JPH0253216B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、サーボモータを用いて射出を行う射
出成形機に関し、特に射出制御方法に関する。

従来の技術 従来の射出成形機における射出制御において
は、射出速度、即ちスクリユーの軸方向の移動速
度を制御し、続いて射出圧力の制御即ち保圧制御
を行つている。この制御によつてバリの発生や成
形品の残留応力の軽減、金型に過大な成形圧力が
加わるのを防止する等の制御を行つていた。この
ように、射出時に射出速度の制御と射出圧力の制
御を切換えて行うことの理由の１つは、射出を開
始した直後には金型内に成形樹脂が未だ溜らず、
圧力の検出が難しいことから、射出速度によつて
射出制御を行つていたもので、金型の形状に応じ
て射出圧力が一定になるよう射出速度を切換えて
制御したものである。しかし、射出圧力が常に検
出されるならば、射出圧力のみによつて射出制御
を行うことができるものである。しかしながら、
従来の射出成形機は、油圧を用いて射出を行つて
いたため、射出を開始した直後には射出圧力を検
出することができず、上述したように射出速度制
御と射出圧制御とを切換えて制御を行つていた。
しかし、この切換のタイミングは金型の形状等に
より非常に難しく、この切換のタイミングの適否
によつて成形品の良悪が決まつていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、射出制御において、常に射出圧を検
出して、この射出圧によつて射出制御を行い、射
出速度制御から射出圧制御への切換を必要としな
い射出制御を得ようとするものである。また、特
に、射出圧が常に一定となるよう制御できるよう
にしたものである。

問題点を解決するための手段 サーボモータを射出の駆動源として用いる射出
成形機において、本発明は、検出器によつて検出
された上記サーボモータの回転速度を微分器で微
分し、該微分器の出力を上記サーボモータの駆動
電流を検出する電流検出器の出力から減算器で減
算することにより上記実トルクを算出し、減算器
で設定トルク値から上記実トルクを減算し、その
差分を速度指令に加算するか、その差分を電圧−
周波数変換器で周波数に変換してサーボモータへ
の位置指令に加算することにより上記問題点を解
決した。

作 用 上記微分器のコンデンサＣと抵抗Ｒの値の積が
サーボモータと機械等の負荷を合計した慣性能率
Ｊと等しいように設定しておけば、上記微分器の
出力はサーボモータ及び該サーボモータに接続さ
れたスクリユー等の機械の慣性の加減速に要する
トルクを意味し、また、上記電流検出器の出力は
上記サーボモータの出力トルクを意味するから、
該電流検出器の出力から上記微分器の出力を減算
すれば、成形材料に加わる実際の実トルクが算出
され、この実トルクと設定トルクとの差によつ
て、速度指令または位置指令を変えて上記実トル
クが設定トルクと一致するよう制御を行い、射出
時には常に成形材料に一定の射出圧力が加わるよ
うに制御する。

実施例 本発明は、射出成形機のスクリユーを軸方向に
移動させて射出を行う射出の駆動源をサーボモー
タとしたもので、該サーボモータを駆動制御する
位置制御ループを有するサーボ回路のブロツク図
は一般的に第１図に示される。この例は、サーボ
モータＭとしてDCモータを示しているが、ACモ
ータでも同じであり、また、検出器としてパルス
エンコーダＰを用いているが、他の検出器のレゾ
ルバ、速度発電機等でもよい。この第１図で示す
サーボ回路は、公知の位置制御ループを有するサ
ーボ回路１で、サーボモータＭの駆動指令とし
て、単位時間の移動量としてパルス列で構成され
る位置指令ａが入力されると、この位置指令ａと
パルスエンコーダ等の検出器Ｐで検出したサーボ
モータＭの移動量ｂとの差分をデジタル−アナロ
グ変換器（以下Ｄ／Ａ変換器という）２で速度指
令値ｃとしてのアナログ量の電圧に変換される。
すなわち、位置指令ａと検出器Ｐからのサーボモ
ータＭの移動量ｂに大きな差があると大きな値の
速度指令値ｃとして出力され、差が小さく位置指
令ａと移動量ｂが近づくと小さな値の速度指令値
ｃとして出力される。さらに、本サーボ回路は応
答性をよくするために速度フイードバツクが行わ
れており、これは、検出器Ｐからの信号をＦ／Ｖ
変換器６で電圧に変換し、実際のサーボモータＭ
の速度に対応する電圧Ｖを上記速度指令値ｃから
減算し、その差、即ち指令速度ｃと実速度Ｖの誤
差を誤差増幅器３で増幅して指令トルクｅとして
出力する。即ち、この指令トルクｅはサーボモー
タＭの電機子に流す電流値に対応する電圧として
出力されるもので、この指令トルクｅに対し、さ
らに応答性をよくするため、サーボモータＭの電
機子電流を検出する電流検出器７からの電機子電
流に対応する電圧ｆがフイードバツクされ、上記
指令トルクｅと電機子電流のフイードバツク信号
ｆとの差を誤差増幅器４で増幅し、電力増幅器５
で増幅して、サーボモータＭを駆動している。

