JP2011115967A - 生産機械及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 省エネルギ性に優れた省エネ運転を容易に行えるようにするとともに、成形品や成形条件等の内容に左右されることなく成形品質を確実に確保する。
【解決手段】 制御系Ｃにおける全ての制御項目の制御定数を通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定して運転を行う通常運転モードＭｓと、制御系Ｃにおける各制御項目を制御応答性の重要度から少なくとも二つのグループＧｓ，Ｇｅに分類し、重要度の高いグループＧｓに属する制御項目Ｄｓ…の制御定数を通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定し、かつ重要度の低いグループＧｅに属する制御項目Ｄｅ…の制御定数Ｋｅ…を通常運転時の制御定数Ｋｓ…よりも制御応答性を低下させる大きさに設定して運転を行う省エネ運転モードＭｅと、通常運転モードＭｓ又は省エネ運転モードＭｅを選択するモード選択手段Ｆｓとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動モータを含む制御系を備える射出成形機等の生産機械及びその運転方法に関する。

一般に、各種生産機械では、できるだけ省エネルギ性を高めることが二酸化炭素排出削減等を図る観点からも望ましい。このため、従来より様々な視点から省エネルギ性を高めるための改善がなされており、既に、本出願人も省エネルギ性の向上を目的とした生産機械の駆動方法（特許文献１）を提案した。

同駆動方法は、動力駆動源により所定の生産機械に備えるアクチュエータを駆動する生産機械の駆動方法であって、動力駆動源における複数の異なる大きさの駆動出力によりアクチュエータを駆動し、アクチュエータが正常に動作することを条件として、少なくともアクチュエータの動作状態に係わる物理量とこの動作状態に対応するエネルギ消費に係わる物理量をそれぞれ検出するとともに、この検出結果から所定の選択方法により動力駆動源の駆動出力の大きさを選択し、この選択した駆動出力によりアクチュエータを駆動するようにしたものであり、これにより、ユーザは、動作状態の情報を的確に知ることができ、より最適な設定を行うことができるとともに、省エネルギ性の向上に貢献できる。

特開２００６−２１４９９号公報

しかし、上述した従来における生産機械の駆動方法は、次のような解決すべき課題が存在した。

第一に、ユーザ（オペレータ）により動力駆動源の駆動出力の大きさを任意に選択して設定する必要があるため、成形品や生産条件（成形条件）等の内容によっては成形品質に悪影響を及ぼす虞れがある。したがって、省エネルギ性を向上させるという目的は達成できるとしても、成形品質を確実に確保する観点からは必ずしも最適な手法であるとは言えない。

第二に、オペレータが動力駆動源の駆動出力の大きさを任意に選択する手法を採用するため、実際には、試し成形を行うことにより良品成形が可能かどうかを判別し、試行錯誤を繰り返しなら駆動出力の大きさを設定（選択）する必要がある。したがって、設定には必要以上の長い時間が費やされるとともに、オペレータにとっても設定のための無用な負担を強いられる。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した生産機械及びその運転方法の提供を目的とするものである。

本発明に係る生産機械１は、少なくとも一つ以上の電動モータ２を含む制御系Ｃを備える生産機械を構成するに際して、制御系Ｃにおける全ての制御項目の制御定数を通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定して運転を行う通常運転モードＭｓと、制御系Ｃにおける各制御項目を制御応答性の重要度から少なくとも二つのグループＧｓ，Ｇｅに分類し、重要度の高いグループＧｓに属する制御項目Ｄｓ…の制御定数を通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定し、かつ重要度の低いグループＧｅに属する制御項目Ｄｅ…の制御定数Ｋｅ…を通常運転時の制御定数Ｋｓ…よりも制御応答性を低下させる大きさに設定して運転を行う省エネ運転モードＭｅと、通常運転モードＭｓ又は省エネ運転モードＭｅを選択するモード選択手段Ｆｓとを具備してなることを特徴とする。

一方、本発明に係る生産機械１の運転方法は、少なくとも一つ以上の電動モータ２を含む制御系Ｃを備える生産機械１を運転するに際し、予め、制御系Ｃにおける全ての制御項目の制御定数を通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定して運転を行う通常運転モードＭｓと、制御系Ｃにおける各制御項目を制御応答性の重要度から少なくとも二つのグループＧｓ，Ｇｅに分類し、重要度の高いグループＧｓに属する制御項目Ｄｓ…の制御定数を通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定し、かつ重要度の低いグループＧｅに属する制御項目Ｄｅ…の制御定数Ｋｅ…を通常運転時の制御定数Ｋｓ…よりも制御応答性を低下させる大きさに設定して運転を行う省エネ運転モードＭｅとを設けるとともに、運転を行う際に、選択した通常運転モードＭｓ又は省エネ運転モードＭｅにより運転を行うことを特徴とする。

他方、本発明は好適な態様により、制御項目Ｄｓ…，Ｄｅ…は、生産機械１における動作工程の制御に対して設定する項目を適用できるとともに、制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…には、少なくとも、比例ゲイン，積分時定数（積分ゲイン），微分ゲイン，圧力時定数，速度時定数，の少なくとも一つ以上を含ませることができる。この場合、制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…の大きさを任意に変更可能な制御定数変更手段Ｆｃを設けることができる。また、生産機械１には、通常運転モードＭｓの運転時及び／又は省エネ運転モードＭｅの運転時におけるエネルギ消費に対応する物理量の大きさを検出する物理量検出手段Ｆｄと、検出した物理量及び／又はこの物理量から得るエネルギ消費に係わるデータをディスプレイ３に表示するデータ表示手段Ｆｏを設けることができる。なお、生産機械１には、少なくとも射出成形機１ｏを含ませることができる。

