JP3285701B2 - 型内圧力測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機における金
型のキャビティ内圧力を測定する型内圧力測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機において、金型キャビティ内
圧力をモニタし、このモニタ結果を成形条件出しの参考
にしたり、モニタ結果より成形異常箇所発見のための資
料に利用することなどが行なわれている（特開昭６１−
１０６２１９号公報、特開昭５９−２２４３２３号公報
等参照）。また、キャビティ内圧力をモニタし、射出工
程における速度モードから圧力モードへの切替時期を検
出することにも利用されている。

【０００３】従来このキャビティ内圧力を検出する方法
としては、金型内のキャビティ内に型内圧センサを取り
付けキャビティ内圧力を検出する方法が一般的である。
例えば、図５に示すように金型７，７´で構成される金
型内に型内圧センサ１００を取り付け、キャビティ内の
圧力、即ち金型内の樹脂圧力を検出し、検出信号を型内
圧センサアンプ１０１で増幅してキャビティ圧力を検出
するようにしている。なお、図５において、１は加熱シ
リンダ、２はスクリュ、Ｍｅは製品突出し機構の駆動源
である突出用サーボモータ、Ｐｅは該サーボモータの位
置、速度を検出するためのパルスコーダ、８はエジェク
タピン、９はエジェクタプレートである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】金型内に型内圧センサ
を取り付けてキャビティ圧力を検出する従来の方法であ
ると、金型に特殊な加工を施して型内圧センサを取り付
けねばならず、金型の加工をその分高価なものにする。
また、型内圧センサ、型内圧センサアンプ、さらにはモ
ニタ表示のためにプロセッサで制御を行なうために検出
信号をディジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器等
をも必要となる。そのため、これらハードウエア分高価
なものになる。そこで、本発明の目的は金型内に型内圧
センサを設けることなくキャビティ内圧力を検出できる
型内圧力測定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、サーボモータ
で駆動され金型内を移動する移動部材を有する金型内移
動機構を備えた射出成形機の型内圧力測定装置におい
て、上記サーボモータを駆動制御するサーボ系と、該サ
ーボ系の速度ループが出力するトルク指令と上記サーボ
モータの実速度とに基づいて上記サーボモータに加わる
負荷トルクを求める手段と、該求められた負荷トルクに
よってキャビティ内圧力を測定する手段とを備えること
を特徴とする。特に、上記金型内移動機構を、金型内か
ら製品を突出す製品突出し機構とする。

【０００６】

【作用】製品突出し機構は、金型キャビティ内を移動す
るエジェクトピンを備えている。また、製品突きだし機
構以外で金型内を移動する移動部材を有する金型内移動
機構を備える射出成形機及び金型もある。このような金
型内を移動する移動部材を有する金型内移動機構の駆動
源にサーボモータを用い、射出成形を行なう場合、上記
エジェクタピンや移動部材は、射出、保圧工程中、キャ
ビティを形成する所定の位置に保持される。そのため、
射出等によってキャビティ内の圧力が増大すれば、エジ
ェクタピン等の移動部材は、この圧力によって力を受け
後退しようとする。そして、移動部材が移動して指令さ
れている所定位置より後退して位置偏差が増大すれば、
サーボモータの駆動電流が増大し上記位置偏差をなくし
指令された所定位置を保持するようにその出力トルクを
増大させる。

【０００７】即ち、上記サーボモータの出力トルクはキ
ャビティ内圧力に比例することになる。このことから、
上記サーボモータへの電流指令（即ちトルク指令）によ
って、または実際の駆動電流の値によってキャビティ内
圧力を測定できることを意味する。より正確には、上記
サーボモータに加わる負荷トルクを、サーボ系の速度ル
ープが出力するトルク指令と上記サーボモータの実速度
とに基づいて求める。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明による型内圧力測定装置を適用した
一実施例の電動射出成形機の要部を示すブロック図で、
符号１は射出成形機の射出シリンダ、符号２はスクリュ
ーである。スクリュー２は、射出用サーボモータＭｓに
より射出軸方向に駆動され、また、タイミングベルトお
よび歯付プーリ等からなる動力伝達機構３を介してスク
リュー回転用サーボモータＭｒにより計量回転される。
スクリュー２の基部にはスクリュー２の軸方向に作用す
る樹脂反力を検出する圧力検出器４が設けられ、射出保
圧工程における射出保圧圧力や計量混練り工程における
スクリュー背圧等が検出されるようになっている。更
に、射出用サーボモータＭｓにはスクリュー２の位置や
移動速度を検出するためのパルスコーダＰｓが配備さ
れ、また、スクリュー回転用サーボモータＭｒには、ス
クリュー２の回転速度を検出するためのパルスコーダＰ
ｒが配備されている。

