JPH06246801A - 射出成形機の射出制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １次射出行程をサーボモータを用いて速度フ
ィードバック制御で実行しても射出圧力が適正範囲を超
えることがなく、以って良品成形が実現可能な射出成形
機の射出制御方法を提供すること。 【構成】 射出用のスクリューをサーボモータの駆動力
によって前進させて射出を行ない、且つ、射出行程中の
１次射出工程を速度フィードバック制御で実行する射出
成形機の射出制御方法において、サーボモータのトルク
を制限可能なトルクリミッタ手段を設けて、１次射出行
程中の加減速領域は、サーボモータに対するトルクリミ
ッタ手段によるトルク制限を解除し、１次射出行程中の
加減速領域以外の他の領域は、サーボモータに対してト
ルクリミッタ手段によりトルク制限をかける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、射出成形機の射出制御
方法に係り、特に、射出用の駆動源としてサーボモータ
を用い、射出行程（射出・充填行程たる１次射出行程と
保圧行程とからなる行程）中の射出・充填行程（１次射
出行程）を速度フィードバック制御で行なう射出成形機
における射出制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機においては、射出速度や射出
圧力の制御条件は良品を成形する上での重要なファクタ
ーであり、この射出速度もしくは射出圧力をフィードバ
ック制御するようにした射出成形機は各種提案されてい
る。そして、従来のフィードバック制御を行う射出成形
機では、一般的に、溶融樹脂を金型のキャビティ内に射
出・充填する１次射出行程は、速度設定値に速度実測値
が近づくように射出速度のフィードバック制御（射出速
度を優先したフィードバック制御）を行うようにしてい
る。

【０００３】そして、スクリューを前進させるための射
出用の駆動源としてサーボモータを用いる射出成形機に
おいては、速度フィードバック制御を行なう上記した１
次射出行程期間中は、速度の安定制御を優先させるた
め、一般にサーボモータを定格最大トルクが出力可能な
状態で（トルクリミットをかけない状態で）使用して、
速度設定値に速度実測値が必ず一致するようにフィード
バック制御していた。図３は、この場合の１次射出行程
期間のサーボモータの駆動電流と射出速度との関係を示
す図で、同図の（ａ）が時間軸に沿ったモータ駆動電流
の様子を示し、同図の（ｂ）が時間軸に沿った速度変化
の様子を示している。図３に示すように、加速領域では
モータ駆動電流が急速に立ち上がって、射出速度が速度
設定値まで急速に立ち上がり、減速領域ではモータ駆動
電流が急速に立ち下がった後再度立ち上がり、射出速度
が速度設定値まで急速に立ち下がるようになっている。
しかしながら、サーボモータをトルクリミットをかけな
い状態で使用すると、すなわち、常に設定速度に追従可
能なようにサーボモータの出力トルクに余裕を持たせる
と、射出速度は設定値に常に正しく一致するようにフィ
ードバック制御されるも、モータトルクに対応する射出
圧力は、負荷反力たる樹脂圧変動等に起因して一定とな
らず実質上コントロール不能となる。

【０００４】一方、射出圧力を制御するためには、例え
ば特公平４−５８３７１号公報にも記載されているよう
に、トルクリミットをかけてサーボモータのトルク（射
出圧力）を所定値に制限する手法が知られている。図４
は、上記先願公報に開示された制御手法を適用した際
の、１次射出行程期間のサーボモータの駆動電流と射出
速度との関係を示す図で、同図の（ａ）が時間軸に沿っ
たモータ駆動電流の様子を示し、同図の（ｂ）が時間軸
に沿った速度変化の様子を示している。図４に示すよう
に上記先願においては、射出方向にのみ作動するトルク
リミット手段を設けている。斯様にする所以は、上記先
願公報によれば、パージ等で空打ち動作（樹脂による反
力のない状態でスクリュー前進させる動作）をさせた際
のスクリューオーバーランによる破損を防止するためで
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３に示し前記したよ
うに、サーボモータにトルクリミットをかけないで射出
速度をフィードバック制御すると、速度実測値は速度設
定値に一致するようにコントロールされるも、モータト
ルクに対応する射出圧力はコントロールできない。ここ
で、１次射出行程のための設定値としては、サーボ目標
（フィードバック制御の対象）としての射出速度が設定
されるのは勿論であるが、良品を安定して成形するため
には１次射出行程中の射出圧力も重要なファクターであ
るため、この射出圧力も、サーボ目標ではないが望まし
い適正値が監視指標として設定される。しかしながら、
如何なる状況下にあっても速度設定値に対して射出速度
を一致させるようにフィードバック制御を行なうと（例
えば、樹脂からの反力の如何等によらず、謂わば無理矢
理の速度フィードバック制御を行なうと）、時として射
出圧力が適正値を大きく上回ったりする事態を招来し、
フィードバック制御を行なっているにも拘らず、不良品
を成形してしまうという問題を生じた。

