JP3778988B2 - Nozzle temperature control method for injection molding machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機のノズル温度制御方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
射出成形作業を開始するための段取り作業では、射出シリンダを後退させてスプルーブレイクを行った状態で射出シリンダのヒータとノズルヒータに電源を投入して昇温を待ち、その後、パージ作業等を行って射出シリンダやノズルおよび溶融樹脂の状態を整えて、ノズルを金型のスプルーに当接させて射出成形作業を開始するのが普通である。無論、ノズルを金型に当接させたまま射出シリンダやノズルを昇温することも可能ではあるが、昇温所要時間が著しく長くなってパージ作業の開始が遅くなったり、昇温中に鼻タレが生じて樹脂が金型に侵入したりする危険があるため、そのような操作は一般には行われない。
【0003】
この結果、連続成形作業開始の初期段階、つまり、射出シリンダのノズルを金型にタッチさせたばかりの段階では、金型のスプルー部分と射出シリンダのノズルとの間に著しい温度差が生じる。
【0004】
このまま連続成形作業を続けて行けば金型がノズルから熱を徐々に吸収し、最終的には、金型のスプルー部分の温度とノズルの温度とが熱平衡の状態に達して安定した成形作業を行うことができるようになるのだが、熱平衡の状態に達するまでの段階、つまり、ノズルの熱が金型に奪い取られている段階では、ノズル先端の温度が相当に低下し、溶融樹脂が固化してノズル詰まり等の問題を生じて成形不能状態となるようなことが多い。
【0005】
このような場合、連続成形作業の初期段階では手動操作によってノズルの昇温目標値を高めに設定しておいて様子を見ながらノズル先端の温度低下を防止し、熱平衡の状態に達した段階でノズルの昇温目標値を所期の設定値に戻す等の対策をとるのが普通であるが、このような手動操作を行うと、その間オペレータが射出成形機から離れられなくなるといった問題がある。
【0006】
そこで、従来は、このような問題に対し、ノズルを複数の温度制御領域に分割し、各領域毎個別にノズルヒータを配備して各領域を個別に温度制御したり(実公平5−12020号公報,特公平7−108544号公報,特公平7−108545号公報参照)のヒータ巻き数を基部側よりも稠密にしてノズル先端部に重点的に熱を供給したりすることで対処していたが、前者の方法では構成が複雑となってコストがかさみ、また、後者の方法では連続成形が可能な温度に達してからもノズル先端の温度が必要以上に高くなってしまうといった問題がある。
【0007】
また、ノズルがノズルタッチ状態にあるかスプルーブレイク状態にあるかによってノズルに供給する熱量を調整し、スプルーブレイク時におけるノズル温度の上昇で生じる鼻タレを防止するようにした射出成形機が既に提案されているが、このものは、熱平衡達成後の連続成形作業時のノズル温度を安定させるためのものであり、熱平衡達成前の射出成形動作を安定させるためのものではない。
【0008】
結果的に、いずれの方法を適用しても、熱平衡達成前のノズル先端温度を安定させることは困難であり、特に、連続成形作業開始直後のノズル温度と金型のスプルー部分の温度との差が大きい状態、要するに、スプルー部分の温度が低くノズル先端の熱が金型側に強力に吸収されているような状態においては、ノズルやスプルーを流れて金型に流入する溶融樹脂がもたらす温度の一時的な上昇やその反動としての相対的な温度低下といった問題もあり、シリンダ先端部の温度の安定を図ることが非常に困難である。
【0009】
ノズルの先端部に熱電対等の温度検出手段を設けてPID(比例,積分,微分)制御を行いノズルヒータのON/OFF制御を行うといった方法も考えられるが、図1に示す通り、ノズル100の先端部100aはスプルー101側の窪み部分に密着するよう相当に大きなテーパをつけて縮径化されているので、この部分にノズルヒータ102を巻き付けることは困難であり、また、この部分に熱電対103を埋設するのも難しい。結果的に、ノズル100の先端部100aから基部100b側に向けてかなりずれた位置に熱電対103およびノズルヒータ102を設けなければならず、実際に温度を知りたい部分(先端部100a)から離れた位置に設けられた熱電対103に頼るだけでは、十分な温度制御を行うことはできない。
【0010】
また、射出シリンダに直に接してある程度の熱量を貯溜するノズル100の基部100bの側に比べ、金型のスプルー101によって熱を吸収される先端部100aの側の方が溶融樹脂の流れ等によって生じる温度変化に対して敏感に反応することはいうまでもなく、このような見地からしても、ノズル100の基部100b側に設けられた熱電対103をそのまま先端部100aのための温度検出手段として用いることには無理がある。
【0011】
更に、射出時の溶融樹脂の流れによる加熱や金型によるノズルの急激な冷却等によって生じる温度変化、つまり、1成形サイクルといった比較的短い時間内に発生する温度変化に対して目標温度にすばやく達するように応答性を良くするには、P(比例)動作の比例帯を狭くすれば良いが、比例帯を狭くすると、オーバシュートやハンチングの原因となる。そのため、比例帯を大きくせねばならず、その結果、温度偏差(目標温度と検出温度との差)がかなり大きい段階でノズルヒータのON/OFF制御が開始されることになり、応答性は悪くなる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、金型温度とノズル温度の熱平衡状態が達成されていない連続成形作業の初期段階においてもノズル先端部の温度が極端に低下してノズル詰まり等が発生することなく、しかも、1成形サイクル中における樹脂の流れによる温度変化等に対しても安定してノズル先端の温度を維持することのできる射出成形機のノズル温度制御方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
