WO2005021237A1 - 射出成形機及び射出成形機の温度制御方法 - Google Patents

射出成形機及び射出成形機の温度制御方法 Download PDF

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Masashi Onishi
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Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
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    • B29C45/72Heating or cooling
    • B29C45/74Heating or cooling of the injection unit

Definitions

  • the present invention relates to an injection molding machine, and more particularly, to an injection molding machine provided with a heating / cooling device that controls the temperature of a cylinder that heats and melts and injects a resin.
  • a heating cylinder is configured by providing a heater around a cylinder having a lip, and the heating cylinder is connected to a material supply unit such as a hopper.
  • a material such as plastic is supplied from a material supply unit into a heating cylinder, melted in the heating cylinder, and then injected from the nozzle by a screw moving in the cylinder.
  • the material supply side of the heating cylinder may be cooled by a water-cooled cooling device or the like to prevent the resin from melting at this part.
  • the heating cylinder has a temperature distribution in a direction from the material supply unit to the nozzle, that is, in a longitudinal direction of the heating cylinder.
  • an optical disc such as a CD or DVD requires extremely high dimensional accuracy.
  • an injection molding machine for molding molded products with high dimensional accuracy it is necessary to control the temperature distribution in the longitudinal direction of the heating cylinder with high precision.
  • the heating cylinder is divided into a plurality of zones in the longitudinal direction, and the temperature in each zone is measured and detected.
  • Another is the arrangement of a single temperature sensor composed of thermocouples.
  • high-precision injection molding can be performed by individually controlling the temperature of the heaters in each zone.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a plurality of band-shaped heaters are arranged on a cylinder at intervals and temperature sensors are provided before and after each heater, so that zones adjacent to each other are provided. Disclosed is a method and apparatus for adjusting the temperature, which can suppress the thermal effect during the heating. Disclosure of the invention
  • Patent Document 1 discloses a technique capable of changing the temperature distribution in a cylinder only by detecting the temperature in the longitudinal direction of the cylinder constituting the heating cylinder, and discloses any technique. , What?
  • an object of the present invention is to provide an injection molding machine that can change the setting of the temperature distribution of a heating cylinder with high accuracy. Further, the present invention provides an injection molding machine that detects the temperature near both the inner wall of the cylinder constituting the heating cylinder and the vicinity of the heater, obtains the temperature distribution, and controls the temperature with high accuracy based on the obtained temperature distribution. That is the task. Means for solving the problem
  • a cylinder provided with a heater and a cylinder are provided at a plurality of positions of a cylinder, and a temperature at a plurality of positions of the cylinder is measured.
  • An injection molding machine is provided, comprising: a plurality of temperature sensors to be detected; and a control device that selectively uses a detected temperature value output from the temperature sensor to control an input to a heater.
  • the plurality of positions include two or more different positions along the longitudinal direction of the cylinder.
  • the plurality of positions include two or more different positions within the wall surface of the cylinder and along the radial direction of the cylinder.
  • the plurality of temperature sensors include a first temperature sensor provided at a position near the inner surface of the cylinder and a second temperature sensor provided at a position closer to the heater than the first temperature sensor. It may be included.
  • the cylinder is divided into a plurality of zones along the longitudinal direction, and the plurality of temperature sensors are provided in each of the plurality of zones. You can even do that.
  • the injection molding machine according to the present invention may include a display input device for displaying the temperature detection values of the plurality of temperature sensors and for inputting the temperature set for each zone.
  • a temperature control method for an injection molding machine including a cylinder extending in a longitudinal direction and a heater provided to surround a periphery of the cylinder. Detecting temperatures at multiple positions of the cylinder, selecting a temperature detection value used to control the temperature of the cylinder from the temperature detection values detected at multiple positions, and using the selected temperature detection value. Further, there is provided a temperature control method for an injection molding machine, wherein the temperature of a cylinder is controlled.
  • the plurality of positions include two or more different positions along the longitudinal direction of the cylinder. Further, the plurality of positions preferably include two or more different positions in the wall surface of the cylinder and along the radial direction of the cylinder.
  • a desired temperature gradient with respect to the melting temperature of the resin can be easily obtained without changing the temperature setting or the mounting position of the temperature sensor.
  • failures that occur in the plasticization process such as poor penetration, poor deaeration, burns, discoloration, etc.
  • the condition can be easily solved.
  • FIG. 1 is a side view showing an overall configuration of an electric injection molding machine as an example of an injection molding machine to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the injection device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a temperature control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view of a heating cylinder.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a controller shown in FIG. 3.
  • FIG. 1 is a side view showing the overall configuration of an electric injection molding machine as an example of an injection molding machine to which the present invention is applied.
  • the electric injection molding machine 100 shown in FIG. 1 includes an injection device 50 and a mold device 70.
  • the injection device 50 includes a heating cylinder, and the heating cylinder 51 is provided with a hopper 52.
  • a screw 53 is provided in the heating cylinder so as to be able to move forward and backward and rotate freely.
  • the rear end of the screw 53 is rotatably supported by a support member 54.
  • a measuring motor 55 such as a servo motor is attached to the support member 54 as a drive unit.
  • the rotation of the weighing motor 55 is transmitted to the screw 53 of the driven part via the timing belt 56 attached to the output shaft 61.
  • a rotation detector 62 is connected to the rear end of the output shaft 61. The line detector 62 detects the rotation speed of the screw 53 by detecting the number of rotations or the amount of rotation of the measuring motor 55.
  • the injection device 50 has a screw shaft 57 parallel to the screw 53.
  • the rear end of the screw shaft 57 is connected to the injection motor 59 via a timing belt 58 attached to an output shaft 63 of the injection motor 59 such as a servomotor. Therefore, the screw shaft 57 can be rotated by the injection motor 59.
  • the front end of the screw shaft 57 is engaged with a nut 60 fixed to the support member 54.
