JP4206094B2 - 電動射出成形機及び電動射出成形機による射出成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータによって射出スクリュを進退駆動するとともに、該電動モータを速度制御と圧力制御との２つの制御モードにより制御する、電動射出成形機及び電動射出成形機による射出成形方法に関するものである。

射出成形機では、図８（ａ）〜（ｃ），図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、２つの金型１，２を重合させて金型１，２間に形成された空間内に原料樹脂３を射出供給して所望形状の樹脂製品を成形する。このため、射出成形機には、２つの金型１，２を重合させる型締め装置１０と、金型１，２間に形成された空間内に原料樹脂３を射出供給する射出装置２０とが備えられている。なお、ここでは、金型１は凹状に、金型２は凸状に形成されている。

型締め装置１０は、一方の金型１が取り付けられベース３１上に固定された固定ダイプレート１１と、他方の金型２が取り付けられ固定ダイプレート１１に対して接離する方向に移動ダイプレート１２と、一端は固定ダイプレート１１に他端は連結プレート１３にそれぞれ連結されて移動ダイプレート１２の移動を案内するタイバー１４と、移動ダイプレート１２を駆動するブーストシリンダ１５とをそなえている。

これにより、ブーストシリンダ１５を作動させると、タイバー１４に案内されながら移動ダイプレート１２と共に金型２が金型１に対して接離するように移動し、金型１，２の重合時には、ブーストシリンダ１５が金型２を金型１に押圧して金型１，２内の空間への樹脂圧に対抗する。
なお、移動ダイプレート１２には、成形後、凸状の金型２側に嵌着した樹脂製品４を取り出すために押出シリンダ１６がそなえられる。

一方、射出装置２０は、先端にノズル２１をそなえた射出シリンダ２２と、射出シリンダ２２の内部に進退可能及び回転可能に内挿された射出スクリュ２３と、射出シリンダ２２内の原料樹脂３を加熱するヒータ２４と、ベース３２上に固定された台（駆動装置台）２５と、台２５上に固定され射出シリンダ２２を支持する固定フレーム２６と、台２５上に移動可能に装備され射出スクリュ２３が結合された移動フレーム２７と、移動フレーム２７に設けられ射出スクリュ２３を回転駆動するスクリュ回転モータ２８と、固定フレーム２６と移動フレーム２７との間に設けられ、移動フレーム２７と共に射出スクリュ２３を軸線方向に移動させる射出スクリュ移動機構２９と、射出シリンダ２２内に原料樹脂３を供給するためのホッパ３０とをそなえている。

なお、台２５と固定ダイプレート１１との間には、台２５を射出シリンダ２２の軸方向に移動させてノズル２１の位置を前後に進退調整するノズル前後シリンダ３３が設けられている。
これにより、スクリュ回転モータ２８により射出スクリュ２３を回転させることで、ホッパ２９からのペレット状の原料樹脂３を射出シリンダ２２内に導入しこの原料樹脂３を前方へ送ることができ、この際、ヒータ２４により原料樹脂３加熱することで原料樹脂３を溶融することができる。そして、ノズル２１部分に溜まった溶融樹脂は、射出スクリュ移動機構２９を作動させて射出スクリュ２３を前進させ、金型１，２内に溶融樹脂を射出することができる。

このような射出成形機では、図８（ａ）〜（ｃ）,図９（ａ）〜（ｃ）及び図１０に示すように、射出成形が行なわれる。
つまり、まず、移動ダイプレート１２を図８（ａ）に示すような原位置に設定して（原位置設定工程、図１０のステップＳ１）、移動ダイプレート１２を図８（ｂ）に示すように移動させて金型１，２を重合する型閉じを行なう（型閉じ工程、図１０のステップＳ２）。

次いで、金型１，２を圧着させた状態で、スクリュ回転モータ２８及びヒータ２４を作動させ、ホッパ２９に投入されたペレット状の原料樹脂３を溶融しながら送給しノズル２１部分に１ショット分の溶融樹脂を溜めた上で、図８（ｃ）に示すように、射出スクリュ移動機構２９を作動させて射出スクリュ２３を前進させ、溶融樹脂を昇圧しながら金型１，２内に溶融樹脂を射出する（昇圧，射出工程、図１０のステップＳ３）。

このように、金型１，２内に溶融樹脂を注入したら、タイマ等を用いて所定の時間だけ昇圧した圧力状態を保って（保圧工程、図１０のステップＳ４）、金型１，２を冷やし樹脂を固める。この樹脂が固まる際に樹脂が収縮して堆積が減るので、図９（ａ）に示すように、射出スクリュ２３を回転させて一定圧力で樹脂を再射出することで、樹脂収縮分を補填する（冷却，計量工程、図１０のステップＳ５）。

冷却，計量工程が完了したら（図１０のステップＳ６）、図９（ｂ）に示すように、移動ダイプレート１２を移動させて金型１，２を離隔させる型開きを行なって（型開き工程、図１０のステップＳ７）、図９（ｃ）に示すように、押出シリンダ１６を作動させて、凸状の金型２側に嵌着した樹脂製品４を押し出して取り出す（製品押し出し工程、図１０のステップＳ８）。その後は、成形終了判定（図１０のステップＳ９）がされるまで、再び、上記の型閉じ工程（図１０のステップＳ２）〜製品押し出し工程（図１０のステップＳ８）を実施する。

なお、このようにして、射出成形が行なわれるが、射出成形機には、射出スクリュ移動機構２９に油圧シリンダ等の流体圧シリンダを用い用いた油圧射出成形機の他に、射出スクリュ移動機構２９に電動モータを用いた電動射出成形機がある。電動射出成形機は油圧射出成形機に比べて、樹脂スクリュの進退をより精度良くまた様々な形態で制御できる。
そこで、電動射出成形機によって上述のように射出成形を行なう際には、樹脂を金型に充填する昇圧，射出工程（図１０のステップＳ３）では、充填の最中に樹脂の温度が下がると樹脂が固化してしまうため、この樹脂充填時には樹脂スクリュを速度制御してこれを防いでいる。また、樹脂充填後の保圧工程及び冷却，計量工程（図１０のステップＳ４，Ｓ５）では、樹脂の冷却による収縮を補正するため、保圧できるように樹脂スクリュを圧力制御する。

