JP5043210B1 - 射出装置と成形機および射出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一方のボールねじ側に設けた力検出器と他方のボールねじ側に設けたダミー部材とを有する射出装置において、射出圧力等を正確に制御可能な射出装置を提供する。
【解決手段】射出装置１３は、射出部の一例であるバレル４１を支持する固定側フレーム４０と、押出し部材の一例であるスクリュー４２を回転可能に支持する移動側フレーム４３と、一対のボールねじと、これらボールねじを回転させるサーボモータを有する射出用駆動機構とを備えている。第１のボールねじと移動側フレーム４３との間に、ロードセル等の力検出器が設けられている。第２のボールねじと移動側フレーム４３との間にダミー部材８１が設けられている。制御部１４は、力検出器の出力に基いて第１の射出用駆動機構を制御するとともに、力検出器の出力と、力検出器およびダミー部材８１のそれぞれのばね定数を考慮した演算とに基いて、第２の射出用駆動機構を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出成形機やダイキャスト成形機等に使用される電動式の射出装置と、成形機と、射出装置の制御方法に関する。

射出成形機やダイキャスト成形機等のように金型（固定型と可動型）を使用する成形機は、制御部に記憶されたシーケンスプログラムに基いて、型閉、射出、保圧、型開などの一連の成形サイクルを所定の順序で繰返すことにより、成形品を能率良く製造するように構成されている。この種の成形機では、金型内に材料を射出するための射出装置と、金型を開閉させる型締装置とを備えている。

射出成形機の射出装置は、例えば材料を加熱して溶融状態にするバレルと、バレルに挿入されたスクリューと、スクリューを回転させるスクリュー回転機構と、スクリューをバレルの軸線方向に移動させる射出用駆動機構などを含んでいる。前記バレルは固定側フレームによって支持され、前記スクリューは移動側フレームによって回転可能に支持されている。この移動側フレームは、射出用駆動機構によって、固定側フレームに対しスクリューの軸線方向に移動させることができるように構成されている。電動式の射出用駆動機構は、ボールねじと、ボールねじを回転させるためのサーボモータと、ボールねじの回転によって得られる推力を前記移動側フレームに伝達する力伝達部などを含んでいる。

一方、ダイキャスト成形機の射出装置では、例えば、給湯装置によって溶融された材料が供給される射出スリーブを備えた射出部と、射出スリーブに挿入された射出プランジャ（押出し部材）と、この射出プランジャを前後進させる駆動機構などを備えていることがある。

一対のボールねじを備えたツインボールねじ形の射出装置では、各ボールねじを回転させるための一対のサーボモータと、各ボールねじの力伝達部に加わる力を検出する一対のロードセルなどを有している。ツインボールねじ形の射出装置は大きな射出圧力が得られ、しかも各々のサーボモータやボールねじが負担する荷重が小さいなどの利点がある。しかしツインボールねじ形の射出装置は、ボールねじとロードセルを１つだけ用いるシングルボールねじ形の射出装置と比較するとコストが高くなるという問題がある。

そこでツインボールねじ形の射出装置のコストを下げるために、下記特許文献１〜３に開示されているように、一方のボールねじの力伝達部にロードセルを用い、他方のボールねじの力伝達部にダミーロードセルを用いることが提案されている。

例えば特許文献１の射出成形機では、ロードセルが設けられている一方のボールねじ軸からスクリュー中心軸線までの距離と、ダミーロードセルが設けられている他方のボールねじ軸からスクリュー中心軸線までの距離の比率に応じて、各ボールねじに負荷される射出圧力を算出している。特許文献２の射出成形機では、一方のボールねじ側に設けられた圧力センサ（ロードセル）からの出力を２倍することにより、射出圧力を算出している。特許文献３の射出成形機では、一方のボールねじ側に設けられた圧力検出センサ（ロードセル）の出力を演算処理することによって背圧を検出し、コストの低減を図っている。

特開２００３−２００４６９号公報 特開２０００−１０８１７５号公報 特開２００２−３２１２６４号公報

ロードセルのボディとダミーロードセルは、いずれも、例えばばね鋼やチタン合金等のように剛性の高い材料からなるが、射出圧力によって僅かに弾性変形を生じる。前記従来のツインボールねじ形の射出装置は、一方のボールねじ側に設けられたロードセルと他方のボールねじ側に設けられたダミーロードセルの剛性が互いに同等であることを前提として成り立っており、ロードセルとダミーロードセルのばね定数について全く考慮されていなかった。

このためロードセルとダミーロードセルのばね定数が互いに異なっていると、射出圧力が加わった時にロードセルの変位とダミーロードセルの変位が異なることにより、一対のボールねじに同等の力が作用しなくなり、一方のサーボモータやボールねじに過負荷が加わるおそれがあった。

従って本発明の目的は、一方のボールねじ側に設けたロードセル等の力検出器と、他方のボールねじ側に設けたダミーロードセル等のダミー部材とを有する射出装置において、射出圧力や射出速度等を正確に制御可能な射出装置を提供することにある。

