JP2006142659A - サーボモータを用いた圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に与える力をロードセル等を使わずに正確に制御し、機械の構成を簡単にし、信頼性を得る。
【解決手段】 サーボモータ１１によりプーリ１０とタイミングベルト（ベルト）１３を介して、ボールねじ軸８，ボールナット９、支持台６を作動させて射出スクリュー５（受圧体）に力を作用させ、射出スクリュー５による射出圧力を制御する電動射出成形機１の制御装置（制御手段）１５は、電動射出成形機１の制御モデルに対して構築され射出スクリュー５が発生する力を推定するオブザーバ１９と、サーボモータ１１に対する電流指令Ｉとパルスエンコーダ１４の回転位置θとによりオブザーバ１９が推定した力を入力して射出スクリュー５に作用させる力をフィードバック制御する射出圧力フィードバック制御部２０とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に力を作用させる機械において、受圧体に作用する力をロードセル等の力検出器を使わずに制御する圧力制御方法および圧力制御装置に関するものである。

従来、電動射出成形機の圧力制御装置として、射出圧力の閉ループ制御部と、射出速度の閉ループ制御部と、外乱オブザーバ演算部と、射出圧力を検出するロードセルと、射出速度を検出するエンコーダとを備え、前記射出圧力の閉ループ制御部で圧力設定値とロードセルで検出された圧力検出値とから得られる動作信号を制御器で調節して射出速度指令値を出力し、この射出速度指令値と外乱オブザーバ演算部で推定した無効速度推定値とから得られる動作信号により、射出軸用の電動モータに入力するトルクを演算して、射出軸の圧力を圧力設定値と一致させるべくフィードバック制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平１０−４４２０６号公報 特開平１０−２４４５７１号公報

前記電動射出成形機の制御装置では、前記射出圧力の閉ループ制御部にフィードバック制御信号として入力させるためと、前記外乱オブザーバ演算部で無効速度推定値を求めるために、それぞれ、射出軸に作用する圧力を検出するロードセル等の力検出器を必要としている。しかし、ロードセルは、電動モータから射出スクリューに至る射出軸系において機械に組み込むための構造が複雑になると共に、検出器自体が高価であるうえに、歪みゲージを検出部に貼り付ける構造のために、検出器不良が発生するおそれがある。圧力のフィードバックシステムを構築する射出成形機において重要な役目を果たしているロードセルに不具合が発生すると、圧力制御が正しく行われずに成形精度が悪くなり、成形品に不良が発生する等の問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電動射出成形機等のように、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に力を作用させる機械において、受圧体に作用する力をロードセル等の力検出器を使わずに正確に制御するサーボモータを用いた圧力制御方法および圧力制御装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、機械の構成を簡単にすることができ、信頼性が得られるサーボモータを用いた圧力制御装置を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るサーボモータを用いた圧力制御方法は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、前記サーボモータの出力トルクを制御して行う圧力制御方法であって、
前記機械を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる２慣性系制御モデルとして構築し、該制御モデルに対して、前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とにもとづいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバを構築し、該オブザーバが前記機械のサーボモータへの指令電流とサーボモータからの回転位置とから前記作動体が受圧体から受ける力を推定し、この推定した力を利用して前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御することを特徴としている。

請求項２に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルクを制御して行う圧力制御装置であって、
前記制御手段が、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の２慣性系制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とにもとづいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、前記サーボモータに対する電流指令とサーボモータの回転位置とにより前記オブザーバが推定した力を入力して、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備えていることを特徴としている。

請求項３に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項２に記載の圧力制御装置において、前記機械は、サーボモータによりプーリとベルトを介してボールねじ軸またはボールナットを回転させ、これらに螺合するボールナットまたはボールねじ軸を介して射出機構の射出スクリューを作動させて、型締機構によって型締めされた金型に溶融樹脂を圧力を制御しながら射出して成形を行う電動射出成形機であることを特徴としている。

