JP2628769B2 - 電動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、射出、保圧の駆動源にサーボモータを用い
た電動射出成形機の制御方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、射出、保圧の駆動源にサーボモータを用いた射
出成形機において、射出工程から保圧工程に移行する場
合、スクリュ位置や樹脂圧などを検出し、設定値と一致
したか否かを判断して切り換えを行っている。

第５図は従来の射出成形機を示す図である。

図において、１は射出用サーボモータであり、該射出
用サーボモータ１の回転は、ボールねじ軸２を介してボ
ールねじナット３に伝達される。該ボールねじナット３
は、部材４と一体的に形成され、該部材４は、図示しな
いフレームの固定部材6,6′,7,7′間に架設されたガイ
ドバー5,5′に沿って、後述するスクリュ10の前後進方
向に移動自在に取り付けられる。したがって、ボールね
じ軸２の回転に伴い、部材４がガイドバー5,5′上を前
後進できる。そして、上記部材４の前後進運動はロード
セル８、ベアリング９を介してスクリュ10に伝えられ
る。

また、図示しない射出シリンダの中をスクリュ10が前
後進することにより、貯えられた溶融樹脂が金型内に押
し込まれて射出成形が行われる。この時、樹脂を押す力
がロードセル８により反力として検出され、ロードセル
アンプ13により増幅され、コントローラ15に入力され
る。

また、スクリュ10の移動量が分かるように部材４と固
定部材６（６′,7,7′）間に位置検出器（以下、「エン
コーダ」と言う。）11が取り付けられており、該エンコ
ーダ11から出力された信号は増幅器14により増幅され、
コントローラ15に入力される。コントローラ15はオペレ
ータの設定によりそれぞれの工程に応じた電流指令をサ
ーボアンプ12に出力し、射出用サーボモータ１を駆動す
る。

上記構成により、溶融樹脂を金型内に押し込む射出工
程では、スクリュ速度をフィードバックし、金型内に押
し込まれた溶融樹脂に一定圧をかける保圧工程では、ロ
ードセル８にかかる反力をフィードバックし、それぞれ
速度、反力（射出圧）を制御することにより成形が行わ
れる。

ここで、従来の制御方式においては、上記射出工程か
ら保圧工程に切り換える際にスクリュ位置又はロードセ
ル負荷荷重として検出される射出圧と設定値を比較し
て、両者が一致した場合に切り換えていた。

次に、上記従来の電動射出成形機において射出圧によ
って射出工程から保圧工程に切り換える例について第６
図を併用して説明する。

第６図は従来の電動射出成形機の制御方法を実施する
ためのブロック図である。

図において、エンコーダ11からの信号が増幅器14を介
してコントローラ15に入力されると、該信号は微分器17
により微分されてスクリュ速度検出信号ｄが与えられ
る。

ｃは射出工程中の射出速度設定信号で、この射出速度
設定信号ｃから上記スクリュ速度検出信号ｄを減算器22
で減じ（フィードバックし）この偏差信号を補償器16に
おいて補償演算した操作信号ｇがサーボアンプ12に送ら
れる。

また、ｂは保圧工程中の保圧設定信号である。該保圧
設定信号ｂは、減算器21でロードセルアンプ13からコン
トローラ15に入力される射出圧検出信号ｅが減じられ
（フィードバックされ）、偏差信号となって補償器19で
補償演算され、操作信号ｉが得られる。

この時操作信号ｉは、直接サーボアンプ12への操作信
号となるのではなく、上記射出工程中の射出速度設定信
号と同様に速度フィードバック系（微分器17→減算器22
→補償器16）への操作量となる。

すなわち操作信号ｉは、速度フィードバック系への速
度指令信号となっている。一方、上記速度フィードバッ
ク系は、保圧フィードバック系（ロードセルアンプ13→
減算器21→補償器19）の内部状態を安定化するためのマ
イナフィードバックとして動作する。

