JP4432980B2 - 射出成形機の制御方法および射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機の制御方法および射出成形機に関し、さらに詳しくは、加熱筒内にスクリュが軸回りに回転および軸方向に移動可能に嵌挿された射出成形機の制御方法および射出成形機に関するものである。

射出成形機の射出装置においては、一般に、図１に参照されるように、加熱筒内に嵌挿されているスクリュの後端には、加熱筒内でスクリュを軸回りに回転させるスクリュ回転モータが接続されている。そして、スクリュ回転モータは、その回転ロータの回転軸が前方に向かって突出するように設けられており（図示は省略する）、カップリングなどによってスクリュと接続されている。また、射出装置は、スクリュを軸方向後方および前方に移動可能に支持するスクリュ移動手段（図１の符号４を参照）を備えている。スクリュ移動手段には、スクリュの軸方向の移動を制御可能に駆動するために、永久磁石を使用したサーボモータが一般に採用されている。

スクリュ回転モータの駆動によってスクリュを軸回りに回転させることにより、加熱筒内に供給された樹脂などの成形材料は、所定時間混練されながら加熱されて溶融可塑化し、所定量が加熱筒の前方に貯留される（計量時）。この計量時においては、成形材料を加熱筒の前方に押し出す反作用により、スクリュを軸方向後方に押圧するように作用する背圧が発生し、この背圧に応じてスクリュ移動手段に支持されたスクリュは軸方向後方に移動する。スクリュを適切に回転させながら軸方向後方へ所定ストロークだけ後退移動させることにより、所定時間可塑化され、正確に計量された量の成形材料が加熱筒前方に貯留される。

その後、射出装置を前進させて加熱筒の先端に設けられたノズルを型締めされた金型のスプールにノズルタッチさせ、スクリュ移動手段の駆動によりスクリュを前進させて、加熱筒内で可塑化され前方に適正量が貯留された成形材料をノズルから所定の圧力（充填圧）で射出・充填し、その後所定の圧力（保圧）で保持する（射出時）。この射出時においても、スクリュは、スクリュ移動手段の駆動により加熱筒内で前進移動されるときに、成形材料をノズルから押し出す反作用（射出圧）を受ける。射出時にスクリュが受ける充填圧および保圧、すなわち射出圧は、計量時における背圧と同様に、その軸方向後方に作用する。保圧は、一般に、充填圧よりも低く設定される。なお、以下の説明では、特に背圧と射出圧とを区別しない場合に、スクリュが計量時および射出時に成形材料の反作用により軸方向後方に押圧されるように作用する力を、成形材料圧という。

特許文献１には、射出装置のスクリュ背圧制御方法及び装置が開示されている。このスクリュ背圧制御方法は、スクリュの回転に伴う成形材料のチャージによって発生するスクリュの後退移動を回転運動に変換し、その回転力を制御することを特徴とするものである。また、このものに開示されたスクリュ背圧制御装置は、スクリュの後端部に一体に連設され、かつスクリュに回転力を与える歯車を有し、軸端をスクリュ保持部材に回転自在に連結した延長軸と、ハウジング内に架設した一対の支持軸に進退移動自在に設けられた上記スクリュ保持部材と、スクリュ保持部材と共に移動するスクリュの後退移動を回転運動に変換するねじ軸と、該ねじ軸の軸部と連絡し、かつスクリュ保持部材の移動による軸部の回転力を制御するブレーキ装置とからなるものである。すなわち、このものは、計量時において、スクリュの軸回りの回転に伴う成形材料のチャージによるスクリュの従動的な後退移動を回転運動に変換し、この回転運動の回転トルクを制限するもので、その目的は、油圧を利用することなくスクリュの背圧制御をなすことができる方法および装置を提供しようとするものである。そして、射出を行う場合には、ねじ軸を回転させてスクリュ保持部材を前進させる。なお、この実施例においては、ブレーキ装置としてヒステリシスブレーキを使用した場合が記載されている。また、この実施例においては、従来の技術においては一般的な構成であるが、スクリュやねじ軸などの軸とその軸に回転力を与える回転モータでもあるサーボモータとを歯車や駆動ベルトにより連絡させてあることが記載されている。

また、スクリュの成形材料圧を制御するために、スクリュの後退による荷重を受ける部材にロードセルなどの成形材料圧検知手段を設け、この成形材料圧検知手段から出力される信号により成形材料圧を絶対値として認識し、かかる絶対値に基づいて、スクリュの軸方向移動を制御することも行われている。

すなわち、ロードセルから出力された電気的な出力信号は、計量時には上述したように背圧を示す絶対値として、また、射出時には射出圧を示す絶対値として認識され、これらの絶対値に基づいて計量時と射出時のスクリュの軸方向圧制御がそれぞれ行われている。ロードセルから出力された電気信号は、一般にアンプを介して増幅され、そのノイズなどの電気的外乱を除去するためのローパスフィルタなどに通される。

