JP5805031B2 - 液圧源制御装置、および、射出成型装置 - Google Patents

Description

この発明は、液圧源制御装置、および、この液圧源制御装置を備える射出成型装置に関する。

近年、射出成型機やプレス成型機等の装置にあっては、各制御要素を作動させる際のエネルギーロスを低減したり高精度の制御を行ったりするために、油などの作動液を用いた液圧回路に代えてサーボモータなどを備えた電動アクチュエータを用いる場合がある。しかしながら、このような電動アクチュエータを用いると、制御が複雑化したり部品点数が増加したりする制御対象があるため、液圧回路を用いた方が制御し易い制御対象に対しては電動アクチュエータではなくて液圧回路を継続利用していている。

液圧回路を用いて制御要素を駆動させる場合、一般に、固定容量式の液圧ポンプを電動モータにより駆動している。液圧ポンプを駆動する電動モータとしては、例えば三相誘導電動機が知られている。この三相誘導電動機を用いる場合、回転数が一定に保持されることから、吐出される作動液の流量も一定になる。そのため、所定の液圧を保持するのに必要となる流量を上回る余分な作動液についてはリリーフ弁等から順次排出されることとなり、この排出される作動液の分だけエネルギーロスとなっていた。

そこで、特許文献１には、上記三相誘導電動機に代えて、回転数が可変な可変回転数モータを用いるとともに、液圧ポンプの流量および液圧が指令値となるように可変回転数モータを制御することが提案されている。可変回転数モータを用いる場合、液圧を保持する際に回転数を低下させれば、その分だけ作動液の排出量が減少してエネルギーロスを低減することが可能となる。

一方で、上記可変回転数モータを用いる場合、必要回転数を設定することで液圧ポンプの流量を設定している。しかし、油圧シリンダーのピストンヘッドによって二分された液室間や油圧バルブ部などの漏れ量が常に一定ではないため、液圧ポンプの回転数は、液圧ポンプの流量が、油圧シリンダーを動作させる所望の流量に、想定されるあるいは実験により得られた作動液の漏れ量の最大値を加えた流量、あるいはそれ以上の流量となるように設定される。そのため、リリーフ弁等から排出される余分な作動液の流量自体は低減されるものの、依然として利用されずに排出される作動液が存在しエネルギーロスとなっていた。

特許文献２には、型締シリンダーに供給される実際の作動液の液圧を所望の液圧とするために、液圧センサーによって検出された液圧を用いて液圧ポンプの回転速度をフィードバック制御することが提案されている。このように液圧センサーによってフィードバック制御を行った場合、漏れ量分を含んだ量の作動液を過不足無く油圧ポンプから吐出させることができるとともに、作動液を所望の液圧に保持することが可能となっている。

国際公開２００７／１１４３３９号 特開２００２−２２５１０３号公報

しかしながら、上記可変回転数モータを用いる場合にあっては、液圧センサーの検出結果に基づいて回転数のフィードバック制御を行っているため、複雑で外乱が入り易い駆動系の場合などは制御が発振して液圧が安定しない虞があり、発振を抑制しようとした場合には制御が複雑化してしまうという課題がある。また、フィードバック制御を行うために液圧センサーなどを追加しなければならないため、部品点数が増加してコスト増に繋がってしまうという課題がある。また、フィードバック制御を行うため、液圧が所定値に対しオーバーシュートが発生した場合などは、瞬時に液圧ポンプを逆回転させて液圧回路内の作動液を逆流させて液圧を低下させなければならないが、このとき液圧が正圧から負圧に逆転し、流れが逆転する液圧ゼロの特異点をまたぐことになるため、作動液の供給制御が不安定になり易い。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、部品点数が増加したり制御が複雑化したりすることなしに省エネルギー化が可能な液圧源制御装置、および、この液圧源制御装置を備える射出成型装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る液圧源制御装置は、作動液を吐出する液圧ポンプと、該液圧ポンプから吐出された作動液により駆動制御される液圧制御要素の作動条件を入力可能な操作入力部と、前記液圧ポンプを駆動するモータ部、および、該モータ部を駆動するアンプ部を具備するサーボモータと、前記操作入力部への入力結果に基づいて前記サーボモータへ制御指令を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記操作入力部から入力される前記液圧制御要素の駆動力に関する作動条件に基づき、前記駆動力を前記液圧制御要素から出力するために必要となる前記作動液の液圧を求めるとともに、予め記憶された前記液圧ポンプの圧力と前記モータ部の出力トルクとの関係に基づいて、前記モータ部の出力トルクを演算する制限トルク演算手段を備え、該制限トルク演算手段により演算された前記出力トルクを、前記サーボモータの出力トルクの上限値の制御指令として前記アンプ部に出力し、前記アンプ部は、前記出力トルクの上限値の制御指令に基づいて、前記サーボモータの出力トルクが前記上限値を超えないように制限することを特徴としている。
なお、この発明におけるトルク制限とは、一定トルク値に維持する為にサーボモータのトルクをフィードバック制御するものではなく、所定のトルク値を超えないようにサーボモータの最大トルクを制限するものである。

このようにすることで、操作入力部を介して液圧制御要素の駆動力に関する作動条件が入力されると、当該駆動力に関する作動条件から作動液の液圧を求めて、この液圧に対応したモータ部の出力トルクすなわち液圧ポンプから作動液を吐出させる際のモータ部の出力トルクを求めることができる。さらに、制限トルク演算手段によって演算された出力トルクをトルク制限値としてサーボモータのアンプ部によってモータ部を駆動制御することができるため、液圧制御要素の駆動力が作動条件を上回らないように、液圧ポンプの出力側の液圧回路における液圧を制限するとともに作動液の流量を低下させることができる。