図1中の実線で示すグラフは、通常のPID制御でノズル100の温度制御を行ったときにノズル100周辺の各部に生じる温度変化を、射出直前および射出直後の2つの時点でサンプリングして概念的に示したものである。横軸が射出軸方向の位置を示し、また、縦軸は射出軸方向の各位置におけるノズル100および金型各部(図示せず)の温度を示している。サンプリングを実施したのは連続成形作業開始直後の段階、つまり、ノズル100の温度と金型本体およびスプルー101との間に大きな温度差があるときである。
【0014】
図1に示す通り、ノズル100の先端部100aを挟んでノズル100の基部100b側では温度が高く且つ射出軸方向の位置に殆ど関わりなく安定しており、また、ノズル100の先端部100aを挟んで金型側では温度が低く且つ射出軸方向の位置に殆ど関わりなく安定しているのに対し、ノズル100の先端部100aの部分では、その最先端部から大径部の側に向けて温度が急激に上昇している。
【0015】
ノズル100の基部100b側の温度が高く且つ安定しているのは、ある程度その直径が大きく熱容量(体積)も大きなノズル本体にノズルヒータ102の熱が直に伝達されて蓄えられているからであり、また、金型側の温度が低く且つ安定しているのは金型自体の熱容量(体積)が極端に大きいからである。当然、ノズル100の先端部100aには、温度を安定させるためのノズルヒータ102がなく、しかも、熱容量(体積)も小さいので、この部分100aでは射出軸方向の位置によって温度が著しく変化することになる。この現象は射出直前であっても、また、射出直後であっても全く同じである。
【0016】
一方、ノズル100の先端部100aの部分のみに関して見ると、図1から明らかなように、射出開始直前と射出完了直後とでは両者の温度に著しい相違がある。これは、既に述べた通り、スプルー部分の温度が低くノズル先端100aの熱が金型側に強力に吸収されているような状態においては、ノズル100やスプルー101を流れて金型に流入する溶融樹脂がもたらす温度の一時的な上昇やその反動としての相対的な温度低下が生じるためである。つまり、射出完了直後の段階では、その直前の射出動作でノズル100やスプルー101を通って金型に流れ込んだ高温の溶融樹脂の熱を吸収してノズル100やスプルー101の温度が上昇するが、冷却や計量および型開きやエジェクトおよび型閉じ動作が行われる間にノズル100やスプルー101およびその中の樹脂の熱が金型や外気によって冷却され、次の射出開始直前の段階でノズル100やスプルー101の温度が最も低くなるということであり、この段階でノズル詰まり等の問題が発生する可能性が大きい。なお、ここでいう射出とは、樹脂の充填作業を射出工程と保圧工程とに分けた場合の射出工程と保圧工程を含むものである。
【0017】
更に、通常のPID制御を行った場合についてノズル100の先端部100aの部分のみに関して1成形サイクル中の温度変化を見ると、定性的に図2に実線で示すような温度変化が検出される。図2に示す通り、ノズル100の先端部100aの温度は、射出完了直後の時点、つまり、保圧完了/計量開始前の段階で最も高く、また、射出開始直前の時点、つまり、型閉じ完了/射出開始前の段階で最も低い。そして、射出が開始されると徐々に先端部100aの温度が上昇して射出完了直後の時点で最高値に達し、この時点から直ちに冷却が開始されて次の射出開始直前の時点で最低値となる。
【0018】
当然、ノズル100の温度はPID制御されているのだが、既に述べた通り、ノズル100の基部100b側では温度が比較的安定しており熱電対103に先端部100aの温度変化が反映されないことや、温度変化の周期が比較的短くPID制御の追従に難があるといった問題があり、結果的に、ノズル先端部100aに図2で実線に示すような温度変化が生じてしまうことになる。
【0019】
そこで、本発明は、ノズル先端の温度を推定できる射出成形機の状態変量を検出し、この検出値がノズル先端温度の低下を示す設定許容範囲外になっていると、型閉じ開始時点から保圧完了時点を限界とする区間内に設定された望ましい設定区間の間だけ、前記ノズルヒータの通電時間を増大してノズル先端部の温度の低下を防止することにより前記目的を達成した。計量中にノズルヒータの通電時間を増大しないのは、保圧完了時のゲートシールを維持するためであり、また、型開き中にノズルヒータの通電時間を増大しないのは鼻タレの発生を防ぐためである。
【0020】
ノズル先端の温度を推定する状態変量としては、最大射出圧力,射出開始後所定時間経過後の射出圧力,型開き完了時のノズル基部の温度,連続成形作業開始後のショット数や経過時間等を適用することができ、状態変量として最大射出圧力や射出開始後所定時間経過後の射出圧力を適用する場合には状態変量がノズル先端温度の低下を示す設定許容範囲を上回っている場合、また、型開き完了時のノズル基部の温度や連続成形作業開始後のショット数や経過時間を適用する場合には状態変量がノズル先端温度の低下を示す設定許容範囲を下回っている場合を以てノズル先端部の温度低下として判定する。
【0021】
また、最大射出圧力,射出開始後所定時間経過後の射出圧力,型開き完了時のノズル基部の温度,連続成形作業開始後のショット数や経過時間等の状態変量のうち少なくとも1つの検出値がノズル先端温度の低下を示す設定許容範囲外になっている場合にノズル先端部の温度低下として判定するようにしてもよい。
【0022】
既に述べた通り、計量時や型開き中を除きノズルヒータの通電を常ONとすることが可能であるが、金型の大きさや成形条件等の相違、つまり、通常のPID制御を行った場合における1成形サイクルのノズル先端温度の変化特性に応じてノズルヒータの通電時間を調整するため、タイマの設定により、型閉じ開始後所定時間経過後の時点から射出開始後所定時間が経過するまでの時間区間でノズルヒータの通電時間を増大する時間区間を設定できるようにした。
【0023】
更に、型閉じ開始後所定時間が経過するかもしくは型閉じが完了するとノズルヒータの通電時間を増大し、射出開始後所定時間が経過するかもしくは保圧が完了するとノズルヒータのPID制御を再開することにより、成形サイクルにおける各工程の処理に時間的なばらつきが生じた場合でも、ノズルヒータの通電時間の増大による強制加熱の効果と、計量時や型開き中における不用意な加熱による鼻タレの防止を同時に達成できるようにした。
【0024】
【発明の実施の形態】
