JP4659281B2 - 射出成形駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂の成形性の改善を図ろうとする射出成形駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、射出成形駆動装置の一例として、図3のように射出機構と、回転・並進運動機構と、制御装置から構成されたものがある。これは主として、スクリュ1と、スクリュ1を回転させるスクリュ回転用モータ2と、ボールネジ45、46とボールナット47,48からなる回転・並進運動変換機構を用いてスクリュ1を軸方向に移動させる射出用モータ(送り用モータ)40と、射出用モータ40を制御する制御装置からなっている。
【0003】
スクリュ1が軸方向に移動可能であって内部に溶融樹脂を形成するシリンダ(バレル)10と、シリンダ10とスクリュ回転モータ2を夫々固定する以下に述べる射出機構12を備えている。
【0004】
射出機構12は、以下のように構成されている。シリンダ10の端部に固定されるとともにスクリュ1に連結された軸16をスライド可能にするための軸貫通孔12ahが形成された端板12aと、端板12aと対向配置される端板12eと、端板12aと端板12eを連結する複数例えば2本の軸12c1,12c2と、軸12c1,12c2をガイドとして案内され、次のような機能部を備えた移動連結ブロック11と、軸16の他端部側を回転可能に支持する軸受け17と、軸受け17に加わる荷重を検出するロードセル18とから構成されている。
【0005】
移動連結ブロック11は、軸12c1の外周面に沿って案内されると共にスクリュ回転モータ2を固定する案内部11aと、軸12c2の外周面に沿って案内される案内部11bと、ボールナット47,48を支持する支持孔11e1,11e2及びロードセル18を収納するロードセル収納部11cを夫々形成した連結部11dとからなり、これらは一体構成となっている。
【0006】
端板12eには、貫通孔12e1,12e2が形成され、貫通孔12e1,12e2に挿通され、各々を回転可能にし、各々の先端側が前記ボールナット47,48に螺合されるボールネジ45,46と、ボールネジ45,46の回転により移動連結ブロック11は、軸12c1,12c2に沿って移動する。
【0007】
スクリュ回転モータ2の回転軸にはプーリ14が固定され、またスクリュ1と連結された軸16にプーリ15が固定され、プーリ14、15の外周面にはベルト13が張設されている。このため、スクリュ回転モータ2の回転力は、プーリ14、ベルト13、プーリ15を介して軸16及びスクリュ1に伝達される。
【0008】
ボールネジ45,46のボールナット47,48が螺合されていない端部に固定されたプーリ43,42と、図示しない固定部に据付け固定された送りモータ40の回転軸に固定されたプーリ41と、プーリ41,42,43の外周面に張設され、送りモータ40からの回転力を伝達するためのベルト44とを備えている。
【0009】
制御装置は、後述する速度計50と、位置変換器51と、速度指令発生器52と、設定器53と、切替器54と、速度制御器55と、圧力指令発生器56と、タイマー57と、比較器58と、比較器59から構成されている。
【0010】
速度計50は送り用モータ40の回転速度を検出するものである。位置変換器51は速度計50からの速度信号により位置信号に変換するものである。設定器53は速度指令発生器52と圧力指令発生器56に対して、夫々速度指令並びに圧力指令を設定するための設定値を出力するものである。
【0011】
速度指令発生器52は、設定器53からの設定値と位置変換器51からの速度変換信号から速度指令を出力するものである。圧力指令発生器56は、設定器53からの設定値とタイマー57の信号と速度指令発生器52からの速度指令を入力して圧力指令を出力するものである。
【0012】
