JP3880441B2 - 射出成形機におけるスクリュ前進速度の制御方法 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機において、射出バレル内に貯えられた溶融樹脂をスクリュを前進させて金型内に送り込む際のスクリュの前進動作の制御方法に係る。
【0002】
【従来の技術】
射出成形機において、射出バレル内に貯えられた溶融樹脂をスクリュを前進させて金型内に送り込む際、従来、次のような制御方法が用いられていた。
【0003】
即ち、スクリュが、予め設定された制御モード切り替え位置(以下、「減速開始位置」と呼ぶ)に到達するまでは、予め設定された速度パターンに従って、スクリュの前進速度を制御する。スクリュが上記の減速開始位置に到達した後は、スクリュの前進速度を徐々に減速させながら、スクリュを駆動する油圧シリンダ(射出シリンダ)内の圧力が予め設定された目標圧力(金型内の圧力の目標値に対応して設定される)に到達するように、スクリュの前進速度をフィードバック制御する。次いで、スクリュが予め設定された位置(「保圧開始位置」と呼ばれる)に到達した後は(あるいは、スクリュの前進開始からの経過時間が予め設定された時間(「保圧開始時間」と呼ばれる)に到達した後は)、油圧シリンダ内の圧力が上記の目標圧力で維持されるように、その圧力をフィードバック制御する。
【0004】
なお、スクリュが上記の保圧開始位置に到達するまで(あるいは、スクリュの前進開始からの経過時間が上記の保圧開始時間に到達するまで)の工程は、「充填工程」と呼ばれ、保圧開始位置(または、保圧開始時間)に到達した後の工程は、「保圧工程」と呼ばれている。
【0005】
しかし、上記のような制御方法を使用した場合、前記保圧工程において金型内での溶融樹脂の流れに伴う圧損の影響で、射出シリンダ内の圧力が金型のキャビティ内の圧力と必ずしも一致しないので、金型のキャビティ内の圧力を正確に制御することができない。その結果、製品の品質または歩留りに限界があった。
【0006】
これに対して、例えば、特許公報第2756077号には、保圧工程において、金型のキャビティ内の圧力を検知し、その圧力が予め設定された基準値となるようにスクリュの前進速度をフィードバック制御によって操作することが開示されている。但し、この制御方法では、保圧工程おける上記圧力の基準値は、一定の値で固定されている。
【0007】
従来の制御方法では、製品にバリ等の成形不良が発生した場合、良品を成形するための制御条件の調整に、多大な労力と工数が必要であった。また、対応できる成形品の種類も限られていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、射出成形機における上記のような従来のスクリュ前進速度の制御方法の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、成形不良が発生した場合に、あるいは、新しい製品を成形する場合に、少ない試行回数で適切な制御条件を見出すことができるスクリュ前進速度の制御方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、射出成形機において、射出バレル内に貯えられた溶融樹脂をスクリュを前進させて金型内に送り込む際、スクリュが予め設定された減速開始位置に到達するまでは、予め設定された速度パターンに従ってスクリュの前進速度を制御し、スクリュが前記減速開始位置に到達した後は、金型内の圧力が予め設定された目標圧力に一致するように、スクリュの前進速度をフィードバック制御するスクリュ前進速度の制御方法において、
スクリュが前記減速開始位置から、予め設定された保圧開始位置に到達するまでは、金型内の圧力が予め設定された目標圧力に到達するように、スクリュの前進速度を第一のPID演算係数を用いてフィードバック制御し、
スクリュが前記保圧開始位置に到達した後は、金型内の圧力が予め設定されたパターンで経過時間に対して変化するように、プログラム制御方式に基づきスクリュの前進速度を第二のPID演算係数を用いてフィードバック制御すること、
を特徴とする。
【0010】
