JP6284022B2

JP6284022B2 - 型締装置

Info

Publication number: JP6284022B2
Application number: JP2014088123A
Authority: JP
Inventors: 孝雄林
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2034-04-22
Also published as: CN105034297A; TWI579129B; TW201544281A; JP2015205474A; KR101899870B1; KR20150122057A; CN105034297B

Description

この発明はプレス成型装置、射出成型装置、ダイキャスト成型装置等の型締装置に関し、特に複数のサーボモータを備える型締装置に関する。

発明者は、複数のサーボモータによりラム軸を駆動する型締装置に対し、上部金型の底面を水平に保つことを検討した。サーボモータが複数あれば、センサも複数用いることが必要で、センサによりどのような信号を測定して、信号をどのように組み合わせるかが問題となる。

関連する先行技術を示す。特許文献１（JP2006-75864A）は４軸の型締装置に対し、４個のサーボモータを各々のエンコーダにより制御し、かつ他の軸に対する遅れを補正することを記載している。しかしながらサーボモータと金型の間にはラム軸等が介在するため、エンコーダの信号と金型底面の高さとの間には誤差がある。また遅れを解消するように制御すると、最も進んでいるサーボモータに合わせて他のサーボモータを制御することになり、遅れている他のサーボモータの負荷が大きくなる。

特許文献２（JP2007-283332A）では、上部金型の高さをリニアセンサで監視し、サーボモータにフィードバックする。しかしながら監視する位置は上部金型の基部、あるいはラム軸等である。この位置と上部金型の底面との間隔は、金型の熱変形等の影響を受けるため一定ではない。

JP2006-75864A JP2007-283332A

この発明の課題は、複数のサーボモータを用い、姿勢を保ちながら、移動金型を移動させることにある。

この発明は、移動金型に複数のラム軸が取り付けられ、ラム軸毎にサーボモータが設けられ、かつ複数のサーボモータにより移動金型を固定金型と接するように移動させる型締装置において、
移動金型と固定金型との間隔を測定する複数の間隔センサが、ラム軸の本数と同じ個数だけ設けられ、
複数の間隔センサの信号から、
ラム軸に沿っての、移動金型の目標位置と移動金型の実際の位置との誤差を解消するように、複数のサーボモータに共通の第１の制御量を発生させると共に、
ラム軸に対する移動金型の傾斜を解消するように、サーボモータ毎の第２の制御量を発生させ、
かつ第１の制御量と各センサ毎の第２の制御量とを加算することにより、サーボモータ毎の制御量を発生させる制御手段、を備えていることを特徴とする。

移動金型の実際の位置は例えば移動金型の中心位置で、間隔センサは移動金型と固定金型との間隔を測定するもので、エンコーダや、移動金型の位置を固定金型を用いずに測定するセンサ、等は含まない。第１の制御量は、例えば移動金型での固定金型との当接面の方程式を解いて、より簡単には複数個の間隔センサの信号の平均値から、ラム軸に沿った移動金型の実際の位置を求めて、発生させる。第２の制御量は、例えば移動金型に対する当接面の方程式から、ラム軸に対する移動金型の傾斜を求め、より簡単には複数個の間隔センサの信号のバラツキを解消するように、発生させる。第１の制御量に第２の制御量を加算することにより、サーボモータ毎の制御量が得られる。これによって移動金型の姿勢を保ちながら、即ち移動金型の当接面をラム軸に垂直に保ちながら、目標位置の推移に従って移動金型を移動させることができる。

好ましくは、制御手段は、
第１の制御量を、ラム軸に沿っての移動金型の目標位置と、複数の間隔センサにより求めた間隔の平均値との誤差を解消するように発生させ、
第２の制御量を、前記平均値と個別の間隔センサで求めた間隔との偏差を解消するように発生させる。

間隔センサで求めた間隔の平均値は、移動金型での当接面の中心位置を示している。そこでこの値を目標位置と比較することにより、移動金型の位置を目標位置に一致させるための第１の制御量が得られる。またこの平均値からの偏差、即ち間隔センサ間での間隔の測定値の偏差を解消するように第２の制御量を発生させると、移動金型の姿勢を保つことができる。

第１の制御量を発生させるための平均値は、単純平均に限らず、重み付き平均、間隔センサの信号から求めた移動金型の中心の位置等でも良い。第２の制御量を発生させるための偏差は、平均値からの偏差に限らず、間隔センサの信号間の偏差等でも良い。

好ましくは、間隔センサは、磁気マークを備えかつ進退自在な磁性体ロッドと、磁性体ロッドの進退位置を測定するセンサヘッドと、磁性体ロッドの移動限界を定めるストッパと、磁性体ロッドをストッパ側へ付勢する弾性体とを有するリニアセンサと、
磁性体ロッドに当接して磁性体ロッドを移動させる当接部材とから成り、
リニアセンサが移動金型と固定金型の一方に、当接部材が移動金型と固定金型の他方に、互いに対向するように取り付けられている。

