JP3949254B2

JP3949254B2 - 射出制御方法および電動式射出装置

Info

Publication number: JP3949254B2
Application number: JP02460298A
Authority: JP
Inventors: 崎洋熊; 田滋藤
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2018-02-05
Also published as: JPH11221841A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出制御方法および電動式射出装置に係り、特に、トグルリンク機構の機構的制約によらずに、射出工程における射出速度、射出力を調整できるようにする射出制御方法および電動式射出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、射出成形機に使用される電動式射出装置は、電動機の回転運動をボールネジなどの伝動機構によって、溶融樹脂を金型内に射出するスクリュや射出プランジャの直進運動に変換している。
【０００３】
射出成形では、成形する製品や樹脂の種類に応じて、射出速度、射出力、射出量などを適切な値に調整する必要がある。例えば、薄物成形では、樹脂を比較的高い圧力で高い速度で射出し、厚物成形では低い圧力で低速で射出するというようにである。
【０００４】
電動機の出力をボールネジ等で直進運動に変換する直動式では、直進運動をそのままスクリュや射出プランジャに伝達しているので、電動機の速度、トルクを制御することで、射出速度や射出力を制御している。したがって、射出速度や射出力の多様な変化のパターンに応じるためには、電動機にはできるだけ大容量のサーボモータが必要とされていた。
【０００５】
他方、電動機は定速、定トルクで回転させて、トグル機構やクランクのようなリンク機構を応用して、機械的な手段により射出速度、射出圧力等を一定のパターンで変化させるようにした電動式射出装置がある。このようなリンク機構では、リンクの位置によって速度、力が変化するという特性を利用して、射出工程において射出開始直後には速い射出速度で小さな射出力で射出を開始し、射出工程の進行とともに、射出速度は減速させながら射出完了時に大きな射出力が得られるというように、一定のパターンの射出速度、射出圧力を容易に得ることができる。
【０００６】
ただし、リンク機構の場合、射出速度の変化のパターンと得られる射出力は、リンクの腕の長さなどの機械的寸法により一義的に定まり、必要に応じて速度変化のパターンを変えられないという問題がある。このため、射出速度、射出力を調整できるように改良が加えられたこの種の電動式射出機構が提案されており、例えば、特許公報２６３１５７６号に開示されているものを挙げることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術において、射出速度、射出力を調整する場合、樹脂の射出量は一定の条件で、射出工程途中の射出速度、射出力を調整できるにとどまり、リンク機構の機械的寸法の制約から自由に射出速度パターン、射出力の設定・調整をすることができない。とりわけ、射出量が異なる成形で射出ストロークが変わった場合に適切な射出速度パターンの設定や射出力の調整が困難であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解決するもので、射出工程中の射出速度パターンと射出力がリンク機構の機構学的特性により決まってしまう問題を解決し、自由な射出速度パターンの設定および射出力の容易な調整を実現できるようにした射出制御方法および電動式射出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、電動機の回転運動を直進運動に変換するボールネジ機構と、このボールネジ機構と射出プランジャまたはスクリュを連結するトグルリンク機構と、を有する電動式射出装置を用いて前記射出プランジャまたはスクリュを前進させ溶融樹脂を射出する射出方法において、前記トグルリンク機構の一部にリンク長さを可変なリンク部を組み込み、前記ボールネジ機構の直進運動をトグルリンク機構を用いて前記射出プランジャまたはスクリュに伝達し、前記射出プランジャまたはスクリュの射出開始位置に応じて、前