(57)【要約】【課題】駆動軸を適切に制御し、製品のばらつきを低減させた射出成形機を提供すること。【解決手段】射出成形機を制御する制御装置を、第１制御部と第２制御部から構成する。第１制御部は、汎用の制御部であり、射出成形機全体を制御する。第２制御部は、個別に作動する専用のハードウェアで構成し、第２制御部で、スクリュー軸など駆動軸の制御を専用に処理させることとした。これにより、第１制御部での処理にかかわらず、駆動軸を第２制御部で専用に制御でき、また、第２制御部のハードウェアの処理速度を上昇させることで、正確で、かつ迅速に駆動軸を作動させることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型のキャビティー内に溶融樹脂をシリンダから射出し、射出製品を成形する射出成形機において、
前記射出成形機を制御する制御部を、前記射出成形機全般を制御する第１制御部と、前記射出成形機における駆動軸を専用にサーボ制御する第２制御部とを備えて構成したことを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
前記第１制御部を、中央演算処理装置（ＣＰＵ）と各種ソフトウェアを記憶する記憶手段とを具えて構成し、前記第２制御部を、専用ハードウェアＩＣから構成し、前記駆動軸ごとに設定された専用の処理部を具えていることを特徴とした請求項１に記載の射出成形機。
【請求項３】
前記射出成形機は、
前記スクリューを前記シリンダ内で駆動させるスクリュー駆動部と、
前記スクリューの移動量を検出するスクリュー移動量検出センサとを備え、前記シリンダの内部に設けられた前記スクリューを該シリンダ内で前進させて前記金型のキャビティー内に溶融樹脂を射出し、射出製品を成形する射出成形機であり、
前記第２制御部は、
前記スクリューの各種閾値を記憶する記憶部と、
前記スクリュー移動量検出部が検出した前記スクリューの移動量と前記記憶部に記憶されている閾値とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づき、スクリューが所定の状態に達したか否かを判定する判定部と、からなる処理部を少なくとも備えていることを特徴とする請求項２に記載の射出成形機。
【請求項４】
前記第２制御部は、ＡＳＩＣから構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュー軸などの駆動軸の制御を向上させた射出成形機に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機は、シリンダ内部にスクリューを前後進自在に具え、スクリューを前進させてシリンダ内から溶融樹脂を射出し、射出装置の前方に接続されている金型内に樹脂を注入して製品を成形する。溶融樹脂は、スクリューが移動した量に比例して、金型内へ注入される。したがって所定量の樹脂を金型内に正確に射出させるには、スクリューを正確に制御して移動を行なわせる必要がある。
【０００３】
例えば電動式の射出成形機では、スクリューを駆動させるサーボモータに検出器を連結し、検出器で検出した結果からスクリューの移動量を求め、所定位置でサーボモータを停止させて、所定量の樹脂を金型内に注入するようにしていた。
【０００４】
仮に、スクリューが所定位置より手前に停止してしまうと、射出される樹脂量が不足し、製品不良が発生する。またスクリューが所定位置を越えてしまうと、樹脂が過剰に注入されることとなり、バリの発生や金型に加えられる圧力が過大となり、金型に損傷等を生じさせるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１３４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来射出成形機では、スクリュー軸などの駆動軸の位置や速度検出などの処理を、射出成形機が有する他の多くの作業処理と合わせて行なっている。つまり、射出成形機に汎用のＣＰＵを組み込み、各機能用に搭載されたソフトウェアを用いて、射出成形機全般の制御を行うとともに各種駆動軸の制御を行なっている。そのため例えばスクリューの位置を検出部が検出し、その検出結果をＣＰＵに送出しても、スクリューの位置や速度の判別処理が、射出成形機の他の処理と混在し、スクリューの制御が他の作業の処理の後に行われることがある。
【０００７】
したがって、射出成形機で連続成形された製品を調べると、スクリューの停止位置が一定していないことにより、樹脂射出量にばらつきが生じ、製品の品質が安定していないことなどがあった。
【０００８】
