JP5210688B2 - 成形品製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、駆動用モータを備えた成形機と駆動用モータを備えた成形機周辺機器とからなる成形品製造設備に関するものである。

特開２０００−１４１４４０号公報（特許文献１）には、駆動源としてのモータの減速期間に発生する回生電力を蓄電手段に蓄え、蓄電手段に蓄えた電力（電荷）を、モータの加速期間にモータの駆動電力の一部として放電する射出成形機のモータ駆動装置が開示されている。
特開２０００−１４１４４０号公報

成形機で使用する駆動用モータとしては、大容量の駆動用モータが使用される。また成形機と一緒に使用される成形品取出機では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のように複数の軸を複数の駆動用モータで動かしている。このような複数の駆動用モータの駆動電力の一部として蓄電手段に蓄えた電力（電荷）を利用することは考えられる。しかしながら蓄電手段に蓄電する過程及び蓄電手段から電荷を放電する過程のいずれにおいても、回生電力は抵抗損となって損失する。そのため蓄電手段からのエネルギを利用する場合には、回生電力を必ずしも有効に活用しているとは言えなかった。

本発明の目的は、回生電力の損出をできるだけ少なくして回生電力を従来よりも有効に活用することができる成形品製造設備を提供することにある。

本発明は、１以上の駆動用モータを備えた成形機と１以上の駆動用モータを備えた成形機周辺機器とからなる成形品製造設備の制御方法を利用する。この方法では、複数の駆動用モータの動作タイミングを、成型機に設けられた１以上の駆動用モータ及び成形機周辺機器に設けられた１以上の駆動用モータのうちの少なくとも１つの駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間を含むように構成する。そして重合期間において、回生状態にある駆動用モータが発生する回生電流を力行状態にある駆動用モータに負荷電流（有効電流）として供給する。すなわち回生電流を、加速状態にある他の駆動用モータに直接供給して、回生電流のを他の駆動用モータを駆動するために利用する。したがって本発明によれば、成形品製造設備において、回生電力の損出をできるだけ少なくして回生電力を有効利用することができる。特に、本発明では、回生電流の供給を受ける他の駆動用モータの加速時に回生電流を利用するため、回生電流の供給を受ける他の駆動用モータの動作に大きな影響が生じることはない。

なお重合期間以外において回生状態にある１以上の駆動用モータが発生する回生電力を利用して、蓄電手段を充電する。このようにすると他の駆動用モータの駆動に利用しない回生電力を熱として消費することなく、有効利用することができる。

本発明の成形品製造設備は、１以上の駆動用モータ及び１以上の駆動用モータを動作タイミングに基づいて制御する１以上のモータ制御回路を備えた成形機と、１以上の駆動用モータ及び該１以上の駆動用モータを動作タイミングに基づいて制御するモータ制御回路を備えた成形機周辺機器と、設定された動作タイミングを記憶部に記憶して成形機及び成形機周辺機器の複数のモータ制御回路に、動作タイミングを出力する動作タイミング出力部を備えた管理装置とを備えている。管理装置は、電源と複数のモータ制御回路との間に設けられて、少なくとも１つの駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの力行状態にある駆動用モータの駆動用電力の少なくとも一部として回生電力を利用するように複数のモータ制御回路間の接続関係を切り換える接続関係切換回路を備えている。そして動作タイミング出力部が出力する動作タイミングは、少なくとも１つの駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間を含むように構成される。接続関係切換回路は、重合期間において、回生状態にある駆動用モータが発生する回生電流を力行状態にある駆動用モータに負荷電流として供給するように切換動作をする。接続関係切換回路は、複数の半導体スイッチング素子を利用して構成することができる。

本発明では、蓄電手段と、回生電力を利用して蓄電手段を充電する充電回路とをさらに備えている。これらの手段を用いる場合には、接続関係切換回路は重合期間以外において回生状態にある１以上の駆動用モータが発生する回生電力を利用して、充電回路が蓄電手段を充電するように充電回路と複数のモータ制御回路との接続関係を切り換えるように構成する。このようにすると回生電力を有効利用することができる。そして本発明では、蓄電手段を少なくとも動作タイミング出力部を備えた管理装置の駆動用電源として用いる。成形機周辺機器としては、成形品を取り出すために複数のモータを備えた成型品取出機が含まれる。

