JPH02299759A - 成形機のシリンダ速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ダイカストマシンや射出成形機等の成形機に
おけるシリンダ速度制御方法に関するものであり、主と
して、低速射出速度から高速射出速度への切替えを極め
て短時間の間に行うことが要求される射出シリンダの速
度制御方法を対象としたものである。

［従来の技術］ 第２図は標準的なダイカストマシンの射出シリンダ並び
にシリンダ速度の制御機構の概略図である。

第２図において、１は射出シリンダであり、射出シリン
ダ１のピストンロッド１ａにはカップリング４を介して
溶融金属を金型内（図示せず）に鋳込むための射出プラ
ンジャ５が連結されている。

ピストンロッド１ａもしくはカップリング４には一体的
にストライカ６が連結され、リミットスイッチ７（７°
ａ〜７ｅとして示す）のオン・オフを行っている。リミ
ットスイッチ７の信号はリミットスイッチ信号検出器８
に入力される０以上のストライカ６、リミットスイッチ
７、リミットスイッチ信号検出器８でシリンダの位置検
出装置が構成されている。また２図示例とは別に、磁気
スケールと磁気ヘッドの組合せでリミットスイッチ７お
よびストライカ６を置き換える場合もある。

このリミットスイッチ信号検出器８からの信号は制御指
令発生装置９に入力され、射出プランジャ５が所定の位
置に達っした時、速度設定器１０によって該装置内にあ
らかじめ設定されている設定値に応じた開度まで流量制
御弁２Ａを開閉する。２ａは液圧源であり、流量制御弁
２はシリンダ前進後退用の電磁切替弁２ｂを備えた液圧
回路３で射出シリンダ１と結ばれており、流量制御弁２
Ａの開き量で、射出シリンダ１に導入する液量を調整し
、射出シリンダｌの速度制御を行っている。

第３図は、第２図に示した射出シリンダ１の速度側ｍ＊
構により射出シリンダの速度を変化させた例で、横軸に
射出シリンダのストロークＳｔ、縦軸に射出速度Ｖをと
っている。また、第３図中のａ−ｅの信号は、第２図に
示したリミットスイッチ７の各位置７ａ〜７ｅと対応し
ている。

第４図は第３図に示したキャビティ充填領域の詳細図で
あり、ストロークＳの時点で、例えば、第２図に示した
リミットスイッチ７の７ｄが作動し、射出シリンダ速度
をｖｌからＶ２に変更させる状態をあられしている。と
ころが、ストロークＳの時点で流量制御弁２Ａが作動を
開始しても、所定の開度まで開くまでに時間を要すため
、第４図中で一点鎖線で示したように、瞬間的に速度■
１からｖ２に到達するのではなく、実線で示したように
、ΔＳ２のストロークを変位した後、速度Ｖ２に達する
とも考えられた。しかしながら。

射出シリンダｌの速度の推移の状態を実測してみると、
第４図中で点線で示すように、ストロークＳの時点で流
量制御弁２Ａが作動開始しても、速度Ｖ！を保ったまま
ΔＳ１変位した後に、速度が立上っていることが認めら
れる。このΔＳ１のストローク変位は、制御媒体である
作動油およびピストン系がそれ自体の有する慣性並びに
圧縮性のために、流量制御弁２Ａが急速的に開くのに対
して追従できない遅れの領域をあられしている。

なお、従来より、リミットスイッチ７が作動して流量制
御弁２Ａのスプール等の可動部が作動し始めるまで、詩
間的遅れがあることはわかっていたが、それは、従来は
、リミットスイッチ７の作動に基づいて、制御盤内の継
電器を作動させ、ソレノイド、スプールと順次作動させ
ていくとき、それぞれの動作において、電気信号の遅れ
や流量制御弁２Ａの作動遅れなどからなる電気的、！Ｊ
１械的な遅れや、時間的バラツキが生じていると考えら
れていた。事実、ソレノイドに通電しても、スプール等
の可動部が動き始めるまでには所定時間以上の時間がか
かり、その時間にはバラツキがあり、前記可動部のスト
ロークにもバラツキがあることがわかっている。そして
、従来の装置では、リミットスイッチ７が作動してから
実際にピストンの速度が変わり始めるまでに、２０〜１
００ｍ５ｅｃ程度の時間が必要であった。しかも、従来
は、前記遅れは、はとんど、前記したような電気的９機
械的な遅れのみによって生じると考えられていた。