つまり、樹脂の充填工程（昇圧，射出工程）では、樹脂スクリュの進退方向への移動速度が目標とする速度になるように、樹脂スクリュを進退駆動する電動モータを制御する。また、樹脂充填後の保圧工程等では、樹脂スクリュによる樹脂の圧力が目標とする圧力になるように、樹脂スクリュを進退駆動する電動モータを制御する。
このため、成形工程中に、樹脂スクリュの駆動を速度制御と圧力制御との２つの制御モードを切り替えることが必要になる。従来は、この速度制御と圧力制御との切り替え（これをＶ／Ｐ切り替えという）を樹脂スクリュの位置に応じて行なっていた。そして、この場合の切り替え基準となる樹脂スクリュ位置は、熟練作業者によって手動により射出成形を数回実施して、良質の成形を実施できた時の作業工程に基づいて設定していた。

しかしながら、従来のＶ／Ｐ切り替え方法では、上記のように、予め設定された樹脂スクリュ位置によってＶ／Ｐ切り替えを行なっていたため、成形品の品質にばらつきが生じてしまうという不具合があった。
つまり、射出成形による樹脂製品の品質（形状や寸法等）は、温度や湿度等の作業環境の影響を受けやすいため、一定の樹脂スクリュ位置によってＶ／Ｐ切り替えを行なうと、作業環境の変化に応じて樹脂製品の品質が変化し、製品のばらつきが大きくなってしまい、大きな課題となっている。

本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、電動射出成形機による射出成形において、作業環境が変化しても品質にばらつきのない安定した樹脂製品を成形することができるようにした、電動射出成形機及び電動射出成形機による射出成形方法を提供することを目的とする。

このため、本発明の電動射出成形機（請求項１）は、射出シリンダ内に装備された射出スクリュを電動モータで進退方向へ駆動して該射出シリンダ内に供給された樹脂材料を金型内に射出し充填する電動射出成形機において、該金型内に該樹脂材料を充填する際には該電動モータを速度制御し、該充填後の樹脂収縮分を補填する際には該電動モータを圧力制御する制御手段と、該金型内の圧力を検出又は推定する型内圧力検出手段とをそなえ、該制御手段は、該型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力が予め設定された所定圧力に達したら、上記の速度制御から圧力制御への切り替えを行なって、該金型内の圧力を滑らかに連続させ、その後該圧力を漸増させた状態を保ち、その後該圧力を上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後漸減させることを特徴としている。

また、本発明の電動射出成形機（請求項２）は、射出シリンダ内に装備された射出スクリュを電動モータで進退方向へ駆動して該射出シリンダ内に供給された樹脂材料を金型内に射出し充填する電動射出成形機において、該金型内に該樹脂材料を充填する際には該電動モータを速度制御し、該充填後の樹脂収縮分を補填する際には該電動モータを圧力制御する制御手段と、該金型内の圧力を検出又は推定する型内圧力検出手段と、該射出スクリュの進退方向位置を検出又は推定する位置検出手段とをそなえ、該制御手段は、該位置検出手段で検出又は推定された該射出スクリュの進退方向位置が予め設定された設定位置に達するか、又は、該型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力が予め設定された所定圧力に達したら、上記の速度制御から圧力制御への切り替えを行なって、該金型内の圧力を滑らかに連続させ、その後該圧力を漸増させた状態を保ち、その後該圧力を上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後漸減させることを特徴としている。

該射出スクリュの進退方向位置を検出又は推定する位置検出手段と、該射出スクリュの進退方向への速度を検出又は推定する速度検出手段とをさらに設け、該射出スクリュの進退方向位置と該射出スクリュの進退方向への目標速度との位置速度関係を予め設定して、該制御手段が、該速度制御では、該位置検出手段で検出又は推定された該射出スクリュの進退方向位置と該位置速度関係とに基づいて該進退方向位置に応じた該射出スクリュの目標速度を設定し、該速度検出手段で検出又は推定された該射出スクリュの進退方向速度が該目標速度となるようにフィードバック制御を行なうことが好ましい（請求項３）。

また、起動指令に応じて経過時間をカウントするタイマをさらに設け、該射出スクリュの進退方向位置と該射出スクリュの進退方向への目標速度との関係との位置速度関係と、該圧力制御の開始からの経過時間と該金型内の目標圧力との時間圧力関係を予め設定し、該制御手段が、該圧力制御では、該圧力制御の開始時に該タイマを起動させて、該タイマでカウントされた経過時間と該時間圧力関係とに基づいて該経過時間に応じた該金型内の目標圧力を設定し、該圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力が該目標圧力となるようにフィードバック制御を行なうことが好ましい（請求項３）。

この場合、圧力制御に用いる実際の圧力値として、該圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力を特性改善フィルタで処理したものを用いるようにすれば、圧力制御をより安定化させることができる（請求項４）。
また、該フィルタは、該圧力制御に減衰特性を与えるローパスフィルタとしての機能と即応性を与えるハイパスフィルタとしての機能とを併せ持つことが好ましい（請求項５）。

また、該制御手段において、圧力制御の指令出力値を該射出スクリュの進退方向速度に応じて減算補正すれば、圧力制御時における過大な速度変動の発生を防止することが可能になり、射出成形を安定して行なうことができる（請求項６）。
また、該電動射出成形機が、樹脂材料を該射出シリンダの先端に備えられたノズルから金型内に射出し充填し、該型内圧力検出手段が、ノズル外表面から該金型側と該射出スクリュ側とからの押付力による応力を検知して、該金型内の圧力を検出又は推定することが好ましい（請求項７）。

