(57)【要約】射出成形装置(10)は、射出サイクル中における成形用流体材料(14)の射出を制御する制御システム(111)を含んでいる。制御システム(111)は、制御信号を発生するコントローラ(114)と、制御信号に応答して成形用流体材料(14)の射出を制御するサーボ制御回路(122)を含んでいる。サーボ制御回路(122)は、射出サイクルの第１行程において、成形用流体材料(14)の速度だけを制御する第１制御モードと、射出サイクルの第２行程において、成形用流体材料(14)の圧力だけを制御する第２制御モードとを実行する。【選択図】図３
2004538181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用流体材料を金型へ射出する射出手段と、該射出手段を制御する制御システムとを具えた射出成形装置であって、制御システムは、
制御信号を発生するプログラマブルロジックコントローラ(ＰＬＣ)と、
射出サイクル中の射出手段を制御するために、前記制御信号に応答して、積分(Ｉ)専用制御モード又は比例(Ｐ)専用制御モードを実行するサーボ制御回路と、を具えており、
サーボ制御回路は、射出サイクルの第１行程では積分専用制御モードで動作し、射出サイクルの第２行程では比例専用制御モードで動作する、射出成形装置。
【請求項２】
射出サイクル中の成形用流体材料の圧力を測定し、該圧力を表す実際圧力信号を出力する手段と、
射出サイクル中の成形用流体材料の速度を測定し、該速度を表す実際の速度信号を出力する手段とを具え、
射出サイクルの第１行程では、金型の中に成形用流体材料が充填されると、サーボ制御回路は、成形用流体材料の実際の速度信号と基準圧力信号に応答して射出手段を制御し、成形用流体材料の金型への射出速度が、実際圧力信号とは関係なく制御されるようにし、
射出サイクルの第２行程では、金型の中に成形用流体材料が略充填されると、サーボ制御回路は、金型内の成形用流体材料の実際圧力信号と基準速度信号に応答して射出手段を制御し、金型内の成形用流体材料の圧力が、実際の速度信号とは関係なく制御されるようにしている請求項１の装置。
【請求項３】
基準圧力信号は第１基準電圧であり、基準速度信号は第２基準電圧である請求項２の装置。
【請求項４】
サーボ制御回路は、
実際圧力信号に応答して、射出サイクルの第１行程と第２行程との２値状態を変化させるアイソレーション信号を出力する速度フィードバックアイソレーション回路と、
アイソレーション信号と圧力信号に応答して、圧力制御信号を出力する圧力エラー回路と、
アイソレーション信号と実際の速度信号に応答して、速度エラー信号を出力する速度エラー回路と、
速度エラー制御信号と圧力制御信号に応答して、成形用流体材料が金型へ射出される速度及び／又は成形用流体材料の圧力を制御する射出ラム制御回路と、を具えている請求項２の装置。
【請求項５】
アイソレーション信号は、射出サイクル中に、実際圧力信号が基準圧力信号と所定の関係に達したときに、２値状態が変化させ、
アイソレーション信号が２値状態を変化させると、これに応答して、圧力制御信号は、第１基準電圧から、実際圧力信号に関する電圧に変化し、速度エラー制御信号は、実際の速度信号に関する電圧から第２基準電圧に変化する請求項５の装置。
【請求項６】
第１基準電圧及び第２基準電圧の少なくとも１つはアースである請求項５の装置。
【請求項７】
スイッチドインテグレータをさらに具えており、該スイッチドインテグレータは、速度エラー制御信号及びアイソレーション信号に応答して、射出サイクルの第１行程で、速度エラー制御信号に関して数学的に積分される速度制御信号と、射出サイクルの第２行程で、速度エラー制御信号に関して数学的に比例する速度制御信号を出力する請求項４の装置。
【請求項８】
射出手段は、成形用流体材料を金型の中へ射出する射出ラムを含んでおり、速度測定手段は、射出ラムに連結され、該射出ラムと共に移動するスライダーアームを有するリニアポテンショメータと、該リニアポテンショメータに接続され、スライダーアームの移動に応答して、射出ラムの速度に関する実際の速度信号を出力する速度制御回路とを含んでいる請求項２の装置。
【請求項９】
ソフトウエアで制御されたコントローラによって動作が制御され、成形用流体材料を金型の中へ送り込む可動射出ラムと、射出サイクル中、成形用流体材料を金型へ送り込む射出ラムに応答して、射出ラムの移動と成形用流体材料の圧力を検知するサーボ制御回路とを具えており、サーボ制御回路は、コントローラに応答して、射出サイクルの第１行程中は、射出ラムの速度だけを制御し、射出サイクルの第２行程中は、射出ラムが成形用流体材料に作用する圧力だけを制御するようにしている射出成形装置。
【請求項１０】
射出サイクルの第１行程中、サーボ制御回路は、成形用流体材料のゼロ圧力又は実質的ゼロ圧力に対応する基準圧力信号を参照して射出ラムの速度を制御し、射出サイクロの第２行程中、サーボ制御回路は、射出ラムのゼロ速度又は実質的ゼロ速度に対応する基準速度信号を参照して、射出ラムが成形用流体材料に作用する圧力を制御する請求項９の装置。
【請求項１１】
射出サイクルの第１行程中、サーボ制御回路は、積分専用制御モードで動作し、射出サイクルの第２行程中、サーボ制御回路は、比例専用制御モードで動作する請求項９の装置。
【請求項１２】
サーボ制御回路は、射出サイクルの第１行程中、積分専用制御モードで動作するように制御され、射出サイクルの第２行程中、バッファ基準モードで動作するように制御された切替え積分回路を含んでいる請求項１１の装置。
【請求項１３】
サーボ制御回路は、成形用流体材料の圧力が基準圧力信号と所定の関係に達したとき、成形用流体材料の圧力及び基準圧力信号に応答して、サーボ制御回路を射出サイクルの第１行程から第２行程へ変化させる手段を含んでいる請求項９の装置。
【請求項１４】
成形用流体材料を金型へ射出する射出手段と、射出サイクル中の射出手段を制御する制御システムとを具えた射出成形装置であって、制御システムは、
制御信号を発生するコントローラと、
前記制御信号に応答して、射出手段を制御するサーボ制御回路とを具えており、サーボ制御回路は、射出サイクルの第１行程中、射出手段の制御だけを制御する積分(Ｉ)制御モードを実行し、射出サイクロの第２行程中、成形用流体材料に対して射出手段が作用する圧力だけを制御する比例(Ｐ)制御モードを実行する、射出成形装置。
【請求項１５】
射出サイクル中、成形用流体材料の圧力を測定し、成形用流体材料の実際圧力信号を出力する手段と、
