JP2003145598A

JP2003145598A - 成形機

Info

Publication number: JP2003145598A
Application number: JP2001351990A
Authority: JP
Inventors: Yoshiya Taniguchi; 吉哉谷口
Original assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Current assignee: Toyo Machinery and Metal Co Ltd
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-05-20
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: JP3600573B2

Abstract

(57)【要約】【課題】型開閉において、加減速の応答性に優れ、か
つ、大きな型締め力（大きなトルク）を出すことが可能
な成形機を提供すること。【解決手段】型開閉行程の駆動源として、リニアサー
ボモータと回転型サーボモータとを具備し、型開閉行程
の低圧高速領域の駆動源にリニアサーボモータを用い、
型開閉行程の低速高圧領域の駆動源に回転型サーボモー
タを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機やダイ
カストマシン等の成形機に係り、特に、型開閉行程の駆
動源としてリニアサーボモータと回転型サーボモータと
を備えた成形機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動式の成形機における型開閉駆動源と
しては、回転型サーボモータが主として用いられてお
り、この回転型サーボモータの回転を、ボールネジ機構
などの回転→直線運動変換メカニズムによって直線運動
に変換して、多くの場合トグルリンク機構を介して、可
動側金型を搭載した可動ダイプレートを前後進駆動する
ようになっている。

【０００３】公知のように、型閉じ行程には、低圧高速
のダイプレート移送領域と、低速高圧の型締め力発生領
域が存在し、また、型開き行程においても、特にトグル
リンク機構を用いている場合には、大きなトルクを必要
とする型開き初期の低速高圧領域と、低圧高速のダイプ
レート移送領域が存在する。

【０００４】ところで、回転型サーボモータとボールネ
ジ機構（回転→直線運動変換メカニズム）の組み合わせ
では、大きな型締め力（大きなトルク）を出すことは比
較的容易であるが、回転慣性モーメントの影響で加減速
の応答性が悪く、型開閉のサイクルを極く短くすること
が要求されるマシンでは、この要求に対応できないとい
う問題がある。

【０００５】一方、電動式の成形機における型開閉駆動
源として、リニアサーボモータを採用して、リニアサー
ボモータの直線駆動力を直接可動ダイプレートに伝達し
て、型開閉を行うことも考えられる。この場合は、加減
速の応答性には優れたものとなるが、大きな型締め力
（大きなトルク）を出すことができず、大きな型締め力
を得ようとすると、大型で、高価なリニアサーボモータ
が必要となって、マシンの価格を大幅に引き上げるとい
う問題が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、型開
閉の駆動源としての回転型サーボモータおよびリニアサ
ーボモータには、双方にそれぞれ一長一短があるものと
なっていた。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、型開閉において、加減速の応
答性に優れ、かつ、大きな型締め力（大きなトルク）を
出すことが可能な成形機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するために、型開閉行程の駆動源として、リニアサ
ーボモータと回転型サーボモータとを具備し、型開閉行
程の低圧高速領域の駆動源にリニアサーボモータを用
い、型開閉行程の低速高圧領域の駆動源に回転型サーボ
モータを用いる、構成をとる。また、リニアサーボモー
タの直線駆動力は可動ダイプレートに直接伝達され、回
転型サーボモータの回転駆動力は直線運動に変換された
後、トグルリンク機構を介して前記可動ダイプレートに
伝達されるように、構成される。また、型開閉行程の全
領域において、リニアサーボモータを駆動制御すると共
に回転型サーボモータも駆動制御するように、構成され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。

【００１０】図１〜図７は本発明の一実施形態に係り、
図１は、本実施形態に係る射出成形機の型開閉メカニズ
ム系の要部平面図、図２は、本実施形態に係る射出成形
機の型開閉メカニズム系の一部切断した要部正面図であ
る。なお、図１においては回転型サーボモータを割愛し
てあり、図２においてはリニアサーボモータを割愛して
あり、また、図２においては、上半分を型締め状態、下
半分を型開き完了状態として図示してある。

