WO1986006320A1 - Method of controlling kneading in injection molding machine - Google Patents

Description

明 細 書

射出成形機の混練制御方法

技 術 分 野

本発明 は 、 サー ポ モ ー タ に よ っ 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 。

背 景 技 術

従来の射出成形機 は油圧 に よ っ て ス ク リ ユ ー を軸方向 に 移動 さ せ射出 を行 っ て お り 、 計星混練時 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 ュ ー を 回転さ せ て 混練 · 計量を行 う 。 す なわ ち 、 ス ク リ ュ ー の 回転 に よ っ 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 っ て ス ク リ ュ ー を後退さ せ 、 こ の後退量 を リ ミ ツ 卜 ス ィ ッ チ等で検出 し て 、 一定位置 に 達 し た ら ス ク リ ュ 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 っ て い た が 、 ス ク リ ュ 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 ポ モ ー タ を使用 す る場合 に お い て は 上記油圧に よ っ 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 の 開 示

本発明 の 目 的 は 、 ス ク リ ュ ー の 回転機構の駆動源及び 射出機構の駆動源 に サー ポ モ ー タ を使用 し た 射出成形機 に お い て 、 成形材料 に加わ る力 を一定 に保持 し 、 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 。

上記目 的を達成す る た め 、 本発明 は 、 ス ク リ ュ ー を 回 転さ せる駆動源， ス ク リ ュ ー を軸方向 に移動 さ せ 、 射出 及び背圧を加 え る駆動源 に サ ー ボ モ ー タ を用 い た射出成 形機 に お い て 、 上記ス ク リ ュ ー を回転さ せる ス ク リ ュ ー 回転用 サ ー ポ モ ー タ の 出力 ト ルク を 該サ ー ポ モ ー タ の駆 動電流を検出 する電流検出器 に よ っ て 検出 し 、 ま た 、 上 記ス ク リ ユ ー 回転用 サ ― ポ モ ー タ の 回転速度を検出 器で 検出 し 、 該検出 し た 回転速度を微分器で微分 し 、 上記電 流検出器の 出 力 か ら上記微分器の 出力 を減算器で減算 し て 、 ス ク リ ュ ー に 結合 さ れた 機械等の慣性の加減速 に 要 す る ト ル ク を差 し 引 き 、 成形材料 に実質的に加わ る ス ク リ ュ ー 回転用サ ー ポ モ ー タ か ら 卜 ル ク を算出 し 、 該減 算器の 出力 と 、 射出用 サ ー ボ モ ー タ の駆動電流検出器か ら の出力 を加算器で加算 し 成形材料 に加わ る全 ト ル ク を 求め 、 該加算器の 出力 と設定値 と を減算器で減算 し 、 こ の減算器の 出力 を ス ク リ ュ ー 回転用 サー ボ モ ー タ の単位 時間当 り の移動指令量に加 え る こ と に よ っ て 成形材料に 加わる全 ト ル ク が常 に 設定値に保持さ れる よ う に す る 。

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 卜 ル ク が一定 に な る よ う ス ク リ ュ — の回転を制御 し た か ら 、 成形材料に は常に 一定 な 卜 ル ク が加わ り 、 常 に一定な混練状態を得る こ と がで き る 。

図面の簡単な'説明

F I G . 1 は 、 本発明の一実施例 のブ ロ ッ ク 因 、 F I G . 2 は 、 サ ー ポ 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 ッ ク 図 の伝達を 表わ すブ ロ ッ ク 図で あ る 。

