(57)【要約】【課題】放熱防止カバーを設けたインラインスクリュー式の射出成形機において、別途の冷却用メカニズムを付設することなく、加熱シリンダの温度が設定温度値に対して所定範囲を超えて上回っても、加熱シリンダの温度を下げることを可能とすること。【解決手段】温度センサによる加熱シリンダの検出温度が設定温度値に対して所定範囲を超えて外れると、温度センサによる検出温度が設定温度値に近づくように、計量工程時の計量用サーボモータによるスクリューの回転速度または計量工程時に射出用サーボモータによりスクリューに付与する背圧の少なくとも何れか一方を制御する。【選択図】図１
2007210293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その外周にヒータが巻装された加熱シリンダと、該加熱シリンダ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ーと、該スクリューの回転駆動源である計量用サーボモータと、前記スクリューの前後進駆動源である射出用サーボモータと、前記加熱シリンダの温度を検出する温度センサと、前記加熱シリンダの周囲を覆う放熱防止カバーとを、備えた射出成形機において、
前記温度センサによる検出温度が、設定温度値に対して所定範囲を超えて外れると、前記温度センサによる検出温度が前記設定温度値に近づくように、計量工程時の前記計量用サーボモータによるスクリューの回転速度または計量工程時に前記射出用サーボモータによりスクリューに付与する背圧の少なくとも何れか一方を制御する制御手段を設けたことを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
請求項１に記載の射出成形機において、
前記スクリューの圧縮比は２以上であり、前記制御手段は、温度センサによる加熱シリンダの検出温度が設定温度値を所定範囲を超えて上回ると、計量工程時の前記計量用サーボモータによるスクリューの回転速度または計量工程時に前記射出用サーボモータによりスクリューに付与する背圧の少なくとも何れか一方を下げることで、前記温度センサによる検出温度が前記設定温度値に近づくように制御することを特徴とする射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インラインスクリュー式の射出成形機に係り、特に、加熱シリンダの外周に放熱防止カバーを設けた構成における、加熱シリンダの温度制御にかかわる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インラインスクリュー式の射出成形機などにおいては、加熱シリンダの外周にバンドヒータを巻装して、バンドヒータをＰＩＤ（Proportional Integral Derivative：比例・積分・微分）制御によるフィードバック制御でコントロールすることによって、加熱シリンダの温度を制御するようにしている。上記のバンドヒータは、放熱防止カバーのない通常の使用状態では、その発生熱量の約２０〜３０％を外気への放熱で消費しており、これに対し、加熱シリンダの外周を覆うように放熱防止カバーを取り付けると、バンドヒータの発生熱量のうちで外気への放熱による消費量は約５〜１０％に低減できて、この点では省エネ化を図れる。
【０００３】
ところで、加熱シリンダの内部にスクリューを配設したインラインスクリュー式の射出成形機においては、原料樹脂を混練しつつ前方に移送するスクリューの回転により樹脂が剪断発熱し、この剪断発熱も樹脂の可塑化に貢献するようになっているが、スクリューの圧縮比（スクリューネジ溝の計量部の断面積と供給部の断面積の比）が２以上である場合には、上記の樹脂の剪断発熱によって、加熱シリンダの温度が設定温度を超えてしまうことがある。放熱防止カバーがない場合には、外気への放熱量を増大させるようにバンドヒータを制御することで、加熱シリンダの温度を下げるようにコントロールすることが可能であるが、放熱防止カバーがある場合には、放熱防止カバー内への放熱量を制御することで、加熱シリンダの温度を下げることはできない。
【０００４】
そこで、放熱防止カバーを設けたインラインスクリュー式の射出成形機において、加熱シリンダの温度が設定温度を超えた場合に加熱シリンダの温度を下げるために、放熱防止カバーの内部にエアを強制的に送り込むようにした技術（特許文献１参照）や、加熱シリンダの外周に冷却用の熱媒体を循環させるようにした技術（特許文献２参照）が、知られている。
