型締装置の型締力測定装置
【課題】型締装置の歪を蓄積する部分に直接取り付けるセンサを用いることなく、型締力を測定できる型締力測定装置を提供すること。
【解決手段】型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、該型締機構が型閉じ工程において型盤位置が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーＵMを求める手段（ＳＡ６〜ＳＡ１１）と、該手段により求められたエネルギーＵMと該型締機構の弾性定数Ｋとから算出型締力ＦCを算出する型締力算出手段（ＳＡ１３）と、を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置。ここで、エネルギーＵMは、モータ駆動電流とモータの回転角度に基づいて算出する。
【解決手段】型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、該型締機構が型閉じ工程において型盤位置が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーＵMを求める手段（ＳＡ６〜ＳＡ１１）と、該手段により求められたエネルギーＵMと該型締機構の弾性定数Ｋとから算出型締力ＦCを算出する型締力算出手段（ＳＡ１３）と、を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置。ここで、エネルギーＵMは、モータ駆動電流とモータの回転角度に基づいて算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機、プレス機械などの可動盤と固定盤とを有する型締装置における型締力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機では成形品にバリができることを防止するために、射出圧力や成形品の大きさに応じて適切な型締力を与える必要がある。このため、成形運転中に所定の型締力が発生しているかを監視したり、型締力をフィードバック制御して常に所定の型締力が発生するように型締機構を制御することが行われている。
【０００３】
特許文献１には、型締装置のアーム部の外表面にアームの歪量を検知する歪センサをボルトによって取り付け、歪センサにより検知したアーム部の歪量に基づいて型締力を求め、求めた型締力に応じて型締装置の型締力をフィードバック制御する技術が開示されている。この文献では、射出成形機が備えているタイバーに歪センサを取り付けた場合、歪ゲージの貼り付け状態や、貼り付け後の耐久性が検査精度に大きく影響することから、型締装置の構成部材の外表面に歪センサ部をボルトによって固定する技術が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、射出成形機などの成形機が備えている可動プラテンの移動を案内するタイバーの歪量を測定し型締力を求める技術が開示されている。この文献では、歪センサをタイバーにバンドを用いて取り付ける技術が開示されており、該バンドに伸びが生じても、その伸びを吸収して、継続的に十分な押し付け力で歪センサをタイバーに押し付けることができるタイバー歪測定装置の固定装置が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、高圧型締を行う基準となる仕事量を設定し、生産稼動中に、型締工程の高圧型締に伴う仕事量を検出し、これらの差を求め型締力を補正する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１８７８５３号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０８７９３６号公報
【特許文献３】特開２００６−２３９９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タイバーの伸びを歪センサで直接測定して型締力を測定することは精度が高い。しかし、背景技術で説明したように、型締装置のアーム部やタイバーに歪センサなど型締力測定素子を取り付けることは、型締装置にボルトで固定したり、タイバーにバンドを用いて固定したりと、構造が複雑なこともあり、必ずしも信頼性が高い型締力を測定しているとはいえなかった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、型締装置の歪を蓄積する部分に直接取り付けるセンサを用いることなく、型締力を測定できる型締力測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の請求項１に係る発明は、型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、該型締機構が型閉じ工程において型盤が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーを求める手段と、該手段により求められたエネルギーと該型締機構の弾性定数とから算出型締力を算出する型締力算出手段と、を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、該型締機構が型開き工程において型盤が型開きを開始してから金型タッチ位置に到達するまでに前記モータが発電したエネルギーを求める手段と、該エネルギーを求める手段により求められたエネルギーと該型締機構の弾性定数とから算出型締力を算出する型締力算出手段と、を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置である。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記型締機構は型締力を測定する型締力センサを有し、該型締力センサによって検出された検出型締力と、前記型締力算出手段により算出された算出型締力と、該検出型締力と該算出型締力との差を算出する偏差型締力算出手段と、該偏差型締力算出手段により算出された型締力の差があらかじめ設定された許容範囲を超えた際に警告を発生する警告発生手段と、を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置である。
請求項４に係る発明は、前記エネルギーは、前記モータのトルクと回転角度との積を積分して求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置である。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記型締機構の弾性定数は、前記型締機構が型閉じ工程において型盤が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーと前記型締機構に取り付けられた型締力センサで測定された型締力とから求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置である。
請求項６に係る発明は、前記型締機構の弾性定数は、前記型締機構が型開き工程において型盤が型開きを開始してから金型がタッチ位置に到達するまでに前記モータが発電したエネルギーと前記型締機構に取り付けられた型締力センサで測定された測定型締力とから求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、型締装置の歪を蓄積する部分に直接取り付けるセンサを用いることなく、型締力を測定できる型締装置の型締力測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。なお、下記の説明では射出成形機に用いられる型締装置を例として説明するが、本発明は射出成形機の型締装置の型締力測定装置に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、型締装置の一つの例である射出成形機に用いられる型締装置１００の概要図である。固定プラテン１とリアプラテン２は、型締機構を構成する４本のタイバー４によって連結されている。固定プラテン１とリアプラテン２間には、可動プラテン３がタイバー４に案内されて移動自在に配設されている。また、固定プラテン１には固定側金型５ａが取付けられ、可動プラテン３には可動側金型５ｂが固定側金型５ａに対面して取付けられている。
【００１６】