【０００６】なお、図４に示した前記した先願公報によ
る手法をそのまま成形運転時の制御に適用すると、加速
領域では目標速度までゆるやかに立ち上がるため高速応
答性に劣り、このため例えば薄肉成形品等のように当初
から高速射出を要求される製品への適用ができないとい
う、大きな問題を生じる。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、１次射出行程をサーボモータ
を用いて速度フィードバック制御で実行しても射出圧力
が適正範囲を超えることがなく、以って良品成形が実現
可能な射出成形機の射出制御方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、射出用のスクリューをサーボモータの駆
動力によって前進させて射出を行ない、且つ、射出行程
中の１次射出工程を速度フィードバック制御で実行する
射出成形機の射出制御方法において、サーボモータのト
ルクを制限可能なトルクリミッタ手段を設けて、１次射
出行程中の加減速領域は、サーボモータに対するトルク
リミッタ手段によるトルク制限を解除し、１次射出行程
中の加減速領域以外の他の領域は、サーボモータに対し
てトルクリミッタ手段によりトルク制限をかけるよう
に、される。

【０００９】

【作用】１次射出行程初期の加速領域ではトルクリミッ
トがかかっていないため、この加速領域では高トルク出
力で速度設定値まで急速に射出速度が立ち上がる。加速
領域を過ぎるとサーボモータはトルクリミットがかかっ
た状態となって、サーボモータの出力トルクは所定値を
超えないように制限されて所定トルクを維持され、すな
わち換言するなら、所定の射出圧力を維持され、この状
態で速度フィードバック制御が実行される。このためこ
のトルクリミットのかかった領域では、速度フィードバ
ック制御を行なっても、トルクが所定値以上は出力でき
ないため、通常は充填中の樹脂からの反力（負荷抵抗）
によって、速度設定値に対して速度実測値が少しづつ下
がってゆく。このように射出速度がゆるやかに下がって
ゆく、所謂「ナチュラルフロー」が達成されると、射出
圧力を適正値に維持しながら、射出速度の設定値からの
ずれ量を可及的に小さくしつつ射出・充填が実行される
こととなり、従って、射出速度と射出圧力の両者を良好
なものに保って射出・充填が行なわれることとなって、
良品成形が可能となる。そして、１次射出行程終期の減
速領域に入ると、サーボモータに対するトルクリミット
が解除されて、この減速領域では速度設定値まで急速に
射出速度が立ち下がる。

【００１０】斯様にすることにより、加減速時の高速応
答が達成されると共に、１次射出行程中の大部分を占め
る加減速領域以外の領域では、射出速度と射出圧力の両
者を共に良好なものになし得るので、高速に、且つ安定
して良品を成形することが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の１実施例を図１および図２に
よって説明する。図１は本実施例に係る射出成形機の１
次射出行程のためのフィードバック制御系等を示す説明
図であり、図２は本実施例の制御方法を適用した際の１
次射出行程期間のサーボモータの駆動電流と射出速度と
の関係を示す説明図である。

