(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内のスクリュの前進速度、および射出圧力に基づき、ボールネジを介してスクリュを移動させる射出サーボモータの回転速度を制御して、金型のキャビティ内への溶融材料の射出を制御する電動射出成形機の射出制御方法において、
コントローラ（１０）から前記射出サーボモータ（８）に制動信号を送信してからスクリュ（３）の速度が０となるまでの減速時に上昇する圧力である慣性流れ時昇圧ΔＰと、射出成形時の限界圧力ＰLとを記憶しておき、射出時に、常時測定されているシリンダ（１）内の溶融材料の射出圧力Ｐと前記慣性流れ時昇圧ΔＰとの和と、前記限界圧力ＰLとを比較し、Ｐ＋ΔＰ≧ＰLとなったとき、前記射出サーボモータ（８）に急制動信号を送信して前記スクリュ（３）の前進速度を０まで減速する工程を含むことを特徴とする、電動射出成形機の射出制御方法。
【請求項２】
最大射出速度をＶｍａｘ、最大射出速度時の昇圧分をΔＰｍａｘとしたとき、前記スクリュ（３）の任意の速度Ｖｄからの減速時の慣性流れ時昇圧ΔＰを、ΔＰ＝ΔＰｍａｘ×（Ｖｄ／Ｖｍａｘ）2として求める工程を含む、請求項１に記載の電動射出成形機の射出制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内の溶融材料を、電動モータを駆動させることによりスクリュを前進させて、金型のキャビティ内に射出して成形品を成形する電動射出成形機の射出制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動射出成形機における射出成形は、概ね、金型を閉じる型閉じ工程と、金型を締め付ける型締め工程と、金型のスプルにノズルを押しつけるノズルタッチ工程と、電動モータでスクリュに接続されているボールネジを回転させることでシリンダ内のスクリュを前進させて、スクリュ前方に溜まった溶融材料を金型キャビティ内に射出する射出工程と、その後、気泡、ヒケの発生を抑制するために保圧圧力をしばらくかける保圧工程と、金型キャビティ内に充填された溶融材料が冷却されて固まるまでの間の時間に次のサイクルのために、スクリュを回転させて、樹脂を溶融しながらシリンダの前方にため込む可塑化工程と、固化された成形品を金型から取り出すために、金型を開き、成形品を金型に設けられた突出しピンによって押し出す型開き・成形品突出し工程とからなる。
【０００３】
図５に、従来の、射出工程から保圧工程に至るまでの、射出保圧時間ｔに対する、射出速度Ｖおよび射出圧力Ｐの関係を表すグラフを示す。
【０００４】
一般に、射出成形における射出制御は、スクリュを設定された速度で前進させて、射出時間とともに溶融材料の金型キャビティ内への充填量が増加するに伴い、射出圧力Ｐが上昇し、金型キャビティ内に充填された溶融材料がフルパックになる手前の保圧切換位置で速度制御から圧力制御に切り換え、次いで保圧圧力をしばらくかける保圧工程に移行するという方法がとられる。また、オペレータは速度制御されている射出工程中に、射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａを越えないような、射出速度と射出制限圧力を設定するのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、射出中に異常な状態、例えば、金型キャビティ内がフルパックされても保圧切換位置に達しないで高速を維持するような間違った成形条件で射出した場合や、充填中にノズルや金型ゲートなどの絞られた流路部分で溶融材料の詰まりを生じてしまった場合には、図６に示すように、急激に圧力が上昇し射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａに達することがあり得る。
【０００６】