【００１１】図１、図２において、１は図示せぬ固定側
金型を搭載した固定ダイプレート、２は、型開閉駆動源
としての回転型サーボモータ３（図１）および２つのリ
ニアサーボモータ４、４（図２）を保持した保持プレー
ト、５…は、固定ダイプレート１と保持プレート２との
間に架け渡され、その両端を固定ダイプレート１と保持
プレート２にそれぞれ固定された４本のタイバー、６
は、図示せぬ可動側金型を搭載し、タイバー５に挿通・
案内されて前後進可能な可動ダイプレート、７は回転型
サーボモータ３の出力軸に固定された駆動プーリ、８
は、保持プレート２に回転可能に保持され、駆動プーリ
７の回転を図示せぬタイミングベルトを介して伝達され
る被動プーリ、９は、被動プーリ８の回転を直線運動に
変換するボールネジ機構（図２）、１０は、ボールネジ
機構９の直線運動を受けて、伸張または折り畳まれて、
可動ダイプレート６を前後進駆動するトグルリンク機
構、１１、１１は、リニアサーボモータ４、４の直線運
動部と一体で、その端部を可動ダイプレート６の左右に
それぞれ固定され、可動ダイプレート６を前後進駆動す
る駆動軸（図２）である。

【００１２】ボールネジ機構９の回転部であるナット部
９ａ（図２）は、保持プレート２に回転可能に保持され
ていると共に、被動プーリ８と一体に結合されており、
ナット部９ａに螺合されたネジ部９ｂ（図２）が、ナッ
ト部９ａの回転により前後進するようになっている。

【００１３】また、トグルリンク機構１０において、１
０ａはクロスヘッド、１０ｂはＡリンク、１０ｃはＢリ
ンク、１０ｄはＣリンクであり、ボールネジ機構９のネ
ジ部９ａの先端がクロスヘッド１０ａに固定されてお
り、ネジ部９ａによってクロスヘッド１０ａが前後進駆
動されるようになっている。このクロスヘッド１０ａに
は、Ｃリンク１０ｄの一端が回動可能に結合されてい
る。また、Ａリンク１０ｂは可動ダイプレート６にその
一端を回動可能に結合され、Ｂリンク１０ｃは保持プレ
ート２に回動可能に結合されており、Ｃリンク１０ｄの
他端とＡリンク１０ｂの他端が、Ｂリンク１０ｃの他端
側にそれぞれ回動可能に結合されている。

【００１４】図３は、一方のリニアサーボモータ４の一
部切断した正面図であり、図４は、一方のリニアサーボ
モータ４の一部切断した底面図である。

【００１５】図３、図４において、２１は前枠、２２は
後枠、２３、２３は、前枠２１と後枠２２との間に架け
渡され、その両端を前枠２１と後枠２２にそれぞれ固定
された２本の案内軸、２４は、リニアブッシュ２５を介
して案内軸２３に挿通・案内されて前後進可能な移動
体、２６…は、前枠２１と後枠２２との間に架け渡さ
れ、その両端を前枠２１と後枠２２にそれぞれ固定され
た４本の筒体、２７…は各筒体に巻装されたコイル、２
８は、前記駆動軸１１の端部を移動体２４に固定する取
り付け板である。ここで、移動体２４には、図示してい
ないが、各コイル２６を所定間隔をもって挿通される貫
通穴が設けられており、この各貫通穴の内周には、各コ
イルと所定間隔をもって対向する円筒形のマグネットが
固定されている。

【００１６】この図３、図４の構成から明らかなよう
に、本実施形態では、ムービングマグネット型のリニア
モータユニットを４つ設けたものを、１つのリニアサー
ボモータ（リニアサーボモータ組立体）４として構成し
ており、各コイル２７に通電することによって、これに
対応するマグネットが直線駆動され、各マグネットを一
体に保持した移動体２４が直線移動し、これによって駆
動軸１１が前後進駆動されるようになっている。

【００１７】図１〜図４に示す構成において、対となっ
たリニアサーボモータ４、４が同期して駆動されると、
駆動軸１１、１１が前後進し、駆動軸１１に固定された
可動ダイプレート６が前後進駆動される。また、回転型
サーボモータ３が駆動されると、モータ３の回転は、駆
動プーリ７、図示せぬタイミングベルト、被動プーリ８
を介してボールネジ機構９に伝えられ、ボールネジ機構
９によって回転運動が直線運動に変換されて、この直線
運動がトグルリンク機構１０に伝えられ、トグルリンク
機構１０によって可動ダイプレート６が前後進駆動され
る。

