JPH01308611A - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は射出成形機の制御方法、特に射出工程における
スクリュに対する制御方法に関する。

〔従来の技術〕

インラインスクリュ式射出成形機における従来の形式は
、一般に、後部に成形材料を供給するホッパを配した加
熱筒を備え、この加熱筒に進退及び回転が制御されるス
クリュを挿入して構成する。そして、計量工程ではスク
リュを回転させてスクリュ前方に溶融樹脂材料を蓄積す
るとともに、射出工程ではスクリュを前進させて金型へ
の射出充填を行う。このため、この種の射出成形機にお
いては、射出速度や射出圧力（保圧圧力）等を正確に制
御することが、高精度、高品質、かつ安定した成形品を
確保する上で極めて重要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、このような従来のインラインスクリュ式射出
成形機は次のような解決すべき課題が存在した。

まず、成形材料に起因する問題である。第６図に示すよ
うに、スクリュ６１を挿入した加熱筒６２には、スクリ
ュ６１の軸方向に対し垂直方向に形成した材料供給路（
ホッパ）６３から成形材料が供給される。この場合、成
形材料としてアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ガ
ラス入り樹脂等のように、硬度の特に高い固形材料（ペ
レット）Ｗを使用し、しかも、スクリュ６１の溝部６Ｉ
ｄの深さが固形材料Ｗの大きさに比べて浅い場合には、
スクリュ６１の前進時（矢印Ａ方向）に、材料供給路６
３の下端エツジ６４とスクリュ６１の山部６１ｈによっ
て溝部６１ｄに存在する固形材料Ｗが剪断される。この
ときの剪断力はスクリュ６１の径によっても異なるが、
１００〜５００ｋｇ程度にもなり、射出力が数トン程度
の小型機ではかなり大きな抵抗となって現れる。

また、計量工程における計量後のスクリュ停止位置、即
ち、射出開始位置でのスクリュ６１の回転方向位置が成
形サイクル毎にも異なるため、結局、この場合にも固形
材料Ｗの配列状態、密度、数量等に違いを生じ、スクリ
ュ６１に対する機械的抵抗がショット毎にバラついてし
まう。

一方、金型キャビティ内部における樹脂材料圧力を直接
検出できれば理想的であるが、現実には技術的にも困難
を伴うため、通常は圧力センサを駆動部側に設けている
。例えば、油圧式射出成形機の場合には、射出シリンダ
内の油圧を液圧センサ等の圧力センサにより検出し、ま
た、電動式射出成形機の場合には、スクリュの反力をロ
ードセル（歪ゲージ）等の圧力センサによって検出して
おり、例えば特開昭６０−１７４６２５号（日本国公開
特許公報）等で開示される。そし、て、圧力センサから
の検出信号（検出値）と射出圧力（保圧圧力）の設定値
が一致するようにクローズトループによる制御を行って
いる。

しかし、このような圧力検出ではスクリュ６１の前方に
存在する溶融樹脂材料の圧力に加え、前述した材料供給
路６３付近の固形材料Ｗに基づく機械的抵抗をも検出し
てしまう。結局、当該抵抗のバラつきは直接的に圧力セ
ンサの検出値に影響し、クローズトループ制御にも拘わ
らず、本来検出すべき溶融樹脂の圧力を正確に検出でき
ず、高品質で高精度、かつ安定した成形品を得ることが
できなかった。

本発明はこのような従来の技術に存在する不具合を解消
した射出成形機の制御方法の提供を目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は回転又は進退移動するスクリュ２と、スクリュ
２を挿入し、かつ成形材料を供給するホッパ３を配した
加熱筒４を備えるインラインスクリュ式射出成形機の制
御方法を実施するに際し、固形材料Ｗの成形時に、スク
リュ２を軸方向へ前進させる射出工程の全部又は一部の
ストローク範囲で、所定速度ｒ１即ち、ｒ舛Ｖｓ／Ｌ（
回転／５ｅｃ）　（ただし、Ｖｓ：スクリュ前進速度（
ｍｍ／ｓｅｃ）、Ｌ：スクリュのピッチ（ｍｍ））によ
り設定される所定速度ｒによって、スクリュ２を計量時
の回転方向に対し逆方向へ回転させ、スクリュ２の前進
時に、加熱筒４の所定位置におけるスクリュ２の山部２
ｈの見掛上の位置が略不動（不動又は本発明の目的を達
成できる前後への誤差と認められる程度の若干の移動を
含む）となるように制御することを特徴とする。

