JP6385838B2 - 射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機に関する。

射出成形機は、可動部および可動部を駆動する交流モータを有する（例えば特許文献１参照）。交流モータとしては、例えば同期モータが挙げられる。

特開２０１１−１８３７０５号公報

コントローラは、可動部の速度指令値と、可動部の速度実績値とに基づいて、交流モータを制御する。交流モータの回転子は、交流電力によって形成される回転磁界に追従する。

ところで、保圧時や型締時など、可動部の速度が略ゼロの状態で可動部を駆動する場合、回転子が略回転しない。そのため、１つの相に電流が集中し、その相の温度が高かった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、モータの特定の相の温度上昇を抑制できる、射出成形機の提供を主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
可動部を駆動する回転モータである交流モータと、
前記可動部に関する速度指令値と、前記可動部に関する速度実績値と、前記交流モータの電流位相を変化させる保護指令値とに基づいて、前記交流モータを制御するコントローラと、を備え、
前記保護指令値は、前記交流モータの回転角を変化させるものである、射出成形機が提供される。

本発明の一態様によれば、モータの特定の相の温度上昇を抑制できる、射出成形機が提供される。

本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。 本発明の一実施形態による射出成形機の制御系を示す図である。 図２に示す制御系の変形例を示す図である。

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。

図１は、本発明の一実施形態による射出成形機を示す図である。図１に示す射出成形機は、フレームＦｒ、型締装置１０、射出装置４０、およびコントローラ９０などを有する。

先ず、型締装置１０について説明する。型締装置１０の説明では、型閉時の可動プラテン１３の移動方向（図１中右方向）を前方とし、型開時の可動プラテン１３の移動方向（図１中左方向）を後方として説明する。

型締装置１０は、金型装置３０の型閉、型締、型開を行う。型締装置１０は、固定プラテン１２、可動プラテン１３、リヤプラテン１５、タイバー１６、トグル機構２０、型締モータ２１および運動変換機構２５を有する。

固定プラテン１２は、フレームＦｒに対し固定される。固定プラテン１２における可動プラテン１３との対向面に固定金型３２が取り付けられる。

可動プラテン１３は、フレームＦｒ上に敷設されるガイド（例えばガイドレール）１７に沿って移動自在とされ、固定プラテン１２に対し進退自在とされる。可動プラテン１３における固定プラテン１２との対向面に可動金型３３が取り付けられる。

固定プラテン１２に対し可動プラテン１３を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型３２と可動金型３３とで金型装置３０が構成される。

リヤプラテン１５は、固定プラテン１２と間隔をおいて連結され、フレームＦｒ上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、リヤプラテン１５は、フレームＦｒ上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。リヤプラテン１５のガイドは、可動プラテン１３のガイド１７と共通のものでもよい。

尚、本実施形態では、固定プラテン１２がフレームＦｒに対し固定され、リヤプラテン１５がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされるが、リヤプラテン１５がフレームＦｒに対し固定され、固定プラテン１２がフレームＦｒに対し型開閉方向に移動自在とされてもよい。

タイバー１６は、固定プラテン１２とリヤプラテン１５とを間隔をおいて連結する。タイバー１６は、複数本用いられてよい。各タイバー１６は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも１本のタイバー１６には型締力検出器１８が設けられる。型締力検出器１８は、歪みゲージ式であってよく、タイバー１６の歪みを検出することによって型締力を検出する。

尚、型締力検出器１８は、歪みゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取り付け位置もタイバー１６に限定されない。

トグル機構２０は、可動プラテン１３とリヤプラテン１５との間に配設される。トグル機構２０は、クロスヘッド２０ａ、複数のリンク２０ｂ、２０ｃなどで構成される。一方のリンク２０ｂは可動プラテン１３に揺動自在に取り付けられ、他方のリンク２０ｃはリヤプラテン１５に揺動自在に取り付けられる。これらのリンク２０ｂ、２０ｃは、ピンなどで屈伸自在に連結される。クロスヘッド２０ａを進退させることにより、複数のリンク２０ｂ、２０ｃが屈伸され、リヤプラテン１５に対し可動プラテン１３が進退される。

