JPWO2009041233A1 - 型締装置及び型締制御方法 - Google Patents

Abstract

電磁石によって型締力を作用させる型締装置であって、前記型締力を検出する型締力検出部と、前記型締力検出部によって検出される型締力の検出値と目標型締力との誤差に基づいて前記電磁石に供給する電流値を算出する供給電流算出部と、前記供給電流算出部によって算出される電流値を予め定められたパターンに抑制する制限部とを有する。以上により、電磁石によって得られる型締力の制御を適切に行うことのできる型締装置を提供する。

Description

本発明は、型締装置及び型締制御方法に関する。

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（例えば、特許文献１）。

トグル機構によって構成される型締装置は、構造が機械的に連続しているため、ボールねじを駆動する電動機に供給する電流値と、当該電流値に応じたボールねじの駆動によって発生する型締力との関係は機械的に決まる。したがって、定格電流（目標型締力に対応した電流値を有する電流）を電動機に供給することで、安定的に目標型締力を得ることができた。

他方において、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提案されている（例えば、特許文献２）。
特開２００３−２５３９８号公報 国際公開第０５／０９００５２号パンフレット

しかしながら、電磁石は渦電流の影響により応答性が悪いという特性がある。したがって、定格電流が供給されても直ちに当該電流値に対応した型締力を作用させることはできず、目標型締力が得られるまでには、或る程度の時間を要してしまう。

一方で、成形サイクルの短縮化、すなわち、生産性の確保の観点より、型締め開始時（電磁石への電流の供給の開始時）から予め定められた許容時間内に目標型締力が得られ、定常状態が維持できなければならないといった要請がある。

そこで、型締め開始当初に、定格電流を大きく上回る電流（例えば最大電流）を電磁石に供給し、目標型締力到達後に定格電流を供給するように設定することで型締力の立ち上がり応答性を向上させることが考えられる。

但し、型締め開始当初に、定格電流を大きく上回る電流を電磁石に供給した場合、例えば、図１に示されるような現象が生じる可能性がある。

図１は、通常のフィードバック制御における型締力の応答性を向上させる際に生じる問題点を説明するための図である。図１（Ａ）において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は電磁石に供給される電流値を示す。実線Ｉは、時間の経過に応じた電磁石への供給電流の電流値の推移を示す。（Ｂ）において、横軸は（Ａ）の横軸と同期がとられた時間の経過を示し、縦軸は、型締力の大きさを示す。実線Ｆは、時間の経過に応じた型締力の推移を示す。

（Ａ）の実線Ｉに示されるように、型締め開始時（ｔ１）において、供給電流Ｉは、目標型締力に到達するようにフィードバック制御されるため、最大電流が印加される。最大電流の供給に応じ、型締力は、定格電流が供給される場合に比べて応答性良く立ち上がる。そして、ｔ２において目標型締力になったことを検出した後、供給電流Ｉを定格電流まで低下させる。ところが、供給電流Ｉはフィードバック制御の遅れの影響を受ける。このため、ｔ２において目標型締力になったにもかかわらず供給電流Ｉは直ちに下がらず、フィードバック制御の遅れの影響を受けてｔｓにおいて最大電流から低下し始める。このフィードバック制御の遅れは、ＰＩ制御における積分器の作用により発生することが知られている。したがって、型締力は、目標型締力の許容誤差範囲内（以下、「許容型締力」という。）を超えてオーバーシュートしてしまう。図中では、ｔ２以降においてオーバーシュートの状態となっている。また、ｔｓにおいて供給電流Ｉを定格電流まで低下させたとしても、電磁石の応答性の悪さにより型締力Ｆは直ちに低下せず、しばらく増加した後低下し始める。その結果、オーバーシュートの状態はｔ４まで継続し、オーバーシュートが解消されたときは許容時間ｔｐを過ぎてしまっている。このように、型締め開始当初に定格電流より大きな電流を供給する場合、供給電流Ｉが適切に制御されなければ、許容時間ｔｐまでに型締力を目標型締力の許容誤差範囲内に維持することができないだけでなく、型締力のオーバーシュートが発生してしまうという問題がある。許容時間ｔｐまでに目標型締力が得られなければ、成形サイクルが長くなり、生産性が悪化する。また、型締力のオーバーシュートは、成形不良の要因となるだけでなく、金型の寿命を短くしてしまう。

