JP4077174B2

JP4077174B2 - 射出成形機及び射出成形方法

Info

Publication number: JP4077174B2
Application number: JP2001143237A
Authority: JP
Inventors: 武横林; 誠行広
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2021-05-14
Also published as: JP2002052582A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、射出成形に関し、特に、射出用モータを用いてスクリュを駆動し、材料の射出および保圧行程を経て成形品を成形する射出成形方法および射出成形機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６および図７は、この種の射出成形機の従来例の動作を示すタイムチャートおよびフローチャートである。時刻ｔ５０に射出行程が開始されると、制御周期時間待ちを行って（ステップＳ５１）、速度指令を発生させる（ステップＳ５２）。速度指令を時刻ｔ５０からＤＶ５１，ＤＶ５２，ＤＶ５３のように変化させるとともに、射出成形機のスクリュが射出行程から保圧行程へ切り換えるべき切換位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ５３）。切替位置に到達していない場合、ステップＳ５１，Ｓ５２に繰り返し戻ることによって、速度指令を実行し続ける。このことにより、溶融プラスチック等の材料に対する検出圧力は、一点鎖線（図６）で示されるように次第に上昇する。
【０００３】
上述のステップＳ５３において、時刻ｔ６０に切替位置に到達したと判断した場合、制御周期時間待ちを行って（ステップＳ５４）、保圧行程を行うために速度指令から圧力指令に切り換え（ステップＳ５５）、保圧時間が満了したか否かを判断する（ステップＳ５６）。保圧時間が満了するまでの間において、圧力指令は、時刻ｔ６２においてｑ５２からｑ５１に下げられる。時刻ｔ６３に保圧時間が満了すると、次の成形サイクルに移行する。この一連の行程の中で、時刻ｔ６０において、保圧行程に切り換えた直後の時刻ｔ６１において、スクリュ駆動系の慣性力に影響されて検出圧力（射出圧）にピークが発生している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の射出成形機においては、射出行程の速度制御から保圧制御に切り換えた直後にスクリュ駆動系の慣性力に影響されて検出圧力（射出圧）にピークが発生する。これは、スクリュの駆動に可塑化用モータや射出用モータを用いる射出成形機においては、油圧式射出成形機に比較して上述のモータを含む射出スクリュ駆動系の慣性力が相当に大きいために、速度制御から保圧制御への切り換え時に圧力制御による制動では間に合わず、突発状のピークを発生させてしまうからである。このようなとき、極端な場合には、スクリュが加熱シリンダの先端部分に激突することも考えられる。スクリュの激突が発生しないまでも、このように射出圧にピークが発生した場合には、成形品に突起部分、いわゆる“ばり”が発生し、品質を低下させ、場合によっては、追加修正作業を発生させたりする問題がある。
【０００５】
この発明は、上記の問題を解決すべくなされてものであって、スクリュの駆動にモータを用いる射出成形機において、スクリュの速度制御から保圧制御への切り換え時に、スクリュ駆動系の慣性力に影響されて射出圧にピークが発生しないように、スクリュを自動減速して保圧制御に切り換えることができる射出成形装置および射出成形方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するために、この発明は、モータ（２０）を用いてスクリュ（１３）を駆動し、材料の射出および保圧行程を経て製品を成形する射出成形機において、射出工程における保圧行程の直前にスクリュ（１３）の射出速度を減速する減速制御手段（３０）を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明において、前記減速制御手段（３０）は、減速予測位置（Ｐａ）を算出する減速予測位置算出手段と、減速予測位置算出手段により算出された減速予測位置（Ｐａ）と所定の保圧切換設定位置（Ｐｈ）を比較する比較手段とを備え、前記減速予測位置（Ｐａ）が前記保圧切換設定位置（Ｐｈ）を越えたときに、減速を開始することを特徴とするものである。
