JPWO2004089599A1 - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、射出成形機の射出圧力をスクリュの移動により制御する方法の発明であって、射出工程における射出圧力を検出し、該検出時点から予め設定された減速度でスクリュを停止させる場合の上昇射出圧力ΔＰを予測し、予測した上昇射出圧力ΔＰと予め設定された圧力Ｐとを比較し、該比較結果に基づき予め設定された減速度でスクリュを減速させる構成を有することで、速度制御から圧力制御への切換時における射出圧力のオーバーシュートを防止するものである。

Description

本発明は射出成形機の制御方法に係り、特にスクリュの移動により溶融樹脂を金型に注入する射出成形機の制御方法に関する。

射出成形機における成形サイクルについて簡単に説明する。
（１）可塑化／計量工程においては、スクリュ回転用のサーボモータによってスクリュが回転される。スクリュは加熱シリンダ内に配置されている。ホッパから加熱シリンダ内のスクリュ後部に樹脂が供給される。スクリュ後部に供給された樹脂は、スクリュの回転により、加熱溶融されながら加熱シリンダの先端部に一定量送り込まれる。この際、加熱シリンダの先端部に溜まってゆく溶融樹脂の圧力（背圧）を受けながらスクリュは後退する。
スクリュの後端部には射出軸が直結されている。射出軸はベアリングを介してプレッシャプレートに回転自在に支持されている。射出軸はプレッシャプレートを移動させる射出用のサーボモータにより軸方向に駆動される。プレッシャプレートは、ボールネジを介して射出用のサーボモータによって、ガイドバーに沿って前後進する。前述の溶融樹脂の背圧は、後述するように、ロードセルによって検出し、フィードバック制御ループで制御する。
（２）次に、充填工程においては、射出用のサーボモータの駆動によってプレッシャプレートを前進させ、スクリュ先端部をピストンにして、溶融樹脂を金型内に充填する。この時のスクリュ前部の樹脂圧力は射出圧力として検出される。
（３）充填工程の終了時には、溶融樹脂が金型のキャビティ内に充満する。その時スクリュの前進運動は、速度制御から圧力制御に切り換えられる。この切り換えは、Ｖ（速度）／Ｐ（圧力）切り換えと呼ばれており、成形品の品質を左右する。
（４）Ｖ／Ｐ切り換えの後、金型のキャビティ内の樹脂は設定された圧力のもとに次第に冷却される。この段階は、保圧工程と称される。保圧工程においては、射出圧力は前述した背圧制御と同様にフィードバック制御ループで制御される。
射出装置においては、（４）の保圧工程以後、（１）の可塑化／計量工程に戻って次の成形サイクルに入る。一方、型締装置においては（１）の可塑化／計量工程の後、金型から冷却固化した製品をエジェクトするためのエジェクト動作を行う。エジェクト動作においては、金型を開いてエジェクタ機構によって冷却固化した製品を排出した後、金型を閉じて（２）の充填工程に入る。
次に、図１を参照しながら、サーボモータ駆動による射出装置を備えた電動式射出成形機のうち、特に射出装置側の部分について説明する。図１において、射出用のサーボモータ１１の回転はボールネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定されている。プレッシャプレート１４は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー１５、１６に沿って移動可能である。プレッシャプレート１４の前後進運動は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸１９を介してスクリュ２０に伝えられる。スクリュ２０は、加熱シリンダ２１内に回転可能に、しかも軸方向に移動可能に配置されている。スクリュ２０の後部に対応する加熱シリンダ２１には、樹脂供給用のホッパ２２が設けられている。射出軸１９には、ベルトやプーリ等の連結部材２３を介してスクリュ回転用のサーボモータ２４の回転運動が伝達される。すなわち、スクリュ回転用のサーボモータ２４により射出軸１９が回転駆動されることにより、スクリュ２０が回転する。
可塑化／計量工程においては、加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回転しながら後退することにより、スクリュ２０の前部、すなわち加熱シリンダ２１のノズル２１−１側に溶融樹脂が貯えられる。充填工程においては、スクリュ２０の前方に貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧することにより成形が行われる。この時、樹脂を押す力がロードセル１８により反力として検出される。つまり、スクリュ前部における樹脂圧力が検出される。検出された圧力は、ロードセル増幅器２５により増幅されてコントローラ２６に入力される。
プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を検出するための位置検出器２７が取り付けられている。位置検出器２７の検出信号は増幅器２８により増幅されてコントローラ２６に入力される。この検出信号は、スクリュ２０の移動速度を検出するためにも使用される。
コントローラ２６は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定された各種設定値に応じて前に述べた複数の各工程に応じた電流（トルク）指令をサーボ増幅器２９、３０に出力する。サーボ増幅器２９ではサーボモータ１１の駆動電流を制御してサーボモータ１１の出力トルクを制御する。サーボ増幅器３０ではサーボモータ２４の駆動電流を制御してサーボモータ２４の回転数を制御する。サーボモータ１１、２４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ３１、３２が備えられている。エンコーダ３１、３２で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。
なお、図１に示す成形機の構成はあくまでも射出成形機の概略を説明するための便宜上のものであり、射出成形機の一例にすぎない。
上述のように、射出成形機では、樹脂を加熱溶融させながら計量し、それを金型内に押し出すことで製品を成形する。ここで、金型内へ樹脂を押し出す際に発生する圧力を所望の圧力に制御することが、製品の良し悪しを決定する非常に重要な要因となる。
スクリュ２０の前部に計量された溶融樹脂は、スクリュ２０が前進することにより金型内へ押し出される。このとき、スクリュ２０の前部に発生する圧力の制御方式には、主に以下の２つの方式が知られている。
第１の方式は圧力切り換え制御方式であり、図１の射出成形機に適用した場合について説明する。
図２Ａを参照すると、圧力切り換え制御方式では、射出工程において始めは予め決められた速度Ｖ１でスクリュ２０を前進させる。このとき、コントローラ２６はロードセル１８、ロードセル増幅器２５を通してスクリュ２０に作用している圧力の検出信号を受け取り、検出圧力が予め設定された設定圧力Ｐ１に到達したら、スクリュ２０を停止させると共に検出圧力が設定圧力Ｐ１を維持するような圧力制御に切り換える。つまり、速度制御によってスクリュ２０を前進させているときに、検出圧力が設定圧力Ｐ１に到達すると、コントローラ２６はＶ／Ｐ切り換えを行うべくスクリュ２０を停止させる。
しかしながら、検出圧力が設定圧力Ｐ１に到達してからスクリュ２０を停止させるのでは、図２Ｂに示すように、その減速中に射出圧力が上昇してしまう現象が起こる（射出圧力のオーバーシュート）。
この現象はスクリュ２０の前進速度が速くなればなるほど、減速を開始してから停止に至るまでの時間が延びるので、それだけ上昇してしまう圧力も大きくなる。このオーバーシュートが大きくなると、金型内の樹脂は過充填状態となり、成形品にバリが発生するようになる。
次に、第２の方式の位置切り換え制御方式について説明する。
位置切り換え制御方式では、Ｖ／Ｐ切り換えを行うタイミングを規定するスクリュ位置が予め設定される。これにより、射出工程において始めスクリュ２０は予め決められた速度で前進される。コントローラ２６は、位置検出器２７、増幅器２８を通して得られるスクリュ位置の検出信号を受け取り、スクリュ２０が予め設定された位置に到達したら圧力制御に切り換える（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１７０９０９号公報（図１、第４頁）

しかし、位置切り換え制御方式によっても、結局、スクリュ２０が減速を開始してから停止するまでの時間は射出圧力が上昇してしまうので、制御したい圧力に落ち着くまでに意図しない圧力上昇が起こって、それが製品に悪影響を及ぼす。

本発明の総括的な目的は、上述の問題を解決した改良された有用な射出成形機の制御方法を提供することである。
本発明のより具体的な目的は、溶融樹脂を金型内に押し込む際の最高圧力を制御することのできる射出成形機の制御方法を提供することである。
本発明の他の目的は、溶融樹脂を金型内に押し込む際の射出圧力を簡易的にモデル化した演算式に基づいて予測し、射出時の最高圧力を制御することのできる射出成形機の制御方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、条件によって複雑に変化してしまう上昇射出圧力の予測を適切に行うことができる射出成形機の制御方法を提供することである。
上述の目的を達成するために、本発明によれば、スクリュの移動により射出圧力を制御する射出成形機の制御方法であって、射出工程においてスクリュが前進移動する際に発生する射出圧力を検出し、射出圧力の検出時点から予め設定されたスクリュの減速度でスクリュを停止させる場合の上昇射出圧力ΔＰを予測し、予測した上昇射出圧力ΔＰと予め設定された圧力Ｐとを比較し、比較結果に基づいて予め設定された減速度でスクリュを減速させることを特徴とする射出成形機の制御方法が提供される。
