(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック処理機械における機構（１００．１０２）を駆動するのに用いられる電動モータ（１２４、１５６）の作動効率の変動を補償するための方法であって、該プラスチック処理機械は、（ｉ）要求された速度が得られるように位置フィードバックの制御が電動モータに加えられる電流に対して行われる、閉ループ速度制御の作動（２００，２２６）と、（ｉｉ）電動モータに予め決められた電流が供給される開ループ制御の作動（２１０，２４４）と、を含む作動サイクルを繰り返し行うものにおいて、
（ａ）予め決められた作動条件下において、要求された速度を達成するための閉ループ制御の作動（２００，２２６）の間に電動モータに供給される基準電流を決定する段階と、
（ｂ）各々の運転サイクルにおいて、閉ループ制御の作動中に前記モータ（１２４、１５６）に供給される電流を測定する段階（２０２，２２８）と、
（ｃ）このように測定された電流を前記基準電流と比較し、前記電動モータの効率の変動に基づく前記基準電流からの偏差を決定する段階（２０４，２３０）と、
（ｄ）このように決定された前記偏差に基づいて効率補償ファクタを決定する段階（２０６，２４０）と、
（ｅ）前記開ループ制御の作動（２１０、２４４）の間に、前記効率補償ファクタを適用して前記モータ（１２４、１５６）に供給される前記予め決められた電流を調節し、これにより、各々のサイクルにおける前記開ループ制御の作動（２１０、２４４）の間において、一定の機械性能を確保する段階と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
射出成形機のクランプ機構（１００）を駆動するのに用いられる電動モータ（１２４）の作動効率の変動を補償するための方法であって、該射出成形機は、（ｉ）要求されたクランプ速度が得られるように位置フィードバックの制御が電動モータに加えられる電流に対して行われる、クランプ閉止インターバル（２２６）と、（ｉｉ）電動モータに予め決められた電流が供給されるトン数発生インターバル（２４４）と、を含む作動サイクルを繰り返し行うものにおいて、
（ａ）予め決められた作動条件下において、要求された速度を達成するためのクランプ閉止インターバル（２２６）の間に電動モータに供給される基準電流を決定する段階と、
（ｂ）各々の運転サイクルにおいて、クランプ閉止インターバルの間に前記モータ（１２４）に供給される電流を測定する段階（２２８）と、
（ｃ）このように測定された電流を前記クランプ閉止インターバルの基準電流と比較し、前記電動モータの効率の変動に基づく前記基準電流からの偏差を決定する段階（２３０）と、
（ｄ）このように決定された前記偏差に基づいて効率補償ファクタを決定する段階（２４０）と、
（ｅ）前記トン数発生インターバル（２４４）の間に、前記効率補償ファクタを適用して前記モータ（１２４）に供給される前記予め決められた電流を調節し、これにより、各々のサイクルにおける前記トン数発生インターバル（２４４）の間における、一定の機械性能を確保する段階と、を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電動モータの制御に関し、より詳細には、射出成形機の如きプラスチック処理機械の駆動系統に使用される電動モータの効率の変動を補償するための方法に関する。
背景技術
電動モータが、その運転中に熱を発生することは、良く知られている。通常は、発生する熱量は、電動モータの馬力が増大するに伴って、増大する。そのような熱は、モータの効率を減少させ、ある与えられた電流入力に関して、トルク出力を低下させる。制御装置が、そのようなモータの性能の変動を補償するための手段を備えていない場合には、モータによって駆動される機構の性能も影響を受けることになる。プラスチック処理機械が、電動モータを用いて当該機械の駆動系統を駆動することが多くなるに従って、運転効率における変動を補償するという問題がより明らかになってきている。
電気的に駆動されるプラスチック処理機械においては、３又はそれ以上の高馬力電動モータを用いて、当該機械の一次機構を駆動することができる。例えば、電気機械的に駆動される射出成形機も同様に電動モータを用いて、クランプユニット及び射出ユニットを駆動する（射出スクリューの並進運動及び回転運動の両方）。そのような装置を作動するモータからのトルクが大きく変動する場合には、成形機の性能が一定しない。すなわち、クランプ力、射出速度及び射出圧力、可塑化時間（軟化時間）及び／又は背圧の変動が生ずる。
