JP2006272573A - 射出成形機の動作監視方法 - Google Patents

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Kazutoshi Takayama
和利 高山
Toshimi Kato
利美 加藤
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日精樹脂工業株式会社
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Abstract

【課題】 成形動作が正常か否かをより正確かつ的確に監視するとともに、高速成形を実現する上での阻害要因の一つを解消する。
【解決手段】 射出成形機Mの成形動作が正常か否かを監視するに際し、計量工程(S1)が終了した後、スクリュ2を後退させて圧抜きを行うサックバック処理(S3)の動作中における物理量を検出するとともに、物理量の検出値Ddを予め設定した判別値Dsと比較し、検出値Ddが判別値Dsに対して非正常側となるときは、非正常状態であると判別して非正常対応処理(S11)を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は、射出成形機の成形動作が正常か否かを監視する際に用いて好適な射出成形機の動作監視方法に関する。
射出成形機の成形動作が正常か否かを監視することは、不良品の発生をできるだけ少なくし、歩留まりの向上及び生産効率を高める上で重要である。
従来、射出成形機の成形動作が正常か否かの判断は、専ら成形品の良否判別処理により行っており、例えば、特許第3556357号公報には、サックバック完了後における射出開始直前の樹脂圧力を検出するとともに、検出した樹脂圧力と予め設定した許容圧力範囲とを比較し、検出樹脂圧力が許容圧力範囲を外れていれば不良信号を出力するようにした射出成形機における製品良否判別装置が開示されている。この製品良否判別装置は、サックバック完了後の樹脂圧力を検出することにより、計量完了位置や計量所要時間のばらつきに関わりなく計量された溶融樹脂の状態を判別するようにしたものである。
特許第3556357号
しかし、上述した従来の射出成形機における良否判別装置(動作監視方法)は、次のような問題点があった。
第一に、静的状態における樹脂圧力を検出するため、溶融樹脂の状態は検出できても成形品の良否に影響する他の要因、特に動的要因については何ら検出することができず、成形動作が正常か否かを正確に監視し、更には成形品の良否を正確に判別するには不十分となる。
第二に、サックバック完了後に樹脂圧力を検出するため、サックバックを完了後から射出開始直前までの間に、少なくとも樹脂圧力を検出するタイミング(区間)を設定する必要があり、サックバックの完了後に直ちに射出工程に移行することができないなど、成形サイクル時間の犠牲を伴い、結局、高速成形を実現する上での阻害要因となる。
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の動作監視方法の提供を目的とするものである。
本発明に係る射出成形機Mの動作監視方法は、上述した課題を解決するため、射出成形機Mの成形動作が正常か否かを監視するに際し、計量工程(S1)が終了した後、スクリュ2を後退させて圧抜きを行うサックバック処理(S3)の動作中における物理量を検出するとともに、物理量の検出値Ddを予め設定した判別値Dsと比較し、検出値Ddが判別値Dsに対して非正常側となるときは、非正常状態であると判別して非正常対応処理(S11)を行うようにしたことを特徴とする。