【０００９】射出成形機のベースにはフロントプラテン
６が固着され、フロントプラテン６とリアプラテンを締
結したタイバーに対して摺動可能に装着された可動プラ
テン５がリアプラテン側に配備された型締用サーボモー
タＭｃにより型締機構（図示せず）を介して駆動され
る。型締用サーボモータＭｃは位置および速度検出のた
めのパルスコーダＰｃを備える。可動プラテン５には可
動側金型７、フロントプラテン６には固定側金型７´が
取り付けられている。

【００１０】また、可動プラテン５には、可動側金型７
のキャビティ内にエジェクタピン８を突出させ製品を取
り出す製品突出し機構が設けられ、その駆動源の突出用
サーボモータＭｅも可動プラテン５に設けられている。
この製品突出し機構の構成は、従来から公知のサーボモ
ータで駆動される製品突出し機構と同様であり、図５に
示すように、サーボモータＭｅはエジェクタプレート９
を駆動し、該エジェクタプレート９に取り付けられてい
るエジェクタピン８をキャビティ内に突出させて製品を
突出すものである。なお、この突出用サーボモータＭｅ
にも、先に述べた各軸のサーボモータと同様、位置およ
び速度検出のためのパルスコーダＰｅが配備されてい
る。

【００１１】射出成形機の制御装置１０は、数値制御用
のマイクロプロセッサであるＣＮＣ用ＣＰＵ１７、プロ
グラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサ
であるＰＭＣ用ＣＰＵ１６、サーボ制御用のマイクロプ
ロセッサであるサーボＣＰＵ１８、および、Ａ／Ｄ変換
器３４を介して射出保圧圧力やスクリュー背圧のサンプ
リング処理等を行うためのモニタ用ＣＰＵ３３を有し、
バス２８を介して相互の入出力を選択することにより各
マイクロプロセッサ間での情報伝達が行えるようになっ
ている。

【００１２】ＰＭＣ用ＣＰＵ１６には、射出成形機のシ
ーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶
したＲＯＭ２０および演算データの一時記憶等に用いら
れるＲＡＭ２３が接続され、また、ＣＮＣ用ＣＰＵ１７
には射出成形機の各軸を制御するプログラム等を記憶し
たＲＯＭ２１および演算データの一時記憶等に用いられ
るＲＡＭ２７が接続されている。ＣＮＣ用ＣＰＵ１７に
接続された不揮発性メモリ２６は射出成形作業に関する
成形条件と各種設定値，パラメータ，マクロ変数等を記
憶するための成形データ保存用メモリであり、他のＣＰ
Ｕからのアクセスも可能である。

【００１３】そして、サーボＣＰＵ１８およびモニタ用
ＣＰＵ３３の各々には、サーボ制御専用の制御プログラ
ムを格納したＲＯＭ２２やデータの一時記憶に用いられ
るＲＡＭ２４、および、圧力データ等を得るためのサン
プリング処理に関する制御プログラムを格納したＲＯＭ
３１やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ３２が接続
されている。更に、サーボＣＰＵ１８（なお、サーボＣ
ＰＵは制御する軸数に応じて複数設けられているが、図
１では１ブロックで表している）には、該ＣＰＵ１８か
らの指令に基いて突出用，型締め用，スクリュー回転
用，射出用等の各軸のサーボモータを駆動するサーボア
ンプ１１〜１４がサーボインターフェイス１５を介して
接続されている。また、各軸のサーボモータに配備した
パルスコーダＰｅ〜Ｐｓからの出力の各々がサーボイン
ターフェイス１５を介してサーボＣＰＵ１８に帰還さ
れ、パルスコーダのフィードバックパルスに基いてサー
ボＣＰＵ１８により算出されたエジェクタピン８の突出
位置やクロスヘッド位置およびその移動速度やスクリュ
ー２の現在位置およびその移動速度や回転速度の値が、
ＲＡＭ２４の現在位置記憶レジスタ、現在速度記憶レジ
スタの各々に記憶される。

