JP2003117979A - 電動射出成型機の異常処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動射出成型機の異常処理方法を提供する。 【解決手段】 被駆動部材２と、被駆動部材２を駆動す
る２以上のサーボモータ６ａ、６ｂと、２以上のサーボ
モータ６ａ、６ｂの駆動力を被駆動部材２へと伝達する
駆動力伝達機構４、４ａ、４ｂと、コントローラ２０と
を含む電動射出成型機において、２以上のサーボモータ
６ａ、６ｂのそれぞれの位置を計測するステップと、計
測された２以上のサーボモータ６ａ、６ｂの位置の差を
コントローラ２０内の演算手段１０により得るステップ
と、得られた位置の差が、所定の範囲外にあるかを演算
手段１０により判定するステップと、前記所定の範囲外
に有ると判定した場合には、コントローラ２０がサーボ
モータ６ａ又は６ｂを停止する指令を発するステップと
を含んでなる電動射出成形機の異常処理方法を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータの回
転を、複数のねじ機構により直線運動に変換し、被駆動
部材を駆動する電動射出成形機において、サーボモー
タ、アンプに異常が発生した場合の異常処理方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型の射出成形機は油圧式から電
動式に世代交代し、さらにこの電動化の動きは、中型、
大型の射出成形機にも波及しようとしている。特に大き
な射出力或いは型締力をも出力できるようにしようとす
ると、射出成形機を駆動するサーボモータは、非常に特
殊な、大きいサーボモータが必要となり、市販品にはな
く、コストが高くなってしまう。この問題を解決するた
め、複数のねじ軸を、各々１台のサーボモータで駆動
し、全体として大きな射出力或いは型締力を出力するよ
うにした射出成形機が知られている（例えば、特開昭６
２−１２８７２４号公報、特開平５−２６９７４８号公
報）。

【０００３】２本のボールねじを、各１台のサーボモー
タで駆動し、スクリュを軸方向に移動させて射出を行な
う射出駆動装置が、前記２つのサーボモータを同期回転
させて２本のボールねじを駆動する同期駆動制御装置と
ともに、特開昭６２−１２８７２４号公報に開示されて
いる。この射出駆動装置と制御装置を、図６、図７によ
り説明する。射出駆動装置は、図６に示すように、各々
射出成形機のベースに固着されたフロントプレート１０
４、リアプレート１０５と、それらの間に回転自在に装
着された２本のボールねじ１０７、１０７と、２本のボ
ールねじ１０７、１０７の軸に各々連結手段１１１によ
り固着されたサーボモータＭ１、Ｍ２と、ボールねじ１
０７、１０７に螺合するボールナット１０８、１０８を
備え、スクリュ１０２の後端を回転自在に支持するプッ
シャプレート１０６と、フロントプレート１０４に固着
され、成形材料を投入するホッパ１０３に連通する加熱
シリンダ１０１とから構成され、サーボモータＭ１、Ｍ
２を回転して２本のボールねじ１０７、１０７を駆動
し、ボールナット１０８、１０８を介してプッシャプレ
ート１０６を直線移動させて、プッシャプレート１０６
に後端が支持されたスクリュ１０２を加熱筒１０１の内
部で往復動させて、溶融樹脂を射出するものである。な
お、図６では、スクリュ１０２を回転させる回転機構は
図示が省略されている。この射出駆動装置では、ボール
ねじ１０７、１０７の各軸に歯車１０９、１０９が固着
され、歯車１０９、１０９に噛み合う位相保持用の歯車
１１０が設けられ、また、サーボモータＭ１のみにサー
ボモータＭ１の回転位置（すなわちスクリュ１０２の位
置）を検出する位置検出器（パルスエンコーダ等）Ｐが
設けられている。

