(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダー内に移動可能なスクリューを有する射出成形機と、
上記スクリューに加える圧力指令値を発生する圧力指令手段と、
上記スクリューに加わる圧力を検出する圧力検出手段と、
上記圧力指令手段の圧力指令値と上記圧力検出手段の圧力検出値との偏差を求める圧力偏差手段と、
上記圧力検出手段の圧力検出値をアドレス情報とし、該アドレスに対応すると共に、上記シリンダー内の圧力検出値と上記シリンダー内の容積との比にゲイン基準値を掛けて得られる値が一定となるようなゲイン基準値を記憶した記憶手段と、
この記憶手段から読み出された上記ゲイン基準値と上記圧力偏差手段の偏差値とを乗算させる乗算手段と、
この乗算手段の出力を増幅する増幅手段と、
この増幅手段の出力値に基づいて駆動されると共に、上記スクリューを移動させるサーボモータと、を備えたことを特徴とする電動射出成形機。
【請求項２】
シリンダー内に移動可能なスクリューを有する射出成形機と、
上記スクリューに加える圧力指令値を発生する圧力指令手段と、
上記スクリューに加わる圧力を検出する圧力検出手段と、
上記圧力指令手段の圧力指令値と上記圧力検出手段の圧力検出値との偏差を求める圧力偏差手段と、
この圧力偏差手段の偏差値を所定の増幅率値で増幅する圧力増幅手段と、
上記圧力増幅手段の増幅率値を、上記シリンダー内の圧力検出値と上記シリンダー内の容積との比に該増幅率値を掛けて得られる値が一定となるような増幅率値に変更する増幅率変更手段と、
上記圧力増幅手段の出力値に基づいて駆動されると共に、上記スクリューを移動させるサーボモータと、を備えたことを特徴とする電動射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、金型内に溶解樹脂を射出して成形品を得る電動射出成形機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動射出成形機を日本国特開平４−３３４４３０号公報に示された図３によって説明する。
図３において、金型１内に樹脂３を流し込んで所定の形状の対象物を得る電動射出成形機は、シリンダー５内にスクリュー７を有する射出成形機１０と、シリンダー５内の圧力をスクリュー７にかかる圧力によって検出する圧力検出器１２と、スクリュー７に連結固定されたサーボモータ１４と、サーボモータ１４の回転角度から位置、速度を検出する位置・速度検出器１６と、サーボモータ１４に流れる電流を検出する電流検出器１８と、圧力検出器１２、位置・速度検出器１６、電流検出器１８の各検出値及び指令値によりサーボモータ１４を駆動制御する制御部２０とを備えている。
【０００３】
制御部２０は、スクリュー７の圧力指令ｐｒと圧力検出器１２の圧力検出値ｐａとの圧力偏差を求める圧力減算器２２と、該圧力偏差値に保圧制御ゲインを乗じて速度指令Ｎｒを得る圧力増幅器２４と、速度指令Ｎｒと速度検出値Ｎａとの速度偏差を求める速度減算器２６と、該速度偏差値に速度制御ゲインを乗じて電流指令Ｉｒを得る速度増幅器２８と、電流指令Ｉｒと電流検出値Ｉａとの電流偏差を求める電流減算器３０と、該電流偏差に電流制御ゲインを乗じて電力指令Ｗｒを得る電流増幅器３２とを備えている。
【０００４】
上記のように構成された電動射出成形機の動作を図３によって説明する。
まず、金型１内に溶解樹脂３を射出する射出モードが完了して、金型１内の圧力を所定値に保つ保圧モードに移行したとする。
かかる保圧モードでは、金型１内の圧力指令Ｐｒ及びスクリュー７の位置指令（図示せず）を入力し、圧力減算器２２は圧力指令Ｐｒと圧力検出器１２からの圧力検出値Ｐａとの圧力偏差を求め、圧力増幅器２４は該圧力偏差値に保圧制御ゲインを乗じて速度指令Ｎｒとして速度減算器２６に印加する。