また、本発明の電動射出成形機による射出成形方法（請求項８）は、射出シリンダ内に装備された射出スクリュを電動モータで進退方向へ駆動して該射出シリンダ内に供給された樹脂材料を金型内に射出し充填する電動射出成形機による射出成形方法において、該電動モータを速度制御して該金型内に該樹脂材料を充填する第１のステップと、第１のステップの後、該電動モータを圧力制御して該充填後の樹脂収縮分を補填する第２のステップとをそなえ、該電動モータを速度制御する第１のステップから電動モータを圧力制御する第２のステップへの切り替えは、該金型内の圧力の検出値が予め設定された所定圧力に達した時点で行なって、該金型内の圧力を滑らかに連続させ、その後該圧力を漸増させた状態を保ち、その後該圧力を上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後漸減させることを特徴としている。

また、射出シリンダ内に装備された射出スクリュを電動モータで進退方向へ駆動して該射出シリンダ内に供給された樹脂材料を金型内に射出し充填する電動射出成形機による射出成形方法において、該電動モータを速度制御して該金型内に該樹脂材料を充填する第１のステップと、第１のステップの後、該電動モータを圧力制御して該充填後の樹脂収縮分を補填する第２のステップとをそなえ、該電動モータを速度制御する第１のステップから電動モータを圧力制御する第２のステップへの切り替えは、該射出スクリュの進退方向位置の検出値が予め設定された所定位置に達するか、又は、該金型内の圧力の検出値が予め設定された所定圧力に達した時点で行なって、該金型内の圧力を滑らかに連続させ、その後該圧力を漸増させた状態を保ち、その後該圧力を上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後漸減させることが好ましい（請求項９）。

さらに、該射出スクリュの進退方向位置と該射出スクリュの進退方向への目標速度との位置速度関係を予め設定し、該速度制御では、検出又は推定された該射出スクリュの進退方向位置と、検出又は推定された該射出スクリュの進退方向速度と、該位置速度関係とに基づいて、該射出スクリュの進退方向速度が該進退方向位置に応じた目標速度となるようにフィードバック制御を行なうことが好ましい（請求項１０）。

また、該圧力制御の開始からの経過時間と該金型内の目標圧力との時間圧力関係を予め設定し、該圧力制御では、該圧力制御の開始時にタイマを起動させて、該タイマでカウントされた経過時間と、型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力と、該時間圧力関係とに基づいて、該金型内の圧力が該経過時間に応じた目標圧力となるようにフィードバック制御を行なうことが好ましい（請求項１０）。

この場合も、該圧力制御に用いる実際の圧力値として、型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力を特性改善フィルタで処理したものを用いるようにすれば、圧力制御をより安定化させることができる（請求項１１）。
また、該フィルタは、該圧力制御に減衰特性を与えるローパスフィルタとしての機能と即応性を与えるハイパスフィルタとしての機能とを併せ持つことが好ましい（請求項１２）。

また、該圧力制御の指令出力値を該射出スクリュの進退方向速度に応じて減算補正すれば、圧力制御時における過大な速度変動の発生を防止することが可能になり、射出成形を安定して行なうことができる（請求項１３）。
また、該電動射出成形機は、樹脂材料を該射出シリンダの先端に備えられたノズルから金型内に射出し充填し、ノズル外表面から該金型側と該射出スクリュ側とからの押付力による応力を検知することにより、該金型内の圧力が検出又は推定されることが好ましい（請求項１４）。

本発明の車両の電動射出成形機及び電動射出成形機による射出成形方法（請求項１，２,８及び９）によれば、作業環境が変化しても樹脂製品の品質が変化しにくくなり、製品のばらつきが小さくなって、安定した樹脂製品を成形することができるようになる効果がある。
また、樹脂を金型に充填する工程では、予め設定された位置速度対応によって樹脂スクリュを速度制御するため、充填の最中に樹脂の温度が下がって樹脂が固化してしまうのを防止しながら適切に樹脂の充填を行なえ、樹脂充填後の冷却による収縮を補正する工程では、予め設定された時間圧力特性で樹脂スクリュを圧力制御するため、所定の圧力特性で型内圧力を制御することができ、樹脂充填後の冷却による収縮を適切に補正できる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態にかかる電動射出成形機について説明すると、図１はその射出スクリュの進退駆動系の制御ブロック図である。なお、この電動射出成形機は、射出スクリュの進退駆動系を除くと図８，図９に示す従来技術と同様に構成されるので、これらの説明は簡略化する。

［構成］
まず、この電動射出成形機の概略構成を説明すると、図８（ａ）〜（ｃ），図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、この射出成形機には、２つの金型１，２を重合させる型締め装置１０と、金型１，２間に形成された空間内に原料樹脂３を射出供給する射出装置２０とが備えられている。

型締め装置１０は、金型１が取り付けられベース３１上に固定された固定ダイプレート１１と、金型２が取り付けられ固定ダイプレート１１に対して接離する方向に移動ダイプレート１２と、固定ダイプレート１１と連結プレート１３に各端部を連結され移動ダイプレート１２の移動を案内するタイバー１４と、移動ダイプレート１２を駆動するブーストシリンダ１５とをそなえている。また、移動ダイプレート１２には、成形後、金型２から樹脂製品４を取り出す押出シリンダ１６がそなえられる。

射出装置２０は、ノズル２１をそなえた射出シリンダ２２と、射出シリンダ２２に進退可能及び回転可能に内挿された射出スクリュ２３と、射出シリンダ２２内の原料樹脂３を加熱するヒータ２４と、ベース３２上に固定された台（駆動装置台）２５と、台２５上に固定され射出シリンダ２２を支持する固定フレーム２６と、台２５上に移動可能に装備され射出スクリュ２３が結合された移動フレーム２７と、移動フレーム２７に設けられ射出スクリュ２３を回転駆動するスクリュ回転モータ２８と、固定フレーム２６，移動フレーム２７間に設けられ、移動フレーム２７と共に射出スクリュ２３を軸線方向に移動させる射出スクリュ移動機構（駆動装置ともいう）２９と、射出シリンダ２２内に原料樹脂３を供給するためのホッパ３０とをそなえている。

台２５と固定ダイプレート１１との間には、台２５を射出シリンダ２２の軸方向に移動させてノズル２１の位置を前後に進退調整するノズル前後シリンダ３３が設けられている。
ところで、射出スクリュ移動機構２９では、図２に示すように、電動モータ（単にモータともいう）２９Ａによって射出スクリュ２３を前後方向に進退駆動するようになっている。モータ２９Ａと射出スクリュ２３との間には、モータ２９Ａの回転を減速しさらに直進運動に変換して射出スクリュ２３に伝達する動力伝達機構２９Ｂが装備されている。

