JPH01238917A - 射出成形機の射出方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超精密成形品を射出成形する場合に用いて好適
な射出成形機の射出方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、インラインスクリュ式射出成形機における射出
装置は、後部に成形材料を供給するホッパを配し、前端
に射出ノズルを配した加熱箇に、スクリュを内挿すると
ともに、このスクリュを進退制御する進退駆動部および
回転制御する回転駆動部からなるスクリュ駆動部を備え
ている。そして、計量工程ではスクリュを回転させるこ
とによりスクリュ前方に溶融樹脂を蓄積するとともに、
射出工程ではスクリュを前進させることにより蓄積され
た溶融樹脂を金型キャビティへ射出充填する。

ところで、従来のこの種射出装置におけるスクリュの駆
動方式に着目すると、主に油圧式と電動式が知られてい
る。油圧式は油圧シリンダ内のラムにスクリュを連結し
、油圧シリンダ内の油圧を制御してスクリュを進退移動
せしめる方式であり、また、電動式は運動方向変換機能
を有するボールネジ機構のナツト部を機体へ固定すると
ともに、ネジ部の後端に減速機構を含むモータユニット
の出力軸を結合し、かつネジ部の前端にスクリュを連結
することにより、モータユニットの回転速度を制御して
スクリュを進退移動せしめる方式である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述した従来の射出装置は油圧シリンダの油圧
制御、あるいはモータの回転速度制御によってスクリュ
の射出速度（射出圧力）を制御するため、応答性、安定
性、再現性、正確性及び精度面で劣り、特に、低速域で
の制御がきわめて困難であった。このため、超精密成形
品、例えば光学部品においては、射出速度を超低速に制
御して内部歪等をできるだけ小さくする方法を採ってい
るが、正確で安定した速度制御が困難となり、結局、高
品質で高精度、かつ安定した成形品を得れない問題があ
った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した従来の技術に存在する諸問題を解決し
た射出成形機の射出方法および装置の提供を目的とする
もので、以下に示す射出方法および射出装置ｌによって
達成される。

即ち、本発明に係る射出方法は、スクリュ２を前進移動
させて溶融樹脂の射出を行うに際し、ボールネジ機構部
３を構成するボールネジ軸４及びボールネジナツト５を
同時に回転制御することにより、ボールネジ軸４又はボ
ールネジナット５を軸方向へ相対移動させ、この相対移
動によってスクリュ２を前進させるようにした。なお、
この際、ボールネジ軸４及びボールネジナット５を同一
方向かつ同一速度で回転させることにより相対移動量を
ゼロにし、この状態でボールネジ軸４又はボールネジナ
ット５の少なくとも一方の速度を変化させて相対移動量
を得る。

また、以上の方法を実施する射出装置ｌは、スクリュ２
を前進せしめるスクリュ駆動部６を、ボールネジ軸４及
びボールネジナット５からなる前記ボールネジ機構部３
と、ボールネジ１１ｍ４を回転駆動する第一モータ部７
と、ボールネジナット５を回転駆動する第二モータ部８
と、各モータ部７及び８を制御する制御部９と、ボール
ネジ軸４又はボールネジナット５の軸方向への相対移動
量をスクリュ２に付与する伝達部ＩＯを備えて構成する
。

〔作　　用〕

次に、本発明に係る射出方法および射出装置１の作用に
ついて説明する。

スクリュ駆動部６におけるボールネジ機構部３のボール
ネジ軸４とボールネジナット５をそれぞれ同一方向かつ
同一速度で回転（望ましくは高速回転）させれば、゛両
者の軸方向における相対移動量はゼロとなる。この状態
でボールネジ軸４又はボールネジナット５の少なくとも
一方の速度を相対的に可変すればボールネジ軸４又はボ
ールネジナット５は正方向又は逆方向へ相対移動する。

よって、超低速制御を安定して行うことが可能となり、
この相対移動ｍをスクリュ２に作用させて超精密成形品
の射出成形を行うことができる。

〔実　施　例〕

以下には本発明に係る好適な実施例を図面に基づき詳細
に説明する。

まず、本発明に係る射出成形機における射出装置の概略
構成について説明する。第１図は同装置の概略構成図、
第２図は同装置の具体的な本体を明示する一部縦断側面
図である。

第１図において、符号１で示す射出装置は前端に射出ノ
ズル２１を有し、かつ機台Ｍ（第２図参照）に固定した
加熱筒２０を備える。この加熱筒２０にはスクリュ２を
内挿する。一方、射出ノズル２１は金型（不図示）に当
接し、この射出ノズル２１を通して加熱筒２０内部の溶
融樹脂を金型キャビティへ射出充填せしめる。

