(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュが軸方向に受ける力を検出する力検出部と、スクリュ前方の樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出部と、スクリュを前後進させるためのスクリュ前後進駆動部と、スクリュを回転させるためのスクリュ回転駆動部とを備え、
射出開始から計量開始までの間においてスクリュを前後進させて圧力制御を行う保圧部と、計量中にはスクリュを順方向に回転させながら、スクリュをあらかじめ設定された計量完了位置まで後退させる計量部と、計量終了後から射出開始までの間においてスクリュを軸方向に移動させて圧力制御を行う予備射出部とを有する射出成形機の圧力制御装置において、
前記保圧部は、前記力検出部で検出した力に基づいて圧力制御を行い、前記予備射出部は、前記樹脂圧力検出部で検出した樹脂圧力に基づいて圧力制御を行うことを特徴とする射出成形機の圧力制御装置。
【請求項２】
前記力検出部は、ロードセルであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の圧力制御装置。
【請求項３】
前記スクリュ前後進駆動部は、油圧駆動システムであり、前記力検出部は前記油圧駆動システムの圧力値に基づいてスクリュが軸方向に受ける力を検出することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の圧力制御装置。
【請求項４】
前記樹脂圧力検出部は、ノズル圧センサーであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の圧力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機の圧力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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樹脂材料を溶融混練し、加熱シリンダの先端部に溶融樹脂を圧送し、これに伴って圧力制御を行いながらスクリュを後退させて、スクリュが設定計量点に到達すると、スクリュの回転を止め、かつスクリュの後退も停止させて樹脂の計量を行っている。そして、この計量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。保圧工程では樹脂圧力が所定値となるように圧力制御を行うことによって、成形品の収縮にともなうヒケを補填する。
【０００３】
成形品の品質を安定させるには、成形サイクル毎に金型内に充填される溶融樹脂の充填量のバラツキを少なくする必要がある。スクリュが計量完了位置まで後退し、その後、射出を行うとき、計量した溶融樹脂が毎成形サイクル決まった量だけ金型内に充填されれば、成形品の重量のバラツキはなく、成形品の品質を均一に保つことができる。しかし、計量完了から射出開始時までの間に、溶融樹脂がシリンダの先端部から後方に逆流し、シリンダ先端部の計量樹脂量が変化して樹脂密度が変化すると、射出工程でのスクリュの前進量が毎成形サイクル同じであっても、毎サイクル溶融樹脂量がバラツクという問題がある。
【０００４】
計量工程時には、スクリュの回転に伴って発生した溶融樹脂をシリンダ先端部に供給し、射出工程時には、シリンダ先端部の溶融樹脂が後方に逆流せず、金型内に射出されるようにするために、スクリュの先端には、逆流防止弁、チェックリング等の弁が設けられている。そして、この弁を介して計量完了から射出開始時において、溶融樹脂がスクリュ先端部と後端部間で移動して計量樹脂量が変化することを防止し、正確に計量樹脂量を射出するように構成されている。しかし、この溶融樹脂の逆流を防止する弁などの逆流防止手段の動作遅れに伴って溶融樹脂が逆流し、正確な溶融樹脂量を射出できないという問題がある。この点を改善するための技術が各種提案されている。
【０００５】
例えば特許文献１では、溶融樹脂を可塑化計量した後、射出シリンダの圧力室にキャビティへの前記溶融樹脂の注入圧力より低い圧力を一定時間或いは前記圧力が一定圧力まで上昇する間を維持して予備射出を行うとともに、予備射出時にスクリュを可塑化計量時とは反対方向に回転させ、逆流防止弁の前後に樹脂圧力による差圧を作り前記逆流防止弁を後退させる技術が開示されている。  