【００１４】入出力回路２９は射出成形機の各部に配備
したリミットスイッチや操作盤からの信号を受信したり
射出成形機の周辺機器等に各種の指令を伝達したりする
ための入出力インターフェイスであり、また、通信イン
ターフェイス３０はホストコンピュータやセルコントロ
ーラとの間でデータ伝送を行うための入出力インターフ
ェイスである。ディスプレイ付手動データ入力装置１９
はＣＲＴ表示回路２５を介してバス２８に接続され、モ
ニタ表示画面や機能メニューの選択および各種データの
入力操作等が行えるようになっており、数値データ入力
用のテンキーおよび各種のファンクションキー等が設け
られている。

【００１５】以上の構成により、ＣＮＣ用ＣＰＵ１７が
ＲＯＭ２１の制御プログラムおよび各種設定値に基いて
各軸のサーボモータに対してパルス分配を行い、サーボ
ＣＰＵ１８は各軸に対してパルス分配された移動指令と
パルスコーダＰｅ〜Ｐｓ等の検出器で検出された位置の
フィードバック信号および速度のフィードバック信号に
基いて、従来と同様に位置ループ制御，速度ループ制御
さらには電流ループ制御等のサーボ制御を行い、いわゆ
るディジタルサーボ処理を実行する。

【００１６】モニタＣＰＵ３３は、従来と同様の圧力検
出器４から入力される射出保圧工程における射出保圧圧
力のモニタを行なう。

【００１７】図２はサーボＣＰＵが各軸サーボモータを
駆動制御するサーボ系のブロック図である。図２におい
て、ＣＮＣ用ＣＰＵ１７から分配される当該軸に対する
位置指令Ｍcmd とパルスコーダ（Ｐｓ、Ｐｒ、Ｐｅ、Ｐ
ｃ）で検出されるサーボモータの実際の回転位置との差
である位置偏差を求め、この位置偏差に要素５０で示す
位置ループゲインＫｐを乗じて速度指令を求める。この
速度指令からパルスコーダで検出されるサーボモータの
実際の速度を減じて速度偏差を求め、この速度偏差によ
って要素５１の比例積分制御等の速度ループ処理を行な
いトルク指令（電流指令）ｕを求め、さらにこのトルク
指令ｕに対して電流ループ処理を行なってサーボモータ
を駆動するが、図２においては電流ループは伝達関数が
「１」として記載していない。

【００１８】また、要素５２、５３はサーボモータの伝
達関数の要素で、要素５２のＫｔはサーボモータのトル
ク定数であり、Ｊはイナーシャである。なおＳはラプラ
ス演算子である。トルク指令ｕにモータのトルク定数Ｋ
ｔが乗じられた値と、負荷トルクＴｄを加算した値を積
分し、その積分値をイナーシャＪで除した値がモータの
速度ｙとして求められ、さらにこの速度ｙを要素５４で
積分しサーボモータの位置が求められる。

