JP2017177356A - 成形機およびモータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモータによる複数の駆動軸の進行位置ずれを効果的に抑制できる成形機を提供する。
【解決手段】射出成形機１は、速度指令信号Ｓ１に示される指令速度Ｎに応じた速度となるようにマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を制御する第１速度制御部３１および第２速度制御部３２と、各モータの出力トルクＴｍ、Ｔｓを検出する出力トルク検出部３５と、を有している。そして、原速度指令信号Ｓ０を入力するとともに、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達するまでは、原速度Ｎｏを指令速度Ｎとする速度指令信号Ｓ１を出力し、監視トルクに到達すると、原速度Ｎｏより低い縮退動作速度Ｎｆを指令速度Ｎとする速度指令信号Ｓ１を出力する速度指令信号出力部３７をさらに有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動式の射出成形機やダイカストマシンなどの成形機およびモータシステムに関する。

射出軸や可動ダイプレートの前後進駆動源として比較的安価な小型の電動モータを複数用いることにより、複数の電動モータの駆動力を合成して大きなパワーを得つつコストを抑えた成形機が提案されている。

例えば、特許文献１に開示されている射出成形機は、複数の電動モータが複数の駆動軸を駆動し、これら複数の駆動軸によって１つの射出軸を駆動する構成を有している。この射出成形機は、上位の制御装置から速度指令信号が入力されるとこの速度指令信号に応じた速度（回転数）となるように複数の電動モータを制御する。

特公平０３−０３８１００号公報

電動モータは、Ｔ−Ｎ特性で示されるように、回転数に対して出力可能なトルクの上限値である上限出力トルクが規定されている。そして、上述のような複数の電動モータを速度指令信号により制御する射出成形機は、例えば、射出軸の駆動負荷が非常に高くなってしまった場合、複数のモータのうち遅れが生じているモータにおいて速度指令信号に示される指令速度（目標回転数）に到達する前に上限出力トルクに到達してしまうことがあった。これにより、出力トルクが上限出力トルクに到達してしまうとそれ以上速度を上げることができず速度制御が困難となるので、複数のモータ間に速度差が生じてしまい、射出軸を駆動する複数の駆動軸の進行位置ずれが大きくなって、駆動軸などにダメージが生じてしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、複数のモータの進行位置ずれを効果的に抑制できる成形機およびモータシステムを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の一態様の成形機は、複数のモータを同期して動作させる成形機であって、指令速度を示す速度指令信号を出力する速度指令信号出力部と、前記速度指令信号出力部によって出力された前記速度指令信号に示される前記指令速度に応じた速度となるように前記複数のモータを制御する速度制御部と、前記複数のモータの出力トルクを検出する出力トルク検出部と、を有し、前記速度指令信号出力部が、原速度を示す原速度指令信号を入力するとともに、前記出力トルク検出部で検出された前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達するまでは、前記原速度を前記指令速度とする前記速度指令信号を出力し、当該モータの出力トルクが前記監視トルクに到達すると、前記原速度より低い縮退動作速度を前記指令速度とする前記速度指令信号を出力することを特徴とする。

本発明の成形機によれば、複数のモータを、これら複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータについて設定された監視トルクに到達するまでは、原速度指令信号に示される原速度に応じた速度となるように制御し、そして、監視トルクに到達すると、原速度より低い縮退動作速度に応じた速度となるように制御する。これにより、モータの負荷が非常に高くなってしまった場合でも、速度を下げることでモータの出力トルクに余裕が生じ、これにより、複数のモータを速度制御可能な状態に置くことができる。この制御は少なくともいずれか一のモータの出力トルクが監視トルクに到達した際に行われ、全てのモータの出力トルクがいずれも監視トルクに到達した際にも、各モータに対して行われるものである。

本発明においては、前記複数のモータの実速度を検出する実速度検出部をさらに有し、前記速度指令信号出力部が、前記出力トルク検出部で検出された前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの前記監視トルクに到達すると、前記監視トルクに到達したときに当該モータについて前記実速度検出部で検出された実速度を前記縮退動作速度として設定することが好ましい。このようにすることで、複数のモータを、出力トルクとの関係でもっとも高い速度で動作させることができるので、成形効率の低下を抑制することができる。

本発明においては、前記速度指令信号出力部が、前記出力トルク検出部で検出された前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達すると、当該モータの定格速度を前記縮退動作速度として設定することも好ましい。このようにすることで、複数のモータを、より確実に動作させることができる。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様の成形機は、複数のモータと、前記複数のモータを同期して動作するように制御する制御装置とを備える成形機であって、前記制御装置が、原速度を示す原速度指令信号と前記複数のモータの出力トルクとに応じて、前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達するまでは、前記原速度となるように前記複数のモータを制御し、かつ、前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが前記監視トルクに到達すると、前記原速度より低い縮退動作速度となるように前記複数のモータを制御することを特徴とする。

