JPH0359680B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ダイカストマシンの射出速度制御用
パルスモータ（ステツピングモータ）駆動型流量
制御弁の制御方法に関するものであり、特に、射
出開始時点から所定の低速射出速度までの立上り
部分を含む低速射出速度の全域を使用可能にした
ものである。

［従来の技術］ パルスモータ（ステツピングモータ）は、１つ
の入力のパルスに対して、一定の角度だけ回転す
る電動機で、入力されるパルス数で、回転角が定
まり、パルスの周波数で、角速度が決まる特徴を
有しており、その構造、駆動方式の点で、幾多の
種類をもつている。簡単のため、ここでは、３相
パルスモータを例にして説明する。

第２図は、３相パルスモータの構造図で、その
構造は、コイル３を中心とする３つのブロツクよ
り構成されている。ステータ１の歯部はインター
ナルギア状となり、その１相あたりの歯数は、ロ
ータ２の歯数と等しく、３組のものの歯部が1/3
ピツチずつずらして積層されている。４はヨー
ク、５はフランジ、６は軸受、７は軸である。

第３図ａ，ｂはロータ２の形状を示している。

第４図は、３相型パルスモータの動作原理図
で、、、のコイル３は３相に巻かれたコイ
ルでに励磁されると、ロータ２は図の位置に安
定し、次にを切り、に励磁を切り換えること
でθ1だけ移動し、相目の位置に安定する。

の励磁を切り、を励磁すると相目の位置
に静止する。このように、パルスモータは、入力
１パルスごと、コイル３の励磁により始動、加
速、停止を繰り返しており、過渡的状態の連続で
回転運動を形成している。

［発明が解決しようとする問題点］ 前述の様に、パルスモータは一見連続して回転
している様に見えても、微視的には、１パルスご
とに、始動、加速、停止というステツプを踏んで
いるため、その瞬間的停止時には、減衰振動が発
生する。この減衰振動は、パルスモータと、それ
により駆動される被駆動部より成る系に固有の値
をとる。この振動数と、パルスモータへ指令とし
て入力されるパルス（以下指令パルスという）の
周波数がほぼ一致すると、１ステツプごとに表わ
れる減衰振動に同期して、次の指令が入ることに
なり、収束に向うどころか、逆に励起、共振状態
に陥つてしまう。その結果、その周波数付近での
指令パレスに対しては、パルスモータは、著しく
トルクを低下させるか、もしくは、全く作動しな
くなり、いわゆる、脱調現象の大きな要因となつ
ていた。

一方、ダイカスストマシンにおいては、低速射
出を行う場合、その低速射出速度の大きさ、およ
び、速度０から所定の低速射出速度に立上るまで
の速度の上昇度合を、射出する製品の形状やその
他の射出条件に合わせた種々変更して、最適な射
出速度および最適な速度上昇度合に選定する必要
がある。その為には、適宜、流量制御弁の弁開度
を変更し、その射出速度を変更しても、常に、低
速射出速度の全域を使用できるようにしておく必
要がある。

その場合、射出速度制御用パルスモータ駆動型
流量制御弁を用いて低速射出まで立上らせると
き、パルスモータ及びパルスモータにより駆動さ
れる被駆動部より成る系の有する固有振動数近傍
にパルスモータを駆動する指令周波数が来た場
合、脱調現象を起したりするので、例えば、特開
昭58−107094号公報に記載されているように、指
令パルスの周波数を検知し、共振周波数領域にな
つたら、この領域より高い領域及び低い領域で交
互に駆動させた場合、例えば、第１０図に示すよ
うに、流量制御弁の弁開度Ｆが０から所定の低速
射出速度V₁に対応した弁開度F₁まで大きくなる
場合の弁開度の増大度合は、理想的な直線状の弁
開度増大度合ａよりも、早く増大する部分ｂと遅
く増大する部分ｃが交互に来るようになる。そう
すると、弁開度の増大に余分な制御や動作をさせ
る必要があるだけでなく、弁開度の増大が円滑に
行われない。

