JP2007130978A - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、溶融樹脂の負荷状態に基づいて、射出モータの出力を制御する制御器のゲインを変化させることのできる射出成形機の制御方法を提供することを課題とする。
【解決手段】射出部材２３により溶融樹脂を押圧して金型に注入する際、射出部材２３を駆動する射出モータ２９の負荷状態を検出する。検出した負荷状態に基づいて、射出モータの制御器の利得を可変制御する。射出モータ２９の負荷状態は、射出モータ２９に供給される電流値としてもよい。検出した負荷状態に基づいて、溶融樹脂の負荷状態を負荷推定器により演算して負荷推定量を求め、負荷推定量に基づいて射出モータ２９の制御器の利得を可変制御してもよい。
【選択図】図４

Description

本発明は射出成形機の制御方法に係わり、特に射出部材を駆動する駆動部のゲインを制御して射出部材の駆動状態を制御する電動射出成形機の制御方法に関する。

樹脂製品を形成する技術として、固体の樹脂を溶融して型に注入する成形方法が広く用いられている。成形機の中で、樹脂を溶融して金型に射出して成形を行う、いわゆる射出成形機が広く用いられている。

射出成形機では、一般的に、ペレット状の樹脂を加熱シリンダ内で溶融し、加熱シリンダのノズルから金型に溶融樹脂を射出する。加熱シリンダ内には回転可能なスクリュが設けられ、加熱シリンダ内に供給された樹脂は、加熱シリンダからの熱とスクリュの回転により発生する樹脂のせん断力による熱とにより溶融される。溶融して加熱シリンダの先端部に蓄えられた樹脂は、スクリュが前進することにより加熱シリンダの先端のノズルから射出される。

上述のようにスクリュを前進させて溶融樹脂を金型のキャビティ内に充填する際に、溶融樹脂の圧力を制御する必要がある。溶融樹脂の圧力として溶融樹脂によりスクリュに加わる樹脂背圧をロードセルによって検出し、樹脂背圧の検出値に基づいてスクリュを駆動する射出モータの出力を制御することが行われている。また、射出モータの回転をエンコーダにより検出してスクリュの移動量に換算しスクリュの位置や移動速度を割り出して、スクリュ位置や移動速度に基づいて射出モータの出力を制御することも行われている。

樹脂充填工程において、溶融樹脂が金型のキャビティに充満した後に樹脂に圧力を加える段階では、スクリュの前進運動の制御は、速度制御から圧力制御に切り替えることが一般的である。すなわち、溶融樹脂をキャビティに充填している間は溶融樹脂の圧力は低く且つ圧力上昇は小さいため、スクリュの前進速度を検出して射出モータの電流値を調整することによりスクリュの駆動を制御する制御することができる。しかし、一旦溶融樹脂がキャビティ内に充満すると、圧力は急激に上昇し始めて速度制御では対応しきれなくなる。このため、樹脂充填工程の最終段階において、樹脂背圧の検出値に基づく圧力制御に切り替えることが行われる。これは、Ｖ（速度）−Ｐ（圧力）切替えと称されており、Ｖ−Ｐ切替えを精度のよいタイミングで実行できるか否かは成形品の品質を左右することとなる。

以上のように、溶融樹脂の状態に応じて変化するスクリュへの負荷に基づいて制御ゲインの最適な値を求めることは、成形品の品質を確保する上で重要な要素となる。

従来、電動射出成形機の圧力制御において、圧力制御系のゲインを成形状態に応じて変更することにより、発振することのない安定性を保ちつつ制御ゲインをできるだけ大きくして応答性・追従性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第２９１３２３３２号

従来の樹脂射出工程における制御ゲインの制御や、Ｖ−Ｐ切替えのタイミングなどは、成形機の操作者の経験や、それまでの実績に基づいて、事前に設定されていた。しかし、このようなゲインの制御では、スクリュの位置や速度、あるいは樹脂の温度により変動する溶融樹脂の負荷変動をスクリュの駆動制御に反映することはできず、精度のよい制御ではなかった。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、溶融樹脂の負荷状態に基づいて、射出モータの出力を制御する制御器のゲインを変化させることのできる射出成形機の制御方法を提供することを課題とする。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、射出部材により溶融樹脂を押圧して金型に注入する射出成形機の制御方法であって、該射出部材を駆動する射出モータの負荷状態を検出し、検出した負荷状態に基づいて、前記射出モータの制御器の利得を可変制御することを特徴とする射出成形機の制御方法が提供される。