本発明は以下の優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１に係るサーボモータを用いた圧力制御方法および請求項２に係るサーボモータを用いた圧力制御装置によれば、機械の制御モデルに対して適切に構築されたオブザーバにより、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動される作動体が受圧体から受ける力を正確に推定することができるので、その力にもとづいてサーボモータの動作をフィードバック制御することにより、作動体が受圧体に作用させる力をロードセル等の力検出器を使わずに正確に制御することができる。
これにより、機械にロードセルを組み込む格別の手段が不要となるので、機械の構成を簡単にすることができると共に、サーボモータを用いた圧力制御装置の信頼性を高めることができる。

また、請求項３に係るサーボモータを用いた圧力制御装置によれば、電動射出成形機において射出スクリューによる射出圧力の制御を行う圧力フィードバック制御システムをロードセルを使用せずに構築することができるので、圧力フィードバック制御システムの信頼性が高まり、射出圧力の制御を正確に行って成形精度を向上させることができ、成形品に不良が発生するのを確実に防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を添付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サーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した一例を示す。図１において、１は電動射出成形機（機械）であり、支持盤２に取り付けられた先端にノズル３を有する加熱筒４と、該加熱筒４内に軸回りに回転自在にかつ軸方向に移動自在に挿入された射出スクリュー（受圧体）５と、該射出スクリュー５の外端を回転自在に支持する支持台６とを有する。また、前記支持台６は、前記支持盤２とこれに対向配置した他の支持盤７に対して回転自在に支承された一対のボールねじ軸８に、該ボールねじ軸８に螺合されたボールナット９を介して２箇所で支持されている。

また、各ボールねじ軸８の一端にはプーリ１０がそれぞれ取り付けられ、これらのプーリ１０とサーボモータ１１の出力軸に取り付けられたプーリ１２との間に、タイミングベルト（ベルト）１３が張設され、前記サーボモータ１１の回転により、タイミングベルト１３と各プーリ１０，１２を介して各ボールねじ軸８が回転され、これらに螺合されたボールナット９を介して前記支持台６が往復移動し、これにより、前記射出スクリュー５がその軸方向に移動して、射出スクリュー５の回転で加熱筒４内の先端部に計量された溶融樹脂を、型締機構によって型締めされた金型（図示せず）内に射出するようになっている。また、１４はサーボモータ１１の回転位置に応じたパルスを発生するパルスエンコーダである（位置検出器）。

一方、前記金型に溶融樹脂を射出する射出圧力を制御する制御装置（制御手段）１５は、オペレータが射出速度設定値ＶSVを設定する射出速度設定部１６と、射出圧力設定値を設定する射出圧力設定部１７と、前記パルスエンコーダ１４が検出したサーボモータ１１の現在の回転位置（回転情報）θと電流検出器１８が検出するサーボモータ１１に対する現在の電流値（電流指令）Ｉとから射出圧力フィードバック値を推定するオブザーバ１９と、射出圧力フィードバック制御部２０とを備えている。該射出圧力フィードバック制御部２０は、前記オブザーバ１９が推定した射出圧力フィードバック値と前記射出圧力設定部１７による射出圧力設定値との偏差値を求める加算器２１と、その偏差値に対しＰＩＤ演算を実行する第１のＰＩＤ演算器２２と、このＰＩＤ演算器２２の出力値ＭV と前記射出速度設定部１６による射出速度設定値ＶSVとを比較する比較器２３と、該比較器２３でＭV ＞ＶSVのときＰＩＤ演算器２２の積分要素２２ａを回路から切り離すスイッチ２５とから構成されている。

さらに、前記制御装置１５は、前記出力値ＭV から速度指令値ＳV を得る射出速度指令部２６と、該射出速度指令部２６から入力された速度指令値ＳV を射出速度設定値ＶSVによってクランプ（制限）して出力値ＶＬIN（ＶSV＞ＳV のときＶＬIN＝ＳV 、ＶSV≦ＳV のときＶＬIN＝ＶSVとなる）を出力する射出速度制限部２７と、前記パルスエンコーダ１４からの回転位置θを速度値に変換する射出速度フィードバック入力回路２８と、加算器２９によって前記射出速度制限部２７の出力値ＶＬINと射出速度フィードバック入力回路２８から出力された速度値との偏差値を求め、該偏差値に対し第２のＰＩＤ演算器３０によってＰＩＤ演算を実行する射出速度フィードバック制御部３１と、前記電流検出器１８からのフィードバック電流と前記第２のＰＩＤ演算器３０の演算出力との偏差値を求める加算器３２と、該加算器３２が求めた偏差値のＰＩＤ演算を行う電流制御用のＰＩＤ演算器３３とを備えている。該電流制御用のＰＩＤ演算器３３の出力電流が最終的にサーボモータ１１への電流指令値（電流指令）Ｉとなる。なお、前記各ＰＩＤ演算器２２，３０は可変できる制御定数である。

