(57)【要約】射出成形機は、組み込まれたモータ（１１）への入力を制御する制御装置（２６）を有する。制御装置（２６）は、モータ（１１）の出力を、所定の設定時間だけ保持されるべき設定値を設定する。また制御装置（２６）は、設定値を時間の経過に従って減少させる削減比率（Ｐｒ，Ｔｒ）を決定し、その削減比率に基づいてモータ（１１）への入力を制御する。これにより、モータ（１１）の消費電力が低減される。
2004089598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形機に組み込まれたモータへの入力を制御する制御方法であって、
該モータの出力を、所定の設定時間だけ保持すべき設定値を設定し、
該設定値を時間の経過に従って減少させる削減比率を設定し、
該削減比率に基づいて前記モータへの入力を制御する
ことを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の制御方法であって、
保持終了時点での設定値を設定することにより前記削減比率を決定することを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項３】
請求項１記載の制御方法であって、
削減開始の時間を設定することにより前記削減比率を決定することを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項４】
請求項１記載の制御方法であって、
保持終了時点での設定値と削減開始の時間とを設定することにより前記削減比率を決定することを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項５】
請求項１記載の制御方法であって、
保持終了時点での設定値を設定して決定される削減比率と、削減開始の時間を設定することにより決定される削減比率とを組み合わせ、２つの削減比率が存在する部分では、前記設定値が小くなる方の削減比率を選択することにより前記削減比率を決定することを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項６】
請求項１記載の制御方法であって、
前記設定値として時間経過に従って複数の値が設定される場合、該複数の値の各々に対応する前記モータへの入力を同じ削減比率、又は各々異なる削減比率で減少させることを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の制御方法であって、
前記モータは射出用モータであり、前記設定値の複数の値は射出成形工程の保圧工程において保持する圧力であることを特徴とする射出成形機の制御方法。
【請求項８】
組み込まれたモータへの入力を制御する制御装置を有する射出成形機であって、
該制御装置は、
該モータの出力を、所定の設定時間だけ保持されるべき設定値を設定する設定手段と、
該設定値を時間の経過に従って減少させる削減比率を決定する決定手段と、
該削減比率に基づいて前記モータへの入力を制御する制御手段と
を有することを特徴とする射出成形機。
【請求項９】
請求項８記載の射出成形機であって、
前記決定手段は、保持終了時点での設定値を設定することにより前記削減比率を決定することを特徴とする射出成形機。
【請求項１０】
請求項８記載の射出成形機であって、
前記決定手段は、削減開始の時間を設定することにより前記削減比率を決定することを特徴とする射出成形機。
【請求項１１】
請求項８記載の射出成形機であって、
前記決定手段は、保持終了時点での設定値と削減開始の時間とを設定することにより前記削減比率を決定することを特徴とする射出成形機。
【請求項１２】
請求項８記載の射出成形機であって、
前記決定手段は、保持終了時点での設定値を設定して決定される削減比率と、削減開始の時間を設定することにより決定される削減比率とを組み合わせ、２つの削減比率が存在する部分では、前記設定値が小くなる方の削減比率を選択することにより前記削減比率を決定することを特徴とする射出成形機。
【請求項１３】
請求項８記載の射出成形機であって、
前記制御装置は、前記設定値として時間経過に従って複数の値が設定される場合、該複数の値の各々に対応する前記モータへの入力を同じ削減比率、又は各々異なる削減比率で減少させることを特徴とする射出成型機。
【請求項１４】
請求項１３記載の射出成形機であって、
前記モータは射出用モータであり、前記設定値の複数の値は射出成形工程の保圧工程において保持する圧力であることを特徴とする射出成形機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は成形機の制御方法及び制御装置に関し、特に電動式射出成形機等の成形機の制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】  電動式射出成形機において使用される電力は、樹脂を溶融するために加熱シリンダの周囲に設けられるヒータ用電力を除けば、そのほとんどが回転機器、つまり電動モータに使用される。電動式射出成形機に組み込まれるモータには、射出用のモータ、スクリュ回転用のモータ、型締用のモータ、エジェクタ用のモータ等、様々な電動モータがある。
