JP2806100B2 - 射出速度および射出力制御装置 - Google Patents

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制御
（射出力制御）および力制御（射出力制御）を、一つの
方向流量制御弁を用いて行い得る射出速度および射出力
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の制御を先ず行い、溶融金属
の金型への充填に伴う油圧シリンダのヘッド側の所定値
以上の圧力上昇を検出したタイミングで、射出プランジ
ャにかかる力すなわち射出力の制御に切り換えるものと
している。なお、射出速度制御から射出力制御へ切り換
えると速度が変わるものとなるが、射出力制御へ切り換
えられる時点での速度は数ｍｍ／sec で極低速であり、
速度変化の影響はたいして問題とはならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、流量制御弁を用いて射出速度制御を先ず行い、上記
所定値以上の圧力上昇を検出したタイミングで、リリー
フ弁等を用いた圧力制御による射出力制御に切り換える
ものとしている。このため、従来にあっては、射出速度
制御用油圧回路と射出力制御用油圧回路の両方を必要と
し、油圧回路が複雑となり、メンテナンスにも手間がか
かり、高コストとなっていた。また、別系統の油圧回路
へ切り換えることから、射出速度制御から射出力制御へ
の実際の切り換えタイミングにばらつきが生じ、このば
らつきが成形品の品質に悪影響を与えていた。

【０００４】

【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、射出プランジャにか
かる力および位置を力検出手段および位置検出手段を設
けて検出するものとし、油圧シリンダへの圧油の供給通
路に方向流量制御弁を配置するものとし、方向流量制御
弁の開度および流油方向を調整するモータの回転角度を
回転角度検出手段を設けて検出するものとし、射出速度
制御に際しては、回転角度検出手段の検出するモータの
回転角度と位置検出手段の検出する射出プランジャの位
置と供与される設定速度値とに基づき上記モータへの回
転制御指令を演算し、射出力制御に際しては、回転角度
検出手段の検出するモータの回転角度と力検出器の検出
する射出プランジャにかかる力と供与される設定力値と
に基づき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。

【０００５】

【作用】したがってこの発明によれば、モータによって
その開度および流油方向が調整される方向流量制御弁ひ
とつで、射出速度制御，射出力制御，射出速度制御から
射出力制御への切り換えが行われる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明に係る射出速度および射出力制
御装置を詳細に説明する。

【０００７】図１はこの装置の一実施例を示すブロック
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は射出プランジャ１の位置を検出する位
置検出器、５は射出プランジャ１にかかる力を検出する
力検出器、９は演算部、１１は制御パルス発生器、１２
は回転角度検出器付きパルスモータ、１４はボールネ
ジ、１５はスプール、１６はこのスプール１５を備えた
デジタル制御式の方向流量制御弁、１７は高油圧源に連
通する配管、１８はタンクライン、１９は方向流量制御
弁１６から油圧シリンダ２のヘッド側への圧油の供給通
路をなすヘッド側配管、２０は方向流量制御弁１６から
油圧シリンダ２のロッド側への圧油の供給通路をなすロ
ッド側配管である。

【０００８】次に、演算部９の機能を交えながら、この
装置の動作について説明する。

【０００９】射出速度制御に際しては、先ず、射出プラ
ンジャ１の位置を位置検出器３が検知し、位置信号４を
出力する。この位置信号４は、速度設定信号７と、パル
スモータ１２の回転角度検出器（図示せず）から出力さ
れる回転角信号１３と共に、演算部９へ与えられる。演
算部９は、位置信号４と速度設定信号７と回転角信号１
３とに基づき、方向流量制御弁１６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１０を演算する。

【００１０】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理論であ
り、例えば特開平１−２１６０４２号公報などで知られ
ている。

【００１１】制御パルス発生器１１は、演算部９より与
えられる回転制御指令信号１０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１２が回転する。このパ
ルスモータ１２の回転ステップ運動をボールネジ１４が
直線ステップ運動に変え、方向流量制御弁１６のスプー
ル１５を動かす。これにより、配管１７からヘッド側配
管１９を通して油圧シリンダ２のヘッド側へ流れ込む油
量が調整され、射出プランジャ１の速度がフィードバッ
ク制御されるものとなる。

【００１２】そして、溶融金属の金型への充填に伴う油
圧シリンダ２のヘッド側の所定値以上の圧力上昇が検出
されたタイミングで、射出速度制御から射出力制御への
切り換えが行われる。

