JPH0767722B2 - 電動式射出成形機の射出工程制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂を金型に高速かつ
低圧にて充填させる高速低圧成形法を可能とする、電動
式射出成形機にける充填工程制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック成形品のそり、ねじれの改
善、しぼ転写性の向上、及びコネクタ等のピン破損の防
止や長寿命化を図るために、射出工程中における射出ス
クリュの推力（射出圧力）を各区間毎に規制し、射出ス
クリュを前進させて樹脂を金型に高速かつ低圧で充填さ
せる高速低圧成形法が広く採用されている。

【０００３】この高速低圧成形法を実現するものとし
て、従来、多段油圧シリンダで射出スクリュを前進させ
る射出成形機が開発されるいる（特公昭５９ー１５２９
５号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の射出成
形機は油圧駆動であるため次のような問題点がある。 （ａ） 電源変動、作動油温度及び室温等の外乱の影響
を受けやすいため、繰返し特性に問題がある。 （ｂ） 射出工程中において、射出用多段油圧シリンダ
を電磁切換弁で切り換えて射出スクリュ推力の最大値を
変更するため、射出速度及び推力の設定が難かしい。ま
た切換え時にショック音が生じてうるさい上、速度及び
推力のスムーズな切換えができない。 （ｃ） スクリュ推力のフィードバックがないため、供
給圧力の変動が直接スクリュ推力の変動となり、この点
でも繰返し特性に劣る。 （ｄ） 油圧駆動方式のため、エネルギ効率が低い。

【０００５】本発明は、繰返し特性が良く、射出スクリ
ュの射出速度と推力の設定及び切換えが容易である上、
射出工程を精度よく省エネで制御することができる、電
動式射出成形機の射出工程制御装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、加熱筒に挿入された射出スクリュを、
電動機によってねじ機構を介して軸方向に動かす電動式
射出成形機において、金型内に樹脂を充填する際の射出
スクリュの推力を検出する推力センサと、射出スクリュ
の位置と射出速度を検出する位置センサと、上記推力セ
ンサと位置センサの検出信号を受け、射出スクリュの実
推力が上記位置センサによって検出される射出スクリュ
の位置に対応して推力設定部に設定された設定推力以上
となった場合に、射出スクリュの実推力が推力設定部に
設定された設定推力と等しくなるように電動機の回転速
度を制御する制御信号を出力し、また、射出スクリュの
実推力が推力設定部に設定された設定推力よりも小さく
なった場合に、上記位置センサによって検出される射出
スクリュの位置に対応して速度設定部に設定された射出
スクリュの設定速度で射出スクリュを前進させるように
電動機の回転速度を制御する制御信号を出力するスクリ
ュ前進制御部と、上記位置センサの速度フィードバック
信号及び位置フィードバック信号と、上記スクリュ前進
制御部から出力される上記制御信号とに従って電動機の
回転速度を制御するサーボモータドライバ部とを具備し
た構成とした。

【０００７】

【作用】スクリュ前進制御部は、推力センサと位置セン
サの検出信号を受け射出スクリュの実推力が位置センサ
によって検出される射出スクリュの位置に対応して推力
設定部に設定された設定推力以上となった場合に、射出
スクリュの実推力が推力設定部に設定された設定推力と
等しくなるように電動機の回転速度を制御する制御信号
を出力し、また、射出スクリュの実推力が推力設定部に
設定された設定推力よりも小さくなった場合に、位置セ
ンサによって検出される射出スクリュの位置に対応して
速度設定部に設定された射出スクリュの設定速度で射出
スクリュを前進させるように電動機の回転速度を制御す
る制御信号を出力する。また、サーボモータドライバ部
は、位置センサの速度フィードバック信号及び位置フィ
ードバック信号と、スクリュ前進制御部から出力される
上記制御信号とに従って電動機の回転速度を制御する。

