JP3564052B2 - 射出成形機の圧力制御装置及び圧力制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動機構部側とこの駆動機構部側により進退駆動せしめられる可動部側の間に介在させた荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行う射出成形機の圧力制御装置及び圧力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、駆動モータ及びボールねじ機構を備える駆動機構部側とこの駆動機構部側により進退駆動せしめられるスクリュ側の間にロードセル（荷重変換器）を介在させ、このロードセルから検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行う射出成形機の圧力制御装置は、特公平８−２５６７号公報及び特開平１０−１５１６５３号公報等で知られている。
【０００３】
この種の圧力制御装置は、ロードセルの一端面をスクリュを支持するスクリュ支持部材に固定するとともに、ロードセルの他端面をボールねじ機構におけるボールねじ部又はナット部に固定し、スクリュ支持部材とボールねじ部又はナット部間に付加される圧力をロードセルにより検出するとともに、この圧力検出結果に基づいて射出圧力（保圧力を含む、以下同じ）等に対する圧力制御を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、射出成形機の成形サイクルには、射出工程と計量工程が存在し、射出工程では、通常、２０〔ＭＰａ〕程度の高圧の射出圧力がスクリュに付与される。このため、使用するロードセルの定格圧力は、サージ圧力の発生を見込んで、射出圧力の１．５倍程度のものを使用することもある。図４にロードセルの検出特性を示す。同図から明らかなように、射出設定率〔％〕（定格圧力を１００〔％〕）に対して、ロードセルを接続したアンプ出力Ｇａ〔ｍＶ〕及び検出される射出圧力Ｐｉ〔ＭＰａ〕は共に比例する関係にあり、これにより、射出工程では正確かつ安定した圧力制御を行うことができる。
【０００５】
一方、計量工程では、スクリュを回転させて計量を行うとともに、この際、スクリュには、通常、１〔ＭＰａ〕以下の背圧が付与される。このように、計量工程は、１〔ＭＰａ〕以下の低圧制御となり、ロードセルの検出領域は、図４に二点鎖線枠Ａで示す低圧領域となる。図５に、図４の二点鎖線枠Ａ内の特性を拡大して示すが、同図から明らかなように、低圧領域、特に、０近辺でのアンプ出力Ｇａや射出圧力Ｐｉは、かなり不安定となる。
【０００６】
このように、ロードセルを使用した従来の圧力制御装置は、特に、低圧制御工程となる計量工程においてロードセルの検出特性が不安定となり、高精度で安定した圧力制御を行うことができないとともに、高度の成形品質を確保できない問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、高圧制御工程及び低圧制御工程の双方において高精度で安定した圧力制御を行うことができるとともに、高度の成形品質を確保できる射出成形機の圧力制御装置及び圧力制御方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明に係る射出成形機Ｍの圧力制御装置１は、駆動機構部２側と可動部３側の間に、低圧検出用の第一荷重変換器（第一ロードセル）４と高圧検出用の第二荷重変換器（第二ロードセル）５を介在させ、かつ第一荷重変換器４に対して設定圧力以上の圧力が付加されないように規制する規制部６を設けるとともに、低圧制御工程では第一荷重変換器４から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御し、かつ高圧制御工程では第二荷重変換器５から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行う制御部７を備えることを特徴とする。この場合、好適な実施の形態により、可動部３は、射出装置Ｍｉのスクリュ３ｓに適用できる。
【０００９】
一方、本発明に係る射出成形機Ｍの圧力制御方法は、低圧制御工程では駆動機構部２側と可動部３側の間に介在させた低圧検出用の第一荷重変換器４から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行うとともに、高圧制御工程では規制部６により第一荷重変換器４に対して設定圧力以上の圧力が付加されないように規制し、かつ駆動機構部２側と可動部３側の間に介在させた高圧検出用の第二荷重変換器５から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行うようにしたことを特徴とする。この場合、好適な実施の態様により、低圧制御工程は計量工程に適用できるとともに、高圧制御工程は射出工程に適用できる。
【００１０】
