JP4376827B2 - 射出成形機の計量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュを回転させて計量を行うとともに、スクリュが予め設定した計量終了位置まで後退したなら計量を終了させる射出成形機の計量制御方法に関する。

一般に、射出成形機の成形サイクルは、計量工程と射出工程を有し、計量工程では、スクリュを回転させて計量を行うとともに、スクリュが予め設定した計量終了位置まで後退したなら計量を終了させる計量制御が行われる。ところで、計量工程では、速度制御，圧力制御及び位置制御等の各種制御が行われるが、計量工程における一連の制御に対する制御精度を高めることは、均一の成形品質量を確保して高品質の成形品を得る上で極めて重要となり、従来より各種の計量制御方法が提案されている。

例えば、特公平６−６１８００号公報には、予め設定されたスクリュ回転数でスクリュを回転させながら後退させ、スクリュを予め設定された計量完了位置で停止させる制御方法であって、スクリュ位置検出手段で検出されたスクリュ位置とスクリュ速度検出手段で検出されたスクリュ後退速度を受け、予め定められた演算式によってスクリュを計量完了位置で停止させるようなスクリュ回転数を演算し、演算されたスクリュ回転数を回転駆動指令として送出するようにした射出成形機の計量制御方法（計量制御装置）が開示されている。また、特開２００４−１５４９８８号公報には、設定計量完了位置近傍の設定スクリュ位置までスクリュが後退した後、設定計量完了位置と現在のスクリュ後退位置との位置偏差に比例するスクリュ回転速度を求め、このスクリュ回転速度に、設定樹脂圧力と現在の検出樹脂圧力との圧力偏差に基づいてスクリュ回転速度の補正を行って、スクリュ回転速度指令としてスクリュ回転速度を制御するようにした射出成形機の計量制御方法（計量方法）が開示されている。
特公平６−６１８００号 特開２００４−１５４９８８号

しかし、上述した従来における射出成形機の計量制御方法は、次のような問題点があった。

まず、特許文献１のように、スクリュ位置とスクリュ後退速度を検出し、スクリュを計量完了位置で停止させるスクリュ回転数を演算するとともに、演算したスクリュ回転数を回転駆動指令とする制御方法を採用した場合、計量完了位置付近におけるスクリュの回転速度が限りなくゼロに近くなり、スクリュが計量完了位置に達するまでにかなりの時間を要する。このため、スクリュ位置の制御精度を高めるには有利になるものの、サイクル時間の短縮化を図れないため、高速成形を実現する上で極めて不利になるとともに、成形効率及び量産性を高めるにも限界を生じる。

また、特許文献２のように、設定計量完了位置近傍の設定スクリュ位置までスクリュを後退させた後、設定計量完了位置と現在のスクリュ後退位置の位置偏差に比例するスクリュ回転速度を求めるとともに、設定樹脂圧力と現在の検出樹脂圧力との圧力偏差により補正してスクリュ回転速度指令とする制御方法を採用した場合、設定計量完了位置近傍の制御が位置制御のみとなり、制御対象が固定される。このため、スクリュ位置の制御精度を高めるには有利になるものの、背圧制御はスクリュ回転速度を調整して行う必要があるなど、制御の複雑化を招くとともに、僅かな距離区間で背圧制御を実現する上での応答性及び安定性を確保することが困難となる。

さらに、計量制御においては、計量完了位置（計量終了位置）でスクリュの回転と後退の双方を確実に停止させることが高度の計量精度を確保するために要求されるが、特許文献１及び２の場合、スクリュの回転と後退の双方を確実に停止させることについては何ら考慮されておらず、特に高度の計量精度が要求される近時における厚さの薄い光ディスク等の成形に対して十分に対応できない。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の計量制御方法の提供を目的とするものである。

まず、本発明の第一の態様に係る射出成形機Ｍの計量制御方法は、上述した課題を解決するため、スクリュ２を回転させて計量を行うとともに、スクリュ２が予め設定した計量終了位置Ｘｅまで後退したなら計量を終了させるに際し、予め、計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した終了目標位置Ｘｅｓ及び回転するスクリュ２を終了目標位置Ｘｅｓで停止させるためのスクリュ２を回転させる回転速度パターンＡｒを設定するとともに、計量時に、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ位置Ｘを検出し、検出したスクリュ位置Ｘから終了目標位置Ｘｅｓでスクリュ２の回転を停止させる残りの回転速度パターンＡｒを演算により予測するとともに、予測した回転速度パターンＡｒによりスクリュ２を回転制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転を停止制御することを特徴とする。この場合、好適な実施の態様により、回転速度パターンＡｒには、少なくとも、スクリュ２の回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃとこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓが含まれる。

