JP5908344B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動する駆動部を備える射出成形機に関する。

モータを駆動する駆動部を備える射出成形機に関する先行技術文献として、例えば特許文献１が知られている。

特開２００４−１５４９６１号公報

しかしながら、従来技術では、例えばモータ又はモータを駆動する駆動部を止めるべき操作が行われても、それらを速やかに止めることが難しかった。本発明は、モータ又はモータを駆動する駆動部を速やかに止めることができる、射出成形機の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
モータと、
前記モータを駆動する駆動部と、
前記モータを動作させる電力を蓄えられる蓄電部と、
前記モータ及び前記駆動部の少なくとも一方を止めるべき状態が検出されたとき、前記蓄電部から前記駆動部への給電経路を遮断する遮断部とを備え、
複数の前記モータ及び前記駆動部の組は、前記給電経路に対して並列に接続され、
前記駆動部に給電可能な給電部を備え、
前記給電部は、前記遮断部に対して前記駆動部側で前記給電経路に接続され、前記状態が検出されたとき、前記駆動部への給電を停止する、射出成形機を提供するものである。

本発明によれば、モータ又はモータを駆動する駆動部を速やかに止めることができる。

第１の実施形態の射出成形機の概略的な構成図である。 第２の実施形態の射出成形機の概略的な構成図である。

図１は、本発明の第１の実施形態である射出成形機１の概略的な構成図である。

射出成形機１は、本例では電動式射出成形機であり、射出用のサーボモータ１１を備える。射出用のサーボモータ１１の回転はボールネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定されている。プレッシャプレート１４は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー１５、１６に沿って移動可能である。プレッシャプレート１４の前後進運動は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸１９を介してスクリュ２０に伝えられる。スクリュ２０は、加熱シリンダ２１内に回転可能に、しかも軸方向に移動可能に配置されている。加熱シリンダ２１におけるスクリュ２０の後部には、樹脂供給用のホッパ２２が設けられている。射出軸１９には、ベルトやプーリ等の連結部材２３を介してスクリュ回転用のサーボモータ２４の回転運動が伝達される。すなわち、スクリュ回転用のサーボモータ２４により射出軸１９が回転駆動されることにより、スクリュ２０が回転する。

計量工程においては、加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回転しながら後退することにより、スクリュ２０の前部、すなわち加熱シリンダ２１のノズル２１−１側に溶融樹脂が貯えられる。射出工程においては、スクリュ２０の前方に貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧することにより成形が行われる。この時、樹脂を押す力がロードセル１８により反力として検出される。つまり、スクリュ前部における樹脂圧力が検出される。検出された圧力は、ロードセル増幅器２５により増幅され、制御手段として機能するコントローラ２６（制御装置）に入力される。また、保圧工程では、金型内に充填した樹脂が所定の圧力に保たれる。

プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を検出するための位置検出器２７が取り付けられている。位置検出器２７の検出信号は増幅器２８により増幅されてコントローラ２６に入力される。この検出信号は、スクリュ２０の移動速度を検出するためにも使用されてもよい。

サーボモータ１１、２４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ３１、３２が備えられている。エンコーダ３１、３２で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。

サーボモータ４２は、型開閉用のサーボモータであり、サーボモータ４４は、成形品突出し（エジェクタ）用のサーボモータである。サーボモータ４２は、例えば、型締め装置を駆動し、可動プラテンを開閉することができる。可動プラテンの開閉によって、金型を閉じる型閉工程、金型を開く型開工程、金型を締め付ける型締め工程が行われる。また、サーボモータ４４は、例えばボールネジ機構を介してエジェクタロッド（図示せず）を移動させることができる。エジェクタロッドの移動によって、成形品を金型から押し出す成形品突き出し工程が行われる。サーボモータ４２、４４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ４３、４５が備えられている。エンコーダ４３、４５で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。

コントローラ２６は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、例えば、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。

