(57)【要約】  【課題】  保圧切換位置手前の減速制御指令を常に演算生成することで、保圧切換え位置手前に最適に自動減速して保圧切換えすることができ、もって安定した成形品を得ることができる電動射出成形機の保圧切換制御装置を提供する。  【解決手段】  スクリュの減速加速度及び保圧設定速度及び制御遅れ時間を設定するとともに、射出行程中にスクリュの現在位置を検出し、検出された現在位置と設定された制御遅れ時間と保圧設定速度と減速加速度とに基づいて、保圧切換位置直前において前記保圧設定速度となるように、減速速度指令を演算する制御装置を有する。  【選択図】  図１
2005313409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュの前進／後退移動を回転運動に変換する伝動機構と、
前記伝動機構を介してスクリュを前進／後退させる電動機と、
スクリュの減速加速度及び保圧設定速度及び制御遅れ時間を設定する設定手段と、
射出行程中にスクリュの現在位置を検出する現在位置検出手段と、
該現在位置検出手段により検出された現在位置と前記設定部に設定された制御遅れ時間と保圧設定速度と減速加速度とに基づいて、保圧切換位置直前において前記保圧設定速度となるように、減速速度指令を演算する演算手段と
を備えることを特徴とする射出成形機。
【請求項２】
予めスクリュの減速加速度及び保圧設定速度及び制御遅れ時間を設定しておき、
射出行程中にスクリュの現在位置を検出しつつ、検出された現在位置と前記設定部に設定された制御遅れ時間と保圧設定速度と減速加速度とに基づいて、保圧切換位置直前において前記保圧設定速度となるように、スクリュの減速速度指令を演算し、
スクリュの前進／後退移動を回転運動に変換する伝動機構を介して電動機により、スクリュを保圧切換位置直前に自動減速することを特徴とする射出成形機の保圧切換え制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出用モータを用いてスクリュを駆動し、材料の射出および保圧行程を経て成形品を得る射出成形機及び射出成形機の保圧切換え制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動射出成形機の射出保圧制御は、射出工程中はスクリュの移動速度を一定にするモータ速度制御を行い、保圧切換設定位置通過により保圧工程に移行する。保圧工程では、射出保圧タイマ満了まで射出圧力を一定に制御するモータトルク制御又は圧力フィードバック系を構成した圧力制御による力の制御が行われていた。
【０００３】
また、保圧切換位置手前の予測演算された切換位置または設定された位置の通過を検出することで、減速工程に移行して、目標速度に減速した後に保圧工程に移行する制御が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図４はスクリュ式の射出成形機の構成図、図５は射出成形機の動作を示すタイムチャート、図６は射出成形機の動作を示すフローチャートである。
射出成形機１００において、ホッパ１２に収納されているプラスチック等の材料は加熱シリンダ１１の中のスクリュ１３の上に落下させられる。スクリュ１３は、加熱シリンダ１１の中で回転可能に支持されているとともに、その一端が、軸受１７によって支持されている。制御部３０は、スクリュ１３の上に落下したプラスチック材料等が適量に計測され、可塑化されるように、回転指令ＤＲをサーボモータアンプ３１に与える。サーボモータアンプ３１は、回転指令ＤＲに従って、エンコーダ１５の出力値を参照しながら可塑化用モータ１４を所定の回転数だけ回転させ、ベルト１６を介して、加熱シリンダ１１の中のスクリュ１３を回転させる。スクリュ１３の上に落下したプラスチック材料等は加熱シリンダ１１の熱により溶融し、回転するスクリュ１３によって計量され、ノズルの方向（図４において左方向）に送り込まれる。
【０００５】
このように、加熱シリンダ１１の中をノズル方向に送り込まれる溶融プラスチック材料等により、スクリュ１３は、送り込み方向とは逆の矢印ＤＤの方向に圧力を受ける。この圧力は、ロードセル１８によって検出され、ロードセルアンプ３２を介して検出圧力ｑとして制御部３０に与えられれる。制御部３０は、射出用モータ２０のエンコーダ２３から検出速度ｖを、エンコーダ２３のデータを受けるカウンタ３４から検出位置ｐをそれぞれ受けて、検出圧力（背圧）ｑが予め決められた設定圧力になるように、トルク指令ＤＴおよび速度指令ＤＶをサーボモータアンプ３３に与える。
【０００６】
