(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形材料の成形型への射出を電動モータの駆動力によって行う電動式射出機構部と、
射出速度が所定の成形条件に基づく射出速度指令に追従するように前記射出用モータを駆動制御するサーボ制御手段と、
前記電動式射出機構部を前記成形条件にしたがって駆動制御した際の射出圧力に対する射出速度の変動特性が、成形材料の成形型への射出を油圧駆動系によって行う油圧式射出機構部における射出圧力に対する射出速度の変動特性に近似するように、前記油圧駆動系の特性に基づいて前記射出速度指令を補正する補正手段と
を有する電動式射出成形機。
【請求項２】
射出圧力を検出する射出圧力検出手段をさらに有し、
前記補正手段は、検出した射出圧力に基づいて、前記射出速度指令を補正する請求項１に記載の電動式射出成形機。
【請求項３】
前記補正手段は、検出された射出圧力および／またはその単位時間当たりの変動量に対して前記油圧駆動系の特性から推定される射出速度の減速値を算出する減速値算出部と、
算出した射出速度の減速値によって前記射出速度指令を補正する指令補正部とを有する請求項２に記載の電動式射出成形機。
【請求項４】
前記減速値算出部は、前記油圧駆動系の射出圧力に対する射出速度の変動特性を規定する要素毎に用意された射出速度の減速値を定量化する減速値算出式によって前記射出速度の減速値を算出し、
前記指令補正部は、算出された前記要素毎の減速値によって前記射出速度指令を補正する
請求項３に記載の電動式射出成形機。
【請求項５】
成形材料の成形型への射出を電動モータの駆動力によって行う電動式射出機構部と、射出速度が所定の成形条件に基づく射出速度指令に追従するように前記射出用モータを駆動制御するサーボ制御手段とを備える電動式射出成形機の射出制御方法であって、
前記電動式射出機構部を前記成形条件にしたがって駆動制御した際の射出圧力に対する射出速度の変動特性が、成形材料の成形型への射出を油圧駆動系によって行う油圧式射出機構部における射出圧力に対する射出速度の変動特性に近似するように、前記油圧駆動系の特性に基づいて前記射出速度指令を補正することを特徴とする
電動式射出成形機の射出制御方法。
【請求項６】
射出圧力を検出し、検出した射出圧力に基づいて、前記射出速度指令を補正する
請求項５に記載の電動式射出成形機の射出制御方法。
【請求項７】
検出された射出圧力および／またはその単位時間当たりの変動量に対して前記油圧駆動系の特性から推定される射出速度の減速値を算出し、算出した射出速度の減速値によって前記射出速度指令を補正する
請求項６に記載の電動式射出成形機の射出制御方法。
【請求項８】
前記油圧駆動系の射出圧力に対する射出速度の変動特性特性を規定する要素毎に用意された射出速度の減速値を定量化する減速値算出式によって前記射出速度の減速値を算出し、算出された前記要素毎の減速値によって前記射出速度指令を補正する
請求項７に記載の電動式射出成形機の射出制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式射出成形機およびその射出制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
サーボモータの駆動力によって成形材料の射出を行う電動式射出成形機の射出制御は、サーボモータが制御指令に対して精度よく追従するため、射出速度や射出圧力を応答性良く制御でき、安定した成形精度の維持が可能である等の特徴を有する。
一方、油圧によって成形材料の射出を行う油圧式射出成形機では、油圧作動油の油温の変化が機械の動作特性に影響を与えるため安定した成形精度の維持が難しく、また、作動油の粘弾性（圧縮性）や油圧機器の特性が無視できる大きさではなく、制御指令と実際の射出速度や射出圧力との間に非線形を生じ、制御性が悪い等の問題点がある。
このような背景から、油圧式射出成形機から電動式射出成形機への移行が進んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、同様の成形品を成形するのに、油圧式射出成形機から電動式射出成形機へ移行させるには種々の問題がある。
たとえば、油圧式射出成形機に対して設定した良好な成形品質の得られる成形条件（射出速度パターン）を電動式射出成形機に対してそのまま与えても、同様な品質が得られるとは限らない。これは、油圧式射出成形機と電動式射出成形機とでは、指令に対する実際の射出速度や射出圧力の応答特性が異なるからである。このため、油圧式射出成形機に対して設定した成形条件（射出速度パターン）をそのまま電動式射出成形機に移植することは困難であり、油圧式射出成形機において蓄積した成形条件を電動式射出成形機において有効に利用することが難しかった。
また、油圧式射出成形機で設定した成形条件（射出速度パターン）を電動式射出成形機で使用し、たとえば、複数のキャビティをもつ金型を用いて射出成形すると、複数の成形品間の重量のばらつきが大きくなるという問題がある。
油圧式射出成形機では、作動油の圧縮性やリリーフバルブ、油圧ポンプ等の油圧機器の特性により成形材料が金型のゲートを通過した際の射出圧力の上昇に対して射出速度が減速するため、射出速度および射出圧力を緻密に制御しなくても成形材料が複数のゲートを比較的バランス良く通過しやすく、複数の成形品間の重量のばらつきが比較的小さい。
