JP3917459B2 - 射出成形機の制御装置及び制御方法 - 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制御装置及び制御方法に関し、特に保圧工程での改善を実現するための制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機における成形サイクルについて簡単に説明する。
【０００３】
（１）可塑化／計量工程においては、スクリュ回転用のサーボモータによってスクリュを回転させる。スクリュは加熱シリンダ内に配置されている。ホッパから加熱シリンダ内のスクリュ後部に樹脂が供給される。スクリュの回転により、供給されてきた樹脂を溶融させながら加熱シリンダの先端部に一定量送り込む。この間、加熱シリンダの先端部に溜まってゆく溶融樹脂の圧力（背圧）を受けながらスクリュは後退する。
【０００４】
スクリュの後端部には射出軸が直結されている。射出軸はベアリングを介してプレッシャプレートに回転自在に支持されている。射出軸はプレッシャプレートを移動させる射出用のサーボモータにより軸方向に駆動される。プレッシャプレートは、ボールネジを介して射出用のサーボモータによって、ガイドバーに沿って前後進する。前述の溶融樹脂の背圧は、後述するように、ロードセルによって検出し、フィードバック制御ループで制御する。
【０００５】
（２）次に、充填工程においては、射出用のサーボモータの駆動によってプレッシャプレートを前進させ、スクリュ先端部をピストンにして、溶融樹脂を金型内に充填する。この時のスクリュ先端部の樹脂圧力は射出圧として検出される。
【０００６】
（３）充填工程の終りで、溶融樹脂が金型のキャビティ内に充満する。その時スクリュの前進運動は、速度制御から圧力制御に切り換えられる。この切り換えは、Ｖ（速度）／Ｐ（圧力）切換と呼ばれており、成形品の品質を左右する。
【０００７】
（４）Ｖ／Ｐ切換の後、金型のキャビティ内の樹脂は設定された圧力のもとに冷却してゆく。これは、保圧工程と呼ばれる。保圧工程においては、樹脂圧力は前述した背圧制御と同様にフィードバック制御ループで制御される。
【０００８】
射出装置においては、（４）の保圧工程以後、（１）の可塑化／計量工程に戻って次の成形サイクルに入る。一方、型締装置においては（１）の可塑化／計量工程と並行して、金型から冷却固化した製品をエジェクトするためのエジェクト動作を行う。エジェクト動作においては、金型を開いてエジェクタ機構によって冷却固化した製品を排出した後、金型を閉じて（２）の充填工程に入る。
【０００９】
次に、図３を参照して、サーボモータ駆動による射出装置を備えた電動射出成形機について説明する。図３において、射出用のサーボモータ１１の回転はボールネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定されている。プレッシャプレート１４は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー１５、１６に沿って移動可能である。プレッシャプレート１４の前後進運動は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸１９を介してスクリュ２０に伝えられる。スクリュ２０は、加熱シリンダ２１内に回転可能に、しかも軸方向に移動可能に配置されている。スクリュ２０の後部に対応する加熱シリンダ２１には、樹脂供給用のホッパ２２が設けられている。射出軸１９には、ベルトやプーリ等の連結部材２３を介してスクリュ回転用のサーボモータ２４の回転運動が伝達される。すなわち、スクリュ回転用のサーボモータ２４により射出軸１９が回転駆動されることにより、スクリュ２０が回転する。
【００１０】
可塑化／計量工程においては、加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回転しながら後退することにより、スクリュ２０の前方、すなわち加熱シリンダ２１のノズル２１−１側に溶融樹脂が貯えられる。充填工程においては、スクリュ２０の前方に貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧することにより成形が行われる。この時、樹脂を押す力がロードセル１８により反力として検出される。つまり、スクリュ先端部における樹脂圧力が検出される。検出された圧力は、ロードセルアンプ２５により増幅されてコントローラ２６に入力される。
【００１１】
プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を検出するための位置検出器２７が取り付けられている。位置検出器２７の検出信号は増幅器２８により増幅されてコントローラ２６に入力される。コントローラ２６は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定された設定値に応じて前に述べた複数の各工程に応じた電流（トルク）指令をサーボアンプ２９、３０に出力する。サーボアンプ２９ではサーボモータ１１の駆動電流を制御してサーボモータ１１の出力トルクを制御する。サーボアンプ３０ではサーボモータ２４の駆動電流を制御してサーボモータ２４の回転数を制御する。サーボモータ１１、２４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ３１、３２が備えられている。エンコーダ３１、３２で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。