記トグルリンク機構の最大射出ストロークにおける最大射出速度を基準にして射出開始時の射出速度を設定し、この射出速度になるように前記電動機の速度を制御し、前記リンク部のリンク長さを調整することにより、射出力を調整することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、任意の位置を射出開始位置とする射出開始時の射出速度の設定値は、前記トグルリンク機構の最大射出ストロークにおける最大の射出速度を基準値として、前記基準値に適当な比率を掛けた値に設定することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、射出量が変わると射出ストロークが変化するが、トグルリンク機構の機構的制約を受けずに射出速度の変化パターンを射出ストロークに合わせて変えることができるので、射出量が少なくても高速な射出充填が可能となる。
【００１２】
また、本発明では、前記トグルリンク機構の一部にリンク長さを可変なリンク部を組み込み、リンク長さを調整することにより、射出速度を増減させて必要な射出力を得ることができる。
【００１３】
これによれば、金型の構造によって同じ射出ストロークでも射出開始当初からより大きな射出力が必要な場合に、リンク長さを調整することで、必要な射出力を得ることができる。
【００１４】
本発明は、電動機の回転運動をボールネジ機構により直進運動に変換して射出プランジャまたはスクリュを前進させ溶融樹脂を射出する射出方法において、前記ボールネジ機構の直進運動をトグルリンク機構を用いて前記射出プランジャまたはスクリュに伝達し、前記トグルリンク機構の機構学的特性によって規定される射出速度の変化パターンとは無関係に、射出速度を位置の関数とする任意のパターンを設定し、前記設定した射出速度パターンにしたがうように前記電動機の速度を制御することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、電動機の回転運動をボールネジ機構により直進運動に変換して射出プランジャまたはスクリュを前進させる射出動作を行う電動式射出装置において、前記ボールネジ機構の直進運動を前記射出プランジャまたはスクリュに伝達するトグルリンク機構を設け、前記トグルリンク機構を構成するリンク部にそのリンク長さを調整する長さ調節装置を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の好適な実施形態によれば、前記長さ調節装置は、ねじれ方向が左右異なる雄ねじが分断部にそれぞれ形成されたリンク部材と、前記雄ねじにそれぞれ螺合する左右異なる雌ねじが両端部に形成された歯車付きソケットと、前記歯車付きソケットを回転駆動する電動機と、を備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明をスクリュインライン式の射出装置に適用した実施形態による電動式射出装置を示す。
１０は、スクリュを示す。このスクリュ１０は樹脂の可塑化、計量とともに、射出プランジャとしても働くスクリュである。スクリュ１０は、バレル１１に回転自在でかつ軸方向に前進後退可能なように挿入されている。バレル１１の外周部には、バレル１１を加熱するためのヒータ１２が設けられている。成形材料の樹脂は、ホッパ１３からバレル１１内部に投入され、スクリュー１０の回転によって可塑化される。
【００１８】
１４は、スクリュ１０の回転駆動部を示す。スクリュ１０は、継手１５を介して駆動軸１６と連結されている。ハウジング１７内部には、駆動軸１６を回転自在に支持するラジアル軸受１８と、射出力の反力を受けるスラスト軸受１９が内蔵されている。また、このハウジング１７は、ベース２０の上面を移動自在に設けられた移動プレート２１の前面側に取り付けられている。
【００１９】
２２は、駆動軸１６を駆動する電動機を示す。この電動機２２の出力軸には、歯車２３が取り付けられ、この歯車２３に駆動軸１６に設けられている歯車２４が噛み合っている。したがって、電動機１６の回転動力は、歯車２３、２４を介して減速されて駆動軸１６に伝達されるようになっている。
【００２０】
ベース２０上ではスクリュ側と反スクリュ側の端には、それぞれフロントプレート２５とリアプレート２６が固定されている。このフロントプレート２５とリアプレート２６の間には、移動プレート２１の移動を案内するガイドバー２７が平行に架け渡されている。