【０００４】図７に示すように、上記サーボモータＭ
１、Ｍ２を同期駆動制御する制御装置１１２は、トラン
ジスタＰＷＭ制御回路１２１から出力されるＰＷＭ信号
ＰＡ、ＰＢにより各々のトランジスタインバータ１２
４、１２４'のトランジスタＴＡ、ＴＡ'及びトランジス
タＴＢ、ＴＢ'を各々同時にオン、オフさせて各サーボ
モータＭ１、Ｍ２のＶ相の巻線に流れる電流を制御し、
ＰＷＭ信号ＰＥ、ＰＦによりトランジスタＴＥ、ＴＥ'
及びＴＦ、ＴＦ'を各々同時にオン、オフさせて各サー
ボモータＭ１、Ｍ２のＷ相の巻線に流れる電流を制御
し、その結果、サーボモータＭ１、Ｍ２は同期しかつ同
じトルクで駆動される。上位の制御装置から速度指令Ｖ
0がトランジスタＰＷＭ制御回路１２１に入力される
と、トランジスタＰＷＭ制御回路１２１は位置検出器Ｐ
で検出された現在速度Ｓと速度指令Ｖ0とを比較してそ
の差に応じ、ＰＷＭ信号ＰＡ〜ＰＦを出力し、トランジ
スタインバータ１２４、１２４'を介してサーボモータ
Ｍ１、Ｍ２を駆動し指令速度に制御する。さらに、２つ
のボールねじ１０７、１０７の各軸に設けた歯車１０
９、１０９に位相保持用の歯車１１０が噛み合って位相
のずれが生じないようにロックされているため、２つの
ボールねじ１０７、１０７は同期して回転し、プッシャ
プレート１０６を駆動し、スクリュ１０２を前進させ溶
融樹脂を射出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電動射出成形機では、トランジスタＰＷＭ制
御回路１２１から出力されるＰＷＭ信号により各対のト
ランジスタインバータを同時にオン、オフさせ、各サー
ボモータＭ１、Ｍ２の各相の巻線を流れる電流を制御
し、その結果、サーボモータＭ１、Ｍ２を同期させかつ
同じトルクで駆動し、また、上位の制御装置から速度指
令Ｖ0を入力し、位置検出器Ｐで検出された現在速度Ｓ
と比較して、その差に応じ、ＰＷＭ信号を出力し、１対
のトランジスタインバータを介してサーボモータＭ１、
Ｍ２を指令速度に制御して、それによって、前記サーボ
モータＭ１、Ｍ２に連結された一対のボールねじ１０
７、１０７を同期駆動しているため、サーボモータ又は
ＰＷＭ制御回路に、モータロック、サーボロック、モー
タフリーといった異常が発生した場合には、サーボモー
タＭ１、Ｍ２の同期を保ち得ない状態に陥る可能性があ
る。前述の従来の射出駆動装置では、２つのボールねじ
１０７、１０７の各軸に設けた歯車１０９、１０９に位
相保持用の歯車１１０が噛み合って位相のずれが生じな
いようにロックされているため、前記異常事態に陥った
場合でも、歯車１０９、１０９及び歯車１１０が作用
し、サーボモータＭ１、Ｍ２に連結した１対のボールね
じ１０７、１０７の同期は保たれる。しかし、前記異常
事態に陥ったときに、歯車１０９、１０９又は位相保持
用の歯車１１０が万一損傷を受けるようなことがある
と、１対のボールねじ１０７、１０７の同期は崩れ、ボ
ールねじ１０７、１０７が損傷したり、ボールねじ１０
７に連動する機械部分が損傷を受ける可能性がある。ま
た、同期機構としての作用を有する、歯車１０９、１０
９及び位相保持用の歯車１１０、或いは同期ベルトなど
を無くして、射出駆動装置の機構の簡素化、コスト低減
を図る場合には、機械的な同期機構がある場合と同等の
安全性を、制御側で確保する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
に鑑み、電動射出成型機において、歯車、ベルトなどの
機械的な同期機構が無くても（同期機構が無い場合に限
定する意味ではない）、機械的な同期機構がある場合と
同等の安全性を有するよう、異常が発生したときに、ボ
ールねじの同期の崩れを抑制し、機械部分に発生する最
大せん断力を機械的強度の許容範囲内にとどめ、機械破
