JP6320819B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、金型装置内のキャビティ空間に液状の成形材料を充填し、充填した成形材料を固化させることにより成形品を成形する（例えば、特許文献１参照）。射出成形機は、制御量（例えば圧力）に応じた信号を出力する検出器、および検出器の検出値と設定値とに基づいて操作量（例えばモータ電流値）を算出する制御装置とを備える。

特開２００８−７３８７４号公報

検出器は、制御量に応じた信号を生成する検出回路、および検出回路の信号を増幅して制御装置に出力する可変増幅器を有する。該可変増幅器のゲインは、工程の種類、制御量の大きさなどに応じて変更される。

ところで、検出器に含まれる可変増幅器のゲインが変更されると、検出器からの信号が変わり、信号と検出値との対応関係が変わってしまう。

そこで、制御装置は、検出器からの信号を増幅する可変増幅器を有する。該可変増幅器のゲインは、検出器に含まれる可変増幅器のゲインに応じて変更される。これにより、信号と検出値との対応関係が維持できる。

従来、検出器と制御装置とでゲインの変更タイミングにずれが生じ、検出値に誤差が生じることがあり、射出成形機の動作が不安定になることがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、動作の安定性を改善できる、射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
成形材料を加熱するシリンダと、
前記シリンダ内において回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、
前記スクリュを進退させる射出モータと、
前記射出モータの駆動によって生じる圧力に応じた信号を生成する検出回路、および前記検出回路で生成された信号を異なるゲインで増幅して出力する複数の増幅器を有する圧力検出器と、
一の前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づき、前記射出モータに実際に供給する供給電力を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、１成形サイクル中に、前記射出モータに実際に供給する供給電力の算出に用いる前記増幅器を切り替える、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、動作の安定性を改善できる、射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態による制御装置およびその周辺装置を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。射出成形機は、例えば図１に示すように、型締装置１０、射出装置５０、エジェクタ装置６０、および制御装置７０（図２参照）を有する。型締装置１０は、型閉工程、型締工程、型開工程を行う。型閉工程は金型装置３０を閉じる工程、型締工程は金型装置３０を締め付ける工程、型開工程は金型装置３０を開く工程である。射出装置５０は、充填工程、保圧工程、計量工程を行う。充填工程は金型装置３０内のキャビティ空間３４に液状の成形材料を充填する工程、保圧工程はキャビティ空間３４内の成形材料に圧力をかける工程、計量工程は次のショットのための成形材料を計量する工程である。エジェクタ装置６０は、突き出し工程を行う。突き出し工程は、型開後の金型装置３０から成形品を突き出す工程である。

射出成形機は、例えば型閉工程、型締工程、充填工程、保圧工程、冷却工程、計量工程、型開工程、および突き出し工程を自動的に繰り返し行うことにより、成形品を自動的に繰り返し製造する。冷却工程は、キャビティ空間３４内の成形材料を固化させる工程である。成形サイクルの短縮のため、冷却工程中に計量工程が行われてよい。１成形サイクル中に、例えば型閉工程、型締工程、充填工程、保圧工程、冷却工程、計量工程、型開工程、および突き出し工程が行われる。

次に、型締装置１０について説明する。型締装置１０の説明では、型閉時の可動プラテン１３の移動方向（図１中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１３の移動方向（図１中左方向）を後方として説明する。

型締装置１０は、例えば図１に示すように、フレーム１１、固定プラテン１２、可動プラテン１３、リヤプラテン１５、タイバー１６、トグル機構２０、および型締モータ２６を有する。

固定プラテン１２は、フレーム１１に対して固定される。固定プラテン１２における可動プラテン１３との対向面に固定金型３２が取り付けられる。

可動プラテン１３は、フレーム１１上に敷設されるガイド（例えばガイドレール）１７に沿って移動自在とされ、固定プラテン１２に対して進退自在とされる。可動プラテン１３における固定プラテン１２との対向面に可動金型３３が取り付けられる。

