JP3467360B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、インラインスクリ
ュー型の射出成形機に関する。 【０００２】 【従来の技術】公知のように、インラインスクリュー型
の射出成形機においては、計量行程時（混練・可塑化・
計量行程時）には、加熱シリンダ内のスクリューを回転
させることにより、樹脂材料を混練・可塑化しつつスク
リューの先端側に移送し、スクリューの先端側に溶融樹
脂が溜るにしたがって、スクリューを溜った樹脂からの
反力によって背圧を制御しつつ後退させ、スクリューの
先端側に所定量の溶融樹脂が貯えられた時点で、スクリ
ュー回転を停止させるようになっている。 【０００３】ところで、最近の射出成形機はマイクロコ
ンピュータ（以下、マイコンと称す）を具備しており、
このマイコンが、連続成形運転中の運転データ（運転条
件実測値）を取り込んで、カラーＣＲＴディスプレイ等
の表示装置上に、各種行程の運転条件実測値をグラフィ
ック表示できるようにしている。そして、計量行程に関
しても、スクリュー回転数，スクリュー後退速度，背圧
をグラフィック表示できるようにしており、これによ
り、監視・視認性に優れた射出成形機を実現している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の射出成形機における計量行程のグラフィック表示可能
な項目としては、スクリュー回転数，スクリュー後退速
度，背圧の３項目があったが、スクリュートルクをグラ
フィック表示することに関しては、何等の配慮も払われ
ていなかった。 【０００５】ところが、計量行程時にスクリューにかか
る負荷は、樹脂の種類や状態によって変化し、かつ、加
熱シリンダの各部の設定温度の如何などによってスクリ
ュー起動時のトルクも変化するので、スクリュートルク
も、樹脂の可塑化状態を把握する上での重要な監視ファ
クターとなると考えられるが、従来の射出成形機におい
ては、スクリュートルクを実測し、これをグラフィック
表示していないので、スクリュートルクの実測グラフィ
ックデータを用いての考察を行うことができなかった。 【０００６】また、従来のインラインスクリュー型の射
出成形機においては、計量行程のスクリュートルクを最
適制御することに関しての配慮が些程になされておら
ず、スクリュー回転駆動用の電動サーボモータの制限ト
ルク値（許容上限トルク値）を十二分に余裕をもった値
に設定し、電動サーボモータを速度（すなわち回転数）
フィードバック制御するという手法をとるのが、一般的
であった。 【０００７】しかしながら、上記のような制御を行った
場合には、例えば、樹脂のこびり付きなどにより、スク
リュー起動直後にスクリュートルクが、スクリュー強度
に対して過大となった際には、スクリュー折損が生じる
虞があった。また、このようなスクリュー折損を防止す
るために、安全性を十二分に見込んで、スクリュー起動
時にトルクを徐々に増大させるような制御を行うと、サ
イクルタイムの短縮化を阻害する要因となった。さらに
また、スクリュートルクは、スクリュー起動後に上昇し
た後、下降するが、スクリュートルクが正常であれば下
降している領域（正常であればスクリュートルクが低く
てもよい領域）においても、上記のように電動サーボモ
ータの制限トルク値が十二分に大きな値であると、不測
の事態でスクリューに過度の負荷がかかった際には、制
限トルク値に余裕があり過ぎるので、無理矢理にスクリ
ューを高トルクで回転させてしまいことになり、スクリ
ュー折損につながるという問題があった。 【０００８】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、スクリュートルクの実測グラ
フィックデータを用いての監視や考察を可能とし、ま
た、スクリュートルクの最適制御を可能とすることにあ
る。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明によるインラインスクリュ型の射出成形機
