JP5815646B2 - 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。

インラインスクリュ式射出成形機では、加熱シリンダ内のスクリュを回転させながらスクリュを後退させることで、溶融樹脂を加熱シリンダの先端部に圧送する計量工程と、その後にスクリュを前進させて金型内に溶融樹脂を充填する射出工程と保圧工程を行う。

射出工程では、予め設定された射出ストロークと射出速度に基づいてスクリュを前進させることで、加熱シリンダ内の溶融樹脂を金型内に充填する。そして射出／保圧切り換え位置まで前進すると、射出工程から保圧工程に切り換わる。

保圧工程では、予め設定された保圧圧力と設定時間に基づいて圧力制御を行うことで、溶融樹脂を金型内にフル充填させ、さらに樹脂の収縮による成形品のヒケを補う。金型内の樹脂流路が狭い場合や、薄肉成形の場合などにおいて樹脂をフル充填するには、射出・保圧工程において大きなピーク圧力が必要になる場合がある。

しかし、ピーク圧力が過大になると、加熱シリンダや金型の破損、成形品のバリ発生といった不具合が生じるため、過大なピーク圧力を発生させることなく金型に樹脂をフル充填させるための技術が求められている。

樹脂を安定してフル充填させるために、次のような技術が開示されている。特許文献１では、速度工程と保圧工程の間に充填工程が設けられており、速度工程において設定速度の５０〜６０％まで充填速度が低下し、かつ負荷圧が上昇過程にあることを検出して充填工程へ切り換える。さらにスクリュ速度が低下して低速になり、かつ上昇した負荷圧が充填設定圧へ達したら保圧工程へ切り換える技術が公開されている（図４参照）。

特許文献２では、射出制御において、射出溶融物押出部材があらかじめ設定しておいた位置を通過し、かつ射出圧力があらかじめ設定しておいた切換圧力に達した時点から所定時間だけ、切換圧力（Ｐ１）よりも高いパック圧力（Ｐ２）で圧力制御を行う技術が開示されている（図５参照）。

特開平２−１７８０１４号公報 特開平２−２７４５２２号公報

金型のキャビティ内へ樹脂を充填する際に必要なピーク圧力を低減する従来技術で示した特許文献１，２では、射出工程（速度工程）終了後に、射出工程における射出圧力よりも高い射出圧力を発生させることで、金型のキャビティ内への樹脂の充填を安定させることが記されている。しかしながら、射出工程における射出圧力よりも高い射出圧力を発生させると、加熱シリンダや金型の破損、成形品のバリ発生といった不具合を生じる可能性が高くなる。

そこで、本発明の目的は、ピーク圧力の抑制と充填性を両立させ、より安定した成形品質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、成形サイクルにおいて射出工程と保圧工程との間に中間工程を設け、射出工程から中間工程へ切り換え、中間工程から保圧工程へ切り換える射出成形機の制御装置であって、前記射出工程から中間工程への切換条件をスクリュ前進速度が所定速度まで低下したこととし、前記中間工程から保圧工程への切換条件を設定する切換条件設定部と、前記中間工程で検出した射出圧力の時間変化に基づいて予測した所定時間後の射出圧力を中間工程目標圧力として設定する中間工程目標圧力設定部と、前記設定された中間工程目標圧力を目標圧力として中間工程の圧力制御を行う中間工程圧力制御部と、を備え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２に係る発明は、前記中間工程目標圧力設定部は、前記予測した射出圧力に所定値を加算または減算して求めた射出圧力を中間工程目標圧力として設定することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御装置である。
請求項３に係る発明は、前記中間工程目標圧力設定部は、射出工程から中間工程に切り換わった時点で中間工程完了時点までの目標圧力を求めることを特徴とする請求項１または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、前記中間工程目標圧力設定部は、中間工程において時々刻々目標圧力を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形機の制御装置である。
請求項５に係る発明は、成形サイクルにおいて射出工程と保圧工程との間に中間工程を設け、射出工程から中間工程へ切り換え、中間工程から保圧工程へ切り換える射出成形機の制御装置であって、前記射出工程から中間工程への切換条件をスクリュ前進速度が所定速度まで低下したこととし、前記中間工程から保圧工程への切換条件を設定する切換条件設定部と、良品が成形された際の中間工程の圧力波形を記憶する手段を有し、中間工程では該記憶された圧力波形を中間工程目標圧力として設定する中間工程目標圧力設定部と、前記設定された中間工程目標圧力を目標圧力として中間工程の圧力制御を行う中間工程圧力制御部と、を備え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６に係る発明は、前記切換条件設定部は、中間工程が所定時間だけ経過したこと、中間工程圧力制御によって所定距離だけスクリュが前進すること、検出した射出圧力が中間工程目標圧力へ到達すること、スクリュ前進速度が所定速度まで低下すること、のうち少なくとも一つを中間工程から保圧工程への切換条件として設定することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の射出成形機の制御装置である。
請求項７に係る発明は、前記中間工程圧力制御部は、スクリュ前進速度を予め設定した速度で制限することを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の射出成形機の制御装置である。

