JPS62151315A - 流体圧アクチユエ−タの制御装置 - 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） 本発明は射出成形機や液圧ブレス等のように速度要素と
圧力要素をフィードバック制御系により選択的かつ連続
的に制御する流体圧アクチュエータの制御装置に関する
。

（従来の技術） 一般に、流体圧アクチュエータ、例えば代表的なインラ
インスクリュ一式射出成形機におけるスクリュー駆動用
のアクチュエータは付設した制御装置によってプロセス
制御される。特にアクチュエータの射出工程に着目する
と、溶融した成形材料を金型キアビティ内へ注入充填す
る射出充填工程と、金型内への材料充填後一定の圧力を
付与して溶融樹脂を圧縮する圧縮工程と、この圧縮した
溶融樹脂の冷却による収縮分を補充填するとともに製品
部分の樹脂の逆流を阻止すること等を目的とする保圧工
程とを存する。このうち射出充填工程は速度制御系によ
り、また圧縮工程、保圧工程は圧力制御系によりそれぞ
れ制御され、これら各上程間の移行は連続的に行われる
。

ところで、円滑な制御の実現、即し再現性の向上や、流
体温度変動に基づく粘性変化等の外部の影響により生ず
る速度及び圧力変動の排除を図るため最近における射出
成形機の制御装置はいままで主力であったオーブンルー
プ制御方式からサーボバルブを利用したクローズトルー
プ制御方式（フィードバック制御方式）を採用する傾向
にある（例えば特公昭５５−７３７４号公報（米国特許
第３７６７３３９号）等参照）。

このようなりローズドループ制御方式では速度要素と圧
力要素の双方を同時に制御することができないため、通
常は速度制御系と圧力制御系をそれぞれ独立して設け、
これら各県を所定の切換手段により切換えることによっ
て選択的に制御している。即ち、具体的には予め設定し
た設定情報と流体圧アクチュエータの動作に基づいて検
出した検出情報を演算処理部により比較演算することに
より所要の制御情報を生成する回路をそれぞれ速度系と
圧力系に対応して別々に設け、これより得る速度又は圧
力の各制御情報を切換スイッチを介して選択的にサーボ
バルブ側へ付与している。なお、この場合各制御情報は
位相遅れ補償回路、位相進み補償回路及びゲイン１周整
回路等を含む特性補償回路部を介して当該切換スイッチ
に付写される。このように選択された側の制御系によっ
てそれぞれフィードバック制御方式のクローズトループ
を構成している。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上述した従来の制御装置は次のような問題点が
ある。

第一に、速度制御系と圧力制御系をそれぞれ独立して設
け、目的とする制御要素ごとにこれら各県を切換えるこ
とによって制御を行うため、例えば速度制御系を選択し
ているときは当該系はクローズトループによるフィード
バック制御を行っているが、他方の圧力制御系は速度制
御に基づくアクチュエータからの検出情報が付与されて
いるにも拘わらすオーブンループ状態となっている。し
たがって、速度制御系から圧力制御系への切換え時には
オーブンループ状態からクローズトループへ移行するた
め、この移行を円滑に行えず、圧力のアンダーシュート
或はオーバーシュートが発生する等制御が不安定となる
。この原因をさらに詳細に説明すると前述のように特性
補償回路部は進み補償回路及び遅れ補償回路を備え、各
回路はＣＲ回路を用いた微分要素及び積分要素により構
成している。したがって、速度制御系の選択時には圧力
制御系へも速度制御時の圧力変動に基づく圧力の検出情
報（フィードバック信号）が付与され、これにより上記
ＣＲ回路のコンデンサは充電又は放電を行う。この結果
、速度制御工程から圧力制御工程への切換え時には当該
コンデンサが直前に蓄えていた電荷と切換え時点での本
来必要な電荷との間のオフセットにより充放電が生じ、
この充放電の時間において圧力のアンダーシュート又は
オーパーンニートを生じる（第４図（Ｎ）参照）。なお
、この現象は成形品質に直接悪影響を及ぼし、例えば７
０−マークや過充填等の不良を生じる。

