射出成形機の型開閉方法およびその装置
【課題】 射出成形機の型開閉装置の減速動作を効果的に制御する。
【解決手段】 固定金型２６ａが装着された固定プラテン１２に対して、可動金型２６ｂが装着された可動プラテン１４を進退させる型開閉シリンダ１６を備えた射出成形機の型開閉装置である。型開閉シリンダ１６に作動油を供給する双方向吐出ポンプ２０と、双方向吐出ポンプ２０を回転駆動するサーボモータ５２とを有し、型開閉シリンダ１６は、ロッド側油室３４が第１開閉弁１８Ｂを介して双方向吐出ポンプ２０と第２開閉弁１８Ａを介してタンク３８とに接続され、ヘッド側油室３２が第３開閉弁１８Ｃを介して双方向吐出ポンプ２０と第４開閉弁１８Ｄを介してタンク３８とに接続され、双方向吐出ポンプ２０は、第１開閉弁１８Ｂと第３開閉弁１８Ｃとを接続した連結油路３７に接続してある。
【解決手段】 固定金型２６ａが装着された固定プラテン１２に対して、可動金型２６ｂが装着された可動プラテン１４を進退させる型開閉シリンダ１６を備えた射出成形機の型開閉装置である。型開閉シリンダ１６に作動油を供給する双方向吐出ポンプ２０と、双方向吐出ポンプ２０を回転駆動するサーボモータ５２とを有し、型開閉シリンダ１６は、ロッド側油室３４が第１開閉弁１８Ｂを介して双方向吐出ポンプ２０と第２開閉弁１８Ａを介してタンク３８とに接続され、ヘッド側油室３２が第３開閉弁１８Ｃを介して双方向吐出ポンプ２０と第４開閉弁１８Ｄを介してタンク３８とに接続され、双方向吐出ポンプ２０は、第１開閉弁１８Ｂと第３開閉弁１８Ｃとを接続した連結油路３７に接続してある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機の型開閉方法およびその装置に係り、特にプラスチックやアルミの製品を成形する射出成形機の型開閉時の減速動作に好適な射出成形機の型開閉方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックやアルミなどの射出成形機は、固定金型が装着された固定プラテンに対して可動金型が装着された可動プラテンを型開閉シリンダによって開閉移動させ、型締シリンダによって型締力を発生させるものがある。
従来、型開閉シリンダによる型閉は、一定速度で可動プラテンを固定プラテンに向けて移動し、両者に取り付けた金型が接触する寸前で停止させ、次工程の型締め動作を行っていた。
【０００３】
ところで、射出成形機は成形作業のサイクルアップのために、金型移動時に型開閉シリンダの移動速度の高速化を図る必要がある。そこで、型開閉シリンダを油圧で制御することにより金型の高速移動が可能となった。しかし、型開閉シリンダを終始高速移動させると型閉の際、可動金型が固定金型と衝突してしまう。よって、型閉動作時に可動金型を高速移動させて固定金型に接近したところで移動速度を低速に切り換えるための減速手段が必要となる。
【０００４】
しかし、従来の型開閉装置は、型開閉シリンダへの入り側の作動油を供給油路に設置した制御弁によって流量制御している。このため、減速は摺動部の摩擦力のみであり、減速度が小さく、磨耗係数の変化で型開閉動作が不安定となってしまう。そうすると、金型同士の衝突や成形品の取り出し位置となる型開き位置が不安定となる。よって、型開閉の高速運転が困難となりサイクルタイムが大きくなってしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１には、図６に示すような型開閉シリンダを減速するようにしている。図６は射出成形機の金型開閉装置の説明図を示す。図示のように金型開閉装置１０１はベース上の一端部に基部がキー止めされて立設している固定プラテン１０２と、この固定プラテン１０２に対向する位置に同じく立設配置され、前記ベース上を固定プラテン１０２側に摺動可能な可動プラテン１０４とを備えている。固定プラテン１０２と可動プラテン１０４の各々には型開閉シリンダ１０６のシリンダ部１０６ａと、ピストンロッド部１０６ｂが接続している。型開閉シリンダ１０６のシリンダ部１０６ａは内部がピストン部１０７によってヘッド側油室１０８とロッド側油室１１０に分けられている。それぞれの油室には油室に作動油を供給する油圧ポンプ１１２を備えた油路と、油室から排出する作動油を受けるタンク１１８を備えた油路とが切換可能に接続している。同図はロッド側油室１１０に油圧ポンプ１１２を接続し、ヘッド側油室１０８にタンク１１８を接続している場合を示す。
【０００６】
また、固定プラテン１０２と可動プラテン１０４にはそれぞれ固定金型１２０ａと可動金型１２０ｂが取付けられている。可動プラテン１０４を固定プラテン１０２側に移動する方向を型閉とし、可動プラテン１０４が固定プラテン１０２から離間する方向を型開とし、型開閉シリンダ１０６の伸縮により金型１２０の開閉をなす構成としている。
【０００７】
さらに、金型開閉装置１０１は金型開閉移動時の作動油の制御に可動プラテン１０４の位置を検出する位置センサ１２２と、シリンダ圧力を検出する圧力センサ１２４とから位置信号と圧力を検知して制御する図示しない制御部と、油室から排出する作動油を受けるタンク１１８を備えた油路上に流量調整弁１１６とを設けている。制御部は作動油の流出入量を制御する信号を流量調整弁１１６に送り、型開閉シリンダ１０６に供給する作動油の流出入を制御している。この際、制御部は、流量調整弁１１６を介して戻り側の作動油流量を制御して、油圧により積極的に型開閉シリンダ１０６にブレーキを効かし、減速効率を上げて型開閉シリンダ１０６の高速化を図っている。また、金型開閉装置１０１は、作動油の特性変化に対して複雑な計算式を用いて油量の制御を行いブレーキ動作の安定化を図っている。
【特許文献１】特開平６−８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６の金型開閉装置では、型閉方向の高速運転時にブレーキをかける場合、ヘッド側油室から流出する作動油を流量調整弁で絞るため、可動プラテンの運動エネルギーが作動油の熱に変換されて温度が上昇する。そうすると作動油の粘度変化とキャビテーション発生による劣化が発生してしまう。
このため作動油の粘性が変化して、シリンダ部の粘性抵抗やピストン部での漏れ量が変化する。このように、流量調整弁で作動油の流れを絞って制御する方法は、作動油の粘度変化の影響を受けやすく、型開閉シリンダの減速制御が不安定である。
【０００９】
また、特許文献１に示す減速制御方法では、センサによる可動プラテンの位置と吐出側油室の圧力検出値のフィードバック制御を行うために、複雑な制御理論あるいは高速演算器が必要となり、実際の設備機器に適用することが困難である。
そこで本発明は、上記従来技術の問題点を改善し、射出成形機の金型開閉の減速動作を効果的に制御する型開閉方法およびその装置を提供することを目的としている。また、型開閉装置の稼動運転の省エネ化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る射出成形機の型開閉方法は、固定金型が装着された固定プラテンに対して、可動金型が装着された可動プラテンを型開閉シリンダによって進退させる射出成形機の型開閉方法であって、型開閉動作の減速時に前記型開閉シリンダからタンクに戻る作動油を、前記型開閉シリンダに前記作動油を供給する前記油圧ポンプを経由させるとともに、前記油圧ポンプの回転速度を前記油圧ポンプに接続したサーボモータを介して制御し、前記可動プラテンを減速制御する、ことを特徴としている。
この場合において、前記可動プラテンの減速制御時に、前記油圧ポンプを経由する前記作動油のエネルギーを、前記サーボモータを介して電源側に回生することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明に係る射出成形機の型開閉装置は、固定金型が装着された固定プラテンに対して、可動金型が装着された可動プラテンを進退させる型開閉シリンダを備えた射出成形機の金型開閉装置であって、前記型開閉シリンダに作動油を供給する双方向吐出ポンプと、前記双方向吐出ポンプを回転駆動するサーボモータとを有し、前記型開閉シリンダは、ロッド側油室が第１開閉弁を介して前記双方向吐出ポンプと第２開閉弁を介してタンクとに接続され、ヘッド側油室が第３開閉弁を介して前記双方向吐出ポンプと第４開閉弁を介して前記タンクとに接続され、前記双方向吐出ポンプは、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを接続した連結油路に接続してあることを特徴としている。
