JP2008290327A - 射出成形装置および射出成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する際に、消費電力を節約し省エネルギー化を図ることができる射出成形装置および射出成形方法を提供する。
【解決手段】 真空状態とした加熱筒４内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出方法において、加熱筒４内の気体を吸引する真空ユニット１９として複数の真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３が配設され、射出成形サイクル中に、真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の少なくとも一つを停止または定格出力以下とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出成形装置および射出成形方法に関するものである。

真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出成形装置および射出成形方法としては、特許文献１ないし特許文献３に記載されたものなどが知られている。しかしながら前記特許文献１ないし特許文献３に記載されたものは、いずれも１台の真空ポンプにより加熱筒内の真空化を行うものであった。そのため射出成形装置の大きさと真空ポンプの能力が一致していない場合があり、真空ポンプの能力の方が大きい場合は、消費電力に無駄が多かった。また大型の真空ポンプは、モータの起動時に大電流が流れるために設備にかかる負荷が大きくなるという問題やメンテナンス費用が高くなるという問題があった。更には加熱筒内とは別に材料貯留室も１台の真空ポンプで真空化する場合には、材料貯留室の真空化に時間がかかる問題や加熱筒内の真空度が一時的に低下する（低真空となる）恐れがあるという問題があった。

特開２００３−２３６８８５号公報（００３４、図６） 特開平３−１８４８２２号公報（２頁右下欄、図１） 特開２００３−３１１８０１号公報（００２７、図１）

本発明では上記の問題を鑑みて、真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する際に、消費電力を節約し省エネルギー化を図ることができる射出成形装置および射出成形方法を提供することを目的とする。また大型の真空ポンプを使用することによる種々の問題を解決することのできる射出成形装置および射出成形方法を提供することを目的とする。更には加熱筒内に加えて材料貯留室等も真空化する場合に、真空化完了までの時間が長く必要となる問題や加熱筒内の真空度が一時的に低下する（低真空となる）問題を解決することができる射出成形装置および射出成形方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の射出成形装置は、真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出成形装置において、加熱筒内の気体を吸引する真空ユニットとして複数の真空ポンプを配設したことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の射出成形装置は、請求項１において、加熱筒内と材料供給装置との間には区画可能な材料貯留室が設けられ、加熱筒内と前記材料貯留室が複数の真空ポンプに接続されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の射出成形方法は、真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出方法において、加熱筒内の気体を吸引する真空ユニットとして複数の真空ポンプが配設され、射出成形サイクル中に、真空ポンプの少なくとも一つを停止または定格出力以下とすることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の射出成形方法は、真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出方法において、加熱筒内の気体を吸引する真空ユニットとして複数の真空ポンプが配設され、真空ユニットが取付けられる射出成形装置または成形される成形品により前記真空ポンプの少なくとも一つを停止させることを特徴とする。

本発明の射出成形装置は、真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出成形装置において、加熱筒内の気体を吸引する真空ユニットとして複数の真空ポンプを配設したので、真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する際に、消費電力を節約し省エネルギー化を図ることができる。

本実施形態の複数の真空ポンプを配設した射出成形装置および射出成形方法について、図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本実施形態の射出成形装置および真空ユニットの概略説明図である。図２は、本実施形態の射出成形方法において射出成形サイクル開始までの真空ユニットの制御を示すフローチャートである。図３は、本実施形態の射出成形方法において射出成形サイクル中の真空ユニットの制御を示すフローチャートである。図４は、射出成形サイクル中の真空度と真空ポンプの作動状況を示すグラフである。図５は、本実施形態の射出成形方法において材料貯留室に樹脂材料を供給する際の真空ユニットの制御を示すフローチャートである。