金型の中へ送り込まれる成形用流体材料の速度を測定し、成形用流体材料の実際の速度信号を出力する手段と、
射出サイクル中、成形用流体材料のゼロ圧力又は実質的ゼロ圧力に対応する基準圧力信号を発生する手段と、
射出サイクル中、成形用流体材料のゼロ速度又は実質的ゼロ速度に対応する基準速度信号を発生する手段と、をさらに具えており、
射出サイクルの第１行程では、金型の中に成形用流体材料が充填されると、サーボ制御回路は、実際圧力信号ではなく、実際の速度信号と基準圧力信号に応答して、射出手段が、成形用流体材料を実際の速度信号に関する速度で金型の中へ射出するように制御し、
射出サイクルの第２行程では、金型の中に成形用流体材料が略充填されると、サーボ制御回路は、実際の速度信号ではなく、実際圧力信号と基準速度信号に応答して、射出手段が、成形用流体材料の圧力を、実際圧力信号に関する圧力に維持するように制御する、請求項１４の装置。
【請求項１６】
サーボ制御回路は、射出サイクル中の射出手段を制御するために、射出サイクルの第１行程では実際の速度信号に応答し、射出サイクルの第２行程では基準速度信号に応答するスイッチドインテグレータを含んでおり、
該スイッチドインテグレータは、射出サイクルの第１行程の積分モードと、射出サイクルの第２行程のバッファ基準モードとを切り替える、請求項１５の装置。
【請求項１７】
射出手段は、成形用流体材料を金型の中へ射出する射出ラムを含んでおり、実際の速度信号は、射出ラムの位置変化の時間率に関するものである請求項１６の装置。
【請求項１８】
サーボ制御回路は、射出サイクル中に実際圧力が外部基準圧力信号と所定の関係に達したとき、実際圧力信号及び外部基準圧力信号に応答して、サーボ制御回路を、射出サイクルの第１行程から射出サイクルの第２行程に変化させる速度フィードバックアイソレーション回路を含んでいる請求項１５の装置。
【請求項１９】
サーボ制御回路は、実際圧力信号に応答する圧力エラー回路を含んでおり、速度フィードバックアイソレーション回路が実際圧力信号及び外部基準圧力信号に応答して、実際圧力信号又は外部基準圧力信号に関する圧力制御信号を出力する請求項１８の装置。
【請求項２０】
成形用流体材料を金型へ射出する射出手段と、該射出手段を制御する制御システムとを具えた射出成形装置であって、制御システムは、
制御信号を発生するプログラマブル手段と、
射出サイクル中の射出手段を制御するために、前記制御信号に応答して、速度フィードバック制御モード又は圧力フィードバック制御モードを実行するフィードバック制御回路と、を具えており、
フィードバック制御回路は、射出サイクルの第１行程では、金型の中に成形用流体材料が充填されると、速度フィードバック制御モードで動作し、射出サイクルの第２行程では、成形用流体材料が凝固する間、圧力フィードバック制御モードで動作する、射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形装置の動作を制御するサーボ制御回路の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、Stanciu氏らに付与された米国特許第５３１６７０７号(１９９４年５月３１日発行)(以下、「７０７特許」という)に記載されたサーボ制御回路の改良であり、該特許は引用を以て本願への記載加入とする。
【０００３】
７０７特許は、制御システムによって成形用流体材料の金型への射出が制御される射出成形装置を開示している。７０７特許に開示された制御システムは、プログラマブルロジックコントローラ(ＰＬＣ)とサーボ制御回路を含んでいる。サーボ制御回路はＰＬＣから制御信号を受信し、射出成形装置からは、金型内の成形用流体材料の圧力及び該成形用流体材料が金型へ射出される速度に関するフィードバック信号を受信する。サーボ制御回路は、成形用流体材料が高い信頼性を以て繰返し可能に金型の中へ射出されるように、入力信号とフィードバック信号を合成する。
【０００４】
このサーボ制御回路は、射出サイクルの第１行程中、金型内の成形用流体材料の圧力に関する圧力フィードバック信号に妨げられて、成形用流体材料が金型へ最大射出速度で射出されない問題がある。これは、金型内の成形用流体材料の実際圧力が大気圧にあるとき又はその近傍である場合も同様である。また、射出サイクルの第２行程において、成形用流体材料が金型へ射出される速度に関するフィードバック信号の干渉によって、金型内の成形用流体材料が一定圧力に維持されないことである。これは、金型内の成形用流体材料が移動していない場合も同様である。７０７特許に開示された制御システムのさらなる問題は、サーボ制御回路によって実行される制御モードを切り換えることができないため、射出サイクルの第１行程中の成形用流体材料の速度及び／又は射出サイクルの第２行程中の金型内の成形用流体材料の圧力状態を最適化できないことである。
【０００５】
これら問題を解消するために、成形用流体の金型内への射出速度だけを制御する射出サイクルの第１行程と、金型内の成形用流体の圧力だけを制御する射出サイクルの第２行程との間の移動位置を選択的に制御するためにＰＬＣをプログラミングすることが行われている。しかしながら、この方法の問題は、一般的なＰＬＣは、射出制御サイクルを必要な精度で制御するのに十分に短いループ制御時間を有しないことである。また、この方法では、射出サイクルの第１行程中、射出された成形用流体材料に対する圧力フィードバック信号の悪影響が依然として存在し、射出サイクルの第２行程中、成形用流体材料の圧力に対する速度フィードバック信号の悪影響が依然として存在する。
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、ＰＬＣからの制御信号に応答して、射出サイクルを制御する改良されたサーボ制御回路を配備することにより、前記及びその他問題を解消することであり、これによって制御回路は、射出サイクルの第１行程中、成形用流体材料の速度だけを制御する第１制御モードと、射出サイクルの第２行程中、成形用流体材料の圧力だけを制御する第２制御モードを実行することができる。
本発明の他の目的については、当該分野の専門家であれば、以下の詳細な説明によって理解し得ることは明らかであろう。
【発明の開示】
【０００７】
発明の要旨