一方、電動式射出成形機では、射出速度が指令に追従するように制御する射出速度制御中において成形材料が金型のゲートを通過した際の射出圧力の上昇に対して射出速度が減速しないため、成形材料の多くは金型内で一番流れ易い経路に向かいキャビティ間の充填量がばらつく。電動式射出成形機において複数の成形品間で重量のばらつきを小さくする成形条件（射出速度パターン）を設定することは可能であるが、このような成形条件を決定するのは非常に難しく、また、成形条件を細かに設定して射出速度を緻密に制御する必要があり、成形条件の設定に時間および労力を要する。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、油圧式射出成形機における成形条件を電動式射出成形機にそのまま移植しても、成形品の品質を維持できる電動式射出成形機およびその射出制御方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、複数のキャビティをもつ金型における各キャビティで成形された成形品の重量のばらつきを抑制できる電動式射出成形機およびその射出制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動式射出成形機は、成形材料の成形型への射出を電動モータの駆動力によって行う電動式射出機構部と、射出速度が所定の成形条件に基づく射出速度指令に追従するように前記射出用モータを駆動制御するサーボ制御手段と、前記電動式射出機構部を前記成形条件にしたがって駆動制御した際の射出圧力に対する射出速度の変動特性が、成形材料の成形型への射出を油圧駆動系によって行う油圧式射出機構部における射出圧力に対する射出速度の変動特性に近似するように、前記油圧駆動系の特性に基づいて前記射出速度指令を補正する補正手段とを有する。
【０００６】
本発明の電動式射出成形機は、好適には、射出圧力を検出する射出圧力検出手段をさらに有し、前記補正手段は、検出した射出圧力に基づいて、前記射出速度指令を補正する。
【０００７】
前記補正手段は、検出された射出圧力および／またはその単位時間当たりの変動量に対して前記油圧駆動系の特性から推定される射出速度の減速値を算出する減速値算出部と、算出した射出速度の減速値によって前記射出速度指令を補正する指令補正部とを有する。
【０００８】
前記減速値算出部は、前記油圧駆動系の射出圧力に対する射出速度の変動特性を規定する要素毎に用意された射出速度の減速値を定量化する減速値算出式によって前記射出速度の減速値を算出し、前記指令補正部は、算出された前記要素毎の減速値によって前記射出速度指令を補正する。
【０００９】
本発明の電動式射出成形機の射出制御方法は、成形材料の成形型への射出を電動モータの駆動力によって行う電動式射出機構部と、射出速度が所定の成形条件に基づく射出速度指令に追従するように前記射出用モータを駆動制御するサーボ制御手段とを備える電動式射出成形御機の射出制御方法であって、前記電動式射出機構部を前記成形条件にしたがって駆動制御した際の射出圧力に対する射出速度の変動特性が、成形材料の成形型への射出を油圧駆動系によって行う油圧式射出機構部における射出圧力に対する射出速度の変動特性に近似するように、前記油圧駆動系の特性に基づいて前記射出速度指令を補正することを特徴とする。
【００１０】
本発明の電動式射出成形機の射出制御方法は、好適には、射出圧力を検出し、検出した射出圧力に基づいて、前記射出速度指令を補正する。
【００１１】
本発明の電動式射出成形機の射出制御方法は、さらに好適には、検出された射出圧力および／またはその単位時間当たりの変動量に対して前記油圧駆動系の特性から推定される射出速度の減速値を算出し、算出した射出速度の減速値によって前記射出速度指令を補正する。
【００１２】
本発明の電動式射出成形機の射出制御方法は、前記油圧駆動系の射出圧力に対する射出速度の変動特性特性を規定する要素毎に用意された射出速度の減速値を定量化する減速値算出式によって前記射出速度の減速値を算出し、算出された前記要素毎の減速値によって前記射出速度指令を補正する。
【００１３】
本発明は、電動式射出成形機における射出圧力に対する射出速度の変動特性が、油圧式射出成形機における射出圧力に対する射出速度の変動特性に近似するように、油圧駆動系の特性に基づいて射出速度指令を補正する。このため、本発明の電動式射出成形機を油圧式射出成形機に対する成形条件で駆動制御した場合に、射出圧力に対する射出速度の変動特性が油圧駆動系の特性に近似する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用される電動式射出成形機の電動式射出機構部の一例を示す構成図である。
図１において、電動式射出機構部１は、先端に射出ノズル３を備えた射出シリンダ２と、この射出シリンダ２内に移動自在に内蔵された射出スクリュー４と、射出ノズル３内に成形材料を供給するホッパ５と、射出スクリュー４を回転駆動する可塑化用モータ９と、射出スクリュー４を直動させる射出用モータ１５とを備える。
【００１５】
射出シリンダ２は、ホッパ５から供給される、たとえば、ゴム材料や樹脂材料からなる成形材料Ｍを加熱溶融させるための図示しない加熱手段を備えている。射出シリンダ２の先端に設けられた射出ノズル３は、加熱溶融された成形材料Ｍを射出スクリュー４の直動に応じて図示しない成形型に射出する。
【００１６】
