JP2008126533A

JP2008126533A - 射出成形機の制御方法

Info

Publication number: JP2008126533A
Application number: JP2006314460A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hakoda; 隆箱田; Kazuyoshi Miyairi; 一喜宮入; Masaki Miyazaki; 正樹宮崎
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2006-11-21
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: JP4724096B2

Abstract

【課題】射出工程の無用なスクリュ回転によって生じる圧力検出のバラツキ等の不具合を確実に排除して高品質かつ高精密、更には均質性の高い成形品を安定して得る。
【解決手段】先端部に逆流防止バルブ３を設けたスクリュ２を、射出開始位置から前進させて射出工程を行うとともに、射出工程中に、スクリュ２におけるフライト部２ｆの見掛上の位置Ｘｆが略不動となるように、スクリュ２を回転させるスクリュ回転制御を行う射出成形機Ｍの制御方法において、予め、射出工程の開始からスクリュ回転制御を禁止する所定の回転制御禁止区間Ｚｎを設定し、射出工程を行う際に、射出工程が開始してから回転制御禁止区間Ｚｎが経過した後にスクリュ回転制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、射出工程中にスクリュのフライト部の見掛上の位置が略不動となるようにスクリュ回転制御を行う射出成形機の制御方法に関する。

一般に、インラインスクリュ式射出成形機は、成形材料を供給するホッパーを後部に配し、かつ射出ノズルを前部に設けた加熱筒を有するとともに、この加熱筒にスクリュを挿入した射出装置を備えている。そして、計量工程ではスクリュを回転させることにより溶融した成形材料をスクリュの前方に計量蓄積するとともに、射出工程ではスクリュを前進させて計量した成形材料を金型へ射出充填する。したがって、この種の射出成形機では、射出速度や射出圧力（保圧圧力）等を正確に制御することが、高精密、高品質、更には均質性の高い成形品を確保する上で極めて重要となる。また、成形材料として、アクリル樹脂，ポリカーボネイト樹脂，ガラス入り樹脂等の硬度の大きい成形材料（ペレット）を使用する場合には、成形材料による物理的影響も無視できず、このような成形材料による影響をできるだけ少なくすることも射出成形機にとって重要な課題となる。即ち、この種の成形材料を用いた場合、スクリュの後側（ホッパー側）では成形材料が十分な溶融状態にならないことから、スクリュのフライト部と加熱筒の内周面間に固形質の成形材料が挟まった際にスクリュに対する機械的抵抗が大きくなり、この結果、成形品の品質及び均質性の低下を招く要因となる。

一方、このような成形材料による物理的影響をできるだけ少なくして、高品質かつ高精度の成形品を得れるようにした射出成形機の制御方法も、既に本出願人が提案した特公平５−９２５６号公報により知られている。同公報で開示される制御方法は、回転または進退移動するスクリュと、このスクリュを挿入し、かつ成形材料を供給するホッパを配した加熱筒を備えるインラインスクリュ式射出成形機の制御方法であって、特に、成形時に、スクリュを軸方向へ前進させる射出工程の全部または一部のストローク範囲で、ｒ≒Ｖｓ／Ｌ〔回転／ｓ〕（Ｖｓ：スクリュ前進速度〔ｍｍ／ｓ〕，Ｌ：スクリュのピッチ〔ｍｍ〕）により設定する所定速度ｒにより、スクリュを計量時の回転方向に対し逆方向へ回転させ、加熱筒の所定位置におけるスクリュのフライト部の見掛上の位置が略不動となるように制御するものである。
特公平５−９２５６号

ところで、上記公報で開示される射出成形機の制御方法は、次のような更なる解決すべき課題も存在した。

即ち、射出工程（スクリュ前進）中にスクリュを回転させた場合、返って不具合を招く場合がある。この種の射出成形機では、先端部に逆流防止バルブを設けたスクリュを用いているが、射出工程の開始時（計量工程の終了時）には、逆流防止バルブは開いた状態になっているため、この状態でスクリュが回転した場合には、逆流防止バルブを通して無用な樹脂の移動を生じ、成形品質に悪影響を及ぼす虞れがある。また、スクリュに対する機械的抵抗の影響が特に問題となるのは圧力制御領域であり、必ずしも全部のストローク範囲に要求されるものではない。したがって、スクリュの回転を一部のストローク範囲において行うこともできるが、射出工程に係わる制御系は、フィードバック制御系により構成され、しかも、近時のように高速成形が要求される場合には、制御の僅かな応答遅れも無視できないなど、スクリュ回転制御を行うタイミング設定は極めて重要な要素となる。しかし、上記公報で開示される射出成形機の制御方法では、このような観点からの対策は考慮しておらず、結局、高品質かつ高精密、更には均質性の高い成形品を得るには限界があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の制御方法の提供を目的とするものである。

