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技術 射出成形機

出願人 住友重機械工業株式会社
発明者 水野博之
出願日 2013年10月15日 (6年8ヶ月経過) 出願番号 2013-215056
公開日 2015年4月23日 (5年2ヶ月経過) 公開番号 2015-077703
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の射出成形 インバータ装置
主要キーワード 設定速 駆動開始条件 成形品毎 直流電源ライン DCリンクコンデンサ 交流電源ライン プリプラ 逆流電流
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年4月23日)のものです。
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図面 (5)

課題

射出成形機に備えられる電動モータ電磁石などの負荷の駆動時に、負荷に対する供給電力不足し、負荷の応答性が低下するするのを防ぎ、応答性の良い射出成形機を提供する。

解決手段

交流電源Pから供給される交流電力51,52,53を直流電力P,Nに変換するコンバータ50と、前記コンバータ50から直流電力P,Nが供給されるDCリンク50と、前記DCリンク50から供給される直流電力P,Nを電力変換して負荷に供給する電力供給部70と、DCリンク50電圧を昇圧する昇圧回路80とを備える。

概要

背景

射出成形機は、金型装置型開閉および型締に用いられる型締モータ、型締状態の金型装置内への成形材料充填に用いられる射出モータ、成形材料の計量に用いられる計量モータ、および型開状態の金型装置からの成形品の突き出しに用いられるエジェクタモータなどを有する(例えば特許文献1参照)。型開閉にはリニアモータが用いられ、型締には電磁石が用いられることもある。型開閉および型締に、油圧シリンダ、該油圧シリンダに油圧を供給する油圧ポンプ、および該油圧ポンプを駆動するモータが用いられることもある。

概要

射出成形機に備えられる電動モータや電磁石などの負荷の駆動時に、負荷に対する供給電力不足し、負荷の応答性が低下するするのを防ぎ、応答性の良い射出成形機を提供する。交流電源Pから供給される交流電力51,52,53を直流電力P,Nに変換するコンバータ50と、前記コンバータ50から直流電力P,Nが供給されるDCリンク50と、前記DCリンク50から供給される直流電力P,Nを電力変換して負荷に供給する電力供給部70と、DCリンク50電圧を昇圧する昇圧回路80とを備える。

目的

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、応答性の良い射出成形機の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

交流電源から供給される交流電力直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから直流電力が供給されるDCリンクと、前記DCリンクから供給される直流電力を電力変換して負荷に供給する電力供給部と、DCリンク電圧を昇圧する昇圧回路とを備える、射出成形機

請求項2

前記昇圧回路は、前記コンバータと前記電力供給部とを接続する直流電源ラインを含む給電経路に対して並列に配設される、請求項1に記載の射出成形機。

請求項3

前記給電経路は、前記交流電源と前記コンバータとを接続する交流電源ラインをさらに含み、前記昇圧回路は、前記交流電源から前記交流電源ラインを介して供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ部を含む、請求項2に記載の射出成形機。

技術分野

0001

本発明は、射出成形機に関する。

背景技術

0002

射出成形機は、金型装置型開閉および型締に用いられる型締モータ、型締状態の金型装置内への成形材料充填に用いられる射出モータ、成形材料の計量に用いられる計量モータ、および型開状態の金型装置からの成形品の突き出しに用いられるエジェクタモータなどを有する(例えば特許文献1参照)。型開閉にはリニアモータが用いられ、型締には電磁石が用いられることもある。型開閉および型締に、油圧シリンダ、該油圧シリンダに油圧を供給する油圧ポンプ、および該油圧ポンプを駆動するモータが用いられることもある。

先行技術

0003

特開2011−183705号公報

発明が解決しようとする課題

0004

従来、射出成形機に備えられる電動モータや電磁石などの負荷の駆動時に、負荷に対する供給電力不足し、負荷の応答性が低下することがあった。

0005

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、応答性の良い射出成形機の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
交流電源から供給される交流電力直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータから直流電力が供給されるDCリンクと、
前記DCリンクから供給される直流電力を電力変換して負荷に供給する電力供給部と、
DCリンク電圧を昇圧する昇圧回路とを備える、射出成形機が提供される。

発明の効果

0007

本発明の一態様によれば、応答性の良い射出成形機が提供される。

図面の簡単な説明

0008

本発明の第1実施形態による射出成形機を示す図である。
本発明の第1実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。
本発明の第1実施形態による射出モータの回転数、射出モータのトルク、およびDCリンク電圧の推移実線で示す図である。
本発明の第2実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。