ところで、電磁石を用いた型締装置では、特許文献１に記載のトグル機構を用いた型締装置とは異なり、電磁石とその吸着面との間にギャップが形成され、機械的に不連続な部分が生じる。当該ギャップに関しては、型締め時に適正な型締力が得られるよう予め調整が行われたとしても、型締力の発生に応じて微妙に変化し、その変化は、型締力の大きさに影響を及ぼす（すなわち、ギャップが小さくなると型締力は増加する）。また、電磁石によって生じる磁束は、分布性があり、その挙動をコントロールするのは困難である。

電磁石の以上の特性からも明らかなように、電磁石によって得られる型締力は、根本的にその制御が困難である。したがって、許容時間内に目標型締力が維持される状態にするという要請がある中で、前述したオーバーシュートを回避するのは非常に困難であり、金型に過度な型締力を長時間加えることになってしまう。その結果、金型の寿命が短くなってしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、電磁石によって得られる型締力の制御を適切に行うことのできる型締装置及び型締制御方法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作用させる型締装置であって、前記型締力を検出する型締力検出部と、前記型締力検出部によって検出される型締力の検出値と目標型締力との誤差に基づいて前記電磁石に供給する電流値を算出する供給電流算出部と、前記供給電流算出部によって算出される電流値を予め定められたパターンに抑制する制限部とを有することを特徴とする。

また、本発明は、前記制限部は、予め設定される時間の経過に応じた供給電流の制限値を示す制限情報に基づいて、前記供給電流算出部によって算出される電流値を時間の経過に応じた前記制限値に抑制することを特徴とする。

また、本発明は、前記制限部は、前記供給電流算出部と前記電磁石との間に配設されることを特徴とする。

また、本発明は、前記制限部は、前記制限情報に基づいて、前記供給電流の電流値を、型締め開始時には定格電流を超える所定の値とし、前記型締力が前記目標型締力の許容誤差範囲を超える前に前記所定の値から低下させることを特徴とする。

また、本発明は、前記制限部は、前記供給電流の電流値を、前記所定の値から所定の低下率で低下させることを特徴とする。

また、本発明は、前記制限部は、前記供給電流の電流値を、前記型締力が前記目標型締力の許容誤差範囲に到達する前に前記所定の値から低下させることを特徴とする。

このような型締装置では、電磁石によって得られる型締力の制御を適切に行うことができる。

本発明によれば、電磁石によって得られる型締力の制御を適切に行うことのできる型締装置及び型締制御方法を提供することができる。

通常のフィードバック制御における型締力の応答性を向上させる際に生じる問題点を説明するための図である。 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。 制御部の構成例を示す図である。 第一の実施の形態におけるリミットパターンに基づく型締力の制御を説明するための図である。 第二の実施の形態におけるリミットパターンに基づく型締力の制御を説明するための図である。 第三の実施の形態におけるリミットパターンに基づく型締力の制御を説明するための図である。 第四の実施の形態におけるリミットパターンに基づく型締力の制御を説明するための図である。 モータ枠で磁界の発生領域を閉鎖した回転型モータを適用した本願の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ 型締装置
１１ 固定プラテン
１２ 可動プラテン
１２ａ 可動プラテンフランジ部
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
６０ 制御部
６１ 上位コントローラ
６２ 加算器
６３ ＰＩ制御器
６４ リミッタ
６５ アンプ
７１ ボールねじナット
７２ ボールねじ軸
７３ モータサポート
７４ 型開閉モータ
７５ 位置検出器
Ｂｒ１ 軸受部材
Ｇｄ ガイド
Ｆｒ フレーム
ｎ１、ｎ２ ナット

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閉じ時の状態を示す図、図３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４は、制御部の構成例を示す図である。図４において、制御部６０は、上位コントローラ６１、加算器６２、供給電流算出部としてのＰＩ制御器６３、制限部としてのリミッタ６４、及びアンプ６５等より構成される。なお、制御部６０は、リニアモータ２８の駆動についても制御するが、図中では、リニアモータ２８の駆動系については省略している。

上位コントローラ６１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６１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が移動すべき位置を示す指令（位置指令）とを出力する。位置指令については、リニアモータ２８の駆動系において処理されるため、ここでの説明は省略する。