本発明は上述した課題を解決するため、先端部に逆流防止バルブ３を設けたスクリュ２を、射出開始位置から前進させて射出工程を行うとともに、射出工程中に、スクリュ２におけるフライト部２ｆの見掛上の位置Ｘｆが略不動となるように、スクリュ２を回転させるスクリュ回転制御を行う射出成形機Ｍの制御方法において、予め、射出工程の開始からスクリュ回転制御を禁止する所定の回転制御禁止区間Ｚｎを設定し、射出工程を行う際に、射出工程が開始してから回転制御禁止区間Ｚｎが経過した後にスクリュ回転制御を行うようにしたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、フライト部２ｆの見掛上の位置Ｘｆが略不動となる態様には、見掛上の位置Ｘｆが停止する態様又は見掛上の位置Ｘｆが微速により後退移動する態様を含ませることができる。また、スクリュ回転制御におけるスクリュ２の回転方向には、計量工程におけるスクリュ２の回転方向に対する逆方向又は順方向を含ませることができる。なお、回転制御禁止区間Ｚｎは、時間ｔ又はスクリュ位置（スクリュ移動距離）により設定することができる。一方、回転制御禁止区間Ｚｎは、射出工程が開始してから逆流防止バルブ３が閉鎖するまでの区間Ｚｓに基づいて設定、具体的には、試し成形時に、射出工程を開始してからスクリュ２の回転角Ｑｓが最大に達するまでの区間Ｚｓを検出し、この区間Ｚｓに基づいて設定することができる。なお、試し成形時における射出工程では、スクリュ角度を一定に保持するサーボロックを行うことが望ましい。他方、回転制御禁止区間Ｚｎは、射出工程が開始してから当該射出工程における圧力制御が開始するまでの区間Ｚｃに基づいて設定、具体的には、射出工程における速度制御領域（充填工程）から圧力制御領域（保圧工程）に切換える速度制御／圧力制御切換点ｔｃに基づいて設定することができるとともに、他の方法として、試し成形時に、速度制御領域（充填工程）による射出工程を開始してから圧力リミッタによる圧力制限が開始するまでの区間Ｚｃを検出し、この区間Ｚｃに基づいて設定することができる。さらに、スクリュ回転制御におけるスクリュ２に対する回転速度指令値Ｄｒｓは、スクリュ位置に対するフィードフォワード制御系Ｕｆの出力とスクリュ位置に対するフィードバック制御系Ｕｎの出力を加算して得る速度指令値Ｄｉに基づいて生成することができる。

このような手法による本発明に係る射出成形機Ｍの制御方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）予め、射出工程の開始からスクリュ回転制御を禁止する所定の回転制御禁止区間Ｚｎを設定し、射出工程を行う際に、射出工程が開始してから回転制御禁止区間Ｚｎが経過した後にスクリュ回転制御を行うようにしたため、射出工程における無用なスクリュ回転によって生じる圧力検出のバラツキ等の不具合を確実に排除し、高品質かつ高精密、更には均質性の高い成形品を安定して得ることができる。

（２）好適な態様により、フライト部２ｆの見掛上の位置Ｘｆが略不動となる態様として、見掛上の位置Ｘｆが停止する態様又は見掛上の位置Ｘｆが微速により後退移動する態様を含ませれば、成形材料の種類等に応じた、より好ましいスクリュ回転制御を実現できる。

（３）好適な態様により、スクリュ回転制御におけるスクリュ２の回転方向に、計量工程におけるスクリュ２の回転方向に対する逆方向又は順方向を含ませれば、本来必要とする逆方向の回転制御に加え、射出工程の終段で行われる圧抜き動作などのスクリュ２の反対動作に対しても臨機応変に対応することができる。

（４）好適な態様により、回転制御禁止区間Ｚｎを、射出工程が開始してから逆流防止バルブ３が閉鎖するまでの区間Ｚｓに基づいて設定すれば、逆流防止バルブ３が閉鎖するまでの間における当該逆流防止バルブ３を通した無用な樹脂の移動を阻止し、この区間Ｚｓにおける悪影響要因を有効に解消することができる。

（５）好適な態様により、回転制御禁止区間Ｚｎの設定に際し、試し成形時に、射出工程を開始してからスクリュ２の回転角Ｑｓが最大に達するまでの区間Ｚｓを検出し、この区間Ｚｓに基づいて設定すれば、逆流防止バルブ３の閉鎖点を容易かつ確実に検出することができる。

（６）好適な態様により、試し成形時における射出工程において、スクリュ角度を一定に保持するサーボロックを行えば、樹脂の流量を安定化させることができるため、正確な回転角Ｑｓを検出できる。

（７）好適な態様により、回転制御禁止区間Ｚｎを、射出工程が開始してから当該射出工程における圧力制御が開始するまでの区間Ｚｃに基づいて設定すれば、スクリュ回転が不要となる速度制御領域におけるスクリュ回転制御を確実に排除できる。

（８）好適な態様により、回転制御禁止区間Ｚｎの設定に際し、試し成形時に、速度制御領域（充填工程）による射出工程を開始してから圧力リミッタによる圧力制限が開始するまでの区間Ｚｃを検出し、この区間Ｚｃに基づいて設定すれば、圧力リミッタに基づく圧力制御領域におけるスクリュ回転制御を確実に実行することができる。

（９）好適な態様により、スクリュ回転制御におけるスクリュ２に対する回転速度指令値Ｄｒｓを、スクリュ位置に対するフィードフォワード制御系Ｕｆの出力とスクリュ位置に対するフィードバック制御系Ｕｎの出力を加算して得る速度指令値Ｄｉに基づいて生成するようにすれば、近時のように高速成形が要求される場合であっても、制御の応答遅れを極力抑え、高精度かつ安定した制御（成形）を行うことができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る制御方法を実施できる射出成形機Ｍの構成について、図４〜図７を参照して説明する。

