同轴往复螺杆式注塑机及其控制方法

摘要

本发明提供一种简化注射机构和计量机构的结构的同轴往复螺杆式注塑机，该注塑机的特征在于包括：用于驱动螺杆的后端侧旋转的计量马达(9)；通过螺母体，将与螺杆一体旋转的螺母体和嵌合在螺母体中的螺旋轴的旋转运动转换成螺杆的直线运动的螺旋机构；用于驱动螺旋轴旋转的注射马达(16)；用于驱动注射马达以使得螺杆的位置随预先设定的位置指令图形变化的注射马达驱动电路；用于驱动计量马达(9)以使得计量马达的旋转随预先设定的速度设定图形变化的计量马达驱动电路；及加减运算电路，其通过在注射马达驱动电路的速度指令信号上加上或减去计量马达驱动电路的速度设定图形信号，补偿在计量马达(9)旋转时产生的螺杆轴向位置的偏移。

说明书

技术领域

本发明涉及一种同轴往复螺杆式注塑机，特别地涉及具有在计量和注射时驱动螺杆旋转并进一步驱动其沿轴向移动的驱动机构的同轴往复螺杆式注塑机。

背景技术

作为一种注塑机，已知的同轴往复螺杆式注塑机，是通过使螺杆一边旋转一边后退地将塑料材料熔融的同时进行计量，接着，再通过停止所述螺杆的旋转并前进，将熔融树脂注射到金属模内进行填充。这种方式的注塑机包括用作驱动所述螺杆旋转的装置的计量马达以及用作注射填充熔融树脂的装置的注射马达，这些马达在轴向上串联地配置(参照专利文献1)。

定量马达例如与连接在螺杆后端的基体相连，注射马达驱动对接到所述基体的螺旋轴旋转，并使该基体在沿螺旋轴的轴向上移动。

而且，在驱动计量马达使螺杆旋转的同时，驱动所述注射马达，并通过驱动螺旋轴，使螺杆一边旋转一边后退，将树脂熔融并进行计量，此外，通过使所述螺旋轴按相反方向旋转，从而通过所述螺旋轴向前方推出螺杆而射出树脂。

图4是用来说明现有技术的同轴往复螺杆式注塑机的控制电路的图。例如，注塑机包括可旋转且可前进后退地配设在加热缸内的螺杆6，驱动螺杆6旋转的计量马达9以及沿前进后退方向驱动所述螺杆6的注射马达16。

使加热缸内的螺杆6逆向旋转(从图示的马达轴端来看是顺时针方向)，从料斗投入的树脂原料(例如热塑性树脂)在加热缸内混合均匀并达到可塑化状态，同时输送到螺杆的前端侧(左侧)，在前端侧蓄积经过计量的熔融树脂。接着，使注射马达16高速正向旋转。此时螺杆6向视图的左侧方向推出而快速前进。由此，通过喷嘴将熔融树脂注射到图中未示出的金属模内。

用于注射马达的编码器57测量注射马达16的旋转位置，用于计量马达的编码器58测量计量马达9的旋转位置。此外，用于注射马达的编码器57是输出旋转位置的绝对值的绝对式编码器，用于计量马达的编码器58是增量式编码器。并且，测压仪49是用于测定施加在螺杆6上的注射压和背压的传感器。

在图4中，xij0是表示螺杆的后退位置的后退位置指令图形信号，vij0是表示螺杆的后退速度的后退速度指令图形信号，bp0是设定施加在螺杆上的背压的背压设定图形信号，vcg0是设定计量用马达的旋转速度的计量马达旋转速度设定图形信号，这些信号例如可从图中未示出的上位控制器提供。

后退位置指令图形信号xij0和螺杆位置信号xijm以螺杆位置信号xijm为反馈信号，在加法器32中产生偏差e1，在该偏差e1下反馈控制注射马达16。

此外，能够利用注射马达16相对基准位置的旋转量求得所述螺杆位置信号xijm。

后退位置指令用的PID控制器33基于所述偏差e1算出螺杆位置的操作量u1，速度运算器34基于所述操作量u1运算出速度指令v1。加法器35将后退速度指令图形信号vij0作为前馈信号对所述速度指令v1进行加法运算获得后退速度控制值v3。最小值选择器36选择背压时速度指令计算值v2和所述后退速度控制值v3中较小的一个值，并将该选择的值作为螺杆后退速度指令vij输出。

