JP4423175B2 - 射出成形機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出スリーブ内で射出ロッド部を前進させて溶融樹脂をノズルから金型内のキャビティに射出する射出成形機において射出ロッド部を制御する制御装置及び制御方法に関する。

射出成形機は、金型内のキャビティに連通するノズルが先端に形成された射出スリーブと、この射出スリーブ内で前記ノズルに向けて前進して溶融樹脂を前記キャビティに射出する射出スクリュー等からなる射出ロッド部とを備えた構造である。
この射出成形機には射出ロッド部を制御する制御装置が設けられており、この制御装置では、射出ロッド部がホッパから投入された樹脂材料を溶融するために回転するとともに前進して射出する溶融樹脂を計量する計量工程と、この計量工程で計量した溶融樹脂をノズルからキャビティ内に射出するために計量完了位置から射出ロッドを前進させる射出工程（充填工程）と、射出された溶融樹脂をキャビティ内で保圧するために射出ロッド部を保圧切換位置で所定時間静止させる保圧工程とが、この順番で実行される。これらの工程は繰り返し実行されることで、連続した射出ショットが行われる。

計量工程では、射出ロッドを所定の計量ストロークだけ前進させるが、この計量ストロークを増減することで、成形品の充填量が調整される。
成形品の外観不良を防止するために、射出工程における射出速度及び射出圧力を切り換える多段制御が行われている。この多段制御を行うにあたり、計量完了位置を変更することがあり、この変更に際しては、これに合わせて射出速度及び射出圧力の切換位置も変更される。
従来では、計量完了位置が設定値とずれることがあり、この状態を放置することは成形品の品質低下を招くことにもなるので、それを補正する技術がある。例えば、特許文献１及び特許文献２は、計量完了位置の設定位置と実位置とを比較し、これらの位置にずれがあれば、その差分だけ保圧切換位置を補正し、溶融樹脂の充填量を安定させるものである。

特開昭６１−２４９７２５号公報 特開昭６１−１１８２２３号公報

特許文献１及び特許文献２では、キャビティ内への溶融樹脂の充填量を調節するために、計量完了位置の変更、つまり、計量ストロークの変更（増減）を行っている。
しかしながら、成形品の樹脂充填量を変更する等、計量完了位置を積極的に変更する場合があり、この場合には特許文献１及び特許文献２をそのまま利用することには次の課題がある。
つまり、特許文献１及び特許文献２では、計量ストロークを変更する場合、その変更の都度に射出速度及び射出圧力の切換位置を変更するという煩雑な作業をしなければならず、この作業は設定された射出速度及び射出圧力の切換段数が多いと、その分手間がかかるという課題がある。
さらに、成形サイクルが短い場合、変更するために要する時間が成形サイクルに間に合わないという不都合も生じる。

本発明は、計量完了位置を変更しても、キャビティ内への溶融樹脂の充填を簡易に安定させることができる射出成形機の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本発明の射出成形機の制御装置は、金型内のキャビティに連通するノズルが形成された射出スリーブと、この射出スリーブ内で前記ノズルに向けて前進して溶融樹脂を前記キャビティに射出する射出ロッド部とを備えた射出成形機において、溶融樹脂の計量完了位置から前記キャビティ内に射出した溶融樹脂を保圧する保圧切換位置までの射出工程で射出速度及び射出圧力を切り換えながら前進するとともに前記計量完了位置が変更可能とされた前記射出ロッド部を制御する制御装置であって、前記計量完了位置の変更前と変更後との間における前記射出ロッド部の計量ストロークの差分に対応して前記射出速度及び射出圧力の切換位置を補正することを特徴とする。

本発明の射出成形機の制御方法は、金型内のキャビティに連通するノズルが形成された射出スリーブ内で前記ノズルに向けて射出ロッド部を前進して溶融樹脂を前記キャビティに射出する射出成形機において、前記射出ロッドを、溶融樹脂の計量完了位置から前記キャビティ内に射出した溶融樹脂を保圧する保圧切換位置まで射出速度及び射出圧力を切り換えながら前進させるとともに所定の射出ショットにおける前記計量完了位置と次回の射出ショットにおける前記計量完了位置とが変更される射出成形機の制御方法であって、変更前と変更後との前記射出ロッド部の計量ストロークの差分に対応して前記射出速度及び射出圧力の切換位置を補正することを特徴とする。

