JP5581082B2 - 往復動装置、およびそれを用いた成形機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば金型の押出しピンなどを、予め設定された突き出し位置に常に正確に突き出し、かつ高速で所定回数往復動させることができる成形機などに関する。

射出成形機は、シリンダ内にスクリュを具えた射出装置と、金型を開閉させる型締装置などから構成されており、射出装置のシリンダ内でスクリュを回転および前後進させ、溶融樹脂を金型内に射出して製品を成形する。

型締装置は、製品の成形に合わせて金型を開閉および型締めする型締機構とともに、製品を金型から押出す押出し機構を備えている。押出し機構は、通常駆動機構と駆動機構で往復動される押出しプレートを有し、金型内部に設けられた押出しピンに押出しプレートを介して連結している。

そして型締機構により金型が型開きされた後、押出し機構は、押出しプレートを作動させて押出しピンを金型から突出させ、製品を金型から押し出すなどして製品箱等に落下させている。近年押出し機構は、押出しプレートを電動モータ、特にサーボモータを用いて駆動させる例が広く知られている。

一方射出成形においては、製品の成形時間を短縮させることが望まれている。かかる観点から、押出しピン（突き出し部材）を高速で作動させる発明が特開平１０−２８６８５７号公報などに記載されている。

上記発明は、成形機のエジェクタ制御方法にかかり、最終的に押出しピンが後退する工程のみ正確に位置制御させ、その他の工程では、押出しピンを前進限位置で停止させず、また突き出し部材の速度特性を、最終の突き出し部材における速度特性線より急峻にする旨の記載が見られる。上記発明はこのようにして、押出しピンを正確に位置決めせず、押出しピンの高速化を実現させたものと思量される。

特開平１０−２８６８５７号公報

しかしながら、射出成形機が成形する製品は、押出しピンの突き出し位置を正確に設定する必要のない製品のみでなく、正確な位置に押出しピンを作動させることを必要とする製品も含まれる。上記発明は、押出しピンの突き出し位置にばらつきがあっても支障が生じない製品の場合には対応可能であるが、押出しピンの突き出し位置を正確に設定する必要がある製品には、必ずしも適確に対応することができないおそれがある。

一方押出しピンの突き出し位置を正確に制御させる必要がある製品の成形においても、押出しピンを高速で往復動作させ、製品の成形時間を短縮させることが求められている。

本発明は、例えば射出成形機における金型の押出しピンなどの往復動部材を、常に正確な位置で折返しさせ、かつ高速に往復動作をさせる往復動装置、およびそれを備えた成形機を提供することを目的とする。

往復動部材を往復動自在に設ける。サーボモータを往復動部材の駆動源として設ける。

往復動部材を駆動させる駆動装置は、入力装置と、制御装置を備えている。入力装置を介してオペレータなどが、希望する往復動部材の前進限位置、往復動回数、往復動作の動作パターンなどを入力する。制御装置は、演算手段を具えている。演算手段は、入力された値から、サーボモータの作動切替え位置を演算する。

具体的には、演算手段は、オペレータなどから入力された値から、まず折返し位置の行き過ぎ量を減算した修正折返し位置の値を求める。次に修正折返し位置を用いて、サーボモータを作動させたときの往復動部材の速度を演算で求める。そして求められた往復動部材の速度曲線から、本来希望する折返し位置から往復動部材の速度が０になるまで速度を積分し、移動量Ｐ４を求める。更に、往復動部材が往のみと仮定して、本来希望する折返し位置から速度が無限遠で収束すると仮定した速度曲線を用い、本来希望する折返し位置から無限遠まで速度を積分し、移動量Ｐ５を求める。

移動量Ｐ５とＰ４が求められたら、Ｐ５からＰ４を減算し、未到達量Ｐｉ、すなわち遅れ量を求める。未到達量Ｐｉが求められたら、上記行き過ぎ分を考慮して算出された修正折返し位置の値に未到達量Ｐｉを加算する。未到達量Ｐｉを加算した目標折返し位置を用いて、サーボモータの作動切替え位置を演算する。駆動装置は、演算された作動切替え位置でサーボモータを駆動させて、例えば押出しピンなど往復動部材を作動させる。

成形機は、金型に設けられた押出しピンを、往復動自在に設けられた往復動部材として具え、サーボモータを駆動源として押出しピンを作動させる。

本発明の往復動装置では、往復動部材の前進限位置の値、往復動回数、速度パターンなどが入力されると、それらの値に従ってサーボモータの作動切替え位置が修正され、修正された切り替え位置に従って往復動部材が往復駆動される。

