JP3795441B2 - 電動式射出装置及びそれの制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクリューの背圧制御を精度良く実施することのできる電動式射出装置及びそれの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出装置として電動式射出装置が知られている（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−８４７９８号公報（第６−７頁、図２）
【０００４】
上記特許文献１の第６頁右欄下から２〜３行に「溶融樹脂４６（図９参照）の反力によってスクリュー４４は上方へ押戻され、該反力がロードセル６７で検出され」と記載があり、この記載から背圧制御にロードセル６７が利用されることが分かる。また、同第７頁左欄上から１０〜１１行に「射出圧力を保持する保圧を行う。」との記載があり、この保圧圧力はロードセル６７で検出されることは周知の通りである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおりに従来の電動式射出装置では、ロードセルにより背圧制御、射出圧制御、保圧制御などに必要な圧力情報の全てを取得する。
このロードセルは機械的変位を電気的信号に変換する計測部品の一種である。計測部品は、不可避的な誤差を含み、一般に電気的計測部品では、その誤差はＦＳ×α％（ＦＳはフルスケールであり、計測範囲のスパーンに相当する。αは０．１０などの数値であり、規格などで定められ値若しくはメーカで保証する値である。）
【０００６】
背圧は、射出圧より格段に小さな圧力であり、例えば背圧が射出圧の１／１００であるとすれば、この小さな背圧に、射出圧と同じＦＳ×α％の誤差が含まれる可能性がある。この結果、背圧制御が不正確若しくは不安定になりやすい。
すなわち、圧力情報をロードセルで一括して取得する従来の電動式射出装置においては、低圧で実施する背圧制御での精度が悪くなる。
【０００７】
さらには、竪型射出装置ではスクリューや連結軸の荷重がロードセルに直接的に作用し、これらが制御上の外乱になるため背圧制御がより不安定になる。
そこで、本発明の目的はロードセルを備える電動式射出装置、特に電動式竪型射出装置において、背圧制御の精度を飛躍的に高めることのできる技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、加熱筒にスクリューを進退自在に且つ回転自在に収納し、可塑化・計量工程では前記スクリューを回しながら材料を加熱筒の先端に貯留し、この貯留による反力でスクリューを後退させ、射出工程ではスクリューを前進させて加熱筒から材料を射出させる電動式射出装置において、
この電動式射出装置は、射出工程でスクリューを前進させる電動シリンダ機構と、可塑化・計量工程でスクリューの後退時の背圧を制御する背圧制御シリンダとを、各々備え、前記スクリューは前記背圧制御シリンダに常時連結するが、前記電動シリンダ機構とは可塑化・計量時に分離可能にしたことを特徴とする。
【０００９】
スクリューに常時連結した背圧制御シリンダと、スクリューから分離することのできる電動シリンダ機構とを、各々電動式射出装置に備えたため、可塑化・計量工程では電動シリンダ機構、すなわちロードセルに影響されることなく、背圧制御シリンダで背圧制御を実施することができる。
射出工程では、ロードセルで圧力情報を取得し、この情報に基づき圧力制御を実施する。
【００１０】
請求項２の電動式射出装置は、スクリューを立て、このスクリューの上に電動シリンダ機構を配置した竪型電動式射出装置であることを特徴とする。
ロードセルで背圧制御をも行う従来の竪型電動式射出装置では、スクリューや連結軸の荷重がロードセルに直接的に作用し、これらが制御上の外乱になるため背圧制御が大いに不安定になる。この点、本発明では、ロードセルでは背圧制御を行わず、背圧制御を背圧制御シリンダで実施するため、制御精度を高めることができる。
【００１１】
請求項３は、請求項２記載の竪型電動式射出装置を用い、射出工程では背圧制御シリンダはフリー状態にし、電動シリンダ機構でスクリューを前進させ、射出完了後に、電動シリンダ機構を後退させて同シリンダのラムをスクリューから分離し、可塑化・計量工程では背圧制御シリンダでスクリューに所定の背圧制御を施すことを特徴とする電動式射出装置の制御方法である。
【００１２】
