JP3277490B2 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents
射出成形機の制御方法Info
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Description
法に関し、特に成形品の重量変動を少なくするのに適し
た制御方法に関する。
動式射出成形機をその中の射出装置を中心に説明する。
本電動式射出成形機は、サーボモータ駆動による射出装
置を備えている。この射出装置においては、ボールネ
ジ、ナットによりサーボモータの回転運動を直線運動に
変換してスクリュを前進、後退させる。
回転はボールネジ12に伝えられる。ボールネジ12の
回転により前進、後退するナット13はプレッシャプレ
ート14に固定されている。プレッシャプレート14
は、ベースフレーム(図示せず)に固定されたガイドバ
ー15、16(通常、4本であるが、ここでは2本のみ
図示)に沿って移動可能である。プレッシャプレート1
4の前進、後退運動は、ベアリング17、ロードセル1
8、射出軸19を介してスクリュ20に伝えられる。ス
クリュ20は、加熱シリンダ21内に回転可能に、しか
も軸方向に移動可能に配置されている。スクリュ20の
後部に対応する加熱シリンダ21には、樹脂供給用のホ
ッパ22が設けられている。射出軸19には、ベルトや
プーリ等の連結部材23を介してスクリュ20を回転さ
せるための回転用サーボモータ24の回転運動が伝達さ
れる。すなわち、回転用サーボモータ24により射出軸
19が回転駆動されることにより、スクリュ20が回転
する。
ダ21の中をスクリュ20が回転しながら後退すること
により、スクリュ20の前方、すなわち加熱シリンダ2
1のノズル21−1側に溶融樹脂が貯えられる。スクリ
ュ20が後退するのは、スクリュ20の前方に貯えられ
る溶融樹脂の量が徐々に増加し、その圧力がスクリュ2
0に作用するからである。
モータ11の駆動によって加熱シリンダ21の中をスク
リュ20が前進することにより、スクリュ20の前方に
貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧することに
より成形が行われる。この時、溶融樹脂を押す力がロー
ドセル18により射出圧力として検出される。検出され
た射出圧力は、ロードセルアンプ25により増幅されて
制御装置26に入力される。プレッシャプレート14に
は、スクリュ20の移動量を検出するための位置検出器
27が取り付けられている。位置検出器27の検出信号
は位置検出器アンプ28により増幅されて制御装置26
に入力される。
マンマシンコントローラ34を通してあらかじめ設定さ
れた設定値に応じて複数の各工程に応じた電流(トル
ク)指令をドライバ29、30に出力する。ドライバ2
9では射出用サーボモータ11の駆動電流を制御して射
出用サーボモータ11の出力トルクを制御する。ドライ
バ30では回転用サーボモータ24の駆動電流を制御し
て回転用サーボモータ24の回転数を制御する。射出用
サーボモータ11、回転用サーボモータ24にはそれぞ
れ、回転数を検出するためのエンコーダ31、32が備
えられている。エンコーダ31、32で検出された回転
数はそれぞれ制御装置26に入力される。特に、エンコ
ーダ32で検出された回転数は、スクリュ20の回転数
を知るために用いられる。
パ22からの樹脂を加熱溶融するために複数のヒータ4
0が配設されており、これらのヒータ40は温度制御装
置41により制御される。温度制御装置41には、ヒー
タ40に隣接して配置された複数の熱電対42からの温
度検出信号が入力される。温度制御装置41は、複数の
熱電対42からの温度検出信号を熱電対検出値として制
御装置26に出力し、制御装置26からのヒータ温度設
定値を示すヒータ温度設定信号に基づいてヒータ40を
制御する。
においては、安定した品質のものを短時間に多量に、安
価に製造することが重要である。安定した品質(以下で
は、成形品の重量に限定して説明する)を得るための制
御方法には、外乱に対して修正動作の可能な制御方法
(成形品の重量変動の代用特性と考えられるものをフィ
ードバック制御により一定にする)、あらかじめ成形
品の重量変動を予測しこれをうち消すような信号を加え
(フィードフォワード制御)、重量変動ゼロを狙った制
御方法等が提案されている。
では、上記のの制御方法は制御対象の把握が非常に難
しく、汎用的なものにするには越えなければならないハ
ードルが多数存在する。
上記の型内圧フィードフォワード制御方法の概要を図
3のブロック線図を参照して説明する。図3において、
Gc(S)は、例えば図2で説明した射出用サーボモー
タを制御する制御装置内の伝達関数を示し、Gp(S)
は、プロセスの伝達関数を示す。また、G1p(S)は、
外乱、例えば加熱シリンダ温度の変動を溶融樹脂密度の
変動に変換するための伝達関数を示す。これは、溶融樹
脂密度の変動は型内圧に影響を及ぼし、その結果、成形
品の重量が変化するからである。なお、外乱は、加熱シ
リンダ温度の変動のみならず、溶融樹脂の状態、すなわ
