JP2634246B2 - 電動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】 （産業上の利用分野） 本発明は、射出機構を電動モータで駆動する電動射出
成形機における射出工程制御装置に関する。

（従来の技術） 第２図は、特開昭62−97818号に開示された射出圧力
検出装置を装備する電動射出成形機の射出装置を示して
おり、射出成形機のベース（図示せず）にはフロントプ
レート４とリアプレート５が固着されている。前記フロ
ントプレート４にはバレルナット６によって加熱シリン
ダ１が固着され、該加熱シリンダ１内にスクリュ２が嵌
挿されている。なお、３は成形材料を加熱シリンダ１内
に投入するホッパーである。前記スクリュ２のスクリュ
軸８は、スクリュスリーブ11、スクリュリテーナ12、ナ
ット13等によってプレッシャプレート14に回転自在に固
着されている。すなわち、スクリュスリーブ11はスラス
トベアリング16、ラジアルベアリング17によって前記プ
レッシャプレート14に回転自在に保持され、該スクリュ
スリーブ11は一端にフランジ11aを有し、他端部にはネ
ジ11bが切ってあり、該ネジ11bに螺合するナット13と前
記フランジ11aとにより、前記スラストベアリング16及
びラジアルベアリング17を前記プレッシャプレート14に
固着したベアリングリテーナ19を挟みつけるようにし
て、前記プレッシャプレート14に回転自在でかつ軸方向
移動不能に固着されている。そして、前記スクリュ軸８
はスクリュリテーナ12によって前記スクリュスリーブ11
に固着され、また、スクリュスリーブ11の他端面にはス
プライン軸18が固着され、スプライン軸18の回転をスク
リュスリーブ11及びスクリュ軸８へ伝達するようになっ
ている。該スプライン軸18は該スプライン軸18の歯と係
合する内歯を有するナット20と係合し、該ナット20はボ
ルトで回転駆動管21に固着され、該回転駆動管21はリア
プレート５にベアリング23,24を介して回転自在に支持
される。さらに、回転駆動管21の外端にはプーリ25がキ
ー等で固着されている。そして、該プーリ25は計量・混
練用のモータにより回転させられるようになっている。

前記プレッシャプレート14は、フロントプレート４及
びリアプレート５間に設けられた４本のタイロッド（図
示せず）によってガイドされると共に、該プレッシャプ
レート14には前記スクリュ２の軸心に対する対称的な位
置に、前記フロントプレート４、リアプレート５間に回
転自在に設けられた２つのボールネジ7a,7bと、それに
螺合するボールナット15a,15bが固着されている。そし
て、２つのボールネジ7a,7bの一端にはプーリ9a,9bが固
着され、該プーリ9a,9bは射出用の図示せぬサーボモー
タＭによってタイミングベルトを介して回転駆動される
ようになっている。なお、10a,10bはリテーナである。

さらに、接着歪ゲージ26が前記ベアリングリテーナ19
の環状中間壁の外周面に貼着されている。この歪ゲージ
26は例えば従来公知の抵抗線歪ゲージよりなり、後述の
ように保圧圧力等を表わす電気信号を出力する。そし
て、そのリード線26aはプレッシャプレート14の切欠部1
4aを介して外部に引き出され、第３図に示すように歪ゲ
ージアンプ27に接続され、該ゲージアンプ27の出力を射
出装置を駆動するサーボモータＭのサーボ制御回路41に
入力する。

この射出装置の動作を概説すると、計量・混練時には
計量・混練用のモータによりプーリ25が回転駆動され、
回転駆動管21が回転し、ナット20、スプライン軸18を介
してスクリュスリーブ11及びスクリュ２を回転させる。
そして、樹脂が溶融し溶融圧が高くなると、スクリュ２
は第１図右方（後退）へ移動しようとし、射出用のサー
ボモータＭによって加えられた設定背圧以上に前記溶融
圧が高くなると、はじめてスクリュ２は後退してプレッ
シャプレート14を後退させることとなる。射出時には射
出用のサーボモータＭを駆動し、プーリ9a,9bを回転さ
せボールネジ7a,7bを回転させると、該ボールネジ7a,7b
と螺合するナット15a,15bによりプレッシャプレート14
が前進しスクリュ２が前進して充填工程を行うこととな
る。そして、充填が終了し、保圧工程に入ると射出用の
サーボモータＭの駆動によりスクリュ２を設定保圧圧力
で押圧するが、その間スクリュ２に加わった樹脂からの
圧力がスクリュスリーブ11を介してベアリングリテーナ
19を歪するため、その歪は歪ゲージ26により検出され、
樹脂に加わっている力、すなわち保圧圧力が検出される
こととなる。

