TW201627131A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能夠抑制馬達的特定相的溫度上升的射出成形機。本發明的射出成形機具備：交流馬達，驅動可動部；以及控制器，依據與前述可動部相關的速度指令值、與前述可動部相關的實際速度值以及改變前述交流馬達的電流相位的保護指令值，來控制前述交流馬達。

Description

射出成形機

本申請主張基於2015年1月29日申請之日本專利申請第2015-015965號之優先權。該日本申請之全部內容藉由參閱援用於本說明書中。

本發明係有關一種射出成形機。

射出成形機具有可動部及驅動可動部的交流馬達(例如參閱專利文獻1)。作為交流馬達可以舉出例如同步馬達。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本專利公開2011-183705號公報

控制器，係依據可動部的速度指令值和可動部的實際速度值來控制交流馬達。交流馬達的轉子跟隨藉由交流電力所形成的旋轉磁場進行旋轉。

然而，保壓時或合模時等，以可動部的速度大致為零的狀態驅動可動部的情況，轉子幾乎不旋轉。因此，電流集中到1個相，該相的溫度升高。

本發明是鑑於上述課題而完成的，其主要目的在於提供一種能夠抑制馬達的特定相的溫度上升的射出成形機。

為了解決上述課題，依本發明的一態樣是提供一種射出成形機，其具備：交流馬達，驅動可動部；以及控制器，依據與前述可動部相關的速度指令值、與前述可動部相關的實際速度值以及改變前述交流馬達的電流相位的保護指令值，來控制前述交流馬達。

依本發明的一態樣，可提供一種能夠抑制馬達的特定相的溫度上升的射出成形機。

10‧‧‧合模裝置

12‧‧‧固定壓板

13‧‧‧可動壓板

18‧‧‧合模力偵檢器

21‧‧‧合模用馬達

21a‧‧‧合模用馬達的編碼器

30‧‧‧模具裝置

32‧‧‧固定模

33‧‧‧可動模

40‧‧‧射出裝置

41‧‧‧缸體

42‧‧‧噴嘴

43‧‧‧螺桿

46‧‧‧射出用馬達

46a‧‧‧射出用馬達的編碼器

90、90A‧‧‧控制器

91、91A‧‧‧壓力檢測部

93、93A‧‧‧速度檢測部

94、94A‧‧‧速度指令運算部

95、95A‧‧‧控制指令運算部

96、96A‧‧‧驅動部

97A‧‧‧濾波器部

第1圖係表示本發明的一實施形態的射出成形機之圖。

第2圖係表示本發明的一實施形態的射出成形機的控制系統之圖。

第3圖係表示第2圖所示的控制系統的變形例之圖。

以下，參閱附圖對用於實施本發明的方式進行說明，各附圖中對相同或者相應的結構標註相同或者相應的元件符號並省略其說明。

第1圖係表示本發明一實施形態的射出成形機之圖。第1圖所示的射出成形機具有框架Fr、合模裝置10、射出裝置40、控制器90等。

首先，對合模裝置10進行說明。在合模裝置10的說明中，將閉模時的可動壓板13的移動方向(第1圖中的右方向)設為前方，將開模時的可動壓板13的移動方向(第1圖中的左方向)設為後方來進行說明。

合模裝置10進行模具裝置30的閉模、合模及開模。合模裝置10具有固定壓板12、可動壓板13、後壓板15、繫桿16、肘節機構20、合模用馬達21及運動轉換機構25。

固定壓板12固定於框架Fr。在固定壓板12之與可動壓板13對置的面上安裝有固定模32。

可動壓板13沿著舖設在框架Fr上的導件(例如導軌)17移動自如，且相對於固定壓板12進退自如。在可動壓板13之與固定壓板12對置的面上安裝有可動模33。

藉由使可動壓板13相對於固定壓板12進退，來進行閉模、合模及開模。由固定模32和可動模33構成模具裝 置30。

後壓板15係與固定壓板12隔著間隔來連結，在模開閉方向上移動自如地載置於框架Fr上。另外，後壓板15也可以構成為沿著舖設在框架Fr上的導件移動自如。後壓板15的導件也可以為與可動壓板13的導件17共用的導件。

另外，本實施形態中，固定壓板12固定於框架Fr，後壓板15相對於框架Fr在模開閉方向上移動自如，但亦可以是後壓板15固定於框架Fr，固定壓板12相對於框架Fr在模開閉方向上移動自如。

