(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0004659281.tif 000002
【図２】
0004659281.tif 000003
【図３】
0004659281.tif 000004
【図４】
0004659281.tif 000005