JPH0428532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はサーボモータを駆動源として用いた
電動式射出成形機の新たな射出工程制御方法に関
するものである。

射出成形機における各工程のなかで、溶融樹脂
を金型内に充填する射出工程は成形品品質に影響
を及ぼす極めて重要な工程である。

射出工程は射出開始から樹脂が金型内にほぼ充
満するまでの充填工程と、金型内に充満した樹脂
を圧縮する圧縮工程と、圧縮充填した溶融樹脂を
冷却による収縮分を補充填するため又は再圧縮す
るため、あるいは樹脂の機械のノズル側への逆流
をとめるため等の保圧工程に分割して考えること
ができる。しかしながらその分割点を見い出すこ
とはすこぶる困難なことである。従来の射出工程
制御方法においては、制御上から便宜的に分割点
を見い出す方法であり、たとえば充填工程は射出
スクリユあるいはプランジヤの速度制御で行な
い、圧縮工程と保圧工程については射出スクリユ
の前進力（電動式成形機においては駆動モータの
回転トルク）、即ち、力の制御に切換えて行なう
か、あるいは圧縮工程については充填工程の終期
に含めて行なうかしていた。

いずれにしても、従来の射出工程制御は速度制
御から力の制御への切換時には駆動側の力と溶融
樹脂等の負荷とのバランスによる間接的制御に依
存した不安定な過渡的制御状態を含めていたの
で、安定した制御がしにくく、一定品質の成形品
の生産ができにくい欠点があつた。又電動式成形
機の場合には、充填工程の速度制御状態から直接
力制御状態に切換えたのでは、充填完了点の射出
スクリユはもちろんのこと、電動機の回転子、あ
るいは駆動用ギア、軸等の機械式成形機の特有な
慣性エネルギーが付加されるため、圧縮工程区間
が必要以上に長くなつて圧縮工程における樹脂に
作用する実際の射出力が設定された射出力にくら
べて、油圧式成形機の場合よりもより過大とな
り、樹脂が金型内により過充填されることがあ
り、充填工程直後の射出力の設定値を低くしたと
しても、上記慣性エネルギーの影響をなくすこと
はできず、このため成形条件決めがし難い欠点が
あつた。

本来、上記圧縮工程においても、直接制御する
ことが望ましいことは勿論のこと、射出速度ある
いは射出力の各成形サイクルごとに繰返し安定性
の良い制御をするためには、上記慣性エネルギー
の影響を少なくする制御が必要であり、制御した
のちに射出力制御に移行させること、また圧縮工
程区間が変更できることが有効であつて、さすれ
ば安定成形が可能となり、成形条件の設定も容易
となつて作業の合理化ができる。

この発明は上記のことから開発されたものであ
つて、その目的とするところは、電動式成形機に
おける改良された制御方法を提供するとともに、
射出工程のすべての区間の速度あるいは力を直接
制御することができる新たな射出工程制御方法を
提供することにある。

上記目的によるこの発明の１つの特徴は、充填
工程中は駆動源の回転速度値とトルク値とを設定
するとともに、駆動源の回転速度がその射出速度
値となる様に閉ループ制御による速度制御にて行
ない、充填完了点より射出力制御への切換点まで
の区間は射出力制御への切換時に射出スクリユ等
の慣性エネルギーがほとんど無視できる程度の低
い速度まで減速させる制動制御を行つたのちに射
出力制御に移行させる射出工程制御方法にある。

またこの発明の他の１つの特徴は、充填工程中
は駆動源の回転速度値とトルク値とを設定すると
ともに駆動源の回転速度がその射出速度値となる
ように閉ループ制御による速度制御にて行ない、
充填完了点にて速度の設定値を前もつて設定され
たゼロまたは射出力制御への切換時に射出スクリ
ユ等の慣性エネルギーがほとんど無視できる程度
に低い値に変更し、閉ループにて減速させる減速
区間を設け、射出速度がその設定値にほぼ到達し
たのちに駆動源のトルク値及び回転速度値の設定
を前以て設定された値に変更して速度制御から射
出力制御に移行させることを含む射出工程制御方
法にある。

