口、１１３は前記ガスボンベ１１１とガス導入口１１２とを連結する連結管路、１１４は前記ガス導入口１１２に取り付けられた圧力計である。
【０００８】
そして、前記可塑化装置の計量工程においては、モータ１０５が作動してスクリュ１０４を回転させ、図示されないスクリュ駆動装置が作動して前記スクリュ１０４を所定の位置まで後退（図における右方に移動）させる。このとき、ホッパ１０６から供給された樹脂は、加熱シリンダ１０１内において加熱され、溶融させられて、すなわち、可塑化されて、スクリュ１０４の後退に伴って該スクリュ１０４の前方に溜（た）められる。
【０００９】
また、前記ガスボンベ１１１から供給された非反応性ガスがガス導入口１１２から加熱シリンダ１０１内に導入される。そして、該加熱シリンダ１０１内は所定の圧力となっていて、非反応性ガスは可塑化された樹脂に溶解する。なお、加熱シリンダ１０１内に導入される非反応性ガスの圧力は、圧力計１１４によって測定され、所定の値となるように調整される。
【００１０】
そして、射出工程においては、前記スクリュ駆動装置が作動して前記スクリュ１０４を前進（図における左方に移動）させるので、該スクリュ１０４の前方に溜められた非反応性ガスを含む樹脂は射出ノズル１０３から射出される。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２６０１６５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の可塑化装置においては、加熱シリンダ１０１内に導入される非反応性ガスの圧力に基づいて、ガスボンベ１１１から供給される非反応性ガスの圧力及び流量を制御するようになっているので、樹脂の可塑化を適切に行うことが困難であった。
【００１３】
非反応性ガスを樹脂に適切に溶解させるためには、非反応性ガスの圧力及び流量に加えて、スクリュ１０４から樹脂に対して加えられる圧力としてのスクリュ背圧、スクリュ１０４の単位時間当たりの回転数としてのスクリュ回転数等を適切に制御することが必要である。例えば、スクリュ背圧が低かったり、スクリュ回転数が高かったりすると、非反応性ガスが樹脂に溶解せずにガス溜まりが生じ、ベントアップ（ＶｅｎｔＵｐ）が発生してしまう。また、加熱シリンダ１０１内における樹脂によるシール性が低下すると、非反応性ガスがホッパ１０６側に吹き抜けて、該ホッパ１０６から外気に放出されてしまう。
【００１４】
本発明は、前記従来の可塑化装置における問題点を解決して、非反応性ガスの流量又は圧力に基づいて、スクリュの進退、背圧、又は回転を適切に制御することによって、非反応性ガスを樹脂に適切に溶解させることができ、樹脂を適切に可塑化することができる自動可塑化装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の自動可塑化装置においては、樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダと、該加熱シリンダ内に配設されたスクリュと、該スクリュを回転させるスクリュ回動装置と、前記スクリュを進退させるスクリュ駆動装置と、前記加熱シリンダ内に非反応性ガスを供給するガス供給ユニットと、前記非反応性ガスの流量又は圧力に基づいて、前記スクリュ回動装置又はスクリュ駆動装置の動作を制御する制御装置とを有する。
【００１６】
本発明の他の自動可塑化装置においては、さらに、前記制御装置は、前記ガス供給ユニットによって供給される非反応性ガスの圧力に等しくなるように背圧を設定して前記スクリュ駆動装置の動作を制御する背圧設定制御部を備える。
【００１７】
本発明の更に他の自動可塑化装置においては、さらに、前記制御装置は、スクリュ回転数の変化を緩やかにするように、時間の経過に対応するスクリュ回転数の変化を設定して前記スクリュ回動装置の動作を制御するスクリュ回転数設定制御部を備える。
【００１８】
本発明の更に他の自動可塑化装置においては、さらに、前記制御装置は、樹脂の計量工程が完了した後、位置保持制御によって前記スクリュの位置を一定に保持するように、前記スクリュ駆動装置の動作を制御するスクリュ位置設定制御部を備える。
【００１９】
本発明の更に他の自動可塑化装置においては、さらに、前記制御装置は、前記シリンダ内圧が前記ガス供給ユニットによって供給される非反応性ガスの圧力よりも高い場合に異常を検出して報知する異常検出報知部を備える。
【００２０】
本発明の自動可塑化方法においては、計量工程において、ホッパから加熱シリンダ内に供給される樹脂をスクリュを回転することで溶融するとともに、前記加熱シリンダに供給される非反応性ガスの供給ガス圧と等しくなるように前記スクリュの背圧を制御する。
【００２１】