射出成形装置１は、射出装置２と図示しない型締装置とからなり、型締装置に取付けられる金型のキャビティに前記射出装置２から溶融状態の樹脂を射出して成形品を成形する。射出装置２は、ヒータ３が取付けられた加熱筒４内に計量用モータ６によって回転駆動され、かつ図示しない射出用モータによって前後進駆動されるスクリュ５が配設されている。また本実施形態では加熱筒４の後方上部の樹脂投入口４ａから垂直方向に接続筒７が取付けられ、前記接続筒７には加熱筒４と平行方向にフィードスクリュ配設筒８が取付けられている。そして前記フィードスクリュ配設筒８内には、樹脂材料Ｍ（樹脂ペレット）の供給量を制御して加熱筒４内に供給するためのフィードスクリュ１０が供給用モータ９によって回転駆動自在に配設されている。

また前記フィードスクリュ配設筒８の後方上部には、樹脂投入口８ａが設けられ、該樹脂投入口８ａから垂直方向に供給筒１１が設けられている。供給筒１１は、図示しない材料供給装置から送られる樹脂材料Ｍを一時的に貯留する部分であって、前記加熱筒４内と前記材料供給装置との間に区画可能な材料貯留室１２が設けられている。そして更に具体的には供給筒１１は、ガラス製の筒であり、上から順に筒部１１ａ，１１ｂ、１１ｃの順に配設されている。そして筒部１１ａと筒部１１ｂの間には、エアシリンダ１３によって開閉作動する上部シャッタ１５が配設されている。また筒部１１ｂと筒部１１ｃの間には、エアシリンダ１４によって開閉作動する下部シャッタ１６が配設されている。従ってその間の筒部１１ｂの内部に材料貯留室１２が形成されている。そして上部シャッタ１５の上方における筒部１１ａの側方と下部シャッタ１６の下方における筒部１１ｃの側方とには、樹脂材料Ｍの量を検出する反射型光電センサ１７，１８がそれぞれ配設されている。そして前記加熱筒４、接続筒７、フィードスクリュ配設筒８、供給筒１１の各筒部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各シャッタ１５，１６部分等は内部空間が真空化されるようシール構造となっている。またスクリュ５やフィードスクリュ１０の軸部後部側についてもシール構造となっている。

真空ユニット１９には、回転翼型の油回転ポンプ（排気速度２３０リットル（５０Ｈｚ）〜２８０リットル（６０Ｈｚ）／ｍｉｎ、モータ出力０．４ｋＷの真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３が３台並列状態に配設されている。本発明において真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、ドライルーツ型ポンプ等の他の真空ポンプを用いてもよく、排気速度および到達真空度についても所望の真空度を実現することが可能なように適宜選択される。またメインとなる真空ポンプのみ排気速度の大きなものを使用し、他は排気速度の小さい小型真空ポンプとしてもよく、荒引きポンプと高真空ポンプの組合せとしてもよい。また真空ポンプは並列状態に設置されることが望ましいが直列状態に配設されるものを排除しない。更にはインバータ電源により制御作動される真空ポンプであってもよい。

そして各真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３からの管路２０ａ，２０ｂ，２０ｃには、真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の停止時にポンプ側から加熱筒４内への気体の逆流を防止する逆止弁２１ａ，２１ｂ，２１ｃが配設されている。そして管路２０ａ，２０ｂ，２０ｃは前記逆止弁２１ａ，２１ｂ，２１ｃの加熱筒４側で管路２２に合流している。そして管路２２には、管路２２の開閉弁とリーク弁を兼ねる電磁切換弁２４が配設され、大気開放時に使用されるフィルタ２３への管路へ切換え可能となっている。そして管路２２は、加熱筒４側において分岐され、材料貯留室１２に連通する管路２５と、フィードスクリュ配設筒８内および接続筒７内を介して加熱筒４内に連通する管路２６とに分岐している。そして材料貯留室１２に連通する管路２５には電磁開閉弁２７が配設され、加熱筒４内に連通される管路２６には加熱筒４内の真空度を測定するための真空計２８が配設されている。また制御装置２９は、射出成形装置１の各種制御を行うコントローラであって、真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の各モータ、真空計２８、および各弁等にも接続されている。なお実際は真空ユニット１９側にも制御装置が別個に設けられ、射出成形装置１の制御装置と信号を交換する形を取っている。