型締モータ２１は、リヤプラテン１５に取り付けられ、クロスヘッド２０ａを進退させることにより、可動プラテン１３を進退させる。型締モータ２１とクロスヘッド２０ａとの間には、型締モータ２１の回転運動を直線運動に変換してクロスヘッド２０ａに伝達する運動変換機構２５が設けられる。運動変換機構２５は例えばボールねじ機構で構成される。クロスヘッド２０ａの速度は、型締モータ２１のエンコーダ２１ａなどにより検出される。

型締装置１０の動作は、コントローラ９０によって制御される。コントローラ９０は、型閉工程、型締工程、型開工程などを制御する。

型閉工程では、型締モータ２１を駆動して可動プラテン１３を前進させることにより、可動金型３３を固定金型３２に接触させる。

型締工程では、型締モータ２１をさらに駆動させることで型締力を生じさせる。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３４が形成され、キャビティ空間３４に液状の成形材料が充填される。キャビティ空間３４内の成形材料は、固化され、成形品となる。

型開工程では、型締モータ２１を駆動して可動プラテン１３を後退させることにより、可動金型３３を固定金型３２から離間させる。

尚、本実施形態の型締装置１０は、駆動源として、型締モータ２１を有するが、型締モータ２１の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置１０は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。

次に、射出装置４０について説明する。射出装置４０の説明では、型締装置１０の説明と異なり、充填時のスクリュ４３の移動方向（図１中左方向）を前方とし、計量時のスクリュ４３の移動方向（図１中右方向）を後方として説明する。

射出装置４０は、フレームＦｒに対し進退自在なスライドベースＳｂに設置され、金型装置３０に対し進退自在とされる。射出装置４０は、金型装置３０にタッチされ、金型装置３０内に成形材料を充填する。射出装置４０は、例えばシリンダ４１、ノズル４２、スクリュ４３、計量モータ４５、射出モータ４６、および圧力検出器４７を有する。

シリンダ４１は、供給口４１ａから供給された成形材料を加熱する。供給口４１ａはシリンダ４１の後部に形成される。シリンダ４１の外周には、ヒータなどの加熱源が設けられる。

ノズル４２は、シリンダ４１の前端部に設けられ、金型装置３０に対し押し付けられる。

スクリュ４３は、シリンダ４１内において進退自在に配設される可動部である。スクリュ４３は、シリンダ４１内において回転自在とされる。

計量モータ４５は、スクリュ４３を回転させることにより、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。成形材料は、前方に送られながら、シリンダ４１からの熱によって徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。

射出モータ４６は、スクリュ４３を進退させる交流モータである。交流モータは、３相交流モータであるが、２相交流モータでもよい。射出モータ４６は、スクリュ４３を前進させることにより、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置３０のキャビティ空間３４に充填させる。その後、射出モータ４６は、スクリュ４３を前方に押し、キャビティ空間３４内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。射出モータ４６とスクリュ４３との間には、射出モータ４６の回転運動をスクリュ４３の直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。

圧力検出器４７は、例えば射出モータ４６とスクリュ４３との間に配設され、スクリュ４３が成形材料から受ける圧力、スクリュ４３に対する背圧などを検出する。スクリュ４３が成形材料から受ける圧力は、スクリュ４３から成形材料に作用する圧力に対応する。

射出装置４０の動作は、コントローラ９０によって制御される。コントローラ９０は、充填工程、保圧工程、計量工程などを制御する。

充填工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定速度で前進させ、スクリュ４３の前方に蓄積された液状の成形材料を金型装置３０内に充填させる。スクリュ４３の位置や速度は、例えば射出モータ４６のエンコーダ４６ａにより検出される。スクリュ４３の位置が所定位置に達すると、充填工程から保圧工程への切替（所謂、Ｖ／Ｐ切替）が行われる。