特許文献２では、計量主処理工程の終了後、前記スクリュを回転自由状態にして前進移動させるとともに、この前進移動時における前記スクリュの回転状態を監視し、前記スクリュの回転が停止状態になったなら前記スクリュを所定の回転量だけ逆回転させる計量後処理工程の技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３では、設定された計量完了位置に達するとスクリュの回転を停止し、射出サーボモータを駆動してスクリュを前進させることで前記背圧Ｐ１よりも高い圧力Ｐ２を作用させて逆流防止弁を閉鎖し、その後圧力Ｐ２を作用させたまま回転サーボモータを駆動してスクリュを一定量逆転させてシリンダ内の溶融樹脂の圧力ｐ１を０または限りなく０に近いｐ２まで除圧する技術が開示されている。  
特許文献４では、スクリュ又はプランジャが計量完了してスクリュ又はプランジャを射出方向とは反対方向に後退させる後退工程の後かつ射出工程の前に、所定の速度で、所定の圧力に達するまで、又は所定の位置に到達するまで、又は所定の時間だけ、射出方向にスクリュ又はプランジャを前進させ、その後スクリュを計量工程とは逆方向に所定の速度で回転させる技術が開示されている。
【０００７】
また、ノズル内樹脂圧を検出してフィードバック制御を行う技術が各種提案されている。  
特許文献５では、射出工程中は射出速度のフィードバック制御を行い、射出工程から保圧工程への移行時に、ノズル内樹脂圧を検出し、検出されたノズル内樹脂圧に基づいて速度制御からノズル内樹脂圧制御に切り替え、保圧工程及び計量工程中は、ノズル内樹脂圧を検出し、検出されたノズル内樹脂圧のフィードバック制御を行う技術が開示されている。  
特許文献６では、計量が終了すると、ノズル開閉用バルブを閉鎖した状態でバルブの内側の樹脂圧を検出し、射出シリンダを制御して予圧を加え、続いてノズル開閉用バルブを開放して射出及び保圧を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−７６３２１号公報
【特許文献２】特開２００６−３２７１２７号公報
【特許文献３】特開２００７−２５３３８８号公報
【特許文献４】特開２００７−２５３６０６号公報
【特許文献５】特開平２−１１２９２１号公報
【特許文献６】特開平４−３３６２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般に、保圧工程や計量終了後の予備射出工程では、ロードセルなどの力検出手段を用いてスクリュがシリンダ内の圧縮された溶融樹脂から受ける力を検出し、検出した力とスクリュ断面積とに基づいて樹脂圧力を算出し、算出した樹脂圧力が所定値となるように圧力制御を行う方法が知られている。
【００１０】
ところで、スクリュが受ける力は、スクリュ前方の圧縮された溶融樹脂から受ける反力だけでなく、スクリュ根元にある半溶融状態の樹脂による抵抗が含まれる。そのため、ロードセルを用いて検出した圧力（ロードセル検出値）は樹脂の抵抗による誤差を含む。一方、ノズル部に備えた圧力検出器（ノズル圧センサー）は、スクリュ根元にある半溶融樹脂の抵抗による誤差は排除できる。このため、ロードセルを用いて検出した圧力（ロードセル検出値）と実際の樹脂圧力（ノズル圧センサー検出値）と正確に一致しない場合がある（図１参照）。特に計量終了後の予備射出工程においては、樹脂圧力を正確に制御することで樹脂密度を均一にする必要があるため、樹脂圧力を正確に検出することが重要である。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑み、予備射出工程では樹脂の抵抗による誤差を排除した正確な圧力検出を行うことで高精度な計量を行うことが可能な射出成形機の圧力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、スクリュ前方の樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出器を備え、予備射出工程においては前記樹脂圧力検出部で検出した樹脂圧力に基づいて圧力制御を行い、さらに、スクリュが軸方向に受ける力を検出する力検出器を備え、保圧工程においては、前記力検出器を用いて検出した力検出値に基づいて圧力制御を行うことを特徴とする。  
なお、計量工程においては、前記樹脂圧力検出部で検出した樹脂圧力に基づいて圧力制御を行ってもよいし、前記力検出器を用いて検出した力検出値に基づいて圧力制御を行ってもよい。
【００１３】
