射出成形機の射出制御方法及び装置
【課題】 外乱要素を十分に反映した補正圧力を得ることにより、圧力補正の有効性、更には制御の的確性及び安定性を確保する。
【解決手段】 サーボモータ３を用いた駆動機構２によりスクリュ４を所定の射出速度Ｖｆで前進移動させるとともに、射出圧力Ｐｆを検出し、射出圧力（検出圧力）Ｐｆが予め設定した所定圧力Ｐｓを超えないように制御するに際し、スクリュ４の前進移動に伴う動作物理量を検出し、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力Ｐｘを求めるとともに、この補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算した修正検出圧力Ｐｆｘにより射出圧力に対する制御を行う。
【解決手段】 サーボモータ３を用いた駆動機構２によりスクリュ４を所定の射出速度Ｖｆで前進移動させるとともに、射出圧力Ｐｆを検出し、射出圧力（検出圧力）Ｐｆが予め設定した所定圧力Ｐｓを超えないように制御するに際し、スクリュ４の前進移動に伴う動作物理量を検出し、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力Ｐｘを求めるとともに、この補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算した修正検出圧力Ｐｆｘにより射出圧力に対する制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータを用いた駆動機構によりスクリュを前進移動させる際における射出成形機の射出制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動式射出成形機における射出装置では、サーボモータを用いた駆動機構によりスクリュを前進移動させる射出制御を行っている。この場合、サーボモータの回転運動は、回転伝達機構及びボールねじ機構を介して直進運動に変換され、これに基づいてスクリュが前進移動する。スクリュの前進移動時には、予め設定した目標速度（射出速度）となるように射出速度に対するフィードバック制御が行われるとともに、リミット圧力が設定され、射出圧力（検出圧力）がリミット圧力を超えないように圧力制御される。この圧力制御には、圧力に対するフィードバック制御系が利用され、検出圧力がリミット圧力に一致するようにフィードバック制御される。なお、通常、圧力のフィードバック制御系には、圧力補償部が接続され、フィードバック制御系に適したＰＩＤ定数が設定（調整）されている。
【０００３】
ところで、この種の射出成形機では、サーボモータとスクリュ間の慣性モーメントが問題となる。即ち、図５に示すように、一般的なＰＩＤ制御では、射出圧力（検出圧力）Ｐｆがリミット圧力Ｐｓに近付いてきた際に、リミット圧力Ｐｓに達する手前のｔｄ時点で減速を開始し、リミット圧力Ｐｓを大きく超えないように制御しているが、慣性モーメントの作用により応答遅れを生じ、この結果、射出圧力Ｐｆにリミット圧力Ｐｓに対する過大なオーバシュート或いはアンダシュートが発生する。なお、図５中、Ｐｓｄは、ｔｄ時点における射出圧力（減速開始圧力）を示す。そして、射出圧力Ｐｆの過大なオーバシュートは、スクリュの折損を招くなど、射出成形機の機構部分に重大なダメージを及ぼす虞れがあるとともに、過大なアンダシュートは安定成形を損なう問題を生じる。この問題は、ＰＩＤ制御（ＰＩＤ定数を設定した圧力補償部）では改善できなとともに、特に、射出速度の高速化が求められる近年の射出成形機にとっては重要な問題となる。また、図５中、Ｖｓは射出速度の目標速度、Ｖｆは射出速度の検出速度を示している。
【０００４】
一方、この問題に対処する射出制御方法（装置）も知られており、例えば、特開２００２−３３１５６１号公報には、圧力増減量演算部によりＡ／Ｄ変換器から出力された圧力フィードバックの今回値と前回値の差分をとり、圧力増減量を求めるとともに、この圧力増減量を加算器により圧力フィードバックの今回値に加算し、新たな圧力フィードバック値として圧力設定値との差分を減算器で求め、ＰＩＤ制御器に入力することにより、電動射出成形機の射出軸の圧力制御において、オーバシュートを抑えてゲインを高く設定できるようにした電動射出成形機の射出軸の圧力制御方法及び装置が開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−３００２３６号公報には、スクリュを設定速度で前進させ、金型キャビティ内に溶融材料を射出し、この際、射出速度および射出圧力を常時測定しながら射出を行うとともに、射出圧力と予め記憶した慣性流れ時昇圧との和が限界圧力より大きい場合に、コントローラから射出サーボモータに急制動信号を送信して急制動をかけ、異常状態発生時においても、射出圧力が限界圧力を超えない制御を行う電動射出成形機の射出制御方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３３１５６１号
【特許文献２】特開２００３−３００２３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来における射出成形機の射出制御方法（装置）は、次のような問題点があった。
【０００７】
第一に、前者の制御方法は、今回値と前回値の差分である圧力増減量により圧力フィードバック値を補正するとともに、後者の制御方法は、予め記憶した慣性流れ時昇圧を用いて射出圧力を補正するものであり、いずれの制御方法も単一の補正要素を採用するに過ぎない。したがって、外乱要素を十分に反映できないことから圧力補正の有効性を期待できず、結局、制御の的確性及び安定性を十分に確保できない。
【０００８】
第二に、オーバシュートの発生による影響は、特に、射出速度が高速化したり射出圧力の上昇率が高いときに大きくなるが、従来の制御方法では、このような場合に制御のタイミングがズレ（遅れ）やすく、オーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性に欠けるとともに、高速化する射出成形機の要請に応えることができないなど、汎用性及び発展性にも難がある。
【０００９】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の射出制御方法及び装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る射出成形機Ｍの射出制御方法は、上述した課題を解決するため、サーボモータ３を用いた駆動機構２によりスクリュ４を所定の射出速度Ｖｆで前進移動させるとともに、射出圧力Ｐｆを検出し、この射出圧力（検出圧力）Ｐｆが予め設定した所定圧力Ｐｓを超えないように制御するに際し、スクリュ４の前進移動に伴う動作物理量を検出し、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく予測演算式により補正圧力Ｐｘを求めるとともに、この補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算した修正検出圧力Ｐｆｘにより射出圧力に対する制御を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