この場合、発明の好適な態様により、物理量は、スクリュ駆動源3に電動モータ4を用いた際における少なくともスクリュ2が受ける圧力Pm又はスクリュ2を駆動する負荷トルクTrを用いることができるとともに、スクリュ駆動源3に油圧シリンダを用いた際における少なくともスクリュ2が受ける圧力Pn又はスクリュ2を駆動する油圧Poを用いることができる。また、サックバック処理(S3)の動作中における物理量を検出するタイミングは、サックバック処理(S3)を開始した後、サックバック処理(S3)が安定する予め設定した検出位置Xd,検出時間td又は検出レベルPppにより設定することができる。さらに、判別値Dsは、上限値Dsu及び/又は下限値により設定することができる。一方、非正常対応処理(S11)は、非正常側となる回数が連続して所定回数Naに達したときに行ってもよいし、検出値Ddにおける所定回数Nbの平均値Ddaが非正常側になるときに行ってもよい。また、非正常対応処理(S11)には、非正常状態にある旨をディスプレイ5に表示するメッセージ表示処理或いは射出成形機Mの成形動作を停止させる処理を含ませることができる。
このような手法による本発明に係る射出成形機Mの動作監視方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。
(1) 計量工程(S1)が終了した後のサックバック処理(S3)の動作中における物理量を検出するため、溶融樹脂の状態に加え、成形品の良否に影響する他の要因である動的要因、例えば、機構上の摩擦や異常等による影響についても検出することができ、成形動作が正常か否か、更には成形品の良否をより正確かつ的確に監視できる。
(2) サックバック処理(S3)の動作中における検出のため、サックバックの完了後に直ちに射出工程に移行することができ、成形サイクル時間の犠牲を伴わない。したがって、高速成形を実現する上での阻害要因の一つを解消することができる。
(3) 好適な態様により、物理量として、スクリュ駆動源3に電動モータ4を用いた際における少なくともスクリュ2が受ける圧力Pm又はスクリュ2を駆動する負荷トルクTr、或いはスクリュ駆動源3に油圧シリンダを用いた際における少なくともスクリュ2が受ける圧力Pn又はスクリュ2を駆動する油圧Poを用いることができるなど、汎用性の高い動作監視方法を実現できる。
(4) 好適な態様により、サックバック処理(S3)の動作中における物理量を、サックバック処理(S3)を開始した後、サックバック処理(S3)が安定する予め設定した検出位置Xd,検出時間td又は検出レベルPppにより設定すれば、動作開始時のノイズや不安定な挙動を回避し、精度の高い安定した検出を行うことができる。
(5) 好適な態様により、判別値Dsを、上限値Dsu及び/又は下限値により設定すれば、サックバック処理(S3)の動作中における物理量が大き過ぎる場合或いは小さ過ぎる場合の一方又は双方における非正常状態を検出することができ、より的確な監視を行うことができる。
(6) 好適な態様により、非正常対応処理(S11)を、非正常側となる回数が連続して所定回数Naに達したときに行えば、突発的な外乱等による誤検出を回避することができる。
(7) 好適な態様により、非正常対応処理(S11)を、検出値Ddにおける所定回数Nbの平均値Ddaが非正常側になるときに行えば、外乱等によるドリフト現象を検出することも可能となり、必要な対策を講じることができる。
(8) 好適な態様により、非正常対応処理(S11)に、非正常状態にある旨をディスプレイ5に表示するメッセージ表示処理を含ませれば、オペレータに対して早期にその旨の情報を発し、必要な対策を促すことができる。
(9) 好適な態様により、非正常対応処理(S11)に、射出成形機Mの成形動作を停止させる処理を含ませれば、無人運転による稼働中であっても無用な不良発生を回避できる。
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る動作監視方法を実施できる射出成形機Mの構成について、図2を参照して説明する。