図3は本発明を適用した一実施形態の電動式射出成形機30の要部を示すブロック図である。図3において、符号33は固定プラテン,符号32は可動プラテン,符号39は射出シリンダ,符号38はスクリューであり、射出シリンダ39にはバンドヒータ34および温度検出手段としての熱電対37が設けられている。バンドヒータ34および熱電対37は射出シリンダ39の各部を個別に温度制御すべく射出軸方向に複数組設けられ、射出シリンダ39先端のノズル100にも同様にしてノズルヒータ102および熱電対103が設けられている。ノズル100およびノズルヒータ102やその周辺部の構造に関しては図1に示した従来例と全く同様である。図3ではノズル100のノズルヒータ102の温度をPID制御する温度調節器43についてのみ示しているが、射出シリンダ39各部のバンドヒータ34および熱電対37に対しても同様の温度調節器が個別に配備されている。
【0025】
可動プラテン32は型締用サーボモータM1の軸出力により、ボールナット&スクリューやトグル機構等によって構成される駆動変換装置31を介しタイバー(図示せず)に沿って移動される。また、スクリュー38はボールナット&スクリューおよびボス&セレーション等によって構成される駆動変換装置41や射出用サーボモータM2により軸方向に移動される一方、歯車機構42や計量回転用サーボモータM3で構成される駆動機構により、軸方向の移動と独立して計量混練のための回転運動が行われる。なお、符号50は固定プラテン33および可動プラテン32に装着された金型である。
【0026】
射出成形機を駆動制御する制御装置10は、数値制御用のマイクロプロセッサであるCNC用CPU25,プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるPMC用CPU18,サーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボCPU20および射出保圧圧力やスクリュー背圧のサンプリング処理等を行うための圧力モニタ用CPU17を有し、バス22を介して相互の入出力を選択することにより各マイクロプロセッサ間での情報伝達が行えるようになっている。
【0027】
PMC用CPU18には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したROM13および演算データの一時記憶等に用いられるRAM14が接続され、CNC用CPU25には、射出成形機を全体的に制御するプログラム等を記憶したROM27および演算データの一時記憶等に用いられるRAM28が接続されている。
【0028】
サーボCPU20および圧力モニタ用CPU17の各々には、サーボ制御専用の制御プログラムを格納したROM21やデータの一時記憶に用いられるRAM19、および、成形データのサンプリング処理等に関する制御プログラムを格納したROM11やデータの一時記憶に用いられるRAM12が接続されている。
【0029】
そして、サーボCPU20には、該CPU20からの指令に基いてエジェクタ用(図示せず)および型締用,射出用,スクリュー回転用等の各軸のサーボモータを駆動するサーボアンプ15が接続され、型締用サーボモータM1に配備したパルスコーダP1および射出用サーボモータM2に配備したパルスコーダP2等からの出力の各々がサーボCPU20に帰還され、パルスコーダP1からのフィードバックパルスに基いてサーボCPU20により算出された可動プラテン32の現在位置やパルスコーダP2からのフィードバックパルスに基いて算出されたスクリュー38の現在位置および現在速度等がRAM19の現在位置記憶レジスタおよび現在速度記憶レジスタの各々に記憶されるようになっている。
【0030】
圧力モニタ用CPU17は、スクリュー38の基部に設けられた圧力検出器40およびA/D変換器16を介して射出保圧圧力やスクリュー背圧のサンプリング処理を行う。
【0031】
不揮発性メモリ24は射出成形作業に関する成形条件(射出保圧条件,計量条件,ノズル100や射出シリンダ39の各部の温度等)と各種設定値,パラメータ,マクロ変数等を従来と同様にして記憶する成形データ保存用のメモリであり、更に、本実施形態においては、射出成形機の状態変量の許容範囲となる最大射出圧力の許容最大値A,射出開始後所定時間経過後の射出圧力の許容最大値B,型開き完了時のノズル基部の温度の許容最小値C,連続成形作業開始後のショット数の許容最小値Dの各設定値が記憶されるようになっている。また、ノズルヒータ102の常ON制御を開始するための設定時間t1や常ON制御を切り上げて通常のPID制御に復帰するための設定時間t2も、この不揮発性メモリ24に記憶されるようになっている。
【0032】
ディスプレイ付手動データ入力装置29はCRT表示回路26を介してバス22に接続され、各種設定画面の表示やデータの入力操作等が各種ファンクションキーやテンキーおよびカーソル移動キー等によって行われるようになっている。
【0033】
そして、PMC用CPU18が射出成形機各軸のシーケンス制御を行う一方、CNC用CPU25がROM27の制御プログラムに基いて各軸のサーボモータに対してパルス分配を行い、サーボCPU20は各軸に対してパルス分配された移動指令とパルスコーダP1,P2等の検出器で検出された位置のフィードバック信号および速度のフィードバック信号に基いて、従来と同様に位置ループ制御,速度ループ制御さらには電流ループ制御等のサーボ制御を行い、いわゆるディジタルサーボ処理を実行する。
【0034】
バンドヒータ34およびノズルヒータ102による射出シリンダ39各部やノズル100の温度制御は、熱電対37および103でフィードバックされる各部の実温度とPMC用CPU18により入出力回路23を介して温度調節器43毎に設定される不揮発性メモリ24の設定目標温度との関係に基き、温度調節器43がPIDフィードバック制御を行うことにより従来と同様にして実現される。また、各部の熱電対37および103で検出される射出シリンダ39各部およびノズル100の実温度は入出力回路23を介してPMC用CPU18に読み込まれるようになっている。このうち、ノズル100の温度調整器43は、PMC用18から入力される常ON信号により、その時の設定目標温度や検出温度に関わりなく、ノズルヒータ102の通電状態を常ONにすることができるように構成されている。