この場合、発明の好適な態様により、動作物理量には、射出圧力Ｐｆ，この射出圧力Ｐｆの微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを含ませることができる。また、力学要素には、駆動機構２に備える、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴを含ませることができる。さらに、設定物理量には、力学要素（Ｊｍ，Ｊｔ，Ｔ）に加え、調整用ゲインＧ，樹脂反力の算出用ゲインＣの一方又は双方を含ませることができる。
【００１２】
一方、本発明に係る射出成形機Ｍの射出制御装置１は、上述した課題を解決するため、サーボモータ３を用いた駆動機構２によりスクリュ４を所定の射出速度Ｖｆで前進移動させた際における射出圧力（検出圧力）Ｐｆが予め設定した所定圧力Ｐｓを超えないように制御する射出制御装置を構成するに際して、スクリュ４の前進移動に伴う動作物理量を検出する物理量検出手段Ｗ１と、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力Ｐｘを求める補正圧力演算手段Ｗ２と、この補正圧力演算手段Ｗ２から得る補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算して修正検出圧力Ｐｆｘを得る検出圧力修正手段Ｗ３とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような手法及び構成を有する本発明に係る射出成形機Ｍの射出制御方法及び装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１４】
（１） 検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力Ｐｘを求め、この補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算した修正検出圧力Ｐｆｘにより射出圧力に対する制御を行うため、外乱要素を十分に反映した補正圧力Ｐｘを得ることができ、もって、圧力補正の有効性、更には制御の的確性及び安定性を確保できるとともに、確実なオーバシュートの回避が可能となり、スクリュ４の折損を招くなどの射出成形機Ｍの機構部分に重大なダメージを及ぼす問題を解消できる。
【００１５】
（２） 好適な態様により、動作物理量に、射出圧力Ｐｆ，この射出圧力Ｐｆの微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを含ませるとともに、力学要素に、駆動機構２に備える、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴを含ませれば、射出速度が高速化した場合であってもオーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性を確保できるとともに、高速化する射出成形機の要請に対して十分に応えることができるなど、汎用性及び発展性にも優れる。
【００１６】
（３） 好適な態様により、設定物理量に、力学要素Ｊｍ，Ｊｔ，Ｔに加え、調整用ゲインＧ，樹脂反力の算出用ゲインＣの一方又は双方を含ませれば、制御の的確性及び安定性をより高めることができるとともに、オーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
まず、本実施形態に係る射出制御装置１を含む射出成形機Ｍの構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１９】
図２に示す射出成形機Ｍは、型締装置を除いた射出装置Ｍｉのみを示す。射出装置Ｍｉは、離間して配した射出台１１と駆動台１２を備え、この射出台１１の前面に加熱筒１３の後端が支持される。加熱筒１３は、前端に射出ノズル１４を、後部に当該加熱筒１３に成形材料を供給するホッパ１５をそれぞれ備えるとともに、加熱筒１３の内部にはスクリュ４を挿通させる。一方、射出台１１と駆動台１２間には、四本のタイバー１６…を架設し、このタイバー１６…にスライドブロック１７をスライド自在に装填する。スライドブロック１７の前端には、被動プーリ１８を一体に有するロータリブロック１９を回動自在に支持し、このロータリブロック１９の中央にスクリュ４の後端を結合する。さらに、スライドブロック１７の側面には、スクリュ回転用のサーボモータ２０を取付けるとともに、このサーボモータ２０の回転シャフトに固定した駆動プーリ２１と被動プーリ１８間に無端タイミングベルト２２を架け渡し、これにより、スクリュ回転用の駆動機構を構成する。なお、２０ｅはサーボモータ２０の回転数を検出するロータリエンコーダであり、サーボモータ２０の後端に付設される。
【００２０】
また、スライドブロック１７の後部には、ナット部２５を同軸上一体に設けるとともに、駆動台１２に回動自在に支持されたボールねじ部２６の前側をナット部２５に螺合させることにより、ボールねじ機構２４を構成する。さらに、駆動台１２から後方に突出したボールねじ部２６の後端には、被動プーリ２７を取付けるとともに、駆動台１２に取付けた支持盤１２ｓには、スクリュ進退用のサーボモータ３を取付け、このサーボモータ３の回転シャフトに固定した駆動プーリ２９と被動プーリ２７間に無端タイミングベルト３０を架け渡し、これにより、スクリュ進退用の駆動機構２を構成する。したがって、この駆動機構２には、サーボモータ３及びこのサーボモータ３からスクリュ４に至る間の機構が含まれる。３ｅはサーボモータ３の回転数を検出するロータリエンコーダであり、サーボモータ３の後端に付設される。
【００２１】
一方、１は本実施形態に係る射出制御装置を示す。射出制御装置１は、射出成形機Ｍの全体の制御を司るコンピュータ機能を有する成形機コントローラ３１を備え、この成形機コントローラ３１の出力ポートには、サーボモータ３及び２０を接続するとともに、成形機コントローラ３１の入力ポートには、ロータリエンコーダ３ｅ及び２０ｅを接続する。また、ロータリブロック１９とスライドブロック１７間にはロードセルを用いた圧力センサ３２を組付け、この圧力センサ３２は、成形機コントローラ３１の入力ポートに接続する。この圧力センサ３２により射出圧力Ｐｆを検出できる。さらに、成形機コントローラ３１には、タッチパネル式のディスプレイを含む各種設定を行うことができる設定部３３が付属するとともに、本実施形態に係る射出制御方法を実行するための制御プログラム３１ｐが格納されている。
【００２２】
図１に、射出制御装置１（成形機コントローラ３１）の具体的な機能ブロック図を示す。同図は、主に圧力制御系Ｕｐを示し、サーボモータ３，ロータリエンコーダ３ｅ，圧力センサ３２は前述のものと同じである。図１中、３５は偏差演算部、３６は加算部、３７は圧力補償部、３８は切換部、３９は速度−圧力制御判断部、４０は偏差演算部、４１は速度補償部、４２は電流制御部、４３は電流検出器、４４は速度変換部、４５は微分器、４６は圧力予測演算部をそれぞれ示し、各部の信号系統は図示のようになる。
【００２３】
図１において、ロータリエンコーダ３ｅ，速度変換部４４，圧力センサ３２及び微分器４５は、スクリュ４の前進移動に伴う動作物理量を検出する物理量検出手段Ｗ１を構成し、速度変換部４４からは射出速度（検出速度）Ｖｆを得るとともに、圧力センサ３２からは射出圧力（検出圧力）Ｐｆを得る。また、微分器４５は、射出圧力Ｐｆを微分して微分値ｄＰｆを出力する。
【００２４】
