JP5260338B2 - 射出成形機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は射出成形機に関し、特に、樹脂の射出をより正確に行うことが可能な射出成形機の制御装置に関する。

インラインスクリュ式射出成形機では、加熱シリンダ内のスクリュを回転させ樹脂材料を溶融混練し、加熱シリンダの先端部に溶融樹脂を圧送し、これに伴って圧力制御を行いながらスクリュを後退させて、スクリュが設定計量点に到達すると、スクリュの回転を止め、かつスクリュの後退も停止させて樹脂の計量を行っている。又、プリプラ式射出成形機も同様で、可塑化スクリュを回転させてシリンダの先端部に溶融樹脂を供給し、シリンダの先端部に供給された樹脂の圧力でプランジャを後退させて、プランジャが設定位置に達することによって、溶融樹脂の計量を行っている。そして、この計量後にスクリュ又はプランジャを前進させて金型内に溶融樹脂を射出し充填させている。

インライン式射出成形機の射出スクリュには、逆流防止装置の無いスミアヘッドスクリュがある。また、計量工程時にはスクリュの回転に伴って溶融樹脂をシリンダ先端部に供給し、射出保圧工程時にはスクリュ先端部の溶融樹脂が後方に逆流せず金型内に射出されるようにするために、スクリュの先端には、逆流防止弁等の逆流防止装置が設けられる場合がある。

しかし、この溶融樹脂の逆流を防止する弁などの逆流防止手段の動作遅れに伴って溶融樹脂が逆流し、計量された分の樹脂を正確に射出できない場合があるという問題がある。成形品の品質を上げるには、金型内に充填される溶融樹脂の充填量のバラツキを少なくする必要がある。

特許文献１には、スクリュが計量点まで後退するとスクリュ回転を停止し、スクリュ後退を停止した後、その停止した位置でスクリュを逆回転させてシリンダの後端部の樹脂圧力を低下させて逆止弁を後退させて樹脂通路を閉鎖し、その後、サックバックし、次に射出を開始することにより計量される樹脂量のバラツキをなくす技術が開示されている。特許文献２には、計量完了後のサックバック工程でスクリュ位置を保持したまま逆回転させて、その後射出を開始する技術が開示されている。上述した従来の技術では、計量後にスクリュを逆回転させることなどで、逆流防止装置を安定動作させ、計量樹脂量が変動することを防止するものである。また、特許文献３〜５には、射出保圧中にスクリュを順回転させる技術が開示され、特許文献６には、射出ノズル内の圧力に基づくフィードバック制御によってスクリュを順回転させながら射出工程と保圧工程を実行する技術が開示されている。

特開平１１−２４００５２号公報 特許第３１１８１８８号公報 特開平９−１０９２００号公報 特開昭６３−２６２２１９号公報 特開昭６１−１９９９１９号公報 特許第３８４８１３７号公報

上述した特許文献献１、２に記載されているような、計量終了後にスクリュ逆回転などを行うことによって、正確な計量（射出量）を得るようにした従来技術は、逆流防止装置を安定動作させるには有効である。しかし、スミアヘッドスクリュのように逆流防止装置を備えていない機構の場合や、逆流防止装置はあるものの長期間の使用によって逆流防止弁等が摩耗し樹脂のバックフロー量が多い状況にある射出成形機の場合は、スクリュ内圧が低下して射出中の樹脂のバックフロー量が増加し、むしろ射出が不安定になってしまう。

特許文献３のように単に射出中にスクリュを順回転させるだけでは、可塑化能力向上には有効であるが、射出の安定化には寄与しない。また、特許文献４ではフィードバック制御していないため高精度な制御ができない。また、特許文献５のスクリュ回転のみによる圧力制御では、急峻な圧力変化をつけることができないため使用できる成形が制限される。

特許文献６のように射出ノズルに圧力検出用センサを配設すると、従来の射出装置と比較し、センサ部品の増設、センサ用ケーブルの這いまわしなど、部品の増加、組立工数増加によるコストアップが避けられない。さらに、高粘度樹脂で高速射出の場合バックフローしながらでもノズル圧力が大きく上昇するため、圧力によるフィードバック制御で射出保圧中にスクリュ回転させても、樹脂の逆流防止が困難な課題があった。また、逆流防止のため過剰にスクリュ回転させても圧力フィードバックでは樹脂の過剰供給（過剰射出）を検出することができないため、計量された樹脂を安定して射出させることが困難な課題があった。

