JP4137975B2 - 射出成形機、及び射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法 - Google Patents

射出成形機、及び射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法 Download PDF

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Description

本発明は、スクリュー先端に逆流防止弁を有する射出成形機における逆回転工程の制御条件調整に関する。
インラインスクリュー式の射出成形機のように、射出時の樹脂の逆流を防止するためにスクリュー先端に逆流防止弁機構を備えた射出機構を有する射出成形機は、従来から使用されている。図1は、この逆流防止弁機構の一例である。スクリュー1はシリンダ7内に挿入され、該スクリュー1の先端には、スクリューヘッド2とスクリュー1の本体部分間の縮径された部分にスクリュー軸方向に移動可能に逆流防止弁3が配置され、この縮径された部分のスクリュー1の本体側には、この逆流防止弁3と当接密着し、樹脂通路を閉鎖するチェックシート4を備える。
スクリュー1の後方から供給される樹脂ペレット8はスクリュー1が回転することで発生するせん断熱とスクリュー1が挿入されているシリンダ7の外側に設けられたヒータからの熱により溶融される。溶融された樹脂は逆流防止弁3の後方の樹脂圧力を上昇させ、逆流防止弁3を前方に押す力を発生させる。逆流防止弁3が前方に押されると後方の樹脂が逆流防止弁3と縮径された部分の間隙を通り逆流防止弁3の前方に流れ込みスクリューヘッド2前方のシリンダ7内の圧力を上昇させる。
逆流防止弁3の前方の圧力が所定の圧力(背圧)を超えるとスクリュー1が後方に押されて逆流防止弁3の前方の圧力が減圧される。更にスクリュー1が回転することで逆流防止弁3の後方の圧力が逆流防止弁3の前方の圧力よりも高くなるので継続して溶融された樹脂が逆流防止弁3の前方に送り込まれ、所定の量までスクリュー1が後退するとスクリュー回転を停止させる(計量工程)。
次に射出工程に入り、樹脂を充填するためにスクリュー1が前進(図1中右から左方向へ)すると、スクリューヘッド2の前方にたまった樹脂圧力が上昇するので、逆流防止弁3が後退しチェックシート4と密着して樹脂通路を閉鎖し、充填圧により溶融樹脂がスクリュー後退方向に逆流(符号Fに示す流れ)することを防止する。逆流防止弁3が後退し樹脂通路を閉鎖するタイミングが変動すると充填される樹脂の量も変動し、成形が不安定になる。
射出時の逆流防止弁機構はスクリュー1の前進により逆流防止弁機構の前方の圧力が後方の圧力よりも高くなることで閉鎖されるが、前述したように射出直前の逆流防止弁機構の後方はフライト5間の溝部6に残圧があり、この残圧の影響で閉鎖タイミングが変動するという問題がある。射出開始から逆流防止弁閉鎖までの間には逆流防止弁前方から後方に向かって樹脂の逆流が生じるため、この閉鎖タイミングの変動によって、サイクル毎の射出体積に変動が生じ、成形される成形品の品質に影響を与える。
そのため、計量完了後に計量時のスクリュー回転方向とは逆方向にスクリューを回転させる工程を射出・保圧工程の前に入れて、スクリューを逆回転させてその後射出を行うようにした発明が知られている(特許文献1、2、3参照)。スクリューの逆回転によって、射出開始時点では必ずしも逆流防止弁が閉じているわけではないが、射出を開始すると即座に逆流防止弁が閉じるようにするためにスクリューを逆回転させるものである。
このようなスクリューの逆回転においては、逆回転の回転量・逆回転の回転速度などの逆回転の制御条件を適切な値にする必要がある。
この逆回転の制御条件を決定する方法として、例えば、特許文献4には、スクリュー逆回転時に逆流防止弁が閉鎖すると、スクリュー回転用のオイルモータの供給油圧が急激に上昇することから、スクリュー逆回転時の回転トルクが所定値に達した時にスクリューの逆回転を停止するようにした発明が記載されている。
また、特許文献5には、樹脂粘度に応じて、スクリュー逆回転時の運転制御条件(スクリュー逆回転時間、スクリュー前進方向への付加圧力、逆回転速度、逆回転量の組)を予め複数用意しておき、この中の1つを選択することにより、逆回転の制御条件を自動的に設定する発明が記載されている。
逆流防止弁が開いた状態で射出すると、射出中に樹脂が逆流し、計量時のスクリュー回転方向とは逆方向の回転トルク(逆回転トルク)がスクリューに働く、この逆転トルクによるスクリューの逆回転を阻止するために、スクリューを回転させる油圧モータに少量の油圧を送り逆回転を阻止するもの(特許文献6、7参照)、スクリューを回転させるモータに対して0の回転数指令を出力したり、又は位置制御を行うことによって、スクリューの回転を阻止するもの(特許文献8参照)、さらには、ラチェット歯車によって回転を阻止するもの(特許文献9参照)が知られている。
又、スクリュー先端に逆流防止弁を備えた射出成形機では、射出中に逆流防止弁が閉じるとスクリューに逆回転トルクが働かなくなることが知れている。
例えば、特許文献10には、射出開始時にはブレーキをかけてスクリューの逆回転を阻止し、逆流防止弁が閉じることによってスクリューに逆回転トルクは働かなくなることから、スクリューが所定距離だけ前進した時に逆流防止弁が閉じたと判断して、スクリュー回転のブレーキを解放する発明が記載されている。
また、特許文献11には、スクリュー回転を自在にして射出を開始し、射出開始当初は樹脂の逆流によってスクリューが逆回転するが、逆流防止弁が閉じるとスクリューに逆回転トルクは働かなくなり、スクリューの逆回転が停止することから、このスクリュー逆回転の停止を検知して、逆流防止弁の閉鎖を検出するようにした発明が記載されている。
さらに、特許文献12には、逆流防止弁の摩耗などにより射出・保圧時の樹脂の逆流が増加してくると、射出・保圧時にスクリューに作用する逆回転トルクが増加することから、この逆回転トルクが許容範囲を超えたら異常を検知する技術が記載されている。
特公昭45−2988号公報 特開昭56−113440号公報 特開平1−192521号公報 特開平4−284221号公報 特開2003−305758号公報 特開昭48−21741号公報 特開昭49−74252号公報 特開昭62−236720号公報 実開昭63−166412号公報 特開平11−170319号公報 特開2004−216808号公報 特開平1−168421号公報
射出中に樹脂の逆流が生じその逆流量が変動すると、金型に充填される樹脂量に変動が生じ、成形される成形品の品質に影響を与える。そのために、スクリューを逆回転させて逆流防止弁の前方と後方の圧力差を発生させて、該逆流防止弁を移動させて閉鎖、もしくは、より閉鎖し易い状態にする必要があり、そのためにスクリュー逆回転のよりよい制御条件を得ることが望ましい。
このスクリュー逆回転工程において、逆回転量が不足していると、射出時の逆流量が多くなり、成形品の品質に影響がでる。また、逆回転量が多すぎると、逆流防止弁の後方にある樹脂を必要以上に後方に送ってしまい、計量時間が長くなり、サイクルタイムを長くするという問題がある。
前述した特許文献4に記載された発明では、スクリュー逆回転時に逆流防止弁が閉鎖すると、スクリュー回転用のオイルモータの供給油圧が急激に上昇することから、スクリュー逆回転時の回転トルクが所定値に達した時にスクリューの逆回転を停止するようにしているが、樹脂の種類によっては、スクリュー逆回転するだけでは逆流防止弁の閉鎖まで至らないものや、スクリュー逆回転中にリングが閉鎖しても逆回転トルクの増加がみられないものがあり、この特許文献4に記載された発明では、最適なスクリュー逆回転の制御条件を得ることは難しいという問題がある。
特許文献5に記載された発明は、樹脂の粘度だけでスクリュー逆回転の制御条件を決定しているが、逆回転量の最適値は、金型の形状、スクリュー形状、逆流防止弁のストローク、制御条件によっても変化するため、この特許文献5に記載された方法では必ずしも最適値に調整することができないという問題がある。
そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解決し、スクリュー逆回転時の制御条件をより適したものに決定できる射出成形機又は射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法を提供することにある。
請求項1から請求項7に係る発明は、スクリューの逆回転工程を備えた射出成形機において、逆回転量を調整できる射出成形機に関するものであり、請求項1に係る発明は、逆流防止弁を備えるスクリューと、該スクリューを回転駆動する回転駆動手段と、前記スクリューをスクリュー軸方向に駆動する軸方向駆動手段と、前記スクリューに作用する回転力を検出する回転力検出手段とを備え、計量工程完了後、射出工程開始までの間に前記スクリューを設定された制御条件で計量時とは逆方向に回転させる逆回転工程を有する射出成形機において、前記スクリューを前進させている際に、前記逆流防止弁を通って逆流する樹脂の逆流量を示す指標となる成形動作状態を示す1つ以上の物理量を検出する逆流量指標検出手段と、該求めた逆流量の指標を、前記制御条件を評価する評価関数に入力し評価値を求める評価値算出手段と、所定の範囲内で前記逆回転工程の制御条件を変化させながら成形運転を繰り返し行い、前記評価値算出手段で算出される評価値の中で最も評価値が高い制御条件を連続成形時の逆回転工程の制御条件として選択する制御条件選択手段とを備えることを特徴とするものである。
さらに、請求項2に係る発明は、前記逆流量指標検出手段が検出する物理量を前記スクリューを前進させている際に前記回転力検出手段で検出される回転力がピークとなる時点における、前記回転力検出手段で検出した回転力、スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までの前記回転力の時間積分値、スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点まで前記回転力をスクリュー位置に関して積分した値、スクリュー位置、スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離、スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までの経過時間のいずれかの物理量、さらには、スクリュー前進開始時点から所定時間経過後のスクリューにかかるスクリューを後退させる方向の圧力、所定スクリュー位置におけるスクリューにかかるスクリューを後退させる方向の圧力の物理量の内のいずれか1つ以上とし、この検出物理量を樹脂の逆流量の指標とするものである。
また、請求項3に係る発明は、計量時間または計量トルクを検出する手段を備え、前記評価値算出手段は、前記求めた逆流量の指標に加えて、計量時間と計量トルクの内の少なくとも1つを、前記評価関数の変数とし、該評価関数により評価値を求めるものとした。
そして、請求項4に係る発明では、前記評価関数を、
(i≧1、a1≠0、b1≠0、X1は逆流量の指標等の変数)
または、
(i≧1、c1≠0、X1は逆流量の指標等の変数)
とした。
請求項5に係る発明は、前記変化させる逆回転工程の制御条件を、スクリューの逆回転時間と、スクリューの逆回転速度と、スクリューの逆回転量の内の1つまたは2つとし、請求項6に係る発明は、前記スクリュー前進を、射出保圧工程におけるスクリュー前進とし、請求項7に係る発明は、前記スクリュー前進を、計量工程完了から射出工程開始までの間に行うスクリュー前進とした。
請求項8から請求項14に係る発明は、逆流防止弁を備えるスクリューと、該スクリューを回転駆動する回転駆動手段と、前記スクリューをスクリュー軸方向に駆動する軸方向駆動手段と、前記スクリューに作用する回転力を検出する回転力検出手段とを備え、計量工程完了後、射出工程開始までの間に前記スクリューを設定された制御条件で計量時とは逆方向に回転させる逆回転工程を有する射出成形機における逆回転工程の逆回転量の調整方法であり、請求項8に係る発明は、
(1)前記逆回転工程の制御条件を設定し成形サイクルを行い、
(2)前記スクリューを前進させたとき、前記逆流防止弁を通って逆流する樹脂の逆流量を示す指標となる成形動作状態を示す1つ以上の物理量を検出し、
(3)検出された逆流量の指標を評価関数に入力し、評価値を求め、
(4)前記逆回転工程の制御条件の設定値を変更し前記(1)〜(3)の動作を繰り返し実行して、評価値の高い制御条件を逆回転工程の制御条件とするようにしたものである。
また、請求項9に係る発明は、前記逆流量の指標として求められる物理量を、スクリューに作用する回転力がピークとなる時点における、前記回転力検出手段で検出した回転力、スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までの前記回転力の時間積分値、スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点まで前記回転力をスクリュー位置に関して積分した値、スクリュー位置、スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離、スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までの経過時間のいずれかの物理量、または、スクリュー前進開始時点から所定時間経過後のスクリューにかかるスクリューを後退させる方向の圧力、所定スクリュー位置におけるスクリューにかかるスクリューを後退させる方向の圧力の物理量の中から1つ以上とし、この物理量を樹脂の逆流量の指標とするものである。
請求項10に係る発明は、さらに、計量工程の計量時間と計量トルクの内の少なくとも1つを求め、前記評価関数の変数の1つとし、該評価関数により評価値を求めるものとした。さらに、請求項11に係る発明は、この制御条件調整方法で用いる前記評価関数を、
(i≧1、a1≠0、b1≠0、X1は逆流量の指標等の変数)
または、
(i≧1、c1≠0、X1は逆流量の指標等の変数)
とした。
請求項12に係る発明は、この制御条件調整方法において、前記変化させる逆回転工程の制御条件を、スクリューの逆回転時間と、スクリューの逆回転速度と、スクリューの逆回転量の内の1つまたは2つとし、請求項13に係る発明は、射出保圧工程におけるスクリュー前進において、前記逆流量の指標として物理量を検出するようにし、請求項14に係る発明は、計量工程完了から射出工程開始までの間に行われるスクリュー前進において、前記逆流量の指標として物理量を検出するようにした。
本発明は、スクリュー前進時の樹脂の逆流量を示す指標を求めて、この逆流量が少なく、かつ、計量時間を無駄に長くしない最適なスクリュー逆回転工程の制御条件を求めることができるから、樹脂、金型が変わっても、また、成形条件が変わっても、そのとき使用する樹脂、金型、成形条件に応じて最適なスクリュー逆回転工程の制御条件を得ることができる。
まず、本発明の動作原理について説明する。
計量完了後、射出・保圧工程の前に行うスクリューの逆回転工程は、スクリュー先端に設けられた逆流防止弁の閉鎖が行われるように、逆流防止弁の閉鎖もしくは閉鎖が容易な状態にすることを目的とするものであり、前述したように、このスクリュー逆回転量が少ないと、射出時において逆流防止弁の閉鎖が遅れて、樹脂の逆流量が増大し、スクリュー逆回転量がいたずらに多いと、樹脂の逆流量は減少するが、計量時間が長くなりサイクルタイムを長くするという問題があり、このスクリュー逆回転の制御条件を、樹脂の逆流量が少なく、計量時間を長くしないような、より適したものにする必要がある。
図2は、計量工程が終了してから、スクリューが逆回転され、スクリューが前進(射出)開始されるまでの逆流防止弁機構の状態を説明する説明図である。
