JP6790650B2

JP6790650B2 - 流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法

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Publication number: JP6790650B2
Application number: JP2016184868A
Authority: JP
Inventors: 茂則藤井; 山本　将之; 将之山本
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP2018048920A

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構を介して、弁本体内に配置されたスプール（弁体）をサーボモータにより任意の位置に移動、あるいは位置保持させて、弁本体内を流動させる流体の流量を制御させる流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法に関する。

上記のような流量制御弁は、化学・食品プラントにおける原材料（流体）や製品（流体）の流量制御や、油圧機器の駆動速度や駆動圧力を制御するための、油圧回路中での作動油の流量制御等に使用される。そこで、上記のような流量制御弁の使用例として、作動油により駆動される、一般的な横型のダイカストマシンを使用するアルミニウム製品の鋳造方法を、図３を用いて説明する。

ダイカストマシン１００は、金型装置１０１と射出装置１０２とから構成されている。金型装置１０１には、対向する一対の固定プラテン１と可動プラテン２との間に、固定金型３と可動金型４とがそれぞれ取付けられている。固定金型３及び可動金型４は、それぞれが取り付けられた固定プラテン１及び可動プラテン２が、図示しない型開閉手段によって型閉じされることにより、その間に製品形状を含む金型キャビティ５（空洞）が形成される。また、固定プラテン１には、アルミニウム（ＡＬ）等の溶湯（溶融状態）が供給（注湯）されるスリーブ６が、固定プラテン１の固定金型３側から、固定プラテン１を貫通させて突出されるように配置されている。そして、スリーブ６内は、固定金型３を貫通させて金型キャビティ５内に連通されている。

次に、射出装置１０２には、本体１３と往復運動するピストン１２とを具備する油圧駆動の射出シリンダ１０が設けられている。ピストン１２は、図３において左端にピストンヘッドを具備し、その右端は、射出カップリング９によってプランジャロッド８と連結され、プランジャロッド８の右端にプランジャチップ７が取付けられている。プランジャチップ７は、スリーブ６の突出端側からスリーブ６内に嵌合されており、射出シリンダ１０のピストン１２を前進（図３の右側）させることにより、スリーブ６内に注湯された溶湯を金型キャビティ５内に射出充填させることができる。

図３においては、射出シリンダ１０が油圧駆動であるので、図示せぬ圧油供給装置により、作動油を射出シリンダ１０のヘッド室１０Ｈに供給させて、ピストン１２を前進させる。金型キャビティ５内に射出充填させた溶湯を凝固させた後、図示せぬ型開閉手段によって可動金型４を固定金型３から型開きさせて、図示しない製品取出手段等で、いずれかの金型（一般的には可動金型４側）に保持させたアルミニウム製品を金型装置１０１外へ搬送させることにより、アルミニウム製品が鋳造成形される。

ここで、溶湯を金型キャビティ５内に射出充填させる際の射出速度や、金型キャビティ５内に射出充填させた溶湯の圧力（射出圧力）を、それぞれ、射出充填工程や昇圧・保持工程において適切に設定し制御させることが、良品を鋳造するためには極めて重要である。一般的な鋳造の射出充填工程における射出速度パターン等を、図４を用いて説明する。射出充填工程が開始される前の注湯工程において、図示せぬ注湯装置により溶湯がスリーブ６上面の開口部からスリーブ６内に注湯され射出開始状態となる。この時のプランジャチップ７の先端位置はＡである（図４の上の図を参照）。

この状態から、まず低速射出工程（Ｓ_Ｌ）が行われる。この工程では、プランジャチップ７の前進によりスリーブ６の内部において溶湯を波立たせて、溶湯内に空気を巻き込ませないようにするために、プランジャチップ７を安定した低速（Ｖ_Ｌ）で前進させる制御が要求される。プランジャチップ７の前進により溶湯がスリーブ６内を満たし、更に、溶湯の湯面がゲート（金型キャビティ５内への溶湯流入口）近傍まで上昇されるＢ位置まで、プランジャチップ７を前進させると、図示しない射出ストロークセンサ等によりこれを検出させて、低速射出工程から高速射出工程に切り替えさせる（図４の上から２番目の図を参照）。

高速射出工程（Ｓｈ）では、プランジャチップ７の前進速度を一気に加速させ、高速（Ｖｈ）で金型キャビティ５内に溶湯を射出充填させる。これは、溶湯に対して温度が低い金型キャビティ５の表面に溶湯が接触すると瞬時に溶湯の凝固が進行するためであり、良品の鋳造のためには、できるだけ短時間で金型キャビティ５内への溶湯の射出充填を完了させることが望ましい。特に、アルミニウム製品が大型の場合、あるいは複雑な形状の場合、高速射出工程においてより高速での射出充填が求められる。

そして、金型キャビティ５内が溶湯で完全に満たされる直前になると、金型キャビティ５内の溶湯圧力が急激に上昇するため、これに対応するように射出圧力（射出シリンダ１０のヘッド室１０Ｈの圧力）も急激に上昇し、射出速度が急速に低下する。プランジャチップ７がＣ位置に達し、金型キャビティ５内が溶湯で完全に満たされると、次の昇圧・保持工程に切り替えさせる。（図４の上から３番目の図を参照）この切り替えは、射出圧力が急激に上昇する際の所定の射出圧力（設定切替圧力）を予め設定させ、射出圧力を圧力センサ等で検出させて、設定切替圧力への到達を持って切り替える形態や、金型キャビティ５内が溶湯で満たされるピストン１２の位置（設定切替位置）を予め設定させ、ピストン１２の位置を図示しない射出ストロークセンサ等により検出させて、設定切替位置への到達を持って切り替える形態や、その両方の形態を適宜組み合わせた形態等がある。

昇圧・保持工程では、金型キャビティ５内の溶湯圧力の昇圧（速度）が早すぎると、金型の合わせ面からバリ吹きが発生し、また遅すぎると、金型キャビティ５内の溶湯の凝固が進行してしまい、溶湯が凝固により収縮する分、金型キャビティ５内に溶湯を補充填させるためのプランジャチップ７の前進が困難になり、アルミニウム製品に引け巣が発生する。そのため、適切な昇圧時間（速度）で射出圧力を上昇させる必要がある。そして、射出圧力が設定された保持圧力（Ｐ）に到達すると、一定の時間、射出圧力を保持させる制御を行わせる。この間、射出圧力を付与させた状態で、溶湯が凝固により収縮する分、金型キャビティ５内に溶湯を補充填させるためのプランジャチップ７の前進が継続される（図４の下の図を参照）。

このように射出充填工程においては、設定された低速・高速での、射出シリンダ１０のピストン１２の前進速度の制御が必要であるため、射出シリンダ１０に流入させる作動油の流量を高応答高精度に制御（メータイン制御）できる、あるいは射出シリンダ１０から流出させる作動油の流量を高応答高精度に制御（メータアウト制御）できる流量制御弁が要求される。そのため、これまでに様々な流量制御弁が開発されてきた。

例えば、出願人は、回転運動を直線運動に変換する機構を介して、サーボモータによって弁内のスプール（弁体）をスプールの軸方向に直接移動させ、弁開度の高精度制御が可能な流量制御弁を開示している（特許文献１）。

このような流量制御弁１６の基本的な構成を、図１を参照しながら説明する。躯体である弁本体３０の中には、弁体である段付き円柱形状のスプール３５が軸方向（図１の左右方向）に移動可能に配置されている。弁本体３０の右側には、運動変換機構３１とカップリング装置３２が取付けられており、更にサーボモータ３３が装着されている。サーボモータ３３の回転軸の回転運動は、カップリング装置３２によって運動変換機構３１に伝達され、そこで連結ロッド５１の直進運動に変換されて、連結ロッド５１に連結されたスプール３５を軸方向に移動させる。本発明においては、運動変換機構３１及びカップリング装置３２を回転駆動系と総称するものとする。サーボモータ３３の回転軸にはエンコーダ３４が取付けられており、サーボモータ３３の回転軸の回転量（回転角度）を検出できる。尚、サーボモータには、一般的に回転軸の回転量を検出するエンコーダや同等の機能を有する検出機構が内蔵されたものが多く、上記のようなエンコーダ３４をサーボモータ３３の回転軸に取り付ける必要がない場合もある。

サーボモータ３３とエンコーダ３４とは、図示しない制御装置と電気的に接続されており、同制御装置から発信させる指令信号によってサーボモータ３３を回転させてスプール３５を移動させる。また、同制御装置に取り込まれるエンコーダ３４の検出信号からスプール３５の位置を算出させて、スプール３５の位置制御や移動速度制御に利用される。更に、同制御装置は、ダイカストマシンの図示しない表示装置とも電気的に接続され、流量制御弁１６の異常が検出された場合は、同制御装置から警報指令を発信させて、同表示装置への異常メッセージ表示や、ブザーによる警報音や動作表示灯による異常色点灯（点滅）等でオペレータに警告する。

