(57)【要約】【課題】機械ベルトを用いずに、多軸サーボモータによるトルク制御での位置同期制御が可能である射出成形機の制御装置を提供すること。【解決手段】射出速度指令に基づいて第１のスクリュ移動量指令を算出する変換器２２と、射出圧力指令と実際の射出圧力との差に基づいて第２のスクリュ移動量指令を算出する圧力制御器２８と、第１のスクリュ移動量指令と第２のスクリュ移動量指令とを比較して、何れか小さいほうを最終的なスクリュ移動量指令として選択する比較器３０と、この選択された最終的なスクリュ移動指令に基づいて複数のモータを駆動制御する複数のサーボアンプ４０ａ，４０ｂとを含んで構成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のスクリュ移動量指令を算出する第１のスクリュ移動量指令算出手段と、上記第１のスクリュ移動量指令とは異なる第２のスクリュ移動量指令を算出する第２のスクリュ移動量指令算出手段と、上記第１のスクリュ移動量指令と上記第２のスクリュ移動量指令とを比較して、何れか小さいほうを最終的なスクリュ移動量指令として選択する比較手段とを含む射出制御部と、
上記比較手段によって選択された最終的なスクリュ移動量指令に基づいて複数のモータの位置同期制御を行う複数のモータ制御部と、
を具備することを特徴とする電動射出成形機の制御装置。
【請求項２】
射出速度を指令するための射出速度指令を出力する射出速度指令手段と、
射出圧力を指令するための射出圧力指令手段と、
を有し、
上記第１のスクリュ移動量指令算出手段は上記射出速度指令手段によって出力された射出速度指令に基づいて上記第１のスクリュ移動量指令を算出し、上記第２のスクリュ移動量指令算出手段は上記射出圧力指令手段によって出力された射出圧力指令と実際の射出圧力との差に基づいて上記第２のスクリュ移動量指令を算出することを特徴とする請求項１に記載の電動射出成形機の制御装置。
【請求項３】
上記モータ制御手段は、上記比較手段から出力された最終的なスクリュ移動量指令に基づいて複数のモータの位置同期制御を行うための位置制御ループを含むことを特徴とする請求項１に記載の電動射出成形機の制御装置。
【請求項４】
複数のサーボモータと、この複数のサーボモータの回転によって回転駆動される複数のボールねじと、この複数のボールねじの回転によりボールねじの回転軸方向に移動する複数のナットと、この複数のナットの移動により駆動される可動部と一体で構成されたスクリュとから構成される電動射出成形機を制御する電動射出装置の制御装置において、
射出速度指令を出力する射出速度シーケンスと、この射出速度シーケンスから出力される射出速度指令に基づいて所定の制御演算時間間隔の間に上記スクリュが移動すべき量を第１のスクリュ移動量指令として算出する変換器と、射出圧力指令を出力する射出圧力シーケンスと、射出圧力を検出する射出圧力検出センサと、この射出圧力検出センサからの射出圧力検出結果を受けるＡ／Ｄ変換器と、上記射出圧力指令と上記Ａ／Ｄ変換器を介して入力された射出圧力検出結果とから射出圧力制御偏差を算出する第１の減算器と、上記第１の減算器で算出された射出圧力制御偏差に基づいて所定の制御演算時間間隔の間に上記スクリュが移動すべき量を第２のスクリュ移動量指令として算出する圧力制御器と、上記第１のスクリュ移動量指令と上記第２のスクリュ移動量指令とを比較して、何れか小さいほうの値を最終的なスクリュ移動量指令として出力する比較器と、この比較器から出力された上記最終的なスクリュ移動量指令に相当する数のパルスを上記制御演算時間間隔で速度指令パルス列として発生させるパルス発生器とを含む射出制御器と、
上記パルス発生器からの速度指令パルス列のパルス数を計数して該計数したパルス数に相当する信号を位置指令として出力する第１のカウンタと、モータの実位置を検出する第２のカウンタと、上記第１のカウンタ及び第２のカウンタの出力から位置制御偏差を算出する第２の減算器と、上記第２の減算器で算出された位置制御偏差に基づいて上記複数のサーボモータの位置制御を行う位置制御ループとを含む上記複数のサーボモータと同数のサーボアンプと、
を具備することを特徴とする電動射出成形機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動射出成形機の射出速度及び射出圧力を制御する射出制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精度な制御と優れた応答性を特徴とするＡＣサーボモータは、モータに用いる永久磁石の性能向上とコストダウンの実現により大容量化が図られている。この結果、従来は油圧駆動であった中型射出成形機（型締力３５０ｔ〜１０００ｔ）でもＡＣサーボモータを用いたＡＣサーボ駆動が急速に適用されるようになった。この射出成形機においてＡＣサーボ駆動を用いることの利点は主に、成形安定性の向上が可能であること、油圧駆動でのリリーフ損失をなくすことにより約５０％もの省エネルギー効果があること、クリーンであることの３つが挙げられる。
