JP4231517B2 - 射出成形機の計量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュを回転させて計量を行う際に用いて好適な射出成形機の計量制御方法に関する。

一般に、射出成形機の成形サイクルは、計量工程と射出工程を有し、計量工程では、スクリュを回転させて計量を行うとともに、スクリュが予め設定した計量終了位置まで後退したなら計量を終了させる計量制御が行われる。ところで、計量工程では、速度制御，圧力制御及び位置制御等の各種制御が行われるが、計量工程における一連の制御に対する制御精度を高めることは、均一の成形品質量を確保して高品質の成形品を得る上で極めて重要となり、従来より各種の計量制御方法が提案されている。

例えば、特公平６−６１８００号公報には、予め設定されたスクリュ回転数でスクリュを回転させながら後退させ、スクリュを予め設定された計量完了位置で停止させる制御方法であって、スクリュ位置検出手段で検出されたスクリュ位置とスクリュ速度検出手段で検出されたスクリュ後退速度を受け、予め定められた演算式によってスクリュを計量完了位置で停止させるようなスクリュ回転数を演算し、演算されたスクリュ回転数を回転駆動指令として送出するようにした射出成形機の計量制御方法（計量制御装置）が開示されている。また、特開２００４−１５４９８８号公報には、設定計量完了位置近傍の設定スクリュ位置までスクリュが後退した後、設定計量完了位置と現在のスクリュ後退位置との位置偏差に比例するスクリュ回転速度を求め、このスクリュ回転速度に、設定樹脂圧力と現在の検出樹脂圧力との圧力偏差に基づいてスクリュ回転速度の補正を行って、スクリュ回転速度指令としてスクリュ回転速度を制御するようにした射出成形機の計量制御方法（計量方法）が開示されている。
特公平６−６１８００号 特開２００４−１５４９８８号

しかし、上述した従来における射出成形機の計量制御方法は、次のような問題点があった。

まず、特許文献１のように、スクリュ位置とスクリュ後退速度を検出し、スクリュを計量完了位置で停止させるスクリュ回転数を演算するとともに、演算したスクリュ回転数を回転駆動指令とする制御方法を採用した場合、計量完了位置付近におけるスクリュの回転速度が限りなくゼロに近くなり、スクリュが計量完了位置に達するまでにかなりの時間を要する。このため、スクリュ位置の制御精度を高めるには有利になるものの、サイクル時間の短縮化を図れないため、高速成形を実現する上で極めて不利になるとともに、成形効率及び量産性を高めるにも限界を生じる。

また、特許文献２のように、設定計量完了位置近傍の設定スクリュ位置までスクリュを後退させた後、設定計量完了位置と現在のスクリュ後退位置の位置偏差に比例するスクリュ回転速度を求めるとともに、設定樹脂圧力と現在の検出樹脂圧力との圧力偏差により補正してスクリュ回転速度指令とする制御方法を採用した場合、設定計量完了位置近傍の制御が位置制御のみとなり、制御対象が固定される。このため、スクリュ位置の制御精度を高めるには有利になるものの、背圧制御はスクリュ回転速度を調整して行う必要があるなど、制御の複雑化を招くとともに、僅かな距離区間で背圧制御を実現する上での応答性及び安定性を確保することが困難となる。

さらに、計量制御においては、計量完了位置（計量終了位置）でスクリュの回転と後退の双方を確実に停止させることが高度の計量精度を確保するために要求されるが、特許文献１及び２の場合、スクリュの回転と後退の双方を確実に停止させることについては何ら考慮されておらず、特に高度の計量精度が要求される近時における厚さの薄い光記憶ディスク等の成形に対して十分に対応できない。

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計量制御方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る射出成形機Ｍの計量制御方法は、上述した課題を解決するため、スクリュ２を回転させて計量を行う際に、予め、計量終了位置Ｘｅに対応する終了目標位置Ｘｅｓ及びスクリュ２を回転させる回転速度パターンＡｒと、スクリュ２が後退する仮想の後退速度パターンＡｂを設定するとともに、計量時に、所定時間Ｔｓ間隔毎に検出したスクリュ位置Ｘから終了目標位置Ｘｅｓでスクリュ２の回転を停止させる残りの回転速度パターンＡｒを演算により予測し、かつこの回転速度パターンＡｒに基づいてスクリュ２を計量終了位置Ｘｅまで回転制御するとともに、所定時間Ｔｓ間隔毎に検出したスクリュ２の後退速度Ｖｄから終了目標位置Ｘｅでスクリュ２の後退を停止させる残りの後退速度パターンＡｂを演算により予測し、かつこの後退速度パターンＡｂに基づいてスクリュ２を計量終了位置Ｘｅまで後退制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転及び後退を停止させるとともに、この後、スクリュ２を当該計量終了位置Ｘｅに位置決め制御しつつ予め設定した一定回転量Ｒｃだけ逆回転制御するようにしたことを特徴とする。

