JP4361451B2 - 射出成形機の可塑化装置におけるパージ動作の停止方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機の可塑化装置においてパージ動作の停止を自動で行うための方法及びそのための制御装置に係る。

射出成形機において、原料樹脂を切り替える際あるいは装置の運転を休止する際、可塑化装置の加熱バレル内に残っている樹脂を排出するため、パージ動作が行われる。パージ動作では、スクリュを任意の位置で固定した状態で、加熱バレル内でスクリュを回転させて、スクリュの間に残っている樹脂を、加熱バレルの先端に送り出し、ノズルから排出する。

従来、射出成形機において、パージ動作を停止する際に、オペレータの判断により手動で停止するか、またはパージ時間やパージ回数が充足されたとき自動的に停止させる方法が採用されていた。手動による場合、パージ動作を停止する操作をオペレータが怠ったときには、空状態でスクリュが動作し続ける状態となり、可塑化装置内部の磨耗の増大や、残留樹脂のヤケなどの問題を引き起こす。自動による場合、パージ時間やパージ回数は、パージ動作の終了時点で可塑化装置内部が空状態となるように設定される。しかし、それらの設定値が樹脂排出量に対して適正に設定されていないときには、上記の場合と同様の問題を引き起こす。

図７に、パージ時間を設定してパージ動作を行った場合の、時間（横軸）に対する、残留樹脂量、可塑化装置のスクリュの回転数及び駆動トルクの関係を模式的に示す。時刻ｔ０でパージ動作を開始し、パージ時間の設定値をｔ２とすると、実際にはｔ１で残留樹脂が無くなったときにも、ｔ１〜ｔ２の間は空回転が続けられる。従って、ｔ１の想定値が適切でないと、あるいはｔ１の値が変動すると、空回転時間が長くなり過ぎて上記のような問題を引き起こす、
特開平０６−０４７７７７号公報

本発明は、以上のような射出成形機における従来のパージ動作の停止方法の問題点に鑑み成されたものである。本発明の目的は、パージ動作を自動により行わせる場合に、可塑化装置内部が空状態になった後にもスクリュが回転し続けることがない停止方法及びそのための装置を提供することにある。

本発明は、射出成形機の可塑化装置におけるパージ動作の停止方法であって、
パージ動作の開始後、可塑化装置内でスクリュを所定の回転速度で回転させながらスクリュの駆動トルクを監視し、
この駆動トルクが予め定められた設定値まで低下したとき、直ちにまたは所定時間経過後に、前記スクリュの回転を停止させること、を特徴とする。

先ず、本発明によるパージ動作の停止方法の原理について説明する。可塑化装置内をパージする際、可塑化装置内に残っている樹脂の量の減少に伴い、スクリュの駆動トルクが次第に低下する。従って、スクリュの駆動トルクの変化の様子を監視することによって、パージ動作の終了時点を精度良く決定することができる。

好ましくは、監視対象の前記駆動トルクとして、駆動トルクの移動平均値を用いる。移動平均値を用いることによって、駆動トルクの検出波形に現れる短い周期の波動の影響が取り除かれ、その結果、パージ動作の終了時点をより精度良く決定することができる。

その場合、好ましくは、パージ動作の開始後、前記移動平均値が安定する時点あるいは減少に転ずる時点の移動平均値を基準トルク値として検出し、前記設定値として、この基準トルク値に予め定められたパラメータを乗じた値を使用する。

このように、監視の際に使用される前記設定値を、固定値ではなく、前記移動平均値が安定する時点あるいは減少に転ずる時点の移動平均値の実測値に対する比率を用いて設定しておけば、樹脂の種類、温度等のプロセス条件が変化した場合に、その都度、設定値を入力する必要がなくなる。

また、パージ動作の終了時点を駆動トルクの移動平均値から判断する代わりに、移動平均値の単位時間当たり低下量から判断しても良い。

上記の停止方法を実施するためのパージ動作の制御装置は、例えば、
可塑化装置内でスクリュを回転させるサーボモータに電力を供給するモータ駆動制御部と、
前記スクリュの回転速度を検出する回転速度検出器と、
パージ動作の開始後、前記サーボモータが所定の回転速度を維持するように前記モータ駆動制御部に指令を送ると共に、前記スクリュの駆動トルクを監視し、この駆動トルクが予め定められた設定値まで低下したとき、直ちにまたは所定時間経過後に、前記スクリュの回転を停止させる指令を前記モータ駆動制御部に送るパージ制御回路と、を備える。