尚、充填工程においてスクリュ４３の位置が所定位置に達した後、その所定位置にスクリュ４３を一時停止させ、その後にＶ／Ｐ切替が行われてもよい。Ｖ／Ｐ切替の直前において、スクリュ４３の停止の代わりに、スクリュ４３の微速前進または微速後退が行われてもよい。

保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。不足分の成形材料が補充できる。成形材料の圧力は、例えば圧力検出器４７により検出される。保圧工程後、冷却工程が開始される。冷却工程では、キャビティ空間３４内の成形材料の固化が行われる。冷却工程中に計量工程が行われてよい。

計量工程では、計量モータ４５を駆動してスクリュ４３を設定回転数で回転させ、スクリュ４３の螺旋状の溝に沿って成形材料を前方に送る。これに伴い、成形材料が徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ４３の前方に送られシリンダ４１の前部に蓄積されるにつれ、スクリュ４３が後退させられる。スクリュ４３の回転数は、例えば計量モータ４５のエンコーダ４５ａにより検出される。

計量工程では、スクリュ４３の急激な後退を制限すべく、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３に対し設定背圧を加えてよい。スクリュ４３に対する背圧は、例えば圧力検出器４７により検出される。スクリュ４３が所定位置まで後退し、スクリュ４３の前方に所定量の成形材料が蓄積されると、計量工程が終了する。

次に、コントローラ９０について説明する。コントローラ９０は、マイクロコンピュータなどで構成され、メモリなどの記憶媒体に記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）に実行させることにより、型締装置１０、および射出装置４０を制御する。

図２は、本発明の一実施形態による射出成形機の制御系を示す図である。コントローラ９０は、圧力検出部９１、速度検出部９３、速度指令演算部９４、制御指令演算部９５、およびドライバ部９６などを有する。

圧力検出部９１は、スクリュ４３の圧力実績値Ｐを検出する。スクリュ４３の圧力実績値Ｐは、成形材料の圧力実績値に対応し、例えば圧力検出器４７を用いて検出する。

速度検出部９３は、スクリュ４３の速度実績値Ｖを検出する。スクリュ４３の速度実績値Ｖは、射出モータ４６の回転速度実績値に対応し、例えば射出モータ４６のエンコーダ４６ａを用いて検出する。

ここで、スクリュ４３の速度は、スクリュ４３の前進時の速度を正、スクリュ４３の後退時の速度を負として表す。

速度指令演算部９４は、圧力指令値Ｐｒｅｆおよび圧力実績値Ｐに基づいて、速度指令値を算出する。例えば、速度指令演算部９４は、圧力指令値Ｐｒｅｆと圧力実績値Ｐとの偏差がゼロになるように、速度指令値Ｖｒｅｆを算出する。速度指令値Ｖｒｅｆの算出には、例えばＰＩ演算、ＰＩＤ演算などが用いられる。

制御指令演算部９５は、速度指令値Ｖｒｅｆと速度実績値Ｖとに基づいてドライバ部９６の出力波を作成する。例えば、制御指令演算部９５は、速度指令値Ｖｒｅｆと速度実績値Ｖとの偏差がゼロになるようにドライバ部９６の出力波を作成する。ドライバ部９６の出力波の作成には、例えばＰＩ演算、ＰＩＤ演算などが用いられる。制御指令演算部９５は、ドライバ部９６の出力波と搬送波とを比較することにより、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を作成する。

尚、本実施形態の制御指令演算部９５は、ＰＷＭ信号を作成するが、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）信号を作成してもよい。ドライバ部９６の制御方式は、特に限定されない。