射出スクリュー４の後端部には、プーリ６が固定されており、このプーリ６は可塑化用モータ９の回転軸９ａに固定されたプーリ７とタイミングベルト８によって連結されている。したがって、可塑化用モータ９の回転は、タイミングベルト８によって射出スクリュー４に伝達され、射出スクリュー４が回転する。
射出スクリュー４が回転すると、射出シリンダ２に供給され加熱溶融した成形材料Ｍは、図示しない逆流防止弁を通って射出シリンダ２の射出ノズル３側に蓄積される。この蓄積によって、射出スクリュー４は後退する。
可塑化用モータ９には、たとえば、光学式のロータリエンコーダからなる回転位置検出器１０が設けられており、回転位置検出器１０の検出信号は制御装置３１に入力される。
【００１７】
射出スクリュー４の後側には、プレッシャープレート１１が射出スクリュー４の軸方向に沿って移動可能に設けられており、このプレッシャープレート１１にボールねじ軸２０が螺合している。ボールねじ軸２０は、後端部にプーリ１２が固定されており、このプーリ１２は、射出用モータ１５の回転軸１５ａに固定されたプーリ１３とタイミングベルト１４によって連結されている。
射出用モータ１５の回転は、タイミングベルト１４によってボールねじ軸２０に伝達され、ボールねじ軸２０の回転によってプレッシャープレート１１が直動する。プレッシャープレート１１が射出シリンダ２側に移動すると、プレッシャープレート１１は射出スクリュー４が射出ノズル３側に移動するように押圧する。射出スクリュー４の移動により、射出ノズル３から成形材料が射出される。
【００１８】
射出用モータ１５には、たとえば、光学式のロータリエンコーダからなる回転位置検出器１６が設けられており、回転位置検出器１６の検出信号は制御装置３１に入力される。なお、回転位置検出器１６の検出位置から、射出スクリュー４の位置および射出速度を算出することができる。
【００１９】
プレッシャープレート１１とボールねじ軸２０との間には、プレッシャープレート１１に作用する押圧力を検出する、たとえば、ロードセルからなる圧力検出器２１が設けられている。圧力検出器２１の検出信号は、制御装置３１に入力される。
なお、圧力検出器２１の検出した圧力から、射出スクリュー４の射出圧力を算出することができる。
【００２０】
制御装置３１は、本発明のサーボ制御手段の一実施態様である。回転位置検出器１０、１６が検出した位置情報や圧力検出器２１の検出した圧力等に基づいて、射出機構部１や図示しない型締装置を閉ループ制御する。制御装置３１は、特に、射出用モータ１５を射出速度指令に追従するようにサーボ制御する。なお、制御装置３１の具体的構成については後述する。
【００２１】
上記構成の電動式射出機構部１では、成形材料Ｍを射出シリンダ２に供給し、これを加熱溶融しながら射出スクリュー４を回転させて所定量の成形材料Ｍを射出シリンダ２の先端部に蓄積したのち、射出スクリュー４を設定された射出速度パターンにしたがって前進させ、射出ノズル３から成形材料Ｍの射出を行う。
【００２２】
図２は、油圧式射出成形機の油圧式射出機構部の概略構成の一例を示す図である。
図２において、油圧式射出機構部１０１は、射出シリンダ１０２と、この射出シリンダ１０２に移動自在に内蔵された射出スクリュー１０４と、この射出スクリュー１０４を直動させる油圧シリンダ１０５と、この油圧シリンダ１０５に作動油を供給する油圧回路部１１０とを備えている。
なお、図２において図示しないが、油圧式射出機構部１０１は成形材料を供給するホッパや射出スクリュー１０４を回転させる回転駆動源を備えている。
【００２３】
油圧シリンダ１０５は、ピストン１０６を内蔵しており、このピストン１０６に連結されたピストンロッド１０７が射出スクリュー１０４と連結されている。したがって、ピストンロッド１０７の伸縮によって射出スクリュー１０４は射出シリンダ１０２内を移動する。
【００２４】
油圧回路部１１０は、油圧ポンプ１１１と、この油圧ポンプ１１１と管路１１４によって接続されたサーボ弁１１３と、このサーボ弁１１３と油圧ポンプ１１１との間の管路１１４に設けられたリリーフ弁１１２とを有する。
【００２５】
油圧ポンプ１１１は、設定された圧力の油圧をサーボ弁１１３に供給する。
サーボ弁１１３は、図示しない制御装置からの指令にしたがって、射出速度が指令に追従するように、油圧シリンダ１０５へ供給する作動油の流量をコントロールする。
リリーフ弁１１２は、管路１１４内の作動油の圧力が設定圧力以上になったときに、この作動油をタンクに逃がす役割を果たす。
【００２６】
上記構成の油圧式射出機構部１０１では、上述した電動式射出機構部１と同様に、成形材料Ｍを射出シリンダ１０２に供給し、これを加熱溶融しながら射出スクリュー１０４を回転させて所定量の成形材料Ｍを射出シリンダ１０２の先端部に蓄積したのち、射出スクリュー１０４を設定された射出速度パターンにしたがって前進させ、射出シリンダ１０２の先端から成形材料Ｍの射出を行う。
【００２７】
電動式射出機構部１と油圧式射出機構部１０１との射出特性の違いについて説明する。
図３は電動式射出機構部１によって成形材料Ｍを成形型に射出したときの射出速度および射出圧力の波形を示すグラフであり、図４は油圧式射出機構部１０１によって成形材料Ｍを成形型に射出したときの射出速度および射出圧力の波形を示すグラフである。なお、図３および図４における射出制御は、電動式射出機構部１および油圧式射出機構部１０１の双方に同じ射出速度指令Ｖｒを与えて射出速度を制御している。
【００２８】
