JP4588079B2 - 射出成形機及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動モータの回転数を可変制御して吐出流量を制御可能な油圧ポンプを有する油圧駆動源を備える射出成形機及びその制御方法に関する。

一般に、射出装置及び型締装置を備える射出成形機は、特許文献１等で開示されるように広く知られている。この種の射出成形機では、通常、ペレット等の成形材料が射出装置のホッパから加熱筒内に供給され、加熱筒内において回転するスクリュにより可塑化溶融され、かつ計量されるとともに、この後、スクリュの前進により計量された溶融樹脂が、型締装置により型締めされた金型のキャビティ内に射出充填される。この際、成形品質を高めるため、スクリュ速度に対してフィードバック制御による速度制御が行われるとともに、射出圧力（樹脂圧力）に対してフィードバック制御による圧力制御が行われる。これにより、金型のキャビティに充填される樹脂の充填量が均一化され、充填不足によるショートショット不良や過充填によるバリ不良等の成形不良が防止される。

ところで、成形材料に着目した場合、多種多様な成形材料が出現し、特に、リサイクル性を考慮したリサイクル材料が注目されている。リサイクル材料は、通常の成形材料（バージン材料）に対して、廃プラスチックや廃材料等（異種材料）を混合して用いるため、バージン材料に対する異種材料の混合割合が増えるほど、リサイクル性は高められるが、反面、異種材料は粒材等の固形材であることも少なくなく、成形材料全体としての均一性は低下し、従来のように、フィードバック制御により射出成形を行った場合には、成形材料の性質（成形材料の不均一性）が成形機側の制御よりも成形品質に対する影響がより大きくなる現象を生じる。結局、従来の射出成形機では、リサイクル材料を成形する場合、良好な成形を行うには限界があるとともに、この問題は、異種材料の混合割合が多くなればなるほど顕在化する。

一方、リサイクル材料に特化した専用の射出成形機も特許文献２で知られている。同文献２で開示されるリサイクル材料用射出成形機は、射出プランジャ内装の射出装置と、その射出装置に並設した可塑化スクリュ内装の可塑化装置と、射出シリンダに連通して可塑化シリンダの前面に設けた流通装置とからなり、その流通装置と可塑化シリンダとを内部に金属網のフィルターを備えた異物除去装置を介して連結し、該フィルターにより可塑化樹脂中の異物を分離除去して、樹脂を射出装置に供給可能に構成したものである。
特開平４−７９２８９号公報 特開２００４−５０４２７号公報

しかし、上述した従来の射出成形機（リサイクル材料用射出成形機）は、次のような解決すべき課題が存在した。

第一に、リサイクル材料専用の射出成形機として構成するため、射出成形機自体の構成が特異化及び複雑化してコストアップ要因になるとともに、加えて、バージン材料のみを成形する射出成形機として使用する場合には、余分な機構（機能）が付加されることから返って成形品質の低下要因になる。結局、バージン材料とリサイクル材料の双方の成形を行う場合には、二種類の射出成形機を購入する必要があるなど、コスト及び設置スペースなどの面で不利になる。

第二に、基本的には異物を除去する機能が主たる機能となり、除去される異物も異物除去装置により除去される異物が限界となる。しかも、リサイクル材料のように異種材料の混合を前提とした成形材料には、そもそも除去する必要のない異物が混在するとともに、融点の異なる物質や化学反応によりガスを発生する物質など、異物除去装置によっても除去されない様々な異物が混在するため、成形材料の不均一性を改善して、成形品質の向上及び均一性の向上を図るには限界がある。

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及びその制御方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る射出成形機１は、上述した課題を解決するため、駆動モータ３の回転数を可変制御して吐出流量を制御可能な油圧ポンプ４を有する油圧駆動源２を備える射出成形機であって、スクリュ速度検出手段５により検出したスクリュ速度に係わる速度検出値Ｖｄと設定した速度目標値Ｖｆｃによりスクリュ速度に対するフィードバック制御を行い、かつ射出圧検出手段６により検出した射出圧力に係わる圧力検出値Ｐｉｄと設定した圧力目標値Ｐｉｃにより射出圧力に対するフィードバック制御を行う第一制御系Ｃｆにより制御する第一制御モードＭ１と、設定した速度目標値Ｖｓｃによりスクリュ速度に対してオープンループ制御を行い、かつポンプ圧検出手段７により検出した油圧ポンプ４のポンプ圧に係わる圧力検出値Ｐｐｄと設定した圧力目標値Ｐｐｃによりポンプ圧に対するフィードバック制御を行う第二制御系Ｃｓにより制御する第二制御モードＭ２と、第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２に選択的に切換可能なモード選択手段８とを具備することを特徴とする。

一方、本発明に係る射出成形機１の制御方法は、上述した課題を解決するため、駆動モータ３の回転数を可変制御して吐出流量を制御可能な油圧ポンプ４を有する油圧駆動源２を備える射出成形機１を制御する際に際し、選択可能な第一制御モードＭ１と第二制御モードＭ２を設け、第一制御モードＭ１が選択されたなら、検出したスクリュ速度に係わる速度検出値Ｖｄと設定した速度目標値Ｖｆｃによりスクリュ速度に対するフィードバック制御を行い、かつ検出した射出圧力に係わる圧力検出値Ｐｉｄと設定した圧力目標値Ｐｉｃにより射出圧力に対するフィードバック制御を行う第一制御系Ｃｆにより制御するとともに、第二制御モードＭ２が選択されたなら、設定した速度目標値Ｖｓｃによりスクリュ速度に対してオープンループ制御を行い、かつ検出した油圧ポンプ４のポンプ圧に係わる圧力検出値Ｐｐｄと設定した圧力目標値Ｐｐｃによりポンプ圧に対するフィードバック制御を行う第二制御系Ｃｓにより制御するようにしたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、第二制御系Ｃｓにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｓは、第一制御系Ｃｆにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｆよりも低く設定することができる。なお、射出圧検出手段６には、射出装置１ｉにおける射出ノズル１１の内部の樹脂圧（Ｐｉｄ）を検出するノズル樹脂圧センサ６ａ，射出シリンダ１２の内部の油圧（Ｐｉｄ）を検出するシリンダ内圧センサ６ｂ，金型１３の内部の樹脂圧（Ｐｉｄ）を検出する金型樹脂圧センサ６ｃ，の少なくとも一つを含ませることができる。また、駆動モータ３の回転数をロータリエンコーダ１４により検出し、この検出結果に基づいて当該回転数をフィードバック制御する駆動モータ３に対するマイナループ制御系Ｃｍを設けることができる。さらに、モード選択手段８には、手動により任意に切換えることができるマニュアル選択手段８ｍを用いることができる。他方、第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２は、少なくとも材料情報により選択することができる。この際、材料情報には、少なくとも、通常の成形材料（バージン材料）と所定割合以上の廃材が混合するリサイクル材料を含ませることができ、バージン材料では第一制御モードＭ１を選択するとともに、リサイクル材料では第二制御モードＭ２を選択することができる。なお、第一制御モードＭ１及び第二制御モードＭ２は射出工程で用いることができる。