すなわち、ダイカストマシンにおいては、射出
装置のプランジヤチツプで溶湯を押して前進させ
るとき、プランジヤチツプの速度の上昇状態が直
線的に増大するのではなく、比較的に早く大きく
なるのと比較的に遅く大きくなるのを交互に繰返
しながらジグザグ状に大きくなるので、溶湯に振
動を与え、溶湯を波立たせることになる。

そうなると、溶湯温度が下がつて射出時の金型
キヤビテイ内への湯回り状態が悪くなるばかりで
なく、溶湯表面が波立つて射出スリーブ内の空気
が溶湯内に巻込まれ、射出製品内に空気が混入
し、いわゆる巣が生じ、射出製品の強度や緻密度
等を低下させることになる。

なお、射出速度を０から低速射出速度V₁へ立
上がらせる場合、すなわち、弁開度を０からF₁
に大きくする場合の弁開度増大度合ａは、射出条
件により、第１０図に点線a₁，a₂で示したよう
に、適宜変える必要があるが、変えた場合でも、
常に直線的に大きくすることが望ましい。

このような理由で、特開昭58−107094号公報の
技術は、ダイカストマシンの射出速度制御用パル
スモータ駆動型流量制御弁の制御に使用するの
は、好ましくない。

なお、特開昭58−107094号公報の一部には、慣
性負荷を設け、機械の固有振動数をずらすことが
示されているが、これは、常時、慣性負荷をパル
スモータの出力軸に固定して、慣性負荷を常時か
けておくこと思われる。したがつて、パルスモー
タのトルクが下がり、能力が低下するだけでな
く、ダイカストマシンの射出制御の場合のよう
に、低速射出速度への立上り状態等を射出製品に
応じて適宜いろいろ変える必要があるところには
使用できないという欠点がある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明においては、ダイカストマシンの射出速
度制御において前記したような問題点を解決する
ために、ダイカストマシンの射出速度制御用パル
スモータ駆動型流量制御弁のパルスモータ出力軸
に、クラツチを介してフライホイール等の慣性モ
ーメント変更部材を連結したり連結を断つたりし
得る装置を用い、射出速度を所定の低速射出速度
まで所定の速度上昇度合を選定して立上らせるに
際し、前記射出速度制御用パルスモータ駆動型流
量制御弁のパルスモータ及びパルスモータにより
駆動される被駆動部により成る糸の有する固有振
動数近傍にパルスモータを駆動する指令周波数が
来た場合には、パルスモータ出力軸と慣性モーメ
ント変更部材をクラツチを介して連結することに
より、パルスモータ出力軸の慣性モーメントを変
化させるようにし、前記固有振動近傍にパルスモ
ータを駆動する指令周波数が来ない場合にはクラ
ツチを断つておくようにして、低速射出速度の全
域を使用可能にした。

［作用］ パルスモータと、パルスモータにより駆動され
る被駆動部より成る系の固有振動数ω₀は、パル
スモータの駆動トルクをＴ、その系の慣性モーメ
ントをＪとすると、一般的に、 の関係を有するので、慣性モーメントが変れば、
ステツプの時の減衰振動の状態が変わり、その結
果、指令パルスの周波数との共振現象が防止でき
る。

