樹脂供給量調節手段を有する射出成形機
【課題】スクリューの溝内の成形材料を検出するための特別の手段を必要とせず、さらには、樹脂材料の種類によらず、さらには計量回転速度の大小に影響されることなく、飢餓状態が一定の状態を保つように材料供給を行うことが可能な射出成形機を提供すること。
【解決手段】供給量指令値Ｆの初期値を設定し、射出・保圧工程を実行し、計量開始し（ＳＡ１００〜ＳＡ１０３）、前サイクルにて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給するが、最初の成形サイクルではステップＳＡ１００で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ１を検出し記憶し、計量完了か否か判断し、計量完了の場合は、計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ２を検出し記憶し（ＳＡ１０４〜ＳＡ１０６）、計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ（＝Ｃ２−Ｃ１）を算出し、計量中におけるスクリュー回転量ΔＣが目標値になるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する（ＳＡ１０７，ＳＡ１０８）。
【解決手段】供給量指令値Ｆの初期値を設定し、射出・保圧工程を実行し、計量開始し（ＳＡ１００〜ＳＡ１０３）、前サイクルにて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給するが、最初の成形サイクルではステップＳＡ１００で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ１を検出し記憶し、計量完了か否か判断し、計量完了の場合は、計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ２を検出し記憶し（ＳＡ１０４〜ＳＡ１０６）、計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ（＝Ｃ２−Ｃ１）を算出し、計量中におけるスクリュー回転量ΔＣが目標値になるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する（ＳＡ１０７，ＳＡ１０８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は射出成形機に関し、特に、樹脂供給量調節手段を有する射出成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形材料となるペレットを射出成形機の射出シリンダーに供給するための方法として、射出シリンダーに連設した供給ホッパにペレットを貯留し、その自重を利用してペレットを射出シリンダーに送り込む方法が一般的に用いられている。この場合、射出シリンダーの樹脂供給口はペレットで満たされた状態になっている。以降、この状態を満杯供給と記載する。
【０００３】
これに対して、射出シリンダーの樹脂供給口が疎の状態になるようにペレットを少量ずつ供給する、いわゆる飢餓供給が知られている。例えば、特許文献１には、ペレットの供給源と射出シリンダーとの間にペレットフィーダを設け、ペレットフィーダの送り速度を増減させることでペレットの供給速度を制御する技術が開示されている。
【０００４】
飢餓供給を行うと、射出シリンダー内で発生したガスの樹脂供給口からの脱気が促進されたり、あるいは樹脂供給口付近における射出シリンダー内壁と樹脂材料との摩擦による射出シリンダー内壁の異常摩耗が抑制される、といった効果が見込まれる。ただし、樹脂供給口の樹脂材料の疎密状態（飢餓状態）が変動すると、計量工程における樹脂の可塑化品質が変動し、成形品質に悪影響を与える恐れがある。よって、飢餓供給を行う場合には、飢餓状態が一定の状態を保つように材料供給を行わなければならないという課題があった。
【０００５】
特許文献２においては、スクリューにおける供給部に臨ませて配設され、スクリューの溝内の成形材料を検出する成形材料検出手段と、該成形材料検出手段による検出結果に対応させて、スクリューの溝内に成形材料が１００［％］満たされることがないように、樹脂材料の供給量を制御する技術が開示されている。しかし、スクリューの溝内の成形材料を検出するための特別の手段を必要とするという問題があった。
【０００６】
特許文献３においては、計量工程におけるスクリュー回転のトルクを検出し、該スクリュー回転トルクが基準値に一致するように原料の供給量を調整する技術が開示されている。しかし、樹脂材料の種類によっては、飢餓状態が変動してもスクリュー回転のトルクが変動しない場合があり、そのような場合にはスクリュー回転のトルクに基づいて飢餓状態を制御することができないという問題があった。
【０００７】
一方、特許文献４においては、可塑化工程時の実際の計量時間と予め設定した基準計量時間との差を判定手段にて判定し、その判定結果に基づいて材料供給装置による材料供給量を制御する技術が開示されている。しかし、計量時間はスクリュー回転速度の大小によって変動するため、飢餓状態を正確に判定できないという問題があった。
【０００８】
特許文献５においては、色替え対象の原料を用いて色替え運転を行うにあたって、樹脂通路を間欠開閉して原料樹脂をフィード部に間欠供給する原料供給装置において、色替え樹脂の供給開始時期を決定する判断基準として、設定時間又はスクリュー回転の総回転数を設定する技術が開示されている。
【０００９】
特許文献６においては、射出成形機の各部に配設されたセンサの計測情報などから、予め設定された各モニタリング項目に対応する計測データが許容範囲にあるか否かを判定してモニタリングを行う射出成形機において、スクリューの回転開始時点からのスクリュー回転量を累積演算し、このスクリュー回転量をチャージ・計量工程時のモニタリング項目の１つとして用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３１８５３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２４８６５５号公報
【特許文献３】特開昭５３−１１９５７号公報
【特許文献４】特開平１−１７１８３０号公報
【特許文献５】特開平３−１１４８１３号公報
【特許文献６】特開平３−１１８１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、スクリューの溝内の成形材料を検出するための特別の手段を必要とせず、さらには、樹脂材料の種類によらず、さらには計量回転速度の大小に影響されることなく、飢餓状態が一定の状態を保つように材料供給を行うことが可能な射出成形機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係る発明は、射出シリンダーと、射出シリンダー内に回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリューと、スクリューを回転駆動するスクリュー回転駆動手段と、所定区間内におけるスクリュー回転量を検出するスクリュー回転量検出手段と、射出シリンダー内に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを有する射出成形機において、前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量が所定の目標値となるように、前記樹脂材料供給手段の樹脂供給量を調節する樹脂供給量調節手段を有することを特徴とする射出成形機である。
請求項２に係る発明は、射出シリンダーと、射出シリンダー内に回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリューと、スクリューを回転駆動するスクリュー回転駆動手段と、所定区間内におけるスクリュー回転量を検出するスクリュー回転量検出手段と、所定区間内におけるスクリュー後退量を検出するスクリュー後退量検出手段と、射出シリンダー内に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを有する射出成形機において、前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を、前記スクリュー後退量検出手段によって検出したスクリュー後退量で除した値が所定の目標値となるように、前記樹脂材料供給手段の樹脂供給量を調節する樹脂供給量調節手段を有することを特徴とする射出成形機である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、さらに、満杯供給で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定する目標値設定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機である。
請求項４に係る発明は、さらに、満杯供給で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を、前記スクリュー後退量検出手段によって検出したスクリュー後退量で除した値に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定する目標値設定手段を有することを特徴とする請求項２に記載の射出成形機である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記所定の目標値はオペレータが設定する値であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の射出成形機である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、前記所定区間とは計量開始から計量終了までの区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機である。
