KR20060103343A - 성형기 및 그 온도제어방법 - Google Patents

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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

성형기(10)는, 가열실린더(51)를 유도가열에 의하여 가열하는 유도가열수단을 구비한다. 유도가열수단은 가열실린더(51)에 설치된 복수의 유도가열용 코일(112-1∼112-4)과, 이들 코일에 공급하는 전력을 제어하는 복수의 전력공급 제어부를 포함한다. 각 전력공급 제어부는 각각, 직류전원회로(40)로부터 전력을 공급받는 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4)를 구비한다. 각 가열부 제어용 인버터는 공급하는 전력의 주파수제어 또는 전류제어를 행한다.

Description

성형기 및 그 온도제어방법{Forming machine and its temperature controlling method}
본 발명은 성형기에 관한 것으로서, 특히 가열을 필요로 하는 부위, 예컨대 가열실린더나 금형에 대한 가열수단으로서 열효율이 좋은 유도가열수단을 구비한 성형기 및 그 온도제어방법에 관한 것이다.
사출성형기나 압출성형기(이하에서는, 이들을 통합하여 성형기라고 부른다)의 가열수단으로서, 일반적으로 밴드 히터가 이용되고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 가열실린더(150)는 축방향에 관하여 복수의 존(zone)(도 1에서는, 4개의 존이 도시되어 있다)으로 분할되어, 각 존에 밴드 히터(151-1∼151-4)가 각각 설치되어 있다. 밴드 히터(151-1∼151-4)는 가열실린더의 주위를 둘러 감도록 설치되고, 각각 스위치수단(152-1∼152-4)을 통하여 전원(153)에 접속되어 있다. 스위치수단(152-1∼152-4)으로서는 SSR나 콘택터가 이용된다.
각 존에는, 열전대(熱電對)로 이루어지는 온도센서가 설치되어 존마다 온도가 검출된다. 온도센서로부터의 온도검출신호는 온도제어장치(54)에 보내진다. 표시설정기(155)는 각 존의 온도를 개별적으로 설정할 수 있고, 각 존의 온도의 설정정보는 온도제어장치(154)에 보내진다. 온도제어장치(154)는, 표시설정기(155)로부 터의 설정정보와 각 온도센서로부터의 온도검출신호에 근거하여 제어연산을 행하고, 연산결과에 따라서 각 스위치수단의 ON 시간을 제어함으로써, 각 존이 설정된 온도로 가열되도록 제어한다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
그러나, 밴드 히터(151-1∼151-4)에 의한 가열실린더의 가열은 열전도에 의한 가열이기 때문에 열효율이 나쁘다는 문제가 있다. 이에 더하여, 온도제어는 스위치수단의 ON, OFF, 즉 전원 ONㆍOFF의 듀티비를 바꿈으로써 행하여지므로, 정밀한 온도제어를 행하는 것이 어려워서, 오버슈트나 언더슈트가 발생하기 쉽다는 문제점도 있다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평07-276458호 공보(제1쪽, 도 1, 도 2)
＜발명이 해결하고자 하는 과제＞
본 발명의 총괄적인 목적은, 상술한 문제를 해결한 개량된 유용한 성형기를 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은, 피가열부의 온도제어를 정밀하게 행할 수 있는 성형기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 가열을 필요로 하는 피가열부, 예컨대 가열실린더나 금형에 대한 가열을 열효율 좋게 행할 수 있는 성형기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 상술한 문제를 해결하는 성형기의 온도제어방법을 제공하는 것이다.
＜과제를 해결하기 위한 수단＞
본 발명에 의하면, 적어도 1개의 피가열부를 유도가열에 의하여 가열하는 유도가열수단을 구비한 성형기로서, 상기 유도가열수단은 상기 피가열부에 설치된 유도가열부와, 이 유도가열부에 공급하는 전력량을 제어하는 전력공급 제어부를 포함하고, 상기 전력공급 제어부는, 주파수제어 및 전류제어 중의 어느 한쪽에 의하여, 이 유도가열부에 공급하는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 성형기가 제공된다.
본 발명에 의한 성형기에 있어서, 상기 피가열부는 가열실린더의 복수 개소에 상당하고, 상기 전력공급 제어부는 직류전원부로부터 전력을 공급받는 가열부 제어용 인버터를 구비하고, 이 가열부 제어용 인버터가 상기 주파수제어 또는 전류제어를 행하는 것이 바람직하다. 상기 가열부 제어용 인버터는 수㎐∼수십㎑의 범위 내에서 상기 주파수제어를 행하는 것이 바람직하다. 혹은, 상기 가열부 제어용 인버터는 수㎐∼수십㎑ 범위 내의 고정주파수를 이용하여 상기 전류제어를 행하는 것이 바람직하다.