次に、前記オブザーバ１９は、前記電動射出成形機１を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる２慣性系制御モデルとして構築して、該制御モデルの駆動部に対する動作指令と駆動部の回転位置（回転情報）から被駆動部が発生する力を推定するシミュレータ（推定器）として構築されている。
すなわち、前記電動射出成形機１の２慣性系制御モデル（制御モデル）３８は、図２に示すように、前記サーボモータ１１が、トルク定数Ｋｔを有するトルク定数要素３５ａと、加え合わせ点３５ｂを介して前記トルク定数要素３５ａに結合されたトルク／回転要素３５ｃと、引き出し点３５ｄを介してトルク／回転要素３５ｃに結合された変換要素３５ｅとを含む伝達要素からなる駆動部３５として構成され、また、プーリ１０，１２およびタイミングベルト１３が、前記駆動部３５の加え合わせ点３５ｂと引き出し点３５ｄにそれぞれ結合されたギヤ比（回転比）Ｒｇを有する一対の回転角速度変換要素３６ａ，３６ｂと、一方の回転角速度変換要素３６ａと結合された前記タイミングベルト１３のバネ定数Ｋｓを有するバネ定数要素３６ｃと、該バネ定数要素３６ｃに結合されると共に加え合わせ点３６ｄを介して他方の回転角速度変換要素３６ｂと結合された変換要素３６ｅとを含む伝達要素からなる動力伝達部３６として構成され、また、前記ボールねじ軸８、ボールナット９，支持台６等が、加え合わせ点３７ａを介して前記バネ定数要素３６ｃに結合されると共に引き出し点３７ｂから加え合わせ点３６ｄを経て前記変換要素３６ｅに結合された従動側要素３７ｃと、引き出し点３７ｂを介して前記従動側要素３７ｃに結合された変換要素３７ｄとを含む伝達要素からなる被駆動部３７として構成されて構築されている。

なお、前記トルク／回転要素３５ｃは一次側の等価慣性モーメントＪｍと粘性係数Ｄｍを含んで構成され、前記従動側要素３７ｃは二次側の等価慣性モーメントＪＬ と粘性係数ＤＬ を含んで構成されている。
そして、前記オブザーバ１９が、前記駆動部３５に対する電流指令（電流指令値）Ｉｃｍｄを引き出し点３５ｆから入力すると共に、駆動部３５からの出力である前記サーボモータ１１の回転位置（回転情報）θｍを引き出し点３５ｇから入力して推定トルク（力または圧力）Ｔ＾ｄｉｓを出力するようになっている。
図２において、３９は前記加熱筒４内の溶融樹脂であって前記射出スクリュー５による射出圧の付加動作、背圧の付加動作に対して抵抗を及ぼす抵抗物モデルであり、定数Ｋｐｔ，Ｋｒｓを有するボールねじ軸８の回転変換要素４０ａ，４０ｂを介して前記被駆動部３７の加え合わせ点３７ａと前記変換要素３７ｄの出力側の引き出し点３７ｅに結合されている。

前記制御モデル３８（図２参照）の作用においては、図６に示すように、前記駆動部３５（サーボモータ１１）のトルク定数要素３５ａに電流指令Ｉｃｍｄが入力される（ステップＳ１）と、動力伝達部３６を介して被駆動部３７を作動させることにより、駆動部３５の出力としての回転位置θｍ（回転速度ωｍ）が変化する（ステップＳ２）ので、前記オブザーバ１９が、前記電流指令Ｉｃｍｄと前記回転位置θｍとを取り込み（ステップＳ３）、前記電流指令Ｉｃｍｄによって本来発生されるべき回転位置と前記取り込んだ実際の回転位置θｍ（回転速度ωｍ）との偏差を求め（ステップＳ４）、該偏差にもとづいて駆動部３５に加わった反抗トルクを推定し（ステップＳ５）、該反抗トルクから被駆動部３７が抵抗物モデル３９から受ける力に対する反抗力（推定トルクＴ＾ｄｉｓ）を推定する（ステップＳ６）。この推定トルクＴ＾ｄｉｓが電動射出成形機１の射出圧力のフィードバック制御用の入力信号として使用されることとなる。

