JP2606762B2 - 射出成形機のスクリュ起動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は出力トルクを制限可能な
スクリュ回転用駆動モータを備えた射出成形機のスクリ
ュ起動方法に関する。

【０００２】

【背景技術及びその課題】一般に、射出成形機における
成形サイクルは、スクリュを回転制御して材料を可塑化
計量する計量工程と、スクリュを前進制御して計量され
た材料を金型キャビティ内に射出充填する射出工程の繰
返しにより行われ、スクリュは材料に対する可塑化機能
と射出機能を兼ね備えている。

【０００３】ところで、図３に示すように、通常、スク
リュ３の前端には射出時に材料がスクリュ３の溝３ｗを
伝って後方に逆流するのを防止する逆流防止リング３ｒ
を備えている。この逆流防止リング３ｒはスクリュ３の
前端面に螺着した比較的細いスクリュヘッド３ｓによっ
て支持されており、スクリュヘッド３ｓ付近はスクリュ
３の中でも最も機械的強度の弱い部位となっている。一
方、成形サイクルに対するサイクルアップの要求からス
クリュ回転数が高まり、また、起動時における立上がり
時間（加速時間）短縮の要求から大型サーボモータが使
用されるとともに、高粘度の新材料（エンジニアリング
プラスチック）の成形や加熱不足により材料が高粘度に
なることも少なくない。

【０００４】このため、スクリュヘッド３ｓに対する材
料の抵抗が許容トルク以上に大きくなることも少なくな
く、成形サイクル毎に繰返されるスクリュの起動が円滑
かつ安定に行われないとともに、スクリュは成形サイク
ル毎に受ける衝撃により疲労し、破損しやすい問題があ
った。

【０００５】本発明はこのような背景技術に存在する課
題を解決したものであり、スクリュ起動時の衝撃を防止
し、円滑かつ安定した起動を実現するとともに、スクリ
ュの破損を有効に防止できる射出成形機のスクリュ起動
方法を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る射出成形機
のスクリュ起動方法は、出力トルクＴを制限可能なスク
リュ回転用駆動モータ４を備えた射出成形機Ｍにおい
て、成形サイクル毎に駆動モータ４の出力トルクＴを定
常時における正規トルクＴｎよりも小さい初期トルクＴ
ａにより起動を開始するとともに、予め設定したスクリ
ュ３の一回転以内の起動用回転領域Ｄの間に、出力トル
クＴをスクリュ３の回転位置に対応して設定した大きさ
に従って、初期トルクＴａから正規トルクＴｎまで順次
上昇させるようにしたことを特徴とする。この場合、起
動用回転領域Ｄを複数区間Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに分割し、
出力トルクＴを段階的に上昇させてもよいし、起動用回
転領域Ｄの間に出力トルクＴを連続的に上昇させるよう
にしてもよい。なお、初期トルクＴａを付与してもスク
リュ３が起動しないときは異常処理する。

【０００７】

【作用】本発明に係る射出成形機のスクリュ起動方法に
よれば、まず、起動開始に際しては駆動モータ４の出力
トルクＴを定常時における正規トルクＴｎよりも小さい
初期トルクＴａに設定する。初期トルクＴａはスクリュ
３を回転させることができるが、スクリュ３を破損させ
ない大きさに設定される。

【０００８】そして、初期トルクＴａを付与することに
より、スクリュ３が回転を開始すれば、出力トルクＴを
初期トルクＴａから順次上昇させ、予め設定した起動用
回転領域Ｄの間に正規トルクＴｎまで上昇させる。この
場合、起動用回転領域Ｄを一回転以内に設定することに
より、立上がりの応答性を良好にするとともに、立上が
り時間を短くできる。このように、出力トルクＴが制限
された初期トルクＴａによって、起動を開始するため、
スクリュ３に対する起動開始時の衝撃が回避され、かつ
円滑かつ安定した起動が行われる。なお、初期トルクＴ
ａを付与してもスクリュ３が起動しないときは正常では
ないため、異常処理が行われる。