上述の制御方法において、上昇射出圧力ΔＰの予測を、ΔＰ＝ｄＰ・（Ｖ０／ｋ）（但し、ｄＰは単位時間での射出圧力変化、Ｖ０はスクリュの前進速度、ｋは係数）で表される演算式に基づいて行なうことが好ましい。
また、上述の制御方法において、少なくとも１ショットの成形により得られた各種実績値を演算式に当てはめることにより、演算式における定数部分である係数ｋを理想的な係数ｋｍｏｄｅｌとして逆算し、以後の成形において理想的な係数ｋｍｏｄｅｌを反映させて成形を行うこととしてもよい。
さらに、上述の制御方法において、係数ｋの逆算において上昇射出圧力ΔＰとして予測後上昇圧力と予測遅れ圧力とを加算した圧力を用い、予測後上昇圧力は、１ショットの成形において得られた最大射出圧力Ｐｍａｘから、予測後上昇圧力と予測遅れ圧力とを加算した値が最大射出圧力と一致しないと判定された時点での射出圧力Ｐｆｂ１を減算した値（Ｐｍａｘ−Ｐｆｂ１）で与えられ、予測遅れ圧力は、不一致が判定された時点での射出圧力Ｐｆｂ１に、その時点で予測された上昇射出圧力ΔＰを加算し、この加算値から設定圧力Ｐｒｅｆを減算した値（Ｐｆｂ１＋ΔＰ−Ｐｒｅｆ）で与えられることとしてもよい。さらに、予め設定された圧力Ｐを超えていると判断したときの検出圧力を用いて、係数ｋを求めることとしてもよい。
また、上述の制御方法において、実際の成形を行ない、操作者が成形品を良否であると判断したときの係数ｋの値を理想的な係数Ｋｍｏｄｅｌとして用いることとしてもよい。さらに、上述の制御方法において、係数ｋは２・ｄＶ（但し、ｄＶは前記予め設定された減速度）であることとしてもよい。
また、上述の制御方法において、少なくとも１ショットの成形にて得られた実績値より求まる係数ｋを用いて予め設定された減速度を補正することとしてもよい。あるいは、少なくとも１ショットの成形にて得られた実績値より求まる係数ｋを用いて減速開始の時点を補正することとしてもよい。
また、上述の制御方法において、係数ｋの逆算において上昇射出圧力ΔＰとして予測後上昇圧力と予測遅れ圧力とを加算した圧力を用い、予測後上昇圧力は、１ショットの成形において得られた最大射出圧力Ｐｍａｘから、予測後上昇圧力と予測遅れ圧力とを加算した値が最大射出圧力と一致しないと判定された時点での射出圧力Ｐｆｂ１を減算した値（Ｐｍａｘ−Ｐｆｂ１）で与えられ、予測遅れ圧力は、不一致が判定された時点での射出圧力Ｐｆｂ１に、その時点で予測された上昇射出圧力ΔＰを加算し、この加算値から設定圧力Ｐｒｅｆを減算した値（Ｐｆｂ１＋ΔＰ−Ｐｒｅｆ）で与えられることとしてもよい。
さらに、上述の制御方法において、試し成形を複数ショット行い、これにより得られる複数の係数ｋの逆算値の平均値を係数ｋｍｏｄｅｌとして用いることとしてもよい。この制御方法において、複数ショットの試し成形を、前回のショットで得られた係数ｋの逆算値を反映させながら行なうこととしてもよい。また、実成形に入ってからも複数ショットと同じ複数ショット分の複数の係数ｋの逆算値の移動平均値を前記係数ｋｍｏｄｅｌとして算出することとしてもよい。
また、本発明による制御方法において、上昇射出圧力ΔＰの予測および判定を任意の時間間隔で繰り返すこととしてもよい。
本発明による制御方法において、少なくとも１ショットの成形にて得られた実績値を用いて予め設定された減速度を補正することとしてもよい。あるいは、少なくとも１ショットの成形にて得られた実績値を用いて減速開始の時点を補正することとしてもよい。さらに、少なくとも１ショットの成形で検出された最大射出圧力と前記予め設定された圧力Ｐとの偏差を求め、該求められた偏差を用いて予め設定された圧力Ｐを補正することとしてもよい。
上述の本発明によれば、溶融樹脂を金型内に押し込む際の最高圧力を圧力のオーバシュートを抑制した状態で設定圧力に近づけるように制御することができ、過充填によるバリの発生を防止することができる。また、スクリュを一旦停止させるので、その後の圧力制御（保圧工程）の挙動を安定化することができる。
また、本発明によれば、演算式における定数部分である係数が理想的な値に近付くように修正することにより、上昇射出圧力の予測を的確に行なうことができる。

図１は従来の電動式射出成形機の射出装置側の部分の構成を示す図である。
図２Ａは射出工程におけるスクリュの速度−時間特性を示すグラフである。
図２Ｂは射出工程における射出圧力の変化を示すグラフである。
図３Ａは本発明の第１実施例による制御方法により制御したスクリュ速度の変化を示すグラフである。
図３Ｂは本発明の第１実施例による制御方法により制御した射出圧力の変化を示すグラフである。
図４は本発明の第１実施例による制御方法を行なうためにコントローラが行なう処理のフローチャートである。
