JP2006116789A - 成形機及びその樹脂供給制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂供給装置を用いた成形機において、樹脂供給量あるいは樹脂供給速度を制御することにより、成形機へ安定して樹脂を供給できるようにする。
【解決手段】 本発明は、加熱シリンダへの樹脂の供給量を制御可能な樹脂供給装置を備えた成形機に適用される。はじめに、加熱シリンダへの樹脂の供給量あるいは供給速度の設定値を設定する。続いて、前記設定値に基づいて樹脂供給装置を駆動して前記加熱シリンダへ樹脂を供給し、前記加熱シリンダ内におけるスクリュの計量時間を検出する。そして、検出された計量時間とあらかじめ定められた目標計量時間との差を算出し、該差に基づいて前記設定値を補正し前記樹脂供給装置を駆動する。
【選択図】 図２

Description

本発明は射出成形機等の成形機及びその樹脂供給制御方法に関する。

射出成形機においては、通常、スクリュを内蔵した加熱シリンダの後端側に配置されたホッパから加熱シリンダ内に樹脂を供給するように構成されている。これに対し、樹脂の供給を安定化させて成形を安定させるために、樹脂供給装置、例えばフィードスクリュを追加することも行われている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、フィードスクリュ等の樹脂供給装置を使用して樹脂供給を行う場合でも、実際には樹脂供給の方法、フィードスクリュの回転数、供給時間などさまざまな要素を加味する必要があるために、安定して樹脂を供給することは難しい。

特開２００２−２４８６５３号公報

本発明の課題は、フィードスクリュに代表される樹脂供給装置を用いた成形機において、樹脂供給量あるいは樹脂供給速度を制御することにより、成形機へ安定して樹脂を供給できるようにすることにある。

本発明による成形機は、加熱シリンダへの樹脂の供給量あるいは供給速度を制御できる樹脂供給装置を備え、更に、前記供給量あるいは前記供給速度の設定値を設定できる設定器と、加熱シリンダ内のスクリュの計量時間を検出する検出手段と、該検出手段で検出された計量時間とあらかじめ定められた目標計量時間との差に基づいて、前記設定値を補正して前記樹脂供給装置を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。

本発明によればまた、加熱シリンダへの樹脂の供給量あるいは供給速度の設定値を設定し、前記設定値に基づいて樹脂供給装置を駆動して前記加熱シリンダへ樹脂を供給し、前記加熱シリンダ内におけるスクリュの計量時間を検出し、該検出された計量時間とあらかじめ定められた目標計量時間との差を算出し、該差に基づいて前記設定値を補正し前記樹脂供給装置を駆動することを特徴とする樹脂供給制御方法が提供される。

本発明による樹脂供給制御方法においては、スクリュの射出ストロークを算出し、算出された射出ストロークとあらかじめ知られている加熱シリンダ内径とから初期樹脂供給量あるいは初期樹脂供給速度を算出し、算出された初期樹脂供給量あるいは初期樹脂供給速度によって樹脂を供給しながら成形を行うことが好ましい。

本発明による樹脂供給制御方法においてはまた、前記差は数ショットの計量時間の平均値と前記目標計量時間とから算出されても良い。

本発明による樹脂供給制御方法においては更に、前記目標計量時間を自動的に算出し、該自動的な算出は、成形動作開始時において樹脂を前記加熱シリンダ内に充満させた状態で成形を行って、数ショット間の実計量時間の平均時間を算出し、算出された平均時間から前記目標計量時間を算出するようにされる。

本発明による樹脂供給制御方法においては更に、前記目標計量時間の算出のために、前記数ショット間の実計量時間の平均時間に乗算される比率を所望の値に設定するための設定器を備え、前記数ショット間の実計量時間の平均時間に前記設定器で設定された比率を乗算して前記目標計量時間を算出しても良い。

