JPH059256B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は射出成形機の制御方法、特に射出工程
におけるスクリユに対する制御方法に関する。

〔従来の技術〕

インラインスクリユ式射出成形機における従来
の形式は、一般に、後部に成形材料を供給するホ
ツパを配した加熱筒を備え、この加熱筒に進退及
び回転が制御されるスクリユを挿入して構成す
る。そして、計量工程ではスクリユを回転させて
スクリユ前方に溶融樹脂材料を蓄積するととも
に、射出工程ではスクリユを前進させて金型への
射出充填を行う。このため、この種の射出成形機
においては、射出速度や射出圧力（保圧圧力）等
を正確に制御することが、高精度、高品質、かつ
安定した成形品を確保する上で極めて重要とな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような従来のインラインスクリ
ユ式射出成形機は次のような解決すべき課題が存
在した。

まず、成形材料に起因する問題である。第６図
に示すように、スクリユ６１を挿入した加熱筒６
２には、スクリユ６１の軸方向に対し垂直方向に
形成した材料供給路（ホツパ）６３から成形材料
が供給される。この場合、成形材料としてアクリ
ル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ガラス入り樹脂
等のように、硬度の特に高い固形材料（ペレツ
ト）Ｗを使用し、しかも、スクリユ６１の溝部６
１ｄの深さが固形材料Ｗの大きさに比べて浅い場
合には、スクリユ６１の前進時（矢印Ａ方向）
に、材料供給路６３の下端エツジ６４とスクリユ
６１の山部６１ｈによつて溝部６１ｄに存在する
固形材料Ｗが剪断される。このときの剪断力はス
クリユ６１の径によつても異なるが、100〜500Kg
程度にもなり、射出力が数トン程度の小型機では
かなり大きな抵抗となつて現れる。

また、計量工程における計量後のスクリユ停止
位置、即ち、射出開始位置でのスクリユ６１の回
転方向位置が成形サイクル毎にも異なるため、結
局、この場合にも固形材料Ｗの配列状態、密度、
数量等に違いを生じ、スクリユ６１に対する機械
的抵抗がシヨツト毎にバラついてしまう。

一方、金型キヤビテイ内部における樹脂材料圧
力を直接検出できれば理想的であるが、現実には
技術的にも困難を伴うため、通常は圧力センサを
駆動部側に設けている。例えば、油圧式射出成形
機の場合には、射出シリンダ内の油圧を液圧セン
サ等の圧力センサにより検出し、また、電動式射
出成形機の場合には、スクリユの反力をロードセ
ル（歪ゲージ）等の圧力センサによつて検出して
おり、例えば特開昭60−174625号（日本国公開特
許公報）等で開示される。そして、圧力センサか
らの検出信号（検出値）と射出圧力（保圧圧力）
の設定値が一致するようにクローズドループによ
る制御を行つている。

しかし、このような圧力検出ではスクリユ６１
の前方に存在する溶融樹脂材料の圧力に加え、前
述した材料供給路６３付近の固形材料Ｗに基づく
機械的抵抗をも検出してしまう。結局、当該抵抗
のバラつきは直接的に圧力センサの検出値に影響
し、クローズドループ制御にも拘わらず、本来検
出すべき溶融樹脂の圧力を正確に検出できず、高
品質で高精度、かつ安定した成形品を得ることが
できなかつた。

本発明はこのような従来の技術に存在する不具
合を解消した射出成形機の制御方法の提供を目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は回転又は進退移動するスクリユ２と、
スクリユ２を挿入し、かつ成形材料を供給するホ
ツパ３を配した加熱筒４を備えるインラインスク
リユ式射出成形機の制御方法を実施するに際し、
固形材料Ｗの成形時に、スクリユ２を軸方向へ前
進させる射出工程の全部又は一部のストローク範
囲で、所定速度ｒ、即ち、ｒ≒Vs／Ｌ（回転／
sec）（ただし、Vs：スクリユ前進速度（mm／
sec）、 Ｌ ：スクリユのピツチ（mm））により
設定される所定速度ｒによつて、スクリユ２を計
量時の回転方向に対し逆方向へ回転させ、スクリ
ユ２の前進時に、加熱筒４の所定位置におけるス
クリユ２の山部２ｈの見掛上の位置が略不動（不
動又は本発明の目的を達成できる前後への誤差と
認められる程度の若干の移動を含む）となるよう
に制御することを特徴とする。