〔作　　用〕

次に、本発明の作用について説明する。

本発明に係る射出成形機の制御方法は、特に射出工程に
おけるスクリュ２の前進時に、同時にスクリュ２が計量
時の回転方向に対し逆方向へ回転するため、加熱筒４の
所定位置におけるスクリュ２の山部２ｈの見掛上の位置
は略不動となる。

よって、固形材料Ｗがスクリュ２の前進に伴って剪断さ
れる弊害は解消又は著しく低減されるとともに、固形材
料Ｗによる抵抗は従来よりも著しく小さく、かつバラつ
きがなくなるため、駆動部側に配設したロードセル等の
圧力センサからの圧力検出信号値は実際の溶融樹脂圧力
と略一致し、正確な射出圧力（保圧圧力）の検出が行わ
れる。

〔実　施　例〕

以下には、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基
づき詳細に説明する。

まず、本発明の理解を助けるため、インラインスクリュ
式射出成形機における射出装置１の概略構成について第
３図を参照して説明する。

４は加熱筒であり、前端に射出ノズル１２を備えるとと
もに、後部上端に成形材料（固形材料Ｗ）を加熱筒４内
へ供給するホッパ３を備え、加熱筒４にはスクリュ２を
挿入する。また、加熱筒４の後端は支持盤１４によって
支持し、さらに支持盤１４には複数のタイバー１５・・
・を後方へ水平に備える。タイバー１５・・・には前後
方向へスライド自在な摺動部材１６を備え、この摺動部
材１６の内部には進退方向が許容され、かつ回転方向が
規制される回動規制部材１６ａを挿入する。この回動規
制部材１６ａの中には回動自在の結合部材１７を備える
。結合部材１７の後端面と摺動部材１６間にはリング状
のロードセル１８を介装する。

一方、結合部材１７の前端にはスクリュ２の後端を結合
し、結合部材Ｉ７の後端には後方へ延出する内袖部材１
９を結合する。内袖部材１９には同軸的に回動自在な筒
状の外軸部材２０を挿入し、さらに、外軸部材２０の外
周と摺動部材１６間には射出用ボールネジ機構２１を介
在せしめる。また、外軸部材２０の後端には被動ギア２
２を取付け、この被動ギア２２はタイミングベルト２３
を介して射出用サーボモータ２４に取付けた駆動ギア２
５に接続する。他方、内袖部材１９の後端にはスプライ
ン機構２６を介して被動ギア２７を備え、この被動ギア
２７はスクリュ回転用サーボモータ２８に取付けた駆動
ギア２９に噛合する。

以上の構成からなる射出装置ｌは次のように機能する。

まず、サーボモータ２８の正回転によって、同モータ２
８の回転力は駆動ギア２９−被動ギア２７−スプライン
機構２６→内軸部材１９−結合部材１７→スクリユ２の
経路で伝達される。よって、スクリュ２は正回転し、溶
融樹脂材料の計量を行うことができる。なお、同モータ
２８を逆回転させれば同様の経路でスクリュ２を逆回転
させることができる。

一方、サーボモータ２４の正回転によって、同モータ２
４の回転力は駆動ギア２５−被動ギア２２−外軸部材２
０→ボ一ルネジ機構２１→摺動部材１６−結合部材１７
の経路で伝達される。よって、スクリュ２は前進し、計
量された溶融樹脂材料を金型に射出充填することができ
る。なお、同モータ２４を逆回転させれば、同様の経路
でスクリュ２を後退させることができる。

次に、第１図及び第２図を参照して本発明に係る射出成
形機の制御方法について説明する。

まず、計量工程においては中央制御部３２から計量指令
信号及び不図示の計量値設定器によって設定された設定
値に基づく計量値信号をサーボモータ２８を制御するモ
ータ制御部３３へ付与する。

これにより、同モータ２８（第３図に同符号で示す）は
正回転して計量を行う。なお、この状態を第１図（ｂ）
に示す。

一方、計量工程が終了すると射出工程へ移行する。射出
工程においては金型（不図示）の型閉終了に基づいて中
央制御部３２から射出指令信号及び射出速度設定器３４
によって設定された設定値に基づく射出速度指令信号を
サーボモータ２４を制御するモータ制御部３６へ付与す
る。これにより、同モータ２４が回転してスクリュ２を
前進させ、同時に、同モータ２４に結合したモータ速度
を検出するタコメータジェネレータ３８の検出信号をモ
ータ制御部３６へ付与し、射出速度指令信号と一致する
ようにクローズトループによる制御を行う。