一方、本発明の第二の態様に係る射出成形機Ｍの計量制御方法は、上述した課題を解決するため、スクリュ２を回転させて計量を行うとともに、スクリュ２が予め設定した計量終了位置Ｘｅまで後退したなら計量を終了させるに際し、予め、スクリュ２に対する背圧Ｐｓ及び計量する樹脂量に基づくスクリュ２が後退する仮想の後退速度パターンＡｂを設定するとともに、計量時に、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ２の後退速度Ｖｄを検出し、検出した後退速度Ｖｄ及び計量する樹脂量に基づいて残りの後退速度パターンＡｂを演算により予測するとともに、予測時における背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐ又は計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘのいずれか小さい制御量Ｄｐ又はＤｘを選択してスクリュ２を後退制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の後退を停止制御することを特徴とする。この場合、好適な実施の態様により、後退速度パターンＡｂには、少なくとも、スクリュ２の後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃとこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓが含まれる。また、定速区間Ａｂｃにおけるスクリュ２の後退速度は、実際のスクリュ２の後退速度Ｖｄよりも大きく設定する。さらに、予測した残りの後退速度パターンＡｂの最大値をスクリュ２の後退速度Ｖｄに対するリミット値ＶＬ（ＶＬａ…）として設定し、スクリュ２の後退速度Ｖｄをリミット値ＶＬ（ＶＬａ…）により規制する。

他方、本発明の第三の態様に係る射出成形機Ｍの計量制御方法は、上述した課題を解決するため、スクリュ２を回転させて計量を行うとともに、スクリュ２が予め設定した計量終了位置Ｘｅまで後退したなら計量を終了させるに際し、予め、計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した終了目標位置Ｘｅｓ及び回転するスクリュ２を終了目標位置Ｘｅｓで停止させるためのスクリュ２を回転させる回転速度パターンＡｒ、さらにスクリュ２に対する背圧Ｐｓ及び計量する樹脂量に基づくスクリュ２が後退する仮想の後退速度パターンＡｂを設定するとともに、計量時に、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ位置Ｘを検出し、検出したスクリュ位置Ｘから終了目標位置Ｘｅｓでスクリュ２の回転を停止させる残りの回転速度パターンＡｒを演算により予測するとともに、予測した回転速度パターンＡｒによりスクリュ２を回転制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転を停止制御するスクリュ回転側の作動制御と、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ２の後退速度Ｖｄを検出し、検出した後退速度Ｖｄ及び計量する樹脂量に基づいて残りの後退速度パターンＡｂを演算により予測するとともに、予測時における背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐ又は計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘのいずれか小さい制御量Ｄｐ又はＤｘを選択してスクリュ２を後退制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の後退を停止制御するスクリュ後退側の作動制御とを行うことを特徴とする。この場合、好適な実施の態様により、回転速度パターンＡｒには、少なくとも、スクリュ２の回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃとこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓが含まれるとともに、後退速度パターンＡｂには、少なくとも、スクリュ２の後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃとこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓが含まれる。

このような手法による本発明に係る射出成形機Ｍの計量制御方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） スクリュ２の回転及び後退の双方を、設定した計量終了位置Ｘｅで正確かつ確実に停止させることができるため、高度の計量精度を確保できる。この結果、近時において特に高度の計量精度が要求される厚さの薄い光ディスク等の成形にも十分に対応することができる。

（２） 計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した終了目標位置Ｘｅｓ及び回転するスクリュ２を終了目標位置Ｘｅｓで停止させるためのスクリュ２を回転させる回転速度パターンＡｒを設定するとともに、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ位置Ｘを検出し、検出したスクリュ位置Ｘから終了目標位置Ｘｅｓでスクリュ２の回転を停止させる残りの回転速度パターンＡｒを演算により予測するとともに、予測した回転速度パターンＡｒによりスクリュ２を回転制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転を停止制御するため、計量終了位置Ｘｅの制御精度を高めつつサイクル時間の短縮化が可能となり、高い成形品質を維持しつつ成形効率及び量産性の向上、さらには高速成形を実現できる。

（３） スクリュ２に対する背圧Ｐｓ及び計量する樹脂量に基づくスクリュ２が後退する仮想の後退速度パターンＡｂを設定するとともに、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ２の後退速度Ｖｄを検出し、検出した後退速度Ｖｄ及び計量する樹脂量に基づいて残りの後退速度パターンＡｂを演算により予測するとともに、予測時における背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐ又は計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘのいずれか小さい制御量Ｄｐ又はＤｘを選択してスクリュ２を後退制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の後退を停止制御するため、計量終了位置Ｘｅに対する位置制御の正確化及び容易化を図れるとともに、制御の応答性及び安定性を高めることができ、もって、僅かな距離区間での確実かつ正確な背圧制御を実現できる。

（４） 好適な実施の態様により、回転速度パターンＡｒに、少なくとも、スクリュ２の回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃとこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓを含ませることにより、スクリュ回転側に対する本発明に係る計量制御方法を確実かつ安定に実施できる。

（５） 好適な実施の態様により、後退速度パターンＡｂに、少なくとも、スクリュ２の後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃとこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓを含ませるとともに、定速区間Ａｂｃにおけるスクリュ２の後退速度を、実際のスクリュ２の後退速度Ｖｄよりも大きく設定することにより、スクリュ後退側に対する本発明に係る計量制御方法を確実かつ安定に実施できる。