可塑化・計量工程では電動シリンダ機構、すなわちロードセルに影響されることなく、背圧制御シリンダで背圧制御を実施することができる。背圧制御シリンダは、軽量なスクリューを制御対象とするため、制御は容易であり、制御精度を容易に高めることができる。この結果、精密成型を実施することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る電動式射出装置の正面図であり、電動式射出装置１０は、型締め機構の固定盤１１に、立てた第１タイロッド１２・・・（・・・は複数を示す。以下同じ）と、これらの第１タイロッド１２・・・の上部に固定した上部固定盤１３と、図示せぬ昇降手段で空中に保持された第１昇降盤１４と、この第１昇降盤１４に回転自在に取付けた電動シリンダ機構１５の射出ねじ軸１６と、この射出ねじ軸１６に平行に、第１昇降盤１４から下方へ延ばし且つ前記上部固定盤１３を貫通させた第２タイロッド１７・・・と、これらの第２タイロッド１７・・・の下部に固定した加熱筒保持板１８と、この加熱筒保持板１８に取付けた加熱筒２０と、この加熱筒２０に回転自在に且つ往復移動可能に収納したスクリュー２１と、このスクリュー２１の上端から延ばしたスプライン軸２２と、このスプライン軸２２を回転するために上部固定盤１３に取付けたスクリュー回転モータ２３と、このスクリュー回転モータ２３の動力をスプライン軸２２に伝達するベルト２４及びボールナット２５と、前記第１昇降盤１４から前記射出ねじ軸１６を囲うように下げた背圧制御シリンダ２６、２６と、これらの背圧制御シリンダ２６、２６で吊った第２昇降盤２７と、この第２昇降盤２７を前記スプライン軸２２の上端に連結するスプライン軸端保持部２８と、からなる。
【００１４】
電動シリンダ機構１５は、第１昇降盤１４に取付けた射出サーボモータ２９と、このサーボモータ２９のモータ軸及び射出ねじ軸１６に取付けたプーリ３０、３１と、これらのプーリ３０、３１に掛け渡したベルト３２と、前記射出ねじ軸１６と、この射出ねじ軸１６にねじ込んだナット３３と、このナット３３の底に配置したロードセル３４と、このロードセル３４を挟むようにして前記ナット３３の底面に連結した押圧板３５と、からなる。３６．３６はブッシュである。
【００１５】
電動シリンダ機構１５は、文字通りにモータ回転をねじ機構を介して直線運動に変える構造体であり、射出サーボモータ２９を回動することで、押圧板３５を下降させ、この押圧板３５でスプライン軸端保持部２８を下げ、スクリュー２１を下降させることで射出作用をなす。
【００１６】
ロードセル３４は、機械的変位量を電気信号に変換する荷重計であり、圧電セラミックスや歪みゲージを内蔵した計測部品である。周知の部品であるから、詳細構造の説明は省略する。
【００１７】
図２は図１の２部の断面詳細図であり、スプライン軸端保持部２８は、スプライン軸２２の端部に設けた鍔部３７を、ラジアルベアリング３８及びスラストベアリング３９を介してキャップ部材４１で囲い、このキャップ部材４１をボルト４２、４２で第２昇降盤２７に固定することにより、スプライン軸２２が回転し得るようにした。
【００１８】
なお、４０、４０はストッパ（他の図では記載を省略）であり、第２昇降盤２７の下限ストッパである。これらのストッパ４０、４０を設けることにより、図１においてスクリュー２１の先端（下端）が加熱筒２０のノズル付近に当たること、すなわち底突き現象の発生を防止することができる。
【００１９】
図３は図１の３部の断面詳細図であり、加熱筒保持板１８に加熱筒２０をボルト４３、４３にて取付け、この加熱筒２０に収納したスクリュー２１の上端をカップリング４４を用いてスプライン軸２２の下端に連結したことを示す。図から明らかなように、加熱筒２０に対して、スクリュー２１を回転させること及びスクリュー２１を往復移動（図上下への移動）させることができる。４５は材料供給管である。
【００２０】
図４は本発明に係る背圧制御シリンダの制御原理図であり、３個の丸Ｃはドレーン、丸Ｄ，Ｅは圧力系が図右の背圧制御シリンダ２６に接続することを意味する。
符号５１の丸Ｐは油圧源又は圧縮空気源であり、符号５２はスクリューの前進／後退を決める制御弁ｓｏｌ５であり、Ａ、Ｎ、Ｂの３位置電磁弁である。
【００２１】
背圧制御は、液晶樹脂などの低粘度樹脂を取扱う場合はより精密な制御を行う必要があるので、この精密制御を「微背圧制御」と呼ぶ。
それ以外の一般樹脂を取扱う場合の背圧制御を「一般背圧制御」と呼ぶ。
【００２２】
符号５３は一般背圧制御に用いる圧力制御弁であり、符号５４は制御弁ｓｏｌ６であり、Ａ、Ｎの２位置電磁弁である。
符号５５は制御弁ｓｏｌ７であり、Ａ、Ｎの２位置電磁弁であり、符号５６は微背圧制御に用いる圧力制御弁である。
