JP4022157B2

JP4022157B2 - プリプラ式射出成形機の制御方法

Info

Publication number: JP4022157B2
Application number: JP2003045581A
Authority: JP
Inventors: 正彦宮島
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP2004255588A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可塑化装置と射出装置を別体に備えるプリプラ式射出成形機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可塑化シリンダに内蔵するスクリュを回転させて成形材料を可塑化溶融するとともに、溶融した樹脂を開状態の逆流防止弁を通して射出シリンダにチャージし、この射出シリンダに内蔵する射出プランジャを後退させて計量を行うプリプラ式射出成形機は、特開平１１−２０７７９４号公報で知られている。
【０００３】
同公報のプリプラ式射出成形機は、プランジャを内装した射出シリンダと、先端に逆流防止弁を備えた可塑化用のスクリュを回転かつ進退自在に内装した可塑化シリンダとを、先端部にわたり設けた樹脂路により連通して並設し、その可塑化シリンダの後部にスクリュ移動手段と回転用のモータとを設け、そのスクリュ移動手段によるスクリュの進退移動により、逆流防止弁を開閉作動するプリプラ式射出成形機であって、プランジャがスクリュの回転による材料チャージにより後退し、その後退位置が計量終了位置の直前に達したときに、スクリュの回転速度を低速に切換え、しかるのち開弁時よりも低圧で後退移動して閉弁してから、スクリュ回転を停止して、計量終了後における樹脂の可塑化シリンダ側への逆流を防止するようにしたものである。
【特許文献１】
特開平１１−２０７７９４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したプリプラ式射出成形機は、逆流防止弁を可塑化シリンダ内に設け、スクリュの進退移動により逆流防止弁の開閉を行うため、スクリュを回転させる回転駆動機構に加え、スクリュを進退移動させる進退駆動機構が必要になり、駆動機構の複雑化によるコストアップ及び大型化を招くとともに、逆流防止弁をスクリュの先端部を利用して設けるため、スクリュ先端部の構成、更には弁座を設ける可塑化シリンダ側の構造が複雑になり、更なるコストアップを招くという解決すべき課題が存在した。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、駆動機構及び逆流防止弁の構成簡略化を可能にしてコストダウン及び小型化を図れるとともに、的確なタイミングによる安定した弁開閉及び高精度の計量を実現して成形品質（均質性）の向上を図ることができるプリプラ式射出成形機の制御方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係るプリプラ式射出成形機Ｍの制御方法は、可塑化シリンダ２に内蔵するスクリュ３を回転させて成形材料を可塑化溶融するとともに、溶融した樹脂を開状態の逆流防止弁４を通して射出シリンダ５にチャージし、この射出シリンダ５に内蔵する射出プランジャ６を後退させて計量を行うに際し、計量時に、射出プランジャ６が予め設定した計量終了位置に達したなら、スクリュ３の回転を停止させるとともに、予め設定した制御条件により逆回転させ、この後、逆流防止弁４を閉状態にするようにしたことを特徴とする。
【０００７】
この場合、好適な実施の態様により、スクリュ３を逆回転させる制御条件は、スクリュ３の回転量及び回転速度により設定することができる。また、逆流防止弁４は、樹脂の逆流により閉じ、かつ樹脂の順流により開くボールチェッキ弁１１を用いて最適である。なお、逆流防止弁４には、弁駆動部１２に開閉制御信号Ｓｃを付与して弁部１３を開閉する制御弁１４を用いることもできる。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係るプリプラ式射出成形機Ｍの制御方法は、可塑化シリンダ２に内蔵するスクリュ３を回転させて成形材料を可塑化溶融するとともに、溶融した樹脂を開状態の逆流防止弁４を通して射出シリンダ５にチャージし、この射出シリンダ５に内蔵する射出プランジャ６を後退させて計量を行うに際し、計量時に、射出プランジャ６が予め設定した計量終了位置に達したなら、スクリュ３の回転を停止させるとともに、予めスクリュ３の回転量及び回転速度により設定した制御条件により逆回転させ、この後、可塑化シリンダ２と射出シリンダ５間に配設した逆流防止弁４を閉状態にすることを特徴とする。