【０００３】
なお、このような射出成形機には、スクリュ回転により樹脂ペレットを溶融する可塑化機構、スクリュの前進移動により溶融樹脂を金型に高速射出し、高圧で保持する射出・保圧機構、及び金型を開閉する型開閉機構がある。ＡＣサーボ駆動はこれらのどの機構の射出成形機にも適用することができるが、ここでは、ＡＣサーボ駆動に関して技術課題の多い射出・保圧機構によるＡＣサーボ制御技術について以下に説明する。
【０００４】
射出・保圧機構による射出成形機において、射出は、金型内に充填された樹脂温度を一定にするために、一般に、可能な限り高速に行われる。しかし、過度の高速化により、過度の射出圧力を発生させてしまうと成形不良の要因ともなるので、射出圧力はある所定の値以下という制約が課される。そして、このような工程に続いて金型内に充填された樹脂に圧力を掛ける保持圧工程がある。
【０００５】
これら２つの工程は射出・保圧機構によって行われる。したがって、射出・保圧機構におけるＡＣサーボ制御では、速度制御及びトルク（力）制御の混在された制御が要求される。
【０００６】
一方、サーボモータが大容量化したとは言え、樹脂の高速充填を実現するには、機械コストの観点からもサーボモータの多軸駆動が不可避である。サーボモータの多軸駆動は、現状ではサーボモータとボールねじの組合せによる２軸駆動が一般的である。
【０００７】
このようなサーボモータの２軸駆動により動作する電動射出成形機の射出・保圧機構の模式図を図２に示す。
【０００８】
射出成形機は、地上に固定された図示しない射出成形機基盤上に、リニアガイドにより移動可能な図示しない移動装置台が設けられる。更に、この移動装置台に図２に示す金型１以外の全部品が搭載される。
【０００９】
そして、この移動装置台を移動させることにより、射出シリンダ２の先端部を金型１に押し付けることができ、また、逆に金型１から射出シリンダ２の先端部を離すこともできる。なお、図２は、金型１内に樹脂を射出するために射出シリンダ２の先端部を金型１に押し付けている状態を示す。
【００１０】
移動装置台の上には、図中、一点鎖線で示す軸を対称にして、一対のサーボモータ３ａ，３ｂ、減速機４ａ，４ｂ、ボールネジ５ａ，５ｂ及び軸受６ａ，６ｂが固設されている。また、上記ボールネジのナット７ａ，７ｂ、可動部８、スクリュ９及び圧力検出センサ１０ａ，１０ｂが一体構造となっている。そして、この一体構造部は、ボールねじ５ａ，５ｂのナット移動により前後移動可能なように、可動部８が図示しないリニアガイド上に取り付けられている。
【００１１】
このような射出成形機では、２軸駆動に一対のサーボモータ３ａ，３ｂを用いる。これは前述したように小型のモータを２台使用して射出成形機の低コスト化を図るためである。このサーボモータ３ａ，３ｂの回転運動は減速機４ａ，４ｂを介して倍力機構としてのボールねじ５ａ，５ｂに伝えられる。そして、このボールねじ５ａ，５ｂの回転運動はボールねじ軸上のナット７ａ，７ｂの直線運動に変換される。これにより、可動部８を介してスクリュ９の前後移動が実現される。
【００１２】
また、スクリュ９の位置はそれぞれのサーボモータ軸に設けられたモータエンコーダ１１ａ，１１ｂで検出される。更に、スクリュ９が射出シリンダ２の先端部の溶融樹脂に与える圧力は、ボールねじのナット７ａ，７ｂと可動部８との間に挟まれて設置される圧力検出センサ（例えば、ロードセル）１０ａ，１０ｂにより検出される。
【００１３】
このような２軸駆動による射出成形機では、機械本体に過度の応力負荷を与えないために、両ボールねじのナット７ａ，７ｂの位置の同期制御、言い換えれば、両サーボモータ３ａ，３ｂの位置同期制御が不可欠である。
【００１４】
ここで、射出成形機で成形品を作る射出工程は、充填工程と保圧工程とからなる。充填工程では溶融樹脂を短時間でキャビティ１２内に充填することが必要である。また、充填後の保圧工程では溶融樹脂が冷却するまで一定時間圧力を掛ける必要がある。
【００１５】
このような射出成形機の制御装置の概略を図３に示す。つまり、この制御装置においては、入力としては、射出速度を指令するための射出速度指令、射出圧力を指令するための射出圧力指令、スクリュ９の位置を検出するためのモータエンコーダ信号及び実際の射出圧力を検出するための射出圧力センサ信号が与えられる。これらの入力が制御装置内で処理されて、最終的にモータの駆動制御するためのモータ電流を指令するモータ電流指令が出力される。
【００１６】
