JPH0655590A - 射出成形機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 外乱に強く、かつ速度制御系から圧力制御系
に切り換えるときに射出圧力の連続性が損なわれること
のない電動式射出成形機の制御装置を提供する。 【構成】 位置フィードバック制御系４１は、位置検出
信号Ｓｚと位置パターン発生器２４からの位置パターン
信号Ｓｘとを比較して位置制御用の操作量ｙを出力し、
圧力フィードバック制御系４２は、スクリュに加えられ
る圧力の検出信号Ｓｐと圧力設定値ｒとを比較して圧力
制御用の操作量ｑを出力し、最小値選択器１９は、前記
位置制御用の操作量と前記圧力制御用の操作量とを比較
して小さいほうを選択して速度マイナーフィードバック
系４３に設定信号として出力し、位置パターンフォロー
部２５は、最小値選択器からどちらの操作量を選択した
かを示す信号Ｓａを受けて位置パターン発生器の動作を
制御し、成形状態により必要な制御系を滑らかに切り換
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は射出成形機の制御装置に
関し、特に射出工程に際しての圧力制御の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、油圧アクチュエータの代わりに、
サーボモータを使用した、いわゆる電動式射出成形機が
多用され始めている。以下に、サーボモータ駆動による
射出装置の動作について簡単に説明する。

【０００３】（１） スクリュを回転モータで回転さ
せ、ホッパからスクリュ後部に落ちてきた樹脂を溶融さ
せながら加熱シリンダの先端部に一定量送り込む（計量
工程）。この時、加熱シリンダの先端部に溜まってゆく
溶融樹脂の圧力（背圧）を受けながらスクリュは後退す
る。

【０００４】スクリュの後端部にはドライブシャフトが
直結されており、このドライブシャフトはベアリングを
介してプレッシャプレートに回転自在に支持されてい
る。このドライブシャフトは同じプレッシャプレート上
に支持されている回転モータによりタイミングベルトを
介して駆動される。プレッシャプレートは、タイミング
ベルトとローラネジを介して射出モータによって、ガイ
ドバーに沿って前後進する。前述の溶融樹脂の背圧は、
後述するように、ロードセルによって検出し、閉ループ
で制御する。

【０００５】（２） 次に、射出モータの駆動によって
プレッシャプレートを前進させ、スクリュ先端部をピス
トンにして、溶融樹脂を金型内に送り込む（充填工
程）。

【０００６】（３） 充填工程の終りで、溶融樹脂が金
型のキャビティ内に充満し、その時スクリュの前進運動
は、速度制御から圧力制御に切り換わる。これはＶ（速
度）−Ｐ（圧力）切換えと呼ばれており、成形品の品質
を左右する。

【０００７】（４） Ｖ−Ｐ切換え後、金型のキャビテ
ィ内の樹脂は設定された圧力のもとに冷却してゆく（保
圧工程）。樹脂圧は前述した背圧制御と同様に閉ループ
で制御される。

【０００８】射出装置においては、（４）の工程以後、
（１）の工程に戻って次のサイクルに入る。一方、型締
装置においては（１）と平行して、金型を開いてエジェ
クタ機構によって冷却固化した製品を取り出した後、金
型を閉じて（２）の工程に入る。

【０００９】次に、図４を参照して、ローラネジ、ロー
ラナットによりサーボモータの回転運動を直動運動に変
換して溶融樹脂の充填を行う射出成形機について説明す
る。図４において、射出用のサーボモータ１の回転はロ
ーラネジ２に伝えられる。ローラネジ２の回転により前
後進するローラナット３はスライドベース４に固定さ
れ、スライドベース４はフレーム（図示せず）に固定さ
れたガイドバー５、６上を移動自在に取り付けられてい
る。スライドベース４の前後進運動は、ベアリング７，
ロードセル８を介してスクリュ１０に伝えられる。

