JP2007137006A - 射出成形装置の寸型開制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸型開制御において、測定の信頼性を高く保つことができる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】ＳＴ０３：金型の開き量を対象に、管理値Ｇｂを設定する。ＳＴ０４：寸型開を行う。ＳＴ０５：測定により金型の金型の開き量Ｇａｃｍを得る。ＳＴ０６：測定した金型の開き量Ｇａｃｔｍが、管理量Ｇｂを下回れば、成形は完了したとみなす。
【効果】金型の開き量は物理的に正確に且つ容易に測定することができる。そして、この測定値は初回の寸型開時、複数回後の寸型開時の何れにおいても同等の信頼性を有する。したがって、寸型開制御において、測定の信頼性を高く保つことができる技術を提供することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は寸型開制御機能を備えた射出成形装置の制御方法に関する。

プラスチックの成形に多用されている射出成形装置を利用して、紙繊維系材料の射出成形を実施する試みがなされている。しかし、紙繊維系材料は紙繊維に２０〜５０％もの水を混合したものであるため、成形段階で水を除去する工程が必須となる。

従来、成形中に、金型を僅かに開いて、水分を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−７１８９７公報（請求項１）

特許文献１の請求項１に「・・・省略・・・金型の型内圧力を計測し、この型内圧力に基づいて前記寸型開及び再型締を行うことを特徴とする射出成形装置の寸型開制御方法。」の記載がある。すなわち、特許文献１の技術は、金型の型内圧力に基づいて寸型開制御を行うことを特徴とする。

しかし、特許文献１の技術には次のような問題があることが分かった。
型内圧力を計測する圧力センサは、予想される最大型内圧力に余裕を見込んだ最大目盛りのセンサを使用する。センサの誤差はセンサのフルスケール（最大目盛り）に比例する。そのため、圧力センサでは低圧領域ほど測定誤差が大きくなる。

一方、寸型開制御により、寸型開→（蒸気排出）→再型締→寸型開→（蒸気排出）→・・・を、繰り返すと型内の水分が減少すると共に型内圧力が急減する。
特許文献１の技術では、初回の圧力測定値の信頼性は高いが、寸型開を複数回行った後は圧力測定値の信頼性は著しく低下する。
すなわち、第１の問題は圧力測定値の信頼性が低くなることにある。

また、水分を蒸気に変えて排出するため、金型は高温に保つ必要がある。さらに、型内圧力を測るためには、センサを金型に内蔵する必要がある。この結果、センサは耐熱仕様にする必要があり、高価になる。
すなわち、第２の問題は圧力センサが高価であることにある。

寸型開制御において、測定の信頼性を高く保つことができ且つ安価なセンサを使用することができる技術が求められる。

本発明は、寸型開制御において、測定の信頼性を高く保つことができ且つ安価なセンサを使用することができる技術を提供することを課題とする。

本発明者等は、寸型開制御を研究する過程で、金型の開き量が微妙に変化することに気が付いた。この現象を詳しく説明する。
図１は金型の開き量の説明図であり、寸型開制御は、成形材料に多量含む水を除去することを目的として、金型１０を構成する固定型１１に対して、金型１０を構成する可動型１２を白抜き矢印のように僅かに移動することにより、金型１０を開いて上向き矢印のように蒸気を排出する技術である。このときの開き量を、金型の開き量Ｇと呼ぶ。

図２は実験で得た金型の開き量の変化を示すグラフであり、横軸は寸型開の回数、縦軸は金型の開き量Ｇを示す。
初回の寸型開において測定した金型の開き量をＧａｃｔ１、第２回の寸型開において測定した金型の開き量をＧａｃｔ２、第３回の寸型開において測定した金型の開き量をＧａｃｔ３、第ｎ回の寸型開において測定した金型の開き量をＧａｃｔｎとして、グラフにプロットした。