（６） 好適な実施の態様により、予測した残りの後退速度パターンＡｂの最大値をスクリュ２の後退速度Ｖｄに対するリミット値ＶＬ（ＶＬａ…）として設定し、スクリュ２の後退速度Ｖｄをリミット値ＶＬ（ＶＬａ…）により規制するようにすれば、スクリュ後退側に対する本発明に係る計量制御方法を容易かつ確実に実施できる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る計量制御方法を実施できる射出成形機Ｍの構成について、図３及び図４を参照して説明する。

図３に示す射出成形機Ｍは、型締装置を除いた射出装置Ｍｉのみを示す。射出装置Ｍｉは、離間した射出台１１と駆動台１２を備え、この射出台１１の前面により加熱筒１３の後端が支持される。加熱筒１３は、前端に射出ノズル１４を、また、後部に当該加熱筒１３の内部に成形材料を供給するホッパ１５をそれぞれ備えるとともに、加熱筒１３の内部にはスクリュ２を挿通させる。

一方、射出台１１と駆動台１２間には四本のタイバー１６…を架設し、このタイバー１６…に、スライドブロック１７をスライド自在に装填する。スライドブロック１７の前端には、被動輪１８を一体に有するロータリブロック１９を回動自在に支持し、このロータリブロック１９の中央にスクリュ２の後端を結合する。また、スライドブロック１７の側面には、スクリュ回転用サーボモータ（電動モータ）２０を取付け、このサーボモータ２０の回転シャフトに固定した駆動輪２１は、回転伝達機構２２を介して被動輪１８に接続する。この回転伝達機構２２は、伝達ギアを用いたギア式伝達機構であってもよいし、タイミングベルトを用いたベルト式伝達機構であってもよい。さらに、サーボモータ２０には、このサーボモータ２０の回転速度（回転数）を検出するロータリエンコーダ２３を付設する。

他方、スライドブロック１７の後部には、ナット部２５を同軸上一体に設けるとともに、駆動台１２に回動自在に支持されたボールねじ部２６の前側をナット部２５に螺合させることにより、ボールねじ機構２４を構成する。また、駆動台１２から後方に突出したボールねじ部２６の後端には、被動輪２７を取付けるとともに、駆動台１２に取付けた支持盤１２ｓには、スクリュ進退用のサーボモータ（電動モータ）２８を取付け、このサーボモータ２８の回転シャフトに固定した駆動輪２９は、回転伝達機構３０を介して被動輪２７に接続する。この回転伝達機構３０は、伝達ギアを用いたギア式伝達機構であってもよいし、タイミングベルトを利用したベルト式伝達機構であってもよい。さらに、サーボモータ２８には、このサーボモータ２８の回転速度（回転数）を検出するロータリエンコーダ３１を付設する。

また、図３において、３２は射出成形機Ｍに備えるコントローラであり、格納した制御プログラム３２ｐにより本実施形態に係る計量制御方法における一連の制御（シーケンス制御）及び演算等を実行することができる。一方、コントローラ３２には、上述したサーボモータ２０，２８及びロータリエンコーダ２３，３１をそれぞれ接続するとともに、ロータリブロック１９とスライドブロック１７間に介在させた圧力センサ（ロードセル）３３を接続する。この圧力センサ３３によりスクリュ２に対する背圧Ｐｄを検出することができる。さらに、コントローラ３２にはディスプレイ３４を接続する。

図４は、コントローラ３２における主要機能部のブロック系統図である。同図において、４１はスクリュ回転側における速度フィードバック制御系であり、偏差演算部４２，速度補償部４３及び速度変換部４４を備え、速度補償部４３の出力は、スクリュ回転用サーボモータ２０に付与される。また、偏差演算部４２の一方の入力部（非反転入力部）には、コントローラ本体３２ｍから、スクリュ２を回転させる回転速度の指令値、具体的には、後述する回転速度パターンＡｒに基づく回転速度の指令値が付与されるとともに、偏差演算部４２の他方の入力部（反転入力部）には、速度変換部４４からスクリュ２の回転速度の検出値が付与される。この速度変換部４４の入力側には、サーボモータ２０に付設したロータリエンコーダ２３から得られるスクリュ２の回転位置の検出値が付与され、この回転位置の検出値が速度変換部４４により回転速度の検出値に変換される。この回転速度の検出値は、コントローラ本体３２ｍにも付与される。