本発明は、駆動軸を適切に制御し、製品を安定して、かつ精度よく、高速に成形させることができる射出成形機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
射出成形機の制御装置内に、第１制御部と第２制御部を設け、第１制御部で射出成形機全体を制御するのに加え、第２制御部でスクリュー軸などの各駆動軸の制御を行わせることとした。第１制御部は、中央演算処理装置と、各種ソフトウェアを記憶する記憶部を備え、記憶部から所定のソフトウェアを読み出し、各種処理を行う。第２制御部は、専用ハードウェアＩＣなどからなり、各駆動軸ごとに処理部を具え、各処理部から各駆動軸の駆動ユニットを個別に制御させることとした。
【００１０】
例えば、第２制御部のある１つの処理部で、スクリューの位置検出信号を受け取り、位置判断を行い、それに基づいて駆動ユニットからスクリュー駆動装置へ駆動信号を送出させたり、スクリューにかかる圧力を所定の状態に保持させることとした。
【００１１】
したがって第２制御部で、各種駆動軸の駆動に関する制御を行い、射出成形機全般に関する他の制御は汎用の第１制御部が行う。また第２制御部のハードウェアＩＣの処理速度、すなわちサンプリング周波数等を従来のサンプリング周波数より高くし、スクリュー軸などの駆動軸が閾値に達したか否かの判断作業を、従来より短い時間間隔で行なわせることとした。
【発明の効果】
【００１２】
本射出成形装置によれば、スクリューの位置信号など各駆動軸に関する情報が入力されると、第２制御部の所定の処理部で直ちに閾値等と比較し、判定結果を得ることができる。したがって、スクリュー等各種駆動軸における処理速度が向上する。また、閾値との判定結果が得られると、直ちに駆動ユニットに信号を送り、各アクチュエータに判定結果に基づく駆動信号を送出できる。
【００１３】
これにより、射出成形機における保圧切替等各種駆動軸の制御を精度よく実施でき。したがって、例えばスクリュー位置を正確に制御し、製品ごとに生じるスクリュー位置のばらつきを小さくし、金型内に注入する樹脂量を正確に制御し、樹脂量が変動することによる製品間の品質のばらつき、あるいは不良品の発生を抑制させることができる。そのため、製品の品質を向上させることができる。
【００１４】
また、第２制御部における各処理部の、例えばサンプリング周波数を高くしたことにより、処理を行う時間間隔が短縮され、検出結果と閾値との比較を従来より短い時間間隔で行わせることができる。これにより例えば、スクリューの位置が閾値を実際に超えたときとそれを第２制御部が検出したときとの時間差が小さくなり、スクリューを正確に制御できる。
【００１５】
これによっても、スクリュー位置等の駆動軸の作動を正確に把握し、各種駆動軸を、製品に適合した所望の位置に正確に作動させることができる。したがって、金型内に樹脂を正確に注入することができ、樹脂量が変動することによる製品のばらつきや不良品の発生を低減できる。
【００１６】
また第２制御部での処理速度が高速になるので、スクリューの移動速度を高めて処理することができ、作業時間を短縮させ、作業効率を向上できる。
【００１７】
各種駆動軸の制御を、専用ハードウェアＩＣなどの第２制御部を用いて行わせることにより、他の処理がＣＰＵに集中した場合でも、駆動軸の制御に遅れ等を生じさせることがなく、高速で、常に安定して、正確な処理が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかる射出成形機の制御装置の一実施形態を示す回路構成図である。
【図２】専用ハードウェアＩＣを示すブロック図である。
【図３】射出機を示す断面図である。
【図４】射出成形機を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明にかかる射出成形機の一実施形態について、図を参照して説明する。図４に、射出成形機１０を示す。
【００２０】
射出成形機１０は、ベース５０と、ベース５０上に設けられた射出装置１２及び型締装置１４等から構成されている。また射出成形機１０のほぼ中央部分には、射出成形機１０の表示装置１６と入力装置１８が設けられている。
【００２１】
ベース５０は、ほぼ直方体で、図の左側に型締装置１４が設けられている。型締装置１４は図１に示すように型締機構１５を備え、型締機構１５に組み付けられた金型１７を開閉駆動させる。型締装置１４は、従来から知られている機構、構成のもので、電動機１９や位置検出センサ２１等を具え、後述する制御装置２により適宜開閉駆動される。尚型締装置１４は、サーボモータ駆動方式が好ましいが、油圧駆動方式であってもよい。
