JP2005014225A - 計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法 - Google Patents

計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法 Download PDF

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Manabu Sasane
学 笹根
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株式会社日本製鋼所
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Abstract

【課題】冷却工程の際に行われる計量工程およびサックバック工程の最適化を図る。
【解決手段】成形品11の表面温度が基準表面温度になるまでの実冷却時間と、実計量時間と実サックバック時間との合計時間が比較処理部16で比較される(s4)。実計量時間と実サックバック時間との合計時間が実冷却時間と等しくない、あるいは所定の時間差内に収まらない場合は、演算処理部17にてスクリュ7の移動速度を算出し(s6)、実計量時間と実サックバック時間との合計時間が実冷却時間と等しくなる、あるいは所定の時間差内となるように、スクリュ回転数とサックバック速度を算出し、プロセスコントローラ1内のスクリュ回転数設定機能とサックバック速度設定機能に送られ自動変換される(s7)。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形における計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の射出成形機の射出装置は、図3に示すように、先端にノズル108が取り付けられたシリンダ106と、シリンダ106内に供給する樹脂を貯留しているホッパ109と、シリンダ106内に回転可能に挿入されているスクリュ107と、溶融樹脂を混練しながらスクリュ先端に溜める計量工程においてスクリュ107を回転させるための計量用サーボモータ103と、計量工程終了後のドルーリングを防止するためのサックバック工程においてスクリュ107を後退させるためのサックバック用サーボモータ105と、計量用サーボモータ103とサックバック用サーボモータ105とを制御する機能を備えたプロセスコントローラ101と、サーボアンプ部102とを有する構成となっている。
【0003】
このような構成の射出装置により成形品を生産する射出成形工程においては、従来、射出保圧工程後、成形品を固化する目的とサイクル短縮のために、冷却工程の最中に計量(可塑化)工程とサックバック工程が一般に行われている。
【0004】
計量工程では、プロセスコントローラ101にて任意に設定された信号が、サーボアンプ部102を通って計量用サーボモータ103に送信されて計量用サーボモータ103が回転し、この回転力がタイミングベルト104を介してシリンダ106内に回転可能に挿入されているスクリュ107に伝達され、設定値で回転するスクリュ107によって溶融樹脂の可塑化が行われながら、成形品の質量にあわせスクリュ107の先端に溜められる。
【0005】
また、サックバック工程は、計量工程後のドルーリング(ノズル108の先端の孔からの溶融樹脂洩れ)の発生を防止するための工程であり、このサックバック工程では、プロセスコントローラ101にて任意に設定された信号がサーボアンプ部102を通ってサックバック用サーボモータ105に送信され、スクリュ107を回転させずにわずかに後退させてスクリュ107の先端の樹脂圧力を低下させるスクリュ位置保持制御が一般的に行われる。
【0006】
冷却工程に要する時間をはじめとする、これら各工程に要する時間や各工程の条件等を任意に設定することが可能なプロセスコントローラ101は、射出成形機では標準機能とされている。そのため、上述の設定は、特に決められた数値はなく、成形品の品質と成形技術者の経験値で設定されている。なお、発明者らは、射出成形機の冷却時間制御方法を既に開示している(特許文献1参照)。
【0007】
次に、従来の射出成形機の射出装置における一般的な射出成形の射出保圧工程後の動作について説明する。
【0008】
射出成形の射出保圧工程後に行われる冷却工程は、一般に、成形品が金型で冷却されて取出しに支障のない温度まで低下するのに要する時間でタイマ制御されている。このタイマ制御される時間はプロセスコントローラ101内で任意に設定できるため、特に決められた数値はなく成形品の品質と成形技術者の経験値で設定される。
【0009】
また、上述の冷却時間中に、次のサイクルの射出工程準備として樹脂を可塑化し、計量する計量工程とサックバック工程に入る。
【0010】
