JP3830335B2 - 射出成形機のスクリュ制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機のスクリュ制御方法に係り、特に、スクリュを前進させて加熱バレル内に貯えられた溶融樹脂を金型内に充填する過程で、充填工程から保圧工程に移行する際のサージ圧力の発生を抑制するためのスクリュ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機では、内部にスクリュを備えた加熱バレルを使用し、スクリュを回転させて加熱バレル内に樹脂を導入すると同時に樹脂を溶融し（「計量工程」と呼ぶ）、次いで、スクリュを前進させて金型内に溶融樹脂を射出（「射出工程」と呼ぶ）している。射出工程は、スクリュを所定の速度で前進させる充填工程と、予め設定された位置（「保圧開始位置」と呼ぶ）にスクリュが到達したところで、金型内の樹脂の圧力を所定の圧力に維持できるようにスクリュの速度を制御する保圧工程に分かれる。
【０００３】
この様な従来のスクリュ制御方法に関しては、次の様な問題があった。即ち、樹脂の充填を高速で行う必要がある場合、従来の制御方法ではスクリュの前進方向の慣性力を抑え切れないので、保圧工程に切り換わったところで大きなサージ圧が発生する。サージ圧が発生すると、保圧工程に切り換わった後での金型内の樹脂の圧力が不安定になる。その結果、射出成形製品の品質が安定せず、歩留まりにも悪い影響を及ぼす。また、金型を損傷することもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の様な射出成形機における従来のスクリュ制御方法の問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、射出工程において充填工程から保圧工程に移行するときのサージ圧の発生を抑え、これによって、高速で樹脂の充填を行った場合にも射出成形製品の品質を安定させ、金型の損傷を抑制することができるスクリュ制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の射出成形機のスクリュ制御方法は、
内部にスクリュを備えた加熱バレル内に樹脂を導入して溶融した後、充填工程に移行し、設定速度に基づき算出される位置指令に従ってスクリュを移動させることにより樹脂を金型内に充填し、次いで、所定のモニタリング値が保圧工程への切換条件に到達したときに保圧工程に移行し、設定圧力に基づき算出される位置指令に従ってスクリュを移動させることにより金型内の樹脂の圧力を所定の圧力に維持する射出成形機のスクリュ制御方法において、
所定のモニタリング値が保圧工程への切換条件に到達したとき、その時点の位置指令よりも予め設定された補正量だけ後退させた位置指令を、保圧工程に移行後の最初のフィードバック基準入力信号として与えることを特徴とする。
【０００６】
ここで、スクリュの移動は射出工程の全体では前進が主体となるが、個々の制御時（典型的には充填工程から保圧工程に移行した直後など）の状態によってはスクリュが後退することもあるので、「移動」とは前進または後退を意味する。
【０００８】
より具体的には、充填工程で前記スクリュを移動させているとき、所定のモニタリング値が保圧工程への切換条件に到達したか否かについてモニターし、
前記保圧切換条件に到達する前は、フィードバック基準入力信号としてスクリュ位置を順次、更新するとともに、その位置指令に従ってスクリュを移動させ、前記保圧切換条件に到達するまでこれを繰り返し、
前記保圧切換条件に到達した直後に、フィードバック基準入力信号として、その時点の位置指令よりも予め設定された補正量だけ後退させた位置指令を与え、
次いで、保圧工程に移行し、フィードバック基準入力信号としてスクリュ位置を順次、更新しながら、スクリュを移動させる。
【０００９】