本発明によれば、安定した樹脂供給が可能になる結果、成形品の品質を安定化させることができる。

本発明による樹脂供給制御方法について説明する前に、図３を参照して、本発明が適用される射出成形機について説明する。図３は射出成形機における射出装置の断面図である。

図３において、１１はシリンダ部材としての加熱シリンダ、１２は加熱シリンダ１１内において回転自在に、かつ、進退（図における左右方向に移動）自在に配設された射出部材としてのスクリュ、１３は加熱シリンダ１１の前端（図における左端）に形成された射出ノズル、１４は射出ノズル１３に形成されたノズル口、１５は加熱シリンダ１１の後端（図における右端）の近傍の所定の位置に形成された成形材料導入口としての樹脂導入口、１６は加熱シリンダ１１の後端に取り付けられた温調用ブロックであり、該温調用ブロック１６内に樹脂導入路３１が形成され、該樹脂導入路３１の下端と樹脂導入口１５とが連通させられる。なお、加熱シリンダ１１の後端には、スクリュ１２を回転させるためのスクリュ回転駆動部１１０、前進、後退（図における左方、右方に移動）させるための射出駆動部１２０が配設されている。

加熱シリンダ１１の外周には、面状のヒータｈ１〜ｈ３が配設され、該ヒータｈ１〜ｈ３を通電することによって、成形材料としての図示されない樹脂を加熱して溶融させることができる。温調用ブロック１６は図示されない温調器及び管路１６ａ、１６ｂを介して接続され、前記温調器から供給された温調媒体によって樹脂導入路３１内の樹脂を予熱して所定の温度に維持するとともに、ヒータｈ１〜ｈ３から伝達された熱によって樹脂導入路３１内の樹脂が溶融させられないようにする。

スクリュ１２は、フライト部２１、及び該フライト部２１の前端に配設されたスクリュヘッド２７を備える。そして、フライト部２１は、スクリュ本体の外周面に螺旋状に形成されたフライト２３を備え、該フライト２３によって螺旋状の溝２４が形成される。また、フライト部２１には、後方（図における右方）から前方（図における左方）にかけて順に、樹脂導入口１５を介して樹脂が導入される導入部Ｑ１、導入された樹脂を圧縮しながら溶融させる圧縮部Ｑ２、及び溶融させられた樹脂を一定量ずつ計量する計量部Ｑ３が形成される。溝２４の底、すなわち、スクリュ本体の外径は、導入部Ｑ１において比較的小さくされ、圧縮部Ｑ２において後方から前方にかけて徐々に大きくされ、計量部Ｑ３において比較的大きくされる。したがって、加熱シリンダ１１の内周面とスクリュ本体の外周面との間の間隙は、導入部Ｑ１において比較的大きくされ、圧縮部Ｑ２において後方から前方にかけて徐々に小さくされ、計量部Ｑ３において比較的小さくされる。なお、本例においては、導入部Ｑ１が形成されるようになっているが、必ずしも導入部Ｑ１を形成する必要はない。

計量部Ｑ３は軸方向においてフライト２３の４ピッチ程度の長さに、導入部Ｑ１は２〜３ピッチ分の長さに設定され、スクリュ１２を図に示されるような前進限位置、すなわち、計量開始位置に置いたとき、樹脂導入口１５に臨ませられ、圧縮部Ｑ２及び計量部Ｑ３は、軸方向において樹脂導入口１５より前方に位置させられる。この場合、スクリュ１２の計量開始位置において、導入部Ｑ１とヒータｈ１〜ｈ３とは温調用ブロック１６によって隔てられているので、導入部Ｑ１に予熱機能はなく、樹脂は加熱されない。したがって、樹脂は溝２４内を前進させられ、圧縮部Ｑ２に到達して初めて加熱される。

そして、加熱シリンダ１１に樹脂を供給するために成形材料供給部としての樹脂供給部１７が形成され、該樹脂供給部１７は温調用ブロック１６の上端に取り付けられる。樹脂供給部１７は、樹脂を設定された量だけ搬送する回転式の搬送体としてのフィードスクリュ１８、該フィードスクリュ１８の後端の近傍に配設され、ペレット状の樹脂が投入されるホッパ１９、及びフィードスクリュ１８の前端に配設され、フィードスクリュ１８と温調用ブロック１６とを連結する筒状の案内部２０を備える。案内部２０内には案内路３３が形成され、案内路３３はフィードスクリュ１８によって搬送された樹脂を樹脂導入路３１に案内する。