さらに、この発明における液圧源制御装置は、上記液圧制御装置において、操作入力部に液圧制御要素の駆動力を複数段設定可能とするとともに、操作入力部から入力された液圧制御要素の複数段のそれぞれの駆動力に対して、それぞれ前記モータ部の出力トルクを演算し、出力トルクをサーボモータのトルク制限値の制御指令としてそれぞれアンプ部に出力するようにしてもよい。
このようにすることで、経時的に型締力を変化させて成形する多段型締力成形が容易となる。

さらに、この発明に係る液圧源制御装置は、上記液圧源制御装置において、前記液圧ポンプから吐出された作動液が逆流して前記液圧ポンプが逆回転するのを防止する逆流防止手段を備えていてもよい。
このようにすることで、液圧ポンプに液圧回路の作動液が逆流するのを防止することができるため、液圧ポンプのサクション側に設けられたフィルタなどに通常とは逆方向の力が加わるのを防止できるとともに、逆回転で使用すると破損の虞のある液圧ポンプでも使用することができる。さらには、作動油の逆流を防止することにより、作動液の流れ方向が逆転することなく、常に一方向となるので、作動液の安定した供給制御が容易となる。

さらに、この発明に係る液圧源制御装置は、上記液圧源制御装置において、前記制御部は、前記操作入力部から入力される前記液圧制御要素の動作速度に関する作動条件に基づき、当該動作速度で前記液圧制御要素を作動させるために必要な前記作動液の流量を求めるとともに、予め記憶された前記液圧ポンプから吐出される前記作動液の流量と前記モータ部の回転数との関係に基づいて、前記液圧ポンプから吐出される流量に対応した前記モータ部の回転数を演算する回転数演算手段を備え、該回転数演算手段により演算された前記回転数を前記サーボモータの回転数の制御指令として前記アンプ部に出力するようにしてもよい。
このようにすることで、液圧制御要素の駆動力が、操作入力部から入力された駆動力に関する作動条件（例えば、前述の液圧ポンプを駆動するサーボモータのトルク制限値）に達していない場合には、液圧制御要素の動作速度が、操作入力部に入力された動作速度に関する作動条件となるようにモータ部の回転数を制御することができる。

また、この発明に係る液圧源制御装置は、前記サーボモータの回転数の制御が、前記サーボモータの実際の位置とパルス分配により順次出力される指令位置との差が零になるように制御する位置のフィードバック制御であり、前記制御部は、前記サーボモータの出力トルクが上昇し、前記上限値に到達して、運転液圧と前記液圧ポンプの吐出圧力との関係における作用反作用によって、前記サーボモータの回転数が、前記上限値を維持可能な回転数まで低下した場合に、前記サーボモータの位置とパルス分配により順次出力される指令位置との差を、実質的に無視できるように制御してもよい。
この発明に係る射出成型装置は、上記液圧源制御装置を備えていることを特徴としている。
このようにすることで、例えば、射出成型装置の型締シリンダーなどの各種液圧制御要素を駆動する際に、特に固定金型と可動金型が密着後の予め定められた液圧まで、型締シリンダーに供給する液圧を昇圧させる型締昇圧工程のように、高液圧が必要ではあるが作動液の必要流量は少ない場合に、液圧ポンプから吐出される作動液の流量を低減させることができ省エネに有効である。また、成形品を突き出すエジェクターや射出ユニットを移動させるノズルタッチシリンダーや型開閉用シリンダーなどに適用した場合も同様の効果を得ることができる。

また、この発明に係る射出成型装置は、上記射出成型装置において、前記液圧源制御装置は、複数の液圧制御要素に並列に接続され、各液圧制御要素に接続される通路には制御弁が設けられていてもよい。
このようにすることで、液圧ポンプの作動液を複数の液圧制御要素に安定的に供給することが可能になるとともに、各液圧制御要素に供給される作動液については制御弁を用いて個別に調整することが可能となる。

この発明に係る液圧源制御装置および射出成型装置によれば、液圧によるフィードバック制御を行う必要がないため、部品点数が増加したり制御が複雑化したりすることなしに省エネルギー化が可能となる。

この発明の実施形態における射出成型装置の概略構成を示す側面図である。 上記射出成型装置の液圧源制御装置の構成図である。 上記液圧源制御装置のサーボモータの出力トルクと液圧回路の液圧との関係を示すグラフである。 上記液圧源制御装置のサーボモータの回転数と液圧ポンプから吐出される作動液の流量との関係を示すグラフである。 上記射出成型装置の動作の一例における液圧回路の液圧変動を示すグラフである。 上記射出成型装置の動作の一例におけるサーボモータの回転数変動を示すグラフである。