また、この際、本発明に係る制御方法に従って、スクリ
ュ逆回転速度設定器３９によって予め設定された設定信
号がモータ制御部３３に付与され、サーボモータ２８は
逆回転を開始する。同時に、同モータ２８に結合したタ
コメータジェネレータ４０からの検出信号をモータ制御
部３３へ付与し、逆回転速度設定値と一致するようにク
ローズトループによる制御を行う。つまり、第１図（ｂ
）のようにスクリュ２は前記計量工程における計量時の
回転方向に対し逆方向へ回転する。このように、射出工
程におけるスクリュ２は設定速度で前進すると同時に、
設定された所定速度ｒで逆回転する。

この所定速度ｒはスクリュ２の前進時において、加熱筒
４の所定位置におけやスクリュ２の山部２ｈの見掛上の
位置が略不動となるように設定する。

なお、この例ではスクリュ２の逆回転速度をスクリュ逆
回転速度設定器３９により予め設定した場合を示したが
、中央制御部３２にマイクロプロセッサを用い、射出速
度設定器３４の設定値から逆回転する速度を自動的に演
算処理してもよい。

即ち、スクリュ２のピッチをＬ（ｍｍ）、スクリュ２の
射出（前進）速度をＶｓ　（ｍｍ／５ｅｃ）　、スクリ
ュ２の逆回転速度をｒ（回転／５ｅｃ）としたとき、ｒ
＃Ｖｓ／Ｌ　（ｒ＝Ｖｓ／Ｌを含む）の関係式を満たす
ように演算処理すればよい。これにより、スクリュ２が
前進しても加熱筒４の所定位置におけるスクリュ２の山
部２ｈの見掛上の位置は略不動（不動又は本発明の目的
を達成できる前後への誤差と認められる程度の若干の移
動を含む）となる。

また、スクリュ２の山部２ｈの軸方向における見掛上の
位置を検出する例えば位置センサ５０を設置し、射出時
において当該位置が略一定となるように逆回転する所定
速度ｒをフィードバック制御してもよい。

なお、スクリュ２を逆回転させる範囲は射出工程におい
てスクリュ２が前進する全部のストロークが望ましい。

また、必要に応じて一部のストロークであってもよい。

さらにまた、第１図中、仮想線Ｖｍで示すように、射出
工程中において射出速度（射出用モータ速度）を多段に
変化させる制御を行う場合は、これに応じてスクリュの
逆回転する所定速度ｒを多段階に可変制御すればよい。

以上、射出工程を例示したが、これに限らず、他の工程
においてスクリュ２を前進させる場合にも同様に応用す
ることができる。

一方、射出工程においてはスクリュ２の前進とともに、
サーボモータ２４に結合したスクリュ２のパルスジェネ
レータ３５の検出信号が中央処理部３２に人力する。そ
して、スクリュ２が保圧切替位置設定器４１によって設
定された設定値まで移動すると、中央制御部３２は保圧
力制御信号をサーボモータ２４へ付与し、同モータ２４
は速度制御状態から保圧制御（射出圧力制御）状態とな
るとともに、同時に、モータ制御部３３へは逆回転停止
信号を付与し、サーボモータ２８の回転を停止させる。

なお、上記保圧力制御信号は保圧力設定器４３によって
予め設定される。保圧力制御状態により、圧力検出を行
うロードセル１８の検出信号はアンプ４４を介して中央
制御部３２に入力し、上記保圧力制御信号と一致するよ
うに、クローズトループよる制御が行われる。射出タイ
マ（不図示）がタイムアツプして、所定の射出時間が経
過すると、サーボモータ２４及び２８の各制御信号がＯ
ＦＦとなり射出工程は全て終了する。

第４図にはこの発明方法によって制御された場合の射出
圧力Ｐと射出速度Ｖの実測図を示す。同図（ａ）は射出
圧力（ロードセル出力）Ｐの実測記録データ、同図（ｂ
）は射出速度Ｖの実測記録データである。なお、いずれ
も横軸を時間軸とした１００ショット分の重ね書きであ
る。また、成形品は重量的０．２（ｇ）、四個取り、ス
プール及びランナを含めての総重量的５．６（ｇ）の小
型アクリルレンズを用いた。

他方、第５図は従来方法によって制御された場合の第４
図と同様の実測図を示す。即ち、射出時においてスクリ
ュ２を回転させない場合であり、第５図（、）は射出圧
力Ｐの実測記録データ、同図（ｂ）は上田速度Ｖの実測
記録データである。