【特許文献１】特開平０１−２４９４２１号公報
【特許文献２】特開平１０−１８０８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１、２に示された技術では、加熱シリンダの温度を下げるため、エアの吹き込みメカニズムを設けたり、冷却用の熱媒体の循環メカニズムを設けているので、これらのメカニズムを付設するための手間やコストが嵩む上、これらのメカニズムを運転するためのランニングコストも発生し、折角、放熱防止カバーを取り付けることでバンドヒータの発生熱量の効率利用を図っているにもかかわらず、結局、省エネ化に貢献していないという問題がある。
【０００６】
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、放熱防止カバーを設けたインラインスクリュー式の射出成形機において、別途の冷却用メカニズムを付設することなく、加熱シリンダの温度が設定温度値に対して所定範囲を超えて上回っても、加熱シリンダの温度を下げることを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記した目的を達成するため、その外周にヒータが巻装された加熱シリンダと、該加熱シリンダ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ーと、該スクリューの回転駆動源である計量用サーボモータと、前記スクリューの前後進駆動源である射出用サーボモータと、前記加熱シリンダの温度を検出する温度センサと、前記加熱シリンダの周囲を覆う放熱防止カバーとを、備えた射出成形機において、前記温度センサによる検出温度が、設定温度値に対して所定範囲を超えて外れると、前記温度センサによる検出温度が前記設定温度値に近づくように、計量工程時の前記計量用サーボモータによるスクリューの回転速度または計量工程時に前記射出用サーボモータによりスクリューに付与する背圧の少なくとも何れか一方を制御する制御手段を設けた、構成をとる。
【発明の効果】
【０００８】
計量工程時のスクリュー回転による樹脂の剪断発熱量は、スクリューの回転速度（単位時間当たりの回転数）が高くなるほど増加し、また、スクリューに付与する背圧が高くなるほど増加する。本発明では、温度センサによる加熱シリンダの検出温度が設定温度値に対して所定範囲を超えて外れると、温度センサによる検出温度が設定温度値に近づくように、計量工程時の計量用サーボモータによるスクリューの回転速度（単位時間当たりの回転数）または計量工程時に射出用サーボモータによりスクリューに付与する背圧の少なくとも何れか一方を制御する、つまり例えば、検出温度が設定温度値を所定範囲を超えて上回ると、計量工程時のスクリューの回転速度または計量工程時にスクリューへ付与する背圧の少なくとも何れか一方を下げることで、剪断発熱による発熱量を低下させ、これによって、検出温度が設定温度値に近づくように制御する。したがって、加熱シリンダの周囲を覆う放熱防止カバーをもつ構成であっても、別途の冷却用メカニズムを付設することなく、加熱シリンダの温度が設定温度値に対して所定範囲を超えて上回っても、加熱シリンダの温度を下げることが可能となり、以って、コスト上昇を招くことなく、かつ、放熱防止カバーの存在による省エネ化という長所を失うことなく、加熱シリンダの適正な温度制御を実現できる。また、計量用サーボモータによるスクリューの回転速度の制御、あるいは、射出用サーボモータによる背圧の制御は、フィードバックにより正確に行うことができるので、樹脂の剪断発熱量を精緻にコントロールすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。  
図１〜図５は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）による射出成形機に係り、図１は、本実施形態の射出成形機の射出系メカニズムを示す要部を切断した説明図である。
【００１０】