図４に示す射出成形機Ｍは、型締装置を除いた射出装置Ｍｉのみを示す。射出装置Ｍｉは、離間した射出台１１と駆動台１２を備え、この射出台１１の前面により加熱筒１３の後端が支持される。加熱筒１３は、前端に射出ノズル１４を、また、後部に当該加熱筒１３の内部に成形材料を供給するホッパ１５をそれぞれ備えるとともに、加熱筒１３の内部にはスクリュ２を挿通させる。スクリュ２は、先端部に逆流防止バルブ３を備える。スクリュ２は、図７（ａ）〜（ｃ）に拡大して示すように、最先端部に、先端が尖形となる円錐状のスクリュヘッド部２ｈを有するとともに、このスクリュヘッド部２ｈからフライト部２ｆ側間に、比較的小径のバルブ装填軸部２ｓを有し、このバルブ装填軸部２ｓに円筒形（リング形）の逆流防止バルブ３を変位自在に装填する。これにより、逆流防止バルブ３は、バルブ装填軸部２ｓの軸方向（前後方向）に所定ストロークにわたってスライド自在となり、逆流防止バルブ３が後退し、フライト部２ｆ側に形成したバルブシート２ｒに当接すれば、フライト部２ｆ側からスクリュヘッド部２ｈ側に至る樹脂通路が遮断されるとともに、逆流防止バルブ３が前進し、バルブシート２ｒから離間すれば、当該樹脂通路が開放される。この場合、樹脂通路が遮断されるとは、逆流防止バルブ３が閉鎖することと同義である。

一方、射出台１１と駆動台１２間には四本のタイバー１６…を架設し、このタイバー１６…に、スライドブロック１７をスライド自在に装填する。スライドブロック１７の前端には、被動輪１８を一体に有するロータリブロック１９を回動自在に支持し、このロータリブロック１９の中央にスクリュ２の後端を結合する。また、スライドブロック１７の側面には、スクリュ回転用サーボモータ２０を取付け、このサーボモータ２０の回転シャフトに固定した駆動輪２１は、回転伝達機構２２を介して被動輪１８に接続する。この回転伝達機構２２は、伝達ギアを用いたギア式伝達機構であってもよいし、タイミングベルトを用いたベルト式伝達機構であってもよい。さらに、サーボモータ２０には、このサーボモータ２０の回転速度（回転数）を検出するロータリエンコーダ２３を付設する。

他方、スライドブロック１７の後部には、ナット部２５を同軸上一体に設けるとともに、駆動台１２に回動自在に支持されたボールねじ部２６の前側を、ナット部２５に螺合させることにより、ボールねじ機構２４を構成する。また、駆動台１２から後方に突出したボールねじ部２６の後端には、被動輪２７を取付けるとともに、駆動台１２に取付けた支持盤１２ｓには、スクリュ進退用のサーボモータ２８を取付け、このサーボモータ２８の回転シャフトに固定した駆動輪２９は、回転伝達機構３０を介して被動輪２７に接続する。この回転伝達機構３０は、伝達ギアを用いたギア式伝達機構であってもよいし、タイミングベルトを利用したベルト式伝達機構であってもよい。さらに、サーボモータ２８には、このサーボモータ２８の回転速度（回転数）を検出するロータリエンコーダ３１を付設する。

また、図４において、３２は射出成形機Ｍに備えるコントローラであり、格納した制御プログラム３２ｐにより本実施形態に係る制御方法における一連の制御（シーケンス制御）を実行することができる。一方、コントローラ３２には、上述したサーボモータ２０，２８及びロータリエンコーダ２３，３１をそれぞれ接続するとともに、ロータリブロック１９とスライドブロック１７間に介在させたロードセル（圧力検出器）３３を接続する。このロードセル３３によりスクリュ２が受ける圧力（樹脂圧）を検出することができる。さらに、コントローラ３２は成形条件等の各種データを格納したデータメモリ３２ｓを有する。

図５及び図６に、本実施形態に係る制御方法を実施するコントローラ３２における主要回路３２Ｃを示す。主要回路３２Ｃは、大別して、位置制御ループＬｘ，射出速度制御ループＬｖｉ，スクリュ回転速度制御ループＬｖｍ及び圧力制御ループＬｐを備えて構成する。

位置制御ループＬｘは、偏差演算部４１，比例（Ｐ）ゲイン４２，微分動作部４３，フィードフォワード（ＦＦ）ゲイン４４及び加算部４５を備える。この位置制御ループＬｘには、データメモリ３２ｓから射出速度に係わる射出速度目標値Ｄｖｓが付与される。この場合、射出速度目標値Ｄｖｓは、積分動作部４６により位置指令値Ｄｘｓに変換された後、偏差演算部４１の非反転入力部に付与される。また、ロータリエンコーダ３１から得る位置検出値Ｄｘｄは偏差演算部４１の反転入力部に付与される。これにより、偏差演算部４１の出力部からは、位置指令値Ｄｘｓと位置検出値Ｄｘｄの位置偏差が得られ、この位置偏差はＰゲイン４２を介して加算部４５の一方の入力部に付与されるスクリュ位置に対するフィードバック制御系Ｕｎが構成される。さらに、位置指令値Ｄｘｓは、微分動作部４３，ＦＦゲイン４４を介して加算部４５の他方の入力部に付与されるスクリュ位置に対するフィードフォワード制御系Ｕｆが構成される。そして、加算部４５の出力部からは、フィードフォワード制御系Ｕｆの出力とフィードバック制御系Ｕｎの出力が加算された速度指令値Ｄｉが出力し、速度制御／圧力制御切換スイッチ７０に付与される。