また、スクリュ２の後端はスクリュ駆動部６側に連結し
、スクリュ２はスクリュ駆動部６によって回転制御及び
進退制御せしめられる。

スクリュ駆動部６において、２３はスクリュ２の後端に
結合したスクリュ回転軸であり、スクリュ回転軸２３の
後端にはスプライン機構２４を介して波動ギア２５を配
し、この被動ギア２５は計重モータ２６のシャフトに取
付けた駆動ギア２７に噛合せしめる。この計蛍モータ２
６は例えばインバータモータを利用することができ、機
台Ｍに固定する。

一方、スクリュ回転軸２３の外側には長筒形のボールネ
ジ軸４を回動自在、かつ同軸的に嵌入する。このボール
ネジ軸４は機台Ｍに対して軸方向の移動が規制される。

また、ボールネジ軸４の後端には被動ギア２８を設け、
第一モータ部７を構成する射出用サーボモータのシャフ
トに設けた駆動ギア２９に噛合せしめる。ボールネジ軸
４の外周にはボールネジナツト５を備え、両者によって
ボールネジ機構部３を構成する。ボールネジナット５の
外周部には被動ギア３０を設け、第二モータ部８を構成
する射出用サーボモータのシャフトに設けた駆動ギア３
２に噛合せしめる。なお、ボールネジナット５は射出台
３４に回動自在、かつ軸方向変位を規制して配設すると
ともに、第二モータ部８は当該射出台３４に固定する。

この射出台３４は機台Ｍに対して軸方向へ変位自在に配
設する。また、射出台３４の前端部にはスクリュ２の後
端を回動自在、かつ軸方向変位を規制して取付ける。な
お、１０はスクリュ２とスクリュ回転軸２３の連結部、
即ち、ボールネジ機構３側の相対変位量をスクリュ２側
へ伝達を行う伝達部を示す。

このようなスクリュ駆動部６の具体的構成を第２図に示
す。なお、第２図において、第１図と同一部分には同一
符号を付してその構成を明確にした。

第２図中、３５は成形材料を加熱筒２０の内部へ供給す
る供給路であり不図示のホッパに連通する。３６．３７
はタイバーであり、射出台３４を軸方向へスライド自在
に支持する。

なお、第２図には代表例を挙げたが、その他各種の変更
例が考えられる。例えば、第二モータ部８を機台Ｍに固
定し、同モータ部８のシャフトと駆動ギア３２をスプラ
イン機構によって結合してもよい。

一方、制御系は次のように構成する。第１図において５
０は中央制御部である。中央制御部５０にはインバータ
５１を介して計蛍モータ２６を接続するとともに、各モ
ータ部７．８をそれぞれ接続する。また、波動ギア２５
付近にはスクリュ２の回転数を検出するスクリュ回転計
５２を配設し、アンプ５３を介して中央制御部５０に接
続する。

各モータ部７．８には回転速度を検出するタコメータジ
ェネレータ５４．５５をそれぞれ付設し、アンプ５６．
５７を介して中央制御部５０に接続する。一方、５８は
ロードセルであり、スクリュ２に印加される圧力（樹脂
圧力）を検出する。ロードセル５８はアンプ５９を介し
て中央制御部５０に接続する。また、６０は射出台３４
に付設した位置検出器であり、アンプ６１を介して中央
制御部５０に接続する。他方、中央制御部５０には射出
速度、保圧力、制御切換位置、背圧力等の諸条件を設定
する設定器６２を備える。

次に、同装置ｌを用いた射出方法を含む動作について説
明する。

まず、スクリュ２の停止状態は計重モータ２６の回転を
停止し、各モータ部７と８の相対的回転動作の中でつく
りだされる。即ち、双方のモータ部７と８を同一方向へ
同一速度（速度は１８００ｒｐｍ程度）で回転させれば
、各モータ部７．８によって回転せしめられるボールネ
ジ機構部４は見掛上停止する。

射出工程ではかかる停止状態において、中央制御部５０
から制御指令を出力し、ボールネジ軸４側における第一
モータ部７の回転速度を上昇させ、ボールネジナット５
の回転速度よりも速くする。

なお、このようにボールネジ軸４側の速度を可変した方
がボールネジナット５側の速度を可変するよりもＧＤ”
（慣性量）が小さくなり応答性が良好となる。よって、
ボールネジ軸４とボールネジナット５間に回転速度の差
が生じ、ナツト５側が前方へ相対移動し、射出台３４と
ともにスクリュ２を前進せしめる。即ち、射出を開始す
る。この際、各モータ部７．８の回転速度はタコメータ
ジェネレータによって検出し、フィードバック制御を行
う。このときの射出速度は各モータ部７と８の速度差に
基づいて制御されるとともに、スクリュ２の前進位置は
位置検出器６０によって検出する。そして、所定の前進
限位置を検出すれば、各モータ部７．８をトルクリミッ
タによるトルク制御に切換えて保圧制御をｄう。

よって、このような速度制御を行うことにより、各モー
タ部７．８におけるサーボモータ自身の起動時間が不要
となる。つまり、動摩擦範囲において瞬時、かつ滑らか
に応答させることができる。

