JP2015024574A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱ヒータの温度をＰＩＤ制御で細やかに制御することで、高品質な成形体を得ると共に消費される電力の無駄を抑制した射出成形機における温度制御方法を提供する。【解決手段】第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄのそれぞれの温度を測定する第１〜第４の温度センサー２０Ａ〜２０Ｄを設け、該第１〜第４の温度センサー２０Ａ〜２０Ｄにより測定された加熱ヒータの温度が、予め設定された設定温度よりも、０．４℃〜１．０℃高温になったとき、制御手段１４がエアー供給手段１９のＰＩＤ制御を行い、前記０．４℃〜１．０℃高温になった加熱ヒータの温度を、該加熱ヒータに対して予め設定された設定温度に近づくよう制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、型閉された金型のキャビティに加熱シリンダで溶融された樹脂を射出する射出成形機に関し、特に熱可塑性樹脂を溶融する加熱シリンダの外側に保温カバーを備えた射出成形機に関する。

従来から用いられている一般的な射出成形機においては、加熱シリンダ内に原料である粒状の熱可塑性樹脂（ペレット）を送り、加熱シリンダ内に設けられた進退可能なスクリューにより樹脂を溶融しながらスクリュー先端のノズル側に送り出し、スクリューの先端側に設けられた射出ノズルから金型装置のキャビティに溶融樹脂を射出させ、キャビティ内で溶融樹脂を冷却させ固化させた後、金型装置を開き、突出しピンなどにより金型に張り付いている成形物を金型から外すことにより、成形体が成形されている。

このようなプラスチックなどの成形体を成形する射出成形機においては、その構成を大別すると概ね、型締ユニットと射出ユニットから構成されており、型締ユニットにおいては、一般的に固定金型と可動金型とからなる金型が備えられており、トグル機構若しくは直圧方式などの型締を可能とする可動手段によって、固定金型に対し可動金型を進退させることで、金型の型開閉が行われる。

前述した金型の型締時に形成されるキャビティに、粒状の樹脂であるペレットを溶融樹脂として供給する際には前述した射出ユニットが用いられ、この射出ユニットには、駆動源たるモータなどの駆動手段が備えられ、モータの回転力をプーリやベルトなどを介して順次伝達させ、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構などにより、加熱シリンダ内のスクリューを回転させることにより溶融樹脂を搬送させながら計量を行った後、スクリューが前進されることで型締された金型のキャビティに溶融樹脂が射出される。

ところで、前述した加熱シリンダには、加熱シリンダ内に供給されてきたペレットを加熱溶融するための加熱ヒータが設けられており、この加熱ヒータが加熱されることで加熱シリンダは２００℃〜３００℃ほどの高温に加熱されることで前述したペレットが溶融されるのだが、加熱された加熱シリンダが放熱により温度低下しないよう保温したりするために、加熱シリンダの外側にはこれを囲うようにして保温カバーが設けられているものがある。

上記技術に関連するものとして、特許文献１には、加熱シリンダの外周面に保温カバーを設けた射出成形機が開示されている。

特開平１１−１１５０１５号公報

前記特許文献１における保温カバーの設けられた加熱シリンダは、外気を導入すると共に導入された空気の排気を行う気流発生手段を備えており、これにより、加熱シリンダの温度を急速に下降させるとのことであるが、高品質な成形体を製造するためには、加熱シリンダの温度を所定温度に一定に保つなどの細やかな温度制御が必要であり、さらには、温度の制御を行うだけではなく消費電力の低減が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、加熱シリンダの外側に加熱ヒータを覆う保温カバーを備え、該保温カバー内にエアーを供給して加熱シリンダの温度制御を行う射出成形機において、ＰＩＤ制御により加熱ヒータの温度を細やかに制御することで、高品質な成形体を製造することを可能にすると共に消費される電力の無駄を抑制した射出成形機における温度制御方法を提供することを目的とする。