次に、この発明の第一実施形態における液圧源制御装置、および、当該液圧源制御装置を備える射出成型装置について図面に基づき説明する。
図１は、この実施形態における射出成型装置の概略構成を示す構成図である。
図１に示すように、射出成型装置１は、射出ユニット２と型締ユニット３とを備えている。
射出ユニット２は、成形材料を加熱して高い圧力で金型内に射出充填する加熱筒部４が、スライド８の上面に固定されたハウジング９に水平方向に延設され、この加熱筒部４の基部側の上部に連通するように、ハウジング９の上面に成形材料を投入するためのホッパ５が取り付けられている。加熱筒部４の型締ユニット３側の一端には、射出ノズル６が形成されおり、加熱筒部４の内部には、加熱筒部４に対して、回転可能でかつ水平方向に移動可能にスクリュー（図示せず）が嵌挿されている。加熱筒部４の射出ノズル６と反対側には、加熱筒部４の内部に設けられたスクリューを水平方向に移動可能なアクチュエータ７がスライド８と相対移動可能に取り付けられている。なお、当該アクチュエータ７としては、電動モータ駆動のボールねじや、リニアモータなどの電動アクチュエータを用いることができる。また当該スクリューを回転駆動する図示しないモータは、回転数制御が可能なインバータモータ、サーボモータ、ＩＰＭモータなどの電動モータを用いることができる。なお、この実施形態ではアクチュエータ７を電動アクチュエータとして示したが、電動ではなく油圧シリンダーなどの油圧アクチュエータでもよい。この場合は、当該スクリューを回転駆動する図示しないモータは、ベーン型やピストン型の油圧モータを用いることができる。また、アクチュエータ７に油圧アクチュエータを用いた場合でも、スクリューを回転駆動するモータに省エネ効果を狙って上記の電動モータを使用しても支障ない。

上記加熱筒部４内部のスクリューは、回転駆動されることでホッパ５から投入された成形材料を徐々に射出ノズル６側へと搬送し、この搬送の途中で成形材料を加熱して可塑化溶融させる。そして、アクチュエータ７によりスクリューが射出ノズル６側へ押圧されると、可塑化された成形材料に圧縮力が作用して、射出ノズル６から型締ユニット３の金型内部へと成形材料が射出される。

型締ユニット３は、互いに対向する固定金型１１と可動金型１２との開閉を行う。固定金型１１は、型締ユニット３の射出ユニット２側に立設された固定型盤１３に支持される一方で、可動金型１２は、射出ユニット２側とは反対側に立設された可動型盤１４に支持されている。固定型盤１３は、ベース部１５に対して固定的に支持されており、可動型盤１４は、ベース部１５上に延設されたガイド１６に沿って、固定型盤１３に近接・離間する方向にスライド可能に支持されている。

固定型盤１３には、水平方向に延在するようにして複数本、より具体的には４本のタイバー１７が取り付けられている。これらタイバー１７は、一端にピストンヘッド１８を備え、当該ピストンヘッド１８を備えた端部が、固定型盤１３の四隅に設けられた液圧式の型締シリンダー１９内に嵌挿されている。この型締シリンダー１９は、ピストンヘッド１８によってその延在方向に区画された２つのシリンダー室１９ａ，１９ｂを備えており、これらシリンダー室１９ａ，１９ｂ内に供給される作動液の液圧差に応じてピストンヘッド１８がスライドして、タイバー１７がその延在方向に変位可能とされている。なお、本実施形態では型締シリンダー１９が固定型盤１３の四隅に設けられる例を示したが、型締シリンダー１９は、可動型盤１４の背面（固定型盤１３に対して反対側面）に配置される直圧式の型締シリンダーとしてもよい。

タイバー１７には、その可動型盤１４側に被把持部２１が設けられている。被把持部２１には、タイバー１７の外周面に複数の円環溝状の凹凸が形成されている。一方で、可動型盤１４には、タイバー１７の被把持部２１を係脱可能に把持するタイバー把持装置２２が取り付けられている。可動型盤１４には、更に射出成型後の成型体を押圧して可動金型１２から離型するためのエジェクター（図示せず）が取り付けられている。エジェクターは、電動アクチュエータなどによってロッド部材（図示せず）を進退させることで成型体を押圧して離型させる。なお、当該エジェクターは油圧シリンダーなどの油圧アクチュエータでも支障ない。

可動型盤１４には、金型を開閉する際に可動型盤１４をスライド移動させるための型開閉機構２３が取り付けられている。この型開閉機構２３は、可動型盤１４のガイド１６に沿って回転可能に支持されるボールねじ部２４と、可動型盤１４に固定されてボールねじ部２４に螺合されるナット部２５と、ボールねじ部２４を回転駆動するサーボモータなどの駆動源２６と、駆動源２６の回転をボールねじ部２４に伝達する伝達機構部２７とを備えている。この型開閉機構２３によれば、駆動源２６を回転駆動させて、例えば、ボールねじ部２４を一方向に回転させることで固定型盤１３と可動型盤１４との間隔を広げることができ、ボールねじ部２４を他方向に回転させることで固定型盤１３と可動型盤１４との間隔を狭めることができる。なお、型開閉機構２３は油圧シリンダーなどの油圧アクチュエータであってもよい。

上述した射出ユニット２は、固定型盤１３に対して加熱筒部４の延在方向に相対移動可能とされており、固定型盤１３と上述した射出ユニット２との間に、固定型盤１３と射出ユニット２との距離を調整するノズルタッチシリンダー２８が取り付けられている。このノズルタッチシリンダー２８を縮退させる方向に変位させると、射出ノズル６が固定金型１１内部に樹脂を射出する射出位置、つまり射出ノズル６が固定金型１１に当接する位置まで移動する一方で、ノズルタッチシリンダー２８を伸長させる方向に変位させると、射出ノズル６が固定金型１１から離間される。

次に、上述した射出成型装置１における動作について説明する。
まず、型開閉機構２３によって可動型盤１４を固定型盤１３側に移動し、可動金型１２を固定金型１１に当接させる。その後、あるいは可動金型１２を固定金型１１に当接させる動作に並行して、タイバー１７と可動型盤１４とをタイバー把持装置２２により連結する。次いで、型締シリンダー１９によりタイバー１７を射出ユニット２側に変位させて可動金型１２を固定金型１１に圧接させる。さらに、ノズルタッチシリンダー２８により射出ノズル６を固定金型１１に圧接させて、射出ユニット２の射出ノズル６から可塑化された成形材料を金型内へと射出するとともに、保圧を加えながら成形材料を冷却し成型する。

