JP3691887B2 - 製瓶機の粗型成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ゴブが投入される成形型内に対し、プランジャを往復動させて出没動作させることにより、成形型とプランジャとの間で前記ゴブを加圧してパリソンを成形する製瓶機の粗型成形装置に関連し、殊にこの発明は、前記プランジャの駆動源の駆動を制御してプランジャの動作を制御するためのプランジャ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に製瓶機は、粗型成形装置と仕上型成形装置とから成る。瓶の成形に際し、ゴブをまず粗型成形装置の成形型内へ投入し、この成形型内に対してプランジャを出没動作させることにより前記ゴブを加圧してパリソンを型成形する。しかる後、前記パリソンを仕上型成形装置へ移送し、瓶形状の仕上げを行う。
前記粗型成形装置では、プランジャの駆動源として、エアーシリンダ機構が用いられており、プランジャはエアーシリンダ機構の往復動作と一体動作して成形型に対して出没動作する。
【０００３】
図４（１）〜（７）には、粗型成形装置によるパリソンＡの成形過程と、時間経過に対するプランジャ１の往復動作位置（以下、「動作特性」という）とを対応させて示してある。
この粗型成形装置は、プランジャ１と、プランジャ１の駆動源であるエアーシリンダ２とを含み、パリンソＡの口部を成形するための口型３と、パリソンＡの胴部を成形するための粗型４と、パリソンＡの底部を成形するためのバッフル５とで成形型が構成される。
【０００４】
図４（１）は、プランジャ１の待機状態を示し、プランジャ１の先端部がエアシリンダ２のヘッド部よりわずかに突き出ている。この待機状態のとき、エアシリンダ２のヘッド部上に前記口型３がセットされる。なお、プランジャ１が待機している位置を原点とする。
前記エアシリンダ２の内部には、ばね６とスペーサ７とが組み込まれており、この待機状態では、エアシリンダ２の第１室２ａへ空気を導入することにより、ばね６のばね力に抗してピストン８を下方へ押し下げている。
【０００５】
図４（２）は、ゴブ投入時の状態を示しており、前記口型３上には粗型４がセットされている。
エアシリンダ２の第１室２ａより空気を抜くと、前記ばね６の復元力でピストン８はスペーサ７がストッパ９に当たる位置まで上昇し、プランジャ１の先端部は口型３および粗型４の内部へわずかに進入する。なお、このときのプランジャ１の位置をローディングポジションＬＰという。
【０００６】
ゴブ投入後には、図４（３）に示すように、粗型４上にバッフル５がセットされる。このときプランジャ１はローディングポジションＬＰで静止している。
【０００７】
図４（４）は、ゴブａの加圧状態を示す。
前記エアシリンダ２の第２室２ｂへ空気を導入すると、ピストン８が上昇し、プランジャ１は粗型４内へ深く進入してゆく。これによりゴブａの一部が口型３内へ導かれ、パリソンＡが形づくられる。
【０００８】
図４（５）は、パリソンＡを加圧成形している状態を示す。このとき前記ピストン８は上死点に達しており、プランジャ１による加圧状態を所定時間継続させると共に、この間、プランジャ１内へ冷却空気を送ってパリソンＡを冷却する。
【０００９】
パリソンＡを成形し終えると、図４（６）に示すように、ピストン８を降下させ、プランジャ１を粗型４および口型３内より引き抜く。
【００１０】
図４（７）は、前記ピストン８が原点に戻った状態を示す。
このときバッフル５は除かれ、次いで粗型２が開放されており、パリソンＡは反転移送装置１０により口型３とともに仕上型成形装置（図示せず）へ移送される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した粗型成形装置では、プランジャ１の駆動源としてエアーシリンダ機構が用いられているため、プランジャ１の往復動作が安定せず、前記した動作特性が毎回一定しない。このためパリソンＡの品質を均一化できないばかりでなく、成形不良を発生させるという問題がある。
この成形不良の発生要因を究明するには、プランジャ１の往復動作を分析する必要があるが、時間経過に対するプランジャ１の位置を検出できないため、成形不良の要因を究明するのが困難である。
