射出成形機のノズルタッチ制御装置
【課題】射出ユニットの機構部に過大な負荷が加わることがない射出成形機のノズルタッチ制御装置の提供。
【解決手段】速度補償器１０６は、速度偏差に基づいて比例、積分などの速度ループ制御をおこなってトルク指令（電流指令）を求める。トルク制限値１０８は、トルク制限指令ＴｌｉｍCMDにより、該速度補償器から入力するトルク指令を制限し、減算器１１０に出力する。該減算器は、トルク指令（電流指令）から、サーボアンプ１１４の駆動電流を検出する電流検出器（図示せず）よりフィードバックされる電流フィードバックＩｆを減算し電流偏差を求める。電流補償器１１２は、電流偏差を基に該サーボアンプに出力される電圧指令が生成する。該サーボアンプは該電流補償器から入力する電圧指令に基づいてサーボモータ１１６を駆動制御する。該サーボモータにトルク制限値を超える過大な負荷が発生した場合には該サーボモータが負荷に負けて回転する。
【解決手段】速度補償器１０６は、速度偏差に基づいて比例、積分などの速度ループ制御をおこなってトルク指令（電流指令）を求める。トルク制限値１０８は、トルク制限指令ＴｌｉｍCMDにより、該速度補償器から入力するトルク指令を制限し、減算器１１０に出力する。該減算器は、トルク指令（電流指令）から、サーボアンプ１１４の駆動電流を検出する電流検出器（図示せず）よりフィードバックされる電流フィードバックＩｆを減算し電流偏差を求める。電流補償器１１２は、電流偏差を基に該サーボアンプに出力される電圧指令が生成する。該サーボアンプは該電流補償器から入力する電圧指令に基づいてサーボモータ１１６を駆動制御する。該サーボモータにトルク制限値を超える過大な負荷が発生した場合には該サーボモータが負荷に負けて回転する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機において、射出シリンダ先端に取り付けられたノズルをサーボモータによって金型へノズルタッチさせ、さらに所定のノズルタッチ力を発生させる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機の射出ユニットの射出シリンダ先端に取り付けられたノズルは、射出成形機本体のベース上に固定されたノズル前後進用のサーボモータの回転運動を、ボールねじ等の伝達機構によって直線運動に変換することで前後進動作を行う。ノズル前進動作ではサーボモータによってノズルを前進させてノズルタッチさせた後も、さらにノズル前後進用モータを動作させ、前記伝達機構と射出ユニット間の弾性部材を圧縮して所定のノズルタッチ力を発生させる。そして、所定のノズルタッチ力が発生すると射出ユニット内のスクリュを前進させ金型内に溶融樹脂を射出する。
【０００３】
連続成形運転が行われている間、ノズルタッチ力は金型とノズル部から溶融樹脂が漏れないよう一定に維持されることが望ましい。しかしながら、金型の構造によっては型締め動作が行われる際に、ノズルが後退方向に押し戻され、弾性部材が圧縮されてノズルタッチ力が上昇する場合がある。この際、圧縮量は弾性部材の最大圧縮量以下であれば問題ないが、最大圧縮量を超えてノズル後退方向に押し戻されると、前記射出ユニットの伝達機構やノズル前後進用サーボモータの固定部に過大な負荷が加わり破損する恐れがある。このため過大な負荷が発生しないように、ノズル前後進用のサーボモータを制御する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、弾性部材の変形量を制御することによって所定のノズルタッチ力が発生する技術が開示されている。
特許文献２には、ノズルタッチ力に対応する位置にサーボモータを位置決めする技術が開示されている。
特許文献３には、設定されたノズルタッチ力に基づいてモータのトルクを制御する技術が開示されている。
特許文献４には、弾性部材の圧縮量が所定量を超えたことが弾性部材の圧縮量を検出するエンコーダによって検出されると、金型からノズルが離れる方向にモータを回転させたり、モータの位置を保持するブレーキを解除する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３５１１３３号公報
【特許文献２】特開平５−２００７８４号公報
【特許文献３】特開昭６３−１５４３２０号公報
【特許文献４】特開２００６−２７２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
背景技術の欄で説明した特許文献１や特許文献２に開示される技術は、弾性部材の変位量を検出することで、所定のノズルタッチ力を発生させたり、所定のノズルタッチ力で発生した位置でサーボモータの位置決めを行うものである。弾性部材の変形量でノズルタッチ力を制御する方法は、特許文献３のようにモータのトルクで制御する場合に比べて伝達機構の摩擦等の影響を受けないため、所定のノズルタッチ力を正確に発生させることができるという長所がある。しかしながら、これらの従来技術では型締動作によって過大な負荷が射出ユニットに加わることを想定した機構部の保護のための対策について、何ら開示されていなかった。