【００２１】
トグルリンク機構３０は、移動プレート２１と、固定プレートとしてのリアプレート２６との間を連結するように設けられている。トグルリンク機構３０は、リンク３１、リンク３２からなるトグルリンクと、リンク３２のリンク長さを調整する長さ調整装置３４とから構成されている。
【００２２】
リンク３１の一端部は、ピン３５を介して移動プレート２１の背面部に回動自在に連結され、このリンク３１の他端部は、ピン３６を介してリンク３２の一端部およびボールネジ３８の先端部の連結部材３７と連結されている。リンク３２の他端部は、ピン３９を介してリアプレート２６の前面部に回動自在に連結されている。
【００２３】
トグルリンクを構成するリンク３１、３２の連結部に接続されている前記ボールネジ３８は、電動機４０の駆動軸の回転運動を直進運動に変えてトグルリンクに伝達するボールネジ機構４６を構成するようになっている。歯車ケース４１は、電動機４０の回転を減速して伝達する歯車４２、４３とナット４４を収納するケースで、ベース２０に対して揺動自在にピン４５を介して取り付けられている。ナット４４は、ボールネジ３８に螺合しており、ボールネジ３８を上下方向に前進・後退させる。したがって、電動機４０に駆動されて、ボールネジ３８が図１において下方に前進すると、リンク３１、３２からなるトグルリンクが伸びてスクリュを１０を前進させる射出動作を行うなうようになっている。他方、ボールネジ３８が図１において上方に後退すると、トグルリンクは折れ畳んで計量動作を行うようになっている。電動機４０には、サーボモータが用いられ、図示しない数値制御装置によって、所定の射出速度変化パターンに従って射出速度が変化するように、精密な位置、速度のフィードバック制御が行われる。
【００２４】
次に、図２は、トグルリンクのリンク長さを調節する長さ調節装置３４の構造を示す図である。トグルリンクの一部を構成するリンク３２は、リンク部材３２ａ、３２ｂに分断されており、このうちリンク部材３２ａの分断部には、右ネジの雄ねじ５０ａが形成され、他方のリンク部材３２ｂの分断部には、左ねじの雄ねじ５０ｂが形成されている。これらのリンク部材３２ａ、３２ｂは、ソケット５１により連結されるもので、この円筒状のソケット５１の両端部の内径部には、それぞれ逆ネジの雌ねじ、すなわち、右ネジの雄ねじ５０ａが螺合する雌ねじ５２ａ、左ネジの雄ねじ５０ｂが螺合する雌ねじ５２ｂが形成されている。
【００２５】
このようなソケット５１の外周部には、リングギア５３が固定されており、このリングギア５３には、電動機５６に連結しているピニオン５４が噛み合っている。この場合、電動機５６により駆動されてソケット５１が正転すると、リンク部材３２ａ、３２ｂは、離間する方向に移動しリンク３２全体としてのリンク長さが伸び、ソケット５１が逆転すると、リンク３２全体としての長さが短くなるようになっている。また、リンク長さの伸縮量は、直接または間接的に図示しない検出手段によって検出される。電動機５６は、検出量が目標値に一致するように図示されない数値制御装置によって位置制御される。
【００２６】
次に、以上のような電動式射出装置により実施する射出制御方法について説明する。
図３は、射出工程におけるスクリュ１０の位置と射出速度すなわちスクリュ１０の前進速度との関係を示す図である。図４は、図１の電動式射出装置の主要部を模式的に図示した図である。
【００２７】
ボールネジ３８の直進運動をトグルリンク機構３０に伝達してスクリュ１０を前進させると、リンク３１、３２の腕の長さ、トグルリンク機構３０を駆動する電動機４０の回転数などから決まるトグルリンク機構３０の機構学特性は、スクリュ１０が前進するにしたがって変化する射出速度Ｖｃの変化を一定のパターンに規定する。図３では、射出終了時のスクリュ１０の位置を原点０にとっている。
【００２８】
この図３において、曲線６０は、電動機４０を一定の回転数で回転させ、この射出装置における最大の射出ストロークＳ1の場合での射出速度Ｖｃの変化パターンを示す。この曲線６０のように、射出速度Ｖｃは、射出開始位置ｘ1で最大となり、射出工程の進行とともに減少する。射出工程が終了に近づくと、射出速度Ｖｃは、極く低速になる反面、射出力は急激に増大する。これがトグルリンク機構３０の特性である。
【００２９】