【００２２】
ベース５０には、上面にレール５２がベース５０の長手方向に沿って設けられ、ベース５０の右側部分には、型締装置１４に対向して射出装置１２が、レール５２上に移動自在に載置されている。射出装置１２及び型締装置１４は外側にカバーを有し、図４にはそれぞれがカバーで覆われた状態で示してある。以下、射出装置１２の型締装置１４側を前方とし、それを基準に前後左右を定め、また重力の方向を下方とし、その逆を上方として説明する。
【００２３】
射出装置１２を、図３に示す。射出装置１２は、メインフレーム２０と、メインフレーム２０の前方（図の左方。）に設けられたシリンダ２２と、シリンダ２２の内部に設けられたスクリュー２４と、スクリュー２４を中心軸周りに回転させるスクリュー回転機構２６と、スクリュー２４を軸方向に前後進させるスクリュー前後進機構２８と、射出装置１２を第１レール５２上で前後進させる推進機構３０などから構成されている。
【００２４】
メインフレーム２０は、基台３２と、基台３２上に取り付けられたフレーム３４から形成されている。基台３２は、扁平な枠体で、左右両側に支持脚３６を有している。支持脚３６は、第１レール５２上に移動自在に載置され、これにより基台３２が、ベース５０上に摺動自在に支持されている。
【００２５】
推進機構３０は、駆動用電動機３８と、ボールねじ機構４０などから構成されている。駆動用電動機３８は、基台３２に取り付けられている。駆動用電動機３８の駆動軸はメインフレーム２０の後壁３９を貫通し、ギア機構３１を介してボールねじ機構４０のねじ部４９に連結されている。ねじ部４９は、基台３２のほぼ中央を貫き、先端側が基台３２の前壁４１に回転自在に支持されている。ねじ部４９に螺合するボールねじ機構４０のナット部４４は、基台３２の内側で、ベース５０の上面に固定されている。
【００２６】
フレーム３４は、枠体状で、下方に前脚４２と後脚４３が設けられている。前脚４２は、支持ピン４６と固定ねじ４８により基台３２に固定されている。そして固定ねじ４８の固定を解除すると、基台３２上を後脚４３が摺動移動して、支持ピン４６を中心にしてフレーム３４が旋回するように構成されている。
【００２７】
フレーム３４の前方には、シリンダ２２が取り付けられている。またフレーム３４上には、第２レール５８が設けられている。シリンダ２２は、フレーム３４から前方に延び、その先端には、金型（固定プレート）に密接するノズル部５４が設けられている。シリンダ２２の外周には、加熱装置および温度センサ（いずれも図示せず。）が設けられている。またシリンダ２２の基端側には、ホッパ５６が設けられている。ホッパ５６は、内部がシリンダ２２内に連通し、内部に収納した原料樹脂のペレットをシリンダ２２に供給する。
【００２８】
スクリュー２４は、シリンダ２２内に往復動かつ回転自在に設けられている。スクリュー２４の基端側には、スクリュー回転機構２６が設けられている。スクリュー回転機構２６は、回転機構本体部６０と、駆動用電動機６２と、伝動ベルト６４と、プーリ６６などから構成されている。回転機構本体部６０は、左右にステー６８を延ばし、第２レール５８上に摺動自在に載置されている。これによりスクリュー回転機構２６は、フレーム３４に対して移動可能に取り付けられている。
【００２９】
回転機構本体部６０の上部には、駆動用電動機６２が取り付けられている。回転機構本体部６０の前方には、軸受６１を介してプーリ６６が回転自在に設けられており、伝動ベルト６４を介して駆動用電動機６２の回転駆動軸６７に連結されている。プーリ６６には、前述したようにスクリュー２４が同軸に一体に固定されている。回転機構本体部６０の後方には、ロードセル７０を介してスクリュー前後進機構２８が設けられている。
【００３０】
スクリュー前後進機構２８は、駆動用電動機７２（図１参照。）と、伝動ベルト７４と、プーリ７６と、ボールねじ機構７８などから構成されている。駆動用電動機７２は、フレーム３４の側方に取り付けられており、その回転駆動軸が伝動ベルト７４を介してプーリ７６に連結されている。また駆動用電動機７２には、図１に示すように位置センサ７３が設けられている。位置センサ７３は駆動用電動機７２が作動するとそれに応じたパルス信号等を送出する。尚位置センサ７３は、駆動用電動機７２でなく、スクリュー前後進機構２８の他の部分に設けられていてもよい。
【００３１】
プーリ７６は、フレーム３４に回転自在に支持されている。プーリ７６には、ボールねじ機構７８のねじ部８０が一体に連結されている。ねじ部８０は、スクリュー２４と同軸に設けられ、ボールねじ機構７８のナット部８２に螺合している。ナット部８２は円筒状で、ナット部８２の前端面がロードセル７０の後面に固定されている。
