JP5001073B2 - 射出成形機および成形制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インラインスクリュ式の射出成形機によってディスク基板などの薄物成形製品を成形するための技術に係り、特に、連続自動成形運転の開始から射出成形機の温度制御が安定するまでの間の、射出の制御手法にかかわる技術に関する。

加熱シリンダ内にスクリュを回転並びに前後進可能であるように配設したインラインスクリュ式の射出成形機では、計量工程時には、スクリュの後端側に供給された樹脂材料を、スクリュの回転と加熱シリンダからの加熱とによって混練・可塑化しつつ前方に移送して、スクリュの先端側に１ショット分の溶融樹脂を貯える。また、射出工程の１次射出工程時には、スクリュを射出開始位置から保圧切り替え位置まで急速前進させて、溶融樹脂を金型のキャビティ内に射出充填し、１次射出工程に引き続く射出工程の保圧工程時には、スクリュの先端側に残存したクッション量と称される樹脂を介して、スクリュからキャビティ内の樹脂に保圧力を付与するようになっている。

このようなインラインスクリュ式の射出成形機で、例えばＤＶＤ用のディスク基板を成形する場合の成形サイクルは２．０秒というごく短時間であることと、薄肉の成形製品で固化が速やかであることとにより、ディスク基板の成形においては、射出工程で重要なのは１次射出工程であり、特に、成形製品の重量は１次射出工程で略決定されるようになっている。

ディスク基板の成形品質で重要なものの１つに、ディスク基板の板厚が挙げられるが、この板厚はディスク基板の重量と相関がある。図５は、ディスク基板の板厚と重量との関係を示しており、横軸はショット数を表し、縦軸は板厚および重量を表している。図５に示すように、ディスク基板の板厚と重量には密接な相関関係があり、重量が大きいと板厚も大きくなり、重量が小さいと板厚も小さくなる。そこで、成形現場においては、ディスク基板の板厚を精密測定する煩わしさを回避するために、ロボットなどによって取り出されたディスク基板の重量を測定することで、成形製品であるディスク基板の板厚の良／不良判定を行っている。

ところで、インラインスクリュ式の射出成形機などの射出成形機では、連続自動成形運転を立ち上げると、運転開始から所定ショット数が経過するまでは、加熱シリンダの温度制御が安定しないことが知られており、このため、運転開始から所定ショット数が経過するまでは、成形製品の品質が所期の範囲に収まらない。図６は、加熱シリンダにおけるホッパーに最も近い温度コントロール箇所（チャンネル（ＣＨ）５）の温度と、成形製品であるディスク基板の重量との関係を示しており、横軸はショット数を表し、縦軸はディスク基板の重量およびＣＨ５の温度を表している。図６に示した例では、１サイクルが２．０秒であり、初期の５ショットを捨てて、６ショット目から１３５ショットまでをサンプリングしたデータを示してあり、図６では６ショット目のデータを１ショット目のデータとしてある。図６に示すように、連続自動成形運転の立ち上げの初期には、スクリュの１次射出前進ストロークを同一にしているにも拘わらず、ディスク基板の重量は軽くなる傾向を示し、ディスク基板の重量が所期の範囲に収まるまでには、約１００ショット（捨てショットを除いて約１００ショット）を要することが判る。

なお、射出成形機においては、運転開始から所定ショット数が経過するまでは捨てショットとするという考え方が一般的であるが、これでは、成形運転の立ち上げ時に多数の無駄なショットを行うことになる。そこで、成形運転の立ち上げ時に成形条件を変化させることで、早期に良品を得るようにする技術が、特公平６−８１６９７号公報（特許文献１）、特許第２９９０４０６号明細書（特許文献２）などによって提案されている。
特公平６−８１６９７号公報 特許第２９９０４０６号明細書