圧力制御ループＬｐは、偏差演算部５１，比例（圧力差）動作部５２，積分動作部５３，微分動作部５４，比例（Ｐ）ゲイン５５，積分（Ｉ）ゲイン５６，微分（Ｄ）ゲイン５７，加算部５８，偏差演算部５９を備える。この場合、比例動作部５２，積分動作部５３，微分動作部５４，Ｐゲイン５５，Ｉゲイン５６，Ｄゲイン５７，加算部５８及び偏差演算部５９はＰＩＤ補償部６１を構成する。この圧力制御ループＬｐにはデータメモリ３２ｓから圧力目標値Ｄｐｓが付与される。そして、この圧力目標値Ｄｐｓは、偏差演算部５１の非反転入力部に付与されるとともに、ロードセル３３から得られる圧力検出値Ｄｐｄは偏差演算部５１の反転入力部に付与される。これにより、偏差演算部５１の出力部からは、圧力目標値Ｄｐｓと圧力検出値Ｄｐｄの圧力偏差が得られ、この圧力偏差はＰＩＤ補償部６１を介して速度指令値Ｄｐに変換される圧力に対するフィードバック制御系（ＰＩＤ制御系）６２が構成され、この速度指令値Ｄｐは、速度制御／圧力制御切換スイッチ７０に付与される。

射出速度制御ループＬｖｉは、偏差演算部６５，比例（Ｐ）ゲイン６６，積分動作部６７，積分（Ｉ）ゲイン６８及び加算部６９を備える。この射出速度制御ループＬｖｉには、速度制御／圧力制御切換スイッチ７０を介して、位置制御ループＬｘからの速度指令値Ｄｉ又は圧力制御ループＬｐからの速度指令値Ｄｐが選択的に付与される。そして、速度指令値Ｄｉ又は速度指令値Ｄｐは、偏差演算部６５の非反転入力部に付与されるとともに、ロータリエンコーダ３１から得る位置検出値Ｄｘｄは微分動作部６４により速度検出値Ｄｖｄに変換され、この速度検出値Ｄｖｄは、偏差演算部６５の反転入力部に付与される。これにより、偏差演算部６５の出力部からは、速度指令値Ｄｉ（又はＤｐ）と速度検出値Ｄｖｄの速度偏差が得られ、この速度偏差はＰゲイン６６を介して一方の加算部６９の入力部に付与されるとともに、速度偏差は積分動作部６７及びＩゲイン６８を介して加算部６９の他方の入力部に付与される速度に対するフィードバック制御系７１が構成される。さらに、加算部６９の出力部からは駆動制御信号Ｓｉが得られ、この駆動制御信号Ｓｉはスクリュ進退用のサーボモータ２８に付与される。

スクリュ回転速度制御ループＬｖｍは、図６に示すように、偏差演算部７５，比例（Ｐ）ゲイン７６，積分動作部７７，積分（Ｉ）ゲイン７８及び加算部７９を備える。このスクリュ回転速度制御ループＬｖｍには、位置制御ループＬｘから出力する速度指令値Ｄｉが付与される。この場合、速度指令値Ｄｉは速度演算部８１により回転速度指令値Ｄｒｓに変換（生成）され、偏差演算部７５の非反転入力部に付与されるとともに、ロータリエンコーダ２３から得る回転速度検出値Ｄｒｄは偏差演算部７５の反転入力部に付与される。これにより、偏差演算部７５の出力部からは、回転速度指令値Ｄｒｓと回転速度検出値Ｄｒｄの速度偏差が得られ、この速度偏差はＰゲイン７６を介して加算部７９の一方の入力部に付与されるとともに、速度偏差は積分動作部７７及びＩゲイン７８を介して加算部７９の他方の入力部に付与される回転速度に対するフィードバック制御系８２が構成される。さらに、加算部７９の出力部からは駆動制御信号Ｓｒが得られ、この駆動制御信号Ｓｒがスクリュ回転用のサーボモータ２０に付与される。

次に、射出成形機Ｍを用いた本実施形態に係る制御方法について、図４〜図１１を参照しつつ図１〜図３に示すフローチャートに従って説明する。

本実施形態に係る制御方法は、射出開始位置からスクリュ２を前進させる射出工程中に、スクリュ２におけるフライト部２ｆの見掛上の位置Ｘｆが略不動となるように、スクリュ２を回転させるスクリュ回転制御を行うも、特に、射出工程中に、スクリュ回転制御を禁止する所定の回転制御禁止区間Ｚｎを設定することが主要な制御手法となる。

この回転制御禁止区間Ｚｎは予め設定する。回転制御禁止区間Ｚｎを設定するモードには、射出工程が開始してから逆流防止バルブ３が閉鎖するまでの区間Ｚｓに基づいて設定する第一のモードと、射出工程が開始してから当該射出工程における圧力制御が開始するまでの区間Ｚｃに基づいて設定する第二のモードがある。