同図に示す射出成形機Mは、型締装置を除いた射出装置Miのみを示す。射出装置Miは、離間した射出台11と駆動台12を備え、この射出台11の前面により加熱筒13の後端が支持される。加熱筒13は、前端に射出ノズル14を、また、後部に当該加熱筒13の内部に成形材料を供給するホッパ15をそれぞれ備えるとともに、加熱筒13の内部にはスクリュ2を挿通させる。一方、射出台11と駆動台12間には四本のタイバー16…を架設し、このタイバー16…に、スライドブロック17をスライド自在に装填する。スライドブロック17の前端には、被動輪18を一体に有するロータリブロック19を回動自在に支持し、このロータリブロック19の中央にスクリュ2の後端を結合する。さらに、スライドブロック17の側面には、スクリュ回転用のサーボモータ20を取付け、このサーボモータ20の回転シャフトに固定した駆動輪21は、回転伝達機構22を介して被動輪18に接続する。この回転伝達機構22は、伝達ギアを用いたギア式伝達機構であってもよいしタイミングベルトを用いたベルト式伝達機構であってもよい。20eはサーボモータ20の回転速度(回転数)を検出するロータリエンコーダである。
他方、スライドブロック17の後部には、ナット部25を同軸上一体に設けるとともに、駆動台12に回動自在に支持されたボールねじ部26の前側をナット部25に螺合させることにより、ボールねじ機構24を構成する。一方、駆動台12から後方に突出したボールねじ部26の後端には、被動輪27を取付けるとともに、駆動台12に取付けた支持盤12sには、スクリュ進退用のサーボモータ(電動モータ)4を取付け、このサーボモータ4の回転シャフトに固定した駆動輪28は、回転伝達機構29を介して被動輪27に接続する。この回転伝達機構29は、伝達ギアを用いたギア式伝達機構であってもよいしタイミングベルトを利用したベルト式伝達機構であってもよい。これにより、電動モータ4を用いたスクリュ駆動源3が構成される。4eはサーボモータ4の回転速度(回転数)を検出するロータリエンコーダである。
また、図2において、31は射出成形機Mに備えるコントローラであり、格納した制御プログラム31pにより本実施形態に係る動作監視方法における一連の制御を実行することができる。一方、上述したサーボモータ4,20及びロータリエンコーダ4e,20eは、それぞれコントローラ31に接続する。さらに、32はロードセル(圧力検出器)であり、ロータリブロック19とスライドブロック17間に介在させることにより、スクリュ2が受ける圧力を検出する。特に、本実施形態に係る動作監視方法の実施において、計量工程が終了した後、スクリュ2を後退させて圧抜きを行うサックバック処理の動作中における当該スクリュ2が受ける圧力Pmを検出する。
次に、このような射出成形機Mを用いた本実施形態に係る動作監視方法について、図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態(本発明)に係る動作監視方法では、計量工程が終了した後、サックバック処理の動作中におけるスクリュ2が受ける圧力Pmを監視する。
ところで、サックバック処理は、計量工程が終了した後、スクリュ2を予め設定した僅かなストローク(例えば、数ミリメートル)だけ後退させて圧抜きを行う処理である。即ち、計量工程の終了時点では、計量された溶融樹脂が圧縮状態にあり、スクリュ2には樹脂圧が付加された状態になっている。このため、そのままの状態であれば、型開き時において樹脂圧による弊害、例えば、低粘度樹脂による所謂鼻ダレ現象や高粘度樹脂による成形スプルからの所謂糸引き現象等が生じてしまう。そこで、通常、計量工程が終了した時点でスクリュ2を後退させて圧抜きを行うサックバック処理を実施している。
本実施形態に係る動作監視方法は、サックバック処理の動作中におけるスクリュ2が受ける圧力Pmと成形品質量が相関関係を有している点に着目し、この相関関係を利用して射出成形機Mの成形動作が正常か否か(成形品の良否)の監視を行うものである。図3は、サックバック処理の動作中におけるスクリュ2が受ける圧力Pmと成形品質量Wの関係を示した検出データであり、圧力Pmが増加するに従って成形品質量Wが大きくなる相関を有している。
一方、本実施形態に係る動作監視方法では、サックバック処理の動作中におけるスクリュ2が受ける圧力Pmを検出し、検出した圧力Pmを検出値Ddとして用いる。この場合、スクリュ2が受ける圧力Pmは、ロードセル(圧力検出器)32により得ることができ、この検出値Ddはコントローラ31に付与される。図4は、スクリュ2の位置に対するスクリュ2が受けた圧力Pmの変化特性を順次重ね描きした際における検出データ範囲Aiを示しており、最大となる上ラインpuと最小となる下ラインpdにより囲まれる範囲が検出データ範囲Aiとなる。なお、図4中、Zaは計量工程区間、Zbはサックバック処理区間となる。
