(57)【要約】【課題】モータの保護機能およびサイクルタイムだけでなく、モータの性能劣化を考慮した条件で動作することができる産業機械を提供する。【解決手段】本実施形態による産業機械は、一連の動作を繰り返し実行可能な産業機械であって、一連の動作を実行するために用いられる駆動部と、過去の一連の動作における駆動部の負荷率および過去の一連の動作における駆動部のサイクルタイムに基づいて、駆動部の負荷率を目標負荷率にしたときの駆動部の推定サイクルタイムを算出する演算部とを備えている。【選択図】図４
2016221709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の動作を繰り返し実行可能な産業機械であって、
前記一連の動作を実行するために用いられる駆動部と、
過去の一連の動作における前記駆動部の負荷率および前記過去の一連の動作における前記駆動部のサイクルタイムに基づいて、前記駆動部の負荷率を目標負荷率にしたときの前記駆動部の推定サイクルタイムを算出する演算部とを備えた産業機械。
【請求項２】
前記目標負荷率および前記推定サイクルタイムを表示する表示部をさらに備えた請求項１に記載の産業機械。
【請求項３】
前記演算部は、前記過去の一連の動作における前記駆動部の負荷率と前記目標負荷率との比率に、前記過去の一連の動作における前記駆動部のサイクルタイムを掛け算することによって前記推定サイクルタイムを算出する、請求項１または請求項２に記載の産業機械。
【請求項４】
前記駆動部による前記一連の動作の実行条件を入力可能な入力部をさらに備えた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の産業機械。
【請求項５】
前記一連の動作は、射出成形動作であり、射出工程、押出工程、型締工程、型開工程、計量工程を含み、
前記一連の動作の実行条件は、前記射出工程、前記押出工程、前記型締工程、前記型開工程、前記計量工程のいずれかにおける前記駆動部の動作速度または停止時間を含む、請求項４に記載の産業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、産業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機や工作機械等の産業機械は、様々な作業を行うためにモータを備える。産業機械は、モータの負荷電流から発熱量を推定し、そのモータの負荷率を算出している。産業機械は、モータの負荷率を用いてそのモータを保護する保護機能を有する場合がある。例えば、モータの負荷率が所定値（例えば、１００％）を超えた場合に、産業機械は、モータの駆動を停止させる。
【０００３】
しかし、このような保護機能が頻繁に働くと、サイクルタイムが長期化し、生産性が悪化する。従って、従来の産業機械では、このような保護機能が働かない程度尚且つサイクルタイムをできるだけ短くするような高負荷率（例えば、９０％）でモータを駆動させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１５５０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータは、高い負荷率で駆動すると、性能（例えば、永久磁石の磁力）が著しく劣化する。しかし、従来の産業機械は、モータの性能の劣化を考慮すること無く、保護機能とサイクルタイムとの関係に基づき、できるだけ高い負荷率でモータを駆動させていた。従って、従来の産業機械では、モータの性能が著しく低下する場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、モータの保護機能およびサイクルタイムだけでなく、モータの性能劣化を考慮した条件で動作することができる産業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態による産業機械は、一連の動作を繰り返し実行可能な産業機械であって、一連の動作を実行するために用いられる駆動部と、過去の一連の動作における駆動部の負荷率および過去の一連の動作における駆動部のサイクルタイムに基づいて、駆動部の負荷率を目標負荷率にしたときの駆動部の推定サイクルタイムを算出する演算部とを備えている。