上位コントローラ６１からの型締力指令は、リニアモータ駆動部の加算器６２に入力される。加算器６２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６２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。算出される型締力誤差は、ＰＩ制御器６３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６３は、例えば、サーボカードによって構成され、型締力誤差に基づいて、電磁石４９に供給する電流値として、型締力誤差を迅速に解消（補正）できるような電流値をＰＩ制御（比例積分制御）によって算出し、当該電流値を示す信号（電磁石電流指令）をリミッタ６４に出力する。ここで、「迅速に解消（補正）できるような電流値」とは、電磁石４９の応答性の悪さを考慮して型締力誤差が迅速に解消されるような電流値を意味する。したがって、ＰＩ制御部６３によって算出される電流値は、必ずしも型締力誤差に対応して一意に定まる電流値ではなく、当該電流値よりも大きな電流値となり得る。

リミッタ６４は、予め入力されている電流のリミットパターンに基づいて、ＰＩ制御器６３から入力される電磁石電流指令に示される電流値（入力電流値）に制限をかける。ここで、電流のリミットパターンとは、時間と供給電流のリミット値（制限値）との関係を示す情報（すなわち、時間の経過に応じた供給電流の制限値を示す情報）をいう。したがって、リミッタ６４は、電磁石電流指令が入力された時間に対応する電流のリミット値をリミットパターンに基づいて判定し、当該リミット値に基づいて入力電流値に制限をかけた電流値を示す電磁石電流指令（制限付き電流指令）をアンプ６５に出力する。リミット値に基づいて入力電流値に制限をかけるとは、入力電流値が当該リミット値を超えている場合は当該リミット値が示す電流値に抑制し、入力電流値が当該リミット値以下である場合は、入力電流値をそのまま出力することをいう。

アンプ６５は、例えば、ドライバカードによって構成され、リミッタ６４より入力される制限付き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。当該電流の供給に応じて電磁石４９は駆動する。

次に、前記構成の型締装置１０の動作について説明する。

制御部６０は、型開閉処理を行い、型閉じ時に、図３の状態において、コイル３５に電流を供給する。続いて、リニアモータ２８が駆動され、可動プラテン１２が前進させられ、図２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。このとき、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。なお、型閉じに必要とされる力は、型締力と比較されて十分に小さくされる。

可動プラテン１２が所定の位置（可動金型１６が固定金型１５に当接されると、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。すなわち、上位コントローラ６１は、予め設定された型締力の目標値（以下、「目標型締力」という。）を示す型締力指令を加算器６２に出力する。加算器６２は、型締力指令値と、型締力検出器５５より逐次入力される型締力検出値とに基づいて型締力誤差を算出し、ＰＩ制御部６３に出力する。ＰＩ制御部６３は、型締力誤差をＰＩ制御によって補正し、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、当該電流値を示す電磁石電流指令をリミッタ６４に出力する。リミッタ６４は、リミットパターンに基づいて、時間の経過に応じた電流値のリミットによって、電磁石電流指令に制限をかけ、制限付き電流指令をアンプ６５に出力する。アンプ６５は、制限付き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５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を介して型締力が可動プラテン１２に伝達され、型締めが行われる。

なお、制御部６０は、型締力の立ち上がり応答性を高めるため、型締力指令が出力された後、目標型締力に対応する電流値の電流（以下、「定格電流」という。）を超える電流をコイル４８に供給する。より具体的には、型締力誤差が大きい型締め開始当初において、ＰＩ制御部６３より出力される電流指令は、定格電流を超える電流値を示す。但し、定格電流を超える電流がコイル４８に供給され続けると、目標型締力に対する許容誤差範囲を超えた型締力が発生してしまう（型締力のオーバーシュート）。そこで、本実施の形態における制御部６０は、型締力のオーバーシュートが防止されるよう制御を行う。当該制御は、リミッタ６４がリミットパターンに基づいて供給電流を制限することにより実現される。リミットパターンの詳細については後述する。

目標型締力が得られた後、型締工程中においては、型締力検出器５５によって検出される型締力検出値が加算器６２に逐次入力され、加算器６２、ＰＩ制御部６３、リミッタ６４、及びアンプ６５によって、型締力が目標型締力の許容誤差範囲内に維持されるようコイル４８に供給される電流が調整され、フィードバック制御が行われる。

この間、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６０は、型開き時に、図２の状態において、前記コイル４８に電流を供給するのを停止する。それに伴って、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、図３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。

次に、リミットパターンに基づく型締力の制御について説明する。図５は、第一の実施の形態におけるリミットパターンに基づく型締力の制御を説明するための図である。

図５（Ａ）において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は電流値を示す。実線Ｌ１は、リミッタ６４に設定されているリミットパターンを示す。破線Ｉは、アンプ６５より電磁石４９のコイル４８に実際に供給される供給電流の電流値の推移を示す。

