JP3951910B2 - 多層射出成形装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式射出装置を複数機備えて樹脂の多層成形品を製造する多層射出成形装置の制御方法に関して、特にスクリュ停止位置の制御性に優れた多層射出成形装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
樹脂の多層成形品を製造する電動式多層射出成形装置に関する従来技術として、例えば、特開平６−１７０８８８号公報に開示されている構造のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１７０８８８号公報
【０００４】
前記公報に開示される多層射出成形装置は、型締装置、射出装置、及び制御装置等とを備えて、射出装置は第１の射出装置と第２の射出装置から構成されている。２機の射出装置は、バレル、スクリュ、スクリュを前後進させる射出用サーボモータ、スクリュを回転させるスクリュ回転用モータ、射出用サーボモータ及びとスクリュ回転用電動モータをそれぞれ制御して駆動するドライバ等を備えている。
【０００５】
前記公報に記載された多層成形装置は、第１の射出装置から樹脂を射出して金型に樹脂を充填するとともに、第２の射出装置から他の樹脂を金型に射出して充填し、金型内に多層の成形品を製造する。
前記多層成形品の製造方法によれば、多層構造成形品の成形を同一の金型内で行うため、工程の省略化によるサイクルタイムの短縮によってコストダウンが可能であると同時に、高い品質の製品を得ることができる。
【０００６】
ここで、従来の射出成形装置における射出時のスクリュ制御は、速度制御と圧力制御が主流であって、スクリュ位置は速度制御と圧力制御の切替タイミング、又は速度を検出するための測定信号として使用されている。
また、前述した多層射出成形装置は、第１の射出装置と第２の射出装置を連続動作させる必要があるため、第１の射出装置と第２の射出装置を連動制御しているが、従来の多層射出成形装置の制御方法は、第１の射出装置と第２の射出装置のスクリュ位置を検出して行なわれることが一般的であり、例えば、第１の射出装置のスクリュ位置が予め設定した所定の位置になった時点でインターロック信号を発信して、該インターロック信号を受信した第２の射出装置が射出動作を始めるといった制御方法が主流である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したように従来の多層射出成形装置の制御方法において射出時のスクリュ制御は、速度制御と圧力制御が基本である。そのため、スクリュ位置は速度制御と圧力制御の切替タイミング、あるいは速度検出のための測定信号として使用されている過ぎず、スクリュが停止位置に達した際に単にスクリュ前進指令を切るだけの制御方法であったので、スクリュはオーバランして、設定した位置に精度良く停止しなかった。
【０００８】
射出装置を一機しか有しない通常の射出成形装置は、通常クッション量を残して射出終了するため、スクリュ停止位置を厳密に制御する必要はなく、前記したような制御方法が主流であるが、前述した従来の多層射出成形装置において停止位置を正確に制御しないと、第１の樹脂と第２の樹脂の充填割合が変わって境界位置が変わる等、多層成形品の外観に影響をおよぼすことも多く、成形品の品質に悪影響があって問題となる。
【０００９】
スクリュの停止精度を良くするために、スクリュ位置の測定信号をフィードバックしてクローズド制御する電動式射出成形装置も一部には見られるが、単にスクリュ位置などの測定信号をフィードバックしてクローズド制御するだけでは、スクリュの重量による慣性力やモータの制動特性等によって生じるオーバラン特性をすぐに修正できないため、成形開始の数ショットはスクリュが大きくオーバランして設定した位置に停止せず、その結果として良品を製造できないという問題を生ずる。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電動式射出装置を複数機備えて品質の良い樹脂の多層成形品を製造することのできる多層射出成形装置の制御方法に関する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明による多層射出成形装置の制御方法は、
（１） 電動式の駆動機構によりスクリュをバレル内で前後進させるインラインスクリュ式の電動式射出装置を複数機備えた樹脂の多層射出成形装置の制御方法において、多層射出成形装置の制御装置に、射出前進時におけるスクリュ停止位置を設定した際に、スクリュが設定した位置で停止するプロファイルを制御装置で作成し、該スクリュの位置データを制御装置にフィードバックしながら、該スクリュが該プロファイルとおりに減速して停止するようクローズド制御した。
【００１２】
（２） 上記（１）記載の多層射出成形装置の制御方法において、前記プロファイルは、前記設定した停止位置の手前からスクリュ速度を減じてスクリュを停止するプロファイルであって、最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を多層射出成形装置の制御装置に予め記憶データとして記憶しておき、該スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間を該記憶データから算出することにより、該算出した時間に基づいて、前記設定した停止位置の手前からスクリュ速度を減じるプロファイルとした。
【００１３】
（３） 上記（１）記載の多層射出成形装置の制御方法において、前記プロファイルは、第１ステップ、第２ステップ、及び第３ステップと順次進行する３段階の速度勾配を有して、第１ステップ及び第３ステップにおけるスクリュ速度の減速率が、第２第ステップにおけるスクリュ速度の減速率より小さくした。
【００１４】
（４） 上記（３）記載の多層射出成形装置の制御方法において、多層射出成形装置の制御装置に最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を記憶データとして記憶しておき、スクリュが停止信号を受けてから最短時間で停止するための減速率を該記憶データから算出するとともに、該算出した減速率を前記第２ステップにおけるスクリュ速度の減速率とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の１例を詳細に説明する。