次に本実施形態の真空ユニット１９が設けられた射出成形装置１の制御方法について図２ないし図５を参照して説明する。最初に射出成形サイクル中に使用する真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３の台数を決定する制御について説明する。図２に示されるように制御装置２９からの指令信号により真空ポンプＰ１をＯＮにして作動させ（ｓ１）、次に制御装置２９の監視タイマＴ１をスタートさせる（ｓ２）。そして監視タイマＴ１がタイムアップするまで（ｓ４）に、真空計２８の値が一定値以下となってＰＳ−１がＯＮになる（ｓ３）かどうかを監視する。そして監視タイマＴ１がタイムアップするまでに、前記ＰＳ−１がＯＮになった場合（ｓ３）、制御装置２９は、真空ポンプＰ１だけで必要な真空度に到達したとして、真空ポンプＰ１のみを使用し樹脂材料Ｍの供給を開始して（ｓ５）射出成形サイクルに移行する。なお本実施形態でＰＳ−１がＯＮになる真空度は、ゲージ圧で−９９ｋＰａ（絶対圧で２．３３ｋＰａ）となっている。

またＰＳ−１がＯＮにならない（ｓ３）うちに、監視タイマＴ１がタイムアップした場合（ｓ４）、制御装置２９は、電磁切換弁２４を切換えて、加熱筒４内を一旦大気開放する（ｓ６）。そして再び前記電磁切換弁２４を切換え、管路２２を介して真空ポンプユニット１９と加熱筒４内を接続した上で真空ポンプＰ２を作動させ（ｓ７）、監視タイマＴ２をスタートさせる（ｓ８）。この際に真空ポンプＰ１は作動し続けている。そして監視タイマＴ２がタイムアップする（ｓ１０）までに、真空計２８の値が一定値以下となってＰＳ−１がＯＮになるかどうか（ｓ９）を監視する。そして監視タイマＴ２がタイムアップするまでに、前記ＰＳ−１がＯＮになった場合（ｓ９）、制御装置２９は、真空ポンプＰ１，Ｐ２の作動によって必要な真空度に到達したとして、真空ポンプＰ１，Ｐ２のみを使用し、樹脂材料Ｍの供給を開始して（ｓ５）射出成形サイクルに移行する。

更にＰＳ−１がＯＮにならない（ｓ９）うちに、監視タイマＴ２がタイムアップした場合（ｓ１０）は、電磁切換弁２４を切換えて加熱筒４内を再度大気開放する（ｓ１１）。そして再び前記電磁切換弁２４を切換え、管路２２を介して真空ポンプユニット１９と加熱筒４内を接続した上で真空ポンプＰ３を作動させ（ｓ１２）、監視タイマＴ３をスタートさせる（ｓ１３）。この際に真空ポンプＰ１，Ｐ２は作動し続けている。そして監視タイマＴ３がタイムアップする（ｓ１５）までに、真空計２８の値が一定値以下となってＰＳ−１がＯＮになるかどうか（ｓ１４）を監視する。そして監視タイマＴ３がタイムアップする（ｓ１５）までに、前記ＰＳ−１がＯＮになった場合（ｓ１４）、制御装置２９は、真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３により必要な真空度に到達したとして、真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３を使用して樹脂材料Ｍの供給を開始し（ｓ５）射出成形サイクルに移行する。また更にＰＳ−１がＯＮにならない（ｓ１４）うちに、監視タイマＴ３がタイムアップした場合（ｓ１５）、制御装置２９は、真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３、真空計２８のいずれかが不調、または加熱筒４を含む部分のシール部分からのリーク等が疑われるから真空ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３を停止する（ｓ１６）。