弁本体３０の内部には、スプール３５が配置されるとともに、外部と流路接続される空間部が設けられている。空間部には、シリンダ接続ポート４２を介して射出シリンダ１０のロッド室１０Ｒと連通するシリンダ側大径部４６、圧油供給装置接続ポート４３を介して圧油供給装置２２と連通する圧油供給側大径部４５、及びタンク接続ポート４１を介して作動油タンク２４と連通するタンク側大径部４７が形成されている。シリンダ側大径部４６と圧油供給側大径部４５との間に形成された圧油供給側小径部３０ｃには、圧油供給側スプール太径部３５ｂが僅かな隙間をもって摺動可能な状態で嵌合されており、シリンダ側大径部４６と圧油供給側大径部４５との間の作動油の連通を阻止している。また、シリンダ側大径部４６とタンク側大径部４７との間に形成されたタンク側小径部３０ｂにも同様に、タンク側スプール太径部３５ａが僅かな隙間をもって摺動可能な状態で嵌合されており、シリンダ側大径部４６とタンク側大径部４７との間の作動油の連通を阻止している。

スプール３５の両端には太径部が形成されており、弁本体３０の内径部と僅かな隙間で嵌合することによって、作動油の外部流出を阻止している。一方、スプール３５において、両端の太径部、タンク側スプール太径部３５ａ、圧油供給側スプール太径部３５ｂの間は細径になっており、作動油が流れる空間となっている。また、スプール３５の両端の太径部のさらに両端には、スプール３５を軸方向に移動させるための、空間部に連通するスペース（距離Ｘ）が確保されている。万一、弁本体３０の内径部とスプール３５の両端の太径部との間の僅かな隙間から、このスペースに作動油が漏れたとしても、その量は微少であり、同スペースに形成された作動油タンク２４に連通される流路から作動油タンク２４に戻されるため、スプール３５の移動に問題はない。

図１におけるスプール３５の位置は、タンク接続ポート４１とシリンダ接続ポート４２と圧油供給装置接続ポート４３とを、それぞれタンク側スプール太径部３５ａと圧油供給側スプール太径部３５ｂにより閉塞状態とするスプール閉塞位置であり、流量制御中におけるスプール３５の、タンク接続ポート４１及び圧油供給装置接続ポート４３のそれぞれの側のポートの開度を制御するための基準位置である。この閉塞状態（スプール閉塞位置）からサーボモータ３３により、スプール３５を右側に動かすとタンク側スプール太径部３５ａがシリンダ側大径部４６の内側に移動され、タンク接続ポート４１とシリンダ接続ポート４２とを連通させる流路が形成されて、射出シリンダ１０のロッド室１０Ｒの作動油が作動油タンク２４に戻される。また、スプール３５を左側に動かすと圧油供給側スプール太径部３５ｂがシリンダ側大径部４６の内側に移動され、圧油供給装置接続ポート４３とシリンダ接続ポート４２とが連通される流路が形成されて、射出シリンダ１０のロッド室１０Ｒに圧油供給装置２２から作動油を供給させることができる。

また、スプール３５を左右（軸方向）に移動させて、圧油供給側スプール太径部３５ｂ及びタンク側スプール太径部３５ａを、それぞれシリンダ側大径部４６の内側へどのくらい移動させるか（移動位置／移動距離）によって、連通されるそれぞれの流路に流動される作動油の流動断面積（弁開度）が決定され、流量制御弁１６内を流動させる作動油の流量制御を自在に行なうことができる。

続いて、流量制御弁１６の回転駆動系について、図２を参照しながら説明する。図２は、流量制御弁１６の回転駆動系の基本構造を示す図であり、同回転駆動系は、運動変換機構３１とカップリング装置３２とにより構成されていることは先に説明したとおりである。

運動変換機構３１の変換装置ケース５４は、弁本体３０の右側に固定されており、その内部にはボールねじ軸５７が、軸受け５８と押さえナット５９によって、軸方向に拘束された状態で回転自在に支持されている。ボールねじ軸５７と螺合するボールねじナット５６は、連結ロッド５１を介してスプール３５と連結されている。連結ロッド５１は、本体３０の右側に固定されたガイドブッシュ固定板５２に組み込まれているガイドブッシュ５３に、摺動可能な状態で嵌合されている。そのため、ボールねじナット５６は、回転が拘束された状態で軸方向に移動可能に支持されている。尚、ガイドブッシュ固定板５２のスプール３５側の端面は、図２の右側における、スプール３５の機械的移動限位置である、前進側端面３０ｄとなるように構成されている。

また、運動変換機構３１の変換装置ケース５４の右側には、カップリング装置３２のカップリングケース６０が固定されており、更にその右側にはサーボモータ３３が固定されている。サーボモータ３３の回転軸は、カップリング６２によってボールねじ軸５７と連結されており、サーボモータ３３を回転させると、軸受け５８及び押さえナット５９により変換装置ケース５４のサーボモータ３３側で回転支持されたボールねじ軸５７が回転される。

よって、図示しない制御装置からサーボモータ３３に所定の回転量（回転角度）及び回転速度の指令信号を与えることにより、サーボモータ３３の回転軸とカップリング６２とボールねじ軸５７とが所定の回転量だけ所定の回転速度で回転され、その回転量に準じた距離だけ、ボールねじナット５６と連結ロッド５１とスプール３５とを、その回転速度に準じた移動速度で、一体で左右に移動させることができる。このように、サーボモータ３３に適切な指令信号を与えて、スプール３５を適切な位置に適切な速度で移動、あるいは移動位置を保持させる（移動速度≒０／ゼロ）ことにより、流量制御弁１６の開閉動作や開度調整を自由に制御させることができる。

このような流量制御弁１６においては、サーボモータ３３の回転角度（回転量）及び回転速度の高い制御性を活かすために、躯体である弁本体３０及び弁体であるスプール３５間の摺動部分の機械加工精度はもちろん、運動変換機構３１としてのボールねじナット５６及びボールねじ軸５７、そして、ボールねじ軸５７の回転を支持する軸受け（ベアリング）５８や、サーボモータ３３の回転をボールねじ軸５７に伝達させるカップリング６２等の個々の精度、及び、これら個々の取り付け精度及び全体としての組み立て精度が重要となる。また、カップリング６２について、スプール３５、ボールねじ軸５７及びサーボモータ３３の回転軸の軸心を高い精度で一致させることを前提とした上で、回転トルクの伝達のため、連結させる両軸（ボールねじ軸５７及びサーボモータ３３の回転軸）間の偏芯や傾きを、樹脂等の弾性体の弾性変形で吸収させる樹脂製カップリングや、回転時に移動・変形を許容する機械的構造により、これらを積極的に吸収させる金属製カップリングが採用される。

特開２０１２−２４００６９号公報

特許文献１のような流量制御弁１６においては、スプール３５の開度に準じて弁内を流動する流体の流量に比例して、スプール３５にその流体力が作用する。そして、その流体力が、スプール３５を閉塞させる方向に作用するように設計されることが好ましい。全開及び閉塞状態の中間位置でスプール３５を位置保持させる場合、スプール３５の位置保持制御はスプール３５の軸方向の移動速度≒０（ゼロ）の速度制御であるため、サーボモータの回転トルクは、スプールに作用する流体力に準じて、スプールの移動速度が０（ゼロ）、すなわち、ボールねじナット５６がボールねじ軸５７に対して軸方向に移動しない（ボールねじ軸５７が回転しない）ように制御される。また、このような状態から弁開度を大きくする場合は、スプール３５に作用する流体力が増加するため、サーボモータ３３の回転トルクが増加する。一方、このような状態から弁開度を小さくする場合は、スプール３５に作用する流体力が減少するため、サーボモータ３３の回転トルクが減少する。このように、特許文献１のような流量制御弁１６においては、所望する流量制御中、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系には、様々な大きさの回転トルクが、異なる方向に複雑な変動を伴って作用する。

このような、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系に作用する回転トルクの変動の影響を最も受け易い部分は、回転駆動系の中で唯一、回転時に移動・変形を許容する弾性体や機械的構造を有するカップリング６２である。カップリング６２のこのような移動・変形を許容する弾性体や機械的構造は、ボールねじ軸５７やボールねじナット５６、そして、連結ロッド５１に比べて耐久性が低くならざるを得ない。具体的には、樹脂製カップリングの樹脂部分（弾性体）は、紫外線や水分や経年変化により材質が劣化して硬化することが一般的である。同樹脂部分が硬化すると弾性力が低下して、カップリングの本来の機能である、連結させる両軸間の偏芯や傾きの吸収機能が低下するだけでなく、回転トルクの変動に対して、その伝達性（応答性）が変化してしまう。また、金属製カップリングの移動・変形を許容する機械的構造も、樹脂製カップリングの樹脂部分よりは耐久性に優れるものの、連結させる軸間の偏芯や傾きを、機械的構造部分の移動や変形により長期間吸収させる間に摺動部位の磨耗が進行し、連結させる両軸間の偏芯や傾きを吸収させる際に、必要以上の移動・変形が生じ、回転トルクの大きさや向きの変動に対して、その伝達性（応答性）が変化してしまう。本発明においては、上記のような、流量制御が安定して行われることが確認された初期段階からの、カップリング６２の応答性の変化を、回転駆動系の劣化と見なすものとする。

