JPS6372519A - 可塑化制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、射出成形機の可塑化制御装置に係り、特に溶
融樹脂温度が一定に保たれるようにした可塑化制御装置
に関するものである。

（従来の技術） 第２図は、本発明者等が先に提案した特願昭６１−７４
５７号に記載した射出成形機における可塑化時のスクリ
ュ回転数を制′４１■する制御系の構成を示す図である
。

同図において、固形粒の樹脂材料１がホッパー２より投
入され、スクリュ３が回転することにより前記樹脂材料
１を溶融して可塑化すると共に、射出時には可塑化され
た溶融樹脂を押出す。同スクリュ３は油圧モータ４によ
り回転駆動される。可塑化された樹脂はシリンダＳの先
端部に貯えられる。ヒータ６はシリンダ５を加熱するた
めに設けられている。射出油圧シリンダ７は樹脂の可塑
化時にスクリュ３に背圧をかけ、また射出時にはスクリ
ュ３を射出速度で押し出すための力を発生する。

比例流量弁８は、油圧モータ４への油量又は射出油圧シ
リンダ７への油量を調節する。切換弁９は射出開始指令
Ａ又は可塑化開始指令Ｂを受けて前記比例流量弁８から
の油の行き先を切換える役割をする。比例圧力弁１０は
射出油圧シリンダ７内の圧力を調節する。

スクリュ位置検出器１１はスクリュの移動する位置を検
出し、同位置を圧力制御器１２及び射出速度設定器１３
に出力する。圧力制御器１２は射出時の射出油圧シリン
ダ７内の上限値と保圧工程における保圧設定値を比例圧
力弁１０への圧力設定値として出力する。また同圧力制
御器１２からは可塑化時に射出油圧シリンダ７内の圧力
設定値としてのスクリュ背圧設定値を同じく比例圧力弁
１０に出力する。

前記射出速度設定器１３は射出時のスクリュ射出速度を
得るのに必要な比例流量弁８の弁開度指令を出力する。

油圧ポンプ１４は電動機１５により駆動され高圧油を送
り出す役割を果たす。タンク１６は油を貯蔵する。金型
１７は射出された溶融樹脂を内部で固形化する。

熱電対２１はスクリュ溝に沿って複数点配置され、スク
リュ溝表面近くに取付けられている。

２２は熱電対２１のリード線であり、２３は熱電対２１
の検出信号を外部に出力する信号伝送器である。

２４はスクリュ回転数を検出する回転検出器であり、同
検出信号は可塑化制御器に送られる。

２６はスクリュ溝に沿っての溶融樹脂温度の設定パター
ンを与える樹脂温度設定器である。２７は入力される２
つの量の差を出力する減算器で、スクリュ溝に沿って検
出される樹脂温度の点数だけ設けられている。可塑化制
御器２９はスクリュ溝に沿った樹脂温度パターンと設定
パターンとの偏差が入力されて比例流量弁８に対する弁
開度指令を出力する。

切換器３０は射出開始指令Ａと可塑化開始指令Ｂとの入
力信号に応じて射出速度設定器１３がらの信号と可塑化
制御器２９がらの信号のいずれかを出力する。

以上の構成において、可塑化制御装置の作用について述
べる。すなわち、射出開始指令Ａが射出速度設定器１３
に入力されると、射出速度設定器１３は切換器３０にス
クリュ位置に応じた比例流量弁８の弁開度指令を出力す
る。切換器３０は、射出開始指令Ａが入力されるときは
、射出速度設定器１３からの弁開度指令を出力する。切
換器３０の出力は比例流量弁８に入力され、比例流量弁
８は所定の弁開度をとる。比例流量弁８は前記所定の弁
開度の下で必要な油量を切換弁９に送る。切換弁９は射
出開始指令Ａが入力されるときは比例流量弁８からの油
量を射出油圧シリンダ７に送るように弁が切換ねる。

一方、射出開始指令Ａが圧力制御器１２に入力されると
、圧力制御器１２はスクリュ位置に応じて射出油圧シリ
ンダ７内の圧力上限値と保圧工程における保圧設定値を
比例圧力弁１０に出力する。比例圧力弁１０は、射出油
圧シリンダ７内の圧力を所定の圧力になるように圧油の
一部をタンク１６に逃がす。射出シリンダ７は前記圧油
の供給によりスクリュ３を所定の射出速度で移動させる
。金型１７内に射出された樹脂は冷却が開始される一方
で、シリンダ５では次の樹脂の可塑化工程が始まる。可
塑化時に溶融樹脂の温度制御を行うために、スクリュ溝
に沿って埋められた複数の熱電対２１が夫々の位置にお
ける溶融樹脂温度を検出する。熱電対２１により検出さ
れた樹脂温度はスクリュ３の中に配線されたリード線２
２を介して信号伝送器２３に送られる。