本発明の方法においては、所定の時間が経過したとき、または、前記スクリュが前進限に到達したとき、前記スクリュを停止させる。上述したように射出成形機における射出工程は、射出開始から保圧切換までの充填工程と保圧開始から保圧終了までの保圧工程に分かれる。上記のスクリュを停止する要件となる所定の経過時間とは、射出開始から保圧終了までの時間として設定した射出工程全体の時間（「射出時間」と呼ぶ）、または保圧開始から保圧終了までの時間として設定した保圧工程の時間（「保圧時間」と呼ぶ）を意味する。
【００１０】
上述したモニタリング値としては例えば以下のものが挙げられる。すなわち、
（１）スクリュ位置検出器により検出されるスクリュ位置、（２）金型内に設けた樹脂圧センサにより検出される金型内樹脂圧力、（３）バレル内またはノズル内に設けた樹脂圧センサにより検出されるバレル先端側の樹脂圧力、（４）射出圧力検出器により検出されるスクリュの射出圧力、（５）射出駆動モータ（サーボモータ）の駆動トルクまたは駆動電流、（６）射出開始から保圧切換までの時間として設定した充填工程の時間（「充填時間」と呼ぶ）などである。
【００１１】
そして、上記（１）〜（６）から任意に選択される所定のモニタリング値が保圧切換条件に到達した直後に、フィードバック基準入力信号として、その時点の位置指令よりも予め設定された補正量だけ後退させた位置指令（保圧開始時補正量）を与えると、スクリュは減速し、さらには後退することもある。スクリュの減速または後退の度合は、保圧工程への切換時点におけるスクリュ速度および保圧開始時補正量に応じて変化する。例えば、スクリュ速度が小さく、保圧開始時補正量が大きい場合には、スクリュが後退する可能性がある。
【００１２】
本発明の射出成形機のスクリュ制御方法によれば、射出の際、所定のモニタリング値が保圧工程への切換条件に到達したとき、一時的に、スクリュの位置指令として前記補正量だけ後退させた位置指令を指示することによって、スクリュを減速または後退させることができる。これによって、サージ圧の発生を抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に基づくスクリュ制御方法について、図面を用いて説明する。なお、この実施形態では、スクリュ位置検出器により検出されるスクリュ位置をモニターすることにより、保圧工程への切換時点を判定している。
【００１４】
図１に、電動式射出成形機に本発明の制御方法を適用する場合の装置及び制御システムの構成の例を示す。図中、１は加熱バレル、２はスクリュ、３はホッパ、５は計量駆動モータ、６は射出駆動モータ、２０は制御システムを表す。
【００１５】
加熱バレル１の内部には、スクリュ２が組み込まれている。加熱バレル１の後端部（図においては右側）の近傍の側面には、ホッパ３が接続されている。加熱バレル１の先端部（図においては左側）は、金型（図示せず）の背面に接続される。成形材料９は、樹脂を粒状に成形したものであって、ホッパ３から加熱バレル１内に導入され、加熱バレル１内で加熱、溶融、混練されて加熱バレル１の先端側に蓄積（計量）された後、金型内に射出される。
【００１６】
スクリュ２の後端部には、計量駆動モータ５及び射出駆動モータ６が接続されている。計量駆動モータ５は、計量の際、加熱バレル１内でスクリュ２を回転させる。これにより、ホッパ３から樹脂９が加熱バレル１内に導入される。導入された樹脂９は、加熱、溶融、混練されてスクリュ２の前端側へ送られ、加熱バレル１の先端側に蓄えられる。これに伴い、加熱バレル１先端内の樹脂の圧力によってスクリュ２が後退し、おおむね後退量に応じた量の溶融樹脂が加熱バレル１の先端側に蓄えられる。射出駆動モータ６は、射出の際、スクリュ２を加熱バレル１内で前進させて溶融樹脂を金型内に充填する。
【００１７】
計量駆動モータ５のシャフトには、スクリュ２の回転数を検出するスクリュ回転数検出器１１が取り付けられている。射出駆動モータ６のシャフトには、スクリュ２の軸方向位置を検出するスクリュ位置検出器１２が取り付けられている。スクリュ２の後端部には、射出圧力検出器１３が取り付けられている。射出圧力検出器１３は、スクリュ２によって加熱バレル１の先端側に蓄えられた成形材料９（溶融樹脂）に与えられる射出圧力を、スクリュ２の後端部に作用する反力から検出する。