一方、４５はスクリュ進退側におけるフィードバック制御系であり、４５ｘは位置フィードバック制御系、４５ｐは圧力フィードバック制御系を示す。位置フィードバック制御系４５ｘは、偏差演算部４６及び位置補償部４７を備え、位置補償部４７の出力（後述する位置制御量Ｄｘ）は、制御量選択部４８に付与される。また、偏差演算部４６の一方の入力部（非反転入力部）には、コントローラ本体３２ｍから、予め設定した計量終了位置Ｘｅが指令値として付与されるとともに、偏差演算部４６の他方の入力部（反転入力部）には、スクリュ進退用サーボモータ２８に付設したロータリエンコーダ３１から得られるスクリュ位置Ｘ（検出値）が付与される。このスクリュ位置Ｘは、コントローラ本体３２ｍにも付与される。他方、圧力フィードバック制御系４５ｐは、偏差演算部４９及び圧力補償部５０を備え、圧力補償部５０の出力（後述する圧力制御量Ｄｐ）は、制御量選択部４８に付与される。また、偏差演算部４９の一方の入力部（非反転入力部）には、コントローラ本体３２ｍから、指令値となる背圧Ｐｓが付与されるとともに、偏差演算部４９の他方の入力部（反転入力部）には、圧力センサ３３から得られる検出値（背圧Ｐｄ）が付与される。この背圧Ｐｄは、コントローラ本体３２ｍにも付与される。

次に、このような射出成形機Ｍを用いた本実施形態に係る計量制御方法について、図３〜図９を参照しつつ図１及び図２に示すフローチャートに従って説明する。

計量工程では、基本的な動作として、スクリュ回転用サーボモータ２０によりスクリュ２が回転し、スクリュ２の前方に溶融樹脂が蓄積計量されるとともに、これに伴ってスクリュ２が後退し、このスクリュ２に対してスクリュ進退用サーボモータ２８により背圧が付与される。そして、スクリュ２が予め設定した計量終了位置Ｘｅまで後退したなら計量が終了する。本実施形態に係る計量制御方法は、特に、計量終了位置Ｘｅにおいてスクリュ回転用サーボモータ２０及びスクリュ進退用サーボモータ２８を正確かつ確実に停止させることを企図したものである。

以下、スクリュ回転用サーボモータ２０側の作動制御とスクリュ進退用サーボモータ２８側の作動制御を分けて説明する。なお、スクリュ回転用サーボモータ２０の作動制御とスクリュ進退用サーボモータ２８の作動制御はそれぞれ関連しつつ同時に行われる（ステップＳＲ，ＳＢ）。

最初に、スクリュ回転用サーボモータ２０の作動制御を中心とした計量制御方法について、図５及び図６を参照しつつ図１に示すフローチャートに従って説明する。なお、図５は、横軸を時間とした回転速度パターンＡｒを表し、図６は、横軸をスクリュ位置とした回転速度パターンＡｒを表したものである。

まず、予め、計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した終了目標位置Ｘｅｓ及びスクリュ２を回転させる回転速度パターンＡｒを設定する（ステップＳＲ１）。この場合、所定距離Ｌｓは、例えば、０．０１〜０．０５〔ｍｍ〕程度の僅かな距離を任意に選択できる。また、回転速度パターンＡｒは、図５及び図６に示すように、スクリュ２の回転速度を所定の加速率（加速係数）により加速させる加速区間Ａｒａ，この加速区間Ａｒａの終端から回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃ及びこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓにより設定する。このように、回転速度パターンＡｒに、少なくとも、定速区間Ａｒｃと減速区間Ａｒｓを含ませることにより、スクリュ回転側に対する本発明に係る計量制御方法を確実かつ安定に実施することができる。

一方、計量時には、コントローラ本体３２ｍから、設定した回転速度パターンＡｒに基づいてスクリュ２を回転させる回転速度の指令値が偏差演算部４２に付与され、スクリュ回転用サーボモータ２０が作動制御（速度制御）される（ステップＳＲ２）。この場合、偏差演算部４２により、速度変換部４４から付与されるスクリュ２の回転速度（検出値）とコントローラ本体３２ｍから付与される回転速度（指令値）の速度偏差が求められるとともに、この速度偏差は速度補償部４３に付与され、速度補償された後、サーボモータ２０に付与される。これにより、スクリュ２の回転速度（検出値）が指令値に一致するようにスクリュ２の回転速度に対するフィードバック制御が行われる。

また、サーボモータ２０の作動中は、所定時間Ｔｓ間隔（例えば、５０〜２００〔μｓ〕間隔）毎に、スクリュ２の位置（スクリュ位置Ｘ）がロータリエンコーダ３１により得られる（ステップＳＲ３）。コントローラ本体３２ｍでは、所定時間Ｔｓ間隔毎に検出したスクリュ位置Ｘから終了目標位置Ｘｅｓでスクリュ２の回転を停止させる残りの回転速度パターンＡｒを演算により予測する（ステップＳＲ４）。この場合、実際のスクリュ位置Ｘの検出により、既に計量した樹脂量を知ることができるとともに、計量した樹脂量から残りの計量すべき樹脂量を演算できるため、この残りの樹脂量から終了目標位置Ｘｅｓで停止させる回転速度パターンＡｒを予測する。そして、予測後は、予測した回転速度パターンＡｒによりスクリュ２を回転制御する。さらに、回転速度パターンＡｒの予測により、図５及び図６に示す終了目標位置Ｘｅｓ及び減速開始点ｔｃが、予測時毎に特定されるため、スクリュ２が図５に示す減速開始点ｔｃに到達したなら減速（減速区間Ａｒｓ）を開始するとともに（ステップＳＲ５，ＳＲ６）、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転を停止、即ち、サーボモータ２０の回転を停止制御し、サーボロックを行う（ステップＳＲ７，ＳＲ８）。

