JPH11221841A - 射出制御方法および電動式射出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出工程中の射出速度パターンと射出力がリ
ンク機構の機構学的特性により決まってしまう問題を解
決し、自由な射出速度パターンの設定および射出力の容
易な調整を実現する。 【解決手段】 ボールネジ機構４６の直進運動をトグル
リンク機構３０を用いてスクリュ１０に伝達し、電動機
４０の速度を制御することにより、トグルリンク機構３
０の機構学的特性によって規定される射出速度の変化の
パターンをスクリュ１０の射出開始位置に応じて変え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出制御方法およ
び電動式射出装置に係り、特に、トグルリンク機構の機
構的制約によらずに、射出工程における射出速度、射出
力を調整できるようにする射出制御方法および電動式射
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、射出成形機に使用される電動式射
出装置は、電動機の回転運動をボールネジなどの伝動機
構によって、溶融樹脂を金型内に射出するスクリュや射
出プランジャの直進運動に変換している。

【０００３】射出成形では、成形する製品や樹脂の種類
に応じて、射出速度、射出力、射出量などを適切な値に
調整する必要がある。例えば、薄物成形では、樹脂を比
較的高い圧力で高い速度で射出し、厚物成形では低い圧
力で低速で射出するというようにである。

【０００４】電動機の出力をボールネジ等で直進運動に
変換する直動式では、直進運動をそのままスクリュや射
出プランジャに伝達しているので、電動機の速度、トル
クを制御することで、射出速度や射出力を制御してい
る。したがって、射出速度や射出力の多様な変化のパタ
ーンに応じるためには、電動機にはできるだけ大容量の
サーボモータが必要とされていた。

【０００５】他方、電動機は定速、定トルクで回転させ
て、トグル機構やクランクのようなリンク機構を応用し
て、機械的な手段により射出速度、射出圧力等を一定の
パターンで変化させるようにした電動式射出装置があ
る。このようなリンク機構では、リンクの位置によって
速度、力が変化するという特性を利用して、射出工程に
おいて射出開始直後には速い射出速度で小さな射出力で
射出を開始し、射出工程の進行とともに、射出速度は減
速させながら射出完了時に大きな射出力が得られるとい
うように、一定のパターンの射出速度、射出圧力を容易
に得ることができる。

【０００６】ただし、リンク機構の場合、射出速度の変
化のパターンと得られる射出力は、リンクの腕の長さな
どの機械的寸法により一義的に定まり、必要に応じて速
度変化のパターンを変えられないという問題がある。こ
のため、射出速度、射出力を調整できるように改良が加
えられたこの種の電動式射出機構が提案されており、例
えば、特許公報２６３１５７６号に開示されているもの
を挙げることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術において、射出速度、射出力を調整する場合、樹
脂の射出量は一定の条件で、射出工程途中の射出速度、
射出力を調整できるにとどまり、リンク機構の機械的寸
法の制約から自由に射出速度パターン、射出力の設定・
調整をすることができない。とりわけ、射出量が異なる
成形で射出ストロークが変わった場合に適切な射出速度
パターンの設定や射出力の調整が困難であった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解決するもので、射出工程中の射出速度
パターンと射出力がリンク機構の機構学的特性により決
まってしまう問題を解決し、自由な射出速度パターンの
設定および射出力の容易な調整を実現できるようにした
射出制御方法および電動式射出装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、電動機の回転運動をボールネジ機構に
より直進運動に変換して射出プランジャまたはスクリュ
を前進させ溶融樹脂を射出する射出方法において、前記
ボールネジ機構の直進運動をトグルリンク機構を用いて
前記射出プランジャまたはスクリュに伝達し、前記電動
機の速度を制御することにより、前記トグルリンク機構
の機構学的特性によって規定される射出速度の変化のパ
ターンを前記射出プランジャまたはスクリュの射出開始
位置に応じて変えることを特徴とするものである。

【００１０】また、本発明は、最大射出ストロークにお
ける最大の射出速度を基準に、前記最大射出速度に対す
る所定の比率で、任意の位置を射出開始位置とする射出
速度変化パターンにおける射出開始時の射出速度を設定
するようにしたことを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、射出量が変わると射出ス
トロークが変化するが、トグルリンク機構の機構的制約
を受けずに射出速度の変化パターンを射出ストロークに
合わせて変えることができるので、射出量が少なくても
高速な射出充填が可能となる。