なお、背圧は、射出圧のうちの充填圧に比して１５パーセント以下程度（一般的には１/１０以下）であり、極めて小さい値で制御されるため、これらの圧を検知した電気信号はその電気的外乱の影響を受けやすい。射出圧のうちの保圧は、背圧と同程度の場合もある。また、スクリュの移動位置制御は、計量時に比して射出時の方が時間的に極めて短いために、制御応答性が重視される。さらに、スクリュに発生する背圧と射出圧とでは、ノイズを除去した後に有効にフィードバック信号として使用することができる周波数帯域が異なる。

そのため、通常ではローパスフィルタの電気的外乱を除去するための定数が射出時の制御応答性を重視して比較的高い周波数帯域となるように一定で設定され、このローパスフィルタから出力された信号は、一定の定数により除去された周波数帯域がスクリュの軸方向移動を制御するためのフィードバック信号として取り込まれていた。

特公昭６３−２５９３４号公報

しかしながら、上記従来の技術のうち、特許文献１に開示されたものにあっては、計量時のみの背圧によるスクリュの後退移動を回転運動に変換するものであり、かかる回転運動に変換するためのねじ軸の効率が悪いために、計量時のスクリュの後退移動による背圧のような小さい力を効率よく変換することができず、制御する背圧にバラツキが生じることとなり、計量時の背圧を精度よく制御することができないという問題があった。

また、このものにあっては、スクリュの後退移動から変換された回転力を単にブレーキによって制御することにより計量時におけるスクリュの位置を言わば間接的に制御することしかできないために、制御の応答性を向上させることができず、計量時の背圧制御を精度よく行うことができないという問題があった。

また、上記従来の技術のうち、スクリュに発生する成形材料圧を検知するためのロードセルをスクリュの後退による荷重を受ける部材に設けたものにあっては、一定の定数でノイズなどの電気的外乱を除去して射出時および計量時のフィードバック信号として取り込むと、射出時と計量時とで出力される電気信号の大きさや、制御応答性、周波数帯域が適切でなく、かかる電気信号を射出時と計量時におけるスクリュの軸方向移動を制御するための有効なフィードバック制御信号として使用することができないという問題があった。

さらに、このものにおいては、上述したように背圧が射出圧に比して一般に極めて低いことから、ロードセルの低い圧力検出領域を使用するために、受ける背圧とロードセルの出力信号との直線性が悪く、スクリュの背圧を精度よく制御するのは困難であった。

さらにまた、スクリュの軸方向移動を制御するサーボモータの駆動に永久磁石を使用したものにあっては、サーボモータの永久磁石によるコギングトルクが発生してねじ軸のトルクが安定せず、脈動が生じるために、スクリュの軸方向移動を精度よく制御することができないという問題があった。そして、特に成形材料圧のうち、比較的小さい計量時の背圧や、射出・充填後の保圧を制御する場合に、このような問題による影響が大となる。

これらに加えて、上述したようにスクリュ回転モータの回転ロータの回転軸が前方に向かって突出するように設けられているために、射出装置が軸方向に長大化し、比較的大きな設置スペースを必要としてコンパクト化を図ることができないという問題もあった。そして、スクリュ回転モータとスクリュとの間に歯車や駆動ベルトが介装されているために、摩擦音や歯当たり音によって稼動時の静粛性に問題が生じるおそれがあり、また、摩耗によるバックラッシの増加などによってスクリュの回転制御に誤差が生じる可能性があり制御性を向上させることが困難であるという問題があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、射出成形機の軸受やボールねじなどが摩耗などに影響されることなくスクリュが受ける成形材料圧を精度よく検知して、スクリュの軸方向圧を適切に制御することができる射出成形機の制御方法および射出成形機を提供することを目的とする。さらに本発明は、全体がコンパクトで、スクリュの回転制御性や静粛性が良好な射出成形機を提供することを目的とする。

請求項１の射出成形機の制御方法に係る発明は、上記目的を達成するため、加熱筒内に嵌挿されたスクリュをその軸回りに回転させるスクリュ回転モータと、軸方向後方および前方に移動させるアクチュエータを有するスクリュ移動手段と、スクリュの軸方向圧を検知して電気信号として出力する検知手段と、検知手段から出力された電気信号の電気的外乱を所定の定数で除去するフィルタと、を備えた射出成形機の制御方法であって、スクリュが受ける射出時および計量時の軸方向後方への成形材料圧を検知手段により検知して電気信号として出力し、フィルタの定数を射出時と計量時とで切り替えて検知手段から出力された電気信号の電気的外乱を除去し、該電気的外乱が除去された電気信号をフィードバックしてスクリュ移動手段によるスクリュの軸方向圧を制御することを特徴とするものである。
請求項２の射出成形機の制御方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明において、前記射出時の電気的外乱を除去するフィルタの定数を、計量時の電気的外乱を除去するフィルタの定数よりも高く設定することを特徴とするものである。

