JP3808989B2

JP3808989B2 - 保圧工程開始時のサーボ機構の制御方法

Info

Publication number: JP3808989B2
Application number: JP26918197A
Authority: JP
Inventors: 和司岡; 敏男成瀬
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: JPH1177775A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出シリンダ内のスクリュまたはプランジャをサーボ機構により射出方向に駆動して溶融樹脂を金型へ射出し、そして保圧するとき、射出工程時には射出速度のフィードバック制御により制御し、保圧工程時には保圧圧力のフィードバック制御により制御する、保圧工程開始時のサーボ機構の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機は、周知のように、概略的には先端部に射出ノズルが設けられているシリンダと、このシリンダ内で駆動されるように設けられているスクリュまたはプランジャとから概略構成されている。このような射出成形機のスクリュが油圧ピストン・シリンダユニットで駆動されるようになっている油圧式射出成形機においては、油圧ピストン・シリンダユニットのシリンダと油圧ポンプあるいはアキュムレータとの間にはサーボバルブが介装されている。
したがって、スクリュ先端部に樹脂材料を計量し、そして油圧ピストン・シリンダユニットのシリンダにサーボバルブにより制御された作動油を供給すると、計量された樹脂材料は所定の速度で金型へ射出され、そして所定の圧力で保圧される。そこで、冷却固化を待って金型を開いて、成形品を得ることができる。
【０００３】
ところで、計量された溶融樹脂材料を金型へ射出するときの射出速度の大小は、成形品の成形不良、例えば充填不足、ヒケ等の原因にもなるので、設定器により射出速度を設定し、射出速度が設定速度になるように、速度のフィードバック制御により制御されている。また、射出の後半の保圧工程も重要で、保圧力の大小によりオーバーパックすなわち充填過剰、離型不良、成形品のヒケ等の原因にもなる。そこで、保圧工程時においても、保圧圧力が保圧設定圧力になるように、圧力のフィードバック制御により制御されている。このように、射出速度のフィードバック制御から保圧圧力のフィードバック制御に切り換えるときには、フィードフォワード量として、一定の操作量が加えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の制御方法においても、一定の操作量といえどもフィードフォワード操作量が加えられているので、制御動作の点、安定性の点では一応の効果は認められる。
しかしながら、保圧工程のスタート時のサーボバルブのフィードフォワード操作量が、予め設定された一定の操作量のため、射出工程終了時のサーボバルブの操作量によっては、保圧工程へ切り換えた直後の圧力が設定値通りにならないことがある。その理由をさらに詳しく説明すると、例えば射出速度が遅く、保圧圧力設定値が低い場合には、射出工程終了時のサーボバルブの操作量に比較して、保圧工程へ切り換えるときに出力する、予め設定しているサーボバルブのフィードフォワード操作量が高くなり、保圧工程へ切り換えた直後のサーボバルブの操作量が上がっているので、保圧圧力設定値に対して保圧圧力実測値がオーバーシュートする。このオーバーシュートしている状態は、図３において横軸に時間を、縦軸にサーボバルブの操作量と圧力をとり示されている。
【０００５】
これに対し、射出速度が早く、保圧圧力設定値が高い場合には、射出工程終了時のサーボバルブ操作量に比較して、保圧工程へ切換える時に出力する、予め設定されているサーボバルブのフィードフォワード操作量が小さくなり、保圧圧力設定値に対して保圧圧力実測値がアンダーシュートする。このように、保圧工程へ切換える時にオーバーシュートあるいはアンダーシュートすると、成形品の品質を落とすことになる。
したがって、本発明は、保圧工程の開始直後においても保圧圧力が設定値通りになり、それによって高品質の成形品を得ることができる、保圧工程開始時のサーボ機構の制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、射出工程終了時の射出圧力実測値と保圧圧力設定値とを比較演算した演算値または射出工程終了時のサーボ機構の操作量を、保圧工程開始時のサーボ機構のフィードフォワード操作量とすることにより達成される。