JP2020100090A - 電動射出成形機の保圧切換位置の調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型の温度が変化しても金型のキャビティに充填される樹脂の量が一定になり、品質が一定の成形品が得られる、電動射出成形機の運転方法を提供する。【解決手段】電動射出成形機（１）において、スクリュ（３）が保圧切換位置に到達するまで速度制御によりスクリュ（３）を駆動して射出工程を実施し、到達したら圧力制御に切換えて所定の保圧時間だけ保圧する保圧工程を実施して成形品を得る成形サイクルを連続的に繰り返すとき、保圧切換位置を調整することより達成される。具体的には、保圧工程の完了時におけるスクリュ（３）の位置と、予め定めた所定の目標スクリュ位置との偏差ｅを検出し、この偏差ｅが無くなるように次回の成形サイクルにおける保圧切換位置を調整する。保圧切換位置の調整量は、偏差ｅに比例するように決定してもよい。【選択図】 図２

Description

本発明は、射出シリンダ内に設けられているスクリュと、このスクリュを射出方向に駆動する射出用モータとを備えた電動射出成形機における保圧切換位置の調整方法に関するもので、換言するとスクリュを速度制御する射出工程から圧力制御する保圧工程に切換えるスクリュ位置つまり保圧切換位置を調整する方法に関するものである。

電動射出成形機は、文献名を挙げるまでもなく従来周知で、射出シリンダ、この射出シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動自在に設けられているスクリュ、このスクリュを回転駆動する可塑化用モータ、軸方向に駆動する射出用モータ、これらのモータを制御する制御装置等から構成されている。したがって、これらのモータを適宜制御して、可塑化用モータでスクリュを回転駆動して可塑化し、そして射出用モータによりスクリュを軸方向に駆動して射出し、その後保圧することができる。

射出工程では、スクリュの速度を制御する速度制御が実施される。そして、スクリュが保圧切換位置に達すると、保圧工程に移行する。すなわち所定の保圧時間満了までトルク制御すなわち圧力制御が実施される。

射出工程と保圧工程とを実施するとき、射出工程において例えば金型のキャビテイの９５％の容量の溶融樹脂が充填され、保圧工程において残りの容量が充填されて１００％に達し、その後も圧力を印加して樹脂の冷却による体積減少分を補うようになっている。保圧工程を実施した後に、射出シリンダの先端部に残る樹脂の量はクッションすなわち残量と呼ばれているが、この残量は必ずしも一定にならない。これを図３によって説明する。図３において符号６０は射出シリンダを、６１はスクリュをそれぞれ示している。スクリュ６１が射出方向に前進して設定された保圧切換位置６３に達すると、保圧工程に移行して設定された保圧時間だけ保圧される。射出シリンダ６０の先端部６２には所定の残量が残る。この残量はスクリュ６１の先端部と射出ノズル６４の入り口部との距離（ｄ）ｍｍで表すこともできるし、あるいはスクリュ位置で表すこともできる。残量が良好な状態が図４において符号Ｘで示されている。しかしながら、例えば金型温度が上昇すると溶融樹脂の流動抵抗が小さくなって充填し易くなるので、同じ保圧切換位置で切り換えても残量は少なくなることがある。この状態が符号Ｘ’で示されている。この場合キャビティに過剰に樹脂が充填されるオーバパックが発生したり、さらにはバリ等の成形不良が発生することもある。これとは反対に金型の温度が下がると充填抵抗が大きくなって充填し難くなる。そうすると、符号Ｘ”で示されているように残量が多くなることがある。この場合、ショートショット等の成形不良が発生することがある。残量が多い場合には、次の成形サイクルまで滞留する樹脂が増えて、樹脂が変質し易くなり他の成形不良の原因にもなり得る。

本発明の直接的な先行技術文献ではないが、特許文献１〜３には、それぞれ異なる射出成形の射出、保圧に関する制御方法が示されている。

特開平８−９０６１９号公報 特開平８−３９６３２号公報 特開平１０−１２８８１２号公報

特許文献１には、射出・保圧用の油圧シリンダを次のように制御する射出成形装置が示されている。すなわち、射出工程時には射出スクリュの速度が一定になるように、射出工程の終期においてノズルの内圧が所定のしきい値以上となった場合にスクリュの速度が加速度一定で降下するように制御する。そして金型内の圧力が所定値に達した時点で保圧制御に切り換える制御方法が示されている。特許文献２には、射出開始位置から予備位置までは射出圧力が最大となるように、予備位置からはスクリュの移動速度が一定になるように制御し、現在のスクリュの速度が、予め設定された充填完了前のスクリュの速度より所定量だけ小さくなったとき保圧制御に切り換える制御方法が示されている。また、特許文献３には、射出工程において、射出用電動モータを位置のフィードバック制御より制御し、設定された残量設定位置に達すると、射出保圧タイマー満了まで残量設定位置を保持するように制御する発明が示されている。また、この発明の残量設定位置は変数として自動設定することができるようにもなっている。