このように、本発明の射出成形装置は、成形用流体材料を金型の中に射出する射出手段と、該射出手段を制御する制御システムとを含んでいる。制御システムは、射出サイクルの間、射出手段の制御を行なうために、制御信号を発生するプログラマブルロジックコントローラ(ＰＬＣ)と、制御信号に応答して積分専用制御モード(integral only control mode)又は比例専用制御モード(proportional only control mode)を実行するサーボ制御回路とを含んでおり、射出サイクルの第１行程(first part)では、サーボ制御回路は積分専用制御モードで動作し、射出サイクルの第２行程(second part)では、サーボ制御回路は比例専用制御モードで動作する。
【０００８】
また、本発明の射出成形装置は、成形用流体材料を金型の中へ強制的に送り込む可動射出ラムを含んでいる。射出ラムの移動は、ソフトウエアで制御されたコントローラ及びサーボ制御回路によって制御され、射出サイクル中、成形用流体材料を金型の中へ強制的に送り込む射出ラムに応答して、射出ラムの移動及び成形用流体材料の圧力が検出される。サーボ制御回路は、コントローラに応答して、射出サイクルの第１行程では射出ラムの速度だけを制御し、射出サイクルの第２行程では成形用流体に作用する射出ラムの圧力だけを制御する。
【０００９】
さらにまた、本発明の射出成形装置は、成形用流体材料を金型の中へ射出する射出手段と、該射出手段を制御する制御システムとを含んでいる。制御システムは、制御信号を発生するコントローラと、制御信号に応答して射出手段を制御するサーボ制御回路とを含んでいる。サーボ制御回路は、射出サイクルの第１行程で射出手段の速度のみを制御する積分制御モードと、射出サイクルの第２行程で射出手段が成形用流体材料に作用する圧力だけを制御する比例制御モードを実行する。
【００１０】
射出サイクルの第１行程中、金型の中に成形用流体材料が充填されると、サーボ制御回路は、金型の中へ射出される成形用流体材料の速度及び基準圧力信号(成形用流体材料の実際の圧力ではない)に応答して、射出手段により、成形用流体材料は実際の速度信号に関する速度で金型の中へ射出される。射出サイクルの第２行程では、金型の中に成形用流体材料が略充填されると、サーボ制御回路は、金型内の成形用流体材料の実際圧力及び基準速度信号(成形用流体材料の実際の速度ではない)に応答して、射出手段により、成形用流体材料の圧力は、金型内の成形用流体材料の実際圧力に維持される。
【００１１】
サーボ制御回路は、射出サイクル中における射出手段を制御するために、射出サイクルの第１行程の成形用流体材料の実際の速度と射出サイクルの第２行程の基準速度信号に応答するスイッチドインテグレータを含むことができる。スイッチドインテグレータは、射出サイクルの第１行程における積分モードと、射出サイクルの第２行程におけるバッファ処理された基準モードとの間で切換えを行なう。
【００１２】
サーボ制御回路は、射出サイクル中の実際圧力と外部圧力の基準信号が所定の関係に達したとき、成形用流体材料の実際圧力と外部基準圧力信号に応答して、サーボ制御回路を射出サイクルの第１行程から射出サイクルの第２行程へ変化させる速度フィードバックアイソレーション回路を含むことが望ましい。
【００１３】
また、サーボ制御回路は、実際圧力信号及び前記速度フィードバックアイソレーション回路に応答して、実際圧力信号又は外部基準圧力信号に関する圧力制御信号を出力する圧力エラー回路を含むことが望ましい。
【００１４】
添付の図面を参照して本発明を説明する。なお、同じ要素については同じ引用符号を付している。
【００１５】
図１を参照すると、射出成形装置(10)はリザーバ(12)を有しており、該リザーバの中に成形ワックス等の成形用流体材料(14)が収容される。図示の実施例において、リザーバ(12)は大気に開放されている。成形用流体材料(14)を射出成形に適した流体条件及び温度に維持するために、リザーバ(12)の中に、加熱及び／又は撹拌を行なう手段(図示せず)を配備することができる。流体通路(16)はリザーバ(12)とチャンバー(18)に連通して流体の流通が可能であり、射出用可動ノズル(22)の中には流路(20)が設けられている。射出ラム(24)はチャンバー(18)の中を移動可能であり、チャンバー(18)の中の成形用流体材料(14)に作用する。流体通路(16)には第１弁(26)が配置されている。弁(26)は、リザーバ(12)からチャンバー(18)への成形用流体材料の流れを選択的に制御する。射出ノズル(22)の流体チャンバー(18)の中には第２弁(28)が配置されている。第２弁(28)は、射出ノズル(22)を通る成形用流体材料(14)の流れを選択的に制御する。
【００１６】
また、圧力トランスデューサ(25)が、射出ノズル(22)の流路(20)の流体と通じるように連結されている。圧力トランスデューサ(25)は、射出ノズル(22)の中の成形用流体材料(14)の圧力に関する信号を出力する。この信号は、射出成形装置の射出サイクルを制御するために用いられる。
【００１７】
弁(26)が開位置、弁(28)が閉位置にあるとき、射出ラム(24)がチャンバー(18)内を下向きに後退すると、成形用流体材料(14)は、チャンバー(18)及び流路(20)の中へ引き込まれる。射出ラム(24)を後退させるのに、油圧システム(29)が用いられる。油圧システム(29)は、油圧チャンバー(30)(32)を含んでおり、(30)と(32)は、ピストンロッド(36)(38)に連結されたピストン(34)によって分離している。ピストンロッド(38)は、射出ラム(24)に連結されており、射出ラム(24)は、ピストン(34)の移動に対応してチャンバー(18)内を移動する。射出ラム(24)の流路(20)と反対側のチャンバー(18)へ大気の排出と引込みを行なう通気口(19)がチャンバー(18)に設けられている。ピストン(34)の移動に対応して、ピストンロッド(36)も移動する。ピストンロッド(36)のピストン(34)とは反対側の端部は、スライダーアーム(42)に連結されている。スライダーアーム(42)は、ピストンロッド(36)とリニアポテンショメータ(44)との間に接続されている。ピストンロッド(36)、スライダーアーム(42)及びポテンショメータ(44)の作用により、ピストンアーム(36)の位置、ひいては射出ラム(24)の位置が示される。
【００１８】
