JP3943807B2 - 射出成形機の駆動制御方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の油圧ポンプを用いて射出成形機の射出ユニットを駆動する際に適用される射出成形機の駆動制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
射出ユニットを駆動するための複数の油圧ポンプを備え、流量負荷に応じてこれらの油圧ポンプをローディング、アンローディング制御をするとともに、実際の圧力負荷に応じて各油圧ポンプの吐出圧力を制御して、該各ポンプの駆動エネルギーを節約するようにした射出成形機が提案されている（特公昭６１−１５８１３号）。
しかし、上記のように、射出ユニットの駆動負荷に追随してポンプを制御する方法では、射出工程のように負荷が急激に変動するような場合に、動力源側の対応が追いつかなくなってまともな作業が行えない。
【０００３】
そこで、射出工程においては、油圧動力源の吐出流量および吐出油圧を最大にして、その流量と油圧を稼働機械側の実作業タイミングより早く立ち上げ、その保圧時間も実作業の保圧時間より長いタイミングとして、実作業の負荷の変動に対応するようにしている。
すなわち、通常の射出工程においては、図２に１点鎖線で示したように、実線で示す実負荷に対して、作動油流量および作動油圧をそれぞれＶ３およびＰ３に設定している。なお、この場合の負荷電力はＥ３になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の油圧動力源の制御方法では、供給油量と供給圧力の積が実作動油量と実作動圧力の積よりもかなり大きくなり、その差が無駄な消費電力となる。
なお、油圧駆動源の油圧、油量の設定段数を増やし、その設定段数を細かく選択する操作を実行すれば省エネルギーを図ることができる。しかし、ある程度以上に設定段数を増やすことは、多くの手間がかかる割には省エネルギー効果はなく、成形品によってそれぞれ射出の条件が異なることを併せ考えた場合、現実的でない。
本発明の課題は、このような状況に鑑み、無駄な消費電力を減らすことができる射出成形機の駆動制御方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る制御方法は、複数の油圧ポンプを用いて射出成形機の射出ユニットを駆動する際に適用され、所定の成形条件下で試行成形を実行するステップと、前記試行成形における良品についての作動油流量の変化波形を記憶するステップと、前記作動油流量の変化波形に基づいて実生産時における前記各ポンプのローディングのタイミングを設定するステップとを含んでいる。
第２の発明に係る制御方法は、前記試行成形における良品についての作動油圧の変化波形を記憶するステップと、実生産時における作動油圧を前記作動油圧の変化波形に追従変化させるステップとを更に含んでいる。
第３の発明に係る制御方法は、前記射出ユニットの射出スクリューの速度が所定以上低下した場合に前記各ポンプの内の余剰なポンプをアンロードさせるステップを更に含んでいる。
第４の発明に係る制御方法は、前記作動油流量の変化波形に基づいて実生産時における前記各ポンプのアンローディングのタイミングを設定するステップを更に含んでいる。
第５の発明に係る制御装置は、複数の油圧ポンプを用いて射出成形機の射出ユニットを駆動する際に適用され、前記各油圧ポンプにそれぞれ設けられたロード弁と、所定の成形条件下での試行成形によって得られる良品についての作動油流量の変化波形を記憶する記憶手段と、前記作動油流量の変化波形に基づいて実生産時における前記各ロード弁の作動タイミングを設定するタイミング設定手段とを備えている。
第６の発明に係る制御装置は、前記試行成形における良品についての作動油圧の変化波形を記憶する記憶する手段と、実生産時における作動油圧を前記作動油圧の変化波形に追従して変化させる圧力制御手段とを更に備えている。
第７の発明に係る制御装置は、前記射出ユニットの射出スクリューの速度を検出する速度検出手段と、実生産時における前記射出スクリューの所定以上の速度低下に基づいて前記ロード弁をアンロード制御するロード弁制御手段とを更に備えている。
第８の発明に係る制御装置は、前記作動油流量の変化波形に基づいて前記ロード弁をアンロード制御するロード弁制御手段を更に備えている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、射出成形機の射出ユニットの模式断面と、この射出ユニットを駆動制御する油圧装置の回路とを示している。
この図１において、射出ユニット本体１の射出シリンダ１ａには、射出スクリュー２が回動かつ進退自在に挿入されている。射出スクリュー２は、射出シリンダ２内に樹脂材料が送り込まれた後、電動モータ４によって回転されるとともに油圧シリンダ３によって後退される。
【０００７】
上記樹脂材料は、加熱によって可塑化溶融されるとともに、上記射出スクリューの回転、後退動作によって射出シリンダ１ａの先端部に貯溜される。樹脂が一定量貯溜されると、射出スクリュー２の回転が停止され、ついで、油圧シリンダ３の油室３ａに圧油が送り込まれてそのピストン３ｃが前進する。これにより、射出スクリュー２が押し出されて、金型Ｍ内に溶融樹脂が射出される。
【０００８】
