JP6113625B2

JP6113625B2 - 射出成形機

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Publication number: JP6113625B2
Application number: JP2013215056A
Authority: JP
Inventors: 水野　博之; 博之水野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: KR20150043967A; TW201513990A; CN104552738A; JP2015077703A; KR101633550B1; TWI620644B; CN104552738B

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、金型装置の型開閉および型締に用いられる型締モータ、型締状態の金型装置内への成形材料の充填に用いられる射出モータ、成形材料の計量に用いられる計量モータ、および型開状態の金型装置からの成形品の突き出しに用いられるエジェクタモータなどを有する（例えば特許文献１参照）。型開閉にはリニアモータが用いられ、型締には電磁石が用いられることもある。型開閉および型締に、油圧シリンダ、該油圧シリンダに油圧を供給する油圧ポンプ、および該油圧ポンプを駆動するモータが用いられることもある。

特開２０１１−１８３７０５号公報

従来、射出成形機に備えられる電動モータや電磁石などの負荷の駆動時に、負荷に対する供給電力が不足し、負荷の応答性が低下することがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、応答性の良い射出成形機の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータから直流電力が供給されるＤＣリンクと、
前記ＤＣリンクから供給される直流電力を電力変換して負荷に供給する電力供給部と、
前記負荷への電力供給によるＤＣリンク電圧の低下を抑制するために前記ＤＣリンク電圧を昇圧する昇圧回路とを備え、
前記昇圧回路は、前記コンバータと前記電力供給部とを接続する直流電源ラインを含む給電経路に対して並列に配設され、前記ＤＣリンク電圧が設定値を超えて昇圧された場合に前記ＤＣリンク電圧を降圧する、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、応答性の良い射出成形機が提供される。

本発明の第１実施形態による射出成形機を示す図である。本発明の第１実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。本発明の第１実施形態による射出モータの回転数、射出モータのトルク、およびＤＣリンク電圧の推移を実線で示す図である。本発明の第２実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。また、充填工程におけるスクリュの移動方向を前方とし、計量工程におけるスクリュの移動方向を後方として説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による射出成形機を示す図である。射出成形機１０は、金型装置３０を閉じる型閉工程、金型装置３０を締める型締工程、型締状態の金型装置３０内に液状の成形材料を充填する充填工程、充填した成形材料に圧力をかける保圧工程、保圧工程後に金型装置３０内で成形材料を固化させる冷却工程、次の成形品のための成形材料を計量する計量工程、金型装置３０を開く型開工程、および型開状態の金型装置３０から成形品を突き出す突き出し工程を行う。射出成形機１０は、これらの工程を繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する。成形サイクルの短縮のため、計量工程は、冷却工程の間に行われてよい。

射出成形機１０は、例えば図１に示すように、フレーム１１、固定プラテン１２、可動プラテン１３、リヤプラテン１４、タイバー１５、トグル機構１６、シリンダ２１、スクリュ２５、型締モータ４１、射出モータ４２、計量モータ４３、およびエジェクタモータ４４を有する。

固定プラテン１２は、フレーム１１に対して固定される。固定プラテン１２には、固定金型３２が取り付けられる。

可動プラテン１３は、固定プラテン１２とリヤプラテン１４との間に配設され、フレーム１１に敷設されるガイド１７に沿って移動自在とされる。可動プラテン１３には、可動金型３３が取り付けられる。固定金型３２および可動金型３３で金型装置３０が構成される。

リヤプラテン１４は、複数本のタイバー１５を介して固定プラテン１２と連結される。リヤプラテン１４は、フレーム１１に対して型開閉方向に移動自在とされる。尚、リヤプラテン１４はフレーム１１に対して固定されてもよく、この場合、固定プラテン１２がフレーム１１に対して型開閉方向に移動自在とされる。

トグル機構１６は、可動プラテン１３とリヤプラテン１４との間に配設される。トグル機構１６が型開閉方向に伸縮することにより、可動プラテン１３がフレーム１１に対して型開閉方向に移動する。

シリンダ２１は、成形材料（例えば樹脂ペレット）の供給口２２を後部に有する。シリンダ２１の外周にはヒータ２３が取り付けられる。ヒータ２３は、シリンダ２１を加熱し、シリンダ２１の内部に供給された成形材料を溶融させる。液状の成形材料は、シリンダ２１の前端に設けられるノズル２４から吐出される。