繫桿16隔著間隔連結固定壓板12與後壓板15。繫桿16可以使用複數根。各繫桿16與模開閉方向平行，藉由合模力而延伸。至少1根繫桿16上設置有合模力偵檢器18。合模力偵檢器18可以為應變儀式，藉由檢測繫桿16的應變來檢測合模力。

另外，合模力偵檢器18不限定於應變儀式，亦可以為壓電式、電容式、油壓式、電磁式等，且其安裝位置亦不限定於繫桿16。

肘節機構20配設在可動壓板13與後壓板15之間。肘節機構20由十字頭20a、複數個連桿20b、20c等構成。一側的連桿20b擺動自如地安裝在可動壓板13，另一側的連桿20c擺動自如地安裝在後壓板15。這些連桿20b、20c藉由銷等伸縮自如地連結。藉由使十字頭20a進退，複數個連桿20b、20c進行伸縮，可動壓板13相對於 後壓板15進退。

合模用馬達21安裝在後壓板15，藉由使十字頭20a進退，而使可動壓板13進退。在合模用馬達21與十字頭20a之間設置有：將合模用馬達21的旋轉運動轉換為直線運動並傳遞至十字頭20a的運動轉換機構25。運動轉換機構25由例如滾珠螺桿機構構成。十字頭20a的速度藉由合模用馬達21的編碼器21a等來檢測。

合模裝置10的動作藉由控制器90控制。控制器90控制閉模製程、合模製程、開模製程等。

閉模製程中，藉由驅動合模用馬達21使可動壓板13前進，而使可動模33與固定模32接觸。

合模製程中，藉由進一步驅動合模用馬達21能夠產生合模力。合模時在可動模33與固定模32之間形成模穴空間34，模穴空間34內填充有液態的成形材料。模穴空間34內的成形材料固化而成為成形品。

開模製程中，藉由驅動合模用馬達21使可動壓板13後退，而使可動模33與固定模32分開。

另外，本實施形態的合模裝置10，作為驅動源是具有合模用馬達21，但亦可以具有油壓缸來代替合模用馬達21。此外，合模裝置10也可以具有模開閉用線性馬達，具有合模用電磁鐵。

接著，對射出裝置40進行說明。在射出裝置40的說明中，與合模裝置10的說明不同，將填充時的螺桿43的移動方向(第1圖中的左方向)設為前方，將計量時的螺 桿43的移動方向(第1圖中的右方向)設為後方來說明。

射出裝置40設置於相對於框架Fr進退自如的滑動底座Sb，相對於模具裝置30進退自如。射出裝置40與模具裝置30接觸，將成形材料填充到模具裝置30內。射出裝置40具有例如缸體41、噴嘴42、螺桿43、計量用馬達45、射出用馬達46及壓力偵檢器47。

缸體41對從供給口41a供給的成形材料進行加熱。供給口41a形成在缸體41的後部。在缸體41的外周上設置有加熱器等的加熱源。

噴嘴42設置在缸體41的前端部且緊壓於模具裝置30。

螺桿43為在缸體41內進退自如地配設的可動部。螺桿43在缸體41內旋轉自如。

藉由計量用馬達45使螺桿43旋轉，沿著螺桿43的螺旋狀槽將成形材料送往前方。成形材料一邊被送往前方，一邊藉由來自缸體41的熱逐漸熔融。隨著液態成形材料被送往螺桿43的前方而蓄積在缸體41的前部，使螺桿43向後退。

射出用馬達46為使螺桿43進退的交流馬達。交流馬達為3相交流馬達，但亦可以為2相交流馬達。射出用馬達46藉由使螺桿43前進，將蓄積在螺桿43前方的液態成形材料填充到模具裝置30的模穴空間34。之後，射出用馬達46將螺桿43向前推，對模穴空間34內的成形材 料施加壓力。能夠補充不足量的成形材料。射出用馬達46與螺桿43之間設置有：將射出用馬達46的旋轉運動轉換為螺桿43的直線運動的運動轉換機構。

壓力偵檢器47配設在例如射出用馬達46與螺桿43之間，檢測螺桿43從成形材料承受的壓力、對於螺桿43的背壓等。螺桿43從成形材料承受的壓力，是對應於從螺桿43作用於成形材料的壓力。

射出裝置40的動作藉由控制器90控制。控制器90控制填充製程、保壓製程、計量製程等。

填充製程中，驅動射出用馬達46而使螺桿43以設定速度前進，將蓄積在螺桿43前方的液態成形材料填充到模具裝置30內。螺桿43的位置和速度藉由例如射出用馬達46的編碼器46a來檢測。若螺桿43的位置到達既定位置，則進行從填充製程到保壓製程的切換(所謂V/P切換)。

