JP4248504B2 - 射出成形機の射出制御方法およびその射出装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機の射出制御方法およびその射出装置に関するものである。

従来のインラインスクリュ式射出成形機では、可塑化計量工程において設定された計量完了位置でスクリュ回転を停止した後、ノズル先端からのドルーリング防止のために計量完了位置よりも後方にスクリュを下げるサックバック工程を行い、次ショットの射出開始までその位置を保持する。

そして、溶融された樹脂を金型キャビティに充填する充填工程は、サックバック完了位置から保圧切換位置までスクリュを前進させる射出工程と、保圧切換位置以降は金型内溶融樹脂の冷却に伴う補填を行う保圧工程とで構成される。保圧工程後はスクリュ先端の圧力を一旦零まで降下させた後スクリュを回転して計量可塑化工程に入る（例えば、特許文献１，２参照。）。
特開２０００−３４３５７１号公報 特開平６−１８２８３２号公報

従来の射出装置と金型キャビティへの充填工程は以上のように構成されており、特許文献１の段落［０００２］に、「…予め定められた射出容量を有しており、一定の射出容量で成形される製品を…」と記載され、特許文献２の段落［０００３］にも、「…計量工程において計量される樹脂容量は１個の成形品に必要とされる樹脂容量に相当し、…」と記されているように、スクリュは成形品の重量に見合ったサイズが選択されるが、スクリュの最小径はスクリュ形状と材料と作用圧力に伴う強度上の関係からφ１４〜φ１６が一般的に限界である。

小さい成形品の場合はφ１４〜φ１６のスクリュが選択されるが、非常に小さい成形品では（計量完了位置−保圧切換位置）が非常に小さくなる。
保圧工程は、金型キャビティへの充填圧が発生するのでスクリュ先端からノズル先端までの樹脂が圧縮されているために、保圧工程後はスクリュ先端の圧力を一旦零まで降下させるが、圧力を降下させるためには圧力が加わった保圧工程完了時のスクリュ位置からスクリュを後退させる。この後退動作をスプリングバックと呼ぶ。

射出圧および保圧力が高い場合はスクリュ先端の溶融樹脂の圧力量が大きくなるため、スプリングバック量も大きくなるので、非常に小さい成形品では（計量完了位置−スプリングバック位置）値が非常に小さくなり、計量密度のバラツキやスプリングバック位置のバラツキによっては（スプリングバック位置＞計量完了位置）となる。計量完了位置を越えると次ショット用の計量可塑化工程が不要となるので計量可塑化工程を行わないショットが発生し、毎ショットの計量樹脂密度が不安定となる問題がある。

図４（ｃ）は従来のスクリュ位置に関する設定値の一例であり、ここで、射出保圧工程中のスクリュ位置の設定とその問題点について説明する。
射出保圧工程でのスクリュ最前進位置Ｄをスクリュ前進限位置Ｇ以上とし、金型キャビティに充満できる充分なる溶融樹脂が得られる計量完了位置Ｂまで材料を計量し、ノズル先端からのドルーリング防止としてのサックバック完了位置Ａまでスクリュを後退させ、金型を閉じた後保圧切換位置Ｃまで速度制御で射出し、保圧切換位置に達した後は圧力制御に切り換えて保圧を加えて金型キャビティ内に溶融樹脂を充填して成形する。

保圧工程が完了すると一旦圧力零まで圧抜きし、スクリュはスプリングバック位置Ｅまで後退する。その後にスクリュを回転して計量完了位置Ｂまで計量可塑化する。

ここで、上述したように、小さい成形品の場合は製造可能な最小径であるφ１４〜φ１６のスクリュが選択されるが、非常に小さい成形品では（計量完了位置−保圧切換位置）が非常に小さくなる。

したがって、従来技術で説明したような、計量密度バラツキやスプリングバック精度によっては（スプリングバック位置＞計量完了位置）となるショットが発生する。この場合、計量完了位置を越えているので次ショット用の計量可塑化が不要となり、計量可塑化工程の有無によって毎ショットの計量密度が不安定となる問題がある。

