JPH0655599A - 射出成形機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形状態に応じて圧力制限補償器に付与する
ゲインを調整できるようにしてサージ圧が発生しないよ
うな制御装置を提供する。 【構成】 圧力制限補償器２１の前段にゲイン調整手段
を設ける。該ゲイン調整手段を、異なるゲインを有する
比例補償器３１、３２とこれらのいずれかを選択するス
イッチ３０とこのスイッチを制御する動作モード設定器
３３とで構成して、前記複数の比例補償器からのゲイン
を動作モードに合わせて選択して制限圧力制御を行うよ
うにした。

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５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５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】ところでこの種の射出成形機においては、
充填工程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、充填中に射出圧力を制限したい場
合がある。

【００１３】しかし、上記方法の射出圧力制限補償器の
制御ゲインは固定であるために、様々な成形状態に適用
した場合、サーボモータの持つ応答性により充分に圧力
が制限されず制限圧力設定以上の圧力が発生してしまう
ことがあった。

【００１４】次に、上記の電動式射出成形機におけるコ
ントローラ内の制御について図６を併用して説明する。
図６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、該信号は微分
器１６によって微分されてスクリュ速度検出信号Ｓｄが
得られる。後述する最小値選択器１９の速度指令Ｓｖか
ら、減算器１８により上記速度検出信号Ｓｄを減算（フ
ィードバック）した速度偏差を速度制御補償器１７に出
力する。速度制御補償器１７で補償演算された操作信号
Ｓｇは、サーボアンプ１４の電流（トルク）指令値とし
てサーボモータ１を駆動するようになっている。この時
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は後述する位置制御、射出圧力制御に共通の速度マイ
ナーフィードバック系をなしている。

【００１５】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か
ら、減算器２２により増幅器１３を通して入力された位
置検出信号Ｓｚを減算（フィードバック）して位置制御
補償器２０により補償減算し操作量ｙを表す信号Ｓｙを
出力する。

【００１６】また、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に入力されると、圧力制限補償器２１は
この偏差信号を補償演算して操作量ｑを表す信号Ｓｑを
出力する。

【００１７】上記位置制御系よりの操作量ｙおよび圧力
制限制御系よりの操作量ｑは最小値選択器１９に入力さ
れる。この時信号Ｓｑおよび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１
７−サーボアンプ１４−サーボモータ１なる速度マイナ
ーフィードバックに対する速度設定となっている。最小
値選択器１９では、信号Ｓｙ、Ｓｑ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速度指令Ｓ
ｖとして出力する。

【００１８】図６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、以下の数式１、数式２により算出さ
れる。

【００１９】

【数１】

【００２０】

【数２】

【００２１】但し、ｘは位置設定信号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。

【００２２】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
め操作量ｑも大きくなり、最小値選択回路１９は位置制
御系の操作量ｙを出力して、結果として位置制御による
射出速度制御が行なわれる。射出速度制御によりスクリ
ュが前進し射出圧力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の切換条件である以
下の数式３を満たす。

【００２３】

【数３】

【００２４】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、圧力制御系の操作量ｑ
が位置制御系の操作量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
標とした圧力制御が行なわれる。

【００２５】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
様の条件より再び射出速度制御の状態に戻ることもあ
る。

【００２６】以上のように、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が行える。

【００２７】

【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、射出圧力の構成
が、ダイレクトゲート型のように流動抵抗が小さい場合
は金型内に樹脂が充満しきったあとに急激に圧力が上昇
し、速度が大きければ大きいほど激しくなる。このよう
に激しい圧力変化がある場合は、制限圧力設定値ｒと圧
力検出値ｐとの差、すなわち圧力偏差も急激に変化する
ため、制限圧力制御状態ではスクリュの移動速度を急激
に減速停止しようとする。しかし、その減速度合がサー
ボモータおよび駆動系の持つスクリュ移動速度の減速度
を上回る時、要求される応答から遅れる分だけ圧力が余
分に発生する。

【００２８】一方、数式１、数式２、数式３の位置制御
によるスクリュ移動速度のコントロールと制限圧力制御
との切換条件は、位置制御系よりの操作量ｙ、すなわち
スクリュの移動速度と制限圧力制御ゲインＫ１により決
定される次の数式４による圧力偏差ｅだけ制限圧力設定
値ｒよりも低い圧力で切り換わることを示している。

【００２９】

【数４】

【００３０】従って、上記の余分に発生する圧力が数式
４の射出速度、制限圧力制御ゲインＫ１により決まる圧
力偏差ｅを上回る場合は、制限圧力設定値ｒに対してオ
ーバーシュートしてしまいサージ圧が発生する。このサ
ージ圧は、金型や成形機の寿命を縮めたり、金型内圧に
無理な力を発生させバリ・ソリなどの成形不良を引き起
こす。