本射出成形機における温度制御方法の発明は、
内部にスクリューが設けられると共に外周に複数の加熱ヒータが装着された筒状の加熱シリンダと、
該加熱シリンダの先端に装着され金型のキャビティに溶融樹脂を射出する射出ノズルと、
前記複数の加熱ヒータのそれぞれの外側を囲む、前記加熱ヒータのそれぞれに対応して設けた複数の保温カバーと、
該保温カバーの内部にエアーを供給し前記加熱ヒータを冷却することにより前記加熱シリンダの高温化を抑制する温度調整手段と、を備えた射出成形機における温度制御方法であって、
前記複数の加熱ヒータのそれぞれの温度を測定する温度測定手段を設け、
該温度測定手段により測定された前記加熱ヒータの温度が、予め設定された設定温度よりも、０．４℃〜１．０℃高温になったとき、
制御手段が前記温度調整手段のＰＩＤ制御を行い、前記０．４℃〜１．０℃高温になった前記加熱ヒータの温度を、該加熱ヒータに対して予め設定された設定温度に近づくよう制御することを特徴とする。
ことを特徴とする。

さらに、本射出成形機における温度制御方法の発明は、
前記０．４℃〜１．０℃は、好ましくは０．５℃であることを特徴とする。

本発明によれば、加熱ヒータの温度が、当該加熱ヒータに対して予め設定された設定温度よりも、０．４℃〜１．０℃（好ましくは０．５℃）高くなったとき、制御手段が温度調整手段のＰＩＤ制御を行い、保温カバー内部へエアーを供給することで加熱ヒータの冷却を行い、冷却された加熱ヒータの温度が予め設定された温度に達するとエアーの供給が停止される。すなわち、加熱ヒータに対する細やかな温度制御は、当該加熱ヒータに設定されている設定温度よりも、実測値が０．４℃〜１．０℃（好ましくは０．５℃）高温になったときに、これを条件としてＰＩＤ制御が実行され、それにより、予め設定されている各加熱ヒータの設定値に対する実測値のバラつきを抑制することが可能となり、ひいては高品質な成形体を製造することが可能となる。

さらに、ＰＩＤ制御により、加熱ヒータが予め設定されている温度に近づくよう細やかに制御されることで、単なる加熱ヒータのオン／オフ制御とは異なり、無駄な電力消費を抑えることができる。