図１〜図７は本発明の実施形態に係り、図１は第１の実施形態による射出装置の速度線図であり、図２は第２の実施形態による射出装置の速度線図であり、図３は第３の実施形態による射出装置の速度線図である。図４は本発明方法に使用する多層射出成形装置の構成概略を概念的に図示した全体構成図である。
また、図５は、モーションコントローラとサーボアンプの関係を説明する図であり、図６はクローズド制御の制御回路を説明する図であり、図７は制御装置に記憶した記憶データから停止時間を算出する方法を概念的に説明する図である。
【００１６】
本実施形態に係わる多層成形方法に使用される多層射出成形装置１００は図４に示すように、金型１０と型締装置２１０と、多層射出装置３０と制御装置６０とを備えて構成される。
多層射出装置３０は第１の射出装置３０Ａと第２の射出装置３０Ｂから構成され、金型１０は固定盤１に取り付けられた固定型３と可動盤２に取り付けられた可動型４とからなる。
【００１７】
型締装置２１０は、可動盤２と固定盤１と型締サーボモータ２１２と、型締サーボモータ２１２を制御して駆動する図示しないモータ用のドライバを備え、可動盤２は図示しないタイバーに案内されて、型締サーボモータ２１２の駆動により可動型４とともに前後進できるよう構成されている。
また、図４に示した多層射出成形装置１００は、位置センサＨが、可動盤２の位置を検出できるようにして配されており、測定結果は制御装置６０に伝えられる構成となっている。
【００１８】
なお、本実施形態においては図４に示すようなトグルタイプの電動式の型締装置２１０を使用したが、金型に十分な型締力を負荷することのできる型締装置であれば本実施形態に限らないことは勿論であり、油圧式であっても良く、またタイプもトグルタイプに限らず直圧タイプ、又は他のタイプの型締装置を本発明に用いても良い。
【００１９】
次に、多層射出装置３０の構成について説明する。
図４に示す射出装置３０Ａ、および、射出装置３０Ｂは、バレルとバレルに内装されスクリュフライトを有するスクリュと、該バレル内に第１樹脂を供給するホッパと、該スクリュを前後進させる射出用サーボモータ（３５Ａ、３５Ｂ）と、該スクリュを回転させるスクリュ回転用モータ（３７Ａ、３７Ｂ）と、前記射出用サーボモータ（３５Ａ、３５Ｂ）とスクリュ回転用電動モータ（３７Ａ、３７Ｂ）をそれぞれ制御して駆動するモーションコントローラ、サーボアンプ、又図示しないモータ用のドライバ等を備えており、前記バレル外周面には、図示しないヒータが取付けられている。後述する制御装置６０に備えられたモーションコントローラとサーボアンプの配列を概念的に図５に図示する。射出用サーボモータ（３５Ａ、３５Ｂ）は、後制御装置６０により、その回転速度、回転角度、電流値等を制御される。
【００２０】
以下、多層射出装置３０の機能を簡略に説明する。
前記射出装置３０Ａ、および、射出装置３０Ｂは、スクリュ回転用電動モータ（３７Ａ、３７Ｂ）によってスクリュが回転することにより、ホッパからペレット形状の樹脂がバレル内に供給される構造となっており、該供給されたペレット形状の樹脂は、バレルに取付けられたヒータによって加熱され、また、スクリュの回転によって混練圧縮作用を受けることによって溶融し、スクリュ前方に送られる。
【００２１】
また、前記射出装置３０Ａのバレル先端部にあるノズル部には回転式のバルブ３１Ａが配され、バルブ３１Ａが回転することによって、樹脂流路の開閉をおこなうことができ、スクリュの前方に送られた第１樹脂はバルブ３１Ａが開の状態となっている場合にのみ、射出用サーボモータ３５Ａの駆動により前進するスクリュによって、バレルの先端部にあるノズルから押出す（射出と称することもある）ことができる。
【００２２】
また、同様に射出装置３０Ｂについてもバレル先端部にあるノズル部には回転式のバルブ３１Ｂが配され、バルブ３１Ｂが回転することによって、樹脂流路の開閉をおこなうことができ、スクリュの前方に送られた第２樹脂はバルブ３１Ｂが開の状態となっている場合にのみ、射出サーボモータ３５Ｂの駆動により前進するスクリュによって、バレルの先端部にあるノズルから押出すことができる。
【００２３】
制御装置６０は、型締装置２１０を制御する構成として型締制御装置６１と型締条件設定器６２を有し、多層射出装置３０を制御する構成として、射出装置制御装置６４とそれに接続された射出条件設定器６６、第１射出装置制御部７２、及び第２射出装置制御部７４を有している。
また、図４に示した多層射出成形装置１００は、スクリュの位置を制御するため、サーボモータの回転角度等によって、スクリュ位置が正確に測定できる構成となっている。
なお、図４に示した多層射出成形装置１００は、サーボモータの回転角度によりスクリュ位置を測定できる構成となっているが、スクリュ位置を測定する構成が本実施形態に限らず他の方式であっても良く、例えばスクリュ位置をセンサで直接測定する方式であっても良いことは勿論である。
【００２４】
本実施形態による多層射出成形の工程の１例を図１を用いて簡略に説明する。なお、以下に説明する工程は、第１樹脂の内部に第２樹脂を充填して多層成形品を製造する工程の１例であるが、本発明の適応の範囲は、これに限るものでないことは勿論であり、スクリュの停止位置を精度良く制御する必要がある多層射出成形装置ならば適応可能である。
第１の工程として、成形開始（サイクルスタート）を始めた多層射出成形装置は、型締装置２１０の作動により金型１０を型閉する。
型閉した金型１０が、所定の圧力で型締力を負荷された後、切替バルブ３１Ａが閉から開に切替わる。そして、射出条件設定器６６に設定した初期射出条件で射出サーボモータ３５Ａを駆動して射出装置３０Ａを射出動作することにより、第１樹脂を金型１０のキャビティ空間内に射出充填する。
【００２５】
第１射出装置３０Ａのスクリュ位置が、予め射出条件設定器６６に設定した第１の設定位置となった際に、第１射出装置制御部７２は、射出制御装置６４に対して第１のインターロック信号を発信する。
第１のインターロック信号を受信した射出制御装置６４は、第２の射出装置制御部７４に対して、射出開始信号を送信する。射出開始信号を受信した第２の射出装置制御部７４は、切替バルブ３１Ｂを閉から開に切替えるとともに、射出サーボモータ３５Ｂを駆動して射出装置３０Ｂを射出動作することにより、第２樹脂を金型１０のキャビティ空間内に射出充填する。
【００２６】
