JPH09254204A - 射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加熱シリンダ内のスコーチの生じた成形材料を
排出する際に、必要以上の成形材料を排出することな
く、所定の可塑性を有する状態の成形材料を射出可能な
射出成形装置を提供する。 【解決手段】成形機本体１の加熱シリンダ８内に充填さ
れた成形材料Ｖを成形キャビティ２に射出させて成形品
を成形する射出成形装置であって、前記加熱シリンダ８
に設けられて内圧力を検出する圧力センサ２４と、成形
を行う前に成形材料Ｖを加熱シリンダ８からキャビティ
２の外へ排出させながら、圧力センサ２４で検出された
圧力の信号を設定された圧力値と対比して設定された圧
力値の範囲に収まったのかを確認する判別手段３８と、
判別手段３８からの信号により成形機本体１を動作させ
て射出成形を開始させる制御手段２２とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形は、成形材料を金型のキャビテ
ィ内に射出充填し、成形品として取り出すことにより行
われる。射出成形機は、成形材料を射出する射出装置、
金型を保持して開閉および締め付けを行う型締め装置、
並びにこれら各装置の作動を自動制御するための制御装
置などで構成されている。

【０００３】例えば、成形材料としてゴムを用いた場合
には、各種配合剤等を原料ゴムに配合し、混練り工程等
を経たゴムコンパウンドが射出装置の加熱シリンダに供
給される。加熱シリンダ内に供給されたゴムコンパウン
ドは可塑化され、加熱シリンダ内に設けられた射出スク
リューを軸方向に所定圧力で移動させることにより、加
熱シリンダの先端に設けられたノズル先端から金型のキ
ャビティ内にゴムコンパウンドが射出充填される。そし
て、キャビティ内に充填されたゴムコンパウンドを、一
定時間加熱して加硫を行い、成形加工が完了する。

【０００４】ところで、例えば、上記の加熱シリンダ内
にゴムコンパウンドを供給した後、射出成形を行わず
に、長時間ゴムコンパウンドを加熱シリンダ内に放置し
ておくと、ゴムコンパウンドの可塑性が減少し、序々に
加硫が進行して弾性を増していく現象（スコーチ）が発
生する。このような加熱シリンダ内に供給されたゴムコ
ンパウンドにスコーチが発生した状態のままで射出成形
を開始すると、ゴムコンパウンドの可塑度が低下（粘度
が上昇）しているために、ゴムコンパウンドの金型のキ
ャビティ内への充填不良が発生しやすくなるという問題
がある。そこで、従来においては、加熱シリンダ内に設
けられた射出スクリューを軸方向に射出成形品毎に決め
られた所定のストロークで移動させて、スコーチの生じ
たゴムコンパウンドを排出し、新たなゴムコンパウンド
を加熱シリンダ内に供給するフリーショットと呼ばれる
処理を１回もしくは複数回行って加熱シリンダ内のゴム
コンパウンドを所定の可塑性を有する状態にした後、射
出成形を開始または再開する方法を採っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
フリーショットにおいては、加熱シリンダ内に存在する
スコーチの発生したゴムコンパウンドが十分排出された
か否かの判定は難しい。特に、スコーチの進行はノズル
部位に存在するゴムコンパウンドのほうが他の部位に存
在する成形材料より速いが、ノズル先端からどの程度の
距離までに存在するゴムコンパウンドにスコーチが生じ
ているかの判断は困難である。このため、経験に基づく
取り決めで、ある程度の安全率をみたフリーショットの
回数が決められていた。したがって、スコーチの発生し
ていない適当な可塑性を有するゴムコンパウンドが廃棄
される場合もあり、成形品のコストが上昇するという問
題があった。この問題は、原価の高いゴムコンパウンド
の場合に顕著であった。