制御弁ｓｏｌ５〜７の切替えテーブルを次に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
射出時は、制御弁ｓｏｌ５〜７の全てをＮにする。この結果、背圧制御シリンダ２６、２６は、共にドレーンに開放されるため、ピストン５７、５７は自由に上下動可能となり、射出動作を妨げない。
【００２５】
一般背圧制御では、制御弁ｓｏｌ５、７をＮのままとし、制御弁ｓｏｌ６をＡに切替える。可塑化・軽量時は樹脂反力により、スプライン軸２２が上昇する。この上昇により、ピストン５７、５７に上向き力が作用する。ピストン５７の下方のシリンダ内圧力は大気圧であるため、ピストン５７の移動を妨げない。ピストン５７の上方のシリンダ内圧力は圧力制御弁５３で制限される。すなわち、ピストン５７が上昇し、圧力制御弁５３の一次側の圧力が一定圧に達するまでは圧力制御弁５３は閉じたままで、同一次圧が一定圧を越えると弁開となって圧力超過分をドレーンへ放出する。この結果、常にピストン５７、５７の上方のシリンダ内圧力は一定圧になる。この一定圧が予め定めた背圧になる。そのために、一般背圧制御を実行することができる。
【００２６】
微背圧制御では、制御弁ｓｏｌ６がＡ位置のままであるから、ピストン５７、５７の上方のシリンダ内圧力は圧力制御弁５３の作用により定まる。制御弁ｓｏｌ５をＮからＢに切替えることにより、油圧源若しくは圧縮空気源５１の圧がピストン５７、５７の下方のシリンダ内へ向うが、同時に制御弁ｓｏｌ７がＮからＡに切り替るため、ピストン５７、５７の下方のシリンダ内圧力は圧力制御弁５６により定まる。ピストン５７、５７の下方のシリンダ内圧力で、スクリュー２１、第２昇降盤２７、スプライン軸２２などの重量をキャンセルする。この結果、一般背圧より微少の微背圧制御が実施できる。
【００２７】
デコンプ時は、制御弁ｓｏｌ７をＡからＮに切替える。この結果、ピストン５７、５７の下方のシリンダ内圧力が高まり、ピストン５７、５７を上昇させるため、デコンプを実行することができる。
以上の述べたとおり、本発明の背圧制御シリンダ及び同制御システムによれば、通常の射出工程などを妨げることなく、一般背圧制御並びの微背圧制御とデコンプが実行することができる。
【００２８】
次に電動式射出装置の全体の作用を述べる。
図５は射出工程完了時の状態図であり、射出サーボモータ２９により、射出ねじ軸１６を回し、ナット３３を下降させ、押圧板３５を下降させてキャップ部材４１を押し下げ、スプライン軸２２を下降させ、スクリュー２１を下降させたことを示す。射出圧力はロードセル３４で検出する。なお、この射出工程では背圧制御シリンダ２６、２６はフリーの状態にしておく。
【００２９】
図６は可塑化・計量工程の準備段階の状態図であり、射出サーボモータ２９を逆回転させ、ナット３３を上昇させることにより、押圧板３５を上昇させる。
キャップ部材４１、スプライン軸２２及びスクリュー２１は上昇せずに、残る。この結果、押圧板３５とキャップ部材４１との間にはＧだけ隙間が空く。
【００３０】
図７は可塑化・計量工程の途中図であり、スクリュー回転モータ２３を所定方向へ回し、ベルト２４、ボールナット２５を介してスプライン軸２２を回し、スクリュー２１を回しつつ、材料供給管４５から材料を供給すると、材料は加熱筒２０内を下降しつつ可塑化され、スクリュー２１の下方に溜まる。スクリュー２１は材料４８の溜まり量に応じて上昇する。
【００３１】
このときに、背圧制御シリンダ２６、２６を作動さ、一般背圧制御又は微背圧制御を実施する。
すなわち、第２昇降盤２７とスプライン軸２２とスクリュー２１のトータル重量に相当する上向き力を背圧制御シリンダ２６、２６で発生させれば、機械重量をゼロにすることができる。
この間、押圧板３５とキャップ部材４１との間に隙間ｇ（０＜ｇ＜Ｇ）が存在する。
【００３２】
図８はデコンプ終了後の状態図である。デコンプとは、鼻垂れを防止するためにスクリューを若干後退させて加熱筒内を減圧することを言う。
押圧板３５にキャップ部材４１が接触したとしても、押圧板３５はキャップ部材４１を下方へ押す作用は果たさない。背圧制御シリンダ２６、２６のピストンロッドが第２昇降盤２７、キャップ部材４１、スプライン軸２２、スクリュー２１の順で機械的に繋がり、加熱筒２０の下部に溜まった材料４８とスクリュー２１との位置関係を保持する。
【００３３】
押圧板３５を下降させれば、キャップ部材４１、スプライン軸２２及びスクリュー２１が下がり、加熱筒２０から材料４８を射出することができ、図５の状態になる。これで、射出サイクルが完了する。