このような本発明に係る生産機械１及びその運転方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 制御系Ｃにおける各制御項目を制御応答性の重要度から少なくとも二つのグループＧｓ，Ｇｅに分類し、重要度の高いグループＧｓに属する制御項目Ｄｓ…の制御定数を通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定し、かつ重要度の低いグループＧｅに属する制御項目Ｄｅ…の制御定数Ｋｅ…を通常運転時の制御定数Ｋｓ…よりも制御応答性を低下させる大きさに設定して運転を行う省エネ運転モードＭｅを選択できるようにしたため、省エネ運転モードＭｅの選択により制御応答性を低下させた場合でも、制御定数が変更されるのは、成形品質に影響しない型開閉等の制御項目Ｄｅ…の制御定数Ｋｅ…のみとなる。したがって、省エネ運転モードＭｅにより運転する場合でも、成形品や成形条件等の内容に左右されることなく、成形品質を確実に確保できる。

（２） モード選択手段Ｆｓにより通常運転モードＭｓ又は省エネ運転モードＭｅを選択できるようにしたため、ユーザ（オペレータ）は、選択キーの操作等により省エネ運転モードＭｅを選択するのみで省エネルギ性に優れた省エネ運転を行うことができ、二酸化炭素排出削減及び経済性向上に寄与できるとともに、省エネ運転に伴うオペレータによる試し運転や設定が不要となり、容易に省エネ運転を行うことができる。

（３） 好適な態様により、制御項目Ｄｓ…，Ｄｅ…に、生産機械１における動作工程の制御に対して設定する項目を適用すれば、比較的電力消費の大きい動作工程の制御項目Ｄｓ…，Ｄｅ…を網羅することにより実効性を高めることができる。

（４） 好適な態様により、制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…に、少なくとも、比例ゲイン，積分時定数（積分ゲイン），微分ゲイン，圧力時定数，速度時定数，の少なくとも一つ以上を含ませれば、予め設定した定数の選択のみで容易に実施できるとともに、省エネ運転モードＭｅでは、これらの定数の選択により制御応答性を低下させることができるため、負荷が無用に大きくなる不具合を回避して本発明の十分な有効性を確保できる。

（５） 好適な態様により、制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…の大きさを任意に変更可能な制御定数変更手段Ｆｃを設ければ、ユーザは実際の生産性と省エネルギ性の兼ね合いから省エネ運転モードＭｅの最適化を図ることができるとともに、基本的には制御応答性にとって重要度の低い制御定数Ｋｅ…の変更となるため、成形品質には影響しない。したがって、初心者（ユーザ）でも容易に変更を行うことができる。

（６） 好適な態様により、通常運転モードＭｓの運転時及び／又は省エネ運転モードＭｅの運転時におけるエネルギ消費に対応する物理量の大きさを検出する物理量検出手段Ｆｄと、検出した物理量及び／又はこの物理量から得るエネルギ消費に係わるデータをディスプレイ３に表示するデータ表示手段Ｆｏを設ければ、ユーザは、省エネルギ性に係わるリアルタイムの把握と今後の省エネルギ性設計に有効に利用できる。

（７） 好適な態様により、生産機械１として、少なくとも射出成形機１ｏを含ませれば、射出成形機１ｏに対してより有効な省エネルギ性対策を施すことができる。特に、射出成形機１ｏは、一成形サイクル当たりの動作工程が比較的多くなるため、制御系Ｃにおける各制御項目Ｄｓ…，Ｄｅ…に対して制御応答性の重要度からのグループ分けも容易かつ明確に行うことができ、結果的に、省エネルギ性を高める観点からの本発明の有効性をより高めることができる。

本発明の好適実施形態に係る射出成形機（生産機械）の概略構成図、運転方法を実施できる射出成形機（生産機械）の概略構成図、 同射出成形機に備える制御系の要部を示すブロック系統図、 同制御系における速度補償部のブロック系統図、 同制御系における圧力補償部のブロック系統図、 本発明の好適実施形態に係る運転方法の実施に用いる制御定数の一例を棒グラフで示す設定データ、 同運転方法を実施した際におけるモータトルク及び実効トルクの変化特性データ、 同運転方法における成形サイクルを４．５秒に設定したときの実効トルクとサイクル時間の実測データ、 同運転方法における成形サイクルを３．５秒に設定したときの実効トルクとサイクル時間の実測データ、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る射出成形機１ｏ（生産機械１）の基本的な構成について、図１を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る生産機械１となる射出成形機１ｏの全体構成を示す。射出成形機１ｏは、射出装置１ｏｉ及び型締装置を備える。なお、型締装置は図示を省略し、この型締装置により支持される金型１０のみを示す。射出装置１ｏｉは、前端に射出ノズル１１ｎを、後部にホッパ１１ｈをそれぞれ有する加熱筒１１を備え、この加熱筒１１の内部にはスクリュ１２を挿入するとともに、加熱筒１１の後端にはスクリュ駆動部１３を設ける。スクリュ駆動部１３は、片ロッドタイプの射出ラム１４を内蔵する射出シリンダ（油圧シリンダ）１５を備え、射出ラム１４の前方に突出するラムロッド１４ｒはスクリュ１２の後端に結合する。また、射出ラム１４の後端には、射出シリンダ１５に取付けたオイルモータ１６のシャフトがスプライン結合する。射出装置１ｏｉは、射出ノズル１１ｎを金型１０にノズルタッチし、金型１０のキャビティ内に溶融樹脂を射出充填することができる。