また、（計量完了位置−スプリングバック位置）値が非常に小さいと、次ショット用の計量可塑化中のスクリュ回転量が小さすぎて安定した計量ができないと言う問題がある。

その結果、連続して安定した成形品を得ることができないという問題がある。

特許文献２の技術によれば、上述した問題を解決するため、１回の計量工程に対して複数回の射出工程を行うようにしているが、１回目のショットとその後の連続するショットにおいて、それぞれ射出速度切換位置や保圧切換位置、更にはサックバック量等についてどのように扱うかについて何等開示がされておらず、この技術をそのまま適用したのでは、やはり精度の高い成形を行うことができない。

この発明は上記のような従来の問題を解決するために成されたもので、１回の計量可塑化工程に対して複数回（例えば２〜３ショット）成形を行うと共に、必要に応じて射出速度切換位置や保圧切換位置、またはサックバック量等の補正を行うことにより、従来インラインスクリュ式射出成形機では十分に成形できなかったような非常に小さい成形品についても、安定した精度の高い成形を行うことができる射出成形機の射出制御方法及びその射出装置を提供することを目的としている。

この発明は上記目的を達成するために、成形品に見合った計量完了位置よりも大きい計量完了位置を設定し、通常の保圧切換位置を設定して保圧に切換える従来と同様の成形方法で成形したときの保圧切換位置よりも小さい最小保圧切換位置を新たに設けて、保圧切換位置が最小保圧切換位置よりも大きい時（計量完了位置まで計量可塑化後の次ショットは必ずこの状態になる）は、次ショット用の計量可塑化工程を実施しないでスプリングバック位置を補正計量完了位置とし、補正値α＝（設定量完了位置−補正計量完了位置）を演算し、その後の射出速度切換位置および保圧切換位置を設定値から（設定値−補正値α）に自動的に設定変更して次ショットの成形を実行する。

そして、（補正保圧切換位置−最小保圧切換位置）を演算し、この値が正の場合は次ショットの計量はせずに、この値が負の場合はスプリングバック位置から計量完了位置まで計量可塑化工程を実行する。

なお、計量可塑化工程を実行しない場合は、スクリュを回転しないために計算可塑化した場合に比べてドルーリングしにくいので、補正計量完了位置からのサックバック量を計量した場合の（設定サックバック量×補正係数β）とする。ここで、β＜１．０である。

すなわち、本発明は、シリンダ内に、回転可能かつ前後進可能に配設されたスクリュを有する射出成形機の射出制御方法であって、射出中における射出圧力およびスクリュ位置を検出し、これら検出値に基づき、射出速度を切り換える前記スクリュ位置および射出工程から保圧工程へと切り換える前記スクリュ位置の各切換スクリュ位置を制御する射出成形機の射出制御方法において、設定された計量完了位置まで計量可塑化完了後、設定されたサックバック量でサックバックし、設定された保圧切換位置まで射出工程を行い、保圧切換位置到達以降に保圧工程を行って成形し、設定された保圧切換位置よりも小さいスクリュ位置に最小保圧切換位置を設けて連続成形するに際して、保圧後の圧力を抜く圧抜き工程後のスプリングバック完了位置を計測して、設定された計量完了位置を前記スプリングバック完了位置と同じ値に置き換えた補正計量完了位置とし、補正量α＝（設定計量完了位置−補正計量完了位置）を演算し、設定された射出速度切換位置と設定された保圧切換位置を各々の設定値から補正量αだけ差し引いた補正射出速度切換位置と補正保圧切換位置を求め、前記設定された保圧切換位置あるいは前記補正保圧切換位置が前記最小保圧切換位置よりも大きいショットの場合は、前記設定された計量完了位置を前記補正計量完了位置として次ショットの計量可塑化工程を省略すると共に、前記補正射出速度切換位置と補正保圧切換位置を用いて継続成形し、前記補正保圧切換位置が前記最小保圧切換位置よりも小さいショットの場合は、前記スプリングバック完了位置から前記設定された計量完了位置まで計量可塑化して継続成形することを特徴とする。

ここで、サックバック量を、計量可塑化工程を実施した後は設定されたサックバック量でサックバックし、計量可塑化工程を省略した後は設定されたサックバック量に１．０よりも小さい補正係数βを乗じたサックバック量でサックバックすることを特徴とする。

