JP4936999B2

JP4936999B2 - 成形機

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Publication number: JP4936999B2
Application number: JP2007145426A
Authority: JP
Inventors: 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: JP2008296468A

Description

本発明は、電動駆動タイプの射出成形機やダイカストマシンなどの成形機に係り、特に、射出用部材（インラインスクリュ式の射出成形機ではスクリュ、プリプラ式の射出成形機やダイカストマシンでは射出プランジャ）の前進加速を、非常な急加速で行うようにした成形機にかかわる技術に関する。

成形機としての例えば電動タイプのインラインスクリュ式の射出成形機では、スクリュを前後進させる駆動源としてのサーボモータ（射出用電動サーボモータ）を１つのみ用いる構成をとるのが、一般的である。ところで、薄肉・精密成形などでは、キャビティ内に溶融樹脂を素早く充填開始できるようにすることが良品成形のためには必須であるが、単独の射出用電動サーボモータを用いた構成では、射出の加速性能、減速性能（スクリュの加速性能、減速性能）の向上には自ずと一定の限界があり、たとえ、低慣性・高応答性のサーボモータを射出用電動サーボモータに用いたとしても、加速立ち上げ時間は３０ｍｓ強程度の達成が、現状ではその限界である。

そこで、２つの射出用電動サーボモータを用いて、２つの射出用電動サーボモータにより１つのボールネジ機構の回転部を協働で同一方向に回転駆動することで、射出の加速性能、減速性能を向上させるようにした射出成形機も知られている。しかしながら、このような構成をとっても、１つの電動サーボモータを用いた構成よりも、射出の加速性能、減速性能の改善は、約３割程度に留まるものとなる。

また、射出系メカニズムにおいて、１つのボールネジ機構に対して、ナット体を回転駆動するナット用サーボモータと、ネジ軸を回転駆動するネジ用サーボモータとを設けて、ナット用サーボモータとネジ用サーボモータとの協働で、射出動作を制御するようにした構成も、特公平４−６４４９２号公報（特許文献１）や、特開平９−１０４０２８号公報（特許文献２）により知られている。特許文献１においては、ナット用サーボモータの回転とネジ用サーボモータの回転との協働で、モータは回転しているが、スクリュは軸方向移動しない状態をつくり、この状態からネジ用サーボモータの回転速度をナット用サーボモータよりも大きくすることで、スクリュを前進させるようにし、特に、低速域での制御精度の向上を図るようにしている。また、特許文献２においては、ナット用サーボモータの回転とネジ用サーボモータの回転との協働で、低速射出に適した状態と高速射出に適した状態とをつくり出すことで、寿命の短いクラッチを用いることなく、低速と高速の切り替えを行えるようにしている。

しかしながら、特許文献１においては、上記したように、ナット用サーボモータの回転とネジ用サーボモータの回転との協働で、モータは回転しているが、スクリュは軸方向移動しない状態をつくり出してはいるが、この状態は２つのモータの加速が完了し終わるまで（２つのモータの起動が完了するまで）継続されていて、サーボモータの加速領域、減速領域におけるスクリュの動作挙動については考慮されておらず、したがって、射出（１次射出）初期のスクリュの加速性能および射出（１次射出）終期の減速性能を向上させようとする技術思想は、特許文献１には見られない。

また、特許文献１、特許文献２には、ナット用サーボモータとネジ用サーボモータとを、共にスクリュを前進させる方向に回転駆動することで、高速射出を行うようにした技術が開示されているが、このような構成・動作をとっても、前述した２つの射出用電動サーボモータにより１つのボールネジ機構の回転部を協働で同一方向に回転駆動するようにした構成と同様に、射出の加速性能、減速性能の向上には限界のあるものとなる。

なおまた、特許文献１、特許文献２に示された技術では、スクリュが前進することでスクリュが樹脂から受ける大きな圧力（荷重）を、一方のサーボモータの力で支え続ける構成となっているので、この一方のサーボモータにかかる負荷が厳しいものなる構成となっている。

