JPH0462246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明は、射出成形機の射出用ノズルを製品
成形用の金型に円滑に接触させて射出を行なうた
めの射出成形機の制御方法に関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 射出成形機を設計する場合、特に自動化に際し
ては成形品の品質の向上、省エネルギー化及び生
産性の古城に留意しなければならず、これらは特
に計量工程においてその重要性を占めている。こ
れらの中で品質の向上という点でみると、成型品
の品質は射出速度、圧力、樹脂温度や射出量等に
より左右され、バラツキの少ない正確な射出量を
得るには高い精度で計量しなければならない。ま
た、省エネルギー化という点でみると、粒状の樹
脂を均質な溶融状態にするためにヒータで熱を加
え、スクリユーにより剪断、混練するのである
が、スクリユーの回転数及び背圧を樹脂の種類、
温度等に合わせて効果的に制御することによつ
て、計量に必要なエネルギーを最小にすることが
できるし、計量に要する時間を出来る限り短縮さ
せることにより、生産性の向上を図ることもでき
る。

第１図は従来の射出成形機の計量機構を示す図
であり、全周面にネジ溝を付けられた棒状のスク
リユー１の回転により、ホツパ３に収納されてい
る樹脂４はネジ溝を伝わつてシリンダ２へ送ら
れ、ヒータ（図示せず）で熱を加えられながらス
クリユー１の回転により、剪断、混練されて可塑
化される。この場合、シリンダ２の先端に設けら
れているノズル５は製品の形状が彫り込まれた金
型（図示せず）に押圧されているので、シリンダ
２内に満たされ金型を充填した樹脂６の圧力によ
りスクリユー１が図示Ｙ方向に後退する。つま
り、計量時には溶融した樹脂６が外部に流れ出さ
ない構造となつており、シリンダ２内へノズル５
やホツパ３から空気が吸引されないようにすると
共に、正確な樹脂量を計量するために駆動装置１
００による駆動でスクリユー１に背圧が加えられ
る。従つて、スクリユー１の回転によつて生じる
樹脂圧と駆動装置１００からの背圧との差によつ
て、スクリユー１は徐々に矢印Ｙ方向に後退させ
られる。これらスクリユー１の回転数と背圧は使
用する樹脂４の種類、温度等から経験的に設定さ
れ、射出量を決めるスクリユー１の位置はリミツ
トスイツチ等の形成手段によつて設定されてい
る。なお、スクリユー１を回転する機構やスクリ
ユー１に背圧を加える機構、リミツトスイツチ等
は、駆動装置１００内に装備されている。

ここで問題となるのは、スクリユー位置を直接
決定する要素がリミツトスイツチであり、回転数
と背圧の相互関係によりスクリユー位置を間接的
にしか制御できないことである。すなわち、リミ
ツトスイツチが動作してからスクリユー１の回転
を停止させたのでは、スクリユー１は所望の位置
を行き過ぎてしまう。従つて、行き過ぎを無くす
ためにはスクリユー１がリミツトスイツチに近づ
くに従い、スクリユー１の回転を徐々に下げてい
くとか、又はリミツトスイツチ作動点に対する行
き過ぎ量を見越して手前に設定しておくなどの対
策しかない。このため、実際には計量工程の試行
錯誤を繰返して決定する必要があり、更に樹脂４
の種類、金型の形状等によつて異なるのみなら
ず、温度変化や樹脂の温度、ホツパ３からシリン
ダ２への移送量等の変化が外乱として加わるとい
う点からすると、リミツトスイツチ作動点の設定
が煩雑であるばかりか正確な射出量を得ることも
困難であり、射出量にバラツキが生じ、成形品の
品質の低下は免れない。更に、このような方式で
はリミツトスイツチにより正確な位置で停止させ
るために、スクリユー１の回転数を定常回転時で
も必要以上に小さくしなければならず、計量に要
する時間が長くなり、生産性が落ちると共にエネ
ルギー効率も低くなつてしまつていた。

このような問題と共に、ノズルと金型とを接触
させる場合、ノズルを速度制御によつて金型へ向
かつて前進させ、ノズルが金型に十分近づいた時
に圧力制御に切換えるようにしているが、速度制
御を圧力制御に切換える位置又は時間が分らず、
速度制御を圧力制御に切換えた時に速度又は圧力
が不連続に変化してしまい、円滑な制御ができな
いといつた問題点があつた。

