JPH11291305A - 射出成形機のスクリュ回転設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクリュの径が変更されたり、射出成形機自
体の大きさが変更された場合であっても、スクリュ回転
に関する設定変更の必要性の無い射出成形機を提供する
こと。 【解決手段】 スクリュ回転をスクリュの周速度にて設
定するようにしたスクリュ回転設定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は射出成形機に関し、
特に、計量工程における加熱シリンダ内のスクリュ回転
設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機には、駆動源として油圧アク
チュエータを用いた油圧式射出成形機と、駆動源として
サーボモータを用いた電動式射出成形機とがある。以下
に、サーボモータ駆動による射出装置の動作について簡
単に説明する。

【０００３】（１）スクリュ回転用のサーボモータによ
ってスクリュを回転させることにより、ホッパからスク
リュ後部に落ちてきた樹脂を溶融させながら加熱シリン
ダの先端部に一定量送り込む（可塑化／計量工程）。こ
の時、加熱シリンダの先端部に溜まってゆく溶融樹脂の
圧力（背圧）を受けながらスクリュは後退する。

【０００４】スクリュの後端部には射出軸が直結されて
おり、この射出軸はベアリングを介してプレッシャプレ
ートに回転自在に支持されている。この射出軸は同じプ
レッシャプレート上に支持されている射出用のサーボモ
ータにより駆動される。プレッシャプレートは、ボール
ネジを介して射出用のサーボモータによって、ガイドバ
ーに沿って前後進する。前述の溶融樹脂の背圧は、後述
するように、ロードセルによって検出し、閉ループで制
御する。

【０００５】（２）次に、射出用のサーボモータの駆動
によってプレッシャプレートを前進させ、スクリュ先端
部をピストンにして、溶融樹脂を金型内に送り込む（充
填工程）。

【０００６】（３）充填工程の終りで、溶融樹脂が金型
のキャビティ内に充満し、その時スクリュの前進運動
は、速度制御から圧力制御に切り替わる。これはＶ（速
度）−Ｐ（圧力）切替えと呼ばれており、成形品の品質
を左右する。

【０００７】（４）Ｖ−Ｐ切替え後、金型のキャビティ
内の樹脂は設定された圧力のもとに冷却してゆく（保圧
工程）。樹脂圧は前述した背圧制御と同様に閉ループで
制御される。

【０００８】射出装置においては、（４）の工程以後、
（１）の工程に戻って次のサイクルに入る。一方、型締
装置においては（１）と平行して、金型を開いてエジェ
クタ機構によって冷却固化した製品を取り出した後、金
型を閉じて（２）の工程に入る。

【０００９】次に、図４を参照して、ボールネジ、ナッ
トによりサーボモータの回転運動を直動運動に変換して
溶融樹脂の充填を行う射出成形機について説明する。図
４において、射出用のサーボモータ１０の回転はボール
ネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前
後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定さ
れ、プレッシャプレート１４はフレーム（図示せず）に
固定されたガイドバー１５，１６上を移動自在に取り付
けられている。プレッシャプレート１４の前後進運動
は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸２６を介
してスクリュ２０に伝えられる。図示しないスクリュ回
転用のサーボモータにより射出軸２６が回転駆動される
ことにより、スクリュ２０が回転する。

【００１０】加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回
転しながら前進することにより、可塑化／計量工程によ
り貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧すること
により成形がおこなわれる。この時樹脂を押す力がロー
ドセル１８により反力として検出され、ロードセルアン
プ１２より増幅されてコントローラ２５に入力される。
プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を
検出するための位置検出器１９が取り付けられており、
この検出信号は増幅器２３により増幅されてコントロー
ラ２５に入力される。コントローラ２５は、オペレータ
の設定に応じて各々の工程に応じた電流（トルク）指令
をサーボアンプ２４に出力し、サーボアンプ２４ではサ
ーボモータ１０の駆動電流を制御してサーボモータ１０
の出力トルクを制御するようになっている。

