JP2000015681A - 射出成形機の背圧制御方法及び背圧制御装置 - Google Patents
射出成形機の背圧制御方法及び背圧制御装置Info
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Abstract
ことのできる背圧制御方法を提供すること。 【解決手段】 背圧に関して1段の背圧制御レベルを設
定し、該設定された背圧制御レベルに基づき、スクリュ
後退位置を一軸とする背圧パターンPT1〜PT3を演
算して作成し、その背圧パターンになるよう背圧制御を
行う。
Description
御方法及び背圧制御装置に関する。
駆動源として油圧アクチュエータを用いた油圧式射出成
形機と、駆動源としてサーボモータを用いた電動式射出
成形機とがある。以後は、すべて電動式射出成形機を前
提として説明を行うが、モータと油圧アクチュエータの
違いだけで、動作原理には違いは無い。以下に、サーボ
モータ駆動による射出装置の一般的な動作について簡単
に説明する。
ってスクリュを回転させることにより、ホッパからスク
リュ後部に落ちてきた樹脂を溶融させながら加熱シリン
ダの先端部に一定量送り込む(可塑化/計量工程)。こ
の時、加熱シリンダの先端部に溜まってゆく溶融樹脂の
圧力(背圧)を受けながらスクリュは後退する。
おり、この射出軸はベアリングを介してプッシャプレー
トに回転自在に支持されている。この射出軸は同じプッ
シャプレート上に支持されている射出用のサーボモータ
により駆動される。プッシャプレートは、ボールネジを
介して射出用のサーボモータによって、ガイドバーに沿
って前後進する。前述の溶融樹脂の背圧は、後述するよ
うに、ロードセルによって検出し、閉ループで制御す
る。
によってプッシャプレートを前進させ、スクリュ先端部
をピストンにして、溶融樹脂を金型内に送り込む(充填
工程)。
のキャビティ内に充満し、その時スクリュの前進運動
は、速度制御から圧力制御に切り替わる。これはV(速
度)−P(圧力)切替えと呼ばれている。
内の樹脂は設定された圧力のもとに冷却してゆく(保圧
工程)。樹脂圧は前述した背圧制御と同様に閉ループで
制御される。
(1)の工程に戻って次のサイクルに入る。一方、型締
装置においては(1)と並行して、金型を開いてエジェ
クタ機構によって冷却固化した製品を取り出した後、金
型を閉じて(2)の工程に入る。
トによりサーボモータの回転運動を直動運動に変換して
溶融樹脂の充填を行う場合の一般的な動作について説明
する。図5において、射出用のサーボモータ10の回転
はボールネジ12に伝えられる。ボールネジ12の回転
により前後進するナット13はプッシャプレート14に
固定され、プッシャプレート14はフレーム(図示せ
ず)に固定されたガイドバー15、16上を移動自在に
取り付けられている。プッシャプレート14の前後進運
動は、ベアリング17、ロードセル18、射出軸26を
介してスクリュ20に伝えられる。図示しないスクリュ
回転用のサーボモータにより射出軸26が回転駆動され
ることにより、スクリュ20が回転する。
ンダ21の中をスクリュ20が回転しながら前進するこ
とにより、可塑化/計量工程により貯えられた溶融樹脂
を金型内に充填し、加圧することにより成形がおこなわ
れる。この時樹脂を押す力がロードセル18により背圧
として検出され、ロードセルアンプ22より増幅されて
コントローラ25に入力される。プッシャプレート14
には、スクリュ20の移動量を検出するための位置検出
器19が取り付けられており、この検出信号は増幅器2
3により増幅されてコントローラ25に入力される。コ
ントローラ25は、オペレータの設定に応じて各々の工
程に応じた電流(トルク)指令をサーボアンプ24に出
力し、サーボアンプ24ではサーボモータ10の駆動電
流を制御してサーボモータ10の出力トルクを制御する
ようになっている。
するための便宜上のものであり、射出装置の具体的な構
成は例えば、特開平9−174626に開示されてい
る。
いて詳細に説明する。図6(a)において、スクリュ2
0は、供給部20−1、圧縮部20−2、計量部20−
3、ヘッド部20−4に分けられる。供給部20−1
は、ホッパから供給される樹脂を固体のまま、あるいは
一部のみを溶かして前方に送るための部分であり、樹脂