以上が、本射出装置の作動であるが、次に、射出装置
全体の制御ブロック線図に基づいて射出工程制御（充填
工程と保圧工程）に関する基本構成を述べる。

第３図は従来の射出装置における制御系の一例を示す
ブロック図である。30は射出成形機全体を制御するため
のマイクロコンピュータやシーケンサから構成される制
御装置である。ここでは、充填工程におけるスクリュ位
置χにより多段に設定される速度設定値を指令する速度
指令回路30aと、充填工程中の最大射出圧P_Mでスクリュ
位置χが保圧工程切換位置に到達したとき、時間により
多段に設定されている保圧圧力の設定値を時間経過と共
に指令する圧力指令回路30bとを示している。

充填工程が開始されると、速度指令回路30aの速度指
令V_setと、サーボモータＭの角度速度ωをブラシレスタ
コジェネレータ等で検出して、スクリュの実行速度を演
算する速度変換器31の出力ｖとの偏差e_v＝V_set−ｖを比
較器32で演算し、その偏差e_vを速度制御回路33によりPI
（Ｐ…比例、Ｉ…積分）補償して出力するようにしなが
ら射出速度のフィードバック制御を行う。クランプ回路
34は、速度制御回路33の出力電圧V_rが圧力制御回路35の
出力電圧V_c以上になるのを制限するもので、クランプ回
路34の出力V_Eは−V_c≦V_E≦＋V_Cの範囲とされる。このク
ランプ回路34からの出力V_Eは、PWMアンプ36（Pules Wid
th Modulationパルス幅変調器）を介してサーボモータ
Ｍの駆動用に電圧増幅され、サーボモータＭを駆動す
る。サーボモータＭは指令電圧から逆起電力を減じて、
コイル特性から生じる電機子電流によるモータトルクか
ら後述する負荷トルクT_Lを減じたトルクＴにより、モー
タロータ及びボールネジを駆動し、モータの回転角速度
ωが決まる。

ボールネジ7a,7bのリード、減速比、機械効率等のボ
ールネジ特性によりスクリュの速度すなわち射出速度ｖ
が決まる。また射出速度ｖを積分して第２図に示すスク
リュ２の位置を出し、速度指令回路30a及び圧力指令回
路30bへフィードバックする。射出速度ｖで金型に樹脂
を充填すると、樹脂充填時の抵抗等の樹脂負荷特性によ
り射出の負荷圧力Ｐが生じ、ボールネジ7a,7bのリー
ド、減速比、機械効率等のボールネジ特性により上記サ
ーボモータＭへ負荷トルクT_Lが生じる。

次に圧力制御系について述べる。

充填工程においては、圧力指令回路30bから本射出装
置の最大射出圧力P_Mが指令されており、圧力制御回路35
は圧力制御を行うことなく、この指令値によって予め設
定されているクランプ電圧V_cを出力している。このクラ
ンプ電圧V_cは、速度制御回路33が出力する電圧V_rの最大
値より大きいため、ここでは既述したように速度制御の
みが行なわれる。

充填工程が完了し、第２図のスクリュ８のスクリュ位
置χが予め設定された保圧工程切換位置に到達すると、
圧力指令回路30bは保圧切換信号P_STを出力し、保圧圧力
の指令値P_setを出力する。保圧切換信号P_STを受けると
圧力制御回路35は、歪デージ26により第３図に示すベア
リングリテーナ19の歪を検出して、歪ゲージアンプ27に
より射出の負荷圧力Ｐに相当する電圧を出力、同圧力Ｐ
と上記保圧圧力の指令値P_setとを比較器27で比較し、比
較器37により算出される偏差e_P＝（P_set−Ｐ）をゲイン
補償の上、クランプ電圧V_cとしてクランプ回路34に出力
する。

充填完了時点では、射出機構のスクリュは充填樹脂を
圧縮する状態となっているため、スクリュの移動はほと
んどなく、サーボモータＭも回転を停止している。しか
し、このとき速度指令V_setは相変わらず出力されている
ため、偏差e_vのゲイン補償がなされた速度制御回路33の
出力電圧V_rは最大電圧となり、サーボモータＭの有する
最大トルクで駆動されている。その結果、クランプ電圧
V_cは速度制御回路の電圧V_rより小さくなり、PWMアンプ3
6への出力電圧V_EはV_cとなってサーボモータＭが駆動さ
れるようになり、e_Pが一定値となる状態に安定する様フ
ィードバック制御され、保圧工程においては射出圧力制
御のみが行われる。