  • a position detector 64 is connected to the rear end of the output shaft 63 of the injection motor 59. The position detector 64 detects the position of the screw 53 indicating the driving state of the screw 53 by detecting the number of rotations or the amount of rotation of the injection motor 59.
  • the mold clamping device 70 has a movable platen 72 to which a movable mold 71 is attached, and a fixed platen 74 to which a fixed mold 73 is attached.
  • the movable platen 72 and the fixed platen 74 are connected by a fiber 75.
  • the movable platen 72 is slidable along the tie bar 75.
  • the mold clamping device 70 has a toggle mechanism 77 having one end connected to the movable platen 72 and the other end connected to the toggle support 76.
  • a ball screw shaft 79 is rotatably supported.
  • a nut 81 formed on a cross head 80 provided on the toggle mechanism 77 is engaged with the ball screw shaft 79.
  • a pulley 82 is provided, and a timing belt is provided between an output shaft 83 of a mold clamping motor 78 such as a servomotor and the pulley 82.
  • the mold clamping motor 78 When the mold clamping motor 78 is driven in the mold clamping device 70, the rotation of the mold clamping motor 78 is transmitted to the ball screw shaft 79 via the timing belt 84. Then, the rotary motion is converted into a linear motion by the ball screw shaft 79 and the nut 81, and the toggle mechanism operates. By the operation of the toggle mechanism 77, the movable platen 72 moves along the tie bar 75, and the mold is closed, clamped and opened.
  • a position detector 85 is connected to the rear end of the output shaft 83 of the mold clamping motor 78.
  • the position detector 85 detects the number of rotations or the amount of rotation of the mold clamping motor 78, and is connected to the crosshead 80 or the crosshead 80 that moves with the rotation of the ball screw shaft 79 by the toggle mechanism 77. Detects the position of platen 72.
  • FIG. 2 is a sectional view of the injection device 50.
  • the injection device 50 has the heating cylinder 51 and the screw 53 that can rotate and move back and forth in the heating cylinder 51 as described above.
  • an injection nozzle 105 having a nozzle opening 106 with an S-shape is provided.
  • a resin supply port 112 is formed at a predetermined position of the heating cylinder 51.
  • a hopper 52 is connected to the resin supply port 112 via a connection cylinder 113, and the resin pellets 115 in the hopper 52 are supplied into the heating cylinder 51 through the connection cylinder 113 and the resin supply port 112.
  • planar band heaters hi, h2, h3 are attached on the outer periphery of the heating cylinder 51. By energizing the band heaters hi, h2, and h3, the resin pellets 115 can be heated and melted in the heating cylinder 51.
  • the screw 53 has a flight section 102, a screw head 107 provided at the front end of the flight section 102, and a seal section 108.
  • the flight portion 102 has a flight 103 formed in a spiral shape on the outer peripheral surface of the screw 53 main body, and the flight 103 forms a spiral groove 104. Also, in the flight portion 102, from the rear to the front, in order, the resin pellets 115 dropped from the hopper 52 are supplied and sent forward. A measuring zone S3 for measuring a fixed amount of the melted resin is formed.
  • the resin pellets 115 are supplied to the feed zone S1 from the resin supply port 112, and are advanced (moved to the left in the drawing) in the grooves 104. Along with this, the screw 53 is retracted (moved to the right in the figure), and the resin is stored in front of the screw head 107. Note that the resin in the groove 104 remains in the shape of a pellet in the feed zone S1, becomes semi-molten in the compression zone S2, and is completely melted in the measuring section S3 to be liquid. Then, when the screw 53 is advanced in the injection process, the liquid resin stored in front of the screw head 107 is injected from the injection nozzle 105, and is filled into the cavity of the fixed mold 73 of the mold apparatus 70. You.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a temperature control device of an injection molding machine according to one embodiment of the present invention.
  • the temperature control device is a device for controlling the temperature of the heating cylinder 51 described above.
  • the heating cylinder 51 and the ejection nozzle 105 are divided into four zones along the longitudinal direction from the cooling cylinder 13 to the ejection nozzle 105.
  • the four zones are referred to as a first zone 21, a second zone 22, a third zone 23, and a fourth zone 24 in order from the zone adjacent to the cooling cylinder 13.
  • Nosore 105 forms the fourth zone 24.
  • the water-cooled cylinder 13 is a cylinder provided to cool the hopper 52 and its vicinity, and is provided to maintain the temperature around the hopper 52 at a certain temperature or lower.
  • a heater is also provided around the nozzle 105 to heat the nozzle 105. This heater is referred to as heater h4.
  • band heaters hi, h2, h3 that are individually energized are arranged on the outer periphery of the heating cylinder 51, as shown in FIG.
  • three sets of temperature sensors A_l, A-2; B-1, B—2; C—1, C_2 are arranged in the first zone 21 in the longitudinal direction.
  • three sets of temperature sensors D_l, D-2; E-1, E-2; F-1, F_2 force S are placed in the second zone 22;
  • a set of temperature sensors G-1 and G-2; H-1, H-2; I-1, 1_2 is arranged.
  • the fourth zone 24 is provided with two sets of temperature sensors J-1, U2; K-1, and II-2.
  • Temperature sensor A-1 is In order to detect the temperature of the inner surface of the heating cylinder 51, the hole is provided in a hole having a depth of 1/2 or more of the wall pressure of the cylinder from the outer peripheral surface of the heating cylinder 51, preferably a hole reaching near the inner surface. ing.
  • the temperature sensor A-2 is embedded at a position closer to the heater hi than the temperature sensor A-1, preferably at a position closer to the outer peripheral surface of the heating cylinder 51.
  • the temperature sensors A-1 and A-2 are provided at different positions in the radial direction on the same cross section of the heating cylinder 51. In the example shown in FIG. 4, the temperature sensors A-1 and A_2 are different from each other. Radially opposite position, ie 180
  • a plurality of temperature sensors are provided even in the zone of the same heater along the longitudinal direction of the injection nozzle 105 and the heating cylinder 51, and different depths of the same cross section are provided. Further, a plurality of temperature sensors are provided.