本発明のスクリュ前進速度の制御方法によれば、スクリュが前記保圧開始位置に到達した以降の(即ち、保圧工程中の)金型内の目標圧力を、スクリュが前記減速開始位置から保圧開始位置に到達するまでの(即ち、減速工程中の)目標圧力(第一の目標圧力)と一致させる必要がないので、保圧工程の途中における金型内の目標圧力をより適切な値またはパターンに設定することができる。その結果、従来よりも少ない試行回数で、適切な制御条件を見出すことが可能になる。また、対応できる成形品の種類も増える。
【0011】
また、スクリュの前進速度を制御する際、フィードバックループ内のPID演算式の中の各係数を、前記保圧開始位置に到達した前後で切り換えることによって、金型内の圧力を滑らかな曲線で変化させることができる。
【0012】
上記のプログラム制御において、スクリュが前記保圧開始位置に到達した後、例えば、目標圧力を経過時間に対してステップ状に多段階で切り替える。
【0013】
この場合、好ましくは、前記目標圧力をステップ状に切り替える際、フィードバック制御ループ内のPID演算式の中の積分項をクリアして零で置き換えておく。
【0014】
なお、上記の制御方法の変形として、スクリュの前進開始からの経過時間が予め設定された時間(保圧開始時間と呼ばれる)に到達した時に、保圧工程を開始することもできる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法が適用される射出成形機の主要部の断面図を示す。
【0016】
金型1は、固定型2及び移動型3から構成される。固定型2と移動型3の間には、溶融樹脂が充填されるキャビティ4が形成されている。固定型2の背面には、溶融樹脂導入用のゲート5が設けられている。射出バレル7の先端は、固定型2の背面でゲート5に接続されている。射出バレル7の内部には、スクリュ8が収容されている。射出バレル7の内部に樹脂を導入して溶融した後、スクリュ8を前進させて、溶融樹脂9をキャビティ4内に充填する。
【0017】
キャビティ4の型面には、キャビティ4内の溶融樹脂9の圧力を測定するための圧力検出器11が埋め込まれている。射出シリンダ13の近傍には、シリンダ内の油圧圧力を測定するための射出シリンダ油圧圧力検出器12が配置されている。
【0018】
図2に、本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法の一例を示す。
【0019】
この図において、横軸は、右端からLS4までがスクリュ8の位置を表し、LS4から左端までが時間を表している。上段側に表示されたデータは、金型のキャビティ4内の圧力であり、下段側に表示されたデータは、スクリュ8の前進速度である。金型1のキャビティ4内へ溶融樹脂を射出する動作は、横軸の右端から左に向かって進行する。
【0020】
先ず、充填工程では、射出動作の開始から、スクリュが減速開始位置LS4Bに到達するまで、予め設定された速度パターンに従ってスクリュの前進速度を制御する。この例では、スクリュの前進速度を二段階(Vi1、Vi2)で切り替えている。
【0021】
次に、スクリュが減速開始位置LS4Bに到達したところで、減速工程に移る。減速工程では、金型のキャビティ内の圧力を制御変数としスクリュの前進速度を操作変数として、キャビティ内の圧力が予め設定された目標圧力に到達するように、スクリュの前進速度をフィードバック制御する。
【0022】
ここで、充填工程から減速工程へ移行する際、フィードバック制御ループ内のPID演算式の中の積分項の初期値を非零の適切な値に設定することによって、スクリュの前進速度を徐々に減速させることができる。この例では、PID演算の結果得られる指令速度が移行時点での速度(Vi2)に一致するように、上記積分項の初期値を金型のキャビティ内の圧力の実測値を用いて逆算し、そのようにして求められた初期値をPID演算式の中に自動的に設定している。
【0023】
次に、スクリュが保圧開始位置LS4に到達したところで、保圧工程に移る。保圧工程では、金型のキャビティ内の圧力を制御変数としスクリュの前進速度を操作変数として、キャビティ内の圧力が予め設定された目標圧力に一致するように、スクリュの前進速度をフィードバック制御する。
【0024】
この例では、図2に示すように、保圧工程における目標圧力を時間の関数とし、プログラム制御方式に基づき、スクリュが保圧開始位置LS4に到達した時点からの経過時間に従ってステップ状に多段階で切り替えている。
【0025】