【００１９】上記図２に示すサーボ系の位置ループ、速
度ループ、さらには電流ループの処理をサーボＣＰＵ１
８が実行し各軸サーボモータの位置、速度を制御する。
射出、保圧工程における製品突出し機構の駆動源の突出
用サーボモータＭｅの制御においては、エジェクトピン
８を金型のキャビティを構成する所定の位置に位置決め
保持されるものであるが、キャビティ内に射出された樹
脂によるキャビティ内圧力によってエジェクタピン８が
押圧されることになるため、この突出用サーボモータＭ
ｅはこの圧力に抗して指令されている位置決め位置を保
持するようにトルク指令ｕを増大させ駆動電流を増大さ
せて、キャビティ内圧力によって生じるエジェクタピン
８を後退させようとする力に対向する力（トルク）を発
生することになる。即ち、図２において、負荷トルクＴ
ｄがキャビティ圧力によってエジェクタピンを後退させ
ようとする力（トルク）を意味する。そして、例えばエ
ジェクタピン８が後退し、突出用サーボモータＭｅが移
動すると、指令されている位置Ｍcmd からずれ位置偏差
が増大し、その結果、位置ループ処理により出力される
速度指令が増大して速度ループ処理によって出力される
トルク指令ｕが増大してエジェクトピン８を指令位置ま
で移動させ、結局位置決めされた位置に保持することに
なる。

【００２０】以上のことから、射出、保圧工程におい
て、突出用サーボモータＭｅに加わる上記負荷トルクＴ
ｄを検出すればキャビティ内圧力を検出することができ
るものである。そこで、本実施例は、突出用サーボモー
タに対してオブザーバ６０を組むことによって射出、保
圧工程中の上記負荷トルクＴｄを推定し、推定負荷トル
クＴｄよりキャビティ内圧力を検出し測定するようにす
る。速度ループ処理によりトルク指令（電流指令）ｕが
求められ、また、サーボモータの実速度も速度フィード
バックとしてパルスコーダから帰還されてくるため、こ
のトルク指令ｕとモータ実速度ｙにより負荷トルクＴｄ
を推定するオブザーバを組み上記負荷トルクＴｄを推定
する。

【００２１】図３は、本実施例が用いたオブザーバ６０
のブロック図である。図３において、要素６１、６５の
「ｂ」はこの突出用サーボモータのトルク定数Ｋｔとイ
ナーシャＪの推定比率である。即ち（Ｋｔ／Ｊ）の推定
値である。また要素６２，６３のＫ１、Ｋ２はこのオブ
ザーバのパラメータ、Ｓはラプラス演算子であり、要素
６４は積分要素を表している。

【００２２】この図３のオブザーバのブロック図をｂ＝
Ｋｔ／Ｊとして解析すると、 {ｕ・Ｋt ＋Ｔd } （１／Ｊ・Ｓ）＝ｙ …（１） {ｕ・ (Ｋt ／Ｊ) ＋ (ｙ−ｙａ) Ｋ1 ＋ (ｙ−ｙａ)(Ｋ2 ／Ｓ)} (１／Ｓ) ＝ｙａ …（２） （なお、ｙａは積分要素６４の出力で推定速度） 第（１）式より ｕ＝（ｙ・Ｊ・Ｓ−Ｔd ）／Ｋｔ …（３） 第（２）式に第（３）式を代入し整理すると、 （ｙ・Ｊ・Ｓ−Ｔd ）／Ｊ＋（ｙ−ｙａ）Ｋ1 ＋（ｙ−ｙａ）（Ｋ2 ／Ｓ）＝ｙａ・Ｓ …（４） Ｓ（ｙ−ｙａ）＋（ｙ−ｙａ）・Ｋ1 ＋（ｙ−ｙａ）（Ｋ2 ／Ｓ）＝Ｔd ／Ｊ …（５） 第（５）式より （ｙ−ｙａ）＝（Ｔd ／Ｊ）・｛１／［Ｓ＋Ｋ1 ＋（Ｋ2 ／Ｓ）］ …（６） 上記６式より要素６３の出力である積分値Ｔd1は次の７
式で示される。 Ｔd1＝（ｙ−ｙａ）・（Ｋ2 ／Ｓ） ＝（Ｔd ／Ｊ）・｛Ｋ2 ／Ｓ² ＋Ｋ1 ・Ｓ＋Ｋ2 ｝ …（７） ７式において、パラメータＫ1 ，Ｋ2 を極が安定するよ
うに選択すると、Ｔd1＝Ｔd ／Ｊと近似することができ
る。この算出された積分値Ｔd1に推定比率ｂの逆数１／
ｂ（＝Ｊ／Ｋt ）を乗ずれば（要素６５の処理）、 Ｔd2＝Ｔd1・（１／ｂ）＝（Ｔd ／Ｊ）・（Ｊ／Ｋt ）＝（Ｔd ／Ｋt ） …（８） となり、負荷トルクＴd （に比例する値）の推定値Ｔd
2、即ち、負荷トルクＴｄをトルク指令（電流指令）の
単位で求めた値が求められる（Ｔd をトルク定数で割れ
ば、トルク指令ｕと次元が同じものが得られる）。