回転運動を直進運動に変換する機構としては、例えばボールねじ軸とボールねじナットとからなるボールねじ機構を用いることができる。つまり、固定フレーム２６側に、モータ２９Ａとボールねじ軸とをいずれも回転自在で軸方向に移動しないように支持し、モータ２９Ａとボールねじ軸との間にはモータ２９Ａの回転を減速してボールねじ軸に伝達する機構を設け、ボールねじナットを射出スクリュ２３に形成する。ボールねじ軸及びボールねじナットの軸心は、射出スクリュ２３の進退方向に向け、ボールねじ軸とボールねじナットとを螺合させる。これにより、モータ２９Ａでボールねじ軸を回転させると、ボールねじ軸に螺合するボールねじナットを通じて射出スクリュ２３をその進退方向に移動させることができる。

そして、このような電動モータ２９Ａは、図１に示すように、制御装置（制御手段）５０Ａを通じて制御されるようになっている。制御装置５０Ａでは、射出成形の際、樹脂の充填工程（第１のステップとしての昇圧，射出工程，図１０のステップＳ３）では、樹脂スクリュの進退方向への移動速度が目標とする速度になるように、電動モータ２９Ａを速度制御し、樹脂充填後の保圧工程等（保圧工程及び冷却，計量工程，図１０のステップＳ４，Ｓ５）では、樹脂スクリュによる樹脂の圧力が目標とする圧力になるように、電動モータ２９Ａを圧力制御する。

つまり、樹脂を金型に充填する昇圧，射出工程（図１０のステップＳ３）では、充填の最中に樹脂の温度が下がると樹脂が固化してしまうため、この樹脂充填時には樹脂スクリュを速度制御してこれを防ぎ、樹脂充填後の保圧工程及び冷却，計量工程（第２のステップとしての図１０のステップＳ４，Ｓ５）では、樹脂の冷却による収縮を補正するため、保圧できるように樹脂スクリュを圧力制御する。

このため、成形工程中に、樹脂スクリュの駆動を速度制御と圧力制御との２つの制御モードを切り替えることが必要になるが、本装置では、速度制御の途中でも型内圧（金型１，２内の圧力）が予め設定された所定圧力Ｐ₀に達したら、上記の速度制御から圧力制御への切り替えを行なうようになっている。
つまり、速度制御では後述するように、射出スクリュ２３の進退方向位置（以下、単に位置という）が予め設定された設定位置に達するまで、射出スクリュ２３の位置に応じて射出スクリュ２３の速度を制御しうるが、射出スクリュ２３の位置が設定位置に達する前であっても、金型内の圧力が予め設定された所定圧力Ｐ₀に達したら、速度制御から圧力制御への切り替えを行なうのである。もちろん、射出スクリュ２３の位置が設定位置に達したら、金型内の圧力が予め設定された所定圧力Ｐ₀に達しなくても、速度制御から圧力制御への切り替えを行なう。

このように型内圧に応じて、速度制御から圧力制御への切り替えを行なうのは、型内圧が樹脂の状態に対応したものになるためである。つまり、速度制御から圧力制御への切り替えは、樹脂の充填が完了した段階で行なうようにしたいが、樹脂の充填完了は、温度や湿度等の作業環境が一定であれば射出スクリュ２３の位置と略対応するが、温度や湿度等の作業環境が変化するとは射出スクリュ２３の位置とは対応しなくなる。この点、型内圧は温度や湿度等の作業環境の影響を受けにくく、こうした作業環境が変化しても、樹脂の充填完了と型内圧とが対応するためである。

このため、制御装置５０Ａには、速度制御のための制御目標値（速度制御力，目標速度）を設定する第１設定系統５１と、圧力制御のための制御目標値（圧力制御力）ｕを設定する第２設定系統５２と、速度制御から圧力制御への切り替えを行なうための切り替え部５３と、制御目標値と実速度値との差からモータ２９Ａへのフィードバック制御指令値（例えば、電流指令値）を設定し出力するフィードバック制御指令値設定部５４とがそなえられている。

なお、第２設定系統５２には、加算器５６とゲイン処理部５７とがそなえられ、圧力制御力ｕは、次式のように、加算器５６において型内（金型１，２内）の圧力目標値Ｐ_rから型内の実圧力Ｐを減算して、これにゲイン処理部５７においてゲインＫppを乗算して速度対応の指令値に変換したものであり、圧力制御時には、この圧力制御力ｕが速度指令入力となる。
ｕ＝Ｋpp（Ｐ_r−Ｐ）

以下、さらに、速度制御と圧力制御について説明する。
速度制御については、例えば図３（ａ）に実線ＶＩ１〜ＶＩ６で示すように、予め射出スクリュ２３の位置に対応した射出スクリュ２３の目標速度（射出速度）をマップ等の形態で記憶し、射出スクリュ２３の位置を検出しながら、このマップ等に基づいて射出スクリュ２３の位置に応じて射出スクリュ２３の目標速度（上記の速度制御力）を設定して、一方で、射出スクリュ２３の実際の速度（実速度）を検出しながら、射出スクリュ２３の実速度がこの目標速度となるようにフィードバック制御により行なうようになっている。

なお、射出スクリュ２３の目標速度は、図３（ａ）に示すように、制御初期（ＶＩ１，ＶＩ２）には目標速度を比較的ゆっくりとした速度にし、射出スクリュ２３が移動すると目標速度を急激に上げて（ＶＩ３）、その後は射出スクリュ２３に応じて目標速度を徐々に下げていく（ＶＩ４〜ＶＩ６）ように設定している。
このように、制御初期に目標速度を低くするのは金型１の樹脂注入口付近の品質向上のためであり、その後目標速度を急激に上げるのは成形サイクルの短縮および金型１内の樹脂粘度の変化を小さくするためであり、その後目標速度を徐々に下げていくのは、樹脂が殆ど充填された状態のため、それ以上の樹脂充填が必要とされないからである。