コントローラ２６は、射出成形機１の成形動作が行われる成形工程において、複数の各工程に応じた電流（トルク）指令をインバータ回路（モータ駆動回路）に送る。インバータ回路は、その指令に従って、射出成形機１の成形動作のために各工程で使用されるサーボモータ１１，２４，４２，４４を駆動する駆動部である。例えば、コントローラ２６は、サーボモータ２４の回転数をインバータ回路５２により制御して計量工程を実現する。また、コントローラ２６は、サーボモータ１１の回転数をインバータ回路５１により制御して射出工程及び保圧工程を実現する。同様に、コントローラ２６は、サーボモータ４２の回転数をインバータ回路５３により制御して型開工程及び型閉工程を実現する。コントローラ２６は、サーボモータ４４の回転数をインバータ回路５４により制御して成形品突き出し工程を実現する。

ユーザインターフェース３５は、型開閉工程、射出工程等の各成形工程のそれぞれに対して、成形条件を設定可能な入力設定部を備える。その他、ユーザインターフェース３５は、ユーザからの各種指示を入力する入力部を備えると共に、ユーザに対して各種情報を出力する出力部（例えば表示部）を備える。

射出成形機１における成形工程の１サイクルは、典型的には、金型を閉じる型閉工程と、金型を締め付ける型締め工程と、金型のスプル（図示せず）にノズル２１−１を押しつけるノズルタッチ工程と、加熱シリンダ２１内のスクリュ２０を前進させて、スクリュ２０前方に溜まった溶融材料を金型キャビティ（図示せず）内に射出する射出工程と、その後、気泡、ヒケの発生を抑制するために保持圧力をしばらくかける保圧工程と、金型キャビティ内に充填された溶融材料が冷却されて固まるまでの間の時間に次のサイクルのために、スクリュ２０を回転させて、樹脂を溶融しながら加熱シリンダ２１の前方にため込む計量工程と、固化された成形品を金型から取り出すために、金型を開く型開工程と、成形品を金型に設けられた突出しピン（図示せず）によって押し出す成形品突き出し工程とを含んでいる。

射出成形機１は、電源１００から供給される交流電力に基づいて、コンバータ回路８０及びインバータ回路５１，５２，５３，５４を介して、サーボモータ１１，２４，４２，４４に電力を供給する。また、射出成形機１は、サーボモータ１１，２４，４２，４４によって発生した回生電力を、インバータ回路５１，５２，５３，５４及びコンバータ回路８０を介して、電源１００に回生する機能を有してもよい。このような回生機能によって、射出成形機１の省エネルギー化を図ることができる。

電源１００は、例えば、工場設備などの、射出成形機１の外部に設けられた交流電源である。電源１００は、例えば、所定の電圧（例えば、２００Ｖ又は４００Ｖ）の正弦波交流電力を一定の周波数（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）で出力する商用電源である。

インバータ回路５１，５２，５３，５４は、コンバータ回路８０からＤＣリンク６０を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力に基づいて、サーボモータ１１，２４，４２，４４を駆動する駆動部である。インバータ回路５１，５２，５３，５４は、例えば、コンバータ回路８０から出力されＤＣリンク６０を介して供給される直流電流を、三相交流電流に変換する。

インバータ回路５１，５２，５３，５４は、サーボモータ１１，２４，４２，４４によって発生した交流の回生電力を直流の回生電力に変換し、変換後の直流の回生電力をＤＣリンク６０の蓄電装置７０及びコンバータ回路８０に供給する。インバータ回路５１，５２，５３，５４は、例えば、サーボモータ１１，２４，４２，４４から供給される三相交流電流を、直流電流に変換する。

インバータ回路５１，５２，５３，５４は、ＤＣリンク６０の直流電源ライン６２に対して、互いに並列に接続されている。インバータ回路５１，５２，５３，５４は、直流電力と三相交流電力との間で双方向に変換する場合、例えば６個のパワートランジスタで構成される三相ブリッジ回路を含むものであるとよい。