【０００８】
また、この発明において、前記減速予測位置算出手段は、前記スクリュ（１３）の検出現在位置（ｐ）と、現在速度（ｖ）と、減速予測時間（ｔ）に基づいて、前記減速予測位置（Ｐａ）を算出することを特徴とするものである。
【０００９】
前記減速予測位置算出手段は、前記スクリュ（１３）の検出現在位置（ｐ）と、現在速度（ｖ）と、減速予測時間（ｔ）と、制御遅れ時間（ｄ）と、保圧速度（Ｖｈ）に基づいて、減速予測位置（Pａ）を算出することを特徴とするものである。
【００１０】
また、この発明において、前記減速予測時間（ｔ）は現在速度（ｖ）を減速時加速度（α）により除算することにより得られ、前記減速時加速度（α）は、所定の最大減速時間（Ｔｍ）を所定の制御周期（θ）で除した値で、所定の最大速度（Ｖｍ）を除して得られることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明において、前記減速制御手段は、前記スクリュ（１３）の検出現在位置（ｐ）が前記保圧切換設定位置（Ｐｈ）を越えたときに、前記保圧工程に移行することを特徴とするものである。
【００１２】
このような射出成形機によれば、保圧行程の直前において、スクリュの速度は減速されているので、保圧行程に移行した直後にスクリュの駆動機構の慣性力の影響を受けて射出圧にピークを発生することが無く、成形品に“ばり”を発生させることが無い。
【００１３】
また、この発明は、モータ（２０）を用いてスクリュ（１３）を駆動し、材料の射出および保圧行程を経て製品を成形する射出成形方法において、射出工程における保圧行程の直前にスクリュ（１３）の射出速度を減速する減速行程を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
このような射出成形方法によれば、保圧行程の直前において、スクリュの速度は減速されているので、保圧行程に移行した直後にスクリュの駆動機構の慣性力の影響を受けて背圧にピークを発生することが無く、成形品に“ばり”を発生させることが無い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるスクリュ式の射出成形機の構成を説明するための図、図２は、図１の射出成形機の動作を示すタイムチャート、図３は、図１の射出成形機の動作を示すフローチャートである。図１は、スクリュ式の射出成形機１００において、可動金型（不図示）および固定金型（不図示）の型締めが完了し、固定金型へのノズルタッチが行われており、射出成形の前サイクルにおける溶融材料のノズル（不図示）からの射出が完了し、次のサイクルに移行しようとしている状態を示している。
【００１６】
図１の射出成形機１００において、ホッパ１２に収納されているプラスチック等の材料は加熱シリンダ１１の中のスクリュ１３の上に落下させられる。スクリュ１３は、加熱シリンダ１１の中で回転可能に支持されているとともに、その一端が、軸受１７によって支持されている。制御部３０は、スクリュ１３の上に落下したプラスチック材料等が適量に計測され、可塑化されるように、回転指令ＤＲをサーボモータアンプ３１に与える。サーボモータアンプ３１は、回転指令ＤＲに従って、エンコーダ１５の出力値を参照しながら可塑化用モータ１４を所定の回転数だけ回転させ、ベルト１６を介して、加熱シリンダ１１の中のスクリュ１３を回転させる。スクリュ１３の上に落下したプラスチック材料等は加熱シリンダ１１の熱により溶融し、回転するスクリュ１３によって計量され、ノズルの方向（図１において左方向）に送り込まれる。
【００１７】
このように、加熱シリンダ１１の中をノズル方向に送り込まれる溶融プラスチック材料等により、スクリュ１３は、送り込み方向とは逆の矢印ＤＤの方向に圧力を受ける。この圧力は、ロードセル１８によって検出され、ロードセルアンプ３２を介して検出圧力ｑとして制御部３０に与えられれる。制御部３０は、射出用モータ２０のエンコーダ２３から検出速度ｖを、エンコーダ２３のデータを受けるカウンタ３４から検出位置ｐをそれぞれ受けて、検出圧力（背圧）ｑが予め決められた設定圧力になるように、トルク指令ＤＴおよび速度指令ＤＶをサーボモータアンプ３３に与える。
【００１８】
トルク指令ＤＴおよび速度指令ＤＶを受けたサーボモータアンプ３３は、エンコーダ２３の出力値を参照しながら、指令ＤＴ，ＤＶに基づいて、射出用モータ２０を回転させ、ベルト２１およびボールネジ２２を介して、移動板１９を後退（図１において右方向）させる。したがって、スクリュ１３は、ノズル方向に溶融プラスチック材料等を送り込み、設定圧力を受けながら、ボールネジ２２による移動板１９の後退に従って加熱シリンダ１１の中を後退する。