次いで、型締シリンダー１９の液圧を抜いて可動金型１２と固定金型１１の圧接を解除した後に、あるいは型締シリンダー１９の液圧を抜き可動金型１２と固定金型１１の圧接を解除し固定金型１１から可動金型１２を微小距離離間させた後に、タイバー把持装置２２を開放して、タイバー１７と可動型盤１４の連結を解き、型開閉機構２３により可動型盤１４を固定型盤１３と反対方向に高速移動させて固定金型１１と可動金型１２とを、成形品を取り出すために十分な距離に開く。
その後、エジェクターにより可動金型１２側に密着している成型体を内側から押圧して離型させて成形品を取り出す。成型体が固定金型１１側に密着している場合は、固定金型１１側のエジェクターで成型体を取り出す。

上記各工程により、成形材料から成型体を形成する１サイクルが終了する。そして、成型体の量産にあたって、上記サイクルが繰り返されることとなる。

次に、上述した射出成型装置１が備える液圧源制御装置４０について説明する。射出成型装置１は、省エネルギー化の観点から主に電動アクチュエータを用いて各種制御要素を駆動しているが、液圧回路を用いた方が制御を簡素化できる制御要素や構成を簡素化できる制御要素については電動アクチュエータではなく、液圧源である液圧ポンプ４２から吐出される作動液を介して制御している。このように液圧により駆動する主要な制御要素としては、上述した型締シリンダー１９と、ノズルタッチシリンダー２８とが挙げられる。なお、液圧回路を用いて駆動する液圧制御要素としては、上記主要な制御要素以外にも、金型の中子動作用のシリンダーや成型体の突き出し用エジェクターシリンダーなどの小さなスペースに組み込まなければならないアクチュエータや、シャットオフバルブ式の射出ノズルの開閉用シリンダーなど、周辺環境が高温になり熱膨張や熱応力を考慮しなければならない雰囲気中で使用するアクチュエータなどの制御要素を有している場合には、これらの制御要素に対してもシンプルな構造でコンパクトに構成でき、熱膨張による破損などの不具合の虞の小さい液圧回路を用いた制御を適宜適用しても良い。

図２に示すように、液圧源制御装置４０は、貯留タンク４１に貯留された作動液を、サクションフィルタ（図示せず）を介して液圧ポンプ４２により液圧回路４３に供給する。液圧ポンプ４２には、メイン通路４４が接続されており、このメイン通路４４に、複数の分岐通路４５が接続されている。これら分岐通路４５には、圧力制御弁４６と方向切換弁４７とを介してそれぞれ型締シリンダー１９や、ノズルタッチシリンダー２８等の各一つの液圧制御要素が接続されている。言い換えれば、液圧ポンプ４２には、液圧回路４３を介して複数の液圧制御要素が並列に接続されている。なお、液圧ポンプ４２は、逆回転不能な液圧ポンプ４２を用いても、逆回転可能な液圧ポンプ４２を用いてもどちらでも良い。また、以下の説明においては、特に区別する場合を除き、型締シリンダー１９やノズルタッチシリンダー２８等を、単に液圧制御要素３０と称する。

圧力制御弁４６は、液圧ポンプ４２から供給される作動液の液圧を、各液圧制御要素３０で利用する液圧まで減圧する。つまり、液圧ポンプ４２の出力側の液圧は、通常、液圧ポンプ４２に並列接続されたどの液圧制御要素３０で用いる液圧よりも高い液圧に保持される。なお、圧力制御弁４６には、２次側の液圧が高くなった場合に１次側に作動液を逃がすチェック弁４６ａが設けられているが、当該チェック弁４６ａは省略しても良い。

方向切換弁４７は、その一次側ポートに上述した分岐通路４５と、貯留タンク４１に接続されるドレン通路４８とが接続されている。一方で、方向切換弁４７の二次側ポートには、液圧制御要素３０のシリンダー室に接続される通路、より具体的には型締シリンダー１９の場合、一方のシリンダー室１９ａに接続される通路４９ａおよび他方のシリンダー室１９ｂに接続される通路４９ｂが接続されている。これら通路４９ａ，４９ｂの内部に形成される流路は、それぞれシリンダー室１９ａ，１９ｂの内部空間に連通されている。同様に、液圧制御要素３０がノズルタッチシリンダー２８の場合は、通路４９ａが一方のシリンダー室２８ａに接続され、通路４９ｂが他方のシリンダー室２８ｂに接続されている。なお、以下の説明においては、特に区別する場合を除いて、液圧制御要素３０のシリンダー室１９ａ，２８ａをシリンダー室３０ａと称し、シリンダー室１９ｂ，２８ｂをシリンダー室３０ｂと称する。

方向切換弁４７は、液圧制御要素３０のシリンダー室３０ａとシリンダー室３０ｂのうち、何れか一方を液圧ポンプ４２と連通させて液圧を発生させ、何れか他方を貯留タンク４１と連通させ大気開放する２つの切換位置を備えるとともに、シリンダー室３０ａとシリンダー室３０ｂとを液圧回路４３から遮断する切換位置とを備えている。つまり、方向切換弁４７の切換位置を変位させることで、対を成すシリンダー室３０ａ，３０ｂとの間に液圧差を発生させて、液圧制御要素３０のピストン１８，２８ｃを往復動させることが可能となっている。