また、請求項３の射出成形機に係る発明は、上記目的を達成するため、加熱筒内に嵌挿されたスクリュをその軸回りに回転させるスクリュ回転モータと、軸方向後方および前方に移動させるアクチュエータを有するスクリュ移動手段と、を備えた射出成形機であって、スクリュの軸方向圧を検知して電気信号として出力する検知手段と、検知手段から出力された電気信号の電気的外乱を所定の定数で除去するフィルタと、を有しており、フィルタの電気的外乱を除去する定数を射出時と計量時とで切り替え可能としたことを特徴とするものである。
請求項４の射出成形機に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項３に記載の発明において、前記射出時の電気的外乱を除去するフィルタの定数が、計量時の電気的外乱を除去するフィルタの定数よりも高く設定されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、スクリュが受ける射出時および計量時の軸方向後方への成形材料圧を検知手段により検知して電気信号として出力し、フィルタの定数を射出時と計量時とに応じて適切となるように異なるものに切り替えて検知手段から出力された電気信号の電気的外乱を適切に除去し、該電気的外乱が除去された電気信号をフィードバックしてスクリュ移動手段によるスクリュの軸方向圧を制御することにより、スクリュが受ける成形材料圧を精度よく検知して、スクリュ移動手段によるスクリュの軸方向移動を射出成形機の作動状態に応じて適切に直接制御することができる射出成形機の制御方法を提供することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記射出時の電気的外乱を除去するフィルタの定数を、計量時の電気的外乱を除去するフィルタの定数よりも高く設定することにより、射出時と計量時とで電気信号の電気的外乱を適切に除去することを具現化することができる。

請求項３の発明によれば、スクリュの軸方向圧を検知して電気信号として出力する検知手段と、検知手段から出力された電気信号の電気的外乱を所定の定数で除去するフィルタと、を有しており、フィルタの電気的外乱を除去する定数を射出時と計量時とで切り替え可能としたことにより、射出時と計量時とで電気的外乱が適切に除去された適切な値の電気信号を得ることができるので、スクリュが受ける成形材料圧を精度よく検知して、スクリュの軸方向圧を適切に直接制御することができる射出成形機を提供することができる。
請求項４の発明によれば、請求項３に記載の発明において、前記射出時の電気的外乱を除去するフィルタの定数が、計量時の電気的外乱を除去するフィルタの定数よりも高く設定されていることにより、射出時と計量時とで電気信号の電気的外乱をそれぞれ適切に除去することを具現化することができる。

最初に、本発明の射出成形機の実施の一形態を、図１〜図７に基づいて詳細に説明する。なお、図２と図４には、本発明の射出成形機の異なる実施の形態が拡大して示されている。以下の説明において、同一符号は、同一部分または相当部分とする。

本発明の射出成形機は、概略、スクリュ１が受ける成形材料圧（図２の矢印Ａ）とは反対方向の予圧（図２の矢印Ｂ）をスクリュ１の軸方向圧を検知する検知手段３および／またはスクリュ１に付与する予圧付与手段２と、スクリュ１の軸方向圧（図２の矢印ＡおよびＢ）を検知する検知手段３と、予圧Ｂと成形材料圧Ａの差に基づいて軸方向圧を制御するスクリュ軸方向圧制御手段４と、を備えており、予圧付与手段２を検知手段３と非接触としたものである。
さらに、この実施の形態における本発明の射出成形機は、上記構成に加えて、検知手段３がスクリュに発生する射出時および計量時の成形材料圧を検知してその検知結果を電気信号として出力するものであり、検知手段３から出力された電気信号の電気的外乱を所定の定数で除去するフィルタ５１（図５を参照）を備えており、フィルタ５１は、電気的外乱を除去する定数が射出時と計量時とで切り替え可能とされている。
さらにまた、この実施の形態における本発明の射出成形機は、加熱筒１０内に嵌挿されたスクリュ１を、その軸回りに回転させるスクリュ回転モータ１２と、軸方向後方および前方に移動させるアクチュエータとしての進退駆動モータ１７を有するスクリュ移動手段（後述する）と、を備えており、スクリュ移動手段の進退駆動モータ１７を加熱筒１０側に隣接させるように配置し、スクリュ１の後端２１aをスクリュ回転モータ１２の回転出力部であるロータの内部に結合したものである。

ここで、成形材料圧Ａとは、計量時および射出時にスクリュ１が成形材料の反作用によりその軸方向後方に押圧されるように作用する背圧および射出圧を含み、また、軸方向圧とは、成形材料圧Ａと本発明により付与される予圧Ｂを含む。そして、これらに用いられている「圧」とは、力の大きさを意味する。