次に射出成形サイクル中における真空ユニット１９による加熱筒４内の真空制御について説明する。なお図２に示される射出成形サイクル開始までの真空ユニットの制御において、真空ポンプＰ１，Ｐ２の２台を使用することになった例により説明する。図３、図４に示されるように、制御装置２９からの指令信号により真空ポンプＰ１，Ｐ２を同時に作動させ加熱筒４内の真空度を上げ、加熱筒内の真空度を計測する真空計２８の値ＰＳが、ＳＶ（本実施形態では−９９ｋＰａ（絶対圧で２．３３ｋＰａ））と同じかそれ以上高い真空度となったら（ｓ１）、制御装置２９からの信号により真空ポンプＰ２をＯＦＦにする（ｓ２）。また依然として真空計の値ＰＳが、ＳＶより小さい場合は、真空ポンプＰ１，Ｐ２の作動を継続する。そして真空ポンプＰ２をＯＦＦしてから、真空計２８の値がＳＶに一定のヒステリシスα（本実施形態では２ｋＰａ）を減じたＳＶ−α（−９７ｋＰａ（絶対圧で４．３３ｋＰａ））より低い真空度となったら（ｓ３）再び、制御装置２９からの信号によって真空ポンプＰ２を作動させる（ｓ４）。そして再び真空計２８の値ＰＳがＳＶと同じかそれ以上高い真空度となったら（ｓ１）、真空ポンプＰ２をＯＦＦにする（ｓ２）ことを繰り返す。そして射出成形サイクルが完了されるまで前記制御を繰り返すことにより、一定以上の真空度であれば真空ポンプＰ２を停止することができ、最小の消費電力で成形を行うことができる。なお本発明において使用する真空ポンプは、３台以上であってもよく、停止させる真空ポンプも少なくとも１台以上であればよい。更に一定以上の真空度となったら真空ポンプの少なくとも一つをインバータを用いて定格出力以下となるよう電圧値または電流値を制御するか、或いは所定の比率で定格出力以下としてアイドリング運転状態とし、真空ポンプを停止せずに消費電力を低減するようにしてもよい。

次に真空ユニット１９による材料貯留室１２内の真空制御について説明する。図５に示されるように、反射型光電センサ１８によりフィードスクリュ配設筒８へ送られる樹脂材料Ｍが減少したことが検出されると、制御装置２９からの信号によりエアシリンダ１４が作動されて下部シャッタ１６が開放され、材料貯留室１２の樹脂材料Ｍがフィードスクリュ供給筒８内へ送られる。タイマによりエアシリンダ１４により下部シャッタ１６が閉鎖される（ｓ１）のと前後して電磁開閉弁２７が閉鎖される（ｓ２）。そして制御装置２９からの信号によりエアシリンダ１３が作動されて上部シャッタ１５が開放され、上部シャッタ１５に上方の筒部１１ａ内に形成される非真空材料貯留室３０に一定量貯留されていた樹脂材料Ｍが材料貯留室１２内へ送られる。なお実際は上部シャッタ１５を開放する前に材料貯留室１２へは図示しないリーク弁を開いて大気開放がなされる。

次にタイマによりエアシリンダ１３により上部シャッタ１５が閉鎖される（ｓ３）と、電磁開閉弁２７が再び開放される（ｓ４）が、その後真空計２８の値が、ＰＳ＜ＳＶ−αとなると、制御装置２９から信号が送られ真空ポンプＰ２が作動される（ｓ６）。そして真空度がＰＳ≧ＳＶとなる（ｓ７）と真空ポンプＰ２がＯＦＦとされ（ｓ８）、材料貯留室１２が完全に真空化される。そして前記制御を射出成形サイクル中繰り返す。なお材料貯留室１２の容積を大きくし樹脂材料Ｍをフィードスクリュ配設筒８へ一定量づつ供給する場合は、管路２６にも電磁開閉弁を設け、前記電磁開閉弁を閉にした状態で、複数台の真空ポンプにより材料貯留室１２内の真空化を図り、加熱筒４内の真空度の防止と材料貯留室１２の高速真空化を図るようにしてもよい。

