JP2006272867A - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金型やスクリュを破損させることなく射出成形機を良好に動作させる。
【解決手段】 射出成形機は、射出シリンダ７と、射出シリンダ７内に回転可能にかつ前後進可能に設けられたスクリュ６と、スクリュ６の回転駆動と前後進駆動とを行う駆動手段５；９，１０と、駆動手段５；９，１０の制御を行うコントローラ１６とを有し、さらに、射出・保圧工程中に射出シリンダ７内の樹脂圧力を検出する樹脂圧センサー１２と、射出・保圧工程中にスクリュ６に作用する背圧を検出するロードセル１１とが備えられている。コントローラ１６は、射出・保圧工程中に、樹脂圧センサー１２から出力された検出値１４とロードセル１１から出力された検出値１５とを比較し、両検出値１４，１５の差がコントローラ１６に予め設定されている許容範囲を越えていた場合に、駆動手段５；９，１０を停止させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、射出成形機の制御方法に関するものである。

従来から、射出成形機の射出・保圧工程時の樹脂圧を予め設定した圧力に維持するために、樹脂圧センサーによって検出された検出値をフィードバックする制御方法が行われている（特許文献１参照）。射出成形機の射出・保圧時の圧力制御にこのようなフィードバック制御を採用することにより、射出工程および保圧工程における樹脂圧力を正確に制御することが可能となっている。
特許第２６３８６２６号明細書

しかしながら、樹脂圧センサーやその出力を増幅させるアンプに故障が発生した場合などに、実際の樹脂圧よりも低い検出値が射出成形機のコントローラに入力されることもある。すると、コントローラは、設定された圧力まで圧力を高めようとして射出成形機のサーボモータのトルクを増大させて、スクリュを前進方向へ移動させてしまう。このようにしてスクリュが前進すると、金型キャビティ内に充填された溶融樹脂に設定以上の射出・保圧力が作用し、金型キャビティ内に設定圧力を越える過大圧力が発生してしまう。射出・保圧工程中に金型キャビティ内にそのような過大圧力が発生すると、金型やスクリュが破損してしまうおそれもある。

また、図７中の矢印Ａで示すように樹脂圧センサーからの出力にノイズが乗ることもあるが、その場合には、従来のコントローラは圧力異常が発生したと判断して安全のために射出・保圧工程を停止させてしまう。各種センサーの出力に瞬間的にノイズが乗ることは一般的な電気回路ではよく起こることであり、その対策として回路にノイズキラーを設けたりすることが行われているが、その効果は完全とはいえないのが現状である。射出・保圧工程を一度停止させてしまうと、射出成形機の運転を再開するには様々な作業が必要になるので、射出・保圧工程を不必要に停止させることは好ましくない。

さらに、射出開始時にはノズルの先端の温度が低いことから、図８中の矢印Ｂで示すように、溶融樹脂がノズルを通過するときに、溶融樹脂の温度が低下してその流動性が低くなることに起因して、高い負荷圧が瞬間的に発生することもある。この場合には、樹脂圧センサーからは高い値が瞬間的に出力されるため、上記と同様にコントローラは圧力異常が発生したと判断して安全のために射出・保圧工程を停止させてしまう。しかし、これはあくまで瞬間的であるので、この場合にも射出・保圧工程を停止させてしまうのは射出成形機を効率よく運転する上で好ましくない。

そこで本発明は、金型やスクリュを破損させることなく射出成形機を効率よく動作させることができる射出成形機の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の射出成形機の制御方法は、射出シリンダと、該射出シリンダ内に回転可能にかつ前後進可能に設けられたスクリュと、該スクリュの回転駆動と前後進駆動とを行う駆動手段と、該駆動手段の制御を行うコントローラとを有し、前記射出シリンダ内の溶融樹脂を金型キャビティ内に充填する射出成形機の制御方法において、前記射出成形機には、射出・保圧工程中に前記射出シリンダ内の樹脂圧を検出する樹脂圧センサーと、射出・保圧工程中に前記スクリュに作用する背圧を検出するロードセルとが備えられており、前記コントローラは、射出・保圧工程中に、前記樹脂圧センサーから出力された検出値と前記ロードセルから出力された検出値とを比較し、前記両検出値の差が前記コントローラに予め設定されている許容範囲を越えていた場合に、前記駆動手段を停止させることを特徴とする。