圧力予測演算部４６は、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力Ｐｘを求める補正圧力演算手段Ｗ２を構成する。動作物理量には、上述した射出圧力Ｐｆ，微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを用いる。また、駆動機構２における力学要素には、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴを用いるとともに、設定物理量には、このような力学要素Ｊｍ，Ｊｔ，Ｔに加え、調整用ゲインＧ及び樹脂反力の算出用ゲインＣを用いる。
【００２５】
この場合、Ｊｍはサーボモータ３自身の持つ慣性モーメント、ＪｔはＪｍを除いたサーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントであり、両者を合わせた慣性モーメントＪ（＝Ｊｍ＋Ｊｔ）を用いる。Ｔはサーボモータ３の規格となる定格トルクを用いる。Ｇは圧力予測の反応の良さ（感度）を調整するためのゲインであり、ＰＩＤ定数におけるＰ定数に類似する。Ｃは樹脂の反力（弾性）をばね定数として見立て、スクリュ４を前進移動させた際における樹脂反力を算出するためのゲインである。これらの物理要素Ｊ，Ｔ，Ｇ，Ｃは、各機種毎の固定的な設定値として工場出荷前に設定される。
【００２６】
圧力予測演算部４６は、付与される動作物理量（Ｐｆ，ｄＰｆ，Ｖｆ）及び設定物理量（Ｊ，Ｔ，Ｇ，Ｃ）により補正圧力Ｐｘを演算する。この補正圧力Ｐｘは、射出速度Ｖｆが０になるまでの射出圧力に対する予測圧力に基づくものであり、次の予測演算式（１）により求めることができる。なお、予測演算式（１）において、Ｔｐは樹脂反力トルク、ｔはモータ停止時間を表している。
Ｐｘ＝Ｇ・ｄＰｆ・ｔ／２
＝Ｇ・ｄＰｆ・（Ｊ・Ｖｆ／（Ｔ＋Ｔｐ））／２
＝Ｇ・ｄＰｆ・（Ｊ・Ｖｆ／（Ｔ＋（Ｃ・Ｐｆ）））／２ …（１）
【００２７】
一方、加算部３６は、圧力予測演算部４６から得る補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算して修正検出圧力Ｐｆｘを得る検出圧力修正手段Ｗ３を構成し、この加算部３６には、圧力センサ３２から得る射出圧力Ｐｆと圧力予測演算部４６から得る補正圧力Ｐｘがそれぞれ付与される。また、速度−圧力制御判断部３９は、検出圧力，圧力上昇率，偏差等の各種要素に基づいて射出速度の減速を開始する最適なタイミングを判断する。なお、他の各部における機能は後述の動作において説明する。
【００２８】
次に、このような射出制御装置１の動作を含む本実施形態に係る射出制御方法について、各図を参照しつつ図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００２９】
図３は、射出開始から射出終了までの射出工程（保圧工程を含まない）を示す。まず、成形機コントローラ３１には、成形条件として、射出速度（目標速度）Ｖｓ及びリミット圧力（所定圧力）Ｐｓが設定される。そして、図１に示すように、射出速度Ｖｓは切換部３８に付与され、リミット圧力Ｐｓは偏差演算部３５の非反転入力部に付与される。
【００３０】
射出工程では、射出開始により射出開始位置にあるスクリュ４が前進移動し、計量された樹脂（溶融樹脂）が射出ノズル１４から不図示の金型キャビティに射出充填される。スクリュ４の前進移動時には、射出速度（検出速度）Ｖｆが予め設定された目標速度Ｖｓに一致するように、射出速度に対するフィードバック制御が行われる（ステップＳ１）。図４中、Ｖｆが検出速度を示し、Ｖｓが目標速度を示す。
【００３１】
スクリュ４の前進移動は駆動機構２の制御により行われる。この場合、サーボモータ３の回転運動は、駆動プーリ２９，タイミングベルト３０及び被動プーリ２７を含む回転伝達機構を介して回転伝達されるとともに、ボールねじ部２６及びナット部２５を含むボールねじ機構２４により運動変換され、スライドブロック１７を介してスクリュ４に伝達される。一方、サーボモータ３の回転数は、ロータリエンコーダ３ｅにより検出されるとともに、速度変換部４４により射出速度（検出速度）Ｖｆに変換され、この検出速度Ｖｆは、圧力予測部４６及び偏差演算部４０の反転入力部にそれぞれ付与される。射出工程の開始により射出速度に対するフィードバック制御が行われるため、切換部３８は射出速度（目標速度）Ｖｓを選択する側に切換わっており、偏差演算部４０の非反転入力部には、目標速度Ｖｓが付与される。これにより、偏差演算部４０の出力部には、目標速度Ｖｓと検出速度Ｖｆの偏差が得られ、この偏差は、ＰＩＤ定数を設定した速度補償部４１により速度補償された後、電流制御部４２に付与され、さらに、この電流制御部４２からサーボモータ３に対して給電が行われる。なお、サーボモータ３に流れる電流は電流検出器４３により検出され、電流制御部４２に付与される。これにより、電流に対するマイナループのフィードバック制御が行われる。
【００３２】
他方、射出開始により動作物理量の検出が行われる（ステップＳ２）。この動作物理量には、上述した検出速度（射出速度）Ｖｆが含まれるとともに、射出圧力（検出圧力）Ｐｆが含まれる。検出圧力Ｐｆは、圧力センサ３２から検出され、この検出圧力Ｐｆは、加算部３６及び圧力予測演算部４６にそれぞれ付与される。また、射出圧力Ｐｆは、微分器４５により微分され、この微分により得た微分値ｄＰｆは、圧力予測演算部４６に付与される。
【００３３】
圧力予測演算部４６では、得られた動作物理量（Ｐｆ，ｄＰｆ，Ｖｆ）と予め設定されている設定物理量（Ｊ，Ｔ，Ｇ，Ｃ）に基づき、前述した予測演算式（１）を用いて補正圧力Ｐｘが求められる（ステップＳ３）。また、得られた補正圧力Ｐｘは、加算部３６に付与されることにより検出圧力Ｐｆに加算される（ステップＳ４）。この結果、加算部３６の出力部には、検出圧力Ｐｆに補正圧力Ｐｘを加算した修正検出圧力Ｐｆｘが得られ、この修正検出圧力Ｐｆｘは偏差演算部３５の反転入力部に付与される。これにより、偏差演算部３５の出力部には、射出圧力（所定圧力）Ｐｓと修正検出圧力Ｐｆｘの偏差が得られ、この偏差は、ＰＩＤ定数を設定した圧力補償部３７により圧力補償され、圧力補償速度Ｖｐとして切換部３８に付与される。なお、以上の処理は制御周期毎に行われる。
【００３４】
射出工程では基本的に射出速度に対するフィードバック制御が行われるため、射出工程中に、修正検出圧力Ｐｆｘがリミット圧力Ｐｓに達しない場合には、射出速度に対するフィードバック制御が継続し、射出終了時間或いは射出終了位置に達することにより射出工程は終了する（ステップＳ５，Ｓ６）。しかし、通常、スクリュ２が前進移動するに従って樹脂の充填が進み、射出圧力Ｐｆは徐々に高くなる。そして、図４に示すように、修正検出圧力Ｐｆｘがリミット圧力Ｐｓに近付いた際には、速度−圧力制御判断部３９が最適なタイミング（ｔｄ時点）で切換部３８を制御し、圧力補償部３７の出力を選択する側に切換える。これにより、射出速度に対するフィードバック制御から射出圧力に対するフィードバック制御に切換えられる（ステップＳ５，Ｓ７）。この場合、リミット圧力Ｐｓに近付いたタイミングで射出圧力に対するフィードバック制御に切換えられるため、この時点での圧力制御は、スクリュ４の前進移動に対して制動する制御となる。なお、図４中、Ｐｓｄがｔｄ時点における減速開始圧力となる。
【００３５】
