JP2657162B2 - 射出成形機の監視方法とこの方法を使用した射出成形システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機の監視方法
とこの方法を使用した射出成形システムに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、スクリューにより樹脂材料を金型
のキャビティ内に注入して成形品を得る射出成形機にお
いて、その射出成形工程での動作が正常であったか異常
であったかを判定する手段として、合成樹脂材料をキャ
ビティ内に送り込むためのスクリューの前進位置をエン
コーダで検出したりするものがあった。通常は射出工程
完了時のスクリュー位置を検出するものであり、各射出
成形工程毎に工程完了時のスクリュー位置を検出し、こ
れが予め設定してある許容範囲内であるか否かを見て射
出成形機の動作が正常か異常か判断し、許容範囲外であ
るときには成形品は不良品と判定される。

【０００３】なお、従来の射出成形システムにおいて、
キャビティ内の樹脂をスクリューにより高圧で加圧しス
クリューの最大前進位置で動作完了するものに関して
は、この最大前進位置を比較することによって動作状態
を監視することになる（第１の従来例）。また、スクリ
ューが最大前進位置にある状態から僅かに圧力を緩めて
負荷を軽減した状態で動作完了するものに関しては、ス
クリューが若干後退して停止した位置を比較して動作状
態を監視することになる（第２の従来例）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の射出成形システ
ムにおいては、射出成形工程中のある１点における１項
目（例えば射出成形工程完了時のスクリュー位置）のみ
によって動作異常を検知するようになっているが、これ
では精度が完全とは言えない。例えば、第１の従来例で
は、何等かのトラブルでスクリューが十分後退できなく
なって十分な量の樹脂の供給が受けられなくなったよう
な場合にも、スクリューが所定の位置まで前進していれ
ば正常とみなされるが、実際には樹脂量が不足して成形
品の寸法や形状に狂いを生じるおそれがある。また第２
の従来例では、射出成形工程中のスクリューの前進が不
十分であっても工程完了時の停止位置が所定範囲に入っ
ていれば正常とみなされるが、この場合にも十分な量の
樹脂がキャビティ内にいきわたっているとは限らず、や
はり成形品に異常を生じるおそれがある。

【０００５】逆に成形工程時にスクリューが前進し過ぎ
ていると、樹脂量が過剰に充填されることになり、成形
品に大きなバリを生じるおそれがある。その場合、製品
として用いるにはバリ取りなどの２次加工を行なう必要
があり、手間がかかる。このように、従来の技術では、
射出成形機が設定条件の通り正常に動作しているか否か
を正確に監視できているとは言えないものであった。

【０００６】そこで本発明の目的は、射出成形工程にお
いて特に射出成形品の寸法精度との相関関係が深いデー
タを検出して判断基準とすることにより、射出成形機が
設定された条件の通り正常に動作しているか否かを正確
に監視できるようにすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る射出成形機の監視方法は、加圧部材を
用いてシリンダ内の樹脂材料を加圧し、これを金型のキ
ャビティ内ヘ進入させて成形品を得る射出成形機を用
い、第１の圧力にて加圧部材を加圧してシリンダ内を前
進させたときに前進不能になる第１の位置と、第１の位
置にある加圧部材に加える圧力を緩めて第１の圧力より
も低い第２の圧力としたときに加圧部材が後退して停止
する第２の位置とを検出し、この検出情報により射出成
形機の動作が正常であるか否かを判定するものである。

【０００８】本発明の射出成形システムの特徴は、樹脂
材料が供給されるシリンダと、シリンダ内に配設されシ
リンダ内の樹脂材料を加圧してこれを金型のキャビティ
内ヘ注入可能な加圧部材と、加圧部材をシリンダ内で進
退させる進退駆動手段とを具備している。さらに、進退
駆動手段により加圧部材が第１の圧力でシリンダ内を前
進したときに加圧部材が前進不能になる第１の位置と、
進退駆動手段により第１の位置にある加圧部材に加える
圧力を緩めて第１の圧力よりも低い第２の圧力としたと
きに加圧部材が後退して停止する第２の位置とを検出す
る検出手段と、この検出手段の出力を受けて射出成形機
の動作が正常であるか否かを判定する判定手段とが備わ
っている。

【０００９】

【作用】加圧部材の第１の位置と第２の位置との間の距
離は、キャビティ内へ注入された樹脂材料の圧縮量に対
応し、キャビティ内の樹脂圧力を表すものである。すな
わちこれは、射出成形工程においてキャビティ内に適性
な量かつ圧力の樹脂材料が充填されたか否かを検知する
ことになり、正常な成形品を製造するための動作が正常
になされたか否かを精度よく判断できる。