リアプラテン２と可動プラテン３間には型締機構を構成するトグル機構６が配設され、トグル機構６のクロスヘッド６ａに設けられたナット（図示せず）が、リアプラテン２に回動自在で軸方向移動不能に取付けられたボールネジ７と螺合している。型締用サーボモータ８が伝動機構１０を介してボールネジ７を駆動することにより、可動プラテン３を固定プラテン１の方向に前進、後退させて金型５ａ、５ｂの開閉、型締を行い、これによってトグル式型締装置を形成している。型閉じ動作は、可動プラテン３を固定プラテン１側に前進させる動作である。また、型開き動作は、可動プラテン３を固定プラテン１側から離す動作、つまり、後退させる動作である。型締用サーボモータ８にはパルスコーダ等の該サーボモータの回転位置（回転角度）、速度を検出する位置・速度検出器１１が取付けられている。位置・速度検出器１１からの出力信号をもとに、クロスヘッド６ａの位置、すなわちトグル機構６の状態、可動プラテン３（可動側金型５ｂ）の位置を検出できる。
【００１７】
また、タイバーナット９とギヤから構成される伝動機構（図示せず）と型厚調整用モータ１４等によって型締力調整手段を構成している。タイバー４のリアプラテン２側の端部にはネジが切られている。該ネジと螺合するタイバーナット９を、前記伝動機構（図示せず）を介して型厚調整用モータ１４によって回転駆動し、リアプラテン２をタイバー４に沿って前後進できる。
【００１８】
型締力センサ１３は、４本あるタイバー４のうちの少なくとも一つに配設される。型締力センサ１３は、タイバー４の歪み（主に、伸び）を測定するセンサである。センサとしては例えば、歪ゲージ（ストレインゲージ）を用いることができる。タイバー４には型締の際に型締力に対応して引張力が加わり、型締力に比例してわずかではあるがタイバー４は弾性変形して伸びる。したがって、タイバー４の伸び量を型締力センサ１３により測定することで、金型５ａ，５ｂに実際に印加されている型締力を知ることができる。
【００１９】
ここで、型締装置により型締力を発生させた場合に、可動プラテン３、トグル機構６のアーム部６ｂ、アーム支持部６ｃは、弾性変形して歪を生じる。これらの部分の歪による変形量はタイバー４の歪量に比べると少ない（例えば、特許文献１の段落「００１０」欄の記載を参照）。
【００２０】
符号２０は、射出成形機を制御する制御装置を示しており、図１にはこの制御装置２０の要部のみを記載している。全体を制御するプロセッサ（ＣＰＵ）２１にバス３０を介してサーボモータの位置、速度、および電流（トルク）を制御する軸制御回路２２、入出力回路２４、メモリ２６、Ａ／Ｄ変換器２７、表示装置２９のインタフェース回路２８が接続されている。
【００２１】
軸制御回路２２はプロセッサやメモリ、インタフェースなどで構成され、型締用サーボモータ８に取付けた位置・速度検出器１１からの位置、速度フィードバック信号が帰還され、さらに、型締用サーボモータ８の駆動電流を検出する電流検出器１２からの電流フィードバック信号が帰還されている。また、軸制御回路２２にはサーボアンプ２３を介して型締用サーボモータ８が接続されている。さらに、入出力回路２４にはインバータ２５を介して型厚調整用モータ１４が接続され、インタフェース２８には表示装置２９が接続されている。
【００２２】
メモリ２６には、射出成形機を制御するプログラムが格納されている。後述する型締力調整のためのアルゴリズムに示すフローチャートを基に作成したプログラムも、メモリ２６に格納されている。プロセッサ２１はこれらのプログラムに基づいて射出成形機を制御する。型締動作については、プロセッサ２１はプログラムに基づいて、移動指令を軸制御回路２２に出力する。軸制御回路２２に内蔵されるプロセッサ（図示せず）は、この移動指令と位置・速度検出器１１からの位置、速度フィードバック信号および電流検出器１２からの電流フィードバック信号に基づいて、位置、速度、および電流のフィードバック制御を行い、サーボアンプ２３を介して型締用サーボモータ８を駆動制御する。
【００２３】
型締用サーボモータ８の駆動により、ボールネジ７が回転し、該ボールネジ７に螺合するナット（図示せず）を有するトグル機構６のクロスヘッド６ａがボールネジ７に沿って移動し、トグル機構６が駆動され、可動プラテン３が前進し固定側金型５ａに可動側金型５ｂが当接し、さらに可動プラテン３を前進させ、トグル機構６のリンクが伸び、可動プラテン３が所定の型締完了位置に達したとき、この位置に型締用サーボモータ８は位置決めされ、型締力が発生する。
【００２４】
すなわち、固定プラテン１とリアプラテン２はタイバー４によって連結されているから、固定側金型５ａと可動側金型５ｂが当接し、さらに可動プラテン３および可動側金型５ｂが前進したとき、該タイバー４が伸び、このタイバー４の伸びの反力によって型締力が得られる。
【００２５】
そのような構造であるため、金型５ａ、５ｂを金型の厚さが異なるものに交換したときや型締力を変えるときには、型締完了位置まで可動プラテン３が前進した時に目標型締力が得られるようなタイバーの伸びが発生するようリアプラテン２の位置を変化させ、型締力を調整しなければならない。リアプラテン２の位置を変化させる場合、プロセッサ２１は入出力回路２４を介して型厚調整用モータ１４を駆動し、伝動機構（図示せず）を介してタイバーナット９を回転させてリアプラテン２の位置を変化させることができる。
【００２６】
リアプラテン２に位置を特定するためのセンサや型厚調整用モータ１４に回転位置を特定するためのセンサを設けずに、型厚調整用モータ１４の駆動時間（換言すると、リアプラテン２の移動時間）を制御してリアプラテン２の位置を変化させることにより、型締力の調整を行うことができる。
【００２７】
このような型締用サーボモータ８でトグル式型締機構を駆動する射出成形機では、射出成形機の自動運転中、金型５ａ、５ｂの熱膨張等によって型締力が変動する。そのため、トグル式型締装置を有する射出成形機ではこの型締力の変動を抑制し安定した型締力を得る必要がある。安定した型締力を得る制御を行うために、正確な型締力を求めなければならない。
【００２８】
次に、型締装置の歪を蓄積する部分に直接取り付けるセンサを用いることなく型締力を測定する本発明における方法について説明する。
【００２９】
タイバー４には型締の際に型締力に対応して引張力が加わり、型締力に比例してわずかではあるがタイバー４は伸びる。タイバー４の伸び量を型締力センサ１３により測定することで、金型５ａ，５ｂに実際に印加されている型締力を知ることができる。ここで、タイバー４は弾性変形して伸びることによって弾性エネルギーを蓄積した状態にあるとみることができる。図１で説明した型締装置１００の４本のタイバー４全体の合成した合成弾性定数をｋ、型締力をＦ、タイバーの伸び量をｘとする。そして、型締力Ｆの時にタイバーの伸び量がｘであるとすると、数１式の関係がなりたつ。
【００３０】
【数１】
【００３１】
また、この時の４本のタイバー４に蓄積された弾性エネルギーをｕEとすると、数２式の関係がなりたつ。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ところで、型締力Ｆを生みだす際の型締用サーボモータ８が発生するエネルギーＵMは、理想的にはその全てのエネルギーが４本のタイバー４に蓄積されることが望ましい。しかし、先に述べたように、型締装置１００のトグル機構６などにも歪による弾性エネルギーとして蓄積される。そのため、上記の合成弾性定数ｋは、トグル機構６を含めた全体の弾性定数に置き換える必要がある。型締装置１００の４本のタイバー４とトグル機構６など歪によるエネルギーを蓄積する型締機構部分全体の弾性定数をＫ（以下、型締機構の弾性定数Ｋという）とみなす。型締装置１００の型締機構全体に蓄積される弾性エネルギーをＵEとし、数２式のｋをＫで置き換えると、数３式が得られる。
【００３４】
【数３】
【００３５】
ところで、型締装置１００に蓄積される弾性エネルギーＵEは、型締用サーボモータ８が型締力Ｆを生みだすために発生したエネルギーＵMに等しいとみなすことができる。そうすると、数４式の関係がなりたつ。なお、ここでは、摩擦によるエネルギー損失、熱エネルギー損失の部分は少ないとして無視する。
【００３６】
【数４】
【００３７】
型締用サーボモータ８が発生したエネルギーＵMは、数５式で表すことができる。符号Ｔは型締用サーボモータ８のトルクを表し、符号θは回転角度を表す。符号Δは差分を意味し回転角度θの前回の演算時と今回の演算時と差の角度を表す。ここで、前回と今回は、前回の時間と今回の時間、あるいは、前回の位置と今回の位置である。符号Σは積算を表わす。つまり、数５式は、エネルギーＵMは、型締用サーボモータ８の回転角度とトルクの積を位置により積分して求めることを意味している。図１で説明したように、型締用サーボモータ８の回転角度θは、位置・速度検出器１１によって検出することができる。また、型締用サーボモータ８のトルクＴは、トルク定数と駆動電流の積で求めることができる。駆動電流は電流検出器１２からの電流フィードバック信号から求めることができる。
【００３８】
【数５】
【００３９】