【０００８】
産業機械は、目標負荷率および推定サイクルタイムを表示する表示部をさらに備えてもよい。
【０００９】
演算部は、過去の一連の動作における駆動部の負荷率と目標負荷率との比率に、過去の一連の動作における駆動部のサイクルタイムを掛け算することによって推定サイクルタイムを算出する。
【００１０】
産業機械は、駆動部による一連の動作の実行条件を入力可能な入力部をさらに備えてもよい。
【００１１】
一連の動作は、射出成形動作であり、射出工程、押出工程、型締工程、型開工程、計量工程を含み、一連の動作の実行条件は、射出工程、押出工程、型締工程、型開工程、計量工程のいずれかにおける駆動部の動作速度または停止時間を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に従った射出成形機１の構成例を示すブロック図。
【図２】制御部８の構成の一例を示す図。
【図３】産業機械１の或るサイクル動作の一例を示すフロー図。
【図４】ＨＭＩ／Ｆ６０の表示部１００の画面の一例を示す図。
【図５】モータに用いられる永久磁石の磁束とモータに駆動時間との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に従った射出成形機１の構成例を示すブロック図である。産業機械１は、射出成形機の他、例えば、工作機械、ダイカストマシン、押出成形機等でもよい。産業機械１は、一連の動作（サイクル動作ともいう）を繰り返し実行可能な機械であり、その一連のサイクル動作を実行する時間をサイクルタイムという。例えば、射出成形機は、成形品を１回形成する動作をサイクル動作とすると、サイクルタイムは、その成形品を１回形成する時間を意味する。尚、サイクル動作に含まれる複数の工程のサイクルタイムと区別するために、一回のサイクル動作のサイクルタイムを、以下、“総サイクルタイム”と呼び、各工程のサイクルタイムを、以下、“工程サイクルタイム”と呼ぶ。総サイクルタイムおよび工程サイクルタイムをまとめてサイクルタイムと呼ぶ場合もある。
【００１５】
産業機械としての射出成形機１は、フレーム２と、固定盤３と、移動盤４と、タイバー５と、型締駆動機構６と、射出装置７と、制御部８と、押出機構９と、ヒューマン・マシン・インタフェース６０とを備えている。
【００１６】
フレーム２は、射出成形機１の土台である。固定盤３は、フレーム２上に固定されている。固定盤３には、固定金型１１が取り付けられる。タイバー５の一端は、固定盤３に固定されており、その他端は、支持盤１０に固定されている。タイバー５は、固定盤３から移動盤４を通過して支持盤１０まで延びている。
【００１７】
移動盤４は、フレーム２に設けられたリニアガイド（図示せず）上に載置されている。移動盤４は、タイバー５またはリニアガイドに案内され、固定盤３に接近しあるいは固定盤３から離れるように移動することができる。移動盤４には、移動金型１２が取り付けられる。移動金型１２は、固定金型１１に対向しており、移動盤４とともに固定金型１１へ接近し、固定金型１１に組み合わされる。移動金型１２と固定金型１１とが組み合わされ型閉めされることによって、移動金型１２と固定金型１１との間に製品形状に対応した空間が形成される。
【００１８】
型締駆動機構６は、トグル機構１３と、トグル機構駆動部１４とを備えている。トグル機構駆動部１４は、トグル機構１３を駆動するために、型締サーボモータ２１と、ボールねじ２２と、伝達機構２３とを備えている。ボールねじ２２の先端部には、クロスヘッド１５が取り付けられている。ボールねじ２２が回転することで、クロスヘッド１５が移動盤４に接近し、あるいは、移動盤４から離れるように移動する。伝達機構２３は、型締サーボモータ２１の回転をボールねじ２２に伝達し、クロスヘッド１５を移動させる。
【００１９】