そこで、速度指令ｃよりのブロツク図を伝達関
数で表わすと第２図のようになる。即ち、速度指
令ｃと実速度ｖの差を増幅する誤差増幅器３の伝
達関数は比例項KPと積分項KIによつて表わさ
れ、第１図の誤差増幅器４、電力増幅器５及び電
流検出器７で構成されるフイードバツク回路が十
分な周波数帯域をもつとすれば、即ち指令に対応
し即座に応答するとすれば、その伝達関数は比例
項Ktのみで表わすことができ、また、トルクか
ら速度への変化の伝達関数は「１／JS」で表わ
される。ここで、Ｊはモータと負荷を合計した慣
性能率である。その結果、速度指令ｃよりのブロ
ツク線図は第２図のようになる。このブロツク線
図で、Tdは外乱トルクで、これはサーボモータ
に接続される負荷トルクを意味し、この場合、射
出成形機のスクリユーが成形材料を押圧し射出に
関する実トルクTdを意味するものである。

そこで、この外乱トルクTdが「０」と仮定す
ると、伝達関数１２で示すように、トルクを積分
して速度ｖを出力しているから、サーボモータＭ
やスクリユー等のサーボモータＭに接続された機
械の慣性の加減速に要するトルクは速度ｖを微分
すればよいこととなる。その結果、サーボモータ
の出力トルクToは次式のようになる。

To＝Td＋Ｊ・（dv／dt） ………(1) Td＝To−Ｊ・（dv／dt） ………(2) その結果、第(2)式が示すように、成形材料を射
出するに要する実トルクTdはサーボモータＭの
出力トルクToから実速度を微分した値とサーボ
モータＭと負荷を合計した慣性能率Ｊの積を差引
けば求められることとなる。そして、実速度ｖは
検出器Ｐの信号をＦ／Ｖ変換器６により電圧に変
換した値により求められ、サーボモータＭの出力
トルクToはトルク指令値、即ちサーボモータＭ
の電機子に流れる電流値に対する電圧値ｆとして
電流検出器７より検出されるから、射出に要する
実トルクTdは第(2)式によつて求められる。そし
て、本発明は、この射出に要する実トルクTdを
常に一定に制御すること即ち射出圧力を常に一定
にすることによつて射出制御を行わせるもので、
その第１の方法を第３図に示す。

第３図において、１３は微分器、１４，１５は
減算器、３′は誤差増幅器で、第１図で示す誤差
増幅器３と相違する点は、第１図の誤差増幅器は
Ｄ／Ａ変換器２からの出力の速度指令ｃとＦ／Ｖ
変換器６からの実速度ｖの差を増幅し出力してい
たものに対し、第３図における誤差増幅器３′は、
上記速度指令ｃから実速度ｖを引いた値に減算器
１５の出力を加算している点において相違する。
なお、誤差増幅器３′以降の回路は第１図の回路
と同一である。また、第３図中のOP１〜OP４は
オペレーシヨンアンプを示し、Ｃ１，Ｃ２はコン
デンサ、Ｒ１〜Ｒ１１は抵抗を示している。

次に、本実施例の動作を説明する。

まず、Ｆ／Ｖ変換器６から出力される実速度ｖ
に対応する電圧は微分器１３に入力される。微分
器１３のコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１の値を、Ｃ
１・Ｒ１＝Ｊとする。すなわち、上記コンデンサ
Ｃ１と抵抗Ｒ１の積が当該サーボモータＭと当該
射出成形機のスクリユー等の機械の慣性能率Ｊに
等しくなるように設定する。その結果、微分器１
３の出力は、 −C1・R1・（dv／dt）＝−Ｊ・（dv／dt） となる（なお、Ｆ／Ｖ変換器６の出力ｖは負の電
圧であるので、この出力はプラスの値となる）。
そして、この出力は減算器１４に入力され、電流
検出器７からの出力ｆとの差が出力される。即
ち、上記電流検出器７の出力はサーボモータの電
機子に流れる実際に流れている電機子電流値ｆ
（この値もマイナスの値で出力されている）を示
しており、この電機子電流値ｆは即ちサーボモー
タＭの出力トルクToに対応する電圧値を意味す
るから、減算器１４（この減算器１４はオーペレ
ーシヨンアンプOP２により加算器を構成してい
るが、入力が異符号のため減算器を構成するよう
になる。）の出力は次式で示される。