液圧回路４３には、液圧回路４３から液圧ポンプ４２に向かって作動液が逆流しないように逆止弁（逆流防止手段）５１が設けられている。なお、作動液の逆流により液圧ポンプ４２が逆回転するのを防止可能であれば、上記逆止弁５１に限られるものではなく、例えば、液圧回路４３の作動液を、リリーフ弁を介して貯留タンク４１に戻す回路を設けたり、液圧ポンプ４２を逆回転させようとする回転力に抗するように、液圧ポンプ４２を駆動するサーボモータ５３に順方向に回転させる制御指令を入力させるようにしても良い。さらに、サーボモータ５３に回転を禁止し位置を保持するように制御指令を入力させるようにしても良いし、サーボモータ５２にメカニカルなストッパ、ブレーキを備えても良い。
また、逆止弁５１の配置は、液圧ポンプ４２の吐出口近傍に限られず、液圧ポンプ４２から液圧制御要素３０へ作動液を供給するための通路上であればよい。なお、液圧ポンプ４２が逆転可能で、かつ図示しないサクションフィルタが十分な逆流耐力を有する場合は、逆止弁５１は備えなくても良い。

液圧ポンプ４２には、当該液圧ポンプ４２を回転駆動するサーボモータ５３が接続されている。サーボモータ５３は、その回転軸（図示せず）が液圧ポンプ４２に連係されるモータ部５４と、このモータ部５４に駆動電力を供給するとともにその電圧・電流を制御することでモータ部５４における回転軸の回転数や出力トルクを制御するアンプ部５５とを備えている。

ここで、この実施形態におけるサーボモータ５３は、一般的なサーボモータの構成を有しており、モータ部５４を駆動するためにアンプ部５５が必須となっている。アンプ部５５は、一般的な構成として、与えられた回転数や出力トルクなどの制御指令に基づき、モータ部５４の回転数や出力トルクをフィードバック制御する機能（フィードバック制御手段５５ａ）を有している。なお、サーボモータ５３においては、アンプ部５５の出力電圧によりモータ部５４の回転数が制御され、アンプ部５５の出力電流によりモータ部５４の出力トルクが制御される。

サーボモータ５３には、当該サーボモータ５３のアンプ部５５に対して制御指令を出力する制御部であるコントローラ５６が接続されている。コントローラ５６には、型締シリンダー１９における型締力など、液圧制御要素３０において必要となる駆動力や、液圧制御要素３０において必要となる動作速度などの各種作動条件をオペレータが入力するための操作入力部５７が接続されている。なお、コントローラ５６は射出成型装置１全体または一部を制御する制御装置（図示せず）の一機能としても良い。

なお、この実施形態の説明においては、液圧制御要素３０の作動条件として「駆動力」を入力する場合について説明したが、液圧制御要素３０において必要となる駆動力に関する作動条件であればよく、例えば、上記駆動力を得るために必要な液圧回路４３の液圧を入力するようにしても良いし、射出成型装置１の最大型締力仕様値に対する比率（％）で入力しても良い。また、液圧制御要素３０の作動条件として「動作速度」を入力する場合について説明したが、液圧制御要素３０の動作速度に関する作動条件であればよく、例えば、動作速度を得るために必要な作動液の流量を入力するようにしても良いし、型締力の絶対値を入力しても良いし、射出成型装置１の最大動作速度仕様値に対する比率（％）で入力しても良い。

コントローラ５６には、不揮発性のメモリなどの記憶部（図示せず）が接続又は内蔵されており、当該記憶部には、液圧回路４３のメイン通路４４の液圧（以下、単に運転液圧と称する）と、当該運転液圧を得るためのモータ部５４の出力トルクとの関係が、マップ、テーブル、又は、数式などで記憶されている。図３は、モータ部５４の出力トルクＴと運転液圧Ｐとの関係を示すグラフである。この図３に示すように、出力トルクＴと運転液圧Ｐとは略比例の関係にあり、この関係は、モータ部５４の回転数に略影響されない。
また、上記記憶部には、モータ部５４の回転数と作動液の流量との関係が、マップ、テーブル、又は、数式などで記憶されている。図４は、モータ部５４の回転数ｎと流量ｆとの関係を示すグラフである。この図４に示すように、回転数ｎと流量ｆとは略比例の関係にある。

ここで、運転液圧と当該運転液圧を得るためのモータ部５４の出力トルクとの関係、およびモータ部５４の回転数と作動液の流量との関係を示すマップ、テーブル、又は、数式などは、液圧回路４３系をモデル化して流体力学的な理論計算式を用いて求めても良いが、実験的に求めても良い。つまり、液圧ポンプの内部リークや慣性や性能のバラツキなどにより、理論計算式により求めた液圧や流量が、実液圧回路における液圧や流量と定量的に一致しない場合がある。このため、運転液圧と当該運転液圧を得るためのモータ部５４の出力トルクとの関係、およびモータ部５４の回転数と作動液の流量との関係は、予め実験などにより求めて、データテーブル化または実験式化しておいてもよい。

図２に戻り、コントローラ５６は、制限トルク演算手段５６ａと回転数演算手段５６ｂとを備えている。
制限トルク演算手段５６ａは、操作入力部５７より入力された駆動力値に対応する運転液圧値を算出する。この運転液圧値は、駆動力値と液圧制御要素のピストン径などの各種条件に基づき算出できる。さらに、制限トルク演算手段５６ａは、この算出された運転液圧値に対応するモータ部５４の出力トルク値を、上述した運転液圧と出力トルクとの関係に基づいて求め、これを出力トルクの上限値として出力する。コントローラ５６は、制限トルク演算手段５６ａで求めた出力トルクの上限値を、制御指令としてデジタル信号等によりアンプ部５５へ出力する。

