JP5147120B2

JP5147120B2 - 射出成形機

Info

Publication number: JP5147120B2
Application number: JP2008110133A
Authority: JP
Inventors: 鎮緒神野
Original assignee: 株式会社名機製作所
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-04-21
Also published as: JP2009255476A

Description

本発明は、吐出流量を変更可能なポンプが配設され油圧シリンダにより少なくとも一部の作動を行う射出成形機に関するものである。

従来、吐出流量を変更しない固定型ポンプが配設され、パイロット圧により作動される弁の開閉により油圧シリンダの少なくとも一部の作動を行う射出成形機としては特許文献１に記載されたものが知られている。しかし特許文献１では型締シリンダ等の油圧シリンダが作動されないときは油圧源であるポンプから送られる油は安全弁からタンクに戻されていた。そのためポンプは常にフル作動しておりエネルギー効率の点で問題があるとともに油温がより一層上昇するという問題があった。上記の問題を解決するものとしては特許文献２に記載されたものが知られている。しかし特許文献２は、ポンプにサーボモータを使用するため、コストが高くなるという問題があった。

特開２００１−３１５１７７号（請求項１、図１）特開２００１−８８１９１号（請求項１、００１９、図１）

そこで本発明では、吐出流量を変更可能なポンプが配設され油圧シリンダにより少なくとも一部の作動を行う射出成形機において、設備コストが安くて、なおかつエネルギー効率を改善することができる射出成形機を提供することを目的とする。

本発明の射出成形機は、吐出流量を変更可能なポンプが配設され射出装置をノズルタッチさせるシフトシリンダと型締シリンダにより少なくとも一部の作動を行う射出成形機において、前記ポンプは回転数が固定設定されたモータにより作動され、ポンプから油が送られるメイン管路には圧力センサと電磁比例圧力制御弁が接続され、少なくとも前記シフトシリンダは、作動時には圧力センサの値が圧力設定値に近づくと吐出流量が減少またはゼロになるよう前記ポンプがカットオフ制御され、前記型締シリンダは、型締工程においてはカットオフ制御されずに、前記電磁比例圧力制御弁によりクローズドループ圧力制御され、強力型開工程においてはパイロット圧により作動される弁の開閉により作動油の移動がなされ、前記シフトシリンダと型締シリンダを含む油圧シリンダが不作動の際には、パイロット圧が保持されるように、圧力センサの値が前記シフトシリンダの圧力設定値とは異なる圧力設定値に近づくと、吐出流量が減少またはゼロになるよう前記ポンプがカットオフ制御されることを特徴とする

本発明の射出成形機は、吐出流量を変更可能なポンプが配設され射出装置をノズルタッチさせるシフトシリンダと型締シリンダにより少なくとも一部の作動を行う射出成形機において、前記ポンプは回転数が固定設定されたモータにより作動され、ポンプから油が送られるメイン管路には圧力センサと電磁比例圧力制御弁が接続され、少なくとも前記シフトシリンダは、作動時には圧力センサの値が圧力設定値に近づくと吐出流量が減少またはゼロになるよう前記ポンプがカットオフ制御され、前記型締シリンダは、型締工程においてはカットオフ制御されずに、前記電磁比例圧力制御弁によりクローズドループ圧力制御され、強力型開工程においてはパイロット圧により作動される弁の開閉により作動油の移動がなされ、前記シフトシリンダと型締シリンダを含む油圧シリンダが不作動の際には、パイロット圧が保持されるように、圧力センサの値が前記シフトシリンダの圧力設定値とは異なる圧力設定値に近づくと、吐出流量が減少またはゼロになるよう前記ポンプがカットオフ制御されるので、設備コストが安くて、なおかつエネルギー効率を改善することができる。

本発明の実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は本実施形態の射出成形機の平面図である。図２は、本実施形態の射出成形機の油圧回路の概略を示す図である。図３は本実施形態の射出成形機のポンプの制御を示す図である。

射出プレスを含む射出圧縮成形が可能な射出成形機１１は、型締装置１２と射出装置１３がベッド１４上に配設されている。型締装置１２の各部について説明すると、ベッド１４上に固定金型１５が取付けられる固定盤１６と、受圧盤１７とが互いに離隔して対向配置されている。固定盤１６と受圧盤１７の間には四本のタイバー１８が設けられ、前記タイバー１８には可動金型１９が取付けられる可動盤２０が型開閉方向に移動可能に配設されている。受圧盤１７の略中央部には固定盤１６に対して可動盤２０を型締する型締シリンダ２１が固定されている。そして前記型締シリンダ２１のシリンダ筒２２の内周側には型締ラム２３が摺動自在に内挿されている。なお実際には受圧盤１７、型締シリンダ２１のシリンダ筒２２は鋳物により一体に形成されている。そして前記シリンダ筒２２と型締ラム２３との間には、型締ラム２３と一体に設けられたピストン部２４を境にして型締側油室２５と型開側油室２６が設けられ、それぞれ図２に示される油圧回路に接続されている。