ここで、モータの消費電力を小さくするには単純に電流を流さなければ良い。すなわち、大きな力を連続的に印加する部分の力を小さくすれば良い。連続して大きな力を必要とする工程の１つとして保圧工程が挙げられる。保圧工程は、射出用のモータによりスクリュを加熱シリンダ内で前進させて溶融した樹脂を金型内に充填する充填工程の後、スクリュに一定な圧力をかけて金型内での成形品の形を整えるための工程である。
保圧工程の一例として、図１に示すように、射出成形機の制御装置に対して入力装置により複数段（ここでは４段）の保圧圧力の設定が可能な工程が知られている。具体的には、各段について保圧圧力の設定値とその維持時間とが入力装置を介してオペレータにより設定される。その結果、制御装置は射出用のモータのドライバを介して各段毎に設定された保圧圧力の設定値を維持するような保圧制御を実行する。
図１に示すように保圧圧力が設定された場合、実際の各段の圧力実績値は図２のようになる。つまり、圧力実績値は、図２に示すように、設定された時間が経過した後にある傾きで圧力が変化して次段の圧力設定値に到達する。
下記特許文献１は、この傾きを複数種類設定可能にする技術を提案している。
【特許文献１】特開２００１−２９３７６２号公報（第１頁、図３）
特許文献１による提案では、特に圧力の降下時、例えば一段目の圧力設定から二段目の圧力設定に移行する際に、時刻Ｔ１で二段目の圧力設定値に到達すべきところ、時刻Ｔ１から時間ΔＴだけ遅れて二段目の圧力設定値に到達するように制御される。これは、破線で示す面積分だけモータの電力が余分に消費されていることを意味する。
ところが、近年の射出成形機では、油圧駆動方式から電動駆動方式への変遷に伴って、消費電力を低減するという課題が非常に重要な課題となっている。したがって、上述のモータ電力の余分な消費は消費電力の低減という観点から好ましくない。
【発明の開示】
本発明の総括的な目的は、上述の問題を解決した改良された有用な射出成形機の制御方法及び制御装置を提供することである。
本発明のより具体的な目的は、使用されるモータの消費電力が低減された射出成形機の制御方法及び制御装置を提供することである。
上述の目的を達成するために、本発明の１つの面によれば、射出成形機に組み込まれたモータへの入力を制御する制御方法であって、該モータの出力を、所定の設定時間だけ保持すべき設定値を設定し、該設定値を時間の経過に従って減少させる削減比率を設定し、該削減比率に基づいて前記モータへの入力を制御することを特徴とする射出成形機の制御方法が提供される。
上述の制御方法において、保持終了時点での設定値を設定することにより削減比率を決定することとしてもよい。あるいは、削減開始の時間を設定することにより削減比率を決定することとしてもよい。また、保持終了時点での設定値と削減開始の時間とを設定することにより削減比率を決定することもできる。さらに、保持終了時点での設定値を設定して決定される削減比率と、削減開始の時間を設定することにより決定される削減比率とを組み合わせ、２つの削減比率が存在する部分では、設定値が小くなる方の削減比率を選択することにより削減比率を決定することとしてもよい。
上述の制御方法において、設定値として時間経過に従って複数の値が設定される場合、該複数の値の各々に対応するモータへの入力を同じ削減比率、又は各々異なる削減比率で減少させることができる。
また、上述の制御方法において、モータは射出用モータであり、設定値の複数の値は射出成形工程の保圧工程において保持する圧力であることとしてもよい。
また、本発明の別の面によれば、組み込まれたモータへの入力を制御する制御装置を有する成形機であって、該制御装置は、該モータの出力を、所定の設定時間だけ保持されるべき設定値を設定する設定手段と、該設定値を時間の経過に従って減少させる削減比率を決定する決定手段と、該削減比率に基づいて前記モータへの入力を制御する制御手段とを有することを特徴とする射出成形機が提供される。
上述の本発明による射出成形機において決定手段は、保持終了時点での設定値を設定することにより削減比率を決定することとしてもよい。あるいは、決定手段は、削減開始の時間を設定することにより削減比率を決定することとしてもよい。また、決定手段は、保持終了時点での設定値と削減開始の時間とを設定することにより削減比率を決定することもできる。さらに、決定手段は、保持終了時点での設定値を設定して決定される削減比率と、削減開始の時間を設定することにより決定される削減比率とを組み合わせ、２つの削減比率が存在する部分では、設定値が小くなる方の削減比率を選択することにより削減比率を決定することとしてもよい。
