JP2007320256A - 成形機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立上げ時にオーバパックが生じるのを容易に防止することができるようにする。
【解決手段】シリンダ部材と、シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された射出部材と、初回の計量において、射出部材を計量開始位置から所定の位置まで後退させ、射出部材より前方に、初回計量用空間を形成する初回後退処理手段と、所定の位置で射出部材を軸方向において移動させることなく回転させる初回回転処理手段とを有する。初回の計量において、射出部材が、回転させられることなく計量開始位置から所定の位置まで後退させられ、所定の位置で軸方向において移動させることなく回転させられるので、射出部材より前方に蓄えられた成形材料の密度を低くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、成形機及びその制御方法に関するものである。

従来、成形機、例えば、射出成形機においては、加熱シリンダ内において溶融させられた樹脂が、金型装置内のキャビティ空間に充填され、該キャビティ空間内において冷却され、固化させられて成形品が成形されるようになっている。

前記射出成形機は金型装置、型締装置及び射出装置を有し、該射出装置は、樹脂を加熱して溶融させる加熱シリンダ、及び溶融させられた樹脂を射出する射出ノズルを備え、前記加熱シリンダ内にスクリューが回転自在に、かつ、進退自在に配設される。また、前記型締装置によって可動金型を進退させることにより、金型装置の型閉じ、型締め及び型開きが行われ、型締めに伴って、固定金型と可動金型との間にキャビティ空間が形成される。

そして、計量用モータを駆動してスクリューを回転させると、樹脂の計量が行われ、スクリューヘッドの前方に溶融させられた樹脂が蓄えられる。それに伴って、スクリューが後退させられる。次に、射出用モータを駆動して前記スクリューを前進させると、射出ノズルから樹脂が射出され、キャビティ空間に充填される（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２２７０１６号公報

しかしながら、前記従来の射出成形機においては、立ち上げた後、例えば、取出機が不調になった場合等に、一時的に停止させられることがあるが、ヒータの制御が継続されるので、ヒータによって樹脂が加熱され続け、樹脂の粘度が低くなる。その結果、射出成形機の運転が再開されたときに、キャビティ空間に樹脂が過剰に充填され、オーバパックが生じてしまう。

その場合、成形品を熟知した操作者がＶＰ切換位置を調整してオーバパックが生じるのを防止することができるが、そのための作業が煩わしい。

本発明は、前記従来の射出成形機の問題点を解決して、立上げ時にオーバパックが生じるのを容易に防止することができる成形機及びその制御方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の成形機においては、シリンダ部材と、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された射出部材と、初回の計量において、前記射出部材を計量開始位置から所定の位置まで後退させ、射出部材より前方に、初回計量用空間を形成する初回後退処理手段と、前記所定の位置で射出部材を軸方向において移動させることなく回転させる初回回転処理手段とを有する。

本発明によれば、成形機においては、シリンダ部材と、該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された射出部材と、初回の計量において、前記射出部材を計量開始位置から所定の位置まで後退させ、射出部材より前方に、初回計量用空間を形成する初回後退処理手段と、前記所定の位置で射出部材を軸方向において移動させることなく回転させる初回回転処理手段とを有する。

この場合、初回の計量において、射出部材が、回転させられることなく計量開始位置から所定の位置まで後退させられ、該所定の位置で軸方向において移動させることなく回転させられるので、射出部材より前方に蓄えられた成形材料の密度を低くすることができる。

したがって、成形機を立ち上げた後、オーバパックが生じるのを防止することができる。その結果、金型装置が破損するのを防止することができる。

また、成形品を熟知した操作者がＶＰ切換位置を調整してオーバパックが生じるのを防止する必要がないので、作業を簡素化することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この場合、成形機としての射出成形機について説明する。

図１は本発明の実施の形態における射出成形機を示す図、図２は本発明の実施の形態における計量処理手段の動作を示すタイムチャート、図３は本発明の実施の形態における成形条件入力画面の例を示す図である。

