JPH03278933A - クランク式射出機構の射出圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、クランク式射出機構を用いた射出成形機にお
いて射出圧を制御する射出圧制御装置に関する。

従来の技術 電動式射出成形機においては、従来サーボモータの回転
出力をボールネジ／ナツトで直線運動に変換し、スクリ
ューを軸方向に移動させて射出を行っている。この場合
、射出圧はサーボモータへのトルク指令を制限しくモー
タの駆動電流を制限する）、出力トルクを制限すること
によって制御している。また、射出工程は射出速度を制
御する工程と、圧力を制御する保圧工程にわけられ、射
出速度制御時には、射出用サーボモータが有する最大ト
ルクにトルク制限が行われ（この場合、結果的にはトル
ク指令の制限は行われない）、実質的な圧力制御は行わ
れず速度制御のみが行われる。

一方、保圧工程では金型内に樹脂が充填されているから
、スクリューの移動は少なく、サーボモー夕は設定され
た移動位置まで移動しようとして、出力トルクを増大す
ることになるが、このときトルク制限を行って、サーボ
モータの出力トルクを制限して設定された保圧になるよ
うに制御している。

また保圧工程時においては、単にサーボモータの出力ト
ルクを制限して保圧制御を行うオープン・ループ制御方
式と、射出圧を検出して検出射出圧が設定保圧になるよ
うに制御するクローズド・ループ制御方式の２つの制御
方式が知られており、この保圧工程時にクローズド・ル
ープ制御を行う場合においても、通常、射出速度制御区
間は、オープン・ループの射出圧力制御が行われている
。

一方、ボールネジ／ナツトに変えてクランク機構を用い
、サーボモータの回転出力を直線運動に代え、スクリュ
ーを駆動して射出を行うクランク式射出成形機も本願出
願人によって開発されている（特願平１−２８４８３３
号）。

発明が解決しようとする課題 ボールネジ／ナツトを用いてスクリューを駆動する場合
、駆動源のサーボモータの出力トルクと射出圧は比例関
係にある。そのため、圧力のオープン・ループ制御時に
おいても、サーボモータの出力トルク以上の射出圧力を
発生することはできない。しかしながら、クランク機構
を用いた射出装置では、クランク機構の増幅作用により
理論上は無限大の力を出すことが可能である。例えば、
第４図に実線で示す曲線はサーボモータの出力トルクを
一定にし、クランク式射出機構を駆動したときクランク
機構から出力される力すなわち射出圧の大きさを示すも
のである。このように、クランク角θの大きさに応じて
、クランク機構から出力される力は異なり、クランク機
構を用いた射出機構においては、サーボモータの出力ト
ルクを制御しても、希望する射出圧は得られない。圧力
をクローズド・ループ制御する場合には、直接射出圧を
検出して、検出射出圧が設定圧力になるように制御され
るから問題は少ないが、オープン・ループ制御において
は、サーボモータの出力トルクをトルク制限するのみで
あるから、クランク機構の増幅作用によって希望する射
出圧が得られなくなる。しかもクランク角θに応じてク
ランク機構の増幅度が異なり、特に、射出が終了する近
傍においては、増幅度が高く、大きな射出圧になる。

この射出圧によって金型等を破損させる恐れがある。

そこで、本発明の目的は、クランク式射出機構において
オープン・ループ制御時の最大射出圧を抑制する制御装
置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、サーボモータによりクランク機構を介してス
クリューを駆動して、射出を行うクランク式射出機構の
射出圧制御装置において、クランクの回転角に応じて各
アドレスに上記サーボモータのトルク制限値を記憶した
メモリと、クランクの回転角を検出する検出器と、該検
出器で検出されたクランク回転角より上記メモリのアド
レスを発生するアドレス発生器と、上記メモリより読み
出されたトルク制限値をアナログ電圧に変換するデジタ
ル／アナログ変換器とを設け、射出圧力のオープン・ル
ープ制御時、上記デジタル／アナログ変換器の出力を上
記サーボモータのサーボ回路のトルクリミット回路に入
力し上記サーボモータの出力トルクを制限して、最大射
出圧力の増大を防止するように構成することによって、
上記課題を解決した。

