技术领域
本发明涉及一种用于注射成型机等的压力产生装置。
背景技术：
注射成型机在其合模轴等上安装有通过马达进行压力控制的伺服系统。伺服冲压机等其他工业用机械中也安装有相同的伺服系统。这种工业用机械具备紧急停止功能，当发生任何异常时停止对马达的通电。
专利文献1：日本特开2004-351851号公报
专利文献2：日本特开平8-288325号公报
本发明人等对具备紧急停止功能的工业用机械进行了研究的结果，认识到以下问题。图1的(a)、(b)是示意地表示注射成型机的合模轴的图。注射成型机600具备合模装置612，并安装有模具装置643。模具装置643包括定模644及动模645。合模装置612具有合模伺服马达630和运动转换机构632。运动转换机构632将合模伺服马达630的旋转运动转换为直线运动并传递给动模645。
图1的(b)表示树脂成型时，即合模动作时的情况。合模动作时，马达630在其旋转实际上停止的状态下产生转矩，动模645以高压力被按压于定模644。通过该压力，支承定模644的框架646变形，并且储存弹性能量。
在图1的(b)的状态下，当紧急停止功能动作，并且合模伺服马达630的产生转矩急剧下降到零时，释放储存在框架646中的弹性能量。所释放的弹性能量转换为动模645的动能时，动模645可能扭曲(对应日文：暴れる)。如果动模645与动作端碰撞，则可能产生机械损坏并且降低可靠性。并且，即使动模645不与动作端碰撞，由于可能会产生不必要的振动，所以动模645的扭曲不为优选。同样的问题不限定于注射成型机，能够产生在其他压力产生装置中。另外，不应该将该问题理解为本领域技术人员的普遍认知。
技术实现要素：
本发明是鉴于相关课题而完成的，其一方式的示例性目的之一在于提供一种能够改善可靠性的压力产生装置。
本发明的方式涉及一种注射成型机。该注射成型机具备马达、将马达的旋转运动转换为动模的直线运动的运动转换机构及驱动马达的伺服驱动器。在合模动作或保压动作期间发生应该切断对马达的通电的停止事件时，伺服驱动器随着时间推移降低对马达的供给电力。
注射成型机还可以具备生成示出马达的旋转状态的输出的旋转传感器。伺服驱动器不依赖于旋转传感器的输出，而是随着时间推移降低对马达的供给电力。
由此，即使在旋转传感器发生异常的情况下，也能够安全地停止装置。
伺服驱动器可以保持停止事件发生时的驱动参数，并将所保持的驱动参数作为初始值而使驱动参数逐渐变化。伺服驱动器可以对马达进行PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)驱动。伺服驱动器可以保持停止事件发生时的占空比，将所保持的占空比作为初始值而使占空比逐渐变化。伺服驱动器保持停止事件发生时的电流指令值，并将所保持的电流指令值作为初始值而逐渐减小电流指令值。
通过这些控制，能够抑制发生停止事件之前和之后的马达的产生转矩的不连续，并且能够实现更安全的停止序列。
本发明的一方式涉及一种压力产生装置。压力产生装置具备压力产生机构、驱动压力产生机构的马达、及控制马达以使压力产生机构产生所希望的压力的伺服驱动器。当在马达的旋转实际上停止并产生转矩的状态下发生应该切断对马达的通电的停止事件时，伺服驱动器随着时间推移降低对马达的供给电力。
根据该方式，在停止事件发生之后，马达的转矩随着时间推移逐渐降低，因此停止事件发生之前存储在压力产生机构的能量被缓慢地释放。由此，能够抑制压力产生装置的可动部分的扭曲或振动，进而能够改善可靠性。
压力产生装置还可以具备生成示出马达的旋转状态的输出的旋转传感器。伺服驱动器不依赖于旋转传感器的输出，而是可以随着时间推移降低对马达的供给电力。
由此，即使在旋转传感器发生异常的情况下，也能够安全地停止装置。
本发明的另一方式涉及一种工业用机械。工业用机械可以具备上述任一压力产生装置。
另外，将以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件及表现形式在方法、装置、系统等之间相互置换后的方式作为本发明的方式也是有效的。
