JP2009051139A - 型締装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁石によって作用させる型締力を適切に制御することのできる型締装置の提供を目的とする。
【解決手段】電磁石によって型締力を発生させ、リニアモータの移動によって型開閉を行う型締装置であって、前記型締力を検出する型締力検出手段と、前記リニアモータの移動に関する位置を検出する位置検出手段と、前記リニアモータの制御対象を型締力検出値又は位置検出手段の位置検出値に切り替える切り替え手段とを有することにより上記課題を解決する。
【選択図】図３

Description

本発明は、型締装置に関する。

従来、射出成形機においては、樹脂を射出装置の射出ノズルから射出して固定金型と可動金型との間のキャビティ空間に充填（てん）し、固化させることによって成形品を得るようになっている。そして、前記固定金型に対して可動金型を移動させて型閉じ、型締め及び型開きを行うために型締装置が配設される。

該型締装置には、油圧シリンダに油を供給することによって駆動される油圧式の型締装置、及び電動機によって駆動される電動式の型締装置があるが、該電動式の型締装置は、制御性が高く、周辺を汚すことがなく、かつ、エネルギー効率が高いので、多く利用されている。この場合、電動機を駆動することによってボールねじを回転させて推力を発生させ、該推力をトグル機構によって拡大し、大きな型締力を発生させるようにしている。

ところが、前記構成の電動式の型締装置においては、トグル機構を使用するようになっているので、該トグル機構の特性上、型締力を変更することが困難であり、応答性及び安定性が悪く、成形中に型締力を制御することができない。そこで、ボールねじによって発生させられた推力を直接型締力として使用することができるようにした型締装置が提供されている。この場合、電動機のトルクと型締力とが比例するので、成形中に型締力を制御することができる。

しかしながら、前記従来の型締装置においては、ボールねじの耐荷重性が低く、大きな型締力を発生させることができないだけでなく、電動機に発生するトルクリップルによって型締力が変動してしまう。また、型締力を発生させるために、電動機に電流を常時供給する必要があり、電動機の消費電力量及び発熱量が多くなるので、電動機の定格出力をその分大きくする必要があり、型締装置のコストが高くなってしまう。

そこで、型開閉動作にはリニアモータを使用し、型締動作には電磁石の吸着力を利用した型締装置が考えられる（例えば、特許文献１）。
国際公開第０５／０９００５２号パンフレット

しかしながら、電磁石によって型締力を作用させる場合、電磁石の非線形性によって型締力の制御（所望の型締力の維持）が困難であるという問題がある。具体的には、型締力は、電磁石に供給される電流値と必ずしも一対一に対応せず、電磁石とその吸着面（電磁石によって吸着される面）とのギャップの変化による影響を受けてしまう。すなわち、電磁石に供給される電流値が同じであっても、電磁石と吸着面とのギャップが小さくなればなるほど、より大きな型締力が発生してしまう。斯かる特性を考慮して、型締め時に予め適切なギャップが形成されるように型締装置が調整されたとしても、電磁石自身が発する熱による部材の膨張等により、当該ギャップが微妙に変化してしまう可能性がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、電磁石によって作用させる型締力を適切に制御することのできる型締装置の提供を目的とする。

そこで上記課題を解決するため、本発明は、電磁石によって型締力を発生させ、リニアモータの移動によって型開閉を行う型締装置であって、前記型締力を検出する型締力検出手段と、前記リニアモータの移動に関する位置を検出する位置検出手段と、前記リニアモータの制御対象を型締力検出値又は位置検出手段の位置検出値に切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、前記型締力検出手段によって検出される型締力の検出値と目標型締力との第一の誤差を補正するために前記リニアモータに出力させる第一のトルク値を算出する第一のトルク算出手段と、前記位置検出手段によって検出される位置の検出値と目標位置との第二の誤差を補正するために前記リニアモータに出力させる第二のトルク値を算出する第二のトルク算出手段とを有し、前記切り替え手段は、前記リニアモータに出力させるトルクのトルク値を前記第一のトルク値又は前記第二のトルク値のいずれかに切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、前記第一の誤差を補正するために前記電磁石に供給する電流値を算出する供給電流算出手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記第一の誤差のうち低周波数成分を前記供給電流算出手段に通過させる第一のフィルタ手段と、前記第一の誤差のうち高周波数成分を前記第一のトルク値算出手段に通過させる第二のフィルタ手段とを有することを特徴とする。

また、本発明は、前記第一のトルク値算出手段によって算出されるトルク値を予め設定された制限値以内に抑制するトルク値制限手段を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記型締力検出手段は、前記型締力の作用によって部材にかかる荷重を検出することを特徴とする。

また、本発明は、前記型締力検出手段は、前記電磁石と前記電磁石の吸着面との間の磁束を検出することを特徴とする。

このような型締装置では、電磁石によって作用させる型締力を適切に制御することができる。

本発明によれば、電磁石によって作用させる型締力を適切に制御することのできる型締装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態において、型締装置については、型閉じを行う際の可動プラテンの移動方向を前方とし、型開きを行う際の可動プラテンの移動方向を後方とし、射出装置については、射出を行う際のスクリューの移動方向を前方とし、計量を行う際のスクリューの移動方向を後方として説明する。

図１は本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型閉じ時の状態を示す図、図２は本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型開き時の状態を示す図である。

図において、１０は型締装置、Ｆｒは射出成形機のフレーム、Ｇｄは、該フレームＦｒ上に敷設されてレールを構成し、型締装置１０を支持するとともに、案内する第１の案内部材としての２本のガイド（図においては、２本のガイドＧｄのうちの１本だけを示す。）、１１は、該ガイドＧｄ上に載置され、前記フレームＦｒ及びガイドＧｄに対して固定された第１の固定部材としての固定プラテンであり、該固定プラテン１１と所定の間隔を置いて、かつ、固定プラテン１１と対向させて第２の固定部材としてのリヤプラテン１３が配設され、前記固定プラテン１１とリヤプラテン１３との間に４本の連結部材としてのタイバー１４（図においては、４本のタイバー１４のうちの２本だけを示す。）が架設される。なお、前記リヤプラテン１３は、タイバー１４が伸縮するのに伴って、ガイドＧｄに対してわずかに移動することができるように前記ガイドＧｄ上に載置される。