運転温度（作動温度）の範囲を狭めて、モータの性能の変動を制限するために、電動モータ用の冷却装置が提案されている。モータを冷却するための種々の概念は、何等かの利益をもたらすことができるが、単一のアプローチは、広範囲の運転環境に対して完全に効果的ではない。射出成形機に冷却装置を設けることの他の欠点は、モータを空気冷却又は液体冷却に適合させるために、大幅な変更を必要とすることが多く、そのような変更は、複雑であり且つ経費がかかる。追加の構成要素に経費をかけることなくモータの性能を制御する手段が、極めて望ましい。
発明の開示
従って、本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解消し、プラスチック処理機械に使用されるモータの運転効率における変動を自動的に補償して、より一定した機械性能をもたらすための、電動モータの運転を制御する方法を提供することである。
本発明は、総ての運転期間の間に、モータへの電流を絶えず監視して、性能に関するモータの実際の効率の変動を確認し、電流を調節してそのような変動を補償することによって、上述の目的を達成する。電流の測定は、種々の周知の方法を用いて簡単に且つ信頼性をもって行うことができるので、高価な力トランスジューサ／圧力トランスジューサの使用が極めて少なくすることができ、恐らく、完全に排除することができる。
例えば、本発明を電気式の射出成形機に用いて、クランプユニットの如き主要な駆動装置における効率／性能の変動を補償することができる。クランプモータの正常な運転を監視して、運転サイクルの種々の期間に用いられる基準電流を確立する。すなわち、幾つかの期間においては、クランプの速度が制御され、別の期間においては、クランプのトン数（力）が重要である。運転の基準を確立すると、閉ループの速度制御の間の電流を監視することにより、モータの効率の変動を検知することができるが、その理由は、サイクル毎に速度が維持され、そのようなサイクルの間のインターバルの間の基準電流からの電流の偏差が、効率の変化を表すからである。確認した分散に基づき、トン数が重要である時間の間のクランプモータへの電流を然るべく調節することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の方法に従って制御される射出成形機の前方立面図である。
図２は、本発明の制御方法が、図１に示す射出成形機の運転サイクルに応用された場合に起こる運転段階のフローチャートである。
図３は、図２の各段階に関する単一の運転サイクルの期間を確認する、図１に示す射出成形機のシーケンス図である。
本発明を実施するための最善の形態
本発明は、種々のプラスチック処理機械に応用することができるが、以下の説明は、電気機械的な駆動装置を有する射出成形機に関して行う。従って、そのようなタイプの機械を簡単に説明することが、本発明の理解に役立つ。
図１は、本発明の制御方法が適用される射出成形機を示している。この機械は、クランプユニット１００と、射出ユニット１０２とを備えており、これらユニットは各々、ベース１０５の上に取り付けられている。
クランプユニット１００は、矩形状の固定プラテン１１０と、ダイハイトプラテン１０８とを備えており、これら両プラテンは、プラテンの四隅に位置する４本のタイバーによって、接続されている。２本のタイバー１１２、１１４が図示されている。タイバーは、可動プラテン１１６のためのガイドとして作用する。モールド半部１１８、１２０が、プラテン１１６、１１０にそれぞれ取り付けられており、クランプが図示の閉位置にある時には、上記両モールド半部の間にモールドキャビィティ１２２が形成される。ゲート開口１２３が、モールド半部１２０及び固定プラテン１１０を貫通していて、プラスチック融解物をモールドキャビィティ１２２の中に射出すなわち注入することを許容している。可動プラテン１１６は、ダイハイトプラテン１０８に取り付けられたクランプモータ１２４によって作動される。モータ１２４は、駆動ベルト１２７によって、ボールネジ１２６に接続されている。歯車駆動装置又は他の機械的なカップリングすなわち継手を用いることもできる。ボールネジのナット１２８が、トグル機構１３０に設けられており、このトグル機構は、クランプユニット１００を作動する際のモータ１２４に機械的な利点をもたらす。