【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。
【００１１】
まず、本実施例に係る圧力制御装置１を備える射出成形機Ｍの構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１２】
図２は、射出成形機Ｍの射出装置Ｍｉを示す。同図中、１０は機台であり、この機台１０の上面には離間した射出台１１と射出駆動台１２を設置する。射出台１１と射出駆動台１２間には四本のガイドシャフト１３…を架設し、このガイドシャフト１３…に前スライダ１４とこの前スライダ１４に対して別体に構成した後スライダ１５をそれぞれスライド自在に装填する（図１参照）。
【００１３】
また、図１に示すように、前スライダ１４と後スライダ１５間には、規制部６を構成するストッパリング６ｒと第一ロードセル（第一荷重変換器）４を取付ける。この場合、第一ロードセル４は、計量工程における背圧を高精度に検出できる低圧検出用ロードセル、例えば、定格圧力が２〔ＭＰａ〕程度のロードセルを使用する。第一ロードセル４は全体をドーナツ形に形成し、比較的薄肉の中間起歪部４ｍの内側に内環部４ｉを有するとともに外側に外環部４ｏを有する。そして、外環部４ｏの前面を、ボルト等によりストッパリング６ｒの後面に固定するとともに、内環部４ｉの後面を、ボルト等により後スライダ１５の前面に固定する。中間起歪部４ｍには複数の歪ゲージ４ｇ…を付設し、この歪ゲージ４ｇ…は制御部７を構成するコントローラ７ｃの入力側に接続する。
【００１４】
ストッパリング６ｒは、外環部４ｏへの当接面に対して後方へ段差状に形成したストッパ部６ｒｓを有する。このストッパ部６ｒｓにより、内環部４ｉに対する間隔Ｌを設定することができ、この間隔Ｌにより第一ロードセル４に対して設定圧力以上の圧力が付加されないように規制することができる。具体的には、定格圧力が２〔ＭＰａ〕の第一ロードセル４を使用した場合、２〔ＭＰａ〕を設定圧力として設定できる。この際、２〔ＭＰａ〕が付与された時点でストッパ部６ｒｓが内環部４ｉに当接するように、間隔Ｌを設定すればよい。
【００１５】
一方、前スライダ１４は、内側に中空部を有する筒形に形成し、この中空部に、ベアリング１６，１７によりスクリュカップリング１８を回動自在に支持する。また、前スライダ１４とスクリュカップリング１８間には、第二ロードセル（第二荷重変換器）５を介在させる。この場合、第二ロードセル５は、射出工程における射出圧力（保圧力を含む、以下同じ）を高精度に検出できる高圧検出用ロードセル、例えば、定格圧力が３０〔ＭＰａ〕程度のロードセルを使用する。第二ロードセル５は全体をドーナツ形に形成し、比較的薄肉の中間起歪部５ｍの内側に内環部５ｉを有するとともに外側に外環部５ｏを有する。そして、外環部５ｏの後面は、前スライダ１４の内端面に当接させるとともに、内環部５ｉの前面とスクリュカップリング１８間には、スラストベアリング１９を介在させる。中間起歪部５ｍには複数の歪ゲージ５ｇ…を付設し、この歪ゲージ５ｇ…はコントローラ７ｃの入力側に接続する。なお、２０は前スライダ１４の前端に嵌合して第二ロードセル５を保持する保持リング、２１は保持リング２０とスクリュカップリング１８間に介在するベアリング、２２はスクリュカップリング１８の後端に螺着してベアリング１６，１７を固定する固定リングをそれぞれ示す。
【００１６】
また、前スライダ１４の外側上面には計量用のサーボモータ２３を配設する。サーボモータ２３の後端には、このサーボモータ２３におけるロータシャフト２３ｓの回転数（回転速度）を検出するロータリエンコーダ２４を付設し、このロータリエンコーダ２４はコントローラ７ｃの入力側に接続する。一方、スクリュカップリング１８の前端には歯付被動プーリ２５を取付けるとともに、ロータシャフト２３ｓには歯付駆動プーリ２６を取付け、さらに、歯付被動プーリ２５と歯付駆動プーリ２６間に、タイミングベルト２７を架け渡して回転伝達機構を構成する。射出台１１の前端面には、加熱筒２８の後端を取付ける。加熱筒２８は後部にホッパー２９を備えるとともに、内部にはスクリュ３ｓ（可動部３）を挿入し、このスクリュ３ｓの後端をスクリュカップリング１８（歯付被動プーリ２５）の中央に結合する。
【００１７】
他方、後スライダ１５の後端面にはボールねじ機構３０のナット部３０ｎの前端をボルト等により固定する。一方、射出駆動台１２は、内側に中空部を有し、この中空部に配したベアリング３１によりボールねじ機構３０のボールねじ部３０ｓの後端軸部３２を回動自在に支持する。なお、３３は射出駆動台１２の前端面に固定したベアリング保持リングである。また、射出駆動台１２の後端面には、ボルト等により射出用のサーボモータ３４を取付ける。サーボモータ３４は、ステータ部の極数をできるだけ多くし、ロータ部のマグネットによる高い磁束密度と合わせて、低速かつ高トルクの回転を出力する同期型のＡＣサーボモータとして構成する。そして、サーボモータ３４のロータシャフト３４ｓは、ボールねじ部３０ｓの後端軸部３２に直結する。これにより、サーボモータ３４の回転は、ボールねじ機構３０のボールねじ部３０ｓに対して直接伝達される。このようなサーボモータ３４を用いれば、タイミングベルトを有する回転伝達機構は不要となり、成形機本体の小型コンパクト化及び騒音の低減に寄与できる。また、剛性化によりゲイン（制御定数）を大きくできるため、制御の安定性を高めることができる。