【００１０】
この場合、好適な実施の態様により、逆流防止弁４は、樹脂の逆流により閉じ、かつ樹脂の順流により開くボールチェッキ弁１１を用いて最適である。なお、逆流防止弁４には、弁駆動部１２に開閉制御信号Ｓｃを付与して弁部１３を開閉する制御弁１４を用いることもできる。
【００１１】
また、可塑化装置Ｍｍは可塑化シリンダ２を備え、この可塑化シリンダ２には、スクリュ３を内蔵するとともに、後部に成形材料を供給するホッパー２２を備える。そして、可塑化シリンダ２の後端には、スクリュ３を正回転又は逆回転させる計量用のサーボモータ２３（図３）を有するスクリュ駆動ユニット２４を備える。
【００１２】
一方、射出装置Ｍｉは成形機移動装置２５により支持される。成形機移動装置２５は、機台２６の上面に設置されたタイバー機構２７と、このタイバー機構２７上に前後方向へ移動自在に支持された前後一対の支持盤２８，２９を備え、この支持盤２８，２９は駆動機構３０により前後方向に移動する。射出装置Ｍｉは前側の支持盤２８の前面に取付けることにより前方に突出した射出シリンダ５を備え、この射出シリンダ５には射出プランジャ６を内蔵する。また、後側の支持盤２９には、射出プランジャ６を前後方向に進退移動させるボールねじ機構３１及びこのボールねじ機構３１の回転入力軸を回転させる射出用のサーボモータ３２（図３）を有するプランジャ駆動ユニット３３を備える。これにより、サーボモータ３２の回転はボールねじ機構３１により運動変換され、射出プランジャ６を進退移動させる。なお、可塑化装置Ｍｍの後部は、支持盤２８と２９間に架設した左右一対の支持シャフト３４…により支持される。また、射出シリンダ５は前端に射出ノズル３５を備える。
【００１３】
さらに、射出シリンダ５の内部前端部は、図３に示すように、傾斜した連結管３６を介して可塑化シリンダ２の樹脂出口２ｏに連通接続するとともに、連結管３６と射出シリンダ５間には、樹脂の逆流により閉じ、かつ樹脂の順流により開くボールチェッキ弁１１（逆流防止弁４）を配設する。ボールチェッキ弁１１は、連結管３６と射出シリンダ５間に形成した弁室３７を有し、この弁室３７は、連結管３６の樹脂通路Ｒよりも径を大きく形成する。そして、この弁室３７の下部に、ボールストッパ３８を配設するとともに、このボールストッパ３８の上方に位置する弁室３７に、樹脂通路Ｒよりも径の大きいボール弁３９を収容する。なお、ボールストッパ３８には、ボール弁３９よりも小径に形成し、かつ樹脂通路Ｒから流入した樹脂が通過する多数の樹脂流通孔Ｈ…を有する。
【００１４】
これにより、樹脂が可塑化シリンダ２から射出シリンダ５に流れる順流の場合には、ボール弁３９が下方へ変位してボールストッパ３８に係止するため、ボールチェッキ弁１１は開状態となり、樹脂の流通が許容される。これに対して、樹脂が射出シリンダ５から可塑化シリンダ２に流れる逆流の場合には、ボール弁３９が上方へ変位し、弁室３７に臨む樹脂通路Ｒの開口（弁座）を閉塞するため、ボールチェッキ弁１１は閉状態となり、樹脂の流通が阻止される。
【００１５】
他方、４０はコンピュータ機能を有するコントローラであり、本実施例に係る制御方法を実行するための設定機能及びシーケンス制御機能を備えている。コントローラ４０には、前述したサーボモータ２３，３２を接続するとともに、射出プランジャ６の位置を検出する位置検出器４１を接続する。なお、４２はコントローラ４０に付属する設定部である。
【００１６】
次に、本実施例に係る制御方法を含むプリプラ式射出成形機Ｍの動作について、図２及び図３を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。
【００１７】
まず、計量開始時には、射出プランジャ６は、図３に示す仮想線位置６ｓにある。そして、計量開始によりサーボモータ２３は、正方向に回転制御されるため、スクリュ３は予め設定した速度で正回転する（ステップＳ１，Ｓ２）。一方、成形材料はホッパー２２から可塑化シリンダ２の内部に供給され、供給された成形材料はスクリュ３の回転により可塑化溶融される。また、溶融した樹脂は、可塑化シリンダ２の樹脂出口２ｏから樹脂通路Ｒを通して射出装置Ｍｉ側の射出シリンダ５の先端側に供給され、供給された樹脂は当該射出シリンダ５の内部における射出プランジャ６の前方に計量蓄積（チャージ）される。この際、樹脂通路Ｒを通る樹脂は順流となるため、ボール弁３９は、図３の仮想線位置３９ｓに変位し、ボールチェッキ弁１１は、開状態になるとともに、樹脂のチャージに伴い射出プランジャ６は後退する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００１８】