実施例

0009

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。また、充填工程におけるスクリュの移動方向を前方とし、計量工程におけるスクリュの移動方向を後方として説明する。

0010

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態による射出成形機を示す図である。射出成形機10は、金型装置30を閉じる型閉工程、金型装置30を締める型締工程、型締状態の金型装置30内に液状の成形材料を充填する充填工程、充填した成形材料に圧力をかける保圧工程、保圧工程後に金型装置30内で成形材料を固化させる冷却工程、次の成形品のための成形材料を計量する計量工程、金型装置30を開く型開工程、および型開状態の金型装置30から成形品を突き出す突き出し工程を行う。射出成形機10は、これらの工程を繰り返し行うことにより、成形品を繰り返し製造する。成形サイクルの短縮のため、計量工程は、冷却工程の間に行われてよい。

0011

射出成形機10は、例えば図1に示すように、フレーム11、固定プラテン12、可動プラテン13、リヤプラテン14、タイバー15、トグル機構16、シリンダ21、スクリュ25、型締モータ41、射出モータ42、計量モータ43、およびエジェクタモータ44を有する。

0012

固定プラテン12は、フレーム11に対して固定される。固定プラテン12には、固定金型32が取り付けられる。

0013

可動プラテン13は、固定プラテン12とリヤプラテン14との間に配設され、フレーム11に敷設されるガイド17に沿って移動自在とされる。可動プラテン13には、可動金型33が取り付けられる。固定金型32および可動金型33で金型装置30が構成される。

0014

リヤプラテン14は、複数本のタイバー15を介して固定プラテン12と連結される。リヤプラテン14は、フレーム11に対して型開閉方向に移動自在とされる。尚、リヤプラテン14はフレーム11に対して固定されてもよく、この場合、固定プラテン12がフレーム11に対して型開閉方向に移動自在とされる。

0015

トグル機構16は、可動プラテン13とリヤプラテン14との間に配設される。トグル機構16が型開閉方向に伸縮することにより、可動プラテン13がフレーム11に対して型開閉方向に移動する。

0016

シリンダ21は、成形材料(例えば樹脂ペレット)の供給口22を後部に有する。シリンダ21の外周にはヒータ23が取り付けられる。ヒータ23は、シリンダ21を加熱し、シリンダ21の内部に供給された成形材料を溶融させる。液状の成形材料は、シリンダ21の前端に設けられるノズル24から吐出される。

0017

スクリュ25は、シリンダ21内において回転自在に且つ進退自在に配設される。スクリュ25には螺旋状の溝26が形成される。スクリュ25の回転によって、螺旋状の溝26に沿って成形材料が前方に送られる。成形材料は、シリンダ21内を前進しながら、徐々に溶融させられる。溝26の深さは、一定でもよいし、場所によって異なってもよい。

0018

次に、射出成形機10の動作について説明する。射出成形機10の動作は、制御部45(図2参照)によって制御される。制御部45は、メモリなどの記憶部、およびCPUなどで構成され、記憶部に記憶されたコンピュータプログラムをCPUに実行させることにより、各種動作を制御する。

0019

型閉工程では、型締モータ41を駆動してトグル機構16を作動させ、可動プラテン13を固定プラテン12に対して接近させる。可動金型33が固定金型32に当接し、金型装置30が閉じる。型閉工程に続いて型締工程が行われる。

0020

型締工程では、型締モータ41をさらに駆動して、可動金型33と固定金型32とを締め付ける。トグル機構16のトグル倍率に応じた型締力が生じる。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が形成される。

0021

充填工程では、射出モータ42を駆動してスクリュ25を設定速度で前進させ、スクリュ25の前方に蓄積された成形材料をシリンダ21の前部から金型装置30内のキャビティ空間に充填させる。スクリュ25が所定位置(所謂V/P切換位置)まで前進すると、保圧工程が開始される。尚、充填工程開始からの経過時間が所定時間に達すると、保圧工程が開始されてもよい。スクリュ25の設定速度は、一定でもよいし、スクリュ位置または経過時間に応じて変更してもよい。