以下この発明を図示による例を用い、従来例の
補足説明とともに詳細に説明する。

第１図は電気サーボモータを駆動源とする電動
式射出成形機の射出機構の主たる構造を１例とし
て略示したものである。

射出機構１は、射出用のスクリユ２を内装しホ
ツパー４を有する射出加熱筒３と、射出加熱筒３
の保持を兼ねるハウジング５とを有する。該ハウ
ジング５の内部には、ねじ軸１７を備えた回動軸
１６が横架してあり、そのねじ軸１７に可動部材
１８が螺合してある。またスクリユ２の後端には
上記可動部材１８に先端を軸受した延長軸１５が
スクリユ２と同体に連結してある。また回動軸１
６と延長軸１５には、互いに干渉しない位置にス
クリユ前進用の歯車１９と延長軸１５のスプライ
ンを介し軸方向移動自在に取付けたスクリユ回転
用の歯車１４とを有し、更に回動軸１６の端部に
はハウジング壁部５ａに固定したヒステリシスブ
レーキを内装した背圧制御装置２２が取付けてあ
る。上記ハウジング５の下部内には、上記回動軸
１６及び延長軸１５と並行な伝動軸２１がハウジ
ング５を貫通して設けてある。伝動軸２１及びク
ラツチ機構（図示なし）を介すことにより、型締
機構側への伝達をすることもできる。

また上記伝動軸２１には上記歯車１４，１９と
それぞれ噛合する伝動歯車１２，１３が回転自在
にして、電磁クラツチ２０，１１を介して電気的
指令により伝動軸２１との結合或いは解除がなさ
れるように設けてある。射出工程中は電磁クラツ
チ１１が、計量工程中は電磁クラツチ２０が励磁
される。更にまた伝動軸２１のハウジング壁部５
ａから外部に突出した軸部は、ハウジング壁部５
ａに固定した電気サーボモータ９と連結してお
り、サーボモータ９はタコメータジエネレータ１
０を備えている。６は射出切換位置検出器、７は
スクリユ回転速度スローダウン位置検出器、８は
計量限位置検出器で、それらはリミツトスイツ
チ、近接スイツチなどによりなる。なお２３は機
台である。

第２図は制御装置を例示するもので、集中制御
装置２４とサーボモータ９及びタコメータジエネ
レータ１０とを接続したサーボモータ制御アンプ
２５との間に、速度設定器V₁〜V₃とトルク設定
器（電流最高値の設定器）F₁〜F₄の信号切換器
２６，２７とがサーボモータ９の正転・逆転指令
回路２８と共に接続されている。この例のサーボ
モータ９は直流サーボモータである。

サーボモータ制御アンプ２５は、集中制御装置
２４の指令によつてサーボモータ９の正転・逆転
ならびに回転数（速度）、電流（トルク）等を制
御する機能をもち、タコメータジエネレータ１０
の信号をフイードバツクし、回転数（速度）の閉
ループ制御を行なわせるものである。また集中制
御装置２４は機械の制御を掌る機能をもち、スク
リユ回転（計量）、背圧力等（図示なし）の制御
をすると共に、集中制御装置２４には、上記位置
検出器６〜８、時間設定器T₁・T₂、射出用電磁
クラツチ１１、スクリユ回転用電磁クラツチ２０
等が接続してある。