なお、Ｇａｃｔ２の拡大図をグラフの右上に示すが、寸型開の工程Ｋ内では、点Ｐ１でピークが発生し、その後、下降しながら点Ｐ２で平衡状態になるという現象が認められた。
型締機に不可避的に存在する機械的なガタ、非定常状態から定常状態に移行する過渡現象、蒸気の抜けによる内圧低下などの種々の要素及びこれらを複合したものが発生要因と考えられる。
他の、Ｇａｃｔ１、Ｇａｃｔ３、Ｇａｃｔｎも同様である。以下、Ｐ１をピーク値、Ｐ２を平衡状態での値と呼ぶことにする。

グラフでは、Ｇａｃｔ１〜Ｇａｃｔｎは各ピーク値をプロットすることにした。
そして、Ｇａｃｔｎを通る横線を引いた。
Ｇａｃｔ１は、Ｇａｃｔｎより、大きく（ΔＧ１）上回っている。
これは、型内の水が多く、蒸気圧が高まり、この高い蒸気圧の作用で型締機に想定以上の反力が作用し、結果としてΔＧ１が発生したと考えられる。

第２回の寸型開において測定した金型の開き量Ｇａｃｔ２は、初回の金型の開き量Ｇａｃｔ１よりは小さくなった。これは型内の水が減少して、蒸気圧が減少したと考えられる。
第３回の寸型開において測定した金型の開き量Ｇａｃｔ３は、第２回の金型の開き量Ｇａｃｔ２よりは小さくなった。

寸型開制御を続けると、測定した金型の開き量は、徐々に減少し、第ｎ回の開き量Ｇａｃｔｎで平衡状態にほぼ近似した。これは、型内の水が十分に減少し、蒸気の発生がほぼ零になったからであると考えられる。
以上のことから、金型の開き量をモニターすることにより、寸型開制御を継続するか、寸型開制御を終了するかを決めることができるという、見通しを得た。

本発明者等は、実験や経験から平衡状態に近似した開き量Ｇａｃｔｎを定め、これを参考の上、管理値を決め、この管理値で寸型開制御を実施したところ、最小もしくは最適の寸型開回数で製品を得ることに成功した。
以上の知見から本発明は次のようにまとめることができる。

請求項１に係る発明は、射出機で水分を多く含む成形材料を金型へ射出した後に、水分の除去を目的として金型を僅かに開くところの寸型開及びこの金型を再度締付けるところの再型締からなる寸型開制御を実施するときに、寸型開時に金型の開き量を測定し、この測定値が予め定めた管理値以上であるときには再型締及び寸型開を繰り返し、測定値が管理値を下回ったときには寸型開制御を終えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、測定値は、寸型開工程内に存在するピーク値を採用することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、再型締及び寸型開を繰り返すときに、繰り返した回数が、予め定めた上限回数を超えたら異常信号を発生させるようにすることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、金型の開き量は、金型の側面に付設すると共に固定型と可動型との間の距離を計測する距離計で測定することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、金型の開き量を測定し、この測定値に基づいて寸型開制御を実施する。金型の開き量は物理的に正確に且つ容易に測定することができる。そして、この測定値は初回の寸型開時、複数回後の寸型開時の何れにおいても同等の信頼性を有する。
したがって、請求項１によれば、寸型開制御において、測定の信頼性を高く保つことができる技術を提供することができる。

請求項２に係る発明では、測定値は、寸型開工程内に存在するピーク値を採用する。
ピーク値は平衡状態での値よりは金型内の水蒸気の発生量を顕著に表す指標となる。また、ピーク値Ｐ１は１回の寸型開工程で１回出現するため、データの取得が容易である。このように、データの取得が容易であって、蒸気の発生の状態を良く表すピーク値を金型の開き量に充当することで、安定した寸型開制御が実施できる。

請求項３に係る発明は、再型締及び寸型開を繰り返すときに、繰り返した回数が、予め定めた上限回数を超えたら異常信号を発生させる。
この異常信号に基づいて、寸型開工程を必要以上の回数繰り返すことを防止することができ、生産性の安定化及び効率化を促すことができる。

