JP2000000858A - 電動射出成形機の可塑化／計量工程における除圧方法 - Google Patents

電動射出成形機の可塑化／計量工程における除圧方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可塑化／計量工程の完了時におけるスクリュ
の位置にばらつきが生じないようにしながら、加熱シリ
ンダ内の圧力も一定に制御できるような除圧方法を提供
すること。 【解決手段】 可塑化／計量工程の完了時には、位置フ
ィードバック制御系Ｃ３によりスクリュを所定の位置に
位置決めする一方、ロードセル４で検出される圧力検出
値Ｐｆｂと圧力指令値Ｐｒ´との差に応じて、スクリュ
を逆回転させて加熱シリンダ内の計量部における除圧を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータ駆動
による射出装置を備えた電動射出成形機に関し、特に、
可塑化／計量工程における加熱シリンダ内の除圧方法の
改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、油圧アクチュエータの代わりに、
サーボモータを使用した、いわゆる電動射出成形機が多
用され始めている。以下に、サーボモータ駆動による射
出装置の動作について簡単に説明する。
【０００３】（１）スクリュ回転用のサーボモータによ
ってスクリュを回転させることにより、ホッパからスク
リュ後部に落ちてきた樹脂を溶融させながら加熱シリン
ダの先端部に一定量送り込む（可塑化／計量工程）。こ
の時、加熱シリンダの先端部に溜まってゆく溶融樹脂の
圧力（背圧）を受けながらスクリュは後退する。
【０００４】スクリュの後端部には射出軸が直結されて
おり、この射出軸はベアリングを介してプレッシャプレ
ートに回転自在に支持されている。この射出軸は同じプ
レッシャプレート上に支持されている射出用のサーボモ
ータにより駆動される。プレッシャプレートは、ボール
ネジを介して射出用のサーボモータによって、ガイドバ
ーに沿って前後進する。前述の溶融樹脂の背圧は、後述
するように、ロードセルによって検出し、閉ループで制
御する。
【０００５】（２）次に、射出用のサーボモータの駆動
によってプレッシャプレートを前進させ、スクリュ先端
部をピストンにして、溶融樹脂を金型内に送り込む（充
填工程）。
【０００６】（３）充填工程の終りで、溶融樹脂が金型
のキャビティ内に充満し、その時スクリュの前進運動
は、速度制御から圧力制御に切り替わる。
【０００７】（４）Ｖ−Ｐ切替え後、金型のキャビティ
内の樹脂は設定された圧力のもとに冷却してゆく（保圧
工程）。樹脂圧は前述した背圧制御と同様に閉ループで
制御される。
【０００８】射出装置においては、（４）の工程以後、
（１）の工程に戻って次のサイクルに入る。一方、型締
装置においては（１）と平行して、金型を開いてエジェ
クタ機構によって冷却固化した製品を取り出した後、金
型を閉じて（２）の工程に入る。
【０００９】次に、図３を参照して、ボールネジ、ナッ
トによりサーボモータの回転運動を直動運動に変換して
溶融樹脂の充填を行う射出成形機について説明する。図
３において、射出用のサーボモータ１０の回転はボール
ネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前
後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定さ
れ、プレッシャプレート１４はフレーム（図示せず）に
固定されたガイドバー１５，１６上を移動自在に取り付
けられている。プレッシャプレート１４の前後進運動
は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸２６を介
してスクリュ２０に伝えられる。図示しないスクリュ回
転用のサーボモータにより射出軸２６が回転駆動される
ことにより、スクリュ２０が回転する。
【００１０】加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回
転しながら前進することにより、可塑化／計量工程によ
り貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧すること
により成形がおこなわれる。この時樹脂を押す力がロー
ドセル１８により反力として検出され、ロードセルアン
プ１２より増幅されてコントローラ２５に入力される。
プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を
検出するための位置検出器１９が取り付けられており、
この検出信号は増幅器２３により増幅されてコントロー
ラ２５に入力される。コントローラ２５は、オペレータ