【００１８】
実施例は、サーボモータ３４の回転をボールねじ機構３０のボールねじ部３０ｓに対して直接伝達されるタイプを示したが、サーボモータの回転をタイミングベルトを用いた回転伝達機構を介してボールねじ機構に伝達する一般的なタイプであっても勿論よい。なお、サーボモータ３４とボールねじ機構３０は、スクリュ３ｓを進退駆動する駆動機構部２を構成する。一方、サーボモータ３４は、コントローラ７ｃの出力側に接続する。
【００１９】
さらに、サーボモータ３４の後端には、ロータシャフト３４ｓの回転数（回転速度）を検出するロータリエンコーダ３５を付設し、このロータリエンコーダ３５はコントローラ７ｃの入力側に接続する。ロータリエンコーダ３５は、ロータシャフト３４ｓの回転速度が低速であっても正確に検出できるように、特に、高分解能に構成する。即ち、ロータシャフト３４ｓの一回転当たりに得られるパルス数ができるだけ多くなるように構成する。
【００２０】
次に、本実施例に係る圧力制御装置１の動作を含む圧力制御方法について、図１及び図２を参照しつつ図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００２１】
今、射出成形機Ｍは、計量工程（低圧制御工程）を開始する状態にあるものとする。したがって、スクリュ３ｓは前進した計量開始位置にある。この際、コントローラ７ｃは、第一ロードセル４から検出される圧力検出結果を使用できるように制御系を切換える。計量工程では、コントローラ７ｃによりサーボモータ２３が駆動制御される。サーボモータ２３の回転はスクリュ３ｓに伝達され、スクリュ３ｓの回転により計量が行われる（ステップＳ１）。この際、コントローラ７ｃは、第一ロードセル４から得られる背圧検出値（圧力検出結果）に基づいてサーボモータ２３を制御し、背圧検出値が背圧設定値になるようにフィードバック制御する。これにより、スクリュ３ｓには所定の背圧（例えば、１〔ＭＰａ〕程度）が付与される。
【００２２】
計量工程の終了により、コントローラ７ｃは、第二ロードセル５から検出される圧力検出結果を使用できるように制御系を切換え、この後、射出工程（高圧制御工程）に移行する（ステップＳ２，Ｓ３）。射出工程では、コントローラ７ｃによりサーボモータ３４が駆動制御される。サーボモータ３４の回転はボールねじ機構３０のボールねじ部３０ｓに伝達され、ナット部３０ｎが前進するとともに、これに伴ってスクリュ３ｓも前進移動する。これにより、スクリュ３ｓの前方に計量された溶融樹脂は、不図示の金型内に射出充填される（ステップＳ４）。この際、コントローラ７ｃは、第二ロードセル５から得られる射出圧力検出値（圧力検出結果）に基づいてサーボモータ３４を制御し、射出圧力検出値が射出圧力設定値になるようにフィードバック制御する。これにより、スクリュ３ｓには所定の射出圧力（例えば、２０〔ＭＰａ〕程度）が付与される。また、射出工程では、ストッパリング６ｒのストッパ部６ｒｓが内環部４ｉに当接するため、第一ロードセル４には、間隔Ｌにより設定された設定圧力（例えば、第一ロードセル４の定格圧力）以上の圧力は付与されない。
【００２３】
射出工程の終了によりコントローラ７ｃは、第一ロードセル４から検出される圧力検出結果を使用できるように制御系を切換える（ステップＳ５，Ｓ６）。そして、次の成形（ショット）を行う場合には、次サイクルの計量工程に移行し、以後、同様の処理が繰り返される（ステップＳ７）。
【００２４】
このように、本実施例に係る圧力制御装置１及び圧力制御方法によれば、計量工程では、ボールねじ機構３０側とスクリュ３ｓ側の間に介在させた第一ロードセル４から検出される圧力検出結果（背圧検出値）に基づいて圧力制御が行われるとともに、射出工程ではストッパ部６ｒｓにより第一ロードセル４に対して設定圧力以上の圧力が付加されないように規制され、かつボールねじ機構３０側とスクリュ３ｓ側の間に介在させた第二ロードセル５から検出される圧力検出結果（射出圧力検出値）に基づいて圧力制御が行われるため、計量工程（低圧制御工程）と射出工程（高圧制御工程）の双方において高精度で安定した圧力制御を行うことができ、もって、高度の成形品質を確保できる。
【００２５】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，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，追加，削除することができる。
【００２６】