本願の請求項１に係る発明は、スクリュが軸方向に受ける力を検出する力検出部と、スクリュ前方の樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出部と、スクリュを前後進させるためのスクリュ前後進駆動部と、スクリュを回転させるためのスクリュ回転駆動部とを備え、射出開始から計量開始までの間においてスクリュを前後進させて圧力制御を行う保圧部と、計量中にはスクリュを順方向に回転させながら、スクリュをあらかじめ設定された計量完了位置まで後退させる計量部と、計量終了後から射出開始までの間においてスクリュを軸方向に移動させて圧力制御を行う予備射出部とを有する射出成形機の圧力制御装置において、前記保圧部は、前記力検出部で検出した力に基づいて圧力制御を行い、前記予備射出部は、前記樹脂圧力検出部で検出した樹脂圧力に基づいて圧力制御を行うことを特徴とする射出成形機の圧力制御装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記力検出部は、ロードセルであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の圧力制御装置である。  
請求項３に係る発明は、前記スクリュ前後進駆動部は、油圧駆動システムであり、前記力検出部は前記油圧駆動システムの圧力値に基づいてスクリュが軸方向に受ける力を検出することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の圧力制御装置である。  
請求項４に係る発明は、前記樹脂圧力検出部は、ノズル圧センサーであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の圧力制御装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、予備射出工程においては前記ノズル部に備えた圧力検出器を用いて検出したノズル圧力検出値に基づいて圧力制御を行うため、樹脂の抵抗による誤差を排除した正確な圧力検出による高精度な計量を行うことが可能な射出成形機の圧力制御装置を提供することができる。
【００１６】
ところで、ノズル部に備えた圧力検出器は、スクリュ根元にある半溶融樹脂の抵抗による誤差は排除できるが、一般に、スクリュ後部に備えたロードセルに比べて信号検出の応答速度が遅いという問題がある。特に射出・保圧工程では、射出で上昇した圧力を保圧工程で減圧するなど、高い応答性で圧力を制御する必要があるため、信号検出の応答速度が速いことが重要である。本発明によれば、射出・保圧工程においては、前記ロードセルを用いて検出したロードセル圧力検出値に基づいて圧力制御を行うため、信号検出の応答速度が遅いという問題を解消し、高応答な圧力制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】圧力検出の誤差要因を説明する図である。
【図２】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。
【図３】射出成形機の制御装置において実行される処理のフローを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
図２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。射出成形機は一般に機台上に射出装置と型締装置とを備えている。図２では射出装置の概略構成が示されている。制御装置３０は射出成形機を全体的に制御する装置である。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。
【００１９】
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、位置・速度検出器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に受ける力を検出するロードセル等の力検出器５が設けられている。
【００２０】
射出シリンダ１のノズル取り付け部材にノズル圧センサー９が取り付けられている。ノズル圧センサー９により検出されたスクリュ前方の樹脂圧力の検出信号はＡ／Ｄ変換器１０によりＡ／Ｄ変換された後、サーボＣＰＵ１５に入力する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、位置・速度検出器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。
【００２４】
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、力検出器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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
射出成形機における成形動作工程には、大きく分けて、型締装置において金型を閉じ型締めを行う型閉工程、射出装置において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、計量終了後から射出開始までの間においてスクリュ３を軸方向に移動させて圧力制御を行う予備射出工程、型締装置において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。そして、一般に、射出成形機の射出保圧の制御方法として、射出開始から所定のスクリュ位置に到達するまではスクリュ位置・速度制御を行い、所定のスクリュ位置（射出保圧切替位置）に到達した後は圧力制御に切替えて、保圧を行う制御方法が広く採用されている。