一般に射出工程中の射出速度及び射出圧力に対しては、次の２つの要求課題が与えられる。
【００１７】
（１）充填工程中は、所定の射出速度を実現すると同時に射出圧力が所定の圧力以下であること。
（２）保圧工程中は、所定の保持圧力を実現すると同時に射出速度が所定の速度以下であること。
【００１８】
つまり、図４（ａ）に示す充填工程中（時間０〜ｔ１）では、所定の射出速度を実現するために図４（ｂ）のように与えられた射出速度指令を忠実に実行させるような射出速度制御がなされる。しかし、射出圧力は図４（ｃ）のように与えられた射出圧力指令以下に抑える制御がなされなければならない。ここで、図４（ｂ）、図４（ｃ）の縦軸で示す１００％はそれぞれ射出速度及び射出圧力の最大値を示す。
【００１９】
次に保圧工程（時間ｔ１〜ｔ２）に入ったときには所定の射出圧力を実現するために図４（ｃ）のように与えられた射出圧力指令を忠実に実行させるような射出圧力制御がなされる。しかし、射出速度は図４（ｂ）のように与えられた射出速度指令以下に抑える制御がなされなければならない。
【００２０】
図５はこのような制御装置の内部構成について説明するためのブロック図である。この制御装置は、射出制御器２０とサーボアンプ４０ａ，４０ｂとを含んで構成される。
【００２１】
まず、射出制御器２０について説明する。射出制御器２０は一定時間間隔Δｔ毎に制御演算を行い、制御指令を更新する。
【００２２】
つまり、この射出制御器２０は射出速度指令タイムシーケンス２１、変換器２２、パルス発生器２３、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２５、射出圧力指令タイムシーケンス２６、減算器２７、圧力制御器２８、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２９を含んで構成される。また、射出制御器２０には、前述の圧力検出センサ１０ａが接続される。
【００２３】
射出速度指令タイムシーケンス２１は、そのシーケンスに従った射出速度指令Ｖ＊ｉを変換器２２に出力する。変換器２２は、入力された射出速度指令Ｖ＊ｉに対してΔｔ時間に進むべきスクリュ９の移動量を、スクリュ移動量指令Δｘ＊ｖとして、次の（式１）により算出する。
Δｘ＊ｖ＝ΔＶ＊ｉΔｔ                                （式１）
この後、算出したスクリュ移動量指令Δｘ＊ｖをパルス発生器２３に出力する。
【００２４】
パルス発生器２３は、スクリュ移動量指令Δｘ＊ｖに相当する数のパルスを含むパルス列２４を発生させる。そして、この発生させたパルス列２４をサーボアンプ４０ａ，４０ｂ内のカウンタ４１に出力する。
【００２５】
また、圧力検出センサ１０ａで検出された圧力を射出圧力センサ信号ＰｉとしてＡ／Ｄ変換器２５を介して射出制御器２０に取り込む。Ａ／Ｄ変換器２５は取り込んだ射出圧力センサ信号Ｐｉを減算器２７に入力する。
【００２６】
ここで、圧力検出センサ１０ｂがもう一方のモータ駆動軸に取り付けられている場合には、２つの圧力検出センサ１０ａ，１０ｂの出力信号の平均値を射出圧力センサ信号Ｐｉとする。
【００２７】
また射出圧力指令タイムシーケンス２６は、そのシーケンスに従った射出圧力指令Ｐ＊ｉを減算器２７に入力する。減算器２７は射出圧力指令Ｐ＊ｉと射出圧力センサ信号Ｐｉとの制御偏差ΔＰｉを次の（式２）により算出する。
ΔＰｉ＝Ｐ＊ｉ−Ｐｉ                                  （式２）
この後、算出した制御偏差ΔＰｉを圧力制御器２８に入力する。
【００２８】
圧力制御器２８は、制御偏差ΔＰｉに対して比例積分微分（ＰＩＤ）制御演算を実行してモータ電流指令ｉ＊ｐを算出する。そして、この算出したモータ電流指令ｉ＊ｐをＤ／Ａ変換器２９を介してサーボアンプ４０ａ，４０ｂに入力する。サーボアンプ４０ａでは、内蔵のＡ／Ｄ変換器４２によりモータ電流指令Ｉ＊ｐを取り込んだ後、このモータ電流指令Ｉ＊ｐを比較器４３に入力する。
【００２９】
次にサーボアンプ４０ａ，４０ｂについて説明する。ここで、サーボアンプ４０ａ及び４０ｂはモータの２軸駆動のために設けられたものである。なお、これらのサーボアンプの構造及び動作は同一のものであるので、以後の説明はサーボアンプ４０ａのみについて行う。
【００３０】
つまり、サーボアンプ４０ａはカウンタ４１及び４４、Ａ／Ｄ変換器４２、比較器４３、減算器４５及び４８、位置制御器４６、微分回路４７、速度制御器４９、パルス幅変調制御（ＰＷＭ）回路５０を含んで構成される。また、このサーボアンプ４０ａは前述のサーボモータ３ａに接続されている。更にサーボモータ３ａにはモータエンコーダ１１ａが取り付けられている。
【００３１】
