JPH082569B2 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインラインスクリュー式の射出成形機の制御
方法に係り、更に詳しくは、主駆動源としての油圧射出
シリンダと補助駆動源としての小パワーの電動サーボモ
ータとを組合せた構成における速度もしくは圧力の制御
方法に関する。

［従来の技術］ インラインスクリュー式の射出成形機において、射出
シリンダ（油圧シリンダ）の油圧駆動制御をオープン制
御で行うと、計量終了点から保圧切替え点までのスクリ
ューの前進過程たる１次射出行程における射出速度が、
負荷変動や外乱等で変化するため、安定成形が出来ない
という欠点があった。第２図はこの様子を示しており、
図示破線で示した設定値に対し、実線で示した実測値は
負荷変動や外乱等で変動する。

そのため、射出駆動源が射出シリンダ（油圧シリン
ダ）である場合には、油圧サーボバルブを用いてフィー
ドバック制御を行って、射出速度の設定値からのズレを
補正し、負荷変動や外乱等による射出速度変動に対処す
るようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した油圧サーボバルブによる射出
速度のフィードバック制御は、油を介しているため、ゲ
インを上げることが出来ない（応答性を鋭敏に出来な
い）という問題があった。

一方、射出駆動源として電動サーボモータを用いてフ
ィードバック制御を行うことも試みられており、この電
動サーボモータによる射出速度のフィードバック制御
は、応答性がよく比較的満足のいくコントロールが行え
るが、大パワーの（大容量の）サーボモータが必要とな
り、コストアップに繋がるという問題があった。また、
電動サーボモータを射出駆動源として用いると、１次射
出行程に引き続く保圧行程時における圧力（保圧圧力）
のフィードバック制御精度が、油圧サーボバルブによる
圧力のフィードバック制御精度より劣るため（何となれ
ば、電動サーボモータを用いた場合には圧力センサとし
て、油圧圧力センサより測定信頼性の劣るロードセルを
用いざるを得ないため等による）、保圧時の圧力精度不
足に起因する成形品不良を招来する虞がある等の問題が
あった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、１次射出行程時の射出速度並びに保圧行
程時の保圧圧力を、共に良好にフィードバック制御可能
な射出成形機の制御方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記した目的を達成するため、加熱筒内のス
クリューの前進で溶融樹脂を金型内に射出・充填するイ
ンラインスクリュー式の射出成形機の制御方法におい
て、前記スクリューと一体に前後進するように連結され
た油圧射出シリンダのピストンロッドに、回転−直線変
換機構を介して比較的小パワー（小容量）の電動サーボ
モータを連結し、所定シーケンスに従ってオープン制御
される前記油圧射出シリンダの駆動実測値が設定目標値
から外れた際に、該設定目標値に前記駆動実測値が一致
するように前記電動サーボモータを補助的に駆動してフ
ィードバック制御を行うようにされる。

［作 用］ 射出成形機全体の制御を司るマイクロコンピュータ
（以下マイコンと称す）は、電動サーボモータに付設さ
れた回転位置検出器からの位置検出情報と自身に内蔵さ
れたクロックからの計時情報とによって、スクリューの
前進速度（射出速度）を実測していると共に、油圧射出
シリンダ（以下単に射出シリンダと称す）の油圧管路系
に付設された油圧圧力センサからの精度の高い圧力検出
情報によって、油圧圧力を実測している。

そして、上記マイコンは予め定められた運転条件デー
タに基づき所定シーケンスに従って射出シリンダをオー
プン制御で駆動制御し、これによって射出・充填行程
（１次射出行程並びに保圧行程）を、主として（基本的
に）射出シリンダの駆動力で実行させる。この際、１次
射出行程においては、前記実測射出速度値と設定射出速
度値とを対比して、両者に差がある場合には設定射出速
度値に実測射出速度値が一致するように、前記電動サー
ボモータを駆動して射出速度のフィードバック制御を行
わせる。また、１次射出行程に引き続く保圧行程におい
ては、前記実測圧力値と設定圧力値とを対比して、両者
に差がある場合には設定圧力値に実測圧力値が一致する
ように、前記電動サーボモータを駆動して保圧圧力のフ
ィードバック制御を行わせる。