【００１１】なお、図４の構成はあくまでも概略を説明
するための便宜上のものであり、射出装置の具体的な構
成は例えば、特開平９−１７４６２６に開示されてい
る。

【００１２】次に、図５を参照して、スクリュ２０につ
いて詳細に説明する。図５（ａ）において、スクリュ２
０は、供給部２０−１、圧縮部２０−２、計量部２０−
３、ヘッド部２０−４に分けられる。供給部２０−１
は、ホッパから供給される樹脂を固体のまま、あるいは
一部のみを溶かして前方に送るための部分であり、樹脂
はこの間に溶融点近くまで暖められる。このために、供
給部２０−１においては、通常、図５（ｂ）に示される
渦巻き体を形成している棒状体の径がほぼ一定である。

【００１３】圧縮部２０−２は、供給部２０−１から供
給されてきた樹脂の粒と粒との間には隙間があり、樹脂
が溶融することによってその体積は約半分に減少する。
この体積減少分を補うために、樹脂が通過できる空間を
減少させる。これは、圧縮部２０−２において渦巻き体
を形成している棒状体にテーパを設けて渦巻き体の溝を
浅くすることにより実現している。このことにより、溶
融樹脂を圧縮し、摩擦による発熱効果を高め、樹脂圧力
を上げて、空気／樹脂に含まれている水分、揮発分ガス
などをホッパ側に押し戻す働きをする。このことから明
らかなように、加熱シリンダ内の樹脂圧力は圧縮部２０
−２内が最も高くなる。

【００１４】計量部２０−３は、渦巻き体の溝の最も浅
い部分であり、この間では樹脂は大きな剪断力を加えら
れ、自己発熱を伴って均質な温度まで上げられる。そし
て、一定量の樹脂をノズル側へ送り出す作用をする。

【００１５】なお、計量部２０−３からノズル側への溶
融樹脂の送り出しは、ヘッド部２０−４における逆流防
止リング２０−５を通して行われる。逆流防止リング２
０−５は、計量工程においては図中の左寄りの位置にあ
り、この状態で計量部２０−３からノズル側への溶融樹
脂の送り出しが可能となる。計量工程が終了すると、逆
流防止リング２０−５は、圧力差により図中の右寄りの
位置に移動する。その結果、ノズル側から計量部２０−
３側への樹脂の戻りが阻止される。通常、ヘッド部２０
−４は、その根元側にねじを切って、スクリュ本体の棒
状体の先端にねじ込まれて構成されている。このため、
ヘッド部２０−４の根元側の径は、スクリュ本体の棒状
体の径に比べて小さい。

【００１６】次に、図６を参照して、計量工程における
従来のスクリュの回転数設定について説明する。図６
は、スクリュ背圧とスクリュ回転数について４段の設定
例を示している。４段の設定のうち、前の３段は樹脂温
度の均一化に用いられるのが普通であり、樹脂の滞留時
間が長く温度の高い加熱シリンダ前半の樹脂は比較的速
いスクリュ回転数と低い背圧の組合せで計量し、計量が
進むに従って樹脂の滞留時間を長く、樹脂の剪断発熱を
増やすために段階的に回転数を下げ、逆に背圧を上げて
行く。４段目の最終段は、充填工程の出発点となる計量
値の精度を上げるための設定を行う。すなわち、計量完
了２〜３ｍｍ手前でスクリュ回転のオーバランを防ぐた
めの超低速回転と、樹脂逆流を防ぐための超低背圧が設
定される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記の説明で明らかな
ように、計量工程におけるこれまでのスクリュ回転設定
方法は、スクリュ位置に応じて回転数を設定するという
方法である。しかしながら、射出成形機では、通常、径
の異なる３本のスクリュを交換可能に構成されている。
そして、成形品に応じてスクリュの径を変えてやれば、
より良い品質の成形品が得られる。

【００１８】本来、加熱シリンダ内での樹脂の発熱（剪
断発熱）は、樹脂が圧送、圧縮されるスクリュの溝（谷
部）がほぼスクリュの棒状体の径に近似した位置にある
ので、ほぼスクリュの径に比例する。それにもかかわら
ず、これまでのスクリュ回転設定はあくまでも回転数で
あり、スクリュを交換して径を変えても回転数の設定値
は変えないのが普通であった。これは、スクリュの回転
数は、径がどのように変わろうとも共通であるいう認識
に基づいていると思われる。その結果、スクリュを交換
したにもかかわらず、回転数の設定値を変更せずに成形
作業を繰り返していると、成形品にやけや黒点等の不具
合が発生することがあった。その原因としては、スクリ
ュの径が変化した場合、スクリュの溝の周方向の長さが
変化するので、回転数が同じであると、スクリュの溝内
での樹脂の練り方や発熱量が変化することが考えられ
る。

