JP3168289B2 - 射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置 - Google Patents
射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくともスクリ
ューと、このスクリューを射出方向に駆動する射出用の
モータとを備えた射出成形機の樹脂圧力を制御する、射
出成形機の圧力制御方法およびこの方法の実施に使用さ
れる圧力制御装置に関するものである。
ューと、このスクリューを射出方向に駆動する射出用の
モータとを備えた射出成形機の樹脂圧力を制御する、射
出成形機の圧力制御方法およびこの方法の実施に使用さ
れる圧力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】射出成形機は、文献名を挙げるまでもな
く従来周知で、射出シリンダ、この射出シリンダ内で回
転方向と軸方向とに駆動自在に設けられているスクリュ
ー等から構成されている。そして射出成形機が電動式の
場合は、スクリューを回転駆動する可塑化用の電動モー
タも、軸方向に駆動する射出用の電動モータも共にサー
ボモータから構成されている。
く従来周知で、射出シリンダ、この射出シリンダ内で回
転方向と軸方向とに駆動自在に設けられているスクリュ
ー等から構成されている。そして射出成形機が電動式の
場合は、スクリューを回転駆動する可塑化用の電動モー
タも、軸方向に駆動する射出用の電動モータも共にサー
ボモータから構成されている。
【０００３】このような電動射出成形機の具体例を、図
６によりさらに詳しく説明する。電動射出成形機は、可
塑化用の電動モータ１と射出用の電動モータ２とを備え
ている。そして、可塑化用の電動モータ１の出力軸に
は、駆動軸６が接合されている。駆動軸６は中間プレー
ト７のスラストおよびラジアル軸受に軸受けされ、そし
て、射出シリンダ３内で回転方向と軸方向とに駆動され
るスクリュー８に接続されている。射出用の電動モータ
２の出力軸には、カップリングを介してボールネジ９が
接合され、このボールネジ９に中間プレートに設けられ
ているボールナットが螺合している。ボールネジ９は、
ラジアル軸受と共にスラスト軸受により軸受けされ、軸
方向の移動は拘束されている。したがって、ボールネジ
９が回転駆動されると、中間プレート７が軸方向に移動
し、スクリュー８が射出シリンダ３内で射出方向に駆動
されることになる。
６によりさらに詳しく説明する。電動射出成形機は、可
塑化用の電動モータ１と射出用の電動モータ２とを備え
ている。そして、可塑化用の電動モータ１の出力軸に
は、駆動軸６が接合されている。駆動軸６は中間プレー
ト７のスラストおよびラジアル軸受に軸受けされ、そし
て、射出シリンダ３内で回転方向と軸方向とに駆動され
るスクリュー８に接続されている。射出用の電動モータ
２の出力軸には、カップリングを介してボールネジ９が
接合され、このボールネジ９に中間プレートに設けられ
ているボールナットが螺合している。ボールネジ９は、
ラジアル軸受と共にスラスト軸受により軸受けされ、軸
方向の移動は拘束されている。したがって、ボールネジ
９が回転駆動されると、中間プレート７が軸方向に移動
し、スクリュー８が射出シリンダ３内で射出方向に駆動
されることになる。
【０００４】電動射出成形機は、概略以上のように構成
されているので、可塑化用の電動モータ１によりスクリ
ュー８を射出シリンダ３内で回転駆動して従来周知のよ
うに計量することができ、また射出用の電動モータ２に
よりスクリュー８を軸方向に駆動して射出し、そして保
圧することもできる。ところで、上記のようにして計
量、射出、保圧、計量を繰り返しながら成形するときの
背圧、射出圧力、保圧等は成形品の品質に影響を及ぼす
ので、これらの圧力は色々な方法で検出され、そして制
御されている。例えば、射出樹脂圧力は、射出シリンダ
３の先端部、あるいは金型に樹脂圧力センサを取り付け
て直接樹脂圧力を測定する方法、図６に示されているよ
うにスクリュー８が射出時に受ける反力をロードセル５
により検出する方法、電動射出成形機においては、樹脂
圧力の発生源は射出用の電動モータ２のトルクであるの
で、電動モータ２の電流値を測定し、測定した電流値に
予め設定された定数を剰算する方法等が採用されてい
る。
されているので、可塑化用の電動モータ１によりスクリ
ュー８を射出シリンダ３内で回転駆動して従来周知のよ
うに計量することができ、また射出用の電動モータ２に
よりスクリュー８を軸方向に駆動して射出し、そして保
圧することもできる。ところで、上記のようにして計
量、射出、保圧、計量を繰り返しながら成形するときの
背圧、射出圧力、保圧等は成形品の品質に影響を及ぼす
ので、これらの圧力は色々な方法で検出され、そして制
御されている。例えば、射出樹脂圧力は、射出シリンダ
３の先端部、あるいは金型に樹脂圧力センサを取り付け
て直接樹脂圧力を測定する方法、図６に示されているよ