また、前記パージ制御回路は、例えば、
パージ動作の際の前記スクリュの回転速度を設定する回転速度設定部と、
駆動トルクの監視に使用される前記設定値を設定するトルク設定部と、
前記モータ駆動制御部から前記サーボモータに送られる電流に基づいて、前記スクリュの駆動トルクを算出するトルク演算部と、
このトルク演算部で算出された駆動トルクの値と前記設定値とを比較し、両者が一致したとき停止指令を前記モータ駆動制御部に送る比較器と、を備える。

好ましくは、前記パージ制御回路は、更に遅延タイマを備え、前記停止指令は、前記比較器からこの遅延タイマを経て前記モータ駆動制御部に送られる。

なお、前記スクリュの駆動トルクを算出する際、前記サーボモータに送られる電流の代わりに、電流の指令値を用いることもできる。

また、前記停止方法において、スクリュの駆動トルクを監視する代わりに、スクリュの背圧を監視しても良い。

本発明の停止方法によれば、パージ動作の際に可塑化装置内が空になる時点を精度良く検出または予測して、適切なタイミングでスクリュの回転を停止させることができる。その結果、可塑化装置内部の磨耗や、残留樹脂のヤケなどの問題を効果的に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図６を用いて説明する。

図１に、本発明によるパージ動作の停止方法を射出成形機に適用する場合のパージ制御回路の制御ブロック図の一例を示す。

図中、１は金型、２は可塑化装置を表す。可塑化装置２の主要部は、加熱バレル３、スクリュ４、油圧シリンダ７、サーボモータ８などから構成される。加熱バレル３内にはスクリュ４が収容されている。加熱バレル３の先端にはノズル５が設けられ、加熱バレル３の後端部近傍にはホッパ６が接続されている。加熱バレル３の後端には油圧シリンダ７が接続され、スクリュ４の後端は、油圧シリンダ７のピストンに接続されている。スプライン９が油圧シリンダ７の後端部を貫通し、油圧シリンダ７のピストンは、このスプライン９を介して、サーボモータ８に接続されている。サーボモータ８には、その回転数（従って、スクリュ４の回転数）を検出するためにエンコーダ１１が取り付けられている。油圧シリンダ７内には、スクリュ４の背圧を検出するため圧力検出器１２が取り付けられている。

パージ制御回路は、スクリュ４の駆動トルクを監視し、その値が予め設定されている値（設定値）まで低下したとき、直ちにまたは所定時間経過後に、サーボモータ８を停止させる。パージ動作を開始する際には、ゲート制御部に、射出成形機のコントローラ（図示せず）からパージスタート指令が与えられる。ゲート制御部は、スクリュ４の回転数設定値（パージ動作用の設定値）と、エンコーダ１１により検出されたスクリュ４の回転数検出信号Ｒｅｖとの差がゼロとなるように、出力信号をＭＴＲ駆動制御部へ送る。比較器は、現在トルク値をトルク設定値と比較し、現在トルク値が減少してトルク設定値と一致したときに、遅延タイマを始動させる。遅延タイマは、予め設定されている遅延時間の経過後、ＳＴＯＰ信号をＭＴＲ駆動制御部へ送る。なお、トルク設定値は、手動設定でも良いし、あるいは、予め射出成形機のコントローラ（図示せず）から、パラメータデータとして与えるようにしても良い。また、現在トルク値は、この例では、ＭＴＲ駆動制御部で検出されるモータの界磁巻き線に流れる電流から求めるようにしているが、前記ゲート制御部の出力信号に対応するＭＴＲ駆動制御部からのトルク指令値を採用しても良い。

なお、サーボモータ８を停止させた後、引き続いて、スクリュ４を回転を伴わずに前進させる。但し、この明細書においては、「パージ停止」とは、スクリュ４の回転用のサーボモータ８の回転を停止させることを意味するものとする。

図２に、図１の制御ブロックを用いた場合の、パージ動作の開始から終了までの残留樹脂量、スクリュの回転数及び駆動トルクの変化を模式的に示す。

図３に、スクリュの駆動トルクの検出波形の一例を示す。この図のように、検出波形には短い周期の波動が現れる。そのため、検出波形をそのまま使用して、パージ動作の終了時点の判断を行うと、スクリュの停止時点における加熱バレル３内の状態に若干のバラツキが表れることになる。

