JP5710362B2 - 射出成形機の樹脂漏れ検出方法および樹脂漏れ防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出および計量中の樹脂圧力と金型へのノズルの押し付け力とを同一のグラフ上に表示する射出成型機の樹脂漏れ検出方法および樹脂漏れ防止方法に関する。

射出成形機において、射出装置を前進させて所定の押し付け力でノズルを金型に接触させる射出成形機では、溶融樹脂がノズルから金型内に射出される際、あるいは、シリンダ内に樹脂を計量する際の樹脂圧力に対してノズルの押し付け力が不足すると、ノズルが金型に接触した状態を維持できなくなり、ノズルから樹脂が漏れ出すことがある。このような漏れは成形不良の要因になるばかりではなく、ノズルに付着した樹脂を除去するという手間が増える問題がある。
特許文献１には、射出装置の移動量を検知する検出装置を設け、この移動量に基づいて樹脂漏れを検出する技術が開示されている。

特開平８−９０５９６号公報

特許文献１に開示された技術では、樹脂漏れが発生したことを検知できるため、作業者はノズルの押し付け力や樹脂圧力の調整が必要であることがわかる。しかしながら、樹脂漏れが発生したタイミングと、そのタイミングでの樹脂圧力の値を確認することができないため、成形条件の変更を適切に行えないという問題点があった。
そこで本発明の目的は、樹脂漏れが発生したタイミングと、そのタイミングでの樹脂圧力の値を確認することが可能な、射出成形機の樹脂漏れ検出方法および樹脂漏れ防止方法を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、所定の押し付け力を発生させて金型とノズルを接触させて溶融樹脂を金型内に射出する射出成形機において、溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、前記ノズルの押し付け力を検出し、射出開始からの経過時間に対応させて、前記検出された樹脂圧力と前記検出されたノズルの押し付け力をグラフ表示し、前記表示されたノズルの押し付け力の上昇開始タイミングによってノズルからの樹脂漏れ発生タイミングを検出することを特徴とする射出成形機の樹脂漏れ検出方法である。
請求項２に係る発明は、所定の押し付け力を発生させて金型とノズルを接触させて溶融樹脂を金型内に射出する射出成形機において、溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、前記ノズルの押し付け力を検出し、射出開始からの経過時間に対応させて、前記検出された樹脂圧力と前記検出されたノズルの押し付け力をグラフ表示し、前記表示されたノズルの押し付け力の上昇開始タイミングによってノズルからの樹脂漏れ発生タイミングを検出し、前記射出成形の射出中の樹脂圧力が、前記樹脂漏れ発生タイミングにおける樹脂圧力以下となるように成形条件を変更することを特徴とする射出成形機の樹脂漏れ防止方法である。

請求項３に係る発明は、所定の押し付け力を発生させて金型とノズルを接触させて溶融樹脂を金型内に射出する射出成形機において、溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、前記ノズルの押し付け力を検出し、射出開始からのスクリュ位置に対応させて、前記検出された樹脂圧力と前記検出されたノズルの押し付け力をグラフ表示し、前記表示されたノズルの押し付け力が上昇開始したスクリュ位置によってノズルからの樹脂漏れが開始したスクリュ位置を検出することを特徴とする射出成形機の樹脂漏れ検出方法である。
請求項４に係る発明は、所定の押し付け力を発生させて金型とノズルを接触させて溶融樹脂を金型内に射出する射出成形機において、溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、前記ノズルの押し付け力を検出し、射出開始からのスクリュ位置に対応させて、前記検出された樹脂圧力と前記検出されたノズルの押し付け力をグラフ表示し、前記表示されたノズルの押し付け力が上昇開始したスクリュ位置によってノズルからの樹脂漏れが開始したスクリュ位置を検出し、前記射出成形の射出中の樹脂圧力が、前記樹脂漏れ発生が発生したスクリュ位置における樹脂圧力以下となるように成形条件を変更することを特徴とする射出成形機の樹脂漏れ防止方法である。