【０００５】
速度減算器２６は速度指令Ｎｒと位置・速度検出器１６の速度検出値Ｎａとの速度偏差を求め、速度増幅器２８は、該速度偏差値に速度制御ゲインを乗じて電流指令Ｉｒを得る。電流減算器３０は電流指令Ｉｒと電流検出器１８の電流検出値Ｉａとの電流偏差を求め、電流増幅器３２は、該電流偏差値に電流制御ゲインを乗じて電力指令Ｗｒを得てサーボモータ１４を駆動してスクリュー７の軸に加わる庄力が指令値になるまで、スクリュー７を前進して圧力を所定値に制御し、シリンダー５内に原料を供給する背圧モードに移行する。
【０００６】
一方、制御対象となる射出成形機１０の入力は、サーボモータ１４の回転量（速度Ｎの積分値）となり、該回転量がスクリュー７の移動量Ｌｓでシリンダー５内におけるスクリュー７の移動部分の容積Ｖｓに比例する。
一方、射出成形機の出力がシリンダー５内の圧力ｐで表現できるので、射出成形機１０の伝達関数Ｇａは下式となる。
Ｇａ＝ｐ／Ｖｓ・・・・・（１）
ここに、Ｖｓ：シリンダー５の容積（ｍ3）
ｐ：シリンダー５内の圧力（Ｋｇ／ｍ3）
【０００７】
よって、電動射出成形機における制御系の全体のブロック線図は図４（ａ）に示すようになり、図４（ａ）において、
Ｇｐ：保圧制御ゲイン、ＧN：速度制御ゲイン、Ｇi：電流制御ゲイン
Ｈi：電流フィードバックゲイン，ＨN：速度フィードバックゲイン
Ｈｐ：圧力フィードバックゲイン，Ｋt，Ｋ1：定数
Ｊ：サーボモータ１２の慣性モーメント（ｋｇ／ｍ2）
Ａ：シリンダー５内の断面積（ｍ2），Ｓ：ラプラス演算子
ω：サーボモータ１２の回転角速度（ｒａｄ／ｓ），Ｖｓ，ｐ：前掲
を示しており、点線内の伝達関数Ｇ0は、速度フィードバックゲインＨNが点線内のゲインＧ1よりも充分に大きいので１／ＨNとみなせ、図４（ａ）のブロック線図は、図４（ｂ）のように簡略できる。
【０００８】
この図４（ｂ）において、圧力指令ｐｒから圧力フィードバックｐにおける一巡伝達関数Ｇｓは、圧力フィードバックゲインＨｐを１とすると、下式となる。
Ｇｓ＝ｐ／ｐｒ＝（Ｇｐ／ＨN）×（Ｋｃ／ｓ）×（ｐ／Ｖｓ）・・（２）
ここに、Ｋｃ：定数、Ｓ：ラプラス演算子
ここで、電動射出成形機は保圧モードにおいて、上記（２）式のｐ／Ｖｓを一定として制御している。
【０００９】
しかしながら、該ｐ／Ｖｓは図５に示すようにシリンダー５内の圧力と容積との関係曲線となるので、一定ではない。
図５の該関係曲線は以下のように求められる。すなわち、シリンダー５内の樹脂３が圧縮により温度一定、エントロピー一定の条件で変化するという理想の状態を想定し、樹脂３の圧力はシリンダー５内で全て均一であると仮定する。
【００１０】
かかる仮定により、シリンダー５内の樹脂３の圧縮率χが一定とみなすことができるので、下式が成立する。
χ＝−（１／Ｖｓ）×（ｄＶｓ／ｄｐ）・・・・・・（３）
ここに、Ｖｓ：シリンダー５内の容積（ｍ3）
ｐ：シリンダー５内の圧力（Ｋｇ／ｍ3）
前記（３）式より、シリンダー内の容積Ｖｓは下式となる。
Ｖｓ＝ＶＳ０×ε−ｐχ・・・・・・・（４）
ここに、ＶＳ０：容積の初期値（ｍ3）
（４）式は、図５に示すようにシリンダー５内の圧力と容積との関係曲線となるのである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、シリンダー５内の圧力を制御すためにシリンダー５内の容積（スクリュー７の移動量Ｌｓ）に基づいて圧力を制御すると図５に示すように該容積と圧力との関係が非線型のために、下記のような問題点があった。
【００１２】