例えば、可動部３としてスクリュ３ｓを例示したが、型締機構などであってもよい。したがって、第一荷重変換器４と第二荷重変換器５は、型開閉工程や型締工程における低圧制御工程と高圧制御工程で使い分けることができる。また、実施例は、低圧制御工程と高圧制御工程の二つに分けたが、低圧制御工程（高圧制御工程）を、さらに低圧制御領域と高圧制御領域に分けるなどして三以上の荷重変換器を使用する場合も本発明に含まれる。一方、本発明は、ロードセル以外の第一荷重変換器４と第二荷重変換器５を排除するものではない。また、第一ロードセル４と第二ロードセル５は、取付位置を入れ替えてもよいし、それぞれ他の位置に変更してもよい。さらに、第一ロードセル４と第二ロードセル５を重ねて同一場所に取付けてもよい。他方、制御部７（コントローラ７ｃ）は、第一ロードセル４から検出される圧力検出結果と第二ロードセル５から検出される圧力検出結果を監視し、両圧力検出結果の関係が所定の関係を外れたときに異常処理を行うこともできる。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明に係る射出成形機の圧力制御装置及び圧力制御方法は、低圧制御工程では駆動機構部側と可動部側の間に介在させた低圧検出用の第一荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行うとともに、高圧制御工程では規制部により第一荷重変換器に対して設定圧力以上の圧力が付加されないように規制し、かつ駆動機構部側と可動部側の間に介在させた高圧検出用の第二荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行うことができるため、低圧制御工程と高圧制御工程の双方において高精度で安定した圧力制御を行うことができ、もって、高度の成形品質を確保できるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る圧力制御装置の構成図、
【図２】同圧力制御装置を備える射出成形機における射出装置の一部断面側面図、
【図３】本実施例に係る圧力制御方法の処理手順を示すフローチャート、
【図４】ロードセルの検出特性図、
【図５】図４に示す二点鎖線枠Ａ内の拡大特性図、
【符号の説明】
１ 圧力制御装置
Ｍ 射出成形機
２ 駆動機構部
３ 可動部
４ 第一荷重変換器（第一ロードセル）
５ 第二荷重変換器（第二ロードセル）
６ 規制部
７ 制御部
Ｍｉ 射出装置
３ｉ スクリュ

Claims (6)

1. 駆動機構部側とこの駆動機構部側により進退駆動せしめられる可動部側の間に介在させた荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行う射出成形機の圧力制御装置において、前記駆動機構部側と前記可動部側の間に、低圧検出用の第一荷重変換器と高圧検出用の第二荷重変換器を介在させ、かつ前記第一荷重変換器に対して設定圧力以上の圧力が付加されないように規制する規制部を設けるとともに、低圧制御工程では前記第一荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御し、かつ高圧制御工程では前記第二荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行う制御部を備えることを特徴とする射出成形機の圧力制御装置。
2. 前記可動部は、射出装置のスクリュであることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の圧力制御装置。
3. 前記荷重変換器は、ロードセルであることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の圧力制御装置。
4. 駆動機構部側とこの駆動機構部側により進退駆動せしめられる可動部側の間に介在させた荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行う射出成形機の圧力制御方法において、低圧制御工程では前記駆動機構部側と前記可動部側の間に介在させた低圧検出用の第一荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行うとともに、高圧制御工程では規制部により前記第一荷重変換器に対して設定圧力以上の圧力が付加されないように規制し、かつ前記駆動機構部側と前記可動部側の間に介在させた高圧検出用の第二荷重変換器から検出される圧力検出結果に基づいて圧力制御を行うことを特徴とする射出成形機の圧力制御方法。
5. 前記低圧制御工程は、計量工程であることを特徴とする請求項４記載の射出成形機の圧力制御方法。
6. 前記高圧制御工程は、射出工程であることを特徴とする請求項４記載の射出成形機の圧力制御方法。

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