（Ｂ）において、横軸は（Ａ）の横軸と同期がとられた時間の経過を示し、縦軸は、型締力（型締力検出値）の大きさを示す。実線Ｆは、時間の経過に応じた型締力の推移を示す。

（Ａ）に示されるように、第一の実施の形態におけるリミットパターンＬ１は、型締力Ｆが目標型締力の許容誤差範囲（以下、「許容型締力」という。）に到達した後、許容型締力を超える前、すなわち、オーバーシュートする前（ｔ２）にリミット値が定格電流まで直ちに低下するように定義されている。

このように、型締力が目標型締力に到達した時点で、予め供給電流を低減するようにリミットパターンが設定されているため、応答性が遅い電磁石のフィードバック制御でも、リミットパターンに沿って電流を供給することができるので、型締力のオーバーシュートを防止することができる。

斯かるリミットパターンＬ１がリミッタ６４に設定された場合における、制御部６０による型締力Ｆの制御について説明する。

型締め開始時（ｔ１）からしばらくの間は、型締力の立ち上がり応答性を高めるため、ＰＩ制御部６３からは最大電流（装置の動作が適切に保証される範囲内においてアンプ６５が電磁石４９に供給可能な最大の電流）以上の電流値を示す電流指令がリミッタ６４に出力される。したがって、リミットパターンＬ１通りの制限付き電流指令がリミッタ６４よりアンプ６５に出力され、当該制限付き電流指令に応じた電流がアンプ６５より電磁石４９のコイル４８に供給される。なお、ｔ１からｔｓまでの間は、実線Ｌ１と破線Ｉとは重なっている。

リミットパターンＬ１通りの電流が供給されることにより、型締め開始時（ｔ１）からしばらくの間は、最大電流がコイル４８に供給される。最大電流が供給されることにより、型締力Ｆは、定格電流が供給された場合に比べて応答性良く立ち上がり、ｔ２において許容型締力の上限値に近付く（又は上限値となる）。

ここで、リミッタ６４を設けない通常のフィードバック制御のみの場合には、ｔ２において目標型締力になったにもかかわらず、フィードバック制御の遅れにより直ちに電流が下がらない。その結果、通常のフィードバック制御のみの場合、型締力はオーバーシュートしてしまう。しかしながら、本実施の形態ではオーバーシュートしないようにリミットパターンが設定されているため、型締力Ｆが許容誤差範囲を超える前のｔ２以降はリミットパターンの制限値を超えないように電流が供給される。したがって、ｔ２以降は、リミットパターンＬ１に沿って定格電流が供給される。その結果、型締力Ｆは低下し、その後許容型締力内に維持され、定常状態となる。

なお、型締力Ｆは、型締力検出器５５によって逐次検出され、加算器６２に入力される。加算器６２は、目標型締力に対する型締力Ｆの誤差（型締力誤差）を逐次算出し、ＰＩ制御器６３に出力する。したがって、型締力誤差が小さくなると、フィードバック制御に基づくＰＩ制御器６３より出力される電流指令が示す電流値の方が、リミットパターンＩより小さくなる場合がある。この場合、ＰＩ制御器６３からの電流指令は、リミットをかけられることなくリミッタ６４を通過し、アンプ６５に入力される。アンプ６５からは当該電流指令に応じた電流がコイル４８に出力される。

斯かる状態は、ｔｓ以降において示されている。ｔｓ以降において、供給電流Ｉは、リミットパターンＬ１を離れ、リミット値より小さな値となっている。すなわち、ｔｓ以降においては、フィードバック制御が、リミッタ６４によってリミットをかけられることなく有効となり、型締力Ｆは、許容型締力に維持される。

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、型締め開始当初は定格電流よりも大きな電流（最大電流）が供給電流とされ、型締力がオーバーシュートする前に供給電流が定格電流に低下するようなリミットパターンに基づいて、電磁石４９に電流が供給される。したがって、立ち上がり応答性を向上させつつ、オーバーシュートが発生する可能性を低減させることができる。

ところで、第一実施の形態において、型締力Ｆは、一度許容誤差範囲内に到達した後、供給電流の低下に応じて許容誤差範囲外まで低下（アンダーシュート）してしまっている。その結果、型締力Ｆが再び許容誤差範囲内に到達するために時間を要し、型締め開始時（ｔ１）から型締力が定常状態となるまでの時間を長期化させてしまっているという問題がある。そこで、斯かる問題を解決した例として、第二の実施の形態を説明する。