トグル機構駆動部１４がクロスヘッド１５を移動させると、トグル機構１３が作動する。例えば、クロスヘッド１５が移動盤４へ向かって移動すると、移動盤４が固定盤３に向かって移動し、型閉が行われる。逆に、クロスヘッド１５が移動盤４から離れる方向に移動すると、移動盤４が固定盤３から離れる方向に移動し、型開が行われる。
【００２０】
押出機構９は、成形後の製品を移動金型１２から取り外すために、押出サーボモータ７１と、ボールねじ７２と、伝達機構７３とを備えている。ボールねじ７２の先端部は、移動金型１２の内面に貫通している。ボールねじ７２が回転することによって、ボールねじ７２が移動金型１２の内面に付着した製品を押し出す。伝達機構７３は、押出サーボモータ７１の回転をボールねじ７２に伝達し、ボールねじ７２を図１の左右方向に移動させる。
【００２１】
射出装置７は、加熱バレル（バンドヒータ）４１と、スクリュ４２と、計量部４３と、射出装置駆動部４４とを備えている。加熱バレル４１は、溶融材料を金型内に注入するノズル４１ａを備えるとともに、ホッパ４５に接続されている。スクリュ４２は、加熱バレル４１の内部で移動可能に設けられている。
【００２２】
計量部４３は、計量サーボモータ４６と、計量サーボモータ４６の回転をスクリュ４２に伝える伝達機構４７とを有する。計量サーボモータ４６が駆動され、加熱バレル４１内でスクリュ４２が回転されると、成形材料の樹脂がホッパ４５から加熱バレル４１内に導入される。導入された樹脂は、加熱されかつ混練されながら加熱バレル４１の先端側に送られる。樹脂は、溶融されて加熱バレル４１の先端部分に貯えられる。成形材料は樹脂に限定されることはなく、金属、ガラス、ゴム、炭素繊維を含む炭化化合物など成形材料として用いることができるものであればよい。
【００２３】
射出装置駆動部４４は、射出サーボモータ５１と、ボールねじ５２と、伝達機構５３とを有する。ボールねじ５２が回転することで、加熱バレル４１内でスクリュ４２が図１の左右方向に移動する。伝達機構５３は、射出サーボモータ５１の回転をボールねじ５２に伝達する。これにより、射出サーボモータ５１が回転すると、スクリュ４２が移動する。スクリュ４２が加熱バレル４１の先端部分に貯えられた成形材料をノズル４１ａから押し出すことによって、成形材料がノズル４１ａから射出される。このように、モータ２１、４６、５１、７１は、各サイクル動作を実行するために用いられる駆動部として機能する。
【００２４】
ヒューマン・マシン・インタフェース（ＨＭＩ／Ｆ）６０は、射出成形機１に関する様々な情報を表示する。ＨＭＩ／Ｆ６０は、例えば、表示部およびキーボードを備えてもよく、あるいは、タッチパネル式ディスプレイであってもよい。ユーザは、ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて、射出成形機１の動作に関する指令等の設定を入力することができる。例えば、ユーザは、射出工程における射出速度（スクリュ４２の回転速度）、押出工程における停止時間、型締工程および型開工程における移動金型１２の速度、計量工程における計量速度（スクリュ４２の回転速度）等をＨＭＩ／Ｆ６０で入力する。また、ユーザは、モータ２１、４６、５１、７１のそれぞれの目標負荷率をＨＭＩ／Ｆ６０で入力してもよい。負荷率とは、モータの定格電力（Ｐ０）または定格電流（Ｉ０）と実際にモータに供給した電力（Ｐ１）または実際にモータに供給した電流（Ｉ１）との比率（Ｐ１／Ｐ０またはＩ１／Ｉ０）を示す。負荷率が１００％である場合、Ｐ１＝Ｐ０あるいはＩ１＝Ｉ０となる。目標負荷率については後述する。
【００２５】
制御部８は、射出工程中に各種センサ（図示せず）から受け取るセンサ情報を監視し、そのセンサ情報から得られた数値が予め設定された閾値を超えないように射出装置７を制御する。また、制御部８は、ＨＭＩ／Ｆ６０を通じて、ユーザの指令を受けて必要なデータを表示部に表示させる。
【００２６】
図２は、制御部８の構成の一例を示す図である。制御部８は、演算処理部６１と、設定部６２と、記憶部６３と、射出装置制御部６４と、入出力部６５とを含む。