上述の射出成形機の制御方法において、前記射出モータの負荷状態は、前記モータに供給される電流値（すなわちトルク値）であることが好ましい。また、検出した前記射出モータの負荷状態に基づいて、前記射出部材により押圧されている溶融樹脂の負荷状態を負荷推定器により演算して負荷推定量を求め、該負荷推定量に基づいて、前記射出モータの制御器の利得を可変制御することが好ましい。また、前記溶融樹脂の負荷状態として前記溶融樹脂の圧力を、前記射出部材の駆動力と前記射出部材に作用する機械摩擦力とに基づいて演算し、演算により求めた該圧力に対応して、前記制御器の利得を変化させることとしてもよい。

また、本発明による射出成形機の制御方法において、前記制御器の利得の可変制御は、前記射出部材の速度制御中に行われることとしてもよく、前記射出部材の圧力制御中に行われることとしてもよい。さらに、本発明による射出成形機の制御方法において、検出した前記射出部材の負荷状態に基づいて、前記射出部材の駆動を速度制御と圧力制御との間で切替えることとしてもよい。また、前記射出モータに関するトルク指令値及び電流フィードバック値の少なくとも一方の周波数を検出し、検出した周波数に基づいて前記負荷状態を推定することとしてもよい。

上述の本発明によれば、溶融樹脂の負荷状態に基づいて、射出モータの出力を制御する制御器のゲインを射出モータ負荷状態に基づいて負荷推定器で演算により求めることで、負荷状態に適した制御ゲインを実現でき、より安定した射出速度樹脂圧制御を可能にすることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明が適用される成形機の概要を説明する。図１は本発明が適用される成形機の一例としてのスクリュ式電動射出成形機の全体構成を示す側面図である。なお、本発明が適用可能な射出成形機は図１に示すようなスクリュ式に限ることなく、後述のようにトピードを用いて樹脂を溶融する形式の射出成形機であってもよい。
図１に示す電動射出成形機は、フレーム１０と、フレーム１０上に配置された射出装置２０及び型締装置５０とから構成される。
射出装置２０は、加熱シリンダ２１を備え、加熱シリンダ２１にはホッパ２２が設けられる。加熱シリンダ２１の外周には、加熱シリンダ２１を加熱するためのヒータ２１ａが設けられている。加熱シリンダ２１内にはスクリュ２３が進退自在かつ回転自在に設けられる。スクリュ２３の後端は可動支持部２４によって回転自在に支持される。可動支持部２４にはサーボモータ等の計量モータ２５が駆動部として取り付けられる。計量モータ２５の回転は出力軸３１に取り付けられたタイミングベルト２６を介して被駆動部の射出部材としてのスクリュ２３に伝達される。出力軸３１の後端には回転検出器３２が接続されている。回転検出器３２は、計量モータ２５の回転数又は回転量を検出することで、スクリュ２３の回転速度を検出する。
射出装置２０は、スクリュ２３に平行なねじ軸２７を有する。射出モータ２９を駆動し、タイミングベルト２８を介してねじ軸２７を回転させると、ねじ軸２７に固定された可動支持部２４は前後進する。その結果、被駆動部のスクリュ２３を前後移動させることができる。射出モータ２９の出力軸３３の後端に接続された位置検出器３４は、射出モータ２９の回転数又は回転量を検出することで、スクリュ２３の駆動状態を示すスクリュ２３の位置を検出する。また、可動支持部２４には、スクリュ２３に加えられた樹脂の圧力を検出するための圧力検出装置としてのロードセル３５が備えられている。

