JP5634724B2 - 射出成形機及び射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機及び射出成形方法に関する。

射出成形機における射出成形は、典型的には、金型を閉じる型閉工程と、金型を締め付ける型締め工程と、金型のスプルにノズルを押しつけるノズルタッチ工程と、シリンダ内のスクリュを前進させて、スクリュ前方に溜まった溶融材料を金型キャビティ内に射出する射出工程と、その後、気泡、ヒケの発生を抑制するために保持圧力をしばらくかける保圧工程と、金型キャビティ内に充填された溶融材料が冷却されて固まるまでの間の時間に次のサイクルのために、スクリュを回転させて、樹脂を溶融しながらシリンダの前方にため込む可塑化／計量工程と、固化された成形品を金型から取り出すために、金型を開く型開工程と、成形品を金型に設けられた突出しピンによって押し出す成形品突出し工程とからなる。

特開平１０−２６４２２３号公報 特開平１１−０７７７７０号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載のようにスクリュ位置に基づいて射出工程から保圧工程への切換を実施する構成では、保圧工程への切換直後（即ち、保圧工程開始時）は、樹脂の圧力が設定圧力よりも下降している場合があり、保圧工程への切換直後において、樹脂の圧力を設定圧力まで上昇させる処理が必要となる。この処理に起因してヒケ等が発生し易くなるという問題点がある。

そこで、本発明は、射出工程から保圧工程への切換を適切なタイミングで行うことができる射出成形機及び射出成形方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、シリンダ部材内に回転可能に且つ軸方向に前進可能に設けられる射出部材と、
前記射出部材を前進させて、前記シリンダ部材内の樹脂を金型に射出する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、
前記射出部材の前進側における樹脂の圧力を検出する樹脂圧力検出手段とを備え、
前記制御手段は、射出工程において第１の速度から第２の速度に低下するパターンを含む所定の速度パターンで前記射出部材が前進するように前記駆動手段を制御する速度制御と、保圧工程において前記射出部材の前進側における樹脂の圧力が設定圧力に保たれるように前記駆動手段を制御する圧力制御とを実行するように構成され、
前記制御手段は、前記第２の速度で前記駆動手段を制御している際、前記樹脂圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力まで降下したときに前記速度制御から前記圧力制御に切り換えることを特徴とする、射出成形機が提供される。

また、本発明のその他の一局面によれば、シリンダ部材内に回転可能に且つ軸方向に前進可能に設けられる射出部材と、前記射出部材を前進させて、前記シリンダ部材内の樹脂を金型に射出する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記射出部材の前進側における樹脂の圧力を検出する樹脂圧力検出手段とを備える射出成形機における射出成形方法であって、
前記制御手段が、第１の速度から第２の速度に低下するパターンを含む所定の速度パターンで前記射出部材が前進するように前記駆動手段を制御する射出工程と、
前記射出工程において、前記制御手段が、前記第２の速度で前記駆動手段を制御している際、前記樹脂圧力検出手段により検出された圧力が設定圧力まで降下した時点を検出する切換時点検出工程と、
前記切換時点検出工程にて検出された時点から開始される保圧工程であって、前記制御手段が、前記射出部材の前進側における樹脂の圧力が設定圧力に保たれるように前記駆動手段を制御する保圧工程とを含む、射出成形方法が提供される。