図３に示すように、電動式射出機構部１では、射出速度Ｖが射出速度指令Ｖｒに正確に追従しており、実際の射出圧力Ｐが変動しても射出速度Ｖが変動しないことがわかる。
一方、図４に示すように、油圧式射出機構部１０１では、実際の射出速度Ｖは射出圧力Ｐの値が上昇する位置ＰａやＰｂの付近で減速するのがわかる。すなわち、油圧式射出機構部１０１では、射出圧力Ｐの値が上昇すると、射出速度Ｖは減速し、射出速度指令Ｖｒに追従しない。すなわち、油圧式射出機構部１０１では、射出圧力Ｐの値が上昇すると射出速度Ｖが減速するため、射出圧力Ｐおよび射出速度Ｖが急激に変動しにくい特性をもつ。このような特性は、精密成形においては不利となる反面、射出圧力Ｐおよび射出速度Ｖが急激に変化しないため、成形材料Ｍの流動に急激な変化が発生しにくく、成形品の品質を良好にしやすい。
【００２９】
ここで、上記の油圧式射出機構部１０１において発生する射出圧力Ｐの上昇に対して射出速度Ｖを減速させる要素について説明する。
油圧式射出機構部１０１において、射出圧力の上昇に対して射出速度を減速させる要素は、たとえば、作動油の圧縮性や、油圧ポンプの容積効率の変動、リリーフ弁１１２のオーバライド特性、サーボ弁１１３等での作動油の漏れなどの油圧機器の特性等が挙げられる。
【００３０】
たとえば、作動油は、射出圧力Ｐが上昇すると圧縮され、その圧縮量は射出圧力の変動量に比例する。射出圧力Ｐの上昇により作動油が圧縮されると、この作動油の圧縮量の分だけ油圧ポンプ１１１の吐出量が見かけ上減り、射出速度Ｖが減速する。
作動油の圧縮量をΔＶC 〔ｍｍ3 〕、作動油が存在する配管１１４および油圧シリンダ１０５の容積をＶ0 〔ｍｍ3 〕、射出圧力Ｐの変動量をΔＰ〔ＭＰａ〕、作動油の圧縮率をβ（７×１０-4〔１／ＭＰａ〕とすると、圧縮量ΔＶC は次式で表される。
【００３１】
【数１】
ΔＶC ＝Ｖ0 ×ΔＰ×β    …（１）
【００３２】
配管１１４の容積は一定であるが、油圧シリンダ１０５の容積は射出スクリュー１０４の位置により変化する。このため、配管１１４の容積と油圧シリンダ１０５の容積とを分けて考えると、配管１１４の容積をＶ1 とすると、配管１１４内での作動油の圧縮量ΔＶ1 は次式（２）で表される。
【００３３】
【数２】
ΔＶ1 ＝Ｖ1 ×ΔＰ×β    …（２）
【００３４】
油圧シリンダ１０５の容積をＶ2 、射出スクリュー１０４のストローク量をＳM 〔ｍｍ〕、射出スクリュー１０４の位置をＳP 〔ｍｍ〕とすると、油圧シリンダ１０５内での作動油の圧縮量ΔＶ2 は次式（３）で表される。
【００３５】
【数３】
ΔＶ2 ＝Ｖ2 ×ΔＰ×β×（ＳM −ＳP ）／ＳM     …（３）
【００３６】
したがって、作動油の総圧縮量ΔＶC は、次式（４）で表される。
【００３７】
【数４】
ΔＶC ＝ΔＶ1 ＋ΔＶ2   …（４）
【００３８】
この作動油の総圧縮量ΔＶC によって、減速する射出速度Ｖの減速値ＶS は、次式（５）によって定量化することができる。なお、Ａ1 は油圧シリンダ１０５の断面積である。
【００３９】
【数５】
ＶS ＝ΔＶC ／Ａ1 ×１０００  …（５）
【００４０】
このように、射出速度Ｖを減速させる要素のひとつとしての作動油の圧縮性の影響による射出速度Ｖの減速値ＶS を定量化することができる。
【００４１】
射出速度Ｖを減速させる他の要素として、リリーフ弁１１２のオーバライド特性が挙げられる。
リリーフ弁１１２のオーバライド特性とは、たとえば、図５に示すように、リリーフ弁１１２は回路圧力が設定圧力に到達する前に、作動油のタンクへの放出を開始する特性である。
このため、作動油の量は、リリーフ弁１１２が作動油のタンクへの放出を開始した時点から低下するため、射出速度Ｖも減速を始める。
このリリーフ弁１１２のオーバライド特性による射出速度Ｖの減速値も、図５に示したような関係から定量化が可能である。
【００４２】
射出速度Ｖを減速させるさらに他の要素として、油圧ポンプ１１１の容積効率の変化が挙げられる。
油圧ポンプ１１１の吐出流量は、たとえば、図６に示すように、油圧ポンプ１１１の吐出圧力が上昇すると減少する。これは、油圧ポンプ１１１の内部で油の漏れが発生するためである。これにより、射出速度Ｖは射出圧力Ｐが上がると低下することになる。
このような油圧ポンプ１１１の特性は、油圧ポンプ１１１の理論吐出流量（無付加時の吐出流量）と実際の吐出流量との比である容積効率ηによって規定される。
油圧ポンプ１１１の容積効率ηは、射出圧力Ｐの上昇に応じて変化する。
【００４３】
油圧ポンプ１１１の容積効率ηの変化による射出速度Ｖの減速値をＶ0 〔ｍｍ／ｓ〕、射出速度指令値をＶｒ〔ｍｍ／ｓ〕、最大射出圧力をＰM 〔ＭＰａ〕、最大射出圧力時の容積効率ηをηM とすると、減速値Ｖp は次式（６）で表すことができる。
【００４４】
【数６】
Ｖp ＝Ｖｒ×Ｐ／ＰM ×（１−ηM ）    …（６）
【００４５】
以上のように説明した要素以外にも、油圧式射出機構部１０１において、射出圧力の上昇に対して射出速度を減速させる要素は存在するが、これらの各要素の影響による射出速度Ｖの減速値の定量化は可能である。
【００４６】
図７は本発明の一実施形態に係る制御装置３１の機能ブロック図である。
図７において、制御装置３１は、射出速度パターン入力部３２と、射出速度指令生成部３３と、射出速度指令データ記憶部３４と、減速値算出部３５と、指令補正部３６と、射出制御部３７と、サーボドライバ３８と、変動量算出部３９と、射出圧力算出部４０と、パラメータ記憶部４１と、射出速度算出部４２と、スクリュー位置換算部４３と、計量制御部４４と、サーボドライバ４５とを有する。