【０００６】また、フリーショットを行う際に、射出ス
クリューを軸方向に移動させるストロークは、成形を行
う製品の製品径に応じた値に設定されており、小径品は
短いストローク、大径品は長いストロークのフリーショ
ットを行っていた。しかし、本来製品径とフリーショッ
トにおける所要ストローク量とに相関はなく、このよう
な場合にも必要以上にゴムコンパウンドを廃棄してしま
うという問題があった。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなさ
れたものであって、射出成形において加熱シリンダ内の
スコーチの生じた成形材料を排出する際に、必要以上の
成形材料を排出することなく、所定の可塑性を有する状
態の成形材料を射出可能な射出成形装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る射出成形装
置は、成形機本体（１）の加熱シリンダ（８）内に充填
された成形材料（Ｖ）を成形キャビティ（２）に射出さ
せて成形品を成形する射出成形装置であって、前記加熱
シリンダ（８）に設けられて内圧力を検出する圧力セン
サ（２４）と、成形を行う前に前記成形材料（Ｖ）を前
記加熱シリンダ（８）から前記成形キャビティ（２）の
外へ排出させながら、前記圧力センサ（２４）で検出さ
れた圧力値の信号を設定された圧力値と対比して設定さ
れた圧力値の範囲に収まったのかを確認する判別手段
（３８）と、前記判別手段（３８）からの信号により前
記成形機本体（１）を動作させて射出成形を開始させる
制御手段（２２）とを具備する。

【０００９】本発明に係る射出成形装置では、射出成形
を行う前に、成形材料を前記加熱シリンダから排出させ
ながら、圧力センサで加熱シリンダ内の圧力を検出する このとき、圧力センサの検出する圧力は上昇していく
が、判別手段は圧力センサで検出された圧力を設定値の
圧力に対比して設定値の範囲に収まったのかを確認す
る。そして、加熱シリンダ内の圧力が設定値に達した場
合に、制御手段で成形機本体を動作させて射出成形を開
始する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る射出成形装置
の実施の形態を、図面に基づき、詳細に説明する。図１
は、本発明の一実施形態に係る射出成形装置の概略構成
図である。

【００１１】図１に示すように、本実施形態に係る射出
成形装置は、成形機本体１および成形機本体１を制御す
る制御手段としてのコンピュータ２２から基本的に構成
されている。成形機本体１は、キャビティ２が形成され
た金型４を有する。金型４は分割可能になっており、射
出成形により成形された製品を取り出すことが可能にな
っている。

【００１２】金型４のキャビティ２への注入口には、加
熱シリンダ８の先端に形成されたノズル６が当接可能に
なっており、加熱シリンダ８内に軸方向移動自在に装着
された射出スクリュー１０をノズル６方向に移動させる
ことで、加熱シリンダ８内の成形材料Ｖを金型４のキャ
ビティ２内に注入可能になっている。

【００１３】加熱シリンダ８には、図示しない温度制御
された加熱媒体を流すための流路がその外周に形成され
ており、これによりノズル６を含む加熱シリンダ８全体
が所定の温度に加熱されている。

【００１４】また、加熱シリンダ８には、加熱シリンダ
８内の圧力を検出する圧力センサ２４が設けられてい
る。この圧力センサ２４には、例えば、水晶圧電式圧力
センサや歪ゲージ式圧力センサが用いられる。

【００１５】射出スクリュー１０は、射出用油圧シリン
ダ１２の後部に設けられたスクリュー駆動用油圧モータ
４０で回転しながら、射出用油圧シリンダ１２の進退移
動によって加熱シリンダ８内を移動する。スクリュー駆
動用油圧モータ４０は、開閉弁４２を介して可変容量ポ
ンプ（油圧ポンプ）４４から供給される流体Ｆによって
駆動される。スクリュー駆動用油圧モータ４０に供給さ
れた流体Ｆは、タンクＴに排出される。なお、射出スク
リュー１０の回転駆動は、油圧モータ４０に限らず、例
えば電動モータ等を用いることも可能である。

【００１６】また、開閉弁４２の開閉制御によってスク
リュー駆動用油圧モータ４０の回転駆動および回転停止
を行うが、開閉弁４２は、図示省略してあるインターフ
ェースを介してコンピュータ２２に接続してあり、この
コンピュータ２２により制御される。この制御動作につ
いては後述する。

【００１７】射出用油圧シリンダ１２は、サーボバルブ
１８により制御される。サーボバルブ１８には、可変容
量ポンプ４４が接続してあり、サーボドライバ２０によ
り、この可変容量ポンプ４４から圧送される流体Ｆの圧
送方向および流体圧を制御することにより、射出用油圧
シリンダ１２が駆動制御され、結果的に、射出スクリュ
ー１０の射出速度および射出圧力が制御される。なお、
射出スクリュー１０の射出速度および射出圧力を制御す
るには、油圧シリンダ１２に限らず、その他の流体圧シ
リンダあるいは電動モータなどであっても良い。

