(57)【要約】【課題】射出成形機において、シリンダ全体を必要以上に加熱することなく、型締めによって生じるノズル先端部の熱逃げを抑制して、より安定した成形動作を行えるようにする。【解決手段】一対の金型の型締めを行う型締め機構部におけるノズルの周囲の位置に配置された、ノズルを加熱する加熱部を有する加熱部材を備える射出成形機におけるノズルの温度制御方法であって、型締め機構部による一対の金型の型締め動作中に、ノズルが一定の温度よりも高い温度となるようにノズルを予備加熱する予備加熱工程を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可塑化された樹脂材料を一対の金型により形成されるキャビティ内へ射出するノズルを有する射出機構部と、前記一対の金型の型締めを行う型締め機構部と、前記型締め機構部における前記ノズルの周囲の位置に配置され、前記ノズルを加熱する加熱手段を有する加熱部材と、を備える射出成形機におけるノズルの温度制御方法であって、
前記型締め機構部により前記一対の金型の型締め動作を行なう前に、前記ノズルが一定の温度になるように、前記加熱手段により前記ノズルを加熱する加熱工程と、
前記型締め機構部による型締め動作中に、前記ノズルが前記一定の温度よりも高い温度となるように、前記ノズルを予備加熱する予備加熱工程と、
を備えることを特徴とする射出成形機におけるノズルの温度制御方法。
【請求項２】
前記型締め機構部により型締めが行われた後の前記射出機構部による射出動作中に、前記ノズルに対して、前記予備加熱工程とは異なる加熱制御である強調加熱制御を行う強調加熱制御工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機におけるノズルの温度制御方法。
【請求項３】
前記射出成形機は、前記加熱部材の温度を検知する検知手段をさらに備え、前記強調加熱制御工程では、前記検知手段により検知された型締め前と射出動作後の前記加熱部材の温度変化量に基づいて、前記強調加熱制御の制御方法を異ならせることを特徴とする請求項２に記載の射出成形機におけるノズルの温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機に関するもので、特に、可塑化された材料を金型側に射出するノズルの温度制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機は、樹脂を溶融混錬して金型に射出する射出成形部と、この射出成形部に対して金型を離型可能に固定保持し得る型締め機構部とを基本的な構成として備えている。
【０００３】
操作手順は、射出成形機にカセット型の金型をセットし、射出シリンダやノズル、および金型等の温度設定を行う。続いて樹脂をホッパーにセットし、射出シリンダ等の温度が設定された成形温度に到達したらパージングを行い、溶融した樹脂が射出シリンダからスムーズに射出されるかを確認する。その後、射出圧力などの成形条件設定を行い、成形動作を開始する。
【０００４】
成形時の温度については、射出シリンダや、これに接続されて樹脂を金型側に射出するノズルの温度は、樹脂を溶融するため高温に設定され、金型の温度は、溶融した樹脂を冷却させるため、ノズル等に比べ約１００〜２００℃低温に設定される。
【０００５】
射出動作は、型締め機構部が金型を型締めした状態、つまり、ノズルと金型が接触した状態で行われる。そのため、ノズルと金型が接触する際、互いの温度差による熱伝導の影響によってノズルの温度が低下することがあった。
【０００６】
特許文献１では、この熱伝導を抑制することを目的とした射出成形機が提案されている。この特許文献１では、ノズルの先端にノズルチップを設けると共に、固定プラテンにチップホルダを設け、ノズル先端のノズルチップとチップホルダとを線接触で緊密に接触させるようにすることでノズル先端部の熱が金型に逃げることを抑制している。
【特許文献１】特開２００６−２８９８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来では、型締め時にノズル先端の温度が低下してしまう結果、樹脂の流動性が悪くなり、成形不良や、ノズル先端部に樹脂が詰まって成形不能状態になるなどの問題があった。