  • each set of temperature sensors (for example, A-1, A-2) is connected to a controller 30 having a first switch, described later, for selecting one of the temperature sensors. ing.
  • the controller 30 is provided with a measurement value from each temperature sensor as an input signal, performs a calculation based on the measurement value, and outputs a switching signal according to the calculation result, and is turned on and off by the switching signal.
  • the heaters hi, hi provided in the first to fourth zones 21-24.
  • a power supply K303 for supplying electricity to h2, h3, and h4 is provided.
  • the temperature control unit 301 is connected to a display input device 35 that displays a measurement value from a temperature sensor and inputs a temperature set value to give to the temperature control unit 301.
  • the display input device 35 is preferably a display device, and displays a display setting screen as shown.
  • the illustrated display setting screen includes a temperature detection value display section 351 for displaying a measured value from a temperature sensor in each zone, that is, a temperature detection value for each zone, and a temperature setting section for setting the temperature of each zone as a set value. 352 and a control sensor selection unit 353 for selecting a temperature sensor in each zone are displayed.
  • the temperature control unit 301 performs control calculation based on the difference between the temperature detected by the temperature sensor selected by the display input device 35 and the set temperature, and sets the calculation result as a switching signal, Output to the second switch 302—1—302—4 provided corresponding to the heater in the zone. That is, the switching signal from the temperature control unit 301 is a signal for determining the ON period of the second switch 302-1 302-4, and the second switch 302-1 302-4 is turned on. Controls the on-duty that represents the ratio of time. As a result, the energization time in each zone is controlled, and the temperature of the nozzle 105 and the position of the heating cylinder 51 where the selected temperature sensor is disposed is kept constant.
  • the temperature of the heating cylinder 51 has a temperature distribution that is not constant even in the radial direction but in the longitudinal direction. This is because the temperature of the molten resin inside the heating cylinder 51 is different from the temperature of the outer periphery of the heating cylinder 51 that is in contact with the heaters hi, h2, and h3.
  • the temperature controlled for each of the zones 21 to 24 is the temperature at the position where the temperature sensor detects the temperature, and the temperature at each position is also the temperature of the heating cylinder 51 as described above. It is changing in the longitudinal direction. For example, the temperature in the heaters A-1 and A-2 closest to the water-cooled cylinder 13 will be described. In the longitudinal direction, the temperature is closer to the water-cooled cylinder 13; But the temperature is getting low. Therefore, the on-duty of the heater changes depending on where the temperature control point is selected, and as a result, the amount of heat applied to the heating cylinder 51 changes.
  • the temperature is controlled using the temperature sensor A-1 installed inside the heating cylinder 51 at the position closest to the water cooling cylinder 13, the amount of heat absorbed by the water cooling cylinder at the temperature measurement point will be compensated. As a result, the on-duty of heater A-1 increases. As a result, the amount of heat applied to the heating cylinder 51 as a whole zone increases as compared to performing temperature control using the temperature sensor C-11 installed at the same position in the radial direction and farthest from the water cooling cylinder 13 in the zone 21. Therefore, the temperature gradient becomes steep.
  • Arranging the temperature sensors in the radial direction in this manner is particularly effective in the compression zone S2 (see FIG. 2).
  • the compression zone S2 shown in FIG. 2 is a region almost corresponding to the zone 22 in FIG.
  • the resin pellet 115 supplied from the feed zone S1 is melted by the heat applied to the heating cylinder 51 and the heat when the resin is sheared by the screw 53.
  • the faster the screw 53 rotates and the higher the back pressure the more shear heat is generated. If the shearing heat is too large, molding defects such as discoloration of the resin will occur. If the heat from the heating cylinder 51 (heat from the heater) is small, the resin pellets 115 cannot be melted appropriately.
  • the temperatures at different positions in the radial direction are detected, and it is determined whether the heat is moving inward or outward in the wall of the heating cylinder 51.
  • the heat is moving inward in the wall of the heating cylinder 51, it can be determined that the heat is being transferred from the heater to the resin via the heating cylinder 51.
  • the temperature difference where the inside temperature is high is too large, it can be determined that there is a possibility that the resin will be discolored due to too much shear heat of the resin. In this case, since it is necessary to change the molding conditions, it is preferable to issue some warning to notify the operator.
  • the temperature distribution in the radial direction is detected by the plurality of temperature sensors, and the power applied to each heater is controlled, whereby the heating cylinder is heated.
  • the die temperature can be controlled with high precision, and the molding conditions can be controlled with high precision.
  • the controller 30 includes a temperature control unit including a first switch unit 28 that receives a temperature measurement value from the temperature sensors A-1 to K-2 and selects a measurement value according to a sensor selection signal from the display input device 35. 301 and a second switch 302-1-302-4.
  • the temperature control units 301-1 301-4 constituting the temperature control unit 301 correspond to the zones 21 and 24, respectively, and the first switches 28-1 28-4 constituting the first switch unit 28 also belong to the zones 21-24. Each one corresponds to 24.
  • the first switch 28-1 receives the measurement value from the temperature sensor A-1-1 C-12 provided in the zone 21 together with the sensor selection signal and the temperature set value of the zone 21. It is possible.
  • a temperature measurement value from the temperature sensor D-1F-2 provided in the zone 22 is given together with a sensor selection signal and a temperature set value of the zone 22.
  • the first switches 28-3 and 28-4 respectively receive the temperature measurement values from the temperature sensors G-1 and I-2 and the temperature sensors J-1 and K-2, respectively, as sensor selection signals and temperature set values. Is given with In FIG. 5, the temperature control unit 301-3 and the second switch 302-3 related to the zone 23 are omitted for simplification of the drawing.
  • the first switches 28-1-28-4 select the temperature detection values of the temperature sensors A-1 and K2 in accordance with the sensor selection signal, and output to the subtracters 40-1 to 40-4. .