図2(a)は、計量工程終了時のスクリュー位置、逆流防止弁機構の状態を示すもので、スクリューヘッド2の先端のシリンダ7内には溶融樹脂が貯えられており、スクリュー1は後退位置にある。計量工程では、スクリューの回転によって溶融された樹脂が逆流防止弁3の後方の樹脂圧力を上昇させ、逆流防止弁3を前方に押す力を発生させ、逆流防止弁3を前方に押し出し、溶融樹脂は逆流防止弁3とスクリューの縮径された部分の間隙を通り逆流防止弁3の前方に流れ込んでいる。計量工程が終了した段階では、逆流防止弁3は、図2(a)に示すように、前方に位置し、弁を開き、溶融樹脂の通路を解放している。
図2(b)は、計量完了後にスクリュー逆回転させ、逆流防止弁3の後方の樹脂圧力を低下させることによって、逆流防止弁3の後退を誘発させ、該逆流防止弁3が閉じやすい状態にしている。
図2(c)は、スクリュー1の前進(射出)が開始され、逆流防止弁3が閉じたタイミングの状態を表す図であり、図2(b)〜図2(c)までの間dが、樹脂が逆流する区間で、スクリュー1の前進(射出)開始から、逆流防止弁3が閉じるまでのスクリュー移動距離を表す。
図2(b)で示される、スクリュー逆回転の制御条件が適切でなく、スクリュー逆回転量が少ないと射出時の逆流防止弁3の移動が遅く、該逆流防止弁3の閉鎖が遅れる(図2(b)〜図2(c)の間のスクリュー移動距離dが長くなる)と、射出時に樹脂の逆流量が増大し、金型に射出される樹脂量が減少する。一方、スクリュー逆回転量がいたずらに多いと、射出時に樹脂の逆流量は少なくなるが、計量時間が長くなる。
また、計量工程完了後、射出を開始する前にスクリューを前進させる射出前スクリュー移動工程を実施する場合にも、このスクリュー逆回転工程を追加することができる。すなわち、計量完了時には、図2(a)に示すように逆流防止弁機構の逆流防止弁は開いた状態にある。その後、図2(b)に示すように、スクリューを逆回転させ、逆流防止弁が閉じやすい状態とし、射出前スクリュー移動工程によるスクリュー前進を行わせる。この射出前スクリュー移動工程によるスクリュー前進によって、逆流防止弁は閉鎖することになる。この場合においては、図2(c)は、この射出前スクリュー移動工程によるスクリュー前進によって、逆流防止弁が樹脂通路を閉鎖した状態になったときを示している。
この場合においても、射出前スクリュー移動工程によるスクリュー前進で、逆流防止弁3が閉じるまでスクリューが移動する間に、樹脂の逆流が生じ、スクリュー逆回転の制御条件が適切でないと、この樹脂の逆流量が変動し、射出時に金型を充填させる樹脂量が変動し、成形品の品質に影響がでたり、計量時間を長くするという問題が生じる。
そこで、本発明は、スクリュー逆回転の制御条件(スクリュー逆回転量(回転角))を変えてスクリュー前進時の樹脂の逆流量を示す指標を求め、該指標に基づいてスクリュー逆回転工程を評価する評価関数により制御条件を評価し、評価の高くなったときのスクリュー逆回転の制御条件を求めるようにする。
<スクリュー前進時の樹脂逆流量の指標について>
図3は、スクリューを前進させたときにスクリューにかかるスクリュー回転方向の負荷を表すグラフで、横軸は、時間又は射出方向のスクリュー位置、縦軸はスクリュー回転方向の負荷を表す。
図3中、S点は、スクリューの前進開始点であり、スクリュー1を前進させると、逆流防止弁3とチェックシート4の間隙から樹脂の逆流Fが始まる。この逆流した樹脂によって、スクリュー1のフライト5に、樹脂圧が作用し、計量時にかかる負荷と同じようにスクリューには逆回転方向に回転させようとする負荷が加わり、スクリュー1の前進とともに逆回転方向の負荷は増加していく。やがて、逆流防止弁3が閉鎖すると逆流がなくなるため、逆回転方向の負荷は増加から減少に転じる。この時、逆回転方向の負荷はピーク値をとり、このピークとなった時点が逆流防止弁閉鎖時点を表す。
(1)スクリュー逆回転方向の負荷のピーク値は逆流量の指標
逆流防止弁が閉じるまでの間(図2の(b)と(c)の間の区間d)は、スクリュー逆回転方向の負荷は増加を続けるため、逆流防止弁が閉じるタイミングが遅ければ、スクリュー逆回転方向の負荷のピーク値も高くなる。逆流防止弁が閉じるタイミングが遅いということは、樹脂の逆流量が多いということを意味するので、スクリュー逆回転方向の負荷のピーク値の高さ(大きさ)は樹脂の逆流量の指標となる。この場合、スクリュー逆回転方向の負荷のピーク値が高いほど逆流量が大きいという関係になる。
(2)スクリュー逆回転方向の負荷のピーク値までの負荷の時間積分値は逆流量の指標
又、スクリュー逆回転方向の負荷のピーク値の高さが同じであっても、スクリュー逆回転方向の負荷がピーク値となるまでの経過時間が長い方が樹脂の逆流量が多くなる。そのため、スクリュー前進開始時点からスクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点までスクリュー逆回転方向の負荷を時間で積分した値も樹脂の逆流量の指標となる。この場合、スクリュー逆回転方向の負荷の積分値が大きいほど逆流量が大きいという関係になる。
(3)スクリュー逆回転方向の負荷のピーク値までの負荷の位置積分値は逆流量の指標
スクリュー逆回転方向の負荷のピーク値の高さが同じであっても、スクリュー逆回転方向の負荷がピーク値となるまでにスクリューが移動した距離が長い方が樹脂の逆流量が多くなる。そのため、スクリュー前進開始時点からスクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点までスクリュー逆回転方向の負荷をスクリュー位置に関して積分した値も樹脂の逆流量の指標となる。この場合、スクリュー逆回転方向の負荷の積分値が大きいほど逆流量が大きいという関係になる。
(4)スクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点のスクリュー位置又は移動距離 は逆流量の指標
上記(1)〜(3)はいずれも、スクリュー前進中のスクリュー逆回転方向の負荷に基づいて逆流量の指標を求めるものであるが、スクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点(逆流防止弁が閉鎖した時点)において他の物理量を検出して樹脂の逆流量の指標としてもよい。
逆流防止弁が閉じるタイミングが遅ければ、逆流防止弁が閉鎖した時点でスクリューはより多く前進していることになる。そのため、スクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点のスクリュー位置あるいはスクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点までのスクリューの移動距離を樹脂の逆流量の指標とすることができる。この場合、スクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点のスクリュー位置がスクリュー前進方向であるほど逆流量が大きいという関係になる。また、スクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点までのスクリューの移動距離が大きいほど逆流量が大きいという関係になる。
(5)スクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点までの経過時間は逆流量の指標
逆流防止弁が閉じるタイミングが遅ければ、逆流防止弁が閉鎖した時点までの経過時間は長くなるので、スクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点までの経過時間を樹脂の逆流量の指標とすることができる。この場合、スクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点までの経過時間が大きいほど逆流量が大きいという関係になる。
(6)基準スクリュー位置または基準経過時間における射出圧力は逆流量の指標
上記の項目に加えて、次に挙げるようなものも樹脂の逆流量の指標としてもよい。