この計量工程ではスクリュ107を計量用サーボモータ103で回転することと樹脂の混練を良くする目的でスクリュ後退方向の逆に働く力の背圧を掛けることで開始される。スクリュ107の回転が開始されるとホッパ109内の樹脂がスクリュ107の先端方向に移送される。移送された溶融樹脂はスクリュ107の先端に溜められ、スクリュ107は後退しエンコーダ110の信号によって停止し計量工程は完了する。
【0011】
計量工程が完了すると、続いて、スクリュ107を回転させずにわずかに後退させスクリュ先端の溶融樹脂の圧力を下げてノズル108の先端の孔からの樹脂洩れを防止するためにサックバック工程が行われる。
【0012】
各工程におけるこれらの設定は、上述したようにプロセスコントローラ101によって任意に設定される。例えば、冷却時間が20secで成形品の品質も満足されているにもかかわらず、あるスクリュ回転数における計量工程時間が25secとすると、5secは無駄時間となるため、成形技術者によって現状のスクリュ回転数を速くし、溶融樹脂をスクリュ先端に早く溜めてサイクルの短縮が行われる。
【0013】
サイクル短縮のため成形技術者によって入力されたスクリュ回転数の信号は、サーボアンプ部102を通って計量用サーボモータ103に送信され、シリンダ106内のスクリュ107を回転させ、プロセスコントローラ101内に設定されている計量完了位置まで、スクリュ107がスクリュ先端の樹脂圧力に押されて後退する。
【0014】
次に計量工程が完了すると上述の樹脂洩れ、いわゆるドルーリング防止のためのサックバック工程が実施されるが、このサックバック工程も、サイクル短縮のため成形技術者によって入力された信号が、サーボアンプ部102を介して、サックバック(射出)用のサーボモータ105に送信され、上述のシリンダ106内スクリュ107を設定位置まで後退させ完了する。
【0015】
【特許文献1】
特開平5−192977号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の射出成形機の冷却工程、計量工程そしてサックバック工程は、上述のように成形品の品質と成形技術者の経験値により設定されているため、下記の▲1▼〜▲7▼のような状況の場合、問題を生じる場合があった。
▲1▼金型の冷却水の温度、樹脂温度および室温に変動がある場合
▲2▼冷却時間の設定が短い場合
▲3▼冷却時間の設定が長い場合
▲4▼スクリュ回転数が速い場合
▲5▼スクリュ回転数が遅い場合
▲6▼サックバック量が多い場合
▲7▼サックバック量が少ない場合
例えば、▲1▼のような温度変動があっても、常に冷却工程の最中に行われる計量工程、およびサックバック工程の各設定条件が一定に設定されているために、冷却工程完了後に取出される成形品に温度差が生じていた。この温度差は成形品の収縮に悪影響を及ぼし、成形品の寸法精度や重量精度の不良につながっていた。
【0017】
また、冷却工程と、計量工程およびサックバック工程の同時終了が理想的であるが、▲2▼〜▲7▼のような状況の場合では、成形品のばらつきや無駄時間が発生する場合があった。例えば、冷却時間が短い▲2▼の場合、成形品の形状、あるいは使用樹脂によって異なるものの、成形品が熱い状態で取出されるために取出されたあとの成形品の収縮が大きくなり成形品のソリをはじめ寸法のばらつきを生じていた。一方、冷却時間が長い▲3▼の場合には、サイクルタイムと電力に無駄を生じることとなる。
【0018】
なお、成形品の取出し温度は、上述の成形品形状とか使用樹脂によってまちまちであるが50℃前後であれば支障ないことが多い。
【0019】
そこで、本発明は、射出成形における無駄時間が排除されるとともに安定した品質の成形品を成形可能な計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法は、射出成形における射出保圧工程後に行われる溶融樹脂を冷却する冷却工程に要する冷却時間に対して、前記冷却工程の最中に行われる、スクリュを回転させて溶融樹脂の可塑化とともに計量を行う計量工程および前記計量工程完了後に前記スクリュを後退させるサックバック工程に要する時間を最適化する計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法であって、
良好に成形された成形品の前記冷却工程後の表面温度を基準表面温度として予め測定し、記憶しておく工程と、
前記冷却工程にて、成形品の表面温度が前記基準表面温度になるまでの時間を実冷却時間として計測する工程と、
前記実冷却時間と、前記計量工程における計量時間と前記サックバック工程におけるサックバック時間との合計時間とを比較し、前記実冷却時間と前記合計時間との時間差が所定の許容時間内にあるかどうかを判断する比較判断工程と、
前記比較判断工程にて、前記時間差が所定の許容時間内になく、かつ、前記合計時間が前記実冷却時間よりも長いと判断された場合は、前記計量工程における前記スクリュの回転数、および前記サックバック工程における前記スクリュの移動速度の少なくとも一方を、既に設定されているスクリュ回転数および既に設定されている前記スクリュの移動速度よりも高くする工程と、