発明 を実施す る た め の最良の形態

本発明 は 、 射出成形機の ス ク リ ュ 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 ュ 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 ポ モ ー タ を使用 し た 射出成形機 に お け る混練方法 に 関 す る も ので 、 F I G . 1 は 、 本発明 の一 実施例 を示 す 図 で 、 S B a は ス ク リ ュ ー を 回 転 さ せ る た め のサー ポ モ ー タ M a を駆動 制御 す るサ ー ポ回路で 、 S B は ス ク リ ユ ー を軸方向 に 駆動 し 射出 を行 っ た り 、 計 量 ， 混練時 に は背圧を印加 す る サ ー ボ モ ー タ M b のサ ー ポ 回 路で あ る 。 こ れ ら のサ ー ポ 回路 S B a , S B は位 置制御ル ー プを有す る公知のサ ー ポ 回路で 、 こ の例で は 、 サ ー ポ モ ー タ M a , M b と し て D C モ ー タ を示 し て い る が 、 A Cサ ー ポ 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 P a , P b 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 M a 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 ポ モ ー タ M a を駆動 す る に は 、 無限大の速度 と 無限大の 卜 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 照次加算及び減算 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 、 F I G . 1 に 示すサ ー ポ 回路 S B a 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 Z 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 ポ 回 路 S B a に お い て 、 サ ー ボ モ ー タ M a 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 P a で検出 し た サ ー ボ モ ー タ M a の移動量 b と の差分をデジ タ ル一ア ナ ロ グ変換器 （ 以 下 D / A変換器 と い う ） 1 a で速度指令値 c と し て の ァ 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 P a か ら の サー ポ モ ー タ M a 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 G と し て 出力 さ れる 。 さ ら に 、 本サ ー ポ 回路 S B a は応答性を良 く す る た め に速度 フ ィ ー ドバ ッ ク が行 わ れて お り 、 こ れ は検出器 P a か ら の信号を F / V変換 器 2 a で電圧 に 変換 し 、 実際のサ ー ボ モ ー タ M a 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 卜 ル ク e と し て 出 力 す る 。 こ の指令 卜 ル ク e は サ ー ポ モ ー タ M a 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 卜 ル ク e に 対 し 、 さ ら に 応答性を よ く す る た め 、 サ ー ポ モ ー タ M a の 電機子電流を検出 す る電流検出器 6 a か ら の電機子電流 に対応す る電圧 f が フ ィ ー ドバ ッ ク さ れ 、 上記指令 ト ル ク e と 電機子電流の フ ィ ー ドバ ッ ク 信号 f と の差を補償 器 4 a で増幅 し 、 電力 増幅器 5 a で 増幅 し て 、 サー ポ モ — タ M a を駆動 し て い る 。

な お 、 ス ク リ ュ ー を軸方向 に駆動 す る サ ー ボ モ ー タ M の サ ー ボ 回路 S B b に つ い て も周様な構成で 、 同様な 処理を行 う も の で あ る 。 そ こ で 、 サ ー ボ 回路 S B a の速 度指令 c よ り サ ー ポ モ ー タ M a の 出力 速度 V ま で のプ ロ ッ ク 出 を伝達関数で表わ す と 、 F I G . 2 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 3 a の伝達関数 は 比例 項 K P と 積分項 K I に よ っ て表わ さ れ、 サ ー ボ 回路 S B a の補償器 4 a 電力 増幅器 5 a 及び電流検出器 6 a で 構成さ れる フ ィ ー ドバ ッ 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 K t の みで表わ す こ と がで き 、 ま た 、 卜 ル ク か ら 速度へ の変換の伝達関数 は 「 1 / J S 」 で 表わ さ れる 。 こ こで 、 J はサ ー ポ モ ー タ M a と 負荷を合計 し た 慣性能率で あ る 。 そ の結果、 速度指令 G よ り のプ ロ ッ ク 線図 は F I G . 2 の よ う に な る 。 こ のブ ロ ッ ク 線図で 、 T d は外乱 ト ル ク で 、 こ れ はサ ー ポ モ ー タ に 接続さ れる 負荷 卜 ルク を意味 し 、 本実施例 のサ ー ポ回路 S B a の場 合 、 射出成形機のス ク リ ュ ー を 回転さ せ る実 卜 ル ク を意 味す る も のであ る 。

そ こで 、 こ の外乱 卜 ル ク T d が 「 0 」 と 仮定す る と 、 伝達関数 1 8 で示す よ う に 卜 ル ク を積分 し て 速度 V を 出 力 し て いるか ら 、 サ ー ポ モ ー タ M a や ス ク リ ュ ー 等のサ ー ポ モ ー タ M a に 接続さ れた 機械の慣性の加減速 に 要す る ト ル ク は速度 V を微分 し 、 上記慣性能率 J を乗算 し た J · ( dv/ it) で得 ら れる 。 そ の結果、 サ ー ポ モ ー タ の 出力 卜 ル ク T O は 、 こ のサー ポ モ ー タ M a 等の慣性の加 減速 に 要す る 卜 ル ク J ♦ ( dv/ dt) に 外乱 卜 ル ク 、 す な わ ち実際 に成形材料を混練する ト ル ク T d を加えた次の 第 （ 1 ) 式 の よ う に なる 。