ＤＣリンク６０は、コンバータ回路８０の直流出力側とインバータ回路５１，５２，５３，５４の直流入力側との間に設けられた直流電源経路部である。ＤＣリンク６０は、直流電源ライン６１，６２，６３と、平滑回路７６と、蓄電装置７０と、スイッチ６５とを備えている。

直流電源ライン６１，６２，６３は、コンバータ回路８０とインバータ回路５１，５２，５３，５４と蓄電装置７０との間を流れる直流電流の伝達経路である。直流電源ライン６１，６２，６３は、それぞれ、例えば、送電ラインとグランドライン等の基準ラインとの一対の電源ラインから構成される。

平滑回路７６は、直流電源ライン６１，６２，６３の直流電圧を平滑させる回路である。平滑回路７６は、例えば、電解コンデンサを電圧平滑用キャパシタとして有している。ＤＣリンク６０の直流電源ライン６１，６２，６３のＤＣリンク電圧Ｖｄｃは、例えば平滑回路７６の電圧平滑用キャパシタの両端電圧に相当する。ＤＣリンク電圧Ｖｄｃの検出値は、コントローラ２６に入力される。

蓄電装置７０は、サーボモータ１１，２４，４２，４４を正常に回転動作させることが可能な大きさの電力を蓄えられる蓄電部である。蓄電装置７０の蓄電可能容量は、平滑回路７６の蓄電可能容量よりも十分大きく、平滑回路７６に蓄えられる電力では、蓄電装置７０に蓄えられる電力に比べて、サーボモータ１１，２４，４２，４４を長時間正常に回転動作させることができない。蓄電装置７０は、例えば、バッテリ、電気二重層キャパシタなどを有している。電気二重層キャパシタを採用することによって、回生電力を充電可能な容量を確保しつつ、蓄電装置７０が大型化することを抑えることができる。

射出成形機１は、サーボモータ１１，２４，４２，４４によって発生した回生エネルギーを、インバータ回路５１，５２，５３，５４及びＤＣリンク６０を介して、蓄電装置７０に充電する機能を有している。さらに、射出成形機１は、蓄電装置７０からの放出エネルギーを、ＤＣリンク６０及びインバータ回路５１，５２，５３，５４を介して、サーボモータ１１，２４，４２，４４に供給する機能を有している。これらの機能によって、電源１００からの給電量を減らすことができるため、射出成形機１の省エネルギー化を図ることができる。

スイッチ６５は、蓄電装置７０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電経路（図示の場合、直流電源ライン６１，６２を通る経路）の遮断／導通を選択的に切り替える部材である。蓄電装置７０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電経路がスイッチ６５のオフにより遮断されることによって、蓄電装置７０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電を止めることができる。スイッチ６５の具体例として、接触器、トランジスタ等の半導体スイッチング素子、リレーなどが挙げられる。

スイッチ６５は、モータ１１，２４，４２，４４の回転動作を止めるべき異常状態がその回転動作中に検出されたとき、蓄電装置７０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電経路を遮断する遮断部である。又は、スイッチ６５は、インバータ回路５１，５２，５３，５４のスイッチング駆動動作を止めるべき異常状態がそのスイッチング駆動動作中に検出されたとき、蓄電装置７０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電経路を遮断する遮断部であってもよい。

これにより、インバータ回路５１，５２，５３，５４への電力供給が遮断されるため、モータ１１，２４，４２，４４の回転動作又はインバータ回路５１，５２，５３，５４のスイッチング駆動動作を速やかに止めることができる。インバータ回路５１，５２，５３，５４への電力供給を抑制してモータ又はインバータ回路の動作を停止させるには、蓄電装置７０を放電してもよいが、蓄電装置７０の放電には一般に長時間要する。しかしながら、スイッチ６５のような遮断部を設けることによって、蓄電装置７０を放電しなくても、インバータ回路５１，５２，５３，５４への電力供給を抑制できるため、蓄電装置７０を放電する場合に比べ、モータ又はインバータ回路の動作を速やかに停止できる。また、蓄電装置７０を放電しなくてもよいため、放電させた電力を蓄電装置７０に新たに補充することを不要にできる。

