JP2649300B2 - 射出成形機の射出制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機における金
型に被成形材を充填する射出工程の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機においては、射出シリンダに
よる被成形材の射出制御をする場合、射出シリンダに作
動油を供給する管路に油圧サーボ弁を設けるとともに、
射出シリンダの射出位置（ストローク量）を検出して油
圧サーボ弁を制御するフィードバック制御を行うことが
普及している。

【０００３】すなわち、射出シリンダの射出速度は、一
般に図６（Ａ）のＶS に示したように多段階に設定され
る。また、ポンプの設定吐出量Ｑ0 は、設定射出速度Ｖ
S の最大値に対応した射出シリンダへの供給量に対し
て、ΔＱの余裕を持たせた一定値に設定し、油圧サーボ
弁を制御して射出シリンダに供給する油量を変えること
により、射出シリンダの射出速度が設定値となるように
制御している。このとき、射出シリンダの実際の射出速
度ＶV は、図６（Ｂ）の如くに変化する。

【０００４】この油圧サーボ弁を利用した射出制御は、
油圧サーボ弁の絞り効果を利用して、定圧供給源からア
クチュエータ（射出シリンダ）に供給する作動油の流量
を調整するもので、応答が速く優れた制御精度や動作特
性が得られる。

【０００５】また、射出成形機においては、従来より必
要に応じた吐出量が得られる可変吐出量ポンプを用いて
省エネルギー効果を図っており、この可変吐出量ポンプ
の応答性を改良して、ポンプ吐出量を射出シリンダの位
置に対応して変化させるフィードバック制御も試みられ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、油圧サーボ弁
は優れた制御特性が得られる反面、絞り効果によって流
量を制御するために流路抵抗が大きく、パワーの損失を
生ずる。一方、可変吐出量ポンプは、油圧負荷に応じた
油量を吐出するために無駄なポンプエネルギーを必要と
しない反面、応答時間が油圧サーボ弁の５〜１０倍もか
かり、高応答、制御精度の点で問題がある。

【０００７】このため、優れた応答性、制御精度を有
し、しかも高い省エネルギー効果を有する射出成形機を
得ることを目的として、油圧サーボ弁と可変吐出量ポン
プとを単に組み合わせたのでは、射出制御の性能が可変
吐出量ポンプの応答時間によって規制され、油圧サーボ
弁の有する優れた高応答性を発揮することができず、目
的とする射出成形機を得ることができない。

【０００８】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、成形品の品質の向上が図れ、し
かも高い省エネルギー効果が得られる射出成形機の射出
制御方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る射出成形機の射出制御方法の第１
は、ポンプが吐出した作動油を油圧サーボ弁を介して射
出シリンダに供給し、被成形材を射出する射出成形機の
射出制御方法において、所定の成形品を得るのに必要な
前記射出シリンダの基準射出圧力を予め求め、この求め
た基準射出圧力に対応して前記ポンプの吐出圧力を制御
装置に設定するとともに、前記射出成形機の射出工程に
おける前記被成形材射出時の前記射出シリンダの射出圧
力を検出し、この検出圧力を前記基準射出圧力と比較し
て、前記ポンプの吐出圧力を制御することを特徴として
いる。

【００１０】また、本発明の第２は、ポンプが吐出した
作動油を油圧サーボ弁を介して射出シリンダに供給し、
被成形材を射出する射出成形機の射出制御方法におい
て、所定の成形品を得るのに必要な前記射出シリンダの
基準射出圧力と基準射出速度とを予め求め、この基準射
出圧力に対応した前記ポンプの吐出圧力と前記基準射出
速度に応じた前記ポンプの吐出量とを制御装置に設定す
るとともに、前記射出成形機の射出工程における前記被
成形材射出時の前記射出シリンダの射出圧力と射出速度
とを検出し、これら検出した射出圧力と射出速度とを前
記基準射出圧力と基準射出速度と比較して、前記ポンプ
の吐出圧力と吐出量とを制御することを特徴としてい
る。

