JP5570581B2 - 電動射出成形機のモータ動力遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータの動力の遮断を制御する電動射出成形機の制御装置に関する。

プラスチック射出成形機によって様々な大きさの成形品が成形できるよう、射出成形機メーカは型締力、射出圧力、射出容量等の仕様が異なる様々なサイズの機械をラインナップしている。電動射出成形機（以下、「射出成形機」という。）は金型開閉、突き出し、射出、スクリュ回転などの機構を備えており、それぞれにサーボモータが設けられている。
前記各機構にサーボモータを１個ずつ使用するのが一般的であるが、大きな型締力や射出圧力を発生させたい場合には、複数個のサーボモータを同期させて動作させて大出力を発生させたり、あるいは、１個のサーボモータでありながらサーボモータのコイルを複数設けた複数巻線方式のサーボモータを採用することにより大出力を発生させている。（特許文献１参照）
サーボモータを駆動するサーボアンプはサーボモータのコイルの数だけ必要になるため、複数のサーボモータを使用したり前記複数巻線方式のサーボモータを使用すると、動作させる機構の数は変わらなくても、必然的に１台の射出成形機で使用するサーボアンプの数が増加する。

射出成形機は、概略，型締機構部と射出機構部とに分けられる。成形品を金型内から取り出す作業や射出ノズルから排出された樹脂を除去する作業を容易にするため、金型エリアや射出ノズルエリアにはそれぞれ可動式のドアが設けられている。金型エリアは作業員が金型に挟まれる危険がある。射出ノズルエリアはノズルから排出される樹脂により作業員が火傷を受ける危険がある。射出成形機には射出成形機の保守を行う作業者をこれらの危険から防護し、作業員の安全を確保する安全機能が備えられている。

安全機能として、可動式のドアにはスイッチが設けられ、可動式のドアが開くとサーボアンプに対して動力遮断を行うための信号が前記スイッチから出力されるようになっている。（特許文献２〜４参照）例えば型締機構部には金型開閉用のサーボモータと突き出し用サーボモータが取り付けられており、金型エリアの可動式のドアが開いた場合、可動式のドアの状態信号を検出して型締機構部のサーボモータの動力を遮断する。射出機構部には射出用とスクリュ回転用のサーボモータが取り付けられており、射出ノズルエリアの可動式ドアが開いた場合、射出ノズルエリアの可動式ドアの状態信号を検出して射出機構部のサーボモータの動力を遮断する。

特開２００３−１８９６５７号公報 特開昭６０−２６２６１７号公報 特開昭６２−２０８９２０号公報 特開２００２−３６１７０３号公報

背景技術の欄で説明したように、射出成形機に搭載されるサーボアンプの個数は、機械の仕様によって異なる。そして、サーボモータの動力の遮断を行う動力遮断手段は、１個のサーボアンプに対して、少なくとも１つ必要である。

図６は従来のサーボモータの動力を遮断する仕組みを説明する図である。図６に示される射出成形機において、射出成形機に備わった各サーボモータ１３，１６，２６，２９の動力を、制御装置９０からサーボモータを駆動する各サーボアンプ４５，４６，４７，４１，４３に出力される遮断要求信号で遮断し、前記サーボアンプ４５，４６，４７，４１，４３のそれぞれにおいて、動力の遮断が行われたことを確認する遮断確認信号を制御装置９０に出力する。符号８０，８２，８４，８６，８８は遮断要求信号送信手段、符号８１，８３，８５，８７，８９は遮断確認信号受信手段である。符号１４，１７，２７，３０は、各サーボモータ１３，１６，２６，２９に接続された位置・速度検出器である。

しかしながら、サーボアンプの数が機械仕様によって変化した場合、図６に示される構成では、サーボアンプの数が増えるとその分だけ制御装置に遮断要求信号が必要になり、コストアップにつながるという問題がある。