上記本発明の射出成形機の制御方法によれば、樹脂圧センサーからの検出値とロードセルからの検出値との差が許容範囲を越えているか否かに基づいて、樹脂圧センサー等の正常／異常が判断される。そのため、樹脂圧センサー等が正常であるにも関わらず射出・保圧工程を停止させてしまったり、あるいは、樹脂圧センサー等が異常であるにも関わらず射出・保圧工程を続行させてスクリュや金型を破損させてしまうことを防ぐことが可能である。

さらに、前記コントローラは、前記比較の結果、前記両検出値の差が前記許容範囲を連続して越えていた場合には、前記両検出値の差が前記許容範囲を越えている時間を計測し、その計測時間が前記コントローラに予め設定されている監視時間を連続して越えていた場合に前記駆動手段を停止させてもよい。

樹脂圧センサーからの出力に瞬間的にノイズが乗った場合や、射出開始時に溶融樹脂がノズルを通過するときに負荷圧が瞬間的に発生した場合であっても、両検出値の差が許容範囲を越えるのは瞬間的であるため、両検出値の差が許容範囲を越えている時間は、設定された監視時間を連続して越えない。そのため、上記本発明の制御を行うことにより、樹脂圧センサー等が正常であるか否かをより正確に見極めることが可能になり、不必要に射出・保圧工程を停止させてしまうことを防ぐことができる。

また、前記コントローラは、前記許容範囲が、前記射出・保圧工程の射出工程と保圧工程とでそれぞれ独立して個別に設定されていてもよい。

さらに、前記コントローラは、前記樹脂圧センサーから出力された検出値と前記ロードセルから出力された検出値とを比較し、前記両検出値の差が前記コントローラに予め設定されている許容範囲を越えていた場合に前記駆動手段を停止させる制御動作を、前記射出・保圧工程の射出工程中にのみ行う第１のモードと、前記射出・保圧工程の保圧工程中にのみ行う第２のモードと、前記射出・保圧工程の射出工程中と保圧工程中との両方ともに行う第３のモードと、を切り換えることができるようになっていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、金型やスクリュを破損させることなく射出成形機を良好に動作させることができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る制御方法が適用される射出成形機の構成を示す図である。

図１に示す射出成形機は、先端にノズル８が設けられている射出シリンダ７内に回転可能に設けられたスクリュ６と、スクリュ６を回転駆動する可塑化用プーリー５と、ボールネジ１０を回転させることで、可塑化用プーリー５が備えられている可動部２５をスクリュ６の軸方向に移動させる射出用プーリー９とを有している。射出シリンダ７の周囲には、射出シリンダ７を加熱するヒータ１３が設けられており、また、射出シリンダ７には射出シリンダ７内にペレット４を投入するためのホッパー２０が設けられている。上記の各プーリー５，９は、不図示の可塑化用回転モータと射出用回転モータとによってそれぞれ回転駆動させられるようになっている。

さらに、射出シリンダ７先端のノズル８の近傍には、シリンダ７内の樹脂圧を検出する樹脂圧センサー１２が備えられている。また、可動部２５とボールネジ１０との間にはロードセル１１が設けられている。ロードセル１１は、後述する可塑化工程において溶融樹脂３の密度を調整する目的で、スクリュ６が後退しようとする圧力に対して加えられる圧力（背圧）を調節することに用いられるものである。樹脂圧センサー１２とロードセル１１からの出力は、樹脂圧センサーアンプ１７とロードセルアンプ１８とによってそれぞれ増幅されて、樹脂圧センサー検出値１４およびロードセル検出値１５としてコントローラ１６に入力される。コントローラ１６は、それらの入力を受けて、射出成形機の各種動作を制御する。

ここで、上述した射出成形機を用いて、型締装置（不図示）によって型締された金型１の金型キャビティ２内へ溶融樹脂３を充填してプラスチック成形品を得る一連の成形動作について説明する。

ペレット４を可塑化溶融するために可塑化用回転モータ（不図示）によって可塑化用プーリー５を回転させると、スクリュ６が射出シリンダ７の中で回転し、図１の右側方向に後退しながらペレット４をノズル８側へ送る。ペレット４は、スクリュ６の回転によるせん断発熱とヒータ１３からの加熱とにより、射出シリンダ７内で溶融しながら可塑化される。