次に従来の射出制御方法について説明する。

第３図は従来の射出制御方法の１例についての
説明図で、射出工程におけるサーボモータ９の回
転速度（射出速度）とトルクの制御関係線図で設
定値V₁，Fi（ｉ＝１，２，３）、実行値Va，Faを
縦軸に、スクリユ位置及び時間を横軸に表わす。
直流サーボモータの特性によつて電流とトルクは
比例関係にある。集中制御装置２４の指令にもと
づき、図示のように速度設定器V₁によつて速度
の設定値V₁が、また各トルク設定器F₁〜F₃によ
つてトルク設定値（電流制限設定値）F₁〜F₃が
設定される。入力によりサーボモータ９は実行値
Vaに示すように、ａ−ｂ間を加速されてV₁の設
定値V₁までほぼ直線的に増速回転する。このと
きサーボモータ９には加速させるために起動電流
が設定器F₁によつて設定されたF₁値まで発生す
るが、実行速度がV₁となつたｂ点以降は大きな
トルクが不用となるので、電流値は下降し、タコ
メータジエネレータ１０のフイードバツク信号に
より速度の閉ループ制御がサーボアンプ２５によ
りなされる結果、ｂ−ｃ間の速度実行値VaはV₁
と一致したものとなる。金型内への樹脂の充填量
が増加するに従い、再び実行電流値（トルク）は
上昇していき充填完了点である射出切換位置検出
器６の作動位置にスクリユが達するとその信号に
よつて集中制御装置２４が作動し、信号切換器２
７によつてトルク設定器F₂が選択され、電流値
は瞬時に下降してF₂となり、制御は速度制御領
域から力制御領域に入る。一方実行射出速度
Vaは電流値（駆動源トルク値）がF₂となる為、
速度設定値がV₁にもかかわらず、ｃ点にてのス
クリユ等の慣性エネルギーとモータ回転トルク値
とによる駆動側の力と樹脂側の負荷との関係によ
つて下降し力がバランスしたｄ点でほぼ速度０と
なる。区間ｃ−ｄ間で樹脂の圧縮がなされる。一
方、射出切替位置検出器６が作動すると時間設定
器T₁が作動する。時間設定器T₁がタイムアツプ
したｅ点ではトルク設定器F₃に切換わる。この
様にして圧縮工程後の保圧工程が実行され、集中
制御装置２４からの指令によつて射出工程が終了
する。上記の様にｃ−ｄ間は、トルク制御状態に
サーボモータを作動させてもｃ点で保有している
スクリユ等の慣性エネルギーのため実際に樹脂に
作用する射出力は設定されたF₂よりも過大なも
のとなる。すなわち、負荷と設定値との関係によ
つて実行値がきめられてしまう不安定で過渡的な
制御区間となつている。

次に本発明の説明を第１図、第２図、第４図に
よる例を用いて説明する。

第４図はこの発明の射出制御方法の１例につい
ての説明図で、射出工程におけるサーボモータ９
の回転速度（射出速度）とトルク（電流値）の制
御関係線図で設定値Vi（ｉ＝１，２，３）、Fi（ｉ
＝１，２，３）、実行値Va，Faを縦軸に、スク
リユ位置及び時間を連続させて横軸に表わす。集
中制御装置２４の指令にもとづき、図示のように
速度設定器V₁〜V₃によつて速度の設定値V₁〜V₃
が、また各トルク設定器F₁〜F₃によつてトルク
設定値（電流制限設定値）F₁〜F₃が設定される。
射出工程が開始されると集中制御装置２４の指令
にもとづき、電磁クラツチ１１が励磁され、サー
ボモータ９は実行値Vaに示すようにｇ−ｈ間を
加速されて設定器V₁の設定値V₁まで回転する。
このときサーボモータ９には加速させるための起
動電流が設定されたF₁値まで発生するがｈ点以
降は大きなトルクが不用となるので電流値は下降
し、タコメータジエネレータ１０のフイードバツ
ク信号により速度の閉ループ制御がサーボアンプ
２５によりなされる結果ｈ−ｉ間の速度実行値
VaはV₁と一致する。金型内の樹脂の充填量が増
加するに従い再び実行電流値（トルク）は上昇し
ていく。