【０００８】
また、特許文献１に記載されている技術によれば、このような問題はある程度改善されるが、溶融温度領域の狭い材料を使用するときや、金型との温度差が大きいときなどでは、熱伝導の抑制が十分ではなかった。
【０００９】
また、これらの対策のためシリンダ全体を必要以上に加熱することは、ドローリングの問題を引き起こす可能性があるため、好ましくない。
【００１０】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、射出成形機において、シリンダ全体を必要以上に加熱することなく、型締めによって生じるノズル先端部の熱逃げを抑制して、より安定した成形動作を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる射出成形機におけるノズルの温度制御方法は、可塑化された樹脂材料を一対の金型により形成されるキャビティ内へ射出するノズルを有する射出機構部と、前記一対の金型の型締めを行う型締め機構部と、前記型締め機構部における前記ノズルの周囲の位置に配置され、前記ノズルを加熱する加熱手段を有する加熱部材と、を備える射出成形機におけるノズルの温度制御方法であって、前記型締め機構部により前記一対の金型の型締め動作を行なう前に、前記ノズルが一定の温度になるように、前記加熱手段により前記ノズルを加熱する加熱工程と、前記型締め機構部による型締め動作中に、前記ノズルが前記一定の温度よりも高い温度となるように、前記ノズルを予備加熱する予備加熱工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、射出成形機において、シリンダ全体を必要以上に加熱することなく、型締めによって生じるノズル先端部の熱逃げを抑制して、より安定した成形動作を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係わる射出成形機の射出機構部と型締め機構部の主要部の断面図である。
【００１５】
本実施形において、射出シリンダ１の先端部にはノズル４が、ノズルホルダ５（加熱部材）と緊密に接触した状態で配置されている。射出シリンダ１およびこれに連結されたノズル４は、ノズルホルダ５に形成された穴５ａに嵌合し、固定側プラテン３に対して移動できない形で固定されている。
【００１６】
射出シリンダ１の周囲にはヒータバンド２が巻き付けられており、使用する樹脂材料の特性に合わせて所定の温度に制御され、樹脂材料を軟化溶融する。溶融された樹脂は、図示していない射出モータによって金型側に射出される。
【００１７】
本実施形態におけるノズルホルダ５には、図３に示したホルダヒータ１１１と、ノズルホルダ５の温度を検知する温度センサ１１３が設けられ、後述する構成によって温度制御される。このように、ノズル４の先端が金型の固定側型板ホルダー６と接触する部分において、ノズルホルダ５を介してホルダヒータ１１１によりノズル４を加熱することで、特に熱逃げが発生しやすいノズル４の先端部での金型への熱移動を抑制することができる。
【００１８】
本実施形態における型締め機構は、固定プラテン８を含み、一対の金型の一方である固定側型板１０を保持する固定側型板ホルダー６と、一対の金型の他方である可動側型板７を保持する可動側型板ホルダー９と、図示していない金型の開閉を行う型締めモータとを備えて構成される。
【００１９】
なお、本実施形態における金型は、カセット型となっており、固定側型板１０と、可動側型板７と、受板８と、カセット型エジェクタープレート１３と、カセット型リセットピン１１と、カセット型エジェクターピン１２とを備えて構成される。ノズル４から射出された軟化溶融樹脂は、固定側型板１０と可動側型板７との間に形成されたキャビティ内に射出され、成形品が成形される。
【００２０】
