JP2017013340A

JP2017013340A - 射出成形機

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Publication number: JP2017013340A
Application number: JP2015131733A
Authority: JP
Inventors: 一弥日置; Kazuya Hioki
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: EP3112123A1; CN106313420B; JP6611160B2; EP3112123B1; CN106313420A

Abstract

【課題】保圧工程における圧力制御の安定性を向上した、射出成形機の提供。
【解決手段】金型装置内に充填される成形材料を加熱するシリンダと、前記シリンダ内に進退自在に配設される射出部材と、前記射出部材を進退させる駆動源と、前記駆動源を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記駆動源を駆動させる保圧工程中に、前記駆動源の制御に用いる制御ゲインを下げる、射出成形機。
【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、例えば金型装置内に充填される成形材料を加熱するシリンダと、シリンダ内に進退自在に且つ回転自在に配設されるスクリュと、スクリュを進退させる射出モータと、射出モータを制御するコントローラとを備える（例えば特許文献１参照）。コントローラは、射出モータを制御することで、充填工程および保圧工程を行う。充填工程では、スクリュを設定速度で前進させることにより、スクリュの前方に蓄積された成形材料をシリンダから射出し金型装置内に充填する。続く、保圧工程では、スクリュを設定圧力で前方に押し、金型装置内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。

特開２０１１−１８３７０５号公報

保圧工程中、金型装置内に充填された成形材料は、徐々に冷却され固化される。成形材料が固化されるにつれ、成形材料の弾性率が上昇し、成形材料の弾性変形量が同じ場合に成形材料にかかる圧力が増加する。そのため、保圧工程中に、圧力制御の安定性が低下することがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、保圧工程における圧力制御の安定性を向上した、射出成形機の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
金型装置内に充填される成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダ内に進退自在に配設される射出部材と、
前記射出部材を進退させる駆動源と、
前記駆動源を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記駆動源を駆動させる保圧工程中に、前記駆動源の制御に用いる制御ゲインを下げる、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、保圧工程における圧力制御の安定性を向上した、射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。本発明の一実施形態による射出成形機の制御系を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

図１は、一実施形態による射出成形機を示す図である。射出成形機は、フレームＦｒと、型締装置１０と、射出装置４０と、コントローラ９０とを有する。

先ず、型締装置１０について説明する。型締装置１０の説明では、型閉時の可動プラテン１３の移動方向（図１中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１３の移動方向（図１中左方向）を後方として説明する。

型締装置１０は、金型装置３０の型閉、型締、型開を行う。型締装置１０は、固定プラテン１２、可動プラテン１３、リヤプラテン１５、タイバー１６、トグル機構２０、型締モータ２１および運動変換機構２５を有する。

固定プラテン１２は、フレームＦｒに対し固定される。固定プラテン１２における可動プラテン１３との対向面に固定金型３２が取り付けられる。

可動プラテン１３は、フレームＦｒ上に敷設されるガイド（例えばガイドレール）１７に沿って移動自在とされ、固定プラテン１２に対し進退自在とされる。可動プラテン１３における固定プラテン１２との対向面に可動金型３３が取り付けられる。

固定プラテン１２に対し可動プラテン１３を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。

リヤプラテン１５は、固定プラテン１２と間隔をおいて連結され、フレームＦｒ上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、リヤプラテン１５は、フレームＦｒ上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。リヤプラテン１５のガイドは、可動プラテン１３のガイド１７と共通のものでもよい。

尚、本実施形態では、固定プラテン１２がフレームＦｒに対し固定され、リヤプラテン１５がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされるが、リヤプラテン１５がフレームＦｒに対し固定され、固定プラテン１２がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされてもよい。

タイバー１６は、固定プラテン１２とリヤプラテン１５とを間隔をおいて連結する。タイバー１６は、複数本用いられてよい。各タイバー１６は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも１本のタイバー１６には型締力検出器１８が設けられる。型締力検出器１８は、歪みゲージ式であってよく、タイバー１６の歪みを検出することによって型締力を検出する。

尚、型締力検出器１８は、歪みゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取り付け位置もタイバー１６に限定されない。

トグル機構２０は、可動プラテン１３とリヤプラテン１５との間に配設される。トグル機構２０は、クロスヘッド２０ａ、複数のリンク２０ｂ、２０ｃなどで構成される。一方のリンク２０ｂは可動プラテン１３に揺動自在に取り付けられ、他方のリンク２０ｃはリヤプラテン１５に揺動自在に取り付けられる。これらのリンク２０ｂ、２０ｃは、ピンなどで屈伸自在に連結される。クロスヘッド２０ａを進退させることにより、複数のリンク２０ｂ、２０ｃが屈伸され、リヤプラテン１５に対し可動プラテン１３が進退される。