本発明の成形機によれば、同期して動作するように制御される複数のモータを、これら複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータについて設定された監視トルクに到達するまでは、原速度指令信号に示される原速度に応じた速度となるように制御し、そして、監視トルクに到達すると、原速度より低い縮退動作速度に応じた速度となるように制御する。これにより、モータの負荷が非常に高くなってしまった場合でも、速度を下げることでモータの出力トルクに余裕が生じ、これにより、複数のモータを速度制御可能な状態に置くことができる。この制御は少なくともいずれか一のモータの出力トルクが監視トルクに到達した際に行われ、全てのモータの出力トルクがいずれも監視トルクに到達した際にも、各モータに対して行われるものである。

本発明においては、前記制御装置が、前記複数のモータの実速度を検出するとともに、前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの前記監視トルクに到達すると、前記監視トルクに到達したときの当該モータの実速度を前記縮退動作速度として設定することが好ましい。このようにすることで、複数のモータを、出力トルクとの関係でもっとも高い速度で動作させることができるので、成形効率の低下を抑制することができる。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様のモータシステムは、複数のモータと、原速度指令値に応じて複数の前記モータの回転数を制御する制御装置とを有するモータシステムであって、前記制御装置は、原速度指令値に応じた回転数で複数の前記モータを制御すると共に、前記モータ夫々の検出トルクを外部出力し、前記検出トルクが上限出力トルクに到達する前に、外部出力した前記検出トルクに応じて前記原速度指令値とは異なる値の速度指令値を受信し、受信した前記原速度指令値に対応する回転数よりも低い回転数で複数の前記モータを制御するものである。

本発明のモータシステムによれば、制御装置が、原速度指令値に応じた回転数で複数のモータを制御すると共に、モータ夫々の検出トルクを外部出力し、検出トルクが上限出力トルクに到達する前に、外部出力した検出トルクに応じて原速度指令値とは異なる値の速度指令値を受信し、受信した原速度指令値に対応する回転数よりも低い回転数で複数のモータを制御する。これにより、モータの負荷が非常に高くなってしまった場合でも、回転数（速度）を下げることでモータの出力トルクに余裕が生じ、これにより、複数のモータを速度制御可能な状態に置くことができる。

本発明においては、さらに前記制御装置と通信する上位制御装置を有し、前記上位制御装置は、前記制御装置からそれぞれの前記モータの前記検出トルクの値を受信し、前記検出トルクが監視トルクよりも高い場合には、前記制御装置に対して前記原速度指令値とは異なる値の速度指令値を送信するものであり、前記監視トルクは前記上限出力トルクよりも低い値であることが好ましい。このようにすることで、制御装置と上位制御装置とが協働して動作して、モータの負荷が非常に高くなってしまった場合でも、回転数（速度）を下げることでモータの出力トルクに余裕が生じ、これにより、複数のモータを速度制御可能な状態に置くことができる。この制御は少なくともいずれか一のモータの出力トルクが監視トルクに到達した際に行われ、全てのモータの出力トルクがいずれも監視トルクに到達した際にも、各モータに対して行われるものである。

本発明においては、前記制御装置は、前記複数のモータの実速度を検出して前記上位制御装置へ出力し、前記上位制御装置は、前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの前記監視トルクに到達すると、前記監視トルクに到達したときの当該モータの実速度を前記原速度指令値とは異なる値の速度指令値として設定することが好ましい。このようにすることで、複数のモータを、出力トルクとの関係でもっとも高い速度で動作させることができるので、成形効率の低下を抑制することができる。

本発明によれば、モータの負荷が非常に高くなってしまった場合でも複数のモータを速度制御可能な状態に置くことができ、複数のモータの進行位置ずれを効果的に抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る射出成形機の概略構成を示す図である。 図１の射出成形機が有する制御部の概略構成を示す機能ブロック図である。 図２の制御部が有する速度指令信号出力部における速度指令信号出力処理の一例を示すフローチャートである。 図１の射出成形機が有する複数のモータのＴ−Ｎ特性の一例を示す図である。 図１の射出成形機の指令速度、マスターモータの実速度、スレーブモータの実速度、マスターモータの出力トルクおよびスレーブモータの出力トルクの変化の一例を示す波形図である。 図５の波形図の一部を拡大した図である。 本発明の第２実施形態に係る射出成形システムが有する制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の成形機の一実施形態に係る射出成形機について説明する。本実施形態の射出成形機は、複数のモータの回転を直線運動に変換して単一の直線移動部材を駆動し、このとき複数のモータを進行位置が揃うように同期して動作させるものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る射出成形機の概略構成を示す図である。図１に示すように、射出成形機１は、直線移動部材であるスクリュー形状の射出軸１１と、射出軸１１と一体となって前後進する直動プレート１２と、サーボモータであるマスターモータ１３と、マスターモータ１３の出力軸に固着された第１駆動プーリ１４と、第１被動プーリ１５と、第１駆動プーリ１４の回転を第１被動プーリ１５に伝達する第１タイミングベルト１６と、第１被動プーリ１５の回転を直線運動に変換して直動プレート１２に伝達する駆動軸としての第１ボールねじ機構１７と、サーボモータであるスレーブモータ１８と、スレーブモータ１８の出力軸に固着された第２駆動プーリ１９と、第２被動プーリ２０と、第２駆動プーリ１９の回転を第２被動プーリ２０に伝達する第２タイミングベルト２１と、第２被動プーリ２０の回転を直線運動に変換して直動プレート１２に伝達する駆動軸としての第２ボールねじ機構２２と、制御部３０と、を有している。