図１に示すように、射出成形機の射出装置は、先端にノズル１１を備えた加熱筒１０と、加熱筒１０内に嵌挿されたスクリュ１と、スクリュ１の後端に接続されてスクリュ１を軸回りに回転させる回転駆動手段としてのスクリュ回転モータ１２と、スクリュ１の軸方向に進退移動可能に設けられスクリュ回転モータ１２を支持する支持ベース１３と、支持ベース１３をスクリュ１の軸方向に進退移動させるスクリュ軸方向圧制御手段４とを備えている。

この実施の形態におけるスクリュ軸方向圧制御手段４は、支持ベース１３の両端部にそれぞれ設けられたボールねじナット１５と、ボールねじナット１５がそれぞれ螺合される一対のボールねじ１６と、このボールねじ１６を軸回りに回動駆動する進退駆動モータ１７と、を備えてなるもので、スクリュ移動手段を兼ねている。進退駆動モータ１７は、その回転駆動量を数値制御することが可能なサーボモータにより構成されており、スクリュ回転モータ１２と干渉することなく加熱筒１０に隣接するように配設されている。進退駆動モータ１７を回転させることにより、ボールねじ１６が軸回りに回転され、ボールねじ１６に螺合されているボールねじナット１５が設けられた支持ベース１３は、軸方向（図１および図２の左右方向）に進退移動する。そしてこの軸方向の進退移動に伴って、支持ベース１３に支持されたスクリュ回転モータ１２も移動し、スクリュ回転モータ１２に後端が接続されたスクリュ１は、その軸方向の進退移動が制御されることとなる。なお、支持ベース１３の前方には一対のストッパ１８が配設されており、スクリュ１の軸方向前方への移動が規制される。進退駆動モータ１７は、図示は省略するが、その回転量を検知するためのロータリエンコーダを備えている。

図２に示すように、スクリュ１の後端は、カップリング２０を介してスクリュコネクタ２１が相対回転不能に接続されている。スクリュコネクタ２１の後端にはインボリュートスプライン歯２１aが形成されている。一方、スクリュ回転モータ１２は、回転駆動を数値制御することが可能なサーボモータにより構成されてなるもので、支持ベース１３に設けられたモータ取付ハウジング２２に取付けられている。そして、スクリュ回転モータ１２の回転出力部であるロータ（図示は省略した）の内部には、スクリュコネクタ２１のインボリュートスプライン歯２１aと噛合される内歯が形成されている。したがって、スクリュ１は、支持ベース１３にモータ取付けハウジング２２を介して取付けられたスクリュ回転モータ１２に対して相対的な軸方向への移動が許容される。スクリュ回転モータ１２の後端には、その回転量を検知するためのロータリエンコーダ２３が設けられている。進退駆動モータ１７がスクリュ回転モータ１２と干渉することなく加熱筒１０に隣接するように配設されていることにより、スクリュ回転モータ１２は、比較的大きなトルクを有する大径であって軸方向に短いものを採用することができ、さらに、スクリュ回転モータ１２は、その回転ロータ内に形成された内歯スプラインにスクリュコネクタ２１の後端に形成されたスプライン２１aが噛合されていることにより、軸方向に短いものを採用することができるので、射出成形機全体の軸方向の長さを短くコンパクトにすることができる。また、従来の技術のように歯車やベルトを介することなく、スクリュ１がスクリュ回転モータ１２によって直接回転駆動されるため、スクリュ１の軸回りの回転を精度よく制御することができ、稼動時に発生する音を抑制して静粛性の向上を図ることができる。なお、スクリュ回転モータ１２は、減速機構（図示は省略する）を含むものであってもよい。かかる場合には、回転出力部となる減速機構の出力軸の内部に、スクリュコネクタ２１のインボリュートスプライン歯２１aと噛合される内歯が形成される。

支持ベース１３の前方には、フランジ２５がボルト２６により取付けられており、フランジ２５には、スクリュコネクタ２１を回転可能に支持するラジアル軸受２７が設けられている。また、支持ベース１３の後方には、スクリュ１の成形材料圧Ａを検知する検知手段としてのロードセル３がボルト２８により取付けられており、ロードセル３の前方にはアダプタ２９が、後方には軸受プレート３０がボルト３１によりロードセル３を挟み込むようにして取付けられている。アダプタ２９の内周にはスクリュコネクタ２１を回転可能に支持するラジアル軸受３２が設けられている。また、アダプタ２９の前方には、背圧や射出圧を受けるスクリュ１が接続されたスクリュコネクタ２１を軸方向後方に対して支承するためのスラスト軸受３３が設けられている。一方、軸受プレート３０には、後述するように付与される予圧を受けるためのスラスト軸受３４が設けられている。さらに、フランジ２５のラジアル軸受２７の前方、および、軸受プレート３０のスラスト軸受３３の後方には、シール３５がそれぞれ設けられている。シール３５,３５の間の空間には潤滑油が満たされている。