具体的には、オペレータから入力された値に従ってサーボモータを作動させた場合、往復動部材などが有する慣性によって、往復動部材はオペレータが入力した所定の折返し位置を行き過ぎた位置で折り返すこととなる。制御装置は、サーボモータの作動切り替え位置を、入力された値から定められた位置より、予め往復動部材の行き過ぎ分を考慮して手前に設定する。一方、単に折返し位置を手前に修正した位置でサーボモータを作動させると、往復動部材は、希望する本来の折返し位置より手前で折り返しを行い、往復動部材の突き出し量が短縮されることがある。

そこで制御機構は、従来求められた駆動装置の作動切替え位置で作動した場合の往復動部材の折返し位置に未到達量を加算した、目標折返し位置を用いて、サーボモータの作動切替え位置を演算する。そのため、往復動部材に到達量不足を発生させることなく、往復動部材を高速で、かつ常に所望の折返し位置で折り返す往復動作を行わせることができる。

これにより、例えば金型の押出しピンを正確に、かつ高速に複数回往復動させることができ、製品を支障なく、迅速に金型から離脱させ、成形所要時間の短い成形機を提供できる。

本発明にかかる往復動装置を備えた成形機の型締め装置の一実施形態を示す断面図である。 突出ピンの移動量を示すグラフである。 制御装置を示すブロック図である。 押出しピンの速度を示す線図である。 移動量Ｐ４を示す線図である。 移動量Ｐ５を示す線図である。 押出しピンが移動した状態の型締め装置の一実施形態を示す断面図である。 射出成形機を示す斜視図である。

本発明にかかる往復動装置の一実施形態について、往復動装置を備えた成形機を例にして説明する。図８に、成形機としての射出成形機１０を示す。

射出成形機１０は、ベース２２と、ベース２２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、表示手段１６と入力手段１８が設けられている。

ベース２２は、ほぼ直方体で、ベース２２の上面には第１レール２４が設けられている。第１レール２４は、ベース２２の長手方向に沿って設けられ、第１レール２４上に射出装置１２が移動自在に載置されている。ベース２２の左側部分には、型締装置１４が射出装置１２に対向して設けられている。

射出装置１２は、内部にスクリュー（図示せず。）を具えたシリンダ２０と、スクリューを軸周りに回転させたり、軸方向に前後進させる駆動機構（図示せず。）と、ホッパー２６などを備えて構成されている。

射出装置１２は、シリンダ２０内で樹脂を溶融させ、駆動機構によりスクリューを前進させて、型締装置１４に組みつけられている金型３０のキャビティ内にシリンダ２０から射出する。尚、射出装置１２及び型締装置１４はそれぞれ外方にカバーを有し、図８にはカバーで覆われた状態が示してある。

型締装置１４は型締機構を備え、型締機構（図示せず。）に組み付けられた金型３０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、適宜設けられた圧力検出センサや位置検出センサ類で、開閉作動時の圧力や開閉状態などが検出される。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。

金型３０は、図１に示すように固定金型３２と、可動金型３４から形成されている。固定金型３２は、型締機構の固定ダイプレート３６に取り付けられ、可動金型３４は、型締機構の可動ダイプレート３８に取り付けられている。

可動金型３４は、可動金型本体部４０と突出しプレート４２から構成されている。可動金型本体部４０は、製品の型が形成されている。突出しプレート４２は、往復動部材としての突出ピン４４を有し、可動金型本体部４０に対して図の左右方向に移動自在に設けられている。突出ピン４４は、可動金型本体部４０を摺動自在に貫通して設けられ、突出しプレート４２の移動に伴って、可動金型本体部４０から前後進する。図中４６は、金型３０により成形された製品である。

型締装置１４はまた、押出し機構５０を備えている。押出し機構５０は、送りねじ機構５２と、押出し板５４と、送りねじ機構５２を駆動するサーボモータ５６などから構成されている。送りねじ機構５２は、送りねじ５８と送りねじ５８に螺合する作動部６０から形成され、送りねじ５８の回転により作動部６０が前後進（図において左右方向）する。押出し板５４は、作動部６０に固定されている。

押出し板５４は、作動棒６２を具えている。作動棒６２は、可動ダイプレート３８を摺動自在に貫通し、その先端が突出しプレート４２に連結されている。サーボモータ５６は、制御装置７０が接続され、その回転軸にはタイミングベルト６４を介して送りねじ機構５２の送りねじ５８に連結されている。

次に、制御装置７０について説明する。

制御装置７０を、図１の下部に示す。制御装置７０は図に示すように、ヒューマンマシンインターフェイス（ＨＭＩ）７２、記憶・演算部７４、駆動用アンプ７６、センサ入力部７８、制御出力部８０などから構成されている。