型締モータ２１は、リヤプラテン１５に取り付けられ、クロスヘッド２０ａを進退させることにより、可動プラテン１３を進退させる。型締モータ２１とクロスヘッド２０ａとの間には、型締モータ２１の回転運動を直線運動に変換してクロスヘッド２０ａに伝達する運動変換機構２５が設けられる。運動変換機構２５は例えばボールねじ機構で構成される。クロスヘッド２０ａの速度は、型締モータ２１のエンコーダ２１ａなどにより検出される。

型締装置１０の動作は、コントローラ９０によって制御される。コントローラ９０は、型閉工程、型締工程、型開工程などを制御する。

型閉工程では、型締モータ２１を駆動して可動プラテン１３を前進させることにより、可動金型３３を固定金型３２に接触させる。

型締工程では、型締モータ２１をさらに駆動させることで型締力を生じさせる。型締時に可動金型３３と固定金型３２との間にキャビティ空間３４が形成され、キャビティ空間３４に液状の成形材料が充填される。キャビティ空間３４内の成形材料は、固化され、成形品となる。

型開工程では、型締モータ２１を駆動して可動プラテン１３を後退させることにより、可動金型３３を固定金型３２から離間させる。

尚、本実施形態の型締装置１０は、駆動源として、型締モータ２１を有するが、型締モータ２１の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置１０は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。

次に、射出装置４０について説明する。射出装置４０の説明では、型締装置１０の説明と異なり、充填時のスクリュ４３の移動方向（図１中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ４３の移動方向（図１中右方向）を後方として説明する。

射出装置４０は、フレームＦｒに対し進退自在なスライドベースＳｂに設置され、金型装置３０に対し進退自在とされる。射出装置４０は、金型装置３０にタッチされ、金型装置３０内に成形材料を充填する。射出装置４０は、例えばシリンダ４１、ノズル４２、スクリュ４３、計量モータ４５、射出モータ４６、および圧力検出器４７を有する。

シリンダ４１は、供給口４１ａから供給された成形材料を加熱する。供給口４１ａはシリンダ４１の後部に形成される。シリンダ４１の外周には、ヒータなどの加熱源が設けられる。

ノズル４２は、シリンダ４１の前端部に設けられ、金型装置３０に対し押し付けられる。

スクリュ４３は、シリンダ４１内において回転自在に且つ進退自在に配設される。スクリュ４３が特許請求の範囲に記載の射出部材に対応する。

計量モータ４５は、スクリュ４３を回転させることにより、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ４１からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。

射出モータ４６は、スクリュ４３を進退させる。射出モータ４６が特許請求の範囲に記載の駆動源に対応する。射出モータ４６は、スクリュ４３を前進させることにより、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料をシリンダ４１から射出し金型装置３０内に充填させる。その後、射出モータ４６は、スクリュ４３を前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。射出モータ４６とスクリュ４３との間には、射出モータ４６の回転運動をスクリュ４３の直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。

圧力検出器４７は、例えば射出モータ４６とスクリュ４３との間に配設され、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力、スクリュ４３に対する背圧などを検出する。スクリュ４３が成形材料から受ける圧力は、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力に対応する。

コントローラ９０は、ＣＰＵ（Central Pocessing Unit）と、メモリなどの記憶媒体とを有する。コントローラ９０は、記憶媒体に記憶されたプログラムをＣＰＵに実行させることにより、射出装置４０などを制御する。

コントローラ９０は、充填工程、保圧工程、および冷却工程などの一連の工程を行うことにより、成形品を製造する成形動作を行う。コントローラ９０は、これらの一連の工程を繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造するサイクル運転を行う。成形サイクルの短縮のため、冷却工程中に、計量工程が行われてよい。

充填工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定速度で前進させ、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置３０内に充填させる。スクリュ４３の位置や速度は、例えば射出モータ４６のエンコーダ４６ａにより検出される。スクリュ４３の位置が所定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が所定位置に達した後、その所定位置にスクリュ４３を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ４３の停止の代わりに、スクリュ４３の微速前進または微速後退が行われてもよい。

保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば圧力検出器４７により検出される。保圧工程では金型装置３０内の成形材料が徐々に冷却され、保圧工程完了時にはキャビティ空間３４の入口が固化した成形材料で塞がれる。この状態はゲートシールと呼ばれ、キャビティ空間３４からの成形材料の逆流が防止される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間３４内の成形材料の固化が行われる。冷却工程中に計量工程が行われてよい。

計量工程では、計量モータ４５を駆動してスクリュ４３を設定回転数で回転させ、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。スクリュ４３の回転数は、例えば計量モータ４５のエンコーダ４５ａにより検出される。

計量工程では、スクリュ４３の急激な後退を制限すべく、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３に対して設定背圧を加えてよい。スクリュ４３に対する背圧は、例えば圧力検出器４７により検出される。スクリュ４３が所定位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。