また、本発明は、シリンダ（１）内に、回転可能かつ前後進可能に配設されたスクリュ（３）の、射出中におけるスクリュ位置を検出する位置検出部（９）と、射出中の射出圧力を検出する圧力検出部（７）と、前記位置検出部（９）からの信号に基づき前記スクリュ（３）の位置および速度をフィードバック制御する位置速度ＦＢ制御器（１７）と、前記スクリュ（３）の射出速度を切り換える際の前記スクリュ位置である射出速度切換位置と、保圧工程に切り換える際の前記スクリュ位置である保圧切換位置とを設定し、前記射出速度切換位置および前記保圧切換位置を前記位置速度ＦＢ制御器（１７）へと出力するスクリュ位置速度設定部（１３）とを有する射出成形機の射出制御装置において、最小保圧切換位置を設定する最小保圧切換位置設定部（１４）とサックバック量補正係数βを設定するβ値設定部（１４）を設け、保圧切換位置と最小保圧切換位置とを比較して次ショットの計量可塑化工程を実施するか否かを判断する回転要否判定部（１９）と、計量可塑化工程を省略する場合の補正サックバック量と前記射出速度切換位置と保圧切換位置の補正量を演算して前記スクリュ位置速度設定部（１３）に出力するスクリュ位置補正量演算器（１８）を有することを特徴とする。

以上のようにこの発明によれば、選択されたスクリュサイズに不向きなような非常に小さい成形品であっても２〜３ショットに１回の計量可塑化を行うことで、スプリングバック位置が計量完了位置より大きくなることはなく、また１回の計量値を大きくできるので安定した計量可塑化が行えることとなり、計量可塑化後の溶融樹脂密度および計量可塑化しないショットの溶融樹脂密度も安定するので、連続して安定した成形品が得られる効果がある。もって、インラインスクリュ式射出成形機では成形できなかったような非常に小さい成形品も成形可能ならしめる効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、射出装置のスクリュ駆動部の構成図である。
加熱シリンダ１内には、先端に逆流防止リング機構２が螺合されたスクリュ３が回転可能かつ前後動可能に設けられている。
スクリュ３の後部には、スクリュ３を回転する回転サーボモータ４が回転計５と共に連結され、また、スクリュ３をロードセル７、ボールネジ６を介して前後動する射出サーボモータ８にエンコーダ９と共に連結される。

図２は本発明に用いられる射出制御装置のブロック図である。
コントローラ１０は、回転サーボモータ４の回転数を設定するスクリュ回転数設定部１１と、射出圧力と保圧圧力を設定する圧力設定部１２と、スクリュ３の位置および速度を設定するスクリュ位置・速度設定部１３と、最小保圧切換位置及びβ値を設定する最小保圧切換位置及びβ値設定部１４を有する。

スクリュ回転数設定部１１は、回転ＦＢ制御器１５へと回転サーボモータ４の設定回転数を出力する。

回転ＦＢ制御器１５は、スクリュ回転数設定部１１から入力された設定回転数と回転計５から入力された回転サーボモータ４の回転数とが入力され、その偏差信号をサーボアンプ２１へと出力して回転サーボモータ４のフィードバック制御を行う。

圧力設定部１２は、圧力ＦＢ制御器１６へと射出サーボモータ８による設定射出圧力と保圧圧力を出力する。圧力ＦＢ制御器１６には、圧力設定部１２から入力された設定射出圧力と保圧圧力およびロードセル７から入力された圧力とが入力され、射出工程中は射出圧力を計測し、保圧工程中は設定値と計測値の偏差信号を切換スイッチ２０を介してサーボアンプ２２へと出力して射出サーボモータ８のフィードバック制御を行う。

スクリュ位置・速度設定部１３は、計量完了位置Ｂと、サックバック量と、スクリュ３の射出速度を切り換える際の位置である射出速度切換位置と、射出工程から保圧工程へと切り換える保圧切換位置Ｃを設定する。

位置速度ＦＢ制御器１７はスクリュ位置・速度設定部１３からの射出速度切換位置および保圧切換位置Ｃと、エンコーダ９からのスクリュ位置とが入力され、その偏差信号を切換スイッチ２０を介してサーボアンプ２２へと出力してフィードバック制御を行う。

なお、切換スイッチ２０は、射出工程では自動的に図２に示す位置すなわち位置速度ＦＢ制御器１７からの信号がサーボアンプ２２へと出力される状態となっており、スクリュ位置およびスクリュ速度による制御がなされることになる。スクリュ３が保圧切換位置Ｃに達すると切換スイッチ２０は切り換わり、圧力ＦＢ制御器１６からの信号がサーボアンプ２２へと出力される。これにより保圧工程中は圧力制御となる。