図１において、１は、図示せぬ移動可能な射出系ベース盤上に配設されたヘッドストック、２は、ヘッドストック１と所定間隔をおいて対向するように、同じく図示せぬ移動可能な射出系ベース盤上に配設された保持プレート、３は、その一端側をヘッドストック１に固定され、その他端側を保持プレート２に固定されて、ヘッドストック１と保持プレート２とを一体に連結した複数本の連結軸、４は、連結軸３に挿通・案内されてヘッドストック１と保持プレート２との間を前後進可能な直動体、５は、保持プレート２に搭載された射出用サーボモータ、６は、回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構、７は、保持プレート２に回転可能であるように保持されたボールネジ機構６のネジ軸、８は、ネジ軸に螺合されたボールネジ機構６のナット、９は、その一端面を直動体４に固定され、その他端面をナット８に固定されたロードセルブロック、１０は、ネジ軸７と一体回転するように取り付けられて、射出用サーボモータ５の回転を、図示せぬ駆動プーリ、タイミングベルトを介して伝達される被動プーリである。
【００１１】
１１は、その基端部をヘッドストック１に固定された加熱シリンダ、１２は、加熱シリンダ１１の先端に取り付けられたノズル、１３は、加熱シリンダ１１の外周に巻装されたバンドヒータ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、加熱シリンダ１１の温度を検出する温度センサ、１５は、加熱シリンダ１１の周囲を覆うように加熱シリンダ１１に取り付けられた放熱防止カバー、１ａは、ヘッドストック１に穿設され、図示せぬホッパーからの原料樹脂が投入される原料供給穴、１１ａは、加熱シリンダの基端側に穿設され、原料供給穴１ａと連通する原料供給穴である。
【００１２】
１６は、加熱シリンダ１１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ーで、該スクリュー１６は、その圧縮比（スクリューネジ溝の計量部の断面積と供給部の断面積の比）が２以上に設定されたものとなっている。１７は、直動体４に回転可能に保持されて、スクリュー１６の基端部を固定した被動プーリ、１８は、直動体４に搭載された計量用サーボモータ、１９は、計量用サーボモータ１８の出力軸に固定され、計量用サーボモータ１８の回転を図示せぬタイミングベルトを介して被動プーリ１７に伝える駆動プーリである。
【００１３】
図１に示す構成において、射出用サーボモータ５の回転は、被動プーリ１０と一体回転するボールネジ機構６のネジ軸７に伝えられ、ネジ軸７が回転することで、ボールネジ機構６のナット８がネジ軸７に沿って直線移動し、これによって、ナット体８と一体となって、ロードセルブロック９、直動体４、被動プーリ１７、スクリュー１６、計量用サーボモータ１８などが直線移動する。また、計量用サーボモータ１８の回転は、被動プーリ１７に伝達され、これによりスクリュー１６が回転する。また、バンドヒータ１３は、後記する上位コントローラ２１からの指令に基づいて動作する図示せぬヒータドライバにより、ＰＩＤ制御により駆動制御されて、加熱シリンダ１１の各部を予め設定された設定温度に保つように働く。また、温度センサ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃによる検出温度情報は、後記する上位コントローラ２１、図示せぬヒータドライバに送出されて、ＰＩＤ動作によるフィードバック制御に利用されると共に、温度センサ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃによる検出温度情報は、後記する計量工程制御部２２にも送出されて、計量工程制御部２２において後述するように利用される。
【００１４】
図１に示す構成において、計量工程の開始タイミングに至ると、計量用サーボモータ１８が所定方向に回転駆動されてスクリュー１６が所定方向に回転し、これにより、原料供給穴１ａ、１１ａから加熱シリンダ１１の後部内に供給された原料樹脂が、混練されつつスクリュー１６のネジ送り作用により、スクリュー１６の前方側に送り込まれて、この送り込みの過程で、加熱された加熱シリンダ１１からの樹脂への熱伝達と、前記した樹脂の剪断発熱とにより、樹脂の可塑化・溶融化が行われる。可塑化・溶融化された樹脂（溶融樹脂）のスクリュー前方側への送り込みにより、スクリュー１６が後退するが、このスクリュー１６の後退に際して、射出用サーボモータ５を圧力フィードバック制御することにより、スクリュー前方側の溶融樹脂に付与する背圧が制御され、つまり、スクリュー１６に付与する背圧（スクリュー背圧）が制御され、スクリュー１６は背圧を付与された状態で後退する。そして、スクリュー１６の前方側に１ショット分の溶融樹脂が貯えられたタイミングで、計量用サーボモータ１８の回転は停止される。計量工程の完了後に、射出工程の開始タイミングに至ると、射出用サーボモータ５が所定方向に回転駆動され、これによって、直動体４と一体となってスクリュー１６が前進駆動され、スクリュー１６の前方側に貯えられた１ショット分の溶融樹脂は、型締め状態にある図示せぬ金型のキャビティ内に射出・充填される。なお、通常、射出工程の１次射出工程時には射出用サーボモータ５は速度フィードバック制御により駆動制御され、射出工程の保圧工程時には射出用サーボモータ５は圧力フィードバック制御により駆動制御される。