【0035】
図4および図5はPMC用CPU18による1成形サイクル分の温度制御処理の概略を示すフローチャートであり、PMC用CPU18による射出成形機各軸のシーケンス制御と共に繰り返し実行されるようになっている。
【0036】
なお、図4および図5では各処理のステップをそれが実行される時系列に沿って連続的に示しているが、実際には、射出成形機各軸のシーケンス制御と同様、所定周期毎の処理で繰り返し実行されるものであって、各ステップの処理が待機状態にある間、PMC用CPU18が各軸のシーケンス制御を初めとする他の処理を実行しないという意味ではない。例えば、ステップS3の型閉じ開始を待つ処理を行う間に1処理周期分の時間が経過してしまったとすると、PMC用CPU18はこの処理を切り上げた時点で実行していた処理、つまり、この場合ではステップS3の処理を次の処理周期で実行すべき最初の処理として記憶し、次の処理周期ではステップS1とステップS2の処理を非実行として再びステップS3の判別処理から処理を再開するのである。
【0037】
そこでまず、連続成形作業における最初の成形サイクルの温度制御処理を開始したPMC用CPU18は、ショット数カウンタSの値を0に初期化し(ステップS1)、ノズルヒータ102の常ON制御の実行を記憶する強制加熱フラグFをセットする(ステップS2)。つまり、連続成形作業の開始時点ではノズル100と金型との間に既に大きな温度差が生じているという前提に基いて、強制加熱フラグFを初めからセットしておくのである。なお、連続成形作業は射出シリンダ39やノズル100の昇温やパージ作業に引き続いて行われるものであるから、この時点では射出シリンダ39やノズル100の昇温開始時点から行われている通常のPDI制御によるノズル100やシリンダ39の温度制御が継続して行われていることになる。
【0038】
次いで、PMC用CPU18は型閉じのシーケンスが開始されているか否かを判別するが(ステップS3)、型閉じのシーケンスが開始されていなければ、そのまま待機する。既に述べた通り、同一処理周期内で待機するという意味ではない。次いで、型閉じのシーケンスが開始されると、PMC用CPU18は強制加熱フラグFがセットされているか否かを判別するが(ステップS4)、連続成形開始直後の現段階ではフラグFがセットされているので、PMC用CPU18は型閉じ開始後の経過時間を計測するタイマT1に設定値t1をセットして計時を開始する(ステップS5)。既に述べた通り、この設定値t1は型閉じ動作開始後何秒後にノズルヒータ102の常ON制御を開始するかを決めるための設定値であり、金型の大きさや成形条件等の相違により各々最適な値がある。
【0039】
型閉じ開始後の経過時間の計測を開始したPMC用CPU18は、タイマT1が設定値t1の計時を完了するか(ステップS6)、または、型閉じのシーケンスが完了するまで待機する(ステップS7)。そして、タイマT1が設定値t1の計時を完了する前に型閉じのシーケンスが完了した場合では、型閉じシーケンスの完了と同時にノズルヒータ102の温度調節器43に常ON指令を出力してノズル100の連続加熱を開始し(ステップS8)、また、型閉じのシーケンスが完了する前にタイマT1が設定値t1の計時を完了した場合では、計時完了と同時にノズルヒータ102の温度調節器43に常ON指令を出力してノズル100の連続加熱を開始し(ステップS9)、そのまま型閉じシーケンスの完了を待機する(ステップS10)。
【0040】
次いで、PMC用CPU18は射出のシーケンスが開始されているか否かを判別するが(ステップS11)、射出のシーケンスが開始されていなければ、そのまま待機し、射出シーケンスの開始が確認された段階で、射出開始後の経過時間を計測するタイマT2に設定値t2をセットして計時を開始する(ステップS12)。この設定値t2は射出動作開始後何秒後にノズルヒータ102の常ON制御を終了させて通常のPID制御を開始させるかを決めるための設定値であり、前記設定値t1と同様、金型の大きさや成形条件等の相違により各々最適な値がある。
【0041】
射出開始後の経過時間の計測を開始したPMC用CPU18は、タイマT2が設定値t2の計時を完了するか(ステップS13)、または、保圧のシーケンスが完了するまで待機する(ステップS14)。そして、タイマT2が設定値t2の計時を完了する前に保圧のシーケンスが完了した場合では、保圧シーケンスの完了と同時にノズルヒータ102の温度調節器43にPID制御再開指令を出力してヒータ102の常ON制御を通常のPID制御に切り替え(ステップS15)、また、保圧のシーケンスが完了する前にタイマT2が設定値t2の計時を完了した場合では、計時完了と同時にノズルヒータ102の温度制御を通常のPID制御に切り替え(ステップS16)、そのまま保圧シーケンスの完了を待機する(ステップS17)。
【0042】
設定値t2の設定を誤って長く設定したような場合であっても、保圧完了と同時にノズルヒータ102の常ON制御が強制的に終了して通常のPID制御に復帰するので、保圧完了後の過剰な加熱が不用意に行われてゲートシールが破れる等という問題は生じない。また、設定値t1を誤って長く設定した場合であっても型閉じのシーケンスが完了した段階でノズルヒータ102の常ON制御が強制的に開始されるので、どのような設定を行った場合でも、少なくとも、型閉じ完了からt2秒の間、または、型閉じ完了から保圧完了までの間でノズルヒータ102の常ON制御を行うことができる。無論、設定値t1,t2を調整することで最適の温度制御を行うことが望ましい。
【0043】
既に述べた通り、設定値t1,t2は金型の大きさや成形条件等の相違により各々最適な値があり、例えば、図2に示すようにノズル100の先端部100aの温度が設定目標値をオーバーシュートすることなく、且つ、型閉じおよび射出動作中における先端部100aの温度低下ができるだけ少なくなるように設定することが望ましい。図2にドットで示すような温度変化が得られるような設定が最適といえる。
【0044】
その後、PMC用CPU18は1成形サイクルのシーケンス、つまり、型開き動作が完了するまで待機し(ステップS18)、この間に、PMC用CPU18によるもう1つのタスク処理で計量および型開きやエジェクト等の各軸の駆動制御が行われることになる。
【0045】