ところで、計量終了位置Ｘｅにおける予測した回転速度パターンＡｒの回転速度は、図５及び図６に示すように、ゼロではなく、Ｖｅの大きさとなるが、計量終了位置Ｘｅに達した時点ではスクリュ回転停止指令を出力してスクリュ２の回転を強制停止させる制御を行う。このときの回転速度Ｖｅの大きさは、前述した所定距離Ｌｓの選定により可変できるため、所定距離Ｌｓの長さを選定することにより、計量終了位置Ｘｅに達する時間が短縮され、かつスクリュ回転停止指令の出力によりスクリュ２の回転が速やかに停止する最適な回転速度Ｖｅの大きさを設定すればよい。したがって、図６に示すように、予測した回転速度パターンＡｒの減速区間Ａｒｓにおける回転速度Ｖｒｓは、終了目標位置Ｘｅｓにおいてゼロとなるが、実際の回転速度Ｖｒｄは、仮想線で示すように、計量終了位置Ｘｅにおいてゼロとなる。

なお、実際の制御では、スクリュ位置Ｘに対してスクリュ２の回転速度を検出しているため、図６に示す波形に沿った制御を行っている。このため、例えば、成形材料のスクリュ２に対する食い込み状態が変化した場合、時間に対する減速区間Ａｒｓでは一定割合の減速率により減速することから、計量終了位置Ｘｅにおけるバラつきの原因となるが、スクリュ位置Ｘに対する減速区間Ａｒｓでは検出したスクリュ２の回転速度が異なるため、指令値を補正することにより、スクリュ２を計量終了位置Ｘｅで確実に停止させることができる。

このように、スクリュ回転用サーボモータ２０側の作動制御においては、計量終了位置Ｘｅに所定距離Ｌｓを付加した終了目標位置Ｘｅｓ及びスクリュ２を回転させる回転速度パターンＡｒを設定するとともに、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ位置Ｘを検出し、検出したスクリュ位置Ｘから終了目標位置Ｘｅｓでスクリュ２の回転を停止させる残りの回転速度パターンＡｒを演算により予測するとともに、予測した回転速度パターンＡｒによりスクリュ２を回転制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の回転を停止制御するようにしたため、計量終了位置Ｘｅの制御精度を高めつつサイクル時間の短縮化が可能となり、高い成形品質を維持しつつ成形効率及び量産性の向上、さらには高速成形を実現できる。

次に、スクリュ進退用サーボモータ２８の作動制御を中心とした計量制御方法について、図７〜図９を参照しつつ図２に示すフローチャートに従って説明する。

まず、予め、スクリュ２に対する背圧Ｐｓ及びスクリュ２が後退する仮想の後退速度パターンＡｂを設定する（ステップＳＢ１）。この場合、後退速度パターンＡｂは、図７（ａ）に実線で示すように、スクリュ２の後退速度を所定の加速率（加速係数）により加速させる加速区間Ａｂａ，この加速区間Ａｂａの終端から後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃ及びこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓにより設定する。なお、Ｘｅｂは、後退速度パターンＡｂにおける仮想の計量終了位置を示している。また、定速区間Ａｂｃにおけるスクリュ２の後退速度は、実際のスクリュ２の後退速度Ｖｄよりも大きく設定する。即ち、予め想定される実際の後退速度Ｖｄに対して、実際には有り得ない大きさを設定する。このように、後退速度パターンＡｂに、少なくとも定速区間Ａｂｃと減速区間Ａｂｓを含ませるとともに、定速区間Ａｂｃにおけるスクリュ２の後退速度を、実際のスクリュ２の後退速度Ｖｄよりも大きく設定することにより、スクリュ後退側に対する本発明に係る計量制御方法を、確実かつ安定に実施することができる。

一方、計量時には、スクリュ進退用サーボモータ２８が作動制御されることによりスクリュ２に対する後退制御が行われる（ステップＳＢ２）。この場合、所定時間Ｔｓ間隔（例えば、５０〜２００〔μｓ〕間隔）毎にスクリュ位置Ｘ及びスクリュ２の後退速度Ｖｄを検出する（ステップＳＢ３）。そして、検出した後退速度Ｖｄから残りの後退速度パターンＡｂを演算により予測する（ステップＳＢ４）。即ち、実際の後退速度Ｖｄ（スクリュ位置Ｘ）の検出により既に計量した樹脂量を知ることができるとともに、計量した樹脂量から残りの計量すべき樹脂量を演算できるため、既に計量した樹脂量と残りの計量すべき樹脂量の加算量が、図７（ａ）に示す仮想の後退速度パターンＡｂを積分した面積に一致するように演算すればよく、これにより、残りの後退速度パターンＡｂを容易に予測できる。図７（ａ）に予測した後退速度パターンＡｂを仮想線で示すとともに、図７（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）には、それぞれ異なる時間において予測した後退速度パターンＡｂを示す。