射出スクリユが充填完了点である射出切替位置
検出器６の作動位置に達するとその信号によつて
集中制御装置２４が作動し、信号切換器２６によ
つて速度設定器V₂が選択され、その設定値V₂は
０または力制御への切換時に射出スクリユ等の慣
性エネルギーがほとんど無視できる程度に低い値
に設定されているので、ｉ−ｊ間は減速域となつ
てサーボモータの制動作用により速度はほぼ直線
的にV₂の値まで降下する。その理由は、ｉ−ｊ
間は速度設定値が０または小さな値に変更されて
いるので速度の閉ループ制御によつて図示のよう
に電流設定器（トルク設定器）F₁の設定値F₁ま
でモータ１２は負の電流が流れてモータに回生制
動が発生するためである。

一方充填完了点ｉより時間設定器T₁・T₂が作
動する。本例の時間設定器T₁はｉ−ｊ間の減速
区間の完了点を設定するものであり、速度がV₂
に達した確認の代用は通常は1/100秒以下の単位
で設定できる時間設定器を使用して時間にて行な
う。その理由はｉ−ｊ間は閉ループ制御による減
速区間であるため、動作の再現性が良いので時間
にてさしつかえないことと、操作性が良く、廉価
な装置となることによる。

なお、ｊ点の検出は、場合によつては速度の検
出でも良いし、スクリユ位置検出器、あるいはス
クリユ移動量検出器、あるいは金型内樹脂圧力の
検出装置を使用してもよ。

上記時間設定器T₁による設定時間t₁が経過する
と、そのタイムアツプ信号によつて制御装置２４
が作動し、ｊ点にて速度設定器V₃と電流設定器
F₂とが選択される。ｉ−ｊ間において樹脂の圧
縮がおこなわれた後に、ｊ点にて速度制御領域
から力制御（射出力制御）領域に切換りF₂の
射出力となる。速度設定値V₃は設定値V₂よりも
大きく設定し、電流（トルク）の応答を早める目
的で使用する。時間設定器T₂の設定時間t₂が経過
すると、電流設定器F₃が選択され、その設定値
F₃の射出力となり保圧工程が続行される。

集中制御装置２４からの射出工程終了指令によ
つて、モータは動作を停止し、電磁クラツチ１１
が解放されて射出工程が終了する。集中制御装置
２４の指令によつて電磁クラツチ２０が励磁され
背圧制御装置２２が通電されてモータが起動し、
あらかじめ設定された速度によつてスクリユ回転
が開始し、計量工程に入り、スクリユは樹脂の移
送によつて後退していき、スクリユ回転速度スロ
ーダウン位置検出器７が作動するとあらかじめ低
速に設定された速度に切換り、低速回転となつた
後、計量限位置検出器８の信号によつてモータは
動作停止し、その後電磁クラツチ２０が解除され
計量工程が完了する。背圧制御装置２２は制御装
置２４の指令によつて適宜に解放される。スクリ
ユ回転速度は射出速度と同様に閉ループによつて
制御される（動作図等の図は省略）。

上記説明の様に、ｉ−ｊ間をモータ制動作用を
利用した速度の閉ループ制御によつて射出スクリ
ユは減速されるため再現性が良く、短時間に減速
させることもできる。力（射出力）制御に切換る
ｊ点のスクリユ速度は微速となつており、慣性エ
ネルギーのほとんどない状態から力制御に切換え
ることになるので、トルク（電流）の設定値と実
射出力とがほとんど一致したものとなる。又上記
説明で明らかなように、ｉ−ｊ間の電流設定値を
変更できるように電流設定器F₄を設定して、集
中制御装置２４により選択制御させて使用するこ
とによつて、その設定値F₄を大きくするとモー
タの制動力が大、又小さくすると制動力が小とな
るので、ｉ−ｊ間の減速区間の速度の低下率を変
更することもできる。

速度の低下率の変更は、樹脂の圧縮速度をかえ
たことになり成形上の効果が期待でき、たとえば
レンズの様な成形時の残留応力が問題となる成形
品においては、圧縮速度を遅くすることによつて
過充填が防止できると共に制御の特徴から再現性
が良いため、良品の安定成形により一層有効とな
る。