固定プラテン１２に対して可動プラテン１３を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。

リヤプラテン１５は、複数本（例えば４本）のタイバー１６を介して固定プラテン１２と連結され、フレーム１１上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、リヤプラテン１５は、フレーム１１上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。リヤプラテン１５のガイドは、可動プラテン１３のガイド１７と共通のものでもよい。

尚、本実施形態では、固定プラテン１２がフレーム１１に対して固定され、リヤプラテン１５がフレーム１１に対して型開閉方向に移動自在とされるが、リヤプラテン１５がフレーム１１に対して固定され、固定プラテン１２がフレーム１１に対して型開閉方向に移動自在とされてもよい。

タイバー１６は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも１本のタイバー１６には型締力を検出する圧力検出器１８が設けられる。圧力検出器１８は、タイバー１６の歪みを検出することによって型締力を検出し、型締力を示す信号を制御装置７０に出力する。制御装置７０は、型締力の検出値と設定値との偏差がゼロとなるようにフィードバック制御を行う。

トグル機構２０は、可動プラテン１３とリヤプラテン１５との間に配設され、可動プラテン１３およびリヤプラテン１５にそれぞれ取り付けられる。トグル機構２０が型開閉方向に伸縮することにより、リヤプラテン１５に対して可動プラテン１３が進退する。

型締モータ２６は、トグル機構２０を駆動させることにより、可動プラテン１３を駆動させる駆動部である。型締モータ２６とトグル機構２０との間には、型締モータ２６の回転運動を直線運動に変換してトグル機構２０に伝達する運動変換部としてのボールねじ機構が設けられる。

型締モータ２６はエンコーダ２６ａを有する。エンコーダ２６ａは、型締モータ２６の出力軸の回転角を検出し、回転角を示す信号を制御装置７０に出力する。制御装置７０は、回転角の検出値と設定値の偏差がゼロとなるようにフィードバック制御を行う。

次に、型締装置１０の動作を説明する。型締装置１０の動作は、制御装置７０によって制御される。制御装置７０は、メモリなどの記憶部およびＣＰＵを有し、記憶部に記憶される制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより型締装置１０の動作を制御する。

型閉工程では、型締モータ２６を駆動してトグル機構２０を作動させ、可動プラテン１３を前進させる。可動金型３３が固定金型３２に対して接近する。

型締工程では、可動金型３３と固定金型３２とが接触した状態で型締モータ２６を駆動し、型締モータ２６による推進力にトグル倍率を乗じた型締力を発生させる。型締状態の固定金型３２と可動金型３３との間にキャビティ空間３４が形成される。型締工程中に、充填工程、保圧工程、冷却工程、計量工程が行われてよい。

型開工程では、型締モータ２６を駆動してトグル機構２０を作動させ、可動プラテン１３を後退させる。その後、突き出し工程が行われてよい。

尚、型締装置１０は、可動プラテン１３の駆動部として、型締モータ２６の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置１０は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。圧力検出器１８は歪みゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取り付け位置もタイバー１６に限定されない。

次に、図１を再度参照して、射出装置５０について説明する。射出装置５０の説明では、型締装置１０の説明と異なり、充填時のスクリュ５２の移動方向（図１中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ５２の移動方向（図１中右方向）を後方として説明する。

射出装置５０は、シリンダ５１、スクリュ５２、計量モータ５３、射出モータ５４、および圧力検出器５５を有する。

シリンダ５１は供給口５１ａから供給された成形材料を加熱する。供給口５１ａはシリンダ５１の後部に形成される。シリンダ５１の外周には、ヒータなどの加熱源が設けられる。シリンダ５１の前端にはノズル５９が設けられる。

スクリュ５２は、シリンダ５１内において回転自在に且つ進退自在に配設される。

計量モータ５３は、スクリュ５２を回転させる駆動部である。計量モータ５３はエンコーダ５３ａを有してよい。エンコーダ５３ａは、計量モータ５３の出力軸の回転数を検出し、回転数を示す信号を制御装置７０に出力する。制御装置７０は、計量工程において、回転数の検出値と設定値との偏差がゼロになるようにフィードバック制御を行ってよい。