【０００８】電動式であるため、外乱の影響を受けにく
く、繰返し特性が良好であるとともに、省エネができ
る。また、射出スクリュの速度と推力を速度設定部と推
力設定部に容易に設定し、また、既設定値を他の設定値
に容易に切り換えることができる。その上、電磁切換弁
のような作動音を生じることがなく、射出工程を精度よ
くフィードバック制御することができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明に係る電動式射出成形機の射出
工程制御装置の一実施例を示す。この図において符号１
はフロントプレートである。フロントプレート１には加
熱筒２が固定されている。フロントプレート１の後方
（図１で右方）にはリヤプレート３がフロントプレート
１と平行に設けられており、両プレート１，３の間には
一対の同一のボールねじ軸４，４が軸受１ａ，３ａに回
転自在に支持されて設けられている。各ボールねじ軸４
の端部には同一径のプーリ５がそれぞれ取り付けられて
いる。

【００１０】リヤプレート３には電動機（サーボモー
タ）６が固定されており、該電動機６の出力軸７に設け
られた駆動プーリ８とプーリ５，５の間にはエンドレス
のタイミングベルト９が巻き掛けられている。電動機６
は、駆動プーリ８とタイミングベルト９、及びプーリ
５，５を介して、各ボールねじ軸４，４を互いに同期し
て周方向に回転させる。

【００１１】各ボールねじ軸４，４にはボールナット１
１がそれぞれ螺着されており、該一対のボールナット１
１，１１の間にはプレッシャプレート１２が架設されて
いる。プレッシャプレート１２は各ボールねじ軸４，４
が回転すると、各ボールナット１１，１１と一緒に前後
方向（図１で左右方向）に移動する。プレッシャプレー
ト１２の加熱筒２側の前面には、軸受ハウジング１３が
ロードセル等の圧力センサ１４を介して取り付けられて
いる。

【００１２】軸受ハウジング１３には軸受１５が設けら
れ、該軸受１５には回転軸１６が回転自在に支持されて
いる。回転軸１６には射出スクリュ１７が取り付けられ
ている。射出スクリュ１７は加熱筒２に挿入されてお
り、プレッシャプレート１２と一緒に軸方向に移動す
る。電動機６にはパルスエンコーダ等の位置センサ１８
が設けられている。

【００１３】また、符号２１はスクリュ前進制御部、２
２はサーボモータドライバ部である。スクリュ前進制御
部２１は、シーケンス・マンマシン・サーボプログラム
制御部（以下、プログラム制御部）２３、速度設定部２
４、速度切換制御部２５、推力設定部２６、推力切換制
御部２７、比較部２８，２９，３０、切換器３１、アン
ド回路３２等を主体としている。サーボモータドライバ
部２２は、偏差カウンタ回路３４、切換器３５、加算回
路３６を備える。

【００１４】前記圧力センサ１４の検出信号は、インタ
ーフェース３８を介してプログラム制御部２３と比較部
２８，３０に入力される。また、位置センサ１８はイン
ターフェース３９を介して、プログラム制御部２３、速
度切換部２５、推力切換制御部２７、比較部２９、偏差
カウンタ回路３４、加算回路３６に接続されており、位
置のフィードバック信号が、プログラム制御部２３と両
切換制御部２５，２７、及び偏差カウンタ回路３４に入
力され、速度のフィードバック信号が、比較部２９と加
算回路３６に入力される構成となっている。

【００１５】速度設定部２４は射出スクリュ１７の射出
前進位置に対応する射出速度を多段に設定し、また推力
設定部２６は、充填工程における射出スクリュ１７の射
出位置、及び保圧工程における経過時間に対応する射出
推力を多段に設定するものである。速度切換制御部２５
は、位置センサ１８の位置信号を受けて射出スクリュ１
７の前進位置に見合う速度設定値を速度設定部２４から
選択する。推力切換制御部２７は、タイマ機能を有して
おり、位置センサ１８の位置信号を受けて充填工程にお
けるクリュ１７の前進位置に見合う推力設定値を推力設
定部２６から選択するとともに、保圧工程における経過
時間に見合う推力設定値を選択する。

【００１６】速度切換制御部２５によって選択された速
度設定値は、速度設定部２４から、速度制御指令となっ
て切換器３１を介しパルス列で偏差カウンタ回路３４へ
出力される。サーボモータドライバ部２２は、偏差カウ
ンタ回路３４に与えられた速度制御指令とインターフェ
ース３９から出力された速度フィードバック信号との差
を加算回路３６で検出し、設定速度となるようにサーボ
アンプ４０を介して電動機６の回転速度を制御する。こ
の制御は、インターフェース３９から偏差カウンタ回路
３４に出力される位置フィードバック信号が，速度設定
器２４から偏差カウンタ回路３４に出力されるパルス数
となるまで継続する。速度設定部２４からは比較部２９
に速度設定値がデジタル値として出力されている。