図６は、第二の実施の形態におけるリミットパターンに基づく型締力の制御を説明するための図である。図６中、図５と同じ対象に対しては同一符号を付している。

（Ａ）に示されるように、第二の実施の形態におけるリミットパターンＬ１は、型締力Ｆが許容型締力に到達した後、許容型締力を超える前、すなわち、オーバーシュートする前（ｔ２）にリミット値が低下し始めるように定義されている。但し、リミット値は直ちに定格電流まで低下せず、傾きを徐々に小さくしつつ、緩やかに定格電流に到達するように定義されている。ｔ２において直ちに供給電流を低下させてしまうと、第一の実施の形態において示したように、型締力が再び許容型締力以下になってしまい、最終的に定常状態（型締力が許容型締力に安定的に維持される状態）に到達するまでに時間を要してしまうからである。

このように、型締力が許容誤差範囲に到達した時点で、予め供給電流を低減するようにリミットパターンが設定されているため、応答性が遅い電磁石のフィードバック制御でも、リミットパターンに沿って電流を供給することができるので、型締力のオーバーシュートを防止することができる。

斯かるリミットパターンＬ１がリミッタ６４に設定された場合における、制御部６０による型締力Ｆの制御について説明する。

型締め開始時（ｔ１）からしばらくの間は、型締力の立ち上がり応答性を高めるため、ＰＩ制御部６３からは最大電流以上の電流値を示す電流指令がリミッタ６４に出力される。したがって、リミットパターンＬ１通りの制限付き電流指令がリミッタ６４よりアンプ６５に出力され、当該制限付き電流指令に応じた電流がアンプ６５より電磁石４９のコイル４８に供給される。なお、ｔ１からｔｓまでの間は、実線Ｌ１と破線Ｉとは重なっている。

リミットパターンＬ１通りの電流が供給されることにより、型締め開始時（ｔ１）からしばらくの間は、最大電流がコイル４８に供給される。最大電流が供給されることにより、型締力Ｆは、定格電流が供給された場合に比べて応答性良く立ち上がり、ｔ２において許容型締力の上限値に近付く（又は上限値となる）。

ここで、リミッタ６４を設けない通常のフィードバック制御のみの場合には、ｔ２において目標型締力になったにもかかわらず、フィードバック制御の遅れにより直ちに電流が下がらない。その結果、通常のフィードバック制御のみの場合、型締力はオーバーシュートしてしまう。しかしながら、本実施の形態ではオーバーシュートしないようにリミットパターンが設定されているため、ｔ２以降はリミットパターンの制限値を超えないように電流が供給される。したがって、ｔ２以降は、リミットパターンＬ１に沿って供給電流は低下し始める。すなわち、供給電流は、直ちに定格電流まで低下するのではなく、低下の度合い（低下率）を徐々に小さくしながら低下する。その結果、型締力Ｆは、必要以上に低下することなく、許容型締力内に維持され、許容時間ｔｐ内に、定常状態となる。

なお、型締力Ｆは、型締力検出器５５によって逐次検出され、加算器６２に入力される。加算器６２は、目標型締力に対する型締力Ｆの誤差（型締力誤差）を逐次算出し、ＰＩ制御器６３に出力する。したがって、型締力誤差が小さくなると、フィードバック制御に基づくＰＩ制御器６３より出力される電流指令が示す電流値の方が、リミットパターンＩより小さくなる場合がある。この場合、ＰＩ制御器６３からの電流指令は、リミットをかけられることなくリミッタ６４を通過し、アンプ６５に入力される。アンプ６５からは当該電流指令に応じた電流がコイル４８に出力される。

斯かる状態は、ｔｓ以降において示されている。ｔｓ以降において、供給電流Ｉは、リミットパターンＬ１を離れ、リミット値より小さな値となっている。すなわち、ｔｓ以降においては、フィードバック制御が、リミッタ６４によってリミットをかけられることなく有効となり、型締力Ｆは、許容型締力に維持される。

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、型締め開始当初は定格電流よりも大きな電流（最大電流）が供給電流とされ、型締力がオーバーシュートする前に供給電流が所定の低下率で低下するようなリミットパターンに基づいて、電磁石４９に電流が供給される。したがって、立ち上がり応答性を向上させつつ、オーバーシュートが発生する可能性を低減させることができる。また、型締力のアンダーシュートを回避することもでき、許容時間内に型締力を定常状態とすることができる。