【００１９】上記のような問題点は、スクリュの変更の
みならず、制御系は代えずに、射出成形機自体、すなわ
ち大きさを代えた場合でも同じである。これは、射出成
形機自体を代えるということは、スクリュの径も変わる
ことになるからである。

【００２０】そこで、本発明の課題は、スクリュの径が
変更されたり、射出成形機自体の大きさが変更された場
合であっても、スクリュ回転に関する設定変更の必要性
の無い射出成形機のスクリュ回転設定方法を提供するこ
とにある。

【００２１】本発明の他の課題は、上記の課題を、成形
品の品質を低下させること無く実現できる射出成形機の
スクリュ回転設定方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、射出成
形機の計量工程におけるスクリュ回転設定方法におい
て、スクリュ回転をその周速度にて設定するようにした
ことを特徴とするスクリュ回転設定方法が提供される。

【００２３】例えば、前記周速度は、前記計量工程にお
ける前記スクリュの位置あるいは後退時間に応じて設定
される。

【００２４】また、前記スクリュの回転開始直後の最初
の実質上１回転の範囲内では徐々に増加するように周速
度を設定することが好ましい。

【００２５】一方、前記計量工程の終了間際における前
記スクリュの全ストロークの実質上５％以下の範囲内で
は徐々に減少するように周速度を設定することが好まし
い。

【００２６】

【作用】本発明では、スクリュの回転数を設定するので
はなく、スクリュの周速度を設定することにより、スク
リュの径が変更されたり、射出成形機自体の大きさが変
更された場合でも、スクリュの周速度は変化せず、スク
リュの溝内の樹脂に同じように作用することになる。

【００２７】

【発明の実施の形態】はじめに、本発明の原理を説明す
る。スクリュの周速度Ｖ（ｃｍ／ｓｅｃ）は、通常３本
用意されるスクリュの直径を、それぞれＤ１、Ｄ２、Ｄ
３とし、スクリュの回転数を、それぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ
３とすると、 Ｖ１＝（π・Ｄ１／６０）×Ｒ１ Ｖ２＝（π・Ｄ２／６０）×Ｒ２ Ｖ１＝（π・Ｄ３／６０）×Ｒ３ で表され、周速度Ｖとスクリュ回転数Ｒとは一定の比例
関係ではなく、スクリュ直径Ｄが関与している。

【００２８】例えば、ポリアミド樹脂の場合、周速度限
界値を５０（ｃｍ／ｓｅｃ）とすると、スクリュ直径が
１．８ｃｍであれば、回転数は５３０（ｒｐｍ）となる
が、スクリュ直径が２．５ｃｍであれば、回転数は３８
２（ｒｐｍ）となる。これは、周速度を５０（ｃｍ／ｓ
ｅｃ）以下で、任意に選定して設定すれば、スクリュの
径を変更したり、射出成形機自体を変更した場合でも、
いちいちスクリュ回転数の設定値を変更せずとも、設定
された周速度が共通に与えられることを意味する。した
がって、上記のポリアミド樹脂の場合には、『周速度５
０（ｃｍ／ｓｅｃ）以下』という設定を行うだけで、ス
クリュの径や射出成形機自体の大きさに応じたスクリュ
回転が実現され、加熱シリンダ内の樹脂の熱的な不具合
の発生が低減される。なお、周速度限界値というのは、
加熱シリンダ内で溶融樹脂が変質する可能性のある周速
度である。すなわち、スクリュの周速度が高すぎると、
剪断発熱による樹脂の温度が高くなりすぎて樹脂が変質
してしまい、成形品の不具合発生の原因となる。この値
は、樹脂の種類によって異なるので、樹脂の種類に応じ
て経験的にあらかじめ求められ、この値を越えないよう
にされている。