しかし、本願発明の出願人の会社で、この遅れをなくし
うるようなパルスモータ駆動による特殊な流量制御弁２
（実公昭６０−４０９９６号）を開発し、リミットスイ
ッチが作動した後、マイクロプロセッサを通して、この
特殊な流量制御弁２のスプールが開き始めるまでの時間
遅れを最大１ｍ　ｓｅｃ以下にお違えることができるよ
うにした。

この装置を用いて実験を行ったら、流量制御弁２が作動
してピストン速度が変わり始めるまでに、やはり１０〜
５０　ｍ５ｅｃ程度の時間遅れが発生することがわかっ
た。

その結果、この遅れは、加速に要する時間が必要なため
の機械部分と作動油の慣性、および、作動油の粘性や圧
縮性等に基づいて発生することがわかった。これら１機
械部分と作動油の慣性や作動油の圧縮性に基づく時間遅
れは、なくし得ないものである。したがって、射出速度
変更に際しては、これらの遅れを考慮して指令を与え、
速度制御する必要がある。

なお、前記したパルスモータ駆動による特殊な流量制御
弁２は、概略、第５図に示すように構成した。

第５図において、２は流量制御弁、１１は軸線方向から
の作動油流入口１２と軸線と直角方向への環状溝１３ａ
を有する作動油流出口１３を有するバルブボディ、１４
は軸線方向の貫通穴１４ａを有していてバルブボディ１
１中を軸線方向へ移動する弁スプール、１５は弁スプー
ル１４の後部に一体に連結されているナツト軸、１６は
ナツト軸１５の内部軸心部にポールねじ１７によって螺
合されているねじ軸、１８はねじ軸１６の後部歯車、１
９は後部歯車１８に噛合わされているピニオンギヤ、２
０は回転量を制御可使なパルスモータ、２１はキーであ
り、パルスモータ２０の回転に応じて弁スプール１４が
軸線方向に前後進して。

弁の開閉と開度の調整を瞬時に行い、流量制御を行う、
この流量制御弁２は、前記したように、軸線方向端面部
に作動油流入口１２を備え、側面に環状溝１３ａと作動
油流出口１３を備えたシリンダ状のバルブボディ１１内
で、貫通穴１４ａを有する弁スプール１４をパルスモー
タ２０の作用によって軸線方向に駆動して流量制御を行
うもので。

弁開開始時付近では、作動油の作用により、弁スプール
１４に弁開軸線方向の推力を作用させて、弁スプール１
４がより早く開き始めるようにし。

一方、弁開停止時付近では、作動油による弁スプール１
４の軸線方向推力を弁スプール１４の開き量および移動
速度の増加に応じて急激に低下させることにより流量の
高速切換えに必要な駆動力を軽減させ、さらには、ブレ
ーキ力を作用させて弁スプール１４がより早く所定の弁
開位置に停止するようにし、流量制御弁による流量の高
速切換え性簡の一層の向上および駆動力の軽減を行える
ようにしたものである。

なお、ナツト軸１５の表面の一部には永久磁石２２を固
定し、この永久磁石２２と対向してケーシング２３の一
部には１例えばゼロクロスセンサと呼ばれる磁気作用に
よる位置検出器２４を取付けている０位置検出器２４は
永久磁石２２の移動に感応する近接スイッチで構成し、
ナツト軸１５や弁スプール１４の軸線方向の移動距離を
ここで正確に検知して、制御装置にフィードバックでき
るようにしている。また、弁スプール１４の零位置を永
久磁石２２と位置検出器２４の作用によって電気的に検
知して、制Ｗ装置を介して、パルスモータ２０の作動部
分をその位置に正確に止めておくことができるようにし
ている。なお、位置検出器２４としては、精度が０．０
１ｍｍのものを用いるようにした。