まず、第一のモードについて、図８及び図９を参照しつつ図２に示すフローチャートに従って説明する。

回転制御禁止区間Ｚｎは、試し成形を行うことにより設定できるため、所定の成形材料を用いて計量工程を行う（ステップＳ１１）。計量工程が終了したならスクリュ２の回転を固定、即ち、サーボモータ２０をサーボロックする（ステップＳ１２，Ｓ１３）。なお、サーボロックとは、スクリュ角度を一定に保持するようにフィードバック制御することである。そして、スクリュ２を射出開始位置から前進させる射出工程を実行する（ステップＳ１４）。この際、射出工程中におけるスクリュ２の回転角Ｑｓをサーボモータ２０に付設したロータリエンコーダ２３により検出する（ステップＳ１５）。検出した回転角Ｑｓ〔゜〕を図８に示す。図８は、横軸に射出工程の開始からの時間ｔ〔ｍｓ〕を示すとともに、縦軸には回転角Ｑｓ〔゜〕をはじめ、サーボモータ２０に電流を流してサーボロックする際の回転トルクＴｒ〔Ｎｍ〕、射出速度（スクリュ前進速度）Ｖｉ〔ｍｍ／ｓ〕、射出圧力Ｐｉ〔ＭＰａ〕、スクリュ位置Ｘ〔ｍｍ〕をそれぞれ示す。

図８から明らかなように、射出工程中は、スクリュ２が回転しないようにサーボロックを行うが、スクリュ２を回転させようとする外力が付加された場合、それを修正するためのフィードバック制御が行われるため、スクリュ２は僅かに回転する。なお、このときの回転は、最大でも０．１〔゜〕程度である。したがって、射出開始位置からスクリュ２を前進させた場合、最初は逆流防止バルブ３が開いた状態にあるため、樹脂圧がスクリュ２に付加されることによりスクリュ２が僅かに回転する。そして、この後に逆流防止バルブ３が閉鎖すれば、樹脂圧はスクリュ２に付加されなくなるため、フィードバック制御によりスクリュ２は元の位置（ロック位置）に戻される。このように、射出開始位置からスクリュ２を前進させた場合、図８に示すｔｒ時点でスクリュ２の回転角Ｑｓがピーク（最大）になる僅かな回転挙動を生じるため、このピークの発生時点、具体的にはピークの発生による回転挙動の停止時点を逆流防止バルブ３の閉鎖時点（閉鎖位置Ｘｃ）と見做すことができる。

なお、図７（ａ）〜（ｃ）には逆流防止バルブ３の動きを示す。図７（ａ）は計量工程中におけるスクリュ２の状態を示す。計量工程ではフライト部２ｆ側の樹脂が逆流防止バルブ３を通して矢印Ｆｆ方向に移動し、スクリュヘッド２ｈの前方に蓄積される。したがって、逆流防止バルブ３は前方に押され、スクリュヘッド２ｈに当接した状態、即ち、逆流防止バルブ３が開いた状態となる。したがって、射出開始位置におけるスクリュ２は、図７（ａ）に示す状態と同じになる。一方、射出開始位置からスクリュ２が前進すれば、逆流防止バルブ３は、図７（ｂ）に示すように後方（図中、右方向）へ相対移動するとともに、この際、スクリュ２は矢印Ｆｒ方向へ僅かに回転するため、前述した回転角Ｑｓが検出されるとともに、逆流防止バルブ３がバルブシート２ｒに当接することにより閉鎖位置Ｘｃとなる。

図９は、回転角Ｑｓのピークを閉鎖位置Ｘｃと見做した場合における成形（ショット）毎の閉鎖位置Ｘｃ〔ｍｍ〕とこの閉鎖位置Ｘｃにおける成形品質量Ｇ〔ｇ〕の関係を示すデータである。このデータから明らかなように、成形品質量Ｇのバラツキと閉鎖位置Ｘｃのバラツキは明白な相関関係があり、回転角Ｑｓのピークを閉鎖位置Ｘｃと見做すことが可能である。なお、サーボモータ２０をサーボロックすることなくフリーにして回転角Ｑｓを検出することも可能であるが、この場合、スクリュ２は０．５〜３〔゜〕程度と大きく回転してしまう。したがって、樹脂の逆流量が不安定になり、正確で安定した回転角Ｑｓを検出できない。しかし、回転角Ｑｓの検出に際して、サーボモータ２０をサーボロックすることにより、樹脂の流量を安定化させることができるため、正確な回転角Ｑｓを検出できる。

他方、スクリュ２の回転角Ｑｓを検出したなら、ピークの回転角Ｑｓが発生した時間ｔを取込み、時間データとして一次記憶する（ステップＳ１６）。この後、同様の試し成形をＮ回繰り返し、Ｎ個の時間データを収集する（ステップＳ１７，Ｓ１１…）。Ｎ個の時間データを収集したなら、その平均値となる時間ｔｒを算出する（ステップＳ１８）。この時間ｔｒは、射出工程が開始してから逆流防止バルブ３が閉鎖するまでの区間Ｚｓに対応するため、得られた時間ｔｒに基づいて回転制御禁止区間Ｚｎを設定する。この場合の回転制御禁止区間Ｚｎは、逆流防止バルブ３が完全に閉鎖してからスクリュ回転制御を開始させるための区間であるため、例えば、時間ｔｒに所定の余裕時間を付加して設定でき、これにより、回転制御禁止区間Ｚｎの終了時間ｔｓａを求める（ステップＳ１９）。そして、求めた終了時間ｔｓａは、スクリュ回転制御の開始時間ｔｓａとして設定する（ステップＳ２０）。

