JP3799366B2 - 射出成形機及びその制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は射出成形機に関し、特に各液圧アクチュエータにおいて省エネルギーを目指す液圧作動機構を用いた射出成形機とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の射出成形機に用いられている液圧作動機構は、例えば、油圧式型締装置は型締に強大な力を必要とするため油圧シリンダは大径のものとなり、大量の作動油量を必要とする。通常の油圧装置に用いられる定速（１２００〜１８００ｒｐｍ）の油圧ポンプからなる油圧源は、必要とされる最大油圧、最大流量を送るように構成されており、余分な作動油はリリーフ弁から油タンクへ返され、エネルギー損失は大きい。
【０００３】
このようなエネルギー損失を少なくするため、可変流量ポンプを使用したものがあるが、定速（１２００〜１８００ｒｐｍ）での騒音が高い。これらの問題点を解決するものとして特許第３０３８１２２号に提案されている射出成形機のための液圧作動機構は、可変速度電動機で駆動される定容積液圧ポンプと複数の液圧駆動機構を有する射出成形機用の液圧作動機構であって、前記定容積液圧ポンプが少なくとも全ての液圧駆動機構の最大消費量に相当する流量と液圧を呈することができる定常送りポンプであり、前記電動機の回転数が稼働中の液圧駆動機構の消費量及び／又は消費圧力に比例して調節可能であり、制御部に組込まれたプログラムによって回転数変化のランプ勾配を制御可能である液圧作動機構である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許第３０３８１２２号の液圧作動機構に用いられているＡＣインバータモータは、モータの回転子の慣性のためポンプの加速減速が遅いので、アクチュエータの立ち上がり、立ち下がり速度を早くするような制御が困難なため（インバータの周波数変化速度をいくら速くしてもモータの加速追随が困難）、液圧アクチュエータによって動かされる機能部品の位置制御が遅れ勝ちになってオーバーランの問題を生じる。また、圧力制御をポンプの回転数で行うためには、各々の液圧駆動機構に圧力の検知器が必要で高価になる。また、複数のアクチュエータを同時に作動する場合があり（主のアクチュエータの流量・圧力を決め、従のアクチュエータに対しては作動液の１部を分岐して回流し減圧弁で圧力制御、流量はフローコントローラで絞る）このときはポンプの吐出圧力を一定にする必要があり、ポンプの吐出口に圧力検知器が必要となる。本発明は各アクチュエータの制御を素速くし、位置制御を容易にし、液圧回路を簡単にし、作動液の種々の流量×圧力（作動のエネルギ）においても、液圧ポンプと同ポンプ駆動用モータの効率を向上するような液圧作動機構を用いた射出成形機とその制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点に対して本発明は、以下の各項の手段により課題の解決を図るものである。
（１）１台の液圧ポンプで複数の液圧アクチュエータを駆動する射出成形機の液圧作動機構において、同液圧作動機構の液圧ポンプはその最大回転数時に少なくとも個々の液圧アクチュエータの最大必要送出容量を有する可変吐出量ポンプで、同ポンプの吐出液圧は前記可変吐出量ポンプに付属しているプレッシャ・コンペンセータの吐出量カットオフ機能により調整されていて、前記各液圧アクチュエータの最大負荷（流量×圧力）を前記可変吐出量ポンプの流量×圧力が一定の特性線図に合わせて制御するようにし、前記可変吐出量ポンプの液圧カットオフ制御は前記各液圧アクチュエータにつき比例圧力弁により同可変吐出量ポンプの液圧カットオフ機構を操作するプログラム制御とし、且つ、同ポンプは無段階に回転制御可能なモータで駆動され同ポンプの回転数により流量制御を行うように構成された射出成形機の液圧作動機構を用いて、射出成形機に含まれる射出ノズルタッチ手段、型締手段、型開閉手段、スクリュ回転駆動手段、射出手段、成形品エジェクト手段の各駆動手段の内の２つ若しくはそれ以上の駆動手段を液圧駆動し、それ以外の駆動手段は電動駆動することを特徴とする射出成形機。