この場合、好適な実施の態様により、終了目標位置Ｘｅｓは、計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した位置を用いることができる。また、スクリュ２を後退制御するに際しては、スクリュ２に対する背圧Ｐｓ及びスクリュ２の後退速度Ｖｄに対するリミット値ＶＬ（ＶＬａ…）を設定するとともに、残りの後退速度パターンＡｂの予測時における背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐ又は計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘのいずれか小さい制御量Ｄｐ又はＤｘを選択して、スクリュ２を後退制御することができる。なお、一定回転量Ｒｃは、３０〜１２０〔゜〕の角度範囲から選定することが望ましい。また、成形材料としては非晶性樹脂材料に適用することが望ましい。さらに、回転速度パターンＡｒには、少なくとも、スクリュ２の回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃとこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓが含まれるとともに、後退速度パターンＡｂには、少なくとも、スクリュ２の後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃとこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓが含まれる。

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

（１） スクリュ２の回転及び後退の双方を計量終了位置Ｘｅで正確かつ確実に停止させ、かつ停止したスクリュ２を位置決め制御しつつ一定回転量Ｒｃだけ逆回転制御するため、高度の計量精度を確保できるとともに、計量終了位置Ｘｅに停止した際の残留する樹脂圧を有効に除去できる。特に、スクリュ２の回転及び後退の双方を計量終了位置Ｘｅで正確に停止させた後に逆回転制御を行うため、各ショットにおいて一定回転量Ｒｃだけ逆回転するのみでも確実かつバラツキの無い除圧が可能となり、安定した成形品質を得ることができる。したがって、近時において高度の計量精度が要求される厚さの薄い光記憶ディスク等の成形にも十分に対応できる。

（２） 好適な実施の態様により、終了目標位置Ｘｅｓとして、計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した位置を設定すれば、計量終了位置Ｘｅの制御精度を高めつつサイクル時間の短縮化が可能となり、高い成形品質を維持しつつ成形効率及び量産性の向上、さらには高速成形を実現できる。

（３） 好適な実施の態様により、スクリュ２を後退制御するに際して、スクリュ２に対する背圧Ｐｓ及びスクリュ２の後退速度Ｖｄに対するリミット値ＶＬ（ＶＬａ…）を設定するとともに、残りの後退速度パターンＡｂの予測時における背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐ又は計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘのいずれか小さい制御量Ｄｐ又はＤｘを選択して、スクリュ２を後退制御するようにすれば、計量終了位置Ｘｅに対する位置制御の正確化及び容易化を図れるとともに、制御の応答性及び安定性を高めることができ、もって、僅かな距離区間での確実かつ正確な背圧制御を実現できる。

（４） 好適な実施の態様により、一定回転量Ｒｃを、３０〜１２０〔゜〕の角度範囲から選定すれば、本発明に係る計量制御方法を有効かつ的確に実施することができる。

（５） 好適な実施の態様により、成形材料として非晶性樹脂材料に適用すれば、特に、樹脂粘度及び樹脂圧縮性が低いことから樹脂圧を確実に除去することができる。

（６） 好適な実施の態様により、回転速度パターンＡｒに、少なくとも、スクリュ２の回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃとこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓを含ませれば、スクリュ回転側に対する本発明に係る計量制御方法を確実かつ安定に実施できる。

（７） 好適な実施の態様により、後退速度パターンＡｂに、少なくとも、スクリュ２の後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃとこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓを含ませれば、スクリュ後退側に対する本発明に係る計量制御方法を確実かつ安定に実施できる。

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、本実施形態に係る計量制御方法を実施できる射出成形機Ｍの構成について、図３及び図４を参照して説明する。

図３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。

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（電動モータ）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（電動モータ）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３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計量制御方法における一連の制御（シーケンス制御）及び演算等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間に介在させた圧力センサ（ロードセル）３３を接続する。この圧力センサ３３によりスクリュ２に対する背圧Ｐｄを検出することができる。さらに、コントローラ３２にはディスプレイ３４を接続する。