本発明の一例の射出成形機に構成される射出ユニットを示す概略構成図である。 設定温度を２２５℃としたときの、第１の加熱ヒータの温度（℃）を折れ線で、第１の加熱ヒータの標準偏差（℃）を棒グラフで示している。なお、Ａは第１の加熱ヒータには未通電状態で、第１の保温カバーの内部にエアーを供給した場合を示し、Ｂは第１の加熱ヒータの設定温度の＋０．３℃で、第１の保温カバーの内部にエアーを供給して第１の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｃは第１の加熱ヒータの設定温度の＋０．４℃で、第１の保温カバーの内部にエアーを供給して第１の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｄは第１の加熱ヒータの設定温度の＋０．５℃で、第１の保温カバーの内部にエアーを供給して第１の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｅは第１の加熱ヒータの設定温度の＋１．０℃で、第１の保温カバーの内部にエアーを供給して第１の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｆは第１の加熱ヒータの設定温度の＋１．５℃で、第１の保温カバーの内部にエアーを供給して第１の加熱ヒータを冷却した場合を示している。 設定温度を２１５℃としたときの、第２の加熱ヒータの温度（℃）を折れ線で、第２の加熱ヒータの標準偏差（℃）を棒グラフで示している。なお、Ａは第２の加熱ヒータには未通電状態で、第２の保温カバーの内部にエアーを供給し場合を示し、Ｂは第２の加熱ヒータの設定温度の＋０．３℃で、第２の保温カバーの内部にエアーを供給して第２の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｃは第２の加熱ヒータの設定温度の＋０．４℃で、第２の保温カバーの内部にエアーを供給して第２の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｄは第２の加熱ヒータの設定温度の＋０．５℃で、第２の保温カバーの内部にエアーを供給して第２の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｅは第２の加熱ヒータの設定温度の＋１．０℃で、第２の保温カバーの内部にエアーを供給して第２の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｆは第２の加熱ヒータの設定温度の＋１．５℃で、第２の保温カバーの内部にエアーを供給して第２の加熱ヒータを冷却した場合を示している。 設定温度を２００℃としたときの、第３の加熱ヒータの温度（℃）を折れ線で、第３の加熱ヒータの標準偏差（℃）を棒グラフで示している。なお、Ａは第３の加熱ヒータには未通電状態で、第３の保温カバーの内部にエアーを供給した場合を示し、Ｂは第３の加熱ヒータの設定温度の＋０．３℃で、第３の保温カバーの内部にエアーを供給して第３の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｃは第３の加熱ヒータの設定温度の＋０．４℃で、第３の保温カバーの内部にエアーを供給して第３の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｄは第３の加熱ヒータの設定温度の＋０．５℃で、第３の保温カバーの内部にエアーを供給して第３の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｅは第３の加熱ヒータの設定温度の＋１．０℃で、第３の保温カバーの内部にエアーを供給して第３の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｆは第３の加熱ヒータの設定温度の＋１．５℃で、第３の保温カバーの内部にエアーを供給して第３の加熱ヒータを冷却した場合を示している。 設定温度を１９０℃としたときの、第４の加熱ヒータの温度（℃）を折れ線で、第４の加熱ヒータの標準偏差（℃）を棒グラフで示している。なお、Ａは第４の加熱ヒータには未通電状態で、第４の保温カバーの内部にエアーを供給した場合を示し、Ｂは第４の加熱ヒータの設定温度の＋０．３℃で、第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第４の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｃは第４の加熱ヒータの設定温度の＋０．４℃で、第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第４の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｄは第４の加熱ヒータの設定温度の＋０．５℃で、第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第４の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｅは第４の加熱ヒータの設定温度の＋１．０℃で、第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第４の加熱ヒータを冷却した場合を示し、Ｆは第４の加熱ヒータの設定温度の＋１．５℃で、第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第４の加熱ヒータを冷却した場合を示している。 Ａは第１〜第４の加熱ヒータには未通電状態で第１〜第４の保温カバーの内部にエアーを供給した場合の消費電力量を示し、Ｂは第１〜第４の加熱ヒータの設定温度の＋０．３℃で、第１〜第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第１〜第４の加熱ヒータを冷却した場合の消費電力量を示し、Ｃは第１〜第４の加熱ヒータの設定温度の＋０．４℃で、第１〜第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第１〜第４の加熱ヒータを冷却した場合の消費電力量を示し、Ｄは第１〜第４の加熱ヒータの設定温度の＋０．５℃で、第１〜第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第１〜第４の加熱ヒータを冷却した場合の消費電力量を示し、Ｃは第１〜第４の加熱ヒータの設定温度の＋０．４℃で、第１〜第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第１〜第４の加熱ヒータを冷却した場合の消費電力量を示し、Ｅは第１〜第４の加熱ヒータの設定温度の＋１１．０℃で、第１〜第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第１〜第４の加熱ヒータを冷却した場合の消費電力量を示し、Ｆは第１〜第４の加熱ヒータの設定温度の＋１．５℃で、第１〜第４の保温カバーの内部にエアーを供給して第１〜第４の加熱ヒータを冷却した場合の消費電力量を示している。

以下、本発明の実施形態を図１〜図６により以下に説明する。もちろん、本発明は、その発明の趣旨に反しない範囲で、実施形態において説明した以外の構成のものに対しても容易に適用可能なことは説明を要するまでもない。

図１に示す本発明の一例の射出成形機に構成される射出ユニット１には、筒型の加熱シリンダ１０、加熱シリンダ１０の先端に装着した射出ノズル１１、加熱シリンダ１０の内部に回転可能に設けられた図示しないスクリュー、原料である粒状の樹脂（ペレット）が投入されるホッパ１２、上部にホッパ１２が設けられ前部に加熱シリンダ１０の基端部が装着されたホッパブロック１３、予め設定された設定値等に基づき、射出ユニット１の各種動作制御を行う制御手段１４等が構成されており、加熱シリンダ１０の内部に設けられたスクリューが回転されると、ホッパ１２により加熱シリンダ１０の後部へ供給された樹脂は、射出ノズル１１の設けられた加熱シリンダ１０の先端側へ送り出されるようになっており、加熱シリンダ１０内に供給されてこの加熱シリンダ１０内で加熱された溶融樹脂は、図示しない、計量用モータ等からなる回転駆動手段によりスクリューが回転されることにより計量された後、図示しない、射出用モータ、ボールネジ機構等からなる進退駆動手段によりスクリューが前進されることで金型のキャビティへ所定量の溶融樹脂が射出される。

