JPS61167519A - 射出成形機の射出・保圧制御方法 - 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、サーボモータを用いて射出を行う射出成形機
に関し、特に射出制御方法に関する。

従来の技術 従来の射出成形機における射出制御においては、射出速
度、即ちスクリューの軸方向の移動速度を制御し、続い
て射出圧力の制御即ち保圧制御を行っている。この制御
によってパリの発生や成形品の残留応力の軽減、金型に
過大な成形圧力が加わるのを防止する等の制御を行って
いた。このように、射出時に射出速度の制御と射出圧力
の制御を切換えて行うことの理由の１つは、射出を開始
した直後には金型内に成形樹脂が未だ溜らず、圧力の検
出が難しいことから、射出速度によって射出制御を行っ
ていたもので、金型の形状に応じて射出圧力が一定にな
るよう射出速度を切換えて制御したものである。しかし
、射出圧力が常に検出されるならば、射出圧力のみによ
って射出制御を行うことができるものである。しかしな
がら、従来の射出成形機は、油圧を用いて射出を行って
いたため、射出を開始した直後には射出圧力を検出する
ことができず、上述したように射出速度制御と射出圧制
御とを切換えて制御を行っていた。しかし、この切換の
タイミングは金型の形状等により非常に難しく、この切
換のタイミングの適否によって成形品の良悪が決まって
いた。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、射出制御において、常に射出圧を検出して、
この射出圧によって射出制御を行い、射出速度制御から
射出圧制御への切換を必要としない射出制御を得ようと
するものである。また、特に、射出圧が常に一定になる
よう制御できるようにしたものである。

問題点を解決するための手段 サーボモータを射出の駆動源として用いる射出成形機に
おいて、上記サーボモータの出力トルクと上記サーボモ
ータの駆動電流を電流検出器によって検出し、また、上
記サーボモータの回転速度を検出器で検出し、該検出し
たサーボモータの回転速度を微分器で微分し、上記電流
検出器の出力から上記微分器の出力を減韓し、成形材料
に加わる実際の実トルクを求め、この実トルクを設定ト
ルクから減算し、その差に応じてサーボモータへの速度
指令または位置指令を変化させて上記実トルクが設定ト
ルクと一致するよう制御する。

作　　用 上記微分器のコンデンサＣと抵抗Ｒの値の積がサーボモ
ータと機械等の負荷を合計した慣性能率Ｊと等しいよう
に設定しておけば、上記微分器の出力はサーボモータ及
び該サーボモータに接続されたスクリュー等の機械の慣
性の加減速に要するトルクを意味し、また、上記電流検
出器の出力は上記サーボモータの出力トルクを意味する
から、該電流検出器の出力から上記微分器の出力を減算
すれば、成形材料に加わる実際の実トルクが算出され、
この実トルクと設定トルクとの差によって、速度指令ま
たは位置指令を変えて上記実トルクが設定トルクと一致
するよう制御を行い、射出時には常に成形材料に一定の
射出圧力が加わるように制御する。

実施例 本発明は、射出成形機のスクリューを軸方向に移動させ
て射出を行う射出の駆動源をサーボモータとしたもので
、該サーボモータを駆動制御する位置制御ループを有す
るサーボ回路のブロック図は一般的に第１図に示される
。この例は、サーボモータＭとしてＤＣモータを示して
いるが、ＡＣモータでも同じであり、また、検出器とし
てパルスエンコーダＰを用いているが、他の検出器のレ
ゾルバ、速度発電機等でもよい。この第１図で示すサー
ボ回路は、公知の位置制御ループを有するサーボ回路１
で、サーボモータＭの駆動指令として、単位時間の移動
量としてパルス列で構成される位置指令ａが入力される
と、この位置指令ａとパルスエンコーダ等の検出器Ｐで
検出したサーボモータＭの移動ｆｆ１ｂとの差分をデジ
タル−アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ変換器という）２で
速度指令値Ｃとしてのアナログ量の電圧に変換される。

すなわち、位置指令ａと検出器ＰからのサーボモータＭ
の移動量すに大きな差があると大きな値の速度指令値Ｃ
として出力され、差が小さく位置指令ａと移動量すが近
づくと小さな値の速度指令値Ｃとして出力される。さら
に、本サーボ回路は応答性をよくするために速度フィー
ドバックが行われており、これは、検出器Ｐからの信号
をＦ／Ｖ変換器６で電圧に変換し、実際のサーボモータ
Ｍの速度に対応する電圧Ｖを上記速度指令値Ｃから減算
し、その差、即ち指令速度Ｃと実速度Ｖの誤差を誤差増
幅器３で増幅して指令トルクｅとして出力する。即ち、
この指令トルクｅはサーボモータＭの電機子に流す電流
値に対応する電圧として出力されるもので、この指令ト
ルクｅに対し、さらに応答性をよくするため、サーボモ
ータＭの電機子電流を検出する電流検出器７からの電機
子電流に対応する電圧ｆがフィードバックされ、上記指
令トルクｅと電機子電流のフィードバック信号ｆとの差
を誤差増幅器４で増幅し、電力増幅器５で増幅して、サ
ーボモータＭを駆動している。