スクリュ１の成形材料圧Ａと反対方向の予圧Ｂを付与する予圧付与手段２は、図２および図４に示すように、概略、取付板４０および４１を介してモータ取付けハウジング２２に取付けられた電磁石４２と、この電磁石４２と対向するようにスクリュコネクタ２１に取付けられた可動回転板４３と、により構成されている。図３に示すように、電磁石４２は、複数のコイル４２aを軸周りに配置させてなるもので、コイル４２aは、隣接するコイル４２aの極性Ｎ,Ｓが互いに異なるように巻回されており、そのコア４２bは発生する渦電流による発熱や吸引力の低下を防止するために、珪素などを使用した特殊鋼鈑を積層して構成されている（図示は省略する）。

可動回転板４３は、電磁石４２との間に所定量のギャップＧを有する状態で対向配置され、電磁石の各コイル４２を励磁させた際にこの電磁石４２に向かって引き寄せられるように作用するもので、図２に示した実施の形態の場合、内周に雌ねじ４３aが形成されており、この雌ねじ４３aがスクリュコネクタ２１の中間部に形成されたねじ部２１bに螺合され、さらに、可動回転板４３の後方側面にはロックナット４５が螺合されている。したがって、この実施の形態における可動回転板４３は、スクリュコネクタ２１に対して軸方向に相対的に移動することなく、スクリュコネクタ２１と一体となっている。また、可動回転板４３の前方と軸受プレート３０に設けられたスラスト軸受３４との間には、スペーサ４４が介装されている。可動回転板４３は、スクリュ回転モータ１２の駆動により、スクリュコネクタ２１およびスペーサ４４などと共に軸回りに回転される。スペーサ４４の軸方向の長さは、電磁石４２を励磁させたときに可動回転板４３を充分に電磁石４２に向かって引き寄せることができ、且つ、スクリュ回転モータ１２を駆動させたときにスクリュコネクタ２１などと共に可動回転板４３が軸回りに回転することができるように、ギャップＧを保持することができるような長さに設定されている。

このように構成された実施の形態では、電磁石４２を励磁させることにより可動回転板４３が電磁石４２に向かって引き寄せられ、スペーサ４４、スラスト軸受３４、および軸受プレート３０を介してロードセル３に予圧Ｂを予め付与すると共に、可動回転板４３と一体となったスクリュコネクタ２１を軸方向前方に押圧してスクリュ１に背圧あるいは射出圧Ａと反対方向の予圧Ｂを予め付与する。予圧Ｂの大きさは、電磁石４２に供給する電流を制御することにより、計量時や射出時の保圧、および射出時の成形材料圧に応じて、適切に調整される。この実施の形態の場合には、予圧Ｂの付与と共にスクリュコネクタ２１も前方に押圧するために、スクリュ回転モータ１２を駆動してスクリュ１を軸回りに回転させて背圧あるいは保圧Ａを受けたときであっても、スラスト軸受３３が背圧による軸方向後方への荷重を受けないので、スラスト軸受３３の摩耗などによる寿命が極めて長くなる。また、射出時の射出・充填時にも、この射出圧に対抗するように予圧Ｂを付与するために、スラスト軸受３３の摩耗などによる寿命が極めて長くなる。したがって、スクリュの軸方向圧を安定して精度よく制御することが可能となる。

次に、本発明の射出成形機を別の実施の形態により図４に基づいて説明する。なお、上述したように構成された実施の形態（図２）と同様または相当する部分については、同じ符号を付してその説明を省略する。

この実施の形態においては、可動回転板４３がスクリュコネクタ２１と一体となっておらず、スクリュコネクタ２１に対して相対的に軸方向に摺動移動可能となっている。したがって、図４に示された実施の形態では、電磁石４２を励磁させることにより可動回転板４３がスクリュコネクタ２１に対して摺動して電磁石４２に向かって引き寄せられ、スペーサ４４、スラスト軸受３４、および軸受プレート３０を介してロードセル３に直接的にスクリュ１の背圧あるいは射出圧と反対方向の予圧Ｂを予め付与する。

なお、本発明は、予圧付与手段２として、上述したように電磁石４２とこれに引き寄せられるように作用する可動回転板４３とにより構成した場合には、両者４２,４３の間にギャップＧが形成されており、可動回転板４３を引き寄せるように作用して予圧Ｂを付与する電磁石４２とロードセル３に予圧Ｂを伝達するためのスペーサ４４を押圧する可動回転板４３とが非接触であるため、ロードセル３に予圧Ｂを付与する際の摩擦がなく、スクリュ回転モータ１２の回転トルク損失などを発生させることがない。しかしながら、本発明は、この実施に限定されることなく、スクリュ１の成形材料圧Ａと反対方向の予圧Ｂをロードセル３および／またはスクリュ１に付与することができるものであれば、流体圧シリンダなど、他の手法を採用することもできる。また、流体圧シリンダを使用するときは、流体圧力を検出して与圧を計測することができる。