【００１２】
この場合において、前記サーボモータは、前記可動プラテンの減速時に前記双方向吐出ポンプを流れる前記作動油のエネルギーにより発生する回生エネルギーを電源側に回生する電源回生装置に接続してあることを特徴としている。
また、前記双方向吐出ポンプは前記型開閉シリンダ側の吐出の圧力上昇に応じて吐出量を減少させる機能を備えた可変式ポンプであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、型開閉動作の減速時において型開閉シリンダから流出する作動油がタンクに戻る際に双方向吐出ポンプを経由して戻し、双方向吐出ポンプの回転速度をサーボモータで制御するようにしている。
このため、作動油の粘性の変化による影響を抑制して金型開閉のブレーキ動作が安定化するため高速型開閉が可能となり、型開閉時間を短縮して成形のサイクルタイムの向上を図ることができる。また、油圧ポンプに接続するサーボモータの速度・トルク制御によりポンプの回転数を制御して作動油の流速を制御することにより型開閉シリンダを穏やかに減速することができる。
【００１４】
また、型開閉シリンダから流出する作動油がタンクに戻る際に排出管上に設けた流量調整弁で流量制御する必要がない。したがって、流量の絞りにより発生していた摩擦熱による作動油の温度上昇と作動油の劣化を防止することができる。
さらに、型開閉シリンダのブレーキ時にシリンダから流出する作動油をポンプを経由してタンクに排出させる際に可動プラテンの運動にともなう作動油の運動エネルギーを電源回生させている。これにより、型開閉動作の省エネ化を図ることができる。
【００１５】
また、双方向吐出ポンプは、シリンダ側の吐出圧力が上昇するに応じて吐出量が減少する機能を備えることにより、圧力上昇に必要なトルクが小さくなるため、ポンプに接続するサーボモータの容量を小型化することができる。このため型開閉装置の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の射出成形機の型開閉方法およびその装置の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は実施形態に係る射出成形機の型開閉装置の構成概略を示す図である。図２は実施形態に係る開閉弁の開閉動作を示す図である。
【００１７】
図示のように型開閉装置１０はベース１１上の一端部に基部がキー止めされて立設している固定プラテン１２と、この固定プラテン１２に対向する位置に同じく立設配置され前記ベース１１上を固定プラテン１２側に摺動可能な可動プラテン１４とを備えている。さらに型開閉装置１０は型開閉シリンダ１６と開閉弁１８（１８Ａ〜１８Ｄ）と双方向吐出ポンプ２０とを基本的な構成としている。
【００１８】
型開閉シリンダ１６は、シリンダ部２２が固定プラテン１２上に固定されるとともに、ピストンロッド部２４の先端が可動プラテン１４上に固定されている。固定プラテン１２及び可動プラテン１４にはそれぞれ固定金型２６ａと可動金型２６ｂが設置されている。型開閉シリンダ１６のシリンダ部２２は内部がピストン３０を介してヘッド側油室３２とロッド側油室３４とに区分されている。
【００１９】
なお、実施形態に係る型開閉シリンダ１６は、ピストン３０のロッド側とヘッド側の面積比が１：２に設定してある。
それぞれの油室には作動油が流出入する油路３６（３６ａ、３６ｂ）が接続している。また、型開閉シリンダ１６は後述する双方向吐出ポンプ２０から供給される作動油によってピストン３０が進退移動することにより金型２６（２６ａ、２６ｂ）の開閉動作をなす。
【００２０】
金型２６は、型開閉シリンダ１６により閉じられた後、図示しない型締装置により型締力が負荷され射出装置から溶融状態の樹脂等が金型内に射出される。金型２６は、樹脂等の冷却固化後に開かれ、ロボットアーム等を用いて成形品が取り出される。
前記ヘッド側油室３２およびロッド側油室３４に接続する油路３６は分岐させて、それぞれの油路に開閉弁（圧力開閉弁）１８（１８Ａ〜１８Ｄ）を設置している。
【００２１】
前記ロッド側油室３４に接続した油路３６ａの一方の分岐油路は、第２圧力開閉弁１８Ａを介してタンク３８に接続している。また、油路３６ａの他方の分岐油路は第１圧力開閉弁１８Ｂを介して後述する連結油路３７の一端に接続している。
連結油路３７は、他端が油路３６ｂの一方の分岐油路に設けた第３圧力開閉弁１８Ｃに接続するとともに、中間部に双方向吐出ポンプ２０が接続している。また、油路３６ｂの他方の分岐油路は、第４圧力開閉弁１８Ｄを介してタンク３８に接続している。
【００２２】
そして、油路３６ａ、圧力開閉弁１８Ｂ、連結油路３７、圧力開閉弁１８Ｃ、油路３６ｂはランアラウンド油路を構成している。この構成によりヘッド側油室３２から排出した作動油をロッド側油室３４に戻すことによって作動油の供給量を増大させることができ、例えば、型開時に型開閉シリンダ１６の高速移動を行うことが可能となる。
【００２３】
圧力開閉弁１８Ａ〜１８Ｄは、実施形態の場合、ノーマルオープンタイプのカートリッジ型の弁を用いている。これらの圧力開閉弁１８Ａ〜１８Ｄにはパイロット油圧ポンプ４８を接続したパイロットライン４４を分岐させて接続している。各分岐には、電磁切替弁４６が設けてあり、パイロット油圧ポンプ４８によって発生させたパイロット圧をオン、オフさせて、通常オープン状態の圧力開閉弁１８の開閉切替をなす構成としている。またパイロットライン４４には分岐油路を介してリリーフ弁５０が設けてあり、パイロット圧が一定値以上にならないように設定することができる。
【００２４】
なお、圧力開閉弁１８は、パイロット圧のオン、オフによって内部のスプール１９が進退移動して油路の開閉をなす構成としている。また、この圧力開閉弁１８を用いると大容量の油量を処理することができるので作動油の流量が多い大型の型開閉シリンダを用いる場合に好適である。
前記双方向吐出ポンプ２０は、サーボモータ５２が接続してあり、サーボモータ５２によって回転駆動される。サーボモータ５２は前記双方向吐出ポンプ２０の回転数を制御して双方向吐出ポンプ２０から型開閉シリンダ１６に供給する作動油量を調整し、可動プラテン１４の速度を制御する。さらに、双方向吐出ポンプ２０は、他方の吐出口がタンク３８に接続してあり、タンク３８内の作動油を吸引して型開閉シリンダ１６に供給する。
【００２５】
前記双方向吐出ポンプ２０を駆動制御するサーボモータ５２には、エンコーダ５３及びモータ制御部５８が接続してある。エンコーダ５３はモータの回転数を検知してモータ制御部５８に入力する。モータ制御部５８は、エンコーダ５３の検出信号に基づいてサーボモータ５２をフィードバック制御して、サーボモータ５２の回転数を制御し、双方向吐出ポンプ２０の作動油の供給量を制御することができる。また、モータ制御部５８はサーボモータ５２に供給する電力を介してサーボモータ５２の出力トルクを制御している。
【００２６】
また、前記双方向吐出ポンプ２０は、図３に示す双方向吐出ポンプの吐出量と圧力の関係を備えたポンプを用いることもできる。同図は横軸に双方向吐出ポンプ２０に接続する型開閉シリンダ１６側の圧力（ＭＰａ）、縦軸にポンプ吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）をとっている。図示のように実施形態の双方向吐出ポンプ２０は予め定めた設定圧力に達すると、ポンプ出口側の圧力上昇に応じて斜板角が変化して吐出量が次第に減少する。
【００２７】
また、双方向吐出ポンプ２０は吸入側と吐出側との圧力差（吐出圧力）ｐ、トルクＴ、１回転当たりの吐出量ｑとの間に次式の関係がある。
【数１】