【００２７】
演算処理部６１は、圧力センサや温度センサ等の各種センサから得られた検出値と設定部６２に格納された設定値とを比較しながら、型締力、加熱バレル４１の温度、射出圧力を制御する。また、演算処理部６１は、制御部８の各構成要素の制御も行う。
【００２８】
設定部６２は、ＨＭＩ／Ｆ６０を介して入力された情報を格納する。例えば、設定部６２は、ユーザから入力された最大射出圧力の設定値、型締力の設定値、動作モードの設定、目標負荷率等に関する情報を格納する。
【００２９】
記憶部６３は、射出成形機１を動作させるためのプログラム、上記設定値、各種センサから得られた検出値等の情報を格納する。また、記憶部６３は、過去に実行された１または複数のサイクル動作の各工程におけるモータ２１、４６、５１、７１の負荷率、および、各工程における工程サイクルタイムを格納する。例えば、射出成形の１つのサイクル動作は、型締工程、射出工程、押出工程、計量工程を含むものとする。この場合、記憶部６３は、過去に実行された或るサイクル動作のそれぞれの工程におけるモータ２１、４６、５１、７１の負荷率（負荷率の平均）、および、それぞれの工程サイクルタイムを関連付けて格納する。例えば、記憶部６３は、過去に実行された型締工程における型締サーボモータ２１の負荷率、および、その型締工程の工程サイクルタイムを関連付けて格納する。記憶部６３は、過去に実行された射出工程における射出サーボモータ５１の負荷率、および、その射出工程の工程サイクルタイムを関連付けて格納する。記憶部６３は、過去に実行された押出工程における押出サーボモータ７１の負荷率、および、その押出工程の工程サイクルタイムを関連付けて格納する。記憶部６３は、過去に実行された計量工程における計量サーボモータ４６の負荷率、および、その計量工程の工程サイクルタイムを関連付けて格納する。関連付けは、その工程が実行された日時等を用いて、他のサイクル動作や他の工程と区別可能にすればよい。
【００３０】
記憶部６３は、過去の１つのサイクル動作（あるいは各サイクル動作）における各工程のモータの負荷率および工程サイクルタイムを格納してもよい。しかし、記憶部６３は、過去の複数のサイクル動作における各工程のモータ負荷率の平均および各工程の工程サイクルタイムのそれぞれの平均を格納してもよい。
【００３１】
過去のサイクル動作のモータ負荷率、工程サイクルタイムおよび／または総サイクルタイムは、ＨＭＩ／Ｆ６０の表示部１００に表示される。ユーザは、ＨＭＩ／Ｆ６０において過去のサイクル動作のモータ負荷率、工程サイクルタイムおよび／または総サイクルタイムを参照することができる。表示部１００の画面の表示については図４、図５を参照して後で説明する。
【００３２】
射出装置制御部６４は、射出サーボモータ５１の駆動を制御する。射出装置制御部６４は、例えば射出サーボモータ５１の駆動を制御することで、射出装置７の射出圧力を制御する。
【００３３】
入出力部６５は、外部からの情報を制御部８へ取り込み、あるいは、制御部８の情報を外部へ出力するように構成されている。入出力部６５は、他の端末と有線または無線で通信可能に接続され得る。
【００３４】
図３は、産業機械１の或るサイクル動作の一例を示すフロー図である。まず、産業機械１は、最初のサイクル動作において、予め設定された、あるいは、ユーザによって設定された初期条件に従って動作する。例えば、射出速度、押出工程における停止時間、型締工程および型開工程における移動金型１２の速度、計量工程における計量速度等の初期条件は、産業機械１の設置時に予め設定された条件でもよく、あるいは、産業機械１の設置後にユーザによって入力された条件であってもよい。産業機械１は、この初期条件に従って最初のサイクル動作を実行する（Ｓ１０）。
【００３５】
このとき、制御部８は、サイクル動作の各工程におけるモータ２１、４６、５１、７１の負荷率の平均、および、各工程サイクルタイムをそれぞれ関連付けて記憶部６３に格納する（Ｓ２０）。初期条件で実行されるサイクル動作は、１回または複数回でよい。複数のサイクル動作を初期条件で実行した場合、制御部８は、複数のサイクル動作の各工程のそれぞれにおけるモータ負荷率の平均、および、複数のサイクル動作の各工程のそれぞれにおける工程サイクルタイムの平均を記憶部６３に格納すればよい。