【００１８】
図１に示されているように、この電動式射出成形機の制御システム２０は、計量駆動用アンプ２１、射出駆動用アンプ２２、センサ入力部２３、演算部２４、及びＭＭＩ／Ｆ（マンマシン・インタフェース）２５、及び制御出力部２６から構成されている。
【００１９】
計量駆動用アンプ２１は、スクリュ回転数検出器１１によって検出されたスクリュ２の回転数のデータを取り込み、計量駆動モータ５の動きを制御するとともに、計量駆動モータ５への供給電流をセンサ入力部２３へ送る。射出駆動用アンプ２２は、射出駆動モータ６の動きを制御するとともに、スクリュ位置検出器１２によって検出されたスクリュ２の軸方向位置のデータをセンサ入力部２３へ送る。センサ入力部２３は、射出圧力検出器１３によって検出されたスクリュ２の射出圧力、計量駆動用アンプ２１から送られた計量駆動モータ５への供給電流、及び射出駆動用アンプ２２から送られたスクリュ２の軸方向位置の各データを、演算部２４に送る。
【００２０】
演算部２４は、マンマシン・インタフェース２５を介してオペレータから入力された指示に基づいて、スクリュ２の駆動条件を決定し、制御出力部２６に指令を送る。制御出力部２６は、計量駆動用アンプ２１及び射出駆動用アンプ２２に、それぞれ制御信号を送り、計量駆動モータ５及び射出駆動モータ６の動きを制御する。
【００２１】
次に、図２に示すフローチャートを用いて、射出工程におけるスクリュ２の制御方法について説明する。
【００２２】
フローチャート中で、「位置」とは、加熱バレル（１：図１）内におけるスクリュ（２：図１）の位置を意味し、スクリュの前進限（計量開始位置）を０ｍｍとし、後退方向を正（＋）としている。スクリュが前回の射出完了位置（前進限）にあるところから成形材料（９：図１）の計量が開始され、先に説明したように、スクリュはその前方に成形材料を送り込みながら次第に後退する。所定量の成形材料（溶融樹脂となっている）が加熱バレル内に貯えられたとき、スクリュの後退を停止させる。この停止位置を「計量完了位置」と呼ぶ。次いで、射出工程に移行し、スクリュを前進させて金型の中に溶融樹脂を充填する。なお、この例では、計量完了位置は１００ｍｍである。
【００２３】
「位置指令」とは、充填工程及び保圧工程におけるスクリュの位置についてのフィードバックループ上での基準入力信号を意味している。
【００２４】
「分配位置」（ΔＰ）とは、充填工程及び保圧工程におけるスクリュの設定速度と圧力（例えば射出圧力検出器１３で検出される射出圧力）との関係から求めたスクリュの移動指令速度（Ｖ）と、フィードバックループ上でスクリュの位置指令を更新する時間間隔（Δｔ）の積を意味している。
【００２５】
なお、この例では、
Ｖ ＝１０［ｍｍ／ｓｅｃ］
Δｔ＝ １［ｍｓｅｃ］
ΔＰ＝Ｖ・Δｔ＝０．０１［ｍｍ］
である。
【００２６】
なお、フローチャート中の“＝”記号は、上記の時間間隔（Δｔ）毎に位置指令が更新されることを意味し、具体的には、“＝”の左側の値が右側の値で順次、置き換えられることを意味している。
【００２７】
フローチャートに示すように、充填工程の開始時点において、位置指令には現在位置（具体的には、計量完了位置）が設定されている。充填工程の開始後、上記の時間間隔（Δｔ）毎に位置指令を更新しながら、充填工程に対応する所定の設定速度でスクリュを前進させる。このとき、実際のスクリュ位置をモニターして、スクリュを駆動する射出駆動モータ（６：図１）のフィードバックコントロールを行う。これと同時に、スクリュが保圧開始位置（充填工程から保圧工程への切換がなされる位置）に到達したか否かについてもモニターする。なお、この例では、保圧開始位置は４ｍｍである。
【００２８】
スクリュが保圧開始位置に到達したときには、次回の位置指令を、その時の位置指令から予め設定されている補正量（図中「保圧開始時補正量」、この例では１ｍｍ）を加えた値に切り換える。即ち、その時の位置指令から後退した位置に位置指令を設定する。これによって、スクリュは減速され、場合によっては後退する。次いで、充填工程から保圧工程に移行する。
【００２９】
