JP4106005B2 - 成形機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダを備えた同期サーボモータにより運転される成形機の制御方法及び制御システムに関する。

従来、この種の同期サーボモータを使用した工業機械には、電動射出成形機等がある。以下では、射出成形機に適用した場合についてのみ説明するが、本発明は電動射出成形機以外の工業機械にも適用できる。一般に、電動射出成形機は、金型、加熱メインシリンダ、及び、加熱メインシリンダに送り込む原料樹脂ペレットを貯留しておくホッパー等を備えている。更に、加熱メインシリンダ内には、メインスクリューが配置されており、当該メインスクリューを加熱メインシリンダ内で駆動することにより、溶融された樹脂を加熱シリンダからノズルを介して金型内に射出する構成を備えている。

ここで、加熱メインシリンダ内のメインスクリューを駆動すると共に、金型の型閉め、型開きのために、同期サーボモータを使用した射出成形機も知られている。この場合、同期サーボモータは、ドライバによって駆動され、同期サーボモータの回転位置及び回転速度は、その回転軸に取り付けられたエンコーダからの出力情報によって検出され、ドライバにフィードバックされる。この構成では、エンコーダからの出力情報を監視、制御することにより、同期サーボモータの位置制御並びに速度制御を行うことができる。

このように、上記した射出成形機では、同期サーボモータの制御に、エンコーダを使用しているが、このエンコーダの部品不良・取り付け等によって、エンコーダ関係の不具合が発生することがある。このように、同期サーボモータ単体ではなく、エンコーダ関係に不具合が発生すると、射出成形機全体が稼動できない状態になってしまう。例えば、金型の型締め中に、エンコーダに不具合が発生すると、金型が開かなくなってしまうことがある。

更に、不具合が発生すると、エンコーダを交換する作業が不要な作業として増えてしまう。更に、同期サーボモータを使用している場合には、エンコーダとモータの磁石位置を正確に知る必要があり、交換作業も簡単ではない。

一方、特開平１１−３４１８７２号公報（特許文献１）には、同期サーボモータを制御する制御方法が開示されている。このうち、引用文献１は、センサレス同期サーボモータの起動方法を開示しており、ここでは、ロータを正規の回転開始位置に固定する前に、固定磁界とは異なる方向の固定磁界を発生させて、ロータを正規の回転開始位置とは異なる位置に一旦固定した後、固定磁界を発生させて、正規の回転開始位置に固定している。
特開平１１−３４１８７２号公報

前述したように、エンコーダを備えた同期サーボモータを有する工業機械、例えば、射出成形機では、エンコーダの故障による悪影響について全く考慮されていない。

また、特許文献１は、小型モータ（例えば、小物精密品加工用研削盤の砥石形状形成工具駆動用モータ等）の起動方法についてのみ記載しており、エンコーダの故障の際における問題点については、全く記載していない。

本発明の目的は、故障が発生した場合における成形機の制御方法及び制御システムを提供することである。

本発明の他の目的は、射出成形機の同期サーボモータのエンコーダに故障が発生した場合における制御方法及び制御システムを提供することである。

本発明の更に他の目的は、上記した運転制御動作を可能にするプログラムを提供することである。

本発明によれば、同期サーボモータのエンコーダに故障が発生すると、同期サーボモータをエンコーダレスにて制御することにより、当該同期サーボモータを備えた工業機械のメンテナンスの向上を図ることができる。このように、通常制御はエンコーダを用いて制御し、何かしらの不具合が発生した際に、エンコーダレスで機械を動かすことが可能な為、復旧・原因究明などにも、早期に対応できる。

具体的に言えば、本発明の第１の態様によれば、エンコーダを備えた同期サーボモータ、及び、当該同期サーボモータを駆動する制御部とを備えた射出成形機の制御方法において、前記射出成形機における前記エンコーダの故障の発生を検出するステップと、前記故障の発生が検出されると、前記同期サーボモータをエンコーダレスで運転するステップとを備えていることを特徴とする射出成形機の制御方法が得られる。

本発明の第２の態様によれば、前記同期サーボモータは、前記射出成形機の金型を駆動するものであり、前記故障が前記エンコーダに発生した場合、前記制御部は前記同期サーボモータのステータコイルに直流電流を流し、前記同期サーボモータのロータの位相と当該直流電流の位相とを同位相とし、ロータを拘束することを特徴とする射出成形機の制御方法が得られる。