【００１２】
またゴブは、温度変化により粘度が変化し、これがため粗型成形装置へのゴブの供給重量も毎回変化するが、従来の粗型成形装置では、駆動源としてエアーシリンダ機構が用いてあるため、このゴブの重量変化に対応してプランジャ１の動作特性を補正できず、ゴブの重量変化に起因する成形不良の発生を防止できない。
【００１３】
さらに従来の粗型成形装置では、エアシリンダ２に組み込まれたばね６とスペーサ７とでプランジャ１のローディングポジションＬＰを設定しているため、成形品が変わる都度、これらメカ機構の変換や調整に手数を要し、作業者の作業負担が大きなものとなる。
【００１４】
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、プランジャの駆動源としてエアーシリンダ機構に代えてサーボモータを用いることにより、プランジャの動作を安定させ、成形不良の発生を防止しかつ作業者の作業負担を軽減させた製瓶機の粗型成形装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ゴブが投入される成形型内に対し、プランジャを往復動させて出没動作させることにより、成形型とプランジャとの間で前記ゴブを加圧してパリソンを成形する製瓶機の粗型装置において、前記プランジャの駆動源であるサーボモータと、前記プランジャの位置を検出する位置検出器と、前記サーボモータと前記プランジャとの間に介装され前記サーボモータの正逆回転をプランジャの往復運動に変換する動力変換機構と、前記位置検出器からの位置検出信号に基づいて時間経過に対するプランジャの位置を定める動作特性曲線に沿ってプランジャの位置と速度とをサーボモータを介して制御するとともに、前記位置および速度の制御から推力制御への切替と推力制御から位置および速度の制御への切替とを行う制御装置とを備えて成るものであり、前記制御装置は、プランジャが前記動作特性曲線上の所定の設定位置に達したことが前記位置検出信号により検出されたとき前記位置および速度の制御から推力制御への切替を行ってプランジャに付与した一定の推力による加圧力をパリソンに作用させ、プランジャが停止して加圧終端位置に到達したことが前記位置検出信号により検出された後にプランジャに付与した前記と反対向きの一定の推力によってプランジャが動作特性曲線上の所定の設定位置に達したことが前記位置検出信号により検出されたとき推力制御から位置および速度の制御への切替を行っている。そして、前記制御装置は、前記位置検出器からの位置検出信号によりプランジャが停止する加圧終端位置からプレスポジションを求める計測手段と、前記計測手段で求められたプレスポジションに基づいて時間経過に対するプランジャの位置を設定し直して動作特性曲線を新たに算出する設定手段とを備えている。
【００１７】
【作用】
サーボモータの正逆回転は動力変換機構により往復運動に変換され、これによりプランジャは往復動して成形型内に対して出没動作する。このときプランジャの往復動作位置が位置検出器で検出され、制御装置は位置検出器より入力した位置検出信号に基づきサーボモータの駆動制御を介してプランジャの動作を制御する。
【００１８】
プランジャの加圧終端位置であるプレスポジションは計測手段により監視されており、ゴブの重量変化によりプレスポジションが変化したとき、設定手段は計測手段で求められたプレスポジションに基づきプランジャの時間経過に対する目標位置を設定しなおして動作特性曲線を新たに算出する。そして、制御装置は、設定手段により設定された目標位置に基づきサーボモータの駆動制御を介してプランジャの動作を制御し、ゴブの重量変化に対応させる。
【００１９】
【実施例】
図１は、この発明の粗型成形装置を構成するプランジャ駆動装置の具体例を示す。
図示例のプランジャ駆動装置は、２個のプランジャ１，１を昇降自由に支持する一体化された一対のシリンダ２２，２２と、各プランジャ１を個別に往復昇降動作させる駆動機構２１，２１とを有する。
【００２０】
各駆動機構２１は、この実施例では交流サーボモータ２３を駆動源としており、交流サーボモータ２３の正逆回転を往復運動に変換する動力変換機構２４を有する。この動力変換機構２４にプランジャ１が連繋されており、前記交流サーボモータ２３を駆動したとき、前記動力変換機構２４を介してプランジャ１が昇降動作する。