すなわち、本発明は上記目的を達成するために、射出シリンダ内のスクリュまたはプランジャをサーボ機構により射出方向に駆動して溶融樹脂を金型へ射出し、そして保圧するとき、射出工程時には射出速度のフィードバック制御により制御し、保圧工程時には保圧圧力のフィードバック制御により制御する方法において、前記保圧工程開始時の前記サーボ機構は、射出工程終了時の射出圧力実測値が保圧圧力設定値よりも低いときは、前記保圧圧力のフィードバック制御の操作量に、射出工程終了時のサーボ機構の操作量である第１のフィードフォワード操作量を加えた操作量で操作し、射出工程終了時の射出圧力実測値が保圧圧力設定値よりも高いときは、前記保圧圧力のフィードバックの操作量に、射出工程終了時の射出圧力実測値と保圧圧力設定値とから演算して得られる第２のフィードフォワード操作量を加えた操作量で操作するように構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図１により本発明の実施の形態を油圧式射出成形機Ａに適用した例について説明する。本発明の実施の形態に係わる油圧式射出成形機Ａは、射出シリンダ装置１、この射出シリンダ装置１により計量される溶融樹脂が射出される金型装置、射出シリンダ装置１を駆動する油圧回路１０、射出工程および保圧工程を制御する制御装置２０等から構成されている。なお、計量時にスクリュを回転駆動する油圧モータ６等の制御装置は、図１には示されていない。
【０００８】
射出シリンダ装置１は、従来周知のように、その先端部に射出ノズルが設けらている射出シリンダ２を備えている。そして、この射出シリンダ２の後方寄りには、材料ホッパ３が取り付けられ、その後方端に駆動装置５が設けられている。駆動装置５は、周知のように、油圧モータ６と、油圧ピストン・シリンダユニットとから構成され、油圧モータ６の出力軸は、射出シリンダ２の内部に回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ４の後端部に、従来周知の態様で機械的に接続されている。したがって、油圧モータ６によりスクリュ４を回転駆動して、樹脂材料を計量することができる。また、油圧ピストン・シリンダユニットの油圧シリンダ７には射出用のピストン８が設けられ、このピストン８もスクリュ４に機械的に接続されている。したがって、油圧シリンダ７のシリンダヘッド側に作動油を供給すると、スクリュ４は軸方向に駆動され、溶融樹脂が金型へ射出される。このように構成されている射出シリンダ装置１には、溶融樹脂の射出速度を検出するために、例えばスクリュ４の軸方向の速度を検出するために、射出速度検出器Ｓがスクリュ４に関連して設けられている。また、油圧シリンダ７のシリンダヘッド側に作動油の圧力すなわち射出圧力を検出するための圧力センサＰが設けられている。この圧力センサＰにより、射出圧力が間接的に計測されることになる。
【０００９】
金型装置は、図１には示されていないが、従来周知のように固定盤に取り付けられている固定金型、可動盤に取り付けられている可動金型等から構成されている。そして、これらの金型には、成形品を成形するためのキャビテイが設けられている。
【００１０】
油圧回路１０は、油圧ポンプ１１を備えている。そして、この油圧ポンプ１１の吐出管１２には、逆止弁１３、アキュムレータ１４、サーボバルブ１５等が介装されて、油圧シリンダ７のシリンダヘッド側に接続されている。このサーボバルブ１５が、保圧工程開始時には、後述するように、保圧圧力のフィードバック制御により得られる操作量に、演算された操作量あるいは射出工程終了時の操作量がフィードフォワード操作量として加算された操作量で操作されることになる。
【００１１】
射出工程あるいは保圧工程を制御する制御装置２０は、図１に示されているように、速度制御器２１、第１の加合点２２、調整操作器２８、比較器２４、演算器２５、第２の加合点３０、記憶装置３１、第１の開閉器３２、動作信号切換器３３等から構成されている。また、この制御装置２０には、圧力設定器３４、操作量切換器３５、保圧切換設定器３６等も設けられている。なお、速度制御器２１は、射出速度検出器Ｓで計測される射出速度を主フィードバック量とするフィードバック制御装置からなっているが、射出速度のフィードバックの制御をするための、速度設定器、加合点、調整操作器等は、従来周知であるので、図１では単に速度制御器２１が射出速度検出器Ｓと信号ラインａで結ばれた状態で示されている。
【００１２】
圧力センサＰは、第１の加合点２２の一方の入力端子と信号ラインｂで接続されている。この信号ラインｂは、分岐してさらに比較器２４と、演算器２５とに接続されている。したがって、圧力センサＰで計測される射出圧力は、第１の加合点２２の他に比較器２４と演算器２５とに入力されることになる。また、圧力設定器３４は、信号ラインｃにより第１の加合点２２の他方の入力端子と比較器２４とに接続され、演算器２５とは信号ラインｄによりそれぞれ接続されている。演算器２５と乗算器２６は、信号ラインｅにより、乗算器２６と動作信号切換器３３の一方の入力端子「０」は、信号ラインｆにより、また係数設定器２７と乗算器２６は、信号ラインｇによりそれぞれ接続されている。
【００１３】