射出制御器２０からの速度指令用のパルス列２４を受けるサーボアンプ４０ａ内のカウンタ４１は、このパルス列２４のパルス数を計数して、スクリュ９の位置指令ｘ＊を検出する。そして、このｘ＊を減算器４５に入力する。
【００３２】
また、カウンタ４４はモータエンコーダ１１ａからのパルスを受ける。カウンタ４４はこのパルス数を計数して、スクリュ９の実際の位置ｘを検出する。そして、このｘを減算器４５に入力する。
【００３３】
減算器４５は入力されたｘ＊及びｘから位置制御偏差（ｘ＊−ｘ）を算出した後、この結果を位置制御器４６に入力する。位置制御器４６は次式より速度指令ｖ＊を算出した後、その結果を減算器４８に入力する。
ｖ＊＝ＫＰ（ｘ＊−ｘ）                              （式３）
ここで、ＫＰは位置制御器４６の比例ゲインである。
【００３４】
なお、モータエンコーダ１１ａはパルスを、カウンタ４４の他に微分回路４７にも入力する。微分回路４７はこのパルスにより実速度ｖを検出する。そして、このｖを減算器４８に入力する。
【００３５】
減算器４８は入力されたｖ＊及びｖから速度制御偏差（ｖ＊−ｖ）を算出して速度制御器４９に入力する。速度制御器４９は次式によりモータ電流指令ｉ＊ｖを算出し、比較器４３に入力する。
【数１】
2004195926.tif 000003
ここで、ＫＰｖは速度制御器４９の比例ゲインであり、ＴＩｖは速度制御器４９の積分時間である。
【００３６】
なお、サーボアンプ４０ａ内では、位置制御ループのマイナループとして速度制御ループが形成されている。
【００３７】
速度制御器４９からの出力であるモータ電流指令ｉｖと圧力制御器２８からの出力であるモータ電流指令ｉｐとが入力される比較器４３は、ｉ＊ｖとｉ＊ｐの小さいほうの値を選択し、その値を最終的なモータ電流指令ｉ＊としてＰＷＭ回路５０に入力する。ＰＷＭ回路５０は与えられたモータ電流指令ｉ＊に基づいて所定の３相電圧をサーボモータ３ａに印加する。これにより、サーボモータ３ａはモータ電流ｉ＊で駆動する。
【００３８】
また、比較器４３は位置制御ループにより決定されるモータ電流指令ｉ＊ｖを制御ループ外からのモータ電流指令ｉ＊ｐによって制限するために設けられている。
【００３９】
次に、この比較器４３の動作により前述した２つの要求課題が実現されることを、図４を用いて説明する。
まず、図４の充填工程の終了時間であるｔ１が、実際にキャビティ１２に樹脂が十分充填される時間よりも前に設定されていた場合を考える。このときは、キャビティ１２内にはまだ空隙が存在するので射出圧力は一般的に低くなっている。この状態から次の保圧工程に入るときには、一般に射出圧力指令Ｐ＊ｉのほうが実際の射出圧力よりも高いので、実際の射出圧力を高くするために圧力制御器２８から出力されるモータ電流指令ｉ＊ｐが大きくなる。
【００４０】
ここで、モータ電流指令ｉ＊ｐが最終的なモータ電流指令として採用されたとすると、キャビティ１２内が未充填なので射出速度が上昇する。これにより、図４（ｂ）の射出速度指令を上回ってしまうおそれがある。
【００４１】
しかし、比較器４３では常にｉ＊ｖとｉ＊ｐのうちで小さいほうの値が選択されるので、充填中に保圧制御に移行してｉ＊ｐがｉ＊ｖを上回っても、比較器４３においてｉ＊ｖが最終的なモータ電流指令として採用される。
【００４２】
つまり、射出圧力制御から射出速度制限に移行させることができ、前述の要求課題（２）を常に満足させることが可能である。
【００４３】
次に、図４の充填工程の終了時間であるｔ１が、実際にキャビティ１２に樹脂が十分充填される時間よりも後に設定されていた場合を考える。このときはキャビティ１２内に樹脂が十分充填されていても、まだ充填工程中であるので射出速度制御を実行する。しかし、この時点ではキャビティ１２が十分充填されているので実際のスクリュ速度はかなり低下している。そのため、速度制御器４９から出力されるモータ電流指令ｉ＊ｖが大きくなる。
【００４４】
ここで、モータ電流ｉ＊ｖが最終的なモータ電流指令として採用されたとすると、既にキャビティ１２内に樹脂が十分充填されているので急激に射出圧力が上昇する。これにより、図４（ｃ）の射出圧力指令を上回ってしまうおそれがある。
【００４５】
しかし、比較器４３では常にｉ＊ｖとｉ＊ｐのうちで小さいほうの値が選択されるので、充填が完了し、ｉ＊ｖがｉ＊ｐを上回っても、比較器４３においてｉ＊ｐが最終的なモータ電流指令として採用される。
【００４６】
つまり、射出速度制御から射出圧力制限に移行させることができ、前述の要求課題（１）を常に満足させることが可能である。
【００４７】
【特許文献１】
特許第２６５２２７４号公報
【００４８】
【特許文献２】
特許第２６５２２７５号公報
【００４９】
【特許文献３】
特開平４−３１４８８号公報
【００５０】
【特許文献４】