射出ユニット１０２は、管状の胴部１４０を有する押出し機構を備えており、上記管状の胴部の中には、押出しスクリュー１４２が回転可能に且つ並進運動可能に設けられている。上記スクリューは、固定部材１４４の孔を貫通しており、スクリュー１４２の一端部は、可動部材１４６の中で回転可能に固定されている。スクリュー１４２の回転運動は、駆動ベルト１５０によって当該スクリューに機械的に接続されている押出しモータ１４８によって与えられ、そのような回転運動は、他の適宜な機械的な装置によって与えることができる。可動部材１４６は、一対の平行なバーガイド（一方のバーガイドが符号１５２で示されている）に乗っており、そのようなバーガイドは、固定部材１４４、１５４の間に接続されている。部材１５４に取り付けられている射出モータ１５６が、駆動ベルト１６０によって、ボールネジ１５８に接続されている。ボールネジのナット１６２が、可動部材１４６に取り付けられており、従って、モータ１５６は、部材１４６及び押出しスクリュー１４２に対して、固定プラテン１１０に向かう方向及び該固定プラテンから離れる方向の直線運動を与えるように作動する。
排出ユニット１７０が、モールドと一体化されていて、モールドが開いた時に、完成された成形品を排出するように作用する。排出ユニット１７０は、排出モータ１０３に接続されている。機械の制御装置（図示せず）が、射出成形サイクルにおける適宜な時に、モータ１０３を励起する。排出ユニット１７０は、異なるモールドの種々の要件及び作用を受け入れるように、サーボ制御されるのが好ましい。
一般的には、ダイハイトユニット１７４が、図１に示すタイバー及びプラテン１０８と一体化される。ダイハイトユニット１７４は、固定プラテン１１０に対するプラテン１０８（トグル機構１３０及び可動プラテン１１６を含む）の間隔の調節を行い、閉位置にある時に種々のモールド厚みを有する異なるモールドを受け入れるようにする。ダイハイトユニット１７４は、ダイハイトモータ１７６によって制御される。ダイハイトの調節は、オペレータが手動操作によって制御することができ、これにより、機械の制御装置は、モータ１７６に対して順方向又は逆方向の命令信号を与える。
一般的には、射出スレッド１８０が、ベース１０５の軌道（図示せず）の上に乗っていて、射出ユニット１０２全体を支持しており、これにより、射出ユニット１０２が固定プラテン１１０に向かって及び該固定プラテンから離れる方向に移動することを許容する。射出スレッドは、スレッドモータ１８２に機械的に接続されている。このユニットの作動も、オペレータが手動操作で制御することができ、これにより、機械の制御装置は、順方向又は逆方向の命令信号をモータ１８２に与える。上述の種々のモータは、特定の用途に最も適するような、ＡＣ（交流）誘導モータ、ブラシ型のＡＣ又はＤＣ（直流）モータ、ブラシレス（永久磁石）ＡＣ又はＤＣモータ、あるいは、他のタイプのモータとすることができることを注記しておく。
本発明の制御方法に関連する特有の機械要素及び作動段階が、図１及び図２に示されている。この制御方法は、通常のすなわち確立された状態における特に制御が望まれる運転期間の間に、関連するモータに与えられる電流の大きさを測定してこれを記憶することによって、プラスチック処理機械の種々のモータに関する運転基準を最初に確立する段階を含む。射出成形機においては、対象となるモータは、一般的に、クランプモータ１２４及び／又は射出モータ１５６であって、その理由は、これらのモータは、ある力又は圧力を維持することが定期的に必要とされるからである。本制御方法は、実際の性能に関連づけられるフィードバック及び補償を用いることなく力を維持する期間、すなわち、特定の機械の機能に関して閉ループ制御を行わない期間に対して、特に適用することができる。