更に、減速工程から保圧工程へ移行する際、フィードバック制御ループ内のPID演算式の中の各係数を、減速工程中とは異なる値に切り換える。
【0026】
スクリュが保圧開始位置LS4に到達した時点から、予め設定された保圧時間Toutが経過したところで、保圧工程を終了させる。
【0027】
なお、各段階の目標圧力の値、その切り替えのタイミング、及びPID演算式の中の各係数の値は、予め試験成形を実施し、その結果に基づいて決定される。
【0028】
なお、保圧工程において、目標圧力をステップ状に切り替える際、フィードバック制御ループ内のPID演算式の中の積分項をクリアして零で置き換えて置くことが好ましい。その理由は、積分項に大きな値が残っていると、それが新目標圧力での制御の妨げとなる場合があるからである。
【0029】
図3に、本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法の他の例を示す。この図において、第一の横軸は、射出動作の開始からの経過時間を表わし、その下側の第二の横軸はスクリュ8の位置を表す。この例は、先の例(図2)に示した制御方法の変形版であって、減速工程から保圧工程への移行のポイントを、スクリュの位置を用いて設定する代わりに、スクリュの前進開始からの経過時間を用いて設定している。即ち、スクリュが前進を開始した時から、予め設定された時間(保圧開始時間:TR2)が経過した時に、保圧工程が開始される。その以外の制御内容については、先の例と共通である。
【0030】
図4に、本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法の他の例を示す。
【0031】
充填工程では、先の例と同様に、予め設定された速度パターンに従ってスクリュの前進速度を制御する。
【0032】
次に、スクリュが減速開始位置LS4Bに到達したところで、減速工程に移る。減速工程では、先の例と同様に、金型のキャビティ内の圧力を制御変数としスクリュの前進速度を操作変数として、キャビティ内の圧力が予め設定された目標圧力に到達するように、スクリュの前進速度をフィードバック制御する。
【0033】
次に、スクリュが保圧開始位置LS4に到達したところで、保圧工程に移る。保圧工程では、金型のキャビティ内の圧力を制御変数としスクリュの前進速度を操作変数として、キャビティ内の圧力が予め設定された目標圧力に一致するように、スクリュの前進速度をフィードバック制御する。
【0034】
この例では、図3に示すように、保圧工程における目標圧力を時間の関数とし、プログラム制御方式に基づき、スクリュが保圧開始位置LS4に到達した時点からの経過時間に従って所定の曲線パターンで変化させている。
【0035】
更に、減速工程から保圧工程へ移行する際、フィードバック制御ループ内のPID演算式の中の各係数を、減速工程中とは異なる値に切り換える。
【0036】
スクリュが保圧開始位置LS4に到達した時点から、予め設定された保圧時間Toutが経過したところで、保圧工程を終了させる。
【0037】
なお、経過時間に対する目標圧力のパターン、及びPID演算式の中の各係数の値は、予め試験成形を実施し、その結果に基づいて決定される。
【0038】
図5に、本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法の他の例を示す。この図において、第一の横軸は、射出動作の開始からの経過時間を表わし、その下側の第二の横軸はスクリュ8の位置を表す。この例は、先の例(図4)に示した制御方法の変形版であって、減速工程から保圧工程への移行のポイントを、スクリュの位置を用いて設定する代わりに、スクリュの前進開始からの経過時間を用いて設定している。即ち、スクリュが前進を開始した時から、予め設定された時間(保圧開始時間:TR2)が経過した時に、保圧工程が開始される。その以外の制御内容については、先の例と共通である。
【0039】
なお、本発明は、電動射出成形機においても好適に適用される。
【0040】
【発明の効果】
本発明のスクリュ前進速度の制御方法によれば、保圧工程の途中における金型のキャビティ内の目標圧力を、従来の方法と比べて容易に、適切な条件に設定することができる。その結果、従来よりも少ない試行回数で適切な制御条件を見出すことが可能になる。また、対応できる成形品の種類も増える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法が使用される射出成形機の主要部の断面図。