このような場合、従来の制御方法においては、射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａに達した場合には、射出速度Ｖを制動させて射出圧力Ｐの上昇を制限し、射出制限圧力Ｐａを維持する圧力制御が一般的に適用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動射出成形機で、射出中の圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａに近づいたときに、前述の異常な状態が発生し、射出圧力Ｐが急激に上昇して射出制限圧力Ｐａに達するような事態が発生した場合、上述した制御にて電動モータに急制動をかけて射出速度Ｖを急減速させて圧力の上昇を止めようとしても、電動モータの回転子、スクリュをその軸線を中心に回転可能に軸支する軸受け部、軸受け部に組付けられたボールネジ機構部、電動モータの動力をボールネジ機構部に伝えるタイミングベルトやプーリ、スクリュといった駆動系の慣性があるため、減速中にわずかにスクリュが前進すること、すなわち、慣性流れを避けることができない。スクリュの慣性流れ量は、一般に射出速度×減速時間／２であり、この時、例えば、ノズル詰まりを起こすと、スクリュ先端からノズル先端までの溶融材料が圧縮されることにより圧力上昇を起こし、射出圧力Ｐが射出制限圧力Ｐａを越え、さらに射出装置や金型を破損させない限界圧力ＰLをも越えて異常圧力Ｐｂにまで達することとなる。また、ある速度から速度０に減速時の昇圧分は、一般に最大射出速度時の昇圧分×（射出速度／最大射出速度）2で表される。すなわち、射出速度が低い時は、慣性流れによる昇圧分は小さいので問題にはならないが、速度が最大射出速度に近づいてくると昇圧分が極めて大きな圧力になり、この結果、射出装置、あるいは金型を破損してしまうおそれがあった。なお、射出制限圧力Ｐａとは、繰り返し作用する圧力に対して金型を損傷させない制限圧力、あるいは成形品の寸法が許容寸法を外れるなどの成形品質上の制限圧力であり、限界圧力ＰLとは、異常時に射出装置や金型を破損させない単発の限界圧力である。
【０００８】
そこで、本発明は、誤った成形条件、あるいは溶融材料の詰まりに起因する異常な圧力上昇により射出圧力が限界圧力を越えてしまうことのない安全な電動射出成形機の射出制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電動射出成形機の射出制御方法は、シリンダ内のスクリュの前進速度、および射出圧力に基づき、ボールネジを介してスクリュを移動させる射出サーボモータの回転速度を制御して、金型のキャビティ内への溶融材料の射出を制御する電動射出成形機の射出制御方法において、コントローラから射出サーボモータに制動信号を送信してからスクリュの速度が０となるまでの減速時に上昇する圧力である慣性流れ時昇圧ΔＰを予め求めておき、その値と限界圧力ＰLとをコントローラの記憶部に記憶させておき、コントローラの比較部にて、射出中にロードセルにより常時測定されているシリンダ内の溶融材料の射出圧力と慣性流れ時昇圧ΔＰとの和と、限界圧力ＰLとを比較し、Ｐ＋ΔＰ≧ＰLの場合、すなわち、Ｐ≧ＰL−ΔＰに達したとき（この時の射出圧をＰｍとする）、射出サーボモータに急制動信号を送信してスクリュの前進速度を０まで減速する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記の通り、本発明の電動射出成形機の射出制御方法は、射出中に、射出できなくなるような異常な状態が発生した時に、その時の射出速度から急制動した時の慣性流れによる射出圧力の上昇、すなわち、慣性流れ時昇圧ΔＰを予め求めておき、この慣性流れ時昇圧ΔＰと、ロードセルにより常時測定されているシリンダ内の溶融材料の射出圧力Ｐとの和を限界圧力ＰLと比較しながら射出を行う。つまり、本発明の電動射出成形機の射出制御方法は、射出中に異常な状態が生じた場合でも、射出サーボモータにブレーキをかけて制動する際に生じるスクリュの慣性流れ時の昇圧分である慣性流れ時昇圧ΔＰを見込んで射出サーボモータの速度制御を行うため、万一射出できなくなるような異常な状態が発生したときにおいても射出成形機、あるいは金型に限界圧力ＰLを越える圧力がかかることがない。