損を防止する電動射出成形機の異常処理方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電動射出成形
機の、スクリュ、可動プラテンといった被駆動部材を駆
動する電動モータの異常の有無を検出し、装置を破損す
ることなく安全に停止又は減速することを可能とした電
動射出成形機の異常処理方法を提供する。本発明は、上
記課題を解決するため、被駆動部材と、該被駆動部材を
駆動する２以上のサーボモータと、該２以上のサーボモ
ータの駆動力を前記被駆動部材へと伝達する駆動力伝達
機構と、コントローラとを含む電動射出成型機におい
て、前記２以上のサーボモータのそれぞれの位置を計測
するステップと、計測された２以上の前記サーボモータ
の位置ずれを前記コントローラ内の演算手段により得る
ステップと、得られた位置ずれが、所定の範囲外にある
かを該演算手段により判定するステップと、前記所定の
範囲外に有ると判定した場合には、前記コントローラが
前記サーボモータを停止する指令を発するステップとを
含んでなる電動射出成形機の異常処理方法を提供する。
また、被駆動部材と、該被駆動部材を駆動する２以上の
サーボモータと、該２以上のサーボモータの駆動力を前
記被駆動部材へと伝達する駆動力伝達機構と、コントロ
ーラとを含む電動射出成型機において、前記２以上のサ
ーボモータの位置を計測するステップと、計測された位
置に基づいて、前記コントローラからそれぞれのサーボ
モータへの指令に反する異常動作が有るかを前記コント
ローラがモニタするステップと、前記異常動作が有ると
判定した場合には、前記コントローラが前記サーボモー
タのうち異常動作がないサーボモータに対して停止指令
を発するステップとを含んでなる電動射出成形機の異常
処理方法を提供する。ここで、前記停止指令が発せられ
ると、前記コントローラが２以上の前記サーボモータの
うち異常動作がないサーボモータの位置を異常動作が有
ると判断されたサーボモータの計測された位置に同期さ
せるステップをさらに含む態様や、前記停止指令を発せ
られる、前記サーボモータを急激に減速するステップを
さらに含む態様や、前記２以上のサーボモータのうち異
常動作がないサーボモータを、所定の必要最小限の時間
だけ自由に回転し得る状態に設定した後、該異常動作が
ないサーボモータの回転を停止するステップをさらに含
む態様が好適に挙げられる。さらに、上記のいずれかに
記載の異常処理方法を実行することを特徴とする電動射
出成型機を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の電動射出成型機の異常処
理方法について、電動射出成形機の射出スクリュ駆動機
構を例とし、図１〜図５を用いて説明する。図１におい
て、本発明の電動射出成型機の射出スクリュ駆動機構
は、ホッパから供給される射出材料を加熱溶融する加熱
筒１と、該加熱筒１の内部に配設され加熱筒１の軸方向
へ前進移動することにより溶融射出材料を射出ノズルよ
り射出する射出スクリュ２と、該射出スクリュ２の後端
部に配設されて保圧及び背圧を検出する圧力センサ（ロ
ードセル）３と、射出スクリュ駆動機構に配設された一
対のボールネジ４と、該ボールネジ４と螺合してその回
転運動を直線運動に変換するボールナット４ａと、ボー
ルナット４ａに固定されて前記圧力センサ３を介して射
出スクリュ２を支持する駆動板４ｂと、該射出スクリュ
２を駆動する射出用モータ６ａ、６ｂと、ボールネジ部
の端部に取り付けられ射出用モータ６ａ、６ｂによって
回転される回転板５ａ、５ｂとを含んでなる。そして、
前記射出用モータ６ａ、６ｂを、正転駆動や逆転駆動を
する場合、制動制御部２０により常時圧力や射出用モー
タの位置をモニタしながら、電動射出成形機によって射
出工程や供給及び後退工程等を行う。