うにスクリュー８が射出時に受ける反力をロードセル５
により検出する方法、電動射出成形機においては、樹脂
圧力の発生源は射出用の電動モータ２のトルクであるの
で、電動モータ２の電流値を測定し、測定した電流値に
予め設定された定数を剰算する方法等が採用されてい
る。
【０００５】金型あるいは射出シリンダ３に樹脂圧力セ
ンサを取り付けて射出樹脂圧力を検出する方法は、スク
リュー８を射出方向に駆動する駆動装置の種類に関係な
く適用できる利点があり、また射出樹脂圧力を直接測定
するので、精度も高いが樹脂圧力センサは比較的高価で
ある難点がある。また、樹脂圧力センサを金型等に取り
付けなければならないので、金型の構造が複雑になる欠
点もある。樹脂圧力センサが高価で、金型の構造が複雑
になるので、全体として射出成形機のコストアップにな
ってしまう。
ンサを取り付けて射出樹脂圧力を検出する方法は、スク
リュー８を射出方向に駆動する駆動装置の種類に関係な
く適用できる利点があり、また射出樹脂圧力を直接測定
するので、精度も高いが樹脂圧力センサは比較的高価で
ある難点がある。また、樹脂圧力センサを金型等に取り
付けなければならないので、金型の構造が複雑になる欠
点もある。樹脂圧力センサが高価で、金型の構造が複雑
になるので、全体として射出成形機のコストアップにな
ってしまう。
【０００６】そこで、電動射出成形機においては射出用
の電動モータ２のトルクを制御する方法が採用されてい
る。この制御方法にはオープンループによる制御も行わ
れているが、一般には図７に示されているように、フィ
ードバック制御が行われている。この制御装置５０は、
第１の加え合わせ点５１、圧力制御ゲインＫ1の第１の
調節部５２、第２の加え合わせ点５３、速度制限ゲイン
Ｋ2の第２の調節部５４、第３の加え合わせ点５５、ト
ルク定数Ｋτの第３の調節・操作部５６、電流制御形電
力変換器５７等から構成されている。
の電動モータ２のトルクを制御する方法が採用されてい
る。この制御方法にはオープンループによる制御も行わ
れているが、一般には図７に示されているように、フィ
ードバック制御が行われている。この制御装置５０は、
第１の加え合わせ点５１、圧力制御ゲインＫ1の第１の
調節部５２、第２の加え合わせ点５３、速度制限ゲイン
Ｋ2の第２の調節部５４、第３の加え合わせ点５５、ト
ルク定数Ｋτの第３の調節・操作部５６、電流制御形電
力変換器５７等から構成されている。
【０００７】そして、第１の加え合わせ点５１には圧力
設定値ＰSと、射出軸９’に関連して設けられているロ
ードセル５により検出される圧力検出値ＰFBとが入力さ
れるようになっている。第１の加え合わせ点５１で得ら
れる動作信号には圧力制御ゲインＫ1で調節され、第３
の加え合わせ点５５に入力される。この第３の加え合わ
せ点５５には、射出用の電動モータ２に取り付けられて
いるエンコーダ４で検出される速度検出値Ｖ1と速度制
限値Ｖ2との動作信号を得る第２の加え合わせ点５３か
ら出力される信号に速度制限ゲインＫ2が乗じられた信
号も入力される。第３の加え合わせ点５５から出力され
る動作信号は、第３の調節・操作部５６からトルク指令
信号として、その電流指令信号が電流制御形電力変換器
５７に入力される。そして、この電流制御形電力変換器
５７から射出用の電動モータ２に所定の電流が供給され
るようになっている。このように、従来は樹指圧の制御
は、射出用の電動モータ２の駆動力すなわちトルクを直
接制御することにより行われている。
設定値ＰSと、射出軸９’に関連して設けられているロ
ードセル５により検出される圧力検出値ＰFBとが入力さ
れるようになっている。第１の加え合わせ点５１で得ら
れる動作信号には圧力制御ゲインＫ1で調節され、第３
の加え合わせ点５５に入力される。この第３の加え合わ
せ点５５には、射出用の電動モータ２に取り付けられて
いるエンコーダ４で検出される速度検出値Ｖ1と速度制
限値Ｖ2との動作信号を得る第２の加え合わせ点５３か
ら出力される信号に速度制限ゲインＫ2が乗じられた信
号も入力される。第３の加え合わせ点５５から出力され
る動作信号は、第３の調節・操作部５６からトルク指令
信号として、その電流指令信号が電流制御形電力変換器
５７に入力される。そして、この電流制御形電力変換器
５７から射出用の電動モータ２に所定の電流が供給され
るようになっている。このように、従来は樹指圧の制御
は、射出用の電動モータ２の駆動力すなわちトルクを直
接制御することにより行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、電動モ
ータ２のトルクを制御することにより樹指圧力を制御す
ることはできるが、トルク制御によると、圧力の再現性
や応答性が低いという欠点がある。さらに詳しく説明す
ると、図７に示されているようにトルク制御をすると、