油圧システム(29)は、油圧ポンプ(図示せず)と油圧制御システム(45)を含んでおり、該油圧制御システムは、油圧ポンプと油圧チャンバー(30)の間に油圧フィード管(46)、油圧ポンプと油圧チャンバー(32)の間に油圧フィード管(48)が、サーボ弁装置(52)の油圧弁ハウジング(50)を介して連通しており、これらの管の中を流体の流通が可能である。油圧弁ハウジング(50)の中には、スプール弁(64)が配備されている。スプール弁(64)は、２つのスプール要素(60)(62)が間隔をあけて配備され、油圧弁ハウジング(50)を３つのチャンバー(66)(67)(68)に分割している。チャンバー(67)は供給管(54)に連通し、チャンバー(66)は排出管(56)に連通し、チャンバー(68)は排出管(58)に連通している。供給管(54)と排出管(56)(58)は、油圧ポンプ(図示せず)に連通し、流体の流通が可能である。
【００１９】
射出用サーボコイル(70)は、スプール弁(64)に隣接する位置にて作動可能となるように配置され、制御システムに連繋される。制御システムは、後述の如く、射出用サーボコイル(70)の励磁を制御して、弁ハウジング(50)内でスプール弁(64)を上下に移動させる。スプール弁(64)が弁ハウジング(50)内の上位置まで移動すると、供給管(54)はフィード管(46)と連通し、排出管はフィード管(48)と連通する。これに対し、スプール弁(64)が弁ハウジング(50)内の下位置にあるとき、供給管(54)はフィード管(48)と連通し、排出管(56)は供給管(46)と連通する。このように、スプール弁(64)を上位置と下位置の間を選択的に移動させることにより、油圧チャンバー(30)(32)への油圧液の供給が制御され、ピストン(34)、ひいては射出ラムが前進及び後退する。
【００２０】
射出成形装置(10)が作動中のとき、射出ノズル(22)は、上プラテン(74)と下プラテン(76)に挟まれた金型(72)の開口の中に位置している。油圧作動ジャック(78)により、上プラテン(74)は前進及び後退して、下プラテン(76)へ接近離間する。
【００２１】
射出成形装置(10)の動作について、図１と共に図２ａ〜図２ｄを参照して説明する。図２ａは、射出成形装置(10)の初期「停止」位置を示しており、成形用流体材料(14)は、リザーバ(12)内で流動状態が維持される。弁(26)が開くと、成形用流体材料(14)は通路(16)及び流路(20)へ流れる。しかしながら、弁(28)が閉じると、成形用流体材料(14)は射出ノズル(22)の中を流れない。
【００２２】
加圧された油圧液が油圧チャンバー(32)の中へ導入されると、ピストン(34)によって、射出ラム(24)は図２ａに示す前進端位置まで進み、ここで、成形用流体材料(14)の通路(16)から流路(20)への流れは阻止される。射出ラム(24)の位置は、リニアポテンショメータ(44)によって監視され、射出ラム(24)の位置を表す位置信号が、図３に示す電子制御システム(111)へ送られる。射出ノズル(22)内の成形用流体材料(14)の圧力は、圧力トランスデューサ(25)によって監視され、流路(20)内の成形用流体材料(14)の圧力を表す信号が電子制御システム(111)に送られる。図２ａでは、射出成形金型(72)は射出ノズル(22)に連繋されていない。図２ａに示す射出成形装置(10)の状態は、無制限に維持することができる。
【００２３】
射出サイクルが開始すると、油圧ポンプと油圧制御システム(45)との協同作用によって、加圧された油圧液がチャンバー(30)へ供給され、チャンバー(32)から油圧液が戻される。このとき、ピストン(34)は図２ｂに示すように、下向きに移動する。ピストン(34)が下向きに移動すると、射出ラム(24)が下向きに移動して、成形用流体材料(14)はチャンバー(18)の中へ引き込まれる。チャンバー(18)の中の成形用流体材料(14)の量は、リニアポテンショメータ(44)のスライダーアーム(42)の位置に較正される。
【００２４】
チャンバー(18)に所望量の成形用流体材料(14)が入ると、成形用金型(72)は、図２ｃに示されるように、射出ノズル(22)へ連結される。次に、弁(26)が閉じ、弁(28)が開いて、チャンバー(18)内の成形用流体材料(14)が金型(72)の中へ射出される。より具体的に説明すると、弁(26)が閉じて、弁(28)が開くと、加圧された油圧液がチャンバー(32)の中へ導入され、油圧液は弁ハウジング(50)のチャンバー(30)から排出される。チャンバー(32)に加圧された油圧液が入ると、ピストン(34)、そして射出ラム(24)が上向きに移動する。射出ラム(24)が上向きに移動すると、チャンバー(18)の中の成形用流体材料(14)は、流路(20)及び射出ノズル(22)を通って成形用金型(72)へ送られる。
【００２５】
射出ラム(24)の位置は、リニアポテンショメータ(44)によって監視され、流路(20)内の成形用流体材料(14)の圧力は、圧力トランスデューサ(25)によって監視される。射出ラム(24)が上向きに移動する加速度及び／又は速度は、電子制御システム(111)によって測定されたリニアポテンショメータ(44)の抵抗変化の時間割合(time rate)から得られる。この加速度及び／又は速度を制御することにより、成形用流体材料(14)は所定の流速及び／又は加速度で成形用金型(72)の中へ射出される。成形用金型(72)の金型キャビティが成形用流体材料(14)で満たされると、成形用流体材料(14)の圧力は、圧力トランスデューサ(25)を介して電子システム(111)で監視され、射出サイクルが正確に制御される。
【００２６】
図２ｄに示されるように、射出サイクルは、成形用金型(72)が完全に充填されるまで続けられ、凝固サイクル中、金型(72)内に射出された成形用流体材料(14)は所定圧力に維持される。
【００２７】
成形パターンの品質と均一性は、射出成形装置(10)における射出サイクル、特に流体の流れと圧力の制御能力の正確さに依存する。射出成形装置(10)が流れ特性及び射出圧力を制御するには、様々な金型(72)について、サイズ、形状及び方向を幅広く変える必要がある。より具体的には、中空鋳物を製造する場合、壊れ易いセラミックコアの周囲で幾つかの成形パターンが形成されるので、セラミックコアが過剰圧力又は流れによって破損しないように、成形用流体材料(14)の加速度、流れ及び圧力を正確に制御する必要がある。また、流れと圧力の制御が適切に行われないと、例えば、空気の取込み、フローライン、ニットライン、クラック、充填不良、シンク又はキャビテーション、サイズ不良、コア破損などの欠陥が生じ、そのパターンを使用できなくなる。
【００２８】