ＨＭＩ７２には、キーボードその他の入力装置が接続され、オペレータから各種値が入力される。記憶・演算部７４は、各種速度パターンなどを記憶しているとともにＨＭＩ７２を介して入力された各種値を記憶し、また要求に応じて各種値を制御出力部８０など送り出す。

また記憶・演算部７４は、基本的な機能の他に、図３に示すように、各種条件から突出ピン４４の折返し位置を算出する折返し位置算出部８２と、サーボモータ５６の動作切替位置を算出する動作切替位置算出部８４と、折返し位置算出部８２で算出された折返し算出位置と希望折返し位置との差、つまり未到達量を求める未到達量算出部８６と、入力された折返し位置に未到達量を加算して折返し目標位置を算出する折返し目標位置算出部８８と、折返し目標位置に基づいてサーボモータ５６の作動切替え位置を修正する修正位置算出部９０と、を備えて構成されている。

折返し位置とは、往、あるいは復の方向に移動してきた突出ピン４４が、移動方向を変更して逆方向に進行を開始する切り替え位置をいう。突出ピン４４は、作動中連続して、２つの作動切替え位置で移動方向を切り替え、その間を往復動する。

折返し位置算出部８２は、入力装置からオペレータが入力した希望作動情報で作動させたときの突出ピン４４の折り返し位置を算出する。動作切替位置算出部８４は、折返し位置算出部８２が算出した折返し算出位置等に基づいて、サーボモータ５６の動作を切り替える動作切替位置を算出する。動作切替位置算出部８４は、突出ピン４４が、入力された折り返し位置より折り返し位置が手前になるように、サーボモータ５６の切り替え位置を算出する。

未到達量算出部８６は、動作切替位置算出部８４が算出した切替え位置でサーボモータ５６を作動させたとき、折返し位置算出部８２が算出する折返し算出位置と入力された折返し位置から、未到達量を算出する。折返し目標位置算出部８８は、入力された折返し位置に、未到達量算出部８６が算出した未到達量を加算し、折返し目標位置を算出する。

修正位置算出部９０は、折返し目標位置算出部８８が算出した折返し目標位置で突出ピン４４を折返すための、サーボモータ５６の切替え位置を算出する。

図２に、入力装置を介して入力された折返し位置と、未到達量と、修正された切替え目標位置でサーボモータ５６を作動させたときの突出ピン４４の折返し位置との関係を示す。実線で示すグラフＡは、修正位置算出部９０で修正された切替え位置でサーボモータ５６を切替えたときの突出ピン４４の軌跡を示す。これに対して、点線で示すグラフＢは、動作切替位置算出部８４で算出された切替え位置でサーボモータ５６を作動させたときの突出ピン４４の軌跡である。

次に未到達量の算出方法について説明する。
図４に、サーボモータ５６への作動信号Ｃとそのときの突出ピン４４の先端の速度Ｄを示す。作動信号Ｃは、動作切替位置算出部８４が算出した切替え位置に基づくものである。速度Ｄは、作動信号Ｃにより作動した突出ピン４４の速度である。作動信号Ｃは、台形状で、速度Ｄは、作動信号Ｃよりねサーボ系の遅れにより若干遅れていることがわかる。

図５に、作動信号Ｃが０になった時ｔ４から速度Ｄが０になった時ｔ５までの速度Ｄの状態を示す。ｔ４の時点での速度Ｄの値は、Ｖ３である。Ｐ４は、速度Ｄをｔ４からｔ５まで積分した値である。

図６に、ｔ４の時点での速度Ｄの値Ｖ３から、速度を無限遠で０に収束させたときの速度Ｅを示す。Ｐ５は、速度Ｅをｔ４から無限遠まで積分した値である。未到達量Ｐｉは、Ｐ５−Ｐ４で求める。

次に、制御装置７０の作用、および射出成形機１０の作動について説明する。

まず入力装置から、速度情報としての先端限位置、速度パターン情報等がオペレータ等から入力される。折返し位置算出部８２および動作切替位置算出部８４が、折返し位置、および動作切替位置をそれぞれ算出し、更にそれらの値に基づいて未到達量算出部８６が、未到達量Ｐｉを算出する。次に、未到達量Ｐｉに基づき折返し目標位置算出部８８が折返し目標位置を算出する。そして算出された折返し目標位置に基づき、修正位置算出部９０がサーボモータ５６の作動切替え位置を算出し、作動切替え位置に従ってサーボモータ５６を作動させる。

