成形機及びその温度制御方法
成形機（１０）は、加熱シリンダ（５１）を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段を備える。誘導加熱手段は加熱シリンダ（５１）に配設された複数の誘導加熱用コイル（１１２−１〜１１２−４）と、これらのコイルに供給する電力を制御する複数の電力供給制御部とを含む。各電力供給制御部はそれぞれ、直流電源回路（４０）から電力を供給される加熱部制御用インバータ（１１４−１〜１１４−４）を備える。各加熱部制御用インバータは供給する電力の周波数制御または電流制御を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成形機に係り、特に加熱を必要とする部位、例えば加熱シリンダや金型に対する加熱手段として熱効率の良い誘導加熱手段を備えた成形機及びその温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機や押出し成形機（以下では、これらをまとめて成形機と呼ぶ）の加熱手段として、一般的にバンドヒータが用いられている。図１に示されるように、加熱シリンダ１５０は軸方向に関して複数のゾーン（図１では、４つのゾーンが図示されている）に分割され、各ゾーンにバンドヒータ１５１−１〜１５１−４が夫々配設されている。バンドヒータ１５１−１〜１５１−４は加熱シリンダの周囲を巻回するように設置され、夫々スイッチ手段１５２−１〜１５２−４を介して電源１５３に接続されている。スイッチ手段１５２−１〜１５２−４としてはＳＳＲやコンタクタが用いられる。
【０００３】
各ゾーンには、熱電対からなる温度センサが設置されてゾーン毎に温度が検出される。温度センサからの温度検出信号は温度制御装置５４に送られる。表示設定器１５５は各ゾーンの温度を個別に設定することができ、各ゾーンの温度の設定情報は温度制御装置１５４に送られる。温度制御装置１５４は、表示設定器１５５からの設定情報と各温度センサからの温度検出信号とに基づいて制御演算を行ない、演算結果に応じて各スイッチ手段のオン時間を制御することにより、各ゾーンが設定された温度に加熱されるように制御する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、バンドヒータ１５１−１〜１５１−４による加熱シリンダの加熱は熱伝導による加熱であるために熱効率が悪いという問題がある。加えて、温度制御はスイッチ手段のオン、オフ、すなわち電源オン・オフのデューティ比を変えることにより行われるので、精密な温度制御を行なうことが難しく、オーバシュートやアンダーシュートが発生し易いという問題点もある。
【特許文献１】特開平７−２７６４５８号公報（第１頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の総括的な目的は、上述の問題を解決した改良された有用な成形機を提供することである。
【０００６】
本は発明のより具体的な目的は、被加熱部の温度制御を精密に行うことのできる成形機を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、加熱を必要とする被加熱部、例えば加熱シリンダや金型に対する加熱を熱効率良く行うことのできる成形機を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、上述の問題を解決する成形機の温度制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、少なくとも１つの被加熱部を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段を備えた成形機であって、前記誘導加熱手段は前記被加熱部に配設された誘導加熱部と、該誘導加熱部に供給する電力量を制御する電力供給制御部とを含み、前記電力供給制御部は、周波数制御及び電流制御のいずれか一方により、該誘導加熱部に供給する電力を制御することを特徴とする成形機が提供される。
【００１０】
本発明による成形機において、前記被加熱部は加熱シリンダの複数箇所に相当し、 前記電力供給制御部は直流電源部から電力を供給される加熱部制御用インバータを備え、該加熱部制御用インバータが前記周波数制御または電流制御を行うことが好ましい。前記加熱部制御用インバータは数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内で前記周波数制御を行うことが好ましい。あるいは、前記加熱部制御用インバータは数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内の固定周波数を用いて前記電流制御を行うことが好ましい。
【００１１】
上述の成形機において、該成形機は１つ以上のモータを備え、該モータはモータ制御用直流電源部からモータ制御用インバータを介して電力が供給されるように構成されており、前記モータ制御用直流電源部を前記直流電源部として兼用することとしてもよい。また、前記加熱部制御用インバータ及び前記モータ制御用インバータの少なくとも一方の入力側にスイッチを設けることとしてもよい。
【００１２】
また、上述の成形機において、前記加熱部制御用インバータの入力側に電圧調整回路を備えることとしてもよい。
【００１３】
また、本発明によれば、成形機における少なくとも１つの被加熱部を誘導加熱により加熱する成形機の温度制御方法であって、誘導加熱用の供給電力量を周波数制御または電流制御のいずれか一方で制御することにより該被加熱部の温度制御を行うことを特徴とする成形機の温度制御方法が提供される。
【００１４】
本発明による成形機の温度制御方法において、前記周波数制御を数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内で行なうことが好ましい。あるいは、数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲の固定周波数で前記電流制御を行なうことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、誘導加熱により加熱シリンダ、金型等の被加熱部を直接加熱するので熱効率の良い加熱を実現できる。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、誘導加熱コイルへの電力を周波数制御あるいは電流制御により制御することにより精密な温度制御を実現できる。
【００１７】
また、本発明の一実施例によれば、誘導加熱コイルへの電力供給源としてモータ制御用直流電源部を兼用したことによりコスト削減を達成することができる。この場合、加熱部制御用インバータの入力側に電圧調整回路を備えることにより、モータの回生等によって電圧が変動するようなことがあっても加熱部制御用インバータの出力電圧を一定に維持することができる。したがって、電圧変動が温度制御に影響を及ぼすことが無い。
【００１８】
