JP5095516B2 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒータで加熱される加熱筒内のスクリュがサーボモータで駆動される射出成形機の制御方法に関する。

通常、射出成形機は射出装置および型締装置により構成される。射出装置は加熱筒を備え、加熱筒外周にはヒータが巻装され、この加熱筒の温度を制御対象として温度制御部により制御されている（例えば、特許文献１）。また、加熱筒内にはスクリュが前後進ならびに回転自在に配置されており、このスクリュの前後進は機械的にサーボモータに連結され、スクリュの速度・位置・ならびにスクリュウに作用する反力を制御対象としてサーボ制御部により制御されている。スクリュの回転も機械的にサーボモータに連結されスクリュの回転速度を制御対象としてサーボ制御部により制御されている。

温度制御部とサーボ制御部はそれぞれの制御対象に応じた制御をおこなっているため、例えば射出時においてサーボモータへ大電力を供給するとき、ヒータに対してもヒータ最大定格の電力を供給する可能性があった。
特開２００１−２８７２５５号公報

従来の装置においてはサーボモータへ大電力を供給しているとき、ヒータにヒータ最大定格の電力を供給した場合、射出成形機に接続された電源供給線ではサーボモータへ流れる電流に比例した電圧降下に加えて、ヒータへ流れる電流に比例した電圧降下が生じる。サーボモータで駆動される射出成形機は時間平均で見た場合、従来の油圧機に比して省電力な機械であるため成形機に接続される電源供給線は小径の電線が使用されることが多く、このヒータ電流に起因する電圧降下によりサーボモータへ供給できる電力が低下し射出時に必要とされる電力が確保できず射出能力が低下する問題があった。

そこで本発明は、射出成形機に接続された電源供給線での電圧降下を最小とすることができる射出成形機の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の射出成形機の制御方法は、加熱筒を加熱するヒータの温度制御を行う温度制御部と、加熱筒内のスクリュを駆動するサーボモータを制御するサーボ制御部と、サーボ制御部に対してヒータ電力遮断指令とサーボモータ起動指令とを出力するシーケンス制御部とを有する射出成形機の制御方法であって、シーケンス制御部からサーボ制御部にヒータ電力遮断指令が出力された場合、サーボ制御部が、サーボ制御部に記憶されている規定値Ｖ_Rと、スクリュの速度目標値Ｖ_Oと、を比較し、速度目標値Ｖ_Oが規定値Ｖ_R以上の場合、サーボ制御部が、ヒータ電力遮断出力信号を温度制御部に出力してヒータへの電力供給を停止させた後、シーケンス制御部からサーボ制御部へとサーボモータ起動指令を出力し、サーボモータを駆動するものである。

上記本発明の制御方法によれば、速度目標値Ｖ_Oが規定値Ｖ_R以上といったサーボモータへ大電力を供給する必要がある場合には、ヒータへの電力供給を停止する。このため、射出成形機に接続された電源供給線を通過する電流を下げ、よって、電源供給線での電圧降下を抑制することが可能となる。

また、本発明の射出成形機の制御方法は、規定値Ｖ_Rは、スクリュの最高速度をＶ_max、サーボモータへ供給される最大電力をＰｍ_max、ヒータへ供給される最大電力をＰｈ_maxとしたとき、
Ｖ_R＝Ｖ_max・（Ｐｍ_max−Ｐｈ_max）／Ｐｍ_max
で表されるものであってもよい。

また、本発明の射出成形機の制御方法は、複数のヒータのそれぞれにより加熱される加熱筒の複数のゾーンは、第１のゾーンと、第１のゾーンの熱時定数よりも大きい熱時定数の第２のゾーンとを含み、サーボ制御部は、ヒータ電力遮断出力信号を温度制御部に出力してヒータへの電力供給を停止させるとき、第２のゾーンのヒータを選択して電力供給を停止させるものであってもよい。

また、本発明の射出成形機の制御方法は、射出速度をスクリュの位置に応じて多段に切換える射出速度制御が行われ、サーボ制御部は、各段におけるいずれかの速度目標値Ｖ_Oと規定値Ｖ_Rとを比較するものであってもよい。

以上のように電源供給線での電圧降下を最小とできるのでサーボモータへの供給電力を確実に確保できる。

射出成形機の加熱筒ヒータ制御方法およびその装置の一実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の射出成形機の制御部のブロック図である。射出成形機１は、ＳＳＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）５、ヒータ６、温度センサ７、及び温度制御部８を有し、さらにコンバータ部９、インバータ部１０、サーボモータ１１、及びサーボ制御部１２を有する。さらに、射出成形機１は、シーケンス制御部１３及び電源接続部４を有する。

