JP5567870B2

JP5567870B2 - 射出成形機の制御方法

Info

Publication number: JP5567870B2
Application number: JP2010063947A
Authority: JP
Inventors: 伸行淺沼
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP2011194714A

Description

本発明は、射出成形機の制御方法に係り、特に射出成形機の計量方法に関する。

射出成形における計量方法として、過熱筒内のスクリュを回転させることで、供給された樹脂等の材料をスクリュの先端側に送り込み、スクリュの先端側に溜められた溶融材料により発生する反力（背圧ともいう）を利用して、スクリュ及びスクリュを回転させる駆動装置を後退させ、スクリュが定められた後退位置に到達することで計量完了とする方法が従来から知られている。

ただし、スクリュ及びスクリュを回転させる駆動装置を後退させる速度（スクリュの後退速度）はスクリュの先端側に溜められた溶融材料により発生する背圧をフィードバックし、この背圧が設定された圧力と等しくなるように制御されている。

しかし、このような計量方法では、例えば粘性度が低い材料の場合、上記の背圧が発生しにくいため計量が不安定になり、ひいては成形品が不良なものになる恐れがある。

これを防ぐため、例えば特許文献１（特開２００２−２００６５６号）では、射出成形に際し、溶融樹脂を計量する計量工程を任意の比率で一定計量領域と補正計量領域とに分割し、前記一定計量領域ではスクリュを決められた回転速度で回転させるとともに、決められた後退速度で後退させて計量を行い、前記補正計量領域ではスクリュの背圧を検出して検出した値が決められた値になるようにスクリュ後退速度を制御して計量を行っている。

そして、前記一定計量領域と前記補正計量領域との切り替え点は、スクリュの計量開始位置と計量完了位置との間でのスクリュの位置によって決めている。

また、前記一定計量領域では、スクリュを前記決められた回転速度で回転させ、前記決められた後退速度で後退させるオープンループ制御が行われ、前記補正計量領域では、スクリュの背圧を検出して検出した値が前記決められた値に等しくなるようにスクリュ後退速度を制御するフィードバック制御が行われている。

特開２００２−２００６５６号公報

上記の方法では、前記一定計量領域での後退速度や前記一定計量領域と前記補正計量領域との切り替えをするためのスクリュの位置を定める必要がある。

しかしながら、スクリュの後退速度において、スクリュの後退速度が速い場合には、計量した材料に空気が巻き込まれ、成形不良を起こす原因となる。

また、逆にスクリュの後退速度が遅い場合には、スクリュの先端側にある溶融材料により発生する背圧が高くなり、せん断発熱を起こし、焼けなどの原因となる。

また、材料ごとにそれぞれ粘性度は異なるうえ、同じ材料でも成分の違いや湿度の違いや生産ロットの違いによりそれぞれ粘性度は異なる。

そのため、新たな材料、または同じ材料でもそれまでとは粘性度が異なる材料を用いるたびに、一定計量領域での最適なスクリュ後退速度や、前記一定計量領域と前記補正計量領域とを切り替えるための最適なスクリュ位置を試行錯誤しながら決定する必要があり、非常に手間を要する。

そこで、本発明は、材料ごとに厳密な調整をすることなく、計量工程中に背圧が立ちにくい材料であっても、計量を安定化させることができる射出成形機の制御方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の射出成形機の制御方法は、溶融した材料の計量を行う計量工程で前記計量工程を強制計量動作と圧力補正計量動作との動作に分け、前記強制計量動作ではスクリュを決められた後退速度となるように前記スクリュの後退速度を制御しながら後退させると共に、前記スクリュを決められた回転速度で回転させることで計量を行い、前記スクリュの後退速度が前記決められた後退速度となる前に前記強制計量動作と前記圧力補正計量動作との切り替えを自動的に行い、前記圧力補正計量動作では前記スクリュ内に供給された前記材料の圧力によって発生する背圧を検出し、検出した前記背圧が決められた値となるように前記スクリュの後退速度を制御しながら計量を行い、前記切り替えは、前記スクリュの計量開始位置から計量完了位置までの間で、前記背圧または前記スクリュの後退速度に関して決められることを特徴としている。