そこで、本願出願人は、射出用部材（スクリュや射出プランジャといった射出用部材）の前進加速を非常な急加速で行うことが可能な成形機を、特願２００７−７６８６８（以下、先願１と記す）によって提案した。この先願１の成形機においては、前後進可能な射出用部材の直動駆動源としての第１サーボモータと第２サーボモータとを備え、第１サーボモータの回転でその回転部が回転駆動されるボールネジ機構Ａの直動部を、射出用部材の基端部を保持した部材に固定し、第２サーボモータの回転によってボールネジ機構Ａの回転部を前後進させる構成において、射出用部材が前進開始する前に、第１サーボモータを射出用部材を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始させて第１サーボモータの回転速度を加速すると共に、第２サーボモータを射出用部材を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始させて第２サーボモータの回転速度を加速して、第１サーボモータと第２サーボモータの回転速度がそれぞれ所定速度に達するまでは、射出用部材を実質的に射出開始位置に保持するようにし、第１サーボモータの第１回転方向Ｒａ１の回転速度と第２サーボモータの第２回転方向Ｒｂ２の回転速度がそれぞれ所定速度に達すると、第１サーボモータの第１回転方向Ｒａ１の回転加速を継続させつつ、第２サーボモータの第２回転方向Ｒｂ２の回転速度を減速することで、射出用部材を急速前進させるようにしている。

そして、上記の先願１で提案したある１つの技術（先願１の図７の技術）では、第１サーボモータの第１回転方向Ｒａ１の回転速度と第２サーボモータの第２回転方向Ｒｂ２の回転速度がそれぞれ所定速度に達すると、第１サーボモータの第１回転方向Ｒａ１の回転加速を継続させつつ、第２サーボモータの第２回転方向Ｒｂ２の回転速度をある程度減速させた後、第２サーボモータの第２回転方向Ｒｂ２によって後退駆動されるボールネジ機構Ａの回転部を保持した保持ブロック（第２直動ブロック）の後退運動を、メカニズム同士の当接によって強制的に停止させることで、射出用部材を速度０（零）から所定最高速度まで急加速して、射出用部材を急速前進させるようにしている。かかる射出制御手法をとることで、射出用部材の前進加速性能をより高めることが可能となると共に、保持ブロックが、メカニズム同士の当接により、その位置を保持された状態を維持させることができ、この状態をとった以降は、射出用部材が溶融樹脂（あるいは金属溶湯）から受ける大きな圧力（荷重）を第２サーボモータで支承する必要がなくなり、第２サーボモータにかかる負荷を少なくできて、同一容量であっても、第２サーボモータとして第１電動サーボモータよりも低トルクで高回転出力のモータを用いることが容易に可能となる。
特公平４−６４４９２号公報特開平９−１０４０２８号公報

しかしながら、先願１における、保持ブロック（第２直動ブロック）の後退運動をメカニズム同士の当接によって強制的に停止させる手法では、メカニズム同士の衝合が毎ショット毎に繰り返されるため、メカニズムが衝撃によるダメージを受けて、メカ寿命が大幅に低下するという問題がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、先願１（特願２００７−７６８６８）で提案した構成をとる成形機において、前記した保持ブロックの後退運動をメカニズム同士の当接によって強制的に停止させる手法をとる場合に、メカ寿命の延命化を図ることにある。

本発明は上記した目的を達成するために、
前後進可能な射出用部材の直動駆動源としての１つ以上の第１サーボモータと１つ以上の第２サーボモータとを備え、前記第１サーボモータの回転でその回転部が回転駆動されるボールネジ機構Ａの直動部を、前記射出用部材の基端部を保持した部材に固定し、前記第２サーボモータの回転によって前記ボールネジ機構Ａの回転部を前後進させる構成をとり、
前記射出用部材が前進開始する前に、前記第１サーボモータを前記射出用部材を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始させて前記第１サーボモータの回転速度を加速すると共に、前記第２サーボモータを前記射出用部材を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始させて前記第２サーボモータの回転速度を加速して、前記第１サーボモータと前記第２サーボモータの回転速度がそれぞれ所定速度に達するまでは、前記射出用部材を実質的に射出開始位置に保持するようにし、
前記第１サーボモータの前記第１回転方向Ｒａ１の回転速度と前記第２サーボモータの前記第２回転方向Ｒｂ２の回転速度がそれぞれ前記所定速度に達した後に、前記第２サーボモータの前記第２回転方向Ｒｂ２によって後退駆動される前記ボールネジ機構Ａの回転部を保持した保持ブロックの後退運動を、メカニズム同士の当接によって強制的に停止させることで、前記射出用部材を速度０から設定速度まで急加速して急速前進させるようにした成形機において、
前記したメカニズム同士が当接する際の衝撃を緩和する衝撃緩和機構を設けた、構成をとる。