0022

保圧工程では、射出モータ42を駆動してスクリュ25を設定圧力で前方に押し、キャビティ空間における成形材料の冷却による体積収縮分の成形材料を補充する。キャビティ空間の入口(所謂ゲート)が固化した成形材料でシールされ、キャビティ空間からの成形材料の逆流が防止された後、冷却工程が開始される。冷却工程の間に、次の成形品のための成形材料を計量する計量工程が行われてよい。スクリュ25の設定圧力は、一定でもよいし、経過時間などに応じて変更してもよい。

0023

計量工程では、計量モータ43を駆動してスクリュ25を回転させ、スクリュ25の螺旋状の溝26内に供給された成形材料を前方に送る。成形材料は、シリンダ21内を前進しながら、徐々に溶融される。液状の成形材料がスクリュ25の前方に送られ、シリンダ21の前部に蓄積されるにつれて、スクリュ25が後退させられる。

0024

計量工程では、スクリュ25の急激な後退を制限すべく、スクリュ25に対して所定の背圧を加えるように、射出モータ42を駆動してよい。スクリュ25が所定位置まで後退し、スクリュ25の前方に所定量の成形材料が蓄積すると、計量モータ43や射出モータ42が停止される。

0025

型開工程では、型締モータ41を駆動してトグル機構16を作動させ、可動プラテン13を固定プラテン12に対して離間させる。可動金型33が固定金型32から離れ、金型装置30が開く。

0026

突き出し工程では、エジェクタモータ44を駆動することによって型開状態の金型装置30から成形品を突き出す。

0027

図2は、本発明の第1実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。図2に示すように、射出成形機10は、コンバータ50、DCリンク60、電力供給部としてのインバータ70と、昇圧回路80とを備える。

0028

コンバータ50は、3本の交流電源ライン51〜53を介して3相交流電源Pに接続され、3相交流電源Pから供給される交流電力を直流電力に電力変換する。コンバータ50は、例えば3相ブリッジ回路であり、6つのダイオードを含む。

0029

尚、本実施形態の交流電源は3相交流であるが2相交流でもよい。また、コンバータ50は、交流電力を直流電力に電力変換するものであればよく、例えば、ダイオードの他に、スイッチング素子を含んでもよい。スイッチング素子の具体例としては、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Filed-Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタなどが挙げられる。各スイッチング素子に対して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。

0030

DCリンク60は、2本の直流電源ライン61、62、およびDCリンクコンデンサ63を含む。2本の直流電源ライン61、62は、コンバータ50とインバータ70とを接続する。DCリンクコンデンサ63は、2本の直流電源ライン61、62間の直流電圧平滑化させる。DCリンクコンデンサ63の電圧がDCリンク電圧に相当する。

0031

インバータ70は、DCリンク60から供給される直流電力を交流電力に変換して、3相交流負荷としての射出モータ42に供給する。インバータ70は、例えば2つのスイッチング素子で構成されるレグを3つ有し、射出モータ42に電力を供給する。尚、負荷は例えば2相交流負荷でもよく、レグの数は特に限定されない。

0032

昇圧回路80は、DCリンク電圧を昇圧させる回路である。昇圧回路80は、コンバータ部81および昇圧部90を有する。コンバータ部81および昇圧部90は直列に配設される。

0033

コンバータ部81は、3本の交流電源ライン83〜85および3本の交流電源ライン51〜53を介して3相交流電源Pに接続され、3相交流電源Pから交流電源ライン51〜53、83〜85を介して供給される交流電力を直流電力に電力変換する。コンバータ部81は、コンバータ50と同様に構成される。

0034

昇圧部90は、コンバータ部81から供給される直流電力を用いてDCリンク電圧を昇圧する。昇圧部90は、例えば、インダクタンス91、第1スイッチング素子92、第1ダイオード93、第2スイッチング素子94、第2ダイオード95を含む。

0035

第1スイッチング素子92の一端は高圧側の直流電源ライン61に接続され、第2スイッチング素子94の一端は低圧側の直流電源ライン62に接続される。第1スイッチング素子92の他端と第2スイッチング素子94の他端とが中間ノード96を介して接続される。中間ノード96はインダクタンス91の一端に接続され、インダクタンス91の他端はコンバータ部81の高圧側の出力端子に接続される。コンバータ部81の低圧側の出力端子は低圧側の直流電源ライン62に接続される。第1ダイオード93は第1スイッチング素子92に対して逆並列に接続され、第2ダイオード95は第2スイッチング素子94に対して逆並列に接続される。