【００１０】射出シリンダ１１の中をスクリュ１０が前
進することにより、計量工程により貯えられた溶融樹脂
を金型内に充填し、加圧することにより成形がおこなわ
れる。この時樹脂を押す力がロードセル８により反力と
して検出され、ロードセルアンプ１２より増幅されてコ
ントローラ１５に入力される。スライドベース４にはス
クリュ１０の移動量を検出するための位置検出器９が取
り付けられており、この検出信号は増幅器１３により増
幅されてコントローラ１５に入力される。コントローラ
１５は、オペレータの設定に応じて各々の工程に応じた
電流（トルク）指令をサーボアンプ１４に出力し、サー
ボアンプ１４ではサーボモータ１の駆動電流を制御して
サーボモータ１の出力トルクを制御するようになってい
る。

【００１１】以上の構成により、溶融樹脂を金型内に充
填する射出工程ではスクリュの移動速度をフィードバッ
クして制御し、金型内の樹脂に一定圧力をかける保圧工
程ではロードセル８にかかる反力をフィードバックして
制御することにより成形が行われる。

【００１２】一方、射出成形機においては、充填中に金
型に過大な圧力がかかることを避けるため、あるいは、
射出工程から保圧工程に切り換える際の圧力の変化を小
さくするため、さらに、高速射出時に射出工程から保圧
工程に切り換える判断を負荷圧力によらないで行なうた
めに、充填中に駆動源に何らかの方法により制限を加
え、充填圧力が制限以上にならないようにしている。

【００１３】この場合、駆動源に油圧を用いた射出成形
機においては、充填圧力を抑制するために充填を行なう
駆動源である油圧回路の圧力を制限しており、駆動源に
サーボモータを用いた射出成形機においては、サーボモ
ータへの駆動電流を供給するサーボアンプを制御して上
記駆動電流を制限している。

【００１４】図５は従来の電動式射出成形機のコントロ
ーラの制御ブロック図である。図５において、位置検出
器９からの信号が増幅器１３を介してコントローラ１５
に入力されると、この信号は微分器１６によって微分さ
れ、スクリュ速度検出信号Ｓｄが得られる。位置パター
ン発生器２４は、スクリュの移動速度がオペレータの設
定となるような時間に対する位置の設定信号Ｓｘを出力
する。この設定信号Ｓｘより、増幅器１３を通して入力
された位置検出信号Ｓｚを減算器２２で減算（フィード
バック）して、位置制御補償器２０により補償演算し操
作量ｙを表す信号Ｓｙを出力する。操作量ｙは、速度フ
ィードバック系の設定となっており、信号Ｓｙから、速
度検出信号Ｓｄが減算器１８で減算（フィードバック）
される。この偏差信号を速度制御補償器１７において補
償演算した操作信号Ｓｇが電流指令制限器３０を通して
サーボアンプ１４に送られる。

【００１５】また、Ｓｒは射出速度制御工程中の制限圧
力設定信号であり、電流指令制限器３０に入力される。
電流指令制限器３０は制限圧力設定信号Ｓｒの大きさに
より操作信号Ｓｇを制限し、制限された操作信号Ｓｉを
サーボアンプ１４に出力する。操作信号Ｓｉはサーボモ
ータ１に対する電流指令、すなわちトルクの指令であ
り、結果的に制限圧力設定信号Ｓｒによりサーボモータ
１の発生するトルクを制限することが可能となる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電動式射出成形機の制御方法において、操作信号Ｓｇが
制限圧力設定信号Ｓｒよりも大きい場合においては、速
度フィードバックの機能により操作信号Ｓｇが変化して
もこの変化は無視される。すなわち、油圧式、電動式に
限らず射出中の射出速度をフィードバック制御している
系において、駆動源の圧力、電流を制限した場合、上記
フィードバックは機能せず、外乱に非常に弱い系となっ
てしまう。

【００１７】また、この時操作信号Ｓｉを操作すること
ができるのは制限圧力設定信号Ｓｒのみであるため、オ
ープン制御となってしまう。つまり、操作信号Ｓｉは信
号Ｓｙに対して感度が低い。この時、サーボモータ１の
出力トルクに対して制限が加えられると、サーボモータ
１から実際の射出圧力までの間には駆動機構が介在して
おり、摩擦などの外乱があるため正確な制限とは言えな
い。

【００１８】そのため、射出工程の後半を保圧工程に切
り換えて圧力フィードバック制御系によって充填を行な
うこともできるが、速度制御系から圧力制御系に切り換
えるときに射出圧力の連続性が損なわれ、良好な成形品
を得ることができない。