この射出成形機１には、電源接続部４に接続された電源供給線３を介して電力が供給される。電源接続部４に供給された電力は、射出成形機１の加熱筒（不図示）に巻装されたヒータ６に対しては、ＳＳＣ５を介して供給される。ヒータ６の温度制御は、予め設定された温度設定値と、温度センサ７によって検出された加熱筒温度が一致するように温度制御部８で制御を行い、ＳＳＣ制御指令１４をＳＳＣ５に対して出力することにより行っている。また、電源接続部４から供給された電力は、コンバータ部９で一旦直流に変換された後、サーボ制御部１２からのサーボモータ制御指令１５に基づきインバータ部１０で再度交流に変換された後、サーボモータ１１にも供給される。

シーケンス制御部１３からはサーボ制御部１２に対してヒータ電力遮断指令１７とサーボモータ起動指令１６が出力される。なお、この２つの指令のうち、ヒータ電力遮断指令１７はサーボモータ起動指令１６よりも、少なくとも所定の時間だけ前にシーケンス制御部１３より先に与えることとする。この所定の時間とは、温度制御部８がヒータ電力遮断出力信号１８を受けてＳＳＣ制御指令１４の出力を停止（ＯＦＦ）し得る最小時間である。

サーボ制御部１２は与えられたヒータ電力遮断指令１７とサーボモータ起動指令１６とに基づき、ヒータ電力遮断出力信号１８を生成する。また、サーボ制御部１２は、射出速度をスクリュ位置に応じて多段に切換える射出速度制御を行う。また、サーボ制御部１２には、後述する射出工程における射出各段の速度目標値Ｖ_O及び規定値Ｖ_Rが記憶されている。

温度制御部８は、このヒータ電力遮断出力信号１８を受け、ＳＳＣ制御指令１４の出力を停止（ＯＦＦ）し、加熱筒に巻装されたヒータ６への電力供給を遮断する。なお、図１においてヒータ６は簡易的に１つのみ図示しているが、一般に射出成形機の加熱筒の温度制御は複数のゾーンに分割されている。これらのゾーンにおいて熱時定数の小さいゾーン（第１のゾーン）、例えばノズル部等は短時間電力供給が遮断された場合においても大きな外乱となり得る。よって、温度制御部８では、電力供給を遮断するゾーンを予め設定しておくこととする。すなわち、温度制御部８は、熱時定数の大きなゾーン（第２のゾーン）の電力供給のみを遮断することで加熱筒の温度制御に大きな影響を与えることなく加熱筒に巻装されたヒータ６への電力供給を最小化している。

次に、本実施形態の射出成形機におけるヒータとサーボの制御フローを説明するためのフローチャートを図２に示す。ここでは射出成形機において瞬間的に最も大電力が必要とされる射出工程を例として示す。サーボ制御部１２はシーケンス制御部１３から出力されるサーボモータ起動指令１６とヒータ電力遮断指令１７を監視している。

サーボ制御部１２は、ヒータ電力遮断指令１７がシーケンス制御部１３から出力されているか否か（ＯＮかＯＦＦか）を判断する（ステップＳ１）。ヒータ電力遮断指令１７が出力されている場合、サーボ制御部１２は、射出工程における射出各段のうちの何れかのスクリュの速度目標値Ｖ_Oと、規定値Ｖ_Rとを比較する（ステップＳ２）。サーボ制御部１２は、速度目標値Ｖ_Oが規定値Ｖ_R以上であると判断した場合、ヒータ電力遮断出力信号１８を温度制御部８に対して出力（ＯＮ）する（ステップＳ３）。これにより温度制御部８は、ＳＳＣ５へのＳＳＣ制御指令１４の出力を停止（ＯＦＦ）してヒータ６への電力供給を停止させる。ここで、規定値Ｖ_Rとは
Ｖ_R＝Ｖ_max・（Ｐｍ_max−Ｐｈ_max）／Ｐｍ_max
である。Ｖ_maxはスクリュの最高速度であり、Ｐｍ_maxはサーボモータ１１に供給される電力の最大値であり、Ｐｈ_maxはヒータ６に供給される電力である。

なお、射出成形機１は、複数のゾーンのそれぞれにヒータ６を備えている。よって、上述したように予め選択しておいた熱時定数の大きなゾーン（第２のゾーン）のヒータ６への電力供給のみを遮断する。これにより、加熱筒の温度制御に大きな影響を与えることなく加熱筒に巻装されたヒータ６への電力供給を最小化する。

一方、ステップＳ１においてヒータ電力遮断指令１７が出力されていないと判断した場合、あるいはステップＳ２において速度目標値が規定値よりも小さいと判断した場合、サーボ制御部１２はヒータ電力遮断出力信号１８を出力しない（ＯＦＦする）（ステップＳ４）。