【００１８】サーボドライバ２０は、図示省略してある
インターフェースを介してコンピュータ２２に接続して
あり、このコンピュータ２２により制御される。コンピ
ュータ２２は、以下に示す手段を有するようにプログラ
ミングされている。図に示すように、コンピュータ２２
は、速度制御手段３２、油圧検出手段２８、速度検出手
段３０、位置制御手段３４、記憶手段３６および判別手
段３８を有する。これら各手段のうち、速度制御手段３
２、油圧検出手段２８、速度検出手段３０、位置制御手
段３４、記憶手段３６は射出成形を行う際に通常必要な
手段である。一方、判別手段３８は、射出成形を開始す
る以前に行うフリーショットの際にのみ必要な手段であ
る。

【００１９】油圧検出手段２８は、油圧シリンダ１２内
の油圧（射出圧力）を検出するように装着された圧力セ
ンサ１６からの信号に基づき、油圧を検出するための手
段である。

【００２０】速度検出手段３０は、射出スクリュー１０
の軸方向移動位置を検出する位置センサ１４からの信号
に基づき、それを時間微分して、射出速度を求めるため
の手段である。速度制御手段３２は、速度検出手段３０
で検出した射出速度信号と、油圧検出手段２８での油圧
データとをフィードバック信号として用いて、サーボド
ライバ２０に駆動信号を送り、射出スクリュー１０の射
出速度が一定になるように制御する。

【００２１】位置制御手段３４は、射出スクリュー１０
の軸方向移動位置を検出する位置センサ１４からの信号
をフィードバック信号として用いて、これと射出スクリ
ュー１０の目標位置との偏差信号をサーボドライバ２０
に送り、射出スクリュー１０を所望の位置に保持するよ
うに制御する。なお、速度制御手段３２と位置制御手段
３４とは、射出成形の際に適宜切り替えて制御を行う。

【００２２】記憶手段３６は、圧力センサ２４が検出し
た信号を記憶する。

【００２３】判別手段３８は、フリーショットを行った
際に圧力センサ２４が検出したノズル内圧を記憶手段３
６から逐次読み出し、ノズル内圧が所定の範囲内に収ま
ったか否かを判別し、ノズル内圧が所定の範囲内に収ま
った場合には、開閉弁４２に対して弁を閉じる制御信号
を送出する。

【００２４】次に、本実施形態に係る射出成形装置のフ
リーショットを行う際の制御動作について図３に示すフ
ローチャートに基づいて説明する。なお、成形材料Ｖと
してゴムを用いた場合について説明する。

【００２５】上述したように、成形材料Ｖとしてゴムを
用いた場合に、各種配合剤等を原料ゴムに配合し、混練
り工程等を経たゴムコンパウンドを加熱シリンダ８内に
供給して可塑化した後、成形を行わずに加熱状態の加熱
シリンダ８内に長時間放置しておくと、ゴムコンパウン
ドに序々に加硫が進行してスコーチが発生する。したが
って、スコーチが生じたゴムコンパウンドを外部に排出
するフリーショットを行って、加熱シリンダ８内のゴム
コンパウンドの可塑性を適切にして、射出成形加工を行
う必要がある。

【００２６】そこで、フリーショットを開始するには
（ステップＳ１）、上述した位置制御手段３４によっ
て、射出スクリュー１０を所定の位置に保持するように
制御する射出スクリュー１０の定位置制御を行う（ステ
ップＳ２）。所定の位置は、通常、各成形品の射出成形
加工を行うストローク位置である。

【００２７】次に、上述した開閉弁４２の弁を開いてス
クリュー駆動用油圧モータ４０を一定速度で回転させる
（ステップＳ３）。これにより、射出スクリュー１０が
回転して、加熱シリンダ８内のゴムコンパウンドがノズ
ル６から外部に排出される。なお、フリーショットの際
には、ノズル６は、金型４のキャビティ２への注入口に
当接していない。

【００２８】上記のスクリュー駆動用油圧モータ４０を
回転させると同時に、ノズル６内の圧力を検出するよう
に装着された圧力センサ２４によって、ノズル６内の圧
力のサンプリングを開始する（ステップＳ４）。