发明效果
根据本发明的一方式，能够改善压力产生装置的可靠性。
附图说明
图1的(a)、(b)是示意地表示注射成型机的合模轴的图。
图2是实施方式所涉及的压力产生装置的框图。
图3的(a)～(c)是说明图2的压力产生装置的动作的图。
图4的(a)～(c)是对应于图3的(a)～(c)的停止序列的动作波形图。
图5是第1实施例所涉及的压力产生装置的框图。
图6是第2实施例所涉及的压力产生装置的框图。
图7是第3实施例所涉及的压力产生装置的框图。
图8是表示注射成型机的图。
图9是表示注射成型机的电力系统的框图。
符号说明
100-压力产生装置，102-压力产生机构，104-马达，106-旋转传感器，108-压力传感器，110-电力断路器，112-制动器，180-主控制器，200-伺服驱动器，202-逆变器，204-电流传感器，206-制动器驱动电路，220-控制器，222-压力控制器，224-电流控制器，226-PWM信号生成器，230-输出截止控制器，232-初始值生成部，234-渐变指令生成部，236-选择器，238-辅助设备控制部，240-选择器，242-PWM信号生成器，244、250-选择器，600-注射成型机，611-注射装置，612-合模装置，613-底座，614-注射装置框架，615-加热缸，616-注射喷嘴，617-料斗，621-滚珠丝杠轴，622-塑化移动用马达，623-滚珠丝杠螺母，624-弹簧，625-托架，626-螺杆，630-合模伺服马达，632-运动转换机构，643-模具装置，644-定模，645-动模，646-框架，647-型腔空间，651-固定压板，652-肘节座，653-连接杆，654-可动压板，656-肘节机构，658-十字头，661、662-肘节杆，663-肘节臂，664-滚珠丝杠轴，665-滚珠丝杠螺母，671-顶出装置，674-滚珠丝杠螺母，681-引导件，682-支承部件，683-计量用伺服马达，684-正时皮带，685-滚珠丝杠轴，686-注射用伺服马达，687-正时皮带，691、692、693-螺旋装置，702-整流器，704-转换器，706-平滑电容器，708-DC母线，710-双向转换器，712-蓄电模块，720-逆变器，722-马达。
具体实施方式
以下，参考附图并根据优选的实施方式来对本发明进行说明。在各附图中所示的相同或同等的构成要件、部件、处理中标注相同的符号，并适当省略重复的说明。并且，实施方式仅是例示，并非限定发明，实施方式中所记述的所有特征及其组合未必都是发明的本质部分。
图2是实施方式所涉及的压力产生装置100的框图。压力产生装置100具备压力产生机构102、马达104、旋转传感器106及伺服驱动器200。压力产生机构102例如相当于图1的运动转换机构632和模具装置643的组合。
马达104驱动压力产生机构102使其产生压力。伺服驱动器200控制马达104，以使压力产生机构102在常规运行时(也称为常规运行模式)产生所希望的压力。伺服驱动器200包括逆变器202和控制器220。
旋转传感器106生成示出马达104的旋转状态的输出。例如，旋转传感器106也可以为检测马达104的转子的位置(电角)的编码器。控制器220可以将与根据编码器的输出生成的压力指令值PREF相对应的驱动信号供给至马达104。压力指令值PREF可以由主控制器180生成，也可以由伺服驱动器200的控制器220本身生成。
当在马达104的旋转实际上停止并产生转矩的状态下发生应该切断对马达104的通电的停止事件时，伺服驱动器200成为安全停止模式，并随着时间推移降低对马达104的供给电力。即，控制器220能够在常规运行模式与安全停止模式之间切换。
优选的是，控制器220在安全停止模式下不依赖于旋转传感器106的输出，换言之不依赖于压力指令值PREF，随着时间推移而降低对马达104的供给电力。