【０００９】制動制御部（コントローラ）２０は、圧力
制御部８ａ、８ｂと、回転速度監視部９と、中央演算部
１０と、比較部１１、１２、１３と、射出用モータ６
ａ、６ｂと接続しているスイッチ１４、１５と、射出用
モータ６ａ、６ｂと接続しているアンプ１６、１７と、
射出用モータ６ａと６ｂとの位置の差分を増幅するアン
プ１８とを含んでいる。

【００１０】次に、本発明の同期制御システムにおい
て、射出用モータ及びアンプに機械的な異常が発生した
場合について、各異常に応じた異常処理方法を説明す
る。まず、射出用モータにモータロック異常やサーボロ
ック異常が発生した場合の処理について、図２を参照し
て説明する。ここでは、縦軸が射出用モータ６ａ、６ｂ
の回転速度Ｖを、横軸が時間Ｔを示している。初期状態
における射出用モータの回転速度ＶをＶ０とする。時間
Ｔ１において、例えば、射出用モータ６ａに対してモー
タの焼き付きによるモータロック異常や制御系の異常に
よりモータ回転速度に急減速を生じるようなサーボロッ
ク異常が発生した場合には、射出用モータ６ａと同期す
るようにもう一方の射出用モータ６ｂを時間Ｔ１におい
て直ちに急停止させる。この場合は、例えば、射出用モ
ータ６ｂに対して反転信号を供給することにより、ある
いはブレーキ（図示せず）を設けてブレーキをかけるこ
とにより、射出用モータ６ｂを短時間に停止できる。

【００１１】次に、図３を参照して、射出用モータフリ
ー異常が発生した場合について説明する。モータフリー
異常とは、モータへと一定の電力を供給しているにも関
わらず、その電力がモータの回転駆動力に反映されない
異常のことをいう。時間Ｔ１において、射出用モータ６
ａにモータフリー異常が発生した場合、もう一方の射出
用モータ６ｂの初期状態における回転速度Ｖ０を、例え
ば、時間Ｔ１において緩やかに停止させることが好まし
い。これは、モータフリー異常が発生したため慣性によ
り回転している射出用モータ６ａの位置と、制御可能な
射出用モータ６ｂの位置のバランスをとりながら射出ス
クリュ２を対称性よく進退させることで、ボールネジ４
が折れたり、加熱筒１が曲がったりする不具合を防止す
るためである。この場合の具体的な方法として、例え
ば、中央演算部１０からの信号に応じてスイッチ１５を
オープンすることにより、射出用モータ６ｂへの電源供
給を停止して射出用モータ６ｂに慣性による回転を起こ
す方法等が挙げられる。これにより、慣性で回転してい
る射出用モータ６ａと６ｂとは、摩擦等により徐々に減
速して最終的にともに停止する。このことは、モータフ
リー異常を起こした射出用モータ６ａと、正常に制御可
能な射出用モータ６ｂとを、互いに同期させて制御して
いることを意味している。

【００１２】また、前記射出用モータフリー異常が発生
した場合の別の処理方法について、図４を参照してさら
に説明する。時間Ｔ１において、射出用モータ６ａにモ
ータフリー異常が発生した場合、もう一方の射出用モー
タ６ｂの初期状態における回転速度Ｖ０を、例えば、時
間Ｔ１において急激に減速した後に、時間Ｔ２から緩や
かに停止させることが好ましい場合がある。これは、モ
ータフリー異常が発生した場合、異常なモータが瞬間的
に反力を受けて急減速する場合があるからである。した
がって、このような場合には、まず、反力を受ける時間
にほぼ対応するような時間Ｔ１と時間Ｔ２との間に、射
出用モータ６ｂに対して図４に示したような樹脂の応答
性に見合った減速指令を出力することにより、射出用モ
ータ６ｂを急減速することができる。そして、時間Ｔ２
において、図４に示したようなモータ慣性に見合った減
速指令を出力することにより、射出用モータ６ｂを緩や
かに停止させることができる。