は、スクリューの回転駆動源として電動サーボモータを
用い、この電動サーボモータのトルクを検出して、計量
行程の実測トルクをグラフィック表示することを可能に
し、 試ショット時の電動サーボモータの制限トルク値を
十二分に余裕をもった値に設定して、試ショット時の電
動サーボモータの実測トルクを計測し、試ショットにお
いて良好な樹脂の混練・可塑化が達成されたときの実測
トルクデータに基づき、連続成形運転時の電動サーボモ
ータの制限トルク値を設定する手段を有し、 上記制限ト
ルク値を設定する手段は、実測トルクデータの高トルク
領域のトルクに所定の余裕値Ｍ _Ａ１ を加算した値を、計
量行程の高トルク領域の制限トルク値として設定すると
共に、実測トルクデータの低トルク領域のトルクに所定
の余裕値Ｍ _Ａ２ を加算した値を、計量行程の低トルク領
域の制限トルク値として設定するように、構成される。 【００１０】スクリューのトルクは、スクリュー回転駆
動用の電動サーボモータの実測トルクと対応するもので
あり、また、電動サーボモータの実測トルクはモータ駆
動電流値とも対応するので、電動サーボモータの駆動電
流の実測値を取り込むことによって、スクリューの実測
トルクをグラフィック表示することができる。このよう
に、実測トルクをグラフィック表示できるようになす
と、従前からのスクリュー回転数，スクリュー後退速
度，背圧の各グラフィック表示と併せて参照することに
より、計量行程の樹脂挙動などの解析に大いに役立つ。
何となれば、インラインスクリュー型の射出成形機にお
ける、計量行程の樹脂の溶融メカニズムの完全な詳細解
析は、未だ不十分な点があり、参照する監視ファクター
の種類が多いほど有利であるからである。 【００１１】また、試ショット時の電動サーボモータの
制限トルク値を十二分に余裕をもった値に設定して、試
ショット時の電動サーボモータの実測トルクを計測し、
良品成形が行われたときの（良好な樹脂の混練・可塑化
が行われたときの）実測トルクのグラフィックデータに
基づき、例えばマイコンが自動的に、電動サーボモータ
の制限トルク値を設定する。これによって、制限トルク
の設定値を必要以上に大きな値にすることがなくなり、
かつ、制限トルクの設定値を多段設定することもできる
ので、不測の事態でスクリューに過度の負荷がかかった
際にも、無理矢理にスクリューを高トルクで回転させる
ことがなくなり、スクリュー折損を可及的に抑止でき
る。さらに、スクリュー起動時のトルクも、スクリュー
強度を上回る程までアップすることが規制されるため、
樹脂のこびり付きなどがあってもスクリュー折損が生じ
る虞がなく、したがって、スクリュー起動時にトルクを
一気に立ち上げる制御（すなわち、スクリュー回転数を
設定値まで一気に立ち上げる速度フィードバック制御に
よるモータ制御）を行うことが可能となって、サイクル
タイムの短縮化を図ることもできる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の実施の１形態例
（以下、本例と称す）に係るインラインスクリュー型の
射出成形機の制御系統の簡略化したブロック図である。
図１において、１はマシン（射出成形機）全体の動作制
御や表示制御などを司るマイコン、２はマシンの各部に
備えられた多数のセンサで構成されるセンサ群、３はマ
シンの各部に配設された多数の駆動源を駆動制御するた
めの多数のドライバ回路で構成されたドライバ群、４は
マシンの前面部に配設されたキー入力装置、５はキー入
力装置４に隣接して配設された例えばカラーＣＲＴディ
スプレイ，カラーＬＣＤ等よりなる表示装置である。 【００１３】なお、上記ドライバ群３中において、３ａ
はモータ用サーボドライバで、スクリュー回転用のサー
ボモータ（電動サーボモータ）２１を駆動制御する。ま
た、上記センサ群２中において、２ａはモータトルクセ
ンサで、サーボモータ２１の駆動トルクをモータ駆動電
流実測値から検出する。 【００１４】前記マイコン１は、計量動作（混練・可塑
化・計量動作），射出動作（１次射出動作と保圧動
作），型開閉動作，エジェクト動作等の成形行程全体の