すなわち、双方向吐出ポンプ２０は吐出圧力ｐの上昇に応じて吐出量ｑが減少するので、回転に必要なトルクＴが大きくならず、サーボモータ５２の必要出力トルクを小さくでき、モータの小型化と低コスト化を図ることができる。
【００２８】
モータ制御部５８は後述する双方向吐出ポンプ２０の逆回転によって生じる回生エネルギーの抵抗回生または電源回生を行う。図４に抵抗回生及び電源回生の説明図を示す。同図（１）は抵抗回生の回路図を示し、同図（２）は電源回生の回路図を示す。まず、抵抗回生は、三相交流電源２００を直流電圧に変換するコンバータ２０２と、このコンバータ２０２の直流電圧を交流電圧に変換してサーボモータ５２に供給するインバータ２０４と、サーボモータ５２において発生させた回生エネルギー（電流）を消費する抵抗器２０６と、抵抗器２０６に回生エネルギーを通すスイッチ手段２０８と、コンバータ２０２の出力した直流電流を平滑化する平滑コンデンサ２１０とを備えている。エネルギーは抵抗器の熱として大気中に放出される。
【００２９】
一方、電源回生は、大容量のトランジスタとダイオードを備えたコンバータ２０２ａと、前述の平滑コンデンサ２１０及びインバータ２０４とを備えている。エネルギーは電源に回生されるので、再利用できる。電源回生は装置が高価になるので、一般的には抵抗回生が用いられる。
上記構成による射出成形機の型開閉装置１０の型開閉方法を以下説明する。まず、射出成形の可動金型２６ｂを型閉方向に移動させる型閉動作について説明する。
【００３０】
可動金型２６ｂを型閉方向に前進させる場合、パイロットライン４４の電磁切替弁４６の切替により圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｃにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｄのパイロット圧を遮断する。すると圧力開閉弁１８Ａと圧力開閉弁１８Ｃが閉塞する。サーボモータ５２を介して双方向吐出ポンプ２０を正方向に回転駆動する。双方向吐出ポンプ２０は、吐出口２１ｂからタンク３８の作動油を吸収して吐出口２１ａから吐出する。
【００３１】
そうすると、図２（１）に示すように油路３６ａを介してロッド側油室３４に作動油が供給される。作動油が型開閉シリンダ１６のロッド側油室３４に供給されると、ピストン３０が同図（１）の右方向に移動するとともに、ピストンロッド部２４を引き込み、可動金型２６ｂと可動プラテン１４とが一体に固定プラテン１２側に移動する。ヘッド側油室３２内の作動油は油路３６ｂ、圧力開閉弁１８Ｄを介してタンク３８に戻される。サーボモータ５２の回転速度を制御し、可動プラテン１４の速度を制御する。
【００３２】
また、型開閉シリンダ１６はロッド側油室３４とヘッド側油室３２との投影断面積の比が１：２である。ロッド側油室３４の面積の方が小さいため、双方向吐出ポンプ２０からロッド側油室３４に供給される作動油が僅かでも型開閉シリンダ１６の型閉前進の高速動作を成すことができる。
【００３３】
次に、可動金型２６ｂが固定金型２６ａに近付く寸前で高速移動する型開閉シリンダ１６に高速ブレーキをかける場合、電磁切替弁４６を切替えて、圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｄにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｃのパイロット圧を遮断する。これにより、圧力開閉弁１８Ｄは閉塞し圧力開閉弁１８Ｃは油路３６ｂ内の圧力で開放する。そうすると図２（２）に示すように、作動油は双方向吐出ポンプ２０に流入し、双方向吐出ポンプ２０を逆回転させて吐出口２１ｂに接続するタンク３８へ戻される。このとき、双方向吐出ポンプ２０に接続するサーボモータ５２も双方向吐出ポンプ２０の逆回転に伴って逆回転する。
【００３４】
そこで、モータ制御部５８は、サーボモータ５２に取り付けたエンコーダ５３の出力信号に基づいて、サーボモータ５２の出力トルクを調整して逆回転数を制御し、双方向吐出ポンプ２０の逆回転数を制御する。双方向吐出ポンプ２０の逆回転速度を制御すると、連結油路３７、油路３６ａ、油路３６ｂ及びヘッド側油室３２、ロッド側油室３４の圧力が同じように上昇するが、油室の面積差により型開閉シリンダ１６にブレーキが働く。なお、双方向吐出ポンプ２０の逆回転速度及び作動油の圧力を制御することにより、任意の制動力を型開閉シリンダ１６に与えることが可能となる。
【００３５】
また、作動油が双方向吐出ポンプ２０に逆流して双方向吐出ポンプ２０が逆回転する場合、双方向吐出ポンプ２０に接続するサーボモータ５２は一時的に発電機となる。
そこで、型開閉シリンダ１６から排出する作動油が双方向吐出ポンプ２０に流れこみ双方向吐出ポンプ２０を逆回転させる際に、モータ制御部５８によりサーボモータ５２における発電エネルギーとして回生させる。
【００３６】
サーボモータ５２の軸が外力により回転力を受けると、サーボモータ５２は発電機となってインバータへエネルギーを返そうとする。そこで、双方向吐出ポンプ２０の逆回転時にサーボモータ５２の発電で発生させた電流を、図４（１）の抵抗器２０６に流すことにより、可動プラテン１４の運動エネルギーを回生抵抗で発熱させて空気中に放熱することができる。これにより、作動油の温度上昇を防止し、キャビテーション発生による劣化のおそれがない。
【００３７】
また、発生する回生エネルギーを電源回生する場合には、サーボモータ５２に発生した回生エネルギーが図４（２）に示した電源回生のインバータ２０４に流れ込み、大容量のトランジスタを使用したコンバータ２０２ａを介して三相交流電源２００側に回生させる。これにより作動油の劣化が防げるとともに省エネ効果がある。
なお、モータ制御部５８は発生する回生エネルギーの量に応じて、抵抗回生と電源回生を併用し、または、抵抗回生あるいは電源回生のいずれか一方で回生するよう任意に選択できる切替え手段を備えた構成としてもよい。
【００３８】
次に、型開閉シリンダ１６の高速ブレーキ後、可動金型２６ｂ及び固定金型２６ａが低速で型合わせできるように型閉低速ブレーキをかける場合、電磁切替弁４６を切替えて圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｄにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｃのパイロット圧を遮断する。これにより、圧力開閉弁１８Ｄが閉塞し、圧力開閉弁１８Ｃは油路３６ｂ内の圧力で開放する。そうすると図２（３）に示すように、作動油は双方向吐出ポンプ２０に流入し、双方向吐出ポンプ２０を逆回転させて吐出口２１ｂに接続するタンク３８へ戻される。このとき、双方向吐出ポンプ２０に接続するサーボモータ５２も双方向吐出ポンプ２０の逆回転に伴って逆回転する。
【００３９】
そして前述のモータ制御部５８は、前記と同様にしてサーボモータ５２を介して双方向吐出ポンプ２０の逆回転数を制御する。一方、型開閉シリンダ１６のピストンロッド部２４が慣性によりヘッド側油室３２に移動するのに伴い、タンク３８内の作動油は型開閉シリンダ１６のロッド側油室に流入する。これにより、型開閉シリンダ１６の低速ブレーキを行うことができる。
【００４０】
次に射出成形後における射出成形の可動金型２６ｂの型開方向に移動させる型開動作について説明する。
可動金型２６ｂを型開方向に前進させる場合、パイロットライン４４の電磁切替弁４６の切替により圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｄにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｃのパイロット圧を遮断する。サーボモータ５２を介して双方向吐出ポンプ２０を正方向に回転駆動する。双方向吐出ポンプ２０は、吐出口２１ｂからタンク３８の作動油を吸収して吐出口２１ａから吐出する。そうすると、図２（４）に示すように油路３６ｂを介してヘッド側油室３２に作動油が供給される。作動油が型開閉シリンダ１６のヘッド側油室３２に供給されると、ピストン３０が同図（４）の左方向に移動するとともに、ピストンロッド部２４を押し出し、可動金型２６ｂと可動プラテン１４とが一体に固定プラテン１２側から離間する方向に移動して金型２６が開かれる。ロッド側油室３４内の作動油は油路３６ａ、圧力開閉弁１８Ａを介してタンク３８に戻される。
【００４１】
次に、可動金型２６ｂを型開高速前進する場合、前述のように型開閉シリンダ１６はロッド側油室３４とヘッド側油室３２との投影断面積の比が１：２であるため、ヘッド側油室３２に供給する作動油の量はロッド側油室３４よりも多く必要となる。そこで、電磁切替弁４６を切替えて、圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｄにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｃのパイロット圧を遮断する。これにより、圧力開閉弁１８Ａは閉塞し圧力開閉弁１８Ｂは油路３６ａ内の圧力で開放する。そうすると図２（５）に示すように、ロッド側油室３４内の作動油は双方向吐出ポンプ２０から供給される作動油とともに圧力開閉弁１８Ｃに流入する。そのため、ロッドを高速前進することができる。
【００４２】
このように型開閉シリンダ１６のロッド側油室３４から流出する作動油を圧力開閉弁Ｂと圧力開閉弁Ｃを経由してヘッド側油室３２に還流するランアラウンド油路を形成することによって、双方向吐出ポンプ２０の最大吐出量の２倍の作動油を供給できるため、型開の高速動作が可能となる。
【００４３】
可動金型２６ｂが型開位置（製品取出）の近くまで移動したならば、電磁切替弁４６を切替えて圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｃにパイロット圧を与え、圧力開閉弁Ｂ、圧力開閉弁１８Ｄのパイロット圧を遮断する。すると図２（６）に示すように、作動油は双方向吐出ポンプ２０に流入し、双方向吐出ポンプ２０を逆回転させて吐出口２１ｂに接続するタンク３８に戻される。このとき、双方向吐出ポンプ２０に接続するサーボモータ５２も双方向吐出ポンプ２０の逆回転に伴って逆回転する。
【００４４】
そしてモータ制御部５８は、前記と同様にして、サーボモータ５２を介して双方向吐出ポンプ２０の逆回転数を制御する。一方、型開閉シリンダ１６のピストンロッド部２４が慣性で左方向に移動することにより、タンク３８内の作動油がヘッド側油室３２内に供給される。これにより、型開閉シリンダ１６の型開ブレーキを行うことができる。
【００４５】
このように、型開閉シリンダ１６の加速及び等速時の速度制御は、サーボモータ５２の回転数制御により双方向吐出ポンプ２０から型開閉シリンダ１６へ吐出される作動油の流量を制御することができる。また、減速時の速度制御は、戻り側の作動油の流量をサーボモータ５２の回転数制御で制御することができる。さらに、サーボモータ５２の回転数制御は、いずれもモータに付加したエンコーダ５３を用いてフィードバック制御することができる。
【００４６】
ところで本発明は、型開閉装置１０の加速時と等速時におけるサーボモータ５２の出力トルク（モータ電流より算出）から可動部の動特性を算出し、減速時の制御に反映して型開閉シリンダ１６の減速動作を安定化することができる。より具体的な方法は、等速時のサーボモータ５２の出力トルクより可動プラテン１４の摺動抵抗を算出する。そして、加速時のモータトルクと加速度により可動プラテン１４の質量を算出する。算出した摺動抵抗及び質量とモータ出力から必要制動距離を算出し、減速開始位置を決定する。
【００４７】
図５は実施形態に係る型締装置の構成概略の変形例を示す図である。なお、図１と同一の構成については、同一の作用効果を成すため同一符号を付しその説明を省略する。図１に示す型開閉装置１０と構成上相違するのは圧力開閉弁１８及び電磁切替弁４６に替えて電磁開閉弁６０（６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ）を用いている点である。この電磁開閉弁６０を用いることによりパイロット油圧ポンプ４８、電磁切換弁４６、リリーフ弁５０、パイロットライン４４が不要となり、装置全体を小型化することができる。これは、作動油流量の小さい小型機に最適である。
さらに、作動油の流出配管に１個の電磁切替弁６０で流量の容量が確保できない場合には、電磁切替弁６０を複数、例えば２個並列して接続するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の射出成形機の型開閉制御方法及びその装置は射出成形機の金型開閉に限定されるものではなく各種機械プレスの開閉シリンダ移動の減速時あるいは型開閉高速時に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施形態に係る型開閉装置の構成概略を示す図である。
【図２】開閉弁の開閉動作を示す図である。
【図３】双方向吐出ポンプの吐出量と圧力の関係を示す図である。
【図４】抵抗回生及び電源回生の説明図である。
【図５】実施形態に係る型開閉装置の構成概略の変形例を示す図である。
【図６】従来の射出成形機の構成概略を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０………型開閉装置、１１………ベース、１２………固定プラテン、１４………可動プラテン、１６………型開閉シリンダ、１８………開閉弁（圧力開閉弁）、２０………双方向吐出ポンプ、２１………吐出口、２２………シリンダ部、２４………ピストンロッド部、２６………金型、３０………ピストン、３２………ヘッド側油室、３４………ロッド側油室、３６………油路、３７………連結油路、３８………タンク、４４………パイロットライン、４６………電磁切替弁、４８………パイロット油圧ポンプ、５０………リリーフ弁、５２………サーボモータ、５３………エンコーダ、５８………モータ制御部、６０………電磁開閉弁、１０１………金型開閉装置、１０２………固定プラテン、１０４………可動プラテン、１０６………型開閉シリンダ、１０８………ヘッド側油室、１１０………ロッド側油室、１１２………油圧ポンプ、１１４………制御弁、１１６………流量調整弁、１１８………タンク、１２０………金型、１２２………位置センサ、１２４………圧力センサ、２００………三相交流電源、２０２………コンバータ、２０４………インバータ、２０６………抵抗器、２０８………スイッチ手段、２１０………平滑コンデンサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形機の型開閉方法およびその装置に係り、特にプラスチックやアルミの製品を成形する射出成形機の型開閉時の減速動作に好適な射出成形機の型開閉方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックやアルミなどの射出成形機は、固定金型が装着された固定プラテンに対して可動金型が装着された可動プラテンを型開閉シリンダによって開閉移動させ、型締シリンダによって型締力を発生させるものがある。
従来、型開閉シリンダによる型閉は、一定速度で可動プラテンを固定プラテンに向けて移動し、両者に取り付けた金型が接触する寸前で停止させ、次工程の型締め動作を行っていた。
【０００３】
ところで、射出成形機は成形作業のサイクルアップのために、金型移動時に型開閉シリンダの移動速度の高速化を図る必要がある。そこで、型開閉シリンダを油圧で制御することにより金型の高速移動が可能となった。しかし、型開閉シリンダを終始高速移動させると型閉の際、可動金型が固定金型と衝突してしまう。よって、型閉動作時に可動金型を高速移動させて固定金型に接近したところで移動速度を低速に切り換えるための減速手段が必要となる。
【０００４】