そこで本発明の目的は、逆流防止装置を備えていないスクリュや、逆流防止装置があるものの逆流防止弁等の摩耗などによってその機能が低下した状態にある射出成形機において上記課題を解決し、射出および保圧時の樹脂充填を安定させることができる射出成形機の制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、スクリュを前後進させるためのスクリュ前後進用モータと、スクリュを回転させるためのスクリュ回転用モータとを備え、計量中にはスクリュ回転用モータを回転させながら、スクリュ前後進用モータを駆動しスクリュをあらかじめ設定された計量完了位置まで後退させ、スクリュ前後進用モータを射出工程、保圧工程中に速度制御、あるいは圧力制御によって駆動する射出成形機の制御装置において、前記スクリュに作用する負荷トルクを検出する負荷トルク検出手段と、負荷トルク指令値および前記負荷トルク検出手段により検出された負荷トルク検出値を元にスクリュ回転速度指令値を算出する第１スクリュ回転速度指令値算出手段とを備え、前記射出工程中および前記保圧工程中に、前記第１スクリュ回転速度指令値算出手段により算出されたスクリュ回転速度指令値に基づいて前記スクリュ回転用モータを駆動制御することにより前記スクリュの回転速度を調整し、スクリュが受ける回転方向の負荷トルクを前記負荷トルク指令値である所定の値と同じになるようにすることを特徴とする射出成形機の制御装置である。

請求項２に係る発明は、射出工程中および保圧工程中の経過時間あるいはスクリュ位置に対するスクリュ回転方向の負荷トルクである負荷トルク変化プロファイルを記憶する記憶手段を備え、毎回の射出成形サイクルにおける負荷トルク変化プロファイルが、射出工程および保圧工程中で同じとなるように、前記記憶手段に記憶された負荷トルク変化プロファイルを用い、前記スクリュの回転速度を調整することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御装置である。

請求項３に係る発明は、前記記憶手段に記憶された負荷トルク変化プロファイルを、射出工程中および保圧工程中の負荷トルク指令値として用いることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置である。

請求項４に係る発明は、射出工程中および保圧工程中の前記負荷トルク変化プロファイルが、前記記憶手段に記憶された負荷トルク変化プロファイルに対し予め設定した偏差範囲内に収まるように前記スクリュの回転速度を調整することを特徴とする請求項３に記載の射出成形機の制御装置である。

請求項５に係る発明は、さらに、速度プロファイルを記憶する手段を備え、前記スクリュの前後進速度を検出する速度検出手段を備え、前記圧力制御において、スクリュ前進速度指令値および前記速度検出手段により検出されたスクリュ前進速度を元にスクリュ回転速度指令値を算出する第２スクリュ回転速度指令値算出手段を備え、保圧工程中は、前記第２スクリュ回転速度指令値算出手段により算出されたスクリュ回転速度指令値に基づいて前記スクリュ回転用モータを駆動制御することにより前記スクリュの回転速度を前記スクリュ前進速度指令値である所定の速度または前記記憶された速度プロファイルと同じになるように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置である。

請求項６に係る発明は、射出工程中および保圧工程中に射出圧の反作用でホッパ側に逆流しようとする樹脂に対し、スクリュを回転させノズル側に樹脂を押す方向の力を加え、樹脂がスクリュに対して相対的にホッパ側方向に逆流することを防止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置である。

請求項７に係る発明は、スクリュを回転させた際に発生するノズル内圧あるいはスクリュ締結部の圧力検出手段により検出された圧力とスクリュが受ける回転方向の負荷トルクまたはスクリュの回転速度を検出する回転速度検出手段により検出されたスクリュ回転速度との関係式を予め求め、該関係式に基づいて前記トルク指令値または前記スクリュ回転速度指令値を求めることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置である。

請求項８に係る発明は、前記射出成形機はプリプラ式射出成形機であり、前記スクリュは該プリプラ式射出成形機が備える可塑化スクリュであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置である。

請求項９に係る発明は、前記負荷トルク検出手段は、スクリュ回転用電動モータあるいはスクリュ回転用油圧モータへの負荷を検出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置である。

本発明により、射出工程・保圧工程中に樹脂から受けるスクリュ回転方向の負荷トルクの変化を各成形サイクルにおいて同じにすることで、射出工程・保圧工程における樹脂充填挙動を安定化させることが可能となる。また、逆流防止装置を備えていないスクリュや、逆流防止装置があるものの摩耗などによってその機能が低下した状態にある射出成形機においても、また、樹脂材料の粘度によらず、射出工程および保圧工程における樹脂充填を安定させることができる。更に、圧力と負荷トルクあるいはスクリュ回転数の関係式を用いることで、スクリュに対して相対的に樹脂が逆流しないように調整して、バックフローや過剰射出させる事無く計量された樹脂を安定して射出することも可能となる。