また、コントローラ３２ｍでは、予測した残りの後退速度パターンＡｂの最大値に基づいてスクリュ２の後退速度に対するリミット値ＶＬを設定（変更）する（ステップＳＢ５）。このように、リミット値ＶＬを、予測した残りの後退速度パターンＡｂの最大値に基づいて設定することにより、スクリュ後退側に対する本発明に係る計量制御方法を容易かつ確実に実施することができる。

他方、計量時には、コントローラ３２ｍから、指令値となる背圧Ｐｓが偏差演算部４９に付与され、偏差演算部４９では、この背圧Ｐｓと圧力センサ３３から得られる背圧Ｐｄ（検出値）の圧力偏差が求められとともに、この圧力偏差は、圧力補償部５０に付与され、圧力補償部５０により圧力補償された後、背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐとして制御量選択部４８に付与される。また、コントローラ３２ｍから、計量終了位置Ｘｅの指令値が偏差演算部４６に付与され、偏差演算部４６では、この計量終了位置Ｘｅの指令値とロータリエンコーダ３１により得られるスクリュ位置Ｘ（検出値）の位置偏差が求められるとともに、この位置偏差は、位置補償部４７により位置補償された後、計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘとして制御量選択部４８に付与される。

制御量選択部４８では、圧力補償部５０から付与される圧力制御量Ｄｐと位置補償部４７から付与される位置制御量Ｄｘのいずれか小さい方を選択して出力する。これにより、選択された圧力制御量Ｄｐ又は位置制御量Ｄｘがサーボモータ２８に付与される（ステップＳＢ６）。よって、圧力制御量Ｄｐが位置制御量Ｄｘよりも小さいときは圧力制御（背圧制御）、即ち、設定した背圧Ｐｓに一致するように背圧Ｐｄに対するフィードバック制御が行われる（ステップＳＢ６，ＳＢ７）。これに対して、位置制御量Ｄｘが圧力制御量Ｄｐよりも小さいときは位置制御、即ち、計量終了位置Ｘｅに一致するようにスクリュ位置Ｘに対するフィードバック制御が行われる（ステップＳＢ６，ＳＢ８）。

この場合、計量開始から計量終了位置Ｘｅの手前近辺までは、スクリュ２の後退速度に対するリミット値ＶＬが大きく設定されるため、基本的には、圧力制御（背圧制御）が行われる。即ち、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、予測する後退速度パターンＡｂには定速区間Ａｂｃが残存するため、この定速区間Ａｂｃの後退速度（最大値）がリミット値ＶＬとして設定され、位置制御量Ｄｘが圧力制御量Ｄｐに対して相対的に大きくなる。

一方、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅの手前近辺に達した以降は、図７（ｄ）に示すように、スクリュ２の後退に伴って後退速度パターンＡｂの定速区間Ａｂｃが無くなり、減速区間Ａｂｓのみが残る状態となるため、後退速度パターンＡｂの最大値が減速区間Ａｂｓに沿って低下し、リミット値ＶＬも低下する。この結果、リミット値ＶＬは、図８に示すＶＬａ，ＶＬｂ，ＶＬｃ，ＶＬｄ…のように、スクリュ２の後退に伴って次第に低下するように設定される。これにより、スクリュ２の後退速度はリミット値ＶＬにより規制されるため、計量終了位置Ｘｅの手前近辺から計量終了位置Ｘｅに至るまでは、位置制御量Ｄｘが圧力制御量Ｄｐよりも相対的に小さくなる場合が発生し、前述のように、制御量選択部４８において位置制御量Ｄｘと圧力制御量Ｄｐの大きさが判断され、位置制御量Ｄｘが圧力制御量Ｄｐよりも小さいときは位置制御、即ち、スクリュ位置Ｘが計量終了位置Ｘｅとなるように位置に対するフィードバック制御が行われるとともに（ステップＳＢ６，ＳＢ８）、圧力制御量Ｄｐが位置制御量Ｄｘよりも小さいときは背圧制御、即ち、背圧Ｐｄが設定した背圧Ｐｓに一致するように圧力に対するフィードバック制御が行われる（ステップＳＢ６，ＳＢ７）。

なお、実際には、背圧に対する圧力制御量Ｄｐ（圧力偏差）もかなり小さくなっており、位置に対するフィードバック制御と圧力に対するフィードバック制御のどちらが選択されているかは明確でない。しかし、制御量のより小さい方が選択されることにより、スクリュ２の後退を計量終了位置Ｘｅにおいて安定かつ確実に停止させることができる。