そして、第１射出装置３０Ａのスクリュ位置が予め射出条件設定器６６に設定した第２の設定位置に近づくと、第１射出装置制御部７２は、射出サーボモータ３５Ａの駆動速度を落として、第１射出装置３０Ａのスクリュ速度を減速させて、設定した位置で停止させる。
【００２７】
以下、前記第２の設定位置で、第１射出装置３０Ａのスクリュを停止する際の制御方法を説明する。
成形開始前に、予め第１射出装置３０Ａのスクリュ位置を射出条件設定器６６に設定すると、射出制御装置６４で第１の射出装置３０Ａのスクリュが設定位置で停止するプロファイルを作成する。
このプロファイルの一例を、図１に示した第１の実施形態によるプロファイルを用いて説明すると、図１に示したプロファイルは、設定した停止位置の手前から停止位置まで一定の減速率でスクリュ速度を減じてスクリュを停止するプロファイルである。
【００２８】
プロファイルの作成方法を簡略に説明する。
成形開始する前に、最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を射出装置制御装置６４に予め記憶データとして記憶しておき、該スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間と最短時間で停止するための減速率を該記憶データから算出する。
図７に計算方法の概略を示す。最高速度Ｖｍａｘで前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間Ｔを射出装置制御装置に予め記憶データとして記憶する。速度Ｖｘで前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間はＴｘは下記の数式１で算出される。
【００２９】
【数１】
【００３０】
なお、図１に示す実施形態においては、スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間Ｔｘは、Ｔ１である。
【００３１】
その際におけるスクリュ速度の減速率αは、下記の数式２で算出される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
多層射出成形装置の射出制御装置６４は、前記算出した時間Ｔｘと減速率αに基づいて、前記設定した停止位置の手前からに一定の減速率αで減速して停止位置で停止するプロファイルを作成する。
そして、スクリュの位置データを多層射出制御装置６４にフィードバックしながら、スクリュがプロファイルとおりに前進して停止するようクローズド制御する。クローズド制御の制御回路の１例を図６に示す。図６に示したような制御回路を使用しながら、プロファイルとおりにスクリュが減速して所望の位置に停止するよう制御する。
なお、第１の射出装置３０Ａのスクリュが設定位置で停止した後、切替バルブ３１Ａを開から閉に切替える。
【００３４】
そして、第２の射出装置のスクリュ位置が予め射出条件設定器６６に設定した第３の設定位置となった際に、第２射出装置制御部７４は、射出制御装置６４に対して第２のインターロック信号を発信する。
第２のインターロック信号を受信した射出制御装置６４は、第１の射出装置制御部７２に対して、射出開始信号を送信する。射出開始信号を受信した第１の射出装置制御部７２は、切替バルブ３１Ａを閉から開に切替えて、射出サーボモータ３５Ａを駆動して射出装置３０Ａを射出動作することにより、第１樹脂を金型１０のキャビティ空間内に射出充填する。
【００３５】
次に、第２の射出装置のスクリュ位置が予め射出条件設定器６６に設定した第４の設定位置に近づくと、第２射出装置制御部７４は、射出サーボモータ３５Ｂの駆動速度を落として、第２の射出装置のスクリュ速度を減速させて、設定した停止位置で停止させる。
なお、この際の停止制御方法は、前述した第１射出装置３０Ａのスクリュ停止制御と同様である。
第２樹脂の射出充填完了後、切替バルブ３１Ｂを開から閉に切替える。
【００３６】
そして、第１の射出装置のスクリュ位置が予め射出条件設定器６６に設定した第５の設定位置となった際に、第１射出装置制御部７２は、射出サーボモータ３５Ａを駆動速度を落として、スクリュの圧力制御に切りかえられた後、減速して保圧工程に入る。
保圧工程終了後は、成形品の冷却工程に入り、成形を完了する。その後、第１及び第２の射出装置の計量工程を行うと同時に、型締サーボモータ２１２の作動させて、金型１０を大きく型開きし、成形品を金型から取出して１サイクルを終了する。その結果、高級感のある多層成形品を得ることができた。
【００３７】
以上説明した工程を前述した制御方法に行うことにより、予め設定した停止位置に停止しなければならない第１、第２射出装置のスクリュがオーバランして、設定した位置に停止しないという従来技術の問題点を防止して、品質の良い多層成形品を製造することができる。
図１の実施形態において説明した制御方法であれば、第１、第２射出装置の停止位置を射出条件設定機６６に設定するだけで、予め記憶したデータから自動的にスクリュが停止するプロファイルを作成するため、成形開始の早い段階から所望した位置に精度良くスクリュを停止することができる。
【００３８】
なお、成形開始する前に予め記憶データとして記憶する最短時間は、実際に樹脂を射出した状態で測定することが好ましいが、射出用サーボモータ３５Ａ、３５Ｂの制動特性やスクリュの慣性などを勘案して計算で算出した最短時間を使用しても良い。また、図１に示した実施形態においては、第１、第２射出装置のスクリュを所望する停止位置で精度良く停止する方法を用いたが、本発明の適応できる範囲はこれに限らないことは勿論であって、スクリュの停止位置を精度の良く制御することが必要な多層射出成形装置に用いることができ、スクリュ停止位置が品質に悪影響を与える可能性がある場合のスクリュ停止位置制御に用いれば良く、また後述する他の実施形態等に用いることも可能である。
また、図１に示したように多層射出成形装置では、成形途中で一旦停止させたスクリュを、その停止した位置から再度始動させて射出動作することがある。この場合にはスクリュの一旦停止位置を非常に精度良く制御する必要があるので、本発明を適応することが非常に効果的である。
【００３９】
次に、図２に基づき本発明の第２実施形態による多層射出成形装置の制御方法を、先に説明した図１の実施形態と異なる点について簡略に説明する。