また、上述の本発明による成形機において、制御装置は、設定値として時間経過に従って複数の値が設定される場合、該複数の値の各々に対応するモータへの入力を同じ削減比率、又は各々異なる削減比率で減少させることとしてもよい。
さらに、本発明による射出成形機において、モータは射出用モータであり、設定の複数の値は射出成形工程の保圧工程において保持する圧力であることとしてもよい。
上述の如く、本発明によれば、モータの消費電力削減に寄与する成形機の制御方法、及びそのような制御方法を実行することができる成形機を提供することができる。
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより、一層明瞭となるであろう。
【図面の簡単な説明】  図１は従来の保圧制御工程における保圧圧力設定値を説明するための図である。
図２は図１に示す保圧制御工程における実際の圧力変化を示すグラフである。
図３は本発明を適用可能な射出成形機の構成を示す図である。
図４Ａは充填工程におけるスクリュ速度の変化を示すグラフである。
図４Ｂは充填工程における射出圧力の変化を示すグラフである。
図５Ａ、５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは本発明においてモータの仕事量を低減するために用いられる圧力の削減パターンの一例を示すグラフである。
図６は本発明の第１実施例による制御方法を用いて制御した圧力の変化を示すグラフである。
図７は本発明の第２実施例による制御方法を用いて制御した圧力の変化を示すグラフである。
図８は本発明の第３実施例による制御方法を用いて制御した圧力の変化を示すグラフである。
図９は本発明の第４実施例による制御方法を用いて制御した圧力の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の実施例について図面を参照しながら以下に説明する。
まず、本発明を適用可能な成形機の一例として電動式射出成形機について図３を参照しながら説明する。
図３において、射出用のサーボモータ１１の回転はボールネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定されている。プレッシャプレート１４は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー１５、１６に沿って移動可能である。プレッシャプレート１４の前後進運動は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸１９を介してスクリュ２０に伝えられる。スクリュ２０は、加熱シリンダ２１内に回転可能に、しかも軸方向に移動可能に配置されている。スクリュ２０の後部に対応する加熱シリンダ２１には、樹脂供給用のホッパ２２が設けられている。射出軸１９には、ベルトやプーリ等の連結部材２３を介してスクリュ回転用のサーボモータ２４の回転運動が伝達される。すなわち、スクリュ回転用のサーボモータ２４により射出軸１９が回転駆動されることにより、スクリュ２０が回転する。
可塑化／計量工程においては、加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回転しながら後退することにより、スクリュ２０の前部、すなわち加熱シリンダ２１のノズル２１−１側に溶融樹脂が貯えられる。充填工程においては、スクリュ２０の前方に貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧することにより成形が行われる。この時、樹脂を押す力がロードセル１８により反力として検出される。つまり、スクリュ前部における樹脂圧力が検出される。検出された圧力は、ロードセル増幅器２５により増幅され、制御手段として機能するコントローラ２６（制御装置）に入力される。
プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を検出するための位置検出器２７が取り付けられている。位置検出器２７の検出信号は増幅器２８により増幅されてコントローラ２６に入力される。この検出信号は、スクリュ２０の移動速度を検出するためにも使用される。
コントローラ２６は、入力装置３５を通してオペレータによりあらかじめ設定された各種設定値に応じて前に述べた複数の各工程に応じた電流（トルク）指令をサーボ増幅器２９、３０に出力する。サーボ増幅器２９ではサーボモータ１１の駆動電流を制御してサーボモータ１１の出力トルクを制御する。サーボ増幅器３０ではサーボモータ２４の駆動電流を制御してサーボモータ２４の回転数を制御する。サーボモータ１１、２４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ３１、３２が備えられている。エンコーダ３１、３２で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。