（発明の目的） この発明は上述のような事情からなされたもの
であり、その目的は、射出成形機の構成と相俟つ
てノズルを円滑に金型に接触させることができる
射出成形機の制御方法を提供することにある。

（発明の概要） この発明は、先端にノズルを穿設されているシ
リンダ内に、前後進すると共に回転するスクリユ
ーを配設し、シリンダ内に溶融されている樹脂を
ノズルから、製品の形状が彫り込まれた金型内に
射出のるようになつている射出成形機の制御方法
に関するもので、ノズルを速度制御で金型方向に
移動させ、ノズルの金型に対する圧力を測定し、
この測定圧力が設定圧力となつた時に上記ノズル
の速度制御を圧力制御に切換え、上記ノズルを設
定圧力で金型に圧接させるように制御するもので
ある。

（発明の実施例） この発明では、第２図に示すように制御装置１
５にスクリユー１に対する位置指令Siが入力さ
れ、演算されたスクリユー背圧信号Piがスクリユ
ー１の位置を移動するモータ１３に与えられ、演
算されたスクリユー回転信号Riがスクリユー１
の回転を行なうモータ７に入力されている。ここ
で、スクリユー回転信号Riによりモータ７が回
転することによりスクリユー１が回転され、ホツ
パ３から樹脂４がシリンダ２へ送られ、スクリユ
ー１により剪断、混練されて可塑化された樹脂６
がシリンダ２内に満たされ、この圧力によりスク
リユー１は矢印Ｎ方向に後退する。このとき、シ
リンダ２内に空気が吸引されないようにしながら
正確な樹脂量を計量するために、スクリユー１に
背圧が加えられるのであるが、これはモータ１３
がスクリユー背圧信号Piにより駆動され、モータ
１３に連結されたボールネジ１１が回転すること
により、これに螺合されたボールナツト１２が矢
印Ｍ方向のトルクを発生するため、ボールナツト
１２に連結されている駆動台１０上に載置・固定
されたモータ７、スクリユー１などがＮ方向に後
退する力に対して、背圧として作用するのであ
る。ここで、モータ７に連結されている回転数セ
ンサ８は、スクリユー１の回転数ｎを検出してス
クリユー回転数フイードバツク信号Rfを、また、
モータ１３に連結されている位置センサ１４は、
ボールナツト１２の位置、つまりスクリユー１の
位置を検出して背圧ｐを示すスクリユー位置フイ
ードバツク信号Sfをそれぞれ制御装置１５に入力
している。さらに、ノズル５の前面には溶融され
た樹脂を射出して、製品を成形するための金型３
０の射出口が圧接されている。

次に、この制御装置１５の内容を具体化した一
例を第３図に示しこの構成について説明すると、
位置指令Siとスクリユー位置フイードバツク信号
Sfとの偏差Seが位置制御要素２１に入力され、
閉ループ制御の特性を補償するように演算された
信号Soが速度制御要素２２に入力され、スクリ
ユー１を制御するに必要な背圧指令Hiと回転数
指令Kiを出力する。そして、背圧指令Hiは背圧
制御要素１８に入力され、この閉ループ制御の特
性を補償するように演算された信号Hoが電力増
幅器２０Ａに入力され、モータ１３を駆動するた
めに電力増幅されてスクリユー背圧信号Piとして
モータ１３に入力される。一方、回転数指令Ki
は演算器２４に入力され、この演算器２４で求め
られたスクリユー回転数フイードバツク信号Rf
との偏差Keが回転数制御要素１９に入力され、
この閉ループ制御の特性を補償するように演算さ
れた出力Koが電力増幅器２０Ｂに入力され、モ
ータ７を駆動するために電力増幅されてスクリユ
ー回転信号Riとしてモータ７に入力される。

第４図は上述装置についての動作を説明するた
めの特性図で、横軸にスクリユー１の回転数ｎ、
縦軸にスクリユー１の背圧ｐをとり、スクリユー
１の移動速度V0（小）〜V4（大）をパラメータと
して示している。