一方、２１は油圧駆動部であり、油圧駆動源となる可変吐出型油圧ポンプ２２及び切換バルブ回路３２を備える。油圧ポンプ２２は、ポンプ部２３とこのポンプ部２３を回転駆動する交流サーボモータ等を用いたサーボモータ２ｓ（電動モータ２）を備える。２５はサーボモータ２ｓの回転数を検出するロータリエンコーダを示す。また、ポンプ部２３は、斜板型ピストンポンプにより構成するポンプ機体２６を内蔵する。したがって、ポンプ部２３は、斜板２７を備え、斜板２７の傾斜角（斜板角）を大きくすれば、ポンプ機体２６におけるポンプピストンのストロークが大きくなり、吐出流量が増加するとともに、斜板角を小さくすれば、同ポンプピストンのストロークが小さくなり、吐出流量が減少する。よって、斜板角を所定の角度に設定することにより、吐出流量が所定の大きさに固定される固定吐出流量を設定することができる。斜板２７には、コントロールシリンダ２８及び戻しスプリング２９を付設するとともに、コントロールシリンダ２８は、切換バルブ（電磁バルブ）３０を介してポンプ部２３（ポンプ機体２６）の吐出口に接続する。これにより、コントロールシリンダ２８を制御することにより斜板２７の角度（斜板角）を変更することができる。

さらに、ポンプ部２３の吸入口は、オイルタンク３１に接続するとともに、ポンプ部２３の吐出口は、切換バルブ回路３２の一次側に接続し、さらに、切換バルブ回路３２の二次側は、射出成形機１ｏにおける射出シリンダ１５及びオイルモータ１６をはじめ、型締シリンダ，突出しシリンダ及び射出装置移動シリンダを含む他の各アクチュエータに接続する。したがって、切換バルブ回路３２には、少なくとも、射出シリンダ１５，オイルモータ１６及び他の各アクチュエータにそれぞれ接続する切換バルブ（電磁バルブ）を備えている。なお、各切換バルブは、それぞれ一又は二以上のバルブ部品をはじめ、必要な付属油圧部品等により構成され、少なくとも、射出シリンダ１５，オイルモータ１６及び他の各アクチュエータに対する作動油の供給，停止，排出に係わる切換機能を有する。

これにより、サーボモータ２ｓの回転数を可変制御すれば、可変吐出型油圧ポンプ２２の吐出流量及び吐出圧力を可変でき、これに基づいて、上述した射出シリンダ１５，オイルモータ１６及び他の各アクチュエータに対する駆動制御を行うことができるとともに、成形サイクルにおける各動作工程の制御を行うことができる。このように、油圧ポンプに斜板角の変更により固定吐出流量を設定可能な可変吐出型油圧ポンプ２２を使用すれば、ポンプ容量を所定の大きさの固定吐出流量に設定できるとともに、固定吐出流量を基本として吐出流量及び吐出圧力を可変できるため、制御系Ｃによる制御を容易かつ円滑に実施できる。

他方、Ｃは射出成形機１ｏの全体の制御を司る制御系であり、成形機コントローラ４１を備えるとともに、この成形機コントローラ４１に接続した制御パネル４２を備える。成形機コントローラ４１は、ＣＰＵ，メモリ等のハードウェアを有するとともに、各種演算処理及び各種制御処理（シーケンス制御）を実行するため処理プログラム（ソフトウェア）を有するコンピュータ機能を備えている。したがって、本実施形態に係る運転方法に用いる処理プログラムも格納し、後述する通常運転モードＭｓ及び省エネ運転モードＭｅを実行することができる。また、制御パネル４２は、液晶表示器等を用いたディスプレイ３を備える。ディスプレイ３には、タッチパネル４２ｔを付設し、このタッチパネル４２ｔは各種設定操作及び選択操作等を行うことができる操作部４３を構成する。

したがって、操作部４３は、少なくとも、通常運転モードＭｓを選択する通常運転モード選択キー４３ｓ及び省エネ運転モードＭｅを選択する省エネ運転モード選択キー４３ｅを備え、通常運転モード選択キー４３ｓ及び省エネ運転モード選択キー４３ｅは、通常運転モードＭｓ又は省エネ運転モードＭｅを選択するモード選択手段Ｆｓを構成する。さらに、操作部４３には、後述する各種制御項目Ｘｓ…，Ｘｅ…における制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…を設定する制御定数設定部４４を備え、この制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…には、少なくとも、比例ゲイン，積分時定数（積分ゲイン），微分ゲイン，圧力時定数，速度時定数，の少なくとも一つ以上が含まれる。制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…に、これらのゲイン及び時定数を含ませれば、予め設定した定数の選択のみで容易に実施できるとともに、省エネ運転モードＭｅでは、これらの定数の選択により制御応答性を低下させることができるため、負荷が無用に大きくなる不具合を回避して本発明の十分な有効性を確保できる。