本発明によれば、材料ごとに厳密な調整をすることなく、計量工程中に背圧が立ちにくい材料であっても、計量を安定化させることができる。

本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法を実行した場合の計量工程におけるスクリュの後退速度を表した説明図。本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法における強制計量動作において、スクリュの後退速度を表した説明図。本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法における圧力補正計量動作において、スクリュの後退速度を表した説明図。本発明における計量工程に関する動作を簡略に表したフローチャート図。本発明を適用するための射出成形機の射出機構の一例を表した図。本発明による第２の実施例の形態での射出成形機の制御方法を実行した場合の計量工程におけるスクリュの後退速度を表した図。本発明による第２の実施例の形態での射出成形機の制御方法における強制計量動作において、スクリュの後退速度を表した説明図。本発明による第２の実施例の形態での射出成形機の制御方法における圧力補正計量動作において、背圧及びスクリュの後退速度を表した説明図。

以下に本発明を射出成形機に適用をした場合の本発明による第１の実施例の形態について図１から図５を用いて説明する。

まず、本発明を適用した一例となる射出成形機の射出機構１について図５を用いて説明する。

射出機構１は、ベース２上にフロントプレート３とリヤプレート４が設けられている。フロントプレート３とリヤプレート４は互いにタイバー５によって連結されている。

フロントプレート３には、加熱筒６の基部が固定されている。また、加熱筒６の内部には、スクリュ７が収容されている。

加熱筒６の基部付近には、射出成形品の材料を供給するホッパ１４が設けられている。このホッパ１４は、フロントプレート３に取り付けられている。

また、ホッパ１４の一部は、加熱筒６の内部にあり、ホッパ１４から供給された射出成形品の材料が加熱筒６の内部にあるスクリュ７に供給されるようになっている。

また、加熱筒６には、材料を加熱し溶融させるためのヒータ（図示しない）が付属されている。

また、スクリュ７は、モータ８によって回転させることができるようになっている。また、スクリュ７の基部は、ベアリング９によって中間プレート１０に回転自在に支持されている。

また、中間プレート１０やモータ８などを含むスクリュ駆動装置１３は、リニアガイド１６に例えばボールねじ１１やサーボモータ１２などを含む射出駆動装置１５によって、リニアガイド１６に沿って図５中の矢印Ａ方向に往復移動させることができるように支持されている。

次に、本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法の構成について説明する。

本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法では、まず計量工程Ｓ７を強制計量動作と圧力補正計量動作とに分ける。

次に、強制計量動作では、図２に示すように計量開始位置Ｇからスクリュ７の後退速度Ｂが設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなるように射出駆動装置１５を制御しながら、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させるとともに、スクリュ７を設定された回転速度Ｊで回転させ計量を行う。

ここで、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３の後退とは、図５においてスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３がリヤプレート４の方向に向かって移動することである。

またこの時、スクリュ７の後退速度Ｂはスクリュ駆動装置１３に取り付けられた位置センサー（図示しない）または速度センサー（図示しない）から読み取られたデータやそのデータから算出されたデータ、または射出駆動装置１５に取り付けられたサーボモータ１２の回転速度を測るセンサー（図示しない）より算出されたデータが用いられる。

そして、射出駆動装置１５はフィードバック制御により、スクリュ７の後退速度Ｂが設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなるように制御される。

また、スクリュ７が設定された回転速度Ｊで回転することにより、ホッパ１４より供給された材料が加熱筒６に付属されている図示しないヒータによって溶融されながらスクリュ７の先端側に送り込まれる。

そして、スクリュ７の先端側に溜められた溶融された材料（溶融材料）により背圧Ｄが発生し、検出される。

そして、その検出された背圧Ｄによって自動的に強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えを行う。

また、その背圧Ｄは加熱筒６内またはスクリュ駆動装置１３に取り付けられた圧力センサー（図示しない）によって検出される。

次に、圧力補正計量動作では図３に示すようにスクリュ７を回転速度Ｍで回転させながら、ホッパ１４を介してスクリュ７の先端側に供給された溶融材料の圧力によって発生する背圧Ｄを検出し、検出した背圧Ｄが設定圧力Ｅと等しくなるようにスクリュ７の後退速度Ｆを制御しながら、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させ、計量を行う。