ところで、リミット圧力Ｐｓに近付いたか否かの監視は、検出圧力Ｐｆに対してではなく、修正検出圧力Ｐｆｘに対して行われる。この修正検出圧力Ｐｆｘは、検出圧力Ｐｆに対して補正圧力Ｐｘが加算された大きさとなる。したがって、検出圧力Ｐｆの変化度合（上昇率）が図４に示すような特性となる場合、修正検出圧力Ｐｆｘは検出圧力Ｐｆよりも早く立ち上がり、修正検出圧力Ｐｆｘが減速を開始する減速開始圧力Ｐｓｄに達するタイミング（ｔｄ時点）は、検出圧力Ｐｆが減速を開始する減速開始圧力Ｐｓｄに達するタイミング（ｔｄｓ時点）よりも早くなる。この結果、検出圧力Ｐｆの挙動は図４に示すようになり、検出圧力Ｐｆのリミット圧力Ｐｓに対する検出圧力Ｐｆのオーバシュート及びアンダシュータは回避され、安定した状態でリミット圧力Ｐｓに到達する。一方、例えば、射出圧力Ｐｆの上昇率が図４とは異なった場合には、微分値ｄＰｆが変更されるため、検出圧力Ｐｆの減速開始圧力Ｐｓｄに達する時点が図４に示すｔｄｓ時点であっても、修正検出圧力Ｐｆｘの減速開始圧力Ｐｓｄに達する時点は、射出圧力Ｐｆの上昇率に対応して図４に示すｔｄ時点とは異なるものとなる。
【００３６】
そして、この後は、予め設定した射出終了時間或いは射出終了位置に達することにより射出工程が終了する（ステップＳ８）。なお、検出圧力Ｐｆがリミット圧力Ｐｓに到達した後に検出圧力Ｐｆが低下しても、射出圧力に対するフィードバック制御が行われているため、射出圧力を上昇させる制御が行われ、この結果、射出速度が上昇する。射出速度が上昇した場合、設定された目標速度Ｖｓが速度リミッタとして働くため、結局、圧力制御が行われていても実質的には速度制御状態となる。
【００３７】
このように、本実施形態に係る射出制御方法（射出制御装置１）によれば、検出した各種動作物理量（Ｐｆ，ｄＰｆ，Ｖｆ）及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量（Ｊ，Ｔ，Ｇ，Ｃ）に基づく所定の予測演算式（１）により補正圧力Ｐｘを求め、この補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算した修正検出圧力Ｐｆｘにより射出圧力に対する制御を行うようにしたため、外乱要素を十分に反映した補正圧力Ｐｘを得ることができ、もって、圧力補正の有効性、更には制御の的確性及び安定性を確保できるとともに、確実なオーバシュートの回避が可能となり、スクリュ４の折損を招くなどの射出成形機Ｍの機構部分に重大なダメージを及ぼす問題を解消できる。
【００３８】
しかも、動作物理量に、射出圧力Ｐｆ，この射出圧力Ｐｆの微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを用いるとともに、力学要素に、駆動機構２に備える、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴを用いたため、射出速度が高速化した場合であってもオーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性を確保できるとともに、高速化する射出成形機の要請に対して十分に応えることができるなど、汎用性及び発展性にも優れる。また、設定物理量に、力学要素Ｊｍ，Ｊｔ，Ｔに加え、調整用ゲインＧ及び樹脂反力の算出用ゲインＣを用いたため、制御の的確性及び安定性をより高めることができるとともに、オーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性をより高めることができる。
【００３９】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、動作物理量として、射出圧力Ｐｆ，この射出圧力Ｐｆの微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを用いた場合を示したが、これらの一部を用いる場合或いは他の動作物理量を追加する場合を排除するものではない。また、設定物理量として、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴ，調整用ゲインＧ及び樹脂反力の算出用ゲインＣを用いる場合を示したが、これらの一部を用いる場合或いは他の設定物理量を追加する場合を排除するものではない。したがって、動作物理量或いは設定物理量を変更した場合には、これに対応して前述した予測演算式（１）を変更すればよい。特に、調整用ゲインＧと樹脂反力の算出用ゲインＣは、いずれか一方を用いることができ、この場合には、他方を予測演算式（１）から除けばよい。さらに、所定圧力Ｐｓとしてリミット圧力を例示したが、このリミット圧力に限定されるものではない。なお、本発明におけるスクリュ４はプランジャも含む概念である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る射出成形機の射出制御装置を抽出して示す機能ブロック図、
【図２】同射出制御装置を備える射出成形機の一部断面構成図、
【図３】同射出制御装置による射出制御方法を説明するための射出工程の処理手順を示すフローチャート、
【図４】同射出制御装置における時間に対するスクリュ前進移動時の圧力及び速度の変化特性図、
【図５】背景技術を説明するための時間に対するスクリュ前進移動時の圧力及び速度の変化特性図、
【符号の説明】
【００４１】
１ 射出制御装置
２ 駆動機構
３ サーボモータ
４ スクリュ
Ｍ 射出成形機
Ｖｆ 射出速度
Ｐｆ 射出圧力（検出圧力）
Ｐｓ 所定圧力
Ｐｘ 補正圧力
Ｐｆｘ 修正検出圧力
ｄＰｆ 射出圧力の微分値
Ｊｍ サーボモータの慣性モーメント
Ｊｔ サーボモータからスクリュに至る機構上の慣性モーメント
Ｔ サーボモータの最大トルク
Ｇ 調整用ゲイン
Ｃ 樹脂反力の算出用ゲイン
Ｗ１ 物理量検出手段
Ｗ２ 補正圧力演算手段
Ｗ３ 検出圧力修正手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータを用いた駆動機構によりスクリュを前進移動させる際における射出成形機の射出制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動式射出成形機における射出装置では、サーボモータを用いた駆動機構によりスクリュを前進移動させる射出制御を行っている。この場合、サーボモータの回転運動は、回転伝達機構及びボールねじ機構を介して直進運動に変換され、これに基づいてスクリュが前進移動する。スクリュの前進移動時には、予め設定した目標速度（射出速度）となるように射出速度に対するフィードバック制御が行われるとともに、リミット圧力が設定され、射出圧力（検出圧力）がリミット圧力を超えないように圧力制御される。この圧力制御には、圧力に対するフィードバック制御系が利用され、検出圧力がリミット圧力に一致するようにフィードバック制御される。なお、通常、圧力のフィードバック制御系には、圧力補償部が接続され、フィードバック制御系に適したＰＩＤ定数が設定（調整）されている。
【０００３】
ところで、この種の射出成形機では、サーボモータとスクリュ間の慣性モーメントが問題となる。即ち、図５に示すように、一般的なＰＩＤ制御では、射出圧力（検出圧力）Ｐｆがリミット圧力Ｐｓに近付いてきた際に、リミット圧力Ｐｓに達する手前のｔｄ時点で減速を開始し、リミット圧力Ｐｓを大きく超えないように制御しているが、慣性モーメントの作用により応答遅れを生じ、この結果、射出圧力Ｐｆにリミット圧力Ｐｓに対する過大なオーバシュート或いはアンダシュートが発生する。なお、図５中、Ｐｓｄは、ｔｄ時点における射出圧力（減速開始圧力）を示す。そして、射出圧力Ｐｆの過大なオーバシュートは、スクリュの折損を招くなど、射出成形機の機構部分に重大なダメージを及ぼす虞れがあるとともに、過大なアンダシュートは安定成形を損なう問題を生じる。この問題は、ＰＩＤ制御（ＰＩＤ定数を設定した圧力補償部）では改善できなとともに、特に、射出速度の高速化が求められる近年の射出成形機にとっては重要な問題となる。また、図５中、Ｖｓは射出速度の目標速度、Ｖｆは射出速度の検出速度を示している。