そこで、速度指令Ｃよりのブロック図を伝達関数で表わ
すと第２図のようになる。即ち、速度指令Ｃと実速度Ｖ
の差を増幅する誤差増幅器３の伝達関数は比例項ＫＰ、
と積分項Ｋｌによって表わされ、第１図の誤差増幅器４
．電力増幅器５及び電流検出器７で構成されるフィード
バック回路が十分な周波数帯域をもつとすれば、即ち指
令に対応し即座に応答するとすれば、その伝達関数は比
例項Ｋｔのみで表わすことができ、また、トルクから速
度への変換の伝達関数はｒ１／ＪＳＪで表わされる。こ
こで、Ｊはモータと負荷を合計した慣性能率である。そ
の結果、速度指令Ｃよりのブロック線図は第２図のよう
になる。このブロック線図で、Ｔｄは外乱トルクで、こ
れはサーボモータに接続される負荷トルクを意味し、こ
の場合、射出成形機のスクリューが成形材料を押圧し射
出に関する実トルクＴｄを意味するものである。

そこで、この外乱トルクＴ’　ｄが「０」と仮定すると
、伝達関数１２で示すように、トルクを積分して速度Ｖ
を出力しているから、サーボモータＭやスクリュー等の
サーボモータＭに接続された機械の慣性の加減速に要す
るトルクは速度ｄを微分すればよいこととなる。その結
果、サーボモータの出力トルクＴｏは次式のようになる
。

Ｔｏ　＝Ｔｄ　＋Ｊ　’　（ｄｖ　／ｄｔ）　−−（１
）Ｔｄ　＝Ｔｏ　−Ｊ　・（ｄｖ　／ｄｔ）　・・・・
・・（２）その結果、第（２）式が示すように、成形材
料を射出するに要する実トルクＴｄはサーボモータＭの
出力トルクＴｏから実速度を微分した値とサーボモータ
Ｍと負荷を合計した慣性能率Ｊの積を差引けば求められ
ることとなる。そして、実速度■は検出器Ｐの信号をＦ
／Ｖ変換器６により電圧に変換した値により求められ、
サーボモータＭの出力トルクＴｏはトルク指令値、即ち
サーボモータＭの電機子に流れる電流値に対する電圧値
ｅとして電流検出器７より検出されるから、射出に要す
る実トルクＴｄは第（２）式によって求められる。そし
て、本発明は、この射出に要する実トルクＴｄを常に一
定に制御すること即ち射出圧力を常に一定にすることに
よって射出制御を行わせるもので、その第１の方法を第
３図に示す。

第３図において、１３は微分器、１４．１５は減算器、
３′は誤差増幅器で、第１図で示す誤差増幅器３と相違
する点は、第１図の誤差増幅器はＤ／Ａ変換器２からの
出力の速度指令ＣとＦ／Ｖ変換器６からの実速度Ｖの差
を増幅し出力していたものに対し、第３図における誤差
増幅器３′は、上記速度指令Ｃから実速度■を引いた値
に減算器１５の出力を加算している点において相違する
。

なお、誤差増幅器３′以降の回路は第１図の回路と同一
である。また、第３図中のＯＰＩ〜○Ｐ４はオペレーシ
ョンアンプを示し、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１−Ｒ
１１は抵抗を示している。

次に、本実施例の動作を説明する。

まず、Ｆ／Ｖ変換器６から出力される実速度Ｖに対応す
る電圧は微分器１３に入力される。微分器１３のコンデ
ンサ０１．抵抗Ｒ１の値を、Ｃ１・Ｒ１＝Ｊとする。す
なわち、上記コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の積が当該サー
ボモータＭと当該射出成形機のスクリュー等の機械の慣
性能率Ｊに等しくなるように設定する。その結果、微分
器１３の出力は、 −Ｃ１・Ｒ１−（ｄｖ／ｄｔ）＝−Ｊ　　・　（ｄｖ／
ｄｔ）となる（なお、Ｆ／Ｖ変換器６の出力Ｖは負の電
圧であるので、この出力はプラスの値となる）。