【０００９】

【実施例】次に、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。

【００１０】まず、本発明に係るスクリュ起動方法を実
施できる射出成形機の概略構成について、図３を参照し
て説明する。

【００１１】図３において、Ｍは射出成形機を示し、１
１は機台１０に取付けた射出装置である。射出装置１１
は加熱筒２を備え、先端に射出ノズル１２を有するとと
もに、後部には加熱筒２の内部に材料を供給する不図示
のホッパを有する。加熱筒２の内部にはスクリュ３を挿
通し、スクリュ３の前端には前述したスクリュヘッド３
ｓ、逆流防止リング３ｒを備えるとともに、スクリュ３
の後端はガイドバー１４に沿って水平移動自在なスライ
ダ１５の前端に回動自在に結合する。また、スライダ１
５にはパルスエンコーダ１７を内蔵した計量用サーボモ
ータ１６（駆動モータ４）を取付けるとともに、同モー
タ１６の回転をスクリュ３に伝達する伝達機構１８を配
設してスクリュ回転用駆動部１９を構成する。さらにま
た、機台１０にはパルスエンコーダ２１を内蔵した射出
用サーボモータ２０を取付けるとともに、出力シャフト
２０ｓをスライダ１５の後端にボールネジ機構２２を介
して連結し、これにより、スクリュ進退移動用駆動部２
３を構成する。

【００１２】一方、計量用サーボモータ１６及びパルス
エンコーダ１７はサーボモータ制御部３１に接続し、射
出用サーボモータ２０及びパルスエンコーダ２１はサー
ボモータ制御部３２に接続する。また、各サーボモータ
制御部３１及び３２は、射出成形機全体の制御を司るコ
ンピュータ機能を内蔵した成形機制御装置３３に接続す
る。制御装置３３には図示しないが、本発明に係る起動
方法を実行するスクリュ回転制御プログラムを格納した
ＲＯＭをはじめ、データの一時記憶や演算処理のための
ＲＡＭ、各種設定値等を記憶する不揮発性メモリ、各パ
ルスエンコーダ１７、２１等の入力信号やスクリュ回転
速度指令及びスクリュ回転トルクリミット指令等の出力
信号のためのインタフェースを備える。さらにまた、３
４は制御装置３３に接続した各種設定値等の入力を行う
入力部、３５は制御装置３３に接続した警報表示等を行
う表示部である。

【００１３】なお、この場合、パルスエンコーダ１７は
計量用サーボモータ１６の速度或いは回転量を検出し、
パルスエンコーダ２１は射出用サーボモータ２０の速度
或いは回転量を検出する。また、制御装置３３はサーボ
モータ制御部３１に制御指令を与え、計量用サーボモー
タ１６を制御してスクリュ３を回転させるとともに、サ
ーボモータ制御部３２に制御指令を与え、射出用サーボ
モータ２０の回転速度、回転トルクを制御することによ
り、スクリュ３の前進時及び回転時の背圧を制御する。
さらにまた、制御装置３３は射出用サーボモータ２０の
パルスエンコーダ２１の出力信号を処理することによ
り、スクリュ３の位置検出を行うとともに、計量用サー
ボモータ１６の出力トルクに対してトルク制御を行う。