例えば、オペレータによって必要な型締力が操作入力部５７に入力されると、コントローラ５６からアンプ部５５に対して出力トルクの上限値の制御指令が出力されて、サーボモータ５３が備えるフィードバック制御機能により、アンプ部５５がモータ部５４の出力トルクを制限する。つまり、運転液圧をコントローラ５６によってフィードバック制御することなしに、コントローラ５６からアンプ部５５に対して出力トルクの上限値の制御指令を出力するだけで、液圧ポンプ４２により液圧回路４３に供給される作動液の液圧（運転液圧）により発生する駆動力が操作入力部５７より入力された駆動力値を超えないようにすることが可能となる。

一方で、回転数演算手段５６ｂは、操作入力部５７より入力された動作速度に対応する作動液の流量を算出する。さらに、回転数演算手段５６ｂは、この算出された流量に対応するモータ部５４の回転数を、上述した回転数と流量との関係に基づいて求める。コントローラ５６は、回転数演算手段５６ｂで求めた回転数を、制御指令としてデジタル信号等によりアンプ部５５へ出力する。

次に、上述した液圧源制御装置４０における動作の一例について図面を参照しながら説明する。この動作の説明においては、例えば、液圧制御要素３０において、ピストンが一方から他方に向かって変位した後に、ストロークエンドに到達するか又は、可動金型１２が固定金型１１に当接したことなどによってピストンの変位が規制されてピストンに作用する負荷圧力が急激に増大する場合を一例にして説明する。

図５、図６に示すように、液圧ポンプ４２が作動開始すると（時刻ｔ１）、液圧ポンプ４２から作動液の吐出が開始される。これにより、液圧ポンプ４２の回転数ｎが、操作入力部５７に入力される動作速度に基づいて求められた回転数ｎ１まで上昇する。この際、回転数ｎは、ピストンの負荷が上昇するまで回転数ｎ１で一定となる。つまり、ピストンが操作入力部５７により入力された動作速度で変位することとなる。

この際、運転液圧Ｐは、ピストンの変位負荷により生じる液圧分となり、操作入力部５７に入力される駆動力に基づき求められた液圧Ｐ１よりも低い液圧となっている。

次いで、ピストンがストロークエンドに到達するか又は、可動金型１２が固定金型１１に当接したことなどによってピストンに作用する負荷が急激に増大してピストンの変位が停止すると（時刻ｔ２）、運転液圧Ｐが、液圧Ｐ１よりも高い液圧まで上昇しようとする。すると、運転液圧Ｐが液圧Ｐ１に到達した時点で、液圧Ｐ１を超えないように、サーボモータ５３のモータ部５４における出力トルクが操作入力部５７に入力された液圧制御要素３０の駆動力に対応した出力トルクを上回らないようにアンプ部５５によってトルク制限制御される。

このとき、サーボモータ５３の発生可能な出力トルクは、液圧Ｐ１に対応する出力トルク値を超えないように制御するだけではあるが、ストロークエンドに到達するか又は、ピストンに作用する負荷が急激に増大してピストンの変位が停止した状態で、同方向に変位するように、つまり継続してピストンを負荷が増大する方向に押し付けるように液圧をかけ続ける為、結果的には液圧は低下せず、フィードバック制御を行わなくても、一定の液圧Ｐ１に維持されることとなる。つまり、ピストンによって押圧する力が操作入力部５７に入力された駆動力で一定となる。

ところで、一般的なサーボモータの速度制御は、サーボモータの実際の位置とパルス分配により順次出力される指令位置との差が零になるように位置のフィードバック制御を行うが、この実施形態のトルク制限制御においては、負荷が取り除かれたときの溜まりパルスによる急激なモータ挙動を防止する為に、サーボモータ５３の位置とパルス分配により順次出力される指令位置との差を、実質的に無視できるように制御する。これにより、モータ部５４の回転数ｎは、液圧Ｐ１を維持可能な程度の回転数、すなわち、液圧制御要素３０のシリンダー他において生じる作動液の漏れ分を補充する程度の流量に対応する回転数まで低下することとなる。

すなわち、上記液圧源制御装置４０から供給される作動液の液圧によって型締シリンダー１９を駆動して型締工程を実施する場合には、操作入力部５７に入力された駆動力となるまでは、液圧ポンプ４２の回転数を高い状態に維持して作動液の流量を増加し迅速にピストンヘッド１８およびタイバー１７を変位させることができる。そして、固定金型１１に可動金型１２が圧接されるようになりピストンヘッド１８の負荷が増大してピストンヘッド１８の変位量が略ゼロとなると、ピストンヘッド１８の変位量、つまりシリンダー室３０ｂの拡大が微少になるに応じて作動液の流量を低下させて、操作入力部５７に入力された駆動力で固定金型１１および可動金型１２を圧接し続けることが可能となる。

すなわち、サーボモータ５３のトルクを一定値に維持するようなフィードバック制御は行わず、運転液圧と液圧ポンプ４２の吐出圧力との関係において、単なる作用反作用で液圧ポンプ４２を駆動するサーボモータ５３の回転が低下するだけであるので、液圧回路４３が複雑な構成で外乱が入りやすい場合であっても、サーボモータ５３の制御が発振せずに安定かつ滑らかに流量を低下させることができる。