最小保圧切換位置とβ値設定部１４は、保圧切換位置Ｃよりも小さい値である最小保圧切換位置Ｆおよび計量可塑化工程を実施しない場合のサックバック量の補正係数β値を設定する。

回転要否判定器１９には、最小保圧切換位置とβ値設定部からの最小保圧切換位置Ｆとエンコーダ９で計測される保圧切換位置ＣあるいはＣ´が入力され、次ショット用の計量可塑化工程を実行するか否かを判定し、否の場合にはスクリュ位置補正量演算器１８に指令を出して補正値αを演算し、スクリュ位置・速度設定部１３に設定された、計量完了位置Ｂとサックバック量と射出速度切換位置と保圧切換位置Ｃを補正する。

次に、射出制御装置の動作を図３に示すフローチャートおよび図４（ａ）および図４（ｂ）に示すスクリュ位置に関する設定値の一例を参照して説明する。

成形準備（Ｓ１）において、従来の成形方法で決める計量完了位置よりも大き目の計量完了位置Ｂおよびサックバック量を設定して計量可塑化し、従来通りの成形手順で設定した保圧切換位置Ｃまで速度フィードバック制御で射出し（Ｓ２〜Ｓ５）、保圧切換位置Ｃ以降は圧力フィードバック制御で保圧を加えて成形する。なお、最小保圧切換位置とβ値設定部１４により、その時の保圧切換位置Ｃよりも小さいスクリュ位置に最小保圧切換位置Ｆが設定されている。

保圧切換位置ＣあるいはＣ´が最小保圧切換位置Ｆよりも大きい場合（Ｓ８，ＹＥＳ）には（計量完了位置Ｂまで計量可塑化された次ショットは必ずこのようになる、また、補正後もＣ´＞Ｆとなるショットがあり得る）、保圧後のスプリングバック位置ＥあるいはＥ´まで圧抜きした後の計量可塑化工程を省略し、次ショットの計量完了位置Ｂを、スプリングバック位置ＥあるいはＥ´と同一値に置き換えた補正計量完了位置Ｂ´とすると共に、補正値α＝（計量完了位置Ｂ−スプリングバック位置ＥあるいはＥ´）と設定サックバック量に補正係数βを乗じたサックバック量を演算して（Ｓ９）、補正サックバック完了位置Ａ´までサックバックし（Ｓ１０）、設定射出速度切換位置（図示せず）と保圧切換位置Ｃから補正値αだけ差し引いた補正射出速度切換位置（図示せず）および補正保圧切換位置Ｃ´に置き換えて（Ｓ１１、Ｓ１２）成形する（Ｓ１３）。

補正保圧切換位置Ｃ´が最小保圧切換位置Ｆより小さい値となった時には（Ｓ８，ＮＯ）、スプリングバック位置Ｅ´から計量完了位置Ｂまで計量可塑化しサックバック完了位置Ａまでサックバックして成形を継続する。

なお、補正サックバック量は設定サックバック量×補正係数βとし、βは１．０以下の値であって計量可塑化工程の有無によって成形品質が変化しないような最適値を成形しながら求めることとなるが、一般的には０．２〜０．６程度となる。

以上のように本発明によれば、１回目のショットとその後のショットにおいて、射速切換位置、保圧切換位置、サックバック量を自動補正しながら成形を行うことにより、製造可能な最小スクリュ径φ１４〜φ１６をもってしても計量値が小さすぎるような成形品でも充分な計量値で成形できるので、安定した連続成形が可能である。

また、最小径よりも大きいスクリュ径においても、そのスクリュ径では計量値が小さくて成形が安定しないような成形品でも本発明を適用することで、小径スクリュに交換しなくても成形できると言う効果が得られる。

この発明の実施の形態における射出装置のスクリュ駆動部の構成図である。 この発明の実施の形態における射出制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態における動作を概略的に示すフローチャートである。 （ａ）は、この発明の実施の形態におけるスクリュ位置に関する設定値の一例を示す概念図である。 （ｂ）は、この発明の実施の形態において計量を実施しない場合における各設定値の補正後のスクリュ位置に関する設定値の一例を示す概念図である。 （ｃ）は、従来のスクリュ位置に関する設定値の一例を本発明に対比して示す概念図である。