特許第２９９２３２９号公報
【００５１】
【特許文献５】
特許第２７４６４７４号公報
【００５２】
【特許文献６】
特許第２６２８７７０号公報
【００５３】
【特許文献７】
特許第２６２８７６９号公報
【００５４】
【非特許文献１】
稲葉善治,上口賢男,根子哲明,電動式射出成形機における圧力波形追従制御（第１報）−流動圧力制御における学習制御の適用,“精密工学会誌”,65,2,(1999),pp.293-299
【００５５】
【非特許文献２】
稲葉善治,上口賢男,根子哲明,電動式射出成形機における圧力制御,“精密工学会誌”,65,4,(1999),pp.542-548
【００５６】
【非特許文献３】
稲葉善治,上口賢男,根子哲明,電動式射出成形機における圧力波形追従制御（第２報）−圧力波形編集制御における学習制御の適用,“精密工学会誌”,65,5,(1999),pp.746-752
【００５７】
【発明が解決しようとする課題】
図５において、２台のサーボモータ３ａ，３ｂのそれぞれのサーボアンプ４０ａ，４０ｂには、射出速度指令Ｖ＊ｉに対しては共通の速度指令用パルス列が与えられる。しかし、射出圧力指令Ｐ＊ｉに対しては、圧力検出センサ１０ａがアナログ信号を出力するので、結果としてサーボアンプ４０ａ，４０ｂには、共通のアナログ電流指令ｉ＊ｐが与えられることになる。
【００５８】
したがって、比較器４３が、両サーボモータ３ａ，３ｂに与えるモータ電流指令ｉ＊としてｉ＊ｖを選択したときには、両ボールねじのナット７ａ，７ｂの移動量は図５の位置制御ループにより同じ量になることが保証される。このため、可動部８が両側のボールねじ５ａ，５ｂから不当な回転モーメントを受けることはない。
【００５９】
しかし、比較器４３が両サーボモータ３ａ，３ｂに与えるモータ電流指令ｉ＊としてｉ＊ｐを選択したときには、例え両サーボモータ３ａ，３ｂに同じモータ電流指令ｉ＊ｐが与えられたとしても、両ボールねじのナット７ａ，７ｂの移動量が図５の位置制御ループから開放されているので、両ボールねじ５ａ，５ｂの負荷分担の相異などにより同じ量になることは保証されない。このため、可動部８が両側のボールねじ５ａ，５ｂから不当な回転モーメントを受けることがある。可動部８は前述したように、一般に２本のレール上を摺動移動するリニアガイドで保持される構造になっているので、不当な回転モーメントはリニアガイドに過度の横応力を発生させ、結果としてレールの破損などを生じさせる。
【００６０】
つまり、図５のような構造による２軸駆動制御では、射出速度制御に関してはモータエンコーダ１１ａからのフィードバック信号を用いることができるので２軸共通の位置指令パルス信号を使用しての２軸位置同期制御を行うことが可能である。しかし、射出圧力制御を行うトルク制御ではフィードバック信号がロードセル信号であるので２軸位置同期制御を行うことが困難であり、レールの破損などが生じてしまう可能性がある。
【００６１】
このレールの破損などを防止するために、現状では、２台のモータ出力軸を歯付ベルトで機械的に結合して位置同期制御を実現するマスタスレーブ方式を採用している。このマスタスレーブ方式は、マスタとなるサーボモータが速度制御又はトルク制御され、スレーブとなるもう一方のモータはマスタモータの実電流を電流指令として受ける方式である。しかし、このようなマスタスレーブ方式では、機械ベルトを用いることにより機械が大型化しやすく、また機械ベルトの保守なども行う必要もある。
【００６２】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、機械ベルトを用いずに、多軸サーボモータによるトルク制御での位置同期制御が可能である電動射出成形機の制御装置を提供することを目的とする。
【００６３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明による電動射出成形機の制御装置は、第１のスクリュ移動量指令を算出する第１のスクリュ移動量指令算出手段と、上記第１のスクリュ移動量指令とは異なる第２のスクリュ移動量指令を算出する第２のスクリュ移動量指令算出手段と、上記第１のスクリュ移動量指令と上記第２のスクリュ移動量指令とを比較して、何れか小さいほうを最終的なスクリュ移動量指令として選択する比較手段とを含む射出制御部と、上記比較手段によって選択された最終的なスクリュ移動量指令に基づいて出力する比較手段とを含む射出制御部とを具備することを特徴とする。
【００６４】
