JP2997285B2 - 射出成形機及び射出成形方法 - Google Patents

射出成形機及び射出成形方法

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JP2997285B2 JP2048457A JP4845790A JP2997285B2 JP 2997285 B2 JP2997285 B2 JP 2997285B2 JP 2048457 A JP2048457 A JP 2048457A JP 4845790 A JP4845790 A JP 4845790A JP 2997285 B2 JP2997285 B2 JP 2997285B2
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雅之 伊田
義雄 丸山
武志 奥村
正力 成田
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は射出成形機及び射出成形方法、とくに保圧工
程で射出圧力の制御機構を有する電動式射出成形機及び
射出成形方法に関するものである。
[従来の技術] 射出成形は、押出成形とともに樹脂成形の重要な加工
法として発展してきた。この加工法の原理は、シリンダ
中で樹脂を加熱流動化(可塑化)させた成形材料を、高
圧により金型内に射出し、その中で冷却固化(熱可塑性
樹脂の場合)、または硬化(熱硬化性樹脂の場合)さ
せ、次いで金型を開いて成形品を取り出す工程からな
る。
この加工法に用いられる電動式射出成形機において、
一定の樹脂圧力を保持する保圧工程の制御は、例えば第
3図及び第5図(a)、(b)、(c)に示すように一
定のトルク指令をサーボドライバに送ってモータトルク
を一定に保ち射出圧力を制御するオープンループ制御方
式が採用されている。
[発明が解決しようとする課題] ところが、モータトルクを一定に保つ事により射出圧
力を制御するオープンループ制御方式では、射出工程で
型内のキャビティに溶融した樹脂が充填し、射出圧力が
目標圧力に達して指令モータトルクによるスクリュー又
はプランジャーの押し付け力に釣り合い、射出速度が0
になった後に樹脂の硬化に伴う樹脂の収縮によって射出
圧力が減少するが、静止時には駆動部の摩擦により、ス
クリュー又はプランジャーの押し付け力と射出圧力との
差が静止摩擦力を越えると動摩擦係数が静止摩擦係数よ
りも小さい事により、スクリュー又はプランジャーは急
激に動き出す。この繰り返しにより、第5図(c)のよ
うに保圧工程での射出圧力波形が変動し、金型内の樹脂
の充填量が変動して成形品の重量及び寸法がばらつくと
いう課題がある。
上記従来技術の課題を解決するため、本発明は、圧力
センサー等を用いずに射出圧力を安定させ、成形品の重
量ばらつき及び寸法がばらつきを小さくできる制御手段
を採用した射出成形機及び射出成形方法を提供すること
を目的とする。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明の第1番目の射出
成形機は、予め可塑化した樹脂を電動モータ駆動により
プランジャーで金型内に射出する機構を備え、射出圧力
の制御機構を有し、樹脂を金型内に射出する射出工程と
金型内に行き渡った樹脂に保圧する保圧工程とのモータ
制御を行う射出成形機において、 前記射出工程において、一定の速度で前記プランジャ
ーが移動するようにモータを制御する射出工程のモータ
制御手段と、 前記射出工程中に、前記プランジャーの速度が安定し
た後にモータトルクが所定のトルクに達すると前記保圧
工程に移る制御切り換え手段と、 前記保圧工程において、モータのトルク波形が振動す
るように指令トルクとモータトルクとの差をモータの速
度指令にフィードバックする保圧工程のモータ制御手段
とを設けたことを特徴とする。
次に本発明の第2番目の射出成形機は、予め可塑化し
た樹脂を電動モータ駆動によりプランジャーで金型内に
射出する機構を備え、射出圧力の制御機構を有し、樹脂
を金型内に射出する射出工程と金型内に行き渡った樹脂
に保圧する保圧工程とのモータ制御を行う射出成形機に
おいて、 前記射出工程において、一定の速度で前記プランジャ
ーが移動するようにモータを制御する射出工程のモータ
制御手段と、 前記射出工程中に、前記プランジャーの速度が安定し
た後にモータトルクが所定のトルクに達すると前記保圧
工程に移る制御切り換え手段と、 前記保圧工程において、一定振幅かつ一定周期の波動
振動をモータのトルク指令としてモータを制御する保圧
工程のモータ制御手段とを設けたことを特徴とする。
次に、本発明の第1番目の射出成形方法は、予め可塑