作用 射出が開始され、オープン・ループ制御時には、クラン
クの回転角に応じて上記メモリよりトルク制限値が読み
出され、このトルク制限値で上記サーボモータの出力ト
ルクが制限され、制限された出力トルクでクランク機構
が駆動されて射出が行われる。クランク機構は、クラン
クの回転角によって力の増幅度が異なるが、このクラン
クの回転角に応じて、クランク機構の出力がほぼ一定に
なるように上記メモリに記憶するトルク制限値を設定し
ておけば、射出圧力は設定圧力以上に増大することはな
い。

実施例 第２図は本発明の一実施例のクランク式射出成形機の射
出機構および制御部の要部を示すブロック図である。符
号１は射出用スクリュー、符号２は射出用スクリュー１
を軸方向に駆動するクランク式射出機構である。

クランク式射出機構２は、射出用サーボモータ３、該モ
ータ３のモータ軸４に軸着された駆動プーリ５．軸６に
よって回動自在に軸支された従動プーリ７、従動プーリ
７に一体的に固着されたクランク板８．駆動プーリ５と
従動プーリ７に掛は回されたタイミングベルト１２、及
び、連節棒９によって構成され、連節棒９の基部はクラ
ンク板８の外周部−側に設けられた軸１０に枢着され、
連節棒９の先端は射出用スクリュー−１の基部に軸１１
を介して枢着されている。即ち、軸６−軸１０間の長さ
がクランク長として作用する。

なお、従動プーリ７及びクランク板８を軸支する軸６は
射出用スクリュー１の軸線上に位置し、また、射出用サ
ーボモータ３．軸６．射出用スクリュー１のシリンダ１
５は射出機構２のケーシング（図示せず）に固着されて
いる。

射出用スクリューｌの基部には、スクリュー軸方向に作
用する反力によって樹脂圧力を検出するロードセル１３
とロードセルアンプ１６で構成された射出圧力センサが
設けられ、射出用サーボモータ３にはパルスコーダ１４
が装着され、該パルスコーダ１４によってクランクの回
転角を検出する検出器を構成している。

符号１７は圧力制御回路で、ロードセルアンプ１６の出
力である検出射出圧Ｐｆ、後述する数値制御装置１００
の出力回路１０７から出る射出圧力指令Ｐｃ、閉ループ
開始信号ＳＰが入力され、該圧力制御回路１７の出力電
圧上Ｖｃはトルク制御回路１８に入力され、さらに該ト
ルク制御回路１８には上記閉ループ開始信号ＳＰ、パル
スコーダ１４からのフィードバックパルスが入力されて
いる。そして、このトルク制御回路１８の出力はサーボ
回路１０５のトルクリミット回路に入力されている。

符号１００は、射出成形機を制御する数値制御装置（以
下、ＮＣ装置という）で、該ＮＣ装置１００はＮＣ用の
マイクロプロセッサ（以下、ＣＰＵという）１０１とプ
ログラマブルマシンコントローラ（以下、ＰＭＣという
）用のＣＰＵＩＯ２を有しており、ＰＭＣ用ＣＰＵ１０
２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ＲＯＭＩ　１１と演算データ
の一時記憶等に用いられるＲＡＭ１１２が接続されてい
る。

ＮＣ用ＣＰＵｌ０１には射出成形機を全体的に制御する
管理プログラムを記憶したＲＯＭ１０９及び射出用、ク
ランプ用、スクリュー回転用、エジェクタ用等の各軸の
サーボモータを駆動制御するサーボ回路がサーボインタ
ーフェイス１０４を介して接続されている。なお、第１
図では射出用サーボモータ３のサーボ回路１０５のみを
図示している。また、１０６はバブルメモリやＣＭＯＳ
メモリで構成されている不揮発性の共有ＲＡＭで、射出
成形機の各動作を制御するＮＣプログラム等を記憶する
メモリ部と各種設定値、パラメータ。

マクロ変数等を記憶する設定メモリ部とを有する。

１０３はバスアービタコントローラ（以下、ＢＡＣとい
う）で、該ＢＡＣ１０３にはＮＣ用ＣＰＵ１０１及びＰ
ＭＣ用ＣＰＵ１０２．共有ＲＡＭ１０６、出力回路１０
７．入力回路１０８の各バスが接続され、該ＢＡＣ１０
３によって使用するバスを制御するようになっている。