상술한 성형기에 있어서, 이 성형기는 1개 이상의 모터를 구비하고, 이 모터는 모터제어용 직류전원부로부터 모터제어용 인버터를 통하여 전력이 공급되도록 구성되어 있으며, 상기 모터제어용 직류전원부를 상기 직류전원부로서 겸용하는 것으로 하여도 좋다. 또한, 상기 가열부 제어용 인버터 및 상기 모터제어용 인버터 중의 적어도 한쪽의 입력측에 스위치를 마련한 것으로 하여도 좋다.
또한, 상술한 성형기에 있어서, 상기 가열부 제어용 인버터의 입력측에 전압조정회로를 구비하는 것으로 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 의하면, 성형기에 있어서의 적어도 1개의 피가열부를 유도가열에 의하여 가열하는 성형기의 온도제어방법으로서, 유도가열용의 공급전력량을 주파수제어 또는 전류제어 중의 어느 한쪽으로 제어함으로써 이 피가열부의 온도제어를 행하는 것을 특징으로 하는 성형기의 온도제어방법이 제공된다.
본 발명에 의한 성형기의 온도제어방법에 있어서, 상기 주파수제어를 수㎐∼수십㎑의 범위 내에서 행하는 것이 바람직하다. 혹은, 수㎐∼수십㎑ 범위의 고정주파수로 상기 전류제어를 행하는 것이 바람직하다.
＜발명의 효과＞
본 발명에 의하면, 유도가열에 의하여 가열실린더, 금형 등의 피가열부를 직접 가열하므로 열효율이 좋은 가열을 실현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 유도가열코일에 대한 전력을 주파수제어 혹은 전류제어에 의하여 제어함으로써 정밀한 온도제어를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 유도가열코일에 대한 전력공급원으로서 모터제어용 직류전원부를 겸용한 것에 의하여 코스트 삭감을 달성할 수 있다. 이 경우, 가열부 제어용 인버터의 입력측에 전압조정회로를 구비함으로써, 모터의 회생 등에 의하여 전압이 변동하게 되는 경우가 있어도 가열부 제어용 인버터의 출력전압을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 전압변동이 온도제어에 영향을 미치지 않는다.
더욱이, 본 발명의 일실시예에 의하면, 가열부 제어용 인버터, 모터제어용 인버터 중 적어도 모터제어용 인버터의 입력측에 스위치수단을 마련함으로써, 유도가열코일에 대한 전력공급원으로서 모터제어용 직류전원부를 겸용한 경우에, 피가열부의 가열을 유지한 상태로 모터제어용 인버터 이후의 유지보수작업을 행할 수 있다. 이는, 실제 운전을 행한 후에 유지보수작업을 행하는 경우, 가열실린더 내의 용융수지의 열화를 막기 위하여, 가열실린더의 가열은 유지하고 싶다는 요구를 만족하는데 중요하다.
도 1은, 종래의 사출성형기에 있어서의 가열실린더에 구비된 밴드 히터를 이용한 가열수단의 블럭도이다.
도 2는, 본 발명이 적용되는 가열실린더를 가지는 사출성형기의 측면도이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 사출장치의 확대 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 의한 유도가열수단에 의한 온도제어를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는, 본 발명의 일실시예에 의한 사출성형기의 가열실린더의 유도가열수단을 나타낸 블럭도이다.
도 6은, 본 발명에 의한 유도가열수단에 의한 온도제어를 위하여 사용되는 가열부 제어용 인버터의 회로도이다.
도 7(a)는, 도 5에 나타낸 각 가열부 제어용 인버터에, 전압조정회로로서 승압/강압회로를 마련한 경우의 예를 나타낸 블럭도이다.
도 7(b)는, 도 7(a)에 나타낸 승압/강압회로의 회로도이다.
도 8(a)는, 도 5에 나타낸 각 가열부 제어용 인버터에 전압조정회로로서 강 압회로를 마련한 경우의 회로도이다.
도 8(b)는, 도 5에 나타낸 각 가열부 제어용 인버터에 전압조정회로로서 승압회로를 마련한 경우의 회로도이다.
도 9는, 도 5에 나타낸 각 가열부 제어용 인버터 및 각 모터제어용 인버터에 스위치를 접속한 경우의 회로도이다.