上記の特許文献１に記載の制御方法によると、成形材料の粘性などが変化しても最終的な金型内の圧力は一定になるので、成形品の品質が向上するという効果は得られる。しかし、金型内の内圧により保圧制御に切り換えられるようになっているので、射出シリンダの先端部に残る樹脂の残量は調整できない。換言すると、残量は金型温度、充填される樹脂の粘性等により変化することがあるが、残量が一定になるように調整することはできない。

特許文献２に記載の発明は保圧制御に保圧切換判断手段は備えているが、現在のスクリュの速度が、予め設定された充填完了前のスクリュの速度より所定量だけ小さくなったとき保圧制御に切り換えるもので、同様に残量を制御することはできない。

特許文献３に記載されている発明によると、スクリュが設定された残量設定位置に達すると、射出保圧タイマー満了まで残量設定位置を保持するように制御されるので、金型に射出される樹脂の量が常に一定になるという優れた効果が得られる。また、残量設定位置を人手で設定する代わりに、変数として残量位置すなわちスクリュの最前進位置の平均値を自動設定することもできる。しかしながら、前述したように射出する樹脂は、金型温度によって粘性が変化する。残量の変化はそれによって引き起こされることになるが、残量設定位置を保持するようにするだけでは、保圧における圧力が設定された条件と異なることもあり得るので、キャビティへの充填が不安定になる可能性がある。

したがって本発明は、金型の温度が変化しても金型のキャビティに充填される樹脂の量が一定になり、それによって品質が一定の成形品を成形することができるような、電動射出成形機の運転方法を提供することを目的としている。

本発明の上記目的は、電動射出成形機において、スクリュが所定の保圧切換位置に到達するまで速度制御によりスクリュを駆動して射出工程を実施し、到達したら圧力制御に切換えスクリュを駆動して所定の保圧時間だけ保圧する保圧工程を実施して成形品を得る成形サイクルを連続的に繰り返すとき、保圧切換位置を調整することより達成される。具体的には、保圧工程の完了時におけるスクリュの位置と、予め定めた所定の目標スクリュ位置との偏差を検出し、この偏差が無くなるように次回の成形サイクルにおける保圧切換位置を調整する。保圧切換位置の調整量は、偏差に比例するように決定してもよい。

すなわち本発明は、上記目的を達成するために、電動射出成形機において、スクリュが所定の保圧切換位置に到達するまで速度制御により前記スクリュを駆動して射出工程を実施し、到達したら圧力制御に切換えて前記スクリュを駆動して所定の保圧時間だけ保圧する保圧工程を実施して成形品を得る成形サイクルを連続的に繰り返すとき、前記保圧工程の完了時における前記スクリュの位置である保圧完了時スクリュ位置と、予め定めた保圧完了時目標スクリュ位置との偏差を検出し、該偏差が無くなるように次回の成形サイクルにおける前記保圧切換位置を調整することを特徴とする、電動射出成形機の保圧切換位置の調整方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の調整方法において、前記偏差に比例して前記保圧切換位置の調整量を決定することを特徴とする、電動射出成形機の保圧切換位置の調整方法として構成される。

以上のように、本発明は、スクリュが所定の保圧切換位置に到達するまで速度制御によりスクリュを駆動して射出工程を実施し、到達したら圧力制御に切換えて前記スクリュを駆動して所定の保圧時間だけ保圧する保圧工程を実施して成形品を得る成形サイクルを連続的に繰り返す、電動射出成形機を対象としている。つまり一般的な全ての電動射出成形機を対象としている。そして本発明においては、保圧工程の完了時におけるスクリュの位置である保圧完了時スクリュ位置と、予め定めた保圧完了時目標スクリュ位置との偏差を検出し、該偏差が無くなるように次回の成形サイクルにおける保圧切換位置を調整するように構成されている。そうすると、金型温度等の条件が変わっても保圧完了時の残量は常に一定になる。これによって金型のキャビティに充填される樹脂量は一定になることが保証される。つまりショートショットが発生することも、バリ、オーバパック等が発生することがない。そしてこのように樹脂の充填量を一定にするために、射出工程におけるスクリュ速度を変更する必要もないし、保圧工程における圧力および保圧時間を変更する必要もない。つまり実質的に成形品を成形するための射出条件は一定であり、変更されない。従って、金型温度等の条件が変わっても実質的に同等の品質で均一な成形品を成形し続けることができる。他の発明によると、偏差に比例して保圧切換位置の調整量を決定するように構成するので、調整量の決定は容易であり、発明を安価に提供できる。