はこの間に溶融点近くまで暖められる。このために、供
給部20−1においては、通常、図6(b)に示される
渦巻き体を形成している棒状体の径がほぼ一定である。
給されてきた樹脂の粒と粒との間には隙間があり、樹脂
が溶融することによってその体積は約半分に減少する。
この体積減少分を補うために、樹脂が通過できる空間を
減少させる。これは、圧縮部20−2において渦巻き体
を形成している棒状体にテーパを設けて渦巻き体の溝を
浅くすることにより実現している。このことにより、溶
融樹脂を圧縮し、摩擦による発熱効果を高め、樹脂圧力
を上げて、空気/樹脂に含まれている水分、揮発分ガス
などをホッパ側に押し戻す働きをする。このことから明
らかなように、加熱シリンダ内の樹脂圧力は圧縮部20
−2内が最も高くなる。
い部分であり、この間では樹脂は大きな剪断力を加えら
れ、自己発熱を伴って均質な温度まで上げられる。そし
て、一定量の樹脂をノズル側へ送り出す作用をする。
融樹脂の送り出しは、ヘッド部20−4における逆流防
止リング20−5を通して行われる。逆流防止リング2
0−5は、計量工程においては図中の左寄りの位置にあ
り、この状態で計量部20−3からノズル側への溶融樹
脂の送り出しが可能となる。計量工程が終了すると、逆
流防止リング20−5は、圧力差により図中の右寄りの
位置に移動する。その結果、ノズル側から計量部20−
3側への樹脂の戻りが阻止される。通常、ヘッド部20
−4は、その根元側にねじを切って、スクリュ本体の棒
状体の先端にねじ込まれて構成されている。このため、
ヘッド部20−4の根元側の径は、スクリュ本体の棒状
体の径に比べて小さい。
平4−28533号公報に開示されている制御方法の場
合について説明する。この制御方法は、射出プランジャ
(スクリュ)の後退移動を回転運動に変換し、その回転
力を制御して成形材料のチャージ工程中の射出プランジ
ャ背圧力を制御する方法である。具体的には、射出プラ
ンジャの後退移動により回転するねじ軸の端部に、背圧
制御装置としてねじ軸の回転力を制御する電動機を接続
し、その電動機の駆動力の制御を、チャージ工程中の溶
融材料圧または射出プランジャ後退力(スラスト力)を
射出プランジャの背圧力として電気的に測定して得た値
をフィードバック信号として、射出プランジャ背圧力が
設定値と一致するように、フィードバック制御により行
うようにしている。
必要な背圧の設定例を示している。上記公報に開示され
た背圧制御を含むこれまでの背圧制御では、通常、スク
リュ位置に応じてP1、P2、P3で示される3段、場
合によっては破線で示した設定値を含む4段の背圧値が
設定される。そして、背圧力が設定された背圧値と一致
するように、電動機の電流あるいは出力トルクが制御さ
れる。
理由を以下に説明する。可塑化/計量工程においては、
スクリュ回転開始直後は、スクリュ溝内の樹脂やスクリ
ュのヘッド部前方に蓄えられた樹脂内にある気泡への体
積圧縮が生じたり、あるいは供給部に未だ樹脂が充分か
み込んでいないため、後方へのスクリュ後退力が充分上
がらず、そのため、背圧を小さくしておく必要がある。
と、適正な背圧を必要とするが、スクリュ後退と共に、
スクリュの供給部の有効長が小さくなり、これとともに
スクリュ後退力が小さくなる。スクリュの供給部の有効
長が小さくなるのは、ホッパの位置は固定であるのに対
し、スクリュ全体が後退するからである。したがって、
これに見合って、背圧を低減させる必要がある。
ュが目標以上に後退するのを防ぐため、スクリュの回転
数が下がるように制御することが通常である。この時、
ポリアミド樹脂等のようにスクリュ回転数が低いとスク
リュ後退状態が不順になりやすい樹脂があり、スクリュ
後退の抵抗となる背圧を下げる必要がある。
圧値を設定して、その設定値と一致するように背圧力を
制御する方法では、成形しようとする樹脂の特性を充分
に理解し、かつ、長年の経験に基づいて3段ないし4段
の多段背圧設定を行うことを必要とする。そして、この
種の設定作業は、設定値P1〜P3とスクリュ位置とが
相互に関連し合っているので、設定値P1〜P3の組合
せとスクリュ位置による切り換え位置とを適性にするま
でに、繰り返し設定値を変更しながら成形作業を行わな
ければならず、長時間の作業と熟練性とが要求される。