도 10은, 승압/강압회로를 복수의 가열부 제어용 인버터에 대하여 하나 마련한 경우의 사출성형기의 가열실린더의 유도가열수단을 나타낸 블럭도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 전동사출성형기
30 : 온도 컨트롤러
31 : 출력제어부
40 : 직류전원회로
41 : 정류회로
45, 45-1∼45-4 : 승압/강압회로
50 : 사출장치
51 : 가열실린더
101 : 성형기 컨트롤러
102 : 표시설정기
111-1∼111-4 : 존(zone)
112-1∼112-4, IC20 : 유도가열코일
113-1∼113-4, TS20 : 온도센서
114-1∼114-4 : 가열부 제어용 인버터
Ⅳ1∼Ⅳ4 : 모터제어용 인버터
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
우선, 본 발명이 적용되는 사출성형기의 일례에 대하여, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 본 발명이 적용되는 사출성형기의 일례로서의 전동(電動)사출성형기의 전체 구성을 나타낸 측면도이다.
도 2에 나타낸 전동사출성형기(10)는, 사출장치(50) 및 형체(型締)장치(70)로 구성된다. 사출장치(50)는, 가열실린더를 구비하고, 가열실린더(51)에는 호퍼(52)가 마련된다. 가열실린더 내에는 스크루(53)가 진퇴 가능하게 또한 회전 가능하게 마련된다. 스크루(53)의 후단(後端)은 지지부재(54)에 의하여 회전 가능하게 지지된다. 지지부재(54)에는 서보 모터 등의 계량 모터(55)가 구동부로서 장착된다. 계량 모터(55)의 회전은 출력축(61)에 장착된 타이밍 벨트(56)를 통하여 피구동부의 스크루(53)에 전달된다. 출력축(61)의 후단에는 회전검출기(62)가 접속되어 있다. 회전검출기(62)는, 계량 모터(55)의 회전수 또는 회전량을 검출함으로써, 스크루(53)의 회전속도를 검출한다.
사출장치(50)는 스크루(53)에 평행한 나사축(57)을 가진다. 나사축(57)의 후단은, 서보 모터 등의 사출 모터(59)의 출력축(63)에 장착된 타이밍 벨트(58)를 통하여, 사출 모터(59)에 연결되어 있다. 따라서, 사출 모터(59)에 의하여 나사 축(57)을 회전시킬 수 있다. 나사축(57)의 전단(前端)은 지지부재(54)에 고정된 너트(60)에 맞물려 있다. 사출 모터(59)를 구동하여, 타이밍 벨트(58)를 통하여 나사축(57)을 회전시키면, 지지부재(54)는 전후진 가능하게 되고, 그 결과, 피구동부의 스크루(53)를 전후(前後)이동시킬 수 있다. 사출 모터(59)의 출력축(63)의 후단에는 위치검출기(64)가 접속되어 있다. 위치검출기(64)는 사출 모터(59)의 회전수 또는 회전량을 검출함으로써, 스크루(53)의 구동상태를 나타내는 스크루(53)의 위치를 검출한다.
형체장치(70)는, 가동(可動)금형(71)이 장착되는 가동플래튼(72)과, 고정금형(73)이 장착되는 고정플래튼(74)을 가진다. 가동플래튼(72)과 고정플래튼(74)은, 타이 바(75)에 의하여 연결된다. 가동플래튼(72)은 타이 바(75)를 따라 슬라이딩 가능하다. 또한, 형체장치(70)는, 일단(一端)이 가동플래튼(72)과 연결되고, 타단(他端)이 토글 서포트(76)와 연결되는 토글기구(77)를 가진다. 토글 서포트(76)의 중앙부에 있어서, 볼나사축(79)이 회전 가능하게 지지된다. 볼나사축(79)에는, 토글기구(77)에 마련된 크로스헤드(80)에 형성된 너트(81)가 맞물려 있다. 또한, 볼나사축(79)의 후단에는 풀리(82)가 마련되고, 서보 모터 등의 형체 모터(78)의 출력축(83)과 풀리(82) 사이에는, 타이밍 벨트가 마련되어 있다.
형체장치(70)에 있어서, 구동부인 형체 모터(78)를 구동하면, 형체 모터(78)의 회전이 타이밍 벨트(84)를 통하여 볼나사축(79)에 전달된다. 그리고, 볼나사축(79) 및 너트(81)에 의하여, 회전운동에서 직선운동으로 변환되어, 토글기구가 작동한다. 토글기구(77)의 작동에 의하여, 가동플래튼(72)은 타이 바(75)를 따라 이동하여, 형폐(型閉), 형체(型締) 및 형개(型開)가 행하여진다. 형체 모터(78)의 출력축(83)의 후단에는, 위치검출기(85)가 접속되어 있다. 위치검출기(85)는, 형체 모터(78)의 회전수 또는 회전량을 검출함으로써, 볼나사축(79)의 회전에 수반하여 이동하는 크로스헤드(80) 또는 토글기구(77)에 의하여 크로스헤드(80)에 연결된 가동플래튼(72)의 위치를 검출한다.