射出装置２０は、射出装置２０を駆動してノズルタッチ圧を印加する駆動機構として可塑化移動装置４０を備えている。したがって、加熱シリンダ２１を含む射出装置２０は、射出成形機のフレーム１０上で水平に移動することができる。上述の可塑化移動装置４０を駆動することにより、所定のタイミングで射出装置２０を前進させて加熱シリンダ２１のノズルを固定金型５３に当接させ、ノズルタッチを行う。

計量モータ２５と、回転検出器３２と、ヒータ２１ａと、ロードセル３５とは、制御部４５に接続される。制御部４５には、後述する状態推定器として機能する演算部４６が設けられる。演算部４６には、計量モータ２５の入力電流値を示す信号と、計量モータの回転速度を表す信号が入力される。また、制御部４５は、計量モータ２５、回転検出器３２、ヒータ２１ａ、及びロードセル３５からの入力信号や検出信号に基づいて後述の制御を行う。制御部は単独で設けられてもよいし、射出成形機全体の制御を司る制御部の一部として設けられてもよい。

型締装置５０は、可動金型５１が取り付けられる可動プラテン５２と、固定金型５３が取り付けられる固定プラテン５４とを有する。固定プラテン５４はその下端部がフレーム１０に対して固定されている。可動プラテン５２と固定プラテン５４とは、タイバー５５によって連結される。可動プラテン５２はタイバー５５に沿って摺動可能である。また、型締装置５０は、一端が可動プラテン５２と連結し他端がトグルサポート５６と連結するトグル機構５７を有する。トグルサポート５６の中央部において、ボールねじ軸５９が回転自在に支持される。

ボールねじ軸５９には、トグル機構５７に設けられたクロスヘッド６０に形成されたナット６１が係合している。また、ボールねじ軸５９の後端にはプーリー６２が設けられ、サーボモータ等の型締モータ５８の出力軸６３とプーリー６２との間には、タイミングベルト６４が設けられている。また、型締モータ５８の出力軸６３の後端には、型締モータ５８の回転数又は回転量を検出する位置検出器６５が接続されている。
型締装置５０において、駆動部である型締モータ５８を駆動すると、型締モータ５８の回転がタイミングベルト６４を介してボールねじ軸５９に伝達される。そして、ボールねじ軸５９及びナット６１によって、回転運動から直線運動に変換され、トグル機構５７が作動する。トグル機構５７の作動により、可動プラテン５２はタイバー５５に沿って移動し、型閉じ、型締め及び型開きが行なわれる。

上述のような構成の射出成形機において、加熱シリンダ２１内でスクリュ２３を回転させることにより、ホッパ２２から供給される成形材料である樹脂ペレットを溶融させる。溶融した樹脂はスクリュ２３の先端に蓄えられ、加熱シリンダ２１の先端のノズルから射出される。樹脂ペレットを溶融する際、加熱シリンダ２１に設けられたヒータ（図示せず）により加熱シリンダ２１は加熱される。したがって、ヒータで発生した熱は加熱シリンダ２１を介して内部の樹脂に供給される。この熱エネルギは、樹脂を溶融するための熱エネルギの一部となる。

一方、加熱シリンダ２１に供給された樹脂ペレットは、スクリュ２３の回転に伴い圧縮されながら移動する。その際、スクリュ２３の回転により樹脂にはせん断力が作用し、樹脂は発熱して溶融する。加熱シリンダ２１内で樹脂が溶融するための熱エネルギは、上述のヒータから与えられる熱エネルギと、スクリュの回転によるせん断力により与えられる熱エネルギとの和になる。