【００２９】ここで、図２（ａ）に、フリーショットを
開始した後のノズル６内の圧力Ｐの変化の一例を示すと
ともに、判別手段３８における判定手順の一例を図４の
フローチャートに示す。なお、加熱シリンダ８内のゴム
コンパウンドには、スコーチが生じているものとする。

【００３０】図２（ａ）に示すように、フリーショット
開始時においては、ノズル６内の圧力Ｐはほぼゼロとな
っており、射出スクリュー１０の回転に伴って圧力Ｐが
上昇する。上記したように、圧力Ｐは記憶手段３６に逐
次記憶され、判別手段３８は記憶手段３６に記憶された
圧力Ｐのデータを読みだす（ステップＳ５１）。

【００３１】ここで、フリーショットを開始するとき
に、加熱シリンダ８内のゴムコンパウンドにスコーチが
生じているとすると、図２（ａ）に示すように、圧力Ｐ
は、ピーク値Ｐｋ（極大値または極小値）をとった後、
所定の圧力Ｐ’に近づいていく。このような特性は、特
にゴム材料の場合に顕著であるが、例えば、熱硬化性樹
脂等の成形材料も同様に有する。

【００３２】一方、ノズル６内の圧力Ｐは、ゴムコンパ
ウンドにスコーチが生じていなければ、射出スクリュー
１０の回転速度、ゴムコンパウンドの粘度等によって決
まる目標値である所定の圧力Ｐ’に近づいていく。ノズ
ル６内の圧力Ｐが目標値である所定の圧力Ｐ’にほぼ一
致したときは、加熱シリンダ８内のゴムコンパウンドに
スコーチが生じておらず、所望の状態となっていると推
定される。

【００３３】したがって、圧力Ｐがピーク値Ｐｋをとる
ような場合には、ピーク値Ｐｋを検出することにより、
スコーチが生じたゴムコンパウンドの排出が行われたこ
とを確実に確認できる。このことから、圧力Ｐがピーク
値Ｐｋをとったか否かを判断する。（ステップＳ５
２）。ピーク値Ｐｋをとらない場合には、繰り返し記憶
手段３６からのデータの読み出しを行い、ピーク値Ｐｋ
をとった場合には、圧力Ｐが所定のしきい値内に収まっ
たか否かを判断する（ステップＳ５３）。

【００３４】圧力Ｐがピーク値Ｐｋをとったのち、圧力
Ｐが所定のしきい値内に収まっていない、すなわち加熱
シリンダ８内のゴムコンパウンドが所望の可塑性を有す
る状態となっていないと判断した場合には、圧力Ｐと所
定のしきい値との比較を続行し、圧力Ｐがピーク値Ｐｋ
をとり、所定のしきい値内に収まった場合には、所望の
可塑性を有する状態となっていると判断され、即座に、
上述した開閉弁４２に対しての弁を閉じる制御信号を送
る（ステップＳ５４）。

【００３５】ここで、図２（ｂ）は、図２（ａ）の圧力
Ｐを時間ｔで微分した値を示した図であり、判別手段３
８における判定手順の他の例を図５のフローチャートに
示す。ノズル６内の圧力Ｐの大きさは、成形材料Ｖであ
るゴムコンパウンドの種類等によって異なる。このた
め、記憶手段３６に記憶された圧力Ｐのデータを読みだ
し（ステップＳ５５）、その後、このデータから微分値
ｄＰ／ｄｔの算出を行う（ステップＳ５６）。そして、
上記と同様の理由から、微分値ｄＰ／ｄｔのピーク値Ｐ
ｋ’をとったか否かを判断する（ステップＳ５７）。ピ
ーク値Ｐｋ’をとった場合には、微分値ｄＰ／ｄｔが所
定のしきい値内に収まったか否かの判断を行い（ステッ
プＳ５８）、微分値ｄＰ／ｄｔが所定のしきい値内に収
まった場合には、判別信号の出力を行う（ステップＳ５
９）。