図４は、コントローラ３２における主要機能部のブロック系統図である。同図において、４１はスクリュ回転側における速度フィードバック制御系であり、偏差演算部４２，速度補償部４３及び速度変換部４４を備え、速度補償部４３の出力は、スクリュ回転用サーボモータ２０に付与される。また、偏差演算部４２の一方の入力部（非反転入力部）には、コントローラ本体３２ｍから、スクリュ２を回転させる回転速度の指令値、具体的には、後述する回転速度パターンＡｒに基づく回転速度の指令値が付与されるとともに、偏差演算部４２の他方の入力部（反転入力部）には、速度変換部４４からスクリュ２の回転速度の検出値が付与される。この速度変換部４４の入力側には、サーボモータ２０に付設したロータリエンコーダ２３から得られるスクリュ２の回転位置の検出値が付与され、この回転位置の検出値が速度変換部４４により回転速度の検出値に変換される。この回転速度の検出値は、コントローラ本体３２ｍにも付与される。

一方、４５はスクリュ進退側におけるフィードバック制御系であり、４５ｘは位置フィードバック制御系、４５ｐは圧力フィードバック制御系を示す。位置フィードバック制御系４５ｘは、偏差演算部４６及び位置補償部４７を備え、位置補償部４７の出力（後述する位置制御量Ｄｘ）は、制御量選択部４８に付与される。また、偏差演算部４６の一方の入力部（非反転入力部）には、コントローラ本体３２ｍから、予め設定した計量終了位置Ｘｅが指令値として付与されるとともに、偏差演算部４６の他方の入力部（反転入力部）には、スクリュ進退用サーボモータ２８に付設したロータリエンコーダ３１から得られるスクリュ位置Ｘ（検出値）が付与される。このスクリュ位置Ｘは、コントローラ本体３２ｍにも付与される。他方、圧力フィードバック制御系４５ｐは、偏差演算部４９及び圧力補償部５０を備え、圧力補償部５０の出力（後述する圧力制御量Ｄｐ）は、制御量選択部４８に付与される。また、偏差演算部４９の一方の入力部（非反転入力部）には、コントローラ本体３２ｍから、指令値となる背圧Ｐｓが付与されるとともに、偏差演算部４９の他方の入力部（反転入力部）には、圧力センサ３３から得られる検出値（背圧Ｐｄ）が付与される。この背圧Ｐｄは、コントローラ本体３２ｍにも付与される。

次に、このような射出成形機Ｍを用いた本実施形態に係る計量制御方法について、図３〜図９を参照しつつ図１及び図２に示すフローチャートに従って説明する。

計量工程では、基本的な動作として、スクリュ回転用サーボモータ２０によりスクリュ２が回転し、スクリュ２の前方に溶融樹脂が蓄積計量されるとともに、これに伴ってスクリュ２が後退し、このスクリュ２に対してスクリュ進退用サーボモータ２８により背圧が付与される。そして、スクリュ２を予め設定した計量終了位置Ｘｅまで後退させるとともに、計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転及び後退を停止させ、この後、スクリュ２を当該計量終了位置Ｘｅに位置決め制御しつつ予め設定した一定回転量Ｒｃだけ逆回転制御する。

以下、スクリュ回転用サーボモータ２０側の作動制御とスクリュ進退用サーボモータ２８側の作動制御を分けて具体的に説明する。なお、スクリュ回転用サーボモータ２０の作動制御とスクリュ進退用サーボモータ２８の作動制御はぞれぞれ関連しつつ同時に行われる（ステップＳＲ，ＳＢ）。

最初に、スクリュ回転用サーボモータ２０の作動制御について、図５及び図６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、図５は、横軸を時間とした回転速度パターンＡｒを表したものである。

まず、予め、計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した終了目標位置Ｘｅｓ及びスクリュ２を回転させる回転速度パターンＡｒを設定する（ステップＳ０）。この場合、所定距離Ｌｓは、例えば、０．０１〜０．０５〔ｍｍ〕程度の僅かな距離を任意に選択できる。また、回転速度パターンＡｒは、図５に示すように、スクリュ２の回転速度を所定の加速率（加速係数）により加速させる加速区間Ａｒａ，この加速区間Ａｒａの終端から回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃ及びこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓにより設定する。このように、回転速度パターンＡｒに、少なくとも、定速区間Ａｒｃと減速区間Ａｒｓを含ませることにより、スクリュ回転側に対する本発明に係る計量制御方法を確実かつ安定に実施することができる。

