(57)【要約】【課題】サーボモータの駆動トルクが時間経過で上昇する現象を回避して実効負荷率の上昇を抑え、被成形物の加圧成形を適切な圧力制御時間をもって行う。【解決手段】圧力設定部１８は、保圧力の一定値を設定する一定値設定部１８ａと、一定値設定部１８ａに設定された一定値の保圧設定値を加工し、所定の周波数と振幅の振動を伴った保圧指令値を出力する設定値加工部１８ｂと、保圧指令値の周波数を設定する周波数設定部１８ｃと、保圧指令値の振幅を設定する振幅設定部１８ｄと、一定値設定部１８ａと設定値加工部１８ｂのいずれか一方を制御装置の設定部に切り換え接続する切換スイッチ１８ｅとを備えている。射出スクリュー（加圧部材）を駆動するサーボモータが、保圧時に、振動を伴った保圧指令値で駆動されることにより、その実効負荷率が低下される。【選択図】　　　　図３
2004114427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置によって作動されるサーボモータの回転をねじ機構を介して直線運動に変換し、その直線運動によって加圧部材を固定部材に対して移動させ、前記加圧部材と固定部材との間で被成形物を加圧成形し、その際の成形圧力をフィードバック制御する圧力制御方法において、
前記制御装置によって一定の成形圧力設定値を所定の周波数と振幅を有する振動を伴った成形圧力指令値に加工し、該成形圧力指令値にもとづいて前記サーボモータを回転作動させることを特徴とするサーボモータによる圧力制御方法。
【請求項２】
制御装置によって作動されるサーボモータの回転をねじ機構を介して直線運動に変換し、その直線運動によって加熱筒内に挿入された射出スクリューを前進移動させ、前記加熱筒の先端部に計量された溶融樹脂を金型内に充填し、充填された金型内の溶融樹脂を加圧する保圧力をフィードバック制御する保圧制御方法において、
前記制御装置によって一定の保圧設定値を所定の周波数と振幅を有する振動を伴った保圧指令値に加工し、該保圧指令値にもとづいて前記サーボモータを回転作動させることを特徴とする電動成形機の保圧制御方法。
【請求項３】
制御装置によって作動されるサーボモータの回転をねじ機構を介して直線運動に変換し、その直線運動によって加熱筒内に挿入された射出スクリューを前進移動させ、前記加熱筒の先端部に計量された溶融樹脂を金型内に充填し、充填された金型内の溶融樹脂を加圧する保圧力をフィードバック制御する保圧制御装置において、
前記制御装置は、一定の保圧設定値を設定する一定値設定部と、周波数を設定する周波数設定部と、振幅を設定する振幅設定部と、前記一定値設定部に設定された一定の保圧設定値を、前記周波数設定部に設定された周波数および前記振幅設定部に設定された振幅にもとづいて所定の振動を伴った保圧指令値に加工する設定値加工部とを設けた圧力設定部を備え、前記設定値加工部から出力される前記保圧指令値によって前記サーボモータを回転作動させることを特徴とする電動成形機の保圧制御装置。
【請求項４】
前記圧力設定部は、前記一定値設定部からの一定の保圧設定値と前記設定値加工部からの保圧指令値のいずれによって前記サーボモータを回転作動させるかの設定切り換えを行う切換手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の電動成形機の保圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーボモータによって加圧部材を固定部材に対して移動させ、前記加圧部材と固定部材との間で被成形物を加圧成形する際の成形圧力を制御する圧力制御方法および電動成形機の保圧制御方法と保圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動射出成形機（電動成形機）においては、電動サーボモータ（サーボモータ）の回転をボールねじにボールナットを螺合してなるねじ機構等を介して直線運動に変換して加熱筒内の射出スクリューをその軸方向に駆動し、その駆動力（加圧力）をねじ機構と射出スクリュとの間に設けた圧力検出器で検出し、その検出された駆動力（加圧力）をサーボモータを作動させるサーボアンプにフィードバックさせて、射出工程における保圧、計量工程における背圧等の圧力を所定の圧力指令値に対し繰り返し特性を良好にすべくフィードバック制御することが知られている（例えば、特公平５−２０２５８号公報、特公平６−１３１８５号公報、特許第３１６６６３２号公報）。