図２は、本発明の一実施形態による射出成形機の制御系を示す図である。コントローラ９０は、圧力検出部９１、速度検出部９３、速度指令演算部９４、制御指令演算部９５、およびドライバ部９６などを有する。

圧力検出部９１は、スクリュ４３の圧力実績Ｐを検出する。スクリュ４３の圧力実績Ｐは、成形材料の圧力実績に対応し、例えば圧力検出器４７を用いて検出する。

速度検出部９３は、スクリュ４３の速度実績Ｖを検出する。スクリュ４３の速度実績Ｖは、射出モータ４６の回転速度実績に対応し、例えば射出モータ４６のエンコーダ４６ａを用いて検出する。スクリュ４３の速度は、例えばスクリュ４３の前進時の速度を正、スクリュ４３の後退時の速度を負として表す。

速度指令演算部９４は、圧力指令Ｐｒｅｆと圧力実績Ｐとに基づいて、速度指令を算出する。例えば、速度指令演算部９４は、圧力指令Ｐｒｅｆと圧力実績Ｐとの偏差がゼロになるように、速度指令Ｖｒｅｆを算出する。速度指令Ｖｒｅｆの算出には、例えばＰＩ演算、ＰＩＤ演算などが用いられる。

制御指令演算部９５は、速度指令Ｖｒｅｆと速度実績Ｖとに基づいてドライバ部９６の出力波を作成する。例えば、制御指令演算部９５は、速度指令Ｖｒｅｆと速度実績Ｖとの偏差がゼロになるようにドライバ部９６の出力波を作成する。ドライバ部９６の出力波の作成には、例えばＰＩ演算、ＰＩＤ演算などが用いられる。制御指令演算部９５は、ドライバ部９６の出力波と搬送波とを比較することにより、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を作成する。

尚、本実施形態の制御指令演算部９５は、ＰＷＭ信号を作成するが、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）信号を作成してもよい。ドライバ部９６の制御方式は、特に限定されない。

ドライバ部９６は、直流電力を交流電力に変換するインバータなどで構成される。インバータは、例えば２つのスイッチング素子で構成されるレグを複数有する。各スイッチング素子に対し逆並列にダイオードが接続される。ダイオードは、各スイッチング素子に内蔵されてもよい。インバータは、制御指令演算部９５からのＰＷＭ信号に従ってスイッチングし、交流電力を射出モータ４６に供給する。

ところで、保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。保圧工程中、金型装置３０内に充填された成形材料は、徐々に冷却され固化される。成形材料が固化されるにつれ、成形材料の弾性率が上昇する。成形材料の弾性変形量が同じ場合、成形材料の弾性率が上昇すると、成形材料にかかる圧力が増加する。

そこで、コントローラ９０は、保圧工程中に、射出モータ４６の制御に用いる制御ゲイン（＞０）を下げる。例えば、コントローラ９０は、保圧工程中に、速度指令Ｖｒｅｆの算出に用いる比例ゲインを下げる。

一般的に、比例制御では、偏差に比例ゲインを乗じて操作量を生成する。比例ゲインが一定の場合、偏差が大きいほど、偏差をゼロに近づけようとする力が大きい。一方、偏差が一定の場合、比例ゲインが小さいほど、偏差をゼロに近づけようとする力が小さい。

コントローラ９０は、保圧工程中に比例ゲインを下げることで、成形材料の弾性率の上昇による成形材料の圧力増加を抑制でき、圧力制御の安定性を向上できる。

コントローラ９０が保圧工程中に下げる制御ゲインは、比例ゲインには限定されず、例えば積分ゲイン、微分ゲインなどでもよく、これら３つのうちの任意の組合せの複数でもよい。また、コントローラ９０が保圧工程中に下げる制御ゲインは、速度指令Ｖｒｅｆの算出に用いる制御ゲインと、ドライバ部９６の出力波の作成に用いる制御ゲインとのいずれでもよく、両方でもよい。コントローラ９０が、保圧工程中に、射出モータ４６の制御に用いる制御ゲインを下げることで、圧力制御の安定性を向上できる。

尚、コントローラ９０は、図２では、圧力指令Ｐｒｅｆおよび圧力実績Ｐに基づいて、速度指令Ｖｒｅｆを算出するが、速度指令Ｖｒｅｆの代わりに位置指令を算出してもよい。位置とはスクリュ４３の位置のことである。この場合、コントローラ９０は、位置指令と位置実績とに基づいて、ドライバ部９６の出力波を作成する。この場合、コントローラ９０が保圧工程中に下げる制御ゲインは、位置指令の算出に用いる制御ゲインと、ドライバ部９６の出力波の作成に用いる制御ゲインとのいずれでもよく、両方でもよい。