図において、１１はシリンダ部材としての加熱シリンダ、１２は該加熱シリンダ１１内において回転自在に、かつ、進退自在に配設された計量部材としての、かつ、射出部材としてのスクリュー、１３は前記加熱シリンダ１１の前端に取り付けられた射出ノズル（図１においては、便宜上、加熱シリンダ１１と射出ノズル１３とは一体に形成されている。）、１４は該射出ノズル１３に形成されたノズル口、１６は、前記加熱シリンダ１１の後端の近傍の所定の位置に形成された樹脂供給口に取り付けられ、成形材料としての樹脂を収容し、加熱シリンダ１１内に供給するホッパである。

前記加熱シリンダ１１の外周の所定の箇所には、加熱シリンダ１１を介して樹脂を加熱するための図示されないヒータが配設され、前記加熱シリンダ１１内の樹脂を加熱する。。

前記スクリュー１２は、前端にスクリューヘッド２７を備え、該スクリューヘッド２７より後方において、スクリュー１２の本体、すなわち、スクリュー本体の外周面に形成された螺旋状のフライト２３を備え、該フライト２３に沿って螺旋状の溝２４が形成される。

ところで、前記加熱シリンダ１１の後端は前方射出サポート３１に取り付けられ、該前方射出サポート３１と所定の距離を置いて後方射出サポート３２が配設される。そして、前記前方射出サポート３１と後方射出サポート３２との間にガイドバー３３が架設され、該ガイドバー３３に沿ってプレッシャプレート３４が進退自在に配設される。なお、前記前方射出サポート３１及び後方射出サポート３２は、図示されないボルトによって図示されないスライドベースに固定される。

また、前記スクリュー１２の後端にドライブシャフト３５が連結され、該ドライブシャフト３５は、ベアリング３６、３７によってプレッシャプレート３４に対して回転自在に支持される。そして、計量用の駆動部としての、電動の計量用モータ４１がプレッシャプレート３４に取り付けられ、前記計量用モータ４１とドライブシャフト３５との間に、プーリ４２、４３及びタイミングベルト４４から成る第１の回転伝動部が配設される。前記計量用モータ４１を駆動することによって、スクリュー１２を正方向又は逆方向に回転させることができる。

前記計量用モータ４１には、回転速度検出部としての回転速度センサ４９が配設され、該回転速度センサ４９によって計量用モータ４１の回転速度が検出され、検出信号が制御部７１に送られる。該制御部７１の図示されない回転速度算出処理手段（回転速度算出処理部）は、回転速度算出処理を行い、検出信号を読み込み、計量用モータ４１の回転速度に基づいてスクリュー１２の回転速度を算出する。

なお、本実施の形態においては、計量用の駆動部として、電動のサーボモータから成る計量用モータ４１が使用されるようになっているが、該計量用モータ４１に代えて油圧モータを使用することができる。また、本実施の形態においては、回転速度センサ４９としてエンコーダが使用されるようになっているが、レゾルバを使用することもできる。

前記プレッシャプレート３４より後方に、互いに螺合させられたボールねじ軸４５及びボールナット４６から成るボールねじ４７が配設され、該ボールねじ４７によって、ボールねじ軸４５の回転運動をボールナット４６の直進運動に変換する運動方向変換部が構成され、ボールねじ軸４５によって第１の変換要素が、ボールナット４６によって第２の変換要素が構成される。そして、前記ボールねじ軸４５は、ベアリング４８によって後方射出サポート３２に対して回転自在に支持され、前記ボールナット４６は、プレート５１及びロードセル５２を介してプレッシャプレート３４に固定される。さらに、射出用の駆動部としての射出用モータ５３が配設され、該射出用モータ５３とボールねじ軸４５との間に、プーリ５４、５５及びタイミングベルト５６から成る第２の回転伝動部が配設される。したがって、前記射出用モータ５３を駆動し、ボールねじ軸４５を回転させることによって、ボールナット４６及びプレッシャプレート３４を進退させ、スクリュー１２を進退させることができる。