【００３４】
図１において、電動シリンダ機構１５は、所定の射出速度及び射出力を発生させるために射出ねじ軸１６、ナット３３を備え、このナット３３の底にロードセル３４を備えた。
このロードセル３４では、背圧制御、特に微背圧制御のための正確な圧力検出は到底できない。
【００３５】
そこで、本発明ではロードセル３４では射出圧力のような大きな圧力の検出をさせる。そして、図７、８に示したとおりに、可塑化・計量工程では、押圧板３５とは無関係に、背圧制御を行うため、背圧制御は極めて容易になる。すなわち、背圧制御シリンダ２６、２６に対する負荷は小さいので、背圧制御シリンダ２６、２６は小型、軽量なシリンダユニットで済ませることができる。
【００３６】
なお、実施例は竪型電動式射出装置で説明した。しかし、横型電動式射出装置にも本発明は適用することは差し支えない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、スクリューに常時連結した背圧制御シリンダと、スクリューから分離することのできる電動シリンダ機構とを、各々電動式射出装置に備えたため、可塑化・計量工程では電動シリンダ機構、すなわちロードセルに影響されることなく、背圧制御シリンダで背圧制御を実施することができる。
射出工程では、ロードセルで圧力情報を取得し、この情報に基づき圧力制御を実施する。
【００３８】
請求項２の電動式射出装置は、スクリューを立て、このスクリューの上に電動シリンダ機構を配置した竪型電動式射出装置であることを特徴とする。
ロードセルで背圧制御をも行う従来の竪型電動式射出装置では、スクリューや連結軸の荷重がロードセルに直接的に作用し、これらが制御上の外乱になるため背圧制御が大いに不安定になる。この点、本発明では、ロードセルでは背圧制御を行わず、背圧制御を背圧制御シリンダで実施するため、制御精度を高めることができる。
【００３９】
請求項３は、請求項２記載の竪型電動式射出装置を用い、射出工程では背圧制御シリンダはフリー状態にし、電動シリンダ機構でスクリューを前進させ、射出完了後に、電動シリンダ機構を後退させて同シリンダのラムをスクリューから分離し、可塑化・計量工程では背圧制御シリンダでスクリューに所定の背圧制御を施すことを特徴とする電動式射出装置の制御方法である。
【００４０】
可塑化・計量工程では電動シリンダ機構、すなわちロードセルに影響されることなく、背圧制御シリンダで背圧制御を実施することができる。背圧制御シリンダは、軽量なスクリューを制御対象とするため、制御は容易であり、制御精度を容易に高めることができる。この結果、精密成型を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動式射出装置の正面図
【図２】図１の２部の断面詳細図
【図３】図１の３部の断面詳細図
【図４】本発明に係る背圧制御シリンダの制御原理図
【図５】射出工程完了時の状態図
【図６】可塑化・計量工程の準備段階の状態図
【図７】可塑化・計量工程の途中図
【図８】デコンプ終了後の状態図
【符号の説明】
１０…電動式射出装置、１５…電動シリンダ機構、２０…加熱筒、２１…スクリュー、２６…背圧制御シリンダ、２９…射出サーボモータ。

Claims (3)

1. 加熱筒にスクリューを進退自在に且つ回転自在に収納し、可塑化・計量工程では前記スクリューを回しながら材料を加熱筒の先端に貯留し、この貯留による反力でスクリューを後退させ、射出工程ではスクリューを前進させて加熱筒から材料を射出させる電動式射出装置において、
   この電動式射出装置は、射出工程でスクリューを前進させる電動シリンダ機構と、可塑化・計量工程でスクリューの後退時の背圧を制御する背圧制御シリンダとを、各々備え、前記スクリューは前記背圧制御シリンダに常時連結するが、前記電動シリンダ機構とは可塑化・計量時に分離可能にしたことを特徴とする電動式射出装置。
2. 前記スクリューを立て、このスクリューの上に電動シリンダ機構を配置した竪型電動式射出装置であることを特徴とする請求項１記載の電動式射出装置。
3. 請求項２記載の竪型電動式射出装置を用い、射出工程では背圧制御シリンダはフリー状態にし、電動シリンダ機構でスクリューを前進させ、射出完了後に、電動シリンダ機構をスクリューから分離し、可塑化・計量工程では背圧制御シリンダでスクリューに所定の背圧制御を施すことを特徴とする電動式射出装置の制御方法。

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