なお、減速値算出部３５は本発明の減速値算出部の一実施態様であり、指令補正部３６は本発明の指令補正部の一実施態様である。
【００４７】
射出速度パターン入力部３２は、射出スクリュー４のストローク位置に応じた射出速度パターンを設定する。
射出速度パターン入力部３２で設定される射出速度パターンは、たとえば、図９に示すようなものであって、射出成形機のユーザ側のオペレータが簡単な操作設定（多くても十数点の設定）により、操作画面上で適宜入力できるように構成されている。
図９に示す射出速度パターンは、射出スクリュー４のストローク位置Ｓ１〜Ｓ６の間で射出速度がそれぞれＶ１〜Ｖ５に設定されている。
射出速度パターンは、射出成形する成形品の形状、成形材料の種類等の種々の条件に応じて最適なものが存在し、通常は、ある程度の試行錯誤によって、最適な射出速度パターンを見つけ出す必要があり、射出成形機のユーザ側のオペレータの熟練に負うところが大きい。
【００４８】
図９に示した射出速度パターンは、射出速度の実際の波形を設定するものではなく、上述したオペレータの操作によって設定されるものであり、射出速度がストローク位置Ｓ１〜Ｓ６に対して細かに設定されておらず、射出速度を緻密に制御するためのものではない。このように図４に示した射出速度Ｖの実波形と比べれば大まかに設定された射出速度パターンは、上記した油圧式射出機構部１０１に与えるのに適している。大まかに設定された射出速度パターンを油圧式射出機構部１０１に与えた場合、油圧駆動系は射出圧力の変動に対して射出速度が変動する特性をもっているため、実際の射出速度は設定した射出速度パターンに正確には追従せず、射出速度や射出圧力が急激に変動することがない。このため、油圧制御機では、大まかに設定された射出速度パターンによって良好な品質の成形品を得ることが比較的容易である。
一方、上記した電動式射出機構部１に大まかに設定された射出速度パターンを与えると、電動式射出機構部１は射出速度パターンに追従するように駆動制御されるため、射出圧力が上昇しても射出速度が変動せず、射出速度や射出圧力の急激な変動が発生し、成形材料Ｍの流動に変化が発生しやすく良好な品質の成形品を得られるとは限らない。
このため、本実施形態では、後述するように、大まかに設定された射出速度パターンを電動式射出機構部１に与えても、良好な品質の成形品が得られるように、電動式射出機構部１の射出圧力に対する射出速度の変動特性が油圧式射出機構部における射出圧力に対する射出速度の変動特性に近似するように補正する。
【００４９】
射出速度指令生成部３３は、射出速度パターン入力部３２で設定された射出速度パターンから、単位時間毎、たとえば、１ｍｓ毎の射出スクリュー４の移動量、すなわち、射出速度指令値を算出する。なお、単位時間は射出速度指令値を出力する周期である。
図９に示したような射出速度パターンについて射出速度指令値を算出すると、算出した射出速度指令値のデータ量が膨大になる。
このため、射出速度指令生成部３３では、図１０に示すように、単位時間Δｔと、各ストローク位置間における射出速度指令値ΔＳ12〜ΔＳ56と、各ストローク位置間の射出速度指令値データのデータ数Ｎ12〜Ｎ56をそれぞれセットにしたデータに変換する。なお、図１０において、ΔＳ0 は、射出速度指令を算出したときに発生する端数である。この端数ΔＳ0 を考慮しないと、射出スクリュー４のストローク位置が正確に目標のストローク位置に一致しなくなるためである。
【００５０】
射出速度指令データ記憶部３４は、射出速度指令生成部３３で生成した図１０に示したような射出速度指令値データを記憶保持する。
【００５１】
射出圧力算出部４０は、電動式射出機構部１に設けられた圧力検出器２１の検出した圧力から、射出圧力Ｐを算出し、変動量算出部３９および減速値算出部３５に出力する。
【００５２】
変動量算出部３９は、射出圧力算出部４０から逐次入力される射出圧力Ｐの単位時間当たりの変動量ΔＰを算出し、減速値算出部３５に出力する。
【００５３】
減速値算出部３５は、検出された射出圧力Ｐおよび／またはその単位時間当たりの変動量ΔＰに対して、上記の油圧式射出駆動部１０１の油圧駆動系の特性から推定される射出速度Ｖの減速値を算出する。
具体的には、減速値算出部３５は、上述した油圧式射出機構部１０１において発生する射出圧力Ｐに対して射出速度Ｖを減速させる各要素毎に射出速度Ｖの減速値を定量化する減速値算出式を保持しており、これら減速値算出式にしたがって、射出速度Ｖの減速値を算出する。減速値算出式は、たとえば、上記の（１）〜（６）式である。
したがって、減速値算出部３５では、各要素毎に射出速度Ｖの減速値が算出され、この減速値を指令補正部３６に逐次出力する。
なお、減速値算出部３５には、射出速度Ｖを減速させる複数の要素の減速値算出式を用意しておくことが、油圧式駆動系の特性を正確に特定する上で好ましいが、用意された減速値算出式のうち任意のものを選択して使用する構成とすることも可能である。
この場合には、後述するパラメータ記憶部４１において使用する減速値算出式を特定するパラメータを設定すればよい。
また、本実施形態では、減速値算出部３５において減速値算出式を用いて減速値を逐次算出する構成としたが、計算量を減らすために、射出圧力Ｐおよび変動量ΔＰに対応した減速値を予めテーブルとして保持しておき、このテーブルから減速値を選択する構成とすることも可能である。