また、ギア機構に含まれるバックラッシュも、回転方向
が同一方向、かつ同一負荷を受けるため、全く生じない
。しかも、他の部分もキー等の使用がないため、回転方
向及び長手方向にはクリアランスが発生せず、高精度を
維持できるとともに、サーボモータの制御が容易で、ダ
イナミックレンジや速度リップルに対しても極めて有効
に作用する。

一方、射出工程の終了により計量工程に移行する。計量
工程では第一モータ部７の回転速度を減少させ第二モー
タ部８と同一速度となるように制御する。なお、この際
、同時に上記トルクリミッタによるトルク制御を行う。

この状態で計量モータ２６を駆動すれば、スクリュ回転
軸２３を介してスクリュ２を回転させることができる。

これにより成形材料はスクリュ溝に沿って溶融されつつ
前方へ送られるとともに、このときの反力によってスク
リュ２は後退する。即ち、この反力がトルクリミッタの
設定値以上に達すると各モータ部７．８はスリップして
スクリュ２が後退し、かかるトルクリミッタにより背圧
制御が行われる。所定の計１位置までスクリュ２が後退
すれば、位置検出器６０によってそれを検出し、計量モ
ータ２６を停止せしめる。即ち、計量を停止する。この
際、各モータ部７．８は同速回転を続行している。

なお、保圧制御時及び背圧制御時におけるトルク制御は
第二モータ部８のシャフトにブレーキを設けて固定した
後、第一モータ部７のみのトルクリミッタ制御によって
行ってもよい。これらのトルク制御はロードセル５８に
よって検出した圧力信号を各モータ部７．８に帰還させ
るフィードバック制御によって行うことができる。

以上、実施例について説明したが、本発明はこのような
実施例に限定されるものではない。例えばインラインス
クリュ式を例示したがプランジャ式等、一般的には溶融
樹脂の射出を行う各種形式の射出装置に適用することが
でき、例えばスクリュをプランジャに置換することで、
同様に実施できる。また、第一モータ部と第二モータ部
を同一方向へ回転させ、低速制御する場合を示したが、
各モータ部を双方とも停止させておき、この後、各モー
タ部を互いに反対方向へ回転させ、高速制御するように
してもよく、この場合には高速射出が可能となる。その
他、細部の構成、形状、手法において、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で任意に変更実施できる。

〔発明の効果〕

このように、本発明に係る射出成形機の射出方法および
装置はボールネジ機構部を構成するボールネジ軸及びボ
ールネジナットを同時に回転制御することにより、ボー
ルネジ軸又はボールネジナットを軸方向へ相対移動させ
、この相対移動を利用してスクリュを前進させるように
したため、次のような効果を得る。

■　射出速度（射出圧力）の制御において低速から高速
までの速度制御範囲を大幅に拡大し、しかも正確に制御
できる。これによりスクリュの超低速制御（或は超高速
制御）を実現でき、特に、超低速制御の実現により光学
部品のような超精密成形品に対する高品質成形及び高精
度成形を達成できる。

■　サーボモータの起動が不要となるため、瞬時制御、
円滑制御を容易に行うことができ、正確性、安定性、応
答性、再現性を飛躍的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図二本発明に係る射出装置の概略構成図、第２図：
同装置の具体的な本体を明示する一部縦断側面図。 尚図面中、 ｌ：射出装置　　　　　２：スクリュ ３：ボールネジ機構部　４：ボールネジ軸５：ボールネ
ジナツト　７：第一モータ部８：第二モータ部　　　９
：制御部 １０：伝達部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕スクリュ（プランジャ）を前進させて溶融樹脂の
   射出を行うに際し、ボールネジ機構部を構成するボール
   ネジ軸およびボールネジナットを同時に回転制御するこ
   とにより、ボールネジ軸またはボールネジナットを軸方
   向へ相対移動させ、この相対移動によってスクリュ（プ
   ランジャ）を前進させるようにしたことを特徴とする射
   出成形機の射出方法。〔２〕ボールネジ軸およびボール
   ネジナットを同一方向かつ同一速度で回転させることに
   より、軸方向への相対移動量をゼロにし、この状態でボ
   ールネジ軸またはボールネジナットの少なくとも一方の
   速度を変化させ、前記相対移動を生じさせることを特徴
   とする請求項１記載の射出成形機の射出方法。 〔３〕スクリュ（プランジャ）を少なくとも前進させる
   ことができるスクリュ駆動部を備えてなる射出成形機の
   射出装置において、前記スクリュ駆動部を、ボールネジ
   軸およびボールネジナットから構成するボールネジ機構
   部と、ボールネジ軸を回転駆動する第一モータ部と、ボ
   ールネジナットを回転駆動する第二モータ部と、各モー
   タ部を制御する制御部と、ボールネジ軸またはボールネ
   ジナットの軸方向における相対移動量をスクリュに付与
   する伝達部を備えて構成したことを特徴とする射出成形
   機の射出装置。