本発明に係る射出装置は、射出部を支持する固定側フレームと、前記固定側フレームに対し移動可能でかつ前記射出部に挿入された押出し部材を支持する移動側フレームと、前記固定側フレームに対して前記移動側フレームを前後方向に移動させるためのボールねじ軸およびボールナットをそれぞれ有する第１および第２のボールねじと、前記第１のボールねじのボールねじ軸とボールナットとを相対的に回転させる第１のサーボモータを有する第１の射出用駆動機構と、前記第２のボールねじのボールねじ軸とボールナットとを相対的に回転させる第２のサーボモータを有する第２の射出用駆動機構と、前記第１のボールねじのボールねじ軸とボールナットとの相対的な回転によって生じる推力を前記移動側フレームに伝える第１の力伝達部と、前記第１の力伝達部に設けられ、前記第１の力伝達部に加わる力に応じた出力を発生する力検出器と、前記第２のボールねじのボールねじ軸とボールナットとの相対的な回転によって生じる推力を前記移動側フレームに伝える第２の力伝達部と、前記第２の力伝達部に設けられ、前記第２の力伝達部に加わる力に応じて変形する特性を有したダミー部材と、前記力検出器の前記出力に基いて前記第１のサーボモータを制御するとともに、前記力検出器の前記出力と前記ダミー部材の前記特性に基いて前記第２のサーボモータを制御する制御手段とを具備している。

前記制御手段の一例は、前記力検出器のばね定数と前記ダミー部材のばね定数とに基いて、前記第１および第２の力伝達部に加わる力が均等化するよう前記第１および第２の射出用駆動機構を制御する。前記制御手段は、前記第１および第２の力伝達部に加わる力が許容値を越えない範囲で射出速度を制御してもよい。

本発明に係る成形装置は、前記射出装置と、型締装置とを具備している。型締装置は、固定盤と、可動盤と、該可動盤を型締方向と型開方向に移動させるための開閉駆動機構とを有している。

本発明によれば、一方のボールねじ側に設けられた力検出器と、他方のボールねじ側に設けられたダミー部材とを備えたツインボールねじ形の射出装置において、力検出器側の第１のボールねじの力伝達部と、ダミー部材側の第２のボールねじの力伝達部に加わる力のばらつきを小さくすることができるため、ボールねじやサーボモータに過剰な負荷が加わることを抑制でき、射出圧力や射出速度等をより正確に制御することが可能である。

また、力検出器からの出力とダミー部材の特性に基いてダミー部材側のサーボモータを制御するため、ダミー部材の形状や質量（重量）等を簡素化することができ、その結果、コストダウンを図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る成形機を一部断面で示す正面図。 図１に示された成形機の射出装置の一部を一部断面で示す平面図。 力検出器とダミー部材のそれぞれの変位と力との関係を示す図。 力検出器とダミー部材のそれぞれの制御入力を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る射出装置の力検出器とダミー部材のそれぞれの制御入力を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る射出装置の力検出器とダミー部材のそれぞれの変位と力との関係を示す図。 本発明の第４の実施形態に係る成形機を一部断面で示す正面図。 図７に示された成形機の射出装置の一部を一部断面で示す平面図。

以下に本発明の第１の実施形態に係る成形機の射出装置について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、成形機の一例である電動式の射出成形機１０を示している。これ以降、射出成形機１０を単に成形機１０と称する。

この成形機１０は、基台１１と、基台１１上に配置された型締装置１２および射出装置１３と、成形動作および型締動作等を制御するためのコンピュータプログラムとメモリ等の制御手段として機能する制御部１４と、ヒューマンマシン・インタフェース部として機能する入力部１５などを備えている。入力部１５には、表示器と入力キーとを兼ねたタッチパネル等が配置されている。

型締装置１２の一例は、基台１１に固定された固定盤（固定プラテン）２０と、固定盤２０に対向して配置された可動盤（可動プラテン）２１と、リンク機構２２と、リンク機構２２を介して可動盤２１を前進後退させる開閉駆動機構２３などを含んでいる。固定盤２０に固定型２５ａが取付けられ、可動盤２１に可動型２５ｂが取付けられている。固定型２５ａと可動型２５ｂとが合わさることにより、金型２５の内部にキャビティ２５ｃが形成される。

射出装置１３は基台１１上に配置され、基台１１に設けられた水平方向に延びるレール３０（図１に示す）に沿って、矢印Ａで示す方向に移動可能である。そしてこの射出装置１３は、図示しないノズルタッチ用駆動機構によって、矢印Ａ方向に移動（前進および後退）させることができるようになっている。

図２は、射出装置１３の一部を断面で示す平面図である。この射出装置１３は、固定側フレーム４０と、固定側フレーム４０によって支持された射出部として機能するバレル４１と、バレル４１に回転可能に挿入されかつバレル４１の軸線Ｂ（図２に示す）方向に移動可能な押出し部材としても機能するスクリュー４２と、固定側フレーム４０に対して前記軸線Ｂ方向に移動可能な移動側フレーム４３と、バレル４１に材料を供給するホッパ４４等を含んでいる。バレル４１は射出部の一例である。スクリュー４２は押出し部材の一例である。

バレル４１の先端にノズル４１ａが設けられている。ノズル４１ａの前方に、前記型締装置１２が配置されている。この明細書において移動側フレーム４３の前進とは、移動側フレーム４３が固定側フレーム４０に近付く方向に移動することであり、移動側フレーム４３の後退とは、移動側フレーム４３が固定側フレーム４０から離れる方向に移動することである。