そして、数３式から数５式により数６式が得られる。数６式から解るように、型締力Ｆを型締用サーボモータ８のトルクＴと回転角度θを測定することにより求めることができる。この式を用いることによって、歪センサなどのセンサをタイバー４に取り付けることなく、型締力を測定可能であることが解る。
【００４０】
【数６】
【００４１】
ここで、型締機構の弾性定数の求め方について説明する。数６式を変形することにより数７式が得られる。ここで型締力Ｆは、型締力センサ１３を用いて実際にタイバー４の歪量を測定することにより求める。エネルギーＵMは、型締機構が型閉じ工程において可動プラテン３が金型タッチ位置から型締完了位置に到達するまでに型締用サーボモータ８が発生したエネルギー、または、型締機構が型開き工程において可動プラテン３が型締完了位置から金型タッチ位置に到達するまでに型締用サーボモータ８が発電したエネルギーである。このように、エネルギーＵMも型締力Ｆも測定可能な物理量であるのでＫを求めることができる。
【００４２】
【数７】
【００４３】
以上の説明では型閉じ工程、すなわち型締力を発生する工程での型締力を求める方法であったが、型開き工程、すなわち型締力を解放する工程でも同様の手法で型締力を求めることができる。この場合には、型締機構に蓄えられる弾性エネルギーが型開きする際にモータに伝達され、型締用サーボモータ８が回転することを利用する。この際、型締用サーボモータ８は外力によって回転させられるので発電機として働く。そこで、型開き工程では型閉じ工程とは反対に、型開きを開始してから金型タッチ位置に到達するまでにモータが発電したエネルギーを数５式によって求める。さらに求めたエネルギーＵMを数６式によって型締力Ｆを算出できる。
【００４４】
次に、型閉じ工程において型締完了位置における型締力を求めるアルゴリズムを図２に示されるフローチャートを用いて説明する。ここでは、固定プラテン１の固定側金型５ａの取付面の位置を基準としリアプラテン２の方向を可動プラテン３の位置が増加する方向とする。可動プラテン３の前進とは固定プラテン１に近づく移動を意味する。可動プラテン３の後退とは固定プラテン１から離れる方向の移動を意味する。また、金型タッチ位置、可動プラテンの型締完了位置、型開き完了位置の位置情報は、あらかじめ設定されているものとする。以下、各ステップに従って説明する。
【００４５】
●［ステップＳＡ１］型締用サーボモータ８が発生するエネルギーＵMの値を０（ゼロ）に初期化する。
●［ステップＳＡ２］型締用サーボモータ８を駆動し、可動プラテン３を固定プラテン１側へ前進開始する。
●［ステップＳＡ３］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。
●［ステップＳＡ４］ステップＳＡ３で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。なお、位置検出信号から可動プラテン３の位置を求めることは周知の技術である。
●［ステップＳＡ５］可動プラテン３の位置は金型タッチ位置以下であるか否かを判断し、可動プラテン３の位置が金型タッチ位置以下の場合にはステップＳＡ６に移行し、以下でなければステップＳＡ３に戻る。
●［ステップＳＡ６］ステップＳＡ３と同様に位置検出信号を取得する。さらに、型締用サーボモータ８の駆動電流を検出する電流検出器１２からの電流検出信号を取得する。
●［ステップＳＡ７］ステップＳＡ４と同様に可動プラテン３の位置を算出する。
【００４６】
●［ステップＳＡ８］型締用サーボモータ８のトルク値を算出する。トルク値は、型締用サーボモータ８のトルク定数とステップＳＡ６で取得した電流検出信号とを用いて算出する。なお、トルク定数はモータ固有の値である。
●［ステップＳＡ９］ステップＳＡ６で取得する位置検出信号から前回の制御周期で取得した位置検出信号の差を元に型締用サーボモータ８の回転角度の差を求める。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数の差である。
●［ステップＳＡ１０］型締用サーボモータ８が発生するエネルギー量を、ＵM＝ＵM＋Ｔ・Δθにより算出する。Ｔ・Δθは１つの制御周期で型締用サーボモータ８が発生するエネルギーである。
●［ステップＳＡ１１］可動プラテン３の位置は型締完了位置に達したか否か判断し、達していない場合にはステップＳＡ６に戻り、達している場合にはステップＳＡ１２へ移行する。
●［ステップＳＡ１２］型締用サーボモータ８の駆動を停止し可動プラテン３の前進を停止する。
●［ステップＳＡ１３］型締機構の弾性定数ＫとステップＳＡ１０で積算して求められた型締用サーボモータ８が発生したエネルギーとから算出型締力ＦCを求める。
●［ステップＳＡ１４］ステップＳＡ１３で求められた算出型締力ＦCを表示装置２９に表示し、終了する。
【００４７】
次に、型開き工程において型締完了位置における型締力を求めるアルゴリズムを図３に示されるフローチャートを用いて説明する。型開き工程において、型締用サーボモータ８は発電することになり、図３のフローチャートではこの発電したエネルギーを求める。ここでは、固定プラテン１の固定側金型５ａの取付面の位置を基準とし、リアプラテン２の方向を位置が増加する方向とする。可動プラテン３の前進とは固定プラテン１に近づく移動を意味する。可動プラテン３の後退とは固定プラテン１から離れる方向の移動を意味する。また、金型タッチ位置、可動プラテンの型締完了位置の位置情報は、あらかじめ設定されているものとする。以下、各ステップに従って説明する。
【００４８】
●［ステップＳＢ１］型締用サーボモータ８が発電するエネルギーＵMの値を０（ゼロ）に初期化する。
●［ステップＳＢ２］型締用サーボモータ８を駆動し、可動プラテン３をリアプラテン２側へ後退開始する。
●［ステップＳＢ３］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。さらに、発電機として働く型締用サーボモータ８からの発電電流を検出する電流検出器１２からの電流検出信号を取得する。
●［ステップＳＢ４］型締用サーボモータ８のトルク値を算出する。トルク値は、型締用サーボモータ８のトルク定数とステップＳＢ３で取得した電流検出信号とを用いて算出する。
●［ステップＳＢ５］ステップＳＢ３で取得した位置検出信号から前回の制御周期で取得した位置検出信号の差を元に型締用サーボモータ８の回転角度の差を求める。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数の差である。
【００４９】
●［ステップＳＢ６］型締用サーボモータ８が発生するエネルギー量を、ＵM＝ＵM＋Ｔ・Δθにより算出する。Ｔ・Δθは１つの制御周期で型締用サーボモータ８が発電するエネルギーである。
●［ステップＳＢ７］ステップＳＢ３で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。なお、位置検出信号から可動プラテン３の位置を求めることは周知の技術である。
●［ステップＳＢ８］可動プラテン３の位置は金型タッチ位置以下であるか否かを判断し、可動プラテン３の位置が金型タッチ位置以下の場合にはステップＢ３に戻り、以下でなければステップＳＢ９へ移行する。
●［ステップＳＢ９］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。
●［ステップＳＢ１０］ステップＳＢ９で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。
【００５０】
●［ステップＳＢ１１］可動プラテン３の位置は型開き完了位置に達したか否か判断し、達していない場合にはステップＳＢ９に戻り、達している場合にはステップＳＢ１２へ移行する。
●［ステップＳＢ１２］型締用サーボモータ８の駆動を停止し可動プラテン３の後退を停止する。
●［ステップＳＢ１３］型締機構の弾性定数ＫとステップＳＢ６で積算して求められた型締用サーボモータ８が発生したエネルギーとから算出型締力ＦCを求める。
●［ステップＳＢ１４］ステップＳＢ１３で求められた算出型締力ＦCを表示装置２９に表示し、終了する。
【００５１】
上述した図２、図３に示されるアルゴリズムにより、算出型締力ＦCは型締装置１００に型締力センサ１３からの信号を用いることなく求められる。したがって、歪ゲージのような型締力センサ１３を型締装置１００に取り付ける必要がなくなり、特許文献１や特許文献２が課題としていた歪ゲージの位置ずれやセンサとタイバーのすべりによって生じる型締力測定の不正確さを回避することができる。
【００５２】
さらに、型締力測定の測定精度を重視し歪ゲージなどの型締力センサ１３を用いる場合にも、本発明の型締力測定装置を併用することにより歪ゲージなどの型締力センサ１３が正常に動作しているかを監視することが可能である。そこで、型締力センサが正常に動作しているかを監視するアルゴリズムのフローチャートを図４と図５に示す。