【００１９】本発明は、上記従来の電動式射出成形機の
圧力制御装置の問題点を解決して、フィードバック機能
を活用することができ、外乱に強く、かつ速度制御系か
ら圧力制御系に切り換えるときに射出圧力の連続性が損
なわれることのない電動式射出成形機の制御装置を提供
することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、サーボモータ
によりスクリュを駆動し、前記スクリュの速度検出信号
と設定信号とを比較してその結果に基づいて射出速度を
制御するスクリュ速度フィードバック系を速度マイナー
フィードバック系として有する射出成形機の制御装置に
おいて、前記位置検出信号と位置パターン発生器からの
位置パターンとを比較してその結果に基づいて位置制御
用の操作量を出力する位置フィードバック制御系と、前
記スクリュに加えられる圧力と圧力設定信号とを比較し
てその結果に基づいて圧力制御用の操作量を出力する圧
力フィードバック制御系と、前記位置制御用の操作量と
前記圧力制御用の操作量とを比較して小さいほうを選択
して前記速度マイナーフィードバック系に前記設定信号
として出力する選択器と、該選択器からどちらの操作量
を選択したかの信号を受けて前記位置パターン発生器の
動作を制御する位置パターンフォロー手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００２１】本発明によればまた、前記位置パターンフ
ォロー手段が、前記選択器において前記位置制御用の操
作量が選択されている時には前記位置パターン発生器に
対して位置パターンを発生せしめ、前記圧力制御用の操
作量が選択されている時には前記位置検出信号と位置パ
ターン発生器からの位置パターンとを比較して前記位置
パターンの値の方が大きくなった時に前記位置パターン
発生器に対して位置パターンを発生せしめるように制御
することを特徴とする射出成形機の制御装置が得られ
る。

【００２２】

【作用】本発明によれば、圧力フィードバック制御系と
位置フィードバック制御系とにより速度マイナーフィー
ドバック系が共用化される。そして、位置フィードバッ
ク制御系と圧力フィードバック制御系からの操作量に対
し最小値選択器により小さい方が選択される。加えて、
圧力制限中は、位置パターンフォロー手段が位置パター
ンの発生をいつでも再開可能なようにフォローする。以
上により、精度の良い圧力制御装置を提供する。

【００２３】

【実施例】以下に、図１〜図３を参照して本発明の実施
例を説明する。本実施例においては、図５に示した従来
の位置フィードバック制御系と比べて、電流指令制限器
３０が無い構成になっている。代わりに、位置検出器９
からの信号を増幅器１３を通して得られる位置検出信号
Ｓｚと位置パターン発生器２４からの位置パターンを示
す信号Ｓｘとを減算器２２で減算し、その結果を位置制
御補償器２０で補償演算して操作量ｙを示す信号Ｓｙを
つくる位置フィードバック制御系に加えて、ロードセル
８からの信号をロードセルアンプ１２を通して得られる
圧力検出信号Ｓｐと制限圧力設定信号Ｓｒとを減算器２
３で減算し、その結果を圧力制限補償器２１で補償演算
して操作量ｑを示す信号Ｓｑをつくる圧力フィードバッ
ク制御系を備えている。

【００２４】ロードセル８からの信号はロードセルアン
プ１２を通してコントローラ１５に圧力検出信号Ｓｐと
して入力され、減算器２３により制限圧力設定信号Ｓｒ
から減算（フィードバック）した偏差信号が圧力制限補
償器２１に入力される。圧力制限補償器２１により補償
演算した操作量ｑを表す信号Ｓｑを最小値選択器１９に
入力する。一方、位置フィードバック制御系の位置制御
補償器２０からの操作量ｙを表す信号Ｓｙも最小値選択
器１９に入力される。この時信号Ｓｑ及びＳｙは、位置
検出器９−増幅器１３−微分器１６−減算器１８−速度
制御補償器１７−サーボアンプ１４−サーボモータ１な
る２つの制御系に共通な速度マイナーフィードバック系
に対する速度設定となっている。最小値選択器１９で
は、操作量ｙ，ｑのうち小さい方を選択し上記速度マイ
ナーフィードバック系への設定信号Ｓｖとして出力す
る。また、最小値選択器１９は現在どちらの操作量を選
択出力しているかを示す信号Ｓａを位置パターンフォロ
ー部２５へ出力する。