また、ここでは、制御にかかる位置として、射出スクリュ２３の位置を直接対象とするのでなく、射出スクリュ２３の位置に対応するモータ２９Ａの位置（回転角度）を対象としている。また、制御にかかる速度として、射出スクリュ２３の速度ではなく、射出スクリュ２３の速度に対応するモータ２９Ａの速度（回転速度）を対象としている。このため、図１に示すように、エンコーダ（位置検出手段）６１によりモータ２９Ａの位置を検出するようにしている。実速度については、直接検出するのではなく、図１に示すように、微分処理部５５によって検出した位置を時間微分して算出（換言すると推定）して求めている。

したがって、予めモータ２９Ａの位置に対応したモータ２９Ａの目標速度（目標回転速度）をマップ等によって設定し、モータ２９Ａの位置を検出しながら、モータ２９Ａの位置に応じてモータ２９Ａの目標速度を設定して、一方で、モータ２９Ａの実際の速度（実速度）を算出しながら、モータ２９Ａの実速度がこの目標速度となるようにフィードバック制御により行なうようになっている。

もちろん、モータ２９Ａの回転速度を回転数センサで直接検出して用いても良く、また、制御にかかる位置，速度として、射出スクリュ２３の位置，速度を直接対象としてもよい。この場合、射出スクリュ２３の位置をポジションセンサ６２（図１の２点鎖線を参照）で検出し、射出スクリュ２３の速度はポジションセンサ（位置検出手段）６２で検出された位置を時間微分して算出したり、回転数センサで直接検出したりして用いても良い。

つまり、制御にかかる位置，速度として、射出スクリュ２３の位置，速度あるいはこれ似対応した何らかのパラメータを用いればよく、これらの位置，速度の実際値としては、直接検出するほか演算等によって推定して求めても良い。
また、制御装置５０Ａでは、圧力制御については、例えば図３（ｂ）に実線の曲線ＳＰで示すように、予め圧力制御開始からの経過時間に対応した型内の目標圧力（型内圧力）Ｐ_rをマップ等の形態で記憶し、一方で、実際の型内圧力Ｐを検出しながら、型内圧力の実際値がこの目標圧力となるようにフィードバック制御により行なうようになっている。前述のように、ここでは、ゲイン処理部５７においてフィードバック値Ｐ_r−ＰにゲインＫppを乗算し速度対応の指令値に変換した圧力制御力ｕを求め、この圧力制御力ｕを速度指令入力とする。

なお、型内の目標圧力（型内圧力）Ｐ_rは、図３（ｂ）に曲線ＳＰで示すように、まず、速度制御から圧力制御への切り替え判定基準の圧力値（所定圧力）Ｐ₀からスタートして速度制御と滑らかに連続させて切り替えの過渡時の制御を安定させるようにしている。そして、その後の圧力制御初期（期間ＳＴ）には目標圧力Ｐ_rを緩やかに漸増させて、その後（期間ＨＴ）この上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後は、漸減させている。

このように、制御初期に目標圧力を緩やかに漸増させるのはばり等の成形不良を抑制するためであり、その後目標圧力を中圧にするのは樹脂の冷却に従い過大応力を残さないためで、その後目標圧力を徐々に下げていくのは成形完了に伴い成形品を取り出すためである。
また、実際の型内圧力Ｐは、図１，図２に示すように、金型１又は２内の成形空間５内の圧力を直接検出する型内圧センサ（型内圧力検出手段）６３ａを設置してこれに検出するのが最も精度が高く好ましい。しかしが、このような型内圧センサ６３ａは、各金型毎に設置しなくてはならず、センサの設置にかかる作業やコストの負担が増大するので、実際の型内圧力（成形空間５内の圧力）Ｐに相関する圧力を検出してこの相関に基づいて検出した圧力から実際の型内圧力Ｐを推定するようにしても良い。

このように、実際の型内圧力Ｐに相関する圧力としては、図１，図２に示すように、射出シリンダ２２先端のノズル２１内の圧力（ノズル圧）や、ノズル２１の外部の圧力（ノズル部射出圧）や、スクリュ推進力（スクリュ２３の進退方向駆動力（射出圧）等が考えられる。これらの場合、型内圧力検出手段として、それぞれ、ノズル圧センサ６３ｂ，ノズル部射出圧センサ６３ｃ，射出圧センサ６３ｄを設ければよい。

ノズル圧センサ６３ｂの場合には、検出個所が金型内に近くしかも樹脂材料の充填される内圧を直接検出するので、機器の特性の影響を受けにくく比較的検出精度が高い。もちろん、各金型毎に設置する必要はなく、各金型に対して兼用でき、センサの設置にかかる作業やコストの負担が軽減する。
ノズル部射出圧センサ６３ｃの場合、ノズル２１部分は、金型１，２側とスクリュ２３側とからの押付力による応力を受けるので、ノズル２１の外表面からこの応力を検知することで実際の型内圧力Ｐを導出（推定）することができる。しかも、各金型毎に設置する必要はない上に、設置が容易であり、センサの設置にかかる作業やコストの負担がより軽減する。このようなノズル部射出圧センサ６３ｃにはロードセルを用いることができる。

射出圧センサ６３ｄの場合、モータ２９Ａの回転を直進運動に変換して射出スクリュ２３に伝達する動力伝達機構２９Ｂの所要の個所（例えばボールねじ軸後方）において、例えば駆動反力として射出圧（スクリュ推進力）を検出する。射出圧（スクリュ推進力）は、実際の型内圧力Ｐに対応する。しかも、各金型毎に設置する必要はないので、センサの設置にかかる作業やコストの負担がより軽減する。

そして、切り替え部５３では、速度制御を行なって樹脂材料３を金型１，２内の空間に充填していく最中に、型内圧（金型１，２内の圧力）が上昇して予め設定された所定圧に達したら、図３（ｂ）に示すように、速度制御の途中であっても即座に圧力制御に切り替えるようにする。ここで用いる型内圧Ｐも、上述のように、型内圧センサ６３ａのほかノズル圧センサ６３ｂ，ノズル部射出圧センサ６３ｃ，射出圧センサ６３ｄ等によって検出しうる。また、速度制御が完了（射出スクリュ２３が速度制御に最終目標位置に達する）しても、型内圧が予め設定された所定圧に達しない場合には、速度制御の完了時点で速度制御から圧力制御に切り替えるようにする。