比較器58はロードセル17からの圧力検出信号と圧力指令発生器56からの圧力指令との偏差信号を求めるものである。切替器54は比較器58からの偏差信号と速度指令発生器52からの速度指令を切替えるものである。速度計50からの速度信号と切替器54からの信号との偏差を求める比較器59と、速度制御器55は、比較器59の偏差信号を増幅して送り用モータ40に与えるものである。
【0013】
このように、スクリュ1の周囲には、シリンダ10が配設され、シリンダ10内であってスクリュ1との空間には樹脂が収納されると共に、該樹脂を可塑化できるようになっている。スクリュ回転用モータ2が回転すると、この回転力がプーリ14、ベルト13、プーリ15を介してスクリュ1に伝達されるので、スクリュ1は軸方向に螺進可能になり、シリンダ10内の樹脂を射出したり、保圧することができる。
【0014】
このため、制御装置は、射出工程中はスクリューを指定された速度で移動する速度制御(射出速度制御範囲)を行い、スクリューが保圧切替設定位置を通過すると、保圧工程に移り指定された圧力で樹脂を圧縮する圧力制御(圧力制御範囲)を行う。
【0015】
さらに、成形性を改善するため、射出工程で樹脂のジェッテイング(成形品の表面に折り畳まれた針金のような模様ができる現象)、薄肉部の充填性改善、閉じ込められたガスの逃げを良くするなどの多くの要求を満たすため、射出中に速度を変えるプログラム速度制御が行われ、保圧工程では初期圧力の低減、バリ発生の防止、内部歪の防止など多くの要求を満たすために保圧中に圧力を変えるプログラム圧力制御が行われている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
図3に示す従来の技術では、設定器53において、図4の速度制御範囲での▲1▼〜▲3▼の段階の速度指令値、又保圧制御範囲での▲4▼〜▲6▼の段階毎の圧力指令値を設定する。射出の最初は速度制御で行われ、各段階で設定器53により指令された射出速度指令値を速度指令発生器52、切替器54、比較器59、速度制御器21を順次介して送り用モータ40に与え、これにより送り用モータ40において所望の回転力が得られる。
【0017】
この場合、速度計50と、位置変換器51と、比較器59と、速度制御器55により射出速度を安定させるための速度フィードバック、速度指令発生器52と、切替器54と、速度制御器55により位置フィードバックを行う。
【0018】
規定量の樹脂が射出された(これもスクリュの位置で判定することが多い)後、保圧動作を行うための保圧切替により圧力制御に移る。圧力制御では、保圧力を安定させるため、ロードセル17を用いたフィードバック制御を行い、タイマ57からの時間を見て設定時間になると、各段階で設定された保圧力になるように圧力指令値を変える。
【0019】
段階的に速度や圧力を変えるプログラム制御は、図4に示す速度制御範囲では▲1▼〜▲3▼の段階があり、又保圧制御範囲では▲4▼〜▲6▼の段階があるが、これらの段階では次のように速度制御、圧力制御を行う。▲1▼の段階では、初期射出速度の最低速化によるジェッテイングや細いコアの倒れを防止する。▲2▼の段階では樹脂温度が下がり流動性が悪くなる前に最高速で射出することにより薄肉部を充填する。▲3▼の段階では、保圧切替時に速度を落とし、シリンダ10内に閉じ込められたガスの逃げをよくする。
【0020】
▲4▼の段階では保圧の初期の圧力を落としバリ発生の防止をする。▲5▼の段階では次の段階で材料の金型に接した面が固化され、バリが出なくなってから圧力を上げ引けを防止する。▲6▼の段階では溶融樹脂材料の固化に伴い圧力を下げない部歪みを防止するなどを行ってきた。
【0021】
しかしながら、以上述べた従来の技術では、例えば携帯電話用電池ケースやスピーカのコーンのような極薄肉の成形品の場合には、準静的な段階上に速度や圧力を変化させるプログラム制御だけでは、薄肉の先端部での十分なガスの逃げが行えなかったり、薄肉の先端部までの圧力伝播が十分でないため、ひけの防止や内部歪の防止を行うことができなかった。