  • the subtracters 40-1—40-4 are provided in the zones 21—24 provided from the display / input device 35.
  • Each of the PID calculation units 42—1 42—4 includes a PID controller 41—11—41—14, and outputs a switching signal having an on-duty corresponding to the input difference to a second switch 302—1—302—2. 4 is supplied as a zone selection signal.
  • the second switch 302-1 30 2-4 corresponding to the zone selection signal is turned on, and the power from the power source 303 is supplied to the heaters in the zones 21-24.
  • the heater of each zone is controlled by selecting the zone and the temperature sensor. This allows fine adjustment based on the cylinder temperature distribution. Temperature control can be performed.
  • the present invention can suitably control the temperature of the heating cylinder in accordance with the zone, and is suitable for an injection molding machine that needs to perform high-precision injection molding.

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Abstract

 射出成形機において、ヒータが設けられた加熱シリンダの複数の位置に温度を検出する複数の温度センサを設ける。制御装置は、温度センサから出力される温度検出値を選択的に用いてヒータへの入力を制御する。したがって、加熱シリンダの温度分布を高精度で設定変更することができる。

Description

明 細 書
射出成形機及び射出成形機の温度制御方法
技術分野
[0001] 本発明は射出成形機に係り、より詳細には、樹脂を加熱 ·溶融して射出するシリン ダの温度を制御する加熱'冷却装置を備えた射出成形機に関する。
背景技術
[0002] 従来の射出成形機では、ノズノレを有するシリンダの周りにヒータを設けることにより 加熱シリンダを構成すると共に、加熱シリンダをホッパ等の材料供給部に連結するこ とが一般的である。通常、プラスチック等の材料は、材料供給部から加熱シリンダ内 に供給され、加熱シリンダ内で溶融された後、シリンダ内で移動するスクリューによりノ ズルから射出される。加熱シリンダの材料供給部側はこの部分で樹脂が溶融してしま わないように、水冷冷却装置等により冷却されることもある。
[0003] 上述のような構成を有する射出成形機において、加熱シリンダは、材料供給部から ノズノレへ向力う方向、即ち、加熱シリンダの長手方向に温度分布を有している。
[0004] ここで、射出成形機によって成形される成形品において、例えば CD或いは DVD のような光ディスクには、極めて高い寸法精度が要求される。高寸法精度の成形品を 成形するための射出成形機では、加熱シリンダの長手方向における温度分布を高精 度に制御する必要がある。
[0005] 従来、加熱シリンダの長手方向の温度分布を制御する射出成形機として、加熱シリ ンダを長手方向に複数のゾーンに区分し、各ゾーンにおける温度を測定、検出する ために、各ゾーン毎に、熱電対によって構成された単一の温度センサを配置したもの 力ある。この構成の射出成形機では、各ゾーンのヒータを個別に温度制御することに より、高精度の射出成形を行うことができる。
[0006] し力しながら、上記したような温度制御では、近年の成形品の高寸法精度化への要 求に十分には対処できない状況になっている。即ち、熱電対の温度検出を各加熱ゾ ーンに対して 1点についてだけ行ったのでは、高寸法精度の要求に応えられない場 合が多くなつている。 [0007] また、加熱シリンダ内での樹脂の最適な温度条件を得るためには、加熱シリンダの 温度勾配を変更する必要があるが、温度勾配を変更するには、各ゾーンの温度設定 を変更しなければならない。しかし、従来の温度制御では、各ゾーンの温度設定を変 更することができるだけであり、設定できる温度勾配には限界があった。温度センサ の位置を変更して温度勾配を変更することも考えられるが、温度センサを構成する熱 電対の位置を変更するには、加熱シリンダのヒータ及びシリンダに穴を空け直す必要 があり、多大な労力を要する。
[0008] 特開平 5—237892号公報(特許文献 1)は、複数のバンド形のヒータを間隔をおい てシリンダ上に配置し、各ヒータの前後に温度センサを設けることにより、互いに隣接 するゾーン間の熱的影響を抑制できる温度調節方法及び装置を開示している。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 従来の射出成形機では、加熱シリンダを構成するシリンダの内面における温度を検 出することに重点が置かれ、シリンダに装着されたヒータの温度を検出する必要性に ついては指摘されていない。
[0010] 更に、特許文献 1に開示された技術では、加熱シリンダの長手方向における熱的影 響だけが考慮されている。このため、各ヒータの両側に位置する部位における加熱シ リンダの温度をそれぞれ検出し、両者の平均値に基づレ、て各ヒータの温度制御を行 つている。すなわち、特許文献 1は加熱シリンダを構成するシリンダの長手方向の温 度を検出することを開示しているだけで、シリンダにおける温度分布を変更できる技 術にっレ、ては何等開示してレ、なレ、。