〔作用〕

次に、本発明の作用について説明する。

本発明に係る射出成形機の制御方法は、特に射
出工程におけるスクリユ２の前進時に、同時にス
クリユ２が計量時の回転方向に対し逆方向へ回転
するため、加熱筒４の所定位置におけるスクリユ
２の山部２ｈの見掛上の位置は略不動となる。よ
つて、固形材料Ｗがスクリユ２の前進に伴つて剪
断される弊害は解消又は著しく低減されるととも
に、固形材料Ｗによる抵抗は従来よりも著しく小
さく、かつバラつきがなくなるため、駆動部側に
配設したロードセル等の圧力センサからの圧力検
出信号値は実際の溶融樹脂圧力と略一致し、正確
な射出圧力（保圧圧力）の検出が行われる。

〔実施例〕

以下には、本発明に係る好適な実施例を挙げ、
図面に基づき詳細に説明する。

まず、本発明の理解を助けるため、インライン
スクリユ式射出成形機における射出装置１の概略
構成について第３図を参照して説明する。

４は加熱筒であり、前端に射出ノズル１２を備
えるとともに、後部上端に成形材料（固形材料
Ｗ）を加熱筒４内へ供給するホツパ３を備え、加
熱筒４にはスクリユ２を挿入する。また、加熱筒
４の後端は支持盤１４によつて支持し、さらに支
持盤１４には複数のタイバー１５……を後方へ水
平に備える。タイバー１５……には前後方向へス
ライド自在な摺動部材１６を備え、この摺動部材
１６の内部には進退方向が許容され、かつ回転方
向が規制される回動規制部材１６ａを挿入する。
この回動規制部材１６ａの中には回動自在の結合
部材１７を備える。結合部材１７の後端面と摺動
部材１６間にはリング状のロードセル１８を介装
する。一方、結合部材１７の前端にはスクリユ２
の後端を結合し、結合部材１７の後端には後方へ
延出する内軸部材１９を結合する。内軸部材１９
には同軸的に回動自在な筒状の外軸部材２０を挿
入し、さらに、外軸部材２０の外周と摺動部材１
６間には射出用ボールネジ機構２１を介在せしめ
る。また、外軸部材２０の後端には被動ギア２２
を取付け、この被動ギア２２はタイミングベルト
２３を介して射出用サーボモータ２４に取付けた
駆動ギア２５に接続する。他方、内軸部材１９の
後端にはスプライン機構２６を介して被動ギア２
７を備え、この被動ギア２７はスクリユ回転用サ
ーボモータ２８に取付けた駆動ギア２９に噛合す
る。

以上の構成からなる射出装置１は次のように機
能する。

まず、サーボモータ２８の正回転によつて、同
モータ２８の回転力は駆動ギア２９→被動ギア２
７→スプライン機構２６→内軸部材１９→結合部
材１７→スクリユ２の経路で伝達される。よつ
て、スクリユ２は正回転し、溶融樹脂材料の計量
を行うことができる。なお、同モータ２８を逆回
転させれば同様の経路でスクリユ２を逆回転させ
ることができる。

一方、サーボモータ２４の正回転によつて、同
モータ２４の回転力は駆動ギア２５→被動ギア２
２→外軸部材２０→ボールネジ機構２１→摺動部
材１６→結合部材１７の経路で伝達される。よつ
て、スクリユ２は前進し、計量された溶融樹脂材
料を金型に射出充填することができる。なお、同
モータ２４を逆回転させれば、同様の経路でスク
リユ２を後退させることができる。

次に、第１図及び第２図を参照して本発明に係
る射出成形機の制御方法について説明する。

まず、計量工程における中央制御部３２から計
量指令信号及び不図示の計量値設定器によつて設
定された設定値に基づく計量値信号をサーボモー
タ２８を制御するモータ制御部３３へ付与する。
これにより、同モータ２８（第３図に同符号で示
す）は正回転して計量を行う。なお、この状態を
第１図ｂに示す。

一方、計量工程が終了すると射出工程へ移行す
る。射出工程においては金型（不図示）の型閉終
了に基づいて中央制御部３２から射出指令信号及
び射出速度設定器３４によつて設定された設定値
に基づく射出速度指令信号をサーボモータ２４を
制御するモータ制御部３６へ付与する。これによ
り、同モータ２４が回転してスクリユ２を前進さ
せ、同時に、同モータ２４に結合したモータ速度
を検出するタコメータジエネレータ３８の検出信
号をモータ制御部３６へ付与し、射出速度指令信
号と一致するようにクローズドループによる制御
を行う。