本発明の他の自動可塑化方法においては、さらに、前記計量工程完了時、前記スクリュの後退を停止させ、該スクリュの位置を一定に保持する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、射出成形機用の自動可塑化装置について説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態における自動可塑化装置の概略図、図３は本発明の実施の形態におけるスクリュの構成を示す図である。
【００２４】
図１において、１０は自動可塑化装置であり、可塑化装置としての射出装置２０、及び、非反応性ガスを供給するガス供給ユニット３０を有する。なお、前記射出装置２０及びガス供給ユニット３０は、成形機フレーム１１上に配設されている。
【００２５】
そして、２１は射出装置本体であり、成形機フレーム１１上に固定されたガイド部材１２に沿って前後方向（図１における左右方向）に移動可能に取り付けられている。また、１３は前記射出装置本体２１を前後方向に移動させる本体駆動装置であり、前記成形機フレーム１１上に固定されている。ここで、前記本体駆動装置１３は、例えば、サーボモータ等の電動モータを駆動源とし、ボールねじ機構による運動方向変換装置を備えるアクチュエータであるが、油圧シリンダ装置、空圧シリンダ装置等を駆動源とするアクチュエータであってもよい。そして、一端が射出装置本体２１に取り付けられた連結ロッド１３ａを伸縮させることによって、前記射出装置本体２１を前後方向に移動させるようになっている。
【００２６】
また、該射出装置本体２１には、前方（図１における左方）に向けて加熱シリンダ２２が固定され、該加熱シリンダ２２の前端（図１における左端）にノズルとしての射出ノズル２３が配設される。なお、前記加熱シリンダ２２の外周面には、加熱装置としてのヒータ２６が複数配設され、前記加熱シリンダ２２の温度を調節する。そして、該加熱シリンダ２２に樹脂を供給するホッパ２７が配設されるとともに、加熱シリンダ２２の内部にはスクリュ２４が前後方向に移動可能に、かつ、回転可能に配設される。ここで、該スクリュ２４は、後方（図１における右方）に配設されたスクリュ駆動装置２５によって、進退させられる、すなわち、前後方向に移動させられ、また、スクリュ回動装置２８によって回転させられる。なお、前記スクリュ駆動装置２５は、例えば、サーボモータ等の電動モータを駆動源とし、ボールねじ機構による運動方向変換装置を備えるアクチュエータであるが、油圧シリンダ装置、空圧シリンダ装置等を駆動源とするアクチュエータであってもよい。また、前記スクリュ駆動装置２５は、スクリュ２４の位置を検出するために、図示されないスクリュ位置センサを備える。なお、前記スクリュ回動装置２８は、サーボモータ等の電動モータを駆動源とし、ギヤ、タイミングベルト、チェーン等から成る伝動機構２８ａによって回転を前記スクリュ２４の後方部に伝達する。
【００２７】
ここで、前記樹脂は、熱可塑性樹脂であり、例えば、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＳ（ポリスチレン）、発泡ポリスチレン、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＡＳ（スチレン／アクリロニトリル）、ＡＢＳ樹脂、メタクリル樹脂、生分解性樹脂等であるが、いかなる樹脂であってもよい。また、高耐熱性樹脂、スーパーエンジニアリングプラスチック、難燃剤が添加された樹脂、ガラス繊維等のフィラーが混入された樹脂、化学発泡剤が添加された樹脂等であってもよい。
【００２８】
本実施の形態においては、前記樹脂を発泡成形したり、樹脂の流動性を高めるために、加熱シリンダ２２内にガス供給ユニット３０から供給される非反応性ガスを導入し、該非反応性ガスを樹脂に含浸させて溶解させるようになっている。ここで、前記非反応性ガスは、例えば、炭酸ガス（二酸化炭素ガス）、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の無機ガスであるが、樹脂と反応を起こさないガスであれば、いかなる種類のガスであってもよい。
【００２９】
また、前記スクリュ２４は、図３に示されるように、表面に螺（ら）旋状のフライト２４ａ及び該フライト２４ａの間に螺旋状の溝２４ｂが形成され、後方（図３における右方）から前方（図３における左方）に向かって、第１ステージ２４ｃ、シールゾーン２４ｄ及び第２ステージ２４ｅに区分されている。そして、前記非反応性ガスは、加熱シリンダ２２に形成されたガス供給口４３から、スクリュ２４の第２ステージ２４ｅに対応する箇所に導入される。ここで、前記シールゾーン２４ｄにおいては、フライト２４ａ及び溝２４ｂが形成されておらず、かつ、スクリュ２４の表面の外径がフライト２４ａの外径とほぼ等しくなっている。そのため、前記シールゾーン２４ｄにおいて、加熱シリンダ２２の内面とスクリュ２４の表面との間には狭い隙（すき）間が形成される。そして、該狭い隙間を溶融された樹脂が第１ステージ２４ｃから第２ステージ２４ｅに向かって通過することによって、前記狭い隙間が溶融された樹脂によって閉塞（そく）され、シール作用が発生する。これにより、第２ステージ２４ｅに対応する箇所に導入された非反応性ガスが第１ステージ２４ｃに進入することがなく、非反応性ガスがホッパ２７から外部に流出することが防止される。