また、上記の目的を達成するために、本発明による電動射出成形機の制御装置は、複数のサーボモータと、この複数のサーボモータの回転によって回転駆動される複数のボールねじと、この複数のボールねじの回転によりボールねじの回転軸方向に移動する複数のナットと、この複数のナットの移動により駆動される可動部と一体で構成されたスクリュとから構成される電動射出成形機を制御する電動射出装置の制御装置において、射出速度指令を出力する射出速度シーケンスと、この射出速度シーケンスから出力される射出速度指令に基づいて所定の制御演算時間間隔の間に上記スクリュが移動すべき量を第１のスクリュ移動量指令として算出する変換器と、射出圧力指令を出力する射出圧力シーケンスと、射出圧力を検出する射出圧力検出センサと、この射出圧力検出センサからの射出圧力検出結果を受けるＡ／Ｄ変換器と、上記射出圧力指令と上記Ａ／Ｄ変換器を介して入力された射出圧力検出結果とから射出圧力制御偏差を算出する第１の減算器と、上記第１の減算器で算出された射出圧力制御偏差に基づいて所定の制御演算時間間隔の間に上記スクリュが移動すべき量を第２のスクリュ移動量指令として算出する圧力制御器と、上記第１のスクリュ移動量指令と上記第２のスクリュ移動量指令とを比較して、何れか小さいほうの値を最終的なスクリュ移動量指令として出力する比較器と、この比較器から出力された上記最終的なスクリュ移動量指令に相当する数のパルスを上記制御演算時間間隔で速度指令パルス列として発生させるパルス発生器とを含む射出制御器と、上記パルス発生器からの速度指令パルス列のパルス数を計数して該計数したパルス数に相当する信号を位置指令として出力する第１のカウンタと、モータの実位置を検出する第２のカウンタと、上記第１のカウンタ及び第２のカウンタの出力から位置制御偏差を算出する第２の減算器と、上記第２の減算器で算出された位置制御偏差に基づいて上記複数のサーボモータの位置制御を行う位置制御ループとを含む上記複数のサーボモータと同数のサーボアンプとを具備することを特徴とする。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電動射出成形機の制御装置の内部構成を示すブロック図である。
つまり、本一実施の形態の制御装置も射出制御器２０と複数のサーボアンプ４０ａ，４０ｂを含んで構成される。なお、射出制御器２０は特許請求の範囲に記載の「射出制御部」に対応する。また、サーボアンプ４０ａ，４０ｂは特許請求の範囲に記載の「モータ制御部」に対応する。
【００６６】
まず、射出制御器２０について説明する。射出制御器２０は一定時間Δｔ毎に制御演算を行い、制御指令を更新する。
【００６７】
つまり、本一実施形態の射出制御器２０は、射出速度指令タイムシーケンス２１、変換器２２、パルス発生器２３、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２５、射出圧力指令タイムシーケンス２６、減算器２７、圧力制御器２８、比較器３０を含んで構成される。また、射出制御器２０には、圧力検出センサ１０ａが接続される。
【００６８】
ここで、変換器２２は特許請求の範囲に記載の「第１のスクリュ移動量指令算出手段」に対応する。また、圧力制御器２８は特許請求の範囲に記載の「第２のスクリュ移動量指令算出手段」に対応し、比較器３０は特許請求の範囲に記載の「比較手段」に対応する。更に、射出速度指令タイムシーケンス２１は特許請求の範囲に記載の「射出速度指令手段」に対応し、射出圧力指令タイムシーケンス２６は特許請求の範囲に記載の「射出圧力指令手段」に対応する。
【００６９】
つまり、本一実施形態においては、前述の比較器４３に相当する機能をサーボアンプ側でなく射出制御器側に設けたところが大きな特徴である。これに伴って圧力制御器２８における演算が前述の図５の例と異なっているが、この演算については後に詳述する。
【００７０】
次にこのような射出制御器２０の動作について説明する。射出速度指令タイムシーケンス２１からの射出速度指令Ｖ＊ｉに対して、変換器２２はΔｔ時間にスクリュ９が移動すべき量をスクリュ移動量指令Δｘ＊ｖとして次の（式５）より算出する。
Δｘ＊ｖ＝Ｖ＊ｉΔｔ                              （式５）
そして、変換器２２は算出したスクリュ移動量指令Δｘ＊ｖを比較器３０に入力する。
【００７１】
また、圧力検出センサ１０ａで検出された圧力を射出圧力センサ信号ＰｉとしてＡ／Ｄ変換器２５を介して射出制御器２０に取り込む。Ａ／Ｄ変換器２５は取り込んだ射出圧力センサ信号Ｐｉを減算器２７に入力する。
【００７２】
ここで、圧力検出センサ１０ｂがもう一方のモータ駆動軸に取り付けられている場合には、２つの圧力検出センサ１０ａ，１０ｂの出力信号の平均値を射出圧力センサ信号Ｐｉとする。
【００７３】
また射出圧力指令タイムシーケンス２６は、そのシーケンスに従った射出圧力指令Ｐ＊ｉを減算器２７に入力する。減算器２７は射出圧力指令Ｐ＊ｉと射出圧力センサ信号Ｐｉとの制御偏差ΔＰｉを次の（式６）により算出する。