以上为压力产生装置100的动作。接着说明其动作。图3的(a)～(c)是说明图2的压力产生装置100的动作的图。图3的(a)表示不依赖于安全停止模式的停止序列，图3的(b)及图3的(c)表示基于安全停止模式的停止序列。
图3的(a)～(c)中示出位置与马达输出的关系、及位置与压力产生机构的可动部分的速度的关系。横轴表示压力产生机构的可动部分(例如相当于图1的动模645)的位置，左纵轴表示可动部分的速度，右纵轴表示马达输出。如图1的(b)所示，弹性变形区域表示存储弹性能量的可动范围，x＝0相当于图1的(a)的动模645与定模644接触的状态。各轴的数值是为了方便起见。
首先，参考图3的(a)，说明以往的停止序列。在动作点(i)中，压力产生装置100在常规动作模式下动作，并产生恒定的压力，可动部分的速度为零。
当在某一时刻发生停止事件时，对马达的供电瞬间切断，动作点移动至(ii)。弹性能量转换为可动部分的动能，可动部分被推回，并获得速度，而位置发生变化。不久，在动作点(iii)中速度达到零时，可动部分停止。如果可动部分的动作端存在于位置坐标x＝5，则通过x＝5时(图中的动作点(iv))，由于可动部分具有速度，导致可动部分与动作端碰撞。
接着，参考图3的(b)，说明实施方式所涉及的停止序列。动作点(i)中，压力产生装置100在常规动作模式下动作，并产生恒定的压力，可动部分的速度为零。
当在某一时刻发生停止事件时，对马达的供给电力(驱动电流)逐渐减少，马达所产生的力逐渐减小。此时，朝向相反方向对可动部分施加由弹性能量要将可动部分推回的力和马达所产生的力。由此，抑制可动部分的加速。当可动部分成为x＝0(弹性变形区域的端部)时，马达所产生的力成为零。
根据该停止序列，由于可动部分没有到达动作端，因此能够防止碰撞。
图3的(c)表示实施方式所涉及的停止序列的另一例子。图3的(c)中，马达输出降低速度比图3的(b)快。此时，可动部分具有比图3的(b)高的速度，超过x＝0而移位，但没有到达动作端。即，能够防止碰撞。
图4的(a)～(c)是与图3的(a)～(c)的停止序列对应的动作波形图。图4的(a)～(c)中，时刻t0表示停止事件的发生时刻。并且，图4的(b)、(c)中，时刻t0～t1表示逐渐降低马达104的输出的期间。
以上为压力产生装置100的动作。根据实施方式所涉及的压力产生装置100，停止事件发生之后，由于马达104的转矩随着时间推移而逐渐降低，因此停止事件发生之前存储于压力产生机构的弹性能量缓慢地或以长时间的规模释放。由此，能够抑制可动部分的扭曲，进而改善可靠性。
当发生停止事件时，通过逐渐降低来自主控制器180的压力指令值PREF也能够实现相同的动作。但是，在这种情况下，当旋转传感器106中发生异常时，由于压力指令值PREF能够去掉异常值，因此不一定能够逐渐降低马达104的转矩。如上所述，控制器220中并入有不依赖于旋转传感器106的输出，换言之开环的停止序列，即使在旋转传感器106中发生异常的情况下，也能够安全地停止压力产生装置100。通过开环控制也能够正确地停止控制马达的原因可列举：在合模工序或保压工序中，(i)马达的旋转实际上停止，并且与框架的变形量相当的马达的旋转角度微小，因此刚释放完框架的弹性能量之后的马达的电角变化量在马达驱动控制中实际上能够忽略；(ii)转速为零时的电流与转矩的关系是已知的。另外，该见解不应该被认为是本领域技术人员的普遍认知。
本发明涉及作为图2的框图所掌握或者从上述说明导出的各种装置、电路、方法，并不限定于特定的构成。以下，并不是为了缩小本发明的范围，而是为了帮助理解发明的本质或电路动作，并且为了明确这些而说明更具体的实施例。
(第1实施例)
图5是第1实施例所涉及的压力产生装置100A的框图。旋转传感器106为编码器，生成马达104的转子的位置检测值θFB。压力传感器108检测由压力产生机构102产生的压力，并生成压力检测值PFB。电力断路器110设置于逆变器202与马达104之间。制动器112为使马达104减速、停止的机械制动器。