制御や、実測データの演算・格納処理，良品／不良品の
判定処理，異常判定処理等の演算・判定処理、あるいは
前記表示装置５の出力画像の表示制御処理等々の各種処
理を実行する。このマイコン１は、実際には各種Ｉ／Ｏ
インターフェイス，ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＭＰＵ等を具備し
たもので構成され、予め作成された各種プログラムによ
り各種処理を実行するも、本例においては、入力データ
処理部１１，成形条件設定記憶部１２，成形プロセス制
御部１３，実測値記憶部１４，表示処理部１５等を備え
たものとして、以下の説明を行う。 【００１５】なお、上記成形条件設定記憶部１２中にお
いて、１２ａは計量行程用の設定データ格納部であり、
上記成形プロセス制御部１３中において、１３ａは計量
行程制御部であり、上記実測値記憶部１４中において、
１４ａはモータトルク実測値格納部である。 【００１６】前記入力データ処理部１１は、前記センサ
群２から送出されてくる各種計測情報や、前記キー入力
装置４によって入力された各種情報等の外部入力情報を
必要に応じて適宜変換処理して、マイコン１内の各部に
供給する。 【００１７】前記成形条件設定記憶部１２には、キー入
力装置４等によって入力された各種運転条件値が、書き
替え可能な形で記憶されている。この運転条件値（運転
条件設定データ）としては、例えば、計量制御条件，射
出（１次射出および保圧）制御条件，型閉じ（型締め）
制御条件，型開き制御条件，エジェクト制御条件，製品
自動取り出し機の制御条件，各部のバンドヒータ温度，
各部の冷却温度等々が挙げられる。また、本例において
は、上記の計量制御条件としては、計量行程時のスクリ
ュー位置に対応するスクリュー回転数，スクリュー位置
に対応するスクリュー後退速度，スクリュー位置に対応
する背圧，スクリュー位置に対応する前記サーボモータ
２１の制限トルク値（許容上限トルク値）が設定される
ようになっており、これらの計量制御条件の設定データ
は、前記計量行程用の設定データ格納部１２ａに格納さ
れる。 【００１８】前記成形プロセス制御部１３は、予め作成
された成形プロセス制御プログラムと、成形条件設定記
憶部１２に格納された運転条件値（運転条件設定デー
タ）とに基づき、マシンの各部に配設された前記センサ
群２（位置センサ，圧力センサ，回転数検出センサ，ト
ルクセンサ，温度センサ等々）からの計測情報及び自身
に内蔵されたクロックからの計時情報を参照しつつ、前
記ドライバ群３（モータドライバ，油圧シリンダドライ
バ，ヒータドライバ等々）を介して対応する駆動源を駆
動制御し、一連の成形行程を実行させる。なお、前記計
量行程制御部１３ａは、計量行程の制御を行う。 【００１９】前記実測値記憶部１４には、連続自動運転
時における予め設定されたモニタ項目の総べての実測デ
ータが、連続する所定回数のショットにわたって取り込
まれる。取り込まれるモニタ項目としては、時間監視
項目，位置監視項目，回転数監視項目，速度監視
項目，圧力監視項目，温度監視項目，電力監視項
目等が挙げられ、前記した成形運転条件設定項目の重要
項目がほぼ含まれるようになっている。なお、本例にお
いては、前記モータトルクセンサ２ａからの計測情報に
よって、前記スクリュー回転用のサーボモータ２１のト
ルク実測値も、実測値記憶部１４に取り込まれ、これは
前記モータトルク実測値格納部１４ａに格納される。 【００２０】前記表示処理部１５は、キー入力装置４に
よるオペレータが所望するモードの表示画面の呼び出し
指令によって、予め作成された表示画像作成・制御プロ
グラムに基づき、指定された表示モードの表示画面デー
タを作成する。 【００２１】すなわち、オペレータによる所定の表示画
面の呼び出し指令が到来すると、表示処理部１５は、必
要に応じ前記成形条件設定記憶部１２や実測値記憶部１
４に格納された情報から当該表示モード画面の表示に用
いるためのデータを抽出すると共に、これを指定された
当該表示モード画面の表示形態に対応した形に変換処理
