JPS59224324A - 電動式成形機の射出工程制御方法 - 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】 この発明はサーボモータを駆動源として用いた電動式射
出成形機の新たな射出工程制御方法に関するものである
。

射出成形機における各工程のなかで、溶融樹脂を金型内
に充填する射出工程は成形品品質に影響を及ぼす極めて
重要な工程である。

射出工程は射出開始から樹脂が金型内にほぼ充満するま
での充填工程と、金型内に充満した樹脂を圧縮する圧縮
二［程と、圧縮充填した溶融樹脂を冷却による収縮分を
補充填するため又は再圧縮するため、あるいはイケ１脂
の機械のノズル側への逆流をとめるため等の保圧工程に
分割して考えることかでさる。しかしわからその分割点
を見い出すことはすこぶる困難なことである。従来の射
出工程制御方法においては、制御上から便宜的に分割点
を県い出す方法であシ、たとえば充填工程は射出スクリ
ュあるいはプランジャの速度制御で行ない、圧縮工程と
保圧工程については射出スクリュの前進力（電動式成形
機においては駆動モータの回転トルク）、即ち、力の制
御に切換えて行なうか、あるいは圧縮工程については充
填工程の終期に含めて行なうかしていた。

いずれにしても、従来の射出工程制御は速１反制御から
力の制御への切換時には駆動側の力と溶融園脂−９の負
荷とのバランスによる間接的制御に依存した不安定な過
渡的制御状態を含めていたので、安定した制御がしにく
り、一定品質の成形品の生産ができにくい欠点があった
。又電動式成形機の場合には、充填工程の速度制御状態
から直接力制御状態に切換えたのでは、充填完了点の射
出スクリュはもちろんのこと、電動機の回転子、あるい
は駆動用ギア、軸等の機械式成形機の特有な慣性エネル
ギーが個別されるため、圧縮工程における樹脂に作用す
る実際の射出力が設定された射出力にくらべて、油圧式
成形機の場合よシもよシ過人となり、樹脂が金型内によ
り過充填されることがあ勺、充填工程直後の射出力の設
定値を低くしたとしても上記慣性エネルギーの影響をな
くすことはできず、このため成形条件法めがし難い欠点
があった。

本来、」二記圧縮工程においても、直接制御することが
望ましいことは勿論のこと、射出速度あるいは射出力の
各成サイクルごとに繰返し安定性の良い制御をするため
には、上記慣性エネルギーの影響が無視できるまで射出
速度を低速にして、射出力制御に移行させることが有効
であって、さすれば安定成形が可能となジ、成形条件の
設定も容易となって作業の合理化ができる。

この発明は上記のことから開発されたものであって、そ
の目的とするところは、電動式成形機における改良され
た制御方法を提供するとともに、射出工程のすべての区
間の速度あるいは力を直接制御することができる新たな
射出工程制御方法を提供することにある。

」−記目的によるこの発明の１つの特徴は、充填工１．
Ｈ中は、駆動源の回転速度値とトルク値とを設定すると
ともに、駆動源の回転速度がその射出速度飴となる様に
閉ループ制御による速度制御にて行ブトい、充填完了点
にて速度の設定値を前以って設定されたゼロまたは射出
力制呻への切換時に射出スクリュ等の慣性エネルギーが
ほとんど無視できるグＩ″度の低い鎖（Ｃ変更し、閉ル
ープにて減速させる減速［ス聞を設け、射出速度がその
設定値にほぼ到達した後に、駆動源のトルク値及び回転
速度値の設定を前以って設定された値に変−更して速度
制ｆ卸から射出力制御に移行させる射出工程制御方法に
ある。

またこの発明の他の１つの特徴は、充填工程中は駆動源
の回転速度値とトルク値とを設定するとともに駆動源の
回転速度がその射出速度値となるように閉ループ制御に
よる速度制御にて行ない、充填完了点にて速度の設定値
を前もって設定されたゼロまたは射出力制御への切換時
に射出スクリュ等の慣性エネルギーがほとんど無視でき
る程度に低い値に変更し、閉ループにて減速させる減速
区間を設け、充填工程完了点以降の減速区間における駆
動源のトルク値の設定を変えることにより、減速区間の
射出速度の低下率を変更さることを含む射出工程制御方
法にある。

