JP2806099B2

JP2806099B2 - 射出速度制御装置

Info

Publication number: JP2806099B2
Application number: JP3265545A
Authority: JP
Inventors: 一城平泉
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1998-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JPH0577020A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ダイカストマシンや
射出成形機等においてその射出プランジャの速度を制御
する射出速度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイカストマシンにおいては、油圧シリ
ンダに供給される油圧力によって動作する射出プランジ
ャの速度すなわち射出速度が、製品品質に大きく影響す
ることが知られている。このため、射出速度をばらつき
の無いように制御し、高品質な製品を成形できるダイカ
ストマシンの出現が待たれている。しかし、このような
ダイカストマシンの実現は、以下のような問題，か
ら困難とされていた。油圧シリンダへの油圧の供給通路にサーボ弁を配置
し、このサーボ弁の開度を調整することにより射出速度
をフィードバック制御する方式では、ダイカストマシン
に必要な応答性（０〜２．５ｍ／ｓの加速時間が２０ｍ
ｓ以下）が得られない。油圧シリンダへの油圧の供給通路に流量制御弁を配置
し、この流量制御弁の開度をオープン制御する方式で
は、射出プランジャにかかる負荷変動のために、射出速
度にばらつきやうねりが発生する。また、この方式で
は、油圧の過渡特性のために、射出速度の立ち上がり時
に１５０％以上のオーバシュートが発生し、しかもその
大きさがばらつく。上記問題は、電気力直接では力不足であるためサーボ
弁のスプールを油圧を媒介としてモータ駆動しており、
この油圧力の応答が遅いことに原因がある。また、上記
問題は、射出プランジャの速度を、リアルタイムにフ
ィードバックしていないことに原因がある。

【０００３】そこで、近年、上記問題を解決するため
に、正確な位置決めが可能でかつ強力なモータによって
そのスプールが直接駆動される流量制御弁を用い、この
流量制御弁の開度をオープン制御によって制御し、これ
により射出プランジャの速度を制御する方式が提案され
た。図６はこの方式の代表例を示すブロック図である。
同図において、１は射出プランジャ、２は油圧シリン
ダ、３はパルスモータ、４はボールネジ、５はスプー
ル、６はこのスプール５を備えたデジタル制御式の流量
制御弁、７は高油圧源に連通する配管、８はシリンダ配
管である。この方式によれば、供与される設定速度値に
応じた回転角度位置にパルスモータ３が回転し、このパ
ルスモータ３の回転ステップ運動をボールネジ４が直線
ステップ運動に変え、流量制御弁６のスプール５を動か
し、配管７からシリンダ配管８を通って油圧シリンダ２
のヘッド側へ流れ込む油量を調整することにより、射出
プランジャ１の速度をオープン制御する。

【０００４】しかし、この方式では、依然として上記問
題が残る。このため、次に、図７に示すようなフィー
ドバック制御方式が考えられた。同図において、９は射
出プランジャ１の位置を検出する位置検出器、１２はＰ
ＩＤ演算器、１４は制御パルス発生器である。この方式
によれば、射出プランジャ１の位置を位置検出器９が検
知し、位置信号１０を出力する。この位置信号１０は、
速度設定信号１１と共に、ＰＩＤ演算器１２へ与えられ
る。ＰＩＤ演算器１２は、速度設定信号１１に基づく指
令速度Ｖと位置信号１０に基づく射出プランジャ１の実
速度ｖとの差（Ｖ−ｖ）にＰＩＤゲイン（Ｋ１）を乗じ
て得られる回転制御指令信号１３を、制御パルス発生器
１４へ与える。制御パルス発生器１４は、回転制御指令
信号１３に応じた時間間隔の制御パルス列を出力し、こ
れにより、その入力パルス数に比例した回転量だけパル
スモータ３が回転する。このパルスモータ３の回転ステ
ップ運動をボールネジ４が直線ステップ運動に変え、流
量制御弁６のスプール５を動かし、油圧シリンダ２のヘ
ッド側へ流れ込む油量が調整されることにより、射出プ
ランジャ１の速度がフィードバック制御される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示したようなフィードバック制御方式では、設定速度値
に対する射出速度の応答性を０．１秒以下にすることが
できなかった。その理由は、流量制御弁６へ至るまでの
フィードバック制御系において、調整可能なパラメータ
が回転制御指令信号１３であるのに対し、射出プランジ
ャ１の速度を支配しているのは油圧シリンダ２のヘッド
側へ流れ込む油量であり、この間にある制御パルス発生
器１４，パルスモータ３，ボールネジ４，スプール５の
ような電気／機械要素によって、系の伝達特性が非常に
複雑になり、単純なＰＩＤゲインでは満足できないから
である。すなわち、応答性を上げるためにＰＩＤゲイン
を上げると、０．１秒を限界として、射出プランジャ１
が自励振動を起こし不安定となり、制御不能となってし
まう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するためになされたもので、流量制御弁の開度を
調整するモータの回転角度を検出するものとし、この検
出回転角度と供与される設定速度値と位置検出手段の検
出する射出プランジャの位置とに基づき、流量制御弁ま
での系の伝達特性を考慮した所定の演算ルールに従い、
上記モータへの回転制御指令を演算するようにしたもの
である。