逆流防止弁が閉じるタイミングが早ければ(すなわち、逆流量が少なければ)、射出圧力は早く立ち上がり、逆流防止弁が閉じるタイミングが遅ければ(すなわち、逆流量が多ければ)、射出圧力の立ち上がりは遅くなる。このことから、所定のスクリュー位置における射出圧力、あるいはスクリュー前進開始から所定時間が経過した時点における射出圧力を樹脂の逆流量の指標とすることができる。
例えば、基準スクリュー位置を定め、スクリュー前進中にスクリューが基準スクリュー位置に達した時の射出圧力を逆流量の指標とすることができる。この場合、射出圧力が高いほど逆流量が小さいという関係になる。
また、基準経過時間を定め、スクリュー前進開始からの経過時間が基準経過時間となった時の射出圧力を逆流量の指標とすることができる。この場合、射出圧力が高いほど逆流量が小さいという関係になる。
上述の基準スクリュー位置あるいは基準経過時間は複数設定することもできる。
<ピーク値が求められないときについて>
スクリュー前進開始時点で逆流防止弁がすでに閉鎖していた場合、あるいはスクリュー前進中に逆流防止弁が閉鎖しなかったような場合は、スクリュー逆回転方向の負荷にピークが表れないことがある。そのような場合には、前述した逆回転方向の負荷のピーク値やスクリュー逆回転方向の負荷がピークとなる時点までのスクリューの移動距離などの指標を求めることはできなくなるが、そのような場合でも、上述の基準スクリュー位置における射出圧力あるいはスクリュー前進開始から基準経過時間が経過した時点における射出圧力は求めることができる。
また、スクリュー逆回転方向の負荷にピークが2個所以上表れる(例えば双峰となる)場合があるが、そのような場合は、逆流量の指標を求めずに、逆流量の指標を求めなかった旨を表示装置に表示してもよいし、時間的に最後のピークを元に逆流量の指標を求めてもよいし、上述の基準スクリュー位置における射出圧力あるいはスクリュー前進開始から基準経過時間が経過した時点における射出圧力に基づいて逆流量の指標を求めてもよい。
<評価関数について>
評価関数は、例えば、
(i≧1、a1≠0、b1≠0、X1は逆流量の指標)
または、
(i≧1、c1≠0、X1は逆流量の指標)
とすることができる。
なお、逆流量の指標は必ず少なくとも1つ入力として与えるため、上記評価関数の(1)式、(2)式とも、入力X1には逆流量の指標を与え、a1≠0、b1≠0、c1≠0とする。これ以外には、逆流量の指標を2つ以上入力として与えてもよい。
又、逆流量の指標の他に、計量時間と計量トルクの内の少なくとも1つを入力として与えてもよい。上述したように、スクリューの逆回転量が多すぎると、逆流防止弁の後方にある樹脂を必要以上に後方に送ってしまい、計量時間が長くなることから、この計量時間は、スクリュー逆回転の制御条件を評価する1つのパラメータであり、これを逆流量の指標に加えて、評価関数の変数として利用できるものである。
さらに、スクリューの逆回転量を増加させていくと、スクリュー前方のフライト部の樹脂が後方に戻されるようになり、スクリュー前方のフライト部の樹脂が減少していく傾向となる。このスクリュー前方のフライト部の樹脂が減少した状態で計量を行うと、特に計量開始時のスクリュー回転トルク(計量トルク)が小さくなる傾向となる。このため、計量トルクもスクリュー逆回転の制御条件を評価する1つのパラメータとなるから、逆流量の指標に加えて、計量トルクを評価関数の変数として利用できるものである。
例えば、評価関数への入力を、
・回転力がピークとなる時点における回転力(逆流量の指標)
・射出開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離(逆流量の指標)
・計量時間
・計量トルク
の4項目とする場合、上記評価関数(1)式、(2)式への入力Xiは、
・X1:回転力がピークとなる時点における回転力
・X2:射出開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離
・X3:計量時間
・X4:計量トルク
となり、上記評価関数(1)式を用いる場合は、
11 b1+a22 b2+a33 b3+a44 b4
(a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4は各入力項目の重み係数、
1≠0、a2≠0、a3≠0、a4≠0、b1≠0、b2≠0、b3≠0、b4≠0)
となる。また、同じ項目で上記評価関数(2)式を用いる場合は、
1 C1×X2 C2×X3 C3×X4 C4
(c1、c2、c3、c4は各入力項目の重み係数、c1≠0、c2≠0、c3≠0、c4≠0)となる。
なお、次の(3)式、(4)式で示すように、逆流量を示す指標として与える可能性のある項目の数と計量時間と計量トルクの2つの項目とを合わせて全体でN個の項目を入力できる評価関数を用意しておき、評価に用いない項目に対応する重み係数ai、bi、ciを0にしてもよい。
11 b1+a22 b2+…+aii bi+…+aNN bN …(3)
または、
1 C1×X2 C2×…×Xi Ci×…×XN CN …(4)
<スクリュー逆回転の制御条件の調整について(その1)>
まず、
・X1:回転力がピークとなる時点における回転力
・X2:射出開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離
を評価関数の入力とした場合を例にあげて説明する。
一般に、スクリューの逆回転量(スクリュー逆回転の制御条件のひとつ)を増加させていくと、逆流防止弁は早く閉じるようになるため、逆流量は減少する。従って、スクリューの逆回転量を増加させていくと、上述したように、
・X1→減少する方向
・X2→減少する方向
に変化する。
ここで、上記X1(回転力がピークとなる時点における回転力)、X2(射出開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離)を上記評価関数(1)式への入力として与え、上記評価関数(1)式においてb1=1、b2=1とすると、評価関数は、
11+a22 …(5)
(a1、a2は各入力項目の重み係数、a1>0、a2>0)
となるが、上述したようにスクリューの逆回転量を増加させていくと、X1、X2とも減少していくため、上記評価関数(5)式のa11+a22も減少していく。これによって、スクリューの逆回転量を増加させながら上記評価関数(5)式の関数値を求め、求めた関数値が最も小さくなるようにスクリューの逆回転量を調整することができる。
一方、この場合、スクリューの逆回転量を増加させていくと、スクリューの逆回転の作用によって逆流防止弁が閉鎖するようになる。逆流防止弁が閉鎖するようになると、スクリューの逆回転量を増加させても、逆流防止弁が閉鎖していることに変わりはなくなるため、X1(回転力がピークとなる時点における回転力)とX2(射出開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離)の減少傾向は頭打ちとなる。そのため、上記評価関数(5)式の関数値の減少傾向も頭打ちとなる。関数値が頭打ちとなり、逆流防止弁が閉鎖しているものとみなされる状態で、さらに逆回転量を増大させることは、むだであり、かつ、上述したように計量時間を増大させる要因となることから、数値が頭打ちとなる時点を求めてスクリューの逆回転量を調整する。
<スクリュー逆回転の制御条件の調整(その2)>
次に、
・X1:回転力がピークとなる時点における回転力
・X2:射出開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離
・X3:計量時間
・X4:計量トルク
を評価関数の入力とした場合について説明する。
スクリューの逆回転量を増加させていくと、上述したように、X1、X2は、
・X1→減少する方向
・X2→減少する方向
と変化する。これに対して、スクリューの逆回転量を増加させていくと、計量時間は長くなるため、X3は、
・X3→増加する方向
