(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱シリンダ内にスクリュを回転並びに前後進可能であるように配設し、上記スクリュを回転駆動する計量駆動源と、上記スクリュを前後進駆動する射出駆動源とを具備したインラインスクリュ式の射出成形機において、
計量開始時点からの上記スクリュの累計回転量が予め設定された設定累計回転量に達すると、計量を完了させる手段を設け、
計量が完了した時点のスクリュの後退位置を基準として、スクリュを一定ストロークだけ前進させて射出動作を行い、
上記した計量行程における上記スクリュの累計回転量の変化に応じて、上記スクリュの後退速度を、予め設定されたスクリュ後退速度パターンに基づき制御するようにしたことを特徴とする射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インラインスクリュ式の射出成形機に係り、特に、樹脂の好適な混練・可塑化が達成可能な計量行程の制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インラインスクリュ式の射出成形機においては、公知のように、スクリュの回転と後退によって、可塑化した溶融樹脂をスクリュの先端側に溜め込んで計量を行うようになっている。この計量行程においては、加熱シリンダからの伝熱と、スクリュ回転による固体材料（樹脂）間や固体材料と金属表面との摩擦発熱、並びに、スクリュ回転による樹脂の剪断発熱とによって、樹脂の可塑化が行われる。
【０００３】
上記の計量行程は、従来は一般的に、計量開始位置（射出完了位置）から計量完了位置（射出開始位置）までのスクリュの後退ストロークを設定する（計量開始と計量完了の位置を設定する）と共に、スクリュの後退区間毎にスクリュ回転数（ｒｐｍ）を設定して、この設定条件にしたがって、スクリュの各後退区間毎にスクリュ回転数を制御し、スクリュが計量完了位置に到達するとスクリュ回転を停止させて、計量動作を終了させるようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の計量動作は、位置（スクリュの後退ストローク）によって計量完了のタイミングを定めるようになっており、計量行程におけるスクリュの累計回転量（累積回転量）については、さほどの考慮がなされていなかった。
【０００５】
しかしながら、計量行程におけるスクリュの累積回転量は、樹脂の混練・可塑化性能に大きく影響し、各サイクル毎にスクリュの累計回転量がばらつくと、スクリュ回転による樹脂の剪断発熱量や摩擦発熱量が変化して、可塑化密度が不安定になるという問題を生じる。
【０００６】
また、従来の計量動作は、計量時間の一定化というファクターに関しても、さほどの考慮がなされておらず、計量時間がばらついた場合には、加熱シリンダから樹脂に与えられる伝熱量が変化して、これによっても可塑化密度が不安定になり、さらにサイクル時間がばらつくという問題を生じる。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、計量行程におけるスクリュの累計回転量を重視し、各サイクル毎のスクリュの累計回転量を一定化することにより、樹脂の混練・可塑化性能を向上させると共に、計量時間を一定化させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、インラインスクリュ式の射出成形機において、例えば計量行程の全領域をスクリュ回転数一定で制御し、計量開始時点からのスクリュの累計回転量が予め設定された設定累計回転量に達すると、計量を完了させる手段を設け、計量が完了した時点のスクリュの後退位置を基準として、スクリュを一定ストロークだけ前進させて射出動作を行い、計量行程におけるスクリュの累計回転量の変化に応じて、スクリュの後退速度を、予め設定されたスクリュ後退速度パターンに基づき制御するようにされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の１形態（以下、本実施形態と称す）に係るインラインスクリュ式の射出成形機の要部構成を示す図であり、メカニズムおよび制御系は計量系のみを示してある。
【００１０】