スクリュー２の移動位置は、スクリュー位置センサ５によって検出される。このセンサ５によって検出されるスクリュー２の位置の単位時間当たりの変化量がスクリュー２の移動速度であり、また、この移動速度とピストン３の受圧面積との積が作動油の流量である。そこで、後記するコントローラ２０は、上記スクリュー位置センサ５の出力に基づいて上記射出スクリュー２の速度および作動油流量を検出する。なお、スクリュー２の速度を適宜な速度センサで直接検出するようにしても良い。
【０００９】
射出された溶融樹脂は、圧接した固定金型部６と可動金型部７によって形成される金型キャビティ８内に充填された後、圧力を保持されたまま冷却、固化される。キャビティ８内の溶融樹脂の圧力は、型内圧センサ９によって検出される。この型内圧センサ９の信号は、射出工程の後半から圧力保持工程の始めにかけての型内圧波形制御に使用される。
【００１０】
射出スクリュー２を前後進させる油圧駆動装置は、油圧ポンプ１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄ、油圧ポンプ１１ａ，１１ｂおよび１１ｃにそれぞれ結合されたロード弁１２ａ，１２ｂおよび１２ｃ、油圧ポンプ１１ｄに結合されたアキュムレータ蓄圧回路１３、ロード弁１２ａに結合された比例弁１６、該比例弁１６と油圧シリンダ３の各油室３ａ，３ｂとの間に介在された切換弁１９、ロード弁１２ｂ，１２ｃと上記油室３ａとの間に介在されたサーボ弁１８、上記油室３ｂとタンクとの間に介在されたロジック弁１５、上記油室３ａとタンクとの間に介在された比例背圧弁１７、上記油室３ａの圧力を検出する圧力センサ１０、演算回路を内蔵するコントローラ２０、設定値指示パネル２１および波形メモリ２２を備えている。なお、サーボ弁１８および切換弁１９は、入力ポートが相互に接続されている。
【００１１】
ロード弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、コントローラ２０の指令に基づいて油圧ポンプ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが送り出す作動油をそれぞれ瞬間的にローディングおよびアンローディングする機能を有する。
アキュムレータ１４を備えた上記アキュムレータ蓄圧回路１３は、サーボ弁１８にパイロット油圧を供給するものであり、油圧を常に保持するため、主動力回路とは無関係に駆動される。
【００１２】
スクリュー位置センサ５と圧力センサ１０の検出信号は、波形メモリ２２に送られて記憶される。比例弁１６は、ポンプ１１ａから吐出される圧油の圧力制御に使用される。また、比例背圧弁１７は、樹脂の可塑化溶融時において射出スクリュー２が後退するときの背圧制御に使用される。
【００１３】
ここで、上記射出ユニット本体および油圧駆動装置を用いた基本的な成形手順について説明する。
１） 射出前の準備
油圧ポンプ１１ａ〜１１ｄは全て回転され、また、ロード弁１２ａ〜１２ｃは全てアンローディング状態に置かれる。この状態では、ポンプ１１ａとロード弁１２ａ間、ポンプ１１ｂとロード弁１２ｂ間およびポンプ１１ｃとロード弁１２ｃ間にそれぞれ若干の油圧が発生している。
２） 射出
コントローラ２０の指令により、比例弁１６が開かれるととともにロード弁１２ａ〜１２ｃがローディング状態におかれ、次いで、サーボ弁１８が開かれる。これにより、油圧ポンプ１１ａ、１１ｂ、１１ｃから吐出される作動圧油がサーボ弁１８を通って油圧シリンダ３の油室３ａに揃って流れ込むので、該シリンダ３のピストン３ｃが左行する。すなわち、射出スクリュー２が前進して、射出シリンダ１ａの先端から溶融樹脂が射出される。
３） 圧力保持
溶融樹脂によって全てのキャビティ８が満たされた射出終了後においても、この溶融樹脂が固化するまでの間は、射出スクリュー２を前進方向に付勢する油圧力が保持される。この圧力保持を実施すれば、樹脂の冷却時におけるヒケ等の発生が防止されて、均質な成形品が得られる。
４） 冷却等
樹脂が固化すると冷却工程に移行する。この冷却工程では、ロード弁１２ａ〜１２ｃが全てアンローディング状態におかれ、その結果、射出スクリュー２を前進方向に付勢する油圧が消失する。
【００１４】
次に、試行成形について説明する。生産する成形品（ここでは、成形品Ａと称する）が決まったら、まず、この成形品Ａを試行成形する。この試行成形は、射出速度制御、型内圧波形制御および保持圧制御を組み合わせた従来方法に従って実行し、それによって、良品を成形するための条件を得る。
上記試行成形時の射出速度制御および型内圧波形制御は、コントローラ２０によるサーボ弁１８の制御によって実現される。
【００１５】
すなわち、射出速度制御では、スクリュー２の速度が予め設定されたスクリュー速度Ｖ３（図２に一点鎖線で例示されている）に追従するように作動油流量が制御される。また、型内圧波形制御では、型内圧が予め設定された型内圧特性に追従するように作動油流量または作動圧力が制御される。
なお、射出速度制御および型内圧波形制御では、ロード弁１２ａ〜１２ｃのアンローディングや比例弁１６による圧力制御は行なわない。また、保持圧制御では、設定された時間によりロード弁をアンロードに切り換える場合もあるが、比例弁による圧力制御は行なわない。
【００１６】
上記試行成形によって得られる良品の成形条件での実際の動作油量（スクリュー速度）の変化波形および作動油圧（射出圧力）の変化波形は、それぞれ図２中にＶ１およびＰ１として例示されており、これらは試行成形時に波形メモリ２２に記憶される。