【００３０】
そして、ガス供給ユニット３０は、ガス貯留源３１、ガス流調節装置３２及びガス流測定装置３６を有する。ここで、前記ガス貯留源３１は、例えば、ガスボンベであり、貯留する非反応性ガスを管路３５を介して供給する。また、前記ガス流調節装置３２は、ポンプ３３及び減圧弁３４を備え、前記管路３５の途中に配設されて、ガス貯留源３１から供給された非反応性ガスの流量を調節して供給する。さらに、前記ガス流測定装置３６は、減圧弁３７及び供給ガス圧センサ３８を備え、前記管路３５におけるガス流調節装置３２の下流側に配設されて、該ガス流調節装置３２から供給された非反応性ガスの圧力、すなわち、供給ガス圧を測定する。なお、前記減圧弁３４及び減圧弁３７は省略することもできる。
【００３１】
また、前記ガス流測定装置３６は、供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧が所定の設定値となるように、信号線４１を介して、制御信号をガス流調節装置３２に送信する。そして、該ガス流調節装置３２におけるポンプ３３は、前記制御信号に従って作動し、非反応性ガスの流量を調節して供給する。この場合、供給ガス圧が所定の設定値と供給ガス圧センサ３８の検出した値との差がゼロとなるようなフィードバック制御が行われる。
【００３２】
そして、非反応性ガスは管路３５を介して、加熱シリンダ２２に形成されたガス供給口４３から、前記加熱シリンダ２２内のスクリュ２４の第２ステージ２４ｅに対応する箇所に導入される。また、前記ガス供給口４３には、加熱シリンダ２２内の圧力、すなわち、シリンダ内圧を測定するシリンダ内圧センサ４４が配設される。なお、該シリンダ内圧センサ４４は、前記加熱シリンダ２２内のスクリュ２４の第２ステージ２４ｅに対応する箇所であれば、前記ガス供給口４３から離れた箇所に配設されていてもよい。
【００３３】
ここで、前記供給ガス圧センサ３８及びシリンダ内圧センサ４４の検出信号は、自動可塑化装置１０の制御装置５０にも送信される。該制御装置５０は、供給ガス圧及びシリンダ内圧に基づいて、射出装置２０のスクリュ駆動装置２５及びスクリュ回動装置２８の動作を制御する。この場合、前記制御装置５０からの制御信号は、信号線４５及び信号線４６を介して送信される。
【００３４】
次に、前記制御装置５０の構成について説明する。
【００３５】
図４は本発明の実施の形態における制御装置の構成を示すブロック図、図５は本発明の実施の形態における制御装置の機能の観点から見た構成を示すブロック図である。
【００３６】
本実施の形態において、前記制御装置５０は、一種のコンピュータであり、図４に示されるように、演算処理装置５１、記憶装置５２、入力装置５３、出力装置５４、入力インターフェイス装置５５及び出力インターフェイス装置５６を有する。なお、前記演算処理装置５１、記憶装置５２、入力装置５３、出力装置５４、入力インターフェイス装置５５及び出力インターフェイス装置５６は、バスライン５７を介して相互に通信可能に接続されている。
【００３７】
ここで、前記演算処理装置５１は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段を備え、前記供給ガス圧センサ３８及びシリンダ内圧センサ４４の検出信号に基づいて、所定のシーケンスに従って演算処理を行い、前記スクリュ駆動装置２５及びスクリュ回動装置２８の動作を制御するための制御値を算出する。なお、前記演算処理装置５１は、プログラムやデータを格納したり、ワーキングメモリとして機能したりするために、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段を備えるものであってもよい。また、前記記憶装置５２は、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段を備え、各種プログラム、データ、前記演算処理装置５１の算出した制御値等を格納する。なお、前記記憶手段としては、磁気テープ、磁気ディスク、磁気ドラム、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、ＭＤ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ／Ｗ、光ディスク、ＭＯ、ＩＣカード、光カード、メモリカード等の各種の記憶媒体を使用することもできる。該記憶媒体は、演算処理装置５１にあらかじめ据え付けられたものであってもよく、オペレータによって適宜交換可能なものであってもよい。また、前記記憶装置５２は、記憶手段を駆動したり、データの送受信を行ったりするための演算手段を備えるものであってもよい。