なお、ここでは、型締開始ｔ１からリミットパターンＬ１を設けているが、ｔ１からｔ２の間はリミットパターンＬ１を設けず、ｔ２以降にリミットパターンを設けるようにしてもよい。ｔ１からｔ２の間のリミットパターンの制限値として、最大電流を設定することになり、制限値としての役割を十分果たさないからである。

ところで、第二の実施の形態におけるリミットパターンＬ１は、最大電流から定格電流まで低下させるまでの間において、多数の節点を有し、複雑なパターンとなっている。その結果、型締力が不安定になる可能性がある。図６（Ｂ）においてｔ２以降に型締力が許容誤差範囲内で上下動しているが、これは、型締力が不安定となっている様子を示している。また、節点の決め方が難しいという問題もある。斯かる課題を解決した例として、第三の実施の形態を説明する。

図７は、第三の実施の形態におけるリミットパターンに基づく型締力の制御を説明するための図である。図７中、図６と同じ対象に対しては同一符号を付している。

（Ａ）に示されるように、第三の実施の形態におけるリミットパターンＬ１は、型締力Ｆが許容型締力に到達する前にリミット値が最大電流から徐々に低下するように定義されている。その結果としてリミット値が徐々に低下する間における節点の数は、第二の実施の形態におけるリミットパターンよりも少なくなっており、特に、許容時間ｔｐ内において節点はない。

斯かるリミットパターンＬ１がリミッタ６４に設定された場合における、制御部６０による型締力Ｆの制御について説明する。

型締め開始時（ｔ１）からしばらくの間は、型締力の立ち上がり応答性を高めるため、ＰＩ制御部６３からは最大電流以上の電流値を示す電流指令がリミッタ６４に出力される。したがって、リミットパターンＬ１通りの制限付き電流指令がリミッタ６４よりアンプ６５に出力され、当該制限付き電流指令に応じた電流がアンプ６５より電磁石４９のコイル４８に供給される。なお、ｔ１からｔｓまでの間は、実線Ｌ１と破線Ｉとは重なっている。

リミットパターンＬ１通りの電流が供給されることにより、型締め開始時（ｔ１）からしばらくの間は、最大電流がコイル４８に供給される。最大電流が供給されることにより、型締力Ｆは、定格電流が供給された場合に比べて応答性良く立ち上がる。その後、供給電流Ｉは、型締力Ｆが許容型締力に到達する前であるｔ２においてリミットパターンＬ１に従って所定の低下率で低下し始める。ここで、電流が低下し始めるｔ２は第二の実施の形態とは異なり、目標型締力の許容誤差範囲に到達する前に設定される。その結果、型締力Ｆの傾き（増加の度合い）は供給電流の低下にやや遅れて小さくなる。型締力Ｆは傾きが小さくなった状態で、許容時間ｔｐの前に許容型締力に到達し、許容時間ｔｐにおいて許容型締力内で極大点を形成する。その後、ｔｓ以降においては第二の実施の形態において説明した場合と同様に、供給電流ＩはリミットパターンＬ１を離れ、フィードバック制御が有効となる。したがって、型締力Ｆは、フィードバック制御によって、許容型締力に維持される。

上述したように、第三の実施の形態における型締装置１０によれば、型締め開始当初は定格電流よりも大きな電流（最大電流）が供給電流とされ、型締力が許容型締力に到達する前にリミット値が徐々に低下するようなリミットパターンに基づいて、電磁石４９に電流が供給される。したがって、立ち上がり応答性を向上させつつ、オーバーシュートが発生する可能性を低減させることができ、また、許容時間内に型締力を定常状態とすることができる。

また、型締力が許容型締力に到達する前に供給電流が徐々に低下するため、型締力の傾きを小さくすることができ、緩やかな傾きで許容型締力に到達させることができる。その結果、第二の実施の形態に比べて型締力の制御が容易となり、リミットパターンもシンプルなものとすることができる。なお、本実施の形態では、許容時間ｔｐにおいて型締力が許容型締力内で極大点を形成すると説明したが、換言すれば、許容時間ｔｐにおいて型締力が許容型締力内で極大点が形成させるようにリミットパターンＬ１の形状（ｔ１からｔ２の間隔やｔ２以降の傾き（低下率））を決定するとよい。そうすることにより、リミットパターンＬ１の形状をシンプルなものにすることができるからである。

次に、第四の実施の形態について説明する。図８は、第四の実施の形態におけるリミットパターンに基づく型締力の制御を説明するための図である。図８中、図６又は図７と同じ対象に対しては同一符号を付している。