다음으로, 본 발명에 관련되는 부분인 사출장치(50)의 구성에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 사출장치(50)의 확대 단면도이다.
사출장치(50)는, 상술한 바와 같이 가열실린더(51)와 가열실린더(51) 속에서 회전 및 전후이동 가능한 스크루(53)를 가진다. 가열실린더(51)의 선단에는, 노즐구(96)가 형성된 사출노즐(95)이 마련된다. 가열실린더(51)의 소정 위치에 수지공급구(86)가 형성된다. 수지공급구(86)에는, 접속통(87)을 통하여 호퍼(52)가 접속되고, 호퍼(52) 내의 수지 펠릿(88)이 접속통(87) 및 수지공급구(86)를 지나서 가열실린더(51) 내에 공급된다. 또한, 가열실린더(51)의 외주(外周)에는, 유도가열용 코일(112-1∼112-4)이 장착되어 있다. 유도가열용 코일(112-1∼112-4)에 통전(通電)함으로써 가열실린더(51) 내에서 수지 펠릿(88)을 가열하여, 용융시킬 수 있다.
스크루(53)는, 플라이트(flight)부(92), 플라이트부(92)의 전단(前端)에 마련된 스크루헤드(97) 및 실링부(98)를 가진다. 플라이트부(92)는, 스크루(53) 본체의 외주면에 나선 형상으로 형성된 플라이트(93)를 가지고, 플라이트(93)에 의하여 나선 형상의 홈(94)이 형성된다. 또한, 플라이트부(92)에는 후방(後方)에서 전방(前方)에 걸쳐서 차례로, 호퍼(52)로부터 낙하한 수지 펠릿(88)이 공급되어 전방으 로 보내지는 이송 존(S1), 공급된 수지 펠릿(88)을 압축하면서 용융시키는 압축 존(S2), 및 용융된 수지를 일정량 계량하는 계량 존(S3)이 형성된다.
계량공정시에 스크루(53)를 정방향으로 회전시키면, 수지 펠릿(88)은 수지공급구(86)로부터 이송 존(S1)에 공급되고, 홈(94) 내를 전진(도면에 있어서의 좌측으로 이동)된다. 그에 수반하여, 스크루(53)가 후퇴(도면에 있어서의 우측으로 이동)되어, 수지가 스크루헤드(97)의 전방에 축적된다. 여기서, 홈(94) 내의 수지는, 이송 존(S1)에 있어서 펠릿의 형상 그대로이며, 압축 존(S2)에 있어서 반(半)용융상태가 되고, 계량 존(S3)에 있어서 완전하게 용융되어 액상(液狀)이 된다. 그리고, 사출공정시에, 스크루(53)를 전진시키면, 스크루헤드(97)의 전방에 축적된 액상의 수지는, 사출노즐(95)로부터 사출되어, 형체장치(70)의 고정금형(73)의 캐비티 공간에 충전된다.
다음으로, 본 발명의 개념에 대하여 도 4를 참조하면서 설명한다. 도 4는, 성형기의 가열실린더나 금형의 특정 부분을 피가열부로 하고, 이 피가열부를 유도가열에 의하여 온도제어하는 온도 제어장치의 회로도이다.
도 4에 있어서, 유도가열부로서 작용하는 유도가열용 코일(IC20)은, 금속제인 피가열부에 설치된다. 피가열부에는 열전대 등의 온도센서(TS20)가 설치된다. 유도가열용 코일(IC20)에는 주파수 제어부(FC20)로부터 주파수 제어된 전력이 공급된다. 평활용 콘덴서(CC20)는 유도가열용 코일(IC20)에 병렬로 마련된다. 주파수 제어부(FC20)는 직류전원부(도시되어 있지 않음)에 접속된다. 주파수 제어부(FC20)에는, 온도센서(TS20)로부터의 온도검출신호와, 온도설정기(도시되어 있지 않음)로 부터의 온도설정값 신호가 입력된다.
이상과 같은 회로구성으로 함은 이하의 이유에 의한다. 일반적으로, 유도가열에 필요한 전력량(P)은, I2ㆍf2(단, I는 공급되는 전류, f는 전류의 주파수)에 비례한다고 생각해도 좋다. 이는, 유도가열용 코일(IC20)에 의한 피가열부의 발열량은 전류(I) 혹은 주파수(f)로 제어가능하다는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 전류(I) 혹은 주파수(f)로 피가열부의 온도제어가 가능하다는 것을 의미한다.