また、この際、本発明に係る制御方法に従つ
て、スクリユ逆回転速度設定器３９によつて予め
設定された設定信号がモータ制御部３３に付与さ
れ、サーボモータ２８は逆回転を開始する。同時
に、同モータ２８に結合したタコメータジエネレ
ータ４０からの検出信号をモータ制御部３３へ付
与し、逆回転速度設定値と一致するようにクロー
ズドループによる制御を行う。つまり、第１図ｂ
のようにスクリユ２は前記計量工程における計量
時の回転方向に対し逆方向へ回転する。このよう
に、射出工程におけるスクリユ２は設定速度で前
進すると同時に、設定された所定速度ｒで逆回転
する。この所定速度ｒはスクリユ２の前進時にお
いて、加熱筒４の所定位置におけるスクリユ２の
山部２ｈの見掛上の位置が略不動となるように設
定する。

なお、この例ではスクリユ２の逆回転速度をス
クリユ逆回転速度設定器３９により予め設定した
場合を示したが、中央制御部３２にマイクロプロ
セツサを用い、射出速度設定器３４の設定値から
逆回転する速度を自動的に演算処理してもよい。
即ち、スクリユ２のピツチをＬ（mm）、スクリユ２
の射出（前進）速度をVs（mm／sec）、スクリユ２
の逆回転速度をｒ（回転／sec）としたとき、 ｒ≒Vs／Ｌ（ｒ＝Vs／Ｌを含む） の関係式を満たすように演算処理すればよい。こ
れにより、スクリユ２が前進しても加熱筒４の所
定位置におけるスクリユ２の山部２ｈの見掛上の
位置は略不動（不動又は本発明の目的を達成でき
る前後への誤差と認められる程度の若干の移動を
含む）となる。

また、スクリユ２の山部２ｈの軸方向における
見掛上の位置を検出する例えば位置センサ５０を
設置し、射出時において当該位置が略一定となる
ように逆回転する所定速度ｒをフイードバツク制
御してもよい。

なお、スクリユ２を逆回転させる範囲は射出工
程においてスクリユ２が前進する全部のストロー
クが望ましい。また、必要に応じて一部のストロ
ークであつてもよい。さらにまた、第１図中、仮
想線Vmで示すように、射出工程中において射出
速度（射出用モータ速度）を多段に変化させる制
御を行う場合は、これに応じてスクリユの逆回転
する所定速度ｒを多段階に可変制御すればよい。
以上、射出工程を例示したが、これに限らず、他
の工程においてスクリユ２を前進させる場合にも
同様に応用することができる。

一方、射出工程においてはスクリユ２の前進と
ともに、サーボモータ２４に結合したスクリユ２
のパルスジエネレータ３５の検出信号が中央処理
部３２に入力する。そして、スクリユ２が保圧切
替位置設定器４１によつて設定された設定値まで
移動すると、中央制御部３２は保圧力制御信号を
サーボモータ２４へ付与し、同モータ２４は速度
制御状態から保圧制御（射出圧力制御）状態とな
るとともに、同時に、モータ制御部３３へは逆回
転停止信号を付与し、サーボモータ２８の回転を
停止させる。なお、上記保圧力制御信号は保圧力
設定器４３によつて予め設定される。保圧力制御
状態により、圧力検出を行うロードセル１８の検
出信号はアンプ４４を介して中央制御部３２に入
力し、上記保圧力制御信号と一致するように、ク
ローズドループよる制御が行われる。射出タイマ
（不図示）がタイムアツプして、所定の射出時間
が経過すると、サーボモータ２４及び２８の各制
御信号がOFFとなり射出工程は全て終了する。

第４図にはこの発明方法によつて制御された場
合の射出圧力Ｐと射出速度Ｖの実測図を示す。同
図ａは射出圧力（ロードセル出力）Ｐの実測記録
データ、同図ｂは射出速度Ｖの実測記録データで
ある。なお、いずれも横軸を時間軸とした100シ
ヨツト分の重ね書きである。あた、成形品は重量
約0.2（ｇ）、四個取り、スプール及びランナを含
めての総重量約5.6（ｇ）の小型アクリルレンズを
用いた。

他方、第５図は従来方法によつて制御された場
合の第４図と同様の実測図を示す。即ち、射出時
においてスクリユ２を回転させない場合であり、
第５図ａは射出圧力Ｐの実測記録データ、同図ｂ
は射出速度Ｖの実測記録データである。なお、い
ずれも横軸を時間軸とした30シヨツト分の重ね書
きである。

