(57)【要約】【課題】モータの速度制御系の応答を安定に制御し得る射出成形機の金型開閉装置を得ること。【解決手段】モータ３の回転角度を検出して位置検出信号を発生するエンコーダ３１と、位置検出信号を微分して速度検出信号を発生する微分器３５と、速度指令信号と速度検出信号との差となる速度偏差信号に基くと共に、速度ゲインを用いてモータ３の電流指令信号を発生する速度制御器３７と、位置検出信号に基いて可動盤１３の慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出手段と、前記慣性モーメントの変化に基いて速度ゲインを変更するゲイン設定器５３とを備えたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令信号によりモータをサーボ制御して可動部を移動することにより金型を開閉する射出成形機の金型開閉装置において、
前記モータの回転角度を検出して位置検出信号を発生する角度検出手段と、
前記モータの回転速度を検出して速度検出信号を発生する速度検出手段と、
前記位置指令信号に基いて速度指令信号を発生する位置制御手段と、
前記速度指令信号と前記速度検出信号との差となる速度偏差信号に基くと共に、速度ゲインを用いて前記モータに電流を流す電流指令信号を発生する速度制御手段と、
前記位置検出信号に基いて前記可動部の慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出手段と、
該慣性モーメント算出手段により算出された前記慣性モーメントの変化に基いて前記速度ゲインを変更するゲイン設定手段と、
を備えたことを特徴とする射出成形機の金型開閉装置。
【請求項２】
前記速度ゲインの値は、前記モータの速度制御系における速度ループの閉ループ伝達関数がほぼ一定になる、
ことを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の金型開閉装置。
【請求項３】
前記モータと前記可動部とを連結すると共に、前記モータの回転に基いて前記可動部を直線動作させるリンク機構と、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の射出成形機の金型開閉装置。
【請求項４】
前記ゲイン設定手段は、前記可動部の質量、前記リンク機構の構成に基く定数を入力する入力手段と、入力された前記質量、定数を記憶する記憶手段とを備え、
慣性モーメント算出手段は、該記憶手段に記憶された前記質量、定数を用いて前記慣性モーメントを算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の射出成形機の金型開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は射出成形機の金型開閉装置の改良に関し、金型の開閉を速やかに制御するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の射出成形機における金型の開閉装置（開閉方法）を特開平１０−６６８号公報によって説明する。該公報に記載された開閉装置（開閉方法）によれば、型開閉駆動源による駆動力を、リンク機構を介して可動盤に伝達して、型開閉動作を行う成形機の型開き制御方法において、型開き行程の高速領域における設定速度の如何にかかわらず、減速開始から型開き完了位置までの時間を一定に制御するものである。
【０００３】