【００３６】
次に、制御部８は、初期条件に従って実行したサイクル動作におけるモータの負荷率を、ＨＭＩ／Ｆ６０に表示する。
【００３７】
例えば、図４は、ＨＭＩ／Ｆ６０の表示部１００の画面の一例を示す図である。表示部１００の左側には、初期条件に従って実行したサイクル動作におけるモータの負荷率が表示されている。即ち、過去のサイクル動作におけるモータの負荷率（負荷率の平均）が表示されている。さらに換言すると、モータの負荷率の履歴が表示されている。初期条件に従って実行した射出工程における負荷率の平均は、例えば、約９７％である。初期条件に従って実行した計量工程における負荷率の平均は、例えば、約６０％である。初期条件に従って実行した型締工程における負荷率の平均は、例えば、約８０％である。初期条件に従って実行した押出工程における負荷率の平均は、例えば、約３０％である。
【００３８】
尚、図４では図示していないが、表示部１００は、初期条件によるサイクル動作におけるモータの実際の負荷率だけでなく、実際の工程サイクルタイムおよび実際の総サイクルタイムも表示してよい。
【００３９】
次に、ユーザは、初期条件によるサイクル動作のモータの負荷率、工程サイクルタイムおよび／または総サイクルタイムを参照して、目標負荷率を入力する（Ｓ３０）。目標負荷率は、各工程における負荷率の目標値を意味する。例えば、射出工程において、初期条件によるモータ５１の負荷率（例えば、約９７％）が高すぎると判断する場合、ユーザは、初期条件によるモータ５１の負荷率よりも低い負荷率（例えば、９０％）を目標負荷率として設定し入力する。逆に、例えば、押出工程において、初期条件によるモータ７１の負荷率（例えば、約３０％）が低すぎると判断する場合、ユーザは、初期条件によるモータ７１の負荷率よりも高い負荷率（例えば、６０％）を目標負荷率として設定し入力する。その他の計量工程や型締工程についても、同様に、ユーザは、初期条件におけるモータ４６、２１の負荷率を参照して、目標負荷率を設定し入力する。
【００４０】
制御部８は、目標負荷率を設定部６２および／または記憶部６３を格納する。また、制御部８は、ＨＭＩ／Ｆ６０の表示部１００に目標負荷率を表示する。図４に目標負荷率を示す。
【００４１】
制御部８の演算処理部６１は、初期条件によるモータの負荷率とそれに対応する工程サイクルタイムおよび／または総サイクルタイムとに基づいて、モータの負荷率を目標負荷率にしたときの工程サイクルタイムおよび／または総サイクルタイムを算出する。表示部１００は、このように目標負荷率でサイクル動作を実行したときの工程サイクルタイムおよび／または総サイクルタイム（以下、推定工程サイクルタイム、推定総サイクルタイムともいう）も表示する。例えば、射出工程を目標負荷率９０％で実行した場合、推定工程サイクルタイムは、約１１０．８秒と算出される。押出工程を目標負荷率６０％で実行した場合、推定工程サイクルタイムは、約１４．２秒と算出される。
【００４２】
推定工程サイクルタイムは、初期条件によるモータの負荷率と目標負荷率との比率を初期条件による実際の工程サイクルタイムに掛け算することによって算出することができる。例えば、初期条件によるモータの負荷率が９７％であり、目標負荷率９０％である場合、推定工程サイクルタイムは、初期条件による工程サイクルタイムに９７／９０を掛け算することによって算出される。勿論、演算処理部６１は、他の計算式を用いて推定工程サイクルタイムを算出してもよい。推定総サイクルタイムは、サイクル動作の複数の工程のそれぞれの推定工程サイクルタイムを足し合わせることによって算出され得る。
【００４３】