상술한 바와 같은 관점에서, 도 4의 회로에서는, 유도가열용 코일(IC20)로 피가열부를 직접 발열시켜서 가열을 행하고, 게다가 공급되는 전류의 주파수(f)를 주파수 제어부(FC20)에 의하여 제어함으로써 온도제어를 행한다. 적용되는 주파수의 가변범위는, 수㎐∼수십㎑가 가능하며, 바람직하게는 400㎐∼50㎑이다. 다만, 상술한 이유로 전류(I)의 크기가 제어되어도 좋고, 따라서 주파수 제어부(FC20)를 대신하여 전류제어부가 마련되어 있어도 좋다. 이 경우, 주파수는 상술한 수㎐∼수십㎑ 범위 내의 고정값이 된다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 의한 사출성형기의 가열실린더의 온도 제어장치에 대하여, 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5에 있어서, 사출성형기 본체의 구성요소로서는, 가열실린더(51) 및 그 헤드부와는 반대측에 설치된 수냉(水冷) 실린더(20)만이 나타나 있다.
도 5에 있어서, 가열실린더(51)는, 복수의 존(zone), 여기에서는 4개의 존(111-1, 111-2, 111-3, 111-4)으로 분할되고, 각 존의 주위에는 유도가열용 코 일(112-1, 112-2, 112-3, 112-4)이 둘러 감겨져 있다. 각 존에는, 열전대 등으로 이루어지는 온도센서(113-1, 113-2, 113-3, 113-4)가 설치되어 있다. 수냉 실린더(20)에도 온도센서(20-1)가 설치되어 있다.
온도센서(113-1∼113-4), 온도센서(20-1)로부터의 검출온도신호는 온도 컨트롤러(30)에 피드백 된다. 온도 컨트롤러(30)는, 성형기 컨트롤러(101)에 접속되어 있다. 성형기 컨트롤러(101)에는, 표시설정기(102)가 접속되어 있다. 표시설정기(102)는, 각 존(111-1∼111-4)의 설정온도를 개별적으로 설정가능하다. 성형기 컨트롤러(101)는, 표시설정기(102)에서 설정된 각 존의 설정온도를 나타내는 온도설정값 신호를 온도 컨트롤러(30)에 준다.
유도가열용 코일(112-1, 112-2, 112-3, 112-4)에는 각각, 상술한 주파수제어기능 혹은 전류제어기능을 가지는 가열부 제어용 인버터(HCI)(114-1, 114-2, 114-3, 114-4)가 접속되고, 개별적으로 주파수제어된 전력이 공급된다.
온도 컨트롤러(30)는, 온도센서(113-1∼113-4)로부터의 각 존(111-1∼111-4)의 온도검출신호와 이에 대응하는 온도설정값 신호를 비교하여, 비교결과에 근거하여 각 존(111-1∼111-4)의 온도제어를 행하기 위한 제어신호를 출력제어부(31)로부터 각 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4)에 출력한다. 다만, 온도센서(113-1∼113-4)로부터의 온도검출신호는 성형기 컨트롤러(101)를 경유하여 표시설정기(102)에도 보내진다. 표시설정기(102)는, 각 존(111-1∼111-4)의 설정온도와 검출온도를 표시한다.
그런데 유도가열용 코일(112-1∼112-4)에 전력을 공급하기 위하여, 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4)에는, 직류전원부로부터 전력을 공급할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 사출성형기에 구비되어 있는 각종 모터에 전력을 공급하기 위한 직류전원회로(40)를 상술한 직류전원부로서도 이용하고 있다.
직류전원회로(40)는, 본 실시예에서는, 3상교류전원(PS)으로부터의 3상교류를 정류하기 위한 다이오드 브릿지회로에 의한 정류회로(41)와, 정류회로(41)의 출력측에 접속된, 스위치(S1)와 저항기(R1)를 병렬 접속하여 이루어지는 스타터회로( 42)와, 평활용 콘덴서(C1)를 포함한다. 평활용 콘덴서(C1)는, DC링크로부터 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4) 및 후술하는 모터제어용 인버터(Ⅳ1∼Ⅳ4)의 각각에 인가(印加)되는 전압을 평활화하기 위하여 마련된다.