に変化する。一方、スクリューの逆回転量を増加させていくと、スクリュー前方のフライト部の樹脂が後方に戻されるようになり、スクリュー前方のフライト部の樹脂が減少していく傾向となる。このスクリュー前方のフライト部の樹脂が減少した状態で計量を行うと、特に計量開始時のスクリュー回転トルク(計量トルク)が小さくなる傾向となる。このことから、スクリューの逆回転量を増加させていくと、X4は、
・X4→減少する方向
に変化する。
このように、スクリューの逆回転量を増加させていくと、逆流量の指標(X1、X2)は減少し、計量時間(X3)は増加し、計量トルク(X4)は減少する。逆流量を減少させるためには、スクリューの逆回転量を増加させていけばよいが、そうすると、計量時間は増加し、計量トルクは減少する。計量時間が増加するということは、サイクル時間が延びることにつながるため、計量時間が必要以上に増加することは望ましくない。また、計量時、特に計量開始時の計量トルクが減少するということは、スクリュー前方のフライト部に本来あるべき樹脂が後方に戻されていることを意味するが、必要以上に樹脂が後方に戻されているのも望ましくない。
従って、スクリューの逆回転量を増加させていくとともに逆流量は減少するが、適切なスクリューの逆回転量を求めるに当たっては、計量時間が増加し過ぎないようにし、計量トルクが減少し過ぎないようにする必要がある。
以上のことから、評価関数への入力項目に計量時間と計量トルクを加えて評価を行う。そこで、上記評価関数(1)式への入力をX1(回転力がピークとなる時点における回転力)、X2(射出開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離)、X3(計量時間)、X4(計量トルク)とし、上記評価関数(1)式においてb1=1、b2=1、b3=1、b4=1とすると、評価関数は、
11+a22+a33+a44 …(6)
(a1、a2、a3、a4は各入力項目の重み係数、
1>0、a2>0、a3>0、a4<0)
となる。
なお、上記評価関数(6)式において、X4(計量トルク)はスクリューの逆回転量を増加させていくとともに減少していく傾向があるため、その重み係数は負の値(a4<0)とした。
スクリューの逆回転量を増加させていくと、上記評価関数(6)式の「a11+a22」の項は減少していき、「a33+a44」の項は増加していく。上述したように、「a11+a22」の減少傾向は頭打ちとなるのに対して、「a33+a44」はスクリューの逆回転量の増加とともに増加していく(a33は、正の値で増加していくが、a44は負の値で、その絶対値が減少していくことから、全体では増加していく)。従って、上記評価関数(6)式の関数値は、スクリューの逆回転量を増加させていくと、最初は減少傾向にあるが、スクリューの逆回転量の増加とともに減少傾向から増加傾向に転じる。この減少傾向から増加傾向に転じるところで関数値が最小となる。この関数値が最小となるところを求めてスクリューの逆回転量を調整することができる。
なお、スクリューの逆回転量を増加させていくと、スクリュー前方のフライト部の樹脂が後方に戻されるようになるということは前述したが、この場合、後方に戻された樹脂の影響によって、計量トルクが増加する傾向となることもある。このような場合は、評価関数における計量トルクの重み係数を正の値(例えば、上記評価関数(6)式の場合、a4>0)とすればよい。このように、スクリューの逆回転量を増加させていった時に、評価関数への入力項目が増加傾向にあるか減少傾向にあるかに応じて、各入力項目に対する重み係数の符号を定めることができる。
また、上述のいずれの場合も、スクリューの逆回転量の調整範囲を予め制限しておいて、その調整範囲内で上記評価関数(5)式または(6)式の関数値が最も小さくなるところを求めてスクリューの逆回転量を調整してもよい。
<スクリュー逆回転における制御条件の逆回転量の調整について>
スクリュー逆回転の制御条件として、逆回転量を調整するものであるが、この逆回転量の調整は、逆回転角度、スクリュー逆回転時間、スクリュー逆回転速度のいずれか1つまたは2つを調整することによって達成できる。逆回転量を増加させるときには、逆回転角度を増加させるか、スクリュー逆回転速度を変えずに、スクリュー逆回転時間を増加させてもよいし、スクリュー逆回転時間を変えずにスクリュー逆回転速度を増加させてもよい。又はいずれか2つを変えるようにしてもよい。
<一実施形態について>
上述した事項は本発明の原理概要の説明であり、以下本発明の一実施形態について説明する。
図4は、本発明の一実施形態の要部ブロック図である。
スクリュー1が挿入されたシリンダ7の先端には、ノズル9が装着され、シリンダ7の後端部には樹脂ペレットをシリンダ7内に供給するホッパ15が取り付けられている。スクリュー1は、その先端に逆流防止弁3、チェックシート4等からなる逆流防止弁機構を備え、スクリュー回転用のサーボモータ10により伝動機構12を介して回転駆動されるようになっている。さらに該スクリュー1は、射出用サーボモータ11により伝動機構13及びボールネジ/ナット等の回転運動を直線運動に変換する変換機構14によって軸方向に駆動され射出及び背圧制御がなされるように構成されている。スクリュー回転用サーボモータ10、射出用サーボモータ11にはそれぞれ回転位置・速度を検出する位置・速度検出器16,17が取り付けられており、この位置・速度検出器によって、スクリュー1の回転速度、スクリュー1の位置(スクリュー軸方向の位置)、移動速度(射出速度)を検出できるようにしている。又、スクリュー1に加わる溶融樹脂からのスクリュー軸方向の圧力を検出するロードセル等の圧力センサ18が設けられている。
この射出成形機を制御する制御装置20は、数値制御用のマイクロプロセッサであるCNCCPU22、プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるPMCCPU21、サーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボCPU25とがバス36で接続されている。
PMCCPU21には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したROM26および演算データの一時記憶等に用いられるRAM27が接続され、CNCCPU22には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラム等を記憶したROM28および演算データの一時記憶等に用いられるRAM29が接続されている。
また、サーボCPU25には、位置ループ、速度ループ、電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したROM31やデータの一時記憶に用いられるRAM32が接続されている。更に、サーボCPU25には、該CPU25からの指令に基づいて、スクリュー回転用のサーボモータ10を駆動するサーボアンプ34や、スクリューを軸方向に駆動し射出等を行う射出用のサーボモータ11を駆動するサーボアンプ35が接続され、各々のサーボモータ10、11には位置・速度検出器16、17がそれぞれ取り付けられており、これら位置・速度検出器16、17からの出力がサーボCPU25に帰還されるようになっている。サーボCPU25は、CNCCPU22から指令される各軸(スクリュー回転用のサーボモータ10又は射出用のサーボモータ11)への移動指令と位置・速度検出器16、17からフィードバックされる検出位置、速度に基づいて位置、速度のフィードバック制御を行うと共に、電流のフィードバック制御をも実行して、各サーボアンプ34,35を介して、各サーボモータ10、11を駆動制御する。
又、サーボCPU25には、圧力センサ18での検出信号をA/D変換器33でデジタル信号に変換した樹脂圧力(スクリューにかかる樹脂圧力)が入力されている。また、樹脂の逆流によって生じるスクリュー1を回転させる回転力を検出するためにスクリュー回転用サーボモータ10の駆動制御処理には、周知の外乱推定オブザーバが組み込まれ、該外乱推定オブザーバによってスクリュー1に加わる回転方向の力(回転力)を検出するようにしている。