一方、制御系Ｃには射出装置１ｏｉに付設したセンサ類を備える。具体的には、射出装置１ｏｉにおけるスクリュ１２の位置を検出するリニアエンコーダ等を用いたスクリュ位置センサ４５及び射出装置１ｏｉの射出シリンダ１５の動作に基づく射出圧を検出する複数の場所に付設した射出圧センサ、即ち、射出シリンダ１５における後油室１５ｒ内部の油圧を検出するシリンダ内圧センサ４６及び油圧ポンプ２２から吐出する油圧を検出するポンプ圧センサ４７を備える。そして、各センサ４５，４６及び４７は、成形機コントローラ４１の入力ポートに接続する。さらに、成形機コントローラ４１の入力ポートには、前述したロータリエンコーダ２５を接続するとともに、成形機コントローラ４１の出力ポートには、前述したサーボモータ２ｓを接続する。

また、成形機コントローラ４１は、後述する通常運転モードＭｓ及び／又は省エネ運転モードＭｅの運転時におけるエネルギ消費に対応する物理量となるサーボモータ２ｓに流れる電流（トルク）及び流れる時間等の物理量の大きさを検出する。したがって、成形機コントローラ４１は物理量検出手段Ｆｄを構成するとともに、制御系Ｃは、成形機コントローラ４１により検出した物理量及び／又はこの物理量から得るエネルギ消費に係わるデータをディスプレイ３に表示することができるデータ表示手段Ｆｏを構成する。

次に、射出成形機１ｏに備える制御系Ｃのより具体的な構成について、図２〜図４を参照して説明する。

図２は、制御系Ｃ（成形機コントローラ４１）における要部の構成をブロック系統図で示す。５１は速度変換器、５２は速度補償部、５３は圧力補償部、５４は速度リミッタ、５５は回転速度補償部、５６は速度変換器、５７はトルク補償部、５８は電流検出器、５９はセンサ切換器、６０は入力速度切換器をそれぞれ示す。また、前述したスクリュ位置センサ４５は、速度変換器５１に接続するとともに、前述したシリンダ内圧センサ４６及びポンプ圧センサ４７は、それぞれセンサ切換器５９に接続する。これにより、スクリュ位置センサ４５から得る位置検出値Ｘｄは、速度変換器５１により速度検出値Ｖｄに変換されて速度補償部５２に付与されるとともに、シリンダ内圧センサ４６から得る圧力検出値Ｐｄｃ及びポンプ圧センサ４７から得る圧力検出値Ｐｄｐは、センサ切換器５９により選択されて圧力補償部５３に付与される。さらに、ロータリエンコーダ２５から得る回転数検出値Ｘｄｐは、速度変換器５６により回転速度検出値Ｖｄｐに変換され、回転速度補償部５５に付与されることにより、サーボモータ２ｓの回転速度に対するマイナループのフィードバック制御が行われる。

一方、速度補償部５２には、予め設定した速度設定値（速度目標値）Ｖｓが付与されるとともに、圧力補償部５３には、予め設定した圧力設定値（圧力目標値）Ｐｓが付与される。また、速度設定値Ｖｓは、入力速度切換器６０及び圧力補償部５２にも付与される。この入力速度切換器６０により、速度補償部５２の出力又は速度設定値Ｖｓが選択されて速度リミッタ５４に付与され、速度制限値として設定される。この速度リミッタ５４には、圧力補償部５３から出力する圧力補償された速度指令値Ｖｃｏも付与される。さらに、速度リミッタ５４から出力する速度指令値Ｖｃａは、回転速度補償部５５に付与されるとともに、この回転速度補償部５５から出力するトルク指令値はトルク補償部５７に付与される。そして、トルク補償部５７から出力するモータ駆動電流がサーボモータ２ｓに供給され、サーボモータ２ｓが駆動される。なお、モータ駆動電流の大きさは、電流検出器５８により検出され、トルク補償部５７に付与されることにより、モータ駆動電流に対するマイナループのフィードバック制御が行われる。この電流検出器５８は、エネルギ消費に対応する物理量となるサーボモータ２ｓに流れる電流の大きさを検出する物理量検出手段Ｆｄとしても用いられる。

図３及び図４には、上述した速度補償部５２及び圧力補償部５３のより具体的なブロック系統図をそれぞれ示す。

図３は速度補償部５２を示す。速度補償部５２は、偏差演算器６５及びＰＩＤ制御系５２ｃを備えるとともに、偏差演算器６５の入力部に接続したランプ回路７５を備える。ＰＩＤ制御系５２ｃには、加算器６６，積分器６７，１／積分値を出力する演算器６８，積分リミッタ６９，加減算器７０，減算器７１，遅延器７２，微分器７３及び比例ゲイン設定器７４が含まれる。ランプ回路７５は、入力する速度設定値Ｖｓを、０又は低い値から徐々に速度設定値Ｖｓに到達させる７５ｑで示す特性より出力させるランプ処理機能を備える。これにより、速度補償部５２では、偏差演算器６５の非反転入力部にランプ回路７５を介して速度設定値Ｖｓが付与されるとともに、偏差演算器６５の反転入力部に速度検出値Ｖｄが付与され、偏差演算器６５の出力部には、速度設定値Ｖｓと速度検出値Ｖｄの偏差、即ち、速度偏差値Ｅｖを得る。ＰＩＤ制御系５２ｃは、この速度偏差値Ｅｖを速度補償して速度指令値Ｖｃｓを得、この速度指令値Ｖｃｓを速度補償部５２の出力として入力速度切換器６０（図２）に付与する。この場合、ＰＩＤ制御系５２ｃではＩ−ＰＤ制御が行われる。本実施形態に係る射出成形機１ｏでは、速度に対するフィードバック制御系に、応答性の比較的遅い油圧回路を含むため、このようなＩ−ＰＤ制御が適しており、制御系の調整が容易となり、コストダウンを図れる利点も得られる。