また、１１４はオペレータパネルコントローラ１１３を
介してＢＡＣ１０３に接続されたＣＲ７表示装置付手動
データ入力装置（ＥＴＳＣＲＴ／ＭＤ　Ｉという）であ
り、ソフトキーやテンキー等の各種操作キーを操作する
ことにより様々な指令及び設定データの入力ができるよ
うになっている。なお、１１０はＮＣ用ＣＰＵｌ０Ｉに
バス接続されたＲＡＭで演算データの一時記憶等に利用
されるものである。

第１図では、射出成形機の射出軸に関するもの、即ち、
射出用スクリューを駆動して射出させるための射出用サ
ーボモータ３、射出用サーボモータ３に取付けられ、該
サーボモータの回転角度を検出するパルスコーダ１４を
示しており、他の型締軸、スクリュー回転軸、エジェク
タ軸等は省略している。そのため、ＮＣ装置１００内の
サーボ回路も射出用サーボモータ３用のもの１０５だけ
を示し、他の軸のサーボ回路は省略している。

パルスコーダ１４からのフィードバックパルスはサーボ
インターフェイス１０４及びサーボ回路１０５に入力さ
れている。さらに、サーボ回路１０５にはサーボインタ
ーフェイス１０４を介して位置指令が入力され、トルク
制御回路１８からの出力電圧上Ｖｃｃも入力されており
、サーボ回路１０５は従来と同様に、入力された位置指
令とバルスコーダからのフィードバックパルスにより求
められるサーボモータの回転位置との差が零になるよう
に制御する。そして、トルク制御回路１８の出力電圧上
Ｖｃｃはサーボ回路１０５内のトルクリミット回路に入
力され、トルク指令（モータへの電流指令電圧）を上記
電圧±Ｖｃｃに制限することによってサーボモータ３の
出力トルクを制限するようになっている。

以上のような構成において、ＮＣ装置１００は、共有Ｒ
ＡＭＩ　Ｏ６に格納された射出成形機の各動作を制御す
るＮＣプログラム、及び、上記設定メモリ部に記憶され
た各種成型条件のパラメータやＲＯＭＩ　１１に格納さ
れているシーケンスプログラムにより、ＰＭＣ用ＣＰＵ
１０２がシーケンス制御を行いながら、ＮＣ用ＣＰＵＩ
　Ｏｌが、射出成形機の各軸のサーボ回路へ、サーボイ
ンターフェイス１０４を介して、パルス分配をすること
によって射出成形機を制御する。このＮＣ装置１００の
構成は従来のものと同一であり、圧力制御回路１７．ト
ルク制御回路１８を設けた点において従来と相違してい
る。

第２図は、上記圧力制御回路１７の詳細ブロック図で、
ＮＣ装置１００の出力回路１０７から出力された射出圧
指令Ｐｃはデジタル／アナログ変換器２１でアナログ信
号に変換され、比較回路２２、アナログスイッチＡＳＷ
のスイッチＳＷＩに入力される。比較回路２２は射出圧
指令Ｐｃとロードセルアンプ１６の出力である検出射出
圧ＰｆをボリュームＲＶ２で調整した値と比較し、その
差を出力する。この出力はフィードバックゲインを決め
るボリュームＲＶＩに入力され、ボリュームＲＶＩの出
力は増幅補償回路２３に入力され、該増幅補償回路２３
の出力はアナログスイッチＡＳＷのスイッチＳＷ２に入
力されている。アナログスイッチＡＳＷは閉ループ開始
信号ＳＰがオフのとき、スイッチＳＷＩをオン、スイッ
チＳＷ２をオフとし、上記閉ループ開始信号ＳＰがオン
のとき、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオン
とする。アナログスイッチＡＳＷの出力はクランプ回路
２４に入力され、クランプ回路２４は・入力電圧に応じ
てクランプ電圧±Ｖｃを出力する。