射出成形機の制御装置の概略構成図である。 射出工程中および保圧工程中におけるスクリュ回転制御をした場合としない場合の時間に対する樹脂圧力とスクリュ回転トルクの関係を説明するグラフである。 スクリュ回転の負荷トルクに基づいてスクリュ回転速度を調整する場合の制御ループを説明する図である。 圧力制御中のスクリュ前進速度に基づいてスクリュ回転速度を調整する場合の制御ループを説明する図である。 スクリュ回転の負荷トルクが所定値になるようにスクリュ回転速度を調整する場合の処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 スクリュ回転の負荷トルクが予め記憶した基準波形に追従するようにスクリュ回転速度を調整する場合の処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 速度制御中は負荷トルクに基づいて回転速度を調整し、圧力制御中はスクリュ前進速度に基づいて回転速度を調整する場合の処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 圧力とスクリュ回転の負荷トルクの関係式と、逐次検出した圧力と負荷トルクとに基づいてスクリュ回転速度を制御する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 圧力とスクリュ回転の負荷トルクの関係式と、逐次検出した樹脂圧力と負荷トルクとに基づいてスクリュ回転速度を制御する場合の制御ループを説明する図である。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の射出成形機の要部ブロック図である。
射出シリンダ１の先端にはノズル部２が取り付けられ、該射出シリンダ１内には、スクリュ３が挿通されている。スクリュ３には該スクリュ３にかかる圧力により樹脂圧力を検出するロードセル等の圧力センサ５が設けられ、該スクリュ３は、スクリュ回転用サーボモータＭ２により、プーリ、ベルト等で構成された伝動手段６を介して回転させられる。又、スクリュ３は、スクリュ前後進用サーボモータＭ１によって、プーリ、ベルト、ボールねじ／ナット機構等の回転運動を直線運動に変換する機構を含む伝動手段７を介して駆動され、該スクリュ３の軸方向に移動させられる。なお、符号Ｐ１は、スクリュ前後進用サーボモータＭ１の位置、速度を検出することによって、スクリュ３の軸方向の位置、速度を検出する位置・速度検出器であり、符号Ｐ２は、サーボモータＭ２の位置、速度を検出することによって、スクリュ３の回転位置、速度を検出する位置・速度検出器である。又、符号４は、射出シリンダ１に樹脂を供給するホッパである。

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ＣＮＣＣＰＵ２０、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ＰＭＣＣＰＵ１７、及びサーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ１５を有し、バス２６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。

サーボＣＰＵ１５には、位置ループ、速度ループ、電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ１３やデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１４が接続されている。また、サーボＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１６を介して射出成形機本体側に設けられた射出圧等の各種圧力を検出する圧力センサ５からの圧力信号を検出できるように接続されている。更に、サーボＣＰＵ１５には、該サーボＣＰＵ１５からの指令に基づいて、射出軸に接続されたスクリュ前後進用サーボモータＭ１、スクリュ回転軸に接続されたスクリュ回転用サーボモータＭ１，Ｍ２を駆動するサーボアンプ１２，１１が接続され、各サーボモータＭ１，Ｍ２に取り付けられた位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２からの出力がサーボＣＰＵ１５に帰還されるようになっている。各サーボモータＭ１，Ｍ２の回転位置は位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２からの位置のフィードバック信号に基づいてサーボＣＰＵ１５により算出され、各現在位置記憶レジスタに更新記憶される。図１においては射出軸、スクリュ回転軸を駆動するサーボモータＭ１，Ｍ２、該サーボモータＭ１，Ｍ２の回転位置、速度を検出する位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２及びサーボアンプ１２，１１についてのみ示しているが、金型の型締めを行う型締め軸や成形品を金型から取り出すエジェクタ軸等の各軸の構成は皆これと同様であり、図１では省略している。

ＰＭＣＣＰＵ１７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ＲＯＭ１８および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ１９が接続され、ＣＮＣＣＰＵ２０には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラム、本発明に関係した、計量後の減圧制御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ＲＡＭ２２が接続されている。

不揮発性メモリで構成されるデータ保存用ＲＡＭ２３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成形データ保存用のメモリである。 ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）／ＭＤＩ（手動データ入力装置）２５はインタフェース（Ｉ／Ｆ）２４を介してバス２６に接続され、グラフ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。なお、表示装置としてはＣＲＴを用いたものでもよい。

以上の構成により、ＰＭＣＣＰＵ１７が射出成形機全体のシーケンス動作を制御し、ＣＮＣＣＰＵ２０がＲＯＭ２１の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ２３に格納された成形条件等に基づいて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボＣＰＵ１５は各軸に対して分配された移動指令と位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基づいて、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し、サーボモータＭ１，Ｍ２を駆動制御する。

上述した構成は従来の電動式射出成形機の制御装置と変わりはなく、従来と異なる点は、ＲＯＭ２１に射出保圧中のスクリュ回転動作のプログラムが格納されている点である。
本実施形態の射出保圧工程の動作は、スクリュ前進動作は従来同様に速度制御あるいは圧力制御を行い、同時にスクリュ３をトルク制御によって回転させる点に特徴を有するものであり、ＲＡＭ２３に記憶された負荷トルクプロファイルと一致するように、あるいは負荷トルクプロファイルに対し予め設定した偏差範囲になるように、スクリュ回転方向の負荷トルクを、スクリュ回転速度を調整することで制御することに特徴を有するものである。