[0011] そこで、本発明は、加熱シリンダの温度分布を高精度で設定変更できる射出成形 機を提供することを課題とする。また、本発明は、加熱シリンダを構成するシリンダの 内壁近傍及びヒータ近傍双方の温度を検出し、温度分布を求め、求めた温度分布 に基づいて温度を高精度で制御する射出成形機を提供することを課題とする。 課題を解決するための手段
[0012] 上述の目的を達成するために、本発明の一つの面によれば、ヒータが設けられたシ リンダと、シリンダの複数の位置に配置され、シリンダの複数の位置における温度を 検出する複数の温度センサと、温度センサから出力される温度検出値を選択的に用 いてヒータへの入力を制御する制御装置とを有することを特徴とする射出成形機が 提供される。
[0013] 上述の本発明による射出成形機において、複数の位置は、シリンダの長手方向に 沿って異なる 2つ以上の位置を含むことが好ましい。また、複数の位置は、シリンダの 壁面内であってシリンダの径方向に沿って異なる 2つ以上の位置を含むことが好まし レ、。この場合、複数の温度センサは、シリンダの内面の近傍の位置に設けられた第 1 の温度センサと、第 1の温度センサよりもヒータに近い位置に設けられた第 2の温度セ ンサとを含むこととしてもよい。
[0014] また、本発明による射出成形機において、シリンダは前記長手方向に沿って複数の ゾーンに区分されており、該複数のゾーンの各々に前記複数の温度センサが設けら れてレ、ることとしてもよレ、。さらに、本発明による射出成形機は、複数の温度センサの 温度検出値を表示するとともに、各ゾーンに対して設定する温度を入力する表示入 力装置を備えていることとしてもよい。
[0015] また、本発明の別の面によれば、長手方向に延在するシリンダと、シリンダの周囲を 囲むように設けられたヒータとを備えた射出成形機の温度制御方法であって、シリン ダの複数の位置の温度を検出し、複数の位置で検出された温度検出値から、シリン ダの温度を制御するために用いる温度検出値を選択し、選択された温度検出値を用 レ、てシリンダの温度を制御することを特徴とする射出成形機の温度制御方法が提供 される。
[0016] 上述の本発明による射出成形機の温度制御方法において、複数の位置は、シリン ダの長手方向に沿って異なる 2つ以上の位置を含むことが好ましい。また、複数の位 置は、シリンダの壁面内であってシリンダの径方向に沿って異なる 2つ以上の位置を 含むことが好ましい。
発明の効果
[0017] 本発明によれば、温度設定を変更したり、温度センサの取り付け位置を変更しなく ても樹脂の溶融温度に対して所望の温度勾配を簡単に得ることが出来る。その結果 、さらに嚙みこみ不良や脱気不良、ャケ、変色などといった可塑化工程で発生する不 具合を容易に解決することができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明が適用される射出成形機の一例としての電動射出成形機の全体構成を 示す側面図である。
[図 2]図 1に示す射出装置の断面図である。
[図 3]本発明の一実施例による温度制御装置の概略構成を示す図である。
[図 4]加熱シリンダの断面図である。
[図 5]図 3に示されたコントローラの構成を示すブロック図である。
符号の説明
[0019] 50 射出装置
51 加熱シリンダ
53 スクリュー
105 射出ノズル
hi, h2, h3, h4 ヒータ
21— 24 ゾーン
30 コントローラ
35 表示入力装置
A-1-K-1 , A-2— K-2 温度センサ
28 第 1のスィッチ部
28-1-28-4 第 1のスィッチ
41- 1-41-4 PID制御器
42- 1-42-4 PID演算部
301 温度制御部
301- 1-301-4 温度制御ユニット
302— 1— 302—4 第 2のスィッチ
303 電源
発明を実施するための最良の形態
[0020] まず、本発明が適用される射出成形機の一例について、図 1を参照しながら説明す る。図 1は本発明が適用される射出成形機の一例としての電動射出成形機の全体構 成を示す側面図である。
[0021] 図 1に示す電動射出成形機 100は、射出装置 50及び金型装置 70から構成される
[0022] 射出装置 50は、加熱シリンダを備え、加熱シリンダ 51にはホッパ 52が設けられる。
加熱シリンダ内にはスクリュー 53が進退自在かつ回転自在に設けられる。スクリュー 5 3の後端は支持部材 54によって回転自在に支持される。支持部材 54にはサーボモ ータ等の計量モータ 55が駆動部として取り付けられる。計量モータ 55の回転は出力 軸 61に取り付けられたタイミングベルト 56を介して被駆動部のスクリュー 53に伝達さ れる。出力軸 61の後端には回転検出器 62が接続されている。回線検出器 62は、計 量モータ 55の回転数又は回転量を検出することで、スクリュー 53の回転速度を検出 する。
[0023] 射出装置 50はスクリュー 53に平行なねじ軸 57を有する。ねじ軸 57の後端は、サー ボモータ等の射出モータ 59の出力軸 63に取り付けられたタイミングベルト 58を介し て、射出モータ 59に連結されている。したがって、射出モータ 59によってねじ軸 57を 回転させることができる。ねじ軸 57の前端は支持部材 54に固定されたナット 60に係 合している。射出モータ 59を駆動し、タイミングベルト 58を介してねじ軸 57を回転さ せると、支持部材 54は前後進可能となり、その結果、被駆動部のスクリュー 53を前後 移動させることができる。射出モータ 59の出力軸 63の後端には位置検出器 64が接 続されている。位置検出器 64は射出モータ 59の回転数又は回転量を検出すること で、スクリュー 53の駆動状態を示すスクリュー 53の位置を検出する。