型締ラム２３の可動盤２０側には一対のハーフナット２８がハーフナット用シリンダ２９によって型開閉方向と直角方向に進退移動されるよう設けられている。また型締ラム２３の内周側の貫通孔には型締ラム２３と同軸に僅かな間隔を隔ててメカニカルラム２７が内挿されている。メカニカルラム２７は、可動盤２０の背面に固定され前記ハーフナット２８と噛合されるための係合溝が形成されている。また可動盤２０と受圧盤１７との間には型開閉機構が設けられている。本実施形態において型開閉機構は、可動盤２０にサーボモータ３０が固定され、受圧盤１７にボールナット３１が固定され、サーボモータ３０の駆動軸に直結されたボールネジ３２が前記ボールナット３１に挿通された電動機構から構成されている。なお型開閉機構は、固定盤１６と可動盤２０またはベッド１４と可動盤２０の間に設けてもよく、駆動源も限定されない。また可動盤２０とメカニカルラム２７の内部には図示しないエジェクタ機構が設けられている。本実施形態ではエジェクタ機構は、サーボモータとボールネジ機構を用いた電動機構であるが、油圧シリンダを用いた油圧機構でもよい。

また射出装置１３について説明すると、ベッド１４の上にはハウジングプレート３６が前後進および旋回可能に設けられている。そしてハウジングプレート３６には、図示しないスクリュが内蔵され先端にノズル３４が設けられた加熱筒３５が取付けられている。前記ハウジングプレート３６の両側には射出用サーボモータ３７が取付けられている。スクリュの後端はスクリュコネクタ３８を介してバックプレート３９に軸支されるとともに、バックプレート３９に固定された計量用モータ４０の駆動部に直結されている。またバックプレート３９の両側にはボールナット４１が固定されている。そして前記射出用サーボモータ３７の駆動部に直結されたボールネジ４２が前記ボールナット４１に挿通されている。ハウジングプレート３６の上部には樹脂材料を供給および貯蔵するホッパ４３が取付けられている。ハウジングプレート３６の前部には、射出時に射出装置１３のノズルを固定金型１５に押圧するためのシフトシリンダ４４が配設され、そのロッド４４ａが固定盤１６に取付けられている。

次に図２により本実施形態の油圧回路について説明する。本実施形態で油圧回路により作動されるのは、型締シリンダ２１、ハーフナット用シリンダ２９、シフトシリンダ４４である。油圧回路の油圧源であってタンク５１に接続されるポンプ５２は、斜板の角度を変えることにより吐出流量（押し退け容積）を変更することができる斜板式アキシアルピストンポンプである。ポンプ５２の駆動源として使用されるモータ５３は、回転数が固定設定される三相誘導モータである。三相誘導モータは、回転数を変更制御することは出来ないが、コストの点で、インバータを使用したモータやサーボモータと比較して有利である。

前記ポンプ５２は、バネによって復帰される制御シリンダ５４によって斜板の角度が変更され、モータ５３の１回転当りの吐出流量が制御される。そして前記制御シリンダ５４は、圧力制御用弁、ロードセンシング弁等からなる制御ユニット５６によってパイロットライン５５を介して油圧的に制御される。またポンプ５２からの油が送られる下流側（各シリンダ側）のメイン管路５７には、圧力センサ５８が設けられている。前記圧力センサ５８、制御ユニット５６、制御シリンダ５４等は、制御装置５９に接続され、ポンプ５２の吐出流量を制御することによる流量制御と圧力制御（クローズドループ制御）が可能となっている。

メイン管路５７には制御装置５９からの信号により制御される電磁比例圧力制御弁６０が配設され、メイン管路５７全体の圧力を制御している。メイン管路５７から分岐し型締シリンダ２１に接続される管路６1には、ポンプ５２側から順にシーケンス弁６２と電磁四方切換弁６３が配設されている。そして前記電磁四方切換弁６３のＡポートとＢポートは、型締シリンダ２１の型締側油室２５と型開側油室２６に接続され、型締側油室２５には圧力センサ６４が取付けられている。また前記Ａポートと型締側油室２５との間の管路７９から分岐して圧抜用管路８０が設けられ電磁切換弁８１と絞り弁８２を介してタンク５１に接続されている。