一方、特許文献４では、弾性部材の変形量を検出してモータを回転させたりブレーキを解除することは開示されているが、負荷を検出して回転動作やブレーキ解除等の過負荷回避動作を行うため、型締め動作のように瞬間的に急激に負荷が増大するような場合では、回避動作が間に合わないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、ノズル前後進用モータにトルク制限値を超える過大な負荷が発生した場合には、モータが負荷に負けて回転するため射出ユニットの機構部に過大な負荷が加わることがない射出成形機のノズルタッチ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、金型にノズルタッチするためのノズルを前進させるサーボモータと、前記サーボモータの回転運動を直線運動に変換する伝達機構と、前記伝達機構に接続されノズルタッチ力を発生させるための弾性部材と、あらかじめ設定したノズルタッチ力に対応させて前記弾性部材が圧縮した位置で前記サーボモータを位置決めする位置決め制御部と、前記サーボモータを位置決めしている間、前記設定されたノズルタッチ力より大きく、かつ前記弾性部材の最大圧縮量に対応するノズルタッチ力より小さなトルク制限値で前記サーボモータのトルク制限を行うトルク制限部と、を有することを特徴とする射出成形機のノズルタッチ制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、トルク制限値を超える過大な負荷が発生した場合には、モータが負荷に負けて回転するため射出ユニットの機構部に過大な負荷が加わることがない。また、トルク制限手段は、位置・速度・電流などのモータ制御ループの中で内側の電流ループに直接作用するため、瞬間的に過大な負荷が加わった場合でも応答の遅れを最小にできるため確実に機構部を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用する射出成形機のノズルタッチ制御装置を説明するブロック図である。
【図２】ノズルタッチ状態での位置・トルク制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明を適用する射出成形機のノズルタッチ制御装置を説明するブロック図である。射出成形機Ｍは、機台Ｍｂ上に型締部Ｍｃおよび射出部Ｍｉを備える。射出部Ｍｉは樹脂材料（ペレット）を加熱溶融し、当該溶融樹脂を金型３１のキャビティ内に射出するものである。型締部Ｍｃは主に金型３１（可動側金型３１ａ，固定側金型３１ｂ）の開閉を行うものである。
射出部Ｍｉを説明する。射出シリンダ１の先端にはノズル２が取り付けられている。射出シリンダ１内には、スクリュ３が挿通されている。スクリュ３には、スクリュ３に掛る圧力により樹脂圧力を検出するロードセル等を用いた樹脂圧力センサ５が設けられている。樹脂圧力センサ５から出力される樹脂圧力センサ出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１６によりデジタル信号に変換されサーボＣＰＵ１５に入力する。
【００１１】
スクリュ３は、スクリュ回転用サーボモータＭ２により、プーリ，ベルト等で構成される伝動機構６を介して回転させられる。また、スクリュ３は、スクリュ前後進用サーボモータＭ１によって、プーリ，ベルト，ボールネジ／ナット機構などの回転運動を直線運動に変換する機構を含む伝動機構７を介して駆動され、スクリュ３の軸方向に移動させられる。なお、符号Ｐ１はスクリュ前後進用サーボモータＭ１の位置，速度を検出することによって、スクリュ３の軸方向の位置，速度を検出する位置・速度検出器であり、符号Ｐ２はサーボモータＭ２の位置，速度を検出することによって、スクリュ３の軸周りの回転位置，速度を検出する位置・速度検出器である。符号４は射出シリンダ１内に樹脂を供給するホッパである。
【００１２】
射出成形機Ｍは、固定側金型３１ｂを取り付けた固定プラテン３２にノズル２を圧接（ノズルタッチ）するために、射出部Ｍｉを型締部Ｍｃ側に前進させるためのノズルタッチ駆動装置を備えている。ノズルタッチ駆動装置は、機台Ｍｂに取り付けられたノズル前後進用サーボモータＭ３、一端をノズル前後進用サーボモータＭ３の負荷軸に連結され，他端を固定プラテン３２に回転自在に支持されたボールネジ３４、該ボールネジ３４に螺合されたナット３３、射出部Ｍｉの射出ユニット３９に固定された第１の受圧板３６、該ナットに取り付けられた第２の受圧板３７、第１の受圧板３６と第２の受圧板３７の間に挿入されたバネ３５、第１の受圧板３６と第２の受圧板３７の間隔を測定しバネの長さを検出するセンサ３８からなる。ノズル前後進用サーボモータＭ３には位置・速度検出器Ｐ３が取り付けられている。位置・速度検出器Ｐ３の出力信号はサーボＣＰＵ１５にフィードバックされ、ノズル前後進用サーボモータＭ３の制御に用いられる。
【００１３】
ノズルタッチ駆動装置は、ノズル前後進用サーボモータＭ３を回転させボールネジ３４を回転させることによって、ナット３３を固定プラテン３２に対して前後進させる。ナット３３の前後進によって第１の受圧板３６と第２の受圧板３７との間隔を調整し、バネ３５の弾性力を調節する。図１に示されるバネ３５のような弾性体を収縮させることによりノズル押し付け力を発生させる機構の場合では、弾性体の長さを測定することによりノズル２のノズル押し付け力を検出することができる。弾性体としてはバネの他にゴムを使用することができる。これにより、所望のノズル２の固定側金型３１ｂへのノズル押し付け力（ノズルタッチ力）を発生させることができる。
【００１４】
バネ３５の長さを検出したセンサ３８からの出力信号はインタフェース２７を介してノズル２のノズル押し付け力としてＲＡＭ２２に格納される。センサ３８によるノズル２のノズル押し付け力の検出は所定の時間間隔毎（サンプリング間隔毎）に行う。
型締部Ｍｃは、図示しない可動プラテン前後進モータによって可動プラテン３０が固定プラテン３２方向に前進し型閉じが行われ、可動側金型３１ａと固定側金型３１ｂが接触した後もさらに可動プラテン３０を固定プラテン３２方向に前進させて所定の型締力を発生させる。そして、可動プラテン３０が後退することによって型開きが行われる。なお、図１において型締部Ｍｃは可動プラテン３０、金型３１ａ，３１ｂ、固定プラテン３２のみを記載している。