【００１２】また、本発明では、前記トグルリンク機構
の一部にリンク長さを可変なリンク部を組み込み、リン
ク長さを調整することにより、射出速度を増減させて必
要な射出力を得ることができる。

【００１３】これによれば、金型の構造によって同じ射
出ストロークでも射出開始当初からより大きな射出力が
必要な場合に、リンク長さを調整することで、必要な射
出力を得ることができる。

【００１４】本発明は、電動機の回転運動をボールネジ
機構により直進運動に変換して射出プランジャまたはス
クリュを前進させ溶融樹脂を射出する射出方法におい
て、前記ボールネジ機構の直進運動をトグルリンク機構
を用いて前記射出プランジャまたはスクリュに伝達し、
前記トグルリンク機構の機構学的特性によって規定され
る射出速度の変化パターンとは無関係に、射出速度を位
置の関数とする任意のパターンを設定し、前記設定した
射出速度パターンにしたがうように前記電動機の速度を
制御することを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、電動機の回転運動をボー
ルネジ機構により直進運動に変換して射出プランジャま
たはスクリュを前進させる射出動作を行う電動式射出装
置において、前記ボールネジ機構の直進運動を前記射出
プランジャまたはスクリュに伝達するトグルリンク機構
を設け、前記トグルリンク機構を構成するリンク部にそ
のリンク長さを調整する長さ調節装置を設けたことを特
徴とするものである。

【００１６】本発明の好適な実施形態によれば、前記長
さ調節装置は、ねじれ方向が左右異なる雄ねじが分断部
にそれぞれ形成されたリンク部材と、前記雄ねじにそれ
ぞれ螺合する左右異なる雌ねじが両端部に形成された歯
車付きソケットと、前記歯車付きソケットを回転駆動す
る電動機と、を備える。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、添付の図面を参照しながら説明する。図１は、本発
明をスクリュインライン式の射出装置に適用した実施形
態による電動式射出装置を示す。１０は、スクリュを示
す。このスクリュ１０は樹脂の可塑化、計量とともに、
射出プランジャとしても働くスクリュである。スクリュ
１０は、バレル１１に回転自在でかつ軸方向に前進後退
可能なように挿入されている。バレル１１の外周部に
は、バレル１１を加熱するためのヒータ１２が設けられ
ている。成形材料の樹脂は、ホッパ１３からバレル１１
内部に投入され、スクリュー１０の回転によって可塑化
される。

【００１８】１４は、スクリュ１０の回転駆動部を示
す。スクリュ１０は、継手１５を介して駆動軸１６と連
結されている。ハウジング１７内部には、駆動軸１６を
回転自在に支持するラジアル軸受１８と、射出力の反力
を受けるスラスト軸受１９が内蔵されている。また、こ
のハウジング１７は、ベース２０の上面を移動自在に設
けられた移動プレート２１の前面側に取り付けられてい
る。

【００１９】２２は、駆動軸１６を駆動する電動機を示
す。この電動機２２の出力軸には、歯車２３が取り付け
られ、この歯車２３に駆動軸１６に設けられている歯車
２４が噛み合っている。したがって、電動機１６の回転
動力は、歯車２３、２４を介して減速されて駆動軸１６
に伝達されるようになっている。

【００２０】ベース２０上ではスクリュ側と反スクリュ
側の端には、それぞれフロントプレート２５とリアプレ
ート２６が固定されている。このフロントプレート２５
とリアプレート２６の間には、移動プレート２１の移動
を案内するガイドバー２７が平行に架け渡されている。

【００２１】トグルリンク機構３０は、移動プレート２
１と、固定プレートとしてのリアプレート２６との間を
連結するように設けられている。トグルリンク機構３０
は、リンク３１、リンク３２からなるトグルリンクと、
リンク３２のリンク長さを調整する長さ調整装置３４と
から構成されている。

【００２２】リンク３１の一端部は、ピン３５を介して
移動プレート２１の背面部に回動自在に連結され、この
リンク３１の他端部は、ピン３６を介してリンク３２の
一端部およびボールネジ３８の先端部の連結部材３７と
連結されている。リンク３２の他端部は、ピン３９を介
してリアプレート２６の前面部に回動自在に連結されて
いる。