化した樹脂を電動モータ駆動によりプランジャーで金型
内に射出する射出成形方法において、 一定の速度で前記プランジャーが移動するようにモー
タを制御しながら樹脂を金型内に射出する射出工程と、 前記射出工程の後に、射出工程の制御をするためにモ
ータのトルク波形が振動するように指令トルクとモータ
トルクとの差をモータの速度指令にフィードバックする
モータ制御を行う保圧工程と、 前記射出工程中に、前記プランジャーの速度が安定し
た後にモータトルクが所定のトルクに達すると前記保圧
工程に切り換える制御切り換え工程とを設けたことを特
徴とする。
次に、本発明の第2番目の射出成形方法は、予め可塑
化した樹脂を電動モータ駆動によりプランジャーで金型
内に射出する射出成形方法において、 一定の速度で前記プランジャーが移動するようにモー
タを制御しながら樹脂を金型内に射出する射出工程と、 前記射出工程の後に、射出圧力の制御をするために一
定振幅かつ一定周期の波動振動をモータのトルク指令と
してモータを制御する保圧工程と、 前記射出工程中に、前記プランジャーの速度が安定し
た後にモータトルクが所定のトルクに達すると前記保圧
工程に切り換える制御切り換え工程とを設けたことを特
徴とする。
本発明において特徴的なことは、射出工程中にプラン
ジャーの速度が安定した後にモータトルクが所定のトル
クに達すると保圧工程に移ることと、保圧工程中にモー
タに発生するモータ電流をモータトルク値に変換して指
令トルクとの差をモータの速度指令にフィードバックす
るか、または保圧工程でモータのトルク指令を一定振幅
・一定周期の一次の正弦波で入力することにより、保圧
工程中にプランジャーを停止させずに駆動部の摩擦係数
を一定に保ち、射出圧力を安定させるところにある。
[作用] 前記した本発明の第1番目の射出成形機及び射出成形
方法によると、プランジャーが安定した一定速度で移動
する、即ち安定して溶融した樹脂が金型内に射出されて
いることを確認した上で、金型内に溶融した樹脂がいき
わたりモータトルクが上昇し所定値に達した正しいタイ
ミングで保圧工程に制御を切り換えるため、保圧工程に
おけるモータトルク値と指令トルク値との差をフィード
バックするモータ制御が有効になり、プランジャーを停
止させずに駆動部の摩擦係数を一定に保ち、射出圧力を
安定させることができ、成形品の密度を一定に保ち、成
形品の重量や寸法のばらつきを防ぐことができる作用が
ある。
前記した本発明の第2番目の射出成形機及び射出成形
方法によると、プランジャーが安定した一定速度で移動
する、即ち安定して溶融した樹脂が金型内に射出されて
いることを確認した上で、金型内に溶融した樹脂がいき
わたりモータトルクが上昇し所定値に達した正しいタイ
ミングで保圧工程に制御を切り換えるため、保圧工程に
おけるモータのトルク指含を一定振幅・一定周期の波動
振動とするモータ制御が有効になり、プランジャーを停
止させずに駆動部の摩擦係数を一定に保ち、射出圧力を
安定させることができ、成形品の密度を一定に保ち、成
形品の重量や寸法のばらつきを防ぐことができる作用が
ある。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を第1図、第2図、第3図及
び第4図に基づいて説明する。
第1図において、1はプリプラ式射出成形機のシリン
ダであり、その内部に前後移動可能なプランジャー2が
配設されている。このプランジャー2の後部には、連結
部材3を介してガイド6により回転しないようにガイド
されたボールネジナット5が固定され、このボールネジ
ナット5にサーボモータ7にて回転駆動可能なボールネ
ジ4が蝶合している。又、プランジャー2の前端部に
は、円錐体状のプランジャーヘッド8が設けられ、その
後部に逆止弁9が配置されている。シリンダ1の前部の
樹脂の貯溜空間10の前部には型内のキャビティに樹脂を
注入するノズル11が形成されている。12は、図示しない
可塑化スクリューにて可塑化された樹脂がシリンダ1内
に供給される樹脂供給口である。
13は前記サーボモータ7の制御装置で、サーボモータ
7の回転軸に結合されたエンコーダ14からの信号が入力
されている。この制御装置13は、サーボモータ7自体の
出力トルク、エンコーダ14により検出される位置信号か
ら演算されるプランジャー2の位置及び移動速度が所定
値となるようにサーボモータ7を駆動制御する。
次に、工程ごとの制御方法を説明する。
まず第2図に示すブロック図を説明する。第2図にお
いて、NC装置からサーボドライバーに入力された速度指
令値は、モータの実速度(モータの回転数のF/V変換