【００１４】次に、本発明に係る射出成形機のスクリュ
起動方法について、図１〜図３を参照して説明する。

【００１５】まず、制御装置３３はスクリュ回転指令に
より、スクリュ回転制御プログラムを呼び出し、スクリ
ュ回転工程（計量工程）を開始する。この際、本発明に
従って、最初に起動処理が実行される。なお、起動処理
の条件は図１に示すように予め設定されている。即ち、
スクリュ３の最初の一回転を起動回転領域Ｄに設定する
とともに、その一回転を三分割してそれぞれの分割区間
でトルク制限を行う。この場合、最初の１／３回転とな
る０〜回転位置Ｐａの間は、計量用サーボモータ１６の
出力トルク（初期トルク）をＴａとなるようにトルク制
限し、次の１／３回転である回転位置Ｐａ〜回転位置Ｐ
ｂの間は出力トルクをＴｂとなるようにトルク制限し、
さらに、次の１／３回転である回転位置Ｐｂ〜回転位置
Ｐｃの間は出力トルクをＴｃとなるようにトルク制限す
る。回転位置Ｐｃはスクリュ３の一回転目であり、この
位置からはトルク制限を解除し、定常時における正規ト
ルクＴｎとする。この際、各出力トルクＴａ、Ｔｂ、Ｔ
ｃの値は段階的に順次大きくなるように設定するととも
に、それぞれ直前におけるスクリュ３の可動可能な停止
状態又は回転速度に対してさらに加速できる値であっ
て、望ましくはスクリュヘッド３ｓが破損しない最大ト
ルクよりも小さい値に設定する。

【００１６】そして、図２に示すように、制御装置３３
に内蔵するカウンタ機能部はリセットされスクリュ３の
回転位置Ｐの検出を開始するとともに、内蔵する監視用
のタイマ機能部は計時を開始する（ステップ５１、５
２）。また、同時に、計量用サーボモータ１６は初期ト
ルクＴａに基づいて回転を開始する（ステップ５３）。
なお、タイマ機能部は予め設定された設定時間内に、プ
ログラム処理が正常に実行されたか否かを判別するため
のものであり、その設定時間はスクリュ３が設定された
回転速度に達するまでの加速時間が設定される。また、
スクリュ３の回転位置Ｐはパルスエンコーダ１７から出
力するパルス信号をスクリュ３の回転開始時からカウン
トして検出する。

【００１７】次いで、スクリュ３が初期トルクＴａに基
づいて１／３回転し、回転位置Ｐａに達したなら、出力
トルクＴｂに切換える（ステップ５５）。これにより、
計量用サーボモータ１６は出力トルクＴｂにより回転す
る（ステップ５６）。

【００１８】なお、スクリュ３が予め設定した回転速度
に達する前にタイマ機能部がタイムアップした場合は、
正常に回転していない状態のため、スクリュ３の回転を
停止するとともに、表示部３５に警報表示するなどの異
常処理を行う（ステップ５４、５７）。

【００１９】さらに、スクリュ３が出力トルクＴｂに基
づいて１／３回転し、回転位置Ｐｂに達したなら、出力
トルクＴｃに切換える（ステップ５７）。これにより、
計量用サーボモータ１６は出力トルクＴｃで回転する
（ステップ５８）。そして、スクリュ３が出力トルクＴ
ｃに基づいて１／３回転し、回転開始から一回転したな
ら、トルク制限を解除し、定常時における正規トルクＴ
ｎに切換え、起動処理を終了し、本来の計量工程のため
の制御プログラムを継続する（ステップ５８、５９、６
０）。

【００２０】このような起動処理によって、スクリュ２
の回転速度特性は図１に示す特性曲線Ｖのようになり、
各成形サイクル毎にスクリュ３に対しての衝撃が低減さ
れ、ソフトスタートが行われる。

【００２１】なお、本発明に係る起動処理はスクリュ３
の各成形サイクルにおける起動時毎に実行されるが、特
に、射出成形機の運転開始時におけるスクリュ起動に際
して有効である。即ち、運転開始時には前回の材料がス
クリュ３と加熱筒２間に固化した状態で残留している。
このため、通常は加熱筒２を所定時間にわたって予め昇
温し、固化した材料を溶融することにより、スクリュ３
の破損防止を図っているが、実際には十分溶融したかど
うか不明である。よって、この場合、前記ステップ５６
の異常処理によりその確認を行うことができる。