本発明により、樹脂漏れが発生したタイミングと、そのタイミングでの樹脂圧力の値を確認することが可能な、射出成形機の樹脂漏れ検出方法および樹脂漏れ防止方法を提供できる。

本発明を適用する射出成形機の表示装置を説明するブロック図である。 樹脂圧力とノズル押し付け力の変化を記録したメモリを説明する図である。 射出開始からの経過時間に対応した樹脂圧力とノズル押し付け力の変化を表示するグラフである。 射出開始からのスクリュ位置に対応した樹脂圧力とノズル押し付け力の変化を表示するグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明を適用する射出成形機の表示装置を説明するブロック図である。射出成形機Ｍは、機台Ｍｂ上に型締部Ｍｃおよび射出部Ｍｉを備える。射出部Ｍｉは樹脂材料（ペレット）を加熱溶融し、当該溶融樹脂を金型３１のキャビティ内に射出するものである。型締部Ｍｃは主に金型３１（可動側金型３１ａ，固定側金型３１ｂ）の開閉を行うものである。
射出部Ｍｉを説明する。射出シリンダ１の先端にはノズル２が取り付けられている。射出シリンダ１内には、スクリュ３が挿通されている。スクリュ３には、スクリュ３に掛る圧力により樹脂圧力を検出するロードセル等を用いた樹脂圧力センサ５が設けられている。樹脂圧力センサ５から出力される樹脂圧力センサ出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１６によりデジタル信号に変換されサーボＣＰＵ１５に入力する。

スクリュ３は、スクリュ回転用サーボモータＭ２により、プーリ，ベルト等で構成される伝動機構６を介して回転させられる。また、スクリュ３は、スクリュ前後進用サーボモータＭ１によって、プーリ，ベルト，ボールネジ／ナット機構などの回転運動を直線運動に変換する機構を含む伝動機構７を介して駆動され、スクリュ３の軸方向に移動させられる。なお、符号Ｐ１はスクリュ前後進用サーボモータＭ１の位置，速度を検出することによって、スクリュ３の軸方向の位置，速度を検出する位置・速度検出器であり、符号Ｐ２はサーボモータＭ２の位置，速度を検出することによって、スクリュ３の軸周り回転位置，速度を検出する位置・速度検出器である。符号４は射出シリンダ１内に樹脂を供給するホッパである。

射出成形機Ｍは、固定側金型３１ｂを取り付けた固定プラテン３２にノズル２を圧接（ノズルタッチ）するために、射出部Ｍｉを型締部Ｍｃ側に前進させるためのノズルタッチ駆動装置を備えている。ノズルタッチ駆動装置は、機台Ｍｂに取り付けられたノズル前後進用サーボモータＭ３、一端をノズル前後進用サーボモータＭ３の負荷軸に連結され，他端を固定プラテン３２に回転自在に支持されたボールネジ３４、該ボールネジ３４に螺合されたナット３３、射出部Ｍｉの筐体３９に固定された第１の受圧板３６、該ナットに取り付けられた第２の受圧板３７、第１の受圧板３６と第２の受圧板３７の間に挿入されたバネ３５、第１の受圧板３６と第２の受圧板３７の間隔を測定しバネの長さを検出するセンサ３８からなる。ノズル前後進用サーボモータＭ３には位置・速度検出器Ｐ３が取り付けられている。位置・速度検出器Ｐ３の出力信号はサーボＣＰＵ１５にフィードバックされ、ノズル前後進用サーボモータＭ３の制御に用いられる。

ノズルタッチ駆動装置は、ノズル前後進用サーボモータＭ３を回転させボールネジ３４を回転させることによって、ナット３３を固定プラテン３２に対して前後進させる。ナット３３の前後進によって第１の受圧板３６と第２の受圧板３７との間隔を調整し、バネ３５の弾性力を調節する。図１に示されるバネ３５のような弾性体を収縮させることによりノズル押し付け力を発生させる機構の場合では、弾性体の長さを測定することによりノズル２のノズル押し付け力を検出することができる。弾性体としてはバネの他にゴムを使用することができる。これにより、所望のノズル２の固定側金型３１ｂへのノズル押し付け力（ノズルタッチ力）を設定することができる。