保圧モードにおいて、図５に示すように圧力偏差に乗じられる一定値の保圧制御ゲインは、シリンダー５内が低い圧力値Ｐ1とすると、シリンダー５内の容積Ｖ1が大きく、Ｐ1／Ｖ1が小さな値となり、図４（ｂ）における一巡伝達関数を一定値にしようとすると、圧力増幅器２４の保圧制御ゲインの設定値が大きくなる。
このようにして設定した保圧制御ゲイン値にて、シリンダー５の圧力値を高くして例えば圧力Ｐ2でシリンダー５の容積がＶ2のように低下するので、Ｐ2／Ｖ2が大きくなり、該圧力Ｐ2において、圧力指令ｐｒに対してスクリュー７の圧力値がオーバーシュートしていた。
かと言って、シリンダー５内の圧力が高い状態で、保圧制御ゲインの値を設定すると、シリンダー５内の圧力が低い場合には、圧力指令ｐｒに対しての応答が遅くなるという問題点があった。
【００１３】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、圧力指令に基づいて円滑に制御可能な電動射出成形機を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動射出成形機は、シリンダー内に移動可能なスクリューを有する射出成形機と、上記スクリューに加える圧力指令値を発生する圧力指令手段と、上記スクリューに加わる圧力を検出する圧力検出手段と、上記圧力指令手段の圧力指令値と上記圧力検出手段の圧力検出値との偏差を求める圧力偏差手段と、上記圧力検出手段の圧力検出値をアドレス情報とし、該アドレスに対応すると共に、上記シリンダー内の圧力検出値と上記シリンダー内の容積との比にゲイン基準値を掛けて得られる値が一定となるようなゲイン基準値を記憶した記憶手段と、この記憶手段から読み出された上記ゲイン基準値と上記圧力偏差手段の偏差値とを乗算させる乗算手段と、この乗算手段の出力を増幅する増幅手段と、この増幅手段の出力値に基づいて駆動されると共に、上記スクリューを移動させるサーボモータと、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
次の発明に係る電動射出成形機は、シリンダー内に移動可能なスクリューを有する射出成形機と、上記スクリューに加える圧力指令値を発生する圧力指令手段と、上記スクリューに加わる圧力を検出する圧力検出手段と、上記圧力指令手段の圧力指令値と上記圧力検出手段の圧力検出値との偏差を求める圧力偏差手段と、この圧力偏差手段の偏差値を所定の増幅率値で増幅する圧力増幅手段と、上記圧力増幅手段の増幅率値を、上記シリンダー内の圧力検出値と上記シリンダー内の容積との比に該増幅率値を掛けて得られる値が一定となるような増幅率値に変更する増幅率変更手段と、上記圧力増幅手段の出力値に基づいて駆動されると共に、上記スクリューを移動させるサーボモータと、を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態を図１によって説明する。図１は、この発明の一実施の形態を示す電動射出成形機のブロック図である。図１中、図３と同一符号は同一又は相当部分を示し説明を省略する。
図１において、電動射出成形機は圧力検出器１２、位置・速度検出器１６、電流検出器１８の各検出値及び指令値によりサーボモータ１４を駆動制御する制御部２００を備えている。
【００１７】
圧力増幅器２０１は、圧力減算器２２の偏差値を圧力制御ゲインとしての増幅率で増幅する圧力増幅手段としての機能を有すると共に、圧力検出器１２の圧力値Ｐａに基づいて圧力制御ゲインを変更する増幅率変更手段でもある。