可塑化された溶融樹脂３は、射出シリンダ７の先端部（図１の左側の端部）に溜められる。上記の可塑化工程において、溶融樹脂３の密度を調整する目的で、スクリュ６が後退しようとする動作に負荷をかける動作を「背圧をかける」というが、その背圧はロードセル１１によって制御される。次に、可塑化された溶融樹脂３を金型キャビティ内２に充填させるために、射出用回転モータ（不図示）によって射出用プーリー９を回転させると、ボールネジ１９によって可動部２５が図示左側方向に移動させられ、これにより、スクリュ６が図示左側方向に前進する。

スクリュ６が前進すると、溶融樹脂３はノズル８を通って金型キャビティ２内に充填される。充填された溶融樹脂３は、冷却固化された後、金型１を型開きして金型１内から取り出される。以上により、成形品が得られる。

これら一連の射出成形動作において溶融樹脂３を金型キャビティ内２へ充填する工程を「射出・保圧工程」と呼ぶが、概して、射出工程とは金型キャビティ２の空間に充填する工程をいい、保圧工程とは金型キャビティ２内の空間が樹脂３で満杯あるいは満杯直前になった後に圧力を保持する工程をいう。

その射出・保圧工程において、コントローラ１６は、樹脂圧センサー１２によって検出した検出値をフィードバックして、樹脂圧がコントローラ１６で設定した圧力値になるようにクローズド制御を行う。しかし、上述したように、万が一、樹脂圧センサー１２や樹脂圧センサーアンプ１７が故障していて、実際の樹脂圧よりも低い圧力値が検出値としてコントローラ１６に入力されている場合には、本来の設定圧力以上の圧力が金型１やスクリュ６に加えられてしまい、それらを破損させてしまうおそれがある。

そこで本実施形態では、射出・保圧工程中にスクリュ６に作用する背圧をロードセル１１で検出し、それをロードセルアンプ１８で増幅させたロードセル検出値１５をコントローラ１６に出力するように構成している。ここで、図２を参照してコントローラ１６による制御動作を説明する。射出動作（ステップ１）が開始されると、コントローラ１６には樹脂圧センサー検出値１４とロードセル検出値１５とが入力される。コントローラ１６は両検出値１４，１５の差を求め（ステップ２）、さらに、コントローラ１６に予め設定されている差の許容範囲値と上記差とを比較する（ステップ３）。コントローラ１６は、両検出値１４，１５の差が許容範囲値を越えているかどうかを判断し（ステップ４）、越えていない（Ｎｏ）と判断した場合には射出・保圧工程を続行させる（ステップ５）。一方、越えている（Ｙｅｓ）と判断した場合には樹脂圧センサー１２や樹脂圧センサーアンプ１７が異常であるとして射出・保圧工程を停止させる（ステップ６）。

コントローラ１６がこのような制御を行うことにより、樹脂圧センサー検出値１４と、ロードセル１１がスクリュ６の背圧を検出して得られたロードセル検出値１５との差が許容範囲を越えているか否かに基づいて、樹脂圧センサー１２または樹脂圧センサーアンプ１７の正常／異常が判断される。そのため、上記の制御動作とは逆に、樹脂圧センサー１２と樹脂圧センサーアンプ１７が正常であるにも関わらず射出・保圧工程を停止させてしまったり、あるいは、樹脂圧センサー１２と樹脂圧センサーアンプ１７が異常であるにも関わらず射出・保圧工程を続行させてスクリュ６や金型１を破損させてしまうことを防ぐことができる。

なお、樹脂圧センサー１２と樹脂圧センサーアンプ１７が正常に動作している場合は、射出・保圧工程中における樹脂圧センサー検出値１４とロードセル検出値１５との差は、図３に示すように予め設定された許容範囲内に収まる。このことは、樹脂圧センサー１２と樹脂圧センサーアンプ１７が正常に動作している場合は、樹脂圧センサー検出値１４とロードセル検出値１５とがほぼ一致することを意味している。