図１において、１は加熱シリンダ、２は加熱シリンダ１内に回転並びに前後進可能であるように配設されたスクリュ、３は計量駆動源としての計量用モータ（例えば電動サーボモータ）、３ａは計量用モータ３の出力プーリ、４は出力プーリ３ａの回転をスクリュ２の後端に結合されたプーリ５に伝達するタイミングベルト、６は射出駆動源としての射出用モータ（例えば電動サーボモータ）、６ａは射出用モータ６の出力プーリ、７は出力プーリ６ａの回転を回転→直線運動変換メカニズム８のプーリ８ａに伝達するタイミングベルト、８は回転運動を直線運動に変換してスクリュ２に伝達するためのボールネジ機構等よりなる回転→直線運動変換メカニズム、９は計量用モータ３の回転を検出するエンコーダ、１０はスクリュ２にかかる樹脂圧を検出するロードセル、１１は射出用モータ６の回転を検出するエンコーダである。なお、本実施形態においては、計量用モータ３およびタイミングベルト４は、スクリュ２と一体となって前後進するようになっている。
【００１１】
１２はマイクロコンピュータ等の機能で具現化される計量条件設定格納部で、計量制御条件演算生成部１２ａと、試運転計量条件設定部１２ｂと、スクリュ後退速度パターン設定格納部１２ｃと、スクリュ回転数設定格納部１２ｄと、累計回転量設定格納部１２ｅとを具備する。また、１３は射出駆動源制御部、１４は計量駆動源制御部である。
【００１２】
計量条件設定格納部１２の計量制御条件演算生成部１２ａは、後述する試運転時におけるデータを取り込んで、これに基づき、計量完了タイミングを規定する計量開始時点からのスクリュ２の累計回転量Ｎを算出して、これを設定累計回転量Ｎとして累計回転量設定格納部１２ｅに格納する。また、計量制御条件演算生成部１２ａは、試運転時におけるデータを取り込んで、これに基づき、計量行程におけるスクリュ２の累計回転量の変化（増加）に応じてスクリュ２の後退速度を制御するためのスクリュ後退速度パターンを生成して、これをスクリュ後退速度パターン設定格納部１２ｃに格納する。
【００１３】
試運転計量条件設定部１２ｂには、試運転時における、計量開始点と、計量完了点とのデータ、すなわち、計量開始点から計量が完了するまでのスクリュ２の後退ストローク値が、オペレータによって設定されるようになっており、試運転時には、射出駆動源制御部１３および計量駆動源制御部１４は、試運転計量条件設定部１２ｂに格納された設定データ等を参照しつつ、射出用モータ６および計量用モータ３を駆動制御する。
【００１４】
スクリュ後退速度パターン設定格納部１２ｃには、計量制御条件演算生成部１２ａから転送されたスクリュ後退速度パターンが格納され、後述する連続成形運転時には、射出駆動源制御部１３は、スクリュ後退速度パターン設定格納部１２ｃに格納されたスクリュ後退速度パターンデータ等を参照しつつ、射出用モータ６を駆動制御する。
【００１５】
本実施形態においては、計量行程の全領域がスクリュ回転数一定で制御されるようになっており、スクリュ回転数設定格納部１２ｄには、オペレータが指定したスクリュ回転数（ｒｐｍ）が格納されるようになっている。そして、連続成形運転時および試運転時には、計量駆動源制御部１４は、スクリュ回転数設定格納部１２ｄに格納されたスクリュ回転数データ等を参照しつつ、計量用モータ３を駆動制御する。
【００１６】
累計回転量設定格納部１２ｅには、計量制御条件演算生成部１２ａから転送された設定累計回転量Ｎが格納され、連続成形運転時には、計量駆動源制御部１４は、累計回転量設定格納部１２ｅに格納された設定累計回転量Ｎのデータ等を参照しつつ、計量用モータ３を駆動制御する。
【００１７】
射出駆動源制御部１３は、連続成形運転時には、スクリュ後退速度パターン設定格納部１２ｃに格納されたスクリュ後退速度パターンデータと、エンコーダ９の出力Ａ１から得られるスクリュ２の実測累計回転量データとに基づき、計量行程のスクリュ２の後退速度を、スクリュ後退速度パターンデータに倣うように、実測累計回転量の変化に応じて可変制御する。また、射出駆動源制御部１３は、試運転時には、試運転計量条件設定部１２ｂに格納された設定データと、エンコーダ１１の出力Ａ３から得られるスクリュ２の実測位置データとに基づき、例えば背圧を一定に保ちつつ、スクリュ２の後退ストローク（計量ストローク）が一定値となるように制御する。
【００１８】
計量駆動源制御部１４は、連続成形運転時には、スクリュ回転数設定格納部１２ｄに格納されたスクリュ回転数データと、累計回転量設定格納部１２ｅに格納された設定累計回転量Ｎのデータと、エンコーダ９の出力Ａ１から得られるスクリュ２の実測累計回転量データとに基づき、設定累計回転量Ｎに達するまで（計量完了タイミングに至るまで）、計量行程の全領域をスクリュ回転数一定で制御する。また、計量駆動源制御部１４は、試運転時には、試運転計量条件設定部１２ｂに格納された設定データと、スクリュ回転数設定格納部１２ｄに格納されたスクリュ回転数データと、エンコーダ１１の出力Ａ３から得られるスクリュ２の実測位置データとに基づき、設定された計量完了位置に達するまで（計量完了タイミングに至るまで）、計量行程の全領域をスクリュ回転数一定で制御する。