また、加熱シリンダ１１内、樹脂導入路３１及び案内路３３は、フィードスクリュ１８によって気密にされ、案内部２０に負圧発生手段としての図示されない真空ポンプが接続される。したがって、該真空ポンプを駆動することによって、加熱シリンダ１１内に負圧を発生させることができる。

フィードスクリュ１８は、断面が四角形の形状を有するケース４１、及び該ケース４１内において回転自在に支持された供給部としてのオーガ４３を備え、該オーガ４３は、供給用の駆動手段としての供給用モータ５１を駆動することによって回転させられ、回転に伴って連続的に樹脂を軸方向に移動させる。

そのために、ケース４１の後端の近傍の上面には、ホッパ１９と連通させられる成形材料供給口としての樹脂供給口５４が、ケース４１の前端にオーガ４３の前端を臨ませて、樹脂を排出するための成形材料排出室としての樹脂排出室６１が形成され、該樹脂排出室６１の下端には、案内路３３と連通させられる成形材料排出口としての樹脂排出口５５が形成される。

オーガ４３は、本体部５６、及び本体部５６の後端に形成されたシャフト部５７から成り、該シャフト部５７はスリーブ６０に嵌入される。そして、スリーブ６０は、ベアリングｂ１〜ｂ３によってケース４１に対して支持される。

また、本体部５６は、オーガ４３の本体、すなわち、オーガ本体の外周面に螺旋状に形成されたフライト５８を備え、該フライト５８によって螺旋状の溝５９が形成される。そして、ケース４１の外周には、予熱手段としての面状のヒータｈ４が配設され、フィードスクリュ１８によって搬送される樹脂が、ヒータｈ４によって予熟される。フィードスクリュ１８、供給用モータ５１及びヒータｈ４によって成形材料供給手段が構成される。

したがって、供給用モータ５１を駆動すると、オーガ４３の回転に伴って、ホッパ１９内の樹脂は、樹脂供給口５４を介してケース４１内に供給され、溝５９内を連続的に前進させられ、その間にヒータｈ４によって加熱されて所定の温度まで予熟され、樹脂排出室６１に排出され、更に、樹脂排出口５５を介して案内路３３に排出される。続いて、樹脂は、案内路３３によって案内され、樹脂導入路３１を通り、樹脂導入口１５を介して加熱シリンダ１１内に導入される。

このようにして、ホッパ１９内の樹脂は、樹脂供給部１７によって予熱されて、加熱シリンダ１１内に設定された量ずつ供給される。

そして、樹脂導入路３１における樹脂導入口１５の直上には、導入部Ｑ１に臨ませて成形材料検出手段としてのホトセンサ３０が配設される。ホトセンサ３０は、導入部Ｑ１における溝２４内の樹脂を検出し、溝２４内の樹脂の量に比例するセンサ出力を発生させる。なお、該センサ出力は、加熱シリンダ１１に供給される樹脂の供給量あるいは供給速度を制御するために利用される。ここで、供給量は、単位時間当たり樹脂導入路へ供給される樹脂の量であり、単位としては（ｃｃ／ｓｅｃ）で表される。また、供給速度はフィードスクリュ１回転当たり樹脂導入路へ供給される樹脂の量であり、単位としては（ｃｃ／回転）で表される。

次に、図３に示された各駆動部の制御系について説明する。供給用モータ５１の制御のために、該供給用モータ５１にはフィードスクリュあるいは供給用モータの回転数を検出するスクリュ回転検出器１３０が設置され、スクリュ１２の駆動部分にはスクリュの位置を検出するためのスクリュ位置検出器１４０が設置されている。これらの検出器の検出信号はコントローラ１００に入力される。コントローラ１００にはオペレータにより成形条件等の各種設定値入力のための設定器１５０が接続されている。コントローラ１００は、前記検出器からの検出信号に加えて、他の図示されない検出器からの信号や設定器１５０から入力される設定値、成形条件等の制御データに基づいてドライバ１１１、１２１、１３１を介してスクリュ回転駆動部１１０、射出駆動部１２０、供給用モータ５１を制御する。本形態におけるコントローラ１００はまた、成形サイクル中の樹脂の計量時間を検出する機能を有するが、計量時間の検出は別の検出手段で実現されても良い。なお、コントローラ１００は、スクリュ回転駆動部１１０及び射出駆動部１２０を制御するためのコントローラと、供給用モータ５１を制御するためのコントローラとに分けられていても良い。