の設定に応じて各々の工程に応じた電流（トルク）指令
をサーボアンプ２４に出力し、サーボアンプ２４ではサ
ーボモータ１０の駆動電流を制御してサーボモータ１０
の出力トルクを制御するようになっている。
【００１１】なお、図３の構成はあくまでも概略を説明
するための便宜上のものであり、射出装置の具体的な構
成は例えば、特開平９−１７４６２６に開示されてい
る。
【００１２】次に、図４を参照して、スクリュ２０につ
いて詳細に説明する。図４（ａ）において、スクリュ２
０は、供給部２０−１、圧縮部２０−２、計量部２０−
３、ヘッド部２０−４に分けられる。供給部２０−１
は、ホッパから供給される樹脂を固体のまま、あるいは
一部のみを溶かして前方に送るための部分であり、樹脂
はこの間に溶融点近くまで暖められる。このために、供
給部２０−１においては、通常、図４（ｂ）に示される
渦巻き体を形成している棒状体の径がほぼ一定である。
【００１３】圧縮部２０−２は、供給部２０−１から供
給されてきた樹脂の粒と粒との間には隙間があり、樹脂
が溶融することによってその体積は約半分に減少する。
この体積減少分を補うために、樹脂が通過できる空間を
減少させる。これは、圧縮部２０−２において渦巻き体
を形成している棒状体にテーパを設けて渦巻き体の溝を
浅くすることにより実現している。このことにより、溶
融樹脂を圧縮し、摩擦による発熱効果を高め、樹脂圧力
を上げて、空気／樹脂に含まれている水分、揮発分ガス
などをホッパ側に押し戻す働きをする。このことから明
らかなように、加熱シリンダ内の樹脂圧力は圧縮部２０
−２内が最も高くなる。
【００１４】計量部２０−３は、渦巻き体の溝の最も浅
い部分であり、この間では樹脂は大きな剪断力を加えら
れ、自己発熱を伴って均質な温度まで上げられる。そし
て、一定量の樹脂をノズル側へ送り出す作用をする。
【００１５】なお、計量部２０−３からノズル側への溶
融樹脂の送り出しは、ヘッド部２０−４における逆流防
止リング２０−５を通して行われる。逆流防止リング２
０−５は、可塑化／計量工程においては図中の左寄りの
位置にあり、この状態で計量部２０−３からノズル側へ
の溶融樹脂の送り出しが可能となる。可塑化／計量工程
が終了すると、逆流防止リング２０−５は、圧力差によ
り図中の右寄りの位置に移動する。その結果、ノズル側
から計量部２０−３側への樹脂の戻りが阻止される。
【００１６】いずれにしても、可塑化／計量工程におい
ては、毎回の計量値にばらつきが生じないようにするこ
とが重要である。これは、理論的には、スクリュをあら
かじめ設定された一定のストローク位置に位置決めして
スクリュの回転を停止させれば実現できると考えられる
が、実際には実現は困難である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】例えば、可塑化／計量
工程完了時点でのスクリュ位置を位置決めするようにし
ても、可塑化／計量工程が完了した時点ではスクリュの
回転が停止しても、圧縮部２０−２における残圧により
逆流防止リング２０−５を通して更に樹脂がノズル側に
送り出されてしまうからである。この様子は、図５に示
されている。図５において、Ｔ１時点でスクリュが位置
決めされて後退が停止（後退速度Ｖ＝０）しても、スク
リュの回転数Ｎは０にならず、圧力Ｐが上昇することが
示されている。
【００１８】これを防止するために、可塑化／計量工程
の完了後に圧力制御を行うことが提案されている。これ
は、図６に示されている。図６において、図５と同様の
Ｔ１時点で可塑化／計量工程が完了すると、加熱シリン
ダ内の圧力Ｐをモニタし、これを一定とするための制御
が行われる。しかし、これは、実際にはスクリュを後退
させることにより実現されるため、充填前のスクリュ位
置がばらつくことになる。これは、樹脂の充填量、時間
等にばらつきが生じることを意味し、結果として成形品
質にばらつきが生じることを意味する。
【００１９】更に、サックバックによる除圧も考えられ
るが、図５の例と同様に、スクリュの位置は決まるもの
の、加熱シリンダ内に残っている残圧により樹脂がノズ
ル側に漏れてしまう。そして、この漏れ量は残圧が一定
ではないために、ばらつきがあり、結果として計量値に
ばらつきが生じることになる。
【００２０】そこで、本発明の課題は、可塑化／計量工
程の完了時におけるスクリュの位置にばらつきが生じな
いようにしながら、加熱シリンダ内の圧力も一定に制御
できるような除圧方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、スクリ
ュ回転用のサーボモータと射出軸を駆動する射出用のサ
ーボモータとによる射出装置を備え、該射出装置にはス
クリュの前方に計量される溶融樹脂の背圧を検出するた