なお、図３に示す射出成形機の構成はあくまでも射出成形機の概略を説明するための便宜上のものであり、射出成形機の一例にすぎない。
上記のように、射出成形機では、樹脂を加熱溶融させながら計量し、それを金型内に押し出すことで製品を成形する。すなわち、計量工程においてスクリュ２０の前部に計量された溶融樹脂は、射出装置と対向して配置された型締装置が駆動し、可動金型と固定金型とが型閉を行い金型内にキャビティ空間を形成する型閉工程の後に、スクリュ２０が前進することにより金型内のキャビティ空間に樹脂を速度制御に従って充填させる。
以上のような充填工程を経て金型内に樹脂が充填されると、成形動作は保圧工程に進み、ある程度の樹脂圧力を保持して金型内の樹脂を整形する。保圧工程では、図１に示すような圧力変化パターンに基づいてスクリュ２０を前後進させて所望の樹脂圧力が保持される。
次に、本発明の概念について説明する。
ここで、スクリュ２０を移動するためのサーボモータ３１の消費電力を低減することを考えると、図２に示すグラフにおいて、例えば斜線が施された部分の面積を小さくすることにより、モータの消費電力を小さくすることができることがわかる。すなわち、成形品の形を整える圧力制御工程において、実際にはモータが樹脂を加圧するための仕事を行なっていない部分を削減することで、モータの仕事量、すなわち消費電力を低減することができる。
モータの仕事量は、図５Ａ〜５Ｄに示すような方法で削減することができる。すなわち、ある圧力設定値Ｐをある設定時間Ｔだけ維持するという設定パターンを考えた場合、以下のような削減方法が考えられる。
斜線を施した部分を削減領域とした場合、図５Ａは圧力のみを操作してモータの仕事量を削減する方法を示している。入力装置３５により、設定圧力Ｐと圧力保持終了時の圧力Ｐａとの比である圧力削減比率：Ｐｒ＝Ｐａ／Ｐ（但しＰａ＜Ｐ）（％）を設定すると、コントローラ２６（制御装置）は、設定時間Ｔが経過する間に設定圧力がＰからＰａに低下するような圧力設定パターンを生成し、生成された圧力設定パターンに従ってサーボモータ３１に電力が供給されるようにサーボモータ１１のドライバを制御する。この場合、保圧工程に切換わると、スクリュ制御は圧力制御となり、設定圧力Ｐから圧力保持終了時の圧力Ｐａに到達するように圧力削減比率Ｐｒで決定された圧力パターンに従って制御される。そして、設定圧力は圧力保持開始時点から減少し始め、圧力保持終了時間（時刻Ｔ）において圧力Ｐａに到達する。
図５Ｂは時間のみを制御してモータの仕事量を削減する方法を示している。入力装置により削減開始の時間Ｔａと圧力保持終了時間の設定値Ｔとの比である時間削減比率：Ｔｒ＝Ｔａ／Ｔ（但し、Ｔａ＜Ｔ）（％）を設定すると、コントローラ２６（制御装置）は、時刻Ｔ１から時刻Ｔに向けて圧力の降下する圧力設定パターンを生成し、生成された圧力設定パターンに従ってサーボモータ３１に電力が供給されるようにサーボモータ１１のドライバを制御する。この場合、保圧工程に切換わると、スクリュ制御は圧力制御となり、設定圧力Ｐに従ってスクリュの圧力制御が開始され、削減開始の時間Ｔａになると、Ｔａから圧力保持終了時間の設定値Ｔに到達するように時間削減比率Ｔｒで決定された圧力パターンに従って制御される。そして、設定圧力は圧力保持開始後の時刻Ｔａから減少し始め、圧力保持終了時間（時刻Ｔ）において次の設定圧力に到達する。
また、図５Ｃは、圧力削減比率：Ｐｒ＝Ｐａ／Ｐ（％）および時間削減比率：Ｔｒ＝Ｔａ／Ｔ（％）の両方を設定する方法を示している。この場合、ＴａとＰａとを直線で結ぶように規定された圧力パターンに従ってスクリュは制御される。そして、設定圧力は時刻Ｔａから減少し始め、時刻Ｔにおいて圧力Ｐａに到達する。コントローラ２６は、時刻Ｔａから圧力が降下しはじめ時刻Ｔにおいて圧力Ｐａまで降下する圧力設定パターンを生成し、生成された圧力設定パターンに従ってサーボモータ３１に電力が供給されるようにサーボモータ１１のドライバを制御する。
さらに、図５Ｄは、圧力削減比率：Ｐｒ＝Ｐａ／Ｐ（％）および時間削減比率：Ｔｒ＝Ｔａ／Ｔ（％）の両方を削減比率から求められる圧力の値のうち、いずれか小さい値の方を選択して用いる方法を示している。コントローラ２６は、圧力削減比率および時間削減比率の両方の削減比率から求められる圧力の値のうち、いずれか小さい値の方を選択することにより、圧力保持開始時点から圧力が降下しはじめ、時刻Ｔにおいて次の設定圧力に到達するような圧力設定パターンを生成し、生成された圧力設定パターンに従ってサーボモータ１１に電力が供給されるようにサーボモータ１１のドライバを制御する。
上述の方法で削減される仕事量に相当する部分は、サーボモータ１１は実際に仕事をしていない部分であり、成形品の形を整える圧力制御には支障を来さない。
本発明は、上述の概念に基づいてモータへの入力電力を制御する制御方法に関している。以下にその実施例について説明する。