符号の説明

１ 加熱シリンダ、３ スクリュ、４ 回転サーボモータ、５ 回転計、６ ボールネジ、７ ロードセル、８ 射出サーボモータ、９ エンコーダ、１０ コントローラ、１１ スクリュ回転数設定部、１２ 圧力設定部、１３ スクリュ位置・速度設定部、１４ 最小保圧切換位置とβ値設定部、１５ 回転ＦＢ制御器、１６ 圧力ＦＢ制御器、１７ 位置速度ＦＢ制御器、１８ スクリュ位置補正量演算器、１９ 回転要否判定器、２０ 切換スイッチ、２１，２２ サーボアンプ。

Claims (3)

1. シリンダ内に、回転可能かつ前後進可能に配設されたスクリュを有する射出成形機の射出制御方法であって、射出中における射出圧力およびスクリュ位置を検出し、これら検出値に基づき、射出速度を切り換える前記スクリュ位置および射出工程から保圧工程へと切り換える前記スクリュ位置の各切換スクリュ位置を制御する射出成形機の射出制御方法において、
   成形品に見合った計量完了位置よりも数ショット分大きめに設定された計量完了位置まで計量可塑化完了後、設定されたサックバック量でサックバックし、設定された保圧切換位置まで射出工程を行い、保圧切換位置到達以降に保圧工程を行って成形し、設定された保圧切換位置よりもスクリュが前進した位置であって、これ以上スクリュが前進すると不良品が形成されるスクリュの位置に対して若干の余裕をもった位置に最小保圧切換位置を設けて連続成形するに際して、
   保圧後の圧力を抜く圧抜き工程後のスプリングバック完了位置を計測して、設定された計量完了位置を前記スプリングバック完了位置と同じ値に置き換えた補正計量完了位置とし、
   補正量α＝（設定計量完了位置−補正計量完了位置）を演算し、設定された射出速度切換位置と設定された保圧切換位置を各々の設定値から補正量αだけ差し引いた補正射出速度切換位置と補正保圧切換位置を求め、
   前記補正保圧切換位置が前記最小保圧切換位置よりもスクリュが後退した位置となるショットの場合は、前記設定された計量完了位置を前記補正計量完了位置として次ショットの計量可塑化工程を省略すると共に、前記補正射出速度切換位置と補正保圧切換位置を用いて継続成形し、
   前記補正保圧切換位置が前記最小保圧切換位置よりもスクリュが前進した位置となるショットの場合は、前記スプリングバック完了位置から前記設定された計量完了位置まで計量可塑化して継続成形することを特徴とする射出成形機の射出制御方法。
2. サックバック量を、計量可塑化工程を実施した後は設定されたサックバック量でサックバックし、計量可塑化工程を省略した後は設定されたサックバック量に１．０よりも小さい補正係数βを乗じたサックバック量でサックバックすることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の射出制御方法。
3. シリンダ（１）内に、回転可能かつ前後進可能に配設されたスクリュ（３）の、射出中におけるスクリュ位置を検出する位置検出部（９）と、射出中の射出圧力を検出する圧力検出部（７）と、前記位置検出部（９）からの信号に基づき前記スクリュ（３）の位置および速度をフィードバック制御する位置速度ＦＢ制御器（１７）と、前記スクリュ（３）の射出速度を切り換える際の前記スクリュ位置である射出速度切換位置と、保圧工程に切り換える際の前記スクリュ位置である保圧切換位置とを設定し、前記射出速度切換位置および前記保圧切換位置を前記位置速度ＦＢ制御器（１７）へと出力するスクリュ位置速度設定部（１３）とを有する射出成形機の射出制御装置において、
   設定された保圧切換位置よりもスクリュが前進した位置であって、これ以上スクリュが前進すると不良品が形成されるスクリュの位置に対して若干の余裕をもった位置に最小保圧切換位置を設定する最小保圧切換位置設定部（１４）と設定されたサックバック量に乗じて補正する１．０よりも小さい補正係数βを設定するβ値設定部（１４）を設け、保圧切換位置と最小保圧切換位置とを比較して次ショットの計量可塑化工程を実施するか否かを判断する回転要否判定部（１９）と、計量可塑化工程を省略する場合に前記設定されたサックバック量に補正係数βを乗じてなる補正サックバック量と前記射出速度切換位置と保圧切換位置の補正量を演算して前記スクリュ位置速度設定部（１３）に出力するスクリュ位置補正量演算器（１８）を有することを特徴とする射出成形機の射出装置。

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