請求項７に係る発明は、前記所定区間とは計量開始から計量終了までの区間をさらに複数の区間に分割したうちの任意の区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、スクリューの溝内の成形材料を検出するための特別の手段を必要とせず、さらには、樹脂材料の種類によらず、さらには計量回転速度の大小に影響されることなく、飢餓状態が一定の状態を保つように材料供給を行うことが可能な射出成形機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る樹脂供給量調節手段を有する射出成形機の要部断面とその制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量と計量ストロークとの比に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４−１】本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理においてスクリュー回転量の目標値を設定する処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである（その１）。
【図４−２】本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理においてスクリュー回転量の目標値を設定する処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである（その２）。
【図５】本発明に係る樹脂供給量調節を計量開始から計量終了までの区間をさらに複数の区間に分割したうちの任意の区間のスクリュー回転量に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
飢餓供給を行って材料密度を疎にすると、計量工程においてスクリュー１回転あたりの樹脂の可塑化能力が低下するという特性がある。つまり、満杯供給時に比べて、所定の樹脂量を計量するのに必要なスクリュー回転量が多くなる。本発明はこの特性に着目し、計量中のスクリュー回転量に基づいて樹脂材料の供給量を最適に制御するものである。すなわち、計量中におけるスクリュー回転量を検出し、該検出したスクリュー回転量が所定値に一致するように樹脂材料の供給量を制御することによって、飢餓状態の一定の状態を保つように材料供給を行うものである。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明に係る樹脂供給量調節手段を有する射出成形機の要部断面とその制御装置を示すブロック図である。図中の符号１は射出成形機の射出スクリューで、射出シリンダー２に摺動および回転自在に内嵌され、射出用サーボモータＭ１およびスクリュー回転用サーボモータＭ２により軸方向の射出動作と軸回りのスクリュー回転とが独立して行われるようになっている。符号３１は射出用サーボモータＭ１を駆動源として射出スクリュー１に射出動作を行わせるための動力伝達機構であり、符号３２はスクリュー回転用サーボモータＭ２を駆動源として射出スクリューに計量動作を行わせるための動力伝達機構である。また、射出シリンダー２には、バンドヒータ等からなる図示しない加熱手段が設けられている。
【００２０】
また、射出シリンダー２の基部上面には成形材料となるぺレットを投入するためのホッパ４が配備され、ペレットの供給源となるホッパ４と射出シリンダー２との間には、ホッパ４内のペレットを射出シリンダー２に供給するためのペレットフィーダ５が設けられている。ペレットフィーダ５は、ホッパ４と射出シリンダー２との間に形成された連通路６を横切るようにして配備された羽根付ロータ７と羽根付ロータ７の回転駆動手段であるモータＭ３および該モータＭ３の回転速度を制御するモータ駆動回路８によって構成され、樹脂の供給量指令値Ｆに基づいて羽根付ロータ７の回転速度を制御することにより、ホッパ４から射出シリンダー２に送り込まれるペレットの移送速度が調整されるようになっている。
なお、ペレットフィーダ５の主要部を構成する羽根付ロータ７に替えて計量専用スクリューおよびその周辺部の構成を適用し、モータＭ３で計量専用スクリューを回転駆動して射出シリンダー２にペレットを送り込むようにしても良い。射出用サーボモータＭ１およびスクリユー回転用サーボモータＭ２の各々にはロータリーエンコーダーＰ１およびＰ２の各々が装着され、射出スクリュー１の現在位置（軸方向）や回転位置（軸回り）等が検出されるようになっている。
【００２１】
射出成形機の制御装置１００は数値制御用のマイクロプロセッサ（以下、ＣＮＣＣＰＵという）１１１とプログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサ（以下、ＰＭＣＣＰＵという）１１３を有し、ＰＭＣＣＰＵ１１３には射出成形機のシーケンス動作やペレットフィーダ５を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ１１６、および、不揮発性のＰＭＣ用ＲＡＭ１０９や現在値記憶ＲＡＭ１０８が接続されている。ＣＮＣＣＰＵ１１１は射出成形機の各部を全体的に制御するためのものであって、クランプ用（図示せず），エジェクタ用（図示せず），スクリュー回転用，射出用等の各軸のサーボモータを駆動制御するサーボ回路がサーボインターフェイス１１０を介して接続されている。なお、図１では射出用サーボモータＭ１のためのサーボ回路１０２とスクリュー回転用サーボモータＭ２のためのサーボ回路１０１のみを図示している。
【００２２】
１０４は不揮発性の共有ＲＡＭで、射出成形機の各動作を制御するＮＣプログラム等を記憶するメモリ部と各種設定値，パラメータ，マクロ変数等を記憶する設定メモリ部とを有し、該設定メモリ部には、ＬＣＤ表示装置付手動データ入力装置１１７およびオペレータパネルコントローラ１１５を介してオペレータが設定入力した各種の成形条件および計量条件等が記憶される。１１２はバスアービターコントローラ（以下、ＢＡＣという）で、該ＢＡＣ１１２にはＣＮＣＣＰＵ１１１およびＰＭＣＣＰＵ１１３，共有ＲＡＭ１０４，入力回路１０５，出力回路１０６の各バスが接続され、該ＢＡＣ１１２によって使用するバスが制御されるようになっている。
また、射出用サーボモータＭ１はサーボ回路１０２に接続され、ロータリーエンコーダーＰ１からの検出出力がサーボ回路１０２に入力されており、サーボインターフェイス１１０内の現在位置記憶レジスタにより、射出スクリュー１の現在位置（軸方向）が常時検出されるようになっている。また、スクリュー回転用サーボモータＭ２はサーボ回路１０１に接続され、ロータリーエンコーダーＰ２からの検出出力がサーボ回路１０１に入力され、位置，速度の制御が行われる。ＲＡＭ１０３はＣＮＣＣＰＵ１１１のための演算データ記憶メモリである。
【００２３】
そして、制御装置１００の出力回路１０６にはＤ／Ａ変換器９を介してモータ駆動回路８が接続され、Ｄ／Ａ変換器９でＤ／Ａ変換された制御装置１００からの速度指令によりモータ駆動回路８がモータＭ３を駆動制御して、ペレットフィーダ５の羽根付ロータ７が制御装置１００からの速度指令に対応する送り速度でホッパ４内のペレットを射出シリンダー２に供給するようになっている。
【００２４】
以上のような構成において、ＣＮＣ用ＲＯＭ１１４に格納されたＮＣプログラムや共有ＲＡＭ１０４に格納された各種成形条件およびＰＭＣ用ＲＯＭ１１６に格納されたシーケンスプログラム等により、ＰＭＣＣＰＵ１１３がシーケンス制御を行いながら、ＣＮＣＣＰＵ１１１が射出成形機の各軸のサーボ回路へサーボインターフェイス１１０を介してパルス分配して射出成形機を駆動制御するものであり、射出成形機本体に関する限り、各部の駆動制御方式は従来のものと全く同様である。
【００２５】
即ち、計量・混練りの工程においては、共有ＲＡＭ１０４に予め設定された背圧に基いて従来と同様に射出用サーボモータＭ１が駆動制御され、また、ＰＭＣＣＰＵ１１３からの計量開始信号を受けたＣＮＣＣＰＵ１１１が、共有ＲＡＭ１０４に予め設定されたスクリュー回転速度に応じてサーボインターフェイス１１０を介して所定周期毎のパルス分配を開始し、エラーレジスタやＦ／Ｖ変換器および誤差増幅器や電力増幅器等を備えたサーボ回路１０１がＣＮＣＣＰＵ１１１からの分配パルスとロータリーエンコーダーＰ２からのフィードバックパルスに基いて位置，速度，電流ループの各処理を行ってトルク指令を出力し、射出スクリュー１の回転速度が設定速度となるようにスクリュー回転用サーボモータＭ２を制御する。
【００２６】
上記の射出成形機およびその制御装置は、図２〜図５に示す本発明に係るアルゴリズムを示すフローチャートの処理を実行するため、以下に説明する機能を備える。
＜樹脂の供給量指令値Ｆの初期値＞
運転開始時に設定する供給量指令値Ｆの初期値は、射出スクリュー１の径などのスペックに応じた固有値としてもよいし、計量完了位置などから成形品ボリュームを求めて、そのボリュームに相当する樹脂量を供給する値としてもよい。供給量指令値Ｆの初期値は、不揮発性メモリである共有ＲＡＭ１０４に予め記憶させておくことができる。
【００２７】
＜スクリュー回転量検出手段＞