このようなカップリング６２における応答性の変化は、スプール３５に作用する流体力が、回転駆動系を介してサーボモータ３３の回転軸に伝達（入力）される場合の応答性と、伝達（入力）された流動力に対して、制御装置からフィードバックされる指令信号により、新たにサーボモータ３３の回転軸から回転駆動系を介してスプール３５に回転トルクを伝達（出力）させる場合の応答性との両方に影響する。その結果、カップリング６２の応答性が変化した状態で行われる、サーボモータ３３によるスプール３５の開閉及び開度制御と、変化していない状態で行われる開閉及び開度制御とでは、スプール３５の開閉タイミングや開度（弁本体３０に対してスプール３５が位置保持される長手方向の相対位置）が変化して、流量制御が不安定になるという問題がある。

出願人は、特許文献１の流量制御弁１６において、スプール３５をメカ的な移動限まで毎サイクル移動させて、その際のスプール３５の位置を制御装置に記憶されている設定時の位置と比較して、そのズレ量が許容値を超えた場合に異常と判定することを提案している。しかしながら、この判定は、スプール３５をメカ的な移動限まで移動させても射出シリンダ１０の制御には何ら問題のない、流量制御弁１６における流量制御が不要な、射出シリンダ１０のピストン１２を射出完了位置から射出開始位置まで後退（図３の左側）させる際に行われる。この状態においては、スプール３５に大きな負荷が作用せず、且つ、移動速度は低速である。そのため、例え、カップリング６２の応答性が変化した状態であっても、スプール３５のメカ的な移動限までの移動や最終移動位置への影響が少なく、カップリング６２の応答性の変化を異常として判定させることが難しい。

また、カップリング装置３２のカップリングケース６０に点検窓等を配置させ、常時、カップリング６２を目視で確認したり、装置の運転を停止させた状態でカップリング６２を直接手で触ることができるようにしたりしても、カップリング６２の応答性の変化を定量的に判定する手段や基準がないため、流量制御が不安定になる前にカップリング６２を交換するような予防保全が難しいという問題がある。

次に、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系に作用する回転トルクの大きさや向きの変動の影響を受け易い部分は、運動変換機構３１としてのボールねじナット５６及びボールねじ軸５７、そして、ボールねじ軸５７の回転を支持する軸受け５８の回転摺動部や、連結ロッド５１の直線移動を支持するガイドブッシュ５３（直線摺動部）である。これら部位はカップリング６２よりも耐久性に優れている。しかしながら、ボールねじナット５６に内蔵されるボールや、同ボールが移動するボールねじナット５６及びボールねじ軸５７側のボール溝、あるいは、軸受け５８（ベアリング）のボールやローラーは、負荷が作用する状態で、金属接触により回転摺動するため、長期的な使用による磨耗は回避し得ない。連結ロッド５１と直接面接触するガイドブッシュ５３も同様である。また、ボールねじナット５６及びボールねじ軸５７、軸受け５８、そして、ガイドブッシュ５３の個々の精度が十分であっても、これらの取り付け精度及び全体としての組み立て精度が要求される精度を満たしていない場合、負荷が均等に作用せず、想定される機械寿命よりも前に偏磨耗等が発生する。このような磨耗発生により、回転摺動や直線摺動の精度が低下する虞がある。尚、本発明においては、上記のような回転摺動部や直線摺動部の磨耗も、回転駆動系の劣化と見なすものとする。

上記のような回転摺動や直線摺動の精度が低下する頻度は高くはない。しかしながら、回転摺動や直線摺動の精度が低下すれば、カップリング６２の応答性の変化時と同様に、サーボモータ３３によるスプール３５の開閉及び開度制御におけるスプール３５の開閉タイミングや開度が、回転摺動や直線摺動の精度が低下していない状態に対して変化し、流量制御が不安定になる。すなわち、特許文献１の流量制御弁１６において、流量制御が不安定になる回転駆動系の要因として、先に説明したカップリング６２の応答性の変化と、上記のような、カップリング６２以外の回転摺動部や直線摺動部における摺動の精度の低下との２つが挙げられるが、流量制御が不安定になった場合、それが前者のカップリング６２の応答性の変化によるものなのか、後者の摺動の精度の低下によるものなのかを定量的に判定することが難しいという問題がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたもので、具体的には、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構を介して、弁本体内に配置されたスプールをサーボモータにより任意の位置に移動、あるいは位置保持させる流量制御弁において、カップリングを含む回転駆動系の劣化を定量的に判定する劣化判定方法を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構を介して、弁本体内に配置されたスプールをサーボモータにより任意の位置に移動、あるいは位置保持させて、前記弁本体内を流動させる流体の流量を制御させる流量制御弁の劣化判定方法であって、
前記流量制御弁を閉塞状態とするスプール閉塞位置に前記スプールを移動させるスプール加振準備工程と、
所定範囲内の周波数を指定して、前記スプールを、前記スプール閉塞位置を基準として所定距離、往復移動させる指令信号を、前記周波数を所定時間毎にステップ状に増加させて、前記サーボモータに対して繰り返し発信させることにより、前記スプールを前記スプール閉塞位置基準で加振させるスプール加振工程と、
前記スプール加振工程において、各前記指令信号に応答した前記サーボモータによる前記スプールの、前記スプール閉塞位置からの移動距離を、前記スプールの振幅量として計測・記録させて、時系列に対応する前記スプールの振幅量を示す、スプール時間・振幅量データを作成させるスプール時間・振幅量データ作成工程と、
前記スプール加振工程の完了後、前記スプール時間・振幅量データを、前記所定範囲の周波数系列に対応する前記振幅量を示す、スプール周波数・振幅量データに変換させるスプール周波数・振幅量データ変換工程と、
前記スプール周波数・振幅量データにおいて、前記周波数の増加に伴って漸次減少していた前記振幅量が、振幅量変動許容値を超えて増加に転じ、その後減少に転ずる、前記振幅量が突出して増加する範囲の前記周波数の範囲を共振周波数域として設定させるスプール共振周波数域設定工程と、
前記流量制御弁の劣化判定基準として、予め確認・設定させたスプール固有共振周波数域に対して、前記共振周波数域が周波数域許容値１を越えて変動した場合に、警報指令を発信させる回転駆動系劣化判定工程と、
を有する流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法によって達成される。

また、前記回転駆動系劣化判定工程において、前記スプール固有共振周波数域に対して、前記共振周波数域が周波数域許容値２を越えて変動した場合に、前記サーボモータの帯域除去フィルタの設定除去周波数帯を、前記共振周波数域に再設定させる、回転駆動系劣化補正工程を更に含んでいても良い。

一方、本発明に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法においては、前記スプールを前記流量制御弁の閉塞側及び開放側のいずれか一方の機械的移動限まで移動させて、前記スプールの原点位置を設定させるスプール原点設定工程と、
前記スプール原点設定工程により前記原点位置に移動させた前記スプールを前記スプール閉塞位置まで移動させると共に、該移動中に生じる、前記スプールの位置に対応する前記サーボモータの回転トルクを計測させて、前記流量制御弁の劣化判定基準として、予め確認・設定させた、前記スプールの位置に対応するスプール固有移動トルクに対して、前記回転トルクが移動トルク許容値を越えて変動したか否かを判定させる、スプール移動トルク確認工程と、を更に含み、
前記回転駆動系劣化判定工程における前記警報指令を、
前記スプール固有共振周波数域に対して、前記共振周波数域が前記周波数域許容値１を越えて変動した警報１と、
前記最大回転トルクをが、前記スプール固有最大移動トルクに対して、前記移動トルク許容値を越えて変動した警報２と、
前記警報１及び前記警報２が共に発信された警報３と、
に区別して発信させても良い。

そして、本発明に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法のスプール固有共振周波数域については、前記流量制御弁の使用を開始してから、流量制御が安定して行われることが確認された初期段階において、前記スプール加振準備工程、前記スプール加振工程、前記スプール時間・振幅量データ作成工程、及び、前記スプール周波数・振幅量データ変換工程を行わせ、前記スプール共振周波数域設定工程により設定させた前記共振周波数域を、前記スプール固有共振周波数域として予め設定させることが好ましい。

