JP2015214106A - 射出成形機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形機の無駄なコストを低減し、保守作業を容易とする射出成形機の制御方法を提供する。【解決手段】射出成形機の可動部の動作に必要なエネルギーの少なくとも一部を蓄電器から供給する射出成形機の制御方法において、可動部の動作に必要なエネルギーの指標となるエネルギー指標値に応じて蓄電器に蓄積可能なエネルギー量を変更する。これにより、最適な蓄電器を射出成形機に搭載することが可能となり、全体として蓄電器の小型化と軽量化が図られ、保守作業を容易とすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、射出成形機の制御方法に関する。

射出成形機における射出装置や型締装置においては、スクリュや可動盤等の可動部の駆動にサーボモータが用いられており、サーボモータに対してモータの駆動装置から駆動電力を供給して、可動部を進退駆動させるようにすることが一般的である。ここで、射出装置においては射出の際にスクリュを高速で前後進させる場合に、同様に型締装置においても型締力を発生させる場合に、大きな電力が必要とされる。

このようなサーボモータを高出力で駆動する場合には、アンプからサーボモータに対して大きな電力を供給する必要がある。しかしながら、これらの大きな電力をすべて主電源からの電力でまかなおうとすると大きな電源容量が必要となるために、成形機本体のコストやユーザの電源設備コストが大幅にアップしてしまうおそれがある。これを解決するため、蓄電装置に射出や型締めの際にサーボモータに供給する必要があるエネルギーの一部または全てをあらかじめ蓄えておき、射出や型締め動作が開始されると、蓄えられたエネルギーを放出してサーボモータに供給し、それぞれの動作を行うことにより電源装置の小型化を図る技術が知られている（特許文献１）。

特開２０００−１４１４４０号公報

射出成形機においては、同じ射出機構を持った射出成形機であっても、射出容量が異なる複数種類の射出シリンダを搭載可能として、大きさが異なる成形品に対応することが一般的である。射出成形機を使用するユーザは、大きな成形品を成形する場合には射出容量が大きな射出シリンダを選択し、反対に小さな成形品を成形する場合には射出容量が小さな射出シリンダを選択する。

一般に、大きな成形品を成形する場合には射出容量が大きくなって射出に必要なエネルギーも大きくなり、小さな成形品を成形する場合には射出容量が小さくなって射出に必要なエネルギーも小さくなる。しかしながら、同一の射出機構を持った射出成形機において射出容量が大きなシリンダと小さなシリンダの両方に対応するためには、射出容量の大きなシリンダに合わせて、大きなエネルギーを蓄電できる大容量の蓄電器を搭載しておく必要がある。

しかしながら、同じ射出機構を持った射出成形機を使って小さな成形品しか成形しないユーザにとって、大きなエネルギーを蓄積可能な大きな蓄電器は、エネルギーの供給量としては十分な供給ができるものの、必要以上の大きさの蓄電器を射出成形機に搭載することとなるため、無駄なコストがかかるおそれがあった。また、必要以上に大きな蓄電器は、大型で重量も重くなるため、保守性が悪くなるおそれもあった。

特許文献１にも、射出成形機の蓄電器に、あらかじめエネルギーを蓄えておき、射出や型締め動作が行われる際に、蓄電器に蓄えられたエネルギーを放出して動作を行うことは開示されているが、従来技術と同様に、射出成形機に必要なエネルギー量に応じて蓄電器を変更したりするものではないため、従来技術と同様に無駄なコストがかかったり、保守性が悪くなってしまうおそれがあった。

そこで本発明は、射出成形機の無駄なコストを低減し、保守作業を容易とする射出成形機の制御方法を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、可動部と、エネルギーを蓄積可能な蓄電器と、前記可動部の動作に必要なエネルギーの少なくとも一部を前記蓄電器から供給するエネルギー供給手段と、を有する射出成形機の制御方法において、前記可動部の動作に必要なエネルギーの指標となるエネルギー指標値に応じて蓄電器に蓄積可能なエネルギー量を変更することを特徴とする射出成形機の制御方法が提供される。

請求項１に係る発明では、射出成形機の可動部の動作に必要なエネルギーの指標となるエネルギー指標値に応じて蓄電器に蓄積可能なエネルギー量を変更することによって、射出容量、型締力、エジェクタ前進力に応じた最適な蓄電器を射出成形機に搭載することが可能となるため、射出成形機の無駄なコストを削減でき、必要なエネルギー量に見合った蓄電器を用いることが可能となるため、全体として蓄電器の小型化と軽量化が図られ、保守作業を容易とすることができる。

本願の請求項２に係る発明では、前記可動部は射出部であり、前記エネルギー指標値は前記射出部のスクリュの断面積と射出ストロークとの積である射出容量であることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法が提供される。
本願の請求項３に係る発明では、前記可動部は型締部であり、前記エネルギー指標値は前記型締部の型締力であることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法が提供される。
本願の請求項４に係る発明では、前記可動部はエジェクタであり、前記エネルギー指標値は前記エジェクタの前進力であることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法が提供される。

