JP2004188991A - 射出成形機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 保圧工程中のスクリュの後退に起因する成形不良の問題を解消できるような射出成形機を提供する。
【解決手段】 射出成形機は、スクリュ（１７）の回転と前進及び後退動作とを行うための射出装置と、金型の開閉、型締を行うための型締装置と、スクリュの位置を検出するためのスクリュ位置センサ（３１）と、射出圧力を検出するための射出圧センサ（３３）と、固定プラテン（１１）と可動プラテン（１３）との間のプラテン間距離を検出するためのプラテン間距離センサ（３５）と、上記各センサからの検出信号を受けて射出装置及び型締装置を制御するコントローラ（３０９とを備える。コントローラは、スクリュの前進動作による溶融樹脂の充填開始後において、溶融樹脂が加熱シリンダ（１６）先端のノズル内に逆流することにより上昇する樹脂圧を射出圧センサで検出して型締装置を制御することにより圧縮動作を実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は射出成形機及びその制御方法に関する。

射出成形機の１サイクルの成形動作について、射出装置の側から簡単に説明する。

（１）スクリュ回転用のモータによ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、すなわちリザーバと呼ばれるスクリュヘッドの前方に一定量送り込む（可塑化／計量工程）。この時、リザーバ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。

スクリュの後端部には射出軸が直結されており、この射出軸は回転自在に支持されている。この射出軸はまた、油圧式の場合には、射出シリンダを持つ油圧駆動系により駆動される。一方、電動式の射出装置の場合、射出軸は射出用のモータにより軸方向に駆動される。前述の溶融樹脂の背圧は、電動式の場合にはロードセルによって検出され、油圧式の場合には射出シリンダにおける油圧を検出する射出圧センサによって検出される。このようにして検出された背圧は、閉ループでの圧力制御に利用される。

（２）次に、スクリュを前進させ、スクリュヘッドをピストンにして、リザーバ内の溶融樹脂を金型内のキャビティに送り込む（充填工程）。

（３）充填工程の終りで、溶融樹脂が金型のキャビティ内に充満し、その時スクリュに対する制御は、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）切換えと呼ばれる。

（４）Ｖ−Ｐ切換え後、金型のキャビティ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。

射出装置においては、（４）の工程以後、（１）の工程に戻って次のサイクルに入る。一方、型締装置側においては、型開閉や型締動作を実行する他、（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。

図３（ａ）には、上記の１サイクルにおけるスクリュ速度と射出圧の挙動を示し、図３（ｂ）には、スクリュ位置の挙動を示す。

一方、型締装置側では、固定金型に対して可動金型をある一定の力で保持した状態にし、この状態で溶融樹脂がスクリュにより金型内のキャビティに充填される。そして、溶融樹脂がキャビティ内にほぼ完全に充填されるまではスクリュの前進速度が制御され、その後、保圧工程に移行して樹脂の収縮を防止するためにスクリュを押しつける圧力が制御されることになる。

この時、保圧工程では、スクリュ前進速度はそれ以前の速度工程におけるスクリュ前進速度より遅くなる。また、射出圧の上昇も加わり、スクリュが後退する場合もある。これは、図３（ａ）にスクリュ速度が負になることで示されている。スクリュが後退する時、リザーバ内の溶融樹脂がスクリュ側に戻ることを防止するチェックリングの挙動が不安定になることがある。チェックリングの挙動が不安定になると溶融樹脂がスクリュ側に戻されてしまい、オペレータの意図した樹脂量をキャビティ内に充填することができない場合がある。しかも、保圧工程中のチェックリングの挙動は、計量された溶融樹脂の状態により、各ショット間でばらつきが発生する。そのため、成形品の寸法、重量もばらついてしまう。

そこで、本発明の課題は、保圧工程中のスクリュの後退に起因する成形不良の問題を解消できるような射出成形機及びその制御方法を提供することにある。

本発明による射出成形機の制御方法は、スクリュの前進動作による溶融樹脂の充填開始後において、溶融樹脂が加熱シリンダ先端のノズル内に逆流することによって上昇する樹脂圧を検出してキャビティ空間に充填された前記溶融樹脂の圧縮動作を実行させることを特徴とする。