また、本発明に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法の、スプールの位置に対応するスプール固有移動トルクについては、前記流量制御弁の使用を開始してから、流量制御が安定して行われることが確認された初期段階において、前記スプール原点設定工程及びスプール移動トルク確認工程により計測させた、前記スプールの位置に対応する前記サーボモータの前記回転トルクを、前記スプールの位置に対応する前記スプール固有移動トルクとして予め設定させることが好ましい。

本発明に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法は、前記流量制御弁を閉塞状態とするスプール閉塞位置に前記スプールを移動させるスプール加振準備工程と、
所定範囲内の周波数を指定して、前記スプールを、前記スプール閉塞位置を基準として所定距離、往復移動させる指令信号を、前記周波数を所定時間毎にステップ状に増加させて、前記サーボモータに対して繰り返し発信させることにより、前記スプールを前記スプール閉塞位置基準で加振させるスプール加振工程と、
前記スプール加振工程において、各前記指令信号に応答した前記サーボモータによる前記スプールの、前記スプール閉塞位置からの移動距離を、前記スプールの振幅量として計測・記録させて、時系列に対応する前記スプールの振幅量を示す、スプール時間・振幅量データを作成させるスプール時間・振幅量データ作成工程と、
前記スプール加振工程の完了後、前記スプール時間・振幅量データを、前記所定範囲の周波数系列に対応する前記振幅量を示す、スプール周波数・振幅量データに変換させるスプール周波数・振幅量データ変換工程と、
前記スプール周波数・振幅量データにおいて、前記周波数の増加に伴って漸次減少していた前記振幅量が、振幅量変動許容値を超えて増加に転じ、その後減少に転ずる、前記振幅量が突出して増加する範囲の前記周波数の範囲を共振周波数域として設定させるスプール共振周波数域設定工程と、
前記流量制御弁の劣化判定基準として、予め確認・設定させたスプール固有共振周波数域に対して、前記共振周波数域が周波数域許容値１を越えて変動した場合に、警報指令を発信させる回転駆動系劣化判定工程と、
を有するため、カップリングを含む回転駆動系の劣化を定量的に判定することができる。

本願発明の前提となる流量制御弁の基本構造を示す図である。本願発明の前提となる流量制御弁の回転駆動系の基本構造を示す図である。一般的な横型ダイカストマシンにおける、油圧駆動の射出装置及び金型装置を示す概略断面図（側面）である。一般的な横型ダイカストマシンの射出充填工程におけるプランジャチップの位置、溶湯の状態、射出速度、射出圧力の関係を示す図及びグラフである。実施例１に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法の判定フローチャートである。実施例１のスプール時間・振幅量データ作成工程において作成されたスプール加振工程におけるスプール時間・振幅量データのイメージを示す図である。実施例１のスプール周波数・振幅量データ変換工程において、スプール時間・振幅量データから変換されたスプール周波数・振幅量データのイメージを示す図である。実施例２に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法の判定フローチャートである。実施例２のスプール原点設定工程における、スプールの移動中に生じるサーボモータの回転トルクの変動を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法について、実施例を詳細に説明する。

本実施の形態においても、図１乃至図４を用いて説明した、一般的な横型ダイカストマシン及び同ダイカストマシンを使用するアルミニウム製品の鋳造方法に基づいて、同ダイカストマシンに使用される流量制御弁１６を前提に、図５乃至図７を参照しながら、本発明に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法を説明する。

まず、流量制御弁１６を閉塞状態とするスプール閉塞位置にスプール３５を移動させる（図５／１スプール加振準備工程）。実施例１では、射出充填工程完了後、射出シリンダ１０のピストン１２を射出完了位置から射出開始位置まで後退（図３の左側）させるために、シリンダ接続ポート４２と圧油供給装置接続ポート４３とを全開で連通させるように、スプール３５を移動させた状態、すなわち、スプール３５が図１の左側にある状態から、図１に示すスプール閉塞位置までスプール３５を右側に移動させるものとする。スプール３５のスプール閉塞位置への移動は、サーボモータ３３のエンコーダ３４により検出される、流量制御弁１６の弁本体３０に対するスプール３５の位置が、後述するスプール原点位置を基準として設定されるスプール閉塞位置に到達するように制御される。

スプール３５のスプール閉塞位置への移動後、所定範囲内の周波数を指定して、スプール３５を、スプール閉塞位置を基準として所定距離、往復移動させる指令信号を、周波数を所定時間毎にステップ状に増加させて、サーボモータ３３に対して繰り返し発信させることにより、スプール３５をスプール閉塞位置を基準として加振させる（図５／２スプール加振工程）。図６を参照しながらこのスプール加振工程を説明する。図６（ａ）は、スプール加振工程の開始から周波数を所定時間毎にステップ状に増加させたスプール時間・振幅量のグラフ（スプール時間・振幅量データ）の３ステップ分を示したものである。横軸が時間ｔ、縦軸がスプール３５のスプール閉塞位置からの移動距離Ｌである。該移動距離は一方向をプラス値、他方向をマイナス値として表示させており、該移動距離をスプール３５の振幅量として計測・記録させるものである。

この場合、スプール３５を、スプール閉塞位置（縦軸の０（ゼロ））を基準として所定距離Ｌ１往復移動させる指令信号が、１ステップ目が周波数ｆ１で時間０〜ｔ１の間、２ステップ目が周波数ｆ２で時間ｔ１〜ｔ２の間、３ステップ目が周波数ｆ３で時間ｔ２〜ｔ３の間発信されている。各ステップの時間（０〜ｔ１、ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３）は基本的に同じであり、各ステップにおける指令信号の周波数はステップ毎に増加させる（ｆ１＜ｆ２＜ｆ３）。その結果、ステップが進むにつれて、スプール３５の移動速度が周波数の増加に比例して早くなり、１往復（１振幅）に要する時間は周波数の増加に反比例して短くなることを示している（ｔｆ１＞ｔｆ２＞ｔｆ３）。また、スプール３５が指令信号で指定された所定距離Ｌ１まできちんと到達して加振されていることを示す。

そして、ステップが進み、指令信号における指定周波数が大きくなると、図６（ｂ）に示すように、スプール３５は所定距離Ｌ１まで到達できないまま往復移動が継続されるようになる。これは、入力（指令信号／移動距離Ｌ１）に対する出力（実際の移動距離）の応答性（出力／入力比）が、周波数（サーボモータ３３の回転軸の角速度）の増加に伴って、１００％から低下することを示す。図６（ｂ）の周波数ｆｕにおいて、所定距離Ｌ１に対する未達が距離Ｌｕとなり、周波数が更に大きく（周波数ｆｘ＞周波数ｆｕ）になると、所定距離Ｌ１に対する未達も距離Ｌｘと増加する（距離Ｌｘ＞距離Ｌｕ）。また、周波数の増加に伴い、１往復（１振幅）に要する時間が短くなることを示している（ｔｆｕ＞ｔｆｘ＞ｔｆｙ＞ｔｆｚ）。

しかしながら、ある特定の周波数の範囲において、例えば、周波数が更に大きく周波数ｆｙ（＞周波数ｆｘ）になった時、所定距離Ｌ１に対する未達（距離Ｌｙ）が増加ではなく減少し（距離Ｌｙ＜距離Ｌｘ）、スプール３５の実際の移動距離（振幅量）がΔ（デルタ）Ｌ増加する場合がある。これは、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系の共振現象によるものである。これは一時的なものであって、周波数が更に大きく周波数ｆｚ（＞周波数ｆｙ）になると、所定距離Ｌ１に対する未達（距離Ｌｚ）は、共振現象が発生する前の未達（距離Ｌｘ）よりも増加する（距離Ｌｚ＞距離Ｌｘ）。回転駆動系において、このような共振現象が発生する周波数の範囲を共振周波数域と呼称するものとする。

本実施の形態の前提となる流量制御弁１６の回転駆動系に限らず、モーター等の回転駆動源の回転トルクを駆動対象に伝達させる回転駆動系一般において、上記のような共振現象は、回転駆動系の回転中の各構成部位に偏芯荷重や振動等を発生させる。そのため、回転駆動系の設計においては、共振現象の発生自体の抑制や、共振現象の発生を低速回転時に限定させる、あるいは、共振現象が発生する回転速度（周波数）の範囲外で回転トルクを駆動対象に伝達させる等の設計上の対応が必要である。この対応には、回転駆動系に共振現象が発生する回転速度の範囲、すなわち、サーボモータ等では、共振周波数域を特定することが重要である。