【００２３】トグルリンクを構成するリンク３１、３２
の連結部に接続されている前記ボールネジ３８は、電動
機４０の駆動軸の回転運動を直進運動に変えてトグルリ
ンクに伝達するボールネジ機構４６を構成するようにな
っている。歯車ケース４１は、電動機４０の回転を減速
して伝達する歯車４２、４３とナット４４を収納するケ
ースで、ベース２０に対して揺動自在にピン４５を介し
て取り付けられている。ナット４４は、ボールネジ３８
に螺合しており、ボールネジ３８を上下方向に前進・後
退させる。したがって、電動機４０に駆動されて、ボー
ルネジ３８が図１において下方に前進すると、リンク３
１、３２からなるトグルリンクが伸びてスクリュを１０
を前進させる射出動作を行うなうようになっている。他
方、ボールネジ３８が図１において上方に後退すると、
トグルリンクは折れ畳んで計量動作を行うようになって
いる。電動機４０には、サーボモータが用いられ、図示
しない数値制御装置によって、所定の射出速度変化パタ
ーンに従って射出速度が変化するように、精密な位置、
速度のフィードバック制御が行われる。

【００２４】次に、図２は、トグルリンクのリンク長さ
を調節する長さ調節装置３４の構造を示す図である。ト
グルリンクの一部を構成するリンク３２は、リンク部材
３２ａ、３２ｂに分断されており、このうちリンク部材
３２ａの分断部には、右ネジの雄ねじ５０ａが形成さ
れ、他方のリンク部材３２の分断部には、左ねじの雄ね
じ５０ｂが形成されている。これらのリンク部材３２
ａ、３２ｂは、ソケット５１により連結されるもので、
この円筒状のソケット５１の両端部の内径部には、それ
ぞれ逆ネジの雌ねじ、すなわち、右ネジの雄ねじ５０ａ
が螺合する雌ねじ５２ａ、左ネジの雄ねじ５０ｂが螺合
する雌ねじ５２ｂが形成されている。

【００２５】このようなソケット５１の外周部には、リ
ングギア５３が固定されており、このリングギア５３に
は、電動機５６に連結しているピニオン５４が噛み合っ
ている。この場合、電動機５６により駆動されてソケッ
ト５１が正転すると、リンク部材３２ａ、３２ｂは、離
間する方向に移動しリンク３２全体としてのリンク長さ
が伸び、ソケット５１が逆転すると、リンク３２全体と
しての長さが短くなるようになっている。また、リンク
長さの伸縮量は、直接または間接的に図示しない検出手
段によって検出される。電動機５６は、検出量が目標値
に一致するように図示されない数値制御装置によって位
置制御される。

【００２６】次に、以上のような電動式射出装置により
実施する射出制御方法について説明する。図３は、射出
工程におけるスクリュ１０の位置と射出速度すなわちス
クリュ１０の前進速度との関係を示す図である。図４
は、図１の電動式射出装置の主要部を模式的に図示した
図である。

【００２７】ボールネジ３８の直進運動をトグルリンク
機構３０に伝達してスクリュ１０を前進させると、リン
ク３１、３２の腕の長さ、トグルリンク機構３０を駆動
する電動機４０の回転数などから決まるトグルリンク機
構３０の機構学特性は、スクリュ１０が前進するにした
がって変化する射出速度Ｖｃの変化を一定のパターンに
規定する。図３では、射出終了時のスクリュ１０の位置
を原点０にとっている。

【００２８】この図３において、曲線６０は、電動機４
０を一定の回転数で回転させ、この射出装置における最
大の射出ストロークＳ1の場合での射出速度Ｖｃの変化
パターンを示す。この曲線６０のように、射出速度Ｖｃ
は、射出開始位置ｘ1で最大となり、射出工程の進行と
ともに減少する。射出工程が終了に近づくと、射出速度
Ｖｃは、極く低速になる反面、射出力は急激に増大す
る。これがトグルリンク機構３０の特性である。

【００２９】このような射出速度Ｖｃの変化は、一般的
に、溶融樹脂を高速で充填し、確実に充填を完了させる
射出工程では好ましい。しかし、溶融樹脂の射出量は、
製品によって変わるものである。例えば、射出ストロー
クがＳ2であるところの射出量の少ない射出工程では、
射出開始位置が、例えばｘ2に変化しても、トグルリン
ク機構３０の特性から、電動機４０の回転数が同じであ
れば、射出速度Ｖｃの変化は変わらず曲線６０のように
変化する。ただ、射出開始位置ｘ2における射出速度が
Ｖｃ2に減少する。

【００３０】本来、射出開始位置では高速な射出速度が
要求されるところ、このような射出速度の低下は好まし
くない。そこで、射出量の違いから射出開始位置が変わ
っても、次のようにして、射出速度Ｖｃの変化パターン
を曲線６２、６４のように変えることにより、射出開始
位置における高速な射出速度Ｖｃ1を確保する。