【００１５】
射出成形機Ｍの制御装置は、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣＣＰＵ２０、プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるＰＭＣＣＰＵ１７、及びサーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ１５を有し、バス２６を介して相互の入出力を選択することにより各マイクロプロセッサ間で情報伝達が行えるように構成されている。
サーボＣＰＵ１５には、位置ループ，速度ループ，電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ１３およびデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１４が接続されている。また、サーボＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１６を介して射出成形機Ｍに設けられた樹脂圧力センサ５から出力される圧力信号を検出できるように接続されている。
【００１６】
サーボＣＰＵ１５には、サーボＣＰＵ１５からの指令に基づいて、射出軸に接続された射出用サーボモータＭ１，スクリュ回転軸に接続されたスクリュ回転用サーボモータＭ２，ノズル前後進用サーボモータＭ３を駆動するサーボアンプ１１，１２，１０が接続されている。また、各サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に取り付けられた位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの出力信号がサーボＣＰＵ１５に帰還されるようになっている。各サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３の回転位置は、位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの位置のフィードバック信号に基づいてサーボＣＰＵ１５により算出され、各現在位置レジスタに更新記憶される。
【００１７】
ＰＭＣＣＰＵ１７には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ１８および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ１９が接続され、ＣＮＣＣＰＵ２０には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラムなどの各種プログラムを記憶したＲＯＭ２１および演算データの一時記憶に用いられるＲＡＭ２２が接続されている。
成形データ保存用ＲＡＭ２３は、不揮発性のメモリであって、射出成形作業に関する成形条件と各種設定値，パラメータ，マクロ変数等を記憶する成形データ保存用のメモリである。表示装置／ＭＤＩ（手動データ入力装置）２５はインタフェース（Ｉ／Ｆ）２４を介してバス２６に接続され、機能メニューの選択および各種データの入力操作等が行えるようになっている。また、数値データ入力用のテンキーおよび各種のファンクションキー等が設けられている。表示装置／ＭＤＩユニット２５を用いて予め設定するノズルタッチ力を射出成形機Ｍに入力することができる。なお、表示装置としては、ＬＣＤ（液晶表示装置）、ＣＲＴ、その他の表示装置を用いたものでもよい。
【００１８】
以上の射出成形機Ｍの構成により、ＰＭＣＣＰＵ１７が射出成形機全体のシーケンスを制御し、ＣＮＣＣＰＵ２０がＲＯＭ２１の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ２３に格納された成形条件等に基づいて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボＣＰＵ１５は各軸に対して分配された移動指令と位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基づいて、ディジタルサーボ処理を実行し、サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を駆動制御する。
【００１９】
上記射出成形機Ｍを用いた成形動作を説明する。
背景技術の欄で説明したように、連続成形運転が行われている間、ノズルタッチ力（ノズル押し付け力）は金型とノズル部から溶融樹脂が漏れないよう一定に維持されることが望ましい。ところが、金型の構造によっては型締め動作が行われる際に、ノズルが後退方向に押し戻され、弾性部材が圧縮されてノズルタッチ力が上昇する場合がある。この際、圧縮量は弾性部材の最大圧縮量以下であれば問題ないが、最大圧縮量を超えてノズル後退方向に押し戻されると、前記射出ユニットの伝達機構やノズル前後進用サーボモータの固定部に過大な負荷が加わり破損する恐れがある。そこで本発明では過大な負荷が発生しないように、ノズル前後進用サーボモータが制御される。
【００２０】
ノズル前進動作では、設定されたノズルタッチ力によってノズル２を固定側金型３１ｂに押しあてるため、サーボＣＰＵ１５は、インタフェース２７を介して取得されるセンサ３８の検出信号を基にバネ３５の長さを計測し、ノズル２の検出ノズルタッチ力を求め、検出ノズルタッチ力が設定したノズルタッチ力となるようにサーボアンプ１０を介してノズル前後進用サーボモータＭ３を駆動制御する。