前記交流サーボモータ２３にはインクリメンタル型のロータリエンコーダより成る位置検出器４５が一体に組み込まれており、前記検出器４５からは位置検出信号としてパルス信号が出力される。
なお図中、４は粗型、３は口型、５はバッフルであって、粗型４および口型３の型内に対して前記プランジャ１が出没動作する。
【００２１】
前記動力変換機構２４は、歯車機構２８とボールネジ機構２９とから成る。前記歯車機構２８は、交流サーボモータ２３の出力軸３２に装着された第１のギヤ３０と、この第１のギヤ３０に噛み合う第２のギヤ３１とを含む。第２のギヤ３１にはボールネジ機構２９のボールネジ３３が軸止され、このボールネジ３３は軸受３５により回転自由に支持されている。
【００２２】
前記ボールネジ３３は、冷却空気をプランジャ１へ送り込むことが可能なよう内部が中空となっている。このボールネジ３３のねじ部にはナット３４が噛み合っており、このナット３４はボールネジ３３の正逆回転により昇降動作する。ナット３４には中空ロッド３７の下端が一体連結され、中空ロッド３７はナット３４と一体に往復昇降動作する。前記ボールネジ３３は、中空ロッド３７の内孔に同軸状に挿入配備されており、ボールネジ３３の内孔と中空ロッド３７の内孔とは連通している。
【００２３】
前記中空ロッド３７の上端にはピストン３６を介して前記プランジャ１が連結されており、前記ピストン３６がシリンダ２２の内部を往復摺動するとき、シリンダ２２のヘッド部より突き出た前記プランジャ１の先端部が前記口型３および粗型４の型内に対して出没動作する。
【００２４】
図２は、上記プランジャ駆動装置の動作を制御するための電気制御系を示す。
同図の制御装置４０は、ＭＰＵ，専用ＬＳＩより成る演算制御部４１を含み、さらにタイマ４２やメモリ４３などを含んでいる。この制御装置４０には、製瓶機全体の動作タイミングを規定するアップタイミング信号ＰＬ１およびダウンタイミング信号ＰＬ２が入力され、前記制御装置４０は、これらアップタイミング信号ＰＬ１およびダウンタイミング信号ＰＬ２と位置検出器４５から入力した位置検出信号とに基づきモータドライバー４４へ各種指令信号を出力する。前記モータドライバー４４は、これら指令信号を受けて前記交流サーボモータ２３へ励磁電流を流し、交流サーボモータ２３の駆動を制御する。
【００２５】
前記制御装置４０の演算制御部４１は、位置検出器４５より位置検出信号としてのパルス信号を取り込み、交流サーボモータ２３の正逆回転方向および回転角度（回転数）を検出して、プランジャ１の往復動作位置を求める。なお位置検出器４５は、インクリメンタル型のロータリエンコーダに代えて、絶対回転角度の検出が可能なアブソリュート型のロータリエンコーダを用いてもよい。
【００２６】
前記メモリ４３は、プログラムを記憶するプログラムメモリと、各種データの読み書きに供されるデータメモリとを含む。このデータメモリには、後記するプランジャ１の動作特性に関わる各種データ、すなわち動作特性曲線を規定する目標位置データやプランジャ１の加圧終端位置（詳細は後述する）などのデータが格納される。演算制御部４１はプログラムに従ってデータメモリに対するデータの読み書きを行いながら所定の演算・制御を実行する。
なおタイマ４２は、プランジャ１の動作特性における原点からの時間経過を計測し、またオペレータターミナル４６は、通信回線４７を介して制御装置４０に対するデータの設定や動作の点検などを行う。
【００２７】
図３は、プランジャ１の動作特性の一例と前記アップタイミング信号ＰＬ１およびダウンタイミング信号ＰＬ２との関係を示す。以下、同図により上記粗型成形装置の動作を詳細に説明する。
なお、同図において、アップタイミング信号ＰＬ１はプランジャ１の上昇タイミングを規定する信号であり、ダウンタイミング信号ＰＬ２はプランジャ１の降下タイミングを規定する信号である。
【００２８】
また図中、Ｌはプランジャ１の動作特性曲線であり、時間経過に対するプランジャ１の往復動作位置を示す。この動作特性曲線Ｌにおいて、Ｓ１で示す第１の領域は位置および速度制御の対象領域であり、またＳ２で示す第２の領域は推力制御の対象領域である。第１の領域Ｓ１に含まれる動作特性曲線Ｌは、プランジャ１の実際の往復動作位置を示すと同時に、プランジャ１の目標動作位置を示す。