マスターモータ１３には、その進行位置（第１ボールねじ機構１７の進行位置に相当する）を示すマスターモータ位置信号Ｓ２を出力する第１エンコーダ１３ａが設けられている。スレーブモータ１８には、その進行位置（第２ボールねじ機構２２の進行位置に相当する）を示すスレーブモータ位置信号Ｓ５を出力する第２エンコーダ１８ａが設けられている。本実施形態において、マスターモータ１３とスレーブモータ１８とは同じ型式のサーボモータを採用している。マスターモータ１３とスレーブモータ１８とは異なる型式のものを採用してもよい。

この射出成形機１は、図示しない外部の上位装置から制御部３０が原速度指令信号Ｓ０を受けることにより、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８を駆動制御する。

マスターモータ１３が駆動されると、その回転が第１駆動プーリ１４、第１タイミングベルト１６および第１被動プーリ１５を介して第１ボールねじ機構１７の回転部に伝達され、この回転が第１ボールねじ機構１７で直線運動に変換されて、第１ボールねじ機構１７の直線運動部と一体化された直動プレート１２に伝達される。

同様に、スレーブモータ１８が駆動されると、その回転が、第２駆動プーリ１９、第２タイミングベルト２１および第２被動プーリ２０を介して第２ボールねじ機構２２の回転部に伝達され、この回転が第２ボールねじ機構２２で直線運動に変換されて、第２ボールねじ機構２２の直線運動部と一体化された直動プレート１２に伝達される。

この結果、直動プレート１２と一体の射出軸１１が、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８により駆動されて直線移動する。

制御部３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、各種Ｉ／Ｏインタフェース、等を備えた組み込み機器用のマイクロコンピュータを有して構成されている。制御部３０は、射出成形機１全体の制御を司り、例えば、可塑化動作、射出動作、型開閉動作、エジェクト動作等の成形行程全体の制御を行う。

図２は、本実施形態の射出成形機が有する制御部３０の概略構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御部３０は、第１速度制御部３１と、第２速度制御部３２と、演算器３３と、位置偏差検出部３４と、出力トルク検出部３５と、実速度検出部３６と、速度指令信号出力部３７と、を有している。制御部３０が有するマイクロコンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに格納された各種プログラムを実行することにより、これら各機能部として機能する。

第１速度制御部３１は、後述する速度指令信号出力部３７からの速度指令信号Ｓ１と、第１エンコーダ１３ａが出力するマスターモータ位置信号Ｓ２と、が入力される。第１速度制御部３１は、マスターモータ位置信号Ｓ２を時間で微分することによりマスターモータ１３の実速度Ｎｍを検出し、この実速度Ｎｍが速度指令信号Ｓ１に示される指令速度Ｎとなるようにマスターモータ１３に対してマスターモータ速度制御信号Ｓ３を出力する。つまり、第１速度制御部３１は、速度指令信号出力部３７によって出力された速度指令信号Ｓ１に示される指令速度Ｎとなるようにマスターモータ１３を制御する。

第２速度制御部３２は、後述する演算器３３からの補正速度指令信号Ｓ４と、第２エンコーダ１８ａが出力するスレーブモータ位置信号Ｓ５と、が入力される。第２速度制御部３２は、スレーブモータ位置信号Ｓ５を時間で微分することによりスレーブモータ１８の実速度Ｎｓを検出し、この実速度Ｎｓが補正速度指令信号Ｓ４に示される補正速度Ｎａとなるようにスレーブモータに対してスレーブモータ速度制御信号Ｓ６を出力する。つまり、補正速度指令信号Ｓ４は速度指令信号Ｓ１を補正した信号であることから、第２速度制御部３２は、速度指令信号出力部３７によって出力された速度指令信号Ｓ１に示される指令速度Ｎに応じた速度（補正速度Ｎａ）となるようにスレーブモータ１８を制御する。

演算器３３は、速度指令信号Ｓ１と、位置偏差検出部３４からの位置偏差信号Ｓ７と、が入力される。演算器３３は、位置偏差信号Ｓ７に示されるマスターモータ１３の進行位置とスレーブモータ１８の進行位置との偏差に基づいて、この偏差を解消するように速度指令信号Ｓ１（指令速度Ｎ）を補正した補正速度指令信号Ｓ４（補正速度Ｎａ）を第２速度制御部３２に対して出力する。