【００３８】
そして、前記入力装置５３は、オペレータが自動可塑化装置１０を操作したり、プログラムや設定値の入力や修正を行ったりするためのものであり、キーボード、操作キー、押しボタン、タッチボタン、ジョグダイヤル、十字キー、マウス等から成るものであるが、リモートコントローラであってもよい。また、前記出力装置５４は、オペレータが自動可塑化装置１０の作動状態を確認したり、プログラムや設定値を出力させたりするためのものであり、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示手段、プリンタ等の印刷手段、スピーカ等の音声出力手段等を備える。なお、出力装置５４がタッチパネルである場合には、前記入力装置５３は出力装置５４の画面に表示された操作キー、操作メニュー等の操作スイッチから成るものであってもよい。すなわち、前記入力装置５３と出力装置５４とを一体的に構成することができる。この場合、通常のタッチパネルのように、出力装置５４の画面に表示された操作スイッチを押す（タッチする）ことによって、入力を行うことができる。
【００３９】
また、前記入力インターフェイス装置５５は、前記供給ガス圧センサ３８及びシリンダ内圧センサ４４からの検出信号を受信し、必要に応じて、プロトコルのチェックや変換を行い、演算処理装置５１、記憶装置５２、出力装置５４等に送信する。なお、前記制御装置５０は、スクリュ駆動装置２５のスクリュ位置センサからの検出信号を受信することができるものであることが望ましい。そして、前記出力インターフェイス装置５６は、演算処理装置５１、記憶装置５２、入力装置５３等からの信号を受信し、必要に応じて、プロトコルのチェックや変換を行い、信号線４５及び信号線４６を介してスクリュ駆動装置２５及びスクリュ回動装置２８に送信する。また、前記制御装置５０は、必要に応じて、ヒータ２６及びガス流調節装置３２を制御することができる。
【００４０】
なお、前記制御装置５０は、例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ等の汎（はん）用のコンピュータであってもよいし、専用に設計されたコンピュータであってもよい。また、独立して構成されたものであってもよいし、他の制御装置と一体的に構成されたものであってもよい。さらに、前記演算処理装置５１、記憶装置５２、入力装置５３、出力装置５４、入力インターフェイス装置５５及び出力インターフェイス装置５６の一部又はすべてが分離独立して構成されたものであってもよいし、分散型サーバのように複数のコンピュータを有機的に結合したものであってもよいし、大型のコンピュータに構築された複数のシステムの一つであってもよい。
【００４１】
本実施の形態において、前記制御装置５０は、機能の観点からみて、図５に示されるように、背圧設定制御部６１、スクリュ回転数設定制御部６２、スクリュ位置設定制御部６３、異常検出報知部６４及びガス供給タイミング制御部６５を有する。
【００４２】
ここで、前記背圧設定制御部６１は、供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧と等しい圧力となるようにスクリュ２４の背圧を設定して制御する。そして、前記制御装置５０は、設定された背圧となるような制御信号を信号線４５を介してスクリュ駆動装置２５に送信する。前記加熱シリンダ２２内において、樹脂に含浸して溶解する非反応性ガスの量、すなわち、ガス溶解量は、非反応性ガスの供給ガス圧とスクリュ２４の背圧との関係で定まる。この場合、供給ガス圧が高くなるほど背圧を高くする必要がある。そのため、前記背圧設定制御部６１が供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧となるようにスクリュ２４の背圧として設定することによって、加熱シリンダ２２内に供給された非反応性ガスは適切に樹脂に溶解し、ガス溜まりが生じることがない。
【００４３】