【００５４】
指令補正部３６は、射出速度指令データ記憶部３４から逐次入力される射出速度指令ΔＳ12〜ΔＳ56を、減速値算出部３５から逐次入力される減速値で補正する。
たとえば、射出速度指令データ記憶部３４から射出速度指令ΔＳが読みだされ、減速値算出部３５から油圧ポンプ１１１の容積効率ηの変化による射出速度Ｖの減速値Ｖp および作動油の圧縮性の影響よる射出速度Ｖの減速値ＶS が入力されると、指令補正部３６は、射出速度指令ΔＳを次式（７）のように補正する。なお、ΔＳｍは、補正後の射出速度指令値である。
【００５５】
【数７】
ΔＳｍ＝ΔＳ−ＶS −Ｖp …（７）
【００５６】
指令補正部３６は、補正後の射出速度指令値ΔＳｍを射出制御部３７に出力する。
【００５７】
スクリュー位置換算部４３は、射出用モータ１５に設けられた回転位置検出器１６の検出した回転位置が入力され、この回転位置情報から射出スクリュー４のストローク位置Ｓｐを逐次算出し、射出速度算出部４２に出力する。
【００５８】
射出速度算出部４２は、スクリュー位置換算部４３から逐次入力される射出スクリュー４のストローク位置Ｓｐを時間微分して、射出スクリュー４の速度、すなわち、射出速度Ｖを算出し、射出制御部３７に出力する。
【００５９】
射出制御部３７は、補正後の射出速度指令値ΔＳｍを入力とし、射出速度Ｖをフィードバック値として、速度ループおよび電流ループを構成する。
速度ループは、補正後の射出速度指令値ΔＳｍと射出速度Ｖのサンプリング時間毎の偏差に比例動作および積分動作を施してトルク指令とし、これを電流ループに出力する。電流ループは、たとえば、各射出用モータ１５の駆動電流から換算した射出用モータ１５の出力トルク信号と上記トルク指令との偏差に比例動作を施して電流指令とし、これをサーボドライバ３８に所定の電気信号に変換して出力する。
【００６０】
サーボドライバ３８は、射出制御部３７からの電流指令に基づいて増幅した駆動電流を射出用モータ１５に出力する。これにより、射出用モータ１５は、駆動電流に応じて駆動される。
【００６１】
パラメータ記憶部４１は、制御装置３１の各種制御に必要なパラメータを記憶保持している。
たとえば、パラメータ記憶部４１は、図１１に示すように、指令補正部３６において補正を行うかを規定するパラメータや、減速値算出部３５における各減速値算出式用のパラメータや、複数の要素の減速値算出式のうち使用する算出式を選択するパラメータ等を記憶保持している。
なお、上記の指令補正部３６は、補正の有無を規定するパラメータを読み出し、補正有の場合のみ射出速度指令の補正を行う。
【００６２】
計量制御部４４およびサーボドライバ４５は、可塑化用モータ９の駆動制御を行う。
【００６３】
図８は、制御装置３１のハードウエア構成の一例を示す図である。
図７において説明した制御装置３１の各機能は、図８に示すようなハードウエアによって実現される。
図８において、マイクロプロセッサ５１は、ＲＯＭ(Read Only Memory)５２、ＲＡＭ(Random Access Memory)５３、インターフェース回路５７，５８，５９グラフィック制御回路５４、表示装置５５、キーボード５６等とバスを介して接続されている。
【００６４】
マイクロプロセッサ５１は、ＲＯＭ５２に格納されたシステムプログラムにしたがって、制御装置３１全体を制御する。
【００６５】
ＲＯＭ５２は、射出制御部３７、減算値算出部３５、指令補正部３６等の処理を行うためのプログラムや、図示しない型締装置の型締制御や、各種データの演算処理を行うためのプログラムを記憶保持している。
【００６６】
ＲＡＭ５３は、射出速度パターン入力部３２に入力された射出速度パターンデータや各種演算に必要な変数（たとえば、射出圧力Ｐや変動量ΔＰ）等を一時的に記憶したり、また、ＲＡＭ５３は、射出速度指令データ記憶部３４、パラメータ記憶部４１等を構成している。
【００６７】
インターフェース回路５７は、マイクロプロセッサ５１から出力された制御指令を所定の信号に変換してサーボドライバ３８に出力する。また、インターフェース回路５７は、射出用モータ１５に備わった回転位置検出器１６の検出パルスを逐次カウントし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ５１に出力する。
インターフェース回路５８は、圧力検出器２１の検出信号を所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ５１に出力する。
インターフェース回路５９は、マイクロプロセッサ５１から出力された制御指令を所定の信号に変換してサーボドライバ４５に出力する。また、インターフェース回路５９は、計量用モータ９に備わった回転位置検出器１０の検出パルスを逐次カウントし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ５１に出力する。
【００６８】
グラフィック制御回路５４は、ディジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置５５に与える。
表示装置５５には、例えば、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置が使用される。表示装置５５は、キーボード５６を用いてオペレータが対話形式でマニュアル操作によって射出速度パターンを作成していくときに、各種の情報を表示する。オペレータは、表示装置５５に表示される内容（対話形データ入力画面）にしたがってデータを入力することにより、射出速度パターンを作成することができる。
