JP2006305778A - 射出成形機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バレルの各個所における偏差温度の時間変化をグラフとして画面表示する。
【解決手段】外周部の複数箇所にヒータを配置したバレルを設け、合成樹脂材料をヒータＨ1〜Ｈ5，ＨＮにより加熱溶融しつつ射出スクリュの回転により先端部の射出ノズルから金型に溶融樹脂を射出して成形品を成形する射出成形機において、各ヒータにより加熱されるバレルの各個所の温度をそれぞれ検知する複数の温度検知器Ｄ1〜Ｄ5，ＤHNと、この各温度検知器の検知温度に基づいて各ヒータをそれぞれ制御し、各箇所の温度をそれぞれ所定の温度に制御する温度制御部４７と、検知した実温度と予め設定した各個所の設定温度との偏差温度を一定時間毎に算出する偏差温度算出手段と、算出したバレルの各個所の一定時間毎の偏差温度を記録する記録メモリと、記録したバレルの各個所の一定時間毎の偏差温度をグラフで画面表示する表示部４３を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、合成樹脂材料を加熱溶融するバレルの先端から溶融樹脂を射出して成形する射出成形機の制御装置に関する。

射出成形機は、先端部に射出ノズルを形成し、内部に射出スクリュを回転自在にかつ進退可能に挿通配置し、外周部の複数箇所にヒータを配置した円筒形状のバレルの後部に合成樹脂材料を投入し、この合成樹脂材料を各ヒータにより加熱溶融しつつ射出スクリュの回転により先端部へ押出し、射出ノズルから金型に溶融樹脂を射出して成形品を成形するようになっている。成形品を成形するための金型は型開閉機構によって閉塞保持されており、射出ノズルから射出される溶融樹脂が充填される。その後、金型は射出ノズルから離間され、型開閉機構から開放されて金型から成形品が取出される。

このような射出成形機を制御する制御装置は、バレル内の樹脂の溶融が設定通りに正確に行われるように各ヒータによるバレルの各個所の温度を管理している。すなわち、バレルの各個所に予め温度を設定し、この設定温度に実際の温度である実温度が制御されるように各ヒータを、例えば、ＰＩＤ（比例・積分・微分）定数を使用して自動温度制御している。
そして、従来は、バレルにおける各個所の設定温度と実温度との偏差温度を時間経過に関係なく、その都度、数値や棒グラフによって表示部の画面に表示していた。

しかしながら、このようにバレルにおける各個所の偏差温度を時間経過に関係なく、その都度、数値や棒グラフによって表示するものでは、時間に対する実温度の変化が、設定温度との関係でどのようになっているのかを知ることができなかった。このため、立ち上げ時に実温度が設定温度に到達するまでの時間を推測することができなかった。

そこで、本発明は、バレルにおける各個所の偏差温度の時間経過による変化をグラフで画面表示でき、これにより、時間に対する実温度の変化を設定温度との関係で容易に把握でき、例えば、立ち上げ時に実温度が設定温度に到達するまでの時間を推測することが可能な射出成形機の制御装置を提供する。

本発明は、先端部に射出ノズルを形成し、内部に射出スクリュを回転自在にかつ進退可能に挿通配置し、外周部の複数箇所にヒータを配置した円筒形状のバレルの後部に合成樹脂材料を投入し、この合成樹脂材料を各ヒータにより加熱溶融しつつ射出スクリュの回転により先端部へ押出し、射出ノズルから金型に溶融樹脂を射出して成形品を成形する射出成形機において、各ヒータにより加熱されるバレルの各個所の温度をそれぞれ検知する複数の温度検知器と、この各温度検知器の検知温度に基づいて各ヒータをそれぞれ制御し、バレルの各箇所の温度をそれぞれ所定の温度に制御する温度制御部と、各温度検知器が検知した実温度と予め設定したバレルの各個所の設定温度との偏差温度を一定時間毎に算出する偏差温度算出手段と、この偏差温度算出手段が算出したバレルの各個所の一定時間毎の偏差温度を記録する記録メモリと、この記録メモリに記録したバレルの各個所の一定時間毎の偏差温度を、時間経過による偏差温度の変化を示すグラフで画面表示する表示部を備えたことにある。