【０００７】

【作用】したがってこの発明によれば、流量制御弁まで
の系の伝達特性を考慮した所定の演算ルールを現代制御
理論に基づいて作成するものとすれば、設定速度値に対
してこの系が持ち得る最大限の応答性を引き出すことが
可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明に係る射出速度制御装置を詳細
に説明する。

【０００９】図１はこの射出速度制御装置の一実施例を
示すブロック図である。同図において、図７と同一符号
は同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略す
る。

【００１０】この射出速度制御装置は、図７に示した従
来の射出速度制御装置に対し、次の各点で異なってい
る。

【００１１】すなわち、この射出速度制御装置において
は、ＰＩＤ演算器１２に代えて新タイプの演算器１５を
用いており、パルスモータ３に代えて回転角度検出器付
きパルスモータ１６を用いている。そして、パルスモー
タ１６の回転角度検出器（図示せず）から出力される回
転角信号１７を、速度設定信号１１，位置信号１０と共
に演算器１５へ与えるものとしている。

【００１２】図２に演算器１５の内部構成を示す。同図
において、１５−１は位置信号１０を受信する第１の受
信回路、１５−２は回転角信号１７を受信する第２の受
信回路、１５−３は速度設定信号１１を受信する第３の
受信回路、１５−４は四則演算を行う演算回路、１５−
５は制御パラメータを記憶した第１のメモリ、１５−６
は所定の演算ルールを記憶した第２のメモリ、１５−７
は出力回路であり、これら各回路および各メモリはバス
ＢＵＳによって相互に接続されている。

【００１３】メモリ１５−６に記憶された演算ルール
は、流量制御弁６までの系すなわち制御パルス発生器１
４，パルスモータ１６，ボールネジ４，スプール５へ至
るまでのフィードバック制御系の伝達特性（非常に複雑
な伝達特性）を考慮し、現代制御理論に基づいて作成さ
れている。すなわち、設定速度値に対してこの系が持ち
得る最大限の応答性を引き出すべく、特有の演算ルール
がメモリ１５−６に記憶され、この演算ルールに用いる
最適な制御パラメータがメモリ１５−５に記憶されてい
る。なお、ここで用いた現代制御理論は、演算処理に関
する新技術として最近注目されている周知の理論であ
る。

【００１４】次に、この射出速度制御装置の動作につい
て説明する。先ず、射出プランジャ１の位置を位置検出
器９が検知し、位置信号１０を出力する。この位置信号
１０は、速度設定信号１１，回転角信号１７と共に、演
算器１５へ与えられる。位置信号１０は受信回路１５−
１に、回転角信号１７は受信回路１５−２に、速度設定
信号１１は受信回路１５−３に入力される。受信回路１
５−１，１５−２，１５−３に入力された位置信号１
０，回転角信号１７，速度設定信号１１は、バスＢＵＳ
を通じて演算回路１５−４へデータとして取り込まれ
る。演算回路１５−４は、この取り込んだデータと、メ
モリ１５−５からバスＢＵＳを通じて読み出した制御パ
ラメータとの間で、メモリ１５−６からバスＢＵＳを通
じて読み出した演算ルールに従い四則演算を行い、その
演算結果をバスＢＵＳを通じて出力回路１５−７へ書き
込む。出力回路１５−７は、この書き込まれた演算結果
を電圧に変換し、回転制御指令信号１３として制御パル
ス発生器１４へ与える。