（Ａ）に示されるように、第四の実施の形態におけるリミットパターンＬ１は、第三の実施の形態より更に早い時期にリミット値が最大電流から低下し始めるように定義されている。図中では、型締め開始時（ｔ１）から低下し始める例が示されている。

斯かるリミットパターンＬ１がリミッタ６４に設定された場合における、制御部６０による型締力Ｆの制御について説明する。

型締め開始時（ｔ１）からしばらくの間は、型締力の立ち上がり応答性を高めるため、ＰＩ制御部６３からは最大電流以上の電流値を示す電流指令がリミッタ６４に出力される。したがって、ｔ１からｔ２までの間は、リミットパターンＬ１通りの制限付き電流指令がリミッタ６４よりアンプ６５に出力され、当該制限付き電流指令に応じた電流がアンプ６５より電磁石４９のコイル４８に供給される。なお、ｔ１からｔｓまでの間は、実線Ｌ１と破線Ｉとは重なっている。

リミットパターンＬ１通りの電流が供給されることにより、型締め開始時（ｔ１）に最大電流がコイル４８に供給され、その直後から。供給電流は所定の低下率で低下し始める。最初に最大電流が供給されることにより、型締力Ｆは、定格電流が供給された場合に比べて応答性良く立ち上がり、許容時間ｔｐの前に許容型締力に到達する。また、供給電流が低下することにより、型締力Ｆは、許容型締力に到達した後、オーバーシュートすることなく許容型締力に維持される。その後、ｔｓ以降において、供給電流Ｉは、第二の実施の形態において説明した場合と同様にリミットパターンＬ１を離れ、フィードバック制御が有効となる。したがって、型締力Ｆは、フィードバック制御によって、許容型締力に維持される。

上述したように、第四の実施の形態における型締装置１０によれば、型締め開始時には定格電流よりも大きな電流（最大電流）が供給電流とされ、その後リミット値が徐々に低下するようなリミットパターンに基づいて、電磁石４９に電流が供給される。したがって、立ち上がり応答性を向上させつつ、オーバーシュートが発生する可能性を低減させることができ、また、許容時間内に型締力を定常状態とすることができる。

但し、第四の実施の形態では、型締め開始時（ｔ１）直後から供給電流が低下し始めるため、型締力Ｆの立ち上がり応答性は、第三の実施の形態より劣化する（型締力Ｆの当初の傾きは、第三の実施の形態より小さくなる。）。

また、許容型締力に到達する際の型締力Ｆの傾きは、第三の実施の形態において、型締力Ｆが許容型締力に到達する際の傾きよりも大きくなってしまう。これは、型締力Ｆが許容型締力に到達する際における、供給電流Ｌ１の低下率（傾きの絶対値）が、第四の実施の形態の方が小さいためである。すなわち、第四の実施の形態では、最大電流が供給される時間が第三の実施の形態に比べて短いため、第三の実施の形態と同じ低下率で供給電流を低下させてしまうと、許容時間ｔｐまでに許容型締力に到達できなくなってしまう可能性がある。したがって、低下率を小さくする必要があるのである。

許容型締力に到達する際の型締力Ｆの傾き（増加率）が大きくなると、その後の型締力Ｆの制御が相対的に困難となる。したがって、第四の実施の形態におけるリミットパターンＩは、許容時間ｔｐ経過後において、第三の実施の形態におけるリミットパターンＩよりも節点が多く、複雑になってしまう傾向にある。

斯かる観点より、第四の実施の形態のリミットパターンＬ１よりも第三の実施の形態のリミットパターンＬ１の方が好ましいといえる。そして、第三の実施の形態は、第二の実施の形態の問題点を解決したことに鑑みれば、第一、第二、及び第四の実施の形態の中では第三の実施の形態におけるリミットパターンＬ１が最も好ましいといえる。

すなわち、第二の実施の形態に対して第三の実施の形態では、最大電流を供給する時間を短縮することによって、リミットパターンの簡素化や型締力の制御の容易化を図ることができた。しかし、第四の実施の形態に示されるように、最大電流を供給する時間を短縮し過ぎても、リミットパターンが複雑になり、また、型締力の制御が困難となる傾向にある。

したがって、リミットパターンを作成する際は、最大電流を供給する時間と、その後のリミット値の低下率（傾き）を適切設定する必要がある。なお、リミットパターンの作成は、コンピュータを用いたシミュレーションや、実際に型締装置を用いた実験値等に基づいて行えばよい。