本発明では、射出用部材が前進開始する前に、第１サーボモータを射出用部材を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始させて第１サーボモータの回転速度を加速すると共に、第２サーボモータを射出用部材を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始させて第２サーボモータの回転速度を加速して、第１サーボモータと第２サーボモータの回転速度がそれぞれ所定速度に達するまでは、射出用部材を実質的に射出開始位置に保持するようにし、第１サーボモータの第１回転方向Ｒａ１の回転速度と第２サーボモータの第２回転方向Ｒｂ２の回転速度がそれぞれ所定速度に達した後に、第２サーボモータの第２回転方向Ｒｂ２によって後退駆動される前記のボールネジ機構Ａの回転部を保持した保持ブロックの後退運動を、メカニズム同士の当接によって強制的に停止させることで、射出用部材を速度０から設定速度まで急加速して急速前進させるようにしているので、第１サーボモータの第１回転方向Ｒａ１の加速が十分に達成されたタイミングで、第１サーボモータの第１回転方向Ｒａ１の十分に高められた加速を一気に解き放して、射出用部材を前進させることができ、これにより、射出用部材の前進加速をきわめて急加速で行うことが可能な成形機において、メカニズム同士が当接する際の衝撃を緩和する衝撃緩和機構を設けているので、メカニズム同士が当接する際の衝撃を緩和することで、メカニズムが受けるダメージを可及的に低減でき、以って、メカ寿命の延命化を図ることが可能となり、また、メカニズム同士が当接する際の衝撃音も緩和することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１〜図６は、本発明の一実施形態（以下、本実施形態と記す）によるインラインスクリュ式の射出成形機に係り、図１は、本実施形態の射出成形機の射出系メカニズムの要部構成を示す図である。

図１において、１はヘッドストック、２は、ヘッドストック１と所定距離をおいて対向配置された支持盤、３は、その両端をヘッドストック１と支持盤２に固定されて、ヘッドストック１と支持盤２とを連結した４本の連結・ガイドバー、４は、連結・ガイドバー３に挿通・案内されて、ヘッドストック１と支持盤２との間を前後進可能な第１直動ブロック、５は、同じく連結・ガイドバー３に挿通・案内されて、ヘッドストック１と支持盤２との間を前後進可能な第２直動ブロック、６は、その基端部をヘッドストック１に固定された加熱シリンダ、７は、加熱シリンダ６の先端に設けられたノズル、８は、少なくとも射出時にはその樹脂注入口の周辺にノズル７が押し付けられる固定側金型、９は、固定側金型８に対して前後進可能な可動側金型、１０は、型締め状態にある両金型８、９で形づくられるキャビティ（成形品形成用空間）、１１は、加熱シリンダ６内に回転並びに前後進可能であるように配設され、その基端部を第１直動ブロック４に回転可能に保持されたスクリュ（射出用部材）で、該スクリュ１１は、第１直動ブロック４に搭載された図示せぬ計量用電動サーボモータの駆動力で回転駆動されると共に、第１直動ブロック４と一体となって前後進するようになっている。

また、１２は、第２直動ブロック５に搭載されたスクリュ直動用の第１電動サーボモータ、１３は、第１電動サーボモータ１２の出力軸に固定された第１駆動プーリ、１４は、第１電動サーボモータ１２の回転を直線運動に変換する第１ボールネジ機構（請求項でいうボールネジ機構Ａ）、１５は、第２直動ブロック５に回転可能に保持された第１ボールネジ機構１４のネジ軸（第１ボールネジ機構１４の回転部）、１６は、ネジ軸１５に螺合されると共に、その端部を第１直動ブロック４に固定されて、ネジ軸１５の回転で第１直動ブロック４と一体となって前後進する、第１ボールネジ機構１４のナット体（第１ボールネジ機構１４の直動部）、１７は、ネジ軸１５に固定されて、第１電動サーボモータ１２の回転を、第１駆動プーリ１３、図示せぬ第１タイミングベルトを介して伝達される第１被動プーリである。

また、１８は、支持盤２に搭載されたスクリュ直動用の第２電動サーボモータ、１９は、第２電動サーボモータ１８の出力軸に固定された第２駆動プーリ、２０は、第２電動サーボモータ１８の回転を直線運動に変換する第２ボールネジ機構、２１は、支持盤２に回転可能に保持された第２ボールネジ機構２０のネジ軸（第２ボールネジ機構２０の回転部）、２２は、ネジ軸２１に螺合されると共に、その端部を第２直動ブロック５に固定されて、ネジ軸２１の回転で第２直動ブロック５と一体となって前後進する第２ボールネジ機構２０のナット体（第２ボールネジ機構２０の直動部）、２３は、ネジ軸２１に固定されて、第２電動サーボモータ１８の回転を、第２駆動プーリ１９、図示せぬ第２タイミングベルトを介して伝達される第２被動プーリである。