【００１２】
なお、図３の構成はあくまでも概略を説明するための便宜上のものであり、射出成形機の一例にすぎない。
【００１３】
図４は、油圧式の射出装置の一例を示す。油圧式の射出装置においては、スクリュ駆動用シリンダ４１で射出軸４２を駆動する。つまり、シリンダ駆動用サーボ弁４３によりスクリュ駆動用シリンダ４１への作動油の流入、流出を制御することにより射出軸４２を軸方向に駆動する。シリンダ駆動用サーボ弁４３はスクリュ駆動用シリンダ４１と油圧源４４、作動油タンク４５との間の油圧経路を切り換えるものである。油圧配管には射出圧検出器４６、４７が設けられ、射出軸４２には位置検出器４８がスクリュ位置検出器として設けられる。射出圧検出器４６、４７は、図３で説明したロードセル１８に対応する。この射出装置の場合も、図示しないコントローラが射出圧検出器４６、４７、位置検出器４８の検出信号を受けてシリンダ駆動用サーボ弁４３を制御することで射出工程での速度制御、保圧工程での圧力制御を実行する。
【００１４】
ところで、射出成形において、成形品の寸法精度を決める要素としては、射出工程、保圧工程の樹脂圧力のプロファイルによるものが大きい。例えば、薄肉成形品の場合、特にＶ／Ｐ切換直後の樹脂圧力の違いにより、ショートショット、ヒケ、バリ、ソリ等の成形不良現象が発生してしまうことが多い。
【００１５】
上述の成形不良現象を回避させるための成形条件としては、Ｖ／Ｐ切換位置設定、射出速度設定、保圧圧力設定等があり、これらの設定作業は成形条件出しと呼ばれる。しかし、成形条件出しは上記のそれぞれの設定が相互に影響し合うために煩雑となる。
【００１６】
従来の保圧工程の成形条件は、圧力設定、時間設定だけであり、圧力設定は複数段にわたるのが普通である。Ｖ／Ｐ切換時の射出圧が高圧で保圧１段目の圧力設定が低圧となるような条件の場合には、スクリュは後退するが、このときの後退速度は制御していない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図５に従来の射出・保圧工程の射出速度（スクリュ速度）（図ａ）、樹脂圧力（図ｂ）、スクリュ位置（図ｃ）の挙動を示す。図５（ａ）において、射出速度正はスクリュの前進を表し、射出速度負はスクリュの後退を表す。ここでは、便宜上、圧力設定が１段の場合について示しており、上述のように保圧工程の制御は保圧圧力（Ｐｈ１）、時間（ｔ１）の設定により行われている。
【００１８】
しかし、金型のキャビティ内の樹脂の振る舞いとして、スクリュ先端部のゲート等で圧縮された溶融樹脂がキャビティ内で開放される時に体積増加等が起こることがある。この場合、保圧工程においての保圧圧力（スクリュヘッド部の圧力）を変更したとしてもキャビティ内の樹脂には影響が少ないか、または逆に過度に反応してしまう。
【００１９】
Ｖ／Ｐ切換時の射出圧が高圧で保圧１段目の圧力設定が低圧の場合には、スクリュは後退するが、このとき圧力設定だけの場合、図５（ａ）にＡで示すように、スクリュの後退速度は高速になる。
【００２０】
しかし、スクリュの後退速度が高速の場合、スクリュが後退するときに溶融樹脂に与える影響としては、負の力も作用することがあり、ボイドの発生等悪影響を与えてしまう。
【００２１】
そこで、本発明の課題は、Ｖ／Ｐ切換後におけるスクリュの高速での後退を抑制するようにして成形品の寸法精度の向上を図ることのできる射出成形機の制御装置及び制御方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、射出工程とそれに続く保圧工程とを含む成形サイクルを実行する電動式射出成形機の制御装置であって、前記保圧工程における圧力制御の開始後、スクリュの後退速度をあらかじめ定められた制限値に制限する後退速度制限手段と、保圧圧力を検出する圧力検出手段とを備えるとともに、前記後退速度制限手段は、前記あらかじめ設定された制限値をもとに第１の操作量を射出用サーボモータに対する第１の指令値として算出する第１の演算手段と、前記圧力検出手段で検出された圧力とあらかじめ設定された保圧設定値との間の差から第２の操作量を前記射出用サーボモータに対する第２の指令値として算出する第２の演算手段と、前記第１の指令値と前記第２の指令値とを比較し、前記第１の指令値が前記第２の指令値より大きい時に該第１の指令値に基づいてスクリュ速度の制御を行い、前記第１の指令値が前記第２の指令値以下である時には該第２の指令値に基づいて圧力制御を行う制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２４】