加熱シリンダ１０の外周には、当該加熱シリンダ１０の前方から後方に向かって順に、第１の加熱ヒータ１５Ａ、第２の加熱ヒータ１５Ｂ、第３の加熱ヒータ１５Ｃ、第４の加熱ヒータ１５Ｄが装着されている。第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄは所定間隔を空けて加熱シリンダ１０の周方向に巻き付けられるようにして装着されており、これら第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｂが高温に加熱されることで、加熱シリンダ１０が高温化されその内部に供給された樹脂が溶融される。

また、第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄの外側には、当該第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄのそれぞれに対応して、第１〜第４の保温カバー１６Ａ〜１６Ｄが設けられている。そして、これら第１〜第４の保温カバー１６Ａ〜１６Ｄは、第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄが外部に露出しないよう囲うようにして設けられている。

第１〜第４の保温カバー１６Ａ〜１６Ｄのそれぞれには、エアー供給口としての第１〜第４のエアカプラー１７Ａ〜１７Ｄが設けられている。そして、第１〜第４のエアカプラー１７Ａ〜１７Ｄ、第１〜第４のエアカプラー１７Ａ〜１７Ｄに連結された第１〜第４のエアー供給管１８Ａ〜１８Ｄを通じて、温度調整手段たるエアー供給手段１９から第１〜第４の保温カバー１６Ａ〜１６Ｄ内部にエアーが供給され、第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄが温度調整（冷却）されることにより、加熱シリンダ１０の温度調整（冷却）が行われる。

また、第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄには、温度測定手段たる第１〜第４の温度センサー２０Ａ〜２０Ｄが設けられており、これにより、第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄの温度（実測値）が測定される。

射出ユニット１を動作させたときの実験結果について以下に説明する。なお、射出ユニット１を動作させたときの各種条件は、前記「図面の簡単な説明」の図２〜６の説明に記載した通りであるため、ここではその説明を省略するが、図２〜５のグラフにおける数値を一覧として纏めたものを下記表１に示す。

図６に示すように、Ａ〜Ｆの条件における消費電力を比較すると、Ａが最も消費電力量が多く、Ａ〜Ｆの順に消費電力量は徐々に少なくなっていることから、消費電力量の観点から省電力化を図れる順位をつけると、Ｆ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｂ、Ａの順になる。

その一方で、図２〜５のグラフ及び表１の実験結果をみると、第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄにおいて、予め設定された設定温度よりも、実測値が０．４℃〜１．０℃（０．４℃以上、１．０℃以下）のときに、エアーが供給されるＣ、Ｄ、Ｅの条件のときが、設定温度に対する実測値のバラツキが小さいことがわかる。すなわち、図２〜図５の温度のバラツキや標準偏差を考慮すると共に、省電力化にも貢献できる好ましい条件は、前記Ｃ、Ｄ、Ｅであるという結果が得られ、さらに最も好ましい条件はＤであるとする結果を見出すことができた。