［作用・効果］
本発明の第１実施形態にかかる電動射出成形機は、上述のように構成されているので、射出成形にあたっては、以下のような手順（本実施形態にかかる電動射出成形機による射出成形方法）で、電動モータ２９Ａを通じた射出スクリュ２３の前後方向制御（進退制御）を行なう。

つまり、まず、樹脂を金型に充填する工程（第１のステップ、図１０のステップＳ３の昇圧，射出工程）では、図３（ａ）に示すように予め設定された特性で、充填の最中に樹脂の温度が下がると樹脂が固化してしまうため、電動モータ２９Ａを通じて、樹脂スクリュ２３を予め設定された位置速度対応［図３（ａ）参照］によって速度制御してこれを防ぐ。これにより、樹脂スクリュ２３の速度は図３（ａ）に破線で示すように目標速度に沿って変化する。

そして、速度制御が完了する（射出スクリュ２３が速度制御に最終目標位置に達する）か或いは速度制御の途中であっても型内圧（金型１，２内の圧力）が上昇して予め設定された所定圧に達したら、図３（ｂ）に示すように即座に圧力制御に切り替える。
このように、型内圧が所定圧に達する段階では、樹脂充填は完了し、樹脂充填後の冷却による収縮を補正する工程（第２のステップ、図１０のステップＳ４の保圧工程及びステップＳ５の冷却，計量工程）となり、図３（ｂ）に示すように予め設定された時間圧力特性で、樹脂スクリュ２３を圧力制御するため、所定の圧力特性で型内圧力を制御することができ、樹脂充填後の冷却による収縮を適切に補正できる。これにより、樹脂スクリュ２３による樹脂圧は図３（ｂ）に破線で示すように目標圧力に沿って変化する。

このようにして、速度制御を行なっていて樹脂材料３を金型１，２内の空間に充填していく最中に、型内圧が上昇して予め設定された所定圧に達したら、図３に示すように、速度制御の途中であっても即座に圧力制御に切り替えるようにするので、温度や湿度等の作業環境の影響を受けることなく、型内圧に基づいて樹脂の充填完了のタイミングを精度良く推定し、適切なタイミングで速度制御から圧力制御への切り替えを行なうことができる。
この結果、作業環境が変化しても樹脂製品の品質が変化しにくくなり、製品のばらつきが小さくなって、安定した樹脂製品を成形することができるようになる効果がある。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態としての電動射出成形機について説明すると、図４はその射出スクリュの進退駆動系の制御ブロック図、図５はその制御に用いられるフィルタを説明する図である。なお、この電動射出成形機は、制御装置の一部を除くと第１実施形態と同様に構成されるので、これらの説明は省略又は簡略化する。

本実施形態の制御装置５０Ｂでは、型内圧の検出値Ｐの圧力フィードバックへの適用（加算器５６参照）時に、型内圧Ｐを予め特性改善フィルタ５８によって処理して信号Ｐ_Lとして用いるようにしている。したがって、圧力制御力ｕは次式のようになる。
ｕ＝Ｋpp（Ｐ_r−Ｐ_L）
なお、特性改善フィルタ５８とは、図５（ａ）に示すようなローパスフィルタの機能（制御に減衰特性を与える）と、図５（ｂ）に示すようなハイパスフィルタの機能（制御に即応性を与える）とを併せ持ったもので、図５（ｂ）に示すような特性を備えている。

このような特性改善フィルタ５８によって型内圧Ｐを処理するのは、圧力制御をより安定させて行なうようにするためである。つまり、圧力制御時には、射出スクリュ２３は固化しかけた樹脂に接触しており、固化しかけた樹脂は剛性が高くなっているため、高剛性物体に接触して圧力制御することとなり振動的な挙動を発してスクリュ２３の制御系の不安定化を招くおそれがある。そこで、型内圧Ｐを特性改善フィルタ５８で処理して、制御に減衰特性を与えて安定化させるとともに、制御即応性も確保できるようにして、スクリュ２３の動特性をチューニングしているのである。

本発明の第２実施形態としての電動射出成形機は、上述のように構成されているので、第１実施形態としての電動射出成形機及び電動射出成形機による射出成形と同様に作用効果を得られる上に、特に、型内圧Ｐを特性改善フィルタ５８で処理することにより、射出スクリュ２３は固化しかけた樹脂に接触していて制御系の不安定化を招きやすい圧力制御を、安定化させることができる効果が得られる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態としての電動射出成形機について説明すると、図６はその射出スクリュの進退駆動系の制御ブロック図である。なお、この電動射出成形機は、制御装置の一部を除くと第１実施形態と同様に構成されるので、これらの説明は省略又は簡略化する。

本実施形態の制御装置５０Ｃでは、図６に示すように、ゲイン処理部５７においてフィードバック値Ｐ_r−ＰにゲインＫppを乗算し速度対応の指令値に変換した値から、ゲイン処理部５９において射出スクリュ２３の速度Ｖに所定のゲインＫpvを乗算した値を減算して（加算器６０参照）、圧力制御力ｕ（次式参照）を求め、この圧力制御力ｕを速度指令入力とする。
ｕ＝Ｋpp（Ｐ_r−Ｐ）−ＫpvＶ

このような処理を行なうのは、保圧時に過大な速度変動を抑えて安定成形を促進するためである。つまり、保圧時における過大な速度変動は樹脂製品の安定成形の障害となる。そこで、本来の目標圧力に対して、実速度Ｖに応じたオフセットをかけて射出スクリュ２３の押し過ぎや引き過ぎを回避することにより、過大な速度変動の発生を防止するようにしているのである。