したがって、サーボモータ５６は、修正された作動切替え位置に到達したと判断されたら作動が切替えられるので、予め算出された未到達量を補填した位置で突出ピン４４の移動方向が折返しされ、復動作が開始される。したがって、希望する本来の折返し位置で突出ピン４４が折り返される。

そして、上述したと同様に、復動作においても同様に切替え位置に達したか否かが判断され、切替え位置にサーボモータ５６が達したと判断されたら作動が切替えられ、突出ピン４４が折り返される。

これにより、突出ピン４４は、修正された折返し目標位置で折返しして往復動作を行なうこととなり、突出ピン４４が、所定の折返し位置で折返しされ、正確に移動する突出ピン４４により金型３０内から製品が押し出され、短い成形時間で、正確に製品を成形することが可能となる。

更に、サーボモータ５６は、予め算出された切替え位置で切り替え動作がなされるので、従来のように位置をフィードバックさせて速度を収束させるなどの制御が不要となり、迅速に作動させることが可能となり、成形を高速で行わせることが可能となる。

本発明は、射出成形機の押出しピンなど、往復動する部材に用いることができる。

１０…射出成形機
１４…型締装置
１８…入力手段
３０…金型
３２…固定金型
３４…可動金型
４０…可動金型本体部
４２…突出しプレート
４４…突出ピン
５０…押出し機構
５２…送りねじ機構
５４…押出し板
５６…サーボモータ
６０…作動部
６２…作動棒
７０…制御装置
７２…ＨＭＩ
７４…記憶・演算部
７６…駆動用アンプ
７８…センサ入力部
８０…制御出力部
８２…折返し位置算出部
８４…動作切替位置算出部
８６…未到達量算出部
８８…折返し目標位置算出部
９０…修正位置算出部

Claims (3)

1. 往復動自在に設けられた往復動部材と、
   サーボモータ、およびボールねじ機構を備え、前記ボールねじ機構により前記サーボモータの回転を直線運動に変換し、前記往復動部材を往復動させる駆動機構と、
   前記往復動部材の速度情報と折返し位置とを入力する入力装置と、を備えた往復動装置であり、
   前記入力装置に入力された速度情報から、前記往復動部材の折返し位置を算出する折返し位置算出部と、
   前記折返し位置算出部の算出結果に基づいて、前記往復動部材の折返し位置が前記入力された折返し位置の手前となる前記駆動機構の作動切替位置を算出する動作切替位置算出部と、
   前記折返し位置算出部で算出された前記往復動部材の折返し位置と、前記入力装置から入力された折返し位置との差を、未到達量として求める未到達量算出部と、
   前記未到達量算出部が算出した未到達量を、前記入力された折返し位置に加算し、折返し目標位置を求める折返し目標位置算出部と、
   前記折返し目標位置算出部が算出した折返し目標位置で前記往復動部材が折り返すように、前記駆動機構の作動切替え位置を算出する修正位置算出部とを備え、前記駆動機構を作動させることを特徴とした往復動装置。
2. 往復動自在に設けられた往復動部材と、
   サーボモータ、およびボールねじ機構を備え、前記ボールねじ機構により前記サーボモータの回転を直線運動に変換し、前記往復動部材を往復動させる駆動機構と、
   前記往復動部材の速度情報と折返し位置とを入力する入力装置と、を備えた往復動装置の制御方法であり、
   前記入力装置に入力された速度情報から、折返し位置算出部で前記往復動部材の折返し位置を算出し、
   前記折返し位置算出部の算出結果に基づいて、前記往復動部材の折返し位置が前記入力された折返し位置の手前となる前記駆動機構の作動切替位置を動作切替位置算出部で算出し、
   前記折返し位置算出部で算出された前記往復動部材の折返し位置と、前記入力装置から入力された折返し位置との差を、未到達量として未到達量算出部で求め、
   前記未到達量算出部が算出した未到達量を、前記入力された折返し位置に加算し、折返し目標位置を折返し目標位置算出部で求め、
   前記折返し目標位置算出部が算出した折返し目標位置で前記往復動部材が折り返すように、前記駆動機構の作動切替え位置を修正位置算出部で算出することを特徴とした往復動装置の制御方法。
3. 溶融樹脂を射出する射出機と、金型を開閉動させる開閉機構とを備えた射出成形機であり、
   請求項１に記載の往復動装置は、前記金型から製品を押出す押出し機構であり、
   前記往復動部材は、前記金型に設けられた押出しピンであり、
   前記駆動機構は、前記押出しピンに連結されたサーボモータであることを特徴とした射出成形機。

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