成形に先立ち、成形型に応じて複数個の位置Ｐ１〜Ｐ６を初期設定し、各設定位置Ｐ１〜Ｐ６を通る理想曲線を演算により当てはめることにより前記目標動作位置、すなわち第１の領域Ｓ１に含まれる動作特性曲線Ｌを決定するが、２回目の成形以降は、後記するプランジャ１の加圧終端位置を用いて動作特性曲線Ｌを補正する。
【００２９】
上記の設定位置Ｐ１〜Ｐ６のうち、設定位置Ｐ１はローディングポジョンＬＰを、設定位置Ｐ２はプランジャ１を減速させる変速点を、設定位置Ｐ３は位置および速度制御から推力制御に切り替える加圧成形開始点を、設定位置Ｐ４は初期目標点を、設定位置Ｐ５は推力制御から位置および速度制御に切り替えるプランジャ１の引抜開始点を、設定位置Ｐ６は位置および速度制御から推力制御に切り替えるプランジャ１の降下停止点を、それぞれ示す。また図中、ＰＰはプレスポジションであって、一定の推力制御下でプランジャ１による加圧状態が保持される位置である。
【００３０】
いまダウンタイミング信号ＰＬ２がＯＮからＯＦＦに立ち下がったとき、制御装置４０はサーボドライバー４４を介して交流サーボモータ２３を正転させ、原点位置にあるプランジャ１を動作特性曲線Ｌに沿って平均速度Ｖ１で上昇動作させる。この動作特性曲線Ｌに沿う制御は位置検出器４５からの位置検出信号とタイマ４２からの計時出力とに基づいて行われる。
制御装置４０は、プランジャ１が設定位置Ｐ１に達したことを位置検出器４５からの位置検出信号により検出したとき、サーボドライバー４４へ停止指令信号を与え、交流サーボモータ２３の駆動を停止させてプランジャ１の上昇を停止させる。プランジャ１はこの停止状態をしばらく維持し、この間に口型３および粗型４がセットされることになる。
【００３１】
アップタイミング信号ＰＬ１がＯＦＦからＯＮに立ち上がったとき、粗型４内にゴブが投入されると共に、制御装置４０はサーボドライバー４４を介して交流サーボモータ２３を再度正転させ、ローディングポジションＬＰにあるプランジャ１を動作特性曲線Ｌに沿って平均速度Ｖ２で上昇動作させる。このプランジャ１の上昇開始時に粗型４上にバッフル５がセットされ、プランジャ１の粗型４内への進入によりゴブの一部が口型３内へ導かれてパリソンが形づくられてゆく。
【００３２】
プランジャ１が設定位置Ｐ２に達したとき、制御装置４０はサーボドライバー４４を介して交流サーボモータ２３の回転速度を下げ、プランジャ１を平均速度Ｖ２からＶ３（Ｖ３＜Ｖ２）へ切り替える。ここでの減速により後記する速度Ｖ４を極力小さくし得、プランジャ１の慣性の影響を減殺できる。
プランジャ１の速度は次第に小さくなり、設定位置Ｐ３に達したとき、制御装置４０は位置および速度制御から推力制御に切り替え、それ以後、サーボドライバー４４は交流サーボモータ２３へ流す電流を制限することによりプランジャ１に上向きの一定の推力を付与し、その推力による加圧力をパリソンに作用させる。
【００３３】
この推力制御下で、プランジャ１は一定速度Ｖ４でわずかに上昇した後、加圧終端位置であるプレスポジションＰＰで停止してパリソンを加圧し続ける。このプレスポジションＰＰは位置検出器４５から入力した位置検出信号から求められ、演算制御部４１はその計測結果をメモリ４３に格納する。
【００３４】
アップタイミング信号ＰＬ１がＯＮからＯＦＦに立ち下がったとき、制御装置４０はプランジャ１に下向きの一定の推力を付与し、プランジャ１を一定速度Ｖ５で下降させる。プランジャ１が設定位置Ｐ５に達したとき、制御装置４０は、推力制御から位置および速度制御に切り替え、サーボドライバー４４を介して交流サーボモータ２３を逆転させ、プランジャ１を平均速度Ｖ６で降下させる。
プランジャ１が設定位置Ｐ６に達したとき、制御装置４０は位置および速度制御から推力制御に再度切り替え、それ以後、サーボドライバー４４により交流サーボモータ２３へ流す電流を制限することにより、プランジャ１に下向きの一定の推力を付与して原点に復帰させる。
【００３５】