しかし、従来の型開閉装置は、型開閉シリンダへの入り側の作動油を供給油路に設置した制御弁によって流量制御している。このため、減速は摺動部の摩擦力のみであり、減速度が小さく、磨耗係数の変化で型開閉動作が不安定となってしまう。そうすると、金型同士の衝突や成形品の取り出し位置となる型開き位置が不安定となる。よって、型開閉の高速運転が困難となりサイクルタイムが大きくなってしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１には、図６に示すような型開閉シリンダを減速するようにしている。図６は射出成形機の金型開閉装置の説明図を示す。図示のように金型開閉装置１０１はベース上の一端部に基部がキー止めされて立設している固定プラテン１０２と、この固定プラテン１０２に対向する位置に同じく立設配置され、前記ベース上を固定プラテン１０２側に摺動可能な可動プラテン１０４とを備えている。固定プラテン１０２と可動プラテン１０４の各々には型開閉シリンダ１０６のシリンダ部１０６ａと、ピストンロッド部１０６ｂが接続している。型開閉シリンダ１０６のシリンダ部１０６ａは内部がピストン部１０７によってヘッド側油室１０８とロッド側油室１１０に分けられている。それぞれの油室には油室に作動油を供給する油圧ポンプ１１２を備えた油路と、油室から排出する作動油を受けるタンク１１８を備えた油路とが切換可能に接続している。同図はロッド側油室１１０に油圧ポンプ１１２を接続し、ヘッド側油室１０８にタンク１１８を接続している場合を示す。
【０００６】
また、固定プラテン１０２と可動プラテン１０４にはそれぞれ固定金型１２０ａと可動金型１２０ｂが取付けられている。可動プラテン１０４を固定プラテン１０２側に移動する方向を型閉とし、可動プラテン１０４が固定プラテン１０２から離間する方向を型開とし、型開閉シリンダ１０６の伸縮により金型１２０の開閉をなす構成としている。
【０００７】
さらに、金型開閉装置１０１は金型開閉移動時の作動油の制御に可動プラテン１０４の位置を検出する位置センサ１２２と、シリンダ圧力を検出する圧力センサ１２４とから位置信号と圧力を検知して制御する図示しない制御部と、油室から排出する作動油を受けるタンク１１８を備えた油路上に流量調整弁１１６とを設けている。制御部は作動油の流出入量を制御する信号を流量調整弁１１６に送り、型開閉シリンダ１０６に供給する作動油の流出入を制御している。この際、制御部は、流量調整弁１１６を介して戻り側の作動油流量を制御して、油圧により積極的に型開閉シリンダ１０６にブレーキを効かし、減速効率を上げて型開閉シリンダ１０６の高速化を図っている。また、金型開閉装置１０１は、作動油の特性変化に対して複雑な計算式を用いて油量の制御を行いブレーキ動作の安定化を図っている。
【特許文献１】特開平６−８２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６の金型開閉装置では、型閉方向の高速運転時にブレーキをかける場合、ヘッド側油室から流出する作動油を流量調整弁で絞るため、可動プラテンの運動エネルギーが作動油の熱に変換されて温度が上昇する。そうすると作動油の粘度変化とキャビテーション発生による劣化が発生してしまう。
このため作動油の粘性が変化して、シリンダ部の粘性抵抗やピストン部での漏れ量が変化する。このように、流量調整弁で作動油の流れを絞って制御する方法は、作動油の粘度変化の影響を受けやすく、型開閉シリンダの減速制御が不安定である。
【０００９】
また、特許文献１に示す減速制御方法では、センサによる可動プラテンの位置と吐出側油室の圧力検出値のフィードバック制御を行うために、複雑な制御理論あるいは高速演算器が必要となり、実際の設備機器に適用することが困難である。
そこで本発明は、上記従来技術の問題点を改善し、射出成形機の金型開閉の減速動作を効果的に制御する型開閉方法およびその装置を提供することを目的としている。また、型開閉装置の稼動運転の省エネ化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る射出成形機の型開閉方法は、固定金型が装着された固定プラテンに対して、可動金型が装着された可動プラテンを型開閉シリンダによって進退させる射出成形機の型開閉方法であって、型開閉動作の減速時に前記型開閉シリンダからタンクに戻る作動油を、前記型開閉シリンダに前記作動油を供給する前記油圧ポンプを経由させるとともに、前記油圧ポンプの回転速度を前記油圧ポンプに接続したサーボモータを介して制御し、前記可動プラテンを減速制御する、ことを特徴としている。
この場合において、前記可動プラテンの減速制御時に、前記油圧ポンプを経由する前記作動油のエネルギーを、前記サーボモータを介して電源側に回生することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明に係る射出成形機の型開閉装置は、固定金型が装着された固定プラテンに対して、可動金型が装着された可動プラテンを進退させる型開閉シリンダを備えた射出成形機の金型開閉装置であって、前記型開閉シリンダに作動油を供給する双方向吐出ポンプと、前記双方向吐出ポンプを回転駆動するサーボモータとを有し、前記型開閉シリンダは、ロッド側油室が第１開閉弁を介して前記双方向吐出ポンプと第２開閉弁を介してタンクとに接続され、ヘッド側油室が第３開閉弁を介して前記双方向吐出ポンプと第４開閉弁を介して前記タンクとに接続され、前記双方向吐出ポンプは、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを接続した連結油路に接続してあることを特徴としている。
【００１２】
この場合において、前記サーボモータは、前記可動プラテンの減速時に前記双方向吐出ポンプを流れる前記作動油のエネルギーにより発生する回生エネルギーを電源側に回生する電源回生装置に接続してあることを特徴としている。
また、前記双方向吐出ポンプは前記型開閉シリンダ側の吐出の圧力上昇に応じて吐出量を減少させる機能を備えた可変式ポンプであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、型開閉動作の減速時において型開閉シリンダから流出する作動油がタンクに戻る際に双方向吐出ポンプを経由して戻し、双方向吐出ポンプの回転速度をサーボモータで制御するようにしている。
このため、作動油の粘性の変化による影響を抑制して金型開閉のブレーキ動作が安定化するため高速型開閉が可能となり、型開閉時間を短縮して成形のサイクルタイムの向上を図ることができる。また、油圧ポンプに接続するサーボモータの速度・トルク制御によりポンプの回転数を制御して作動油の流速を制御することにより型開閉シリンダを穏やかに減速することができる。
【００１４】
また、型開閉シリンダから流出する作動油がタンクに戻る際に排出管上に設けた流量調整弁で流量制御する必要がない。したがって、流量の絞りにより発生していた摩擦熱による作動油の温度上昇と作動油の劣化を防止することができる。
さらに、型開閉シリンダのブレーキ時にシリンダから流出する作動油をポンプを経由してタンクに排出させる際に可動プラテンの運動にともなう作動油の運動エネルギーを電源回生させている。これにより、型開閉動作の省エネ化を図ることができる。
【００１５】
また、双方向吐出ポンプは、シリンダ側の吐出圧力が上昇するに応じて吐出量が減少する機能を備えることにより、圧力上昇に必要なトルクが小さくなるため、ポンプに接続するサーボモータの容量を小型化することができる。このため型開閉装置の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の射出成形機の型開閉方法およびその装置の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は実施形態に係る射出成形機の型開閉装置の構成概略を示す図である。図２は実施形態に係る開閉弁の開閉動作を示す図である。
【００１７】
図示のように型開閉装置１０はベース１１上の一端部に基部がキー止めされて立設している固定プラテン１２と、この固定プラテン１２に対向する位置に同じく立設配置され前記ベース１１上を固定プラテン１２側に摺動可能な可動プラテン１４とを備えている。さらに型開閉装置１０は型開閉シリンダ１６と開閉弁１８（１８Ａ〜１８Ｄ）と双方向吐出ポンプ２０とを基本的な構成としている。
【００１８】