スイッチ６５は、例えば、サーボモータ１１，２４，４２，４４の少なくとも一つのモータの回転動作を止めるべき操作がその少なくとも一つのモータの回転動作中に検出されたとき、直流電源ライン６２を遮断する。又は、スイッチ６５は、例えば、インバータ回路５１，５２，５３，５４の少なくとも一つの回路のスイッチング駆動動作を止めるべき操作がその少なくとも一つの回路のスイッチング駆動動作中に検出されたとき、直流電源ライン６２を遮断する。直流電源ライン６２は、コンバータ回路８０と蓄電装置７０との接続点ａと、インバータ回路５１，５２，５３，５４との間の給電経路である。

直流電源ライン６２が遮断されることによって、蓄電装置７０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電だけでなく、コンバータ回路８０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電も停止できる。

コンバータ回路８０は、スイッチ６５に対して蓄電装置７０側の接続点ａでＤＣリンク６０に直流電源ライン６３を介して接続され、ＤＣリンク６０を介してインバータ回路５１，５２，５３，５４に給電可能な給電部である。コンバータ回路８０は、電源１００から交流電源ライン６４を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力をＤＣリンク６０の蓄電装置７０及びインバータ回路５１，５２，５３，５４に供給する。コンバータ回路８０は、インバータ回路５１，５２，５３，５４及びＤＣリンク６０の蓄電装置７０から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を電源１００に交流電源ライン６４を介して供給する電源回生コンバータ（電源回生装置）であってもよい。

コンバータ回路８０は、例えば、モータの力行時に、交流電力を直流電力に一方向に変換する、６個のダイオードで構成されるダイオードブリッジ回路を含む回路であるとよい。また、コンバータ回路８０は、例えば、モータの力行／回生時に、交流電力と直流電力との間を双方向に変換する、６個のパワートランジスタで構成される三相ブリッジ回路（力行及び電源回生部）を含む回路であってもよい。コンバータ回路８０は、モータが力行するときには、主に三相ブリッジ回路を構成するパワートランジスタに並列に接続されたダイオードによって、交流電源ライン６４に流れる交流電流を直流電流に整流する。

また、コンバータ回路８０は、力行経路と回生経路を並列に有するものでもよい。例えば、力行経路には、交流電源ライン６４から供給される交流電力を直流電力に変換するダイオードブリッジ回路が挿入され、回生経路には、ＤＣリンク６０から供給される直流電力を交流電力に変換するブリッジ回路が挿入される。

交流電源ライン６４は、電源１００とコンバータ回路８０との間を接続する電力ラインであって、電源１００とコンバータ回路８０との間の交流電力が伝達する。交流電源ライン６４は、例えば、Ｒ，Ｓ，Ｔの三相の電流経路から構成されている。

射出成形機１は、上述のサーボモータによって作動中の可動部（例えば、金型など）とユーザとの間を遮ることによってユーザがその可動部に触れることを防止する安全ドア９０を備えている。安全ドア９０は、例えば、金型などの可動部を有する金型開閉機構部９２に設けられる安全装置である。ユーザは、安全ドア９０が開いている状態では可動部に触れることができ、安全ドア９０が閉じている状態では可動部に触れることができない。安全ドア９０は、手動で開閉するものでもよいし、自動で開閉するものでもよい。

スイッチ駆動部６９は、例えば、スイッチ６５を駆動する信号を出力する駆動回路である。スイッチ駆動部６９は、コントローラ２６の内部にあってもよいし、外部にあってもよい。