ここで、計量工程を説明しながら一連の動作に
ついて述べると、先ず計量すべき樹脂６の量はス
クリユー１が停止する位置によつて決定されるの
で、制御装置１５に入力される位置指令Siが計量
すべき樹脂６の量となる。そして、位置センサ１
４がこの位置指令Siに相当するスクリユー位置フ
イードバツク信号Sfを出力するようになるまでス
クリユー１が移動したとき、計量工程は終了す
る。この計量工程が終了するまでの過程は、第３
図において先ず位置制御要素２１が偏差Seを入
力すると、所定の周波数特性を有するなどしてこ
の閉ループ特性を補償するように制御され、求め
られた信号Soを速度制御要素２２に入力し、こ
の速度制御要素２２は背圧指令Hiと回転数指令
Kiとをその組合せにより効率良く、かつ迅速に
スクリユー１の回転速度を零にして計量工程を終
了させるように制御して出力する。これを第４図
の特性図に従つて説明すると、先ず計量の開始時
には背圧指令及び回転指令はそれぞれp4及びn4
を指令し、スクリユー１の回転数ｎを出来るだけ
高くして計量の効率を上げるようにする。すなわ
ち、第２図における矢印Ｎ方向の速度と矢印Ｍ方
向の背圧との差でスクリユー１の移動速度はV4
となり、この移動速度もかなり高くなつている。
ここで、第４図の破線Ｌ１は計量行程の過程に応
じて変化する回転数ｎと背圧ｐの組合せを示して
おり、の傾斜は自由に選択、設定することができ
る。上記のように計量開始時にn4とp4の組合せ
で始まり、以降順にn3とp3，n2とp2，n1とp1と
変化していき、最終的にはnsとpsの組合せでスク
リユー１の移動速度はV0となり、スクリユー１
が停止して計量工程は終了する。すなわち、スク
リユー回転数ns及びスクリユー移動速度V0に近
づくと、これらは殆ど停止に近い値となり、この
計量終了時には位置指令Siに対して正しい位置に
スムーズに停止できるので、位置指令Siに対して
行き過ぎることなく適正な値の計量ができ、かつ
そのときの背圧ｐも適正な値psに選択でき、次の
射出工程の準備もできるのである。また、計量中
に回転数ｎが高くとれれば、これによる摩擦熱が
大きくなり、ヒータの容量は小さくても済むとい
う利点も出でくる。

次に、上述の原理で制御される射出成形機の具
体的な構造を第５図に示して説明する。

モータ７及び１３は射出成形機の固定された筐
体４０に取付けられており、モータ１３の回転軸
１３Ａにはギア４１及び４２が装着され、モータ
７の回転軸７Ａにはギア４３及び４４が装着され
ており、これらギア４１〜４４は回転軸１３Ａ及
び７Ａの各端部に設けられているクラツチ機構４
５及び４６によつて駆動力の伝達が断続されるよ
うになつている。また、筐体４０にはクラツチ機
構４７及び４８で駆動力の伝達が断続される伝達
軸４７Ａ及び４８Ａが軸架されており、伝達軸４
７Ａにはギア４９及び５０が、伝達軸４８Ａには
ギア５１及び５２がそれぞれ装着されている。さ
らに、筐体４０には金型３０の移動を行なう駆動
軸３０Ａが軸架され、その端部に設けられている
クラツチ機構３１で駆動力の伝達が断続されるよ
うになつているギア３２〜３４が筐体４０内で装
着され、駆動軸３０Ａは更に金型３０の筐体３５
に軸架されている。筐体３５内の駆動軸３０Ａに
はギア３６が装着され、ギア３７を介して作動軸
３８に回転力を伝達し、この回転によつて型部材
３９を摺動軸３８Ａ，３８Ｂ上で摺動させて前後
進するようになつている。さらに、筐体４０内に
はスクリユー１に連結された軸１Ａが設けらてお
り、この軸１Ａにギア５３が装着され、このギア
５３の内胴にベアリングを介して係合された作動
軸５４には更にギア５５が装着されている。

このような構成において、射出成形機は型部材
３９を前進させて金型を合せる型締と、この型締
の圧力を増加する昇圧と、ノズル５を金型３０の
方向に前進させるノズル前進と、溶融された樹脂
の金型３０内への射出充填と、樹脂の可塑化を行
なう計量及び冷却と、ノズル５を筐体４０方向に
後退させるノズル後退と、金型の降圧及び型開
と、金型３０内で成型された製品の突落し停止と
を繰返して行なう。ここにおいて、第５図は射出
成形機の初期状態を示しており、型締及び昇圧を
行なう場合にはモータ１３を駆動し、その回転駆
動が回転軸１３Ａ→ギア４１→図示されないギヤ
→ギア３３を介して駆動軸３０Ａに伝達され、ギ
ア３６及び３７を介して作動軸３８が回転される
ことによつて型部材３９が前進される。こうして
型部材３９が前進されてストツプ位置で停止する
ことにより所定圧まで昇圧されると、クラツチ機
構９０１を切換えてギア３３からギア３６への伝
達を遮断し、クラツチ機構４５及び４７を切換え
て軸４７Ａのみを回転させることによつて筐体４
０の金型３０方向への移動を行ない、静止してい
る金型３０に対してノズル５を前進させる。な
お、ノズル５の後退はモータ１３の回転を逆にす
ることによつて行なわれる。

