JP4208043B2 - 射出成形機の位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機の位置検出装置及び位置検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形機においては、射出装置の加熱シリンダ内にスクリューが回転自在に、かつ、進退自在に配設され、駆動手段を駆動することによって前記スクリューを回転させたり、進退させたりすることができるようになっている。そして、計量工程時に、スクリューを回転させると、ホッパから加熱シリンダ内に供給された樹脂が、加熱され、溶融させられて前進させられ、スクリューヘッドの前方に蓄えられる。また、射出工程時に、スクリューを前進させ、前記スクリューヘッドの前方に蓄えられた樹脂を、射出ノズルから射出し、金型装置のキャビティ空間に充填（てん）する。続いて、該キャビティ空間に充填された樹脂を冷却し固化させることによって成形品を成形することができる。
【０００３】
ところで、射出ノズルから射出され、金型装置内に進入した樹脂は、スプルー及びランナを通過した後、ゲートを通過して前記キャビティ空間に進入するが、ゲートを通過する前と後とでは樹脂の流動性が大きく異なる。したがって、流動性の変化に対応させて射出速度（単位時間当たりのキャビティ空間への樹脂の充填量）を変化させるのが好ましい。そのために、樹脂がゲートを通過するときのスクリューの位置、すなわち、スクリュー位置をゲート通過時スクリュー位置として決定する必要がある。
【０００４】
そこで、スクリューを速度制御を行いながら前進させ、充填完了位置（キャビティ空間への樹脂の充填が終了したときのスクリュー位置）を変更して成形品を成形し、ゲートの近傍で樹脂の流れが停止するようなショートショットの成形品が得られたときの充填完了位置をゲート通過時スクリュー位置として決定するようにしている。具体的には、計量工程が完了した後、樹脂を少量射出し、スプルー及びランナ内で固化した樹脂をチェックする。そして、樹脂がゲートに到達するまで充填量を増加させながら射出を繰り返し、ゲートに到達したときのスクリュー位置をゲート通過時スクリュー位置としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の射出成形機においては、ゲート通過時スクリュー位置を知るために充填量を変更して射出を繰り返す必要があるので、ゲート通過時スクリュー位置を決定するための作業が煩わしい。
【０００６】
本発明は、前記従来の射出成形機の問題点を解決して、ゲート通過時スクリュー位置を決定するための作業を簡素化することができる射出成形機の位置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の射出成形機の位置検出装置においては、スクリューと、該スクリューを進退させるための駆動手段と、該駆動手段を駆動してスクリューを前進させるスクリュー前進制御手段と、スクリュー位置を検出するスクリュー位置検出手段と、前記スクリューの前進に伴って発生する射出力を検出する射出力検出手段と、前記射出力の変化率が正の値から負の値に変化したときのスクリュー位置に基づいてゲート通過時スクリュー位置を決定するスクリュー位置決定制御手段とを有する。
【００１０】
本発明の射出成形機の位置検出方法においては、駆動手段を駆動してスクリューを前進させ、スクリュー位置を検出し、前記スクリューの前進に伴って発生する射出力を検出し、該射出力の変化率が正の値から負の値に変化したときのスクリュー位置に基づいてゲート通過時スクリュー位置を決定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図２は本発明の第１の実施の形態における射出装置の要部拡大図、図３は本発明の第１の実施の形態における射出装置の概念図、図４は本発明の第１の実施の形態における金型装置の断面図である。
【００１３】
図において、１１はシリンダ部材としての加熱シリンダ、１２は該加熱シリンダ１１内において回転自在に、かつ、進退（図２における左右方向に移動）自在に配設された射出部材としてのスクリュー、１３は前記加熱シリンダ１１の前端（図２における左端）に形成された射出ノズル、１４は該射出ノズル１３に形成されたノズル口、１５は前記加熱シリンダ１１の後端（図２における右端）の近傍の所定の位置に形成された供給口、１６は該供給口１５に取り付けられ、成形材料としての樹脂を収容するホッパである。