この発明によれば、射出ロッド部が樹脂材料を溶融するために所定位置から計量ストローク前進して射出する溶融樹脂を計量する。前進した位置が計量完了位置である。
溶融樹脂を計量したら、射出ロッド部を計量完了位置から前進させて溶融樹脂をノズルからキャビティ内に射出する。この射出工程では、射出速度及び射出圧力の切り換えが行われる。射出ロッド部が前進して射出工程が終了したなら、その前進位置である保圧切換位置で射出ロッド部を所定時間静止させてキャビティ内に射出された溶融樹脂を保圧する。その後、金型を開放操作して成形品を金型から取り出す。さらに、射出ロッド部を後退させて次回の射出ショットの実行に備える。以上の工程を繰り返すことで、射出成形機での射出操作が行われる。
この射出成形機では、成形品の樹脂充填量を変更するために、計量完了位置、つまり、計量ストロークを変更する。この計量ストロークの変更のため、本発明では、変更前と変更後との前記射出ロッド部の計量ストロークの差分を求め、この差分に対応して前記射出速度及び射出圧力の切換位置を補正する。この補正により、保圧切換位置を補正することなく、そのままの位置にし、必要最低限の切換位置のみ変更することになり、キャビティ内への溶融樹脂の充填を簡易な手法で安定させることができる。

本発明の射出成形機の制御装置では、前記射出速度及び射出圧力の切換位置は前記射出ロッド部の前進方向に沿って複数箇所あり、これらの複数の切換位置で区画された区間のうち補正をする区間を選択する区間選択部を備えた構成が好ましい。
この構成の発明では、区間選択部のうち任意の区間を作業者が選択できることで、作業性が向上する。

さらに、射出成形機の制御装置では、前記区間選択部で選択した所定の選択区間と、この選択区間よりも前記射出ロッド部の後退側に位置する選択区間との切換位置を、前記計量ストロークの差分だけ移動させる構成とすることが好ましい。
この構成の発明では、選択した切換位置と、この位置より射出ロッド部の後退側に配置された１又は２以上の切換位置とを、ともに計量ストロークの差分だけずらすことで、射出速度及び射出圧力の補正を行う。
例えば、変更前に対する変更後の計量完了位置を寸法Δだけ射出ロッド部の後退方向にずらす場合では、選択した選択区間及びこれより射出ロッド部の後退側に配置された選択区間での切換位置をそれぞれ寸法Δだけ射出ロッド部の後退側に移動させる。そのため、本発明では、射出速度及び射出圧力の切換位置を計量完了位置の変動寸法Δだけ移動させることで、より正確な補正をすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には本実施形態の概略構成が示されている。
図１において、射出成形機１０は固定金型１１を取付けた固定プレート１２と、固定プレート１２に対してトグル機構１３により進退する移動金型１４を取付けた移動プレート１５とを有し、両金型１１，１４の間には溶融樹脂を射出するためのキャビティ１６が形成される。

射出成形機１０は、キャビティ１６に連通するノズル１７Ａが形成された射出スリーブ１７１と、この射出スリーブ１７１内でノズル１７Ａに対して進退可能に配置された射出ロッド部としての射出スクリュー１７２とを有し、この射出スクリュー１７２を前進させて溶融樹脂をキャビティ１６に射出する射出装置１７を備えている。

射出成形機１０は制御装置２０により制御され、射出制御用サーボモータ１９はインターフェイス２１を介して位置・速度変換部２２に連結されている。
制御装置２０は、射出スクリュー１７２がホッパから投入された樹脂材料を溶融するために回転するとともに前進して射出する溶融樹脂を計量する計量工程と、この計量工程で計量した溶融樹脂をノズル１７Ａからキャビティ１６内に射出するために計量完了位置から射出ロッドを前進させる射出工程と、射出された溶融樹脂をキャビティ１６内で保圧するために射出スクリュー１７２を保圧切換位置で所定時間静止させる保圧工程とを、この順番で実行するものであり、これらの工程は繰り返し実行されることで、連続した射出ショットが行われる。

キャビティ１６内に射出装置１７の計量制御用サーボモータ１８により計量された溶融樹脂が射出制御用サーボモータ１９により充填される。この溶融樹脂の計量にあたり、射出スクリュー１７２は回転するとともに計量ストロークだけ前進する。計量ストロークの前進位置が計量完了位置である。この計量完了位置はキー入力装置２６の入力操作により変更可能とされている。
射出工程では、射出速度及び射出圧力を切り換えながら射出スクリュー１７２が前進する。
この射出速度及び射出圧力の切換位置は射出スクリュー１７２の前進方向に沿って３箇所ある（図３参照）。
位置・速度変換部２２は、エンコーダ位置を射出速度に換算するためのものであり、図示していないシーケンサからの信号により充填時間をカウントし、充填時間に応じたサンプリングモードで射出速度の波形を記憶装置２３に出力する。