第二に、一般に制御系のゲインを大きくすることは外乱
による制御系の定常偏差を改迎する上で有効な手段であ
るが、単にゲインを大きくしてもハンチング等の発振を
起こし、制御系の安定度を悪くする。したがって、これ
を改心するには制御系のループの中へ適正な位相進み補
償回路や位相遅れ補償回路を設ければよいが、前述した
ようなＣＲ回路を用いた微分要素及び積分要素で当該位
相補償回路を構成するため制御系の切換え時には応答遅
れを生じ、これも面記オーバーシュート及びアンダーシ
ュートをさらに大きくする要因となっている。このため
、従来はゲインをあまり人きくせず、しかも当該切換え
時にオーバーシュート等が問題とならない程度に補償を
行っていた。したがって、外乱の影響を十分に排除する
ことはできず、しかも特性補償も各県に適合した最適な
設計を行うことができず、結局各制御領域において追従
性の悪いフィードバック制御系となってしまい、高速高
応答性の要求される射出成形機にとっては本来のフィー
ドバック制御方式の存意性に反するものであった。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は上述した従来の制御装置のもつ諸問題を解決し
た新規な装置を提供するもので、以下に示す流体圧アク
チュエータの制御装置によって達成することができる。

即ち、本発明に係る流体圧アクチュエータの制御装置（
１）は第１図から明らかなように設定情報（Ｓｐ）、（
Ｓｖ）と流体圧アクチュエータ（２）の動作に居づく検
出情報（Ｆ　ｐ　）、（Ｐｖ）を演算処理部により比較
演算して制御情報を得る速度制御系（Ｘｖ）及び圧力制
御系（Ｘｐ）を備え、各制御情報を選択的にサーボバル
ブ（３）へ付与して流体圧アクチュエータ（２）の速度
要素および圧力要素をフィードバック制御する形式のも
のにおいて、前記圧力制御系（Ｘｐ）における演算処理
部（４）の設定情報の入力部（４ａ）に、切換手段（５
）を介して前記速度制御系（Ｘｖ）の制御情報（Ｃｖ）
と圧力の設定情報（Ｓｐ）を選択的に付与するようにし
たことを特徴とする。

（作　　用） 次に、本発明の作用について説明する。

本発明に係る流体圧アクチュエータの制御装置（１）に
おいて、まず切換手段（５）を速度制御側へ切換えた場
合には速度の制御情報（Ｃｖ）は圧力の演算処理部（４
）の入力；ｌ＜（４ａ）に付与される。したがってこの
演算処理ＩＴ≦（４）を介して速度制御系（Ｘｖ）のク
ローズトループか構成されこのループにより速度制御が
行われる。

一方この速度制御系（Ｘｖ）の中には圧力制御系（Ｘｐ
）のマイナループが構成され、上記速度の制御情報（Ｃ
ｖ）は当該圧力制御系（Ｘｐ）における演算処理部（４
）のいわば設定情報として付与されている。つまり圧力
の変動と速度は関数関係にあるため速度制御時における
速度の制御情報（Ｃｖ）は圧力の関数として圧力制御系
（Ｘｐ）へ付与され、この結果、速度制御系（Ｘｖ）に
より速度制御を主目的とする制御が行われる。そして、
これは圧力制御によって速度を制御することとなり、速
度制御側からみた場合には圧力をマイナフィードバック
ルーブとして制御していることとなる。

次に、切換スイッチ（５）を圧力制御側へ切換えると演
算処理部（４）の人力ｆｆ（４ａ）には圧力の設定情報
（Ｓｐ）が付与される。これにより単一の圧力制御系（
Ｘｐ）のクローズトループが構成され、このループによ
り圧力制御を主目的とした制御が行われる。

ところで、上記のように速度制御系（Ｘｖ）により速度
制御か行われているときは同時にマイナルーブの圧力制
御系（Ｘｐ）も圧力制御時と同様に作動している。つま
り、速度制御時においても圧力制御系（Ｘｐ）のマイナ
ルーブによるところのいわば圧力換算の速度制御を行っ
ている。したかって、速度制御ｒ程から圧力制御工程へ
切換えても単に圧力制御系の設定情報の大きさが変化す
るだけとなる。