【００５３】
図４のフローチャートは図２に示される型閉じ工程に対応するものである。図４のフローチャートについて説明すると、図４のフローチャートのステップＳＣ１からステップＳＣ１３の各ステップは、図２のフローチャートのステップＳＡ１からステップＳＡ１３にそれぞれ対応する。
【００５４】
●［ステップＳＣ１４］型締装置１００のタイバー４に固定されている型締力センサ１３からの出力信号をもとに検出型締力ＦSを取得する。
●［ステップＳＣ１５］算出型締力ＦCと検出型締力ＦSの差の絶対値が型締力監視幅ＦBより小さいか否かを判断し、小さい場合にはステップＳＣ１７へ移行し、小さくない場合にはステップＳＣ１６へ移行する。なお、型締力監視幅ＦBはあらかじめ設定した値である。
●［ステップＳＣ１６］型締力センサ１３からの出力によって求めた検出型締力ＦSに異常があると判断し警告信号を出力する。
●［ステップＳＣ１７］算出型締力ＦCおよび検出型締力ＦSを表示装置２９に表示し、終了する。算出型締力ＦCは、ステップＳＣ１３で算出されたものである。検出型締力ＦSはステップＳＣ１４で取得されたものである。ステップＳＣ１６で出力された警告信号に基づいて警告表示を表示するようにしてもよい。
【００５５】
次に、図５のフローチャートを説明する。図５のフローチャートの途中からは図３に示される型開き工程に対応するものである。
●［ステップＳＤ１］型締用サーボモータ８を駆動し、可動プラテン３を固定プラテン１側へ前進開始する。
●［ステップＳＤ２］可動プラテン３の位置は型締完了位置に達したか否か判断し、達していない場合には可動プラテン３の位置が型締完了位置に達するまで可動プラテン３の前進移動を継続する。
●［ステップＳＤ３］型締用サーボモータ８の駆動を停止し可動プラテン３の前進を停止する。
●［ステップＳＤ４］型締装置１００のタイバー４に固定されている型締力センサ１３からの出力信号をもとに検出型締力ＦSを取得する。
●［ステップＳＤ５］射出成形の射出工程・保圧工程・冷却工程を開始する。
●［ステップＳＤ６］射出成形の射出工程・保圧工程・冷却工程が終了か否か判断し、前記工程が終了するまで待つ。
【００５６】
●［ステップＳＤ７］型締用サーボモータ８が発電するエネルギーＵMの値を０（ゼロ）に初期化する。
●［ステップＳＤ８］型締用サーボモータ８を駆動し、可動プラテン３をリアプラテン２側へ後退開始する。
●［ステップＳＤ９］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。さらに、発電機として働く型締用サーボモータ８からの発電電流を検出する電流検出器１２からの電流検出信号を取得する。
●［ステップＳＤ１０］型締用サーボモータ８のトルク値を算出する。トルク値は、型締用サーボモータ８のトルク定数とステップＳＤ９で取得した電流検出信号とを用いて算出する。
●［ステップＳＤ１１］ステップＳＤ９で取得した位置検出信号から前回の制御周期で取得した位置検出信号の差を元に型締用サーボモータ８の回転角度の差を求める。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数の差である。
【００５７】
●［ステップＳＤ１２］型締用サーボモータ８が発生するエネルギー量を、ＵM＝ＵM＋Ｔ・Δθにより算出する。Ｔ・Δθは１つの制御周期で型締用サーボモータ８が発電するエネルギーである。
●［ステップＳＤ１３］ステップＳＤ９で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。なお、位置検出信号から可動プラテン３の位置を求めることは周知の技術である。
●［ステップＳＤ１４］可動プラテン３の位置は金型タッチ位置以下であるか否かを判断し、可動プラテン３の位置が金型タッチ位置以下の場合にはステップＳＤ９に戻り、以下でなければステップＳＤ１５へ移行する。
【００５８】
●［ステップＳＤ１５］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。
●［ステップＳＤ１６］ステップＳＤ１５で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。
【００５９】
●［ステップＳＤ１７］可動プラテン３の位置は型開完了位置に達したか否か判断し、達していない場合にはステップＳＤ１５に戻り、達している場合にはステップＳＤ１８へ移行する。
●［ステップＳＤ１８］型締用サーボモータ８の駆動を停止し可動プラテン３の後退を停止する。
●［ステップＳＤ１９］型締機構の弾性定数ＫとステップＳＤ１２で積算して求められた型締用サーボモータ８が発電したエネルギーとから算出型締力ＦCを求める。
【００６０】
●［ステップＳＤ２０］算出型締力ＦCと検出型締力ＦSの差の絶対値が型締力監視幅ＦBより小さいか否かを判断し、小さい場合にはステップＳＤ２２へ移行し、小さくない場合にはステップＳＤ２１へ移行する。なお、型締力監視幅ＦBはあらかじめ設定した値である。
●［ステップＳＤ２１］型締力センサ１３からの出力によって求めた検出型締力ＦSに異常があると判断し警告信号を出力し、ステップＳＤ２２へ移行する。
●［ステップＳＤ２２］算出型締力ＦCおよび検出型締力ＦSを表示装置２９に表示し、終了する。算出型締力ＦCはステップＳＤ１９で算出されたものである。検出型締力ＦSはステップＳＤ４で取得されたものである。ステップＳＤ２１で出力された警告信号に基づいて警告表示を表示するようにしてもよい。
なお、本実施例ではトグル式の型締装置における型締力測定装置について記載したが、同様の手法を直圧式型締装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】型締装置の一つの例である射出成形機に用いられる型締装置の概要図である。
【図２】型閉じ工程において型締力を求めるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】型開き工程において型締力を求めるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】型閉じ工程において型締力の警告を発するステップを含むフローチャートである。
【図５】型開き工程において型締力の警告を発するステップを含むフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
ｋ ４本のタイバーの合成弾性定数
Ｋ 型締機構の弾性定数
ＵM 型締用サーボモータ８が発生するエネルギー
ＦC 算出型締力
ＦS 検出型締力
ＦB 型締力監視幅
１００ 型締装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機、プレス機械などの可動盤と固定盤とを有する型締装置における型締力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機では成形品にバリができることを防止するために、射出圧力や成形品の大きさに応じて適切な型締力を与える必要がある。このため、成形運転中に所定の型締力が発生しているかを監視したり、型締力をフィードバック制御して常に所定の型締力が発生するように型締機構を制御することが行われている。
【０００３】
特許文献１には、型締装置のアーム部の外表面にアームの歪量を検知する歪センサをボルトによって取り付け、歪センサにより検知したアーム部の歪量に基づいて型締力を求め、求めた型締力に応じて型締装置の型締力をフィードバック制御する技術が開示されている。この文献では、射出成形機が備えているタイバーに歪センサを取り付けた場合、歪ゲージの貼り付け状態や、貼り付け後の耐久性が検査精度に大きく影響することから、型締装置の構成部材の外表面に歪センサ部をボルトによって固定する技術が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、射出成形機などの成形機が備えている可動プラテンの移動を案内するタイバーの歪量を測定し型締力を求める技術が開示されている。この文献では、歪センサをタイバーにバンドを用いて取り付ける技術が開示されており、該バンドに伸びが生じても、その伸びを吸収して、継続的に十分な押し付け力で歪センサをタイバーに押し付けることができるタイバー歪測定装置の固定装置が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、高圧型締を行う基準となる仕事量を設定し、生産稼動中に、型締工程の高圧型締に伴う仕事量を検出し、これらの差を求め型締力を補正する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１８７８５３号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／０８７９３６号公報
