JPH0777662B2

JPH0777662B2 - 流量制御方法

Info

Publication number: JPH0777662B2
Application number: JP2197284A
Authority: JP
Inventors: 毅史三原
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1995-08-23
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPS60168218A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、流量制御弁の制御流量を補償制御する流量制
御方法に関するものであり、主として射出成形機やダイ
カスト機の射出シリンダの射出速度充填加圧力を補償制
御するための流量制御方法に関するものである。

〔従来技術〕

第１〜３図に従って説明する。第１図は従来のダイカス
ト機の射出シリンダの射出速度制御機構を表わしてお
り、第２図は第１図に示した機構で射出速度を制御した
例で、横軸は射出シリンダのストローク、縦軸は射出速
度である。

第１図において、射出シリンダ１のロッド２にはカップ
リング３を介して射出プランジャ４が連結され、固定型
21と可動型22で形成されるキャビティ23に射出スリーブ
20内の溶融金属（以下、溶湯という）を鋳込み成形す
る。カップリング３にはストライカ５が一体的に取付け
られ、その表面には磁化部と非磁化部を等間隔に交互に
形成して目盛とした所謂る磁気スケール６が設置されて
いる。この磁気の有無を磁気検出器７で検知し、パルス
状の信号として出力し、それを位置検出器８で計数す
る。制御器９は位置検出器８で、計測した位置信号が、
位置設定器10にあらかじめ設定してある位置に一致した
時、速度制御信号を四方弁16ないしは17に送る様になっ
ている。これを第２図に示した射出速度制御に照して説
明すると、まず、射出開始指令がダイカスト機本体の図
示していないシーケンサ等から制御器９に入力される
と、制御器９は四方弁16を励磁し開閉弁12のパイロット
圧を絞り弁18を通してタンクへ開放する。よって、蓄圧
器等の圧力源11の作動液は開閉弁12を通り、絞り弁14を
介して射出シリンダ１に流入する。この時、絞り弁14の
弁開度で第一段の射出速度V₁が決る。また、開閉弁12の
パイロット圧の抜き加減を決める絞り弁18を調整するこ
とによって、速度の立上り勾配θ₁を変化させることが
出来る。次に、射出シリンダ１のロッド２が前進（第１
図中右から左方向へ移動）し、位置設定器10に設定して
あるストロークS₂に達すると、制御器９は四方弁17を励
磁し、開閉弁13のパイロット圧を絞り弁19を通してタン
クへ開放する。すると、圧力源11の作動液は絞り弁15を
通って射出シリンダ１へ入り、第２段の射出速度V₂に制
御する。また、絞り弁19の加減により、速度V₁からV₂へ
の立ち上り勾配θ₂が変化する。また、S₃は、溶湯24を
キャビティ23に充填完了する位置を示している。

ここで示した絞り弁14,15,18,19は、各々が独自に、例
えば、第３図（ａ），（ｂ）に示した様に、各弁の開度
に対する射出速度や加速度（勾配）の特性が一意位的に
決っている軌跡を持ち、１台のダイカスト機に対し、射
出速度の変更段数に比例して使用絞り弁数が増加する。
ところが、近年の高精度，高品質な成形品の要求につ
れ、一射出行程で変更される速度の段数も倍増する傾向
にあり、従来の様な絞り弁では、作業者が調整するのに
繁雑であった。特に、生産形態が多品種少量生産で、鋳
造条件の設定変更の機会が多く、また一人の作業者が複
数台の機械を操作する場合等、その機械の個体差が表面
化し、作業の標準化の面で大きな障害となっていた。

〔目的及び概要〕

本発明は、作業者が楽に流量制御弁の調整ができるよう
に、弁開度に対する流量即ち一般的には射出速度制御の
ための流量或いは射出充填終了直前の充填加圧力制御の
ための流量との関係を、所定の、例えば線形関数に補正
して、機械が変ろうとも、その関係を不変とすることで
作業者の便を計りうるようにしたことを目的としてお
り、尚かつ、前記の設定条件が射出行程内で複数段変更
されても、従来の様にその各々で特性が異なるため個別
に情報を持っておかずとも、一意的な特性情報だけで対
応可能な様にしている点に特徴がある。

これを達成するためには、本発明では、パルスモータ直
接駆動型の流量制御弁を用いている。本流量制御弁は、
単体で、極少流量から大流量まで正確に制御可能である
ため、この流量制御弁を例えば射出速度制御用として用
いる場合、従来の絞り弁の様に射出速度の大きさに従っ
て個別のものを用意せずとも、対応出来る。従って、射
出行程内で複数段、射出速度が変更されても、特性の均
一化が可能である。