一方、計量時には、コントローラ本体３２ｍから、設定した回転速度パターンＡｒに基づいてスクリュ２を回転させる回転速度の指令値が偏差演算部４２に付与され、スクリュ回転用サーボモータ２０が作動制御（速度制御）される（ステップＳＲ１）。この場合、偏差演算部４２により、速度変換部４４から付与されるスクリュ２の回転速度（検出値）とコントローラ本体３２ｍから付与される回転速度（指令値）の速度偏差が求められるとともに、この速度偏差は速度補償部４３に付与され、速度補償された後、サーボモータ２０に付与される。これにより、スクリュ２の回転速度（検出値）が指令値に一致するようにスクリュ２の回転速度に対するフィードバック制御が行われる。

また、サーボモータ２０の作動中は、所定時間Ｔｓ間隔（例えば、５０〜２００〔μｓ〕間隔）毎に、スクリュ２の位置（スクリュ位置Ｘ）がロータリエンコーダ３１により得られる（ステップＳＲ２）。コントローラ本体３２ｍでは、所定時間Ｔｓ間隔毎に検出したスクリュ位置Ｘから終了目標位置Ｘｅｓでスクリュ２の回転を停止させる残りの回転速度パターンＡｒを演算により予測する（ステップＳＲ３）。即ち、実際のスクリュ位置Ｘの検出により、既に計量した樹脂量を知ることができるとともに、計量した樹脂量から残りの計量すべき樹脂量を演算できるため、この残りの樹脂量から終了目標位置Ｘｅｓで停止させる回転速度パターンＡｒを予測する。そして、予測後は、予測した回転速度パターンＡｒによりスクリュ２を回転制御する。さらに、回転速度パターンＡｒの予測により、図５に示す終了目標位置Ｘｅｓ及び減速開始点ｔｃが、予測時毎に特定されるため、スクリュ２が図５に示す減速開始点ｔｃに到達したなら減速（減速区間Ａｒｓ）を開始するとともに（ステップＳＲ４，ＳＲ５）、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転を停止、即ち、サーボモータ２０の回転を停止制御し、サーボロックを行う（ステップＳＲ６，ＳＲ７）。

この場合、計量終了位置Ｘｅにおける予測した回転速度パターンＡｒの回転速度は、図５に示すように、ゼロではなく、Ｖｅの大きさとなるが、計量終了位置Ｘｅに達した時点ではスクリュ回転停止指令を出力してスクリュ２の回転を強制停止させる制御を行う。このときの回転速度Ｖｅの大きさは、前述した所定距離Ｌｓの選定により可変できるため、所定距離Ｌｓの長さを選定することにより、計量終了位置Ｘｅに達する時間が短縮され、かつスクリュ回転停止指令の出力によりスクリュ２の回転が速やかに停止する最適な回転速度Ｖｅの大きさを設定すればよい。このように、予測した回転速度パターンＡｒの減速区間Ａｒｓにおける回転速度Ｖｒｓは、終了目標位置Ｘｅｓにおいてゼロとなるが、実際の回転速度Ｖｒｄは計量終了位置Ｘｅにおいてゼロとなる。

一方、サーボモータ２０に対する停止制御によりスクリュ２が計量終了位置Ｘｅで停止したなら、直ちにスクリュ２を当該計量終了位置Ｘｅに位置決め制御するとともに、この位置決め制御を行いながら予め設定した一定回転量Ｒｃだけスクリュ２に対して逆回転制御を行う（ステップＳ２，Ｓ３）。この場合、一定回転量Ｒｃは、３０〜１２０〔゜〕の角度範囲から選定する。本実施形態では、スクリュ２の回転を計量終了位置Ｘｅで正確に停止させることができるとともに、後述するように、スクリュ２の後退に対しても計量終了位置Ｘｅで正確に停止させることができる。そして、この後に除圧のための逆回転制御を行うため、残留する樹脂圧を有効に除去できるとともに、特に、各ショットにおいて一定回転量Ｒｃだけ逆回転するのみでも確実かつバラツキの無い除圧が可能になる。