本発明によれば、バレルにおける各個所の偏差温度の時間経過による変化をグラフで画面表示でき、これにより、時間に対する実温度の変化を設定温度との関係で容易に把握でき、例えば、立ち上げ時に実温度が設定温度に到達するまでの時間を推測することが可能な射出成形機の制御装置を提供できる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態は電動式射出成形機の制御装置に適用したものについて述べる。
図１は電動式射出成形機の構成を示す図で、射出成形機本体１は、ホッパ２を備えた円筒形状のバレル３内に、射出スクリュ４を回転自在にかつ進退可能に挿通配置している。前記バレル３の後部は前記ホッパ２と連通し、このホッパ２から合成樹脂材料が投入されるようになっている。前記バレル３の先端部には溶融樹脂を射出するための射出ノズル５が形成されている。

前記バレル３の外周には、後部から前部に渡って５個のヒータＨ1、Ｈ2、Ｈ3、Ｈ4、Ｈ5を所定の間隔をあけて配置し、射出ノズル５を形成した先端部にはヒータＨＮを配置している。前記バレル３は、これら各ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮによってそれぞれの個所を外周部から加熱し、ホッパ２から投入された合成樹脂材料を加熱溶融しつつ射出スクリュ４の回転により射出ノズル５へ押出す。前記バレル３の射出成形時のヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮを配置した個所の設定温度は、それぞれ決められている。

前記射出スクリュ４は射出用サーボモータ６によって回転駆動するとともに進退動作するようになっている。すなわち、前記射出用サーボモータ６の回転駆動力を、プーリ７、タイミングベルト８、タイミングプーリ９からなる伝達機構を介して、サーボブラケット１０に回転自在に配置されたボールねじ軸１１に伝達するように構成されている。そして、前記ボールねじ軸１１にボールナット１２を螺合し、このボールナット１２がスラストボックス１３にボルト結合されている。さらに、このスラストボックス１３に前記射出スクリュ４の後端部を、回転自在に設けられたＳ軸やベアリング（図示せず）を介して回転自在に結合している。

前記スラストボックス１３に回転自在に結合されたＳ軸に対し、タイミングプーリ１４を結合配置し、このタイミングプーリ１４とタイミングベルト１５とプーリ１６とからなる伝達機構を介して計量用サーボモータ１７を結合し、この計量用サーボモータ１７の回転駆動力を、伝達機構を介してＳ軸に伝達するようになっている。これにより、計量用サーボモータ１７の回転は、射出スクリュ４に計量動作を行わせる回転として伝達される。

前記バレル３の前方には、金型１８及びこの金型１８の開閉及び型締めを行う装置１９が配置されている。そして、前記射出スクリュ４の先端部４ａは、バレル３の先端部に形成された射出ノズル５を前記金型１８のノズル口１８ａへ押圧当接させた際に、前進動作してバレル３内で生成した溶融樹脂を射出ノズル５から射出して金型キャビティ２０内へ充填するように構成されている。

前記金型１８の開閉及び型締めを行う装置１９は、金型１８の一方を支持する固定盤２１に対し、タイバー２２を介して金型１８の他方を支持する可動盤２３を移動自在に設けるとともにこの可動盤２３をトグル式型締め機構２４を介してトグル機構支持盤２５に取り付けている。そして、前記トグル機構支持盤２５にトグル式型締め機構２４を駆動するための型締め用サーボモータ２６を取り付けている。２７はトグル式型締め機構２４による型厚を調整する型厚調整機構である。

この電動式射出成形機は、先ず、型締め用サーボモータ２６を駆動して金型１８の型閉じを開始するとともにバレル３の射出ノズル５を金型１８のノズル口１８ａへ押圧当接させる。次いで、計量用サーボモータ１７を駆動して射出する溶融樹脂の計量を行った後、射出用サーボモータ６を駆動して射出スクリュ４を前進させ金型キャビティ２０内に溶融樹脂の射出充填を行う。

この電動式射出成形機における成形機本体１の制御装置は、図２に示すように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、射出成形機本体の管理、監視を行い、各部を制御する主制御部３１を備えている。また、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、射出成形機本体の動作順序を制御するシーケンス処理部３２、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、前記射出用サーボモータ６及び計量用サーボモータ１７を制御するサーボ指令部３３を備えている。前記主制御部３１、シーケンス処理部３２、サーボ指令部３３はバスライン３４によって互いに電気的に接続している。

前記サーボ指令部３３は、サーボアンプ３５を制御して射出用サーボモータ６を駆動する。そして、射出用サーボモータ６の回転や電流値を検出部３６で検出している。前記サーボ指令部３３は、検出部３６から検出信号を取り込んで前記射出スクリュ４の移動位置や回転速度やモータの電流値を検出し、それに基づいて射出用サーボモータ６を制御するフィードバック制御を行う。