圧力増幅器２０１は、圧力検出器１２のアナログ信号の圧力検出値Ｐaをデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２０２と、このＡ／Ｄ変換器２０２の出力信号によって取り出させると共に、該出力信号値に対応してゲインの基準値を取り出す圧力用ＲＯＭ２０３と、圧力用ＲＯＭ２０３におけるデジタルの出力信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２０７と、このＤ／Ａ変換器２０７の出力値（ゲイン値）Ｐbと圧力減算器２２の偏差値Ｐeとの乗算値、すなわち、該偏差値Ｐeが一定であれば、該出力値Ｐbに比例した値を出力する乗算器２２６と、この乗算器２２６の出力を増幅すると共に、速度指令Ｎrを得る増幅器２２８とを備えている。
【００１８】
圧力用ＲＯＭ２０３の作成にあたり、まず、金型１内に溶融樹脂３を射出した後、制御部２００はサーボモータ１４を駆動してスクリュー７を金型１に向かって前進し、位置・速度検出器１６がスクリュー７の移動位置を検出して、該移動位置と予め関係付けられたシリンダー５内の容積を求めると共に、圧力検出器１２の圧力値を測定して図２に示すシリンダー５内の圧力と容積と関係曲線Ａを得る。
【００１９】
図２における該関係曲線Ａから、下式が成立する保圧制御ゲインＧｐを示すゲイン曲線Ｂを求める。
Ｇｐ×（ｐ／Ｖｓ）＝一定・・・・・・（５）
ここに、Ｇｐ：保圧制御ゲイン
ｐ／Ｖｓ：シリンダー内の圧力に関する伝達関数［前掲（１）式］
かかるゲイン曲線Ｂに基づいて、圧力増幅器２２８の増幅率を考慮して圧力用ＲＯＭ２０３の記憶情報を作成する。すなわち、圧力用ＲＯＭ２０３は、アドレス入力を圧力検出器１２によって検出された圧力値（デジタル）に対応してゲイン曲線Ｂによって定まるゲイン基準値が記憶されており、アドレス入力に対応してゲイン基準値（デジタル）が出力されるように形成されている。
【００２０】
これにより圧力増幅器２０１は、圧力検出器１２からのアナログ値である圧力値をデジタル値にＡ／Ｄ変換器２０２で変換して圧力用ＲＯＭ２０３の入力として圧力用ＲＯＭ２０３の出力をＤ／Ａ変換器２０７によりデジタル値からアナログ変換して保圧制御ゲインを圧力値に応じて変更することにより射出成形機の一巡伝達関数Ｇｓをほぼ一定に制御するものである。
【００２１】
次に、上記のように構成された電動射出成形機の動作について図１及び図２によって説明する。まず、金型１内に溶解樹脂３を射出する射出モードが完了して、金型１内の圧力を所定値に保つ保圧モードに移行したとする。
保圧モードでは、シリンダー５内の目標圧力を指示する圧力指令Ｐｒ及び外部からスクリュー７の最終目標位置を指示する位置指令（図示せず）を入力する。
【００２２】
圧力減算器２２は圧力指令Ｐｒと圧力検出器１２からの圧力検出値Ｐａとの偏差Ｐｅを求め、Ａ／Ｄ変換器２０２は、圧力検出値Ｐａをアナログ値からデジタル値に変換して、圧力用ＲＯＭ２０３は、圧力検出値Ｐａをアドレス入力として与え、該アドレスに対応する図２のゲイン曲線Ｂに示されるデジタル値であるゲイン基準値としての保圧制御ゲインを読み出し、Ｄ／Ａ変換器２０７はデジタル値からアナログ値に変換してゲイン指令Ｐｂを得る。
【００２３】
乗算器２２６は、該ゲイン指令Ｐｂと、圧力減算器２２の偏差値Ｐｅとを乗算して乗算値を得て、増幅器２２８は該乗算値を増幅して速度指令Ｎｒとし、速度減算器２６は、該速度指令Ｎｒと位置・速度検出器１４によりサーボモータ１２の速度検出値との偏差を求め、速度増幅器２２８は、設定された速度制御ゲイン値を速度減算器２６の偏差値に乗じて電流指令Ｉｒとしてサーボモータ１４を駆動する。
【００２４】
このようにして、射出成形機の一巡伝達関数Ｇｓをほぼ一定に制御するので、シリンダー５内の圧力を滑らかに制御できるものである。