より詳細に説明すると、射出ユニット３９を前進させ設定されたノズルタッチ力が得られるように、ＣＵＮＣＰＵ２０よりサーボＣＰＵ１５にノズル前後進用サーボモータＭ３を所定位置まで移動するための移動指令が所定周期毎に出力される。サーボＣＰＵ１５は、ＣＮＣＣＰＵ２０から入力した移動指令をさらにサンプリング周期（位置、速度、電流ループ処理周期）の位置指令ＰCMDに分割し、図２に示される位置・トルク制御を行う。そして、連続成形運転中、検出ノズルタッチ力が設定したノズルタッチ力に維持されるように、位置指令ＰCMD（図２参照）がサンプリング周期毎にサーボＣＰＵ１５へ出力される。予め設定されたノズルタッチ力が得られる位置に射出ユニット３９が位置決めされると、位置指令ＰCMDは０の指令となる。サーボＣＰＵ１５で行われる位置・トルク制御については図を用いて後述する。
【００２１】
次に、型閉・型締・型開を説明する。型締部Ｍｃの図示しない可動プラテン前後進モータを正方向に回転させると、ボールねじ軸が正方向に回転させられ、ボールねじ軸に螺合したクロスヘッドが前進させられ、トグル機構が作動させられると、可動プラテン３０が固定プラテン３２方向へ前進させられる。可動プラテン３０に取り付けられた可動側金型３１ａが固定側金型３１ｂと接触すると（型閉状態）、型締工程に移行する。型締工程では、可動プラテン前後進モータを更に正方向に駆動することで、トグル機構が伸長することによって金型３１に型締力が発生する。
【００２２】
そして、射出部Ｍｉに設けられたスクリュ前後進用サーボモータＭ１が駆動されてスクリュ３の軸方向に前進することにより、金型３１内に形成されたキャビティ空間に溶融樹脂が充填される。計量工程の後、型開きを行う場合、可動プラテン前後進モータを逆方向に駆動すると、ボールねじ軸が逆方向に回転させられる。それに伴って、クロスヘッドが後退し、トグル機構が屈曲する方向に作動し、可動プラテン３０が図示しないリアプラテンの方向に後退する。
【００２３】
図２は、ノズルタッチ力が発生している状態でのノズル前後進用サーボモータＭ３の位置・トルク制御を説明する図である。なお、図２ではサーボモータ１１６はノズル前後進用サーボモータＭ３に対応し、位置・速度検出器１１８は位置・速度検出器Ｐ３に対応する。
ノズル前後進用モータＭ３はノズルタッチ力が発生した位置で位置決めされ、位置指令ＰCMDは、０の指令を出力する。トルク制限指令ＴｌｉｍCMDは、設定されたノズルタッチ力より大きく、弾性部材の最大圧縮量に対応するノズルタッチ力より小さいトルク制限指令である。
【００２４】
位置指令ＰCMDから位置・速度検出器１１８よりフィードバックされた位置フィードバックＩｆが減算器１００で減算され、減算器１００から位置偏差が出力される。減算器１００から出力される位置偏差は位置補償器１０２に入力し、位置補償器１０２では位置偏差にポジションゲインを乗じて速度指令が求められる（位置ループ制御）。
位置補償器１０２から出力された速度指令から位置・速度検出器１１８よりフィードバックされた速度フィードバックＶｆが減算器１０４で減算され速度偏差として出力される。減算器１０４から出力された速度偏差は速度補償器１０６に入力する。速度補償器１０６では速度偏差に基づいて、比例、積分などをおこなってトルク指令（電流指令）を求める（速度ループ制御）。
【００２５】
速度補償器１０６から出力されるトルク指令はトルク制限器１０８に入力する。トルク制限値１０８は、トルク制限指令ＴｌｉｍCMDにより、速度補償器１０６から入力するトルク指令を制限し、減算器１１０に出力する。
トルク制限器１０８から出力されるトルク指令（電流指令）から、サーボアンプ１１４の駆動電流を検出する電流検出器（図示せず）よりフィードバックされる電流フィードバックＩｆが減算器１１０で減算され、減算器１１０から電流偏差が電流補償器１１２に出力される。電流補償器１１２では、減算器１１０から入力する電流偏差を基にサーボアンプ１１４に出力されるＰＷＭ信号が生成される（電流ループ制御）。サーボアンプ１１４は電流補償器１１２から入力するＰＷＭ信号に基づいてサーボモータ１１６を駆動制御する。
【００２６】
電流ループへ出力されるトルク指令はトルク制限指令ＴｌｉｍCMDにより制限されているため、サーボモータ１１６にトルク制限指令ＴｌｉｍCMDを超える過大な負荷が発生した場合にはサーボモータ１１６が負荷に負けて回転する。つまり、図１のノズル前後進用サーボモータＭ３が負荷に負けて回転するため、射出部Ｍｉの機構部に過大な負荷が加わることがない。また、トルク制限器１０８は、位置・速度・電流などのモータ制御ループの中で内側の電流ループに直接作用するため、瞬間的に過大な負荷が加わった場合でも応答の遅れを最小にできるため確実に保護することができる。つまり、ノズル前後進用サーボモータＭ３は、瞬間的に過大な負荷が加わった場合でも、応答の遅れを最小にできるため、確実に射出部Ｍｉの機構部を保護できる。
なお、負荷が加わることによって制御ループ内には位置偏差が溜まり次の動作を行う際の支障になるので、溜まった位置偏差量が所定値を超えた場合には、位置偏差が無くなる方向に位置指令を出力すればよい。
【符号の説明】
【００２７】
１００ 減算器
１０２ 位置補償器
１０４ 減算器
１０６ 速度補償器
１０８ トルク制限器
１１０ 減算器
１１２ 電流補償器
１１４ サーボアンプ
１１６ サーボモータ
１１８ 位置・速度検出器
ＰCMD 位置指令
ＴｌｉｍCMD トルク制限指令
Ｐｆ 位置フィードバック
Ｖｆ 速度フィードバック