なお、本実施形態において、第２電動サーボモータ１８は、その加減速性能が第１電動サーボモータ１２のそれよりも優れたものとなっている。

また、２４は、支持盤２と第２直動ブロック５との間に配設された衝撃緩和機構で、衝撃緩和機構２４は４本の連結・ガイドバー３にそれぞれ対応して４つが設けられている。この衝撃緩和機構２４は、連結・ガイドバー３に遊挿されると共に、第２直動ブロック５に嵌合・固定された第１バネ保持体２５と、連結・ガイドバー３に摺動可能に挿通された第２バネ保持体２６と、第１バネ保持体２５と第２バネ保持体２６との間に配設されて、連結・ガイドバー３に遊挿された複数のサラバネ２７と、支持盤２と第２バネ保持体２６との間に配設されて、連結・ガイドバー３に挿通されたコイルバネ２８とで、構成されている。

図２、図３は、上記の衝撃緩和機構２４およびその周辺を示す要部断面であり、図２は、衝撃緩和機構２４に荷重がかかっていない状態を示し、図３は、衝撃緩和機構２４に最大荷重がかかっている状態を示している。本実施形態では、コイルバネ２８のバネ定数にに較べると、１枚のサラバネ２７のバネ定数は格段に大きいものに設定されており、したがって、４枚のサラバネ２７を撓ませるための力は、１本のコイルバネ２８を圧縮するために要する力より、はるかに大きなものとなっている。本実施形態では、４組の衝撃緩和機構２４の協働によって衝撃を緩和するようになっていて、各衝撃緩和機構２４に荷重が加わると、まず、コイルバネ２８が圧縮されて、第２バネ保持体２６が支持盤２に当接し、次に、サラバネ２７が撓んで大きな荷重を吸収するようになっている。例えば、衝撃緩和機構２４が図２の状態から図３の状態に遷移すると、４枚のサラバネ２７を合わせた撓み量は２.５ｍｍとなり、この２.５ｍｍという撓み量は、４組の衝撃緩和機構２４を合わせたときに、２５００ｋｇｆ（２４７６８Ｎ）の荷重を受けとめることができるようになっている。なお、バネ仕様は、設定される荷重に応じて任意に選択可能であり、２５００ｋｇｆを大きく超える荷重を受けとめることができる仕様とすることも、可能であることは言うまでもない。

図１に示す構成において、第１電動サーボモータ１２の回転は、第１駆動プーリ１３、図示せぬ第１タイミングベルト、第１被動プーリ１７を介して、第１ボールネジ機構１４のネジ軸１５に伝達され、ネジ軸１５が回転することで、ナット体１６がネジ軸１５に沿って軸方向移動し、ナット体１６と一体となって第１直動ブロック４やスクリュ１１が、軸方向に前後進可能なようになっている。また、第２電動サーボモータ１８の回転は、第２駆動プーリ１９、図示せぬ第２タイミングベルト、第２被動プーリ２３を介して、第２ボールネジ機構２０のネジ軸２１に伝達され、ネジ軸２１が回転することで、ナット体２２がネジ軸２１に沿って軸方向移動し、ナット体２２と一体となって、第２直動ブロック５や第１ボールネジ機構１４のネジ軸１５や第１ボールネジ機構１４の直動で移送される部材（スクリュ１１など）が、軸方向に前後進可能なようになっている。

このように、本実施形態では、スクリュ１１が、第１電動サーボモータ１２の回転でも、第２電動サーボモータ１８の回転でも軸方向に移送可能となっているので、第１電動サーボモータ１２と第２電動サーボモータ１８とを同期回転させて、第１電動サーボモータ１２の回転によるスクリュ１１の前進量と、第２電動サーボモータ１８の回転によるスクリュ１１の後退量とを等しくすることで、２つのサーボモータ１２、１８は回転しているが、スクリュ１１は軸方向に移動していない状態をつくり出すことができる。