第２の実施形態でも第１の実施形態と同様に、成形開始前に予め第２の射出装置のスクリュ位置を射出条件設定器６６に設定すると、射出制御装置６４でスクリュが設定位置で停止するプロファイルを作成する。
ただ、第２の実施形態によるプロファイルは、図１に示した第１の実施形態によるプロファイルと異なり、第２射出装置停止のためのプロファイルが、設定した停止位置の手前から停止位置まで３段階の減速率でスクリュ速度を減じてスクリュを停止するプロファイルである。
【００４０】
第２の実施形態においても前述した実施形態と同様の方法で、成形開始する前に、最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を射出装置制御装置に予め記憶データとして記憶しておき、スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間と最短時間で停止するための減速率を該記憶データから算出する。
第２の実施形態による第２射出装置停止プロファイルの特徴は、ここでスクリュ減速開始（第１ステップ：ａｄ領域）時とスクリュ減速後期（第３ステップ：ｃｆ領域）に、スクリュ減速中期（第２ステップ：ｂｅ領域）より、やや減速率の小さい領域をプロファイルとして形成したことにある。
【００４１】
第１の実施形態においては、最短時間でスクリュを減速停止しようとしているが、装置によっては衝撃が発生して異音や振動が発生する場合ある。また製造する製品によってはスクリュの急激な速度変化が製品にフローマーク等を欠陥を引き起こす場合も有る。それを防止するため、第２の実施形態によるプロファイルは、スクリュ減速開始（第１ステップ）とスクリュ減速後期（第３ステップ）に減速率の小さい領域をプロファイルとして形成し、前記急激な変化を緩和させて、前記問題を防止する。なお、第２ステップは、できるだけ早い時間でスクリュを減速させるといった点で、前記数式１、２から求められる減速率αで減速するようプロファイルを決定することが好ましい。
【００４２】
スクリュ減速開始（第１ステップ）とスクリュ減速後期（第３ステップ）の減速率の好適な範囲がどこにあるかは、基本的に装置の特性や製品によって異なるが、装置の特性によって起こる異音や振動を防止するためであれば、一度好適な減速率を見つければ、自動的にその減速率となるよう射出制御装置６４のプロファイル作成プログラムを変更すれば良い。また、製品に発生するフローマーク等を欠陥を防止することが目的であれば、製品の外観を観察しながらその減速率を調整すれば良い。
【００４３】
第３の実施形態も第２の実施形態と同様に、スクリュ停止の際に発生する急激な速度変化を小さくすることに特徴をもった実施形態であって、第２射出装置停止のためのプロファイルを、スクリュ減速開始（第１ステップ：ａ１ｄ１）とスクリュ減速後期（第３ステップｃ１ｆ１）に減速率の小さい領域をプロファイルとして形成することによって、スクリュの急激な速度変化を緩和させて、前記問題を防止できる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、射出装置を２機備える多層射出成形装置１００を用いて制御の方法を説明したが、本発明に適応できる多層射出成形装置１００は本実施形態に限らず、少なくとも射出装置が２機以上有れば適応可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、多層射出成形装置の制御装置に停止位置を設定すれば、予め記憶したデータから自動的にスクリュが停止する理想的なプロファイルを作成して、成形開始の早い段階から所望した位置に精度良くスクリュを停止することができ、射出装置のスクリュがオーバランして、設定した位置に停止しないという従来技術の問題点を防止して、品質の良い多層成形品を製造することができる。
【００４６】
また、スクリュ減速開始（第１ステップ）とスクリュ減速後期（第３ステップ）に減速率の小さい領域をプロファイルとして形成することによって、スクリュ停止の際の急激な速度変化を緩和させて、スクリュの急激な速度変化によって発生する装置の異音や製品のフローマーク等といった問題を防止することができる。なお、最短時間でスクリュを停止させるためには、前記数式１、２から求められる減速率で減速するようプロファイルを決定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態による射出装置の速度線図である。
【図２】本発明に係わる第２の実施形態による射出装置の速度線図である。
【図３】本発明に係わる第３の実施形態による射出装置の速度線図である。
【図４】本発明に用いた多層射出成形装置の構成概略を概念的に図示した全体構成図である。
【図５】本発明に用いたモーションコントローラとサーボアンプの関係を説明する図である。
【図６】本発明に用いた制御回路の説明する図である。
【図７】制御装置に記憶した記憶データから停止時間を算出する方法を概念的に説明する図である。
【符号の説明】
１ 固定盤
２ 可動盤
３ 固定型
４ 可動型
１０ 金型
３０ 多層射出装置
３０Ａ 第１射出装置
３０Ｂ 第２射出装置
３１Ａ 切替バルブ
３１Ｂ 切替バルブ
３５Ａ 射出用サーボモータ
３５Ｂ 射出用サーボモータ
３７Ａ スクリュ回転用モータ
３７Ｂ スクリュ回転用モータ
６０ 制御装置
６１ 型締制御装置
６２ 型締条件設定器
６４ 射出制御装置
６６ 射出条件設定器
７２ 第１射出装置制御部
７４ 第２射出装置制御部
１００ 多層射出成形装置
２１０ 型締装置
２１２ 型締サーボモータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式射出装置を複数機備えて樹脂の多層成形品を製造する多層射出成形装置の制御方法に関して、特にスクリュ停止位置の制御性に優れた多層射出成形装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
樹脂の多層成形品を製造する電動式多層射出成形装置に関する従来技術として、例えば、特開平６−１７０８８８号公報に開示されている構造のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１７０８８８号公報
【０００４】