第１の加合点２２の出力端子は、第２の開閉器２３を介して調整操作器２８に信号ラインｈにより、調整操作器２８と第２の加合点３０の一方の入力端子は、信号ラインｉによりそれぞれ接続されている。そして、第２の加合点３０の出力端子は、信号ラインｊにより操作量切換器３５の他方の入力端子「０」に接続されている。動作信号切換器３３は、第１の開閉器３２とは信号ラインｋにより、第１の開閉器３２と記憶装置３１とは信号ラインｋ’により接続され、そして記憶装置３１と第２の加合点３０の他方の入力端子は信号ラインｍによりそれぞれ接続されている。
【００１４】
速度制御器２１は、操作量切換器３５の他方の入力端子「１」に、信号ラインｎで接続されている。この信号ラインｎは、動作信号切換器３３の他方の入力端子「１」と演算器２５にも接続されている。そして、保圧切換設定器３６は、操作量切換器３５と第１、２の開閉器３２、２３とに、切換信号ラインｐで接続されている。この保圧切換設定器３６から保圧工程開始信号が出力されると、操作量切換器３５は、図１に示されている「０」側すなわち保圧側へ切り替わり、第１の開閉器３２はオフされ、第２の開閉器２３はオンされるようになっている。また、比較器２４と動作信号切換器３３は、切換信号ラインｒで接続されている。そして、比較器２４から出力されると、すなわち圧力センサＰで計測される射出圧力が圧力設定器３４で設定された保圧設定圧力よりも高いときは、動作信号切換器３３は、図１に示されている一方の入力端子「０」側へ切り替わるようになっている。
【００１５】
次に、上記油圧式射出成形機Ａにより成形品を成形する例について説明する。油圧モータ６によりスクリュ４を回転駆動し、材料ホッパ３から樹脂材料を供給する。これにより、従来周知のようにして樹脂材料が計量される。圧力設定器３４により保圧圧力を設定し、保圧切換設定器３６により保圧開始時期例えばスクリュ４の位置を設定する。そうして、射出を開始する。
【００１６】
射出工程時には、保圧切換設定器３６からの信号が操作量切換器３５に印加されていないので、操作量切換器３５は「１」側に切り替わっている。したがって、サーボバルブ１５は、速度制御器２１から出力されるサーボバルブ操作量（ｅ₁）により操作され、アキュムレータ１４から作動油が油圧シリンダ７のピストンヘッド側に供給され、スクリュ４が射出方向に駆動される。これにより、計量された溶融樹脂材料が金型のキャビテイに設定速度で射出される。この射出工程時のサーボバルブ操作量（ｅ₁）は、信号ラインｎにより動作信号切換器３３には保圧工程開始時の第１のフィードフォワード操作量（ｅ₁）として、また演算器２５には演算数として出力されている。
【００１７】
演算器２５には、圧力センサＰで計測される射出圧力と、圧力設定器３４で設定された保圧設定圧力と、速度制御器２１から出力されるサーボバルブ操作量とが入力され、演算器２５において、次式により操作量が演算される。
｛（保圧圧力設定値）／（射出圧力実測値）｝×サーボバルブ操作量
なお、詳しくは後述するように、射出圧力実測値とサーボバルブ操作量は、射出工程終了時の値である。
上記式により演算された操作量に、乗算器２６において係数設定器２７で設定された係数が乗算され、保圧工程時の第２のフィードフォワード操作量（ｅ₂）として動作信号切換器３３に出力されている。
【００１８】
一方、比較器２４では、圧力センサＰで計測される射出圧力と、圧力設定器３４で設定された保圧設定圧力とが比較されている。今、圧力センサＰで計測される射出圧力が圧力設定器３４で設定された保圧設定圧力よりも高いときは、比較器２４から切換信号ラインｒにより動作信号切換器３３に切換信号が印加され、動作信号切換器３３は「０」側に切り替わる。したがって、このときは記憶装置３１には、第１の開閉器３２を介して演算器２５および乗算器２６により前述したようにして演算されている演算値が第２のフィードフォワード操作量（ｅ₂）として記憶されることになる。この第２のフィードフォワード操作量（ｅ₂）は、圧力センサＰで計測される射出圧力と、速度制御器２１から出力されるサーボバルブ操作量とが、射出工程の進行と共に変わるので、刻々変わることになる。したがって、記憶装置３１には、常に最新の第２のフィードフォワード操作量（ｅ₂）が演算され、そして更新されることになる。
【００１９】
これに対し、圧力センサＰで計測される射出圧力が圧力設定器３４で設定された保圧設定圧力よりも低いときは、動作信号切換器３３は「１」側に切り替わる。したがって、このときは記憶装置３１には、第１の開閉器３２を介して速度制御器２１から出力されるサーボバルブ操作量（ｅ₁）が第１のフィードフォワード操作量（ｅ₁）として記憶される。このときも、同様に常に最新の第１のフィードフォワード操作量（ｅ₁）が記憶更新されることになる。このようにして、記憶装置３１には第１または第２のフィードフォワード操作量（ｅ₁、ｅ₂）のいずれかが記憶されるが、これらのフィードフォワード操作量（ｅ₁、ｅ₂）は、保圧切換設定器３６から保圧工程開始信号が第１の開閉器３２に出力され第１の開閉器３２がオフするときの操作量であるので、射出工程終了時あるいは保圧工程開始時の操作量ということになる。