一方、射出プランジャ６の後退位置は、位置検出器４１により検出されるため、射出プランジャ６が、予め設定した計量終了位置、即ち、図３の実線位置に達したなら、コントローラ４０は、サーボモータ２３の回転を停止制御するとともに、即座に、予め設定した制御条件により逆方向に回転制御する（ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７）。このときの制御条件は、スクリュ３の回転量が１．０〜１．５回転程度，スクリュ３の回転速度が計量時における回転速度の１０〜５０〔％〕程度となるように設定することが望ましい。これにより、スクリュ３は、設定した制御条件により逆回転する。
【００１９】
このようなスクリュ３の逆回転制御により、スクリュ３の正回転に基づいて計量終了位置で発生する惰性やスクリュ溝内の上昇圧力による樹脂の挙動が抑制、即ち、惰性が抑制されるとともに、スクリュ溝内の樹脂を引き戻す作用により樹脂圧が緩和される。また、これらと同時に、樹脂の戻り作用（逆流）が生じるため、ボール弁３９は、図３の実線位置に変位し、ボールチェッキ弁１１は、閉状態になる（ステップＳ８）。
【００２０】
そして、この後、射出工程に移行する（ステップＳ９）。射出工程では、サーボモータ３２が回転制御される。この場合、サーボモータ３２の回転は、ボールねじ機構３１により直進運動に変換され、射出プランジャ６が前進する。これにより、射出シリンダ５内に計量された樹脂が射出ノズル３５から射出され、金型２０のキャビティ内に射出充填される。
【００２１】
ところで、計量終了位置でスクリュ３を停止させるのみの一般的な制御方法では、上述したスクリュ３の回転による惰性やスクリュ溝内の上昇圧力による樹脂の挙動が抑制されることなくそのまま残留するため、計量される各ショット毎の樹脂体積は見掛上同じになるも、それぞれ密度が異なり、誤差の大きい過剰計量状態になるとともに、ボールチェッキ弁１１も閉状態にはならない。一方、射出工程では、射出プランジャ６が前進するため、射出時の樹脂圧によりボールチェッキ弁１１は閉状態になる。このように、一般的な制御方法であっても、ボールチェッキ弁１１は、計量工程では開状態になるとともに、射出工程では閉状態になるため、本来の逆流防止弁４として機能する。しかし、過剰計量状態がそのまま残留するとともに、ボールチェッキ弁１１は、射出時に閉じることになるため、的確なタイミングによる安定した弁開閉が実現されない。結局、高精度の計量が行われず、成形品質（均質性）の低下を来してしまう。
【００２２】
これに対して、本実施例に係る制御方法によれば、計量終了時における惰性やスクリュ溝内の上昇圧力による樹脂の挙動が抑制され、過剰計量状態が回避されるとともに、的確なタイミングによる安定した弁開閉が実現されるため、高精度の計量が行われ、成形品質（均質性）は飛躍的に高められる。図４は、成形時のショット数〔回〕に対する成形品の重量〔ｋｇ〕を示した結果である。同図から明らかなように、一般的な制御方法の場合には、成形品データＰｒのように、成形品の重量は大きくバラついてしまうが、本実施例に係る制御方法によりスクリュ３を逆回転させた場合には、成形品データＰｉのようになり、バラつきは大幅に改善される。
【００２３】
また、本実施例に係る制御方法を採用することにより、ボールチェッキ弁１１に対して的確なタイミングによる安定した弁開閉を実現できるため、従来のプリプラ式射出成形機における逆流防止弁が不要、即ち、スクリュを進退移動させる進退駆動機構が不要になり、駆動機構の簡略化を図れるとともに、構成のシンプルなボールチェッキ弁１１の使用により、全体のコストダウン及び小型化を図ることができる。
【００２４】
一方、射出工程の終了により一成形サイクルが終了する。そして、以後、目標設定した成形品の生産数に達するまで、上述した成形動作が繰返される（ステップＳ１０，Ｓ１１，Ｓ１…）。
【００２５】