本発明によれば、射出工程から保圧工程への切換を適切なタイミングで行うことができる射出成形機及び射出成形方法の提供が得られる。

本発明の一実施例による射出成形機１の要部構成を示す図である。 射出工程及び保圧工程において本実施例のコントローラ２６により実現される射出成形方法の一例の主要処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示した射出成形方法の実行中における樹脂圧力及びスクリュ２０の前進速度の変化態様を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明の一実施例による射出成形機１の要部構成を示す図である。射出成形機１は、本例では電動式射出成形機であり、射出用のサーボモータ１１を備える。射出用のサーボモータ１１の回転はボールネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定されている。プレッシャプレート１４は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー１５、１６に沿って移動可能である。プレッシャプレート１４の前後進運動は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸１９を介してスクリュ２０に伝えられる。スクリュ２０は、加熱シリンダ２１内に回転可能に、しかも軸方向に移動可能に配置されている。加熱シリンダ２１におけるスクリュ２０の後部には、樹脂供給用のホッパ２２が設けられている。射出軸１９には、ベルトやプーリ等の連結部材２３を介してスクリュ回転用のサーボモータ２４の回転運動が伝達される。すなわち、スクリュ回転用のサーボモータ２４により射出軸１９が回転駆動されることにより、スクリュ２０が回転する。

可塑化／計量工程においては、加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回転しながら後退することにより、スクリュ２０の前部、すなわち加熱シリンダ２１のノズル２１−１側に溶融樹脂が貯えられる。射出工程においては、スクリュ２０の前方に貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧することにより成形が行われる。この時、樹脂を押す力がロードセル１８により反力として検出される。つまり、スクリュ前部における樹脂圧力が検出される。検出された圧力は、ロードセル増幅器２５により増幅され、制御手段として機能するコントローラ２６（制御装置）に入力される。また、保圧工程では、金型内に充填した樹脂が所定の圧力に保たれる。

プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を検出するための位置検出器２７が取り付けられている。位置検出器２７の検出信号は増幅器２８により増幅されてコントローラ２６に入力される。この検出信号は、スクリュ２０の移動速度を検出するためにも使用されてもよい。

サーボモータ１１、２４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ３１、３２が備えられている。エンコーダ３１、３２で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。

コントローラ２６は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定された各種設定値に応じて前に述べた複数の各工程に応じた電流（トルク）指令をサーボモータ１１，２４に送る。例えば、コントローラ２６は、サーボモータ２４の回転数を制御して可塑化／計量工程を実現する。また、コントローラ２６は、サーボモータ１１の回転数（又は出力トルク）を制御して射出工程及び保圧工程を実現する。

なお、図１に示す射出成形機１の構成はあくまでも射出成形機１の概略を説明するための便宜上のものであり、本発明が適用可能な射出成形機の一例にすぎない。

図２は、射出工程及び保圧工程において本実施例のコントローラ２６により実現される射出成形方法の一例の主要処理の流れを示すフローチャートである。

ステップ２００では、コントローラ２６は、射出工程を開始する。

ステップ２０２では、コントローラ２６は、スクリュ２０の前進速度が所定の第１の設定速度となるようにサーボモータ１１を制御する。即ち、コントローラ２６は、射出工程の開始時、第１の設定速度による速度制御を実施する。第１の設定速度は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定されたものであってよい。速度制御は、フィードフォワード制御の態様であってもよいし、フィードバック制御の態様であってよい。後者の場合は、コントローラ２６は、位置検出器２７の検出信号から算出されるスクリュ２０の移動速度と第１の設定速度との偏差に応じてサーボモータ１１を制御する。いずれの場合も、コントローラ２６は、第１の設定速度による速度制御を実施している間、位置検出器２７の検出信号に基づいて、スクリュ２０の位置を監視する。

ステップ２０４では、コントローラ２６は、位置検出器２７の検出信号に基づいて、スクリュ２０の位置が速度切換位置に到達したか否かを判定する。速度切換位置は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定されたものであってよい。スクリュ２０の位置が速度切換位置に到達した場合は、ステップ２０６に進み、スクリュ２０の位置が速度切換位置に到達していない場合は、ステップ２０２の処理が繰り返される。

ステップ２０６では、コントローラ２６は、スクリュ２０の前進速度が所定の第２の設定速度となるようにサーボモータ１１を制御する。即ち、コントローラ２６は、第１の設定速度による速度制御から第２の設定速度による速度制御への切換を実施する。第２の設定速度は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定されたものであってよい。第２の設定速度は、第１の設定速度よりも小さい速度であり、ゼロであってもよいし、ゼロより大きい速度であってよい。第２の設定速度をゼロ（微速を含む）と設定した場合、従来の方式では保圧工程への切換が困難であるが、本実施例によれば速度制御中に圧力を監視し、所定圧力に達したら圧力制御に切り換えるため、適切なタイミングで保圧工程に移行することができる。