さらに、本発明の一実施例によれば、加熱部制御用インバータ、モータ制御用インバータのうち少なくともモータ制御用インバータの入力側にスイッチ手段を設けることにより、誘導加熱コイルへの電力供給源としてモータ制御用直流電源部を兼用した場合に、被加熱部の加熱を維持した状態でモータ制御用インバータ以降のメンテナンス作業を行うことができる。これは、実運転を行った後にメンテナンス作業を行う場合、加熱シリンダ内の溶融樹脂の劣化を防ぐために、加熱シリンダの加熱は維持したいという要求を満足するうえで重要である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の射出成形機における加熱シリンダに備えられたバンドヒータを用いた加熱手段のブロク図である。
【図２】本発明が適用される加熱シリンダを有する射出成形機の側面図である。
【図３】図２に示す射出装置の拡大断面図である。
【図４】本発明による誘導加熱手段による温度制御を説明するための回路図である。
【図５】本発明の一実施例による射出成形機の加熱シリンダの誘導加熱手段を示すブロック図である。
【図６】本発明による誘導加熱手段による温度制御のために使用される加熱部制御用インバータの回路図である。
【図７Ａ】図５に示す各加熱部制御用インバータに、電圧調整回路として昇圧／降圧回路を設けた場合の例を示すブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示す昇圧／降圧回路の回路図である。
【図８Ａ】図５に示す各加熱部制御用インバータに電圧調整回路として降圧回路を設けた場合の回路図である。
【図８Ｂ】図５に示す各加熱部制御用インバータに電圧調整回路として昇圧回路を設けた場合の回路図である。
【図９】図５に示す各加熱部制御用インバータ及び各モータ制御用インバータにスイッチを接続した場合の回路図である。
【図１０】昇圧／降圧回路を複数の加熱部制御用インバータに対して一つ設けた場合の射出成形機の加熱シリンダの誘導加熱手段を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０ 電動射出成形機
３０ 温度コントローラ
３１ 出力制御部
４０ 直流電源回路
４１ 整流回路
４５，４５−１〜４５−４ 昇圧／降圧回路
５０ 射出装置
５１ 加熱シリンダ
１０１ 成形機コントローラ
１０２ 表示設定器
１１１−１〜１１１−４ ゾーン
１１２−１〜１１２−４、ＩＣ２０ 誘導加熱コイル
１１３−１〜１１３−４、ＴＳ２０ 温度センサ
１１４−１〜１１４−４ 加熱部制御用インバータ
ＩＶ１〜ＩＶ４ モータ制御用インバータ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
まず、本発明が適用される射出成形機の一例について、図２を参照しながら説明する。図２は本発明が適用される射出成形機の一例としての電動射出成形機の全体構成を示す側面図である。
【００２２】
図２に示す電動射出成形機１０は、射出装置５０及び金型装置７０から構成される。
【００２３】
射出装置５０は、加熱シリンダを備え、加熱シリンダ５１にはホッパ５２が設けられる。加熱シリンダ内にはスクリュー５３が進退自在かつ回転自在に設けられる。スクリュー５３の後端は支持部材５４によって回転自在に支持される。支持部材５４にはサーボモータ等の計量モータ５５が駆動部として取り付けられる。計量モータ５５の回転は出力軸６１に取り付けられたタイミングベルト５６を介して被駆動部のスクリュー５３に伝達される。出力軸６１の後端には回転検出器６２が接続されている。回線検出器６２は、計量モータ５５の回転数又は回転量を検出することで、スクリュー５３の回転速度を検出する。
【００２４】
射出装置５０はスクリュー５３に平行なねじ軸５７を有する。ねじ軸５７の後端は、サーボモータ等の射出モータ５９の出力軸６３に取り付けられたタイミングベルト５８を介して、射出モータ５９に連結されている。したがって、射出モータ５９によってねじ軸５７を回転させることができる。ねじ軸５７の前端は支持部材５４に固定されたナット６０に係合している。射出モータ５９を駆動し、タイミングベルト５８を介してねじ軸５７を回転させると、支持部材５４は前後進可能となり、その結果、被駆動部のスクリュー５３を前後移動させることができる。射出モータ５９の出力軸６３の後端には位置検出器６４が接続されている。位置検出器６４は射出モータ５９の回転数又は回転量を検出することで、スクリュー５３の駆動状態を示すスクリュー５３の位置を検出する。
【００２５】
型締装置７０は、可動金型７１が取り付けられる可動プラテン７２と、固定金型７３が取り付けられる固定プラテン７４を有する。可動プラテン７２と固定プラテン７４とは、タイバー７５によって連結される。可動プラテン７２はタイバー７５に沿って摺動可能である。また、型締装置７０は、一端が可動プラテン７２と連結し、他端がトグルサピート７６と連結するトグル機構７７を有する。トグルサポート７６の中央部において、ボールねじ軸７９が回転自在に支持される。ボールねじ軸７９には、トグル機構７７に設けられたクロスヘッド８０に形成されたナット８１が係合している。また、ボールねじ軸７９の後端にはプーリー８２が設けられ、サーボモータ等の型締モータ７８の出力軸８３とプーリー８２との間には、タイミングベルトが設けられている。
【００２６】
型締装置７０において、駆動部たる型締モータ７８を駆動すると、型締モータ７８の回転がタイミングベルト８４を介してボールねじ軸７９に伝達される。そして、ボールねじ軸７９及びナット８１によって、回転運動から直線運動に変換され、トグル機構が作動する。トグル機構７７の作動により、可動プラテン７２はタイバー７５に沿って移動し、型閉じ、型締め及び型開きが行なわれる。型締モータ７８の出力軸８３の後端には、位置検出器８５が接続されている。位置検出器８５は、型締モータ７８の回転数又は回転量を検出することにより、ボールねじ軸７９の回転に伴って移動するクロスヘッド８０又はトグル機構７７によってクロスヘッド８０に連結された可動プラテン７２の位置を検出する。
【００２７】
次に、本発明に関連する部分である射出装置５０の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は射出装置５０の拡大断面図である。
【００２８】
射出装置５０は、上述のように加熱シリンダ５１と加熱シリンダ５１の中で回転及び前後移動可能なスクリュー５３を有する。加熱シリンダ５１の先端には、ノズル口９６が形成された射出ノズル９５が設けられる。加熱シリンダ５１の所定の位置に樹脂供給口８６が形成される。樹脂供給口８６には、接続筒８７を介してホッパ５２が接続され、ホッパ５２内の樹脂ペレット８８が接続筒８７及び樹脂供給口８６を通って加熱シリンダ５１内に供給される。また、加熱シリンダ５１の外周には、誘導加熱用コイル１１２−１〜１１２−４が取り付けられている。誘導加熱用コイル１１２−１〜１１２−４に通電することにより加熱シリンダ５１内で樹脂ペレット８８を加熱し、溶融させることができる。
【００２９】
スクリュー５３は、フライト部９２、フライト部９２の前端に設けられたスクリュヘッド９７及びシール部９８を有する。フライト部９２は、スクリュー５３本体の外周面に螺旋状に形成されたフライト９３を有し、フライト９３によって螺旋状の溝９４が形成される。また、フライト部９２には後方から前方にかけて順に、ホッパ５２から落下した樹脂ペレット８８が供給され前方に送られる送りゾーンＳ１、供給された樹脂ペレット８８を圧縮しながら溶融させる圧縮ゾーンＳ２、及び溶融させられた樹脂を一定量計量する計量ゾーンＳ３が形成される。
【００３０】