スクリュ２５は、シリンダ２１内において回転自在に且つ進退自在に配設される。スクリュ２５には螺旋状の溝２６が形成される。スクリュ２５の回転によって、螺旋状の溝２６に沿って成形材料が前方に送られる。成形材料は、シリンダ２１内を前進しながら、徐々に溶融させられる。溝２６の深さは、一定でもよいし、場所によって異なってもよい。

次に、射出成形機１０の動作について説明する。射出成形機１０の動作は、制御部４５（図２参照）によって制御される。制御部４５は、メモリなどの記憶部、およびＣＰＵなどで構成され、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムをＣＰＵに実行させることにより、各種動作を制御する。

型閉工程では、型締モータ４１を駆動してトグル機構１６を作動させ、可動プラテン１３を固定プラテン１２に対して接近させる。可動金型３３が固定金型３２に当接し、金型装置３０が閉じる。型閉工程に続いて型締工程が行われる。

型締工程では、型締モータ４１をさらに駆動して、可動金型３３と固定金型３２とを締め付ける。トグル機構１６のトグル倍率に応じた型締力が生じる。型締時に可動金型３３と固定金型３２との間にキャビティ空間が形成される。

充填工程では、射出モータ４２を駆動してスクリュ２５を設定速度で前進させ、スクリュ２５の前方に蓄積された成形材料をシリンダ２１の前部から金型装置３０内のキャビティ空間に充填させる。スクリュ２５が所定位置（所謂Ｖ／Ｐ切換位置）まで前進すると、保圧工程が開始される。尚、充填工程開始からの経過時間が所定時間に達すると、保圧工程が開始されてもよい。スクリュ２５の設定速度は、一定でもよいし、スクリュ位置または経過時間に応じて変更してもよい。

保圧工程では、射出モータ４２を駆動してスクリュ２５を設定圧力で前方に押し、キャビティ空間における成形材料の冷却による体積収縮分の成形材料を補充する。キャビティ空間の入口（所謂ゲート）が固化した成形材料でシールされ、キャビティ空間からの成形材料の逆流が防止された後、冷却工程が開始される。冷却工程の間に、次の成形品のための成形材料を計量する計量工程が行われてよい。スクリュ２５の設定圧力は、一定でもよいし、経過時間などに応じて変更してもよい。

計量工程では、計量モータ４３を駆動してスクリュ２５を回転させ、スクリュ２５の螺旋状の溝２６内に供給された成形材料を前方に送る。成形材料は、シリンダ２１内を前進しながら、徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ２５の前方に送られ、シリンダ２１の前部に蓄積されるにつれて、スクリュ２５が後退させられる。

計量工程では、スクリュ２５の急激な後退を制限すべく、スクリュ２５に対して所定の背圧を加えるように、射出モータ４２を駆動してよい。スクリュ２５が所定位置まで後退し、スクリュ２５の前方に所定量の成形材料が蓄積すると、計量モータ４３や射出モータ４２が停止される。

型開工程では、型締モータ４１を駆動してトグル機構１６を作動させ、可動プラテン１３を固定プラテン１２に対して離間させる。可動金型３３が固定金型３２から離れ、金型装置３０が開く。

突き出し工程では、エジェクタモータ４４を駆動することによって型開状態の金型装置３０から成形品を突き出す。

図２は、本発明の第１実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。図２に示すように、射出成形機１０は、コンバータ５０、ＤＣリンク６０、電力供給部としてのインバータ７０と、昇圧回路８０とを備える。

コンバータ５０は、３本の交流電源ライン５１〜５３を介して３相交流電源Ｐに接続され、３相交流電源Ｐから供給される交流電力を直流電力に電力変換する。コンバータ５０は、例えば３相ブリッジ回路であり、６つのダイオードを含む。

尚、本実施形態の交流電源は３相交流であるが２相交流でもよい。また、コンバータ５０は、交流電力を直流電力に電力変換するものであればよく、例えば、ダイオードの他に、スイッチング素子を含んでもよい。スイッチング素子の具体例としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Filed-Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタなどが挙げられる。各スイッチング素子に対して逆並列にダイオードが接続される。ダイオードは、各スイッチング素子に内蔵されてもよい。

ＤＣリンク６０は、２本の直流電源ライン６１、６２、およびＤＣリンクコンデンサ６３を含む。２本の直流電源ライン６１、６２は、コンバータ５０とインバータ７０とを接続する。ＤＣリンクコンデンサ６３は、２本の直流電源ライン６１、６２間の直流電圧を平滑化させる。ＤＣリンクコンデンサ６３の電圧がＤＣリンク電圧に相当する。