前記射出用モータ５３には、回転速度検出部としての回転速度センサ６６が配設され、該回転速度センサ６６によって射出用モータ５３の回転速度が検出され、検出信号が制御部７１に送られる。該制御部７１の図示されない位置算出処理手段（位置算出処理部）は、検出信号を読み込み、射出用モータ５３の回転速度に基づいてスクリュー１２の位置、すなわち、スクリュー位置を算出する。

なお、本実施の形態においては、射出用の駆動部として、電動のサーボモータから成る射出用モータ５３が使用されるようになっているが、該射出用モータ５３に代えて射出用シリンダを使用することができる。また、本実施の形態においては、回転速度センサ６６としてエンコーダが使用されるようになっているが、レゾルバを使用することもできる。

前記構成の射出成形機において、計量工程時に、制御部７１の図示されない計量処理手段（計量処理部）は、計量処理を行い、計量用モータ４１を駆動してスクリュー１２をあらかじめ設定された回転速度Ｎｋで正方向に回転させると、ホッパ１６内のペレット状の樹脂が加熱シリンダ１１内に進入し、溝２４内を前進させられ、ヒータによって溶融させられて、スクリューヘッド２７より前方に蓄えられる。それに伴って、前記スクリュー１２は後退速度Ｖｋで後退させられる。

前記計量処理において、前記スクリュー１２は、前記計量開始位置Ｓａから加速終了位置まで加速されて前記後退速度Ｖｋが高くされ、加速終了位置から減速開始位置（前記計量完了位置Ｓｂより２〜３〔ｍｍ〕前方の位置）まで後退速度Ｖｋが一定にされ、減速開始位置から計量完了位置Ｓｂまで減速させられて後退速度Ｖｋが低くされる。この場合、該後退速度Ｖｋは、計量用モータ４１の回転速度Ｎｋに比例し、更に、スクリュー１２の回転速度Ｎｓに比例するので、前記制御部７１における処理上、後退速度Ｖｋに代えて回転速度Ｎｓが使用される。なお、前記回転速度Ｎｋは、スクリュー１２の位置の関数で表される。なお、前記回転速度Ｎｋを時間の関数で表すことができる。

続いて、射出工程時に、前記制御部７１の図示されない射出処理手段（射出処理部）は、射出処理を行い、射出用モータ５３を駆動し、ボールねじ軸４５を回転させると、プレッシャプレート３４が前進させられ、スクリュー１２が前進させられる。それに伴って、スクリューヘッド２７の前方に蓄えられた樹脂は、射出ノズル１３から射出され、図示されない金型装置のキャビティ空間に充填される。このとき、前記射出処理手段は、前記検出信号を読み込み、スクリュー位置を算出し、制御部７１の図示されない記憶装置を参照し、スクリュー位置に対応するスクリュー速度を読み出し、該スクリュー速度を指令値として射出用モータ５３を駆動し、スクリュー１２を前進させる。このようにして、射出ノズル１３から樹脂が射出される。前記記憶装置には、スクリュー位置とスクリュー速度とが対応させて記録される。なお、スクリュー位置とスクリュー速度との関係は、設定器７２を操作することによって設定される。

そして、前記金型装置において、キャビティ空間内の樹脂が冷却され、固化すると、成形品が成形される。続いて、金型装置の型開きを行い、図示されない取出機によって成形品を取り出すことができる。

ところで、射出成形機を立ち上げた後、例えば、取出機が不調になった場合等に、一時的に射出成形機が停止させられることがあるが、ヒータの制御が継続されるので、ヒータによって樹脂が加熱され続け、樹脂の粘度が低くなる。その結果、射出成形機の運転が再開されたときに、キャビティ空間に樹脂が過剰に充填され、オーバパックが生じると、金型装置を破損してしまうことがある。

そこで、射出成形機を立ち上げたときの、初回の計量、すなわち、初回計量時において、スクリューヘッド２７より前方に蓄えられた樹脂の密度を低くし、オーバパックが生じるのを防止するようにしている。

そのために、全自動／半自動モードにおいて、前記計量処理手段の初回計量処理手段（初回計量処理部）は、初回計量処理を行い、射出成形機を立ち上げたときの、あらかじめ設定された回数、本実施の形態においては、１回の初回計量を行う。また、前記計量処理手段の量産計量処理手段（量産計量処理部）は、量産計量処理を行い、初回計量に続いて量産の計量、すなわち、量産計量を行う。