そして、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の後退を停止、即ち、サーボモータ２８の回転を停止制御し、サーボロックを行う（ステップＳＢ９，ＳＢ１０）。この状態を図７（ｅ）に示す。この状態ではスクリュ２の後退速度Ｖｄはゼロとなる。図７（ｅ）は、実際に検出された後退速度Ｖｄに基づく後退速度パターンを示す。また、図９は、横軸をスクリュ位置Ｘとしたスクリュ２の後退速度Ｖｄを表したものであるが、後退速度Ｖｄはスクリュ２の回転速度に比例するように変化するため、縦軸のレンジは異なるものの図６に示したスクリュ２の回転速度パターンＡｒとほぼ同じ波形となる。

このように、スクリュ進退用サーボモータ２８側の作動制御においては、スクリュ２に対する背圧Ｐｓ及びスクリュ２が後退する仮想の後退速度パターンＡｂを設定するとともに、所定時間Ｔｓ間隔毎にスクリュ２の後退速度Ｖｄを検出し、検出した後退速度Ｖｄから残りの後退速度パターンＡｂを演算により予測するとともに、後退速度に対するリミット値ＶＬ（ＶＬａ…）を設定し、かつ予測時における背圧制御を行う圧力制御量Ｄｐ又は計量終了位置Ｘｅに対して位置制御を行う位置制御量Ｄｘのいずれか小さい制御量Ｄｐ又はＤｘを選択してスクリュ２を後退制御し、スクリュ２が計量終了位置Ｘｅに達したならスクリュ２の後退を停止制御するようにしたため、計量終了位置Ｘｅに対する位置制御の正確化及び容易化を図れるとともに、制御の応答性及び安定性を高めることができ、もって、僅かな距離区間での確実かつ正確な背圧制御を実現できる。

また、このようなスクリュ進退用サーボモータ２８側の作動制御と前述したスクリュ回転用サーボモータ２０側の作動制御を同時に行うことにより、スクリュ２の回転及び後退の双方を、設定した計量終了位置Ｘｅで正確かつ確実に停止させることができるため、高度の計量精度を確保することができる。この結果、近時において特に高度の計量精度が要求される厚さの薄い光ディスク等の成形にも十分に対応することができる。

図１０は、本実施形態に係る計量制御方法により、スクリュ進退用サーボモータ２８側の作動制御と前述したスクリュ回転用サーボモータ２０側の作動制御を同時に行った場合のショット数に対する成形品質量を示したものである。同図から明らかなように、成形品質量のバラつきは、概ね７．２２〜７．２４〔ｇ〕の範囲に収められ、バラつき（誤差）は、０．３〔％〕程度である。これに対して、図１１には、本実施形態に係る計量制御方法ではない一般的な計量制御方法を用いた場合のショット数に対する成形品質量を示す。この場合、成形品質量は、概ね７．１８〜７．２８〔ｇ〕の範囲に分散し、バラつき（誤差）は、１．４〔％〕程度に達している。このように、本実施形態に係る計量制御方法を採用することにより、一般的な計量制御方法に比べて、成形品質量のバラつきを、１／４〜１／５に低減することができ、高品質で安定した成形が可能となる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，数量，数値，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、射出成形機Ｍは、サーボモータ２０，２８を利用した電動タイプを例示したが、油圧シリンダやオイルモータを利用した油圧駆動タイプ等、他の駆動タイプであってもよい。また、回転速度パターンＡｒに、少なくとも、スクリュ２の回転速度が一定となる定速区間Ａｒｃとこの定速区間Ａｒｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｒｓを含ませるとともに、後退速度パターンＡｂに、少なくとも、スクリュ２の後退速度が一定となる定速区間Ａｂｃとこの定速区間Ａｂｃの終端から所定の減速率により減速する減速区間Ａｂｓを含ませる場合を挙げたが、いずれの場合も所定の減速率により減速する場合に限定されるものではなく、減速区間Ａｒｓ及びＡｂｓの減速パターンは任意である。さらに、スクリュ回転用サーボモータ２０側の作動制御又はスクリュ進退用サーボモータ２８側の作動制御は、必要によりそれぞれ個別に利用することも可能である。

本発明の最良の実施形態である第一の態様に係る計量制御方法の処理手順を示すフローチャート、 本発明の最良の実施形態である第二の態様に係る計量制御方法の処理手順を示すフローチャート、 同計量制御方法を実施できる射出成形機の一部断面平面図、 同射出成形機に備えるコントローラの主要機能部のブロック系統図、 同実施形態である第一の態様に係る計量制御方法を実施した際における時間に対するスクリュの回転速度の特性図（回転速度パターン図）、 同実施形態である第一の態様に係る計量制御方法を実施した際におけるスクリュ位置に対するスクリュの回転速度の特性図（回転速度パターン図）、 同実施形態である第二の態様に係る計量制御方法を実施した際における時間に対するスクリュの後退速度の特性図（後退速度パターン図）、 同実施形態である第二の態様に係る計量制御方法を実施した際におけるスクリュの後退速度に対するリミット値の変更原理の説明図、 同実施形態である第二の態様に係る計量制御方法を実施した際におけるスクリュ位置に対するスクリュの後退速度の特性図（後退速度パターン図）、 同計量制御方法を用いた場合のショット数に対する成形品質量の変動データグラフ、 同計量制御方法ではない一般的な計量制御方法を用いた場合のショット数に対する成形品質量の変動データグラフ、

