JPS6127226A - 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】 （発明の技術分野） この発明は、射出成形機の射出用ノズルを製品成形用の
金型に迅速かつ正確に接触させて射出を行なうための射
出成形機の制御方法に関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 射出成形機を設計する場合、特に自動化に際しては成形
品の品質の向上、省エネルギー化及び生産性の向上に留
意しなければならなす、これらは特に計量行程において
その重要性を占めている。これらの中で品質の向上とい
う点でみると、成形品の品質は射出速度、圧力、樹脂温
度や射出量等により左右され、バラツキの少ない正確な
射出量を得るには高い精度で計量しなければならない。

また、省エネルギー化という点でみると、粒状の樹脂を
均質な溶融状態にするためにヒータで熱を加え、スクリ
ューにより剪断、混練するのであるが、スクリューの回
転数及び背圧を樹脂の種類、温度等に合わせて効果的に
制御することによって、計量に必要なエネルギーを最小
にすることができるし、計量に要する時間を出来る限り
短縮させることによリ、生産性の向上を図ることもでき
る。

第１図は従来の射出成形機の計量機構を示す図であり、
全周面にネジ溝を付せられた棒状のスクリューｌの回転
により、ホッパ３に収納されている樹脂４はネジ溝を伝
わってシリンダ２へ送られ、ヒータ（図示せず）で熱を
加えられながらスクリュー１の回転により剪断、混練さ
れて可塑化される。この場合、シリンダ２の先端に設け
られているノズル５は製品の形状が彫り込まれた金型（
図示せず）に押圧されているので、シリンダｚ内に満た
され金型を充填した樹脂６の圧力によりスクリューｌが
図示Ｙ方向に後退する。つまり、計量時には溶融した樹
脂６が外部に流れ出さない構造となっており、シリンダ
２内へノズル５やホッパ３から空気が吸引されないよう
にすると共に、正確な樹脂量を計量するために駆動装置
１００による駆動でスクリューｌに背圧が加えられる。

従って、スクリューｌの回転によって生じる樹脂圧と駆
動装置１００からの背圧との差によって、スクリューｌ
は徐々に矢印Ｙ方向に後退させられる。これらスクリュ
ーｌの回転数と背圧は使用する樹脂４の種類、温度等か
ら経験的に設定され、射出量を決めるスクリューｌの位
置はリミットスイッチ等の検出手段によって設定されて
いる。

なお、スクリューｌを回転する機構やスクリュー１に背
圧を加える機構、リミットスイッチ等は、駆動装置１０
０内に装備されている。

ここで問題となるのは、スクリュー位置を直接決定する
要素がリミットスイッチであり、回転数と背圧の相互関
係によりスクリュー位置を間接的にしか制御できないこ
とである。すなわち、リミットスイッチが動作してから
スクリューｌの回転を停止させたのでは、スクリューｌ
は所望の位置を行き過ぎてしまう。従って、行き過ぎを
無くすためにはスクリューｌかリミットスイッチに近づ
くに従い、スクリューｌの回転を徐々に下げていくとか
、又はリミットスイッチ作動点に対する行き過ぎ量を見
越して手前に設定しておくなどの対策しかない、このた
め、実際には計量行程の試行錯誤を繰返して決定する必
要があり、更に樹脂４の種類、金型の形状等によって異
なるのみならず、温度変化や樹脂の湿度、ホッパ３から
シリンダ２への移送量等の変化が外乱として加わるとい
う点からすると、リミットスイッチ作動点の設定が煩雑
であるばかりか正確な射出量を得ることも困難であり、
射出量にバラツキが生じ、成形品の品質の低下は免れな
い、更に、このような方式ではリミットスイッチにより
正確な位置で停止させるために、スクリューｌの回転数
を定常回転時でも必要以上に小さくしなければならず、
計量に要する時間が長くなり、生産性が落ると共にエネ
ルギー効率も低くなってしまっていた。

このような問題と共に、ノズルと金型とを接触させる場
合、ノズルを速度制御によって金型へ向って前進させ、
ノズルが金型に十分近づいた時に圧力制御に切換えるよ
うにしているが、速度制御を圧力制御に切換える位置又
は時間が分らず、速度−−を圧力制御に切換えた時に速
度又は圧力が不連続に変化してしまい、円滑な制御がで
きないといった問題点があった。

（発明の目的） この発明は上述のような事情からなされたものであり、
その目的は、射出成形機の構成と相俟ってノズルを迅速
かつ正確に金型に接触させることができる射出成形機の
制御方法を提供することにある。