本制御方法においては、前記スクリュが充填完了位置の設定値に到達したら、前記圧縮動作に移行して前記スクリュの位置を前記設定値に維持するように制御する。

本制御方法においてはまた、前記溶融樹脂の充填開始前は型締力を低い値にしておくかあるいは固定プラテンと可動プラテンとの間を所定値まで開いた状態にしておく。

本発明による射出成形機は、スクリュの回転と前進及び後退動作とを行うための射出装置と、金型の開閉、型締を行うための型締装置と、スクリュの位置を検出するためのスクリュ位置センサと、射出圧力を検出するための射出圧センサと、固定プラテンと可動プラテンとの間のプラテン間距離を検出するためのプラテン間距離センサと、上記各センサからの検出信号を受けて前記射出装置及び前記型締装置を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、スクリュの前進動作による溶融樹脂の充填開始後において、溶融樹脂が加熱シリンダ先端のノズル内に逆流することにより上昇する樹脂圧を前記射出圧センサで検出してキャビティ空間に充填された前記溶融樹脂の圧縮動作を実行することを特徴とする。

本射出成形機においては、前記コントローラは、前記スクリュが充填完了位置の設定値に到達したら、前記圧縮動作に移行させて前記スクリュの位置を前記設定値に維持するように制御する。

本射出成形機においてはまた、前記コントローラは、前記溶融樹脂の充填開始前は型締力を低い値にしておくかあるいは固定プラテンと可動プラテンとの間を所定値まで開いた状態にしておく。

本発明によれば、保圧工程においてスクリュが後退することがないため、チェックリングの挙動が安定し、溶融樹脂がスクリュ側に戻されることが無くなるので成形品の品質向上、例えば寸法精度の向上、外観不良（ヒケ、そり等）発生の低減を図ることができる。また、型締装置側の圧縮動作により、金型のキャビティ内の応力が均一になる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明を油圧式射出成形機に適用した場合の実施の形態を概略的に示した図である。図１において、固定プラテン１１に固定金型１２が取り付けられ、可動プラテン１３には可動金型１４が取り付けられている。固定金型１２と可動金型１４との間に成形品の形状を有するキャビティ１５が形成される。樹脂は加熱シリンダ１６内で加熱され溶融させられる。

１７は加熱シリンダ１６内で回転自在にかつ進退自在に支持されるスクリュであり、溶融樹脂はスクリュ１７を前進させることによってキャビティ１５内に射出される。また、図示しないホッパから加熱シリンダ１６内に落下した樹脂は、前に述べた背圧によりスクリュ１７が後退するのに伴いスクリュ１７の外周溝内を前進し、その間、樹脂自体の剪断発熱と加熱シリンダ１６の周囲に配置されたヒータとで加熱され溶融する。

スクリュ１７の後端には射出シリンダ１８が配設されていて、そのピストンが射出軸を介してスクリュ１７に連結されている。なお、射出軸とスクリュ１７は回転可能であるが、射出シリンダ１８内のピストンは回転しない。射出シリンダ１８にはピストンを間にして２つの油室があり、射出サーボバルブ１９を通して一方の油室に作動油を供給することによってスクリュ１７を後退させ、他方の油室に作動油を供給することによってスクリュ１７を前進させることができる。

一方、型締装置側においては、可動プラテン１３、言い換えれば可動金型１４が複数の型開閉シリンダ２１ａ、２１ｂの駆動軸により固定金型１２に対して接離され、型開閉が行われる。可動金型１４はまた、型締シリンダ２２により型締力が与えられる。２３は型締センターロッド、２４はメカロック用プレートである。型開閉シリンダ２１ａ、２１ｂも２つの油室があり、型開閉サーボバルブ２５を介して一方の油室に作動油を供給することにより可動金型１４を前進させて型閉じを行い、他方の油室に作動油を供給することにより可動金型１４を後退させて型開きを行う。

型締シリンダ２２には、２つの油室の一方の油室にのみ型締サーボバルブ２６を介して作動油が出入り可能にされ、作動油を供給することにより可動金型１４に対して型締力を付与する。

射出サーボバルブ１９、型開閉サーボバルブ２５、型締サーボバルブ２６はそれぞれ、油圧供給源としての油ポンプ２７に接続され、コントローラ３０で制御される。２８はアキュムレータである。