メイン管路５７から分岐したパイロットライン６５と前記圧抜用管路８０から分岐したパイロットライン６６の接続部にはシャトル弁６７が配設されている。そして前記シャトル弁６７から分岐したパイロットライン６８は、パイロットチェック弁６９、切換弁７０を介してカートリッジ弁７１に接続されている。カートリッジ弁７１は一方のポートが型締シリンダ２１の型締側油室２５に接続され、他方のポートがタンク５１に接続されている。

上記メイン管路５７から２個のハーフナット用シリンダ２９に接続される菅路７２には、電磁比例減圧弁７３に続いて電磁切換弁７４が配設され、Ａポート、Ｂポートが前記２個のハーフナット用シリンダ２９のシリンダ側油室とロッド側油室に接続されている。またシフトシリンダ４４への管路７５についても電磁比例減圧弁７６が設けられ、絞り弁７７を介して電磁四方切換弁７８が配設されている。そして前記電磁四方切換弁７８のＡポートとＢポートは、シフトシリンダ４４のシリンダ側油室とロッド側油室に接続され、Ｔポートはタンク５１に接続されている。

次に本発明の射出成形機１１の制御方法について、油圧によって作動される部分を中心に説明する。可動盤２０が型開位置に停止している間に前回の成形サイクル時に成形された成形品が取出される。可動盤２０が型開位置に停止している間、各シリンダ２１，２９，４４は作動していない。従ってメイン管路５７の油圧は、前記パイロットライン６５等のパイロット圧が保持される圧力にポンプ５２によりカットオフ制御されている。

具体的には制御装置５９には、パイロット圧を保持可能な圧力設定値として例えば図３に示されるように５ＭＰａが設定されている。各シリンダが不作動の際には、図３の（ａ）に示される吐出流量となるよう制御装置５９から制御ユニット５６および制御シリンダ５４を介してポンプ５２の斜板の角度が設定される。この際モータ５３の回転数は一定のままである（負荷の変化による意図しない回転数の増減を除く）。また圧力センサ５８による検出値が制御装置５９に送られ、圧力設定値であるａ２に対してａ１まで近づくまでは、斜板の角度は一定のまま流量制御が行われる。そして前記圧力センサ５８による検出値が制御切換点であるａ１になると、制御装置５９により流量制御から圧力制御に切換えられる。圧力制御時においては圧力センサ５８の値が圧力設定値となるように制御装置５９から制御ユニット５６および制御シリンダ５４を介してポンプ５２の斜板の角度を変更して吐出流量を減少させる。なお実際には前工程においてメイン管路５７の圧力が前記圧力設定値よりも高くなっている場合は、吐出流量がゼロとなるようポンプ５２の斜板の角度が調整される。

次に型開閉機構である型開閉用サーボモータを作動させて型閉工程を行う。この型閉工程の際に同時にシフトシリンダ４４を作動させて射出装置１３を前進させノズル３４を固定金型１５に当接（ノズルタッチ）させる。この際、ノズルタッチされて圧力センサ５８の検出値が圧力設定値であるｂ２に対してｂ１まで昇圧されるまでは、図３の（ｂ）に示される吐出流量となるようポンプ５２の斜板の角度が一定に制御される。そして圧力センサ５８の検出値がｂ１まで昇圧されると流量制御から圧力制御に切換えられる。なお圧力設定値ｂ２に対して圧力制御に切換える制御切換点であるｂ１の値が近いほど早く昇圧完了するが、あまり両者の値が近すぎると、急速に流量が減少されることによりハンチング等の問題を引き起こす可能性がある。本実施形態では設定圧は制御装置５９により１４ＭＰａに設定されており、１４ＭＰａに到達するとポンプ５２からの吐出流量は実質的にゼロとなる。この際電磁比例圧力制御弁６０は、前記の１４ＭＰａよりも高い設定圧（油圧回路の安全が確保される設定圧）となっている。従って従来のようにポンプの吐出流量のほぼ全量がリリーフ弁からタンクに戻されるようなことはないので、油温の上昇が比較的抑えられ、エネルギー効率を改善できる。そして以後の射出工程、保圧工程、計量工程の後にノズル３４が後退するまでシフトシリンダ４４の圧力を前記圧力に保つよう圧力が封じ込められる。なお型閉工程において、シフトシリンダ４４によるノズルタッチおよび昇圧がされた後に再び、ポンプ５２の吐出流量はパイロット圧を保持可能な最低吐出流量に制御される。