また、スクリュ回転数設定制御部６２は、加熱シリンダ２２内に供給される非反応性ガスの流量が急増すること、すなわち、流量サージが発生することを防止するために、スクリュ２４の単位時間当たりの回転数としてのスクリュ回転数の変化を緩やかにするように、時間の経過に対応するスクリュ回転数の変化を設定して制御する。そして、前記制御装置５０は、設定されたスクリュ回転数となるような制御信号を信号線４６を介してスクリュ回動装置２８に送信する。例えば、スクリュ回転数を上昇させる時に、スクリュ回転数が二段階で上昇するように設定して制御する。これにより、樹脂の計量工程を開始する時に流量サージの発生を適切に防止することができる。なお、スクリュ回転数を変化させる段階数は、二段に限定されるものでなく、三段以上の多段であってもよいし、無段階に変化させるよう制御にしてもよい。
【００４４】
さらに、前記スクリュ回転数設定制御部６２は、加熱シリンダ２２内のスクリュ２４の第１ステージ２４ｃに対応する箇所において樹脂を加熱シリンダ２２の前方に送り込む力、すなわち、フィード力が低下しないように、シリンダ内圧センサ４４が測定したシリンダ内圧に基づいて、スクリュ回転数を設定して制御する。この場合、シリンダ内圧が高くなるとスクリュ回転数を上昇させてフィード力を上昇させるようにする。なお、加熱シリンダ２２内に供給される非反応性ガスの流量が増加した場合にも、スクリュ回転数を上昇させてフィード力を上昇させ、非反応性ガスが溶解するのに十分な量の樹脂を加熱シリンダ２２の前方に送り込むようになっている。また、スクリュ回転数を上昇させると樹脂の温度が上昇するので、ヒータ２６の加熱温度を低下させることが望ましい。
【００４５】
そして、前記スクリュ位置設定制御部６３は、樹脂の計量工程が完了した後にスクリュ２４の位置を一定に保持する位置保持制御を行う。この場合、設定されたスクリュ２４の位置と、スクリュ駆動装置２５のスクリュ位置センサが検出したスクリュ２４の位置との偏差に基づいて、スクリュ２４の位置を一定に保持するようにスクリュ駆動装置２５を制御する。そして、前記制御装置５０は、設定されたスクリュ２４の位置となるような制御信号を信号線４５を介してスクリュ駆動装置２５に送信する。これにより、自動可塑化装置１０の運転をオペレータによる手動運転から自動運転に切り替えた際にもスクリュ２４の位置が移動することがない。また、供給ガス圧やシリンダ内圧が変動しても、スクリュ２４の位置が移動することがない。
【００４６】
また、前記異常検出報知部６４は、シリンダ内圧センサ４４が測定したシリンダ内圧が供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧よりも高いことを異常として検出し、出力装置５４の表示手段としての表示画面に異常があることを示す画像を表示したり、出力装置５４の音声出力手段から、ビープ音、音声等を出力したりして、オペレータに異常を報知する。シリンダ内圧が供給ガス圧よりも高い場合には、加熱シリンダ２２内に供給された非反応性ガスが樹脂に溶解せず、加熱シリンダ２２内のガス供給口４３近傍に過大な圧力が発生していると考えられる。この場合、加熱シリンダ２２内でガス溜まりが生じ、図示されないベントポート内で樹脂が盛り上がるベントアップが発生してしまう。また、非反応性ガスがシールゾーン２４ｄを通過して第１ステージ２４ｃに吹き抜けて、ホッパ２７から外気に放出されてしまうこともある。この場合、前記異常検出報知部６４が異常を報知するので、オペレータは自動可塑化装置１０の動作を停止させる等の適切な措置を取ることができる。
【００４７】
さらに、前記ガス供給タイミング制御部６５は、加熱シリンダ２２内への非反応性ガスの供給を設定されたタイミングで開始させ、該設定されたタイミングで終了させるようにガス供給ユニット３０の動作を制御する。そして、前記制御装置５０は、制御信号をガス流調節装置３２に送信する。この場合、スクリュ２４の第２ステージ２４ｅに樹脂が充填されている状態で非反応性ガスを加熱シリンダ２２内に供給する必要があるので、樹脂の計量工程が開始された後に非反応性ガスの供給を開始させる。また、樹脂の計量工程が完了した後に非反応性ガスの供給を継続すると、該非反応性ガスがシールゾーン２４ｄを通過して第１ステージ２４ｃに吹き抜けることがあるので、樹脂の計量工程が完了した時に非反応性ガスの供給を停止させる。
【００４８】
次に、前記構成の自動可塑化装置１０の動作について説明する。
【００４９】
図６は本発明の実施の形態における非反応性ガスの供給ガス圧とスクリュの背圧との関係を示す図、図７は本発明の実施の形態における非反応性ガスの流量とスクリュ回転数との関係を示す図、図８は本発明の実施の形態における非反応性ガスの流量とスクリュ回転数との一般的な関係を示す図である。
【００５０】
可塑化装置としての射出装置２０において、樹脂を射出する場合、まず、樹脂の計量工程が行われ、スクリュ回動装置２８を駆動してスクリュ２４を回転させ、スクリュ駆動装置２５を駆動して前記スクリュ２４を所定の位置まで後退させる。この場合、樹脂は、樹脂ペレット等の形態で、ホッパ２７から加熱シリンダ２２内に供給される。ホッパ２７から供給された樹脂は、加熱シリンダ２２内において加熱され、溶融させられて、スクリュ２４の後退に伴って該スクリュ２４の前方に溜められる。この場合、溶融された樹脂は第１ステージ２４ｃからシールゾーン２４ｄを通過して第２ステージ２４ｅに進入する。