【００１８】図５は、本実施形態の型開閉制御系の構成
を簡略化して示すブロックである。図５においては、４
連のリニアモータユニットをもつリニアサーボモータ
（リニアサーボモータ組立体）４を、便宜上、１つの制
御対象のサーボモータとして示し、また、サーボモータ
を駆動制御するサーボアンプも１つの回路ブロックとし
て示してある。

【００１９】図５において、３１は、図示せぬ上位の成
形シーケンス制御部からの指令に基づき型開閉の制御動
作を行う型開閉制御部、３２、３２は、型開閉制御部３
１からの指令に基づき、リニアサーボモータ４、４をそ
れぞれフィードバック制御によって駆動するサーボアン
プ、３３は、型開閉制御部３１からの指令に基づき、回
転型サーボモータ３をフィードバック制御によって駆動
するサーボアンプである。

【００２０】型開閉制御部３１には、型閉じ用制御設定
値格納部３１ａと、型開き用制御設定値格納部３１ｂと
が設けられており、型閉じ用制御設定値格納部３１ａに
は、型閉じ（型締め）行程における回転型サーボモータ
３およびリニアサーボモータ４の制御設定値が格納され
ており、型開き用制御設定値格納部３１ｂには、型開き
行程における回転型サーボモータ３およびリニアサーボ
モータ４の制御設定値が格納されている。すなわち、型
閉じ用制御設定値格納部３１ａには、速度フィードバッ
ク制御領域（ここでは低圧高速領域）における、位置
（ストローク）軸に沿った速度指令値とトルク指令値と
が、回転型サーボモータ３およびリニアサーボモータ４
のそれぞれについて格納されていると共に、圧力フィー
ドバック制御領域（ここでは低速高圧領域）における、
位置（ストローク）軸に沿った速度指令値とトルク指令
値とが、回転型サーボモータ３について格納されてい
る。また、型開き用制御設定値格納部３１ｂにも、圧力
フィードバック制御領域（ここでは低速高圧領域）にお
ける、位置（ストローク）軸に沿った速度指令値とトル
ク指令値とが、回転型サーボモータ３について格納され
ていると共に、速度フィードバック制御領域（ここでは
低圧高速領域）における、位置（ストローク）軸に沿っ
た速度指令値とトルク指令値とが、回転型サーボモータ
３およびリニアサーボモータ４のそれぞれについて格納
されている。なお、低速高圧領域においては、リニアサ
ーボモータ４は大トルクを出力できないので、ここでは
リニアサーボモータ４は、回転型サーボモータ３の速度
と略一致するように速度フィードバック制御されるよう
になっており、型閉じ用制御設定値格納部３１ａおよび
型開き用制御設定値格納部３１ｂには、このための制御
設定値が格納されている。

【００２１】サーボアンプ３２、３２は、型開閉制御部
３１からの制御指令値と、リニアサーボモータ４、４に
設けられた図示せぬリニアエンコーダから得られる位置
実測値（速度実測値）Ｓ１、Ｓ３と、リニアサーボモー
タ４、４に設けられた図示せぬ駆動電流値センサ手段か
ら得られる実測トルク値Ｓ２、Ｓ４を参照して、型閉じ
行程の全領域および型開き行程の全領域を、速度フィー
ドバック制御する。また、サーボアンプ３３は、型開閉
制御部３１からの制御指令値と、回転型サーボモータ３
に設けられた図示せぬ回転型エンコーダから得られる位
置実測値（速度実測値）Ｓ５と、回転型サーボモータ３
に設けられた図示せぬ駆動電流値センサ手段から得られ
る実測トルク値Ｓ６を参照して、速度フィードバック制
御領域では回転型サーボモータ３を速度フィードバック
制御し、圧力フィードバック制御領域では回転型サーボ
モータ３を圧力フィードバック制御する。

【００２２】図６は、本実施形態における、型閉じ（型
締め）行程における回転型サーボモータ３およびリニア
サーボモータ４の速度と、トグルリンク機構１０の出力
トルクとの関係を示す図で、同図において横軸は可動ダ
イプレート６の位置（ストローク）示し、縦軸は速度お
よびトルクを示す。なお、本実施形態においては、型閉
じ開始位置から型締め完了位置までのストロークは約６
０ｍｍであり、型閉じ開始から型締め完了に至るまでの
時間は約０．１５秒となっている。