上記問題を解消するために、図３に示されるように、射出成形装置(10)は、加速度、流体速度、圧力その他パラメータを制御するための電子制御システム(111)を含んでおり、高精度の射出サイクル及び凝固サイクルが達成される。電子制御システム(111)は、プログラマブルロジックコントローラ(ＰＬＣ)(114)がキーボード(115)とディスプレイ(116)に接続され、キーボードからの入力を受信し、ＰＬＣ(114)のプログラミング及び／又は動作に関するデータがディスプレイに表示される。ＰＬＣ(114)から受信したデジタル信号をアナログ信号に変換するために、デジタル−アナログ(Ｄ/Ａ)変換器(118)が接続されており、アナログ信号はインターフェース回路(120)及びサーボ制御回路(122)へ送られる。インターフェース回路(120)もまた、ＰＬＣ(114)からのデジタル信号を受信する。
【００２９】
インターフェース回路(120)は、Ｄ/Ａ変換器(118)から受信したアナログ信号と、ＰＬＣ(114)から受信したデジタル信号を処理し、アナログ信号はアナログ−デジタル(Ａ/Ｄ)変換器(126)に送られ、デジタル信号はサーボ制御回路(122)へ送られる。
【００３０】
サーボ制御回路(122)は、インターフェース回路(120)からデジタル信号を受信し、Ｄ/Ａ変換器(118)からアナログ信号を受信する。サーボ制御回路(122)はデジタル信号とアナログ信号を制御し、これらの信号に基づいて射出成形装置を制御する。より具体的には、サーボ制御回路(122)は、デジタル信号とアナログ信号を処理して、積分(Ｉ)専用システムと比例(Ｐ)専用システムを実行し、該システムを利用して、射出成形装置(10)の動作制御が行われる。
【００３１】
Ａ/Ｄ変換器(126)は、インターフェース回路から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号は、射出成形装置(10)の動作を制御するためにＰＬＣ(114)へ送られる。
【００３２】
図４を参照すると、インターフェース回路(120)はショットサイズ制御回路(130)を含んでおり、該制御回路は、ＰＬＣ(114)からＤ/Ａ(118)を経てサイズ制御信号を受信できるように接続された第１入力部(132)と、スライダーアーム(42)に接続された第２入力部(134)と、基準ポテンショメータのスライダーアーム(138)に接続された第３入力部(136)を含んでいる。ショットサイズ制御信号は、ＰＬＣ(114)で制御され、Ｄ/Ａ(118)によって発生したアナログ信号である。ＰＬＣ(114)は、当該分野で知られているように、ショットサイズ制御信号の振幅を制御する。ショットサイズ制御信号と、第３入力部で基準ポテンショメータ(140)から受信した電圧により、ショットサイズ制御回路(130)は、射出ラム(124)の射出サイクル中に第２入力部がリニアポテンショメータ(44)から受信した電圧の関数として、インジェクター後退制御信号とインジェクター前進制御信号を発生させる。インジェクター後退制御信号とインジェクター前進制御信号は、Ａ/Ｄ変換器(126)へ送られ、デジタル信号に変換され、ＰＬＣ(114)によって処理される。
【００３３】
インターフェース回路(120)は、ＰＬＣ(114)から受信した様々な制御信号をバッファリングし、バッファ後の制御信号をサーボ制御信号(122)へ供給する複数のバッファ増幅器(142)を含んでいる。バッファ後のこれら制御信号は、インジェクターの後退制御信号、インジェクターの前進制御信号及びサイクル開始制御信号を含んでいる。
【００３４】
図５ａ〜５ｄを参照すると、サーボ制御回路(122)は、入力バッファ及び制御回路(144)、スイッチドインテグレータ(146)、速度エラー回路(148)、速度制御回路(150)、射出ラム制御回路(152)、速度フィードバックアイソレーション回路(154)及び圧力エラー回路(156)を含んでいる。入力バッファ及び制御回路(144)は、増幅器(158)〜(166)とトランジスタスイッチ(168)(170)を含んでおり、ＰＬＣ(114)の制御の下で、入力バッファ及び制御回路(144)へ送られた様々な制御信号を受信し合成できるように構成されている。より具体的には、入力バッファと制御回路(144)は、ＰＬＣ(114)の制御の下で、Ｄ/Ａ変換器(118)から、最大速度制御信号、加速度制御信号及び最大圧力制御信号を受信する。最大速度制御信号及び加速度制御信号の振幅は、ＰＬＣ(114)によって制御され、サーボ制御回路(122)により、射出ラム(24)の最大速度及び加速度が制御される。最大圧力制御信号は、ＰＬＣ(114)によって制御され、サーボ制御回路(122)により、金型(72)に入れられた成形用流体材料(14)に作用する射出ラム(24)の最大圧力が制御される。入力バッファ及び制御回路(144)はまた、ＰＬＣ(114)から、インターフェース回路(120)のバッファ増幅器(142)を経て、インジェクターの前進制御信号、インジェクターの後退制御信号及びサイクル開始制御信号を受信する。
【００３５】
速度制御回路(150)は、リニアポテンショメータ(44)から位置信号を受信できるように接続された増幅器(172)を含んでいる。この位置信号は、リニアポテンショメータ(44)の両端間電圧であり、より具体的には、リニアポテンショメータ(44)が接続された、スライダーアーム(42)とアース(基準電圧)(174)の間の電圧である。増幅器(172)の出力部は、速度制御ループ(150)の積分増幅器(integrating amplifier)(176)の入力部に接続されている。積分増幅器(176)は、増幅器(172)から受信した信号を積分し、積分された信号を速度信号として、速度エラー回路(148)へ出力する。
【００３６】
速度エラー回路(148)は、入力部と出力部の間で直列接続されたバッファ増幅器(178)(180)を含んでいる。速度エラー回路(148)はまた、ノーマルオープン接点(184)とノーマルクローズド接点(186)を有するスイッチ(182)を含んでいる。スイッチ(182)はまた、接点(184)(186)の状態を制御するために、速度フィードバックアイソレーション回路(154)によってアイソレーション信号出力に応答するコイル(188)を含んでいる。
【００３７】
ノーマルオープン接点(184)は、バッファ増幅器(178)の出力部とバッファ増幅器(180)の入力部との間で直列接続される。ノーマルクローズド接点(186)は、基準電圧又はアース(174)とバッファ増幅器(180)の入力部との間で直列接続される。接点(184)(186)の状態を選択的に制御することにより、バッファ増幅器(180)の入力部は、バッファ増幅器(178)によって出力される速度信号を受信できるように接続されるか、又は、基準速度信号、つまり基準電圧又はアース(174)に接続される。接点(184)(186)の状態に応じて、バッファ増幅器(180)は、速度エラー信号を出力する。この信号は、基準信号又はアース(174)であるか、バッファ増幅器(178)によって出力された速度信号である。