ここで、慣性モーメントを変えるといつても、
パルスモータのロータ等の回転部とパルスモータ
により、駆動される被駆動部の慣性モーメントは
固有的に存在するので、それを相対的にでも減少
させる手段は限られ、増加させることにより、慣
性モーメントを変化させる事がほとんである。従
つて、パルスモータのトルクの側から見ると、慣
性モーメントの増加は、能力低下につながるが、
本発明では、パルスモータの適用の方法と、上記
の共振状況に鑑み、このトルク低下が重大な欠点
とならないことをつきつめた。即ち(1)パルスモー
タは、一般に回転数（指令パルス因数）が上昇す
るに従つてトルクが減少するパワーコンスタント
形である。（第５図参照）(2)高応答性を有してい
ることから、高速での位置決め、送りに利用され
ることがほとんどである。(3)共振現象を起こす周
波数が比較的低く、自起動周波数、即ちその周波
数で、ただちにパルスモータを起動出来る限界の
周波数内である。（第６図参照） 第５図は、第６図に示した自起動周波数内で、
起動開始したパルスモータの指令パルス周波数を
徐々に上げていつた場合の指令パルス周波数とト
ルクの関係であり、前記(1)、(2)の理由から、通常
は、保持トルク（パルスモータ停止状態、周波数
＝０の状態でのトルク）T₀の1/2〜1/3までの周
波数fc範囲を使用するのがほとんどである。とい
うことは、パルスモータの駆動する被駆動部の負
荷トルク分は、（1/2〜1/3）T₀以下で、その残り
は、該被駆動部及び、パルスモータのロータ等の
回転部を所要の加速特性に従つて回転、移動させ
るに必要な加速トルクとして使用出来るトルクで
ある。（第１図参照） 第１図に示すごとく、系の固有振動数ω₀付近
の周波数を持つ指令パルスで、パルスモータを駆
動しようとしても、前述の様な共振現象を起こ
し、脱調してしまうが、その共振周波数は、第
６，１図に示すごとく、自起動周波数内の低い周
波数になることがほとんどである。ここで到達周
波数fcまで等加速度的に加速するとすれば、その
加速に要するトルクTAは一定で、fcにおけるパ
ルスモータの有する駆動トルクTcより、負荷ト
ルクTLを減じた範囲内である。従つて、fc以下
の周波数で駆動トルクTcから、T_A＋T_Lを減じた
部分は、全て余剰トルクとなり、実際の駆動に
は、寄与していないパルスモータの余力になる。
この余力は、周波数が低い程大きく（前記(1)に示
した様にパルスモータはパワーコンスタント形）、
共振周波数数ω₀付近では、ほぼ保持トルクT₀と
同等の駆動トルクを有しているから、その余分も
十分あるといえる。

従つて、この共振周波数ω₀近傍で、パルスモ
ータ出力軸の慣性モーメントを増加せしめても、
駆動には、何ら問題はない。例えば、現状のパル
スモータ及びその駆動部が有する慣性モーメント
の総和と等しい量、増加させても（２倍にして
も）、それによる駆動トルクに与える影響は、加
速トルクT_A強程度の値になるだけであり、これ
で式(a)より共振周波数は第１図中破線で示す様に
ω₁、（≒１／√２ω₀）まで下がるため、結果的には、 ω₀周波数近辺でのトルクは増加し、脱調の発生
を防止できることになる。

以上のことを、ダイカストマシンの射出速度制
御用パルスモータ駆動型流量制御弁を用いた低速
射出速度への立上り状態の制御に用いるときは、
射出速度制御用パルスモータ駆動型流量制御弁の
パルスモータ及びパルスモータにより駆動される
被駆動部により成る系の有する固有振動数近傍に
パルスモータを駆動する指令周波数が来た場合に
は、パルスモータ出力軸と慣性モーメント変更部
材をクラツチを介して連結することにより、パル
スモータ出力軸の慣性モーメントを変化させるよ
うにし、前記固有振動数近傍にパルスモータを駆
動する指令周波数が来ない場合にはクラツチを断
つておくようにして、低速射出速度の全域を使用
可能にする。