【００２３】図６において、４１は回転型サーボモータ
３の実測速度（回転数から換算した速度）、４２はリニ
アサーボモータ４の実測速度（可動ダイプレートの速
度）、４３はトグルリンク機構１０の出力トルク、４４
は回転型サーボモータ３の設定速度、４５はリニアサー
ボモータ４の設定速度、４６は回転型サーボモータ３の
設定トルク、４７はリニアサーボモータ４の設定トルク
である。なお、実測速度４１、４２は両者の速度スケー
ルをあわせて描いてある。

【００２４】型閉じ行程が開始されると、回転型サーボ
モータ３およびリニアサーボモータ４は同時に駆動開始
され、まず、低圧高速領域の制御が行われる。この低圧
高速領域では、回転型サーボモータ３およびリニアサー
ボモータ４は共に速度フィードバック制御され、リニア
サーボモータ４は高速の設定速度４５となるように急加
速され、実測速度４２が設定速度４５になったらこれを
所定ストロークの間維持し、次に、低速高圧領域の準備
のために低速の設定速度４５となるように急減速され
る。一方、回転型サーボモータ３も、低圧高速領域で
は、所定の設定速度４４となるように速度フィードバッ
ク制御されるが、回転型サーボモータ３のみの能力で
は、リニアサーボモータ４の加減速性能に追いつかず、
図６中で点線４１’で示したような加減速性能を示す。
しかしながら、本実施形態では、リニアサーボモータ４
によって可動ダイプレート６が高速駆動され、これに伴
ってトグルリンク機構１０が急速に伸張されており、当
然、これに見合うように回転型サーボモータ３も高速で
回転することを余儀なくされる。つまり、低圧高速領域
では、回転型サーボモータ３はフィードバック制御され
ようとするが、自身の加減速性能を上回る速度分につい
ては、リニアサーボモータ４の助けを受けて強制的に回
転駆動されて、これにより、回転型サーボモータ３の実
測速度４１とリニアサーボモータ４の実測速度４２とは
等しいものになる。

【００２５】そして、低圧高速領域では、トグルリンク
機構１０の出力は充分に小さいので、低圧高速領域を、
実質的にリニアサーボモータ４によって駆動制御するよ
うにしても、トルク的には全く問題を生じない。よっ
て、本実施形態では、型開閉駆動源として回転型サーボ
モータのみを用いる構成に比して、型閉じ行程の低圧高
速領域の大幅な時間短縮が可能となり、成形サイクルの
短縮化に大いに貢献する。なお、回転型サーボモータ３
がその制御能力を超えて高速回転すると発電を行うが、
これはサーボアンプ３３の回生抵抗値を調整することに
よって、発熱により放出することが可能である。また
は、発電した回生電力を電源回生コンバータ（図示せ
ず）を設けて、リニアサーボモータ４のサーボアンプ３
２の電源部へ電源回生するようにしてもよい。なおま
た、回転型サーボモータ３とリニアサーボモータ４は同
時に駆動制御されているので、たとえ回転型サーボモー
タ３がその制御能力を超えて強制的に高速回転しても、
サーボアンプ３３はその制御が追いつかないだけで、回
転型サーボモータ３の位置実測値（速度実測値）Ｓ５に
よって、位置（速度）は正しく把握しており、したがっ
て、低圧高速領域から低速高圧領域に切り替わると、直
ちに位置実測値に従って圧力フィードバックを正しく実
行可能となっている。

【００２６】また、低圧高速領域から低速高圧領域に切
り替わると、回転型サーボモータ３は設定トルク４６に
倣うように圧力フィードバック制御され、リニアサーボ
モータ４は、回転型サーボモータ３の実測速度と略一致
するように設定された設定速度４５に倣うように速度フ
ィードバック制御される。この低速高圧領域では、トグ
ルリンク機構１０の力の拡大率が急速に高まり、型締め
完了位置ではトグルリンク機構１０の力の拡大率が最も
大きくなるので、型締め力の発生のためのトルクは、大
きなトルクが出力可能の回転型サーボモータ３から得る
ようにされる。すなわち、本実施形態では、型締めの低
速高圧領域を、実質的に回転型サーボモータ３によって
駆動制御するようにしており、これにより、型開閉駆動
源としてリニアサーボモータのみを用いる構成に比し
て、大きな型締め力を得ることが可能となる。

【００２７】図７は、本実施形態における、型開き行程
における回転型サーボモータ３およびリニアサーボモー
タ４の速度と、トグルリンク機構１０の出力トルクとの
関係を示す図で、同図において、図６と均等なものには
同一符号を付してある。なお、型開き開始から型開き完
了までの時間は、約０．１５秒である。