【０００３】
そして、前記サーボアンプによってサーボモータを作動させる制御系においては、前記サーボモータとサーボアンプを保護するために、前記サーボモータの負荷率（瞬時トルク÷定格トルク）とその負荷時間との関係から負荷の限界を示す過負荷保護特性曲線が定められており、その過負荷保護特性曲線を超えた過負荷がサーボモータに作用すると、過負荷警報が発生されてサーボモータが停止し、電動射出成形機における成形動作が停止するようになっている。
また、前記サーボモータでは、負荷（負荷時のトルクをＴ、定格トルクをＴ０とし、負荷率＝（Ｔ／Ｔ０）×１００％の時）と無負荷とを有する動作サイクルの１サイクル時間ｔ０と、負荷時間ｔｘとから求められる１サイクル実効負荷率（実行負荷率）を１００％以下で、すなわち、計算式（（Ｔ／Ｔ０）２　×ｔｘ／ｔ０）１／２　≦１を満たす条件で運転する必要があり、この条件を外れたときにも過負荷警報が出され、前記と同様にサーボモータが停止されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平５−２０２５８号公報
【特許文献２】
特公平６−１３１８５号公報
【特許文献３】
特許第３１６６６３２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記電動射出成形機における圧力のフィードバック制御においては、一定の指令値を入力した場合、前記フィードバック制御により前記サーボモータが所定の駆動力（トルク）で回転し、射出スクリュに一定の駆動力（加圧力）が作用して、一定の保圧力、背圧力等を得ることができるわけであるが、実際に電動射出成形機で成形を行った場合には、例えば、図７に示すように、射出工程における一定の保圧設定値に対し、サーボモータの駆動トルクＴが保圧開始から時間ｔが経過するにしたがって徐々に上昇して、保圧の開始時と終了時とではΔＴｂだけ変化してしまう現象が認められた。なお、図７中、Ｖｂはサーボモータの駆動速度である。
【０００６】
このように、電動射出成形機における保圧時のサーボモータの駆動トルクが時間の経過と共に上昇すると、その途上で前記実効負荷率が１００％を超えることとなり、保圧時間の設計値より短い時間で過負荷警報が発生され、サーボモータが停止してしまい、保圧動作を所定の制御時間をかけて完了させることができず、良好な成型品を得ることができないばかりでなく、成形作業を継続することができなくなる問題がある。
前記のように、サーボモータの駆動トルクが一定の保圧設定値に対し時間の経過と共に上昇する現象について、その原因を種々検討したところ、前記サーボモータの回転を直線運動に変換して射出スクリューを駆動するための前記ねじ機構の特性（ボールねじとボールナットとの間に介在するボールの転動面における不規則な運動）によるものと推定され、このねじ機構の特性を考慮して前記サーボモータを駆動することにより、該サーボモータの動作時間の経過に伴う駆動トルクの上昇現象を回避することができ、電動射出成形機における前記問題点を解決することができることを知見した。
【０００７】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、サーボモータの駆動トルクが一定の圧力設定値に対して動作時間の経過に伴って上昇する現象を回避して、サーボモータの実効負荷率の上昇を抑え、被成形物の加圧成形を適切な圧力制御時間をもって行えるようにしたサーボモータによる圧力制御方法および電動成形機の保圧制御方法と保圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るサーボモータによる圧力制御方法は、制御装置によって作動されるサーボモータの回転をねじ機構を介して直線運動に変換し、その直線運動によって加圧部材を固定部材に対して移動させ、前記加圧部材と固定部材との間で被成形物を加圧成形し、その際の成形圧力をフィードバック制御する圧力制御方法において、前記制御装置によって一定の成形圧力設定値を所定の周波数と振幅を有する振動を伴った成形圧力指令値に加工し、該成形圧力指令値にもとづいて前記サーボモータを回転作動させることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る電動成形機の保圧制御方法は、制御装置によって作動されるサーボモータの回転をねじ機構を介して直線運動に変換し、その直線運動によって加熱筒内に挿入された射出スクリューを前進移動させ、前記加熱筒の先端部に計量された溶融樹脂を金型内に充填し、充填された金型内の溶融樹脂を加圧する保圧力をフィードバック制御する保圧制御方法において、前記制御装置によって一定の保圧設定値を所定の周波数と振幅を有する振動を伴った保圧指令値に加工し、該保圧指令値にもとづいて前記サーボモータを回転作動させることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に係る電動成形機の保圧制御装置は、制御装置によって作動されるサーボモータの回転をねじ機構を介して直線運動に変換し、その直線運動によって加熱筒内に挿入された射出スクリューを前進移動させ、前記加熱筒の先端部に計量された溶融樹脂を金型内に充填し、充填された金型内の溶融樹脂を加圧する保圧力をフィードバック制御する保圧制御装置において、前記制御装置は、一定の保圧設定値を設定する一定値設定部と、周波数を設定する周波数設定部と、振幅を設定する振幅設定部と、前記一定値設定部に設定された一定の保圧設定値を、前記周波数設定部に設定された周波数および前記振幅設定部に設定された振幅にもとづいて所定の振動を伴った保圧指令値に加工する設定値加工部とを設けた圧力設定部を備え、前記設定値加工部から出力される前記保圧指令値によって前記サーボモータを回転作動させることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に係る電動成形機の保圧制御装置は、請求項３に記載の保圧制御装置において、前記圧力設定部が、前記一定値設定部からの一定の保圧設定値と前記設定値加工部からの保圧指令値のいずれによって前記サーボモータを回転作動させるかの設定切り換えを行う切換手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態に係る電動成形機の保圧制御装置を図１〜図３にもとづいて説明する。
図１は本発明に一実施の係る電動成形機の保圧制御装置Ｇを示すブロック図である。図１において、１は電動射出成形機（電動成形機）であり、支持盤２に取り付けられて先端に射出ノズル３を有する加熱筒４と、この加熱筒４内にその軸方向に移動自在に挿入され射出スクリュー（加圧部材）５と、この射出スクリュー５の外端をロードセル６を介して支持する支持台７とを備えている。前記支持盤２およびこれに対向配置された他の支持盤８には、一対のボールねじ９，９が回転自在に支持されており、各ボールねじ９，９が前記支持台７の両端部に固定されたボールナット１０，１０に螺合されている。前記ボールねじ９と前記ボールナット１０とで支持盤８に固定された電動サーボモータ（サーボモータ）１１の回転を直線運動に変換するねじ機構１２を構成している。
【００１３】
そして、各ボールねじ９の一端にはプーリ１３がそれぞれ取り付けられ、これらのプーリ１３と前記サーボモータ１１の軸に取り付けられたプーリ１４との間に、タイミングベルト１５が張設されている。したがって、サーボモータ１１の回転はタイミングベルト１５および各プーリ１４，１３を介して各ボールねじ９に伝えられ、このボールねじ９の回転によって、これらに螺合されたボールナット１０を介して支持台７がボールねじ９の軸方向に往復動し、前記射出スクリュー５がその軸方向に前後進移動されて、前記加熱筒４内に計量された溶融樹脂を型締めされた図示しない金型（固定部材）内に射出する動作を行うようになっている。また、１６はサーボモータの回転位置に応じたパルスを発生して射出スクリュー５の移動位置を検出するパルスエンコーダ（位置検出器）である。
【００１４】
また、１７はオペレータが射出速度設定値ＶＳＶを設定する速度設定部、１８は射出圧力設定値を設定する圧力設定部、１９はロードセル６により検出された射出圧力フィードバック値を入力する圧力フィードバック入力回路、２０はその射出圧力フィードバック値と前記射出圧力設定値との偏差値を求める加算器、２１はその偏差値に対しＰＩＤ演算を実行する第１のＰＩＤ演算器、２３は射出速度設定値ＶＳＶと前記出力値ＭＶとを比較する比較器、２４はＭＶ＞ＶＳＶのとき前記ＰＩＤ演算器２１の積分要素２１ａを回路から切り離すスイッチ、２５は前記各回路２０〜２４を含む圧力フィードバック制御部である。