このような射出速度Ｖｃの変化は、一般的に、溶融樹脂を高速で充填し、確実に充填を完了させる射出工程では好ましい。しかし、溶融樹脂の射出量は、製品によって変わるものである。例えば、射出ストロークがＳ2であるところの射出量の少ない射出工程では、射出開始位置が、例えばｘ2に変化しても、トグルリンク機構３０の特性から、電動機４０の回転数が同じであれば、射出速度Ｖｃの変化は変わらず曲線６０のように変化する。ただ、射出開始位置ｘ2における射出速度がＶｃ2に減少する。
【００３０】
本来、射出開始位置では高速な射出速度が要求されるところ、このような射出速度の低下は好ましくない。
そこで、射出量の違いから射出開始位置が変わっても、次のようにして、射出速度Ｖｃの変化パターンを曲線６２、６４のように変えることにより、射出開始位置における高速な射出速度Ｖｃ1を確保する。
【００３１】
曲線６２は、射出開始位置がｘ2で射出ストロークＳ2の場合の射出速度変化パターンの例で、曲線６４は、射出開始位置がｘ3で射出ストロークがさらに短いＳ3になった場合の射出速度変化パターンである。
【００３２】
図４のトグルリンク機構３０において、
Ｌ1 ：リンク３２の腕の長さ
Ｌ2 ：リンク３１の腕の長さ
α ：リンク３２とスクリュ１０の軸線のなす角
β ：リンク３１とスクリュ１０の軸線のなす角
γ ：ボールネジ３８と、リンク３２の速度ｖの方向とのなす角
ＶE ：ボールネジ３８の前進速度
とすると、
スクリュ１０の速度、すなわち、射出速度Ｖｃは、次の式で与えられる。
【００３３】
【数１】

射出ストロークがＳ2として決められると、射出開始位置ｘ2におけるリンク３１、３２およびボールネジ３８の位置は一対一に対応するから、α、β、γの値も定まる。射出開始位置ｘ2での射出速度をＶｃ1にするためのボールネジ３８の速度ＶEは、（１）式から計算することができる。従って、電動機４０の速度を図示しない数値制御装置により制御し、この求めた速度でボールネジ３８を移動させて射出工程を開始すれば、射出速度Ｖｃの変化は、曲線６２のようになる。射出ストロークがＳ３の場合もまったく同様である。
【００３４】
このようにして、射出量の変わった射出工程では、曲線６２、６４で表される射出速度の変化パターンに従うように射出工程が進行する。このため、トグルリンク機構の機構的制約を受けずに射出速度の変化パターンを射出ストロークに合わせて変えることができるので、射出量が少なくても高速な射出充填が可能となる。
【００３５】
なお、以上は、最大ストロークＳ１における最大射出速度Ｖｃ1を基準に、射出ストロークが変わっても同じ射出速度を維持するように射出速度変化パターンを変えた例であるが、最大射出速度Ｖｃ1を基準に所定の比率、例えば、９５パーセントの射出速度というようなパターンにするようにしてもよい。これは製品によって自由に設定できる。
【００３６】
ところで、射出力は、トグルリンク機構３０の特性から、図３において、射出速度Ｖｃとは反比例するようにして曲線６６のように変化する。一般に、射出成形では、射出開始当初は、金型内に樹脂が未充填のために樹脂流動に対する抵抗が小さいので、射出開始時の射出力は小さく、射出完了時に大きな射出力が要求される。金型の構造によっては、同じ射出ストロークでも射出開始当初からより大きな射出力が必要な場合がある。
このような場合には、トグルリンク機構３０のリンク３２の長さを変えることにより、次のようにして、必要な射出力を得ることができる。
【００３７】
図３において、例えば、射出ストロークがＳ１の場合を例にすると、６６が射出力の変化を示す曲線である。射出開始時の射出力はＰ1であるとする。そこで、射出力をこれよれも大きくしたい場合には、図２において、長さ調節装置３４の電動機５６によりソケット５１を駆動し、リンク部材３２ａ、３２ｂを所定量だけ互いに接近せしめる。これにより、リンク３２全体の長さが短くなる。トグルリンク機構３０のリンク３２の腕長さが短くなると、機構学的特性が変化し、その速度変化パターンは、例えば、曲線６８のようになる。このときの射出力の変化は、曲線７０のように変化するため、射出開始時には、Ｐ1よりも大きな射出力Ｐ2を得ることができる。なお、リンク３２の長さを長くすると、逆に射出力を小さくすることができる。
【００３８】
次に、図５は、図３とは異なる射出速度変化設定のパターンを示す。