【００２０】
保圧切換設定器３６で設定された保圧工程開始時期になると、保圧切換設定器３６からの信号により、操作量切換器３５は「０」側に切り替わる。また、第１の開閉器３２はオフする。さらには第２の開閉器２３はオンする。これにより、保圧工程が開始される。すなわち、第１の加合点２２において、圧力センサＰで計測される主フィードバック量と圧力設定器３４で設定された保圧設定圧力とから得られる偏差信号は、調整操作器２８で操作量（ｅ）として調整される。そして、第２の加合点３０で第１または第２のフィードフォワード操作量（ｅ _１、ｅ _２）すなわち図１において（ｅ _０）で示されている操作量が加算され、サーボバルブ１５が操作される。これにより、アキュムレータ１４から所定圧力の作動油が油圧シリンダ７のピストンヘッド側に供給され、所定の圧力で保圧される。
【００２１】
さらに説明すると、射出工程終了時の圧力センサＰで計測される射出圧力が圧力設定器３４で設定された保圧設定圧力よりも低いときは、記憶装置３１には第１のフィードフォワード操作量（ｅ₁）が記憶されているので、調整操作器２８から出力される操作量（ｅ）に第１のフィードフォワード操作量（ｅ₁）が加算された操作量によりサーボバルブ１５が操作される。これに対し、射出工程終了時の圧力センサＰで計測される射出圧力が圧力設定器３４で設定された保圧設定圧力よりも高いときは、記憶装置３１には第２のフィードフォワード操作量（ｅ₂）が記憶されているので、サーボバルブ１５は、第２のフィードフォワード操作量（ｅ₂）が加算された操作量により操作される。これにより、保圧切換時のオーバシュートが防止される。この状態は、従来の図３と対比して図２に示されている。
【００２２】
なお、本発明は、油圧式射出成形機Ａのインラインスクリュ式射出成形機に限定されることなく、油圧プリプラ式射出成形機にも同様に実施できることは明らかである。さらには、例えばスクリュ４を射出方向に駆動する電動モータのトルクを上記のようにして制御することにより電動式射出成形機においても同様に実施できることも明らかである。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、射出工程時には射出速度のフィードバック制御により制御し、保圧工程時には保圧圧力のフィードバック制御により制御する方法において、保圧工程開始時のサーボ機構を、射出工程終了時の射出圧力実測値が保圧圧力設定値よりも低いときは、前記保圧圧力のフィードバック制御の操作量に、射出工程終了時のサーボ機構の操作量である第１のフィードフォワード操作量を加えた操作量で操作し、射出工程終了時の射出圧力実測値が保圧圧力設定値よりも高いときは、前記保圧圧力のフィードバックの操作量に、射出工程終了時の射出圧力実測値と保圧圧力設定値とから演算して得られる第２のフィードフォワード操作量を加えた操作量で操作するので、保圧工程の開始直後においてオーバシュートおよびアンダーシュートが防止され、保圧圧力が設定値通りになる。したがって、高品質の成形品を得ることができるという、本発明に特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を模式的に示すブロック線図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる制御方法により制御したときの保圧圧力と時間との関係を示す図である。
【図３】従来の制御方法により制御したときの保圧圧力と時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
２射出シリンダ
４スクリュ
１５サーボ機構（サーボバルブ）
２０制御装置
２１速度制御器
２２第１の加合点
２８調整操作器

Claims

射出シリンダ（２）内のスクリュ（４）またはプランジャをサーボ機構（１５）により射出方向に駆動して溶融樹脂を金型へ射出し、そして保圧するとき、射出工程時には射出速度のフィードバック制御により制御し、保圧工程時には保圧圧力のフィードバック制御により制御する方法において、
前記保圧工程開始時の前記サーボ機構（１５）は、射出工程終了時の射出圧力実測値が保圧圧力設定値よりも低いときは、前記保圧圧力のフィードバック制御の操作量（ｅ）に、射出工程終了時のサーボ機構の操作量（ｅ _１）である第１のフィードフォワード操作量（ｅ_１）を加えた操作量で操作し、
射出工程終了時の射出圧力実測値が保圧圧力設定値よりも高いときは、前記保圧圧力のフィードバックの操作量（ｅ）に、射出工程終了時の射出圧力実測値と保圧圧力設定値とから演算して得られる第２のフィードフォワード操作量（ｅ_２）を加えた操作量で操作することを特徴とする保圧工程開始時のサーボ機構の制御方法。