（発明の概要） この発明は、先端にノズルを穿設されているシリンダ内
に、前後進すると共に回転するスクリューを配設し、シ
リンダ内に溶融されている樹脂をノルゾから、製品の形
状が彫り込まれた・金型内に射出するようになっている
射出成形機の制御方法に関するもので、ノズルを速度制
御で金型方向に移動させ、ノズルの先端が金型に衝突し
たことを、検知して後は、上記ノズルを圧力制御で金型
に圧接させるようにしたものである。

°　（発明の実施例） この発明では、第２図に示すように制御装置１５にスク
リューｌに対する位置指令Ｓｉが入力され、演算された
スクリュー背圧信号Ｐｉがスクリュー１の位置を移動す
φモータ１３に与えられ、演算されたスクリュー回転信
号Ｒｉがスクリューｌの回転を行なうモータ７に入力さ
れている。ここで、スクリュー回転信号Ｒｉによりモー
タ７が回転することによりスクリューｌが回転され、ホ
ッパ３から樹脂４がシリンダ２へ送られ、スクリューｌ
により剪断、混練されて可塑化された樹脂６がシリンダ
２内に満たされ、この圧力によりスクリューｌは矢印Ｎ
方向に後退する。このとき、シリンダ２内に空気が吸引
されないようにしながら正確な樹脂量を計量するために
、スクリューｌに背圧が加えられるのであるが、これは
モータ１３がスクリュー背圧信号Ｐｉにより駆動され、
モータ１３に連結されたポールネジ１１が回転すること
により、これに螺合されたボールナツト１２が矢印Ｍ方
向のトルクを発生するため、ボールナツト１２に連結さ
れている駆動台１０上に載置・固定されたモータ７、ス
クリュー１などがＮ方向に後退する力に対して、背圧と
して作用するのである。ここで、モータ７に連結されて
いる回転数センサ８は、スクリューｌの回転数ｎを検出
してスクリュー回転数フィードバック信号Ｒｆを、また
、モータ１３に連結されている位置センサ１４は、ボー
ルナツト１２の位置、つまりスクリューｌの位置を検出
して背圧ｐを示すスクリュー位置フィード／くツク信号
Ｓｆをそれぞれ制御装置１５に入力している。さらに、
ノズル５の前面には溶融された樹脂を射出して、製品を
成形するための金型３０の射出口が圧接されている。

次に、この制御装置１５の内容を具体化した一例を第３
図に示しこの構成について説明すると、位置指令Ｓｉと
スクリュー位置フィードバック信号Ｓｆとの偏差Ｓｅが
位置制御要素２１に入力され、閉ループ制御の特性・を
補償するように演算された信号Ｓｏが速度制御要素２２
に入力され、スクリュー１を制御するに必要な背圧指令
旧と回転数指令Ｋｉを出力する。そして、背圧指令旧は
背圧制御要素１８に入力され、この閉ループ制御の特性
を補償するように演算された信号ＨＯが電力増幅器２０
Ａに入力され、モータ１３を駆動するために電力増幅さ
れてスクリュー背圧信号Ｐｉとしてモータ１３に入力さ
れる。一方、回転数指令Ｋｉは減算器２４に入力され、
この減算器２４で求められたスクリュー回転数フィード
バック信号Ｒｆとの偏差Ｋｅが回転数制御要素１８に入
力され、この閉ループ制御の特性を補償するように演算
された出力Ｋｏが電力増幅器２０Ｂ・に入力され、モー
タ７を駆動するために電力増幅されてスクリュー回転信
号Ｒｉとしてモータ７に入力される。

第４図は上述装置についての動作を説明するための特性
図で、横軸にスクリューｌの回転数ｎ、縦軸にスクリュ
ーｌの、背圧ｐをとり、スクリューｌの移動速度ＶＯ（
小）〜Ｖ４（大）をパラメータとして示している。

ここで、計量行程を説明しながら一連の動作について述
べると、先ず計量すべき樹脂６の量はスクリューｌが停
止する位置によって決定されるので、制御装置１５に入
力される位置指令Ｓｉが計量すべき樹脂６の量となる。