さらに、前記電動射出成形機１の制御モデル３８は、図３に示すような状態変数線図３８Ａとして展開することができるので、負荷側（被駆動部３７）の回転速度（回転情報）ωＬ 、サーボモータ側（駆動部３５）と負荷側との回転位置の差（回転角度差）θｓ、サーボモータ側の回転速度ωｍ、樹脂圧力（オブザーバ１９で推定する力）から射出スクリュー５が受ける外力トルクτＬ を状態変数ｘとして与えると、以下の状態方程式（１）（２）が、更に具体的には、状態方程式（３）（４）が得られる。

そして、上記状態方程式（３）（４）にもとづいて、前記制御モデル３８を図３に示す状態変数線図３８Ａのように展開し、さらに、図４に示すような状態変数線図３８Ｂで示すことができ、この状態変数線図３８Ｂにおける射出用のサーボモータ１１に与える電流指令値Ｉｃｍｄと、サーボモータ１１の回転角速度ωｍとを前記オブザーバ１９に入力することにより、状態変数ｘ中の樹脂圧力（射出圧力）に相当する反抗トルクτＬ を推定するようにする。
そのために、図５に示すように、図４に示す状態変数線図３８Ｂに対し前記オブザーバ１９を状態変数線図で表したモデル１９Ａを適切に構築して結合するものとする。

すなわち、図５において、前記モデル１９Ａは、前記制御モデル３８（状態変数線図３８Ｂ）への電流指令Ｉｃｍｄを入力する制御行列Ｂｎを有する制御要素４１と、該制御要素４１に加え合わせ点４２を介して結合された積分要素４３と、該積分要素４３に引き出し点４４を介して結合された出力行列Ｃｎを有する推定量抽出要素４５と、該推定量抽出要素４５の出力を引き出し点４６と加え合わせ点４７を介して入力すると共に出力を前記加え合わせ点４２に加える行列Ｋを有する偏差収束ゲイン要素４８と、前記引き出し点４４から前記加え合わせ点４２に向け前記積分要素４３に対して結合されたシステム行列Ａｎを有する内部状態相互作用要素４９とを備え、前記加え合わせ点４７には前記制御モデル３８（状態変数線図３８Ｂ）の回転角速度ωｍが引き出し点５０ａから加えられ、前記引き出し点４４から状態変数ｘ＾中の反抗トルク（圧力推定値）τ＾Ｌ 等が取り出されるようになっている。
なお、前記各行列Ａｎ，Ｂｎ，Ｃｎはノミナル値であり、前記行列Ｋは状態フィードバック行列で、Ａｎ−ＫＣｎの固有値が指定した極ｇｄとなる行列である。

次に、前記オブザーバ１９のモデル１９Ａ（図５参照）の作用について説明する。図７に示すように、電流流指令値Ｉｃｍｄが前記制御モデル３８Ｂ（サーボモータ）に入力されると共に引き出し点５０ｂを経て制御要素４１に入力されると、該制御要素４１で電流指令値Ｉｃｍｄに制御行列Ｂｎが乗じられた（ステップＳ１）後、積分要素４３を経て出力された状態変数ｘ＾が推定量抽出要素４５で出力行列Ｃｎを乗じられてサーボモータの推定回転速度ω＾ｍが出力されるので、該推定回転速度ω＾ｍは加え合わせ点４７において制御モデル３８Ｂから該加え合わせ点４７に入力されるサーボモータの回転速度ωｍとの偏差を求められ（ステップＳ２）、その偏差は偏差収束ゲイン要素４８で行列Ｋを乗じられる（ステップＳ３）。そして、前記内部状態相互作用要素４９で前記状態変数ｘ＾と出力行列Ａｎとを乗じて得た出力値と、前記制御要素４１の出力値と、前記偏差収束ゲイン要素４８の出力値とを加え合わせ点４２において加算して状態変数ｘ＾の微分値を得て（ステップＳ４）、該状態変数ｘ＾の微分値を積分要素４３で積分して状態変数ｘ＾を得る（ステップＳ５）。しかる後に、前記推定量抽出要素４５において前記状態変数ｘ＾に推定量抽出部分を乗じて反抗トルク（圧力推定値）τ＾Ｌ 得る（ステップＳ６）。