【００３２】
ロードセル７０は、軸方向の圧力を計測する圧力計測器で、起歪体と起歪体に取り付けられた歪みセンサ（いずれも図示せず。）などから構成されている。ロードセル７０は、ロードセル７０に圧力が加えられるとその圧力に応じた出力信号を制御装置２（図１参照。）に送出する。
【００３３】
次に、制御装置２について説明する。制御装置２は、図１に示すように主な構成要素として、第１制御部としての主制御部４と、第２制御部としての駆動制御部６とを有し、駆動部８に接続している。
【００３４】
主制御部４は、ＣＰＵ３と、ＲＯＭ５と、ＲＡＭ７等を具えている。ＣＰＵ３は、従来の射出成形機に用いられていたものと同様のもので、所定の処理速度（サンプリング周波数）を有している。ＲＯＭ５には、各種プログラム等が記憶されている。ＲＡＭ７には、入力装置１８から入力された製品に関する情報や閾値等を含む各種パラメータ、各種センサからの計測結果などが記憶されている。
【００３５】
また主制御部４には、表示装置１６や入力装置１８に加え、シリンダ２２の温度センサ、あるいはロードセルの圧力センサなどからの信号線（図示せず。）その他が接続している。主制御部４は、ＲＯＭ５やＲＡＭ７から、それぞれ適宜記憶内容を読み出し、各種検出結果を用いて各処理を行い射出成形機１０の全般を制御する。
【００３６】
駆動制御部６は、専用ハードウェアＩＣから構成されている。駆動制御部６は、図２に示すように、サーボ制御部１１と、複数の処理部１３を具えている。サーボ制御部１１は、位置制御部２３と速度制御部２５から構成されている。サーボ制御部１１は、処理部１３からの判定結果に基づき作動信号を駆動部８に送り出す。
【００３７】
処理部１３は、記憶部１００と比較部１０２と判定部１０４とを具え、各駆動軸ごとにそれぞれ設定されている。例えば型締機構１５の電動機１９、推進機構３０の駆動用電動機３８、スクリュー前後進機構２８の駆動用電動機７２等の各駆動機構（アクチュエータ）ごとにそれぞれ各処理部１３が設けられている。
【００３８】
記憶部１００は、主制御部４から送られる閾値やそれぞれの駆動軸の位置や速度情報などを記憶する。比較部１０２は、各センサから送られてくる検出結果と閾値との比較などを行い、その比較結果を判定部１０４に送る。判定部１０４は、比較部１０２からの比較結果に基づき、判定結果をサーボ制御部１１に送り出す。
【００３９】
駆動部８は、複数の駆動ユニット９を具えている。各駆動ユニット９は、それぞれ各アクチュエータごとに設定されており、各駆動ユニット９からそれぞれの駆動機構、例えば駆動用電動機３８に信号線８６が延びている。
【００４０】
また駆動制御部６には、例えばスクリュー２４の位置を検出する位置センサ７３からの信号線９０やセンサ７５からの信号線９２等が接続されている。
【００４１】
次に、射出成形機１０の作動について説明する。
【００４２】
例えば主制御部４から駆動制御部６に、射出装置１２を前進させる旨の指示が出される。かかる指示により、駆動制御部６は処理部１３で処理を行い、現在位置を判断し、サーボ制御部１１を介して駆動ユニット９に作動信号を送出する。駆動ユニット９は、駆動用電動機３８に駆動信号を送り、駆動用電動機３８が駆動し、ねじ部４９が回転する。するとねじ部４９が螺進し、それとともに基台３２が第１レール５２上を前進して、射出装置１２が前進する。射出装置１２の前進により、シリンダ２２のノズル部５４が型締装置１４に所定の圧力で密着すると、かかる状態を処理部１３が判定し、駆動ユニット９に指示を出す。すると推進機構３０が停止し、適正なノズルタッチ状態となる。
【００４３】
射出装置１２が型締装置１４に接続されると、ホッパ５６に原料となるペレットを満たした状態で、主制御部４からの指示に従い駆動制御部６が駆動用電動機６２を駆動させ、伝動ベルト６４を介してスクリュー２４がシリンダ２２内で回転する。また、スクリュー前後進機構２８が同様に主制御部４からの指示に従い駆動制御部６で駆動され、スクリュー２４がシリンダ２２内で後退する。
【００４４】
すると、ホッパ５６からシリンダ２２内に導入されたペレットが、加熱装置により加熱されたシリンダ２２内をスクリュー２４の回転により搬送される間に溶融、混練され、シリンダ２２の先端に溶融樹脂の状態となって貯留される。
【００４５】
シリンダ２２の先端に所定の溶融樹脂が貯留され、射出の準備が整うと、主制御部４からの指示に従い駆動制御部６がスクリュー前後進機構２８に指示を出し、スクリュー前後進機構２８が作動する。まず駆動用電動機７２が駆動し、ねじ部８０が回転する。ねじ部８０が螺進方向に回転すると、ナット部８２が前方に移動し、ロードセル７０を介して回転機構本体部６０が移動する。これによりスクリュー２４が前進し、溶融樹脂がシリンダ２２からノズル部５４を通じて、型締装置１４により型締めされている金型内に射出される。