図２は、射出工程中および保圧工程中におけるスクリュ回転制御をした場合としない場合の時間に対する樹脂圧力とスクリュ回転トルクの関係を説明するグラフである。図２によれば、射出工程中および保圧工程中にスクリュ回転制御を行うことで、樹脂がスクリュ３に対してバックフローしなくなり、そのときスクリュ３に作用する負荷トルクが増加することを示す説明図である。

射出工程および保圧工程中にスクリュ回転させることで、バックフローしようとする樹脂をスクリュ前方に押し返す力が発生し、樹脂はスクリュ３に対してバックフローしなくなる。このとき、樹脂を前方に押し返すときの反作用の力がスクリュに作用するため、負荷トルクは大きくなる。一方、スクリュ回転制御を行わない場合は、樹脂を前方に押し返すときの反作用の力が作用しないため、負荷トルクは相対的に小さくなる。

また、スクリュ回転時は樹脂のバックフローが防止されるため、負荷トルクが増加するとともに樹脂圧力も増加する。また、スクリュ回転停止時は樹脂がバックフローしてノズル内部の圧縮樹脂の一部がスクリュ後方に抜けてゆくため、樹脂圧力は相対的に小さくなる。時間またはスクリュ３の射出シリンダ１の射出方向の位置に対するスクリュ３にかかる負荷トルクを負荷トルク変化プロファイルという。

図３は、スクリュ３に作用する負荷トルクに基づいて、スクリュ回転速度を調整する場合の実施形態である。スクリュに作用する負荷トルクを検出し、該検出した負荷トルクの負荷トルク帰還値Ｄ_FBと負荷トルク指令値Ｄ_CMDとの偏差にもとづいてＰＩＤ制御器３１によりＰＩＤ制御を行い、スクリュ回転速度指令値Ｖを作成する。負荷トルクが小さすぎる場合は樹脂のバックフローが多いことを意味するため、スクリュ回転速度を大きくしてバックフローを防止する制御を行う。また、負荷トルクが大きすぎる場合は樹脂の過剰供給を意味するため、過剰供給にならないようにスクリュ回転速度を小さくする、あるいは逆回転させる。

ＰＩＤ制御器３１からスクリュ回転速度指令値Ｖを速度・電流制御器３０に出力する。速度・電流制御器３０は、サーボモータＭ２に取り付けられた位置・速度検出器Ｐ２により検出される回転速度のフィードバック情報、サーボアンプ１１から電流のフィードバック情報（図示せず）およびスクリュ回転速度指令値Ｖに基づき速度ループ、電流ループ処理を行い、サーボアンプ１１にスクリュ回転電圧指令値Ｓ１を出力する。

サーボアンプ１１はサーボモータＭ２に駆動電流Ｓ２を出力する。サーボアンプ１１からＰＩＤ制御器３１に負荷トルク帰還値Ｄ_FBを出力する。負荷トルク帰還値Ｄ_FBは、サーボモータＭ２の駆動電流や図示省略した従来周知の外乱オブザーバにより求めることができる。

なお、電動モータであるサーボモータＭ２に替えて油圧モータによってスクリュ３を回転させる形式の射出成形機であってもよい。
スクリュ回転速度指令値Ｖに対しては、通常のサーボ制御を行ってスクリュ回転の駆動制御を行う。また、ＰＩＤ制御器３１に入力する負荷トルク指令値Ｄ_CMDには、所定のトルク値を用いてもよいし、あらかじめ記憶したバックフローしない状態における負荷トルクプロファイルを読み出して用いるようにしても良い。

図４は、保圧工程中のスクリュ前進速度にもとづいて、スクリュ回転速度を調整する場合の実施形態である。スクリュ前後進用サーボモータＭ１に取り付けられた位置・速度検出器Ｐ１によりスクリュ前進速度を検出し、該検出したスクリュ前進速度であるスクリュ前進速度値帰還値Ｉ_FBと前進速度指令値Ｉ_CMDとの偏差にもとづいてＰＩＤ制御器３４にてＰＩＤ制御を行い、スクリュ回転速度指令値Ｖを作成する。

作成したスクリュ回転速度指令値Ｖに対しては、速度・電流制御器３０、スクリュ回転用サーボアンプ１１により通常のサーボ制御を行ってスクリュ回転用サーボモータＭ２の駆動制御を行う。また、ＰＩＤ制御器３４に入力する前進速度指令値Ｉ_CMDには、所定のスクリュ前進速度を用いてもよいし、あらかじめ記憶したバックフローしない状態におけるスクリュ前進速度プロファイルを読み出して用いるようにしても良い。