上記制御系においては、射出工程中と保圧工程中で、
上記射出速度設定信号ｃと操作信号ｉのいずれを速度フ
ィードバック系への操作量とするかを選択することがで
きるように、選択スイッチ18が設けられている。この選
択スイッチ18は射出工程から保圧工程への切換えの条件
として与えられている。そして、切換圧力設定信号ａと
射出圧検出信号ｅが比較され、ｅ≧ａの条件により射出
工程（選択スイッチ18の接点２−３側）から保圧工程
（選択スイッチ18の接点１−３側）に切り換わるように
なっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の電動射出成形機の制御方法
においては、樹脂圧を検出して射出工程から保圧工程に
切り換える制御系の場合、サーボモータ自身や駆動伝達
系の慣性が大きいため、モータ速度の大きい射出工程か
らモータ速度の小さい保圧工程へ移行する際に大きな射
出圧が発生し、金型を破損したりバリ等の成形不良を起
こしたりして機械の寿命を短くする。

また、射出速度制御系から保圧制御系へ急に切り換え
るため、サーボモータを駆動するサーボアンプへの指令
が急変し、サーボモータが急激に動作をする。この時、
射出圧力は切換前の圧力に比べて大きく変動するため、
射出工程と保圧工程間の連続性が失われ、その間の制御
も困難となり、再現性も悪く良品を得ることが困難とな
る。

また、射出速度制御系から保圧制御系に切り換えた場
合、第７図のように切換時にオーバシュートが発生した
り、切換後に設定値（保圧設定信号ｂ）からの圧力の落
込みがあったりする。このため、切換時の射出圧の連続
性が失われ、良好な成形状態を得るのが困難である。こ
の圧力の落込みは、切換直前の射出圧を構成する成分に
より生ずる。

すなわち、射出圧をP_L、切換直前の射出速度をV_L、ス
クリュ10より先の金型内の樹脂を、圧縮性のあるばねと
仮想した場合のばねを定数ｋとした場合、射出圧P_Lは、 t:現時刻 t₀:スクリュ10より先の樹脂がばねと仮想できるように
なった時、すなわちキャビティ内にほぼ樹脂が充填され
た時刻 Ｂ＝樹脂の粘性 F_L＝その他の負荷トルク で表すことができる。

上記（１）式に示されるように、切換前の射出圧P_Lに
は、射出速度V_Lの積分値、すなわちスクリュのストロー
クに比例する成分（第１項）、スクリュ10の速度に比例
する成分（第２項）及びその他の成分（第３項）が含ま
れている。この内、スクリュ10のストロークに比例する
成分は射出速度がゼロになってもゼロにならない。反
面、スクリュの速度に比例する成分は射出速度がゼロに
なるとゼロになる。このことから、切換時において射出
圧P_Lが変動してしまう。

また、上記構成の制御系においては、速度制御系から
圧力制御系に切り換えられた時、速度フィードバック系
に入力される速度指令信号が射出速度設定信号ｃから操
作信号ｉに急変する。そして、例えば切換圧力設定信号
ａと保圧設定信号ｂを同じ大きさに設定している場合
は、切換時の切換条件はａ＝ｅで切換圧力設定信号ａと
射出圧検出信号ｅが等しい。この時、ｂ＝ｅであり射出
圧検出信号ｅが保圧設定信号ｂに等しくなり、切換直後
の圧力制御系の圧力偏差がゼロになる。

したがって、補償器19が比例動作のみを行う場合など
は、操作信号ｉもゼロとなるので、切換えにより減算器
22に与えられる信号が射出速度設定信号ｃからゼロに急
変することになり、このことからも、射出圧P_Lの連続性
が損なわれる。

また、射出工程と保圧工程をスクリュ位置により切り
換える制御系の場合でも、射出速度制御系から保圧制御
系に急に切り換わるために不具合が生じたり、操作上切
換位置を適切に選ぶことが困難になる。