【００１４】
前記スクリュー１２は、フライト部２１、及び該フライト部２１の前端に配設されたスクリューヘッド２７を備える。そして、前記フライト部２１においては、スクリュー１２の本体、すなわち、スクリュー本体の外周面にフライト２３が螺（ら）旋状に形成され、該フライト２３によって螺旋状の溝２４が形成される。また、フライト部２１には、後方（図２における右方）から前方（図２における左方）にかけて順に、ホッパ１６から落下した樹脂が供給される供給部Ｐ１、供給された樹脂を圧縮しながら溶融させる圧縮部Ｐ２、及び溶融させられた樹脂を一定量ずつ計量する計量部Ｐ３が形成される。前記溝２４の底、すなわち、溝底の外径は、供給部Ｐ１において比較的小さくされ、圧縮部Ｐ２において後方から前方にかけて徐々に大きくされ、計量部Ｐ３において比較的大きくされる。したがって、加熱シリンダ１１の内周面とスクリュー本体の外周面との間の間隙（げき）は、前記供給部Ｐ１において比較的大きくされ、圧縮部Ｐ２において後方から前方にかけて徐々に小さくされ、計量部Ｐ３において比較的小さくされる。
【００１５】
計量工程時に、前記スクリュー１２を正方向に回転させると、ホッパ１６から落下した樹脂が供給部Ｐ１に供給され、溝２４内を前進（図２における左方に移動）させられ、それに伴って、スクリュー１２が後退（図２における右方に移動）させられ、樹脂がスクリューヘッド２７の前方に蓄えられる。なお、前記溝２４内の樹脂は、前記供給部Ｐ１においてペレット状の形状を有し、圧縮部Ｐ２において半溶融状態になり、計量部Ｐ３において完全に溶融させられて液状になる。
【００１６】
ところで、前記スクリュー１２の外周面、及び加熱シリンダ１１の内周面の粗さが互いに等しいと、計量工程時にスクリュー１２を回転させても、溝２４内の樹脂は、スクリュー１２と一体的に回転させられ、前進しない。そこで、通常は、加熱シリンダ１１の内周面がスクリュー１２の外周面より粗くされる。
【００１７】
射出工程時に、前記スクリュー１２を前進させると、スクリューヘッド２７の前方に蓄えられた樹脂は、射出ノズル１３から射出され、金型装置６１のキャビティ空間Ｃに充填される。このとき、スクリューヘッド２７の前方に蓄えられた樹脂が逆流しないように、スクリューヘッド２７の周囲に逆流防止装置が配設される。
【００１８】
そのために、前記スクリューヘッド２７は、前半部（図２における左半部）に円錐（すい）形のヘッド本体部２５を、後半部（図２における右半部）に円柱部２６を有する。そして、該円柱部２６の外周に環状の逆止リング２８が回動自在に配設され、前記フライト部２１の前端に押金２９が固定される。なお、逆止リング２８及び押金２９によって逆流防止装置が構成される。
【００１９】
また、前記逆止リング２８には、円周方向における複数箇所に軸方向に延びる穴２８ａが、前端に所定の角度にわたって切欠２８ｂが形成される。そして、前記ヘッド本体部２５に係止突起２５ａが形成され、該係止突起２５ａが前記切欠２８ｂ内に置かれる。この場合、前記逆止リング２８はスクリュー１２の回転に伴ってスクリューヘッド２７に対して所定の角度θだけ回動させられ、それ以上の回動が規制される。
【００２０】
一方、前記押金２９には、円周方向における複数箇所に、前記穴２８ａと対応させて軸方向に延びる穴２９ａが形成される。したがって、逆止リング２８がスクリューヘッド２７に対して回動させられることによって、前記穴２８ａ、２９ａが選択的に連通させられる。そして、逆止リング２８は、前記スクリューヘッド２７の前方とフライト部２１とを連通させる連通位置、及び前記スクリューヘッド２７の前方とフライト部２１とを遮断する遮断位置を採る。
【００２１】
ところで、前記加熱シリンダ１１の後端（図３における右端）は前方射出サポート３１に取り付けられ、該前方射出サポート３１と所定の距離を置いて後方射出サポート３２が配設される。そして、前記前方射出サポート３１と後方射出サポート３２との間にガイドバー３３が架設され、該ガイドバー３３に沿ってプレッシャプレート３４が進退（図３における左右方向に移動）自在に配設される。なお、前記前方射出サポート３１及び後方射出サポート３２は、図示されないボルトによって図示されないスライドベースに固定される。
【００２２】
