JP4467136B2 - プランジャ機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空ガラス物品を成形するための装置（ＩＳマシン：I.S. machine）に使用される、溶融ガラスのゴブをブランクモールド内に圧入する機能を有するプランジャ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
この種の装置の従来技術としては、シングル・ゴブ（Single Gob）、ダブル・ゴブ（Double Gob）、トリプリ・ゴブ（Triple Gob）及びクウォータ・ゴブ（Quadruple Gob）の態様で作動可能な種々の装置がある。これらは全て３方向２位置弁でプログラマーによって制御される空気シリンダで作動する。
【０００３】
近時、すべてのＩＳマシンで使用されるプランジャ機構は、プログラマーによって制御されるソレノイド分配弁で作動する複動型の空気シリンダ方式である（エンハート（Emhart）のGB-B-2,058,042B、WO94/22776、EP-A-761,611及びEP-A-802,167、並びにヘイ（Heye）のWO94/27922参照）。
【０００４】
また、オーウェンズ（Owens）のEP-A-789,004に記載の装置では、プランジャはモータにより直線移動する。このモータは中空シャフトを備え、この中空シャフト内ではその内側の設けられた雌ねじに係合するローラねじが回転する。従って、この装置の制御は電気的になされ、ロールねじの回転運動が直線運動に変換され、リゾルバ（resolver）により位置が検出される。
【０００５】
空気プランジャ機構の現在の技術は、ブロー・アンド・ブロー（Blow-and-Blow）製造プロセスにおいて非常に良好に機能する。このブロー・アンド・ブロー製造プロセスでは、まずブランクモールド内へガラスを空気圧縮し（首部の形成）、次にプランジャ機構を介してガラスへの吹き込みを行う（ブランクの形成）。この場合のプランジャ機構の機能は、首部形成中にプランジャを所定位置（上昇位置又は「沈降ブロー」位置）に保持することとと、ブランクの形成（下方位置又は「逆ブロー」位置）であり、最大ストロークは約４０mmである。
【０００６】
プレス・アンド・ブロー製造プロセス及びナロー・ネック・プレス・アンド・ブロー(Narrow Neck Press-and-Blow)製造プロセスの場合、プランジャの機能はブランクモールドへ注入されたガラスへプレスすることにより、ブランクを完全に形成することである。このプロセス中、プランジャのストロークは１６５mmから２１０mmまで変化し、圧縮ストロークの全て及び下向きストロークの一部においてプランジャは樹脂状態のガラスに直接接触する。
【０００７】
広口瓶（jar）のワイド・ネック・プレス・アンド・ブロー（Wide Neck Press-and-Blow）製造プロセス及び瓶（bottle）のナロー・ネック・プレス・アンド・ブロー（Narrow Neck Press-and-Blow）製造プロセスでは、プランジャの圧入終了位置及びプランジャの上下移動速度の制御が非常に重要である。
【０００８】
上記プランジャ機構では、圧入終了位置は、ブランクモールドに注入された溶融ガラスの総量、従って切り離されたゴブの重量により決定される。この重量が減少するとプランジャのストロークが長くなり、重量が増加するとプランジャのストロークは短くなる。これはプランジャのストロークによりブランクモールドの充填体積が決まるからである。プランジャストロークの変化を検出すればゴブの重量変化が決まり、それによってゴブ成形装置に適用すべき補正が決まる。従来のプランジャ機構では、プランジャストロークを監視するためにシリンダ内にリニアセンサを取り付けることのみにより、上記プランジャのストロークの検出が可能であった（ヘイのWO94/27922参照）。しかし、標準的なプランジャ機構ではこの方法は実施不可能であった。
【０００９】
空気制御の機構における他の問題としては、ガラスがプランジャと接触したときに、完成した容器の機械的強度を低下させる流れ（tear）がガラスの表面に発生するプランジャの移動速度の決定がある。
【００１０】
現在のプランジャ機構のシリンダにおける速度制御は、通常、シリンダ前進中の圧縮空気の流れを調整するニードル弁によりなされている。この種の調整では、ピストンの圧力上昇及び圧力降下は非線形となるため、移動速度の制御の精度は低い。
【００１１】