【図2】本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法の一例を示す図。
【図3】本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法の他の例を示す図。
【図4】本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法の他の例を示す図。
【図5】本発明に基づくスクリュ前進速度の制御方法の他の例を示す図。
【符号の説明】
1・・・金型、
2・・・固定型、
3・・・移動型、
4・・・キャビティ、
5・・・ゲート、
7・・・射出バレル、
8・・・スクリュ、
9・・・溶融樹脂、
11・・・キャビティ内の圧力検出器、
12・・・射出シリンダ油圧圧力検出器。

Claims (6)

  1. 射出成形機において、射出バレル内に貯えられた溶融樹脂をスクリュを前進させて金型内に送り込む際、スクリュが予め設定された減速開始位置に到達するまでは、予め設定された速度パターンに従ってスクリュの前進速度を制御し、スクリュが前記減速開始位置に到達した後は、金型内の圧力が予め設定された目標圧力に一致するように、スクリュの前進速度をフィードバック制御するスクリュ前進速度の制御方法において、
    スクリュが前記減速開始位置から、予め設定された保圧開始位置に到達するまでは、金型内の圧力が予め設定された目標圧力に到達するように、スクリュの前進速度を第一のPID演算係数を用いてフィードバック制御し、
    スクリュが前記保圧開始位置に到達した後は、金型内の圧力が予め設定されたパターンで経過時間に対して変化するように、プログラム制御方式に基づきスクリュの前進速度を第二のPID演算係数を用いてフィードバック制御すること、
    を特徴とする射出成形機におけるスクリュ前進速度の制御方法。
  2. スクリュが前記保圧開始位置に到達した後、目標圧力を経過時間に対してステップ状に多段階で切り替えることを特徴とする請求項1に記載の射出成形機におけるスクリュ前進速度の制御方法。
  3. スクリュが前記保圧開始位置に到達した後、前記目標圧力をステップ状に切り替える際、フィードバック制御ループ内のPID演算式の中の積分項をクリアして零で置き換えることを特徴とする請求項2に記載の射出成形機におけるスクリュ前進速度の制御方法。
  4. 射出成形機において、射出バレル内に貯えられた溶融樹脂をスクリュを前進させて金型内に送り込む際、スクリュが予め設定された減速開始位置に到達するまでは、予め設定された速度パターンに従ってスクリュの前進速度を制御し、スクリュが前記減速開始位置に到達した後は、金型内の圧力が予め設定された目標圧力に一致するように、スクリュの前進速度をフィードバック制御するスクリュ前進速度の制御方法において、
    スクリュが前記減速開始位置に到達した後、スクリュの前進開始からの経過時間が予め設定された保圧開始時間に到達するまでは、金型内の圧力が予め設定された目標圧力に到達するように、スクリュの前進速度を第一のPID演算係数を用いてフィードバック制御し、
    前記保圧開始時間に到達した後は、金型内の圧力が予め設定されたパターンで経過時間に対して変化するように、プログラム制御方式に基づきスクリュの前進速度を第二のPID演算係数を用いてフィードバック制御すること、
    を特徴とする射出成形機におけるスクリュ前進速度の制御方法。
  5. スクリュの前進開始からの経過時間が前記保圧開始時間に到達した後、目標圧力を経過時間に対してステップ状に多段階で切り替えることを特徴とする請求項4に記載の射出成形機におけるスクリュ前進速度の制御方法。
  6. スクリュの前進開始からの経過時間が前記保圧開始時間に到達した後、前記目標圧力をステップ状に切り替える際、フィードバック制御ループ内のPID演算式の中の積分項をクリアして零で置き換えることを特徴とする請求項5に記載の射出成形機におけるスクリュ前進速度の制御方法。
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