その圧力伝達方程式は、次のようになる。 ＴP＝ＴM−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｋω−ＴR ただし、ＴP：圧力伝達トルク Ｊ：慣性モーメント ＴM：電動モータ発生トルク Ｋ：走行摩擦係数 ＴR：静止摩擦トルク等の非線形損失 ω：射出速度 上記式から、モータトルクが実際の樹指圧力として伝達
されるまでには、様々な損失があることが判る。なかで
も静止摩擦等の非線形損失は、フィードバック制御にお
いて非常に煩わしい外乱成分となり、大きな位相遅れを
発生し、系を不安定なものとする。系の不安定は、フィ
ードバック制御ゲインを小さくすると、安定にすること
はできる。しかしながら、応答速度が遅くなり、外乱に
対しても非常に弱い系になる。これとは逆にゲインを大
きくすると、系は不安定になり発振を起こしやくなる。
以上述べたように、従来の電動モータの駆動力すなわち
トルクを直接制御する方式では、圧力制御の高性能化を
図るためには、多くの外乱要素および非線形要素を考慮
しなければならないが、これは現実的には殆ど不可能に
近く、通常のＰＩ制御で経験的に妥当なゲイン設定を行
うしか方法がなく、圧力の再現性や応答性が低いという
欠点がある。このように、樹脂圧力が設定値通りに制御
されないと、射出される樹脂の組成に悪影響を及ぼし成
形品の品質を落とすことにもなる。したがって、本発明
は樹脂圧力の再現性や応答性が高く、高品質の成形品を
得ることができる、射出成形機の圧力制御方法およびこ
の方法の実施に使用される圧力制御装置を提供すること
を目的としている。
ータ２のトルクを制御することにより樹指圧力を制御す
ることはできるが、トルク制御によると、圧力の再現性
や応答性が低いという欠点がある。さらに詳しく説明す
ると、図７に示されているようにトルク制御をすると、
その圧力伝達方程式は、次のようになる。 ＴP＝ＴM−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｋω−ＴR ただし、ＴP：圧力伝達トルク Ｊ：慣性モーメント ＴM：電動モータ発生トルク Ｋ：走行摩擦係数 ＴR：静止摩擦トルク等の非線形損失 ω：射出速度 上記式から、モータトルクが実際の樹指圧力として伝達
されるまでには、様々な損失があることが判る。なかで
も静止摩擦等の非線形損失は、フィードバック制御にお
いて非常に煩わしい外乱成分となり、大きな位相遅れを
発生し、系を不安定なものとする。系の不安定は、フィ
ードバック制御ゲインを小さくすると、安定にすること
はできる。しかしながら、応答速度が遅くなり、外乱に
対しても非常に弱い系になる。これとは逆にゲインを大
きくすると、系は不安定になり発振を起こしやくなる。
以上述べたように、従来の電動モータの駆動力すなわち
トルクを直接制御する方式では、圧力制御の高性能化を
図るためには、多くの外乱要素および非線形要素を考慮
しなければならないが、これは現実的には殆ど不可能に
近く、通常のＰＩ制御で経験的に妥当なゲイン設定を行
うしか方法がなく、圧力の再現性や応答性が低いという
欠点がある。このように、樹脂圧力が設定値通りに制御
されないと、射出される樹脂の組成に悪影響を及ぼし成
形品の品質を落とすことにもなる。したがって、本発明
は樹脂圧力の再現性や応答性が高く、高品質の成形品を
得ることができる、射出成形機の圧力制御方法およびこ
の方法の実施に使用される圧力制御装置を提供すること
を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、圧力の制御をスクリューの変位の制御に
よって行う。すなわち、本発明の上記目的は圧力の発生
系をばね系として制御することにより達成される。この
場合の圧力伝達方程式は、次のようになる。 Ｑ１＝ＫＳ ∫（ω−ω１）ｄｔ （１） ただし、 Ｑ１：発生圧力 ω ：スクリューの速度 ＫＳ：ばね定数 ω１：無効速度 上記（１）式から、従来の方式に存在していた非線形要
素や圧力損失が全く無くなっていることが判る。さらに
は（ω−ω１）を制御すれば、常にばね系として制御で
きることも判る。換言すれば無効速度ω１は、樹脂の充
填状態に相当して発生する変数であるので、樹脂の充填
状態と無関係に圧力を制御できることを表している。と
ころで、無効速度ω１は、直接検出できない内部状態変
数であるので、実際の検出速度および検出圧力値を利用
して、オブザーバ（状態観測器）、カルマンフィルタ等
で推定し、（ω−ω１）を制御することにより達成され
る。かくして、本発明は前記目的を達成するために、少
なくともスクリューと、このスクリューを射出方向に駆
動する射出用のモータとを備えた射出成形機の樹脂圧力
を制御するとき、設定樹脂圧力値と検出樹脂圧力値との
動作信号に基づいて射出速度指令信号を演算し、この演
算した射出速度指令信号と推定した無効速度推定値とか
ら得られる射出速度指令値としての動作信号により射出
用のモータに入力するトルクを演算するように構成され
る。請求項２に記載の発明は、樹脂圧力の閉ループ制御
部と、樹脂射出速度の閉ループ制御部と、外乱オブザー