空気シリンダの運動を制御するのは困難であることが知られている。そのため、多くの製造者はＰＣ（プログラマブルコントローラ）又はＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）により規定される曲線に従ってシリンダ内の圧力を制御可能な電気的に制御される比例弁を使用している（エンハートのWO94/22776参照）。
【００１２】
中空シャフトとステライト製のローラねじを使用した場合（オウエンズのEP-A-789,004参照）、プランジャのストローク全体で電気的な制御がなされるという利点があるが、ステライト製のローラねじにより回転運動を直線運動に変換する必要があるという欠点がある。そのため、伝達効率が非常に低く、パンチのロッドに伝達されるねじれトルクをリニアガイドで打ち消す必要がある。
【００１３】
サーボガイドのローラねじを使用した場合の他の問題としては、上記リニアガイドのための時間の消費があり、この時間にはプレス・アンド・ブロー製造プロセスにおいて非常に重要であるブランクモールドに対するプランジャのアラインメントの修正が含まれる。
【００１４】
本発明は、上記した機構上の問題を解決し、空気シリンダに対して現在実行不可能なプロセス制御を行うことができるプランジャ機構を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的は、請求項１に規定された特徴により達成される。追加の二次的な特徴は請求項２から請求項６に示されている。
【００１６】
電動サーボモータを使用したことにより、プランジャの移動速度をそのストローク全体について連続的に監視できる。また、プレスストロークの最終位置でモータのトルクを監視することにより、プレス圧力を検出することができ、かつ、モータに組み込まれたリニア位置トランスデューサにより、プレス位置の終端を確認し、それによって溶融ガラスのゴブの重量変化をリアルタイムで計算することができるように、この最終位置を非固定とすることができる。プロセス終了後の位置信号は、ゴブ形成装置（一般にフィーダとして知られている。）のゴブ重量検知装置を作動させるために使用することができる。
【００１７】
電動サーボモータを使用したことにより、成形装置のオペレータが直接変更することができる電動カムのプログラミングにより、プランジャの移動速度を監視することができる。また、電動サーボモータを使用することにより、圧縮空気で作動する機構と異なり、一定かつ遅れを生じることなく繰り返し可能な運動が得られる。上記圧縮空気で作動する機構の場合、圧縮性気体の性質により時間に対して一定の運動は保証されない。
【００１８】
本発明が基礎とする概念は、実際問題として、リニア型の電動制御装置を直接使用することにより、回転運動を直線運動に変化する装置を使用することなく空気シリンダをなくすことである。上記リニア型の電動制御装置としては、チューブ型のブラシレスリニアサーボモータが適している。チューブ型のリニアモータは、リニアモータの原理を利用しているが、巻線及び磁石が一平面上でリニアに展開されているのではなく、トロイダル形状にリニアに展開され、空気モータと同様のモータとなっている点が異なる。
【００１９】
巻線ロータ型のリニアサーボモータを使用する利点は、モータシャフトの作動が精密に平衡しており、モータの軸線に対してラジアル方向の押圧力が作用しないことである。
【００２０】
モータのトロイダル型の磁石（可動部）により、モータのトロイダル型の巻線（固定部）に発生する引力は釣り合っており、モータシャフトの軸線に対して垂直な方向に力を発生しない。
【００２１】
実際、チューブ型のリニアモータは、空気シリンダと同様の機能を有するが、電気的に移動を制御することができる電動装置のすべての既知の利点を有している。
【００２２】
リニアモータが発生する軸力は、このリニアモータの軸線方向の線形成分のみを有している。そのため、フラット型のリニアモータでは一般的である直交成分や循環式ボールねじや衛星ローラねじ（satellite-roller screws）では一般的であるねじれ要素を有していない。
【００２３】
現在使用されている機械モジュールの構造内に格納できるように、完成した気候の大きさ非常に小さいものである必要がある（インドラマット−マンネスマン（Indramat-Mannesman）が製造している標準的なリニアモータ参照）。従って、本発明に適用されるチューブ型線形モータは、この特定の応用に適した設計のものである必要がある。
【００２４】