信号伝送器２３は前記複数の樹脂温度を減算器２７に出
力する。一方、樹脂温度設定器２６からは、各熱電対２
１の埋められたスクリュ位置における樹脂温度の各設定
値が減算器２７に出力される。

各減算器２７は信号伝送器２３から送られる樹脂温度の
実際値と前記各設定値の差を算出し、その結果を可塑化
制御器２９に出力する。

ここで、減算器２７の出力ΔＴｌ　＋ΔＴ２　＋ΔＴ３
　＋ΔＴ４は、次式で表わせる。

ただし、 ＴＳＩ〜Ｔ３４　：樹脂温度設定器２６の出力でスクリ
ュ溝に沿った各位置での溶融 樹脂温度の設定値である。

Ｔ、−Ｔ４：信号伝送器２３の出力でスクリュ溝に沿っ
た各位置での樹脂温度 の実際値である。

可塑化制御器２９は次式に基づきスクリュ回転数に対す
る要求信号島を算出する。

Ｎｄ−に、４１ΔＴ、＋ＫＮ□ΔＴ２　＋　ＫＮｆｆΔ
Ｔ３　＋　ＫＮ４ΔＴ４−−−−−−−・−・−−−−
−−〜・・　（２）ここで、 Ｋ、４１〜ＫＮｎ　二溶融樹脂の温度偏差ΔＴ、〜ΔＴ
４に対するスクリュ回転数検出器 号の比例ゲインでＫＮＩ−ＫＨ２＞０ である。

回転数検出器２４からのスクリュ回転数の実際値をｌＪ
ｌ　とするとき、可塑化制御器２９は比例流量弁８に対
する弁開度指令ν、を次式より算出する。

−・−・−−−−−・−・−・　（３）ここで、 Ｋｖ：　スクリュ回転数偏差に対する比例流量弁８の弁
開度要求信号の比例ゲイン ＫＩ：スクリュ回転数偏差に対する比例流量弁８の弁開
度要求信号の積分ゲイン 樹脂温度Ｔ＝（ｉ＝１〜４）が設定温度Ｔｓｉ　（ｉ＝
１〜４）より低いときは、ΔＴ；（ｉ＝１〜４）〉Ｏと
なり、（２）式よりスクリュ回転数要求信号は増す。ス
クリュ回転数が増すと、内部摩擦熱が増すため、樹脂温
度が上昇し設定温度に近づく。

逆に、樹脂温度が設定温度より高いときは、ΔＴ＋（ｉ
＝１〜４）〈０となり、（２）式よりスクリュ回転数要
求信号は減ってスクリュ回転数が減ると、内部摩擦熱が
減るため樹脂温度が低下し設定温度に近づくことになる
。このように樹脂温度を設定値に近づけるためにスクリ
ュ回転数を変えると可塑化能力も変動する。この可塑化
能力の変動は圧力制御器１２のスクリュ背圧設定値を予
じめ適当に定めることにより小さくすることができる。

可塑化制御器２９は可塑化開始指令Ｂが入力されると同
時に比例流量弁８に対する弁開度指令Ｖ、を切換器３０
に出力する。切換器３０は可塑化開始指令Ｂが人力され
ると可塑化制御器２９からの出力を比例流量弁８に出力
する。比例流量弁８はスクリュ回転数が可塑化制御器２
９のスクリュ回転数要求信号と一致するように切換弁９
に油量を送る。

切換弁９は可塑化開始指令Ｂが入力されると比例流量弁
８からの油量を油圧モータ４に送り、スクリュ回転数は
可塑化制御器２９のスクリュ回転数要求信号と一敗する
ようになる。

このように、先に開発された可塑化制御装置では射出成
形機の成形品品質安定化のため可塑化樹脂温度を一定に
保つために、スクリュ溝表面近くに取付けた複数の熱電
対から可塑化樹脂温度の検出信号を得ているが、この樹
脂温度検出信号では樹脂温度を制御するためのフィード
バック信号としては、次の理由から問題が残るものであ
る。

（１）樹脂温度を正確に、しかも時間的な遅れもな（検
出するためには、熱電対をスクリュ溝の表面近（に埋め
込むことが望ましい。

しかし、射出成形機では保圧工程で樹脂圧力が１５００
　ｋｇ　／　ｃｔ以上になることから、強度上の理由で
熱電対をスクリュ溝表面に十分近く埋め込むことはでき
ない。そのため、樹脂温度制御のために使う樹脂温度検
出信号としては、精度および応答性に問題がある。

