JPH07121542B2 - クランク式射出機構の射出圧制御装置 - Google Patents

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／ナッ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（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、サーボモータ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／ナッ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／ナッ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図に実験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に掛け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
外周部一側に設けられた軸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15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１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±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CPU102を有
しており、PMC用CPU102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ROM111
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CPU101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
不揮発生の共有RAMで、射出成形機の各動作を制御するN
C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PMC用CPU102,共有RAM1
06,出力回路107,入力回路108の各バスが接続され、該BA
C103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CRT表示装置付手動データ入力
装置（ET、CRT/MDI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CPU101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±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パルスコーダか
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±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RAM106
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ROM111に格納されているシーケンスプロ
グラムにより、PMC用CPU102がシーケンス制御を行いな
がら、NC用CPU101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SW1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RV1に入力され、ボリ
ュームRV1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SW1をオン，スイッチS
W2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SW2が
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Pfの差に応じ
た句ランプ電圧±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62-978
18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、ほ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CPU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、PMC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SW1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RV1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SW
2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±Vc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、射出機構にクランク機構を使用して
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、ASW……アナログスイッチ、RV1,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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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ルクを制限して最大
   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。