ここで図１乃至図３を参照して、運転サイクルを簡単に説明するが、クランプユニット１００は図示の閉位置にあり、モールドには全部の力（トン数）が加わっているものとして説明を始める。この時点においては、ホッパ１６６からの固体の熱可塑性材料、熱硬化性材料又は他の材料が、スクリュー１４２によって可塑化すなわち軟化されていて、スクリューの前方に液相のプラスチック融解物すなわち「ショット」を形成している。可塑化時間は、一般的には、円周方向に設けられた複数のヒータバンド１４１によって、胴部１４０に外部熱を与えることにより、最適化される。第１のステップ２００を開始して射出シーケンスを始めるために、機械の制御装置は、モータ１５６に速度命令を与えて、部材１４６及びスクリュー１４２をプラテン１１０に向けて前方に直線的に動かす。スクリュー１４２が、固定プラテン１１０に向かって胴部１４０の中で直線的に動くに連れて、プラスチック融解物は、オリフィス１４３及びゲート開口１２３を通って、モールドキャビィティ１２２の中に射出される。ステップ２０２に示すように、このインターバルの間に、射出モータ１５６に与えられる電流を測定するが、その理由は、スクリュー１４２の前進運動は、一般的に、位置フィードバックに基づいて制御された速度で実行されるからである。測定された電流は、ステップ２０４において、同じ動作に関する基準データと比較される。もし基準値を超えていれば、その差の大きさを用いて、その後のモータ１５６の運転を行うために適正な効率補償ファクタを決定する（ステップ２０６）。
スクリュー１４２がその直線運動を完了すると、機械の制御装置は、ステップ２０８に示すように、充填インターバルに移行する。上記装填インターバル、並びに、その後の充填インターバル及び保持インターバルの間には、押出しモータ制御装置にはゼロの速度信号が与えられて、押出しスクリュー１４２が、該押出しスクリューに作用する直線的な力によって回転しないようにする。上記充填インターバルにおける目的は、材料を引き続きモールドの中に押し込んで、モールド装填プロセスを完了することである。多くの場合には、そのようなプロセスは、その期間の間に圧力制御を必要とすることになり、ステップ２０６で決定した効率ファクタを用いて、所望の圧力を確実に得ることができる。
充填インターバルの終了を意味する所定期間の時間の終わりに、機械の制御装置は、ステップ２１０で示す保持インターバルに移行し、このインターバルにおいては、射出圧力が維持される。上記充填インターバル及び保持インターバルは、射出モータ１５６が、（高電流を用いて）大きなトルクを維持して、殆ど又は全く回転しないことを必要とし、この状態は、モータ１５６、並びに、電子的な駆動装置の要素の両方に多量の熱を発生する。モータの温度が上昇すると、与えられた電流において得ることのできるトルクが減少するので、電流を増加させてトルクを維持する必要があり、これにより、追加の熱が発生する。従って、ステップ２０６で決定した効率ファクタは、実際の圧力のフィードバックが行われない場合に、所望の圧力を得るために特に有用である。
所定の期間の後に保持インターバルが終了すると、機械の制御装置は、別の期間にわたる冷却インターバルに移行し、その間に成形品（成形されている品物）が冷却される。冷却インターバルの間に、機械の制御装置は、エクストルーダ（押出機）を運転するステップ２１２を開始し、このインターバルにおいては、押出しモータ１４８が励起されて、融解材料の新しいショットをスクリューの前方に押し出す。これと同時に、射出モータ１５６は、スクリュー１４２をプラテン１１０から離れる方向に動かすと同時に、融解プラスチック材料に対して所定の圧力を維持するように、すなわち、押出しスクリュー１４２に所定の背圧を維持するように、作動しなければならない。この作動は、判断ブロック２１４、及び、選択ステップ２１６、２１８に示されている。機械の制御装置は、押出しスクリューモータ１４８にスクリューを回転させて、より多くのプラスチック材料を可塑化させ、そのようなプラスチック材料をオリフィス１４３に隣接するスクリューの前方部まで搬送し、背圧を生じさせる。そのような背圧を測定して、予め選択された値と比較する（ステップ２１４）。測定した圧力が低い場合には、機械の制御装置は、射出モータ１５６の回転を阻害して（ステップ２１６）、スクリュー１４２に作用する背圧を増大させる。背圧の読取り値が所望値よりも高い場合には、モータ１５６の回転を増大させて、スクリュー１４２をプラテン１１０から離れる方向に動かし（逆転−ステップ２１８）、背圧を減少させる。いずれにしても、背圧が所望のレベルに到達すると、モータ１５６がボールネジ１５８の回転を制御して、供給スクリュー１４２をプラテン１１０から離れる方向に動かし、これと同時に、所定の背圧を維持する。結局、スクリュー１４２が回転して融解プラスチックのショットを形成する間、スクリューは、プラスチック材料のショット全部が押し出されるまで、制御された背圧でプラテン１１０から離れる方向に動くことになる。