ところで、特許文献１や特許文献２に示された技術では、成形運転の立ち上げ時に複数項目の制御条件を段階的に変化させており、このような制御を行うためのプログラムの作成や好適制御条件の選定が難しいという問題があり、しかも、成形サイクルが２．０秒程度とごく短いディスク基板の成形への適用を意図したものではない。

先にも述べたように、例えばＤＶＤ用のディスク基板を成形する場合には、その成形サイクルは２．０秒というごく短時間であることと、薄肉の成形製品で固化が速やかであることとにより、ディスク基板の重量、すなわち重量と相関のあるディスク基板の板厚は、１次射出工程で略決定される。このようなディスク基板の成形では、成形サイクルが短いので、成形運転の立ち上げ時に多数の捨てショットを行うことは非常に不経済であり、成形運転の立ち上げ時の無駄ショットを可及的に低減できることが望ましく、また、このことの達成を簡易な制御手法で実現できるようにすることが望まれる。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、インラインスクリュ式の射出成形機によりディスク基板などを成形する際に、成形運転の立ち上げ時の無駄ショットを可及的に低減し、また、このことの達成を簡易な制御手法で実現できるようにすることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、インラインスクリュ式の射出成形機において、連続自動成形運転を開始して複数の捨てショットを行った後から所定ショット数が経過するまで、または、連続自動成形運転の開始から所定ショット数が経過するまでは、スクリュの射出開始位置は同一であるも、ショット毎にクッション量が漸次増加するように、１次射出工程のスクリュの前進ストロークを変化させるように制御する。

本発明では、連続自動成形運転を開始して複数の捨てショットを行った後から所定ショット数が経過するまで、または、連続自動成形運転の開始から所定ショット数が経過するまでは、スクリュの射出開始位置は同一であるも、ショット毎にクッション量が漸次増加するように、１次射出工程のスクリュの前進ストロークを変化させる。成形運転の立ち上げ時、このようなクッション量の漸次増加制御を行うと、成形製品である例えばディスク基板の重量が、早期に所期の範囲に収まることが実験によって確認された。また、クッション量の漸次増加制御は、１次射出工程のスクリュの前進ストロークを漸次短くするという単純な制御であるので、その実現も容易・確実なものとなる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）によるインラインスクリュ式の射出成形機に係り、本実施形態は、成形製品としてＤＶＤ用のディスク基板を成形する射出成形機への適用例であり、図１は、本実施形態の射出成形機の主として射出系の構成を示す要部断正面図である。

図１において、１は、図示せぬ主フレーム部材上に配設された射出ユニットベース盤、２は、射出ユニットベース盤１上に固設されたヘッドストック、３は、同じく射出ユニットベース盤１上に固設された保持プレート、４は、その後端側をヘッドストック２に固定された加熱シリンダ、５は、加熱シリンダ４の先端に取り付けられたノズル、６は、加熱シリンダ４の外周に巻装されたバンドヒータ、７は、加熱シリンダ４内に回転並びに前後進可能であるように配設されたスクリュ、８は、ヘッドストック２と保持プレート３との間に架け渡されたガイドバー、９は、ガイドバー８に挿通・案内されて前後進可能な直動ブロック、１０は、直動ブロック９に回転可能に保持されると共に、スクリュ７の後端部が固着されたスクリュ保持回転体、１１は、スクリュ保持回転体１０に固着された被動プーリ、１２は、直動ブロック９に搭載された計量用（スクリュ回転駆動用）サーボモータ、１３は、計量用サーボモータ１２の出力軸に固着され、図示せぬタイミングベルトを介して計量用サーボモータ１２の回転を被動プーリ１１に伝える駆動プーリである。