そして、位置センサ１４がこの位置指令Ｓｉに相当する
スクリュー位置フィードバック信号Ｓｆを出力するよう
になるまでスクリューｌが移動したとき、計量行程は終
了する。この計量行程が終了するまでの過程は、第３図
において先ず位置制御要素２１が偏差Ｓｓを入力すると
、所定の周波数特性を有するなどしてこの閉ループ特性
を補償するように制御され、求められた信号Ｓｏを速度
制御要素２２に入力し、この速度制御要素２２は背圧指
令旧と回転数指令Ｋｉとをその組合せにより効率良く、
かつ迅速にスクリューｌの回転速度を零にして計量行程
を終了させるように制御して出力する。これを第４図の
特性図に従って説明すると、先ず計量の開始時は背圧指
令及び回転指令はそれぞれｐ４及びｎ４を指令し、スク
リューｌの回転数ｎを出来るだけ高くして計量の効率を
上げるようにする。すなわち、第２図における矢　。

印Ｎ方向の速度と矢印Ｍ方向の背圧との差でスクリュー
ｌの移動速度はｖ４となり、この移動速度もかなり高く
なっている。ここで、第４図の破線Ｌｌは計量行程の過
程に応じて変化する回転数ｎと背圧ｐの組合せを示して
おり、この傾斜は自由に選択、設定することができる。

上記のように計量開始時にｎ４とｐ４の組合せで始まり
、以降順次ｎ３とｐ３　、　ｎ２とｐ２．ｎｌとｐｔと
変化していき、最終的にはｎｓとｐｓの組合せでスクリ
ューｌの移動速度はｖＯとなり、スクリューｌが停止し
て計量行程は終了する。すなわち、スクリュー回転数ｎ
ｓ及びスクリュー移動速度ｖＯに近づくと、これらは殆
ど停止に近い値となり、この計量終了時には位置指令Ｓ
ｉに対して正しい位置にスムーズに停止できるので、位
置指令Ｓｉに対して行き過ぎることなく適正な値の計量
ができ、かつそのときの背圧ｐも適正な値ｐｓに選択で
き、次の射出行程の準備もできるのである。また、計量
中に回転数ｎが高くとれれば、これによる摩擦熱が大き
くなり、ヒータの容量は小さくても済むという利点も出
てくる。

次に、上述の原理で制御される射出成形機の具体的な構
造を第５図に示して説明する。

′　モータ７及び１３は射出成形機の固定された筐体４
０に取付けられており、モータ１３の回転軸１３Ａには
ギア４１及び４２が装着され、モータ７の回転軸７Ａに
はギア４３及び４４が装着されており、これらギア４１
〜４４は回転軸１３Ａ及び７Ａの各端部に設けられてい
るクラッチ機構４５及び４Ｂによって駆動力の伝達が断
続されるようになっている。

また、筺体４０にはクラッチ機構４７及び４８で駆動力
の伝達が断続される伝達軸４７Ａ及び４８Ａが軸架され
ており、伝達軸４７＾にはギア４９及び５０が、伝達軸
４８Ａにはギア５１及び５２がそれぞれ装着されている
。さらに、筐体４０には金型３０の移動を行なう駆動軸
３０Ａが軸架され、その端部に設けられているクラッチ
機構３１で駆動力の伝達が断続されるようになっている
ギア３２〜３４が筐体４０内で装着され、駆動軸３０＾
は更に金型３０の筺体３５に軸架されている。筺体３５
内の駆動軸３０Ａにはギア３８が装着され、ギア３７を
介して作動軸３８に回転力を伝達し、この回転によって
型部材３８を摺動軸３８＾、３８Ｂ上で摺動させて前後
進するようになっている。さらに、筐体４θ内にはスク
リューｌに連結された軸１＾が設けらており、この軸Ｉ
Ａにギア５３が装着され、このギア５３の内胴にベアリ
ングを介して係合された作動軸５４には更にギア５５が
装着されている。

このような構成において、射出成形機は型部材３９を前
進させて金型を合せる型締と、この型締の圧力を増加す
る昇圧と、ノズル５を金型３゜の方向に前進させるノズ
ル前進と、溶融された樹脂の金型３０内への射出充填と
、樹脂の可塑化を行なう計量及び冷却と、ノズル５を筐
体４ｏ方向に後退させるノズル後退と、金型の降圧及び
型開と、金型３０内で成型された製品の突落し停止とを
繰返して行なう。ここにおいて、第５図は射出成形機の
初期状態を示しており、型締及び昇圧を行なう場合には
モータ１３を駆動し、その回転駆動が回転軸１３Ａ→ギ
ア４１→図示されないギア→ギア３３を介して駆動軸３
０Ａに伝達され、ギア３８及び３７を介して作動軸３８
が回転されることによって型部材３８が前進される。こ
うし′て型部材３８が前進されてストップ位置で停止す
ることにより所定圧まで昇圧されると、クラッチ機構８
０１を切換えてギア３３からギア３８への伝達を遮断し
、クラッチ機構４５及び４７を切換えて軸４７Ａのみを
回転させることによって筺体４ｏの金型３０方向への移
動を行ない、静止している金型３０に対してノズル５を
前進させる。なお、ノズル５の後退はモータ１３の回転
を逆にすることによって行なわれる。