なお、型締機構やエジェクタ機構を駆動するサーボモータやサーボアンプ等も設けられているものであるが、これらのものは本願発明と直接関係していないことから、図4では省略している。
液晶やCRTで構成される表示装置付き入力装置30は表示回路24を介してバス36に接続されている。さらに、不揮発性メモリで構成されるデータ保存用RAM23もバス36に接続され、このデータ保存用RAM23には射出成形作業に関する成形条件と各種設定値,パラメータ,マクロ変数等を記憶する。
以上の構成により、PMCCPU21が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、CNCCPU22がROM28の運転プログラムやデータ保存用RAM23に格納された成形条件等に基づいて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボCPU25は各軸(スクリュー回転用のサーボモータ10や射出用のサーボモータ11等の各駆動軸のサーボモータ)に対して分配された移動指令と位置・速度検出器で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基づいて、従来と同様に位置ループ制御,速度ループ制御さらには電流ループ制御等のサーボ制御を行い、いわゆるディジタルサーボ処理を実行する。
上述した構成は従来の電動式射出成形機の制御装置と変わりはなく、従来の制御装置と異なる点は、スクリュー逆回転工程の制御条件の調整機能が付加されている点で相違するものである。
図5はこの制御装置が実施するスクリュー逆回転工程における制御条件の調整機能のアルゴリズムを示すフローチャートである。
まず、スクリュー逆回転で回転させる逆回転量のリミット値、成形サイクル毎に変化させる逆回転の変化量(増分)を設定しておく。この場合、単に逆回転角度を変える場合には、最大逆回転角度をリミット値とし、成形サイクル毎変化させる逆回転角度の変化量(増分)を設定しておく。また、逆回転時間を一定とし、逆回転速度を変えることによって逆回転量を変える場合には、最大の速度をリミット値とし、成形サイクル毎変化させる逆回転の変化量(増分)を速度の増分で設定しておく。また、逆回転速度を一定とし、逆回転時間を変えることによって逆回転量を変える場合には、逆回転させる最大時間をリミット値とし、成形サイクル毎変化させる逆回転の変化量(増分)を逆回転時間の増分で設定しておく。また、射出圧力を検出する射出開始からの経過時間Ts、射出圧力を検出するスクリュー位置xsを設定しておく。さらに評価関数の係数を設定しておく。例えば、評価関数として、簡単でより正確に逆流量を求めることができるものとして回転力ピーク値と、計量時間を選択した場合には、評価関数のこの回転力ピーク値と、計量時間の項目に対する係数に対しては、所定の値を設定し、これら項目以外の項目の係数は「0」を設定しておく。
そこで、スクリュー逆回転工程の制御条件の調整指令が入力されると、PMCCPU21は、図5の処理を開始する。
まず、逆回転量の初期値を「0」とし(単に逆回転角度を変化させるものであれば、この逆回転角度を0,逆回転量を変化させるものが逆回転速度であれば該速度を0,逆回転時間であれば、該時間を0と設定する)(ステップ100)、図示していない型締め用サーボモータを駆動制御し型閉じ工程を実行させる(ステップ101)。設定型締力が発生するまで金型が閉じられると、射出・保圧工程を開始させ、サーボCPU25によりサーボアンプ35を介して射出用サーボモータ11を駆動制御し、スクリュー1を前進(図4中左方向)させ、シリンダ7内のスクリュー1の前方に溜まった溶融樹脂を金型内に射出させる。この射出・保圧工程の射出中、スクリュー回転力のピーク値を検出すると共に、樹脂の逆流量の指標となる物理量を検出する(ステップ103)。
この樹脂逆流量の指標となる物理量を検出するステップ103の処理を図6に示す。 射出のためにスクリュー1を前進開始させると共に、スクリュー1の回転力の時間積分値A(t)、スクリュー位置に対する積分値A(x)を記憶する各レジスタに「0」を格納する(ステップ200)。さらに、現在位置レジスタよりスクリュー1の前進開始時のスクリュー位置xを読み取りレジスタR(x)に格納すると共に、スクリュー回転用のサーボモータ10が受ける回転力Trqを記憶するレジスタR(Trq)に「0」を格納する(ステップ201)。さらに、スクリュー前進開始からの経過時間を計時するタイマーTをスタートさせる(ステップ202)。
そして、現在位置レジスタに記憶されているスクリュー位置(射出用サーボモータの回転位置)xを求めると共に、外乱推定オブザーバで求められるスクリュー回転力Trqを求め(ステップ203)、検出したスクリュー位置xからレジスタR(x)に記憶する前サンプリング時における位置(最初は「x0」)を減じて、サンプリング周期毎のスクリュー移動量δxを求める(ステップ204)。
次に、所定時間経過した時の射出圧力を求めたとき「1」にセットされるフラグFtが「1」か判断し(ステップ205)、「1」であればステップ208に移行し、「1」でなければ、タイマーTの計時時間が、設定された所定時間Tsに達したか判断し(ステップ206)、達してなければステップ208に進み、所定時間Tsに達していれば、このとき圧力センサ18で検出される圧力を射出圧力Ptとして記憶し(ステップ207)、かつフラグFtを「1」にセットしステップ208に移行する。
ステップ208では、スクリューが設定位置に達し、射出圧力が読み取られたときにセットされるフラグFxが「1」か判断し、「1」であればステップ211に移行し、「1」でなければ、ステップ203で読み出したスクリュー位置xが、設定された所定位置xsに達したか判断し(ステップ209)、所定位置xsに達していなければステップ211に進み、達していれば、このとき圧力センサ18で検出される射出圧力Pxを記憶し(この位置によって記憶する射出圧力をPx、経過時間で記憶する射出圧力をPtと記載し区別している)(ステップ210)、かつフラグFxを「1」にセットしステップ211に移行する。
ステップ211では、ステップ203で求めたスクリュー回転力TrqからレジスタR(Trq)に記憶する前サンプリング時におけるスクリュー回転力(最初は「0」)を減じた値が負か判断する。射出開始時には、前述したように、樹脂が逆流し、この樹脂の逆流によりスクリュー1には回転力が加わることにより、外乱推定オブザーバで求められるスクリュー回転力Trqは図3に示すように増大する。よって、最初は、ステップ205での判断では、「No」となる。そこで、スクリュー1の回転力の時間積分値A(t)を記憶するレジスタに、ステップ203で検出したスクリュー回転力Trqにサンプリング周期δtをかけた値を加算することで積算し、スクリュー1の回転力の時間積分値A(t)を求め、さらに、スクリュー位置に対する積分値A(x)を記憶するレジスタに、検出したスクリュー回転力Trqにステップ204で求めたサンプリング周期における移動量δxをかけた値を加算して積算し、スクリュー1の回転力の位置積分値A(x)を求め、更新する(ステップ212)。
さらに、ステップ203で求めたスクリュー回転力Trq、スクリュー位置xを、それぞれスクリュー回転力Trqを記憶するレジスタR(Trq)、スクリュー位置xを記憶するレジスタR(x)に格納し(ステップ213)、ステップ203に戻る。以下、ステップ211で「Yes」と判断されるまでは、ステップ203〜213の処理をサンプリング周期毎実行する。
スクリューが前進し、前述したように樹脂が逆流し、図3に示すように、スクリュー回転力Trqが上昇する。そして、逆流防止弁3が閉じることによって、スクリュー回転力Trqは減少することになる。そのため、ステップ211で、当該サンプリング時に検出したスクリュー回転力Trqから、1つ前のサンプリング時に検出しレジスタR(Trq)に記憶するスクリュー回転力を減じた値が負となる。これによって、スクリュー回転力Trqはピークに達したと判別しステップ211、このピーク値を検出した時点での物理量を取得する。そこで、ステップ211で、Trq-R(Trq)<0と判断されたとき、物理量を読み取り記憶する。