【0022】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、成形の困難な極薄肉品の場合にも、薄肉の先端部での十分なガスの逃げが良くなり、薄肉の先端部まで必要な圧力伝播を行い、引けや内部歪の防止が図られる射出成形駆動装置を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、シリンダ内の樹脂をスクリュ回転モータによってスクリュを回転させて該樹脂を該シリンダ外部に射出させる射出機構と、
前記スクリュを軸方向に直接移動させるリニアモータを備えた並進運動機構と、
前記射出機構が射出工程中は前記リニアモータに対して階段状の速度指令を与え、かつ保圧工程中は前記リニアモータに対して階段状の圧力指令を与える指令発生手段と、
前記指令発生手段から発生する階段状の速度指令、階段状の圧力指令に対して周期的に変化する波形を重畳させる波形発生手段と、
を具備した射出成形駆動装置である。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0025】
図1は、本発明に係る射出成形駆動装置の第1の実施形態を示す概略構成図であり、前述した従来の技術と異なる点は、概略次の点である。すなわち、従来の送り用モータ40と、ボールネジ45,46、ボールナット47,48等を含む回転・直動変換機構の代りに、リニアモータ3を含む並進運動機構を設け、また制御装置を構成する設定器(図3の53に相当)23の出力側と速度制御器(図3の59に相当)26の入力側との間に、振動指令発生器31と、発振器32を新たに追加したことである。
【0026】
これ以外に従来と同様に、シリンダ(バレル)10内の溶融樹脂を、シリンダ10内に軸方向に回転移動可能に設けられたスクリュ1に対して、スクリュ回転モータ2によって回転力を与えられるように、以下に述べる射出機構を備えていることはいうまでもない。シリンダ10とスクリュ回転モータ2は、射出機構12に固定されている。
【0027】
射出機構12は、以下のように構成されている。シリンダ10の端部に固定されるとともにスクリュ1に連結された軸16をスライド可能にするための軸貫通孔12ahが形成された端板12aと、端板12aと対向配置され、ゴミ例えば鉄粉の侵入防止を兼ねた軸受け19が貫通固定された端板12bと、端板12aと端板12bを連結する複数例えば2本の軸12c1,12c2と、軸12c1,12c2をガイドとして案内され、次のような機能部を備えた移動連結ブロック11と、軸16の他端部側を回転可能に支持する軸受け17と、軸受け17に加わる荷重を検出するロードセル18とから構成されている。
【0028】
移動連結ブロック11は、軸12c1の外周面に沿って案内されると共にスクリュ回転モータ2を固定する案内部11aと、軸12c2の外周面に沿って案内される案内部11bと、ロードセル18を収納するロードセル収納部11cを夫々形成した連結部11dとからなり、これらは一体構成となっている。
【0029】
スクリュ回転モータ2の回転軸にはプーリ14が固定され、またスクリュ1と連結された軸16にプーリ15が固定され、プーリ14、15にはベルト13が張設されている。このため、スクリュ回転モータ2の回転力は、プーリ14、15とベルト13を介して軸16及びスクリュ1に伝達される。
【0030】
リニアモータ3は、端板12bに固定された円筒状の固定フレーム4と、固定フレーム4の内周面に配設された永久磁石(リニアモータの2次側)5と、固定フレーム4の一方の端部に固定され、かつ中心位置に軸受けを有するエンドブラケット20と、固定フレーム4の内部であってエンドブラケット20の軸受けと前記軸受け19に支持され、回転はしないが軸方向に移動可能な移動軸6と、移動軸6の外周面であって該永久磁石5と所定間隙を介して配設された一次巻線(リニアモータの1次側)7から構成されている。
【0031】
リニアモータ3の移動軸6にはリニアスケール8が固定され、リニアスケール8に近接してリニアスケール読取り器9が配設されている。
【0032】