図１に示す射出装置は、伝達関数Ｇ（ｓ）を用いた機械系モデルとして表すことができる。図２は本発明が適用される射出成形機の射出装置の機械系モデルを示す図である。

射出装置の機械系には、射出部材であるスクリュと、スクリュを前後駆動する駆動部としての射出モータと、スクリュの位置を検出するエンコーダなどが含まれる。

図２に示す機械系モデルにおいて、モータ伝達モデルは射出モータを表している。モータ伝達モデルにおいて、Ｋ_ｍはモータ電圧電流変換定数であり、Ｔ_ｍはモータ時定数である。また、Ｋ_Ｔはモータトルク定数である。Ｋ_ｍ／（Ｔ_ｍ・ｓ＋１）によりモータ印加電圧Ｖ_ｍをモータ入力電流ｉ_ｍに換算し、モータ入力電流ｉ_ｍにモータトルク定数Ｋ_Ｔを乗じてモータ出力トルクＴ_ｉｊが得られる。すなわち、モータ伝達モデルは射出モータに印加される電圧Ｖ_ｍから射出モータの出力トルクＴ_ｉｊを算出する。ここで、ｉｊは射出モータであることを示している。

モータ伝達モデルで得られたモータ出力トルクＴ_ｉｊに機械減速比・回転直動運動変換定数Ｋ_ＢＳを乗じることにより射出モータによりスクリュに加えられる前後進力が求められる。ただし、実際にスクリュの運動に寄与する力である軸駆動力Ｆ_ｉｊは、スクリュの機械系に係わるロス分を減算したものとなる。スクリュの機械系に係わるロス分には、スクリュの機械摩擦やガイドロッドの機械摩擦等によるロス分Ｆ_ｆ（機械摩擦ロス）と、溶融樹脂の剛性及び粘性によるロス分Ｆ_ｔ（被駆動対象負荷）とが含まれる。したがって、軸駆動力Ｆ_ｉｊは、モータ伝達モデルで得られたモータ出力トルクＴ_ｉｊに機械減速比・回転直動運動変換定数Ｋ_ＢＳを乗じて求めた力から、スクリュの機械摩擦ロスＦ_ｔと、溶融樹脂の被駆動対象負荷Ｆ_ｐとを減算することにより求められる。このようにして、軸駆動力Ｆｉｊは実際にスクリュを動かす力として求めることができる。

軸駆動力Ｆ_ｉｊを１／（Ｍ_ｉｊ・ｓ）で積分することにより、スクリュの軸方向の速度を表す軸速度Ｖ_ｉｊが求められる。また、軸速度Ｖ_ｉｊを１／（Ｓ）で積分することによりスクリュの軸方向での位置を示す軸位置Ｓ_ｉｊが求められる。ここで、Ｍｉｊは射出モータが駆動するとともに動く駆動部のイナーシャを考慮した質量である。

ここで、上述の機械摩擦ロスＦ_ｆは、スクリュの軸速度Ｖ_ｉｊを機械摩擦モデルに入力することで算出される。機械摩擦モデルは、樹脂を射出しない空の状態で実際にスクリュを駆動して摩擦ロスを測定することで求めることができる。

上述の被駆動対象負荷Ｆ_ｐのうち、樹脂の粘性に係わるロス分、つまり粘性抵抗は、スクリュの軸速度Ｖｉｊに、被駆動対象粘性抵抗定数Ｃ_ｉｊを乗じることで求められる。この粘性抵抗は、樹脂が前進する際に加熱シリンダ２１の内壁との間で生じ、スクリュの軸速度Ｖｉｊが大きくなると樹脂の粘性抵抗は大きくなる。また、上述の被駆動対象負荷Ｆ_ｐのうち、樹脂の剛性に係わるロス分、つまり、所定の樹脂をキャビティ内に充填する間に生じるスクリュの位置に依存した抵抗力は、スクリュの軸位置Ｓｉｊに被駆動対象剛性定数Ｋ_ｉｊを乗じることで求められる。なお、樹脂の粘性及び剛性は樹脂の温度により変化するため、被駆動対象粘性抵抗定数Ｃ_ｉｊ及び被駆動対象剛性定数Ｋ_ｉｊは、樹脂の温度Ｔｍｐに基づいて決定される。

このようにして、求められた樹脂の粘性に係わるロス分と樹脂の剛性に係わるロス分とを加算することで、上述の被駆動対象負荷Ｆ_ｐを求めることとなる。ここで、スクリュの軸位置Ｓｉｊに被駆動対象剛性定数Ｋ_ｉｊを乗じることで求めた値は、樹脂からスクリュに印加される反力（背圧）に相当し、実際には樹脂背圧を検出するロードセルの検出値（ロードセル検出軸力Ｆ_ＬＣ）に相当する。