このように、モデル１９Ａの出力（ｙ＾）である前記推定回転速度ω＾ｍと制御モデル３８Ｂの出力（ｙ）であるサーボモータの回転速度ωｍの差分を加え合わせ点４２側へフィードバックすることにより、制御モデル３８Ｂ側の出力との誤差を少なく推定することができる。このオブザーバ１９のモデル１９Ａを状態方程式で表すと、下記式（５）となり、その誤差ｅは下記式（６）として、前記式（５）から前記式（１）を引くと、下記式（７）と表すことができ、オブザーバ１９のモデル１９Ａの極ＫによってＡｎ−ＫＣｎを安定にできれば、ｅ（ｔ＝∞）＝０とすることができ、出力の推定誤差ををゼロに収束させることができる。これによって、状態変数ｘ＾から電動射出成形機１の制御モデル３８（３８Ｂ）の被駆動部３７が抵抗物モデル３９から受けるトルク（圧力推定値）τＬ を推定することが可能となる。

因みに、図８（ａ）に矩形波の圧力指令値ａに対して、前記制御モデル３８の被駆動部３７に結合された前記抵抗物モデル３９に作用する圧力Ｐｅｘｔをロードセルで測定して得た実際の圧力変化曲線ｂを示す。また、図８（ｂ）に同一の圧力指令値ａに対して、前記オブザーバ１９のモデル１９Ａで推定した圧力推定値の変化曲線ｃを示す。これによると、前記モデル１９Ａで推定した圧力推定値ｃはロードセルで測定した実際の圧力変化曲線ｂと殆ど差異がなく、圧力指令値ａに極めて良く追従していることが判明した。そのため、オブザーバ１９のモデル１９Ａを、ロードセルに代えて、電動射出成形機１の制御装置１５に組み込んで圧力のフィードバック制御を正確に行えることが明らかとなった。

次に、前記のように構築されたオブザーバ１９（モデル１９Ａ）を組み込んだ電動射出成形機の制御装置による射出動作について図１を参照して説明する。射出速度設定部１６、射出圧力設定部１７にそれぞれ射出速度設定値、射出圧力設定値を設定されて動作が開始されると、オブザーバ１９はサーボモータ１１に指令される電流値Ｉとパルスエンコーダ１４からサーボモータ１１の回転位置θ（θｍ）を入力し、前記電流値Ｉと前記回転位置θ（θｍ）を変換して得た回転速度ωｍとを利用して、前記射出スクリュー５に作用する圧力を推定して、その推定値を射出圧力フィードバック値として前記加算器２１に入力する。通常、射出工程の前半は射出圧力設定値に対して、前記オブザーバ１９が推定する射出圧力フィードバック値が小さいため、射出圧力フィードバック制御部２０の出力、すなわちＰＩＤ演算器２２の出力値ＭV が大きくなり、射出速度指令部２６から出力される入力値ＳV も大きなるが、該入力値ＳV は射出速度制限部２７で射出速度設定値ＶSVによってクランプされるため、実速度は、射出速度設定値ＶSVに一致して射出速度フィードバック制御によりサーボモータ１１が駆動されて、射出スクリュー５により加熱筒４内の溶融樹脂が型締機構で型締めされた金型内に充填されることとなる。