また、樹脂の射出を行なう場合にはモータ７及
び１３を駆動し、クラツチ機構４５及び４６を切
換えてギア４１の回転及びギア４２の回転が図示
されないギアによりそれぞれギア３３及び３４に
伝達されるようにする。更にクラツチ機構３１を
切換えることによつて、モータ７及び１３の回転
駆動がギア５５に伝達され、軸５４及び１Ａを介
してスクリユー１が移動され、上述したように溶
融樹脂の金型３０へのことができる。さらに、樹
脂の計量を行なう射出を行なう場合にはモータ７
のみを駆動し、この回転駆動をギア４３→図示さ
れないギア→ギア５２→軸４８Ａ→ギア５１→ギ
ア４９→ギア３２→ギア５３→を介してスクリユ
ー１に伝え、このスクリユー１を回転させると共
にモータ１３を駆動し、この回転駆動をギヤ４２
→図示されないギア→ギア３３→クラツチ３１→
ギア５５→軸５４→軸１Ａを介してスクリユー１
に伝え、スクリユー１に背圧が加えられることに
よつて計量を行う。そして、型開は上記型締の場
合と逆にモータ１３を回転し、型部材３９を後退
させることによつて行なわれる。

ここにおいて、上述の型締後のノズル５の前進
はモータ１３の駆動による速度制御によつて行な
われ、ノズル５が金型３０に接触した後は所定圧
力で圧接する必要がある。したがつて、モータ１
３を第６図に示すような速度指令viに対する速度
制御系から、圧力指令Piの圧力制御系に切換える
のにどのようにするかが問題となる。すなわち、
第６図の速度制御系は速度偏差veをループ系６
０（Gs）でトルク指令Tiに変換し、このトルク
指令Tiに従つて電力増幅器６１を介してモータ
１３を制御するようになつており、第７図Ａ，Ｂ
に示す如く時点t0からt1までを指令速度viの一定
速度で制御し、時点t1以降を指令圧力piの一定圧
力で制御するようにすると、制御モードが切換わ
る時点t1において速度ｖ及び圧力ｐが共に不連続
となり、射出等を円滑に行なうことができない。

このため、この発明では速度制御でノズル５を
前進させ、ノズル５が金型３０に衝突した時点で
は、移動距離ｘが一定になると共に速度ｖが０に
なることを利用して衝突を検知し、この衝突検知
後に実際の圧力ｐが指令圧力piとなつた時に圧力
制御に切換えるようにする。第８図Ａ及びＢはノ
ズル５の金型３０への衝突の様子を示すもので、
時点t2までは一定の指令速度viで移動されている
ので、ノズル５の移動距離ｘも線形に増加する
が、ノズル５が金型３０に衝突すると速度ｖが０
になると共に、移動距離ｘも増加せず一定値x0
を保持することになる。したがつて、移動距離ｘ
の変化の様子又は速度ｖの０を何らかの手段によ
つて検出することによつて、ノズル５の金型３０
への衝突時点t2を検出することができる。ノズル
５の金型３０への衝突後（時点t2）、速度ｖは減
少し、圧力ｐが速度制御形の特性に従つて次第に
上昇するので、第９図Ａ及びＢに示す如く実際の
圧力ｐが設定器等で設定されている指令圧力piと
なつた時（時点t3）に圧力制御に切換える。も
し、指令圧力piが衝突前の圧力ｐよりも低いとき
は、衝突後（時点t2）、速度指令治具viを零にす
ることによつて圧力ｐは速度制御形の特性に従つ
て次第に下降するので、指令圧力piとなつた時に
圧力制御に切換える。このようにすれば、時点t2
までは速度指令viによる一定速度の速度制御が実
現され、ノズル５が金型３０に衝突した時点t2か
ら以後の短い過渡期間内に指令圧力piとなるのを
待ち、指令圧力piとなつた時（t3）に圧力制御に
切換えられるので、速度制御から圧力制御への切
換を円滑に行なうことができる。なお、ノズル５
の金型３０への衝突は、ノズル５又は金型３０が
破壊されない程度の速度で行なわれる。