【特許文献３】特開２００６−２３９９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
タイバーの伸びを歪センサで直接測定して型締力を測定することは精度が高い。しかし、背景技術で説明したように、型締装置のアーム部やタイバーに歪センサなど型締力測定素子を取り付けることは、型締装置にボルトで固定したり、タイバーにバンドを用いて固定したりと、構造が複雑なこともあり、必ずしも信頼性が高い型締力を測定しているとはいえなかった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、型締装置の歪を蓄積する部分に直接取り付けるセンサを用いることなく、型締力を測定できる型締力測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の請求項１に係る発明は、型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、該型締機構が型閉じ工程において型盤が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーを求める手段と、該手段により求められたエネルギーと該型締機構の弾性定数とから算出型締力を算出する型締力算出手段と、を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、該型締機構が型開き工程において型盤が型開きを開始してから金型タッチ位置に到達するまでに前記モータが発電したエネルギーを求める手段と、該エネルギーを求める手段により求められたエネルギーと該型締機構の弾性定数とから算出型締力を算出する型締力算出手段と、を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置である。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記型締機構は型締力を測定する型締力センサを有し、該型締力センサによって検出された検出型締力と、前記型締力算出手段により算出された算出型締力と、該検出型締力と該算出型締力との差を算出する偏差型締力算出手段と、該偏差型締力算出手段により算出された型締力の差があらかじめ設定された許容範囲を超えた際に警告を発生する警告発生手段と、を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置である。
請求項４に係る発明は、前記エネルギーは、前記モータのトルクと回転角度との積を積分して求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置である。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記型締機構の弾性定数は、前記型締機構が型閉じ工程において型盤が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーと前記型締機構に取り付けられた型締力センサで測定された型締力とから求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置である。
請求項６に係る発明は、前記型締機構の弾性定数は、前記型締機構が型開き工程において型盤が型開きを開始してから金型がタッチ位置に到達するまでに前記モータが発電したエネルギーと前記型締機構に取り付けられた型締力センサで測定された測定型締力とから求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、型締装置の歪を蓄積する部分に直接取り付けるセンサを用いることなく、型締力を測定できる型締装置の型締力測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。なお、下記の説明では射出成形機に用いられる型締装置を例として説明するが、本発明は射出成形機の型締装置の型締力測定装置に限定されるものではない。
【００１５】
図１は、型締装置の一つの例である射出成形機に用いられる型締装置１００の概要図である。固定プラテン１とリアプラテン２は、型締機構を構成する４本のタイバー４によって連結されている。固定プラテン１とリアプラテン２間には、可動プラテン３がタイバー４に案内されて移動自在に配設されている。また、固定プラテン１には固定側金型５ａが取付けられ、可動プラテン３には可動側金型５ｂが固定側金型５ａに対面して取付けられている。
【００１６】
リアプラテン２と可動プラテン３間には型締機構を構成するトグル機構６が配設され、トグル機構６のクロスヘッド６ａに設けられたナット（図示せず）が、リアプラテン２に回動自在で軸方向移動不能に取付けられたボールネジ７と螺合している。型締用サーボモータ８が伝動機構１０を介してボールネジ７を駆動することにより、可動プラテン３を固定プラテン１の方向に前進、後退させて金型５ａ、５ｂの開閉、型締を行い、これによってトグル式型締装置を形成している。型閉じ動作は、可動プラテン３を固定プラテン１側に前進させる動作である。また、型開き動作は、可動プラテン３を固定プラテン１側から離す動作、つまり、後退させる動作である。型締用サーボモータ８にはパルスコーダ等の該サーボモータの回転位置（回転角度）、速度を検出する位置・速度検出器１１が取付けられている。位置・速度検出器１１からの出力信号をもとに、クロスヘッド６ａの位置、すなわちトグル機構６の状態、可動プラテン３（可動側金型５ｂ）の位置を検出できる。
【００１７】
また、タイバーナット９とギヤから構成される伝動機構（図示せず）と型厚調整用モータ１４等によって型締力調整手段を構成している。タイバー４のリアプラテン２側の端部にはネジが切られている。該ネジと螺合するタイバーナット９を、前記伝動機構（図示せず）を介して型厚調整用モータ１４によって回転駆動し、リアプラテン２をタイバー４に沿って前後進できる。
【００１８】
型締力センサ１３は、４本あるタイバー４のうちの少なくとも一つに配設される。型締力センサ１３は、タイバー４の歪み（主に、伸び）を測定するセンサである。センサとしては例えば、歪ゲージ（ストレインゲージ）を用いることができる。タイバー４には型締の際に型締力に対応して引張力が加わり、型締力に比例してわずかではあるがタイバー４は弾性変形して伸びる。したがって、タイバー４の伸び量を型締力センサ１３により測定することで、金型５ａ，５ｂに実際に印加されている型締力を知ることができる。
【００１９】
ここで、型締装置により型締力を発生させた場合に、可動プラテン３、トグル機構６のアーム部６ｂ、アーム支持部６ｃは、弾性変形して歪を生じる。これらの部分の歪による変形量はタイバー４の歪量に比べると少ない（例えば、特許文献１の段落「００１０」欄の記載を参照）。
【００２０】
符号２０は、射出成形機を制御する制御装置を示しており、図１にはこの制御装置２０の要部のみを記載している。全体を制御するプロセッサ（ＣＰＵ）２１にバス３０を介してサーボモータの位置、速度、および電流（トルク）を制御する軸制御回路２２、入出力回路２４、メモリ２６、Ａ／Ｄ変換器２７、表示装置２９のインタフェース回路２８が接続されている。
【００２１】
軸制御回路２２はプロセッサやメモリ、インタフェースなどで構成され、型締用サーボモータ８に取付けた位置・速度検出器１１からの位置、速度フィードバック信号が帰還され、さらに、型締用サーボモータ８の駆動電流を検出する電流検出器１２からの電流フィードバック信号が帰還されている。また、軸制御回路２２にはサーボアンプ２３を介して型締用サーボモータ８が接続されている。さらに、入出力回路２４にはインバータ２５を介して型厚調整用モータ１４が接続され、インタフェース２８には表示装置２９が接続されている。
【００２２】
メモリ２６には、射出成形機を制御するプログラムが格納されている。後述する型締力調整のためのアルゴリズムに示すフローチャートを基に作成したプログラムも、メモリ２６に格納されている。プロセッサ２１はこれらのプログラムに基づいて射出成形機を制御する。型締動作については、プロセッサ２１はプログラムに基づいて、移動指令を軸制御回路２２に出力する。軸制御回路２２に内蔵されるプロセッサ（図示せず）は、この移動指令と位置・速度検出器１１からの位置、速度フィードバック信号および電流検出器１２からの電流フィードバック信号に基づいて、位置、速度、および電流のフィードバック制御を行い、サーボアンプ２３を介して型締用サーボモータ８を駆動制御する。
【００２３】