【００１７】推力切換制御部２７によって選択された設
定推力（値）は、推力設定部２６から比較部２８，３０
へ出力される。射出工程中において、比較部３０では、
設定推力と実推力（値）とを比較し、設定推力≦実推力
の時、切換器３１，３５の接点（１）を接点（２）に切
換て速度指令パルス列を停止させるようになっている。

【００１８】また、設定推力＞実推力の時、比較部３０
よりアンド回路３２へ出力する。比較部２９は設定速度
≦実速度の時、アンド回路３２へ出力する。アンド回路
３２は、上記２条件（設定推力＞実推力、設定速度≦実
速度）が成立すると、切換器３１，３５の接点（２）を
接点（１）に切り換えて、再度、速度指令パルス列を出
力できるように構成されている。

【００１９】比較部２８は、設定推力と実推力を比較
し、設定推力＝実推力になるように出力信号を増幅器４
１を介して切換器３５の接点（２）に出力する。このた
め、切換器３１、３５の接点（１）が接点（２）に切り
換えられると、サーボモータドライバ部２２は、実推力
が設定推力と等しくなるように電動機６の回転数を制御
する。

【００２０】なお、設定推力＜実推力の時は、電動機６
の回転数を下げ、設定推力＝実推力の時は、現状回転数
が維持されるように、また設定推力＞実推力の時は、回
転数を上げて設定推力＝実推力となるように制御する。
上記において、電動機６の回転数が上げられて射出スク
リュ１７の射出速度が設定速度に達しても、設定推力に
実推力が到達しない時は、アンド回路３２で前記の２条
件が成立するので、切換器３１，３５の接点（２）が接
点（１）に切り換えられ、速度制御モードとなって速度
指令パルス列が出力される。

【００２１】速度設定部２４に対する射出スクリュ１７
の射出速度の設定例と、推力設定部２６に対する射出ス
クリュ１７の推力の設定例を図２に示す。この例では、
射出工程における射出スクリュ１７の射出速度は、速度
設定部２４に、Ｖ₁〜Ｖ₆の６段に設定され、また推力
は、推力設定部２６に、Ｐ₁〜Ｐ₅の５段に設定されてい
る。この図で符号Ｓ₁〜Ｓ₆は充填工程における射出スク
リュ１７の前進位置を示し、またＴは射出工程の時間、
Ｔ₁，Ｔ₂は保圧工程における経過時間を示す。時間Ｔは
プログラム制御部２３に内蔵されたタイマが計測し、時
間Ｔ₁，Ｔ₂は推力切換制御部２７に組み込まれたタイマ
が計測する。

【００２２】次に、上記のように構成された本発明に係
る電動式射出成形機の射出工程制御装置の作用を、図３
ないし図７の流れ図に基づいて説明する。樹脂の計量が
終了すると、プログラム制御部２３から射出指令が出力
され（ステップＳ１）、該制御部２３内蔵のタイマがカ
ウントを開始する（ステップＳ２）。次のステップＳ３
では内蔵タイマがカウントアップしているかどうかが判
断され、Ｙ（ＹＥＳ）の場合は制御部２３内部のラッチ
リレーがリセットされて（ステップＳ４）終了となる。
またＮ（ＮＯ）の場合は内部ラッチリレーがオンとされ
ているかどうかが判断され（ステップＳ５）、Ｙの場合
はステップＳ３３に移る。ステップＳ５でＮの場合は、
射出スクリュ１７が位置Ｓ₁〜Ｓ₂の間にあるかどうかが
判断される（ステップＳ６）。

【００２３】ステップＳ６の判断がＮの場合はステップ
Ｓ１１に移り、Ｙの場合は速度設定部２４から設定速度
Ｖ₁が、また推力設定部２６から設定推力Ｐ₁がそれぞれ
出力される（ステップＳ７）。次いで、設定推力Ｐ₁＞
実推力であるかどうかが判断され（ステップＳ８）、Ｙ
の場合は射出スクリュ１７が設定速度Ｖ₁で前進するよ
うに電動機６の回転数が制御される（ステップＳ９）。
またＮの場合、つまり設定推力Ｐ₁≦実推力の場合は射
出スクリュ１７の推力が設定推力Ｐ₁となるように電動
機６の回転数が制御される（ステップＳ１０）。上記の
制御は（ステップＳ６）がＮとなるまで継続する。