図４は圧力補償部５３を示す。圧力補償部５３は、偏差演算器８１及びＰＩＤ制御系５３ｃを備えるとともに、偏差演算器８１の入力部に接続したランプ回路９１を備える。ＰＩＤ制御系５３ｃには、加算器８２，積分器８３，１／積分値を出力する演算器８４，積分リミッタ８５，減算器８６，加減算器８７，遅延器８８，微分器８９及び比例ゲイン設定器９０が含まれる。ランプ回路９１は、入力する圧力設定値Ｐｓを、０又は低い値から徐々に圧力設定値Ｐｓに到達させる９１ｑで示す特性より出力させるランプ処理機能を備える。これにより、圧力補償部５３では、偏差演算器８１の非反転入力部にランプ回路９１を介して圧力設定値Ｐｓが付与されるとともに、偏差演算器８１の反転入力部に圧力検出値Ｐｄｃ又はＰｄｐが付与され、偏差演算器８１の出力部には、圧力設定値Ｐｓと圧力検出値Ｐｄｃ又はＰｄｐの偏差、即ち、圧力偏差値Ｅｐを得る。ＰＩＤ制御系５３ｃは、この圧力偏差値Ｅｐを圧力補償して速度指令値Ｖｃｏを得、この速度指令値Ｖｃｏを圧力補償部５３の出力として速度リミッタ５４に付与する。この場合、ＰＩＤ制御系５３ｃではＰＩ−Ｄ制御が行われる。本実施形態に係る射出成形機１ｏでは、圧力に対するフィードバック制御系に、応答性の比較的遅い油圧回路を含むため、このようなＰＩ−Ｄ制御が適しており、制御系の調整（エンコード）が容易となり、コストダウンを図れる利点も得られる。

次に、本実施形態に係る射出成形機１ｏにおける要部構成について、図１〜図５を参照して説明する。

本実施形態に係る射出成形機１ｏは、通常の運転を行う通常運転モードＭｓ、即ち、各制御項目における制御定数を最も標準的な成形動作が行われるように設定した通常運転モードＭｓを備えることに加え、特に省エネルギ性の高い運転を行うことができる省エネ運転モードＭｅを備えている。

このため、まず、制御系Ｃにおける各制御項目に対して制御応答性の重要度を判断し、各制御項目を、制御応答性の重要度が高いグループＧｓと制御応答性の重要度が低いグループＧｅの二つのグループに分類する。図５に、一例として、油圧ポンプ２２に対する制御においてゲイン調整を行う十四の制御項目を示す。油圧ポンプ２２に対する制御に着目した場合、制御応答性に対する重要度の高い制御項目は、成形品質に直接影響を与える制御項目Ｄｓ…、具体的には、溶融樹脂を金型１０に射出充填する射出充填工程及び金型１０に充填された樹脂に保圧を付与する保圧工程を含む射出工程に関係する制御項目となるため、図５の場合、「射出充填（小）」，「保圧上昇（小）」，「射出充填（大）」．「計量」及び「保圧上昇（大）」等の制御項目を含む計八つの制御項目Ｄｓ…が重要度の高い制御項目に該当する。したがって、この八つの制御項目Ｄｓ…がグループＧｓに分類される。これに対して、重要度の低い制御項目は、成形品質には影響を与えない制御項目Ｄｅ…、具体的には、グループＧｓの制御項目Ｄｓ…を除いた、「バイアス」，「型開閉」，「射出装置」及び「エジェクタ」等の制御項目を含む計六つの制御項目Ｄｅ…が該当する。したがって、この六つの制御項目Ｄｅ…がグループＧｅに分類される。このように、制御項目Ｄｓ…，Ｄｅ…には、射出成形機１ｏ（生産機械１）における動作工程の制御に対して設定する項目を適用することが望ましい。これにより、比較的電力消費の大きい動作工程の制御項目Ｄｓ…，Ｄｅ…を網羅することにより実効性を高めることができる。

そして、グループＧｅに含まれる重要度の低い制御項目Ｄｅ…に対しては、通常運転モードＭｓで用いる制御定数Ｋｓ…に加えて、省エネ運転モードＭｅで用いる制御定数Ｋｅ…を設定する。この場合、通常運転モードＭｓで用いる制御定数Ｋｓ…は、標準的な成形動作に最も適した大きさを設定するが、省エネ運転モードＭｅで用いる制御定数には、通常運転モードＭｓで用いる制御定数Ｋｓ…よりも制御応答性を低下させる大きさの制御定数Ｋｅ…を設定する。図５の場合、例えば、「バイアス」に係わる制御項目では、比例ゲインｋｐとして、通常運転モードＭｓで用いる１．０〔ｒｐｍ／ＭＰａ〕に設定した制御定数Ｋｓと省エネ運転モードＭｅで用いる０．６〔ｒｐｍ／ＭＰａ〕に設定した制御定数Ｋｅの二つの制御定数を設定するとともに、圧力時定数ｋｎとして、通常運転モードＭｓで用いる１３〔％〕に設定した制御定数Ｋｓと省エネ運転モードＭｅで用いる５〔％〕に設定した制御定数Ｋｅの二つの制御定数を設定する。他の制御項目Ｄｅ…に係わる制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…も同様であり、それぞれ図５に示す例に従って設定する。

