JP3619431B2 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度制御を行う射出工程から圧力制御を行う保圧工程に切換える際に用いて好適な射出成形機の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、射出成形機の成形工程(成形サイクル)には、図7に示すように、射出開始位置Xoから速度制御によりスクリュを前進させ、計量された樹脂を金型キャビティに射出充填する射出工程(速度制御領域)及びスクリュが所定の制御切換点に達したなら圧力制御に切換えてスクリュを加圧する保圧工程(圧力制御領域)を含むため、従来は、射出工程において、スクリュの位置を監視し、スクリュが予め設定したV−P切換位置(制御切換点:図7中Xcに相当)に達したなら保圧工程に切換えていた(例えば、特許第2627047号公報等参照)。なお、図7中、Vは射出速度、Piは充填圧力、Phは保圧力を示す。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、V−P切換位置を正確に設定することは、安定した成形動作を確保し、良好な成形品を得るために重要である。通常、V−P切換位置は、金型キャビティの容積等に基づいて仮設定し、試射(試し成形)を繰り返すことにより、オペレータの経験と勘に基づくトライアンドエラーによる最終調整を行っているが、速度制御を行う射出工程では、樹脂の充填が進行するに従って充填圧力Piが上昇し、特に、充填末期には急激な圧力上昇を伴う。このため、温度変動等に基づく樹脂の溶融状態により充填圧力Piも過敏に反応(変動)し、結局、金型キャビティに対する樹脂の充填量に変動を来すことにより、高度の品質及び均質性を有する成形品を得ることができない問題があった。
【0004】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、外乱要因に左右されることなく常に一定の充填量を確保し、もって、高度の品質及び均質性を有する成形品を得ることができる射出成形機の制御方法の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る射出成形機Mの制御方法は、射出開始位置Xoから速度制御によりスクリュ2を前進させ、スクリュ2が所定の制御切換点Xcに達したなら圧力制御に切換えてスクリュ2を加圧するに際し、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点Xcまでの樹脂の総充填量Qを、当該制御切換点Xcまでのスクリュ2の移動量(基準移動量)Fsと、樹脂の充填圧力P,樹脂温度T及び係数a,b,cに基づいて算出した樹脂密度Dと、スクリュ2の断面積Aとに基づいて算出し、この総充填量Qを切換目標値Qsとして設定するとともに、正規成形時に、樹脂の総充填量Qを、射出開始位置Xoから前進するスクリュ2の移動量Fと、樹脂の充填圧力P,樹脂温度T及び係数a,b,cに基づいて算出した樹脂密度Dと、スクリュ2の断面積Aとに基づいて算出し、この総充填量Qが切換目標値Qsになったら圧力制御に切換えるようにしたことを特徴とする。これにより、樹脂の充填圧力Pや樹脂温度T等に影響されることなく、成形サイクル毎における金型キャビティに対する樹脂の総充填量Qは常に等しくなる。
【0006】
この場合、好適な実施の態様により、正規成形時における総充填量Qは、所定の移動量f毎に充填量qを順次算出し、得られた充填量q…を積算処理して得ることができる。
【0007】
一方、本発明に係る他の態様に係る射出成形機Mの制御方法は、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点Xcまでのスクリュ2の移動量(基準移動量)Fsを設定するとともに、正規成形時に、スクリュ2が基準移動量Fsだけ前進したなら圧力制御に切換え、かつ基準移動量Fsに基づく総充填量Qを、スクリュ2の移動量Fと、樹脂の充填圧力P,樹脂温度T及び係数a,b,cに基づいて算出した樹脂密度Dと、スクリュ2の断面積Aとに基づいて算出し、この総充填量Qが予め設定した許容範囲にあるか否かに基づいて成形品の良否判定を行うようにしたことを特徴とする。
【0008】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【0009】
まず、本実施例に係る制御方法を実施できる射出成形機Mの構成について、図8を参照して説明する。
【0010】