また、射出モータに設けられたエンコーダからの出力であるエンコーダ検出回転角度θ_ｅｎｃは、スクリュの軸位置Ｓ_ｉｊをエンコーダ伝達モデルに入力して求められる。エンコーダ伝達モデルでは、軸位置Ｓ_ｉｊを機械減速比・回転直動運動変換定数Ｋ_ＢＳで除算してモータ回転角度θ_ｍを求め、これを（１−ｅ^−ｓＴ）／Ｓで積分してθ_ｅｎｃを求める。

次に、本発明による負荷推定器について図３を参照しながら説明する。図３は本発明による負荷推定器の演算モデルを示す図である。

本発明による負荷推定器は、上述の機械系モデルに基づいて、スクリュに加わる負荷のうち溶融樹脂からの負荷Ｆ_Ｐｅｓを推定する。溶融樹脂による負荷Ｆ_Ｐｅｓは、上述の機械系モデルにおいて、被駆動対象負荷Ｆ_ｐを推定したものであり、溶融樹脂の状態を表す値と考えることができる。

溶融樹脂からの負荷Ｆ_Ｐｅｓは、図３に示す負荷推定器において、上述の機械系モデルにおける射出モータの軸方向の出力から、機械摩擦ロスＦ_ｔと軸駆動力Ｆ_ｉｊとを減算することで求める（推定する）ことができる。ここで、射出モータの軸方向の出力は、射出モータに要求される指令トルク値Ｔ_ｃｍｄに、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）をかけて高周波成分を除去してから、モータトルク定数Ｋ_Ｔを乗じ、さらに機械減速比・回転直動運動変換定数Ｋ_ＢＳを乗じることで求めることができる。

次に、機械摩擦ロスＦ_ｔは、スクリュの軸速度Ｖ_ｉｊを図２に示す機械摩擦モデルに入力して求めることができる。ここで、軸速度Ｖ_ｉｊは、エンコーダ検出回転角度θ_ｅｎｃを微分して回転角速度ω_ｅｎｃを求め、これを低域通過フィルタ（ＬＰＦ）にかけて高周波成分を除去してから、機械減速比・回転直動運動変換定数Ｋ_ＢＳを乗じることにより求める。また、スクリュの軸駆動力Ｆ_ｉｊは、上述のようにして求めた軸速度Ｖ_ｉｊを、Ｍ_ｉｊ・Ｓにより積分して求めることができる。

以上のようにして求めた射出モータの軸方向の出力から、機械摩擦ロスＦｔと軸駆動力Ｆ_ｉｊとを減算することにより、溶融樹脂からの負荷Ｆ_Ｐｅｓが求められる。このようにして推定した溶融樹脂からの負荷Ｆ_Ｐｅｓを用いて射出装置の駆動を制御することで、溶融樹脂の状態を反映して射出モータの駆動を制御することができる。

次に、本発明の第１実施例として、上述の負荷推定器をスクリュの圧力制御に適用した例について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明による負荷推定器を用いて射出装置のスクリュの軸力制御を行う制御系の演算モデルを示す図である。

射出装置の射出モータには、電流制御器からモータ印加電圧Ｖ_ｍが印加されてスクリュが駆動される。射出装置は機械系モデルで表されており、機械系モデルからエンコーダ検出回転角度θ_ｅｎｃが負荷推定器に入力される。また、射出モータに要求されるトルクの指令値Ｔ_ｃｍｄは、速度制御器から負荷推定器に入力される。

図４において、スクリュに印加すべき軸力（すなわち、樹脂に与える負荷）の指令値である軸力指令値Ｆ_ｃｍｄからロードセル検出軸力Ｆ_ＬＣが減算され、軸力制御器に入力される。すなわち、所望の負荷（負荷指令値Ｆ_ｃｍｄ）からその時点での実際の負荷（ロードセル検出軸力Ｆ_ＬＣ）を減じた値が軸力制御器に入力される。