この時、射出駆動装置１５はフィードバック制御により検出された背圧Ｄが設定圧力Ｅと等しくなるようにスクリュ７の後退速度Ｆを制御しながら、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させる。

また、背圧Ｄは、加熱筒６内またはスクリュ駆動装置１３に取り付けられた圧力センサー（図示しない）によって検出される。

また、スクリュ７の後退速度Ｆは、スクリュ駆動装置１３に取り付けられた位置センサー（図示しない）または速度センサー（図示しない）から読み取られたデータやそのデータから算出されたデータ、または射出駆動装置１５に取り付けられたサーボモータ１２の回転速度を測るセンサー（図示しない）より算出されたデータが用いられる。

この圧力補正計量動作で行うフィードバック制御については従来から知られている計量動作と同様である。

そして、スクリュ７が計量完了位置Ｈに到達することで計量完了となる。

次に、本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法での作用について説明する。

まず、計量開始位置Ｇと、計量完了位置Ｈと、強制計量動作でのスクリュ７の回転速度Ｊと、強制計量動作での設定速度となるスクリュ７の後退速度Ｃと、圧力補正計量動作でのスクリュ７の回転速度Ｍと設定圧力Ｅを設定する。（ステップ１（図４のＳ１））

次に、計量工程Ｓ７において、スクリュ７を計量開始位置Ｇに合わせる。（（ステップ２（図４のＳ２））

そして、計量開始位置Ｇから強制計量動作を行う。

即ち、スクリュ７を計量開始位置Ｇから、スクリュ７の後退速度Ｂが設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなるように射出駆動装置１５を制御しながら、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させると共に、スクリュ７を設定された回転速度Ｊで回転させ、計量を行う。（ステップ３（図４のＳ３））

この時、スクリュ７の後退速度Ｂは、スクリュ駆動装置１３に取り付けられた速度センサー（図示しない）から読み取られたデータや、スクリュ駆動装置１３に取り付けられた位置センサー（図示しない）や速度センサー（図示しない）から読み取られたデータを基に算出されたデータや、射出駆動装置１５に取り付けられたサーボモータ１２の回転速度を測るセンサー（図示しない）から読み取られたデータを基に算出されたデータから得られる。

また、射出駆動装置１５はフィードバック制御により、スクリュ７の後退速度Ｂが設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなるように制御される。

これにより、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３が後退するため、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３による摩擦抵抗が静止摩擦抵抗から動摩擦抵抗へ切り替わる。

そして、スクリュ７の先端側に溜められた溶融材料により背圧Ｄが発生する。

ここで、背圧Ｄは加熱筒６内またはスクリュ駆動装置１３に取り付けられた圧力センサー（図示しない）によって検出される。

そして、検出された背圧Ｄは、ホッパ１４より供給された材料がスクリュ７の先端側に送り込まれるたびに増大していく。

即ち検出された背圧Ｄは、スクリュ７が回転するたびに増大していく。

そして、図３に示すように検出された背圧Ｄがある圧力Ｒ（例えば、図３に示すように設定された圧力補正計量動作での設定圧力Ｅの３０[％]の値）以上となった時、自動的に強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えを行う。（ステップ４（図４のＳ４））

ただし、強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えは、図１に示す強制計量動作から圧力補正計量動作へ切り替える区間Ｌのように、強制計量動作でスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３が後退し始めてから、強制計量動作でのスクリュ７の後退速度Ｂが設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなる前までに必ず実行される。

即ち、強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えは、必ずスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３による摩擦抵抗が静止摩擦抵抗から動摩擦抵抗に切り替わってから行われる。

また、強制計量動作の間では、スクリュ７の後退速度Ｂは、設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなることはなく、絶えず設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなるように制御されている状態である。

また、強制計量動作から圧力補正計量動作へ切り替わる際に用いられる背圧Ｄと比較される圧力Ｒは、設計変更により上記で示した圧力補正計量動作での設定圧力Ｅの３０[％]の値から容易に変更することができることは言うまでもない。