図５Ａは減速開始時刻になっても予測射出圧力が設定圧力に到達しない場合に設定されるスクリュ速度を示すグラフである。
図５Ｂは減速開始時刻になっても予測射出圧力が設定圧力に到達しない場合を示すグラフである。
図６Ａは本発明の第２実施例による制御方法により制御したスクリュ速度の変化を示すグラフである。
図６Ｂは本発明の第２実施例による制御方法により制御した射出圧力の変化を示すグラフである。
図７はリングバッファを説明するための図である。
図８は本発明の第３実施例例による制御方法における減速度の変更処理のフローチャートである。
図９Ａは減速度の変更を示すグラフである。
図９Ｂは検出した最大圧力が設定圧力に到達しない場合の射出圧力の変化を示すグラフである。
図１０は本発明の第４実施例例による制御方法における設定圧力の補正処理のフローチャートである。
図１１Ａは検出した最大圧力が設定圧力を越えた場合の射出圧力の変化を示すグラフである。
図１１Ｂは設定圧力の補正を示すグラフである。

本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第１実施例による射出成形機の制御方法について、図３Ａ，３Ｂを参照しながら説明する。以下の説明は、本実施例による制御方法が図１に示す射出成形機に適用された場合を想定しているが、本実施例による制御方法は図１に示す電動式射出成形機に限られず、他の様々な成形機に適用可能である。
本実施例による制御方法において、スクリュ２０が前進している間に、現時点でスクリュ２０が予め設定された減速度で減速を開始して停止すると、樹脂圧力（つまり、射出圧力）はどれだけ上昇するかを予測する。そして、検出された射出圧力に予測した射出圧力を加算した値が、予め設定された設定圧力を越えると判定されたときにスクリュ２０の作動を停止する。
図３Ａ，３Ｂは本実施例による制御方法を説明するための図であり、図３Ａはスクリュ速度−時間特性を示すグラフであり、図３Ｂは射出圧力−時間特性を示すグラフである。図３Ａにおいて、変数Ｐｆｂはロードセル１８で検出される検出圧力、変数ΔＰは予測上昇圧力、変数ｄＰ／ｄｔは射出圧力の微分値を表す。また、図３Ｂにおいて、変数Ｖ０はスクリュ２０の前進速度、変数ａはスクリュ２０の停止処理中加速度（つまり、減速度）、変数ΔＳはスクリュ２０が減速を開始してから停止するまでにかかる速度面積（図３Ａに示された斜線部分の面積＝スクリュ２０の移動距離）を表す。
予測上昇圧力、つまり圧力変化ΔＰは速度面積ΔＳと相関がある。その関係は定数ｋを用いて、ΔＰ＝α・ΔＳと表すことができる。
速度面積ΔＳは、ΔＳ＝Ｖ０・（Ｖ０／ａ）／２＝Ｖ０^２／２ａで表すことができるので、予測上昇圧力ΔＰは以下の式（１）のように表すことができる。

ここで、式（１）の予測上昇圧力ΔＰを得るための複数の要素のうち、要素ｄＰは単位時間での圧力変化であり、検出圧力Ｐｆｂを用いて算出することができる。要素Ｖ０はスクリュ２０の前進速度として検出することができる。要素ｄＶは単位時間当たりのスクリュ２０の速度変化であり、減速度ａとしてあらかじめ設定される。
コントローラ２６は、上記の各要素を用いて式１の演算を行う。特に、コントローラ２６は、スクリュ２０の前進中に微小時間（つまり、制御サンプリング時間）間隔で上記演算を行い予測上昇圧力ΔＰを算出する。
上記演算を行なうためのコントローラ２６の１ショットにおける制御動作について、図４を参照しながら説明する。図４はコントローラ２６の１ショットにおける制御動作のフローチャートである。
図４を参照すると、まず、ステップＳ１の射出工程において、コントローラ２６は、予め決められた速度によってスクリュ２０を前進させる。これにより樹脂充填が開始される。次に、ステップＳ２において、コントローラ２６は、サンプリング時間間隔で検出される圧力検出値を用いて、式（１）に基づいて予測上昇圧力ΔＰを算出する。
そして、ステップＳ３において、コントローラ２６は、予測を行なう時点での検出圧力Ｐｆｂと算出した予測上昇圧力ΔＰとの和（Ｐｆｂ＋ΔＰ）が予め設定された設定圧力Ｐ１を越えるか否かを判定する。（Ｐｆｂ＋ΔＰ）が設定圧力Ｐ１を越えると判定された場合には、処理はステップＳ４に進み、コントローラ２６は、予め設定された減速度ａによってスクリュ２０を減速させ停止させる。一方、（Ｐｆｂ＋ΔＰ）が設定圧力Ｐ１を越えないと判定された場合は、処理はステップＳ２に戻る。
なお、上述のステップＳ１〜Ｓ３の処理は、微小時間（制御サンプリング時間）間隔で繰り返し行なわれる。また、ステップＳ３において（Ｐｆｂ＋ΔＰ）が設定圧力Ｐ１を越えないと判定された場合、すなわち、図５Ｂに示すようにスクリュの減速を開始する時刻Ｔ１になっても（Ｐｆｂ＋ΔＰ）が設定圧力Ｐ１に到達しないと判定された場合には、到達するまでステップＳ３とＳ２を繰り返し、やがて（Ｐｆｂ＋ΔＰ）が設定圧力Ｐ１に到達すると減速が開始される。この場合、結果として、図５Ａに示すように減速開始時刻Ｔ１を遅延させる制御が行なわれる。