サーボモータ１１の駆動は、ヒータ６への電力供給が停止された後になされる。すなわち、ステップＳ１〜ステップＳ３において、ヒータ電力遮断指令１７が出力されておりヒータ電力遮断出力信号１８が温度制御部８に対して出力されることでヒータ６への電力供給が停止された後、シーケンス制御部１３からサーボ制御部１２へとサーボモータ起動指令１６が出力（ＯＮ）される（ステップＳ５）。サーボモータ起動指令１６を受けたサーボ制御部１２は保圧工程の移行条件を確認した後（ステップＳ６）、射出工程を実行する（ステップＳ７）。

射出工程の実行によりサーボモータ１１は加熱筒内に設置されたスクリュを前進させ、溶融した樹脂を金型内に注入する。

その後、スクリュ速度・位置・ならびにスクリュに作用する反力等により保圧工程に移行する（ステップＳ６）。保圧工程移行が確認されたことによりシーケンス制御部１３はヒータ電力遮断出力信号１７の出力を停止（ＯＦＦ）し（ステップＳ８）、保圧工程実行中（ステップＳ９）にヒータ６への電力供給を再開する。保圧工程完了後（ステップＳ１０）、続く処理がなされるが、ここではその詳細の説明は省略する。

以上、本実施形態によれば、速度目標値Ｖ_Oが規定値Ｖ_R以上であることからサーボモータ１１へ大電力を供給する必要がある際には、ヒータ６へ供給する電力を最小化することで、電源供給線３を通過する電流を下げ、よって、電源供給線３での電圧降下を抑制することが可能となる。

また本発明においては射出筒に巻装したヒータへの電力供給の遮断について記述しているが、金型に挿入されたヒータや成形機外にて予備温調中の金型に対して成形機から電力供給している場合においても同様な制御を行うことにより更なる効果を得ることができる。

本発明の一実施形態における射出成形機の制御部のブロック図である。 本発明の一実施形態における射出成形機におけるヒータとサーボの制御フローを説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 射出成形機
２ 三相交流電源
３ 電源供給線
４ 電源接続部
５ ＳＳＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）
６ ヒータ
７ 温度センサ
８ 温度制御部
９ コンバータ部
１０ インバータ部
１１ サーボモータ
１２ サーボ制御部
１３ シーケンス制御部
１４ ＳＳＣ制御指令
１５ サーボモータ制御指令
１６ サーボモータ起動指令
１７ ヒータ電力遮断指令
１８ ヒータ電力遮断出力信号

Claims (4)

1. 加熱筒を加熱するヒータ（６）の温度制御を行う温度制御部（８）と、前記加熱筒内のスクリュを駆動するサーボモータ（１１）を制御するサーボ制御部（１２）と、前記サーボ制御部（１２）に対してヒータ電力遮断指令（１７）とサーボモータ起動指令（１６）とを出力するシーケンス制御部（１３）とを有する射出成形機の制御方法であって、
   前記シーケンス制御部（１３）から前記サーボ制御部（１２）に前記ヒータ電力遮断指令（１７）が出力された場合、前記サーボ制御部（１２）が、前記サーボ制御部（１２）に記憶されている規定値Ｖ_Rと、前記スクリュの速度目標値Ｖ_Oと、を比較し、
   前記速度目標値Ｖ_Oが前記規定値Ｖ_R以上の場合、前記サーボ制御部（１２）が、ヒータ電力遮断出力信号（１８）を前記温度制御部（８）に出力してヒータ（６）への電力供給を停止させた後、前記シーケンス制御部（１３）から前記サーボ制御部（１２）へと前記サーボモータ起動指令（１６）を出力し、前記サーボモータ（１１）を駆動する射出成形機の制御方法。
2. 前記規定値Ｖ_Rは、前記スクリュの最高速度をＶ_max、前記サーボモータ（１１）へ供給される最大電力をＰｍ_max、前記ヒータ（６）へ供給される最大電力をＰｈ_maxとしたとき、
   Ｖ_R＝Ｖ_max・（Ｐｍ_max−Ｐｈ_max）／Ｐｍ_max
   で表される、請求項１に記載の射出成形機の制御方法。
3. 複数の前記ヒータ（６）のそれぞれにより加熱される前記加熱筒の複数のゾーンは、第１のゾーンと、第１のゾーンの熱時定数よりも大きい熱時定数の第２のゾーンとを含み、前記サーボ制御部（１２）は、前記ヒータ電力遮断出力信号（１８）を前記温度制御部（８）に出力して前記ヒータ（６）への電力供給を停止させるとき、前記第２のゾーンの前記ヒータ（６）を選択して電力供給を停止させる、請求項１または２に記載の射出成形機の制御方法。
4. 射出速度を前記スクリュの位置に応じて多段に切換える射出速度制御が行われ、前記サーボ制御部（１２）は、前記各段におけるいずれかの前記速度目標値Ｖ_Oと前記規定値Ｖ_Rとを比較する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の射出成形機の制御方法。

Images