【００３１】曲線６２は、射出開始位置がｘ2で射出ス
トロークＳ2の場合の射出速度変化パターンの例で、曲
線６４は、射出開始位置がｘ3で射出ストロークがさら
に短いＳ3になった場合の射出速度変化パターンであ
る。

【００３２】図４のトグルリンク機構３０において、 Ｌ1 ： リンク３２の腕の長さ Ｌ2 ： リンク３１の腕の長さ α ： リンク３２とスクリュ１０の軸線のなす角 β ： リンク３１とスクリュ１０の軸線のなす角 γ ： ボールネジ３８と、リンク３２の速度ｖの方向
とのなす角 ＶE ： ボールネジ３８の前進速度 とすると、スクリュ１０の速度、すなわち、射出速度Ｖ
ｃは、次の式で与えられる。

【００３３】

【数１】 射出ストロークがＳ2として決められると、射出開始位
置ｘ2におけるリンク３１、３２およびボールネジ３８
の位置は一対一に対応するから、α、β、γの値も定ま
る。射出開始位置ｘ2での射出速度をＶｃ1にするための
ボールネジ３８の速度ＶEは、（１）式から計算するこ
とができる。従って、電動機４０の速度を図示しない数
値制御装置により制御し、この求めた速度でボールネジ
３８を移動させて射出工程を開始すれば、射出速度Ｖｃ
の変化は、曲線６２のようになる。射出ストロークがＳ
３の場合もまったく同様である。

【００３４】このようにして、射出量の変わった射出工
程では、曲線６２、６４で表される射出速度の変化パタ
ーンに従うように射出工程が進行する。このため、トグ
ルリンク機構の機構的制約を受けずに射出速度の変化パ
ターンを射出ストロークに合わせて変えることができる
ので、射出量が少なくても高速な射出充填が可能とな
る。

【００３５】なお、以上は、最大ストロークＳ１におけ
る最大射出速度Ｖｃ1を基準に、射出ストロークが変わ
っても同じ射出速度を維持するように射出速度変化パタ
ーンを変えた例であるが、最大射出速度Ｖｃ1を基準に
所定の比率、例えば、９５パーセントの射出速度という
ようなパターンにするようにしてもよい。これは製品に
よって自由に設定できる。

【００３６】ところで、射出力は、トグルリンク機構３
０の特性から、図３において、射出速度Ｖｃとは反比例
するようにして曲線６６のように変化する。一般に、射
出成形では、射出開始当初は、金型内に樹脂が未充填の
ために樹脂流動に対する抵抗が小さいので、射出開始時
の射出力は小さく、射出完了時に大きな射出力が要求さ
れる。金型の構造によっては、同じ射出ストロークでも
射出開始当初からより大きな射出力が必要な場合があ
る。このような場合には、トグルリンク機構３０のリン
ク３２の長さを変えることにより、次のようにして、必
要な射出力を得ることができる。

【００３７】図３において、例えば、射出ストロークが
Ｓ１の場合を例にすると、６６が射出力の変化を示す曲
線である。射出開始時の射出力はＰ1であるとする。そ
こで、射出力をこれよれも大きくしたい場合には、図２
において、長さ調節装置３４の電動機５６によりソケッ
ト５１を駆動し、リンク部材３２ａ、３２ｂを所定量だ
け互いに接近せしめる。これにより、リンク３２全体の
長さが短くなる。トグルリンク機構３０のリンク３２の
腕長さが短くなると、機構学的特性が変化し、その速度
変化パターンは、例えば、曲線６８のようになる。この
ときの射出力の変化は、曲線７０のように変化するた
め、射出開始時には、Ｐ1よりも大きな射出力Ｐ2を得る
ことができる。なお、リンク３２の長さを長くすると、
逆に射出力を小さくすることができる。

【００３８】次に、図５は、図３とは異なる射出速度変
化設定のパターンを示す。図５（ａ）は、射出開始後
は、最大の射出速度を一定に保って射出工程を進行さ
せ、射出工程が完了に近づくにつれて段階的に射出速度
を落としていく射出速度変化パターンの例である。図５
（ｂ）は、低速で射出を開始した後、射出速度を上げ、
完了に近づくと段階的に射出速度を下げていくパターン
の例である。