本発明によれば、ピーク圧力の抑制と充填性を両立させ、より安定した成形品質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ができる。

射出成形機および該射出成形機を制御する制御装置の概略構成図である。 本発明の実施形態１を説明する図である。 本発明の実施形態２を説明する図である。 従来技術（特許文献１）を説明する図である。 従来技術（特許文献２）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。
図１は射出成形機および該射出成形機を制御する制御装置の概略構成図である。スクリュ３が挿入されたシリンダ１の先端にはノズル２が装着され、シリンダ１の後端部には樹脂ペレットをシリンダ１に供給するホッパ４が取り付けられている。スクリュ３は、スクリュ３をその軸方向に駆動する駆動手段としての射出用サーボモータＭ１、伝動機構７及びボールネジ／ナット等の回転運動を直線運動に変換する変換機構８によって軸方向に駆動され、射出及び背圧制御がなされるように構成されている。また、スクリュ３は、スクリュ３を回転させるための回転駆動手段としてのサーボモータＭ２と、ベルト、プーリ等で構成される伝動機構６により回転駆動されるようになっている。

射出用サーボモータＭ１、スクリュ回転用サーボモータＭ２には、それぞれ、その回転位置・速度を検出する位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２が取り付けられている。これら位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２によって、スクリュ３の位置（スクリュ軸方向の位置）、移動速度（射出速度）、スクリュ３の回転速度を検出できる。また、スクリュ３に加わる溶融樹脂からのスクリュ軸方向の圧力（射出圧力）を検出するロードセル等の圧力センサ５が設けられている。

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が接続されている。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等を記憶したＲＯＭ２１および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ２２が接続されている。

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やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１４が接続されている。更に、サーボＣＰＵ１５には、サーボＣＰＵ１５からの指令に基づいて、スクリュ回転用サーボモータＭ２を駆動するサーボアンプ１２や、射出用サーボモータＭ１を駆動するサーボアンプ１１が接続されている。

各サーボモータＭ１，Ｍ２には、前述したように、それぞれ位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２が取り付けられている。これら位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２からの出力が、サーボＣＰＵ１５にフィードバックされる。サーボＣＰＵ１５は、ＣＮＣＣＰＵ２０から指令される各軸（射出用サーボモータＭ１、または、スクリュ回転用サーボモータＭ２）への移動指令と位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２からフィードバックされる検出位置と検出速度に基づいて、位置、速度のフィードバック制御を行うとともに、電流フィードバック制御も実行して、各サーボアンプ１１，１２を駆動制御する。

また、位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１からの位置フィードバック信号により、スクリュ３の前進位置（軸方向位置）を求める現在位置レジスタが設けられており、該現在位置レジスタによりスクリュ位置を検出できるように構成されている。また、サーボＣＰＵ１５には、圧力センサ５での検出信号をＡ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換した樹脂圧力（スクリュにかかる樹脂圧力）が入力されている。

液晶表示装置などで構成される表示装置を有する表示装置付き入力装置２５は、表示回路２４を介してバス２６に接続されている。さらに、不揮発性メモリで構成される成形データ保存用ＲＡＭ２３もバス２６に接続されている。この成形データ保存用ＲＡＭ２３には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ＲＡＭ２３は、後述する中間工程における目標圧力波形の記憶にも使用される。

以上の構成により、ＰＭＣＣＰＵ１７が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、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Ｍ１，Ｍ２に対して移動指令の分配を行ない、サーボＣＰＵ１５は、各軸（射出用サーボモータＭ１やスクリュ回転用サーボモータＭ２）に対して分配された移動指令と、位置・速度検出器Ｐｅｎｃ１，Ｐｅｎｃ２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、従来と同様に位置ループ制御、速度ループ制御、さらには電流ループ制御のサーボ制御を行い、いわゆるデジタルサーボ処理を実行する。

射出成形機における成形動作工程には、大きく分けて、金型を閉じ型締めを行う型閉工程、スクリュを前進させて溶融樹脂を金型内に射出し充填させる射出工程、溶融樹脂が金型内に充填された後、金型内の樹脂の圧力を制御する保圧工程、金型内の樹脂を冷却する冷却工程、スクリュに背圧をかけながら回転させて樹脂を溶融させ、該溶融樹脂を計量する計量工程、金型を開く型開工程、金型内から成形品を突き出して取り出す突出工程（エジェクト工程）等がある。