本実施形態における型締めは、型締めモータの駆動によって、型締めモータとボールねじを介して機械的に連結されたトグル機構の駆動アームと従動アームとが連動し、従動アームの一端が固定された可動側型板ホルダー９が固定側型板ホルダー６に向けて上昇する。最終的に可動側型板７と固定側型板１０とのパーティング面が当接し、可動側型板ホルダー９が固定側型板ホルダー６を挟んで固定側プラテン３に押し付けられて、型締め状態となる。
【００２１】
型締め動作及び射出動作等の手順は、以下のように行われる。
【００２２】
図示しない型締めモータの駆動により、型締め動作が行われる。その後、ノズル４から金型のキャビティ内に軟化溶融樹脂が射出される。成形品の冷却工程を経ると、型締め機構により、先程の型締め動作とは逆の駆動により型開き動作が行われると同時に、エジェクターピン１２により成形品が突き出され、成形品およびランナーが成形機の外に排出される。型が開いているときの型締め機構部の状態を図２に示す。
【００２３】
図３は本実施形態における射出成形機の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図３において、１００は射出成形機を駆動制御する制御装置、１０５は演算処理用のＣＰＵ、１０２は射出成形機の制御プログラムおよび演算データを格納するＲＯＭ、１０３は制御プログラムや演算データの一時記憶用に使用されるＲＡＭである。１０１は各成形条件や成形回数などを記憶するためのＥＥＰＲＯＭ、１０７は射出および型締め用のサーボモータを駆動するサーボアンプ、１０４はサーボアンプ１０７を制御するＦＰＧＡ、１０６は型締めモータなどを駆動するモータドライバである。
【００２５】
１１０は射出シリンダ１の周囲に巻き付けられたヒータバンド２を加熱するヒータバンド駆動部、１１１はノズルホルダ５に設けられ、ノズルホルダ５を加熱するためのホルダヒータ（加熱手段）、１１２はヒータバンド２の温度を検出するための温度センサ、１１３はノズルホルダ５の温度を検出するための温度センサ（検知手段）である。１０８はオペレータとのインタフェースを行うための表示装置の機能と操作手段としてのタッチパネルの機能とを有するＬＣＤ、１０９は補助操作手段としてのスイッチである。
【００２６】
上記構成において、制御装置１００はＬＣＤ１０８にメニュー画面等（図示せず）を表示させ、成形条件の設定、パージ動作、成形動作を行う。成形条件は、成形される材料によって適宜調整されるため、ＥＥＰＲＯＭ１０１に成形条件を記憶できるように構成されている。
【００２７】
射出成形機の基本的な動作は、従来例におけるものと実質的に同一である。
【００２８】
図４は本実施形態におけるホルダヒータ１１１の温度制御方法を示すフローチャートである。ノズルホルダ５の温度制御タスクは、温度センサ１１３の検知温度に基づいて制御され、メインルーチンとは別に周期的に起動するタスクとして処理を行う。なお、本実施形態におけるホルダヒータ１１１の加熱力の制御は、ＰＷＭ制御によって、ホルダヒータ１１１の通電を切替えることによって行っている。
【００２９】
タスクが起動されると、ステップＳ１０１では、変数の初期化を行う。変数の初期化は、後述するホルダヒータ１１１の設定温Ｔｔとサンプリングした実温度Ｔとの差分値を積分した値Ｓｅと、Ｓｅを参照するためのｐＳｅを初期化する。Ｓｅは０にクリアし、ｐＳｅはＭａｘ値に初期化される。
【００３０】
次にステップＳ１０２において、温度設定変更の要求の有無を確認する。使用樹脂の変更などに伴い、作業者から温度設定変更の要求がある場合には、ステップＳ１０３に進みノズルホルダ５の設定温度（Ｔｔ）（目標温度）を要求に従い変更する。温度設定変更の要求が無ければ、ステップＳ１０４に進む。温度設定変更は、作業者が随時行うことができる。
【００３１】
本実施形態におけるホルダヒータ１１１への出力値の決定は、タスクが周期的に起動する度に、成形機の動作状態を判定することにより、それぞれの動作状態における加熱制御を決定することによって行われる。より具体的には、決定されたそれぞれの加熱制御における目標値から、温度センサ１１３の入力値に対するホルダヒータ１１１への出力値を決定する。以下で、ホルダヒータ１１１への出力値の決定を指令する制御方法について説明する。ここでは制御の指令の説明に留め、なお、各温度制御の詳細については後述する。