斯様な制御方法をとることによって、オープン制御さ
れる油圧駆動源（射出シリンダ）による射出速度が、負
荷変動や外乱で設定目標値から外れた場合には、このズ
レ量が応答性の良い電動サーボモータによって直ちに補
正されるので、精度の高い射出速度のコントロールが達
成できる。また、同様にオープン制御される油圧駆動源
（射出シリンダ）による保圧圧力（すなわち、これに対
応する油圧）が、負荷変動や外乱で設定目標値から外れ
た場合には、精度の高い実測圧力値に基づきズレ量が算
出されて、このズレ量が電動サーボモータによって直ち
に補正されるので、精度の高い保圧圧力のコントロール
が達成できる。なお、速度並びに圧力のフィードバック
制御用の電動サーボモータは、設定目標値からのズレを
補正するために補助的に駆動されるものであるから、小
パワー（小容量）の小型モータでよく、比較的安価であ
る上、消費電力も少なくて済む。

［実施例］ 以下、本発明を第１図に示した１実施例によって説明
する。

第１図は射出成形機の要部の構成を示す説明図であ
る。同図において、１は加熱筒、２は該加熱筒１の後部
に原料樹脂を供給するためのホッパーであり、上記加熱
筒１内には回転並びに前後進自在にスクリュー３が配設
されている。４はスクリュー３の後端部にスプライン軸
結合された（一体回転するも軸方向にスライド可能であ
るように結合された）被駆動体で、図示せぬ適宜支持部
材に回転のみ自在であるように保持されており、油圧モ
ータ５によって回転駆動される。

６は射出シリンダ（油圧シリンダ）で、本実施例にお
いては、その内部のピストン体6aの前後にピストンロッ
ド6bが一体化されて突設されており、該ピストンロッド
6bの前部側に、前記スクリュー３の後端部が一体に連結
されている。７はボールネジで、適宜の連結手段８を介
して上記ピストンロッド6bの後部側に一体に連結されて
いる。９は上記ボールネジ７と螺合したナット体で、ベ
アリング10を介して図示せぬ適宜支持部材に回転のみ自
在であるように保持されており、ギヤ11が一体に固着さ
れている。12は小パワー（小容量）の電動サーボモータ
で、図示せぬ適宜支持部材に取付けられており、その出
力軸に固着したピニオン13が、上記ギヤ11と噛み合って
いる。

よって、上記した構成から明らかなように、射出シリ
ンダ６のピストンロッド6bが前後進されると、前記スク
リュー３とボールネジ７も一体に前後進され、この際の
ボールネジ７の前後進動作に伴って、前記ナット体９、
ギヤ11、ピニオン13を介して前記電動サーボモータ12が
同期回転する。また、電動サーボモータ12が駆動されて
回転すると、ピニオン13、ギヤ11、ナット体９を介し
て、モータ12の駆動回転量に見合った分だけボールネジ
７が前後進され、これに伴いピストンロッド6bとスクリ
ュー３も一体となって前後進される。

なお、14は、前記電動サーボモータ12に付設された光
学式パルスエンコーダ等よりなる回転位置検出器で、該
回転位置検出器14の検出信号S1は後述するマイコン30に
送出される。また、電動サーボモータ12は、マイコン30
からの制御信号に基づき、サーボドライバ回路15で駆動
制御される。