保圧工程中において、所定の圧力を保持する圧力制御中にスクリュ３が過度に前進する場合は、樹脂がバックフローしてスクリュ後方に抜けた樹脂を補うためにスクリュが前進していることを意味するため、スクリュ回転速度を大きくしてバックフローを防止する制御を行う。また、スクリュ３が停止あるいは後退する場合は、樹脂がバックフローしていないか樹脂の過剰供給になっていることを意味するため、スクリュ回転速度を小さくする、あるいは逆回転させる。

図５は、射出保圧中にスクリュ回転の負荷トルクが所定値になるように、スクリュ回転速度を制御する場合のフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ１］射出開始か否か判断し、射出開始まで待ち、射出開始の場合には、ステップＳＡ２に移行する。
●［ステップＳＡ２］負荷トルク指令値Ｄ_CMDを読み出しステップＳＡ３へ移行する。
●［ステップＳＡ３］負荷トルク帰還値Ｄ_FBを取得しステップＳＡ４へ移行する。
●［ステップＳＡ４］スクリュの回転速度指令値Ｖを計算しステップＳＡ５へ移行する。
●［ステップＳＡ５］ステップＳＡ４で計算した回転速度指令値Ｖに従ってスクリュを回転制御しステップＳＡ６へ移行する。
●［ステップＳＡ６］保圧完了か否か判断し保圧完了でなければステップＳＡ２に戻り処理を継続し、保圧完了であればステップＳＡ７へ移行する。
●［ステップＳＡ７］計量と成形品の取り出し処理を行い１サイクルを終了する。

図６は、射出保圧中にスクリュ回転の負荷トルクが負荷トルク変化プロファイルとして記憶した基準波形に追従するように、スクリュ回転速度を制御する場合のフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ１］射出開始か否か判断し、射出開始まで待ち、射出開始の場合には、ステップＳＢ２に移行する。
●［ステップＳＢ２］基準波形があるか否か判断し、ある場合にはステップＳＢ３へ移行し、ない場合にはステップＳＢ８へ移行する。
●［ステップＳＢ３］負荷トルク指令値Ｄ_CMDを基準波形から読み出しステップＳＢ４へ移行する。
●［ステップＳＢ４］負荷トルク帰還値Ｄ_FBを取得しステップＳＢ５へ移行する。
●［ステップＳＢ５］スクリュの回転速度指令値Ｖを計算しステップＳＢ６へ移行する。
●［ステップＳＢ６］ステップＳＢ５で計算した回転速度指令値Ｖに従ってスクリュを回転制御しステップＳＢ７へ移行する。
●［ステップＳＢ７］保圧完了か否か判断し保圧完了でなければステップＳＢ３に戻り処理を継続し、保圧完了であればステップＳＢ１１へ移行する。
●［ステップＳＢ８］所定速度でスクリュ回転を制御し、ステップＳＢ９へ移行する。
●［ステップＳＢ９］スクリュ回転時の負荷トルクを検出し、追従制御用の負荷トルク指令値として基準波形に記憶し、ステップＳＢ１０へ移行する。
●［ステップＳＢ１０］保圧完了か否か判断し、保圧完了でなければステップＳＢ８へ戻り処理を継続し、保圧完了であればステップＳＢ１１へ移行する。
●［ステップＳＢ１１］計量と成形品の取り出し処理を行い１サイクルを終了する。

図７は、射出保圧中において、速度制御中はスクリュ回転の負荷トルクが所定値あるいは所定のトルクプロファイルになるように、スクリュ回転速度を制御し、圧力制御中はスクリュ前進速度が所定値あるいは所定の速度プロファイルになるように、スクリュ回転速度を制御する場合のフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＣ１］射出開始か否か判断し、射出開始まで待ち、射出開始の場合には、ステップＳＣ２に移行する。
●［ステップＳＣ２］圧力制御中であるか否か判断し、圧力制御中である場合にはステップＳＣ８へ移行し、圧力制御中ではない場合にはステップＳＣ３へ移行する。
●［ステップＳＣ３］負荷トルク指令値Ｄ_CMDを基準波形から読み出しステップＳＣ４へ移行する。
●［ステップＳＣ４］負荷トルク帰還値Ｄ_FBを取得しステップＳＣ５へ移行する。
●［ステップＳＣ５］スクリュの回転速度指令値Ｖを計算しステップＳＣ６へ移行する。
●［ステップＳＣ６］ステップＳＣ５で計算した回転速度指令値Ｖに従ってスクリュを回転制御しステップＳＣ７へ移行する。
●［ステップＳＣ７］保圧完了か否か判断し、保圧完了でなければステップＳＣ２に戻り処理を継続し、保圧完了であればステップＳＣ１１へ移行する。
●［ステップＳＣ８］前進速度指令値Ｉ_CMDを制御し、ステップＳＣ９へ移行する。
●［ステップＳＣ９］前進速度帰還値Ｉ_FBを検出し、ステップＳＣ１０へ移行する。
●［ステップＳＣ１０］回転速度指令値Ｖを計算し、ステップＳＣ６へ移行する。
●［ステップＳＣ１１］計量と成形品の取り出し処理を行い１サイクルを終了する。