このような構成を有する本発明に係る射出成形機１及びその制御方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 異なる種類（状態）の成形材料であっても、各成形材料に適した第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２を選択できるため、異なる成形材料の成形に対して一台の射出成形機１を共用できる。したがって、異なる成形材料に応じて二種類の射出成形機を購入する必要がなく、コスト及び設置スペースなどの面で有利になるとともに、制御形態の変更により対応できるため、射出成形機自体の特異化及び複雑化を回避でき、更なるコストダウンに寄与できる。

（２） リサイクル材料のように、異種材料が混入している成形材料であっても、異種材料が混入した成形材料を前提とし、この成形材料の性質や状態に最適な制御を行うため、成形材料が不均一性を有している場合であっても、不均一性の程度に拘わらず、成形品質の向上及び均一性の向上に寄与できる。特に、第二制御モードＭ２を選択した場合には過負荷が回避されるため、射出成形機全体の省エネルギ性向上にも寄与できる。

（３） 好適な態様により、第二制御系Ｃｓにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｓを、第一制御系Ｃｆにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｆよりも低く設定すれば、スクリュ速度に対してオープンループ制御を行い、かつポンプ圧に対してフィードバック制御を行う第二制御系Ｃｓの有する長所（性質）をより顕在化させることができる。

（４） 好適な態様により、射出圧検出手段６に、射出装置１ｉにおける射出ノズル１１の内部の樹脂圧（Ｐｉｄ）を検出するノズル樹脂圧センサ６ａ，射出シリンダ１２の内部の油圧（Ｐｉｄ）を検出するシリンダ内圧センサ６ｂ，金型１３の内部の樹脂圧（Ｐｉｄ）を検出する金型樹脂圧センサ６ｃ，の少なくとも一つを含ませれば、各動作工程や成形条件等に対応した、より望ましい検出場所を選択できるため、各動作工程や成形条件等に適した的確な制御を行うことができる。

（５） 好適な態様により、駆動モータ３の回転数をロータリエンコーダ１４により検出し、この検出結果に基づいて当該回転数をフィードバック制御する駆動モータ３に対するマイナループ制御系Ｃｍを設ければ、駆動モータ３の回転数、更には、油圧ポンプ４の吐出流量やポンプ圧の安定化を図ることができる。

（６） 好適な態様により、モード選択手段８に、手動により任意に切換えることができるマニュアル選択手段８ｍを用いれば、オペレータの判断により最適な制御モードを選択できる。

（７） 好適な態様により、第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２を、少なくとも材料情報により選択することができるようにすれば、様々な成形材料の異なる性質（状態）に対応した最適な制御を行うことができる。

（８） 好適な態様により、材料情報に、少なくとも、バージン材料と所定割合以上の廃材が混合するリサイクル材料を含ませ、バージン材料では第一制御モードＭ１を選択するとともに、リサイクル材料では第二制御モードＭ２を選択するようにすれば、特に、バージン材料とリサイクル材料にとって最適な制御を行うことができる。

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、本実施形態に係る射出成形機１の構成について、図２〜図５を参照して具体的に説明する。

図２中、１は射出成形機であり、射出装置１ｉ及び型締装置を備える。なお、型締装置は図示を省略し、この型締装置により支持される金型１３のみを示す。射出装置１ｉは、前端に射出ノズル１１を、後部にホッパ２１をそれぞれ有する加熱筒２２を備え、この加熱筒２２の内部にはスクリュ２３を挿入するとともに、加熱筒２２の後端にはスクリュ駆動部２４を設ける。スクリュ駆動部２４は、片ロッドタイプの射出ラム２５を内蔵する射出シリンダ（油圧シリンダ）１２を備え、射出ラム２５の前方に突出するラムロッド２５ｒはスクリュ２３の後端に結合する。また、射出ラム２５の後端には、射出シリンダ１２に取付けたオイルモータ２６のシャフトがスプライン結合する。射出装置１ｉは、射出ノズル１１を金型１３にノズルタッチし、金型１３のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填することができる。

一方、３１は油圧駆動部であり、油圧駆動源２となる油圧ポンプ（可変吐出型油圧ポンプ）４及び切換バルブ回路３２を備える。油圧ポンプ４は、ポンプ部３３とこのポンプ部３３を回転駆動するサーボモータ（駆動モータ）３を備える。サーボモータ３には、成形機コントローラ５１の出力ポートに接続した交流サーボモータを用いるとともに、サーボモータ３には、このサーボモータ３の回転数を検出するロータリエンコーダ１４が付設され、このロータリエンコーダ１４は成形機コントローラ５１の入力ポートに接続する。