本発明の実施の形態に係る電動射出成形機の一部を示す正面断面図である。 制御装置において実施される本発明の実施の形態に係る保圧切換位置の調整方法を示すブロック線図である。 従来の保圧終了時のスクリュの位置を模式的に示す正面図である。

以下、添付図面により本発明の実施の形態を説明する。図１に示されているように、本実施の形態に係る電動射出成形機１も、加熱シリンダ２と、この加熱シリンダ２内に設けられているスクリュ３とからなる射出装置５を備えており、スクリュ３はスクリュ駆動機構７によって駆動されるようになっている。スクリュ駆動機構７は、スクリュ３を回転する可塑化用モータ８と、スクリュ３を軸方向に駆動する射出用モータ９とを備えている。可塑化用モータ８とスクリュ３の駆動軸１２はベルト等の動力伝達手段１１によって結合され、可塑化用モータ８を回転するとスクリュ３が回転するようになっている。このようなスクリュ３の駆動軸１２は、その後端部において回転を許容する所定の軸受１４によって軸受けされている。この軸受１４は所定の部材１５に設けられており、部材１５を軸方向に駆動すると、軸受１４を介してスクリュ３が軸方向に駆動されるようになっている。部材１５にはボールネジ機構１８のボールナット１８ａが固定的に設けられ、ボールネジ機構１８のボールネジ１８ｂは、所定の動力伝達手段２０を介して射出用モータ９によって回転されるようになっている。従って、射出用モータ９を駆動するとボールネジ１８ｂが回転し、それによって部材１５およびスクリュ３が軸方向に駆動されることになる。このように構成されているスクリュ駆動機構７にはロードセル２１が設けられ、スクリュ３に作用する軸力、つまり射出圧力が検出されるようになっている。電動射出成形機１にはコントローラ、つまり制御装置２２が設けられ、ロードセル２１から検出される射出圧力や、射出用モータ９の回転位置にから検出されるスクリュ３の位置等が入力されるようになっており、可塑化用モータ８、射出用モータ９は制御装置２２によって制御されるようになっている。

本実施の形態に係る保圧切換位置の調整方法は、このような一般的な電動射出成形機１によって実施されるが、制御装置２２には予め次のような設定データがオペレータによって入力されている。
「保圧切換位置」
射出工程から保圧工程への切換の条件であり、スクリュ３を速度制御により駆動する射出工程を実施してスクリュ位置がこの保圧切換位置に達すると、圧力制御により駆動する保圧工程に切換えるようになっている。この保圧切換位置はオペレータによって初期値が入力されるが、本実施の形態に係る保圧切換位置の調整方法によって成形サイクル毎に調整され、値が変化するようになっている。
「保圧完了時目標スクリュ位置」
保圧工程の完了時におけるスクリュ３のスクリュ位置の目標値である。保圧工程の完了時における樹脂の残量ｄの目標値ということもできる。なお、残量ｄは、図１に示されているようにスクリュ３の先端に残っている樹脂量を示す。

本実施の形態に係る保圧切換位置の調整方法を説明する。電動射出成形機１において設定された成形条件に従って成形サイクルを実施する。すなわち射出装置５において可塑化用モータ８を駆動してスクリュ３を回転し、樹脂を溶融する。スクリュ３の先端に樹脂が計量され、スクリュ３が後退して所定のスクリュ位置に達したら、設定された樹脂量が計量されたと判断してスクリュ３の回転を停止する。射出用モータ９を駆動して型締めした金型に樹脂を射出する。すなわち設定された射出速度になるように速度制御すなわち位置制御によりスクリュ３を駆動する射出工程を実施し、スクリュ３が保圧切換位置に達したら保圧工程に切換える。つまり圧力制御すなわちトルク制御により制御する。設定された保圧時間が経過したら、保圧工程を完了する。金型を開くと成形品が得られる。成形サイクルが完了する。

本実施の形態に係る保圧切換位置の調整方法においては、保圧工程の完了時において、そのタイミングにおけるスクリュ位置すなわち保圧完了時スクリュ位置３１を検出する。そして図２に示されているように、制御装置２２において、保圧完了時目標スクリュ位置３０と保圧完了時スクリュ位置３１との偏差ｅを計算する。偏差ｅが無くなるように、調整器３４において次回の成形サイクルにおける保圧切換位置３５を調整する。つまりフィードバック制御により次回の成形サイクルにおける保圧切換位置３５を調整する。調整器３４においては、例えばＰＩＤ制御が実施され、比例要素、積分要素、微分要素のそれぞれのパラメータが設定されている。どのパラメータを設定すべきかについては適宜決定すればよいが、比例要素のパラメータのみを設定してもよい。具体的には、今回の成形サイクルにおける保圧切換位置から所定の調整量ｕを加算して次回の成形サイクルにおける保圧切換位置とするとき、以下のように計算する。
ｕ ＝ Ｋ×ｅ
ただし、ｕ：調整量、Ｋ：比例定数、ｅ：偏差
計算した調整量ｕを現在の保圧切換位置に加算して、次回の成形サイクルにおける保圧切換位置とする。