【００１５】
図２は、本実施形態の射出成形機における、計量工程の制御に関連する構成を示すブロックであり、ここでは、説明の簡略化のためにその他の制御系の構成の図示は割愛してある。
【００１６】
図２において、２１は、射出成形機全体の制御を司る上位コントローラ、２２は、上位コントローラ２１の制御の下に動作する計量工程制御部、２３は、計量工程制御部２２内のスクリュー回転速度制御部、２４は、計量工程制御部２２内のスクリュー背圧制御部、２５は、計量工程制御部２２内の温度適応化制御部、１４は、前記温度センサ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃからなる温度センサ群、２６は、スクリュー回転速度制御部２３からの指令に基づき、計量用モータサーボモータ１８をフィードバック制御により駆動制御するモータドライバ、２７は、スクリュー背圧制御部２４からの指令に基づき、射出用サーボモータ５をフィードバック制御により駆動制御するモータドライバ、Ｓ１は、温度センサ群１４から計量工程制御部２２や上位コントローラ２１に出力される検出温度情報、Ｓ２は、計量用サーボモータ１８に付設された図示せぬエンコーダから、計量工程制御部２２やモータドライバ２６や上位コントローラ２１に出力される回転量検出情報、Ｓ３は、射出用サーボモータ５に付設された図示せぬトルクセンサから、計量工程制御部２２やモータドライバ２７や上位コントローラ２１に出力される圧力検出情報、Ｓ４は、射出用サーボモータ５に付設された図示せぬエンコーダから、計量工程制御部２２やモータドライバ２７や上位コントローラ２１に出力される回転量検出情報である。なお、図２中のモータドライバ２７は、射出工程時には、図示せぬ射出工程制御部によって制御されるものであるが、先にも述べたように、図２では計量工程の制御に関連する構成のみを示してある。
【００１７】
計量工程制御部２２の温度適応化制御部２５は、温度センサ群１４からの検出温度情報Ｓ１により、加熱シリンダ１１の温度が設定温度値に対して所定範囲（許容範囲）内にあるかどうかを監視しており、加熱シリンダ１１の温度が設定温度値に対して所定範囲内にある場合には、スクリュー回転速度制御部２３およびスクリュー背圧制御部２４に対して、前回の成形サイクルの計量工程で用いたスクリューの回転速度制御条件および背圧制御条件を用いて、最新の成形サイクルの計量工程の制御を実行させる。
【００１８】
一方、加熱シリンダ１１の温度が設定温度値に対して所定範囲（許容範囲）を超えて外れると、温度適応化制御部２５は、加熱シリンダ１１の温度が設定温度値に近づくように、スクリュー回転速度制御部２３またはスクリュー背圧制御部２４の少なくとも一方に対して、所定の演算アルゴリズムに従って算出した、新たなスクリューの回転速度制御条件への変更指令および／または新たな背圧制御条件への変更指令を出力し、これを受けて、スクリュー回転速度制御部２３またはスクリュー背圧制御部２４の少なくとも一方は、新たなスクリューの回転速度制御条件および／または新たな背圧制御条件を用いて、最新の成形サイクルの計量工程の制御を実行させる。すなわち、計量工程時のスクリュー１６の回転速度および／またはスクリュー背圧を変更することで、樹脂の剪断発熱による発熱量を変えて、これにより、加熱シリンダ１１の温度を設定温度値に近づけるように制御する。例えば、加熱シリンダ１１の温度が設定温度値を所定範囲を超えて上回ると、計量工程時のスクリュー１６の回転速度（単位時間当たりの回転数）または計量工程時にスクリュー１６へ付与する背圧の少なくとも何れか一方を下げることで、剪断発熱による発熱量を低下させ、これによって、検出温度が設定温度値に近づくように制御する。
【００１９】