[0024] 型締装置 70は、可動金型 71が取り付けられる可動プラテン 72と、固定金型 73が 取り付けられる固定プラテン 74を有する。可動プラテン 72と固定プラテン 74とは、タ ィバー 75によって連結される。可動プラテン 72はタイバー 75に沿って摺動可能であ る。また、型締装置 70は、一端が可動プラテン 72と連結し、他端がトグルサピート 76 と連結するトグル機構 77を有する。トグルサポート 76の中央部において、ボールねじ 軸 79が回転自在に支持される。ボールねじ軸 79には、トグル機構 77に設けられたク ロスヘッド 80に形成されたナット 81が係合している。また、ボールねじ軸 79の後端に はプーリー 82が設けられ、サーボモータ等の型締モータ 78の出力軸 83とプーリー 8 2との間には、タイミングベルトが設けられている。
[0025] 型締装置 70において、駆動部たる型締モータ 78を駆動すると、型締モータ 78の 回転がタイミングベルト 84を介してボールねじ軸 79に伝達される。そして、ボールね じ軸 79及びナット 81によって、回転運動から直線運動に変換され、トグル機構が作 動する。トグル機構 77の作動により、可動プラテン 72はタイバー 75に沿って移動し、 型閉じ、型締め及び型開きが行なわれる。型締モータ 78の出力軸 83の後端には、 位置検出器 85が接続されている。位置検出器 85は、型締モータ 78の回転数又は 回転量を検出することにより、ボールねじ軸 79の回転に伴って移動するクロスヘッド 8 0又はトグル機構 77によってクロスヘッド 80に連結された可動プラテン 72の位置を検 出する。
[0026] 次に、本発明に関連する部分である射出装置 50の構成について、図 2を参照しな がら説明する。図 2は射出装置 50の断面図である。
[0027] 射出装置 50は、上述のように加熱シリンダ 51と加熱シリンダ 51の中で回転及び前 後移動可能なスクリュー 53を有する。加熱シリンダ 51の先端には、ノズル口 106力 S形 成された射出ノズル 105が設けられる。加熱シリンダ 51の所定の位置に樹脂供給口 112が形成される。樹脂供給口 112には、接続筒 113を介してホッパ 52が接続され 、ホッパ 52内の樹脂ペレット 115が接続筒 113及び樹脂供給口 112を通って加熱シ リンダ 51内に供給される。また、加熱シリンダ 51の外周には、面状のバンドヒータ hi , h2, h3が取り付けられている。バンドヒータ hi , h2, h3に通電することにより加熱シ リンダ 51内で樹脂ペレット 115を加熱し、溶融させることができる。
[0028] スクリュー 53は、フライト部 102、フライト部 102の前端に設けられたスクリュヘッド 10 7及びシール部 108を有する。フライト部 102は、スクリュー 53本体の外周面に螺旋 状に形成されたフライト 103を有し、フライト 103によって螺旋状の溝 104が形成され る。また、フライト部 102には後方から前方にかけて順に、ホッパ 52から落下した樹脂 ペレット 115が供給され前方に送られる送りゾーン S 1、供給された樹脂ペレット 115 を圧縮しながら溶融させる圧縮ゾーン S2、及び溶融させられた樹脂を一定量計量す る計量ゾーン S3が形成される。 [0029] 計量工程時にスクリュー 53を正方向に回転させると、樹脂ペレット 115は樹脂供給 口 112から送りゾーン S1に供給され、溝 104内を前進(図における左方に移動)させ られる。それに伴って、スクリュー 53が後退(図のける右方に移動)させられ、樹脂が スクリュヘッド 107の前方に蓄えられる。なお、溝 104内の樹脂は、送りゾーン S1にお いてペレットの形状のままであり、圧縮ゾーン S2において半溶融状態になり、計量部 S3において完全に溶融させられて液状になる。そして、射出工程時に、スクリュー 53 を前進させると、スクリュヘッド 107の前方に蓄えられた液状の樹脂は、射出ノズル 10 5から射出され、金型装置 70の固定金型 73のキヤビティ空間に充填される。
[0030] 次に、本発明の一実施例について図 3を参照しながら説明する。図 3は本発明の一 実施例による射出成形機の温度制御装置の構成を示す図である。温度制御装置は 上述の加熱シリンダ 51の温度を制御するための装置である。
[0031] 図 3に示すように、加熱シリンダ 51及び射出ノズル 105は、冷却シリンダ 13から射 出ノズル 105に至る長手方向沿って、 4つのゾーンに区分されている。ここでは、 4つ のゾーンを冷却シリンダ 13に隣接したゾーンから順に、第 1のゾーン 21、第 2のゾー ン 22、第 3のゾーン 23、第 4のゾーン 24と称する。したがって、ノズノレ 105は第 4のゾ ーン 24を形成している。なお、水冷シリンダ 13はホッパ 52及びその近傍を冷却する ために設けられるシリンダであり、ホッパ 52の周囲を一定の温度以下に維持するため に設けられている。また、図示はしていなレ、が、ノズル 105の周囲にもヒータが設けら れており、ノズル 105を加熱している。このヒータをヒータ h4と称することとする。
[0032] 第 1乃至第 3のゾーン 21— 23には、図 4に示すように、個別に通電されるバンドヒー タ hi , h2, h3が加熱シリンダ 51の外周に配置されている。また、図 1に示す例では、 第 1のゾーン 21に、長手方向に 3組の温度センサ A_l , A-2 ; B-1, B— 2 ; C— 1, C _2が配置されており、同様に、第 2のゾーン 22には、 3組の温度センサ D_l, D-2 ; E— 1 , E-2 ; F-1, F_2力 S酉己置され、第 3のゾーン 23にも 3組の温度センサ G—l, G— 2 ; H-1 , H-2 ; I-1 , 1_2が配置されている。更に、第 4のゾーン 24には、 2組の温度 センサ J—1,卜 2 ;K— 1, Κ一 2が設けられている。
[0033] 各組の温度センサの加熱シリンダ 51及びノズル 105に対する位置は、同様である ので、図 4に示す温度センサ Α— 1 , A— 2を例に取って説明する。温度センサ A— 1は 加熱シリンダ 51の内面の温度を検出するために、加熱シリンダ 51の外周面からシリ ンダの壁圧の 1/2以上の深さを有する孔、好ましくは内面近くにまで達する孔内に 坦設されている。温度センサ A— 2はヒータ hiの温度を検出するために、温度センサ A— 1よりヒータ hiに近レ、位置、好ましくは加熱シリンダ 51の外周面に近レ、位置に埋 設されている。温度センサ A— 1と A— 2とは、加熱シリンダ 51の同一断面上で、半径 方向に互いに異なる位置に設けられており、図 4に示す例では、温度センサ A— 1と A _2とは半径方向に反対側の位置、即ち、 180