そこで、実施例１においては、スプール加振工程における、図６に示すようなスプール時間・振幅量のグラフ（スプール時間・振幅量データ）を作成させる（図５／３スプール時間・振幅量データ作成工程）。具体的には、図６を参照しながら説明したように、ステップ毎に指定周波数の異なる各指令信号に応答したサーボモータ３３によるスプール３５の、スプール閉塞位置からの移動距離を、スプール３５の振幅量として計測・記録させて、時系列（時間ｔ）に対応するスプール３５の振幅量を示す、スプール時間・振幅量データを作成させるものである。尚、スプール時間・振幅量データ作成工程において作成されるスプール時間・振幅量データは、必ずしも、ダイカストマシンの図示しない制御装置内において、図６に示すような、横軸が時間ｔ、縦軸がスプール３５のスプール閉塞位置からの移動距離Ｌ（振幅量）であるグラフの形態でなくても良く、このようなグラフを作成可能なデータベースとして構成されても良い。

そして、スプール時間・振幅量データ作成工程において作成されたスプール時間・振幅量データを、ステップ状に増加させた所定範囲の周波数系列に対応する指令信号への応答性（振幅量の絶対値）を示す、スプール周波数・振幅量データに変換させる（図５／４スプール周波数・振幅量データ作成工程）。スプール時間・振幅量データは、周波数をステップ状に増加させているため、ステップ状に増加させた所定範囲の周波数系列に対して連続的にスプール３５の振幅量（スプール閉塞位置からの移動距離）を求めたデータではない。

そのため、周波数系列に対して、スプール３５の振幅量のデータがない領域を補完して、所定範囲の周波数系列に対する連続的なスプール３５の振幅量（絶対値）を示すために、スプール時間・振幅量データを、ＦＦＴ解析（高速フーリエ変換）により、所定範囲の周波数系列に対応するスプール３５の振幅量（絶対値）のデータに変換させる（スプール周波数・振幅量データ）。変換させたスプール周波数・振幅量データを図７に示す。図７は、スプール周波数・振幅量データをグラフの形態で示したもので、横軸が周波数Ｈｚ、縦軸がスプール３５の振幅量（スプール閉塞位置からの移動距離）の絶対値である。グラフの横軸の原点は、スプール加振工程において、ステップ状に増加させた所定範囲の周波数系列の最初のステップにおける周波数ｆ１ではなく、指令信号における指定周波数がある程度増加し、図６（ｂ）に示すように、スプール３５が所定距離Ｌ１まで到達できないまま往復移動が継続されるようになったある周波数とする。また、縦軸の原点は振幅量０（ゼロ）である。スプール周波数・振幅量データの縦軸（スプール３５の振幅量の絶対値）は、指令値（Ｌ１）に対する実際の振幅量（絶対値）の割合（％）であっても良い。尚、元データであるスプール時間・振幅量データには回避し得ない計測上の誤差が含まれるため、変換後のスプール周波数・振幅量データをグラフ化した図７においても、周波数系列に対応する振幅量は滑らかな曲線にはならず、所定の変動を含む線となる。

ここで、図７に示すスプール周波数・振幅量データにおいて、周波数の増加に伴って漸次減少していた振幅量が増加に転じ、その後減少に転ずる、振幅量が突出して増加する範囲がある。これが、図６（ｂ）に示す、スプール時間・振幅量データ（グラフ）の周波数ｆｙのステップにおいて発生した共振現象である。先に説明したように、図７に示すスプール周波数・振幅量データにおいて、周波数系列に対応する振幅量は所定の変動を含む。そのため、想定される変動よりも大きな振幅量変動許容値の設定により、振幅量が振幅量変動許容値を超えて増加に転じる点を、振幅量が突出して増加する範囲の始点とし、その後減少に転じる部分の周波数が大きい側が、同始点における振幅量よりも少なくなる点を、応答性が突出して増加する範囲の終点とすれば良い。これにより、流量制御弁１６の回転駆動系に、スプール加振工程において共振現象が発生した周波数の範囲（共振周波数域）を、同始点及び同終点にそれぞれ対応する周波数の範囲であると定量的に特定することができる。実施例１では、スプール加振工程において、流量制御弁１６の回転駆動系に共振現象が発生した周波数の範囲（周波数ｆｙ１〜周波数ｆｙ２）を、図示しない制御装置に共振周波数域として設定させる（図５／５スプール共振周波数域設定工程）。

一方、流量制御弁１６の回転駆動系の、サーボモータ３３の回転軸とボールねじ軸５７とを連結させるカップリング６２の、移動・変形を許容する弾性体や機械的構造において、連結させる両軸間の回転トルクの変動に対して、その応答性が変化することを、回転駆動系の劣化と見なすことは先に説明したとおりである。このように、カップリング６２の、連結させる両軸間の回転トルクの変動に対する応答性が変化すると、スプール加振工程において共振現象が発生する共振周波数域も変化する。本発明に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法は、この共振周波数域の変化を利用して、流量制御弁の回転駆動系の劣化を定量的に判定するものである。

例えば、カップリング６２の応答性が変化していない状態で行われたスプール加振工程において得られた共振周波数域（実線／周波数ｆｙ１〜ｆｙ２）に対して、カップリング６２の応答性が変化した状態で行われたスプール加振工程において、点線Ａで示すように、Δ（デルタ）ｆだけ小さな周波数の範囲（周波数ｆｙ１’〜ｆｙ２’）で共振現象が発生したものとする。尚、グラフを見易くするために、共振現象における振幅量の変動は変わらず、共振現象が発生する周波数の範囲（共振周波数域）のみが変化するものとして、点線Ａは、元の周波数共振域の振幅量の変動に準じた単純な曲線で示している。このような場合も、スプール共振周波数域設定工程において、流量制御弁１６の回転駆動系に共振現象が発生した周波数の範囲（周波数ｆｙ１’〜周波数ｆｙ２’）を新たな共振周波数域として設定させる。

スプール共振周波数域設定工程の後、流量制御弁１６の劣化判定基準として、予め確認・設定させたスプール固有共振周波数域に対して、スプール共振周波数域設定工程において設定された共振周波数域が周波数許容値１を超えて変動した場合に、警報指令を発信させる（図５／６回転駆動系劣化判定工程）。具体的には、例えば、予め確認・設定させたスプール固有共振周波数域が、図７に示す共振周波数域（実線／周波数ｆｙ１〜ｆｙ２）とする。また、このスプール固有共振周波数域に対して、新たに設定された共振周波数域（点線Ａ／周波数ｆｙ１’〜ｆｙ２’）がΔｆ変動したものとする。この共振周波数域の変動Δｆが周波数許容値１よりも大きな場合（変動Δｆ＞周波数許容値１）、これをダイカストマシンのオペレータにアナウンスするために警報指令を発信させるものである。

実施例１においては、この警報指令を警報１とする。警報１はダイカストマシンの同制御装置から警報指令を発信させて、同制御装置と電気的に接続された図示しない表示装置への異常メッセージ表示や、ブザーによる警報音や動作表示灯による異常色点灯（点滅）等、様々な手段でオペレータにアナウンスされれば良い。また、周波数許容値１は小さく設定されることが好ましく、警報１発信時の変動Δｆが、オペレータにわかるように操作盤のタッチパネル等にメッセージと共に数値表示及び記録されることが好ましい。このようなアナウンスや周波数許容値１の設定や警報１発信時の変動Δｆの表示等により、オペレータは、カップリング６２の応答性の変化による共振周波数域の変動を、その劣化の初期段階から定量的に把握することができる。周波数許容値１が小さく設定されていれば、警報１の発信により、ただちにカップリング６２の点検や交換をせずとも、そのままダイカストマシンの運転（鋳造サイクル）を次サイクルへと継続させても良い。この場合、最初の警報１発信後、共振周波数域の変動を継続的にモニタリングするモニタリングモード等に移行させて、別に設定するカップリング点検・交換基準に到達した段階で、カップリング６２の点検や交換を行っても良い。

一方、共振周波数域の変動のデータが蓄積されれば、カップリング６２の応答性の変化による共振周波数域の変動が、流量制御弁１６の制御性に影響を及ぼすタイミングも自ずと把握できるようになる。その場合は、そのようなタイミングの把握に好適な、スプール固有共振周波数域からの共振周波数域の変動値を周波数許容値１に設定して、警報１の発信により、カップリング６２の点検や交換を行う等、警報１の発信後の対応は適宜選択されれば良い。

実施例１では、警報１の発信後の選択肢として、回転駆動系劣化判定工程において、スプール固有共振周波数域に対して、共振周波数域が周波数許容値２を超えて変動した場合に、サーボモータの帯域除去フィルタの設定除去周波数帯を、スプール共振周波数域設定工程で設定される共振周波数域と同じ周波数範囲に再設定させる工程を更に含んでいる（図５／７回転駆動系劣化補正工程）。これは、サーボモータ３３が帯域除去フィルタ機能を有する場合に、これを活用して、共振周波数域の変動に伴う、流量制御弁１６の制御性への影響を減少させるものである。