【００４６】
スクリュー２４の位置は、位置センサ７３により検出され、その検出結果は信号線９０を通って駆動制御部６に入力される。処理部１３（保圧切替判定部としての処理部１３である。）では、位置センサ７３からの検出結果と記憶部１００に記憶されている閾値とを比較部１０２で比較し、スクリュー２４が所定位置（閾値）に達したか否かを判定する。所定位置に達していないと判定した場合には、次に送られてきた位置センサ７３からの検出結果と閾値とを比較部１０２が比較する。かかる比較は、専用ハードウェアの処理速度に従って連続して行われる。
【００４７】
比較部１０２で、位置センサ７３からの検出結果と閾値が一致、もしくは閾値を超えたことが確認されたら、判定部１０４はその旨をサーボ制御部１１に送出する。サーボ制御部１１は判定部１０４での判定に基づき、駆動ユニット９に作動信号を送出する。駆動ユニット９はサーボ制御部１１からの作動信号に基づき、駆動用電動機７２に駆動停止の信号を送出し、駆動用電動機７２が停止される。
【００４８】
したがって、スクリュー２４の位置を検出した検出結果は、他の処理等により遮断されることはなく、比較部１０２で常時閾値と比較することが可能となり、スクリュー２４の位置検出に時間的な遅れを生じさせることがない。これにより、スクリュー２４を常に正確な位置で停止させ、金型１７に所定量の樹脂の射出を行い、保圧切替に移行させることができる。
【００４９】
更に駆動制御部６は、位置センサ７３から得た検出結果を比較部１０２で閾値と比較し、位置検出値が閾値になるまで、駆動用電動機７２を駆動させる。検出結果が所定位置に達したと判定されたら、それ以降かかる位置を保持して所定時間経過させる。そして、製品が冷却されたら、型締装置１４を作動させ、金型１７を開き製品を取り出す。
【００５０】
このように、射出成形機１０では、スクリュー２４の制御が専用ハードウェアＩＣからなる駆動制御部６での処理で行われるので、位置センサ７３から入力された信号などスクリュー２４の作動に関する信号の処理が、射出成形機１０の他の信号等の処理の後になることがなく、入力された後直ちに駆動制御部６の処理部１３で処理される。
【００５１】
したがって、検出結果と閾値との比較処理に時間的な遅れを生じさせることがなく、処理が迅速に行なわれ、正確にスクリュー２４を作動させることができる。これにより金型内に樹脂を正確に射出し、かつ所定の保圧条件に従って金型１７を保持することができ、ばらつきがなく、正確な樹脂量の射出により高品質の製品を成形することができる。
【００５２】
また、専用ハードウェアＩＣのサンプリング周波数を高くするなど、駆動制御部６の処理速度を速めることにより、閾値と検出結果とを比較する時間当たりの回数を増加させることができ、より正確に位置検出等の処理が可能となり、樹脂の射出量、樹脂にかかる圧力値等を正確に制御できる。
【００５３】
また駆動制御部６の専用ハードウェアＩＣをＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路:Application Specific Integrated Circuit）、あるいはＦＰＧＡ（プログラム可能なＬＳＩ:Field Programmable Gate Alley）等で構成することによりシステムを安価に構築することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、射出成形機における制御に利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
２…制御装置
３…ＣＰＵ
４…主制御部
５…ＲＯＭ
６…駆動制御部
７…ＲＡＭ
８…駆動部
９…駆動ユニット
１０…射出成形機
１１…サーボ制御部
１２…射出装置
１３…処理部
１９…電動機
２１…位置検出センサ
２２…シリンダ
２４…スクリュー
２６…スクリュー回転機構
２８…スクリュー前後進機構
３０…推進機構
３８…駆動用電動機
６２…駆動用電動機
７２…駆動用電動機
７３…位置センサ
８８…信号線
９０…信号線
９２…信号線
１００…記憶部
１０２…比較部
１０４…判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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