軸力制御器は、入力された値からエンコーダの回転角速度の指令値ω_ｃｍｄを求める。この際、負荷推定器から出力される負荷Ｆ_Ｐｅｓが軸力制御器に入力され、軸力制御器は負荷Ｆ_Ｐｅｓに基づいて回転角速度ω_ｃｍｄを決定する。負荷推定器から供給される負荷Ｆ_Ｐｅｓは、実際の溶融樹脂の状態を推定して表わされた値（負荷推定量）である。すなわち、軸力制御器の利得（ゲイン）は実際の溶融樹脂の負荷推定量に基づいて調整される。負荷Ｆｐｅｓのほかに、図３の括弧書きで示すように、負荷Ｆｐｅｓに対する位置の変化量θｅｎｃで求められる係数Ｋｐ１を負荷推定量として用いてもよい。この係数によって、スクリュ位置に応じた樹脂の剛性を表すことができる。その剛性を出力しその結果に応じて負荷状態を推定することができる。

そして、軸力制御器のゲインである回転角速度の指令値ω_ｃｍｄから実際のエンコーダの回転角速度ω_ｅｎｃを減じた値が速度制御器に入力される。実際のエンコーダの回転角速度ω_ｅｎｃは、機械系モデルから出力されるエンコーダ検出回転角度をＳで微分することにより得られる。速度制御器は入力された値から射出モータのトルクの指令値Ｔ_ｃｍｄを演算により求める。この指令値Ｔ_ｃｍｄは、上述のように負荷推定器に入力される。

そして、速度制御器から出力されたトルクの指令値Ｔ_ｃｍｄからモータ入力電流ｉ_ｍを減じた値が電流制御器に入力される。電流制御器は、入力された値から射出モータに印加すべき電圧Ｖ_ｍを求める。

以上のようにして求められたモータ印加電圧Ｖ_ｍには、軸力制御器のゲインが負荷推定器からの負荷推定量により最適ゲインとなるように調整されているため、推定された実際の溶融樹脂の負荷状態が反映されている。したがって、溶融樹脂の状態を考慮した射出装置の制御を達成することができる。

上述の第１実施例では、負荷推定器の負荷推定量を軸力制御器に供給し、圧力制御時の射出モータの駆動制御を行っているが、負荷推定量を速度制御器あるいは電流制御器に供給して、速度制御時の射出モータの駆動制御を行うようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施例として、上述の負荷推定器をスクリュ駆動制御におけるＶ−Ｐ切替えに適用した例について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明による負荷推定器を用いて射出装置のスクリュの駆動制御におけるＶ−Ｐ切替えを制御する制御系の演算モデルを示す図である。

図５に示す制御系は、図４に示す制御系において軸力制御器と速度制御器との間にＶ−Ｐ切替えスイッチを設けたものである。Ｖ−Ｐ切替えスイッチは２つの入力のいずれか一方を選択的に速度制御器に接続する機能を有している。Ｖ−Ｐ切替えスイッチには負荷推定器から負荷Ｔ_Ｐｅｓが供給され、Ｖ−Ｐ切替えスイッチは負荷Ｔ_Ｐｅｓに基づいて２つの入力のいずれか一方を選択する。

Ｖ−Ｐ切替えスイッチの２つの入力の一方は、エンコーダの回転角速度の第１の指令値ω_ｃｍｄ１である。第１の指令値ω_ｃｍｄ１は、軸力指令値Ｆ_ｃｍｄから直接求められる回転角速度の値である。Ｖ−Ｐ切替えスイッチの２つの入力の他方は、軸力制御器により求められたエンコーダの回転角速度の第２の指令値ω_ｃｍｄ２である。

Ｖ−Ｐ切替えスイッチにより、第１の指令値ω_ｃｍｄ１が速度制御器に供給されているときは、軸力指令値Ｆ_ｃｍｄから直接求められた第１の指令値ω_ｃｍｄ１が速度制御器に供給されるため、スクリュの速度制御が行われる。一方、Ｖ−Ｐ切替えスイッチにより、第２の指令値ω_ｃｍｄ２が速度制御器に供給されているときは、軸力制御器により求められた第２の指令値ω_ｃｍｄ２が速度制御器に供給されるため、スクリュの圧力制御が行われる。

