JPH11254495A - 射出成形機の射出速度制御方法および射出速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出前の計量条件に拘らず、射出開始時の射
出速度がオーバーシュートすることなく、したがって高
品質の成型品を得ることができる射出速度制御方法を提
供する。 【解決手段】 スクリュ（２）を軸方向に駆動して射出
するとき、高い背圧をかけて計量したときは、第１の操
作・調節部（４３）により制御し、低い背圧をかけて計
量したとき、または空引きしたときは、第１の操作・調
節部（４３）の比例係数よりも大きい比例係数の第２の
操作・調節部（４４）により制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクリュを回転駆
動して計量した溶融射出材料を、スクリュを軸方向に駆
動して射出するとき、スクリュが設定射出速度で駆動さ
れるようにフィードバック制御する射出成形機の射出速
度制御方法およびこの方法の実施に使用される射出速度
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機は、従来周知のように概略的
には、加熱シリンダ、この加熱シリンダ内に回転方向と
軸方向とに回転駆動可能に設けられているスクリュとか
ら構成されている。したがって、ペレット状の樹脂ある
いは金属の射出材料をホッパから供給すると共に、スク
リュを油圧モータ等で回転駆動すると、射出材料は加熱
シリンダの前方の計量室に送られる過程で、加熱シリン
ダの外部から加えられる熱と、スクリュを回転駆動する
ときの摩擦、剪断作用等で生じる熱とにより溶融し、計
量室に蓄積される。次に蓄積された溶融樹脂を射出する
には、ピストンシリンダユニットに作動油を供給してス
クリュを軸方向に駆動すると、計量された溶融状態の射
出材料が金型に射出される。冷却固化を待って金型を開
いて成型品を得ることができる。

【０００３】上記のようにして、スクリュを回転駆動し
て計量するときに、計量室に蓄積される射出材料の圧力
によりスクリュが後退するようにして計量することも、
またスクリュの後退方向に逆らう方向の圧力すなわち所
定の背圧をかけながら計量することも共に行われてい
る。また、計量された溶融状態の射出材料の内圧を下げ
る目的で計量終了後、スクリュを空引きすることも行わ
れている。上記のようにして計量された溶融状態の射出
材料を射出するときは、スクリュの軸方向の射出速度が
設定射出速度になるように、ＰＩＤ動作等によるフィー
ドバック制御により制御されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
射出速度もフィードバック制御により制御されているの
で、特定条件下では格別に問題はない。しかしながら、
上記したように高い背圧をかけながら計量することも、
また低い背圧をかけながら計量することも、さらには計
量後空引きすることも行われているが、溶融射出材料の
状態は、このような計量時の条件により異なるので、必
ずしも満足のいく制御ではない。さらに詳しく説明する
と、図２の（イ）、（ロ）において符号Ｋは加熱シリン
ダを、Ｓはスクリュをそれぞれ示し、そして図２の
（イ）は高い背圧をかけながら計量したときの射出材料
Ｊの状態を、図２の（ロ）は計量後空引きしたときの射
出材料Ｊ’の状態をそれぞれ示しているが、一般に高い
背圧をかけながら計量することが多いので、通常は高い
背圧をかけながら計量された溶融射出材料Ｊを射出する
ときの、スタート時の応答性が良好となるように、例え
ばＰＩＤ動作する操作・調節器の比例係数、時定数等が
固定的に調整されている。したがって、図２の（ハ）に
示されているように、設定射出速度に達するまでの立ち
上がり時間は短くなっている。また、溶融射出材料Ｊの
密度は高く、スタート時から射出圧力がスクリュに反作
用として作用するので、射出速度がオーバーシュートす
るようなこともない。