【００１２】図１において、１は加熱シリンダ、２は該
加熱シリンダ１内に前後進並びに回転可能に配設された
スクリュー、３は原料（樹脂材料）供給用のホッパー、
４はスクリュー２の後端が連結されたスクリュー回転駆
動用のモータ、５は射出用駆動源たるサーボモータ、６
は該サーボモータ５の回転を直線運動に変換する回転−
直線運動変換メカニズムである。図示した例では、回転
−直線運動変換メカニズム６の出力がモータ４のケーシ
ングに伝達されるようになっており、サーボモータ５の
駆動力によって、モータ４と一体となってスクリュー２
が前後進可能となっている。

【００１３】上記構成において公知のように、ホッパー
３から供給された樹脂材料は、モータ４の駆動力による
スクリュー２の回転によって混練・可塑化されつつスク
リュー２の先端側に移送され、溶融樹脂がスクリュー２
の先端側に貯えられるに従ってスクリュー２が背圧を制
御されつつ後退し、１ショット分の溶融樹脂がスクリュ
ー２の先端側に貯えられた時点で（計量完了時点で）ス
クリュー回転は停止される。そして、所定秒時を経た後
射出開始タイミングに至ると、スクリュー２がサーボモ
ータ５の駆動力によって前進駆動されて、溶融樹脂が図
示せぬ金型のキャビティ内に射出・充填（１次射出）さ
れるようになっている。射出・充填（１次射出）が完了
すると保圧行程に入って、サーボモータ５の駆動力によ
りスクリュー２に引き続き前進圧力が付与され、金型内
の樹脂に引き続き保圧圧力を付加するようにされる。本
実施例では、上記したスクリュー２の前進による射出・
充填（１次射出）行程時の射出速度が、後で詳述するよ
うにフィードバック制御ブロック１０によるプログラム
化された処理によって、フィードバック制御されるよう
になっている。

【００１４】７はスクリュー２と一体となって前後進す
るラック体で、該ラック体７と歯車結合された図示せぬ
ギヤと同期回転するように、例えば光学式エンコーダ等
よりなる射出ストロークセンサ８が設けられている。従
って、スクリュー２が前後進すると、射出ストロークセ
ンサ８がこれに見合った数の検出パルスを出力し、これ
が後記フィードバック制御ブロック１０に送出されるよ
うになっている。なお本実施例においては、射出ストロ
ークセンサ８は、例えばスクリュー２のストローク０．
００３ｍｍにつき、１パルスの検出信号を発生するよう
になっている。

【００１５】１０は、１次射出行程時のサーボモータの
制御を司るフィードバック制御ブロックで、後記する演
算処理機能や記憶設定機能等は、実際にはマイコンによ
る各種プログラムに基づく処理で具現化されるものであ
るが、本実施例においては説明の便宜上、フィードバッ
ク制御ブロック１０は、カウンタ１１、プログラマブル
タイマーモジュール（以下ＰＴＭと称す）１２、実測速
度演算処理部１３、フィードバック出力生成処理部１
４、トルクリミッタ手段１５、ドライバアンプ１６等を
具備したものとして、以下の説明を行なう。なお、２０
は同じくマイコン内の処理で具現化される成形条件設定
記憶部で、該成形条件設定記憶部２０には、１次射出行
程を含む射出成形機の各種行程の運転制御のための設定
条件が格納されている。

【００１６】カウンタ１１には、前記射出ストロークセ
ンサ８の検出パルスが入力され、該カウンタ１１はこれ
を加算（もしくは減算）してカウントする。ＰＴＭ１２
は、そのクロック入力端に例えば２ＭＨｚのクロックが
入力され、内部のカウンタはこのクロックを加算（もし
くは減算）して、例えば０．５μｓｅｃ単位の時間を計
数する。

【００１７】実測速度演算処理部１３は、所定のサンプ
リングタイム（周期で）、上記したカウンタ１１の計数
値、並びにＰＴＭ１２の計数値を読み出し、当該サンプ
リング期間内のスクリューストロークＳｎを、 Ｓｎ＝（カウンタ１１の前回計数値）−（カウンタ１１
の現計数値） として測定し、また、当該サンプリング期間の時間Ｔｎ
を、 Ｔｎ＝（ＰＴＭ１２の前回計数値）−（ＰＴＭ１２の現
計数値） として測定し、これに基づき当該サンプリング期間内の
射出速度Ｖｎを、 Ｖｎ＝Ｓｎ／Ｔｎ として算出する。なお、実測速度演算処理部１３のサン
プリングタイムは、本実施例では例えば約３ｍｓｅｃ〜
約３０ｍｓｅｃ程度に設定されており、射出速度が算出
される毎に、これが速度実測値情報Ｖｎとしてフィード
バック出力生成処理部１４に送出される。