図４は、本発明の射出用部材（ここではスクリュ１１）の加速原理を示す図である。図４において、横軸は時間を表し、縦軸は速度（相対速度）を表している。図４に示すように、実際の射出に先立って（スクリュ１１の前進に先立って）、第１電動サーボモータ１２をスクリュ１１を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始させて第１電動サーボモータ１２の回転速度を加速すると共に、第２電動サーボモータ１８をスクリュ１１を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始させて第２電動サーボモータ１８の回転速度を加速して、スクリュ１１が射出開始位置に留まった状態となるように、第１電動サーボモータ１２と第２電動サーボモータ１８を、図示せぬコントローラの制御の下に、同期して回転加速制御すると、第１電動サーボモータ１２の回転速度と第２電動サーボモータ１８の回転速度は高まってゆき、回転系の回転慣性力も増してゆく。ここで、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転速度が設定された所定最高速度Ｖｍ（モータが出力可能な最高速度とは限らない）まで加速されたタイミングｔｍ、すなわち、第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度が所定速度−Ｖｍまで加速されたタイミングｔｍで、第２電動サーボモータ１８により直線駆動される部材（ここでは、第２直動ブロック５）の後退が強制的に阻止されると、静止慣性などを無視すると、スクリュ１１は一気に前進して垂直な加速特性で、速度Ｖｍまで加速される。このように、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の十分に高められた加速を一気に解き放して、スクリュ１１を前させるように制御するのが、本発明のスクリュ１１（射出用部材）の加速原理である。

本実施形態のスクリュ１１の前進制御（１次射出の制御）の１例について、図１〜図３、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態のスクリュ前進制御の１例の様子を示す説明図であり、同図において、横軸は時間を表し、縦軸は速度（相対速度）を表しており、時間軸に沿った、第１電動サーボモータ１２の回転速度、第２電動サーボモータ１８の回転速度、スクリュ１１の前進速度の変化をそれぞれ示している。

図１は、計量および必要に応じて行われるサックバックが完了した、射出待機状態を示しており、このとき、スクリュ１１は射出開始位置にある。この図１に示した状態において、図５に示す１次射出開始タイミングの直前のタイミングｔ１に至ると、射出成形機全体の制御を司る図示せぬコントローラの制御の下に、第１電動サーボモータ１２がスクリュ１１を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始されて第１電動サーボモータ１２の回転速度が加速されると共に、第２電動サーボモータ１８がスクリュ１１を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始されて第２電動サーボモータ１８の回転速度が加速され、第１電動サーボモータ１２と第２電動サーボモータ１８の回転速度がそれぞれ所定速度Ｖ１、−Ｖ１に達する（加速される）タイミングｔ２までは、スクリュ１１は射出開始位置を保持される。このとき、スクリュ１１は射出開始位置を保持されているも、ボールネジ機構１５のナット体１６はネジ軸１５に対して前進しており、また、ボールネジ機構２０のナット体２２はネジ軸２１に対して後退しており、したがって、第２直動ブロック５は後退している。

第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転速度がＶ１まで加速されると共に、第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度が−Ｖ１まで加速されたタイミングｔ２に至ると、図示せぬコントローラは、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転加速を継続させつつ、第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度を急減速させ、これによって、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の十分に高められた加速を一気に解き放すことで、スクリュ１１は、急速な加速度で前進駆動を開始される。第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転は、第２直動ブロック５を後退させる回転方向であるので、タイミングｔ２以降に、第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度が−Ｖ２まで減速されたタイミングｔ３となると、本第１例のスクリュ前進制御では、衝撃緩和機構２４の第２バネ保持体２６が支持盤２に当接し、かつ、衝撃緩和機構２４のサラバネ２７が撓んで荷重を受け止めた状態となることで、すなわち、メカニズム同士が当接することによって、第２直動ブロック５は、その後退運動を強制的に阻止されるようになっている。また、タイミングｔ３となった時点で、図示せぬコントローラは、第１電動サーボモータ１２の回転加速を終了させ、これによって、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転速度は設定された所定最高速度Ｖ３（モータが出力可能な最高速度とは限らない）となり、タイミングｔ３以降は、第１電動サーボモータ１２の制御を第１回転方向Ｒａ１の定速回転制御に切り替える。したがって、タイミングｔ２で前進加速を開始したスクリュ１１は、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの間に、速度０（零）から速度Ｖ３まで急速に加速される。例えば、スクリュ１１は、２桁オーダーのＧの加速度で加速されて、タイミングｔ２からタイミングｔ３までのスクリュ１１の前進加速時間は、数ｍｓ（数ミリ秒）程度が達成される。