そして、前記初回計量処理手段の初回後退処理手段（初回後退処理部）は、初回後退処理を行い、射出用モータ５３を駆動し、図２に示されるように、計量開始位置Ｓａから所定の位置、本実施の形態においては、計量完了位置Ｓｂまでの区間Ｚ１を、スクリュー１２を回転させることなく（回転方向における位置を保持した状態で）、あらかじめ設定された後退速度Ｖｋで後退させ、初回後退を行う。このとき、前記初回後退処理手段は、計量用モータ４１を同時に駆動し、スクリュー１２が後退させられるのに伴って回転させられることがないように、計量用モータ４１の図示されないロータを保持する。これに伴って、スクリュー１２より前方（スクリューヘッド２７より前方）に初回計量用空間が形成されるが、スクリュー１２が回転させられないので、原理的に、ホッパ１６内の樹脂が加熱シリンダ１１内に進入することはなく、前記初回計量用空間は空にされる。

続いて、加熱シリンダ１１の温度が成形可能な温度であることが確認されると、前記初回計量処理手段の初回回転処理手段（初回回転処理部）は、初回回転処理を行い、前記計量完了位置Ｓｂで、計量用モータ４１を駆動し、スクリュー１２を軸方向において移動させることなく（軸方向における位置を保持した状態で）、あらかじめ設定された計量時間τ１だけ、スクリュー１２を設定された回転速度Ｎｋで回転させる。このとき、前記初回回転処理手段は、射出用モータ５３を計量用モータ４１と同時に駆動し、スクリュー１２が回転させられるのに伴って、軸方向に移動することがないように、射出用モータ５３の図示されないロータを保持する。

これに伴って、ホッパ１６内の樹脂が、加熱シリンダ１１内に進入し、溝２４内を前進させられ、ヒータによって溶融させられて、前記初回計量用空間に蓄えられる。なお、この間、スクリューヘッド２７の前方に樹脂が充満されていないので、スクリュー１２には背圧を加える必要はない。

前記計量時間τ１は、少なくとも前記初回計量用空間に樹脂が所定の圧力で満たされるのに十分な時間に設定される。また、前記回転速度Ｎｋは、その後の前記量産計量処理において、減速開始位置におけるスクリュー１２の回転速度Ｎｓ（減速が開始される直前までの回転速度Ｎｋ）と等しくなるように設定される。

続いて、前記初回計量処理手段の初回サックバック処理手段（初回サックバック処理部）は、初回サックバック処理を行い、射出用モータ５３を駆動し、前記計量完了位置Ｓｂから充填前位置Ｓｃまでの区間Ｚ２を、スクリュー１２を回転させることなく（回転方向における位置を保持した状態で）、あらかじめ設定された後退速度Ｖｓで、あらかじめ設定された後退距離を表すサックバック量Ｌ１で後退させ、初回のサックバックを行う。このとき、前記初回サックバック処理手段は、計量用モータ４１を同時に駆動し、スクリュー１２が後退させられるのに伴って回転させられることがないように、計量用モータ４１のロータを保持する。これに伴って、スクリュー１２より前方に蓄えられた樹脂が射出ノズル１３から漏れるのを防止する。

なお、前記初回計量が行われた後の計量完了位置Ｓｂから充填前位置Ｓｃまでの初回のサックバックは必ずしも行う必要はなく、溶融させられた樹脂の状態を見ながら適宜行うことができる。

このようにして初回計量が行われると、前記射出処理手段は、射出用モータ５３を駆動させてスクリュー１２を前進させ、初回計量用空間に蓄えられた樹脂を金型装置のキャビティ空間に充填する。

このようにして成形された成形品は、適切な計量の設定値に基づいて成形されたものではなく、計量時間も通常より短いので、樹脂の粘度が低い場合でも、オーバパックが発生するのを防止することができる。その結果、金型装置が破損するのを防止することができる。なお、初回計量に伴って成形された成形品は、不良品として扱われる。