次に、本発明による樹脂供給制御の実施の形態について説明する。本発明による樹脂供給制御は、フィードスクリュ、ローダ、真空可塑化装置などに代表される樹脂供給装置に適用される。そして、図３で説明した射出成形機について言えば、供給用モータ５１がコントローラ１００からの指令値により制御されることで樹脂供給装置による樹脂供給量あるいは樹脂供給速度が制御される。また、設定器１５０は樹脂供給装置がローダや、真空可塑化装置の場合には、単位時間当たりに供給される供給量を設定するために使用され、樹脂供給装置がフィードスクリュの場合には、フィードスクリュ１回転当たりの供給速度を設定するために使用される。コントローラ１００はまた、後述される算出機能に加えてスクリュ１２の射出ストロークを算出する機能を有する。

図１は、コントローラ１００で実現される樹脂供給量あるいは樹脂供給速度制御のための機能ブロック図である。以下に詳しく説明されるように、目標計量時間と、数ショット分の実計量時間の平均値との差が減算器１で算出され、算出された差にはアンプ２でゲインＫが乗算されて演算器３に与えられる。ゲインＫは任意に設定可能である。演算器３ではアンプ２の出力に基づいて樹脂供給量あるいは樹脂供給速度を指令値として算出すると共に、フィードバック量としての計量時間に基づいて上記指令値の補正を行う。なお、上記平均値は、数ショット分の単純平均、移動平均のいずれでも良い。また、目標計量時間は、オペレータが実績／経験により手動で設定する場合と、以下で説明するようにコントローラ１００が自動的に算出する場合とがある。

樹脂供給制御について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。

１．設定器１５０から単位動作当たりの樹脂供給量（フィードスクリュであれば、ｃｃ／回転で表される樹脂供給速度）を設定しておき、動作開始時は樹脂を通常成形のように加熱シリンダ１１内に充満させた状態で成形を行う。この間、コントローラ１００は、数ショット間の計量時間をサンプリングしてその平均時間（単純平均または移動平均）を算出する（ステップＳ１）。

２．加熱シリンダ１１内を飢餓状態にするため、スクリュ１２による計量時間をより長く設定し、加熱シリンダ１１内における樹脂量を少なくする必要がある。このため、コントローラ１００は、算出された平均時間から、平均時間×１．３程度の計量時間を目標計量時間として算出する（ステップＳ２）。そして、算出された目標計量時間、加熱シリンダ１１の内径、スクリュ１２の射出ストロークから樹脂供給量を算出し、算出された値を初期樹脂供給量（あるいは初期樹脂供給速度）とするが、コントローラ１００は、当面はこの初期樹脂供給量（あるいは初期樹脂供給速度）ではなく、ある定められた最低樹脂供給量（あるいは最低樹脂供給速度）によって樹脂を供給しながら成形を行う（ステップＳ３）。ここで、最低樹脂供給量というは、加熱シリンダ１１内に樹脂を充満させるための量に比べれば非常に少ない量であり、これは以下の理由による。

つまり、加熱シリンダ１１内を飢餓状態にした後、フィードスクリュの制御を始めたいわけであるが、樹脂供給量がセロではまったく供給されず、スクリュ１２によって計量ができなくなってしまうためである。

なお、コントローラ１００は、目標計量時間を、算出された平均時間×比率で算出し、比率は１５０〜２００％の値が設定器１５０により任意に設定できるようにされている。特に、比率は１５０〜１９０％の場合、安定した成形ができる。一方、スクリュ１２の射出ストロークは、例えば射出用のスクリュの射出前位置と保圧完了位置あるいはクッション位置とから算出でき、これらの位置はすべてスクリュ位置検出器１４０から得られる。

