JPH0253219B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、サーボモータによつて射出及び混練
を行う射出成形機の混練制御方法に関する。

従来の技術 従来の射出成形機は油圧によつてスクリユーを
軸方向に移動させ射出を行つており、計量混練時
においては、上記射出機構に一定の油圧を加えて
背圧を与えながらスクリユーを回転させて混練・
計量を行う。すなわち、スクリユーの回転によつ
て成形材料が可塑化され溶融状態となり、加熱シ
リンダの先端部に貯えられ、それにより圧力が生
じる。この圧力が上記射出機構に加えた油圧によ
る背圧に打勝つてスクリユーを後退させ、この後
退量をリミツトスイツチ等で検出して、一定位置
に達したらスクリユーの回転を停止させ、計量・
混練プロセスを終了する。以上のような処理を行
つていたが、スクリユーの回転機構及びスクリユ
ーを軸方向に移動させて射出を行う射出機構の駆
動源にサーボモータを使用する場合においては上
記油圧によつて背圧を加えて混練を行う従来の混
練方法を採用することができない。

発明が解決しようとする課題 本発明は、スクリユーの回転機構の駆動源及び
射出機構の駆動源にサーボモータを使用した射出
成形機において、均一な混練ができる混練制御方
法を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、混練時に、スクリユーを回転させる
スクリユー回転用のサーボモータを設定指令速度
で駆動すると共に、スクリユーを軸方向に駆動す
る射出用サーボモータを設定背圧になるように駆
動し、上記スクリユー回転用のサーボモータの出
力トルクより、該スクリユー及び該スクリユーに
結合された機械自体の慣性能率を加減速させるた
めに要するトルクを差引き、スクリユー回転用の
サーボモータによる成形材料に加わる実トルクを
出し、上記射出用のサーボモータの出力と、上記
実トルクとの和が設定した一定値になるようスク
リユー回転用サーボモータの速度を制御すること
によつて、混練時に成形材料に実質的に加わる全
トルクを常に設定値になるように保持することに
よつて均一な混練を達成するようにした。

作 用 混練時にスクリユーを回転させると、成形材料
は可熱シリンダに取付けられたヒータから加熱さ
れると共に、混練作用によつて発生する摩擦熱が
加わり、溶融され、溶融状態に圧縮された樹脂は
シリンダ内の圧力を高める。このシリンダ内の圧
力はスクリユーに反力として働き、射出用サーボ
モータにトルクが加わる。射出用サーボモータを
駆動し所定の背圧を加えれば、上記背圧に抗して
後退することになる。即ち、成形材料はスクリユ
ー回転用のサーボモータの出力トルクと射出用の
サーボモータの出力トルクによつて混練され、そ
のとき発生する摩擦熱とヒータからの熱によつて
溶融されることになるが、各サーボモータの出力
トルクは機械自体の慣性能率（イナーシヤ）を加
減速するためのトルクをも含んでいる。スクリユ
ーの後退速度は非常に小さいので、射出用モータ
における機械自体の慣性能率（イナーシヤ）を加
減速するに要するトルクを無視すると、成形材料
に加わるエネルギー即ちトルクは、スクリユー回
転用サーボモータの出力トルクから機械自体の慣
性能率（イナーシヤ）を加減速するために要する
トルクを差引けば、スクリユー回転用サーボモー
タから成形材料に加わる実トルクが求められる。
そして、この実トルクに射出用サーボモータの出
力トルクを加算すれば、実質的に成形材料に加わ
る全トルクが求められ、この全トルクが設定した
一定値になるように制御すれば、成形材料には常
に一定のトルクが作用することとなり、摩擦熱も
一定となる。その結果、スクリユー回転の加速
時、減速時においても成形材料には常に一定のト
ルクが加えられることとなり、均一な溶融が行わ
れ混練が均一となる。

実施例 本発明は、射出成形機のスクリユーを回転させ
る場合の駆動源にサーボモータを使用し、さら
に、スクリユーを前進させて射出を行い、計量混
練時には背圧を印加する駆動源にもサーボモータ
を使用した射出成形機における混練方法を関する
もので、第１図は、本発明の一実施例を示す図
で、SBaはスクリユーを回転させるためのサーボ
モータMaを駆動制御するサーボ回路で、SBbは
スクリユーを軸方向に駆動し射出を行つたり、計
量、混練時には背圧を印加するサーボモータMb
のサーボ回路である。これらのサーボ回路SBa，
SBbは位置制御ループを有する公知のサーボ回路
で、この例では、サーボモータMa，Mbとして
DCモータを示しているが、ACサーボモータでも
同じであり、また、検出器としてパルスエンコー
ダPa，Pb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。