したがって、上述した実施形態における液圧源制御装置４０によれば、操作入力部５７を介して液圧制御要素３０の駆動力値が入力されると、当該駆動力値から運転液圧値を求めるとともに、この運転液圧値に対応したモータ部５４の出力トルクすなわち液圧ポンプ４２から作動液を吐出させる際のモータ部５４の出力トルクを求めることができる。さらに、サーボモータ５３が備える出力トルクのフィードバック機能を有効利用して、制限トルク演算手段５６ａによって演算された出力トルクをトルク制限値としてサーボモータ５３のアンプ部５５によってモータ部５４を駆動制御することができるため、運転液圧を用いたフィードバック制御を行うことなしに、液圧制御要素３０の駆動力が、操作入力部５７より入力された駆動力値を上回らないように、運転液圧を制限するとともに作動液の流量を低下させることができる。その結果、運転液圧を用いたフィードバック制御に関する回路を省略できるため、部品点数が増加したり制御が複雑化したりすること無しに液圧ポンプ４２から排出される作動液の流量を低減して省エネルギー化を図ることが可能となる。

また、射出成型装置１の立ち上げの時などで、液圧ポンプ４２から排出される作動液の温度が低い場合は、射出成型装置１の稼働時間が進むに従い、液圧回路４３内の作動液の温度が上昇する。これに伴い作動液の粘度が低下していくため、液圧回路４３における液圧シリンダーの圧力制御特性が非定常状態となり不安定な制御状態が発生する傾向がある。これを防止して、射出成型装置１の立ち上げ開始時から安定した液圧制御を行うため、液圧回路４３中に図示しない液圧センサーを設けて、液圧回路４３中の非定常状態の液圧を検知し、検知した液圧値に対し予め定めた補正手段により補正を加えた補正液圧値をこの実施形態の前述の運転液圧とし、この運転液圧を用いて前述の方法にてモータ部５４の出力トルクの上限値を求め、この出力トルクの上限値を用いてモータ部５４をトルク制限制御しても良い。なお、予め定めた補正手段は、作動液の温度を考慮した補正手段であることが好ましい。つまり、例えば、予め定めた任意のあるいは所定の各温度において安定した運転が可能な運転液圧を予め実験やシミュレーションなどによって安定運転液圧として求めて、記憶部に記憶しておくとともに、この射出成型装置１の運転立ち上げ開始時の作動液の温度を温度センサーにより経時的に測定し、該温度センサーにより検知した温度に対応した記憶部に記憶させた上記安定運転液圧を選定し、補正液圧値として制御に適用すれば、液圧回路４３内の部材の昇温過程の不安定な外乱などにより一意的に定まらず不安定になりやすい射出成型装置１の立ち上げ時の運転液圧と温度を、略比例などの一意的な関係として扱えるので安定制御が可能となる。

また同様に、液圧回路４３中に図示しない流量センサーを設けて、液圧回路４３中の非定常状態の流量を感知し、検知した流量値に対し予め定めた補正手段により補正を加えた補正流量値をこの実施形態の前述の作動液の流量とし、この作動液の流量を用いて前述の方法にてモータ部５４の回転数を求め、この回転数を用いてモータ部５４の回転数を制御しても良い。なお、予め定めた補正手段は、作動液の温度を考慮した補正手段であることが好ましい。このとき、運転液圧または作動液の流量の補正の反映はフィーバック制御、フィードフォワード制御など適正な制御方法にて反映すれば良いし、反映するタイミングはオンタイムであっても良いし、次サイクルでの反映であっても良い。但し、安定した制御が得やすいシンプルな装置構成および制御構成とする為には、補正の反映を次サイクルとすることが好ましい。

また、液圧制御要素３０の駆動力が、操作入力部５７から入力された駆動力の上限値に達していない場合には、液圧制御要素３０の動作速度が、操作入力部５７に入力された動作速度に関する作動条件となるようにモータ部５４の回転数を制御することができるため、動作状況に応じて液圧制御要素３０を高速動作させることができる。

さらに、上述した実施形態における射出成型装置１によれば、型締シリンダー１９などの各種液圧制御要素を駆動する作動液が無駄に排出されるのを防止することができるため、大幅な省エネルギー化（例えば、従来比で約５０％）を図ることが可能になる。

また、液圧ポンプ４２に対して並列に接続された各液圧制御要素に対して個別に圧力制御弁４６が設けられているため、液圧ポンプ４２の作動液を複数の液圧制御要素３０に安定的に供給することが可能になるとともに、各液圧制御要素３０に供給される作動液の圧力を、圧力制御弁４６を用いて個別に調整することが可能となる。

さらに、逆止弁５１を備えていることで、液圧ポンプ４２に液圧回路４３の作動液が逆流するのを防止することができるため、液圧ポンプ４２のサクション側に設けられたサクションフィルタなどに通常とは逆方向の力が加わるのを防止できるため、サクションフィルタなどの部品が破損を防止できるとともに、適用可能な液圧ポンプ４２が逆回転を許容するものに限られず液圧ポンプ４２の選択自由度を向上することができる。

なお、この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した実施形態の液圧源制御装置４０においては、操作入力部５７に入力された一つの駆動力となるように液圧制御要素３０の駆動力を制御する場合について説明したが、このような制御に限られるものではない。例えば、それぞれ大きさの異なる複数の駆動力を段階的に順次発生させる場合にも適用可能である。この場合、操作入力部５７に複数段の任意の駆動力をそれぞれ所望の駆動タイミングにて設定すればよい。そして、これらそれぞれの駆動力を所定のタイミングで順次駆動力を切り換える。

上記のように構成した場合には、コントローラ５６によって、複数段の駆動力に対応する複数の運転液圧Ｐが算出され、予め記憶された運転液圧Ｐと出力トルクＴとの関係に基づいて、複数段の駆動力に対応する出力トルクＴが求められる。そして、これら出力トルクＴが上述した所定のタイミングでアンプ部５５にサーボモータの出力トルクの上限値の制御指令としてそれぞれ出力されることとなる。