この射出装置１３は、スクリュー４２を回転させるためのサーボモータ４５を有するスクリュー回転機構４６と、スクリュー４２を前記軸線Ｂ方向に移動させる第１および第２の射出用駆動機構５１，５２と、材料を加熱するためのヒータ（図示せず）などを備えている。スクリュー４２の基部４２ａは、移動側フレーム４３によって回転自在に支持されている。スクリュー回転機構４６のサーボモータ４５は、制御部１４によって回転が制御される。

第１の射出用駆動機構５１は、固定側フレーム４０に設けられた第１のサーボモータ６０と、第１のボールねじ６１と、サーボモータ６０の回転をボールねじ６１に伝えるための回転伝達機構６２などを有している。ただし、第１のボールねじ６１の回転量は、サーボモータ６０内にあるサーボモータ６０の回転量を検出するエンコーダ等の位置センサ（図示せず）と、制御部１４内での演算処理により、求めることができる。また、第１の射出用駆動機構５１は、第１のボールねじ６１の回転量を検出するエンコーダ等の位置センサ（図示せず）を有していてもよい。

第２の射出用駆動機構５２は、固定側フレーム４０に設けられた第２のサーボモータ６５と、第２のボールねじ６６と、サーボモータ６５の回転をボールねじ６６に伝えるための回転伝達機構６７などを有している。ただし、第２のボールねじ６６の回転量は、サーボモータ６５内にあるサーボモータ６５の回転量を検出するエンコーダ等の位置センサ（図示せず）と、制御部１４内での演算処理により、求めることができる。また、第２の射出用駆動機構５２は、第２のボールねじ６６の回転量を検出するエンコーダ等の位置センサ（図示せず）を有していてもよい。

これらサーボモータ６０，６５とボールねじ６１，６６等によって、ツインボールねじ形の射出装置１３が構成されている。サーボモータ６０，６５は、それぞれ、制御部１４によって回転が制御されるようになっている。また、各々のボールねじ６１，６６の回転量を検出するための位置センサを有している場合には、位置センサの検出信号が制御部１４に入力される。

第１のボールねじ６１は、前記軸線Ｂと平行な方向に延びるボールねじ軸７０と、ボールナット７１とを有している。ボールナット７１は、ボールねじ軸７０に螺合している。第２のボールねじ６６も、前記軸線Ｂと平行な方向に延びるボールねじ軸７５と、ボールナット７６とを有している。ボールナット７６は、ボールねじ軸７５に螺合している。

第１のボールねじ６１と第２のボールねじ６６は、それぞれ、ボールねじ軸７０，７５が互いに平行となるように配置されている。サーボモータ６０，６５によってボールねじ軸７０，７５が同期して回転すると、その回転量と回転方向に応じて、移動側フレーム４３が固定側フレーム４０に対して前記軸線Ｂ方向に移動する。

第１のボールねじ６１のボールナット７１と移動側フレーム４３との間に、第１の力伝達部７７が存在する。第１のボールねじ６１の回転によって生じる推力は、この第１の力伝達部７７を介して移動側フレーム４３に伝達される。第２のボールねじ６６のボールナット７６と移動側フレーム４３との間に、第２の力伝達部７８が存在する。第２のボールねじ６６の回転によって生じる推力は、この第２の力伝達部７８を介して移動側フレーム４３に伝達される。

なお、第１の力伝達部７７と第２の力伝達部７８を設ける位置はこの実施形態に限ることはない。例えば、ボールナット７１，７６の一部で移動側フレーム４３と接する部分に力伝達部７７，７８が設けられていてもよい。または移動側フレーム４３の一部でボールナット７１，７６と接する部分に力伝達部７７，７８が設けられていてもよい。また、移動側フレーム４３の駆動方式によっては、例えば、
［１］駆動機構のサーボモータ等によってボールナットを回転させ、このボールナットの相対回転によってボールねじ軸が軸線方向に前後進するように構成されたものにおいて、ボールナットの相対回転によって発生する推力を伝える位置に第１および第２の力伝達部が設けられていてもよいし、
［２］駆動機構のサーボモータ等によってボールねじ軸を回転させ、ボールナットを固定フレームに設けることにより、ボールねじ軸が移動側フレームと共に軸線方向に前後進するように構成されたものにおいて、ボールねじ軸の相対回転によって発生する推力を伝える位置に第１および第２の力伝達部が設けられていてもよい。要するに力伝達部は、ボールねじ軸とボールナットとの相対的な回転によって発生する推力を伝える位置に設けられていればよい。

第１の力伝達部７７に、力を測る機能を有する力検出器８０が設けられている。力検出器８０の一例はロードセルである。ロードセルは、ばね鋼やチタン合金等の剛性の高い金属からなるボディと、このボディに設けられたひずみゲージを有し、負荷された力（圧縮荷重）の大きさに応じた電気信号を制御部１４に出力するようになっている。なお、力検出器８０はロードセル以外の検出原理によるものであってもよい。