【００２８】型開き行程の初期の低速高圧領域では、回
転型サーボモータ３は設定トルク４６に倣うように圧力
フィードバック制御され、リニアサーボモータ４は、回
転型サーボモータ３の実測速度と略一致するように設定
された設定速度４５に倣うように速度フィードバック制
御される。これにより、型開き行程の低速高圧領域を、
実質的に回転型サーボモータ３によって駆動制御するよ
うにしており、これにより、型開閉駆動源としてリニア
サーボモータのみを用いる構成に比して、大きなトルク
を得ることが可能となっている。

【００２９】また、型開き行程の低圧高速領域では、リ
ニアサーボモータ４は高速の設定速度４５となるように
急加速され、実測速度４２が設定速度４５になったらこ
れを所定ストロークの間維持し、次に、型開き終了とす
るため速度０となるように急減速される。一方、回転型
サーボモータ３も、低圧高速領域では、所定の設定速度
４４となるように速度フィードバック制御されるが、回
転型サーボモータ３のみの能力では、リニアサーボモー
タ４の加減速性能に追いつかず、図７中で点線４１’で
示したような加減速性能を示す。しかしながら、本実施
形態では、リニアサーボモータ４によって可動ダイプレ
ート６が高速駆動され、これに伴ってトグルリンク機構
１０が急速に折り畳まれており、当然、これに見合うよ
うに回転型サーボモータ３も高速で回転することを余儀
なくされる。つまり、低圧高速領域では、回転型サーボ
モータ３はフィードバック制御されようとするが、自身
の加減速性能を上回る速度分については、リニアサーボ
モータ４の助けを受けて強制的に回転駆動されて、これ
により、回転型サーボモータ３の実測速度４１とリニア
サーボモータ４の実測速度４２とは等しいものになる。
かように、型開き行程の低圧高速領域を、実質的にリニ
アサーボモータ４によって駆動制御することによって、
先と同様に、型開閉駆動源として回転型サーボモータの
みを用いる構成に比して、型開き行程の低圧高速領域の
大幅な時間短縮が可能となり、成形サイクルの短縮化に
大いに貢献する。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、型開閉に
おいて、加減速の応答性に優れ、かつ、大きな型締め力
（大きなトルク）を出すことが可能な成形機を提供する
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射出成形機の型開閉
メカニズム系の要部平面図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る射出成形機の型開閉
メカニズム系の一部切断した要部正面図である。

【図３】本発明の一実施形態に係る射出成形機におけ
る、リニアサーボモータの一部切断した正面図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る射出成形機におけ
る、リニアサーボモータの一部切断した底面図である。

【図５】本発明の一実施形態に係る射出成形機におけ
る、型開閉制御系の構成を簡略化して示すブロック図で
ある。

【図６】本発明の一実施形態における、型閉じ行程の回
転型サーボモータおよびリニアサーボモータの速度と、
トグルリンク機構の出力トルクとの関係を示す説明図で
ある。

【図７】本発明の一実施形態における、型開き行程の回
転型サーボモータおよびリニアサーボモータの速度と、
トグルリンク機構の出力トルクとの関係を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１固定ダイプレート２保持プレート３回転型サーボモータ４リニアサーボモータ５タイバー６可動ダイプレート７駆動プーリ８被動プーリ９ボールネジ機構１０トグルリンク機構１１駆動軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】型開閉行程の低圧高速領域の駆動源にリ
ニアサーボモータを用いることを特徴とする成形機。
【請求項２】請求項１記載において、型開閉行程の駆動源として、前記リニアサーボモータに
加えて回転型サーボモータを具備し、型開閉行程の低速
高圧領域の駆動源に回転型サーボモータを用いることを
特徴とする成形機。
【請求項３】請求項２記載において、前記リニアサーボモータの直線駆動力は可動ダイプレー
トに直接伝達され、前記回転型サーボモータの回転駆動
力は直線運動に変換された後、トグルリンク機構を介し
て前記可動ダイプレートに伝達されることを特徴とする
成形機。
【請求項４】請求項２または３記載において、型開閉行程の全領域において、前記リニアサーボモータ
を駆動制御すると共に前記回転型サーボモータも駆動制
御することを特徴とする成形機。