で理想に近い背圧制御を行うことのできる背圧制御方法
を提供することにある。
に適した背圧制御装置を提供することにある。
形機の背圧制御方法において、背圧に関して1段の背圧
制御レベルを設定し、該設定された背圧制御レベルに基
づき、スクリュ後退位置あるいはスクリュ後退時間を一
軸とする背圧パターンを演算して作成し、その背圧パタ
ーンになるよう背圧制御を行うことを特徴とする射出成
形機の背圧制御方法が提供される。
出装置とを備えた射出成形機において、背圧に関して1
段の背圧制御レベルを設定するレベル設定部と、該設定
された背圧制御レベルに基づき、スクリュ後退位置ある
いはスクリュ後退時間を一軸とする背圧パターンを演算
して作成する演算部と、前記背圧パターンによる背圧値
と前記背圧力検出手段により検出された背圧力とにより
背圧制御を行うコントローラとを含むことを特徴とする
射出成形機の背圧制御装置が提供される。
を行う手段としてスクリュ回転用モータ、射出用モータ
とを含む電動式射出装置を備えている場合には、前記射
出用モータの電流、又は出力トルクを制御して背圧制御
を行う。
チュエータを含む油圧式射出装置を備えている場合に
は、前記油圧アクチュエータの油圧を制御して背圧制御
を行う。
転開始から回転停止までの間のスクリュ後退位置あるい
はスクリュ後退時間で定義されると共に、定義された領
域が複数に分割され、スクリュの回転開始直後の最初の
分割領域では低背圧で、次の分割領域で最高値の高背圧
に立ち上がり、次の分割領域ではなだらかに低下し、最
後の分割領域で低背圧となるように作成されることを特
徴とする。
種類の中から選択可能にすることが好ましい。
が、その設定された背圧制御レベルになるように制御を
行うのではなく、背圧制御レベルに基づく背圧パターン
によって上記の背圧制御レベルに見合った時々刻々変化
する背圧になるようにモータあるいは油圧アクチュエー
タを制御する。その結果、樹脂特性やスクリュの特性を
理解していない経験の少ないオペレータでも単純設定
で、理想的な背圧制御ができる。
好ましい実施の形態について説明する。図4は、電動式
射出成形機に適用する場合の背圧制御装置の構成を示し
ている。この背圧制御装置は、背圧に関して1段の背圧
制御レベルを設定するレベル設定部1と、設定された背
圧制御レベルに基づき、スクリュ後退位置(あるいはス
クリュ後退時間)を一軸とする背圧パターンを演算して
作成する演算部2と、背圧パターンによる背圧値と背圧
力検出器3(図3のロードセル18に対応)で検出され
た背圧力とスクリュ位置検出器6(図3の位置検出器1
9に対応)で検出されたスクリュ後退位置とにより、射
出用のサーボモータ5(図3のサーボモータ10に対
応)を制御して背圧制御を行うコントローラ4(図3の
コントローラ25に対応)とを含む。
ルは、背圧に関連して与えられる値であり、背圧の平均
値や、背圧のトータル仕事量の平均値を採用することが
できる。しかし、この値は単なる目安として数値であっ
て、例えば0〜99の数値を設定可能にしてあれば良
く、数値自体は重要ではない。この背圧制御レベルに基
づいて作成される以下に述べる背圧パターンが重要な要
素である。
圧パターンPT1、PT2、PT3を示している。本形
態においてはまた、各背圧パターンは、スクリュの回転
開始から回転停止までの間のスクリュ後退位置で定義さ
れる。すなわち、スクリュの回転開始から回転停止まで
の間のスクリュ移動ストロークをLとする。このスクリ
ュ移動ストロークLが複数に分割され、スクリュの回転
開始直後の最初の分割領域L/10では低背圧で、次の
分割領域2L/10では最高値の高背圧まで立ち上が
り、次の分割領域4L/10ではなだらかに低下し、次
の分割領域2L/10でも更に低下し、最後の分割領域
L/10で低背圧となるように作成される。その結果、
背圧とスクリュ後退位置との関係が一対一で対応付けら
れた背圧パターンが得られる。
4に示したシャープ度選択部7で行うことができる。シ
ャープ度選択部7は、最高値の高背圧への立ち上がりの
シャープ度を選択するためのものである。このように3
種類の背圧パターンを選択可能にしているのは、以下の
樹脂の特性を考慮していることによる。すなわち、スク
リュの空転現象を生じ易いポリアミドのような樹脂で
