(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出開始位置から速度制御によりスクリュを前進させ、スクリュが所定の制御切換点に達したなら圧力制御に切換えてスクリュを加圧する射出成形機の制御方法において、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点までの樹脂の総充填量を、当該制御切換点までのスクリュの移動量（基準移動量）と、樹脂の充填圧力，樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量を切換目標値として設定するとともに、正規成形時に、樹脂の総充填量を、射出開始位置から前進するスクリュの移動量と、樹脂の充填圧力，樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量が前記切換目標値になったら圧力制御に切換えることを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項２】
前記正規成形時における総充填量は、所定の移動量毎に充填量を順次算出し、得られた充填量を積算処理して得ることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。
【請求項３】
射出開始位置から速度制御によりスクリュを前進させ、スクリュが所定の制御切換点に達したなら圧力制御に切換えてスクリュを加圧する射出成形機の制御方法において、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点までのスクリュの移動量（基準移動量）を設定するとともに、正規成形時に、スクリュが前記基準移動量だけ前進したなら圧力制御に切換え、かつ当該基準移動量に基づく総充填量を、スクリュの移動量と、樹脂の充填圧力，樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量が予め設定した許容範囲にあるか否かに基づいて成形品の良否判定を行うことを特徴とする射出成形機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度制御を行う射出工程から圧力制御を行う保圧工程に切換える際に用いて好適な射出成形機の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、射出成形機の成形工程（成形サイクル）には、図７に示すように、射出開始位置Ｘｏから速度制御によりスクリュを前進させ、計量された樹脂を金型キャビティに射出充填する射出工程（速度制御領域）及びスクリュが所定の制御切換点に達したなら圧力制御に切換えてスクリュを加圧する保圧工程（圧力制御領域）を含むため、従来は、射出工程において、スクリュの位置を監視し、スクリュが予め設定したＶ−Ｐ切換位置（制御切換点：図７中Ｘｃに相当）に達したなら保圧工程に切換えていた（例えば、特許第２６２７０４７号公報等参照）。なお、図７中、Ｖは射出速度、Ｐｉは充填圧力、Ｐｈは保圧力を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｖ−Ｐ切換位置を正確に設定することは、安定した成形動作を確保し、良好な成形品を得るために重要である。通常、Ｖ−Ｐ切換位置は、金型キャビティの容積等に基づいて仮設定し、試射（試し成形）を繰り返すことにより、オペレータの経験と勘に基づくトライアンドエラーによる最終調整を行っているが、速度制御を行う射出工程では、樹脂の充填が進行するに従って充填圧力Ｐｉが上昇し、特に、充填末期には急激な圧力上昇を伴う。このため、温度変動等に基づく樹脂の溶融状態により充填圧力Ｐｉも過敏に反応（変動）し、結局、金型キャビティに対する樹脂の充填量に変動を来すことにより、高度の品質及び均質性を有する成形品を得ることができない問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、外乱要因に左右されることなく常に一定の充填量を確保し、もって、高度の品質及び均質性を有する成形品を得ることができる射出成形機の制御方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る射出成形機Ｍの制御方法は、射出開始位置Ｘｏから速度制御によりスクリュ２を前進させ、スクリュ２が所定の制御切換点Ｘｃに達したなら圧力制御に切換えてスクリュ２を加圧するに際し、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点Ｘｃまでの樹脂の総充填量Ｑを、当該制御切換点Ｘｃまでのスクリュ２の移動量（基準移動量）Ｆｓと、樹脂の充填圧力Ｐ，樹脂温度Ｔ及び係数ａ，ｂ，ｃに基づいて算出した樹脂密度Ｄと、スクリュ２の断面積Ａとに基づいて算出し、この総充填量Ｑを切換目標値Ｑｓとして設定するとともに、正規成形時に、樹脂の総充填量Ｑを、射出開始位置Ｘｏから前進するスクリュ２の移動量Ｆと、樹脂の充填圧力Ｐ，樹脂温度Ｔ及び係数ａ，ｂ，ｃに基づいて算出した樹脂密度Ｄと、スクリュ２の断面積Ａとに基づいて算出し、この総充填量Ｑが切換目標値Ｑｓになったら圧力制御に切換えるようにしたことを特徴とする。これにより、樹脂の充填圧力Ｐや樹脂温度Ｔ等に影響されることなく、成形サイクル毎における金型キャビティに対する樹脂の総充填量Ｑは常に等しくなる。