Ｉｆ 電流フィードバック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機において、射出シリンダ先端に取り付けられたノズルをサーボモータによって金型へノズルタッチさせ、さらに所定のノズルタッチ力を発生させる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機の射出ユニットの射出シリンダ先端に取り付けられたノズルは、射出成形機本体のベース上に固定されたノズル前後進用のサーボモータの回転運動を、ボールねじ等の伝達機構によって直線運動に変換することで前後進動作を行う。ノズル前進動作ではサーボモータによってノズルを前進させてノズルタッチさせた後も、さらにノズル前後進用モータを動作させ、前記伝達機構と射出ユニット間の弾性部材を圧縮して所定のノズルタッチ力を発生させる。そして、所定のノズルタッチ力が発生すると射出ユニット内のスクリュを前進させ金型内に溶融樹脂を射出する。
【０００３】
連続成形運転が行われている間、ノズルタッチ力は金型とノズル部から溶融樹脂が漏れないよう一定に維持されることが望ましい。しかしながら、金型の構造によっては型締め動作が行われる際に、ノズルが後退方向に押し戻され、弾性部材が圧縮されてノズルタッチ力が上昇する場合がある。この際、圧縮量は弾性部材の最大圧縮量以下であれば問題ないが、最大圧縮量を超えてノズル後退方向に押し戻されると、前記射出ユニットの伝達機構やノズル前後進用サーボモータの固定部に過大な負荷が加わり破損する恐れがある。このため過大な負荷が発生しないように、ノズル前後進用のサーボモータを制御する必要がある。
【０００４】
特許文献１には、弾性部材の変形量を制御することによって所定のノズルタッチ力が発生する技術が開示されている。
特許文献２には、ノズルタッチ力に対応する位置にサーボモータを位置決めする技術が開示されている。
特許文献３には、設定されたノズルタッチ力に基づいてモータのトルクを制御する技術が開示されている。
特許文献４には、弾性部材の圧縮量が所定量を超えたことが弾性部材の圧縮量を検出するエンコーダによって検出されると、金型からノズルが離れる方向にモータを回転させたり、モータの位置を保持するブレーキを解除する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３５１１３３号公報
【特許文献２】特開平５−２００７８４号公報
【特許文献３】特開昭６３−１５４３２０号公報
【特許文献４】特開２００６−２７２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
背景技術の欄で説明した特許文献１や特許文献２に開示される技術は、弾性部材の変位量を検出することで、所定のノズルタッチ力を発生させたり、所定のノズルタッチ力で発生した位置でサーボモータの位置決めを行うものである。弾性部材の変形量でノズルタッチ力を制御する方法は、特許文献３のようにモータのトルクで制御する場合に比べて伝達機構の摩擦等の影響を受けないため、所定のノズルタッチ力を正確に発生させることができるという長所がある。しかしながら、これらの従来技術では型締動作によって過大な負荷が射出ユニットに加わることを想定した機構部の保護のための対策について、何ら開示されていなかった。
一方、特許文献４では、弾性部材の変形量を検出してモータを回転させたりブレーキを解除することは開示されているが、負荷を検出して回転動作やブレーキ解除等の過負荷回避動作を行うため、型締め動作のように瞬間的に急激に負荷が増大するような場合では、回避動作が間に合わないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、ノズル前後進用モータにトルク制限値を超える過大な負荷が発生した場合には、モータが負荷に負けて回転するため射出ユニットの機構部に過大な負荷が加わることがない射出成形機のノズルタッチ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、金型にノズルタッチするためのノズルを前進させるサーボモータと、前記サーボモータの回転運動を直線運動に変換する伝達機構と、前記伝達機構に接続されノズルタッチ力を発生させるための弾性部材と、あらかじめ設定したノズルタッチ力に対応させて前記弾性部材が圧縮した位置で前記サーボモータを位置決めする位置決め制御部と、前記サーボモータを位置決めしている間、前記設定されたノズルタッチ力より大きく、かつ前記弾性部材の最大圧縮量に対応するノズルタッチ力より小さなトルク制限値で前記サーボモータのトルク制限を行うトルク制限部と、を有することを特徴とする射出成形機のノズルタッチ制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、トルク制限値を超える過大な負荷が発生した場合には、モータが負荷に負けて回転するため射出ユニットの機構部に過大な負荷が加わることがない。また、トルク制限手段は、位置・速度・電流などのモータ制御ループの中で内側の電流ループに直接作用するため、瞬間的に過大な負荷が加わった場合でも応答の遅れを最小にできるため確実に機構部を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用する射出成形機のノズルタッチ制御装置を説明するブロック図である。
【図２】ノズルタッチ状態での位置・トルク制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明を適用する射出成形機のノズルタッチ制御装置を説明するブロック図である。射出成形機Ｍは、機台Ｍｂ上に型締部Ｍｃおよび射出部Ｍｉを備える。射出部Ｍｉは樹脂材料（ペレット）を加熱溶融し、当該溶融樹脂を金型３１のキャビティ内に射出するものである。型締部Ｍｃは主に金型３１（可動側金型３１ａ，固定側金型３１ｂ）の開閉を行うものである。