【００１３】また、前記のモータフリー異常の場合に
は、例えば、図５に示すように、異常の発生した射出用
モータ６ａの位置に基づき、射出用モータ６ａと６ｂと
の位置ずれが小さくなるように制御可能な射出用モータ
６ｂの回転速度を制御して、射出用モータ６ａと６ｂと
の位置のバランスをとりながら射出スクリュ２を対称性
よく進退させることができる。

【００１４】上述した例において、異常が発生した射出
用モータ６ａの回転速度と制御可能な射出モータ６ｂの
回転速度とは、例えば、図４において時間Ｔ１以降に示
す実線部のように、ある時間において回転速度に差がな
く位置ずれのないことが理想的である。しかし、実用上
は、例えば、図５において射出用モータ６ｂが時間Ｔ１
以降の実線部に示す曲線のようにある許容範囲において
追従していればよく、完全に回転速度が一致することま
では要しない。また、この具体的な許容範囲について
は、射出用モータ６ａと６ｂとの位置ずれによって生じ
る力が、ボールネジ等の駆動機構や射出スクリュ等の装
置を構成する部材の剪断応力の範囲内にあればよいもの
と解される。

【００１５】また、サーボ出力ロックと呼ばれる状態、
すなわち、射出用モータ６ａを制御するアンプ１７の出
力が一定値でロックされた場合においては、次のように
射出用モータ６ｂの制御を行う。まず、射出用モータ６
ａが時間Ｔ１にてサーボ出力ロックした場合には、射出
用モータ６ｂの回転速度と射出用モータ６ａの回転速度
とが等しくになるように同期させた後に、射出用モータ
６ａ、６ｂへの電力の供給を停止する。これにより、射
出用モータ６ａと６ｂとは、時間の経過とともに同じよ
うに回転速度が減少していき、最終的には停止する。な
ぜならば、通常、この射出用モータ６ａ、６ｂは同じモ
ータを使用するため、摩擦力や慣性モーメント等につい
てもほぼ等しいからである。

【００１６】ここで、本発明は、射出用モータ６ａと６
ｂとの同期制御の方法としてロードセルを使用して圧力
をモニタすることにより制御を行ったが、これに限ら
ず、ボールネジ４におけるボールナット４ａ、４ｂの位
置をモニタすることによって制御することや、トルク制
御等により制御することも可能である。

【００１７】以上、本発明の実施例を詳細に説明した
が、これは文字通りの例示であり、本発明がかかる具体
例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内
において、当業者の有する知識に基づいて、種々なる変
更，修正，改良等を施した状態で実施できることは言う
までもない。

【００１８】また、本実施例では、保圧工程完了時にお
ける射出圧力の保持に際して発生したモータ、制御系の
不具合による装置の破損防止について説明した。しかし
ながら、本発明はこれに限らず、成型材料の射出工程時
や可塑化工程完了時に対しても適用することが可能であ
る。さらにまた、本発明は、電動射出成形機の型開閉・
型締駆動装置の異常処理方法としても適用することが可
能である。

【００１９】なお、本発明は、射出用モータが２以上あ
り、それぞれが互いに独立に制御される場合について説
明した。しかしながら、上記の動作原理は、２以上の射
出用モータと同期ベルト等の機械的同期機構とを有する
電動射出成型機に対しても同様に適用可能である。この
ため、本発明は、同期ベルト等の機械的同期機構の無い
場合のみに限定されるものではない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
の効果を奏することができる。まず、例えば、歯車、同
期ベルト等の機械的同期機構なしの同期制御システムで
あっても、モータ及びアンプの機械的な異常が発生した
場合、各異常状態に応じた異常処理を行い、機械部に発
生する最大せん断力を機械的強度の許容範囲内にとどめ
ることにより、機械の破損を防止できる。また、機械的
な同期ベルト、歯車といった同期装置を外すことができ
るため、機構の簡素化及びコスト低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電動射出成型機の射出スクリュ機構及
び制御系を示す概略図である。