本発明の第３実施形態としての電動射出成形機は、上述のように構成されているので、第１実施形態としての電動射出成形機及び電動射出成形機による射出成形と同様に作用効果を得られる上に、特に、本来の目標圧力に対して、実速度Ｖに応じたオフセットをかけて制御に用いているので、保圧時に過大な速度変動が抑えられて安定成形を促進させることができる効果が得られる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態としての電動射出成形機について説明すると、図７はその射出スクリュの進退駆動系の制御ブロック図である。なお、この電動射出成形機は、制御装置の一部を除くと第３実施形態と同様に構成されるので、これらの説明は省略又は簡略化する。

本実施形態は、第２実施形態と第３実施形態とを併せたものであり、本実施形態の制御装置５０Ｄでは、型内圧の検出値Ｐの圧力フィードバックへの適用（加算器５６参照）時に、型内圧Ｐを予め特性改善フィルタ５８によって処理して信号Ｐ_Lにとして用いるようにしている。さらに、ゲイン処理部５７においてフィードバック値Ｐ_r−Ｐ_LにゲインＫppを乗算し速速度対応の指令値に変換した値から、射出スクリュ２３の速度Ｖに所定のゲインＫpvを乗算した値を減算して圧力制御力ｕ（次式参照）を求め、この圧力制御力ｕを速度指令入力とする。
ｕ＝Ｋpp（Ｐ_r−Ｐ_L）−ＫpvＶ

本発明の第４実施形態としての電動射出成形機は、上述のように構成されているので、第２，３実施形態としての電動射出成形機及び電動射出成形機による射出成形と同様に作用効果を得られる。
つまり、第１実施形態としての電動射出成形機及び電動射出成形機による射出成形と同様に作用効果を得られる上に、型内圧Ｐを特性改善フィルタ５８で処理することにより、射出スクリュ２３は固化しかけた樹脂に接触していて制御系の不安定化を招きやすい圧力制御を、安定化させることができる効果が得られる。また、本来の目標圧力に対して、実速度Ｖに応じたオフセットをかけて制御に用いているので、保圧時に過大な速度変動が抑えられて安定成形を促進させることができる効果が得られる。

［その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上記の実施形態では、速度制御の完了前に型内圧が所定圧力Ｐ₀に達したらその時点で速度制御から圧力制御に切り替え、速度制御の完了前に型内圧が所定圧力Ｐ₀に達しなければ速度制御の完了時点で速度制御から圧力制御に切り替える用にしているが、速度制御の目標値の設定や切り替えにかかる基準圧力（所定圧力Ｐ₀）の設定によっては、型内圧が所定圧力Ｐ₀に達した速度制御から圧力制御に切り替えると単純に条件を設定することもできる。

本発明の第１実施形態にかかる電動射出成形機の射出スクリュ進退駆動系の制御ブロック図である。 本発明の第１実施形態にかかる電動射出成形機の射出スクリュのノズルを示す模式的な断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる電動射出成形機の射出成形を説明するタイムチャートである。 本発明の第２実施形態にかかる電動射出成形機の射出スクリュ進退駆動系の制御ブロック図である。 本発明の第２実施形態にかかる電動射出成形機の射出スクリュ進退駆動系の制御を説明する模式図である。 本発明の第３実施形態にかかる電動射出成形機の射出スクリュ進退駆動系の制御ブロック図である。 本発明の第４実施形態にかかる電動射出成形機の射出スクリュ進退駆動系の制御ブロック図である。 一般的な射出成形機の構成と動作を示す模式的側面図であり、図９とともに（ａ）〜（ｃ）の順にその動作を示す。 一般的な射出成形機の構成と動作を示す模式的側面図であり、図８とともに（ａ）〜（ｃ）の順にその動作を示す。 一般的な射出成形機の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２ 金型
３ 原料樹脂
１０ 型締め装置
１１ 固定ダイプレート
１２ 移動ダイプレート
１３ 連結プレート
１４ タイバー
１５ ブーストシリンダ
１６ 押出シリンダ
２０ 射出装置
２１ ノズル
２２ 射出シリンダ
２３ 射出スクリュ
２４ ヒータ
２５ 台
２６ 固定フレーム
２７ 移動フレーム
２８ スクリュ回転モータ
２９ 射出スクリュ移動機構（電動式アクチュエータ）
２９Ａ モータ
２９Ｂ 動力伝達機構
３０ ホッパ
３１，３２ ベース
３３ ノズル前後シリンダ
５０Ａ〜５０Ｄ 制御装置（制御手段）
５１ 第１設定系統
５２ 第２設定系統
５３ 切り替え部
５４ フィードバック制御指令値設定部
５５ 微分処理部
５６，６０ 加算器
５７，５９ ゲイン処理部
５８ 特性改善フィルタ
６１ エンコーダ（位置検出手段）
６２ ポジションセンサ（位置検出手段）
６３ａ 型内圧センサ（型内圧力検出手段）
６３ｂ ノズル圧センサ（型内圧力検出手段）
６３ｃ ノズル部射出圧センサ（型内圧力検出手段）
６３ｄ 射出圧センサ（型内圧力検出手段）

Claims (14)