第１０図はこの発明方法を実現する装置の一例
を示すものであり、モータ１３の駆動電流や位置
センサ１４からのパルス数を検出することによつ
て、ノズル５と金型３０との衝突を検出して衝突
信号CLを出力する衝突検出回路７０を設け、更
にループ系６０からのトルクＴを設定回路７２か
らの指令圧力piと比較して切換信号SWを出力す
るトルク検出回路７１を設けている。また、ルー
プ系６０と電力増幅器６１との間には切換信号
SWによつてトルクＴ（接点ａ）、圧力pi（接点ｂ）
を切換えるスイツチ回路７３設けられている。

このような構成において、衝突検出回路７０は
常にノズル５と金型３０との衝突を検出するよう
になつており、衝突を検知した時に衝突信号CL
をトルク検出回路７１に入力して実際のトルクＴ
（圧力ｐ）と設定回路７２で設定されている指令
圧力piとの比較を行なう。もし、指令圧力piが衝
突前の圧力ｐよりも低いときは、衝突を検知した
時に速度指令viを零にする。そして、トルクＴが
設定圧力piと等しくなつた時に切換信号SWを出
力し、スイツチ回路７１の接点をａからｂに切換
えて指令圧力piの圧力制御とする。なお、設定回
路７２に設定されている指令圧力piを適宜変更す
ることにより、速度制御から圧力制御への切換時
間を自由に変更することができる。

なお、上述では、スクリユー１の回転数ｎをモ
ータ７に連結された回転数センサ８を検出するよ
うにしているが、ギア等を介して検出したり、モ
ータ電流を検出するようにしても良く、スクリユ
ー１の位置も駆動台１０やボールナツト１２等の
位置から求めるようにしても良い。また、モータ
は直流でも交流制御でも良く、スクリユーの位置
移動はボールスクリユーとボールナツトの組合せ
の他、モータ駆動でガイド上を走行させたりする
ことも可能である。

（発明の効果） 以上のようにこの発明の射出成形機の制御方法
によれば、単純な衝突の検出又は他の手段によつ
て速度制御から圧力制御に切換えることができる
ので、安価で簡易な制御を実現することができ
る。また、速度制御から圧力制御への切換えを、
実現の圧力が設定圧力となることを検出した時に
行なうようにしているので、制御系の切換えを円
滑に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の射出成形機の一例を示す図、第
２図はこの発明を適用できる射出成形機の一実施
例を示す図、第３図はその制御装置の一実施例を
示すブロツク図、第４図はその動作を説明するた
めの回転数と背圧の関係を示す特性図、第５図は
射出成形機の具体的な構造を示す構成図、第６図
は速度制御系のブロツク図、第７図Ａ及びＢは速
度制御から圧力制御への不連続性を説明する図、
第８図Ａ，Ｂ及び第９図Ａ，Ｂはこの発明の原理
を説明するための図、第１０図はこの発明による
回路系の一例を示すブロツク図である。 １……スクリユー、２……シリンダ、３……ホ
ツパ、４，６……樹脂、５……ノズル、７，１３
……モータ、８……回転数センサ、１０……駆動
台、１１……ボールスクリユー、１２……ボール
ナツト、１４……位置センサ、１５……制御装
置、３０……金型，４０，３５……筐体、７０…
…衝突検出回路、７１……トルク検出回路、７２
……設定回路、７３……スイツチ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 先端にノズルを穿設させているシリンダ内
   に、前後進すると共に回転するスクリユーを配設
   し、前記シリンダ内に溶融されている樹脂を前記
   ノズルから、製品の形状が彫り込まれた金型内に
   抽出するようになつている射出成形機の制御方法
   において、前記ノズルを速度制御で前記金型方向
   に移動させ、前記ノズルの前記金型に対する圧力
   を測定し、この測定圧力が設定圧力となつた時に
   前記ノズルの速度制御を圧力制御に切換え、前記
   ノズルを前記設定圧力で前記金型に圧接させるよ
   うに制御することを特徴とする射出成形機の制御
   方法。 ２ 前記速度制御から圧力制御に切換えるタイミ
   ングを設定圧力の変更により変更可能とした特許
   請求の範囲第１項に記載の射出成形機の制御方
   法。