なお、本実施の形態においては、固定プラテン１１はフレームＦｒ及びガイドＧｄに対して固定され、リヤプラテン１３はガイドＧｄに対してわずかに移動することができるようになっているが、リヤプラテン１３をフレームＦｒ及びガイドＧｄに対して固定し、固定プラテン１１をガイドＧｄに対してわずかに移動することができるようにすることができる。

前記タイバー１４に沿って固定プラテン１１と対向させて第１の可動部材としての可動プラテン１２が型開閉方向に進退自在に配設される。そのために、前記可動プラテン１２におけるタイバー１４と対応する箇所にタイバー１４を貫通させるための図示されないガイド穴が形成される。

前記タイバー１４の前端部には図示されない第１のねじ部が形成され、前記タイバー１４は、前記第１のねじ部とナットｎ１とを螺合させることによって固定プラテン１１に固定される。また、前記各タイバー１４の後方の所定の部分には、タイバー１４より外径が小さい第２の案内部材としてのガイドポスト２１が、リヤプラテン１３の後端面から後方に向けて突出させて、かつ、タイバー１４と一体に形成される。そして、リヤプラテン１３の後端面の近傍には図示されない第２のねじ部が形成され、前記固定プラテン１１とリヤプラテン１３とは、前記第２のねじ部とナットｎ２とを螺合させることによって連結される。本実施の形態においては、ガイドポスト２１がタイバー１４と一体に形成されるようになっているが、ガイドポスト２１をタイバー１４とは別体に形成することもできる。

また、前記固定プラテン１１には第１の金型としての固定金型１５が、前記可動プラテン１２には第２の金型としての可動金型１６がそれぞれ固定され、前記可動プラテン１２の進退に伴って固定金型１５と可動金型１６とが接離させられ、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。なお、型締めが行われるのに伴って、固定金型１５と可動金型１６との間に複数の図示されないキャビティ空間が形成され、射出装置１７の射出ノズル１８から射出された成形材料としての図示されない樹脂が前記各キャビティ空間に充墳される。また、固定金型１５及び可動金型１６によって金型装置１９が構成される。

そして、前記可動プラテン１２と平行に配設された第２の可動部材としての吸着板２２が、リヤプラテン１３より後方において前記各ガイドポスト２１に沿って進退自在に配設され、ガイドポスト２１によって案内される。なお、前記吸着板２２には、各ガイドポスト２１と対応する箇所に、ガイドポスト２１を貫通させるためのガイド穴２３が形成される。該ガイド穴２３は、前端面に開口させられ、ボールナットｎ２を収容する大径部２４、及び吸着板２２の後端面に開口させられ、ガイドポスト２１と摺動させられる摺動面を備えた小径部２５を備える。本実施の形態において、吸着板２２は、ガイドポスト２１によって案内されるようになっているが、吸着板２２を、ガイドポスト２１だけでなく、ガイドＧｄによって案内することもできる。

ところで、前記可動プラテン１２を進退させるために、第１の駆動部としての、かつ、型開閉用の駆動部としてのリニアモータ２８が、可動プラテン１２とフレームＦｒとの間に配設される。前記リニアモータ２８は、第１の駆動要素としての固定子２９、及び第２の駆動要素としての可動子３１を備え、前記固定子２９は、前記フレームＦｒ上において、前記ガイドＧｄと平行に、かつ、可動プラテン１２の移動範囲に対応させて形成され、前記可動子３１は、可動プラテン１２の下端において、前記固定子２９と対向させて、かつ、所定の範囲にわたって形成される。

前記可動子３１は、コア３４及びコイル３５を備える。そして、前記コア３４は、固定子２９に向けて突出させて、所定のピッチで形成された複数の磁極歯３３を備え、前記コイル３５は、各磁極歯３３に巻装される。なお、前記磁極歯３３は可動プラテン１２の移動方向に対して直角の方向に、互いに平行に形成される。また、前記固定子２９は、図示されないコア、及び該コア上に延在させて形成された図示されない永久磁石を備える。該永久磁石は、Ｎ極及びＳ極の各磁極を交互に、かつ、前記磁極歯３３と同じピッチで着磁させることによって形成される。

したがって、前記コイル３５に所定の電流を供給することによってリニアモータ２８を駆動すると、可動子３１が進退させられ、それに伴って、可動プラテン１２が進退させられ、型閉じ及び型開きを行うことができる。

なお、本実施の形態においては、固定子２９に永久磁石を、可動子３１にコイル３５を配設するようになっているが、固定子にコイルを、可動子に永久磁石を配設することもできる。その場合、リニアモータ２８が駆動されるのに伴って、コイルが移動しないので、コイルに電力を供給するための配線を容易に行うことができる。

ところで、前記可動プラテン１２が前進させられて可動金型１６が固定金型１５に当接すると、型閉じが行われ、続いて、型締めが行われる。そして、型締めを行うために、リヤプラテン１３と吸着板２２との間に、第２の駆動部としての、かつ、型締め用の駆動部としての電磁石ユニット３７が配設される。そして、リヤプラテン１３及び吸着板２２を貫通して延び、かつ、可動プラテン１２と吸着板２２とを連結する型締力伝達部材としてのロッド３９が進退自在に配設される。該ロッド３９は、型閉じ時及び型開き時に、可動プラテン１２の進退に連動させて吸着板２２を進退させ、型締め時に、電磁石ユニット３７によって発生させられた型締力を可動プラテン１２に伝達する。

なお、固定プラテン１１、可動プラテン１２、リヤプラテン１３、吸着板２２、リニアモータ２８、電磁石ユニット３７、ロッド３９等によって型締装置１０が構成される。

また、型締装置１０において、型開閉用の駆動部としてのリニアモータ２８の動作と型締め用の駆動部としての電磁石ユニット３７と動作とは、制御部６０によって制御される。制御部６０の詳細については後述する。