型締用サーボモータ８の駆動により、ボールネジ７が回転し、該ボールネジ７に螺合するナット（図示せず）を有するトグル機構６のクロスヘッド６ａがボールネジ７に沿って移動し、トグル機構６が駆動され、可動プラテン３が前進し固定側金型５ａに可動側金型５ｂが当接し、さらに可動プラテン３を前進させ、トグル機構６のリンクが伸び、可動プラテン３が所定の型締完了位置に達したとき、この位置に型締用サーボモータ８は位置決めされ、型締力が発生する。
【００２４】
すなわち、固定プラテン１とリアプラテン２はタイバー４によって連結されているから、固定側金型５ａと可動側金型５ｂが当接し、さらに可動プラテン３および可動側金型５ｂが前進したとき、該タイバー４が伸び、このタイバー４の伸びの反力によって型締力が得られる。
【００２５】
そのような構造であるため、金型５ａ、５ｂを金型の厚さが異なるものに交換したときや型締力を変えるときには、型締完了位置まで可動プラテン３が前進した時に目標型締力が得られるようなタイバーの伸びが発生するようリアプラテン２の位置を変化させ、型締力を調整しなければならない。リアプラテン２の位置を変化させる場合、プロセッサ２１は入出力回路２４を介して型厚調整用モータ１４を駆動し、伝動機構（図示せず）を介してタイバーナット９を回転させてリアプラテン２の位置を変化させることができる。
【００２６】
リアプラテン２に位置を特定するためのセンサや型厚調整用モータ１４に回転位置を特定するためのセンサを設けずに、型厚調整用モータ１４の駆動時間（換言すると、リアプラテン２の移動時間）を制御してリアプラテン２の位置を変化させることにより、型締力の調整を行うことができる。
【００２７】
このような型締用サーボモータ８でトグル式型締機構を駆動する射出成形機では、射出成形機の自動運転中、金型５ａ、５ｂの熱膨張等によって型締力が変動する。そのため、トグル式型締装置を有する射出成形機ではこの型締力の変動を抑制し安定した型締力を得る必要がある。安定した型締力を得る制御を行うために、正確な型締力を求めなければならない。
【００２８】
次に、型締装置の歪を蓄積する部分に直接取り付けるセンサを用いることなく型締力を測定する本発明における方法について説明する。
【００２９】
タイバー４には型締の際に型締力に対応して引張力が加わり、型締力に比例してわずかではあるがタイバー４は伸びる。タイバー４の伸び量を型締力センサ１３により測定することで、金型５ａ，５ｂに実際に印加されている型締力を知ることができる。ここで、タイバー４は弾性変形して伸びることによって弾性エネルギーを蓄積した状態にあるとみることができる。図１で説明した型締装置１００の４本のタイバー４全体の合成した合成弾性定数をｋ、型締力をＦ、タイバーの伸び量をｘとする。そして、型締力Ｆの時にタイバーの伸び量がｘであるとすると、数１式の関係がなりたつ。
【００３０】
【数１】
【００３１】
また、この時の４本のタイバー４に蓄積された弾性エネルギーをｕEとすると、数２式の関係がなりたつ。
【００３２】
【数２】
【００３３】
ところで、型締力Ｆを生みだす際の型締用サーボモータ８が発生するエネルギーＵMは、理想的にはその全てのエネルギーが４本のタイバー４に蓄積されることが望ましい。しかし、先に述べたように、型締装置１００のトグル機構６などにも歪による弾性エネルギーとして蓄積される。そのため、上記の合成弾性定数ｋは、トグル機構６を含めた全体の弾性定数に置き換える必要がある。型締装置１００の４本のタイバー４とトグル機構６など歪によるエネルギーを蓄積する型締機構部分全体の弾性定数をＫ（以下、型締機構の弾性定数Ｋという）とみなす。型締装置１００の型締機構全体に蓄積される弾性エネルギーをＵEとし、数２式のｋをＫで置き換えると、数３式が得られる。
【００３４】
【数３】
【００３５】
ところで、型締装置１００に蓄積される弾性エネルギーＵEは、型締用サーボモータ８が型締力Ｆを生みだすために発生したエネルギーＵMに等しいとみなすことができる。そうすると、数４式の関係がなりたつ。なお、ここでは、摩擦によるエネルギー損失、熱エネルギー損失の部分は少ないとして無視する。
【００３６】
【数４】
【００３７】
型締用サーボモータ８が発生したエネルギーＵMは、数５式で表すことができる。符号Ｔは型締用サーボモータ８のトルクを表し、符号θは回転角度を表す。符号Δは差分を意味し回転角度θの前回の演算時と今回の演算時と差の角度を表す。ここで、前回と今回は、前回の時間と今回の時間、あるいは、前回の位置と今回の位置である。符号Σは積算を表わす。つまり、数５式は、エネルギーＵMは、型締用サーボモータ８の回転角度とトルクの積を位置により積分して求めることを意味している。図１で説明したように、型締用サーボモータ８の回転角度θは、位置・速度検出器１１によって検出することができる。また、型締用サーボモータ８のトルクＴは、トルク定数と駆動電流の積で求めることができる。駆動電流は電流検出器１２からの電流フィードバック信号から求めることができる。
【００３８】
【数５】
【００３９】
そして、数３式から数５式により数６式が得られる。数６式から解るように、型締力Ｆを型締用サーボモータ８のトルクＴと回転角度θを測定することにより求めることができる。この式を用いることによって、歪センサなどのセンサをタイバー４に取り付けることなく、型締力を測定可能であることが解る。
【００４０】
【数６】
【００４１】
ここで、型締機構の弾性定数の求め方について説明する。数６式を変形することにより数７式が得られる。ここで型締力Ｆは、型締力センサ１３を用いて実際にタイバー４の歪量を測定することにより求める。エネルギーＵMは、型締機構が型閉じ工程において可動プラテン３が金型タッチ位置から型締完了位置に到達するまでに型締用サーボモータ８が発生したエネルギー、または、型締機構が型開き工程において可動プラテン３が型締完了位置から金型タッチ位置に到達するまでに型締用サーボモータ８が発電したエネルギーである。このように、エネルギーＵMも型締力Ｆも測定可能な物理量であるのでＫを求めることができる。
【００４２】
【数７】
【００４３】
以上の説明では型閉じ工程、すなわち型締力を発生する工程での型締力を求める方法であったが、型開き工程、すなわち型締力を解放する工程でも同様の手法で型締力を求めることができる。この場合には、型締機構に蓄えられる弾性エネルギーが型開きする際にモータに伝達され、型締用サーボモータ８が回転することを利用する。この際、型締用サーボモータ８は外力によって回転させられるので発電機として働く。そこで、型開き工程では型閉じ工程とは反対に、型開きを開始してから金型タッチ位置に到達するまでにモータが発電したエネルギーを数５式によって求める。さらに求めたエネルギーＵMを数６式によって型締力Ｆを算出できる。
【００４４】
次に、型閉じ工程において型締完了位置における型締力を求めるアルゴリズムを図２に示されるフローチャートを用いて説明する。ここでは、固定プラテン１の固定側金型５ａの取付面の位置を基準としリアプラテン２の方向を可動プラテン３の位置が増加する方向とする。可動プラテン３の前進とは固定プラテン１に近づく移動を意味する。可動プラテン３の後退とは固定プラテン１から離れる方向の移動を意味する。また、金型タッチ位置、可動プラテンの型締完了位置、型開き完了位置の位置情報は、あらかじめ設定されているものとする。以下、各ステップに従って説明する。
【００４５】
●［ステップＳＡ１］型締用サーボモータ８が発生するエネルギーＵMの値を０（ゼロ）に初期化する。
●［ステップＳＡ２］型締用サーボモータ８を駆動し、可動プラテン３を固定プラテン１側へ前進開始する。
●［ステップＳＡ３］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。
●［ステップＳＡ４］ステップＳＡ３で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。なお、位置検出信号から可動プラテン３の位置を求めることは周知の技術である。
●［ステップＳＡ５］可動プラテン３の位置は金型タッチ位置以下であるか否かを判断し、可動プラテン３の位置が金型タッチ位置以下の場合にはステップＳＡ６に移行し、以下でなければステップＳＡ３に戻る。
●［ステップＳＡ６］ステップＳＡ３と同様に位置検出信号を取得する。さらに、型締用サーボモータ８の駆動電流を検出する電流検出器１２からの電流検出信号を取得する。
●［ステップＳＡ７］ステップＳＡ４と同様に可動プラテン３の位置を算出する。
【００４６】
●［ステップＳＡ８］型締用サーボモータ８のトルク値を算出する。トルク値は、型締用サーボモータ８のトルク定数とステップＳＡ６で取得した電流検出信号とを用いて算出する。なお、トルク定数はモータ固有の値である。
