JP5837124B2 - 射出成形機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は射出成形機の制御装置に関する。

射出成形において可動盤を前進させて金型を閉める工程は、型閉じ工程と型締め工程とに分けられる。型閉じ工程は、可動盤を型閉じ方向に前進させて可動側金型と固定側金型とをタッチさせる工程である。また、型締め工程は、型閉じ工程の後、金型タッチ位置からさらに可動盤を前進させて所定の型締力を発生させる工程である。

従来から、型締めと射出を同時に動作させることによって、サイクル時間を短縮することが知られている（特許文献１〜３を参照）。またこのような型締めと射出の同時動作は、「焼け」などの成形不良を改善するのに役立つことも知られている。図６は従来の型締め工程と射出工程の動作タイミングを説明する図である。

金型のキャビティ内にガスが残留した状態で、キャビティ内に樹脂が射出されると、射出によってキャビティ内に入ってきた樹脂によって、ガスが圧縮されて高温高圧となり成形品に「焼け」が発生する。前記の同時動作を使用すると、樹脂をキャビティ内に充填する射出工程では型締力が高くないため、ガスが金型間のわずかな隙間から金型の外に抜け易くなり、「焼け」の発生を抑える効果がある。

特開２００６−１５５２７号公報 特開平７−２５６７２２号公報 特開平８−９０６２１号公報

特許文献２には、型締め工程を開始した後、前記射出工程の開始タイミングを金型タッチからの遅れ時間（図６（１）のＴ１）により設定することが記載されている。しかしながらこの設定方法では、少なくとも射出工程の開始は型締め工程の開始以降であるため、金型の隙間からガスを抜け易くする効果は限定的である。

さらにガス抜けを改善するためには、金型タッチ位置で型閉じ工程を終了させた後、直ちに射出を開始する一方、型締め工程の開始を遅らせる方法が考えられる。しかしながら、この動作を行うためには、型閉じ工程で金型にタッチしてから、型締め工程を開始するまでの遅れ時間（図６（２）のＴ２）を設定する必要があった。

このように、サイクル時間短縮やガス抜きを目的として射出成形機の動作条件を設定する場合、図６で示した遅れ時間Ｔ１とＴ２を、型締め工程と射出工程の開始タイミングによって設定する必要があった。射出成形機の動作条件を設定する作業者は、遅れ時間（Ｔ１またはＴ２）をそれぞれ設定しなければならず、設定が煩雑になるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、型締め工程と射出工程のガス抜き時間を設定するだけの簡単な方法で、所望のサイクル時間の短縮効果やガス抜き効果を得ることが可能な射出成形機の制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、少なくとも型締め工程の一部と射出工程の一部を同時に行なう射出成形機の制御装置において、射出工程が開始されてから型締め動作が完了するまでの時間をガス抜き時間である第１の時間として設定する第１の時間設定手段と、前記型締め工程の動作時間を第２の時間として取得する第２の時間取得手段と、前記第１の時間が前記第２の時間より短い場合には、前記型締め工程を開始後、前記第１の時間と前記第２の時間との差分の時間が経過した後に射出工程を開始する射出工程開始手段と、前記第１の時間が前記第２の時間より短くない場合には、前記射出工程を開始後、前記第１の時間と前記第２の時間との差分の時間が経過するまでは金型タッチ位置にて可動盤を停止させ、前記差分の時間を経過した後に型締め工程を開始する型締め工程開始手段と、を有することを特徴とする射出成形機の制御装置である。ここで、第１の時間は、金型の隙間からガスが抜け易い区間、すなわち、射出工程を開始してから設定型締力が発生するまでの時間をガス抜き時間と呼んでいる。また、第２の時間は、型締め動作時間である。