また、樹脂の射出を行なう場合にはモータ７及び１３を
駆動し、クラッチ機構４５及び４θを切換えてギア４１
の回転及びギア４２の回転が図示されないギアによりそ
れぞれギア３３及び３４に伝達されるようにする。更に
クラッチ機構３１を切換えることによって、モータ７及
び１３の回転駆動がギア５５に伝達され、軸５４及びＩ
Ａを介してスクリューｌが移動され、上述したような溶
融樹脂の金型３０への射出を行なうことができる。さら
に、樹脂の計量を行なう場合にはモータ７のみを駆動し
、この回転駆動をギア４３→図示されないギア→ギア５
２→軸４８＾→ギア５！→ギア４８→ギア３２→ギア５
３を介してスクリューｌに伝え、このスクリューｌを回
転させると共にモータ１３を駆動し、この回転駆動をギ
ア４２→図示されないギア→ギア３３→クラッチ３１→
ギア５５→軸５４→軸ＩＡを介してスクリューｌに伝え
、スクリューｌに背圧が加えられることによって計量を
行なう。そして、型開は上記型締の場合と逆にモータ１
３を回転し、型部材３８を後退させることによって行な
われる。

ここにおいて、上述の型締後のノズル５の前進はモータ
１３の駆動による速度制御によって行なわれ、ノズル５
が金型３０に接触した後は所定圧力で圧接する必要があ
る。したがって、モータ１３を第６図に示すような速度
指令マｊに対する速度制御系から、圧力指令Ｐｉの圧力
制御系に切換えるのにどのようにするかが問題となる。

すなわち、第６図の速度制御系は速度偏差マｅをループ
系６０（Ｇ＋）でトルク指令Ｔｉに変換し、このトルク
指令Ｔｉに従って電力増幅器６１を介してモータ１３を
制御するようになっており、第７図（＾）。

（Ｂ）に示す如く時点ｔｏからｔｌまでを指令速度マｉ
の一定速度で制御し、時点ｔｌ以降を指令圧力ｐｉの一
定圧力で制御するようにすると、制御モードが切換わる
時点ｔ１において速度Ｖ及び圧力ｐが共に不連続となり
、射出等を円滑に行なうことができない。

このため、この発明では速度制御でノズル５を前進させ
、ノズル５が金型３０に衝突した時点では、移動距離Ｘ
が一定になると共に速度Ｖが０になることを利用して衝
突を検知し、この衝突検知後に実際の圧力Ｐが指令圧力
ｐｉとなった時に圧力制御に切換えるようにする。第８
図（Ａ）及び（Ｂ）はノズル５の金型３０への衝突の様
子を示すもので、時点ｔ２までは一定の指令速度マｉで
移動されているので、ノズル５の移動距離Ｘも線形に増
加するが、ノズル５が金型３０に衝突すると速度ＶがＯ
になると共に、移動圧＃Ｘも増加せず一定値ｘｏを保持
することになる。したがって、移動距離Ｘの変化の様子
又は速度Ｖの０を何らかの手段によって検出することに
よって、ノズル５の金型３０への衝突時点ｔ２を検出す
ることができる。ノズル５の金型３０への衝突後（時点
ｔ２）、速度Ｖは減少し、圧力ｐが速度制御系の特性に
従って次第に上昇するので、第９図（Ａ）及び（Ｂ）に
示す如く実際の圧力ｐが設定器等で設定されている指令
圧力ｐｉとなった時（時点ｔ３）に圧力制御に切換える
。もし、指令圧力ｐｉが衝突前の圧力ｐよりも低いとき
は、衝突後（時点ｔ２）、速度指令値マｉを零にするこ
とによって圧力ｐは速度制御系の特性に従って次第に下
降するので、指令圧力ｐｉとなった時に圧力制御に切換
える。このようにすれば、時点ｔ２までは速度指令マｉ
による一定速度の速度制御が実現され、ノズル５が金型
３０に衝突した時点ｔ２から以後の短い過渡期間内に指
令圧力ｐｉとなるのを待ち、指令圧力ｐｉとなった時（
ｔ３）に圧力制御に切換えられるので、速度制御から圧
力制御への切換を円滑に行なうことができる。なお、ノ
ズル５の金型３０への衝突は、ノズル５又は金°型３０
が破壊されない程度の速度で行なわれる。