ドライバ部９６は、直流電力を交流電力に変換するインバータなどで構成される。インバータは、例えば２つのスイッチング素子で構成されるレグを複数有する。各スイッチング素子に対し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。インバータは、制御指令演算部９５からのＰＷＭ信号に従ってスイッチングし、交流電力を射出モータ４６に供給する。

ところで、保圧工程では、射出モータ４６を駆動してスクリュ４３を設定圧力で前方に押し、金型装置３０内の成形材料に圧力をかける。保圧工程では、速度実績値Ｖが略ゼロの状態で、射出モータ４６を駆動する場合がある。

仮に、制御指令演算部９５が速度指令値Ｖｒｅｆおよび速度実績値Ｖのみに基づいてＰＷＭ信号を作成する場合、速度実績値Ｖがゼロを含む所定範囲内であると、射出モータ４６が略回転しないため、射出モータ４６の１つの相に電流が集中する。

そこで、制御指令演算部９５は、速度実績値Ｖがゼロを含む所定範囲内である場合に、速度指令値Ｖｒｅｆ、速度実績値Ｖ、および保護指令値Ｖｐｃに基づいてＰＷＭ信号を作成する。保護指令値Ｖｐｃは、射出モータ４６の電流位相を変化させるものであり、射出モータ４６の回転角を変化させるものである。保護指令値Ｖｐｃは、例えば、予めメモリなどの記憶媒体に記憶されたものを読み出して用いてよい。保護指令値Ｖｐｃを用いることで、射出モータ４６の１つの相への電流集中が抑制でき、射出モータ４６の特定の相の温度上昇が抑制できる。

尚、保護指令値Ｖｐｃは、記憶媒体に記憶されたものを読み出して用いなくてもよく、例えば所定時間間隔で変化量を切り替えるようにしてもよい。

射出モータ４６を強制的に回転させる際にその回転を精度良く制御するため、保護指令値Ｖｐｃは、圧力指令値Ｐｒｅｆまたは圧力実績値Ｐに加算するのではなく、速度指令値Ｖｒｅｆまたは速度実績値Ｖに加算する。

保護指令値Ｖｐｃは、射出モータ４６の１つの相への電流集中を効果的に抑制するため、射出モータ４６の各相の電気角度を１０°〜９０°程度変化させるものであってよい。変化の方向は、電流位相を進める方向、電流位相を遅らせる方向のいずれでもよく、両方向でもよい。

保護指令値Ｖｐｃは、例えば、射出モータ４６の電流位相を周期的に変化させるものであってよく、射出モータ４６の回転角を周期的に変化させるものであってよい。保護指令値Ｖｐｃの波形は、例えば正弦波、矩形波、三角波などのいずれでもよい。射出モータ４６の電流位相を周期的に変化させることで、スクリュ４３の位置を振動させることができ、圧力実績値Ｐの時間平均値を圧力設定値に維持することができる。スクリュ４３の振動中心位置は、例えば圧力実績値Ｐが圧力設定値に等しくなる位置とされる。

圧力実績値Ｐの変動は、スクリュ４３の位置の変動に遅れる。この時間差よりも短い周期で、保護指令値Ｖｐｃが射出モータ４６の電流位相を周期的に変化させてよい。スクリュ４３の位置の変動が、圧力実績値Ｐの変動にほとんど現れない。圧力実績値Ｐの瞬時値が圧力指令値Ｐｒｅｆの±１０％の範囲内に収まるように、保護指令値Ｖｐｃの周波数が試験などにより求められてよい。

保護指令値Ｖｐｃは、射出モータ４６の電流位相を周期的に変化させるものである場合、速度実績値Ｖが上記所定範囲外である場合にも用いられてもよく、常に速度指令値Ｖｒｅｆまたは速度実績値Ｖに加算されてもよい。圧力実績値Ｐの時間平均値を圧力設定値に維持することができるためである。特に、圧力実績値Ｐの瞬時値が圧力指令値Ｐｒｅｆの±１０％の範囲内に収まる場合には、保護指令値Ｖｐｃは、常に速度指令値Ｖｒｅｆまたは速度実績値Ｖに加算されてもよい。