前記公報に開示される多層射出成形装置は、型締装置、射出装置、及び制御装置等とを備えて、射出装置は第１の射出装置と第２の射出装置から構成されている。２機の射出装置は、バレル、スクリュ、スクリュを前後進させる射出用サーボモータ、スクリュを回転させるスクリュ回転用モータ、射出用サーボモータ及びとスクリュ回転用電動モータをそれぞれ制御して駆動するドライバ等を備えている。
【０００５】
前記公報に記載された多層成形装置は、第１の射出装置から樹脂を射出して金型に樹脂を充填するとともに、第２の射出装置から他の樹脂を金型に射出して充填し、金型内に多層の成形品を製造する。
前記多層成形品の製造方法によれば、多層構造成形品の成形を同一の金型内で行うため、工程の省略化によるサイクルタイムの短縮によってコストダウンが可能であると同時に、高い品質の製品を得ることができる。
【０００６】
ここで、従来の射出成形装置における射出時のスクリュ制御は、速度制御と圧力制御が主流であって、スクリュ位置は速度制御と圧力制御の切替タイミング、又は速度を検出するための測定信号として使用されている。
また、前述した多層射出成形装置は、第１の射出装置と第２の射出装置を連続動作させる必要があるため、第１の射出装置と第２の射出装置を連動制御しているが、従来の多層射出成形装置の制御方法は、第１の射出装置と第２の射出装置のスクリュ位置を検出して行なわれることが一般的であり、例えば、第１の射出装置のスクリュ位置が予め設定した所定の位置になった時点でインターロック信号を発信して、該インターロック信号を受信した第２の射出装置が射出動作を始めるといった制御方法が主流である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したように従来の多層射出成形装置の制御方法において射出時のスクリュ制御は、速度制御と圧力制御が基本である。そのため、スクリュ位置は速度制御と圧力制御の切替タイミング、あるいは速度検出のための測定信号として使用されている過ぎず、スクリュが停止位置に達した際に単にスクリュ前進指令を切るだけの制御方法であったので、スクリュはオーバランして、設定した位置に精度良く停止しなかった。
【０００８】
射出装置を一機しか有しない通常の射出成形装置は、通常クッション量を残して射出終了するため、スクリュ停止位置を厳密に制御する必要はなく、前記したような制御方法が主流であるが、前述した従来の多層射出成形装置において停止位置を正確に制御しないと、第１の樹脂と第２の樹脂の充填割合が変わって境界位置が変わる等、多層成形品の外観に影響をおよぼすことも多く、成形品の品質に悪影響があって問題となる。
【０００９】
スクリュの停止精度を良くするために、スクリュ位置の測定信号をフィードバックしてクローズド制御する電動式射出成形装置も一部には見られるが、単にスクリュ位置などの測定信号をフィードバックしてクローズド制御するだけでは、スクリュの重量による慣性力やモータの制動特性等によって生じるオーバラン特性をすぐに修正できないため、成形開始の数ショットはスクリュが大きくオーバランして設定した位置に停止せず、その結果として良品を製造できないという問題を生ずる。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電動式射出装置を複数機備えて品質の良い樹脂の多層成形品を製造することのできる多層射出成形装置の制御方法に関する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明による多層射出成形装置の制御方法は、
（１） 電動式の駆動機構によりスクリュをバレル内で前後進させるインラインスクリュ式の電動式射出装置を複数機備えた樹脂の多層射出成形装置の制御方法において、多層射出成形装置の制御装置に、射出前進時におけるスクリュ停止位置を設定した際に、スクリュが設定した位置で停止するプロファイルを制御装置で作成し、該スクリュの位置データを制御装置にフィードバックしながら、該スクリュが該プロファイルとおりに減速して停止するようクローズド制御した。
【００１２】
（２） 上記（１）記載の多層射出成形装置の制御方法において、前記プロファイルは、前記設定した停止位置の手前からスクリュ速度を減じてスクリュを停止するプロファイルであって、最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を多層射出成形装置の制御装置に予め記憶データとして記憶しておき、該スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間を該記憶データから算出することにより、該算出した時間に基づいて、前記設定した停止位置の手前からスクリュ速度を減じるプロファイルとした。
【００１３】
（３） 上記（１）記載の多層射出成形装置の制御方法において、前記プロファイルは、第１ステップ、第２ステップ、及び第３ステップと順次進行する３段階の速度勾配を有して、第１ステップ及び第３ステップにおけるスクリュ速度の減速率が、第２第ステップにおけるスクリュ速度の減速率より小さくした。
【００１４】
（４） 上記（３）記載の多層射出成形装置の制御方法において、多層射出成形装置の制御装置に最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を記憶データとして記憶しておき、スクリュが停止信号を受けてから最短時間で停止するための減速率を該記憶データから算出するとともに、該算出した減速率を前記第２ステップにおけるスクリュ速度の減速率とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態の１例を詳細に説明する。
図１〜図７は本発明の実施形態に係り、図１は第１の実施形態による射出装置の速度線図であり、図２は第２の実施形態による射出装置の速度線図であり、図３は第３の実施形態による射出装置の速度線図である。図４は本発明方法に使用する多層射出成形装置の構成概略を概念的に図示した全体構成図である。
また、図５は、モーションコントローラとサーボアンプの関係を説明する図であり、図６はクローズド制御の制御回路を説明する図であり、図７は制御装置に記憶した記憶データから停止時間を算出する方法を概念的に説明する図である。
【００１６】
本実施形態に係わる多層成形方法に使用される多層射出成形装置１００は図４に示すように、金型１０と型締装置２１０と、多層射出装置３０と制御装置６０とを備えて構成される。
多層射出装置３０は第１の射出装置３０Ａと第２の射出装置３０Ｂから構成され、金型１０は固定盤１に取り付けられた固定型３と可動盤２に取り付けられた可動型４とからなる。