する。例えば、指定された表示モードが射出グラフィッ
ク画面であると、抽出したデータを線描化処理した画像
データに変換処理したり、抽出したデータを数値画像デ
ータに変換処理等する。また、表示処理部１５は、指定
された表示モード画面種別に応じ、当該画面に必要な固
定データ（文字等の記号）を図示せぬ表示用固定データ
格納部から抽出し、記号画像データに変換処理等する。
さらにまた、表示処理部１５は、指定された表示モード
画面種別に応じ、当該画面に必要な枠線データ等を生成
し、生成された各枠の内外にそれぞれ所定色のカラーペ
イントを施す（カラーのぬり分け）処理を行なう。そし
て、表示処理部１５は、作成されたカラーペイント画像
データの各所定領域に、上記の線描化（グラフィク）画
像データ，数値画像データ，記号画像データ等を所定カ
ラー処理を施してはめ込み、これによって表示用の画面
データを合成・生成する。そして、斯様な表示処理部１
５で生成された画面データは、図示せぬフレームバッフ
ァに転送されて一時記憶され、表示処理部１５の指令に
よってこのフレームバッファの出力が前記表示装置５に
送出されて、表示装置５の表示画面上にはオペレータの
所望する画面が表示されることになる。 【００２２】次に、上述した構成に基づく、本例による
前記サーボモータ２１の実測トルクのグラフィック表示
画面と、連続成形運転時のサーボモータ２１の制限トル
ク値の設定手法とについて説明する。 【００２３】図２は、オペレータが適宜キー操作によっ
て表示装置５の表示部５ａ上に呼び出した、試ショット
時における計量行程の実測トルクのグラフィック表示画
面を簡略化して示す説明図である。図２に示すグラフィ
ック表示において、横軸は計量開始位置からのスクリュ
ー位置（スクリュー後退ストローク）を、縦軸はトルク
を表している。また、３１はサーボモータ２１の実測ト
ルクデータ（実測トルクグラフィックデータ）であり、
スクリューの実測トルクに対応している。また、図２の
（ａ）は試ショット時の制限トルク値を表示したグラフ
ィック表示画面を示し、図２の（ｂ）は連続成形運転時
の制限トルク値を表示したグラフィック表示画面を示し
ている。 【００２４】図２の（ａ）に示すように、試ショット時
には、サーボモータ２１の制限トルク値を十二分に余裕
をもった大きな値（初期の制限トルク値）Ｔ_O に設定し
て、前記したスクリュー回転数，スクリュー後退速度，
背圧の各設定値にしたがって計量行程を実行し、サーボ
モータ２１は速度（回転数）フィードバック制御で回転
駆動される。モータトルク（スクリュートルク）は、計
量動作の開始後（スクリュー起動後）に急激に上昇し、
所定時間の経過後に（すなわち、スクリューが所定位置
まで後退すると）低下する。図２の（ａ）の実測トルク
データ３１は、試ショットにおいて良品成形が行われた
ときの（良好な樹脂の混練・可塑化が行われたときの）
データが示されており、実測トルクデータ３１の最大値
は、初期の制限トルク値Ｔ_O に較べて、相当に差のある
ものとなっている。 【００２５】そして、試ショットにおいて良好な樹脂の
混練・可塑化が達成されたことを確認したオペレータ
が、適宜キー操作によって、連続成形運転時のサーボモ
ータ２１の制限トルク値を自動設定することを、マイコ
ン１に指示することによって、マイコン１は、例えば図
２の（ａ）の実測トルクデータ３１に基づき、連続成形
運転時の制限トルク値Ｔ_A を、例えば図２の（ｂ）のよ
うに自動設定する。図２の（ｂ）に示した例では、連続
成形運転時の制限トルク値Ｔ_A は２段に設定されたもの
となっており、計量動作の開始位置からＳ１点までは制
限トルク値Ｔ_A1とされ、Ｓ１点から計量動作の完了位置
までは制限トルク値Ｔ_A2とされている。各制限トルク値
Ｔ_A1，Ｔ_A2は、良好な樹脂の混練・可塑化が達成された
ときの実測トルクデータ３１の高トルク領域のトルク値
および低トルク領域のトルク値から、所定の余裕値
Ｍ_A1，Ｍ_A2を加算した値に設定されている。すなわち、
連続成形運転時の制限トルク値Ｔ_A は、大まかに見れ