他方、コントローラ31には、予め判別値Dsを設定する。この判別値Dsは検出値Dd下における成形動作が正常であるか否かを判別するために用いるものであり、検出値Ddに対する上限値Dsuとして設定する。なお、成形動作が正常であるとは、良品の成形品を安定して成形できることを意味し、基本的にはオペレータが主観的に判断することができる。したがって、判別値Dsもオペレータが実際に得られる成形品を目視するなどにより任意に設定できる。図4に判別値Ds(上限値Dsu)を示す。さらに、サックバック処理の動作中における検出値Ddを検出するタイミングを予め設定する。この場合、検出するタイミングは、サックバック処理を開始した後、サックバック処理が安定する位置を検出位置Xdとして設定する(図4参照)。
次に、本実施形態に係る動作監視方法の具体的な処理手順について、図1に示すフローチャートに従って説明する。
今、計量工程が行われている場合を想定する(ステップS1)。計量工程ではサーボモータ20が駆動制御される。これにより、サーボモータ20の回転は回転伝達機構22を介してスクリュ2に伝達され、スクリュ2が回転することにより、可塑化された溶融樹脂が加熱筒13の内部におけるスクリュ2の前方に計量蓄積されるとともに、これに対応してスクリュ2が後退変位する。
そして、スクリュ2が計量終了位置Xmまで後退して計量工程Zaが終了したなら、スクリュ2を予め設定したストロークだけ後退移動させて圧抜きを行うサックバック処理を行う(ステップS2,S3)。サックバック処理ではサーボモータ4が駆動制御される。これにより、サーボモータ4の回転は、回転伝達機構29を介してボールねじ部26に伝達される。この際、ボールねじ部26は逆方向に回転してナット部25を後退移動させる。この場合、サックバック処理を行うためのスクリュ2の後退ストロークは、圧抜きが完了する位置を考慮し、当該後退ストロークの終端をサックバック終了位置Xeとして設定する。これにより、スクリュ2がサックバック終了位置Xeに達すれば、スクリュ2の後退移動を停止し、サックバック処理を終了させる(ステップS4,S5)。
一方、サックバック動作中(処理中)には、スクリュ2が予め設定した検出位置Xdに達したか否かを監視する(ステップS6)。スクリュ2が検出位置Xdに達したなら、コントローラ31は、ロードセル32から検出される圧力Pmを検出値Ddとして取り込む(ステップS7)。コントローラ31には判別値Dsが設定されているため、コントローラ31は、得られた検出値Ddと判別値Dsを比較する(ステップS8)。そして、検出値Ddが判別値Ds未満のときは正常と判別し、このときの圧力検出をリセットする。即ち、検出値Ddはクリアにされるとともに、後述するカウンタにカウントされているカウンタ値がリセットされる。
これに対して、検出値Ddが判別値Ds以上(非正常側)となった場合には、カウンタにおけるカウント値を「+1」にする(ステップS9)。この場合、カウンタには、予めカウントアウトする回数Na(例えば、「3」)が設定されているため、カウンタが「3」までカウントアップした場合には、非正常状態であると判別して非正常対応処理が行われる(ステップS10,S11)。即ち、非正常対応処理は、非正常側となる回数が連続して所定回数Na=3に達したときに実行される。このような非正常対応処理を行えば、突発的な外乱等による誤検出を回避することができる利点がある。
そして、非正常対応処理では、メッセージ表示処理が実行され、非正常動作が発生した旨のメッセージがディスプレイ5に表示される。これにより、オペレータに対して早期にその旨の情報が発せられ、必要な対策が促される。また、非正常対応処理では、必要により射出成形機Mの成形動作を停止させる処理を行わせることができる。これにより、特に、無人運転による稼働中であっても無用な不良発生を回避できる。