計量工程時にスクリュー５３を正方向に回転させると、樹脂ペレット８８は樹脂供給口８６から送りゾーンＳ１に供給され、溝９４内を前進（図における左方に移動）させられる。それに伴って、スクリュー５３が後退（図のける右方に移動）させられ、樹脂がスクリュヘッド９７の前方に蓄えられる。なお、溝９４内の樹脂は、送りゾーンＳ１においてペレットの形状のままであり、圧縮ゾーンＳ２において半溶融状態になり、計量部Ｓ３において完全に溶融させられて液状になる。そして、射出工程時に、スクリュー５３を前進させると、スクリュヘッド９７の前方に蓄えられた液状の樹脂は、射出ノズル９５から射出され、金型装置７０の固定金型７３のキャビティ空間に充填される。
【００３１】
次に、本発明の本発明の概念について図４を参照しながら説明する。図４は、成形機の加熱シリンダや金型の特定の部分を被加熱部とし、この被加熱部を誘導加熱により温度制御する温度制御装置の回路図である。
【００３２】
図４において、誘導加熱部として作用する誘導加熱用コイルＩＣ２０は、金属製の被加熱部に設置される。被加熱部には熱電対等の温度センサＴＳ２０が設置される。誘導加熱用コイルＩＣ２０には周波数制御部ＦＣ２０から周波数制御された電力が供給される。平滑用コンデンサＣＣ２０は誘導加熱用コイルＩＣ２０に並列に設けられる。周波数制御部ＦＣ２０は直流電源部（図示されていない）に接続される。周波数制御部ＦＣ２０には、温度センサＴＳ２０からの温度検出信号と、温度設定器（図示されていない）からの温度設定値信号が入力される。
【００３３】
以上のような回路構成とするのは以下の理由による。一般に、誘導加熱に必要な電力量Ｐは、Ｉ２
・ｆ２ （但し、Ｉは供給される電流、ｆは電流の周波数）に比例すると考えて良い。これは、誘導加熱用コイルＩＣ２０による被加熱部の発熱量は電流Ｉあるいは周波数ｆで制御可能であることを意味する。言い換えれば、電流Ｉあるいは周波数ｆで被加熱部の温度制御が可能であることを意味する。
【００３４】
上述のような観点から、図４の回路では、誘導加熱用コイルＩＣ２０で被加熱部を直接発熱させて加熱を行ない、しかも供給される電流の周波数ｆを周波数制御部ＦＣ２０により制御することで温度制御を行なう。適用される周波数の可変範囲は、数Ｈｚ〜数十ＫＨｚが可能であり、好ましくは４００Ｈｚ〜５０ＫＨｚである。なお、上述の理由で電流Ｉの大きさが制御されてもよく、従って周波数制御部ＦＣ２０に代えて電流制御部が設けられていてもよい。この場合、周波数は上述の数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内の固定値とされる。
【００３５】
次に、本発明の一実施例による射出成形機の加熱シリンダの温度制御装置について、図５を参照しながら説明する。図５において、射出成形機本体の構成要素としては、加熱シリンダ５１及びそのヘッド部とは反対側に設置された水冷シリンダ２０のみが示されている。
【００３６】
図５において、加熱シリンダ５１は、複数のゾーン、ここでは４つのゾーン１１１−１、１１１−２、１１１−３、１１１−４に分割され、各ゾーンの周囲には誘導加熱用コイル１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４が巻回されている。各ゾーンには、熱電対等よりなる温度センサ１１３−１、１１３−２、１１３−３、１１３−４が設置されている。水冷シリンダ２０にも温度センサ２０−１が設置されている。
【００３７】
温度センサ１１３−１〜１１３−４、温度センサ２０−１からの検出温度信号は温度コントローラ３０にフィードバックされる。温度コントローラ３０は、成形機コントローラ１０１に接続されている。成形機コントローラ１０１には、表示設定器１０２が接続されている。表示設定器１０２は、各ゾーン１１１−１〜１１１−４の設定温度を個別に設定可能である。成形機コントローラ１０１は、表示設定器１０２で設定された各ゾーンの設定温度を示す温度設定値信号を温度コントローラ３０に与える。
【００３８】
誘導加熱用コイル１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４にはそれぞれ、上述した周波数制御機能もしくは電流制御機能を持つ加熱部制御用インバータ（ＨＣＩ）１１４−１、１１４−２、１１４−３、１１４−４が接続され、個別に周波数制御された電力が供給される。
【００３９】
温度コントローラ３０は、温度センサ１１３−１〜１１３−４からの各ゾーン１１１−１〜１１１−４の温度検出信号とこれに対応する温度設定値信号とを比較し、比較結果に基づいて各ゾーン１１１−１〜１１１−４の温度制御を行うための制御信号を出力制御部３１から各加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４に出力する。なお、温度センサ１１３−１〜１１３−４からの温度検出信号は成形機コントローラ１０１を経由して表示設定器１０２にも送られる。表示設定器１０２は、各ゾーン１１１−１〜１１１−４の設定温度と検出温度とを表示する。
【００４０】
ところで、誘導加熱用コイル１１２−１〜１１２−４に電力を供給するために、加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４には、直流電源部から電力を供給する必要がある。本実施例では、射出成形機に備えられている各種モータに電力を供給するための直流電源回路４０を上述の直流電源部としても用いている。
【００４１】
直流電源回路４０は、本実施例では、三相交流電源ＰＳからの三相交流を整流するためのダイオードブリッジ回路による整流回路４１と、整流回路４１の出力側に接続された、スイッチＳ１と抵抗器Ｒ１とを並列接続して成るスタータ回路４２と、平滑用コンデンサＣ１とを含む。平滑用コンデンサＣ１は、ＤＣリンクから加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４及び後述のモータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の各に印加される電圧を平滑化するために設けられる。
【００４２】
射出成形機に備えられるモータの代表的な例として、ここではエジェクタ用モータＭ１、型開閉用モータＭ２、計量用モータＭ３、射出用モータＭ４を示している。これらのモータＭ１〜Ｍ４にはそれぞれ、モータ制御用インバータ（ＭＣＩ）ＩＶ１〜ＩＶ４を通して駆動用電力が供給される。モータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４は直流電源回路４０の出力に並列に接続されている。モータ加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４も直流電源回路４０の出力に並列に接続されている。モータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の各の入力側には平滑化コンデンサＣ２が並列に接続される。平滑化コンデンサＣ２は、モータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の各々に印加される電圧を平滑化するために設けられる。また、平滑化コンデンサＣ２はモータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の各々から見たＤＣリンクのインピーダンスを下げる役割を果たす。