型開閉シリンダ１６は、シリンダ部２２が固定プラテン１２上に固定されるとともに、ピストンロッド部２４の先端が可動プラテン１４上に固定されている。固定プラテン１２及び可動プラテン１４にはそれぞれ固定金型２６ａと可動金型２６ｂが設置されている。型開閉シリンダ１６のシリンダ部２２は内部がピストン３０を介してヘッド側油室３２とロッド側油室３４とに区分されている。
【００１９】
なお、実施形態に係る型開閉シリンダ１６は、ピストン３０のロッド側とヘッド側の面積比が１：２に設定してある。
それぞれの油室には作動油が流出入する油路３６（３６ａ、３６ｂ）が接続している。また、型開閉シリンダ１６は後述する双方向吐出ポンプ２０から供給される作動油によってピストン３０が進退移動することにより金型２６（２６ａ、２６ｂ）の開閉動作をなす。
【００２０】
金型２６は、型開閉シリンダ１６により閉じられた後、図示しない型締装置により型締力が負荷され射出装置から溶融状態の樹脂等が金型内に射出される。金型２６は、樹脂等の冷却固化後に開かれ、ロボットアーム等を用いて成形品が取り出される。
前記ヘッド側油室３２およびロッド側油室３４に接続する油路３６は分岐させて、それぞれの油路に開閉弁（圧力開閉弁）１８（１８Ａ〜１８Ｄ）を設置している。
【００２１】
前記ロッド側油室３４に接続した油路３６ａの一方の分岐油路は、第２圧力開閉弁１８Ａを介してタンク３８に接続している。また、油路３６ａの他方の分岐油路は第１圧力開閉弁１８Ｂを介して後述する連結油路３７の一端に接続している。
連結油路３７は、他端が油路３６ｂの一方の分岐油路に設けた第３圧力開閉弁１８Ｃに接続するとともに、中間部に双方向吐出ポンプ２０が接続している。また、油路３６ｂの他方の分岐油路は、第４圧力開閉弁１８Ｄを介してタンク３８に接続している。
【００２２】
そして、油路３６ａ、圧力開閉弁１８Ｂ、連結油路３７、圧力開閉弁１８Ｃ、油路３６ｂはランアラウンド油路を構成している。この構成によりヘッド側油室３２から排出した作動油をロッド側油室３４に戻すことによって作動油の供給量を増大させることができ、例えば、型開時に型開閉シリンダ１６の高速移動を行うことが可能となる。
【００２３】
圧力開閉弁１８Ａ〜１８Ｄは、実施形態の場合、ノーマルオープンタイプのカートリッジ型の弁を用いている。これらの圧力開閉弁１８Ａ〜１８Ｄにはパイロット油圧ポンプ４８を接続したパイロットライン４４を分岐させて接続している。各分岐には、電磁切替弁４６が設けてあり、パイロット油圧ポンプ４８によって発生させたパイロット圧をオン、オフさせて、通常オープン状態の圧力開閉弁１８の開閉切替をなす構成としている。またパイロットライン４４には分岐油路を介してリリーフ弁５０が設けてあり、パイロット圧が一定値以上にならないように設定することができる。
【００２４】
なお、圧力開閉弁１８は、パイロット圧のオン、オフによって内部のスプール１９が進退移動して油路の開閉をなす構成としている。また、この圧力開閉弁１８を用いると大容量の油量を処理することができるので作動油の流量が多い大型の型開閉シリンダを用いる場合に好適である。
前記双方向吐出ポンプ２０は、サーボモータ５２が接続してあり、サーボモータ５２によって回転駆動される。サーボモータ５２は前記双方向吐出ポンプ２０の回転数を制御して双方向吐出ポンプ２０から型開閉シリンダ１６に供給する作動油量を調整し、可動プラテン１４の速度を制御する。さらに、双方向吐出ポンプ２０は、他方の吐出口がタンク３８に接続してあり、タンク３８内の作動油を吸引して型開閉シリンダ１６に供給する。
【００２５】
前記双方向吐出ポンプ２０を駆動制御するサーボモータ５２には、エンコーダ５３及びモータ制御部５８が接続してある。エンコーダ５３はモータの回転数を検知してモータ制御部５８に入力する。モータ制御部５８は、エンコーダ５３の検出信号に基づいてサーボモータ５２をフィードバック制御して、サーボモータ５２の回転数を制御し、双方向吐出ポンプ２０の作動油の供給量を制御することができる。また、モータ制御部５８はサーボモータ５２に供給する電力を介してサーボモータ５２の出力トルクを制御している。
【００２６】
また、前記双方向吐出ポンプ２０は、図３に示す双方向吐出ポンプの吐出量と圧力の関係を備えたポンプを用いることもできる。同図は横軸に双方向吐出ポンプ２０に接続する型開閉シリンダ１６側の圧力（ＭＰａ）、縦軸にポンプ吐出量（ｃｃ／ｒｅｖ）をとっている。図示のように実施形態の双方向吐出ポンプ２０は予め定めた設定圧力に達すると、ポンプ出口側の圧力上昇に応じて斜板角が変化して吐出量が次第に減少する。
【００２７】
また、双方向吐出ポンプ２０は吸入側と吐出側との圧力差（吐出圧力）ｐ、トルクＴ、１回転当たりの吐出量ｑとの間に次式の関係がある。
【数１】
すなわち、双方向吐出ポンプ２０は吐出圧力ｐの上昇に応じて吐出量ｑが減少するので、回転に必要なトルクＴが大きくならず、サーボモータ５２の必要出力トルクを小さくでき、モータの小型化と低コスト化を図ることができる。
【００２８】
モータ制御部５８は後述する双方向吐出ポンプ２０の逆回転によって生じる回生エネルギーの抵抗回生または電源回生を行う。図４に抵抗回生及び電源回生の説明図を示す。同図（１）は抵抗回生の回路図を示し、同図（２）は電源回生の回路図を示す。まず、抵抗回生は、三相交流電源２００を直流電圧に変換するコンバータ２０２と、このコンバータ２０２の直流電圧を交流電圧に変換してサーボモータ５２に供給するインバータ２０４と、サーボモータ５２において発生させた回生エネルギー（電流）を消費する抵抗器２０６と、抵抗器２０６に回生エネルギーを通すスイッチ手段２０８と、コンバータ２０２の出力した直流電流を平滑化する平滑コンデンサ２１０とを備えている。エネルギーは抵抗器の熱として大気中に放出される。
【００２９】
一方、電源回生は、大容量のトランジスタとダイオードを備えたコンバータ２０２ａと、前述の平滑コンデンサ２１０及びインバータ２０４とを備えている。エネルギーは電源に回生されるので、再利用できる。電源回生は装置が高価になるので、一般的には抵抗回生が用いられる。
上記構成による射出成形機の型開閉装置１０の型開閉方法を以下説明する。まず、射出成形の可動金型２６ｂを型閉方向に移動させる型閉動作について説明する。
【００３０】
可動金型２６ｂを型閉方向に前進させる場合、パイロットライン４４の電磁切替弁４６の切替により圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｃにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｄのパイロット圧を遮断する。すると圧力開閉弁１８Ａと圧力開閉弁１８Ｃが閉塞する。サーボモータ５２を介して双方向吐出ポンプ２０を正方向に回転駆動する。双方向吐出ポンプ２０は、吐出口２１ｂからタンク３８の作動油を吸収して吐出口２１ａから吐出する。
【００３１】
そうすると、図２（１）に示すように油路３６ａを介してロッド側油室３４に作動油が供給される。作動油が型開閉シリンダ１６のロッド側油室３４に供給されると、ピストン３０が同図（１）の右方向に移動するとともに、ピストンロッド部２４を引き込み、可動金型２６ｂと可動プラテン１４とが一体に固定プラテン１２側に移動する。ヘッド側油室３２内の作動油は油路３６ｂ、圧力開閉弁１８Ｄを介してタンク３８に戻される。サーボモータ５２の回転速度を制御し、可動プラテン１４の速度を制御する。
【００３２】
また、型開閉シリンダ１６はロッド側油室３４とヘッド側油室３２との投影断面積の比が１：２である。ロッド側油室３４の面積の方が小さいため、双方向吐出ポンプ２０からロッド側油室３４に供給される作動油が僅かでも型開閉シリンダ１６の型閉前進の高速動作を成すことができる。
【００３３】
次に、可動金型２６ｂが固定金型２６ａに近付く寸前で高速移動する型開閉シリンダ１６に高速ブレーキをかける場合、電磁切替弁４６を切替えて、圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｄにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｃのパイロット圧を遮断する。これにより、圧力開閉弁１８Ｄは閉塞し圧力開閉弁１８Ｃは油路３６ｂ内の圧力で開放する。そうすると図２（２）に示すように、作動油は双方向吐出ポンプ２０に流入し、双方向吐出ポンプ２０を逆回転させて吐出口２１ｂに接続するタンク３８へ戻される。このとき、双方向吐出ポンプ２０に接続するサーボモータ５２も双方向吐出ポンプ２０の逆回転に伴って逆回転する。
