【手続補正書】
【提出日】平成16年2月12日(2004.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】射出装置の制御方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】一端に射出口を有するシリンダと、シリンダ内部の射出口に対面する位置において軸方向に摺動するプランジャと、プランジャを前進後退させる駆動手段と、シリンダ内圧を検出する手段とを備え、プランジャの前進でシリンダ内部に供給された成形材料を加圧して射出口に繋がれた金型のキャビティ内に成形材料を射出注入するように構成された射出装置の制御方法において、プランジャを前進させて金型のキャビティ内に成形材料を注入する際に、シリンダ内圧が予め設定された第一の圧力Ｐchに達した時点より、前記第一の圧力Ｐchより低い第二の圧力Ｐp まで減圧した後に前記第二の圧力Ｐp を一定に維持する保圧制御を行う場合に、予め設定された加速度によりプランジャの前進速度を減速させ、シリンダ内圧が前記第二の圧力Ｐp 以下になった時点より、シリンダ内圧が前記第二の圧力Ｐp を維持するように圧力フィードバック制御を行うことを特徴とする射出装置の制御方法。
【請求項２】一定加速度によりプランジャの前進速度を減速させる際に、シリンダ内圧が第二の圧力Ｐp  以下になる以前にプランジャの前進速度が任意に設定された速度の下限リミット値Ｖlow に達した場合、減速を終了し、シリンダ内圧が前記第二の圧力Ｐp 以下になるまでプランジャの前進速度を一定値Ｖlow に保つことを特徴とする請求項１記載の射出装置の制御方法。
【請求項３】プランジャの前進速度の下限リミット値Ｖlow がマイナスの値であることを特徴とする請求項２記載の射出装置の制御方法。
【請求項４】プランジャの前進速度の下限リミット値Ｖlow がプラスの値であるとき、シリンダ内圧が第二の圧力Ｐp 以下になる前に上昇しだした場合、前記下限リミット値Ｖlow をマイナスの値に変更することを特徴とする請求項２記載の射出装置の制御方法。
【請求項５】プランジャの前進速度の下限リミット値Ｖlow がプラスの値であるとき、シリンダ内圧が任意に設定された時間以内に任意に設定された圧力以下にならない場合、前記下限リミット値Ｖlow をマイナスの値に変更することを特徴とする請求項２記載の射出装置の制御方法。
【請求項６】シリンダ内圧を第二の圧力Ｐp で維持するように圧力フィードバック制御を行う際に、速度のリミット値を任意に設定できるようにすることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の射出装置の制御方法。
【請求項７】シリンダ内圧が予め設定された第二の圧力Ｐvpに達した時点より、予め設定された圧力パターンにてプランジャの加圧力を制御する場合に、実シリンダ内圧が指令圧力よりも大きく、その差が許容値ΔＰ３以上になった場合、速度リミット値を十分に低い値に変更することを特徴とする請求項１に記載の射出装置の制御方法。
【請求項８】プランジャの加圧力がゼロ以下になったときプランジャを後退させることを特徴とする請求項１に記載の射出装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂の射出成形機における射出装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出形成機の射出装置として、一端に射出口を有するシリンダと、シリンダ内部の射出口に対向する位置において軸方向に摺動するプランジャと、プランジャを前進後退させる駆動手段とを備え、シリンダは、プランジャの摺動位置と射出口との間に成形材料の供給口を有していて、プランジャの前進でシリンダ内部に供給された成形材料を加圧して射出口に繋がれた金型のキャビティ内に成形材料を射出注入するように構成されたものが知られている。この射出装置には、未溶融の成形材料をシリンダ内部に供給してヒーター等により可塑化した後に射出するプランジャ式と、成形材料を溶融するスクリューがシリンダ外部に設けられたプリプラ式と、シリンダ内部でプランジャの先端側に一体に設けられたインラインスクリュー式がある。また、プランジャ後部か、あるいはシリンダにシリンダ内圧の検出装置を配設したものがある。
【０００３】