そして、1成形サイクルのシーケンス動作が完了すると、PMC用CPU18は射出保圧圧力のサンプリングファイルを参照し、当該成形サイクルにおける最大射出圧力を検出してレジスタPに一時記憶すると共に(ステップS19)、同サンプリングファイルから射出開始後設定所定時間経過後(圧力判断点)の時点に対応する射出圧力を検出してレジスタRに一時記憶し(ステップS20)、更に、熱電対103で検出されているノズル100(大径部)の現在温度、つまり、型開き完了時のノズル100の温度をレジスタNに一時記して(ステップS21)、ショット数カウンタSの値を1インクリメントし、連続成形作業のショット数を更新する(ステップS22)。
【0046】
次いで、PMC用CPU18は、この成形サイクルで検出された最大射出圧力Pが最大射出圧力の許容最大値Aを越えていないか(ステップS23)、射出開始後設定所定時間経過後の射出圧力Rが同射出圧力の許容最大値Bを越えていないか(ステップS24)、型開き完了時のノズル100の温度Nが型開き完了時のノズル温度の許容最小値Cを下回っていないか(ステップS25)、現時点のショット数Sがショット数の許容最小値Dを下回っていないか(ステップS26)を判別し、このうち判別結果が1つでも真となれば強制加熱フラグFをセットする一方(ステップS28)、全ての判別結果が偽となった場合に限り、強制加熱フラグFをリセットする(ステップS27)。
【0047】
つまり、最大射出圧力Pが最大射出圧力の許容最大値Aを上回っている場合、および、射出開始後設定所定時間経過後の射出圧力Rが射出圧力の許容最大値Bを上回っている場合は、溶融樹脂の温度、つまり、ノズル100の先端部100aの温度が低下して樹脂の粘性が増しているという証左であり、ノズル100の強制加熱の必要があるということである。
【0048】
また、現時点のショット数Sがショット数の許容最小値Dを下回っている場合は、連続成形開始後間もない状態にあってノズル100の熱が金型側に強力に吸引されていることを意味するので、通常のPID制御では射出開始直前のノズル先端温度と射出完了直後のノズル先端温度との間に図1に示されるような大きな温度変化が発生する可能性があり、これを解消するため、本実施形態で示した強制加熱を行う必要がある。この場合は、要するに、連続成形開始後の経過時間が分かればよいので、ショット数Sとショット数の許容最小値Dとの比較に代えて、連続成形開始後の経過時間(タイマで測定する状態変量)と許容最小経過時間(設定値)との比較を用いるようにしてもよい。
【0049】
また、型開き完了時のノズル100の温度Nが許容最小値Cを下回っている場合も同様で、現状でノズル100の温度が異常に低下しているということ、つまり、ノズル100の熱が金型側に強力に吸引されている連続成形開始直後の状態にあることを意味するので、前記と同様、ノズル100の強制加熱を行う必要がある。なお、ノズル100の基部側に設けた熱電対でノズル温度を検出してフィードバック制御を行おうとする技術思想は従来からあるが、本実施形態は、ノズル100の基部側に設けた熱電対により検出される温度の低下で金型とノズル100との間に大きな温度差があることを推定し、ノズルヒータ102の常ON制御によって通常のPID制御を行わず強制的に加熱しようとするもので、従来のフィードバック制御とでは構成が異なる。本実施形態においては、常ON制御時における温度目標値というものは存在しない。
【0050】
結果的に、ステップS23ないしステップS26の判別結果が全て偽となってノズル先端部の温度の安定が保証されている場合に限って強制加熱フラグFがリセットされ、それ以外の場合では強制加熱フラグFのセットアップ状態が維持されるということである。
【0051】
次いで、PMC用CPU18は、必要な成形作業が完了しているか否か、つまり、ショット数カウンタSの値が目標値に達しているか否かを判別し(ステップS29)、ショット数カウンタSの値が目標値に達していれば、この段階で連続成形作業を終了させる一方、ショット数カウンタSの値が目標値に達していなければ、前記と同様にしてステップS3以降の処理を繰り返し実行させる。
【0052】
連続成形作業を繰り返す場合、その直前の成形サイクルで強制加熱フラグFがリセットされていれば、ステップS4の判別結果が偽となってノズル100の先端温度が安定していることを意味するので、ステップS5ないしステップS17の処理は非実行とされ、直前の成形サイクルのステップS16の処理で開始された通常のPDI制御によってノズルヒータ102の温度制御が行われ、また、強制加熱フラグFがセットされたままであれば、前記と全く同様にしてステップS5ないしステップS17の処理が実行されて、PID制御に代わる常ONの強制加熱制御が行われることになる。
【0053】
これに対し、ステップS18ないしステップS29の処理は、強制加熱フラグFがリセットされているか否かに関わりなく各成形サイクル毎に実施されるので、一旦強制加熱フラグFがリセットされた場合であっても、その後、ステップS23ないしステップS26の判別結果の内の1つでも真となってノズル先端温度の異常に対応する状態変量の変化が検出されれば、再び強制加熱フラグFがセットされて、ノズルヒータ102の常ON制御による強制加熱が行われることになる。
【0054】
従って、連続成形作業中に金型のコア折れ等の損傷が生じて成形作業を中断し、ノズル100を金型から退避させて修復作業を行うなどして作業中に金型の温度が低下したような場合であっても、連続成形作業の開始時の場合と同様、前述の温度制御処理によってノズル先端部の温度を安定させることができる。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、金型温度とノズル温度の熱平衡状態が達成されていない連続成形作業の初期段階においてもノズル先端部の温度が極端に低下してノズル詰まり等が発生することなく、しかも、1成形サイクル中における樹脂の流れによる温度変化等に対しても安定してノズル先端の温度を維持することができる。
【0056】
また、ノズル先端の温度低下を防止するためのノズルヒータの通電時間増大区間をタイマで設定するようにしているので、金型や成形条件の特性に応じてノズルの加熱特性を調整することができる。
【0057】