伺服驱动器200A除了逆变器202、控制器220A以外还具备电流传感器204、制动器驱动电路206。电流传感器204检测从逆变器202供给至马达104的驱动电流，并生成电流检测值IFB。制动器驱动电路206控制制动器112。
如上所述，控制器220A能够在常规运行模式与安全停止模式之间切换。控制器220A由包括CPU(Central Processing Unit：中央处理器)及内部存储器的运算处理装置构成，通过由CPU执行存储于内部存储器的驱动控制用的程序，可实现各块的功能。控制器220A可以为如FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)的可编程的硬件，也可以为ASIC(Application Specified Integrated Circuit：专用集成电路)。
关于常规运行模式，控制器220A具备压力控制器222、电流控制器224、PWM信号生成器226。压力控制器222生成与压力指令值PREF相对应的电流指令值IREF。例如，压力控制器222调节电流指令值IREF，以使压力检测值PFB接近压力指令值PREF。另外，压力传感器108可以省略，也可以在压力指令值PREF上乘以系数来生成电流指令值IREF。压力控制器222和电流控制器224能够由PI控制器和PID控制器等构成。
电流控制器224生成占空比指令值DREF_NORM，以使电流检测值IFB接近电流指令值IREF。在常规运行模式中，该占空比指令值DREF_NORM被输入到PWM信号生成器226。PWM信号生成器226生成具有与占空比指令值DREF_NORM相对应的占空比的PWM信号SPWM。逆变器202根据PWM信号SPWM进行切换。
伺服驱动器200A还具备输出截止控制器230A。输出截止控制器230A中被输入在发生停止事件时断言(例如1)的输出截止指令SHDN。输出截止控制器230A响应输出截止指令SHDN的断言，并将控制器220A的动作模式从常规运行模式切换为安全停止模式。而且，输出截止控制器230A通过安全停止模式在对马达104的供给电力变为零之后，将电力断路器110设为断路状态。并且，输出截止控制器230A控制制动器驱动电路206以操作制动器112。
输出截止控制器230A保持停止事件发生时的驱动参数，并将所保持的驱动参数作为初始值而使驱动参数逐渐变化。初始值生成部232保持停止事件发生时的驱动参数。渐变指令生成部234将由初始值生成部232所保持的值作为初始值，生成随着时间逐渐推移而变化的驱动参数。
在第1实施例中，用于安全停止的驱动参数为占空比指令值DREF。即，初始值生成部232在输出截止指令SHDN被断言时，保持由电流控制器224生成的占空比指令值DREF_NORM0。而且，渐变指令生成部234将由初始值生成部232所保持的占空比指令值DREF_NORM0作为初始值生成随着时间推移而变化的占空比指令值DREF_SAFE。
选择器236在常规运行模式下选择来自电流控制器224的占空比指令值DREF_NORM，并在安全停止模式下选择来自渐变指令生成部234的占空比指令值DREF_SAFE。
辅助设备控制部238在安全停止模式下根据渐变指令DREF_SAFE生成辅助设备驱动指令STOPSAFE。选择器240在常规运行模式下选择辅助设备驱动指令STOPNORM，在安全停止模式下选择辅助设备驱动指令STOPSAFE。所选择的辅助设备驱动指令STOP被供给至制动器驱动电路206及电力断路器110。
(第2实施例)
图6是第2实施例所涉及的压力产生装置100B的框图。输出截止控制器230B除了图5的输出截止控制器230A以外还具备PWM信号生成器242。PWM信号生成器242接收由渐变指令生成部234所生成的占空比指令值DREF_SAFE，并生成具有与该占空比指令值DREF_SAFE相对应的占空比的PWM信号SPWM_SAFE。选择器244在常规运行模式下选择PWM信号SPWM_NORM，在安全停止模式下选择PWM信号SPWM_SAFE。
(第3实施例)