【００１９】
すなわち、図１のＲＲ部分は移動せずに、ＦＦ部分（加熱シリンダ１１を除く）が後退する。制御部３０は、エンコーダ２３の出力値から溶融プラスチック材料等の適切な計量がなされたことを確認すると、可塑化用モータ１４の回転を中止するとともに、ロードセル１８の検出圧力、エンコーダ２３の検出速度ｖ、カウンタ３４の検出位置ｐを参照しつつ、射出用モータ２０を回転させ、移動板１９をノズル方向（図１において左方向）に移動させて射出行程および保圧行程の実行に移行する。
【００２０】
上述の射出行程および保圧行程の実行について図２および図３を参照して説明する。この場合、制御部３０には、図１に示されるように予め射出条件ＥＣＮおよび保圧条件ＨＣＮが与えられているものとする。図２に示される時刻ｔ０において、射出行程が開始されると、制御部３０は、制御周期時間待ちを行って（ステップＳ３１）、速度指令ＤＶおよびトルク指令ＤＴ（トルク制限値）を発生させる（ステップＳ３２）。速度指令ＤＶを時刻ｔ０から徐々に増加させるとともに、スクリュ１３の減速予測位置が所定の保圧切換位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ３３）。
【００２１】
減速予測位置が保圧切換位置に到達していない場合、制御部３０は、ステップＳ３１，Ｓ３２に繰り返し戻ることによって、射出条件ＥＣＮに従って例えば、速度指令ＤＶを時刻ｔ１〜ｔ２においてＤＶ２に、時刻ｔ３〜ｔ４においてＤＶ４に、時刻ｔ５〜ｔ６においてＤＶ４よりも若干低いＤＶ３にそれぞれ設定し、ロードセル１８によって検出される検出圧力ｑは一点鎖線（図２）で示されるように次第に上昇する。
【００２２】
上述のステップＳ３３の判断において、減速予測位置が保圧切換位置に到達した場合、例えば、制御部３０は減速行程を実行するために、制御周期時間待ちを行って（ステップＳ３４）、時刻ｔ６〜ｔ７の期間に減速速度指令を発生させ（ステップＳ３５）、速度指令ＤＶをＤＶ３からＤＶ１に低下させ、時刻ｔ７〜ｔ８では速度指令ＤＶをＤＶ１に維持しようとするとともに、スクリュ１３が保圧切換位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ３６）。したがって、制御部３０がロードセルアンプ３２を介してロードセル１８から受け取る検出圧力ｑは、直ぐに最大値ｑ３に達して上昇を止める。ステップＳ３６の判断において、スクリュ１３が保圧切換位置に到達していない場合、制御部３０は、ステップＳ３４，Ｓ３５に繰り返し戻ることによって、射出条件ＥＣＮに従って例えば、速度指令ＤＶをＤＶ１に設定しようとする。
【００２３】
ステップＳ３６において、スクリュ１３が時刻ｔ８において保圧切換位置に到達したと判断した場合には、制御部３０は、制御周期時間待ちを行って（ステップＳ３７）、保圧行程を行うために速度指令から圧力指令に切り換え、ロードセル１８からの検出圧力ｑが圧力ｑ２を示すように射出モータ２０を制御する。このように、保圧行程に切り換えられると、ロードセルアンプ３２からの検出圧力ｑは、急速に低下し、時刻ｔ９には検出圧力ｑ２となる。すなわち、この場合、時刻ｔ６〜ｔ７において、スクリュ１３は、急速に減速されているので、スクリュの駆動系の慣性力の影響を受けることなく、保圧行程で検出圧力ｑにピークを発生させることが無い。
【００２４】
時刻ｔ１０に、制御部３０は、ロードセル１８の検出圧力ｑがｑ１となるように圧力指令を出し、規定された時間を維持した後に、時刻ｔ１１に保圧行程を完了し、次のサイクルの射出成形行程に移行する。上述の時刻ｔ６〜ｔ８の減速行程においては、制御部３０は、速度指令を時間の経過にほぼ比例するように直線的に変化させているので極めて単純に設定できるが、他の適切な曲線に従って変化させることも可能である。
又、図３において制御周期時間待ち（Ｓ３１，Ｓ３４，Ｓ３７）と制御指令発生（Ｓ３２，Ｓ３５，Ｓ３８）の処理順番は反対でもよい事は言うまでもない。
【００２５】