【００３８】
スイッチドインテグレータ(146)は、一方の入力部が入力バッファ及び制御回路(144)の出力部に接続され、他方の端部が速度エラー信号回路(148)から速度エラー制御信号を受信できるように接続された差動増幅器(190)を含んでいる。積分キャパシタ(192)は、入力バッファ及び制御ループ(144)の出力を受信するように接続された増幅器(190)の出力部と入力部の間に接続される。
【００３９】
スイッチドインテグレータ(146)は、キャパシタ(192)と直列接続されたノーマルオープン接点(196)を有するスイッチ(194)を含んでいる。スイッチ(194)はまた、接点(196)の状態を制御するために、速度フィードバックアイソレーション回路(154)が出力したアイソレーション信号に応答するコイル(198)を含んでいる。増幅器(190)が出力する速度制御信号は、接点(196)が閉状態のときに増幅器(190)の入力部で受信した電圧の差の積分、又は接点(196)が開状態のときに増幅器(190)の入力部で受信した電圧の関数としてゼロ電流に駆動されるバッファ基準である。
【００４０】
スイッチドインテグレータ(146)の出力部と圧力エラー回路(156)の出力部は、加算接続部(200)に接続される。入力バッファ及び制御ループ(144)の増幅器(158)の出力部も、ダイオード(202)を経て加算接続部(200)に接続される。加算接続部(200)は、スイッチドインテグレータ(146)によって出力された速度制御信号、増幅器(158)により増幅された最大圧力制御信号及び圧力エラー回路(156)によって出力された圧力制御信号を合成し、射出制御信号が形成され、該射出制御信号は射出ラム制御回路(152)に送られる。
【００４１】
射出ラム制御回路(152)は、射出サイクル中、射出ラム(24)の移動を制御するために、射出制御信号を増幅し、増幅された射出制御信号を射出サーボコイル(70)に供給する増幅器(204)を含んでいる。
【００４２】
速度フィードバックアイソレーション回路(154)はインバータ(206)を含んでおり、該インバータは、射出サイクル中に圧力トランスデューサ(25)が出力した信号を受信する増幅器(208)の入力部に応答して、増幅器(208)が出力した圧力信号を受信できるように接続された入力部を有している。
【００４３】
速度フィードバックアイソレーション回路(154)はまた、コンパレータ(210)を含んでおり、該コンパレータは、一方の入力がインバータ(206)の出力部に接続され、他方の入力が基準信号を受信できるように接続され、出力は、インターフェース回路(120)を経てＰＬＣ(114)からのサイクル開始制御信号の制御下でラッチ又はラッチ解除される。この基準圧力信号は、ＰＬＣ(114)の制御下でＤ/Ａコンバータ(118)が出力した移送圧力(transfer pressure)信号であるか、又は使用者が調節可能なポテンショメータ(212)から受信した交差圧力(crossover pressure)である。使用者は、調節可能なスイッチ(214)を用いて、交差圧力信号又は移送圧力信号を、コンパレータ(210)に送られた基準圧力信号となるように選択することができる。
【００４４】
コンパレータ(210)は、圧力反転信号を基準圧力信号と比較し、該信号の関数としてアイソレーション信号を出力する。より具体的には、基準圧力信号が圧力反転信号よりも大きいとき、アイソレーション信号は２値状態である。これに対し、受信した圧力反転信号が基準圧力信号よりも大きいとき、アイソレーション信号は異なる２値状態にある。
【００４５】
圧力エラー回路(156)は、増幅器(216)、バッファ(218)、インバータ(220)及びバッファ(222)が直列接続されており、増幅器(208)が出力した圧力信号が処理される。圧力エラー回路(156)はまた、ノーマルクローズ接点(226)とノーマルオープン接点(228)を有し、励磁コイル(230)で制御されるスイッチ(224)を含んでいる。コイル(230)は、速度フィードバックアイソレーション回路(154)からのアイソレーション信号を、インバータ(231)を経て受信できるように接続されている。アイソレーション信号は、スイッチ(224)の接点(226)(228)の状態を制御する。
【００４６】
図５ａ〜５ｄ及び図１を参照し、サーボ制御回路(122)の動作を説明する。まず最初に、速度フィードバックアイソレーション回路(154)は、アイソレーション信号を出力して、スイッチ(182)のコイル(188)を励磁する。これにより、ノーマルオープン接点(184)は閉状態に変わり、ノーマルクローズド接点(186)は開状態に変わる。接点(184)が閉状態のとき、速度制御回路(150)が出力した速度信号は、バッファ増幅器(178)(180)によってバッファ処理され、速度エラー制御信号として、スイッチドインテグレータに出力される。
【００４７】
また、速度フィードバックアイソレーション回路(154)によって出力されたアイソレーション信号は、スイッチ(194)のコイル(198)を励磁する。これにより、ノーマルオープン接点(196)は閉状態に変わり、増幅器(190)の出力部と入力部が接続され、入力バッファ及び制御回路(144)の出力を受信できる。
【００４８】
速度フィードバックアイソレーション回路(154)が出力したアイソレーション信号は、インバータ(231)を経て、コイル(230)を励磁する。このとき、接点(226)はノーマルクローズド状態のままであり、接点(228)はノーマルオープン状態のままである。接点(226)がノーマルクローズド状態のとき、圧力エラー回路(156)が出力した圧力制御信号は、例えば基準電圧又はアース(174)の如き圧力基準信号である。この圧力信号は、金型(72)の中の成形用流体材料(14)がゼロ圧力又は大気圧のときの圧力である。
【００４９】
次に、入力バッファ及び制御信号(144)は入力信号を受信する。この入力信号によって、油圧制御システム(45)が射出ラム(24)を後退させ、弁(26)が開いて、弁(28)が閉じる。これにより、成形用流体材料(14)はチャンバー(18)及び流路(20)の中へ送られる。ＰＬＣ(114)は、入力バッファ及び制御回路(144)へ入力された制御信号を制御し、射出ラム(24)が後退する。このとき、チャンバー(18)の中の成形用流体材料の量は、射出サイクルで金型(72)を充填するのに必要な成形用流体材料の量に相当する。より具体的に述べると、射出ラム(24)の後退量は、図４に示されるショットサイズ制御回路(130)の第２入力部(134)に入力されたショットサイズ制御信号によって決められる。