【０００５】しかしながら、図２の（ロ）に示されてい
るように、空引きしたときの溶融射出材料Ｊ’の密度は
小さく、あるいは空隙Ｅが生じているので、同じＰＩＤ
動作する操作・調節器で制御すると、射出速度がオーバ
ーシュートし、ハンチング現象を起こすことがある。す
なわち、射出スタート時には設定射出速度と検出速度と
の間の偏差量が大きいので、操作・調節器から大きな操
作量が出力され、スクリュＳは大きな射出速度で駆動さ
れる。ところで、溶融射出材料Ｊ’の密度が大きいとき
は直ちに射出圧力が立つので、またオーバーシュートし
ないように操作・調節器の比例係数が調節されているの
で、スクリュＳ、このスクリュＳを射出方向に駆動する
油圧系等の慣性力が大きくても、オーバーシュートする
ようなことはないが、空引きしたときの溶融射出材料
Ｊ’の密度は小さく、また空隙Ｅもあり圧縮性があるの
で、スクリュＳ等の慣性力により設定射出速度を越えて
オーバーシュートする。そして、ハンチング現象を起こ
す。このようなハンチングを起こしている状態は図２の
（ニ）に示されている。射出速度にハンチングが生じる
と、成型品の品質を落とすようにもなる。本発明は、上
記したような従来の問題点をより完全に解決した、射出
速度制御方法および射出速度制御装置を提供することを
目的とし、具体的には射出前の計量条件に拘らず、射出
開始時の射出速度がオーバーシュートすることなく、し
たがって高品質の成型品を得ることができる射出成形機
の射出速度制御方法および射出速度制御装置を提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、スクリュを回転駆動して計量した溶融射
出材料を、前記スクリュを軸方向に駆動して射出すると
き、前記スクリュが設定射出速度で軸方向に駆動される
ようにフィードバック制御装置により制御する射出成形
機の射出速度制御方法であって、前記スクリュを回転駆
動して計量するときの、前記スクリュにかける背圧の大
きさに応じて前記フィードバック制御装置の操作・調節
部の比例係数を変更するように構成される。請求項２に
記載の発明は、スクリュを回転駆動して計量した溶融射
出材料を、前記スクリュを軸方向に駆動して射出すると
き、前記スクリュが設定射出速度で軸方向に駆動される
ように、第１の操作・調節部と、該第１の操作・調節部
の比例係数と異なる比例係数を有する第２の操作・調節
部とを備えたフィードバック制御装置により制御する射
出成形機の射出速度制御方法であって、前記スクリュを
回転駆動して計量するとき高い背圧をかけて計量したと
きは、前記第１の操作・調節部により制御し、低い背圧
をかけて計量したとき、または空引きしたとは、前記第
２の操作・調節部により制御するように構成される。請
求項３に記載の発明は、請求項２に記載のフィードバッ
ク制御装置の第１、２の操作・調節部は、ＰＩＤ動作
し、前記第２の操作・調節部の比例係数は、前記第１の
操作・調節部の比例係数よりも大きいように構成され
る。請求項４に記載の発明は、加熱シリンダと、該加熱
シリンダの内部に回転方向と射出方向とに駆動可能に設
けられているスクリュとからなる射出成形機の射出速度
を制御する制御装置であって、該制御装置は、設定射出
速度と検出射出速度とが入力される加合点と、該加合点
から出力される偏差信号に基づいて前記スクリュを射出
方向に駆動する制御対象の操作量を演算する第１、２の
操作・調節部と、前記加合点の出力端子を前記第１、２
の操作・調節部のいずれかの入力端子に接続するスイッ
チ手段とからなり、前記第２の操作・調節部の比例係数
は、前記第１の操作・調節部の比例係数と異なるように
構成される。そして請求項５に記載の発明は、請求項４
に記載のスイッチ手段は、スクリュを回転方向に駆動し
て計量するとき、圧力センサで計測した背圧状態によっ
て、前記加合点の出力端子を、前記第１、２の操作・調
節部のいずれかの入力端子に接続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を使用して樹脂材料から成形す
る例に付いて説明する。本発明の実施の形態に係わる射
出成形機も加熱シリンダ１を備えている。そして、この
加熱シリンダ１の内部に従来周知のように、スクリュ２
が回転方向と軸方向すなわち計量方向と射出方向とに駆
動可能に設けられている。加熱シリンダ１の後方にはホ
ッパ３が、そして前方端には射出ノズル４が設けられて
いる。また、加熱シリンダ１の後方端部には、ピストン
シリンダユニット１０が取り付けられ、スクリュ２の駆
動軸１２はピストンシリンダユニット１０のシリンダ１
１を貫通している。そして、シリンダ１１の外部におい
て油圧モータ１３の出力軸に機械的に接続されている。
スクリュ２の駆動軸１２は、ピストンロッドの作用も奏
する。したがって、駆動軸１２にはピストン１４が固定
され、このピストン１４によりシリンダ１１内はピスト
ンロッド室１５と、ピストンヘッド室１６とに分けられ
ている。なお、ピストン１４の軸方向の移動と関連して
センサ軸１７が設けられ、このセンサ軸１７の軸方向の
移動速度、すなわち射出速度が速度センサ１８で計測さ
れるようになっている。