上述した制御部３０による制御行程において、射出行程から保圧行程に移行するために、制御部３０は、射出行程から保圧行程へ切り換えるべき切換位置よりも手前の減速予測位置を検出し、その減速予測位置を検出したときからスクリュ１３の速度を急速に減速させている。したがって、既に述べたように、スクリュ１３が切替位置に到達したときには、スクリュ１３の速度は、充分に低速となっているので、切替位置において、速度指令から圧力指令に切り換えられても、従来のようにスクリュ駆動系の慣性力の影響で検出圧力ｑに異常なピークを発生させることが無く、ひいては、そのピークに伴う成形品のいわゆる“ばり”等の欠陥が発生しない。なお、制御部３０は、記憶部内に収納した制御プログラムに従って制御を実行するＣＰＵ、あるいは、制御内容がロジックとして組み込まれたＬＳＩ等の半導体集積回路から構成するのが好ましい。
【００２６】
上述の制御における射出行程中においては、減速予測位置Ｐａと、保圧切換設定位置Ｐｈとを比較し、減速予測位置Ｐａが保圧切換設定位置Ｐｈを超えたときに減速行程に移行するが、ここで、減速予測位置Ｐａの計算アルゴリズムに関しての演算例について説明する。最大減速時間Ｔｍ、最大速度Ｖｍ（設計値で既知）、制御周期θ（設計値で既知）、位置換算係数ｋ（設計値で既知）、現在速度ｖ、現在位置ｐとした場合に、
【００２７】
減速時加速度；α＝Ｖｍ／（Ｔｍ／θ）
減速予測時間；ｔ＝ｖ／α
減速予測位置；Ｐａ＝ｐ＋ｋ（ｔ×ｖ／２）
【００２８】
によって求めることができる。減速行程では、制御周期毎に速度指令を保圧速度設定Ｖｈまで減速加速度αずつ減算していくことで減速指令を発生することができる。減速行程中は、現在位置と保圧切換設定位置Ｐｈとを比較し、現在位置が保圧切替位置Ｐｈを超えたときに保圧行程に移行する。以上、この発明の実施の形態をプラスチック成形機に例をとって説明したが、金属射出成形機に適用できることは言うまでもない。
【００２９】
以上のように実施の形態１によれば、保圧行程の開始時にスクリュ反力の検出圧力にピーク圧を発生させることが無く、ひいては、成形品に前記ピーク圧を原因とする“ばり”を発生させることが無く、製品品質の向上をもたらすことができる。
【００３０】
実施の形態２.
実施の形態１においては、スクリュ１３の検出現在位置ｐと、現在速度ｖと、減速予測時間ｔに基づいて、減速予測位置Ｐａを算出するようにしている。実施の形態１は、保圧速度Ｖｈまで減速し、減速しきったところで、保圧切換位置Ｐｈを通過するようにしたものであるが、保圧速度Ｖｈに十分に減速する前に、保圧切換位置Ｐｈを通過してしまうことがある。これは、実際のモータの動きは、速度指令を出力して直ぐに応答するものではなく、多少の制御遅れ時間があるからであり、速度指令を出力してから、実際のスクリュの速度が減速するまでには遅れが発生することに基づく。この制御遅れが予測演算に考慮されない場合、減速予測位置から減速を開始したのでは遅れが生じ、このため、射出の最終速度の設定値や保圧速度の設定値を変えたときにも、減速具合が変わるという不具合が生じるおそれもある。このため、十分に減速する前に保圧切換してしまうような場合は、スクリュ駆動系の慣性力の影響を受けて、速度制御から保圧制御への切換え時に圧力制御による制動では間に合わず、突発上のピークを発生させてしまうことがある。このようなとき、極端な場合には、スクリュが加熱シリンダの先端部に激突することも考えられる。
【００３１】
そこで、実施の形態２では、スクリュ１３の検出現在位置ｐと、現在速度ｖと、減速予測時間ｔと、制御遅れ時間ｄと、保圧速度Ｖｈに基づいて、減速予測位置Pａを算出するようにしたものであり、減速予測位置算出の演算予測に制御遅れ時間までも見込むことにより、減速予測位置算出をより厳密にして、より実機の動きに近い予測を行わせるようにすることで、保圧切換え位置直前に最適に自動減速して保圧切換えすることができるようになり、慣性の影響を抑えて、より安全で安定した成形品を得るようにしている。なお、実施の形態１と実施の形態２における減速予測位置算出のタイムチャートを図４、図５に対比して示しておく。
【００３２】
実施の形態２では、射出工程中においては、減速予測位置Ｐａと保圧切換設定位置Ｐｈとを比較し、減速予測位置Ｐａが保圧切換設定位置Ｐｈを越えた時に減速工程に移行する。
減速予測位置Ｐａの計算アルゴリズム例について説明すると、最大減速時間Ｔｍ、最大速度Ｖｍ（設計値で既知）、制御周期θ（設計値で既知）、位置換算係数ｋ（設計値で既知）、現在速度ｖ、現在位置ｐ、制御遅れ時間ｄ、保圧設定速度Ｖｈとしたとき、
【００３３】
減速時加速度；α＝Ｖｍ／（Ｔｍ／θ）
減速予測時間；ｔ＝（ｖ−Ｖｈ）／α
減速予測位置；Ｐａ=ｐ＋ｋ×[（Ｖ＋Ｖｈ）×ｔ／２＋ｖ×ｄ]
ここで、Ｔｍ、ｄ、Ｖｈは設定手段により設定した値を使用し、ｐは検出位置を使用し、ｖは検出速度又は速度指令値を使用している。