図５（ａ）は、射出開始後は、最大の射出速度を一定に保って射出工程を進行させ、射出工程が完了に近づくにつれて段階的に射出速度を落としていく射出速度変化パターンの例である。図５（ｂ）は、低速で射出を開始した後、射出速度を上げ、完了に近づくと段階的に射出速度を下げていくパターンの例である。
【００３９】
これらの射出速度変化パターンは、トグルリンク機構３０の特性とは無関係に予め設定されるもので、射出速度を位置の関数として成形品の形状等、成形条件に応じて設定される。実際の射出工程では、前述の（１）式の関係に基づき、設定された射出速度変化パターンに従って射出速度が変化するように、図示しない数値制御装置は、電動機４０の位置制御、速度制御を実行する。
【００４０】
以上、本発明について、スクリュインライン式の射出装置に本発明を適用した実施形態を挙げて説明したが、本発明は、スクリュプリプラタイプやプランジャタイプの射出装置のように、射出プランジャの前進により樹脂を射出する射出装置にも適用することができる。この場合には、トグルリンク機構を射出プランジャに連結するようにすればよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、射出工程中の射出速度の変化パターンと射出力がリンク機構の機構的制約によって決まってしまう問題を解決し、自由な射出パターンの設定および射出力の容易な調整を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電動式射出装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】トグルリンク機構のリンクの長さを調整する調整装置の構成を示す断面図。
【図３】射出工程におけるスクリュの位置と射出速度および射出力の変化を示す図。
【図４】図１の電動式射出装置の要部を模式的に表した図。
【図５】他の実施形態による射出速度の変化の設定パターンを示す図。
【符号の説明】
１０スクリュ
１１バレル
１６駆動軸
２１移動プレート
２２電動機
２７ガイドバー
３０トグルリンク機構
３４長さ調整装置
３８ボールネジ
４０電動機
４４ナット
４６ボールネジ機構
５１ソケット

Claims

電動機の回転運動を直進運動に変換するボールネジ機構と、このボールネジ機構と射出プランジャまたはスクリュを連結するトグルリンク機構と、を有する電動式射出装置を用いて前記射出プランジャまたはスクリュを前進させ溶融樹脂を射出する射出方法において、
前記トグルリンク機構の一部にリンク長さを可変なリンク部を組み込み、
前記ボールネジ機構の直進運動をトグルリンク機構を用いて前記射出プランジャまたはスクリュに伝達し、
前記射出プランジャまたはスクリュの射出開始位置に応じて、前記トグルリンク機構の最大射出ストロークにおける最大射出速度を基準にして射出開始時の射出速度を設定し、この射出速度になるように前記電動機の速度を制御し、
前記リンク部のリンク長さを調整することにより、射出力を調整することを特徴とする射出制御方法。
任意の位置を射出開始位置とする射出開始時の射出速度の設定値は、前記トグルリンク機構の最大射出ストロークにおける最大の射出速度を基準値として、前記基準値に適当な比率を掛けた値に設定することを特徴とする請求項１に記載の射出制御方法。
電動機の回転運動をボールネジ機構により直進運動に変換して射出プランジャまたはスクリュを前進させる射出動作を行う電動式射出装置において、
前記ボールネジ機構の直進運動を前記射出プランジャまたはスクリュに伝達するトグルリンク機構を設け、前記トグルリンク機構を構成するリンク部にそのリンク長さを調整する長さ調節装置を設けたことを特徴とする電動式射出装置。
前記長さ調節装置は、ねじれ方向が左右異なる雄ねじが分断部にそれぞれ形成されたリンク部と、
前記雄ねじにそれぞれ螺合する左右異なる雌ねじが両端部に形成された歯車付きソケットと、
前記歯車付きソケットを回転駆動する電動機と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の電動式射出装置。
前記射出プランジャまたはスクリュの射出開始位置に応じて、前記トグルリンク機構の最大射出ストロークにおける最大射出速度を基準にして射出開始時の射出速度を設定し、この射出速度になるように前記電動機の速度を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の電動式射出装置。