【００２３】このようにして、射出、保圧工程中、突出
用サーボモータＭｅに対するオブザーバによって該突出
用サーボモータＭｅにかかる負荷トルクＴd を求めキャ
ビティ内圧力を測定する。図４は、サーボ用ＣＰＵ１８
が射出、保圧工程中において突出用サーボモータＭe を
制御のために速度ループ処理周期毎に実行する処理のフ
ローチャートであり、上記オブザーバの処理を中心に記
載している。なお、このオブザーバ処理に必要なパラメ
ータＫ1 、Ｋ2 、推定比率ｂは予め設定されているもの
とする。

【００２４】サーボ用ＣＰＵ１８は速度ループ処理周期
毎に図４に示す処理を実行し、まず、パルスコーダＰe
から送られてくるサーボモータの実速度ｙ(i) を読み取
ると共に、前周期の速度ループ処理によって求められ記
憶していたトルク指令ｕ（i-1)を読む（ステップＡ１，
Ａ２）。次に、ステップＡ１で読み取った実速度ｙ(i)
からレジスタに記憶する前周期で推定した推定速度ｙa
(i-1)を減じた値にオブザーバの積分ゲインとしてのパ
ラメータＫ2 及び速度ループ周期Ｔs を乗じた値を、ア
キュムレータに記憶する前周期までの積分値Ｔd1(i-1)
に加算し当該周期におけるオブザーバの積分値Ｔd1(i)
を求める。すなわち、図２における要素６３の処理を実
行し積分値Ｔd1を求めるものである（ステップＡ３）。

【００２５】次に、レジスタに記憶する前周期のトルク
指令ｕ(i-1) に上記（トルク定数／イナーシャ）の推定
比率ｂを乗じた値、ステップＡ３で求めた積分値Ｔd1
(i) 、さらに、ステップＡ１で読み込んだ当該周期の実
速度ｙ(i) からレジスタに記憶する前周期で求めた推定
速度ｙa(i-1)を減じた値に比例ゲインとしてのパラメー
タＫ1 を乗じた値を加算し、この加算値に速度ループ周
期Ｔs を乗じた値を前周期で求めた推定速度ｙa(i-1)に
加算して、当該周期の推定速度ｙa(i)を求める（ステッ
プＡ４）。すなわち、図２における要素６４によって推
定速度ｙa を求める処理を実行する。

【００２６】そして、ステップＡ３で求めた積分値Ｔd1
(i) に上記（トルク定数／イナーシャ）の推定比率ｂの
逆数を乗じて負荷トルクの推定値Ｔd2(i) を求める（ス
テップＡ５）。こうして求められた負荷トルクの推定値
Ｔd2(i) をＲＡＭ２４に書き込む（ステップＡ６）。そ
して、位置ループ処理によって求められた速度指令を読
み、該速度指令とステップＡ１で読み取った実速度ｙ
（ｉ）とによって従来と同様の速度ループ処理を行ない
トルク指令ｕ（ｉ）を求めてレジスタに記憶すると共に
電流ループに引き渡し、当該速度ループの処理を終了す
る（ステップＡ８）。

【００２７】以上の処理によってＲＡＭ２４には、キャ
ビティ内圧力に比例する推定負荷トルクＴd2が記憶され
る。こうして記憶された推定負荷トルクＴd2をディスプ
レイ装置付き手動データ入力装置１９のＣＲＴ画面に表
示させるときには、モニタ用ＣＰＵは上記ＲＡＭ２４か
ら推定負荷トルクＴd2を読み出し、ＣＲＴ表示回路２５
を介してＣＲＴ画面に表示させる。