［本発明が解決しようとする問題点］ 第４図からもわかるように、シリンダの速度が■１から
ｖ２に変化するのにストロークＳの時点よりΔＳ１＋Δ
Ｓ２だけ射出シリンダが変位する必要があり、実際に射
出が完了するまでに速度ｖ２で移動するストローク区間
はΔＳ４となってしまう、これでは成形品の鋳込条件の
うち、射出シリンダの速度変化をシリンダの位置（スト
ローク）で管理しようとする場合、不安定なものとなっ
てしまう。

そして、第４図からもわかるように、速度ＶｌからＶ２
への立上り位置をＳ位置にあわせようとすれば、流量制
御弁２に作動開始の指令を与える位置１例えばリミット
スイッチ７ｄの作動位置を。

その分だけ前になるように調整しておく必要がある。

ところが、従来は、この調整代を決めるには、繁雑な測
定作業が伴うため、作業者の勘にたよって行っていた。

しかし、成形品の形状の複雑さ１品質の向上と均質化が
要求されるにしたがって、より微妙で、精度の良い調整
が必要とされてきた。

本発明は、以上の欠点を解消し、定められたシリンダス
トローク位置で、または所定の時間に、所定のシリンダ
速度を確実容易に得ることができうようにしたものであ
る。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明にお
いては、成形機のシリンダの速度制御を行うに際し、シ
リンダへの供給液量ないしはシリンダからの排出液量を
流量制御弁で調整し、流量制御弁に対して流量調整指令
を発して低速移動から高速移動へ切替える場合に２低速
移動中に高速移動指令が出されてから高速立上りが始ま
るまでの作動油の慣性や圧縮性等に基づく時間または射
出ストロークの遅れ分を、低速時の速度または流量に反
比例する関数として求め、この求めた遅れ分だけ早く流
量制御弁に弁開き指令を与えて。

自動制御するようにした。そして、きめ細かい射出制御
ができるようにした。

［実施例］ 次に１図面に示した実施例によって、本発明を説明する
。

まず、モデル的に示した第６図により、ダイカストマシ
ンの射出工程における射出速度の切替状態を説明する。

第６図において、横軸は時間ｔまたは射出ストロークＳ
ｔ、縦軸は射出速度Ｖまたは流量Ｑを示す。

低速速度Ｖｌ　または流量Ｑ１で射出を行っているとき
、時点ｔａまたは位置Ｓｔａで高速への切替指令を発し
た場合、１１時間またはストロークＳｔｌ経過後の時点
ｔｂまたは位置Ｓｔｂで実際に速度Ｖが上昇し始め、１
２時間またはストｃｒ−りｓｔ２経過後の時点ｔＣまた
は位置Ｓｔｏで高速速度ｖ２または流量Ｑ２になり、そ
の後、高速速度■２で射出が続けられ、射出終了時点で
減速され停止する。

この場合、高速切替指令を発した時点ｔａから実際に速
度■が切替り上昇し始める時点ｔｂまでの時間ｔ１は、
本願発明の出願人の会社で種々実験した結果、低速速度
■１の関数としてあられれることを、すなわち、低速速
度ｖ１に反比例して変わることを確かめている。

今、その実験結果を第７図（ａ）に示す。

第７図（ａ）に示すものは、ダイカストマシンのある一
つの金型について、例えば、低速速度Ｖ！を０　、１〜
１　、５　ｍ／ｓｅｃ　（７）範囲ぐらいでいろいろ変
えて射出してみて、その時の高速切換指令時ｔ８、すな
わち、高速切替用リミットスイッチの作動時（＝１．）
や高速切替用指令パルスの発信時ｔａ′から、実際に射
出速度が低速から高速へ立上り始める時ｔｂまでの間の
時間１＋　　（またはｔｌ゛）を測定しておき、その測
定結果を記入したものである。

第７図（ｂ）は、第７図（ａ）の見方を説明するために
、モデル的に示したものであり、低速速度Ｖｔ　　Ｃｍ
／５ｅｅ）で射出している途中にリミットスイッチ７ｄ
が作動して高速速度Ｖ２　　（ｍ／ｓｅａ　）への高速
立上り指令を与えた場合、リミットスイッチ信号が入力
した後のパルス信号出力時（時間１＝０として示す）か
らｔｌｏ（ｍｓｅｃ　）後に高速立上りを開始し、その
後、Ｌ２　　（ｍｓｅｃ　）経過して高速速度Ｖ２　　
（ｍ／５ｅｃ）に到達することを示している。