また、前記スクリュー１２の後端にドライブシャフト３５が連結され、該ドライブシャフト３５は、ベアリング３６、３７によってプレッシャプレート３４に対して回転自在に支持される。そして、スクリュー１２を回転させるために、第１の駆動手段として電動の計量用モータ４１が配設され、該計量用モータ４１とドライブシャフト３５との間に、プーリ４２、４３及びタイミングベルト４４から成る第１の回転伝動手段が配設される。したがって、前記計量用モータ４１を駆動することによって、スクリュー１２を正方向又は逆方向に回転させることができる。なお、本実施の形態においては、前記第１の駆動手段として電動の計量用モータ４１を使用しているが、該電動の計量用モータ４１に代えて油圧のモータを使用することもできる。
【００２３】
また、前記プレッシャプレート３４より後方（図３における右方）に、互いに螺合させられたボールねじ軸４５及びボールナット４６から成るボールねじ４７が配設され、該ボールねじ４７によって回転運動を直線運動に変換する運動方向変換手段が構成される。そして、前記ボールねじ軸４５はベアリング４８によって後方射出サポート３２に対して回転自在に支持され、前記ボールナット４６は、プレート５１、及び射出力ｆを検出する荷重検出手段及び射出力検出手段としてのロードセル５２を介してプレッシャプレート３４に固定される。さらに、スクリュー１２を進退させるために、第２の駆動手段としての射出用モータ５３が配設され、該射出用モータ５３とボールねじ軸４５との間に、プーリ５４、５５及びタイミングベルト５６から成る第２の回転伝動手段が配設される。したがって、前記射出用モータ５３を駆動し、ボールねじ軸４５を回転させることによってボールナット４６及びプレッシャプレート３４を移動させ、スクリュー１２を前進（図３における左方に移動）又は後退（図３における右方に移動）させることができる。なお、本実施の形態においては、前記第２の駆動手段として射出用モータ５３を使用しているが、該射出用モータ５３に代えて射出用シリンダを使用して、前記プレート５１を移動させるようにすることもできる。
【００２４】
ところで、前記射出ノズル１３から射出され、金型装置６１内に進入した樹脂は、スプルー６２及びランナ６３を通過した後、ゲート６４を通過して前記キャビティ空間Ｃに進入するが、樹脂には粘性があり、ゲート６４の断面積はランナ６３の断面積より小さく、通路が絞られているので、樹脂の先端がゲート６４に到達すると、ゲート６４より上流側の樹脂の圧力、すなわち、射出圧力が高くなる。成形材料として非晶性の樹脂が使用される場合、前記ゲート６４として、サイドゲート、ピンゲート等が使用される場合等においては、射出圧力が一層高くなる。
【００２５】
これに伴って、ゲート６４より上流側において樹脂が発熱し、樹脂の温度が高くなる。その結果、樹脂の粘性が低くなり、流動性が高くなって前記射出圧力が低くなる。そして、樹脂の先端がゲート６４を通過してキャビティ空間Ｃ内に進入すると、再び樹脂に加わる抵抗が大きくなり、射出圧力は次第に高くなる。
【００２６】
そこで、前記ロードセル５２によって、前記射出圧力に対応して変化する射出力ｆが検出され、射出力ｆの変化に基づいてゲート通過時スクリュー位置が決定されるようになっている。
【００２７】
次に、ゲート通過時スクリュー位置を決定するための制御回路について説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施の形態における制御回路のブロック図、図５は本発明の第１の実施の形態における制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【００２９】
図において、５２は射出力ｆを検出するロードセル、５３は射出用モータ、６７は記憶手段としてのメモリ、６８はディスプレイ等の表示器、７２は制御装置、７４は射出用サーボアンプ、７６はスクリュー速度設定器、８１はスクリュー位置を検出するスクリュー位置検出手段としてのスクリュー位置検出器であり、前記制御装置７２は、スクリュー前進制御手段８２、変化率算出手段８３及びスクリュー位置決定制御手段８４を備える。
次に、前記構成の制御回路の動作について説明する。
【００３０】
タイミングｔ１で前記スクリュー前進制御手段８２は、速度制御を開始し、前記射出用モータ５３を正方向に駆動してスクリュー１２を所定のスクリュー速度Ｖｓで所定の距離だけ前進させ、前記スクリューヘッド２７の前方に蓄えられた樹脂を射出ノズル１３から射出する。