また、１４は、ネジ軸と該ネジ軸に螺合されたナット体とをもつボールネジ機構、１５は、軸受けを介して保持プレート３に回転可能に保持されたボールネジ機構１４のネジ軸（ボールネジ機構１４の回転部）、１６は、ネジ軸１５に螺合されて、ネジ軸１５の回転で直線移動するボールネジ機構１４のナット体（ボールネジ機構１４の直動部）、１７は、ナット体１６と直動ブロック９とに挟持される形で配設され、ナット体１６と直動ブロック９とを一体に連結するロードセルブロック、１８は、ネジ軸１５の端部に固着された被動プーリ、１９は、保持プレート３に搭載された射出用（スクリュ直線駆動用）サーボモータ、２０は、射出用サーボモータ１９の出力軸に固着され、図示せぬタイミングベルトを介して射出用サーボモータ１９の回転を被動プーリ１８に伝える駆動プーリである。

また、２１は、固定側金型２２を搭載した固定ダイプレート、２３は、可動側金型２４を搭載した前後進可能な可動ダイプレートで、可動ダイプレート２３の前後進によって型締め（型閉じ）または型開きがなされるようになっていて、型締め完了状態では、固定金型２２と可動金型２４とによってキャビティ２５が形づくられるようになっている。なお、ディスク基板を自動成形する連続自動成形運転時には、ノズル５の先端は固定側金型２２の樹脂注入口の近傍に、図示せぬノズルタッチ／バック機構とその駆動源によって押し付けられた状態を維持するようになっている。

図１に示す構成において、計量工程時には、後記するシステムコントローラ３１からの指令で計量用サーボモータ１２が回転駆動され、これにより、駆動プーリ１３、図示せぬタイミングベルトを介して被動プーリ１１が回転駆動され、被動プーリ１１と一体のスクリュ保持回転体１０が回転し、スクリュ保持回転体１０と一体のスクリュ７が所定方向に回転する。このスクリュ７の回転によって、スクリュ７の後端側に供給された樹脂材料が、混練・可塑化されつつ、スクリュ７のネジ送り作用によって前方に移送され、スクリュ７の先端側に溶融樹脂が貯まるにしたがって、スクリュ７は後退する。このとき、後記するシステムコントローラ３１からの指令で、射出用サーボモータ１９が圧力フィードバック制御で駆動制御されて、これにより、射出用サーボモータ１９の回転が、駆動プーリ２０、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ１８を介してボールネジ機構１４のネジ軸１５に伝達されて、ボールネジ機構１４によって回転運動が直線運動に変換され、ボールネジ機構１４のナット体１６、ロードセルブロック１７、直動ブロック９、スクリュ保持回転体１０を介して、スクリュ７に付与する圧力（背圧）が制御されつつ、スクリュ７が後退する。そして、スクリュ７の先端側に１ショット分の溶融樹脂が貯えられた時点（スクリュ７が所定の計量完了位置まで後退した時点）で、計量用サーボモータ１２によるスクリュ７の回転駆動は停止される。

一方、射出工程の１次射出工程時には、後記するシステムコントローラ３１からの指令で、射出用サーボモータ１９が速度フィードバック制御で駆動制御されて、これにより、射出用サーボモータ１９の回転が、駆動プーリ２０、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ１８を介してボールネジ機構１４のネジ軸１５に伝達されて、ネジ軸１５が回転駆動され、このネジ軸１５の回転でボールネジ機構１４のナット体１６が急速に前進駆動されて、ロードセルブロック１７を介して直動ブロック９が急速前進駆動されることで、直動ブロック９と一体に前後進する部材であるスクリュ７が急速前進駆動され、これにより、スクリュ７の先端側に貯えられた溶融樹脂が、金型のキャビティ２５内に急速に射出充填される。

また、１次射出工程に引き続く射出工程の保圧工程時には、後記するシステムコントローラ３１からの指令で、射出用サーボモータ１９が圧力フィードバック制御で駆動制御されて、これにより、射出用サーボモータ１９の回転が、駆動プーリ２０、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ１８を介してボールネジ機構１４のネジ軸１５に伝達されて、ボールネジ機構１４によって回転運動が直線運動に変換され、ボールネジ機構１４のナット体１６、ロードセルブロック１７、直動ブロック９、スクリュ保持回転体１０を介して、スクリュ７に付与する圧力（保圧）が制御されて、スクリュ７からノズル５内に残存する樹脂（クッション量と称される樹脂）を介して、金型内の樹脂に保圧力が付与される。