【０００４】
一方、この問題に対処する射出制御方法（装置）も知られており、例えば、特開２００２−３３１５６１号公報には、圧力増減量演算部によりＡ／Ｄ変換器から出力された圧力フィードバックの今回値と前回値の差分をとり、圧力増減量を求めるとともに、この圧力増減量を加算器により圧力フィードバックの今回値に加算し、新たな圧力フィードバック値として圧力設定値との差分を減算器で求め、ＰＩＤ制御器に入力することにより、電動射出成形機の射出軸の圧力制御において、オーバシュートを抑えてゲインを高く設定できるようにした電動射出成形機の射出軸の圧力制御方法及び装置が開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−３００２３６号公報には、スクリュを設定速度で前進させ、金型キャビティ内に溶融材料を射出し、この際、射出速度および射出圧力を常時測定しながら射出を行うとともに、射出圧力と予め記憶した慣性流れ時昇圧との和が限界圧力より大きい場合に、コントローラから射出サーボモータに急制動信号を送信して急制動をかけ、異常状態発生時においても、射出圧力が限界圧力を超えない制御を行う電動射出成形機の射出制御方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３３１５６１号
【特許文献２】特開２００３−３００２３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来における射出成形機の射出制御方法（装置）は、次のような問題点があった。
【０００７】
第一に、前者の制御方法は、今回値と前回値の差分である圧力増減量により圧力フィードバック値を補正するとともに、後者の制御方法は、予め記憶した慣性流れ時昇圧を用いて射出圧力を補正するものであり、いずれの制御方法も単一の補正要素を採用するに過ぎない。したがって、外乱要素を十分に反映できないことから圧力補正の有効性を期待できず、結局、制御の的確性及び安定性を十分に確保できない。
【０００８】
第二に、オーバシュートの発生による影響は、特に、射出速度が高速化したり射出圧力の上昇率が高いときに大きくなるが、従来の制御方法では、このような場合に制御のタイミングがズレ（遅れ）やすく、オーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性に欠けるとともに、高速化する射出成形機の要請に応えることができないなど、汎用性及び発展性にも難がある。
【０００９】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した射出成形機の射出制御方法及び装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る射出成形機Ｍの射出制御方法は、上述した課題を解決するため、サーボモータ３を用いた駆動機構２によりスクリュ４を所定の射出速度Ｖｆで前進移動させるとともに、射出圧力Ｐｆを検出し、この射出圧力（検出圧力）Ｐｆが予め設定した所定圧力Ｐｓを超えないように制御するに際し、スクリュ４の前進移動に伴う動作物理量を検出し、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく予測演算式により補正圧力Ｐｘを求めるとともに、この補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算した修正検出圧力Ｐｆｘにより射出圧力に対する制御を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
この場合、発明の好適な態様により、動作物理量には、射出圧力Ｐｆ，この射出圧力Ｐｆの微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを含ませることができる。また、力学要素には、駆動機構２に備える、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴを含ませることができる。さらに、設定物理量には、力学要素（Ｊｍ，Ｊｔ，Ｔ）に加え、調整用ゲインＧ，樹脂反力の算出用ゲインＣの一方又は双方を含ませることができる。
【００１２】
一方、本発明に係る射出成形機Ｍの射出制御装置１は、上述した課題を解決するため、サーボモータ３を用いた駆動機構２によりスクリュ４を所定の射出速度Ｖｆで前進移動させた際における射出圧力（検出圧力）Ｐｆが予め設定した所定圧力Ｐｓを超えないように制御する射出制御装置を構成するに際して、スクリュ４の前進移動に伴う動作物理量を検出する物理量検出手段Ｗ１と、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力Ｐｘを求める補正圧力演算手段Ｗ２と、この補正圧力演算手段Ｗ２から得る補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算して修正検出圧力Ｐｆｘを得る検出圧力修正手段Ｗ３とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような手法及び構成を有する本発明に係る射出成形機Ｍの射出制御方法及び装置１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１４】
（１） 検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力Ｐｘを求め、この補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算した修正検出圧力Ｐｆｘにより射出圧力に対する制御を行うため、外乱要素を十分に反映した補正圧力Ｐｘを得ることができ、もって、圧力補正の有効性、更には制御の的確性及び安定性を確保できるとともに、確実なオーバシュートの回避が可能となり、スクリュ４の折損を招くなどの射出成形機Ｍの機構部分に重大なダメージを及ぼす問題を解消できる。
【００１５】
（２） 好適な態様により、動作物理量に、射出圧力Ｐｆ，この射出圧力Ｐｆの微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを含ませるとともに、力学要素に、駆動機構２に備える、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴを含ませれば、射出速度が高速化した場合であってもオーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性を確保できるとともに、高速化する射出成形機の要請に対して十分に応えることができるなど、汎用性及び発展性にも優れる。
【００１６】
（３） 好適な態様により、設定物理量に、力学要素Ｊｍ，Ｊｔ，Ｔに加え、調整用ゲインＧ，樹脂反力の算出用ゲインＣの一方又は双方を含ませれば、制御の的確性及び安定性をより高めることができるとともに、オーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
まず、本実施形態に係る射出制御装置１を含む射出成形機Ｍの構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１９】