また、ポンプ部３３は、斜板型ピストンポンプにより構成するポンプ機体３４を内蔵する。したがって、ポンプ部３３は、斜板３５を備え、斜板３５の傾斜角（斜板角）を大きくすれば、ポンプ機体３４におけるポンプピストンのストロークが大きくなり、吐出流量が増加するとともに、斜板角を小さくすれば、同ポンプピストンのストロークが小さくなり、吐出流量が減少する。よって、斜板角を所定の角度に設定することにより、吐出流量が所定の大きさに固定される固定吐出流量を設定することができる。さらに、斜板３５には、コントロールシリンダ３６及び戻しスプリング３７を付設するとともに、コントロールシリンダ３６は、切換バルブ（電磁バルブ）３８を介してポンプ部３３（ポンプ機体３４）の吐出口に接続する。これにより、斜板３５の角度（斜板角）は、コントロールシリンダ３６を制御することにより変更することができる。

他方、ポンプ部３３の吸入口は、オイルタンク３９に接続するとともに、ポンプ部３３の吐出口は、切換バルブ回路３２の一次側に接続し、さらに、切換バルブ回路３２の二次側は、射出成形機１における射出シリンダ１２及びオイルモータ２６をはじめ、型締シリンダ，突出しシリンダ及び射出装置移動シリンダを含む他の各アクチュエータに接続する。したがって、切換バルブ回路３２には、少なくとも、射出シリンダ１２，オイルモータ２６及び他の各アクチュエータにそれぞれ接続する切換バルブ（電磁バルブ）を備えている。なお、各切換バルブは、それぞれ一又は二以上のバルブ部品をはじめ、必要な付属油圧部品等により構成され、少なくとも、射出シリンダ１２，オイルモータ２６及び他の各アクチュエータに対する作動油の供給，停止，排出に係わる切換機能を有する。

これにより、サーボモータ３の回転数を可変制御すれば、油圧ポンプ４の吐出流量及びポンプ圧を可変でき、これに基づいて、上述した射出シリンダ１２，オイルモータ２６及び他の各アクチュエータに対する駆動制御を行うことができる。このように、油圧ポンプ４に、可変吐出型油圧ポンプを用いれば、本実施形態に係る制御方法、特に、後述する第二制御モードＭ２（第二制御系Ｃｓ）をより確実かつ有効に実施できる。

また、射出装置１ｉには各種センサ類を付設する。具体的には、スクリュ２３の位置を検出するリニアエンコーダ等を用いたスクリュ位置センサ５ｘ，射出圧力に係わる圧力検出値Ｐｉｄを検出する射出圧検出手段６、及び油圧ポンプ４のポンプ圧（吐出圧力）に係わる圧力検出値Ｐｐｄを検出するポンプ圧センサ（ポンプ圧検出手段）７を備える。この場合、射出圧検出手段６は、射出装置１ｉにおける射出ノズル１１の内部の樹脂圧（Ｐｉｄ）を検出するノズル樹脂圧センサ６ａ，射出シリンダ１２における後油室１２ｒ内部の油圧（Ｐｉｄ）を検出するシリンダ内圧センサ６ｂを備える。なお、ノズル樹脂圧センサ６ａにより射出ノズル１１の内部の樹脂圧を検出する代わりに、加熱筒２２の内部の樹脂圧を検出してもよいし、金型樹脂圧センサ６ｃにより金型１３の内部の樹脂圧を検出してもよい。そして、各センサ５ｘ，６ａ（６ｃ），６ｂ，７は、成形機コントローラ５１の入力ポートに接続する。このように、射出圧検出手段６に、射出装置１ｉにおける射出ノズル１１の内部の樹脂圧を検出するノズル樹脂圧センサ６ａ，射出シリンダ１２の内部の油圧を検出するシリンダ内圧センサ６ｂ，金型１３の内部の樹脂圧を検出する金型樹脂圧センサ６ｃ，の少なくとも一つを含ませれば、各動作工程や成形条件等に対応した、より望ましい検出場所を選択できるため、各動作工程や成形条件等に適した的確な制御を行うことができる。

一方、図３は成形機コントローラ５１における要部のブロック系統図を示す。図３中、５２は速度変換器、５３ｖは速度補償部、５３ｐは圧力補償部、５４は速度リミッタ、５５は回転速度補償部、５６は速度変換器、５７はトルク補償部、５８は電流検出器，５９は切換スイッチをそれぞれ示す。

また、８はモード選択手段であり、手動で切換えることができるマニュアル選択手段８ｍを用いる。したがって、マニュアル選択手段８ｍは、図３に示す速度側選択スイッチＳＷｖ及び圧力側選択スイッチＳＷｐを備えるとともに、この速度側選択スイッチ機能部ＳＷｖと圧力側選択スイッチ機能部ＳＷｐを連動させて切換える図２に示すモード切換部８ｍｓを備える。このモード切換部８ｍｓは、マニュアル操作部であり、成形機コントローラ５１のディスプレイに表示されるタッチパネル式の選択キーなどを利用できる。これにより、オペレータは、モード切換部８ｍｓを手動で操作することにより、速度側選択スイッチ機能部ＳＷｖ及び圧力側選択スイッチ機能部ＳＷｐを同時に切換え、後述する第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２を任意に選択することができる。即ち、オペレータの判断により最適な制御モードを選択できる。

そして、図３に示すように、上述したポンプ圧センサ７は、圧力側選択スイッチ機能部ＳＷｐに接続するとともに、上述した樹脂圧センサ６ａ（６ｃ）とシリンダ内圧センサ６ｂは、切換スイッチ５９を介して圧力側選択スイッチ機能部ＳＷｐに接続する。これにより、シリンダ内圧センサ６ｂ（樹脂圧センサ６ａ（６ｃ））とポンプ圧センサ７から得る圧力検出値ＰｉｄとＰｐｄは、圧力側選択スイッチ機能部ＳＷｐにより選択されて圧力補償部５３ｐに付与される。また、上述したスクリュ位置センサ５ｘは、速度変換器５２に接続する。これにより、スクリュ位置センサ５ｘから得る位置検出値Ｘｄは、速度変換器５２により速度検出値Ｖｄに変換され、速度補償部５３ｖに付与される。したがって、スクリュ位置センサ５ｘ及び速度変換器５２は、スクリュ速度に係わる速度検出値Ｖｄを検出するスクリュ速度検出手段５を構成する。さらに、ロータリエンコーダ１４から得る回転数検出値Ｘｅは、速度変換器５６により回転速度検出値Ｖｅに変換され、回転速度補償部５５に付与される。これにより、サーボモータ３に対するマイナループ制御系Ｃｍが構成され、サーボモータ３の回転数（回転速度）に対するフィードバック制御が行われる。これにより、駆動モータ３の回転数、更には、油圧ポンプ４の吐出流量やポンプ圧の安定化を図ることができる。

