JP6068174B2 - 射出成形機のリアプラテン調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機のリアプラテン調整装置に関する。

射出成形機の金型の交換を行った際に、型締力を正確に調整することができれば、次の生産の開始をスムーズに行うことができるようになり、生産効率の向上が期待できる。また正確な型締力を維持することができれば、成形品の品質の安定化が期待できる。トグル式型締装置における型締力を調整する場合、型締力センサなどで型締力を測定し、測定した型締力と目標の型締力との差からリアプラテンの調整量を求めてリアプラテンを移動させ、型締力を調整する方法が知られている。そのため、求められた調整量に対してリアプラテンを正確に移動させることは型締力を正確に調整する上で重要である。リアプラテンを移動させる駆動機構の歯車列には多少のバックラッシュがある。そのため、リアプラテンを正確に移動させるためにはこのバックラッシュにより生じる移動誤差を補正する必要がある。

バックラッシュにより生じるリアプラテンの移動誤差を補正する技術としては、実際のリアプラテンの移動距離をリニアセンサで直接測定することによりバックラッシュに関係なくリアプラテンの位置を制御するものや、パルスセンサを用いて予めバックラッシュ分の移動誤差を考慮してリアプラテン調整用モータを駆動させてリアプラテンを目標位置に移動させる方法などがある。

特許文献１には、型締力の調整の際にリニアセンサを用いてリンクハウジング（リアプラテン）を目標位置に制御する方法が開示されている。
特許文献２には、パルスコーダを使用して駆動系のバックラッシュを補正してリアプラテンを移動させ所定の型厚に調整する技術が開示されている。
また、射出成形機のテーブルをバックラッシュが生じるテーブル駆動機構の歯車列において最適位置に停止させる技術として、テーブル駆動機構のバックラッシュ区間内でサーボモータの負荷や電流の変化をモニタしてテーブルの停止位置を求める技術が特許文献３に記載されている。

特開平１０−８０７５９号公報 特開平１―２２１２１７号公報 特開２０００―２０２８５３号公報

従来技術でも述べたように、リアプラテンを移動させる駆動機構の歯車列には多少のバックラッシュがあるため、リアプラテンを所望の調整量にしたがって正確に移動させるためには、バックラッシュにより生じる移動誤差を補正する必要がある。
この問題に対して、リアプラテンの位置を正確に測定するためにリニアセンサを配置する方法が特許文献１に開示されている。しかし、特許文献１に記載されている、リニアセンサを配置する方法は、射出成形機の構造が複雑になるという問題がある。
また、特許文献２に記載されている、パルスコーダを使用して駆動系のバックラッシュを補正してリアプラテンを移動させる方法は、リアプラテンの移動方向が前回と今回で異なる場合においてのみ、バックラッシュを補正するための決められた補正量の補正をかける旨の内容が記載されている。

しかし、型締における駆動機構のひずみや機械の振動などにより特許文献２で記載されている状況以外にもバックラッシュが生じる可能性がある。そしてこのように生じたバックラッシュの場合、駆動機構の歯車列がどちらか一方に寄っているとは限らずバックラッシュ補正のために必要な補正量が常に同じではないことが考えられる。また、駆動機構の歯車列の経年劣化でも歯車列のバックラッシュ補正のために必要な補正量が変化することも考えられる。このことから、特許文献２に記載の方法では、移動方向が変わる場合に生じるバックラッシュにしか対応できず、また、様々な状況で変化する補正量を決める必要があり手間がかかるという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、駆動機構のバックラッシュから生じるリアプラテンの未駆動区間をリアプラテン調整用モータの駆動電流または負荷の変化に基づいて検出することにより、リニアスケールなどの取り付けに複雑な構造を伴うセンサを使用せず、リアプラテンを正確な距離で移動させることで正確な型締力の調整が可能な射出成形機のリアプラテン調整装置を提供することを目的とする。

本発明は、リアプラテンを移動させる駆動機構の歯車列にあるバックラッシュにより生じるリアプラテンの未駆動区間を、リアプラテンを所定の速度で移動させるリアプラテン調整用モータの駆動電流、もしくは負荷の絶対値の変化を基に検出し、リアプラテンの移動距離を正確に制御することを特徴とする。