【００１９】
射出駆動源制御部１３によって駆動制御される射出用モータ６の回転は、出力プーリ６ａ，タイミングベルト７を介して、回転→直線運動変換メカニズム８のプーリ８ａに伝達され、回転→直線運動変換メカニズム８によって回転運動が直線運動に変換されてスクリュ２に伝達され、これによって、計量行程時にはスクリュ２が後退駆動され、射出行程時にはスクリュ２が前進駆動される。
【００２０】
計量駆動源制御部１４によって、計量行程時に駆動制御される計量用モータ３の回転は、出力プーリ３ａ，タイミングベルト４，プーリ５を介してスクリュ２に伝達され、これによってスクリュ２が所定方向に回転駆動される。
【００２１】
上述した構成において、連続成形運転時の計量行程においては、計量駆動源制御部１４によって計量用モータ３が回転駆動されて、計量行程の全領域において、スクリュ回転数設定格納部１２ｄに記憶された設定スクリュ回転数（ｒｐｍ）となるように、スクリュ２が回転駆動されると共に、射出駆動源制御部１３によって射出用モータ６が回転駆動されて、スクリュ後退速度パターン設定格納部１２ｃに記憶されたスクリュ後退速度パターンに倣うように、スクリュ２の後退速度が、スクリュ２の実測累計回転量データの変化（増加）に応じて可変制御される。
【００２２】
図２は、スクリュ後退速度パターン設定格納部１２ｃに格納されたスクリュ後退速度パターンの１例を示しており、同図に示すように、計量開始時点からスクリュ後退速度（ｍｍ／ｓｅｃ）は立ち上り、計量完了タイミングとなる設定累計回転量Ｎの手前から立ち下がる。このような、スクリュ後退速度パターンにしたがった制御を行うと、各サイクル毎のスクリュ後退速度特性が安定化し、ひいては混練・可塑化性能の安定化につながる。
【００２３】
ところで、連続成形運転時に上記したような計量動作の制御を行うと、計量完了時点でのスクリュ２の累計回転量は、各サイクル毎に常に設定累計回転量Ｎと一致する一定値となるが、計量完了時点でのスクリュ２の後退位置は、常に一定になるとは保証しがたい。すなわち、従来のように計量完了タイミングをスクリュ２の後退位置で規定していないため、各サイクル毎の計量完了タイミングでの累計回転量は一定値となるが、スクリュ２の樹脂送り込み作用等のばらつきによって、計量が完了した時点でのスクリュ２の後退位置は、ばらつきを示す。
【００２４】
このため、本実施形態においては、各サイクル毎に、計量が完了した時点のスクリュ２の後退位置を基準として、スクリュ２を予め設定された一定ストロークだけ前進させて、射出動作（１次射出動作）を行うようになっている。また、この１次射出行程は、スクリュ２の前進ストローク位置に応じて、射出速度および射出圧力が多段設定され、この設定条件データと、前記エンコーダ１１の出力Ａ３から得られるスクリュ２の実測位置データと、エンコーダ１１の出力Ａ３を適宜変換処理して得られるスクリュ２の実測速度データと、前記ロードセル１０の出力Ａ２から得られる実測圧力データとに基づいて、射出駆動源制御部１３が射出用モータ６を介して、スクリュ２を前進駆動制御することによって行われる。
【００２５】
図３は、本実施形態による射出（１次射出）行程の様子の１例を示す図であり、ここでは、１次射出の射出速度および射出圧力を３段に切り換えて制御する例を示している。同図に示すように、ｎ−１回目の射出と、ｎ回目の射出と、ｎ＋１回目の射出とでは、スクリュ２の射出開始位置と射出完了位置はそれぞれ異なるが、射出行程（１次射出行程）におけるスクリュ２のトータルの前進ストロークＳT は、各サイクル毎に一定である。また、各サイクル毎（……，ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，……）における第１区間Ｓ１，第２区間Ｓ２，第３区間Ｓ３のスクリュ２の各前進ストロークは総べて等しく、かつ、第１区間Ｓ１，第２区間Ｓ２，第３区間Ｓ３における射出速度および射出圧力も、各サイクル毎でそれぞれ総べて等しいものとなっている。
【００２６】
次に、本実施形態の試運転計量動作について説明する。
試運転の計量行程においては、計量駆動源制御部１４によって計量用モータ３が回転駆動されて、計量行程の全領域において、スクリュ回転数設定格納部１２ｄに記憶された設定スクリュ回転数（ｒｐｍ）となるように、スクリュ２が回転駆動されると共に、射出駆動源制御部１３によって射出用モータ６が回転駆動されて、試運転計量条件設定部１２ｂに記憶されたデータにしたがって、計量開始点から計量完了点までのスクリュ２の後退ストロークが所定値となるように、背圧を一定に保ってスクリュ２が後退駆動される。