そして、射出速度が変速されながら溶融樹脂の充填が進んで、オブザーバ１９が推定する射出圧力フィードバック値が高くなるにつれて、射出圧力フィードバック制御部２０の出力値ＭV が小さくなり、入力値ＳV が射出速度設定値ＶSV以内になると実速度が減速する。こうして、オブザーバ１９からの射出圧力フィードバック値がさらに高くなると、これが射出圧力設定値ＶSVに一致することとなり、ここで圧力のフィードバック制御に移行する。その際、圧力フィードバック制御部２０内のＰＩＤ演算器２２の積分要素２２ａがスイッチ２５の切り離しで停止されて圧力のジャンピング現象が防がれる。そして、圧力のフィードバック制御に移行して充填が進んで、射出スクリュー５が保圧工程の位置に達したことが前記パルスエンコーダ１４で検出された後には、タイマ等で設定された時間毎に、前記射出圧力設定部１７に該設定時間毎に対応して設定された保圧力設定値が順次切り換えられ、これらの保圧力設定値に対して、前記オブザーバ１９で推定された推定圧力値が圧力フィードバック制御部２０に逐次フィードバックされる。

そして、圧力フィードバック制御部２０はその加算器２１において射出圧力設定値と推定圧力値との偏差値を求め、該偏差値に対しＰＩＤ演算器２２でＰＩＤ演算を実行してその出力値ＭV を射出速度指令部２６に入力させるので、該射出速度指令部２６から指令される入力値ＳV が射出速度制限部２７、射出速度フィードバック制御部３１を経て加算器３２に入力される。該加算器３２はその入力値に電流検出器１８からのフィードバック電流を加算してＰＩＤ演算器３３に入力させるので、その入力値がＰＩＤ演算を実行されてＰＩＤ演算器３３から電流検出器１８を経てサーボモータ１１に対して指令電流Ｉが供給され、これにより、射出圧力設定部１７に設定された保圧力設定値に正確に一致されて保圧力が制御される。

前記のように、実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御方法は、サーボモータ１１によりプーリ１０，１２とタイミングベルト１３等を含む動力伝達手段を介して、ボールねじ軸８，ボールナット９および支持台６等を含む作動体を作動させ、該作動体８，９，６によって射出スクリュー５（受圧体）に力を作用させる電動射出成形機１において、前記射出スクリュー５に作用させる力（圧力）の制御を前記サーボモータ１１の出力トルク（電流指令）を制御して行う場合、前記電動射出成形機１を駆動部３５と動力伝達部３６と被駆動部３７とからなる２慣性系制御モデル３８Ｂ（３８）として構築し、該制御モデル３８Ｂに対して、前記駆動部３５への電流指令Ｉｃｍｄと駆動部３５からの回転情報θｍとにもとづいて前記被駆動部３７が溶融樹脂（射出スクリュー５）から受ける力（圧力）Ｐｅｘｔを推定するオブザーバ１９Ａ（１９）を構築し、該オブザーバ１９Ａがサーボモータ１１への指令電流Ｉｃｍｄとパルスエンコーダ１４の回転位置とから前記作動体８，９，６が発生する力を推定し、この推定した力を利用して前記作動体８，９，６が射出スクリュー５に作用させる力をフィードバック制御する構成とされている。

また、実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、サーボモータ１１によりプーリ１０，１２とタイミングベルト１３等を含む動力伝達手段を介して、ボールねじ軸８，ボールナット９および支持台６等を含む作動体を作動させ、該作動体８，９，６によって射出スクリュー５（受圧体）に力を作用させる電動射出成形機１において、前記射出スクリュー５に作用する力（圧力）の制御を前記サーボモータ１１の出力トルクを制御して行う制御装置（制御手段）１５が、駆動部３５と動力伝達部３６と被駆動部３７とから構築された前記電動射出成形機１の２慣性系制御モデル３８Ｂ（３８）に対して構築され、かつ前記駆動部３５への電流指令Ｉｃｍｄと駆動部３５からの回転位置θｍとにもとづいて前記被駆動部３７が受ける力を推定するオブザーバ１９Ａ（１９）と、サーボモータ１１に対する電流指令Ｉｃｍｄとパルスエンコーダ１４の回転位置とにより前記オブザーバ１９Ａが推定した力を入力して、前記作動体８，９，６が射出スクリュー５に作用させる力（圧力）をフィードバック制御する射出圧力フィードバック制御部２０とを備えた構成とされている。