ここで、第２直動ブロック５は、第２電動サーボモータ１８が第２回転方向Ｒｂ２（第２直動ブロック５を後退させる回転方向）に回転している最中に、その後退運動を強制的に阻止されるが、その際には、衝撃緩和機構２４のコイルバネ２８がまず圧縮されて、比較的ソフトに第２バネ保持体２６が支持盤２に当接し、第２バネ保持体２６が支持盤２に当接した後に、衝撃緩和機構２４に付加される大きな荷重は、頑強なサラバネ２７が撓むことで吸収するので、メカ当接部が受ける衝撃はほとんどなく、また、衝撃音の発生も可及的に抑えられる。このように、本実施形態では、衝撃緩和機構２４がバネ定数の異なる２種類のバネを備えているので、メカ当接部が受ける衝撃をソフトにかつ確実に受け止めて吸収することができ、メカ当接部の寿命の延命化と騒音発生防止とを図ることが可能となっている。

上記のように、タイミングｔ３以降は、図示せぬコントローラは、第１電動サーボモータ１２の制御を第１回転方向Ｒａ１の定速回転制御に切り替えており、また、タイミングｔ３以降も、図示せぬコントローラは、第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度の減速制御を継続して、タイミングｔ４において、第２電動サーボモータ１８の回転速度を０（零）とする。これによって、スクリュ１１は、タイミングｔ３以降は、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の一定速の回転速度Ｖ３によって、定速度で前進駆動される。なお、タイミングｔ３から後記するタイミングｔ５までの間は、第２直動ブロック５は後退を阻止された一定位置を保持している。

次に、図示せぬコントローラは、タイミングｔ４から所定時間が経過したタイミングｔ５に至ると、第１電動サーボモータ１２の回転制御を、回転速度Ｖ３の定速回転制御から減速制御に切り替えて、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転速度を減速すると共に、第２電動サーボモータ１８を、スクリュ１１を前進させる（第２直動ブロック５を前進させる）第１回転方向Ｒｂ１に回転開始させて、第２電動サーボモータの回転速度を加速することで、第２電動サーボモータ１８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度が所定速度Ｖ４に達するタイミングｔ６までは、スクリュ１１に、モータ回転速度Ｖ３に対応する定速前進を維持させる。

次に、図示せぬコントローラは、上記のタイミングｔ６に至ると、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転減速を継続させつつ、第２電動サーボモータ１８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度を急速に減速することで、スクリュ１１を急速停止させるように制御する。これによって、スクリュ１１が前進を停止させた、１次射出完了のタイミングｔ７に至るようになっている。このように、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転減速を継続させつつ、第２電動サーボモータ１８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度を加速から急減速することで、スクリュ１１を急速停止させるようにしているので、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の十分に低減された減速を一気に解き放すと同時に、第２電動サーボモータ１８の第１回転方向Ｒｂ１の急減速をこれに足し合わせて、スクリュ１１を停止制御することができ、これにより、スクリュ１１の前進減速をきわめて急減速で行うことが可能となって、先の加速性能と同等もしくはそれ以上の減速性能を得ることが可能となる。

なお、上述した図５のスクリュ前進制御の１例では、スクリュ１１の減速制御においても、第１電動サーボモータ１２と第２電動サーボモータ１８との協働で、スクリュ１１の急峻な減速制御を行うようにしているが、スクリュ１１の減速制御は第１電動サーボモータ１２のみで行うようにしてもよい。この場合には、スクリュ１１の減速度合いは従来と同等のものとなるが、図５のタイミングｔ３以降は、第２直動ブロック５が、衝撃緩和機構２４を介して、支持盤２に当接・支承された状態を維持させることができるので、スクリュ１１が樹脂（溶融樹脂）から受ける大きな圧力（荷重）を第２電動サーボモータ１８で支承する必要がなくなり、これ以後の第２電動サーボモータ１８の負担を大幅に軽減することができる。つまり、薄肉・精密成形で最も重視されるは１次射出の前進加速性能であるので、１次射出の前進加速性能のみを重視する場合には、第２電動サーボモータ１８にかかる負荷を少なくできて、同一容量であっても、第２電動サーボモータ１８として第１電動サーボモータ１２よりも低トルクで高回転出力のモータを用いることができ、第２電動サーボモータ１８を第１電動サーボモータ１２よりも加減速性能のよいものとすることが、より容易となる。

続いて、本実施形態のスクリュ１１の前進制御（１次射出の制御）の他の例について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態のスクリュ前進制御の他の例の様子を示す説明図であり、同図において、横軸は時間を表し、縦軸は速度（相対速度）を表しており、時間軸に沿った、第１電動サーボモータ１２の回転速度、第２電動サーボモータ１８の回転速度、スクリュ１１の前進速度の変化をそれぞれ示している。