請求項４に係る発明では、センサは距離計であり且つこの距離計は金型の側面に付設する。金型の側面は型内に比較して十分に低温であり、耐熱性能の低いセンサが採用できる。この結果、距離計は、渦電流式近距離計、静電容量型距離計、レーザービーム式距離計など安価なセンサが採用できる。
したがって、請求項２によれば、寸型開制御において、測定の信頼性を高く保つことができ且つ安価なセンサを使用することができる技術を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図３は本発明に係る射出成形装置の側面図であり、射出成形装置１５は、基台１６に射出機２０、不図示の同駆動装置及び型締機３０を載せると共に、基台１６に制御部の制御パネル１７を備えた横型射出成形装置である。

射出機２０は、スクリューを内蔵した加熱筒２１、この加熱筒２１に成形材料を供給するホッパー２２、スクリューを高速で押出すためのボールねじ機構２３及び射出用モータ２４などを備える。

不図示の射出機駆動装置は、射出機２０を一括して横移動する装置であり、シリンダ（電動シリンダ又は油圧シリンダ）がその主要素となるが、構造の説明は省略した。

型締機３０は、圧受盤３１、固定盤３２、タイバー３３・・・（・・・は複数を示す。以下同じ）、可動盤３４、この可動盤３４を型締方向へ押出すトグルリンク３５及び型締用モータ３６とからなり、固定盤３２に固定型１１を固定し、可動盤３４に可動型１２を固定することにより、可動型１２を型締方向及び型開き方向へ任意に移動させることができる。なお、この例ではトグルリンク式型締機を採用したが、シリンダで直接もしくは間接的に型締するシリンダ式型締機であってもよく、型締機の形式は問わない。

図４は本発明に係る寸型開制御の原理図であり、可動型１２を移動する型締用モータ３６、このモータ３６の回転数を計測する回転計３９及び型締用モータ３６を駆動するモータドライバー４１は、既存の型締機の構成要素であり、これらに寸型開制御部４２及び管理値設定器４３を付加する。型締用モータ３６はサーボモータが好ましく、回転計３９はロータリエンコーダが好適である。

さらに、固定型１１と可動型１２との間に、距離計４４を介設する。
距離計４４は固定型１１と可動型１２との間の距離を測ることができれば種類、形式は問わないが、例えば、固定型１１の側面に付設するセンサスタンド４５と、このセンサスタンド４５に設ける渦電流検出センサ４６と、可動型１２の側面に付設する金属板４７とからなり、金属板４７に発生する渦電流の変化を渦電流検出センサ４６で検出し、この検出値を距離情報に変換する。そして、渦電流検出センサ４６で得た距離情報を寸型開制御部４２に入力する。なお、寸型開制御部４２で渦電流検出値を距離情報に変換することは差し支えない。

センサスタンド４５は、磁力作用で固定型１１に脱着自在に取付けることができる。しかし、センサスタンド４５はビスを用いて固定型１１に取付けることは差し支えない。金属板４７も同様に可動型１２に取り外し可能に取付けることが望ましい。

水分を蒸気化する必要から、固定型１１と可動型１２は１５０℃〜２００℃の高い温度に保つ。一方、センサスタンド４５を介して渦電流検出センサ４６を固定型１１の側面に付設すれば、高い温度の固定型１１から渦電流検出センサ４６を十分に離すことができ、渦電流検出センサ４６の雰囲気温度を数十℃に保つことができる。この結果、渦電流検出センサ４６は、耐熱仕様のセンサである必要はなく、安価な汎用のセンサを採用することができる。

また、渦電流検出センサ４６は蒸気、ガス、熱の影響を受けにくいため、寸型開制御のためのセンサに好適である。静電容量型距離計やレーザービーム式距離計も同様である。

なお、寸型開制御部４２は既存の制御部にその機能を追加し、及び／又は条件設定器４３は図３の制御パネル１７にその機能を追加すれば、機器の数を増す必要がなく、既存の射出成形装置（図３と同形）と同じ装置規模で本発明を実施することができる。

図５は本発明に係る型締機の作用説明図である。
（ａ）は固定型１１から可動型１２が十分に離れたところの型開き状態を示す。この状態から型締用モータ３６を回転させることで、可動型１２を型締方向へ移動させる。