そして、圧力補正計量動作へ切り替わった後、圧力補正計量動作ではスクリュ７を回転速度Ｍで回転させながら、ホッパ１４を介してスクリュ７の先端側に供給された溶融材料の圧力によって発生する背圧Ｄを検出し、検出された背圧Ｄが設定圧力Ｅと等しくなるようにスクリュ７の後退速度Ｆを制御しながら、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させ、計量を行う。（ステップ５（図４のＳ５））

また、背圧Ｄは加熱筒６内またはスクリュ駆動装置１３に取り付けられた圧力センサー（図示しない）によって検出される。

また、スクリュ７の後退速度Ｆは、スクリュ駆動装置１３に取り付けられた速度センサー（図示しない）から読み取られたデータや、スクリュ駆動装置１３に取り付けられた位置センサー（図示しない）や速度センサー（図示しない）から読み取られたデータを基に算出されたデータや、射出駆動装置１５に取り付けられたサーボモータ１２の回転速度を測るセンサー（図示しない）から読み取られたデータを基に算出されたデータから得られる。

そして、スクリュ７が計量完了位置Ｈに到達することで、計量動作が完了となる。（ステップ６（図４のＳ６））

また、成形サイクルの動作を行う度に、計量工程Ｓ７としてステップ２（図４のＳ２）からステップ６（図４のＳ６）までを繰り返す。

次に、本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法での効果について説明する。

本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法によれば、検出された背圧Ｄの変化を利用して、自動的に強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えを行うため、材料ごとに厳密な調整をする必要がない。

また、背圧Ｄの増大によるせん断発熱を起こして焼けるなどを防止することができる。

また、背圧Ｄが立ちにくい材料の場合には、強制計量動作で強制的に計量を行わせ、背圧Ｄが溜まったところで圧力補正計量動作に切り替えるため、背圧Ｄが立ちにくい材料であっても、計量を安定化させることができ、安定した成形が実現できる。

従って、本発明によれば、材料ごとに厳密な調整をすることなく、計量工程Ｓ７中に背圧Ｄが立ちにくい材料であっても、計量を安定化させることができる。

以下に本発明を射出成形機に適用をした場合の本発明による第２の実施例の形態について図４から図８を用いて説明する。

本発明による第２の実施例の形態では、構成や作用において、本発明による第１の実施例の形態と同様なところがある。従って、本発明による第１の実施例の形態と同様な部分の構成や作用の説明については、本発明による第１の実施例の形態での説明を参照することとし、詳しい説明を省略する。

まず、本発明を適用した一例となる射出成形機の射出機構については、本発明による第１の実施例の形態と同様であるため、本発明による第１の実施例の形態での説明を参照することとし、詳しい説明を省略する。

次に、本発明による第２の実施例の形態での射出成形機の制御方法の構成について説明する。本発明による第２の実施例の形態での射出成形機の制御方法の構成は、強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えに関わる構成以外本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法の構成と同様である。

そのため、ここでは本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法の構成と異なっている強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えに関わる構成について説明し（補足として強制計量動作に関わる構成についても説明する）、それ以外については本発明による第１の実施例の形態での射出成形機の制御方法の構成の説明を参照することとし、詳しい説明を省略する。

強制計量動作では、図７に示すように計量開始位置Ｇからスクリュ７の後退速度Ｂが設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなるように射出駆動装置１５を制御しながら、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させるとともに、スクリュ７を設定された回転速度Ｊで回転させ計量を行う。

そして、スクリュ７の先端側に溜められた溶融材料により背圧Ｄが発生し、検出される。

そして、その検出された背圧Ｄによってスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させる力が発生する。

そこで、圧力と力の関係、力と速度の関係から単位変換を利用して圧力と速度の関係を求め、検出された背圧Ｄによってスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させる力から、検出された背圧Ｄによってスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させるスクリュ７の後退速度Ｎを算出する。

そして、そのスクリュ７の後退速度Ｎによって自動的に強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えを行う。

次に、本発明による第２の実施例の形態での射出成形機の制御方法の作用について説明する。ただし、作用の説明についても、構成の説明の時と同様、本発明による第１の実施例の形態での作用と違っている部分について説明し、本発明による第１の実施例の形態での作用の説明と同様な部分の説明については詳しい説明を省略する。（補足として本発明による第１の実施例の形態での作用と同じ部分の説明をする場合がある。）