このスクリュ１１の前進制御の他の例では、図６に示す１次射出開始タイミングの直前のタイミングｔ１１に至ると、射出成形機全体の制御を司る図示せぬコントローラの制御の下に、第１電動サーボモータ１２がスクリュ１１を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始されて第１電動サーボモータ１２の回転速度が加速されると共に、第２電動サーボモータ１８がスクリュ１１を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始されて第２電動サーボモータ１８の回転速度が加速され、第１電動サーボモータ１２と第２電動サーボモータ１８の回転速度がそれぞれ所定速度Ｖ１１、−Ｖ１１に達する（加速される）タイミングｔ１２までは、スクリュ１１は射出開始位置を保持される。

第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転速度がＶ１１まで加速されると共に、第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度が−Ｖ１１まで加速されたタイミングｔ１２に至ると、図示せぬコントローラは、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転加速を終了させて、第１電動サーボモータ１２の制御を第１回転方向Ｒａ１の定速回転制御に切り替え、第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度を急減速させる。ここで、このスクリュ前進制御の他の例では、タイミングｔ１２において、第２直動ブロック５は、その後退運動を強制的に阻止されるようになっている（第２直動ブロック５が衝撃緩和機構２４を介して支持盤２と間接的に当接することで、第２直動ブロック５は、その後退運動を強制的に阻止されるようになっている）。したがって、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の十分に高められた加速を一気に解き放すことで、スクリュ１１は一気に前進して略垂直な加速特性で、速度Ｖｍまで加速される。なお、図６では、スクリュ１１の加速特性線を垂直なものに描いてあるが、実際には、静止慣性や衝撃緩和機構２４中のバネの減衰振動などによって、スクリュ１１の加速特性線は垂直から若干傾いたものとなる。

このスクリュ前進制御の他の例では、第２直動ブロック５は、第２電動サーボモータ１８が第２回転方向Ｒｂ２（第２直動ブロック５を後退させる回転方向）に最も高速で回転している最中に、その後退運動を強制的に阻止されるようになっている。したがって、前記したスクリュ前進制御の１例の場合よりも、衝撃緩和機構２４に加わる荷重は大きいことになるが、衝撃緩和機構２４のサラバネ２７、コイルバネ２８のバネ定数を適正に設定することにより、メカ当接部が受ける衝撃を、確実に受け止めてこれを吸収することが可能である。

上記のように、タイミングｔ１２以降は、図示せぬコントローラは、第１電動サーボモータ１２の制御を第１回転方向Ｒａ１の定速回転制御に切り替えており、また、第２電動サーボモータ１８の第２回転方向Ｒｂ２の回転速度を速度０（零）に向けて急減速させて、タイミングｔ１３において第２電動サーボモータ１８の回転速度を０（零）とするように制御している。また、タイミングｔ１２から後記するタイミングｔ１４までは、第２直動ブロック５は停止状態にある。したがって、スクリュ１１は、タイミングｔ１２以降は、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の一定速の回転速度Ｖ１１によって、定速度で前進駆動される。

次に、図示せぬコントローラは、タイミングｔ１３から所定時間が経過したタイミングｔ１４に至ると、第１電動サーボモータ１２の回転制御を、回転速度Ｖ１１の定速回転制御から減速制御に切り替えて、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転速度を減速すると共に、第２電動サーボモータ１８を、スクリュ１１を前進させる（第２直動ブロック５を前進させる）第１回転方向Ｒｂ１に回転開始させて、第２電動サーボモータの回転速度を加速することで、第２電動サーボモータ１８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度が所定速度Ｖ１２に達するタイミングｔ１５までは、スクリュ１１に、モータ回転速度Ｖ１１に対応する定速前進を維持させる。

次に、図示せぬコントローラは、上記のタイミングｔ１５に至ると、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転減速を継続させつつ、第２電動サーボモータ１８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度を急速に減速することで、スクリュ１１を急速停止させるように制御する。これによって、スクリュ１１が前進を停止させた、１次射出完了のタイミングｔ１６に至るようになっている。このように、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の回転減速を継続させつつ、第２電動サーボモータ１８の第１回転方向Ｒｂ１の回転速度を加速から急減速することで、スクリュ１１を急速停止させるようにしているので、第１電動サーボモータ１２の第１回転方向Ｒａ１の十分に低減された減速を一気に解き放すと同時に、第２電動サーボモータ１８の第１回転方向Ｒｂ１の急減速をこれに足し合わせて、スクリュ１１を停止制御することができ、これにより、スクリュ１１の前進減速をきわめて急減速で行うことが可能となって、先の加速性能と同等もしくはそれ以上の減速性能を得ることが可能となる。