なお、本実施形態は先にも述べたように、ＤＶＤ用のディスク基板を成形する射出成形機への適用例であり、１成形サイクルは２．０秒というごく短時間であることと、薄肉の成形製品で固化が速やかであることとにより、ディスク基板の重量、すなわち重量と相関のあるディスク基板の板厚は、１次射出工程で略決定されるようになっていて、保圧工程がディスク基板の重量に及ぼす影響は実質上無視できるものとなる。

図２は、本実施形態の射出成形機の制御系の構成を簡略化して示すブロック図である。図２において、３１は、マシン（射出成形機）全体の制御を司るシステムコントローラ、３２は、作業者が各種の入力操作を行うための入力装置、３３は、作業者に各種の表示モードの画像を表示するための表示装置、３４は、マシンの各部に配設された多数のセンサ（位置センサ、速度センサ、圧力センサ、回転量検出センサ、温度センサ等）よりなるセンサ群、３５は、マシンの各部に配置されたアクチュエータ（前記したモータ１２、１９や、型開閉系のモータ等）やヒータなどを駆動制御するための多数のドライバ（モータドライバ、ヒータドライバ等）からなるドライバ群である。なお、表示装置３３はタッチパネル付きの表示装置となっていて、入力装置３２の一部はタッチパネルによって構成されている。

また、システムコントローラ３１内において、４１は統括制御部、４２は運転条件設定格納部、４３は保圧切替位置可変条件格納部、４４は測定値格納部、４５は運転プロセス制御部、４６は表示制御部である。

統括制御部４１は、システムコントローラ３１内の各部の状態を監視・把握して、システムコントローラ３１内の各部を制御する。

運転条件設定格納部４２には、入力装置３２を用いて入力された、あるいは、システムコントローラ３１に接続された図示せぬリムーバブル記憶媒体から入力された、各種の運転制御条件が書き換え可能に格納されている。この運転条件設定格納部４２に格納される運転制御条件としては、計量工程、型閉じ（型締め）工程、射出（１次射出および保圧）工程、冷却工程、エジェクト前進工程、成形品取り出しロボットによるディスク基板取り出し工程、エジェクト後退工程といった各工程の運転制御条件や、加熱シリンダ４や金型の温度制御条件などが挙げられる。なお、運転条件設定格納部４２に格納される保圧切り替え位置（すなわち、１次射出工程のスクリュ前進ストロークを示す値）は、連続自動成形運転が立ち上げられて運転開始から所定ショット数が経過して、加熱シリンダ４の温度制御が安定した状態となっているときにおいて好適な値となっている。

保圧切替位置可変条件格納部４３には、連続自動成形運転が開始された際に、運転開始から所定ショット数が経過するまでの間に、運転条件設定格納部４２に設定・格納された保圧切替位置のデータを、どのように可変して用いるかの演算条件が、書き換え可能に格納されている。

測定値格納部４４には、センサ群３４などによりマシンの各部の計測情報（位置情報、速度情報、圧力情報、回転角情報、回転数情報、温度情報など）がリアルタイムで取り込まれて格納される。

運転プロセス制御部４５は、予め用意された各工程の運転制御プログラムと、運転条件設定格納部４２に格納された各工程の運転条件の設定値とに基づき、状態確認用情報や測定値格納部４３中の計測情報や自身の計時情報を参照しつつ、ドライバ群３５を駆動制御して、各工程の運転を実行させる。また、運転プロセス制御部４５は、運転開始から所定ショット数が経過するまでの間は、保圧切替位置可変条件格納部４３に格納された保圧切替位置の可変条件にしたがって、各成形サイクル毎に保圧切替位置（すなわち、１次射出工程のスクリュ前進ストローク）を変化させ、これによって各成形サイクル毎のクッション量を変化させる。