【００１３】射出力制御に際しては、力設定信号８と回
転角信号１３と力検出器５からの力信号６とに基づき、
演算部９が、方向流量制御弁１６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１０を演算する。

【００１４】制御パルス発生器１１は、演算部９より与
えられる回転制御指令信号１０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１２が回転する。このパ
ルスモータ１２の回転ステップ運動をボールネジ１４が
直線ステップ運動に変え、方向流量制御弁１６のスプー
ル１５を動かす。

【００１５】図２はこのスプール１５の位置制御による
射出力制御状況を示すフローチャートである。

【００１６】力信号６の示す検出力値ＦＫが力設定信号
８の示す設定力値ＦＳよりも小さい場合には（ＦＫ＜Ｆ
Ｓ）、ステップ２０１を経てステップ２０２へ進み、正
の回転制御指令信号１０を出力する。これにより、ステ
ップモータ１２が正方向へ回転し（ステップ２０３）、
スプール１５が「射出プランジャ出側」へ動く（ステッ
プ２０４）。これにより、配管１７からヘッド側配管１
９を通して油圧シリンダ２のヘッド側へ圧油が流れ込
み、油圧シリンダ２のロッド側からロッド側配管２０通
ってタンクライン１８へ圧油が流れ出し（ステップ２０
５）、すなわち油圧シリンダ２のヘッド側へ流入する油
量および油圧シリンダ２のロッド側より流出する油量が
調整され、これにより射出プランジャ１にかかる力が増
大するものとなる（ステップ２０６）。

【００１７】これに対して、力信号６の示す検出力値Ｆ
Ｋが力設定信号８の示す設定力値ＦＳよりも大きい場合
には（ＦＫ＞ＦＳ）、ステップ２０１を経てステップ２
０７へ進み、負の回転制御指令信号１０を出力する。こ
れにより、ステップモータ１２が逆方向へ回転し（ステ
ップ２０８）、スプール１５が「射出プランジャ戻側」
へ動く（ステップ２０９）。これにより、配管１７から
ロッド側配管２０を通して油圧シリンダ２のロッド側へ
圧油が流れ込み、油圧シリンダ２のヘッド側からヘッド
側配管１９通ってタンクライン１８へ圧油が流れ出し
（ステップ２１０）、すなわち油圧シリンダ２のロッド
側へ流入する油量および油圧シリンダ２のヘッド側より
流出する油量が調整され、これにより射出プランジャ１
にかかる力が減少するものとなる（ステップ２１１）。

【００１８】力信号６の示す検出力値ＦＫと力設定信号
８の示す設定力値ＦＳとが等しい場合には（ＦＫ＝Ｆ
Ｓ）、ステップ２０１を経てステップ２１２へ進み、回
転制御指令信号１０が「０」となる。このため、ステッ
プモータ１２は回転せず（ステップ２１３）、スプール
１５が動かず（ステップ２１４）、油圧シリンダ２のヘ
ッド側およびロッド側への油量はそのままの状態を維持
し（ステップ２１５）、射出プランジャ１にかかる力は
減少も増大もしない（ステップ２１６）。

【００１９】なお、上述において、方向流量制御弁１６
の調整する油量と射出力との関係は、配管等によって機
器毎に変わるものと思われる。本実施例においては、演
算部９における回転制御指令信号１０の演算に際して用
いるパラメータを調整することにより、回転制御指令信
号１０を修正し、必要に応じて現場サイドで補正するこ
とが可能である。

【００２０】以上説明したように本実施例によると、パ
ルスモータ１２によってその開度および流油方向が調整
される方向流量制御弁１６ひとつで、射出速度制御，射
出力制御，射出速度制御から射出力制御への切り換えが
行われ、油圧回路が非常に簡単となり、またメンテナン
スも容易となり、低コスト化を実現できる。また、本実
施例によれば、射出速度制御から射出力制御への切り換
えが同一系統の油圧回路で行われるため、モータ１２に
よるスプール１５の直動と併せて、切り換え時間が非常
に速く（１０μsec 以下）、また切り換えタイミングの
ばらつきも小さく、ダイカスト成形品の高品質化，歩留
まりの向上等への貢献が期待できる。