なお、上述した射出成形機やダイカストマシンの実施形態では、第１電動サーボモータと第２電動サーボモータをそれぞれ１つずつ用いた例を示したが、第１電動サーボモータとして２つ以上のモータを用いても、あるいは、第２電動サーボモータとして２つ以上のモータを用いてもよく、この場合には、２つ以上のモータの出力を１つの被動プーリに同時に伝達するように構成すればよい。

本発明の一実施形態に係る射出成形機の要部構成を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における衝撃緩和機構に荷重がかかっていない状態の、衝撃緩和機構およびその周辺を示す要部断面である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における衝撃緩和機構に荷重がかかっている状態の、衝撃緩和機構およびその周辺を示す要部断面である。本発明の射出用部材の加速原理を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における、スクリュ前進制御の１例の様子を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る射出成形機における、スクリュ前進制御の他の１例の様子を示す説明図である。

符号の説明

１ヘッドストック
２支持盤
３連結・ガイドバー
４第１直動ブロック
５第２直動ブロック
６加熱シリンダ
７ノズル
８固定側金型
９可動側金型
１０キャビティ
１１スクリュ
１２スクリュ直動用の第１電動サーボモータ
１３第１駆動プーリ
１４第１ボールネジ機構
１５ネジ軸
１６ナット体
１７第１被動プーリ
１８スクリュ直動用の第２電動サーボモータ
１９第２駆動プーリ
２０第２ボールネジ機構
２１ネジ軸
２２ナット体
２３第２被動プーリ
２４衝撃緩和機構
２５第１バネ保持体
２６第２バネ保持体
２７サラバネ
２８コイルバネ

Claims

前後進可能な射出用部材の直動駆動源としての１つ以上の第１サーボモータと１つ以上の第２サーボモータとを備え、前記第１サーボモータの回転でその回転部が回転駆動されるボールネジ機構Ａの直動部を、前記射出用部材の基端部を保持した部材に固定し、前記第２サーボモータの回転によって前記ボールネジ機構Ａの回転部を前後進させる構成をとり、
前記射出用部材が前進開始する前に、前記第１サーボモータを前記射出用部材を前進させる第１回転方向Ｒａ１に回転開始させて前記第１サーボモータの回転速度を加速すると共に、前記第２サーボモータを前記射出用部材を後退させる第２回転方向Ｒｂ２に回転開始させて前記第２サーボモータの回転速度を加速して、前記第１サーボモータと前記第２サーボモータの回転速度がそれぞれ所定速度に達するまでは、前記射出用部材を実質的に射出開始位置に保持するようにし、
前記第１サーボモータの前記第１回転方向Ｒａ１の回転速度と前記第２サーボモータの前記第２回転方向Ｒｂ２の回転速度がそれぞれ前記所定速度に達した後に、前記第２サーボモータの前記第２回転方向Ｒｂ２によって後退駆動される前記ボールネジ機構Ａの回転部を保持した保持ブロックの後退運動を、メカニズム同士の当接によって強制的に停止させることで、前記射出用部材を速度０から設定速度まで急加速して急速前進させるようにした成形機において、
前記したメカニズム同士が当接する際の衝撃を緩和する衝撃緩和機構を設けたことを特徴とする成形機。
請求項１に記載の成形機において、
前記第１サーボモータの前記第１回転方向Ｒａ１の回転速度と前記第２サーボモータの前記第２回転方向Ｒｂ２の回転速度がそれぞれ前記所定速度に達すると、前記第１サーボモータの前記第１回転方向Ｒａ１の回転加速を継続させつつ、前記第２サーボモータの前記第２回転方向Ｒｂ２の回転速度をある程度減速させた後、前記保持ブロックの後退運動を、メカニズム同士の当接によって強制的に停止させることで、前記射出用部材を速度０から設定速度まで急加速して急速前進させることを特徴とする成形機。
請求項１に記載の成形機において、
前記第１サーボモータの前記第１回転方向Ｒａ１の回転速度と前記第２サーボモータの前記第２回転方向Ｒｂ２の回転速度がそれぞれ前記所定速度に達したタイミングで、前記保持ブロックの後退運動を、メカニズム同士の当接によって強制的に停止させることで、前記射出用部材を速度０から設定速度まで急加速して急速前進させることを特徴とする成形機。
請求項１乃至３の何れか１項に記載の成形機において、
前記衝撃緩和機構には、バネ定数の異なる複数のバネが用いられることを特徴とする成形機。