は、高背圧への立ち上がりが比較的急峻な背圧パターン
PT1(スクリュの後退に応じて背圧低下度が大きい、
すなわち傾きが大きい)にする必要がある。逆に、AB
Sやポリカーボネート、あるいはポリプロピレン、ポリ
エチレン、ポリスチレンのようなオレフィン系樹脂では
高背圧への立ち上がりがなだらかな背圧パターンPT3
(スクリュの後退に応じて背圧低下度が小さい、すなわ
ち傾きが小さい)にする必要がある。これらの中間の、
例えばPBT樹脂では、高背圧への立ち上がりも中間程
度の傾きの背圧パターンPT2にする。また、図1〜図
3から明らかなように、一般に、背圧パターンPT1は
ピーク値が低いがシャープ度が大であり、背圧パターン
PT3はピーク値が高いがシャープ度が小である。
御レベルに応じて、シャープ度選択部7で選択された背
圧パターンの中の山形部分(両側のL/10の領域を除
く部分)が、図1の縦軸方向に上下することになる。例
えば、背圧制御レベルを大きくすると、背圧パターンは
山形部分が上に移動する。このために、演算部2では記
憶装置を内蔵し、3種類の背圧パターンの山形部分を基
本形状としてあらかじめこの記憶装置に記憶している。
そして、シャープ度選択部7で選択されたシャープ度で
規定される山形部分が、設定された背圧制御レベルの上
方に現れる背圧パターンが生成される。
ず、レベル設定部1で背圧制御レベルを低めの値に設定
すると共に、成形される樹脂に応じてシャープ度選択部
7により背圧パターンのシャープ度を選択する。これに
より、成形機では演算部2が、設定された背圧制御レベ
ルと選択されたシャープ度とから選択されたシャープ度
を持つ背圧パターンを演算して生成し、コントローラ4
に与える。コントローラ4では、演算部2で演算された
背圧パターンが与えられると、この与えられた背圧パタ
ーンになるように背圧制御を行う。すなわち、コントロ
ーラ4は、スクリュが回転し始めると、スクリュ位置検
出器6により現在のスクリュ後退位置を知ることがで
き、その時の背圧検出器3からの背圧検出値と演算部2
で生成された背圧パターンで規定される背圧値とを比較
して、その差が0又は0に近くなるようにサーボモータ
5への電流あるいはサーボモータ5の出力トルクを制御
する。
クリュの動き始めL/10を低背圧、次の2L/10を
高背圧、次の4L/10をなだらかに下げ、次の2L/
10をさらに下げ、最後のL/10を低背圧とし、最後
の分割領域でスクリュ回転数が下がっても、スクリュ後
退が不順となりその場で空転しないようにしている。な
お、上記の値L/10、2L/10、4L/10は一例
であり、適宜変更可能であることは言うまでもない。
法では、スクリュ動き始めの低背圧P1、回転停止前の
低速回転になった時の低背圧P3、その間の通常背圧P
2のような最低3段、好ましくは4段の設定値を必要と
する。しかも、背圧設定値の組合せや切換位置について
はどうしたらスクリュの後退、即ち、かみ込み及び練り
込みが順調にいくかという経験を必要とする。
定する“値”というものを設けず、樹脂の特性で背圧パ
ターンを急峻に変化させるか、なだらかに変化させるか
という特性を3つのうちから選択(成形する樹脂が始め
から決まっているので、成形前に選択できる)するだけ
で、それ以外は背圧制御レベルを設定すれば良い。した
がって、オペレータは1つの選択と1つの設定を行う
が、背圧制御装置が従来の“背圧設定値”とは異なる理
想パターンを生み出し、そのパターンになるようにサー
ボモータ5への電流あるいはサーボモータ5の出力トル
クを制御することになる。この場合、オペレータは背圧
制御レベルを低めに設定してスクリュの後退状況や加熱
シリンダの先端における樹脂から出るガスの状態や樹脂
の色を見ながら、背圧制御レベルを上げてゆけば良い。
このような作業は、従来の背圧設定値の組合せや切換位
置の設定作業に比べればはるかに容易であり、それほど
の熟練を必要としない。
ターンは、図示しないディスプレイに表示される。この
場合、周知のライトペンのような手段により、ディスプ
レイ画面上に表示されている背圧パターンのシャープ度
を任意に変更可能にするというような方法を採用するこ
とも、周知技術を利用して容易に実現できる。
をスクリュ後退位置として説明したが、これに代えてス
クリュ後退時間を用いても良い。また、背圧力検出器と