制御部８は、推定工程サイクルタイムおよび／または推定総サイクルタイムを記憶部６３に格納する。また、制御部８は、ＨＭＩ／Ｆ６０の表示部１００に推定工程サイクルタイムおよび／または推定総サイクルタイムを表示する。図４の右側に推定工程サイクルタイムおよび推定総サイクルタイムを示す。これにより、ユーザは、目標負荷率に対する推定工程サイクルタイムおよび／または推定総サイクルタイムを確認することができる。ユーザは、推定工程サイクルタイムおよび／または推定総サイクルタイムを参照し、サイクル動作や或る工程に掛かる時間が長すぎる場合には、目標負荷率に余裕のある工程（例えば、計量工程および押出工程）の目標負荷率を上げる。また、ユーザは、目標負荷率を参照し、モータの負荷が高すぎると判断する場合、その工程（例えば、射出工程）の目標負荷率を下げる。このようにして、ユーザは、目標負荷率および総サイクルタイムのバランスを考慮して目標負荷率を設定することができる。
【００４４】
次に、ユーザは、目標負荷率および推定サイクルタイムを参照して、ＨＭＩ／Ｆ６０にサイクル動作の条件を入力する（Ｓ４０）。例えば、ユーザは、目標負荷率および推定工程サイクルタイムを参照して、射出工程における射出速度（スクリュ４２の回転速度）、押出工程における停止時間、型締工程および型開工程における移動金型１２の速度、計量工程における計量速度（スクリュ４２の回転速度）等を入力する。
【００４５】
次に、産業機械１は、新たに設定された条件に基づいてサイクル動作を実行する（Ｓ５０）。その後、制御部８は、ステップＳ２０〜Ｓ４０を繰り返す。勿論、制御部８は、複数のサイクル動作の実行後に、ステップＳ２０〜Ｓ４０を再度実行してもよい。これにより、産業機械１は、モータの負荷率およびサイクルタイム（工程サイクルタイムおよび／または総サイクルタイム）の両方を考慮した条件でサイクル動作を実行することができる。即ち、図５を参照して説明するように、産業機械１は、モータの劣化とサイクルタイムとのバランスを考慮した条件でサイクル動作を実行することができる。その後、ユーザは、必要に応じてサイクル動作を停止してよい。
【００４６】
図５は、モータ（２１、４６、５１、７１のいずれか）に用いられる永久磁石の磁束とモータに駆動時間との関係を示すグラフである。モータの永久磁石の磁束は、モータの駆動時間とともに低下していく。また、モータの永久磁石の磁束は、モータを高負荷率で長時間駆動させると急激に劣化する。即ち、モータは、モータの負荷率および対応する工程サイクルタイムによって劣化の度合いが変わる。例えば、モータを高負荷率で長時間駆動させると、図５に示すグラフの傾きは、急峻になる。従って、本実施形態による産業機械１は、モータの性能の維持と生産性とを考慮して、目標負荷率と工程サイクルタイムとに基づいた条件を設定可能とする。
【００４７】
また、モータの永久磁石の磁束は、モータが高温になることによっても低下する。従って、モータの負荷率および工程サイクルタイムに代えて、または、それらともに、モータの温度推定値を表示部１００に表示してもよい。ユーザは、温度推定値等を参照し、モータの温度が高すぎると判断する場合、その工程（例えば、射出工程）の条件を設定変更する。このように、モータの温度推定値に基づいて、各工程の条件を設定してもよい。このようにしても、産業機械１は、モータの劣化と工程サイクルタイムとのバランスを考慮した条件でサイクル動作を実行することができる。尚、温度推定値は、既知の方法で推定可能であり、例えば、モータの巻線抵抗、モータの巻線インダクタンス、モータの磁石特性、モータに供給する電力、モータの回転数等を考慮して計算することができる。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１…射出成形機、２…フレーム、３…固定盤、４…移動盤、５…タイバー、６…型締駆動機構、７…射出装置、８…制御部、９…押出機構、６０…ヒューマン・マシン・インタフェース、１００…表示部
【図１】
2016221709.tif 000003
【図２】
2016221709.tif 000004
【図３】
2016221709.tif 000005
【図４】
2016221709.tif 000006
【図５】
2016221709.tif 000007