ΔＰｉ＝Ｐ＊ｉ−Ｐｉ                                  （式６）
この後、算出した制御偏差ΔＰｉを圧力制御器２８に入力する。
【００７４】
圧力制御器２８は、制御偏差ΔＰｉに対してＰＩＤ制御演算を実行してモータΔｔ時間の間にスクリュ９が進むべき量をスクリュ移動量指令Δｘ＊ｐとして算出する。そして、圧力制御器２８は算出したスクリュ移動量指令Δｘ＊ｐを比較器３０に入力する。
【００７５】
比較器３０は２つのスクリュ移動量指令Δｘ＊ｖとΔｘ＊ｐのうちで小さいほうの値を次の（式７）により決定する。
Δｘ＊＝ｍｉｎ（Δｘ＊ｖ，Δｘ＊ｐ）              （式７）
ここで、この（式７）により前述の比較器４３に相当する機能、つまり、前述の要求課題（１）及び前述の要求課題（２）を満足させることができることを以下に説明する。
【００７６】
前述の（式５）により射出速度指令Ｖ＊ｉは次の（式８）により表すことができる。
【数２】
2004195926.tif 000004
【００７７】
このとき、圧力制御器２８の出力であるスクリュ移動量指令Δｘ＊ｐを時間間隔Δｔで割れば、射出圧力制御に必要なスクリュ速度指令Ｖ＊ｐが次の（式９）により得られる。
【数３】
2004195926.tif 000005
【００７８】
また、（式７）の両辺を時間間隔Δｔで割れば、（式８）、（式９）により次の（式１０）が得られる。
【数４】
2004195926.tif 000006
【００７９】
ここで、比較器３０が出力するスクリュ速度指令をＶ＊とすれば、次の（式１１）が成り立つ。
【数５】
2004195926.tif 000007
【００８０】
つまり、（式１０）、（式１１）により比較器３０の機能は次の（式１２）の演算を行うものであるとも考えることができる。
Ｖ＊＝ｍｉｎ（Ｖ＊ｉ，Ｖ＊ｐ）                      （式１２）
射出開始当初は、金型１のキャビティ１２内に樹脂が充填されていないので射出圧力が低い。このため、射出開始時の高い射出圧力設定値に対して射出圧力制御偏差ΔＰｉが大きくなる。したがって、圧力制御器２８の出力であるスクリュ移動指令Δｘ＊ｐ、言い換えるとＶ＊ｐが大きくなる。このため一般に、Ｖ＊ｉ＜Ｖ＊ｐとなる。このとき、比較器３０は（式１２）より、最終的なスクリュ速度指令Ｖ＊としてＶ＊ｉを選択し、Ｖ＊＝Ｖ＊ｉとなる。このことは（式７）の演算においてスクリュ移動量指令Δｘ＊ｖが選択されたことを意味する。したがって、射出開始時は射出速度制御が優先されることになる。
【００８１】
また、射出速度制御中に射出圧力が上昇してΔＰｉが小さくなると、圧力制御器２８の出力であるスクリュ移動量指令Δｘ＊ｐ、言い換えるとΔＶ＊ｐが小さくなる。つまり、Ｖ＊ｉ＞Ｖ＊ｐとなると、このとき比較器３０は（式１２）より、最終的なスクリュ速度指令Ｖ＊としてＶ＊ｐを選択し、Ｖ＊＝Ｖ＊ｐとなる。このことは（式７）の演算においてスクリュ移動量指令Δｘ＊ｐが選択されたことを意味する。
【００８２】
したがって、射出速度制御から射出圧力制限に移行できるような制御、つまり、前述の要求課題（１）を満足させる制御を行うことができる。
【００８３】
また、射出圧力制御中に射出速度指令Ｖ＊ｉが仮に小さくなった場合には、Ｖ＊ｉ＜Ｖ＊ｐとなる。このとき比較器３０は（式１２）より、最終的なスクリュ速度指令Ｖ＊としてＶ＊ｐを選択し、Ｖ＊＝Ｖ＊ｉとなる。
【００８４】
したがって、射出圧力制御から射出速度制限に移行できるような制御、つまり、前述の要求課題（２）を満足させる制御を行うことができる。
【００８５】
ここで、再び図１の説明に戻る。
比較器３０は、（式７）により最終的なスクリュ移動量指令Δｘ＊を選択し、その後、このΔｘ＊をパルス発生器２３に入力する。パルス発生器２３はΔｘ＊に相当するモータエンコーダのパルス数をΔｔ時間内に速度指令用のパルス列２４として発生させ、各サーボアンプ内のカウンタ４１に入力する。
【００８６】
次にサーボアンプについて説明する。すなわち、サーボアンプ４０ａはカウンタ４１及び４４、減算器４５及び４８、位置制御器４６、微分回路４７、速度制御器４９、パルス幅変調制御（ＰＷＭ）回路５０を含んで構成される。また、このサーボアンプ４０ａは前述のサーボモータ３ａに接続されている。更にサーボモータ３ａにはモータエンコーダ１１ａが取り付けられている。
【００８７】
ここで、射出制御器２０に比較器３０を設けているので、図１のサーボアンプ内には比較器４３に相当するものが必要ない。
【００８８】
射出制御器２０からの速度指令用のパルス列２４を受けるサーボアンプ４０ａ内のカウンタ４１は、このパルス列のパルス数を計数して、スクリュ９の位置指令ｘ＊を検出する。そして、このｘ＊を減算器４５に入力する。
【００８９】