しかも圧力制御系（Ｘｐ）は最適な応答性をもっており
、切換え時にはオーバーシュートやアンダーシュートは
何等生じない。

（実　施　例） 以ドには本発明に係る好適な実施例を図面に基づき詳細
に説明する。

第１図は本発明に係る制御装置の基本的ブロック構成図
、第２図は本発明に係る制御装置をインラインスクリコ
ー一式射出成形機に適用した場合のブロック構成図、第
３図は第２図ウニ点鎖線枠Δ部の具体的回路を例示する
電気回路図、第４図は射出成形機を制御した際の第３図
中容部における信号のタイムヂャート図である まず、第１図を参照して制御装置（１）の基本的ブロッ
ク構成を説明する。

符号（２）は流体圧アクチュエータであって少なくとも
制御対象として速度要素及び圧力要素を有する。速度要
素と圧力要素は例えば油圧等の流体圧によりそれぞれ制
御され、流体圧はさらにサーボバルブ（３）によって制
御される。

一方、（４）は少なくとも人力する二つの情報の比較演
算処理機能をもつ圧力制御系（Ｘｐ）の演算処理部であ
る。この演算処理部（４）の出力部（４ｂ）には位相進
み補償回路、位相遅れ補償回路、ゲイン調整回路等を含
む特性補償回路部（６）を介してパワーアンプ（７）を
接続し、このパワーアンプ（７）の出力側を１−、記ザ
ーボバルブ（３）に接続する。また、ｎｉＩ算処理部（
４）における設定情報の入力部（４ａ）には２回路の切
換スイッチ（８）の一方の接点（例えば固定接点）をそ
れぞれ接続する。この切換スイソヂ（８）は切換えるこ
とによって一方の回路を接続状態にし、他方の回路を遮
断状態にする機能をもつ。さらに演算処理部（４）にお
ける検出情報の入力部（４ｃ）には流体圧アクチュエー
タ（２）に付設した実際の圧力の大きさを検出する圧力
センサ（９）の出力側を接続する。

また、切換スイッチ（８）における他方の接点（例えば
可動接点）にはその一方の回路側に圧力設定部（１０）
を接続し、他方の回路側に速度制御系（Ｘｖ）の特性補
償回路部（１１）の出力側を接続する。この特性補償回
路部（１１）は前記特性補償回路部（６）と同様に位相
進み補償回路、位相遅れ補償回路、ゲイン調整回路等を
含む。特性補償回路部（１１）の入力側は、少なくとも
入力する二つの情報の比較演算処理機能をもつ演算処理
部（Ｉ２）の出力部側に接続する。また、この演算処理
部（１２）における設定情報の入力部には速度設定部（
１３）を接続し、検出情報の入力部には流体圧アクチュ
エータ（２）に付設した実際の速度の大きさを検出する
速度センサ（１４）の出力側を接続する。

次に、第１図に示した制御装置（１）の動作を説明する
。まず、切換スイッチ（８）を同図のように切換えて速
度制御を行う場合を想定する。この場合演算処理部（４
）の入力部（４ａ）には特性補償回路部（１１）が接続
される。速度設定ｆｆ１（１３）からは予め設定した速
度設定情報（Ｓｖ）が演算処理部（１２）の一方の入力
部へ付与され、また、速度センサ（１４）からは速度検
出情報（Ｐｖ）が同処理部（１２）の他方の入力部へ付
与される。同処理部（１２）では与えられた二つの情報
（Ｓｖ）、（Ｆｖ）を比較演算処理し、両者の偏差を求
めることによって速度制御情報（Ｃｖ）を出力する。

速度制御情報（Ｃｖ）は特性補償回路部（１１）及び切
換スイッチ（８）を介して演算処理部（４）の入力部（
４ａ）に与えられる。また圧力センサ（９）からは圧力
検出情報（Ｆｐ）、が同処理部（４）の他方の入力部（
４ｃ）に付与され、同処理部（４）では与えられた二つ
の情報（Ｃｖ）と（Ｆｐ）を比較演算処理し、その偏差
を求めて制御情報（Ｃｖｏ）を出力する。この制御情報
（ＣｖＯ）は圧力制御系（Ｘｐ）のマイナループにより
、上記した速度制御情報（Ｃｖ）に対し、さらに圧力変
動に基づく速度修正分を含めた情報となる。そして、制
御情報（Ｃｖｏ）は特性補償回路部（６）、パワーアン
プ（７）を介してサーボバルブ（３）に与えられ、この
サーボバルブ（３）を駆動制御することによって流体圧
アクチュエータ（２）の速度要素を速度設定情報（Ｓｖ
）に一致するように制御する。