さて、射出装置においては、その可動部における特定の箇所をスクリュ位置として検出するためのスクリュ位置センサ３１が設けられ、後退用の油圧配管にはサックバック圧力センサ３２が、前進用の油圧配管には射出圧センサ３３がそれぞれ設けられる。一方、型締装置側においては、型締シリンダ２２用の油圧配管に型締圧力センサ３４が設けられ、金型部の可動部には可動プラテン１３の位置を検出することで固定プラテン１１と可動プラテン１３との間の距離（以下、プラテン間距離と呼ぶ）を検出するためのプラテン間距離センサ３５が設けられている。

上記のような各種センサを備えることにより、コントローラ３０は、射出装置側では、スクリュ位置センサ３１、サックバック圧力センサ３２、射出圧センサ３３からの検出信号を受けて射出サーボバルブ１９を制御することにより、スクリュ位置やサックバック圧力、射出圧等を制御する。一方、型締装置側では、コントローラ３０は、上記の検出信号に加えて型締圧力センサ３４、プラテン間距離センサ３５からの検出信号を受けて型開閉サーボバルブ２５、型締サーボバルブ２６を制御することにより、型開閉位置や型締力等を制御する。

以上の構成において、本発明に必須の要件をあげると以下の通りとなる。すなわち、射出装置はスクリュ位置制御の可能な機構が必要である。一方、型締装置は射出装置の動作に関係なく、型締力を変更することが可能で、しかも型締力変更時の応答性が高いことが必要である。これは、油圧式射出成形機においては油圧制御系にサーボバルブを使用することで可能となっている。また、可動プラテンと固定プラテン間の距離を検出するためのプラテン間距離センサ３５を有し、可動プラテン１３の位置制御も可能であることが必要となる。

次に、図２をも参照してコントローラ３０の制御動作について説明する。

充填開始前では、コントローラ３０は型締装置に対して、
１．低い型締力を発生させておく、
２．可動金型１４を所定の位置まで開かせておく、つまりプラテン間距離を所定値Ｌ１にしておく、
のいずれかの状態にする。

充填開始でスクリュ１７は前進するように駆動され、この時型締め装置は、上記１の場合は、射出圧の上昇により可動金型１４が固定金型１２から離れる方向に開かされる。つまり、プラテン間距離が大きくなる。この過程において、プラテン間距離が増加して所定値Ｌ１に到達したら、コントローラ３０はこの所定値Ｌ１を維持するように可動プラテン１３、言い換えれば可動金型１４の位置制御を開始する。つまり、コントローラ３０は、プラテン間距離センサ３５からの検出信号を受けて型締サーボバルブ２６及び型開閉サーボバルブ２５を制御することにより型開閉シリンダ２１ａ、２１ｂを駆動して上記の位置制御を行う。所定値Ｌ１を維持するための位置制御は、上記２の場合も同様である。

続いて、コントローラ３０は、スクリュ位置センサ３１からの検出信号を受けて、スクリュ１７が充填完了位置の設定値（キャビティ１５がほぼ完全充填される位置）Ｐ１まで前進したら（図２ｂのｔ１）、スクリュ１７の速度制御をやめてスクリュ１７が充填完了位置の設定値Ｐ１を維持するようにスクリュ位置制御を開始する。これと同時、もしくは、遅延タイマーのカウントアップ後にコントローラ３０は、型締装置に対して下記のいずれかの制御方法により圧縮動作を実行させ、従来の保圧と同様の効果を実現させる。なお、遅延タイマーはコントローラ３０に内蔵されており、成形条件に応じて適宜設定されるものである。

Ａ）型締力の制御
Ｂ）プラテン間距離の制御
Ｃ）射出圧の制御
型締力の制御というのは、型締圧力センサ３４の検出信号を受けて型締サーボバルブ２６を制御することにより型締シリンダ２２を駆動して型締力を制御する方法である。また、プラテン間距離の制御というのは、プラテン間距離センサ３５の検出信号を受けて型締サーボバルブ２６及び型開閉サーボバルブ２５を制御することによりプラテン間距離をＬ２に維持するように制御する方法である。一方、射出圧の制御については、射出圧力は、型締装置の高速圧縮動作により、金型のキャビティ、ランナー、スプルー内の溶融樹脂が加熱シリンダ１６先端のノズル内に逆流することにより上昇するので、これを射出圧センサ３３で検出し、型締サーボバルブ２６を制御することにより型締装置側で制御することが可能になる。これは、型締装置の油圧制御系に高速応答の可能なサーボバルブを使用していることで実現できる。