图7是第3实施例所涉及的压力产生装置100C的框图。在该实施例中，用于安全停止的驱动参数为电流指令值IREF。即，初始值生成部232在输出截止指令SHDN被断言时，保持由压力控制器222所生成的电流指令值IREF0。而且，渐变指令生成部234将由初始值生成部232所保持的电流指令值IREF0作为初始值生成随着时间推移而减小的电流指令值IREF_SAFE。
选择器250在常规运行模式下选择来自压力控制器222的电流指令值IREF_NORM，在安全停止模式下选择来自渐变指令生成部234的电流指令值IREF_SAFE。电流控制器224根据由选择器250所选择的电流指令值IREF生成占空比指令值DREF。
(用途)
接着，对压力产生装置100的用途进行说明。压力产生装置100能够优选用于注射成型机的合模轴。图8是表示注射成型机600的图。注射成型机600主要具备注射装置611、合模装置612、顶出装置671。它们被支承在底座613上。并且，注射成型机600中安装有可装卸的模具装置643。
(1)模具装置
模具装置643包括定模644及动模645，并安装于合模装置612。注射装置611通过加热熔化树脂，并将其浇注(注射)到模具装置643的内部空间。合模装置612紧固定模644和动模645，并对内部的树脂施加压力并加以冷却，从而将树脂成型为与模具相对应的形状。顶出装置671从模具装置643取出成型后的成型品。
(2)注射装置
注射装置611由注射装置框架614支承。引导件681沿注射装置框架614的长边方向配置。而且，通过注射装置框架614旋转自如地支承有滚珠丝杠轴621，滚珠丝杠轴621的一端与塑化移动用马达622连结。并且，滚珠丝杠轴621与滚珠丝杠螺母623螺合，滚珠丝杠螺母623与注射装置611经由弹簧624及托架625连结。因此，若沿正向或逆向驱动塑化移动用马达622，则塑化移动用马达622的旋转运动通过滚珠丝杠轴621与滚珠丝杠螺母623的组合、即螺旋装置691转换为直线运动，并且该直线运动被传递到托架625。而且，托架625沿着引导件681向箭头A方向移动，并且注射装置611前进和后退。
并且，托架625上朝向前方(图中的左侧)固定有加热缸615，并且在加热缸615的前端(图中的左端)配置有注射喷嘴616。而且，加热缸615上配置有料斗617，并且在加热缸615的内部进退(向图中的左右方向移动)且旋转自如地配置有螺杆626，螺杆626的后端(图中的右端)由支承部件682支承。
支承部件682上安装有计量装置驱动用伺服马达(以下，简称为计量用伺服马达)683，并且使通过驱动该计量用伺服马达683而产生的旋转经由正时皮带684传递到螺杆626。
在注射装置框架614上，滚珠丝杠轴685以与螺杆626平行的方式被支承为旋转自如，并且滚珠丝杠轴685与注射装置驱动用伺服马达(以下，简称为注射用伺服马达)686经由正时皮带687连结。而且，滚珠丝杠轴685的前端与固定在支承部件682上的滚珠丝杠螺母674螺合。因此，若驱动注射用伺服马达686，则该旋转运动通过滚珠丝杠轴685与滚珠丝杠螺母674的组合、即螺旋装置692转换为直线运动，并且直线运动被传递至支承部件682。
接着，对注射装置611的动作进行说明。首先，在计量工序中，驱动计量用伺服马达683，并经由正时皮带684使螺杆626旋转，驱动注射用伺服马达686，并经由正时皮带687使螺杆626后退(向图中的右侧移动)至规定位置。此时，从料斗617供给的树脂在加热缸615内被加热以熔融，随着螺杆626的后退而被存储在螺杆626的前方。
接着，在注射工序中，将注射喷嘴616按压到定模644上，并驱动注射用伺服马达686，经由正时皮带687使滚珠丝杠轴685旋转。此时，支承部件682随着滚珠丝杠轴685的旋转而移动，使螺杆626前进(向图中的左侧移动)，因此存储在螺杆626的前方的树脂从注射喷嘴616注入，并填充在形成于定模644与动模645之间的型腔空间647。