以上のような本実施形態における射出成形機における温度制御方法によれば、内部にスクリューが設けられると共に外周に複数の加熱ヒータ（第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄ）が装着された筒状の加熱シリンダ１０と、該加熱シリンダ１０の先端に装着され金型のキャビティに溶融樹脂を射出する射出ノズル１１と、複数の加熱ヒータ（第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄ）のそれぞれの外側を囲む、加熱ヒータ（第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄ）のそれぞれに対応して設けた複数の保温カバー（第１〜第４の保温カバー１６Ａ〜１６Ｄ）と、該保温カバー（第１〜第４の保温カバー１６Ａ〜１６Ｄ）の内部にエアーを供給し前記加熱ヒータ（第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄ）を冷却することにより加熱シリンダ１０の高温化を抑制する温度調整手段たるエアー供給手段１９と、を備えた射出成形機における温度制御方法であって、複数の加熱ヒータ（第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄ）のそれぞれの温度を測定する温度測定手段（第１〜第４の温度センサー２０Ａ〜２０Ｄ）を設け、該温度測定手段（第１〜第４の温度センサー２０Ａ〜２０Ｄ）により測定された加熱ヒータ（第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄ）の温度が、予め設定された設定温度よりも、０．４℃〜１．０℃（より好ましくは０．５℃）高温になったとき、制御手段１４がエアー供給手段１９のＰＩＤ制御を行い、前記０．４℃〜１．０℃高温になった加熱ヒータ（第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄ）の温度を、該加熱ヒータ（第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄ）に対して予め設定された設定温度に近づくよう制御する。

以上により、第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄの全てやその何れかの温度が、当該加熱ヒータに対して予め設定された設定温度よりも、０．４℃〜１．０℃（より好ましくは０．５℃）高温になったとき、制御手段１４がエアー供給手段１９のＰＩＤ制御を行い、高温になった加熱ヒータに対応する保温カバー内部へエアーを供給することでその加熱ヒータの冷却を行い、冷却された加熱ヒータの温度が予め設定された温度に達するとエアーの供給が停止される。すなわち、加熱ヒータに対する細やかな温度制御は、当該加熱ヒータに設定されている設定温度よりも、実測値が０．４℃〜１．０℃（好ましくは０．５℃）高温になったときに、これらを条件としてＰＩＤ制御が実行され、それにより、予め設定されている第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄの設定値に対する実測値のバラつきを抑制することが可能となり、ひいては高品質な成形体を製造することが可能となる。

さらに、ＰＩＤ制御により、第１〜第４の加熱ヒータ１５Ａ〜１５Ｄが予め設定されている温度に近づくよう細やかに制御されることで、従来の単なる加熱ヒータのオン／オフ制御とは異なり、無駄な電力消費を抑えることができる。

以上、本実施形態の一例を詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、本実施形態においては、加熱ヒータに対しエアーを供給して冷却するが、エアーとしては空気だけではく、それ以外の気体であってもよく、適宜選定してもよい。

１ 射出ユニット
１０ 加熱シリンダ
１１ 射出ノズル
１２ ホッパ
１３ ホッパブロック
１４ 制御手段
１５Ａ〜１５Ｄ 第１〜第４の加熱ヒータ
１６Ａ〜１６Ｄ 第１〜第４の保温カバー
１７Ａ〜１７Ｄ 第１〜第４のエアカプラー
１８Ａ〜１８Ｄ 第１〜第４のエアー供給管
１９ エアー供給手段（温度調整手段）
２０Ａ〜２０Ｄ 第１〜第４の温度センサー（温度測定手段）

Claims (2)

1. 内部にスクリューが設けられると共に外周に複数の加熱ヒータが装着された筒状の加熱シリンダと、
   該加熱シリンダの先端に装着され金型のキャビティに溶融樹脂を射出する射出ノズルと、
   前記複数の加熱ヒータのそれぞれの外側を囲む、前記加熱ヒータのそれぞれに対応して設けた複数の保温カバーと、
   該保温カバーの内部にエアーを供給し前記加熱ヒータを冷却することにより前記加熱シリンダの高温化を抑制する温度調整手段と、を備えた射出成形機における温度制御方法であって、
   前記複数の加熱ヒータのそれぞれの温度を測定する温度測定手段を設け、
   該温度測定手段により測定された前記加熱ヒータの温度が、予め設定された設定温度よりも、０．４℃〜１．０℃高温になったとき、
   制御手段が前記温度調整手段のＰＩＤ制御を行い、前記０．４℃〜１．０℃高温になった前記加熱ヒータの温度を、該加熱ヒータに対して予め設定された設定温度に近づくよう制御することを特徴とする射出成形機における温度制御方法。
2. 前記０．４℃〜１．０℃は、好ましくは０．５℃であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機における温度制御方法。

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