【００１１】

【作用】上記の如く構成した本発明の第１は、所定の成
形品を得るのに必要な射出シリンダの基準の射出圧力を
実測し、求めた射出圧力に応じてポンプの吐出圧を設定
するようにしたため、ポンプの応答遅れを回避すること
ができる。すなわち、射出シリンダの基準射出圧力が得
られるように、ポンプの応答遅れを考慮した吐出圧力を
制御装置に設定しておくことにより、射出シリンダの射
出圧力の変化に先行してポンプの吐出圧力を変化させる
ことにより、油圧サーボ弁の高速応答性がポンプの応答
性に規制されず、射出成形機の省エネルギー化が図れる
とともに、制御精度を向上することができ、高品質の成
形品が得られる。

【００１２】なお、射出シリンダの射出開始時などの射
出速度を急激に大きくするところでは、ポンプの吐出圧
力を通常より大きくし、サーボ特性をカバーするように
することが望ましい。

【００１３】また、本発明の第２においては、ポンプの
吐出圧力の制御ばかりでなく、予め射出シリンダの基準
の射出速度を求めて、射出速度に応じてポンプの吐出量
をも制御するようにしたため、射出成形機の制御精度を
より向上できる。

【００１４】

【実施例】本発明に係る射出成形機の射出制御方法の好
ましい実施例を、添付図面に従って詳説する。図１は、
本発明の第１実施例に係る射出成形機の射出制御方法が
適用される射出成形機の説明図である。

【００１５】図１において、射出シリンダ１０には、図
示しない被成形材である溶融樹脂を可塑化、射出するた
めの射出スクリュー１２が取り付けてある。また、射出
シリンダ１０には、射出位置（射出シリンダ１０または
射出スクリュー１２の位置）を検出するための位置検出
装置１４が装着してある。位置検出装置１４は、ピニオ
ンラック機構１６と位置検出器１８とから構成してあ
り、位置検出器１８の検出信号が後述する制御装置に入
力するようになっている。

【００１６】射出シリンダ１０は、管路２０を介して可
変吐出量ポンプ２２に接続してあり、ポンプ２２から作
動油を受けて射出スクリュー１２を駆動する。可変吐出
量ポンプ２２は、モータ２４によって駆動させられ、吐
出量が吐出量制御機構２６によって変えることができる
ようになっている。さらに、管路２０には、油圧サーボ
弁２８が設けてあり、射出シリンダ１０に供給する作動
油の流量を調整できるようにしてある。また、油圧サー
ボ弁２８と射出シリンダ１０との間の管路２０には、射
出圧力検出器３０が設けてあり、射出シリンダ１０の射
出圧力を検出できるようにしてある。

【００１７】一方、可変吐出量ポンプ２２と油圧サーボ
弁２８との間の管路２０には、ポンプ２２の吐出圧力を
調整するリリーフ弁３２が設けてあるとともに、ポンプ
２２の吐出圧力を検出する油圧検出器３４が取り付けて
ある。この油圧検出器３４の検出信号は、制御装置４０
に入力される。

【００１８】制御装置４０は、射出開始指令を受ける同
期制御部４２を有しており、詳細を後述するようにタイ
マ４４が出力するクロック信号を取り込んみ、所定の周
期で基準位置設定部４６、基準吐出圧力設定部４８、基
準吐出量設定部５０にデータ出力命令を与えるととも
に、射出圧力偏差演算部５２に演算指令を出力する。

【００１９】基準位置設定部４６には、射出工程におけ
る１サイクルの経過時間に対応して、予め計測して求め
た射出スクリュー１２（射出シリンダ１０）の位置が格
納してある。また、基準吐出圧力設定部４８には、射出
工程における１サイクルの経過時間に対応して、予め求
めたポンプ２２の吐出圧力が格納してあり、基準吐出量
設定部５０には、射出工程における１サイクルの経過時
間に対応して、予め求めたポンプ２２の吐出圧力が格納
してある。そして、射出圧力偏差演算部５２は、射出圧
力検出器３０の検出信号が入力するようになっており、
同期制御部４２からの信号を受けて、基準射出圧力設定
部５４に設定してある射出工程における１サイクルの経
過時間に対応して予め計測して求めた射出圧力と射出圧
力検出器３０の検出圧力との偏差を求める。