사출성형기에 구비되는 모터의 대표적인 예로서, 여기서는 이젝터용 모터(M1), 형개폐용 모터(M2), 계량용 모터(M3), 사출용 모터(M4)를 나타내고 있다. 이들의 모터(M1∼M4)에는 각각, 모터제어용 인버터(MCI)(Ⅳ1∼Ⅳ4)를 통하여 구동용 전력이 공급된다. 모터제어용 인버터(Ⅳ1∼Ⅳ4)는 직류전원회로(40)의 출력에 병렬로 접속되어 있다. 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4)도 직류전원회로(40)의 출력에 병렬로 접속되어 있다. 모터제어용 인버터(Ⅳ1∼Ⅳ4)의 각각의 입력측에는 평활화 콘덴서(C2)가 병렬로 접속된다. 평활화 콘덴서(C2)는, 모터제어용 인버터(Ⅳ1∼Ⅳ4)의 각각에 인가되는 전압을 평활화하기 위하여 마련된다. 또한, 평활화 콘덴서(C2)는 모터제어용 인버터(Ⅳ1∼Ⅳ4)의 각각으로부터 본 DC링크의 임피던스를 내리는 역할을 이룬다.
여기서, 각 모터(M1∼M4)에 대하여도 제어대상 부위에 설치된 센서와 설정값 의 편차에 근거하여 제어를 행하는 피드백 제어계가 구성되어 모터제어용 인버터(Ⅳ1∼Ⅳ4)에 지령값이 주어짐으로써 제어가 실행된다. 이 제어계의 구성 및 설명은 생략한다.
상술한 구성에 의하여, 예컨대 가열부 제어용 인버터(114-1)에 대하여 언급한다면, 온도 컨트롤러(30)에 있어서의 온도센서(112-1)로부터의 온도검출신호에 의한 검출온도와 존(111-1)에 대하여 설정된 설정온도의 비교결과에 근거하는 제어신호가 가열부 제어용 인버터(114-1)에 주어진다. 가열부 제어용 인버터(114-1)는, 이 제어신호에 따라서 유도가열용 코일(112-1)에 공급하는 전류의 주파수를 조정하여 존(111-1)의 온도제어를 행한다. 다른 가열부 제어용 인버터(114-2∼114-4)도 마찬가지의 제어동작을 행한다.
상술한 바와 같이, 가열실린더(51)를 유도가열에 의하여 직접 가열하므로, 밴드 히터의 열전도에 의한 가열에 비하여 열효율이 향상된다. 그리고, 주파수제어에 의하면, 유도가열용 코일(112-1)에 공급하는 전력을 연속하여 변화시킬 수 있으므로, 정밀한 온도제어를 실현될 수 있다. 게다가, 가열실린더(51)를 가열하기 위한 전력공급원으로서 모터 구동용의 직류전원회로(40)를 이용하고 있으므로, 코스트삭감을 도모할 수 있다.
도 6은, 가열부 제어용 인버터의 구성을, 가열부 제어용 인버터(114-1)에 대하여 나타낸 회로도이다. 가열부 제어용 인버터(114-1)는, 다이오드(D14)가 병렬 접속된 트랜지스터(Tr14) 및 출력용 콘덴서(C14)와, 트랜지스터(Tr14)의 베이스에 접속된 제어회로(114-11)를 포함한다. 제어회로(114-11)는, 전류가 일정한 조건 하 에서, 미리 구해진 가열실린더(51)에 대한 공급열량과 주파수의 상관관계에 따라서, 출력제어부(31)로부터 출력되는 제어신호에 응하여 트랜지스터(Tr14)를 스위칭 동작시켜서 주파수제어를 행한다. 전류제어의 경우에도, 주파수가 일정한 조건 하에서, 미리 구해진 가열실린더(51)에 대한 공급열량과 전류의 상관관계에 따라서, 출력제어부(31)로부터 출력되는 제어신호에 응하여 트랜지스터(Tr14)를 스위칭 동작시켜서, 유도가열용 코일(112-1∼112-4)에 흐르는 전류의 제어를 행한다. 다른 가열부 제어용 인버터(114-2∼114-4)도 마찬가지의 구성을 가진다.
도 7(a)는, 가열부 제어용 인버터(114-1)의 입력측에 전압조정회로로서의 승압/강압회로(45-1)를 접속한 예를 나타낸 블럭도이다. 승압/강압회로(45-1)는, 가열부 제어용 인버터(114-1)에 대한 전압의 승압과 강압을 제어하는 회로이다. 마찬가지로, 다른 가열부 제어용 인버터(114-2∼114-4)의 입력측에도 승압/강압회로(45-2∼45-4)가 각각 마련된다.