【００１５】制御パルス発生器１４は、回転制御指令信
号１３に応じた時間間隔の制御パルス列を出力し、これ
により、その入力パルス数に比例した回転量だけパルス
モータ３が回転する。このパルスモータ３の回転ステッ
プ運動をボールネジ４が直線ステップ運動に変え、流量
制御弁６のスプール５を動かし、油圧シリンダ２のヘッ
ド側へ流れ込む油量が調整されることにより、射出プラ
ンジャ１の速度がフィードバック制御される。

【００１６】参考として、図３に、８００トンのダイカ
ストマシンで行ったテスト結果を示す。図３において、
特性Ｉは本実施例による射出速度制御装置を用いた場合
の射出速度の変化を示し、特性IIは従来の射出速度制御
装置（図７）を用いた場合の射出速度の変化を示す。な
お、同図において、横軸の１目盛りは２０ｍＳである。

【００１７】図３を見ても明かなように、本実施例によ
る射出速度制御装置によれば、従来の射出速度制御装置
と比較して、設定速度値に対する射出速度の応答性が、
安定性を損なうことなく格段に高められている。すなわ
ち、本実施例による射出速度制御装置によると、流量制
御弁６までの系の伝達特性を考慮した現代制御理論に基
づく演算ルールに従い回転制御指令信号１３を得ている
ので、射出速度がリアルタイムにフィードバック制御さ
れ、射出速度の高安定化と高応答性が同時に実現される
ものとなり、これによりダイカスト成形品の高品質化や
歩留まりの向上等への貢献が期待できる。

【００１８】また、本実施例による射出速度制御装置に
よれば、言うまでもなく、フィードバック制御方式を採
用しているがために、（イ）速度のばらつきやうねり．（ロ）速度立ち上がり時のオーバーシュート．という問題が解決されている。また、そのスプール５が
ステップモータ１６によって直接駆動される流量制御弁
６を使用しているために、サーボ弁では得られない０〜
２．５ｍ／ｓの加速時間が２０ｍｓ以下という応答性も
同時に実現できている。

【００１９】次に、図１の実施例に用いた流量制御弁６
の具体例を説明する。図４は流量制御弁６の断面構造図
であり、バルブボディ２０には軸線方向からの作動油流
入口２１と軸線と直角方向への作動油流出口２２が形成
され、その内部に軸線方向へ移動するスプール５が収容
されている。スプール５の後部にはナット軸２３が一体
に形成され、このナット軸２３の内部軸心部にはボール
ねじ４を介してねじ軸２４が螺合されており、このねじ
軸２４はジョイント２５によってパルスモータ１６の軸
と連結されている。なお、５ａはスプール５の連通路、
２６はナット軸２３の回転を阻止し軸方向への移動をガ
イドするキー、２７はナット軸２３に設けられた永久磁
石、２８は対向ケーシング２９の永久磁石２７と対向す
る位置に設けられた位置検出器である。

【００２０】パルスモータ１６の回転に応じてスプール
５が軸線方向に前後進して、弁の開閉と開度の調整を瞬
時に行ない流量を制御する。作動油によるスプール５の
軸線方向推力をスプール５の開き量および移動速度の増
加に応じて急激に低下させることにより、流量の高速切
換えに必要な駆動力を軽減させている。このため、流量
の高速切換え性能が非常に向上する。イナーシャが小さ
いので応答性も良く、制御が確実にかつ容易に行える。
また、入力パルス数によりパルスモータ１６の回転角度
が決まり、この回転角度によりスプール５の開き量が決
まり、この開き量により射出シリンダ等への流量が制御
される。パルスモータ１６の回転速度の大小によって流
量の変化率、例えば射出速度の立ち上がり状態が決ま
る。

【００２１】また、この構造によると、速度変更指令を
受けてから実際にスプール５が開き始めるまでの時間を
最大１ミリ秒以下にすることが可能であり、通常の流量
制御弁に比して応答性が極めて良くなり、弁開閉の作動
性や操作精度も良くなる。また、位置検出器２８によ
り、スプール５の移動距離を検知して制御装置にフィー
ドバックすることができる。また、スプール５の零位置
を検知しパルスモータ１６をその位置で正確に停止させ
るようなこともできる。