なお、前記圧力検出手段はスクリュの軸方向の圧力を検出するロードセルであり、前記スクリュ速度の制御は、前記第１の指令値に基づいて前記射出用サーボモータを制御して行われる。
【００２６】
本発明によればまた、射出工程とそれに続く保圧工程とを含む成形サイクルを実行する射出成形機の制御方法において、前記保圧工程における圧力制御の開始後、スクリュの後退速度をあらかじめ定められた制限値に制限するようにし、前記スクリュの後退速度制限が、前記あらかじめ定められた制限値をもとに第１の操作量を射出用サーボモータに対する第１の指令値として算出するとともに、保圧圧力の検出値とあらかじめ設定された保圧設定値との間の差に基づいて第２の操作量を射出用サーボモータに対する第２の指令値として算出し、前記第１の指令値が前記第２の指令値より大きい時に該第１の指令値に基づいてスクリュ速度の制御を行い、前記第１の指令値が前記第２の指令値以下である時には該第２の指令値に基づいて圧力制御を行うことにより実現されることを特徴とする電動式射出成形機の制御方法が提供される。
【００２８】
上記のように、本発明では、保圧工程の成形条件としてスクリュ後退速度制限を追加し、保圧工程中の制御を、保圧圧力制御、スクリュ後退速度制御のいずれかを自動的に切り換えることにより行うようにしている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明による制御方法の実施の形態について説明する。図１は、図５と同様、成形サイクル中の射出工程、保圧工程における射出速度（スクリュ速度）（図ａ）、樹脂圧力（図ｂ）、スクリュ位置（図ｃ）のプロファイルを示す。ここでも、便宜上、保圧工程の圧力制御を設定値Ｐｈ１、時間ｔ１の１段で行う場合について説明するが、圧力制御の段数は２段以上でも構わない。
【００３０】
本形態においては、Ｖ／Ｐ切換後の保圧工程における圧力制御の開始後、スクリュの後退速度をあらかじめ定められた制限値、つまりスクリュ後退速度制限値に制限するようにしたことを特徴とする。
【００３１】
具体的には、Ｖ／Ｐ切換後の保圧工程における圧力制御の開始後に検出されるスクリュの後退速度とあらかじめ設定されたスクリュ後退速度制限値との間の第１の差に基づいて第１の操作量を算出すると共に、圧力制御の開始後に検出される保圧圧力とあらかじめ設定された保圧設定値との間の第２の差に基づいて第２の操作量を算出し、第１の操作量と第２の操作量の大きい方を選択して制御を行うことにより実現される。つまり、Ｖ／Ｐ切換後の保圧工程における圧力制御の開始後、第１の操作量が第２の操作量以下であれば従来同様の圧力制御を実行し、第１の操作量が第２の操作量より大きくなると、その間はスクリュ速度（スクリュ後退速度）の制御、つまりスクリュ後退速度をスクリュ後退速度制限値に抑制する制御が実行される。なお、スクリュ後退速度の制御は、実際にはスクリュの位置制御により実現される。
【００３２】
図２を参照して、射出成形機の制御装置の実施の形態について説明する。本発明は、図３で説明した電動式射出成形機、図４で説明した油圧式射出成形機のいずれにも適用可能であり、はじめに電動式射出成形機の場合について説明する。この場合、保圧圧力を検出するための圧力検出手段として図３で説明したロードセル１８が使用され、スクリュ速度を検出するための速度検出手段は、図３で説明した位置検出器２７の検出値を微分することにより実現されることを前提とする。
【００３３】
図２は、図３で説明したコントローラ２６で実現される保圧中後退速度制限手段の機能ブロック図である。図２において、Ｖ／Ｐ切換後の保圧工程における圧力制御の開始後は、位置検出器２７の検出値から得られるスクリュ後退速度検出値（負の値）とあらかじめ設定されたスクリュ後退速度制限値（負の値）との間の第１の差を第１の減算器１で算出し、ロードセル１８で検出された保圧圧力とあらかじめ設定された保圧設定値との間の第２の差を第２の減算器２で算出する。第１の補償器３は第１の差に基づいて第１の操作量を出力し、第２の補償器４は第２の差に基づいて第２の操作量を出力する。勿論、これらの操作量は同じ次元である。
【００３４】
コントローラ２６は、第１の操作量と第２の操作量とを比較し、大きい方を選択して射出用のサーボモータ１１（図３参照）に与える。これにより、例えば第１の操作量が第２の操作量以下であれば従来同様の圧力制御が実行され、第１の操作量が第２の操作量より大きくなると、その間はスクリュ速度（スクリュ後退速度）の制御、つまりスクリュ後退速度をスクリュ後退速度制限値に維持する制御が実行される。
【００３５】
以上のようにして、保圧工程においてスクリュ後退速度に制限値を設けることにより、保圧工程においてスクリュが高速で後退することによる成形品の品質への悪影響を無くすことが可能になる。
【００３６】
次に、油圧式射出成形機の場合について説明する。この場合、保圧圧力を検出するための圧力検出手段として図４で説明した射出圧検出器４６、４７が使用され、スクリュ速度を検出するための速度検出手段は、図４で説明した位置検出器４８の検出値を微分することにより実現されることを前提とする。