前記電磁石ユニット３７は、リヤプラテン１３側に形成された第１の駆動部材としての電磁石４９、及び吸着板２２側に形成された第２の駆動部材としての吸着部５１から成り、該吸着部５１は、前記吸着板２２の前端面の所定の部分、本実施の形態においては、吸着板２２において前記ロッド３９を包囲し、かつ、電磁石４９と対向する部分に形成される。また、リヤプラテン１３の後端面の所定の部分、本実施の形態においては、前記ロッド３９よりわずかに上方及び下方に、矩形の断面形状を有するコイル配設部としての二つの溝４５が互いに平行に形成され、各溝４５間に矩形の形状を有するコア４６、及び他の部分にヨーク４７が形成される。そして、前記コア４６にコイル４８が巻装される。

なお、前記コア４６及びヨーク４７は、鋳物の一体構造で構成されるが、強磁性体から成る薄板を積層することによって形成され、電磁積層鋼板を構成してもよい。

本実施の形態においては、リヤプラテン１３とは別に電磁石４９が、吸着板２２とは別に吸着部５１が形成されるが、リヤプラテン１３の一部として電磁石を、吸着板２２の一部として吸着部を形成することもできる。

したがって、電磁石ユニット３７において、前記コイル４８に電流（直流電流）を供給すると、電磁石４９が駆動され、吸着部５１を吸着し、前記型締力を発生させることができる。

そして、前記ロッド３９は、後端部において吸着板２２と連結させて、前端部において可動プラテン１２と連結させて配設される。したがって、ロッド３９は、型閉じ時に可動プラテン１２が前進するのに伴って前進させられて吸着板２２を前進させ、型開き時に可動プラテン１２が後退するのに伴って後退させられて吸着板２２を後退させる。

そのために、前記リヤプラテン１３の中央部分に、ロッド３９を貫通させるための穴４１、及び前記吸着板２２の中央部分にロッド３９を貫通させるための穴４２が形成され、前記穴４１の前端部の開口に臨ませて、ロッド３９を摺動自在に支持するブッシュ等の軸受部材Ｂｒ１が配設される。また、前記ロッド３９の後端部にねじ４３が形成され、該ねじ４３と、吸着板２２に対して回転自在に支持された型厚調整機構としてのナット４４とが螺合させられる。

前記ナット４４の外周面に図示されない大径のギヤが形成され、前記吸着板２２に型厚調整用の駆動部としての図示されない型厚調整用モータが配設され、該型厚調整用モータの出力軸に取り付けられた小径のギヤと、前記ナット４４の外周面に形成されたギヤとが噛合させられる。

そして、金型装置１９の厚さに対応させて、型厚調整用モータを駆動し、前記ナット４４をねじ４３に対して所定量回転させると、吸着板２２に対するロッド３９の位置が調整され、固定プラテン１１及び可動プラテン１２に対する吸着板２２の位置が調整されて、ギャップδを最適な値にすることができる。すなわち、可動プラテン１２と吸着板２２との相対的な位置を変えることによって、型厚の調整が行われる。

なお、本実施の形態においては、コア４６及びヨーク４７、並びに吸着板２２の全体が電磁積層鋼板によって構成されるようになっているが、リヤプラテン１３におけるコア４６の周囲及び吸着部５１を電磁積層鋼板によって構成するようにしてもよい。本実施の形態においては、リヤプラテン１３の後端面に電磁石４９が形成され、該電磁石４９と対向させて、吸着板２２の前端面に吸着部５１が進退自在に配設されるようになっているが、リヤプラテン１３の後端面に吸着部を、該吸着部と対向させて、吸着板２２の前端面に電磁石を進退自在に配設することができる。

次に、制御部６０の詳細について説明する。図３は、第一の実施の形態における制御部の構成例を示す図である。第一の実施の形態において制御部６０は、制御部６０ａとして説明する。

制御部６０ａは、電磁石４９を駆動するための電磁石駆動部と、リニアモータ２８を駆動するためのリニアモータ駆動部とに大別される。電磁石駆動部は、上位コントローラ６０１、電流パターン生成器６０２、及びアンプ６０３より構成される。リニアモータ駆動部は、上位コントローラ６０１、加算器６０４、ＰＩ制御器６０５、リミッタ６０６、加算器６０７、ＰＩＤ制御器６０８、切替器６０９、及びアンプ６１０より構成される。

上位コントローラ６０１は、ＣＰＵ及びメモリ等を備え、メモリに記録された制御プログラムをＣＰＵによって処理することにより、リニアモータ２８及び電磁石４９の動作を制御する。上位コントローラ６０１は、型締力の大きさを示す指令（型締力指令）とリニアモータ２８が移動すべき位置（目標位置）を示す指令（位置指令）とを出力する。

上位コントローラ６０１からの型締力指令は、電磁石駆動部の電流パターン生成器６０２に入力される。電流パターン生成器６０２は、例えば、サーボカードによって構成され、型締力指令に示される型締力に応じた電磁力を電磁石に迅速に出力させるための電流パターンを生成する。ここで、電流パターンとは、電磁石４９のコイル４８に供給する時系列の電流値を示す情報をいう。電流パターン生成器６０２は、生成された電流パターンに従って、電磁石４９に供給する電流値を示す信号（電磁石電流指令）を時間の経過に応じてアンプ６０３に逐次出力する。

アンプ６０３は、例えば、ドライバカードによって構成され、電流パターン生成器６０２より入力される電磁石電流指令に応じた電流を電磁石４９に供給する。当該電流の供給に応じて電磁石４９は駆動する。

上位コントローラ６０１からの型締力指令は、更に、リニアモータ駆動部の加算器６０４に入力される。加算器６０４には、型締装置１０に設置された型締力検出器５５によって検出される型締力の検出値（型締力検出値）も入力される。加算器６０４は、型締力指令に示される型締力の値（型締力指令値）と型締力検出値とに基づいて、型締力指令に対する型締力検出値の誤差（型締力誤差）を算出する。算出された型締力誤差は、ＰＩ制御器６０５に入力される。なお、型締力検出器５５は、タイバー１４の伸び量を検出するセンサ若しくはロッド３９上に配設されたロードセル等の荷重検出器、又は電磁石４９と吸着部５１との間の磁束を検出するセンサによって構成してもよい。