本発明によれば、成形品製造設備において、回生電力の損出をできるだけ少なくして回生電力を有効利用することができ、特に、回生電流の供給を受ける他の駆動用モータの加速時に回生電流を利用するため、回生電流の供給を受ける他の駆動用モータの動作に大きな影響が生じることがないという利点が得られる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の成形品製造設備の実施の形態の一例の主要部の構成を概略的に示す図である。また図２は、動作タイミングの一部を示す図である。図１に示す成形品製造設備１は射出成形機２を備えている。射出成形機２は、機台３上に設置された射出装置４と型締装置５を備える。射出装置４には、射出用モータ６や、図示しない計量用モータ及びノズルタッチ用モータ等の各種のモータが備わっている。また型締装置５には、型締用モータ及び突出し用モータ等が備わっている。そして、各モータはモータ駆動装置により駆動制御される。図１は、例として、射出用モータ６に接続したモータ駆動装置７を示してあるが、他のモータに対しても同様にモータ駆動装置が接続されている。モータ駆動装置７は射出用モータ６に接続されたサーボアンプを含み且つ回生電力を回生可能に構成されたモータ制御回路８を備えており、モータ制御回路８は後述する管理装置１０内の動作タイミング出力部１７からの動作タイミングを入力として制御される。

図１において、符号Ａは成形品取出機本体を指している。成形品取出機１１は、成形品取出機本体Ａを備えている。成形品取出機本体Ａは、後に説明するようにＸ軸駆動用モータＭｘ、Ｙ軸駆動用モータＭｙ及びＺ軸駆動用モータＭｚを備えている。そして成形品取出機１１の制御装置は、これらＸ軸駆動用モータＭｘ、Ｙ軸駆動用モータＭｙ及びＺ軸駆動用モータＭｚを駆動制御するためのＸ軸モータ制御回路１２、Ｙ軸モータ制御回路１３及びＺ軸モータ制御回路１４を備えている。Ｘ軸モータ制御回路１２、Ｙ軸モータ制御回路１３及びＺ軸モータ制御回路１４は、後述する接続関係切換回路２０を介して電源ＰＳから電力の供給を受ける。

次に、成形機周辺機器としての成形品取出機１１のハードウエアの構成の一例を図３を用いて説明する。図３には、「トラバース」タイプと呼ばれる成形品取出機１１の斜視図を示してある。「トラバース」タイプと呼ばれる成形品取出機１１は一般的に、図示しない成形機固定盤に載置され、ＸＹＺ３軸方向に進退移動可能にするＸ軸駆動用モータＭｘ、Ｙ軸駆動用モータＭｙ及びＺ軸駆動用モータＭｚを備えている。また成形品取出機本体Ａは、成形機（金型）から成形品を挟持あるいは吸着により取出す成形品把持部を備える。成形品取出機本体Ａは、成形機の所定の成形動作に連動して成形品を取出した後、所定の位置に成形品を搬送後開放し、待機位置への移動、待機位置での待機、取出しという所定の動作を反復することで、成形機と連動して自動運転がなされるものである。Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸を進退移動可能にする機器の部位名称は、横行部、引抜部、昇降部と呼ばれる。図３には、昇降部を２本備えるものが示されている。この成形品取出機１１では、成形品取出機本体Ａの横行部を構成する横行フレームＢに沿って引抜フレームＣ（引抜部、昇降部）を直線移動させるための動力源として用いられるＸ軸駆動用モータＭｘを駆動制御する。横行フレームＢ内の一方の端部（Ｘ軸駆動用モータＭｘ側の端部）には、ギヤボックスＤ内に収納された歯車機構を介してＸ軸駆動用モータＭｘによって回転駆動される１つのプーリが設置され、横行フレームＢ内の他端には無端のタイミングベルトＥを張設可能にする別のプーリを備えている。タイミングベルトＥは、横行サーボモータＭを駆動源として横行フレームＢ内にて回動される。タイミングベルトＥの一部が貼設固定される引抜フレームＣの引抜部は、横行フレームＢ内の直動案内機構により（直線的に）往復進退移動可能に構成されている。符号Ｆを付した制御ボックス内にＸ軸駆動用モータＭｘのサーボアンプ（図１のＸ軸モータ制御回路１２）が配置されている。また製品側昇降機Ｇとランナ側昇降機Ｈにも、それぞれ引き抜き用サーボモータ（Ｙ軸駆動用モータＭｙ）と昇降用サーボモータ（Ｚ軸駆動用モータＭｚ）とが装着されている。これらのサーボモータ（図１のＹ軸駆動用モータＭｙ及びＺ軸駆動用モータＭｚ）についてのサーボアンプ（図１のＹ軸モータ制御回路１３及びＺ軸モータ制御回路１４）は制御ボックスＩ内に収納されている。さらにこの成形品取出機１１には、図示していないが、成形品把持装置が付属しており、この成形品把持装置では、エアーバルブの制御により成形品のエア吸着またはエア把持が実行される。