このようにすると移動金型と固定金型の間隔を正確に測定でき、またリニアセンサは、測定レンジが短いが高分解能なものを用いることが出来る。

この発明ではさらに、固定金型に依存せずに移動金型の位置を測定するロングレンジのリニアセンサ、あるいはサーボモータ毎のエンコーダがさらに設けられ、
間隔センサは、移動金型と固定金型の間隔が所定値以下で測定が自在で、
移動金型と固定金型の間隔が所定値を越える場合は、ロングレンジのリニアセンサあるいはエンコーダにより、複数のサーボモータを制御し、移動金型と固定金型の間隔が所定値以下の場合は、ロングレンジのリニアセンサあるいはエンコーダによる制御から、複数の間隔センサによる制御へ、間隔センサによる制御の重みを連続的に変えながら、複数のサーボモータの制御を切り替える。なおロングレンジのリニアセンサは例えば１個のみ設けてもよい。

このようにすると、移動金型が固定金型に接近するまでは、ロングレンジのリニアセンサあるいはエンコーダにより制御し、移動金型と固定金型が接近すると間隔センサの制御に切り替えることができる。また制御の切替を連続的にかつ滑らかに行うことができる。特に、エンコーダあるいはロングレンジのリニアセンサと、間隔センサとの間で信号が一致しなくても、過大な制御量が発生することがない。

特に好ましくは、移動金型が固定金型に接触する前に、移動金型の目標位置を一旦固定すると共に、第２の制御量による制御を続行する。従って、移動金型が固定金型に接触する前に、移動金型の当接面はラム軸に対して確実に直角になる。次いで移動金型が固定金型に接触するように、移動金型の目標位置を変更する。例えば型締装置は射出成型装置であり、移動金型の目標位置を一旦固定した際に、樹脂の充填を開始する。このようにすると圧縮成型法による成型を正確に行うことができる。

実施例の射出成型装置を示すブロック図実施例での上部金型の底面を示す底面図実施例でのリニアセンサを取り付けを示す図実施例でのリニアセンサの断面図実施例でのサーボモータの制御系を示すブロック図実施例の波形図で、1)はエンコーダ信号とリニアセンサ信号との重みを示し、2)はモータの角速度を示す。実施例でのサーボモータの制御アルゴリズムを示すフローチャート

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。

図１〜図７に実施例とその動作を示す。図１は実施例の射出成型装置２を示し、上部金型（移動金型）４は例えば４本のラム軸（ダイバー）１２により上下動する金型で、射出成型により合成樹脂を注入するための内部金型８がセットされている。下部金型（固定金型）６には、合成樹脂を注入するための内部金型１０がセットされている。上部金型４は例えば４本のガイドピン１１によりガイドされ、４個のクランク機構１４と、４個のサーボモータＭ１〜Ｍ４とにより、４本のラム軸１２を介して上下動する。また下部金型６には、スクリューポンプ、プランジャー等を備える射出装置１８が接続され、合成樹脂を金型８，１０間のチャンバーに注入する。なお射出装置１８を除き、プレス成型装置としても良く、さらにダイキャスト成型装置としても良い。クランク機構１４に代えてトグル機構等を用いても良く、あるいはクランク機構１４等を設けず、サーボモータＭ１〜Ｍ４からボールネジで駆動しても良い。またラム軸１２により、固定金型６へ向けて移動金型４を水平に移動させても良い。

制御部２０は、エンコーダとリニアセンサ（間隔センサ）Ｓ１〜Ｓ４からの信号により、サーボモータＭ１〜Ｍ４をフィードバック制御する。下部金型６の上部にリニアセンサＳ１〜Ｓ４が固定され、上部金型４の下部に固定された基準板（当接部材）２４との間隔を測定する。リニアセンサＳ１〜Ｓ４と基準板２４との組み合わせを、サーボモータＭ１〜Ｍ４毎に設け、実施例では金型４，６の４周に各１組設ける。リニアセンサＳ１〜Ｓ４と基準板２４とは金型４，６の対向部付近に固定され、リニアセンサＳ１〜Ｓ４により金型４，６間の実際の間隔を測定する。

図２は、上部金型４の底面を示し、Ｏは上部金型４の中心で、４方にガイドピン１１があり、上部金型４の側面に基準板２４が取り付けられている。なお各基準板２４に対応するリニアセンサからの信号をａ〜ｄとする。