表示制御部４６は、予め用意された各種の表示処理プログラムと、表示用固定データに基づき、必要に応じて、運転条件設定格納部４２や測定値格納部４４の内容を参照して、各種の表示モードの画像を生成し、これを表示装置３３に表示させる。

図３は、本実施形態の射出成形機における連続自動成形運転の立ち上げ時の保圧切替位置の遷移を示す図である。図３に示した例では、連続自動成形運転の開始から当初の１０ショットを捨てショットとし、１１ショットを１ショット目として表している。また、ここでの例では、運転条件設定格納部４２に格納された射出工程の運転制御条件の１つとしての保圧切替位置は３．００ｍｍとなっている。

システムコントローラ３１の運転プロセス制御部４５は、連続自動成形運転の開始から当初の１０サイクルは、運転条件設定格納部４２に格納された射出工程の運転制御条件をそのまま用いて射出工程を実行させ、システムコントローラ３１の統括制御部４１は、この当初の１０サイクルの１０ショットは捨てショットとして取り扱う。このようにする所以は、当初の１０ショット分は樹脂のパージングなどのため、成形製品とすることができないためである。

システムコントローラ３１の運転プロセス制御部４５は、当初の１０サイクルが経過すると、保圧切替位置可変条件格納部４３の内容を参照して、１１成形サイクル目の（図３では１ショット目の）保圧切替位置を２．６５ｍｍとして射出を行わせ、１２成形サイクル（図３では２ショット目）から２０成形サイクル（図３では１０ショット目）までは、第１特性線５１にしたがって保圧切替位置を漸次大きくする。ここで、保圧切替位置の数値が小さい程、１次射出工程のスクリュ前進ストロークが大きく、クッション量が小さいので、１１成形サイクル（図３では１ショット目）から２０成形サイクル（図３では１０ショット目）までの間に、クッション量は徐々に小さくなる。また、運転プロセス制御部４５は、２１成形サイクル（図３では１１ショット目）から５０成形サイクル（図３では４０ショット目）までの間は、保圧切替位置可変条件格納部４３の内容を参照して、第２特性線５２にしたがって保圧切替位置を漸次大きくする。また、運転プロセス制御部４５は、５１成形サイクル（図３では４１ショット目）から１１０成形サイクル（図３では１００ショット目）までの間は、保圧切替位置可変条件格納部４３の内容を参照して、第３特性線５３にしたがって保圧切替位置を漸次大きくし、１１０成形サイクル（図３では１００ショット目）では保圧切替位置は３．００ｍｍとする。そして、保圧切替位置が３．００ｍｍとなった後は、運転プロセス制御部４５は、保圧切替位置を可変する制御を停止する。

なお、第１特性線５１→第２特性線５２→第３特性線５３の順に傾斜が小さくなっている。このようにしている所以は、保圧切替位置の可変制御を行っていない場合には、図６に示すように連続自動成形運転の立ち上げの早期には重量の低減の程度が大きく、成形運転のサイクルが進むにしたがって重量の低減の度合いは徐々に解消される傾向にあるので、これに応じて重量の低減を適正に補正するためである。

図４の丸いプロットは、連続自動成形運転の開始から当初の１０ショットを捨てショットとし、１１ショット目から１１０ショット目までの保圧切替位置を、図３に示した特性線のように変化させた場合における、１１ショット目から２１０ショットまでのディスク基板の重量をサンプリングしたデータを示してあり、図４では１１ショット目のデータを１ショット目のデータとしてある。また、図４の四角いプロットは、連続自動成形運転の開始から当初の１０ショットを捨てショットとし、保圧切替位置を３．００ｍｍと一定とした場合における、１１ショット目から２１０ショットまでのディスク基板の重量をサンプリングしたデータを示してあり、図４では１１ショット目のデータを１ショット目のデータとしてある。