他方、サックバック処理が終了したなら射出工程に移行する(ステップS12)。射出工程ではサーボモータ4が駆動制御される。これにより、サーボモータ4の回転は回転伝達機構29を介してボールねじ部26に伝達される。この際、ボールねじ部26は正方向に回転してナット部25が前進移動する。この結果、スクリュ2が前進し、計量された溶融樹脂は金型に射出充填される。そして、射出工程が終了し、次ショット(成形サイクル)が続行する場合には、次ショットの計量工程に移行し、同様の計量工程が行われる(ステップS13,S14,S1…)。
よって、このような本実施形態に係る動作監視方法によれば、計量工程が終了した後のサックバック処理の動作中におけるスクリュ2が受ける圧力Pmを検出するため、溶融樹脂の状態に加え、成形品の良否に影響する他の要因である動的要因、例えば、機構上の摩擦や異常等による影響についても検出することができ、成形動作が正常か否か、更には成形品の良否をより正確かつ的確に監視できる。また、サックバック処理の動作中における検出のため、サックバックの完了後に直ちに射出工程に移行することができ、成形サイクル時間の犠牲を伴わない。したがって、高速成形を実現する上での阻害要因の一つを解消することができる。
次に、本発明の変更実施形態に係る動作監視方法について、図5及び図6を参照して説明する。
図5における変更実施形態は、射出成形機の基本的な構成として、図2に示した射出成形機M、即ち、スクリュ駆動源3にサーボモータ(電動モータ)4を備える射出成形機Mを用いるとともに、サックバック処理の動作中における物理量として、スクリュ2を後退駆動するサーボモータ4の負荷トルクTrを用いた場合であり、図5は、時間に対するスクリュ位置X,モータ4の負荷トルクTr及びスクリュ2が受ける圧力Pmの変化特性を示す。
この場合、負荷トルクTrは、サーボモータ4の負荷電流を検出することにより容易に得ることができる。なお、図5において、Zaは計量工程区間、Zbはサックバック処理区間、Zxはサックバック処理を開始した後、サックバック処理が安定する区間をそれぞれ示している。図5は、横軸が時間となるため、負荷トルクTrを検出するタイミングは、サックバック処理の開始時点から所定時間経過する検出時間tdとして設定してもよいし、図5に示すスクリュ位置Xにおける検出位置Xdとして設定してもよい。その他、図5に示す変更実施形態も、基本的な構成及び動作(機能)は、図1〜図4に示した実施形態と同様に実施できる。
図6における変更実施形態は、射出成形機の基本的な構成として、スクリュ駆動源3に油圧シリンダを備える射出成形機Mを用いるとともに、サックバック処理の動作中における物理量として、図2におけるロードセル32から得られるスクリュ2が受ける圧力Pn又はスクリュ2を駆動する油圧シリンダにかかる油圧Poを用いた場合であり、図6は、時間に対する油圧シリンダにおける油圧Poの変化特性を示す。
なお、図6において、Zaは計量工程区間、Zbはサックバック処理区間をそれぞれ示している。この場合、図6から明らかなように、油圧シリンダにおける油圧Poを検出するため、電動モータ4における負荷トルクTr等とは挙動が異なり、油圧Poを検出するタイミングはピークレベルに設定することができ、このピークレベルを検出レベルPppとして検出できる。
このように、本実施形態に係る動作監視方法によれば、サックバック処理の動作中における物理量として、スクリュ駆動源3に電動モータ4を用いた際におけるスクリュ2が受ける圧力Pm又はスクリュ2を駆動する負荷トルクTr、或いはスクリュ駆動源3に油圧シリンダを用いた際におけるスクリュ2が受ける圧力Pn又はスクリュ2を駆動する油圧Poを用いることができるなど、汎用性の高い動作監視方法を実現できる。
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。