従って、本発明は、プレスプランジャの上昇及び降下を制御するチューブ型リニアモータを受容するための、高さ調節可能な下側支持部を備えるプランジャ装置を提供するものである。このプランジャ装置は、シングル・ゴブ・プロセス用の１個のチューブ型リニアモータを備えるものであってもよく、ダブル・ゴブ・プロセス用の２個のチューブ型リニアモータを備えるものであってもよく、トリプル・ゴブ・プロセス用の３個のチューブ型リニアモータを備えるものであってもよく、クウォータ・ゴブ・プロセス用の４個のチューブ型リニアモータを備えるものであってもよい。
【００２５】
このプランジャ装置は、モータの下側プレートに空気を供給し、空気を利用するプランジャ機構と同様に、プランジャを圧縮空気で冷却することができる。上記モータの下側プレートには、チューブ型リニアモータの中空シャフト内を通る冷却チューブが固定されている。
【００２６】
冷却空気がチューブ型リニアモータの内部に排出されるのを防止するために、上記冷却チューブと上記モータシャフトとの間にはダイナミックシールが配置されている。
【００２７】
冷却空気はプランジャの上側シリンダを通って排出される。
【００２８】
電流の切換及びモータトルクの監視は、巻線に取付けられたホールセンサ又はモータの内側に取付けられたアナログリニアトランスデューサによりなされる。このアナログリニアトランスデューサはコイル型であり、冷却チューブ上に形成される。相対移動中の冷却チューブとモータシャフト間のインダクタンスの変化を読み取ることにより位置信号が得られ、この位置信号はチューブ型リニアモータの制御に使用されると共に、ゴブ重量制御のためのフィードバック信号としても使用される。このゴブ重量制御では、上記フィードバック信号は駆動制御ボードを作動させるために使用され、この駆動制御ボードは回転するチューブの高さを調節するためのモータのを作動させる（ゴブ重量制御システムはゴブ成形装置内にある。）。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す本発明の実施形態を詳細に説明する。
プランジャ機構１は、１個のゴブを成形するプロセスのための１個のモータ２又は複数のゴブ（２個、３個、４個のゴブ）の成形するプロセスのための２個以上のモータ２を備えている。プランジャ機構１は、３つの基本部品を備えている。すなわち、プランジャ機構１は、高さ調節可能な下側支持部材１９、リニアモータ２及び上側のガイドシリンダ１３を備えている（この下側支持部材１９は、既に空気機構で広く使用されているので、詳細な説明は省略する。）。チューブ型のリニアモータ２の大きさ及び形状は、一般に空気機構のために使用される空間に挿入するのに適している。セクションモジュール内では利用可能な空間が限られているので、大きな寸法は想定できない。
【００３０】
従って、プランジャ機構１はシリンダの形態であり、直線移動する中央シャフト（中空シャフト）５を備えたシリンダの形態である。この中央シャフト５には磁石４が配置され、モータのケーシングに巻線３が取付けられている。この中央シャフト５の内部は中空であり、供給線１６から供給されるプランジャ１２（プレスプランジャ）を加圧するための冷却空気が通過できるようになっている。中央シャフト５は、モータの前方フランジ１０に配置されたリニアブシュ１１と、後方に配置された第２のリニアガイドとにより、案内されて直線移動する。この第２のリニアガイドは、図示のように、中央シャフト５と一体の円筒ガイド（ピストン）６及びガイドリング７により構成されている。設計上の要求に応じて、他の後方及び前方ガイドシステムを使用してもよいことは当然である。
【００３１】
上記中央シャフト５の内部には冷却管９が収容されており、この冷却管９はモータの下側カバー８に固定されている（図３参照）。モータ２の中央シャフト５と冷却管９の間の液密性は円筒ガイド６のダイナミックシール２０により保証されている。
【００３２】
プランジャ１２は、ベースプレート１５に形成された供給線１６から供給される圧縮空気により冷却され、この圧縮空気は上側ガイドシリンダ１３に形成された排出部（排出孔）１４から排出される。プランジャ機構１はねじ（図示せず）により高さ調節可能な下側支持部材１９のベースプレート１５に固定されており、簡単に交換することができる。ベースプレート１５には、プランジャ機構１を駆動及び監視するために、電力用のコネクタ１７と位置トランスデューサ用のコネクタ１８が設けられている。
【００３３】