（ｂ）は型締完了を示し、可動型１２が所定の型締圧力で固定型１１に密着している。
（ｃ）において、固定型１１に当てたノズル９５から成形材料９６を射出する。

成形材料の成分例は次の通りである。
まず、新聞紙、紙パルプ、雑誌、段ボールなどから得た植物性繊維５０〜９０部と多価アルコール１０〜５０部とから配合物１００部を得る。この配合物１００部に水５０〜１００部を添加して混合物１００部を得る。この混合物１００部に非アルカリ金属の長鎖脂肪酸塩を０．３〜２．０部を添加した後に水分率を２０〜３２％に調整する。この調整物に含まれる多価アルコールのうちの１０〜５０％を生分解性樹脂により置換する。この一連の処理を施した植物性繊維を射出成形材料に適用する。

図６は本発明に係る寸型開位置及び再型締位置の説明図であり、図１と一部重複するが、後述のフローの説明に必要であるため「寸型開」と「再型締」について説明する。

上述した通りに成形材料に多量の水を含むため、金型１０内で蒸気化し、寸型開を行って蒸気を排出する。
（ａ）は可動型１２を開いて蒸気を排出している「寸型開」を示す。Ｇは金型の開き量である。

（ｂ）は可動型１２を再型締位置まで閉じた「再型締」状態を示す。このときに、金型の開き量Ｇは零（０）になる。したがって、「再型締」状態で、距離計の零点補正を行うこともできる。

図７は本発明に係る寸型開制御のフロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１：型締工程を実施する。すなわち、射出に備えて金型を型締する。
ＳＴ０２：射出工程を実施する。すなわち、水分を含んだ成形材料を金型へ射出する。

ＳＴ０３：金型の開き量を対象に、下の管理値Ｇｂを設定するとともに、上の管理値Ｇｔを設定する。なお、下の管理値Ｇｂは寸型開を制御する値であるが、上の管理値Ｇｔは異常を検出するための値である。単に管理値と呼ぶときは下の管理値Ｇｂを指す。

例えば、下の管理値Ｇｂは、図６で述べたＧと同じ値に定め、上の管理値Ｇｔは図６で述べたＧに１．０５を乗じた値に定める。
これらの設定は、予め制御部（図４、符号４２参照）に記憶させておくことで、フロー処理の迅速化を図ることができる。

ＳＴ０４：初回の寸型開を行う（図６（ａ）参照）。
ＳＴ０５：測定により金型の金型の開き量Ｇａｃ１を得る。
ＳＴ０６：測定した金型の開き量Ｇａｃｔ１が、事前に定めた下の管理量Ｇｂ以上であるか否かを調べる。図２で説明したように、Ｇａｃｔ１は、ほぼΔＧ１だけＧｂより大きいため、原則としてＹＥＳになる。

ＳＴ０７：測定した金型の開き量Ｇａｃｔ１が、事前に定めた上の管理量Ｇｔ以下であるか否かを調べる。ＮＯであれば、型内圧力が異常に高い可能性があり、異常とみなす。
ＳＴ０８：ＳＴ０７でＮＯであれば、警報を発して注意を促す。

ＳＴ０９：寸型開回数Ｆｎ（初期値は０）を累積する。初回はＦｎ＝１となる。また、予め寸型開上限回数Ｆｕを定めておく。そして、寸型開回数Ｆｎが寸型開上限回数Ｆｕ以下であるか否かを調べる。
ＳＴ１０：ＳＴ０９でＮＯ、すなわち寸型開回数Ｆｎが寸型開上限回数Ｆｕを超えたときには、何らかの異常があったとみなして、警報を発止して注意を促す。

ＳＴ１１：ＳＴ０６でＹＥＳであれば成形未完了であり、ＳＴ０７でＹＥＳであれば型内圧力は正常の領域にあるとみなすことができるため、再型締を行う（図６（ｂ）参照）。
ＳＴ１２：管理値Ｇｂ、Ｇｔを寸型開毎に修正する必要があれば、ＳＴ０３に戻って、再設定を行う。修正の必要がなければ、ＳＴ０４に戻って次回の寸型開を実施する。