位置偏差検出部３４は、マスターモータ位置信号Ｓ２とスレーブモータ位置信号Ｓ５とが入力され、マスターモータ位置信号Ｓ２とスレーブモータ位置信号Ｓ５との偏差（即ち、駆動軸の進行位置ずれ）に応じた位置偏差信号Ｓ７を演算器３３に対して出力する。

出力トルク検出部３５は、マスターモータ速度制御信号Ｓ３と、スレーブモータ速度制御信号Ｓ６とが入力される。出力トルク検出部３５は、マスターモータ速度制御信号Ｓ３に基づいてマスターモータ１３の出力トルクＴｍを検出し、スレーブモータ速度制御信号Ｓ６に基づいてスレーブモータ１８の出力トルクＴｓを検出する。出力トルク検出部３５は、検出したマスターモータ１３の出力トルクＴｍおよびスレーブモータ１８の出力トルクＴｓを含む出力トルク信号Ｓ８を速度指令信号出力部３７に対して出力する。

実速度検出部３６は、マスターモータ位置信号Ｓ２とスレーブモータ位置信号Ｓ５とが入力される。実速度検出部３６は、マスターモータ位置信号Ｓ２を時間で微分することによりマスターモータ１３の実速度Ｎｍを検出しかつスレーブモータ位置信号Ｓ５を時間で微分することによりスレーブモータ１８の実速度Ｎｓを検出し、これら実速度Ｎｍおよび実速度Ｎｓを含む実速度信号Ｓ９を速度指令信号出力部３７に対して出力する。

速度指令信号出力部３７は、外部の上位装置からの原速度指令信号Ｓ０、出力トルク信号Ｓ８および実速度信号Ｓ９が入力され、これら入力された各信号に基づいて速度指令信号Ｓ１を出力する。

速度指令信号出力部３７における速度指令信号出力処理の一例を図３のフローチャートを参照して説明する。図３は、制御部３０が有する速度指令信号出力部３７における速度指令信号出力処理の一例を示すフローチャートである。

速度指令信号出力部３７は、原速度指令信号Ｓ０、出力トルク信号Ｓ８および実速度信号Ｓ９を入力する（Ｔ１１０〜Ｔ１３０）。

速度指令信号出力部３７は、出力トルク信号Ｓ８に含まれるマスターモータ１３の出力トルクＴｍが、マスターモータ１３の出力トルク上限値である上限出力トルクＴｍｍａｘより低く設定されたマスターモータ１３の監視トルクＴｍｗに到達したか否かを判定する。同様に、スレーブモータ１８の出力トルクＴｓが、スレーブモータ１８の出力トルク上限値である上限出力トルクＴｓｍａｘより低く設定されたスレーブモータ１８の監視トルクＴｓｗに到達したか否かを判定する（Ｔ１４０）。

そして、速度指令信号出力部３７は、マスターモータ１３の出力トルクＴｍが監視トルクＴｍｗに到達せず、かつ、スレーブモータ１８の出力トルクＴｓが監視トルクＴｓｗに到達していないと判定すると（Ｔ１４０でＹＥＳ）、原速度指令信号Ｓ０に示される原速度Ｎｏ（原速度指令値）を指令速度Ｎとする速度指令信号Ｓ１を出力する（Ｔ１８０）。

または、速度指令信号出力部３７は、マスターモータ１３の出力トルクＴｍが監視トルクＴｍｗに到達したと判定すると（Ｔ１４０でＮＯ、Ｔ１５０でＹＥＳ）、マスターモータ１３の出力トルクＴｍが監視トルクＴｍｗに到達したときのマスターモータ１３の実速度Ｎｍを縮退動作速度Ｎｆ（原速度指令値とは異なる値の速度指令値）として設定し、この縮退動作速度Ｎｆを指令速度Ｎとする速度指令信号Ｓ１を出力する（Ｔ１６０）。

または、スレーブモータ１８の出力トルクＴｓが監視トルクＴｓｗに到達したと判定すると（Ｔ１４０でＮＯ、Ｔ１５０でＮＯ）、スレーブモータ１８の出力トルクＴｓが監視トルクＴｓｗに到達したときのスレーブモータ１８の実速度Ｎｓを縮退動作速度Ｎｆとして設定し、この縮退動作速度Ｎｆを指令速度Ｎとする速度指令信号Ｓ１を出力する（Ｔ１７０）。いずれ場合においても、縮退動作速度Ｎｆは原速度Ｎｏより低い速度である。

なお、本実施形態において「出力トルクが監視トルクに到達したとき」とは、出力トルクが監視トルク以上になった時点であるが、例えば、到達したか否かの条件判定においては、出力トルクが監視トルクを短時間に複数回またぐことによる不安定動作を防止するために、出力トルクが監視トルク以上になった状態が所定の安定待ち時間Ｗ（例えば、０．０１秒）以上継続した時点としている。即ち、「出力トルクが監視トルクに到達したとき」とは、出力トルクが監視トルク以上になった時点以外にも、本発明の目的に反しない範囲で当該時点に関連性を有する時点を含む。