射出成形機Mは、機台Mb上に設置された型締装置Mcと射出装置Miを備える。型締装置Mcには金型20を備えるとともに、射出装置Miには加熱筒21を備え、この加熱筒21の前端には、金型20に樹脂を射出充填する射出ノズル22を、また、後部には加熱筒21内に成形材料を供給するホッパー23を備える。さらに、加熱筒21にはスクリュ2を内蔵し、このスクリュ2は後方に配したスクリュ駆動機構部24により回転又は進退移動せしめられる。
【0011】
一方、10は、本実施例に係る制御方法を実施する射出成形機Mの制御系を示す。11は、樹脂の充填圧力Pを検出する圧力センサであり、金型20に付設する。また、12は、樹脂温度Tを検出する温度センサであり、加熱筒21に付設する。さらに、13は、スクリュ2の位置X(移動量F)を検出する位置センサであり、射出装置Miに付設する。各センサ11,12,13の出力信号は、検出処理部14により信号処理され、演算処理部15に付与される。16は、コントローラ本体であり、検出処理部14とは信号(データ)の授受を行うことができる。17は、設定部であり、演算処理部15で算出(演算処理)したデータを保存する。18は、比較処理部であり、演算処理部15で算出したデータと設定部17に保存したデータの比較処理を行う。この比較結果は、コントローラ本体16に付与される。また、コントローラ本体16の出力側は、スクリュ駆動機構部24に接続する。
【0012】
次に、本実施例に係る制御方法について、図4〜図8を参照しつつ、図1〜図3に示すフローチャートに従って説明する。
【0013】
本発明では、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点Xcまでのスクリュ2の移動量(基準移動量)Fsに基づいて樹脂の総充填量Qを算出し、この総充填量Qを切換目標値Qsとして設定する。まず、この切換目標値Qsの設定方法について、図1に示すフローチャートに従って説明する。
【0014】
最初に、射出成形機Mにより予備成形(試し成形)を行う(ステップS1)。この場合、良品が得られるまで試し成形を行い、良品が得られたなら、この際における射出工程から保圧工程に切換える制御切換点Xc(図7)までのスクリュ2の移動量F(単位:mm)を検出して演算処理部15に取り込む(ステップS2,S3)。このときの移動量Fは、基準移動量Fsとなる。
【0015】
また、充填圧力P(単位:MPa)及び樹脂温度T(単位:℃)は、圧力センサ11及び温度センサ12により検出されるため、良品が得られた際の充填圧力P及び樹脂温度Tを演算処理部15に取り込む(ステップS4)。図4は、スクリュ2の位置Xに対する実際の充填圧力Pを示す。なお、図4中、Psは基準となる充填圧力を示し、実施例の充填圧力Pは、基準となる充填圧力Psよりも大きめに生じている状態を示している。
【0016】
一方、演算処理部15では、基準移動量Fs,充填圧力P,樹脂温度Tに基づいて樹脂の総充填量Q(単位:g・mm/cm3)を演算処理する(ステップS5)。この場合、総充填量Qは、Q=A・Fs・D…(1式)により算出できる。なお、Aはスクリュ2の断面積(単位:m2)、Dは樹脂密度(単位:g/cm3)を示す。樹脂密度Dは、D=a・P2+b・P+c…(2式)により算出する。この場合、a,b,cは、樹脂温度Tにより変化する係数であり、係数aは、a=d1・T+e1…(3式)により、係数bは、b=d2・T+e2…(4式)により、係数cは、c=d3・T+e3…(5式)によりそれぞれ算出できる。
【0017】
図5は、成形材料として、ポリプロピレンを使用した場合の充填圧力Pと樹脂密度Dの関係を示す。図5中、Taは樹脂温度が231〔℃〕の場合、Tbは樹脂温度が187〔℃〕の場合をそれぞれ示す。このように、樹脂密度Dは、樹脂温度Tにより変動するため、上述した(3式)〜(5式)は、樹脂温度Tにより各係数a,b,cを変更するための変換式となる。なお、図5に示す特性は、通常、材料メーカから公表されており、各係数d1,d2,d3,e1,e2,e3は、図5の特性から方程式を組むことにより求めることができる。
【0018】
図6は、実際の検出データ及び演算データを示す。同図において、スクリュ位置Xにおける10.047〔mm〕が、良品の得られたスクリュ2の位置を示す。このときに検出された充填圧力Pは、63.500〔MPa〕である。一方、このときに検出される樹脂温度Tと上記(3式)〜(5式)から係数a,b,cを求めることができるため、上記(2式)により樹脂密度Dを求め、さらに、上記(1式)により総充填量Qを求めることができる。そして、上記(1式)により求めた総充填量Qは、設定部17に切換目標値Qsとして設定する(ステップS6)。
【0019】
次いで、正規の成形に移行する。正規成形時には、設定部17に設定した切換目標値Qsを利用して制御切換、即ち、射出工程から保圧工程への切換制御を行う(ステップS7)。
【0020】