したがって、このようなグループＧｅに含まれる重要度の低い制御項目Ｄｅ…における制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…は、図３及び図４に示す速度補償回路５２及び圧力補償回路５３において設定できる。図３に示す速度補償回路５２の場合、ランプ回路７５には、制御定数として速度時定数〔％〕が設定されるため、この速度時定数として、通常運転モードＭｓで用いる「速度時定数１」（制御定数Ｋｓ）と省エネ運転モードＭｅで用いる「速度時定数２」（制御定数Ｋｅ）の二つの選択可能な速度時定数を設定する。同様に、１／積分値を出力する演算器６８には、制御定数として積分時定数〔ｍｓ〕が設定されるため、この積分時定数として、「積分時定数１」（制御定数Ｋｓ）と「積分時定数２」（制御定数Ｋｅ）の二つの選択可能な積分時定数を設定する。微分器７３には、制御定数として微分ゲイン〔ｍｓ〕が設定されるため、この微分ゲインとして、「微分ゲイン１」（制御定数Ｋｓ）と「微分ゲイン２」（制御定数Ｋｅ）の二つの選択可能な微分ゲインを設定する。比例ゲイン７４には、制御定数として比例ゲイン〔ｒｐｍ／ＭＰａ〕が設定されるため、この比例ゲインとして、「比例ゲイン１」（制御定数Ｋｓ）と「比例ゲイン２」（制御定数Ｋｅ）の二つの選択可能な比例ゲインを設定する。

他方、図４に示す圧力補償回路５３の制御定数も速度補償回路５２の場合と同様に設定可能であり、ランプ回路９１における圧力時定数〔％〕として「圧力時定数１」と「圧力時定数２」を設定し、１／積分値を出力する演算器８４における積分時定数〔ｍｓ〕として「積分時定数１」と「積分時定数２」を設定し、微分器８９における微分ゲイン〔ｍｓ〕として「微分ゲイン１」と「微分ゲイン２」を設定し、比例ゲイン９０における比例ゲイン〔ｒｐｍ／ＭＰａ〕として「比例ゲイン１」と「比例ゲイン２」を設定する。

このような省エネ運転モードＭｅで用いる制御定数Ｋｅ…の大きさは、制御パネル４２における制御定数設定部４４（制御定数変更手段Ｆｃ）により任意に設定（変更）することができる。この場合、ユーザ（オペレータ）は、制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…の設定画面をディスプレイ３に表示し、この設定画面を利用して任意に設定（変更）することができる。したがって、ユーザは、制御定数設定部４４を利用することにより、実際の生産性と省エネルギ性の兼ね合いから省エネ運転モードＭｅにおける制御定数Ｋｅ…の最適化を図ることができる。また、基本的には制御応答性にとって重要度の低い制御定数Ｋｅ…の変更となるため、成形品質には影響せず、初心者（ユーザ）であっても容易に変更することができる。

なお、図５に示した省エネ運転モードＭｅに適用する六つの制御項目Ｄｅ…及び図３〜図５に示した比例ゲイン，積分時定数（積分ゲイン），微分ゲイン，圧力時定数，速度時定数は、一例として一部を示したものであり、他の制御項目Ｄｅ…及び制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…に対しても同様に適用できる。この場合、例えば、射出圧抜時間（制御項目Ｄｓ）における時間〔ｓ〕（制御定数Ｋｓ，Ｋｅ）等に対しても適用可能である。また、制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…に、比例ゲイン，積分時定数（積分ゲイン），微分ゲイン，圧力時定数，速度時定数，の少なくとも一つ以上を含ませれば、予め設定した定数の選択のみで容易に実施できるとともに、省エネ運転モードＭｅでは、これらの定数の選択により制御応答性を低下させることができるため、負荷が無用に大きくなる不具合を回避して本発明の十分な有効性を確保できる。さらに、適用する制御項目Ｄｅ…及び制御定数Ｋｓ…，Ｋｅ…は、多くなるほど、省エネルギ性を高めた運転を行うことができる。

次に、本実施形態に係る運転方法を含む射出成形機１ｏにおける要部機能（動作）について、図１〜図８を参照して説明する。

射出成形機１ｏは、通常運転モードＭｓと省エネ運転モードＭｅを選択して運転することができる。したがって、運転を行う際には、まず、通常運転モードＭｓ又は省エネ運転モードＭｅの選択を行う。この場合、前述した制御パネル４２に表示される通常運転モード選択キー４３ｓをＯＮにして通常運転モードＭｓを選択できるとともに、省エネ運転モード選択キー４３ｅをＯＮにして省エネ運転モードＭｅを選択できる。

通常運転モードＭｓを選択すれば、成形機コントローラ４１では制御定数に対する切換指令が出力し、通常運転モードＭｓに対応した制御定数Ｋｓ…に設定、即ち、制御系Ｃにおける全ての制御項目の制御定数が通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定される。具体的には、速度補償回路５２及び圧力補償回路５３等において、制御定数Ｋｓ…として設定された比例ゲイン１，積分時定数（積分ゲイン）１，微分ゲイン１，圧力時定数１，速度時定数１等に設定される。したがって、通常運転モードＭｓでは、最も標準的な成形動作が行われることになり、制御系Ｃの全ての制御項目Ｄｓ…の制御動作における制御応答性が確保され、例えば、型開閉やエジェクタ等の制御動作も設定された成形条件を満たす的確（正確）な動作が行われる。

一方、省エネ運転モードＭｅを選択すれば、成形機コントローラ４１では制御定数に対する切換指令が出力し、省エネ運転モードＭｓに対応した制御定数Ｋｅ…に設定、即ち、制御系ＣにおけるグループＧｅに分類された制御項目Ｄｅ…の制御定数が、省エネ運転モードＭｓに対応する制御定数Ｋｅ…に設定される。具体的には、速度補償回路５２及び圧力補償回路５３等において、制御定数Ｋｅ…として設定された比例ゲイン２，積分時定数（積分ゲイン）２，微分ゲイン２，圧力時定数２，速度時定数２等に設定される。