そこで、本発明は、モータ動力の遮断を要求する遮断要求信号を、射出成形機に用いられるサーボアンプの内、一部または全てに対して一括して出力することで機械のコストを抑えつつ、遮断要求信号やサーボアンプ等に異常が発生した場合には、それを正確に検出し、作業者の安全を確保することが可能な、電動射出成形機のモータ動力遮断装置を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、電動射出成形機の可動部を動作させる複数のサーボモータと、該複数のサーボモータを駆動するサーボモータと同数あるいはそれ以上の数のサーボアンプと、該複数のサーボアンプを制御する制御装置を備え、前記サーボアンプに対して動力の遮断を要求することにより前記サーボモータの動力を遮断する電動射出成形機のモータ動力遮断装置において、前記制御装置は、前記複数のサーボアンプの内、一部または全てに対して一括して動力の遮断を要求する遮断要求信号を出力する遮断要求信号出力手段と、前記制御装置が制御し得る最大個数のサーボアンプに対応する前記サーボアンプの動力が遮断されたことを確認する動力遮断確認信号を受信する動力遮断確認信号受信手段と、前記制御装置が制御し得る最大個数のサーボアンプのそれぞれについて使用または不使用のいずれかの情報を記憶する手段と、前記遮断要求信号と、前記遮断確認信号と前記情報とに基づいて、動力遮断が正常に動作しているか否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とする電動射出成形機のモータ動力遮断装置である。

本発明により、モータ動力の遮断を要求する遮断要求信号を、射出成形機に用いられるサーボアンプの内、一部または全てに対して一括して出力することで機械のコストを抑えつつ、遮断要求信号やサーボアンプ等に異常が発生した場合には、それを正確に検出し、作業者の安全を確保することが可能な、電動射出成形機のモータ動力遮断装置を提供できる。

本発明に係る射出成形機の概略構成図である。 図１に示される制御装置の構成を説明する図である。 本発明に係るサーボモータの動力を遮断する仕組みを説明する図である。 サーボアンプの「使用／不使用」の情報を記憶したメモリを説明する図である。 本発明に係るサーボモータの動力を遮断する処理のフローを説明する図である。 従来のサーボモータの動力を遮断する仕組みを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、従来技術と同一または類似する構成は同じ符号を用いて説明する。図１は本発明に係る射出成形機の概略構成図である。図２は図１に示される制御装置の構成を説明する図である。図３は本発明に係るサーボモータの動力を遮断する仕組みを説明する図である。図４はサーボアンプの「使用／不使用」の情報を記憶したメモリを説明する図である。なお、使用／不使用は、使用または不使用を意味する。

射出成形機１は、機台２上に射出機構部３と型締機構部４とを備えた射出成形機本体と射出成形機本体を全体的に制御する制御装置５０とを備えている。射出機構部３は、樹脂材料（ペレット）を加熱溶融し、当該溶融樹脂を金型３２のキャビティ内に射出するものである。型締機構部４は、主に金型３２（可動側金型と固定側金型）の開閉を行うものである。

まず、射出機構部３を説明する。射出機構部３は、射出ノズルエリアの可動式ドア１０を備えており、射出シリンダ１１の先端にはノズル１２が取り付けられ、射出シリンダ１１内には、図示しないスクリュが挿通されている。射出ノズルエリアの可動式ドア１０の開閉を検出するセンサ（射出部側可動ドア閉状態検出スイッチＳ３，射出部側可動ドア開状態検出スイッチＳ４）が機台２に固定されている。

スクリュは、スクリュ回転用モータ１６により、プーリ、ベルトなどで構成された動力伝達手段１８を介して回転させられる。また、スクリュは、射出用モータ１３によって、プーリ、ベルト、ボールネジ／ナット機構などの回転運動を直線運動に変換する機構を含む動力伝達手段１５を介して駆動され、スクリュの軸方向に移動させられる。符号１７はスクリュ回転用モータ１６の位置，速度を検出することによって、スクリュの軸周りの回転位置，速度を検出する位置・速度検出器である。符号１４は射出用モータ１３の位置，速度を検出することによって、スクリュの軸方向の位置，速度を検出する位置・速度検出器である。各位置・速度検出器１４，１７から出力される検出信号は、それぞれサーボＣＰＵ（５３）へ入力する。