スクリュー回転量検出手段は、射出スクリュー１のスクリュー回転量を検出し記憶する手段であって、例えばスクリュー回転軸にロータリーエンコーダーＰ２を備え、計量工程の開始時と終了時のロータリーエンコーダーＰ２からの値を検出し記憶する手段である。計量工程の開始時と終了時のロータリーエンコーダーＰ２からの検出値は、例えば、ＲＡＭ１０３に記憶させる。そして、前記検出および記憶した２つの値の差を求め、この２つの値の差を計量中のスクリュー回転量としてＲＡＭ１０３に記憶させる。あるいは、スクリュー回転量検出手段は、スクリュー回転軸に回転速度検出器を備え、計量工程の開始時から完了時までのスクリュー回転速度の時間積分値を求めるようにしてもよい。
【００２８】
＜樹脂の供給量指令値Ｆの算出について＞
供給量指令値Ｆの算出にあたっては、前記検出したスクリュー回転量が所定の目標値より小さい場合には、飢餓状態が密（換言すれば、満杯状態）であるので、供給量指令値Ｆを小さくするように調整し、前記検出したスクリュー回転量が所定の目標値より大きい場合には、飢餓状態が疎であるので、供給量指令値を大きくするように調整するようにしてもよい。または、前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量と所定の目標値との偏差に基づいてＰＩＤ制御を行い、供給量指令値を算出するようにしてもよい。
あるいは、前記検出したスクリュー回転量を前記検出したスクリュー後退量（後述して説明）で除した値が所定の目標値より小さい場合には、飢餓状態が密である（換言すれば、満杯状態）ので、供給量指令値Ｆを小さくするように調整し、前記検出したスクリュー回転量を前記検出したスクリュー後退量で除した値が所定の目標値より大きい場合には、飢餓状態が疎であるので、供給量指令値Ｆを大きくするように調整するようにしてもよい。または、前記検出したスクリュー回転量を前記検出したスクリュー後退量で除した値と所定の目標値との偏差に基づいてＰＩＤ制御を行い、供給量指令値Ｆを算出するようにしてもよい。
【００２９】
＜樹脂供給量調節手段について＞
樹脂供給量調節手段は、前記算出した供給量指令値Ｆに基づいて１成形サイクルあたりの樹脂材料の供給量を調節するようにしてもよい。例えば、ペレットフィーダ５の羽根付ロータ７の回転量を制御したり、特開平６−３０４９６７号公報のように、フィードスクリューを用いて樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段であれば、１成形サイクルあたりのフィードスクリュー回転量を制御するようにしてもよい。または、１成形サイクルあたりの回転時間を制御するようにしてもよい。
あるいは、樹脂供給量調節手段は、前記算出した供給量指令値Ｆに基づいて単位時間あたりの樹脂材料の供給量を調節するようにしてもよい。例えば、ペレットフィーダ５の羽根付ロータ７の回転速度を制御したり、特開平６−３０４９６７号公報のように、フィードスクリューを用いて樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段であれば、樹脂材料供給時のフィードスクリューの回転速度を制御するようにしてもよい。このとき、フィードスクリューは計量工程の開始時点から終了時点まで回転させるようにしてもよいし、成形サイクルの開始時点から終了時点まで回転させるようにしてもよい。
【００３０】
＜スクリュー後退量検出手段＞
スクリュー後退量検出手段は、スクリュー前後進方向の位置を検出するスクリュー位置検出手段を備え、計量工程の開始時と完了時のスクリュー位置の値をそれぞれ検出し記憶する手段である。例えば、スクリュー後退量検出手段は、射出スクリュー１のスクリュー前後進方向の位置を検出し記憶するため、射出用サーボモータＭ１にはロータリーエンコーダーＰ１が装着され、射出スクリュー１の現在位置（軸方向）が検出されるようになっている。そして、前記検出および記憶した２つの値の差を計量中のスクリュー後退量として求めるようにする。あるいは、スクリュー前後進方向の速度を検出するスクリュー前後進速度検出手段を備え、計量工程の開始時から完了時までのスクリュー前後進速度の時間積分値を求めるようにしてもよい。
【００３１】
＜スクリュー回転量をスクリュー後退距離で除した値について＞
上記のように、計量中におけるスクリュー回転量が設定した目標値となるように制御することで、飢餓状態が一定になるように制御することができるが、適切な飢餓状態となるための前記目標値は、計量ボリュームによってそれぞれ異なる目標値の値を設定する必要がある。そのため、金型を交換して成形する成形品を変更する場合には、成形品ボリュームに応じて適切な飢餓状態となるためのスクリュー回転量の目標値を再調整する必要がある。例えば、金型を交換して成形品ボリュームが２倍となった場合、適切な飢餓状態とするための前記目標値はおおよそ２倍の値を再設定する必要があり、オペレータの負担となる恐れがある。
【００３２】
そこで、計量中におけるスクリュー回転量をスクリュー後退量（スクリュー後退距離）で除した値に基づいて飢餓状態が一定になるように制御してもよい。この場合、金型を交換して成形する成形品を変更した場合でも、成形品ボリュームに応じて計量中におけるスクリュー回転量とスクリュー後退量の両方がほぼ同じ比率で変わるため、計量中におけるスクリュー回転量をスクリュー後退量で除した値はほとんど変化しない。そのため、目標値を再調整する作業が不要となり、オペレータの負担を軽減できる。
【００３３】
＜目標値の設定について＞
上記のように、計量中におけるスクリュー回転量が設定した目標値となるように制御することで、飢餓状態が一定になるように制御することができるが、適切な飢餓状態となるための前記目標値は、樹脂の特性やスクリュー形状による標準的な可塑化能力などを勘案して設定する必要があり、最適な目標値を設定するのが難しい。
そこで、飢餓状態を形成する前に、いったんは満杯供給による成形を行い、満杯状態で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定するようにしてもよい。この場合、満杯状態で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を基準として、前記基準とするスクリュー回転量に所定の飢餓係数を乗じた値を目標値として設定するため、樹脂の特性やスクリュー形状による標準的な可塑化能力などを勘案して設定する作業が不要となり、オペレータの負担を軽減できる。
【００３４】
なお、前記所定の飢餓係数は、樹脂の特性やスクリュー形状による標準的な可塑化能力などによらず、形成したい飢餓状態の疎密に対応する値を設定すればよいため、設定が容易である。一般的には、１．１〜１．２程度の飢餓係数を設定することで、安定した計量を行うことができる。飢餓係数が１．１〜１．２というのは、満杯供給時に比べてスクリュー回転量が１．１〜１．２倍となるように樹脂の供給量を減らすことを意味する。なお、前記所定の飢餓係数は、オペレータが設定するようにしてもよいし、１．１〜１．２程度の固有値をあらかじめ樹脂供給量調節手段に記憶させておいてもよい。
【００３５】
図２は、本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、運転開始時には、射出シリンダー内には手動で樹脂が充填されている。
●［ステップＳＡ１００］供給量指令値Ｆの初期値を設定する。
●［ステップＳＡ１０１］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＡ１０２］計量開始する。
●［ステップＳＡ１０３］前サイクルにて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給する。なお、最初の成形サイクルではステップＳＡ１００で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。
●［ステップＳＡ１０４］計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ１を検出し記憶する。
●［ステップＳＡ１０５］計量完了か否か判断し、計量完了の場合はステップＳＡ１０６へ移行する。
●［ステップＳＡ１０６］計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ２を検出し記憶する。
●［ステップＳＡ１０７］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ（＝Ｃ２−Ｃ１）を算出する。
●［ステップＳＡ１０８］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣが目標値になるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する。
●［ステップＳＡ１０９］運転終了か否か判断し、運転終了でない場合にはステップＳＡ１０１へ戻り処理を継続し、運転終了の場合には処理を終了する。
【００３６】
図３は、本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量と計量ストロークとの比に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、運転開始時には、射出シリンダー内には手動で樹脂が充填されている。
●［ステップＳＢ１００］供給量指令値Ｆの初期値を設定する。
●［ステップＳＢ１０１］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＢ１０２］計量開始する。
●［ステップＳＢ１０３］前サイクルにて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給する。なお、最初の成形サイクルではステップＳＢ１００で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。