閉ループ開始信号ＳＰがオフのときにはスイッチＳＷ１
が閉じられ、デジタル／アナログ変換器２１の出力であ
る射出圧指令Ｐｃがクランプ回路２４に入力され、この
射出圧指令Ｐｃの値に応じたクランプ電圧±Ｖｃがクラ
ンプ回路２４からトルク制御回路１８に出力され、後述
するようにオープン・ループ制御となる。

閉ループ開始信号ＳＰがオンの場合には、スイッチＳＷ
２かれ閉じられ増幅補償回路２３の出力がクランプ回路
２４に入力されるから、射出圧指令Ｐｃと検出射出圧Ｐ
ｆの差に応じたクランプ電圧上Ｖｃが出力されることと
なる。即ち、後述するようにクローズド・ループ制御が
行われることとなる。なお、この圧力制御回路１７の詳
細は特開昭６２−９７８１８号公報に記載され公知であ
る。

第３図はトルク制御回路１８の詳細ブロック図で、符号
３０はアドレス発生器であり、パルスコーダ１４で検出
されるサーボモータ３の回転位置より、メモリ３１のア
ドレスを発生するものである。このサーボモータの回転
位置はクランクの回転角θを示すことになるから、アド
レス発生器３０はクランク角θに応じてアドレスを発生
することになる。メモリ３１はＲＯＭまたは不揮発性の
ＲＡＭで構成されたメモリであり、各アドレスにはサー
ボモータ３へのトルク指令値を制限する電圧値が記憶さ
れている。すなわち、第４図に示すように、クランク角
θによってクランク機構２の増幅度が異なることから、
クランク角θによってトルク制限値を変えてサーボモー
タ３の出力トルクを制限しクランク機構２から出力され
る力が所定の最大射出圧以下になるように、メモリ３１
の各アドレスにトルク制限値の電圧が設定記憶されてい
る。すなわち、第４図に破線で示すような最大出力トル
クがサーボモータ３から出力されるように各アドレスに
トルク制限電圧値が記憶され、はぼ一定の最大射出圧が
クランク機構から出力されるように設定されている。メ
モリ３１から読み出された電圧はデジタル／アナログ変
換器３２でアナログ電圧に変換され、切替えスイッチ回
路３３を介してサーボ回路のトルクリミット回路に出力
される。切替えスイッチ回路３３はアナログスイッチ等
で構成され、閉ループ開始信号ＳＰ出力されているとき
には、圧力制御回路１７の出力電圧±Ｖｃをサーボ回路
１０５に出力し、射出圧力のクローズ・ド・ループ制御
を行うようにし、閉ループ開始信号ＳＰがオフのときに
はスイッチが切替わり、デジタル／アナログ変換器３２
の出力をサーボ回路１０５に出力し、射出圧力のオープ
ン・ループ制御を行うようにする。

以上の構成において、射出工程になると、ＰＭＣ用ＣＰ
Ｕは閉ループ開始信号ＳＰをオフにし、射出を開始させ
る。その結果、切替えスイッチ回路３３はデジタル／ア
ナログ変換器３２側に切替わる。そのためパルスコーダ
１４で示されるサーボモータの回転位置（クランク各θ
）によってアドレス発生器３０より発生するアドレスに
おける電圧値がメモリ３１より読み出され、デジタル／
アナログ変換器３２でアナログ電圧に変換されて、切替
えスイッチ回路３３を介してサーボ回路１０５のトルク
リミット回路に出力される。サーボ回路のトルクリミッ
ト回路はトルク指令電圧をこの電圧に制限し、クランク
角θに関係なく、クランク機構２の出力をほぼ一定の設
定最大射出圧力以下に保持し、射出圧力のオープン・ル
ープ制御が行なわれる。一方この間、ＮＣ装置１００は
従来と同様に射出速度制御を行う。この射出速度制御は
、従来と同様であるので、その説明は省略する。