伺服放大器38根据所述速度指令vij来控制注射马达16的旋转。注射马达的旋转位置通过伺服放大器38提供给加法器32。

背压设定用的PID控制器44基于在加法器43中用背压设定图形表示的背压bp0和测压仪49测量出来的背压之间的偏差e2，算出操作量u2。速度运算器45基于所述操作量u2运算出背压时速度指令v2，并将运算结果提供给最小值选择器36。由此，即使在背压时速度指令值v2过大而超过螺杆6的后退位置的情况下，也能够阻止超过根据后退位置指令图形xij0而设定的位置的情况发生。

将计量马达旋转速度设定图形信号vcg0提供给伺服放大器47，该伺服放大器47根据所述计量马达旋转速度设定图形信号vcg0驱动控制计量马达9。

专利文献：日本特开平5-345337号公报

所述现有技术的同轴往复螺杆式注塑机中，例如，计量马达与连接在螺杆后端的基体相连，注射马达驱动对接到所述基体的螺旋轴旋转，并使该基体在沿螺旋轴的轴向上移动。

当注射机构和计量机构这样构成对接时，注射机构和计量机构的结构变得复杂。此外，通过螺旋轴和螺旋接合在该螺旋轴上的螺母体螺合而构成注射机构和计量机构，计量时停止注射马达的情况下，所述螺杆会前进或后退。

使用这种机构的电动马达的注塑机，包括用于螺杆前进和后退的注射马达和用于螺杆旋转的计量马达，在成型过程中，需要协调控制这两个电动马达。因此，控制非常复杂而繁琐，难以获得期望的注射速度和压力。特别地在一边旋转螺杆一边进行利用树脂压力后退的可塑化时，很容易超过螺杆的后退位置。

发明内容

本发明鉴于上述问题而完成，本发明提供一种简化了所述注射马达、计量机构及控制电路的结构的同轴往复螺杆式注塑机。

为了解决上述问题，本发明采用以下的手段。

一种同轴往复螺杆式注塑机，通过使加热缸内的螺杆旋转，将作为原料的树脂混合均匀，在使树脂可塑化的同时输送到螺杆前端侧，将经过计量的熔融树脂储存在该前端侧，利用螺杆的前进将所述熔融树脂注射、填充到金属模内，该注塑机包括：配置在所述螺杆后端侧、用于驱动螺杆的后端侧旋转的计量马达；具有并排地安装在螺杆后端侧、与螺杆一体旋转的螺母体和嵌合在该螺母体中的螺旋轴，并通过所述螺母体将驱动该螺旋轴旋转的注射马达的旋转运动转换成螺杆的直线运动的螺旋机构；用于驱动所述注射马达以使得螺杆的位置随预先设定的位置指令图形变化的注射马达驱动电路；用于驱动所述计量马达以使得其旋转随预先设定的速度设定图形变化的计量马达驱动电路；以及加减运算电路，该加减运算电路通过在注射马达驱动电路的速度指令信号上加上或减去所述计量马达驱动电路的速度设定图形信号，补偿螺杆在计量马达旋转时产生的轴向位置的偏移。