したがって、実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御方法および圧力制御装置を適用した電動射出成形機１によれば、電動射出成形機１の制御モデル３８Ｂ（３８）に対して適切に構築されたオブザーバ１９Ａ（１９）により、サーボモータ１１によりプーリ１０，１２とタイミングベルト１３を介して作動されるボールねじ軸８，ボールナット９および支持台６等を含む作動体が射出スクリュー５から受ける力を正確に推定することができるので、その力にもとづいてサーボモータ１１の射出動作を圧力フィードバック制御部２０によってフィードバック制御することにより、前記作動体８，９，６が射出スクリュー５（加熱筒４内の溶融樹脂）に作用させる力（圧力）をロードセル等の力検出器を使わずに正確に制御することができる。
すなわち、射出スクリュー５による射出圧力を制御する圧力フィードバック制御システムをロードセルを使用せずに構築することができるので、圧力フィードバック制御システムの信頼性が高まり、射出圧力の制御を正確に行って成形精度を向上させることができ、成形品に不良が発生するのを確実に防止することができる。
これにより、電動射出成形機１に高価なロードセルを組み込む格別の手段が不要となるので、機械の構成を簡単にすることができると共に、サーボモータ１１を用いた射出圧力の制御装置の信頼性を高めることができる。

なお、前記においては、本発明に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機１の射出機構において射出スクリューによって射出圧力を制御する場合に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、計量時に射出スクリューに付加する背圧の制御に適用したり、サーボモータによりボールねじ軸にボールナットを螺合してなる直線移動機構を介して可動盤を直接または間接に移動させ、可動盤と固定盤との間で金型を型締めする型締機構において金型の型締め圧力を制御する場合や、エジェクタの突き出し圧力を制御する場合にも適用することができる。さらに、電動モータにより伝動機構を介してねじ軸にナットを螺合してなる直線移動機構を作動させ、該直線移動機構に連結された加圧盤を移動させて、該加圧盤と固定盤との間でワークを加圧成形するプレス機械において、加圧盤に加える圧力（力）を制御する場合、その他の産業機械において圧力（力）の制御を行う場合にも適用することができる。

本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を適用した電動射出成形機の制御装置を示すブロック図である。 電動射出成形機の制御モデルを示すブロック図である。 同じく制御モデルの状態変数線図である。 同じく制御モデルを他の形式で示した状態変数線図である。 同じく外乱オブザーバを付加した制御モデルの状態変数線図である。 制御モデルの作用を示すフロー図である。 オブザーバの作用を示すフロー図である。 制御モデルへの圧力指令値に対する、ロードセルによる実圧力測定値とオブザーバによる圧力推定値との追従性を比較した線図である。

符号の説明

１ 電動射出成形機（機械）
４ 加熱筒
５ 射出スクリュー（受圧体）
６ 支持台
８ ボールねじ軸
９ ボールナット
１０，１２ プーリ
１３ タイミングベルト（ベルト）
１４ パルスエンコーダ（位置検出器）
１５ 制御装置
１６ 射出速度設定部
１７ 射出圧力設定部
１８ 電流検出器
１９ オブザーバ
１９Ａ オブザーバのモデル
２０ 射出圧力フィードバック制御部
３５ 駆動部
３６ 動力伝達部
３７ 被駆動部
３８，３８Ａ，３８Ｂ 制御モデル
３９ 抵抗物モデル

Claims (3)

1. サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、前記サーボモータの出力トルクを制御して行う圧力制御方法であって、
   前記機械を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる２慣性系制御モデルとして構築し、該制御モデルに対して、前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とにもとづいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバを構築し、該オブザーバが前記機械のサーボモータへの指令電流とサーボモータからの回転位置とから前記作動体が受圧体から受ける力を推定し、この推定した力を利用して前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御することを特徴とするサーボモータを用いた圧力制御方法。
2. サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルクを制御して行う圧力制御装置であって、
   前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の２慣性系制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とにもとづいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、前記サーボモータに対する電流指令とサーボモータの回転位置とにより前記オブザーバが推定した力を入力して、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部とを備えていることを特徴とするサーボモータを用いた圧力制御装置。
3. 前記機械は、サーボモータによりプーリとベルトを介してボールねじ軸またはボールナットを回転させ、これらに螺合するボールナットまたはボールねじ軸を介して射出機構の射出スクリューを作動させて、型締機構によって型締めされた金型に溶融樹脂を圧力を制御しながら射出して成形を行う電動射出成形機であることを特徴とする請求項２に記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。
   

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