第２の力伝達部７８にダミー部材（例えばダミーロードセル）８１が設けられている。ダミー部材８１は、コストダウン等を図る目的から、力検出器８０と対になって使用される場合、一般的に力検出器８０の前記ボディと概ね同等の材料からなるのが通例である。しかもこの場合、ダミー部材８１は力検出器８０の前記ボディと同等の形状と大きさに形成される。このため力検出器８０とダミー部材８１のばね定数は概ね互いにほぼ同じとなるが、後述するように両者のばね定数が多少異なっていることもありえる。また、さらなるコストダウン等を図る目的からダミー部材８１を改良する場合には、ダミー部材８１の材料や、形状や、大きさ等を改良した結果、力検出器８０とダミー部材８１のばね定数が多少なりとも異なってしまうこともある。

第１のボールねじ６１のボールねじ軸７０がボールナット７１に対して相対回転すると、ボールねじ軸７０の回転量に応じてボールナット７１が軸線Ｂ方向に移動する。このためボールナット７１に軸線Ｂ方向の推力が発生する。この推力は、力検出器８０を介して移動側フレーム４３に伝わる。

一方、第２のボールねじ６６のボールねじ軸７５がボールナット７６に対して相対回転すると、ボールねじ軸７５の回転量に応じてボールナット７６が軸線Ｂ方向に移動する。このためボールナット７６に軸線Ｂ方向の推力が発生する。この推力は、ダミー部材８１を介して移動側フレーム４３に伝わる。すなわち移動側フレーム４３は、ボールねじ軸７０，７５の回転量に応じた距離だけ軸線Ｂ方向に移動することになる。

このように構成された射出装置１３は、制御部１４によって制御される。例えば、固定盤２０の材料注入口２０ａ（図１に示す）にノズル４１ａを圧接させたのち、バレル４１内の溶融材料を金型２５のキャビティ２５ｃに向けてノズル４１ａから射出する。また、型締装置１２によって可動盤２１を前進あるいは後退させることにより、固定型２５ａに対する可動型２５ｂの開閉動作がなされる。

すなわち制御部１４に記憶されたシーケンスプログラムに基いて、型閉、射出、保圧、型開などの一連の動作からなる成形サイクルが所定の順序で繰返される。射出時にスクリュー４２はバレル４１に対して軸線Ｂ方向に前進する。計量時にスクリュー４２はバレル４１内で回転しつつバレル４１に対して軸線Ｂ方向に後退する。

ここで、力検出器８０によって検出される力（力検出器８０の出力）をＦ_Ｌ、力検出器８０のばね定数をＫ_Ｍ、力検出器８０の変位量をＬ_Ｍとする。一方、ダミー部材８１のばね定数をＫ_Ｓ、ダミー部材８１の変位量をＬ_Ｓとする。以下に、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍとダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓが互いに異なっている場合について説明する。

図３は、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍが、ダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓよりも大きい場合を示している。図３中の線分Ｃは、力検出器８０の荷重・たわみ特性である。図３中の線分Ｄは、ダミー部材８１の荷重・たわみ特性である。実際の力検出器８０とダミー部材８１の荷重・たわみ特性の差はきわめて小さいが、説明の都合上、図３は両者の相違を誇張して描いている。

本実施形態のように第１のボールねじ６１と力検出器８０とを有する第１の射出用駆動機構５１において、力検出器８０の変位量Ｌ_Ｍは、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍに左右される。すなわち力検出器８０の変位量Ｌ_Ｍは、フックの法則により、
Ｆ_Ｌ＝Ｋ_Ｍ・Ｌ_Ｍ
Ｌ_Ｍ＝Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｍ
となる。

一方、第２のボールねじ６６とダミー部材８１を有する第２の射出用駆動機構５２において、ダミー部材８１の変位量Ｌ_Ｓは、ダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓに左右される。すなわちダミー部材８１の変位量Ｌ_Ｓは、フックの法則により、
Ｆ_Ｌ＝Ｋ_Ｓ・Ｌ_Ｓ
Ｌ_Ｓ＝Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｓ
となる。よって、力検出器８０側の力伝達部７７とダミー部材８１側の力伝達部７８との偏差ΔＬは、
ΔＬ＝Ｌ_Ｍ−Ｌ_Ｓ＝（Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｍ）−（Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｓ）＝Ｆ_Ｌ・｛（１／Ｋ_Ｍ）−１／Ｋ_Ｓ）｝となる。

従って、第２の力伝達部７８において第１の力伝達部７７と同じ力を作用させるには、力検出器８０側のばね定数とダミー部材８１側のばね定数との差、つまり偏差ΔＬを考慮する必要がある。すなわち、制御部１４は、第２の射出用駆動機構５２への指令に関して、第１の射出用駆動機構５１への指令にこの偏差ΔＬを加味したものを、第２の射出用駆動機構５２への指令としてサーボモータ６５に出力する。ここで力検出器８０側の指令（制御入力）をＸとすると、ダミー部材８１側の指令（制御入力）は、射出時、計量時いずれの場合も、
Ｘ−Ｆ_Ｌ・｛（１／Ｋ_Ｍ）−１／Ｋ_Ｓ）｝となる。

このように本実施形態の射出装置１３の制御部１４は、力検出器８０の出力に基いて第１の射出用駆動機構５１のサーボモータ６０を制御するとともに、力検出器８０の出力と、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍおよびダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓとの差とに基いて、第２の射出用駆動機構５２のサーボモータ６５を制御するようにしている。