なお、いずれも横軸を時間軸とした３０ショット分の重
ね書きである。

実測結果では従来の制御方法が３０ショット分の成形を
行った場合であっても重１バラつきが全重［５，６（ｇ
）に対して１０〜ｔ６（ｍｇ）程度あり、不良品を二個
生じた。他方、本発明方法では１００ショット分を成形
したにも拘わらず、重量バラつきが全重量５．６（ｇ）
に対して４．３（ｍｇ）と小さく、全て良品であった。

また、第４図（ａ）及び第５図（ａ）の比較からも明ら
かなように、射出速度の制御中における射出圧力のバラ
つきは本発明方法によって従来の１／６程度となり、定
格射出圧力に対しては約０゜４（％）のバラつきとなる
。このため、本発明方法は射出圧力が一定値になってか
ら保圧力の切替を行う形式の射出成形機の場合に用いて
より効果的となる。なお、本発明方法によれば加熱筒内
部の樹脂材料による粘度抵抗をより下げ得ること、射出
時にスクリュの前部に設けたリングバルブ（逆止弁）が
より閉じ易くなることを期待できる。

以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこの
ような実施例に限定されるものではなく、構成、形状、
手法、数値、数量等において、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で任意に変更できる。

特に、実施例においては電動式射出成形機の場合を示し
たが、油圧式射出成形機への適用を妨げるものではない
。

〔発明の効果〕

このように、本発明に係る射出成形機の制御方法は、固
形材料を成形する射出工程において、スクリュを計蛍時
の回転方向に対して逆方向へ回転させ、加熱筒の所定位
置におけるスクリュ山部の見掛上の位置が略不動となる
ように制御するため、次のような効果を奏する。

■　スラリ上と材料供給路間に、固形材料が挟まれて剪
断される弊害を解消できるとともに、各ショット毎の圧
力のバラつきを著しく小さくできる。この結果、射出制
御及び保圧制御の安定化を図れるとともに、高品質かつ
高精度の成形品を得ることができる。

■　固形材料に基づくスクリュと加熱筒内壁間の機械的
抵抗が小さくなるとともに、成形サイクル毎の機械的抵
抗のバラつきが小さくなるため、油圧センサあるいはロ
ードセル等による間接的圧力検出方法であっても、キャ
ビティ内部の樹脂材料圧力に略一致する正確な圧力検出
を行うことができる。

■　スクリュと加熱筒間の機械的抵抗を低減できるため
、これに基づく電力ロスを低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図二本発明に係る制御方法による計量工程及び射出
工程における各モータの動作 概要図、 第２図二同制御方法を実施する制御装置の要部のみを示
すブロック回路図、 第３図：同制御方法を実施する射出成形機における射出
装置の縦断面図、 第４図二本発明方法によって制御された場合の射出圧力
と射出速度の実測図、 第５図：従来方法によって制御された場合の射出圧力と
射出速度の実測図、 第６図：背景技術の問題点を説明する射出装置における
ホッパ付近の縦断面図。 尚図面中、 ２：スクリュ　　　　２ｈ：スクリュの山部３：ホッパ
　　　　　４：加熱筒 Ｗ：固形材料 特許出願人　日精樹脂工業株式会社 代理人弁理士　下　　１）　　　茂 Ｃ０工〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕回転または進退移動するスクリュ２と、前記スク
   リュ２を挿入し、かつ成形材料を供給するホッパ３を配
   した加熱筒４を備えるインラインスクリュ式射出成形機
   の制御方法において、固形材料Ｗの成形時に、スクリュ
   ２を軸方向へ前進させる射出工程の全部または一部のス
   トローク範囲で、次式により設定する所定速度にによっ
   て、スクリュ２を計量時の回転方向に対し逆方向へ回転
   させ、加熱筒４の所定位置におけるスクリュ２の山部２
   ｈの見掛上の位置が略不動となるように制御することを
   特徴とする射出成形機の制御方法。 所定速度ｒ≒Ｖｓ／Ｌ（回転／ｓｅｃ） ただしＶｓ：スクリュ前進速度（ｍｍ／ｓｅｃ）Ｌ：ス
   クリュのピッチ（ｍｍ） 〔２〕所定速度ｒはスクリュ２の前進速度に対応して可
   変することを特徴とする請求項１または２記載の射出成
   形機の制御方法。 〔３〕加熱筒４の所定位置におけるスクリュ２の山部２
   ｈの軸方向に対する見掛上の位置を検出し、この検出結
   果に基づき前記所定位置における山部２ｈの見掛上の位
   置が略不動となるようにフィードバック制御することを
   特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。