【００４３】
なお、各モータＭ１〜Ｍ４に対しても制御対象部位に設置されたセンサと設定値との偏差に基づいて制御を行うフィードバック制御系が構成されてモータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４に指令値が与えられることにより制御が実行される。この制御系の構成及び説明は省略する。
【００４４】
上述の構成により、例えば加熱部制御用インバータ１１４−１について言えば、温度コントローラ３０における温度センサ１１２−１からの温度検出信号による検出温度とゾーン１１１−１に対して設定された設定温度との比較結果に基づく制御信号が加熱部制御用インバータ１１４−１に与えられる。加熱部制御用インバータ１１４−１は、この制御信号に応じて誘導加熱用コイル１１２−１に供給する電流の周波数を調整してゾーン１１１−１の温度制御を行う。他の加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４も同様の制御動作を行なう。
【００４５】
上述のように、加熱シリンダ５１を誘導加熱により直接加熱するので、バンドヒータの熱伝導による加熱に比べて熱効率が向上する。そして、周波数制御によれば、誘導加熱用コイル１１２−１に供給する電力を連続して変化させることができるので、精密な温度制御を実現することができる。加えて、加熱シリンダ５１を加熱するための電力供給源としてモータ駆動用の直流電源回路４０を利用しているので、コスト削減を図ることができる。
【００４６】
図６は、加熱部制御用インバータの構成を、加熱部制御用インバータ１１４−１について示した回路図である。加熱部制御用インバータ１１４−１は、ダイオードＤ１４が並列接続されたトランジスタＴｒ１４及び出力用のコンデンサＣ１４と、トランジスタＴｒ１４のベースに接続された制御回路１１４−１１とを含む。制御回路１１４−１１は、電流が一定の条件のもとで、あらかじめ求められた加熱シリンダ１０への供給熱量と周波数の相関関係に従って、出力制御部３１から出力される制御信号に応じてトランジスタＴｒ１４をスイッチング動作させて周波数制御を行なう。電流制御の場合にも、周波数が一定の条件のもとで、あらかじめ求められた加熱シリンダ５１への供給熱量と電流の相関関係に従って、出力制御部３１から出力される制御信号に応じてトランジスタＴｒ１４をスイッチング動作させて、誘導加熱用コイル１１２−１〜１１２−４に流れる電流の制御を行なう。他の加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４も同様の構成を有する。
【００４７】
図７Ａは、加熱部制御用インバータ１１４−１の入力側に電圧調整回路としての昇圧／降圧回路４５−１を接続した例を示ブロック図である。昇圧／降圧回路４５−１は、加熱部制御用インバータ１１４−１への電圧の昇圧と降圧とを制御する回路である。同様に、他の加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４の入力側にも昇圧／降圧回路４５−２〜４５−４が夫々設けられる。
【００４８】
昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４を使用するのは以下の理由による。すなわち、上述の実施例では誘導加熱用の直流電源部としてモータ駆動用の直流電源回路４０を兼用しているが、導加熱用の電圧とモータ駆動電圧は異なる場合がある。このような場合に、昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４は、モータ駆動電圧を誘導加熱用の電圧に適合するように調整して出力する。また、モータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の入力電圧はモータの回生動作により一時的に上昇したり、オーバロードにより一時的に低下することがある。これによって加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４の入力電圧が変動してしまうと、温度制御に影響を及ぼす。昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４は、このような入力電圧の変動を抑制して常に良好な温度制御の実行を可能にしている。
【００４９】
図７Ｂは昇圧／降圧回路４５−１の回路図である。図７Ｂに示す昇圧／降圧回路４５−１は、インダクタＩ４５、平滑用コンデンサＣ４５、ダイオードＤ４５、トランジスタＴｒ４５を含む。ダイオードＤ４５及びトランジスタＴｒ４５は電源ラインに直列に挿入接続され、インダクタＩ４５及び平滑用コンデンサＣ４５は電源ラインに並列に接続されている。トランジスタＴｒ４５は成形機コントローラ１０１からの指令により制御される。すなわち、平滑用コンデンサＣ４５の両端電圧が検出されて成形機コントローラ１０１に送られ、成形機コントローラ１は平滑用コンデンサＣ４５の両端電圧が表示設定器１０２であらかじめ設定された電圧となるようにトランジスタＴｒ４５を制御する。昇圧／降圧回路４５−１と同じ構成を有する昇圧／降圧回路４５−２〜４５−４は他の加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４の入力側にも設けられる。
【００５０】
図８Ａ及び８Ｂは、加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４の入力側に、昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４に代えて昇圧あるいは降圧のみの機能を持つ回路を設ける場合の例を示す。これは、例えばモータ制御用インバータは４００Ｖ対応であるのに対し、加熱部制御用インバータは２００Ｖ対応であるというように、モータ制御用インバータと加熱部制御用インバータの対応電圧が異なる場合を考慮している。
【００５１】
図８Ａは降圧回路の一例を示す。降圧回路は、例えばモータ制御用インバータが４００Ｖ対応で、加熱部制御用インバータが２００Ｖ対応であるというように、モータ制御用インバータの対応電圧が加熱部制御用インバータの対応電圧より高い場合に使用される。この場合、トランジスタＴｒ４５及びインダクタＩ４５が電源ラインに直列に挿入接続される。ダイオードＤ４５はインダクタＩ４５の入力側において電源ラインに並列に接続され、平滑用コンデンサＣ４５はインダクタ４５−１の出力側において電源ラインに並列に接続される。
【００５２】
図８Ｂは昇圧回路の一例を示す。昇圧回路は、例えばモータ制御用インバータが２００Ｖ対応で、加熱部制御用インバータが４００Ｖ対応であるというように、モータ制御用インバータの対応電圧が加熱部制御用インバータの対応電圧より低い場合に使用される。この場合、インダクタＩ４５及びダイオードＤ４５が電源ラインに直列に挿入接続される。トランジスタＴｒ４５はダイオードＤ４５のアノード側において電源ラインに並列に接続され、平滑用コンデンサＣ４５はダイオードＤ４５のカソード側において電源ラインに並列に接続される。
【００５３】
図８Ａ及び８Ｂのいずれの例においても、トランジスタＴｒ４５は、上述のように成形機コントローラ１０１により制御される。
【００５４】