【００２０】制御装置４０には、さらに位置制御部５
６、吐出圧力制御部５８、ポンプ制御部６０が設けてあ
る。位置制御部５６は、位置検出器１８の検出信号と基
準位置設定部４６の出力信号とに基づいて、油圧サーボ
弁２８に流量制御信号を送出する。一方、吐出圧力制御
部５８は、射出圧力偏差演算部５２と基準吐出圧力設定
部４８との出力を受け、リリーフ弁３２に圧力設定信号
を送る。また、ポンプ制御部６０には、吐出量制御機構
２６の位置を検知して可変吐出量ポンプ２２の吐出量を
検出する吐出量検出器６２の検出信号が入力するように
なっており、この検出信号と基準吐出量設定部５０が出
力した基準吐出量とに基づいて、吐出量制御機構２６に
制御信号を出力する。

【００２１】上記の如く構成した射出成形機による射出
制御方法は、次のように行われる。まず、所定の成形品
を得るのに最適な射出条件を実験などにより予め求め
る。すなわち、所定の成形品を得るのに最も適した樹脂
量、射出工程における１サイクルの時間の経過に対応さ
せた射出スクリュー１２の射出速度、射出スクリュー１
２の位置、射出シリンダ１０の射出圧力、可変吐出量ポ
ンプ２２の吐出量、吐出圧力等を求める。そして、求め
た射出スクリュー１２の位置、射出圧力、吐出圧力、吐
出量を、射出工程における１サイクルの経過時間に対応
させて、基準のスクリュー位置（射出位置）、射出圧
力、吐出圧力、吐出量として対応する設定部４６、５
４、４８、５０に設定する。

【００２２】すなわち、制御装置４０の図示しない射出
速度設定部には、射出工程の１サイクルにおける射出シ
リンダ１０（射出スクリュー１２）の設定射出速度ＶS
が、図２の破線に示したように設定される。そして、こ
の設定射出速度ＶS に従って射出を行ったときのに、図
２の実線に示した計測して得られた実際の射出圧力（負
荷圧力）ＰV を制御装置４０の基準射出圧力設定部５４
に設定する。さらに、基準吐出圧力設定部４８には、図
２の一点鎖線に示したような、可変吐出量ポンプ２２の
吐出圧力ＰS が設定される。

【００２３】ポンプ２２の基準吐出圧力ＰS は、射出工
程の１サイクルの時間の経過における基準射出圧力ＰV
に対して、少なくとも２〜５ｋｇ／ｃｍ2 程度は高くな
るように設定される。また、基準ポンプ吐出圧力ＰS
は、基準射出速度ＶS を急激に大きくする射出開始時
や、符号ａの部分においては、ピークｍ1 、ｍ2 に示し
たように、通常の基準射出圧力ＰV との差より大きく
し、サーボ機構の特性をカバーするようにする。このピ
ークｍ1 、ｍ2 は、実験等によって適宜の値に定められ
る。例えば、ピークｍ2 の場合、基準射出圧力ＰV に対
して１５ｋｇ／ｃｍ2程度高くなるようにする。

【００２４】このようにして各基準値を設定してモータ
２４が起動され、可変吐出量ポンプ２２の吐出量が所定
値となるように吐出量制御機構２６が調整される。可変
吐出量ポンプ２２が駆動されて、オペレータによって射
出成形機の射出開始のボタンが押されると、制御装置４
０の同期制御部４２に射出開始指令が入力してくる。同
期制御部４２は、射出開始の指令を受けると、タイマ４
４が出力するクロック信号に基づいて、射出工程の１サ
イクルの経過時間の計測を開始するとともに、所定の周
期で（例えば１ｍｓ毎に）基準位置設定部４６、基準吐
出圧力設定部４８、基準吐出量設定部５０、図示しない
基準射出速度設定部に、１サイクルの経過時間に対応し
た基準値を出力する命令を与える。