ここで、上述したように複数段の駆動力を発生させる場合には、液圧回路４３の液圧を低下可能にする必要がある。しかし、上述した実施形態の液圧ポンプ４２を逆回転不能な液圧ポンプ４２とした場合は、逆止弁５１などにより液圧ポンプ４２は逆回転できないようになっているため、そのままでは高応答で液圧回路４３の液圧を低下させることができない。そこで、この変形例においては、液圧回路４３中に、制御指令に基づいて任意あるいは複数の液圧での動作が切換可能なリリーフ弁を設ける。これにより、液圧回路４３の液圧が、任意の各段の駆動力に対応する液圧を上回った場合に、リリーフ弁を介して迅速に貯留タンク４１に戻されて液圧回路４３を減圧することができる。なお、逆止弁５１を設ける代わりに、サーボモータ５３に対して逆回転禁止の制御指令を出力しても良い。このとき液圧ポンプ４２は、ギア型、ピストン型、ベーン型などのポンプ吸込口と吐出口とが直接連通していないポンプを用いることが好ましい。このようなポンプは、渦巻き型の液圧ポンプなどのように作動液の吸い込み口と吐出口が直接連通していないので、ポンプを回転不可の状態にしておけば、作動液の逆流が発生せず、運転液圧を液圧ポンプ４２の回転のみで制御できるためである。

上記変形例の構成によれば、液圧センサーや逆回転可能なサーボモータ５３など比較的高価な部品を追加することなしに、液圧制御要素３０によって複数段の駆動力によるきめ細かい動作を行うことが可能となる。

さらに、上述した実施形態においては、液圧源制御装置４０を射出成型装置１に設ける一例について説明したが、液圧ポンプ４２から吐出される作動液を用いて制御する液圧制御要素３０を備えるものであれば射出成型装置１以外の装置に適用しても良い。

１ 射出成型装置
１９ 型締シリンダー（液圧制御要素）
２８ ノズルタッチシリンダー（液圧制御要素）
４０ 液圧源制御装置
４２ 液圧ポンプ
４５ 分岐通路（通路）
４６ 圧力制御弁（制御弁）
５１ 逆止弁（逆流防止手段）
５３ サーボモータ
５４ モータ部
５５ アンプ部
５６ コントローラ（制御部）
５６ａ 制限トルク演算手段
５６ｂ 回転数演算手段
５７ 操作入力部

Claims (7)

1. 作動液を吐出する液圧ポンプと、
   該液圧ポンプから吐出された作動液により駆動制御される液圧制御要素の作動条件を入力可能な操作入力部と、
   前記液圧ポンプを駆動するモータ部、および、該モータ部を駆動するアンプ部を具備するサーボモータと、
   前記操作入力部への入力結果に基づいて前記サーボモータへ制御指令を出力する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記操作入力部から入力される前記液圧制御要素の駆動力に関する作動条件に基づき、前記駆動力を前記液圧制御要素から出力するために必要となる前記作動液の液圧を求めるとともに、予め記憶された前記液圧ポンプの圧力と前記モータ部の出力トルクとの関係に基づいて、前記モータ部の出力トルクを演算する制限トルク演算手段を備え、該制限トルク演算手段により演算された前記出力トルクを、前記サーボモータの出力トルクの上限値の制御指令として前記アンプ部に出力し、
   前記アンプ部は、
   前記出力トルクの上限値の制御指令に基づいて、前記サーボモータの出力トルクが前記上限値を超えないように制限することを特徴とする液圧源制御装置。
2. 前記操作入力部は、液圧制御要素の駆動力を複数段設定可能な入力装置であり、
   前記制御部は、前記操作入力部から入力された液圧制御要素の複数段のそれぞれの駆動力に対して、それぞれ前記モータ部の出力トルクを演算し、前記出力トルクを前記サーボモータのトルク制限値の制御指令としてそれぞれ前記アンプ部に出力する請求項１の液圧源制御装置。
3. 前記液圧ポンプから吐出された作動液が逆流して前記液圧ポンプが逆回転するのを防止する逆流防止手段を備える請求項１又は請求項２に記載の液圧源制御装置。
4. 前記制御部は、前記操作入力部から入力される前記液圧制御要素の動作速度に関する作動条件に基づき、当該動作速度で前記液圧制御要素を作動させるために必要な前記作動液の流量を求めるとともに、予め記憶された前記液圧ポンプから吐出される前記作動液の流量と前記モータ部の回転数との関係に基づいて、前記液圧ポンプから吐出される流量に対応した前記モータ部の回転数を演算する回転数演算手段を備え、該回転数演算手段により演算された前記回転数を前記サーボモータの回転数の制御指令として前記アンプ部に出力する請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液圧源制御装置。
5. 前記サーボモータの回転数の制御が、
   前記サーボモータの実際の位置とパルス分配により順次出力される指令位置との差が零になるように制御する位置のフィードバック制御であり、
   前記制御部は、
   前記サーボモータの出力トルクが上昇し、前記上限値に到達して、運転液圧と前記液圧ポンプの吐出圧力との関係における作用反作用によって、前記サーボモータの回転数が、前記上限値を維持可能な回転数まで低下した場合に、
   前記サーボモータの位置とパルス分配により順次出力される指令位置との差を、実質的に無視できるように制御する請求項４に記載の液圧源制御装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液圧源制御装置を備えることを特徴とする射出成型装置。
7. 前記液圧源制御装置は、複数の液圧制御要素に並列に接続され、各液圧制御要素に接続される通路には制御弁が設けられている請求項６に記載の射出成型装置。

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