図１に戻って、本実施の形態では、管理装置１０によって成形品取出機１１の各種の駆動用モータ（Ｍｘ，ＭｙまたはＭｚ）と射出成形機２の各種の駆動用モータ（６）の動作タイミングが管理されている。管理装置１０は、制御部１５内にＣＰＵ１６を備えており、ＣＰＵ１６によって動作タイミング出力部１７を構成している。また管理装置１０は、第１メモリ１８と第２メモリ１９とを備えている。前述のＸ軸駆動用モータＭｘの駆動を制御するＸ軸モータ制御回路１２、Ｙ軸駆動用モータＭｙの駆動を制御するＹ軸モータ制御回路１３及びＺ軸駆動用モータＭｚの駆動を制御するＺ軸モータ制御回路１４並びに射出成形機２のモータ制御回路８は、制御部１５内のＣＰＵ１６によって構成される動作タイミング出力部１７から出力される動作タイミングに基づいて対向する駆動用モータを制御する。ＣＰＵ１６は第１メモリ１８に記憶された動作プログラムによって動作タイミング出力部１７を実現している。そし動作タイミング出力部１７は、コントローラ９からの入力により第２メモリ１９（記憶部）に記憶した動作タイミングデータに基づいて動作タイミングを出力する。

本実施の形態では、電源ＰＳとＸ軸モータ制御回路１２、Ｙ軸モータ制御回路１３及びＺ軸モータ制御回路１４との間に、少なくとも１つの駆動用モータ（Ｍｘ，ＭｙまたはＭｚ，６）が回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの力行状態にある駆動用モータ（Ｍｘ，ＭｙまたはＭｚ、６）の駆動用電力として回生電力を利用するようにＸ軸モータ制御回路１２、Ｙ軸モータ制御回路１３及びＺ軸モータ制御回路１４並びにモータ制御回路８間の接続関係を切り換える接続関係切換回路２０を備えている。電源ＰＳとＸ軸モータ制御回路１２、Ｙ軸モータ制御回路１３及びＺ軸モータ制御回路１４並びにモータ制御回路８に含まれる電力変換回路は、回生電力を回生できる構成になっている。

そして動作タイミング出力部１７が出力する動作タイミングは、少なくとも１つの駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間（回生状態と力行状態における加速状態とが重なり合う期間）を含むように構成されている。そして接続関係切換回路２０は、動作タイミング出力部１７が出力する動作タイミングに基づいて、前述の重合期間において、回生状態にある駆動用モータが発生する回生電流を力行状態にある駆動用モータに負荷電流（有効電流）として供給するように切換動作をする。接続関係切換回路２０の具体的な回路構成は任意である。例えば、複数の電力用半導体スイッチング素子を利用して構成することができる。

図２（Ａ）乃至（Ｄ）には、それぞれ動作時におけるあるときのＸ軸駆動用モータＭｘ、Ｙ軸駆動用モータＭｙ及びＺ軸駆動用モータＭｚ並びに射出用モータ６の動作タイミングを示してある。この例では、射出用モータ６は、長い減速動作（回生動作）をする。そのため本実施の形態では、射出用モータ６が減速状態にある期間（時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間）において、Ｙ軸駆動用モータＭｙが力行状態における加速状態になる期間（時刻ｔ４と時刻ｔ５の間）が重なっている。両期間が重なる期間（時刻ｔ４〜時刻ｔ３）が重合期間である。この期間では、射出用モータ６が発生する回生電流が、Ｙ軸駆動用モータＭｙの加速のための駆動電流（負荷電流）として利用される。なおこの期間（時刻ｔ４〜時刻ｔ３）においては、Ｘ軸駆動用モータＭｘも減速状態にあるので、Ｘ軸駆動用モータＭｘからの回生電流を利用することもできるのは勿論である。またＹ軸駆動用モータＭｙが減速状態にある期間（時刻ｔ６と時刻ｔ７の間）において、Ｚ軸駆動用モータＭｚが力行状態における加速状態になる期間（時刻ｔ８と時刻ｔ９の間）が重なっている。両期間が重なる期間（時刻ｔ８〜時刻ｔ７）が重合期間である。この期間では、Ｙ軸駆動用モータＭｙが発生する回生電流が、Ｚ軸駆動用モータＭｚの加速のための駆動電流（負荷電流）として利用される。