本願の請求項５に係る発明では、前記蓄電器は蓄積可能なエネルギー量が異なる複数種類の蓄電器モジュールの１つ以上の組み合わせにより構成されることを特徴とする、請求項１記載の射出成形機の制御方法が提供される。
本願の請求項６に係る発明では、前記蓄電器は蓄積可能なエネルギー量が略同一量である蓄電器モジュールの１つ以上の組み合わせにより構成されることを特徴とする、請求項１記載の射出成形機の制御方法が提供される。

請求項５又は６に係る発明では、蓄電器として、蓄積可能なエネルギー量が異なる複数種類の蓄電器モジュールまたは蓄積可能なエネルギー量が略同一量である蓄電器モジュールを組み合わせて構成するようにしているため、射出容量、型締力、エジェクタ前進力に応じた最適な蓄電器を容易に構成することが可能となり、全体として蓄電器の小型化と軽量化を図ることができ、保守作業を容易とすることが可能となる。

本願の請求項７に係る発明では、組み合わせる前記蓄電器モジュールの数を前記可動部の動作に必要なエネルギーと、１つの蓄電器モジュールから供給可能なエネルギー量とから求めることを特徴とする請求項５または６に記載の射出成形機の制御方法が提供される。
請求項７に係る発明では、組み合わせる蓄電器モジュールの数を、可動部の動作に必要なエネルギーと、各蓄電器モジュールから供給可能なエネルギー量とから求めるようにしているため、蓄電器モジュールの数を必要最小限の数とすることができ、コストを削減して、全体として蓄電器の小型化と軽量化を図ることができ、保守作業を容易とすることが可能となる。

本発明により、射出成形機の無駄なコストを低減し、保守作業を容易とする射出成形機の制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態における射出成形機のサーボモータ駆動回路を示した図である。 蓄積可能なエネルギー量が異なる蓄電器モジュールを接続した蓄電器の例である。 蓄積可能なエネルギー量が略同一量の蓄電器モジュールを接続した蓄電器の例である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における射出成形機のサーボモータ駆動回路を示した図である。電源部１０には電源コンバータ１２が接続されている。電源コンバータ１２は、電源部１０から供給された３相交流電圧を直流電圧に変換する装置である。また、１４は電源コンバータ制御部であり、電源コンバータ１２に対して動作指令を行っている。電源コンバータ１２には蓄電部１６が接続されている。

電源コンバータ１２と蓄電部１６を接続する２本の線の間の電圧を蓄電部１６の電圧とする。蓄電部１６は、本実施形態においては、モジュール化された１つ以上の蓄電器から構成され、各種モータを駆動する駆動装置（２２，２４，２６，２８）と接続されている。各駆動装置は、直流をＰＷＭ変換して３相交流のモータ駆動電力を出力するインバータである。各駆動装置は各種モータ（射出モータ３２、回転モータ３４、型開閉モータ３６、エジェクタモータ３８）とそれぞれ接続されている。なお、蓄電部１６には電源コンバータ１２から供給された電力が蓄えられるが、各種モータから回生電力が発生した場合には、回生電力を蓄電部１６に蓄えるように構成することもできる。

このように構成された射出成形機の制御装置において、電源コンバータ制御部１４からの動作指令に基づいて電源コンバータ１２はオン／オフし、オンの時に電源部１０からの電力を蓄電部１６に供給する。各種モータのうち駆動しているモータの駆動装置に対して、蓄電部１６から電力を供給する。蓄電部１６の電圧は、電源コンバータ１２のオンによる電源部１０からの電力の供給を受けることによって上昇し、各駆動装置に対する電力の供給によって低下する。

ここで、射出成形機の成形サイクルは、金型が閉じる工程、溶融した樹脂を金型内に射出する工程、次の成形サイクルのために樹脂を溶融しながら計量する工程、金型を開く工程、そして成形品を金型から突き出す工程とから構成されている。本発明における成形サイクルは、これらの一連の工程からなるサイクルのことを指すものとする。

図２は、蓄電部１６にコンデンサを使用した蓄電器モジュールを適用した例を示している。コンデンサを使用した蓄電器モジュールでは、コンデンサの静電容量を決めることで、蓄積可能なエネルギー量を所定量とすることができる。図２（ａ）は最小の射出容量に必要なエネルギー量を蓄積可能な共通モジュール５０を示している。図２（ａ）に示されているように、共通モジュール５０は、筐体５２内に１つ以上のコンデンサ６０が並べられており、各コンデンサ６０がバスバー７０によって連結されて、全体として所定の静電容量を有している。蓄電モジュールは、共通モジュール５０と、後述する追加モジュール（５４，５８）ともに、モジュール単位で射出成形機に着脱可能なように構成されている。