●［ステップＳＢ１０４］計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ１を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ１０５］計量開始時のスクリュー位置Ｘ１を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ１０６］計量完了か否か判断し、計量完了の場合はステップＳＢ１０７へ移行する。
●［ステップＳＢ１０７］計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ２を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ１０８］計量完了時のスクリュー位置Ｘ２を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ１０９］計量中におけるスクリュー回転量／スクリュー後退量ΔＣ／ΔＸ（＝（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｘ２−Ｘ１））を算出する。
●［ステップＳＢ１１０］計量中におけるスクリュー回転量／スクリュー後退量ΔＣ／ΔＸが目標値になるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する。
●［ステップＳＢ１１１］運転終了か否か判断し、運転終了でない場合にはステップＳＢ１０１へ戻り処理を継続し、運転終了の場合には処理を終了する。
【００３７】
図４は、本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理においてスクリュー回転量の目標値を設定する処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、運転開始時には、射出シリンダー内には手動で樹脂が充填されている。
●［ステップＳＣ１００］樹脂が密の状態（満杯状態）となるように、樹脂材料を供給する。
●［ステップＳＣ１０１］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＣ１０２］計量開始する。
●［ステップＳＣ１０３］計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ’１を検出し記憶する。
●［ステップＳＣ１０４］計量完了か否か判断し、計量完了の場合はステップＳＣ１０５へ移行する。
●［ステップＳＣ１０５］計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ’２を検出し記憶する。
●［ステップＳＣ１０６］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ’（＝Ｃ’２−Ｃ’１）を算出する。
●［ステップＳＣ１０７］目標値Ｓを、Ｓ＝Ｋ＊ΔＣ’により算出し設定する。なお、Ｋは飢餓係数である。
●［ステップＳＣ１０８］供給量指令値Ｆの初期値を設定する。
●［ステップＳＣ１０９］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＣ１１０］計量開始する。
●［ステップＳＣ１１１］前サイクルにて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給する。なお、最初の成形サイクルではステップＳＣ１０８で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。
●［ステップＳＣ１１２］計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ１を検出し記憶する。
●［ステップＳＣ１１３］計量完了か否か判断し、計量完了の場合はステップＳＣ１１４へ移行する。
●［ステップＳＣ１１４］計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ２を検出し記憶する。
●［ステップＳＣ１１５］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ（＝Ｃ２−Ｃ１）を算出する。
●［ステップＳＣ１１６］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣが目標値Ｓになるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する。
●［ステップＳＣ１１７］運転終了か否か判断し、運転終了でない場合にはステップＳＣ１０９へ戻り処理を継続し、運転終了の場合には処理を終了する。
【００３８】
図５は、本発明に係る樹脂供給量調節を計量開始から計量完了までの区間をさらに複数の区間に分割したうちの任意の区間のスクリュー回転量に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、運転開始時には、射出シリンダー内には手動で樹脂が充填されている。
●［ステップＳＤ１００］供給量指令値Ｆの初期値を設定する。
●［ステップＳＤ１０１］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＤ１０２］計量開始する。
●［ステップＳＤ１０３］前区間にて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給する。なお、最初の区間ではステップＳＤ１００で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。
●［ステップＳＤ１０４］区間開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ３を検出および記憶する。
●［ステップＳＤ１０５］区間開始時のスクリュー位置Ｘ３を検出および記憶する。
●［ステップＳＤ１０６］現在のスクリュー位置Ｘｎを検出および記憶する。
●［ステップＳＤ１０７］現在のスクリュー位置Ｘｎと区間開始時のスクリュー位置Ｘ３との差は、所定後退量より大きいか否か判断し、大きい場合にはステップＳＤ１０８へ移行し、大きくない場合にはステップＳＤ１０６へ戻る。
●［ステップＳＤ１０８］区間終了時のスクリュー回転エンコーダ軸Ｃ４を検出および記憶する。
●［ステップＳＤ１０９］区間中の計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ（＝Ｃ４−Ｃ３）を算出する。
●［ステップＳＤ１１０］区間中におけるスクリュー回転量が目標値になるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する。
●［ステップＳＤ１１１］計量完了か否か判断し、区間の計量完了の場合はステップＳＤ１０３へ戻り処理を継続する。
●［ステップＳＤ１１２］運転終了か否か判断し、運転終了でない場合にはステップＳＤ１０１へ戻り処理を継続し、運転終了の場合には処理を終了する。
【符号の説明】
【００３９】
１ 射出スクリュー
２ 射出シリンダー
４ ホッパ
５ ペレットフィーダ
６ 連通路
７ 羽根付ロータ
Ｍ３ モータ
Ｆ 供給量指令値
Ｃ１，Ｃ’１ 計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値
Ｃ２，Ｃ’２ 計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値
Ｃ３ 区間の計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値
Ｃ４ 区間の計量終了時のスクリュー回転エンコーダ値
ΔＣ，ΔＣ’ 計量中におけるスクリュー回転量
【技術分野】
【０００１】
本発明は射出成形機に関し、特に、樹脂供給量調節手段を有する射出成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形材料となるペレットを射出成形機の射出シリンダーに供給するための方法として、射出シリンダーに連設した供給ホッパにペレットを貯留し、その自重を利用してペレットを射出シリンダーに送り込む方法が一般的に用いられている。この場合、射出シリンダーの樹脂供給口はペレットで満たされた状態になっている。以降、この状態を満杯供給と記載する。
【０００３】
これに対して、射出シリンダーの樹脂供給口が疎の状態になるようにペレットを少量ずつ供給する、いわゆる飢餓供給が知られている。例えば、特許文献１には、ペレットの供給源と射出シリンダーとの間にペレットフィーダを設け、ペレットフィーダの送り速度を増減させることでペレットの供給速度を制御する技術が開示されている。
【０００４】
飢餓供給を行うと、射出シリンダー内で発生したガスの樹脂供給口からの脱気が促進されたり、あるいは樹脂供給口付近における射出シリンダー内壁と樹脂材料との摩擦による射出シリンダー内壁の異常摩耗が抑制される、といった効果が見込まれる。ただし、樹脂供給口の樹脂材料の疎密状態（飢餓状態）が変動すると、計量工程における樹脂の可塑化品質が変動し、成形品質に悪影響を与える恐れがある。よって、飢餓供給を行う場合には、飢餓状態が一定の状態を保つように材料供給を行わなければならないという課題があった。
【０００５】