T 0 = T d + J ♦ ( dv/ dt) ( 1 )

T d = T 0 - 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 卜 ルク T d は サー ポ モ ー タ M a の 出力 卜 ル ク T O か ら 実速度を微分 し た値 と サ ーポモ ー タ M a 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 P a の信号を F Z V変換器 2 a に よ り 電圧に変換 し た値に よ り 求め ら れ 、 サ ー ポモ ー タ M a の 出力 ト ル ク T O は ト ル ク 指令値、 す なわ ち サ ー ボ モ ー タ M a 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 6 a よ り 検出 さ れる か ら 、 混練 に要するサー ポ モ ー タ M a の実 卜 ル ク T d は第 （ 2 ) 式 に よ っ 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 M b の 出力 卜 ル ク も加 え ら れて お り 、 成形材 料 に 印加 さ れる全 卜 ル ク は上記サ ー ポ モ ー タ M a の 実 卜 ル ク T d に サ ー ポ モ ー タ M b に よ っ 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 ポ モ ー タ M b に よ る背圧 と し て 印加 さ れる 卜 ル ク は 、 該サ 一 ポ モ ー タ M b の 回転す なわ ち ス ク リ ュ ー の後退速度が非常 に 小さ い の で 、 サ ー ポ モ ー タ M b 及び該サ ー ボ モ ー タ M b に接続 さ れた 機械の慣性の加減速 に 要す る 卜 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 卜 ル ク は背圧を 印加 す るサ ー ポ モ ー タ M b の電機子電流 に よ っ 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 卜 ル ク を設定値 に 保持する こ と に よ っ 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 、 F I G . 1 に お い て 、 9 は ス ク リ ュ ー を 回 転 さ せ る サ ー ボ モ ー タ M a のサ ー ポ 回路 S B a の F Z V 変換器 2 a の 出力 で あ るサ ー ポ モ ー タ M a 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 C 1 , 抵抗 R 1 の積が サ ー ポ モ ー タ M a と そ の負荷を合計 し た上記 慣性能率 J に等 し い （ C 1 · R 1 = J ) の よ う に 設定 し て お く 。 ま た 、 1 0 はサ ー ポ 回路 S B a の サ ー ポ モ ー タ a の電機子電流 を検出 す る電流検出器 6 a の 出力 か ら 上記微分器 9 の 出力 を減算す る減算器、 1 1 は背圧を 印 加 す る射出用 のサ ー ポ モ ー タ M b の電機子電流を 検出 す る電流検出器 6 D の極性を変換する符号変換器、 1 2 は 上記減算器 1 0の 出力 と 上記符号変換器 Ί 1 の 出力 を加 算する加算器、 1 3 は混練時に成形材料 に加 え る 卜 ルク を 一定値に 設定 す る た め の設定値 T s か ら 上記加算器 1 2 の 出力 を減算する減算器、 Ί 4 は符号変換器 、 1 5 は 符号変換器 1 4 の 出力 を周波数に 変換す る V Z F変換器 で あ る 。 な お 、 Ο Ρ Ί 〜 Ο Ρ 6 は オ ペ レ ー シ ョ ン ア ンプ 、 R 1 〜 R 2 0 は抵抗で あ る 。

次 に 、 本実施例 の動作を説明 する 。

ま ず 、 ス ク リ ュ ー を回転さ せ るサー ポモ ー タ M a のサ ー ボ 回路 S B a の F / V変換器 2 a か ら 出力 さ れる サ ー ポ モ ー タ M a 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 C 1 , 抵抗 R 1 の値の 積が 当 該サ ー ポ モ ー タ M a と 当該射出成形機の ス ク リ ュ 一 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 、

- C 1 · R ♦ ( dv/dt) = - J · ( dv/ dt )

と な る （ な お 、 F / V変換器 2 a 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 Ί Οの 出力 -— ( f + J ♦ ( dv/ dt) )

- 一 （ — T 0 + J ♦ ( dv/ dt ) )

- T 0 — J ♦ ( dv/dt)