図３は、スクリューの回転速度およびスクリュー背圧と、樹脂の剪断発熱による加熱シリンダ温度への寄与値との、関係の１例を示す図である。図３に示すように、スクリューの回転速度や、スクリューへ付与する背圧を変えることで、加熱シリンダの温度を可変制御することが可能である。本実施形態のように、成形運転中に適応的に、計量工程のスクリューの回転速度制御条件および／または背圧制御条件を変更するように制御すると、成形運転前の初期設定された回転速度制御条件および／または背圧制御条件が大雑把なものであっても、次第に最適な回転速度制御条件および／または背圧制御条件に収斂することになる。
【００２０】
なお、図４は、バンドヒータ１３の制御条件を同一とした状態での、スクリューの回転速度と溶融樹脂温度との関係を参考までに示す実験データであり、図５は、バンドヒータ１３の制御条件を同一とした状態での、スクリュー背圧と溶融樹脂温度との関係を参考までに示す実験データである。
【００２１】
以上のように、本実施形態では、温度センサ群１４による加熱シリンダ１１の検出温度が設定温度値に対して所定範囲を超えて外れると、温度センサ群１４による検出温度が設定温度値に近づくように、計量工程時の計量用サーボモータ１８によるスクリュー１６の回転速度（単位時間当たりの回転数）または計量工程時に射出用サーボモータ５によりスクリュー１６に付与する背圧の少なくとも何れか一方を制御する、つまり例えば、検出温度が設定温度値を所定範囲を超えて上回ると、計量工程時のスクリュー１６の回転速度または計量工程時にスクリュー１６へ付与する背圧の少なくとも何れか一方を下げることで、剪断発熱による発熱量を低下させ、これによって、検出温度が設定温度値に近づくように制御する。したがって、加熱シリンダ１１の周囲を覆う放熱防止カバー１５をもつ構成であっても、別途の冷却用メカニズムを付設することなく、加熱シリンダ１１の温度が設定温度値に対して所定範囲を超えて上回っても、加熱シリンダ１１の温度を下げることが可能となり、以って、コスト上昇を招くことなく、かつ、放熱防止カバー１５の存在による省エネ化という長所を失うことなく、加熱シリンダ１１の適正な温度制御を実現できる。また、計量用サーボモータ１８によるスクリュー１６の回転速度の制御、あるいは、射出用サーボモータ５による背圧の制御は、フィードバックにより正確に行うことができるので、樹脂の剪断発熱量を精緻にコントロールすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、射出系メカニズムを示す要部を切断した説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、計量工程の制御に関連する構成を示すブロックである。
【図３】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、スクリューの回転速度およびスクリュー背圧と、樹脂の剪断発熱による加熱シリンダ温度への寄与値との、関係の１例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、バンドヒータの制御条件を同一とした状態での、スクリューの回転速度と溶融樹脂温度との関係を検証した実験データを示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る射出成形機における、バンドヒータの制御条件を同一とした状態での、スクリュー背圧と溶融樹脂温度との関係を検証した実験データを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ヘッドストック
１ａ  原料供給穴
２  保持プレート
３  連結軸
４  直動体
５  射出用サーボモータ
６  ボールネジ機構
７  ネジ軸
８  ナット
９  ロードセルブロック
１０  被動プーリ
１１  加熱シリンダ
１１ａ  原料供給穴
１２  ノズル
１３  バンドヒータ
１４  温度センサ群
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ  温度センサ
１５  放熱防止カバー
１６  スクリュー
１７  被動プーリ
１８  計量用サーボモータ
１９  駆動プーリ
２１  上位コントローラ
２２  計量工程制御部
２３  スクリュー回転速度制御部
２４  スクリュー背圧制御部
２５  温度適応化制御部
２６  モータドライバ
２７  モータドライバ
【図１】
2007210293.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007210293.tif 000005
【図４】
2007210293.tif 000006
【図５】
2007210293.tif 000007