【００５１】
そして、溶融された樹脂が第２ステージ２４ｅに充填され始めると、制御装置５０のガス供給タイミング制御部６５は加熱シリンダ２２内への非反応性ガスの供給を設定されたタイミングで開始させる。これにより、ガス流調節装置３２のポンプ３３が作動を開始して、非反応性ガスが管路３５を介して、加熱シリンダ２２に形成されたガス供給口４３から、前記加熱シリンダ２２内の前記第２ステージ２４ｅに対応する箇所に導入される。
【００５２】
ここで、前記制御装置５０の背圧設定制御部６１は、供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧と等しくなるようにスクリュ２４の背圧を設定して制御する。前記加熱シリンダ２２内において、ガス溶解量は、非反応性ガスの供給ガス圧とスクリュ２４の背圧との関係で定まる。したがって、図６における線Ａで示されるように、供給ガス圧が高くなるほど背圧を高くする必要がある。なお、図６においては、横軸に背圧が減少する方向に採ってあり、縦軸に供給ガス圧が増加する方向に採ってある。そのため、前記背圧設定制御部６１が供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧と等しくなるようにスクリュ２４の背圧として設定する。これにより、加熱シリンダ２２内に供給された非反応性ガスは適切に樹脂に溶解し、ガス溜まりが生じることがない。
【００５３】
また、前記制御装置５０のスクリュ回転数設定制御部６２は、加熱シリンダ２２内のスクリュ２４のフィード力が低下しないように、シリンダ内圧センサ４４が測定したシリンダ内圧に基づいて、スクリュ回転数を設定して制御する。この場合、シリンダ内圧が高くなるとスクリュ回転数を上昇させてフィード力を上昇させるようにする。なお、加熱シリンダ２２内に供給される非反応性ガスの流量が増加した場合にも、図７における線Ｂで示されるように、スクリュ回転数を上昇させてフィード力を上昇させ、非反応性ガスを含浸するのに十分な量の樹脂を加熱シリンダ２２の前方に送り込むようになっている。図７においては、横軸にスクリュ回転数が採ってあり、縦軸に非反応性ガスの流量が採ってある。また、スクリュ回転数を上昇させると樹脂の温度が上昇するので、ヒータ２６の加熱温度を低下させることが望ましい。
【００５４】
ところで、図８における線Ｅで示されるように、スクリュ回転数をステップ状に変化させると、非反応性ガスの流量が線Ｃで示されるように変化し、流量サージ（図８におけるＤの箇所）が発生してしまう。そこで、スクリュ回転数を変化させる場合、前記スクリュ回転数設定制御部６２は、流量サージの発生を防止するために、スクリュ２４の単位時間当たりの回転数としてのスクリュ回転数の変化を緩やかにするように、時間の経過に対応するスクリュ回転数の変化を設定して制御する。例えば、スクリュ回転数を上昇させる時に、スクリュ回転数が二段階で上昇するように設定して制御する。これにより、樹脂の計量工程を開始する時に流量サージの発生を適切に防止することができる。
【００５５】
なお、前記制御装置５０の異常検出報知部６４は、シリンダ内圧センサ４４が測定したシリンダ内圧が供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧よりも高くなった場合には、異常として検出する。そして、出力装置５４の表示手段としての表示画面に異常があることを示す画像を表示したり、出力装置５４の音声出力手段から、ビープ音、音声等を出力したりして、オペレータに異常を報知する。これにより、オペレータは自動可塑化装置１０の動作を停止させる等の適切な措置を取ることができる。そのため、ベントアップが発生したり、非反応性ガスがシールゾーン２４ｄを通過して第１ステージ２４ｃに吹き抜けて、ホッパ２７から外気に放出されてしまうことがない。
【００５６】
そして、所定量の樹脂が前記スクリュ２４の前方に溜められると、前記制御装置５０は、樹脂の計量工程が完了したとして、前記スクリュ２４の後退を停止させる。続いて、スクリュ位置設定制御部６３はスクリュ２４の位置を一定に保持する位置保持制御を行う。この場合、設定されたスクリュ２４の位置と、スクリュ駆動装置２５のスクリュ位置センサが検出したスクリュ２４の位置との偏差に基づいて、スクリュ２４の位置を一定に保持するようにスクリュ駆動装置２５を制御する。また、前記ガス供給タイミング制御部６５は、加熱シリンダ２２内への非反応性ガスの供給を設定されたタイミングで終了させる。これにより、樹脂の計量工程が完了した後に、非反応性ガスがシールゾーン２４ｄを通過して第１ステージ２４ｃに吹き抜けることがない。
