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

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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。
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