●［ステップＳＡ９］ステップＳＡ６で取得する位置検出信号から前回の制御周期で取得した位置検出信号の差を元に型締用サーボモータ８の回転角度の差を求める。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数の差である。
●［ステップＳＡ１０］型締用サーボモータ８が発生するエネルギー量を、ＵM＝ＵM＋Ｔ・Δθにより算出する。Ｔ・Δθは１つの制御周期で型締用サーボモータ８が発生するエネルギーである。
●［ステップＳＡ１１］可動プラテン３の位置は型締完了位置に達したか否か判断し、達していない場合にはステップＳＡ６に戻り、達している場合にはステップＳＡ１２へ移行する。
●［ステップＳＡ１２］型締用サーボモータ８の駆動を停止し可動プラテン３の前進を停止する。
●［ステップＳＡ１３］型締機構の弾性定数ＫとステップＳＡ１０で積算して求められた型締用サーボモータ８が発生したエネルギーとから算出型締力ＦCを求める。
●［ステップＳＡ１４］ステップＳＡ１３で求められた算出型締力ＦCを表示装置２９に表示し、終了する。
【００４７】
次に、型開き工程において型締完了位置における型締力を求めるアルゴリズムを図３に示されるフローチャートを用いて説明する。型開き工程において、型締用サーボモータ８は発電することになり、図３のフローチャートではこの発電したエネルギーを求める。ここでは、固定プラテン１の固定側金型５ａの取付面の位置を基準とし、リアプラテン２の方向を位置が増加する方向とする。可動プラテン３の前進とは固定プラテン１に近づく移動を意味する。可動プラテン３の後退とは固定プラテン１から離れる方向の移動を意味する。また、金型タッチ位置、可動プラテンの型締完了位置の位置情報は、あらかじめ設定されているものとする。以下、各ステップに従って説明する。
【００４８】
●［ステップＳＢ１］型締用サーボモータ８が発電するエネルギーＵMの値を０（ゼロ）に初期化する。
●［ステップＳＢ２］型締用サーボモータ８を駆動し、可動プラテン３をリアプラテン２側へ後退開始する。
●［ステップＳＢ３］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。さらに、発電機として働く型締用サーボモータ８からの発電電流を検出する電流検出器１２からの電流検出信号を取得する。
●［ステップＳＢ４］型締用サーボモータ８のトルク値を算出する。トルク値は、型締用サーボモータ８のトルク定数とステップＳＢ３で取得した電流検出信号とを用いて算出する。
●［ステップＳＢ５］ステップＳＢ３で取得した位置検出信号から前回の制御周期で取得した位置検出信号の差を元に型締用サーボモータ８の回転角度の差を求める。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数の差である。
【００４９】
●［ステップＳＢ６］型締用サーボモータ８が発生するエネルギー量を、ＵM＝ＵM＋Ｔ・Δθにより算出する。Ｔ・Δθは１つの制御周期で型締用サーボモータ８が発電するエネルギーである。
●［ステップＳＢ７］ステップＳＢ３で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。なお、位置検出信号から可動プラテン３の位置を求めることは周知の技術である。
●［ステップＳＢ８］可動プラテン３の位置は金型タッチ位置以下であるか否かを判断し、可動プラテン３の位置が金型タッチ位置以下の場合にはステップＢ３に戻り、以下でなければステップＳＢ９へ移行する。
●［ステップＳＢ９］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。
●［ステップＳＢ１０］ステップＳＢ９で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。
【００５０】
●［ステップＳＢ１１］可動プラテン３の位置は型開き完了位置に達したか否か判断し、達していない場合にはステップＳＢ９に戻り、達している場合にはステップＳＢ１２へ移行する。
●［ステップＳＢ１２］型締用サーボモータ８の駆動を停止し可動プラテン３の後退を停止する。
●［ステップＳＢ１３］型締機構の弾性定数ＫとステップＳＢ６で積算して求められた型締用サーボモータ８が発生したエネルギーとから算出型締力ＦCを求める。
●［ステップＳＢ１４］ステップＳＢ１３で求められた算出型締力ＦCを表示装置２９に表示し、終了する。
【００５１】
上述した図２、図３に示されるアルゴリズムにより、算出型締力ＦCは型締装置１００に型締力センサ１３からの信号を用いることなく求められる。したがって、歪ゲージのような型締力センサ１３を型締装置１００に取り付ける必要がなくなり、特許文献１や特許文献２が課題としていた歪ゲージの位置ずれやセンサとタイバーのすべりによって生じる型締力測定の不正確さを回避することができる。
【００５２】
さらに、型締力測定の測定精度を重視し歪ゲージなどの型締力センサ１３を用いる場合にも、本発明の型締力測定装置を併用することにより歪ゲージなどの型締力センサ１３が正常に動作しているかを監視することが可能である。そこで、型締力センサが正常に動作しているかを監視するアルゴリズムのフローチャートを図４と図５に示す。
【００５３】
図４のフローチャートは図２に示される型閉じ工程に対応するものである。図４のフローチャートについて説明すると、図４のフローチャートのステップＳＣ１からステップＳＣ１３の各ステップは、図２のフローチャートのステップＳＡ１からステップＳＡ１３にそれぞれ対応する。
【００５４】
●［ステップＳＣ１４］型締装置１００のタイバー４に固定されている型締力センサ１３からの出力信号をもとに検出型締力ＦSを取得する。
●［ステップＳＣ１５］算出型締力ＦCと検出型締力ＦSの差の絶対値が型締力監視幅ＦBより小さいか否かを判断し、小さい場合にはステップＳＣ１７へ移行し、小さくない場合にはステップＳＣ１６へ移行する。なお、型締力監視幅ＦBはあらかじめ設定した値である。
●［ステップＳＣ１６］型締力センサ１３からの出力によって求めた検出型締力ＦSに異常があると判断し警告信号を出力する。
●［ステップＳＣ１７］算出型締力ＦCおよび検出型締力ＦSを表示装置２９に表示し、終了する。算出型締力ＦCは、ステップＳＣ１３で算出されたものである。検出型締力ＦSはステップＳＣ１４で取得されたものである。ステップＳＣ１６で出力された警告信号に基づいて警告表示を表示するようにしてもよい。
【００５５】
次に、図５のフローチャートを説明する。図５のフローチャートの途中からは図３に示される型開き工程に対応するものである。
●［ステップＳＤ１］型締用サーボモータ８を駆動し、可動プラテン３を固定プラテン１側へ前進開始する。
●［ステップＳＤ２］可動プラテン３の位置は型締完了位置に達したか否か判断し、達していない場合には可動プラテン３の位置が型締完了位置に達するまで可動プラテン３の前進移動を継続する。
●［ステップＳＤ３］型締用サーボモータ８の駆動を停止し可動プラテン３の前進を停止する。
●［ステップＳＤ４］型締装置１００のタイバー４に固定されている型締力センサ１３からの出力信号をもとに検出型締力ＦSを取得する。
●［ステップＳＤ５］射出成形の射出工程・保圧工程・冷却工程を開始する。
●［ステップＳＤ６］射出成形の射出工程・保圧工程・冷却工程が終了か否か判断し、前記工程が終了するまで待つ。
【００５６】
●［ステップＳＤ７］型締用サーボモータ８が発電するエネルギーＵMの値を０（ゼロ）に初期化する。
●［ステップＳＤ８］型締用サーボモータ８を駆動し、可動プラテン３をリアプラテン２側へ後退開始する。
●［ステップＳＤ９］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。さらに、発電機として働く型締用サーボモータ８からの発電電流を検出する電流検出器１２からの電流検出信号を取得する。
●［ステップＳＤ１０］型締用サーボモータ８のトルク値を算出する。トルク値は、型締用サーボモータ８のトルク定数とステップＳＤ９で取得した電流検出信号とを用いて算出する。
●［ステップＳＤ１１］ステップＳＤ９で取得した位置検出信号から前回の制御周期で取得した位置検出信号の差を元に型締用サーボモータ８の回転角度の差を求める。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数の差である。
【００５７】
●［ステップＳＤ１２］型締用サーボモータ８が発生するエネルギー量を、ＵM＝ＵM＋Ｔ・Δθにより算出する。Ｔ・Δθは１つの制御周期で型締用サーボモータ８が発電するエネルギーである。
●［ステップＳＤ１３］ステップＳＤ９で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。なお、位置検出信号から可動プラテン３の位置を求めることは周知の技術である。