【００３１】
この場合、スクリュー速度Ｖｓはあらかじめ設定される。そのために、前記スクリュー速度設定器７６は、スクリュー速度指令を発生させ、該スクリュー速度指令をスクリュー前進制御手段８２に送る。該スクリュー前進制御手段８２は、スクリュー速度指令を受けると、該スクリュー速度指令に対応させて射出用モータ回転速度指令を発生させ、該射出用モータ回転速度指令と、図示されない射出用モータ回転速度センサによって検出された射出用モータ回転速度との偏差を算出し、該偏差を電流指令Ｉ_I として射出用サーボアンプ７４に送り、射出用モータ５３を駆動する。これにより、スクリュー速度Ｖｓは急速に立ち上がり、ロードセル５２によって検出される射出力ｆが次第に高くなる。
【００３２】
この間、前記変化率算出手段８３は、ロードセル５２によって検出された射出力ｆを読み込み、該射出力ｆの変化率Δｆを算出し、前記スクリュー位置決定制御手段８４は、前記変化率Δｆを読み込み、該変化率Δｆが正の値から負の値に変化したかどうかを判断する。そして、前記変化率Δｆが正の値から負の値に変化した場合、前記スクリュー位置決定制御手段８４は、変化率Δｆが正の値から負の値に変化したタイミングｔ２で、スクリュー位置検出器８１によって検出されたスクリュー位置を読み込み、該スクリュー位置をゲート通過時スクリュー位置Ｓｇとして決定する。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、射出力ｆの変化を取得するために、射出力ｆの変化率Δｆを算出するようにしているが、射出力ｆの変化量を算出することもできる。また、射出力ｆが変化したかどうかを判断するために、変化率Δｆが正の値から負の値に変化したかどうかを判断するようにしているが、変化率Δｆが所定の負の値を採るようになったかどうかを判断したり、変化量が閾（しきい）値を超えたかどうかを判断したりすることもできる。
【００３４】
そして、前記制御装置７２は、ゲート通過時スクリュー位置Ｓｇを前記表示器６８に送る。該表示器６８は、ゲート通過時スクリュー位置Ｓｇが送られてくると、ゲート通過時スクリュー位置Ｓｇを画面に表示する。
【００３５】
続いて、樹脂の先端がゲート６４（図４）を通過してキャビティ空間Ｃ内に進入すると、再び樹脂に加わる抵抗が大きくなり、射出圧力は次第に高くなり、それに伴って射出力ｆも大きくなる。
【００３６】
そして、ロードセル５２によって検出された射出力ｆがタイミングｔ３で所定の値になると、前記制御装置７２の図示されない保圧制御手段は、速度制御から圧力制御に切り換え、保圧を行う。このとき、制御装置７２の図示されない充填完了位置決定制御手段は、スクリュー位置検出器８１からスクリュー位置を読み込み、該スクリュー位置を充填完了位置として決定する。なお、該充填完了位置は、樹脂がキャビティ空間Ｃに十分に充填されるように、また、成形品にバリが発生しないように設定される。
【００３７】
このように、前記射出力ｆの変化に基づいてゲート通過時スクリュー位置Ｓｇが決定されるので、充填量を変更してゲート通過時スクリュー位置Ｓｇを知るための射出を繰り返す必要がなくなる。したがって、ゲート通過時スクリュー位置Ｓｇを決定するための作業を簡素化することができる。
【００３８】
また、射出力ｆの変化に基づいてゲート通過時スクリュー位置Ｓｇが決定されるので、ゲート通過時スクリュー位置Ｓｇの精度を高くすることができる。したがって、樹脂の先端がゲート６４に到達するまでに必要なスクリュー速度Ｖｓ、及び樹脂の先端がゲート６４を通過した後の、キャビティ空間Ｃへの樹脂の充填に必要なスクリュー速度Ｖｓを確実に設定することができる。その結果、スクリュー速度設定器７６において、射出工程におけるスクリュー速度Ｖｓの最適なパターンを設定することができる。
【００３９】
本実施の形態においては、前記スクリュー位置決定制御手段８４が、変化率算出手段８３によって算出された変化率Δｆに基づいてゲート通過時スクリュー位置Ｓｇを決定するようになっているが、スクリュー１２の前進を開始してからの射出力ｆのプロファイルに基づいて、射出成形機の操作者がゲート通過時スクリュー位置Ｓｇを決定することもできる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００４１】