若螺杆626到达规定位置，则进行从注射工序向保压工序的切换(所谓的V/P切换)。在保压工序中，驱动注射用伺服马达686并将螺杆626压向前方，将螺杆626前方中树脂的压力保持为设定压力，并朝向模具装置643按压残留在加热缸615内的树脂。能够补充模具装置643内由冷却收缩引起的不足的树脂。例如使用压力检测器来检测保持压力。保持压力的设定值可以根据从保压工序开始后经过的时间等而改变。保压工序之后开始冷却工序。在冷却工序中，进行型腔空间647内的树脂的固化。为了缩短成型周期，可以在冷却工序中进行下一计量工序。
(3)合模装置
接着，对合模装置612进行说明。合模装置612以与注射装置611对置的方式支承在底座613上。合模装置612具备：固定压板651、肘节座652、架设在固定压板651与肘节座652之间的连接杆653、与固定压板651对置配置，并沿着连接杆653进退自如地配置的可动压板654及配置在可动压板654与肘节座652之间的肘节机构656。而且，固定压板651及可动压板654上彼此对置地分别安装有定模644及动模645。
肘节机构656通过未图示的合模用伺服马达使十字头658在肘节座652与可动压板654之间进退，使可动压板654沿着连接杆653进退，使动模645与定模644接触分离，从而进行闭模、合模及开模。
为此，肘节机构656由相对于十字头658被支承为摆动自如的肘节杆661、相对于肘节座652被支承为摆动自如的肘节杆662、相对于可动压板654被支承为摆动自如的肘节臂663构成，肘节杆661与肘节杆662之间及肘节杆662与肘节臂663之间分别连杆连接。
并且，滚珠丝杠轴664相对于肘节座652被支承为旋转自如，滚珠丝杠轴664和固定在十字头658上的滚珠丝杠螺母665螺合。而且，为了使滚珠丝杠轴664旋转，在肘节座652的侧面安装有合模用伺服马达(省略图示)。
因此，若驱动合模用伺服马达，则合模用伺服马达的旋转运动通过滚珠丝杠轴664与滚珠丝杠螺母665的组合、即螺旋装置693转换为直线运动，直线运动被传递至十字头658，十字头658沿箭头C方向进退。即，使十字头658前进(向图中的右侧移动)时，肘节机构656伸展而使可动压板654前进，从而进行闭模及合模，使十字头658后退(向图中的左侧移动)时，肘节机构656弯曲而使可动压板654后退，从而进行开模。
(4)电力系统
图9是表示注射成型机600的电力系统的框图。整流器702与交流电源连接，将交流进行整流而生成直流电压。转换器704使来自整流器702的直流电压稳定到规定电压水平，并在DC母线708产生DC链路电压VDC。DC母线708上连接有用于使DC链路电压VDC稳定的平滑电容器706。DC母线708上连接有多个逆变器720。各逆变器720驱动对应的马达722。马达722A～722C也可以为上述塑化移动用马达622、计量用伺服马达683、注射用伺服马达686、合模用伺服马达。除此以外，注射成型机600上设置有各种伺服机构，各轴上设置有逆变器720和马达722。
双向转换器710设置于DC母线708与蓄电模块712之间。蓄电模块712主要作为备用电源而发挥作用，当切断交流电源的情况等中，双向转换器710变为转换器704，将蓄电模块712的电力供给至平滑电容器706。并且，逆变器720进行再生运行，当产生剩余的能量时，双向转换器710以该剩余的能量对蓄电模块712进行充电。
以上，根据实施方式对本发明进行了说明。本领域技术人员应该理解，该实施方式为例示，能够对它们的各构成要件和各处理程序的组合进行各种变形，并且这种变形例也在本发明的范围内。以下，对这种变形例进行说明。
(变形例1)
在图5～图7中，用虚线表示的压力传感器108、制动器驱动电路206、电力断路器110以及附带于此的用虚线表示的信号线是可选的，能够适当省略一部分或全部。
(变形例2)
压力产生装置100的用途不限定于注射成型机，也能够应用于冲压机械等工业用机械。
(变形例3)
在安全停止序列中，逐渐降低对马达的供给电力的方法中也能够存在变形例。例如，也可以缓慢地降低供给至逆变器的电源电压(DC链路电压)。