【００３４】
そこで、モータ制御部５８は、サーボモータ５２に取り付けたエンコーダ５３の出力信号に基づいて、サーボモータ５２の出力トルクを調整して逆回転数を制御し、双方向吐出ポンプ２０の逆回転数を制御する。双方向吐出ポンプ２０の逆回転速度を制御すると、連結油路３７、油路３６ａ、油路３６ｂ及びヘッド側油室３２、ロッド側油室３４の圧力が同じように上昇するが、油室の面積差により型開閉シリンダ１６にブレーキが働く。なお、双方向吐出ポンプ２０の逆回転速度及び作動油の圧力を制御することにより、任意の制動力を型開閉シリンダ１６に与えることが可能となる。
【００３５】
また、作動油が双方向吐出ポンプ２０に逆流して双方向吐出ポンプ２０が逆回転する場合、双方向吐出ポンプ２０に接続するサーボモータ５２は一時的に発電機となる。
そこで、型開閉シリンダ１６から排出する作動油が双方向吐出ポンプ２０に流れこみ双方向吐出ポンプ２０を逆回転させる際に、モータ制御部５８によりサーボモータ５２における発電エネルギーとして回生させる。
【００３６】
サーボモータ５２の軸が外力により回転力を受けると、サーボモータ５２は発電機となってインバータへエネルギーを返そうとする。そこで、双方向吐出ポンプ２０の逆回転時にサーボモータ５２の発電で発生させた電流を、図４（１）の抵抗器２０６に流すことにより、可動プラテン１４の運動エネルギーを回生抵抗で発熱させて空気中に放熱することができる。これにより、作動油の温度上昇を防止し、キャビテーション発生による劣化のおそれがない。
【００３７】
また、発生する回生エネルギーを電源回生する場合には、サーボモータ５２に発生した回生エネルギーが図４（２）に示した電源回生のインバータ２０４に流れ込み、大容量のトランジスタを使用したコンバータ２０２ａを介して三相交流電源２００側に回生させる。これにより作動油の劣化が防げるとともに省エネ効果がある。
なお、モータ制御部５８は発生する回生エネルギーの量に応じて、抵抗回生と電源回生を併用し、または、抵抗回生あるいは電源回生のいずれか一方で回生するよう任意に選択できる切替え手段を備えた構成としてもよい。
【００３８】
次に、型開閉シリンダ１６の高速ブレーキ後、可動金型２６ｂ及び固定金型２６ａが低速で型合わせできるように型閉低速ブレーキをかける場合、電磁切替弁４６を切替えて圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｄにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｃのパイロット圧を遮断する。これにより、圧力開閉弁１８Ｄが閉塞し、圧力開閉弁１８Ｃは油路３６ｂ内の圧力で開放する。そうすると図２（３）に示すように、作動油は双方向吐出ポンプ２０に流入し、双方向吐出ポンプ２０を逆回転させて吐出口２１ｂに接続するタンク３８へ戻される。このとき、双方向吐出ポンプ２０に接続するサーボモータ５２も双方向吐出ポンプ２０の逆回転に伴って逆回転する。
【００３９】
そして前述のモータ制御部５８は、前記と同様にしてサーボモータ５２を介して双方向吐出ポンプ２０の逆回転数を制御する。一方、型開閉シリンダ１６のピストンロッド部２４が慣性によりヘッド側油室３２に移動するのに伴い、タンク３８内の作動油は型開閉シリンダ１６のロッド側油室に流入する。これにより、型開閉シリンダ１６の低速ブレーキを行うことができる。
【００４０】
次に射出成形後における射出成形の可動金型２６ｂの型開方向に移動させる型開動作について説明する。
可動金型２６ｂを型開方向に前進させる場合、パイロットライン４４の電磁切替弁４６の切替により圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｄにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｃのパイロット圧を遮断する。サーボモータ５２を介して双方向吐出ポンプ２０を正方向に回転駆動する。双方向吐出ポンプ２０は、吐出口２１ｂからタンク３８の作動油を吸収して吐出口２１ａから吐出する。そうすると、図２（４）に示すように油路３６ｂを介してヘッド側油室３２に作動油が供給される。作動油が型開閉シリンダ１６のヘッド側油室３２に供給されると、ピストン３０が同図（４）の左方向に移動するとともに、ピストンロッド部２４を押し出し、可動金型２６ｂと可動プラテン１４とが一体に固定プラテン１２側から離間する方向に移動して金型２６が開かれる。ロッド側油室３４内の作動油は油路３６ａ、圧力開閉弁１８Ａを介してタンク３８に戻される。
【００４１】
次に、可動金型２６ｂを型開高速前進する場合、前述のように型開閉シリンダ１６はロッド側油室３４とヘッド側油室３２との投影断面積の比が１：２であるため、ヘッド側油室３２に供給する作動油の量はロッド側油室３４よりも多く必要となる。そこで、電磁切替弁４６を切替えて、圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｄにパイロット圧を与え、圧力開閉弁１８Ｂ、圧力開閉弁１８Ｃのパイロット圧を遮断する。これにより、圧力開閉弁１８Ａは閉塞し圧力開閉弁１８Ｂは油路３６ａ内の圧力で開放する。そうすると図２（５）に示すように、ロッド側油室３４内の作動油は双方向吐出ポンプ２０から供給される作動油とともに圧力開閉弁１８Ｃに流入する。そのため、ロッドを高速前進することができる。
【００４２】
このように型開閉シリンダ１６のロッド側油室３４から流出する作動油を圧力開閉弁Ｂと圧力開閉弁Ｃを経由してヘッド側油室３２に還流するランアラウンド油路を形成することによって、双方向吐出ポンプ２０の最大吐出量の２倍の作動油を供給できるため、型開の高速動作が可能となる。
【００４３】
可動金型２６ｂが型開位置（製品取出）の近くまで移動したならば、電磁切替弁４６を切替えて圧力開閉弁１８Ａ、圧力開閉弁１８Ｃにパイロット圧を与え、圧力開閉弁Ｂ、圧力開閉弁１８Ｄのパイロット圧を遮断する。すると図２（６）に示すように、作動油は双方向吐出ポンプ２０に流入し、双方向吐出ポンプ２０を逆回転させて吐出口２１ｂに接続するタンク３８に戻される。このとき、双方向吐出ポンプ２０に接続するサーボモータ５２も双方向吐出ポンプ２０の逆回転に伴って逆回転する。
【００４４】
そしてモータ制御部５８は、前記と同様にして、サーボモータ５２を介して双方向吐出ポンプ２０の逆回転数を制御する。一方、型開閉シリンダ１６のピストンロッド部２４が慣性で左方向に移動することにより、タンク３８内の作動油がヘッド側油室３２内に供給される。これにより、型開閉シリンダ１６の型開ブレーキを行うことができる。
【００４５】
このように、型開閉シリンダ１６の加速及び等速時の速度制御は、サーボモータ５２の回転数制御により双方向吐出ポンプ２０から型開閉シリンダ１６へ吐出される作動油の流量を制御することができる。また、減速時の速度制御は、戻り側の作動油の流量をサーボモータ５２の回転数制御で制御することができる。さらに、サーボモータ５２の回転数制御は、いずれもモータに付加したエンコーダ５３を用いてフィードバック制御することができる。
【００４６】
ところで本発明は、型開閉装置１０の加速時と等速時におけるサーボモータ５２の出力トルク（モータ電流より算出）から可動部の動特性を算出し、減速時の制御に反映して型開閉シリンダ１６の減速動作を安定化することができる。より具体的な方法は、等速時のサーボモータ５２の出力トルクより可動プラテン１４の摺動抵抗を算出する。そして、加速時のモータトルクと加速度により可動プラテン１４の質量を算出する。算出した摺動抵抗及び質量とモータ出力から必要制動距離を算出し、減速開始位置を決定する。
【００４７】