請求項２に係る発明は、少なくとも型締め工程の一部と射出工程の一部を同時に行なう射出成形機の制御装置において、射出工程が開始されてから型締め動作が完了するまでの時間をガス抜き時間である第１の時間として設定する第１の時間設定手段と、前記型締め工程の動作時間を第２の時間として取得する第２の時間取得手段と、前記第１の時間が前記第２の時間より短い場合には、前記型締め工程を開始後、前記第１の時間と前記第２の時間との差分の時間が経過した後に射出工程を開始する射出工程開始手段と、前記第１の時間が前記第２の時間より短くない場合には、前記射出工程と型締め工程を同時に開始する型締め工程開始手段と、を有することを特徴とする射出成形機の制御装置である。
請求項３に係る発明は、前記第２の時間取得手段は、前記第２の時間を前記射出成形機で実際に型締め動作を行って計測して取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の制御装置である。
請求項４に係る発明は、前記第２の時間取得手段は、前記第２の時間を前記型締め工程の移動距離と移動速度と加減速度から計算して求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の制御装置である。

本発明によれば、型締め工程と射出工程のガス抜き時間を設定するだけの簡単な方法で、所望のサイクル時間の短縮効果やガス抜き効果を得ることができる。

本発明における型締め工程と射出工程の動作タイミングを説明する図である。 型締め動作における加減速制御の例を示す図である。 実施形態１に係る処理のフローチャートである。 実施形態２に係る処理のフローチャートである。 射出成形機を説明する図である。 従来の型締め工程と射出工程の動作タイミングを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
射出成形機で実行される一つの射出成形サイクルは、型閉じ、型締め、射出、冷却、可塑化・計量、型開き、取り出しの各工程が含まれる。本発明では、金型の隙間からガスが抜け易い区間である、射出工程を開始してから設定型締力が発生するまでの時間をガス抜き時間Ｇｔ（請求項の「第１の時間」に対応する）として設定する手段を有し、ガス抜き時間Ｇｔと型締め動作時間Ｃｔとの大小関係に基づいて、射出工程の開始や型締め動作の開始を自動的に調整することにより上述の課題を解決する。

本発明による型締め工程、および、射出工程の動作タイミングを図１に示す。図１（１）は、型締め開始してから射出開始を行う場合（ガス抜き時間Ｇｔ＜型締め動作時間Ｃｔ）を示しており、図１（２）は、射出開始してから型締め開始を行う場合（ガス抜き時間Ｇｔ≧型締め動作時間Ｃｔ）を示している。なお、射出工程とは、一般的に金型のキャビティ内に樹脂を充填させる工程のことであるが、成形によっては保圧も使用して樹脂をキャビティ内の充填させる場合もある。したがって、本発明では、樹脂をキャビティ内に充填する工程を総称して射出工程と呼んでおり、この射出工程には保圧工程を含む場合と含まない場合とがある。

（型締め動作時間の取得方法）
最初に型締め動作時間Ｃｔ（請求項の「第２の時間」に対応する）の取得方法について詳述する。型締め動作時間Ｃｔとは型締め工程の動作時間である。型締め工程における可動盤（可動プラテン）の移動距離、またはトグル式成形機において可動盤を移動させるクロスヘッドの移動距離Ｘは、前記の金型がタッチした位置（金型タッチ位置）から、所望の型締力を発生させるまで可動盤またはクロスヘッドが移動した距離である。また、可動盤やクロスヘッドの移動速度Ｖ、可動盤やクロスヘッドの加減速の時定数Ａは射出成形機の画面で設定したり、あらかじめ射出成形機の記憶手段（図５のメモリ３４）に記憶されたりしている。

そして、移動距離Ｘ、移動速度Ｖ、時定数Ａとから、型締め動作時間Ｃｔを取得することができる。式１は図２のように型締め工程で直線的に可動盤を加減速した場合の、型締め動作時間Ｃｔの計算方法を示している。
Ｃｔ＝２Ａ＋Ｂ＝２Ａ＋（Ｘ／Ｖ−Ａ）＝Ｘ／Ｖ＋Ａ （式１）
Ｂ：可動盤が一定速度Ｖで動作する時間