図９は、モータ制御用インバータ（図１のＩＶ１のみを示す）及び加熱部制御用インバータ（図５の１１４−１のみを示す）の入力側にスイッチＳ１１、Ｓ２２を夫々接続した例を示す。他のモータ制御用インバータＩＶ２〜ＩＶ４、加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４についても同様にスイッチが接続される。このようにスイッチＳ１１、Ｓ２２を設けるのは以下の理由による。
【００５５】
射出成形機は、実運転の終了後にメインの電源をオフとせずに、メンテナンス作業を行う場合がある。例えば、エジェクタ機構のメンテナンス作業を行う場合、エジェクタ用モータＭ１の電源のみをオフとしたいという要求がある。これは、実運転の終了後は加熱シリンダ５１内に溶融樹脂が滞留しており、メインの電源をオフとした場合には、誘導加熱コイル１１２−１〜１１２−４への電力もすべてオフとなるので加熱シリンダ５１内の樹脂が劣化するおそれがある。このため、成形機における１つ以上のモータ及びその周囲のメンテナンス作業を行う場合には、対応するモータ制御用インバータのスイッチＳ１１のみをオフとし、スイッチＳ２２はオンとする。一方、加熱シリンダ５１内に溶融樹脂が滞留していない場合には、スイッチＳ１１及びスイッチＳ２２の両方をオフとする。なお、上述のスイッチは、モータ制御用インバータ及び加熱部制御用インバータの少なくとも一方に設けることとしてもよく、好ましくは加熱部制御用インバータ側に設けられるだけでもよい。
【００５６】
上述の実施例では、加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４の各々に対して別個に昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４を設けているが、図１０に示すように、加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４の全てに対して、容量の大きな昇圧／降圧回路４５を一つだけ設けることとしてもよい。そのような昇圧／降圧回路４５の構成は上述の昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４と同様であり、その説明は省略する。
【００５７】
本発明は具体的に開示された実施例に限られず、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形例及び改良例がなされるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、射出成形機のみならず、押出し成形機にも適用可能である。加熱の対象となる被加熱部は加熱シリンダのみならず、例えば加熱を必要とする金型にも適用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は成形機に係り、特に加熱を必要とする部位、例えば加熱シリンダや金型に対する加熱手段として熱効率の良い誘導加熱手段を備えた成形機及びその温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機や押出し成形機（以下では、これらをまとめて成形機と呼ぶ）の加熱手段として、一般的にバンドヒータが用いられている。図１に示されるように、加熱シリンダ１５０は軸方向に関して複数のゾーン（図１では、４つのゾーンが図示されている）に分割され、各ゾーンにバンドヒータ１５１−１〜１５１−４が夫々配設されている。バンドヒータ１５１−１〜１５１−４は加熱シリンダの周囲を巻回するように設置され、夫々スイッチ手段１５２−１〜１５２−４を介して電源１５３に接続されている。スイッチ手段１５２−１〜１５２−４としてはＳＳＲやコンタクタが用いられる。
【０００３】
各ゾーンには、熱電対からなる温度センサが設置されてゾーン毎に温度が検出される。温度センサからの温度検出信号は温度制御装置５４に送られる。表示設定器１５５は各ゾーンの温度を個別に設定することができ、各ゾーンの温度の設定情報は温度制御装置１５４に送られる。温度制御装置１５４は、表示設定器１５５からの設定情報と各温度センサからの温度検出信号とに基づいて制御演算を行ない、演算結果に応じて各スイッチ手段のオン時間を制御することにより、各ゾーンが設定された温度に加熱されるように制御する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、バンドヒータ１５１−１〜１５１−４による加熱シリンダの加熱は熱伝導による加熱であるために熱効率が悪いという問題がある。加えて、温度制御はスイッチ手段のオン、オフ、すなわち電源オン・オフのデューティ比を変えることにより行われるので、精密な温度制御を行なうことが難しく、オーバシュートやアンダーシュートが発生し易いという問題点もある。
【特許文献１】特開平７−２７６４５８号公報（第１頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の総括的な目的は、上述の問題を解決した改良された有用な成形機を提供することである。
【０００６】
本は発明のより具体的な目的は、被加熱部の温度制御を精密に行うことのできる成形機を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、加熱を必要とする被加熱部、例えば加熱シリンダや金型に対する加熱を熱効率良く行うことのできる成形機を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、上述の問題を解決する成形機の温度制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、少なくとも１つの被加熱部を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段を備えた成形機であって、前記誘導加熱手段は前記被加熱部に配設された誘導加熱部と、該誘導加熱部に供給する電力量を制御する電力供給制御部とを含み、前記電力供給制御部は、周波数制御及び電流制御のいずれか一方により、該誘導加熱部に供給する電力を制御することを特徴とする成形機が提供される。
【００１０】
本発明による成形機において、前記被加熱部は加熱シリンダの複数箇所に相当し、 前記電力供給制御部は直流電源部から電力を供給される加熱部制御用インバータを備え、該加熱部制御用インバータが前記周波数制御または電流制御を行うことが好ましい。前記加熱部制御用インバータは数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内で前記周波数制御を行うことが好ましい。あるいは、前記加熱部制御用インバータは数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内の固定周波数を用いて前記電流制御を行うことが好ましい。
【００１１】
上述の成形機において、該成形機は１つ以上のモータを備え、該モータはモータ制御用直流電源部からモータ制御用インバータを介して電力が供給されるように構成されており、前記モータ制御用直流電源部を前記直流電源部として兼用することとしてもよい。また、前記加熱部制御用インバータ及び前記モータ制御用インバータの少なくとも一方の入力側にスイッチを設けることとしてもよい。
【００１２】