バ演算部と、射出する樹脂の圧力または樹脂の圧力に相
当する圧力を検出する圧力検出手段と、射出速度または
射出速度に相当する速度を検出する速度検出手段とから
なり、前記樹脂圧力の閉ループ制御部は、設定樹脂圧力
値と前記圧力検出手段で検出される検出樹脂圧力値とか
ら得られる動作信号を調節して射出速度指令信号を出力
する制御器を備え、前記樹脂射出速度の閉ループ制御部
は、前記樹脂圧力の閉ループ制御部で調節された射出速
度指令信号と前記外乱オブザーバ演算部で演算された無
効速度推定値とから得られる動作信号である射出速度指
令値と、前記速度検出手段で検出される速度検出値とか
ら射出用のモータトルクを演算する速度制御器を備え、
射出用のモータは、前記樹脂射出速度の閉ループ制御部
の速度制御器の出力信号により制御されるように構成さ
れる。そして、請求項３に記載の発明は、請求項２記載
の外乱オブザーバ演算部が、圧力検出手段で検出される
検出樹脂圧力値と圧力推定値とから得られる動作信号を
調節して無効速度推定値を得る調節部と、無効速度推定
値と速度検出手段で検出される速度検出値とから圧力推
定値を得る圧力／速度の伝達関数モデルとから構成され
る。
成するために、圧力の制御をスクリューの変位の制御に
よって行う。すなわち、本発明の上記目的は圧力の発生
系をばね系として制御することにより達成される。この
場合の圧力伝達方程式は、次のようになる。 Ｑ１＝ＫＳ ∫（ω−ω１）ｄｔ （１） ただし、 Ｑ１：発生圧力 ω ：スクリューの速度 ＫＳ：ばね定数 ω１：無効速度 上記（１）式から、従来の方式に存在していた非線形要
素や圧力損失が全く無くなっていることが判る。さらに
は（ω−ω１）を制御すれば、常にばね系として制御で
きることも判る。換言すれば無効速度ω１は、樹脂の充
填状態に相当して発生する変数であるので、樹脂の充填
状態と無関係に圧力を制御できることを表している。と
ころで、無効速度ω１は、直接検出できない内部状態変
数であるので、実際の検出速度および検出圧力値を利用
して、オブザーバ（状態観測器）、カルマンフィルタ等
で推定し、（ω−ω１）を制御することにより達成され
る。かくして、本発明は前記目的を達成するために、少
なくともスクリューと、このスクリューを射出方向に駆
動する射出用のモータとを備えた射出成形機の樹脂圧力
を制御するとき、設定樹脂圧力値と検出樹脂圧力値との
動作信号に基づいて射出速度指令信号を演算し、この演
算した射出速度指令信号と推定した無効速度推定値とか
ら得られる射出速度指令値としての動作信号により射出
用のモータに入力するトルクを演算するように構成され
る。請求項２に記載の発明は、樹脂圧力の閉ループ制御
部と、樹脂射出速度の閉ループ制御部と、外乱オブザー
バ演算部と、射出する樹脂の圧力または樹脂の圧力に相
当する圧力を検出する圧力検出手段と、射出速度または
射出速度に相当する速度を検出する速度検出手段とから
なり、前記樹脂圧力の閉ループ制御部は、設定樹脂圧力
値と前記圧力検出手段で検出される検出樹脂圧力値とか
ら得られる動作信号を調節して射出速度指令信号を出力
する制御器を備え、前記樹脂射出速度の閉ループ制御部
は、前記樹脂圧力の閉ループ制御部で調節された射出速
度指令信号と前記外乱オブザーバ演算部で演算された無
効速度推定値とから得られる動作信号である射出速度指
令値と、前記速度検出手段で検出される速度検出値とか
ら射出用のモータトルクを演算する速度制御器を備え、
射出用のモータは、前記樹脂射出速度の閉ループ制御部
の速度制御器の出力信号により制御されるように構成さ
れる。そして、請求項３に記載の発明は、請求項２記載
の外乱オブザーバ演算部が、圧力検出手段で検出される
検出樹脂圧力値と圧力推定値とから得られる動作信号を
調節して無効速度推定値を得る調節部と、無効速度推定
値と速度検出手段で検出される速度検出値とから圧力推
定値を得る圧力／速度の伝達関数モデルとから構成され
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面により本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態を示す
ブロック線図であるが、同図において縦線Ａから右方が
制御対象を、そして左方が制御装置を示している。制御
対象は、図６に関して説明したように構成されている
が、図１には射出用の電動モータ２、射出シリンダ・ス
クリュー系３のみが模式的に示されている。射出用の電
動モータ２は、速度／トルクの伝達関数がＫm／（１＋
Ｔmｓ）の一次系の遅れとして、また射出シリンダ・ス
クリュー系３は、ばね系とみなし圧力／速度の伝達関数
は積分系の１／Ｔcｓとして表されている。そして、図
１に示されている実施の形態によると、スクリューの速
度あるいは射出速度は、射出用の電動モータ２に取り付
けられているエンコーダ４により検出され、また樹指圧
力値はスクリューの軸に関連して取り付けられているロ