【００２８】また、検出キャビティ内圧力によって射
出、保圧工程における保圧への切替を行なうような場合
には、、上記フローチャートにおいてステップＡ５で求
めた推定負荷トルクＴd2が保圧への切替のキャビティ圧
力に対応する設定値以上になったか否か判断し、設定値
以上になったときに保圧への切替指令を出力するように
すればよい。

【００２９】以上がオブザーバによってキャビティ内圧
力を検出する方法であるが、射出、保圧工程において
は、エジェクタピン８は所定位置に保持されるものであ
るから、その移動は少なく、突出用サーボモータＭｅの
移動も少ないものであるから、該突出用サーボモータＭ
ｅの駆動電流値がキャビティ内圧力によってエジェクタ
ピン８が押圧される力とみなしてもよい。また、トルク
指令（電流指令）ｕと駆動電流は比例するものであるか
ら、このトルク指令（電流指令）ｕによってキャビティ
内圧力によってエジェクタピン８が押圧される力とみな
してもよい。このことから、突出用サーボモータＭｅの
駆動電流値またはトルク指令（電流指令）値ｕよりキャ
ビティ内圧力を測定するようにしてもよい。

【００３０】なお、上記実施例では、製品突出し機構の
サーボモータの駆動電流やトルク指令（電流指令）、さ
らには該サーボモータに対してオブザーバを組むことに
よってキャビティ内圧力を測定するようにしたが、製品
突出し機構のサーボモータ以外でも、金型キャビティ内
を移動する移動部材をサーボモータで駆動する機構を有
する場合は、この機構のサーボモータを製品突出し機構
のサーボモータの代わりに用いて上述した方法でキャビ
ティ内圧力を測定するようにしてもよい。以上のよう
に、射出成形機を制御する制御装置１０によってキャビ
ティ内の圧力を検出し、測定するようにしたから、金型
内にセンサ等を取り付ける必要もなく、また、このセン
サを取り付けるための金型の加工も必要とせず、さらに
は、キャビティ内圧力測定のためのハードウエアを特別
に必要としないものであるから、キャビティ内圧力測定
を安価に得ることができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、上記サーボモータを駆動制御
するサーボ系と、該サーボ系の速度ループが出力するト
ルク指令と上記サーボモータの実速度とに基づいて上記
サーボモータに加わる負荷トルクを求め、該求められた
負荷トルクによってキャビティ内圧力を測定するように
したから、型内圧力センサを設けることなく、キャビテ
ィ内圧力を測定できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の型内圧力測定装置の一実施例を適用し
た電動式射出成形機の要部プロック図である。

【図２】同実施例におけるサーボモータ制御におけるサ
ーボ系のブロック図である。

【図３】同実施例におけるオブザーバのブロック図であ
る。

【図４】同実施例におけるサーボ用ＣＰＵが実行する速
度ループ処理周期毎のオブザーバ処理を中心とした処理
のフローチャートである。

【図５】キャビィ内圧力測定を説明するための説明図で
ある。

【符号の説明】

７、７´ 金型 Ｍｅ 製品突出し機構の突出用サーボモータ Ｍｃ 型締用サーボモータ １０ 制御装置 ６０ オブザーバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−856（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 45/00 - 45/84 B22D 17/32

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータで駆動され金型内を移動す
   る移動部材を有する金型内移動機構を備えた射出成形機
   の型内圧力測定装置において、上記サーボモータを駆動
   制御するサーボ系と、該サーボ系の速度ループが出力す
   るトルク指令と上記サーボモータの実速度とに基づいて
   上記サーボモータに加わる負荷トルクを求める手段と、
   該求められた負荷トルクによってキャビティ内圧力を測
   定する手段とを有することを特徴とする射出成形機の型
   内圧力測定装置。
2. 【請求項２】 上記金型内移動機構は、金型内から製品
   を突出す製品突出し機構である請求項１記載の射出成形
   機の型内圧力測定装置。