上述の各フローチャートを補足して説明すると、回転速度指令値Ｖの計算（ステップＳＡ４、ステップＳＢ５、およびステップＳＣ５）は図３に示されているＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御器３１における処理、回転速度指令値Ｖの計算（ステップＳＣ１０）は、図４のＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御器３４における処理である。また、スクリュ回転制御（ステップＳＡ５、ステップＳＢ６、ステップＳＣ６）は、速度ループ・電流ループ制御を行う速度・電流制御器３０における処理である。

なお、本発明は、可塑化スクリュを有するプリプラ式射出成形機においても実施可能である。
また、他の実施形態では、予めスクリュ回転させた際のノズル内圧あるいはスクリュ締結部に装着されたロードセルなどの圧力センサ５で検知した圧力とスクリュ回転トルクあるいはスクリュ回転速度との関係式を算出する。この際、ノズル先端を封止してスクリュ３をその場回転させると、より高圧発生時の負荷トルクを計測することが可能である。

２条件以上のデータに基づく圧力−トルク近似式などを算出し、規定した圧力プロファイル、あるいは負荷トルク変化プロファイルになるようにスクリュ回転速度を調整する。近似式は１、２次関数近似あるいは対数近似が好ましいが、より正確な制御を行うためには形式を限定しない。また、負荷トルク−スクリュ回転速度の関係式あるいは圧力−スクリュ回転速度の関係式が求められる場合は、圧力−スクリュ回転速度近似式に基づくスクリュ回転速度の調整でも良い。

例えば、ホッパ４から投入される樹脂であるポリエチレンにて圧力と前記負荷トルクとの関係を調査したところ表１が得られ、表１に基づいて近似式である数式１を求めることができる。この数１式に基づいて求めた値に従って負荷トルクを制御する。

上記によって求められた数１式は、射出工程および保圧工程において、樹脂がスクリュ３に対してバックフローしないために必要なトルクとみなすことができる。この数１式に基づくスクリュ回転速度の調整を行うことで、スクリュ３に対して相対的にホッパ４方向への樹脂の逆流を防止し、かつ過剰射出させない安定射出が可能となる。これによって、逆流防止装置を備えていないスミアヘッドスクリュなどの場合でも、計量された樹脂を正確に射出することが可能となる。

図８は、樹脂圧力とスクリュ回転の負荷トルクの関係式と、逐次検出した樹脂圧力と負荷トルクとに基づいてスクリュ回転速度を制御する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
図８に示される処理では、樹脂圧力とスクリュ３が受ける回転方向の負荷トルクとの関係式をあらかじめ算出し、前記算出した関係式と、射出工程および保圧工程において逐次検出した樹脂圧力と負荷トルクとに基づいて、射出工程および保圧工程におけるスクリュ回転速度を逐次調節し、射出工程および保圧工程においてスクリュ３を回転させて、計量された樹脂がスクリュに対して相対的にホッパ４側方向に逆流することを防止している。

まず、あらかじめ予備試験を実施し、樹脂の逆流がない状態における圧力と負荷トルクとの関係を求める。その結果、近似式としてＰ＝ｆ（Ｄ）が得られたとする。ここで、樹脂圧力Ｐは圧力センサ５によって検出される圧力、Ｄはスクリュ３の回転方向の負荷トルクである。

そして、実際の成形動作を行い、射出工程および保圧工程における樹脂圧力Ｐ_actおよぶ負荷トルクＤ_actを逐次検出し、該検出した負荷トルクを負荷トルク値Ｄ_actとして前記近似式に代入する。ここで、前記近似式は、樹脂の逆流が無い状態における樹脂圧力と負荷トルクとの関係であるので、代入して得られた計算圧力Ｐ_c（＝ｆ（Ｄ_act））は、樹脂の逆流が無い場合に発生する樹脂圧力の計算値を意味する。

したがって、圧力センサ５により検出した樹脂圧力Ｐ_actと近似式に代入して求めた計算圧力Ｐ_cが一致すれば、樹脂の逆流が無い状態で射出工程および保圧工程が行われたことを意味する。また、近似式に代入して求めた計算圧力Ｐ_cに対して検出した圧力Ｐ_actが小さい場合（Ｐ_act＜Ｐ_c）、スクリュ回転速度が不足しているため、樹脂の逆流が発生し、樹脂圧力Ｐ_actが低下していることを意味する。また、近似的に代入して求めた計算圧力Ｐ_cに対して検出した樹脂圧力Ｐ_actが大きい場合（Ｐ_act＞Ｐ_c）、スクリュ回転速度が過大であるため、スクリュ後方から前方への樹脂の流れ（順流）が発生し、樹脂圧力Ｐ_actが上昇していることを意味する。