【００３１】逆に、制限圧力制御ゲインＫ１を小さくす
れば圧力偏差ｅ、すなわちサージ圧に対する余裕が大き
くなるが、射出圧力の構成が大半が流動抵抗により形成
されている場合などは、必要もないのに制限圧力設定値
ｒよりも小さな圧力で制限圧力制御に切り換わってしま
うので問題が残る。

【００３２】本発明は、上記従来の電動式射出成形機の
射出圧力制御装置の問題点を解決して、成形状態に応じ
て圧力制限補償器に付与するゲインを調整できるように
してサージ圧が発生しないような制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【００３３】

【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し、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制
限圧力設定信号とを比較してその結果を圧力制限補償器
を通し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
る選択器とを備えた射出成形機の制御装置において、前
記圧力制限補償器の前段にゲイン調整手段を設け、該ゲ
イン調整手段を、複数のゲイン記憶手段と該複数のゲイ
ン記憶手段のいずれかを選択する選択手段と該選択手段
を制御する動作モード設定手段とで構成して、前記複数
のゲイン記憶手段からのゲインを動作モードに合わせて
選択して制限圧力制御を行うようにしたことを特徴とす
る。

【００３４】本発明によればまた、前記ゲイン調整手段
を、射出工程中の射出速度の動作状態を検出する手段
と、検出された射出速度の動作状態に応じてゲインを決
定する手段と、前記圧力制限補償器のゲインを前記決定
されたゲインに変更する手段とで構成したことを特徴と
する射出成形機の制御装置が得られる。

【００３５】本発明によれば更に、前記ゲイン調整手段
を、動作モード設定手段と、射出工程中の射出速度の動
作状態を検出する手段と、検出された射出速度の動作状
態に応じてゲインを決定する複数のゲイン決定手段と、
成形状態に応じて前記複数のゲイン決定手段の一つを選
択する動作モード設定手段と、前記圧力制限補償器のゲ
インを、前記選択されたゲインに変更する手段とで構成
したことを特徴とする射出成形機の制御装置が得られ
る。

【００３６】

【作用】本発明によるゲイン調整手段は、成形状態によ
り選択設定された動作モードにより最適なゲインを選択
して制限圧力制御を行うことにより、サージ圧の発生し
ない制限圧力制御を提供する。

【００３７】

【実施例】図５に示すような電動式射出成形機を例に取
り実施例を説明する。図１に実施例の構成を示す。本実
施例は、図６の圧力偏差ｅを出力する減算器２３と圧力
制限補償器２１との間に、ゲイン調整手段を追加したも
のであり、このゲイン調整手段は、スイッチ３０と、ゲ
インＫ１１、Ｋ１２よりなる比例補償器３１、３２の並
列回路と、動作モード設定器３３とから成る。比例補償
器３１、３２の出力はそれぞれ、スイッチ３０の端子３
０−１、端子３０−２に入力され、スイッチ３０は端子
３０−１、３０−２より選択したものを圧力制限補償器
２１に出力できるようになっている。また、スイッチ３
０はオペレータが成形状態に合わせて設定する動作モー
ド設定器３３からの選択信号により切り換えられるよう
になっている。なお、Ｋ１１＞Ｋ１２とする。

【００３８】このような構成とすることにより、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、従来例と同様に位置制御補償器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。この時スイッチ３０で選択される入力が端子
３０−１の場合に操作量ｑ１、圧力偏差ｅ１となり、端
子３０−２の場合には同様にそれぞれｑ２、ｅ２とする
と、次の数式５〜数式８の関係が得られる。

【００３９】

【数５】

【００４０】

【数６】

【００４１】

【数７】

【００４２】

【数８】

【００４３】従って、同じ射出速度による位置制御側の
操作量ｙに対して数式３の切換条件を適用したとき、ゲ
インＫ１１、Ｋ１２の大きさにより制限圧力制御に切り
換わる時の制限圧力設定値ｒに対する余裕度が異なるこ
とになる。いまはＫ１１＞Ｋ１２としてあるので、ｅ１
＜ｅ２となる。ここで、先に説明したダイレクトゲート
の金型などの流動抵抗の小さなものに対してはゲインＫ
１２を選べば切換条件は設定圧力に対して余裕があるた
めサージ圧が発生しにくくなり、流動抵抗の大きなもの
に対してはゲインＫ１１を選ぶようにすれば速度制御範
囲が広がることになる。