以下この発明を図示による例を用い、従来例の補足説明
とともに詳細に説明する。

第１図は電気サーボモータを駆動源とする電動式射出成
形機の射出機構の主たる構造を１例として略示したもの
である。

射出機構１は、射出用のスクリュ２を内装しホッパー４
を有する射出加熱筒６と、射出加熱筒６の保持を兼ねる
ハウジング５とを有する。該ハウジング５の内部には、
ねじ軸１７を備えた回動軸１６が４ｊｌ架してあり、そ
のねじ軸１７に可動部材１８が螺合しである。またスク
、リュ２の後端には上記可動部材１８に先端を軸受した
延長軸１５　がスクリュ２と同体に連結しである。また
回動軸１６と延長’！Ｑｌｌ　１５には、互い（で干渉
しない位置にスクリュ前進用の歯車１９と延長！ＰｌＩ
１１５　のスプラインを介しｊ１々１１方向移動自在１
で取向けたスクリュ回転用の歯車１４とを有し、更に回
動１１ｑｉｌ　１６の端部にはハＴ／　シング壁部５ａ
に固定したヒステリシスプレーギを内装置−だ背圧制御
装置２２　が数句けである。

上記ハウジング５の下部内には、上記回動軸１６及び延
長軸１５と並行な伝動軸２１がハウジング５を１１通し
て設けである。伝動軸２１及びクラッチ機構（図示なし
）を介すことによシ、型締機構「ｌすへの動力の伝達を
することもできる。

丑た上記伝動軸２１には上記歯車１４．１９とそれぞれ
噛合する伝動歯車１２．１３が回転自在にして、電磁ク
ラッチ２０．１１を介して電気的指令によシ伝動ｌｌｌ
１ｌＩ２１との結合或いは解除がなされるようｅこ設け
である。射出工程中は電磁クラッチ１１が、針車工程中
は電磁クラッチ２０が励磁される。

更にまた伝動軸２１　　のハウジング壁部５ａ　から外
部に突出した軸部は、ハウジング壁部５ａに固定した電
気サーボモータ９と連結しており、サーボモータ９はタ
コメータジェネレータ１０を備ｔている。６は射出切換
位置検出器、７はスクリュ回転速度スローダウン位置検
出器、８は計量限位置検出器で、そ７′Ｌらはリミット
スイッチ、近接スイッチなどによりなる。なお２６は機
台である。

第２図は制御装置を例示するもので、集中制御装置２４
とサーボモータ９及びタコメータジェネレータ１０とを
接続したサーボモータ側脚アンプ２５との間Ｋ、速度設
定器ｖ１〜ｖ６とトルク設定器（電流最高値の設定器）
Ｆ１〜Ｆ４の信号切換器２６．２７とがサーボモー〆９
の正転・逆転指令回路２８と共に接続されている。この
例のサーボモータ９は直流サーボモータである。

サーボモータ制御アンプ２５は、集中制御装置２４の指
令によってサーボモータ９の正転・逆転ならびに回転数
（速度）、電流（トルク）等を制御する機能をもち、タ
コメータジェネレータ１゜の信号をフィードバックし、
回転数（速度）の閉ループ１ｆｒｌＪ（７１＋を行なわ
せるものである。また集中制＋ｉ１１＋装置２４は機、
誠の制御を掌る機能をもち、スフＩＪ　ユ回転（Ｈ量）
　、背圧力等（図示なし）の制御をすると共に、集中側
（Ｉｔ装置２４には、上記位置検出器６〜８、時間設定
器Ｔ１．Ｔ２、射出用電磁クラッチ１１、スクリュ回転
用電磁クラッチ２０等が接続しである。

次に従来の射出制御方法について説明する。

第６図は従来の射出制御方法の１例についての１説明図
で、射出工程（Ｃおけるサーボモータ９の回転速＃、（
射出速度）とトルクの制御関係線図で設定値Ｖ＋　、　
Ｆｉ　（ｉ＝１１２．３）、実行値Ｖａ、Ｆａを縦Ｉｉ
＋１に、スクリュ位置及び時間を横軸に表わす。