７は既知の加減速制御回路で、サーボモータ
Maに対し単位時間当りの移動量として移動指令
ｘが入力されると、即座に指令移動量だけサーボ
モータMa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７は
単位時間当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当り
のパルス列として出力し、さらに時定数回路８に
よつて速度の急激な変化を緩和させ、単位時間当
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
SBaに入力している。以上述べた加減速制御部
７、時定数回路８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、本発明は、さらに上記
加減速制御部７に後述するＶ／Ｆ変換器の出力を
上記移動指令量に加算して入力するようになつて
いる。

サーボ回路SBaにおいて、サーボモータMa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Paで
検出したサーボモータMa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）１ａ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PaからのサーボモータMa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SBaは応答性を良くするために
速度フイードバツクが行われており、これは検出
器Paからの信号をＦ／Ｖ変換器２ａで電圧に変
換し、実際のサーボモータMa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、
すなわち指令速度ｃと実速度ｖの誤差を補償器３
ａで増幅して指令トルクｅとして出力する。この
指令トルクｅはサーボモータMa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Maの電機子電流を検出す
る電流検出器６ａ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との差を補償
器４ａで増幅し、電力増幅器５ａで増幅して、サ
ーボモータMaを駆動している。

なお、スクリユーを軸方向に駆動するサーボモ
ータMbのサーボ回路SBbについても同様な構成
で、同様な処理を行うものである。そこで、サー
ボ回路SBaの速度指令ｃよりサーボモータMaの
出力速度ｖまでのブロツク線図を伝達関数で表わ
すと、第２図のように一般的に表わされる。すな
わち、速度指令ｃと実速度ｖの差を増幅する補償
器３ａの伝達関数は比例項KPと積分項KIによつ
て表わされ、サーボ回路SBaの補償器４ａ、電力
増幅器５ａ及び電流検出器６ａ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持つとすれ
ば、すなわち指令に対応し、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換の伝達
関数は「１／JS」で表わされる。ここで、Ｊは
サーボモータMa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、本実施例のサーボ回路
SBaの場合、射出成形機のスクリユーを回転させ
る実トルク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１８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Ma
やスクリユー等のサーボモータMaに接続された
機械自体の慣性能率を加減速させるために要する
トルクは速度ｖを微分し、上記慣性能率Ｖを乗算
したＪ・（dv／dt）で得られる。その結果、サー
ボモータの出力トルクT0は、このサーボモータ
Ma等の慣性の加減速に要するトルクＪ・（dv／
dt）に外乱トルク、すなわち実際に成形材料を混
練するトルクTdを加えた次の第(1)式のようにな
る。

T0＝Td＋Ｊ・（dv／dt） …(1) Td＝T0−Ｊ・（dv／dt） …(2) その結果、第(2)式が示すように、成形材料を混
練するに要する実トルクTdはサーボモータMaの
出力トルクT0から実速度を微分した値とサーボ
モータMa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Paの信号をＦ／Ｖ変換器２ａにより電
圧に変換した値により求められ、サーボモータ
Maの出力トルクT0はトルク指令値、すなわちサ
ーボモータMa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６ａより検出されるか
ら、混練に要するサーボモータMaの実トルクTd
は第(2)式によつて求められる。さらに、混練時に
おいては、成形材料には背圧としてスクリユーを
軸方向に駆動するサーボモータMbの出力トルク
も加えられており、成形材料に印加される全トル
クは上記サーボモータMaの実トルクTdにサーボ
モータMbによつて背圧として印加されるトルク
を加算したものとなる（なお、サーボモータMa
による背圧として印加されるトルクは、該サーボ
モータMbの回転すなわちスクリユーの後退速度
が非常に小さいので、サーボモータMb及び該サ
ーボモータMbに接続された機械の慣性の加減速
に要するトルクは非常に小さいので無視する）。
そして、この背圧としてのトルクは背圧を印加す
るサーボモータMbの電機子電流によつて検出さ
れる。そして、本発明は、これら成形材料に印加
される全トルクを設定値に保持することによつ
て、混練を均一にするように計量・混練を制御す
るようにしたものである。