図５及び図６において、Ｖｒがスクリュ２の回転速度〔ｒｐｍ〕、Ｐｒが樹脂圧〔ＭＰａ〕をそれぞれ示すとともに、Ｖｎが逆回転制御時におけるスクリュ２の回転速度、Ｐｒｄが逆回転制御時における樹脂圧をそれぞれ示している。なお、Ｔｎは逆回転制御時間〔秒〕を示す。図６は、一定回転量Ｒｃを６０〔゜〕に設定した場合におけるスクリュ２の実際の回転速度Ｖｒ及び樹脂圧Ｐｒの測定データを示しており、特に、Ｖｒａは減速区間Ａｒｓにおける減速率を比較的小さく設定した場合の回転速度、Ｖｒｂは減速区間Ａｒｓにおける減速率を比較的大きく設定した場合の回転速度をそれぞれ示す。また、Ｐｒｄａが回転速度Ｖｒａにより制御した場合の残留する樹脂圧、Ｐｒｄｂが回転速度Ｖｒｂにより制御した場合の残留する樹脂圧をそれぞれ示す。これより明らかなように、残留する樹脂圧Ｐｒｄａ，Ｐｒｄｂを除去するに際しては、減速区間Ａｒｓにおける減速率にも大きく影響を受けるため、一定回転量Ｒｃの設定に際しては、設定する回転速度パターンＡｒ及び後述する後退速度パターンＡｂの態様を考慮して設定することが望ましい。

さらに、残留する樹脂圧に対する除圧作用は成形材料の種類によっても無視できない影響を受ける。例えば、熱可塑性樹脂材料（ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリプロピレン（ＰＰ）等）の場合には、樹脂粘度や樹脂圧縮性が比較的高いことから、スクリュ２に対する逆回転制御を行っても樹脂圧縮により樹脂圧が除去されにくいが、非晶性樹脂材料（ポリカーボネート（ＰＣ），環状ポレオレフィン（ＣＯＰ），アクリル（ＰＭＭＡ），ポリスチレン（ＰＳ）等）の場合には、樹脂粘度及び樹脂圧縮性が比較的低いことから残留する樹脂圧を確実に除去できる。特に、非晶性樹脂材料であれば、一定回転量Ｒｃが９０〔゜〕以下において残留する樹脂圧を確実に除去できるとともに、熱可塑性樹脂材料等の他の成形材料であっても一定回転量Ｒｃが１２０〔゜〕以下であれば十分に樹脂圧を除去できることを確認できた。したがって、一定回転量Ｒｃは、さほど効果を期待できない３０〔゜〕未満を除く３０〜１２０〔゜〕の角度範囲から選定すれば、本実施形態に係る計量制御方法を有効かつ的確に実施することができる。なお、スクリュ２の回転及び後退の双方を計量終了位置Ｘｅで正確に停止させた後に除圧を行うため、逆回転制御時間Ｔｎも比較的短くて足り、成形サイクルの短縮、即ち、高速成形の促進にも貢献できる。

次に、スクリュ進退用サーボモータ２８の作動制御について、図７〜図９を参照して説明する。

まず、予め、スクリュ２に対する背圧Ｐｓ及びスクリュ２が後退する仮想の後退速度パターンＡｂを設定する（ステップＳ０）。この場合、後退速度パターンＡｂは、図７（ａ）に実線で示すように、スクリュ２の後退速度を所定の加速率（加速係数）により加速させる加速区間Ａｂａ，この加速区間Ａｂａの終端から後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃ及びこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓにより設定する。なお、Ｘｅｂは、後退速度パターンＡｂにおける仮想の計量終了位置を示している。また、定速区間Ａｂｃにおけるスクリュ２の後退速度は、実際のスクリュ２の後退速度Ｖｄよりも大きく設定する。即ち、予め想定される実際の後退速度Ｖｄに対して実際には有り得ない大きさを設定する。このように、後退速度パターンＡｂに、少なくとも定速区間Ａｂｃと減速区間Ａｂｓを含ませるとともに、定速区間Ａｂｃにおけるスクリュ２の後退速度を、実際のスクリュ２の後退速度Ｖｄよりも大きく設定することにより、スクリュ後退側に対する本発明に係る計量制御方法を確実かつ安定に実施することができる。

一方、計量時には、スクリュ進退用サーボモータ２８が作動制御されることによりスクリュ２に対する後退制御が行われる（ステップＳＢ１）。このスクリュ進退用サーボモータ２８に対する作動制御処理のフローチャートを図２に示す。まず、スクリュ進退用サーボモータ２８が作動制御されることにより、所定時間Ｔｓ間隔（例えば、５０〜２００〔μｓ〕間隔）毎にスクリュ位置Ｘ及びスクリュ２の後退速度Ｖｄを検出する（ステップＳＢ１１，ＳＢ１２）。そして、検出した後退速度Ｖｄから残りの後退速度パターンＡｂを演算により予測する（ステップＳＢ１３）。即ち、実際の後退速度Ｖｄ（スクリュ位置Ｘ）の検出により既に計量した樹脂量を知ることができるとともに、計量した樹脂量から残りの計量すべき樹脂量を演算できるため、既に計量した樹脂量と残りの計量すべき樹脂量の加算量が、図７（ａ）に示す仮想の後退速度パターンＡｂを積分した面積に一致するように演算すればよく、これにより、残りの後退速度パターンＡｂを容易に予測できる。図７（ａ）に予測した後退速度パターンＡｂを仮想線で示すとともに、図７（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）には、それぞれ異なる時間において予測した後退速度パターンＡｂを示す。