一方、速度補償部５３ｖには、予め設定した速度目標値（速度設定値）Ｖｆｃ，Ｖｓｃが付与されるとともに、圧力補償部５３ｐには、予め設定した圧力目標値（圧力設定値）Ｐｉｃ，Ｐｐｃが付与される。この圧力補償部５３ｐには、後述するＶＰ切換制御機能部Ｆｃ及び積分項制御機能部Ｆｋを備えている。速度目標値Ｖｆｃ，Ｖｓｃは、速度側選択スイッチ機能部ＳＷｖ及び圧力補償部５３ｐにも付与される。この速度側選択スイッチ機能部ＳＷｖにより、速度補償部５３ｖの出力となる速度指令値Ｖｃｏ又は速度目標値Ｖｓｃが選択されて速度リミッタ５４に付与され、速度制限値として設定される。この速度リミッタ５４には、圧力補償部５３ｐから出力する圧力補償された速度指令値Ｖｐｏも付与される。さらに、速度リミッタ５４から出力する速度指令値Ｖｃａは、回転速度補償部５５に付与される。また、回転速度補償部５５から出力するトルク指令値はトルク補償部５７に付与される。そして、トルク補償部５７から出力するモータ駆動電流がサーボモータ３に供給され、サーボモータ３が駆動される。なお、モータ駆動電流の大きさは、電流検出器５８により検出され、トルク補償部５７に付与されることにより、モータ駆動電流に対するマイナループのフィードバック制御が行われる。

他方、図４には、上述した速度補償部５３ｖのブロック系統図を具体的に示すとともに、図５には、上述した圧力補償部５３ｐのブロック系統図を具体的に示す。

図４に示す速度補償部５３ｖは、大別して、偏差演算器６５とＰＩＤ制御系５３ｖｃにより構成し、このＰＩＤ制御系５３ｖｃには、加算器６６，積分器６７，１／積分値を出力する演算器６８，積分リミッタ６９，減算器７０，加減算器７１，加算器７２，遅延器７３，微分器７４，比例ゲイン設定器７５及びフィードフォワード回路７６が含まれる。これにより、速度補償部５３ｖでは、偏差演算器６５により、速度目標値Ｖｆｃと速度検出値Ｖｄの偏差、即ち、速度偏差値Ｅｖを得るとともに、この速度偏差値Ｅｖを、ＰＩＤ制御系５３ｖｃにより速度補償して速度指令値Ｖｃｏを得、この速度指令値Ｖｃｏを、速度補償部５３ｖの出力として速度側選択スイッチ機能部ＳＷｖに付与する。なお、ＰＩＤ制御系５３ｖｃではＩ−ＰＤ制御が行われる。本実施形態に係る射出成形機１では、速度に対するフィードバック制御系に応答性の比較的遅い油圧回路を含むため、このようなＩ−ＰＤ制御が適しており、制御系の調整が容易となり、コストダウンを図れる利点も得られる。

また、図５に示す圧力補償部５３ｐは、大別して、偏差演算器８１とＰＩＤ制御系５３ｐｃにより基本回路５３ｐｘを構成し、このＰＩＤ制御系５３ｐｃには、加算器８２，積分器８３，１／積分値を出力する演算器８４，積分リミッタ８５，減算器８６，加減算器８７，遅延器８８，微分器８９及び比例ゲイン設定器９０が含まれる。したがって、この基本回路５３ｐｘでは、偏差演算器８１により、圧力目標値Ｐｉｃと圧力検出値Ｐｉｄの偏差又は圧力目標値Ｐｐｃと圧力検出値Ｐｐｄの偏差、即ち、圧力偏差値Ｅｐを得るとともに、この圧力偏差値Ｅｐを、ＰＩＤ制御系５３ｐｃにより圧力補償して速度指令値Ｖｃｇを得る。この速度指令値Ｖｃｇが基本回路５３ｐｘの出力となる。なお、ＰＩＤ制御系５３ｐｃではＰＩ−Ｄ制御が行われる。本実施形態に係る射出成形機１では、圧力に対するフィードバック制御系に応答性の比較的遅い油圧回路を含むため、このようなＰＩ−Ｄ制御が適しており、制御系の調整（エンコード）が容易となり、コストダウンを図れる利点も得られる。

さらに、圧力補償部５３ｐには、このような基本回路５３ｐｘに加えて、ＶＰ切換制御機能部Ｆｃ及び積分項制御機能部Ｆｋを備える。ＶＰ切換制御機能部Ｆｃには、速度設定器９１を用いるとともに、比例ゲイン設定器９０と速度リミッタ５４間に接続した加算器９２を用いる。そして、速度設定器９１には、偏差演算器８１の出力である圧力偏差値Ｅｐを入力させるとともに、前述した速度目標値Ｖｆｃ（Ｖｓｃ）を入力させる。速度設定器９１には、圧力偏差値Ｅｐに対応する補正指令値Ｖａを出力する所定の制御パターンを設定する。これにより、速度設定器９１の出力には、圧力偏差値Ｅｐの大きさに対応した補正指令値Ｖａ、即ち、入力する速度目標値Ｖｆｃ（Ｖｓｃ）を所定の制御パターンにより変換した補正指令値Ｖａが得られる。この補正指令値Ｖａは、加算器９２に付与され、比例ゲイン設定器９０から得る速度指令値Ｖｃｇに加算されるとともに、加算器９２から得る補正された速度指令値Ｖｐｏが速度リミッタ５４に付与される。このＶＰ切換制御機能部Ｆｃは、圧力偏差値Ｅｐが予め設定した所定の切換判断値以下になったなら速度制御領域から圧力制御領域への切換を行うとともに、この切換時に、速度制御領域における速度目標値Ｖｆｃ（Ｖｓｃ）を所定の制御パターンにより制御した後に圧力制御領域に移行させるものであり、安定した、より理想的な制御を行うことができる。特に、圧力及び速度を実際の制御対象から離れた場所で検出した場合、検出される圧力検出値及び速度検出値は、いわば見做し値となるため、速度制御領域から圧力制御領域へ切換える際の所定の切換判断値は、ある程度余裕を含めた大きさに設定せざるを得ない。したがって、圧力偏差値Ｅｐが大きい状態でフィードバック系の切換が行われることになり、切換時の動作が不安定かつ変動が大きくなるとともに、これに伴って速度の急激な低下も生じるが、ＶＰ切換制御機能部Ｆｃにより、これらの不具合を解消することができる。