【０００６】
（２）上記（１）に記載する射出成形機において、型開閉手段、射出手段及びスクリュ回転駆動手段を電動駆動とすることを特徴とする射出成形機。
（３）上記（１）又は（２）に記載する射出成形機を制御する方法において、液圧アクチュエータの最大負荷（流量×圧力）を可変吐出量ポンプの流量×圧力が一定の特性線図に合わせて制御するようにし、可変吐出量ポンプの液圧カットオフ制御を、比例圧力弁により可変吐出量ポンプの液圧カットオフ機構を操作するプログラム制御とすることを特徴とする射出成形機の制御方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）図１は射出成形機の構成を示す側面図（一部断面）及びその制御系統を示すブロック図であり、図２は図１の射出成形機の油圧制御系統に備えられた可変吐出量ポンプのプレシャ・コンペンセータの吐出量カットオフ機能の圧力−流量特性を示す線図、図３は可変吐出量ポンプのプレシャ・コンペンセータによる馬力一定制御の圧力−流量特性を示す線図である。
【０００８】
図１に示す射出成形機１０は、基盤１、基盤１に固設された固定ダイプレート２、固定ダイプレート２に取付けられた固定金型４、基盤１の上で固定ダイプレート２に対向して移動可能な可動ダイプレート３、可動ダイプレート３に取付けられた可動金型５、可動ダイプレート３の挿通孔３ｂに挿通し型締め時に可動ダイプレート３と固定ダイプレート２を結合するタイバー３１、タイバー３１に備えられた等ピッチの複数のリング溝部に係合して可動ダイプレート３に外側においてタイバー３１を固定する割りナット３３、基盤１の上を移動可能なユニット移動台４１、ユニット移動台４１上に固設された射出シリンダ６と一体になっている射出シリンダ台３７、射出スクリュ７、射出スクリュ７を回転自在に、軸方向を拘束して支持し、ユニット移動台４１上を移動可能なスクリュ駆動モータ台４２と射出スクリュ駆動サーボモータ９を主構成部材とする。
【０００９】
この主構成部材を作動する手段は、電動型開閉手段１１、油圧型締手段１２、油圧成形品エジェクト手段１３、電動スクリュ回転駆動手段１４、油圧射出手段１５であり、油圧アクチュエータに加圧された作動油を供給する油圧源は、ポンプの最大回転数時に少なくとも個々の油圧アクチュエータの最大必要送出容量を有する可変吐出量ポンプ５４で、同ポンプ５４の吐出油圧は付属する馬力一定制御のプレッシャ・コンペンセータ５５の吐出量カットオフ機能（図２に示すような特性曲線の）により調整されていて、且つ、同ポンプ５４は無段階に回転制御可能なようにインバータ５２によって回転速度を調整されるＡＣモータ５３で駆動されている。
【００１０】
電動型開閉手段１１はサーボモータ２３の動力が動力伝達機構２６を介して基盤１に固設された軸受台２４、２５に支えられたボールねじ軸２１を回転させ、ボールねじ軸２１に螺合するボールねじナット２２を取付けてある可動ダイプレート３を型開閉動作方向に移動させるようになっている。サーボモータ２３は制御装置５１に内蔵する型盤移動速度制御プログラムに従って可動ダイプレート３をゆっくり加速し、一定速度で移動した後、減速して金型５が金型４に接触する寸前に停止する。
【００１１】