減算器１４の出力＝−（ｆ＋Ｊ・（dv／dt））＝−（−
To＋J.（dv／dt））＝To−Ｊ・（dv／dt）………(3) 上記第(3)式に示されるように、減算器１４の出
力は第(2)式で示す右辺と同じであるから、この減
算器１４の出力は射出成形機が成形材料を射出す
るに要する実トルクTdに対応する電圧値を示す
ことになる。かくして、減算器１４の出力である
実トルクTdに対応する電圧値は減算器１５に入
力され、設定値−Ｓ（この設定値−Ｓもマイナス
の電圧値である）と比較され、減算出力される。
この設定値−Ｓは射出成形機のスクリユーが射出
時に成形材料に加えるトルク、即ち射出圧力の設
定値TSに対応する電圧であり、この設定値TSの
射出圧力で射出成形機が常時射出するように設定
するものである。減算器１５では第(4)式で示すよ
うに、設定値−Ｓから入力され減算器１４の出
力、即ち現在の実トルクTdに対応する電圧値を
減算し、その差を出力することとなる。

減算器１５の出力＝−（−Ｓ＋Td）＝Ts−Td
………(4) この減算器１５の出力はさらに誤差増幅器３′
に入力される。その結果、誤差増幅器３′では
Ｄ／Ａ変換器２からの速度指令ｃから実速度ｖを
減算し、さらに、上記第(4)式で示される減算器１
５の出力、即ち射出時に成形材料に加えるべき設
定トルクTsと現実に現在加わつている実トルク
Tdの差に応じた電圧が加算され、それが増幅さ
れて誤差増幅器３から指令トルクｅとして出力さ
れる（なお、極性は適正な極性へと符号検出器等
で変換される）。その結果、設定トルクTsと実ト
ルクTdとに差が大きければ誤差増幅器３′から出
力される指令トルクｅの電圧値は大きくなり、サ
ーボモータＭの電機子電流は増大し、高速で駆動
されることとなり、実トルクTdが設定トルクTs
になるよう常に射出が行われることとなる。

以上のようにして、本発明の第１の実施例は速
度指令ｃに設定トルクTsから実トルクTdを引い
た差を加算して速度指令が出され、常に、射出時
に成形材料に加わる射出圧力を設定値に保持する
よう射出制御したものである。

次に、第２の実施例について説明する。

第４図に示す第２の実施例と上記第１の実施例
とで相違する点は、第１の実施例が設定トルク
Tsと実トルクTdとの差を速度指令ｃに加算する
ことによつて射出圧力を常に設定値に保持するよ
うに制御した点を、この第２の実施例では設定ト
ルクTsと実トルクTdとの差に応じて位置指令量
を増減させることによつて射出圧力を常に設定値
に保持するように制御したものである。

即ち、サーボ回路は第１図で示す回路と同じで
あり、異なる点は単位時間あたりの移動量として
出力されるパルス列の位置指令ａを作る加減速制
御部２０に第１の実施例で求めた設定トルクTs
と実トルクTdとの差を加える点である。

第４図において、サーボモータＭの移動量、即
ちスクリユーの移動量が入力され、即座に指令移
動量だけサーボモータＭを駆動するには、無限大
の速度と無限大のトルクを必要とするから、加減
速制御部２０は単位時間あたりの移動量を移動指
令の立上り及び立下り時に順次加算及び減算しな
がら単位時間あたりのパルス列として出力し、さ
らに時定数回路２１によつて速度の急激な変化を
緩和させ、単位時間あたりの移動量としてのパル
ス列で構成される位置指令ａを出力し、以下、第
１図に示すサーボ回路に入力している。以上述べ
た加減速制御部２０、時定数回路２１についても
本願出願前から実施されているものであるが、本
実施例は、さらに上記加減速制御部２０に射出成
形機の設定射出トルクと実トルクの差を入力し、
単位時間あたりの移動量を指令するパルス列ａの
値を増減させるようにしている。

