JP3600573B2

JP3600573B2 - 成形機

Info

Publication number: JP3600573B2
Application number: JP2001351990A
Authority: JP
Inventors: 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: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: JP2003145598A

Description

【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、１０ａ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、２８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３１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６０ｍｍ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３２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

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前記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前記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１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。
固定側金型を搭載した固定ダイプレートと、
型開閉駆動源としての回転型サーボモータおよび２つのリニアサーボモータを保持した保持プレートと、
前記固定ダイプレートと前記保持プレートとの間に架け渡され、その両端を前記固定ダイプレートと前記保持プレートにそれぞれ固定されたタイバーと、
可動側金型を搭載し、前記タイバーに挿通・案内されて前後進可能な可動ダイプレートと、
前記回転型サーボモータの出力軸に固定された駆動プーリと、
前記保持プレートに回転可能に保持され、前記駆動プーリの回転をタイミングベルトを介して伝達される被動プーリと、
該被動プーリの回転を直線運動に変換するボールネジ機構と、
該ボールネジ機構の直線運動を受けて、伸張または折り畳まれて、前記可動ダイプレートを前後進駆動するトグルリンク機構と、
前記リニアサーボモータの直線運動部と一体で、その端部を前記可動ダイプレートの左右に固定され、前記可動ダイプレートを前後進駆動する駆動軸とを、
備え、
型開閉行程の低圧高速領域の駆動源に前記リニアサーボモータを用いることを特徴とした成形機。