油圧型締手段１２は、固定ダイプレート２にストロークが短く大径の油圧型締シリンダ２ａが複数（本例では４基）設けられ、この型締シリンダ２ａとこの中を摺動する大径のピストン３２とで油圧アクチュエータを構成する。ピストン３２にはタイバー３１が一体に直結されており、タイバー３１の等ピッチの複数のリング溝部に割りナット３３が係合して可動ダイプレート３に外側においてタイバー３１を固定した後、４方向切換弁５６が切り換えられて、型締シリンダ２ａの図の左側に作動油が送り込まれ、金型の型締が行われる。型締油圧は可変吐出量ポンプ５４の最大油圧で決められ、同ポンプ５４の吐出油圧は付属するプレッシャ・コンペンセータ５５の吐出量カットオフ機能（図２に示すような特性曲線）により調整され、プレッシャ・コンペンセータ５５に内蔵される比例圧力弁において、制御装置５１でプログラムされている指令により、流量をカットオフする設定圧が制御される。
型締後、４方向切換弁５６は各ポートを閉じて型締シリンダ２ａ内の型締油圧を保持する。射出、保圧、冷却工程が進んだ後の離型時には、４方向切換弁５６を切り換えると同時に２方向切換弁５７を開にして、ピストン３２の両側に同じ油圧が作用し、油圧作動面積の差により（ピストン３２の左側の油圧作動面積はタイバー３１の面積だけ小さくなる）、ピストン３２に離型力を生じさせる。
【００１２】
油圧成形品エジェクト手段１３は、油圧シリンダ３４、ピストン３５、エジェクトバー３６等から構成され、可変吐出量ポンプ５４から吐出される作動油を４方向切換弁６１で切換えてエジェクトバー３６を作動し金型５から成形品を突出し取出す。
電動スクリュ回転駆動手段１４は、射出スクリュ７を回転自在に、軸方向を拘束して支持するスクリュ駆動モータ台４２に射出スクリュ７に直結するサーボモータ９を取付け、制御装置５１に内蔵の射出スクリュ回転速度制御プログラムに従ってサーボモータ９を介して、射出スクリュ７を回転速度制御する手段である。スクリュ７が回転して樹脂を可塑化してスクリュ７の先端に貯留するが、その可塑化中の背圧を比例圧力弁５９で調整する。
【００１３】
油圧射出手段１５は、射出シリンダ６と一体になっている射出シリンダ台３７に射出シリンダ６の中心軸に対称平行に一対の油圧シリンダ３７ａと油圧ピストン３８が設けられ、この油圧シリンダ３７ａとピストン３８の動作により、ピストンロッド３９とスクリュ駆動モータ台４２を介して射出スクリュ７が直線方向に駆動される手段で、制御装置５１に内蔵している射出スクリュ前後進速度制御プログラムに従って、可変吐出量ポンプ５４から吐出された作動油を、４方向切換弁５８で切換え、可変吐出量ポンプ５４の回転数を調整して射出スクリュ７の前進速度を制御するようになっている。油圧射出ノズルタッチ手段１６は、射出シリンダ６のノズルが固定ダイプレート２から離れている状態から４方向切換弁６２を切換えて可変吐出量ポンプ５４から送り出す作動油を図１の油圧シリンダ４３の右側室へ送り、ピストン４４を左方向へ移動させ、ロッド４５が射出シリンダ台３７を左側に引き寄せることにより、射出シリンダ６のノズルを固定ダイプレート２にノズルタッチさせる手段である。
【００１４】
射出成形機１０の各工程と各駆動手段の関係について説明する。
ノズルタッチ手段１６により、射出シリンダ６のノズルを固定ダイプレート２にノズルタッチさせ、油圧シリンダ４３の右側室油圧を保持して射出工程に備え、可動ダイプレート３が後進端にある金型完全開の状態から作業を開始する。
ボールねじ軸２１が型閉の方向に回転して可動金型５と可動ダイプレート３を移動し、金型が当接する寸前で停止し、割りナット３３等の係止手段でタイバー３１が可動ダイプレート３から抜出す方向を制止した後、油圧シリンダ２ａに作動油を送り込んで金型の型締が行われる。
【００１５】