コントローラ２０は、上記動作油量の変化波形に基づいて実生産時における前記ロード弁１２ａ〜１２ｃのローディングタイミングを決定するとともに、上記作動油圧の変化波形に基づいて実生産時の制御圧力を決定する。また、実生産時においてスクリュー速度が低下した場合に、その速度に基づいて実作動油量を演算し、その演算結果に基づいてロード弁１２ａ〜１２ｃの内のいくつかをアンロードディングさせる。つまり、余剰な油圧ポンプの吐出圧油をタンクに流出させる。
【００１７】
上記のようにして設定されるローディング、アンローディングタイミングおよび制御圧力に基づいて実生産を実行した場合、動作油量（スクリュー速度）、作動油圧、電力の変化特性は、それぞれ図２に点線Ｖ２，Ｐ２およびＥ２で例示したようになる。上記電力Ｅ２と従来の成形条件に基づく電力Ｅ３と比較から明らかなように、本発明の制御手法によれば、大幅な省エネルギーを図ることができる。
【００１８】
なお、上記特性Ｖ２，Ｐ２は、Ｖ１，Ｐ１よりも立ち上げタイミングを早めるとともに立ち下げタイミングを遅らせてある。また、前者は後者よりも値が大きくなるように設定されている。これは、作動流量および作動圧力の制御の遅れ等を勘案したものであり、このようにすることによってより信頼性の高い成形が可能になる。
【００１９】
上記実施の形態では、スクリュー速度が低下した場合にロード弁１２ａ〜１２ｃの内のいくつかをアンロードディングさせているが、上記特性Ｖ１に基づいて上記アンロードディングのタイミングを予め決定しておくことも可能である。
また、上記実施の形態では、動作油量（スクリュー速度）と作動油圧の制御を併せて実行しているが、前者の制御のみを実行した場合でも十分な省エネルギー効果が得られる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、供給油量と供給圧力の積と、動作油量と動作圧力の積との差が少なくなるので、省エネルギーを図ることができる。また、成形品によってそれぞれ射出の条件が異なっても、供給油量と供給圧力の設定が簡単になるので実用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出成形機の駆動制御装置の実施形態を示すブロック図。
【図２】射出工程時のスクリュー速度、作動油圧、電力の特性図。
【符号の説明】
１ 射出ユニット本体
２ 射出スクリュー
５ スクリュー位置センサ
１０ 圧力センサ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 油圧ポンプ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ロード弁
１６ 比例弁
２０ コントローラ
２１ 設定値指示パネル
２２ 波形メモリ

Claims (6)

1. 複数の油圧ポンプを用いて射出成形機の射出ユニットを駆動する際に適用され、
   所定の成形条件下で試行成形を実行するステップと、
   前記試行成形における良品についての作動油流量の変化波形を記憶するステップと、
   前記作動油流量の変化波形に基づいて、実生産時における前記各ポンプのローディングのタイミングを設定するステップと、
   前記試行成形における良品についての作動油圧の変化波形を記憶するステップと、
   実生産時における作動油圧を前記作動油圧の変化波形に追従変化させるステップと、
   を含むことを特徴とする射出成形機の駆動制御方法。
2. 前記射出ユニットの射出スクリューの速度が所定以上低下した場合に前記各ポンプの内の余剰なポンプをアンロードさせるステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の駆動制御方法。
3. 前記作動油流量の変化波形に基づいて実生産時における前記各ポンプのアンローディングのタイミングを設定するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の駆動制御方法。
4. 複数の油圧ポンプを用いて射出成形機の射出ユニットを駆動する際に適用され、
   前記各油圧ポンプにそれぞれ設けられたロード弁と、
   所定の成形条件下での試行成形によって得られる良品についての作動油流量の変化波形を記憶する記憶手段と、
   前記作動油流量の変化波形に基づいて実生産時における前記各ロード弁の作動タイミングを設定するタイミング設定手段と、
   前記試行成形における良品についての作動油圧の変化波形を記憶する手段と、
   実生産時における作動油圧を前記作動油圧の変化波形に追従して変化させる圧力制御手段と、
   を備えることを特徴とする射出成形機の駆動制御装置。
5. 前記射出ユニットの射出スクリューの速度を検出する速度検出手段と、実生産時における前記射出スクリューの所定以上の速度低下に基づいて前記ロード弁をアンロード制御するロード弁制御手段とを更に備える含むことを特徴とする請求項４に記載の射出成形機の駆動制御装置。
6. 前記作動油流量の変化波形に基づいて前記ロード弁をアンロード制御するロード弁制御手段を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の射出成形機の駆動制御装置。

Images