トルク指令ＤＴおよび速度指令ＤＶを受けたサーボモータアンプ３３は、エンコーダ２３の出力値を参照しながら、指令ＤＴ，ＤＶに基づいて、射出用モータ２０を回転させ、ベルト２１およびボールネジ２２を介して、移動板１９を後退（図４において右方向）させる。したがって、スクリュ１３は、ノズル方向に溶融プラスチック材料等を送り込み、設定圧力を受けながら、ボールネジ２２による移動板１９の後退に従って加熱シリンダ１１の中を後退する。
【０００７】
すなわち、図４のＲＲ部分は移動せずに、ＦＦ部分（加熱シリンダ１１を除く）が後退する。制御部３０は、エンコーダ２３の出力値から溶融プラスチック材料等の適切な計量がなされたことを確認すると、可塑化用モータ１４の回転を中止するとともに、ロードセル１８の検出圧力、エンコーダ２３の検出速度ｖ、カウンタ３４の検出位置ｐを参照しつつ、射出用モータ２０を回転させ、移動板１９をノズル方向（図４において左方向）に移動させて射出行程および保圧行程の実行に移行する。
【０００８】
上述の射出行程および保圧行程の実行について図５および図６を参照して説明する。この場合、制御部３０には、図４に示されるように予め射出条件ＥＣＮおよび保圧条件ＨＣＮが与えられているものとする。図５に示される時刻ｔ０において、射出行程が開始されると、制御部３０は、制御周期時間待ちを行って（ステップＳ６１）、速度指令ＤＶおよびトルク指令ＤＴ（トルク制御値）を発生させる（ステップＳ６２）。速度指令ＤＶを時刻ｔ０から徐々に増加させるとともに、スクリュ１３の減速予測位置が所定の保圧切換位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ６３）。
【０００９】
減速予測位置が保圧切換位置に到達していない場合、制御部３０は、ステップＳ６１，Ｓ６２に繰り返し戻ることによって、射出条件ＥＣＮに従って例えば、速度指令ＤＶを時刻ｔ１〜ｔ２においてＤＶ２に、時刻ｔ３〜ｔ４においてＤＶ４に、時刻ｔ５〜ｔ６においてＤＶ４よりも若干低いＤＶ３にそれぞれ設定し、ロードセル１８によって検出される検出圧力ｑは一点鎖線（図５）で示されるように次第に上昇する。
【００１０】
上述のステップＳ６３の判断において、減速予測位置が保圧切換位置に到達した場合、例えば、制御部３０は減速行程を実行するために、制御周期時間待ちを行って（ステップＳ６４）、時刻ｔ６〜ｔ７の期間に減速速度指令を発生させ（ステップＳ６５）、速度指令ＤＶをＤＶ３からＤＶ１に低下させ、時刻ｔ７〜ｔ８では速度指令ＤＶをＤＶ１に維持しようとするとともに、スクリュ１３が保圧切換位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ６６）。したがって、制御部３０がロードセルアンプ３２を介してロードセル１８から受け取る検出圧力ｑは、直ぐに最大値ｑ３に達して上昇を止める。ステップＳ６６の判断において、スクリュ１３が保圧切換位置に到達していない場合、制御部３０は、ステップＳ６４，Ｓ６５に繰り返し戻ることによって、射出条件ＥＣＮに従って例えば、速度指令ＤＶをＤＶ１に設定しようとする。
【００１１】
ステップＳ６６において、スクリュ１３が時刻ｔ８において保圧切換位置に到達したと判断した場合には、制御部３０は、制御周期時間待ちを行って（ステップＳ６７）、保圧行程を行うために速度指令から圧力指令に切り換え、ロードセル１８からの検出圧力ｑが圧力ｑ２を示すように射出モータ２０を制御する。このように、保圧行程に切り換えられると、ロードセルアンプ３２からの検出圧力ｑは、急速に低下し、時刻ｔ９には検出圧力ｑ２となる。すなわち、この場合、時刻ｔ６〜ｔ７において、スクリュ１３は、急速に減速されているので、スクリュの駆動系の慣性力の影響を受けることなく、保圧行程で検出圧力ｑにピークを発生させることが無い。
【００１２】
時刻ｔ１０に、制御部３０は、ロードセル１８の検出圧力ｑがｑ１となるように圧力指令を出し、規定された時間を維持した後に、時刻ｔ１１に保圧行程を完了し、次のサイクルの射出成形行程に移行する。
【００１３】
上述した制御部３０による制御行程において、射出行程から保圧行程に移行するために、制御部３０は、射出行程から保圧行程へ切り換えるべき切換位置よりも手前の減速予測位置を検出し、その減速予測位置を検出したときからスクリュ１３の速度を急速に減速させている。
【００１４】
上述の制御における射出行程中においては、減速予測位置と、保圧切換位置とを比較し、減速予測位置が保圧切換位置を超えたときに減速行程に移行する。減速行程では、制御周期毎に速度指令を保圧速度設定値まで減速加速度ずつ減算していくことで減速指令を発生することができる。減速行程中は、現在位置と保圧切換位置とを比較し、現在位置が保圧切換位置を超えたときに保圧行程に移行する。
【００１５】