このように、回転制御禁止区間Ｚｎを、射出工程が開始してから逆流防止バルブ３が閉鎖するまでの区間Ｚｓに基づいて設定すれば、逆流防止バルブ３が閉鎖するまでの間における当該逆流防止バルブ３を通した無用な樹脂の移動を阻止し、この区間Ｚｓにおける悪影響要因を有効に解消できる。特に、試し成形を行うことにより、射出工程を開始してからスクリュ２の回転角Ｑｓが最大に達するまでの区間Ｚｓに基づいて設定すれば、逆流防止バルブ３の閉鎖点を容易かつ確実に検出できる利点がある。

次に、第二のモードについて、図１０及び図１１を参照しつつ図３に示すフローチャートに従って説明する。

この場合も、回転制御禁止区間Ｚｎは、試し成形を行うことにより設定できるため、所定の成形材料を用いて計量工程を行う（ステップＳ２１）。計量工程が終了したならスクリュ２の回転を固定、即ち、サーボモータ２０をサーボロックする（ステップＳ２２，Ｓ２３）。そして、スクリュ２を射出開始位置から前進させる射出工程を実行するとともに、射出工程中における圧力制御の有無を検出する（ステップＳ２４，Ｓ２５）。この場合、射出工程の開始により速度制御が行われるが、速度制御の途中で射出圧力が上昇し、設定されたリミッタ値に達すれば、圧力リミッタによる圧力制限が行われる。したがって、圧力の大きさを監視（検出）し、圧力がリミッタ値に達したことにより圧力制御が開始したことを検出できる。

図１０は、圧力制御の有無を検出する際に用いるデータ、即ち、射出速度Ｖｉ〔ｍｍ／ｓ〕によりスクリュ２を前進させた際におけるスクリュ位置〔ｍｍ〕及び時間ｔ〔ｍｓ〕に対応する圧力制御の有無（有：〇，無：×）を検出（監視）するためのデータを示す。このデータから明らかなように、時間ｔが１５０〔ｍｓ〕（スクリュ位置が７０．５〔ｍｍ〕）のときに圧力制御が開始したことを示している。このようにして圧力制御の有無を検出できるため、圧力制御が開始した時間ｔｃを時間データとして記録する（ステップＳ２６）。この後、同様の試し成形をＮ回繰り返し、Ｎ個の時間データを収集する（ステップＳ２７，Ｓ１１…）。Ｎ個の時間データを収集したならその平均値となる時間ｔｃを算出する（ステップＳ２８）。この時間ｔｃは、射出工程が開始してから圧力制御が開始するまでの区間Ｚｃに対応するため、得られた時間ｔｃに基づいて回転制御禁止区間Ｚｎを設定する。この場合の回転制御禁止区間Ｚｎは、スクリュ回転制御が不要な区間を排除し、必要な区間のみで確実にスクリュ回転制御を行うための区間となるため、図１１に示すように、得られた時間ｔｃよりも手前となる時点ｔｓｂをスクリュ回転制御を開始する開始時間ｔｓｂとして求める（ステップＳ２９）。そして、求めた開始時間ｔｓｂはスクリュ回転制御の開始時間ｔｓｂとして設定する（ステップＳ３０）。これにより、開始時間ｔｓｂからサーボモータ２０が回転を開始し、回転制御禁止区間Ｚｎが終了する時間ｔｓｂから正規の回転速度によるスクリュ回転制御を確実に実行することができる。

ところで、射出工程の制御形態によっては圧力リミッタによる圧力制限が行われることなく圧力制御領域に移行、即ち、保圧工程に移行する場合がある。この場合、設定した速度制御／圧力制御切換点に達したことにより圧力制御が行われる。図１１における区間Ｚｘ（＝Ｚｃ）が終了する時点ｔｘは速度制御／圧力制御切換点を示す。したがって、この場合には、試し成形を行うことなく予め設定された速度制御／圧力制御切換点（ｔｘ）を圧力制御の開始時点として設定できる。勿論、この場合であっても必要により試し成形を行い、圧力制御が開始する実際の開始時点を検出してもよい。

このように、回転制御禁止区間Ｚｎを、射出工程が開始してから当該射出工程における圧力制御が開始するまでの区間Ｚｃ（Ｚｘ）に基づいて設定すれば、スクリュ回転が不要となる速度制御領域におけるスクリュ回転制御を確実に排除できる。特に、試し成形を行うことにより、速度制御領域（充填工程）による射出工程を開始してから圧力リミッタによる圧力制限が開始するまでの区間Ｚｃに基づいて設定すれば、圧力リミッタに基づく圧力制御領域におけるスクリュ回転制御を確実に実行できる利点がある。

以上、回転制御禁止区間Ｚｎとして二つのモードを挙げたが、これらのモードにより設定される各回転制御禁止区間Ｚｎは、金型や成形材料の種類などに対応して選択使用することができる。