図２に示す射出成形機Ｍは、型締装置を除いた射出装置Ｍｉのみを示す。射出装置Ｍｉは、離間して配した射出台１１と駆動台１２を備え、この射出台１１の前面に加熱筒１３の後端が支持される。加熱筒１３は、前端に射出ノズル１４を、後部に当該加熱筒１３に成形材料を供給するホッパ１５をそれぞれ備えるとともに、加熱筒１３の内部にはスクリュ４を挿通させる。一方、射出台１１と駆動台１２間には、四本のタイバー１６…を架設し、このタイバー１６…にスライドブロック１７をスライド自在に装填する。スライドブロック１７の前端には、被動プーリ１８を一体に有するロータリブロック１９を回動自在に支持し、このロータリブロック１９の中央にスクリュ４の後端を結合する。さらに、スライドブロック１７の側面には、スクリュ回転用のサーボモータ２０を取付けるとともに、このサーボモータ２０の回転シャフトに固定した駆動プーリ２１と被動プーリ１８間に無端タイミングベルト２２を架け渡し、これにより、スクリュ回転用の駆動機構を構成する。なお、２０ｅはサーボモータ２０の回転数を検出するロータリエンコーダであり、サーボモータ２０の後端に付設される。
【００２０】
また、スライドブロック１７の後部には、ナット部２５を同軸上一体に設けるとともに、駆動台１２に回動自在に支持されたボールねじ部２６の前側をナット部２５に螺合させることにより、ボールねじ機構２４を構成する。さらに、駆動台１２から後方に突出したボールねじ部２６の後端には、被動プーリ２７を取付けるとともに、駆動台１２に取付けた支持盤１２ｓには、スクリュ進退用のサーボモータ３を取付け、このサーボモータ３の回転シャフトに固定した駆動プーリ２９と被動プーリ２７間に無端タイミングベルト３０を架け渡し、これにより、スクリュ進退用の駆動機構２を構成する。したがって、この駆動機構２には、サーボモータ３及びこのサーボモータ３からスクリュ４に至る間の機構が含まれる。３ｅはサーボモータ３の回転数を検出するロータリエンコーダであり、サーボモータ３の後端に付設される。
【００２１】
一方、１は本実施形態に係る射出制御装置を示す。射出制御装置１は、射出成形機Ｍの全体の制御を司るコンピュータ機能を有する成形機コントローラ３１を備え、この成形機コントローラ３１の出力ポートには、サーボモータ３及び２０を接続するとともに、成形機コントローラ３１の入力ポートには、ロータリエンコーダ３ｅ及び２０ｅを接続する。また、ロータリブロック１９とスライドブロック１７間にはロードセルを用いた圧力センサ３２を組付け、この圧力センサ３２は、成形機コントローラ３１の入力ポートに接続する。この圧力センサ３２により射出圧力Ｐｆを検出できる。さらに、成形機コントローラ３１には、タッチパネル式のディスプレイを含む各種設定を行うことができる設定部３３が付属するとともに、本実施形態に係る射出制御方法を実行するための制御プログラム３１ｐが格納されている。
【００２２】
図１に、射出制御装置１（成形機コントローラ３１）の具体的な機能ブロック図を示す。同図は、主に圧力制御系Ｕｐを示し、サーボモータ３，ロータリエンコーダ３ｅ，圧力センサ３２は前述のものと同じである。図１中、３５は偏差演算部、３６は加算部、３７は圧力補償部、３８は切換部、３９は速度−圧力制御判断部、４０は偏差演算部、４１は速度補償部、４２は電流制御部、４３は電流検出器、４４は速度変換部、４５は微分器、４６は圧力予測演算部をそれぞれ示し、各部の信号系統は図示のようになる。
【００２３】
図１において、ロータリエンコーダ３ｅ，速度変換部４４，圧力センサ３２及び微分器４５は、スクリュ４の前進移動に伴う動作物理量を検出する物理量検出手段Ｗ１を構成し、速度変換部４４からは射出速度（検出速度）Ｖｆを得るとともに、圧力センサ３２からは射出圧力（検出圧力）Ｐｆを得る。また、微分器４５は、射出圧力Ｐｆを微分して微分値ｄＰｆを出力する。
【００２４】
圧力予測演算部４６は、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力Ｐｘを求める補正圧力演算手段Ｗ２を構成する。動作物理量には、上述した射出圧力Ｐｆ，微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを用いる。また、駆動機構２における力学要素には、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴを用いるとともに、設定物理量には、このような力学要素Ｊｍ，Ｊｔ，Ｔに加え、調整用ゲインＧ及び樹脂反力の算出用ゲインＣを用いる。
【００２５】
この場合、Ｊｍはサーボモータ３自身の持つ慣性モーメント、ＪｔはＪｍを除いたサーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントであり、両者を合わせた慣性モーメントＪ（＝Ｊｍ＋Ｊｔ）を用いる。Ｔはサーボモータ３の規格となる定格トルクを用いる。Ｇは圧力予測の反応の良さ（感度）を調整するためのゲインであり、ＰＩＤ定数におけるＰ定数に類似する。Ｃは樹脂の反力（弾性）をばね定数として見立て、スクリュ４を前進移動させた際における樹脂反力を算出するためのゲインである。これらの物理要素Ｊ，Ｔ，Ｇ，Ｃは、各機種毎の固定的な設定値として工場出荷前に設定される。
【００２６】
圧力予測演算部４６は、付与される動作物理量（Ｐｆ，ｄＰｆ，Ｖｆ）及び設定物理量（Ｊ，Ｔ，Ｇ，Ｃ）により補正圧力Ｐｘを演算する。この補正圧力Ｐｘは、射出速度Ｖｆが０になるまでの射出圧力に対する予測圧力に基づくものであり、次の予測演算式（１）により求めることができる。なお、予測演算式（１）において、Ｔｐは樹脂反力トルク、ｔはモータ停止時間を表している。
Ｐｘ＝Ｇ・ｄＰｆ・ｔ／２
＝Ｇ・ｄＰｆ・（Ｊ・Ｖｆ／（Ｔ＋Ｔｐ））／２
＝Ｇ・ｄＰｆ・（Ｊ・Ｖｆ／（Ｔ＋（Ｃ・Ｐｆ）））／２ …（１）
【００２７】
一方、加算部３６は、圧力予測演算部４６から得る補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算して修正検出圧力Ｐｆｘを得る検出圧力修正手段Ｗ３を構成し、この加算部３６には、圧力センサ３２から得る射出圧力Ｐｆと圧力予測演算部４６から得る補正圧力Ｐｘがそれぞれ付与される。また、速度−圧力制御判断部３９は、検出圧力，圧力上昇率，偏差等の各種要素に基づいて射出速度の減速を開始する最適なタイミングを判断する。なお、他の各部における機能は後述の動作において説明する。
【００２８】
次に、このような射出制御装置１の動作を含む本実施形態に係る射出制御方法について、各図を参照しつつ図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００２９】
図３は、射出開始から射出終了までの射出工程（保圧工程を含まない）を示す。まず、成形機コントローラ３１には、成形条件として、射出速度（目標速度）Ｖｓ及びリミット圧力（所定圧力）Ｐｓが設定される。そして、図１に示すように、射出速度Ｖｓは切換部３８に付与され、リミット圧力Ｐｓは偏差演算部３５の非反転入力部に付与される。
【００３０】
射出工程では、射出開始により射出開始位置にあるスクリュ４が前進移動し、計量された樹脂（溶融樹脂）が射出ノズル１４から不図示の金型キャビティに射出充填される。スクリュ４の前進移動時には、射出速度（検出速度）Ｖｆが予め設定された目標速度Ｖｓに一致するように、射出速度に対するフィードバック制御が行われる（ステップＳ１）。図４中、Ｖｆが検出速度を示し、Ｖｓが目標速度を示す。
【００３１】