【００２９】いずれにしても、型締力が同じ程度の射出
成形機であっても、そのメーカーによりスクリュの径は
異なる。この場合、樹脂の練り方、発熱性から本来、周
速度について考慮されるべきところ、これまではスクリ
ュの回転数しか考えられていなかった。一例を言えば、
透明なアクリル樹脂を可塑化する際、直径５（ｃｍ）の
スクリュを持つ射出成形機では、４００（ｒｐｍ）程度
まで回転数を与えることができるが、樹脂の着色の関係
で実際には５０（ｒｐｍ）程度の回転数しか与えられて
いない。これは、非常に低速回転に思えるが、スクリュ
径が大きいので、周速度としてはそこそこの値になる。
すなわち、この場合の周速度Ｖは、 Ｖ＝（π・５／６０）×５０＝１３（ｃｍ／ｓｅｃ） であり、これは、直径２（ｃｍ）程度の小径のスクリュ
の場合、同じ周速度を得るための回転数Ｒは、 Ｒ＝（１３×６０）／（π×２）＝１２４（ｒｐｍ） に相当する。

【００３０】スクリュの径が変更された場合には、上記
のような相違が生ずるにもかかわらず、これまでは、ス
クリュの径が変更されても、回転数の設定変更はなされ
ていないのが実情である。これに対し、本発明では、ス
クリュの周速度を設定するので、仮に上記のようなスク
リュの径の変更が行われたとしても、後述するように、
自動的に回転数が上記の値になるような制御が行われる
ことにより、スクリュの径の変更や、射出成形機自体の
変更に対処できることになる。

【００３１】図１〜図３を参照して、本発明の実施の形
態について説明する。ここでは、本形態によるスクリュ
の回転設定を、図４で説明したような電動式の射出装置
に適用する場合について説明する。それ故、以下の説明
は図４をも参照して行う。

【００３２】本形態における設定操作は、オペレータが
計量工程におけるスクリュの周速度を図１〜図３のよう
に設定する。同時に、樹脂材料により異なる周速度限界
値も設定される。計量工程において、スクリュ回転の立
ち上がりが急すぎると、スクリュのヘッド部が折損する
ことがある。これは、前に述べたように、スクリュのヘ
ッド部の根元側は細くなっているので、大きな負荷が急
激に加わると耐え切れない場合があるからである。加え
て、スクリュ回転の立ち上がりが急すぎると、樹脂への
エア巻き込みが生じ、成形品に不具合が発生する。この
ような点を考慮して、図１の例では、スクリュの回転開
始直後の最初の１／２回転の範囲内では徐々に増加する
ように周速度を設定している。

【００３３】一方、計量工程の終了間際におけるスクリ
ュの全ストロークの実質上５％の範囲内では徐々に減少
するように周速度を設定している。これは、スクリュ停
止間際のオーバランを防止するためである。上記のよう
な徐々に増加する周速度の設定、及び徐々に減少する周
速度の設定は周知のランプ関数により与えることができ
る。

【００３４】図２の例では、ぎりぎりの設定をし、ハイ
サイクル化する場合等、４段の階段状設定にしている。

【００３５】図３の例では、スクリュ位置に対して２点
Ａ、Ｂの周速度を設定するだけで、図１において説明し
たような立ち上がりや立ち下がりにおける不具合を解消
できるようにしている。すなわち、２点Ａ、Ｂの周速度
が設定されると、Ａ点とＢ点との間は、スクリュ位置の
検出値に基づく直線あるいは簡単な曲線による補間法で
周速度が決定される。このような補間法を採用すると、
以下のような利点もある。前に述べたように、スクリュ
は可塑化時に樹脂の反力により後退する。この場合、ス
クリュの供給部２０−１（図５参照）の一部が樹脂供給
用のホッパよりも後部に位置し、その有効長が短くな
る。これも成形品に不具合の発生する原因となるので、
その有効長の減少分を補うためには、計量工程の後半で
は周速度は大きい方が望ましい。このような理由で、図
１〜図３のいずれにおいても、図６のスクリュ回転数設
定の場合と異なり、計量工程の後半において周速度を前
半に比べて高くしている。

【００３６】なお、図１〜図３はあくまでも例であり、
このようなパターンに制限されるものでは無い。また、
図１〜図３においては、スクリュの位置に応じて周速度
を設定するようにしているが、スクリュの後退時間に応
じて周速度を設定するようにしても良い。