ＰＩ制御器６０５は、型締力誤差をＰＩ制御（比例積分制御）によって補正することにより、型締力誤差を解消するためにリニアモータ２８に出力させるトルク値を算出し、当該トルク値を出力させるための指令（型締力トルク指令）を出力する。型締力トルク指令は、リミッタ６０６に入力される。

リミッタ６０６は、型締力トルク指令に対してリミット（制限）をかける。すなわち、リミッタ６０６は、型締力トルク指令が示すトルク値が予め定められた値（リミット値）を超える場合、型締力トルク指令のトルク値をリミット値に抑制する。型締力トルク指令が示すトルク値がリミット値以下である場合、リミッタ６０６は、型締力トルク指令をそのまま出力する。リミッタ６０６より出力される型締力トルク指令は、切替器６０９に入力される。

上位コントローラ６０１からの位置指令は、加算器６０７に入力される。加算器６０７には、型締装置１０に設置された位置検出器としてのエンコーダ５６によって検出されるリニアモータ２８の位置の検出値（位置検出値）も入力される。加算器６０７は、位置指令に示される位置の値（位置指令値）と位置検出値とに基づいて、位置指令に対する位置検出値の誤差（位置誤差）を算出する。算出された位置誤差は、ＰＩＤ制御器６０８に入力される。

ＰＩＤ制御器６０８は、例えば、サーボカードによって構成され、位置誤差に基づいてＰＩＤ制御（比例積分微分制御）によって、位置誤差を解消するためにリニアモータ２８に出力させるトルク値を算出し、当該トルク値を出力させるための指令（位置トルク指令）を出力する。位置トルク指令は、切替器６０９に入力される。

切替器６０９は、リミッタ６０６より入力される型締力トルク指令、及びＰＩＤ制御器６０８より入力される位置トルク指令のうち、リニアモータ２８に伝達すべき指令を選択する（切り替える）。型開閉時は、リニアモータ２８の位置制御が必要とされる。したがって、切替器６０９は、出力指令を位置トルク指令に切り替える。一方、型締め時は、型締力の制御が必要とされる。したがって、切替器６０９は、出力指令を型締力トルク指令に切り替える。すなわち、第一の実施の形態では、型締力が、リニアモータ駆動部によってフィードバック制御される。

アンプ６１０は、例えば、ドライバカードによって構成され、切替器６０９より入力される型締力トルク指令又は位置トルク指令に応じた電流をリニアモータ２８に供給する。当該電流の供給に応じてリニアモータ２８は駆動する。

次に、第一の実施の形態における型締装置１０の動作について説明する。

制御部６０ａのリニアモータ駆動部は、型閉じ時に、図２の状態においてコイル３５に電流を供給する。すなわち、上位コントローラ６０１は、リニアモータ２８の目標位置を示す位置指令を加算器６０７に出力する。加算器６０７は、上位コントローラ６０１から入力される位置指令と、エンコーダ５６より入力されるリニアモータ２８の位置検出値との差分（位置誤差）を算出し、ＰＩＤ制御器６０８に出力する。ＰＩＤ制御器６０８は、位置誤差を解消するためにリニアモータ２８に出力させるトルク値を算出し、当該トルク値を出力させるための指令（位置トルク指令）を切替器６０９に出力する。切替器６０９は、型閉じ時において、ＰＩＤ制御器６０８からの位置トルク指令をアンプ６１０への出力対象として選択する。従って、当該位置トルク指令に応じた電流が、アンプ６１０によってコイル３５に供給される。

コイル３５に電流が供給されるとリニアモータ２８が駆動され、可動プラテン１２が前進する。可動プラテン１２の前進に伴い、エンコーダ５６によってリニアモータ２８の位置が逐次検出され、加算器６０７へ位置検出値として入力される。新たな位置検出値に基づいて、当該位置検出値と位置指令との誤差を解消すべく加算器６０７、ＰＩＤ制御部６０８、切替器６０９、及びアンプ６１０によってフィードバック制御が行われ、可動プラテン１２が正確に位置制御される。可動プラテン１２の前進により、図１に示されるように、可動金型１６が固定金型１５に当接させられると、リヤプラテン１３と吸着板２２との間、すなわち、電磁石４９と吸着部５１との間には、最適なギャップδが形成される。

可動プラテン１２が所定の位置（可動金型１６が固定金型１５に当接される位置、又は、当接されるわずか手前の位置）に到達すると型締工程が開始される。

型締工程については、図４をも参照しつつ説明する。図４は、第一の実施の形態の制御部による型締力の制御方法を説明するための図である。

型締工程が開始されると、電磁石駆動部によって電磁石４９のコイル４８に電流が供給される。すなわち、上位コントローラ６０１は、予め設定された型締力の目標値（目標型締力）を示す型締力指令を電流パターン生成器６０２及び加算器６０５に出力する。この型締力指令は、図４（Ａ）の点線Ｌ１によって示される。図４（Ａ）の横軸は時間の経過を示し、縦軸は型締力又は電磁石４９と吸着部５１との間に作用する吸着力を示す。点線Ｌ１に示されるように、型締めの開始（ｔ１）と同時に目標型締力を示す型締力指令が入力される。

電流パターン生成器６０２は、型締力指令に応じた電流パターンを生成し、当該電流パターンに従って、電流指令を時間の経過に応じてアンプ６０３に出力する。アンプ６０３は、電流指令に応じた電流を電磁石４９のコイル４８に供給する。コイル４８に電流が供給されることにより電磁石４９が駆動し、吸着部５１が電磁石４９の吸着力によって吸着される。それに伴って、吸着板２２及びロッド３９を介して吸着力が可動プラテン１２に伝達され、金型装置１９に型締力が作用する。