すなわち、第１図において、９はスクリユーを
回転させるサーボモータMaのサーボ回路SBaの
Ｆ／Ｖ変換器２ａの出力であるサーボモータMa
の実速度ｖを微分する微分器で、該微分器９のコ
ンデンサＣ１、抵抗Ｒ１の積がサーボモータMa
とその負荷を合計した上記慣性能率Ｊに等しい
（C1・R1＝Ｊ）のように設定しておく。また、１
０はサーボ回路SBaの出力からサーボモータMa
の電機子電流を検出する電流検出器６ａの出力か
ら上記微分器９の出力を減算する減算器、１１は
背圧を印加する射出用のサーボモータMbの電機
子電流を検出する電流検出器６ｂの極性を変換す
る符号変換器、１２は上記減算器１０の出力と上
記符号変換器１１の出力を加算する加算器、１３
は混練時に成形材料に加えるトルクを一定値に設
定するための設定値Tsから上記加算器１２の出
力を減算する減算器、１４は符号変換器、１５は
符号変換器１４の出力を周波数に変換するＶ／Ｆ
変換器である。なお、OP１〜OP６はオペレーシ
ヨンアンプ、Ｒ１〜Ｒ２０は抵抗である。

次に、本実施例の動作を説明する。

計量・混練工程になると、サーボモータMaは
設定指令速度でスクリユーを回転させると共に、
サーボモータMbはブレーキがかけられ、設定背
圧を出すよう駆動される。

そして、まず、スクリユーを回転させるサーボ
モータMaのサーボ回路SBaのＦ／Ｖ変換器２ａ
から出力されるサーボモータMaの実速度に対応
する電圧ｖは微分器９に入力される。微分器９の
コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１の値の積が当該サーボ
モータMaと当該射出成形機のスクリユー等の慣
性能率Ｊに等しくなるように設定されているの
で、微分器９の出力は、 −C1・R1・（dv／dt）＝−Ｊ・（dv／dt） となる（なお、Ｆ／Ｖ変換器２ａ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）。

減算器１０の出力 ＝−（ｆ＋Ｊ・（dv／dt）） ＝−（−T0＋Ｊ・（dv／dt）） ＝T0−Ｊ・（dv／dt） …(3) 上記第(3)式に示されるように、減算器１０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１０の出力はスクリユーを回転させるサーボ
モータMaが成形材料に加える実トルクTdに対応
する電圧値を示すこととなる。かくして、減算器
１０の出力である実トルクTdに対応する電圧値
は加算器１２に入力され、一方、加算器１２の他
方の入力には符号変換器１１の出力が入力されて
おり、符号変換器１１の入力はサーボ回路SBbの
電流検出器６ｂの出力が入力されており、混練時
においては、射出用のサーボモータMbの電機子
に流れる電流は成形材料に印加する背圧を生じる
トルクを示し、この電機子電流を検出する電流検
出器６ｂの出力の極性をプラスに符号変換器１１
で変換し、加算器１２に入力すれば、加算器１２
の出力は成形材料にスクリユー回転用サーボモー
タMaで加えられる実トルクTdと射出用サーボモ
ータMbによつて背圧として加えられるトルクが
加算されたものとなり、成形材料に加えられる全
トルクを出力することとなる。そこで、この加算
器１２の出力を減算器１３に入力し、成形材料に
加えられるべき全トルクに対応する設定値Tsか
ら上記加算器１２の出力を減算する。そして、こ
の減算器１３の出力を符号変換器１４で反転さ
せ、Ｖ／Ｆ変換器１５で周波数に変換した後加減
速制御部７に入力される単位時間当りの移動指令
量ｘに加算して加減速制御部７に入力される。す
なわち、加算器１２の出力であるサーボモータ
Ma，Mbにより成形材料に加えられた全トルク
の値が設定値Tsより小さければ、減算器１３よ
りその差が出力され、符号変換器１４、Ｖ／Ｆ変
換器１５を介して移動指令量ｘに加算される。そ
の結果、単位時間当りの移動指令量が増加するた
め位置指令ａ及びサーボモータMaの速度指令値
ｃを増加させ、サーボモータMaをより高速で回
転させると共に電機子電流を増大させ、成形材料
に加わる全トルクは設定トルクTsと一致するよ
うになる。