以上の制御動作により、本実施例によれば、溶融樹脂を金型内に押し込む際の最高圧力を予め設定された設定圧力Ｐ１に制御することができる。
以上、本実施例による制御方法を図１に示す構成の射出成形機に適用した場合について説明したが、本実施例による制御方法は図１に示す射出成形機に限定されないことは前述した通りである。例えば、検出圧力Ｐｆｂは、加熱シリンダのヘッド側に樹脂圧力センサが設けられる場合にはこの検出値を用いても良い。また、スクリュの速度は射出用サーボモータに設けられたエンコーダの検出信号を用いて算出することとしてもよい。また、本実施例による制御方法は、電動式の射出成形機に限らず、油圧式の射出成形機にも適用可能である。この場合、射出圧力は、例えば射出シリンダの油圧センサにより検出される。
上述のように、本発明の第１実施例による制御方法によれば、溶融樹脂を金型内に押し込む際の最高圧力を圧力のオーバシュートを抑制した状態で設定圧力に近づけるように制御することができ、過充填によるバリの発生を防止することができる。また、スクリュの速度を一旦０とする、すなわち、スクリュを一旦停止させるので、その後の圧力制御（保圧工程）の挙動を安定化することができる。
次に、本発明の第２実施例による成形機の制御方法について説明する。
本発明の第２実施例による制御方法では、溶融樹脂を金型に押し込む際に発生する射出圧力、特に最高圧力を制御できるようにするために、スクリュを予め設定した減速度で停止させる。この場合に、減速開始から停止までの射出圧力の上昇値を予測上昇圧力として予測し、予測した予測上昇圧力と現在の射出圧力との和が、予め設定された圧力を超過するかを判定する。して、超過すと判定された時点で、予め設定されたスクリュの減速度でスクリュを減速させ、スクリュ速度制御によって圧力制御を行なう。
これは、以下の理由による。すなわち、射出速度が高速になるとリアルタイムな圧力検出による圧力フィードバック制御が困難になる。これは圧力フィードバック制御の応答性が低下するからである。そこで、圧力フィードバック制御ではなく、速度フィードバック制御を採用することが好ましい。これは、速度フィードバック制御によれば高応答性でスクリュ速度を制御できるからである。
特に、予測上昇圧力の予測にはモデル化した演算式が用いられる。この演算式にはスクリュ速度と射出圧力を結び付けるための定数部分である係数が存在する。本実施例ではこの係数を理想的な数値に修正する。
本実施例による制御方法は、図１に示す射出成形機に適用可能であり、本実施例では図１の構成の射出成形機に適用した場合について説明するが、本発明は図１に示される射出成形機に限定されるものではない。
Ｖ／Ｐ切換えに際して予め設定した減速度でスクリュを停止させる場合の予測上昇圧力ΔＰは、以下の式（２）によってモデル化することができる。
ΔＰ＝ｄＰ・（Ｖ０／２ｄＶ） （２）
式（２）において、ｄＰは単位時間での射出圧力変化であり、これは射出圧力の検出値を用いることで実現できる。Ｖ０はスクリュの前進速度でこれもスクリュ速度の検出値を用いる。ｄＶは単位時間での速度変化であって予め設定される減速度であり、任意に設定できる。図１で言えば、射出圧力の検出値にはロードセル１８の検出値を、スクリュ速度の検出値には位置検出器２７の検出値あるいはエンコーダ３１の検出値をそれぞれ用いることができる。また、予め設定される減速度は入力装置３５により設定されるものであり、以下で述べられる各種設定値もまた入力装置３５により設定されるものである。そして、コントローラ２６がこれらの値を用いて以下の処理を行なう。
但し、式（２）ではｄＰ＝ｋ・Ｖ０ ｄｔとして、射出圧力とスクリュ速度の結合を係数ｋによって行っているので、パラメータ、つまり予め設定された減速度である２ｄＶと一緒にして、ΔＰを式（３）で表すものとする。
ΔＰ＝ｄＰ・（Ｖ０／ｋ） （３）
コントローラ２６は、射出工程において所定のサンプリング周期で上記の演算を繰り返し行い、演算毎に演算結果を用いて後述の判定を行なう。
上記モデルの通りに振る舞えば、ｋ＝２ｄＶとみなして式（２）をモデル化した演算式として用いることに問題はないが、実際には成形される樹脂の粘弾性や機械の摺動抵抗などが関係し、モデル通りに振る舞うことは少なく、圧力の勾配は常に一定にはならない。
そこで、本実施例では、実際に試し成形を少なくとも１ショット行い、計量した樹脂を金型に押し込んだときに得られる各種実績値を用いて、コントローラ２６において係数ｋとして理想的な係数ｋｍｏｄｅｌを算出し、この係数ｋｍｏｄｅｌを式（３）の係数ｋと置き換えて使用する。
上記の試し成形により、実際に計量した樹脂を金型内に押し込んだときに発生する各種実績値と、予測上昇圧力を予測するモデルとは、図６Ａ，６Ｂに示すような関係となる。図６Ｂにおいて、太い実線で示す波形は射出圧力の実績値、つまり検出圧力Ｐｆｂを示す波形である。