スイッチ駆動部６９がコントローラ２６の外部にあると、スイッチ駆動部６９がコントローラ２６に依存しないようにできるので、コントローラ２６の動作状態にかかわらず、スイッチ駆動部６９を動作させることができる。例えば、コントローラ２６の動作状態が起動前状態や異常状態であっても、スイッチ駆動部６９を正常に動作させて、スイッチ６５を駆動できる。

スイッチ駆動部６９は、例えば、安全ドア９０の閉状態から開状態への変化がドア開閉検出部９１によってサーボモータ１１，２４，４２，４４又はインバータ回路５１，５２，５３，５４の動作中に検出された場合、スイッチ６５によって直流電源ライン６２を遮断する。これにより、サーボモータ１１，２４，４２，４４又はインバータ回路５１，５２，５３，５４の動作中にユーザが安全ドア９０の開操作を行っても、サーボモータ１１，２４，４２，４４又はインバータ回路５１，５２，５３，５４の動作を速やかに停止できる。

また、スイッチ駆動部６９は、例えば、非常停止スイッチ３６の操作がサーボモータ１１，２４，４２，４４又はインバータ回路５１，５２，５３，５４の動作中に検出された場合、スイッチ６５によって直流電源ライン６２を遮断してもよい。これにより、サーボモータ１１，２４，４２，４４又はインバータ回路５１，５２，５３，５４の動作中に、ユーザが非常停止スイッチ３６の操作を行っても、サーボモータ１１，２４，４２，４４又はインバータ回路５１，５２，５３，５４の動作を速やかに停止できる。

非常停止スイッチ３６は、射出成形機１の動作状態を、サーボモータ１１，２４，４２，４４又はインバータ回路５１，５２，５３，５４の動作を緊急に止めるべき非常停止状態に移行するための非常停止回路である。非常停止スイッチ３６は、例えば、ユーザによって操作可能なように、ユーザインターフェース３５に設けられている。

図２は、本発明の第２の実施形態である射出成形機２の概略的な構成図である。図１の射出成形機１と同様の構成についての説明は省略する。図１のコンバータ回路８０は、スイッチ６５に対して蓄電装置７０側の接続点ａでＤＣリンク６０に直流電源ライン６３を介して接続されている。これに対し、図２のコンバータ回路８０は、スイッチ６５に対してインバータ回路５１，５２，５３，５４側の接続点ｂでＤＣリンク６０に直流電源ライン６８を介して接続されている。

図２のスイッチ６５は、蓄電装置７０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電経路（図示の場合、直流電源ライン６６，６７を通る経路）の遮断／導通を選択的に切り替える部材である。スイッチ６５は、上述と同様に、モータ１１，２４，４２，４４及びインバータ回路５１，５２，５３，５４の少なくとも一方を止めるべき所定の状態が検出されたとき、直流電源ライン６６を遮断する。直流電源ライン６６は、コンバータ回路８０とインバータ回路５１，５２，５３，５４との接続点ｂと、蓄電装置７０との間の給電経路である。直流電源ライン６６が遮断されることによって、蓄電装置７０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への給電を停止できる。

この場合、コントローラ２６は、モータ１１，２４，４２，４４及びインバータ回路５１，５２，５３，５４の少なくとも一方を止めるべき所定の状態が検出されたとき、コンバータ回路８０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への電力供給も遮断する。コンバータ回路８０からインバータ回路５１，５２，５３，５４への電力供給を遮断するためには、例えば、コンバータ回路８０の動作を止めてもよいし、交流電源ライン６４を遮断してもよいし、直流電源ライン６８を遮断してもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形、置換、組み合わせを加えることができる。