【００５７】
そして、図示されない金型装置の型閉が終了すると射出工程が行われる。この場合、本体駆動装置１３が駆動して射出装置本体２１を前進させ、加熱シリンダ２２の前端に配設された射出ノズル２３を前記金型装置のスプルーブッシュの背面に押し付けて、ノズルタッチが行われる。この後、スクリュ駆動装置２５が作動して、スクリュ２４を所定の位置まで前進させる。これにより、スクリュ２４の前方に溜められた樹脂が射出ノズル２３の先端から射出され、前記金型装置内のキャビティに充填される。
【００５８】
このように、本実施の形態においては、非反応性ガスを樹脂に含浸させる射出装置２０のスクリュ２４の動作を自動的に制御する。ここで、背圧設定制御部６１は、供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧と等しい圧力となるようにスクリュ２４の背圧を設定して制御する。そのため、加熱シリンダ２２内に供給された非反応性ガスは適切に樹脂に含浸され、ガス溜まりが生じることがない。
【００５９】
また、スクリュ回転数設定制御部６２は、スクリュ２４の単位時間当たりの回転数としてのスクリュ回転数の変化を緩やかにするように、時間の経過に対応するスクリュ回転数の変化を設定して制御する。そのため、加熱シリンダ２２内に供給される非反応性ガスの流量が急増する流量サージが発生することを防止することができる。
【００６０】
さらに、前記スクリュ回転数設定制御部６２は、シリンダ内圧センサ４４が測定したシリンダ内圧に基づいて、スクリュ回転数を設定して制御するので、加熱シリンダ２２内のスクリュ２４のフィード力が低下しない。
【００６１】
さらに、スクリュ位置設定制御部６３は、樹脂の計量工程が完了した後にスクリュ２４の位置を一定に保持する位置保持制御を行う。そのため、樹脂の計量工程が完了した後に、運転をオペレータによる手動運転から自動運転に切り替えた際にもスクリュ２４の位置が移動することがなく、また、供給ガス圧やシリンダ内圧が変動しても、スクリュ２４の位置が移動することがない。
【００６２】
さらに、異常検出報知部６４は、シリンダ内圧センサ４４が測定したシリンダ内圧が供給ガス圧センサ３８の検出した供給ガス圧よりも高い場合に異常を検出して報知する。そのため、オペレータが適切な措置を取ることができ、ベントアップが発生したり、非反応性ガスがシールゾーン２４ｄを通過して第１ステージ２４ｃに吹き抜けて、ホッパ２７から外気に放出されてしまうことがない。
【００６３】
さらに、ガス供給タイミング制御部６５は、加熱シリンダ２２内への非反応性ガスの供給を設定されたタイミングで開始させ、設定されたタイミングで終了させるように制御する。そのため、樹脂の計量工程が完了した後に、非反応性ガスが第１ステージ２４ｃに吹き抜けることがない。
【００６４】
なお、前記実施の形態においては、加熱シリンダが横方向（水平方向）に延在する横置型の射出成形機について説明したが、本発明の自動可塑化装置は、加熱シリンダが縦方向（垂直方向）に延在する縦置型の射出成形機にも適用することができる。
【００６５】
また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、自動可塑化装置においては、樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダと、該加熱シリンダ内に配設されたスクリュと、該スクリュを回転させるスクリュ回動装置と、前記スクリュを進退させるスクリュ駆動装置と、前記加熱シリンダ内に非反応性ガスを供給するガス供給ユニットと、前記非反応性ガスの流量又は圧力に基づいて、前記スクリュ回動装置又はスクリュ駆動装置の動作を制御する制御装置とを有する。
【００６７】
この場合、非反応性ガスを樹脂に適切に溶解させることができ、樹脂を適切に可塑化することができる。
【００６８】
他の自動可塑化装置においては、さらに、前記制御装置は、前記ガス供給ユニットによって供給される非反応性ガスの圧力に等しくなるように背圧を設定して前記スクリュ駆動装置の動作を制御する背圧設定制御部を備える。
【００６９】
この場合、加熱シリンダ内に供給された非反応性ガスは適切に樹脂に溶解し、ガス溜まりが生じることがない。
【００７０】
更に他の自動可塑化装置においては、さらに、前記制御装置は、スクリュ回転数の変化を緩やかにするように、時間の経過に対応するスクリュ回転数の変化を設定して前記スクリュ回動装置の動作を制御するスクリュ回転数設定制御部を備える。
【００７１】
この場合、加熱シリンダ内に供給される非反応性ガスの流量が急増する流量サージが発生することを防止することができる。
【００７２】