射出モータ５４は、スクリュ５２を進退させる駆動部である。スクリュ５２と射出モータ５４との間には、射出モータ５４の回転運動をスクリュ５２の直線運動に変換する運動変換部が設けられる。射出モータ５４はエンコーダ５４ａを有してよい。エンコーダ５４ａは、射出モータ５４の出力軸の回転数を検出することによりスクリュ５２の前進速度を検出し、スクリュ５２の前進速度を示す信号を制御装置７０に出力する。制御装置７０は、充填工程において、スクリュ５２の前進速度の検出値と設定値との偏差がゼロになるようにフィードバック制御を行ってよい。

圧力検出器５５は、例えば射出モータ５４とスクリュ５２との間に配設され、圧力検出器５５に作用する圧力に応じた信号を制御装置７０に出力する。圧力検出器５５に作用する圧力は、スクリュ５２の背圧、スクリュ５２が押す成形材料の圧力などに応じたものとなる。

充填工程では、射出モータ５４を駆動してスクリュ５２を前進させ、スクリュ５２の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置３０のキャビティ空間３４に充填させる。スクリュ５２の前進速度の設定値は、一定でもよいし、スクリュ位置または経過時間に応じて変更されてもよい。スクリュ５２が所定位置（所謂Ｖ／Ｐ切換位置）まで前進すると、保圧工程が開始される。尚、充填工程開始からの経過時間が所定時間に達すると、保圧工程が開始されてもよい。

保圧工程では、射出モータ５４を駆動してスクリュ５２を前方に押し、キャビティ空間３４内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力の設定値は、一定でもよいし、経過時間などに応じて段階的に変更されてもよい。キャビティ空間３４の入口（所謂ゲート）がシールされ、キャビティ空間３４からの成形材料の逆流が防止された後、冷却工程が開始される。冷却工程中に計量工程が行われてよい。

計量工程では、計量モータ５３を駆動してスクリュ５２を回転させ、スクリュ５２に形成される螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ５２の前方に送られシリンダ５１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ５２が後退させられる。スクリュ５２の回転数の設定値は、一定でもよいし、スクリュ位置または経過時間に応じて変更されてもよい。

計量工程では、スクリュ５２の急激な後退を制限すべく、射出モータ５４を駆動してスクリュ５２に対して背圧を加えてよい。背圧が設定値になるように射出モータ５４が駆動される。スクリュ５２が所定位置まで後退し、スクリュ５２の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。

尚、本実施形態の射出装置は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式でもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融された成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。

次に、図２を参照して制御装置７０およびその周辺装置について説明する。図２は、本発明の一実施形態による制御装置およびその周辺装置を示す図である。

制御装置７０は、例えば第１制御演算部７１、第２制御演算部７２、およびインバータ７３を有する。制御装置７０は、射出モータ５４および圧力検出器５５と接続される。制御量は圧力検出器５５に作用する圧力であり、操作量は射出モータ５４への供給電力である。

圧力検出器５５は、圧力検出器５５に作用する圧力を検出する。この圧力は、スクリュ５２の背圧やスクリュ５２が押す成形材料の圧力を示す。圧力検出器５５は、検出回路としての歪みゲージ５６と、第１増幅器５７と、第２増幅器５８とを有する。

歪みゲージ５６は、複数の抵抗線を組み合わせたブリッジ回路を構成する。ブリッジ回路に圧力が作用すると、各抵抗線が変形し、各抵抗線の抵抗値が変化する。圧力に応じた電圧がブリッジ回路から出力される。ブリッジ回路の出力電圧は、ブリッジ回路の入力電圧が一定の場合、基本的にはブリッジ回路に作用する圧力に比例する。

第１増幅器５７および第２増幅器５８は、それぞれ、歪みゲージ５６からの出力電圧を増幅し、制御装置７０に出力する。第１増幅器５７のゲインと第２増幅器５８のゲインとは異なり、圧力検出器５５はゲインの異なる複数の圧力信号を制御装置７０に出力する。