図３は、リニアセンサＳ１〜Ｓ４の配置等を示す。金型４，６の対向部付近に基準板２４とリニアセンサＳ１〜Ｓ４とを配置する。なお上部金型４側にリニアセンサＳ１〜Ｓ４を、下部金型６側に基準板２４を配置しても良い。

図４はリニアセンサ５０の断面を示し、４２は金属のケースで、可動の磁性体ロッド４４には磁性体５２と非磁性体５３とから成る磁気マークが設けられ、複数のコイルを備えるセンサヘッド４８内を貫通している。基準板４５にケース５１の溝５７に沿って摺動する摺動部材５４と磁性体ロッド４４とが固定され、基準板４５，磁性体ロッド４４，及び摺動部材５４が一体に図４の左右にスライドする。

磁性体ロッド４４と摺動部材５４は連結部材５５で連結され、弾性体４９により図の左側の基準板４５側へ付勢されている。また基準板４５が上部金型４側から押圧されるまでは、弾性体４９による付勢のため連結部材５５はストッパ５６で位置決めされている。磁性体ロッド４４のストローク（測定レンジ）は例えば10mm程度である。上下の金型４，６が接触しているときに高さを０とする、等にリニアセンサＳ１〜Ｓ４は較正されている。

リニアセンサＳ１〜Ｓ４は型締位置よりもマイナス側にも測定レンジを持っているが、型締位置で上部金型４が停止するので、マイナス側の範囲を測定することはない。またリニアセンサＳ１〜Ｓ４により、上部金型４の位置を検出できない区間では、エンコーダの信号Ｅ１〜Ｅ４、あるいはラム軸１２の位置を監視する図示しないロングレンジのリニアセンサの信号により、サーボモータＭ１〜Ｍ４を制御する。

図５に、サーボモータＭ１〜Ｍ４の制御系を示す。３０は加算器で、エンコーダＥ１〜Ｅ４からの信号に重みを乗算し、リニアセンサＳ１〜Ｓ４からの信号ａ〜ｄに重み（１−ｗ）を乗算して加算する。加算器３２に４個の加算器３０からの信号を入力して、その平均値を出力し、これは上部金型４の底面の中心Ｏの高さである。差分器３４では、目標高さと加算器３２で求めた中心Ｏの高さとの差を求め、これを第１の制御量とする。なお加算器３２で求める平均値は単純平均に限らず、４個のセンサから求めたものでかつ中心Ｏの高さとして適切なもの、例えば４個のセンサの信号の重み付き平均、であればよい。

中心Ｏの高さと個別のリニアセンサＳ１〜Ｓ４の信号ａ〜ｄとの偏差は、水平面からの上部金型４の底面の傾斜を表す。そこでこの変化を解消するように第２の制御量を差分器３６で発生させ、第１の制御量と第２の制御量を加算器３８で加算すると、サーボモータＭ１〜Ｍ４の制御量が得られる。好ましくは、第２の制御量に対するゲインを、第１の制御量に対するゲインよりも大きくし、上部金型４の底面を水平に保つことを、上部金型の高さが目標高さと一致することよりも優先する。

サーボ機構４０は、加算器３８から入力された制御量を位置の制御量とし、エンコーダＥ１〜Ｅ４の信号の変化率を速度ループの制御量として、サーボモータＭ１〜Ｍ４を制御する。

上部金型４の中心Ｏの高さと、中心Ｏの高さからの偏差を用いる代わりに、上部金型４の底面の式を求め、底面の傾きを解消すると共に、中心Ｏが所定のパターンで下降するように、制御しても良い。実施例では４個のセンサがあるので、センサが３個の場合よりもより正確に平面の式を求めることができる。ただし底面の式を用いても、中心Ｏの高さと中心Ｏの高さからの偏差とを用いても、ほぼ同じ制御になる。

図６に、重みｗと、４個のサーボモータの平均角速度とを示す。リニアセンサＳ１〜Ｓ４で上部金型４と下部金型６の間隔を測定できない範囲では、エンコーダＥ１〜Ｅ４あるいはロングレンジのリニアセンサの信号への重みｗが１で、リニアセンサＳ１〜Ｓ４から信号が得られるようになると、ｗを徐々に０に近づけ、エンコーダＥ１〜Ｅ４あるいはロングレンジのリニアセンサによる制御から、リニアセンサＳ１〜Ｓ４による制御へ切り替える。

上下の金型４，６間の間隔が例えば１００μｍ等の所定値に達すると、目標高さを一旦固定する。この時、リニアセンサＳ１〜Ｓ４間の信号の偏差を０にすることにより、上部金型４の底面を水平にするための、第２の制御量による制御は続行する。そして目標高さを固定している間に、樹脂の充填（射出）を開始し、金型８，１０間のチャンバーから空気を追い出す。これによって薄いチャンバーでも、空気を確実に追い出すことができる。樹脂の充填を続行しながら、目標高さが０（上下の金型４，６が接触）になるまで、上部金型をさらに下降させる。またこの間に、所定量の樹脂を充填すると、充填を中止する。以上のようにすると、底面を水平に保ちながら、上部金型４を下降させることができる。