1. 射出シリンダ内に装備された射出スクリュを電動モータで進退方向へ駆動して該射出シリンダ内に供給された樹脂材料を金型内に射出し充填する電動射出成形機において、
   該金型内に該樹脂材料を充填する際には該電動モータを速度制御し、該充填後の樹脂収縮分を補填する際には該電動モータを圧力制御する制御手段と、
   該金型内の圧力を検出又は推定する型内圧力検出手段とをそなえ、
   該制御手段は、該型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力が予め設定された所定圧力に達したら、上記の速度制御から圧力制御への切り替えを行なって、該金型内の圧力を滑らかに連続させ、その後該圧力を漸増させた状態を保ち、その後該圧力を上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後漸減させる
   ことを特徴とする、電動射出成形機。
2. 射出シリンダ内に装備された射出スクリュを電動モータで進退方向へ駆動して該射出シリンダ内に供給された樹脂材料を金型内に射出し充填する電動射出成形機において、
   該金型内に該樹脂材料を充填する際には該電動モータを速度制御し、該充填後の樹脂収縮分を補填する際には該電動モータを圧力制御する制御手段と、
   該金型内の圧力を検出又は推定する型内圧力検出手段と、
   該射出スクリュの進退方向位置を検出又は推定する位置検出手段とをそなえ、
   該制御手段は、該位置検出手段で検出又は推定された該射出スクリュの進退方向位置が予め設定された設定位置に達するか、又は、該型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力が予め設定された所定圧力に達したら、上記の速度制御から圧力制御への切り替えを行なって、該金型内の圧力を滑らかに連続させ、その後該圧力を漸増させた状態を保ち、その後該圧力を上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後漸減させる
   ことを特徴とする、電動射出成形機。
3. 該射出スクリュの進退方向位置を検出又は推定する位置検出手段と、
   該射出スクリュの進退方向への速度を検出又は推定する速度検出手段と、
   起動指令に応じて経過時間をカウントするタイマとをそなえるとともに、
   該射出スクリュの進退方向位置と該射出スクリュの進退方向への目標速度との位置速度関係と、該圧力制御の開始からの経過時間と該金型内の目標圧力との時間圧力関係とが、予め設定され、
   該制御手段は、
   該速度制御では、該位置検出手段で検出又は推定された該射出スクリュの進退方向位置と該位置速度関係とに基づいて該進退方向位置に応じた該射出スクリュの目標速度を設定し、該速度検出手段で検出又は推定された該射出スクリュの進退方向速度が該目標速度となるようにフィードバック制御を行ない、
   該圧力制御では、該圧力制御の開始時に該タイマを起動させて、該タイマでカウントされた経過時間と該時間圧力関係とに基づいて該経過時間に応じた該金型内の目標圧力を設定し、該圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力が該目標圧力となるようにフィードバック制御を行なう
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の電動射出成形機。
4. 該制御手段は、該圧力制御に用いる圧力値として、該型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力をフィルタで処理したものを用いる
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動射出成形機。
5. 該フィルタは、該圧力制御に減衰特性を与えるローパスフィルタとしての機能と即応性を与えるハイパスフィルタとしての機能とを併せ持つ
   ことを特徴とする、請求項４記載の電動射出成形機。
6. 該制御手段は、該圧力制御の指令出力値を該射出スクリュの進退方向速度に応じて減算補正する
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動射出成形機。
7. 該電動射出成形機は、樹脂材料を該射出シリンダの先端に備えられたノズルから金型内に射出し充填し、
   該型内圧力検出手段は、ノズル外表面から該金型側と該射出スクリュ側とからの押付力による応力を検知して、該金型内の圧力を検出又は推定する
   ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動射出成形機。
8. 射出シリンダ内に装備された射出スクリュを電動モータで進退方向へ駆動して該射出シリンダ内に供給された樹脂材料を金型内に射出し充填する電動射出成形機による射出成形方法において、
   該電動モータを速度制御して該金型内に該樹脂材料を充填する第１のステップと、
   第１のステップの後、該電動モータを圧力制御して該充填後の樹脂収縮分を補填する第２のステップとをそなえ、
   該電動モータを速度制御する第１のステップから電動モータを圧力制御する第２のステップへの切り替えは、該金型内の圧力の検出値が予め設定された所定圧力に達した時点で行なって、該金型内の圧力を滑らかに連続させ、その後該圧力を漸増させた状態を保ち、その後該圧力を上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後漸減させる
   ことを特徴とする、電動射出成形機による射出成形方法。
9. 射出シリンダ内に装備された射出スクリュを電動モータで進退方向へ駆動して該射出シリンダ内に供給された樹脂材料を金型内に射出し充填する電動射出成形機による射出成形方法において、
   該電動モータを速度制御して該金型内に該樹脂材料を充填する第１のステップと、
   第１のステップの後、該電動モータを圧力制御して該充填後の樹脂収縮分を補填する第２のステップとをそなえ、
   該電動モータを速度制御する第１のステップから電動モータを圧力制御する第２のステップへの切り替えは、該射出スクリュの進退方向位置の検出値が予め設定された所定位置に達するか、又は、該金型内の圧力の検出値が予め設定された所定圧力に達した時点で行なって、該金型内の圧力を滑らかに連続させ、その後該圧力を漸増させた状態を保ち、その後該圧力を上昇させた中圧状態を保ち、さらにその後漸減させる
   ことを特徴とする、電動射出成形機による射出成形方法。
10. 該射出スクリュの進退方向位置と該射出スクリュの進退方向への目標速度との位置速度関係と、該圧力制御の開始からの経過時間と該金型内の目標圧力との時間圧力関係とが、予め設定され、
    該速度制御では、位置検出手段で検出又は推定された該射出スクリュの進退方向位置と該位置速度関係とに基づいて該進退方向位置に応じた該射出スクリュの目標速度を設定し、速度検出手段で検出又は推定された該射出スクリュの進退方向速度が該目標速度となるようにフィードバック制御を行ない、
    該圧力制御では、該圧力制御の開始時にタイマを起動させて、該タイマでカウントされた経過時間と該時間圧力関係とに基づいて該経過時間に応じた該金型内の目標圧力を設定し、型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力が該目標圧力となるようにフィードバック制御を行なう
    ことを特徴とする、請求項８又は９記載の電動射出成形機による射出成形方法。
11. 該圧力制御では、圧力値として、型内圧力検出手段で検出又は推定された該金型内の圧力をフィルタで処理したものを用いる
    ことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の電動射出成形機による電動射出成形方法。
12. 該フィルタは、該圧力制御に減衰特性を与えるローパスフィルタとしての機能と即応性を与えるハイパスフィルタとしての機能とを併せ持つ
    ことを特徴とする、請求項１１記載の電動射出成形機による電動射出成形方法。
13. 該圧力制御では、指令出力値を該射出スクリュの進退方向速度に応じて減算補正する
    ことを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の電動射出成形機による電動射出成形方法。
14. 該電動射出成形機は、樹脂材料を該射出シリンダの先端に備えられたノズルから金型内に射出し充填し、
    ノズル外表面から該金型側と該射出スクリュ側とからの押付力による応力を検知することにより、該金型内の圧力が検出又は推定される
    ことを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の電動射出成形機による電動射出成形方法。

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