【００１５】
また、２６は前記出力値ＭＶから次段の速度制限部２７への入力値ＳＶを得る速度指令部で、速度制限部２７は射出速度設定値Ｖｓｖによって、速度指令値である入力値Ｓｖをクランプ（制限）して出力値ＶＬＩＮを出力する。すなわち、Ｖｓｖ＞ＳｖのときＶＬＩＮ＝Ｓｖ、Ｖｓｖ≦ＳｖのときＶＬＩＮ＝Ｖｓｖとなる。２８は前記パルスエンコーダ１６からの位置データを速度値に変換して加算器２９へ入力する速度フィードバック入力回路である。なお、加算器２９はその速度値と前記出力値ＶＬＩＮとの偏差値を求める。３０はその偏差値のＰＩＤ演算を行う第２のＰＩＤ演算器で、これが加算器２９と共に射出速度を制御する速度フィードバック制御部３１を形成している。
【００１６】
さらに、３２はフィードバック電流とＰＩＤ演算器３０の演算出力との偏差値を求める加算器、３３はこの偏差値のＰＩＤ演算を行う電流制御用のＰＩＤ演算器で、このＰＩＤ演算器３３の出力電流が電流検出器３４により検知されて前記フィードバック電流として前記加算器３２にフィードバック入力されるようになっている。そして、その出力電流が最終的にサーボモータ１１への指令値となる。なお、前記各ＰＩＤ演算器２１，３０は可変できる制御定数を有している。
【００１７】
次に、図２は前記速度設定部１７および圧力設定部１８において設定入力された各設定値を記憶すると共に、射出成形機の射出制御を実行するための各種設定を行う設定制御部Ｒを示すブロック図である。この設定制御部Ｒにおいて、３５は前記各設定値等にもとづいて、射出成形機の射出制御データの処理をプログラム３６に従って実行するマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、３７はタイミング信号を出力するクロック発生器、３８は射出制御のための各種の制御条件等をキーインタフェース（キーＩ／Ｆ）３９を介して設定する設定キー、４０は表示器インタフェース（表示器Ｉ／Ｆ）４１を介して入力されるキャンバスデータ等の各種データを表示する表示器、４２は演算結果などの各種データを格納するメモリ、４３はキャンバスデータを格納するキャンバスメモリ、４４は前記パルスエンコーダ１６からの位置フィードバック信号を取り込むための位置フィードバックインタフェース（位置ＦＢＩ／Ｆ）、４５は前記速度設定部１７で設定した射出速度Ｖ１〜Ｖ５，ＶＰおよびそれらの射出速度の切換位置設定値Ｓ４〜Ｓ８と、前記圧力設定部１８で設定した射出圧力の設定値Ｐ（Ｐ０〜Ｐ３）およびそれらの射出圧力（保圧）の切換時間設定値Ｔ４，Ｔ５とをそれぞれ格納するメモリ（ＲＡＭ）であり、これらはバスを通じて互いに図示のように接続されている。
したがって、前記設定制御部Ｒは速度設定部１７、圧力設定部１８や設定キー３８にて指定された処理を行って、設定通りの最適の射出成形機の射出制御を実行可能にしている。なお、図１に示す制御回路部分は前記マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）３５内に組み込んで用いられる。
【００１８】
さらに、図３は前記圧力設定部１８の構成を示すブロック図である。圧力設定部１８は、前記射出圧力Ｐにおける保圧設定値Ｐｉ（Ｐ１〜Ｐ３）を、それぞれ、図４（ａ）に示すように、時間ｔに関して変化しない一定値として設定する一定値設定部１８ａと、この一定値設定部１８ａに設定された一定値の保圧設定値Ｐｉを加工し、所定の周波数ｆと振幅Ａの圧力変動（振動）を伴った保圧指令値を出力する設定値加工部１８ｂと、前記保圧指令値の周波数ｆを設定する周波数設定部１８ｃと、前記保圧指令値の振幅Ａを設定する振幅設定部１８ｄと、前記一定値設定部１８ａと前記設定値加工部１８ｂのいずれかを一方を前記設定制御部Ｒに切換え接続するための切換スイッチ（切換手段）１８ｅとを備えている。
前記切換スイッチ１８ｅは、前記一定値設定部１８ａからの一定の保圧設定値Ｐｉと前記設定値加工部１８ｂからの保圧指令値Ｐｃのいずれによって前記サーボモータ１１を回転作動させるかの設定切り換えを行うものである。なお、前記一定値設定部１８ａ、周波数設定部１８ｃ、振幅設定部１８ｄはそれぞれ設定キー等によって適宜数値を入力するようになっている。