【００２５】図１に示すような構成により、射出工程を
制御した場合の作用を以下に説明する。簡単のため、位
置制御補償器２０をゲインＫ０なる比例補償器、圧力制
限補償器２１をＫ１なる比例補償器とすると、操作量
ｙ，ｑはそれぞれ、ｙ＝Ｋ０・（ｘ−ｚ）、ｑ＝Ｋ１・
（ｒ−ｐ）により算出される。但し、ｘは位置パターン
信号Ｓｘによる位置設定値、ｚは位置検出信号Ｓｚによ
る位置検出値、ｒは制限圧力設定信号Ｓｒによる制限圧
力設定値、ｐは圧力検出信号Ｓｐによる圧力検出値であ
る。

【００２６】射出工程の初期では圧力がほぼ零に近い値
であるため、圧力偏差（ｒ−ｐ）は、大きな値となるた
めｑも大きくなり、最小値選択回路１９は位置フィード
バック制御系の操作量ｙを出力して、結果として位置フ
ィードバック制御による射出速度制御が行なわれる。こ
の射出速度制御によりスクリュが前進して射出圧力ｐが
大きくなり、制限圧力設定値ｒとの差が小さくなると、
圧力偏差（ｒ−ｐ）が小さくなるために、位置フィード
バック制御系の操作量ｙの大きさに近づいてくる。その
後さらに圧力ｐが上昇し制限圧力設定値ｒとの差が小さ
くなると、最小値選択器１９の切換条件であるｙ＝ｑを
満たす。

【００２７】この状態よりさらにスクリュの前進により
圧力ｐが上昇するようであれば、圧力フィードバック制
御系の操作量ｑが位置フィードバック制御系の操作量ｙ
よりも小さくなるため、最小値選択器１９は操作量ｑを
選択し、制限圧力設定値ｒを目標とした制限圧力制御が
行なわれる。

【００２８】また、制限圧力制御の状態でも、何らかの
成形状態の変化により射出圧力が低下した場合や、射出
速度設定による射出速度の低下があった場合に上記と同
様の条件により再び射出速度制御の状態に戻ることもあ
る。

【００２９】以上のように、スクリュ速度フィードバッ
クを速度マイナーフィードバック系とした位置フィード
バック制御により射出速度を制御する射出工程におい
て、圧力制限用の圧力フィードバック制御系を設け、こ
の圧力フィードバック制御系の内部に速度マイナーフィ
ードバック系を付加して、これを位置フィードバック制
御系内のマイナーフィードバック系と共用化し、更に位
置フィードバック制御系及び圧力フィードバック制御系
からの操作量に対し最小値選択器により小さい方を出力
するようにしたので、フィードバック制御のかかった精
度のよい状態により制限圧力制御を行える。なお、図１
中点線にて示したゲインＫの乗算機能を持つ微分器３１
によるフィードフォワード機能がある場合でも構成や機
能に変わりは無い。

【００３０】しかし、制限圧力制御中は位置フィードバ
ック制御系の操作量出力を無視するわけであるから、何
の情報もなく位置パターン発生器２４が、射出速度が設
定されたものとなるように時間に関する位置パターンを
発生し続ければ、位置フィードバック制御系に対する位
置設定値ｘとスクリュ位置検出値ｚとの差、すなわち位
置偏差はどんどん大きくなっていくから、操作量ｙは装
置の持つ上限値に達してしまい、二度とｙ＜ｑとなるこ
とはなくなってしまう。そこで、最小値選択器１９がど
ちらを選択しているかを信号Ｓａとして位置パターンフ
ォロー部２５に入力する。

【００３１】位置パターン発生器２４が微小時間ｔ毎に
位置パターンを更新するようになっているとすると、位
置パターンフォロー部２５は、図２に示すように、射出
工程の最初から微小時間ｔ毎に１回、以下のような判断
により位置パターン発生器２４に対して動作パターンの
計算出力、または停止を指示する。