本実施例においては、充填工程完了点をスクリ
ユ位置により行なつているが、金型内樹脂圧力が
あらかじめ設定された圧力となつたとき、あるい
は射出開始点等からのタイマーによる設定時間が
経過したとき、あるいはサーボモータの電流値が
あらかじめ定められた値となつたときでもよい。
又成形品によつては、充填工程中の射出速度を
種々プログラムさせる射出速度のプログラム制御
を併用することによつてより効果が期待できる。
なおｉ−ｊ間の制動制御として速度指令値を時間
の経過に従い或はスクリユ位置と関連づけてほぼ
直線的に減少させてもよい。

この発明は、上述のように速度制御領域は閉
ループ制御にて行ない、速度制御から力制御領域
に切換る直前には減速制動区間を設けるため、
慣性エネルギーのほとんど影響のない状態にて力
（射出力）制御領域に切換えることができるの
で、電動式成形機の欠点である駆動用ギア等の油
圧式成形機にはない特有な慣性エネルギーの影響
をなくすことができる。

更に下記のごとき効果をも奏する。

(1) 速度は閉ループ制御されるので、再現性、安
定性に優れ、安定成形ができる。

(2) 射出工程の全区間にわたり、速度あるいは力
の制御がなされ、従来の方法の様な負荷とのバ
ランスによる過渡的な制御区間がないが或は最
小に抑えることができるので、従来にない安定
成形ができる。

(3) (2)の特長である制動作用はサーボモータを使
用した電動機駆動式機械であればこそ簡便に制
御が可能であり、油圧式機械では実施がきわめ
て困難なことである。。

(4) 速度制御領域と力制御領域をはつきりと分け
て制御するので操作性が向上し成形作業の合理
化となる。

(5) 慣性エネルギーの影響がほとんどない状態で
の制御ができるので、過充填のない成形品の生
産が容易となる。

(6) 減速区間の速度の低下率の変更を簡便にして
廉価に実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る射出工程制御方法を実
施し得る電動式成形機の略示縦断面図、第２図は
電動式成形機の制御装置のブロツク図、第３図は
従来法による射出制御の駆動源の速度とトルクの
制御関係線図、第４図はこの発明の射出工程制御
方法における駆動源の速度とトルクの制御関係線
図である。 １……射出機構、２……射出スクリユ、６……
射出切替位置検出器、９……サーボモータ、１０
……タコメータジエネレータ、２４……集中制御
装置、２５……サーボモータ制御アンプ、２６，
２７……信号切換器、２８……逆転指令回路、Ｖ
……速度設定器、Ｔ……時間設定器、Ｆ……トル
ク設定器（電流設定器）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 射出機構の駆動源として電気サーボモータを
   用いた電動式成形機の射出工程において、充填工
   程中は駆動源の回転速度値とトルク値とを設定す
   るとともに、駆動源の回転速度がその射出速度値
   となる様に閉ループ制御による速度制御にて行な
   い、充填完了点より射出力制御への切換点までの
   区間は、射出力制御への切換時に射出スクリユ等
   の慣性エネルギーがほとんど無視できる程度の低
   い速度まで減速させる制動制御を行なつたのち
   に、射出力制御に移行させることを含むことを特
   徴とする射出工程制御方法。 ２ 射出機構の駆動源として電気サーボモータを
   用いた電動式成形機の射出工程において、充填工
   程中は駆動源の回転速度値とトルク値とを設定す
   るとともに駆動源の回転速度がその射出速度値と
   なるように閉ループ制御による速度制御にて行な
   い、充填完了点にて速度の設定値を前もつて設定
   されたゼロまたは射出力制御への切換時に射出ス
   クリユ等の慣性エネルギーがほとんど無視できる
   程度に低い値に変更し、閉ループにて減速させる
   減速区間を設け、射出速度が設定値にほぼ到達し
   たのちに射出力制御に移行させることを含むこと
   を特徴とする電動式成形機の射出工程制御方法。