【０００８】スクリュ２を回転駆動する油圧モータ１３
の油圧回路は、図１には示されていないが、ピストンシ
リンダユニット１０のシリンダ１１に作動油を給排し、
計量時に背圧をかけ、また射出時にスクリュ２を駆動す
る油圧回路２０は、図１に示されているように、概略的
にはサーボ弁２１が設けられている供給管２２と、戻管
２６とから構成されている。そして、供給管２２の一方
の端部は、電磁方向切換弁２７のポートＸに接続され、
他方の端部はシリンダ１１のピストンロッド室１５に接
続されている。なお、供給管２２には、作動油をシリン
ダ１１の方向へのみ流す逆止弁２３が介装されている。
また、戻管２６の一方の端部は、電磁方向切換弁２７の
ポートＹに接続され、他方の端部はシリンダ１１のピス
トンヘッド室１６に接続されている。

【０００９】計量時の背圧は逃弁３０で実施されるよう
になっている。そのために、供給管２２からは、逆止弁
２３の下流側において逃管３１が分岐している。そし
て、この逃管３１にピストンロッド室１５の作動油の圧
力を調整する逃弁３０が介装されている。供給管２２に
は圧力センサ３２が取り付けられ、計量時の背圧がこの
圧力センサ３２で計測され、そして加合点３３に入力さ
れるようになっている。また、加合点３３には、背圧設
定器３４で設定される背圧も入力されるようになってい
る。したがって、計測される背圧と、設定背圧とから加
合点３３において偏差信号が得られ、そして操作・調節
器３５から計測される背圧が設定背圧になるような操作
量が逃弁３０に出力される。

【００１０】サーボ弁２１を制御する制御装置４０は、
加合点４１、切替スイッチ４２、ＰＩＤ動作する第１の
操作・調節器４３、同様にＰＩＤ動作する第２の操作・
調節器４４等からなっている。そして、加合点４１の一
方の入力端子と、速度センサ１８は信号ラインａによ
り、また他方の入力端子と射出速度設定器４５とは信号
ラインｂによりそれぞれ接続されている。また、加合点
４１の出力端子と切替スイッチ４２の入力端子は信号ラ
インｃにより接続され、切替スイッチ４２の一方の出力
端子と第１の操作・調節器４３とは信号ラインｄによ
り、他方の出力端子と第２の操作・調節器４４とは信号
ラインｅにより、それぞれ接続されている。そして、第
１、２の操作・調節器４３、４４のいずれかによって得
られる操作量が信号ラインｆによりサーボ弁２１に入力
されるようになっている。

【００１１】第１の操作・調節器４３は、高い背圧をか
けて計量したときのサーボ弁２１の操作量を演算するも
ので、その比例係数、積分時間等は従来通りに調節され
ている。これに対し、第２の操作・調節器４４は、低い
背圧あるいは空引きされたときの操作量を演算するもの
で、その比例感度は大きく調節されている。これによ
り、立ち上がり時間は多少長くなるが、スクリュ２の速
度を抑えることができる。また、積分時間を長くし、微
分時間を短くする。このように比例係数を調節すること
によりオーバーシュート、したがってハンチングを防止
することができる。

【００１２】次に、上記実施の形態の作用について説明
する。初めに、高い背圧をかけて計量し、そして射出す
る例について説明する。射出が終わってピストンロッド
室１５には作動油が満たされていると仮定する。背圧設
定器３４で背圧を設定する。また、電磁方向切換弁２７
を図１に示されているＡポジションに切り替える。そう
して油圧モータ１３を起動してスクリュ２を回転駆動す
る。従来周知のようにしてホッパ３から樹脂材料が加熱
シリンダ１に供給され、そして計量される。このとき、
加熱シリンダ１の前方に計量されて蓄積される溶融樹脂
の圧力によりスクリュ２は後退する。後退するので、ピ
ストンロッド室１５の作動油の圧力は上昇する。この圧
力は圧力センサ３２で計測され、そして加合点３３に入
力される。この加合点３３において、計測される作動油
の圧力と設定背圧とから偏差信号が得られ、そして操作
・調節器３５で逃弁３０の操作量が演算調節される。こ
れにより、逃弁３０の開度が調節されて、設定背圧で計
量される。