よって、樹脂の逆流を防止した状態で射出工程および保圧工程を行うためには、前記検出した樹脂圧力Ｐ_actと計算圧力Ｐ_cとを逐次比較し、Ｐ_act＜Ｐ_cの場合には、スクリュ回転速度をΔＶだけ大きくする。また、Ｐ_act＞Ｐ_cの場合は、スクリュ回転速度が過大であるため、スクリュ回転制御を行う。射出開始から保圧完了までの間は、上記の処理を毎制御周期毎に逐次実行する。

上記のように、スクリュ回転速度を調整しながら射出工程および保圧工程におけるスクリュ回転制御を行うと、樹脂圧力Ｐ_actを計算圧力Ｐ_cに一致させることができ、樹脂がスクリュに対して相対的にホッパ４方向に逆流しない状態で射出工程および保圧工程を行うことができる。

なお、スクリュ回転速度を大きく／小さくする場合の変化量はΔＶは、あらかじめ所定値として決めておいてもよいし、樹脂圧力Ｐ_actと計算圧力Ｐ_cとの偏差に基づいてＰＩＤ制御により変化量ΔＶを逐次変化させながら制御するようにしてもよい。

以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＤ１］射出開始か否か判断し、射出開始まで待ち、射出開始の場合には、ステップＳＤ２に移行する。
●［ステップＳＤ２］樹脂圧力値Ｐ_actと負荷トルク帰還値Ｄ_FBを取得する。樹脂圧力値は圧力センサ５により検出された検出値である。
●［ステップＳＤ３］ステップＳＤ２で取得した負荷トルク帰還値Ｄ_FBと予め求められた近似式を用いて、計算圧力値Ｐ_cを算出する。
●［ステップＳＤ４］計算圧力値Ｐ_cは検出した樹脂圧力値Ｐ_act以上であるか否か判断し、以上であればステップＳＤ５へ移行し、以上でなければステップＳＤ６へ移行する。
●［ステップＳＤ５］スクリュ回転速度指令値ＶをΔＶだけ大きくし、ステップＳＤ７へ移行する。
●［ステップＳＤ６］スクリュ回転速度指令ＶをΔＶだけ小さくし、ステップＳＤ７へ移行する。
●［ステップＳＤ７］スクリュ回転制御を実行し、ステップＳＤ８へ移行する。
●［ステップＳＤ８］保圧完了であるか否か判断し、保圧完了でない場合にはステップＳＤ２へ戻り処理を継続し、保圧完了である場合にはステップＳＤ９へ移行する。
●［ステップＳＤ９］計量および成形品の取り出しを行い、１成形サイクルを終了する。

図９は、樹脂圧力とスクリュ回転力（負荷トルク）との関係式と、逐次検出した樹脂圧力とスクリュ回転力とに基づいてスクリュ回転速度を調整する場合の実施形態である。圧力センサ５により樹脂圧力を検出し、検出して得られた樹脂圧力は圧力帰還値である樹脂圧力値Ｐ_actとしてＰＩＤ制御器３７に入力する。

また、ＰＩＤ制御器３７には、予め求められＲＯＭ２１あるいはＲＡＭに記憶された近似式Ｐ＝ｆ（Ｄ）とトルク帰還値Ｄ_FBから上位の制御装置（ＣＮＣＣＰＵ２０）で計算された計算圧力値Ｐ_c（Ｐ_CMD）も入力する。ＰＩＤ制御器３７は、計算圧力値Ｐ_cと圧力帰還値である樹脂圧力値Ｐ_actとの偏差に基づいて、スクリュ３の回転速度指令値Ｖを逐次計算する。

スクリュ前後進用サーボモータＭ１に取り付けられた位置・速度検出器Ｐ１によりスクリュ前進速度を検出し、該検出したスクリュ前進速度であるスクリュ前進速度値帰還値Ｉ_FBと前進速度指令値Ｉ_CMDとの偏差にもとづいてＰＩＤ制御器３４にてＰＩＤ制御を行い、スクリュ回転速度指令値Ｖを作成する。

作成したスクリュ回転速度指令値Ｖに対しては、速度・電流制御器３０、スクリュ回転用サーボアンプ１１により通常のサーボ制御を行ってスクリュ回転用サーボモータＭ２の駆動制御を行う。

また、樹脂圧力とスクリュ回転速度との関係式を求めておき、この関係式に基づいてスクリュ回転速度を制御してもよい。この場合にも、まず、あらかじめ予備試験を実施し、樹脂の逆流がない状態における樹脂圧力とスクリュ回転速度との関係を求める。その結果、近似式としてＰ＝ｆ_θ（Ｖ_θ）が得られたとする。ここで、樹脂圧力Ｐは圧力センサ５によって検出される圧力、Ｖ_θはスクリュ３の回転速度である。図８において、計算圧力Ｐ_cをスクリュ３の回転速度に基づいて算出し、スクリュ回転制御を行うようにしてもよい。
なお、本発明は樹脂に限定されず、全ての射出成形材料について使用することが可能である。