【０００６】
この場合、好適な実施の態様により、正規成形時における総充填量Ｑは、所定の移動量ｆ毎に充填量ｑを順次算出し、得られた充填量ｑ…を積算処理して得ることができる。
【０００７】
一方、本発明に係る他の態様に係る射出成形機Ｍの制御方法は、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点Ｘｃまでのスクリュ２の移動量（基準移動量）Ｆｓを設定するとともに、正規成形時に、スクリュ２が基準移動量Ｆｓだけ前進したなら圧力制御に切換え、かつ基準移動量Ｆｓに基づく総充填量Ｑを、スクリュ２の移動量Ｆと、樹脂の充填圧力Ｐ，樹脂温度Ｔ及び係数ａ，ｂ，ｃに基づいて算出した樹脂密度Ｄと、スクリュ２の断面積Ａとに基づいて算出し、この総充填量Ｑが予め設定した許容範囲にあるか否かに基づいて成形品の良否判定を行うようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【０００９】
まず、本実施例に係る制御方法を実施できる射出成形機Ｍの構成について、図８を参照して説明する。
【００１０】
射出成形機Ｍは、機台Ｍｂ上に設置された型締装置Ｍｃと射出装置Ｍｉを備える。型締装置Ｍｃには金型２０を備えるとともに、射出装置Ｍｉには加熱筒２１を備え、この加熱筒２１の前端には、金型２０に樹脂を射出充填する射出ノズル２２を、また、後部には加熱筒２１内に成形材料を供給するホッパー２３を備える。さらに、加熱筒２１にはスクリュ２を内蔵し、このスクリュ２は後方に配したスクリュ駆動機構部２４により回転又は進退移動せしめられる。
【００１１】
一方、１０は、本実施例に係る制御方法を実施する射出成形機Ｍの制御系を示す。１１は、樹脂の充填圧力Ｐを検出する圧力センサであり、金型２０に付設する。また、１２は、樹脂温度Ｔを検出する温度センサであり、加熱筒２１に付設する。さらに、１３は、スクリュ２の位置Ｘ（移動量Ｆ）を検出する位置センサであり、射出装置Ｍｉに付設する。各センサ１１，１２，１３の出力信号は、検出処理部１４により信号処理され、演算処理部１５に付与される。１６は、コントローラ本体であり、検出処理部１４とは信号（データ）の授受を行うことができる。１７は、設定部であり、演算処理部１５で算出（演算処理）したデータを保存する。１８は、比較処理部であり、演算処理部１５で算出したデータと設定部１７に保存したデータの比較処理を行う。この比較結果は、コントローラ本体１６に付与される。また、コントローラ本体１６の出力側は、スクリュ駆動機構部２４に接続する。
【００１２】
次に、本実施例に係る制御方法について、図４〜図８を参照しつつ、図１〜図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００１３】
本発明では、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点Ｘｃまでのスクリュ２の移動量（基準移動量）Ｆｓに基づいて樹脂の総充填量Ｑを算出し、この総充填量Ｑを切換目標値Ｑｓとして設定する。まず、この切換目標値Ｑｓの設定方法について、図１に示すフローチャートに従って説明する。
【００１４】
最初に、射出成形機Ｍにより予備成形（試し成形）を行う（ステップＳ１）。この場合、良品が得られるまで試し成形を行い、良品が得られたなら、この際における射出工程から保圧工程に切換える制御切換点Ｘｃ（図７）までのスクリュ２の移動量Ｆ（単位：ｍｍ）を検出して演算処理部１５に取り込む（ステップＳ２，Ｓ３）。このときの移動量Ｆは、基準移動量Ｆｓとなる。
【００１５】
また、充填圧力Ｐ（単位：ＭＰａ）及び樹脂温度Ｔ（単位：℃）は、圧力センサ１１及び温度センサ１２により検出されるため、良品が得られた際の充填圧力Ｐ及び樹脂温度Ｔを演算処理部１５に取り込む（ステップＳ４）。図４は、スクリュ２の位置Ｘに対する実際の充填圧力Ｐを示す。なお、図４中、Ｐｓは基準となる充填圧力を示し、実施例の充填圧力Ｐは、基準となる充填圧力Ｐｓよりも大きめに生じている状態を示している。
【００１６】