特許文献２においては、スクリューにおける供給部に臨ませて配設され、スクリューの溝内の成形材料を検出する成形材料検出手段と、該成形材料検出手段による検出結果に対応させて、スクリューの溝内に成形材料が１００［％］満たされることがないように、樹脂材料の供給量を制御する技術が開示されている。しかし、スクリューの溝内の成形材料を検出するための特別の手段を必要とするという問題があった。
【０００６】
特許文献３においては、計量工程におけるスクリュー回転のトルクを検出し、該スクリュー回転トルクが基準値に一致するように原料の供給量を調整する技術が開示されている。しかし、樹脂材料の種類によっては、飢餓状態が変動してもスクリュー回転のトルクが変動しない場合があり、そのような場合にはスクリュー回転のトルクに基づいて飢餓状態を制御することができないという問題があった。
【０００７】
一方、特許文献４においては、可塑化工程時の実際の計量時間と予め設定した基準計量時間との差を判定手段にて判定し、その判定結果に基づいて材料供給装置による材料供給量を制御する技術が開示されている。しかし、計量時間はスクリュー回転速度の大小によって変動するため、飢餓状態を正確に判定できないという問題があった。
【０００８】
特許文献５においては、色替え対象の原料を用いて色替え運転を行うにあたって、樹脂通路を間欠開閉して原料樹脂をフィード部に間欠供給する原料供給装置において、色替え樹脂の供給開始時期を決定する判断基準として、設定時間又はスクリュー回転の総回転数を設定する技術が開示されている。
【０００９】
特許文献６においては、射出成形機の各部に配設されたセンサの計測情報などから、予め設定された各モニタリング項目に対応する計測データが許容範囲にあるか否かを判定してモニタリングを行う射出成形機において、スクリューの回転開始時点からのスクリュー回転量を累積演算し、このスクリュー回転量をチャージ・計量工程時のモニタリング項目の１つとして用いる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３１８５３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２４８６５５号公報
【特許文献３】特開昭５３−１１９５７号公報
【特許文献４】特開平１−１７１８３０号公報
【特許文献５】特開平３−１１４８１３号公報
【特許文献６】特開平３−１１８１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、スクリューの溝内の成形材料を検出するための特別の手段を必要とせず、さらには、樹脂材料の種類によらず、さらには計量回転速度の大小に影響されることなく、飢餓状態が一定の状態を保つように材料供給を行うことが可能な射出成形機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の請求項１に係る発明は、射出シリンダーと、射出シリンダー内に回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリューと、スクリューを回転駆動するスクリュー回転駆動手段と、所定区間内におけるスクリュー回転量を検出するスクリュー回転量検出手段と、射出シリンダー内に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを有する射出成形機において、前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量が所定の目標値となるように、前記樹脂材料供給手段の樹脂供給量を調節する樹脂供給量調節手段を有することを特徴とする射出成形機である。
請求項２に係る発明は、射出シリンダーと、射出シリンダー内に回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリューと、スクリューを回転駆動するスクリュー回転駆動手段と、所定区間内におけるスクリュー回転量を検出するスクリュー回転量検出手段と、所定区間内におけるスクリュー後退量を検出するスクリュー後退量検出手段と、射出シリンダー内に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを有する射出成形機において、前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を、前記スクリュー後退量検出手段によって検出したスクリュー後退量で除した値が所定の目標値となるように、前記樹脂材料供給手段の樹脂供給量を調節する樹脂供給量調節手段を有することを特徴とする射出成形機である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、さらに、満杯供給で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定する目標値設定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機である。
請求項４に係る発明は、さらに、満杯供給で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を、前記スクリュー後退量検出手段によって検出したスクリュー後退量で除した値に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定する目標値設定手段を有することを特徴とする請求項２に記載の射出成形機である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記所定の目標値はオペレータが設定する値であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の射出成形機である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、前記所定区間とは計量開始から計量終了までの区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機である。
請求項７に係る発明は、前記所定区間とは計量開始から計量終了までの区間をさらに複数の区間に分割したうちの任意の区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、スクリューの溝内の成形材料を検出するための特別の手段を必要とせず、さらには、樹脂材料の種類によらず、さらには計量回転速度の大小に影響されることなく、飢餓状態が一定の状態を保つように材料供給を行うことが可能な射出成形機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る樹脂供給量調節手段を有する射出成形機の要部断面とその制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量と計量ストロークとの比に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４−１】本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理においてスクリュー回転量の目標値を設定する処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである（その１）。
【図４−２】本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理においてスクリュー回転量の目標値を設定する処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである（その２）。
【図５】本発明に係る樹脂供給量調節を計量開始から計量終了までの区間をさらに複数の区間に分割したうちの任意の区間のスクリュー回転量に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
飢餓供給を行って材料密度を疎にすると、計量工程においてスクリュー１回転あたりの樹脂の可塑化能力が低下するという特性がある。つまり、満杯供給時に比べて、所定の樹脂量を計量するのに必要なスクリュー回転量が多くなる。本発明はこの特性に着目し、計量中のスクリュー回転量に基づいて樹脂材料の供給量を最適に制御するものである。すなわち、計量中におけるスクリュー回転量を検出し、該検出したスクリュー回転量が所定値に一致するように樹脂材料の供給量を制御することによって、飢餓状態の一定の状態を保つように材料供給を行うものである。
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明に係る樹脂供給量調節手段を有する射出成形機の要部断面とその制御装置を示すブロック図である。図中の符号１は射出成形機の射出スクリューで、射出シリンダー２に摺動および回転自在に内嵌され、射出用サーボモータＭ１およびスクリュー回転用サーボモータＭ２により軸方向の射出動作と軸回りのスクリュー回転とが独立して行われるようになっている。符号３１は射出用サーボモータＭ１を駆動源として射出スクリュー１に射出動作を行わせるための動力伝達機構であり、符号３２はスクリュー回転用サーボモータＭ２を駆動源として射出スクリューに計量動作を行わせるための動力伝達機構である。また、射出シリンダー２には、バンドヒータ等からなる図示しない加熱手段が設けられている。
【００２０】
また、射出シリンダー２の基部上面には成形材料となるぺレットを投入するためのホッパ４が配備され、ペレットの供給源となるホッパ４と射出シリンダー２との間には、ホッパ４内のペレットを射出シリンダー２に供給するためのペレットフィーダ５が設けられている。ペレットフィーダ５は、ホッパ４と射出シリンダー２との間に形成された連通路６を横切るようにして配備された羽根付ロータ７と羽根付ロータ７の回転駆動手段であるモータＭ３および該モータＭ３の回転速度を制御するモータ駆動回路８によって構成され、樹脂の供給量指令値Ｆに基づいて羽根付ロータ７の回転速度を制御することにより、ホッパ４から射出シリンダー２に送り込まれるペレットの移送速度が調整されるようになっている。