另外，填充製程中，當螺桿43的位置到達既定位置之後，使螺桿43暫時停止在該既定位置，然後進行V/P切換亦可。在V/P切換之前也可以進行螺桿43的微速前進或微速後退，來代替螺桿43的停止。

保壓製程中，驅動射出用馬達46以設定壓力將螺桿43向前推，對模具裝置30內的成形材料施加壓力。能夠補充不足量的成形材料。成形材料的壓力藉由例如壓力偵檢器47檢測。保壓製程後，開始冷卻製程。冷卻製程中，進行模穴空間34內的成形材料的固化。也可以在冷 卻製程中進行計量製程。

計量製程中，驅動計量用馬達45使螺桿43以設定轉數旋轉，沿著螺桿43的螺旋狀槽將成形材料送往前方。伴隨此使成形材料逐漸熔融。隨著液態成形材料被送往螺桿43的前方而蓄積到缸體41的前部，使螺桿43向後退。螺桿43的轉數藉由例如計量用馬達45的編碼器45a檢測。

計量製程中，為了限制螺桿43的急劇後退，可以驅動射出用馬達46而對螺桿43施加設定背壓。對於螺桿43的背壓藉由例如壓力偵檢器47檢測。若螺桿43後退至既定位置且既定量的成形材料蓄積到螺桿43的前方，則計量製程結束。

接著，對控制器90進行說明。控制器90由微電腦等構成，藉由使CPU(Central Processing Unit)執行儲存在記憶體等記憶媒體中的程式，來控制合模裝置10及射出裝置40。

第2圖係表示本發明的一實施形態的射出成形機的控制系統之圖。控制器90具有壓力檢測部91、速度檢測部93、速度指令運算部94、控制指令運算部95、驅動部96等。

壓力檢測部91檢測螺桿43的實際壓力值P。螺桿43的實際壓力值P對應於成形材料的實際壓力值，使用例如壓力偵檢器47來檢測。

速度檢測部93檢測螺桿43的實際速度值V。螺桿43 的實際速度值V對應於射出用馬達46的實際旋轉速度值，使用例如射出用馬達46的編碼器46a來檢測。

在此，與螺桿43相關的速度，是將螺桿43前進時的速度設為正，將螺桿43後退時的速度設為負來表示。

速度指令運算部94係依據壓力指令值Pref及實際壓力值P來計算速度指令值。例如，速度指令運算部94以壓力指令值Pref與實際壓力值P的偏差成為零的方式計算速度指令值Vref。速度指令值Vref的計算利用例如PI運算、PID運算等。

控制指令運算部95係依據速度指令值Vref與實際速度值V來生成驅動部96的輸出波。例如，控制指令運算部95以速度指令值Vref與實際速度值V的偏差成為零的方式生成驅動部96的輸出波。驅動部96的輸出波的生成係利用例如PI運算、PID運算等。控制指令運算部95藉由比較驅動部96的輸出波與載波，來生成PWM(Pulse Width Modulation)訊號。

另外，本實施形態的控制指令運算部95雖是生成PWM訊號，但亦可以生成PAM(Pulse Amplitude Modulation)訊號。驅動部96的控制方式沒有特別限定。

驅動部96由將直流電轉換為交流電的逆變器等構成。逆變器具有例如由兩個開關元件構成的橋臂共複數個。將二極體反並聯於各開關元件。二極體也可以內置於各開關元件。逆變器根據來自控制指令運算部95的PWM訊號進行轉換，將交流電供應給射出用馬達46。

此外，保壓製程中，驅動射出用馬達46而以設定壓力將螺桿43向前推，對模具裝置30內的成形材料施加壓力。保壓製程中，會有以實際速度值V大致為零的狀態驅動射出用馬達46的情況。

假設，控制指令運算部95僅依據速度指令值Vref及實際速度值V生成PWM訊號時，若實際速度值V在包括零的既定範圍內，則射出用馬達46幾乎不旋轉，因此電流集中到射出用馬達46的1個相。

於是，控制指令運算部95當實際速度值V在包括零的既定範圍內的情況，依據速度指令值Vref、實際速度值V及保護指令值Vpc生成PWM訊號。保護指令值Vpc為改變射出用馬達46的電流相位的值，且為改變射出用馬達46的旋轉角的值。關於保護指令值Vpc，可以例如讀取預先儲存在記憶體等記憶媒體的值來使用。藉由使用保護指令值Vpc，能夠抑制電流集中到射出用馬達46的1個相，能夠抑制射出用馬達46的特定相的溫度上升。