次に、型締機構部４を説明する。型締機構部４は、金型エリアの可動式ドア２０を備え、金型を開閉するために可動プラテン（図示せず）を前後進させる金型開閉用モータ２６、リアプラテン２１、成形品を金型３２から押し出すエジェクタピン（図示せず）を突き出すための突き出し用モータ２９、固定プラテン２２、タイバー２３、金型開閉用モータ２６、ボールネジ２４、トグル機構２５を備えている。金型エリアの可動式ドア２０の開閉を検出するセンサ（型締部側可動ドア開状態検出スイッチＳ１，型締部側可動ドア閉状態検出スイッチＳ２）が機台２に固定されている。

リアプラテン２１と固定プラテン２２とは複数本のタイバー２３で連結されており、可動プラテン（図示せず）はリアプラテン２１と固定プラテン２２の間にタイバー２３にガイドされるように配置されている。固定プラテン２２に金型３２の固定側金型が取り付けられ、可動プラテンに金型３２の可動側金型が取り付けられる。金型開閉用モータ２６によって駆動されるボールネジ２４に取り付けられたクロスヘッド（図示せず）を進退させることによって、トグル機構２５を作動させることができる。

金型開閉用モータ２６の回転はプーリ、ベルトなどの動力伝達手段２８を介してボールネジ２４に伝えられる。位置・速度検出器２７を用いて金型開閉用モータ２６の位置，速度を検出することによって、可動プラテンの位置，速度を得ることができる。突き出し用モータ２９を駆動することによって、エジェクタピン（図示せず）を金型３２内に突き出し成形品を金型内から突き出すことができる。各位置・速度検出器２７，３０から出力される検出信号は、それぞれサーボＣＰＵ５３へ入力する。

射出成形機１の制御装置５０は、数値制御用のマイクロプロセッサであるＣＮＣＣＰＵ５６、プログラマブルマシンコントローラ用のマイクロプロセッサであるＰＭＣＣＰＵ５９、及びサーボ制御用のマイクロプロセッサであるサーボＣＰＵ５３を有し、バス５１を介して相互の入出力を選択することにより、各マイクロプロセッサ間で情報伝達が行えるように構成されている。

サーボＣＰＵ５３には、位置ループ，速度ループ，電流ループの処理を行うサーボ制御専用の制御プログラムを格納したＲＯＭ５４およびデータの一時記憶に用いられるＲＡＭ５５が接続されている。また、サーボＣＰＵ５３は、サーボＣＰＵ５３からの指令（ＰＷＭ指令）に基づいて、射出軸に接続された射出用モータ１３、スクリュ回転軸に接続されたスクリュ回転用モータ１６をそれぞれ駆動するサーボアンプ４５，４６，４７が接続され、各サーボモータ１３，１６に取り付けられた位置・速度検出器１４，１７からの出力がサーボＣＰＵ５３に位置・速度フィードバックとして帰還されるようになっている。

金型３２の開閉を行う金型開閉軸を駆動する金型開閉用モータ２６，成形品を金型３２の可動側金型から突き出すエジェクタ軸用の突き出し用モータ２９には、それぞれ、サーボアンプ４１，サーボアンプ４３が接続されている。金型開閉用モータ２６，突き出し用モータ２９に取り付けられた位置・速度検出器２７，３０からの出力がサーボＣＰＵ５３に位置・速度フィードバックとして帰還されるようになっている。

ＰＭＣＣＰＵ５９には射出成形機１のシーケンス動作を制御するシーケンスプログラム等を記憶したＲＯＭ６０および演算データの一時記憶等に用いられるＲＡＭ６１が接続され、ＣＮＣＣＰＵ５６には、射出成形機を全体的に制御する自動運転プログラム、本発明に関連した射出成形機のモータ動力の遮断制御を実現する制御プログラムなどの各種プログラムを記憶したＲＯＭ５７および演算データの一時記憶に用いられるＲＡＭ５８が接続されている。

各種設定保存用ＲＡＭ６２は、不揮発性のメモリであって、射出成形作業に関する成形条件と各種設定値，パラメータ，マクロ変数等を記憶する成形データ保存用のメモリである。ＬＣＤ／ＭＤＩ（液晶表示装置付き手動データ入力装置）６４はＬＣＤ表示回路６３を介してバス５１に接続され、機能メニューの選択および各種データの入力操作等が行えるようになっている。さらに、数値データ入力用のテンキーおよび各種のファンクションキー等が設けられている。なお、表示装置としては、ＬＣＤ（液晶表示装置）、ＣＲＴ、その他の表示装置を用いたものでもよい。