上述の内容は公知のものである。本発明は、ピーク圧力の抑制と充填性を両立させ、より安定した成形品質を得ることが可能な射出成形機の制御装置である。つまり、本発明は、射出工程と保圧工程の間に中間工程を設け、その中間工程において検出した射出圧力の時間変化から目標圧力を求め、さらに目標圧力に基づいて圧力制御を行うことで、上記の先行技術で懸念される不具合の可能性を排除しながら、キャビティ内への樹脂の充填を安定して行うことを特徴とする。以下、本発明の実施形態１、２について説明する。

＜実施形態１＞
図２は本発明の実施形態１を説明する図である。
本発明における成形サイクルについて説明する。射出工程と保圧工程が完了し計量工程に入ると、スクリュ回転用サーボモータＭ２の回転駆動によりスクリュ３を回転させ、ホッパ４からシリンダ１内に原料樹脂（図示せず）が供給される。供給された原料樹脂はスクリュ３の回転に伴って加熱混練されつつシリンダ１の先端部に送り込まれる。原料樹脂がシリンダ１の先端部に混練搬送されるのに比例してスクリュ３は次第に後退して行き最終的には後退停止位置に到達する。シリンダ１の先端部に溶融原料樹脂（図示せず）が充填され、スクリュ３が後端停止位置に到達したことを位置・速度検出器Ｐｅｎｃ２からの信号でサーボＣＰＵ１５が確認して、スクリュ回転用サーボモータＭ２の回転を停止させ、スクリュ３の回転を停止させる。

（射出工程）
次に、成形サイクルの射出工程に入ると、射出用サーボモータＭ１を駆動させ、スクリュ３をシリンダ１内の前方方向に押し出し、金型（図示せず）のキャビティへ溶融樹脂の注入を行う。この間、射出用サーボモータＭ１を駆動するサーボアンプ１１に、設定射出速度に基づいて加速あるいは減速動作を伴いながら駆動指令が指令される。一方、圧力センサ５で検出される射出圧力はスクリュ３の前進とともに増加する。射出工程中にスクリュの前進速度を減速あるいは停止すると、シリンダ１から金型のキャビティへの溶融樹脂の流入により、所定時間ごとの射出圧力の増加量や射出圧力そのものが減少する。

（中間工程）
射出工程から中間工程へ切り換える条件は、スクリュ３が前進して所定位置まで到達したこと、射出圧力が所定圧力まで上昇したこと、スクリュ前進速度が所定速度まで低下したこと、または所定時間ごとの射出圧力の増加が所定値より小さくなったことのうちの少なくとも一つとする。なお、当該射出工程から中間工程へ切り換える条件の設定は、特許請求の範囲に記載の第１の切換条件設定部に対応する。

中間工程での目標圧力は、中間工程の任意のタイミングで、所定時間だけ前の時点からその時点までに検出した射出圧力に基づいて所定時間後の射出圧力を予測して求める。例えば、射出圧力を周期的にサンプリングして目標圧力を求める場合には、中間工程の任意のタイミングにおいて、そのタイミングの１から数サンプリング時刻前に検出された第１の射出圧力と現サンプリング時刻で検出された第２の射出圧力とから直線近似により求めてもよいし、中間工程の任意のタイミングにおいて、そのタイミングの数サンプリング時刻前から現サンプリング時刻までの各サンプリング時刻で検出された複数点の射出圧力から多項式近似により求めてもよい。目標圧力を求めるに当たっては、例えば、射出工程から中間工程に切り換わった時点で中間工程完了時点までを予測して求めてもよい。

射出工程から中間工程に切り換わった時点では、その時点から所定時間後の射出圧力を予測し、その後、次のサンプリング時刻の射出圧力の予測を順次繰り返す、すなわち、中間工程での射出圧力を時々刻々予測して求めるようにしてもよい。なお、当該前記中間工程での目標圧力の設定は、特許請求の範囲の記載の中間工程目標圧力設定部に対応する。

上述した中間工程の制御方法はいずれも、中間工程中の目標圧力を予測して圧力制御するが、目標圧力を予測する代わりに、良品が成形されたときに得られた圧力波形を目標圧力波形としてＲＡＭ２３に記憶しておき、以降の成形においてはＲＡＭ２３に記憶された目標圧力波形にしたがって、中間工程の圧力制御を行うようにしても良い。目標圧力波形を得るまでの手順は次のとおりである。最初の成形運転では、中間工程は設定された速度で速度制御するようにし、オペレータはこの成形運転で得られた成形品を検査して確認する。良品と判断された場合には、良品が得られた成形運転の中間工程で測定された圧力波形を目標圧力波形としてＲＡＭ２３に記憶する。

（保圧工程）
中間工程から保圧工程へ切り換える条件は、中間工程の経過時間が所定時間に到達すること、または圧力制御によって所定距離だけスクリュが前進することとしてもよい。射出工程から中間工程に切り換わった時点で、キャビティ内がフル充填されていない場合には、中間工程においてキャビティ内へ樹脂が流入する。