速度制御と圧力制御の切替え、すなわちＶ−Ｐ切替えは、溶融樹脂が金型のキャビティに充満してから樹脂圧力が急激に上昇し始める時点において、適切なタイミングで行うことが好ましい。しかし、スクリュに印加される樹脂背圧を実際にロードセルで検出した値を用いる場合、検出値を制御に反映するのに時間的な遅れがあったり、検出値に外乱が加わるなどで、精度のよい切替え制御ができないおそれがある。そこで、本実施例では、Ｖ−Ｐ切替えのタイミングを、負荷推定器からの負荷推定量Ｆ_Ｐｅｓに基づいて決定する。負荷推定量Ｆ_Ｐｅｓは演算により瞬時に求められるため、切替えタイミングに遅れがなく、精度の高いＶ−Ｐ切替えを達成することができる。

なお、図５に示す実施例では、Ｖ−Ｐ切替えスイッチのみを負荷推定量Ｆ_Ｐｅｓにより制御しているが、Ｖ−Ｐ切替えスイッチの制御と共に、図４に示す実施例のように、軸力制御器、速度制御器、及び電流制御器の少なくとも一つに対して負荷推定量Ｆ_Ｐｅｓに基づいてゲインを調整することとしてもよい。

また、上述の実施例では、負荷推定量Ｆ_Ｐｅｓを演算により求めて制御器のゲイン調整に用いたが、負荷推量Ｆ_Ｐｅｓの代わりに、溶融樹脂の樹脂圧（ロードセル検出軸力Ｆｌｃ、若しくは被駆動対象負荷Ｆｐ）を積分した値を用いることができる。溶融樹脂の樹脂圧を積分した値は溶融樹脂与えられたエネルギ量を意味し、与えられたエネルギ量によって溶融樹脂の状態を推定することができる。

また、溶融樹脂が金型のキャビティへ充填されると、溶融樹脂の充填状態に応じてトルク指令値Ｔｃｍｄの周波数や電流フィードバック値の周波数が変化する。つまり、図６に示すように、トルク指令値Ｔｃｍｄの値を負荷推定器に入れたり、あるいは点線で示すように電流フィードバック値を負荷推定器としての周波数測定器に入れて、トルク指令値Ｔｃｍｄの周波数や電流フィードバック値の周波数を監視する。このような構成を用いることで、キャビティ内の溶融樹脂の態様を把握することができ、より安定した制御ができるようになる。充填工程の前半では、溶融樹脂が充填されていないキャビティ空間が存在する。このような時には溶融樹脂の剛性が小さく、トルク指令値Ｒｃｍｄの周波数も小さい。しかしながら、充填工程の後半になると、キャビティ空間に溶融樹脂が満たされ始める。このような状態になると、樹脂が詰まり始め、溶融樹脂の剛性も高くなり、トルク指令値Ｔｃｍｄの周波数も大きくなり、安定した制御ができなくなるので、ゲイン（利得）を下げて安定した制御を行うようにする。

このように、キャビティ内の樹脂の剛性の変化に応じて変動する変動値としてトルク指令値Ｔｃｍｄの周波数や電流フィードバック値を用い、トルク指令値Ｔｃｍｄの周波数や電流フィードバック値の周波数を把握することで、溶融樹脂の状態を推定することができ、安定した制御を行うことができる。

以上の実施例では、スクリュ式電動射出成形機を例に説明しているが、本発明はスクリュ式に限ることなく、例えば、トピードを用いて樹脂を溶融するタイプの射出装置を備えた成形機にも適用することができる。

図７はトピードを用いたプリプラ式射出装置の断面図である。図７において、加熱シリンダ７１には、樹脂供給孔７２から成形材料である樹脂が供給される。加熱シリンダ７１に供給された樹脂は、加圧部材であるプランジャ７３により加圧される。プランジャ７３は駆動源としてモータ７４を有するプランジャ駆動部７５により駆動される。