電磁石４９と吸着部５１との間に作用する吸着力（換言すれば、電磁石４９と吸着部５１との間に作用する吸着力のみによって作用する型締力）は、図４（Ａ）の実線Ｌ２に示される。実線Ｌ２に示されるように、当該吸着力は、型締め開始と同時に目標型締力Ｌ１には到達せず、型締め開始時（ｔ１）より徐々に増加し目標型締力Ｌ１に近付く。これは、電磁石４９の応答性の悪さに起因する。すなわち、電磁石４９は、或る電流値の電流が供給されても、その電流値に対応する吸着力を瞬時に作用させることはできないからである。

吸着力Ｌ２によって金型装置１９に作用する型締力は、型締力検出器５５によって検出され、その型締力検出値はリニアモータ駆動部の加算器６０４に入力される。加算器６０４は、型締力指令に対する型締力検出値の誤差（型締力誤差）を算出し、型締力誤差をＰＩ制御器６０５に出力する。ＰＩ制御器６０５は、型締力誤差をＰＩ制御によって補正することにより、型締力誤差を解消するためにリニアモータ２８に出力させるトルク値を算出し、当該トルク値を示す型締力トルク指令をリミッタ６０６に出力する。リミッタ６０６は、型締力トルク指令にリミットをかけ、その結果としての型締力トルク指令を切替器６０９に出力する。

切替器６０９は、型締工程の開始に応じてアンプ６１０への出力対象を、ＰＩＤ制御部６０８より入力される位置トルク指令からリミッタ６０６より入力される型締力トルク指令に切り替える。したがって、アンプ６１０には、型締工程の開始に応じて型締力トルク指令が入力され、アンプ６１０は、型締力トルク指令に応じた電流をリニアモータ２８のコイル３５に供給する。型締力トルク指令に応じて電流がコイル３５に供給されることにより、リニアモータ２８は、型締力誤差を補正するためのトルク（型締力補正用トルク）を出力する。すなわち、リニアモータ駆動部によって、型締力のフィードバック制御が行われる。

リニアモータ２８より出力される型締力補正用トルクは、図４（Ｂ）の実線Ｌ５に示される。図４（Ｂ）において、横軸は時間の経過を示し、（Ａ）の横軸と同期がとられている。縦軸は、リニアモータ２８のトルク値を示す。破線Ｌ３、Ｌ４は、リミッタ６０６に設定されているそれぞれプラス（＋）のリミット値、マイナス（−）のリミット値を示す。

実線Ｌ５に示されるように、型締め開始時（ｔ１）には、リミット値Ｌ３のトルクがリニアモータ２８より出力される。これは、（Ａ）に示されるように、型締め開始時（ｔ１）には、ほぼ目標型締力Ｌ１分の型締力誤差が加算器６０４によって算出され、その型締力誤差を補正するため、ＰＩ制御器６０５によって目標型締力Ｌ１に相当する型締力トルク指令が出力され、更に、リミッタ６０６によって当該型締力トルク指令がリミット値Ｌ３に抑えられるからである。なお、リニアモータ２８は、型締力トルク指令に応じた電流の供給に応じて応答性良くトルクを出力することができる。図中（Ｂ）では、型締め開始時にリミット値Ｌ３が出力されるように示されているが、厳密には、リミット値Ｌ３に到達するには多少の時間の経過を要する。

リニアモータ２８によって補正されることにより実際に得られる型締力（型締力検出器５５によって検出される型締力検出値）は、図４（Ｂ）の実線Ｌ６に示される。すなわち、実線Ｌ６は、（Ａ）の実線Ｌ２と（Ｂ）の実線Ｌ５とを合成したものでもある。図４（Ｃ）において、横軸は時間の経過を示し、（Ａ）及び（Ｂ）の横軸と同期がとられている。縦軸は、型締力検出値を示す。なお、（Ｃ）において、（Ａ）に示される吸着力Ｌ２を示す破線Ｌ２が参考として（Ｌ６に対する比較対象として）示されている。

実線Ｌ６に示されるように、型締力検出値は、型締め開始時（ｔ１）において、リニアモータ２８の型締力補正用トルク分（リミット値Ｌ３分）だけ立ち上がる。その後、型締力検出値Ｌ６は、吸着力Ｌ２に対して、リニアモータ２８のトルクのリミット値Ｌ３分だけ加算した値で推移し、吸着力Ｌ２の増加に伴ってｔ２において目標型締力に到達する。但し、電磁石４９は、まだ立ち上がり途中であるため、ｔ２以降も吸着力Ｌ２は増加し続ける。したがって、ｔ２直後から、加算器６０４において、目標型締力Ｌ１−型締力検出値Ｌ６がマイナスになるような（すなわち、目標型締力より型締力検出値の方が大きいことを示す）型締力誤差が算出される。そこで、ＰＩ制御器６０５は、マイナスの型締力誤差に応じたトルク値を示す型締力トルク指令を出力する。当該トルク値は、リミット値Ｌ３から吸着力Ｌ２のｔ２以降の増加分を減じたものとなる。したがって、当該型締力トルク指令は、リミッタ６０６をそのまま（リミットをかけられることなく）通過し、切替器６０９を経てアンプ６１０に入力される。アンプ６１０は、当該型締力トルク指令に応じた電流をリニアモータ２８のコイル３５に供給する。それによって、ｔ２以降において、リニアモータ２８によって出力される型締力補正用トルクＬ５は、リミット値Ｌ３より下降し始める。その後も、リニアモータ駆動部によるフィードバック制御が、型締力保持期間の間継続される。したがって、吸着力Ｌ２の変化に応じて型締力補正用トルクＬ５は変化する。例えば、図示されるように、吸着力Ｌ２が増加し続けている間は型締力補正用トルクは下降を続け、型締力検出値Ｌ６が目標型締力に維持される。

目標型締力が維持されている間（型締力保持期間中）、射出装置１７において溶融させられた樹脂が射出ノズル１８から射出され、金型装置１９の各キャビティ空間に充墳される。