図５は実施形態に係る型締装置の構成概略の変形例を示す図である。なお、図１と同一の構成については、同一の作用効果を成すため同一符号を付しその説明を省略する。図１に示す型開閉装置１０と構成上相違するのは圧力開閉弁１８及び電磁切替弁４６に替えて電磁開閉弁６０（６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ）を用いている点である。この電磁開閉弁６０を用いることによりパイロット油圧ポンプ４８、電磁切換弁４６、リリーフ弁５０、パイロットライン４４が不要となり、装置全体を小型化することができる。これは、作動油流量の小さい小型機に最適である。
さらに、作動油の流出配管に１個の電磁切替弁６０で流量の容量が確保できない場合には、電磁切替弁６０を複数、例えば２個並列して接続するように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の射出成形機の型開閉制御方法及びその装置は射出成形機の金型開閉に限定されるものではなく各種機械プレスの開閉シリンダ移動の減速時あるいは型開閉高速時に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施形態に係る型開閉装置の構成概略を示す図である。
【図２】開閉弁の開閉動作を示す図である。
【図３】双方向吐出ポンプの吐出量と圧力の関係を示す図である。
【図４】抵抗回生及び電源回生の説明図である。
【図５】実施形態に係る型開閉装置の構成概略の変形例を示す図である。
【図６】従来の射出成形機の構成概略を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０………型開閉装置、１１………ベース、１２………固定プラテン、１４………可動プラテン、１６………型開閉シリンダ、１８………開閉弁（圧力開閉弁）、２０………双方向吐出ポンプ、２１………吐出口、２２………シリンダ部、２４………ピストンロッド部、２６………金型、３０………ピストン、３２………ヘッド側油室、３４………ロッド側油室、３６………油路、３７………連結油路、３８………タンク、４４………パイロットライン、４６………電磁切替弁、４８………パイロット油圧ポンプ、５０………リリーフ弁、５２………サーボモータ、５３………エンコーダ、５８………モータ制御部、６０………電磁開閉弁、１０１………金型開閉装置、１０２………固定プラテン、１０４………可動プラテン、１０６………型開閉シリンダ、１０８………ヘッド側油室、１１０………ロッド側油室、１１２………油圧ポンプ、１１４………制御弁、１１６………流量調整弁、１１８………タンク、１２０………金型、１２２………位置センサ、１２４………圧力センサ、２００………三相交流電源、２０２………コンバータ、２０４………インバータ、２０６………抵抗器、２０８………スイッチ手段、２１０………平滑コンデンサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定金型が装着された固定プラテンに対して、可動金型が装着された可動プラテンを型開閉シリンダによって進退させる射出成形機の型開閉方法であって、
型開閉動作の減速時に前記型開閉シリンダからタンクに戻る作動油を、前記型開閉シリンダに前記作動油を供給する油圧ポンプを経由させるとともに、
前記油圧ポンプの回転速度を前記油圧ポンプに接続したサーボモータを介して制御し、前記可動プラテンを減速制御する、
ことを特徴とする射出成形機の型開閉方法。
【請求項２】
前記可動プラテンの減速制御時に、前記油圧ポンプを経由する前記作動油のエネルギーを、前記サーボモータを介して電源側に回生することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の型開閉方法。
【請求項３】
固定金型が装着された固定プラテンに対して、可動金型が装着された可動プラテンを進退させる型開閉シリンダを備えた射出成形機の型開閉装置であって、
前記型開閉シリンダに作動油を供給する双方向吐出ポンプと、
前記双方向吐出ポンプを回転駆動するサーボモータとを有し、
前記型開閉シリンダは、ロッド側油室が第１開閉弁を介して前記双方向吐出ポンプと第２開閉弁を介してタンクとに接続され、ヘッド側油室が第３開閉弁を介して前記双方向吐出ポンプと第４開閉弁を介して前記タンクとに接続され、
前記双方向吐出ポンプは、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを接続した連結油路に接続してあることを特徴とする射出成形機の型開閉装置。
【請求項４】
前記サーボモータは、前記可動プラテンの減速時に前記双方向吐出ポンプを流れる前記作動油のエネルギーにより発生する回生エネルギーを電源側に回生する電源回生装置に接続してあることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機の型開閉装置。
【請求項５】
前記双方向吐出ポンプは前記型開閉シリンダ側の吐出の圧力上昇に応じて吐出量を減少させる機能を備えた可変式ポンプであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の射出成形機の型開閉装置。
【請求項１】
固定金型が装着された固定プラテンに対して、可動金型が装着された可動プラテンを型開閉シリンダによって進退させる射出成形機の型開閉方法であって、
型開閉動作の減速時に前記型開閉シリンダからタンクに戻る作動油を、前記型開閉シリンダに前記作動油を供給する油圧ポンプを経由させるとともに、
前記油圧ポンプの回転速度を前記油圧ポンプに接続したサーボモータを介して制御し、前記可動プラテンを減速制御する、
ことを特徴とする射出成形機の型開閉方法。
【請求項２】
前記可動プラテンの減速制御時に、前記油圧ポンプを経由する前記作動油のエネルギーを、前記サーボモータを介して電源側に回生することを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の型開閉方法。
【請求項３】
固定金型が装着された固定プラテンに対して、可動金型が装着された可動プラテンを進退させる型開閉シリンダを備えた射出成形機の型開閉装置であって、
前記型開閉シリンダに作動油を供給する双方向吐出ポンプと、
前記双方向吐出ポンプを回転駆動するサーボモータとを有し、
前記型開閉シリンダは、ロッド側油室が第１開閉弁を介して前記双方向吐出ポンプと第２開閉弁を介してタンクとに接続され、ヘッド側油室が第３開閉弁を介して前記双方向吐出ポンプと第４開閉弁を介して前記タンクとに接続され、
前記双方向吐出ポンプは、前記第１開閉弁と前記第３開閉弁とを接続した連結油路に接続してあることを特徴とする射出成形機の型開閉装置。
【請求項４】
前記サーボモータは、前記可動プラテンの減速時に前記双方向吐出ポンプを流れる前記作動油のエネルギーにより発生する回生エネルギーを電源側に回生する電源回生装置に接続してあることを特徴とする請求項３に記載の射出成形機の型開閉装置。
【請求項５】
前記双方向吐出ポンプは前記型開閉シリンダ側の吐出の圧力上昇に応じて吐出量を減少させる機能を備えた可変式ポンプであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の射出成形機の型開閉装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２５６１７９（Ｐ２００６−２５６１７９Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７８４７１（Ｐ２００５−７８４７１）
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（３０００４１１９２）宇部興産機械株式会社 (268)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（３０００４１１９２）宇部興産機械株式会社 (268)
【Ｆターム（参考）】
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