【００１７】
型締装置２１０は、可動盤２と固定盤１と型締サーボモータ２１２と、型締サーボモータ２１２を制御して駆動する図示しないモータ用のドライバを備え、可動盤２は図示しないタイバーに案内されて、型締サーボモータ２１２の駆動により可動型４とともに前後進できるよう構成されている。
また、図４に示した多層射出成形装置１００は、位置センサＨが、可動盤２の位置を検出できるようにして配されており、測定結果は制御装置６０に伝えられる構成となっている。
【００１８】
なお、本実施形態においては図４に示すようなトグルタイプの電動式の型締装置２１０を使用したが、金型に十分な型締力を負荷することのできる型締装置であれば本実施形態に限らないことは勿論であり、油圧式であっても良く、またタイプもトグルタイプに限らず直圧タイプ、又は他のタイプの型締装置を本発明に用いても良い。
【００１９】
次に、多層射出装置３０の構成について説明する。
図４に示す射出装置３０Ａ、および、射出装置３０Ｂは、バレルとバレルに内装されスクリュフライトを有するスクリュと、該バレル内に第１樹脂を供給するホッパと、該スクリュを前後進させる射出用サーボモータ（３５Ａ、３５Ｂ）と、該スクリュを回転させるスクリュ回転用モータ（３７Ａ、３７Ｂ）と、前記射出用サーボモータ（３５Ａ、３５Ｂ）とスクリュ回転用電動モータ（３７Ａ、３７Ｂ）をそれぞれ制御して駆動するモーションコントローラ、サーボアンプ、又図示しないモータ用のドライバ等を備えており、前記バレル外周面には、図示しないヒータが取付けられている。後述する制御装置６０に備えられたモーションコントローラとサーボアンプの配列を概念的に図５に図示する。射出用サーボモータ（３５Ａ、３５Ｂ）は、後制御装置６０により、その回転速度、回転角度、電流値等を制御される。
【００２０】
以下、多層射出装置３０の機能を簡略に説明する。
前記射出装置３０Ａ、および、射出装置３０Ｂは、スクリュ回転用電動モータ（３７Ａ、３７Ｂ）によってスクリュが回転することにより、ホッパからペレット形状の樹脂がバレル内に供給される構造となっており、該供給されたペレット形状の樹脂は、バレルに取付けられたヒータによって加熱され、また、スクリュの回転によって混練圧縮作用を受けることによって溶融し、スクリュ前方に送られる。
【００２１】
また、前記射出装置３０Ａのバレル先端部にあるノズル部には回転式のバルブ３１Ａが配され、バルブ３１Ａが回転することによって、樹脂流路の開閉をおこなうことができ、スクリュの前方に送られた第１樹脂はバルブ３１Ａが開の状態となっている場合にのみ、射出用サーボモータ３５Ａの駆動により前進するスクリュによって、バレルの先端部にあるノズルから押出す（射出と称することもある）ことができる。
【００２２】
また、同様に射出装置３０Ｂについてもバレル先端部にあるノズル部には回転式のバルブ３１Ｂが配され、バルブ３１Ｂが回転することによって、樹脂流路の開閉をおこなうことができ、スクリュの前方に送られた第２樹脂はバルブ３１Ｂが開の状態となっている場合にのみ、射出サーボモータ３５Ｂの駆動により前進するスクリュによって、バレルの先端部にあるノズルから押出すことができる。
【００２３】
制御装置６０は、型締装置２１０を制御する構成として型締制御装置６１と型締条件設定器６２を有し、多層射出装置３０を制御する構成として、射出装置制御装置６４とそれに接続された射出条件設定器６６、第１射出装置制御部７２、及び第２射出装置制御部７４を有している。
また、図４に示した多層射出成形装置１００は、スクリュの位置を制御するため、サーボモータの回転角度等によって、スクリュ位置が正確に測定できる構成となっている。
なお、図４に示した多層射出成形装置１００は、サーボモータの回転角度によりスクリュ位置を測定できる構成となっているが、スクリュ位置を測定する構成が本実施形態に限らず他の方式であっても良く、例えばスクリュ位置をセンサで直接測定する方式であっても良いことは勿論である。
【００２４】
本実施形態による多層射出成形の工程の１例を図１を用いて簡略に説明する。なお、以下に説明する工程は、第１樹脂の内部に第２樹脂を充填して多層成形品を製造する工程の１例であるが、本発明の適応の範囲は、これに限るものでないことは勿論であり、スクリュの停止位置を精度良く制御する必要がある多層射出成形装置ならば適応可能である。
第１の工程として、成形開始（サイクルスタート）を始めた多層射出成形装置は、型締装置２１０の作動により金型１０を型閉する。
型閉した金型１０が、所定の圧力で型締力を負荷された後、切替バルブ３１Ａが閉から開に切替わる。そして、射出条件設定器６６に設定した初期射出条件で射出サーボモータ３５Ａを駆動して射出装置３０Ａを射出動作することにより、第１樹脂を金型１０のキャビティ空間内に射出充填する。
【００２５】
第１射出装置３０Ａのスクリュ位置が、予め射出条件設定器６６に設定した第１の設定位置となった際に、第１射出装置制御部７２は、射出制御装置６４に対して第１のインターロック信号を発信する。
第１のインターロック信号を受信した射出制御装置６４は、第２の射出装置制御部７４に対して、射出開始信号を送信する。射出開始信号を受信した第２の射出装置制御部７４は、切替バルブ３１Ｂを閉から開に切替えるとともに、射出サーボモータ３５Ｂを駆動して射出装置３０Ｂを射出動作することにより、第２樹脂を金型１０のキャビティ空間内に射出充填する。
【００２６】
そして、第１射出装置３０Ａのスクリュ位置が予め射出条件設定器６６に設定した第２の設定位置に近づくと、第１射出装置制御部７２は、射出サーボモータ３５Ａの駆動速度を落として、第１射出装置３０Ａのスクリュ速度を減速させて、設定した位置で停止させる。
【００２７】
以下、前記第２の設定位置で、第１射出装置３０Ａのスクリュを停止する際の制御方法を説明する。
成形開始前に、予め第１射出装置３０Ａのスクリュ位置を射出条件設定器６６に設定すると、射出制御装置６４で第１の射出装置３０Ａのスクリュが設定位置で停止するプロファイルを作成する。
このプロファイルの一例を、図１に示した第１の実施形態によるプロファイルを用いて説明すると、図１に示したプロファイルは、設定した停止位置の手前から停止位置まで一定の減速率でスクリュ速度を減じてスクリュを停止するプロファイルである。
【００２８】
プロファイルの作成方法を簡略に説明する。