なお、ペレットフィーダ５の主要部を構成する羽根付ロータ７に替えて計量専用スクリューおよびその周辺部の構成を適用し、モータＭ３で計量専用スクリューを回転駆動して射出シリンダー２にペレットを送り込むようにしても良い。射出用サーボモータＭ１およびスクリユー回転用サーボモータＭ２の各々にはロータリーエンコーダーＰ１およびＰ２の各々が装着され、射出スクリュー１の現在位置（軸方向）や回転位置（軸回り）等が検出されるようになっている。
【００２１】
射出成形機の制御装置１００は数値制御用のマイクロプロセッサ（以下、ＣＮＣＣＰＵという）１１１とプログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサ（以下、ＰＭＣＣＰＵという）１１３を有し、ＰＭＣＣＰＵ１１３には射出成形機のシーケンス動作やペレットフィーダ５を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ１１６、および、不揮発性のＰＭＣ用ＲＡＭ１０９や現在値記憶ＲＡＭ１０８が接続されている。ＣＮＣＣＰＵ１１１は射出成形機の各部を全体的に制御するためのものであって、クランプ用（図示せず），エジェクタ用（図示せず），スクリュー回転用，射出用等の各軸のサーボモータを駆動制御するサーボ回路がサーボインターフェイス１１０を介して接続されている。なお、図１では射出用サーボモータＭ１のためのサーボ回路１０２とスクリュー回転用サーボモータＭ２のためのサーボ回路１０１のみを図示している。
【００２２】
１０４は不揮発性の共有ＲＡＭで、射出成形機の各動作を制御するＮＣプログラム等を記憶するメモリ部と各種設定値，パラメータ，マクロ変数等を記憶する設定メモリ部とを有し、該設定メモリ部には、ＬＣＤ表示装置付手動データ入力装置１１７およびオペレータパネルコントローラ１１５を介してオペレータが設定入力した各種の成形条件および計量条件等が記憶される。１１２はバスアービターコントローラ（以下、ＢＡＣという）で、該ＢＡＣ１１２にはＣＮＣＣＰＵ１１１およびＰＭＣＣＰＵ１１３，共有ＲＡＭ１０４，入力回路１０５，出力回路１０６の各バスが接続され、該ＢＡＣ１１２によって使用するバスが制御されるようになっている。
また、射出用サーボモータＭ１はサーボ回路１０２に接続され、ロータリーエンコーダーＰ１からの検出出力がサーボ回路１０２に入力されており、サーボインターフェイス１１０内の現在位置記憶レジスタにより、射出スクリュー１の現在位置（軸方向）が常時検出されるようになっている。また、スクリュー回転用サーボモータＭ２はサーボ回路１０１に接続され、ロータリーエンコーダーＰ２からの検出出力がサーボ回路１０１に入力され、位置，速度の制御が行われる。ＲＡＭ１０３はＣＮＣＣＰＵ１１１のための演算データ記憶メモリである。
【００２３】
そして、制御装置１００の出力回路１０６にはＤ／Ａ変換器９を介してモータ駆動回路８が接続され、Ｄ／Ａ変換器９でＤ／Ａ変換された制御装置１００からの速度指令によりモータ駆動回路８がモータＭ３を駆動制御して、ペレットフィーダ５の羽根付ロータ７が制御装置１００からの速度指令に対応する送り速度でホッパ４内のペレットを射出シリンダー２に供給するようになっている。
【００２４】
以上のような構成において、ＣＮＣ用ＲＯＭ１１４に格納されたＮＣプログラムや共有ＲＡＭ１０４に格納された各種成形条件およびＰＭＣ用ＲＯＭ１１６に格納されたシーケンスプログラム等により、ＰＭＣＣＰＵ１１３がシーケンス制御を行いながら、ＣＮＣＣＰＵ１１１が射出成形機の各軸のサーボ回路へサーボインターフェイス１１０を介してパルス分配して射出成形機を駆動制御するものであり、射出成形機本体に関する限り、各部の駆動制御方式は従来のものと全く同様である。
【００２５】
即ち、計量・混練りの工程においては、共有ＲＡＭ１０４に予め設定された背圧に基いて従来と同様に射出用サーボモータＭ１が駆動制御され、また、ＰＭＣＣＰＵ１１３からの計量開始信号を受けたＣＮＣＣＰＵ１１１が、共有ＲＡＭ１０４に予め設定されたスクリュー回転速度に応じてサーボインターフェイス１１０を介して所定周期毎のパルス分配を開始し、エラーレジスタやＦ／Ｖ変換器および誤差増幅器や電力増幅器等を備えたサーボ回路１０１がＣＮＣＣＰＵ１１１からの分配パルスとロータリーエンコーダーＰ２からのフィードバックパルスに基いて位置，速度，電流ループの各処理を行ってトルク指令を出力し、射出スクリュー１の回転速度が設定速度となるようにスクリュー回転用サーボモータＭ２を制御する。
【００２６】
上記の射出成形機およびその制御装置は、図２〜図５に示す本発明に係るアルゴリズムを示すフローチャートの処理を実行するため、以下に説明する機能を備える。
＜樹脂の供給量指令値Ｆの初期値＞
運転開始時に設定する供給量指令値Ｆの初期値は、射出スクリュー１の径などのスペックに応じた固有値としてもよいし、計量完了位置などから成形品ボリュームを求めて、そのボリュームに相当する樹脂量を供給する値としてもよい。供給量指令値Ｆの初期値は、不揮発性メモリである共有ＲＡＭ１０４に予め記憶させておくことができる。
【００２７】
＜スクリュー回転量検出手段＞
スクリュー回転量検出手段は、射出スクリュー１のスクリュー回転量を検出し記憶する手段であって、例えばスクリュー回転軸にロータリーエンコーダーＰ２を備え、計量工程の開始時と終了時のロータリーエンコーダーＰ２からの値を検出し記憶する手段である。計量工程の開始時と終了時のロータリーエンコーダーＰ２からの検出値は、例えば、ＲＡＭ１０３に記憶させる。そして、前記検出および記憶した２つの値の差を求め、この２つの値の差を計量中のスクリュー回転量としてＲＡＭ１０３に記憶させる。あるいは、スクリュー回転量検出手段は、スクリュー回転軸に回転速度検出器を備え、計量工程の開始時から完了時までのスクリュー回転速度の時間積分値を求めるようにしてもよい。
【００２８】
＜樹脂の供給量指令値Ｆの算出について＞
供給量指令値Ｆの算出にあたっては、前記検出したスクリュー回転量が所定の目標値より小さい場合には、飢餓状態が密（換言すれば、満杯状態）であるので、供給量指令値Ｆを小さくするように調整し、前記検出したスクリュー回転量が所定の目標値より大きい場合には、飢餓状態が疎であるので、供給量指令値を大きくするように調整するようにしてもよい。または、前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量と所定の目標値との偏差に基づいてＰＩＤ制御を行い、供給量指令値を算出するようにしてもよい。
あるいは、前記検出したスクリュー回転量を前記検出したスクリュー後退量（後述して説明）で除した値が所定の目標値より小さい場合には、飢餓状態が密である（換言すれば、満杯状態）ので、供給量指令値Ｆを小さくするように調整し、前記検出したスクリュー回転量を前記検出したスクリュー後退量で除した値が所定の目標値より大きい場合には、飢餓状態が疎であるので、供給量指令値Ｆを大きくするように調整するようにしてもよい。または、前記検出したスクリュー回転量を前記検出したスクリュー後退量で除した値と所定の目標値との偏差に基づいてＰＩＤ制御を行い、供給量指令値Ｆを算出するようにしてもよい。
【００２９】
＜樹脂供給量調節手段について＞
樹脂供給量調節手段は、前記算出した供給量指令値Ｆに基づいて１成形サイクルあたりの樹脂材料の供給量を調節するようにしてもよい。例えば、ペレットフィーダ５の羽根付ロータ７の回転量を制御したり、特開平６−３０４９６７号公報のように、フィードスクリューを用いて樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段であれば、１成形サイクルあたりのフィードスクリュー回転量を制御するようにしてもよい。または、１成形サイクルあたりの回転時間を制御するようにしてもよい。
あるいは、樹脂供給量調節手段は、前記算出した供給量指令値Ｆに基づいて単位時間あたりの樹脂材料の供給量を調節するようにしてもよい。例えば、ペレットフィーダ５の羽根付ロータ７の回転速度を制御したり、特開平６−３０４９６７号公報のように、フィードスクリューを用いて樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段であれば、樹脂材料供給時のフィードスクリューの回転速度を制御するようにしてもよい。このとき、フィードスクリューは計量工程の開始時点から終了時点まで回転させるようにしてもよいし、成形サイクルの開始時点から終了時点まで回転させるようにしてもよい。
【００３０】
＜スクリュー後退量検出手段＞
スクリュー後退量検出手段は、スクリュー前後進方向の位置を検出するスクリュー位置検出手段を備え、計量工程の開始時と完了時のスクリュー位置の値をそれぞれ検出し記憶する手段である。例えば、スクリュー後退量検出手段は、射出スクリュー１のスクリュー前後進方向の位置を検出し記憶するため、射出用サーボモータＭ１にはロータリーエンコーダーＰ１が装着され、射出スクリュー１の現在位置（軸方向）が検出されるようになっている。そして、前記検出および記憶した２つの値の差を計量中のスクリュー後退量として求めるようにする。あるいは、スクリュー前後進方向の速度を検出するスクリュー前後進速度検出手段を備え、計量工程の開始時から完了時までのスクリュー前後進速度の時間積分値を求めるようにしてもよい。
【００３１】
＜スクリュー回転量をスクリュー後退距離で除した値について＞