１．超過予測時検出圧力（Ｐｆｂ１）：予測上昇圧力ΔＰを算出し、得られた予測上昇圧力ΔＰと、この予測時に得られた検出圧力Ｐｆｂとを加算した圧力（Ｐｆｂ＋ΔＰ）が予め設定された設定圧力Ｐｒｅｆを越えていると判断したときの検出圧力である。
２．予測上昇圧力（ΔＰ）：式（３）に基づいて算出される。
３．予測最大圧力（Ｐｆｂ＋ΔＰ）：式（３）に基づく算出は、各ショット毎に必ずしも圧力勾配が一定とならないので、（Ｐｆｂ＋ΔＰ）が設定圧力Ｐｒｅｆと一致したかどうかを判別するのは難しい。実際に得られる値は次の圧力誤差を考慮した値とならざるを得ない。
４．圧力誤差（Ｐｆｂ１＋ΔＰ−Ｐｒｅｆ）：予測最大圧力が、設定圧力Ｐｒｅｆからどの程度ずれているのかを表す。
５．最大圧力（Ｐｍａｘ）：上述したようにモデル通りに振る舞わないことにより上昇してしまう場合の最高圧力である。
６．設定圧力（Ｐｒｅｆ）
７．予測後上昇圧力（Ｐｍａｘ−Ｐｆｂ１）
上述の相関を用いて、コントローラ２６は、１ショット成形時の各種実績値を用いて、以下の式（４）から理想的な係数ｋｍｏｄｅｌを逆算する。また、このときの予測後上昇圧力にはサンプリングによる遅れ分などによる誤差を吸収するため、圧力誤差を追加する。

以下に、作用について説明する。
式（３）において、適当な係数ｋを設定した後で１ショットだけ試し成形を行なう。なお、係数ｋは、式（２）のモデルに基づいてｋ＝２ｄＶを設定しても良い。
この設定による１ショット成形で得られる各種実績値（ｄＰ、Ｖ０、Ｐｍａｘ、ΔＰ）および設定圧力（Ｐｒｅｆ）から、式（４）に基づいて理想的な係数ｋｍｏｄｅｌを算出する。算出後、これを次回以降の実成形ショット時の係数に反映させる。
反映のさせ方としては、以下の１〜３の方法が適用できる。
１．得られた係数を直ちに次回ショット時に使用する。
２．数ショット分の試し成形、あるいは前回ショットで得られた係数を反映させながら数ショット分の成形を行い、それぞれで得られた係数の平均値を利用する（ただし、成形条件（設定）が変わった場合には除外する）。この方法は、実成形に入ってからも継続して用いることとしても良い。
３．前回ショットで得られた係数を反映させながら数ショット分の成形を行い、それぞれで得られた係数を逐次リングバッファに格納する。以後、実成形においても移動平均値を算出し続けてこれを実係数として用いる。
リングバッファというのは、図７に示すように、任意の複数の変数を格納できる複数の領域を持つメモリを用意し、そのメモリの各領域に順番に算出された係数（ｋｍｏｄｅｌ）を格納し、一杯になったらまた最初の領域に一番新しい係数を入れるものである。これを繰り返すと同時に、１つの係数が新たに格納される毎に複数の領域全てに格納された係数の平均値を求める。すなわち、図７に示す例では、絶えず最新６個分の係数の平均値を算出し、それを次回ショットに用いる方法である。
モデルと実績の乖離は良く起こることで、それに対してさらにモデルを追求することにはある程度の限界がある。まして、プラスチック樹脂のように粘弾性を持った流体では、そのモデル化が非常に難しい。但し、限定された条件下では確実に理想的な係数（ｋｍｏｄｅｌ）が存在するので、本発明のようにこれを逆算することで多種多様な状態に対応できるようになる。
本実施例による制御方法においては、射出工程においてスクリュが前進する際に発生する射出圧力Ｐｆｂを検出し、その検出時点から予め設定されたスクリュの減速度でスクリュを停止させる場合の上昇射出圧力ΔＰを予測する。そして、予測した上昇射出圧力ΔＰと現在の射出圧力Ｐｆｂとの和が、予め設定された圧力Ｐｒｅｆを超過するかを判定し、超過すると判定された時点で、予め設定されたスクリュの減速度でスクリュを減速させることにより、スクリュ速度制御によって圧力制御を行なう。スクリュ速度制御によって圧力制御を実現する区間は、図６Ａにおいてスクリュ速度Ｖ０が減少しはじめてから実際の圧力制御に切り換えられるまでの間に相当する。
その結果、射出圧力の最高圧力を、図６Ｂのように設定圧力Ｐｒｅｆを大きく越えてしまうことなく、設定圧力Ｐｒｅｆに近付けるように制御することができる。
以上、本実施例による制御方法を図１に示す構成の射出成形機に適用した場合について説明したが、本実施例による制御方法は図１に示す射出成形機に限定されないことは前述した通りである。例えば、検出圧力Ｐｆｂは、加熱シリンダのヘッド側に樹脂圧力センサが設けられる場合にはこの検出値を用いても良い。また、スクリュの速度は射出用サーボモータに設けられたエンコーダの検出信号を用いて算出することとしてもよい。また、本実施例による制御方法は、電動式の射出成形機に限らず、油圧式の射出成形機にも適用可能である。この場合、射出圧力は、例えば射出シリンダの油圧センサにより検出される。