実測結果では従来の制御方法が30シヨツト分の
成形を行つた場合であつても重量バラつきが全重
量5.6（ｇ）に対して10〜16（mg）程度あり、不良
品を二個生じた。他方、本発明方法では100シヨ
ツト分を成形したにも拘わらず、重量バラつきが
全重量5.6（ｇ）に対して4.3（mg）と小さく、全て
良品であつた。

また、第４図ａ及び第５図ａの比較からも明ら
かなように、射出速度の制御中における射出圧力
のバラつきは本発明方法によつて従来の1/6程度
となり、定格射出圧力に対しては約0.4（％）のバ
ラつきとなる。このため、本発明方法は射出圧力
が一定値になつてから保圧力の切替を行う形式の
射出成形機の場合に用いてより効果的となる。な
お、本発明方法によれば加熱筒内部の樹脂材料に
よる粘度抵抗をより下げ得ること、射出時にスク
リユの前部に設けたリングバルブ（逆止弁）がよ
り閉じ易くなることを期待できる。

以上、実施例について詳細に説明したが、本発
明はこのような実施例に限定されるものではな
く、構成、形状、手法、数値、数量等において、
本発明の精神を逸脱しない範囲で任意に変更でき
る。特に、実施例においては電動式射出成形機の
場合を示したが、油圧式射出成形機への適用を妨
げるものではない。

〔発明の効果〕

このように、本発明に係る射出成形機の制御方
法は、固形材料を成形する射出工程において、ス
クリユを計量時の回転方向に対して逆方向へ回転
させ、加熱筒の所定位置におけるスクリユ山部の
見掛上の位置が略不動となるように制御するた
め、次のような効果を奏する。

スクリユと材料供給路間に、固形材料が挟ま
れて剪断される弊害を解消できるとともに、各
シヨツト毎の圧力のバラつきを著しく小さくで
きる。この結果、射出制御及び保圧制御の安定
化を図れるとともに、高品質かつ高精度の成形
品を得ることができる。

固形材料に基づくスクリユと加熱筒内壁間の
機械的抵抗が小さくなるとともに、成形サイク
ル毎の機械的抵抗のバラつきが小さくなるた
め、油圧センサあるいはロードセル等による間
接的圧力検出方法であつても、キヤビテイ内部
の樹脂材料圧力に略一致する正確な圧力検出を
行うことができる。

スクリユと加熱筒間の機械的抵抗を低減でき
るため、これに基づく電力ロスを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明に係る制御方法による計量工程
及び射出工程における各モータの動作概要図、第
２図：同制御方法を実施する制御装置の要部のみ
を示すブロツク回路図、第３図：同制御方法を実
施する射出成形機における射出装置の縦断面図、
第４図：本発明方法によつて制御された場合の射
出圧力と射出速度の実測図、第５図：従来方法に
よつて制御された場合の射出圧力と射出速度の実
測図、第６図：背景技術の問題点を説明する射出
装置におけるホツパ付近の縦断面図。 尚図面中、２……スクリユ、２ｈ……スクリユ
の山部、３……ホツパ、４……加熱筒、Ｗ……固
形材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転または進退移動するスクリユ２と、前記
   スクリユ２を挿入し、かつ成形材料を供給するホ
   ツパ３を配した加熱筒４を備えるインラインスク
   リユ式射出成形機の制御方法において、固形材料
   Ｗの成形時に、スクリユ２を軸方向へ前進させる
   射出工程の全部または一部のストローク範囲で、
   次式により設定する所定速度ｒによつて、スクリ
   ユ２を計量時の回転方向に対し逆方向へ回転さ
   せ、加熱筒４の所定位置におけるスクリユ２の山
   部２ｈの見掛上の位置が略不動となるように制御
   することを特徴とする射出成形機の制御方法。 所定速度ｒ≒Vs／Ｌ（回転／sec） ただし Vs：スクリユ前進速度（mm／sec） Ｌ：スクリユのピツチ（mm） ２ 所定速度ｒはスクリユ２の前進速度に対応し
   て可変することを特徴とする請求項１または２記
   載の射出成形機の制御方法。 ３ 加熱筒４の所定位置におけるスクリユ２の山
   部２ｈの軸方向に対する見掛上の位置を検出し、
   この検出結果に基づき前記所定位置における山部
   ２ｈの見掛上の位置が略不動となるようにフイー
   ドバツク制御することを特徴とする請求項１記載
   の射出成形機の制御方法。