次に、射出工程から保圧工程に切換える制御切換方法について、図2に示すフローチャートに従って説明する。
【0021】
今、正規成形時において計量工程が終了した状態を想定する。計量工程の終了により射出工程に移行する。射出工程では、まず、コントローラ本体16から射出開始指令が出力する(ステップS11)。これにより、スクリュ駆動機構部24が制御され、スクリュ2が前進する(ステップS12)。この際、スクリュ2は速度制御により前進する。即ち、図7に示すように、スクリュ2は射出開始位置Xoから前進し、予め設定された一定速度Vとなるように制御される。
【0022】
一方、コントローラ本体16は、スクリュ2の位置X(移動量)を監視する。そして、所定の移動量fだけ前進、実施例では、1.000〔mm〕だけ移動したなら、演算処理部15により当該所定の移動量fに対応する充填量qを演算処理する(ステップS13)。即ち、当該所定の移動量fだけ移動した際における充填圧力P及び樹脂温度Tを演算処理部15に取り込み、前記(1式)〜(5式)を用いて充填量qを算出する(ステップS14,S15)。このような充填量qの算出は、所定の移動量fだけ前進する毎に行い、得られた充填量q…は順次積算処理する(ステップS16)。これにより、スクリュ2の前進中における総充填量Qが順次求められる。
【0023】
他方、順次求められる総充填量Qは、比較処理部18に付与される。比較処理部18では、当該総充填量Qと設定部17に設定した切換目標値Qsの比較処理を行う(ステップS17)。そして、総充填量Qが切換目標値Qsになったら圧力制御に切換える。即ち、射出工程から保圧工程に切換える(ステップS18)。図7中、Xcは、このときの制御切換点を示す。この後は、スクリュ2を一定圧力Phにより加圧する保圧工程が行われる。
【0024】
このように、本実施例に係る射出成形機Mの制御方法は、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点Xcまでのスクリュ2の基準移動量Fsに基づいて樹脂の総充填量Qを算出し、この総充填量Qを切換目標値Qsとして設定するとともに、正規成形時に、射出開始位置Xoから前進するスクリュ2の移動量Fに基づいて樹脂の総充填量Qを算出し、この総充填量Qが切換目標値Qsになったら圧力制御に切換えるようにしたため、成形サイクル毎における金型キャビティに対する樹脂の総充填量Qは常に等しくなる。即ち、樹脂密度D(樹脂温度T及び充填圧力P)が変動しても、このような外乱要因に左右されることなく、常に一定の充填量が確保されることになり、高度の品質及び均質性を有する成形品を得ることができる。
【0025】
他方、本実施例に係る制御方法は、成形品の良否判定に用いることもできる。図3は、良否判定を行う場合のフローチャートを示す。
【0026】
計量工程の終了により射出工程に移行し、コントローラ本体16からは、射出開始指令が出力する(ステップS21)。これにより、スクリュ駆動機構部24が制御され、スクリュ2が前進する(ステップS22)。
【0027】
一方、コントローラ本体16は、スクリュ2の位置X(移動量F)を監視する。そして、スクリュ2が、予備成形時に得られた基準移動量Fsだけ前進したなら、圧力制御に切換える(ステップS23,S24)。また、同時に、この際における総充填量Qを前記(1式)〜(5式)を用いて算出する(ステップS25,S26)。他方、総充填量Qは、比較処理部18に付与され、比較処理部18では、予め設定した許容範囲にあるか否かを判定する(ステップS27)。この結果、許容範囲内にある場合は、良品と判断し(ステップS28)、許容範囲を外れた場合は、不良品と判断する(ステップS29)。このように、本実施例に係る制御方法は、必要に応じて他の制御にも利用することができ、多様性及び発展性に優れる。
【0028】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明は、このような実施例に限定されるものではなく、細部の構成,手法,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更,追加,削除することができる。例えば、実施例は、樹脂の充填圧力Pを金型20に付設した圧力センサ11により検出する場合を例示したが、加熱筒21或いは射出ノズル22内の樹脂圧力,さらには射出圧力,射出モータのトルク等により検出してもよい。また、実施例は樹脂温度Tの検出を加熱筒21に付設した温度センサ12により検出する場合を例示したが、樹脂の温度を直接検出してもよいし加熱筒21(射出ノズル22)の温度から間接的に検出してもよい。一方、実施例は、インラインスクリュ式射出成形機を例示したが、プリプラ式射出成形機等の他の異なるタイプの成形機にも同様に適用することができる。また、各種データは、演算処理することにより算出する場合を示したが、予め設定したデータテーブルから求めてもよく、算出とはこのようなデータテーブルを利用する場合も含む概念である。