型締工程の始めにおいて、まず、４方向切換弁５６が型締シリンダ２ａへの作動油供給配管路を通にし、制御装置５１の指示で可変吐出量ポンプ５４が制御装置５１にプログラムされた油圧と流量で始動し（このとき油圧は型締圧設定値に設定）、作動油が図１の型締シリンダ２ａの左側室に送られると、ピストン３２が移動して金型間の少しの隙間を詰めて金型同士を当接し、作動油が圧縮されて圧力が上昇する。油圧が型締圧設定値に達すると、油圧を維持したまま、プレシャ・コンペンセータ５５が可変吐出量ポンプ５４の吐出量変更機構（斜板）に作用して流量のカットオフ制御をする。カットオフ制御後、型締シリンダ２ａのリークのみの圧油を供給すればいいので、可変吐出量ポンプ５４の回転数を下げて消費電力及び騒音を低減する。
【００１６】
４方向切換弁５６のポート全部を閉じて金型の型締を継続しつつ、油圧射出手段１５を作動して射出シリンダ６の射出スクリュ７の先端部に貯留している溶融樹脂を金型のキャビティに射出する。金型キャビティ内の溶融樹脂は保圧状態で冷却固化して成形品となり、溶融樹脂が固化する間は可変吐出量ポンプ５４は油圧を保持したまま停止した状態となっている。
次に金型離型に移行する。金型離型においては、４方向切換弁５６を上述の型締工程と同じ切換え位置に切換え、２方向切換弁５７を開き、可変吐出量ポンプ５４を制御装置５１にプログラムされた流量で運転する。型締シリンダ２ａのピストン３２の両側油室ともに設定油圧が加えられ、ピストン３２の両側の油圧作動面積の差により、ピストン３２に離型方向に力がかかり、金型４と金型５は離型する。このとき、殆ど作動油の外部流出は無い。
【００１７】
割りナット３３等の係止手段を逆作動して可動ダイプレート３に対するタイバー３１の制止を外し、電動型開閉手段１１により可動ダイプレート３を移動して金型４と金型５が開き、十分に金型間が開いた後、成形品エジェクト手段１３を油圧作動してエジェクトバー３６を突き出して成形品を金型５から取り外す。成形品が取り出された後、次の型閉が始まる。
射出成形機１０の稼働が終わった後の樹脂抜き清掃、樹脂替、金型交換等のため、射出シリンダ６のノズルを固定ダイプレート２から離す場合は、油圧射出ノズルタッチ手段１６を逆作動させる。
【００１８】
上述したように、各工程の油圧作動は油圧保持工程があるものの、作動油が吐出して供給される工程は全て単独となっているので、可変吐出量ポンプ５４をその各工程に必要な油圧と流量に合わせ、継続時間とタイミングをプログラム設定しておけば、可変吐出量ポンプ５４の直接のプログラム制御だけで射出成形機１０の油圧運転制御を行うことができる。また、プレッシャ・コンペンセータ５５でシリンダ等の行き止まりにおける高圧保持の流量をカットオフすることができるので、リリーフ弁は必要なくなり、油圧作動流量におけるエネルギー損失を減らすことが可能となる。高圧保持中に可変吐出量ポンプ５４の回転数を下げると、エネルギ損失とポンプ騒音を更に低減できる。
【００１９】
油圧型締手段１２、油圧射出手段１５のように可変吐出量ポンプ５４の能力性能をフルに使いたいときはモータ５３を高速に回転してその使用可能限度出力において可変吐出量ポンプ５４を駆動し、図３の馬力一定特性曲線に沿った圧力と流量となるようにプログラム制御するようにすれば、モータ５３も可変吐出量ポンプ５４にも過負荷が掛からず、最良の運転効率が得られ、離型において低圧最大流量、型締保持は高圧小流量の様に図３のＡ、Ｃの範囲を使用するので、馬力一定特性にすれば最大圧×最大流量の馬力より小さい馬力のモータを選定できる。
また、成形品エジェクト手段１３や油圧射出ノズルタッチ手段１６のような流量が少量で吐出速度が遅くて良いアクチュエータのときは、モータ５３の回転速度を遅くして可変吐出量ポンプ５４の負荷を少なくし、摩擦損を減らして運転することにより効率のよい運転が可能となる。
【００２０】
（第２の実施形態）
図４は射出成形機の構成を示す側面図（一部断面）及びその制御系統を示すブロック図である。