0036

制御部45は、第1スイッチング素子92および第2スイッチング素子94のオンオフ状態を制御し、DCリンク電圧を昇圧させる。第1スイッチング素子92および第2スイッチング素子94のうちの、一方がオン状態のとき、他方がオフ状態とされる。両方がオフ状態とされてもよい。両方がオン状態とはされない。

0037

例えば、制御部45は、第1スイッチング素子92をオフ状態に維持すると共に、第2スイッチング素子94をオン状態とオフ状態とに交互に切り替えることにより、DCリンク電圧を昇圧させる。第2スイッチング素子94がオン状態のとき、インダクタンス91に電流が流れ、その電流によって形成される磁場にエネルギーが蓄えられる。第2スイッチング素子94がオン状態からオフ状態に切り替わると、蓄積された磁気エネルギー解放され、電流がDCリンクコンデンサ63に供給され、DCリンク電圧が昇圧される。

0038

また、制御部45は、第1スイッチング素子92をオン状態とオフ状態とに交互に切り替えると共に、第2スイッチング素子94をオフ状態とオン状態とに交互に切り替えることにより、DCリンク電圧を昇圧させてもよい。DCリンク電圧が設定値を超えて昇圧された場合に、DCリンク電圧を設定値に下げることが可能である。DCリンク電圧の降圧を可能とするため、コンデンサ97が用いられる。コンデンサ97の一端は低圧側の直流電源ライン62に接続され、コンデンサ97の他端はコンバータ部81の高圧側の端子とインダクタンス91とを接続する電流経路に接続される。

0039

尚、第1スイッチング素子92および第2ダイオード95がなく、第2スイッチング素子94がオン状態とオフ状態とに交互に切り替えられることでも、DCリンク電圧の昇圧は可能である。

0040

このように、本実施形態によれば、昇圧回路80によってDCリンク電圧が昇圧されるため、射出モータ42の駆動時にDCリンク電圧が十分に確保できる。射出モータ42に対する供給電力が十分に確保でき、射出モータ42の応答性が良い。

0041

昇圧回路80は、給電経路98に対して並列に配設されてよい。給電経路98は、直流電源ライン61、62、および交流電源ライン51〜53を含む。直流電源ライン61、62の途中に昇圧回路を直列に挿入する場合よりも、昇圧回路80が後付けしやすく、また、昇圧回路80の容量が低減できる。

0042

図3は、本発明の第1実施形態による射出モータの回転数、射出モータのトルク、およびDCリンク電圧の推移を実線で示す図である。図3破線は、従来の推移を示す。実線と破線とが重なる部分は実線で示す。

0043

図3に実線で示すように、制御部45は、時刻t0で昇圧回路80を作動させ、DCリンク電圧Vdcを昇圧する。時刻t1でDCリンク電圧Vdcが設定値に達した後、時刻t2でインバータ70が作動し電力が射出モータ42に供給され、射出モータ42の回転数Nが大きくなる。そうすると、射出モータ42のトルクTが大きくなり、DCリンク電圧Vdcが低下する。

0044

従来は図3に破線で示すようにDCリンク電圧Vdcが低くなり過ぎ、時刻t3で射出モータ42のトルクTが頭打ちになり、射出モータ42の加速度が低下する。

0045

これに対し、本実施形態ではDCリンク電圧Vdcが十分に確保でき、射出モータ42のトルクTが十分に確保でき、射出モータ42の回転数Nが一定の加速度で大きくなる。従って、射出モータ42の回転数Nが短時間で設定値に到達し、応答性が良い。

0046

[第2実施形態]
上記第1実施形態と第2実施形態とでは、昇圧回路の構成が異なる。それ以外の構成は同様である。以下、主に相違点について説明する。

0047

図4は、本発明の第2実施形態による射出成形機の電気回路を示す図である。図4に示すように、射出成形機は、コンバータ50、DCリンク60、電力供給部としてのインバータ70と、昇圧回路180とを備える。昇圧回路180は、図2に示す昇圧回路80に代えて用いられる。

0048

昇圧回路180は、DCリンク電圧を昇圧させる回路である。昇圧回路180は、コンバータ50から供給される直流電力を用いてDCリンク電圧を昇圧する。昇圧回路180は、例えば、インダクタンス191、第1スイッチング素子192、第1ダイオード193、第2スイッチング素子194、第2ダイオード195を含む。