インバータ７０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して、３相交流負荷としての射出モータ４２に供給する。インバータ７０は、例えば２つのスイッチング素子で構成されるレグを３つ有し、射出モータ４２に電力を供給する。尚、負荷は例えば２相交流負荷でもよく、レグの数は特に限定されない。

昇圧回路８０は、ＤＣリンク電圧を昇圧させる回路である。昇圧回路８０は、コンバータ部８１および昇圧部９０を有する。コンバータ部８１および昇圧部９０は直列に配設される。

コンバータ部８１は、３本の交流電源ライン８３〜８５および３本の交流電源ライン５１〜５３を介して３相交流電源Ｐに接続され、３相交流電源Ｐから交流電源ライン５１〜５３、８３〜８５を介して供給される交流電力を直流電力に電力変換する。コンバータ部８１は、コンバータ５０と同様に構成される。

昇圧部９０は、コンバータ部８１から供給される直流電力を用いてＤＣリンク電圧を昇圧する。昇圧部９０は、例えば、インダクタンス９１、第１スイッチング素子９２、第１ダイオード９３、第２スイッチング素子９４、第２ダイオード９５を含む。

第１スイッチング素子９２の一端は高圧側の直流電源ライン６１に接続され、第２スイッチング素子９４の一端は低圧側の直流電源ライン６２に接続される。第１スイッチング素子９２の他端と第２スイッチング素子９４の他端とが中間ノード９６を介して接続される。中間ノード９６はインダクタンス９１の一端に接続され、インダクタンス９１の他端はコンバータ部８１の高圧側の出力端子に接続される。コンバータ部８１の低圧側の出力端子は低圧側の直流電源ライン６２に接続される。第１ダイオード９３は第１スイッチング素子９２に対して逆並列に接続され、第２ダイオード９５は第２スイッチング素子９４に対して逆並列に接続される。

制御部４５は、第１スイッチング素子９２および第２スイッチング素子９４のオン／オフ状態を制御し、ＤＣリンク電圧を昇圧させる。第１スイッチング素子９２および第２スイッチング素子９４のうちの、一方がオン状態のとき、他方がオフ状態とされる。両方がオフ状態とされてもよい。両方がオン状態とはされない。

例えば、制御部４５は、第１スイッチング素子９２をオフ状態に維持すると共に、第２スイッチング素子９４をオン状態とオフ状態とに交互に切り替えることにより、ＤＣリンク電圧を昇圧させる。第２スイッチング素子９４がオン状態のとき、インダクタンス９１に電流が流れ、その電流によって形成される磁場にエネルギーが蓄えられる。第２スイッチング素子９４がオン状態からオフ状態に切り替わると、蓄積された磁気エネルギーが解放され、電流がＤＣリンクコンデンサ６３に供給され、ＤＣリンク電圧が昇圧される。

また、制御部４５は、第１スイッチング素子９２をオン状態とオフ状態とに交互に切り替えると共に、第２スイッチング素子９４をオフ状態とオン状態とに交互に切り替えることにより、ＤＣリンク電圧を昇圧させてもよい。ＤＣリンク電圧が設定値を超えて昇圧された場合に、ＤＣリンク電圧を設定値に下げることが可能である。ＤＣリンク電圧の降圧を可能とするため、コンデンサ９７が用いられる。コンデンサ９７の一端は低圧側の直流電源ライン６２に接続され、コンデンサ９７の他端はコンバータ部８１の高圧側の端子とインダクタンス９１とを接続する電流経路に接続される。

尚、第１スイッチング素子９２および第２ダイオード９５がなく、第２スイッチング素子９４がオン状態とオフ状態とに交互に切り替えられることでも、ＤＣリンク電圧の昇圧は可能である。

このように、本実施形態によれば、昇圧回路８０によってＤＣリンク電圧が昇圧されるため、射出モータ４２の駆動時にＤＣリンク電圧が十分に確保できる。射出モータ４２に対する供給電力が十分に確保でき、射出モータ４２の応答性が良い。

昇圧回路８０は、給電経路９８に対して並列に配設されてよい。給電経路９８は、直流電源ライン６１、６２、および交流電源ライン５１〜５３を含む。直流電源ライン６１、６２の途中に昇圧回路を直列に挿入する場合よりも、昇圧回路８０が後付けしやすく、また、昇圧回路８０の容量が低減できる。