リアプラテンを移動させる駆動機構の歯車列にバックラッシュがある場合、リアプラテン調整用モータを回転させても歯車列がバックラッシュ分回転するまではリアプラテンが移動しない未駆動区間が生じる。未駆動区間では、調整用モータにかかる負荷は小さくなり、歯車列がバックラッシュ分回転してリアプラテンが移動し始めてからリアプラテン調整用モータにかかる負荷が大きくなる。つまり、リアプラテンをある目標距離移動だけさせようとした場合、リアプラテン調整用モータにかかる負荷に大きな変化が生じた位置をリアプラテンの移動開始位置とし、その位置からリアプラテン調整用モータを目標移動距離分回転することでバックラッシュの状態に関わらずリアプラテンの移動距離を正確に制御することが可能となる。移動開始位置からのリアプラテンの移動には、リアプラテンの移動量をタイマで制御して位置を制御する方法や、リアプラテン調整用モータに、位置検出器付きのギヤードモータやサーボモータを用いて位置制御する方法が適用できる。

そして、本願の請求項１に係る発明は、リアプラテンと可動側金型が取付けられた可動プラテン間に配設され、前記可動プラテンを型締用駆動手段で前後進させるトグル式型締装置と、前記リアプラテンを移動させるリアプラテン調整用モータと、型締力測定手段と、該型締力測定手段で測定した型締力と目標型締力との差から型締力補正のためのリアプラテン補正移動距離を算出する補正移動距離算出手段と、前記リアプラテン調整用モータを駆動して補正移動距離算出手段が算出した補正移動距離だけリアプラテンを移動させるリアプラテン位置補正手段とを備えた射出成形機のリアプラテン調整装置において、前記リアプラテン位置補正手段は、前記リアプラテンの移動時に前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷をモニタし、該駆動電流もしくは負荷が第１の所定以上の変化を検知した位置をリアプラテン移動開始位置として前記リアプラテンを該リアプラテン移動開始位置から前記補正移動距離だけ移動させることを特徴とする射出成形機のリアプラテン調整装置である。

請求項２に係る発明は、前記第１の所定以上の変化は、前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の絶対値が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位時間あたりの変化量が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位移動距離あたりの変化量が閾値を越えることの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機のリアプラテン調整装置である。

請求項３に係る発明は、前記リアプラテン位置補正手段は、前記リアプラテンを前記補正移動距離だけ移動させた後、当該補正において前記リアプラテン調整用モータを回転させた方向と逆方向にリアプラテン調整用モータを回転させ、該駆動電流もしくは負荷が第２の所定以上の変化を検知した位置で前記リアプラテン調整用モータの回転を停止させることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の射出成形機のリアプラテン調整装置である。

請求項４に係る発明は、前記第２の所定以上の変化は、前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の絶対値が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位時間あたりの変化量が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位移動距離あたりの変化量が閾値を越えることの何れかであることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機のリアプラテン調整装置である。

請求項５に係る発明は、前記リアプラテンの移動を制御する際に、タイマでの移動量制御、前記リアプラテン調整用モータに使用されるサーボモータの位置制御、または、ギヤードモータに付けられたパルスコーダで制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の射出成形機のリアプラテン調整装置である。

本発明により、駆動機構のバックラッシュから生じるリアプラテンの未駆動区間をリアプラテン調整用モータの駆動電流または負荷の変化に基づいて検出することにより、リニアスケールなどの取り付けに複雑な構造を伴うセンサを使用せず、リアプラテンを正確な距離を移動させることで正確な型締力の調整が可能な射出成形機のリアプラテン調整装置を提供できる。

射出成形機の型締装置を説明する図である。 リアプラテン伝動機構を説明する図である。 型締力を調整する処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の射出成形機の一実施形態について図面とともに説明する。図１、図２は本発明の射出成形機の一実施形態の概要図である。

固定プラテン１とリアプラテン２は複数のタイバー４によって連結されている。固定プラテン１とリアプラテン２間には、可動プラテン３がタイバー４に沿って移動自在に配設されている。また、固定プラテン１には固定側金型５ａが取付けられ、可動プラテン３には可動側金型５ｂが固定側金型５ａに対面して取付けられている。