【図２】本発明の実施例１の射出スクリュの停止方法を
示す概念図である。

【図３】本発明の実施例２の射出スクリュの停止方法を
示す概念図である。

【図４】本発明の実施例３の射出スクリュの停止方法を
示す概念図である。

【図５】本発明の実施例４の射出スクリュの停止方法を
示す概念図である。

【図６】従来の同期ベルトを有する電動射出成型機の射
出スクリュ機構及び制御系のブロック図である。

【図７】従来の同期ベルトを有する電動射出成型機の異
常検出処理のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 加熱筒 ２ 射出スクリュ ３ 圧力センサ ４ ボールネジ（駆動機構） ４ａ、４ｂ ボールナット ５ａ、５ｂ 回転板 ６ａ、６ｂ 射出用モータ ７ａ、７ｂ 回転速度測定センサ ８ａ、８ｂ 圧力制御部 ９ 回転速度監視部 １０ 中央演算部 １１、１２、１３ 比較器 １４、１５ スイッチ １６、１７、１８ アンプ ２０ 制動制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 直史 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 村瀬 淳治 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社産業機器事業部内 Ｆターム(参考） 4F206 AM04 AP027 AR027 AR077 AR087 JA07 JL07 JP13 JP21 JT33

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被駆動部材と、該被駆動部材を駆動する
   ２以上のサーボモータと、該２以上のサーボモータの駆
   動力を前記被駆動部材へと伝達する駆動力伝達機構と、
   コントローラとを含む電動射出成型機において、 前記２以上のサーボモータのそれぞれの位置を計測する
   ステップと、 計測された２以上の前記サーボモータの位置の差を前記
   コントローラ内の演算手段により得るステップと、 得られた位置の差が、所定の範囲外にあるかを該演算手
   段により判定するステップと、 前記所定の範囲外に有ると判定した場合には、前記コン
   トローラが前記サーボモータを停止する指令を発するス
   テップとを含んでなる電動射出成形機の異常処理方法。
2. 【請求項２】 被駆動部材と、該被駆動部材を駆動する
   ２以上のサーボモータと、該２以上のサーボモータの駆
   動力を前記被駆動部材へと伝達する駆動力伝達機構と、
   コントローラとを含む電動射出成型機において、 前記２以上のサーボモータの位置を計測するステップ
   と、 計測された位置に基づいて、前記コントローラからそれ
   ぞれのサーボモータへの指令に反する異常動作が有るか
   を前記コントローラがモニタするステップと、 前記異常動作が有ると判定した場合には、前記コントロ
   ーラが前記サーボモータのうち異常動作がないサーボモ
   ータに対して停止指令を発するステップとを含んでなる
   電動射出成形機の異常処理方法。
3. 【請求項３】 前記停止指令が発せられると、前記コン
   トローラが２以上の前記サーボモータのうち異常動作が
   ないサーボモータの回転速度を異常動作が有ると判断さ
   れたサーボモータの計測された位置に同期させるステッ
   プをさらに含んでなる請求項２に記載の電動射出成形機
   の異常処理方法。
4. 【請求項４】 前記停止指令を発せられる、前記サーボ
   モータを急激に減速するステップをさらに含んでなる請
   求項２に記載の電動射出成型機の異常処理方法。
5. 【請求項５】 前記２以上のサーボモータのうち異常動
   作がないサーボモータを、所定の必要最小限の時間だけ
   自由に回転し得る状態に設定した後、該異常動作がない
   サーボモータに停止トルクを発生させ、その回転を停止
   するステップをさらに含んでなる請求項２に記載の電動
   射出成型機の異常処理方法。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載の異常
   処理方法を実行することを特徴とする電動射出成型機。