尚、保護指令値Ｖｐｃは、射出モータ４６の電流位相を進ませるだけのもの、または遅らせるだけのものであってもよい。この場合、保護指令値Ｖｐｃは、速度実績値Ｖが上記所定範囲内である場合にのみ用いられ、速度実績値Ｖが上記所定範囲外である場合には用いられない。速度実績値Ｖの代わりに、速度指令値Ｖｒｅｆが用いられてもよい。

尚、保護指令値Ｖｐｃは、速度実績値Ｖが上記所定範囲内であって、且つ圧力指令値Ｐｒｅｆが所定値以上の場合にのみ用いられてもよい。圧力指令値Ｐｒｅｆが所定値以上の場合、大電流が流れるので、電流集中を抑制する効果が顕著に得られる。圧力指令値Ｐｒｅｆの代わりに、圧力実績値Ｐ、射出モータ４６の電流値などが用いられてもよい。速度実績値Ｖの代わりに、速度指令値Ｖｒｅｆが用いられてもよい。

図３は、図２に示す制御系の変形例を示す図である。コントローラ９０Ａは、圧力検出部９１Ａ、速度検出部９３Ａ、速度指令演算部９４Ａ、制御指令演算部９５Ａ、およびドライバ部９６Ａの他に、フィルタ部９７Ａを有する。

フィルタ部９７Ａは、圧力実績値Ｐのうちの少なくとも所定周波数の成分を減衰させる。所定周波数は、保護指令値Ｖｐｃの周波数である。保護指令値Ｖｐｃによる圧力実績値Ｐの変動を除去することができる。フィルタ部９７Ａは、例えばローパスフィルタで構成され、遮断周波数よりも高い周波数の成分を減衰させる。ローパスフィルタの遮断周波数は、保護指令値Ｖｐｃの周波数よりも低い。尚、フィルタ部９７Ａは帯域除去フィルタで構成されてもよく、フィルタの種類は特に限定されない。

速度指令演算部９４Ａは、圧力実績値Ｐのうちの少なくとも所定周波数の成分を減衰させた値、および圧力指令値Ｐｒｅｆに基づいて、速度指令値Ｖｒｅｆを算出する。速度指令演算部９４Ａは、保護指令値Ｖｐｃによる圧力実績値Ｐの変動を除去して、速度指令値Ｖｒｅｆを算出できる。よって、圧力実績値Ｐの時間平均値を圧力設定値に安定的に維持できる。

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装置は、インライン・スクリュ方式であるが、プリプラ方式でもよい。プリプラ方式の射出装置は、可塑化シリンダ内で溶融され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。可塑化シリンダ内にはスクリュが回転自在にまたは回転自在に且つ進退自在に配設され、射出シリンダ内にはプランジャが進退自在に配設される。射出装置がプリプラ方式の場合、図２および図３において、スクリュ４３の代わりにプランジャが用いられ、射出モータ４６の代わりにプランジャを進退させる交流モータが用いられる。

また、図２に示すコントローラ９０や図３に示すコントローラ９０Ａは、射出装置４０の交流モータの制御に用いられるが、型締装置１０の交流モータの制御、エジェクタ装置の交流モータの制御、コア圧縮装置の交流モータの制御、射出装置移動装置の交流モータの制御などに用いられてもよい。

型締装置１０は、可動部としてのクロスヘッド２０ａ、および交流モータとしての型締モータ２１を有する。クロスヘッド２０ａの速度実績値は、型締モータ２１の回転速度実績値に対応し、例えば型締モータ２１のエンコーダ２１ａを用いて検出する。クロスヘッド２０ａの圧力実績値は、型締力の実績値に対応し、例えば型締力検出器１８を用いて検出する。コントローラは、型締工程において、クロスヘッド２０ａの速度実績値が略ゼロの状態で、型締モータ２１を駆動する。