第７図（ａ）にも示したように、低速速度■ｌでの射出
中に、リミットスイッチが作動してＬＳ信号が入力して
（１＆時点）、速度切替用のパルスが発生し始める時点
ｔ、°まで、約１　ｍ５ｅｃを要する。この時間は、電
気的な遅れであり、常に一定であった。

ｔｌ“は、パルスが発生し始めて（ｔ、′時点）、高速
速度ｖ２への立上りが始まる時点ｔｂまでの油圧的な遅
れを示す時間（ｍｓｅｃ　）である、なお１これらの図
においては、このパルス発生時点ｔ、１を１時凹む＝０
とした。

ｔ２は、油圧が作動して、実際に、低速速度Ｖ「から高
速速度ｖ２になるまでの時間を示す。

第７図（ｂ）に対応して示した第７図（ａ）が、前記し
たように、低速速度Ｖ１および高速速度ｖ２をいろいろ
変えて実際に実験した結果のグラフである。

第７図（ａ）から容易に理解できるように、低速速度ｖ
１の大小に応じて、ＬＳ信号入力（１゜時点）から実際
に速度が立上り始めるまで（時点ｔｂ）の時間ｔｌ　＝
ｔｌ’＋１　（単位はｍ５ｅｃ　）は、低速速度Ｖ＋　
　（単位はｍ／ａｅｃ）とほぼ反比例的に変わることが
わが６゜第７図（ａ）において２点鎖線で示した線が■
１とｔｌないしはｔｌｏとの関係を示す線である。

なお、この場合。

として表される。

このように１作動遅れｔｌを関数化しておくと、次にそ
の金型を使って射出するとき、選択する低速速度Ｖ１の
大きさに応じて、遅れ時間ｔ１をすぐに知ることができ
、その遅れ時間ｔ１に応じて低速射出から高速射出への
切替指令時を適宜変えるように制御することができる。

なお、第７図（ａ）においては、高速切替指令をリミッ
トスイッチ７ｄの作動によって発する場合を例にとって
説明したが、これは、勿論、リミットスイッチ７ｄの代
りに電磁スケールや電磁ヘッドを用いて、初めからパル
ス信号を用いて行うこともできる。

第１図は、本発明を実施するための装置の１実施例を示
すもので、低速射出速度から高速射出速度に切替える場
合の制御装置を示す。

第１図において、第２図に示したものと同じものは同じ
番号で示す、なお、２は第５図に示したような高制御性
の流量制御弁、２５は射出スリーブ、６は磁気スケール
２６を取付けたストライカ、２７は磁気ヘッドである。

磁気スケール２６と磁気ヘッド２７を含む位置検出器２
８によって、射出ストローク位置を検出する。一方、制
御装置内には経過時間検出器２９が設けられており、位
置検出器２８と経過時間検出器２９からのアウトプット
により、速度演算器３０によって、射出速度Ｖを求める
ことができるようになっている。

一方、３１は低速射出速度設定器で、低速速度Ｖ１の設
定値を、速度変更指令必要時間演算器３２に入力し、前
記したような速度変更指令必要時間演算式ｔ＋＝ｆ（Ｖ
＋）をあらかじめインプットしておいた速度変更指令必
要時間演算器３２により、速度変更指令発信時ｔ、から
実速度変更時ｔｂまでの間の速度変更指令必要時間ｔ１
を演算する。３３は速度変更位置設定器、３４は速度変
更指令発信演算器、３５は速度変更指令時間発信器であ
り、速度変更時間ｔｂと演算された速度変更指令必要時
間ｔ！を速度変更指令発信時間演算器３４にインプット
して、ここで速度変更指令発信時間ｔ、＝ｔｂ−１＋を
演算し、発信する。この発信された時間１ａは、経過時
間検出器２９からの時間信号と時間−敷料別器３６で刻
々比較され、ここで時間が一致したら１ａ時点になった
ことになるので、制御指令発信装置１３７に速度変更指
令信号が送られる。制御指令発信装置３７には、高速速
度ｖ２を設定する高速射出速度設定器３８と弁開度発信
器３９が連結されており、また、高速立上りの緩急度で
ある高速立上りパターンｉ　＝　（Ｖ２−Ｖ＋　）／１
２を入力した高速立上りパターン設定器４０が連結され
ているので、制御指令発信装置３７から流量制御弁２の
パルスモータ２０に、弁開条件である弁開指令、高速速
度Ｖ２ないしはそれに対応する弁開度、高速立上り時間
ｔ２を発信し、流量制御弁２を制御し、所定の射出速度
切替状態を得る。