射出部Ｍｉを説明する。射出シリンダ１の先端にはノズル２が取り付けられている。射出シリンダ１内には、スクリュ３が挿通されている。スクリュ３には、スクリュ３に掛る圧力により樹脂圧力を検出するロードセル等を用いた樹脂圧力センサ５が設けられている。樹脂圧力センサ５から出力される樹脂圧力センサ出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１６によりデジタル信号に変換されサーボＣＰＵ１５に入力する。
【００１１】
スクリュ３は、スクリュ回転用サーボモータＭ２により、プーリ，ベルト等で構成される伝動機構６を介して回転させられる。また、スクリュ３は、スクリュ前後進用サーボモータＭ１によって、プーリ，ベルト，ボールネジ／ナット機構などの回転運動を直線運動に変換する機構を含む伝動機構７を介して駆動され、スクリュ３の軸方向に移動させられる。なお、符号Ｐ１はスクリュ前後進用サーボモータＭ１の位置，速度を検出することによって、スクリュ３の軸方向の位置，速度を検出する位置・速度検出器であり、符号Ｐ２はサーボモータＭ２の位置，速度を検出することによって、スクリュ３の軸周りの回転位置，速度を検出する位置・速度検出器である。符号４は射出シリンダ１内に樹脂を供給するホッパである。
【００１２】
射出成形機Ｍは、固定側金型３１ｂを取り付けた固定プラテン３２にノズル２を圧接（ノズルタッチ）するために、射出部Ｍｉを型締部Ｍｃ側に前進させるためのノズルタッチ駆動装置を備えている。ノズルタッチ駆動装置は、機台Ｍｂに取り付けられたノズル前後進用サーボモータＭ３、一端をノズル前後進用サーボモータＭ３の負荷軸に連結され，他端を固定プラテン３２に回転自在に支持されたボールネジ３４、該ボールネジ３４に螺合されたナット３３、射出部Ｍｉの射出ユニット３９に固定された第１の受圧板３６、該ナットに取り付けられた第２の受圧板３７、第１の受圧板３６と第２の受圧板３７の間に挿入されたバネ３５、第１の受圧板３６と第２の受圧板３７の間隔を測定しバネの長さを検出するセンサ３８からなる。ノズル前後進用サーボモータＭ３には位置・速度検出器Ｐ３が取り付けられている。位置・速度検出器Ｐ３の出力信号はサーボＣＰＵ１５にフィードバックされ、ノズル前後進用サーボモータＭ３の制御に用いられる。
【００１３】
ノズルタッチ駆動装置は、ノズル前後進用サーボモータＭ３を回転させボールネジ３４を回転させることによって、ナット３３を固定プラテン３２に対して前後進させる。ナット３３の前後進によって第１の受圧板３６と第２の受圧板３７との間隔を調整し、バネ３５の弾性力を調節する。図１に示されるバネ３５のような弾性体を収縮させることによりノズル押し付け力を発生させる機構の場合では、弾性体の長さを測定することによりノズル２のノズル押し付け力を検出することができる。弾性体としてはバネの他にゴムを使用することができる。これにより、所望のノズル２の固定側金型３１ｂへのノズル押し付け力（ノズルタッチ力）を発生させることができる。
【００１４】
バネ３５の長さを検出したセンサ３８からの出力信号はインタフェース２７を介してノズル２のノズル押し付け力としてＲＡＭ２２に格納される。センサ３８によるノズル２のノズル押し付け力の検出は所定の時間間隔毎（サンプリング間隔毎）に行う。
型締部Ｍｃは、図示しない可動プラテン前後進モータによって可動プラテン３０が固定プラテン３２方向に前進し型閉じが行われ、可動側金型３１ａと固定側金型３１ｂが接触した後もさらに可動プラテン３０を固定プラテン３２方向に前進させて所定の型締力を発生させる。そして、可動プラテン３０が後退することによって型開きが行われる。なお、図１において型締部Ｍｃは可動プラテン３０、金型３１ａ，３１ｂ、固定プラテン３２のみを記載している。
【００１５】
射出成形機Ｍの制御装置は、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣＣＰＵ２０、プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるＰＭＣＣＰＵ１７、及びサーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ１５を有し、バス２６を介して相互の入出力を選択することにより各マイクロプロセッサ間で情報伝達が行えるように構成されている。
サーボＣＰＵ１５には、位置ループ，速度ループ，電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ１３およびデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ１４が接続されている。また、サーボＣＰＵ１５は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１６を介して射出成形機Ｍに設けられた樹脂圧力センサ５から出力される圧力信号を検出できるように接続されている。
【００１６】
サーボＣＰＵ１５には、サーボＣＰＵ１５からの指令に基づいて、射出軸に接続された射出用サーボモータＭ１，スクリュ回転軸に接続されたスクリュ回転用サーボモータＭ２，ノズル前後進用サーボモータＭ３を駆動するサーボアンプ１１，１２，１０が接続されている。また、各サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に取り付けられた位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの出力信号がサーボＣＰＵ１５に帰還されるようになっている。各サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３の回転位置は、位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの位置のフィードバック信号に基づいてサーボＣＰＵ１５により算出され、各現在位置レジスタに更新記憶される。