【００３６】このように、微分値ｄＰ／ｄｔのピーク値
Ｐｋ’をとったか否かを判断することにより、スコーチ
が生じたゴムコンパウンドの排出が行われたことが確実
に確認でき、微分値ｄＰ／ｄｔが所定のしきい値内に収
まった場合に所望の可塑性を有する状態となっていると
判断すれば、成形材料Ｖの種類等によらずに対応可能で
ある。

【００３７】なお、図４および図５において、ピーク値
Ｐ，Ｐｋ’の確認をする場合について説明したが、ピー
ク値を有さないような成形材料の場合には、ピーク値
Ｐ，Ｐｋ’の確認処理を省略することができる。

【００３８】そして、図３に戻って、スクリュー駆動用
油圧モータ４０の回転が停止され（ステップＳ６）、射
出スクリュー１０の回転が停止し、成形材料Ｖであるゴ
ムコンパウンドの排出が止まりフリーショットが完了す
る（ステップＳ７）。

【００３９】次いで、フリーショットが完了した後、射
出成形を開始する（ステップＳ８）。射出成形の開始
は、判別手段３８からの信号に基づいて、コンピュータ
２２の制御を射出成形制御に自動的に切り替えることに
より行う。また、フリーショットの完了を確認したのち
手動で射出成形制御に切り替えることも可能である。

【００４０】以上のように、本実施形態に示したフリー
ショットを行った後、ノズル６に金型４のキャビティ２
への注入口を当接させて射出成形を開始すると、加熱シ
リンダ８内のゴムコンパウンドにスコーチが生じておら
ず、所望の可塑性を有する状態となっているため、金型
４のキャビティ２内へ不良なゴムコンパウンドが充填さ
れることがなくなり、良好な射出成形品が得られる。

【００４１】また、ノズル６の圧力Ｐがピーク値Ｐｋを
とる場合には、スコーチが生じたゴムコンパウンドの排
出を確実に確認することが可能となる。なお、本実施形
態では、ゴムを成形材料とした場合について説明した
が、ゴムに限定されるわけではなく、他の種類の成形材
料についても本発明は適用可能である。

【００４２】

【発明の効果】本発明の射出成形装置は、加熱シリンダ
内の成形材料の圧力を基に、スコーチが生じた成形材料
のみを適切に排出するため、フリーショットの際に廃棄
される成形材料が必要最低限の量となり、歩留りを良く
し、生産コストを低減することができる。また、射出成
形を開始または再開する前にスコーチが生じた成形材料
のみが適切に排出されているため、金型のキャビティへ
の不良な成形材料の充填を防止でき、良好な射出成形品
を得る効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る射出成形装置の概略
構成図である。

【図２】成形材料がゴムの場合にフリーショットを行う
際の、図１に示す射出成形装置の制御動作を説明するた
めの図である。

【図３】図１に示す射出成形装置の制御動作を説明する
ためのフローチャートである。

【図４】図１に示す射出成形装置の判別手段の判別処理
の一例を示すフローチャートである。

【図５】図１に示す射出成形装置の判別手段の判別処理
の他の例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１… 成形機本体 ２… キャビティ ４… 金型 ６… ノズル ８… 加熱シリンダ １０… 射出スクリュー １２… 油圧シリンダ １４… 位置センサ １６，２４… 圧力センサ １８… サーボバルブ ２０… サーボドライバ ２２… コンピュータ ２８… 油圧検出手段 ３０… 速度検出手段 ３２… 速度制御手段 ３４… 位置制御手段 ３６… 記憶手段 ３８… 判別手段 ４０… スクリュー駆動用油圧モータ ４２… 開閉弁 ４４… 可変容量ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】成形機本体（１）の加熱シリンダ（８）内
   に充填された成形材料（Ｖ）を成形キャビティ（２）に
   射出させて成形品を成形する射出成形装置であって、 前記加熱シリンダ（８）に設けられて内圧力を検出する
   圧力センサ（２４）と、 成形を行う前に前記成形材料（Ｖ）を前記加熱シリンダ
   （８）から前記成形キャビティ（２）の外へ排出させな
   がら前記圧力センサ（２４）で検出された圧力値の信号
   を設定された圧力値と対比して設定された圧力値の範囲
   に収まったのかを確認する判別手段（３８）と、 前記判別手段（３８）からの信号により前記成形機本体
   （１）を動作させて射出成形を開始させる制御手段（２
   ２）とを具備する射出成形装置。