また、誤ってタイマを設定した場合であっても、保圧が完了すればノズルヒータの通電時間の増大制御が強制的に終了して通常のPID制御が再開されるので、不用意な加熱によるゲートシールの破壊や計量時および型開き時における鼻タレの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】射出成形機におけるノズル周辺の構造を示す断面図、および、ノズル近傍の温度のばらつきを示したグラフである。
【図2】通常のPID制御におけるノズル先端部の温度変化と本発明の一実施形態を適用した場合のノズル先端部の温度変化を示したグラフである。
【図3】本発明の方法を適用した一実施形態の電動式射出成形機の要部を示すブロック図である。
【図4】本発明の方法を適用した一実施形態の温度制御処理の概略を示すフローチャートである。
【図5】温度制御処理の概略を示すフローチャートの続きである。
【符号の説明】
10 制御装置
11 ROM
12 RAM
13 ROM
14 RAM
15 サーボアンプ
16 A/D変換器
17 圧力モニタ用CPU
18 PMC用CPU
19 RAM
20 サーボCPU
21 ROM
22 バス
23 入出力回路
24 不揮発性メモリ
25 CNC用CPU
26 CRT表示回路
27 ROM
28 RAM
29 ディスプレイ付手動データ入力装置
30 電動式射出成形機
31 駆動変換装置
32 可動プラテン
33 固定プラテン
34 バンドヒータ
37 熱電対
38 スクリュー
39 射出シリンダ
40 圧力検出器
41 駆動変換装置
42 歯車機構
43 温度調節器
50 金型
100 ノズル
100a 先端部
100b 基部
101 スプルー
102 ノズルヒータ
103 熱電対
M1 型締用サーボモータ
M2 射出用サーボモータ
M3 計量回転用サーボモータ
P1 パルスコーダ
P2 パルスコーダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a nozzle temperature control method for an injection molding machine.
[0002]
[Prior art]
In the set-up work to start the injection molding work, with the injection cylinder retracted and sprue broken, power is supplied to the heater and nozzle heater of the injection cylinder to wait for the temperature to rise, and then a purge work is performed. It is common to start the injection molding operation by adjusting the state of the injection cylinder, nozzle and molten resin, and bringing the nozzle into contact with the sprue of the mold. Of course, it is possible to raise the temperature of the injection cylinder or nozzle while keeping the nozzle in contact with the mold, but the time required for the temperature rise becomes extremely long, the start of the purge operation is delayed, and the nose during the temperature rise Such operations are generally not performed because there is a risk of sagging and the resin entering the mold.
[0003]
As a result, a significant temperature difference occurs between the sprue portion of the mold and the nozzle of the injection cylinder at the initial stage of starting the continuous molding operation, that is, the stage where the nozzle of the injection cylinder has just been touched to the mold.
[0004]
If the continuous molding operation is continued as it is, the mold gradually absorbs heat from the nozzle, and finally, the temperature of the sprue part of the mold and the temperature of the nozzle reach a thermal equilibrium state, so that the stable molding operation can be performed. In the stage until the thermal equilibrium state is reached, that is, the stage where the heat of the nozzle is taken away by the mold, the temperature at the tip of the nozzle decreases considerably, and the molten resin solidifies. In many cases, this causes a problem such as nozzle clogging and makes molding impossible.