そして、初回計量によって成形された成形品が取り出されると、前記量産計量処理手段の量産回転処理手段（量産回転処理部）は、量産回転処理を行い、計量用モータ４１を駆動し、計量開始位置Ｓａから計量完了位置Ｓｂまでの区間Ｚ１において、スクリュー１２を回転速度Ｎｋで回転させる。これに伴って、ホッパ１６内の樹脂が加熱シリンダ１１内に進入し、溝２４内を前進させられ、ヒータによって溶融させられて、スクリュー１２より前方に蓄えられる。それに伴って、前記スクリュー１２は後退させられる。

続いて、前記量産計量処理手段の量産サックバック処理手段（量産サックバック処理部）は、量産サックバック処理を行い、射出用モータ５３を駆動し、前記計量完了位置Ｓｂから充填前位置Ｓｃまでの区間Ｚ２を、スクリュー１２を回転させることなく（回転方向における位置を保持した状態で）、あらかじめ設定された後退速度Ｖｓで、あらかじめ設定された後退距離を表すサックバック量Ｌ２で後退させ、サックバックを行う。このとき、前記量産サックバック処理手段は、計量用モータ４１を同時に駆動し、スクリュー１２が後退させられるのに伴って回転させられることがないように、計量用モータ４１のロータを保持する。これに伴って、スクリュー１２より前方に蓄えられた樹脂が射出ノズル１３から漏れるのを防止する。

なお、量産回転処理においてスクリュー１２が計量開始位置Ｓａから計量完了位置Ｓｂまで移動する時間、すなわち、計量時間をτ２とすると、前記計量時間τ１は、計量時間τ２より短くなるように設定される。

ところで、操作者は射出成形機の各種の成形条件を設定することができるようになっている。そのために、前記設定器７２には、表示部及び操作部が配設され、操作者が操作部を操作すると、前記制御部７１の図示されない表示処理手段（表示処理部）は、表示処理を行い、表示部に図３に示されるような成形条件入力画面を形成し、操作者が操作部を操作し、成形条件入力画面において、所定の成形条件について入力すると、制御部７１の図示されない成形条件設定処理手段（成形条件設定処理部）は、成形条件設定処理を行い、射出装置について、計量工程の成形条件を計量条件として、射出工程の成形条件を射出条件として設定し、型締装置について、型閉じ、型締め及び型開きの成形条件を型開閉条件として設定する。

そして、前記表示処理手段は、設定された成形条件を前記成形条件表示画面に表示する。

図３において、実績値表示領域としての領域ＡＲ１には、射出工程を開始する際のスクリュー１２の位置を表す充填前位置、スクリュー１２を前進させるに当たり、速度制御と圧力制御とを切り換えるためのＶＰ切換位置、スクリュー１２の前進限位置を表すクッション位置、樹脂を充填する際の樹脂の圧力の最大値を表すピーク圧、保圧を完了するスクリュー１２の位置を表す保圧完位置、スクリュー１２の位置を表すスクリュー位置、成形サイクルの時間を表すサイクル時間、充填される時間を表す充填時間、計量が行われる時間を表す計量時間、スクリュー１２の回転速度（スクリュー回転速度）、スクリュー１２のトルクを表す回転トルク等が表示される。

また、設定値表示領域としての領域ＡＲ２には、保圧について、スクリュー１２の速度（スクリュー速度）、保圧の時間、及び保圧の圧力が表示され、領域ＡＲ３には、充填について、充填時間、充填圧力、スクリュー１２の位置（スクリュー位置）、スクリュー１２の速度等が表示される。

そして、領域ＡＲ４には、冷却時間、休止時間、ＶＰ切換の方法等が表示され、領域ＡＲ５には、計量について、計量完了位置Ｓｂからのサックバック量Ｌ２、サックバックを行う際のスクリュー１２の後退速度Ｖｓ等が表示される。