【００３２】
ステップＳ１０４において、成形機の動作状態が、型締め動作中であるか判定する。ステップＳ１０４の判定がＮｏであるとき、ステップＳ１０５に進み、射出動作中であるか判定する。ステップＳ１０５の判定がＮｏであるとき、ステップＳ１０６に進み、射出動作終了か判定する。ステップＳ１０６の判定がＮｏであるとき、ステップＳ１０７に進み、通常温度制御におけるホルダヒータ１１１への出力値を決定する。
【００３３】
また、先のステップＳ１０４において判定がＹｅｓであるとき、すなわち、成形機が型締め動作を行っていると判定されたとき、ステップＳ１０８に進み、予備加熱制御におけるホルダヒータ１１１への出力値を決定する。
【００３４】
また、先のステップＳ１０５において判定がＹｅｓであるとき、すなわち、成形機が射出動作を行っていると判定されたとき、ステップＳ１０９に進み、強調温度制御におけるホルダヒータ１１１への出力値を決定する。
【００３５】
処理がステップＳ１０８あるいはステップＳ１０９に進んだ場合には、さらにステップＳ１０１０に進み、温度センサ１１３によるノズルホルダ５の検知温度から、後述の温度変化量を算出する処理を行う。
【００３６】
ステップＳ１０１０における温度変化量算出の手順は以下のように行う。本実施形態では、温度変化量Ｓｅは成形機の型締め動作開始から射出動作終了までの区間のノズルホルダ５の温度変化量とする。そのため、処理がステップＳ１０８またはステップＳ１０９に進んだ場合には、それぞれのステップからさらにステップＳ１０１０に進み、温度変化量を算出する。以下に温度変化量を算出する式を示す。
【００３７】
Ｓｅ＝Σ（Ｔｔ−Ｔ）
すなわち本実施形態では、温度変化量Ｓｅは、型締め動作開始から射出動作終了までの、ノズルホルダ５の設定温度Ｔｔと実際の温度Ｔとの差分値を積分することで算出する。すなわち、この温度変化量Ｓｅは、金型とノズル４が熱平衡状態にない場合には、温度の差分値は大きくなり、熱平衡状態では差分値は０に近くなる。
【００３８】
さらに、先のステップＳ１０６において判定がＹｅｓで、射出動作が終了したと判定された場合には、ステップＳ１０１１に進み、射出動作が終了する前に最終的に算出されたＳｅ（温度変化量）の値を、ｐＳｅの値に更新する処理を行う。更新は、ＳｅをｐＳｅの値に代入し、その後、成形機起動時の初期化処理と同様にＳｅを０にクリアする。ステップＳ１０１１の処理の後、ステップＳ１０７に進み、通常温度制御におけるホルダヒータ１１１への出力値を決定する。
【００３９】
これらのようなホルダヒータ１１１への指令および温度センサ１１３による検知温度の処理を、周期的な起動ごとに選択的に行い、一連の処理終了の後、タスクの起動待ちに入る。
【００４０】
このような周期的なタスクのルーチン処理は、射出成形機の動作状態に沿って行われるため、成形機の動作手順に沿ってホルダヒータ１１１の動作をみると、図５に示すようになる。図５は、図４に示した処理により結果的に行われるホルダヒータ１１１の動作を、成形機の成形動作手順に沿って示したフローチャートである。以下に、各加熱制御について詳細に説明する。
【００４１】
射出成形機が起動されるとステップＳ２０１において、通常のＰＩＤ制御によるホルダヒータ１１１の通常温度制御が行われる。通常、一連の成形動作は、ノズルホルダ５の温度が目標温度（Ｔｔ）付近まで到達していないと行われないようになっているため、通常温度制御では、ホルダヒータ１１１の温度を、目標温度（Ｔｔ）付近に保つように、ＰＩＤ制御している。
【００４２】
ステップＳ２０２において成形機が型締め動作を開始すると、ホルダヒータ１１１ではステップＳ２０３の予備加熱制御が行われる。ステップＳ２０３の予備加熱制御は、ホルダヒータ１１１の通電を予備加熱区間中、常にＯＮ状態にすることで、一時的にノズルホルダ５を設定温度（Ｔｔ）からさらに高い目標値を与えて強力に加熱する。本実施形態では、固定側プラテン３と固定側型板ホルダー６とが接触する直前までの型締め動作中を、予備加熱制御を行う区間としている。
【００４３】