【００６９】
次に、上記構成の制御装置３１による本発明の電動式射出成形機の射出制御方法について図１２および図１３に示すフローチャートを参照して説明する。なお、上記の減速値算出部３５において射出速度Ｖを減速させる要素として、作動油の圧縮性および油圧ポンプを考慮した場合について説明する。
まず、図９に示したような射出速度パターンを制御装置３１に入力する（ステップＳ１）。この射出速度パターンは、たとえば、油圧式射出成形機に対して設定したものをそのまま使用してもよい。
【００７０】
次いで、入力した射出速度パターンから、射出速度指令生成部３３において、射出速度指令を算出し（ステップＳ２）、単位時間Δｔ毎の射出速度指令データとそのデータ数Ｎを算出する。このとき端数処理も同時に行う（ステップＳ３）。
算出された射出速度指令データは、射出速度指令データ記憶部３４に記憶される。
【００７１】
この状態で、成形型が型締され、射出シリンダ４に所定量の成形材料Ｍが供給されたのち、射出制御が開始される（ステップＳ４）．
射出制御が開始されると、射出スクリュー４の駆動により成形材料Ｍを成形型に充填するために、射出速度指令データ記憶部３４からデータが読みだされ、制御装置３１のＲＡＭ５３に規定されたカウンタＣに、射出速度指令データのデータ数Ｎがセットされる（ステップＳ５）。なお、射出速度指令データ記憶部３４に記憶された端数データΔＳ0 による端数処理が最初に行われる。
【００７２】
次いで、圧力検出器２１からの圧力が検出され、射出圧力算出部４０によって射出圧力Ｐが算出される（ステップＳ６）。さらに、今回算出された射出圧力Ｐと前回算出された射出圧力Ｐとから、射出圧力Ｐの変動量ΔＰが算出される（ステップＳ７）。
【００７３】
減速値算出部３５では、検出した射出圧力Ｐから、上記の（６）式によって、油圧ポンプ１１１の特性により推定される射出速度Ｖの減速値Ｖp を算出する（ステップＳ８）。
さらに、算出された変動量ΔＰから、上記の（１）〜（５）式によって、作動油の圧縮性から推定される射出速度Ｖの減速値ＶS を算出する（ステップＳ９）。
【００７４】
次いで、指令補正部３６において、算出された減速値ＶS および減速値Ｖp を用いて、射出速度指令データ記憶部３４から読みだされた射出速度指令値ΔＳが上記（７）式によって補正され（ステップＳ１０）、補正した射出速度指令値ΔＳｍが得られる。
【００７５】
補正した射出速度指令値ΔＳｍは、射出制御部３７に出力される（ステップＳ１１）。
これにより、射出スクリュー４の射出速度Ｖが、補正した射出速度指令値ΔＳｍにしたがって制御される。
【００７６】
補正した射出速度指令値ΔＳｍが射出制御部３７に出力された後、カウンタＣの値がデクリメントされ（ステップＳ１２）、カウンタＣの値が０になるまで、ステップＳ６〜Ｓ１２の処理が繰り返し行われる（ステップＳ１３）。
カウンタＣの値が０、すなわち、一のストローク位置間の射出速度指令データの読み出しが完了したら、次のストローク位置間の射出速度指令データの読み出しが行われ、全ての射出速度指令データが読み出されたら、射出スクリュー４により成形材料Ｍの成形型への充填が完了する。
【００７７】
図１４は、本実施形態の射出制御方法により成形材料Ｍを成形型へ充填したときの射出圧力Ｐと射出速度Ｖの波形を示すグラフである。なお、図１４のデータの成形条件は、図３および図４に示したデータと同じ成形条件である。
図１４から分かるように、射出速度Ｖは、射出圧力Ｐが上昇する位置ＰａやＰｂの付近で減速しており、この部分の射出圧力Ｐに対する射出速度Ｖの変動特性は、図４で説明した油圧式射出機構部１０１における射出圧力Ｐに対する射出速度Ｖの変動特性に近似している。
【００７８】
また、図４において、射出速度Ｖは射出圧力Ｐが上昇する位置ＰａやＰｂの付近以外でも変動しているが、図１４では射出圧力Ｐが上昇する位置ＰａやＰｂ以外では殆ど変動していないのがわかる。
本実施形態に係る射出制御方法では、油圧駆動系の特性を全て近似するのではなく、油圧駆動系のもつ射出圧力Ｐに対する射出速度Ｖの変動特性のみを近似している。すなわち、本実施形態に係る射出制御方法では、油圧駆動系のもつ成形品の品質に好ましい影響を与える特性のみを抽出し、この特性を電動式射出機構部１の射出特性に反映させている。
このため、本実施形態によれば、電動式射出機構部１のもつ高応答性を生かしつつ、油圧駆動系のもつ射出圧力Ｐおよび射出速度Ｖが急激に変動しない特性を電動式射出機構部１に持たせることが可能となる。
【００７９】
また、本実施形態によれば、電動式射出機構部１に、油圧式射出成形機と同様の射出速度パターンを与えた場合に、油圧式射出成形機と同様に射出圧力Ｐおよび射出速度Ｖが急激に変動することを抑制することができ、油圧式射出成形機と同様の品質の成形品を得ることが可能となる。
【００８０】
さらに、油圧式射出成形機では、油圧駆動系の射出圧力の上昇によって射出速度が減速する特性により、比較的大まかな射出速度パターンの設定によって良好な品質の成形品を得ることが可能であるが、電動式射出成形機では高応答性をもつがゆえに、大まかな射出速度パターンの設定によっては良好な品質の成形品を得ることが困難である。