尚、コントローラ９０は、図２では、２つのフィードバックループを有するが、１つのフィードバックループを有してもよい。つまり、コントローラ９０は、圧力指令Ｐｒｅｆおよび圧力実績Ｐに基づいて、速度指令Ｖｒｅｆを算出する代わりに、ドライバ部９６の出力波を作成してもよい。この場合、コントローラ９０が保圧工程中に下げる制御ゲインは、ドライバ部９６の出力波の作成に用いる制御ゲインである。コントローラ９０は、３つ以上のフィードバックループを有してもよい。

コントローラ９０は、保圧工程中に、上記制御ゲインを連続的または段階的に下げる。コントローラ９０は、上記制御ゲインを段階的に下げる場合、１回以上、制御ゲインを下げればよい。

コントローラ９０は、保圧工程中に、例えば時間の経過に応じて、上記制御ゲインを下げる。時間は、コントローラ９０に備えられるタイマーなどで計測できる。経過時間と制御ゲインとの関係は、保圧工程における圧力制御が安定するように試験などで求められ、コントローラ９０の記憶媒体に記憶される。コントローラ９０は、保圧工程中に、経過時間を監視し、記憶媒体に記憶された情報に従って制御ゲインを下げる。

また、コントローラ９０は、保圧工程中に、金型装置３０内の成形材料の温度低下に応じて、射出モータ４６の制御に用いる制御ゲインを下げてもよい。金型装置３０内の成形材料の温度は、金型装置３０に設けられる温度センサなどで計測できる。金型装置３０内の成形材料の温度と制御ゲインとの関係は、保圧工程における圧力制御が安定するように試験などで求められ、コントローラ９０の記憶媒体に記憶される。コントローラ９０は、保圧工程中に、金型装置３０内の成形材料の温度を監視し、記憶媒体に記憶された情報に従って制御ゲインを下げる。

さらに、コントローラは、保圧工程中に、金型装置３０内の成形材料の粘度上昇に応じて、射出モータ４６の制御に用いる制御ゲインを下げてもよい。金型装置３０内の成形材料の粘度は、金型装置３０内の成形材料の温度から推定できる。金型装置３０内の成形材料の粘度と制御ゲインとの関係は、保圧工程における圧力制御が安定するように試験などで求められ、コントローラ９０の記憶媒体に記憶される。コントローラ９０は、保圧工程中に、金型装置３０内の成形材料の粘度を監視し、記憶媒体に記憶された情報に従って制御ゲインを下げる。

尚、コントローラ９０は、保圧工程中に、（１）経過時間、（２）金型装置３０内の成形材料の温度、（３）金型装置３０内の成形材料の粘度のうちの複数の項目を監視してもよく、その監視結果に基づいて制御ゲインを下げてもよい。

コントローラ９０は、保圧工程中に下げる制御ゲインの下降パターンを複数種類、記憶媒体に記憶してもよい。コントローラ９０は、ユーザによる入力操作を受け付ける操作装置と接続されており、操作装置におけるユーザの入力操作に応じた下降パターンを記憶媒体から読み出して使用する。また、コントローラ９０は、保圧工程中における圧力制御の安定性を評価し、評価結果に応じて使用する下降パターンを変更してもよい。安定性の高い下降パターンが使用できる。圧力制御の安定性は、例えばスクリュ４３の圧力実績Ｐの変動幅の大きさに基づいて評価できる。変動幅の大きさが小さいほど、安定性が良いと評価できる。

以上、射出成形機の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態の射出装置は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式でもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。射出装置がプリプラ方式の場合、射出シリンダが特許請求の範囲に記載のシリンダに対応し、プランジャが特許請求の範囲に記載の射出部材に対応する。

また、上記実施形態の射出モータは、回転モータであるが、リニアモータでもよい。また、射出モータの代わりに、油圧シリンダや空気圧シリンダなどの流体圧シリンダが用いられてもよい。

３０金型装置
３２固定金型
３３可動金型
４０射出装置
４１シリンダ
４２ノズル
４３スクリュ
４６射出モータ
４６ａ射出モータのエンコーダ
９０コントローラ
９１圧力検出部
９３速度検出部
９４速度指令演算部
９５制御指令演算部
９６ドライバ部

Claims

金型装置内に充填される成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダ内に進退自在に配設される射出部材と、
前記射出部材を進退させる駆動源と、
前記駆動源を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記駆動源を駆動させる保圧工程中に、前記駆動源の制御に用いる制御ゲインを下げる、射出成形機。
前記コントローラは、前記保圧工程中に、時間の経過に応じて前記制御ゲインを下げる、請求項１に記載の射出成形機。
前記コントローラは、前記保圧工程中に、前記金型装置内の成形材料の温度低下に応じて前記制御ゲインを下げる、請求項１または２に記載の射出成形機。
前記コントローラは、前記保圧工程中に、前記金型装置の成形材料の粘度上昇に応じて前記制御ゲインを下げる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形機。