そして、この出力は減算器１４に入力され、電流検出器
７からの出力ｆとの差が出力される。即ち、上記電流検
出器７の出力はサーボモータの電機子に流れる実際に流
れている電機子電流値ｆ　（この値もマイナスの値で出
力されている）を示しており、この電機子電流値ｆは即
ちサーボモータＭの出力トルクＴＯに対応する電圧値を
意味するから、減算器１４（この減算器１４はオーベレ
ーションアンプＯＰ２により加算器を構成しているが、
入力が異符号のため減算器を構成するようになる。）の
出力は次式で示される。

ｇ算器１４の出力＝−（ｆ　＋Ｊ　・（ｄｖ／ｄｔ）　
）＝−（−Ｔｏ＋Ｊ・（ｄＶ／ｄｔ）　）−Ｔｏ　−Ｊ
　・（ｄｖ／ｄｔ） ・・・・・・（３） 上記第（３）式に示されるように、減算器１４の出力は
第（２）式で示す右辺と同じであるから、この減算器１
４の出力は射出成形機が成形材料を射出するに要する実
トルクＴｄに対応する電圧値を示すこととなる。かくし
て、減算器１４の出力である実トルクＴｄに対応する電
圧値は減算器１５に入力され、設定値−８（この設定値
−８もマイナスの電圧値である）と比較され、減算出力
される。この設定値−８は射出成形機のスクリューが射
出時に成形材料に加えるトルク、即ち射出圧力の設定値
ＴＳに対応する電圧であり、この設定１ｍ　Ｔ　Ｓの射
出圧力で射出成形機が常時射出するように設定するもの
である。減算器１５では第（４）式で示すように、設定
値−８から入力され減算器１４の出力、即ち現在の実ト
ルクＴｄに対応する電圧値を減算し、その差を出力する
こととなる。

減算器１５の出力＝−（−８＋Ｔｄ　）＝Ｔｓ　−Ｔｄ
　　・・・・・・（４）この減算器１５の出力はさらに
誤差増幅器３′に入力される。その結果、誤差増幅器３
′ではＤ／Ａ変換器２からの速度指令Ｃから実速度Ｖを
減算し、さらに、上記第（４）式で示される減算器１５
の出力、即ち射出時に成形材料に加えるべき設定トルク
Ｔｓと現実に坦在加わっている実トルクＴｄの差に応じ
た電圧が加算され、それが増幅されて誤差増幅器３から
指令トルクｅとして出力される（なお、極性は適正な極
性へと符号検出器等で変換される）。その結果、設定ト
ルクＴｓと実トルクＴｄとに差が大きければ誤差増幅器
３′から出力される指令トルクｅの電圧値は大きくなり
、サーボモータＭの電機子電流は増大し、高速で駆動さ
れることとなり、実トルクＴｄが設定トルクＴＳになる
よう常に射出が行われることとなる。

以上のようにして、本発明の第１の実施例は速度指令Ｃ
に設定トルクＴＳから実トルクＴｄを引いた差を加算し
て速度指令が出され、常に、射出時に成形材料に加わる
射出圧力を設定値に保持するように射出制御したもので
ある。

次に、第２の実施例について説明する。

第４図に示す第２の実施例と上記第１の実施例とで相違
する点は、第１の実施例が設定トルクＴｓと実トルクＴ
ｄとの差を速度指令Ｃに加算することによって射出圧力
を常に設定値に保持するように制御した点を、この第２
の実施例では設定トルクＴｓと実トルクＴｄとの差に応
じて位置指令量を増減させることによって射出圧力を常
に設定値に保持するように制御したものである。

即ち、サーボ回路は第１図で示す回路と同じであり、異
なる点は単位時間あたりの移動量として出力されるパル
ス列の位置指令ａを作る加減速制御部２０に第１の実施
例で求めた設定トルクＴｓと実トルクＴｄとの差を加え
る点である。

第４図において、サーボモータＭの移動量、即ちスクリ
ューの移動量が入力され、即座に指令移動量だけサーボ
モータＭを駆動するには、無限大の速度と無限大のトル
クを必要とするから、加減速制御部２０は単位時間あた
りの移動量を移動指令の立上り及び立下り時に順次加算
及び減算しながら単位時間あたりのパルス列として出力
し、さらに時定数回路２１によって速度の急激な変化を
緩和させ、単位時間あたりの移動量としてのパルス列で
構成される位置指令ａを出力し、以下、第１図に示すサ
ーボ回路に入力している。以上述べた加減速制御部２０
．時定数回路２１についても本願出願前から実施されて
いるものであるが、本実施例は、さらに上記加減速制御
部２０に射出成形機の設定射出トルクと実トルクの差を
入力し、単位時間あたりの移動量を指令するパルス列ａ
の値を増減させるようにしている。