【００１９】
前記設定値加工部１８は、前記一定値設定部１８ａから入力された図４（ａ）に示すような一定の保圧設定値Ｐｉを、前記周波数設定器１８ｃ、振幅設定器１８ｄからそれぞれ入力された周波数ｆ、振幅Ａにもとづいて所要の演算を行って、図４（ｂ）に示すように、一定の保圧設定値Ｐｉを中心にしてその上下に、時間ｔの経過に従って圧力変化を繰り返す一定振幅Ａ、一定周波数ｆのｓｉｎ曲線、ｃｏｓ曲線、矩形等からなる振動を伴った保圧指令値Ｐｃに加工し、この保圧指令値Ｐｃに対応する制御データを前記切換スイッチ１８ｅを経て前記設定制御部Ｒのメモリ４５に記憶させるようになっている。
【００２０】
次に、電動射出成形機１の保圧制御装置Ｇの動作と共に保圧制御方法について説明する。
まず、前記電動射出成形機１による射出成形の開始にあたって、速度設定部１７および圧力設定部１８において射出速度設定値および射出圧力設定値を入力する。その際、前記圧力設定部１８では、切換スイッチ１８ｅを一定値設定部１８ａ側に切り換えた状態で、射出工程における溶融樹脂の充填時の射出圧力設定値（充填圧力設定値）Ｐ０を一定値設定器１８ａに入力した後に、前記切換スイッチ１８ｅを設定値加工部１８ｂ側に切り換え、射出工程における溶融樹脂の充填後の射出圧力設定値（保圧設定値）Ｐｉを一定値設定器１８ａに入力すると共に、それらの保圧設定値Ｐｉに対応して定めた周波数ｆと振幅Ａをそれぞれ前記周波数設定器１８ｃと振幅設定器１８ｄに入力する。
【００２１】
これにより、前記設定値加工部１８ｂが一定値設定器１８ａから入力された保圧設定値Ｐｉを、周波数設定器１８ｃと振幅設定器１８ｄからそれぞれ入力された周波数ｆ、振幅Ａにもとづいて、図４（ｂ）に示すような振動を伴った保圧指令値Ｐｃに加工する。この保圧指令値Ｐｃは前記一定値設定器１８ａで設定された充填圧力設定値Ｐ０と共に切換スイッチ１８ｅを介して設定制御部Ｒのメモリ４５に記憶される。なお、保圧設定値Ｐｉは通常複数段階（図２の例で３段階）に設定されるが、各段階の保圧設定値Ｐ１〜Ｐ３は、それらの１つまた複数が前記のようにして振動を伴った保圧指令値Ｐｃに順次に加工されて前記メモリ４５に記憶される。すなわち、前記切換スイッチ１８ｅで一定値設定部１８ａからの一定の保圧設定値Ｐｉと前記設定値加工部１８ｂからの保圧指令値Ｐｃのいずれかを選択（設定切り換え）して設定制御部Ｒに入力された保圧の設定値によって前記サーボモータ１１が回転作動され、保圧時の各段階における保圧力が制御されることとなる。
【００２２】
前記のようにして、射出速度と射出圧力が設定された状態で、電動射出成形機１の射出成形が開始され、前記加熱筒４の樹脂溜まり部内に溶融樹脂が計量されると、前記サーボモータ１１の回転でねじ機構１２を介して前記支持台７を支持盤２側に移動して射出スクリュー５が前進し、前記加熱筒４の先端部の樹脂溜まり部に計量された溶融樹脂が加熱筒４の射出ノズル３から型締めされた図示しない金型内に射出される。
この射出工程は溶融樹脂の金型へ充填する充填工程と金型内に充填された溶融樹脂（被成形物）を保圧（加圧）する保圧工程とからなるが、前記充填工程では、射出圧力設定値に対してロードセル６から圧力フィードバック入力回路１９を経て圧力フィードバック制御部２５に入力される実際の射出圧力フィードバック値が小さいため、圧力フィードバック制御部２５の出力、すなわちＰＩＤ演算器２１の出力値がＭＶが大きくなり、したがって射出速度指令部２６から速度制限部２７への入力値ＳＶも大きくなるが、該入力値ＳＶは射出速度設定値ＶＳＶによってクランプされるため、実速度は速度フィードバック制御部３１によって射出速度設定値に一致するように制御され、前記速度設定部１７で設定して設定制御部Ｒのメモリ４５に記憶された射出速度Ｖ１，Ｖ２，・・・で溶融樹脂の充填が進められる。
【００２３】
また、前記保圧工程では、前記圧力フィードバック制御部２５に入力される射出圧力フィードバック値が高くなるので、圧力フィードバック制御部２５の出力値Ｍｖが小さくなり、前記入力値Ｓｖが射出速度設定値Ｖｓｖ以内になって実速度がゼロまで減速し、前記圧力フィードバック値が射出圧力設定値に一致することとなり、ここで、前記圧力設定部２２で設定して設定制御部Ｒのメモリ４５に記憶された保圧設定値Ｐｉ（Ｐ１，Ｐ２，・・・）に従って金型内の溶融樹脂が圧力のフィードバック制御によって複数段に保圧される。