例えば図４に示すように、力検出器８０の出力を設定値と比較し、補正処理（補正演算）を行ない、さらに力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍとダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓとを考慮した演算を行なうことにより、第１の射出用駆動機構５１のサーボモータ６０と第２の射出用駆動機構５２のサーボモータ６５のそれぞれの制御入力を算出している。そして、このように制御させることで、射出速度が設定速度となるように制御される。

射出時に、バレル４１に対するスクリュー４２の移動速度（射出速度）が大きくなるほど、スクリュー４２が材料から受ける反力（力検出器８０とダミー部材８１に加わる射出圧力）が大きくなる。このため本実施形態の制御部１４は、力検出器８０によって検出される力が許容値を越えない範囲、すなわち第１および第２の力伝達部７７，７８に加わる力が許容値を越えない範囲で最大の射出速度が得られるように、サーボモータ６０，６５の制御を行う。こうすることにより、サーボモータ６０，６５の保護（過負荷防止）と、射出動作の高速化を両立させることができる。

なお、図５に示す第２の実施形態の制御部１４では、力検出器８０の第１の出力Ｓ１を設定値と比較し、補正処理（補正演算）を行なって、第１の射出用駆動機構５１のサーボモータ６０に入力する。力検出器８０の第２の出力Ｓ２は、該第２の出力Ｓ２に力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍとダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓとを考慮した演算を加味することによって得られた値を設定値と比較し、補正処理（補正演算）を行なって、第２の射出用駆動機構５２のサーボモータ６５に入力するようにしている。

図６は、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍが、ダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓよりも小さい場合（第３の実施形態）を示している。力検出器８０側での変位量Ｌ_Ｍは、フックの法則により、Ｌ_Ｍ＝Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｍとなる。ダミー部材８１側での変位量Ｌ_Ｓは、フックの法則により、Ｌ_Ｓ＝Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｓとなる。よって、前記第１の実施形態と同様に、力検出器８０側の力伝達部７７とダミー部材８１側の力伝達部７８との偏差ΔＬを求めることができ、この偏差ΔＬを考慮した制御入力によってサーボモータ６０，６５が制御される。

また、射出時の射出速度制御から射出圧力制御に切り換わった場合や保圧時など、圧力を制御する場合においても、射出速度の制御と同様に、上記したごとく制御させることにより、射出圧力が設定圧力となるように制御される。

次に、本発明の第４の実施形態に係る成形機の一例であるダイキャスト成形機について、図７と図８を参照して説明する。なお、必要に応じて前述の図３から図６も参照しながら説明を行なうものとする。
図７は、成形機の一例である電動式のダイキャスト成形機１００を示している。これ以降、ダイキャスト成形機１００を単に成形機１００と称する。この成形機１００は、基台１１１と、型締装置１１２と、射出装置１１３と、制御部１４と、入力部１５などを備えている。型締装置１１２の一例は、固定盤１２０と、可動盤１２１と、リンク機構１２２を介して可動盤１２１を前進後退させる開閉駆動機構１２３などを含んでいる。固定型１２５ａと可動型１２５ｂとが合わさることにより、金型１２５の内部にキャビティ１２５ｃが形成される。

基台１１１上には、射出装置１１３の一部をなす固定側フレーム１４０，１４０ａが配置されている。射出装置１１３は、固定側フレーム１４０，１４０ａと、射出スリーブ１４１ａを含む射出部１４１と、射出スリーブ１４１ａに挿入された射出プランジャ１４２と、移動側フレーム１４３等を含んでいる。射出スリーブ１４１ａの先端部は、固定盤１２０に形成された孔に挿入されている。この射出スリーブ１４１ａは、固定盤１２０を介して固定側フレーム１４０，１４０ａによって支持されている。なお、図７に示した射出装置１１３は基台１１１上に配置されているが、場合によっては射出装置１１３が基台１１１とは別体のスタンド上に配置されていてもよい。その場合、固定盤１２０は、射出部１４１を支持する固定側フレームとしても機能することになる。また、射出装置１１３は固定盤１２０のみに接合し、固定盤１２０に支持されているという場合もありえる。

図８は、射出装置１１３の一部を一部断面で示す平面図である。射出プランジャ１４２は、射出スリーブ１４１ａの軸線Ｂ１方向に移動可能である。移動側フレーム１４３は、固定側フレーム１４０に対して軸線Ｂ１方向に移動可能である。射出プランジャ１４２は押出し部材の一例である。射出プランジャ１４２の先端には、射出スリーブ１４１ａに挿入されるチップ１４２ａが設けられている。射出プランジャ１４２の基部１４２ｂは、移動側フレーム１４３によって支持されている。この射出装置１１３は、高速射出時の射出速度や保圧時の射出圧力等を補うために、例えばアキュムレータ（図示せず）を備えていてもよい。

射出スリーブ１４１ａの前方に型締装置１１２が配置されている。この明細書において移動側フレーム１４３の前進とは、移動側フレーム１４３が固定側フレーム１４０に近付く方向に移動することであり、移動側フレーム１４３の後退とは、移動側フレーム１４３が固定側フレーム１４０から離れる方向に移動することである。