上述の如く、本実施例によれば、溶融樹脂を金型内に押し込む際の射出圧力をモデル化した演算式に基づいて予測することで射出圧力の最高圧力を設定圧力に近付けるように制御することができ、過充填によるバリの発生を防止することができる。加えて、上記演算式における定数部分である係数を理想的な値に近付けるよう修正可能にしたことにより上昇射出圧力の予測を適切に行なうことができる。
次に、本発明の第３実施例による制御方法について説明する。
本実施例による制御方法では、スクリュの減速開始時点以降のスクリュの減速度（ｄＶ又はｋ）を変化させる。図８は本発明による制御方法におていスクリュの減速度を変化させる処理のフローチャートである。
図８において、まずステップＳ１１において実際に成形機を作動させて最初のショット（１回目のショット）を行なう。次に、ステップＳ１２において射出樹脂の予測上昇圧力ΔＰと係数ｋにより減速開始時点Ｔ１を算出する。続いて、ステップ１３において、２回目のショットを行なう。そして、ステップＳ１４において、２回目のショットにおいて減速開始時点Ｔ１でのＰｆｂ＋ΔＰが設定圧力Ｐ１を超えたか否かを判定する。
ステップＳ１４において、図９Ｂに示すように、減速開始時点Ｔ１においてＰｆｂ＋ΔＰで求める設定圧力Ｐ１を最大圧力Ｐｍａｘが超えていないと判定された場合は、処理はステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、スクリュの減速度ｄＶ（又はｋ）を減少させてスクリュを減速する。すなわち、図９Ａの粗い点線で示すように、減速度の勾配を緩い勾配に設定してスクリュを減速する。これにより、スクリュの減速開始時点Ｔ１以降の樹脂圧力の上昇が大きくなり、実際の樹脂の最大圧力を目標の設定圧力に近づけることができる。
一方、ステップＳ１４において、減速開始時点Ｔ１においてＰｆｂ＋ΔＰで求める設定圧力Ｐ１を最大圧力Ｐｍａｘが超えたと判定された場合は、処理はステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、スクリュの減速度ｄＶ（又はｋ）を増大させてスクリュを減速する。すなわち、図９Ａの細かい点線で示すように、減速度の勾配をより急な勾配に設定してスクリュを減速する。これにより、スクリュの減速開始時点Ｔ１以降の樹脂圧力の上昇が小さくなり、実際の樹脂の最大圧力を目標の設定圧力に近づけることができる。
次に、本発明の第４実施例による制御方法について説明する。
本実施例による制御方法では、検出された樹脂の最大圧力Ｐｍａｘと設定圧力とを比較し、設定圧力Ｐ１を補正することにより、樹脂の最大圧力Ｐｍａｘを制御して目標の設定圧力Ｐ１に近づける。図１０は本発明による制御方法におてい設定圧力Ｐ１を補正する処理のフローチャートである。
図１０において、まずステップＳ２１において実際に成形機を作動させて最初のショット（１回目のショット）を行なう。次に、ステップＳ２２において射出樹脂の予測上昇圧力ΔＰと係数ｋを算出する。続いて、ステップ２３において、２回目のショットを行ない、実際の樹脂の最大圧力Ｐｍａｘを検出する。そして、ステップＳ２４において、２回目のショットにおいて最大圧力Ｐｍａｘが設定圧力Ｐ１（すなわち予測最大圧力（Ｐｆｂ＋ΔＰ））を超えたか否かが判定される。
ステップＳ２４において、図１１Ａに示すように、２回目のショットにおいて実際に検出した最高圧力Ｐｍａｘが設定圧力Ｐ１を超えたと判定された場合は、処理はステップＳ２５に進む。ステップＳ２５では、設定圧力Ｐ１の値をΔＰの誤差ΔＰＥだけ減少させる処理を行なう。すなわち、実際に検出した最高圧力Ｐｍａｘが予測最大圧力（Ｐｆｂ＋ΔＰ）を超過した分だけΔＰの値を減少させて、設定圧力Ｐ２とする。これにより、ΔＰＥだけ補正した以後のショットにおけるスクリュの減速開始時点Ｔ１以降の樹脂圧力の上昇が小さくなり、実際の樹脂の最大圧力を目標の設定圧力に近づけることができる。
一方、ステップＳ２４において、実際に検出した最高圧力Ｐｍａｘが設定圧力Ｐ１を超えないと判定された場合は、処理はステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、設定圧力Ｐ１の値をΔＰの誤差ΔＰＥだけ増大させる処理を行なう。すなわち、実際に検出した最高圧力Ｐｍａｘが予測最大圧力（Ｐｆｂ＋ΔＰ）に足りない分だけ、ΔＰの値を増大させる。これにより、ΔＰＥだけ補正した以後のショットにおけるスクリュの減速開始時点Ｔ１以降の樹脂圧力の上昇が大きくなり、実際の樹脂の最大圧力を目標の設定圧力Ｐ１に近づけることができる。
尚、第２実施例で示したΔＰの補正方法を、第１、第３、第４実施例で適用することも可能である。
本発明は上述の具体的に開示された実施例に限られず、本発明の範囲内において様々な変形例及び改良例がなされるであろう。

Claims (17)

1. スクリュの移動により射出圧力を制御する射出成形機の制御方法であって、
   射出工程において前記スクリュが前進移動する際に発生する射出圧力を検出し、