その際、前記保圧設定値Ｐｉは、前記のように周波数ｆ、振幅Ａの振動を伴った保圧指令値Ｐｃとして設定制御部Ｒから前記サーボモータ１１のサーボアンプ（図示せず）に与えられているので、サーボモータ１１は駆動トルクに前記保圧指令値Ｐｃの振動に応じた振動が生じ、これにより、前記射出スクリュー５を移動させるねじ機構１２の各ボールねじ９が微振動して、常時、ボールねじ９とボールナット７ａとの間に介在するボールが確実に回転して、それらの接触面における油膜切れが防止される。
【００２４】
したがって、前記実施形態に係る電動成形機の保圧制御装置Ｇおよび保圧制御方法によれば、前記ねじ機構１２による力の伝達効率の低下が防止され、保圧時における圧力保持状態でのサーボモータ１１の駆動トルクＴａは、図５に示すように、その上限値Ｔｍａｘが圧力保持時間ｔの経過に関係なく一定であり、駆動トルクＴｂが、図７に示す従来の保圧制御方法のように、サーボモータ１１動作時間（圧力保持時間）ｔの経過と共に微増（ΔＴｂ）する現象を生じることがない。さらに、前記駆動トルクＴａの波形は、前記上限値Ｔｍａｘと下限値Ｔｍｉｎの間で周波数ｆ、振幅Ａａで鋸歯状に振動するため、その平均実行トルクが減少することとなり、前記駆動トルクＴｂの微増現象の防止作用と併せてサーボモータ１１の１サイクル実効負荷率を効果的に低下させることができる。なお、図５中、Ｖａはサーボモータ１１の駆動速度であり、速度ゼロにおいて前記駆動トルクＴの周波数ｆに従った微小な変動が現れ、ねじ機構１２における螺合部が円滑に動いて良好に力を伝達している結果を示している。
【００２５】
このため、保圧工程中は、いずれの保圧段においても、サーボモータ１１の実効負荷率が１００％を超えることはなく、保圧工程の途中でサーボモータ１１が保圧を適切な時間かけられない状態で停止して、射出成形が正常に終了しなかったり、射出成型品に成形不良が生じるといった事態が起こるのを防止することができる。
しかも、切換スイッチ１８ｅによって保圧制御を一定の保圧設定値Ｐｉで行うか、該一定の保圧設定値Ｐｉに振動を伴う保圧指令値Ｐｃで行うかを選択することができると共に、保圧制御を多段階に行う場合に、いずれか１つもしくは複数の段階を適宜選択して振動を伴った保圧指令値Ｐｃを設定することができ、成形条件に合わせて保圧制御を適切に行うことによって良好な射出成型品を得ることができる。
【００２６】
前記圧力設定部１８において、射出圧力における保圧設定値Ｐｉ（Ｐ１，Ｐ２，・・・）を設定値加工部１８ｂで加工して保圧指令値Ｐｃを出力させる場合、前記周波数設定部１８ｃと振幅設定部１８ｄに如何なる数値の周波数ｆと振幅Ａの振動を入力するかは、サーボモータ１１によって回転されるボールねじの直径、リード角等によって異なるが、周波数ｆは１／２サイクルで５０〜５００ｍｓ、振幅Ａは、サーボモータ１１の駆動トルクを射出スクリュー５による溶融樹脂の加圧力に変換した圧力値として、０．２〜５ＭＰａに設定するのが好ましい。これらの数値の範囲に設定した場合、前記サーボモータ１１の実行駆動トルクが１０〜２０％低下することが実機で確認されている。前記周波数ｆと振幅Ａがそれらの下限より小さいときは、前記ボールねじ９が円滑に動かなくなることがあり、また、上限を超えると保圧指令値Ｐｃが不安定となり、所定の保圧力が得られずに成形に悪影響を及ぼすおそれがある。
【００２７】
なお、前記圧力フィードバック制御部２５においては、ＰＩＤ演算部２１により射出圧力の偏差値のＰＩＤ演算が行われるが、前記の速度フィードバック制御状態のとき、射出圧力フィードバック値が射出圧力設定値に対して小さくその偏差が大きいので、ＰＩＤ演算器２１の積分要素２５ａが蓄積される。しかし、前記出力値Ｍｖが射出速度設定値Ｖｓｖでクランプされている間（Ｍｖ＞Ｖｓｖ）は、前記スイッチ２８によって前記ＰＩＤ演算部２１の積分要素２１ａを停止させるので、積分要素２１ａが飽和状態となることがなく、充填から保圧への切換時における射出圧力のジャンピング現象を防ぎ、円滑な射出制御を実現可能にする。
【００２８】