このように射出動作前にノズルホルダ５を予備加熱しておくことによって、型締め完了時、金型との温度差によって生じるノズル４の温度低下を、少なくともノズル４内の軟化溶融樹脂が冷え固まってしまわない程度の低下までに抑えるようにする。これによって、起動後初期の段階から、ノズルの樹脂詰まりなどのトラブルを防止して、安定した射出成形を行うことができる。
【００４４】
また、このように予備加熱区間を金型の移動動作中に設定しているのは、以下のような理由による。ホルダヒータ１１１は、ノズル４の先端部を加熱するものであるが、長時間必要以上の温度によって加熱することは、ノズル４内の樹脂に対して劣化などの影響を与える可能性がある。そのため、型締め動作が開始された金型移動中においてのみ、設定温度（Ｔｔ）以上の温度で加熱を行い接触時の温度低下に備えるようにしている。
【００４５】
次にステップＳ２０４において、成形機の型締め動作が完了し、同時に射出動作が開始されると、ホルダヒータ１１１では、ステップＳ２０５の強調温度制御が行われる。ステップＳ２０５の強調温度制御（強調加熱制御）では、先の予備加熱制御とは別の制御によって加熱力を決定している。
【００４６】
これは上述のように、予備加熱制御は加熱力が強力なため、必要以上の加熱を長時間与えないようにするためである。さらに、成形動作開始直後と、連続成形を経過した後とでは、型締めによる固定側プラテン３と金型との接触による熱の移動量が異なる。そのため、強調温度制御では、加熱力を決定する際、前回に行われた成形動作時における温度変化量Ｓｅに基づいた値を強調温度制御に反映させて、ホルダヒータ１１１の出力値を決定する。
【００４７】
すなわち、前述のようにして前回の成形時に更新されたｐＳｅの値を、ＰＩＤ制御の入力にあたる偏差量ｅに対して、以下の式に示すように反映して補正する。
【００４８】
ｅ＝ｅ−ｐＳｅ・Ｋ                    …（１）
ｅ：偏差量
Ｋ：温度変化量補正係数
この補正による偏差量に対する目標値（Ｔｔ）からホルダヒータ１１１への出力値を決定する。
【００４９】
このようにステップＳ２０５においては、前回の成形動作時における温度変化量Ｓｅを、今回の温度制御にフィードフォワードする形でＰＩＤ制御が行われる。なお、成形機の起動後最初の強調温度制御では、ｐＳｅは図４のステップＳ１０１で初期化されているＭａｘ値を用いる。
【００５０】
つまり、ステップＳ２０３でノズルホルダ５を予備加熱することによってノズル４の樹脂詰まりを防止しても、型締め時には、やはり金型との温度差によるノズル４の温度低下が生じる。そのため、強調温度制御では、型締めによるノズル４の先端の温度低下を補正するように、設定温度（Ｔｔ）を目標値として、ノズルホルダ５を加熱する。このように型締め完了後の射出動作中におけるホルダヒータ１１１の加熱制御を行うことによって、通常温度制御よりも正確に、早く目標値（Ｔｔ）にノズルホルダ５の温度を近づけることができる。
【００５１】
さらに、このように強調温度制御を、成形動作ごとに前回の温度変化量を反映させることによって可変に加熱することで、射出成形を続けてノズルホルダ５と金型との温度差が次第に少なくなり互いの温度が平衡状態になってきたときに、樹脂に対して過加熱となることを防止することができる。よって、より安定した成形温度で成形を行うことができ、また、ホルダヒータ１１１の加熱に要する電力の無駄な消費を防ぐこともできる。
【００５２】
このように、射出動作中は強調温度制御を行い、ステップＳ２０６において、成形機の射出動作が終了すると（射出動作後）、ステップＳ２０７に進み、前述のように、今回の強調温度制御に用いたｐＳｅの値が、今回の温度変化量Ｓｅに基づくｐＳｅの値に更新され、ホルダヒータ１１１の加熱制御はステップＳ２０１に戻る。
【００５３】
次の成形動作が連続して行われる場合、その次回のステップＳ２０５の強調温度制御の際には、今回のステップＳ２０７（図４におけるステップＳ１０１１）において更新されたｐＳｅを上記の（１）式にフィードフォワードして、強調温度制御を行う。