上記のように、計量中におけるスクリュー回転量が設定した目標値となるように制御することで、飢餓状態が一定になるように制御することができるが、適切な飢餓状態となるための前記目標値は、計量ボリュームによってそれぞれ異なる目標値の値を設定する必要がある。そのため、金型を交換して成形する成形品を変更する場合には、成形品ボリュームに応じて適切な飢餓状態となるためのスクリュー回転量の目標値を再調整する必要がある。例えば、金型を交換して成形品ボリュームが２倍となった場合、適切な飢餓状態とするための前記目標値はおおよそ２倍の値を再設定する必要があり、オペレータの負担となる恐れがある。
【００３２】
そこで、計量中におけるスクリュー回転量をスクリュー後退量（スクリュー後退距離）で除した値に基づいて飢餓状態が一定になるように制御してもよい。この場合、金型を交換して成形する成形品を変更した場合でも、成形品ボリュームに応じて計量中におけるスクリュー回転量とスクリュー後退量の両方がほぼ同じ比率で変わるため、計量中におけるスクリュー回転量をスクリュー後退量で除した値はほとんど変化しない。そのため、目標値を再調整する作業が不要となり、オペレータの負担を軽減できる。
【００３３】
＜目標値の設定について＞
上記のように、計量中におけるスクリュー回転量が設定した目標値となるように制御することで、飢餓状態が一定になるように制御することができるが、適切な飢餓状態となるための前記目標値は、樹脂の特性やスクリュー形状による標準的な可塑化能力などを勘案して設定する必要があり、最適な目標値を設定するのが難しい。
そこで、飢餓状態を形成する前に、いったんは満杯供給による成形を行い、満杯状態で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定するようにしてもよい。この場合、満杯状態で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を基準として、前記基準とするスクリュー回転量に所定の飢餓係数を乗じた値を目標値として設定するため、樹脂の特性やスクリュー形状による標準的な可塑化能力などを勘案して設定する作業が不要となり、オペレータの負担を軽減できる。
【００３４】
なお、前記所定の飢餓係数は、樹脂の特性やスクリュー形状による標準的な可塑化能力などによらず、形成したい飢餓状態の疎密に対応する値を設定すればよいため、設定が容易である。一般的には、１．１〜１．２程度の飢餓係数を設定することで、安定した計量を行うことができる。飢餓係数が１．１〜１．２というのは、満杯供給時に比べてスクリュー回転量が１．１〜１．２倍となるように樹脂の供給量を減らすことを意味する。なお、前記所定の飢餓係数は、オペレータが設定するようにしてもよいし、１．１〜１．２程度の固有値をあらかじめ樹脂供給量調節手段に記憶させておいてもよい。
【００３５】
図２は、本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、運転開始時には、射出シリンダー内には手動で樹脂が充填されている。
●［ステップＳＡ１００］供給量指令値Ｆの初期値を設定する。
●［ステップＳＡ１０１］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＡ１０２］計量開始する。
●［ステップＳＡ１０３］前サイクルにて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給する。なお、最初の成形サイクルではステップＳＡ１００で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。
●［ステップＳＡ１０４］計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ１を検出し記憶する。
●［ステップＳＡ１０５］計量完了か否か判断し、計量完了の場合はステップＳＡ１０６へ移行する。
●［ステップＳＡ１０６］計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ２を検出し記憶する。
●［ステップＳＡ１０７］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ（＝Ｃ２−Ｃ１）を算出する。
●［ステップＳＡ１０８］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣが目標値になるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する。
●［ステップＳＡ１０９］運転終了か否か判断し、運転終了でない場合にはステップＳＡ１０１へ戻り処理を継続し、運転終了の場合には処理を終了する。
【００３６】
図３は、本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量と計量ストロークとの比に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、運転開始時には、射出シリンダー内には手動で樹脂が充填されている。
●［ステップＳＢ１００］供給量指令値Ｆの初期値を設定する。
●［ステップＳＢ１０１］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＢ１０２］計量開始する。
●［ステップＳＢ１０３］前サイクルにて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給する。なお、最初の成形サイクルではステップＳＢ１００で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。
●［ステップＳＢ１０４］計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ１を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ１０５］計量開始時のスクリュー位置Ｘ１を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ１０６］計量完了か否か判断し、計量完了の場合はステップＳＢ１０７へ移行する。
●［ステップＳＢ１０７］計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ２を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ１０８］計量完了時のスクリュー位置Ｘ２を検出し記憶する。
●［ステップＳＢ１０９］計量中におけるスクリュー回転量／スクリュー後退量ΔＣ／ΔＸ（＝（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｘ２−Ｘ１））を算出する。
●［ステップＳＢ１１０］計量中におけるスクリュー回転量／スクリュー後退量ΔＣ／ΔＸが目標値になるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する。
●［ステップＳＢ１１１］運転終了か否か判断し、運転終了でない場合にはステップＳＢ１０１へ戻り処理を継続し、運転終了の場合には処理を終了する。
【００３７】
図４は、本発明に係る樹脂供給量調節を計量中におけるスクリュー回転量に基づいて行う処理においてスクリュー回転量の目標値を設定する処理を含むアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、運転開始時には、射出シリンダー内には手動で樹脂が充填されている。
●［ステップＳＣ１００］樹脂が密の状態（満杯状態）となるように、樹脂材料を供給する。
●［ステップＳＣ１０１］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＣ１０２］計量開始する。
●［ステップＳＣ１０３］計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ’１を検出し記憶する。
●［ステップＳＣ１０４］計量完了か否か判断し、計量完了の場合はステップＳＣ１０５へ移行する。
●［ステップＳＣ１０５］計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ’２を検出し記憶する。
●［ステップＳＣ１０６］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ’（＝Ｃ’２−Ｃ’１）を算出する。
●［ステップＳＣ１０７］目標値Ｓを、Ｓ＝Ｋ＊ΔＣ’により算出し設定する。なお、Ｋは飢餓係数である。
●［ステップＳＣ１０８］供給量指令値Ｆの初期値を設定する。
●［ステップＳＣ１０９］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＣ１１０］計量開始する。
●［ステップＳＣ１１１］前サイクルにて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給する。なお、最初の成形サイクルではステップＳＣ１０８で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。
●［ステップＳＣ１１２］計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ１を検出し記憶する。
●［ステップＳＣ１１３］計量完了か否か判断し、計量完了の場合はステップＳＣ１１４へ移行する。
●［ステップＳＣ１１４］計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ２を検出し記憶する。