次に、本発明の一実施の形態に係るサーボモータによる圧力制御方法を適用した電動プレス機械の圧力制御装置を図６にもとづいて説明する。なお、前記電動射出成形機１の保圧制御装置Ｇと同一もしくは同様な構成要素には同一の符号を付して、それらの説明は省略する。
図６において、５０は電動プレス機械（プレス機械）である。このプレス機械５０は、固定盤５１と該固定盤５１の上方に対向して配置された可動盤（加圧盤）５２を備え、固定盤５１に固定された固定金型Ｋ１上に載置された可塑物である被成形物Ｗを、前記可動盤５２に固定された可動金型Ｋ２をラム（加圧部材）５３で昇降させることによって、固定金型Ｋ１と可動金型Ｋ２との間で圧縮成形（加圧成形）するものである。そして、前記電動プレス機械５０は、前記電動射出成形機１の支持盤２，８、支持台７、ボールねじ９、サーボモータ１１等からなる射出スクリュー５の移動装置を縦型に配置し、前記射出スクリュー５を前記ラム５３に代えて、該ラム５３の上端部を前記ロードセル６を介して前記支持台７に固定した構成になっている。
【００２９】
前記電動プレス機械５０においては、前記圧力制御装置Ｇの速度設定部１７と圧力設定部１８にそれぞれ設定した前記ラム５３と可動盤５２と可動金型Ｋ２からなる加圧部材の移動速度Ｖｉ、加圧力Ｐｉにもとづいて、前記サーボモータ１１が速度と圧力のフィードバック制御により回転駆動され、前記ねじ機構１２を介して前記支持台７が下降される。これにより、前記ラム５３を介して可動盤５２が固定盤５１と固定金型Ｋ１とからなる固定部材に対して接近移動して、前記固定金型Ｋ１と可動金型Ｋ２との間で前記被成形物Ｗが加圧され、所定の形状に圧縮成形される。
【００３０】
この場合も、前記電動射出成形機１の場合と同様に、前記圧力設定部１８において前記設定値加工部１８ｂが一定値設定器１８ａから入力された加圧力設定値Ｐｉ（Ｐ１，Ｐ２，・・・）を、周波数設定器１８ｃと振幅設定器１８ｄからそれぞれ入力された周波数ｆ、振幅Ａにもとづいて振動を伴った加圧力指令値Ｐｃに加工され、この加圧力指令値にもとづいて前記サーボモータ１１の駆動トルクが圧力のフィードバック制御により制御される。
したがって、前記電動射出成形機１の場合と同様に、前記ねじ機構１２による力の伝達効率の低下と、被成形物Ｗの加圧力保持状態でのサーボモータ１１の駆動トルクＴａの微増現象とをそれぞれ防止することができると共に、前記サーボモータ１１の平均実行トルクを低下させ、かつ１サイクル実効負荷率を効果的に低下させることができるので、被成形物の加圧成形中にサーボモータ１１の実効負荷率が１００％を超えることにより、該サーボモータ１１が停止して加圧成形が正常に終了しなかったり、加圧成型品に成形不良が生じるといった事態が起こるのを防止することができる。
【００３１】
なお、前記電動射出成形機１と電動プレス機械５０においては、前記ねじ機構１２にボールねじ９とボールナット１０からなるボールねじを使用したが、これに限らず、台形ねじ、角ねじ等のねじを使用してもよい。また、前記においては、サーボモータによる圧力制御方法を、溶融樹脂を射出成形する電動射出成形機１や可塑物を圧縮成形する電動プレス機械５０に適用した場合について示したが、本発明はこれに限らず、溶融樹脂を射出圧縮して成形する電動射出成形機、鉄板等を加圧成形する電動プレス機械等にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るサーボモータによる圧力制御方法によれば、制御装置によって作動されるサーボモータの回転をねじ機構を介して直線運動に変換し、その直線運動によって加圧部材を固定部材に対して移動させ、前記加圧部材と固定部材との間で被成形物を加圧成形し、その際の成形圧力をフィードバック制御する圧力制御方法において、前記制御装置によって一定の成形圧力設定値を所定の周波数と振幅を有する振動を伴った成形圧力指令値に加工し、該成形圧力指令値にもとづいて前記サーボモータを回転作動させるようにしたので、前記振動を伴った加圧力指令値にもとづいて発生する前記サーボモータの駆動トルクの微振動によって、前記ねじ機構のねじの螺合部における油膜切れが防止されて、前記ねじ機構による力の伝達効率の低下が防止される。