次に、実際の成形工程における制御について、各図を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。

なお、回転制御禁止区間Ｚｎは、上述した第一のモードによる回転制御禁止区間Ｚｎが設定されている。まず、所定の成形材料を用いて計量工程を行う（ステップＳ１）。計量工程ではサーボモータ２０を正方向に駆動制御、即ち、スクリュ２を正方向に回転させて計量を行う。計量工程が終了したならスクリュ２の回転を固定、即ち、サーボモータ２０をサーボロックする（ステップＳ２，Ｓ３）。そして、射出工程を開始する（ステップＳ４）。射出工程では、サーボモータ２８を駆動制御してスクリュ２を射出開始位置から前進させる。

射出工程では、データメモリ３２ｓから射出速度目標値Ｄｖｓが付与され、積分動作部４６により位置指令値Ｄｘｓに変換されるとともに、この位置指令値Ｄｘｓは偏差演算部４１の非反転入力部に付与される。また、ロータリエンコーダ３１から得る位置検出値Ｄｘｄは偏差演算部４１の反転入力部に付与される。さらに、偏差演算部４１の出力部からは、位置指令値Ｄｘｓと位置検出値Ｄｘｄの位置偏差が得られ、この位置偏差はＰゲイン４２を介して加算部４５の一方の入力部に付与される。これにより、フィードバック制御系Ｕｎによるスクリュ位置に対するフィードバック制御が行われる。一方、位置指令値Ｄｘｓは、微分動作部４３，ＦＦゲイン４４を介して加算部４５の他方の入力部に付与される。これにより、フィードフォワード制御系Ｕｆによるスクリュ位置に対するフィードフォワード制御が行われる。そして、加算部４５の出力部からは、フィードフォワード制御系Ｕｆの出力とフィードバック制御系Ｕｎの出力が加算された速度指令値Ｄｉが出力し、この速度指令値Ｄｉは、速度制御側に切換えられている速度制御／圧力制御切換スイッチ７０を介して、射出速度制御ループＬｖｉに付与される。射出速度制御ループＬｖｉではフィードバック制御系７１による射出速度に対するフィードバック制御が行われ、駆動制御信号Ｓｉが出力するとともに、この駆動制御信号Ｓｉはサーボモータ２８に付与される。この結果、スクリュ２は射出速度目標値Ｄｖｓとなるように駆動制御される。

他方、射出工程が開始すると同時に計時を開始する（ステップＳ５）。そして、設定された回転制御禁止区間Ｚｎを経過、即ち、上述した開始時間ｔｓａになったならサーボモータ２０に対するサーボロックを解除し、直ちにスクリュ回転制御を行う（ステップＳ６，Ｓ７）。スクリュ回転制御は、スクリュ２におけるフライト部２ｆの見掛上の位置Ｘｆが略不動となるようにスクリュ２を回転させる制御であり、基本的には、スクリュ２に対する回転速度指令値Ｄｒｓを、Ｄｒｓ≒Ｖｓ／Ｌ〔回転／ｓ〕（Ｄｖｓ：射出速度〔ｍｍ／ｓ〕，Ｐｓ：スクリュピッチ〔ｍｍ〕）により設定し、スクリュ２を計量工程の回転方向に対し逆方向へ回転させる。

したがって、実際の制御においては、位置制御ループＬｘから得る速度指令値Ｄｉが速度演算部８１に付与され、この速度演算部８１により上記Ｄｒｓ≒Ｖｓ／Ｌの式を用いた演算処理によりフライト部２ｆの見掛上の位置Ｘｆが略不動になるための回転速度指令値Ｄｒｓに変換（生成）されるとともに、この回転速度指令値Ｄｒｓは、偏差演算部７５の非反転入力部に付与される。また、ロータリエンコーダ２３から得る速度検出値Ｖｄは偏差演算部７５の反転入力部に付与される。これにより、フィードバック制御系８２によるスクリュ２の回転に対するフィードバック制御が行われ、スクリュ回転速度制御ループＬｖｍから駆動制御信号Ｓｒが出力するとともに、この駆動制御信号Ｓｒがサーボモータ２０に付与される。この結果、スクリュ２は回転速度指令値Ｄｒｓとなるように駆動制御される。

この場合、フライト部２ｆの見掛上の位置Ｘｆが略不動となる態様には、見掛上の位置Ｘｆが停止する態様又は見掛上の位置Ｘｆが微速により後退移動する態様が含まれる。したがって、これらの態様を選択すれば、成形材料の種類等に応じた、より好ましいスクリュ回転制御を実現できる。このように、スクリュ回転制御におけるスクリュ２に対する回転速度指令値Ｄｒｓを、スクリュ位置に対するフィードフォワード制御系Ｕｆの出力とスクリュ位置に対するフィードバック制御系Ｕｎの出力を加算して得る速度指令値Ｄｉに基づいて生成するようにすれば、近時のように高速成形が要求される場合であっても、制御の応答遅れを極力抑え、高精度かつ安定した制御（成形）を行うことができる利点がある。また、スクリュ回転制御におけるスクリュ２の回転方向には、計量工程におけるスクリュ２の回転方向に対する逆方向又は順方向が含まれる。したがって、本来必要とする逆方向の回転制御に加え、射出工程の終段で行われる圧抜き動作などのスクリュ２の反対動作に対しても臨機応変に対応することができる。