直流サーボモータの特性によって電流とトルクは比例関
係にある。集中制御装置２４の指令にもとづき、図示の
ように速度設定器■１によって速度の設定値Ｖ１が、ま
た各トルク設定器Ｆ１〜Ｆ乙によってトルク設定値（電
流制限設定値）　Ｆ＋〜Ｆ３が設定される。入力によシ
サーボモータ９は実行値Ｖａに示すように、ａ−ｂ間を
加速されてｖｌの設定値Ｖ１までほぼ直線的に増速回転
する。このときサーボモータ９には加速させるために起
動電流が設定器Ｐ’１　ｉｃ　Ｊ：つて設定されたＦ１
値まで発生ずるが、実行速度がｖｌ　　となったｂ点以
降は大きなトルクが不用となるので、電流値は下降し、
り：１メータジエネレータ１０　のフィードバック信号
すこよシ速度の閉ループ制御がサーボアンプ２５により
なされる結果、ｂ−ｃ間の速度実行値Ｖａはｖｌ　　と
一致したものとなる。金型内への樹脂の充填量が増加す
る（（従い、再び実行電流値（トルク）は上昇していき
充填完了点である射出切換位置検出器乙の作動位置にス
クリュが達するとその信号によって集中制御装置２４が
作動し、信号切換器２７　によってトルク設定器Ｆ２　
が選択され、電流値は瞬時に下降してＦ２となシ、制御
は速度制御領域Ｉから力制御領域■に入る。一方実行射
出速度Ｖａ　は電流値（駆動源）・ルク値）がＦ２とな
る為、速度設定値がＶｌにもかかわらず、０点にてのス
クリュ等の慣性エネルギーとモータ回転トルク値とによ
る駆動側の力と樹脂側の負荷との関係によって下降し力
がバランスしたｄ点でほぼ速度０となる。区間ｃ、−ｄ
間で樹脂の圧縮がなされる。

一方、射出切替位置検出器６が作動すると時間設定器′
■゛１　　が作動する。時間設定器′ｊ゛１　　がタイ
ムアツプした０点ではトルク設定器Ｆ６　に切換わる。

この様にして圧縮工程後の保圧工程が実行され、集中制
御装置２４からの指令によって射出行程が終了する。上
記の様にｃ−ｄ間は、トルク制御状Ｉ測にサーボモータ
を作動させても０点で保有しているスクリュ等の慣性エ
ネルギーのため実際に樹脂に作用する射出力は設定され
たＦ２　　よりも−過大なものとなる。すなわち、負荷
・と設定値との関係によって実行値がきめられてしまう
不安定で過渡的な制御区間となっている。

次に本発明の説明を第１図、第２図、第４図による例を
用いて説明する。

第４図はこの発明の射出制御方法の１例についての説明
図で、射出工程におけるサーボモータ９の回転速度（射
出速度）とトルク（電流値）の制御関係線図で設定値Ｖ
ｉ　（ｉ　＝１．２．３）、Ｆｉ（ｉ−１，２，３）−
実行値Ｖａ　、　Ｆａを縦軸に、スクリュ位置及び時間
を連続させて横軸に表わす。集中制御装置２４０指令に
もとづき、図示のように速度設定器■１〜■６によって
速度の設定値■１〜Ｖ３が、また各トルク設定器Ｆ１〜
Ｆ３によってトルり設定値（電流制限設定値）　Ｆ１〜
Ｆ５が設定される。射出工程が開始されると集中制御装
置２４　の指令にもとづき、電磁クラッチ１１が励俳さ
れ、サーフＪ５モータ９は実行値Ｖａ　に示すようにｇ
−ｈ間を加速されて設定２９Ｖ１の設定値■１まで回転
する。このときサーボモータ９には加速させるための起
動電流が設定されだ■パ１　　値まで発生するが１１点
以降は大きなトルクが不用となるので電流値は下降し、
タコメータジェネレータ１００フイートノくツク信号に
より速度の閉ループ制御がサーボアンプ２５によりなさ
れる結果１１−４間の速度実行値ＶａはＶｌと一致する
。金型内の樹脂の充填量が増加するに従い再び実行電流
値（トルク）は上昇していく。