【００３２】ステップＳ１では信号Ｓａをもとに位置フ
ィードバック制御中でなければステップＳ２へ進み、位
置フィードバック制御中であれば位置パターン発生器２
４に対して１回分のパターン発生を指示して終了する。
ステップＳ２では、１回前の位置パターンｘがスクリュ
位置の検出値ｚより小さければ終了、ｘがｚより大きけ
れば位置パターン発生器２４に対して１回分のパターン
発生を指示して終了する。なお、ｘおよびｚは小さくな
る方向が射出方向であるものとする。

【００３３】以上のように位置パターンフォロー部２５
により、制限圧力制御中の位置パターンをいつ位置フィ
ードバック制御に戻ってもいいようにすることで、位置
フィードバック制御より制限圧力制御、または制限圧力
制御より位置フィードバック制御へと、成形状態により
必要な制御系を滑らかに切り換えることができる。

【００３４】図３は図１に示された構成を簡略化したブ
ロック図であり、位置検出器９からの位置検出信号と位
置パターン発生器２４からの位置パターンとにより操作
量ｙを出力するための減算器２２と位置制御補償器２０
とが位置フィードバック制御系４１として簡略化され、
ロードセルアンプ８からの圧力検出信号と制限圧力設定
信号とにより操作量ｑを出力するための減算器２３と圧
力制限補償器２１とが圧力フィードバック制御系４２と
して簡略化されている。また、位置検出器９−増幅器１
３−微分器１６−減算器１８−速度制御補償器１７の経
路は速度マイナーフィードバック系４３として簡略化さ
れ、サーボアンプ１４、サーボモータ１はサーボ系４４
として簡略化されている。

【００３５】なお、実施例では射出工程での圧力制限に
ついて説明したが、保圧、背圧等の圧力制御時に逆に速
度を制限したいような場合に用いても良い。また、圧力
は固定である必要は無く、多段に切り換えても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、常
にスクリュ位置または、スクリュに直にかかる圧力をフ
ィードバック制御しているため精度がよく、２つの制御
系の切換えを操作量により切り換えているため、滑らか
で使いやすい制限圧力制御を用いた成形が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電動式射出成形機の制御系の構成
を示すブロック図である。

【図２】図１に示した位置パターンフォロー部の制御動
作を説明するためのフローチャート図である。

【図３】図１の構成を簡略化したブロック図である。

【図４】本発明が適用される射出成形機の構成を示すブ
ロック図である。

【図５】従来の制御系の動作を説明するためのブロック
図である。

【符号の説明】

１ サーボモータ ２ ローラネジ ３ ローラナット ４ スライドベース ５、６ ガイドバー ７ ベアリング ８ ロードセル ９ 位置検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータによりスクリュを駆動し、
   前記スクリュの速度検出信号と設定信号とを比較してそ
   の結果に基づいて射出速度を制御するスクリュ速度フィ
   ードバック系を速度マイナーフィードバック系として有
   する射出成形機の制御装置において、 前記位置検出信号と位置パターン発生器からの位置パタ
   ーンとを比較してその結果に基づいて位置制御用の操作
   量を出力する位置フィードバック制御系と、 前記スクリュに加えられる圧力と圧力設定信号とを比較
   してその結果に基づいて圧力制御用の操作量を出力する
   圧力フィードバック制御系と、 前記位置制御用の操作量と前記圧力制御用の操作量とを
   比較して小さいほうを選択して前記速度マイナーフィー
   ドバック系に前記設定信号として出力する選択器と、 該選択器からどちらの操作量を選択したかの信号を受け
   て前記位置パターン発生器の動作を制御する位置パター
   ンフォロー手段とを備えたことを特徴とする射出成形機
   の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の制御装置において、前記
   位置パターンフォロー手段は、前記選択器において前記
   位置制御用の操作量が選択されている時には前記位置パ
   ターン発生器に対して位置パターンを発生せしめ、前記
   圧力制御用の操作量が選択されている時には前記位置検
   出信号と位置パターン発生器からの位置パターンとを比
   較して前記位置パターンの値の方が大きくなった時に前
   記位置パターン発生器に対して位置パターンを発生せし
   めるように制御することを特徴とする射出成形機の制御
   装置。