以上の射出成形機１の構成により、ＰＭＣＣＰＵ５９が射出成形機全体のシーケンスを制御し、ＣＮＣＣＰＵ５６がＲＯＭ５７の運転プログラムや各種設定保存用ＲＡＭ６２に格納された成形条件等に基づいて、各軸のサーボモータに対して移動指令の分配を行い、サーボＣＰＵ５３は各軸に対して分配された移動指令と位置・速度検出器１４，１７，２７，３０で検出された位置および速度のフィードバック信号等に基づいて、ディジタルサーボ処理を実行し、サーボアンプ４５，４６，４７，４１，４３に駆動指令（ＰＷＭ指令）を出力し、サーボモータであるところの射出用モータ１３、スクリュ回転用モータ１６、金型開閉用モータ２６、突き出し用モータ２９を駆動制御し、射出成形機の各機構を駆動する。

図３に示されるように、本発明の実施形態の射出成形機１は、制御装置５０の送信手段７０から複数のサーボアンプ４１，４３に出力される１つの遮断要求信号と、送信手段７３から複数のサーボアンプ４５，４６，４７に出力される１つの遮断要求信号で、機構部毎に該機構部のサーボモータの動力を一括して遮断し、前記サーボアンプ４１，４３，４５，４６，４７のそれぞれにおいて遮断が行われたことを確認する遮断確認信号を、それぞれのサーボアンプ４１，４３，４５，４６，４７から、制御装置５０の受信手段７１，７２，７４，７５，７６に入力する動力遮断手段を有する。各サーボアンプでは、制御装置５０からの遮断要求信号にしたがって、各サーボモータへのモータ動力を遮断する。例えば、遮断要求信号を受けたサーボアンプは、サーボアンプ内蔵の電磁リレー（図示せず）を動作させて、サーボモータへのモータ動力の供給を直接的に遮断する。あるいは、遮断要求信号でサーボアンプ内のＰＷＭ信号生成回路の動力を遮断してモータ動力の供給を間接的に遮断する。なお、射出機構部３と型締機構部４の全てのサーボアンプ４１，４３，４５，４６，４７に一括して遮断要求信号を出力してもよい。

射出成形機１の制御装置５０は、制御装置５０が制御し得る最大個数のサーボアンプについて、それぞれのサーボアンプ毎にサーボアンプの「使用／不使用」を指定する情報を制御装置５０のメモリに用意しておく。図４はサーボアンプの「使用／不使用」の情報を記憶したメモリを説明する図である。この例では、金型開閉用サーボアンプ（１），（２）、突き出し用サーボアンプ（１），（２）、射出用サーボアンプ（１），（２）、スクリュ回転用サーボアンプ（１），（２）の８台のサーボアンプを備えた射出成形機の場合に、メモリに格納される使用／不使用（使用または不使用）の情報を格納することを示している。なお図４の符号４１〜４８のうち、符号４１，４３，４５，４６，４７は図１，図３の各モータに対応する。