●［ステップＳＣ１１５］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ（＝Ｃ２−Ｃ１）を算出する。
●［ステップＳＣ１１６］計量中におけるスクリュー回転量ΔＣが目標値Ｓになるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する。
●［ステップＳＣ１１７］運転終了か否か判断し、運転終了でない場合にはステップＳＣ１０９へ戻り処理を継続し、運転終了の場合には処理を終了する。
【００３８】
図５は、本発明に係る樹脂供給量調節を計量開始から計量完了までの区間をさらに複数の区間に分割したうちの任意の区間のスクリュー回転量に基づいて行う処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。なお、運転開始時には、射出シリンダー内には手動で樹脂が充填されている。
●［ステップＳＤ１００］供給量指令値Ｆの初期値を設定する。
●［ステップＳＤ１０１］射出・保圧工程を実行する。
●［ステップＳＤ１０２］計量開始する。
●［ステップＳＤ１０３］前区間にて計算した供給量指令値Ｆに基づいて樹脂を供給する。なお、最初の区間ではステップＳＤ１００で設定した供給量指令値Ｆの初期値を用いる。
●［ステップＳＤ１０４］区間開始時のスクリュー回転エンコーダ値Ｃ３を検出および記憶する。
●［ステップＳＤ１０５］区間開始時のスクリュー位置Ｘ３を検出および記憶する。
●［ステップＳＤ１０６］現在のスクリュー位置Ｘｎを検出および記憶する。
●［ステップＳＤ１０７］現在のスクリュー位置Ｘｎと区間開始時のスクリュー位置Ｘ３との差は、所定後退量より大きいか否か判断し、大きい場合にはステップＳＤ１０８へ移行し、大きくない場合にはステップＳＤ１０６へ戻る。
●［ステップＳＤ１０８］区間終了時のスクリュー回転エンコーダ軸Ｃ４を検出および記憶する。
●［ステップＳＤ１０９］区間中の計量中におけるスクリュー回転量ΔＣ（＝Ｃ４−Ｃ３）を算出する。
●［ステップＳＤ１１０］区間中におけるスクリュー回転量が目標値になるように、樹脂の供給量指令値Ｆを算出する。
●［ステップＳＤ１１１］計量完了か否か判断し、区間の計量完了の場合はステップＳＤ１０３へ戻り処理を継続する。
●［ステップＳＤ１１２］運転終了か否か判断し、運転終了でない場合にはステップＳＤ１０１へ戻り処理を継続し、運転終了の場合には処理を終了する。
【符号の説明】
【００３９】
１ 射出スクリュー
２ 射出シリンダー
４ ホッパ
５ ペレットフィーダ
６ 連通路
７ 羽根付ロータ
Ｍ３ モータ
Ｆ 供給量指令値
Ｃ１，Ｃ’１ 計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値
Ｃ２，Ｃ’２ 計量完了時のスクリュー回転エンコーダ値
Ｃ３ 区間の計量開始時のスクリュー回転エンコーダ値
Ｃ４ 区間の計量終了時のスクリュー回転エンコーダ値
ΔＣ，ΔＣ’ 計量中におけるスクリュー回転量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出シリンダーと、射出シリンダー内に回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリューと、スクリューを回転駆動するスクリュー回転駆動手段と、所定区間内におけるスクリュー回転量を検出するスクリュー回転量検出手段と、射出シリンダー内に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを有する射出成形機において、
前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量が所定の目標値となるように、前記樹脂材料供給手段の樹脂供給量を調節する樹脂供給量調節手段を有することを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
射出シリンダーと、射出シリンダー内に回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリューと、スクリューを回転駆動するスクリュー回転駆動手段と、所定区間内におけるスクリュー回転量を検出するスクリュー回転量検出手段と、所定区間内におけるスクリュー後退量を検出するスクリュー後退量検出手段と、射出シリンダー内に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを有する射出成形機において、
前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を、前記スクリュー後退量検出手段によって検出したスクリュー後退量で除した値が所定の目標値となるように、前記樹脂材料供給手段の樹脂供給量を調節する樹脂供給量調節手段を有することを特徴とする射出成形機。
【請求項３】
さらに、満杯供給で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定する目標値設定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
【請求項４】
さらに、満杯供給で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を、前記スクリュー後退量検出手段によって検出したスクリュー後退量で除した値に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定する目標値設定手段を有することを特徴とする請求項２に記載の射出成形機。
【請求項５】
前記所定の目標値はオペレータが設定する値であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の射出成形機。
【請求項６】
前記所定区間とは計量開始から計量終了までの区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機。
【請求項７】
前記所定区間とは計量開始から計量終了までの区間をさらに複数の区間に分割したうちの任意の区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機。
【請求項１】
射出シリンダーと、射出シリンダー内に回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリューと、スクリューを回転駆動するスクリュー回転駆動手段と、所定区間内におけるスクリュー回転量を検出するスクリュー回転量検出手段と、射出シリンダー内に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを有する射出成形機において、
前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量が所定の目標値となるように、前記樹脂材料供給手段の樹脂供給量を調節する樹脂供給量調節手段を有することを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
射出シリンダーと、射出シリンダー内に回転自在に、かつ、進退自在に配設されたスクリューと、スクリューを回転駆動するスクリュー回転駆動手段と、所定区間内におけるスクリュー回転量を検出するスクリュー回転量検出手段と、所定区間内におけるスクリュー後退量を検出するスクリュー後退量検出手段と、射出シリンダー内に樹脂材料を供給する樹脂材料供給手段とを有する射出成形機において、
前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を、前記スクリュー後退量検出手段によって検出したスクリュー後退量で除した値が所定の目標値となるように、前記樹脂材料供給手段の樹脂供給量を調節する樹脂供給量調節手段を有することを特徴とする射出成形機。
【請求項３】
さらに、満杯供給で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定する目標値設定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。
【請求項４】
さらに、満杯供給で成形したときの前記スクリュー回転量検出手段によって検出したスクリュー回転量を、前記スクリュー後退量検出手段によって検出したスクリュー後退量で除した値に所定の飢餓係数を乗じた値を前記所定の目標値として設定する目標値設定手段を有することを特徴とする請求項２に記載の射出成形機。
【請求項５】
前記所定の目標値はオペレータが設定する値であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の射出成形機。
【請求項６】
前記所定区間とは計量開始から計量終了までの区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機。
【請求項７】
前記所定区間とは計量開始から計量終了までの区間をさらに複数の区間に分割したうちの任意の区間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４−１】
【図４−２】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−９６２（Ｐ２０１２−９６２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１０１３（Ｐ２０１０−１４１０１３）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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