【００１０】

【実施例】図１に本発明に係る射出成形システムの一実
施例の全体構成を示しており、固定盤１に固定金型２が
固着してあり、固定金型２に対向する可動金型３は、可
動盤４に固着されて型締手段５により固定金型２に向か
って進退可能である。固定金型２と可動金型３との対接
面に所望の成形品形状のキャビティ６が形成してある。

【００１１】シリンダ７は、外周にリング状のヒータ８
が配設してあり、その先端部（左端部）は固定金型２に
接合してある。シリンダ７の軸心に中空部７ａが設けて
あり、中空部の先端部のノズル７ｂはキャビティ６に連
通している。中空部７ａ内には、樹脂材料を加圧する加
圧部材９であるスクリューが、回転可能かつ進退可能に
嵌合している。このスクリュー９のストロークＳは、最
も前進可能な位置をストローク０mmと表し、後退するに
つれてストロークＳの数値が大きくなるように表してい
る。

【００１２】シリンダ７の後端部（右端部）上部にホッ
パ１０が配設してあり、ホッパ１０内に収納してある粉
末状の樹脂材料は、その自重によりシリンダ７の中空部
７ａ内に落下するようになっている。

【００１３】中空部７ａの後端部は開口しており、スク
リュー９は、この開口から回転手段１１である駆動モー
タからの回転力が歯車装置１２を介して伝達されて回転
駆動される。また同時に、進退駆動手段１３である射出
シリンダにより前進後退する駆動力が与えられる。

【００１４】図３に本発明の射出成形システムのブロッ
ク図を示しており、射出成形工程全体を制御する制御手
段（コントローラ）１４によって、型締手段５，回転手
段１１及び進退駆動手段１３が制御されるものであり、
進退駆動手段１３は、射出速度Ｖ（％）または射出圧力
Ｐ（％）による制御を受けて駆動される。またスクリュ
ー９の先端９ａの位置は検出手段（エンコーダ）１５に
より検出され、その検出値は制御手段１４に供給され
る。また制御手段１４からの検出値の供給を受けて、判
定手段１６により後述する射出成形機の動作の監視が行
われる。また、成形品取出手段１７は、図示しないが真
空吸引装置または把持爪などからなるチャック手段を有
するものであり、制御手段１４に制御されて、型開き状
態の両金型２，３間と良品収容手段１８，不良品収容手
段１９との間で移動可能なものである。そして、成形品
取出手段１７は可動金型３のキャビティから成形品を取
出し、正常な成形工程が行なわれた場合には良品収納手
段１８に、動作異常と判断された場合には不良品収納手
段１９に成形品を収納するようにしている。

【００１５】次に成形品を成形する動作について図２及
び図４に基づいて説明する。図２は射出成形機の一部を
拡大して示しており、図４（ａ），（ｂ）は射出シリン
ダ１３の制御例を線図で示している。そして図５は、図
４に示す成形条件に基づいて制御された射出工程におい
て実際のストロークと時間との関係を示している。

【００１６】まず、型締手段５の作動により可動盤４と
共に可動金型３が前進し、固定金型２に対接してキャビ
ティ６を密閉状態にする。ホッパ１０から粉末の樹脂材
料が中空部７ａ内に落下し、スクリュー９が駆動モータ
１１により回転駆動されると、材料は混練されつつ中空
部７ａの先端部へと送られる。この間に樹脂材料はヒー
タ８から加熱され溶融状態となる。中空部７ａの先端部
に溶融状態の樹脂材料が十分貯えられると、所定の位置
Ｓ１で駆動モータ１１を停止してスクリュー９の回転を
停止する。スクリュー９の回転を停止する位置は、キャ
ビティ６を充填するのに十分な樹脂材料の量が中空部７
ａの先端部に貯えられているかどうかで決められるもの
で、リミットスイッチによって規制することができる。
この位置Ｓ１が樹脂射出開始位置となり、図５に示すよ
うに本実施例ではストローク１６mmの位置である。

【００１７】次に、射出シリンダ１３を駆動する。な
お、以下の説明においては、進退駆動手段１３が最大駆
動力で作動した場合のスクリュー９の速度および圧力を
それぞれ１００％と設定した場合の、実際の速度および
圧力を百分率で示している。