第２の設定速度による速度制御も、第１の設定速度による速度制御と同様、フィードフォワード制御の態様であってもよいし、フィードバック制御の態様であってよい。いずれの場合も、コントローラ２６は、第２の設定速度による速度制御を実施している間、ロードセル１８の検出信号に基づいて、スクリュ前部における樹脂圧力を監視する。

ステップ２０８では、コントローラ２６は、ロードセル１８の検出信号に基づいて、スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力まで降下したか否かを判定する。設定圧力は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定されたものであってよい。スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力まで降下した場合は、ステップ２１０に進み、スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力まで降下していない場合は、ステップ２０６の処理が繰り返される。

ステップ２１０では、コントローラ２６は、保圧工程を開始する。即ち、コントローラ２６は、スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力まで降下した時点にて、射出工程から保圧工程に切り換える。

ステップ２１２では、コントローラ２６は、スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力に保たれるようにサーボモータ１１を制御する。即ち、コントローラ２６は、設定圧力による圧力制御を実施する。このようにして、コントローラ２６は、スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力まで降下した時点にて、速度制御から圧力制御に切り換える。保圧工程開始時の設定圧力は、上記のステップ２０８で切換用閾値として用いられる設定圧力と同一の値である。圧力制御は、フィードフォワード制御の態様であってもよいし、フィードバック制御の態様であってよい。後者の場合は、コントローラ２６は、ロードセル１８の検出信号から算出される樹脂圧力と設定圧力との偏差に応じてサーボモータ１１を制御する。また、前者の場合は、コントローラ２６は、スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力に保たれるような所定パターンでサーボモータ１１を制御する。

ステップ２１４では、コントローラ２６は、保圧工程開始後からのタイマの計時時間に基づいて、設定保圧時間が経過したか否かを判定する。設定保圧時間は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定されたものであってよい。設定保圧時間が経過した場合は、ステップ２１６に進み、設定保圧時間が経過していない場合は、ステップ２１２の処理が繰り返される。

ステップ２１６では、コントローラ２６は、保圧工程を終了する。

図３は、図２に示した射出成形方法の実行中における樹脂圧力及びスクリュ２０の前進速度の変化態様を示す図である。図３では、図２に示した射出成形方法の実行中における樹脂圧力の変化態様が曲線Ｐで示され、スクリュ２０の前進速度の変化態様が曲線Ｖで示されている。図３では、縦軸が圧力及び速度を示し、横軸が時間を示す。

図３に示すように、時刻ｔ０にて射出工程が開始されると、第１の設定速度による速度制御が開始され、スクリュ２０の前進速度が第１の設定速度Ｖ１まで上昇して維持される（図２のステップ２０２参照）。これに伴い、スクリュ前部における樹脂圧力が徐々に上昇していく。

時刻ｔ１にてスクリュ２０の位置が速度切換位置に到達すると（図２のステップ２０４のＹＥＳ判定）、速度制御の目標値が第１の設定速度から第２の設定速度に変化する（図２のステップ２０６参照）。この例では、第２の設定速度はゼロに設定されている。これに伴い、スクリュ２０の前進速度が第１の設定速度Ｖ１からゼロに向けて下降していく。これに伴い、スクリュ前部における樹脂圧力がピークに達した後、徐々に下降していく。

時刻ｔ２にてスクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力Ｐ_１まで降下し（図２のステップ２０８のＹＥＳ判定）、時刻ｔ２にて射出工程から保圧工程への切換が実施される（図２のステップ２１０参照）。これに伴い、スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力Ｐ_１付近で維持され、所望の設定圧力Ｐ_１による保圧工程が速やかに開始される。