各キャビティ空間内の樹脂が冷却されて固化すると、制御部６０ａは、図１の状態において、型開きを開始する。型開きの開始に応じ、上位コントローラ６０１は、型締力を０とする型締力指令を電流パターン生成器６０２及び加算器６０４に出力する。当該型締力指令に応じ電流パターン生成器６０２は、アンプ６０３からコイル４８への電流の供給を停止させる。その結果、電磁石４９の駆動は停止する。

上位コントローラ６０１は、また、型開きの開始に応じ、可動プラテン１２を後退させるために位置指令を加算器６０７に出力する。加算器６０７は、当該位置指令とエンコーダ５６より入力されるリニアモータ２８の位置検出値とに基づいて位置誤差を算出し、ＰＩＤ制御器６０８に出力する。ＰＩＤ制御器６０８は、位置誤差を解消するためにリニアモータ２８に出力させるトルク値を算出し、当該トルク値を出力させるための位置トルク指令を切替器６０９に出力する。切替器６０９は、型開きの開始に応じ、ＰＩＤ制御器６０８からの位置トルク指令をアンプ６１０への出力対象として選択する。したがって、型締力を０とする型締力指令に応じてリミッタ６０６より入力される型締力トルク指令は無視される。従って、当該位置トルク指令に応じた電流が、アンプ６１０によってコイル３５に供給される。コイル３５に電流が供給されることによりリニアモータ２８が駆動され、可動プラテン１２が後退させられる。リニアモータ２８は、その後も位置指令に応じて位置制御され、図２に示されるように、可動金型１６が後退限位置に置かれ、型開きが行われる。

上述したように、第一の実施の形態における型締装置１０によれば、リニアモータ２８を、型開閉を行うための型開閉手段と、型締めを補助するための型締め補助手段として用いることができ、型開閉工程、型締め工程の開始に応じ、切替器６０９によってリニアモータ２８の二つの役割を切り替えることができる。そして、型締工程においては、フィードバック制御によってリニアモータ２８より出力されるトルクによって型締力を補正することができる。したがって、図４（Ｃ）に示されるように、型締力誤差が適切に補正されると共に、型締力の立ち上がり応答性を向上させることができる。型磁力誤差が補正されることで型締力保持期間における型締力が安定し、成形不良の発生率を低下させることができる。また、型締力の立ち上がり応答性の向上により、成形サイクルを短縮することができ、生産性を向上させることができる。

次に、第二の実施の形態について説明する。図５は、第二の実施の形態における制御部の構成例を示す図である。図５中、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は適宜省略する。また、特に明記しない点については第一の実施の形態と同様でよい。第二の実施の形態において制御部６０は、制御部６０ｂとして説明する。

第二の実施の形態における電磁石駆動部は、加算器６１１、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）６１２、ＰＩ制御器６１３、及びアンプ６０３より構成される。また、リニアモータ駆動部は、加算器６０４、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）６１４、リミッタ６０６、ＰＩ制御器６０５、リミッタ６０６、加算器６０７、ＰＩＤ制御部６０８、切替器６０９、及びアンプ６１０より構成される。すなわち、第二の実施の形態では、電磁石駆動部に関しては、電流パターン生成器６０２に代えて、加算器６１１、ＬＰＦ６１２、及びＰＩ制御器６１３が構成要素とされている。また、リニアモータ駆動部に関しては、ＨＰＦ６１４が更に構成要素とされている。斯かる構成要素の相違は、第二の実施の形態では、リニアモータ駆動部だけでなく、電磁石駆動部によっても型締力のフィードバック制御が行われることに基づく。

加算器６１１は、加算器６０４と同様の処理（演算）を行う。すなわち、加算器６１１には、上位コントローラ６０からの型締力指令と、型締力検出器５５によって検出される型締力検出値とが入力される。加算器６１１は、型締力指令に示される型締力の値（型締力指令値）と型締力検出値に基づいて、型締力指令に対する型締力検出値の誤差（型締力誤差）を算出する。算出された型締力誤差は、ＬＰＦ６１２に入力される。

ＬＰＦ６１２は、型締力誤差のうち低周波数成分（帯域）を通過させ、ＰＩ制御器６１３に出力する。

ＰＩ制御器６１３は、ＰＩ制御により、型締力誤差の低周波数成分に基づいて、型締力誤差を解消するために電磁石４９に供給する電流値を算出し、当該電流値を示す信号（電磁石電流指令）をアンプ６０３に出力する。

一方、リニアモータ駆動部において、加算器６０４によって算出される型締力誤差は、ＨＰＦ６１４に入力される。

ＨＰＦ６１４は、型締力誤差のうち高周波数成分（帯域）を通過させ、ＰＩ制御器６０５に出力する。

次に、第二の実施の形態における型締装置１０の動作について説明する。型開閉時（リニアモータ２８の位置制御時）の動作については、第一の実施の形態と同様であるため、第二の実施の形態では、図６を参照しつつ、型締工程についてのみ説明する。図６は、第二の実施の形態の制御部による型締力の制御方法を説明するための図である。図６中、図４と同じ対象を示すものについては同一符号を付している。

型締工程が開始されると、上位コントローラ６０１は、予め設定された目標型締力Ｌ１（図６（Ａ））を示す型締力指令を加算器６１１及び加算器６０５に出力する。

加算器６１１は、型締力指令に応じて型締力誤差を算出し、ＬＰＦ６１２に出力する。ＬＰＦ６１２は、型締力誤差のうち低周波数成分を通過させ、ＰＩ制御器６１３に出力する。ＰＩ制御器６１３は、ＰＩ制御により、型締力誤差の低周波数成分に基づいて、当該低周波数成分を解消するために電磁石４９に供給する電流値を算出し、当該電流値を示す電磁石電流指令をアンプ６０３に出力する。アンプ６０３は、電磁石電流指令に応じた電流を電磁石４９のコイル４８に供給する。コイル４８に電流が供給されることにより電磁石４９が駆動し、吸着部５１と電磁石４９との間に、型締力誤差の低周波数成分を解消するための吸着力Ｌ２（図６（Ａ））が作用する。それに伴って、吸着板２２及びロッド３９を介して吸着力Ｌ２が可動プラテン１２に伝達され、金型装置１９に型締力が作用する。その後も型締力検出器５５によって検出される型締力検出値は、加算器６１１に逐次入力され、上述したフィードバック制御が行われる。したがって、第二の実施の形態では、図６（Ａ）において曲線Ｌ２が途中から破線Ｌ１に重なっているように、電磁石４９による吸着力Ｌ２は、それ自体が目標型締力Ｌ１との誤差が解消されるように制御される。但し、吸着力Ｌ２において解消される誤差は、型締力誤差のうちの低周波数成分についてである。したがって、厳密には、吸着力Ｌ２において、完全に型締力誤差が解消されるとは限らない。