保圧工程に移行した後は、再度、上記の時間間隔（Δｔ）毎に位置指令を更新しながら、前述の移動指令速度でスクリュを前進させる。このときも、実際のスクリュ位置をモニターして、射出駆動モータのフィードバックコントロールを行う。これと同時に、予め設定されている射出工程の開始から測定して所定の経過時間（射出時間、例えば６０秒）または保圧工程の開始から測定して所定の経過時間（保圧時間、例えば２０秒）に到達したか否か（タイマがタイムアップしたか否か）、及びスクリュが前進限に到達したか否かについてもモニターする。
【００３０】
上記の射出時間または保圧時間に到達したとき、またはスクリュが前進限に到達したときには、スクリュを停止して、射出工程を終了させる。
【００３１】
図３に、本発明の射出制御方法を採用した場合の、スクリュの位置と速度及び射出圧力との関係の一例を示す。本発明の射出制御方法によれば、スクリュが保圧開始位置に到達したとき、その速度が減速されるので、サージ圧がほとんど発生しない。
【００３２】
図４に、従来の射出制御方法を採用した場合の、スクリュの位置と速度及び射出圧力との関係の一例を示す。従来の射出制御方法によれば、スクリュの減速が遅れる結果、大きなサージ圧が発生する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の射出成形機のスクリュ制御方法によれば、射出の際、スクリュが保圧開始位置に到達したとき、一時的に、スクリュの位置指令として所定の補正量だけ後退させた位置指令を与えることによって、スクリュを減速または後退させることができる。これにより、サージ圧の発生が抑えられる。その結果、保圧工程に切り換わった後に金型内の樹脂の圧力が不安定になる現象が防止されるので、射出成形製品の品質を安定させ、歩留まりの向上を図ることができる。さらに、金型の損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくスクリュ制御方法が適用される電動式射出成形機の概略構成を示す図。
【図２】本発明に基づくスクリュ制御方法を示すフローチャート。
【図３】本発明に基づく制御方法を採用した場合の、スクリュの位置と速度及び射出圧力との関係について説明する図。
【図４】従来の制御方法を採用した場合の、スクリュの位置と速度及び射出圧力の関係について説明する図。
【符号の説明】
１・・・加熱バレル、
２・・・スクリュ、
３・・・ホッパ、
５・・・計量駆動モータ、
６・・・射出駆動モータ、
９・・・成形材料（樹脂）、
１１・・・スクリュ回転数検出器、
１２・・・スクリュ位置検出器、
１３・・・射出圧力検出器、
２０・・・制御システム、
２１・・・計量駆動用アンプ、
２２・・・射出駆動用アンプ、
２３・・・センサ入力部、
２４・・・演算部、
２５・・・マンマシン・インタフェース、
２６・・・制御出力部、

Claims (2)

1. 内部にスクリュを備えた加熱バレル内に樹脂を導入して溶融した後、充填工程に移行し、設定速度に基づき算出される位置指令に従ってスクリュを移動させることにより樹脂を金型内に充填し、次いで、所定のモニタリング値が保圧工程への切換条件に到達したときに保圧工程に移行し、設定圧力に基づき算出される位置指令に従ってスクリュを移動させることにより金型内の樹脂の圧力を所定の圧力に維持する射出成形機のスクリュ制御方法において、
   所定のモニタリング値が保圧工程への切換条件に到達したとき、その時点の位置指令よりも予め設定された補正量だけ後退させた位置指令を、保圧工程に移行後の最初のフィードバック基準入力信号として与えることを特徴とする射出成形機のスクリュ制御方法。
2. 充填工程若しくは保圧工程の開始から所定の時間が経過したとき、または、前記スクリュが前進限に到達したとき、前記スクリュを停止させることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機のスクリュ制御方法。

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