図４から明らかなように、本実施形態のように、連続自動成形運転の立ち上げ時にクッション量を漸次増加させる制御を行うことで、連続自動成形運転の初期からディスク基板の重量が安定し、ディスク基板の重量と相関のあるディスク基板の板厚も安定することが判る。よって、成形運転の立ち上げ時の無駄ショットを可及的に低減することが可能となり、連続自動成形運転の立ち上げの早期から、良品のディスク基板を得ることが可能となる。また、クッション量の漸次増加制御は、保圧切替位置を漸次大きくする（１次射出工程のスクリュの前進ストロークを漸次短くする）という単純な制御であるので、その実現も容易・確実なものとなる。

なお、上述した実施形態においては、連続自動成形運転を開始して複数の捨てショットを行った後から所定ショット数が経過するまでの期間に、ショット毎にクッション量が漸次増加するような制御を行っているが、連続自動成形運転の開始から所定ショット数が経過するまでの期間に、ショット毎にクッション量が漸次増加するような制御を行うようにしてもよく、このようにしても、先の実施形態と同等の効果が得られる。

本発明の一実施形態に係る射出成形機の主として射出系の構成を示す要部断正面図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機の制御系の構成を簡略化して示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機における、ショット数に応じた保圧切替位置の遷移特性を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機によるショット数とディスク基板の重量との関係、および従来の射出成形機によるショット数とディスク基板の重量との関係を、対比して示す説明図である。 ディスク基板の重量とディスク基板の板厚との関係を示す説明図である。 従来の射出成形機による、ショット数に応じた、加熱シリンダ特定部位の温度とディスク基板の重量との関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 射出ユニットベース盤
２ ヘッドストック
３ 保持プレート
４ 加熱シリンダ
５ ノズル
６ バンドヒータ
７ スクリュ
８ ガイドバー
９ 直動ブロック
１０ スクリュ保持回転体
１１ 被動プーリ
１２ 計量用サーボモータ
１３ 駆動プーリ
１４ ボールネジ機構
１５ ネジ軸
１６ ナット体
１７ ロードセルブロック
１８ 被動プーリ
１９ 射出用サーボモータ
２０ 駆動プーリ
２１ 固定ダイプレート
２２ 固定側金型
２３ 可動ダイプレート
２４ 可動側金型
２５ キャビティ
３１ システムコントローラ
３２ 入力装置
３３ 表示装置
３４ センサ群
３５ ドライバ群
４１ 統括制御部
４２ 運転条件設定格納部
４３ 保圧切替位置可変条件格納部
４４ 測定値格納部
４５ 運転プロセス制御部
４６ 表示制御部
５１ 第１特性線
５２ 第２特性線
５３ 第３特性線

Claims (3)

1. インラインスクリュ式の射出成形機において、
   連続自動成形運転を開始して複数の捨てショットを行った後から所定ショット数が経過するまで、または、連続自動成形運転の開始から所定ショット数が経過するまでは、スクリュの射出開始位置は同一であるも、ショット毎にクッション量が漸次増加するように、１次射出工程のスクリュの前進ストロークを変化させるように制御するコントローラを備えたことを特徴とする射出成形機。
2. 請求項１に記載の射出成形機において、
   前記コントローラは、前記したクッション量の増加度合いを、運転開始直後には大きくし、前記所定ショット数の手前では小さくすることを特徴とする射出成形機。
3. インラインスクリュ式の射出成形機の成形制御方法であって、
   連続自動成形運転を開始して複数の捨てショットを行った後から所定ショット数が経過するまで、または、連続自動成形運転の開始から所定ショット数が経過するまでは、スクリュの射出開始位置は同一であるも、ショット毎にクッション量が漸次増加するように、１次射出工程のスクリュの前進ストロークを変化させることを特徴とする成形制御方法。

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