即ち、第４図において、１３，１４．１５は第３図で示
す微分器、減算器と同一であり、サーボモータＭの実速
度を示すＦ／Ｖ変換器６からの出力■を微分器１３で微
分し、その出力をサーボモータＭの出力トルクＴｏの値
を示す電流検出器７からの出力ｆから減算器１４で減算
してスクリューが射出を行うため成形材料に実際に付加
している実トルクＴｄを算出し、この実トルクＴｄの値
を示す減算器１４の出力と、射出時に成形材料に加える
べき設定トルクＴＳを設定する設定値−８との差を減算
器１５で算出し、この差を電圧−周波数変換器（以下Ｖ
／Ｆ変換器という）２２でパルス列に変換し、このＶ／
Ｆ変換器２２の出力を加減速制御部２０に入力し、該加
減速制御部２０の出力である単位時間あたりの移動量と
してのパルス列に上記Ｖ／Ｆ変換器２２の出力パルスを
加算して、単位時間あたりの移動量のパルス数を変化さ
せる。

その結果、実トルクＴｄと設定トルクＴｓとに差が大き
ければ、単位時間あたりの移動量のパルス数、即ち位置
指令ａの値は大きくなり、速度指令Ｃも大きくなり、ト
ルク指令ｅも増大し、サーボモータＭの電機子電流は増
大し、サーボモータの速度及びトルクは増大するもので
、サーボモータＭによって駆動されるスクリューにより
成形材料に加えられる実際のトルクＴｄの値が設定トル
クＴＳに一致するよう常に制御されることとなる。

即ち射出圧力は常に設定値に保持されるように制御され
ることになる。

なお、上記第２の実施例において、減算器１５を比較器
に変えて、実トルクと設定トルクとに差が生じたとき出
力し、この出力があるときのみ、加減速制御部の出力パ
ルス列に一定パルスを加算するようにしてもよい。

発明の効果 本発明は、以上述べたように、射出時に成形材料に加わ
る射出圧力を、射出の駆動源であるサーボモータの出力
トルクとサーボモータの実速度より算出し、これを常に
一定にするようサーボモータの速度指令値、または位置
指令値を自動的に変化させるようにしたから、射出圧力
は常に一定となり、射出時の初期には射出圧力が一定と
なるよう射出速度が制御され、かつ保圧時には射出圧力
が一定となるよう制御されるから、従来のように射出速
度制御と保圧制御を別々の制御系統で制御し、かつその
制御を切換える必要もないから、非常にシンプルでかつ
優れた射出制御が行うことができるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は、従来から公知の位置制御ループを有するサー
ボ回路のブロック図、第２図は、同ブロック図において
速度指令よりのブロック図を伝達関数で表わしたブロッ
ク図、第３図は、本発明の第１の実施例のブロック図の
要部、第４図は、本発明の第２の実施例のブロック図の
要部である。 １３・・・微分器、１４，１．５・・・減算器、３′・
・・誤差増幅器、ＯＰ１〜ＯＰ３・・・オペレーション
アンプ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）サーボモータを射出の駆動源として用いる射出成
   形機において、上記サーボモータの出力トルクと速度よ
   り射出時における成形材料に実質的に加わる実トルクを
   算出し、上記実トルクが常に一定になるように射出制御
   を行う射出成形機の射出・保圧制御方法。
2. （２）上記実トルクと設定トルクとの差によって上記サ
   ーボモータへの速度指令値を変化させ、上記実トルクが
   上記設定トルクに一致するよう制御した特許請求の範囲
   第１項記載の射出成形機の射出・保圧制御方法。
3. （３）上記実トルクと設定トルクとの差に応じて上記サ
   ーボモータへの位置指令の周波数を変化させ上記実トル
   クが上記設定トルクに一致するように制御した特許請求
   の範囲第１項記載の射出成形機の射出・保圧制御方法。
4. （４）検出器によって検出された上記サーボモータの回
   転速度を微分器で微分し、該微分器の出力を上記サーボ
   モータの駆動電流を検出する電流検出器の出力から減算
   器で減算することにより上記実トルクを算出し、減算器
   で設定トルク値から上記実トルクを減算し、その差分を
   速度指令に加算する特許請求の範囲第２項記載の射出成
   形機の射出・保圧制御方法。
5. （５）検出器によって検出された上記サーボモータの回
   転速度を微分器で微分し、該微分器の出力を上記サーボ
   モータの駆動電流を検出する電流検出器の出力から減算
   器で減算することにより上記実トルクを算出し、減算器
   で設定トルク値から上記実トルクを減算し、その差分を
   電圧−周波数変換器で周波数に変換し、この電圧−周波
   数変換器の出力を上記サーボモータへの位置指令に加算
   する特許請求の範囲第３項記載の射出成形機の射出・保
   圧制御方法。