第１図における図示左下部分は、射出シリンダ６のた
めの油圧回路系を示しており、該図示部分において、16
はタンクから汲み上げた油をポンプアップして所定圧力
で吐出するポンプ、17は圧力制御用の可変リリーフ弁
（比例電磁圧力制御弁）、18は速度制御用の可変流量制
御弁（比例電磁流量制御弁）、19は４ポート３位置切換
えタイプの方向制御弁（電磁方向制御弁）、20は該方向
制御弁19の中立位置においてABR接続されたＲポートに
接続される背圧制御用のリリーフ弁である。上記可変リ
リーフ弁17,可変流量制御弁18,方向制御弁19は、後述す
るマイコン30からの制御信号に基づきドライバ群21を介
して駆動制御され、図示した例では、ドライバ群21の駆
動信号D1が可変リリーフ弁17を駆動制御し、駆動信号D2
が可変流量制御弁18を駆動制御し、駆動信号D3,D4が方
向制御弁19を駆動制御するようになっている。なお、22
は、前記射出シリンダ６の前進駆動用油圧管路中に配設
された油圧圧力センサで、該油圧圧力センサ22の検出信
号S2は後述するマイコン30に送出される。

30は、射出成形機全体の動作制御などを司るマイコン
で、型開閉動作、チャージ動作、射出動作などの成形運
転行程全体の制御や、測定データの演算処理等々の各種
処理・制御を実行する。該マイコン30は実際には、各種
I/Oインターフェース、主制御プログラム並びに各種固
定データなどを格納したROM、各種フラグや測定データ
等を読み書きするRAM、全体の制御を司るCPU（セントラ
ルプロセッサーユニット）等を具備しており、予め作成
された各種プログラムに従って各種処理を実行するも、
本実施例においては説明の便宜上、成形条件設定記憶部
31、成形シーケンス制御部32、実測データ処理部33、フ
ィードバック制御部34等の機能部を具備しているものと
して、以下の説明を行う。

上記成形条件設定記憶部31には、図示せぬキー入力手
段等によって入力された各種成形条件値が、必要に応じ
演算処理されて書き替え可能な形で記憶されている。こ
の成形条件としては、例えば、チャージ条件、射出開始
位置から保圧切替点（位置）までの細分化された１次射
出速度条件、保圧切替時点から保圧終了時点までの細分
化された２次射出圧力（保圧圧力）条件、型閉じストロ
ークと速度、型締め力、型開きストロークと速度、エジ
ェクト制御条件、各部の温度等々が挙げられる。

前記成形シーケンス制御部32は、予め作成された成形
シーケンス制御プログラムと成形条件設定記憶部31に格
納された設定条件値とに基づき、マシンの各部に配設し
たセンサ群からの計測情報及びマイコン30に内蔵された
クロックからの計時情報を処理・格納した実測データ処
理部33のデータを参照しつつ、前記ドライバ群21を介し
て対応する駆動源を駆動制御し、マシンに一連の成形行
程をオープン制御で実行させる。

前記実測データ処理部33は、上述したように、マシン
の各部に配設したマシン群からの計測情報及びマイコン
30に内蔵されたクロックからの計時情報等を適宜演算処
理して、各種位置データ、各種速度データ、各種圧力デ
ータ、時間データ等々を算出し、これを少なくとも最新
の１ショットサイクル分だけは書替え可能に保持してい
る。ここでは、本実施例と直接関係しないデータ処理に
ついてはその説明を割愛するが、実測データ処理部33
は、前記した回転位置検出器14の検出信号S1を加減算す
ることによりスクリュー３（射出シリンダ６のピストン
ロッド6b）の位置を検出していると共に、この検出信号
（位置情報）S1とクロック情報とに基づき、所定サンプ
リング周期で速度（スクリュー前後進速度）をリアルタ
イムで算出し、該算出（実測）速度値をその際の位置情
報に対応づけて所定記憶エリアに格納している。また、
実測データ処理部33は、前記油圧圧力センサ22の検出信
号S2によって、油圧値（もしくはこれを換算した樹脂圧
値）を検出しており、この実測圧力データを時間もしく
はスクリュー位置に対応づけて所定記憶エリアに格納し
ている。