なお、圧力増幅器２０１のゲインを変更するのに、圧力検出器１２からの圧力検出値Ｐａに基づいて変化させたが、圧力指令Ｐｒに基づいて変化させても良い。
【００２５】
かかる構成によれば、スクリュー７の圧力制御の応答性が向上できるものである。
また、前記実施の形態では圧力増幅器２０１のゲインの変更は保圧モードについて説明したが、圧力を制御するモードならば適用できるので、射出モードにも適用できることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
この発明によれば、シリンダー内に移動可能なスクリューを有する射出成形機と、上記スクリューに加える圧力指令値を発生する圧力指令手段と、上記スクリューに加わる圧力を検出する圧力検出手段と、上記圧力指令手段の圧力指令値と上記圧力検出手段の圧力検出値との偏差を求める圧力偏差手段と、上記圧力検出手段の圧力検出値をアドレス情報とし、該アドレスに対応すると共に、上記シリンダー内の圧力検出値と上記シリンダー内の容積との比にゲイン基準値を掛けて得られる値が一定となるようなゲイン基準値を記憶した記憶手段と、この記憶手段から読み出された上記ゲイン基準値と上記圧力偏差手段の偏差値とを乗算させる乗算手段と、この乗算手段の出力を増幅する増幅手段と、この増幅手段の出力値に基づいて駆動されると共に、上記スクリューを移動させるサーボモータとを備えたので、電動射出成形機においてシリンダー内の圧力を円滑に制御できるという効果がある。
【００２７】
次の発明によれば、シリンダー内に移動可能なスクリューを有する射出成形機と、上記スクリューに加える圧力指令値を発生する圧力指令手段と、上記スクリューに加わる圧力を検出する圧力検出手段と、上記圧力指令手段の圧力指令値と上記圧力検出手段の圧力検出値との偏差を求める圧力偏差手段と、この圧力偏差手段の偏差値を所定の増幅率値で増幅する圧力増幅手段と、上記圧力増幅手段の増幅率値を、上記シリンダー内の圧力検出値と上記シリンダー内の容積との比に該増幅率値を掛けて得られる値が一定となるような増幅率値に変更する増幅率変更手段と、上記圧力増幅手段の出力値に基づいて駆動されると共に、上記スクリューを移動させるサーボモータとを備えたので、電動射出成形機においてシリンダー内の圧力を円滑に制御できるという効果がある。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施の形態を示す電動射出成形機の全体ブロック線図である。
【図２】  図１に示す電動射出成形機のシリンダー内の容積と圧力との関係を示す特性曲線、保圧制御ゲインとシリンダー内の圧力との特性曲線である。
【図３】  従来の電動射出成形機による全体のブロック図である。
【図４】  図３に示す電動射出成形機における制御系のブロック線図である。
【図５】  図３に示す電動射出成形機のシリンダー内の容積と圧力との関係を示す特性曲線である。
【符号の説明】
【００２９】
１  金型、３  溶融樹脂、５  シリンダー、７  スクリュー、１０  射出成形機、
１２  圧力検出器、１４  サーボモータ、１６  位置・速度検出器、１８  電流検出器、
２２  圧力減算器、２６  速度減算器、２８  速度増幅器、２００  制御部、
２０１  圧力増幅器、２０２  Ａ／Ｄ変換器、２０３  圧力用ＲＯＭ、
２０７  Ｄ／Ａ変換器、２２６  乗算器、２２８  増幅器
【図１】
0003920642.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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