〔実施例〕

つぎに、図面に示した１実施例によって、本発明を詳細
に説明する。

第４図は、本発明で適用したパルスモータで直接スプー
ル弁を駆動する機構を有するデジタル直動型の流量制御
弁51の構造を表わしたものである。

第４図に示す流量制御弁51において、52は軸線方向から
の作動油流入口53と軸線と直角方向への作動油流出口54
とを有するバルブボディ、55はバルブボディ52中を軸線
方向へ移動するスプール、56はスプール55の後部に一体
に設けられたナット軸、57はナット軸56の内部軸心部に
ボールねじ58によって螺合されているねじ軸、59はねじ
軸57とパルスモータ50の軸とを連結するジョイント、60
はナット軸56の回転を阻止し軸方向への移動をガイドす
るキーである。

パルスモータ50の回転に応じてスプール55が軸線方向に
前後進して、バルブの開閉と開度の調整を瞬時に行い、
流量制御を行う。この流量制御弁51は、前記したよう
に、軸線方向端面部に作動油流入口53を備え、側面に作
動油流出口54を備えたシリンダ状のバルブボディ52内
で、スプール55をパルスモータ50の作用によって軸線方
向に駆動して流量制御を行うもので、作動油によるスプ
ール55の軸線方向推力をスプール55の開き量及び移動速
度の増加に応じて急激に低下させることにより流量の高
速切換えに必要な駆動力を軽減させ、流量制御弁51によ
る流量の高速切換え性能の一層の向上及び駆動力の軽減
を行えるようにしたものである。

この流量制御弁51では、本図に図示されていない制御パ
ルス発生器からの制御パルス列により、パルスモータ50
の回転量すなわち回転角度によりスプール55の開き量が
決まって、射出シリンダ１への流量が制御されるし、ま
た、パルスモータ50の前記回転の際の回転速度の大小に
よって流量の変化率すなわち速度の立上り状態が決ま
る。

なお、このような構造と作用とをもたした流量制御弁51
では、速度変更の指令を受けて実際にスプール55が開き
始めるまでの時間を最大１ミリ秒以下に押えることがで
きるようになり、従来の通常の流量制御バルブに比べ
て、応答性が極めて良く、また、弁開閉などの作動性や
操作精度も極めて良くなった。

なお、ナット軸56の表面の一部には永久磁石61を固定
し、この永久磁石61と対向ケーシング62の一部には、例
えばゼロクロスセンサと呼ばれる磁気作用による位置検
出器63を取付けている。位置検出器63は永久磁石61の移
動に感応する近接スイッチで構成し、ナット軸56やスプ
ール55の軸線方向の移動距離をここで正確に検知して、
制御装置にフィードバックすることができる。また、ス
プール55の零位置を永久磁石61と位置検出器63の作用に
よって電気的に検知して、本図に図示されていない制御
パルス発生器を介して、パルスモータ50をその位置に正
確に止めておくことができるようにすることもできる。
なお、位置検出器63としては、精度0.01ミリのものを用
いることができる。

本実施例では、このようなパルスモータ50によって駆動
される流量制御弁51を用いているので、イナーシャが小
さくなって応答性が良くなり、制御が確実、かつ容易に
行える。また、スプールスラスト力の増大も抑えること
ができる。

第５図は第４図に示したパルスモータ直接駆動型流量制
御弁51をダイカスト機の射出機構に使用した一実施例で
あり、第１図と構造機能が同一のものは番号を同じく
し、説明を略す。また、第６図のバルブ開度（パルス
数）−射出速度線図における（ｂ）は、第５図に示した
射出機構内での流量制御弁51のバルブ開度に対する射出
速度を示す線図である。