図４に、図３の検出波形に対応する駆動トルクの移動平均値の曲線の一例を示す。なお、移動平均値を計算するに当たり、移動平均値を算出するための対象期間を、駆動トルクのサンプリングサイクルの１０倍程度に設定する。なお、この図で、βは、駆動トルクの移動平均値が安定状態に到達したときの移動平均値であって、例えば、移動平均値の増加速度が所定の値以下に収まった時点、あるいは減少に転ずる時点での移動平均値である。また、この図で、降伏点（Yield Point）とは、駆動トルクの移動平均値が安定状態から実質的に降下し始める点を意味する。このように、駆動トルクの移動平均値を監視して、パージ動作の終了時点を判断する場合には、駆動トルクの移動平均値が安定状態での値βから、所定量α減少した点で、スクリュの回転を停止するための遅延タイマ（図１）を始動させる。

なお、上記の所定量αを、固定値ではなく、安定状態での値βに対する比率を用いて設定しておけば、樹脂の種類、温度等のプロセス条件が変化した場合に、その都度、設定値（α）を入力するような煩雑さを避けることができる。

また、移動平均値の減少速度を監視し、その値が設定値を超えたときに、スクリュの回転を停止するための遅延タイマ（図１）を始動させてもよい。図５に、そのような方法を採用した場合における、パージ動作の終了時点を判断するためのフローの一例を示す。

図５において、ステップ１では、パラメータｉの初期値をクリアして１を入れる。ステップ２では、所定のサンプリングサイクル（例えば、１０ｍｓ程度）毎に駆動トルクｔｑｉを測定する。ステップ３では、駆動トルクの移動平均値Ｔｑｉを算出する。ステップ４では、移動平均値の差分ΔＴｑｉを算出する。ステップ５では、差分の直近ｍ個分の累積値ΣＴｑｊを算出する。ステップ６では、その累積値が設定値γを超えたか否かを判定する。判定結果がＹＥＳ（肯定）のときには、ステップ９に進み、パージ動作停止指令を発する。この場合、ステップ９において、遅延タイマ（図１）を始動させて、一定時間経過後パージ動作停止指令を発するようにしても良い。判定結果がＮＯ（否定）のときには、次のサンプリングサイクルに入り（ステップ７）、パラメータｉに１を加算して（ステップ８）、ステップ２に戻る
なお、上記のフローにおいて、設定値γを固定値として設定すれば、その場合には、安定状態での値β（図４）は、パージ動作の終了時点の判断には関与しないことになる。一方、設定値γを安定状態での値βに対する比率として設定しておけば、樹脂の種類、温度等のプロセス条件が変化した場合に、その都度、設定値（γ）を入力する必要がなくなる。

上記判定方法の変形として、サーボモータ８の駆動トルク（あるいは電流）から、パージ動作の終了時点を決定する代わりに、スクリュ背圧からパージ動作の終了時点を決定することもできる。図６に、その場合の制御ブロック図を示す。

なお、電動式射出成形機においては、図１に示す油圧シリンダ７の代わりに、電動モータ（図示せず）を用いて、例えばボールネジを駆動して、スクリュ４を前進させる。そのような場合には、「スクリュ背圧」は、パージ動作の際に、加熱バレル３の先端部内部の樹脂の圧力に抗してスクリュ４の位置を保持するためにスクリュ４に与えられる前進方向の力を意味する。

本発明のパージ動作の停止方法を射出成形機に適用する場合のパージ制御回路の制御ブロック図の一例を示す図。 図１の制御ブロックを用いた場合の、パージ動作の開始から終了までの残留樹脂量、可塑化装置のスクリュの回転数及び駆動トルクの関係を模式的に示す図。 スクリュの駆動トルクの検出波形の一例を示す図。 スクリュの駆動トルクの移動平均値の変化の一例を示す図。 パージ動作の終了時点を判定するためのフローの一例を示す図。 本発明の方法の変形形態を実施する場合のパージ制御回路の制御ブロック図。 パージ時間を設定してパージ動作を行った場合の、残留樹脂量、可塑化装置のスクリュの回転数及び駆動トルクの関係を模式的に示す図。