図３は、本発明の第１実施形態による射出モータの回転数、射出モータのトルク、およびＤＣリンク電圧の推移を実線で示す図である。図３の破線は、従来の推移を示す。実線と破線とが重なる部分は実線で示す。

図３に実線で示すように、制御部４５は、時刻ｔ０で昇圧回路８０を作動させ、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを昇圧する。時刻ｔ１でＤＣリンク電圧Ｖｄｃが設定値に達した後、時刻ｔ２でインバータ７０が作動し電力が射出モータ４２に供給され、射出モータ４２の回転数Ｎが大きくなる。そうすると、射出モータ４２のトルクＴが大きくなり、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが低下する。

従来は図３に破線で示すようにＤＣリンク電圧Ｖｄｃが低くなり過ぎ、時刻ｔ３で射出モータ４２のトルクＴが頭打ちになり、射出モータ４２の加速度が低下する。

これに対し、本実施形態ではＤＣリンク電圧Ｖｄｃが十分に確保でき、射出モータ４２のトルクＴが十分に確保でき、射出モータ４２の回転数Ｎが一定の加速度で大きくなる。従って、射出モータ４２の回転数Ｎが短時間で設定値に到達し、応答性が良い。

［第２実施形態］
上記第１実施形態と第２実施形態とでは、昇圧回路の構成が異なる。それ以外の構成は同様である。以下、主に相違点について説明する。

図４は、本発明の第２実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。図４に示すように、射出成形機は、コンバータ５０、ＤＣリンク６０、電力供給部としてのインバータ７０と、昇圧回路１８０とを備える。昇圧回路１８０は、図２に示す昇圧回路８０に代えて用いられる。

昇圧回路１８０は、ＤＣリンク電圧を昇圧させる回路である。昇圧回路１８０は、コンバータ５０から供給される直流電力を用いてＤＣリンク電圧を昇圧する。昇圧回路１８０は、例えば、インダクタンス１９１、第１スイッチング素子１９２、第１ダイオード１９３、第２スイッチング素子１９４、第２ダイオード１９５を含む。

第１スイッチング素子１９２の一端は高圧側の直流電源ライン６１の第１接続ポイントＰ１に接続され、第２スイッチング素子１９４の一端は低圧側の直流電源ライン６２に接続される。第１スイッチング素子１９２の他端と第２スイッチング素子１９４の他端とが中間ノード１９６を介して接続される。中間ノード１９６はインダクタンス１９１の一端に接続され、インダクタンス１９１の他端はダイオード１８６を介して高圧側の直流電源ライン６１の第２接続ポイントＰ２に接続される。第１接続ポイントＰ１と第２接続ポイントＰ２との間には、ＤＣリンクコンデンサ６３からコンバータ５０への逆流電流の発生を防止するダイオード１８７が挿入されてよい。このダイオード１８７は、直流電源ライン６１の途中に後付けで挿入できる。第１ダイオード１９３は第１スイッチング素子１９２に対して逆並列に接続され、第２ダイオード１９５は第２スイッチング素子１９４に対して逆並列に接続される。

制御部４５は、第１スイッチング素子１９２および第２スイッチング素子１９４のオン／オフ状態を制御し、ＤＣリンク電圧を昇圧させる。第１スイッチング素子１９２および第２スイッチング素子１９４のうちの、一方がオン状態のとき、他方がオフ状態とされる。両方がオフ状態とされてもよい。両方がオン状態とはされない。ＤＣリンク電圧の降圧を可能とするため、コンデンサ１９７が用いられる。コンデンサ１９７の一端は低圧側の直流電源ライン６２に接続され、コンデンサ１９７の他端はインダクタンス１９１とダイオード１８６との間の中間ノード１８８に接続される。

尚、第１スイッチング素子１９２および第２ダイオード１９５がなく、第２スイッチング素子１９４がオン状態とオフ状態とに交互に切り替えられることでも、ＤＣリンク電圧の昇圧は可能である。

このように、本実施形態によれば、昇圧回路１８０によってＤＣリンク電圧が昇圧されるため、射出モータ４２の駆動時にＤＣリンク電圧が十分に確保できる。射出モータ４２に対する供給電力が十分に確保でき、射出モータ４２の応答性が良い。