なお、本発明では、型締め動作時間Ｃｔは、実際の射出成形機で型締め動作を行ってあらかじめ計測しても良い。

図３は、請求項１および請求項４の発明について、設定されたガス抜き時間Ｇｔと、取得された型締め動作時間Ｃｔと、射出動作と型締め動作の関係を示すフローチャートである。
以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップｓａ０１］金型タッチ位置まで可動プラテンを型閉じ。
●［ステップｓａ０２］ガス抜き時間Ｇｔと型締め動作時間Ｃｔの差の絶対値を求め、求めた値をＤｔとする。
●［ステップｓａ０３］時間ｔを０とする。
●［ステップｓａ０４］ＧｔがＣｔより短いか否か判断し、短い場合（ｙｅｓ）にはステップｓａ０５へ移行し、短くない場合（ｎｏ）にはステップｓａ０９へ移行する。

●［ステップｓａ０５］型締めを開始する。
●［ステップｓａ０６］時間ｔがＤｔ以上であるか否か判断し、以上であれば（ｙｅｓ）ステップｓａ０８へ移行し、そうでなければ（ｎｏ）ステップｓａ０７へ移行する。
●［ステップｓａ０７］時間ｔに型締め開始からの経過時間を代入し、ステップｓａ０６へ戻る。なお、型締め開始からの経過時間は射出成形機に備わったタイマー機能を用いて計測される。

●［ステップｓａ０８］射出を開始し、処理を終了する。
●［ステップｓａ０９］射出を開始する。
●［ステップｓａ１０］時間ｔがＤｔ以上であるか否か判断し、以上であれば（ｙｅｓ）ステップｓａ１１へ移行し、そうでなければ（ｎｏ）ステップｓａ１２へ移行する。
●［ステップｓａ１１］型締めを開始し、処理を終了する。
●［ステップｓａ１２］時間ｔに型締め開始からの経過時間を代入し、ステップｓａ１０へ戻る。

図３の請求項１に関わる発明は、設定されたガス抜き時間Ｇｔが、取得した型締め動作時間Ｃｔよりも短い場合の発明である（図１（１）に対応）。この場合には、可動盤が金型タッチ位置まで前進して型閉じ工程が終了した後、直ちに型締め工程を開始する一方、射出工程は型締め工程の開始後、ガス抜き時間Ｇｔと型締め動作時間Ｃｔの差分だけ経過した後に開始する。

図３の請求項４に関わる発明は、設定されたガス抜き時間Ｇｔが、取得した型締め動作時間Ｃｔよりも長い場合の発明である（図１（２）に対応）。この場合には、可動盤が金型タッチ位置まで前進して型閉じ工程が終了した後、直ちに射出工程を開始する一方、型締め工程は、金型タッチ位置でガス抜き時間Ｇｔと型締め動作時間Ｃｔの差分だけ可動盤を停止させた後に開始する。金型がタッチした状態、すなわち型締め工程が開始する前に射出を開始するため、サイクル時間の短縮効果以外に、金型内のガスが射出に伴って金型間のわずかな隙間から金型外に抜け易くなるという効果も有る。

図４は、請求項１と請求項５の発明について、設定されたガス抜き時間Ｇｔと、取得された型締め動作時間Ｃｔと、射出動作と型締め動作の関係示すフローチャートである。（請求項１に関わる説明は図３の説明で説明済みであるので、ここでは省略する。）

以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップｓｂ０１］金型タッチ位置まで可動プラテンを型閉じ。
●［ステップｓｂ０２］ＧｔとＣｔの差の絶対値を求め、求めた値をＤｔとする。
●［ステップｓｂ０３］時間ｔを０とする。
●［ステップｓｂ０４］ＧｔがＣｔより短いか否か判断し、短い場合（ｙｅｓ）にはステップｓｂ０５へ移行し、短くない場合（ｎｏ）にはステップｓｂ０９へ移行する。

●［ステップｓｂ０５］型締めを開始する。
●［ステップｓｂ０６］時間ｔがＤｔ以上であるか否か判断し、以上であれば（ｙｅｓ）ステップｓｂ０８へ移行し、そうでなければ（ｎｏ）ステップｓｂ０７へ移行する。
●［ステップｓｂ０７］時間ｔに型締め開始からの経過時間を代入し、ステップｓｂ０６へ戻る。なお、型締め開始からの経過時間は射出成形機に備わったタイマー機能を用いて計測される。
●［ステップｓｂ０８］射出を開始し、処理を終了する。
●［ステップｓｂ０９］射出を開始すると共に型締めを開始し、処理を終了する。