（２）可塑化された樹脂は水などに比べて粘性係数が非
常に大きいため、溶融樹脂を均一に混合しに（い。従っ
て、可塑化樹脂温度の空間的バラツキも多くなるため、
スクリュ先端近傍より可塑化樹脂が流れ出ていくときに
計測される樹脂温度は時間的に変動することになる。

（発明が解決しようとする問題点） 即ち、先に開発された可塑化樹脂温度の検出手段によれ
ば、その構造上から精度及び応答性に難があり、また可
塑化樹脂の高粘性に基づ（混純の不均一性に伴ない樹脂
温度変動を補償し難いという問題点が残るものであった
。

そこで、本発明はこれらの問題点を解消せんがために、
直接樹脂温度を検出することな（、射出成形機における
樹脂の可塑化過程を数式をもってモデル化し、この数式
モデルに基づき各種操作量を変えて樹脂温度を一定に制
御する制御装置を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） このため、本発明は射出成形機のスクリュを回転させる
油圧モータと、この油圧モータに供給する油量を電気信
号で調整する弁と、前記スクリュに背圧をかける射出油
圧シリンダと、この射出油圧シリンダから油量を逃がし
電気信号で油圧力を調整する弁と、スクリュ位置を検出
するスクリュ位置検出器とからなる可塑化制御装置にお
いて、スクリュ回転数を検出する回転数検出器と、時間
又はスクリュ位置の関数で表わされるスクリュ回転数設
定値を出力するスクリュ回転数設定器と、前記回転数検
出器の出力と前記スクリュ回転数設定器の出力を入力し
て両者の差を出力する減算器と、前記減算器の出力を入
力して（比例十積分）演算を行う制御器とからなること
を構成とし、これをもって上記問題点の解決手段とする
ものである。

つまり、本発明は射出成形機の樹脂の可塑化過程を数式
で表わした数式モデルを利用するものである。数式モデ
ルで可塑化過程が精度よく表わすことができれば、次の
ような利点がある。

（１）数式モデルではスクリュ回転数を変えたときに、
可塑化された樹脂温度自体の時間的変化が精度よく時間
的遅れなく得ることができる。

（２）数式モデルでの樹脂温度は、樹脂が完全に混練し
たと想定したときの樹脂の平均温度として得ることがで
きる。

上記の利点をもつ数式モデルを使って可塑化過程を表現
し、この数式モデルのもとて第２図に示す制御系を含め
たシミュレーション数式モデルを作成する。更にこのシ
ミュレーション数式モデルを使って、可塑化過程を計算
機をもってシミュレーション計算する。数式モデルでの
樹脂温度は精度よく、時間的遅れもなく、均一化された
樹脂温度が得られるのでシミュレーション計算では理想
的な樹脂温度制御が可能となる。

（作用） したがって、このシミュレーション計算から適当に定め
られたスクリュ背圧のもとで理想的な樹脂温度制御を行
うのに必要なスクリュ回転数の時間的変化を得て、この
時間的変化に基づくスクリュ回転数を刻々と制御し、可
塑化樹脂温度を検出することなく、射出毎に溶融樹脂を
一定温度に実現しようとするものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に従って詳述する。

第１図は本発明の一実施例である可塑化制御装置の構成
を示す図である。第１図で使用する符号中、第２図と同
一のものは同一構成部分を示すため、その部分の説明は
省略し以下の説明では本実施例装置に特有の部分を中心
に説明する。

同図において、４１は可塑化過程を可塑化制御系を含め
た数式モデルによる計算機シミュレーションによって決
めたスクリュ回転数設定値の時間的変化を出力する関数
発生器であり、同関数発生器は射出成形機が可塑化時に
予じめ適当に決めた圧力制御器１２のスクリュ背圧設定
値のもとて理想的な溶融樹脂温度制御を行うのに必要な
スクリュ回転数の時間的変化を与える設定器である。

４３は前記スクリュ回転数設定器４１からの設定出力と
回転数検出器２４からの実値出力の差を出力する減算器
である。

４４は減算器４３の出力に（比例＋積分）演算を行う制
御器である。制御器４４の出力は切換器３０に入力され
る。

次に、上記の如く構成された本実施例装置の作用につい
て述べる。

射出開始指令Ａが射出速度設定器１３に入力されてから
金型１７内に溶融樹脂が射出され冷却が開始される一方
で、シリンダ５の部分で次の樹脂の可塑化工程が始まる
までの過程は従来と同じであるので、ここではその説明
は省略する。