また、積分項制御機能部Ｆｋには、積分プリセット器９２を用いる。この積分プリセット器９２は、速度制御領域から圧力制御領域への切換時に、圧力補償部５３ｐに備えるＰＩＤ制御系５３ｐｃの積分項を、切換後の速度指令値Ｖｃｇが切換前の速度指令値Ｖｃｇに一致するように求めた新積分項にプリセットする動作を行う。したがって、積分プリセット器９２には、比例ゲイン設定器９０から出力する旧速度指令値Ｖｃｇｒ，比例ゲイン設定器９０の旧比例ゲインＧｐｒ，微分器８９の旧微分出力Ｄｒ，新圧力偏差値Ｅｐ，演算器８４から得る新積分ゲインＧｉをそれぞれ付与し、次の（１００）式を用いた演算処理を行なうことにより新積分項を得る。
新積分項＝｛（Ｖｃｒ／Ｇｐｒ）＋Ｄｒ−Ｅｐ｝・Ｇｉ …（１００）

このように、新積分項は、切換前の旧速度指令値Ｖｃｇｒを（１００）式により逆算することにより求められ、演算結果（解）となる新積分項が積分器８３にプリセットされる。この結果、速度制御領域から圧力制御領域への切換時には、切換後の速度指令値Ｖｃｇと切換前の速度指令値Ｖｃｇが一致することになる。この場合、旧速度指令値Ｖｃｇｒ，旧比例ゲインＧｐｒ，旧微分出力Ｄｒは、積分プリセット器９２に一時記憶される。このような積分項制御機能部Ｆｋを設けることにより、速度制御領域から圧力制御領域への切換時のショクにより発生するオーバシュートやアンダシュート等の不安定な変動を防止することができる。

次に、このような構成を有する射出成形機１の動作、特に射出工程の動作を含む本実施形態に係る制御方法について、図１〜図７を参照して説明する。

まず、射出成形機１には、二つの制御モード、即ち、第一制御モードＭ１と第二制御モードＭ２を設定する。この場合、第一制御モードＭ１は、図６に示すように、スクリュ速度検出手段５により検出したスクリュ速度に係わる速度検出値Ｖｄと設定した速度目標値Ｖｆｃによりスクリュ速度に対するフィードバック制御を行い、かつ射出圧検出手段６により検出した射出圧力に係わる圧力検出値Ｐｉｄと設定した圧力目標値Ｐｉｃにより射出圧力に対するフィードバック制御を行う第一制御系Ｃｆを用いるモードとなる。したがって、第一制御モードＭ１を用いる場合には、モード選択手段８におけ速度側選択スイッチＳＷｖ及び圧力側選択スイッチＳＷｐを、それぞれ第一制御モードＭ１を選択する図６に示すポジションに切換える。

一方、第二制御モードＭ２は、図７に示すように、設定した速度目標値Ｖｓｃによりスクリュ速度に対してオープンループ制御を行い、かつポンプ圧センサ７により検出した油圧ポンプ４のポンプ圧に係わる圧力検出値Ｐｐｄと設定した圧力目標値Ｐｐｃによりポンプ圧に対するフィードバック制御を行う第二制御系Ｃｓを用いるモードとなる。したがって、第二制御モードＭ２を用いる場合には、モード選択手段８における速度側選択スイッチＳＷｖ及び圧力側選択スイッチＳＷｐを、それぞれ第二制御モードＭ２を選択する図７に示すポジションに切換える。また、第二制御モードＭ２では、第二制御系Ｃｓにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｓを、第一制御系Ｃｆにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｆよりも低く設定する。なお、サーボゲインＫｆは標準的な大きさに設定可能である。このように、第二制御系ＣｓのサーボゲインＫｓを、第一制御系ＣｆのサーボゲインＫｆよりも低く設定すれば、スクリュ速度に対してオープンループ制御を行い、かつポンプ圧に対してフィードバック制御を行う第二制御系Ｃｓの有する長所（性質）をより顕在化させることができる。

次に、各制御モードＭ１，Ｍ２を用いた射出工程（射出充填工程，保圧工程）の動作について、図１に示すフローチャートに従って説明する。

まず、生産開始に先立ち、オペレータは、第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２を選択する。この場合、第一制御モードＭ１と第二制御モードＭ２は、少なくとも材料情報により選択することができる（ステップＳ１）。より望ましくは、成形材料が通常の成形材料（バージン材料）の場合に第一制御モードＭ１を選択し、成形材料が所定割合以上の廃材が混合するリサイクル材料の場合に第二制御モードＭ２を選択することができる。したがって、第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２を選択することにより、様々な成形材料の異なる性質（状態）に対応した最適な制御を行うことができ、特に、バージン材料とリサイクル材料にとって最適な制御を行うことができる。なお、制御モードＭ１，Ｍ２の選択は、オペレータがモード切換部８ｍｓを手動により操作して切換えることができる。