また、本発明は、この実施の形態に限定されることなく、スクリュコネクタ２１を介してスクリュ１のみに予圧Ｂを付与するよう構成することもできる。かかる場合にあっては、ロードセル３に予圧Ｂと対抗する方向（すなわち軸方向圧Ａと同じ方向）へ押圧するバイアス力をかけるように構成し、このバイアス力がかけられた状態をロードセル３の原点とし、可動回転板４３によってスクリュコネクタ２１を軸方向前方に押圧してロードセル３に対するバイアス力を減じるように与圧Ｂを付与する。

さらに、本発明は、単一のロードセル３によって成形材料圧Ａと与圧Ｂとの双方を検知するように構成することなく、図示は省略するが、成形材料圧Ａと与圧Ｂとを個別のロードセルなどの検知手段によって検知するよう構成することもできる。

本発明の射出成形機では、従来の技術でも説明したように、計量時において、スクリュ１が軸方向に移動しないように、スクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７を停止・ロックさせた状態、または、所定の制動トルクが付与された状態でスクリュ回転モータ１２を駆動してスクリュコネクタ２１を介してスクリュ１を軸回りに回転させると、スクリュ１には、成形樹脂を加熱筒１０の前方に送り貯留する反作用で背圧Ａが生じる。また、射出時にスクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７を駆動して、支持ベース１３のスクリュ回転モータ１２に接続されたスクリュ１を前進移動させるときにも、成形樹脂を射出する反作用により、スクリュ１には射出圧Ａが生じる。

本発明の射出成形機においては、これらの背圧および射出圧すなわち成形材料圧Ａは、スクリュ１からスクリュコネクタ２１、スラスト軸受３３、アダプタ２９を介してロードセル３に伝達される。そして、ロードセル３が検知した成形材料圧Ａと予め付与された予圧Ｂとの差をあらわす軸方向圧の検知結果は、電気信号として出力される。出力された軸方向圧の検知信号は、図５に示すように、ロードセルアンプ５０で増幅されて、ノイズなどの電気的外乱を除去するためのフィルタ５１を介して演算装置５２に出力される。

ここで、ロードセル３が検知する計量時の背圧と射出時の射出圧とでは、その力の大きさが極めて異なる。すなわち、計量時の背圧は、通常、射出時の射出圧の１５パーセント以下の値であり、その検出信号は電気的外乱の影響を受けやすい。また、計量時と射出時とでは、射出時のほうがスクリュ１の軸方向移動の高い（速い）制御応答性が求められる。そこで、本発明の制御装置は、図７に示すように、ロードセル３から出力された検知信号をロードセルアンプ５０で増幅した後に、射出時のノイズなどの電気的外乱を除去するための最適の定数が設定されたフィルタ５１aと、計量時のノイズなどの電気的外乱を除去するための最適の定数が設定されたフィルタ５１bとを並列に接続すると共に、両フィルタ５１a,５１bを射出時と計量時で切り替えるスイッチ５１cを設けた構成とした。このスイッチ５１cは、後述する制御ユニット５３からの指令により、射出時と計量時で自動的に切り替えられる。例えば、射出時のノイズなどを除去するためのフィルタ５１aの定数は、１００〜５００Hzの範囲に設定することができ、また、計量時のノイズなどを除去するためのフィルタ５１bの定数は、１０〜５０Hzの範囲に設定することができる。

図５に示すように、ロードセルアンプ５０、フィルタ５１を介して適切な定数によりノイズなどの電気的外乱が除去された検知信号は、演算装置５２に送られる。演算装置５２では、制御ユニット５３から送られてくる基準となる射出時および計量時の射出圧および背圧の設定された値に基づいて、予圧アンプ５４を介して予圧付与手段４の電磁石４２に供給する電流を適切な値に調整し、スクリュ回転モータアンプ５６を介して所定の速度で回転するように設定されているスクリュ回転モータ１２に供給する電流を制御し、そして、モータアンプ５８を介してスクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７への供給電流を制御する。スクリュ回転モータ１２の実際の回転は、ロータリエンコーダ２３によって検知され、また、スクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７の回転も図示しないロータリエンコーダによって同様に検知されて、それぞれスクリュ１の回転およびスクリュ１の計量時の軸方向圧として背圧に影響する軸方向後退位置や移動圧あるいは移動速度など、軸方向移動を直接制御するための有効な制御信号として、スクリュ回転モータアンプ５６およびモータアンプ５８にフィードバックされる。