另外，保護指令值Vpc也可以不是讀取儲存在記憶媒體的值來使用，例如以既定時間間隔切換變化量。

強制旋轉射出用馬達46時，為了高精度地控制該旋轉，保護指令值Vpc不是對壓力指令值Pref或者實際壓力值P進行相加計算，而是對速度指令值Vref或者實際速度值V進行相加計算。

保護指令值Vpc，為了有效地抑制射出用電流向馬達46的1個相集中，可以使射出用馬達46的各相的電氣角 度改變10°~90°左右。改變的方向可以為將電流相位前移的方向、將電流相位後移的方向之任一方向，亦可以為兩方向。

保護指令值Vpc可以為例如週期性地改變射出用馬達46的電流相位的指令值，或週期性地改變射出用馬達46的旋轉角的指令值。保護指令值Vpc的波形可以為例如正弦波、矩形波、三角波等的任一個。藉由週期性地改變射出用馬達46的電流相位，能夠使螺桿43的位置振動，能夠將實際壓力值P的時間平均值維持在壓力設定值。螺桿43的振動中心位置為例如實際壓力值P等於壓力設定值的位置。

實際壓力值P的變動比螺桿43的位置變動慢。保護指令值Vpc可以以比該時間差更短的週期使射出用馬達46的電流相位週期性地變化。螺桿43的位置變動幾乎不會產生實際壓力值P的變動。保護指令值Vpc的頻率，可以藉由試驗等以實際壓力值P的瞬間值在壓力指令值Pref的±10%的範圍內的方式求出。

當保護指令值Vpc是在週期性地改變射出用馬達46的電流相位的情況，實際速度值V在上述既定範圍外時亦可以使用保護指令值Vpc，亦可以始終對速度指令值Vref或者實際速度值V進行相加計算。這是因為能夠將實際壓力值P的時間平均值維持在壓力設定值。尤其是，實際壓力值P的瞬間值在壓力指令值Pref的±10%的範圍內的情況，保護指令值Vpc可以始終對速度指令值Vref或者實 際速度值V上進行相加計算。

另外，保護指令值Vpc亦可以為僅將射出用馬達46的電流相位前移的值，或者僅將其後移的值。這種情況下，保護指令值Vpc僅用於實際速度值V在上述既定範圍內的情況，不能用於實際速度值V在上述既定範圍外的情況。也可以使用速度指令值Vref來代替實際速度值V。

另外，保護指令值Vpc也可以僅用於實際速度值V在上述既定範圍內、且壓力指令值Pref為既定值以上的情況。壓力指令值Pref為既定值以上的情況，有大電流流過，因此能夠得到抑制電流集中的顯著效果。可以使用實際壓力值P、射出用馬達46的電流值等來代替壓力指令值Pref。亦可以使用速度指令值Vref來代替實際速度值V。

第3圖係表示第2圖所示的控制系統的變形例之圖。控制器90A除了壓力檢測部91A、速度檢測部93A、速度指令運算部94A、控制指令運算部95A及驅動部96A之外，還具有濾波器部97A。

濾波器部97A是使實際壓力值P中之至少既定頻率的成分衰減。既定頻率為保護指令值Vpc的頻率。能夠去除保護指令值Vpc所造成的實際壓力值P的變動。濾波器部97A例如由低通濾波器構成，而使比截止頻率高的頻率的成分衰減。低通濾波器的截止頻率比保護指令值Vpc的頻率低。另外，濾波器部97A也可以由帶阻濾波器構成， 濾波器的種類沒有特別限定。

速度指令運算部94A依據使實際壓力值P中之至少既定頻率的成分衰減後的值及壓力指令值Pref，來計算出速度指令值Vref。速度指令運算部94A能夠將保護指令值Vpc所造成的實際壓力值P的變動除去而計算出速度指令值Vref。藉此，能夠將實際壓力值P的時間平均值穩定地維持在壓力設定值。