今、オペレータがバージン材料の成形を行うため、第一制御モードＭ１を選択した場合を想定する（ステップＳ２，Ｓ３）。これにより、射出工程ではフルクローズドループ制御が行われる（ステップＳ４）。フルクローズドループ制御は、上述した第一制御系Ｃｆによる制御であり、図６に示すように、スクリュ速度検出手段５により検出したスクリュ速度に係わる速度検出値Ｖｄと予め設定した速度目標値Ｖｆｃによりスクリュ速度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Ｓ４１）、シリンダ内圧センサ６ｂにより検出した射出圧力に係わる圧力検出値Ｐｉｄと予め設定した圧力目標値Ｐｉｃにより射出圧力に対するフィードバック制御が行われる（ステップＳ４２）。また、ポンプ圧に対するサーボゲインＫｆは、第二制御系Ｃｓにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｓよりも相対的に高く設定される（ステップＳ４３）。なお、サーボゲインＫｆは、第二制御系ＣｓのサーボゲインＫｓを標準的な大きさよりも低く設定するためであり、サーボゲインＫｆの大きさは標準的に設定可能である。

そして、この第一制御モードＭ１により生産稼働における射出工程の制御が行われる（ステップＳ７）。この場合、射出充填工程では、成形機コントローラ５１によりサーボモータ３が駆動制御され、油圧ポンプ４の作動により射出シリンダ１２の後油室１２ｒに圧油が供給される。この結果、射出ラム２５、さらにスクリュ２３が前進移動することにより加熱筒２２内の計量された溶融樹脂（バージン材料）が射出ノズル１１を通して金型１３のキャビティ内に射出充填される。この際、スクリュ位置センサ５ｘから得られる位置検出値Ｘｄは、速度変換器５２により速度検出値Ｖｄに変換され、偏差演算器６５に付与される。偏差演算器６５では、速度目標値Ｖｆｃと速度検出値Ｖｄの偏差、即ち、速度偏差値Ｅｖが得られるとともに、ＰＩＤ制御系５３ｖｃにより、速度偏差値Ｅｖが速度補償された速度指令値Ｖｃｏが得られる。そして、この速度指令値Ｖｃｏは、速度側選択スイッチ機能部ＳＷｖを介して速度リミッタ５４に付与される。

また、シリンダ内圧センサ６ｂから得られる圧力検出値Ｐｉｄは、圧力側選択スイッチ機能部ＳＷｐを介して偏差演算器８１に付与される。偏差演算器８１では、圧力目標値Ｐｉｃと圧力検出値Ｐｉｄの偏差、即ち、圧力偏差値Ｅｐが得られるとともに、ＰＩＤ制御系５３ｐｃにより、圧力偏差値Ｅｐが圧力補償された速度指令値Ｖｃｇが比例ゲイン設定器９０の出力として得られる。そして、加算部９２において、速度指令値Ｖｃｇと速度設定器９１からの補正指令値Ｖａが加算され、速度リミッタ５４に付与される。速度リミッタ５４では、速度補償部５３ｖから出力する速度指令値Ｖｃｏが速度リミッタ値として設定される。射出充填工程では、射出圧力（圧力検出値Ｐｉｄ）が低いため、圧力偏差値Ｅｐは大きくなる。このため、速度リミッタ５４からは、速度リミッタ値である速度指令値Ｖｃｏが速度指令値Ｖｃａとして出力し、射出速度が速度目標値Ｖｆｃとなるようにスクリュ速度に対するフィードバック制御が行われる。

一方、射出充填工程の進行により、射出圧力が徐々に上昇、即ち、圧力検出値Ｐｉｄが徐々に大きくなる。これにより、圧力目標値Ｐｉｃと圧力検出値Ｐｉｄの圧力偏差値Ｅｐ（速度指令値Ｖｃｇ）が小さくなり、速度指令値Ｖｃｇが、速度リミッタ値である速度指令値Ｖｃｏよりも小さくなったときに実質的な圧力制御に切換えられる。そして、スクリュ位置センサ５ｘから得られる位置検出値Ｘｄが予め設定した所定のポジション（ＶＰ切換位置）又は目標設定値Ｐｉｃ（ＶＰ切換圧力）に達した時点で保圧工程に移行する。保圧工程（圧力制御領域）では、圧力偏差値Ｅｐ（速度指令値Ｖｃｇ）が速度指令値Ｖｃｏよりも小さくなり、速度リミッタ５４からは、圧力補償部５３ｐから得る速度指令値Ｖｃｇが速度指令値Ｖｃａとして出力し、圧力検出値Ｐｉｄが圧力目標値Ｐｉｃとなるように圧力に対するフィードバック制御が行われる。

このような第一制御モードＭ１による制御を行えば、スクリュ速度に対してフィードバック制御により精度の高い速度制御が行われるとともに、射出圧力（樹脂圧力）に対してもフィードバック制御により精度の高い圧力制御が行われる。したがって、成形機側における高い制御精度が、均一性の高いバージン材料に対して反映されることになり、バージン材料にとって最適な制御を行うことができる。なお、射出工程が終了したなら射出工程以外の成形工程が行われる（ステップＳ８，Ｓ９）。射出工程以外の成形工程では第一制御モードＭ１は解除される。

他方、オペレータがリサイクル材料の成形を行うため、第二制御モードＭ２を選択した場合を想定する（ステップＳ５）。これにより、射出工程ではセミクローズドループ制御が行われる（ステップＳ６）。セミクローズドループ制御は、上述した第二制御系Ｃｓによる制御であり、図７に示すように、設定した速度目標値Ｖｓｃによりスクリュ速度に対するオープンループ制御が行われるとともに（ステップＳ６１）、ポンプ圧センサ７により検出した油圧ポンプ４のポンプ圧に係わる圧力検出値Ｐｐｄと予め設定した圧力目標値Ｐｐｃによるポンプ圧に対するフィードバック制御（ステップＳ６２）が行われる。また、第二制御系Ｃｓにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｓは、第一制御系Ｃｆにおけるポンプ圧に対するサーボゲインＫｆよりも低く設定される（ステップＳ６３）。