以上のようにして、本形態では、スクリュが充填完了位置に到達したらスクリュをその位置に維持するようにし、型締装置側で型締力、プラテン間距離、射出圧力のいずれかを制御して圧縮動作を実行するようにすることで、保圧工程中のスクリュの後退に起因する成形不良を防止することができる。

なお、上記の形態は油圧式射出成形機の場合であるが、本発明は電動式射出成形機にも適用され得ることは言うまでも無い。この場合の相違は、射出シリンダに代えて射出用のモータが使用され、型締装置側では型締シリンダ、型開閉シリンダに代えて、例えば型締用のモータが使用され、射出用のモータ、型締用のモータがそれぞれ制御されることになるだけである。

本発明を油圧式射出成形機に適用した場合の実施の形態を概略的に示した図である。 本発明による成形サイクルにおけるスクリュ速度及び射出圧の挙動（ａ）、スクリュ位置の挙動（ｂ）、及びプラテン間距離の挙動（ｃ）を示した図である。 従来の成形サイクルにおけるスクリュ速度及び射出圧の挙動（ａ）、及びスクリュ位置の挙動（ｂ）を示した図である。

符号の説明

１１ 固定プラテン
１２ 固定金型
１３ 可動プラテン
１４ 可動金型
１６ 加熱シリンダ
１７ スクリュ
１８ 射出シリンダ
１９ 射出サーボバルブ
２１ａ、２１ｂ 型開閉シリンダ
２２ 型締シリンダ
２３ 型締センターロッド
２４ メカロック用プレート
２５ 型開閉サーボバルブ
２６ 型締サーボバルブ
２７ 油ポンプ
２８ アキュムレータ
３１ スクリュ位置センサ
３２ サックバック圧力センサ
３３ 射出圧センサ
３４ 型締圧力センサ
３５ プラテン間距離センサ

Claims (6)

1. スクリュの前進動作による溶融樹脂の充填開始後において、溶融樹脂が加熱シリンダ先端のノズル内に逆流することによって上昇する樹脂圧を検出してキャビティ空間に充填された前記溶融樹脂の圧縮動作を実行することを特徴とする射出成形機の制御方法。
2. 請求項１に記載の制御方法において、前記スクリュが充填完了位置の設定値に到達したら、前記圧縮動作に移行して前記スクリュの位置を前記設定値に維持するように制御することを特徴とする射出成形機の制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の制御方法において、前記溶融樹脂の充填開始前は型締力を低い値にしておくかあるいは固定プラテンと可動プラテンとの間を所定値まで開いた状態にしておくことを特徴とする射出成形機の制御方法。
4. スクリュの回転と前進及び後退動作とを行うための射出装置と、金型の開閉、型締を行うための型締装置と、スクリュの位置を検出するためのスクリュ位置センサと、射出圧力を検出するための射出圧センサと、固定プラテンと可動プラテンとの間のプラテン間距離を検出するためのプラテン間距離センサと、上記各センサからの検出信号を受けて前記射出装置及び前記型締装置を制御するコントローラとを備えた射出成形機において、
   前記コントローラは、スクリュの前進動作による溶融樹脂の充填開始後において、溶融樹脂が加熱シリンダ先端のノズル内に逆流することにより上昇する樹脂圧を前記射出圧センサで検出してキャビティ空間に充填された前記溶融樹脂の圧縮動作を実行することを特徴とする射出成形機。
5. 請求項４に記載の射出成形機において、前記コントローラは、前記スクリュが充填完了位置の設定値に到達したら、前記圧縮動作に移行させて前記スクリュの位置を前記設定値に維持するように制御することを特徴とする射出成形機。
6. 請求項４又は５に記載の射出成形機において、前記コントローラは、前記溶融樹脂の充填開始前は型締力を低い値にしておくかあるいは固定プラテンと可動プラテンとの間を所定値まで開いた状態にしておくことを特徴とする射出成形機。
   
   

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