【００３７】コントローラ２５は、図１〜図３に示すよ
うな設定パターンに基づいて計量工程の開始から終了ま
でのスクリュの周速度を、位置検出器１９からの検出
値、すなわちスクリュ位置に応じて決定し、その周速度
が得られるようにスクリュ回転用のサーボモータを制御
する。

【００３８】サーボモータの制御は、例えば、周速度が
決定されると、スクリュの径とその周速度とから回転数
を算出し、その回転数になるようにサーボモータを制御
する。この場合、スクリュの径が変更された時にはその
値を入力する必要がある。別な例としては、スクリュの
周速度を実測する手段を設け、その実測値が設定パター
ンによる周速度と一致するようにサーボモータを制御す
るようにしても良い。スクリュの周速度を実測する手段
は、周知の回転軸の周速度を検出する技術を利用して容
易に実現することができる。

【００３９】図１〜図３のような設定パターンは、樹脂
材料が変更されない限り、スクリュの径や射出成形機自
体の大きさが変えられても変更する必要は無い。そし
て、スクリュの径が変更されたり、射出成形機自体の大
きさが変更されても、スクリュの周速度は変更しないの
で、スクリュの溝内の樹脂に同じように作用することに
なる。その結果、スクリュの径の変更に起因する成形品
への不具合の発生は無くなる。

【００４０】因みに、良品を成形し続けていた射出成形
機で、スクリュの径を大きくしたら、フラッシュの不具
合が発生したが、周速度を良品成形時の値に合わせたと
ころ、フラッシュの不具合が解消されたことが確認され
ている。

【００４１】なお、上記の形態では、電動式の射出成形
機の場合について説明したが、本発明は油圧式の射出成
形機にも適用できることは言うまでも無い。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、スクリュの径が変更さ
れたり、射出成形機自体の大きさが変更された場合であ
っても、スクリュ回転に関する設定変更の必要性の無い
射出成形機を提供することができる。しかも、計量工程
開始時のスクリュの急激な立ち上がりや計量工程終了時
のスクリュのオーバー回転による不具合の発生を無くす
ことができ、やけや黒点等の発生を防止して成形品の品
質低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による計量工程時のスクリュ回転設定の
第１の例を示した図である。

【図２】本発明による計量工程時のスクリュ回転設定の
第２の例を示した図である。

【図３】本発明による計量工程時のスクリュ回転設定の
第３の例を示した図である。

【図４】本発明が適用される電動射出成形機における射
出装置の構成を概略的に示した図である。

【図５】電動射出成形機におけるスクリュの構造を説明
するための図である。

【図６】従来の電動射出成形機における計量工程時のス
クリュ回転数設定の一例を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 射出用のサーボモータ １２ ボールネジ １３ ナット １４ プレッシャプレート １５、１６ ガイドバー １７ ベアリング １８ ロードセル １９ 位置検出器 ２０ スクリュ ２１ 加熱シリンダ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出成形機の計量工程におけるスクリュ
   回転設定方法において、スクリュ回転をその周速度にて
   設定するようにしたことを特徴とするスクリュ回転設定
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスクリュ回転設定方法に
   おいて、前記周速度を、前記計量工程における前記スク
   リュの位置あるいは後退時間に応じて設定することを特
   徴とするスクリュ回転設定方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載のスクリュ回転設定方法に
   おいて、前記スクリュの回転開始直後の最初の実質上１
   回転の範囲内では徐々に増加するように周速度を設定す
   ることを特徴とするスクリュ回転設定方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のスクリュ回転設定方法に
   おいて、前記最初の実質上１回転の範囲内の周速度は、
   ランプ関数により与えられることを特徴とするスクリュ
   回転設定方法。
5. 【請求項５】 請求項２あるいは３記載のスクリュ回転
   設定方法において、前記計量工程の終了間際における前
   記スクリュの全ストロークの実質上５％以下の範囲内で
   は徐々に減少するように周速度を設定することを特徴と
   するスクリュ回転設定方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載のスクリュ回転設定方法に
   おいて、前記全ストロークの実質上５％以下の範囲内の
   周速度は、ランプ関数により与えられることを特徴とす
   るスクリュ回転設定方法。