エジェクタ装置は、金型から成形品を突き出す。エジェクタ装置は、可動部としてのエジェクタロッド、および交流モータとしてのエジェクタモータを有する。エジェクタロッドは、金型（例えば可動金型）に対し進退自在とされる。エジェクタモータは、エジェクタロッドを進退させることにより、金型から成形品を突き出す。エジェクタモータとエジェクタロッドとの間には、エジェクタモータの回転運動をエジェクタロッドの直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。成形品の突き出し工程では、エジェクタロッドの速度実績値が略ゼロの状態で、エジェクタモータを駆動する場合がある。例えば金型と成形品との密着力が強く、金型と成形品とが直ぐに分離しない場合が挙げられる。

コア圧縮装置は、キャビティ空間内の成形材料を圧縮する。コア圧縮装置は、可動部としての圧縮コア、および交流モータとしての圧縮モータを有する。圧縮コアは、金型装置内に移動自在に配設される。圧縮モータは、圧縮コアを移動させることにより、キャビティ空間内の成形材料を圧縮する。圧縮モータと圧縮コアとの間には、圧縮モータの回転運動を圧縮コアの直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。成形材料の圧縮工程では、圧縮コアの速度実績値が略ゼロの状態で、圧縮モータを駆動する場合がある。

射出装置移動装置は、フレームＦｒに対し射出装置４０を移動させる。射出装置移動装置は、可動部としてのスライドベースＳｂ、および交流モータとしての移動モータを有する。移動モータは、スライドベースＳｂを移動させることにより、ノズル４２を金型（例えば固定金型）に押し付ける。移動モータとスライドベースＳｂとの間には、移動モータの回転運動をスライドベースＳｂの直線運動に変換する運動変換機構が設けられる。ノズル４２を金型に押し付けるノズルタッチ工程では、スライドベースＳｂの速度実績値が略ゼロの状態で、移動モータを駆動する場合がある。例えばノズル４２を金型に押し付けた状態で、移動モータを駆動して、ノズルタッチ圧力を生じさせる場合が挙げられる。

また、上記実施形態では、交流モータとして、回転モータが用いられるが、リニアモータが用いられてもよい。

１０ 型締装置
１２ 固定プラテン
１３ 可動プラテン
１８ 型締力検出器
２１ 型締モータ
２１ａ 型締モータのエンコーダ
３０ 金型装置
３２ 固定金型
３３ 可動金型
４０ 射出装置
４１ シリンダ
４２ ノズル
４３ スクリュ
４６ 射出モータ
４６ａ 射出モータのエンコーダ
９０、９０Ａ コントローラ
９１、９１Ａ 圧力検出部
９３、９３Ａ 速度検出部
９４、９４Ａ 速度指令演算部
９５、９５Ａ 制御指令演算部
９６、９６Ａ ドライバ部
９７Ａ フィルタ部

Claims (4)

1. 可動部を駆動する回転モータである交流モータと、
   前記可動部に関する速度指令値と、前記可動部に関する速度実績値と、前記交流モータの電流位相を変化させる保護指令値とに基づいて、前記交流モータを制御するコントローラと、を備え、
   前記保護指令値は、前記交流モータの回転角を変化させるものである、射出成形機。
2. 前記保護指令値は、前記交流モータの電流位相を周期的に変化させるものである、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記コントローラは、前記可動部に関する圧力指令値、および前記可動部に関する圧力実績値に基づいて、前記速度指令値を算出する、請求項１または請求項２に記載の射出成形機。
4. 前記コントローラは、前記圧力実績値のうちの少なくとも所定周波数の成分を減衰させた値、および前記圧力指令値に基づいて、前記速度指令値を算出し、
   前記所定周波数は、前記保護指令値の周波数である、請求項３に記載の射出成形機。

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