【００１８】前記したように成形条件設定記憶部２０に
は、１次射出行程を含む各種行程の運転条件設定値が格
納されており、本実施例においては、１次射出行程時の
射出速度条件として、計量完了点（位置）から保圧切替
点（位置）までのスクリュー前進位置に対応して設定さ
れた射出速度値が格納されている。そして、１次射出行
程中には、成形条件設定記憶部２０に格納された射出速
度値は、適宜メモリコントローラの制御によって、現在
のスクリュー位置に合わせたタイミングで現在のスクリ
ュー位置に応じた射出速度値が読み出され、これが速度
設定値情報Ｖｏとしてフィードバック出力生成処理部１
４に送出される。

【００１９】フィードバック出力生成処理部１４では、
実測速度演算処理部１３で算出された速度実測値Ｖｎ
と、成形条件設定記憶部２０に格納された対応する位置
における速度設定値Ｖｏとを、リアルタイムで比較し、
この比較結果に応じてサーボモータ駆動出力値を出力す
る。すなわち、フィードバック出力生成処理部１４は、
速度設定値Ｖｏに対し速度実測値Ｖｎがずれ込んでいる
場合には、速度実測値Ｖｎを速度設定値Ｖｏに近づける
ための修正値を算出し、これに基づくサーボモータ駆動
出力値を出力する。そして、フィードバック出力生成処
理部１４の出力は、図示せぬＤ／Ａ変換器を介してドラ
イバアンプ１６に送出され、これに基づき、ドライバア
ンプ１６がフィードバック出力生成処理部１４からの指
令値に応じたモータ駆動電流で前記サーボモータ５を駆
動する。

【００２０】ここで、前記成形条件設定記憶部２０に
は、１次射出行程中のどの領域（どのスクリューストロ
ーク領域）においてトルクリミットをかけるか否かの設
定情報と、トルクリミットをかける場合のトルク制限値
も格納されており、これらトルクリミット条件設定情報
も、適宜メモリコントローラの制御によって、現在のス
クリュー位置に合わせたタイミングで現在のスクリュー
位置に応じたトルクリミット条件設定情報が読み出さ
れ、これがトルクリミッタ手段１５に送出される。トル
クリミッタ手段１５は、入力されたトルクリミット条件
設定情報に基づき、サーボモータ５の出力トルクにトル
クリミットをかけるか否かを判断して、トルクリミット
をかける場合は、トルク制限値情報をフィードバック出
力生成処理部１４に送出する。フィードバック出力生成
処理部１４では、このトルク制限値情報が入力された期
間中は、モータトルクがトルク制限値となるような演算
処理を行なって、このトルク制限値が維持されることを
優先させつつ、制限されたトルク値範囲内で速度設定値
Ｖｏに対し速度実測値Ｖｎが最も近づくサーボモータ駆
動出力値を出力する。また、トルク制限値情報が入力さ
れない期間（トルクリミットをかけない期間）には、フ
ィードバック出力生成処理部１４は図３で述べた前記従
来例と同様に、定格最大トルクが出力されることを前提
として、速度制御を最優先させてサーボモータ駆動出力
値を出力する。本実施例においては、１次射出行程中の
加減速領域がトルクリミットをかけない期間とされ、加
減速領域以外の１次射出行程の領域（１次射出行程中の
大部分の領域）がトルクリミットをかける領域とされて
いる。

【００２１】図２は、上述した本実施例によるフィード
バック制御手法を適用した際の１次射出行程期間のサー
ボモータの駆動電流と射出速度との関係を示す説明図で
あり、同図の（ａ）が時間軸に沿ったモータ駆動電流の
様子を示し、同図の（ｂ）が時間軸に沿った速度変化の
様子を示している。