ここで、従来技術に関して述べたように、図７中の矢印Ａで示すように樹脂圧センサーからの出力にノイズが乗った場合には、従来のコントローラは圧力異常が発生したと判断して安全のために射出・保圧工程を停止させてしまう。射出・保圧工程を一度停止させてしまうと、射出成形機の運転を再開するには様々な作業が必要になるので、射出・保圧工程を不必要に停止させることは好ましくない。また、射出開始時にはノズルの先端の温度が低いことから、図８中の矢印Ｂで示すように、溶融樹脂がノズルを通過するときに、溶融樹脂の温度が低下してその流動性が低くなることに起因して、負荷圧が瞬間的に発生することもある。この場合も、コントローラは圧力異常が発生したと判断して安全のために射出・保圧工程を停止させてしまうが、これはあくまで瞬間的であるので、この場合にも射出・保圧工程を停止させてしまうのは射出成形機を効率よく運転する上で好ましくない。

そこで、図４に示すように監視時間を設定し、コントローラ１６が、射出・保圧工程中における樹脂圧センサー検出値１４とロードセル検出値１５との差がその監視時間にわたって許容範囲を越えた場合に圧力異常が発生したと判断して、射出・保圧工程を停止させるように制御を行う構成としてもよい。かかる制御動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

この制御動作は、図２に示すステップ４において、射出・保圧工程中における樹脂圧センサー検出値１４とロードセル検出値１５との差が許容範囲を越えたと判断された場合に、続けて実行されるものである。

射出・保圧工程中における樹脂圧センサー検出値１４とロードセル検出値１５との差が設定範囲を越えた場合、コントローラ１６は、両者の差が許容範囲を越えている時間を計測する（ステップ１０）。コントローラ１６にはその監視時間が予め設定されており（ステップ１１）、コントローラ１６は、ステップ１０で計測した時間がステップ１１で予め設定されている監視時間を連続して越えているか否かを比較する（ステップ１２）。

コントローラ１６は、その比較の結果を判断し（ステップ１３）、計測した時間が監視時間を連続して越えていない場合には、コントローラ１６は射出・保圧工程を続行させる（ステップ１４）。一方、計測した時間が監視時間を連続して越えていた場合には、コントローラ１６は樹脂圧センサー１２等に異常が発生していると判断し（ステップ１５）、射出・保圧工程を停止させる（ステップ１６）。

樹脂圧センサーからの出力に瞬間的にノイズが乗った場合や、射出開始時に溶融樹脂がノズルを通過するときに負荷圧が瞬間的に発生した場合であっても、検出値１４，１５の差が許容範囲を越えるのは瞬間的であるため、検出値１４，１５の差が許容範囲を越えている時間は、設定された監視時間を連続して越えない。そのため、上記の制御を行うことにより、樹脂圧センサー１２や樹脂圧センサーアンプ１７が正常であるか否かをより正確に見極めることが可能になり、不必要に射出・保圧工程を停止させてしまうことを防ぐことができる。

なお、射出工程における負荷圧と保圧工程における負荷圧とは絶対値が異なる。また、射出工程は動的な工程であり射出工程中は圧力が大幅に変動するのに対し、保圧工程は静的な工程であり保圧工程中に生じる圧力変動は小さい。そのため、射出工程と保圧工程とにおける検出値１４，１５の差の許容範囲の設定値が一つであると、圧力変動幅が大きな射出工程に基準を合わせる必要があるため、必然的に許容範囲を広くせざるを得ない。そうすると、圧力変動が小さい保圧工程中における監視精度が、相対的に低下してしまう。

このような理由から、検出値１４，１５の差の許容範囲を、射出工程中と保圧工程中とでそれらの圧力変動幅に応じて個別に設定することが好ましい。そのため、本実施形態に係る制御動作のステップ３（図２参照）において、例えば、射出工程中における許容範囲を比較的広い範囲に設定し、保圧工程中における許容範囲を比較的狭い範囲に設定するなど、射出工程中と保圧工程中とで検出値１４，１５の差の許容範囲を個別に独立してコントローラ１６に設定してもよい。これにより、射出成形機の射出・保圧工程を、射出工程と保圧工程のそれぞれの動作特性に応じてより適切に制御することが可能になる。