。 離れた位置に設けられている。
[0034] 以上のように、本実施例では、射出ノズル 105及び加熱シリンダ 51の長手方向に 沿って同一ヒータによるゾーンであっても複数の温度センサが設けられ、また、同一 断面の異なった深さに複数の温度センサが設けられている。
[0035] 図 3に示すように、各組の温度センサ(例えば、 A— 1, A-2)は、温度センサの 1つ を選択する後述する第 1のスィッチを備えたコントローラ 30に接続されている。コント ローラ 30は、各温度センサからの測定値が入力信号として与えられ、測定値に基づ レ、て演算を行い、演算結果に応じたスイッチング信号を出力する温度制御部 301、 スイッチング信号によってオンオフを行う第 2のスィッチ 302—1— 302— 4、及び、第 2 のスィッチ 302—1— 302—4を介して、第 1乃至第 4のゾーン 21— 24に設けられたヒ ータ hi , h2, h3, h4に通電する電 K303とを備えている。
[0036] 温度制御部 301は、温度センサからの測定値を表示すると共に温度設定値を入力 して温度制御部 301に与える表示入力装置 35に接続されている。表示入力装置 35 は、好ましくはディスプレイ装置であり、図示されたような表示設定画面を表示する。 図示された表示設定画面には、各ゾーンにおける温度センサからの測定値、即ち、 温度検出値をゾーン毎に表示する温度検出値表示部 351、各ゾーンの温度を設定 値として設定する温度設定部 352、及び、各ゾーンにおける温度センサを選択する 制御用センサ選択部 353とが表示される。
[0037] 表示設定画面には、各温度センサの検出温度が全て表示され、また、表示入力装 置 35には、ノズル 12及び加熱シリンダ 10の各ゾーンの温度制御を同一ゾーン内に 設置された複数の温度センサのうち、どの温度センサを用いて制御するかを選択出 来るスィッチが具備されてレ、る。
[0038] 一方、温度制御部 301は、表示入力装置 35で選択された温度センサの検出温度 と、設定された温度の差に基づいて制御演算を行い、演算結果をスイッチング信号と して、各ゾーンのヒータに対応して設けられた第 2のスィッチ 302— 1— 302— 4に出力 する。即ち、温度制御部 301からのスイッチング信号は、第 2のスィッチ 302—1 30 2— 4のオン期間を決定する信号であり、第 2のスィッチ 302— 1 302— 4がオンして レ、る時間の割合を表すオンデューティを制御する。この結果、各ゾーンにおける通電 時間が制御され、ノズル 105及び加熱シリンダ 51の選択された温度センサが配置さ れた位置の温度が一定に保たれる。
[0039] 次に、図 2に示すように 2つの温度センサを径方向に互いに異なる位置に配置する 理由について説明する。加熱シリンダ 51の温度は長手方向だけでなぐ径方向にお いても一定ではなぐ温度分布を有している。これは、加熱シリンダ 51内側の溶融樹 脂の温度と、ヒータ hi, h2, h3に接触している加熱シリンダ 51の外周の温度とが異 なっているためである。
[0040] 更に、各ゾーン 21— 24毎に制御されている温度は温度センサが温度を検出して レ、る位置の温度であって、各位置の温度も前述したように、加熱シリンダ 51の長手方 向に変化している。例えば、水冷シリンダ 13に、最も近い位置のヒータ A— 1、 A— 2に おける温度について説明すると、長手方向には水冷シリンダ 13に近レ、位置では温度 が低ぐ径方向では内径に近い方が温度が低くなつている。従って、温度制御する点 をどこに選ぶかによつて、ヒータのオンデューティが変化し、その結果、加熱シリンダ 5 1に与えられる熱量が変化する。例えば、水冷シリンダ 13に最も近い位置で、加熱シ リンダ 51の内側に設置された温度センサ A— 1を用レ、て温度制御を行うと、温度測定 点の水冷シリンダに吸収される熱量を補償しょうとして、ヒータ A— 1のオンデューティ が高まる。その結果、径方向に同じ位置でゾーン 21の水冷シリンダ 13から最も遠い 位置に設置された温度センサ C一 1を用いて温度制御を行うよりもゾーン全体として加 熱シリンダ 51に与えられる熱量が増えるため、温度勾配が急になる。
[0041] 反対に、径方向に同じ位置でゾーン 21の水冷シリンダ 13から最も遠い位置に設置 された温度センサ C一 1を用いて温度制御を行えば温度勾配は緩やかになる。このよ うな特性を利用することによって、嚙みこみ不良や脱気不良、ャケ、変色などの可塑 化に起因する問題解決が容易になる。
[0042] ここで、図 4に示すように複数の温度センサ(図では 2つ)を径方向に異なる位置に 配置した場合の効果について説明する。
[0043] このように径方向に温度センサを配置することは、特に圧縮ゾーン S2 (図 2参照)に おいて効果的である。図 2に示す圧縮ゾーン S2は図 3におけるゾーン 22にほぼ対応 した領域である。圧縮ゾーン S2では、加熱シリンダ 51に印加される熱とスクリュー 53 により樹脂をせん断する際の熱により、送りゾーン S1から供給されてくる樹脂ペレット 115が溶融される。ここで、スクリュー 53の回転が速く背圧が高いほど、せん断熱が 多く発生する。せん断熱が多すぎると樹脂のャケゃ変色などの成形不良を引き起こ す。また、加熱シリンダ 51からの熱(ヒータからの熱)が少ないと樹脂ペレット 115を適 度に溶融させることができない。
[0044] そこで、圧縮ゾーン S2において、径方向の異なる位置の温度を検出し、加熱シリン ダ 51の壁内で熱が内側に向かって移動しているカ あるいは外側に向かっているか を判断する。加熱シリンダ 51の壁内で熱が内側に向かって移動している場合は、加 熱シリンダ 51を介してヒータから樹脂に熱が移動している状態であると判断すること ができる。一方、内側温度が高ぐ温度差が大きすぎるときは、樹脂のせん断熱が多 すぎるため樹脂のャケゃ変色が生じる可能性があると判断することができる。この場 合、成形条件を変更する必要があるため、何らかの警告を発して操作者に知らせるこ とが好ましい。