図２（ｂ）は、最小射出容量より射出容量が大きい場合の例を示している。共通モジュール５０だけでは、エネルギー量が足りないため、共通モジュール５０に追加モジュールＡ５８を追加して、共通モジュール５０に接続している。追加モジュールＡ５８内のコンデンサについても、共通モジュール５０内のコンデンサとバスバー７０によって接続し、全体としての静電容量の値を増加させることができる。

図２（ｃ）は、最小射出容量より射出容量が大きい場合の別の例を示している。追加モジュールとして、図２（ｂ）の場合の追加モジュールＡ５８と比較してさらに大きな容量の追加モジュール５４を追加して、共通モジュール５０に接続している。図２（ｂ）の場合と同様に、追加モジュール５４内のコンデンサについても、共通モジュール５０内のコンデンサとバスバー７０によって接続し、図２（ｂ）の場合よりもさらに大容量に静電容量の値を増加させることができる。

図２に示された例では、蓄電器モジュールとして蓄積可能なエネルギー量が異なる蓄電器モジュールを接続した例であったが、図３に示された例では、蓄積可能なエネルギー量が略同一量の共通モジュール５０を用意しておき、必要とされる静電容量に応じて、接続する共通モジュール５０の数を変更する例である。最小射出容量用としては、図３（ａ）に示されたように共通モジュール５０を２つ接続（５０ａ，５０ｂ）したものを用いており、最小射出容量よりも射出容量が大きい場合については、図３（ｂ）に示されたように接続する共通モジュール５０の数を３個（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ）にしたり、図３（ｃ）に示されたように接続する共通モジュール５０の数を４個（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ）にしたり、さらに多数の共通モジュール５０を接続することもできる。いずれの場合においても、各共通モジュール５０内のコンデンサ６０同士をバスバー７０によって接続して、全体としての静電容量の値を増加させることができる。

次に、図３に示された蓄積可能なエネルギー量が略同一量の共通モジュール５０を接続する例において、接続する共通モジュール５０の数の算出方法について説明する。
射出工程において射出用サーボモータに供給する必要があるエネルギーＥｉは（式１）により求められる。ここで、シリンダ内に挿入されているスクリュの断面積（以下の式１におけるＳ）が大きく、射出ストローク（以下の式１における∫Ｖｄｔ）が大きくなると、射出容量（スクリュの断面積×射出ストローク、以下の式１における∫（Ｓ×Ｖ）ｄｔ）が大きくなる、したがって、式１からは同じ樹脂圧力で射出を行なう場合、射出容量が大きくなればなるほど射出に必要なエネルギーが大きくなることがわかる。このため、射出工程に必要なエネルギーの一部または全てを蓄電器でまかなう場合には、射出容量に応じてモジュール化された蓄電器を用意すれば良い。このように、射出容量は射出部の射出動作に必要なエネルギーの指標となる。

Ｅｉ ＝ Ａ＋Ｂ （式１）
Ａ：モータおよび射出機構部の運動エネルギー ＝０．５×Ｉ×ω²
Ｉ：モータおよび機構部のイナーシャ
ω：モータの角速度
Ｂ：樹脂に与えた仕事量 ＝ ∫（Ｐ×Ｓ×Ｖ）ｄｔ
Ｐ：樹脂圧力
Ｓ：スクリュの断面積
Ｖ：スクリュの前進速度

ここで、１個の蓄電器モジュールの静電容量をＦ、蓄電器モジュールからエネルギー供給を開始する時の蓄電器モジュールの蓄電電圧をＶｓ、蓄電器モジュールからのエネルギー供給を終了する時の蓄電器モジュールの蓄電電圧をＶｅ（Ｖｓ＞Ｖｅ）とすると、１個の蓄電器モジュールから供給するエネルギーＥｃは
Ｅｃ ＝ Ｆ×（Ｖｓ²−Ｖｅ²）／２ （式２）
となるので、上記の射出部の射出動作に必要なエネルギーＥｉを蓄電器モジュールから供給する場合に必要となる蓄電器モジュールの数Ｎは
Ｅｉ／Ｅｃ ≦ Ｎ （式３）
を満足する最小の整数とすればよい。

また、射出部の射出動作に必要なエネルギーＥｉを蓄電器モジュールと電源の両方から供給する場合は、蓄電器モジュールからのエネルギー供給割合をＧ（０＜Ｇ≦１）として
（Ｇ×Ｅｉ）／Ｅｃ ≦ Ｎ （式４）
を満足する最小の整数を蓄電器モジュールの数Ｎとすればよい。