本実施形態では、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８に同じ型式の電動モータを使用していることからマスターモータ１３の監視トルクＴｍｗおよびスレーブモータ１８の監視トルクＴｓｗとして同じ値を設定しているが、これらは互いに異なる値に設定してもよい。

本実施形態では、一例として、これら監視トルクＴｍｗおよび監視トルクＴｓｗを、図４のＴ−Ｎ特性図に模式的に示すように、各速度におけるマスターモータ１３の上限出力トルクＴｍｍａｘおよびスレーブモータ１８の上限出力トルクＴｓｍａｘの８０％の値としている。これら監視トルクＴｍｗおよび監視トルクＴｓｗは、実動作やシミュレーションなどの結果に基づき、出力トルクＴｍおよび出力トルクＴｓが、上限出力トルクＴｍｍａｘおよび上限出力トルクＴｓｍａｘを超えないように余裕を持って設定される。監視トルクＴｍｗおよび監視トルクＴｓｗは、速度に関わらず一定の値としてもよい。

これ以外にも、例えば、監視トルクＴｍｗとして、現在の出力トルクＴｍに現在の出力トルクＴｍの上昇速度ΔＴｍ／ｄｔと上記安定待ち時間Ｗとを乗じた値を加算した値が上限出力トルクＴｍｍａｘとなるとき（すなわち、Ｔｍ＋（（ΔＴｍ／ｄｔ）×Ｗ）＝Ｔｍｍａｘ）の現在の出力トルクＴｍを設定してもよい。つまり、現在からさらに安定待ち時間Ｗを経過すると、出力トルクＴｍが上限出力トルクＴｍｍａｘに到達すると予想されたときに、その時点の出力トルクＴｍを監視トルクＴｍｗとして、縮退動作速度でモータを動作させる。監視トルクＴｓｗについても同様である。このようにすることで、複数のモータを、上限出力トルクとの関係でもっとも高い出力トルクまで動作させることができるので、成形効率の低下を効果的に抑制することができる。なお、この構成を採用する場合は、動作マージン確保のために、上限出力トルクＴｍｍａｘおよび上限出力トルクＴｓｍａｘとして、現実の上限出力トルクの値よりも若干低い値を設定してもよい。または、上記安定待ち時間Ｗより長い時間（例えば、安定待ち時間Ｗに所定のマージン時間（安定待ち時間Ｗの５〜１０％の時間など）を加えた時間）を上記式に当てはめて計算してもよい。

なお、監視トルクを設定する際には、監視トルクを低くし過ぎると、速度の立上り等が穏やかになり、成形精度に影響がでてくる。実際には、機械の摩擦抵抗、成形する樹脂の特性等により異なるため、実機において成形精度を確認しながら調整する必要が生じる。

次に、上述した射出成形機１においてスレーブモータ１８の出力トルクＴｓが監視トルクＴｓｗに到達したときの動作例について、図５および図６を参照して説明する。これら図は、射出成形機の速度指令信号Ｓ１に示される指令速度Ｎ、マスターモータ１３の実速度Ｎｍ、スレーブモータ１８の実速度Ｎｓ、マスターモータ１３の出力トルクＴｍおよびスレーブモータ１８の出力トルクＴｓの変化の一例を示す波形図である。図６は、図５の０〜０．１秒の期間を拡大した図である。

速度指令信号出力部３７は、時刻ｔ０において、速度ｎ１を示す原速度指令信号Ｓ０が入力されると、原速度Ｎｏ（速度ｎ１）を指令速度Ｎとする速度指令信号Ｓ１を出力する。これにより、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８は、それぞれの実速度Ｎｍおよび実速度Ｎｓを速度ｎ１に向けて徐々に上げていく。マスターモータ１３は実速度Ｎｍが上がるにつれて出力トルクＴｍが上昇し、スレーブモータ１８も実速度Ｎｓが上がるにつれて出力トルクＴｓが上昇していく。

そして、マスターモータ１３の実速度Ｎｍおよびスレーブモータ１８の実速度Ｎｓが速度ｎ１になる前に、時刻ｔ１において、スレーブモータ１８の出力トルクＴｓが監視トルクＴｓｗを超えた状態となり、この状態が時刻ｔ２まで継続すると、速度指令信号出力部３７は、スレーブモータ１８の出力トルクＴｓが監視トルクＴｓｗに到達したものと判定する。

上記判定により、速度指令信号出力部３７は、速度指令信号Ｓ１として時刻ｔ１での実速度Ｎｓ（速度ｎ２）を指令速度Ｎとする速度指令信号Ｓ１を出力する。これにより、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８は実速度Ｎｍおよび実速度Ｎｓを速度ｎ２になるように下げていく。この状態において、マスターモータ１３の出力トルクＴｍおよびスレーブモータ１８の出力トルクＴｍが低下する。

これにより、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８は、出力トルクに余裕がでるので、第１速度制御部３１および第２速度制御部３２において位置偏差を解消するための速度調整が可能となる。