本発明の第３の態様によれば、前記制御部は前記直流電流の位相を回転させ、前記ロータを回転させることを特徴とする射出成形機の制御方法が得られる。

本発明の第４の態様によれば、エンコーダを備えた同期サーボモータと、当該同期サーボモータを駆動する制御部とを有する射出成形機の制御システムにおいて、前記制御部は、前記同期サーボモータのエンコーダによる位置制御動作が出来なくなると、当該エンコーダの故障と判断し、直流電流を前記同期サーボモータのステータコイルに流し、前記直流電流の位相を回転させることにより、前記同期サーボモータの回転を制御することを特徴とする射出成形機の制御システムが得られる。

本発明の第５の態様によれば、同期サーボモータと、該同期サーボモータの回転を検出するエンコーダと、該同期サーボモータを駆動する制御部とを有する射出成形機において、該制御部は前記エンコーダに故障が発生した場合、前記同期サーボモータのステータコイルに直流電流を流し、前記同期サーボモータのロータの位相と当該直流電流の位相とを同位相とし、ロータを拘束することを特徴とする射出成形機が得られる。

本発明の第６の態様によれば、前記同期サーボモータは金型を型締させる型締モータであることを特徴とする射出成形機が得られる。

本発明によれば、エンコーダの故障の際、エンコーダを使用しない為、エンコーダ故障に伴う種々の不具合の発生を防止できる。また、通常はエンコーダを用いて制御しておき、故障・不具合などが発生した際に、エンコーダレスで制御出来るため、エンコーダ関係の不具合なのかの判別もし易く、不具合の早期解決も図れる。

図１を参照して、本発明に係る制御方法を適用できる電動射出成形機４０の概略構成を説明する。図示された電動射出成形機４０は射出装置５０及び型締装置７０とによって構成されている。このうち、射出装置５０は加熱シリンダ５１を備え、加熱シリンダ５１にはホッパ５２が配設されている。加熱シリンダ５１内には、スクリュ５３が前後進可能で且つ回転自在に取り付けられている。スクリュ５３の後端は、支持部材５４によって回転可能に支持されている。支持部材５４には、サーボモータ等によって構成された計量モータ５５が駆動部として取り付けられ、計量モータ５５の回転が計量モータ５５の出力軸６１に取り付けられたタイミングベルト５６を介してスクリュ５３に伝達される。更に、計量モータ５５の出力軸６１の後端には、回転検出器６２が直結されている。回転検出器６２は、計量モータ５５の回転数又は回転量からスクリュ５３の回転速度を検出する。

図示された射出装置５０はスクリュ５３の後端側に、当該スクリュ５３と平行に設けられた回転可能なねじ軸５７を備えている。ねじ軸５７の後端はサーボモータ等によって構成された射出モータ５９の出力軸６３にタイミングベルト５８により連結されている。このため、射出モータ５９によりねじ軸５７を回転させることができる。ねじ軸５７の前端は支持部材５４に固定されたナット６０と螺合されているから、射出モータ５９を駆動し、タイミングベルト５８を介してねじ軸５７を回転させることにより、支持部材５４は前後進し、その結果、スクリュ５３も前後進する。射出モータ５９の出力軸６３の一端には、位置検出器６４が取り付けられている。位置検出器６４は射出モータ５９の回転数又は回転量からスクリュ５３の位置を検出する。

一方、型締装置７０は、可動側の金型７１が取り付けられた可動プラテン７２と、固定側の金型７３が取り付けられた固定プラテン７４とを含んでいる。可動プラテン７２と固定プラテン７４は、タイバー７５によって連結されている。可動プラテン７２はタイバー７５に沿って摺動可能である。

更に、型締装置７０は一端が可動プラテン７２と連結され、他端がトグルサポート７６と連結されたトグル機構７７を備えている。トグルサポート７６の中央には、ボールねじ軸が回転自在に支持されている。ボールねじ軸７９には、トグル機構７７に設けられたクロスヘッド８０に形成されたナット８０が螺合されている。また、ボールねじ軸７９の後端にはプーリー８２が配設され、サーボモータ等によって構成された型締モータ７８の出力軸８３とプーリー８２との間には、タイミングベルト８４が設けられている。