また、上述の成形機において、前記加熱部制御用インバータの入力側に電圧調整回路を備えることとしてもよい。
【００１３】
また、本発明によれば、成形機における少なくとも１つの被加熱部を誘導加熱により加熱する成形機の温度制御方法であって、誘導加熱用の供給電力量を周波数制御または電流制御のいずれか一方で制御することにより該被加熱部の温度制御を行うことを特徴とする成形機の温度制御方法が提供される。
【００１４】
本発明による成形機の温度制御方法において、前記周波数制御を数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内で行なうことが好ましい。あるいは、数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲の固定周波数で前記電流制御を行なうことが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、誘導加熱により加熱シリンダ、金型等の被加熱部を直接加熱するので熱効率の良い加熱を実現できる。
【００１６】
本発明の一実施例によれば、誘導加熱コイルへの電力を周波数制御あるいは電流制御により制御することにより精密な温度制御を実現できる。
【００１７】
また、本発明の一実施例によれば、誘導加熱コイルへの電力供給源としてモータ制御用直流電源部を兼用したことによりコスト削減を達成することができる。この場合、加熱部制御用インバータの入力側に電圧調整回路を備えることにより、モータの回生等によって電圧が変動するようなことがあっても加熱部制御用インバータの出力電圧を一定に維持することができる。したがって、電圧変動が温度制御に影響を及ぼすことが無い。
【００１８】
さらに、本発明の一実施例によれば、加熱部制御用インバータ、モータ制御用インバータのうち少なくともモータ制御用インバータの入力側にスイッチ手段を設けることにより、誘導加熱コイルへの電力供給源としてモータ制御用直流電源部を兼用した場合に、被加熱部の加熱を維持した状態でモータ制御用インバータ以降のメンテナンス作業を行うことができる。これは、実運転を行った後にメンテナンス作業を行う場合、加熱シリンダ内の溶融樹脂の劣化を防ぐために、加熱シリンダの加熱は維持したいという要求を満足するうえで重要である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の射出成形機における加熱シリンダに備えられたバンドヒータを用いた加熱手段のブロク図である。
【図２】本発明が適用される加熱シリンダを有する射出成形機の側面図である。
【図３】図２に示す射出装置の拡大断面図である。
【図４】本発明による誘導加熱手段による温度制御を説明するための回路図である。
【図５】本発明の一実施例による射出成形機の加熱シリンダの誘導加熱手段を示すブロック図である。
【図６】本発明による誘導加熱手段による温度制御のために使用される加熱部制御用インバータの回路図である。
【図７Ａ】図５に示す各加熱部制御用インバータに、電圧調整回路として昇圧／降圧回路を設けた場合の例を示すブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示す昇圧／降圧回路の回路図である。
【図８Ａ】図５に示す各加熱部制御用インバータに電圧調整回路として降圧回路を設けた場合の回路図である。
【図８Ｂ】図５に示す各加熱部制御用インバータに電圧調整回路として昇圧回路を設けた場合の回路図である。
【図９】図５に示す各加熱部制御用インバータ及び各モータ制御用インバータにスイッチを接続した場合の回路図である。
【図１０】昇圧／降圧回路を複数の加熱部制御用インバータに対して一つ設けた場合の射出成形機の加熱シリンダの誘導加熱手段を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０ 電動射出成形機
３０ 温度コントローラ
３１ 出力制御部
４０ 直流電源回路
４１ 整流回路
４５，４５−１〜４５−４ 昇圧／降圧回路
５０ 射出装置
５１ 加熱シリンダ
１０１ 成形機コントローラ
１０２ 表示設定器
１１１−１〜１１１−４ ゾーン
１１２−１〜１１２−４、ＩＣ２０ 誘導加熱コイル
１１３−１〜１１３−４、ＴＳ２０ 温度センサ
１１４−１〜１１４−４ 加熱部制御用インバータ
ＩＶ１〜ＩＶ４ モータ制御用インバータ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
まず、本発明が適用される射出成形機の一例について、図２を参照しながら説明する。図２は本発明が適用される射出成形機の一例としての電動射出成形機の全体構成を示す側面図である。
【００２２】
図２に示す電動射出成形機１０は、射出装置５０及び金型装置７０から構成される。
【００２３】
射出装置５０は、加熱シリンダを備え、加熱シリンダ５１にはホッパ５２が設けられる。加熱シリンダ内にはスクリュー５３が進退自在かつ回転自在に設けられる。スクリュー５３の後端は支持部材５４によって回転自在に支持される。支持部材５４にはサーボモータ等の計量モータ５５が駆動部として取り付けられる。計量モータ５５の回転は出力軸６１に取り付けられたタイミングベルト５６を介して被駆動部のスクリュー５３に伝達される。出力軸６１の後端には回転検出器６２が接続されている。回線検出器６２は、計量モータ５５の回転数又は回転量を検出することで、スクリュー５３の回転速度を検出する。
【００２４】
射出装置５０はスクリュー５３に平行なねじ軸５７を有する。ねじ軸５７の後端は、サーボモータ等の射出モータ５９の出力軸６３に取り付けられたタイミングベルト５８を介して、射出モータ５９に連結されている。したがって、射出モータ５９によってねじ軸５７を回転させることができる。ねじ軸５７の前端は支持部材５４に固定されたナット６０に係合している。射出モータ５９を駆動し、タイミングベルト５８を介してねじ軸５７を回転させると、支持部材５４は前後進可能となり、その結果、被駆動部のスクリュー５３を前後移動させることができる。射出モータ５９の出力軸６３の後端には位置検出器６４が接続されている。位置検出器６４は射出モータ５９の回転数又は回転量を検出することで、スクリュー５３の駆動状態を示すスクリュー５３の位置を検出する。
【００２５】
型締装置７０は、可動金型７１が取り付けられる可動プラテン７２と、固定金型７３が取り付けられる固定プラテン７４を有する。可動プラテン７２と固定プラテン７４とは、タイバー７５によって連結される。可動プラテン７２はタイバー７５に沿って摺動可能である。また、型締装置７０は、一端が可動プラテン７２と連結し、他端がトグルサピート７６と連結するトグル機構７７を有する。トグルサポート７６の中央部において、ボールねじ軸７９が回転自在に支持される。ボールねじ軸７９には、トグル機構７７に設けられたクロスヘッド８０に形成されたナット８１が係合している。また、ボールねじ軸７９の後端にはプーリー８２が設けられ、サーボモータ等の型締モータ７８の出力軸８３とプーリー８２との間には、タイミングベルトが設けられている。
【００２６】