（発明が解決しようとする課題） 成形品の形状により多数のゲートがある場合、或いは
ゲートバルブ等油圧で駆動される閉鎖機構を有する金型
においては、ゲート部分での負荷圧増大による金破損
や、或いはゲート付近でスキン層が発生して負荷が生じ
ているところへ更に一定の速度で充填しようとして圧力
を上昇させ、ゲート廻りのスキン層に剪断応力をかけて
しまい、成形表面にわしやフローマーク等を有する成形
不良を生じさせることがある。このため油圧式射出成形
機では、充填工程中は比例圧力弁等を使ってゲートを通
貨するのに要する最大負荷圧を圧力上限値として設定し
ておき、速度制御中に射出圧力（この場合、射出油圧に
対応する。）が前記上限値に到達すると、油圧アクチュ
エータへの圧油を比例圧力弁でリリーフさせ、ゲートを
通過する負荷圧が上限以上にならない様に制御してい
る。

ところが、上記従来の電動射出成形機による制御方式
では、充填工程中はサーボモータＭが有する最大トルク
により生ずる最大射出圧力をクランプ電圧V_cとして圧力
制限値に設定しているため、前記油圧式射出成形機と同
様な成形条件では制御できない問題点があり、上述の如
き最大の力で駆動されて最大射出圧力P_M（通常1800〜20
00kgf/cm²以上）まで上昇する現況下ではオーバパック
が生じやすく、そのためバリや成形品の食い込み等の成
形不良が生じ、更には金型破損にもつながりかねず、ま
た特に塩化ビニールや難燃樹脂においては、焼けを生ず
るという問題点があった。

これらの不具合を生じさせないためには、充填工程中
の射出圧力を任意に設定し制御する必要があるが、射出
圧力に対応するクランプ電圧はサーボモータＭとスクリ
ュ間に介在する伝動系の構成部品、減速ギヤ、各種軸受
における摩擦、伝導系の撓み、溶融樹脂の粘弾性（温
度、速度と圧力により変化する。）等により一意的に決
め難く、保圧工程で行っている様に圧力実行値と設定値
の偏差によりフィードバック制御を行わなければならな
い。ところが従来の方式では、充填が完了して樹脂圧縮
により射出速度実行値が零に近くなり、速度制御回路33
からの出力電圧V_rがサーボモータＭの有する最大の力を
発揮させるに必要な電圧となっていること、すなわち圧
力制御回路35での出力電圧V_cと速度制御回路33からの出
力電圧V_rが、充填工程ではV_c≫V_r、保圧工程ではV_c≪_ｒ
と明確にわかれないと速度制御から圧力制御へ切換えら
れないという欠点があった。

そのため、零えば充填工程から保圧切換信号P_STをハ
イレベルにして任意の圧力上限値P_setに設定したとし
て、充填工程中の負荷圧Ｐに対して生ずる偏差e_Pに対す
る圧力制御回路35の出力V_cと速度制御回路33の出力V_rと
の関係を、負荷圧Ｐが P_set＞Ｐのとき、V_r＜V_c P_set≒Ｐのとき、V_r＞V_c というようにするには、速度制御回路33と圧力制御回路
35のゲイン調整を要するが、設定条件、樹脂の粘弾性、
金型の流入路の形状による圧損の差異により一定とはな
らず、従って充填工程中に圧力制御回路35を同時に作動
させるのは困難であった。

従って、本発明の目的は電動射出成形機においても油
圧射出成形機と同様に、充填工程の射出速度制御区間中
に負荷圧力が任意に設定される上限値を超えないように
圧力制御して、過負荷圧力に基づく形成不良を排除する
ことにある。

（課題を解決するための手段） このため本発明は、射出機構の駆動源としてサーボモ
ータを用いる電動射出成形機において、射出速度の実行
値を検出し、設定値との偏差に基づきフィードバック制
御を行う速度制御回路と、射出圧力実行値を検出し、そ
の値が任意に設定される射出圧力上限値を超えたときの
み演算出力する射出圧力制限回路と、前記射出圧力制限
回路の出力と前記速度制御回路の出力を加算して出力す
る加算回路とを有し、同加算回路の出力でサーボモータ
を駆動することにより、充填工程の射出速度制御区間中
に射出圧力実行値を検出して任意に設定された射出圧力
上限値を超えないように射出圧力を制御するようにした
もので、これを課題解決のための手段とするものであ
る。

（作用） 充填工程での射出速度制御区間において、負荷によっ
て生ずる射出圧力実行値が任意に設定された射出圧力上
限値を超えた場合にのみ、超過した時点の射出圧力実行
値と設定値の偏差に応じて、サーボモータへの出力を減
少させることにより射出速度区間中の射出圧力が圧力上
限値を超えない様に圧力制御する。

（実施例） 以下、本発明の実施例をブロック図に基づき従来装置
との相違点を中心に説明する。

第１図に本発明の一実施例である射出工程制御系ブロ
ック図を示す。第３図に示した従来装置と異なる点は、
圧力制御回路35の出力V_cに対し、 入力V_c≧０のとき、出力V_c′＝０ 入力V_c＜０のとき、出力V_c′＝V_c という特性をもつ制限回路100を付加し、従来のクラン
プ回路34を加算器101に変更した点がある。