値)と比較され、その差のKd倍とKc倍した値の積分値の
和を改めてモータの速度指令値とする。その速度指令値
は、指定圧力をKP2してトルクリミットV1として、前記N
Cより入力された値と比較され、そのトルクリミットV1
よりも速度指令が大きい場合は、そのトルクリミットV1
でリミットがかけられ、その値をKs倍したものがモータ
の駆動電圧になる。この駆動電圧は、モータの回転によ
り発生する誘起電圧と差し引かれ、モータ内のコイル
(抵抗Ra)に加わり、モータ電流が発生し、そのモータ
電流をKT倍したものがモータトルクとなる。そのモータ
トルクと負荷トルクの差により、モータは加速され、こ
のトルクをイナーシャJで割ったものが加速度となり、
この積分値が実際のモータの回転数になる。
そして、射出工程では第2図のブロック図に示すよう
に所定のトルク値を、モータのトルクリミットV1に送
り、所定の速度でプランジャー2が移動するようにモー
タの回転数を制御する。その後、プランジャー2の速度
が安定した後にモータトルクが所定のトルクに達すると
保圧工程に移る。この時、制御方法を第3図のブロック
図に示す形態に切り換える。
以下、第3図のブロック図についてその動作を説明す
る。
第3図において、指令圧力のKP2倍と、モータ電流のK
P1の差のKP倍とKI倍した値の積分値の和(KI/S)を、
サーボドライバーの速度指令とする。この速度指令と、
実速度(モータの回転数のF/V変換値)との差のKd倍とK
c倍した値の積分値の和をKs倍とし、モータに電圧を加
え、モータ回転により発生する誘起電圧の差がモータ内
のコイルに加わり、この電圧をコイル抵抗Raで割った値
がモータ電流となる。モータトルクはモータ電流に比例
し、モータトルクと負荷トルクの差により、モータは回
転し、モータトルクをイナーシャJで割った値がモータ
の回転数になる。
すなわち、モータ電流をモータトルク値に変換し、指
令トルクと実トルクの差をモータの回転速度指令にフィ
ードバックする。
このような制御方法により、モータトルクを制御する
とモータトルクは微小に振動し、これによりプランジャ
ー2は停止することなく一定の安定した射出圧力を得ら
れるため、重量及び寸法の安定した成形品が得られる。
次に、本発明の第2の実施例を第2図及び第4図に基
づいて説明する。この実施例では射出工程及び保圧工程
への切り換えまでは第1の実施例と同様の制御を行い、
保圧工程において第2図のブロック図に基づく制御形態
を基にして、トルク指令に直接一定振幅・一定周期の一
次の正弦波を入力することにより、モータトルクを振動
させて、プランジャー2が停止することを防ぐ。
次に、第4図(a)、(b)、(c)、(d)はそれ
ぞれ前記した本発明の第1及び第2の実施例の射出・保
圧工程における工程、モータトルク、射出圧力、プラン
ジャーの速度のタイミングチャートを示すものである。
第5図の従来例と比較してとくに顕著な相違点は、第4
図(b)、(c)(d)に示すように、保圧工程におい
てトルク、圧力、速度ともに小さな波のような状態で一
定に保つことができる。
これにより一定の安定した射出圧力を得られるため、
重量及び寸法の安定した成形品が得られる。
以上説明した本発明の実施例によれば、第4図に示す
通り、保圧工程においてトルク、圧力、速度ともに小さ
な波のような状態で一定に保つことができ、これによ
り、これにより一定の安定した射出圧力を得られるた
め、重量及び寸法の安定した成形品が得られる。
[発明の効果] 以上説明した通り、本発明によると、プランジャーが
安定した一定速度で移動する、即ち安定して溶融した樹
脂が金型内に射出されていることを確認した上で、金型
内に溶融した樹脂かいきわたりモータトルクが上昇し所
定値に達した正しいタイミングで保圧工程に制御を切り
換えるため、保圧工程におけるモータトルク値と指令ト
ルク値との差をフィードバックする、またはモータのト
ルク指令を一定振幅・一定周期の波動振動とするモータ
制御が有効になり、プランジャーを停止させずに駆動部
の摩擦係数を一定に保ち、射出圧力を安定させることが
でき、成形品の密度を一定に保ち、成形品の重量や寸法
のばらつきを防ぐことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図、第4図は本発明の実施例を示
し、第1図は射出成形機の概略図、第2図は第1の実施
例の射出工程での制御ブロック図で、また第2の実施例
及び従来例の射出工程及び保圧工程の制御ブロック図で
ある。第3図は第1の実施例の保圧工程の制御ブロック
図、第4図(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ
本発明の第1及び第2の実施例の射出・保圧工程におけ
る工程、モータトルク、射出圧力、プランジャーの速度
のタイミングチャート、第5図(a)、(b)、
(c)、(d)はそれぞれ従来例の射出・保圧工程にお
ける工程、モータトルク、射出圧力、プランジャーの速
度のタイミングチャートである。 1:シリンダ 2:プランジャー 3:連結部材 4:ボールネジ 5:ボールネジナット 6:ガイド 7:サーボモータ 8:プランジャーヘッド 9:逆止弁 10:貯溜空間 11:ノズル 12:樹脂供給口 13:制御装置 14:エンコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 武志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 成田 正力 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−85727(JP,A) 特開 昭62−267119(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 45/46 - 45/57 B29C 45/76 - 45/77

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】予め可塑化した樹脂を電動モータ駆動によ
    りプランジャーで金型内に射出する機構を備え、射出圧
    力の制御機構を有し、樹脂を金型内に射出する射出工程
    と金型内に行き渡った樹脂に保圧する保圧工程とのモー
    タ制御を行う射出成形機において、 前記射出工程において、一定の速度で前記プランジャー
    が移動するようにモータを制御する射出工程のモータ制
    御手段と、 前記射出工程中に、前記プランジャーの速度が安定した
    後にモータトルクが所定のトルクに達すると前記保圧工
    程に移る制御切り替え手段と、 前記保圧工程において、モータのトルク波形が振動する
    ように指令トルクとモータトルクとの差をモータの速度
    指令にフィードバックする保圧工程のモータ制御手段と
    を設けたことを特徴とする射出成形機。
  2. 【請求項2】予め可塑化した樹脂を電動モータ駆動によ
    りプランジャーで金型内に射出する機構を備え、射出圧
    力の制御機構を有し、樹脂を金型内に射出する射出工程
    と金型内に行き渡った樹脂に保圧する保圧工程とのモー
    ク制御を行う射出成形機において、 前記射出工程において、一定の速度で前記プランジャー
    が移動するようにモータを制御する射出工程のモータ制
    御手段と、 前記射出工程中に、前記プランジャーの速度が安定した
    後にモータトルクが所定のトルクに達すると前記保圧工
    程に移る制御切り替え手段と、 前記保圧工程において、一定振幅かつ一定周期の波動振
    動をモータのトルク指令としてモータを制御する保圧工
    程のモータ制御手段とを設けたことを特徴とする射出成
    形機。
  3. 【請求項3】予め可塑化した樹脂を電動モータ駆動によ
    りプランジャーで金型内に射出する射出成形方法におい
    て、 一定の速度で前記プランジャーが移動するようにモータ
    を制御しながら樹脂を金型内に射出する射出工程と、 前記射出工程の後に、射出工程の制御をするためにモー
    タのトルク波形が振動するように指令トルクとモータト
    ルクとの差をモータの速度指令にフィードバックするモ
    ータ制御を行う保圧工程と、 前記射出工程中に、前記プランジャーの速度が安定した
    後にモータトルクが所定のトルクに達すると前記保圧工
    程に切り換える制御切り換え工程とを設けたことを特徴
    とする射出成形方法。
  4. 【請求項4】予め可塑化した樹脂を電動モータ駆動によ
    りプランジャーで金型内に射出する射出成形方法におい
    て、 一定の速度で前記プランジャーが移動するようにモータ
    を制御しながら樹脂を金型内に射出する射出工程と、 前記射出工程の後に、射出圧力の制御をするために一定
    振幅かつ一定周期の波動振動をモータのトルク指令とし
    てモータを制御する保圧工程と、 前記射出工程中に、前記プランジャーの速度が安定した
    後にモータトルクが所定のトルクに達すると前記保圧工
    程に切り換える制御切り換え工程とを設けたことを特徴
    とする射出成形方法。
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