승압/강압회로(45-1∼45-4)를 사용함은 이하의 이유에 의한다. 즉, 상술한 실시예에서는 유도가열용의 직류전원부로서 모터구동용의 직류전원회로(40)를 겸용하고 있지만, 유도가열용 전압과 모터구동전압은 다른 경우가 있다. 이와 같은 경우에, 승압/강압회로(45-1∼45-4)는, 모터구동전압을 유도가열용 전압에 적합하도록 조정하여 출력한다. 또한, 모터제어용 인버터(Ⅳ1∼Ⅳ4)의 입력전압은 모터의 회생동작에 의하여 일시적으로 상승하거나, 오버로드에 의하여 일시적으로 저하하는 경우가 있다. 이로써 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4)의 입력전압이 변동하여 버리면, 온도제어에 영향을 미친다. 승압/강압회로(45-1∼45-4)는, 이와 같은 입력전압의 변동을 억제하여 항상 양호한 온도제어의 실행을 가능하게 하고 있다.
도 7(b)는 승압/강압회로(45-1)의 회로도이다. 도 7(b)에 나타낸 승압/강압회로(45-1)는, 인덕터(I45), 평활용 콘덴서(C45), 다이오드(D45), 트랜지스터(Tr45)를 포함한다. 다이오드(D45) 및 트랜지스터(Tr45)는 전원라인에 직렬로 삽입 접속되고, 인덕터(I45) 및 평활용 콘덴서(C45)는 전원라인에 병렬로 접속되어 있다. 트랜지스터(Tr45)는 성형기 컨트롤러(101)로부터의 지령에 의하여 제어된다. 즉, 평활용 콘덴서(C45)의 양단(兩端) 전압이 검출되어서 성형기 컨트롤러(101)에 보내지고, 성형기 컨트롤러(101)는 평활용 콘덴서(C45)의 양단(兩端) 전압이 표시설정기(102)에서 미리 설정된 전압이 되도록 트랜지스터(Tr45)를 제어한다. 승압/강압회로(45-1)와 동일한 구성을 가지는 승압/강압회로(45-2∼45-4)는 다른 가열부 제어용 인버터(114-2∼114-4)의 입력측에도 마련된다.
도 8(a) 및 도 8(b)는, 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4)의 입력측에, 승압/강압회로(45-1∼45-4)를 대신하여 승압 혹은 강압만의 기능을 가지는 회로를 마련하는 경우의 예를 나타낸다. 이는, 예컨대 모터제어용 인버터는 400Ｖ 대응임에 반하여, 가열부 제어용 인버터는 200Ｖ 대응이라는 경우처럼, 모터제어용 인버터와 가열부 제어용 인버터의 대응전압이 다른 경우를 고려하고 있다.
도 8(a)는 강압회로의 일례를 나타낸다. 강압회로는, 예컨대 모터제어용 인버터가 400Ｖ 대응이고, 가열부 제어용 인버터가 200Ｖ 대응이라는 경우처럼, 모터제어용 인버터의 대응전압이 가열부 제어용 인버터의 대응전압보다 높은 경우에 사용된다. 이 경우, 트랜지스터(Tr45) 및 인덕터(I45)가 전원라인에 직렬로 삽입 접 속된다. 다이오드(D45)는 인덕터(I45)의 입력측에 있어서 전원라인에 병렬로 접속되고, 평활용 콘덴서(C45)는 인덕터(I45)의 출력측에 있어서 전원라인에 병렬로 접속된다.
도 8(b)는 승압회로의 일례를 나타낸다. 승압회로는, 예컨대 모터제어용 인버터가 200Ｖ 대응이고, 가열부 제어용 인버터가 400Ｖ 대응이라는 경우처럼, 모터제어용 인버터의 대응전압이 가열부 제어용 인버터의 대응전압보다 낮은 경우에 사용된다. 이 경우, 인덕터(I45) 및 다이오드(D45)가 전원라인에 직렬로 삽입 접속된다. 트랜지스터(Tr45)는 다이오드(D45)의 애노드 측에 있어서 전원라인에 병렬로 접속되고, 평활용 콘덴서(C45)는 다이오드(D45)의 캐소드 측에 있어서 전원라인에 병렬로 접속된다.
도 8(a) 및 도 8(b) 중의 어느 예에 있어서도, 트랜지스터(Tr45)는, 상술한 바와 같이 성형기 컨트롤러(101)에 의하여 제어된다.
도 9는, 모터제어용 인버터(도 5의 Ⅳ1만을 나타낸다) 및 가열부 제어용 인버터(도 5의 114-1만을 나타낸다)의 입력측에 스위치(S11, S22)를 각각 접속한 예를 나타낸다. 다른 모터제어용 인버터(Ⅳ2∼Ⅳ4), 가열부 제어용 인버터(114-2∼114-4)에 대하여도 마찬가지로 스위치가 접속된다. 이와 같이 스위치(S11, S22)를 마련함은 이하의 이유에 의한다.