【0029】
【発明の効果】
このように、本発明に係る射出成形機の制御方法は、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点までの樹脂の総充填量を、当該制御切換点までのスクリュの移動量(基準移動量)と、樹脂の充填圧力,樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量を切換目標値として設定するとともに、正規成形時に、樹脂の総充填量を、射出開始位置から前進するスクリュの移動量と、樹脂の充填圧力,樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量が切換目標値になったら圧力制御に切換えるようにしたため、外乱要因に左右されることなく常に一定の充填量が確保され、高度の品質及び均質性を有する成形品を得ることができるという顕著な効果を奏する。
【0030】
また、本発明の他の態様に係る射出成形機の制御方法は、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点までのスクリュの移動量(基準移動量)を設定するとともに、正規成形時に、スクリュが基準移動量だけ前進したなら圧力制御に切換え、かつ当該基準移動量に基づく総充填量を、スクリュの移動量と、樹脂の充填圧力,樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量が予め設定した許容範囲にあるか否かに基づいて成形品の良否判定を行うことができるため、必要に応じて他の制御にも利用することができ、多様性及び発展性に優れるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適な実施例に係る射出成形機の制御方法に基づく処理の一部を示すフローチャート、
【図2】同制御方法に基づく処理の他の一部を示すフローチャート、
【図3】本発明の他の態様に係る射出成形機の制御方法に基づく処理の一部を示すフローチャート、
【図4】スクリュ位置に対する充填圧力の特性図、
【図5】充填圧力に対する樹脂密度の特性図、
【図6】本発明の好適な実施例に係る射出成形機の制御方法に用いる検出データ及び演算データを示す図表、
【図7】スクリュ位置に対する射出速度,充填圧力及び保圧力の特性図、
【図8】同制御方法を実施できる射出成形機及び制御系の構成図、
【符号の説明】
2 スクリュ
M 射出成形機
Xo 射出開始位置
Xc 制御切換点
Claims (3)
- 射出開始位置から速度制御によりスクリュを前進させ、スクリュが所定の制御切換点に達したなら圧力制御に切換えてスクリュを加圧する射出成形機の制御方法において、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点までの樹脂の総充填量を、当該制御切換点までのスクリュの移動量(基準移動量)と、樹脂の充填圧力,樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量を切換目標値として設定するとともに、正規成形時に、樹脂の総充填量を、射出開始位置から前進するスクリュの移動量と、樹脂の充填圧力,樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量が前記切換目標値になったら圧力制御に切換えることを特徴とする射出成形機の制御方法。
- 前記正規成形時における総充填量は、所定の移動量毎に充填量を順次算出し、得られた充填量を積算処理して得ることを特徴とする請求項1記載の射出成形機の制御方法。
- 射出開始位置から速度制御によりスクリュを前進させ、スクリュが所定の制御切換点に達したなら圧力制御に切換えてスクリュを加圧する射出成形機の制御方法において、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点までのスクリュの移動量(基準移動量)を設定するとともに、正規成形時に、スクリュが前記基準移動量だけ前進したなら圧力制御に切換え、かつ当該基準移動量に基づく総充填量を、スクリュの移動量と、樹脂の充填圧力,樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量が予め設定した許容範囲にあるか否かに基づいて成形品の良否判定を行うことを特徴とする射出成形機の制御方法。
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