0049

第1スイッチング素子192の一端は高圧側の直流電源ライン61の第1接続ポイントP1に接続され、第2スイッチング素子194の一端は低圧側の直流電源ライン62に接続される。第1スイッチング素子192の他端と第2スイッチング素子194の他端とが中間ノード196を介して接続される。中間ノード196はインダクタンス191の一端に接続され、インダクタンス191の他端はダイオード186を介して高圧側の直流電源ライン61の第2接続ポイントP2に接続される。第1接続ポイントP1と第2接続ポイントP2との間には、DCリンクコンデンサ63からコンバータ50への逆流電流の発生を防止するダイオード187が挿入されてよい。このダイオード187は、直流電源ライン61の途中に後付けで挿入できる。第1ダイオード193は第1スイッチング素子192に対して逆並列に接続され、第2ダイオード195は第2スイッチング素子194に対して逆並列に接続される。

0050

制御部45は、第1スイッチング素子192および第2スイッチング素子194のオン/オフ状態を制御し、DCリンク電圧を昇圧させる。第1スイッチング素子192および第2スイッチング素子194のうちの、一方がオン状態のとき、他方がオフ状態とされる。両方がオフ状態とされてもよい。両方がオン状態とはされない。DCリンク電圧の降圧を可能とするため、コンデンサ197が用いられる。コンデンサ197の一端は低圧側の直流電源ライン62に接続され、コンデンサ197の他端はインダクタンス191とダイオード186との間の中間ノード188に接続される。

0051

尚、第1スイッチング素子192および第2ダイオード195がなく、第2スイッチング素子194がオン状態とオフ状態とに交互に切り替えられることでも、DCリンク電圧の昇圧は可能である。

0052

このように、本実施形態によれば、昇圧回路180によってDCリンク電圧が昇圧されるため、射出モータ42の駆動時にDCリンク電圧が十分に確保できる。射出モータ42に対する供給電力が十分に確保でき、射出モータ42の応答性が良い。

0053

昇圧回路180は、給電経路198に対して並列に配設されてよい。給電経路198は、直流電源ライン61、62で構成される。直流電源ライン61、62の途中に昇圧回路を直列に挿入する場合よりも、昇圧回路180が後付けしやすく、また、昇圧回路180の容量が低減できる。

0054

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。

0055

例えば、上記実施形態の射出成形機10は、スクリュ・インライン式であるが、プリプラ式でもよい。プリプラ式では、可塑化シリンダ内で溶融させ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。

0056

また、上記実施形態のインバータ70からの電力を消費する負荷は、射出モータ42であるが、型締モータ41、計量モータ43、またはエジェクタモータ44でもよい。また、負荷は、型開閉に用いられるリニアモータ、型締に用いられる電磁石でもよく、型開閉および型締に用いられる油圧ポンプを駆動するモータでもよい。電磁石の場合、電磁石のコイルに直流電力を供給する電力供給部は、インバータ70と同様に構成される。

0057

また、上記実施形態では、昇圧回路の昇圧開始の時刻t0が射出モータ42の駆動開始の時刻t2よりも先であるが、同時または後でもよい。射出モータ42の駆動中にDCリンク電圧が低くなり過ぎなければよい。

0058

また、上記実施形態では、昇圧回路の昇圧完了の時刻t1が射出モータ42の駆動開始の時刻t2よりも先であるが、同時または後でもよい。つまり、昇圧回路の作動中に、射出モータ42を駆動開始してもよい。射出モータ42の駆動中にDCリンク電圧が低くなり過ぎなければよい。

0059

また、上記実施形態の制御部45は電圧センサなどを用いてDCリンク電圧を監視してもよく、例えばDCリンク電圧が所定値以上であることを射出モータ42の駆動開始条件にしてもよい。射出モータ42の駆動開始時にDCリンク電圧が所定値未満の場合、制御部45が射出モータ42の駆動を中断させてもよく、制御部45が警報装置を作動させてもよい。また、制御部45はDCリンク電圧の実績値ハードディスクなどの記憶部に記憶させてもよい。DCリンク電圧の実績値は成形品毎に記憶され、成形品の品質評価に用いられる。

0060

10射出成形機
50コンバータ
51〜53交流電源ライン
60DCリンク
61高圧側の直流電源ライン
62低圧側の直流電源ライン
63DCリンクコンデンサ
70インバータ(電流供給部)
80昇圧回路
81 コンバータ部
90 昇圧部
91インダクタンス
92 第1スイッチング素子
93 第1ダイオード
94 第2スイッチング素子
95 第2ダイオード
96中間ノード
97コンデンサ
98 給電経路

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