なお、上記各実施の形態の各リミットパターンは、リミット値の低下時において各接点間が直線で結ばれているように形成されているが、例えば、階段状に多段階にリミット値が低下されるようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、型締力検出部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、型締力検出部として、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。

ところで、本実施の形態における型締装置の制御方法は、型開閉動作をリニアモータ２８の駆動によって行う型締装置でなくても良い。特にリニアモータ２８の場合には、磁石がフレーム表面に露出するために粉塵等が付着する虞がある。このため、型開閉駆動部としてリニアモータ２８を用いずに、モータ枠で磁界の発生領域を閉鎖した回転型モータを適用した本願の変形例を図９に示す。

第２の駆動部としての電磁石ユニットの説明は、図１及び図２と同様のため、説明を省略する。第１の駆動部としての、かつ、型開閉用の駆動部（型開閉駆動部）としての型開閉用モータ７４が、フレームに固定されたモータサポート７３に移動不能に取り付けられている。ここで、型開閉モータ７４には、モータ枠で磁界の発生領域を閉鎖した回転型モータが適用される。回転型モータからは図示しないモータ軸が突出し、モータ軸はボールねじ軸７２に連結している。ボールねじ軸７２はボールねじナット７１と螺合することで、回転型モータで発生した回転運動を直進運動へ変換する運動方向変換装置を構成している。そして、ボールねじナット７１は可動プラテン１２の下部より突出した可動プラテンフランジ部１２ａに回転不能に配設される。これにより、型開閉モータ７４が回転することにより、可動プラテン１２は前後し、可動金型１６の型開閉動作を行うことができる。

さらに、型開閉モータ７４の後端には位置検出器７５が取り付けられ、型開閉モータ７４の回転角度を読み込んで、可動プラテン１２の位置を把握することができる。これにより、型開閉処理部６１は型開閉モータ７４を制御する。

本構成では、電磁石によって金型装置１９への型締力の発生中、より具体的には昇圧が開始された後において、金型の位置ずれの発生の虞がなくなると、型開閉処理部６１は、型開閉モータ７４への電流の供給を可変に制御する。具体的には、電流の供給を停止させる。これにより、型開閉モータ７４が位置制御されることによる型締力への影響がなくなる。

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。

本国際出願は、２００７年９月２８日に出願した日本国特許出願２００７−２５５８２１号に基づく優先権を主張するものであり、２００７−２５５８２１号の全内容を本国際出願に援用する。

Claims (8)

1. 電磁石によって型締力を作用させる型締装置であって、
   前記型締力を検出する型締力検出部と、
   前記型締力検出部によって検出される型締力の検出値と目標型締力との誤差に基づいて前記電磁石に供給する電流値を算出する供給電流算出部と、
   前記供給電流算出部によって算出される電流値を予め定められたパターンに抑制する制限部とを有することを特徴とする型締装置。
2. 前記制限部は、予め設定される時間の経過に応じた供給電流の制限値を示す制限情報に基づいて、前記供給電流算出部によって算出される電流値を時間の経過に応じた前記制限値に抑制することを特徴とする請求項１記載の型締装置。
3. 前記制限部は、前記供給電流算出部と前記電磁石との間に配設されることを特徴とする請求項１又は２記載の型締装置。
4. 前記制限部は、前記制限情報に基づいて、前記供給電流の電流値を、型締め開始時には定格電流を超える所定の値とし、前記型締力が前記目標型締力の許容誤差範囲を超える前に前記所定の値から低下させることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の型締装置。
5. 前記制限部は、前記供給電流の電流値を、前記所定の値から所定の低下率で低下させることを特徴とする請求項４記載の型締装置。
6. 前記制限部は、前記供給電流の電流値を、前記型締力が前記目標型締力の許容誤差範囲に到達する前に前記所定の値から低下させることを特徴とする請求項４又は５記載の型締装置。
7. 電磁石によって型締力を作用させる型締制御方法であって、
   前記電磁石による前記型締力を検出し、
   前記型締力の検出値と目標型締力との誤差を求め、
   該誤差に基づいて前記電磁石に供給する電流値を算出し、
   算出された電流値を予め定められたパターンに抑制することを特徴とする型締制御方法。
8. 前記電流値は、予め設定される時間の経過に応じた供給電流の制限値を示す制限情報に基づいて、時間の経過に応じた前記制限値に抑制することを特徴とする請求項７記載の型締制御方法。

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