なお、射出用サーボモータMbにはトルクリミ
ツトをかけ、一定以上の出力トルクが出ないよう
制限して背圧を印加してもよい。このトルクリミ
ツトをかける手法はサーボ回路において公知のも
のであるが、第１図において、補償器３ｂの出力
をトルクリミツト手段を介して出力するように
し、一定の設定トルク以上の出力が出ないように
するものである。

発明の効果 本発明は以上述べたように、混練時において、
成形材料に加わる実質的な全トルクが一定になる
ようスクリユーの回転を制御したから、成形材料
には常に一定なトルクが加わり、常に一定な混練
状態を得ることができる。

すなわち、混練時にはスクリユーが回転され、
成形材料には、ヒータから加えられた熱にスクリ
ユー回転によるせん断力と背圧による圧縮力によ
つて発生する摩擦による摩擦熱が加わり、成形材
料は溶融され、シリンダ内の圧力が上昇し、射出
用サーボモータの出力トルクによつて加えられた
背圧に抗してスクリユーが後退して混練が行われ
ることになる。このように、混練時、成形材料は
スクリユー回転用のサーボモータの出力トルクと
射出用サーボモータの出力トルク（背圧）の力が
加えられて混練されるとことになり、成形材料に
加わるこのトルク（力）を一定にすれば均一な混
練が得られることになる。しかし、スクリユー回
転用サーボモータの出力トルクは機械自体の慣性
能率（イナーシヤ）を加減速させるために要する
トルクをも含んでいるため、本発明ではこの機械
自体の慣性能率を加減速させるために要するトル
クをスクリユー回転用サーボモータの出力トルク
から減じ、この減じた出力トルクに射出用サーボ
モータの出力トルクを加算して、実質的に成形材
料に加わる全トルクを求め、この全トルクが常に
設定値になるように制御されるから、成形材料は
常に一定のトルク、即ち、一定のエネルギーで混
練されることとなる。その結果、スクリユー回転
の加速、減速時においても成形材料に加わるトル
ク（力）は常に一定であるから、計量・混練工程
中、一定な力により均一な混練が得られることと
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のブロツク図、第
２図は、サーボ回路における速度指令を入力と
し、サーボモータの出力速度を出力とするブロツ
ク図の伝達関数を表わすブロツク図である。 Ma……スクリユー回転用サーボモータ、Mb
……射出用サーボモータ、Pa，Pb……パルスエ
ンコーダ、SBa，SBb……サーボ回路、６ａ，６
ｂ……電流検出器、９……微分器、１０，１３…
…減算器、１２……加算器、１１，１４……符号
変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スクリユーを回転させる駆動源、スクリユー
   を軸方向に移動させ射出・保圧動作を行わせると
   共に計量の混練時には背圧を加える駆動源にサー
   ボモータを用いた射出成形機による混練制御方法
   において、混練時にはスクリユーを回転させるス
   クリユー回転用のサーボモータを設定指令速度で
   駆動すると共に、スクリユーを軸方向に駆動する
   射出用サーボモータを設定背圧になるように駆動
   し、上記スクリユー回転用のサーボモータの出力
   トルクより、該スクリユー及び該スクリユーに結
   合された機械自体の慣性能率を加減速させるため
   に要するトルクを差引き、スクリユー回転用のサ
   ーボモータによる成形材料に加わる実トルクを出
   し、上記射出用のサーボモータの出力と、上記実
   トルクとの和が設定した一定値になるようスクリ
   ユー回転用サーボモータの速度を制御することを
   特徴とする射出成形機の混練制御方法。 ２ 検出器によつて検出された上記スクリユー回
   転用のサーボモータの回転速度を微分器で微分し
   た値に上記スクリユー回転用のサーボモータと該
   サーボモータに接続された機械の慣性能率を乗じ
   た値を、上記スクリユー回転用サーボモータの駆
   動電流値を検出する電流検出器の出力より減算器
   で減じて上記実トルクを算出し、上記射出用サー
   ボモータの駆動電流検出器からの出力と上記減算
   器からの出力を加算して成形材料に加わる全トル
   クを求め、該全トルクが設定値になるよう上記ス
   クリユー回転用サーボモータの速度を制御する特
   許請求の範囲第１項記載の射出成形機の混練制御
   方法。 ３ 上記射出用サーボモータの計量・混練時の出
   力トルクは、設定された値以下に制限されている
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の射出成
   形機の混練制御方法。