【００３７】
図２において、Ｖ／Ｐ切換後の保圧工程における圧力制御の開始後は、位置検出器４８の検出値から得られるスクリュ後退速度検出値とあらかじめ設定されたスクリュ後退速度制限値との間の第１の差を第１の減算器１で算出し、射出圧検出器４６、４７で検出された射出シリンダ圧力検出値（保圧圧力検出値）とあらかじめ設定された保圧設定値との間の第２の差を第２の減算器２で算出する。第１の補償器３は第１の差に基づいて第１の操作量を出力し、第２の補償器４は第２の差に基づいて第２の操作量を出力する。
【００３８】
図示しないコントローラは、第１の操作量と第２の操作量とを比較し、大きい方を選択してシリンダ駆動用サーボ弁４３（図４参照）に与える。これにより、例えば第１の操作量が第２の操作量以下であれば従来同様の圧力制御が実行され、第１の操作量が第２の操作量より大きくなると、その間はスクリュ速度（スクリュ後退速度）の制御、つまりスクリュ後退速度をスクリュ後退速度制限値に維持する制御が実行される。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、保圧工程においてスクリュ後退速度に制限値を設けることにより、保圧工程においてスクリュが高速で後退することによる成形品の品質への悪影響を無くすことができ、射出成形における成形品の寸法精度の向上、成形条件出しの簡素化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による制御方法における成形サイクル中の射出工程、保圧工程における射出速度（ａ）、樹脂圧力（ｂ）、スクリュ位置（ｃ）のプロファイルを示した図である。
【図２】本発明の実施の形態による制御装置におけるコントローラで実現される保圧中後退速度制限手段の機能ブロック図である。
【図３】電動式射出成形機の概略構成を射出装置側を中心に示した図である。
【図４】油圧式射出成形機における射出装置の概略構成を示した図である。
【図５】従来の制御方法における成形サイクル中の射出工程、保圧工程における射出速度（ａ）、樹脂圧力（ｂ）、スクリュ位置（ｃ）のプロファイルを示した図である。
【符号の説明】
１１ 射出用のサーボモータ
１２ ボールネジ
１３ ナット
１４ プレッシャプレート
１５、１６ ガイドバー
１７ ベアリング
１８ ロードセル
１９、４２ 射出軸
２０ スクリュ
２１ 加熱シリンダ
２２ ホッパ
２３ 連結部材
２４ スクリュ回転用のサーボモータ
２６ コントローラ
２７、４８ 位置検出器
３５ 入力装置
４１ スクリュ駆動用シリンダ
４３ シリンダ駆動用サーボ弁
４４ 油圧源
４５ 作動油タンク
４６、４７ 射出圧検出器

Claims (3)

  1. 射出工程とそれに続く保圧工程とを含む成形サイクルを実行する射出成形機の制御装置において、
    前記保圧工程における圧力制御の開始後、スクリュの後退速度をあらかじめ定められた制限値に制限する後退速度制限手段と保圧圧力を検出する圧力検出手段とを備えるとともに、
    前記後退速度制限手段は、
    前記あらかじめ設定された制限値をもとに第１の操作量を射出用サーボモータに対する第１の指令値として算出する第１の演算手段と、
    前記圧力検出手段で検出された圧力とあらかじめ設定された保圧設定値との間の差から第２の操作量を前記射出用サーボモータに対する第２の指令値として算出する第２の演算手段と、
    前記第１の指令値と前記第２の指令値とを比較し、前記第１の指令値が前記第２の指令値より大きい時に該第１の指令値に基づいてスクリュ速度の制御を行い、前記第１の指令値が前記第２の指令値以下である時には該第２の指令値に基づいて圧力制御を行う制御手段とを含むことを特徴とする電動式射出成形機の制御装置。
  2. 請求項１記載の制御装置において、前記圧力検出手段はスクリュの軸方向の圧力を検出するロードセルであり、前記スクリュ速度の制御は、前記第１の指令値に基づいて前記射出用サーボモータを制御して行われることを特徴とする電動式射出成形機の制御装置。
  3. 射出工程とそれに続く保圧工程とを含む成形サイクルを実行する射出成形機の制御方法において、
    前記保圧工程における圧力制御の開始後、スクリュの後退速度をあらかじめ定められた制限値に制限するようにし、
    前記スクリュの後退速度制限は、
    前記あらかじめ定められた制限値をもとに第１の操作量を射出用サーボモータに対する第１の指令値として算出するとともに、保圧圧力の検出値とあらかじめ設定された保圧設定値との間の差に基づいて第２の操作量を射出用サーボモータに対する第２の指令値として算出し、前記第１の指令値が前記第２の指令値より大きい時に該第１の指令値に基づいてスクリュ速度の制御を行い、前記第１の指令値が前記第２の指令値以下である時には該第２の指令値に基づいて圧力制御を行うことにより実現されることを特徴とする電動式射出成形機の制御方法。
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