ードセル５により検出されるようになっている。
施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態を示す
ブロック線図であるが、同図において縦線Ａから右方が
制御対象を、そして左方が制御装置を示している。制御
対象は、図６に関して説明したように構成されている
が、図１には射出用の電動モータ２、射出シリンダ・ス
クリュー系３のみが模式的に示されている。射出用の電
動モータ２は、速度／トルクの伝達関数がＫm／（１＋
Ｔmｓ）の一次系の遅れとして、また射出シリンダ・ス
クリュー系３は、ばね系とみなし圧力／速度の伝達関数
は積分系の１／Ｔcｓとして表されている。そして、図
１に示されている実施の形態によると、スクリューの速
度あるいは射出速度は、射出用の電動モータ２に取り付
けられているエンコーダ４により検出され、また樹指圧
力値はスクリューの軸に関連して取り付けられているロ
ードセル５により検出されるようになっている。
【００１１】制御装置は、樹脂圧力の閉ループ制御を行
う第１閉ループ制御部１０と、射出速度の閉ループ制御
を行うマイナループ制御部３０と、無効速度を推定する
外乱オブザーバ演算部４０とから構成されている。第１
閉ループ制御部１０は、第１の加え合わせ点１１、比例
積分動作をするＰＩ制御器１３、第２の加え合わせ点１
２、速度リミッタ１４、設定部１５等から構成されてい
る。第１の加え合わせ点１１には、設定部１５で設定さ
れる圧力指令値Ｑと、ロードセル５で検出される圧力が
圧力検出フイルタ１６を通してフィードバックされる圧
力検出値ＱＦＢとが入力され、第２の加え合わせ点１２
には、ＰＩ制御器１３の出力値と外乱オブザーバ演算部
４０で推定される無効速度推定値ω １ ”とが入力され、
そして速度リミッタ１４には設定部１５で設定される
正、負方向の速度制限値Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ入力され
るようになっている。
う第１閉ループ制御部１０と、射出速度の閉ループ制御
を行うマイナループ制御部３０と、無効速度を推定する
外乱オブザーバ演算部４０とから構成されている。第１
閉ループ制御部１０は、第１の加え合わせ点１１、比例
積分動作をするＰＩ制御器１３、第２の加え合わせ点１
２、速度リミッタ１４、設定部１５等から構成されてい
る。第１の加え合わせ点１１には、設定部１５で設定さ
れる圧力指令値Ｑと、ロードセル５で検出される圧力が
圧力検出フイルタ１６を通してフィードバックされる圧
力検出値ＱＦＢとが入力され、第２の加え合わせ点１２
には、ＰＩ制御器１３の出力値と外乱オブザーバ演算部
４０で推定される無効速度推定値ω １ ”とが入力され、
そして速度リミッタ１４には設定部１５で設定される
正、負方向の速度制限値Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ入力され
るようになっている。
【００１２】マイナループ制御部３０は、速度制御器３
１とトルクリミッタ３２とからなり、速度制御器３１に
は速度リミッタ１４から出力される速度指令値ωmと、
エンコーダ４で検出される速度検出値ωFBがフィードバ
ックされる。そして、このトルクリミッタ３２には設定
部１５で設定されるモータトルク制限値Ｔ1が入力さ
れ、制限されたトルクτとして射出用の電動モータ２に
出力される。
１とトルクリミッタ３２とからなり、速度制御器３１に
は速度リミッタ１４から出力される速度指令値ωmと、
エンコーダ４で検出される速度検出値ωFBがフィードバ
ックされる。そして、このトルクリミッタ３２には設定
部１５で設定されるモータトルク制限値Ｔ1が入力さ
れ、制限されたトルクτとして射出用の電動モータ２に
出力される。
【００１３】外乱オブザーバ演算部４０は、第１、２の
加え合わせ点４１、４２と、オブザーバゲインＫｇの調
節部４３、伝達関数が積分系として表されている圧力／
速度の伝達関数モデル４４とから構成されている。第
１、２の加え合わせ点４１には、圧力検出値ＱＦＢと圧
力／速度の伝達関数モデル４４で推定される圧力推定値
Ｑ”とが入力される。第１の加え合わせ点４１から出力
される信号は、オブザーバゲインＫｇで調節され、その
出力信号は無効速度推定値ω１”として前述した第１閉
ループ制御部１０の第２の加え合わせ点１２に入力され
る。なお、圧力／速度の伝達関数モデル４４のＴ’ ｃ
は、射出シリンダ・スクリュー系３の伝達関数１／Ｔ ｃ
ｓの時定数Ｔ ｃ の理論値で、ばね定数Ｋ ｓ とはＴ ｃ ＝１
／Ｋ ｓ の関係にある。
加え合わせ点４１、４２と、オブザーバゲインＫｇの調
節部４３、伝達関数が積分系として表されている圧力／
速度の伝達関数モデル４４とから構成されている。第
１、２の加え合わせ点４１には、圧力検出値ＱＦＢと圧
力／速度の伝達関数モデル４４で推定される圧力推定値
Ｑ”とが入力される。第１の加え合わせ点４１から出力