記憶装置２３はデータメモリ２４と基準波形メモリ２５を有し、位置・速度変換部２２から１成形サイクル毎に送られてくる射出速度波形をその都度データメモリ２４に取り込み、機械運転者が良品と判断したとき、キー入力装置２６のキー等を押すことにより、データメモリ２４から基準波形を基準波形メモリ２５に記憶させる。

基準波形メモリ２５に記憶された基準波形は、複数の射出速度の値と各射出速度の切換位置を設定する射出速度・切換位置設定部２７に自動的に設定され、射出速度・射出圧力切換位置制御部２８に送られ、射出制御用サーボアンプ２９を介して射出制御用サーボモータ１９にフィードバックされる。また、位置・速度変換部２２は射出速度・射出圧力切換位置制御部２８に連結されており、射出速度・切換位置を制御できるようにしてある。

射出装置１７にはインターフェイス３１を介して射出圧力制御部３２に連結された射出圧力検出装置３０が設けられている。射出圧力制御部３２はキー入力装置２６から設定充填圧力及び設定圧力の上限許容値を設定する圧力設定部３３と設定圧力に上限許容値を加えた上限設定圧力と射出圧力検出装置３０が検出した検出値を比較する比較器３４とを有する。この比較器３４は射出圧力検出装置３０が検出した実充填圧力と上限設定圧力を比較し、実充填圧力が上限設定圧力を越えたとき信号を発しアラーム３５に作用する。

射出速度・射出圧力切換位置制御部２８のブロック図が図２に示されている。
図２において、射出速度・射出圧力切換位置制御部２８は、自動制御切換部２８１と、区間選択部２８２と、差分検出部２８３と、補正信号指令部２８４とを備えて構成されている。
自動制御切換部２８１は、キー入力装置２６からの自動補正の「有」の信号を受けると、区間選択部２８２を駆動させる信号を区間選択部２８２に送る。
区間選択部２８２は、射出工程の射出速度及び射出圧力の複数箇所（本実施形態では、３箇所）ある切換位置で区画された区間を選択するものである。本実施形態では、射出速度ＶがＶ１〜Ｖ４に切り替わり、射出圧力ＰがＰ１〜Ｐ３に切り替わる射出工程（図３〜図６参照）において、表１に示す選択区間の射出速度及び射出圧力の切換を行うものである。

表１及び図３〜図６において、ＬＳ４は保圧切換位置であり、ＬＳ５は計量完了位置であり、ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃは射出速度及び射出圧力の切換位置である。選択区間Ｖ１はＬＳ５とＬＳ４Ａとの間で区画される射出速度の区間であり、選択区間Ｖ２はＬＳ４ＡとＬＳ４Ｂとの間で区画される射出速度の区間であり、選択区間Ｖ３はＬＳ４ＢとＬＳ４Ｃとの間で区画される射出速度の区間であり、選択区間Ｖ４はＬＳ４ＣとＬＳ４との間で区画される射出速度の区間である。
選択区間Ｖ１〜Ｖ４のいずれかを作業者はキー入力装置２６を介して選択する。

区間選択部２８２では、選択した所定の選択区間及びこの選択区間よりも射出スクリューの後退側（図３〜図６において右側）に位置する選択区間の切換位置を補正する。
例えば、選択区間Ｖ１が選択されると、計量完了位置ＬＳ５のみの変更に伴って計量ストロークの差分Δだけ移動し、切換位置ＬＳ４，ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃを固定したままとする信号を補正信号指令部２８４に送る。選択区間Ｖ２が選択されると、計量完了位置ＬＳ５の変更に伴って切換位置ＬＳ４Ａを補正して計量ストロークの差分Δだけ移動する信号を補正信号指令部２８４に送る。選択区間Ｖ３が選択されると、計量完了位置ＬＳ５の変更に伴って、切換位置ＬＳ４Ａ，ＬＳ４を補正して計量ストロークの差分Δだけそれぞれ移動する信号を補正信号指令部２８４に送る。選択区間Ｖ４が選択されると、計量完了位置ＬＳ５の変更に伴って切換位置ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃを補正して計量ストロークの差分Δだけそれぞれ移動する信号を補正信号指令部２８４に送る。

差分検出部２８３は、位置・速度変換部２２から送られる射出スクリュー１７２の位置及び射出速度のデータと、圧力設定部３３から送られる圧力データとから計量ストロークの差分Δを求めるもので、この差分Δを補正信号指令部２８４に送る。
補正信号指令部２８４では、区間選択部２８２及び差分検出部２８３から発信された信号を受けて射出制御用サーボアンプ２９を駆動する信号を送る。