本実施の形態では、蓄電手段２２と、回生電力を利用して蓄電手段２２を充電する充電回路２１とをさらに備えている。そのため接続関係切換回路２０は、前述の重合期間以外において回生状態にある１以上の駆動用モータ（Ｍｘ，ＭｙまたはＭｚ，６）が発生する回生電力を利用して、充電回路２１が蓄電手段２２を充電するように充電回路２１とＸ軸モータ制御回路１２、Ｙ軸モータ制御回路１３及びＺ軸モータ制御回路１４並びにモータ制御回路８等との接続関係を切り換えるように構成されている。図２の例でみれば、射出用モータ６が減速している期間の一部の期間（時刻ｔ１１〜時刻ｔ４）とＺ軸駆動用モータＭｚが減速している期間（時刻ｔ９〜時刻ｔ１０）に射出用モータ６とＺ軸駆動用モータＭｚとが発生する回生電流が、接続関係切換回路２０の切換動作により、充電回路２１を通して蓄電手段２２に供給されて、蓄電手段２２が充電される。なお充電回路２１は、接続関係切換回路２０の切換動作により、回生時以外は電源ＰＳに接続されている。したがって本実施の形態によれば、回生電力を有効に利用することができる。なお蓄電手段２２を何の電源として利用するかは任意であり、本例では、他の周辺機器の電源として用いている。

本発明の成形品製造設備の主要部の構成を概略的に示す図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、動作タイミングの一例を示す図である。 成形品取出機の一例を射出成形機に設置する場合の成形機射出ノズル側から見たときの斜視図である。

１ 成形品製造設備
２ 射出成形機
６ 射出用モータ
７ モータ駆動装置
８ モータ制御回路
９ コントローラ
１０ 管理装置
１１ 成形品取出機
１２ Ｘ軸モータ制御回路
１３ Ｙ軸モータ制御回路
１４ Ｚ軸モータ制御回路
１５ 制御部
１６ ＣＰＵ
１８ 第１メモリ
１９ 第２メモリ
１７ 接続関係切換回路
２２ 蓄電手段
２１ 充電回路
ＰＳ 電源

Claims (1)

1. 複数の駆動用モータ及び前記複数の駆動用モータを動作タイミングに基づいて制御する複数のモータ制御回路を備えた成形機と、複数の駆動用モータ及び該複数の駆動用モータを動作タイミングに基づいて制御するモータ制御回路を備えた成形機周辺機器と、設定された前記動作タイミングを記憶部に記憶して前記成形機及び前記成形機周辺機器の前記複数のモータ制御回路に、前記動作タイミングを出力する動作タイミング出力部を備えた管理装置とを備えた成形品製造設備であって、
   蓄電手段と、前記回生電力を利用して前記蓄電手段を充電する充電回路とをさらに備え、
   前記管理装置は、電源と前記複数のモータ制御回路との間に設けられて、少なくとも１つの前記駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの力行状態にある前記駆動用モータの駆動用電力として回生電力を利用するように前記複数のモータ制御回路間の接続関係を切り換える接続関係切換回路を備え、
   前記動作タイミングは、少なくとも１つの前記駆動用モータが回生状態にあるときに、他の少なくとも１つの前記駆動用モータが力行状態における加速状態にある重合期間を含むように構成され、
   前記接続関係切換回路が、前記重合期間において、前記回生状態にある前記駆動用モータが発生する回生電流を前記力行状態にある前記駆動用モータに負荷電流として供給するように切換動作をし、前記重合期間以外において回生状態にある１以上の前記駆動用モータが発生する回生電力を利用して、前記充電回路が前記蓄電手段を充電するように前記充電回路と前記複数のモータ制御回路との接続関係を切り換えるように構成され、
   前記蓄電手段が少なくとも前記管理装置の駆動用電源として用いられていることを特徴とする成形品製造設備。

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