サーボモータの制御ユニットには、外部制御装置からの回転指令に含まれる周波数指定に対して、特定の周波数の範囲を回避して、同回転指令に準じた回転制御が可能な帯域除去フィルタの機能を有するものがある。一般的なサーボモータの回転制御は、サーボモータが回転駆動させる回転対象や、回転対象に回転トルクを伝達させる回転駆動系の、共振現象が発生する共振周波数域に対して、その周波数範囲外で行われる。しかしながら、制御上、どうしても、共振周波数域内あるいは、一部重複する周波数の範囲で回転制御を行う場合に、この帯域除去フィルタ機能が使用される。例えば、流量制御弁１６の流量制御において、非常に短い時間でスプール３５を移動させる必要があり、これに対応する回転駆動系の高速回転時（指定周波数指令時）に共振現象が発生するものとする。このような場合に、サーボモータ３３の帯域除去フィルタの設定除去周波数帯に、この指定周波数を含む所定の周波数範囲を設定することにより、回転駆動系の高速回転時の共振現象を回避、あるいは、共振現象の応答性の上昇を抑制することができる。

そこで、カップリング６２の応答性の変化により、スプール固有共振周波数域に対して、共振周波数域が、流量制御弁１６の制御性に影響を及ぼす程度に変動し、且つ、その状況時においても、カップリング６２を継続して使用したい場合に、このようなスプール固有共振周波数域に対する共振周波数域の変動値を周波数域許容値２として予め設定しておく。すると、回転駆動系劣化判定工程において、スプール固有共振周波数域に対して、共振周波数域が周波数許容値２を超えて変動した場合には、サーボモータ３３の帯域除去フィルタの設定除去周波数帯が、この共振周波数域と同じ周波数範囲に再設定される回転駆動系劣化補正工程が行われ、流量制御弁１６の流量制御において、この範囲の周波数を指定した回転指令がサーボモータ３３に発信されても、その周波数範囲外で同回転指令に準じた回転制御が行われるため、制御性の低下を抑制すると共に、回転駆動系の共振現象を回避、あるいは、共振現象による振幅量の増加を抑制することができる。

カップリング６２の応答性の変化により、スプール固有共振周波数域に対して、共振周波数域が、流量制御弁１６の制御性に影響を及ぼす程度に変動した場合でも、このような回転駆動系劣化補正工程により制御性の低下を抑制して、カップリング６２の点検・交換頻度を少なくすることができる。尚、回転駆動系劣化補正工程による、カップリング６２の応答性の変化による共振現象の回避には限界があるため、回転駆動系劣化判定工程における周波数許容値１や、回転駆動系劣化補正工程における周波数許容値２には上限値を設け、先に説明したカップリング点検・交換基準等に従って、カップリング６２を点検・交換することが好ましい。

また、流量制御弁１６の、回転駆動系の機械的特性を正確に反映させたスプール時間・振幅量データを得る上で、スプール加振準備工程及びスプール加振工程は、スプール３５に流体力が作用していないか、作用しているとしても、それがサーボモータ３３の定格トルクに対して十分に小さい状態で行われることが好ましい。これらを鑑みると、実施例１においては、スプール加振準備工程及びスプール加振工程は、射出シリンダ１０のピストン１２を射出完了位置から射出開始位置まで後退（図３の左側）させた後の、次の鋳造サイクルの射出充填工程のために待機している、図１に示すスプール閉塞位置で行うことが好ましい。その場合、鋳造サイクル毎に図５に示す一連の工程が行われ、流量制御弁１６の、カップリング６２の応答性の変化による共振周波数域の変動が、その変化の初期段階から定量的なデータとして蓄積することができる。

一方、このような流量制御弁１６が実施例１のように、同じ鋳造サイクルが繰り返される、ダイカストマシンを使用するアルミニウム製品の鋳造ではなく、連続的に、原材料や製品の流量制御が行われる化学・食品プラントにおいては、数時間に１回、あるいは、１日に１回等、このようなスプール３５に流体力が作用していないか、作用しているとしても、それがサーボモータ３３の定格トルクに対して十分に小さい状態において、定期的に、スプール加振準備工程及びスプール加振工程が行われることが好ましい。

ここで、実施例１における、流量制御弁１６の劣化判定基準として、予め確認・設定されるスプール固有共振周波数域は、流量制御弁１６の使用を開始してから、流量制御が安定して行われることが確認された初期段階において、これまで説明したスプール加振準備工程（１）、スプール加振工程（２）、スプール時間・振幅量データ作成工程（３）、及び、スプール周波数・振幅量データ変換工程（４）を行わせ、スプール共振周波数域設定工程（５）により設定させた共振周波数域を、予め設定させれば良い。また、この時、これら一連の工程を複数回行わせて、各共振周波数域の平均値を設定させても良い。

スプール固有共振周波数域を上記のように設定することにより、万一、流量制御弁１６の回転駆動系の取り付け精度及び全体としての組み立て精度に、機差等のバラツキがあったとしても、そのバラツキを含んだ状態で、スプール固有共振周波数域として設定されるため、スプール固有共振周波数域に対して、周波数域許容値１を超えて共振周波数域が変動した場合に、カップリング６２の応答性の変化が許容値を越えた状態、すなわち、回転駆動系の劣化を定量的に判定することができる。また、同一の装置の流量制御弁において、出荷前の試運転等で上記のスプール固有共振周波数域を同条件で確認することにより、部品公差や組立公差による、流量制御弁の回転駆動系の機差も定量的に把握することができる。これを出荷時の検査項目に加え、所定の許容範囲を出荷基準とすることで、同一の装置間での流量制御弁の制御性の機差を所定範囲内に抑制することができる。尚、説明を簡単にするため、図７において、共振周波数域（実線／周波数ｆｙ１〜ｆｙ２）が、カップリング６２の応答性の変化により、点線Ａで示すように、Δ（デルタ）ｆだけ小さくなる方向に変動するものとしたが、大きくなる方向に変動する場合もある。

尚、実施例１の回転駆動系劣化補正工程（図５／７）では、スプール固有共振周波数域に対して、共振周波数域が周波数許容値２を超えて変動した場合に、サーボモータの帯域除去フィルタの設定除去周波数帯を、スプール共振周波数域設定工程で設定される共振周波数域と同じ周波数範囲に再設定させるものとした。しかしながら、スプール固有共振周波数域、あるいは、周波数許容値２に依らず、スプール共振周波数域設定工程において、共振周波数域が設定される都度、サーボモータの帯域除去フィルタの設定除去周波数帯を、設定される共振周波数域と同じ周波数範囲に再設定させる形態であっても良い。

次に、図８を参照しながら、本発明の実施例２に係る、流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法を説明する。本実施の形態においても、図１乃至図４を用いて説明した、一般的な横型ダイカストマシン及び同ダイカストマシンを使用するアルミニウム製品の鋳造方法に基づいて、同ダイカストマシンに使用される流量制御弁１６を前提とする。実施例２が実施例１と異なる点は、スプール原点設定工程とスプール移動トルク確認工程とを更に含み、回転駆動劣化判定工程（６）における警報指令を、警報１、警報２及び警報３とに区別して発信させる点である。それ以外の点については実施例１と基本的に同じため、同じ構成については、実施例１と同じ符号を使用すると共に、重複する説明は割愛する。

スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系において、カップリング６２よりも耐久性に優れている回転摺動部（ボールねじナット５６、ボールねじ軸５７、軸受け５８）や直線摺動部（ガイドブッシュ５３）であっても、長期的な使用による磨耗や、これらの取り付け精度及び全体としての組み立て精度に起因する偏磨耗等の発生により、回転摺動や直線摺動の精度が低下する（劣化する）虞があることは先に説明したとおりである。このような回転摺動部及び直線摺動部の摺動の精度低下によっても個々の固有振動数が変化し、回転速度や回転加速度が変化する際の回転駆動系の共振周波数域に影響を与える。そのため、回転駆動劣化判定工程（６）における周波数許容値１の設定により、このような回転摺動部及び直線摺動部の摺動の精度低下を定量的に判定しても良い。

しかしながら、回転駆動劣化判定工程（６）において、仮に、カップリング６２の劣化判定用の周波数許容値１が、カップリング６２以外の回転摺動部や直線摺動部における摺動の精度低下判定用の周波数許容値１よりも小さい値だとする。この場合、前者を判定するための小さな周波数許容値１を設定することで、前者を判定することができても後者の可能性が含まれる。逆に、後者を判定するための大きな周波数許容値１を設定することで、後者を判定することができても前者の可能性が含まれる。また、前者及び後者それぞれの周波数許容値１の範囲を設定したとしても、それぞれの周波数許容値１の範囲に重複部分があれば、前者及び後者の判定を区別して行うことは困難である。すなわち、流量制御弁１６における流量制御が不安定になる傾向や不安定になった状態を、回転駆動系の共振周波数域の変動により定量的に判定することが可能であっても、その変動が、前者のカップリング６２の劣化によるものか、後者の、カップリング６２以外の劣化によるものなのかを定量的に判定（区別）することが難しい。