【００１８】最初は、図４（ａ）に示すように、溶融状
態の樹脂材料をキャビティ６内に注入する段階であり、
射出シリンダ１３をストロークＳと射出速度（スクリュ
ー９の速度）Ｖに基づいて制御する。まず、射出速度Ｖ
＝４０％で射出シリンダ１３を制御し、スクリュー９を
位置Ｓ１から前進させ、ストローク８mmの位置Ｓ２に至
ったら、それ以後は、射出速度Ｖ＝５％で制御する。射
出速度Ｖを４０％から５％に下げることによって、溶融
状態の材料が細いスプルー，ランナ（図示せず。）を通
ってキャビティ６内に無理なく注入される。射出速度Ｖ
＝５％で制御してストローク６mmの位置Ｓ３までスクリ
ュー９が前進した時に、再び射出速度Ｖ＝４０％に上げ
るが、これはストローク０．１mm程度前進した位置Ｓ４
で止める。これによりキャビティ６内の樹脂材料の充填
を確実にする。この位置Ｓ１からＳ４までの工程が実際
の注入動作であり、充填領域と呼ばれるものである。

【００１９】次は、図４（ｂ）に示すように、キャビテ
ィ６内に充填された樹脂材料の密度を均一にするために
圧力を加える段階に移行し、射出シリンダ１３を時間Ｔ
と射出圧力Ｐに基づいて制御する。まず、射出圧力Ｐ＝
２０％でシリンダ１３を制御し、この状態を時間Ｔ＝
０．１秒間保つ。次に、第１の圧力Ｐ１として射出圧力
Ｐ＝７０％で射出シリンダ１３を制御し、この状態を時
間Ｔ＝１．５秒間保つ。これによりキャビティ６内に充
填された樹脂材料の密度が均一状態になり所定の樹脂内
圧に保たれ、スクリュー９は前進不能となる。このとき
のスクリューヘッドの先端９ａ´の位置（最大前進位
置）を第１の位置としてエンコーダ１５で検出して検出
値ｘを得る。次に、第２の圧力Ｐ２として射出圧力Ｐ＝
２０％で射出シリンダ１３を制御すると、所定の樹脂内
圧に保たれていた樹脂材料に加わる圧力が減圧されるこ
とによりキャビティ内の樹脂からスクリュー９への反発
が生じてスクリュー９が後退し、スクリュー９の射出圧
力と樹脂の反発力とがバランスを保つ位置でスクリュー
９の後退が停止する。このときのスクリューヘッドの先
端９ａの位置を第２の位置としてエンコーダ１５で検出
して検出値ｙを得る。

【００２０】図５は、縦軸をストロークＳmm，横軸を時
間Ｔsec として、図４（ａ），（ｂ）に示した注入段階
と保圧段階でのスクリューヘッドの先端９ａの移動状況
を線図で示している。

【００２１】それから、エンコーダ１５からコントロー
ラ１４に供給された第１の位置（検出値ｘ）と第２の位
置（検出値ｙ）が判定手段１６に供給されて、両検出値
の差の絶対値（|ｘ−ｙ|）を得る。これは両位置間の距
離に相当する。即ちキャビティ６内の樹脂材料の圧縮量
の変動に対応する。そこでこの絶対値|ｘ−ｙ|を、予め
判定手段１６に記憶させておいた所定の許容範囲と比較
し、許容範囲以内であるときその射出成形工程が正常で
あったとみなし、許容範囲外の場合を動作異常と判定す
る。例えば、第１の位置においてスクリューヘッド先端
９´がノズルから２．５mmの位置で第２の位置において
５．７mmであった場合、この差の絶対値３．２mmに公差
（例えば±０．１mm）を加えた許容範囲３．１mm〜３．
３mmが良否判定の基準となる。従って、ｘ＝２．０mm，
ｙ＝５．２mmといった結果が出た場合も、これらの差の
絶対値|ｘ−ｙ|＝３．２mmは設定値通りであるため、そ
の射出成形動作が正常であったと判断するものである。
そこで、判定手段１６による判定結果に基づいて、制御
手段１４は正常信号あるいは異常信号を成形品取出手段
１７に送出する。

【００２２】次に、型締手段５により可動盤４及び可動
金型３を後退させて型開き状態とし、成形品取出手段１
７を可動側金型３に近接させ、キャビティ６から成形品
を取り出す。正常な製品が形成されている場合（正常信
号が送出された場合）は、成形品を成形品取出手段１７
によって良品収容手段１８へと移送する。また、異常な
製品が形成されている場合（異常信号が送出された場
合）は、成形品を成形品取出手段１７によって不良品収
容手段１８へと移送する。このように、成形工程が正常
であった成形品と異常であった成形品とは、良品収容手
段１８と不良品収容手段１９とに区分けして収容するよ
うにしてある。良品収容手段１８および不良品収容手段
１９としては単なる箱状の容器でもよく、チューブ状の
搬送管を持ちこれによって成形品を箱状容器へ送り込む
構成のものを採用してもよい。