射出工程から中間工程に切り換わった直後は、目標圧力へ射出圧力が到達せず、圧力制御によってスクリュ前進速度も大きくなる。そして、充填完了に近づくにつれ、キャビティ内への樹脂の流入が減少するためスクリュ前進速度が小さくなり、そのまま圧力制御を継続すれば目標圧力へ射出圧力が到達する。そこで、中間工程から保圧工程へ切り換える条件を、検出した射出圧力が目標圧力へ到達したこと、またはスクリュ前進速度が所定速度まで低下することとしてもよい。なお、当該前記中間工程から保圧工程への切換条件の設定は、特許請求の範囲に記載の第２の切換条件設定部に対応する。

そして、中間工程圧力制御部は、設定された中間工程目標圧力を目標圧力として中間工程の圧力制御を行う。なお、中間工程圧力制御部による中間工程での圧力制御中は、スクリュ前進により過度に樹脂を圧縮しないようスクリュ前進速度に制限を設けてもよい。

＜実施形態２＞
図３は本発明の実施形態２を説明する図である。ここでは、実施形態１と異なる部分を説明する。中間工程での目標圧力は、予測した射出圧力をそのまま使用してもよいし、充填量を調整できるように、予測して求めた射出圧力に所定値を加算または減算したものとしてもよい。

１ シリンダ
２ ノズル
３ スクリュ
４ ホッパ
５ 圧力センサ
６，７ 伝動機構
８ 変換機構
１０ 制御装置
１１ サーボアンプ
１２ サーボアンプ
１３ ＲＯＭ
１４ ＲＡＭ
１５ サーボＣＰＵ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ ＰＭＣＣＰＵ
１８ ＲＯＭ
１９ ＲＡＭ
２０ ＣＮＣＣＰＵ
２１ ＲＯＭ
２２ ＲＡＭ
２３ 成形データ保存用ＲＡＭ
２４ 表示回路
２５ 表示装置付き入力装置
２６ バス
Ｐｅｎｃ１ 位置・速度検出器
Ｐｅｎｃ２ 位置・速度検出器
Ｍ１ 射出用サーボモータ
Ｍ２ スクリュ回転用サーボモータ

Claims (7)

1. 成形サイクルにおいて射出工程と保圧工程との間に中間工程を設け、射出工程から中間工程へ切り換え、中間工程から保圧工程へ切り換える射出成形機の制御装置であって、
   前記射出工程から中間工程への切換条件をスクリュ前進速度が所定速度まで低下したこととし、前記中間工程から保圧工程への切換条件を設定する切換条件設定部と、
   前記中間工程で検出した射出圧力の時間変化に基づいて予測した所定時間後の射出圧力を中間工程目標圧力として設定する中間工程目標圧力設定部と、
   前記設定された中間工程目標圧力を目標圧力として中間工程の圧力制御を行う中間工程圧力制御部と、
   を備えることを特徴とする射出成形機の制御装置。
2. 前記中間工程目標圧力設定部は、前記予測した射出圧力に所定値を加算または減算して求めた射出圧力を中間工程目標圧力として設定することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御装置。
3. 前記中間工程目標圧力設定部は、射出工程から中間工程に切り換わった時点で中間工程完了時点までの目標圧力を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形機の制御装置。
4. 前記中間工程目標圧力設定部は、中間工程において時々刻々目標圧力を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の射出成形機の制御装置。
5. 成形サイクルにおいて射出工程と保圧工程との間に中間工程を設け、射出工程から中間工程へ切り換え、中間工程から保圧工程へ切り換える射出成形機の制御装置であって、
   前記射出工程から中間工程への切換条件をスクリュ前進速度が所定速度まで低下したこととし、前記中間工程から保圧工程への切換条件を設定する切換条件設定部と、
   良品が成形された際の中間工程の圧力波形を記憶する手段を有し、
   中間工程では該記憶された圧力波形を中間工程目標圧力として設定する中間工程目標圧力設定部と、
   前記設定された中間工程目標圧力を目標圧力として中間工程の圧力制御を行う中間工程圧力制御部と、
   を備えることを特徴とする射出成形機の制御装置。
6. 前記切換条件設定部は、中間工程が所定時間だけ経過したこと、中間工程圧力制御によって所定距離だけスクリュが前進すること、検出した射出圧力が中間工程目標圧力へ到達すること、スクリュ前進速度が所定速度まで低下すること、のうち少なくとも一つを中間工程から保圧工程への切換条件として設定することを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の射出成形機の制御装置。
7. 前記中間工程圧力制御部は、スクリュ前進速度を予め設定した速度で制限することを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の射出成形機の制御装置。