ところで前記プレスポジションＰＰは、ゴブ重量の変動に応じて毎回変化するもので、この変動量は微小であって、しかも１０分〜３０分という比較的ゆるやかな周期をもって変動する。
そこでこの実施例では、次回の動作に先立ち、演算制御部４１は、前記メモリ４３に格納されたプレスポジションＰＰを用いて前記設定位置Ｐ１〜Ｐ６のうち、設定位置Ｐ２〜Ｐ５を新たに設定しなおし、第１の領域Ｓ１に含まれる動作特性曲線Ｌを新たに算出する。この場合、前記設定位置Ｐ２〜Ｐ５はプレスポジションＰＰより所定の正負のオフセット値をそれぞれ加算することにより求められるもので、これら設定位置データや動作特性曲線Ｌを規定する目標位置データはメモリ４３に格納される。
かくしてダウンタイミング信号ＰＬ２がＯＮからＯＦＦに立ち下がったとき、新たに設定された動作特性曲線Ｌに沿ってプランジャ１の上昇動作が制御される。
【００３６】
【発明の効果】
この発明は上記の如く、プランジャの駆動源としてエアーシリンダ機構に代えてサーボモータを用いるようにしたから、プランジャの動作を安定させることができ、動作特性は毎回一定となる。このためパリソンの品質を均一化でき、成形不良の発生を防止できる。
また成形品が変わっても、エアーシリンダ機構を用いた従来例のように、メカ機構の変換や調整が不要であり、作業者の作業負担が軽減される。
【００３７】
さらに、プランジャの加圧終端位置であるプレスポジションを計測手段により監視し、ゴブの重量変化によりプレスポジションが変化したとき、設定手段は計測手段で求められたプレスポジションに基づきプランジャの時間経過に対する目標位置を新たに設定するから、ゴブの重量変化に対応してプランジャの動作特性を補正でき、ゴブの重量変化に起因する成形不良の発生を防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】粗型成形装置を構成するプランジャ駆動機構の概略構成を示す正面図である。
【図２】プランジャ駆動機構の電気制御系を示すブロック図である。
【図３】プランジャの動作特性とタイミング信号との関係を示す説明図である。
【図４】粗型成形装置によるパリソンの成形過程と、時間経過に対するプランジャの往復動作位置とを対応させて示した説明図である。
【符号の説明】
１ プランジャ
３ 口型
４ 粗型
５ バッフル
２３ 交流サーボモータ
２４ 動力変換機構
４０ 制御装置
４１ 演算制御部
４５ 位置検出器

Claims (1)

1. ゴブが投入される成形型内に対し、プランジャを往復動させて出没動作させることにより、成形型とプランジャとの間で前記ゴブを加圧してパリソンを成形する製瓶機の粗型装置において、前記プランジャの駆動源であるサーボモータと、前記プランジャの位置を検出する位置検出器と、前記サーボモータと前記プランジャとの間に介装され前記サーボモータの正逆回転をプランジャの往復運動に変換する動力変換機構と、前記位置検出器からの位置検出信号に基づいて時間経過に対するプランジャの位置を定める動作特性曲線に沿ってプランジャの位置と速度とをサーボモータを介して制御するとともに、前記位置および速度の制御から推力制御への切替と推力制御から位置および速度の制御への切替とを行う制御装置とを備えて成り、前記制御装置は、プランジャが前記動作特性曲線上の所定の設定位置に達したことが前記位置検出信号により検出されたとき前記位置および速度の制御から推力制御への切替を行ってプランジャに付与した一定の推力による加圧力をパリソンに作用させ、プランジャが停止して加圧終端位置に到達したことが前記位置検出信号により検出された後にプランジャに付与した前記と反対向きの一定の推力によってプランジャが動作特性曲線上の所定の設定位置に達したことが前記位置検出信号により検出されたとき推力制御から位置および速度の制御への切替を行っており、
   前記制御装置は、前記位置検出器からの位置検出信号によりプランジャが停止する加圧終端位置からプレスポジションを求める計測手段と、前記計測手段で求められたプレスポジションに基づいて時間経過に対するプランジャの位置を設定し直して動作特性曲線を新たに算出する設定手段とを備えて成る製瓶機の粗型成型装置。

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