次に型閉工程が完了したことが図示しないリミットスイッチ等により検出されるとハーフナット用シリンダ２９に接続される電磁切換弁７４が切換えられ、ハーフナット用シリンダ２９のロッドが伸長するとともにハーフナット２８が前進してメカニカルラム２７の係合溝と噛合される。この際のポンプ５２の制御はシフトシリンダ４４の制御と基本的に同じであり、ハーフナット用シリンダ２９は油室の容量が小さいので、図３の（ｂ）に示される吐出流量となるよう制御装置５９等によりポンプ５２の斜板の角度が設定され、油が送られる。そして圧力センサ５８の検出値がｂ１になると流量制御から圧力制御に切換えられ、圧力センサ５８の値がｂ２となるとポンプ５２からの吐出流量は実質的にゼロとなる。

ハーフナット２８の噛合が確認されると、次に型締シリンダ２１に接続される電磁四方切換弁６３が切換えられ、ポンプ５２からメイン管路５７を介して型締シリンダ２１の型締側油室２５に油が送られ型締工程が行われる。この際も当初メカニカルラム２７が前進してメカニカルラム２７の係合溝とハーフナット２８の溝とが当接するまでの間と、当接後に圧力センサ５８の値が圧力設定値であるｃ２に対してｃ１まで近づくまでの間は、図３の（ｃ）に示される最大吐出流量となるよう制御装置５９等によりポンプ５２の斜板が制御される。従って本実施形態では、圧力定値に近づくまでの吐出流量（斜板の角度）は、各シリンダの油室の容量や、求められる速度により適宜に変更されるようになっている。

なお本実施形態では、射出圧縮成形による多段型締力制御を行うために、圧力センサ６４の検出値が設定値であるｃ３に到達すると、図３に示される破線（ｄ）のように制御装置５９から電磁比例圧力制御弁６０に指令を出し、該電磁比例圧力制御弁６０を介してタンク５１に油を戻す型締力のクローズドループ制御を行う。だから実際には型締工程では、制御切換点であるｃ１が検出されることやｃ１からｃ２までの間の圧力制御によるポンプ５２のカットオフ制御は行われない。また設定型締力に到達してから僅かに遅延して、射出装置１３の側ではスクリュを前進させて射出工程を行い、射出工程の後に保圧工程を行う。

また圧力センサ６４の値が設定値ｃ３に到達すると、制御装置５９によるポンプ５２の制御は、図３に示される（ｅ）に移行され、斜板の角度を変更して吐出流量を低下させる。多段型締力制御の各段階において、型締力を例えば１５ＭＰａに変更する際は、制御装置５９から電磁比例圧力制御弁６０に指令を出すことにより、図３に示される破線（ｆ）に油圧および型締力を制御することができる。なお射出工程開始後に、更に型締力を急速に上昇させる場合は、ポンプ５２の吐出流量を図３に示される（ｃ）の最大吐出流量とし、電磁比例圧力制御弁６０の設定値ｃ３を更に高い値に設定して制御を行ってもよい。このように前記電磁比例圧力制御弁６０を介して油をタンク５１に逃がす制御を行うと、より機敏な制御ができる。従って本実施形態では、制御の機敏性を求められる場合と、省エネ性が求められる場合とで要求に応じて、電磁比例圧力制御弁制御とカットオフ制御とを使い分けるようにすることができる。

次に冷却工程において型締力を低減できる場合、または冷却工程において厳密な型締力制御が必要でない場合は、電磁四方切換弁６３を閉鎖（センターポジションに復帰）する。そしてパイロットライン６５，６６等のパイロット圧が最低保持できるようにポンプ５２の吐出流量を制御する。また前記冷却工程と並行して射出装置１３の側では計量工程が完了するとシフトシリンダ４４が作動されて射出装置１３が後退位置に戻される。その際のポンプ制御もノズルタッチ時と基本的に同じである。

冷却工程が完了して次の圧抜工程では、電磁切換弁８１を切換え、型締側油室の油の一部をタンク５１に逃がす。この際絞り弁８２によりショックを起こすことなく圧抜きができる。そして型締側油室２５および管路８０の圧力がパイロットライン６５の圧力以下となるとシャトル弁６７が図２の右側に移動される。