そして、このスクリュ回転制御は、射出工程が終了するまで継続して行う（ステップＳ８）。さらに、次の成形工程を継続して行う場合にも同様の処理が行われる（ステップＳ９，Ｓ１…）。よって、このような本実施形態に係る制御方法によれば、予め、射出工程の開始からスクリュ回転制御を禁止する所定の回転制御禁止区間Ｚｎを設定し、射出工程を行う際に、射出工程が開始してから回転制御禁止区間Ｚｎが経過した後にスクリュ回転制御を行うため、射出工程における無用なスクリュ回転によって生じる圧力検出のバラツキ等の不具合を確実に排除し、高品質かつ高精密、更には均質性の高い成形品を安定して得ることができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の回路構成，数値，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、逆流防止バルブ３としてリング形のバルブ（リングバルブ）を例示したが必ずしもリングバルブに限定されるものではない。また、回転制御禁止区間Ｚｎは、時間ｔにより設定する場合を示したが、スクリュ位置（スクリュ移動距離）により設定してもよい。さらに、回転制御禁止区間Ｚｎは二つのモードにより設定する例を挙げたが、他のモードで設定することも可能であり、例えば、計量工程が終了した後、射出工程が開始するまでの区間を回転制御禁止区間Ｚｎとして設定することができる。

本発明の最良の実施形態に係る射出成形機の制御方法の処理手順を示すフローチャート、同制御方法における回転制御禁止区間を設定する際の処理手順を示すフローチャート、同制御方法における他の回転制御禁止区間を設定する際の処理手順を示すフローチャート、同制御方法を実施できる射出成形機の一部断面平面図、同射出成形機に備えるコントローラの主要回路のブロック回路図、同主要回路におけるスクリュ回転速度制御ループのブロック回路図、同制御方法を実施した際におけるスクリュの状態を示す作用説明図、図２に示す処理手順により回転制御禁止区間を設定する試し成形を行った際の時間に対するスクリュの回転角を含むデータ図、図２に示す処理手順により回転制御禁止区間を設定する試し成形を行った際の逆流防止バルブの閉鎖位置と成形品質量の関係を示すデータ図、図３に示す処理手順により回転制御禁止区間を設定する試し成形を行った際の時間に対する圧力制御の有無を含むデータ図、図３に示す処理手順により回転制御禁止区間を設定する際の説明図、

符号の説明

２：スクリュ，２ｆ：フライト部，３：逆流防止バルブ，Ｘｆ：見掛上の位置，Ｍ：射出成形機，Ｚｎ：回転制御禁止区間，Ｚｓ：逆流防止バルブが閉鎖するまでの区間，Ｚｃ：圧力制御が開始するまでの区間，Ｑｓ：スクリュの回転角，ｔｃ：速度制御／圧力制御切換点，ｔ：時間，Ｄｒｓ：スクリュに対する回転速度指令値，Ｄｉ：速度指令値，Ｕｆ：フィードフォワード制御系，Ｕｎ：フィードバック制御系

Claims

先端部に逆流防止バルブを設けたスクリュを、射出開始位置から前進させて射出工程を行うとともに、この射出工程中に、前記スクリュにおけるフライト部の見掛上の位置が略不動となるように、前記スクリュを回転させるスクリュ回転制御を行う射出成形機の制御方法において、予め、前記射出工程の開始から前記スクリュ回転制御を禁止する所定の回転制御禁止区間を設定し、前記射出工程を行う際に、当該射出工程が開始してから前記回転制御禁止区間が経過した後に前記スクリュ回転制御を行うことを特徴とする射出成形機の制御方法。
前記フライト部の見掛上の位置が略不動となる態様には、前記見掛上の位置が停止する態様又は前記見掛上の位置が微速により後退移動する態様を含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。
前記スクリュ回転制御における前記スクリュの回転方向には、計量工程における前記スクリュの回転方向に対する逆方向又は順方向を含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。
前記回転制御禁止区間は、時間又はスクリュ位置（スクリュ移動距離）により設定することを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。
前記回転制御禁止区間は、前記射出工程が開始してから前記逆流防止バルブが閉鎖するまでの区間に基づいて設定することを特徴とする請求項１又は４記載の射出成形機の制御方法。
前記回転制御禁止区間は、試し成形時に、射出工程を開始してから前記スクリュの回転角が最大に達するまでの区間を検出し、この区間に基づいて設定することを特徴とする請求項５記載の射出成形機の制御方法。
前記試し成形時における射出工程では、前記スクリュ角度を一定に保持するサーボロックを行うことを特徴とする請求項６記載の射出成形機の制御方法。
前記回転制御禁止区間は、前記射出工程が開始してから当該射出工程における圧力制御が開始するまでの区間に基づいて設定することを特徴とする請求項１又は４記載の射出成形機の制御方法。
前記回転制御禁止区間は、前記射出工程における速度制御領域（充填工程）から圧力制御領域（保圧工程）に切換える速度制御／圧力制御切換点に基づいて設定することを特徴とする請求項８記載の射出成形機の制御方法。
前記回転制御禁止区間は、試し成形時に、速度制御領域（充填工程）による前記射出工程を開始してから圧力リミッタによる圧力制限が開始するまでの区間を検出し、この区間に基づいて設定することを特徴とする請求項８記載の射出成形機の制御方法。
前記スクリュ回転制御におけるスクリュに対する回転速度指令値は、スクリュ位置に対するフィードフォワード制御系の出力とスクリュ位置に対するフィードバック制御系の出力を加算して得る速度指令値に基づいて生成することを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。