しては、ロードセンサに代えてスクリュのヘッド部にお
ける樹脂圧力検出器を用いても良い。更に、背圧パター
ンの基本形状は3種類の場合について説明したが、4種
類以上でも良いことは言うまでもない。
明したが、本発明は油圧式射出成形機にも適用できるこ
とは言うまでも無い。この場合、コントローラ4は、油
圧式射出装置の射出シリンダにおける油圧アクチュエー
タへの油圧を制御して図1のような背圧パターンになる
ように背圧制御を行うことになる。
特性を理解していない経験の少ないオペレータでも単純
設定で、理想的な背圧制御を行うことができる。
パターンと背圧制御レベルとの関係を示した図である。
パターンと背圧制御レベルとの関係を示した図である。
パターンと背圧制御レベルとの関係を示した図である。
ある。
出装置の構成を概略的に示した図である。
するための図である。
を説明するための図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 射出成形機の背圧制御方法において、背
圧に関して1段の背圧制御レベルを設定し、該設定され
た背圧制御レベルに基づき、スクリュ後退位置あるいは
スクリュ後退時間を一軸とする背圧パターンを演算して
作成し、その背圧パターンになるよう背圧制御を行うこ
とを特徴とする射出成形機の背圧制御方法。 - 【請求項2】 背圧制御を行う手段としてスクリュ回転
用モータ、射出用モータとを含む電動式射出装置を備
え、前記射出用モータの電流、又は出力トルクを制御し
て背圧制御を行うことを特徴とする請求項1記載の射出
成形機の背圧制御方法。 - 【請求項3】 背圧制御を行う手段として油圧アクチュ
エータを含む油圧式射出装置を備え、前記油圧アクチュ
エータの油圧を制御して背圧制御を行うことを特徴とす
る請求項1記載の射出成形機の背圧制御方法。 - 【請求項4】 前記背圧パターンは、スクリュの回転開
始から回転停止までの間のスクリュ後退位置あるいはス
クリュ後退時間で定義されると共に、定義された領域が
複数に分割され、スクリュの回転開始直後の最初の分割
領域では低背圧で、次の分割領域で最高値の高背圧に立
ち上がり、次の分割領域ではなだらかに低下し、最後の
分割領域で低背圧となるように作成されることを特徴と
する請求項2あるいは3記載の射出成形機の背圧制御方
法。 - 【請求項5】 前記立ち上がりのシャープ度を複数種類
の中から選択可能にされていることを特徴とする請求項
4記載の射出成形機の背圧制御方法。 - 【請求項6】 背圧力検出手段と射出装置とを備えた射
出成形機において、 背圧に関して1段の背圧制御レベルを設定するレベル設
定部と、 該設定された背圧制御レベルに基づき、スクリュ後退位
置あるいはスクリュ後退時間を一軸とする背圧パターン
を演算して作成する演算部と、 前記背圧パターンによる背圧値と前記背圧力検出手段に
より検出された背圧力とにより背圧制御を行うコントロ
ーラとを含むことを特徴とする射出成形機の背圧制御装
置。 - 【請求項7】 前記射出装置としてスクリュ回転用モー
タ、射出用モータとを含む電動式射出装置を備え、前記
射出用モータの電流、又は出力トルクを制御して背圧制
御を行うことを特徴とする請求項6記載の射出成形機の
背圧制御装置。 - 【請求項8】 前記射出装置として油圧アクチュエータ
を含む油圧式射出装置を備え、前記油圧アクチュエータ
の油圧を制御して背圧制御を行うことを特徴とする請求
項6記載の射出成形機の背圧制御装置。 - 【請求項9】 前記背圧パターンは、スクリュの回転開
始から回転停止までの間のスクリュ後退位置あるいはス
クリュ後退時間で定義されると共に、定義された領域が
複数に分割され、スクリュの回転開始直後の最初の分割
領域では低背圧で、次の分割領域で最高値の高背圧に立
ち上がり、次の分割領域ではなだらかに低下し、最後の
分割領域で低背圧となるように作成されることを特徴と
する請求項7あるいは8記載の射出成形機の背圧制御装
置。 - 【請求項10】 前記立ち上がりのシャープ度を複数種
類の中から選択するためのシャープ度選択部を更に備え
ていることを特徴とする請求項9記載の射出成形機の背
圧制御装置。
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