次に、本発明の射出成形機の制御方法を上述した装置を用いた場合により、主に図５および図６に基づいて詳細に説明する。
本発明の射出成形機の制御方法は、概略、スクリュ１が受ける軸方向後方への成形材料圧Ａとは反対方向の予圧Ｂを、スクリュ１の軸方向圧を検知する検知手段３および／またはスクリュ１に付与し、この検知手段３により成形材料圧Ａを検知し、予圧Ｂと成形材料圧Ａの差が所定値となるように制御するものである。
さらに、本発明の射出成形機の制御方法は、スクリュ１が受ける射出時の射出圧および計量時の背圧を検知して電気信号として出力し、電気信号の電気的外乱を射出時と計量時とで異なる定数に切り替えて除去し、この異なる定数により電気的外乱が除去された電気信号をフィードバックして制御するものである。

最初に、スクリュ１は、射出が完了し、加熱筒１０内で前進限の位置にあり（したがって、ボールねじ１６にボールねじナット１５が螺合された支持ベース１３は図１の左方に位置している。）、スクリュ回転モータ１２は停止した状態となっている。この状態から、電磁石４２に所定値の電流を供給して励磁させて可動回転板４３を引き寄せるようにして、計量時の背圧Ａに応じて、この実施の形態では背圧Ａとほぼ同じ値となる（平衡する）ような一定の予圧Ｂをロードセル３および／またはスクリュコネクタ２１に対して予め付与しておく。この予圧Ｂは、ロードセル３により検知される。そして、電磁石４２に供給した所定値の電流と、ロードセル３により検知された予圧との関係から、電磁石４２と可動回転板４３との間の所定量に設定されたギャップＧに誤差が生じているか否かを判断することができる。ギャップＧに誤差が生じている場合には、電磁石４２に供給する電流値またはロードセル３から出力される電気信号を補正することができる。なお、このときには、フィルタ５１は、計量時に最適の定数に設定されたフィルタ５１bに出力されるように、スイッチ５１cが制御ユニット５３により切り替えられている。

この状態で、スクリュ回転モータ１２を所定速度で回転駆動すると、スクリュコネクタ２１を介してスクリュ１が軸回りに回転され、加熱筒１０内の成形材料が前方に送られて計量が開始される。このとき、成形材料が前方へ送られる反作用によりスクリュ１に背圧Ａが生じ、スクリュ１の後端が接続されたスクリュコネクタ２１は、予圧Ｂと対抗するように、その軸方向後方に押圧されることとなる。そして、一定の力で付与される予圧Ｂとスクリュ回転モータ１２の駆動により発生した背圧Ａとの差がロードセル３により検知される。本発明では、このロードセル３によって検知された軸方向圧の値がゼロとなるように、すなわち、予圧Ｂと背圧Ａとを平衡させるべく、スクリュ１に発生する背圧Ａが予圧Ｂを上回る場合（図６の＋ＶＢＰ）にはスクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７を駆動してスクリュ１の位置を軸方向に積極的に後退移動させることにより背圧Ａを低下させ、また、スクリュ１に発生する背圧Ａが予圧Ｂを下回る場合（図６の−ＶＢＰ）にはスクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７を駆動してスクリュ１の位置を軸方向に停止させまたは積極的に前進移動させることにより背圧Ａを上昇させるように、スクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７の制動、停止、または前進移動のための駆動を直接制御する。予圧Ｂが、設定された背圧Ａとほぼ同じまたは任意の所定の圧（力）で付与されているため、スクリュ回転モータ１２の駆動により発生する実際の背圧Ａは、ロードセル３から出力される予圧Ｂに対する差（相対値）によって容易に検知することができる。そして、従来の技術のようにロードセル３が検知する背圧Ａのみの絶対値に基づくことなく、ロードセル３によって検知された実際の背圧Ａと予圧Ｂの差に基いてスクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７を直接制御するため、ロードセル３から出力される電気信号の大きさや、制御応答性、周波数帯域に影響されることなく、スクリュ１の軸方向圧を精度よく安定して良好な応答性で制御することができる。

さらに本発明では、従来の技術のように発生した背圧Ａによる進退駆動モータ１７の回転トルクを制限して従動的にスクリュ１を後退移動させることなく、進退駆動モータ１７による軸方向圧を直接制御するために、スクリュ1の軸方向の移動を制御すべくボールねじ１６を軸回りに回転させる際に、進退駆動モータ１７のコギングトルクによる脈動が解消されるため、スクリュ１の軸方向移動をより精度よく制御することができる。