前記比較判断工程にて、前記時間差が所定の許容時間内になく、かつ、前記合計時間が前記実冷却時間よりも短いと判断された場合は、前記計量工程における前記スクリュの回転数、および前記サックバック工程における前記スクリュの移動速度の少なくとも一方を、既に設定されているスクリュ回転数および既に設定されている前記スクリュの移動速度よりも低くする工程と、を含む。
【0021】
上記のとおり本発明の計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法は、比較判断工程で、良好な成形品を得るために要する実冷却時間に対する、計量時間とサックバック時間との合計時間の時間差が所定の範囲内かどうかを判断し、所定の範囲内でない場合には、スクリュの回転数、およびスクリュの移動速度の少なくとも一方を変更する。すなわち、合計時間が実冷却時間よりも長いと判断された場合は、計量工程におけるスクリュの回転数、およびサックバック工程におけるスクリュの移動速度の少なくとも一方を高くし、反対に合計時間が実冷却時間よりも短いと判断された場合は、計量工程におけるスクリュの回転数、およびサックバック工程におけるスクリュの移動速度の少なくとも一方を低くすることで、実冷却時間に対する、計量時間とサックバック時間との合計時間が所定の時間差の範囲内になるように制御がなされる。
【0022】
また、本発明の計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法は、比較判断工程にて、時間差が所定の許容時間内にあると判断された場合は、計量工程におけるスクリュの回転数、およびサックバック工程におけるスクリュの移動速度を現状のまま保持する工程を含むものであってもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0024】
図1に、本発明の一実施形態である射出成形機の射出装置の概略構成図を示す。
【0025】
射出成形機の射出装置は、先端にノズル8が取り付けられたシリンダ6と、シリンダ6内に供給する樹脂を貯留しているホッパ9と、シリンダ6内に回転可能に挿入されているスクリュ7と、溶融樹脂を混練しながらスクリュ先端に溜める計量工程においてスクリュ7を回転させるための計量用サーボモータ3と、計量工程終了後のドルーリングを防止するためのサックバック工程においてスクリュ7を後退させるためのサックバック用サーボモータ5と、計量用サーボモータ3とサックバック用サーボモータ5とを制御する機能を備えたプロセスコントローラ1等を有する制御部18と、サーボアンプ部2とを有する。
【0026】
金型12は、可動側金型20と固定側金型13とを有し、固定側金型13には、成形品11の表面温度を測定するための温度センサ14が設けられている。
【0027】
制御部18は、上述したプロセスコントローラ1の他、後述する実冷却時間と、実際の計量時間とサックバック時間との合計時間とを比較し、記憶する比較処理部16と、比較処理部16による比較結果に基づいて、計量時間とサックバック時間の合計時間を実冷却時間に対応させるための所望のスクリュ7の回転数および移動速度を算出する演算処理部17と、安定した品質の成形品11の冷却工程後における表面温度を基準表面温度として設定、記憶するための成形品温度設定15とを有する。
【0028】
また、プロセスコントローラ1は、上述した計量用サーボモータ3とサックバック用サーボモータ5とを制御する機能の他、時間計測機能を有する。なお、これらの各機能はプロセスコントローラ1の標準機能であるため、詳細の説明は省略するとともに図1中には示していない。
【0029】
次に、射出保圧工程後の冷却工程の際に行われる計量工程およびサックバック工程における、本発明の計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法の一例を図2のフローチャートを用いて説明する。
【0030】
まず、通常の成形条件に基づき成形を開始し、成形品11の品質上の安定を確認した上で、固定側金型13に設けられた温度センサ14によって測定された成形品11の表面温度を基準表面温度として決定し、この基準表面温度を成形品温度設定15に入力する(s1)。
【0031】
続く成形においても、温度センサ14により冷却工程における成形品11の表面温度を実表面温度として測定する。この際、射出保圧工程後から実表面温度が成形品温度設定15に入力された基準表面温度になるまでの時間をプロセスコントローラ1内の時間計測機能で計測する。この測定結果を実冷却時間としてプロセスコントローラ1内の冷却時間設定機能に自動入力する(s2)。
【0032】
次に、計量工程に要する時間である実計量時間と、サックバック工程に要する時間である実サックバック時間とがプロセスコントローラ1内の時間計測機能を用いて計測され、計測結果が比較処理部16に入力される(s3)。
【0033】
比較処理部16は、冷却時間設定機能に自動入力されている実冷却時間と、上述の実計量時間と実サックバック時間との合計時間とを比較する(s4)。