スクリュ４の前進移動は駆動機構２の制御により行われる。この場合、サーボモータ３の回転運動は、駆動プーリ２９，タイミングベルト３０及び被動プーリ２７を含む回転伝達機構を介して回転伝達されるとともに、ボールねじ部２６及びナット部２５を含むボールねじ機構２４により運動変換され、スライドブロック１７を介してスクリュ４に伝達される。一方、サーボモータ３の回転数は、ロータリエンコーダ３ｅにより検出されるとともに、速度変換部４４により射出速度（検出速度）Ｖｆに変換され、この検出速度Ｖｆは、圧力予測部４６及び偏差演算部４０の反転入力部にそれぞれ付与される。射出工程の開始により射出速度に対するフィードバック制御が行われるため、切換部３８は射出速度（目標速度）Ｖｓを選択する側に切換わっており、偏差演算部４０の非反転入力部には、目標速度Ｖｓが付与される。これにより、偏差演算部４０の出力部には、目標速度Ｖｓと検出速度Ｖｆの偏差が得られ、この偏差は、ＰＩＤ定数を設定した速度補償部４１により速度補償された後、電流制御部４２に付与され、さらに、この電流制御部４２からサーボモータ３に対して給電が行われる。なお、サーボモータ３に流れる電流は電流検出器４３により検出され、電流制御部４２に付与される。これにより、電流に対するマイナループのフィードバック制御が行われる。
【００３２】
他方、射出開始により動作物理量の検出が行われる（ステップＳ２）。この動作物理量には、上述した検出速度（射出速度）Ｖｆが含まれるとともに、射出圧力（検出圧力）Ｐｆが含まれる。検出圧力Ｐｆは、圧力センサ３２から検出され、この検出圧力Ｐｆは、加算部３６及び圧力予測演算部４６にそれぞれ付与される。また、射出圧力Ｐｆは、微分器４５により微分され、この微分により得た微分値ｄＰｆは、圧力予測演算部４６に付与される。
【００３３】
圧力予測演算部４６では、得られた動作物理量（Ｐｆ，ｄＰｆ，Ｖｆ）と予め設定されている設定物理量（Ｊ，Ｔ，Ｇ，Ｃ）に基づき、前述した予測演算式（１）を用いて補正圧力Ｐｘが求められる（ステップＳ３）。また、得られた補正圧力Ｐｘは、加算部３６に付与されることにより検出圧力Ｐｆに加算される（ステップＳ４）。この結果、加算部３６の出力部には、検出圧力Ｐｆに補正圧力Ｐｘを加算した修正検出圧力Ｐｆｘが得られ、この修正検出圧力Ｐｆｘは偏差演算部３５の反転入力部に付与される。これにより、偏差演算部３５の出力部には、射出圧力（所定圧力）Ｐｓと修正検出圧力Ｐｆｘの偏差が得られ、この偏差は、ＰＩＤ定数を設定した圧力補償部３７により圧力補償され、圧力補償速度Ｖｐとして切換部３８に付与される。なお、以上の処理は制御周期毎に行われる。
【００３４】
射出工程では基本的に射出速度に対するフィードバック制御が行われるため、射出工程中に、修正検出圧力Ｐｆｘがリミット圧力Ｐｓに達しない場合には、射出速度に対するフィードバック制御が継続し、射出終了時間或いは射出終了位置に達することにより射出工程は終了する（ステップＳ５，Ｓ６）。しかし、通常、スクリュ２が前進移動するに従って樹脂の充填が進み、射出圧力Ｐｆは徐々に高くなる。そして、図４に示すように、修正検出圧力Ｐｆｘがリミット圧力Ｐｓに近付いた際には、速度−圧力制御判断部３９が最適なタイミング（ｔｄ時点）で切換部３８を制御し、圧力補償部３７の出力を選択する側に切換える。これにより、射出速度に対するフィードバック制御から射出圧力に対するフィードバック制御に切換えられる（ステップＳ５，Ｓ７）。この場合、リミット圧力Ｐｓに近付いたタイミングで射出圧力に対するフィードバック制御に切換えられるため、この時点での圧力制御は、スクリュ４の前進移動に対して制動する制御となる。なお、図４中、Ｐｓｄがｔｄ時点における減速開始圧力となる。
【００３５】
ところで、リミット圧力Ｐｓに近付いたか否かの監視は、検出圧力Ｐｆに対してではなく、修正検出圧力Ｐｆｘに対して行われる。この修正検出圧力Ｐｆｘは、検出圧力Ｐｆに対して補正圧力Ｐｘが加算された大きさとなる。したがって、検出圧力Ｐｆの変化度合（上昇率）が図４に示すような特性となる場合、修正検出圧力Ｐｆｘは検出圧力Ｐｆよりも早く立ち上がり、修正検出圧力Ｐｆｘが減速を開始する減速開始圧力Ｐｓｄに達するタイミング（ｔｄ時点）は、検出圧力Ｐｆが減速を開始する減速開始圧力Ｐｓｄに達するタイミング（ｔｄｓ時点）よりも早くなる。この結果、検出圧力Ｐｆの挙動は図４に示すようになり、検出圧力Ｐｆのリミット圧力Ｐｓに対する検出圧力Ｐｆのオーバシュート及びアンダシュータは回避され、安定した状態でリミット圧力Ｐｓに到達する。一方、例えば、射出圧力Ｐｆの上昇率が図４とは異なった場合には、微分値ｄＰｆが変更されるため、検出圧力Ｐｆの減速開始圧力Ｐｓｄに達する時点が図４に示すｔｄｓ時点であっても、修正検出圧力Ｐｆｘの減速開始圧力Ｐｓｄに達する時点は、射出圧力Ｐｆの上昇率に対応して図４に示すｔｄ時点とは異なるものとなる。
【００３６】
そして、この後は、予め設定した射出終了時間或いは射出終了位置に達することにより射出工程が終了する（ステップＳ８）。なお、検出圧力Ｐｆがリミット圧力Ｐｓに到達した後に検出圧力Ｐｆが低下しても、射出圧力に対するフィードバック制御が行われているため、射出圧力を上昇させる制御が行われ、この結果、射出速度が上昇する。射出速度が上昇した場合、設定された目標速度Ｖｓが速度リミッタとして働くため、結局、圧力制御が行われていても実質的には速度制御状態となる。
【００３７】
このように、本実施形態に係る射出制御方法（射出制御装置１）によれば、検出した各種動作物理量（Ｐｆ，ｄＰｆ，Ｖｆ）及び予め設定した少なくとも駆動機構２における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量（Ｊ，Ｔ，Ｇ，Ｃ）に基づく所定の予測演算式（１）により補正圧力Ｐｘを求め、この補正圧力Ｐｘを検出圧力Ｐｆに加算した修正検出圧力Ｐｆｘにより射出圧力に対する制御を行うようにしたため、外乱要素を十分に反映した補正圧力Ｐｘを得ることができ、もって、圧力補正の有効性、更には制御の的確性及び安定性を確保できるとともに、確実なオーバシュートの回避が可能となり、スクリュ４の折損を招くなどの射出成形機Ｍの機構部分に重大なダメージを及ぼす問題を解消できる。
【００３８】
しかも、動作物理量に、射出圧力Ｐｆ，この射出圧力Ｐｆの微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを用いるとともに、力学要素に、駆動機構２に備える、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴを用いたため、射出速度が高速化した場合であってもオーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性を確保できるとともに、高速化する射出成形機の要請に対して十分に応えることができるなど、汎用性及び発展性にも優れる。また、設定物理量に、力学要素Ｊｍ，Ｊｔ，Ｔに加え、調整用ゲインＧ及び樹脂反力の算出用ゲインＣを用いたため、制御の的確性及び安定性をより高めることができるとともに、オーバシュートの回避に対する確実性及び信頼性をより高めることができる。
【００３９】