スクリュー１が前進し、射出が行われて、保圧工程にな
ると、２ＭＣ用ＣＰＵ１０２は出力回路１０７から閉ル
ープ開始信号ＳＰを出力すると共に、設定射出圧（保圧
）指令Ｐｃを出力する。閉ループ開始信号ＳＰがオンに
なることにより、アナログスイッチＡＳＷのスイッチＳ
Ｗ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンとなり、かつ、トル
ク制御回路１８の切替えスイッチ回路が圧力制御回路側
に切替わるため、射出圧力のクローズド・ループ制御が
開始される。射出圧力指令Ｐｃはデジタル／アナログ変
換器２１でアナログ電圧に変換され、ロードセルアンプ
１６から出力される検出射出圧力Ｐｆと比較回路２２で
比較され、その差がボリュームＲＶＩを介して増幅補償
回路２３に入力され、増幅されてスイッチＳＷ２を介し
てクランプ回路２４に入力され、クランプ回路２４から
はクランプ電圧±Ｖｃが出力され、切替えスイッチ回路
３３を介してサーボ回路１０５のトルクリミット回路へ
入力される。その結果サーボモータ３の出力トルクはク
ランプ電圧で制限され、検出射出圧力Ｐｆが射出圧力指
令Ｐｃに一致するようにクローズド・ループ制御が行わ
れる。

なお、圧力制御回路１７にアナログスイッチＡＳＷを設
けているが、閉ループ開始信号ＳＰがオフのときには、
切替えスイッチ回路３３で圧力制御回路１７の出力上Ｖ
ｃがサーボ回路１０５に入力されないように切替えられ
るから、このアナログスイッチＡＳＷを必ずしも設ける
必要はなく、増幅補償回路２３の出力をそのままクラン
ク回路２４に入力してもよい。

以上のように、射出圧力のオープン・ループ制御時にお
いても、クランク機構から大きな射出圧力が出力されな
いようにしたから、射出機構にクランプ機構を使用して
も金型等を破損させるようなことはなくなる。