また、前記サーボ指令部３３は、サーボアンプ３７を制御して計量用サーボモータ１７を駆動する。そして、計量用サーボモータ１７の回転や電流値を検出部３８で検出している。前記サーボ指令部３３は、検出部３８から検出信号を取り込んで前記射出スクリュ４の移動位置や回転速度やモータの電流値を検出し、それに基づいて計量用サーボモータ１７を制御するフィードバック制御を行う。
前記シーケンス処理部３２には、Ｉ／Ｏバス３９を介してＩ／Ｏ４０等が電気的に接続されている。

前記主制御部３１は、通信インターフェース部を備え、この通信インターフェース部に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、汎用ＯＳ（オペレーティングシステム）を有するＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェース）部４１をイーサネット（登録商標）等のＬＡＮ４２によって接続している。前記ＨＭＩ部４１は、例えば、パーソナルコンピュータからなり、液晶ディスプレイの画面上にタッチパネルを配置したタッチパネル付表示部４３の表示部に接続し、この表示部を表示制御する。

また、前記主制御部３１は、複数の機械的な操作スイッチを設けた操作パネル部４４をケーブル４５によって接続し、また、前記タッチパネル付表示部４３のタッチパネルをケーブル４６によって接続し、さらに、前記バレル３の外周に配置した各ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮを加熱制御するとともにそれぞれの配置個所の温度を検知する温度検知器Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，Ｄ4，Ｄ5，ＤHNから温度検知信号を取り込んで各ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮへの通電を制御する温度制御部４７をケーブル４８によって接続している。前記温度制御部４７は、各ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮへの通電制御を、ＰＩＤ（比例・積分・微分）定数を使用した自動温度制御方式で行ってバレル３の温度を制御するようになっている。

前記ＨＭＩ部４１は、図３に示すように、制御部本体を構成するＣＰＵ５１、プログラムデータを格納したＲＯＭ５２、データ処理に使用するメモリ等を設けたＲＡＭ５３、ＬＡＮ４２を介して主制御部３１と通信を行う通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）５４、前記タッチパネル付表示部４３の表示部を表示制御する表示コントローラ５５、汎用ＯＳ等を格納したコンパクトフラッシュ（登録商標）カードやハードディスクなどの不揮発性記憶媒体を使用した記憶装置５６、光ディスク等の外部記憶媒体５７と接続し、この外部記憶媒体５７とデータの通信を行う記憶媒体インターフェース（Ｉ／Ｆ）５８を設け、互いにバスライン５９によって電気的に接続している。

前記タッチパネル付表示部４３は、前記ＨＭＩ部４１によって表示コントローラ５５を介して表示部が表示制御される。そして、前記タッチパネル付表示部４３からのキー信号が前記主制御部３１に入力される構成になっており、主制御部３１では入力したキー信号のうち、ＨＭＩ部４１で必要な信号を、ＬＡＮ４２を介してＨＭＩ部４１に送信するようにしている。
前記記憶装置５６の記憶媒体には、図４に示すように、前記バレル３の各個所の一定時間毎の偏差温度（実温度−設定温度）を記録する記録メモリ５６１が形成されている。

前記主制御部３１は、各温度検知器Ｄ1〜Ｄ5，ＤHNが検知した実温度と予め設定した前記バレル３における各ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮが加熱する個所の設定温度との偏差温度を一定時間毎に算出する偏差温度算出手段を備え、ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムデータに基づいてこの手段を実行するようになっている。

すなわち、主制御部３１のＣＰＵは、内部に設けられた計時手段が一定時間を計時する毎に、図５に示す偏差温度の算出処理を行う。先ず、Ｓ１にて、温度制御部４７を介して各温度検知器Ｄ1〜Ｄ5，ＤHNが検知した実温度を取り込む。続いて、Ｓ２にて、各温度検知器Ｄ1〜Ｄ5，ＤHNが検知した実温度とバレル３の各個所に予め設定されている設定温度との偏差温度を算出する。そして、Ｓ３にて、算出した各個所の偏差温度と実測した実温度をＨＭＩ部４１へ送信してこの処理を終了する。
主制御部３１から各個所の偏差温度と実温度を受信したＨＭＩ部４１はその偏差温度と実温度を前記記録メモリ５６１に記録する。こうして、前記記録メモリ５６１には一定時間経過毎にバレル３の各個所の偏差温度と実温度が順次記録されることになる。