また、上記では、射出工程と保圧工程と両方において、検出値１４，１５の差が許容範囲を越えたか否かの監視（ステップ５）を行う場合について説明したが、必ずしも両方の工程についてそのような監視を行う必要はなく、図６に示すように、例えば、射出工程中のみ監視して保圧工程中は監視を行わない（第１のモード）、保圧工程中のみ監視して射出工程中は監視を行わない（第２のモード）、射出工程中と保圧工程中とのいずれも監視する（第３のモード）、という３つのモードを設定できるようにコントローラ１６が構成されていてもよい。これにより、射出成形機を運転するユーザの判断によって、圧力監視を行う工程を選択することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る制御方法が適用される射出成形機の構成を示す図である。 図１に示した制御装置による制御動作を説明するフローチャートである。 射出・保圧工程中における圧力挙動とその許容範囲とを示すグラフである。 射出・保圧工程中における圧力挙動とその許容範囲とを示すグラフである。 図１に示した制御装置による更なる制御動作を説明するフローチャートである。 図１に示した制御装置による制御モードを説明する図である。 従来技術による、射出・保圧工程中における圧力挙動とその許容範囲とを示すグラフである。 従来技術による、射出・保圧工程中における圧力挙動とその許容範囲とを示すグラフである。

符号の説明

１ 金型
２ 金型キャビティ
３ 溶融樹脂
４ ペレット
５ 可塑化用プーリー
６ スクリュ
７ 射出シリンダ
８ ノズル
９ 射出用プーリー
１０ ボールネジ
１１ ロードセル
１２ 樹脂圧センサー
１３ ヒータ
１４ 樹脂圧センサー検出値
１５ ロードセル検出値
１６ コントローラ
１７ 樹脂圧センサーアンプ
１８ ロードセルアンプ
２０ ホッパー
２５ 可動部

Claims (4)

1. 射出シリンダ（７）と、該射出シリンダ（７）内に回転可能にかつ前後進可能に設けられたスクリュ（６）と、該スクリュ（６）の回転駆動と前後進駆動とを行う駆動手段（５；９，１０）と、該駆動手段（５；９，１０）の制御を行うコントローラ（１６）とを有し、前記射出シリンダ（７）内の溶融樹脂（３）を金型キャビティ（２）内に充填する射出成形機の制御方法において、
   前記射出成形機には、射出・保圧工程中に前記射出シリンダ（７）内の樹脂圧を検出する樹脂圧センサー（１２）と、射出・保圧工程中に前記スクリュ（６）に作用する背圧を検出するロードセル（１１）とが備えられており、
   前記コントローラ（１６）は、射出・保圧工程中に、前記樹脂圧センサー（１２）から出力された検出値（１４）と前記ロードセル（１１）から出力された検出値（１５）とを比較し、前記両検出値（１４，１５）の差が前記コントローラ（１６）に予め設定されている許容範囲を越えていた場合に、前記駆動手段（５；９，１０）を停止させることを特徴とする、射出成形機の制御方法。
2. 前記コントローラ（１６）は、前記比較の結果、前記両検出値（１４，１５）の差が前記許容範囲を越えていた場合には、前記両検出値（１４，１５）の差が前記許容範囲を越えている時間を計測し、その計測時間が前記コントローラ（１６）に予め設定されている監視時間を連続して越えていた場合に前記駆動手段（５；９，１０）を停止させる、請求項１に記載の射出成形機の制御方法。
3. 前記コントローラ（１６）は、前記許容範囲が、前記射出・保圧工程の射出工程と保圧工程とでそれぞれ独立して個別に設定されている、請求項１または２に記載の射出成形機の制御方法。
4. 前記コントローラ（１６）は、前記樹脂圧センサー（１２）から出力された検出値（１４）と前記ロードセル（１１）から出力された検出値（１５）とを比較し、前記両検出値（１４，１５）の差が前記コントローラ（１６）に予め設定されている許容範囲を越えていた場合に前記駆動手段（５；９，１０）を停止させる制御動作を、前記射出・保圧工程の射出工程中にのみ行う第１のモードと、前記射出・保圧工程の保圧工程中にのみ行う第２のモードと、前記射出・保圧工程の射出工程中と保圧工程中との両方ともに行う第３のモードと、に切り換えることができるようになっている、請求項１から３のいずれか１項に記載の射出成形機の制御方法。

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