ＳＴ０４〜ＳＴ１２（又はＳＴ０３〜ＳＴ１２）を繰り返すことで、型内の水分が減少し、図２で説明したように金型の開き量Ｇａｃｔｎは小さくなる。
ＳＴ１３：ＳＴ０６でＮＯ、すなわち測定した金型の開き量Ｇａｃｔｍが、下の管理値Ｇｂを下回れば、水分が十分に抜けて成形が完了したとみなすことができるため、型開工程を実施する。
ＳＴ１４：製品突出工程を実施して、製品を得る。

尚、ＳＴ０３で、２つの管理値Ｇｂ、Ｇｔを設定したが、管理値Ｇｔは異常検知のための値であるため、省くことができる。この場合は、ＳＴ０３からＧｔを削除し、ＳＴ０７及びＳＴ０８を削除する。
本発明方法において、必須の管理値は下の管理値Ｇｂであり、請求項１に記載した管理値は、実施例での下の管理値Ｇｂに相当する。

また、ＳＴ０５で測定により取得する金型の開き量Ｇａｃｔｍ（ｍ＝１、２、３・・・ｎ）は、図２で述べたピーク値Ｐ１とすることが望ましい。このピーク値Ｐ１は金型内の水蒸気の発生量に良好に関連する。すなわちピーク値Ｐ１は平衡状態での値Ｐ２よりは金型内の水蒸気の発生量を顕著に表す指標となる。

さらに、ピーク値Ｐ１は１回の寸型開工程で１回出現するため、データの取得が容易である。このように、データの取得が容易であって、蒸気の発生の状態を良く表すピーク値を金型の開き量Ｇａｃｔｍに充当することが望ましい。結果として安定した寸型開制御が実施できる。

また、ＳＴ１０、ＳＴ１１を設けたことにより、ＳＴ０４〜ＳＴ１２（又はＳＴ０３〜ＳＴ１２）を無限に繰り返すこと（又は必要以上の回数繰り返すこと）を防止することができ、寸型開制御の安定化を図ることができる。

なお、請求項１での制御方法は、図７の制御フローは一実施例を示したものであり、より複雑な制御フローにすることは差し支えない。

さらには、本発明が対象とする成形材料は水分を多く含む材料であれば、種類を限るものではない。

本発明は紙繊維系材料の射出成形に好適である。

金型の開き量の説明図である。 実験で得た金型の開き量の変化を示すグラフである。 本発明に係る射出成形装置の側面図である。 本発明に係る寸型開制御の原理図である。 本発明に係る型締機の作用説明図である。 本発明に係る寸型開位置及び再型締位置の説明図である。 本発明に係る寸型開制御のフロー図である。

符号の説明

１０…金型、１１…固定型、１２…可動型、１５…射出成形装置、２０…射出機、３０…型締機、４４…距離計、４５…センサスタンド、４６…渦電流検出センサ、４７…金属板、Ｇｂ…管理値（下の管理値）、Ｇａｃｔ…測定した金型の開き量。

Claims (4)

1. 射出機で水分を多く含む成形材料を金型へ射出した後に、水分の除去を目的として前記金型を僅かに開くところの寸型開及びこの金型を再度締付けるところの再型締からなる寸型開制御を実施するときに、
   寸型開時に金型の開き量を測定し、この測定値が予め定めた管理値以上であるときには再型締及び寸型開を繰り返し、前記測定値が前記管理値を下回ったときには寸型開制御を終えることを特徴とする射出成形装置の寸型開制御方法。
2. 前記測定値は、寸型開工程内に存在するピーク値を採用することを特徴とする請求項１記載の射出成形装置の寸型開制御方法。
3. 前記再型締及び寸型開を繰り返すときに、繰り返した回数が、予め定めた上限回数を超えたら異常信号を発生させるようにすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の射出成形装置の寸型開制御方法。
4. 前記金型の開き量は、金型の側面に付設すると共に固定型と可動型との間の距離を計測する距離計で測定することを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の射出成形装置の寸型開制御方法。

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