ば、試ショットにおいて良好な樹脂の混練・可塑化が達
成されたときの実測トルクデータ３１を若干かさ上げし
て、２領域で直線化したデータとなっている。そして、
このように設定された連続成形運転時の制限トルク値Ｔ
_A は、前記計量行程用の設定データ格納部１２ａに記憶
される。 【００２６】なお本例においては、マイコン１によって
連続成形運転時の制限トルク値Ｔ_Aを自動設定するよう
にしたが、試ショットにおいて良好な樹脂の混練・可塑
化が達成されたときの実測トルクデータ３１を参照し
て、オペレータがキー操作等によって、連続成形運転時
の制限トルク値Ｔ_A を入力・設定するようにしても、差
し支えない。 【００２７】図３は、オペレータが適宜キー操作によっ
て表示装置５の表示部５ａ上に呼び出した、連続成形運
転時における計量行程の実測トルクのグラフィック表示
画面の１例を簡略化して示す説明図である。図３におい
て、３１−１，３１−２はサーボモータ２１の実測トル
クデータ（実測トルクグラフィックデータ）であり、図
３に示した例では、連続成形運転時の連続する２ショッ
トの実測トルクデータを重ね書きした例を示している。
なお、実測トルクデータ３１−１，３１−２は、良好な
樹脂の混練・可塑化が達成されたときのグラフィックデ
ータであり、このような実測トルクデータが表示されて
いる際には、オペレータは樹脂の混練・可塑化が正常に
（良好に）行われていることを確認できる。 【００２８】図４は、オペレータが適宜キー操作によっ
て表示装置５の表示部５ａ上に呼び出した、連続成形運
転時における計量行程の実測トルクのグラフィック表示
画面の他の１例を簡略化して示す説明図である。図４に
おいて、３１−３はサーボモータ２１の実測トルクデー
タ（実測トルクグラフィックデータ）である。この図４
に示した例では、計量行程の途中から制限トルク値Ｔ_A2
に実測トルクデータ３１−３が貼り付いており、正常で
あればスクリュートルクが低くてもよい領域において、
モータトルク（スクリュートルク）を上昇させようとす
る何らかの要因が働いたことを示している。このような
場合には、樹脂の混練・可塑化が正常ではなく、マイコ
ン１は、実測トルクデータ３１−３や前記スクリュー回
転数の実測データなどから、今回ショットの成形品が不
良であると判定するとともに、場合によってはアラーム
を発してマシンを緊急停止させることになる。また、オ
ペレータは、実測トルクデータ３１−３の表示から、計
量行程の途中から異常が生じたと判別できる。 【００２９】上述したように本例においては、サーボモ
ータ（スクリュー）の実測トルクをグラフィック表示で
きるようにしているので、樹脂の可塑化状態等と密接に
関連するスクリュートルクを、視認性よく一目で把握で
きる。また、従前からのスクリュー回転数，スクリュー
後退速度，背圧の各グラフィック表示と併せて参照する
ことにより、計量行程の樹脂挙動などの解析に大いに役
立つ。この際、スクリュー位置に対応する形で、実測ト
ルクをグラフィック表示するようにしているので、計量
行程の他の運転条件（スクリュー回転数，スクリュー後
退速度，背圧）との関連付けが容易になり、計量行程の
運転条件設定のための判断材料としても大いに役立つ。 【００３０】また、試ショット時の電動サーボモータの
実測トルクを計測し、良品成形が行われたときの（良好
な樹脂の混練・可塑化が行われたときの）実測トルクの
グラフィックデータに基づき、マイコンが自動的に、サ
ーボモータの制限トルク値を設定するので、制限トルク
値の設定が容易・確実なものとなる。しかも、制限トル
クの設定値を必要以上に大きな値にすることがなく、か
つ、制限トルクの設定値を多段設定できるので、不測の
事態でスクリューに過度の負荷がかかった際にも、無理
矢理にスクリューを高トルクで回転させることがなくな
り、スクリュー折損を可及的に抑止できる。さらに、ス
クリュー起動時のトルクも、スクリュー強度を上回る程
までアップすることが規制されるため、樹脂のこびり付
きなどがあってもスクリュー折損が生じる虞がなく、し