これによりPWMアンプ36への出力電圧V_Eは次式の関係
に変わる。

V_c≧０のとき、V_E＝V_r V_c＜０のとき、V_E＝V_r＋V_c（＜V_r） また、圧力指令回路30bは、充填工程においても任意
の設定により圧力指令信号P_setを出力する様に変更され
るため、従来の保圧切換信号P_STによるモード変更は削
除されている。

いま、充填工程において設定された速度指令値V_setに
より速度制御が行なわれると、樹脂充填時の抵抗等によ
り射出の負荷圧力Ｐが生じる。この時の射出圧力Ｐは第
２図に示すベアリングリテーナ19の歪を歪ゲージアンプ
27が検出することにより算出され、圧力指令値P_setとの
偏差e_P＝P_set−Ｐをゲイン補償して圧力制御回路35より
電圧V_cが出力される。このときP_set＞Ｐとするとe_P＞０
でV_c＝Ke_P（Ｋ…圧力制御回路のゲイン）となるため、
制限回路100への入力V_c＞０となり、加算器101への出力
V_c′＝０となる。加算器101においてV_c′＝０のため、
速度制御回路33よりの出力V_rは何らの影響も受けること
なく、V_E＝V_rで速度制御が続行される。

射出の負荷圧力Ｐが圧力指令P_setを超えると、偏差e_P
（＝P_set−Ｐ）＜０となり、圧力制御回路35の入力e_P＜
０、V_c＝Ke_Pのため圧力制御回路35の出力V_cもV_c＜０、
従って制限回路の出力V_c′（＝V_c）＜０となる。加算器
101はV_c′＜０の電圧を加算するため、サーボモータＭ
への出力電圧V_Eが小さくなり、減速して射出の負荷圧力
Ｐが圧力指令P_setを超えない様に制御される。

以上の様に充填工程中においても射出圧力制限をかけ
る制御が可能となる。

（発明の効果） 以上、詳細に説明した如く本発明によれば、電動射出
成形機の射出工程制御装置において、充填工程中の射出
圧力が任意に設定された制限値に到達すると、その制限
値内で圧力制限を加える制御ができるようになり、油圧
式の成形機では従来から可能であったゲートを通過する
のに要する最大負荷圧を圧力制限してゲート廻りでの成
形不良を防止する成形法が本発明により実現され、この
種成形機における成形不良を低減させることができる。
則ち、本発明では上記圧力制限が加わるため充填工程中
に負荷圧はサーボモータの最大トルクによる最大圧力ま
で上がることがなくなり、オーバパック、バリ、成形品
の食い込み等の成形不良が防止できる。

また本発明は、充填工程の射出速度制御区間中に負荷
圧力が任意に設定された上限値を超えないように圧力制
御して、過負荷圧力に基づく成形不良を解決すると共
に、しわ、フローマークやバリを防止するために、ゲー
トを通過するのに要する最大負荷圧を圧力上限として、
充填工程中に射出圧力を任意に制御することができる。

即ち、射出圧力に対するクランプ電圧（トルク制限
値）は、電動系の構成部品の摩擦、たわみ、溶融樹脂の
粘弾性で一意的に決まらず、射出圧力のフィードバック
制御が必要である。それを充填工程中に行う場合、速度
制御と圧力制御のゲイン調整が必要となり、設定条件、
樹脂の粘弾性等による圧損によって一定とならず、困難
であった。

本発明では、充填工程での射出速度制御区間におい
て、負荷によって生ずる圧力実行値を直接検出して圧力
上限設定値と比較し、超えた場合のみ圧力の偏差に応じ
たサーボモータへの出力を減少させるので、射出圧力は
上限値を超えないよう制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す射出工程制御ブロ
ック図、第２図は電動射出装置の一部を断面で示す側面
図、第３図は従来の射出工程制御ブロック図である。 図の主要部分の説明 30……制御装置、30a……速度指令回路 30b……圧力指令回路、33……速度制御回路 34……圧力制御回路、41……サーボ制御回路 100……制限回路、101……加算器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】射出機構の駆動源としてサーボモータを用
   いる電動射出成形機において、射出速度の実行値を検出
   し、設定値との偏差に基づきフィードバック制御を行う
   速度制御回路と、射出圧力実行値を検出し、その値が任
   意に設定される射出圧力上限値を超えたときのみ演算出
   力する射出圧力制限回路と、前記射出圧力制限回路の出
   力と前記速度制御回路の出力を加算して出力する加算回
   路とを有し、同加算回路の出力でサーボモータを駆動す
   ることにより、充填工程の射出速度制御区間中に射出圧
   力実行値を検出して任意に設定された射出圧力上限値を
   超えないように射出圧力制御することを特徴とする電動
   射出成形機の射出工程制御装置。