前記フィードバック制御部34は、後述する１次射出行
程時には、前記実測データ処理部33で求められた最新の
実測速度値と、前記成形条件記憶設定部31に格納されて
いるこの際のスクリュー位置に対応する設定速度値とを
対比し、両者に差がある場合には、設定速度値に実測速
度値を一致させる量だけ前記電動サーボモータ12を回動
させるべく、駆動制御信号を前記サーボドライバ回路15
に送出する。また、フィードバック制御部34は、同じく
後述する保圧行程時には、前記実測データ処理部33で求
められた最新の実測圧力値と、成形条件記憶設定部31に
格納されているこの時点に対応する設定圧力値とを対比
し、両者に差がある場合には設定圧力値に実測圧力値を
一致させる量だけ前記電動サーボモータ12を回動させる
べく、駆動制御信号を前記サーボドライバ回路15に送出
する。

次に、上記した構成をとる本実施例の動作について説
明する。

前記スクリュー３が最前進位置ある状態において、チ
ャージ行程の開始タイミングに至ると、前記マイコン30
の成形シーケンス制御部32は、ドライバ群21を介して図
示せぬ油圧モータ系制御バルブを駆動制御し、前記油圧
モータ５を所定方向に所定回転数で回転開始させると共
に、これに先立ちドライバ群21を介して前記方向制御弁
19に駆動信号D4を送出して、該方向制御弁19を中立位置
に切換える。スクリュー３が回転を開始すると、前記ホ
ッパー２から供給された原料樹脂はスクリュー回転に伴
い混練・可塑化されつつスクリュー３の先端側に移送さ
れながら溶融され、溶融樹脂がスクリュー３の先端側に
貯えられるに従ってスクリュー３は後退する。この際、
射出シリンダ６内の油圧は、前記した背圧制御用のリリ
ーフ弁20によって定まる圧力値（背圧値）に設定されて
いる。そして、スクリュー３が背圧を制御されつつ後退
し、１ショット分の溶融樹脂がスクリュー３の先端側に
貯えられた位置（計量完了点）に至ったことが、前記回
転位置検出器14による計測情報で確認された時点で、成
形シーケンス制御部32はスクリュー３の回転（油圧モー
タ５の回転）を停止させる。

この後、所定秒時を経た射出開始タイミングに至る
と、前記成形シーケンス制御部32は、前記方向制御弁19
に駆動信号D3を送出して、該方向制御弁19を図示右側切
換え位置に切換えると共に、前記可変リリーフ弁17に駆
動信号D1を送出して、１次射出行程時の設定油圧値（設
定１次射出圧力値）に圧力を立て、前記ピストンロッド
6b（すなわち、スクリュー３）を前進開始させる。また
この際、成形シーケンス制御部32は、スクリュー３の位
置を参照しつつ前記可変流量制御弁18に駆動信号D2を送
出し、スクリュー３の前進位置に対応した設定速度とな
るように、射出速度をオープン制御する。このスクリュ
ー３の前進によって、スクリュー３の先端側に貯えられ
た溶融樹脂が、型締された図示せぬ金型のキャビティ内
に射出・充填される。

一方、上記した１次射出行程時には、マイコン30の前
記フィードバック制御部34が、前記した如く最新の実測
速度値とこれに対応する設定速度値とを対比し、両者に
差がある場合には、設定速度値に実測速度値が一致する
ように駆動制御信号をサーボドライバ回路15に送出して
電動サーボモータ12を駆動する。すなわち、実測速度値
が設定速度値よりも小さい場合には、電動サーボモータ
12をスクリュー３が前進する方向に所定量だけ回動させ
て速度を増速させ、逆に実測速度値が設定速度値よりも
大きい場合には、電動サーボモータ12を所定量だけ逆転
させて速度を制動し、実測速度値が設定速度値に常に一
致するように、射出速度のフィードバック制御を行う。
従って、オープン制御される射出シリンダ６による射出
速度が、負荷変動や外乱で設定目標値から外れた場合に
は、このズレ量が応答性の良い電動サーボモータ12によ
って直ちに補正されるので、精度の高い射出速度のコン
トロールが達成できる。

上記した１次射出行程が終了すると（スクリュー３が
保圧切替え点まで前進すると）、前記シーケンス制御部
32はこれを認死して、この時点以後は定められた時間区
分に対応して設定されている設定油圧値（保圧圧力値）
となるように、前記可変リリーフ弁17に駆動信号D1を送
出し、キャビティー内に充填されている溶融樹脂に保圧
圧力を加える保圧行程をオープン制御で実行させる。