【００４４】図２は図１の構成を簡略化したものであ
り、ロードセルアンプ１２、減算器２３、圧力制限補償
器２１を制限圧力フィードバック系４１として簡略化
し、増幅器１３、位置パターン発生器２４、減算器２
２、位置制御補償器２０から成る速度フィードバック制
御系は最小値選択器１９に速度指令として操作量ｙを出
力するラインのみを図示している。また、増幅器１３、
微分器１６、減算器１８、速度制御補償器１７は速度マ
イナーフィードバック系４３として簡略化し、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
している。ゲイン調整手段４２においては、動作モード
に合わせた複数のゲイン記憶手段４２−１が図１の比例
補償器３１、３２に対応し、動作モード設定器４２−２
は図１の動作モード設定器３３に、制御ゲイン変更手段
４２−３がスイッチ３０にそれぞれ対応している。

【００４５】図３、図４はそれぞれ、ゲイン調整手段の
他の例を示し、図３におけるゲイン調整手段５０は、射
出速度の動作状態検出手段５１、射出速度の動作状態か
ら制御ゲインを決定する手段５２、制御ゲイン変更手段
５３から成る。動作状態検出手段５１は射出工程中の射
出速度の動作状態（射出速度の大きさν）を検出し、手
段５２は射出速度の動作状態からサージ圧の発生しない
ような制御ゲインを決定する。制御ゲインの決定方法
は、例えば速度に関する２次関数１／（ν² ）に比例さ
せたり、速度に関する１次関数１／νに比例させること
が考えられる。制御ゲイン変更手段５３は手段５２にお
ける制御ゲインの決定値に応じて圧力制限補償器２１に
与える制御ゲインを変更する。このような構成により、
前記実施例と同様、射出速度の動作状態に合わせたゲイ
ンにより制限圧力制御を行うことにより、サージ圧の発
生しない制限圧力制御を行うことができる。

【００４６】図４におけるゲイン調整手段６０は、射出
速度の動作状態検出手段６１、動作モード設定器６２、
射出速度の動作状態から制御ゲインを決定する複数の手
段６３、制御ゲイン変更手段６４から成る。この例は、
ゲイン決定のための因子が成形状態により複数存在する
場合を想定しており、動作状態検出手段５１は射出工程
中の射出速度の動作状態（射出速度の大きさν）を検出
する。成形状態により選択設定される動作モード設定器
６２により、手段６３においては射出速度の動作状態に
応じて制御ゲインを決定する複数の手段から１つが選択
される。制御ゲインの値は、前述と同様、１／（ν² ）
に比例させたり、１／νに比例させることが考えられ
る。制御ゲイン変更手段６４は手段６３における制御ゲ
インの決定値に応じて圧力制限補償器２１に与える制御
ゲインを変更する。このような構成により、成形状態及
び射出速度の動作状態に合わせたゲインにより制限圧力
制御を行うことにより、サージ圧の発生しない制限圧力
制御を行うことができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、成形状態に合わせて圧力制限補償器に付与するゲイ
ンを調整することでサージ圧に対する余裕を選べるよう
にしたので、サージ圧が発生することの無い制限圧力制
御を用いた成形が可能となる。このことにより、サージ
圧に起因した金型、射出装置の寿命低下を防止できると
共に、バリ、ソリ等の成形不良を少なくすることができ
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の構成を簡略化したブロック図である。

【図３】本発明の他の実施例を要部について示したブロ
ック図である。

【図４】本発明の更に他の実施例を要部について示した
ブロック図である。

【図５】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６】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 １０ スクリュ

Claims (3)

【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
   し、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制限圧力設定信号とを比較し
   てその結果を圧力制限補償器を通し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を備えた射出成
   形機の制御装置において、 前記圧力制限補償器の前段にゲイン調整手段を設け、 該ゲイン調整手段を、複数のゲイン記憶手段と該複数の
   ゲイン記憶手段のいずれかを選択する選択手段と該選択
   手段を制御する動作モード設定手段とで構成して、前記
   複数のゲイン記憶手段からのゲインを動作モードに合わ
   せて選択して制限圧力制御を行うようにしたことを特徴
   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
   ゲイン調整手段を、 射出工程中の射出速度の動作状態を検出する手段と、 検出された射出速度の動作状態に応じてゲインを決定す
   る手段と、 前記圧力制限補償器のゲインを前記決定されたゲインに
   変更する手段とで構成したことを特徴とする射出成形機
   の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の制御装置において、前記
   ゲイン調整手段を、 動作モード設定手段と、 射出工程中の射出速度の動作状態を検出する手段と、 検出された射出速度の動作状態に応じてゲインを決定す
   る複数のゲイン決定手段と、 成形状態に応じて前記複数のゲイン決定手段の一つを選
   択する動作モード設定手段と、 前記圧力制限補償器のゲインを、前記選択されたゲイン
   に変更する手段とで構成したことを特徴とする射出成形
   機の制御装置。