【００２１】次に、図１の実施例に用いた方向流量制御
弁１６の具体例を説明する。図３は方向流量制御弁１６
の構成図であり、２６は断面構造で示した流量制御弁、
２７は電磁弁であり、共に周知のものである。バルブボ
ディ３０には軸線方向からの作動油流入口３１と軸線と
直角方向への作動油流出口３２が形成され、その内部に
軸線方向へ移動するスプール１５が収容されている。ス
プール１５の後部にはナット軸３３が一体に形成され、
このナット軸３３の内部軸心部にはボールねじ１４を介
してねじ軸３４が螺合されており、このねじ軸３４はジ
ョイント３５によってパルスモータ１２の軸と連結され
ている。なお、１５ａはスプール１５の連通路、３６は
ナット軸３３の回転を阻止し軸方向への移動をガイドす
るキー、３７はナット軸３３に設けられた永久磁石、３
８は対向ケーシング３９の永久磁石３７と対向する位置
に設けられた位置検出器である。

【００２２】パルスモータ１２の回転に応じてスプール
１５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１
５の軸線方向推力をスプール１５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１２の
回転角度が決まり、この回転角度によりスプール１５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１２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。

【００２３】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１５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３８によ
り、スプール１５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１５の零
位置を検知しパルスモータ１２をその位置で正確に停止
させるようなこともできる。なお、図３の例では、電磁
弁２７を作動油流入口３１側に設けたが、作動油流出口
３２側に設けることもできる。

【００２４】また、以上の流量制御弁２６の実施例にお
いて、スプール１５に設けた連通路１５ａの総面積を
Ａ、スプール１５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１５の外周面
に最も近い連通路１５ａの外面位置の直径をＣ、スプー
ル１５の外径をＤとすると、Ｃ／Ｄ＝０．７７〜０．９
３が好ましい。また、スプール１５とナット軸３３を連
結するロッドの直径をＥ、スプール１５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１５ａの数は６または８が好ましい。

【００２５】なお、図４はスプール１５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１５
の開度でもよい）をとり、縦軸にスプール１５に作用す
る力をとってある。スプール１５が低速域から高速域へ
移り始めるとき、スプール１５が開く方向に作用する力
Ｆ₁が大きいので、スプール１５は比較的小さい力で素
早く開き始める。そして、スプール１５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１５
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１５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１５はす
みやかに停止する。これにより、スプール１５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。

【００２６】また、図４からわかるように、高速域での
スプール１５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。

【００２７】なお、本実施例においては、方向流量制御
弁１６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１２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１０に比例した増幅電流を供給
するものとすればよい。

【００２８】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１２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。

【００２９】また、本実施例においては、演算部９にお
いて、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を用いるものとしたが、現
代制御理論にのみに限定されるものではなく、ＰＩＤ演
算を行うものとしてもよい。

【００３０】

【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、モータによってその開度および流油方向
が調整される方向流量制御弁ひとつで、射出速度制御，
射出力制御，射出速度制御から射出力制御への切り換え
が行われるものとなり、油圧回路が非常に簡単となり、
またメンテナンスも容易となり、低コスト化を実現でき
る。また、本発明によれば、射出速度制御から射出力制
御への切り換えが同一系統の油圧回路で行われるため、
切り換え時間が非常に速く、また切り換えタイミングの
ばらつきも小さく、射出成形品の高品質化，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および射出力制御装置の
一実施例を示すブロック図。

【図２】この装置における方向流量制御弁のスプールの
位置制御による射出力制御状況を示すフローチャート。

【図３】図１の方向流量制御弁１６の構成図である。

【図４】図３のスプール１５に作用する力の特性図であ
る。

【符号の説明】

１ 射出プランジャ ２ 油圧シリンダ ３ 位置検出器 ５ 力検出器 ９ 演算部 １２ 回転角度検出器付きパルスモータ １６ 方向流量制御弁

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 (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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制御を行い、所定のタ
   イミングで力制御へ切り換える射出速度および射出力制
   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、 前記射出プランジャにかかる力を検出する力検出手段
   と、 前記油圧シリンダへの圧油の供給通路に配置された方向
   流量制御弁と、 この方向流量制御弁の開度および流油方向を調整するモ
   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射出速度制御に際する前記
   モータへの回転制御指令を演算する一方、前記力検出器
   の検出する射出プランジャにかかる力と前記回転角度検
   出手段の検出するモータの回転角度と供与される設定力
   値とに基づき射出力制御に際する前記モータへの回転制
   御指令を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする
   射出速度および射出力制御装置。