【００２３】上記の動作が連続的に繰り返されて、次々
に射出成形し、成形工程が正常であったか否かを判定
し、その結果に基づいて成形品を良品収容手段１８と不
良品収容手段１９とに区分けして取り出す作業が継続さ
れる。なお、動作異常の発生が連続して所定回数（例え
ば５回）続いた場合、あるいは成形工程継続中に動作異
常の累積発生回数が所定数（例えば１０回）に到達した
時点で成形機を停止するようにしている。

【００２４】なお、成形条件は、成形品設計段階にて成
形品形状により使用樹脂量が定まるので、これらを勘案
して成形条件を決定し、予めコントローラ１４に登録し
ておくことにより、自動射出成形が可能となる。具体的
には、試射を数回行ない、第１の位置ｘ，第２の位置ｙ
が、適正な成形品を得られるとともに検出や良否判定に
適した位置（例えば上記の通りｘ＝２．５mm，ｙ＝５．
７mmなど）になるように、図４に示すような成形条件を
予め設定しておき、実際の成形工程においては、同様な
成形条件に基づく射出成形を行なって絶対値|ｘ−ｙ|を
求め、その値が試射に基づいて設定された値（３．２m
m）とどの程度異なるかを調べる。また、最適の成形条
件を予め複数種類登録しておけば、金型を交換して多品
種を成形する場合でも正確で効率的な自動射出成形が可
能となる。

【００２５】なお、判定手段１６は、射出成形機本体の
制御回路に内蔵することもでき、あるいは射出成形機本
体と別設したコンピュータなどを用いる構成とすること
もできる。

【００２６】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る射出成
形機の監視方法および射出成形システムによると、キャ
ビティに樹脂を充填して加圧部材が第１の圧力で加圧さ
れた時に前進不能になる第１の位置と、その後第１の圧
力よりも低い第２の圧力に減圧された時に加圧部材が後
退して停止する第２の位置とを検出して成形工程が正常
であったか異常であったかの判定を行うものであり、成
形品の寸法精度との相関関係が深いキャビティ内に充填
された樹脂材料の圧縮量に基づいているから、キャビテ
ィ内に所定量かつ所定圧の樹脂を充填するための動作が
正確に行なわれたか否かが精度よく判定できる。そして
これによって成形品の良否の判定を精度よく行なうこと
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る射出成形システムの一実施例を示
す一部断面正面図である。

【図２】図１の一部拡大断面図である。

【図３】図１の射出成形システムの制御ブロック図であ
る。

【図４】射出シリンダ１３の制御を説明するもので、
（ａ）は樹脂材料をキャビティに注入する動作線図であ
り、（ｂ）は充填された樹脂材料を加圧し保圧する動作
線図である。

【図５】縦軸をストロークＳ（mm），横軸を時間Ｔ
（秒）として、図４（ａ），（ｂ）に示した注入動作と
保圧動作でのスクリューの先端の移動状況を示す線図で
ある。

【符号の説明】

２，３ 金型 ６ キャビティ ７ シリンダ ９ 加圧部材（スクリュー） １３ 進退駆動手段（射出シリンダ） １５ 検出手段（エンコーダ） １６ 判定手段 Ｐ１ 第１の圧力 Ｐ２ 第２の圧力 ｘ 第１の位置 ｙ 第２の位置

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧部材を用いてシリンダ内の樹脂材料
   を加圧し、これを金型のキャビティ内ヘ進入させて成形
   品を得る射出成形機を用い、 第１の圧力にて上記加圧部材を加圧して上記加圧部材を
   シリンダ内を前進させたときに前進不能になる第１の位
   置と、上記第１の位置にある上記加圧部材に加える圧力
   を緩めて上記第１の圧力よりも低い第２の圧力としたと
   きに上記加圧部材が後退して停止する第２の位置とを検
   出し、 この検出情報により上記射出成形機の動作が正常である
   か否かを判定することを特徴とする射出成形機の監視方
   法。
2. 【請求項２】 樹脂材料が供給されるシリンダと、 上記シリンダ内に配設され、上記シリンダ内の上記樹脂
   材料を加圧してこれを金型のキャビティ内ヘ注入可能な
   加圧部材と、 上記加圧部材を上記シリンダ内で進退させる進退駆動手
   段と、 上記進退駆動手段により上記加圧部材が第１の圧力で上
   記シリンダ内を前進したときに上記加圧部材が前進不能
   になる第１の位置と、上記進退駆動手段により上記第１
   の位置にある上記加圧部材に加える圧力を緩めて上記第
   １の圧力よりも低い第２の圧力としたときに上記加圧部
   材が後退して停止する第２の位置とを検出する検出手段
   と、 上記検出手段の出力を受けて射出成形機の動作が正常で
   あるか否かを判定する判定手段とを有することを特徴と
   する射出成形システム。