【００３４】
減速工程では、実施の形態１と同様に、制御周期毎に速度指令を保圧速度Ｖｈまで減速加速度αずつ減速していくことで、減速指令を発生することができる。減速工程中は、現在位置と保圧切換設定位置Ｐｈとを比較し、現在位置が保圧切換位置Ｐｈを越えたときに、保圧工程に移行する。なお、制御遅れ時間ｄについては、指令速度と検出速度の関係から算出したものを使用しても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上において詳述したように、この発明の射出成形方法および射出成形機は、モータを用いてスクリュを駆動し、材料の射出および保圧行程を経て製品を成形する射出成形の場合に、射出工程における保圧行程の直前にスクリュの射出速度を減速する減速行程を設けていることにより、保圧行程の開始時にスクリュ反力の検出圧力にピーク圧を発生させることが無く、ひいては、成形品に前記ピーク圧を原因とする“ばり”を発生させることが無く、製品品質の向上をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態におけるスクリュ式の射出成形機の構成を説明するための図である。
【図２】図１の射出成形機の射出行程以降の動作を示すタイムチャートである。
【図３】図１の射出成形機の射出行程以降の動作を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１における減速予測位置算出のタイムチャートである。
【図５】実施の形態２における減速予測位置算出のタイムチャートである。
【図６】従来の射出成形機の射出行程以降の動作を示すタイムチャートである。
【図７】従来の射出成形機の射出行程以降の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１加熱シリンダ、１２ホッパ、１３スクリュ、１４可塑化用モータ、１５，２３エンコーダ、１６，２１ベルト、１７軸受、１８ロードセル、１９移動板、２０射出用モータ、２２ボールネジ、３０制御部、３１，３３サーボモータアンプ、３２ロードセルアンプ、３４カウンタ、１００射出成形機。

Claims

モータ（２０）を用いてスクリュ（１３）を駆動し、材料の射出および保圧工程を経て製品を成形する射出成形機において、
射出工程における保圧工程の直前にスクリュ（１３）の射出速度を減速する減速制御手段（３０）を設け、
前記減速制御手段（３０）は、減速予測位置（Ｐａ）を算出する減速予測位置算出手段と、減速予測位置算出手段により算出された減速予測位置（Ｐａ）と所定の保圧切換設定値（Ｐｈ）を比較する比較手段とを備え、
前記減速予測位置（Ｐａ）が前記保圧切換設定位置（Ｐｈ）を越えたときに、減速を開始し、
前記減速予測位置算出手段は、前記スクリュ（１３）の検出現在位置（ｐ）と現在速度（ｖ）と、減速予測時間（ｔ）に基づいて、前記減速予測位置（Ｐａ）を算出する射出成形機。
前記減速予測位置算出手段は、前記スクリュ（１３）の検出現在位置（ｐ）と、現在速度（ｖ）と、減速予測時間（ｔ）と、制御遅れ時間（ｄ）と、保圧速度（Ｖｈ）に基づいて、減速予測位置（Ｐａ）を算出することを特徴とする請求項１記載の射出成形機。
前記減速予測時間（ｔ）は現在速度（ｖ）を減速時加速度（α）により除算することにより得られ、前記減速時加速度（α）は、所定の最大減速時間（Ｔｍ）を所定の制御周期（θ）で除した値で、所定の最大速度（Ｖｍ）を除して得られることを特徴とする請求項２に記載の射出成形機。
前記減速制御手段は、前記スクリュ（１３）の検出現在位置（ｐ）が前記保圧切換設定位置（Ｐｈ）を越えたときに、前記保圧工程に移行することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の射出成形機。
モータ（２０）を用いてスクリュ（１３）を駆動し、材料の射出および保圧工程を経て製品を成形する射出成形機の射出成形方法において、
射出工程における保圧工程の直前にスクリュ（１３）の射出速度を減速する場合に、減速予測位置（Ｐａ）を算出し、算出された減速予測位置（Ｐａ）と所定の保圧切換設定値（Ｐｈ）を比較し、前記減速予測位置（Ｐａ）が前記保圧切換設定位置（Ｐｈ）を越えたときに、減速を開始し、
前記減速予測位置算出は、前記スクリュ（１３）の検出現在位置（ｐ）と現在速度（ｖ）と、減速予測時間（ｔ）に基づいて、前記減速予測位置（Ｐａ）を算出する射出成形機の射出成形方法。