【００１７】
ＰＭＣＣＰＵ１７には射出成形機のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ１８および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ１９が接続され、ＣＮＣＣＰＵ２０には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラムなどの各種プログラムを記憶したＲＯＭ２１および演算データの一時記憶に用いられるＲＡＭ２２が接続されている。
成形データ保存用ＲＡＭ２３は、不揮発性のメモリであって、射出成形作業に関する成形条件と各種設定値，パラメータ，マクロ変数等を記憶する成形データ保存用のメモリである。表示装置／ＭＤＩ（手動データ入力装置）２５はインタフェース（Ｉ／Ｆ）２４を介してバス２６に接続され、機能メニューの選択および各種データの入力操作等が行えるようになっている。また、数値データ入力用のテンキーおよび各種のファンクションキー等が設けられている。表示装置／ＭＤＩユニット２５を用いて予め設定するノズルタッチ力を射出成形機Ｍに入力することができる。なお、表示装置としては、ＬＣＤ（液晶表示装置）、ＣＲＴ、その他の表示装置を用いたものでもよい。
【００１８】
以上の射出成形機Ｍの構成により、ＰＭＣＣＰＵ１７が射出成形機全体のシーケンスを制御し、ＣＮＣＣＰＵ２０がＲＯＭ２１の運転プログラムや成形データ保存用ＲＡＭ２３に格納された成形条件等に基づいて各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボＣＰＵ１５は各軸に対して分配された移動指令と位置・速度検出器Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基づいて、ディジタルサーボ処理を実行し、サーボモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を駆動制御する。
【００１９】
上記射出成形機Ｍを用いた成形動作を説明する。
背景技術の欄で説明したように、連続成形運転が行われている間、ノズルタッチ力（ノズル押し付け力）は金型とノズル部から溶融樹脂が漏れないよう一定に維持されることが望ましい。ところが、金型の構造によっては型締め動作が行われる際に、ノズルが後退方向に押し戻され、弾性部材が圧縮されてノズルタッチ力が上昇する場合がある。この際、圧縮量は弾性部材の最大圧縮量以下であれば問題ないが、最大圧縮量を超えてノズル後退方向に押し戻されると、前記射出ユニットの伝達機構やノズル前後進用サーボモータの固定部に過大な負荷が加わり破損する恐れがある。そこで本発明では過大な負荷が発生しないように、ノズル前後進用サーボモータが制御される。
【００２０】
ノズル前進動作では、設定されたノズルタッチ力によってノズル２を固定側金型３１ｂに押しあてるため、サーボＣＰＵ１５は、インタフェース２７を介して取得されるセンサ３８の検出信号を基にバネ３５の長さを計測し、ノズル２の検出ノズルタッチ力を求め、検出ノズルタッチ力が設定したノズルタッチ力となるようにサーボアンプ１０を介してノズル前後進用サーボモータＭ３を駆動制御する。
より詳細に説明すると、射出ユニット３９を前進させ設定されたノズルタッチ力が得られるように、ＣＵＮＣＰＵ２０よりサーボＣＰＵ１５にノズル前後進用サーボモータＭ３を所定位置まで移動するための移動指令が所定周期毎に出力される。サーボＣＰＵ１５は、ＣＮＣＣＰＵ２０から入力した移動指令をさらにサンプリング周期（位置、速度、電流ループ処理周期）の位置指令ＰCMDに分割し、図２に示される位置・トルク制御を行う。そして、連続成形運転中、検出ノズルタッチ力が設定したノズルタッチ力に維持されるように、位置指令ＰCMD（図２参照）がサンプリング周期毎にサーボＣＰＵ１５へ出力される。予め設定されたノズルタッチ力が得られる位置に射出ユニット３９が位置決めされると、位置指令ＰCMDは０の指令となる。サーボＣＰＵ１５で行われる位置・トルク制御については図を用いて後述する。
【００２１】
次に、型閉・型締・型開を説明する。型締部Ｍｃの図示しない可動プラテン前後進モータを正方向に回転させると、ボールねじ軸が正方向に回転させられ、ボールねじ軸に螺合したクロスヘッドが前進させられ、トグル機構が作動させられると、可動プラテン３０が固定プラテン３２方向へ前進させられる。可動プラテン３０に取り付けられた可動側金型３１ａが固定側金型３１ｂと接触すると（型閉状態）、型締工程に移行する。型締工程では、可動プラテン前後進モータを更に正方向に駆動することで、トグル機構が伸長することによって金型３１に型締力が発生する。
【００２２】
そして、射出部Ｍｉに設けられたスクリュ前後進用サーボモータＭ１が駆動されてスクリュ３の軸方向に前進することにより、金型３１内に形成されたキャビティ空間に溶融樹脂が充填される。計量工程の後、型開きを行う場合、可動プラテン前後進モータを逆方向に駆動すると、ボールねじ軸が逆方向に回転させられる。それに伴って、クロスヘッドが後退し、トグル機構が屈曲する方向に作動し、可動プラテン３０が図示しないリアプラテンの方向に後退する。
【００２３】
図２は、ノズルタッチ力が発生している状態でのノズル前後進用サーボモータＭ３の位置・トルク制御を説明する図である。なお、図２ではサーボモータ１１６はノズル前後進用サーボモータＭ３に対応し、位置・速度検出器１１８は位置・速度検出器Ｐ３に対応する。