射出スクリュが充填完了点である射出切替位置検出器乙
の作動付層に達するとその信号によって集中制御装置ｉ
＃２４が作動し、信号切換器２６　によって速度設定器
ｖ２が選択され、その設定値ｖ２は０まだ１は力制御へ
の切換時に射出スクリュ等の慣性エネルギーがほとんど
無視できる程度に低い値に設定されているので、Ｉ−ノ
間は減速域となってサーボモータの制動作用によシ速度
はほぼ直線的に■２　　の値寸で降下する５、その理由
は、ｉ　−３間は速度設定値が０または小さな値に変更
されているので速度の閉ループ制御によって図示のよう
に電流設定器（トルク設定器）Ｆｌの設定値Ｆ１までモ
ータ１２は負の電流が流肛てモータに回生制動が発生す
るためである。

一方充填完了点Ｉより時間設定器Ｔ＋、Ｔ２が作動する
。本例の時間設定器Ｔ１ば１−３間の減速区間の完了点
を設定するものであシ、速ＩＷが■２に達した確認の代
用は通常はジ。。秒以下の単位で設定できる時間設定器
を使用して時間にて行なう。その理由は１−３間は閉ル
ープ制御による減速区間であるため、動作の再現性が良
いので時間にてさしつかえないことと、操作性が良く、
廉価な装置となることによる。

なお、ｊ点の検出は、場合によっては速度の検出でも良
いし−スクリュ位置検出器、あるいはスクリュ移動量検
出器、あるいは全型内樹脂圧力の検出装置を使用しても
よい。

上記時間設定器′Ｆ１　　による設定時間ｔ１　　が経
過すると、そのタイムアツプ信号によって制御装置２４
が作動し、ｊ点にて速度設定器Ｖ３と電流設定器Ｆ２と
が選択される。１−３間において樹脂の圧縮がおこなわ
れた後に、３点（（て速度制御領域酊から力制御（射出
力制御）領域ＩＶに切換ｆ）Ｆ２の射出力となる。速度
設定値ｖ３は設定値ｖ２よシも大きく設定し、電流（ト
ルク）の応答を早める目的で使用する。時間設定器Ｔ２
の設定時間ｔ２が経過すると、電流設定器Ｆ６が選択さ
れ、その設定値１逸の射出力となり保圧工程が続行され
る。

集中制御装置２４　からの射出工程終了指令によって、
モータは動作を停止し、電磁クラッチ１１が解放されて
射出工程が終了する。集中制御装置２４の指令Ｑてよっ
て電磁クラッチ２ｏが励磁され背圧：ｆｊｌＪ御装置２
２が通電されてモータが起動し、あらかじめ設定された
速度によってスクリュ回転が開始し、計量工程に入シ、
スクリュは樹脂の移送によって後退していき、スクリュ
回転速度スローダウン位置検出器７が作動するとあらか
じめ低速に設定された速度に切換り、低速回転となった
後、言１石限位置演出器８の信号によってモータは動作
停止し、その後電磁クラッチ２０　が解除され計量工程
が完了する。背圧制御装置２２は制御装置従２４の指令
によって適宜に解放される。スクリュ回転速度は射出速
度と同様に閉ループによって制御される（動作図等の図
は省略）。

上記説明の様に、１−」間をモータの制動作用を利用し
た速度の閉ループ制御によって射出スクリュは減速され
るため再現性が良く、短時間に減速させることもできる
。力（射出力）制御に切換る３点のスクリュ速度は微速
となっており、慣性エネルギーのほとんどない状態から
力制御に切換えることになるので、トルク（電流）の設
定値と実射出力とがほとんど一致したものとなる。父上
記説明で明らかなように、ｌ−１間の電流設定値を変更
できるように電流設定器Ｆ４を設定して、集中制御装置
２４によシ選択制御させて使用することによって、その
設定値Ｆ４　を犬きくするとモータの制動力が犬、又小
さくすると制動力が小となるので、’　　ＪＩ：ｆＪの
減速区間の速度の低下率を変更することもできる。

速度の低下率の変更は、樹脂の圧縮速度をかえたことに
なシ成形上の効果が期待でき、たとえばレンズの様々成
形時の残留応力が問題となる成形品においては、圧縮速
度を遅くすることによって過充填が防止できると共に制
御の特徴から再現性が良いため、良品の安定成形によシ
一層有効となる。