図６は本発明の第２の実施の形態における制御回路のブロック図である。
【００４２】
この場合、制御装置７２は、荷重検出手段及び射出力検出手段としてのロードセル５２によって検出された射出力ｆ、及びスクリュー位置検出手段としてのスクリュー位置検出器８１によって検出されたスクリュー位置を読み込み、スクリュー１２（図２）の前進が開始されてから充填完了位置に到達するまでの前記射出力ｆを、スクリュー位置と対応させて記憶手段としてのメモリ６７に、プロファイルとして記録する。そして、前記制御装置７２の表示制御手段８５は、メモリ６７からプロファイルを読み出し、該プロファイルを表示器６８に送る。表示器６８はプロファイルを画面に表示する。
【００４３】
したがって、操作者は、表示されたプロファイルに基づいてゲート通過時スクリュー位置Ｓｇを決定する。
【００４４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、射出成形機の位置検出装置においては、スクリューと、該スクリューを進退させるための駆動手段と、該駆動手段を駆動してスクリューを前進させるスクリュー前進制御手段と、スクリュー位置を検出するスクリュー位置検出手段と、前記スクリューの前進に伴って発生する射出力を検出する射出力検出手段と、前記射出力の変化率が正の値から負の値に変化したときのスクリュー位置に基づいてゲート通過時スクリュー位置を決定するスクリュー位置決定制御手段とを有する。
【００４６】
この場合、前記射出力の変化率が正の値から負の値に変化したときのスクリュー位置に基づいてゲート通過時スクリュー位置が決定されるので、充填量を変更して射出を繰り返す必要がなくなる。したがって、ゲート通過時スクリュー位置を決定するための作業を簡素化することができる。
【００４７】
また、射出力の変化率が正の値から負の値に変化したときのスクリュー位置に基づいてゲート通過時スクリュー位置が決定されるので、ゲート通過時スクリュー位置の精度を高くすることができる。したがって、樹脂の先端がゲートに到達するまでに必要なスクリュー速度、及び樹脂の先端がゲートを通過した後の、キャビティ空間への樹脂の充填に必要なスクリュー速度を確実に設定することができる。その結果、スクリュー速度設定器において、射出工程におけるスクリュー速度の最適なパターンを設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における制御回路のブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における射出装置の要部拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における射出装置の概念図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における金型装置の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態における制御回路のブロック図である。
【符号の説明】
１２ スクリュー
５２ ロードセル
５３ 射出用モータ
８１ スクリュー位置検出器
８２ スクリュー前進制御手段
８４ スクリュー位置決定制御手段

Claims (2)

1. （ａ）スクリューと、
   （ｂ）該スクリューを進退させるための駆動手段と、
   （ｃ）該駆動手段を駆動してスクリューを前進させるスクリュー前進制御手段と、
   （ｄ）スクリュー位置を検出するスクリュー位置検出手段と、
   （ｅ）前記スクリューの前進に伴って発生する射出力を検出する射出力検出手段と、
   （ｆ）前記射出力の変化率が正の値から負の値に変化したときのスクリュー位置に基づいてゲート通過時スクリュー位置を決定するスクリュー位置決定制御手段とを有することを特徴とする射出成形機の位置検出装置。
2. （ａ）駆動手段を駆動してスクリューを前進させ、
   （ｂ）スクリュー位置を検出し、
   （ｃ）前記スクリューの前進に伴って発生する射出力を検出し、
   （ｄ）該射出力の変化率が正の値から負の値に変化したときのスクリュー位置に基づいてゲート通過時スクリュー位置を決定することを特徴とする射出成形機の位置検出方法。

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