第５図において、30は開度設定器で、任意の射出速度に
対応する流量制御弁51のバルブ開度が設定してある。31
は加速度設定器であり、射出速度の立ち上り勾配が設定
してある。ここで設定値の構造に付いて説明すると、流
量制御弁51はパルスモータ50で直接駆動されていること
から、射出速度の増減を行うには、弁開度を増減、即
ち、パルスモータ50に送るパルス数を設定する。また、
射出速度の立ち上り勾配の増減を行うには、パルスモー
タ50に送るパルスの時間間隔、即ち、パルスの出力周波
数を変化すればよいことになる。これを行うのが制御器
28で、位置設定器10に設定されている射出速度変更点に
達した時、開度設定器30で設定されているパルス数ま
で、加速度設定器31で設定されている周波数でパルスモ
ータ50を駆動する。但し、この時、前述のパルス数と周
波数は、共に、補正器29により、圧力供給源11の圧力に
従って補正された値となっている。26は逆止弁型の開閉
弁、27は四方弁、Ｓはシーケンサである。なお、圧力供
給源11、開閉弁26、四方弁27、流量制御弁51、射出シリ
ンダ１およびこれらを連結した配管等で、油圧回路を構
成している。

次に、一連の射出行程に従って各々の機能について詳述
する。一例として第２図に示した２段射出速度変化を行
う場合について述べる。

第６図において（ａ）で示す様に、例えば線形の関係を
有する様に流量制御弁51を含む液圧回路の特性を与えて
いたとすると、第１段の速度としてυ₁m/sec,第２段の
速度としてｖ₂m/secが必要ならば、作業者はパルス数と
して各々n₁，n₂を読み取り、これを開度設定器30に設定
しておく。また、第１段の速度ｖ₁m/secへの立ち上り勾
配としてm₁，第２段の速度ｖ₂m/secへの立ち上り勾配と
してm₂という値を、加速度設定器31に設定したとする。
そうすると、制御器28内の基準クロックパルスを計数し
て、設定値分を計数後、パルスモータ50に対し、駆動パ
ルスを１パルス分だけ出力することになる。そして、例
えば、基準クロックパルスの周期がt sec/1パルス（fH
z）であるならば、第１段ではm₁回、第２段ではm₂回計
数した後に、パルスモータ50駆動用のパルスを出力する
ことになるので、第１段はｔ×m₁＝t₁sec（ｆ₁Hz），第
２段はｔ×m₂＝t₂sec（ｆ₂Hz）の周波数でパルスを出力
することになる。このタイムチャートを第８図に示す。
さて、実際には、以上の様に設定完了された射出速度関
係の情報n₁，n₂，m₁，m₂はそのままではなく、補正器29
により後述のごとく変換されて、各々第６図における
（ｂ）の値でn₁′，n₂′，m₁′，m₂′となり制御器28に
入力されていることになる。

この状態で、シーケンサＳ等から射出指令が入ると、四
方弁27は切替り、逆止弁型の開閉弁26を開いて、圧力供
給源11と流量制御弁51を導通させる。また、同時に射出
指令は制御器28にも入力され、第１段のパルス数n₁′ま
で、ｔ×m₁′＝t₁′sec（ｆ₁′Hz）の周波数でパルスモ
ータ50は駆動されるため、射出速度はｆ₁′の周波数に
応じて上昇して行き、パルス数n₁′のバルブ開度に相当
する射出速度ｖ₁に達する。位置設定器10の速度変更点
まで来た時は、同様の過程をたどり、パルス数n₂′ま
で、ｔ×m₂′＝t₂′sec（ｆ₂′Hz）の周波数でパルスモ
ータ50は駆動されて、射出速度はｖ₂になり、その状態
で射出を完了する。

次に、補正器29の機能とその補正方法について説明す
る。

第６図において（ｂ）で示した様なバルブ開度に対する
流量特性を持つ流量制御弁にて、第６図において（ａ）
で示す様な特性を達成する為には、次の様に行う。

まず、実測により第６図における（ｂ）の特性を求め、
与えたい特性（ａ）との偏差バルブ開度量を第７図にお
ける（ｃ）の様に得る。具体的に言うと、バルブ開度n₁
にて射出速度ｖ₁が得られる様にするためには、実際に
流量制御弁は第６図の（ｂ）の様な特性を有するため、
n₁′の開度でないと射出速度ｖ₁は達成出来ない。そこ
で、その偏差バルブ開度量Δn₁＝n₁′−n₁を設定したバ
ルブ開度n₁の関数として表わすと、第７図の（ｃ）の様
になり、これに従ってバルブ開度を補正すれば、第６図
の（ａ）の特性が得られることになる。つまり、一般的
に射出速度ｖを得るための設定のバルブ開度をｎ、偏差
バルブ開度をΔｎとすれば、補正された即ち補正器29の
出力となるバルブ開度ｎ′は、ｎ′＝ｎ＋Δｎ＝ｎ＋func（ｎ） …… となる。このバルブ開度の変更は、バルブ開度に相当す
るパルス数を変更することによって行う。