そして、この第二制御モードＭ２により生産稼働における射出工程の制御が行われる（ステップＳ７）。この場合、射出充填工程では、成形機コントローラ５１によりサーボモータ３が駆動制御され、油圧ポンプ４の作動により射出シリンダ１２の後油室１２ｒに圧油が供給され、射出ラム２５、さらにスクリュ２３が前進移動することにより加熱筒２２内の計量された溶融樹脂（リサイクル材料）が射出ノズル１１を通して金型１３のキャビティ内に射出充填される。この場合、速度目標値Ｖｓｃは、速度補償部５３ｖを経由することなく、直接速度リミッタ５４に付与され、スクリュ速度に対するオープンループ制御が行われる。

一方、ポンプ圧センサ７から得られるポンプ圧に係わる圧力検出値Ｐｐｄは、圧力側選択スイッチ機能部ＳＷｐを介して偏差演算器８１に付与される。これにより、偏差演算器８１からは圧力目標値Ｐｐｃと圧力検出値Ｐｐｄの圧力偏差値Ｅｐが得られ、油圧ポンプ４のポンプ圧（吐出圧力）が圧力目標値Ｐｐｃとなるようにフィードバック制御が行われる。したがって、油圧駆動源２からは精度の高い安定した油圧が射出シリンダ１２の後油室１２ｒに供給される。なお、圧力目標値Ｐｐｃはリサイクル材料を考慮し、バリ不良等が発生しない大きさを設定する。

このような第二制御モードＭ２による制御を行えば、スクリュ速度に対してオープンループ制御が行われるとともに、油圧ポンプ４のポンプ圧に対してフィードバック制御により精度の高い安定した圧力制御が行われる。したがって、成形機側の制御は、不均一性の高いリサイクル材料であっても、このリサイクル材料の性質及び状態に応じた制御が行われる。即ち、スクリュ速度がオープンループ制御され、かつ油圧ポンプ４から精度の高い安定した油圧が付与されるため、金型１３のキャビティに対してリサイクル材料の性質により充填不足を生じる虞れがある場合であっても充填不足（ショートショット不良等）が解消されるとともに、金型１３のキャビティに対してリサイクル材料の性質により過充填を生じる虞れがある場合であっても過充填（バリ不良等）が回避される。よって、第二制御モードＭ２では、特に、リサイクル材料にとって最適な制御を行うことができ、異種材料の混合割合が３０〔％〕以上であっても良好な成形を行うことができる。なお、射出工程が終了したなら射出工程以外の成形工程が行われる（ステップＳ８，Ｓ９）。射出工程以外の成形工程では第二制御モードＭ２は解除される。

図８及び図９には、第一制御モードＭ１と第二制御モードＭ２の比較データ、特に、第一制御モードＭ１と第二制御モードＭ２によりリサイクル材料を成形した場合の比較データを示す。図８は、射出充填末期におけるスクリュ位置Ｘに対するスクリュ速度Ｖと射出圧力Ｐｉを示す。射出充填末期のため、金型１３のキャビティ内には樹脂がほぼ満たされた状態にある。第一制御モードＭ１では、速度制御が優先されるため、射出充填末期において、速度制御領域が終了するまで（ＶＰ切換位置に達するまで）は速度制御（図８：Ｖ（Ｍ１））が継続し、この結果、この速度制御に対応して射出圧力Ｐｉ（図８：Ｐｉ（Ｍ１））も高くなる。したがって、バリ不良等が発生しやすくなる。これに対して、第二制御モードＭ２では、射出充填末期になった場合、樹脂の状態に応じて射出圧力Ｐｉ（図８：Ｐｉ（Ｍ２））が減少し、この射出圧力Ｐｉの減少に応じてスクリュ速度Ｖ（図８：Ｖ（Ｍ２））も減少する。したがって、樹脂の充填量は、樹脂の状態及び安定したポンプ圧の大きさに応じた量となり、バリ不良等は回避される。

図９は、射出充填工程の全体区間におけるスクリュ位置Ｘに対するスクリュ速度Ｖと射出圧力Ｐｉを示す。第二制御モードＭ２では、樹脂の状態に対応して射出圧力Ｐｉ（図９：Ｐｉ（Ｍ２））が抑制されるため、これに応じて、スクリュ速度Ｖ（図９：Ｖ（Ｍ２））も徐々に減少する。特に、図９中、Ｖｎａの区間は、射出圧力Ｐｉ（充填圧力）に応じてスクリュ速度Ｖが徐々に減少する区間を示しており、この区間では樹脂の状態に応じた成り行き成形が行われる。なお、図９中、第一制御モードＭ１によるスクリュ速度ＶをＶ（Ｍ１）により示すとともに、第一制御モードＭ１による射出圧力ＰｉをＰｉ（Ｍ１）により示す。

このように、本実施形態に係る射出成形機１及びその制御方法によれば、異なる種類（状態）の成形材料であっても、各成形材料に適した第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２を選択できるため、異なる成形材料の成形に対して一台の射出成形機１を共用できる。したがって、異なる成形材料に応じて二種類の射出成形機を購入する必要がなく、コスト及び設置スペースなどの面で有利になるとともに、制御形態の変更により対応できるため、射出成形機自体の特異化及び複雑化を回避でき、更なるコストダウンに寄与できる。また、リサイクル材料のように、異種材料が混入している成形材料であっても、異種材料が混入した成形材料を前提とし、この成形材料の性質や状態に最適な制御を行うため、成形材料が不均一性を有している場合であっても、不均一性の程度に拘わらず、成形品質の向上及び均一性の向上に寄与できる。特に、第二制御モードＭ２を選択した場合には過負荷が回避されるため、射出成形機全体の省エネルギ性向上にも寄与できる。

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、細部の回路構成，手法，数値等において、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、モード選択手段８は、手動により任意に切換えることができるマニュアル選択手段８ｍを用いる場合を示したが、成形条件の設定時に入力する材料コードなどに基づいて自動で選択されるようにしてもよい。また、第一制御モードＭ１又は第二制御モードＭ２を材料情報、特に、バージン材料と所定割合以上の廃材が混合するリサイクル材料により選択する場合を示したが、このような選択要因に限定されるものではない。特に、モード選択手段８によりオペレータが任意に選択できるため、様々な成形材料、或いは成形材料と成形品形状等の組合わせ、更には成形材料以外の要因に応じて任意に選択できるとともに、未知の成形材料の場合には、最初に一方の制御モードＭ１又はＭ２を試し、良好な成形が行われない場合、他方の制御モードＭ２又はＭ１を試すなどの使い方も可能となる。さらに、駆動モータ３としてサーボモータ３を例示したが、同様の機能を有する他の駆動モータ３を用いてもよい。