本发明的效果如下。

本发明由于具有以上结构，因此能够简化注射机构、计量机构和控制电路的构成。

附图说明

图1是说明一个实施方式的同轴往复螺杆式注塑机的概要的图。

图2是说明控制注射马达和计量马达的驱动的控制电路的图。

图3是说明图2中所示的控制电路中各种控制量的变化的图。

图4是说明现有技术的同轴往复螺杆式注塑机的控制电路的图。

图中：

1-机头架，1a-树脂原料供给孔，2-保持板，3-加热缸，3a-树脂原料供给孔，4-喷嘴，5-带式加热器，6-螺杆，7-连接杆，8-直线运动体，9-计量用内置式马达(计量用内置马达)，10-壳体，11-定子，12-转子，13-套筒，14-轴承，15-旋转连接体，16-注射用内置式马达(注射用内置马达)，17-壳体，18-定子，19-转子，20-套筒，21-滚珠螺旋机构，22-螺旋轴(滚珠螺旋机构的旋转部)，23-螺母体(滚珠螺杆机构的直线运动部)，24-轴承，25-连接件，32-加法器，33-PID运算器，34-速度运算器，35-加法器，36-最小值选择器，37-加法器，38-伺服放大器，43-加法器，44-PID运算器，45-速度运算器，47-伺服放大器，49-测压仪，50，51-乘法器，52-加法器，57，58-编码器。

具体实施方式

下面参照附图说明最佳的实施方式。图1是说明本实施方式的同轴往复螺杆式注塑机的概要的图。在图1(a)中，1是配设在图中未示出的注射单元基盘上的机头架，2是与机头架1相隔预定距离相对地配设在同样在图中未示出的注射单元基盘上的保持板，3是将后端部固定在机头架1上的加热缸，4是安装在加热缸3前端的喷嘴，5是卷绕安装在加热缸3外周的带式加热器，6是配设成可在加热缸3内旋转和前进后退的螺杆，1a和3a是将从图中未示出的机头架落下并为将被供给的树脂原料供给到加热缸3的后端部内而分别穿设在机头架1和加热缸3上的树脂原料供给孔。

此外，7是架设在机头架1和保持板2之间的连接杆，8是在机头架1和保持板2之间可前进后退的、通过直线运动导向件设置在图中未示出的轨道部件上的直线运动体，9是布置在直线运动体8上的计量用的内部中空的内置(built-in)式马达(下文称为计量用内置马达9)，10是计量用内置马达9的壳体，11是固定在壳体10上的、计量用内置马达9的圆筒形定子，12是在定子11内侧可旋转的、计量用内置马达9的圆筒形转子，13是以牢固嵌合等方式固定在转子12的内周面上的套筒，14是为了可旋转地支承套筒13而安装在壳体10和套筒13之间的轴承，15是固定螺杆6的基端部、并被固定在套筒13上的旋转连接体。

此外，16是布置在保持板2上的内部中空的注射用内置式马达(下文称为注射用内置马达16)，17是注射用内置马达16的壳体，18是固定在壳体17上的注射用内置马达16的圆筒形定子，19是在定子18内侧可旋转的注射用内置马达16的圆筒形转子，20是以牢固嵌合等方式固定在转子19的内周面的套筒，图示的是简化的描述，而套筒20通过图中未示出的轴承可旋转地保持在壳体17中。

此外，21是将注射用内置马达16的旋转变换成直线运动的滚珠螺旋机构，22是通过轴承24可旋转地保持在保持板2上的滚珠螺旋机构的螺旋轴(滚珠螺旋机构21的旋转部)，23是螺合在螺旋轴22上、通过螺旋轴22的旋转沿螺旋轴22直线移动且同时其端部直接地或者通过合适的部件固定在计量用内置马达9一侧的套筒13上的滚珠螺旋机构21的螺母体(滚珠螺旋机构21的直线运动部)，25是将注射用内置马达16一侧的套筒20和螺旋轴22的端部连接并固定的连接件。