前記主制御部３１はタッチパネル付表示部４３のタッチパネルによるキー操作によってバレル温度の表示が選択されると、そのキー信号をＨＭＩ部４１に送信する。前記ＨＭＩ部４１は偏差温度表示の選択のキー信号を受け取ると、タッチパネル付表示部４３の表示部を制御して記録メモリ５６１に記録されたバレル３の各個所の今の偏差温度や実温度などの温度状態を表示する。

この状態で、さらに、タッチパネルによるキー操作によって偏差チャートの表示が選択されると、主制御部３１はそのキー信号をＨＭＩ部４１に送信する。前記ＨＭＩ部４１は偏差チャートの表示選択のキー信号を受け取ると、前記記録メモリ５６１に記録されたバレル３の各個所の過去の偏差温度に基づいて、各個所の時間経過による偏差温度の変化を示すグラフを編集する。そして、この状態で、さらに、タッチパネルによるキー操作によって各個所のヒータの１つを選択すると、前記ＨＭＩ部４１はタッチパネル付表示部４３の表示部を制御して表示画面上に選択したヒータによる加熱個所の時間経過による偏差温度変化を示すグラフを表示する。

このときのタッチパネル付表示部４３の表示画面は、図６に示すようになり、図中Ａはバレル３の各個所の今の偏差温度や実温度などの温度状態を数値で示す領域を示し、図中Ｂは偏差チャートを示す領域を示している。

前記主制御部３１は、また、タッチパネル付表示部４３のタッチパネルによるキー操作によってバレルＰＩＤ定数の設定及び初期化の表示が選択されると、そのキー信号をＨＭＩ部４１に送信する。前記ＨＭＩ部４１はバレルＰＩＤ定数の設定及び初期化の表示の選択のキー信号を受け取ると、タッチパネル付表示部４３の表示部を制御し、図７に示すようなバレルＰＩＤ定数の設定及び初期化の表示画面を表示する。

この表示画面にて、ＰＩＤ定数の入力を行うことで設定を行うことができる。また、この表示画面にて初期化を選択操作すると、ＰＩＤ定数を予め設定されている初期値に戻すようになっている。

このような構成においては、主制御部３１は温度制御部４７を制御する。温度制御部４７は設定されたＰＩＤ定数に従ってバレル３の各ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮを通電制御する。そして、温度制御部４７は主制御部３１に制御されて各温度検知器Ｄ1〜Ｄ5、ＤHNが検知する温度を実温度として一定時間毎に取り込み、ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮを配置したバレル３の各個所の温度が設定温度になるように制御する。主制御部３１は温度制御部４７から検知した実温度を取り込む。

このヒータによるバレル３の加熱動作において、主制御部３１は、一定時間毎に取り込んだ各個所の実温度を予め設定した設定温度と比較し、その偏差温度を算出する。そして、算出した偏差温度と実温度をＨＭＩ部４１に送信する。ＨＭＩ部４１では受信した偏差温度と実温度を記録メモリ５６１に順次記録する。

そして、バレル３の各個所の温度が設定温度に達すると、射出成形機は射出成形を開始する。射出成形においては、ホッパ２からバレル３内に投入された合成樹脂材料はヒータによる加熱によって徐々に溶融する。すなわち、合成樹脂材料はバレル３の後部で溶け始め、射出スクリュ４の回転によって前方に押出されながら溶融が進行される。そして、先ず、計量サーボモータ１７が駆動して射出スクリュ４を移動させて射出する溶融樹脂量が計量される。

計量が終了すると、次に、射出用サーボモータ６が駆動して射出スクリュ４を前進させ、先端部４ａで溶融樹脂を射出ノズル５へ押出す。これにより、射出ノズル５から金型１８のノズル口１８ａに溶融樹脂が射出され、金型キャビティ２０内に充填される。充填が終了すると、金型１８の開閉及び型締めを行う装置１９が動作して、金型１８をバレル３から離間させるとともに金型１８を開放し、成形された成形品が取出される。そして、１つの成形品が成形されるのを１サイクルとして成形が繰り返される。

このような作業中において、タッチパネル付表示部４３のタッチパネルを操作してバレル温度の表示を選択するとタッチパネル付表示部４３の表示部にバレル３の各個所の今の偏差温度や実温度などの温度状態が表示される。これにより、現在のバレル３の温度状態を知ることができる。