このように構成されているので、スクリュ回転モータ2が回転すると、この回転力は、プーリ14、15とベルト13を介して軸16及びスクリュ1に伝達さ、スクリュ1が螺進しながら軸方向に進むことにより、シリンダ10内の溶融樹脂が図示しない金型内に供給され、射出工程が行われる。その後、リニアモータ3が駆動されると、移動軸6、移動連結ブロック11、軸受け17、軸16、スクリュ1が共に軸方向に移動することから、図示しない金型内に供給されている樹脂に対して保圧を与えることが可能となる。
【0033】
次に、制御装置について説明する。リニアスケール読取り器9で検出された信号を位置検出器21に入力してここで移動軸6の位置を検出する。位置検出器21で検出された位置信号を速度変換器22に入力し速度信号に変換される。
【0034】
設定器23は、速度指令発生器24、圧力指令発生器28、振動指令発生器31に対して夫々設定値を与えるものである。具体的には、図2の射出速度制御範囲における▲1▼〜▲3▼の段階では、スクリュ位置に対応する速度設定値を出力する。又保圧制御範囲における▲4▼〜▲6▼の段階では、保圧時間に対応する圧力設定値を出力する。更に、射出速度制御範囲における▲3▼の段階及び保圧制御範囲における▲5▼、▲6▼の段階において設定された脈動的成分の振幅・周期の設定値を出力する。
【0035】
速度指令発生器24は、位置検出器21からの位置検出信号と設定器23からの位置設定値との偏差を切替器25を介して比較器27に入力する。比較器27では、速度変換器22で変換された速度信号と、速度指令発生器24からの速度指令との偏差信号を求めたり、或は速度指令発生器24からの速度指令に対して発振器32からの脈動成分を重畳させた信号と速度変換器22で変換された速度信号との偏差信号を求め、これを速度制御器26に与える。速度制御器26では、ここに入力された信号がプログラム制御信号に重畳され(偏差信号を増幅して)リニアモータの一次巻線7に与えられる。
【0036】
圧力指令発生器28には、設定器23からの設定値と速度指令発生器24からの速度指令及びタイマー30からの信号が入力され、ここで圧力指令が求められ、これが比較器29に与えられる。比較器29には、ロードセル18で求められた圧力信号とが入力され、両者の偏差信号が求められる。この求められた偏差信号は、切替器25の他方の入力端子に入力される。
【0037】
振動指令発生器31は、位置検出器21からの位置検出信号と、設定器23からの設定値と、タイマー30からの信号が入力され、ここで図2の▲3▼の段階、保圧制御範囲における▲5▼の段階、▲6▼の段階が判断され、各段階に対応する脈動的成分を出力するための指令が発振器32に与えられる。発振器32から図2に示す▲7▼、▲8▼、▲9▼の脈動的成分が出力され、これが速度制御器26の入力側に設けられている比較器27の一方の入力端子に与えられる。
【0038】
なお、図2の▲1▼〜▲3▼、▲4▼〜▲6▼の段階の切替は、位置信号・タイマー30からの設定時間により行うものである。
【0039】
このようなことから、例えば、図2の速度制御範囲の▲3▼の段階、つまり保圧切替時に速度を落とすステップで準静的な一定速度に脈動的成分が重畳される。また、保圧制御範囲の図2の▲5▼の段階でも準静的な一定圧力に脈動的成分が加えられる。そして、図2の▲6▼の段階で、溶融材料の固化に伴い圧力を下げる場合にも、準静的な一定圧力に脈動的成分が加えられる。
【0040】
以上述べた実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。例えば、速度制御範囲の保圧切替前(例えば図2の▲3▼)に速度を落とし閉じ込められた成形機内のガスの逃げを良くする場合、準静的な一定速度よりも脈動的成分を重畳させることにより、先端部のガス圧縮効果によりガスの逃げが良くなる。
【0041】
また、保圧制御範囲の例えば図2の▲5▼で金型に接した材料の面が固化されバリが出なくなってから圧力を上げる場合も準静的な一定圧力よりも脈動的成分を加えた方が圧力の伝播がうまくいき、引けの防止が図られる。
【0042】