【００１３】射出するときは、射出速度設定器４５によ
り射出速度を設定する。切替スイッチ４２を図１に示さ
れているように、第１の操作・調節器４３の方へ切り替
える。また、逃弁３０を閉鎖しておく。そうして、油圧
ポンプ２８を起動してシリンダ１１のピストンロッド室
１５へ作動油を供給する。そうすると、ピストン１４は
軸方向に移動する。したがって、スクリュ２が軸方向に
駆動されて、従来周知のようにして計量された樹脂材料
が射出される。このときの、射出速度は速度センサ１８
で計測され、そして加合点４１に入力される。加合点４
１には設定射出速度も入力されているので、この加合点
４１において偏差信号が得られ、そして第１の操作・調
節器４３へ出力される。サーボ弁２１は、第１の操作・
調節器４３で得られる操作量で操作される。これによ
り、シリンダ１１へ供給される作動油の量が調節され、
設定射出速度で射出されることになる。以下同様にし
て、計量して、射出して成型品を得る。

【００１４】低い背圧で計量するとき、あるいは空引き
動作後に射出するときは、切替スイッチ４２を第２の操
作・調節器４４の方へ切り替える。電磁方向切換弁２７
をＡポジションに切り替える。他は前述したようにして
射出する。今度はサーボ弁２１の操作量は第２の操作・
調節器４４により演算される。したがって、低い背圧で
計量はされているが、あるいは空引きされているが、射
出スタート時において射出速度がオーバーシュートする
ことも、またハンチングするようなこともない。

【００１５】本発明は、上記実施の形態に限定されない
ことは明らかでる。例えば、切替スイッチ４２は手動的
に切り替えるように説明したが、計量時の背圧を計測
し、この計測信号の大小により自動的に切り替えるよう
に実施できることは明らかである。また、第１、２の操
作・調節器４３、４４は、ＰＩＤ動作に変えて、例えば
ＰＩ動作する操作・調節器により実施できる。さらに
は、上記実施の形態では、比例係数の異なる２個の第
１、２の操作・調節器４３、４４が使用されているが、
１個の操作・調節器により、その比例係数を計量時の状
態に応じて変更しても同様に実施できることも明らかで
ある。また、本発明は油圧式射出成形機に代えて電動式
射出成形機でも同様に実施できる。このとき、射出速度
はスクリュを軸方向に駆動する電動モータの回転数を制
御することになり、また背圧は電動モータのトルクで制
御することは明らかである。

【００１６】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、スクリ
ュを軸方向に駆動して射出するとき、スクリュを回転駆
動して計量するときの、スクリュにかける背圧の大きさ
に応じてフィードバック制御装置の操作・調節部の比例
係数を変更するので、あるいは比例係数の異なる操作・
調節部により制御するので、射出前の計量条件に拘ら
ず、射出開始時の射出速度がオーバーシュートするよう
なことはなく、したがって設定速度になるまでにハンチ
ングするようなこともないという、本発明特有の効果が
得られる。また、本発明によると、オーバーシュートも
ハンチングもしないので、高品質の成型品を得ることが
できる効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態を、射出ノズルおよび加
熱シリンダ部分は断面にして示す制御ブロック線図であ
る。