【００２２】図２に示すように、１次射出行程初期の加
速領域ではトルクリミットがかかっていないため、この
加速領域ではモータ駆動電流は急速に立ち上げられて
（サーボモータ５のトルクが急速に立ち上げられて）、
高パワー出力によって射出速度は速度設定値まで急速に
立ち上げられる。加速領域を過ぎるとサーボモータ５は
トルクリミットがかかった状態となって、サーボモータ
５の出力トルクは所定値（例えば、最大定格トルクの数
十％程度）を超えないように制限されて所定トルクを維
持され、すなわち換言するなら、所定の射出圧力を維持
され、この状態で速度フィードバック制御が実行され
る。このためこのトルクリミットのかかった領域では、
速度フィードバック制御を行なっても、トルクが所定値
以上は出力できないため、通常は充填中の樹脂からの反
力（負荷抵抗）によって、速度設定値に対して速度実測
値が少しづつ下がってゆく。このように射出速度がゆる
やかに下がってゆく、所謂「ナチュラルフロー」が達成
されると、射出圧力を適正値に維持しながら、射出速度
の設定値からのずれ量を可及的に小さくしつつ射出・充
填が実行されることとなり、従って、射出速度と射出圧
力の両者を良好なものに保って射出・充填を行なうこと
によって良品成形が可能となる。そして、１次射出行程
終期の減速領域に入ると、サーボモータ５に対するトル
クリミットが再び解除されて、この減速領域では速度設
定値まで急速に射出速度が立ち下げられる。

【００２３】以上のように本実施例によれば、加減速時
の高速応答が達成されると共に、１次射出行程中の大部
分を占める加減速領域以外の領域では、射出速度と射出
圧力の両者を共に良好なものになし得るので、高速に、
且つ安定して良品を成形することが可能となる。また、
薄肉成形品等のように当初から高速射出を要求される製
品への適用が可能となり、薄肉で小型の精密成形品を精
度良く成形できる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、１次射出
行程をサーボモータを用いて速度フィードバック制御で
実行しても射出圧力が適正範囲を超えることがなく、ま
た、薄肉成形品等のように当初から高速射出を要求され
る製品への適用が可能で、薄肉で小型の精密成形品であ
っても、良品成形が実現可能な射出成形機の射出制御方
法が提供でき、その価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る射出成形機の１次射出
行程のためのフィードバック制御系等を示す説明図であ
る。

【図２】本発明の１実施例による制御方法を適用した際
の１次射出行程期間のサーボモータの駆動電流と射出速
度との関係を示す説明図である。

【図３】従来技術による制御方法を適用した際の１次射
出行程期間のサーボモータの駆動電流と射出速度との関
係を示す説明図である。

【図４】従来技術による制御方法を適用した際の１次射
出行程期間のサーボモータの駆動電流と射出速度との関
係を示す説明図である。

【符号の説明】

２ スクリュー ５ サーボモータ ６ 回転−直線運動変換メカニズム ７ ラック体 ８ 射出ストロークセンサ １０ フィードバック制御ブロック １１ カウンタ １２ プログラマブルタイマーモジュール（ＰＴＭ） １３ 実測速度演算処理部 １４ フィードバック出力生成処理部 １５ トルクリミッタ手段 １６ ドライバアンプ ２０ 成形条件設定記憶部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出用のスクリューをサーボモータの駆
   動力によって前進させて射出を行ない、且つ、射出行程
   中の射出・充填行程（１次射出工程）を速度フィードバ
   ック制御で実行する射出成形機の射出制御方法におい
   て、 上記サーボモータのトルクを制限可能なトルクリミッタ
   手段を設けて、上記射出・充填行程中の加減速領域は、
   上記サーボモータに対する上記トルクリミッタ手段によ
   るトルク制限を解除し、上記射出・充填行程中の加減速
   領域以外の他の領域は、上記サーボモータに対して上記
   トルクリミッタ手段によりトルク制限をかけるようにし
   たことを特徴とする射出成形機の射出制御方法。