【００３９】これらの射出速度変化パターンは、トグル
リンク機構３０の特性とは無関係に予め設定されるもの
で、射出速度を位置の関数として成形品の形状等、成形
条件に応じて設定される。実際の射出工程では、前述の
（１）式の関係に基づき、設定された射出速度変化パタ
ーンに従って射出速度が変化するように、図示しない数
値制御装置は、電動機４０の位置制御、速度制御を実行
する。

【００４０】以上、本発明について、スクリュインライ
ン式の射出装置に本発明を適用した実施形態を挙げて説
明したが、本発明は、スクリュプリプラタイプやプラン
ジャタイプの射出装置のように、射出プランジャの前進
により樹脂を射出する射出装置にも適用することができ
る。この場合には、トグルリンク機構を射出プランジャ
に連結するようにすればよい。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、射出工程中の射出速度の変化パターンと射出
力がリンク機構の機構的制約によって決まってしまう問
題を解決し、自由な射出パターンの設定および射出力の
容易な調整を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動式射出装置の一実施形態を示
す断面図。

【図２】トグルリンク機構のリンクの長さを調整する調
整装置の構成を示す断面図。

【図３】射出工程におけるスクリュの位置と射出速度お
よび射出力の変化を示す図。

【図４】図１の電動式射出装置の要部を模式的に表した
図。

【図５】他の実施形態による射出速度の変化の設定パタ
ーンを示す図。

【符号の説明】

１０ スクリュ １１ バレル １６ 駆動軸 ２１ 移動プレート ２２ 電動機 ２７ ガイドバー ３０ トグルリンク機構 ３４ 長さ調整装置 ３８ ボールネジ ４０ 電動機 ４４ ナット ４６ ボールネジ機構 ５１ ソケット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機の回転運動をボールネジ機構により
   直進運動に変換して射出プランジャまたはスクリュを前
   進させ溶融樹脂を射出する射出方法において、 前記ボールネジ機構の直進運動をトグルリンク機構を用
   いて前記射出プランジャまたはスクリュに伝達し、 前記電動機の速度を制御することにより、前記トグルリ
   ンク機構の機構学的特性によって規定される射出速度の
   変化のパターンを前記射出プランジャまたはスクリュの
   射出開始位置に応じて変えることを特徴とする射出制御
   方法。
2. 【請求項２】最大射出ストロークにおける最大の射出速
   度を基準に、前記最大射出速度に対する所定の比率で、
   任意の位置を射出開始位置とする射出速度変化パターン
   における射出開始時の射出速度を設定するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の射出制御方法。
3. 【請求項３】前記トグルリンク機構の一部にリンク長さ
   を可変なリンク部を組み込み、リンク長さを調整するこ
   とにより、射出速度を増減させて必要な射出力を得るこ
   とを特徴とする請求項１に記載の射出制御方法。
4. 【請求項４】電動機の回転運動をボールネジ機構により
   直進運動に変換して射出プランジャまたはスクリュを前
   進させ溶融樹脂を射出する射出方法において、 前記ボールネジ機構の直進運動をトグルリンク機構を用
   いて前記射出プランジャまたはスクリュに伝達し、 前記トグルリンク機構の機構学的特性によって規定され
   る射出速度の変化パターンとは無関係に、射出速度を位
   置の関数とする任意のパターンを設定し、 前記設定した射出速度パターンにしたがうように前記電
   動機の速度を制御することを特徴とする射出制御方法。
5. 【請求項５】電動機の回転運動をボールネジ機構により
   直進運動に変換して射出プランジャまたはスクリュを前
   進させる射出動作を行う電動式射出装置において、 前記ボールネジ機構の直進運動を前記射出プランジャま
   たはスクリュに伝達するトグルリンク機構を設け、前記
   トグルリンク機構を構成するリンク部にそのリンク長さ
   を調整する長さ調節装置を設けたことを特徴とする電動
   式射出装置。
6. 【請求項６】前記長さ調節装置は、ねじれ方向が左右異
   なる雄ねじが分断部にそれぞれ形成されたリンク部と、 前記雄ねじにそれぞれ螺合する左右異なる雌ねじが両端
   部に形成された歯車付きソケットと、 前記歯車付きソケットを回転駆動する電動機と、を備え
   ることを特徴とする請求項５に記載の電動式射出装置。
7. 【請求項７】前記トグルリンク機構の機構学的特性によ
   って規定される射出速度の変化のパターンを前記射出プ
   ランジャまたはスクリュの射出開始位置に応じて変えら
   れるように、前記電動機の速度を制御する制御手段をさ
   らに備えることを特徴とする請求項５または６に記載の
   電動式射出装置。