さらに、タッチパネルを操作してヒータの指定と偏差チャートの表示を選択すると、タッチパネル付表示部４３の表示部に、例えば、立ち上げ時から現在までの指定されたヒータの加熱個所における偏差温度の時間変化がグラフとして表示される。そして、ヒータの指定を変更すれば新たに指定されたヒータの加熱個所における偏差温度の時間変化がグラフとして表示される。このようにして、ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮが加熱する個所の全ての偏差温度の時間変化がグラフとして表示される。これにより、作業者は、バレル３の温度の変化状態を一目で把握することができる。すなわち、バレル３の時間に対する実温度の変化を設定温度との関係で容易に把握でき、その後の対処がスムーズにできる。また、射出成形機の立ち上げ時において各個所の偏差温度の時間変化をグラフで確認することで、バレル３の温度が設定温度に達するまでの時間を容易に推測することが可能になる。これにより、射出成形動作をスムーズに開始させることができる。

また、ヒータＨ1〜Ｈ5、ＨＮはＰＩＤ制御方式で加熱制御されるが、ＰＩＤ定数を変更することで加熱温度の上昇カーブなどが変化する。このようなときに射出成形機の立ち上げ時における各個所の偏差温度の時間変化をグラフとして見ることで設定温度に対するオーバシュート量や安定性を確認することができる。

また、ヒータの温度制御に使用したＰＩＤ定数は、初期値としてバレル３のサイズに最適なＰＩＤ定数が予め設定されているが、成形温度やホッパ２の下部のバレルの温度等によってはより最適なＰＩＤ定数を求めて変更する必要がある。しかし、ＰＩＤ定数を変更した結果、ハンチング等を起こし正常な温度制御ができなくなる場合がある。このような場合には、タッチパネル付表示部４３の表示部にバレルＰＩＤ定数の設定及び初期化の表示画面を表示し、この画面上で初期化を選択操作することでＰＩＤ定数を初期値に戻すことができる。これにより、容易に正常な温度制御に戻すことが可能になる。

なお、この実施の形態では、バレルの各個所における偏差温度の時間変化をグラフとして表示するものについて述べたが、これを金型の偏差温度の時間変化をグラフとして表示するものにも適用できる。すなわち、金型に対してもヒータと温度検知器を配置して設定温度との偏差温度を一定時間毎に算出してメモリに記録すればよい。
また、この実施の形態では、タッチパネル付表示部をＨＭＩ部とは別体に設けたものについて述べたが、ＨＭＩ部と一体であってもよい。

本発明の一実施の形態に係る電動式射出成形機の構成を示す図。 同実施の形態に係る射出成形機本体の制御装置のブロック図。 図２の制御装置におけるＨＭＩ部の構成を示すブロック図。 図３の記憶装置に形成された要部のメモリ構成を示す図。 図２の主制御部のＣＰＵによる偏差温度の算出処理を示す流れ図。 図２のタッチパネル付表示部におけるバレル温度表示画面例を示す図。 図２のタッチパネル付表示部におけるバレルＰＩＤ表示画面例を示す図。

符号の説明

１…射出成形機本体、１８…金型、３１…主制御部、３２…シーケンス処理部、４１…ＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェース）部、４３…タッチパネル付表示部、４７…温度制御部、５６１…記録メモリ、Ｈ1，Ｈ2，Ｈ3，Ｈ4，Ｈ5，ＨＮ…ヒータ、Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3、Ｄ4，Ｄ5,ＤHN…温度検知器。

Claims (1)

1. 先端部に射出ノズルを形成し、内部に射出スクリュを回転自在にかつ進退可能に挿通配置し、外周部の複数箇所にヒータを配置した円筒形状のバレルの後部に合成樹脂材料を投入し、この合成樹脂材料を前記各ヒータにより加熱溶融しつつ前記射出スクリュの回転により先端部へ押出し、前記射出ノズルから金型に溶融樹脂を射出して成形品を成形する射出成形機において、
   前記各ヒータにより加熱される前記バレルの各個所の温度をそれぞれ検知する複数の温度検知器と、
   この各温度検知器の検知温度に基づいて前記各ヒータをそれぞれ制御し、前記バレルの各箇所の温度をそれぞれ所定の温度に制御する温度制御部と、
   前記各温度検知器が検知した実温度と予め設定した前記バレルの各個所の設定温度との偏差温度を一定時間毎に算出する偏差温度算出手段と、
   この偏差温度算出手段が算出した前記バレルの各個所の一定時間毎の偏差温度を記録する記録メモリと、
   この記録メモリに記録した前記バレルの各個所の一定時間毎の偏差温度を、時間経過による偏差温度の変化を示すグラフで画面表示する表示部を備えたことを特徴とする射出成形機の制御装置。

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