このスクリュー回転力のピーク値が検出された時点では、すでに、所定経過時間Ts、所定スクリュー位置xsにおける射出圧力Pt、Pxは求められているので、この射出圧力Pt、Pxを樹脂の逆流量を示す指標として記憶する。また、レジスタR(Trq)に記憶するスクリュー回転力がピーク値になった時点のスクリュー回転力Trq、レジスタR(x)に記憶するピーク時点でのスクリュー位置、さらに、スクリュー回転力がピーク値に達するまでのレジスタに記憶するスクリュー回転力の時間積分値A(t)、位置積分値A(x)、射出開始からピーク値に他するまでの経過時間を計時するタイマーTの値の計時時間t、または、ステップ211でYesとなったときには、すでにピーク値を超えたときであるので、タイマーTから読み取った経過時間tから、1サンプリング周期δtだけ減じた時間をピーク時点までの経過時間とする。
さらに、レジスタR(x)に記憶するスクリュー位置からスクリュー前進開始位置x0を減じたスクリュー前進開始からスクリュー回転力ピーク時までの移動距離Lを、スクリュー回転力ピーク時の物理量として記憶し(ステップ214)、フラグFt、Fxに「0」をセットし(ステップ215)、この樹脂逆流量検出処理を終了する。
こうして、スクリュー回転力ピーク時の物理量が記憶されると、図5のメイン処理に戻る。スクリューが射出保圧切換位置に達するまで射出が行われると、射出工程から保圧工程に移行する(ステップ104、105)。
保圧工程が終了すると、計量工程を開始し計量時間タイマーをスタートさせ、従来と同様の計量工程の処理を行い(ステップ106)、計量工程が終了すると、計量時間タイマーで計時された計量時間を読み取り記憶する(ステップ107)。
ステップ103で求めた逆流量を示す指標と、ステップ107で求めた計量時間に基づいて評価関数を計算し、評価値を求め(ステップ108)、この評価値と計量時間、及び、このとき設定されている逆回転量を対応させて記憶する(ステップ109)。
次に、逆回転量を設定された増分(時間または速度)だけ増大させ(ステップ110)、この増大させた逆回転量だけスクリューを逆回転させ(ステップ111)、その後サックバック処理を行い(ステップ112)、金型を開き成形品を取り出す(ステップ113、114)。これによって、1成形サイクルは終了するが、逆回転量が設定されたリミット値を超えたか判断し(ステップ115)、超えていないときには、ステップ101に戻り、ステップ101以下の次の成形サイクルを実施する。
以下、逆回転量がリミット値を超えない限りステップ101〜ステップ115を繰り返し実行し、ステップ109で評価値と逆回転量及び計量時間を記憶していく。
ステップ115で、逆回転量が設定されたリミット値を超えたと判断されたときには、記憶されている逆回転量が0〜リミット値の範囲内での評価値において、1番評価値の高い逆回転量(逆回転角度、逆回転速度または逆回転時間)をスクリュー逆回転工程の逆回転量として設定し(ステップ106)、この逆回転工程の制御条件の調整処理は終了する。
なお、前述したように、この評価を行う評価関数の評価値が頭打ちとなり、1番高い評価値が複数存在するときは、一番逆回転量の少ないものをスクリュー逆回転工程の逆回転量として選択する。
こうして、逆回転工程の制御条件が設定された後は、通常の連続成形時の成形サイクルにおける逆回転工程では、この設定された制御条件(逆回転量)で実行されることになる。この通常の成形サイクルは、図5において、ステップ100、103、108〜110、115、116はなく、またステップ106,107での計量時間タイマーによる計量時間の計時処理は無くてもかまわない。すなわち、型閉、射出、保圧、スクリュー逆回転、サックバック、型開、成形品取り出しの成形サイクルが実行されることになる。
なお、逆流防止弁の閉鎖を容易にするために、前述したように、計量完了後、射出開始前にスクリューを前進させる射出前スクリュー移動工程を付加する場合があるが、この場合には、ステップ111の前、または後に、この射出前スクリュー移動工程を追加するものである。この射出前スクリュー移動工程を行う場合には、この射出前スクリュー移動工程におけるスクリュー前進時に、上述した樹脂逆流量の指標を求める処理を行ってもよいものである。すなわち、図5におけるステップ103の処理である図6の樹脂逆流量検出処理が、ステップ111の前または後に実施される射出前スクリュー移動工程のスクリュー前進時に実施されることになる。なお、射出前スクリュー移動工程が実施される場合においても、図5に示すように射出工程時にステップ103の処理(図6の樹脂逆流量検出処理)を実施してもよいことはもちろんである。
上述したように、計量トルクも評価関数の1要素であるが、上述した実施形態では、この計量トルクを測定しておらず、評価関数の要素としていない。この計量トルクも評価関数の要素とするときには、ステップ106、107での計量工程中、所定周期毎にスクリュー回転力(計量トルク)をオブザーバで求め、このスクリュー回転力の平均値を計量トルクとして求め、ステップ109で、この計量トルクをも含めて評価関数の計算を行い評価値を求めるようにすればよい。
なお、評価関数により評価値を求めるための変数だけを求めればよいものであるから、評価関数で利用する変数が決まれば、その変数だけを求めるようにしてもよいものである。例えば、評価関数の変数が、回転力のピーク値と計量時間であれば、図6のステップ200,204〜210、212、215の処理は必要がないものとなる。評価関数で評価する上で必要な項目の変数を求めるようにすればよいものである。
以上のようにして、樹脂の逆流量が小さく、かつ計量時間をむだに長くしない最適なスクリュー逆回転工程の制御条件(逆回転量)を求めて設定できるから、樹脂・金型・成形条件が変化しても、その変化に応じて、最適な逆回転量を求めて、クリュー逆回転工程の逆回転量(制御条件)を設定することができるので、常に最適なスクリュー逆回転工程の制御条件(逆回転量)で成形サイクルを実行できる。
しかも、上述したように、射出成形機の制御装置に上述した処理のソフトウェアを組み込んで自動的にスクリュー逆回転工程の制御条件を調整できる。また、上述した処理手順に従って、ユーザーが手動操作によってこのスクリュー逆回転工程の制御条件の調整を行ってもよいものである。この手動操作によりスクリュー逆回転工程の制御条件の調整方法を実施する際には、例えば、所定値の逆回転量を設定し、上述したステップ101から114までの処理、すなわちスクリュー逆回転工程を含む成形サイクルを実施し、評価値を得る。次に逆回転量を変え(所定量増加)、同様に成形サイクルを実施し、評価値を得る。以下逆回転量を順次変え(所定量増加)、評価値を得る。この評価値を表示装置/入力装置の画面に表示させて、評価値の高い逆回転量を選択するようにする。
上述した実施形態では、電動式射出成形機の例を述べ、スクリューを回転させるスクリュー回転手段として電動サーボモータの例を記載したが、電動サーボモータ以外に、例えば、電動モータ・油圧モータなどを用いることができる。また、スクリューの回転力を検出する手段として、上述した実施形態では、外乱推定オブザーバを用い、該オブザーバで求めた負荷トルクからスクリュー回転力を求めたが、スクリュー回転用サーボモータの駆動電流に基づいてスクリュー回転力を求めてもよい。または、油圧モータの油圧により、さらには、スクリューに歪センサを設けて該歪みセンサで検出するようにしてもよい。
逆流防止弁機構の一例での説明図である。 計量工程が終了してから、スクリューが逆回転され、スクリューが前進(射出)開始されるまでの逆流防止弁機構の状態を説明する説明図である。 スクリューを前進させたときにスクリューにかかるスクリュー回転方向の負荷を表すグラフである。 本発明の一実施形態の要部ブロック図である。 同実施形態におけるスクリュー逆回転工程における制御条件の調整機能のアルゴリズムを示すフローチャートである。 同実施形態において、樹脂逆流量の指標となる物理量を検出する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