【００２７】
そして、上記した試運転の計量行程を、必要に応じて設定データを修正しつつ、繰り返して試行し、良好な計量動作となった際の試運転の計量行程における、計量開始から計量完了までのスクリュ２の累計回転量を、前記計量制御条件演算生成部１２ａが前記したエンコーダ９の出力Ａ１から実測累計回転量として取り込む。そして、計量制御条件演算生成部１２ａは、複数回計測した計量開始から計量完了までのスクリュ２の実測累計回転量の平均値を演算して、前記設定累計回転量Ｎを求め、これを累計回転量設定格納部１２ｄに格納させる。また、計量制御条件演算生成部１２ａは、良好な計量動作となった際の試運転の計量行程における、エンコーダ９の出力Ａ１から得られる実測累計回転量の変化に応じた、スクリュ２の実測後退速度の変化を、前記したエンコーダ１１の出力Ａ３を適宜変換処理して得られるスクリュ２の実測後退速度から取得して、これをスクリュ後退速度パターンとして認知し、複数回計測したスクリュ後退速度パターンから速度パターンの平均値を演算生成して、これを設定するスクリュ後退速度パターンとして、スクリュ後退速度パターン設定格納部１２ｃに格納させる。
【００２８】
以上のように本実施形態においては、連続成形運転時には、計量行程の全領域をスクリュ回転数一定で制御し、計量開始時点からのスクリュの累計回転量が予め設定された設定累計回転量に達すると、計量を完了するようにしているので、▲１▼各サイクル毎の計量行程のスクリュ累計回転量が一定となり、スクリュ回転による樹脂の剪断発熱量や摩擦発熱量が安定化し、樹脂の可塑化密度のばらつきが低減される。
▲２▼また、各サイクル毎の計量行程時間が一定のものとなるので、加熱シリンダから樹脂に与えられる伝熱量が安定化し、これによっても樹脂の可塑化密度のばらつきが低減される。
▲３▼さらに、各サイクル毎の計量行程時間が一定のものとなるので、成形サイクルのトータル時間も一定のものとすることができ、この結果、各成形サイクル毎に金型が溶融樹脂によって昇温され、射出後に樹脂が冷却されることによる、昇温／冷却サイクル特性も安定化して、良品の安定成形に寄与する。
【００２９】
なお、前記した実施形態においては、計量駆動源および射出駆動源を電動モータとした電動式の射出成形機を示したが、計量駆動源を油圧モータ、射出駆動源を油圧シリンダとした油圧式の射出成形機にも、本発明が適用可能であることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、計量行程におけるスクリュの累計回転量を重視して、各サイクル毎のスクリュの累計回転量が常に一定となるようにしているので、樹脂の混練・可塑化性能を向上させることができると共に、計量時間を一定化させることができ、この種インラインスクリュ式の射出成形機にあって、その価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態に係るインラインスクリュ式の射出成形機の要部構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の１形態において用いられる、スクリュ後退速度パターンの１例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の１形態における、射出（１次射出）行程の様子の１例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  加熱シリンダ
２  スクリュ
３  計量用モータ（計量駆動源）
３ａ  出力プーリ
４  タイミングベルト
５  プーリ
６  射出用モータ（射出駆動源）
６ａ  出力プーリ
７  タイミングベルト
８  回転→直線運動変換メカニズム
８ａ  プーリ
９  エンコーダ
１０  ロードセル
１１  エンコーダ
１２  計量条件設定格納部
１２ａ  計量制御条件演算生成部
１２ｂ  試運転計量条件設定部
１２ｃ  スクリュ後退速度パターン設定格納部
１２ｄ  スクリュ回転数設定格納部
１２ｅ  累計回転量設定格納部
１３  射出駆動源制御部
１４  計量駆動源制御部
【図１】
0003648026.tif 000002
【図２】
0003648026.tif 000003
【図３】
0003648026.tif 000004