リアプラテン２と可動プラテン３間にはトグル機構６が配設され、トグル機構６のクロスヘッド６ａに設けられたナット（図示せず）が、リアプラテン２に回動自在で軸方向移動不能に取付けられたボールネジ７と螺合している。ボールネジ７を伝動機構を介して型締用サーボモータ８によって駆動することにより、可動プラテン３を固定プラテン１方向に前進、後退させて金型５ａ、５ｂの開閉、型締を行い、これによってトグル式型締装置を形成している。なお、型締用サーボモータ８にはパルスエンコーダ等の該サーボモータの回転位置、速度を検出する位置・速度検出器１１が取付けられている。これにより、クロスヘッド６ａの位置、可動プラテン３（可動側金型５ｂ）の位置を検出できるようにされている。

また、リアプラテン調整用モータ１０とタイバーナット９とギアから構成されるリアプラテン伝動機構（図２参照）によってリアプラテン調整手段を構成している。
タイバー４のリアプラテン２側の端部にはネジが切られている。該ネジと螺合するタイバーナット９を、前記伝動機構（図２）の伝動ギア１０ａ、１０ｂを介してリアプラテン調整用モータ１０によって回転駆動し、リアプラテン２をタイバー４に沿って前後進できる。リアプラテン２の位置を調整できるようにリアプラテン調整用モータ１０には位置検出器が取付けられている。またリアプラテン調整用モータ１０は位置・速度検出器を備えたサーボモータであってもよい。リアプラテン調整用モータ１０の負荷を推定するオブザーバ回路を制御装置２０に備えることもできる。

型締力センサ１３は、４本あるタイバー４のうちの少なくとも一つに配設される。型締力センサ１３は、タイバー４の歪み（主に、伸び）を測定するセンサである。タイバー４には型締の際に型締力に対応して引張力が加わり、型締力に比例してわずかではあるが伸びる。したがって、タイバー４の伸び量を型締力センサ１３により測定することで、金型５ａ，５ｂに実際に印加されている型締力を知ることができる。

符号２０は、射出成形機を制御する制御装置を示しており、図１にはこの制御装置２０の要部のみを記載している。全体を制御するプロセッサ（ＣＰＵ）２１にバス３０を介してサーボモータの位置、速度、および電流（トルク）を制御する軸制御回路２２、入出力回路２４、メモリ２６、Ａ／Ｄ変換器２７、表示装置２９のインタフェース２８が接続されている。

軸制御回路２２はプロセッサやメモリ、インタフェースなどで構成され、型締用サーボモータ８に取付けた位置・速度検出器１１からの位置、速度フィードバック信号が帰還され、さらに、型締用サーボモータ８の駆動電流を検出する電流検出器１２からの電流フィードバック信号が帰還されている。また、軸制御回路２２にはサーボアンプ２３を介して型締用サーボモータ８が接続されている。

さらに、入出力回路２４にはインバータ２５を介してリアプラテン調整用モータ１０が接続され、インタフェース２８には表示装置２９が接続されている。メモリ２６には、射出成形機を制御するプログラムが格納されている。図３に示す型締力調整のためのフローチャートのアルゴリズムを基に作成したプログラムも、メモリ２６に格納されている。

プロセッサ２１はこれらのプログラムに基づいて射出成形機を制御する。型締動作については、プロセッサ２１はプログラムに基づいて、移動指令を軸制御回路２２に出力する。軸制御回路２２に内蔵されるプロセッサ（図示せず）は、この移動指令と位置・速度検出器１１からの位置、速度フィードバック信号および電流検出器１２からの電流フィードバック信号に基づいて、位置、速度、および電流のフィードバック制御を行い、サーボアンプ２３を介して型締用サーボモータ８を駆動制御する。

型締用サーボモータ８の駆動により、ボールネジ７が回転し、該ボールネジ７に螺合するナット（図示せず）を有するトグル機構６のクロスヘッド６ａがボールネジ７に沿って移動し、トグル機構６が駆動され、可動プラテン３が前進し固定側金型５ａに可動側金型５ｂが当接し、さらに可動プラテン３を前進させ、トグル機構６のリンクが伸び、可動プラテン３が所定の位置に達するロックアップ位置に達したとき、この位置に型締用サーボモータ８は位置決めされ、目標型締力が発生するようにリアプラテン２の位置が調整される。