本実施形態によれば、比較的大まかな射出速度パターンを電動式射出成形機に与え、これを油圧駆動系の特性に基づいて補正することで、油圧式射出成形機と同様の射出速度パターンで射出制御を行うことができ、その結果、射出速度パターンの作成を簡易に行うことができる。
【００８１】
図１５は、２つのキャビティをもつ成形型に本実施形態に係る電動式射出成形機を用いて射出成形を行ったときの、２つの製品間の重量のばらつきを測定した実験結果を示すグラフである。
なお、図１５において、従来制御とは、指令補正部３６で射出速度指令値の補正を行わない制御である。従来制御は、パラメータ記憶部４１の所定のパラメータを補正無とすることで、制御装置３１によって行うことができる。また、図１５において、横軸は一方の製品の重量を示しており、縦軸は２つの製品間の重量差を示している。
図１５からわかるように、本実施形態に係る電動式射出成形機は、従来制御に比べて、製品間の重量のばらつきを小さくできる。
すなわち、本実施形態に係る電動式射出成形機は、油圧式射出成形機の油圧駆動系の特性を備えているため、作動油の圧縮性やリリーフバルブ、油圧ポンプ等の油圧機器の特性により成形材料が金型のゲートを通過した際の射出圧力の上昇に対して射出速度が減速する。このため、射出速度および射出圧力を緻密に制御しなくても成形材料が複数のゲートを比較的バランス良く通過しやすく、複数の成形品間の重量のばらつきを従来制御に比べて小さくできる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、油圧式射出成形機に対する成形条件をそのまま電動式射出成形機に与えて射出成形しても、油圧式射出成形機と同様の品質の成形品を得ることが可能となる。
また、本発明によれば、油圧式射出成形機に対する成形条件（射出速度パターン）と同様の成形条件（射出速度パターン）を設定すれば、油圧式射出成形機と同様の品質の成形品を得ることが可能であり、成形条件の設定が簡易となる。
さらに、本発明によれば、電動式射出成形機に油圧式射出成形機の油圧駆動系の特性を取り込むことで、複数のキャビティをもつ成形型を用いて射出成形を行った場合に、製品間の重量のばらつきを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動式射出成形機の電動式射出機構部の構成の一例を示す図である。
【図２】油圧式射出成形機の射出機構部の構成の一例を示す図である。
【図３】電動式射出機構部１によって成形材料Ｍを成形型に射出したときの射出速度および射出圧力の波形を示すグラフである。
【図４】油圧式射出機構部１０１によって成形材料Ｍを成形型に射出したときの射出速度および射出圧力の波形を示すグラフである。
【図５】リリーフ弁１１２のオーバライド特性を示すグラフである。
【図６】油圧ポンプ１１１の容積効率の変動特性を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る制御装置３１の機能ブロック図である。
【図８】制御装置３１のハードウエア構成の一例を示す図である。
【図９】射出速度パターン入力部３２で設定される射出速度パターンの一例を示す図である。
【図１０】射出速度指令生成部３３で生成される射出速度指令データの一例を示す図である。
【図１１】パラメータ記憶部４１で規定されるパラメータの一例を示す図である。
【図１２】本発明の電動式射出成形機の射出制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２に続く処理を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施形態に係る射出制御方法により成形材料Ｍを成形型へ充填したときの射出圧力Ｐと射出速度Ｖの波形を示すグラフである。
【図１５】２つのキャビティをもつ成形型に本発明の電動式射出成形機を用いて射出成形を行ったときの、２つの製品間の重量のばらつきを測定した実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…射出機構部
２…射出シリンダ
４…射出スクリュー
５…ホッパ
１１…プレッシャープレート
１５…射出用モータ
２１…圧力検出器
３１…制御装置
３２…射出速度パターン入力部
３３…射出速度指令生成部
３４…射出速度指令データ記憶部
３５…減速値算出部
３６…指令補正部
３７…射出制御部
３８…サーボドライバ
３９…変動量算出部
４０…射出圧力算出部
４１…パラメータ記憶部
４２…射出速度算出部
４３…スクリュー位置換算部
４４…計量制御部
４５…サーボドライバ
【図１】
0003794252.tif 000002
【図２】
0003794252.tif 000003
【図３】
0003794252.tif 000004
【図４】
0003794252.tif 000005
【図５】
0003794252.tif 000006
【図６】
0003794252.tif 000007
【図７】
0003794252.tif 000008
【図８】
0003794252.tif 000009
【図９】
0003794252.tif 000010
【図１０】
0003794252.tif 000011
【図１１】
0003794252.tif 000012
【図１２】
0003794252.tif 000013
【図１３】
0003794252.tif 000014
【図１４】
0003794252.tif 000015
【図１５】
0003794252.tif 000016