例えば図１において、スイッチ６５がオンするタイミングで、蓄電装置７０から平滑回路７６の電解コンデンサなどに流れる突入電流（充電電流）を適度に抑えるため、蓄電装置７０と平滑回路７６との間（例えば、スイッチ６５と平滑回路７６との間）に電流制限抵抗が挿入されてもよい。同様に、例えば図２において、スイッチ６５がオンするタイミングで、蓄電装置７０から平滑回路７６の電解コンデンサなどに流れる突入電流（充電電流）を適度に抑えるため、蓄電装置７０と平滑回路７６との間（例えば、スイッチ６５と平滑回路７６との間）に電流制限抵抗が挿入されてもよい。接続点ｂと平滑回路７６との間に電流制限抵抗が挿入されると、蓄電装置７０から流れる突入電流だけでなく、コンバータ回路８０から流れる突入電流も抑制できるので好適である。

電流制限抵抗を挿入する場合、この電流制限抵抗に並列にスイッチ部材が接続されることが好ましい。このスイッチ部材をオフした状態で突入電流の流れを抑えた後にこのスイッチ部材をオンさせることにより、蓄電装置７０の充放電電流をそのスイッチ部材に迂回させることができる。

また、特定のモータ又は特定のモータを駆動するインバータ回路を止めるべき状態が検出されたとき、蓄電装置からその特定のインバータ回路への給電経路が遮断されてもよい。例えば図１の場合、スイッチ６５は、サーボモータ４２を止めるべき状態が検出されたとき、直流電源ライン６２とインバータ回路５３との接続点と、インバータ回路５３との間の給電経路を遮断してもよい。

また、例えば、安全ドア９０の開操作と非常停止スイッチ３６の操作の両方の操作が検出された場合に、スイッチ６５によって給電経路が遮断されてもよい。

１，２ 射出成形機
１１ サーボモータ
１２ ボールネジ
１３ ナット
１４ プレッシャプレート
１５，１６ ガイドバー
１７ ベアリング
１８ ロードセル
１９ 射出軸
２０ スクリュ
２１ 加熱シリンダ
２１−１ ノズル
２２ ホッパ
２３ 連結部材
２４ サーボモータ
２５ ロードセル増幅器
２６ コントローラ
２７ 位置検出器
２８ 増幅器
３１，３２ エンコーダ
３５ ユーザインターフェース
３６ 非常停止スイッチ
４２ サーボモータ
４４ サーボモータ
４３，４５ エンコーダ
５１，５２，５３，５４ インバータ回路
６０ ＤＣリンク
６１，６２，６３，６６，６７，６８ 直流電源ライン
６４ 交流電源ライン
６５ スイッチ
６９ スイッチ駆動部
７０ 蓄電装置
７６ 平滑回路
８０ コンバータ回路
９０ 安全ドア
９２ 金型開閉機構部
１００ 電源

Claims (6)

1. モータと、
   前記モータを駆動する駆動部と、
   前記モータを動作させる電力を蓄えられる蓄電部と、
   前記モータ及び前記駆動部の少なくとも一方を止めるべき状態が検出されたとき、前記蓄電部から前記駆動部への給電経路を遮断する遮断部とを備え、
   複数の前記モータ及び前記駆動部の組は、前記給電経路に対して並列に接続され、
   前記駆動部に給電可能な給電部を備え、
   前記給電部は、前記遮断部に対して前記駆動部側で前記給電経路に接続され、前記状態が検出されたとき、前記駆動部への給電を停止する、射出成形機。
2. 前記遮断部は、前記モータ及び前記駆動部の少なくとも一方の動作中に前記状態が検出されたとき、前記給電経路を遮断する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記蓄電部は、前記モータから前記駆動部を介して回生される電力を蓄えられる、請求項１又は２に記載の射出成形機。
4. 前記駆動部に給電可能な給電部を備え、
   前記給電部は、前記遮断部に対して前記蓄電部側で前記給電経路に接続される、請求項１から３のいずれか一項に記載の射出成形機。
5. 前記状態は、安全ドアの開状態である、請求項１から４のいずれか一項に記載の射出成形機。
6. 前記状態は、非常停止状態である、請求項１から５のいずれか一項に記載の射出成形機。
   

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