また、バルブ開度の変更特性、即ち、パルス周波数に関
する補正は、前述の例のごとく、第６図に示した開度n₁
からn₂へ勾配m₂での変更ならば、上記の式の補正式の
結果により生じたバルブ開度差、即ち、補正を受けた後
のパルス数差Δn₁₂′の設定したパルス数差Δn₁₂の比分
だけ、周波数を比例変換すればよい。これは、パルス周
波数の補正を、補正された変更弁開度差に相当するパル
ス数差の、弁開度と流量の所定の関係下での変更弁開度
差に相当するパルス数差に対する比の分だけ、基準とな
るクロックパルスの計数量を変化させて行う。

つまり、設定したバルブ開度n₁，n₂に対して、式より n₁′＝n₁＋func（n₁） n₁′＝n₂＋func（n₂）となる入力設定例では、開度n₁からn₂へ基準クロックパ
ルスt sec（fHz）をm₂回計数するごとに、１パルス出力
することになっているので、ｔ×m₂×（n₂-n₁）sec の変更時間になる。しかし、実際は前述の様に補正され
ており、パルス周波数の設定値m₂を変えなければ、ｔ×m₂×（n₂′−n₁′）sec の時間を要する。よって、この両者を同一時間にしよう
とすれば、m₂に対して補正された基準クロックパルスの
カウント数m₂′を以下の様に定めればよい。

ｔ×m₂×（n₂-n₁）＝ｔ×m₂′×（n₂′−n₁′）故に、従って、第８図に示した基準クロッパルスをm₂計数する
代りに、m₂′計数すればよい。これは、換言すれば、周
波数をすることに他らなず、パルス周波数の補正として式を
補正器29に設定しておけばよい。

また、第６図に示す（ｂ）の様な特性では、バルブの開
度差に対する射出速度差、即ち流量差はバルブの開閉を
開始する開度によって一定とはならない。ところが、本
発明の第６図の（ａ）に示したごとく、いったん線型の
形に近似させ、これを基本形とすることによって、バル
ブ開度差と制御流量差の関係は一定となる、従って、第
９図（ａ）に示すごとく、一定の周波数で開閉すれば、
流量差如何にかかわらず、その勾配θは一定となるし、
さらに、所望の流量差に対し式と同様な周波数変換を
行えば、第９図（ｂ）に示すごとく、射出速度ないしは
流量を変化させるに要する時間ΔｔまたはストロークΔ
stを一定にすることも容易である。

つまり、具体的に前述の第６図の（ａ），（ｂ）の記号
で表わすと、射出速度ｖ₁（開度n₁）からｖ₂（開度n₂）
に基準クロックのカウント数m₂で行うとすれば、その開
度変更に要する時間は、ｔ×m₂×（n₂-n₁）sec これと同時間で、ｖ₁（開度n₁）からｖ₃（開度n₃）に変
更するには、基準クロックのカウント数m₃は、とすればよい。ただし、補正器29では、さらに第６図に
おける（ａ）から（ｂ）への補正が入るので、それを考
慮した基準クロックのカウント数m₃′は、とすればよい。

本実施例では流量制御弁51で射出速度を補償制御する例
を示したが、何も射出速度に限らず共、例えば、特願昭
58-203704号（特公平4-53613号公報）に示すごとく、キ
ャビティへ成形材料を充填加圧する時の弁開度設定等、
流量制御するものについては同等に適用出来ることは言
うまでもない。

また、バルブ開度の変更特性、即ち、パルス出力の周波
数も、本実施例では一定の場合のみ示したが、例えば、
特願昭57-179151号（特開昭59-70454号公報）に示すご
とく、周波数に対しても、一定のパターンを設けてバル
ブ開度を変更する場合においても、同様に対応出来る。

さらに、本実施例ではパルス出力の周波数を補正する際
に、基準クロックパルスの計数量を変化させたが、基準
クロックパルス自体の発信周波数を変化させても対応出
来ることは言うまでもない。

さらに、本実施例では、付加パルスを算出する補正式
を、バルブ開度の関数としたが、バルブ開度とそれを液
圧回路系に組み込んだ時の状態量、例えば、本実施例の
ような射出速度とは１対１の対応を示すことから、バル
ブ開度に置き換えて直接射出速度を設定しても可能とな
る。