更に他の自動可塑化装置においては、さらに、前記制御装置は、樹脂の計量工程が完了した後、位置保持制御によって前記スクリュの位置を一定に保持するように、前記スクリュ駆動装置の動作を制御するスクリュ位置設定制御部を備える。
【００７３】
この場合、樹脂の計量工程が完了した後に、運転をオペレータによる手動運転から自動運転に切り替えた際にもスクリュの位置が移動することがなく、また、前記ガス供給ユニットによって供給される非反応性ガスの圧力やシリンダ内圧が変動しても、スクリュの位置が移動することがない。
【００７４】
更に他の自動可塑化装置においては、さらに、前記制御装置は、前記シリンダ内圧が前記ガス供給ユニットによって供給される非反応性ガスの圧力よりも高い場合に異常を検出して報知する異常検出報知部を備える。
【００７５】
この場合、オペレータが適切な措置を取ることができ、ベントアップが発生したり、非反応性ガスが外気に放出されてしまうことがない。
【００７６】
自動可塑化方法においては、計量工程において、ホッパから加熱シリンダ内に供給される樹脂をスクリュを回転することで溶融するとともに、前記加熱シリンダに供給される非反応性ガスの供給ガス圧と等しくなるように前記スクリュの背圧を制御する。
【００７７】
この場合、非反応性ガスを樹脂に適切に溶解させることができ、樹脂を適切に可塑化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における自動可塑化装置の概略図である。
【図２】従来の射出装置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるスクリュの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態における制御装置の機能の観点から見た構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態における非反応性ガスの供給ガス圧とスクリュの背圧との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における非反応性ガスの流量とスクリュ回転数との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における非反応性ガスの流量とスクリュ回転数との一般的な関係を示す図である。
【符号の説明】
１０自動可塑化装置
２２加熱シリンダ
２４スクリュ
２５スクリュ駆動装置
２８スクリュ回動装置
３０ガス供給ユニット
５０制御装置
６１背圧設定制御部
６２スクリュ回転数設定制御部
６３スクリュ位置設定制御部
６４異常検出報知部
６５ガス供給タイミング制御部

Claims

（ａ）樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダと、
（ｂ）該加熱シリンダ内に配設されたスクリュと、
（ｃ）該スクリュを回転させるスクリュ回動装置と、
（ｄ）前記スクリュを進退させるスクリュ駆動装置と、
（ｅ）前記加熱シリンダ内に非反応性ガスを供給するガス供給ユニットと、
（ｆ）前記非反応性ガスの流量又は圧力に基づいて、前記スクリュ回動装置又はスクリュ駆動装置の動作を制御する制御装置とを有することを特徴とする自動可塑化装置。
前記制御装置は、前記ガス供給ユニットによって供給される非反応性ガスの圧力に等しくなるように背圧を設定して前記スクリュ駆動装置の動作を制御する背圧設定制御部を備える請求項１に記載の自動可塑化装置。
前記制御装置は、スクリュ回転数の変化を緩やかにするように、時間の経過に対応するスクリュ回転数の変化を設定して前記スクリュ回動装置の動作を制御するスクリュ回転数設定制御部を備える請求項１又は２に記載の自動可塑化装置。
前記制御装置は、樹脂の計量工程が完了した後、位置保持制御によって前記スクリュの位置を一定に保持するように、前記スクリュ駆動装置の動作を制御するスクリュ位置設定制御部を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動可塑化装置。
前記制御装置は、前記シリンダ内圧が前記ガス供給ユニットによって供給される非反応性ガスの圧力よりも高い場合に異常を検出して報知する異常検出報知部を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動可塑化装置。
計量工程において、ホッパから加熱シリンダ内に供給される樹脂をスクリュを回転することで溶融するとともに、前記加熱シリンダに供給される非反応性ガスの供給ガス圧と等しくなるように前記スクリュの背圧を制御することを特徴とする自動可塑化方法。
前記計量工程完了時、前記スクリュの後退を停止させ、該スクリュの位置を一定に保持する請求項６に記載の自動可塑化方法。