［実施例］ つぎに、図面に示した実施例によつて、本発明
をさらに詳細に説明する。

第７図は例えば、ダイカストマシンの射出シリ
ンダ１０等の速度制御を行う流量制御弁１１のス
プール１２の駆動にパルスモータ１３を用いた実
施例で、パルスモータ１３の回転力をボールネジ
１４でスプール１２のストローク移動方向力に変
換している。液圧供給源１５の圧力とスプール１
２の受圧面積による力が、ボールネジ１４を介し
てスプール１２を所定の位置に保持しておくのに
必要なパルスモータ１３の負荷トルクに相当し、
スプール１２を所定の速度で開くのに必要なトル
クがパルスモータ１３の加速トルクとして表われ
てくる。位置検出器１６は射出シリンダ１０の位
置を検出し、この位置信号２１を受けて、指令パ
ルス発生器１７はスプール１２を所定の開度まで
所定の速度で移動させるために、パルスモータ１
３を駆動する指令パルス１９を出力する。１８は
ドライブユニツトで、指令パルス１９を、最終的
にパルスモータ１３を駆動出来る電圧と相電流を
持つた信号２２に変換する機能を持つている。

今、射出シリンダ１０の位置信号２１に対し
て、スプール１２を開度、即ち、射出シリンダ１
０のピストンの移動速度を、第８図に示す様に、
指令パルス発生器１７にプログラムされていたと
する。

位置S₂で、開度V₁→V₂、位置S₃で開度V₂→V₃
へ変更するには、短い時間に開度差を大きくとる
必要があるので、指令パルス１９は、自起動周波
数が駆動を開始して高い周波数まで到達させねば
達成出来ないが、S₁点から開度V₁まで開くのに
は、低い周波数でよいので、必要な周波数が自起
動周波数内であれば、指令パルス１９は、一定の
周波数でよい。

この様な場合、その周波数が、共振周波数ω₀
近傍であると、これまでの説明で明らかな様に、
脱調を誘発してしまう。従つて、共振周波数ω₀
近辺の周波数が指令パルス発生器１７にプログラ
ムされた場合は、共振周波数ω₀近傍の指令パル
スが発せられる直前に慣性切換信号２０をクラツ
チ２３に出力し、パルスモータ１３の出力軸とフ
ライスホイール２４を連結し、系の慣性モーメン
トを増加させ、共振周波数ω₀を下げる。本実施
例では、パルスモータ出力軸の慣性モーメントを
増加させる手段としてフライホイールを用いた
が、これは、電磁ブレーキ等の制動力を利用して
も同様の結果が得られる。

また、第９図は別の実施例で、パルスモータ１
３の出力軸にカツプリング２６で直流モータ２５
を連結し、この直流モータ２５に印加する電圧に
より、慣性モーメントを制御したものである。

慣性切換信号２０を受け、アンプ２７で所定の
電圧値２８を、直流モータ２５をパルスモータ１
３に対し反対方向の回転を与える様に印加するこ
とで、任意の制動状態、即ち、任意に慣性モーメ
ントを増加出来る様にしたものである。

また、本実施例のようにすれば、直流モータ２
５パルスモータ１３に対して同方向に回転させて
もよい。そうすると、パルスモータ１３側から見
ると、その系のもつ慣性モーメントはかわらず、
トルクが増加した形になるので、式(a)より、振動
数ω₀は増加し、指令パルスの周波数領域からは
ずれ、共振が防止出来る。しかも、トルク損失は
無い（増加してる）ので、駆動にも全く問題がな
くなる。

［効果］ 本発明においては、特許請求の範囲に記載した
様にしたので、共振周波数の近辺でパルスモータ
の駆動が可能となり、例えば、低速時の流量調整
弁の開度への立ち上り勾配が任意にとれる様にな
つた。なお、従来では、共振の問題から、立ち上
り勾配に制約を受け、これが、ダイカスト機等の
射出シリンダの制御に適用された場合、溶湯への
空気の巻き込み、溶湯の乱れが発生し、成形品に
悪影響を及ぼしていたが、本発明の実施により、
これらのことがほとんどなくなる。