される信号は、オブザーバゲインＫｇで調節され、その
出力信号は無効速度推定値ω１”として前述した第１閉
ループ制御部１０の第２の加え合わせ点１２に入力され
る。なお、圧力／速度の伝達関数モデル４４のＴ’ ｃ
は、射出シリンダ・スクリュー系３の伝達関数１／Ｔ ｃ
ｓの時定数Ｔ ｃ の理論値で、ばね定数Ｋ ｓ とはＴ ｃ ＝１
／Ｋ ｓ の関係にある。
【００１４】次に作用について説明する。設定部１５に
圧力指令値Ｑ、正、負方向の速度制限値Ｓ１、Ｓ２およ
びモータトルク制限値Ｔτを設定する。そして、可塑化
用の電動モータと、射出用の電動モータ２により従来周
知のようにして計量し、射出・保圧し成形品を得る。こ
のとき、第１閉ループ制御部１０の第１の加え合わせ点
１１には設定圧力値あるいは圧力指令値Ｑと、ロードセ
ル５で検出される検出圧力値ＱＦＢとが入力され、その
動作信号はＰＩ制御器１３により調節され、射出用の電
動モータ２の速度指令信号として第１の加え合わせ点１
２に入力される。外乱オブザーバ演算部４０において、
ロードセル５で検出される検出圧力値ＱＦＢと、圧力推
定値Ｑ”とが第１の加え合わせ点４１に入力され、そし
てオブザーバゲインＫｇで調節されて無効速度推定値ω
１”が得られ、第１閉ループ制御部１０の第２の加え合
わせ点１２に入力される。なお、外乱オブザーバ演算部
４０では、第２の加え合わせ点４２に無効速度推定値ω
１”と、エンコーダ４で検出される速度検出値ωＦＢが
入力され、これが有効速度として圧力／速度の伝達関数
モデル４４で演算されて圧力推定値Ｑ”が第１の加え合
わせ点４１へ出力される。
圧力指令値Ｑ、正、負方向の速度制限値Ｓ１、Ｓ２およ
びモータトルク制限値Ｔτを設定する。そして、可塑化
用の電動モータと、射出用の電動モータ２により従来周
知のようにして計量し、射出・保圧し成形品を得る。こ
のとき、第１閉ループ制御部１０の第１の加え合わせ点
１１には設定圧力値あるいは圧力指令値Ｑと、ロードセ
ル５で検出される検出圧力値ＱＦＢとが入力され、その
動作信号はＰＩ制御器１３により調節され、射出用の電
動モータ２の速度指令信号として第１の加え合わせ点１
２に入力される。外乱オブザーバ演算部４０において、
ロードセル５で検出される検出圧力値ＱＦＢと、圧力推
定値Ｑ”とが第１の加え合わせ点４１に入力され、そし
てオブザーバゲインＫｇで調節されて無効速度推定値ω
１”が得られ、第１閉ループ制御部１０の第２の加え合
わせ点１２に入力される。なお、外乱オブザーバ演算部
４０では、第２の加え合わせ点４２に無効速度推定値ω
１”と、エンコーダ４で検出される速度検出値ωＦＢが
入力され、これが有効速度として圧力／速度の伝達関数
モデル４４で演算されて圧力推定値Ｑ”が第１の加え合
わせ点４１へ出力される。
【００１５】第１閉ループ制御部１０の第２の加え合わ
せ点１２からはモータ速度指令値が出力される。そし
て、速度リミッタ１４で制限されたモータ速度指令値ω
mが速度制御器３１に入力される。速度制御器３１には
エンコーダ４で検出される速度検出値ωFBが入力され、
モータトルクとして出力される。そしてトルクリミツタ
３２により制限値内に制限されたトルク値τが射出用の
電動モータ２に加えられる。これにより、樹指圧が設定
圧力値に一致するように制御される。
せ点１２からはモータ速度指令値が出力される。そし
て、速度リミッタ１４で制限されたモータ速度指令値ω
mが速度制御器３１に入力される。速度制御器３１には
エンコーダ４で検出される速度検出値ωFBが入力され、
モータトルクとして出力される。そしてトルクリミツタ
３２により制限値内に制限されたトルク値τが射出用の
電動モータ２に加えられる。これにより、樹指圧が設定
圧力値に一致するように制御される。
【００１６】
実施例１：本実施の形態による制御方法により、電動射
出成形機に適用し、射出・保圧切り換え時の圧力波形を
計測した。その結果を、図２において縦軸に圧力を、横
軸に時間を取ってその波形を示す。この波形から保圧１
段から速やかに圧力設定値と整定し、完全に充填された
時点すなわち保圧２段以後の圧力の応答波形と殆ど同様
に制御されていることが判る。比較のために、図７に示
されている従来の制御方法すなわち充填状態を考慮して
いない制御方法により、同様に射出・保圧切り換え時の
圧力波形を計測した。その結果を図４に示す。従来法に
よると、保圧１段の圧力波形が大きく乱れていることが
判る。この原因は、射出・保圧切り換え点付近では、樹
脂の不完全な充填状態から完全な充填状態に向けて大き
く変化しているにも拘らず、ＰＩ制御の積分動作によっ
て充填状態の変化をカバーしているためである。すなわ
ち積分時定数と、充填状態の変化時間には何等相関がな
いために、系の変化の度合いに応じて応答が乱てしまう
からである。
出成形機に適用し、射出・保圧切り換え時の圧力波形を
計測した。その結果を、図２において縦軸に圧力を、横
軸に時間を取ってその波形を示す。この波形から保圧１