すなわち、固定プラテン１とリアプラテン２はタイバー４によって連結されているから、固定側金型５ａと可動側金型５ｂが当接し、さらに可動プラテン３および可動側金型５ｂが前進したとき、該タイバー４が伸び、このタイバー４の伸びの反力によって目標型締力が得られるように調整される。

そのような構造であるため、金型５ａ、５ｂを金型の厚さが異なるものに交換したときや型締力を変えるときには、リアプラテン２の位置を移動させ、型締力を調整しなければならない。プロセッサ２１は入出力回路２４を介してリアプラテン調整用モータ１０を駆動し、伝動機構（図２）を介してタイバーナット９を回転させてリアプラテン２の位置を移動させることができる。

このような型締用サーボモータ８でトグル式型締機構を駆動する射出成形機では、射出成形機の自動運転中、金型５ａ、５ｂの熱膨張等によって型締力が変動する場合がある。そのため、トグル式型締装置を有する射出成形機ではこのような型締力の変動が生じた場合、リアプラテンを移動させて型締力を調整することが行われている。その際に、リアプラテンの位置を正確に制御する必要がある。

本発明では、リアプラテン２の位置を正確に制御するため、伝動機構（図２）のバックラッシュによるリアプラテンの未駆動区間をリアプラテン調整用モータ１０にかかる負荷の変化から検出して、リアプラテン調整用モータ１０の回転量を目標移動距離に対して、未駆動区間に対応する補正を加えてリアプラテン２を移動させることで正確な位置制御が可能となり正確な型締力調整が可能となる。なお、リアプラテン２の移動制御は、制御装置２０に備わったタイマ（図示せず）での移動量制御、リアプラテン調整用モータ１０に使用されるサーボモータの位置制御、または、ギヤードモータに付けられたパルスコーダからの出力信号に基づいて行うことができる。

図３は型締力を調整する場合のフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
［ステップＳＡ０１］目標型締力を設定する。より具体的には、予めオペレータが設定した目標型締力の値を記憶しているメモリから前記目標型締力の値を読み込む。
［ステップＳＡ０２］ロックアップを行い現在の型締力を測定する。
［ステップＳＡ０３］｜目標型締力−測定型締力｜≧αの場合はステップＳＡ０４に移行し、｜目標型締力−測定型締力｜＜αの場合は処理を終了する。なお、αは目標型締力に調整する際の許容誤差である。
［ステップＳＡ０４］目標型締力と測定型締力の差からリアプラテン調整量を計算する。
［ステップＳＡ０５］リアプラテン調整用モータを調整方向にモータ負荷の絶対値≧βになるまで駆動する。なお、βはバックラッシュによる未駆動区間を検出するための負荷の閾値である。
［ステップＳＡ０６］リアプラテン調整用モータにかかる負荷が閾値βを超えたところからリアプラテン調整用モータを調整量だけ駆動する。
［ステップＳＡ０７］リアプラテン調整方向が前進方向（金型が閉じる方向）だった場合ステップＳＡ０２に戻る。リアプラテン調整方向が後退方向（金型が開く方向）だった場合ステップＳＡ０８に移行する。
［ステップＳＡ０８］リアプラテン調整用モータを調整逆方向にモータ負荷の絶対値≧βになるまで駆動する。なお、βはバックラッシュによる未駆動区間を検出するための負荷の閾値である。

上記フローチャートを補足して説明する。
リアプラテンの移動時にリアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷をモニタし、該駆動電流もしくは負荷が第１の所定以上の変化を検知した位置をリアプラテン移動開始位置として前記リアプラテンを該リアプラテン移動開始位置から前記補正移動距離だけ移動させる。

ステップＳＡ０５において、βはバックラッシュによる未駆動区間を検出するための負荷の閾値（請求項１の「第１の所定以上の変化」に対応）であるとしているが、リアプラテン調整用モータの駆動電流に基づいてバックラッシュによる未駆動区間を検出する場合には駆動電流の閾値を用いる。

あるいは、ステップＳＡ０５において、第１の所定以上の変化として、リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位時間あたりの変化量が閾値を越えること、またはリアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位移動距離あたりの変化量が閾値を超えることの何れかによって、バックラッシュによる未駆動区間を判定してもよい。