したがって、省エネ運転モードＭｅでは、制御応答性を低下させる制御定数Ｋｅ…が設定されるため、対応する制御項目Ｄｅ…の制御動作においては、制御応答性が十分に確保されない場合も生じる。例えば、型開閉やエジェクタ等の制御動作がいわば緩慢な動作となり、設定した成形条件を満たさない場合もあり得る。この結果、成形サイクル時間も通常運転モードＭｓよりも若干長くなるとともに、そのバラツキも大きくなるが、正確な動作を満たすための無用なエネルギロスの発生が回避される。なお、このような制御応答性の低下は、型開閉やエジェクタ等の成形品質に影響しない制御動作に係わるため、成形品質が損なわれることはない。

よって、このような本実施形態に係る射出成形機１ｏ及びその運転方法によれば、制御系Ｃにおける各制御項目を制御応答性の重要度から二つのグループＧｓ，Ｇｅに分類し、重要度の高いグループＧｓに属する制御項目Ｄｓ…の制御定数を通常運転時の制御定数Ｋｓ…に設定し、かつ重要度の低いグループＧｅに属する制御項目Ｄｅ…の制御定数Ｋｅ…を通常運転時の制御定数Ｋｓ…よりも制御応答性を低下させる大きさに設定して運転を行う省エネ運転モードＭｅを選択できるようにしたため、省エネ運転モードＭｅの選択により制御応答性を低下させた場合でも、制御定数が変更されるのは、成形品質に影響しない型開閉等の制御項目Ｄｅ…の制御定数Ｋｅ…のみとなり、省エネ運転モードＭｅにより運転する場合でも、成形品や成形条件等の内容に左右されることなく、成形品質を確実に確保できる。

しかも、ユーザ（オペレータ）は、省エネ運転モード選択キー４３ｅをＯＮにするのみで、省エネルギ性に優れた省エネ運転を行うことができ、二酸化炭素排出削減及び経済性向上に寄与できるとともに、省エネ運転に伴うオペレータによる試し運転や設定が不要となり、容易に省エネ運転を行うことができる。特に、生産機械１として、射出成形機１ｏを適用したため、射出成形機１ｏに対してより有効な省エネルギ性対策を施すことができる。射出成形機１ｏの場合、一成形サイクル当たりの動作工程が比較的多くなるため、制御系Ｃにおける各制御項目Ｄｓ…，Ｄｅ…に対して制御応答性の重要度からのグループ分けも容易かつ明確に行うことができ、結果的に、省エネルギ性を高める観点からの本発明の有効性をより高めることができる。

なお、通常運転モードＭｓと省エネ運転モードＭｅを比較した場合、省エネ運転モードＭｅは通常運転モードＭｓに対して省エネルギ性を高めることができるが、反面、成形サイクル時間が若干長くなる傾向がある。このため、生産時間を重要視する場合には、通常運転モードＭｓを選択すればよく、他方、生産時間に余裕がある場合には、省エネ運転モードＭｅを選択すればよい。この場合、生産時間が若干延びるとしても、全体の省エネルギ性は高められる。

一方、成形機コントローラ４１には、物理量検出手段Ｆｄを備えるため、通常運転モードＭｓの運転時と省エネ運転モードＭｅの運転時におけるエネルギ消費に対応する物理量、例えば、サーボモータ２ｓに流れる電流（トルク）及び流れる時間等の物理量を検出することができる。また、検出した物理量又はこの物理量から得ることができるエネルギ消費に係わるデータは、データ表示手段Ｆｏを構成するディスプレイ３に表示させることができる。このようなデータ表示を行えば、ユーザは、省エネルギ性に係わるリアルタイムの把握と今後の省エネルギ性設計に有効に利用できる。なお、このようなエネルギ消費に係わるデータには、以下に述べる図６〜図８のデータも含まれる。

図６〜図８には、通常運転モードＭｓと省エネ運転モードＭｅの運転結果をデータにより示す。

図６は、通常運転モードＭｓと省エネ運転モードＭｅにより運転を行った際の成形サイクル時間〔秒〕に対するモータトルク〔Ｎｍ〕と実効トルク〔％〕の変化データを示す。図６において、（ａ）が通常運転モードＭｓ、（ｂ）が省エネ運転モードＭｅである。図６より明らかなように、（ａ）中、点線で囲んだ範囲Ａｒにおける通常運転モードＭｓのモータトルク及び実効トルクの挙動と、（ｂ）中、点線で囲んだ範囲Ａｉにおける省エネ運転モードＭｅのモータトルク及び実効トルクの挙動とを比較した場合、通常運転モードＭｓ（範囲Ａｒ）では、挙動変化の回数が比較的多くなっているのに対して、省エネ運転モードＭｅ（範囲Ａｉ）では、挙動変化の回数が比較的少なくなっている。モータトルク及び実効トルクの挙動変化の回数が少なくなれば、サーボモータ２ｓには、その分、負荷がかからないため、その分、エネルギ消費も低減される。即ち、省エネルギ性が高められることを意味する。なお、図６には、モータトルク〔Ｎｍ〕と実効トルク〔％〕の挙動と対比できるように、スクリュ位置〔ｍｍ〕，型位置〔ｍｍ〕及び射出圧〔ＭＰａ〕を一致したタイミングにより一緒に表示した。