【0034】
比較の結果、実計量時間と実サックバック時間との合計時間が実冷却時間と等しくなる、あるいは実計量時間と実サックバック時間との合計時間に対する実冷却時間の時間差が所定の時間差内となる場合は現状の成形条件、すなわち、既に設定されているスクリュ回転数および既に設定されているサックバック速度にて成形を継続する(s8)。
【0035】
一方、実計量時間と実サックバック時間との合計時間が実冷却時間と等しくない、あるいは実計量時間と実サックバック時間との合計時間に対する実冷却時間の時間差が所定の時間差内に収まらない場合は、演算処理部17で、現状の設定値での、計量工程およびサックバック工程の各工程の開始時および完了時におけるスクリュ位置をそれぞれ記憶し、また各工程のスクリュ移動時間をそれぞれ計測する(s5)。
【0036】
次に、s5で計測しておいた開始時および完了時のスクリュ位置から、計量工程およびサックバック工程におけるスクリュ移動距離を算出するとともに、求められたスクリュ移動距離および測定しておいたスクリュ移動時間より各工程におけるスクリュの移動速度を算出する(s6)。
【0037】
次に、演算処理部17にて、s6で算出したスクリュ移動速度より、スクリュ回転数を、例えば、既に設定されているスクリュ回転数×((スクリュ移動距離/スクリュ移動速度)/(実冷却時間−現状のサックバック工程時間))として算出する。さらに、演算処理部17にて、サックバック工程におけるスクリュの移動速度であるサックバック速度を、既に設定されているサックバック速度×(現状のサックバック工程時間/(実冷却時間−上記求めたスクリュ回転数に基づく計量工程時間))として算出する。
【0038】
すなわち、比較処理部16における比較の結果、実計量時間と実サックバック時間との合計時間が実冷却時間よりも長いと判断された場合は、スクリュ回転数およびサックバック速度の少なくとも一方が、既に設定されているスクリュ回転数および既に設定されているサックバック速度に対して高くなる値を算出する。一方、実計量時間と実サックバック時間との合計時間が実冷却時間よりも短いと判断された場合は、スクリュ回転数およびサックバック速度の少なくとも一方が、既に設定されているスクリュ回転数および既に設定されているサックバック速度に対して低くなる値を算出する。これら算出された値は、プロセスコントローラ1内のスクリュ回転数設定機能とサックバック速度設定機能に送られ自動変換され、s3へ戻る(s7)。
【0039】
以上のように、スクリュ回転数およびサックバック速度を調整することで実計量時間と実サックバック時間との調整を行い、実計量時間と実サックバック時間との合計時間が実冷却時間と等しくなる、あるいは所定の時間差内となるようにして連続成形がなされる。このため、冷却工程終了と略同時に計量工程およびサックバック工程を終了させることができ、射出成形における無駄時間をなくすとともに、省エネルギー化を図ることができる。また、成形品11は常に基準表面温度で取り出されるため、成形品11の収縮率を安定させ成形品11の寸法精度を始め成形精度と品質を向上させることができる。
【0040】
以下に本実施形態の最適化制御方法についてより具体的に説明する。
【0041】
本発明の計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法は、成形技術者の経験値より設定された通常の成形条件をもとに成形を開始し、成形品の品質を満足できる成形品11の基準となる基準表面温度を決定する。例えば、その温度が50℃のときが最も成形品が安定していることが判明した場合、成形技術者により、基準表面温度50℃が成形品温度設定15に入力される。
【0042】
次に、射出保圧工程に続く冷却工程において、固定用金型13内に埋め込まれた温度センサ14により成形品11の表面温度を測定し、測定している表面温度が基準表面温度である50℃になるまでの所要時間をプロセスコントローラ1内の時間計測機能で計測する。例えば、この所要時間が20secであれば、この時間を実冷却時間とし、自動的にプロセスコントローラ1内の機能である冷却時間設定に20secと入力変換される。
【0043】
次に、上述の成形条件から実際の計量時間とサックバック時間をプロセスコントローラ1の時間計測機能を用いて計測し、計測結果比較処理部16に記憶する。例えば、計量時間とサックバック時間の各所要時間として、それぞれ23sec、1secとの計測結果が得られたとすると、これら各所要時間の合計時間である24secと、上述の実冷却時間の20secとが比較処理部16で比較される。
【0044】
上述した例の場合、比較結果が、計量時間(23sec)+サックバック時間(1sec)>実冷却時間(20sec)である。よって、演算処理部17は、計量時間+サックバック時間=実冷却時間となるように、あるいは、例えば、(計量時間+サックバック時間)−実冷却時間=0.1secというように所定の時間差内とするために、スクリュ回転数を例えば10r/min速くし、またサックバック速度も例えば0.1mm/s速くするための信号を出力する。