成形開始する前に、最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を射出装置制御装置６４に予め記憶データとして記憶しておき、該スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間と最短時間で停止するための減速率を該記憶データから算出する。
図７に計算方法の概略を示す。最高速度Ｖｍａｘで前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間Ｔを射出装置制御装置に予め記憶データとして記憶する。速度Ｖｘで前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間はＴｘは下記の数式１で算出される。
【００２９】
【数１】
なお、図１に示す実施形態においては、スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間Ｔｘは、Ｔ１である。
【００３１】
その際におけるスクリュ速度の減速率αは、下記の数式２で算出される。
【００３２】
【数２】
多層射出成形装置の射出制御装置６４は、前記算出した時間Ｔｘと減速率αに基づいて、前記設定した停止位置の手前からに一定の減速率αで減速して停止位置で停止するプロファイルを作成する。
そして、スクリュの位置データを多層射出制御装置６４にフィードバックしながら、スクリュがプロファイルとおりに前進して停止するようクローズド制御する。クローズド制御の制御回路の１例を図６に示す。図６に示したような制御回路を使用しながら、プロファイルとおりにスクリュが減速して所望の位置に停止するよう制御する。
なお、第１の射出装置３０Ａのスクリュが設定位置で停止した後、切替バルブ３１Ａを開から閉に切替える。
【００３４】
そして、第２の射出装置のスクリュ位置が予め射出条件設定器６６に設定した第３の設定位置となった際に、第２射出装置制御部７４は、射出制御装置６４に対して第２のインターロック信号を発信する。
第２のインターロック信号を受信した射出制御装置６４は、第１の射出装置制御部７２に対して、射出開始信号を送信する。射出開始信号を受信した第１の射出装置制御部７２は、切替バルブ３１Ａを閉から開に切替えて、射出サーボモータ３５Ａを駆動して射出装置３０Ａを射出動作することにより、第１樹脂を金型１０のキャビティ空間内に射出充填する。
【００３５】
次に、第２の射出装置のスクリュ位置が予め射出条件設定器６６に設定した第４の設定位置に近づくと、第２射出装置制御部７４は、射出サーボモータ３５Ｂの駆動速度を落として、第２の射出装置のスクリュ速度を減速させて、設定した停止位置で停止させる。
なお、この際の停止制御方法は、前述した第１射出装置３０Ａのスクリュ停止制御と同様である。
第２樹脂の射出充填完了後、切替バルブ３１Ｂを開から閉に切替える。
【００３６】
そして、第１の射出装置のスクリュ位置が予め射出条件設定器６６に設定した第５の設定位置となった際に、第１射出装置制御部７２は、射出サーボモータ３５Ａを駆動速度を落として、スクリュの圧力制御に切りかえられた後、減速して保圧工程に入る。
保圧工程終了後は、成形品の冷却工程に入り、成形を完了する。その後、第１及び第２の射出装置の計量工程を行うと同時に、型締サーボモータ２１２の作動させて、金型１０を大きく型開きし、成形品を金型から取出して１サイクルを終了する。その結果、高級感のある多層成形品を得ることができた。
【００３７】
以上説明した工程を前述した制御方法に行うことにより、予め設定した停止位置に停止しなければならない第１、第２射出装置のスクリュがオーバランして、設定した位置に停止しないという従来技術の問題点を防止して、品質の良い多層成形品を製造することができる。
図１の実施形態において説明した制御方法であれば、第１、第２射出装置の停止位置を射出条件設定機６６に設定するだけで、予め記憶したデータから自動的にスクリュが停止するプロファイルを作成するため、成形開始の早い段階から所望した位置に精度良くスクリュを停止することができる。
【００３８】
なお、成形開始する前に予め記憶データとして記憶する最短時間は、実際に樹脂を射出した状態で測定することが好ましいが、射出用サーボモータ３５Ａ、３５Ｂの制動特性やスクリュの慣性などを勘案して計算で算出した最短時間を使用しても良い。また、図１に示した実施形態においては、第１、第２射出装置のスクリュを所望する停止位置で精度良く停止する方法を用いたが、本発明の適応できる範囲はこれに限らないことは勿論であって、スクリュの停止位置を精度の良く制御することが必要な多層射出成形装置に用いることができ、スクリュ停止位置が品質に悪影響を与える可能性がある場合のスクリュ停止位置制御に用いれば良く、また後述する他の実施形態等に用いることも可能である。
また、図１に示したように多層射出成形装置では、成形途中で一旦停止させたスクリュを、その停止した位置から再度始動させて射出動作することがある。この場合にはスクリュの一旦停止位置を非常に精度良く制御する必要があるので、本発明を適応することが非常に効果的である。
【００３９】
次に、図２に基づき本発明の第２実施形態による多層射出成形装置の制御方法を、先に説明した図１の実施形態と異なる点について簡略に説明する。
第２の実施形態でも第１の実施形態と同様に、成形開始前に予め第２の射出装置のスクリュ位置を射出条件設定器６６に設定すると、射出制御装置６４でスクリュが設定位置で停止するプロファイルを作成する。
ただ、第２の実施形態によるプロファイルは、図１に示した第１の実施形態によるプロファイルと異なり、第２射出装置停止のためのプロファイルが、設定した停止位置の手前から停止位置まで３段階の減速率でスクリュ速度を減じてスクリュを停止するプロファイルである。
【００４０】
第２の実施形態においても前述した実施形態と同様の方法で、成形開始する前に、最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を射出装置制御装置に予め記憶データとして記憶しておき、スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間と最短時間で停止するための減速率を該記憶データから算出する。