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、動作物理量として、射出圧力Ｐｆ，この射出圧力Ｐｆの微分値ｄＰｆ及び射出速度Ｖｆを用いた場合を示したが、これらの一部を用いる場合或いは他の動作物理量を追加する場合を排除するものではない。また、設定物理量として、サーボモータ３の慣性モーメントＪｍ，サーボモータ３からスクリュ４に至る機構上の慣性モーメントＪｔ，サーボモータ３の最大トルクＴ，調整用ゲインＧ及び樹脂反力の算出用ゲインＣを用いる場合を示したが、これらの一部を用いる場合或いは他の設定物理量を追加する場合を排除するものではない。したがって、動作物理量或いは設定物理量を変更した場合には、これに対応して前述した予測演算式（１）を変更すればよい。特に、調整用ゲインＧと樹脂反力の算出用ゲインＣは、いずれか一方を用いることができ、この場合には、他方を予測演算式（１）から除けばよい。さらに、所定圧力Ｐｓとしてリミット圧力を例示したが、このリミット圧力に限定されるものではない。なお、本発明におけるスクリュ４はプランジャも含む概念である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る射出成形機の射出制御装置を抽出して示す機能ブロック図、
【図２】同射出制御装置を備える射出成形機の一部断面構成図、
【図３】同射出制御装置による射出制御方法を説明するための射出工程の処理手順を示すフローチャート、
【図４】同射出制御装置における時間に対するスクリュ前進移動時の圧力及び速度の変化特性図、
【図５】背景技術を説明するための時間に対するスクリュ前進移動時の圧力及び速度の変化特性図、
【符号の説明】
【００４１】
１ 射出制御装置
２ 駆動機構
３ サーボモータ
４ スクリュ
Ｍ 射出成形機
Ｖｆ 射出速度
Ｐｆ 射出圧力（検出圧力）
Ｐｓ 所定圧力
Ｐｘ 補正圧力
Ｐｆｘ 修正検出圧力
ｄＰｆ 射出圧力の微分値
Ｊｍ サーボモータの慣性モーメント
Ｊｔ サーボモータからスクリュに至る機構上の慣性モーメント
Ｔ サーボモータの最大トルク
Ｇ 調整用ゲイン
Ｃ 樹脂反力の算出用ゲイン
Ｗ１ 物理量検出手段
Ｗ２ 補正圧力演算手段
Ｗ３ 検出圧力修正手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを用いた駆動機構によりスクリュを所定の射出速度で前進移動させるとともに、射出圧力を検出し、この射出圧力（検出圧力）が予め設定した所定圧力を超えないように制御する射出成形機の射出制御方法において、前記スクリュの前進移動に伴う動作物理量を検出し、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも前記駆動機構における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力を求めるとともに、この補正圧力を前記検出圧力に加算した修正検出圧力により射出圧力に対する制御を行うことを特徴とする射出成形機の射出制御方法。
【請求項２】
前記動作物理量には、前記射出圧力，この射出圧力の微分値及び前記射出速度を含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の射出制御方法。
【請求項３】
前記力学要素には、前記駆動機構に備える、サーボモータの慣性モーメント，前記サーボモータから前記スクリュに至る機構上の慣性モーメント，前記サーボモータの最大トルクを含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の射出制御方法。
【請求項４】
前記設定物理量には、前記力学要素に加え、調整用ゲイン，樹脂反力の算出用ゲインの一方又は双方を含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の射出制御方法。
【請求項５】
サーボモータを用いた駆動機構によりスクリュを所定の射出速度で前進移動させた際における射出圧力（検出圧力）が予め設定した所定圧力を超えないように制御する射出成形機の射出制御装置において、前記スクリュの前進移動に伴う動作物理量を検出する物理量検出手段と、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも前記駆動機構における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力を求める補正圧力演算手段と、この補正圧力演算手段から得る補正圧力を前記検出圧力に加算して修正検出圧力を得る検出圧力修正手段とを備えることを特徴とする射出成形機の射出制御装置。
【請求項１】
サーボモータを用いた駆動機構によりスクリュを所定の射出速度で前進移動させるとともに、射出圧力を検出し、この射出圧力（検出圧力）が予め設定した所定圧力を超えないように制御する射出成形機の射出制御方法において、前記スクリュの前進移動に伴う動作物理量を検出し、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも前記駆動機構における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力を求めるとともに、この補正圧力を前記検出圧力に加算した修正検出圧力により射出圧力に対する制御を行うことを特徴とする射出成形機の射出制御方法。
【請求項２】
前記動作物理量には、前記射出圧力，この射出圧力の微分値及び前記射出速度を含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の射出制御方法。
【請求項３】
前記力学要素には、前記駆動機構に備える、サーボモータの慣性モーメント，前記サーボモータから前記スクリュに至る機構上の慣性モーメント，前記サーボモータの最大トルクを含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の射出制御方法。
【請求項４】
前記設定物理量には、前記力学要素に加え、調整用ゲイン，樹脂反力の算出用ゲインの一方又は双方を含むことを特徴とする請求項１記載の射出成形機の射出制御方法。
【請求項５】
サーボモータを用いた駆動機構によりスクリュを所定の射出速度で前進移動させた際における射出圧力（検出圧力）が予め設定した所定圧力を超えないように制御する射出成形機の射出制御装置において、前記スクリュの前進移動に伴う動作物理量を検出する物理量検出手段と、検出した動作物理量及び予め設定した少なくとも前記駆動機構における力学要素の一又は二以上に係わる設定値を含む設定物理量に基づく所定の予測演算式により補正圧力を求める補正圧力演算手段と、この補正圧力演算手段から得る補正圧力を前記検出圧力に加算して修正検出圧力を得る検出圧力修正手段とを備えることを特徴とする射出成形機の射出制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１４４７８１（Ｐ２００７−１４４７８１Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４２１８５（Ｐ２００５−３４２１８５）
【出願日】平成１７年１１月２８日（２００５．１１．２８）
【出願人】（０００２２７０５４）日精樹脂工業株式会社 (293)
【出願人】（０００１７０１３０）高木産業株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２８日（２００５．１１．２８）
【出願人】（０００２２７０５４）日精樹脂工業株式会社 (293)
【出願人】（０００１７０１３０）高木産業株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
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