第２の実施形態の射出成形機７０は、第１の実施形態における射出成形機１０の油圧射出手段１５の代わりに電動射出手段１７を使用している射出成形機であり、この電動射出手段１７以外は図１に示す射出成形機１０と同じであるので共通部分の構成や機能の説明は省略する。射出成形機７０には油圧射出手段１５が無いので、４方向切換弁５８も不要となる。
【００２１】
電動射出手段１７は射出シリンダ６の両側に対称に一対のボールねじ軸７３が射出シリンダ台７６に回転可能に、軸方向を拘束して支えられ、ボールねじ軸７３に螺合するボールねじナット７４がスクリュ駆動モータ台７５に取付けられ、射出シリンダ台７６に取付けられた同期回転する一対のサーボモータ７２により射出スクリュ７の射出速度を制御装置７１により制御する。
可変吐出量ポンプ５４の関係する作動工程において、油圧射出手段が無いので、工程のタイミングが重なる部分が無くなり、可変吐出量ポンプ５４はそれぞれのアクチュエータの駆動に適合した油圧、流量を送り出すようにプログラム制御すれば良い。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の射出成形機は、その液圧作動機構が、液圧ポンプに個々の液圧アクチュエータの最大必要送出容量を有する可変吐出量ポンプを使用し、同ポンプの吐出液圧は馬力一定制御のプレッシャ・コンペンセータの吐出量カットオフ機能により調整されており、且つ、同ポンプは無段階に回転制御可能に駆動されているので、可変吐出量ポンプの作動油によって駆動される工程が独立している射出成形機では、各工程に必要な油圧と流量と運転のタイミングをプログラム設定しておけば、可変吐出量ポンプの直接のプログラム制御だけで射出成形機の油圧運転制御を行うことができ、また、プレッシャ・コンペンセータでシリンダ等の押切りにおける保持流量をカットオフすることができ、リリーフ弁は必要なく、従って油圧作動におけるエネルギー損失も少ない。すなわち、液圧アクチュエータの負荷圧力が増加するにつれて可変吐出量ポンプの流量×圧力が一定の特性曲線に合わせて可変吐出量ポンプの傾転角（吐出容量）を自動的に減少させ、負荷圧力が比例圧力弁の設定値に到達すると吐出量をカットオフするものである。また保持工程間では油圧ポンプの回転数を下げて低速回転に制御をしているので、作業を通した全体の騒音を減少することができる。構成部品が少ないので製作コストが少なくて済み、油圧ポンプ駆動用の電力エネルギーが減少するのでランニングコストも低減する。（請求項１）。
【００２３】
上記可変吐出量ポンプ駆動用モータを無段階に回転制御可能なモータ、例えばインバータ制御モータ、又は、ＡＣサーボモータとし、同ポンプの回転制御により流量制御を行うようにしたので、油圧型締手段、油圧射出手段のように高負荷のときは、モータを高速に回転して最良の運転効率が得られ、また、成形品エジェクト手段や油圧射出ノズルタッチ手段のような流量が少量で吐出速度が遅くて良いアクチュエータのときは、モータの回転速度を遅くしてポンプの負荷を少なくし、摩擦損を減らして運転することにより効率のよい駆動運転が可能となる（請求項１）。さらに、上記の液圧作動機構において、射出成形機が備えている複数の液圧アクチュエータの内の最大負荷（流量×圧力）が掛かる液圧アクチュエータの負荷に合わせた流量・圧力線図に沿って可変吐出量ポンプの吐出量と液圧を制御するプレシャ・コンペンセータで制御されているので、ポンプ駆動モータも可変吐出量ポンプにも過負荷が掛からないので、モータの馬力に余裕をもたせる必要はなく、最良の運転効率が得られる（請求項１、３）。
【００２４】