型締装置７０において、駆動部たる型締モータ７８を駆動すると、型締モータ７８の回転がタイミングベルト８４を介してボールねじ軸７９に伝達される。そして、ボールねじ軸７９及びナット８１によって、回転運動から直線運動に変換され、トグル機構が作動する。トグル機構７７の作動により、可動プラテン７２はタイバー７５に沿って移動し、型閉じ、型締め及び型開きが行なわれる。型締モータ７８の出力軸８３の後端には、位置検出器８５が接続されている。位置検出器８５は、型締モータ７８の回転数又は回転量を検出することにより、ボールねじ軸７９の回転に伴って移動するクロスヘッド８０又はトグル機構７７によってクロスヘッド８０に連結された可動プラテン７２の位置を検出する。
【００２７】
次に、本発明に関連する部分である射出装置５０の構成について、図３を参照しながら説明する。図３は射出装置５０の拡大断面図である。
【００２８】
射出装置５０は、上述のように加熱シリンダ５１と加熱シリンダ５１の中で回転及び前後移動可能なスクリュー５３を有する。加熱シリンダ５１の先端には、ノズル口９６が形成された射出ノズル９５が設けられる。加熱シリンダ５１の所定の位置に樹脂供給口８６が形成される。樹脂供給口８６には、接続筒８７を介してホッパ５２が接続され、ホッパ５２内の樹脂ペレット８８が接続筒８７及び樹脂供給口８６を通って加熱シリンダ５１内に供給される。また、加熱シリンダ５１の外周には、誘導加熱用コイル１１２−１〜１１２−４が取り付けられている。誘導加熱用コイル１１２−１〜１１２−４に通電することにより加熱シリンダ５１内で樹脂ペレット８８を加熱し、溶融させることができる。
【００２９】
スクリュー５３は、フライト部９２、フライト部９２の前端に設けられたスクリュヘッド９７及びシール部９８を有する。フライト部９２は、スクリュー５３本体の外周面に螺旋状に形成されたフライト９３を有し、フライト９３によって螺旋状の溝９４が形成される。また、フライト部９２には後方から前方にかけて順に、ホッパ５２から落下した樹脂ペレット８８が供給され前方に送られる送りゾーンＳ１、供給された樹脂ペレット８８を圧縮しながら溶融させる圧縮ゾーンＳ２、及び溶融させられた樹脂を一定量計量する計量ゾーンＳ３が形成される。
【００３０】
計量工程時にスクリュー５３を正方向に回転させると、樹脂ペレット８８は樹脂供給口８６から送りゾーンＳ１に供給され、溝９４内を前進（図における左方に移動）させられる。それに伴って、スクリュー５３が後退（図のける右方に移動）させられ、樹脂がスクリュヘッド９７の前方に蓄えられる。なお、溝９４内の樹脂は、送りゾーンＳ１においてペレットの形状のままであり、圧縮ゾーンＳ２において半溶融状態になり、計量部Ｓ３において完全に溶融させられて液状になる。そして、射出工程時に、スクリュー５３を前進させると、スクリュヘッド９７の前方に蓄えられた液状の樹脂は、射出ノズル９５から射出され、金型装置７０の固定金型７３のキャビティ空間に充填される。
【００３１】
次に、本発明の本発明の概念について図４を参照しながら説明する。図４は、成形機の加熱シリンダや金型の特定の部分を被加熱部とし、この被加熱部を誘導加熱により温度制御する温度制御装置の回路図である。
【００３２】
図４において、誘導加熱部として作用する誘導加熱用コイルＩＣ２０は、金属製の被加熱部に設置される。被加熱部には熱電対等の温度センサＴＳ２０が設置される。誘導加熱用コイルＩＣ２０には周波数制御部ＦＣ２０から周波数制御された電力が供給される。平滑用コンデンサＣＣ２０は誘導加熱用コイルＩＣ２０に並列に設けられる。周波数制御部ＦＣ２０は直流電源部（図示されていない）に接続される。周波数制御部ＦＣ２０には、温度センサＴＳ２０からの温度検出信号と、温度設定器（図示されていない）からの温度設定値信号が入力される。
【００３３】
以上のような回路構成とするのは以下の理由による。一般に、誘導加熱に必要な電力量Ｐは、Ｉ２
・ｆ２ （但し、Ｉは供給される電流、ｆは電流の周波数）に比例すると考えて良い。これは、誘導加熱用コイルＩＣ２０による被加熱部の発熱量は電流Ｉあるいは周波数ｆで制御可能であることを意味する。言い換えれば、電流Ｉあるいは周波数ｆで被加熱部の温度制御が可能であることを意味する。
【００３４】
上述のような観点から、図４の回路では、誘導加熱用コイルＩＣ２０で被加熱部を直接発熱させて加熱を行ない、しかも供給される電流の周波数ｆを周波数制御部ＦＣ２０により制御することで温度制御を行なう。適用される周波数の可変範囲は、数Ｈｚ〜数十ＫＨｚが可能であり、好ましくは４００Ｈｚ〜５０ＫＨｚである。なお、上述の理由で電流Ｉの大きさが制御されてもよく、従って周波数制御部ＦＣ２０に代えて電流制御部が設けられていてもよい。この場合、周波数は上述の数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内の固定値とされる。
【００３５】
次に、本発明の一実施例による射出成形機の加熱シリンダの温度制御装置について、図５を参照しながら説明する。図５において、射出成形機本体の構成要素としては、加熱シリンダ５１及びそのヘッド部とは反対側に設置された水冷シリンダ２０のみが示されている。
【００３６】
図５において、加熱シリンダ５１は、複数のゾーン、ここでは４つのゾーン１１１−１、１１１−２、１１１−３、１１１−４に分割され、各ゾーンの周囲には誘導加熱用コイル１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４が巻回されている。各ゾーンには、熱電対等よりなる温度センサ１１３−１、１１３−２、１１３−３、１１３−４が設置されている。水冷シリンダ２０にも温度センサ２０−１が設置されている。
【００３７】
温度センサ１１３−１〜１１３−４、温度センサ２０−１からの検出温度信号は温度コントローラ３０にフィードバックされる。温度コントローラ３０は、成形機コントローラ１０１に接続されている。成形機コントローラ１０１には、表示設定器１０２が接続されている。表示設定器１０２は、各ゾーン１１１−１〜１１１−４の設定温度を個別に設定可能である。成形機コントローラ１０１は、表示設定器１０２で設定された各ゾーンの設定温度を示す温度設定値信号を温度コントローラ３０に与える。
【００３８】
誘導加熱用コイル１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４にはそれぞれ、上述した周波数制御機能もしくは電流制御機能を持つ加熱部制御用インバータ（ＨＣＩ）１１４−１、１１４−２、１１４−３、１１４−４が接続され、個別に周波数制御された電力が供給される。
【００３９】
温度コントローラ３０は、温度センサ１１３−１〜１１３−４からの各ゾーン１１１−１〜１１１−４の温度検出信号とこれに対応する温度設定値信号とを比較し、比較結果に基づいて各ゾーン１１１−１〜１１１−４の温度制御を行うための制御信号を出力制御部３１から各加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４に出力する。なお、温度センサ１１３−１〜１１３−４からの温度検出信号は成形機コントローラ１０１を経由して表示設定器１０２にも送られる。表示設定器１０２は、各ゾーン１１１−１〜１１１−４の設定温度と検出温度とを表示する。
【００４０】
ところで、誘導加熱用コイル１１２−１〜１１２−４に電力を供給するために、加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４には、直流電源部から電力を供給する必要がある。本実施例では、射出成形機に備えられている各種モータに電力を供給するための直流電源回路４０を上述の直流電源部としても用いている。