さらに、溶融材料の固化に伴い圧力を下げる場合も準静的な一定圧力よりも脈動的成分を加えた方が内部歪を防止する効果がある。
【0043】
また、電動機射出成形機において、ボールネジ等の回転・直動変換機構や射出用モータの代りに、直接並進運動を行うリニアモータ3を使用したので、従来の技術のように回転運動を並進運動に変換する機構が必要でないため、加えられた脈動的成分を減衰させずにスクリュ先端まで脈動的成分を正確に効率よく伝播することができる。
【0044】
なお、図2の脈動成分▲7▼,▲8▼,▲9▼の振幅・周期は、速度制御・圧力制御の各段階▲1▼〜▲3▼、▲4▼〜▲6▼で、設定器23の設定値により任意に変更できることはいうまでもない。
【0045】
本発明は、前述した実施形態に限定されず例えば次のように変形してもよい。
【0046】
すなわち、前述した射出機構の可塑化機構はプランジャ(シリンダー)の周辺を加熱するプランジャタイプ、可塑化専用のプランジャ(シリンダー)と射出専用のプランジャ(シリンダー)を持つプランジャプリプラタイプ、可塑化専用にスクリュ押出し機構を設けたスクリュプリプラタイプ、材料の可塑化をスクリュによって行い、溶融樹脂を加熱シリンダの先端に貯め、射出の際にこのスクリュが前進して射出シリンダの代りをするインラインスクリュタイプ、その他せん断タイプ、高圧可塑化タイプなとがあるが、これらのいずれのものにも組み合わせることができる。
【0047】
また、前述した実施形態では移動連結ブロック11は、一体構成のものを例にあげて説明したが、これに限らず別体構成であってもよく、さらに最低限移動連結ブロック11を構成する機能部を備えていればどんな構成でもよい。
【0048】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、準静的な一定速度よりも脈動的成分を重畳させることにより、先端部のガス圧縮効果によりガスの逃げが良くなり、また、保圧制御範囲で金型に接した材料の面が固化されバリが出なくなってから圧力を上げる場合も準静的な一定圧力よりも脈動的成分を加えた方が圧力の伝播がうまくいき、また直接並進運動を行うリニアモータを使用したため、従来技術のように回転運動を並進運動に変換することによる脈動成分の減衰を生じさせることなく、スクリュ先端まで脈動的成分を正確に効率よく伝播することができ、引けの防止が図られる射出成形駆動装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る射出成形駆動装置の一実施形態を説明するための概略構成図。
【図2】図1の作用を説明するための図。
【図3】従来に係る射出成形駆動装置の一例を説明するための概略構成図。
【図4】図3の作用を説明するための図。
【符号の説明】
1…スクリュ
2…回転モータ
3…リニアモータ
4…固定フレーム
5…永久磁石
6…移動軸
7…一次巻線
8…リニアスケール
9…リニアスケール読取り器
10…シリンダ
11…移動連結ブロック
12…射出機構ケース
13…ベルト
14,15…プーリ
23…設定器
24…速度指令発生器
28…圧力指令発生器
30…タイマー
31…振動指令発生器
32…発振器
Claims (1)
- シリンダ内の樹脂をスクリュ回転モータによってスクリュを回転させて該樹脂を該シリンダ外部に射出させる射出機構と、
前記スクリュを軸方向に直接移動させるリニアモータを備えた並進運動機構と、
前記射出機構が射出工程中は前記リニアモータに対して階段状の速度指令を与え、かつ保圧工程中は前記リニアモータに対して階段状の圧力指令を与える指令発生手段と、
前記指令発生手段から発生する階段状の速度指令、階段状の圧力指令に対して周期的に変化する波形を重畳させる波形発生手段と、
を具備した射出成形駆動装置。
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JP2003011188A (ja) | 2003-01-15 |
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