１ 射出シリンダ
２ ノズル部
３ スクリュ
４ ホッパ
５ 圧力センサ
６，７ 伝動手段
Ｍ１ スクリュ前後進用サーボモータ
Ｍ２ スクリュ回転用サーボモータ
Ｐ１ 位置・速度検出器
Ｐ２ 位置・速度検出器
１０ 制御装置
１１，１２ サーボアンプ
１３ ＲＯＭ
１４ ＲＡＭ
１５ サーボＣＰＵ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ ＰＭＣＣＰＵ
１８ ＲＯＭ
１９ ＲＡＭ
２０ ＣＮＣＣＰＵ
２１ ＲＯＭ
２２ ＲＡＭ
２３ 成形データ保存用ＲＡＭ
２４ インタフェース（Ｉ／Ｆ）
２５ ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）／ＭＤＩ（手動データ入力装置）

Claims (9)

1. スクリュを前後進させるためのスクリュ前後進用モータと、スクリュを回転させるためのスクリュ回転用モータとを備え、計量中にはスクリュ回転用モータを回転させながら、スクリュ前後進用モータを駆動しスクリュをあらかじめ設定された計量完了位置まで後退させ、スクリュ前後進用モータを射出工程、保圧工程中に速度制御、あるいは圧力制御によって駆動する射出成形機の制御装置において、
   前記スクリュに作用する負荷トルクを検出する負荷トルク検出手段と、
   負荷トルク指令値および前記負荷トルク検出手段により検出された負荷トルク検出値を元にスクリュ回転速度指令値を算出する第１スクリュ回転速度指令値算出手段とを備え、
   前記射出工程中および前記保圧工程中に、前記第１スクリュ回転速度指令値算出手段により算出されたスクリュ回転速度指令値に基づいて前記スクリュ回転用モータを駆動制御することにより前記スクリュの回転速度を調整し、スクリュが受ける回転方向の負荷トルクを前記負荷トルク指令値である所定の値と同じになるようにすることを特徴とする射出成形機の制御装置。
2. 射出工程中および保圧工程中の経過時間あるいはスクリュ位置に対するスクリュ回転方向の負荷トルクである負荷トルク変化プロファイルを記憶する記憶手段を備え、
   毎回の射出成形サイクルにおける負荷トルク変化プロファイルが、射出工程および保圧工程中で同じとなるように、前記記憶手段に記憶された負荷トルク変化プロファイルを用い、前記スクリュの回転速度を調整することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御装置。
3. 前記記憶手段に記憶された負荷トルク変化プロファイルを、射出工程中および保圧工程中の負荷トルク指令値として用いることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置。
4. 射出工程中および保圧工程中の前記負荷トルク変化プロファイルが、前記記憶手段に記憶された負荷トルク変化プロファイルに対し予め設定した偏差範囲内に収まるように前記スクリュの回転速度を調整することを特徴とする請求項３に記載の射出成形機の制御装置。
5. さらに、速度プロファイルを記憶する手段を備え、
   前記スクリュの前後進速度を検出する速度検出手段を備え、
   前記圧力制御において、スクリュ前進速度指令値および前記速度検出手段により検出されたスクリュ前進速度を元にスクリュ回転速度指令値を算出する第２スクリュ回転速度指令値算出手段を備え、
   保圧工程中は、前記第２スクリュ回転速度指令値算出手段により算出されたスクリュ回転速度指令値に基づいて前記スクリュ回転用モータを駆動制御することにより前記スクリュの回転速度を前記スクリュ前進速度指令値である所定の速度または前記記憶された速度プロファイルと同じになるように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置。
6. 射出工程中および保圧工程中に射出圧の反作用でホッパ側に逆流しようとする樹脂に対し、スクリュを回転させノズル側に樹脂を押す方向の力を加え、樹脂がスクリュに対して相対的にホッパ側方向に逆流することを防止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置。
7. スクリュを回転させた際に発生するノズル内圧あるいはスクリュ締結部の圧力検出手段により検出された圧力とスクリュが受ける回転方向の負荷トルクまたはスクリュの回転速度を検出する回転速度検出手段により検出されたスクリュ回転速度との関係式を予め求め、
   該関係式に基づいて前記トルク指令値または前記スクリュ回転速度指令値を求めることを特徴とする請求項５または６のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置。
8. 前記射出成形機はプリプラ式射出成形機であり、前記スクリュは該プリプラ式射出成形機が備える可塑化スクリュであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置。
9. 前記負荷トルク検出手段は、スクリュ回転用電動モータあるいはスクリュ回転用油圧モータへの負荷を検出することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の射出成形機の制御装置。

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