【００２４】ステップＳ６でＮの場合は、射出スクリュ
１７が位置Ｓ₂〜Ｓ₃の間にあるかどうかが判断される
（ステップＳ１１）が、位置Ｓ₂〜Ｓ₃の間におけるステ
ップＳ６〜Ｓ１５の制御、位置Ｓ₃〜Ｓ₄間におけるステ
ップＳ１６〜Ｓ２０の制御、位置Ｓ₄〜Ｓ₅間におけるス
テップＳ２１〜Ｓ２５の制御、位置Ｓ₅〜Ｓ₆間における
ステップＳ２６〜Ｓ３０の制御は、上記ステップＳ６〜
Ｓ１０の制御と設定速度及び設定推力の出力値が異なる
だけで内容的に同じである。

【００２５】ステップＳ２６でＮの場合、ステップＳ３
１に移り、射出スクリュ１７が位置Ｓ₆に達したかどう
かが判断される。Ｙの場合、内部ラッチリレーがセット
され（ステップＳ３２）、推力切換制御部２７のタイマ
がカウントを開始する（ステップＳ３３）。なお、位置
Ｓ₆に射出スクリュ１７が達するまでは充填工程、達し
た後は保圧工程となる。

【００２６】次のステップＳ３４では時間Ｔ1が経過し
てタイマがカウントアップしたか否かが判断され、Ｙの
場合は判断ステップＳ３９に移り、Ｎの場合は速度設定
部２４から設定速度Ｖ₆が出力され、推力設定部２４か
ら設定推力Ｐ₃が出力される（ステップＳ３５）。両設
定部２４，２６から設定値Ｖ₆，Ｐ₃が出力されると、設
定推力Ｐ₃＞実推力であるかどうかがステップＳ３６で
判断される。その結果、Ｙの場合は射出スクリュ１７が
設定速度Ｖ₆で前進するように電動機６の回転数が制御
され（ステップＳ３７）、Ｎの場合、つまり設定推力Ｐ
₃≦実推力の場合は射出スクリュ１７の推力が設定推力
Ｐ₃となるように電動機６の回転数が制御される（ステ
ップＳ３８）。

【００２７】ステップＳ３４でＹの場合、タイマがカウ
ントし（ステップＳ３９）、次のステップＳ４０では時
間Ｔ₂が経過してタイマがカウントアップしたか否かが
判断される。その結果Ｙの場合はステップＳ４５に移
り、Ｎの場合は速度設定部２４から設定速度Ｖ₆が継続
して出力され、推力設定部２６から設定推力Ｐ₄が出力
される（ステップＳ４１）。両設定部２４，２６から設
定値Ｖ₆，Ｐ₄が出力されると、設定推力＞実推力である
か否かが判断される（ステップＳ４２）。その結果、Ｙ
の場合は射出スクリュ１７が設定速度Ｖ₆で前進するよ
うに電動機６の回転数が制御され（ステップＳ４３）、
Ｎの場合は射出スクリュ１７の推力が設定推力Ｐ₄とな
るように電動機６の回転数が制御される（ステップＳ４
４）。