例えば、計量完了位置がＬＳ５からＬＳ５’になり計量ストロークが差分Δだけ射出スクリュー１７２の後退方向に移動したとすると、図３に示される通り、区間選択部２８２でＶ３を選択した場合には、切換位置ＬＳ４Ａが差分Δだけ射出スクリュー１７２の後退方向に移動してＬＳ４Ａ’となり、同様に、切換位置ＬＳ４Ｂが差分Δだけ射出スクリュー１７２の後退方向に移動してＬＳ４Ｂ’となる。この場合、射出圧力Ｐは、射出圧力切換位置は射出圧力Ｐ１とＰ２との切換位置ＬＳ４ＺがＬＳ４Ｚ’となり、射出圧力Ｐ２とＰ３との切換位置ＬＳ４Ｚ２がＬＳ４Ｚ’となる。

また、図４に示される通り、区間選択部２８２でＶ４を選択した場合には、切換位置ＬＳ４Ａが差分Δだけ移動してＬＳ４Ａ’となり、切換位置ＬＳ４Ｂが差分Δだけ移動してＬＳ４Ｂ’となり、切換位置ＬＳＣ４が差分Δだけ移動してＬＳ４Ｃ’となる。
さらに、図５に示される通り、区間選択部２８２でＶ２を選択した場合には、切換位置ＬＳ４Ａが差分Δだけ移動してＬＳ４Ａ’となる。
また、図６に示される通り、区間選択部２８２でＶ１を選択した場合には、切換位置ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃが変動せず、計量完了位置のみがＬＳ５からＬＳ５’となる。

次に、本実施形態の射出成形機を用いた制御方法について説明する。
ホッパ内の樹脂材料は射出スリーブ１７１の内部に投入され、ここで、射出スクリュー１７２が回転しながら前進することで、樹脂材料が溶融される。この溶融樹脂は射出スクリュー１７２の前進に伴って軽量される。この前進した量が軽量ストロークであり、その前進位置が軽量完了位置ＬＳ５である。

さらに、射出スクリュー１７２が前進すると、溶融樹脂がノズル１７Ａからキャビティ１６内に射出される。この工程は射出工程であり、この射出工程では、射出速度及び射出圧力がＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃの３段に切り換わる。

射出スクリュー１７２が前進して射出工程が終了したなら、その前進位置である保圧切換位置ＬＳ４で射出スクリュー１７２を所定時間静止させてキャビティ１６内に射出された溶融樹脂を保圧する。この際、型締め操作を合わせて行う。
その後、金型１１，１４を開放操作して成形品を金型１１，１４から取り出す。さらに、射出スクリュー１７２を後退させて次回の射出ショットの実行に備える。
以上の工程は繰り返されて、同一の成形品が射出成形機での製造される。

ここで、製造する成形品に変更に伴い成形品の樹脂充填量を変更することがある。この場合、作業者は、キー入力装置２６から自動制御切換部２８１の自動補正の「有」を設定するとともに、区間選択部２８２の所定区間、例えば、選択区間Ｖ３を選択する。すると、次の射出ショットにおいて、射出スクリュー１７２の軽量ストロークが差分Δだけ変更される。すると、変更前と変更後との射出スクリュー１７２の計量ストロークの差分Δに対応して射出速度及び射出圧力の切換位置が補正される。

従って、本実施形態によれば、溶融樹脂の計量完了位置ＬＳ５からキャビティ内に射出した溶融樹脂を保圧する保圧切換位置ＬＳ４までの射出工程で射出速度及び射出圧力を切り換えながら前進するとともに計量完了位置ＬＳ５が変更可能とされた射出スクリュー１７２を制御する制御装置を、計量完了位置の変更前と変更後との間における射出スクリュー１７２の計量ストロークの差分Δに対応して射出速度及び射出圧力の切換位置ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃを補正する構成とした。そのため、保圧切換位置ＬＳ４の位置を補正することなく、そのままの位置にし、必要最低限の切換位置ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃ，ＬＳ５のみ変更することになり、キャビティ１６内への溶融樹脂の充填を簡易な手法で安定させることができる。

本実施形態では、射出速度及び射出圧力の切換位置ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃは射出スクリュー１７２の前進方向に沿って３箇所あり、これらの３箇所の切換位置で区画された区間のうち補正をする区間Ｖ１〜Ｖ４を選択する区間選択部２８２を備えたから、区間選択部２８２のうち任意の区間を作業者が選択できることで、作業性が向上する。