一方、計量が完了して加熱筒１０の前方に貯留された成形樹脂をノズル１から射出・充填するときには、スクリュ回転モータ１２によるスクリュ１の軸回りの回転を停止する。そして、フィルタ５１を射出時に最適の定数に設定されたフィルタ５１aに出力するようにスイッチ５１cを制御ユニット５３により自動で切り替えると共に、スクリュコネクタ２１およびロードセル３に対してこの実施の形態では射出圧Ａと対抗するように反対方向の予圧Ｂを任意の一定圧（力）で予め付与すべく、この予圧Ｂに応じた所定の値の電流を電磁石４２に供給して可動回転板４３を引き寄せるように励磁させて、射出時の射出圧に影響するスクリュ1の軸方向の前進移動圧を制御する。この状態で、スクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７を所定のトルクで回転駆動してボールねじ１６にボールねじナット１５が螺合された支持ベース１３を所定の圧で前進させるよう直接制御すると、支持ベース１３に支持されたスクリュ回転モータ１２にスクリュコネクタ２１を介して接続されたスクリュ１が加熱筒１０内を所定の圧力で前進移動し、ノズル１１から成形材料が所定の射出圧力で射出・充填されることとなる。このときにスクリュ１には射出される成形材料の反力を受けて射出圧Ａが発生し、この射出圧はスラスト軸受３３などにより支承されるのであるが、予め予圧Ｂが付与されていることにより、この予圧Ｂと射出圧Ａとの差によってスラスト軸受３３の軸方向の負荷が軽減されるように制御されスラスト軸受３３などの摩耗が減少するので、成形材料圧を精度よく安定して制御することができる。また、それまで実際の背圧Ａを検知していたロードセル３から出力された射出圧Ａの信号は、フィルタ５１aによってノイズなどの電気的外乱が適切に除去され、比較的高域の出力信号によってスクリュ１の射出圧を速い応答性で制御することができる。

また、射出時のうちで、成形材料の射出・充填が完了した後に、所定の圧力で保持するときには、その保圧は充填圧に比して一般に低く、計量時の背圧と同程度である場合がある。かかる場合には、計量時の背圧制御と同様に、保圧に応じた予圧Ｂをロードセル３に付与した状態で、スクリュ軸方向圧制御手段４の進退駆動モータ１７の駆動により、スクリュ１を軸方向に前進移動させるように押圧し、ロードセル３が検知した予圧Ｂと保圧による成形材料圧Ａとの差に基づいてこの差がゼロを含む所定の値となるように、進退駆動モータ１７を直接制御する。

以上説明したように、本発明では、計量時および射出時におけるスクリュの軸方向圧を直接制御し、また、予め所定の予圧を付与して成形材料圧との相対的な検知値により制御するため、スクリュの移動制御の精度および応答性を向上させることができる。

本発明が適用される射出成形機の射出装置の一形態を示した断面図である。 本発明の射出成形機の制御装置の実施の一形態を示す断面図である。 本発明の予圧付与装置を構成する電磁石の正面図である。 本発明の射出成形機の制御装置の図２とは別の実施の形態を示す断面図である。 本発明の射出成形機の制御装置の制御内容を概略化して示したブロック図である。 本発明の検知手段により検知されるスクリュの軸方向圧と付与される予圧との関係を説明するためのグラフである。 本発明の検知手段から出力される電気信号を射出時と計量時とで切り替え可能とした構成を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１：スクリュ、 ３：検知手段、 ４：スクリュ進退軸方向圧制御手段（スクリュ移動手段）、 １０：加熱筒、 １２：スクリュ回転モータ、 ５１：フィルタ、 ５１ａ：射出時の電気的外乱を除去するための定数が設定されたフィルタ、 ５１ｂ：計量時の電気的外乱を除去するための定数が設定されたフィルタ

Claims (4)

1. 加熱筒内に嵌挿されたスクリュをその軸回りに回転させるスクリュ回転モータと、軸方向後方および前方に移動させるアクチュエータを有するスクリュ移動手段と、スクリュの軸方向圧を検知して電気信号として出力する検知手段と、検知手段から出力された電気信号の電気的外乱を所定の定数で除去するフィルタと、を備えた射出成形機の制御方法であって、
   スクリュが受ける射出時および計量時の軸方向後方への成形材料圧を検知手段により検知して電気信号として出力し、
   フィルタの定数を射出時と計量時とで切り替えて検知手段から出力された電気信号の電気的外乱を除去し、
   該電気的外乱が除去された電気信号をフィードバックしてスクリュ移動手段によるスクリュの軸方向圧を制御することを特徴とする射出成形機の制御方法。
2. 前記射出時の電気的外乱を除去するフィルタの定数を、計量時の電気的外乱を除去するフィルタの定数よりも高く設定することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御方法。
3. 加熱筒内に嵌挿されたスクリュをその軸回りに回転させるスクリュ回転モータと、軸方向後方および前方に移動させるアクチュエータを有するスクリュ移動手段と、を備えた射出成形機であって、
   スクリュの軸方向圧を検知して電気信号として出力する検知手段と、検知手段から出力された電気信号の電気的外乱を所定の定数で除去するフィルタと、を有しており、
   フィルタの電気的外乱を除去する定数を射出時と計量時とで切り替え可能としたことを特徴とする射出成形機。
4. 前記射出時の電気的外乱を除去するフィルタの定数が、計量時の電気的外乱を除去するフィルタの定数よりも高く設定されていることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機。

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