制御部３０は、外部との信号に着目すると、原速度Ｎｏを示す原速度指令信号Ｓ０とマスターモータ速度制御信号Ｓ３（すなわち、マスターモータ１３の出力トルクＴｍ）およびスレーブモータ速度制御信号Ｓ６（すなわち、スレーブモータ１８の出力トルクＴｓ）とに応じて、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達するまでは、原速度Ｎｏとなるようにマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を制御し、かつ、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが監視トルクに到達すると、原速度Ｎｏより低い縮退動作速度Ｎｆとなるようにマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を制御する１つの制御装置とみなすことができる。

そして、この制御装置は、マスターモータ１３の実速度Ｎｍおよびスレーブモータ１８の実速度Ｎｓを検出するとともに、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの監視トルクに到達すると、監視トルクに到達したときの当該モータの実速度を縮退動作速度Ｎｆとして設定する。

以上より、本実施形態の射出成形機１によれば、同期して動作するように制御されて射出軸１１と一体の直動プレート１２を駆動するマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を、これらマスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータについて設定された監視トルクに到達するまでは、原速度指令信号Ｓ０に示される原速度Ｎｏに応じた速度となるように制御し、そして、監視トルクに到達すると、原速度Ｎｏより低い縮退動作速度Ｎｆに応じた速度となるように制御する。これにより、出力トルクに余裕が生じて、直動プレート１２の駆動負荷（すなわち、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８の負荷）が非常に高くなってしまった場合でもマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を速度制御可能な状態に置くことができる。この制御は少なくともいずれか一方のモータの出力トルクが監視トルクに到達した際に行われ、全てのモータの出力トルクがいずれも監視トルクに到達した際にも、各モータに対して行われるものである。

また、射出成形機１は、マスターモータ１３の実速度Ｎｍおよびスレーブモータ１８の実速度Ｎｓを検出する実速度検出部３６をさらに有し、速度指令信号出力部３７が、出力トルク検出部３５で検出されたマスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの監視トルクに到達すると、監視トルクに到達したときに当該モータについて実速度検出部３６で検出された実速度を縮退動作速度Ｎｆとする。このようにすることで、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８を、出力トルクとの関係でもっとも高い速度で動作させることができるので、成形効率の低下を抑制することができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の成形システムの一実施形態に係る射出成形システムについて説明する。本実施形態の射出成形システムは、複数のモータの回転を直線運動に変換して単一の直線移動部材を駆動し、このとき複数のモータを進行位置が揃うように同期して動作させるものである。

射出成形システムは、図１に示す第１実施形態の射出成形機１と同様に、直線移動部材であるスクリュー形状の射出軸１１と、射出軸１１と一体となって前後進する直動プレート１２と、サーボモータであるマスターモータ１３と、マスターモータ１３の出力軸に固着された第１駆動プーリ１４と、第１被動プーリ１５と、第１駆動プーリ１４の回転を第１被動プーリ１５に伝達する第１タイミングベルト１６と、第１被動プーリ１５の回転を直線運動に変換して直動プレート１２に伝達する駆動軸としての第１ボールねじ機構１７と、サーボモータであるスレーブモータ１８と、スレーブモータ１８の出力軸に固着された第２駆動プーリ１９と、第２被動プーリ２０と、第２駆動プーリ１９の回転を第２被動プーリ２０に伝達する第２タイミングベルト２１と、第２被動プーリ２０の回転を直線運動に変換して直動プレート１２に伝達する駆動軸としての第２ボールねじ機構２２と、制御ユニット３０Ａと、を有している。以下の説明において、上述した第１実施形態の同等の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

制御ユニット３０Ａは、図７に示すように、互いに別体の制御装置としての下位制御部３０ａと上位制御装置としての上位制御部３０ｂとを有しており、下位制御部３０ａと上位制御部３０ｂとは信号線で接続されている。

下位制御部３０ａは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、各種Ｉ／Ｏインタフェース、等を備えた組み込み機器用のマイクロコンピュータを有して構成されている。図７に示すように、下位制御部３０ａは、第１速度制御部３１と、第２速度制御部３２と、演算器３３と、位置偏差検出部３４と、出力トルク検出部３５と、実速度検出部３６と、を有している。下位制御部３０ａは、上位制御部３０ｂに対して、出力トルク信号Ｓ８および実速度信号Ｓ９を送信する。

上位制御部３０ｂは、下位制御部３０ａと同様に、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、各種Ｉ／Ｏインタフェース、等を備えた組み込み機器用のマイクロコンピュータを有して構成されている。図７に示すように、上位制御部３０ｂは、速度指令信号出力部３７を有している。また、上位制御部３０ｂは、例えば、制御プログラム等に従い内部で原速度Ｎｏを示す原速度指令信号Ｓ０を生成するものであるが、外部から原速度指令信号Ｓ０が入力されるものであってもよい。上位制御部３０ｂは、下位制御部３０ａに対して、速度指令信号Ｓ１を出力する。