発明の効果 射出装置にクランク機構を用いても、本発明においては
、射出圧力のオープン・ループ制御時にサーボモータの
出力が増幅され大きな射出圧力が出力されることがない
から、金型等を破損させる恐れはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の要部ブロック図、第２図
は、同実施例における圧力制御回路の詳細ブロック図、
第３図は、同実施例におけるトルク制御回路の詳細ブロ
ック図、第４図はクランク機構におけるクランク回転角
と力の関係（力の増幅度）を示す図である。 １・・・スクリュー、２・・・クランク機構、３・・・
サーボモータ、１３・・・ロードセル、１４・・・パル
スコーダ、１６・・・ロードセルアンプ、１７・・・圧
力制御回路、１８・・・トルク制御回路、２１．３２・
・・デジタル／アナログ変換器、２２・・・比較回路、
２３・・・増幅補償回路、２４・・・クランプ回路、Ａ
ＳＷ・・・アナログスイッチ、ＲＶＩ、ＲＶ２・・・ボ
リューム、３０・・・アドレス発生器、３１・・・メモ
リ、３３・・・切替えスイッチ回路、Ｐｆ・・・検出射
出圧力、Ｐｃ・・・射出圧力指令、ＳＰ・・・閉ループ
開始信号。 てトルク制限値を変えてサーボモータ３の出力トルクを
制限しクランク機構２から出力される力が所定の最大射
出圧以下になるように、メモリ３１の各アドレスにトル
ク制限値の電圧が設定記憶されている。すなわち、第４
図に破線で示すような最大出力トルクがサーボモータ３
から出力されるように各アドレスにトルク制限電圧値が
記憶され、はぼ一定の最大射出圧がクランク機構から出
力されるように設定されている。メモリ３１から読み出
された電圧はデジタル／アナログ変換器３２でアナログ
電圧に変換され、切替えスイッチ回路３３を介してサー
ボ回路のトルクリミット回路に出力される。切替えスイ
ッチ回路３３はアナログスイッチ等で構成され、閉ルー
プ開始信号ＳＰ出力されているときには、圧力制御回路
１７の出力電圧上Ｖｃをサーボ回路１０５に出力し、射
出圧力のクローズ・ド・ループ制御を行うようにし、閉
ループ開始信号ＳＰがオフのときにはスイッチが切替わ
り、デジタル／アナログ変換器３２の出力をサーボ回路
１０５に出力し、射出圧力のオープン・ループ制御を行
うようにする。 以上の構成において、射出工程になると、ＰＭＣ用ＣＰ
Ｕは閉ループ開始信号ＳＰをオフにし、射出を開始させ
る。その結果、切替えスイッチ回路３３はデジタル／ア
ナログ変換器３２側に切替わる。そのためパルスコーダ
１４で示されるサーボモータの回転位置（クランク各θ
）によってアドレス発生器３０より発生するアドレスに
おける電圧値がメモリ３１より読み出され、デジタル／
アナログ変換器３２でアナログ電圧に変換されて、切替
えスイッチ回路３３を介してサーボ回路１０５のトルク
リミット回路に出力される。サーボ回路のトルクリミッ
ト回路はトルク指令電圧をこの電圧に制限し、クランク
角θに関係なく、クランク機構２の出力をほぼ一定の設
定最大射出圧力以下に保持し、射出圧力のオープン・ル
ープ制御が行なわれる。一方この間、ＮＣ装置１００は
従来と同様に射出速度制御を行う。この射出速度制御は
、従来と同様であるので、その説明は省略する。 スクリュー１が前進し、射出が行われて、保圧工程にな
ると、２ＭＣ用ＣＰＵ１０２は出力回路１０７から閉ル
ープ開始信号ＳＰを出力すると共に、設定射出圧（保圧
）指令Ｐｃを出力する。閉ループ開始信号ＳＰがオンに
なることにより、アナログスイッチＡＳＷのスイッチＳ
Ｗ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンとなり、かつ、トル
ク制御回路１８の切替えスイッチ回路が圧力制御回路側
に切替わるため、射出圧力のクローズド・ループ制御が
開始される。射出圧力指令Ｐｃはデジタル／アナログ変
換器２１でアナログ電圧に変換され、ロードセルアンプ
１６から出力される検出射出圧力Ｐｆと比較回路２２で
比較され、その差がボリュームＲＶＩを介して増幅補償
回路２３に入力され、増幅されてスイッチＳＷ２を介し
てクランプ回路２４に入力され、クランプ回路２４から
はクランプ電圧±Ｖｃが出力され、切替えスイッチ回路
３３を介してサーボ回路１０５のトルクリミット回路へ
入力される。その結果サーボモータ３の出力トルクはク
ランプ電圧で制限され、検出射出圧力Ｐｆが射出圧力指
令Ｐｃに一致するようにクローズド・ループ制御が行わ
れる。 なお、圧力制御回路１７にアナログスイッチＡＳＷを設
けているが、閉ループ開始信号ＳＰがオフのときには、
切替えスイッチ回路３３で圧力制御回路１７の出力±Ｖ
ｃがサーボ回路１０５に入力されないように切替えられ
るから、このアナログスイッチＡＳＷを必ずしも設ける
必要はなく、増幅補償回路２３の出力をそのままクラン
ク回路２４に入力してもよい。 以上のように、射出圧力のオープン・ループ制御時にお
いても、クランク機構から大きな射出圧力が出力されな
いようにしたから、射出機構にクランプ機構を使用して
も金型等を破損させるようなことはなくなる。 発明の効果 射出装置にクランク機構を用いても、本発明においては
、射出圧力のオープン・ループ制御時にサーボモータの
出力が増幅され大きな射出圧力が出力されることがない
から、金型等を破損させる恐れはない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サーボモータによりクランク機構を介してスクリューを
   駆動して、射出を行うクランク式射出機構の射出圧制御
   装置において、クランクの回転角に応じて各アドレスに
   上記サーボモータのトルク制限値を記憶したメモリと、
   クランクの回転角を検出する検出器と、該検出器で検出
   されたクランク回転角より上記メモリのアドレスを発生
   するアドレス発生器と、上記メモリより読み出されたト
   ルク制限値をアナログ電圧に変換するデジタル／アナロ
   グ変換器とを設け、射出圧力のオープン・ループ制御時
   、上記デジタル／アナログ変換器の出力を上記サーボモ
   ータのサーボ回路のトルクリミット回路に入力し、上記
   サーボモータの出力トぬよを制限して最大射出圧力の増
   大を防止したことを特徴とするクランク式射出機構の射
   出圧制御装置。