在本实施方式中，在计量工序中，利用来自控制整个机器(注塑机)的后述控制电路的指令，通过后述的伺服放大器，用旋转速度(转速)反馈控制的方式对计量用内置马达9进行驱动控制，由此，与套筒13以及旋转连接体15结为一体，使螺杆6沿预定方向旋转。一般的计量动作是利用该螺杆6的旋转，通过树脂原料供给孔1a、3a从图中未示出的料斗供给到螺杆6后端侧的树脂原料混合均匀并可塑化，同时利用螺杆6的螺旋输送作用向前输送，，而在本实施方式中，若螺杆6按预定方向旋转，则固定在套筒13上的螺母体23也旋转，由于随着螺杆6的旋转驱动而导致的螺母体23的旋转，从而使螺母体23沿螺旋轴22直线移动。因此，为了消除随着螺杆6的旋转驱动而导致的螺母体23的旋转所引起的螺母体23的直线移动(计量用内置马达9和螺杆6的直线移动)，控制电路通过后述的伺服驱动器38，使用以注射用内置马达16的设定背压作为目标值的压力反馈控制进行驱动控制，由此，可将施加给螺杆6的背压保持在预定压力，同时随着熔融树脂送入螺杆6的前端侧，通过适当地控制使螺杆6后退。例如，通过使计量用内置马达9在每单位时间转10圈时，使注射用内置马达16在每单位时间转9.9圈，取消了随着螺杆6的旋转驱动而导致的螺母体23旋转所引起的螺母体23的直线移动，同时实现对向螺杆6施加预定的背压的控制。于是，在螺杆6的前端侧储存了一次注射量的熔融树脂时，停止由于计量用内置马达9导致的螺杆6的旋转驱动。

另一方面，在注射填充工序中，在完成计量后的合适的时机，利用来自后述控制电路的指令、通过后述的伺服驱动器38、以速度反馈控制的方式驱动控制注射用内置马达16，由此，注射用内置马达16的旋转通过滚珠螺旋机构21变换成直线运动，该直线移动通过前述的直线运动传递系统传递给螺杆6，由于螺杆6被快速地向前驱动，因此储存在螺杆6前端侧的熔融树脂注射填充到合模状态的图中未示出的金属模的腔内，就实施了一次注射工序。在紧接着一次注射工序的保持压力工序中，利用来自控制电路的指令、通过伺服驱动器38、以图中未示出的压力反馈控制来驱动控制注射用内置马达16，由此，将设定的保持压力从螺杆6施加给图中未示出的金属模内的树脂。

图1(b)是说明在注射树脂时、计量时以及在注射后退(反吸)时，计量马达9和注射马达16的驱动方向的图。

如图1(b)所示，(1)注射时仅使注射马达16逆向旋转(从马达安装面看为顺时针方向)。由此，快速地向左驱动螺杆6。(2)计量时(对树脂原料可塑化计量时：也称为可塑化时)，使计量马达9正向旋转(从马达安装面看为逆时针方向)。由此在加热缸内混合均匀的经过可塑化的树脂被输送到螺杆前端侧(左侧)，并在所述前端侧蓄积经过计量的熔融树脂。

然而，如上所述，利用所述计量马达9驱动螺杆6正向(从图示的箭头方向来看为逆时针方向)旋转时，与螺杆6相结合的螺母体也正向(从图示的箭头方向来看为逆时针方向)旋转。此时若用于驱动与螺母体螺合的螺旋轴22旋转的注射用马达16已经停止，则所述螺母体以及与其相结合的螺杆6向图中的右方移动。

为了取消这种移动，最好是使所述注射马达16和计量马达9沿同一方向(逆向旋转方向)仅旋转驱动相同的量。此外，注射用马达16的旋转量设定成也仅比计量马达9的旋转量稍小，从而可以使螺杆6缓慢向右移动，对螺杆施加最适合的背压。(3)注射后退时，在计量马达9的驱动被停止的状态下，正向驱动注射用马达16，向图的右方驱动螺杆6。由此，能够抑制喷嘴4的树脂泄露。

图2是说明控制注射马达16和计量马达9的驱动的控制电路的图。图2中，xij0是表示螺杆的后退位置的后退位置指令图形信号，vij0是表示螺杆的后退速度的后退速度指令图形信号，bp0是设定施加在螺杆上的背压的背压设定图形信号，vcg0是设定计量用马达的旋转速度的计量马达旋转速度设定图形信号，这些信号例如从图中未示出的上位控制机提供。

后退位置指令图形信号xij0和在后述的加法器52中运算的螺杆位置信号xijm，以螺杆位置信号xijm为反馈信号，在加法器32中产生偏差e1，基于该偏差e1对注射马达16进行反馈控制。