ノズル前後進用モータＭ３はノズルタッチ力が発生した位置で位置決めされ、位置指令ＰCMDは、０の指令を出力する。トルク制限指令ＴｌｉｍCMDは、設定されたノズルタッチ力より大きく、弾性部材の最大圧縮量に対応するノズルタッチ力より小さいトルク制限指令である。
【００２４】
位置指令ＰCMDから位置・速度検出器１１８よりフィードバックされた位置フィードバックＩｆが減算器１００で減算され、減算器１００から位置偏差が出力される。減算器１００から出力される位置偏差は位置補償器１０２に入力し、位置補償器１０２では位置偏差にポジションゲインを乗じて速度指令が求められる（位置ループ制御）。
位置補償器１０２から出力された速度指令から位置・速度検出器１１８よりフィードバックされた速度フィードバックＶｆが減算器１０４で減算され速度偏差として出力される。減算器１０４から出力された速度偏差は速度補償器１０６に入力する。速度補償器１０６では速度偏差に基づいて、比例、積分などをおこなってトルク指令（電流指令）を求める（速度ループ制御）。
【００２５】
速度補償器１０６から出力されるトルク指令はトルク制限器１０８に入力する。トルク制限値１０８は、トルク制限指令ＴｌｉｍCMDにより、速度補償器１０６から入力するトルク指令を制限し、減算器１１０に出力する。
トルク制限器１０８から出力されるトルク指令（電流指令）から、サーボアンプ１１４の駆動電流を検出する電流検出器（図示せず）よりフィードバックされる電流フィードバックＩｆが減算器１１０で減算され、減算器１１０から電流偏差が電流補償器１１２に出力される。電流補償器１１２では、減算器１１０から入力する電流偏差を基にサーボアンプ１１４に出力されるＰＷＭ信号が生成される（電流ループ制御）。サーボアンプ１１４は電流補償器１１２から入力するＰＷＭ信号に基づいてサーボモータ１１６を駆動制御する。
【００２６】
電流ループへ出力されるトルク指令はトルク制限指令ＴｌｉｍCMDにより制限されているため、サーボモータ１１６にトルク制限指令ＴｌｉｍCMDを超える過大な負荷が発生した場合にはサーボモータ１１６が負荷に負けて回転する。つまり、図１のノズル前後進用サーボモータＭ３が負荷に負けて回転するため、射出部Ｍｉの機構部に過大な負荷が加わることがない。また、トルク制限器１０８は、位置・速度・電流などのモータ制御ループの中で内側の電流ループに直接作用するため、瞬間的に過大な負荷が加わった場合でも応答の遅れを最小にできるため確実に保護することができる。つまり、ノズル前後進用サーボモータＭ３は、瞬間的に過大な負荷が加わった場合でも、応答の遅れを最小にできるため、確実に射出部Ｍｉの機構部を保護できる。
なお、負荷が加わることによって制御ループ内には位置偏差が溜まり次の動作を行う際の支障になるので、溜まった位置偏差量が所定値を超えた場合には、位置偏差が無くなる方向に位置指令を出力すればよい。
【符号の説明】
【００２７】
１００ 減算器
１０２ 位置補償器
１０４ 減算器
１０６ 速度補償器
１０８ トルク制限器
１１０ 減算器
１１２ 電流補償器
１１４ サーボアンプ
１１６ サーボモータ
１１８ 位置・速度検出器
ＰCMD 位置指令
ＴｌｉｍCMD トルク制限指令
Ｐｆ 位置フィードバック
Ｖｆ 速度フィードバック
Ｉｆ 電流フィードバック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型にノズルタッチするためのノズルを前進させるサーボモータと、
前記サーボモータの回転運動を直線運動に変換する伝達機構と、
前記伝達機構に接続されノズルタッチ力を発生させるための弾性部材と、
あらかじめ設定したノズルタッチ力に対応させて前記弾性部材が圧縮した位置で前記サーボモータを位置決めする位置決め制御部と、
前記サーボモータを位置決めしている間、前記設定されたノズルタッチ力より大きく、かつ前記弾性部材の最大圧縮量に対応するノズルタッチ力より小さなトルク制限値で前記サーボモータのトルク制限を行うトルク制限部と、
を有することを特徴とする射出成形機のノズルタッチ制御装置。
【請求項１】
金型にノズルタッチするためのノズルを前進させるサーボモータと、
前記サーボモータの回転運動を直線運動に変換する伝達機構と、
前記伝達機構に接続されノズルタッチ力を発生させるための弾性部材と、
あらかじめ設定したノズルタッチ力に対応させて前記弾性部材が圧縮した位置で前記サーボモータを位置決めする位置決め制御部と、
前記サーボモータを位置決めしている間、前記設定されたノズルタッチ力より大きく、かつ前記弾性部材の最大圧縮量に対応するノズルタッチ力より小さなトルク制限値で前記サーボモータのトルク制限を行うトルク制限部と、
を有することを特徴とする射出成形機のノズルタッチ制御装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１０５２（Ｐ２０１３−１０５２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７０７２（Ｐ２０１１−１３７０７２）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【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２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【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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