圧力検出器５５は、複数の増幅器を有しており、それぞれの増幅器から圧力信号を出力するので、従来のように１つの可変増幅器で複数の圧力信号を出力する場合と異なり、同時期に複数の圧力信号を出力できる。そのため、従来のように圧力検出器５５と制御装置７０とでゲインの変更タイミングがずれる問題が解消できる。

尚、本実施形態の圧力検出器５５は、１つのブリッジ回路と、該ブリッジ回路に接続される複数の増幅器とを有するが、ブリッジ回路と増幅器との組合せを複数有してもよい。また、圧力検出器５５に含まれる増幅器の数は、２つでもよいが、３つ以上でもよい。３つ以上の圧力信号が圧力検出器５５から出力されてもよい。

制御装置７０は、圧力検出器５５の複数の出力から選択される一部の出力に基づき、実際の制御に用いられる射出モータ５４への供給電力を算出する。

第１制御演算部７１は、第１増幅器５７の出力と、第１圧力指令との第１偏差に基づいて、射出モータ５４への供給電力を算出する。第１制御演算部７１は、例えば図２に示すように、第１偏差に比例した値を出力する第１比例器７１ａと、第１偏差の定数倍を時間積分した値を出力する第１積分器７１ｂとを有する。第１制御演算部７１の出力Ａは、第１比例器７１ａの出力Ａ１と、第１積分器７１ｂの出力Ａ２との和となる（Ａ＝Ａ１＋Ａ２）。尚、第１制御演算部７１は、第１偏差の定数倍を時間微分した値を出力する第１微分器をさらに有してもよい。

同様に、第２制御演算部７２は、第２増幅器５８の出力と、第２圧力指令との第２偏差に基づいて、射出モータ５４への供給電力を算出する。第２制御演算部７２は、例えば図２に示すように、第２偏差に比例した値を出力する第２比例器７２ａと、第２偏差の定数倍を時間積分した値を出力する第２積分器７２ｂとを有する。第２制御演算部７２の出力Ｂは、第２比例器７２ａの出力Ｂ１と、第２積分器７２ｂの出力Ｂ２との和となる（Ｂ＝Ｂ１＋Ｂ２）。尚、第２制御演算部７２は、第２偏差の定数倍を時間微分した値を出力する第２微分器をさらに有してもよい。

第１圧力指令と第２圧力指令とは、同じものでも、異なるものでもよい。

インバータ７３は、第１制御演算部７１の出力または第２制御演算部７２の出力に従って交流電源の電力を電力変換して射出モータ５４へ供給する。第１制御演算部７１の出力と、第２制御演算部７２の出力のどちらの出力を使用するかは、工程の種類、制御量の大きさなどに応じて決められる。

ところで、ブリッジ回路の出力電圧は、基本的にはブリッジ回路に作用する圧力に比例する。しかし、ゼロ点のずれや非線形性がわずかに存在し、第１制御演算部７１の出力Ａと、第２制御演算部７２の出力Ｂとに誤差が生じうる。

そこで、制御装置７０は、第１制御演算部７１の出力Ａと、第２制御演算部７２の出力Ｂとを合わせる。圧力検出器５５の複数の出力のうちどちらの出力を用いても、射出モータ５４への供給電力が同じになるため、射出装置５０の動作の安定性が向上できる。

制御装置７０は、第１制御演算部７１の出力Ａと、第２制御演算部７２の出力Ｂのうち、使っていない方を修正する。

制御装置７０は、第１制御演算部７１の出力Ａを用いる場合、第１制御演算部７１の出力Ａと合うように第２制御演算部７２の出力Ｂを修正する。例えば、制御装置７０は、第２積分器７２ｂの出力Ｂ２を、第２偏差から求めるのではなく、Ｂ２＝Ａ−Ｂ１の式を用いて求め、第２積分器７２ｂのメモリに記憶する。

同様に、制御装置７０は、第２制御演算部７２の出力Ｂを用いる場合、第２制御演算部７２の出力Ｂと合うように第１制御演算部７１の出力Ａを修正する。例えば、制御装置７０は、第１積分器７１ｂの出力Ａ２を、第１偏差から求めるのではなく、Ａ２＝Ｂ−Ａ１の式を用いて求め、第１積分器７１ｂのメモリに記憶する。