本発明は、上記従来の電動射出成形器の制御方法の問
題点を解決して、射出工程から保圧工程に切り換える際
の射出圧の連続性を確保して、金型を保護し、バリ等の
発生を防止して良好な成形品を得ることを可能とし、か
つ射出成形機の寿命を延ばして成形品の精度を向上させ
ることが可能な電動射出成形機の制御方法を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） そのために、本発明の電動射出成形機の制御方法にお
いては、サーボモータを駆動源に用いた射出装置の射出
工程と保圧工程の切換えの際に、保圧制御系に射出速度
のマイナフィードバックを設け、これを射出速度制御系
の速度フィードバック系と共用し、射出工程と保圧工程
間に切換工程を設けてある。

そして、射出工程から切換工程への切換条件となる切
換圧力と、切換工程から保圧工程への切換条件となる切
換圧力を設定し、該切換工程においては、切換工程中の
ゲインＧを Ｇ＝c/（ｂ−P1） c:射出速度設定信号 b:保圧設定信号 P1:射出工程から切換工程への切換条件となる切換圧力 としてある。

（作用） 本発明によれば、上記のように保圧制御系に射出速度
のマイナフィードバックを設け、これを射出速度制御系
の速度フィードバック系と共用し、射出工程と保圧工程
間に切換工程を設けてあり、射出工程から切換工程への
切換条件となる第１の切換圧力と、切換工程から保圧工
程への切換条件となる第２の切換圧力を設定してある。

したがって、射出圧が上昇して第１の切換圧力に達す
ると、射出工程から切換工程へ切り換わり、更に上昇し
て第２の切換圧力に達すると、切換工程から保圧工程へ
切り換わる。

この時、切換工程中のゲインＧが Ｇ＝c/（ｂ−P1） としてあるので、切換工程の初期状態の操作信号が切換
工程に切り換わる直前の射出速度設定信号と等しくな
る。

また、切換工程の終了状態においては操作信号がほぼ
ゼロになり、保圧工程に切り換わった直後の射出速度指
令信号との変化が小さくなっている。

（実施例） 以下、本発滅の実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。

第１図は本発明の電動射出成形機の制御方法を実施す
るためのブロック図である。

図において、エンコーダ11からの信号が増幅器14を通
してコントローラ15に入力されると、該信号は微分器17
により微分されてスクリュ速度検出信号ｄが与えられ
る。

ｃは射出工程中の射出速度設定信号で、この射出速度
設定信号ｃから上記スクリュ速度検出信号ｄを減算器22
で減じ（フィードバックし）この偏差信号を補償器16に
おいて補償演算して得られる操作信号ｇがサーボアンプ
12に送られる。

また、ｂは保圧工程中の保圧設定信号である。該保圧
設定信号ｂは、減算器21でロードセルアンプ13からコン
トローラ15に入力される射出圧検出信号ｅが減じられ
（フィードバックされ）、偏差信号となって補償器19で
補償演算され、操作信号ｉが得られる。

この時操作信号ｉは、直接サーボアンプ12への操作信
号となるのではなく、上記射出工程中の射出速度設定信
号と同様に速度フィードバック系（微分器17→減算器22
→補償器16）への操作量となる。

すなわち操作信号ｉは、速度フィードバック系への速
度指令信号となっている。一方、上記速度フィードバッ
ク系は、保圧フィードバック系（ロードセルアンプ13→
減算器21→補償器19）の内部状態を安定化するためのマ
イナフィードバックとして動作する。

上記制御系においては、射出工程中と保圧工程中で、
上記射出速度設定信号ｃと操作信号ｉのいずれを速度フ
ィードバック系への操作量とするかを選択することがで
きるように、選択スイッチ23が設けられている。この選
択スイッチ23は射出工程から保圧工程への切換えの条件
として与えられている。そして、切換圧力設定信号ｈと
射出圧検出信号ｅが比較され、ｅ≧ｈの条件により射出
工程から保圧工程に切り換わるようになっている。