上記従来の射出装置においては、以下のように射出制御されている。プランジャを前進させて金型のキャビティ内に成形材料を射出注入する射出工程において、ランナー部での流動バランスを取ったり、ゲート部でのガスの発生やジェッティング不良の発生を防止するなどの対策のために、プランジャ位置あるいは圧力の情報により速度指令を切り換え、図８に示すように、多段の速度にてプランジャを前進させている。また、金型のキャビティ内に成形材料が充填完了する直前には衝撃を減らすために減速させている。最近では、図９に示すように、その速度を任意の加速度にて変化させることができるものもある。
【０００４】
また、射出工程において、ゲート詰まり等により成形材料に大きな加圧力が加わり、金型などを損傷させることがないように射出力に一定のリミットを与えている。
【０００５】
また、プランジャを前進させて金型のキャビティ内に成形材料を射出注入する過程で、シリンダ内圧あるいはプランジャ位置の検出により、圧力を一定に保持する保圧工程に切り換えるが、薄肉部品を射出成形する場合には高速で射出するために、射出中の射出圧力が保圧圧力よりも大きく、充填直前に射出速度を減速させて低速で充填を完了させるか、あるいは保圧を多段に設定し、充填完了までに圧力を減圧させる方法が採られている。
【０００６】
また、保圧工程中のプランジャの加圧力Ｆは、指令圧力をＰp 、実シリンダ内圧をＰ’、プランジャの断面積をＡとしたとき、プランジャの加圧力Ｆを、下記（６）式あるいは下記（７）式で規定されている。
【０００７】
【数３】
1999188763.tif 000001
【０００８】
【数４】
1999188763.tif 000002
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の制御方法には、以下の問題点があった。
【００１０】
溶融した成形材料は粘性流体であり、かつ圧縮流体であるために、プランジャの移動に対して、シリンダ内圧の変化は時間遅れを伴い、そのために圧力情報によりプランジャの駆動を制御する際に急な圧力変化がある場合は、図１０に示すように、圧力の大きな変動が発生する。プランジャの駆動速度が早い場合、この時間遅れに伴う圧力の変動はより大きくなるため、薄肉部品を射出成形する際に保圧を多段に設定し、充填完了までに圧力を減圧させる方法を用いた場合はプランジャの前進速度が早いために圧力及び速度が振動し易いという問題があり、充填直前に射出速度を減速させて低速で充填を完了させる方法では、充填前に速度が低速になる領域が多くなるため、ショートショットが発生し易いという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、射出工程での速度の変動や保圧工程での圧力の変動を無くし、低圧成形時の高速射出を可能にし、ゲート詰まり等で発生する圧力のオーバーシュートを減少させ、より低圧の成形を可能にする射出装置の制御方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一端に射出口を有するシリンダと、シリンダ内部の射出口に対面する位置において軸方向に摺動するプランジャと、プランジャを前進後退させる駆動手段と、シリンダ内圧を検出する手段とを備え、プランジャの前進でシリンダ内部に供給された成形材料を加圧して射出口に繋がれた金型のキャビティ内に成形材料を射出注入するように構成された射出装置の制御方法において、プランジャを前進させて金型のキャビティ内に成形材料を注入する際に、シリンダ内圧が予め設定された第一の圧力Ｐchに達した時点より、前記第一の圧力Ｐchより低い第二の圧力Ｐp まで減圧した後に前記第二の圧力Ｐp を一定に維持する保圧制御を行う場合に、予め設定された加速度によりプランジャの前進速度を減速させ、シリンダ内圧が前記第二の圧力Ｐp 以下になった時点より、シリンダ内圧が前記第二の圧力Ｐp を維持するように圧力フィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、一定加速度によりプランジャの前進速度を減速させる際に、シリンダ内圧が第二の圧力Ｐp 以下になる以前にプランジャの前進速度が任意に設定された速度の下限リミット値Ｖlow に達した場合、減速を終了し、シリンダ内圧が前記第二の圧力Ｐp 以下になるまでプランジャの前進速度を一定値Ｖlow に保つと圧力のアンダーシュートの発生を抑制できる。この下限リミット値Ｖlow はマイナスの値でも良い。
【００１４】
また、プランジャの前進速度の下限リミット値Ｖlow がプラスの値であるとき、シリンダ内圧が第二の圧力Ｐp 以下になる前に上昇しだす場合があるが、その時は、圧力の上昇を検出するか、シリンダ内圧が任意に設定された時間以内に任意に設定された圧力以下にならない場合、前記下限リミット値Ｖlow をマイナスの値に変更して新たに減速を行う。また、シリンダ内圧を第二の圧力Ｐp で維持するように圧力フィードバック制御を行う際に、速度のリミット値を任意に設定できるようにすることにより、圧力の振動が発生しにくくかつかつ圧力のダウンシュート量が大きくなったり、ダウンシュート発生時間が長くなるのを防止できる。