上記のような金型の開閉装置（開閉方法）によれば、型開き終了時におけるショックの発生を可及的に抑止し得、型開き完了位置のバラツキの少ない型開き制御方法が実現できる。また、型開き行程の速度設定作業を容易なものとでき、使い勝手が向上するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リンク機構を介した可動盤の移動位置によって可動盤を駆動するモータに加わる慣性モーメントが変化する。このため、可動盤の前進、後退の移動、すなわち、金型の開閉によって可動盤を駆動するモータの速度制御系の応答性が異なっていた。したがって、速度指令信号に基いてモータを速度制御する速度制御器の速度ゲインの設定を、速度制御系の発振を抑制するために低く設定すると、応答性が低下するという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、可動盤を駆動するモータの速度制御器の速度ゲインを、上記慣性モーメントの変化に対応した値に変化させることにより、モータの速度制御系の応答を安定に制御し得る射出成形機の金型開閉装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る射出成形機の金型開閉装置は、位置指令信号によりモータをサーボ制御して可動部を移動することにより金型を開閉する射出成形機の金型開閉装置において、前記モータの回転角度を検出して位置検出信号を発生する角度検出手段と、前記モータの回転速度を検出して速度検出信号を発生する速度検出手段と、前記位置指令信号に基いて速度指令信号を発生する位置制御手段と、前記速度指令信号と前記速度検出信号との差となる速度偏差信号に基くと共に、速度ゲインを用いて前記モータに電流を流す電流指令信号を発生する速度制御手段と、前記位置検出信号に基いて前記可動部の慣性モーメントを算出する慣性モーメント算出手段と、該慣性モーメント算出手段により算出された前記慣性モーメントの変化に基いて前記速度ゲインを変更するゲイン設定手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる金型の開閉装置によれば、可動盤を駆動するモータの速度制御手段の速度ゲインを、可動部の慣性モーメントの変化に対応した値に設定できる。したがって、モータの速度制御系が安定になるので、金型を成す可動部の速度制御が円滑になるという効果がある。
【０００７】
他の発明に係る射出成形機の金型開閉装置におけるゲイン設定手段は、モータの速度制御系における速度ループの閉ループ伝達関数がほぼ一定になるようにする、ことを特徴とするものである。
かかる金型の開閉装置によれば、金型の可動部をも含めたモータの速度制御系が極めて安定するという効果がある。
【０００８】
他の発明に係る射出成形機の金型開閉装置は、モータと可動部とを連結すると共に、前記モータの回転に基いて前記可動部を直線動作させるリンク機構とを備えたことを特徴とするものである。
かかる金型の開閉装置によれば、モータの回転によりリンク機構を介して金型の可動部が直線動作するので、可動部を直線動作させる機構が簡易になると共に、可動部の慣性モーメントの算出が簡易になり、速度制御手段の速度ゲインの設定も簡易になるという効果がある。
【０００９】
他の発明に係る射出成形機の金型開閉装置におけるゲイン設定手段は、可動部の質量、リンク機構の構成に基く定数を入力する入力手段と、入力された前記質量、定数を記憶する記憶手段とを備え、慣性モーメント算出手段は、該記憶手段に記憶された前記質量、定数を用いて前記慣性モーメントを算出する、ことを特徴とするものである。
かかる金型の開閉装置によれば、簡易に速度制御系の速度ゲインを設定できるという効果がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の一実施の形態を図１乃至図３によって説明する。図１は電動射出成形機の全体構成図、図２は図１に示す金型の開閉機構を示す機械モデル図、図３は図１に示す電動射出成形機の速度制御系のブロック図である。
図１において、電動射出成形機１は、原料樹脂を加熱溶融して射出する射出部と、溶融された樹脂を金型内部に流し込んで成形品を生成する金型１６と、金型１６を開閉制御する開閉機構１０と、該開閉機構１０を制御する制御部と、制御部の速度制御器３７の速度ゲインをモータ３の全慣性モーメントＪに応じて設定するゲイン設定手段としてのゲイン設定部５０とから成っている。
【００１１】