さらに、本実施例では、目的となる弁開度に対する流量
特性として、線形関数を例示したが、これにこだわるこ
となく、例えば二次関数，指数関数といった形にしても
よい。

さらに、本実施例では、一射出行程を２段に速度制御し
たが、これは以上の説明から明らかな様に、幾段に変更
しようとも、一つの流量制御弁で全く同一に対応出来
る。

〔発明の効果〕

本発明は以上の様にしたので、次のような効果がある。

（１）流量制御弁の開度に対する制御流量の関係に、所
定の関数性をもたせて制御することができる。したがっ
て、例えば、射出速度や充填加圧力を正しく制御するこ
とができる。

（２）（１）の所定の関数近似に起因して、弁開度の補
正がなされても、流量制御弁に設定入力した開度の変更
差量が一定であれば、どの弁開度から開閉しても、その
変更に要する時間を不変とすることができる。

（３）（１）の所定の関数近似として、線形関数を採用
することにより、開度の変更差に対する流量の変化量を
不変とすることができる。そして、それにより第６図に
おいて説明した様な流量制御をより確実容易に行える効
果を得ることができる。なお、線形関数以外の例えば二
次関数や指数関数等を採用しても、演算が少し複雑にな
るだけで、同様な効果が得られる。

（４）（１）〜（３）をいずれも１個の流量制御弁で行
っているため、一射出行程で幾段変更しようとも、ただ
一つの特性を用いるだけで充分制御できる。

以上のことから、作業者の操作が容易になり、複数台の
機械を一人の作業者が担当しても、機械間の固体差を除
去出来て、標準化に大幅に寄与することができる。

勿論、常に最適な射出条件で確実容易に流量制御しうる
ので、これをダイカストマシン等の射出成形装置に用い
れば、常に同一条件で射出成形することが容易に行な
え、常に良質の射出製品が得やすくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための装置に類した従
来の装置の１例を示す油圧回路図、第２図はダイカスト
マシンの射出速度の変化状態例を示す線図、第３図
（ａ）は絞り弁開度と射出速度の関係を示す線図、第３
図（ｂ）は絞り弁開度と加速度（勾配）との関係を示す
線図、第４図は本発明の方法の実施に用いる流量制御弁
の一実施例を示す縦断面図、第５図は本発明の方法を実
施する装置の一実施例を示す油圧回路図、第６図はバル
ブ開度（パルス数）と射出速度の関係を示す線図、第７
図はバルブ開度（パルス数）と偏差バルブ開度（パルス
数）の関係を示す線図、第８図はパルスの出力状態を示
すタイムチャート、第９図（ａ），（ｂ）は時間もしく
はストロークと射出速度（流量）の関係のそれぞれ異な
る例を示す線図である。１……射出シリンダ、４……射出プランジャ、８……位
置検出器、９……制御器、10……位置設定器、11……圧
力源、20……射出スリーブ、21……固定型、22……可動
型、26……逆止弁型の開閉弁、27……四方弁、28……制
御器、29……補正器、30……開度設定器、31……加速設
定器、50……パルスモータ、51……流量制御弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルスモータで直接スプール弁を駆動する
機構を有する流量制御弁を用いた流量制御方法におい
て、該パルスモータを駆動するパルス数を補正して該流
量制御弁の開度に対する流量特性が所定の関係を有する
ように補償し、そのための補正がなされても、設定入力
した開度の変更差量が一定であれば、どの弁開度から開
閉しても、弁開度の変更に要する時間が不変となる様
に、該パルスモータを駆動するパルスの周波数を補正し
て、該流量制御弁の流量増減特性を補償することを特徴
とする流量制御方法。
【請求項２】弁開度と流量が所定の関係を有するように
するために行うパルス数の補正量を、弁開度に相当する
パルス数の関数として表現することを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の流量制御方法。
【請求項３】弁開度と流量の所定の関係として、両者を
線形とし、弁開度の変更差に対する流量の増減率を一定
としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の流
量制御方法。
【請求項４】パルス周波数の補正を、補正された変更弁
開度差に相当するパルス数差の、弁開度と流量の所定の
関係下での変更弁開度差に相当するパルス数差に対する
比の分だけ、基準となるクロックパルスの計数量を変化
せしめて行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の流量制御方法。
【請求項５】この流量制御方法を、射出成形機やダイカ
スト機の射出ピストンの射出速度の補償制御に適用した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３
項または第４項記載の流量制御方法。