この射出装置１１３は、射出プランジャ１４２を軸線Ｂ１方向に移動させる第１および第２の射出用駆動機構５１，５２を備えている。第１および第２の射出用駆動機構５１，５２の構成と機能は、第１の実施形態（図１，図２）で説明した射出用駆動機構５１，５２と共通であるため、両者に対応する共通の部分に共通の符号を付して説明は省略する。

このように構成された射出装置１１３は、制御部１４によって制御される。例えば、図示しない材料を溶融する炉から給湯装置のラドル（図示せず）を用いて計量する。そのラドルによって計量された材料を射出スリーブ１４１ａ内に注ぐ。その後、射出スリーブ１４１ａに挿入された射出プランジャ１４２を前進させることにより、キャビティ１２５ｃへの射出がなされる。また、型締装置１１２によって可動盤１２１を前進あるいは後退させることにより、固定型１２５ａに対する可動型１２５ｂの開閉動作がなされる。

すなわち制御部１４に記憶されたシーケンスプログラムに基いて、型閉、射出、保圧、型開などの一連の動作からなる成形サイクルが所定の順序で繰返される。射出時に射出プランジャ１４２は軸線Ｂ１方向に前進する。

このような第４の実施形態の射出装置１１３も、第１の実施形態の射出装置１３と同様にして、射出速度、射出圧力等の制御が行なわれる。ここでも、力検出器８０によって検出される力（力検出器８０の出力）をＦ_Ｌ、力検出器８０のばね定数をＫ_Ｍ、力検出器８０の変位量をＬ_Ｍとする。一方、ダミー部材８１のばね定数をＫ_Ｓ、ダミー部材８１の変位量をＬ_Ｓとする。

図３は、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍが、ダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓよりも大きい場合を示している。図３中の線分Ｃは、力検出器８０の荷重・たわみ特性である。図３中の線分Ｄは、ダミー部材８１の荷重・たわみ特性である。

本実施形態のように第１のボールねじ６１と力検出器８０とを有する第１の射出用駆動機構５１において、力検出器８０の変位量Ｌ_Ｍは、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍに左右される。すなわち力検出器８０の変位量Ｌ_Ｍは、フックの法則により、
Ｆ_Ｌ＝Ｋ_Ｍ・Ｌ_Ｍ
Ｌ_Ｍ＝Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｍ
となる。

一方、第２のボールねじ６６とダミー部材８１を有する第２の射出用駆動機構５２において、ダミー部材８１の変位量Ｌ_Ｓは、ダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓに左右される。すなわちダミー部材８１の変位量Ｌ_Ｓは、フックの法則により、
Ｆ_Ｌ＝Ｋ_Ｓ・Ｌ_Ｓ
Ｌ_Ｓ＝Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｓ
となる。よって、力検出器８０側の力伝達部７７とダミー部材８１側の力伝達部７８との偏差ΔＬは、
ΔＬ＝Ｌ_Ｍ−Ｌ_Ｓ＝（Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｍ）−（Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｓ）＝Ｆ_Ｌ・｛（１／Ｋ_Ｍ）−１／Ｋ_Ｓ）｝となる。

従って、第２の力伝達部７８において第１の力伝達部７７と同じ力を作用させるには、力検出器８０側のばね定数とダミー部材８１側のばね定数との差、つまり偏差ΔＬを考慮する必要がある。すなわち、制御部１４は、第２の射出用駆動機構５２への指令に関して、第１の射出用駆動機構５１への指令にこの偏差ΔＬを加味したものを、第２の射出用駆動機構５２への指令としてサーボモータ６５に出力する。ここで力検出器８０側の指令（制御入力）をＸとすると、ダミー部材８１側の指令（制御入力）は、射出時、計量時いずれの場合も、
Ｘ−Ｆ_Ｌ・｛（１／Ｋ_Ｍ）−１／Ｋ_Ｓ）｝となる。

このように本実施形態の射出装置１１３の制御部１４は、力検出器８０の出力に基いて第１の射出用駆動機構５１のサーボモータ６０を制御するとともに、力検出器８０の出力と、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍおよびダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓとの差とに基いて、第２の射出用駆動機構５２のサーボモータ６５を制御するようにしている。

例えば図４に示すように、力検出器８０の出力を設定値と比較し、補正処理（補正演算）を行ない、さらに力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍとダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓとを考慮した演算を行なうことにより、第１の射出用駆動機構５１のサーボモータ６０と第２の射出用駆動機構５２のサーボモータ６５のそれぞれの制御入力を算出している。そして、このように制御させることで、射出速度が設定速度となるように制御される。

射出時に、射出プランジャ１４２の移動速度（射出速度）が大きくなるほど、射出プランジャ１４２が材料から受ける反力（力検出器８０とダミー部材８１に加わる射出圧力）が大きくなる。このため制御部１４は、力検出器８０によって検出される力が許容値を越えない範囲、すなわち第１および第２の力伝達部７７，７８に加わる力が許容値を越えない範囲で最大の射出速度が得られるように、サーボモータ６０，６５の制御を行う。こうすることにより、サーボモータ６０，６５の保護（過負荷防止）と、射出動作の高速化を両立させることができる。