この構成では、型締装置７０において、型締モータ７８が回転すると、型締モータ７８の回転がタイミングベルト８４を介してボールねじ軸７９に伝達され、ボールねじ軸７９及びナット８１によって、回転運動から直線運動に変換され、トグル機構７７が作動する。このトグル機構７７の作動により、可動プラテン７２はタイバー７５に沿って摺動し、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。型締モータ７８の出力軸８３の後端には、位置検出器８５が直結されている。位置検出器８５は、型締モータ７８の回転数又は回転量から可動プラテン７２の位置を検出する。

図２を参照して、本発明の一実施形態に係る射出成形機の運転制御システム及び運転制御方法を説明する。ここでは、前述した射出成形機の金型の型閉じ及び型開きに使用される型締モータ７８として、同期サーボモータ１１を使用した場合における本発明の制御方法を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、加熱シリンダ５１内のスクリュ５３を回転させるために使用される計量モータ５５や、スクリュ５３を前後進させる射出モータ５９にも同様に適用できる。

図２に示された同期サーボモータ（以下、型締モータと呼ぶこともある）１１は、図３に示されるように、２極の永久磁石によって構成されたロータ１５と、３相コイル（ｕ１，ｕ２；ｖ１，ｖ２；ｗ１、ｗ２）を備えたステータ１６とを備え、当該３相コイルに３相交流を与えることにより、回転磁界を発生させ、これに伴ってロータ１５を回転させることができる。尚、図示された同期サーボモータ（型締モータ）１１にエンコーダ２２を取り付ける際には、ロータ１５の予め決められた位置に対して、エンコーダ２２の原点を設定させなくてはならない。このため、同期サーボモータ１１の３相コイルに直流電流が与えられ、ロータ１５をステータ１６に対して拘束させ、ロータ１５を所定の位置に固定させる動作が行われる。このような動作を行った後、成形機に組み込まれた同期サーボモータ１１は、サーボＤＳＰ２１からの指令に基づいて同期サーボモータ１１の３相コイルに３相交流電流を流して同期サーボモータ１１を回転させることで、成形機は成形動作を開始する。

図３に示されたステータ１６の３相コイルは、サーボＤＳＰ２１から指令を受けて、同期サーボモータ１１を駆動するドライバ２０に接続されている。 ドライバ２０は、エンコーダ２２から検出信号が与えられなかった場合に、後述するプログラムにしたがって動作を行い、エンコーダ２２の故障に伴う射出成形機に対する悪影響を防止することができる。このことからも明らかな通り、ドライバ２０及びサーボＤＳＰ２１は同期サーボモータ（ここでは、型締モータ）１１を制御する制御部２５として動作する。

通常、エンコーダ２２が故障し、この結果、エンコーダ２２から正常な検出信号がサーボＤＳＰ２１に与えられなくなると、型締モータ１１に対するサーボＤＳＰ２１の位置制御動作は行われなくなるが、型締モータ１１のロータ１５自体はロータ自体の慣性力により回転を続けているのが普通である。したがって、エンコーダ２２の故障が金型１０の型締中に発生すると、型締モータ１１が誤動作状態のまま回転を続ける。このように、型締モータ１１が誤動作状態で回転を続けると、クロスヘッド８０が前進し続け、その結果、トグル機構７７が伸びた状態となり、金型１０がロックし、金型１０が開かなくなる。金型１０内に成形品が入ったままの状態が続くと、金型１０の損傷の恐れが生じることもある。

図示された本発明に係る制御部２５では、このことを考慮して、エンコーダ２２の故障に伴う射出成形機全体への悪影響を最小限に留める制御動作を行う。図４を参照すると、ドライバ２０の動作を規定するプログラムの一例が示されており、このプログラムはサーボＤＳＰ２１に保持されても良いし、ドライバ２０内の記憶装置に保持されていても良い。

まず、図４に示すように、プログラムは、同期サーボモータ（以下、単にモータと呼ぶ）１１からの検出信号の有無がステップＳ１において判定する。判定の結果、検出信号が検出されている間（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、他の処理を実行する。一方、モータ１１からの検出信号が検出されなくなると（ステップＳ１；Ｎｏ）、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、サーボＤＳＰ２１がエンコーダ２２からの信号を検出できないため、エンコーダ２２を故障状態にあると判定する。続いて、ステップＳ３においてステータコイルの３相交流電流を直流電流に切り替えてエンコーダレスで動作させる。この時、ステータコイルには単に直流電流が流れているだけなので、直流電流によって作られる磁界にロータ１５内に組み込まれた磁石が対応し、その結果、ロータ１５の回転が拘束されるので、ロータ１５は所定の位置に拘束された状態となる。