即ち、第４図において、１３，１４，１５は第
３図で示す微分器、減算器と同一であり、サーボ
モータＭの実速度を示すＦ／Ｖ変換器６からの出
力ｖを微分器１３で微分し、その出力をサーボモ
ータＭの出力トルクToの値を示す電流検出器７
からの出力ｆから減算器１４で減算してスクリユ
ーが射出を行うため成形材料に実際に付加してい
る実トルクTdを算出し、この実トルクTdの値を
示す減算器１４の出力と、射出時に成形材料に加
えるべき設定トルクTsを設定する設定値−Ｓと
の差を減算器１５で算出し、この差を電圧−周波
数変換器（以下Ｖ／Ｆ変換器という）２２でパル
ス列に変換し、このＶ／Ｆ変換器２２の出力を加
減速制御部２０に入力し、該加減速制御部２０の
出力である単位時間あたりの移動量としてのパル
ス列に上記Ｖ／Ｆ変換器２２の出力パルスを加算
して、単位時間あたりの移動量のパルス数を変化
させる。

その結果、実トルクTdと設定トルクTsとに差
が大きければ、単位時間あたりの移動量のパルス
数、即ち位置指令ａの値は大きくなり、速度指令
ｃも大きくなり、トルク指令ｅも増大し、サーボ
モータＭの電機子電流は増大し、サーボモータの
速度及びトルクは増大するもので、サーボモータ
Ｍによつて駆動されるスクリユーにより成形材料
に加えられる実際のトルクTdの値が設定トルク
Tsに一致するよう常に制御されることとなる。
即ち射出圧力は常に設定値に保持されるように制
御されることになる。

なお、上記第２の実施例において、減算器１５
を比較器に変えて、実トルクと設定トルクとに差
が生じたとき出力し、この出力があるときのみ、
加減速制御部の出力パルス列に一定パルスを加算
するようにしてもよい。

発明の効果 本発明は、以上述べたように、射出時に成形材
料に加わる射出圧力を、射出の駆動源であるサー
ボモータの出力トルクとサーボモータの実速度よ
り算出し、これを常に一定にするようサーボモー
タの速度指令値、または位置指令値を自動的に変
化させるようにしたから、射出圧力が常に一定と
なり、射出時の初期には射出圧力が一定となるよ
う射出速度が制御され、かつ保圧時には射出圧力
が一定となるよう制御されるから、従来のように
射出速度制御と保圧制御を別々の制御系統で制御
し、かつその制御を切換える必要もないから、非
常にシンプルでかつ優れた射出制御が行うことが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来から公知の位置制御ループを有
するサーボ回路のブロツク図、第２図は、同ブロ
ツク図において速度指令よりのブロツク図を伝達
関数で表わしたブロツク図、第３図は、本発明の
第１の実施例のブロツク図の要部、第４図は、本
発明の第２の実施例のブロツク図の要部である。 １３……微分器、１４，１５……減算器、３′
……誤差増幅器、OP１〜OP３……オペレーシヨ
ンアンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サーボモータを射出の駆動源として用いる射
   出成形機において、検出器によつて検出された上
   記サーボモータの回転速度を微分器で微分し、該
   微分器の出力を上記サーボモータの駆動電流を検
   出する電流検出器の出力から減算器で減算するこ
   とにより上記実トルクを算出し、減算器で設定ト
   ルク値から上記実トルクを減算し、その差分を速
   度指令に加算することにより、上記実トルクが設
   定トルク値になるようにフイードバツク制御して
   射出制御を行う射出成形機の射出・保圧制御方
   法。 ２ 上記微分器のコンデンサと抵抗の値の積がサ
   ーボモータと機械の合計した慣性能率と等しくな
   るように設定されている特許請求の範囲の第１項
   記載の射出成形機の射出・保圧制御方法。 ３ サーボモータを射出の駆動源として用いる射
   出成形機において、検出器によつて検出された上
   記サーボモータの回転速度を微分器で微分し、該
   微分器の出力を上記サーボモータの駆動電流を検
   出する電流検出器の出力から減算器で減算するこ
   とにより上記実トルクを算出し、減算器で設定ト
   ルク値から上記実トルクを減算し、その差分を電
   圧−周波数変換機で周波数に変換した電圧−周波
   数の出力を上記サーボモータへの位置指令に加算
   することにより、上記実トルクが設定トルク値に
   なるようにフイードバツク制御して射出制御を行
   う射出成形機の射出・保圧制御方法。 ４ 上記微分器のコンデンサと抵抗の値の積がサ
   ーボモータと機械の合計した慣性能率と等しくな
   るように設定されている特許請求の範囲第３項記
   載の射出成形機の射出・保圧制御方法。