なお、上述した実施例は、逆流防止弁４としてボールチェッキ弁１１を例示したが、図５に示すように、逆流防止弁４として、弁駆動部１２に開閉制御信号Ｓｃを付与して弁部１３を開閉する制御弁１４を用いることもできる。この場合、弁部１３は、図５に示す位置が開状態となり、弁駆動部１２により９０°回転させた位置が閉状態となる。上述のように、本発明に係る制御方法は、ボールチェッキ弁１１を用いた場合に好適である。しかし、図５に示すような制御弁１４であっても、計量終了時における惰性やスクリュ溝内の上昇圧力による樹脂の挙動が抑制されるため、過剰計量状態が回避され、高精度の計量が実現される。したがって、ボールチェッキ弁１１の場合と同様、成形品質（均質性）の向上が図られる。また、制御弁１４の場合には、開閉タイミングを任意（最適）に設定できる。例えば、スクリュ３を逆回転させた後、直ちに閉じてもよいし、一定の時間経過後に閉じてもよい。さらに、樹脂圧を検出し、一定の樹脂圧まで低下したことを条件に閉じてもよい。
【００２６】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量，数値，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、スクリュ３を逆回転させる制御条件は、スクリュ３の回転時間等の他の条件により設定してもよい。また、逆流防止弁４は、例示したボールチェッキ弁１１及び制御弁１４以外の他のタイプの逆流防止弁の使用を妨げるものではない。さらに、計量終了位置は、制御上の設定位置であって実際に計量が終了しているか否かは問わない。したがって、実際の計量が終了する手前に計量終了位置を設定し、この計量終了位置でスクリュ３の回転を停止させるとともに、樹脂の惰性により射出プランジャ６が実際の計量が終了する位置に達した時点でスクリュ３を逆回転させてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明に係るプリプラ式射出成形機の制御方法は、計量時に、射出プランジャが予め設定した計量終了位置に達したなら、スクリュの回転を停止させるとともに、予めスクリュの回転量及び回転速度により設定した制御条件により逆回転させ、この後、可塑化シリンダと射出シリンダ間に配設した逆流防止弁を閉状態にするようにしたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００２８】
（１）計量終了時における惰性やスクリュ溝内の上昇圧力による樹脂の挙動を抑制し、過剰計量状態を回避できるとともに、的確なタイミングによる安定した弁開閉を実現できるため、高精度の計量を行なうことができ、成形品質（均質性）の向上を図ることができる。
【００２９】
（２）従来のプリプラ式射出成形機におけるスクリュを進退移動させる進退駆動機構が不要になるため、駆動機構の簡略化を図れるとともに、好適な実施の態様により逆流防止弁にシンプルなボールチェッキ弁を使用できるため、全体のコストダウン及び小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る制御方法の処理手順を示すフローチャート、
【図２】同制御方法を実施できるプリプラ式射出成形機の一部断面側面図、
【図３】同プリプラ式射出成形機の一部を抽出した断面図を含む制御系の系統図、
【図４】同制御方法により成形した成形品の重量のバラつきを示すデータ、
【図５】同制御方法に用いる逆流防止弁の変更例を示す構成説明図、
【符号の説明】
２可塑化シリンダ
３スクリュ
４逆流防止弁
５射出シリンダ
６射出プランジャ
１１ボールチェッキ弁
１２弁駆動部
１３弁部
１４制御弁
Ｍプリプラ式射出成形機
Ｓｃ開閉制御信号

Claims

可塑化シリンダに内蔵するスクリュを回転させて成形材料を可塑化溶融するとともに、溶融した樹脂を開状態の逆流防止弁を通して射出シリンダにチャージし、この射出シリンダに内蔵する射出プランジャを後退させて計量を行うプリプラ式射出成形機の制御方法において、計量時に、前記射出プランジャが予め設定した計量終了位置に達したなら、前記スクリュの回転を停止させるとともに、予めスクリュの回転量及び回転速度により設定した制御条件により逆回転させ、この後、前記可塑化シリンダと前記射出シリンダ間に配設した逆流防止弁を閉状態にすることを特徴とするプリプラ式射出成形機の制御方法。
前記逆流防止弁は、樹脂の逆流により閉じ、かつ樹脂の順流により開くボールチェッキ弁であることを特徴とする請求項１記載のプリプラ式射出成形機の制御方法。
前記逆流防止弁は、弁駆動部に開閉制御信号を付与して弁部を開閉する制御弁であることを特徴とする請求項１記載のプリプラ式射出成形機の制御方法。