図４の請求項５に関わる発明は、請求項４と同様に取得された型締め動作時間Ｃｔより長い時間をガス抜き時間Ｇｔに設定した場合の発明である。請求項４との違いは、請求項５では、可動盤が金型タッチ位置まで前進して型閉じ工程が終了した後、ガス抜き時間Ｇｔと型締め動作時間Ｃｔの差分の時間（Ｄｔ）を待たずに、射出工程と型締め工程を両方同時に開始する点である。この動作の目的は、請求項４の動作によって型締め工程が始まる前に射出を開始すると、成形品がバリとなり金型を損傷する恐れがある場合の対策である。請求項５では、射出工程が型締め工程と同時に開始するようにして、バリの発生と金型の破損を防止することができる。

なお、前述したようにガス抜きの効果は金型のキャビティ内に樹脂が充填される射出工程でしか現れないので、少なくともガス抜き時間Ｇｔは射出工程の時間よりも短い時間でなければならない。このため、射出工程の時間を計算や実際に成形を行なって求め、求められた射出工程の時間より長いガス抜き時間Ｇｔが設定されている場合には、「ガス抜き時間の設定が不適切である。」等の警告を表示し、成形作業者に知らしめるようにしても良い。

図５は、本発明の射出成形機の実施形態を説明する図である。機台１５上に固定プラテン１、リアプラテン２、可動プラテン３、トグルリンク機構６などから構成される型締め部と、射出シリンダ２０、射出スクリュ２２、スクリュ回転用サーボモータ２３、射出用サーボモータ２５などから構成される射出部を備えて射出成形機の本体部が構成される。

まず、型締め部について説明する。固定プラテン１とリアプラテン２は複数のタイバー４によって連結されている。固定プラテン１とリアプラテン２の間には可動プラテン３がタイバー４に沿って移動自在に配設されている。金型５の固定側金型５ａが固定プラテン１に取り付けられ、可動側金型５ｂが可動プラテン３に取り付けられている。

リアプラテン２と可動プラテン３間にはトグルリンク機構６が配設され、トグルリンク機構６のクロスヘッド６ａに設けられたナットが、リアプラテン２に回動自在で軸方向移動不能に取り付けられたボールネジ７と螺合している。ボールネジ７に設けられたプーリ１０と型締用サーボモータ８の出力軸に設けられたプーリ１１間にはベルト（タイミングベルト）９がかけられている。

射出成形機は、型締用サーボモータ８の駆動により、プーリ１１、ベルト９、プーリ１０からなる動力伝達部を介してボールネジ７を駆動し、トグルリンク機構６のクロスヘッド６ａを前進，後進（図１において右方向，左方向）させてトグルリンク機構６を駆動し、可動プラテン３を固定プラテン１方向に前進、後退させて金型５ａ，５ｂの型閉じ、型締、及び、型開きの各動作を行う。

型締用サーボモータ８には型締用サーボモータ８の回転位置・速度を検出する位置・速度検出器１２が取り付けられている。この位置・速度検出器１２からの位置フィードバック信号により、クロスヘッド６ａの位置や、可動プラテン３（可動側金型５ｂ）の位置を検出するように構成されている。

符号１３はエジェクタ装置であり、エジェクタ装置１３は可動プラテン３に設けられた金型（可動側金型５ｂ）内から成形品を突き出すための装置である。エジェクタ装置１３は、エジェクタ用サーボモータ１３ａの回転力をプーリ、ベルト（タイミングベルト）からなる動力伝達部１３ｂ、ボールネジ／ナット機構１３ｃを介して、図示しないエジェクトピンに伝達し、該エジェクトピンを金型（可動側金型５ｂ）内に突出させて成形品を金型（可動側金型５ｂ）から突き出すものである。このエジェクタ用サーボモータ１３ａには図示を省略した位置・速度検出器が取り付けられており、このエジェクタ用サーボモータ１３ａの回転位置・速度を検出することによって、エジェクトピンの位置、速度を検出するものである。