これにより、被成形物の加圧力保持状態でのサーボモータの駆動トルクの微増現象を防止することができると共に、前記サーボモータの平均実行トルクと実効負荷率とを効果的に低下させることができるので、被成形物の加圧成形中にサーボモータがその実効負荷率が１００％を超えて停止し、加圧成形が正常に終了しなかったり、加圧成型品に成形不良が生じるといった事態が起こるのを確実に防止することができる。
【００３３】
請求項２に係る電動成形機の保圧制御方法および請求項３に係る電動成形機の保圧制御装置によれば、射出工程における保圧設定値が、一定の保圧設定値に対し、所定の周波数、振幅の振動を伴った保圧指令値としてサーボモータに与えられるので、サーボモータの駆動トルクに振動が生じ、これにより、射出スクリューを移動させるねじ機構の螺合部が微振動して、常時、その螺合面における油膜切れが防止される。
したがって、前記ねじ機構による力の伝達効率の低下が防止され、保圧時における圧力保持状態でのサーボモータの駆動トルクが、従来のように圧力保持時間の経過とともに微増する現象が生じることがなく一定となり、その平均実行トルクが減少するので、サーボモータの１サイクル実効負荷率を効果的に低下させることができる。
このため、保圧工程中はサーボモータの実効負荷率が１００％を超えることはなく、保圧工程の途中でサーボモータが停止して射出成形が正常に終了しなかったり、射出成型品に成形不良が生じるといった事態が起こるのを確実に防止することができる。
【００３４】
請求項４に係る電動成形機の保圧制御装置によれば、前記圧力設定部が、一定値設定部からの一定の保圧設定値と、設定値加工部からの保圧指令値のいずれによってサーボモータを回転作動させるかの設定切り換えを行う切換手段を備えているので、切換手段によって保圧制御を一定の保圧設定値で行うか、該一定の保圧設定値に振動を伴う保圧指令値で行うかを選択することができると共に、保圧制御を多段階に行う場合に、いずれか１つもしくは複数の段階を適宜選択して振動を伴った保圧指令値を設定することができ、保圧制御を適切に行って良好な射出成型品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電動成形機の保圧制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る電動成形機の保圧制御装置の設定制御部を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る電動成形機の保圧制御装置の圧力設定部を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る電動成形機の保圧制御装置において設定される保圧指令値の加工態様を示す線図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る電動成形機の保圧制御装置によって制御される保圧工程におけるサーボモータの駆動トルク、駆動速度と動作時間との関係を示す線図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るサーボモータによる圧力制御方法を適用した電動プレス機械の圧力制御装置を示すブロック図である。
【図７】従来の電動成形機の保圧工程におけるサーボモータの駆動トルク、駆動速度と動作時間との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１　電動射出成形機（電動成形機）
４　加熱筒
５　射出スクリュー（加圧部材）
６　ロードセル
７　支持台
９　ボールねじ
１０　ボールナット
１１　電動サーボモータ（サーボモータ）
１２　ねじ機構
１７　速度設定部
１８　圧力設定部
１８ａ　一定値設定部
１８ｂ　設定値加工部
１８ｃ　周波数設定部
１８ｄ　振幅設定部
１８ｅ　切換スイッチ
１９　圧力フィードバック入力回路
２０、２９，３２　加算器
２１、３３　第１、第２のＰＩＤ演算部
２５　圧力フィードバック制御部
３４　電流検出器
４５　メモリ（ＲＡＭ）
５０　電動プレス機械（プレス機械）
５１　固定盤
５２　可動盤（加圧盤）
５３　ラム
Ａ，Ａａ　振幅
ｆ　周波数
Ｋ　金型
Ｒ　設定制御部
Ｗ　被成形物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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