【００５０】
射出サイクルの開始前に、スイッチ(214)により、基準圧力信号は、設定点圧力信号又は移送圧力信号に一致する所望位置に切り換えられる。
【００５１】
次に、ＰＬＣ(114)により、様々な制御信号が、入力バッファ及び制御回路(144)で受信され、スイッチ(182)(194)(224)の接点(184)(196)(226)は閉状態であるので、射出サイクルの第１行程が開始する。より具体的に説明すると、速度エラー回路(148)から出力される速度エラー制御信号は、速度制御回路(150)から出力される信号であって、バッファ処理された速度信号であり、圧力エラー回路(156)から出力される圧力制御信号は、基準圧力信号、つまり基準電圧又はアース(176)である。このように、射出サイクルの第１行程中、射出ラム(24)は、金型(72)中の成形用流体材料(14)の実際の圧力とは関係なく、射出ラムの実際の速度の関数として制御される。
【００５２】
増幅器(190)はキャパシタ(192)と協同作用して、増幅器(190)の一方の入力部で速度エラー回路(148)から受信した速度エラー制御信号と、増幅器(190)の他方の入力部で受信した入力バッファ及び制御回路(144)の出力との間の差を積分して、速度制御信号を作る。速度制御信号は、増幅器(158)によって増幅されて出力された最大圧力制御信号及び圧力エラー回路(156)によって出力された圧力制御信号と合成され、射出制御信号を生成し、射出ラム制御回路(152)で受信される。図５に示されるように、加算接続部(200)はアイソレーション抵抗器(132)を含んでおり、該抵抗器により、加算接続部(200)で受信した様々な制御信号が合成され、射出制御信号が作られる。
【００５３】
射出サイクルの第１行程中、スイッチドインテグレータ(146)は積分モードで動作する。ここでは、速度制御信号は速度エラー制御信号と入力バッファ及び制御回路(144)の出力との差を積分したものである。スイッチドインテグレータ(146)が積分モードで動作すると、スイッチドインテグレータ(146)は、速度制御回路(150)、速度エラー回路(148)、射出ラム制御回路(152)及び圧力エラー回路(156)と協同作用して、サーボ制御回路(148)が入力バッファ及び制御回路(144)で受信した制御信号に応答できるようにしており、射出ラム(24)の前進を制御するための積分専用制御モードが実行される。
【００５４】
射出ラム(24)の前進中、速度制御回路(150)、より具体的には積分増幅器(176)が、射出ラム(24)の位置変化の時間率(time rate)である速度信号を出力する。この時間率は、リニアポテンショメータ(44)のスライダーアーム(42)の位置変化によって求められる。
【００５５】
図６、図１及び図５ａ〜５ｄを参照すると、射出サイクルの第１行程中、金型(72)が成形用流体材料(14)で満たされると、射出ラム(24)は加速する。加速は、入力バッファ及び制御回路(144)が受信した加速制御信号と関係づけられ、最大速度は、入力バッファ及び制御回路(144)が受信した最大速度制御信号と関係づけられる。
【００５６】
射出サイクルの第１行程の初期部分では、圧力トランスデューサ(25)は、流路(20)内の成形用流体材料(14)の圧力を殆んど或いは全く検知しない。しかしながら、金型(72)が成形用流体材料(14)で満たされると、流路(20)内の成形用流体材料(14)の圧力は上昇し、このとき、圧力トランスデューサ(25)と増幅器(208)の協同作用によって、金型(72)内の成形用流体材料(14)の圧力に関する圧力信号が出力される。圧力信号の値が大きくなり、コンパレータ(210)の入力部でインバータ(206)から受信した圧力反転信号が基準圧力信号と所定の関係となったとき、コンパレータ(210)はアイソレーション信号の状態を変えて、射出サイクルの第１行程から第２行程への移行信号が発せられる。アイソレーション信号の状態が変化すると、これに応答して、スイッチ(182)(194)(224)の接点状態は変化する。より具体的に説明すると、増幅器(208)が出力した圧力信号のレベルが十分に大きくなると、速度フィードバックアイソレーション回路(154)が出力したアイソレーション信号は状態が変化し、リレー(182)は、接点(184)がノーマルオープン状態、接点(186)がノーマルクローズド状態であり、スイッチ(194)は、接点(196)がノーマルオープン状態、スイッチ(224)は、接点(226)がオープン状態、接点(228)がクローズド状態である。
【００５７】
スイッチ(182)の接点(184)(186)は、アイソレーション信号の状態変化に応答して状態が変化すると、速度エラー回路(148)が出力した速度エラー制御信号により、基準は、速度制御回路(150)が出力した速度信号から、基準速度信号、つまり基準電圧又はアース(174)に変化する。この基準速度信号は、射出ラム(24)のゼロ速度に関するものであり、ひいては成形用流体材料(14)に関するものである。このように、射出サイクルの第２行程では、金型(72)へ射出された成形用流体材料に及ぼす圧力射出ラム(24)を制御するのに、射出ラム(24)の実際速度は用いられない。
【００５８】
リレー(194)の接点(196)が開くと、キャパシタ(192)とスイッチドインテグレータ(146)の増幅器(190)との接続が解除される。これにより、スイッチドインテグレータ(146)の動作は積分モードから、バッファ処理された基準モードに切り換わり、速度制御信号は、増幅器(190)の入力部で受信した電圧の関数としてゼロ電流に駆動される。同時に、スイッチ(182)の接点(184)が開くと、速度制御回路(150)の積分増幅器(176)とスイッチドインテグレータ(146)の接続が解除される。それゆえ、射出サイクルの第２行程では、射出ラム(24)を制御するために、サーボ制御回路(122)は比例専用制御モードを実行する。
【００５９】