【００５４】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、金型のスプール部とノズル部で温度の差が生じている起動後初期の段階で型締めが行われた際、ノズル部の熱が金型に吸収されてしまった場合に発生するノズル詰まりなどを防止することができる。そのため、起動初期から安定した成形動作を行える射出成形機のノズル温度制御方法を提供することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、温度センサ１１３をノズルホルダ５に設けたが、これに限らず、ノズルホルダ５の温度が検知できれば良いため、例えば固定側プラテン３に設けても良い。
【００５６】
また、温度センサ１１３によるノズルホルダ５の温度の検知について、本実施形態では、温度の変化量を精度良く検出するために、温度センサ１１３は型締め動作開始から射出動作終了までの間、ノズルホルダ５の温度を検知している。しかし、予備加熱制御における加熱は一定の加熱温度に設定されているため、型締め動作完了と同時、あるいは直後の射出動作開始から射出動作終了までの間のノズルホルダ５の温度を検知するようにしても良い。
【００５７】
また、本実施形態では、ノズルがノズルホルダ５に位置決め保持されて固定側プラテン３に固定されている構成として説明した。これは、固定側プラテン３にノズルホルダ５を設け、さらにノズルホルダ５に加熱手段を設けることによって、ノズルホルダ５によるノズルの位置決め調整がし易く、位置決め精度が向上するため、および固定側プラテン３全体を加熱するのに比べ消費電力を低減できるためである。しかし、ノズルが接触する支持部材としては、ノズルホルダ５を設けることに限らず、ノズルの先端部分を保持する部材とし、その部材に加熱手段を設けることによっても本発明は実施可能である。
【００５８】
また、上記の実施形態では、ノズルが固定側プラテン３に固定されている構成として説明した。しかし、固定側プラテンに対してノズルが可動に構成される構成の射出成形機についても、本発明は適用可能である。すなわち、固定プラテンに対してノズルが可動に構成されたものについても、型締め時に固定プラテンとノズル先端とが金型に接する構成は同じである。そのため、このような構成の射出成形機においても、例えば本実施形態のように固定プラテンにノズルホルダのような別の支持部材としての部材を設けて、そこに加熱手段を設けることによっても本発明は実施可能である。
【００５９】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、型締めによって生じるノズル先端部の熱逃げを低減するとともに、シリンダ全体の過加熱によるドローリングを防止することができる。これによって、ノズルの樹脂詰まりなどの問題を抑制し、より安定した成形動作を行える射出成形機のノズル温度制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態における射出成形機の主要部の断面図で、型締めが完了した状態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態における射出成形機の主要部の断面図で、型開き時の状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における射出成形機のブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態における射出成形機のノズルホルダの制御方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態における射出成形機のノズルホルダの温度制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１  射出シリンダ  
３  固定側プラテン
４  ノズル
５  ノズルホルダ
６  固定側型板ホルダー
７  可動側型板
９  可動側型板ホルダー
１０  固定側型板
１１１  ホルダヒータ
１１３  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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