一方、カップリング６２の応答性の変化による共振周波数域の変動を、その変化の初期段階から定量的に把握するために、回転駆動劣化判定工程（６）における周波数許容値１を小さく設定することが好ましいことは先に説明したとおりである。そこで、実施例２においては、前者の、カップリング６２の劣化を共振周波数域の変動（周波数許容値１）により判定する。そして、後者の、カップリング６２以外の回転摺動部や直線摺動部の劣化（摺動の精度低下）は、回転駆動系の共振周波数域の変動では判定しない。その代わり、これらの劣化を、スプール３５に流体力が作用していないか、作用しているとしても、それがサーボモータ３３の定格トルクに対して十分に小さい状態において、スプール３５を所定位置から所定距離移動させる際の、サーボモータ３２の回転トルクの変動で確認する（図８／１０スプール移動トルク確認工程）。この工程を含めることにより、流量制御弁１６における流量制御が不安定になった場合、それがカップリング６２の劣化によるものなのか、カップリング６２以外の劣化によるものなのかを定量的に判定して、後者よりも発生頻度が高いと思われる前者の、カップリング６２の劣化の判定をより明確に行うものである。

このスプール移動トルク確認工程（１０）のために、まず、スプール３５を流量制御弁１６の閉塞側及び開放側のいずれか一方の機械的移動限まで移動させる（図８／９スプール原点設定工程）。本発明の前提としている流量制御弁１６では、スプール３５の閉塞位置（スプール閉塞位置）や開度を制御する上で、スプール３５の基準位置を明確にする必要がある。このスプール原点設定工程（９）は、このような制御上のスプール３５の基準位置を明確にするための工程であって、実施例３における特別な工程ではなく、本発明の前提としている流量制御弁１６には必須の工程である。

そのため、スプール原点設定工程（９）が行われ、その都度、検知されたスプール３５の位置が、スプール３５の原点位置として設定される。スプール３５の原点位置の設定であるため、サーボモータ３３の回転角度（回転量）及びボールネジ機構の仕様（リード／ボールねじ軸１回転に対する、ボールねじナットのボールねじ軸に対する軸方向の相対移動距離）によるスプール３５の位置制御や位置検出は使用できない。そこで、スプール３５に流体力が作用していないか、作用しているとしても、それがサーボモータ３３の定格トルクに対して十分に小さい状態においてスプール原点設定工程（９）を行わせると、スプール３５がメカストッパー等の機械的移動限に到達した時点で、スプール３５は物理的にそれ以上移動できなくなりサーボモータ３３の回転トルクが急激に増加するため、スプール３５の機械的移動限への到達検知が容易である。

実施例２においては、鋳造サイクルが終了する度、射出シリンダ１０のピストン１２を射出完了位置から射出開始位置まで後退（図３の左側）させるために、圧油供給装置接続ポート４３を全開にする側（図１の右側）の前進側端面３０ｄ（図２／機械的移動限）へスプール３５を移動させる。このスプール３５を移動させる際にスプール原点設定工程（９）を鋳造サイクル毎に行わせる。このスプール３５の移動は、射出充填工程後の製品取出工程や、型開き状態の金型キャビティ面に離型剤を塗布するためのスプレー工程等が行われるため時間的な制約が少なく、また、ピストン１２へも後退動作時の摺動抵抗以外の外力が作用しておらず、流量制御弁１６内を流動させる圧油に高い圧力は必要ない状態、すなわち、スプール３５に流体力が作用していないか、作用しているとしても、それがサーボモータ３３の定格トルクに対して十分に小さい状態である。

そして、スプール原点設定工程（９）により原点位置に移動させたスプール３５を、図１に示すスプール閉塞位置まで移動させると共に、該移動中に生じる、スプール３５の位置に対応するサーボモータ３３の回転トルクを計測させる（図８／１０スプール移動トルク確認工程）。スプール移動トルク確認工程（１０）中も、スプール３５に流体力が作用していないか、作用しているとしても、それがサーボモータ３３の定格トルクに対して十分に小さい状態である。

そのため、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系の、回転摺動部や直線摺動部における摺動の精度低下が発生していない状態において、スプール３５の移動を低速度での速度制御下で行わせた場合、スプール３５が原点位置からスプール閉塞位置まで移動する間、サーボモータ３３に発生する回転トルクは、スプール３５の位置に対応して、移動開始時に滑らかに上昇した後、低い数値が略一定に維持され、機械構造上回避し得ない微少な変動以外、明確な回転トルクの変動は生じない。これを図９のグラフに示す。

図９のグラフは、横軸がスプール３５の移動距離Ｌ、縦軸がサーボモータ３３に生じる回転トルクＴである。スプール３５の原点位置を基準としているため、横軸の原点Ｌｘがスプール３５の原点位置、Ｌ０（ゼロ）がスプール３５のスプール閉塞位置である。また、縦軸のＴｘがスプール３５の原点位置到達検知値（サーボモータ３３の回転トルク）、あるいは、移動開始時にサーボモータ３３に発生する回転トルクである。サーボモータ３３に発生する回転トルク（実線）は、スプール閉塞位置への移動開始時にＴｘから滑らかに上昇した後、略一定の回転トルクＴ０（ゼロ）に維持され、スプール３５のスプール閉塞位置Ｌ０への到達をもって、所定回転トルクでの位置保持制御に移行される。尚、図９のグラフ（実線）では、機械構造上回避し得ない微少な回転トルクの変動は無視している。

しかしながら、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系の、回転摺動部や直線摺動部における摺動の精度低下が発生した状態では、機械構造上回避し得ない微少な回転トルクの変動を超える回転トルクの変動が発生する。そこで、スプール移動トルク確認工程（１０）において、流量制御弁１６の劣化判定基準として、予め確認・設定させた、スプール３５の位置に対応するスプール固有移動トルクに対して、同回転トルクが移動トルク許容値を越えて変動したか否かを判定させる。

例えば、サーボモータ３３に発生する回転トルクＴに関して、図９のグラフの実線が、予め確認・設定させた、スプール３５の位置に対応するスプール固有移動トルクであって、これに対して、スプール３５の位置に対応して均等にΔ（デルタ）Ｔだけ大きな回転トルクを、スプール３５の位置に対応する移動トルク許容値（一点鎖線）として設定したものとする。この設定下において、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系の、回転摺動部や直線摺動部における摺動の精度低下に起因して、点線Ｂや点線Ｃで示すような回転トルクの変動が移動トルク許容値（一点鎖線）を越えた場合、サーボモータ３３の、スプール３５の位置に対応する回転トルクが、同じくスプール３５の位置に対応するスプール固有移動トルクに対して、移動トルク許容値を越えて変動したと判定する。実施例３では、この判定を、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系の、回転摺動部や直線摺動部の摺動精度の低下、すなわち、カップリング６２以外の劣化と判定して、警報指令（警報２）を発信させるものである。

先に説明したように、スプール移動トルク確認工程（１０）においては、サーボモータ３３に発生する回転トルクが、流量制御中に発生する回転トルクに対して低いため、予め確認・設定させた、スプール３５の位置に対応するスプール固有移動トルクに対して、機械構造上回避し得ない微少な回転トルクの変動を超える程度の移動トルク許容値の好適な設定により、回転駆動系の共振周波数域の変動（周波数域許容値１）とは独立して、このような回転摺動部及び直線摺動部の摺動の精度低下を定量的に判定することができる。

更に、実施例２においては、回転駆動系劣化判定工程（６）における警報指令を、スプール固有共振周波数に対して、共振周波数域が周波数域許容値１を超えて変動した警報１と、回転トルクがスプール固有移動トルクに対して、移動トルク許容値を超えて変動した警報２と、警報１及び警報２が共に発信された警報３と、を区別して発信させる。

これは、回転駆動系劣化判定工程（６）における警報指令を、カップリング６２の劣化の可能性が高い警報１、カップリング６２以外の劣化の可能性が高い警報２、そして、警報１及び警報２が共に発信された警報３として、それぞれの前提に基づいて区別して発信させることにより、ダイカストマシンのオペレータにその後の対応選択を絞り込むための情報を提供するものである。実施例１と同様に、警報１発信時の変動Δｆや、警報２発信時の、移動トルク許容値を超えた回転トルクが、オペレータにわかるように操作盤のタッチパネル等にメッセージと共に数値表示及び記録されることが好ましい。

例えば、警報１が発信された場合、オペレータは実施例１と同様な対応を選択することができる。また、ここでカップリング６２の劣化が発生していなければ、オペレータは、周波数域許容値１の見直しや、カップリング６２以外の回転摺動部や直線摺動部の点検を選択することができる。ここで劣化が確認されなければ、オペレータは、更に、移動トルク許容値の見直しや、劣化が確認されれば、該当摺動部のメンテナンスや交換を選択することができる。一方、警報２が発信された場合は、オペレータはこの逆の対応を選択すれば良い。警報３が発信された場合は、警報１や警報２発信時の対応に準じて、オペレータはスプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系全体を入念に点検すれば良い。