[0005]
In such a case, at the initial stage of the continuous molding operation, the temperature rise target value of the nozzle is set to a high value by manual operation, and the temperature at the nozzle tip is prevented from being lowered while observing the state. Usually, measures such as returning the nozzle temperature increase target value to a predetermined set value are taken, but if such a manual operation is performed, there is a problem that the operator cannot be separated from the injection molding machine during that time.
[0006]
Therefore, conventionally, with respect to such a problem, the nozzle is divided into a plurality of temperature control regions, and a nozzle heater is provided for each region to control the temperature of each region individually (Japanese Utility Model Publication No. 5-12020). In Japanese Patent Publication No. 7-108544 and Japanese Patent Publication No. 7-108545), the number of heater windings is made denser than the base side, and heat is mainly supplied to the nozzle tip. However, the former method has a complicated structure and is expensive, and the latter method has a problem that the temperature at the nozzle tip becomes higher than necessary even after reaching a temperature at which continuous molding is possible.
[0007]
In addition, an injection molding machine has been proposed that adjusts the amount of heat supplied to the nozzle depending on whether the nozzle is in a nozzle touch state or a sprue break state, and prevents nose sagging caused by an increase in nozzle temperature during the sprue break. However, this is for stabilizing the nozzle temperature during the continuous molding operation after achieving thermal equilibrium, and not for stabilizing the injection molding operation before achieving thermal equilibrium.
[0008]
As a result, no matter which method is applied, it is difficult to stabilize the nozzle tip temperature before achieving thermal equilibrium, and in particular, the difference between the nozzle temperature immediately after the start of continuous molding operation and the temperature of the sprue part of the mold. In a state where the temperature of the sprue portion is low and the heat at the nozzle tip is strongly absorbed by the mold side, the temperature of the molten resin flowing through the nozzle and sprue and flowing into the mold There is also a problem such as a temporary rise and a relative temperature drop as a reaction thereof, and it is very difficult to stabilize the temperature at the tip of the cylinder.
[0009]
A method of providing temperature detection means such as a thermocouple at the tip of the nozzle to perform PID (proportional, integral, derivative) control and ON / OFF control of the nozzle heater is also conceivable, but as shown in FIG. Since the portion 100a is reduced in diameter by a considerably large taper so as to be in close contact with the hollow portion on the sprue 101 side, it is difficult to wind the
[0010]
Further, compared to the base 100b side of the
[0011]
Further, the target temperature is quickly reached with respect to a temperature change caused by heating due to the flow of molten resin at the time of injection or rapid cooling of the nozzle by a mold, that is, a temperature change occurring within a relatively short time such as one molding cycle. In order to improve the response as described above, the proportional band of the P (proportional) operation may be narrowed. However, if the proportional band is narrowed, overshooting or hunting may be caused. Therefore, the proportional band must be increased, and as a result, the ON / OFF control of the nozzle heater is started when the temperature deviation (difference between the target temperature and the detected temperature) is considerably large, and the responsiveness deteriorates. .
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is that the temperature of the nozzle tip is extremely lowered even in the initial stage of the continuous molding operation where the thermal equilibrium between the mold temperature and the nozzle temperature is not achieved, and nozzle clogging does not occur, An object of the present invention is to provide a nozzle temperature control method for an injection molding machine that can stably maintain the temperature at the tip of a nozzle even with respect to a temperature change caused by the flow of a resin during one molding cycle.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The graph shown by the solid line in FIG. 1 is a concept in which temperature changes that occur in each part around the
[0014]
As shown in FIG. 1, the temperature is high on the base 100b side of the
[0015]
The reason why the temperature on the base 100b side of the
[0016]
On the other hand, when only the portion of the tip portion 100a of the
[0017]
Further, when the temperature change during one molding cycle is observed only for the tip portion 100a of the
[0018]
Naturally, the temperature of the
[0019]
Therefore, the present invention detects a state variable of the injection molding machine that can estimate the temperature of the nozzle tip, and if this detected value is outside the set allowable range indicating a decrease in the nozzle tip temperature, it is maintained from the time when the mold closing starts. The above-mentioned object is achieved by increasing the energization time of the nozzle heater only during the desired setting section set within the section where the pressure completion time is the limit to prevent the temperature of the nozzle tip from decreasing. The reason why the energization time of the nozzle heater is not increased during measurement is to maintain the gate seal when the pressure holding is completed, and the reason that the energization time of the nozzle heater is not increased during mold opening is to prevent the occurrence of sag. is there.
[0020]
The state variables that estimate the nozzle tip temperature include the maximum injection pressure, the injection pressure after a predetermined time has elapsed after the start of injection, the temperature of the nozzle base when mold opening is completed, the number of shots and the elapsed time after the start of continuous molding operation, etc. When applying the maximum injection pressure or the injection pressure after a predetermined time has elapsed after the start of injection as the state variable, if the state variable exceeds the set allowable range indicating a decrease in the nozzle tip temperature, When applying the temperature of the nozzle base at the time of mold opening completion, the number of shots after the start of continuous molding operation and the elapsed time, the state variable of the nozzle tip is below the set allowable range indicating a decrease in the nozzle tip temperature. Judge as temperature drop.
[0021]
Further, at least one detection value is selected from state variables such as maximum injection pressure, injection pressure after a predetermined time has elapsed after the start of injection, temperature of the nozzle base when mold opening is completed, the number of shots after the start of continuous molding operation, and elapsed time. It may be determined that the temperature of the nozzle tip is lowered when the temperature is outside the allowable setting range indicating the drop of the nozzle tip temperature.