バネ３５の長さを検出したセンサ３８からの出力信号はインタフェース２７を介してノズル２のノズル押し付け力としてＲＡＭ２２に格納される。センサ３８によるノズル２のノズル押し付け力の検出は所定の時間間隔毎（サンプリング間隔毎）に行う。
型締部Ｍｃは、図示しない可動プラテン前後進モータによって可動プラテン３０が固定プラテン３２方向に前進し型閉じが行われ、可動側金型３１ａと固定側金型３１ｂが接触した後もさらに可動プラテン３０を固定プラテン３２方向に前進させて所定の型締力を発生させる。そして、可動プラテンが後退することによって型開きが行われる。なお、図１において型締Ｍｃは可動プラテン３０、金型３１ａ，３１ｂ、固定プラテン３２のみを記載している。

射出成形機Ｍの制御装置は、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣＣＰＵ２０、プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるＰＭＣＣＰＵ１７、及びサーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ１５を有し、バス２６を介して相互の入出力を選択することにより各マイクロプロセッサ間で情報伝達が行えるように構成されている。
サーボＣＰＵ１５には、位置ループ，速度ループ，電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ１３およびデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１４が接続されている。また、サーボＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１６を介して射出成形機Ｍに設けられた樹脂圧力センサ５から出力される圧力信号を検出できるように接続されている。

サーボＣＰＵ１５には、サーボＣＰＵ１５からの指令に基づいて、射出軸に接続された射出用サーボモータＭ１，スクリュ回転軸に接続されたスクリュ回転用サーボモータＭ２，ノズル前後進用サーボモータＭ３を駆動するサーボアンプ１１，１２，１０が接続されている。また、各サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に取り付けられた位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの出力信号がサーボＣＰＵ１５に帰還されるようになっている。各サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３の回転位置は、位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの位置のフィードバック信号に基づいてサーボＣＰＵ１５により算出され、各現在位置レジスタに更新記憶される。
ＰＭＣＣＰＵ１７には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ１８および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ１９が接続され、ＣＮＣＣＰＵ２０には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラムなどの各種プログラムを記憶したＲＯＭ２１および演算データの一時記憶に用いられるＲＡＭ２２が接続されている。

成形データ保存用ＲＡＭ２３は、不揮発性のメモリであって、射出成形作業に関する成形条件と各種設定値，パラメータ，マクロ変数等を記憶する成形データ保存用のメモリである。表示装置／ＭＤＩ（手動データ入力装置）２５はインタフェース（Ｉ／Ｆ）２４を介してバス２６に接続され、機能メニューの選択および各種データの入力操作等が行えるようになっている。また、数値データ入力用のテンキーおよび各種のファンクションキー等が設けられている。なお、表示装置としては、ＬＣＤ（液晶表示装置）、ＣＲＴ、その他の表示装置を用いたものでもよい。
以上の射出成形機Ｍの構成により、ＰＭＣＣＰＵ１７が射出成形機全体のシーケンスを制御し、ＣＮＣＣＰＵ２０がＲＯＭ２１の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ２３に格納された成形条件等に基づいて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボＣＰＵ１５は各軸に対して分配された移動指令と位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基づいて、ディジタルサーボ処理を実行し、サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を駆動制御する。

上記射出成形機Ｍを用いた成形動作を説明する。
まず、ノズル２のノズル押し付け力の設定を説明する。サーボＣＰＵ１５は、インタフェース２７を介して取得されるセンサ３８の検出信号を基にバネ３５の長さを計測し、ノズル２のノズル押し付け力を求める。サーボＣＰＵ１５は、所望のノズル押し付け力となるようにサーボアンプ１０を介してノズル前後進用サーボモータＭ３を駆動制御する。
次に、型閉・型締・型開を説明する。型締部Ｍｃの図示しない可動プラテン前後進モータを正方向に回転させると、ボールねじ軸が正方向に回転させられ、ボールねじ軸に螺合したクロスヘッドが前進させられ、トグル機構が作動させられると、可動プラテン３０が固定プラテン３２方向へ前進させられる。可動プラテン３０に取り付けられた可動側金型３１ａが固定側金型３１ｂと接触すると（型閉状態）、型締工程に移行する。型締工程では、可動プラテン前後進モータを更に正方向に駆動することで、トグル機構が伸長することによって金型３１に型締力が発生する。