次に、ステータコイルのＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに流れる直流電流を順次ずらすことで、直流電流の位相を回転させる。この時、直流電流によって作られる磁界に拘束されたロータ１５も、直流電流の位相の回転と共に回転する。したがって、ロータ１５の回転量は直流電流の位相の回転数より求めることができる（ステップＳ４）。ステップＳ５において、直流電流の位相回転数で回転させることができる。

本発明に記載の制御方法を型締モータに適用することで、金型が所定位置の近傍まで型開きさせることができ、容易に成形品を取り出すことで金型を保護することができる。更に、故障したエンコーダの交換を迅速に行うことができ、成形機の立ち上げを容易に行うことができる。

また、計量モータのエンコーダが成形中において故障した場合、加熱シリンダ中に滞留している樹脂が樹脂焼けを起こす恐れが生じる。この場合、本発明の制御方法を計量モータに適用することで、直流電流によって計量モータを回転させ、加熱シリンダから樹脂を抜き出すパージ動作をさせることができ、加熱シリンダ内の樹脂が樹脂焼けを起こすことを防止することができる。

更に、本発明の制御方法を射出モータに適用した場合、スクリューを一定の位置に停止させたり、低速で前後進させることができる。これにより、射出モータのエンコーダが故障した場合であっても、パージ動作を行うことができ、樹脂焼けを防止することができる。

上記した動作を行うために、ドライバ２０は、同期サーボモータ１１を駆動するＩＰＭ等のアンプと、当該アンプを制御する制御コントローラを備えている。

前述した実施形態では、エンコーダが故障した場合についてのみ説明したが、エンコーダ以外の機器が故障した場合に、強制的にエンコーダレス状態で動作させることも可能である。

本発明を適用できる射出成形機の概略構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る射出成形機の制御システムを概略的に示すブロック図である。 図２のシステムで使用される同期サーボモータの概略構成を説明する図である。 図２に示された制御システムの動作を実行する制御手順を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１１ 同期サーボモータ
１５ ロータ
１６ ステータ
２０ ドライバ
２１ サーボＤＳＰ
２２ エンコーダ
２５ 制御部

Claims (6)

1. エンコーダを備えた同期サーボモータ、及び、当該同期サーボモータを駆動する制御部とを備えた射出成形機の制御方法において、前記射出成形機における前記エンコーダの故障の発生を検出するステップと、前記故障の発生が検出されると、前記同期サーボモータをエンコーダレスで運転するステップとを備えていることを特徴とする射出成形機の制御方法。
2. 請求項１において、前記同期サーボモータは、前記射出成形機の金型を駆動するものであり、前記故障が前記エンコーダに発生した場合、前記制御部は前記同期サーボモータのステータコイルに直流電流を流し、前記同期サーボモータのロータの位相と当該直流電流の位相とを同位相とし、ロータを拘束することを特徴とする射出成形機の制御方法。
3. 請求項２において、前記制御部は前記直流電流の位相を回転させ、前記ロータを回転させることを特徴とする射出成形機の制御方法。
4. エンコーダを備えた同期サーボモータと、当該同期サーボモータを駆動する制御部とを有する射出成形機の制御システムにおいて、前記制御部は、前記同期サーボモータのエンコーダによる位置制御動作が出来なくなると、当該エンコーダの故障と判断し、直流電流を前記同期サーボモータのステータコイルに流し、前記直流電流の位相を回転させることにより、前記同期サーボモータの回転を制御することを特徴とする射出成形機の制御システム。
5. 同期サーボモータと、該同期サーボモータの回転を検出するエンコーダと、該同期サーボモータを駆動する制御部とを有する射出成形機において、該制御部は前記エンコーダに故障が発生した場合、前記同期サーボモータのステータコイルに直流電流を流し、前記同期サーボモータのロータの位相と当該直流電流の位相とを同位相とし、ロータを拘束することを特徴とする射出成形機。
6. 請求項５において、前記同期サーボモータは金型を型締させる型締モータであることを特徴とする射出成形機。

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