このように、回転駆動系劣化判定工程（６）における警報指令を、警報１、２及び３と区別して発信させても、カップリング６２の劣化と、カップリング６２以外の劣化とを確実に区別して判定することは難しい。しかしながら、警報１における周波数域許容値１と、警報２における移動トルク許容値とが、直接的な関連性がない独立した判定基準であるため、警報１発信時の共振周波数域の変動のデータ、及び、警報２発信時の回転トルクの変動のデータが蓄積されれば、周波数域許容値１及び移動トルク許容値のより好適な設定により、警報１及び警報２の信頼性を向上させることができる。当然ながら警報３の信頼性も向上する。また、蓄積された警報１発信時の共振周波数域の変動のデータや、警報２発信時の回転トルクの変動のデータを分析することにより、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系の劣化部位を、更に絞り込むことも可能である。その結果、警報指令発信時に、オペレータが好適な対応を選択することができる。

ここで、実施例２における、流量制御弁１６の劣化判定基準として、予め確認・設定されるスプール固有移動トルクは、流量制御弁１６の使用を開始してから、流量制御が安定して行われることが確認された初期段階において、これまで説明したスプール原点設定工程（９）、及び、スプール移動トルク確認工程（１０）を行わせ、同スプール移動トルク確認工程（１０）により計測させた、スプール３５の位置に対応するサーボモータ３３の回転トルクを、予め設定させれば良い。また、この時、これら一連の工程を複数回行わせて、スプール３５の位置に対応する各回転トルクの平均値を設定させても良い。

スプール固有移動トルクを上記のように設定することにより、万一、流量制御弁１６の回転駆動系の取り付け精度及び全体としての組み立て精度に、機差等のバラツキがあったとしても、そのバラツキを含んだ状態で、スプール固有移動トルクとして設定されるため、スプール固有移動トルクに対して、移動トルク許容値を超えて回転トルクが変動した場合に、カップリング６２以外の回転摺動部や直線摺動部の摺動精度の低下が許容値を越えた状態、すなわち、回転駆動系の劣化を定量的に判定することができる。また、実施例１のスプール固有共振周波数域と同様に、同一の装置の流量制御弁において、出荷前の試運転等で上記のスプール固有移動トルクを同条件で確認することにより、部品公差や組立公差による、流量制御弁の回転駆動系の機差も定量的に把握することができる。これを出荷時の検査項目に加え、所定の許容範囲を出荷基準とすることで、同一の装置間での流量制御弁の制御性の機差を所定範囲内に抑制することができる。

尚、図９のグラフにおいて、横軸をスプール３５の移動距離Ｌとしたが、平行して、スプール３５が原点位置Ｌｘからスプール閉塞位置Ｌ０まで移動する間の時間を横軸として、サーボモータ３３の回転トルクＴの変動を計測させても良い。スプール移動トルク確認工程（１０）において、点線Ｂや点線Ｃで示すような回転トルクの変動が移動トルク許容値（一点鎖線）を越えた場合、図９のグラフにおけるそのスプール３５の位置と、越えた時間は、同グラフ上で略一致するはずであるが、これらの離間が著しい場合は、カップリング６２の応答性の変化（悪化）による可能性がある。このようなデータも、警報１及び警報２の警報指令発信に取り込んでも良い。

また、図９のグラフにおいて、スプール３５の位置に対応するスプール固有移動トルク（実線）に対して、スプール３５の位置に対応して均等にΔ（デルタ）大きな回転トルクを、スプール３５の位置に対応する移動トルク許容値（一点鎖線）として設定した。しかしながら、必ずしも、スプール３５の移動範囲（ＬｘからＬ０）全域で、このような、スプール固有移動トルク（実線）に対する均等な移動トルク許容値（一点鎖線）を設定する必要はない。例えば、スプール３５及びサーボモータ３３の回転軸間の回転駆動系の、回転摺動部や直線摺動部における摺動の精度低下の発生傾向が不明な初期段階では、このような均等な移動トルク許容値を設定し、その後、図９の点線Ｂや点線Ｃで示すような回転トルクの変動や、同変動に起因する摺動の精度低下の発生傾向が把握された時点で、同発生傾向に準じて、スプール固有移動トルク（実線）に対する、スプール３５の位置に応じて異なる移動トルク許容値を設定しても良い。

以上、発明を実施するための形態について、実施例１及び実施例２を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された内容を逸脱しない範囲で、色々な形で実施できることは言うまでもない。

１６流量制御弁、３０弁本体、３１運動変換機構、３２カップリング装置、３３サーボモータ、３５スプール（弁体）、５６ボールねじナット、５７ボールねじ軸、６２カップリング

Claims

回転運動を直線運動に変換する運動変換機構を介して、弁本体内に配置されたスプールをサーボモータにより任意の位置に移動、あるいは位置保持させて、前記弁本体内を流動させる流体の流量を制御させる流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法であって、
前記流量制御弁を閉塞状態とするスプール閉塞位置に前記スプールを移動させるスプール加振準備工程と、
所定範囲内の周波数を指定して、前記スプールを、前記スプール閉塞位置を基準として所定距離、往復移動させる指令信号を、前記周波数を所定時間毎にステップ状に増加させて、前記サーボモータに対して繰り返し発信させることにより、前記スプールを前記スプール閉塞位置基準で加振させるスプール加振工程と、
前記スプール加振工程において、各前記指令信号に応答した前記サーボモータによる前記スプールの、前記スプール閉塞位置からの移動距離を、前記スプールの振幅量として計測・記録させて、時系列に対応する前記スプールの振幅量を示す、スプール時間・振幅量データを作成させるスプール時間・振幅量データ作成工程と、
前記スプール加振工程の完了後、前記スプール時間・振幅量データを、前記所定範囲の周波数系列に対応する前記振幅量を示す、スプール周波数・振幅量データに変換させるスプール周波数・振幅量データ変換工程と、
前記スプール周波数・振幅量データにおいて、前記周波数の増加に伴って漸次減少していた前記振幅量が、振幅量変動許容値を超えて増加に転じ、その後減少に転ずる、前記振幅量が突出して増加する範囲の前記周波数の範囲を共振周波数域として設定させるスプール共振周波数域設定工程と、
前記流量制御弁の劣化判定基準として、予め確認・設定させたスプール固有共振周波数域に対して、前記共振周波数域が周波数域許容値１を越えて変動した場合に、警報指令を発信させる回転駆動系劣化判定工程と、
を有する流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法。
前記回転駆動系劣化判定工程において、前記スプール固有共振周波数域に対して、前記共振周波数域が周波数域許容値２を越えて変動した場合に、前記サーボモータの帯域除去フィルタの設定除去周波数帯を、前記共振周波数域に再設定させる、回転駆動系劣化補正工程を更に含む、請求項１に記載の流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法。
前記スプールを前記流量制御弁の閉塞側及び開放側のいずれか一方の機械的移動限まで移動させて、前記スプールの原点位置を設定させるスプール原点設定工程と、
前記スプール原点設定工程により前記原点位置に移動させた前記スプールを前記スプール閉塞位置まで移動させると共に、該移動中に生じる、前記スプールの位置に対応する前記サーボモータの回転トルクを計測させて、前記流量制御弁の劣化判定基準として、予め確認・設定させた、前記スプールの位置に対応するスプール固有移動トルクに対して、前記回転トルクが移動トルク許容値を越えて変動したか否かを判定させる、スプール移動トルク確認工程と、を更に含み、
前記回転駆動系劣化判定工程における前記警報指令を、
前記スプール固有共振周波数域に対して、前記共振周波数域が前記周波数域許容値１を越えて変動した警報１と、
前記回転トルクが、前記スプール固有移動トルクに対して、前記移動トルク許容値を越えて変動した警報２と、
前記警報１及び前記警報２が共に発信された警報３と、
を区別して発信させる、請求項１又は請求項２に記載の流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法。
前記流量制御弁の使用を開始してから、流量制御が安定して行われることが確認された初期段階において、前記スプール加振準備工程、前記スプール加振工程、前記スプール時間・振幅量データ作成工程、及び、前記スプール周波数・振幅量データ変換工程を行わせ、前記スプール共振周波数域設定工程により設定させた前記共振周波数域を、前記スプール固有共振周波数域として予め設定させる、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法。
前記流量制御弁の使用を開始してから、流量制御が安定して行われることが確認された初期段階において、前記スプール原点設定工程及びスプール移動トルク確認工程により計測させた、前記スプールの位置に対応する前記サーボモータの前記回転トルクを、前記スプールの位置に対応する前記スプール固有移動トルクとして予め設定させる、請求項３に記載の流量制御弁の回転駆動系の劣化判定方法。