そして、射出部Ｍｉに設けられたスクリュ前後進用サーボモータＭ１が駆動されてスクリュ３の軸方向に前進することにより、金型３１内に形成されたキャビティ空間に溶融樹脂が充填される。計量工程の後、型開きを行う場合、可動プラテン前後進モータを逆方向に駆動すると、ボールねじ軸が逆方向に回転させられる。それに伴って、クロスヘッドが後退し、トグル機構が屈曲する方向に作動し、可動プラテン３０が図示しないリアプラテンの方向に後退する。
本発明の実施形態では、溶融樹脂を金型３１のキャビティ内に射出している間の樹脂圧力の変化とノズル押し付け力の変化を射出成形機Ｍの表示装置／ＭＤＩ２５の表示装置の表示画面上にグラフ表示して、樹脂漏れ発生のタイミングが簡単にわかるようにし、さらに樹脂漏れが発生したタイミングでの樹脂圧力をグラフから読み取ることにより、樹脂漏れが発生しない最大樹脂圧力の確認を可能にする。

グラフ表示に必要なデータを取得するため、金型３１内へ溶融樹脂の射出が始まると、射出成形機Ｍは検出された樹脂圧力、ノズル押し付け力およびスクリュ位置をそれぞれサンプリング周期毎に記憶していく。図２は樹脂圧力とノズル押し付け力の変化を記録したメモリを説明する図である。図２に示されるように、サンプリング周期毎に取得するデータは、射出開始からの経過時間Ｔ，樹脂圧力Ｐ，ノズル押し付け力Ｆ，スクリュ位置Ｓである。経過時間Ｔは射出成形機Ｍを制御する制御装置に内蔵される計時機能により取得できる。樹脂圧力Ｐは樹脂圧力センサ５により検出され、ノズル押し付け力Ｆはセンサ３８により検出され、スクリュ位置Ｓは位置・速度検出器Ｐ３により検出される。なお、インデックスはサンプリング周期毎に取得されるデータの順番を表している。
射出開始からサンプリングを開始し計量が終了するとサンプリングを終了する。サンプリングにより得られたデータを基に射出からの経過時間に対応させて、記憶された樹脂圧力とノズル押し付け力をグラフに表示する。なお、グラフは射出開始からの経過時間に対応させて溶融樹脂の圧力とノズル押し付け力を表示してもよいし（図３参照）、スクリュの位置に対応させて溶融樹脂の圧力とノズル押し付け力を表示してもよい（図４参照）。

図３は射出からの経過時間に対応させて、溶融樹脂の樹脂圧力とノズル押し付け力を同一グラフ上に表示した例である。この例では射出中に樹脂圧力がピークを迎えるタイミングでノズル押し付け力が上昇しているので、このタイミングで樹脂漏れが発生していると判断できる。また、グラフからノズル押し付け力が上昇開始時のタイミング、すなわち樹脂漏れが発生し始めたタイミングでの樹脂圧力がわかるため、射出中の樹脂圧力が、樹脂漏れが発生し始めたタイミングの樹脂圧力以下となるように成形条件の変更を行えば樹脂漏れを防止できることがわかる。樹脂圧力の曲線上の符合ｂはノズル２の押し付け力が上昇開始時の樹脂圧力，符号ｃは最大の樹脂圧力，符号ｄはノズル２の押し付け力が元に戻った時の樹脂圧力を示す。