ところで、上述したように射出工程から保圧工程へ切
り換わる際に短時間の切換工程が介在させられ、射出圧
の連続性が確保される。

そのために、偏償器19と並列に切換工程用の補償器24
が配設され、上記選択スイッチ23に接続される。したが
って、該選択スイッチ23には端子１〜３が端子４に対し
て選択的に接続されるようになっている。

そして、上記補償器24も保圧設定信号ｂと射出圧検出
信号ｅの偏差を補償演算し、速度フィードバック系（微
分器17→減算器22→補償器16）に出力する。

また、比較器25は、射出工程→切換工程→保圧工程の
各切換の条件となる切換圧力設定信号ｈと、射出圧検出
信号ｅを比較し、選択スイッチ23に対して切換信号を出
力する。選択スイッチ23は比較器25からの切換信号を受
けて、射出速度設定信号ｃ、補償器24の操作信号ｊ及び
補償器19の操作信号ｉの中から１信号を選択し、速度フ
ィードバック系に出力する。

第２図は本発明の電動射出成形機の制御方法の動作フ
ローチャートである。

ステップ まず、射出工程の開始時に射出速度設定信
号ｃを出力し、選択スイッチ23の接続状態を１−４接続
として射出速度による制御を開始する。この時、同時に
射出工程から切換工程への切換条件となる切換圧力設定
信号ｈをP1として出力する。

ステップ 信号ｈよりも射出圧検出信号ｅが上回る
まで通常の射出速度による制御を実行する。

ステップ ｈ≦ｅとなると選択スイッチ23を２−４接
続とし、切換工程を開始する。この時，同時に切換工程
より保圧制御工程への切換条件となる切換圧力設定信号
ｈをP2として出力する。

ステップ このｈ信号よりも圧力の検出値ｅが大き
くなるまで切換工程を実行する。

ステップ ｈ≧ｅを満たした場合、選択スイッチ23を
３−４接続として通常の保圧制御工程を実行する。

ここで、上記切換工程においては、補償器24の補償内
容が異なるだけで同様の圧力制御が行われる。これを次
の式に表す。

ｊ＝Ｇ×（ｂ−ｅ） ……（２） この時、Ｇはゲインで、切換工程の開始時に Ｇ＝c/（ｂ−P1） ……（３） として、上記式（２），（３）をまとめると次式のよう
になる。

上記式（３）において切換工程の初期状態ではｅ≒P1
であるから、 となる。これは切換工程に切り換わる直前の射出速度設
定信号ｃと切換工程へ切り換わった直後の操作信号ｊが
等しいこと、つまり連続していることを示す。

逆に切換工程が終了する条件は、ｈ＝P2≦ｅであるか
ら終了直前ではP2≒ｅとなる。この時、P2と保圧設定信
号ｂを非常に近い値にすれば、P2≒ｂであることからｂ
−P2≒０となる。

したがって、 となる。これは切換工程を終える際、すなわち保圧制御
工程に切り換わる直前では射出速度がゼロであり、P2≒
ｂとすれば、圧力偏差もほぼゼロに近い状態となってい
ることを示す。

この状態で保圧工程に切り換えても、ｂ≒P2≒ｅであ
るから、圧力偏差値がゼロに近いため、保圧制御系から
の操作信号ｉも初期はゼロに近くなり連続的に切り換え
ることが可能となる。

また、この切換工程中は、ゲインＧ及び目標の保圧設
定信号ｂにより圧力フィードバック系を実行することに
なるため、切換圧力は初期状態の切換圧力設定信号P1よ
り終了状態の切換圧力設定信号P2まで連続的に制御され
る。その結果、圧力を制御しながら速度フィードバック
系への操作量である操作信号i,j及び射出速度設定信号
ｃが連続的に制御されることになる。

ここで、切換工程より保圧工程への切換条件をｂ≒P2
でｂ≠P2としてある。制御系の多くはオーバシュートを
起こさなかったり、残留偏差を持つ場合が多く、切換工
程中の圧力制御系では永久にP2≦ｅの条件を満たさない
場合があるからである。