図７は、リニアセンサＳ１〜Ｓ４による制御を示す。ステップ７１で、４個のリニアセンサの信号の平均値ｆを求める。ステップ７２で、平均値ｆとの偏差を解消するように、制御信号ｇ１〜ｇ４を発生させる。またステップ７３で、目標高さｚと信号fとの誤差を解消するように、制御信号ｈを発生させる。ステップ７４では、（ｈ＋ｇ１）によりサーボモータＭ１を制御し、（ｈ＋ｇ２）によりサーボモータＭ２を制御し、（ｈ＋ｇ３）によりサーボモータＭ３を制御し、（ｈ＋ｇ４）によりサーボモータＭ４を制御する。そして各サーボモータの速度ループは、エンコーダＥ１〜Ｅ４の信号により制御する（ステップ７５）。

２射出成型装置
４上部金型（移動金型）
６下部金型（固定金型）
８，１０内部金型
１１ガイドピン
１２ラム軸
１４クランク機構
１８射出装置
２０制御部（制御手段）
２４基準板（当接部材）
３０，３２，３８加算器
３６差分器
４０サーボ機構
４２ケース
４４磁性体ロッド
４５磁性体ロッドの基準板
４６，４７基準面
４８センサヘッド
４９弾性体
５４摺動部材
５５連結部材
５６ストッパ
５７溝

Ｏ中心
ａ〜ｄセンサ信号
Ｅ１〜Ｅ４エンコーダ
Ｍ１〜Ｍ４サーボモータ
Ｓ１〜Ｓ４リニアセンサ（間隔センサ）

Claims

移動金型に複数のラム軸が取り付けられ、ラム軸毎にサーボモータが設けられ、かつ複数のサーボモータにより移動金型を固定金型と接するように移動させる型締装置において、
移動金型と固定金型との間隔を測定する複数の間隔センサが、ラム軸の本数と同じ個数だけ設けられ、
複数の間隔センサの信号から、
ラム軸に沿っての、移動金型の目標位置と移動金型の実際の位置との誤差を解消するように、複数のサーボモータに共通の第１の制御量を発生させると共に、
ラム軸に対する、移動金型の傾斜を解消するように、サーボモータ毎の第２の制御量を発生させ、
かつ第１の制御量と各センサ毎の第２の制御量とを加算することにより、サーボモータ毎の制御量を発生させる制御手段、を備え、
固定金型に依存せずに移動金型の位置を測定するロングレンジのリニアセンサ、あるいはサーボモータ毎のエンコーダがさらに設けられ、
前記間隔センサは、移動金型と固定金型の間隔が所定値以下で測定が自在で、
前記制御手段は、移動金型と固定金型の間隔が所定値を越える場合は、ロングレンジのリニアセンサあるいはエンコーダにより、複数のサーボモータを制御し、移動金型と固定金型の間隔が所定値以下の場合は、ロングレンジのリニアセンサあるいはエンコーダによる制御から、複数の間隔センサによる制御へ、間隔センサによる制御の重みを連続的に変えながら、複数のサーボモータの制御を切り替えるように構成されていることを特徴とする、型締装置。
制御手段は、
第１の制御量を、ラム軸に沿っての移動金型の目標位置と、複数の間隔センサにより求めた間隔の平均値との誤差を解消するように発生させ、
第２の制御量を、前記平均値と個別の間隔センサで求めた間隔との偏差を解消するように発生させる、ことを特徴とする請求項１の型締装置。
前記間隔センサは、磁気マークを備えかつ進退自在な磁性体ロッドと、磁性体ロッドの進退位置を測定するセンサヘッドと、磁性体ロッドの移動限界を定めるストッパと、磁性体ロッドを前記ストッパ側へ付勢する弾性体とを有するリニアセンサと、
前記磁性体ロッドに当接して磁性体ロッドを移動させる当接部材とから成り、
前記リニアセンサが移動金型と固定金型の一方に、前記当接部材が移動金型と固定金型の他方に、互いに対向するように取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２の型締装置。
前記制御手段は、移動金型が固定金型に接触する前に、移動金型の目標位置を一旦固定すると共に、第２の制御量による制御を続行し、次いで移動金型が固定金型に接触するように、移動金型の目標位置を変化させるように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの型締装置。
型締装置は射出成型装置であり、移動金型の目標位置を一旦固定した際に、樹脂の充填を開始するように構成されていることを特徴とする、請求項４の型締装置。