【００１１】
また、本発明の電動射出成形機の射出制御方法は、コントローラにて、最大射出速度をＶｍａｘ、最大射出速度時の昇圧分をΔＰｍａｘとしたとき、任意の射出速度Ｖｄでの昇圧分ΔＰを、ΔＰ＝ΔＰｍａｘ×（Ｖｄ／Ｖｍａｘ）2として求める工程を含むものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に、本発明の一実施形態である電動射出成形機の射出装置の概略構成図を示す。
【００１５】
電動射出成形機の射出装置は、シリンダ１と、シリンダ１内に回転および前後進可能に挿入され、先端にスクリュヘッド２を備えたスクリュ３と、スクリュヘッド２と反対側のスクリュ３の一端に、射出時のスクリュ３の反力による歪みを射出圧力として測定するロードセル７と、スクリュ３を軸方向に移動させるボールネジ６と、タイミングベルト１２を介してボールネジ６を回転させる射出サーボモータ８と、ロードセル７からの信号、および射出サーボモータ８に設けられているエンコーダ９からの信号に基づき、射出サーボモータ８を制御するコントローラ１０とを有する。また、電動射出成形機の射出装置は、シリンダ１内に供給された樹脂を溶融しながらスクリュ３を回転させ、前方（図１において左方向）に向けて送り出しながら可塑化するための回転計５を備えた回転サーボモータ４を有する。
【００１６】
コントローラ１０は、射出速度となるスクリュ３の軸方向の移動速度の速度設定値、射出圧力の圧力制限値、保圧力等を設定する設定部１０ａ、予め求めておいた慣性流れ時昇圧ΔＰ、限界圧力ＰL等（慣性流れ時昇圧ΔＰ、限界圧力ＰLについては後述する）を記憶しておく記憶部１０ｂ、速度設定値と検出速度あるいは射出圧力制限値と検出圧力値とを比較する比較部１０ｃ等を備えている。そして、ロードセル７で検出される射出圧力は、不図示の増幅器で増幅され、コントローラ１０に入力されるようになっている。射出サーボモータ８の回転速度は、エンコーダ９で検出され、スクリュ３の検出速度としてコントローラ１０に入力され、この入力値に基づいて制御される。
【００１７】
コントローラ１０の記憶部１０ｂには、射出中に異常な状態、例えば、不図示の金型キャビティ内がフルパックされても保圧切換位置に達しないで高速を維持するような間違った成形条件で射出した状態、あるいは充填中にノズル１ａや金型ゲートなどの絞られた流路部分で溶融材料の詰まりを生じてしまった状態などが発生したとき、そのときの速度から急制動した時の慣性流れによる射出圧力の慣性流れ時昇圧ΔＰが記憶されている。また、記憶部１０ｂには射出装置や金型を破損させない限界値として、限界圧力ＰL（図２参照）、あるいは、限界圧力ＰL＝射出制限圧力Ｐａ＋αとした場合のαも記憶されている。
【００１８】
なお、本実施形態では、射出圧力はロードセル７で、そしてスクリュ３の速度はエンコーダ９で検出するようになっているが、これに限定されるものではなく、射出圧力はシリンダ１に圧力センサを取り付けて検出するものであってもよいし、スクリュ３の速度は直接計測するものであってもよい。
【００１９】
次に、以上のような構成の本実施形態の電動射出成形機における、射出中に異常な状態が発生した際の射出制御方法に関して説明する。
【００２０】
まず、コントローラ１０から射出サーボモータ８に対してスクリュ３が設定速度で前進するように信号を送信し、金型キャビティ内に溶融材料を射出する。この際、射出速度および射出圧力Ｐを常時測定しながら射出を行う（ステップＳ１）。
【００２１】