   射出圧力の検出時点から予め設定されたスクリュの減速度でスクリュを停止させる場合の上昇射出圧力ΔＰを予測し、
   予測した上昇射出圧力ΔＰと予め設定された圧力Ｐとを比較し、
   比較結果に基づいて予め設定された減速度で前記スクリュを減速させる
   ことを特徴とする射出成形機の制御方法。
2. 請求項１記載の制御方法であって、
   前記上昇射出圧力ΔＰの予測を、ΔＰ＝ｄＰ・（Ｖ０／ｋ）（但し、ｄＰは単位時間での射出圧力変化、Ｖ０はスクリュの前進速度、ｋは係数）で表される演算式に基づいて行なうことを特徴とする制御方法。
3. 請求項２記載の制御方法であって、
   少なくとも１ショットの成形により得られた各種実績値を前記演算式に当てはめることにより、前記演算式における定数部分である係数ｋを理想的な係数ｋｍｏｄｅｌとして逆算し、
   以後の成形において前記理想的な係数ｋｍｏｄｅｌを反映させて成形を行うことを特徴とする制御方法。
4. 請求項３記載の制御方法であって、
   前記係数ｋの逆算において前記上昇射出圧力ΔＰとして予測後上昇圧力と予測遅れ圧力とを加算した圧力を用い、
   前記予測後上昇圧力は、前記１ショットの成形において得られた最大射出圧力Ｐｍａｘから、前記予測後上昇圧力と予測遅れ圧力とを加算した値が前記最大射出圧力と一致しないと判定された時点での射出圧力Ｐｆｂ１を減算した値（Ｐｍａｘ−Ｐｆｂ１）で与えられ、
   前記予測遅れ圧力は、前記不一致が判定された時点での射出圧力Ｐｆｂ１に、その時点で予測された上昇射出圧力ΔＰを加算し、この加算値から前記設定圧力Ｐｒｅｆを減算した値（Ｐｆｂ１＋ΔＰ−Ｐｒｅｆ）で与えられる
   ことを特徴とする制御方法。
5. 請求項２記載の制御方法であって、
   実際の成形を行ない、操作者が成形品を良否であると判断したときの前記係数ｋの値を理想的な係数Ｋｍｏｄｅｌとして用いることを特徴とする制御方法。
6. 請求項２記載の制御方法であって、
   前記係数ｋは２・ｄＶ（但し、ｄＶは前記予め設定された減速度）であることを特徴とする制御方法。
7. 請求項６記載の制御方法であって、
   少なくとも１ショットの成形にて得られた実績値より求まる前記係数ｋを用いて前記予め設定された減速度を補正することを特徴とする制御方法。
8. 請求項６記載の制御方法であって、
   少なくとも１ショットの成形にて得られた実績値より求まる前記係数ｋを用いて減速開始の時点を補正することを特徴とする制御方法。
9. 請求項６記載の制御方法であって、
   前記係数ｋの逆算において前記上昇射出圧力ΔＰとして予測後上昇圧力と予測遅れ圧力とを加算した圧力を用い、
   前記予測後上昇圧力は、前記１ショットの成形において得られた最大射出圧力Ｐｍａｘから、前記予測後上昇圧力と予測遅れ圧力とを加算した値が前記最大射出圧力と一致しないと判定された時点での射出圧力Ｐｆｂ１を減算した値（Ｐｍａｘ−Ｐｆｂ１）で与えられ、
   前記予測遅れ圧力は、前記不一致が判定された時点での射出圧力Ｐｆｂ１に、その時点で予測された上昇射出圧力ΔＰを加算し、この加算値から前記設定圧力Ｐｒｅｆを減算した値（Ｐｆｂ１＋ΔＰ−Ｐｒｅｆ）で与えられる
   ことを特徴とする制御方法。
10. 請求項６記載の制御方法であって、
    前記予め設定された圧力Ｐを超えていると判断したときの検出圧力を用いて、前記係数ｋを求めることを特徴とする制御方法。
11. 請求項２記載の制御方法であって、
    試し成形を複数ショット行い、これにより得られる複数の係数ｋの逆算値の平均値を前記係数ｋｍｏｄｅｌとして用いることを特徴とする制御方法。
12. 請求項２記載の制御方法であって、
    前記複数ショットの試し成形を、前回のショットで得られた前記係数ｋの逆算値を反映させながら行なうことを特徴とする制御方法。
13. 請求項２記載の制御方法において、
    実成形に入ってからも前記複数ショットと同じ複数ショット分の複数の係数ｋの逆算値の移動平均値を前記係数ｋｍｏｄｅｌとして算出することを特徴とする制御方法。
14. 請求項１記載の制御方法であって、
    前記上昇射出圧力ΔＰの予測および前記判定を任意の時間間隔で繰り返すことを特徴とする制御方法。
15. 請求項１記載の制御方法であって、
    少なくとも１ショットの成形にて得られた実績値を用いて前記予め設定された減速度を補正することを特徴とする制御方法。
16. 請求項１記載の制御方法であって、
    少なくとも１ショットの成形にて得られた実績値を用いて減速開始の時点を補正することを特徴とする制御方法。
17. 請求項１記載の制御方法であって、
    少なくとも１ショットの成形で検出された最大射出圧力と前記予め設定された圧力Ｐとの偏差を求め、該求められた偏差を用いて前記予め設定された圧力Ｐを補正することを特徴とする制御方法。

Images