一方、演算処理部１５では、基準移動量Ｆｓ，充填圧力Ｐ，樹脂温度Ｔに基づいて樹脂の総充填量Ｑ（単位：ｇ・ｍｍ／ｃｍ３）を演算処理する（ステップＳ５）。この場合、総充填量Ｑは、Ｑ＝Ａ・Ｆｓ・Ｄ…（１式）により算出できる。なお、Ａはスクリュ２の断面積（単位：ｍ２）、Ｄは樹脂密度（単位：ｇ／ｃｍ３）を示す。樹脂密度Ｄは、Ｄ＝ａ・Ｐ２＋ｂ・Ｐ＋ｃ…（２式）により算出する。この場合、ａ，ｂ，ｃは、樹脂温度Ｔにより変化する係数であり、係数ａは、ａ＝ｄ１・Ｔ＋ｅ１…（３式）により、係数ｂは、ｂ＝ｄ２・Ｔ＋ｅ２…（４式）により、係数ｃは、ｃ＝ｄ３・Ｔ＋ｅ３…（５式）によりそれぞれ算出できる。
【００１７】
図５は、成形材料として、ポリプロピレンを使用した場合の充填圧力Ｐと樹脂密度Ｄの関係を示す。図５中、Ｔａは樹脂温度が２３１〔℃〕の場合、Ｔｂは樹脂温度が１８７〔℃〕の場合をそれぞれ示す。このように、樹脂密度Ｄは、樹脂温度Ｔにより変動するため、上述した（３式）〜（５式）は、樹脂温度Ｔにより各係数ａ，ｂ，ｃを変更するための変換式となる。なお、図５に示す特性は、通常、材料メーカから公表されており、各係数ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｅ１，ｅ２，ｅ３は、図５の特性から方程式を組むことにより求めることができる。
【００１８】
図６は、実際の検出データ及び演算データを示す。同図において、スクリュ位置Ｘにおける１０．０４７〔ｍｍ〕が、良品の得られたスクリュ２の位置を示す。このときに検出された充填圧力Ｐは、６３．５００〔ＭＰａ〕である。一方、このときに検出される樹脂温度Ｔと上記（３式）〜（５式）から係数ａ，ｂ，ｃを求めることができるため、上記（２式）により樹脂密度Ｄを求め、さらに、上記（１式）により総充填量Ｑを求めることができる。そして、上記（１式）により求めた総充填量Ｑは、設定部１７に切換目標値Ｑｓとして設定する（ステップＳ６）。
【００１９】
次いで、正規の成形に移行する。正規成形時には、設定部１７に設定した切換目標値Ｑｓを利用して制御切換、即ち、射出工程から保圧工程への切換制御を行う（ステップＳ７）。
【００２０】
次に、射出工程から保圧工程に切換える制御切換方法について、図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２１】
今、正規成形時において計量工程が終了した状態を想定する。計量工程の終了により射出工程に移行する。射出工程では、まず、コントローラ本体１６から射出開始指令が出力する（ステップＳ１１）。これにより、スクリュ駆動機構部２４が制御され、スクリュ２が前進する（ステップＳ１２）。この際、スクリュ２は速度制御により前進する。即ち、図７に示すように、スクリュ２は射出開始位置Ｘｏから前進し、予め設定された一定速度Ｖとなるように制御される。
【００２２】
一方、コントローラ本体１６は、スクリュ２の位置Ｘ（移動量）を監視する。そして、所定の移動量ｆだけ前進、実施例では、１．０００〔ｍｍ〕だけ移動したなら、演算処理部１５により当該所定の移動量ｆに対応する充填量ｑを演算処理する（ステップＳ１３）。即ち、当該所定の移動量ｆだけ移動した際における充填圧力Ｐ及び樹脂温度Ｔを演算処理部１５に取り込み、前記（１式）〜（５式）を用いて充填量ｑを算出する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。このような充填量ｑの算出は、所定の移動量ｆだけ前進する毎に行い、得られた充填量ｑ…は順次積算処理する（ステップＳ１６）。これにより、スクリュ２の前進中における総充填量Ｑが順次求められる。
【００２３】
他方、順次求められる総充填量Ｑは、比較処理部１８に付与される。比較処理部１８では、当該総充填量Ｑと設定部１７に設定した切換目標値Ｑｓの比較処理を行う（ステップＳ１７）。そして、総充填量Ｑが切換目標値Ｑｓになったら圧力制御に切換える。即ち、射出工程から保圧工程に切換える（ステップＳ１８）。図７中、Ｘｃは、このときの制御切換点を示す。この後は、スクリュ２を一定圧力Ｐｈにより加圧する保圧工程が行われる。
【００２４】
このように、本実施例に係る射出成形機Ｍの制御方法は、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点Ｘｃまでのスクリュ２の基準移動量Ｆｓに基づいて樹脂の総充填量Ｑを算出し、この総充填量Ｑを切換目標値Ｑｓとして設定するとともに、正規成形時に、射出開始位置Ｘｏから前進するスクリュ２の移動量Ｆに基づいて樹脂の総充填量Ｑを算出し、この総充填量Ｑが切換目標値Ｑｓになったら圧力制御に切換えるようにしたため、成形サイクル毎における金型キャビティに対する樹脂の総充填量Ｑは常に等しくなる。即ち、樹脂密度Ｄ（樹脂温度Ｔ及び充填圧力Ｐ）が変動しても、このような外乱要因に左右されることなく、常に一定の充填量が確保されることになり、高度の品質及び均質性を有する成形品を得ることができる。
【００２５】
他方、本実施例に係る制御方法は、成形品の良否判定に用いることもできる。図３は、良否判定を行う場合のフローチャートを示す。
【００２６】