昇圧回路１８０は、給電経路１９８に対して並列に配設されてよい。給電経路１９８は、直流電源ライン６１、６２で構成される。直流電源ライン６１、６２の途中に昇圧回路を直列に挿入する場合よりも、昇圧回路１８０が後付けしやすく、また、昇圧回路１８０の容量が低減できる。

以上、射出成形機の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。

例えば、上記実施形態の射出成形機１０は、スクリュ・インライン式であるが、プリプラ式でもよい。プリプラ式では、可塑化シリンダ内で溶融させた成形材料を射出シリンダに供給し、射出シリンダから金型装置内に成形材料を射出する。

また、上記実施形態のインバータ７０からの電力を消費する負荷は、射出モータ４２であるが、型締モータ４１、計量モータ４３、またはエジェクタモータ４４でもよい。また、負荷は、型開閉に用いられるリニアモータ、型締に用いられる電磁石でもよく、型開閉および型締に用いられる油圧ポンプを駆動するモータでもよい。電磁石の場合、電磁石のコイルに直流電力を供給する電力供給部は、インバータ７０と同様に構成される。

また、上記実施形態では、昇圧回路の昇圧開始の時刻ｔ０が射出モータ４２の駆動開始の時刻ｔ２よりも先であるが、同時または後でもよい。射出モータ４２の駆動中にＤＣリンク電圧が低くなり過ぎなければよい。

また、上記実施形態では、昇圧回路の昇圧完了の時刻ｔ１が射出モータ４２の駆動開始の時刻ｔ２よりも先であるが、同時または後でもよい。つまり、昇圧回路の作動中に、射出モータ４２を駆動開始してもよい。射出モータ４２の駆動中にＤＣリンク電圧が低くなり過ぎなければよい。

また、上記実施形態の制御部４５は電圧センサなどを用いてＤＣリンク電圧を監視してもよく、例えばＤＣリンク電圧が所定値以上であることを射出モータ４２の駆動開始条件にしてもよい。射出モータ４２の駆動開始時にＤＣリンク電圧が所定値未満の場合、制御部４５が射出モータ４２の駆動を中断させてもよく、制御部４５が警報装置を作動させてもよい。また、制御部４５はＤＣリンク電圧の実績値をハードディスクなどの記憶部に記憶させてもよい。ＤＣリンク電圧の実績値は成形品毎に記憶され、成形品の品質評価に用いられる。

１０射出成形機
５０コンバータ
５１〜５３交流電源ライン
６０ＤＣリンク
６１高圧側の直流電源ライン
６２低圧側の直流電源ライン
６３ＤＣリンクコンデンサ
７０インバータ（電流供給部）
８０昇圧回路
８１コンバータ部
９０昇圧部
９１インダクタンス
９２第１スイッチング素子
９３第１ダイオード
９４第２スイッチング素子
９５第２ダイオード
９６中間ノード
９７コンデンサ
９８給電経路

Claims

交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータから直流電力が供給されるＤＣリンクと、
前記ＤＣリンクから供給される直流電力を電力変換して負荷に供給する電力供給部と、
前記負荷への電力供給によるＤＣリンク電圧の低下を抑制するために前記ＤＣリンク電圧を昇圧する昇圧回路とを備え、
前記昇圧回路は、前記コンバータと前記電力供給部とを接続する直流電源ラインを含む給電経路に対して並列に配設され、前記ＤＣリンク電圧が設定値を超えて昇圧された場合に前記ＤＣリンク電圧を降圧する、射出成形機。
前記昇圧回路は、インダクタンスと、第１スイッチング素子と、第１ダイオードと、第２スイッチング素子と、第２ダイオードと、コンデンサとを含み、
前記第１スイッチング素子の一端は高圧側の前記直流電源ラインに接続され、前記第２スイッチング素子の一端は低圧側の前記直流電源ラインに接続され、前記第１スイッチング素子の他端と前記第２スイッチング素子の他端とが中間ノードを介して接続され、前記中間ノードは前記インダクタンスの一端に接続され、前記コンデンサの一端は低圧側の前記直流電源ラインに接続され、前記コンデンサの他端は前記インダクタンスの他端に接続され、前記第１ダイオードは前記第１スイッチング素子に対して逆並列に接続され、前記第２ダイオードは前記第２スイッチング素子に対して逆並列に接続される、請求項１に記載の射出成形機。
前記給電経路は、前記交流電源と前記コンバータとを接続する交流電源ラインをさらに含み、
前記昇圧回路は、前記交流電源から前記交流電源ラインを介して供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ部を含む、請求項１または２に記載の射出成形機。