そこで、完全に解消されない型締力誤差の調整が、リニアモータ駆動部において行われる。すなわち、加算器６０４は、型締力指令に応じて型締力誤差を算出し、ＨＰＦ６１４に出力する。ＨＰＦ６１４は、型締力誤差のうち高周波数成分を通過させ、ＰＩ制御器６０５に出力する。ＰＩ制御器６０５は、型締力誤差の高周波数成分をＰＩ制御によって補正することにより、当該高周波数成分を解消するためにリニアモータ２８に出力させるトルク値を算出し、当該トルク値を示す型締力トルク指令をリミッタ６０６に出力する。リミッタ６０６は、型締力トルク指令にリミットをかけ、その結果としての型締力トルク指令を切替器６０９に出力する。

切替器６０９は、型締工程の開始に応じてアンプ６１０への出力対象を、ＰＩＤ制御部６０８より入力される位置トルク指令からリミッタ６０６より入力される型締力トルク指令に切り替える。したがって、アンプ６１０には、型締力トルク指令が入力され、アンプ６１０は、型締力トルク指令に応じた電流をリニアモータ２８のコイル３５に供給する。型締力トルク指令に応じて電流がコイル３５に供給されることにより、リニアモータ２８は、型締力誤差の高周波数成分を補正するためのトルク（型締力補正用トルク）を出力する。その後も型締力検出器５５によって検出される型締力検出値は、加算器６０４に逐次入力され、上述したフィードバック制御が行われる。

ここで、リニアモータ２８によって補正される誤差は、型締力誤差のうちの高周波数成分についてである。したがって、図６（Ｂ）に示されるように、リニアモータ２８による型締力補正用トルクＬ５は、型締め開始（ｔ１）に応じて応答性良く出力され、リミット値Ｌ３に到達する。その結果、型締力検出値Ｌ６（図６（Ｃ））も、型締め開始（ｔ１）に応じてリミット値Ｌ３分だけ応答性良く立ち上がる。型締力補正用トルクＬ５は、吸着力Ｌ２の増加に応じて型締力検出値Ｌ６が目標型締力Ｌ１に到達するまで（ｔ２まで）リミット値に維持され、その後（ｔ２以降）、吸着力Ｌ２の増加に応じて低下する。やがて、吸着力Ｌ３自体が目標型締力に到達すると（ｔ３）、型締力補正用トルクＬ５は、０付近の値となる。但し、型締力誤差の高周波数成分を解消するような型締力の微調整は、型締力補正用トルクＬ５によって引き続き行われる。

なお、切替器６０９は、型締力トルク指令又は位置指令の切り替えのタイミングを、経過時間やリニアモータ２８の位置によって判断してもよいし、型締力指令に応じてリミッタ６０６からの型締力誤差の出力が開始されたことによって判断してもよい。又は、切替器６０９を上位コントローラ６０１に直接接続し、上位コントローラ６０１からの切り替え指示によって判断してもよい。

上述したように、第二の実施の形態における型締装置１０によれば、リニアモータ駆動部（リニアモータ２８）と電磁石駆動部（電磁石４９）との双方のフィードバック制御により、型締力誤差を適切に補正することができる。したがって、第一の実施の形態と同様に、成形サイクルを短縮することができ、生産性を向上させることができる。

また、リニアモータ駆動部にＨＰＦ６１４が設けられ、電磁石駆動部にＬＰＦ６１２が設けられることにより、電磁石４９と比較して応答性が高く、出力されるトルク値の精度の高いリニアモータ２８に型締力誤差の高周波数成分に基づいて型締力の制御を行わせることができる。一方、リニアモータ２８と比較して応答性が低い電磁石４９には低周波数成分に基づいて型締力の制御を行わせることができる。すなわち、ＨＰＦ６１４及びＬＰＦ６１２により、電磁石駆動部とリニアモータ駆動部との二つの駆動部の間で、型締力誤差に関して帯域の分離を実現することができる。

また、リミッタ６０６により、リニアモータ２８のトルクを制限することができ、電磁石４９に大きな型締力を制御させることができる。すなわち、リミッタ６０６により、二つの駆動部の間で、型締力誤差に関して偏差の分離を図ることができる。

したがって、電磁石駆動部とリニアモータ駆動部の二つの駆動部により一つの型締力をフィードバック制御する場合において、二つの駆動部による干渉を防止することができる。

すなわち、制御部６０ｂが、ＬＰＦ６１２及びＨＰＦ６１４を備えていない場合、次のような事態の発生が想定される。図７は、第二の実施の形態の制御部においてＬＰＦ及びＨＰＦを用いない場合に生じ得る不都合を説明するための図である。図７中、図４又は図６と同じ対象を示すものについては同一符号を付している。

制御部６０ｂにおける二つの駆動部によって、型締力誤差がフィードバック制御される場合に、ＬＰＦ６１２及びＨＰＦ６１４が備えられていないと、二つの駆動部の間で型締力誤差の帯域を分離させることができない。したがって、二つの駆動部が、同じ値の型締力誤差に基づいて、それぞれが当該型締力誤差を解消しようとする。