此外，所述螺杆位置信号xijm，可以利用相对注射马达16的基准位置的旋转量(旋转角的绝对值)和相对计量马达9的基准位置的旋转量(旋转角的绝对值)之差(在两个马达的旋转方向一致的情况下)或者之和(在两个马达的旋转方向不一致的情况下)求得。此外，所述和或差的运算，可以通过改变乘法器51的系数进行。

后退位置指令用的PID运算器33基于所述偏差e1算出螺杆位置的操作量u1，速度运算器34基于所述操作量u1运算速度指令v1。加法器35将后退速度指令图形信号vij0作为前馈信号vff对所述速度指令v1进行加法运算获得后退速度控制值v3。最小值选择器36选择后述的背压时速度指令计算值v2和所述后退速度控制值v3中较小的一个值，并将该选择的值作为螺杆后退速度指令v4输出。

加法器37在所述螺杆后退速度指令值v4上加上(在两个马达的旋转方向不一致的情况下)或减去(在两个马达的旋转方向一致的情况下)计量马达旋转速度设定图形信号vcg0(旋转补正信号v5)，并将运算结果作为速度指令vij提供给伺服放大器38。伺服放大器38根据所述速度指令vij控制注射马达16的旋转。注射马达16的旋转位置可通过安装在该注射用马达16上的编码器来测量，由伺服放大器38提供给加法器52。

背压设定用PID控制器44基于加法器43中用背压设定图形表示的背压bp0和测压仪49测量的背压之间的偏差e2算出操作量u2。速度运算器45基于所述操作量u2运算背压时速度指令v2，并将运算结果提供给最小值选择器36。由此，即使在背压时速度指令值v2过大而超过螺杆6的后退位置的情况下，也能够阻止超过根据后退位置指令xij而设定的位置的情况发生。

将计量马达旋转速度设定图形信号vcg0提供给伺服放大器47，该伺服放大器47根据所述计量马达旋转速度设定图形信号vcg0驱动控制计量马达9。

如上所述，计量马达旋转速度设定图形信号vcg0作为旋转补正信号v5向加法器37提供计量马达的旋转导致的螺杆6的后退位置。也就是说，通过在注射马达16的旋转速度的指令值(螺杆后退速度指令值v4)上，加上(在两个马达的旋转方向不一致的情况下)或减去(在两个马达的旋转方向一致的情况下)计量马达9的旋转速度设定图形信号vcg0(旋转补正信号v5)，对于针对注射马达用伺服放大器38的速度指令vij增加预先的补正。因此，相应于计量马达旋转导致的螺杆6的后退位置的变化，能够将针对注射马达用伺服放大器38的速度指令vij快速输出。

图3是说明在图2中所示的控制电路中各种控制量的变化的图。图中，(a)是螺杆位置xij0，(b)是螺杆后退速度控制值v3和螺杆后退速度指令值v4，(c)是注射速度指令vij和计量马达旋转速度设定图形信号(旋转方向补正后的值)v5，(d)是背压设定图形信号bp0，(e)是计量马达旋转速指令vcg0。

如图3(b)所示，将从后退位置指令图形xij0和后退速度指令图形vij0计算出来的螺杆后退速度控制值v3和从背压设定图形bp0计算出来的背压时速度指令计算值v2中较小的一个值作为螺杆后退速度指令v4。

此外，如图3(c)所示，在所述后退速度指令v4上加上计量马达旋转速度设定图形信号的旋转方向补正值v5，生成注射马达用伺服放大器的速度指令vij。

如上所述，根据本实施方式，如图1所示，能够一体地形成使用同轴往复螺杆的计量机构和注射机构。因此，能够形成紧凑、低成本的计量机构和注射机构。此外，一体地形成注射机构和计量机构，则虽然在这些机构间产生动作上的干涉，但是通过在控制电路上作出变更(例如在图2中示出的加法器52、37)，能够消除这些干涉。也就是说，本实施方式通过将注射机构和计量机构一体化减少了成本，同时能够通过在控制电路上作出变更而抵消由于一体化而产生的控制的复杂化。