図５は本発明に係るサーボモータの動力を遮断する処理のフローを説明する図である。射出成形機１の型締部側可動ドア開状態検出スイッチＳ１または射出部側可動ドア開状態検出スイッチＳ４から安全ドアの開状態を示す信号が制御装置５０のインタフェース５２に入力すると、バス５１を介してＰＭＣＣＰＵ５９に入力信号が送られ、ＰＭＣＣＰＵ５９において図５に示されるフローチャートの処理の実行が開始される。なお、図５のフローチャートでは、１つのサーボアンプの処理が示されているが、図４に示されるサーボアンプの「使用／不使用」の情報を記憶したメモリに記憶したアンプ全てについて図５の処理を行う。
●［ステップＳＡ０１］サーボアンプは設定が「使用」か否かを判断し、使用と設定されている場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０２に移行し、使用ではない（不使用）と設定されている場合（ＮＯ）ステップＳＡ０３へ移行する。使用または不使用の設定は、図４に示されるように予めメモリ（各種設定保存用ＲＡＭ６２）に格納されている。
●［ステップＳＡ０２］遮断要求信号がＯＮか否か判断し、ＯＮの場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０４へ移行し、ＯＮではない場合（ＮＯ）ステップＳＡ０５へ移行する。
●［ステップＳＡ０３］遮断確認信号がＯＮか否か判断し、ＯＮの場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０７へ移行し、ＯＮではない場合（ＮＯ）ステップＳＡ０８へ移行する。
●［ステップＳＡ０４］遮断確認信号がＯＮか否か判断し、ＯＮの場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０８へ移行し、ＯＮではない場合（ＮＯ）ステップＳＡ０６へ移行する。
●［ステップＳＡ０５］遮断確認信号がＯＮか否か判断し、ＯＮの場合（ＹＥＳ）ステップＳＡ０６へ移行し、ＯＮではない場合（ＮＯ）ステップＳＡ０８へ移行する。
●［ステップＳＡ０６］第１異常判定処理を行う。第１異常判定処理は、遮断要求信号の異常、遮断確認信号の異常、あるいは、サーボアンプの異常のいずれかであると判定する処理である。
●［ステップＳＡ０７］第２異常判定処理を行う。第２異常判定処理は、サーボアンプの使用または不使用の設定の誤りと判定する処理である。
●［ステップＳＡ０８］正常処理を行い、処理を終了する。
●［ステップＳＡ０９］警告処理を行い、処理を終了する。警告処理は、ステップＳＡ０６の第１異常判定処理の判定の結果またはステップＳＡ０７の第２異常判定処理の判定の結果を表示装置（ＬＣＤ／ＭＤＩ６４のＬＣＤ）に表示、あるいは、警告灯などに警告を表示する。

射出成形機１の仕様が変わると、サーボアンプの使用／不使用の情報を変更可能とする。これにより制御装置５０は射出成形機１の仕様によらず共通の構成とすることが可能となり、前記「使用／不使用」の情報によって射出成形機１の仕様の違いによるサーボアンプの数の変化に対応できる。

射出成形機１の制御装置５０は、前記の「使用／不使用」の情報を使用して、制御装置５０が制御し得る最大個数のサーボアンプについて遮断確認信号の状態を確認する。ここで制御装置５０が制御し得る最大個数とは、制御装置が制御し得る最大のサーボアンプ個数でも、同一制御装置を搭載する成形機の機種のラインナップの中でサーボアンプの数が最大となる機種のサーボアンプ個数でも良い。
すなわち、「使用」されているという情報が記憶されているサーボアンプについて、制御装置５０からサーボアンプに対して遮断要求信号の出力がオンまたはオフされた際に、そのサーボアンプから制御装置５０に入力される遮断確認信号が連動してオンまたはオフすれば、遮断が正常に行われたことを認識できる。反対に、遮断要求信号と遮断確認信号が連動してオンまたはオフしない場合には、そのサーボアンプ内の異常、あるいは、遮断要求信号、あるいは、遮断確認信号の異常が発生した可能性があると認識できる。

また、「不使用」という情報が記憶されているサーボアンプについて、遮断確認信号がオンした場合には、「使用／不使用」の情報が間違っている可能性があり、遮断確認信号がオフである場合は、そのサーボアンプは「使用／不使用」の情報どおり「不使用」の状態、すなわち正常な状態であることを確認することができる。

なお異常が検出された場合には、オペレータに対して警告を発する。（図５参照）また、本発明の実施形態を説明する図（図１，図３参照）では、複数のサーボアンプで１個のサーボモータを駆動する図を示したが、１つのサーボアンプで１個のサーボモータを駆動する場合にも、本発明を適用することができる。また、複数のサーボモータで１つの機構を動作させ、複数個のサーボモータをそれぞれ独立したサーボアンプで駆動する場合にも、本発明を適用することができる。