【００１５】
またシリンダ内圧が予め設定された第二の圧力Ｐvpに達した時点より、予め設定された圧力パターンにてプランジャの加圧力を制御する場合に、実シリンダ内圧が指令圧力よりも大きく、その差が許容値ΔＰ３以上になった場合、速度リミット値を十分に低い値に変更するようにすると、圧力オーバーシュート量が大きい場合に速度指令値を小さくすることにより、保圧工程中の圧力振動を防止できる。
【００１６】
さらに、プランジャの加圧力がゼロ以下になったときプランジャを後退させるようにすると、超低圧の成形が可能となる。
【００１７】
なお、本発明の射出装置に形式は、プランジャ式、プリプラ式、インラインスクリュー式の何れでもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の射出成形機の制御方法の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００１９】
図１に示す本実施形態の射出成形機は、スクリュープリプラ式射出成形機であり、射出装置１００と、射出装置１００に可塑化した成形材料を供給する予備可塑化装置２００と、射出装置１００から可塑化した成形材料が射出注入される金型３００にて構成されている。
【００２０】
射出装置１００は、一端に射出口７を有するシリンダ１と、シリンダ１内部の射出口７に対面する位置においてシリンダ１の軸方向に摺動するプランジャ２と、プランジャ２を前進後退させる駆動手段３とを備えている。シリンダ１には、プランジャ２の摺動位置と射出口７との間に、シリンダ１内の貯液部分９内に成形材料を供給する供給口８が形成されている。また、貯液部分９に供給された成形材料の圧力を検出されるために、プランジャ２の後部には、プランジャ２の加圧力の検出装置６が連結されている。また、プランジャ２の先端部には樹脂の逆流を防止する逆流防止弁４が設けられている。
【００２１】
図１に示すように、駆動手段３はサーボモータ３３から成り、このサーボモータ３３の回転角度を検出するエンコーダ５１を備えている。このエンコーダ５１は検出した回転角度からシリンダ１内のプランジャ２の位置を検出する。駆動手段３は、その駆動を制御する制御手段５を備え、この制御手段５はエンコーダ５１から検出信号を得るとともに、エンコーダ５１から得た回転角度の変化量からプランジヤ２の前進速度を検出する。制御手段５には、プランジャ２の加圧力の検出装置６が連結され、またサーボモータ３３のトルクの検出装置が内蔵されている。制御手段５はこれらの検出信号により、サーボモータ３３の駆動を制御する。
【００２２】
予備可塑化装置２００は、ホッパー２０１と、スクリュー部２０２を備え、スクリュー部２０２で可塑化した成形材料をシリンダ１の供給口８を通じてシリンダ１内に送り込み、シリンダ１内の貯液部分９に蓄える。
【００２３】
プランジャ２の前進でシリンダ１内の貯液部分９に蓄えられた成形材料を加圧して射出口７に繋がれた金型３００のキャビティ３０１内に成形材料を射出注入した後に、溶融した成形材料がキャビティ３０１内で冷却固化されることによって成形品が完成する。
【００２４】
プランジャ２を前進させて金型３００のキャビティ３０１内に成形材料を注入する際に、シリンダ１内圧が予め設定された圧力Ｐch（第一の圧力）に達した時点より、Ｐchよりも低い圧力Ｐp （第二の圧力）まで減圧した後に圧力Ｐp を一定に維持する保圧制御を行う場合に、図２に示すように、加速度ａ１によりプランジャ２の前進速度を減速させ、シリンダ内圧がＰp 以下になった時点より、シリンダ内圧がＰp を維持するように圧力フィードバック制御を行う。
【００２５】
シリンダ内圧が圧力Ｐp 以下になる以前に、プランジャ２の前進速度が任意に設定された速度の下限リミット値Ｖlow に達した場合は減速を終了し、シリンダ内圧が圧力Ｐp 以下になるまでプランジャ２の前進速度を一定のＶlow に保つようにする。このとき、Ｖlow はマイナスの値でも良い。Ｖlow がプラスの値であるとき、シリンダ内圧が圧力Ｐp 以下になる前に上昇しだす場合があるが、その時には、図３に示すように、圧力の上昇を検出するか、あるいは図４に示すように、シリンダ内圧が時間ｔgn以内に圧力Ｐgn以下にならないことを検出した時点より、Ｖlow をマイナスの値に変更して新たに減速を行う。