段から速やかに圧力設定値と整定し、完全に充填された
時点すなわち保圧２段以後の圧力の応答波形と殆ど同様
に制御されていることが判る。比較のために、図７に示
されている従来の制御方法すなわち充填状態を考慮して
いない制御方法により、同様に射出・保圧切り換え時の
圧力波形を計測した。その結果を図４に示す。従来法に
よると、保圧１段の圧力波形が大きく乱れていることが
判る。この原因は、射出・保圧切り換え点付近では、樹
脂の不完全な充填状態から完全な充填状態に向けて大き
く変化しているにも拘らず、ＰＩ制御の積分動作によっ
て充填状態の変化をカバーしているためである。すなわ
ち積分時定数と、充填状態の変化時間には何等相関がな
いために、系の変化の度合いに応じて応答が乱てしまう
からである。
【００１７】実施例２：同様に、本実施の形態による制
御方法を電動射出成形機に適用し、背圧制御時の圧力波
形を計測した。その結果を、図３において縦軸に圧力
を、横軸に時間を取ってその波形を示す。背圧制御時は
充填方向が射出時と逆方向であり、背圧の制御開始時に
は充填状態の変化すなわち計量速度がステップ外乱とし
て圧力制御系に入力されることになるのでオーバシュー
トするが、図３に示されているように本実施の形態によ
ると、オーバシュートは見られない。このことは、前述
した（１）式から得られる伝達関数から明らかなよう
に、原理的にこのステップ外乱の影響を受けないからで
ある。これに対し、図５に示されている従来の制御方法
では大きくオーバシュートしている。
御方法を電動射出成形機に適用し、背圧制御時の圧力波
形を計測した。その結果を、図３において縦軸に圧力
を、横軸に時間を取ってその波形を示す。背圧制御時は
充填方向が射出時と逆方向であり、背圧の制御開始時に
は充填状態の変化すなわち計量速度がステップ外乱とし
て圧力制御系に入力されることになるのでオーバシュー
トするが、図３に示されているように本実施の形態によ
ると、オーバシュートは見られない。このことは、前述
した（１）式から得られる伝達関数から明らかなよう
に、原理的にこのステップ外乱の影響を受けないからで
ある。これに対し、図５に示されている従来の制御方法
では大きくオーバシュートしている。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、設定樹
脂圧力値と検出樹脂圧力値との動作信号に基づいて射出
速度指令信号を演算し、この演算した射出速度指令信号
と推定した無効速度推定値とから得られる射出速度指令
値としての動作信号により射出用のモータに入力するト
ルクを演算するので、すなわちスクリューの速度と無効
速度との差を、射出軸の圧力値が設定圧力値と一致する
ように制御するので、非線形要素や圧力損失の影響がな
く、樹脂圧力の再現性や応答性の高い圧力制御ができ
る。特に、従来困難とされていた背圧制御、射出・保圧
切り換え時の圧力応答が改善され、高品質の成形品を得
ることができる効果も得られる。
脂圧力値と検出樹脂圧力値との動作信号に基づいて射出
速度指令信号を演算し、この演算した射出速度指令信号
と推定した無効速度推定値とから得られる射出速度指令
値としての動作信号により射出用のモータに入力するト
ルクを演算するので、すなわちスクリューの速度と無効
速度との差を、射出軸の圧力値が設定圧力値と一致する
ように制御するので、非線形要素や圧力損失の影響がな
く、樹脂圧力の再現性や応答性の高い圧力制御ができ
る。特に、従来困難とされていた背圧制御、射出・保圧
切り換え時の圧力応答が改善され、高品質の成形品を得
ることができる効果も得られる。
【図１】 本発明の実施の形態を示すブロック線図であ
る。
る。
【図２】 本発明の実施の形態による射出・保圧切り換
え時の圧力波形を示す図である。
え時の圧力波形を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態による背圧制御時の圧力
波形を示す図である。
波形を示す図である。
【図４】 従来の制御法によった射出・保圧切り換え時
の圧力波形を示す図である。
の圧力波形を示す図である。
【図５】 従来の制御法によった射出・保圧切り換え時
の圧力波形を示す図である。
の圧力波形を示す図である。
【図６】 電動射出機を一部断面にして模式的に示す正
面図である。
面図である。
【図７】 従来の制御法を示すブロック線図である。
２ 射出用の電動モータ ３ シリンダ・スクリュー系 ４ エンコーダ ５ ロードセル １０ 第１閉ループ制御部 １１、１２ 第１、２の加え合わせ点 １３ ＰＩ制御器 ３０ マイナループ制御部 ３１ 速度制御器 ４０ 外乱オブザーバ演算部 ４３ 調節部 ４４ 圧力／速度の伝達関数モデル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 45/46 - 45/54 B29C 45/76 - 45/77
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくともスクリュー（３）と、このス