●［ステップＳＤ１４］可動プラテン３の位置は金型タッチ位置以下であるか否かを判断し、可動プラテン３の位置が金型タッチ位置以下の場合にはステップＳＤ９に戻り、以下でなければステップＳＤ１５へ移行する。
【００５８】
●［ステップＳＤ１５］型締用サーボモータ８に取り付けられている位置・速度検出器１１からの位置検出信号を取得する。より具体的には、位置・速度検出器１１からの制御周期毎に得られるパルス数を取得する。
●［ステップＳＤ１６］ステップＳＤ１５で得られた位置検出信号を元に、可動プラテン３の位置を算出する。
【００５９】
●［ステップＳＤ１７］可動プラテン３の位置は型開完了位置に達したか否か判断し、達していない場合にはステップＳＤ１５に戻り、達している場合にはステップＳＤ１８へ移行する。
●［ステップＳＤ１８］型締用サーボモータ８の駆動を停止し可動プラテン３の後退を停止する。
●［ステップＳＤ１９］型締機構の弾性定数ＫとステップＳＤ１２で積算して求められた型締用サーボモータ８が発電したエネルギーとから算出型締力ＦCを求める。
【００６０】
●［ステップＳＤ２０］算出型締力ＦCと検出型締力ＦSの差の絶対値が型締力監視幅ＦBより小さいか否かを判断し、小さい場合にはステップＳＤ２２へ移行し、小さくない場合にはステップＳＤ２１へ移行する。なお、型締力監視幅ＦBはあらかじめ設定した値である。
●［ステップＳＤ２１］型締力センサ１３からの出力によって求めた検出型締力ＦSに異常があると判断し警告信号を出力し、ステップＳＤ２２へ移行する。
●［ステップＳＤ２２］算出型締力ＦCおよび検出型締力ＦSを表示装置２９に表示し、終了する。算出型締力ＦCはステップＳＤ１９で算出されたものである。検出型締力ＦSはステップＳＤ４で取得されたものである。ステップＳＤ２１で出力された警告信号に基づいて警告表示を表示するようにしてもよい。
なお、本実施例ではトグル式の型締装置における型締力測定装置について記載したが、同様の手法を直圧式型締装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】型締装置の一つの例である射出成形機に用いられる型締装置の概要図である。
【図２】型閉じ工程において型締力を求めるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３】型開き工程において型締力を求めるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】型閉じ工程において型締力の警告を発するステップを含むフローチャートである。
【図５】型開き工程において型締力の警告を発するステップを含むフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
ｋ ４本のタイバーの合成弾性定数
Ｋ 型締機構の弾性定数
ＵM 型締用サーボモータ８が発生するエネルギー
ＦC 算出型締力
ＦS 検出型締力
ＦB 型締力監視幅
１００ 型締装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、
該型締機構が型閉じ工程において型盤が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーを求める手段と、
該手段により求められたエネルギーと該型締機構の弾性定数とから算出型締力を算出する型締力算出手段と、
を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置。
【請求項２】
型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、
該型締機構が型開き工程において型盤が型開きを開始してから金型タッチ位置に到達するまでに前記モータが発電したエネルギーを求める手段と、
該エネルギーを求める手段により求められたエネルギーと該型締機構の弾性定数とから算出型締力を算出する型締力算出手段と、
を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置。
【請求項３】
前記型締機構は型締力を測定する型締力センサを有し、
該型締力センサによって検出された検出型締力と、
前記型締力算出手段により算出された算出型締力と、
該検出型締力と該算出型締力との差を算出する偏差型締力算出手段と、
該偏差型締力算出手段により算出された型締力の差があらかじめ設定された許容範囲を超えた際に警告を発生する警告発生手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置。
【請求項４】
前記エネルギーは、前記モータのトルクと回転角度との積を積分して求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置。
【請求項５】
前記型締機構の弾性定数は、前記型締機構が型閉じ工程において型盤が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーと前記型締機構に取り付けられた型締力センサで測定された型締力とから求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置。
【請求項６】
前記型締機構の弾性定数は、前記型締機構が型開き工程において型盤が型開きを開始してから金型がタッチ位置に到達するまでに前記モータが発電したエネルギーと前記型締機構に取り付けられた型締力センサで測定された測定型締力とから求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置。
【請求項１】
型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、
該型締機構が型閉じ工程において型盤が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーを求める手段と、
該手段により求められたエネルギーと該型締機構の弾性定数とから算出型締力を算出する型締力算出手段と、
を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置。
【請求項２】
型締機構を駆動するモータを備えた型締装置の型締力測定装置であって、
該型締機構が型開き工程において型盤が型開きを開始してから金型タッチ位置に到達するまでに前記モータが発電したエネルギーを求める手段と、
該エネルギーを求める手段により求められたエネルギーと該型締機構の弾性定数とから算出型締力を算出する型締力算出手段と、
を有することを特徴とする型締装置の型締力測定装置。
【請求項３】
前記型締機構は型締力を測定する型締力センサを有し、
該型締力センサによって検出された検出型締力と、
前記型締力算出手段により算出された算出型締力と、
該検出型締力と該算出型締力との差を算出する偏差型締力算出手段と、
該偏差型締力算出手段により算出された型締力の差があらかじめ設定された許容範囲を超えた際に警告を発生する警告発生手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置。
【請求項４】
前記エネルギーは、前記モータのトルクと回転角度との積を積分して求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置。
【請求項５】
前記型締機構の弾性定数は、前記型締機構が型閉じ工程において型盤が金型タッチ位置に到達してから型締完了位置に到達するまでに前記モータが発生したエネルギーと前記型締機構に取り付けられた型締力センサで測定された型締力とから求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置。
【請求項６】
前記型締機構の弾性定数は、前記型締機構が型開き工程において型盤が型開きを開始してから金型がタッチ位置に到達するまでに前記モータが発電したエネルギーと前記型締機構に取り付けられた型締力センサで測定された測定型締力とから求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の型締装置の型締力測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−９９８４７（Ｐ２０１０−９９８４７Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０７１７（Ｐ２００８−２７０７１７）
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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