また、この際、比較部１０ｃにて、射出圧力Ｐと慣性流れ時昇圧ΔＰとの和が限界圧力ＰLより大きいかどうかを比較演算する（ステップＳ２）。Ｐ＋ΔＰ≧ＰLとなったとき（この時の射出圧をＰｍとして図２に図示）、コントローラ１０から射出サーボモータ８に急制動信号を送信して射出サーボモータ８に急制動をかけ、射出圧力Ｐが限界圧力ＰLを越えて昇圧するのを防止する（ステップＳ３）。その後、射出制限圧力Ｐａで圧力制御を実行する（ステップＳ４）。さらに、その後、スクリュ位置が保圧切換位置まで前進したかどうかを判別し（ステップＳ５）、スクリュ３が保圧切換位置まで前進していなかったら、射出制限圧力Ｐａを保持したまま（図２中、実線）機械を停止する（ステップＳ６）。スクリュ３が保圧切換位置まで前進したなら、保圧工程に移行（図２中、破線）する（ステップＳ７）。以上の各ステップにおける射出保圧時間ｔに対する射出圧力Ｐの関係は図２に示す通りとなる。
【００２２】
一方、ステップＳ２にて、Ｐ＋ΔＰ＜ＰLのときには、さらに、Ｐ＜Ｐａかどうかを判別し（ステップＳ８）、Ｐ＜Ｐａが成立、すなわち、通常の状態では、射出工程における所定の速度制御を実行し（ステップＳ９）、スクリュ位置が保圧切換位置まで前進したら保圧工程に移行する（ステップＳ７）。この場合、射出保圧時間ｔに対する射出圧力Ｐの関係は、従来と同様、図５に示す通りとなる。
【００２３】
また、ステップＳ８で、Ｐ≧Ｐａが成立、すなわち、Ｐ＋ΔＰ＜ＰL、かつ、Ｐ≧Ｐａが成立する場合には、ステップＳ４に進み、射出制限圧力Ｐａで圧力制御を実行する。そして、射出制限圧力Ｐａで充填できたらスクリュ３を前進させ、スクリュ位置が保圧切換位置まで前進したかどうかを判別し（ステップＳ５）、スクリュ３が保圧切換位置まで前進していなかったら、射出制限圧力Ｐａを保持したまま（図２中、実線）機械を停止する（ステップＳ６）。この場合、射出保圧時間ｔに対する射出圧力Ｐの関係は、図４に示す通りとなる。
【００２４】
なお、ステップＳ３で射出サーボモータ８を減速度一定で減速する場合、減速時の任意の速度Ｖｄでの昇圧分ΔＰは、ΔＰ＝ΔＰｍａｘ×（Ｖｄ／Ｖｍａｘ）2で求められる。ここで、Ｖｍａｘは、最大射出速度であり、ΔＰｍａｘは、最大射出速度時の慣性流れ時の昇圧分である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、射出中、常時、射出圧力Ｐを測定するとともに、Ｐ＋ΔＰ≧ＰLとなるかどうかを判別しながら射出を行い、万一、射出中に異常な状態が生じて限界圧力ＰLを越えるおそれが発生した時点で射出サーボモータ８の急制動制御を行う。このため、射出中に異常な状態が発生したとしても、射出成形機、あるいは金型に限界圧力ＰLを越える圧力がかかることがなく、射出成形機、あるいは金型の破損を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である電動射出成形機の構成を示す模式図である。
【図２】射出中に異常な状態が発生した場合の、本発明の射出制御方法による射出圧力の波形の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の射出制御方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図４】射出中に、Ｐ＋ΔＰ≦ＰL、かつ、Ｐ≧Ｐａが成立した場合の、本発明の射出制御方法による射出圧力の波形の一例を示すグラフである。
【図５】従来の、射出制御方法による射出圧力の波形の一例を示すグラフである。
【図６】従来の、射出中に異常な状態が発生した場合の、射出制御方法による射出圧力の波形の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１    シリンダ
１ａ    ノズル
２    スクリュヘッド
３    スクリュ
３    タイミングベルト
４    回転サーボモータ
５    回転計
６    ボールネジ
７    ロードセル
８    射出サーボモータ
９    エンコーダ
１０    コントローラ
１０ａ    設定部
１０ｂ    記憶部
１０ｃ    比較部
１１    軸受け部
１２    タイミングベルト
【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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