上位制御部３０ｂは、図３に一例を示す速度指令信号出力処理を実行して、速度指令信号Ｓ１を出力し、下位制御部３０ａは、速度指令信号Ｓ１に示される指令速度Ｎとなるようにマスターモータ１３を制御し、かつ、速度指令信号Ｓ１に示される指令速度Ｎに応じた速度（補正速度Ｎａ）となるようにスレーブモータ１８を制御する。

以上より、本実施形態の射出成形システムによれば、同期して動作するように制御されて射出軸１１と一体の直動プレート１２を駆動するマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を、これらマスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータについて設定された監視トルクに到達するまでは、原速度指令信号Ｓ０に示される原速度Ｎｏに応じた速度となるように制御し、そして、監視トルクに到達すると、原速度Ｎｏより低い縮退動作速度Ｎｆに応じた速度となるように制御する。

すなわち、下位制御部３０ｂが、原速度指令値（原速度Ｎｏ）に応じた回転数（速度）でマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を制御するとともに、これらマスターモータ１３およびスレーブモータ１８夫々の検出トルクを外部出力し、検出トルクが上限出力トルクに到達する前に、外部出力した検出トルクに応じて原速度指令値とは異なる値の速度指令値（縮退動作速度Ｎｆ）を受信し、受信した原速度指令値に対応する回転数よりも低い回転数でマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を制御する。さらに下位制御部３０ｂと通信する上位制御部３０ａを有し、上位制御部３０ａは、下位制御部３０ｂからそれぞれのモータの検出トルクの値を受信し、検出トルクが監視トルクよりも高い場合には、下位制御部３０ｂに対して原速度指令値とは異なる値の速度指令値（縮退動作速度Ｎｆ）を送信するものであり、監視トルクは上限出力トルクよりも低い値である。これにより、出力トルクに余裕が生じて、直動プレート１２の駆動負荷（すなわち、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８の負荷）が非常に高くなってしまった場合でもマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を速度制御可能な状態に置くことができる。この制御は少なくともいずれか一方のモータの出力トルクが監視トルクに到達した際に行われ、全てのモータの出力トルクがいずれも監視トルクに到達した際にも、各モータに対して行われるものである。

また、射出成形システムは、下位制御部３０ａが、マスターモータ１３の実速度Ｎｍおよびスレーブモータ１８の実速度Ｎｓを検出する実速度検出部３６をさらに有し、上位制御部３０ｂの速度指令信号出力部３７が、出力トルク検出部３５で検出されたマスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの監視トルクに到達すると、監視トルクに到達したときに当該モータについて実速度検出部３６で検出された実速度を縮退動作速度Ｎｆ（原速度指令値とは異なる値の速度指令値）とする。このようにすることで、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８を、出力トルクとの関係でもっとも高い速度で動作させることができるので、成形効率の低下を抑制することができる。

上述した各実施形態によれば、直動プレート１２の駆動負荷が非常に高くなってしまった場合でもマスターモータ１３およびスレーブモータ１８を速度制御可能な状態に置くことができ、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８による第１ボールねじ機構１７および第２ボールねじ機構２２の進行位置ずれを効果的に抑制できる。

上述した各実施形態では、縮退動作速度Ｎｆとして実速度検出部３６で検出されたマスターモータ１３の実速度Ｎｍおよびスレーブモータ１８の実速度Ｎｓを用いるものであったが、これに限定されるものではない。例えば、速度指令信号出力部３７が、出力トルク検出部３５で検出されたマスターモータ１３およびスレーブモータ１８のうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達すると、当該モータの定格速度を縮退動作速度Ｎｆとして設定する構成を採用してもよい。このようにすることで、マスターモータ１３およびスレーブモータ１８を、より確実に動作させることができる。定格速度とは、モータが定格出力を出す時の回転速度である。定格出力とは、モータ（回転機）に保証された使用限度である定格に対応する出力値である（ＪＩＳＣ４０３４−１）。この定格は、一般的にはモータの製造者において規定される。

上述した各実施形態では、マスターモータおよびスレーブモータの２つのモータを備える構成を有していたが、これに限定されるものではなく、３つ以上の複数のモータを備える構成でも本発明を適用可能である。

また、上述した各実施形態では、プラスチックなどの樹脂材料を金型に射出する射出成形機であったが、これに限定するものではない。射出成形機以外にも、例えば、金属材料を金型に圧入するダイカストマシンなど、成形品の材料を金型に注入する成形機または成形システムであれば、本発明を適用可能である。