例えば、サックバック処理の動作中における物理量は、例示以外の物理量を排除するものではない。また、判別値Dsに対して上限値Dsuを設定した場合を示したが、必要により下限値を設定することもできるし、上限値Dsu及び下限値の双方を設定することもできる。このような上限値Dsu及び/又は下限値を設定することにより、サックバック処理の動作中における物理量が大き過ぎる場合或いは小さ過ぎる場合の一方又は双方における非正常状態を検出することができ、より的確な監視を行うことができる。一方、非正常対応処理を行うに際しては、検出値Ddにおける所定回数Nbの平均値Ddaが非正常側になるときに行ってもよく、これにより、外乱等によるドリフト現象を検出することも可能となり、必要な対策を講じることができる。さらに、サックバック処理の動作中における物理量は、一点において検出した場合を示したが、複数点を検出した平均値を用いてもよい。なお、本発明に係る動作監視方法は、基本的に成形動作が正常か否かを監視する際に用いることができるが、成形品の良否判別をはじめ他の用途に用いることもできるし、他の成形品良否判別機能等と組合わせて補助的に用いることもできる。
本発明の最良の実施形態に係る射出成形機の動作監視方法の処理手順を示すフローチャート、 同動作監視方法を実施できる射出成形機の一部断面平面図、 同動作監視方法の原理を説明するためのサックバック時にスクリュが受ける圧力に対する成形品質量の相関図、 同動作監視方法に用いるスクリュ位置に対する圧力の変化特性図、 同動作監視方法に用いる時間に対するスクリュ位置,負荷トルク及び圧力の変化特性図、 同動作監視方法に用いる時間に対する圧力の変化特性図、
符号の説明
2 スクリュ
3 スクリュ駆動源
4 電動モータ
5 ディスプレイ
M 射出成形機
Dd 検出値
Ds 判別値
Dsu 上限値
Pm スクリュが受ける圧力
Pn スクリュが受ける圧力
Po 油圧
Ppp 検出レベル
Tr 負荷トルク
Xd 検出位置
td 検出時間
(S1) 計量工程
(S3) サックバック処理
(S11) 非正常対応処理

Claims (9)

  1. 射出成形機の成形動作が正常か否かを監視する射出成形機の動作監視方法において、計量工程が終了した後、スクリュを後退させて圧抜きを行うサックバック処理の動作中における物理量を検出するとともに、前記物理量の検出値を予め設定した判別値と比較し、前記検出値が前記判別値に対して非正常側となるときは、非正常状態であると判別して非正常対応処理を行うことを特徴とする射出成形機の動作監視方法。
  2. 前記物理量は、スクリュ駆動源に電動モータを用いた際における少なくともスクリュが受ける圧力又はスクリュを駆動する負荷トルクであることを特徴とする請求項1記載の射出成形機の動作監視方法。
  3. 前記物理量は、スクリュ駆動源に油圧シリンダを用いた際における少なくともスクリュが受ける圧力又はスクリュを駆動する油圧であることを特徴とする請求項1記載の射出成形機の動作監視方法。
  4. 前記サックバック処理の動作中における物理量を検出するタイミングは、サックバック処理を開始した後、サックバック処理が安定する予め設定した検出位置,検出時間又は検出レベルにより設定することを特徴とする請求項1,2又は3記載の射出成形機の動作監視方法。
  5. 前記判別値は、上限値及び/又は下限値により設定することを特徴とする請求項1記載の射出成形機の動作監視方法。
  6. 前記非正常対応処理は、前記非正常側となる回数が連続して所定回数に達したときに行うことを特徴とする請求項1記載の射出成形機の動作監視方法。
  7. 前記非正常対応処理は、前記検出値における所定回数の平均値が前記非正常側になるときに行うことを特徴とする請求項1記載の射出成形機の動作監視方法。
  8. 前記非正常対応処理は、非正常状態にある旨をディスプレイに表示するメッセージ表示処理であることを特徴とする請求項1,6又は7記載の射出成形機の動作監視方法。
  9. 前記非正常対応処理は、射出成形機の成形動作を停止させる処理であることを特徴とする請求項1,6,7又は8記載の射出成形機の動作監視方法。
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