この第４の実施形態の制御部１４においても、図５に示された第２の実施形態と同様に、力検出器８０の第１の出力Ｓ１を設定値と比較し、補正処理（補正演算）を行なって、第１の射出用駆動機構５１のサーボモータ６０に入力してもよい。そして力検出器８０の第２の出力Ｓ２は、該第２の出力Ｓ２に力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍとダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓとを考慮した演算を加味することによって得られた値を設定値と比較し、補正処理（補正演算）を行なって、第２の射出用駆動機構５２のサーボモータ６５に入力するようにしてもよい。

また図６のように、力検出器８０のばね定数Ｋ_Ｍが、ダミー部材８１のばね定数Ｋ_Ｓよりも小さい場合に適用することもできる。力検出器８０側での変位量Ｌ_Ｍは、フックの法則により、Ｌ_Ｍ＝Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｍとなる。ダミー部材８１側での変位量Ｌ_Ｓは、フックの法則により、Ｌ_Ｓ＝Ｆ_Ｌ／Ｋ_Ｓとなる。よって、前記第１の実施形態と同様に、力検出器８０側の力伝達部７７とダミー部材８１側の力伝達部７８との偏差ΔＬを求めることができ、この偏差ΔＬを考慮した制御入力によってサーボモータ６０，６５が制御される。

また、射出時の射出速度制御から射出圧力制御に切り換わった場合や保圧時など、圧力を制御する場合においても、射出速度の制御と同様に、上記したごとく制御させることにより、射出圧力が設定圧力となるように制御される。

なお、移動側フレーム４３の駆動方式によっては、例えば、駆動機構のサーボモータ等によってボールナットを回転させ、このボールナットの相対回転によってボールねじ軸が軸線方向に前後進するように構成されたものにおいて、ボールナットの相対回転によって発生する推力を伝える位置に第１および第２の力伝達部を設ける場合がある。その場合、ロードセル等の力検出器をいずれか一方の力伝達部に設け、ダミー部材をいずれか他方の力伝達部に設けるようにする。

また、駆動機構のサーボモータ等によってボールねじ軸を回転させ、ボールナットを固定フレームに設けることにより、ボールねじ軸が移動側フレームと共に軸線方向に前後進するように構成されたものにおいて、ボールねじ軸の相対回転によって発生する推力を伝える位置に第１および第２の力伝達部を設ける場合もある。その場合も、ロードセル等の力検出器をいずれか一方の力伝達部に設け、ダミー部材をいずれか他方の力伝達部に設けるようにする。要するに力検出器とダミー部材は、ボールねじ軸とボールナットとの相対的な回転によって発生する推力を移動側の部材に伝達する一対の力伝達部の一方と他方に設ければよいのである。

以上説明したように、本実施形態の制御部１４は、力検出器８０のばね定数とダミー部材８１のばね定数とに基いて、第１および第２の力伝達部７７，７８に加わる力が均等化するように、第１および第２の射出用駆動機構５１，５２のサーボモータ６０，６５を制御する。また本実施形態の制御部１４には、第１および第２の力伝達部７７，７８に加わる力が許容値を越えない範囲で射出速度が最大となるように、サーボモータ６０，６５を制御するコンピュータプログラムが組込まれている。

また、本実施形態の制御部１４は、サーボモータ６０，６５を制御することで、射出速度を制御するだけでなく、射出圧力も制御するようにコンピュータプログラムが組込まれている。

また、本実施形態の射出装置１３は、射出動作において少なくとも下記の工程を含んでいる。
（１）第１のボールねじ６１のボールねじ軸７０とボールナット７１の相対回転によって生じる推力を、第１の力伝達部７７に設けられた力検出器８０を介して移動側フレーム４３，１４３に伝えること。

（２）第２のボールねじ６６のボールねじ軸７５とボールナット７６の相対回転によって生じる推力を、第２の力伝達部７８に設けられたダミー部材８１を介して移動側フレーム４３，１４３に伝えること。

（３）力検出器８０に加わる力に応じた信号を出力すること。

（４）ダミー部材８１に加わる力に応じてダミー部材８１が変形すること。

（５）力検出器８０の出力に基いて第１の射出用駆動機構５１のサーボモータ６０を制御するとともに、力検出器８０の出力と、力検出器８０のばね定数とダミー部材８１のばね定数との差とに基いて、第２の射出用駆動機構５２のサーボモータ６５を制御すること。

また、本発明によれば、ロードセル等の力検出器８０のばね定数とダミー部材８１のばね定数に基いて、第１の力伝達部７７と第２の力伝達部７８とに加わる力が均等化されるため、一方のサーボモータだけに過大な出力を発生させるということがなくなり、ボールねじおよびサーボモータの過負荷を防ぐことができる。そのため、ボールねじおよびサーボモータの損傷を防ぐことができ、駆動機構の耐久性が向上する。また、それにより、メンテナンスを行なう回数を減らすことが可能となり、メンテナンスによる成形稼働率の低下を防ぐことができる。その結果として、メンテナンスコストを抑えつつ、成形稼働率すなわち成形品の生産稼働率を向上させることができる。

また、本発明では、さらに、第１および第２の力伝達部７７，７８に加わる力が許容値を越えない範囲で、最大の射出速度が得られるようにサーモータ６０，６５の制御を行なう。これにより、サーボモータの保護（過負荷防止）と、射出動作の高速化を両立させることができる。そして、これにより駆動機構の耐久性が増し、しかもメンテナンスを行なう回数を減らすことができ、サーボモータ等のメンテナンスによる成形稼働率の低下を防ぐことができる。その結果として、サーボモータ等のメンテナンスコストを抑えつつ、成形稼働率すなわち成形品の生産稼働率を向上させることができる。