３．コントローラ１００は、上記の最低樹脂供給量による成形において実計量時間が、前記目標計量時間を越えた、ないしは近づいたかどうかを判別する（ステップＳ４）。この判別結果がＹｅｓであれば、コントローラ１００は樹脂供給制御を開始する（ステップＳ５）。つまり、コントローラ１００は、今度は上記の初期樹脂供給量（あるいは初期樹脂供給速度）で樹脂を供給しながら成形を行い、その間、数ショットの計量時間をサンプリングして、その平均値（単純平均または移動平均）と上記目標計量時間との差を算出し、この差の値に基づいて樹脂供給量（あるいは樹脂供給速度）を補正しながら、実計量時間を上記目標計量時間へ近づけていく（ステップＳ６、Ｓ７）。例えば、実計量時間が目標計量時間より小さい場合には、樹脂供給量（あるいは樹脂供給速度）を増加させる。樹脂供給量の補正の結果、差が所定範囲内であれば樹脂供給量（あるいは樹脂供給速度）は維持される。

目標計量時間がオペレータにより手動で設定される場合には、ステップＳ３から制御が始まることになる。なお、目標計量時間は、過去に同じ成形品を成形した実績があれば、その時の目標計量時間を設定しても良い。

以上のような樹脂供給制御により安定した樹脂供給を実現することができる。

勿論、本発明は射出成形機に限られるものではなく、またフィードスクリュによる樹脂供給装置に限らず、ローダ、真空可塑化装置等による樹脂供給装置にも適用可能である。

本発明におけるコントローラの制御動作を実現するための機能ブロック図である。 本発明による樹脂供給制御動作を説明するためのフローチャート図である。 本発明が適用される射出成形機における射出装置側の断面図及び射出装置側の駆動部の制御系を示す。

符号の説明

１１ 加熱シリンダ
１２ スクリュ
１３ 樹脂供給部
１８ フィードスクリュ
５１ 供給用モータ

Claims (6)

1. 加熱シリンダへの樹脂の供給量あるいは供給速度を制御できる樹脂供給装置を備えた成形機において、
   前記供給量あるいは前記供給速度の設定値を設定できる設定器と、
   加熱シリンダ内のスクリュの計量時間を検出する検出手段と、
   該検出手段で検出された計量時間とあらかじめ定められた目標計量時間との差に基づいて、前記設定値を補正して前記樹脂供給装置を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする成形機。
2. 加熱シリンダへの樹脂の供給量あるいは供給速度の設定値を設定し、
   前記設定値に基づいて樹脂供給装置を駆動して前記加熱シリンダへ樹脂を供給し、
   前記加熱シリンダ内におけるスクリュの計量時間を検出し、
   該検出された計量時間とあらかじめ定められた目標計量時間との差を算出し、
   該差に基づいて前記設定値を補正し前記樹脂供給装置を駆動することを特徴とする樹脂供給制御方法。
3. 請求項２に記載の樹脂供給制御方法において、
   スクリュの射出ストロークを算出し、
   算出された射出ストロークとあらかじめ知られている加熱シリンダ内径とから初期樹脂供給量あるいは初期樹脂供給速度を算出し、
   算出された初期樹脂供給量あるいは初期樹脂供給速度によって樹脂を供給しながら成形を行うことを特徴とする樹脂供給制御方法。
4. 請求項２または３に記載の樹脂供給制御方法において、
   前記差は数ショットの計量時間の平均値と前記目標計量時間とから算出されることを特徴とする樹脂供給制御方法。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載の樹脂供給制御方法において、
   前記目標計量時間を自動的に算出し、該自動的な算出は、成形動作開始時において樹脂を前記加熱シリンダ内に充満させた状態で成形を行って、数ショット間の実計量時間の平均時間を算出し、算出された平均時間から前記目標計量時間を算出することを特徴とする樹脂供給制御方法。
6. 請求項５に記載の樹脂供給制御方法において、
   前記目標計量時間の算出のために、前記数ショット間の実計量時間の平均時間に乗算される比率を所望の値に設定するための設定器を備え、前記数ショット間の実計量時間の平均時間に前記設定器で設定された比率を乗算して前記目標計量時間を算出することを特徴とする樹脂供給制御方法。
   
   

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