また、図７及び図８は、通常運転モードＭｓと省エネ運転モードＭｅにより運転を行った際の実効トルクの平均値、最大値、最小値、最大値と最小値の差、アンプの累積負荷率を示す。図７は、成形サイクル内の中間時間を１．１〔秒〕に設定して、一成形サイクルを４．５秒とした場合、図８は、成形サイクル内の中間時間を０．１〔秒〕に設定して、一成形サイクルを３．５秒とした場合、の成形結果を示す。なお、アンプの累積負荷率は、小バーフロー金型を用いてＬＣＰ（液晶ポリマ）樹脂を成形し、サーボモータ２ｓの負荷率をアンプにより測定したデータである。
図７及び図８から明らかなように、例示の場合は、省エネ運転モードＭｅの圧力ゲインを通常運転モードＭｓの圧力ゲインよりも１／２〜１／４程度に低下させているため、サーボモータ２ｓへの負荷は低減し、通常運転モードＭｓと省エネ運転モードＭｅの駆動電力を比較した場合、省エネ運転モードＭｅでは２０〔％〕程度改善されており、省エネルギ性については十分な効果を確認できた。なお、省エネ運転モードＭｅではサイクル時間が若干長くなり、バラツキもやや大きくなっている。また、通常運転モードＭｓ及び省エネ運転モードＭｅ共に全て良品の成形品が得られた。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、電動モータ２として油圧ポンプ２２を駆動するサーボモータ２ｓを示したが、他の駆動部に用いる電動モータであってもよいし、その数量も任意である。また、電動モータ２の種類も任意であり、同様の効果を得るものであれば、ステッピングモータや電磁ソレノイド等の各種電磁機器も包含される。さらに、制御系Ｃにおける各制御項目を制御応答性の重要度から少なくとも二つのグループＧｓ，Ｇｅに分類した場合を示したが、三つ以上のグループに分類し、例えば、省エネルギ性効果の比較的小さい第一省エネ運転モードと省エネルギ性効果の比較的大きい第二省エネ運転モードを設けるなど、様々な形態により実施できる。

本発明に係る生産機械１及びその運転方法は、例示した射出成形機１ｏをはじめ、他の各種成形機，プレス機械及びＮＣ加工機等の生産に係わる各種生産機械に利用できる。

１：生産機械，１ｏ：射出成形機，２：電動モータ，３：ディスプレイ，Ｃ：制御系，Ｄｓ…：制御項目，Ｄｅ…：制御項目，Ｋｓ…：制御定数，Ｋｅ…：制御定数，Ｇｓ：重要度の高いグループ，Ｇｅ：重要度の低いグループ，Ｆｓ：モード選択手段，Ｆｃ：制御定数変更手段，Ｆｄ：物理量検出手段，Ｆｏ：データ表示手段

Claims (9)

1. 少なくとも一つ以上の電動モータを含む制御系を備える生産機械において、前記制御系における全ての制御項目の制御定数を通常運転時の制御定数に設定して運転を行う通常運転モードと、前記制御系における各制御項目を制御応答性の重要度から少なくとも二つのグループに分類し、重要度の高いグループに属する制御項目の制御定数を前記通常運転時の制御定数に設定し、かつ重要度の低いグループに属する制御項目の制御定数を前記通常運転時の制御定数よりも制御応答性を低下させる大きさに設定して運転を行う省エネ運転モードと、前記通常運転モード又は前記省エネ運転モードを選択するモード選択手段とを具備してなることを特徴とする生産機械。
2. 前記制御項目は、生産機械における動作工程の制御に対応して設定する項目であることを特徴とする請求項１記載の生産機械。
3. 前記制御定数は、少なくとも、比例ゲイン，積分時定数（積分ゲイン），微分ゲイン，圧力時定数，速度時定数，の少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１記載の生産機械。
4. 前記制御定数の大きさを任意に変更可能な制御定数変更手段を備えることを特徴とする請求項１，２又は３記載の生産機械。
5. 前記通常運転モードの運転時及び／又は前記省エネ運転モードの運転時におけるエネルギ消費に対応する物理量の大きさを検出する物理量検出手段と、検出した物理量及び／又はこの物理量から得るエネルギ消費に係わるデータを、ディスプレイに表示するデータ表示手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の生産機械。
6. 前記生産機械には、少なくとも射出成形機を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の生産機械。
7. 少なくとも一つ以上の電動モータを含む制御系を備える生産機械の運転方法において、予め、前記制御系における全ての制御項目の制御定数を通常運転時の制御定数に設定して運転を行う通常運転モードと、前記制御系における各制御項目を制御応答性の重要度から少なくとも二つのグループに分類し、重要度の高いグループに属する制御項目の制御定数を前記通常運転時の制御定数に設定し、かつ重要度の低いグループに属する制御項目の制御定数を前記通常運転時の制御定数よりも制御応答性を低下させる大きさに設定して運転を行う省エネ運転モードを設けるとともに、運転を行う際に、選択した前記通常運転モード又は前記省エネ運転モードにより運転を行うことを特徴とする生産機械の運転方法。
8. 前記制御項目は、生産機械における動作工程の制御に対応して設定する項目であることを特徴とする請求項７記載の生産機械の運転方法。
9. 前記制御定数は、少なくとも、比例ゲイン，積分時定数（積分ゲイン），微分ゲイン，圧力時定数，速度時定数，の少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項７記載の生産機械の運転方法。

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