…… （ 3) 上記第 （ 3) 式 に 示さ れる よ う に 、 減算器 1 0の 出力 は第 （ 2) 式で示す右辺 と 周 じ であ る か ら 、 こ の減算器 0の 出力 はス ク リ ュ ー を回転さ せ るサ ー ポ モ ー タ M a が成形材料 に 加 え る実 卜 ル ク T d に 対応 す る電圧値を示 す こ と と な る 。 か く し て 、 減算器 1 0の 出力 で あ る実 卜 ル ク T d に 対応 す る電圧値は加算器 Ί 2 に 入力 さ れ 、 一 方、 加算器 1 2 の他方の入力 に は符号変換器 1 1 の 出力 が入力 さ れ て お り 、 符号変換器 1 1 の入力 は サー ポ 回 路 S B の電流検出器 6 b 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 ポ モ ー タ M b 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 卜 ル ク を示 し 、 こ の電機子電流を検出 す る電流検出器 6 b の 出力 の 極性をプラ ス に 符号変換器 1 1 で変換 し 、 加算器 1 2 に 入力 す れば、 加算器 1 2 の 出力 は成形材料 に ス ク リ ュ ー 回転用 サ一 ポ モ ー タ M a で加 え ら れる実 ト ル ク T d と射 出用 サ ー ボ モ ー タ M b に よ っ て 背圧 と し て 加 え ら れる 卜 ル ク が加算さ れた も の と な り 、 成形材料 に 加 え ら れる全 卜 ル ク を 出力 す る こ と と な る 。 そ こ で 、 こ の加算器 Ί 2 の 出力 を減算器 1 3 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 T s か ら 上記加算器 1 2 の 出力 を減算す る 。' そ し て 、 こ の減算器 1 3 の 出力 を符号 変換器 1 4で反転さ せ 、 V Z F変換器 Ί 5 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 1 2 の 出力 で あ るサ ー ポ モ ー タ M a , に よ り 成形材料に 加え ら れた 全 ト ル ク の値が設定値 T s よ り 小さ け れば、 減算器 1 3 よ り そ の差が 出力 さ れ 、 符号変換器 1 4 ， V / F 変換器 1 5 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 ニ タ M a の速度 指令値 c を増加 さ せ 、 サ ー ポ モ ー タ M a 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 T s と 一 致す る よ う に な る 。

な お 、 射出用 サー ボ モ ー タ M b に は 卜 ルク リ ミ ッ 卜 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 卜 ル ク リ ミ ッ 卜 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 、 F I G . Ί に お い て 、 補償器 3 b の 出力 を ト ル ク リ ミ ッ ト 手段を介 し て 出 力 す る よ う に し 、 一定 の設定 卜 ル ク 以上の 出力 が 出 な い よ う に す る も ので あ る 。

Claims

請 求 の 範 囲

. ス ク リ ュ ー を回 転 さ せ る駆動 源 ， ス ク リ ュ ー を軸方 向 に 移動 さ せ射出及び背圧を加え る駆動源 に サー ポ モ ー タ を用 い た 射出成形機 に お い て 、 混練時に は 、 ス ク リ ュ ー を 回転さ せ る ス ク リ ュ ー 回転用 のサー ポ モ ー タ の 出力 卜 ルク よ り 、 該ス ク リ ュ ー 及び該ス ク リ ュ ー に 結合さ れ た機械の慣性の加減速 に 要す る 卜 ル ク を差引 き 、 ス ク リ ュ ー 回 転用 のサ ー ポ モ ー タ に よ る成形材料 に 加 わ る実 ト ル ク を 出 し 、 ス ク リ ュ ー を軸方向 に移動 さ せ る射出用 の サ ー ボ モ ー タ の 出力 と 、 上記実 卜 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 ポ モ ー タ の指令速度を制御 す る こ と特徴 と す る射 出成形機の混練制御方法 。

. 検 出 器に よ っ て 検出 さ れた 上記 ス ク リ ュ ー 回転用 の サ ー ポ 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 ポ 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 ポ 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 ポ 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 卜 ル ク が設定値 に な る よ う 上記ス ク リ ユ ー 回転用 サー ポ モ ー タ の指令速度を制御 す る 請求の範囲第 1 項記載の射出成形機の混練制御方

3 . 上記射出用 サー ポ モ ー タ の計量 ♦ 混練時の出力 卜 ル ク は 、 設定 さ れ た 値以下 に制 限さ れて い る請求の 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