スイッチ(224)の接点(226)(228)の状態が切り換わると、圧力エラー回路(156)から出力された圧力制御信号の基準は、基準圧力信号、つまり基準電圧又はアース(176)から、増幅器(208)から出力された圧力信号に変化する。このように、射出サイクルの第２行程では、圧力制御信号は、金型(72)内の成形用流体材料(14)の実際の圧力に関するものである。加算接続部(200)は、速度エラー制御信号、圧力制御信号及び増幅器(158)から増幅して出力された最大圧力制御信号を合成し、射出制御信号が作られ、射出サイクルの第２行程において成形用流体材料(14)に作用する圧力射出ラム(24)を比例制御する。
【００６０】
適当な硬化時間の後、射出サイクルの第２行程は終了し、金型(72)を射出ノズル(22)から取り除く。その後、ＰＬＣ(114)により、適当な制御信号が入力バッファの入力部に供給され、制御回路(144)により、別の射出サイクルの準備のために、射出ラム(24)が後退する。
【００６１】
図６に示されるように、射出サイクルの第２行程が開始すると、射出ラム(24)の速度はほぼゼロ速度まで低下する。さらに、射出サイクルの第１行程では成形用流体材料の圧力が比較的低く、射出サイクルの第１行程の終了間際に急に速くなり、射出サイクルの第２行程が開始すると直ぐに最大圧力に達する。
【００６２】
また、サーボ制御回路(122)は、ＰＬＣ(114)が発生した制御信号に応答し、射出ラム(24)の制御を行なう。サーボ制御回路(122)は積分専用制御モードと比例専用制御モードを実行し、積分専用制御モードでは、射出サイクルの第１行程で射出ラム(24)の速度のみが制御され、比例専用制御モードでは、射出サイクルの第２行程で射出ラム(24)によって成形用流体材料(14)に及ぼす圧力のみが制御される。
【００６３】
射出サイクルの第１行程において、最初に、金型(72)が成形用流体材料(14)で一杯になると、サーボ制御回路(122)は、増幅器(208)から出力された実際圧力信号ではなく、実際の速度信号及び基準圧力信号に応答し、射出ラム(24)により、成形用流体材料(14)は、速度制御回路(150)から出力された実際の速度信号に関する速度で金型(72)の中へ射出される。射出サイクルの第２行程において、金型(72)が成形用流体材料(14)でほぼ一杯になると、サーボ制御回路(122)は、速度制御回路(150)から出力された実際の速度信号でなく、増幅器(208)から出力された実際圧力信号及び基準速度信号に応答し、射出ラム(24)により、成形用流体材料(14)の圧力は、増幅器(208)から出力された実際圧力信号に関する圧力に維持される。
【００６４】
本発明について、望ましい実施例を参照して説明したが、詳細な説明を読み、理解することにより、自明な変形をなし得るであろう。本発明は、特許請求の範囲又はその均等の範囲内におけるそれら変形を含むものと解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】射出成形装置の略断面図である。
【図２ａ】射出サイクルの一工程について、図１に示す射出成形装置の断面を模式的に示す図である。
【図２ｂ】射出サイクルの一工程について、図１に示す射出成形装置の断面を模式的に示す図である。
【図２ｃ】射出サイクルの一工程について、図１に示す射出成形装置の断面を模式的に示す図である。
【図２ｄ】射出サイクルの一工程について、図１に示す射出成形装置の断面を模式的に示す図である。
【図３】図１に示す射出成形装置の制御システムのブロック図である。
【図４】図３に示すインターフェース回路の概略図である。
【図５ａ】図３に示すサーボ制御回路の一部分の概略図である。
【図５ｂ】図３に示すサーボ制御回路の一部分の概略図である。
【図５ｃ】図３に示すサーボ制御回路の一部分の概略図である。
【図５ｄ】図３に示すサーボ制御回路の一部分の概略図である。
【図６】射出サイクルにおける成形用流体材料の圧力、射出ラム位置及び射出ラム速度を示すグラフである。
【図２ａ】
2004538181.tif 000003
【図２ｂ】
2004538181.tif 000004
【図２ｃ】
2004538181.tif 000005
【図２ｄ】
2004538181.tif 000006
【図３】
2004538181.tif 000007
【図４】
2004538181.tif 000008
【図５ａ】
2004538181.tif 000009
【図５ｂ】
2004538181.tif 000010
【図５ｃ】
2004538181.tif 000011
【図５ｄ】
2004538181.tif 000012
【図６】
2004538181.tif 000013
【国際公開パンフレット】
2004538181.tif 000014
2004538181.tif 000015
2004538181.tif 000016
2004538181.tif 000017
2004538181.tif 000018
2004538181.tif 000019
2004538181.tif 000020
2004538181.tif 000021
2004538181.tif 000022
2004538181.tif 000023
2004538181.tif 000024
2004538181.tif 000025
2004538181.tif 000026
2004538181.tif 000027
2004538181.tif 000028
2004538181.tif 000029
2004538181.tif 000030
2004538181.tif 000031
2004538181.tif 000032
2004538181.tif 000033
2004538181.tif 000034
2004538181.tif 000035
2004538181.tif 000036
2004538181.tif 000037
2004538181.tif 000038
2004538181.tif 000039
2004538181.tif 000040
2004538181.tif 000041
2004538181.tif 000042
2004538181.tif 000043
2004538181.tif 000044
2004538181.tif 000045
2004538181.tif 000046
2004538181.tif 000047
2004538181.tif 000048
2004538181.tif 000049
2004538181.tif 000050
【国際調査報告】
2004538181.tif 000051
2004538181.tif 000052
2004538181.tif 000053