そしてフィードスクリュ配設筒８に送られた樹脂材料Ｍは、制御装置２９の制御により供給用モータ９の回転が制御され、加熱筒４内の後部のフィードゾーンにおいて飢餓状態（樹脂材料Ｍが常に一定以下に供給された状態）を保つよう供給される。そして加熱筒４内に送られた樹脂材料Ｍはヒータ３の熱により溶融されスクリュ５の回転駆動および後方移動とともに前方へ送られるが、加熱筒４内が真空状態（上記のように絶対真空ではない）となっている上に、樹脂材料Ｍが飢餓状態となっているので発生したガスが良好に除去される。そして計量された溶融樹脂は、図示しない射出用モータによりスクリュ５が前進駆動されることにより、金型のキャビティ内に射出充填され、冷却固化されて成形品となる。

本発明については、一々列挙はしないが、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。真空ユニット１９は、取外しおよび取付けが簡単な構成となっているので、他の射出成形装置との組合せでも使用することができる。例えば型締力が３５００ＫＮの射出成形装置では真空ポンプ３台を作動させ、そのうち２台は常時定格出力で作動させていた場合であっても、４００ＫＮの射出成形装置に真空ポンプユニットを取付けた際は、１台または２台の真空ポンプを完全に停止させた状態として使用することが可能であり、消費電力の節約に繋がる。また同じ射出成形装置であっても、成形品の容積や樹脂の種類により、材料貯留室の開閉頻度や必要とされる真空度が変更された場合でも、前記同様に真空ポンプの作動台数を変更することも可能である。更に同じ射出成形装置であっても、シール部材の劣化等により、真空度の上がりが悪くなった場合でも、真空ポンプの作動台数を増加させることにより対応ができる。更には２台以上の射出成形機に対して一基の真空ユニット１９を取付け、２台のうちいずれかの射出成形機の作動開始時、材料貯留室への樹脂材料の供給時、および加熱筒内の真空度が低下してきたときの少なくとも1つの場合において、定格出力以下で運転または停止されていた真空ポンプを定格出力で作動させるようにしてもよい。そして本発明では小型または比較的小型の真空ポンプを用いるので、モータの起動時に大電流が流れるために設備にかかる負荷が大きくなるという問題やメンテナンス費用が高くなるという問題を解決することができる。更に本発明は、回転するスクリュを有する可塑化装置にて樹脂材料を溶融状態とし、溶融樹脂をプランジャを用いて金型のキャビティに射出するプリプラ式射出装置を備えた射出成形装置にも適用することができる。

本実施形態の射出成形装置および真空ユニットの概略説明図である。 本実施形態の射出成形方法において射出成形サイクル開始までの真空ユニットの制御を示すフローチャートである。 本実施形態の射出成形方法において射出成形サイクル中の真空ユニットの制御を示すフローチャートである。 射出成形サイクル中の真空度と真空ポンプの作動状況を示すグラフである。 本実施形態の射出成形方法において材料貯留室に樹脂材料を供給する際の真空ユニットの制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 射出成形装置
２ 射出装置
４ 加熱筒
５ スクリュ
１１ 供給筒
１２ 材料貯留室
１９ 真空ユニット
２８ 真空計
２９ 制御装置
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 真空ポンプ

Claims (4)

1. 真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出成形装置において、
   前記加熱筒内の気体を吸引する真空ユニットとして複数の真空ポンプを配設したことを特徴とする射出成形装置。
2. 前記加熱筒内と材料供給装置との間には区画可能な材料貯留室が設けられ、前記加熱筒内と前記材料貯留室が前記複数の真空ポンプに接続されることを特徴とする請求項１に記載の射出成形装置。
3. 真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出方法において、
   前記加熱筒内の気体を吸引する真空ユニットとして複数の真空ポンプが配設され、射出成形サイクル中に、前記真空ポンプの少なくとも一つを停止または定格出力以下とすることを特徴とする射出成形方法。
4. 真空状態とした加熱筒内で樹脂材料を溶融状態として金型のキャビティに射出する射出方法において、
   前記加熱筒内の気体を吸引する真空ユニットとして複数の真空ポンプが配設され、前記真空ユニットが取付けられる射出成形装置または成形される成形品により前記真空ポンプの少なくとも一つを停止させることを特徴とする射出成形方法。

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