また、コントローラ３２ｍでは、予測した残りの後退速度パターンＡｂの最大値に基づいてスクリュ２の後退速度に対するリミット値ＶＬを設定（変更）する（ステップＳＢ１４）。このように、リミット値ＶＬを、予測した残りの後退速度パターンＡｂの最大値に基づいて設定することにより、スクリュ後退側に対する本発明に係る計量制御方法を容易かつ確実に実施することができる。

他方、計量時には、コントローラ３２ｍから、指令値となる背圧Ｐｓが偏差演算部４９に付与され、偏差演算部４９では、この背圧Ｐｓと圧力センサ３３から得られる背圧Ｐｄ（検出値）の圧力偏差が求められとともに、この圧力偏差は、圧力補償部５０に付与され、圧力補償部５０により圧力補償された後、背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐとして制御量選択部４８に付与される。また、コントローラ３２ｍから、計量終了位置Ｘｅの指令値が偏差演算部４６に付与され、偏差演算部４６では、この計量終了位置Ｘｅの指令値とロータリエンコーダ３１により得られるスクリュ位置Ｘ（検出値）の位置偏差が求められるとともに、この位置偏差は、位置補償部４７により位置補償された後、計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘとして制御量選択部４８に付与される。

制御量選択部４８では、圧力補償部５０から付与される圧力制御量Ｄｐと位置補償部４７から付与される位置制御量Ｄｘのいずれか小さい方を選択して出力する。これにより、選択された圧力制御量Ｄｐ又は位置制御量Ｄｘがサーボモータ２８に付与される（ステップＳＢ６）。よって、圧力制御量Ｄｐが位置制御量Ｄｘよりも小さいときは圧力制御（背圧制御）、即ち、設定した背圧Ｐｓに一致するように背圧Ｐｄに対するフィードバック制御が行われる（ステップＳＢ１５，ＳＢ１６）。これに対して、位置制御量Ｄｘが圧力制御量Ｄｐよりも小さいときは位置制御、即ち、計量終了位置Ｘｅに一致するようにスクリュ位置Ｘに対するフィードバック制御が行われる（ステップＳＢ１５，ＳＢ１７）。

この場合、計量開始から計量終了位置Ｘｅの手前近辺までは、スクリュ２の後退速度に対するリミット値ＶＬが大きく設定されるため、基本的には、圧力制御（背圧制御）が行われる。即ち、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、予測する後退速度パターンＡｂには定速区間Ａｂｃが残存するため、この定速区間Ａｂｃの後退速度（最大値）がリミット値ＶＬとして設定され、位置制御量Ｄｘが圧力制御量Ｄｐに対して相対的に大きくなる。

一方、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅの手前近辺に達した以降は、図７（ｄ）に示すように、スクリュ２の後退に伴って後退速度パターンＡｂの定速区間Ａｂｃが無くなり、減速区間Ａｂｓのみが残る状態となるため、後退速度パターンＡｂの最大値が減速区間Ａｂｓに沿って低下し、リミット値ＶＬも低下する。この結果、リミット値ＶＬは、図８に示すＶＬａ，ＶＬｂ，ＶＬｃ，ＶＬｄ…のように、スクリュ２の後退に伴って次第に低下するように設定される。これにより、スクリュ２の後退速度はリミット値ＶＬにより規制されるため、計量終了位置Ｘｅの手前近辺から計量終了位置Ｘｅに至るまでは、位置制御量Ｄｘが圧力制御量Ｄｐよりも相対的に小さくなる場合が発生し、前述のように、制御量選択部４８において位置制御量Ｄｘと圧力制御量Ｄｐの大きさが判断され、位置制御量Ｄｘが圧力制御量Ｄｐよりも小さいときは位置制御、即ち、スクリュ位置Ｘが計量終了位置Ｘｅとなるように位置に対するフィードバック制御が行われるとともに（ステップＳＢ１５，ＳＢ１７）、圧力制御量Ｄｐが位置制御量Ｄｘよりも小さいときは背圧制御、即ち、背圧Ｐｄが設定した背圧Ｐｓに一致するように圧力に対するフィードバック制御が行われる（ステップＳＢ１５，ＳＢ１６）。