計量工程の終了により射出工程に移行し、コントローラ本体１６からは、射出開始指令が出力する（ステップＳ２１）。これにより、スクリュ駆動機構部２４が制御され、スクリュ２が前進する（ステップＳ２２）。
【００２７】
一方、コントローラ本体１６は、スクリュ２の位置Ｘ（移動量Ｆ）を監視する。そして、スクリュ２が、予備成形時に得られた基準移動量Ｆｓだけ前進したなら、圧力制御に切換える（ステップＳ２３，Ｓ２４）。また、同時に、この際における総充填量Ｑを前記（１式）〜（５式）を用いて算出する（ステップＳ２５，Ｓ２６）。他方、総充填量Ｑは、比較処理部１８に付与され、比較処理部１８では、予め設定した許容範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ２７）。この結果、許容範囲内にある場合は、良品と判断し（ステップＳ２８）、許容範囲を外れた場合は、不良品と判断する（ステップＳ２９）。このように、本実施例に係る制御方法は、必要に応じて他の制御にも利用することができ、多様性及び発展性に優れる。
【００２８】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明は、このような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，手法，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、実施例は、樹脂の充填圧力Ｐを金型２０に付設した圧力センサ１１により検出する場合を例示したが、加熱筒２１或いは射出ノズル２２内の樹脂圧力，さらには射出圧力，射出モータのトルク等により検出してもよい。また、実施例は樹脂温度Ｔの検出を加熱筒２１に付設した温度センサ１２により検出する場合を例示したが、樹脂の温度を直接検出してもよいし加熱筒２１（射出ノズル２２）の温度から間接的に検出してもよい。一方、実施例は、インラインスクリュ式射出成形機を例示したが、プリプラ式射出成形機等の他の異なるタイプの成形機にも同様に適用することができる。また、各種データは、演算処理することにより算出する場合を示したが、予め設定したデータテーブルから求めてもよく、算出とはこのようなデータテーブルを利用する場合も含む概念である。
【００２９】
【発明の効果】
このように、本発明に係る射出成形機の制御方法は、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点までの樹脂の総充填量を、当該制御切換点までのスクリュの移動量（基準移動量）と、樹脂の充填圧力，樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量を切換目標値として設定するとともに、正規成形時に、樹脂の総充填量を、射出開始位置から前進するスクリュの移動量と、樹脂の充填圧力，樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量が切換目標値になったら圧力制御に切換えるようにしたため、外乱要因に左右されることなく常に一定の充填量が確保され、高度の品質及び均質性を有する成形品を得ることができるという顕著な効果を奏する。
【００３０】
また、本発明の他の態様に係る射出成形機の制御方法は、予め、予備成形を行い、良品を得た際における制御切換点までのスクリュの移動量（基準移動量）を設定するとともに、正規成形時に、スクリュが基準移動量だけ前進したなら圧力制御に切換え、かつ当該基準移動量に基づく総充填量を、スクリュの移動量と、樹脂の充填圧力，樹脂温度及び係数に基づいて算出した樹脂密度と、スクリュの断面積とに基づいて算出し、この総充填量が予め設定した許容範囲にあるか否かに基づいて成形品の良否判定を行うことができるため、必要に応じて他の制御にも利用することができ、多様性及び発展性に優れるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る射出成形機の制御方法に基づく処理の一部を示すフローチャート、
【図２】同制御方法に基づく処理の他の一部を示すフローチャート、
【図３】本発明の他の態様に係る射出成形機の制御方法に基づく処理の一部を示すフローチャート、
【図４】スクリュ位置に対する充填圧力の特性図、
【図５】充填圧力に対する樹脂密度の特性図、
【図６】本発明の好適な実施例に係る射出成形機の制御方法に用いる検出データ及び演算データを示す図表、
【図７】スクリュ位置に対する射出速度，充填圧力及び保圧力の特性図、
【図８】同制御方法を実施できる射出成形機及び制御系の構成図、
【符号の説明】
２    スクリュ
Ｍ    射出成形機
Ｘｏ  射出開始位置
Ｘｃ  制御切換点
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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