また、カウンタ４４はモータエンコーダ１１ａからのパルスを受ける。カウンタ４４はこのパルス数を計数して、スクリュ９の実際の位置ｘを検出する。そして、このｘを減算器４５に入力する。
【００９０】
減算器４５は入力されたｘ＊及びｘから位置制御偏差（ｘ＊−ｘ）を算出した後、この結果を位置制御器４６に入力する。位置制御器４６は次式より速度指令ｖ＊を算出する。
ｖ＊＝ＫＰ（ｘ＊−ｘ）                              （式１３）
ここで、ＫＰは位置制御器４６の比例ゲインである。
【００９１】
なお、モータエンコーダ１１ａはパルスを、カウンタ４４の他に微分回路４７にも入力する。微分回路４７はこのパルスにより実速度ｖを検出する。そして、このｖを減算器４８に入力する。
【００９２】
減算器４８は入力されたｖ＊及びｖから速度制御偏差（ｖ＊−ｖ）を算出して速度制御器４９に入力する。速度制御器４９は次式によりモータ電流指令ｉ＊を算出し、ＰＷＭ回路５０に入力する。
【数６】
2004195926.tif 000008
ここで、ＫＰｖは速度制御器４９の比例ゲインであり、ＴＩｖは速度制御器４９の積分時間である。
【００９３】
ＰＷＭ回路５０は与えられたモータ電流指令ｉ＊に基づいて所定の３相電圧をサーボモータ３ａに印加する。これにより、サーボモータ３ａはモータ電流ｉ＊で駆動する。
【００９４】
以上説明したように、本一実施の形態によれば、射出制御器２０内のパルス発生器２３から２台のサーボモータ３ａ，３ｂのそれぞれのサーボアンプ４０ａ，４０ｂ内のカウンタ４１に同じパルス列が与えられ、更に、常に位置制御ループによる位置制御が行われるので、２台のサーボモータ３ａ，３ｂは同期のとれた回転角、すなわち、２台のサーボモータで駆動される２軸のボールねじ５ａ，５ｂの同期のとれた同じナット移動量を、射出速度制御中はもちろん、射出圧力制御中にも常に実現することが可能である。
【００９５】
これにより、機械ベルトを用いることなしに、射出圧力制御時に発生する２軸駆動の同期ずれによる構造強度上の問題を回避できる。
【００９６】
以上一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した一実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、前述の一実施の形態ではサーボモータを２台用いているがこれに限るものではない。また、本発明は電動射出成形機の射出・保圧機構にのみ限定して用いられるものではなく、可塑化機構、型開閉機構にも適用することが可能である。
【００９７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、機械ベルトを用いずに、多軸サーボモータによるトルク制御での位置同期制御が可能である射出成形機の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動射出成形機の制御装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２】電動射出成形機における２軸駆動での射出・保圧機構の模式図である。
【図３】電動射出成形機の制御装置の概略図である。
【図４】電動射出成形機の制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】従来例による電動射出成形機の制御装置の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…金型、２…射出シリンダ、３ａ，３ｂ…サーボモータ、４ａ，４ｂ…減速機、５ａ，５ｂ…ボールネジ、６ａ，６ｂ…軸受、７ａ，７ｂ…ナット、８…可動部、９…スクリュ、１０ａ，１０ｂ…圧力検出センサ、１１ａ，１１ｂ…モータエンコーダ、１２…キャビティ、２０…射出制御器、２１…射出速度指令タイムシーケンス、２２…変換器、２３…パルス発生器、２５，４２…アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、２６…射出圧力指令タイムシーケンス、２７，４５，４８…減算器、２８…圧力制御器、２９…デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器、３０，４３…比較器、４０ａ，４０ｂ…サーボアンプ、４１，４４…カウンタ、４６…位置制御器、４７…微分回路、４９…速度制御器、５０…パルス幅変調制御（ＰＷＭ）回路
【図１】
2004195926.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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