スクリュー１４２が所定の最終位置に到達すると、機械の制御装置は、押出しモータ１４８の回転を停止し、射出モータ１５６用の駆動制御装置に速度命令を与えてスクリューを更に後退させ、これにより、スクリュー１４２からの背圧に起因して融解プラスチック材料に作用する圧力を解放する。この作用は、ステップ２２０に「減圧」として全体的に示されている。
成形品の冷却インターバルが終了すると、制御装置は、クランプモータ１２４にも速度命令信号を与えて、可動プラテン１１６を固定プラテン１１０から離れる方向に移動させ、クランプユニット１１０を開くことによりモールドを開く（ステップ２２２）。クランプ１００がモールドを開いている間に、制御装置は、排出ユニット１７０及び排出モータ１０３に命令信号を与えて、ステップ２２４で示すように、モールド半部１１８によって担持されている成形品排出機構（図示せず）を作動させる。完成された部品がモールドから排出され、その後、排出モータ１０３は、成形品排出機構をその元の位置に戻す。クランプ開放シーケンスは、完全に開いたモールドクランプ位置が検知された時に、完了する。
次に、制御装置は、プラテン１１６を反対方向に動かしてモールド半部を再度一緒にするための命令信号を与えることによって、クランプ閉止シーケンスを開始する。制御装置は、クランプを迅速に閉じるための速度命令を発生して、モールド半部を一緒にする（ステップ２２６）。ステップ２２８に示すように、クランプモータ１２４に対する電流は、このインターバルの間に測定されるが、その理由は、プラテン１１６の前進運動は、一般的に、位置フィードバックに基づいて予め設定した速度を維持するように制御されるからである。測定した電流は、上記同じ動作に関する所定の基準データと比較される（ステップ２３０）。測定した電流が基準値を超えている場合には、その差の大きさを用いて、その後のモータ１２４の運転に関して適正な効率補償ファクタを決定する（ステップ２４０）。
可動プラテン１１６が、速い速度すなわち高速で固定プラテン１１０に向かって所定の位置まで移動した後に、予め設定した位置が検知されてモールド半部の接触が間近に迫るまで、低速を表す命令信号が発生される。この低速の運動は、モールドを保護するためである（ステップ２４２）。通常の環境においては、モールド半部は、完全に閉じた状態すなわち位置まで接近する。しかしながら、モールド半部の間に干渉物がある場合には、トルク制限制御が速度制御をオーバーライドして、モータへの電流を減少させ、これにより、モータの速度及び運動を減少させて、モールド半部が接触によって損傷を受けないようにする。
モールド半部が完全に閉じた位置に到達したと仮定すると、トルク命令値が増大し、トグルをロックオーバー位置（図１に示す）へ動かすための命令が与えられ、成形作業に必要なトン数（力）が形成される。より詳細に言えば、モールドクランプ力（モールドをクランプする力）は、所望のレベルに予め設定され、モータ１２４によってボールネジ１２６に与えられるトルクによって決定される。最近の前進運動によって決定される効率のファクタに基づいて、モータへの電流は、所望の力が与えられるように調節される。この時点において、機械は、クランプ閉止シーケンスを完了し、別の運転サイクルを開始する準備が整う。
産業上の応用性
各モータは、結局は、安定な維持される運転温度に到達するが、そのようなモータの温度上昇は漸増的である。本発明の方法は、各運転サイクルの間に、モータの運転温度の変化により生ずる効率の変化を補償する有効な手段を提供する。従って、本方法は、モータの温度を制御するための手段が全く設けられない場合に用いることができ、あるいは、限定された機能を有する冷却装置と組み合わせて用いることができる。
添付の図面に示す好ましい実施例に従って、本発明を幾分詳細に説明し、また、そのような好ましい実施例を幾分詳細に説明したが、本発明をそのような細部に限定する意図は全くない。反対に、添付の請求の範囲の記載の精神及び範囲に入る総ての変更例、変形例及び均等例を含むことを意図するものである。
【図１】
0003829149.tif 000002
【図２】
0003829149.tif 000003
【図３】
0003829149.tif 000004