[0045] 上述のように樹脂のせん断熱が多すぎる場合、加熱シリンダ 51の壁内を熱が外側 に移動することとなり、径方向に配置された 2つの温度センサでは、内側の温度セン サ(図 3における温度センサ E— 1)による温度検出値が外側の温度センサ(図 3にお ける温度センサ E— 2)の温度検出値より高くなる。したがって、内側の温度センサによ る温度検出値と外側の温度センサの温度検出値との差を監視していれば、せん断熱 が過大であるか否力 ^判断することができる。
[0046] 以上のように、加熱シリンダの長手方向の温度分布に加えて径方向の温度分布を 複数の温度センサにより検出し、各ヒータに加える電力を制御することで、加熱シリン ダの温度を高精度で制御することができ、成形条件を高精度で制御することができる
[0047] 次に、図 3に示されたコントローラ 30について、図 5を参照しながらより具体的に説 明する。コントローラ 30は、温度センサ A-1— K-2からの温度測定値を受け表示入 力装置 35からのセンサ選択信号に応じて測定値を選択する第 1のスィッチ部 28を含 む温度制御部 301、及び、第 2のスィッチ 302— 1— 302— 4を有している。温度制御 部 301を構成する温度制御ユニット 301—1 301—4はゾーン 21 24にそれぞれ対 応しており、第 1のスィッチ部 28を構成する第 1のスィッチ 28—1 28—4もゾーン 21 一 24にそれぞれ対応している。
[0048] 以上の関係で、第 1のスィッチ 28— 1には、ゾーン 21に設けられた温度センサ A— 1 一 C一 2からの測定値がセンサ選択信号及びゾーン 21の温度設定値と共に与えられ る。第 1のスィッチ 28— 2には、ゾーン 22に設けられた温度センサ D—1 F— 2からの 温度測定値がセンサ選択信号及びゾーン 22の温度設定値と共に与えられる。同様 に、第 1のスィッチ 28— 3及び 28— 4には、それぞれ、温度センサ G— 1一 I 2及び温 度センサ J - 1一 K - 2から温度測定値がセンサ選択信号及び温度設定値と共に与え られている。尚、図 5では、図の簡略化のために、ゾーン 23に関連する温度制御ュニ ット 301—3及び第 2のスィッチ 302—3等は省略されている。
[0049] 第 1のスィッチ 28—1— 28—4はセンサ選択信号に応じて、温度センサ A— 1一 K 2 の温度検出値を選択し、減算器 40-1— 40-4に出力する。減算器 40-1— 40-4は 、表示入力装置 35から与えられているゾーン 21— 24
における設定値と選択された温度検出値との差分を計算し、計算された差分はそれ ぞれ PID制御部 42— 1— 42— 4に出力される。 PID演算部 42— 1 42— 4はそれぞれ PID制御器 41一 1一 41一 4を含んでおり、入力される差分に応じたオンデューティを 有するスイッチング信号をそれぞれ第 2のスィッチ 302—1 302— 4にゾーン選択信 号として供給する。この結果、ゾーン選択信号に対応した第 2のスィッチ 302-1 30 2—4がオン状態となり、電源 303からの電力がゾーン 21— 24のヒータに供給される。 このように、図 3に示された実施例では、ゾーン及び温度センサを選択することにより 、各ゾーンのヒータを制御する。これにより、シリンダの温度分布に基づいてきめ細か な温度制御を行うことができる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明はゾーンに応じて加熱シリンダの温度を適宜制御でき 、高精度の射出成形を行う必要のある射出成形機に好適である。

Claims

請求の範囲
[1] ヒータが設けられたシリンダと、
該シリンダの複数の位置に配置され、前記シリンダの複数の位置における温度を検 出する複数の温度センサと、
該温度センサから出力される温度検出値を選択的に用いて前記ヒータへの入力を 制御する制御装置と
を有することを特徴とする射出成形機。
[2] 請求項 1記載の射出成形機であって、
前記複数の位置は、前記シリンダの長手方向に沿って異なる 2つ以上の位置を含 むことを特徴とする射出成形機。
[3] 請求項 1記載の射出成形機であって、
前記複数の位置は、前記シリンダの壁面内であつて前記シリンダの径方向に沿つ て異なる 2つ以上の位置を含むことを特徴とする射出成形機。
[4] 請求項 3記載の射出成形機であって、
前記複数の温度センサは、前記シリンダの内面の近傍の位置に設けられた第 1の 温度センサと、該第 1の温度センサよりも前記ヒータに近い位置に設けられた第 2の 温度センサとを含むことを特徴とする射出成形機。
[5] 請求項 1乃至 4のうちいずれか一項記載の射出成形機であって、
前記シリンダは前記長手方向に沿って複数のゾーンに区分されており、該複数の ゾーンの各々に前記複数の温度センサが設けられていることを特徴とする射出成形 機。
[6] 請求項 1乃至 5のうちいずれか一項記載の射出成形機であって、
前記複数の温度センサの温度検出値を表示するとともに、各ゾーンに対して設定 する温度を入力する表示入力装置を備えていることを特徴とする射出成形機。
[7] 長手方向に延在するシリンダと、該シリンダの周囲を囲むように設けられたヒータと を備えた射出成形機の温度制御方法であって、
該シリンダの複数の位置の温度を検出し、
該複数の位置で検出された温度検出値から、前記シリンダの温度を制御するため に用レ、る温度検出値を選択し、
該選択された温度検出値を用いて前記シリンダの温度を制御する
ことを特徴とする射出成形機の温度制御方法。
[8] 請求項 7記載の射出成形機の温度制御方法であって、
前記複数の位置は、前記シリンダの長手方向に沿って異なる 2つ以上の位置を含 むことを特徴とする射出成形機の温度制御法保。
[9] 請求項 7記載の射出成形機の温度制御方法であって、
前記複数の位置は、前記シリンダの壁面内であって前記シリンダの径方向に沿つ て異なる 2つ以上の位置を含むことを特徴とする射出成形機の温度制御方法。
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