なお、速度変更指令必要時間演算器３２で演算する場合
は、あらかじめ低速射出速度設定器３１で設定しておい
た低速速度ｖ１を用いることもできるし、速度演算器３
０で演算して求めた実際の低速速度Ｖｌを用いることも
できる。これらのうち、どちらの低速速度ｖ１を用いる
かは、切替スイッチ装置４１の切替選択によって行うこ
とができる。また、切替スイッチ装置４１では１以上の
ような時間ｔによる制御と後記するストロークＳｔによ
る制御との切替も行うことができるようになっている。

以上は１時間ｔで制御するようにしたが、これは射出ス
トロークＳｔによっても同様に制御することができる。

４２は速度変更指令発信位置Ｓｔａから実速度変更時Ｓ
ｔｂまでの間の速度変更指令必要ストロークＳｔ、＝ｆ
（Ｖ、）を低速速度ｖ１を基にして演算する速度変更指
令必要ストローク演算器。

４３は速度変更位置Ｓｔｂを設定する速度変更位置設定
器、４４は入力された速度変更位置Ｓｔｂと速度変更指
令必要ストロークＳｔｌ　＝ｆ　（Ｖｌ　）から速度変
更指令発信位置Ｓｔ、＝Ｓｔｂ−Ｓ　ｔ＋を演算する速
度変更指令発信位置演算器、４５は速度変更指令位置発
信器、４６は発信位置と位置検出器２８によって刻々検
出する位置が一致したときに制御指令発信装置３７に弁
開の制御指令を発する位置−敷料別器である。

なお、低速射出速度設定器３１．高速射出速度設定器３
８．速度変更時間設定器３３．速度変更位置設定器４３
．高速立上りパターン設定器４０などの設定器は操作盤
に、その他の検出器２８゜２９、演算器３２．３４，４
２，４４．発信器３５．３９，４５、判別器３６．４６
、制御指令発信装置３７などは、コンピュータの中に組
込んだ。

また、流量制御弁２の弁開度を制御する場合はパルスモ
ータ２０へのパルス入力によって行うが。

その場合、弁開度の大きさ、すなわち、流量Ｑや射出速
度■の大きさはパルスモータ２０の回転量の制御による
弁スプール１４の軸線方向への移動量の制御によって行
い、高速立上りパターンｉ、すなわち、高速立上りに要
する時間ｔ２の制御はパルスモータ２０の回転速度の制
御による弁スプール１４の軸線方向への移動速度の制御
によって行う、そのために、パルス発信数および時間当
りのパルス発信密度を適宜制御する。

このようにして、ダイカストマシンの射出作動中に、流
量制御弁に対して流量制御指令を発して低速速度から高
速速度に切替える場合に、低速射出中に高速切替指令が
出されてから実際に高速立上りが始まるまでの時間また
は射出ストロークを、従来考えられていた電気的１機械
的な遅れのみを考慮するのではなく、従来はとんど考え
られていなかった作動油の慣性や作動油の粘性や圧縮性
等の油圧回路系固有の流量増減特性に基づく時間または
射出ストロークの遅れ分をも考慮してコンピュータで求
め、しかも、それを実験結果に基づいて低速速度ｖ１に
反比例する関数として求め、その分だけ早く流量制御弁
２のパルスモータ２０に弁開き指令を与えて、本当に所
望する時に所望の高速立上り開始を行わせるので、その
結果として、きめ細かい射出制御を行い、良品質の射出
製品を得やすくなる。