[0022]
As already stated, the nozzle heater can be energized at all times except during weighing or during mold opening. However, the difference in mold size and molding conditions, that is, when normal PID control is performed. In order to adjust the energization time of the nozzle heater according to the change characteristics of the nozzle tip temperature in one molding cycle, the time interval from the time after a predetermined time has elapsed after the mold closing has started until the predetermined time has elapsed since the start of injection, depending on the setting of the timer The time interval to increase the energization time of the nozzle heater can be set.
[0023]
Further, when a predetermined time elapses after the mold closing starts or when the mold closing is completed, the energization time of the nozzle heater is increased. When the predetermined time elapses after the start of injection or when the pressure holding is completed, the PID control of the nozzle heater is resumed. Even if there is a time variation in the processing of each process in the molding cycle, the effect of forced heating by increasing the energization time of the nozzle heater and the prevention of nasal sagging due to inadvertent heating during weighing and mold opening are simultaneously performed I was able to achieve it.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 3 is a block diagram showing a main part of an electric
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
Each of the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
A manual
[0033]
Then, the
[0034]
The temperature control of each part of the injection cylinder 39 and the
[0035]
4 and 5 are flow charts showing the outline of the temperature control process for one molding cycle by the
[0036]
4 and FIG. 5, the steps of each process are shown continuously along the time series in which they are executed. In practice, however, in the same manner as the sequence control of each axis of the injection molding machine, each step is performed at predetermined intervals. The process is repeatedly executed, and does not mean that the
[0037]
Therefore, first, the
[0038]
Next, the
[0039]
The
[0040]
Next, the
[0041]
The
[0042]
Even if the setting value t2 is set to a long value by mistake, the normal ON control of the
[0043]
As already described, the set values t1 and t2 have optimum values due to differences in the size of the mold, molding conditions, and the like. For example, as shown in FIG. 2, the temperature of the tip 100a of the
[0044]
After that, the
[0045]
When the sequence operation of one molding cycle is completed, the
[0046]
Next, the
[0047]
That is, when the maximum injection pressure P exceeds the allowable maximum value A of the maximum injection pressure, and when the injection pressure R after the set predetermined time has elapsed after the start of injection exceeds the allowable maximum value B of the injection pressure, This is evidence that the temperature of the molten resin, that is, the temperature of the tip 100a of the
[0048]
Further, when the current shot number S is below the allowable minimum value D of the shot number, it is indicated that the heat of the
[0049]
The same applies to the case where the temperature N of the
[0050]
As a result, the forced heating flag F is reset only when the determination results in steps S23 to S26 are all false and the temperature stability of the nozzle tip is guaranteed, and in other cases, the forced heating flag is reset. This means that the setup state of F is maintained.
[0051]
Next, the
[0052]
When repeating the continuous molding operation, if the forced heating flag F is reset in the immediately preceding molding cycle, the determination result in step S4 is false, which means that the tip temperature of the
[0053]
On the other hand, since the process of step S18 thru | or step S29 is implemented for every molding cycle irrespective of whether the forced heating flag F is reset, it is a case where the forced heating flag F is once reset. However, if one of the determination results in steps S23 to S26 becomes true and a change in the state variable corresponding to the abnormal nozzle tip temperature is detected, the forced heating flag F is set again. The forced heating by the normally ON control of the
[0054]
Therefore, during the continuous molding operation, damage such as breakage of the core of the mold occurs, the molding operation is interrupted, the
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, even at the initial stage of the continuous molding operation where the thermal equilibrium between the mold temperature and the nozzle temperature has not been achieved, the temperature of the nozzle tip is extremely reduced and nozzle clogging does not occur, The temperature at the nozzle tip can be stably maintained even with respect to a temperature change or the like caused by a resin flow during one molding cycle.
[0056]
In addition, since the timer energizing time increase section for preventing the temperature drop at the nozzle tip is set by the timer, the heating characteristics of the nozzle can be adjusted according to the characteristics of the mold and molding conditions.
[0057]
Even if the timer is set by mistake, if the holding pressure is completed, the increase control of the energization time of the nozzle heater is forcibly terminated and normal PID control is resumed. It is possible to prevent the occurrence of sagging at the time of seal breakage, weighing and mold opening.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure around a nozzle in an injection molding machine, and a graph showing temperature variations in the vicinity of the nozzle.
FIG. 2 is a graph showing the temperature change at the nozzle tip in normal PID control and the temperature change at the nozzle tip when one embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 is a block diagram showing a main part of an electric injection molding machine according to an embodiment to which the method of the present invention is applied.
FIG. 4 is a flowchart showing an outline of a temperature control process according to an embodiment to which the method of the present invention is applied.
FIG. 5 is a continuation of the flowchart showing the outline of the temperature control process.
[Explanation of symbols]
10 Control device
11 ROM
12 RAM
13 ROM
14 RAM
15 Servo amplifier
16 A / D converter
17 CPU for pressure monitoring
18 CPU for PMC
19 RAM
20 Servo CPU
21 ROM
22 Bus
23 I / O circuit
24 Nonvolatile memory
25 CPU for CNC
26 CRT display circuit
27 ROM
28 RAM
29 Manual data input device with display
30 Electric injection molding machine
31 Drive conversion device
32 Movable platen
33 Fixed platen
34 Band heater
37 Thermocouple
38 screw
39 Injection cylinder
40 Pressure detector
41 Drive converter
42 Gear mechanism
43 Temperature controller
50 mold
100 nozzles
100a Tip
100b base
101 sprue
102 Nozzle heater
103 thermocouple
Servo motor for M1 mold clamping
M2 servo motor for injection
M3 Servo motor for metering rotation
P1 pulse coder
P2 pulse coder
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