このようにして調整された保圧切換位置により、成形サイクルを実施する。保圧工程の完了時において保圧完了時スクリュ位置３１を検出し、保圧完了時目標スクリュ位置３０との偏差ｅが無くなるように、次回の成形サイクルにおける保圧切換位置を調整する。以下同様にして成形サイクルを繰り返す。本実施の形態に係る保圧切換位置の調整方法を実施すると、成形サイクルを繰り返す毎に保圧切換位置が調整されて、保圧完了時における残量ｄが一定になることが保証される。このことは金型のキャビティに充填される樹脂量が一定になることを意味する。これによって、均一な品質の成形品が成形されることが保証される。

１ 電動射出成形機 ２ 加熱シリンダ
３ スクリュ ５ 射出装置
７ スクリュ駆動機構 ８ 可塑化モータ
９ 射出用モータ ２１ ロードセル
２２ 制御装置

すなわち本発明は、上記目的を達成するために、電動射出成形機において、スクリュが所定の保圧切換位置に到達するまで速度制御により前記スクリュを駆動して金型に樹脂を射出する射出工程を実施し、到達したら圧力制御に切換えて前記スクリュを駆動して所定の保圧時間だけ保圧する保圧工程を実施して成形品を得る成形サイクルを連続的に繰り返すとき、前記保圧工程の完了時における前記スクリュの位置である保圧完了時スクリュ位置と、予め定めた保圧完了時目標スクリュ位置との偏差を検出し、該偏差が無くなるように次回の成形サイクルにおける前記保圧切換位置を調整し、それによって前記金型のキャビティに充填される樹脂量を一定にすることを特徴とする、電動射出成形機の保圧切換位置の調整方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の調整方法において、前記偏差に比例して前記保圧切換位置の調整量を決定することを特徴とする、電動射出成形機の保圧切換位置の調整方法として構成される。

以上のように、本発明は、スクリュが所定の保圧切換位置に到達するまで速度制御によりスクリュを駆動して金型に樹脂を射出する射出工程を実施し、到達したら圧力制御に切換えて前記スクリュを駆動して所定の保圧時間だけ保圧する保圧工程を実施して成形品を得る成形サイクルを連続的に繰り返す、電動射出成形機を対象としている。つまり一般的な全ての電動射出成形機を対象としている。そして本発明においては、保圧工程の完了時におけるスクリュの位置である保圧完了時スクリュ位置と、予め定めた保圧完了時目標スクリュ位置との偏差を検出し、該偏差が無くなるように次回の成形サイクルにおける保圧切換位置を調整し、それによって前記金型のキャビティに充填される樹脂量を一定にするように構成されている。そうすると、金型温度等の条件が変わっても保圧完了時の残量は常に一定になる。つまり金型のキャビティに充填される樹脂量は一定になることが保証される。従ってショートショットが発生することも、バリ、オーバパック等が発生することがない。そしてこのように樹脂の充填量を一定にするために、射出工程におけるスクリュ速度を変更する必要もないし、保圧工程における圧力および保圧時間を変更する必要もない。つまり実質的に成形品を成形するための射出条件は一定であり、変更されない。従って、金型温度等の条件が変わっても実質的に同等の品質で均一な成形品を成形し続けることができる。他の発明によると、偏差に比例して保圧切換位置の調整量を決定するように構成するので、調整量の決定は容易であり、発明を安価に提供できる。

Claims (2)

1. 電動射出成形機において、スクリュが所定の保圧切換位置に到達するまで速度制御により前記スクリュを駆動して射出工程を実施し、到達したら圧力制御に切換えて前記スクリュを駆動して所定の保圧時間だけ保圧する保圧工程を実施して成形品を得る成形サイクルを連続的に繰り返すとき、
   前記保圧工程の完了時における前記スクリュの位置である保圧完了時スクリュ位置と、予め定めた保圧完了時目標スクリュ位置との偏差を検出し、該偏差が無くなるように次回の成形サイクルにおける前記保圧切換位置を調整することを特徴とする、電動射出成形機の保圧切換位置の調整方法。
2. 請求項１に記載の調整方法において、前記偏差に比例して前記保圧切換位置の調整量を決定することを特徴とする、電動射出成形機の保圧切換位置の調整方法。

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