【００２８】
本発明によれば、射出・保圧工程においては、前記力検出器５を用いて検出した力検出値に基づいて圧力制御を行うため、信号検出の応答速度に遅れを生じること無く、高応答な圧力制御を行うことができる。そして、予備射出工程においては、前記ノズル部に備えたノズル圧センサー９を用いて検出したノズル圧センサー検出値に基いて圧力制御を行うため、スクリュ根元にある半溶融樹脂の抵抗による誤差を排除して樹脂圧力を正確に検出できることから、樹脂圧力を正確に制御することができ樹脂密度を均一にすることができる。
【００２９】
ここで、スクリュ３が軸方向に受ける力を検出する力検出部と、スクリュ３の前方の樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出部と、圧力制御部について補足して説明する。  
＜スクリュが軸方向に受ける力を検出する力検出部について＞  
力検出部は、ロードセルとしてもよい。また、スクリュ前後進駆動部の駆動力をスクリュに伝える部材に歪みゲージを設置して、スクリュが軸方向に受ける力を検出するようにしてもよい。また、スクリュ前後進駆動部は油圧駆動システムであり、力検出部は前記油圧駆動システムの圧力値に基づいてスクリュが軸方向に受ける力を検出するようにしてもよい。また、スクリュ前後進駆動部はサーボモータであり、力検出部はサーボモータの駆動力、またはサーボモータの受ける力に基づいてスクリュが軸方向に受ける力を検出するようにしてもよい。
【００３０】
＜スクリュ前方の樹脂圧力を検出する樹脂圧力検出部について＞  
樹脂圧力検出部はノズル圧センサーとしてもよい。また、射出シリンダの前方部分やノズル取り付け部材に圧力センサーを備え、スクリュ前方の樹脂圧力を検出するようにしてもよい。ノズル圧センサーはノズル内の樹脂に接触して直接、樹脂圧力を検出するものでも、ノズル部材に取り付けられた歪ゲージによって間接的に樹脂圧力を検出するものでもよい。
【００３１】
＜圧力制御部について＞  
圧力制御部は、検出した圧力が所定値と一致するようにスクリュを前後進するようにしてもよい。また、検出した圧力が所定値と一致するまでスクリュを前進または後退させ、検出した圧力が所定値と一致した時点でスクリュを停止するようにしてもよい。なお、保圧工程における圧力制御の方式と予備射出工程における圧力制御の方式は、同じであってもよいし、異なる方式であってもよい。
【００３２】
図３は本発明の実施形態における処理のフローを説明する図である。以下、各ステップに従って説明する。なお、ここでは、射出成形機の型締装置に関連する工程は記載していない。
●［ステップＳＡ０１］射出工程を実行する。  
●［ステップＳＡ０２］保圧工程を実行する。保圧工程ではロードセル検出値に基づいて圧力制御を行う。  
●［ステップＳＡ０３］計量工程を実行する。  
●［ステップＳＡ０４］予備射出工程を実行する。予備射出工程では、ノズル圧センサー検出値に基づいて圧力制御を行う。  
●［ステップＳＡ０５］サイクル終了か否か判断し、サイクル終了でなければステップＳＡ０１へ戻り、サイクル終了であれば処理を終了する。
【符号の説明】
【００３３】
１  シリンダ
２  ノズル
３  スクリュ
４  ホッパ
５  力検出器
６，７  伝動機構
８  変換機構
９  ノズル圧センサー
１０  Ａ／Ｄ変換器
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
３０  制御装置
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
【要約】
【課題】予備射出工程では樹脂の抵抗による誤差を排除した正確な圧力検出を行うことで高精度な計量を行うことが可能な射出成形機の圧力制御装置を提供すること。
【解決手段】射出工程を実行し（ＳＡ０１）、保圧工程を、ロードセル検出値に基づいて圧力制御により保圧工程を実行し（ＳＡ０２）、計量工程を実行し（ＳＡ０３）、ノズル圧センサー検出値に基づいて圧力制御により予備射出工程を実行し（ＳＡ０４）、サイクルが終了するまで処理を継続する（ＳＡ０５）。
【選択図】図３【図１】
0005351307.tif 000002
【図２】
0005351307.tif 000003
【図３】
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