プランジャ機構１は、その上部に、上側ガイドシリンダ１３を備えている。この上側ガイドシリンダ１３はプランジャ１２が上向き行程で直線移動するようにプランジャ１２を案内する。この上側ガイドシリンダ１３には供給線１６からプランジャ１２に供給される冷却空気を排出するための排出部１４が設けられている。リニアモータ２の内部に配置されリニアトランスデューサは位置検出のために使用される。
【００３４】
図２には、アナログのリニア位置トランスデューサが図示されており、このリニア位置トランスデューサはモータ２のケーシングと一体である冷却管９に巻回されたコイル２１である。中央シャフト５が移動するとコイル２１のインダクタンスが変化し、この信号はシャフト５の絶対位置を得るために読み出される。
【００３５】
図４は、本発明の主題であるプランジャ機構１の駆動及び検知システムを示している。
【００３６】
オペレータとのインターフェースは、例えば、ＣＰＵカード２４にシリアル接続されるコンピュータ２２や携帯端末２３からなる。上記ＣＰＵカード２４には、１個又は複数個（４個まで）のチューブ型リニアモータの作動をプログラムすることができる。ＣＰＵカード２４はプログラムデータをチューブ型リニアモータ２７の制御カード２５に送る。制御カード２５は４個のセクションに分割されており、各セクションは参照信号を送信すると共に、制御されるチューブ型モータ２７の個々のモータドライバ２６からのフィードバック信号を受信する。
【００３７】
一方、上記モータドライバ２６は、チューブ型リニアモータ２７の巻線３を流れる電流を切換えることにより、個々のチューブ型リニアモータ２７を制御する。電流及びモータトルクの切換えは、巻線３に取付けたホールセンサ又はモータの内部に配置されたコイル２１を備えるアナログ型のリニアトランスデューサにより監視される。検知のフィードバックはモータドライバ２６で閉じている。ＣＰＵカード２４は、プランジャ１２の最終位置のエラーを監視する。また、ＣＰＵカード２４は、制御カード２８からゴブ形成装置に取付けられたゴブ重量調節装置の位置を制御するモータ３０のドライバ２９にエラー参照信号を送信させると共に、制御カード２８にドライバ２９からのフィードバック信号を受信させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 プランジャ機構の全ての主要部品を示す断面図である。
【図２】 冷却管に配置されたリニアセンサを示す拡大断面図（図１の“Ａ”の拡大図）である。
【図３】 プランジャの冷却管とチューブ型リニアモータのシャフト間の空気シールシステムを示す拡大断面図（図１の“Ｂ”の拡大図）である。
【図４】 プランジャ機構の制御システム及びゴブ重量調節システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ プランジャ機構
２ チューブ型リニアモータ
４ 磁石
５ 中央シャフト（中空シャフト）
６ 円筒ガイド
７ ガイドリング
８ 下側カバー
９ 冷却管
１１ リニアブシュ
１２ プランジャ（プレスプランジャ）
１３ 上側ガイドシリンダ
１４ 排出部
１５ ベースプレート
１６ 供給線
１７，１８ コネクタ
１９ 下側支持部材
２０ ダイナミックシール
２１ コイル
２４ ＣＰＵカード
２５，２８ 制御カード
２６ モータドライバ
２７ モータ
２９ ドライバ

Claims (5)

1. 中空物品を製造するためのＩＳマシンのブランクモールドに、溶融ガラスのゴブを圧入するためのプランジャ機構であって、
   プレスプランジャと、このプレスプランジャの上昇と降下を駆動及び制御する駆動及び制御手段とを備え、この駆動及び制御手段が電動のリニアモータを備え、
   上記リニアモータはチューブ型リニアモータである、プランジャ機構。
2. 上記リニアモータは、上記プレスプランジャを冷却可能な中空シャフトを備える、請求項１に記載のプランジャ機構。
3. 上記リニアモータはケーシングを備え、このケーシングに固定され、上記中空シャフトを貫通する冷却管と、上記リニアモータの内部に設けられ、上記冷却管に巻回されたコイルを有するリニア位置トランスデューサ手段とをさらに備える、請求項２に記載のプランジャ機構。
4. 上記リニアモータの位置及びトルクを検出する検出手段を備え、上記プレスプランジャの上昇及び降下のプロファイルと、上記プレスプランジャの待ち時間及び移動時間をプログラム可能である、請求項１に記載のプランジャ機構。
5. 上記検出手段は、圧入の終了段階に、ゴブ重量を制御するためのフィードバック信号を供給する、請求項４に記載のプランジャ機構。

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