また、図２に示されたように静電容量が異なる蓄電器モジュールを用いる場合は以下のようにして蓄電器モジュールの数を求めることができる。例えば、１個の静電容量がＦ１の蓄電器モジュールと１個の静電容量がＦ２の蓄電器モジュールとを用いる場合、１個の静電容量がＦ１の蓄電器モジュールが供給するエネルギーＥｃ１と１個の静電容量がＦ２の蓄電器モジュールが供給するエネルギーＥｃ２は、それぞれ、
Ｅｃ１ ＝ Ｆ１×（Ｖｓ²−Ｖｅ²）／２ （式５）
Ｅｃ２ ＝ Ｆ２×（Ｖｓ²−Ｖｅ²）／２ （式６）
となるので、１個の静電容量がＦ１の蓄電器モジュールを使用する数をＬ、１個の静電容量がＦ２の蓄電器モジュールを使用する数をＭとすると、
Ｅｉ ≦ Ｌ×Ｅｃ１＋Ｍ×Ｅｃ２ （式７）
を満足するＬとＭを求めればよい。

次に、型締め工程において型締め用サーボモータに供給する必要があるエネルギー（Ｅｆ）は、（式８）で示されたように、型締力（Ｆ）によって変化する。このため、型締め工程に必要なエネルギーの一部または全てを蓄電器でまかなう場合には、型締力（Ｆ）に応じたエネルギー量を蓄積可能な蓄電器モジュールを用意すればよい。このように、型締力（Ｆ）は型締部の型締動作に必要なエネルギーの指標となる。
Ｅｆ ＝ Ｃ＋Ｄ （式８）
Ｃ：モータおよび型締め機構部の運動エネルギー ＝０．５×Ｉ×ω²
Ｉ：モータおよび機構部のイナーシャ
ω：モータの角速度
Ｄ：型締力の発生に必要なエネルギー ＝ Ｋ・Ｘ^２／２＝Ｆ^２／（２Ｋ）
Ｆ：型締力
Ｋ：型締め機構部の弾性係数
Ｘ：型締力Ｆを発生する際のタイバーの延び量

蓄電器モジュールの数は、射出動作に必要なエネルギーについて上述したのと同様に、型締め工程において必要とされるエネルギーと、蓄電器モジュールが有するエネルギーとから求めることができる。
なお、本発明は射出工程や型締め工程以外で、必要なエネルギーの一部または全てを蓄電器でまかなう場合にも同様に、可動部の移動距離や発生する力などに応じてモジュール化された蓄電器を用意すればよい。

例えばエジェクタ用サーボモータを前進させて金型内の成形品を突き出したり、樹脂を加圧する場合には、（式８）と同様の方法でエジェクタの前進力に応じて必要なエネルギーを求めれば良い。この場合、（式８）において、型締力Ｆの代わりにエジェクタの前進力として、突き出し力や加圧力を使用し、Ｋを樹脂の圧縮係数とすれば良い。このように、エジェクタの前進力はエジェクタの前進動作に必要なエネルギーの指標となる。

１０ 電源部
１２ 電源コンバータ
１４ 電源コンバータ制御部
１６ 蓄電部
２２，２４，２６，２８ 駆動装置
３２ 射出モータ
３４ 回転モータ
３６ 型開閉モータ
３８ エジェクタモータ
５０ 共通モジュール
５２ 筐体
５４ 追加モジュール
５８ 追加モジュールＡ
６０ コンデンサ
７０ バスバー

Claims (7)

1. 可動部と、エネルギーを蓄積可能な蓄電器と、前記可動部の動作に必要なエネルギーの少なくとも一部を前記蓄電器から供給するエネルギー供給手段と、を有する射出成形機の制御方法において、
   前記可動部の動作に必要なエネルギーの指標となるエネルギー指標値に応じて蓄電器に蓄積可能なエネルギー量を変更することを特徴とする射出成形機の制御方法。
2. 前記可動部は射出部であり、前記エネルギー指標値は前記射出部のスクリュの断面積と射出ストロークとの積である射出容量であることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。
3. 前記可動部は型締部であり、前記エネルギー指標値は前記型締部の型締力であることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。
4. 前記可動部はエジェクタであり、前記エネルギー指標値は前記エジェクタの前進力であることを特徴とする請求項１記載の射出成形機の制御方法。
5. 前記蓄電器は蓄積可能なエネルギー量が異なる複数種類の蓄電器モジュールの１つ以上の組み合わせにより構成されることを特徴とする、請求項１記載の射出成形機の制御方法。
6. 前記蓄電器は蓄積可能なエネルギー量が略同一量である蓄電器モジュールの１つ以上の組み合わせにより構成されることを特徴とする、請求項１記載の射出成形機の制御方法。
7. 組み合わせる前記蓄電器モジュールの数を前記可動部の動作に必要なエネルギーと、１つの蓄電器モジュールから供給可能なエネルギー量とから求めることを特徴とする請求項５または６に記載の射出成形機の制御方法。