具体的には、電磁石駆動部におけるＰＩ制御器６１３は、当該型締力誤差を解消するための電流指令をアンプ６０３に出力する。アンプ６０３は、当該電流指令に応じた電流を電磁石４９のコイル４８に供給する。電磁石４９は供給される電流に応じた吸着力（すなわち、当該型締力誤差が解消されるような吸着力）を作用させる。

それと並行して、リニアモータ駆動部のＰＩ制御器６０５は、当該型締力誤差を解消するための型締力トルク指令をリミッタ６０６に出力する。当該型締力トルク指令は、リミッタ６０６によって制限がかけられアンプ６１０に出力される。アンプ６１０は、当該型締力トルク指令に応じた電流をリニアモータ２９のコイル３５に供給する。リニアモータ２９は、供給される電流に応じた型締力補正用トルク（すなわち、当該型締力誤差が解消されるようなトルク）を出力する。

双方の駆動部において、並行して型締力誤差の補正が行われることで、結果的に、一方の補正分だけ、型締力誤差が生じてしまう。そうすると、電磁石駆動部とリニアモータ駆動部とでは、新たな型締力誤差を解消するため、更に、吸着力又はトルクをそれぞれ逆方向に変化させることで、型締力誤差を解消させようとする。

その結果、例えば、図７（Ａ）に示されるように吸着力Ｌ２は、目標型締力Ｌ１を超えた後も増加を続け、それを解消するために、リニアモータ２８は、型締め方向（可動プラテン１２を前進させる方向）とは逆方向の型締力補正用トルクＬ５を発生させる。その結果、型締力検出値は、目標型締力に維持されるように調整される（図７（Ｃ）の実線Ｌ６）。但し、この場合、電磁石４９のコイル４８とリニアモータ２８のコイル３５とには過大な電流が供給され、消費電力が増加すると共に、異常動作の原因になりかねない。

しかし、本実施の形態における型締装置１０では、ＬＰＦ６１２とＨＰＦ６１４とによって、二つの駆動部によるフィードバック制御の間において、型締力誤差に関して帯域分離が図られている。したがって、図７に示したような問題点、すなわち、二つの駆動部による干渉は適切に防止されるのである。

なお、本実施の形態においては、型締力検出手段として金型に加わる荷重を検出する型締力検出器５５を用いることが望ましいため、型締力検出器５５を用いた例を示した。但し、型締力検出手段として、電磁石の磁束密度を検出する磁束密度検出器を用いてもよいし、リヤプラテン１３と吸着板２２との間のギャップδを計測する距離検出器等を用いてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型閉じ時の状態を示す図である。 本発明の実施の形態における金型装置及び型締装置の型開き時の状態を示す図である。 第一の実施の形態における制御部の構成例を示す図である。 第一の実施の形態の制御部による型締力の制御方法を説明するための図である。 第二の実施の形態における制御部の構成例を示す図である。 第二の実施の形態の制御部による型締力の制御方法を説明するための図である。 第二の実施の形態の制御部においてＬＰＦ及びＨＰＦを用いない場合に生じ得る不都合を説明するための図である。

符号の説明

１０ 型締装置
１１ 固定プラテン
１２ 可動プラテン
１３ リヤプラテン
１４ タイバー
１５ 固定金型
１６ 可動金型
１７ 射出装置
１８ 射出ノズル
１９ 金型装置
２１ ガイドポスト
２２ 吸着板
２３ ガイド穴
２４ 大径部
２５ 小径部
２８ リニアモータ
２９ 固定子
３１ 可動子
３７ 電磁石ユニット
３９ ロッド
４１、４２ 穴
４３ ねじ
４４ ナット
４５ コイル配設部
４６ コア
４７ ヨーク
４８ コイル
４９ 電磁石
５１ 吸着部
５５ 型締力検出器
５６ エンコーダ
６０、６０ａ、６０ｂ 制御部
６０１ 上位コントローラ
６０２ 電流パターン生成器
６０３、６１０ アンプ
６０４、６０７、６１１ 加算器
６０５、６１３ ＰＩ制御器
６０６ リミッタ
６０８ ＰＩＤ制御器
６０９ 切替器
６１２ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
６１４ ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）
Ｂｒ１ 軸受部材
Ｇｄ ガイド
Ｆｒ フレーム
ｎ１、ｎ２ ナット

Claims (7)

1. 電磁石によって型締力を発生させ、リニアモータの移動によって型開閉を行う型締装置であって、
   前記型締力を検出する型締力検出手段と、
   前記リニアモータの移動に関する位置を検出する位置検出手段と、
   前記リニアモータの制御対象を型締力検出値又は位置検出手段の位置検出値に切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする型締装置。
2. 前記型締力検出手段によって検出される型締力の検出値と目標型締力との第一の誤差を補正するために前記リニアモータに出力させる第一のトルク値を算出する第一のトルク算出手段と、
   前記位置検出手段によって検出される位置の検出値と目標位置との第二の誤差を補正するために前記リニアモータに出力させる第二のトルク値を算出する第二のトルク算出手段とを有し、
   前記切り替え手段は、前記リニアモータに出力させるトルクのトルク値を前記第一のトルク値又は前記第二のトルク値のいずれかに切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする請求項１記載の型締装置
3. 前記第一の誤差を補正するために前記電磁石に供給する電流値を算出する供給電流算出手段を有することを特徴とする請求項２記載の型締装置。
4. 前記第一の誤差のうち低周波数成分を前記供給電流算出手段に通過させる第一のフィルタ手段と、
   前記第一の誤差のうち高周波数成分を前記第一のトルク値算出手段に通過させる第二のフィルタ手段とを有することを特徴とする請求項３記載の型締装置。
5. 前記第一のトルク値算出手段によって算出されるトルク値を予め設定された制限値以内に抑制するトルク値制限手段を有することを特徴とする請求項３又は４記載の型締装置。
6. 前記型締力検出手段は、前記型締力の作用によって部材にかかる荷重を検出することを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項記載の型締装置。
7. 前記型締力検出手段は、前記電磁石と前記電磁石の吸着面との間の磁束を検出することを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項記載の型締装置。

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