上記に本発明の複数の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

１…射出成形機（成形機）、１１…射出軸（直線移動部材）、１２…直動プレート、１３…マスターモータ、１３ａ…第１エンコーダ、１４…第１駆動プーリ、１５…第１被動プーリ、１６…第１タイミングベルト、１７…第１ボールねじ機構（駆動軸）、１８…スレーブモータ、１８ａ…第２エンコーダ、１９…第２駆動プーリ、２０…第２被動プーリ、２１…第２タイミングベルト、２２…第２ボールねじ機構（駆動軸）、３０…制御部、３１…第１速度制御部、３２…第２速度制御部、３３…演算器、３４…位置偏差検出部、３５…出力トルク検出部、３６…実速度検出部、３７…速度指令信号出力部、Ｓ０…原速度指令信号、Ｓ１…速度指令信号、Ｓ２…マスターモータ位置信号、Ｓ３…マスターモータ速度制御信号、Ｓ４…補正速度指令信号、Ｓ５…スレーブモータ位置信号、Ｓ６…スレーブモータ速度制御信号、Ｓ７…位置偏差信号、Ｓ８…出力トルク信号、Ｓ９…実速度信号、Ｔｍｗ…マスターモータの監視トルク、Ｔｓｗ…スレーブモータの監視トルク、Ｎ…指令速度、Ｎａ…補正速度、Ｎｏ…原速度、Ｎｆ…縮退動作速度、Ｎｍ…マスターモータの実速度、Ｎｓ…スレーブモータの実速度、Ｔｍ…マスターモータの出力トルク、Ｔｓ…スレーブモータの出力トルク、Ｔｍｍａｘ…マスターモータの上限出力トルク、Ｔｓｍａｘ…スレーブモータの上限出力トルク、３０Ａ…制御ユニット、３０ａ…下位制御部（制御装置）、３０ｂ…上位制御部（上位制御装置）。

Claims (8)

1. 複数のモータを同期して動作させる成形機であって、
   指令速度を示す速度指令信号を出力する速度指令信号出力部と、
   前記速度指令信号出力部によって出力された前記速度指令信号に示される前記指令速度に応じた速度となるように前記複数のモータを制御する速度制御部と、
   前記複数のモータの出力トルクを検出する出力トルク検出部と、を有し、
   前記速度指令信号出力部が、
   原速度を示す原速度指令信号を入力するとともに、
   前記出力トルク検出部で検出された前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達するまでは、前記原速度を前記指令速度とする前記速度指令信号を出力し、
   当該モータの出力トルクが前記監視トルクに到達すると、前記原速度より低い縮退動作速度を前記指令速度とする前記速度指令信号を出力する
   ことを特徴とする成形機。
2. 請求項１に記載された成形機において、
   前記複数のモータの実速度を検出する実速度検出部をさらに有し、
   前記速度指令信号出力部が、前記出力トルク検出部で検出された前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの前記監視トルクに到達すると、前記監視トルクに到達したときに当該モータについて前記実速度検出部で検出された実速度を前記縮退動作速度として設定する成形機。
3. 請求項１に記載された成形機において、
   前記速度指令信号出力部が、前記出力トルク検出部で検出された前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達すると、当該モータの定格速度を前記縮退動作速度として設定する成形機。
4. 複数のモータと、前記複数のモータを同期して動作するように制御する制御装置とを備える成形機であって、
   前記制御装置が、原速度を示す原速度指令信号と前記複数のモータの出力トルクとに応じて、前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの上限出力トルクより低く設定された監視トルクに到達するまでは、前記原速度となるように前記複数のモータを制御し、かつ、前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが前記監視トルクに到達すると、前記原速度より低い縮退動作速度となるように前記複数のモータを制御することを特徴とする成形機。
5. 請求項４に記載された成形機において、
   前記制御装置が、前記複数のモータの実速度を検出するとともに、前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの前記監視トルクに到達すると、前記監視トルクに到達したときの当該モータの実速度を前記縮退動作速度として設定する成形機。
6. 複数のモータと、原速度指令値に応じて複数の前記モータの回転数を制御する制御装置とを有するモータシステムであって、
   前記制御装置は、
   原速度指令値に応じた回転数で複数の前記モータを制御すると共に、前記モータ夫々の検出トルクを外部出力し、
   前記検出トルクが上限出力トルクに到達する前に、外部出力した前記検出トルクに応じて前記原速度指令値とは異なる値の速度指令値を受信し、
   受信した前記原速度指令値に対応する回転数よりも低い回転数で複数の前記モータを制御するものであるモータシステム。
7. 請求項６に記載されたモータシステムであって、
   さらに前記制御装置と通信する上位制御装置を有し、
   前記上位制御装置は、前記制御装置からそれぞれの前記モータの前記検出トルクの値を受信し、前記検出トルクが監視トルクよりも高い場合には、前記制御装置に対して前記原速度指令値とは異なる値の速度指令値を送信するものであり、
   前記監視トルクは前記上限出力トルクよりも低い値であるモータシステム。
8. 請求項７に記載されたモータシステムにおいて、
   前記制御装置は、前記複数のモータの実速度を検出して前記上位制御装置へ出力し、
   前記上位制御装置は、前記複数のモータのうちのいずれかのモータの出力トルクが当該モータの前記監視トルクに到達すると、前記監視トルクに到達したときの当該モータの実速度を前記原速度指令値とは異なる値の速度指令値として設定するモータシステム。

Images