本実施例においては、充填工程完了点をスクリュ位置に
よシ行なっているが、全型内樹脂圧力があらかじめ設定
きれた圧力となったとき、あるいは射出開始点等からの
タイマーによる設定時間が経過したとき、あるいはサー
ボモータの電流値があらかじめ定められた値となったぁ
きでもよい。

又成形品によっては、充填工程中の射出速度を種々プロ
グラムさせる射出速度のプログラム制御を併用すること
によってより効果が期待できる。

この発明ｉｄ上述のように速度制御領域■は閉ループ側
脚（Ｃで行ない、速度ｆｌｊｌＪ　１ｊｌｌから力制御
領域■に切換る直前にｄ：減速１−吟間を設けるため、
慣性エイ・ルギーのほとんど影響のない状態（Ｃて力（
射出力’）　：ｌｉ！Ｉ　ｔ４］領域１■に切換えるこ
とができるので、電動式成形機の欠点である駆動用ギア
等の油圧式成形イ茨（・てはない特有な慣性エネルギー
の影響をなくすことが−Ｃきる。

更に下記のごとき効果をも奏する。

（１）速度（・ゴ閉ループ制御されるので、再現性、安
定性に優れ、安定成形ができる。

′２）射出工程の全区間にわたシ、速度あるいは力のｊ
ｌｊｌＪ御がなされ、従来の方法の様な負荷とのバラン
スによる過渡的な制御区間がないので、従来にない安定
成形ができる。

（３）　　（２）の特長はサーボモータを使用した電動
機駆動式機械であればこそ簡便に制御が可能であり油圧
式機械では実施がきわめて困難なことである。

又射出容量が１０．Ｆ以下の小型成形機は特に廉価に実
施可能である。

（４）速度制御領域と力制御領域をはっきりと分けて制
御するので操作性が向上し成形作業の合理化となる。

（５）慣性エネルギーの影響がほとんどない状態での１
ｌｌＪ御ができるので、過充填のない成形品の生産が答
易となる。

（６）減速区間の速度の低下率の変更を簡便にして廉価
に実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る射出工程制御方法を実施し得る
電動式成形機の略示縦断面図、第２図は電動式成形機の
制御装置のブロック図、第６図は従来法（でよる射出制
御の駆動源の速度とトルクの制御関係線図、第４図はこ
の発明の射出工程制御力法における駆動源の速度とトル
クの制御関係線図である。− １・　射出機構　　　　　２・・・射出スクリュ６・　
射出切替位置検出器９・・・サーボモータ１０・・　タ
コメータジェネレータ ２４・・・集中制御装置 ２５・　サーボモータ制御アンプ ２６・２７・・・信号切換器 ンε３　・逆転指令回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）射出機構の駆動源として電気サーボモータを用い
   た電動式成形機の射出工程において、充填工程中は駆動
   源の回転速度値とトルク値とを設定するとともに、駆動
   源の回転速度がその射出速度値となる様に閉ループ制御
   による速度制御にて行ない、充填完了点にて速度の設定
   値を前以って設定された七口寸たは射出力制御への切換
   時に射出スクリュ等の慣性エネルギーがほとんど無視で
   きる程度の低い値に変更し、閉ループにて減速さぜる減
   速区間を設け、射出速度がその設定値にほぼ到達した後
   に、駆動源のトルク値及び回転速度値の設定を前以って
   設定された値に変更して速度制御から射出力？ｉ！ＩＩ
   御に移行さぜることを含むことを特数とする射出工程制
   御方法。
2. （２）射出機構の駆動源として電気サーボモータを用い
   た電動式成形機の射出工程において、充填工程中ば、駆
   動源の回転速度値とトルク値とを設定するとともに駆動
   源の回転速度がその射出速度値となるように閉ループ制
   御による速度制御にて行ない、充填完了点にて速度の設
   定値を前もって設定さ才したゼｒ：ｌ址た何：射出力制
   御への切換時に射出スクリュ等の慣性エネルギーがほと
   んど無視できる程度に低い値に変更し、閉ループにて減
   速させる減速区間を設け、充填工程完了点以降の減速区
   間における１駆動源のトルク値の設定を変えることによ
   シ、減速１４間の射出速度の低下率を変更さることを含
   むことを利徴とする電動式成形機の射出工ｌ、′制佃１
   方法。