符号の説明
1 スクリュー
2 スクリューヘッド
3 逆流防止弁
4 チェックシート
5 フライト
6 溝部
7 シリンダ
20 制御装置

Claims (14)

  1. 逆流防止弁を備えるスクリューと、
    該スクリューを回転駆動する回転駆動手段と、
    前記スクリューをスクリュー軸方向に駆動する軸方向駆動手段と、
    前記スクリューに作用する回転力を検出する回転力検出手段とを備え、
    計量工程完了後、射出工程開始までの間に前記スクリューを設定された制御条件で計量時とは逆方向に回転させる逆回転工程を有する射出成形機において、
    前記スクリューを前進させている際に、前記逆流防止弁を通って逆流する樹脂の逆流量を示す指標となる成形動作状態を示す1つ以上の物理量を検出する逆流量指標検出手段と、
    該求めた逆流量の指標を、前記制御条件を評価する評価関数に入力し評価値を求める評価値算出手段と、
    所定の範囲内で前記逆回転工程の制御条件を変化させながら成形運転を繰り返し行い、前記評価値算出手段で算出される評価値の中で最も評価値が高い制御条件を連続成形時の逆回転工程の制御条件として選択する制御条件選択手段とを備えることを特徴とする射出成形機。
  2. 前記逆流量指標検出手段は、前記スクリューを前進させている際に前記回転力検出手段で検出される回転力がピークとなる時点における、
    前記回転力検出手段で検出した回転力、
    スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までの前記回転力の時間積分値、
    スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点まで前記回転力をスクリュー位置に関して積分した値、
    スクリュー位置、
    スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離、
    スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までの経過時間、
    のいずれかの物理量、さらに、
    スクリュー前進開始時点から所定時間経過後のスクリューにかかるスクリューを後退させる方向の圧力、
    所定スクリュー位置におけるスクリューにかかるスクリューを後退させる方向の圧力、
    の物理量の内のいずれか1つ以上を検出し、樹脂の逆流量の指標とするものである請求項1に記載の射出成形機。
  3. 計量時間または計量トルクを検出する手段を備え、前記評価値算出手段は、前記求めた逆流量の指標に加えて、計量時間と計量トルクの内の少なくとも1つを、前記評価関数の変数とし、該評価関数により評価値を求めることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の射出成形機。
  4. 前記評価関数は、
    (i≧1、a1≠0、b1≠0、X1は逆流量の指標等の変数)
    または、
    (i≧1、c1≠0、X1は逆流量の指標等の変数)
    であることを特徴とする請求項1乃至3の内いずれか1項に記載の射出成形機。
  5. 前記変化させる逆回転工程の制御条件は、スクリューの逆回転時間と、スクリューの逆回転速度と、スクリューの逆回転量の内の1つまたは2つである請求項1乃至4の内いずれか1項に記載の射出成形機。
  6. 前記スクリュー前進は、射出保圧工程におけるスクリュー前進であることを特徴とする請求項1乃至5の内いずれか1項に記載の射出成形機。
  7. 前記スクリュー前進は、計量工程完了から射出工程開始までの間に行うスクリュー前進であることを特徴とする請求項1乃至5の内いずれか1項に記載の射出成形機。
  8. 逆流防止弁を備えるスクリューと、
    該スクリューを回転駆動する回転駆動手段と、
    前記スクリューをスクリュー軸方向に駆動する軸方向駆動手段と、
    前記スクリューに作用する回転力を検出する回転力検出手段とを備え、
    計量工程完了後、射出工程開始までの間に前記スクリューを設定された制御条件で計量時とは逆方向に回転させる逆回転工程を有する射出成形機において、
    (1)前記逆回転工程の制御条件を設定し成形サイクルを行い、
    (2)前記スクリューを前進させたとき、前記逆流防止弁を通って逆流する樹脂の逆流量を示す指標となる成形動作状態を示す1つ以上の物理量を検出し、
    (3)検出された逆流量の指標を評価関数に入力し、評価値を求め、
    (4)前記逆回転工程の制御条件の設定値を変更し前記(1)〜(3)の動作を繰り返し実行して、評価値の高い制御条件を逆回転工程の制御条件とするようにした射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法。
  9. 前記逆流量の指標として求められる物理量は、スクリューに作用する回転力がピークとなる時点における、
    前記回転力検出手段で検出した回転力、
    スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までの前記回転力の時間積分値、
    スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点まで前記回転力をスクリュー位置に関して積分した値、
    スクリュー位置、
    スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までのスクリューの移動距離、
    スクリュー前進開始時点から回転力ピーク時点までの経過時間、
    のいずれかの物理量、または、
    スクリュー前進開始時点から所定時間経過後のスクリューにかかるスクリューを後退させる方向の圧力、
    所定スクリュー位置におけるスクリューにかかるスクリューを後退させる方向の圧力、
    の物理量の中から1つ以上を検出し樹脂の逆流量の指標とする請求項8に記載の射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法。
  10. 計量工程の計量時間と計量トルクの内の少なくとも1つを求め、前記評価関数の変数の1つとし、該評価関数により評価値を求めることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の射出成形機の調整方法。
  11. 前記評価関数は、
    (i≧1、a1≠0、b1≠0、X1は逆流量の指標等の変数)
    または、
    (i≧1、c1≠0、X1は逆流量の指標等の変数)
    であることを特徴とする請求項8乃至10の内いずれか1項に記載の射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法。
  12. 前記変化させる逆回転工程の制御条件は、スクリューの逆回転時間と、スクリューの逆回転速度と、スクリューの逆回転量の内の1つまたは2つである請求項8乃至11の内いずれか1項に記載の射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法。
  13. 射出保圧工程におけるスクリュー前進において、前記逆流量の指標として物理量を検出することを特徴とする請求項8乃至12の内いずれか1項に射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法。
  14. 計量工程完了から射出工程開始までの間に行われるスクリュー前進において、記逆流量の指標として物理量を検出することを特徴とする請求項8乃至12の内いずれか1項に射出成形機における逆回転工程の制御条件調整方法。
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