たがって、スクリュー起動時にトルクを一気に立ち上げ
る制御を行うことが可能となって、サイクルタイムの短
縮化を図ることもできる。 【００３１】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、スクリュ
ートルクの実測グラフィックデータを用いての監視や考
察が可能となり、また、スクリュートルクの最適制御を
行うことが可能となり、この種の射出成形機にあってそ
の価値は多大である。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の１形態例に係るインラインスク
リュー型の射出成形機の制御系統の簡略化したブロック
図である。 【図２】本発明の実施の１形態例における、計量行程の
実測トルクのグラフィック表示画面の例を簡略化して示
す説明図である。 【図３】本発明の実施の１形態例における、計量行程の
実測トルクのグラフィック表示画面の例を簡略化して示
す説明図である。 【図４】本発明の実施の１形態例における、計量行程の
実測トルクのグラフィック表示画面の例を簡略化して示
す説明図である。 【符号の説明】 １ マイコン ２ センサ群 ２ａ モータトルクセンサ ３ ドライバ群 ３ａ モータ用サーボドライバ ４ キー入力装置 ５ 表示装置 １１ 入力データ処理部 １２ 成形条件設定記憶部 １２ａ 計量行程用の設定データ格納部 １３ 成形プロセス制御部 １３ａ 計量行程制御部 １４ 実測値記憶部 １４ａ モータトルク実測値格納部 １５ 表示処理部 ２１ スクリュー回転用の電動サーボモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−297532（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−205230（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−278173（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−112466（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−66951（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−13314（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29D 45/76 - 45/82 B22D 17/32

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 加熱シリンダ内のスクリューを回転させ
   ることにより、樹脂材料を混練・可塑化しつつスクリュ
   ーの先端側に移送して、スクリューの先端側に計量した
   溶融樹脂を貯え、スクリューの前進によって金型内に溶
   融樹脂を射出・充填するインラインスクリュー型の射出
   成形機において、 上記スクリューの回転駆動源として電動サーボモータを
   用い、この電動サーボモータのトルクを検出して、計量
   行程の実測トルクをグラフィック表示することを可能に
   し、 試ショット時の電動サーボモータの制限トルク値を十二
   分に余裕をもった値に設定して、試ショット時の電動サ
   ーボモータの実測トルクを計測し、試ショットにおいて
   良好な樹脂の混練・可塑化が達成されたときの実測トル
   クデータに基づき、連続成形運転時の電動サーボモータ
   の制限トルク値を設定する手段を有し、 上記制限トルク値を設定する手段は、実測トルクデータ
   の高トルク領域のトルクに所定の余裕値Ｍ _Ａ１ を加算し
   た値を、計量行程の高トルク領域の制限トルク値として
   設定すると共に、実測トルクデータの低トルク領域のト
   ルクに所定の余裕値Ｍ _Ａ２ を加算した値を、計量行程の
   低トルク領域の制限トルク値として設定する ことを特徴
   とする射出成形機。