また、領域ＡＲ６には、初回計量を行うかどうかを表す入切、計量時間τ１等を設定することができるようになっている。

このように、本実施の形態においては、初回の計量時において、スクリュー１２を回転させることなく後退させ、初回サックバックを行った後、スクリュー１２を回転させることによって樹脂をスクリューヘッド２７の前方に蓄えるようにしているので、スクリューヘッド２７より前方に蓄えられた樹脂の密度を低くすることができる。

したがって、射出成形機を立ち上げた後、例えば、取出機が不調になった場合等に、一時的に停止させられることがあり、そのとき、ヒータの制御が継続されるので、ヒータによって樹脂が加熱され続け、樹脂の粘度が低くなっても、樹脂の密度が低いので、射出成形機の運転が再開されたときに、キャビティ空間に樹脂が過剰に充填されることがなく、オーバパックが生じるのを防止することができる。その結果、射出成形機を一時的に停止させることによって、加熱シリンダ１１内の樹脂の状態が変化しても、金型装置が破損するのを防止することができる。

また、樹脂替え等を行うためにパージ動作を行った後に成形を開始した場合も、前述されたような初回計量を行うことができる。この場合、樹脂が入れ替わり、加熱シリンダ１１内で溶融させられる樹脂の状態が変化しても、金型装置が破損するのを防止することができる。

また、成形品を熟知した操作者がＶＰ切換位置を調整してオーバパックが生じるのを防止する必要がないので、作業を簡素化することができる。

本実施の形態においては、初回後退処理において、スクリュー１２を回転させることなく、後退させるようにしているが、スクリュー１２を量産回転処理における回転速度Ｎｓより低い回転速度で回転させながら後退させることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の実施の形態における射出成形機を示す図である。 本発明の実施の形態における計量処理手段の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態における成形条件入力画面の例を示す図である。

符号の説明

１１ 加熱シリンダ
１２ スクリュー
４１ 計量用モータ
５３ 射出用モータ
７１ 制御部
７２ 設定器
ＡＲ１〜ＡＲ６ 領域
Ｓａ 計量開始位置
Ｓｂ 計量完了位置
Ｓｃ 充填前位置

Claims (9)

1. （ａ）シリンダ部材と、
   （ｂ）該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された射出部材と、
   （ｃ）初回の計量において、前記射出部材を計量開始位置から所定の位置まで後退させ、射出部材より前方に、初回計量用空間を形成する初回後退処理手段と、
   （ｄ）前記所定の位置で射出部材を軸方向において移動させることなく回転させる初回回転処理手段とを有することを特徴とする成形機。
2. 前記初回後退処理手段は、射出部材を回転させることなく後退させる請求項１に記載の成形機。
3. 前記初回後退処理手段は、射出用の駆動部を駆動することによって射出部材を後退させる請求項１又は２に記載の成形機。
4. 前記初回回転処理手段は、計量用の駆動部を駆動することによって射出部材を回転させる請求項１に記載の成形機。
5. 前記所定の位置で射出部材が回転させられた後、射出部材を回転させることなく、前記所定の位置から充填前位置まで後退させる初回サックバック処理手段を有する請求項１に記載の成形機。
6. 前記所定の位置は計量完了位置である請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形機。
7. 前記計量完了位置で射出部材を回転させるときの回転速度は、その後の計量において計量開始位置から計量完了位置まで射出部材を後退させる間の、射出部材の減速が開始される位置における回転速度と等しくされる請求項６に記載の成形機。
8. （ａ）表示部と、
   （ｂ）該表示部に成形条件を入力するための成形条件入力画面を形成する表示処理手段とを有するとともに、
   （ｃ）前記成形条件入力画面に、初回の計量、及びその後の計量についての各成形条件を設定するための領域が形成されることを特徴とする成形機。
9. シリンダ部材、及び該シリンダ部材内において、回転自在に、かつ、進退自在に配設された射出部材を有する成形機の制御方法において、
   （ａ）前記射出部材を、初回の計量において、計量開始位置から所定の位置まで後退させ、射出部材より前方に、初回計量用空間を形成し、
   （ｂ）前記所定の位置で射出部材を軸方向において移動させることなく回転させることを特徴とする成形機の制御方法。
   

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