なお、流量制御弁２は、第１図に示したように、射出シ
リンダ１へ作動油を供給する液圧回路３中に設けて、射
出シリンダ１への供給液量を制御する場合に限ることな
く、射出シリンダ１からタンクへの排液ライン中に設け
て、射出シリンダｌからの排出液量を制御する場合にも
用いることができる。いずれの場合も、流量制御弁２に
よって、射出シリンダ１の速度を所望の値に変化させる
。

［発明の効果］ このように、本発明においては、特許請求の範囲に記載
したように、成形機のシリンダの速度制御を行うに際し
、シリンダへの供給液量ないしはシリンダからの排出液
量を流量制御弁で調整し、流量制御弁に対して流量調整
指令を発して低速移動から高速移動へ切替える場合に、
低速移動中に高速移動指令が出されてから高速立ち上り
が始まるまでの作動油の慣性や圧縮性等に基づく時間ま
たは射出ストロークの遅れ分を、低速時の速度または流
量に反比例する関係として求め、この求めた遅れ分だけ
早く流量制御弁に弁開き指令を与えて自動制御するよう
にしたので、流量調整指令を行うのに、作動液の慣性に
よる追従性や流量制御弁の立ち上り等に起因する液圧回
路系の立ち上り遅れをも補正することができ、設定した
点で極めて正確に、シリンダの速度を低速から高速へ確
実容易に変更することができる。また、溶湯の流れパタ
ーンをより正確に制御することができる。そして、きめ
細かな射出制御を行うことができるので、良質の鋳込製
品を得やすくなる。

なお、流量制御弁に、パルス信号により作動するパルス
モータ等の７クチユエータと、このアクチュエータと直
結された弁開度調整部材である弁スプールを有する直接
駆動型の流量調整弁を使用すれば、バルブ作動遅れが非
常に小さくなるので、制御が非常に簡単となり、効果は
さらに増大する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の１実施例を示す
ブロック線図、第２図は本発明を実施するための装置に
類した従来の装置の１例を示すブロック線図、第３図は
射出シリンダのストロークと射出速度の関係の１例を示
す線図、第４図は速度変更状態を示すストローク−速度
線図、第５図は本発明の実施に用いる流量制御弁の１実
施例を締す縦断面図、第６図は射出速度切替状態を示す
時間ないしはストローク−速度ないしは流量線図、第７
図（ａ）は射出速度切替時の低速速度の大きさに対応し
た速度変更指令必要時間を示す時間−射出速度線図、第
７図（ｂ）は第７図（ａ）の見方を模式的に示した線図
である。 ｌ・・・射出シリンダ、　　２，２Ａ・・・流量制御弁
、７・・・リミットスイッチ。 ８・・・リミットスイッチ信号検出器、９・・・制御指
令発生装置、 １０・・・速度設定器、　　　１４・・・弁スプール、
２０・・・パルスモータ、　　２６・・・磁気スケール
、２７・・・検出ヘッド、　　２８・・・位置検出器、
２９・・・経過時間検出器、３０・・・速度演算器。 ３１・・・低速射出速度設定器。 ３２・・・速度変更指令必要時間演算器。 ３３・・・速度変更時間設定器。 ３４・・・速度変更指令発信時間演算器、３６・・・時
間一致判別器、３７・・・制御指令発信装置、３８・・
・高速射出速度設定器、 ４２・・・速度変更指令必要ストローク演算器５４３・
・・速度変更位置設定器。 ４４・・・速度変更指令発信位置演算器。 ４６・・・位置一致判別器。 特許出願人　　宇部興産株式会社 第１図 第２図 第３図　　　第４図 第５図 第６図 第７図（ａ） 第７図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 成形機のシリンダの速度制御を行うに際し、シリンダへ
   の供給液量ないしはシリンダからの排出液量を流量制御
   弁で調整し、流量制御弁に対して流量調整指令を発して
   低速移動から高速移動へ切替える場合に、低速移動中に
   高速移動指令が出されてから高速立上りが始まるまでの
   作動油の慣性や圧縮性等に基づく時間または射出ストロ
   ークの遅れ分を、低速時の速度または流量に反比例する
   関数として求め、この求めた遅れ分だけ早く流量制御弁
   に弁開き指令を与えて制御するようにしたことを特徴と
   する成形機のシリンダ速度制御方法。