【特許文献１】特開２００２−０５２５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献に示される技術では、射出中の現在スクリュ位置と現在検出速度から、保圧切換位置手前の予測減速位置を算出し、予測減速位置を通過検出することで、減速工程に入り、減速の速度指示を生成して目標速度まで減速して、保圧切換えしている。このような制御方法は、保圧切換位置手前の予測減位置の予測が正確でなかった場合や、減速工程後にシリンダ圧力などの負荷が大きすぎて、モータトルク制限されたときに生成した速度指令に追従して減速が行われない場合には、保圧切換位置手前よりもかなり手前で減速を行ったり、または保圧切換位置で、早すぎる速度で突入してしまう欠点がある。
【００１７】
このように、保圧切換位置よりかなり手前で減速してしまうと、保圧切換えまでの時間が長くかかってしまい、射出時間が安定しない場合や、保圧切換位置で早すぎる突入をしてしまうと、突発状のピーク圧が立つ場合があり、成形品質が安定しないという問題がある。また、予測に誤差が生じた場合には、射出の最終速度や保圧速度の設定を変更した場合に、同じような減速をしないという問題があった。
【００１８】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、保圧切換位置手前の減速制御指令を常に演算生成することで、保圧切換え位置手前に最適に自動減速して保圧切換えすることができ、もって安定した成形品を得ることができる射出成形機及び射出成形機の保圧切換え制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る電動射出成形機及び電動射出成形機の保圧切換え制御方法は、保圧切換前の減速制御のために、予め設定された減速加速度（α）、制御遅れ時間（ｄ）、保圧速度（Ｖｈ）の設定値、スクリュの検出現在位置（ｐ）から、現在の速度指令値（ｖ）を算出する手段を設けることにより、保圧切換位置直前に最適に減速することを可能としたものである。
【００２０】
すなわち、本発明に係る電動射出成形機は、スクリュの前進／後退移動を回転運動に変換する伝動機構と、前記伝動機構を介してスクリュを前進／後退させる電動機と、スクリュの減速加速度及び保圧設定速度及び制御遅れ時間を設定する設定手段と、射出行程中にスクリュの現在位置を検出する現在位置検出手段と、該現在位置検出手段により検出された現在位置と前記設定部に設定された制御遅れ時間と保圧設定速度と減速加速度とに基づいて、保圧切換位置直前において前記保圧設定速度となるように、減速速度指令を演算する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る電動射出成形機の保圧切換え制御方法は、予めスクリュの減速加速度及び保圧設定速度及び制御遅れ時間を設定しておき、射出行程中にスクリュの現在位置を検出しつつ、検出された現在位置と前記設定部に設定された制御遅れ時間と保圧設定速度と減速加速度とに基づいて、保圧切換位置直前において前記保圧設定速度となるように、スクリュの減速速度指令を演算し、スクリュの前進／後退移動を回転運動に変換する伝動機構を介して電動機により、スクリュを保圧切換位置直前に自動減速することを特徴とする。
【００２２】
このような構成によれば、スクリュの検出現在位置から、減速工程中も常に最適な減速速度指令値を算出演算するので、目標速度により最適に自動減速し、慣性による保圧切換え後のスクリュの流れが少なくなり安定する。
【発明の効果】
【００２３】
以上に詳述したように本発明によれば、保圧切換位置手前から最適に自動減速するので、慣性力による保圧切換後のスクリュの流れが少なく、直感的に条件設定でき、また品質の安定した成形品が得られる効果がある。また、保圧速度、射出速度の設定を変更した場合でも、最適な自動減速が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施の形態における射出保圧制御のタイムチャート、図２は本発明の実施の形態における射出保圧制御のフローチャート、図３は本発明の減速速度指令の計算アルゴリズム例を示す説明図である。なお、本発明の実施の形態における電動射出成形機の全体構成は、図４に示したものと同様であり、ここでの説明を省略する。
【００２５】
ただし、図４に示す構成において、本実施の形態では、制御部３０に、スクリュの減速加速度及び保圧設定速度及び制御遅れ時間を設定する設定手段としての設定器（メモリ）と、射出行程中にスクリュの現在位置を検出する現在位置検出手段としてのカウンタ（図４の３４）により検出された現在位置と設定手段に設定された制御遅れ時間と保圧設定速度と減速加速度とに基づいて、保圧切換位置直前において保圧設定速度となるように、減速速度指令を演算する演算手段とを備えている。