次の強力型開工程では、電磁四方切換弁６３を切換えてＰポートとＢポートを接続し、型締シリンダ２１の型開側油室２６に油を送り込み、可動金型１９の型開きを行う。この際型締側油室２５の油はＡポートとＴポートを介してもタンク５１へ戻されるが強力型開を高速で行うために必要な時間当り流量がドレン出来ない。そのため前記電磁四方切換弁６３の切換えと同時または僅かに前後して、切換弁７０を切換えてパイロットライン６８を介してパイロット圧をカートリッジ弁７１に送り、カートリッジ弁７１を開放作動させる。この際にパイロットライン６５にはパイロット圧が保たれているのでカートリッジ弁７１の応答性が良好である。そのことにより型締シリンダ２１の型締側油室２５の油は、弁の流路の断面積が大きいカートリッジ弁７１を介して急激に大量にタンク５１に戻される。強力型開工程では当初の離型時が最も力が必要であり、後半の可動金型１９、可動盤２０、およびメカニカルラム２７等の移動時は、前記可動金型１９等の重量（移動時の摩擦）と釣り合う力でポンプ５２の吐出流量を制御して速度制御が行われる。

型締シリンダ２１により可動金型１９等が一定位置まで移動されると可動盤２０等が停止され、ハーフナット用シリンダ２９に対して電磁切換弁７４が切換えられ、ハーフナット２８が後退される。そして型開閉機構であるサーボモータ等により可動金型１９等が型開完了位置まで移動される。この型開工程時または可動盤２０が型開完了位置に停止時に、型締シリンダ２１の型締側油室２５に油を送り、強力型開工程によりずれた型締シリンダ２１の型締ラム２３の位置をハーフナット２８により噛合可能な定位置に戻す。なお型開工程時の各シリンダ２１，２９，４４が不作動時にはポンプ５２から送られる油はカットオフ制御され省エネ化が図られる。

本発明については、上記した本実施形態のものに限定されず、当業者が本発明の趣旨を踏まえて変更を加えたものについても、適用されることは言うまでもないことである。本発明は、電気モータ（サーボモータ）による作動によって一部の駆動が行われるハイブリッド式射出成形機に有効であるが限定されない。またポンプにより作動される油圧シリンダの目的、数等は、限定されず、パイロット圧により作動される油圧シリンダも型締シリンダに限定されず、他の油圧シリンダであってもよい。またパイロット圧によって作動されるのは強力型開工程に限定されず、他の作動の際に、パイロット圧を保持しておくことによりパイロット作動弁の開閉等を迅速に行うようにしてもよい。

ポンプの種類は斜板式アキシアルピストンポンプに限定されず他の種類のポンプでもよい。また駆動手段のモータも三相誘導モータに限定されない。またポンプの制御においては、圧力設定値において吐出流量がゼロになるものに限らず、圧力設定値において吐出量が微量に制御されるものであってもよい。そしてポンプから吐出された油がリリーフ弁からドレンされるものを完全に除外するものではない。

本実施形態の射出成形機の平面図である。本実施形態の射出成形機の油圧回路の概略を示す図である。本実施形態の射出成形機のポンプの制御を示す図である。

符号の説明

１１射出成形機
１２型締装置
１３射出装置
１６固定盤
２０可動盤
２１型締シリンダ
２９ハーフナット用シリンダ
４４シフトシリンダ
５２ポンプ
５３モータ
５４制御シリンダ
５７メイン管路
５８，６４圧力センサ
５９制御装置
６０電磁比例圧力制御弁
６３，７８電磁四方切換弁
５５，６５，６６，６８パイロットライン

Claims

吐出流量を変更可能なポンプが配設され射出装置をノズルタッチさせるシフトシリンダと型締シリンダにより少なくとも一部の作動を行う射出成形機において、
前記ポンプは回転数が固定設定されたモータにより作動され、
ポンプから油が送られるメイン管路には圧力センサと電磁比例圧力制御弁が接続され、
少なくとも前記シフトシリンダは、作動時には圧力センサの値が圧力設定値に近づくと吐出流量が減少またはゼロになるよう前記ポンプがカットオフ制御され、
前記型締シリンダは、型締工程においてはカットオフ制御されずに、前記電磁比例圧力制御弁によりクローズドループ圧力制御され、強力型開工程においてはパイロット圧により作動される弁の開閉により作動油の移動がなされ、
前記シフトシリンダと型締シリンダを含む油圧シリンダが不作動の際には、パイロット圧が保持されるように、圧力センサの値が前記シフトシリンダの圧力設定値とは異なる圧力設定値に近づくと、吐出流量が減少またはゼロになるよう前記ポンプがカットオフ制御されることを特徴とする射出成形機。
前記シフトシリンダは、前記メイン管路に対して圧力が封入可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機。