【００２６】
シリンダ内圧がＰp 以下になった時点よりシリンダ内圧がＰp を維持するように圧力フィードバック制御を行う際に、任意の保圧速度リミット値Ｖp を設定するが、Ｖp は小さい程圧力の振動が発生しにくくなるが、小さすぎると圧力のダウンシュート量が大きく、またダウンシュートが発生している時間が長くなるので、その成形に最適な値に設定する。
【００２７】
また、プランジャ２を前進させて金型３００のキャビティ３０１に成形材料を注入させ、シリンダ内圧がＰvpに達した時点より、図５に示す圧力パターンにてプランジャ２の加圧力を制御する際に、プランジャ２の断面積をＡとしたとき、指令圧力Ｐp と実シリンダ内圧Ｐ’の差が規定値ΔＰ２より大きい場合は、下記の（５）式でプランジャ２の加圧力Ｆを規定し、指令圧力Ｐp と実シリンダ内圧Ｐ’の差が規定値ΔＰ２以下の場合は、下記の（７）式で加圧力Ｆを規定する。
【００２８】
Ｆ＝Ａ｛Ｐp ＋ｋｐ・（Ｐp −Ｐ’）｝          ・・・（５）
【００２９】
【数４】
1999188763.tif 000003
【００３０】
また、上記（５）式、（７）式、あるいは下記の（６）式にて保圧制御を開始した後に、実シリンダ内圧Ｐ’が指令圧力Ｐp より大きく、その差が許容値ΔＰ３以上になった場合は、図６に示すように、速度指令値を充分に低いＶp に変更する。このＶp は保圧開始速度Ｖpsの１／２以下が望ましい。
【００３１】
【数３】
1999188763.tif 000004
【００３２】
また、プランジャ２の加圧力Ｆの計算値がゼロ以下になった場合、図７に示すように、速度指令値をマイナスの値Ｖpmに変更し、Ｆがゼロより大きくなると、速度指令値を元のＶp に戻す。Ｖpm及びＶp の絶対値が大きいと、低圧領域で圧力の振動が発生する。Ｖpm＝−３mm／ｓ、Ｖp ＝５mm／ｓの時、最大圧力能力１５００ｋｇｆ／cm2 の射出装置において１５ｋｇｆ／cm2 以上の圧力にて振動が発生しない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、充填直前の減圧工程を、プランジャの前進速度の減速パターンで制御することにより、自由な減圧カーブを振動を発生させることなく実現できる。
【００３４】
また指令圧力と実圧力の差が大きい場合に圧力偏差の積分値をゼロにしたり、圧力オーバーシュート量が大きい場合に速度指令値を小さくすることにより、保圧工程中の圧力振動を防止できる。
【００３５】
さらにプランジャの加圧力がゼロ以下の時にマイナスの速度指令を出すことにより、超低圧の成形が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出成形機の制御方法を適用する射出成形機の全体構成を示す概略断面図である。【図２】本発明の実施形態におけるプランジャの減速制御によるシリンダ内圧の減圧パターン制御方法の説明図である。
【図３】同実施形態におけるプランジャの減速制御によるシリンダ内圧の減圧パターン制御方法の説明図である。
【図４】同実施形態におけるプランジャの減速制御によるシリンダ内圧の減圧パターン制御方法の説明図である。
【図５】同実施形態における保圧工程での圧力偏差積分値のオンオフによる圧力振動防止制御方法の説明図である。
【図６】同実施形態における保圧工程での保圧速度の変更による圧力振動防止制御方法の説明図である。
【図７】同実施形態における低圧成形を実現する制御方法の説明図である。
【図８】従来例のプランジャ速度の制御方法の説明図である。
【図９】従来例のプランジャ速度の制御方法の説明図である。
【図１０】従来例の制御方法において圧力の時間遅れにより圧力振動の説明図である。
【符号の説明】
１  シリンダ
２  プランジャ
３  駆動手段
５  制御手段
６  加圧力検出手段
７  射出口
１００  射出装置
３００  金型
３０１  キャビティ


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
1999188763.tif 000005
【図２】
1999188763.tif 000006
【図３】
1999188763.tif 000007
【図４】
1999188763.tif 000008
【図５】
1999188763.tif 000009
【図６】
1999188763.tif 000010
【図７】
1999188763.tif 000011
【図８】
1999188763.tif 000012
【図９】
1999188763.tif 000013
【図１０】
1999188763.tif 000014