【図２】 図２の（イ）、（ロ）は、計量された溶融樹
脂の、それぞれ異なる状態を加熱シリンダと共に示す模
式的断面図で、その（ハ）、（ニ）は、（イ）、（ロ）
にそれぞれ示されている状態の溶融樹脂を射出するとき
の、時間と射出速度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 加熱シリンダ ２ スクリュ １８ 速度センサ ２１ サーボ弁 ４０ 制御装置 ４１ 加合点 ４２ 切替スイッチ ４３ 第１の操作
・調節器 ４４ 第２の操作・調節器 ４５ 射出速度設
定器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】しかしながら、図２の（ロ）に示されてい
るように、空引きしたときの溶融射出材料Ｊ’の密度は
小さく、あるいは空隙Ｅが生じているので、同じＰＩＤ
動作する操作・調節器で制御すると、射出速度がオーバ
ーシュートし、ハンチング現象を起こすことがある。す
なわち、射出スタート時には設定射出速度と検出速度と
の間の偏差量が大きいので、操作・調節器から大きな操
作量が出力され、スクリュＳは大きな射出速度で駆動さ
れる。ところで、溶融射出材料Ｊ’の密度が大きいとき
は直ちに射出圧力が立つので、またオーバーシュートし
ないように操作・調節器の比例係数が調節されているの
で、スクリュＳ、このスクリュＳを射出方向に駆動する
油圧系等の慣性力が大きくても、オーバーシュートする
ようなことはないが、空引きしたときの溶融射出材料
Ｊ’の密度は小さく、また空隙Ｅもあり圧縮性があるの
で、スクリュＳ等の慣性力により設定射出速度を越えて
オーバーシュートする。そして、ハンチング現象を起こ
す。このようなハンチングを起こしている状態は図２の
（ニ）に示されている。射出速度にハンチングが生じる
と、成型品の品質を落とすようにもなる。本発明は、上
記したような従来の問題点をより完全に解決した、射出
速度制御方法および射出速度制御装置を提供することを
目的とし、具体的には射出前の計量条件に拘らず、射出
開始時の射出速度がオーバーシュートすることなく、し
たがって高品質の成型品を得ることができる射出成形機
の射出速度制御方法および射出速度制御装置を提供する
ことを目的としている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】第１の操作・調節器４３は、高い背圧をか
けて計量したときのサーボ弁２１の操作量を演算するも
ので、その比例係数、積分時間等は従来通りに調節され
ている。これに対し、第２の操作・調節器４４は、低い
背圧あるいは空引きされたときの操作量を演算するもの
で、その比例係数は大きく調節されている。これによ
り、立ち上がり時間は多少長くなるが、スクリュ２の速
度を抑えることができる。また、積分時間を長くし、微
分時間を短くする。このように比例係数を調節すること
によりオーバーシュート、したがってハンチングを防止
することができる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スクリュ（２）を回転駆動して計量した
   溶融射出材料を、前記スクリュ（２）を軸方向に駆動し
   て射出するとき、前記スクリュ（２）が設定射出速度で
   軸方向に駆動されるようにフィードバック制御装置（４
   ０）により制御する射出成形機の射出速度制御方法であ
   って、 前記スクリュ（２）を回転駆動して計量するときの、前
   記スクリュ（２）にかける背圧の大きさに応じて前記フ
   ィードバック制御装置（４０）の操作・調節部（４３、
   ４４）の比例係数を変更することを特徴とする射出成形
   機の射出速度制御方法。
2. 【請求項２】 スクリュ（２）を回転駆動して計量した
   溶融射出材料を、前記スクリュ（２）を軸方向に駆動し
   て射出するとき、前記スクリュ（２）が設定射出速度で
   軸方向に駆動されるように、第１の操作・調節部（４
   ３）と、該第１の操作・調節部（４３）の比例係数と異
   なる比例係数を有する第２の操作・調節部（４４）とを
   備えたフィードバック制御装置（４０）により制御する
   射出成形機の射出速度制御方法であって、 前記スクリュ（２）を回転駆動して計量するとき高い背
   圧をかけて計量したときは、前記第１の操作・調節部
   （４３）により制御し、低い背圧をかけて計量したと
   き、または空引きしたとは、前記第２の操作・調節部
   （４４）により制御することを特徴とする射出成形機の
   射出速度制御方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のフィードバック制御装
   置（４０）の第１、２の操作・調節部（４３、４４）
   は、ＰＩＤ動作し、前記第２の操作・調節部（４４）の
   比例係数は、前記第１の操作・調節部（４３）の比例係
   数よりも大きい、射出成形機の射出速度制御方法。
4. 【請求項４】 加熱シリンダ（１）と、該加熱シリンダ
   （１）の内部に回転方向と射出方向とに駆動可能に設け
   られているスクリュ（２）とからなる射出成形機の射出
   速度を制御する制御装置（４０）であって、 該制御装置（４０）は、設定射出速度と検出射出速度と
   が入力される加合点（４１）と、該加合点（４１）から
   出力される偏差信号に基づいて前記スクリュ（２）を射
   出方向に駆動する制御対象（２１）の操作量を演算する
   第１、２の操作・調節部（４３、４４）と、前記加合点
   （４１）の出力端子を前記第１、２の操作・調節部（４
   ３、４４）のいずれかの入力端子に接続するスイッチ手
   段（４２）とからなり、 前記第２の操作・調節部（４４）の比例係数は、前記第
   １の操作・調節部（４３）の比例係数と異なることを特
   徴とする射出成形機の射出速度制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のスイッチ手段（４２）
   は、スクリュ（２）を回転方向に駆動して計量すると
   き、圧力センサ（３２）で計測した背圧状態によって前
   記加合点（４１）の出力端子を、前記第１、２の操作・
   調節部（４３、４４）のいずれかの入力端子に接続する
   射出成形機の射出速度制御装置。