第１０図はこの発明方法を実現する装置の一例を示すも
のであり、モータ１３の駆動電流や位置センサ１４’か
らのパルス数を検出することによって、ノズル５と金型
３０との衝突を検出して衝突信号ＣＬを出力する衝突検
出回路７０を設け、更にループ系６０からのトルクＴを
設定回路７２からの指令圧力ｐ１と比較して切換信号Ｓ
ｗを出力するトルク検出回路７１を設けている。また、
ループ系６０と電力増幅器６１との間には切換信号ＳＷ
によってトルクＴ（接点ａ）、圧力ｐｉ（接点ｂ）を切
換えるスイッチ回路７３が設けられている。

このような構成において、衝突検出回路７０は常にノズ
ル５と金型３０との衝突を検出するようになっており、
衝突を検知した時に衝突信号ＣＬをトルク検出回路７１
に入力して実際のトルクＴ（圧力ｐ）と設定回路７２で
設定されている指令圧力ｐｉとの比較を行なう、もし、
指令圧力ｐｉが衝突前の圧力ｐよりも低いときは、衝突
を検知した時に速度指令マｉを零にする。そして、トル
クＴが設定圧力ｐｉと等しくなった時に切換信号ＳＷを
出力し、スイッチ回路７１の接点をａからｂに切換えて
指令圧力ｐｉの圧力制御とする。

なお、上述では、スクリューｌの回転数ｎをモータ７に
連結された回転数センサ８で検出するようにしているが
、ギヤ等を介して検出したり、モータ電流を検出するよ
うにしても良く、スクリュー１の位置も駆動台ｌＯやボ
ールナツト１２等の位置から求めるようにしても良い、
また、モータは直流でも交流制御でも良く、スクリュー
の位置移動はボールスクリューとボールナツトの組合せ
の他、モータ駆動でガイド上を走行させたりすることも
可能である。

（発明の効果） 以上のようにこの発明の射出成形機の制御方法によれば
、単純な衝突の検出によって速度制御から圧力制御に切
換えることができるので、安価で簡易な制御を実現する
ことができる。また、速度制御から圧力制御への切換え
を、ノズル位置を検出することなく行なうようにしてい
るので、構成が簡易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の射出成形機の一例を示す図、第２図は遺
の発明を適用できる射出成形機の一実施例を示す図、第
３図はその制御装置の一実施例を示すブロック図、第４
図はその動作を説明するための回転数と背圧の関係を示
すグラフ、第５図は射出成形機の具体的な構造を示す構
成図、第６図は速度制御系のブロック図、第７図（Ａ）
及び（Ｂ）は速度制御から圧力制御への不連続性を説明
する図、ｗ４８図（Ａ）、（Ｂ）及び第９図（Ａ）、（
Ｂ）はこの発明の詳細な説明するための図、第１０図は
この発明による回路系の一例を示すブロック図である。 ｌ・・・スクリュー、２・・・シリンダ、３・・・ホッ
パ、４．８・・・樹脂、５・・・ノズル、　７．１３・
・・モータ。 ８・・・回転数センサ、１０・・・駆動台、１１・・・
ボールスクリュー、１２・・・ボールナツト、１４・・
・位置センサ、１５・・・制御装置、３０・・・金型、
４０．３５・・・筺体。 ７０・・・衝突検出回路、　７１・・・トルク検出回路
、７２・・・設定回路、７３・・・スイッチ回路。 出願人代理人　　　安　形　雄　三 基　ｌ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 先端にノズルを穿設されているシリンダ内 に、前後進すると共に回転するスクリューを配設し、前
   記シリンダ内に溶融されている樹脂を前記ノズルから、
   製品の形状が彫り込まれた金型内に射出するようになっ
   ている射出成形機の制御方法において、前記ノズルを速
   度制御で前記金型方向に移動させ、前記ノズルの先端が
   前記金型に衝突したことを検知して後は、前記ノズルを
   圧力制御で前記金型に圧接させ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。