次に、切換スイッチ（８）を切換えて圧力制御を行う場
合を想定する。この場合、演算処理部（４）の入力部（
４ａ）には圧力設定部（１０）が接続される。

圧力制御時には演算処理部（４）の人力１３１Ｔ（４ａ
）に圧力設定部（ｌＯ）からの予め設定した圧力設定情
報（Ｓｐ）が付与され、他方の入力部（４ｃ）には前述
のように圧力センサ（９）から圧力検出情報（Ｆｐ）が
付与される。同処理部（４）では与えられた二つの情報
（Ｓｐ）と（Ｆｐ）を比較演算処理してその偏差を求め
、圧力制御情報（Ｃｐ）を出力する。そして当該制御情
報（Ｃｐ）は特性補償回路部（６）、パワーアンプ（７
）を介してサーボバルブ（３）へ与えられ、流体圧アク
チュエータ（２）の圧力要素を圧力設定情報（Ｓｐ）に
一致するようにフィードバック制御する。

次に、第２図及び第３図を参照して、本制御装置をイン
ラインスクリュ一式射出成形機に適用した場合について
説明する。

まず、本実施例の理解を容易にするため同射出成形機の
構成を説明する。符号（２０）で示す射出成形機はスク
リュー（２［）を内部に配したスクリューシリンダ（２
２）を備え、このシリンダ（２２）の後端は射出シリン
ダ（２４）に一体であり、また射出シリンダ（２４）の
内部に備えたピストン（２５）に上記スクリュー（２１
）の後端を一体に結合する。射出シリンダ（２４）はピ
ストン（２５）の前後に前油室（２４ａ）と後油室（２
４ｂ）を存し、各油室はサーボバルブ（３）を介して油
圧源（油圧ポンプ）（２６）及び戻しタンク（２７）に
接続する。よって各油室に油圧を選択的に作用させ、か
つその大きさを制御すればスクリュー（２１）は所定の
速度及び圧力で前後進又は停止する。またピストン（２
５）の後端はスプライン結合したシャフト（２８）を介
してオイルモータ（２９）に連結し、ごのオイルモータ
（２９）の回転によってスクリュー（２Ｉ）が回転する
。なお、（３０）はスクリューシリンダ（２２）に設け
たホッパ、（３１）は射出ノズルを示す。

次に、このような射出成形機（２０）を制御する本発明
に係る制御装置（４０）について具体的に説明する。

ま′４′、射出成形機（２０）の射出シリンダ（２４）
には後油室（２４ｂ）に臨ませた圧力センサ（９）を配
設する。

圧力センせ（９）は例えば圧力の作用で変位する歪セン
サを用いることができる。また、ピストン（２５）のロ
ッドの変位に追従して移動する検出レバー（３２）を配
設し、この検出レバー（３２）を速度センサ（１４）に
作用させてスクリュー（２１）の速度を検出する。速度
センサ（１４）としては例えばポテンショメータを用い
た位置センサを利用でき、この出力を微分することによ
って速度を求める。

一方、制御装置（４０）の本体側は第２図に示すように
基本的には第１図に示す基本構成と同じである。したが
って、第１図と同一部分については同一符号を付し、そ
の構成を明確にした。

まず、（１０）は前記圧力設定部であり圧力の太きさを
電圧レベルで設定する。設定された圧力設定信号（Ｓｐ
ｓ）はアンプ（４１）で増幅され、コントローラ（４２
）で０Ｎ（）ＦＦ制御されるアナ〔ｌグスイソヂ＜　４
３　）を介して演算処理ｊπ≦（４）の入力；ｉ＜（４
ａ）に供給される。一方、圧力センサ（９）からは圧力
に比例した電圧レベルの圧力検出信号（Ｆｐｓ）を得、
この信号（Ｆｐｓ）は位相進み補償回路（６ａ）を介し
て上記演算処理部（４）に供給される。