【００２２】また、以上の流量制御弁６の実施例におい
て、スプール５に設けた連通路５ａの総面積をＡ、スプ
ール５の断面積をＢとすると、Ａ／Ｂ＝０．１５〜０．
４が好ましい。また、スプール５の外周面に最も近い連
通路５ａの外面位置の直径をＣ、スプール５の外径をＤ
とすると、Ｃ／Ｄ＝０．７７〜０．９３が好ましい。ま
た、スプール５とナット軸２３を連結するロッドの直径
をＥ、スプール５の外径をＤとすると、Ｅ／Ｄ＝０．１
〜０．２２が好ましい。また、連通路５ａの数は６また
は８が好ましい。

【００２３】なお、図５はスプール５に作用する力の特
性図であり、横軸に流量Ｑ（流速またはスプール５の開
度でもよい）をとり、縦軸にスプール５に作用する力を
とってある。スプール５が低速域から高速域へ移り始め
るとき、スプール５が開く方向に作用する力Ｆ₁が大き
いので、スプール５は比較的小さい力で素早く開き始め
る。そして、スプール５が低速域から高速域へ移り終っ
て停止しようとするとき、スプール５が閉じる方向に作
用する力Ｆ₂が大きい。したがって、高速に移行してス
プール５が停止しようとするときのブレーキがその分だ
け大きくなって、スプール５はすみやかに停止する。こ
れにより、スプール５が動き始めて止まるまでに要する
時間をその分だけ短くすることができる。低速から高速
へ変わるまでの時間が、例えば０．０５秒のように極め
て短い時間を必要とされるダイカストマシンの射出動作
において、極めて有効である。また、図５からわかるよ
うに、高速域でのスプール５の保持力は、低速域でのそ
れとほぼ同じにするようにしてあり、このことにより保
持力が適宜な大きさになるように設定されている。

【００２４】なお、本実施例においては、流量制御弁６
をデジタル制御式としたが、アナログ制御式のものとし
てもよい。この場合、パルスモータ１６に代えて強力な
サーボモータを使用するものとし、このサーボモータに
回転制御指令信号１３に比例した増幅電流を供給するも
のとすればよい。

【００２５】また、本実施例においては、回転角度検出
器付きのパルスモータ１６を用いたが、回転角度検出器
はパルスモータへ別体として設けてもよい。

【００２６】また、本実施例においては、流量制御弁６
までの系の伝達特性を考慮した所定の演算ルールを現代
制御理論に基づいて作成するものとしたが、現代制御理
論のみに限定されるものではない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、流量制御弁の開度を調整するモータの回
転角度を検出するものとし、この検出回転角度と供与さ
れる設定速度値と位置検出手段の検出する射出プランジ
ャの位置とに基づき、流量制御弁までの系の伝達特性を
考慮した所定の演算ルールに従い、上記モータへの回転
制御指令を演算するようにしたので、射出速度がリアル
タイムにフィードバック制御され、射出速度の高安定化
と高応答性が同時に実現されるものとなり、これにより
射出成形品の高品質化や歩留まりの向上等への貢献が期
待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る射出速度制御装置の一実施例を示
すブロック図である。

【図２】この射出速度制御装置に用いる演算器の内部構
成を示すブロック回路構成図である。

【図３】８００トンのダイカストマシンで行ったテスト
結果を示す図である。

【図４】図１の流量制御弁６の断面構造図である。

【図５】図４のスプール５に作用する力の特性図であ
る。

【図６】従来の射出速度制御装置（オープン制御方式）
の一例を示すブロック図である。

【図７】従来の射出速度制御装置（フィードバック制御
方式）の一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１射出プランジャ２油圧シリンダ６流量制御弁９位置検出器１５演算器１６回転角度検出器付きパルスモータ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 17/32 B29C 45/53 B29C 45/77

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧シリンダに供給される油圧力によっ
て動作する射出プランジャの速度を制御する射出速度制
御装置において、前記射出プランジャの位置を検出する位置検出手段と、前記油圧シリンダへの圧油の供給通路に配置された流量
制御弁と、この流量制御弁の開度を調整するモータと、このモータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記位置検出手段の検出する射出プランジャの位置と前
記回転角度検出手段の検出するモータの回転角度と供与
される設定速度値とに基づき、前記流量制御弁までの系
の伝達特性を考慮した所定の演算ルールに従い、前記モ
ータへの回転制御指令信号を演算する演算手段とを備え
たことを特徴とする射出速度制御装置。