すなわち、本発明は、ダイカストマシンの射出
速度制御用パルスモータ駆動型流量制御弁の制御
方法であり、かつ、射出速度を所定の低速射出速
度まで所定の速度上昇度合を選定して立上らせる
に際し、パルスモータ出力軸にクラツチを介して
フライホイール等の慣性モーメント変更部材を連
結したり断つたりし得るようにしたものであり、
射出速度制御用パルスモータ駆動型流量制御弁の
パルスモータ及びパルスモータにより駆動される
被駆動部により成る系の有する固有振動数近傍に
パルスモータを駆動する指令周波数が来た場合に
は、パルスモータ出力軸と慣性モーメント変更部
材をクラツチを介して連結することにより、パル
スモータ出力軸の慣性モーメントを変化させるよ
うにして使用し、一方、前記固有振動数近傍にパ
ルスモータを駆動する指令周波数が来ない場合に
はクラツチを断つたままの状態にして使用するよ
うにして、低速射出速度の全域を使用可能にした
ものである。

したがつて、本発明においては、低速射出速度
の全域において、速度の立上り状態を第１０図に
ａ，a₁，a₂で示すように種々変えても、常に直線
的に、すなわち、等加速度で円滑に立上らせるこ
とができる。

その結果、低速射出中に、溶湯の振動、波立ち
を極力押さえることができ、溶湯温度の低下を防
ぎ、湯回り状態を常に良好に保つことができると
ともに、溶湯への空気の混入を防ぎ、射出製品内
に巣が生じるのを極力押さえ、強度が大きく、緻
密性も大きく、後で熱処理や溶接をした場合の火
ぶくれ等もほとんど生じない機械的性質の良好な
射出製品を確実容易に得ることができる。

そして、本発明は、ダイカストマシンの射出に
おいて、低速射出速度や低速射出速度への立上り
状態を適宜いろいろ変える必要がある場合に用い
て特に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明するためのもの
で、周波数とトルクとの関係を示す線図、第２図
は通常用いられる３相パルスモータの正面図（上
半分は縦断面図）、第３図ａはロータの正面図、
第３図ｂは第３図ａの右側面図、第４図は３相パ
ルスモータの動作原理図、第５図は指令パルス周
波数とトルクの関係を示す線図、第６図は自起動
周波数とトルクの関係を示す線図、第７図は本発
明を実施するための装置の１実施例を例す図、第
８図は射出シリンダの作動における位置と流量制
御弁の開度との関係を示す線図、第９図は本発明
を実施する装置の他の実施例を示す図、第１０図
は射出速度制御用パルスモータ駆動型流量制御弁
の弁開度を増大させる場合の従来と本発明の違い
を説明するための線図である。 １０……射出シリンダ、１１……流量制御弁、
１２……スプール、１３……パルスモータ、１４
……ボールネジ、１５……油圧供給源、１６……
位置検出器、１７……指令パスル発生器、１８…
…ドライブユニツト、１９……指令パルス、２０
……慣性切換信号、２３……クラツチ、２４……
フライホイール、２５……直流モータ、２６……
カツプリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダイカストマシンの射出速度制御用パルスモ
   ータ駆動型流量制御弁のパルスモータ出力軸に、
   クラツチを介してフライホイール等の慣性モーメ
   ント変更部材を連結したり連結を断つたりし得る
   装置を用い、 射出速度を所定の低速射出速度まで所定の速度
   上昇度合を選定して立上らせるに際し、 前記射出速度制御用パルスモータ駆動型流量制
   御弁のパルスモータ及びパルスモータにより駆動
   される被駆動部により成る系の有する固有振動数
   近傍にパルスモータを駆動する指令周波数が来た
   場合には、パルスモータ出力軸と慣性モーメント
   変更部材をクラツチを介して連結することによ
   り、パルスモータ出力軸の慣性モーメントを変化
   させるようにし、前記固有振動数近傍にパルスモ
   ータを駆動する指令周波数が来ない場合にはクラ
   ツチを断つておくようにして、低速射出速度の全
   域を使用可能にしたことを特徴とするタイカスト
   マシンの射出速度制御用パルスモータ駆動型流量
   制御弁の制御方法。