前述したように、本発明の実施形態では、それぞれの危険エリア毎に可動式ドアの開閉動作と連動して複数個のサーボモータの動力を同時に遮断するため、制御装置から危険エリア毎の各サーボアンプに対して出力する遮断要求信号を一括して出力するようにして、遮断要求信号の数を減らすことができる。（図３参照）この方法は、遮断要求信号やサーボアンプ等に異常が発生した場合には、それを正確に検出し、作業者の安全を確保することが可能であり、かつ、サーボアンプ毎に遮断要求信号を用意する従来の場合（図６参照）に比べ、機械のコストを抑えることができるというメリットがある。この動力遮断手段では、制御装置からサーボアンプに対して出力される１つの遮断信号で、対応する機構部内の全てのサーボモータの動力を同時に遮断することができる。またサーボアンプにおいて遮断が行われたことを確認するために、サーボアンプから制御装置に入力される遮断確認信号は、サーボアンプ毎に制御装置に対して入力されるため、仮にサーボアンプにおける動力の遮断に異常が発生しても容易に検出することができる。

１ 射出成形機
２ 機台
３ 射出機構部
４ 型締機構部

１０ 射出ノズルエリアの可動式ドア
１１ 射出シリンダ
１２ ノズル
１３ 射出用モータ
１４ 位置・速度検出器
１５ 動力伝達手段
１６ スクリュ回転用モータ
１７ 位置・速度検出器
１８ 動力伝達手段

２０ 金型エリアの可動式ドア
２１ リアプラテン
２２ 固定プラテン
２３ タイバー
２４ ボールネジ
２５ トグル機構
２６ 金型開閉用モータ
２７ 位置・速度検出器
２８ 動力伝達手段
２９ 突き出し用モータ
３０ 位置・速度検出器
３１ 動力伝達手段
３２ 金型

４１ 第１金型開閉用サーボアンプ
４２ 第２金型開閉用サーボアンプ
４３ 第１突き出し用サーボアンプ
４４ 第２突き出し用サーボアンプ
４５ 第１射出用サーボアンプ
４６ 第２射出用サーボアンプ
４７ 第１スクリュ回転用サーボアンプ
４８ 第２スクリュ回転用サーボアンプ

５０ 制御装置
５１ バス
５２ インタフェース
５３ サーボＣＰＵ
５４ ＲＯＭ
５５ ＲＡＭ
５６ ＣＮＣＣＰＵ
５７ ＲＯＭ
５８ ＲＡＭ
５９ ＰＭＣＣＰＵ
６０ ＲＯＭ
６１ ＲＡＭ
６２ 各種設定保存用ＲＡＭ
６３ ＬＣＤ表示回路
６４ ＬＣＤ／ＭＤＩ

７０，７３ 送信手段
７１，７２，７４，７５，７６ 受信手段

８０，８２，８４，８６，８８ 送信手段
８１，８３，８５，８７，８９ 受信手段

９０ 制御装置

Ｓ１ 型締部側可動ドア開状態検出スイッチ
Ｓ２ 型締部側可動ドア閉状態検出スイッチ
Ｓ３ 射出部側可動ドア閉状態検出スイッチ
Ｓ４ 射出部側可動ドア開状態検出スイッチ

Claims (1)

1. 電動射出成形機の可動部を動作させる複数のサーボモータと、該複数のサーボモータを駆動するサーボモータと同数あるいはそれ以上の数のサーボアンプと、該複数のサーボアンプを制御する制御装置を備え、前記サーボアンプに対して動力の遮断を要求することにより前記サーボモータの動力を遮断する電動射出成形機のモータ動力遮断装置において、
   前記制御装置は、
   前記複数のサーボアンプの内、一部または全てに対して一括して動力の遮断を要求する遮断要求信号を出力する遮断要求信号出力手段と、
   前記制御装置が制御し得る最大個数のサーボアンプに対応する前記サーボアンプの動力が遮断されたことを確認する動力遮断確認信号を受信する動力遮断確認信号受信手段と、
   前記制御装置が制御し得る最大個数のサーボアンプのそれぞれについて使用または不使用のいずれかの情報を記憶する手段と、
   前記遮断要求信号と、前記遮断確認信号と前記情報とに基づいて、動力遮断が正常に動作しているか否かを判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする電動射出成形機のモータ動力遮断装置。