なお、実際には、背圧に対する圧力制御量Ｄｐ（圧力偏差）もかなり小さくなっており、位置に対するフィードバック制御と圧力に対するフィードバック制御のどちらが選択されているかは明確でない。しかし、制御量のより小さい方が選択されることにより、スクリュ２の後退を計量終了位置Ｘｅにおいて安定かつ確実に停止させることができる。

そして、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の後退を停止、即ち、サーボモータ２８の回転を停止制御し、図１に示すようにサーボロックを行う（ステップＳＢ２，ＳＢ３）この状態を図７（ｅ）に示す。この状態ではスクリュ２の後退速度Ｖｄはゼロとなる。図７（ｅ）は、実際に検出された後退速度Ｖｄに基づく後退速度パターンを示す。また、図９は、横軸をスクリュ位置Ｘとしたスクリュ２の後退速度Ｖｄを表したものであるが、この後退速度Ｖｄはスクリュ２の回転速度に比例するように変化するため、縦軸のレンジは異なるものの、横軸をスクリュ位置Ｘとしたスクリュ２の回転速度パターンＡｒとほぼ同じ波形となる。

このようなスクリュ進退用サーボモータ２８側の作動制御と前述したスクリュ回転用サーボモータ２０側の作動制御が同時に行われるため、スクリュ２の回転及び後退の双方を、設定した計量終了位置Ｘｅで正確かつ確実に停止させることができ、高度の計量精度を確保できる。図１０は、本実施形態に係る計量制御方法を用いた作動制御、即ち、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転及び後退を停止し、この後、スクリュ２を当該計量終了位置Ｘｅに位置決め制御しつつ一定回転量Ｒｃとして６０〔゜〕だけ逆回転制御した場合のショット数に対する成形品質量を示したものである。同図から明らかなように、成形品質量のバラツキは、概ね７．２６５〜７．２８５〔ｇ〕の範囲に収められ、バラツキ（誤差）Ｒは、０．０２程度である。また、図１１は、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転及び後退を停止するも、この後、逆回転制御は行わない場合のショット数に対する成形品質量を示したものである。この場合、成形品質量は、概ね７．０８４〜７．１１５〔ｇ〕の範囲に分散し、バラツキ（誤差）Ｒは、０．０３程度である。

このように、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転及び後退を停止させ、この後、スクリュ２を当該計量終了位置Ｘｅに位置決め制御しつつ一定回転量Ｒｃだけ逆回転制御することにより、より好ましい結果が得られ、近時において特に高度の計量精度が要求される厚さの薄い光記憶ディスク等の成形にも十分に対応することができ、いわゆるディスク面に銀条痕等が発生しない高品質で安定した成形が可能となる。

なお、本実施形態では、スクリュ回転用サーボモータ２０側の作動制御を行うに際し、計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した終了目標位置Ｘｅｓ及びスクリュ２を回転させる回転速度パターンＡｒを設定するとともに、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ位置Ｘを検出し、検出したスクリュ位置Ｘから終了目標位置Ｘｅｓでスクリュ２の回転を停止させる残りの回転速度パターンＡｒを演算により予測するとともに、予測した回転速度パターンＡｒによりスクリュ２を回転制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転を停止制御するようにしたため、計量終了位置Ｘｅの制御精度を高めつつサイクル時間の短縮化が可能となり、高い成形品質を維持しつつ成形効率及び量産性の向上、さらには高速成形を実現できる利点がある。また、スクリュ進退用サーボモータ２８側の作動制御を行うに際し、スクリュ２に対する背圧Ｐｓ及びスクリュ２が後退する仮想の後退速度パターンＡｂを設定するとともに、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ２の後退速度Ｖｄを検出し、検出した後退速度Ｖｄから残りの後退速度パターンＡｂを演算により予測するとともに、後退速度に対するリミット値ＶＬ（ＶＬａ…）を設定し、かつ予測時における背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐ又は計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘのいずれか小さい制御量Ｄｐ又はＤｘを選択してスクリュ２を後退制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の後退を停止制御するようにしたため、計量終了位置Ｘｅに対する位置制御の正確化及び容易化を図れるとともに、制御の応答性及び安定性を高めることができ、もって、僅かな距離区間での確実かつ正確な背圧制御を実現できる利点がある。