次の可塑化開始指令Ｂがスクリュ回転数設定器４１に入
力されると、同スクリュ回転数設定器４１からはその時
点から時間の経過に対応するスクリュ回転数に対する要
求信号を自動的に減算器４３に出力する。

一方、スクリュ回転数の実際値は回転数検出器２４より
出力され、前記減算器４３に入力される。

減算器４３は、スクリュ回転数設定値Ｎａと実際のスク
リュ回転数Ｎ、の差を演算して制御器４４に出力する。

制御器４４は比例流量弁８に対する弁開度指令ｖ１を次
式から算出する。

一−−−−−−−・−・−・・・・・　（４）ここで、 Ｋｖ：スクリュ回転数偏差に対する比例流量弁８の弁開
度要求信号の比例ゲイン に１：スクリュ回転数偏差に対する比例流量弁８の弁開
度要求信号の積分ゲイン 一方、可塑化開始指令Ｂも圧力制御器１２に入力され、
その時点から予じめ適当に定められたスクリュ背圧に対
する要求信号が圧力制御器１２から比例圧力弁１０に対
する圧力設定値として出力される。

切換器３０は、可塑化開始指令Ｂが入力されると、始め
て制御器４４からの出力を比例流量弁８に出力する。

比例流量弁８は、実際のスクリュ回転数がスクリュ回転
数設定器４１の要求信号と一致するように切換弁９に油
量を送る。

比例圧力弁１０はスクリュ背圧が圧力制御器１２からの
要求信号と一致するように射出油圧シリンダ７の油量の
一部をタンク１６へと逃がす。

切換弁９は可塑化開始指令Ｂが入力されると、比例流量
弁８からの油量を油圧モータ４に送るように切換えられ
、スクリュ回転数がスクリュ回転数設定器４からの要求
信号と一致するようになる。

以上の例では、可塑化開始指令Ｂがスクリュ回転数設定
器４１および圧力制御器１２に入力されると、スクリュ
回転数要求信号とスクリュ背圧要求信号はそれぞれ時間
の経過に従って自動的に出力されるものとして説明した
。

第１図には点線をもってスクリュ位置検出器１１からの
出力がスクリュ回転数設定器４１および圧力制御器１２
のスクリュ背圧設定部分に入力される場合が示されてい
る。これはスクリュ背圧を予じめ所定圧に設定した場合
を含めて、スクリュ回転数を時間の関数として制御する
のにかえてスクリュ位置の関数として制御しても、溶融
樹脂温度を一定に保つことが可能であることを示すもの
である。

なお、この場合、計算機シミュレーションにより溶融樹
脂温度を一定に保つに必要なスクリュ回転数をスクリュ
位置に対応させた値として得ておく必要のあることは勿
論である。

（発明の効果） 以上、詳細に説明した如く本発明では射出成形機の可塑
化工程において、予じめ適当に定められたスクリュ背圧
のもとて溶融樹脂温度を一定に保つために必要となるス
クリュ回転数の時間的又はスクリュ位置に対する各変化
を予じめ計算機シミュレーションで求めておき、この求
めた関数に従ってスクリュ回転数を制御することにより
、溶融樹脂温度を検出することなく、一定に保つことが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す射出成形機における可
塑化制御装置の構成図、第２図は先に提案された射出成
形機における可塑化制御装置の構成図である。 図の主要部分の説明 ３−スクリュ ４−・−油圧モータ ７−・−射出油圧シリンダ ８−比例流量弁 １〇−比例圧力弁 １１−　スクリュ位置検出器 ２４−　スクリュ回転数検出器 ４１・−スクリュ回転数設定器 ４３・・・減算器 ４４−制御器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 射出成形機のスクリュを回転させる油圧モータと、この
   油圧モータに供給する油量を電気信号で調整する弁と、
   前記スクリュに背圧をかける射出油圧シリンダと、この
   射出油圧シリンダから油量を逃がし電気信号で油圧力を
   調整する弁と、スクリュ位置を検出するスクリュ位置検
   出器とからなる可塑化制御装置において、スクリュ回転
   数を検出する回転数検出器と、時間又はスクリュ位置の
   関数で表わされるスクリュ回転数設定値を出力するスク
   リュ回転数設定器と、前記回転数検出器の出力と前記ス
   クリュ回転数設定器の出力を入力して両者の差を出力す
   る減算器と、前記減算器の出力を入力して（比例＋積分
   ）演算を行う制御器とからなることを特徴とする可塑化
   制御装置。