図４は射出開始からのスクリュ位置に対応させて溶融樹脂の樹脂圧力とノズル２のノズル押し付け力を同一のグラフ上に表示した例である。この例では射出中にスクリュ３が最も前進した位置で樹脂圧力がピークを迎え、この位置の前後でノズル押し付け力が上昇し樹脂漏れが発生していることが判別できる。そして、ノズル押し付け力が上昇開始時のタイミング、すなわち樹脂漏れが発生し始めた位置での樹脂圧力をグラフから読み取り、射出中の樹脂圧力が、樹脂漏れが発生し始めたスクリュ位置での樹脂圧力以下となるように、成形条件の変更を行えば樹脂漏れを防止できることがわかる。なお、樹脂圧力の曲線上の符号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、図３の符号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに対応する。

射出成形機Ｍの条件設定では、射出工程と計量工程の設定が明確に分離している。このため、射出開始を起点としたグラフ表示方法以外に、計量開始を起点としたグラフを表示すれば、射出工程と計量工程に分けて樹脂圧力とノズル押し付け力との関係を把握できるためより明確に樹脂漏れ発生のタイミングとその時点における樹脂圧力を把握することができる。

以上のように射出から計量までのいずれかのタイミングで樹脂漏れが発生すると、樹脂漏れが発生したタイミングがグラフ上のノズル押し付け力の変化となって現れるので、簡単にそのタイミングを確認することができる。樹脂漏れが発生したタイミングと樹脂漏れが発生する樹脂圧力が明確になるため、成形技術者は、樹脂漏れが発生しない樹脂圧力になるように射出・保圧・計量工程の圧力設定を調整することで、樹脂漏れに対する対策を適切に行うことができる。

３３ ナット
３４ ボールネジ
３５ バネ
３６ 第１の受圧板
３７ 第２の受圧板
３８ センサ
３９ 筐体

Claims (4)

1. 所定の押し付け力を発生させて金型とノズルを接触させて溶融樹脂を金型内に射出する射出成形機において、
   溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、
   前記ノズルの押し付け力を検出し、
   射出開始からの経過時間に対応させて、前記検出された樹脂圧力と前記検出されたノズルの押し付け力をグラフ表示し、
   前記表示されたノズルの押し付け力の上昇開始タイミングによってノズルからの樹脂漏れ発生タイミングを検出することを特徴とする射出成形機の樹脂漏れ検出方法。
2. 所定の押し付け力を発生させて金型とノズルを接触させて溶融樹脂を金型内に射出する射出成形機において、
   溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、
   前記ノズルの押し付け力を検出し、
   射出開始からの経過時間に対応させて、前記検出された樹脂圧力と前記検出されたノズルの押し付け力をグラフ表示し、
   前記表示されたノズルの押し付け力の上昇開始タイミングによってノズルからの樹脂漏れ発生タイミングを検出し、
   前記射出成形の射出中の樹脂圧力が、前記樹脂漏れ発生タイミングにおける樹脂圧力以下となるように成形条件を変更することを特徴とする射出成形機の樹脂漏れ防止方法。
3. 所定の押し付け力を発生させて金型とノズルを接触させて溶融樹脂を金型内に射出する射出成形機において、
   溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、
   前記ノズルの押し付け力を検出し、
   射出開始からのスクリュ位置に対応させて、前記検出された樹脂圧力と前記検出されたノズルの押し付け力をグラフ表示し、
   前記表示されたノズルの押し付け力が上昇開始したスクリュ位置によってノズルからの樹脂漏れが開始したスクリュ位置を検出することを特徴とする射出成形機の樹脂漏れ検出方法。
4. 所定の押し付け力を発生させて金型とノズルを接触させて溶融樹脂を金型内に射出する射出成形機において、
   溶融樹脂の樹脂圧力を検出し、
   前記ノズルの押し付け力を検出し、
   射出開始からのスクリュ位置に対応させて、前記検出された樹脂圧力と前記検出されたノズルの押し付け力をグラフ表示し、
   前記表示されたノズルの押し付け力が上昇開始したスクリュ位置によってノズルからの樹脂漏れが開始したスクリュ位置を検出し、
   前記射出成形の射出中の樹脂圧力が、前記樹脂漏れ発生が発生したスクリュ位置における樹脂圧力以下となるように成形条件を変更することを特徴とする射出成形機の樹脂漏れ防止方法。

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