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、細部の構成，数量，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、射出成形機Ｍは、サーボモータ２０，２８を利用した電動タイプを例示したが、油圧シリンダやオイルモータを利用した油圧駆動タイプ等、他の駆動タイプであってもよい。また、回転速度パターンＡｒに、少なくとも、スクリュ２の回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃとこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓを含ませるとともに、後退速度パターンＡｂに、少なくとも、スクリュ２の後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃとこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓを含ませる場合を挙げたが、いずれの場合も所定の減速率により減速する場合に限定されるものではなく、減速区間Ａｒｓ及びＡｂｓの減速パターンは任意である。なお、本発明に係る計量制御方法は、例示した光記憶ディスクの成形に最適であるが、その他、レンズ等の特に光学用途の成形品（樹脂材料）に用いて最適である。

本発明の最良の実施形態に係る射出成形機の計量制御方法の処理手順を示すフローチャート、 同計量制御方法におけるスクリュ進退用サーボモータの作動制御に係る処理手順を抽出して示すフローチャート、 同計量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機能部のブロック系統図、 同計量制御方法を実施する際における時間に対するスクリュの回転速度の特性図（回転速度パターン図）、 同計量制御方法を実際に実施した際における時間に対するスクリュの回転速度及び樹脂圧の特性図、 同計量制御方法を実施した際における時間に対するスクリュの後退速度の特性図（後退速度パターン図）、 同計量制御方法を実施した際におけるスクリュの後退速度に対するリミット値の変更原理の説明図、 同計量制御方法を実施した際におけるスクリュ位置に対するスクリュの後退速度の特性図（後退速度パターン図）、 同計量制御方法を用いた場合のショット数に対する成形品質量の変動データグラフ、 同計量制御方法における逆回転制御を行わない場合のショット数に対する成形品質量の変動データグラフ、

符号の説明

２：スクリュ，Ｍ：射出成形機，Ｘｅ：計量終了位置，Ｘｅｓ：終了目標位置，Ｌｓ：所定距離，ＶＬ：リミット値，ＶＬａ…：リミット値，Ｖｄ：後退速度，Ａｒ：回転速度パターン，Ａｒｃ：定速区間，Ａｒｓ：減速区間，Ａｂ：後退速度パターン，Ａｂｃ：定速区間，Ａｂｓ：減速区間，Ｐｓ：背圧，Ｄｐ：圧力制御量，Ｄｘ：位置制御量

Claims (7)

1. スクリュを回転させて計量を行う際における射出成形機の計量制御方法において、予め、計量終了位置に対応する終了目標位置及びスクリュを回転させる回転速度パターンと、スクリュが後退する仮想の後退速度パターンを設定するとともに、計量時に、所定時間間隔毎に検出したスクリュ位置から前記終了目標位置でスクリュの回転を停止させる残りの回転速度パターンを演算により予測し、かつこの回転速度パターンに基づいてスクリュを前記計量終了位置まで回転制御するとともに、所定時間間隔毎に検出したスクリュの後退速度から前記終了目標位置でスクリュの後退を停止させる残りの後退速度パターンを演算により予測し、かつこの後退速度パターンに基づいてスクリュを前記計量終了位置まで後退制御し、スクリュが前記計量終了位置に達したならスクリュの回転及び後退を停止させるとともに、この後、スクリュを当該計量終了位置に位置決め制御しつつ予め設定した一定回転量だけ逆回転制御することを特徴とする射出成形機の計量制御方法。
2. 前記終了目標位置は、前記計量終了位置に所定距離を付加した位置を用いることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の計量制御方法。
3. 前記スクリュを後退制御するに際し、スクリュに対する背圧及びスクリュの後退速度に対するリミット値を設定するとともに、残りの後退速度パターンの予測時における背圧制御を行う圧力制御量又は前記計量終了位置に対して位置制御を行う位置制御量のいずれか小さい制御量を選択して、スクリュを後退制御することを特徴とする請求項１記載の射出成形機の計量制御方法。
4. 前記一定回転量は、３０〜１２０〔゜〕の角度範囲から選定することを特徴とする請求項１記載の射出成形機の計量制御方法。
5. 成形材料として非晶性樹脂材料に適用することを特徴とする請求項１記載の射出成形機の計量制御方法。
6. 前記回転速度パターンには、少なくとも、スクリュの回転速度が一定となる定速区間とこの定速区間の終端から所定の減速率により減速する減速区間を含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の計量制御方法。
7. 前記後退速度パターンには、少なくとも、スクリュの後退速度が一定となる定速区間とこの定速区間の終端から所定の減速率により減速する減速区間を含むことを特徴とする請求項１又は３記載の射出成形機の計量制御方法。

Images