演算処理部（４）では人力する二つの信号の偏差を求め
、この偏差に基づいた制御信号を出力する。

そして、制御信号は位相遅れ補償回路（６ｂ）及びゲイ
ン調整回路（６ｃ）を経、さらにパワーアンプ（７）を
経てサーボバルブ（３）に供給される。

他方、速度設定部（１３）では速度の大きさを電圧レベ
ルで設定する。設定された速度設定信号（Ｓｖｓ）はア
ンプ（４４）で増幅され、演算処理Ｊ（１２）に供給さ
れる。一方、速度センサ（１４）からは速度に比例した
電圧レベルの速度検出信号（Ｆｖｓ）を得、この信号（
Ｆｖｓ）は位相進み補償回路（ｌｌａ）を介して上記演
算処理部（１２）に供給される。

演算処理部（１２）では両信号（Ｓｖｓ）と（Ｆｖｓ）
の偏差を得、この偏差に基づいた速度制御信号（Ｃｖｓ
）を出力する。そして、この速度制御信号（Ｃｖｓ）は
前記コントローラ（４２）で０Ｎ−ＯＦＦ制御されるア
ナログスイッチ（４５）を介して前記演算処理部（４）
の入力部（４ａ）に供給される。

以」二の構成において圧力設定部（１０）及び速度設定
部（１３）は例えばマニュアル操作で任意に設定できる
１７、時間とともに一複数段に設定値を変更させること
ができる。なお、各設定部（１０）及び（工３）は条件
等によって自動で修正される形式であってもよい。また
コントローラ（４２）は速度制御時にアナログスイッチ
の（４５）をＯＮするとと６に（４３）をＯＦＦし、他
方圧力制御時に同スイソヂの（４３）をＯＮするととも
に（４５）をＯＦＦにする。この切換えのタイミングは
例えば金型キャピテイ内への充填完了に伴う圧力の増加
を圧力センサ（９）で検出し、その値が−ｆめ設定され
た設定値に達したなら切換える。なお、この場合、充填
完了に伴うスクリュー（２１）の速度の低下を検出して
もよいし、金型内又はシリンダ（２２）内の樹脂圧を検
出してもよい。

なお、第２図ウニ点鎖線枠Ａ部の回路については第３図
においてさらに具体的に例示する。第３図において、第
２図と同一部分には同−符叶を付し、その構成を明確に
した。

第３図において、（５０）、（５１）、（５２）、（５
３）はオペアンプ、（旧）〜（１ン１２）は抵抗、（Ｃ
Ｉ）〜（Ｃ４）はコンデンサを示す。また、（６ａ）、
（ｌｌａ）はＣＲ回路による面述した位相進み補償回路
、（６ｂ）、（１，Ｉｂ）は同じ＜ＣＲ回路によるｉ；
ｊ述した位相遅れｈｔｆ償回路である。なお、第３図は
アナログ信号の処理による回路を例示したが、その他セ
ンサからの信号をＡ／Ｄ変換して各処理をソフトウェア
で行うマイクロコンピュータ等で置換できる。

次に、第２図及び第３図に示すシステムの動作について
説明する。

まず、速度制御時においてはアナログスイッチ（４５）
がＯＮするため、ｒｉｓ算処理部（１２）から出力ずろ
制御信号（Ｃｖｓ）は圧力制御系のマイナルーブを介し
てサーボバルブ（３）へ供給され、ＡＩ＋圧（流量）を
制御することによって速度を目標速度に維持するフィー
ドバック制御を行う。また、同時に外乱等による圧力変
動を検出し、圧力制御系のマイナループによって圧力変
動による速度変化を修正する。

他方、圧力制御時においてはアナログスイッチ（４３）
がＯＮするため、演算処理部（４）から出力する圧力制
御信号（Ｃｐｓ）がサーボバルブ（３）へ供給され、浦
圧（流量）を制御することによって圧力を目標圧力に維
持するフィードバック制御を行う。