なお本発明を実施するに当たって、射出装置を有する成形機の具体的な構成をはじめとして、射出装置を構成する種々の要素の具体的な態様を必要に応じて変更して実施できることは言うまでもない。また本発明は、射出成形機以外に、一対のボールねじを有する射出装置であれば同様に適用することができる。さらに本発明は、射出成形機およびダイキャスト成形機以外に、例えば圧縮成形機（プレス成形機）、トランスファ成形機等の成形機にも適用することが可能である。

１０…成形機、１２…型締装置、１３…射出装置、１４…制御部、４０…固定側フレーム、４１…バレル（射出部）、４２…スクリュー（押出し部材）、４３…移動側フレーム、５１…第１の射出用駆動機構、５２…第２の射出用駆動機構、６０…第１のサーボモータ、６１…第１のボールねじ、６５…第２のサーボモータ、６６…第２のボールねじ、７７…第１の力伝達部、７８…第２の力伝達部、８０…力検出器、８１…ダミー部材、１００…成形機、１１３…射出装置、１４０，１４０ａ…固定側フレーム、１４１…射出部、１４１ａ…射出スリーブ、１４２…射出プランジャ（押出し部材）。

Claims (7)

1. 射出部を支持する固定側フレームと、
   前記固定側フレームに対し移動可能でかつ前記射出部に挿入された押出し部材を支持する移動側フレームと、
   前記固定側フレームに対して前記移動側フレームを前後方向に移動させるためのボールねじ軸およびボールナットをそれぞれ有する第１および第２のボールねじと、
   前記第１のボールねじのボールねじ軸とボールナットとを相対的に回転させる第１のサーボモータを有する第１の射出用駆動機構と、
   前記第２のボールねじのボールねじ軸とボールナットとを相対的に回転させる第２のサーボモータを有する第２の射出用駆動機構と、
   前記第１のボールねじのボールねじ軸とボールナットとの相対的な回転によって生じる推力を前記移動側フレームに伝える第１の力伝達部と、
   前記第１の力伝達部に設けられ、前記第１の力伝達部に加わる力に応じた出力を発生する力検出器と、
   前記第２のボールねじのボールねじ軸とボールナットとの相対的な回転によって生じる推力を前記移動側フレームに伝える第２の力伝達部と、
   前記第２の力伝達部に設けられ、前記第２の力伝達部に加わる力に応じて変形する特性を有したダミー部材と、
   前記力検出器の前記出力に基いて前記第１のサーボモータを制御するとともに、前記力検出器の前記出力と前記ダミー部材の前記特性に基いて前記第２のサーボモータを制御する制御手段と、
   を具備したことを特徴とする射出装置。
2. 請求項１に記載された射出装置において、
   前記制御手段は、前記力検出器のばね定数と前記ダミー部材のばね定数とに基いて、前記第１および第２の力伝達部に加わる力が均等化するよう前記第１および第２のサーボモータを制御することを特徴とする射出装置。
3. 請求項１または２に記載された射出装置において、
   前記制御手段は、前記第１および第２の力伝達部に加わる力が許容値を越えない範囲で射出速度を制御することを特徴とする射出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された射出装置と、
   固定盤と可動盤と該可動盤を型締方向と型開方向に移動させるための開閉駆動機構とを有する型締装置と、
   を具備したことを特徴とする成形機。
5. 射出部を支持する固定側フレームと、前記射出部に挿入された押出し部材を支持する移動側フレームと、前記固定側フレームに対して前記移動側フレームを移動させるためのボールねじ軸およびボールナットをそれぞれ有する第１および第２のボールねじと、これらボールねじを回転させる第１および第２の射出用駆動機構とを具備した射出装置、を制御する方法であって、
   前記第１のボールねじのボールねじ軸とボールナットとの相対回転によって生じる推力を、第１の力伝達部に設けられた力検出器を介して前記移動側フレームに伝えること、
   前記第２のボールねじのボールねじ軸とボールナットとの相対回転によって生じる推力を、第２の力伝達部に設けられたダミー部材を介して前記移動側フレームに伝えること、
   前記力検出器に加わる力に応じた信号を該力検出器が出力すること、
   前記ダミー部材に加わる力に応じて該ダミー部材が変形すること、
   前記力検出器の前記出力に基いて前記第１の射出用駆動機構を制御するとともに、前記力検出器の前記出力と前記ダミー部材の変位量とに基いて前記第２の射出用駆動機構を制御すること、
   を具備したことを特徴とする射出装置の制御方法。
6. 請求項５に記載された制御方法において、
   前記力検出器のばね定数と前記ダミー部材のばね定数とに基いて、前記第１および第２の力伝達部に加わる力が均等化するよう前記第１および第２の射出用駆動機構を制御することを特徴とする射出装置の制御方法。
7. 請求項５または６に記載された制御方法において、
   前記第１および第２の力伝達部に加わる力が許容値を越えない範囲で射出速度を制御することを特徴とする射出装置の制御方法。

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