めのロードセルと前記スクリュの位置を検出するための
位置検出器とが設けられ、これらの検出値に応じて前記
各サーボモータの制御を行うコントローラを備えた電動
射出成形機において、前記コントローラは、可塑化／計
量の完了時には前記射出軸を計量位置に位置決めし、前
記ロードセルで検出される圧力をモニタしながら、前記
スクリュを逆回転させて加熱シリンダ内の計量部におけ
る除圧を行うことを特徴とする電動射出成形機の可塑化
／計量工程における除圧方法が提供される。
【００２２】なお、前記コントローラは、前記モニタし
ている圧力があらかじめ定められた値に低下するまで前
記スクリュの逆回転を行う。
【００２３】また、前記コントローラは、前記モニタし
ている圧力と前記あらかじめ定められた値との差に応じ
て前記スクリュ回転用サーボモータの逆回転の回転数を
決定するようにしても良い。
【００２４】更に、前記コントローラは、前記逆回転の
回転数に上限値を設定することが好ましい。
【００２５】加えて、前記コントローラは、前記逆回転
を行う時間に上限値を設定することが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の実施の
形態について説明する。図１は、電動射出成形機のコン
トローラのうち、射出装置におけるスクリュ回転用のサ
ーボモータ１と射出軸を駆動する射出用のサーボモータ
２の制御系を示している。この制御系は、スクリュの回
転数指令値Ｎｒによりスクリュ回転用のサーボモータ１
を制御する制御系Ｃ１と、圧力指令値Ｐｒとロードセル
４からの圧力検出値Ｐｆｂとの差により射出用のサーボ
モータ２を制御する圧力フィードバック制御系Ｃ２と、
スクリュの位置指令値Ｓｒとスクリュの位置検出器３か
らの位置検出値Ｓｆｂとの差により射出用のサーボモー
タ２を制御する位置フィードバック制御系Ｃ３とを有す
る。
【００２７】制御系Ｃ１は、回転数指令値Ｎｒを切替え
スイッチＳＷ１を通してモータドライバ５に供給するこ
とでサーボモータ１の回転数制御を行う。圧力フィード
バック制御系Ｃ２は、圧力指令値Ｐｒと圧力検出値Ｐｆ
ｂとの差を補償器６、切り替えスイッチＳＷ２を通して
モータドライバ７に供給することでサーボモータ２の制
御を行う。
【００２８】圧力フィードバック制御系Ｃ２は、位置フ
ィードバック制御系Ｃ３はそれぞれ、切り替えスイッチ
ＳＷ１、ＳＷ２により、可塑化／計量工程が完了すると
モータドライバ５、７に切り替えられる。位置フィード
バック制御系Ｃ３は、位置指令値Ｓｒと位置検出値Ｓｆ
ｂとの差を補償器８、切り替えスイッチＳＷ２を通して
モータドライバ７に供給することでサーボモータ２の制
御を行う。
【００２９】切り替えスイッチＳＷ１、ＳＷ２は連動す
るように構成されており、可塑化／計量工程においては
図示の位置にあり、可塑化／計量工程が終了すると、図
中下側の接点に切り替えられる。なお、回転数指令値Ｎ
ｒ、圧力指令値Ｐｒ、位置指令値Ｓｒはそれぞれ、コン
トローラにおける指令値設定部から与えられ、圧力指令
値Ｐｒは、可塑化／計量工程が終了すると、除圧目標値
Ｐｒ´が圧力指令値として設定される。
【００３０】以上のような制御系により、可塑化／計量
工程においては、スクリュ回転用のサーボモータ１が回
転数指令値Ｎｒにより制御されて計量が行われ、射出用
のサーボモータ２が圧力指令値Ｐｒと圧力検出値Ｐｆｂ
との差により制御されて背圧の制御が行われる。可塑化
／計量工程が完了すると、切り替えスイッチＳＷ１、Ｓ
Ｗ２は図１の下側の接点に切り替えられる。その結果、
位置フィードバック制御系Ｃ３は、可塑化／計量工程の
完了時にはスクリュ位置を位置指令値Ｓｒで与えられる
位置に位置決めする。一方、圧力フィードバック制御系
Ｃ２は、可塑化／計量工程の完了以後は、ロードセル４
で検出される圧力検出値Ｐｆｂをモニタしながら、スク
リュを逆回転させて加熱シリンダ内の計量部における除
圧を行う。スクリュが逆回転するのは、可塑化／計量工
程の完了時に与えられる圧力指令値Ｐｒ´が圧力検出値
Ｐｆｂよりも小さくなるからである。
【００３１】厳密に言えば、本制御系によれば、モニタ
している圧力検出値Ｐｆｂとあらかじめ定められた値、
すなわち圧力指令値Ｐｒ´との差に応じてスクリュ回転
用のサーボモータ１の逆回転の回転数が決定される。そ
して、本制御系は、モニタしている圧力検出値Ｐｆｂが
圧力指令値Ｐｒ´に等しくなるまでスクリュの逆回転を
維持することになる。
【００３２】なお、逆回転の回転数には上限値を設定す
ることが好ましい。これは、逆回転の回転数が大きすぎ
ると、除圧が大きくなりすぎるからである。加えて、逆
回転を行う時間にも上限値を設定することが好ましい。
これは、除圧によって計量部の圧力が低下すれば、逆流