符号１４は、リアプラテン２に設けられた型締力調整機構であり、型締力調整用モータ１４ａを駆動し、伝動機構を介してタイバー４に設けられたネジに螺合する図示しないナットを回転させ、タイバー４に対するリアプラテン２の位置を変える（つまり機台１５上での固定プラテン１に対する位置を変える）ことによって型締力の調整を行うものである。上述した、型締装置、エジェクタ機構などは従来から射出成形機に備わった公知のものである。

次に、射出部について説明する。射出シリンダ２０内に樹脂材料を供給するために、ホッパ２７が射出シリンダ２０の上部に設けられている。射出シリンダ２０の先端にはノズル部２１が取り付けられ、射出シリンダ２０内には射出スクリュ２２が挿通されている。射出部には、射出シリンダ２０内の溶融樹脂の圧力を検出するロードセル等の図示しない圧力センサが設けられている。

射出スクリュ２２は、スクリュ回転用サーボモータ２３により、プーリ、タイミングベルト等で構成される動力伝達部２４を介して正，逆回転させられる。また、射出スクリュ２２は、射出用サーボモータ２５によって、プーリ、ベルト、ボールねじ／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動力伝達部２６を介して駆動され、射出シリンダ２０内を射出シリンダ２０の軸方向に移動する。スクリュ回転用サーボモータ２３には図示を省略した位置・速度検出器が取り付けられており、射出スクリュ２２の回転位置や回転速度を検出する。また、射出用サーボモータ２５には位置・速度検出器２５ａが取り付けられており、射出スクリュ２２の軸方向の位置や速度を検出する。

次に、射出成形機の制御装置について説明する。符号３０は射出成形機を制御する制御装置である。制御装置３０は、プロセッサ（ＣＰＵ）３５、ＲＡＭ３４ａ，ＲＯＭ３４ｂ、不揮発性メモリ３４ｃ等からなるメモリ３４、バス３３、表示装置インタフェース３６を備え、バス３３でこれらの要素が接続されている。ＲＯＭ３４ｂには、可動プラテン３の動作を制御するソフトウェアやエジェクタ装置１３を制御するための突き出し制御用のソフトウェアなど、射出成形機を全体として制御するソフトウェアが格納されている。ソフトウェアとして、型締め開始からの経過時間を計測するタイマー機能も格納されている。また、本発明の実施形態では、メモリ３４のＲＯＭ３４ｂには、図３，図４に示されるフローチャートの処理を実行するソフトウェアが格納されている。

表示装置インタフェース３６には、ＬＣＤ（液晶表示装置）３７が接続されている。また、サーボインタフェース３２には、射出成形機の各可動部を駆動しサーボモータの位置、速度を制御するサーボアンプ３１が接続されている。そして、各可動部を駆動するサーボモータに取り付けられた位置・速度検出器がサーボアンプ３１に接続されている。なお、表示装置インタフェース３６には図示を省略した手動入力による入力部が接続されている。この入力部から、射出工程を開始してから設定型締力が発生するまでの時間をガス抜き時間Ｇｔ（請求項の「第１の時間」に対応する）として入力し、メモリ３４に記憶することができる。

射出成形機には複数の可動部を駆動するために複数のサーボモータが用いられているが、図５では、型締用サーボモータ８用と射出用サーボモータ２５用のサーボアンプ３１のみを示している。そして、サーボアンプ３１はそれぞれのサーボモータ８，２５の位置・速度検出器１２，２５ａと接続され、位置・速度検出信号がそれぞれのサーボアンプ３１にフィードバックされる。なお、エジェクタ用サーボモータ１３ａ、スクリュ回転用サーボモータ２３のサーボアンプ、並びに、それぞれのサーボモータ１３ａ，２３に取り付けられている位置・速度検出器は図示を省略している。