【0045】
この信号はサーボアンプ部2を通って計量用サーボモータ3とサックバック用サーボモータ5に送信される。また上述の信号はプロセスコントローラ1内のスクリュ回転数設定とサックバック速度設定機能に送られ自動変換される。
【0046】
一方、計量時間+サックバック時間<実冷却時間の場合は、スクリュ回転数を例えば10r/min遅くし、またサックバック速度も例えば0.1mm/s遅くする信号が演算処理部17で求められ自動変換される。
【0047】
以上のようにして、実計量時間と実サックバック時間との合計時間が実冷却時間と等しくなる、あるいは所定の時間差内となるように常に自動制御されたスクリュ回転数とサックバック速度で連続成形がなされる。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、比較判断工程で、良好な成形品を得るために要する実冷却時間に対する、計量時間とサックバック時間との合計時間の時間差が所定の範囲内かどうかを判断し、所定の範囲内でない場合には、スクリュの回転数、およびスクリュの移動速度の少なくとも一方を変更することで、実冷却時間に対する、計量時間とサックバック時間との合計時間が所定の時間差の範囲内になるように制御がなされる。これにより、冷却工程終了と同時に計量工程およびサックバック工程を終了させることができ、射出成形における無駄時間をなくすとともに、省エネルギー化を図ることができる。また、成形品の取出し温度を常に一定にすることで、成形品の収縮率を安定させ成形品の寸法精度を始め成形精度と品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である射出成形機の射出装置の概略構成図である。
【図2】本発明の計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法の一実施形態のフローチャートである。
【図3】従来の射出成形機における射出装置の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
1 プロセスコントローラ
2 サーボアンプ部
3 計量用サーボモータ
4 タイミングベルト
5 サックバック用サーボモータ
6 シリンダ
7 スクリュ
8 ノズル
9 ホッパ
10 エンコーダ
11 成形品
12 金型
13 固定側金型
14 温度センサ
15 成形品温度設定
16 比較処理部
17 演算処理部
18 制御部
20 可動側金型

Claims (2)

  1. 射出成形における射出保圧工程後に行われる溶融樹脂を冷却する冷却工程に要する冷却時間に対して、前記冷却工程の最中に行われる、スクリュを回転させて溶融樹脂の可塑化とともに計量を行う計量工程および前記計量工程完了後に前記スクリュを後退させるサックバック工程に要する時間を最適化する計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法であって、
    良好に成形された成形品の前記冷却工程後の表面温度を基準表面温度として予め測定し、記憶しておく工程と、
    前記冷却工程にて、成形品の表面温度が前記基準表面温度になるまでの時間を実冷却時間として計測する工程と、
    前記実冷却時間と、前記計量工程における計量時間と前記サックバック工程におけるサックバック時間との合計時間とを比較し、前記実冷却時間と前記合計時間との時間差が所定の許容時間内にあるかどうかを判断する比較判断工程と、
    前記比較判断工程にて、前記時間差が所定の許容時間内になく、かつ、前記合計時間が前記実冷却時間よりも長いと判断された場合は、前記計量工程における前記スクリュの回転数、および前記サックバック工程における前記スクリュの移動速度の少なくとも一方を、既に設定されているスクリュ回転数および既に設定されている前記スクリュの移動速度よりも高くする工程と、
    前記比較判断工程にて、前記時間差が所定の許容時間内になく、かつ、前記合計時間が前記実冷却時間よりも短いと判断された場合は、前記計量工程における前記スクリュの回転数、および前記サックバック工程における前記スクリュの移動速度の少なくとも一方を、既に設定されているスクリュ回転数および既に設定されている前記スクリュの移動速度よりも低くする工程と、を含む計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法。
  2. 前記比較判断工程にて、前記時間差が所定の許容時間内にあると判断された場合は、前記計量工程におけるスクリュの回転数、および前記サックバック工程における前記スクリュの移動速度を現状のまま保持する工程を含む請求項1に記載の計量工程およびサックバック工程の最適化制御方法。
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