【００２５】基準吐出量設定部５０は、同期制御部４２
の命令に従って、図２の一点鎖線に示した基準ポンプ吐
出圧力ＰS を吐出圧力制御部５８に出力する。吐出圧力
制御部５８は、油圧検出器３４の検出信号を取り込み、
リリーフ弁３２に制御信号を送出して、可変吐出量ポン
プ２２の吐出圧力が基準ポンプ吐出圧力ＰS となるよう
に制御する。

【００２６】一方、同期制御部４２は射出開始指令を受
けてからｔ1 が経過すると、基準位置設定部４６に格納
してある射出スクリュー１２（または射出シリンダ１
０）の位置信号を位置制御部５６に出力する。そして、
位置制御部５６は、油圧サーボ弁２８に制御信号を出力
して射出を開始するとともに、位置検出器１８の検出信
号を読み込み、射出スクリュー１２の位置が基準位置設
定部４６の出力する基準位置となるように、油圧サーボ
弁２８を介して射出シリンダ１０に供給する作動油の量
を調整する。

【００２７】また、同期制御部４２は、射出開始指令を
受けてからｔ1 時間経過すると、射出圧力偏差演算部５
２に演算命令を与える。射出圧力偏差演算部５２は、基
準射出圧力設定部５４に時間の経過に対応して設定して
ある基準射出圧力ＰV を読み出すとともに、射出圧力検
出器３０の検出信号を取り込み、両者の偏差を求めて吐
出圧力制御部５８に送る。吐出圧力制御部５８は、射出
圧力偏差演算部５２が求めた射出圧力検出器３０の検出
した現在の射出圧力Ｐと基準射出圧力ＰV との偏差ΔＰ
に基づいて、予め求めてある補正式または補正テーブル
を用いて基準吐出圧力設定部４８が出力した基準ポンプ
吐出圧力ＰS を補正し、所定の基準ポンプ吐出圧力ＰS
が得られるようにリリーフ弁３２を介して可変吐出量ポ
ンプ２２の吐出圧力を制御する。

【００２８】ポンプ制御部６０は、吐出量検出器６２の
検出信号を、基準吐出量設定部５０が出力する基準吐出
量と比較し、可変吐出量ポンプ２２の吐出量が基準吐出
量となるように吐出量制御機構２６に制御信号を送る。

【００２９】前記したように、実施例の射出制御方法
は、予め所定の成形品を得るのに最適な射出圧力ＰV に
応じて可変吐出量ポンプ２２の基準ポンプ吐出圧力ＰS
を求めて基準吐出圧力設定部４８に設定し、この設定し
た吐出圧力ＰS となるようにリリーフ弁３２を制御する
ため、可変吐出量ポンプ２２と油圧サーボ弁２８とを組
み合わせても、制御性能が可変吐出量ポンプ２２の応答
性に規制されることがない。このため、実施例を適用し
た射出成形機は、油圧サーボ弁２８の高速応答性を生か
すことができ、応答性に優れ、精度の高い制御が可能と
なって高品質の成形品を得ることができ、しかも可変吐
出量ポンプ２２の有する高い省エネルギー効果が得られ
る制御が可能となる。

【００３０】また、可変吐出量ポンプ２２の基準ポンプ
吐出圧力ＰS は、射出開始時や図２の符号ａに示したと
ころのように、設定射出速度ＶS を急速に大きくする位
置において、通常の基準射出圧力ＰV に上乗せした値よ
りも充分大きくしてあるため、サーボ特性をカバーして
射出シリンダ１０（射出スクリュー１２）の設定射出速
度ＶS に対する遅れを極めて小さくすることができ、制
御性能の向上を図ることができる。

【００３１】図３は、他の第２実施例に係る射出制御方
法が適用される射出成形機の構成例を示したものであ
る。図３の射出成形機は、図１に示した射出成形機とは
制御装置４０だけが異なっており、射出速度を考慮して
可変吐出量ポンプ２２の吐出量を制御する部分が追加し
てある。