プロセッサ（ＣＰＵ）３５は、予めメモリ３４のＲＯＭ３４ｂに格納されているプログラムを成形条件などに基づいて実行し、射出成形機の各可動部への移動指令を、サーボインタフェース３２を介してサーボアンプ３１に出力する。各サーボアンプ３１は、この移動指令、それぞれの位置・速度検出器（１２，２５ａ）からの位置、速度フィードバック信号に基づいて位置、速度のフィードバック制御、さらには、図示しない電流検出器からの電流フィードバック信号に基づいて電流フィードバック制御を行い、各サーボモータ（８，２５ａ）を駆動制御する。なお、各サーボアンプ３１は、従来技術と同様に、プロセッサとメモリ等で構成されており、この位置、速度のフィードバック制御等の処理をソフトウェアの処理によって実行するものである。なお、ＰＭＣはプログラマブル・マシン・コントローラであり、シーケンス制御により射出成形機本体を制御するための装置である。

Ｘ 移動距離
Ｖ 移動速度
Ａ 時定数
Ｂ 可動盤が一定速度（移動速度Ｖ）で動作する時間
Ｇｔ ガス抜き時間
Ｃｔ 型締め動作時間
Ｔ１ 遅れ時間
Ｔ２ 遅れ時間

１ 固定プラテン
２ リアプラテン
３ 可動プラテン
４ タイバー
５ 金型
５ａ 固定側金型
５ｂ 可動側金型
６ トグルリンク機構
７ ボールネジ
８ 型締用サーボモータ
９ ベルト
１０ プーリ
１１ プーリ
１２ 位置・速度検出器
１３ エジェクタ装置
１３ａ エジェクタ用サーボモータ
１３ｂ 動力伝達部
１３ｃ ボールネジ／ナット機構
１４ 型締力調整機構
１４ａ 型締力調整用モータ
１５ 機台

２０ 射出シリンダ
２１ ノズル部
２２ 射出スクリュ
２３ スクリュ回転用サーボモータ
２４ 動力伝達部
２５ 射出用サーボモータ
２５ａ 位置・速度検出器
２６ 動力伝達部
２７ ホッパ

３０ 制御装置
３１ サーボアンプ
３２ サーボインタフェース
３３ バス
３４ メモリ
３４ａ ＲＡＭ
３４ｂ ＲＯＭ
３４ｃ 不揮発性メモリ
３５ プロセッサ（ＣＰＵ）
３６ 表示装置インタフェース
３７ ＬＣＤ（液晶表示装置）
３８ ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）

Claims (4)

1. 少なくとも型締め工程の一部と射出工程の一部を同時に行なう射出成形機の制御装置において、
   射出工程が開始されてから型締め動作が完了するまでの時間をガス抜き時間である第１の時間として設定する第１の時間設定手段と、
   前記型締め工程の動作時間を第２の時間として取得する第２の時間取得手段と、
   前記第１の時間が前記第２の時間より短い場合には、前記型締め工程を開始後、前記第１の時間と前記第２の時間との差分の時間が経過した後に射出工程を開始する射出工程開始手段と、
   前記第１の時間が前記第２の時間より短くない場合には、前記射出工程を開始後、前記第１の時間と前記第２の時間との差分の時間が経過するまでは金型タッチ位置にて可動盤を停止させ、前記差分の時間を経過した後に型締め工程を開始する型締め工程開始手段と、
   を有することを特徴とする射出成形機の制御装置。
2. 少なくとも型締め工程の一部と射出工程の一部を同時に行なう射出成形機の制御装置において、
   射出工程が開始されてから型締め動作が完了するまでの時間をガス抜き時間である第１の時間として設定する第１の時間設定手段と、
   前記型締め工程の動作時間を第２の時間として取得する第２の時間取得手段と、
   前記第１の時間が前記第２の時間より短い場合には、前記型締め工程を開始後、前記第１の時間と前記第２の時間との差分の時間が経過した後に射出工程を開始する射出工程開始手段と、
   前記第１の時間が前記第２の時間より短くない場合には、前記射出工程と型締め工程を同時に開始する型締め工程開始手段と、
   を有することを特徴とする射出成形機の制御装置。
3. 前記第２の時間取得手段は、前記第２の時間を前記射出成形機で実際に型締め動作を行って計測して取得することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の制御装置。
4. 前記第２の時間取得手段は、前記第２の時間を前記型締め工程の移動距離と移動速度と加減速度から計算して求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の射出成形機の制御装置。