射出部は、シリンダー２０の内部に樹脂を送り込むスクリュー２２から成っており、金型１６は固定された固定盤１７と、開閉機構１０により矢印Ａ，Ｂの水平方向に移動する可動部としての可動盤１５とから成っている。
開閉機構１０は、モータ３の軸３ａに一端が連結固定された短辺アーム１１と、一端が短辺アーム１１の他端に固定されると共に、他端が可動盤１５の中央部に固定された長片アーム１３とから成っており、リンクが短辺アーム１１と長辺アーム１３とにより形成されことで、モータ５の回転により短辺アーム１１が回転して長辺アーム１３を介して可動盤１５が矢印Ａ，Ｂ方向に直動移動して金型１６が開閉するように形成されている。
【００１２】
制御手段としての制御部は、モータ３の回転角度としての位置検出信号θｒｍを検出する角度検出手段としてのエンコーダ３１と、位置指令信号θ＊ｒｍと位置検出信号θｒｍとの差を求めて位置偏差信号を発生する減算器３２と、位置偏差信号を入力して速度指令信号ω＊ｒｍを発生する位置制御手段としての位置制御器３３と、位置検出信号θｒｍを微分して速度検出信号ωｒｍを発生する微分器３５と、速度指令信号ω＊ｒｍと速度検出信号ωｒｍとの差となる速度偏差信号を発生する減算器３４と、速度ゲインを有し、入力された速度偏差信号に速度ゲインを乗じて電流指令信号ｉ＊ｇａを発生する速度制御手段としての速度制御器３７と、電流指令信号ｉ＊ｇａに基いて電流を流す電流制御器３９とを備えている。
なお、エンコーダ３１と微分器３３とにより速度検出手段を成している。
【００１３】
金型１６の可動盤１５の慣性力Ｆ（Ｎ）は、可動盤１３の質量をｍ（ｋｇ）、加速度をα（ｍ／ｓｅｃ２）とすると下式となる。
Ｆ＝ｍ・α＝ｍ・（ｄ２ｘ／ｄｔ２）    ・・・・・（１）
一方、図２に示す金型１６の開閉機構１０を示すモデル図により長辺アーム１１の長さをＬ（ｍ）、短辺アーム１３の長さをｒ（ｍ）としてＸ軸成分の長さをｘ（ｍ）とすると、下式を得る。
ｘ＝ｒ・ｃｏｓθ＋Ｌ・ｃｏｓφ              ・・・・・  （２）
ここに、θ＝ωｔ：モータ３の回転角度        （ｒａｄ）
また、開閉機構１０を成す短辺アーム１１と長辺アーム１３とのＹ軸成分の長さが等しいので、下式を得る。
ｒ・ｓｉｎθ＝Ｌ・ｓｉｎφ                    ・・・・・（３）
ここに、φ：長辺アーム１３が可動盤１５の直動方向と成す角度（ｒａｄ）
上記（３）を上記（２）式に代入して開閉機構１０のＸ成分を求めると下式となる。
ｘ＝ｒ｛１−（ｒ／Ｌ）２ｓｉｎ２θ｝１／２        ・・・・・（４）
一方、長辺アーム１３の長さＬ≫短辺アーム１１の長さをｒであるから、ｒ／Ｌ≪１となり、上式（４）式を整理して開閉機構１０のＸ成分を求めると下式となる。
ｘ＝ｒ［ｃｏｓθ＋Ｌ／ｒ｛１−１／２（ｒ／Ｌ）２ｓｉｎ２θ｝］・・・・（５）
ここで、ｓｉｎθ＝（１−ｃｏｓ２θ）／２の関係を用いて上記（５）式を整理すると下式を得る。
ｘ＝Ｌ−ｒ｛ｒ／（４Ｌ）−ｃｏｓωｔ−ｒ／（４Ｌ）ｃｏｓ２ωｔ｝・・・・（６）
上記（６）式を上記（１）式に代入して金型１６の可動盤１５の慣性力Ｆ（Ｎ）を求めると、下式となる。
Ｆ＝ｍ・（ｄ２ｘ／ｄｔ２）＝−ｍ・ｒ・ω｛ｃｏｓωｔ＋（ｒ／Ｌ）ｃｏｓ２ωｔ｝・・・（７）
上記（７）式が示すように可動盤１５の慣性力Ｆは、モータ３の回転角度θ、すなわち、短辺アーム１１の回転角度θによって変化する。
【００１４】
モータ３から見た可動盤１５の慣性モーメントＪｒは、下記となる。
2004237541.tif 000003
すなわち、モータ３の回転角度ωｔ（θ）、モータ３の角速度ωを検出することにより可動盤１５の慣性モーメントＪｒを求めることができる。
【００１５】
一方、図３に示すように金型開閉装置の速度制御ループの閉ループ伝達関数Ｇｃは、位置制御器３３の位置ゲインをＫｓｐ、速度制御器３７をＰＩ制御として速度ゲインとしてそれぞれの比例ゲインをＫｓｐ、積分ゲインをＫｓｉ、電流制御器３９の電流制御ゲインをＫＴ、モータ３に加わる全慣性モーメントをＪ、ラプラス演算子をｓとすると、「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」、総合電子出版社、杉本英彦編著、第４版、第１７３頁より下式となる。