【００２２】また、スクリュ３は、通常、スプライン方
式或はキー方式により支持されているため、ラジアル方
向に所定の遊びが存在する。このため、回転位置Ｐａに
対して遊びに相当する回転量を加え、初期トルクＴａの
大きさをさらに小さくすれば、この遊びを減らすことが
でき、これにより、スプライン方式等における遊びが原
因の衝撃を抑えることができる。さらにまた、スクリュ
３が正常に回転したか否かは、スクリュ３の回転速度指
令を回転位置で付与するとともに、その指令値と検出値
の差を検出し、差が所定値以上になったことにより検出
してもよい。一方、起動用回転領域Ｄにおける出力トル
クＴの上昇は、図１中点線Ｌで示すように、起動用回転
領域Ｄの間において連続的に上昇させてもよい。他方、
各部の処理はハードウェア構成で行ってもよいし、ソフ
トウェアで実行してもよい。また、サーボモータは汎用
モータで置換してもよいし、油圧式モータで置換しても
よい。この場合、駆動油圧源の油圧を変更してスクリュ
の回転トルクを制限すればよい。さらにまた、スクリュ
式予備可塑化装置付射出装置におけるスクリュの回転制
御にも応用できる。その他、細部の構成、手法等におい
て本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更できる。

【００２３】

【発明の効果】このように、本発明に係る射出成形機の
スクリュ起動方法は、出力トルクを制限可能なスクリュ
回転用駆動モータを備えた射出成形機のスクリュ起動方
法において、成形サイクル毎に、駆動モータの出力トル
クを定常時における正規トルクよりも小さい初期トルク
により起動を開始するとともに、予め設定したスクリュ
の一回転以内の起動用回転領域の間に、出力トルクをス
クリュの回転位置に対応して設定した大きさに従って、
初期トルクから正規トルクまで順次上昇させるようにし
たため、次のような顕著な効果を奏する。 成形サイクル時に、出力トルクをスクリュの回転位
置に対応して順次上昇させるため、スクリュ起動時の衝
撃を防止し、円滑かつ安定した起動を実現するととも
に、スクリュの破損を有効に防止できる。 成形サイクル時に、起動用回転領域を一回転以内に
設定したため、立上がりの応答性を良好にするととも
に、立上がり時間を短くできる。 成形サイクル時に、初期トルクを付与してもスクリ
ュが起動しないときは異常処理を行うため、成形サイク
ル時の異常を確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る射出成形機のスクリュ起動方法を
用いたトルク特性図、

【図２】同スクリュ起動方法を示すフローチャート、

【図３】同スクリュ起動方法を実施できる射出成形機の
概略構成図、

【符号の説明】

３ スクリュ ４ 駆動モータ Ｍ 射出成形機 Ｔ 出力トルク Ｔａ 初期トルク Ｔｎ 正規トルク Ｄ 起動用回転領域

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力トルクを制限可能なスクリュ回転用
   駆動モータを備えた射出成形機のスクリュ起動方法にお
   いて、成形サイクル毎に、駆動モータの出力トルクを定
   常時における正規トルクよりも小さい初期トルクにより
   起動を開始するとともに、予め設定したスクリュの一回
   転以内の起動用回転領域の間に、出力トルクをスクリュ
   の回転位置に対応して設定した大きさに従って、初期ト
   ルクから正規トルクまで順次上昇させることを特徴とす
   る射出成形機のスクリュ起動方法。
2. 【請求項２】 起動用回転領域を複数区間に分割し、出
   力トルクを段階的に上昇させることを特徴とする請求項
   １記載の射出成形機のスクリュ起動方法。
3. 【請求項３】 起動用回転領域の間に出力トルクを連続
   的に上昇させることを特徴とする請求項１記載の射出成
   形機のスクリュ起動方法。
4. 【請求項４】 初期トルクを付与してもスクリュが起動
   しないときは異常処理を行うことを特徴とする請求項１
   記載の射出成形機のスクリュ起動方法。