加熱シリンダ７１の内部にはトピード７６が設けられている。トピード７６は突系７７により加熱シリンダ７１の内壁に強固に固定されている。プランジャにより加圧された樹脂は、トピード７６と加熱シリンダ７１の内壁との間を移動する際にせん断力が印加され、発熱して溶融する。溶融した樹脂は加熱シリンダ７１の先端のノズルから射出プランジャ部８０に供給され、射出プランジャ部８０から金型（図示せず）へ射出される。なお、加熱シリンダ７１の外周には加熱シリンダ７１を加熱するためのヒータ７８が設けられており、ヒータ７８からの熱も樹脂に供給され、樹脂を溶融する熱エネルギの一部となる。

以上のようなプリプラ式射出装置を備えた成形機においても、図２乃至図５に示す演算モデルを用いて、負荷推定器により演算した負荷推定量に基づいて、プランジャ７３を駆動するモータ７４の入力を精度よく制御することができる。

本発明が適用される成形機の一例としてのスクリュ式電動射出成形機の全体構成を示す側面図である。 本発明が適用される射出成形機の射出装置の機械系モデルを示す図である。 本発明による負荷推定器の演算モデルを示す図である。 本発明による負荷推定器を用いて射出装置のスクリュの軸力制御を行う制御系の演算モデルを示す図である。 本発明による負荷推定器を用いて射出装置のスクリュの駆動制御におけるＶ−Ｐ切替えを制御する制御系の演算モデルを示す図である。 トルク指令値又は電流フィードバック値に基づいて溶融樹脂による負荷を推定する演算モデルを示す図である。 トピードを用いたプリプラ式射出装置の断面図である。

符号の説明

２０ 射出装置
２１ 加熱シリンダ
２１ａ ヒータ
２３ スクリュ
２５ 計量モータ
３２ 回転検出器
３５ ロードセル
４０ 可塑化移動装置
４５ 制御部
４６ 演算部
５０ 型締装置

Claims (8)

1. 射出部材により溶融樹脂を押圧して金型に注入する射出成形機の制御方法であって、
   該射出部材を駆動する射出モータの負荷状態を検出し、
   検出した負荷状態に基づいて、前記射出モータの制御器の利得を可変制御する
   ことを特徴とする射出成形機の制御方法。
2. 請求項１記載の射出成形機の制御方法であって、
   前記射出モータの負荷状態は、前記モータに供給される電流値であることを特徴とする射出成形機の制御方法。
3. 請求項１記載の射出成形機の制御方法であって
   検出した前記射出モータの負荷状態に基づいて、前記射出部材により押圧されている溶融樹脂の負荷状態を負荷推定器により演算して負荷推定量を求め、
   該負荷推定量に基づいて、前記射出モータの制御器の利得を可変制御する
   ことを特徴とする射出成形機の制御方法。
4. 請求項３記載の射出成形機の制御方法であって、
   前記溶融樹脂の負荷状態として前記溶融樹脂の圧力を、前記射出部材の駆動力と前記射出部材に作用する機械摩擦力とに基づいて演算し、
   演算により求めた該圧力に対応して、前記制御器の利得を変化させる
   ことを特徴とする射出成形機の制御方法。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の射出成形機の制御方法であって、
   前記制御器の利得の可変制御は、前記射出部材の速度制御中に行われることを特徴とする射出制御機の制御方法。
6. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の射出成形機の制御方法であって、
   前記制御器の利得の可変制御は、前記射出部材の圧力制御中に行われることを特徴とする射出制御機の制御方法。
7. 請求項１記載の射出成形機の制御方法であって、
   検出した前記射出部材の負荷状態に基づいて、前記射出部材の駆動を速度制御と圧力制御との間で切替えることを特徴とする射出成形機の制御方法。
8. 請求項１記載の射出成形機の制御方法であって、
   前記射出モータに関するトルク指令値及び電流フィードバック値の少なくとも一方の周波数を検出し、検出した周波数に基づいて前記負荷状態を推定することを特徴とする射出成形機の制御方法。

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