사출성형기는, 실제 운전의 종료 후에 메인 전원을 OFF로 하지 않고, 유지보수작업을 행하는 경우가 있다. 예컨대, 이젝터 기구의 유지보수작업을 행하는 경우, 이젝터용 모터(M1)의 전원만을 OFF로 하고 싶다는 요구가 있다. 이는, 실제 운 전의 종료 후에는 가열실린더(51) 내에 용융수지가 체류하고 있어, 메인 전원을 OFF로 했을 경우에는, 유도가열코일(112-1∼112-4)에 대한 전력도 모두 OFF가 되므로 가열실린더(51) 내의 수지가 열화될 우려가 있다. 이로 인하여, 성형기에 있어서의 1개 이상의 모터 및 그 주위의 유지보수작업을 행하는 경우에는, 대응하는 모터제어용 인버터의 스위치(S11)만을 OFF로 하고, 스위치(S22)는 ON으로 한다. 한편, 가열실린더(51) 내에 용융수지가 체류하고 있지 않은 경우에는, 스위치(S11) 및 스위치(S22) 양쪽을 OFF로 한다. 여기서, 상술한 스위치는, 모터제어용 인버터 및 가열부 제어용 인버터 중의 적어도 한쪽에 마련하는 것으로 하여도 좋고, 바람직하게는 가열부 제어용 인버터측에 마련되는 것만으로도 좋다.
상술한 실시예에서는, 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4)의 각각에 대하여 별개로 승압/강압회로(45-1∼45-4)를 마련하고 있지만, 도 10에 나타낸 바와 같이, 가열부 제어용 인버터(114-1∼114-4)의 전체에 대하여, 용량이 큰 승압/강압회로(45)를 하나만 마련하는 것으로 하여도 좋다. 그와 같은 승압/강압회로(45)의 구성은 상술한 승압/강압회로(45-1∼45-4)와 마찬가지로서, 그 설명은 생략한다.
본 발명은 구체적으로 개시된 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 범위로부터 일탈(逸脫)하지 않고 다양한 변형예 및 개량예가 이루어질 것이다.
본 발명은, 사출성형기 뿐만아니라, 압출성형기에도 적용가능하다. 가열의 대상이 되는 피가열부는 가열실린더 뿐만아니라, 예컨대 가열을 필요로 하는 금형에도 적용가능하다.

Claims (10)

  1. 적어도 1개의 피가열부를 유도가열에 의하여 가열하는 유도가열수단을 구비한 성형기로서,
    상기 유도가열수단은 상기 피가열부에 설치된 유도가열부와, 이 유도가열부에 공급하는 전력량을 제어하는 전력공급 제어부를 포함하고,
    상기 전력공급 제어부는, 주파수제어 및 전류제어 중의 어느 한쪽에 의하여, 이 유도가열부에 공급하는 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 성형기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피가열부는 가열실린더의 복수 개소에 상당하고,
    상기 전력공급 제어부는 직류전원부로부터 전력을 공급받는 가열부 제어용 인버터를 구비하고, 이 가열부 제어용 인버터가 상기 주파수제어 또는 전류제어를 행하는 것을 특징으로 하는 성형기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열부 제어용 인버터는 수㎐∼수십㎑의 범위 내에서 상기 주파수제어를 행하는 것을 특징으로 하는 성형기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열부 제어용 인버터는 수㎐∼수십㎑ 범위 내의 고정주파수를 이용하여 상기 전류제어를 행하는 것을 특징으로 하는 성형기.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    이 성형기는 1개 이상의 모터를 구비하고, 이 모터는 모터제어용 직류전원부로부터 모터제어용 인버터를 통하여 전력이 공급되도록 구성되어 있으며, 상기 모터제어용 직류전원부를 상기 직류전원부로서 겸용하는 것을 특징으로 하는 성형기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가열부 제어용 인버터 및 상기 모터제어용 인버터 중의 적어도 한쪽의 입력측에 스위치를 마련한 것을 특징으로 하는 성형기.
  7. 청구항 2 내지 청구항4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열부 제어용 인버터의 입력측에 전압조정회로를 구비한 것을 특징으로 하는 성형기.
  8. 성형기에 있어서의 적어도 하나의 피가열부를 유도가열에 의하여 가열하는 성형기의 온도제어방법으로서,
    유도가열용의 공급전력량을 주파수제어 또는 전류제어 중의 어느 한쪽으로 제어함으로써 이 피가열부의 온도제어를 행하는 것을 특징으로 하는 성형기의 온도 제어방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 주파수제어를 수㎐∼수십㎑의 범위 내에서 행하는 것을 특징으로 하는 성형기의 온도제어방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    수㎐∼수십㎑ 범위의 고정주파수로 상기 전류제어를 행하는 것을 특징으로 하는 성형기의 온도제어방법.
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