操作量の算出が積分演算を含む場合、制御装置７０は、積分値を修正することにより、圧力検出器５５の各出力に基づき算出される操作量を合わせてよい。

制御装置７０は、１成形サイクル中に、圧力検出器５５の複数の出力の中から選択する出力を切り替えてよい。計量工程中に圧力検出器５５に作用する圧力は充填工程中に圧力検出器５５に作用する圧力よりも極めて小さく、計量工程と充填工程とでは要求される圧力の分解能が異なる。そこで、計量工程ではゲインの大きい増幅器からの出力が選択され、充填工程ではゲインの小さい増幅器からの出力が選択される。

尚、本実施形態の圧力検出器５５は、歪みゲージ式であるが、圧電式、容量式などでもよい。

以上、射出成形機の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態の圧力検出器は、射出装置の圧力を検出するが、型締装置の圧力（金型装置に作用する型締力）、エジェクタ装置の突き出し力などを検出してもよい。

また、上記実施形態の制御量は、圧力であるが、例えば位置、回転数などでもよく、制御量を検出する検出器は、位置検出器、回転数検出器などでもよい。

また、上記実施形態の制御装置は、操作量の算出時に、検出器の各出力に基づき算出される操作量を合わせるが、操作量の算出前に、検出器の各出力が示す制御量を整合させることにより、検出器の各出力に基づき算出される操作量を合わせてもよい。例えば、制御装置は、検出器の複数の出力から選択される一部の出力が示す制御量と合うように、残りの各出力が示す制御量を補正する。この補正は、予め設定された式などに基づいて行われる。この場合、操作量を算出する制御演算部は１つであってよい。

１０ 型締装置
１１ フレーム
１２ 固定プラテン
１３ 可動プラテン
１５ リヤプラテン
１６ タイバー
１８ 圧力検出器
３０ 金型装置
３２ 固定金型
３３ 可動金型
５０ 射出装置
５１ シリンダ
５２ スクリュ
５３ 計量モータ
５４ 射出モータ
５５ 圧力検出器
５６ 歪みゲージ
５７ 第１増幅器
５８ 第２増幅器
５９ ノズル
６０ エジェクタ装置
７０ 制御装置
７１ 第１制御演算部
７２ 第２制御演算部
７３ インバータ

Claims (6)

1. 成形材料を加熱するシリンダと、
   前記シリンダ内において回転自在に且つ進退自在に配設されるスクリュと、
   前記スクリュを進退させる射出モータと、
   前記射出モータの駆動によって生じる圧力に応じた信号を生成する検出回路、および前記検出回路で生成された信号を異なるゲインで増幅して出力する複数の増幅器を有する圧力検出器と、
   一の前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づき、前記射出モータに実際に供給する供給電力を算出する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、１成形サイクル中に、前記射出モータに実際に供給する供給電力の算出に用いる前記増幅器を切り替える、射出成形機。
2. 前記制御装置は、前記増幅器毎に前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づき算出される前記射出モータへの供給電力同士を合わせる、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記制御装置は、前記射出モータに実際に供給する供給電力の算出時に、前記増幅器毎に前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づき算出される前記射出モータへの供給電力同士を合わせる、請求項２に記載に射出成形機。
4. 前記制御装置によって前記増幅器毎に行われる前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づく前記射出モータへの供給電力の算出は、積分演算を含み、
   前記制御装置は、積分値を修正することにより、前記増幅器毎に前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づき算出される前記射出モータへの供給電力同士を合わせる、請求項３に記載の射出成形機。
5. 前記制御装置は、前記射出モータへの供給電力の算出前に、複数の前記増幅器の出力が示す前記圧力同士を整合させることにより、前記増幅器毎に前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づき算出される前記射出モータへの供給電力同士を合わせる、請求項２に記載の射出成形機。
6. 前記制御装置は、一の前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づき算出される前記射出モータに実際に供給する供給電力と合うように、残りの前記増幅器の出力と圧力指令との偏差に基づき算出される前記射出モータへの供給電力を修正する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の射出成形機。

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