【００２６】
以下、実施の形態における射出成形機の動作について、射出保圧制御動作について説明する。射出工程中においては、設定された設定速度指令値を出力し（ステップＳ３１，３２）、現在のスクリュ検出位置（カウンタ出力値）ｐから後述するように算出演算した減速速度指令ｖが設定速度指令値Ｖｓよりも小さいときには（ステップＳ３４：ｖ＜Ｖｓ）、減速速度指令ｖを出力する（ステップＳ３５）。スクリュ検出位置ｐが保圧切換位置Ｐｈを通過したときに（ステップＳ３７、Ｙ）、保圧工程に移行する（ステップＳ３８〜ステップＳ４０）。一方、減速速度指令ｖが設定速度指令値Ｖｓよりも小さくないときには（ステップＳ３４：ｖ≧Ｖｓ）、設定速度指令値Ｖｓを出力する。
【００２７】
ここで、本発明の減速速度指令ｖの計算アルゴリズムについての演算例を説明する。実際のモータ制御には、速度指令を出してからの応答遅れがあるので、その制御遅れ時間を考慮して、減速後の進む距離を図３により考えると、減速加速度α、制御遅れ時間ｄ、保圧設定速度Ｖｈ、減速速度指令ｖ、現在検出位置ｐ、保圧切換位置Ｐｈとしたとき、現在位置から保圧切換位置までの位置Ｐａとすると、図３の斜線の相当する面積Ｐは、
【００２８】
Ｐ＝Ｐａ−ｄ・Ｖｈ＝ｄ・β＋（２・Ｖｈ＋β）β／２α        （１）
となる。ここで、Ｐａは時間軸と速度軸と点線と該点線がｖ＝Ｖｈと交わる時間で囲まれた面積であり、Ｐａ＝ｐ−Ｐｈで示される。また、β＝ｖ−Ｖｈであり、α，ｄ，Ｖｈ，Ｐｈは設定手段により設定した値、ｐは検出位置である。
【００２９】
（１）式のＰの値について、更に説明をすると、Ｐは図３のＡの面積とＢの面積を加えたものである。ここで、Ａの平行四辺形の面積はｄ×βであり、Ｂの台形の面積は（Ｖｈ＋ｖ）×ｔ／２であり、ｔ＝β／α、ｖ＝Ｖｈ＋βの関係があるので、これらＡとＢの面積の和として、（１）式右辺が得られることとなる。
【００３０】
したがって、減速速度指令ｖは、
Ｐ≦０のときは、ｖ＝Ｖｈとし、
Ｐ＞０のときは、上記２次方程式の解βを求めて、ｖ＝β＋Ｖｈとする。
参考までに、Ｐ＞０のときのｖを求めると、
ｖ＝α［√｛（ｄ＋Ｖｈ／α）2＋２Ｐ／α｝−ｄ］となる。
【００３１】
射出工程中は、制御周期毎に設定速度指令値Ｖｓを発生し、現在検出位置ｐから減速速度指令ｖを算出演算して、ｖ＜Ｖｓのときには、減速速度指令ｖを出力することで、保圧切換位置手前から自動的に保圧速度Ｖｈを目標に減速する。現在位置が保圧切換位置Ｐｈを越えたときに、保圧工程に移行する。なお、制御遅れ時間ｄについては、指令速度と検出速度の関係から自動算出したものを使用しても良い。また、減速加速度αについては、最大速度と最大減速時間の設定値情報から算出したものを使用しても良い。
【００３２】
本発明の実施の形態によれば、保圧切換位置手前から最適に自動減速するので、慣性力による保圧切換後のスクリュの流れが少なく、従来のように保圧切換位置よりかなり手前で減速してしまうことがない。したがって保圧切換えまでの時間が長くかかってしまうこともなく、もって射出時間が安定し、また保圧切換位置で早すぎる突入をしてしまうこともないので、図１の一点鎖線で示すように、従来しばしば生じた突発状のピーク圧が立つこともなく、成形品質が安定する。また、射出の最終速度や保圧速度の設定を変更する場合に、直感的に条件設定し易く、最適な自動減速が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施の形態における射出保圧制御の動作を示すタイムチャートである。
【図２】実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の減速速度指令の計算アルゴリズム例を示す図である。
【図４】電動射出成形機の全体構成図である。
【図５】従来の射出保圧制御の動作を示すタイムチャートである。
【図６】従来の射出保圧制御の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１１  加熱シリンダ、１２  ホッパ、１３  スクリュ、１４  可塑化用モータ、１５，２３  エンコーダ、１６，２１  ベルト、１７  軸受、１８  ロードセル、１９  移動板、２０  射出用モータ、２２  ボールネジ、３０  制御部、３１，３３  サーボモータアンプ、３２  ロードセルアンプ、３４  カウンタ、１００    射出成形機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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