【００２８】ステップＳ４０でＹの場合、速度設定部２
４から設定速度Ｖ₆が継続して出力され、推力設定部２
６からは設定推力Ｐ₅が出力される（ステップＳ４
５）。両設定部２４，２６から設定値Ｖ₆，Ｐ₅が出力さ
れると、設定推力＞実推力であるか否かが判断される
（ステップＳ４６）。その結果、Ｙの場合は射出スクリ
ュ１７が設定速度Ｖ₆で前進するように電動機６の回転
数が制御され（ステップＳ４７）、Ｎの場合は射出スク
リュ１７の推力が設定推力Ｐ₅となるように電動機６の
回転数が制御される（ステップＳ４８）。上記ステップ
Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５〜Ｓ４８の制御はプログラム制御部２
３に内蔵されたタイマがカウントアップするまで継続
し、カウントアップし終わると（ステップＳ３のＹ）、
内部ラッチリレーがリセットされて（ステップＳ４）終
了となる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電動式
射出成形機の射出工程制御装置は、加熱筒に挿入された
射出スクリュを、電動機によってねじ機構を介して軸方
向に動かす電動式射出成形機において、金型内に樹脂を
充填する際の射出スクリュの推力を検出する推力センサ
と、射出スクリュの位置と射出速度を検出する位置セン
サと、上記推力センサと位置センサの検出信号を受け、
射出スクリュの実推力が上記位置センサによって検出さ
れる射出スクリュの位置に対応して推力設定部に設定さ
れた設定推力以上となった場合に、射出スクリュの実推
力が推力設定部に設定された設定推力と等しくなるよう
に電動機の回転速度を制御する制御信号を出力し、ま
た、射出スクリュの実推力が推力設定部に設定された設
定推力よりも小さくなった場合に、上記位置センサによ
って検出される射出スクリュの位置に対応して速度設定
部に設定された射出スクリュの設定速度で射出スクリュ
を前進させるように電動機の回転速度を制御する制御信
号を出力するスクリュ前進制御部と、上記位置センサの
速度フィードバック信号及び位置フィードバック信号
と、上記スクリュ前進制御部から出力される上記制御信
号とに従って電動機の回転速度を制御するサーボモータ
ドライバ部とを具備した構成とされているので次の効果
がある。

【００３０】（イ） 電動式のため、電源変動や室温等
の外乱に影響されにくく、安定成形ができる上、省エネ
及び低騒音化が図れる。 （ロ） 射出スクリュの推力と速度制御はフィードバッ
ク方式であるため、繰返し特性の向上が図れる。 （ハ） 射出スクリュの推力と速度の変更は、電動機の
回転数を制御することで行うため、スムーズな変速、変
圧ができる。 （ニ） 射出スクリュの推力と速度を工業単位で設定で
きるため、設定及び切換えが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電動式射出成形機の射出工程制
御装置の一実施例を示すブロック図である。

【図２】 射出工程における射出スクリュの速度と推力
の設定例を示す図である。

【図３】 本発明の射出工程制御装置による制御の一部
を示す流れ図である。

【図４】 本発明の射出工程制御装置による制御の他の
一部を示す流れ図である。

【図５】 本発明の射出工程制御装置による制御の更に
他の一部を示す流れ図である。

【図６】 本発明の射出工程制御装置による制御の別の
一部を示す流れ図である。

【図７】 本発明の射出工程制御装置による制御の更に
別の一部を示す流れ図である。

【符号の説明】

２ 加熱筒 ４ ねじ軸 ６ 電動機 １１ ボールナット １４ 圧力センサ １７ 射出スクリュ １８ 位置センサ ２１ スクリュ前進制御部 ２２ サーボモータドライバ部 ２４ 速度設定部 ２６ 推力設定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱筒に挿入された射出スクリュを、電
   動機によってねじ機構を介して軸方向に動かす電動式射
   出成形機において、金型内に樹脂を充填する際の射出ス
   クリュの推力を検出する推力センサと、射出スクリュの
   位置と射出速度を検出する位置センサと、上記推力セン
   サと位置センサの検出信号を受け、射出スクリュの実推
   力が上記位置センサによって検出される射出スクリュの
   位置に対応して推力設定部に設定された設定推力以上と
   なった場合に、射出スクリュの実推力が推力設定部に設
   定された設定推力と等しくなるように電動機の回転速度
   を制御する制御信号を出力し、また、射出スクリュの実
   推力が推力設定部に設定された設定推力よりも小さくな
   った場合に、上記位置センサによって検出される射出ス
   クリュの位置に対応して速度設定部に設定された射出ス
   クリュの設定速度で射出スクリュを前進させるように電
   動機の回転速度を制御する制御信号を出力するスクリュ
   前進制御部と、上記位置センサの速度フィードバック信
   号及び位置フィードバック信号と、上記スクリュ前進制
   御部から出力される上記制御信号とに従って電動機の回
   転速度を制御するサーボモータドライバ部とを具備した
   ことを特徴とする電動式射出成形機の射出工程制御装
   置。