【００３２】図３に示した制御装置７０は、図１の制御
装置４０に基準射出速度設定部７２、射出速度演算部７
４、射出速度偏差演算部７６を追加した構成となってい
る。基準射出速度設定部７２には、射出速度が図４
（Ａ）に示した設定射出速度ＶSとなるように射出シリ
ンダ１０（射出スクリュー１２）の射出速度を制御した
ときの、計測して得られた実際の射出速度ＶV が基準射
出速度として、射出工程における１サイクルの時間の経
過に対応して設定される。

【００３３】また、基準吐出量設定部５０には、実測し
た基準射出速度ＶV に対応した可変吐出量ポンプ２２の
基準吐出量ＱS が設定される。すなわち、射出シリンダ
１０が基準射出速度ＶV によって樹脂を射出する場合
に、射出速度ＶV を得るのに必要な射出シリンダ１０へ
の作動油の供給量よりやや多いポンプ２２の吐出量ＱS
が計算や実験などによって求められ、基準吐出量設定部
５０に基準吐出量ＱS として設定、格納される。

【００３４】例えば、設定射出速度ＶS が従来技術にお
いて説明したように段階的に増加する場合（第６図参
照）、基準吐出量設定部５０に設定される基準吐出量Ｑ
S は、図４（Ｂ）のようになる。つまり、基準吐出量Ｑ
S は、基準射出速度ＶV であるときの射出シリンダ１０
への作動油の流入量より、ΔＱだけポンプ２２の吐出量
が多くなるように設定される。

【００３５】一方、射出速度演算部７４は、位置検出装
置１４の位置検出器１８から検出信号を受けて、射出シ
リンダ１０の射出速度Ｖを計算し、計算した射出速度Ｖ
を射出速度偏差演算部７６に入力する。そして、射出速
度偏差演算部７６は、同期制御部４２から演算命令を受
け、検出射出速度Ｖと基準射出速度設定部７２から読み
出した基準射出速度ＶV とを比較し、両者の偏差を求め
てポンプ制御部６０に送るようになっている。

【００３６】このように構成してある射出成形機は、位
置制御部５６と吐出圧力制御部５８とが前記実施例と同
様の制御を行う。一方、射出速度演算部７４は、所定の
時間毎に位置検出器１８の出力信号を取り込み、位置検
出器１８が検出した時々刻々変化する射出スクリュー１
２（射出シリンダ１０）の射出位置から射出速度Ｖを演
算し、射出速度偏差演算部７６に入力する。

【００３７】射出速度偏差演算部７６は、同期制御部４
２が射出開始指令を受けから経過した時間に対応した基
準射出速度ＶV を基準射出速度設定部７２から読み出
し、射出速度演算部７４が求めた射出速度Ｖと比較し、
両者の偏差を演算してポンプ制御部６０に送出する。射
出速度偏差演算部７６から射出速度の偏差を受けたポン
プ制御部６０は、基準吐出量設定部５０から入力してく
る基準の吐出量を、予め定めた式またはテーブルに基づ
いて補正し、吐出量制御機構２６に制御信号を出力し
て、射出スクリュー１２の射出速度が基準射出速度ＶV
となるように可変吐出量ポンプ２２の吐出量を制御す
る。

【００３８】本実施例においては、ポンプ２２の吐出圧
力ばかりでなく、予め基準射出速度を計測してこれに対
応して基準吐出量ＱS を設定し、検出した射出速度に応
じてようにポンプ２２の吐出量を基準吐出量ＱS となる
ように制御するため、一層精度の高い制御が可能とな
る。

【００３９】なお、図５は第３実施例が適用される射出
制御装置８０を示したもので、射出圧力を検出して吐出
圧力を制御する部分を省略し、射出速度を検出して可変
吐出量ポンプ２２の吐出量を制御する部分と、位置検出
器１８の検出信号によって油圧サーボ弁２８を制御する
位置制御の部分とによって射出制御を行う場合の制御装
置８０の例を示したものである。本実施例においても、
応答速度の遅いポンプ２２の応答に規制されることなく
高速応答が可能であり、品質の高い成形品が得られ、射
出成形機の省エネルギーを図ることができる。