また、上述したフローチャートの処理において、リアプラテンを補正移動距離だけ移動させた後、当該補正においてリアプラテン調整用モータを回転させた方向と逆方向にリアプラテン調整用モータ回転させ、リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷が第２の所定以上の変化を検知した位置で、リアプラテン調整用モータの回転を停止させる。 例えば、リアプラテン調整方向が後退方向（金型が開く方向）だった場合、ステップＳＡ０６でリアプラテンを目標位置まで移動させた後にステップＳＡ０８で行うバックラッシュ分リアプラテン調整用モータを逆回転（金型が閉じる方向）させることで、ロックアップ時に影響を及ぼすリアプラテン移動で生じたバックラッシュを取り除くことができる。ここでは、第２の所定以上の変化としてリアプラテン調整用モータのモータ負荷の値が用いられている。

第２の所定以上の変化は、前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の絶対値が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位時間あたりの変化量が閾値を越えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位移動距離あたりの変化量が閾値を超えることの何れかとしてもよい。
なお、第１の所定以上の変化と第２の所定以上の変化は同じものであってもよい。

リアプラテン調整用モータの負荷は、リアプラテン調整用モータのトルクから求めてもよく、リアプラテン調整用モータの負荷を推定するオブザーバ回路を用いてもよい。

１ 固定プラテン
２ リアプラテン
３ 可動プラテン
４ タイバー
５ａ 固定側金型
５ｂ 可動側金型
６ トグル機構
６ａ クロスヘッド
７ ボールネジ
８ 型締用サーボモータ
９ タイバーナット
１０ リアプラテン調整用モータ
１０ａ 伝動ギアａ
１０ｂ 伝動ギアｂ
１１ 位置・速度検出器
１２ 電流検出器
１３ 型締力センサ

２０ 制御装置
２１ プロセッサ
２２ 軸制御回路
２３ サーボアンプ
２４ 入出力回路
２５ インバータ
２６ メモリ
２７ Ａ／Ｄ変換器
２８ インタフェース
２９ 表示装置
３０ バス

Claims (5)

1. リアプラテンと可動側金型が取付けられた可動プラテン間に配設され、前記可動プラテンを型締用駆動手段で前後進させるトグル式型締装置と、前記リアプラテンを移動させるリアプラテン調整用モータと、型締力測定手段と、該型締力測定手段で測定した型締力と目標型締力との差から型締力補正のためのリアプラテン補正移動距離を算出する補正移動距離算出手段と、前記リアプラテン調整用モータを駆動して補正移動距離算出手段が算出した補正移動距離だけリアプラテンを移動させるリアプラテン位置補正手段とを備えた射出成形機のリアプラテン調整装置において、
   前記リアプラテン位置補正手段は、前記リアプラテンの移動時に前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷をモニタし、該駆動電流もしくは負荷が第１の所定以上の変化を検知した位置をリアプラテン移動開始位置として前記リアプラテンを該リアプラテン移動開始位置から前記補正移動距離だけ移動させることを特徴とする射出成形機のリアプラテン調整装置。
2. 前記第１の所定以上の変化は、前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の絶対値が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位時間あたりの変化量が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位移動距離あたりの変化量が閾値を越えることの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機のリアプラテン調整装置。
3. 前記リアプラテン位置補正手段は、前記リアプラテンを前記補正移動距離だけ移動させた後、当該補正において前記リアプラテン調整用モータを回転させた方向と逆方向にリアプラテン調整用モータを回転させ、該駆動電流もしくは負荷が第２の所定以上の変化を検知した位置で前記リアプラテン調整用モータの回転を停止させることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の射出成形機のリアプラテン調整装置。
4. 前記第２の所定以上の変化は、前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の絶対値が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位時間あたりの変化量が閾値を超えること、または前記リアプラテン調整用モータの駆動電流もしくは負荷の単位移動距離あたりの変化量が閾値を越えることの何れかであることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機のリアプラテン調整装置。
5. 前記リアプラテンの移動を制御する際に、タイマでの移動量制御、前記リアプラテン調整用モータに使用されるサーボモータの位置制御、または、ギヤードモータに付けられたパルスコーダで制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の射出成形機のリアプラテン調整装置。

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