Ｇｃ＝ＫＴ（Ｋｓｐ・ｓ＋Ｋｓｉ）／（Ｊ・ｓ２＋ＫＴ・Ｋｓｐ・ｓ＋ＫＴ・Ｋｓｉ）・・  （９）
ここで、閉ループ伝達関数Ｇｃは、簡略化のために速度制御器３７をＰ制御のみとすると下式となる。
Ｇｃ＝ＫＴ・Ｋｓｐ・ｓ／（Ｊ・ｓ２＋ＫＴ・Ｋｓｐ・ｓ）    ・・・（１０）
ここに、Ｊ＝Ｊｍ＋Ｊｒ
Ｊｍ：モータ３の慣性モーメント、Ｊｒ：可動盤１５の慣性モーメント
【００１６】
ゲイン設定部５０は、短辺アーム１１の長さｒ（ｍ）、長辺アーム１３の長さＬ（ｍ）、可動盤１５の質量（ｋｇ）、モータ３の慣性モーメントＪｍ（ｋｇ・ｍ２）を入力するキーボードかな成る入力部５１と、可動盤１５の移動により変化する慣性モーメントＪｒに応じて速度制御系の閉ループ伝達関数が一定に成るように速度ゲインを設定するゲイン設定器５０を備え、ゲイン設定器５０は、入力された上記数値を、インターフェイス（図示せず）を介して記憶するＲＡＭ５３ａと、上記（８）式、（１０）式の演算式を記憶したＲＯＭ５３ｒと、演算機能を有するＣＰＵ５３ｃとを備えている。なお、ＲＯＭ５３ｒに記憶された上記（８）式を実行することが、慣性モーメント算出手段となる。
【００１７】
上記のように構成された射出成形機の金型開閉装置を図１乃至図３によって説明する。まず、短辺アーム１１の長さｒ（ｍ）、長辺アーム１３の長さＬ（ｍ）、可動盤１５の質量（ｋｇ）、モータ３の慣性モーメントＪｍを入力部５１に入力してインターフェイス（図示せず）を介してゲイン設定器５０のＲＡＭ５３ａに記憶する。
いま、金型１６が開放状態で、モータ３の位置指令信号θ＊ｒｍに基づてモータ３を回転すると、エンコーダ３１が位置検出信号θｒｍを発生して減算器３２に入力する。減算器３２は位置指令信号θ＊ｒｍと位置検出信号θｒｍとの差となる位置偏差信号を発生を減算器３４に入力する。一方、微分器３５は位置検出信号θｒｍを微分して速度検出信号ωｒｍを減算器３４に入力する。減算器３４は速度指令信号ω＊ｒｍと速度検出信号ωｒｍとの差となる速度偏差信号を発生して速度制御器３７に入力する。
【００１８】
ゲイン設定器５３におけるＣＰＵ５３ｃは、エンコーダ３１により検出したモータ３の位置検出信号θｒｍと、該位置検出信号θｒｍからモータ３の角速度ωを求めて上記（８）式より可動盤１５の慣性モーメントＪｒを求め、全慣性モーメントＪを慣性モーメントＪｒと慣性モーメントＪｍとの和により求める。
さらに、ＣＰＵ５３ｃは、上記（１０）式より速度制御ループの伝達関数が一定になるような速度ゲインを求め、該速度ゲインを速度制御器３７に設定する。速度制御器３７は、速度偏差信号を入力して、設定された速度ゲインにより電流指令信号ｉ＊ｇａを発生し、電流制御器３９を介してモータ３を制御する。
【００１９】
上記のような金型の開閉装置１によれば、可動盤１５を駆動するモータ３の速度制御器３７の速度ゲインを、可動盤１５の移動に伴い変化する慣性モーメントＪｒの変化に対応した値、すなわち、モータの速度制御系の応答を一定に制御したので、可動盤１５を円滑に速度制御しなから移動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は電動射出成形機の全体構成図である。
【図２】図１に示す金型の開閉機構を示すモデル図である。
【図３】図１に示す速度制御系のブロック図である。
【符号の説明】
３  モータ、１５  可動盤、１６  金型、３１    エンコーダ、３３  位置制御器、３７  速度制御器、５３  ゲイン設定器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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