ち温度や圧力、スクリュの回転数等、様々な要因があ
る。いずれにしても、これらの外乱はそれぞれに対応し
たセンサにより検出することができ、減算器51に入力
される。そして、制御装置内の伝達関数Gc(S)とプ
ロセスの伝達関数Gp(S)との間の信号を図2で説明
したロードセル18の値とすれば、 Gc(S)=ロードセルの値(S)/外乱(S)、 Gp(S)=型内圧/ロードセルの値(S) で表される。
で発生する制御量(ここでは、成形品の重量に影響を及
ぼす型内圧)の変化を打ち消す信号を発生するためのも
のである。例えば、外乱による型内圧の変化量がΔp
(t)であるとすると、伝達関数G1p(S)は−Δp
(t)に相当する信号を発生するためのものであると言
える。
制御方法では、外乱が溶融樹脂密度の変動に変換された
ものを検出し、これを打ち消すような操作信号(具体的
には射出工程におけるスクリュの実ストロークを操作量
とする)を制御系に与え、型内圧を目標値に維持するこ
とで成形品の重量変動を無くそうとしている。
リュの実ストロークに変換するのは容易ではない。同一
の溶融樹脂密度の変動であっても、樹脂温度、射出動作
時のクッション量等が変われば伝達関数G1p(S)は変
えなくてはならない。ここに、フィードフォワード制御
の難しさがある。
ード制御における上記の問題点を解消して、成形品の重
量変動を少なくすることのできる射出成形機の制御方法
を提供することにある。
の制御方法は、加熱シリンダ内の溶融樹脂の密度を測定
する測定手段を備え、射出工程において前記測定手段の
検出値をフィードフォワード値として制御系に与えてス
クリュのストロークを制御するフィードフォワード制御
系を備えた射出成形機において、可塑化工程において前
記測定手段の検出値に応じてその変動を0に近づけるよ
うにスクリュの回転数、背圧、加熱シリンダ温度のうち
のいずれか1つを制御するフィードバック制御系を、前
記フィードフォワード制御系に付加したことを特徴とす
る。
ードフォワード制御系のブロック線図を示している。本
発明では、図1に示すように、図3で説明したフィード
フォワード制御系に、溶融樹脂密度を測定する測定装置
で測定された溶融樹脂密度の変動をフィードバックする
フィードバック制御系2を付加したものである。このフ
ィードバック制御系2は、可塑化工程において動作する
ものであり、射出工程に入る前に溶融樹脂密度の変動を
フィードバック制御系2により少しでも少なくして、従
来の不確定要素の影響を無くすよう工夫したものであ
る。
は、溶融樹脂密度の測定装置からの検出値を用いてその
変動を0に近づけるようにスクリュの回転数、背圧、加
熱シリンダの温度のうちのいずれかが制御される。図2
の電動式射出成形機について言えば、スクリュ20の回
転数制御は回転用サーボモータ24の制御により、背圧
制御は射出用サーボモータ11の制御により、加熱シリ
ンダ21の温度制御はヒータ40の制御によりそれぞれ
実現することができる。
機は、スクリュヘッドにチェック機構が設けられ、射出
前にこのチェック機構が閉じており、スクリュを押すこ
とにより溶融樹脂密度の計測ができる構造のものを前提
としている。すなわち、計量工程の完了後に、スクリュ
ヘッドの前方と加熱シリンダ内の計量部とをチェック機
構により遮断した状態で、射出用サーボモータによりス
クリュを一定の力で押した時の前進量を検出し、検出さ
れた前進量に基づいて溶融樹脂の密度を検出する。前進
量は、スクリュの位置を検出する位置検出器(図2の2
7)で検出される。このような構造の射出成形機は、例
えば特開平11−34133に開示されている。
工程において溶融樹脂密度の変動を小さくしたうえで、
射出工程において図3で説明したのと同じフィードフォ
ワード制御、すなわち射出用サーボモータ11によるス
クリュ20の射出ストローク制御が行われる。
場合であるが、本発明は油圧式射出成形機にも適用可能
である。すなわち、油圧式射出成形機では、図2の射出
装置におけるボールネジ、ナットによる回転運動−直線
運動の変換機構に代えて、油圧駆動による射出シリンダ
が備えられる。そして、射出ストローク制御は射出シリ
ンダへの油圧を制御することで行われる。
量変動をゼロにできるフィードフォワード制御系の設計
を容易にすることができ、成形品の重量変動をなくして
その品質の向上を図ることができる。
のブロック線図を示す。
した図である。
ック線図を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】 加熱シリンダ内の溶融樹脂の密度を測定
する測定手段を備え、射出工程において前記測定手段の
検出値をフィードフォワード値として制御系に与えてス
クリュのストロークを制御するフィードフォワード制御
系を備えた射出成形機において、 可塑化工程において前記測定手段の検出値に応じてその
変動を0に近づけるようにスクリュの回転数、背圧、加
熱シリンダ温度のうちいずれか1つを制御するフィード
バック制御系を、前記フィードフォワード制御系に付加
したことを特徴とする射出成形機の制御方法。
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