射出成形機の制御装置２０は、区間選択部２８２で選択した所定の選択区間Ｖ１〜Ｖ４と、この選択区間Ｖ１〜Ｖ４よりも射出スクリュー１７２の後退側に位置する選択区間との切換位置ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃ，ＬＳ５を、計量ストロークの差分Δだけ移動させる構成としたから、選択した切換位置と、この位置より後退側に配置された１又は２以上の切換位置とを、ともに計量ストロークの差分Δだけずらすことで、射出速度及び射出圧力の補正を適正に行うことができる。

制御装置２０は、キー入力装置２６からの自動補正の「有」の信号を受けると、区間選択部２８２を駆動させる信号を区間選択部２８２に送る自動制御切換部２８１を備えたから、この自動制御切換部２８１を操作することで、自動補正しない場合と自動補正する場合とを簡易に切り換えることができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、切換位置ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃは射出スクリュー１７２の前進方向に沿って３箇所の場合について説明したが、本発明では、切換箇所が複数あればよく、３箇所に限定されるものではない。例えば、２箇所、４箇所、それ以上であってもよい。

また、本発明では、計量完了位置ＬＳ５が計量ストロークの差分Δだけ射出スクリュー１７２の前進方向に移動した場合についても適用することができる。
さらに、射出ロッド部は射出スクリューに限定されるものではなく、樹脂材料を可塑化できるものであれば具体的な構造を問わない。

本発明は、種々の成形品を射出成形する射出成形機に利用することができる。

本発明の一実施形態にかかる射出成形機の全体構成を示す概略図。 前記実施形態の制御装置の要部を示すブロック図。 前記実施形態における射出速度及び射出圧力の補正を説明するための射出速度及び射出圧力と射出スクリューの位置との関係を示す概略図。 前記実施形態における射出速度及び射出圧力の補正を説明するための射出速度及び射出圧力と射出スクリューの位置との関係を示す概略図。 前記実施形態における射出速度及び射出圧力の補正を説明するための射出速度及び射出圧力と射出スクリューの位置との関係を示す概略図。 前記実施形態における射出速度及び射出圧力の補正を説明するための射出速度及び射出圧力と射出スクリューの位置との関係を示す概略図。

符号の説明

１０…射出成形機
１１…固定金型
１４…移動金型
１６…キャビティ
１７…射出装置
１７Ａ…ノズル
１７１…射出スリーブ
１７２…射出スクリュー（射出ロッド部）
２０…制御装置
２２…位置・速度変換部２２に連結されている。
２８１…自動制御切換部
２８２…区間選択部
ＬＳ５…計量完了位置
ＬＳ４…保圧切換位置
ＬＳ４Ａ〜ＬＳ４Ｃ…射出速度及び射出圧力の切換位置

Claims (4)

1. 金型内のキャビティに連通するノズルが形成された射出スリーブと、この射出スリーブ内で前記ノズルに向けて前進して溶融樹脂を前記キャビティに射出する射出ロッド部とを備えた射出成形機において、溶融樹脂の計量完了位置から前記キャビティ内に射出した溶融樹脂を保圧する保圧切換位置までの射出工程で射出速度及び射出圧力を切り換えながら前進するとともに前記計量完了位置が変更可能とされた前記射出ロッド部を制御する制御装置であって、
   前記計量完了位置の変更前と変更後との間における前記射出ロッド部の計量ストロークの差分に対応して前記射出速度及び射出圧力の切換位置を補正することを特徴とする射出成形機の制御装置。
2. 請求項１に記載された射出成形機の制御装置において、
   前記射出速度及び射出圧力の切換位置は前記射出ロッド部の前進方向に沿って複数箇所あり、これらの複数の切換位置で区画された区間のうち補正をする区間を選択する区間選択部を備えたことを特徴とする射出成形機の制御装置。
3. 請求項２に記載された射出成形機の制御装置において、
   前記区間選択部で選択した所定の選択区間と、この選択区間よりも前記射出ロッド部の後退側に位置する選択区間との切換位置を、前記計量ストロークの差分だけ移動させることを特徴とする射出成形機の制御装置。
4. 金型内のキャビティに連通するノズルが形成された射出スリーブ内で前記ノズルに向けて射出ロッド部を前進して溶融樹脂を前記キャビティに射出する射出成形機において、前記射出ロッドを、溶融樹脂の計量完了位置から前記キャビティ内に射出した溶融樹脂を保圧する保圧切換位置まで射出速度及び射出圧力を切り換えながら前進させるとともに所定の射出ショットにおける前記計量完了位置と次回の射出ショットにおける前記計量完了位置とが変更される射出成形機の制御方法であって、
   変更前と変更後との前記射出ロッド部の計量ストロークの差分に対応して前記射出速度及び射出圧力の切換位置を補正することを特徴とする射出成形機の制御方法。

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