図６は本発明の第１実施例による制御方法を説明するための圧力−時間特性を示すグラフである。図６に示す例では、保圧圧力を４段階に設定しており、各段階では図５Ａに示す方法により設定圧力（保圧圧力）が制御される。すなわち、４段階の各段階毎に圧力削減比率Ｐｒを個別に設定できるようにしている。図６において、斜線を施した部分が削減領域を示している。なお、４段階のすべての段階について、一括して同じ圧力削減比率Ｐｒを設定してもよい。
図７は本発明の第２実施例による制御方法を説明するための圧力−時間特性を示すグラフである。図７に示す例では、保圧圧力を４段階に設定しており、各段階では図５Ｂに示す方法により設定圧力（保圧圧力）が制御される。すなわち、４段階の各段階毎に時間削減比率Ｔｒを個別に設定できるようにしている。図７において、斜線を施した部分が削減領域を示している。なお、４段階のすべての段階について、一括して同じ圧力削減比率Ｐｒを設定してもよい。
図８は本発明の第３実施例による制御方法を説明するための圧力−時間特性を示すグラフである。図８に示す例では、保圧圧力を４段階に設定しており、各段階では図５Ｃに示す方法により設定圧力（保圧圧力）が制御される。すなわち、４段階の各段階毎に圧力削減比率Ｐｒ及び時間削減比率Ｔｒを個別に設定できるようにしている。図８において、斜線を施した部分が削減領域を示している。なお、４段階のすべての段階について、一括して同じ圧力削減比率Ｐｒ及び時間削同じ減比率Ｔｒを設定してもよい。
図９は本発明の第４実施例による制御方法を説明するための圧力−時間特性を示すグラフである。図９に示す例では、保圧圧力を４段階に設定しており、各段階では図５Ｄに示す方法により設定圧力（保圧圧力）が制御される。すなわち、４段階の各段階毎に、圧力削減比率Ｐｒおよび時間削減比率Ｔｒの両方の削減比率から求められる圧力の値のうちいずれか小さい値の方を選択して設定圧力を制御している。図９において、斜線を施した部分が削減領域を示している。なお、４段階のすべての段階について、一括して同じ圧力削減比率Ｐｒ及び時間削同じ減比率Ｔｒを設定してもよい。
なお、図６乃至図９において、細い実線は圧力設定パターンを示し、太い実線は実際の圧力変化パターンを示し、破線は本発明による制御方法を適用しない場合の圧力変化パターンを示す。特に、破線については、実線部分と重複する部分が存在することから不明瞭にならないにするために、便宜上、実線部分からずらして示している。
上述の制御方法において、設定圧力や圧力削減比率Ｐｒおよび時間削減比率Ｔｒの値は、入力装置３５を介して操作者がコントローラ２６に入力する。また、成形機のディスプレイ（図示せず）には図６乃至図９に示すようなグラフが表示され、時間の欄におけるＴ、保圧圧力の欄におけるＰにそれぞれ設定された削減比率を表示させることができる。
そして、コントローラ２６は、入力装置３５から入力された削減比率を受けると、その値に応じて図６乃至図９に示すような圧力設定パターンを生成し、生成した圧力設定パターンに基づいてモータに加える電力値をモータに与える。これにより、サーボモータ１１の出力が制御され、樹脂圧力は圧力設定パターンに基づいて制御される。
上述の制御方法により、斜線を施した部分部分だけモータの仕事量を低減することができ、したがって、モータの消費電力を削減することができる。
また、例えば、上述の第２実施例（図７）及び第４実施例（図９）による制御方法によれば、図２に示す例のように設定した時間が経過してから圧力を次段階の圧力に追従させる方法とは異なり、設定した時間が経過した時には既に次段階の圧力になっていることが保証されるため、設定の意図を正確に表現することができる。これにより、成形品に応力集中が起こる場合の「そり」の発生や、逆に応力が足りないことで発生する「ひけ」といった現象に柔軟に対応できるようになる。
なお、上述の実施例においては、特に電動式射出成形機の保圧工程において保圧圧力を得るために射出用のモータに与えられる保圧圧力設定パターンについて説明したが、前述したように電動式に限られない。すなわち、電動式以外の射出成形機あるいは射出成形機以外の成形機であっても、様々なモータが備えられている。そのうち、特に図１、図２で示したような段階的に設定値が変化する複数段の設定パターンに基づいて駆動されるモータにも本発明を適用することができる。
本発明は上述の具体的に開示された実施例に限られず、本発明の範囲内において様々な変形例及び改良例がなされるであろう。
【図１】
2004089598.tif 000003
【図２】
2004089598.tif 000004
【図３】
2004089598.tif 000005
2004089598.tif 000006
2004089598.tif 000007
【図６】
2004089598.tif 000008
【図７】
2004089598.tif 000009
【図８】
2004089598.tif 000010
【図９】
2004089598.tif 000011
【国際調査報告】
2004089598.tif 000012
2004089598.tif 000013