以上説明した本実施例の射出成形機１によれば、とりわけ、以下のような優れた効果が奏される。

上述の如く、本実施例では、圧力制御切換前の速度制御中に圧力を監視して、樹脂圧力が所定圧に達したら圧力制御に切り換える。より具体的には、射出工程において、速度制御の目標値が低下するのに伴いスクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力Ｐ_１まで降下した時に、速度制御から圧力制御への切換（射出工程から保圧工程への切換）が実行される。これにより、ヒケを効果的に防止することができ、成形品の品質が向上する。特に、 射出工程から保圧工程への切換の際に、スクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力Ｐ_１よりも下方に低下することがないので、かかる低下に起因したヒケを防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、ロードセル１８の検出信号に基づくスクリュ前部における樹脂圧力が設定圧力（設定保持圧力）まで降下したときに、速度制御から圧力制御への切換（射出工程から保圧工程への切換）を実行しているが、当該切換の応答性を考慮して、ロードセル１８の検出信号に基づくスクリュ前部における樹脂圧力が、設定圧力よりも僅かに高い所定圧力まで降下したときに、速度制御から圧力制御への切換（射出工程から保圧工程への切換）を実行することとしてもよい。

また、上述した実施例において、保圧工程における圧力制御の態様は、保圧工程開始時の設定圧力が、上述の速度制御から圧力制御への切換時のスクリュ前部における樹脂圧力に実質的に対応する限り、任意であってよい。例えば、保圧工程中に、設定圧力が多段階に可変されてもよい。

尚、上述した実施例では、樹脂圧力が設定圧力まで降下したときに速度制御から圧力制御に切り換えているが、設定圧力が高い場合もありうり、この場合、樹脂圧力が設定圧力まで上昇したときに速度制御から圧力制御に切り換えることとしてもよい。

１ 射出成形機
１１ サーボモータ
１２ ボールネジ
１３ ナット
１４ プレッシャプレート
１５，１６ ガイドバー
１７ ベアリング
１８ ロードセル
１９ 射出軸
２０ スクリュ
２１ 加熱シリンダ
２２ ホッパ
２３ 連結部材
２４ サーボモータ
２６ コントローラ
２７ 位置検出器
２８ 増幅器
３１，３２ エンコーダ
３５ 入力装置

Claims (2)

1. シリンダ部材内に回転可能に且つ軸方向に前進可能に設けられる射出部材と、
   前記射出部材を前進させて、前記シリンダ部材内の樹脂を金型に射出する駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する制御手段と、
   前記射出部材の前進側における樹脂の圧力を検出する樹脂圧力検出手段とを備え、
   前記制御手段は、射出工程において第１の速度から第２の速度に低下するパターンを含む所定の速度パターンで前記射出部材が前進するように前記駆動手段を制御する速度制御と、保圧工程において前記射出部材の前進側における樹脂の圧力が設定圧力に保たれるように前記駆動手段を制御する圧力制御とを実行するように構成され、
   前記制御手段は、前記第２の速度で前記駆動手段を制御している際、前記樹脂圧力検出手段により検出された圧力が所定圧力まで降下したときに前記速度制御から前記圧力制御に切り換えることを特徴とする、射出成形機。
2. シリンダ部材内に回転可能に且つ軸方向に前進可能に設けられる射出部材と、前記射出部材を前進させて、前記シリンダ部材内の樹脂を金型に射出する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、前記射出部材の前進側における樹脂の圧力を検出する樹脂圧力検出手段とを備える射出成形機における射出成形方法であって、
   前記制御手段が、第１の速度から第２の速度に低下するパターンを含む所定の速度パターンで前記射出部材が前進するように前記駆動手段を制御する射出工程と、
   前記射出工程において、前記制御手段が、前記第２の速度で前記駆動手段を制御している際、前記樹脂圧力検出手段により検出された圧力が設定圧力まで降下した時点を検出する切換時点検出工程と、
   前記切換時点検出工程にて検出された時点から開始される保圧工程であって、前記制御手段が、前記射出部材の前進側における樹脂の圧力が設定圧力に保たれるように前記駆動手段を制御する保圧工程とを含む、射出成形方法。

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