なお、第４図は第２図及び第３図に示す制御装置の各部
における信号のタイムチャートである。

第４図において特に横軸は射出成形機の速度制御工程と
圧力制御工程に対応する時間軸を示し、Ｍ点は各工程間
の切換え点である。また、第４図の信号に付した符号と
第３図中回路のラインに付した符号は一致させである。

第４図から明らかなように従来速度制御工程から圧力制
御工程へ移行する際に首記Ｍ点において（Ｎ）で示すよ
うなオーパンニート或はアンダシュートが発生したが、
本発明に係る制御装置によってこれらオーバシュート等
は全く生ぜず、ス１１−スな切換えを行うことができる
。

以上、実施例について詳細に説明したが本発明はこのよ
うな実施例に限定されるものではない。

例えば圧力センサ、速度センサは他の任意の同機能をも
つセンサを利用できる。また例示した具体的回路構成は
任意であり、さらに例示したアンプ、調整回路、補償回
路は省略されていてもよいし、他の付属回路が付加され
た形式であってもよい。

また、インラインスクリュ一式射出成形機を例示したが
プランジャ式射出成形機、さらには液圧プレス等に広く
利用できる。その他、細部の構成等において本発明の精
神を逸脱しない範囲で任意に変更実施できる。

（発明の効果） このように、本発明に係る流体圧アクチュエータの制御
装置は設定情報と流体圧アクチュエータからの検出情報
を演算処理部により比較演算して制御情報を得る速度制
御系及び圧力制御系を備え、各制御情報を選択的にサー
ボバルブに付与して流体圧アクチュエータの速度要素及
び圧力要素をフィードバック制御するものにおいて、上
記圧力制御系における演算処理部の圧力設定情報の入力
部に、切換手段を介して上記速度制御系の速度制御情報
と圧力設定情報を選択的に付与するようにしたため次の
ような著効を得る。

■　速度制御時には圧力制御系のマイナループ制御が行
われているため、速度制御から圧力制御への切換えをオ
ーパンニートやアンダシュートを生じることなくきわめ
てスムース、かつ安定に行うことができる。

■　圧力制御系のマイナルーブにより系が安定に、かつ
高精度、高応答で動作するため、特性補償等の設計自由
度を飛躍的に高めることかでき、この結果各県に合った
最適な補償を行うことができる。

■　よって射出成形機に適用した場合には射出成形機に
対する高精度の制御を可能にするとと乙に、再現性の向
」二、安定性の向上、さらには外乱に強くなり、この結
果精密成形を容易に行えるとともに、成形品質を向上さ
せることができる。しから、このような効果を得るも何
等コスト的に不利になることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図二本発明に係る制御装置の基本的ブロック構成図
、 第２図：本発明に係る制御装置をインラインスクリュ一
式射出成形機に適用した 場合のブロック構成図、 第３図：第２図ウニ点８１線枠Ａ部の具体的回路を例示
する電気回路図、 第４図：射出成形機を制御した際の第３図中凸部におけ
る信号のタイムチャート 図。 尚図面中、 （１）、（４０）：制御装置 （２）・流体圧アクチュエータ （３）：サーボバルブ （４）：演算処理部 （４ａ）：人力ＩＩ＜ （５）：切換手段 （Ｓｐ）、（Ｓｖ）：設定情報 （Ｆｐ）、（Ｆｖ）：検出情報 （Ｃｐ）、（Ｃｖ）；制御情報 特許出願人　　日精樹脂工業株式会社 代理人弁理士　下　　１）　　　　茂 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 設定情報と流体圧アクチュエータからの検 出情報を演算処理部により比較演算して制御情報を得る
   速度制御系及び圧力制御系を備え、各制御情報を選択的
   にサーボバルブに付与して流体圧アクチュエータの速度
   要素および圧力要素をフィードバック制御する流体圧ア
   クチュエータの制御装置において、前記圧力制御系にお
   ける演算処理部の設定情報の入力部に、切換手段を介し
   て前記速度制御系の制御情報または圧力の設定情報を選
   択的に付与するようにしたことを特徴とする流体圧アク
   チュエータの制御装置。