第２の実施形態による第２射出装置停止プロファイルの特徴は、ここでスクリュ減速開始（第１ステップ：ａｄ領域）時とスクリュ減速後期（第３ステップ：ｃｆ領域）に、スクリュ減速中期（第２ステップ：ｂｅ領域）より、やや減速率の小さい領域をプロファイルとして形成したことにある。
【００４１】
第１の実施形態においては、最短時間でスクリュを減速停止しようとしているが、装置によっては衝撃が発生して異音や振動が発生する場合ある。また製造する製品によってはスクリュの急激な速度変化が製品にフローマーク等を欠陥を引き起こす場合も有る。それを防止するため、第２の実施形態によるプロファイルは、スクリュ減速開始（第１ステップ）とスクリュ減速後期（第３ステップ）に減速率の小さい領域をプロファイルとして形成し、前記急激な変化を緩和させて、前記問題を防止する。なお、第２ステップは、できるだけ早い時間でスクリュを減速させるといった点で、前記数式１、２から求められる減速率αで減速するようプロファイルを決定することが好ましい。
【００４２】
スクリュ減速開始（第１ステップ）とスクリュ減速後期（第３ステップ）の減速率の好適な範囲がどこにあるかは、基本的に装置の特性や製品によって異なるが、装置の特性によって起こる異音や振動を防止するためであれば、一度好適な減速率を見つければ、自動的にその減速率となるよう射出制御装置６４のプロファイル作成プログラムを変更すれば良い。また、製品に発生するフローマーク等を欠陥を防止することが目的であれば、製品の外観を観察しながらその減速率を調整すれば良い。
【００４３】
第３の実施形態も第２の実施形態と同様に、スクリュ停止の際に発生する急激な速度変化を小さくすることに特徴をもった実施形態であって、第２射出装置停止のためのプロファイルを、スクリュ減速開始（第１ステップ：ａ１ｄ１）とスクリュ減速後期（第３ステップｃ１ｆ１）に減速率の小さい領域をプロファイルとして形成することによって、スクリュの急激な速度変化を緩和させて、前記問題を防止できる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、射出装置を２機備える多層射出成形装置１００を用いて制御の方法を説明したが、本発明に適応できる多層射出成形装置１００は本実施形態に限らず、少なくとも射出装置が２機以上有れば適応可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、多層射出成形装置の制御装置に停止位置を設定すれば、予め記憶したデータから自動的にスクリュが停止する理想的なプロファイルを作成して、成形開始の早い段階から所望した位置に精度良くスクリュを停止することができ、射出装置のスクリュがオーバランして、設定した位置に停止しないという従来技術の問題点を防止して、品質の良い多層成形品を製造することができる。
【００４６】
また、スクリュ減速開始（第１ステップ）とスクリュ減速後期（第３ステップ）に減速率の小さい領域をプロファイルとして形成することによって、スクリュ停止の際の急激な速度変化を緩和させて、スクリュの急激な速度変化によって発生する装置の異音や製品のフローマーク等といった問題を防止することができる。なお、最短時間でスクリュを停止させるためには、前記数式１、２から求められる減速率で減速するようプロファイルを決定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態による射出装置の速度線図である。
【図２】本発明に係わる第２の実施形態による射出装置の速度線図である。
【図３】本発明に係わる第３の実施形態による射出装置の速度線図である。
【図４】本発明に用いた多層射出成形装置の構成概略を概念的に図示した全体構成図である。
【図５】本発明に用いたモーションコントローラとサーボアンプの関係を説明する図である。
【図６】本発明に用いた制御回路の説明する図である。
【図７】制御装置に記憶した記憶データから停止時間を算出する方法を概念的に説明する図である。
【符号の説明】
１ 固定盤
２ 可動盤
３ 固定型
４ 可動型
１０ 金型
３０ 多層射出装置
３０Ａ 第１射出装置
３０Ｂ 第２射出装置
３１Ａ 切替バルブ
３１Ｂ 切替バルブ
３５Ａ 射出用サーボモータ
３５Ｂ 射出用サーボモータ
３７Ａ スクリュ回転用モータ
３７Ｂ スクリュ回転用モータ
６０ 制御装置
６１ 型締制御装置
６２ 型締条件設定器
６４ 射出制御装置
６６ 射出条件設定器
７２ 第１射出装置制御部
７４ 第２射出装置制御部
１００ 多層射出成形装置
２１０ 型締装置
２１２ 型締サーボモータ
Claims (4)
- 電動式の駆動機構によりスクリュをバレル内で前後進させるインラインスクリュ式の電動式射出装置を複数機備えた樹脂の多層射出成形装置の制御方法において、多層射出成形装置の制御装置に、射出前進時におけるスクリュ停止位置を設定した際に、スクリュが設定した位置で停止するプロファイルを制御装置で作成し、該スクリュの位置データを制御装置にフィードバックしながら、該スクリュが該プロファイルとおりに減速して停止するようクローズド制御する多層射出成形装置の制御方法。
- 前記プロファイルは、前記設定した停止位置の手前からスクリュ速度を減じてスクリュを停止するプロファイルであって、最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を多層射出成形装置の制御装置に予め記憶データとして記憶しておき、該スクリュが停止信号を受けてから停止するまでに要する最短時間を該記憶データから算出することにより、該算出した時間に基づいて、前記設定した停止位置の手前からスクリュ速度を減じるプロファイルである請求項１記載の多層射出成形装置の制御方法。
- 前記プロファイルは、第１ステップ、第２ステップ、及び第３ステップと順次進行する３段階の速度勾配を有して、第１ステップ及び第３ステップにおけるスクリュ速度の減速率が、第２第ステップにおけるスクリュ速度の減速率より小さい請求項１記載の多層射出成形装置の制御方法。
- 多層射出成形装置の制御装置に最高速度で前進するスクリュが停止信号を受けてから停止するまでの最短時間を記憶データとして記憶しておき、スクリュが停止信号を受けてから最短時間で停止するための減速率を該記憶データから算出するとともに、該算出した減速率を前記第２ステップにおけるスクリュ速度の減速率とする請求項３記載の多層射出成形装置の制御方法。
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