また、ゲインＧは（３）式からも分かるようにｂとP1
の値の差が小さければ大きくなり、大きければ小さくな
る。したがって、制御系の応答速度を決めるゲインＧを
ｂ又はP1の値によって自由に変化させることができる。
この場合の時間／圧力・速度関係図を第３図及び第４図
に示す。

第３図は保圧設定信号ｂと切換圧力P1の値の差が小さ
いときの時間／圧力・速度関係図、第４図は保圧設定信
号ｂと切換圧力P1の値の差が大きいときの時間／圧力・
速度関係図である。

ただし、ｂとP1の値が非常に近い場合（ｂ≒P1）は、
ゲインが非常に大きくなり、実現不可能となってしまう
ので、P1の設定値を制限する必要がある。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明の電動射出成形機
の制御方法においては、保圧制御系に射出速度のマイナ
フィードバックを設け、これを射出速度制御系の速度フ
ィードバック系と共用し、射出工程と保圧工程間に切換
工程を設けてあり、射出工程から切換工程への切換条件
となる第１の切換圧力と、切換工程から保圧工程への切
換条件となる第２の切換圧力を設定してある。

したがって、射出圧が上昇して第１の切換圧力に達す
ると、射出工程から切換工程への切り換わり、更に上昇
して第２の切換圧力に達すると、切換工程から保圧工程
へ切り換わる。

この時、切換工程中のゲインＧが Ｇ＝c/（ｂ−P1） c:射出速度設定信号 b:保圧設定信号 P1:射出工程から切換工程への切換条件となる切換圧力 としてあるので、切換工程の初期状態の操作信号が切換
工程に切り換わる直前の射出速度設定信号と等しくな
り、切換工程の開始時において射出圧の連続性を確保す
ることができる。

また、切換工程の終了状態においては操作信号がほぼ
ゼロとなり、保圧工程に切り換わった直後の射出速度指
令信号との変化が小さくなり、切換工程の終了時におけ
る射出圧の連続性を確保することができる。

すなわち、射出工程から保圧工程に切り換える際の射
出圧の連続性を確保して、金型を保護し、バリ等の発声
を防止して良好な成形品を得ることを可能とし、かつ射
出成形機の寿命を延ばして成形品の精度を向上すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電動射出成形機の制御方法を実施する
ためのブロック図、第２図は本発明の電動射出成形機の
制御方法の動作フローチャート、第３図は保圧設定信号
ｂと切換圧力P1の値の差が小さいときの時間／圧力・速
度関係図、第４図は保圧設定信号ｂと切換圧力P1の値の
差が大きいときの時間／圧力・速度関係図、第５図は従
来の射出成形機を示す図、第６図は従来の電動射出成形
機の制御方法を実施するためのブロック図、第７図は従
来の射出成形機の制御方法における切換時の時間／圧力
・速度関係図である。 １……射出用サーボモータ、12……サーボアンプ、13…
…ロードセルアンプ、15……コントローラ、16,19,24…
…補償器、17……微分器、25……比較器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボモータを駆動源に用いた射出装置の
   射出工程と保圧工程を切り換えるための電動射出成形機
   の制御方法において、 （ａ）保圧制御系に射出速度のマイナスフィードバック
   を設け、これを射出速度制御系の速度フィードバック系
   と共用し、 （ｂ）射出工程と保圧工程間に切換工程を設け、 （ｃ）射出工程から切換工程への切換条件となる切換圧
   力と、切換工程から保圧工程への切換条件となる切換圧
   力を設定し、 （ｄ）該切換工程においては、切換工程中のゲインＧを Ｇ＝c/（ｂ−P1） c:射出速度設定信号 b:保圧設定信号 P1:射出工程から切換工程への切換条件となる切換圧力 としたことを特徴とする電動射出成形機の制御方法。