符号の説明

１・・・金型、
２・・・可塑化装置、
３・・・加熱バレル、
４・・・スクリュ、
５・・・ノズル、
６・・・ホッパ、
７・・・油圧シリンダ、
８・・・サーボモータ、
９・・・スプライン、
１１・・・エンコーダ（回転数検出器）、
１２・・・圧力検出器。

Claims (7)

1. 射出成形機の可塑化装置におけるパージ動作の停止方法であって、
   パージ動作の開始後、可塑化装置内でスクリュを所定の回転速度で回転させながらスクリュの駆動トルクの移動平均値を監視し、
   移動平均値が安定する時点あるいは減少に転ずる時点の移動平均値を基準トルク値として検出し、
   移動平均値が予め定められた設定値まで低下したとき、直ちにまたは所定時間経過後に、前記スクリュの回転を停止させること、及び、
   前記設定値として、前記基準トルク値に予め定められたパラメータを乗じた値を使用すること、
   を特徴とするパージ動作の停止方法。
2. 射出成形機の可塑化装置におけるパージ動作の停止方法であって、
   パージ動作の開始後、可塑化装置内でスクリュを所定の回転速度で回転させながら前記スクリュの駆動トルクの移動平均値を監視し、
   この移動平均値の単位時間当たり低下量が予め定められた値に達したとき、直ちにまたは所定時間経過後に、前記スクリュの回転を停止させること、
   を特徴とするパージ動作の停止方法。
3. 射出成形機の可塑化装置におけるパージ動作の制御装置であって、
   可塑化装置内でスクリュを回転させるサーボモータに電力を供給するモータ駆動制御部と、
   前記スクリュの回転速度を検出する回転速度検出器と、
   パージ動作の開始後、前記サーボモータが所定の回転速度を維持するように前記モータ駆動制御部に指令を送ると共に、前記スクリュの駆動トルクの移動平均値を監視し、移動平均値が安定する時点あるいは減少に転ずる時点の移動平均値を基準トルク値として検出し、移動平均値が予め定められた設定値まで低下したとき、直ちにまたは所定時間経過後に、前記スクリュの回転を停止させる指令を前記モータ駆動制御部に送るパージ制御回路と、を備え、
   前記設定値として、前記基準トルク値に予め定められたパラメータを乗じた値を使用すること、を特徴とするパージ動作の制御装置。
4. 前記パージ制御回路は、
   パージ動作の際の前記スクリュの回転速度を設定する回転速度設定部と、
   駆動トルクの監視に使用される前記設定値を設定するトルク設定部と、
   前記モータ駆動制御部から前記サーボモータに送られる電流に基づいて、前記スクリュの駆動トルクの移動平均値を算出するトルク演算部と、
   このトルク演算部で算出された駆動トルクの移動平均値と前記設定値とを比較し、両者が一致したとき停止指令を前記モータ駆動制御部に送る比較器と、
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載のパージ動作の制御装置。
5. 前記パージ制御回路は、更に遅延タイマを備え、前記停止指令は、前記比較器からこの遅延タイマを経て前記モータ駆動制御部に送られることを特徴とする請求項４に記載のパージ動作の制御装置。
6. 前記パージ制御回路は、
   パージ動作の際の前記スクリュの回転速度を設定する回転速度設定部と、
   駆動トルクの監視に使用される前記設定値を設定するトルク設定部と、
   前記モータ駆動制御部から前記サーボモータに送られる電流の指令値に基づいて、前記スクリュの駆動トルクの移動平均値を算出するトルク演算部と、
   このトルク演算部で算出された駆動トルクの移動平均値と前記設定値とを比較し、両者が一致したとき停止指令を前記モータ駆動制御部に送る比較器と、
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載のパージ動作の制御装置。
7. 射出成形機の可塑化装置におけるパージ動作の制御装置であって、
   可塑化装置内でスクリュを回転させるサーボモータに電力を供給するモータ駆動制御部と、
   前記スクリュの回転速度を検出する回転速度検出器と、
   パージ動作の開始後、前記サーボモータが所定の回転速度を維持するように前記モータ駆動制御部に指令を送ると共に、前記スクリュの駆動トルクの移動平均値を監視し、移動平均値の単位時間当たり低下量が予め定められた値に達したとき、直ちにまたは所定時間経過後に、前記スクリュの回転を停止させる指令を前記モータ駆動制御部に送るパージ制御回路と、
   を備えたことを特徴とするパージ動作の制御装置。

Images