以上，對射出成形機的實施形態進行了說明，但本發明不限定於上述實施形態，在申請專利範圍中記載的本發明的主旨範圍內可加以各種變形和改良。

例如，上述實施形態的射出裝置為同軸螺桿方式，但亦可以為預塑方式。預塑方式的射出裝置向射出缸供給在塑化缸內熔融後的成形材料，從射出缸向模具裝置內射出成形材料。螺桿旋轉自如地或者旋轉自如且進退自如地配設在塑化缸內，柱塞進退自如地配設在射出缸內。射出裝置為預塑方式的情況，在第2圖及第3圖中，使用柱塞來代替螺桿43。使用使柱塞進退的交流馬達來代替射出用馬達46。

此外，第2圖所示的控制器90和第3圖所示的控制器90A用於射出裝置40的交流馬達的控制，但亦可以用於合模裝置10的交流馬達的控制、頂出裝置的交流馬達的控制、模仁壓縮裝置的交流馬達的控制、射出裝置移動裝置的交流馬達的控制等。

合模裝置10具有作為可動部的十字頭20a及作為交 流馬達的合模用馬達21。十字頭20a的實際速度值對應於合模用馬達21的實際旋轉速度值，使用例如合模用馬達21的編碼器21a來檢測。十字頭20a的實際壓力值對應於合模力的實際值，使用例如合模力偵檢器18來檢測。控制器在合模製程中，以十字頭20a的實際速度值大致為零的狀態驅動合模用馬達21。

頂出裝置從模具頂出成形品。頂出裝置具有作為可動部的頂出桿及作為交流馬達的頂出用馬達。頂出桿相對於模具(例如可動模)進退自如。藉由頂出用馬達使頂出桿進退，從模具頂出成形品。在頂出用馬達與頂出桿之間設置有將頂出用馬達的旋轉運動轉換為頂出桿的直線運動的運動轉換機構。成形品的頂出製程中，會有以頂出桿的實際速度值大致為零的狀態驅動頂出用馬達的情況。可以舉出：例如模具與成形品的密合力較強，模具與成形品不能立刻分離的情況。

模仁壓縮裝置對模穴空間內的成形材料進行壓縮。模仁壓縮裝置具有作為可動部的壓縮模仁及作為交流馬達的壓縮用馬達。壓縮模仁移動自如地配設在模具裝置內。壓縮用馬達藉由移動壓縮模仁，對模穴空間內的成形材料進行壓縮。在壓縮用馬達與壓縮模仁之間設置有將壓縮用馬達的旋轉運動轉換為壓縮模仁的直線運動的運動轉換機構。成形材料的壓縮製程中，會有以壓縮模仁的實際速度值大致為零的狀態驅動壓縮用馬達的情況。

射出裝置移動裝置使射出裝置40相對於框架Fr移 動。射出裝置移動裝置具有作為可動部的滑動底座Sb及作為交流馬達的移動用馬達。移動用馬達藉由移動滑動底座Sb，將噴嘴42緊壓於模具(例如固定模)。在移動用馬達與滑動底座Sb之間設置有：將移動用馬達的旋轉運動轉換為滑動底座Sb的直線運動的運動轉換機構。在將噴嘴42緊壓於模具的噴嘴接觸製程中，會有以滑動底座Sb的實際速度值大致為零的狀態驅動移動用馬達的情況。可以舉出：例如在將噴嘴42緊壓於模具的狀態下驅動移動用馬達，而產生噴嘴接觸壓力。

此外，上述實施形態中，作為交流馬達雖是使用旋轉馬達，但亦可以使用線性馬達。

43‧‧‧螺桿

46‧‧‧射出用馬達

90‧‧‧控制器

91‧‧‧壓力檢測部

93‧‧‧速度檢測部

94‧‧‧速度指令運算部

95‧‧‧控制指令運算部

96‧‧‧驅動部

Claims (5)

1. 一種射出成形機，其具備：交流馬達，驅動可動部；以及控制器，依據與前述可動部相關的速度指令值、與前述可動部相關的實際速度值以及改變前述交流馬達的電流相位的保護指令值，來控制前述交流馬達。
2. 如申請專利範圍第1項所述之射出成形機，其中，前述保護指令值係週期性地改變前述交流馬達的電流相位。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，前述交流馬達為旋轉馬達，前述保護指令值係改變前述交流馬達的旋轉角。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之射出成形機，其中，前述控制器，係依據與前述可動部相關的壓力指令值及與前述可動部相關的實際壓力值，來計算出前述速度指令值。
5. 如申請專利範圍第4項所述之射出成形機，其中，前述控制器，係依據使前述實際壓力值中之至少既定頻率的成分衰減後的值及前述壓力指令值，來計算出前述速度指令值，前述既定頻率為前述保護指令值的頻率。