【００４０】なお、前記実施例においては、インライン
スクリュー式の射出成形機に適用した場合について説明
したが、プランジャ式等の他の射出成形機にも適用する
ことができる。また、前記実施例においては、被成形材
が樹脂である場合について説明したが、ニューセラミッ
クなどの射出成形にも適用できる。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の射出成
形機の射出制御方法によれば、所定の成形品を得るのに
必要な射出シリンダの射出圧力に応じてポンプの吐出圧
を設定するようにしたため、ポンプの応答遅れを回避す
ることができる。すなわち、射出シリンダの基準射出圧
力が得られるように、ポンプの応答遅れを考慮した吐出
圧力を制御装置に設定しておくことにより、射出シリン
ダの射出圧力の変化に先行してポンプの吐出圧力を変化
させるようにすることにより、ポンプの応答遅れによる
弊害を除去でき、油圧サーボ弁の高速応答性を生かせ、
射出成形機の省エネルギー化が図れるとともに、制御精
度を向上することができ、高品質の成形品が得られる。

【００４２】また、本発明の第２においては、ポンプの
吐出圧力の制御ばかりでなく、予め基準の射出速度を実
測によって求め、実測した基準射出速度に応じてポンプ
の基準吐出量を設定し、射出工程において計測した射出
速度に基づいてポンプの吐出量をも制御するようにした
ため、射出成形機の制御精度をより向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例が適用される射出成形機の
説明図である。

【図２】図１に示した制御装置の基準射出圧力設定部と
基準吐出圧力設定部とに設定される基準射出圧力と基準
ポンプ吐出圧力との一例を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例が適用される射出成形機の
説明図である。

【図４】図３に示した制御装置の基準射出圧力設定部、
基準吐出圧力設定部、基準射出速度設定部、基準吐出量
設定部に設定される基準射出圧力、基準ポンプ吐出圧
力、基準射出速度、基準吐出量の一例を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例が適用される射出成形機の
説明図である。

【図６】従来の射出成形機の射出制御方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ 射出シリンダ １２ 射出スクリュー １８ 位置検出器 ２２ 可変吐出量ポンプ ２６ 吐出量制御機構 ２８ 油圧サーボ弁 ３０ 射出圧力検出器 ３２ リリーフ弁 ３４ 油圧検出器 ４０、７０、８０ 制御装置 ６２ 吐出量検出器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプが吐出した作動油を油圧サーボ弁
   を介して射出シリンダに供給し、被成形材を射出する射
   出成形機の射出制御方法において、所定の成形品を得る
   のに必要な前記射出シリンダの基準射出圧力を予め求
   め、この求めた基準射出圧力に対応して前記ポンプの吐
   出圧力を制御装置に設定するとともに、前記射出成形機
   の射出工程における前記被成形材射出時の前記射出シリ
   ンダの射出圧力を検出し、この検出圧力を前記基準射出
   圧力と比較して、前記ポンプの吐出圧力を制御すること
   を特徴とする射出成形機の射出制御方法。
2. 【請求項２】 ポンプが吐出した作動油を油圧サーボ弁
   を介して射出シリンダに供給し、被成形材を射出する射
   出成形機の射出制御方法において、所定の成形品を得る
   のに必要な前記射出シリンダの基準射出圧力と基準射出
   速度とを予め求め、この基準射出圧力に対応した前記ポ
   ンプの吐出圧力と前記基準射出速度に応じた前記ポンプ
   の吐出量とを制御装置に設定するとともに、前記射出成
   形機の射出工程における前記被成形材射出時の前記射出
   シリンダの射出圧力と射出速度とを検出し、これら検出
   した射出圧力と射出速度とを前記基準射出圧力と基準射
   出速度と比較して、前記ポンプの吐出圧力と吐出量とを
   制御することを特徴とする射出成形機の射出制御方法。