防止リング（図４参照）により、計量部側への樹脂の戻
りは阻止されるので、逆回転を行う時間を長くしてもあ
まり意味は無いからである。いずれにしても、このよう
な上限値の設定は、補償器６の出力側にリミッタを設け
ることで実現できる。
【００３３】上記のようにして、本形態によれば、可塑
化／計量工程の完了後、スクリュの位置を位置指令値Ｓ
ｒに維持しながら、加熱シリンダ内の圧力、特に計量部
の圧力を一定に制御できる。
【００３４】図２は、図１の形態の変形例を示してお
り、図１と同じ部分には同一番号を付している。この変
形例では、圧力指令値ＰｒあるいはＰｒ´と圧力検出値
Ｐｆｂとの差を検出する演算部に代えて、コンパレータ
９を設けている。この構成によれば、コンパレータ９に
より、可塑化／計量完了後のスクリュの逆回転は、圧力
検出値Ｐｆｂが圧力指令値Ｐｒ´に一致するまで維持さ
れる。この場合、回転数は固定値である。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、可塑化
／計量工程の完了後、スクリュ位置を所定位置に維持し
ながら、加熱シリンダ内の圧力、特に計量部の圧力を一
定に制御できるので、毎回の樹脂の計量値にばらつきが
生じないようにすることができ、その結果、成形品の品
質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動射出成形機のコントロ
ーラのうち、射出装置におけるスクリュ回転用のサーボ
モータと射出用のサーボモータの制御系の構成を示した
ブロック図である。
【図２】図１の構成の変形例を示したブロック図であ
る。
【図３】従来の電動射出成形機における射出装置の構成
を概略的に示した図である。
【図４】電動射出成形機におけるスクリュの構造を説明
するための図である。
【図５】従来の電動射出成形機における可塑化／計量工
程終了後の動作例を説明するための波形図である。
【図６】従来の電動射出成形機における可塑化／計量工
程終了後の他の動作例を説明するための波形図である。
【符号の説明】
１ スクリュ回転用のサーボモータ ２ 射出用のサーボモータ ３、１９ 位置検出器 ４、１８ ロードセル ６、８ 補償器 ９ コンパレータ １２ ボールネジ １３ ナット １４ プレッシャプレート １５、１６ ガイドバー １７ ベアリング ２０ スクリュ ２１ 加熱シリンダ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スクリュ回転用のサーボモータと射出軸
    を駆動する射出用のサーボモータとによる射出装置を備
    え、該射出装置にはスクリュの前方に計量される溶融樹
    脂の背圧を検出するためのロードセルと前記スクリュの
    位置を検出するための位置検出器とが設けられ、これら
    の検出値に応じて前記各サーボモータの制御を行うコン
    トローラを備えた電動射出成形機において、前記コント
    ローラは、可塑化／計量の完了時には前記射出軸を計量
    位置に位置決めし、前記ロードセルで検出される圧力を
    モニタしながら、前記スクリュを逆回転させて加熱シリ
    ンダ内の計量部における除圧を行うことを特徴とする電
    動射出成形機の可塑化／計量工程における除圧方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の除圧方法において、前記
    コントローラは、前記モニタしている圧力があらかじめ
    定められた値に低下するまで前記スクリュの逆回転を行
    うことを特徴とする電動射出成形機の可塑化／計量工程
    における除圧方法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の除圧方法において、前記
    コントローラは、前記モニタしている圧力と前記あらか
    じめ定められた値との差に応じて前記スクリュ回転用サ
    ーボモータの逆回転の回転数を決定することを特徴とす
    る電動射出成形機の可塑化／計量工程における除圧方
    法。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の除圧方法において、前記
    コントローラは、前記逆回転の回転数に上限値を設定す
    ることを特徴とする電動射出成形機の可塑化／計量工程
    における除圧方法。
  5. 【請求項５】 請求項３あるいは４記載の除圧方法にお
    いて、前記コントローラは、前記逆回転を行う時間に上
    限値を設定することを特徴とする電動射出成形機の可塑
    化／計量工程における除圧方法。
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