まず、ステップ１（図４のＳ１）及びステップ２（図４のＳ２）の説明は、本発明による第１の実施例の形態での作用の説明と同様なため、詳しい説明を省略する。

次に、計量開始位置Ｇから強制計量動作を行う。

これにより、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３が後退するため、スクリュ７及びスクリュ駆動装置１３による摩擦抵抗が静止摩擦抵抗から動摩擦抵抗に切り替わる。

また、スクリュ７が回転することにより、溶融材料がスクリュ７の先端側に送り込まれる。

そして、検出された背圧Ｄによってスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させる力が発生する。

また、検出された背圧Ｄは、ホッパ１４より供給された材料がスクリュ７の先端側に送り込まれるたびに増大していく。

よって、圧力と力の関係より、検出された背圧Ｄによって発生するスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させる力もまたスクリュ７が回転するたびに増大していく。

従って、上記と力と速度の関係より、検出された背圧Ｄによって発生するスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させる力から得られるスクリュ７の後退速度Ｎもまたスクリュ７が回転するたびに増大していく。

そこで、圧力と力の関係、力と速度の関係から単位変換を利用して圧力と速度の関係を求め、検出された背圧Ｄによってスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３を後退させるスクリュ７の後退速度Ｎを算出する。

そして、検出された背圧Ｄより算出されるスクリュ７の後退速度Ｎが強制計量動作でのスクリュ７の後退速度Ｂの値以上となった時、自動的に強制計量動作から圧力補正計量動作へ切り替える。（ステップ４（図４のＳ４））

ただし、強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えは、図６に示す強制計量動作から圧力補正計量動作へ切り替える区間Ｌのように、強制計量動作でスクリュ７及びスクリュ駆動装置１３が後退し始めてから、強制計量動作でのスクリュ７の後退速度Ｂが設定されたスクリュ７の後退速度Ｃと等しくなる前までに必ず実行される。

また、ステップ５（図４のＳ５）及びステップ６（図４のＳ６）の説明は本発明による第１の実施例の形態での作用の説明と同様なため、詳しい説明を省略する。

そして、成形サイクルの動作を行う度に、計量工程Ｓ７としてステップ２（図４のＳ２）からステップ６（図４のＳ６）までを繰り返す。

次に、本発明による第２の実施例の形態での射出成形機の制御方法での効果について説明する。

本発明による第２の実施例の形態での射出成形機の制御方法によれば、スクリュ７の後退速度を利用して、自動的に強制計量動作から圧力補正計量動作への切り替えを行うため、材料ごとに厳密な調整をする必要がない。

１・・・射出機構、２・・・ベース、３・・・フロントプレート、４・・・リヤプレート、５・・・タイバー、６・・・加熱筒、７・・・スクリュ、８・・・モータ、９・・・ベアリング、１０・・・中間プレート、１１・・・ボールねじ、１２・・・サーボモータ、１３・・・スクリュ駆動装置、１４・・・ホッパ、１５・・・射出駆動装置、１６・・・リニアガイド

Claims

溶融した材料の計量を行う計量工程で前記計量工程を強制計量動作と圧力補正計量動作との動作に分け、
前記強制計量動作ではスクリュを決められた後退速度となるように前記スクリュの後退速度を制御しながら後退させると共に、前記スクリュを決められた回転速度で回転させることで計量を行い、
前記スクリュの後退速度が前記決められた後退速度となる前に前記強制計量動作と前記圧力補正計量動作との切り替えを自動的に行い、
前記圧力補正計量動作では前記スクリュ内に供給された前記材料の圧力によって発生する背圧を検出し、検出した前記背圧が決められた値となるように前記スクリュの後退速度を制御しながら計量を行い、
前記切り替えは、前記スクリュの計量開始位置から計量完了位置までの間で、前記背圧または前記スクリュの後退速度に関して決められる
ことを特徴とする射出成形機の制御方法。
前記強制計量動作では前記スクリュを前記決められた回転速度で回転させるとともに、前記スクリュの後退速度を前記決められた後退速度と等しくなるように制御するフィードバック制御が実行され、前記圧力補正計量動作では前記背圧を検出し、検出した前記背圧が決められた値と等しくなるように前記スクリュの後退速度を制御するフィードバック制御が実行されることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御方法。