また、上記可変吐出量ポンプの液圧カットオフ制御を各液圧アクチュエータにつき比例圧力弁によるプログラム制御とすれば、プログラムにおいて各アクチュエータに最も適合した油圧を選択することができる（請求項１、３）。そして、複数の駆動手段の内の２つ若しくはそれ以上の駆動手段、例えば、型締手段、射出ノズルタッチ手段、成形品エジェクト手段、スクリュ回転駆動手段に上記の１台の可変吐出量ポンプを用いた手段として上記の方法で制御するとともに、それ以外の駆動手段、例えば、型開閉手段、射出手段とスクリュ回転駆動手段を電動駆動機構としたので、総合的に制御が容易で低コストである射出成形機が得られる（請求項１、２、３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る射出成形機の構成を示す側面図（一部断面）及びその制御系統を示すブロック図である。
【図２】 図１の射出成形機の油圧制御系統に備えられた可変吐出量ポンプのプレシャ・コンペンセータの吐出量カットオフ機能の圧力−流量特性を示す線図である。
【図３】 可変吐出量ポンプのプレシャ・コンペンセータによる馬力一定制御の圧力−流量特性を示す線図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る射出成形機の構成を示す側面図（一部断面）及びその制御系統を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 基盤
２ 固定ダイプレート
２ａ 型締シリンダ
３ 可動ダイプレート
６ 射出シリンダ
７ 射出スクリュ
１０、７０ 射出成形機
１１ 電動型開閉手段
１２ 油圧型締手段
１３ 油圧成形品エジェクト手段
１４ 電動スクリュ回転駆動手段
１５ 油圧射出手段
１６ 油圧射出ノズルタッチ手段
１７ 電動射出手段
２１ ボールねじ軸
２２ ボールねじナット
２３ サーボモータ
３１ タイバー
３２ ピストン
３４ 油圧シリンダ
３５ ピストン
３７ 油圧射出駆動シリンダ
３８ 油圧射出ピストン
５１ 制御装置
５２ インバータ
５３ ＡＣモータ
５４ 可変吐出量ポンプ
５５ プレッシャ・コンペンセータ
５６、５８、６１、６２ ４方向切換弁
７１ 制御装置
７２ サーボモータ
７３ ボールねじ軸
７４ ボールねじナット

Claims (3)

1. １台の液圧ポンプで複数の液圧アクチュエータを駆動する射出成形機の液圧作動機構において、同液圧作動機構の液圧ポンプはその最大回転数時に少なくとも個々の液圧アクチュエータの最大必要送出容量を有する可変吐出量ポンプで、同ポンプの吐出液圧は前記可変吐出量ポンプに付属しているプレッシャ・コンペンセータの吐出量カットオフ機能により調整されていて、前記各液圧アクチュエータの最大負荷（流量×圧力）を前記可変吐出量ポンプの流量×圧力が一定の特性線図に合わせて制御するようにし、前記可変吐出量ポンプの液圧カットオフ制御は前記各液圧アクチュエータにつき比例圧力弁により同可変吐出量ポンプの液圧カットオフ機構を操作するプログラム制御とし、且つ、同ポンプは無段階に回転制御可能なモータで駆動され同ポンプの回転数により流量制御を行うように構成された射出成形機の液圧作動機構を用いて、射出成形機に含まれる射出ノズルタッチ手段、型締手段、型開閉手段、スクリュ回転駆動手段、射出手段、成形品エジェクト手段の各駆動手段の内の２つ若しくはそれ以上の駆動手段を液圧駆動し、それ以外の駆動手段は電動駆動することを特徴とする射出成形機。
2. 請求項１に記載する射出成形機において、型開閉手段、射出手段及びスクリュ回転駆動手段を電動駆動としたことを特徴とする射出成形機。
3. 請求項１又は請求項２に記載する射出成形機を制御する方法において、液圧アクチュエータの最大負荷（流量×圧力）を可変吐出量ポンプの流量×圧力が一定の特性線図に合わせて制御するようにし、可変吐出量ポンプの液圧カットオフ制御を、比例圧力弁により可変吐出量ポンプの液圧カットオフ機構を操作するプログラム制御とすることを特徴とする射出成形機の制御方法。

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