符号の説明

２ スクリュ
Ｍ 射出成形機
Ｘｅ 計量終了位置
Ｘｅｓ 終了目標位置
Ｌｓ 所定距離
ＶＬ リミット値
ＶＬａ… リミット値
Ｖｄ 後退速度
Ａｒ 回転速度パターン
Ａｒｃ 定速区間
Ａｒｓ 減速区間
Ａｂ 後退速度パターン
Ａｂｃ 定速区間
Ａｂｓ 減速区間
Ｐｓ 背圧
Ｄｐ 圧力制御量
Ｄｘ 位置制御量

Claims (9)

1. スクリュを回転させて計量を行うとともに、スクリュが予め設定した計量終了位置まで後退したなら計量を終了させる射出成形機の計量制御方法において、予め、計量終了位置に所定距離を付加した終了目標位置及び回転するスクリュを前記終了目標位置で停止させるためのスクリュを回転させる回転速度パターンを設定するとともに、計量時に、所定時間間隔毎にスクリュ位置を検出し、検出したスクリュ位置から前記終了目標位置でスクリュの回転を停止させる残りの回転速度パターンを演算により予測するとともに、予測した回転速度パターンによりスクリュを回転制御し、スクリュが前記計量終了位置に達したならスクリュの回転を停止制御することを特徴とする射出成形機の計量制御方法。
2. 前記回転速度パターンには、少なくとも、スクリュの回転速度が一定となる定速区間とこの定速区間の終端から所定の減速率により減速する減速区間を含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の計量制御方法。
3. スクリュを回転させて計量を行うとともに、スクリュが予め設定した計量終了位置まで後退したなら計量を終了させる射出成形機の計量制御方法において、予め、スクリュに対する背圧及び計量する樹脂量に基づくスクリュが後退する仮想の後退速度パターンを設定するとともに、計量時に、所定時間間隔毎にスクリュの後退速度を検出し、検出した後退速度及び前記樹脂量に基づいて残りの後退速度パターンを演算により予測するとともに、予測時における背圧制御を行う圧力制御量又は前記計量終了位置に対して位置制御を行う位置制御量のいずれか小さい制御量を選択してスクリュを後退制御し、スクリュが前記計量終了位置に達したならスクリュの後退を停止制御することを特徴とする射出成形機の計量制御方法。
4. 前記後退速度パターンには、少なくとも、スクリュの後退速度が一定となる定速区間とこの定速区間の終端から所定の減速率により減速する減速区間を含むことを特徴とする請求項３記載の射出成形機の計量制御方法。
5. 前記定速区間におけるスクリュの後退速度は、実際のスクリュの後退速度よりも大きく設定することを特徴とする請求項４記載の射出成形機の計量制御方法。
6. 予測した残りの後退速度パターンの最大値を前記スクリュの後退速度に対するリミット値として設定し、前記スクリュの後退速度を前記リミット値により規制することを特徴とする請求項３記載の射出成形機の計量制御方法。
7. スクリュを回転させて計量を行うとともに、スクリュが予め設定した計量終了位置まで後退したなら計量を終了させる射出成形機の計量制御方法において、予め、計量終了位置に所定距離を付加した終了目標位置及び回転するスクリュを前記終了目標位置で停止させる回転速度パターン、さらに、スクリュに対する背圧及び計量する樹脂量に基づくスクリュが後退する仮想の後退速度パターンを設定するとともに、計量時に、所定時間間隔毎にスクリュ位置を検出し、検出したスクリュ位置から前記終了目標位置でスクリュの回転を停止させる残りの回転速度パターンを演算により予測するとともに、予測した回転速度パターンによりスクリュを回転制御し、スクリュが前記計量終了位置に達したならスクリュの回転を停止制御するスクリュ回転側の作動制御と、所定時間間隔毎にスクリュの後退速度を検出し、検出した後退速度及び前記樹脂量に基づいて残りの後退速度パターンを演算により予測するとともに、予測時における背圧制御を行う圧力制御量又は前記計量終了位置に対して位置制御を行う位置制御量のいずれか小さい制御量を選択してスクリュを後退制御し、スクリュが前記計量終了位置に達したならスクリュの後退を停止制御するスクリュ後退側の作動制御とを行うことを特徴とする射出成形機の計量制御方法。
8. 前記回転速度パターンには、少なくとも、スクリュの回転速度が一定となる定速区間とこの定速区間の終端から所定の減速率により減速する減速区間を含むことを特徴とする請求項７記載の射出成形機の計量制御方法。
9. 前記後退速度パターンには、少なくとも、スクリュの後退速度が一定となる定速区間とこの定速区間の終端から所定の減速率により減速する減速区間を含むことを特徴とする請求項７記載の射出成形機の計量制御方法。

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