また、この保圧行程時には、前記フィードバック制御
部34が、前記した如く最新の実測圧力値とこれに対応す
る設定圧力値とを対比し、両者に差がある場合には、設
定圧力値に実測圧力値が一致するように駆動制御信号を
サーボドライバ回路15に送出して電動サーボモータ12を
駆動する。すなわち、実測圧力値が設定圧力値よりも小
さい場合には、電動サーボモータ12をスクリュー３が前
進する方向に所定量だけ回動させて圧力を増圧させ、逆
に実測圧力値が設定圧力値よりも大きい場合には、電動
サーボモータ12を所定量だけ逆転させて圧力を減圧し、
実測圧力値が設定圧力値に常に一致るように、保圧圧力
のフィードバック制御を行う。この圧力フィードバック
制御は、前記した油圧圧力センサ22による（ロードセル
に比して）精度の高い実測圧力計測情報によって行われ
るので、精度の高い保圧圧力のフィードバック制御が達
成できる。

また上述したように、速度並びに圧力のフィードバッ
ク制御に用いられる電動サーボモータ12は、設定目標値
からのズレを補正するための補助的に駆動されるもので
あるから、小パワー（小容量）の小型モータでよく、比
較的安価である上、消費電力も少なくて済む。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、オープン制御される主
駆動源たる油圧射出シリンダと小パワーの電動サーボモ
ータとを組合せることにより、１次射出行程時の射出速
度並びに保圧行程時の保圧圧力を、共に良好にフィード
バック制御可能な射出成形機の制御方法が提供でき、そ
の産業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係る射出成形機の要部の構
成を示す説明図、第２図は従来のオープン制御による実
測射出速度の変動の様子を示す説明図である。 １……加熱筒、２……ホッパー、３……スクリュー、４
……被駆動体、５……油圧モータ、６……射出シリンダ
（油圧シリンダ）、6b……ピストンロッド、７……ボー
ルネジ、８……連結手段、９……ナット体、10……ベア
リング、11……ギヤ、12……電動サーボモータ、13……
ピニオン、14……回転位置検出器、15……サーボドライ
バ回路、16……ポンプ、17……可変リリーフ弁、18……
可変流量制御弁、19……方向制御弁、20……リリーフ
弁、21……ドライバ群、22……油圧圧力センサ、30……
マイクロコンピュータ（マイコン）、31……成形条件設
定記憶部、32……成形シーケンス制御部、33……実測デ
ータ処理部、34……フィードバック制御部34。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱筒内のスクリューの前進で溶融樹脂を
   金型内に射出・充填するインラインスクリュー式の射出
   成形機において、 前記スクリューと一体に前後進するように連結された油
   圧射出シリンダのピストンロッドに、回転−直線変換機
   構を介して比較的小パワーの電動サーボモータを連結
   し、所定シーケンスに従ってオープン制御される前記油
   圧射出シリンダの駆動実測値が設定目標値から外れた際
   に、該設定目標値に前記駆動実測値が一致するように前
   記電動サーボモータを補助的に駆動してフィードバック
   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
   御方法。
2. 【請求項２】請求項１記載において、前記電動サーボモ
   ータに設置した回転位置検出器による検出情報に基づき
   射出速度を算出・実測し、１次射出行程時にはこの実測
   射出速度値と設定射出速度値とを対比して、前記電動サ
   ーボモータに射出速度のフィードバック制御を行わせる
   ようにしたことを特徴とする射出成形機の制御方法。
3. 【請求項３】請求項１記載において、前記油圧射出シリ
   ンダの油圧を計測する油圧圧力センサの検出情報により
   圧力を検出し、保圧行程時にはこの実測圧力値と設定圧
   力値とを対比して、前記電動サーボモータに保圧圧力の
   フィードバック制御を行わせるようにしたことを特徴と
   する射出成形機の制御方法。