クリュー（３）を射出方向に駆動する射出用のモータ
（２）とを備えた射出成形機の樹脂圧力を制御すると
き、 設定樹脂圧力値（Ｑ）と検出樹脂圧力値（ＱＦＢ）との
動作信号に基づいて射出速度指令信号を演算し、この演
算した射出速度指令信号と推定した無効速度推定値（ω
１”）とから得られる射出速度指令値としての動作信号
により射出用のモータ（２）に入力するトルク（τ）を
演算することを特徴とする射出成形機の圧力制御方法。 - 【請求項２】 樹脂圧力の閉ループ制御部（１０）と、
樹脂射出速度の閉ループ制御部（３０）と、外乱オブザ
ーバ演算部（４０）と、射出する樹脂の圧力または樹脂
の圧力に相当する圧力を検出する圧力検出手段（５）
と、射出速度または射出速度に相当する速度を検出する
速度検出手段（４）とからなり、 前記樹脂圧力の閉ループ制御部（１０）は、設定樹脂圧
力値（Ｑ）と前記圧力検出手段（５）で検出される検出
樹脂圧力値（ＱＦＢ）とから得られる動作信号を調節し
て射出速度指令信号を出力する制御器（１３）を備え、 前記樹脂射出速度の閉ループ制御部（３０）は、前記樹
脂圧力の閉ループ制御部（１０）で調節された射出速度
指令信号と前記外乱オブザーバ演算部（４０）で演算さ
れた無効速度推定値（ω１”）とから得られる動作信号
である射出速度指令値（ωｍ）と、前記速度検出手段
（４）で検出される速度検出値（ωＦＢ）とから射出用
のモータトルク（τ）を演算する速度制御器（３１）を
備え、 射出用のモータ（２）は、前記樹脂射出速度の閉ループ
制御部（３０）の速度制御器（３１）の出力信号により
制御されることを特徴とする射出成形機の圧力制御装
置。 - 【請求項３】 請求項２記載の外乱オブザーバ演算部
（４０）が、圧力検出手段（５）で検出される検出樹脂
圧力値（ＱＦＢ）と圧力推定値（Ｑ”）とから得られる
動作信号を調節して無効速度推定値（ω１”）を得る調
節部（４３）と、無効速度推定値（ω１”）と速度検出
手段（４）で検出される速度検出値（ωＦＢ）とから圧
力推定値（Ｑ”）を得る圧力／速度の伝達関数モデル
（４４）とからなる射出成形機の圧力制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21691596A JP3168289B2 (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21691596A JP3168289B2 (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1044206A JPH1044206A (ja) | 1998-02-17 |
| JP3168289B2 true JP3168289B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=16695921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21691596A Expired - Fee Related JP3168289B2 (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | 射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3168289B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005028181A1 (ja) * | 2003-09-17 | 2005-03-31 | Ube Machinery Corporation, Ltd. | 電動式射出成形機の圧力制御方法および装置 |
| WO2010134359A1 (ja) | 2009-05-18 | 2010-11-25 | Akasaka Noriyuki | 電動射出成形機の圧力制御装置および圧力制御方法 |
| JP6004315B2 (ja) * | 2012-03-05 | 2016-10-05 | 株式会社ニイガタマシンテクノ | 圧力制御装置及び圧力制御方法 |
| JP6222740B2 (ja) * | 2014-07-10 | 2017-11-01 | 株式会社ソディック | 射出装置およびその射出制御方法 |
| JP7122994B2 (ja) * | 2019-03-22 | 2022-08-22 | 三菱電機株式会社 | 液圧システム制御装置 |
-
1996
- 1996-07-31 JP JP21691596A patent/JP3168289B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1044206A (ja) | 1998-02-17 |
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