本発明の最良の実施形態に係る射出成形機の制御方法を説明するためのフローチャート、 同射出成形機の概略構成図、 同射出成形機の要部を示すブロック系統図、 同射出成形機における速度補償部のブロック系統図、 同射出成形機における圧力補償部のブロック系統図、 同射出成形機における第一制御モードを選択した際のブロック系統図、 同射出成形機における第二制御モードを選択した際のブロック系統図、 同第一制御モード及び同第二制御モードを用いた際の射出充填末期におけるスクリュ位置に対するスクリュ速度と射出圧力のデータ、 同第一制御モード及び同第二制御モードを用いた際の射出充填工程全体区間におけるスクリュ位置に対するスクリュ速度と射出圧力のデータ、

符号の説明

１：射出成形機，１ｉ：射出装置，２：油圧駆動源，３：駆動モータ，４：油圧ポンプ，５：スクリュ速度検出手段，６：射出圧検出手段，６ａ：ノズル樹脂圧センサ，６ｂ：シリンダ内圧センサ，６ｃ：金型樹脂圧センサ，７：ポンプ圧検出手段，８：モード選択手段，８ｍ：マニュアル選択手段，１１：射出ノズル，１２：射出シリンダ，１３：金型，１４：ロータリエンコーダ，Ｖｄ：速度検出値，Ｖｆｃ：速度目標値，Ｖｓｃ：速度目標値，Ｐｉｃ：圧力目標値，Ｐｐｃ：圧力目標値，Ｐｉｄ：圧力検出値，Ｐｐｄ：圧力検出値，Ｍ１：第一制御モード，Ｍ２：第二制御モード，Ｃｆ：第一制御系，Ｃｓ：第二制御系，Ｃｍ：マイナループ制御系

Claims (11)

1. 駆動モータの回転数を可変制御して吐出流量を制御可能な油圧ポンプを有する油圧駆動源を備える射出成形機において、スクリュ速度検出手段により検出したスクリュ速度に係わる速度検出値と設定した速度目標値により前記スクリュ速度に対するフィードバック制御を行い、かつ射出圧検出手段により検出した射出圧力に係わる圧力検出値と設定した圧力目標値により前記射出圧力に対するフィードバック制御を行う第一制御系により制御する第一制御モードと、設定した速度目標値によりスクリュ速度に対してオープンループ制御を行い、かつポンプ圧検出手段により検出した前記油圧ポンプのポンプ圧に係わる圧力検出値と設定した圧力目標値により前記ポンプ圧に対するフィードバック制御を行う第二制御系により制御する第二制御モードと、前記第一制御モード又は前記第二制御モードに選択的に切換可能なモード選択手段とを具備することを特徴とする射出成形機。
2. 前記第二制御系における前記ポンプ圧に対するサーボゲインは、前記第一制御系における前記ポンプ圧に対するサーボゲインよりも低く設定することを特徴とする請求項１記載の射出成形機。
3. 前記射出圧検出手段は、射出装置における射出ノズルの内部の樹脂圧を検出するノズル樹脂圧センサ，射出シリンダの内部の油圧を検出するシリンダ内圧センサ，金型の内部の樹脂圧を検出する金型樹脂圧センサ，の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機。
4. 前記駆動モータの回転数をロータリエンコーダにより検出し、この検出結果に基づいて前記回転数をフィードバック制御する前記駆動モータに対するマイナループ制御系を備えることを特徴とする請求項１記載の射出成形機。
5. 前記モード選択手段は、手動により任意に切換えることができるマニュアル選択手段を用いることを特徴とする請求項１記載の射出成形機。
6. 油圧駆動源として駆動モータの回転数を可変制御して吐出流量を制御可能な油圧ポンプを備える射出成形機を制御する際における射出成形機の制御方法において、選択可能な第一制御モードと第二制御モードを設け、前記第一制御モードが選択されたなら、検出したスクリュ速度に係わる速度検出値と設定した速度目標値により前記スクリュ速度に対するフィードバック制御を行い、かつ検出した射出圧力に係わる圧力検出値と設定した圧力目標値により前記射出圧力に対するフィードバック制御を行う第一制御系により制御するとともに、前記第二制御モードが選択されたなら、設定した速度目標値によりスクリュ速度に対してオープンループ制御を行い、かつ検出した前記油圧ポンプのポンプ圧に係わる圧力検出値と設定した圧力目標値により前記ポンプ圧に対するフィードバック制御を行う第二制御系により制御することを特徴とする射出成形機の制御方法。
7. 前記駆動モータに対するマイナループ制御系により、前記駆動モータの回転数をロータリエンコーダにより検出し、この検出結果に基づいて前記回転数をフィードバック制御することを特徴とする請求項６記載の射出成形機の制御方法。
8. 前記第二制御系における前記ポンプ圧に対するサーボゲインは、前記第一制御系における前記ポンプ圧に対するサーボゲインよりも低く設定することを特徴とする請求項６記載の射出成形機の制御方法。
9. 前記第一制御モード又は前記第二制御モードは、少なくとも材料情報により選択することを特徴とする請求項６記載の射出成形機の制御方法。
10. 前記材料情報には、少なくとも、通常の成形材料（バージン材料）と所定割合以上の廃材が混合するリサイクル材料を含み、バージン材料では前記第一制御モードを選択するとともに、リサイクル材料では前記第二制御モードを選択することを特徴とする請求項９記載の射出成形機の制御方法。
11. 前記第一制御モード及び前記第二制御モードは射出工程で用いることを特徴とする請求項６記載の射出成形機の制御方法。

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