【００４１】
直流電源回路４０は、本実施例では、三相交流電源ＰＳからの三相交流を整流するためのダイオードブリッジ回路による整流回路４１と、整流回路４１の出力側に接続された、スイッチＳ１と抵抗器Ｒ１とを並列接続して成るスタータ回路４２と、平滑用コンデンサＣ１とを含む。平滑用コンデンサＣ１は、ＤＣリンクから加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４及び後述のモータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の各に印加される電圧を平滑化するために設けられる。
【００４２】
射出成形機に備えられるモータの代表的な例として、ここではエジェクタ用モータＭ１、型開閉用モータＭ２、計量用モータＭ３、射出用モータＭ４を示している。これらのモータＭ１〜Ｍ４にはそれぞれ、モータ制御用インバータ（ＭＣＩ）ＩＶ１〜ＩＶ４を通して駆動用電力が供給される。モータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４は直流電源回路４０の出力に並列に接続されている。モータ加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４も直流電源回路４０の出力に並列に接続されている。モータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の各の入力側には平滑化コンデンサＣ２が並列に接続される。平滑化コンデンサＣ２は、モータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の各々に印加される電圧を平滑化するために設けられる。また、平滑化コンデンサＣ２はモータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の各々から見たＤＣリンクのインピーダンスを下げる役割を果たす。
【００４３】
なお、各モータＭ１〜Ｍ４に対しても制御対象部位に設置されたセンサと設定値との偏差に基づいて制御を行うフィードバック制御系が構成されてモータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４に指令値が与えられることにより制御が実行される。この制御系の構成及び説明は省略する。
【００４４】
上述の構成により、例えば加熱部制御用インバータ１１４−１について言えば、温度コントローラ３０における温度センサ１１２−１からの温度検出信号による検出温度とゾーン１１１−１に対して設定された設定温度との比較結果に基づく制御信号が加熱部制御用インバータ１１４−１に与えられる。加熱部制御用インバータ１１４−１は、この制御信号に応じて誘導加熱用コイル１１２−１に供給する電流の周波数を調整してゾーン１１１−１の温度制御を行う。他の加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４も同様の制御動作を行なう。
【００４５】
上述のように、加熱シリンダ５１を誘導加熱により直接加熱するので、バンドヒータの熱伝導による加熱に比べて熱効率が向上する。そして、周波数制御によれば、誘導加熱用コイル１１２−１に供給する電力を連続して変化させることができるので、精密な温度制御を実現することができる。加えて、加熱シリンダ５１を加熱するための電力供給源としてモータ駆動用の直流電源回路４０を利用しているので、コスト削減を図ることができる。
【００４６】
図６は、加熱部制御用インバータの構成を、加熱部制御用インバータ１１４−１について示した回路図である。加熱部制御用インバータ１１４−１は、ダイオードＤ１４が並列接続されたトランジスタＴｒ１４及び出力用のコンデンサＣ１４と、トランジスタＴｒ１４のベースに接続された制御回路１１４−１１とを含む。制御回路１１４−１１は、電流が一定の条件のもとで、あらかじめ求められた加熱シリンダ１０への供給熱量と周波数の相関関係に従って、出力制御部３１から出力される制御信号に応じてトランジスタＴｒ１４をスイッチング動作させて周波数制御を行なう。電流制御の場合にも、周波数が一定の条件のもとで、あらかじめ求められた加熱シリンダ５１への供給熱量と電流の相関関係に従って、出力制御部３１から出力される制御信号に応じてトランジスタＴｒ１４をスイッチング動作させて、誘導加熱用コイル１１２−１〜１１２−４に流れる電流の制御を行なう。他の加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４も同様の構成を有する。
【００４７】
図７Ａは、加熱部制御用インバータ１１４−１の入力側に電圧調整回路としての昇圧／降圧回路４５−１を接続した例を示ブロック図である。昇圧／降圧回路４５−１は、加熱部制御用インバータ１１４−１への電圧の昇圧と降圧とを制御する回路である。同様に、他の加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４の入力側にも昇圧／降圧回路４５−２〜４５−４が夫々設けられる。
【００４８】
昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４を使用するのは以下の理由による。すなわち、上述の実施例では誘導加熱用の直流電源部としてモータ駆動用の直流電源回路４０を兼用しているが、導加熱用の電圧とモータ駆動電圧は異なる場合がある。このような場合に、昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４は、モータ駆動電圧を誘導加熱用の電圧に適合するように調整して出力する。また、モータ制御用インバータＩＶ１〜ＩＶ４の入力電圧はモータの回生動作により一時的に上昇したり、オーバロードにより一時的に低下することがある。これによって加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４の入力電圧が変動してしまうと、温度制御に影響を及ぼす。昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４は、このような入力電圧の変動を抑制して常に良好な温度制御の実行を可能にしている。
【００４９】
図７Ｂは昇圧／降圧回路４５−１の回路図である。図７Ｂに示す昇圧／降圧回路４５−１は、インダクタＩ４５、平滑用コンデンサＣ４５、ダイオードＤ４５、トランジスタＴｒ４５を含む。ダイオードＤ４５及びトランジスタＴｒ４５は電源ラインに直列に挿入接続され、インダクタＩ４５及び平滑用コンデンサＣ４５は電源ラインに並列に接続されている。トランジスタＴｒ４５は成形機コントローラ１０１からの指令により制御される。すなわち、平滑用コンデンサＣ４５の両端電圧が検出されて成形機コントローラ１０１に送られ、成形機コントローラ１は平滑用コンデンサＣ４５の両端電圧が表示設定器１０２であらかじめ設定された電圧となるようにトランジスタＴｒ４５を制御する。昇圧／降圧回路４５−１と同じ構成を有する昇圧／降圧回路４５−２〜４５−４は他の加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４の入力側にも設けられる。
【００５０】
図８Ａ及び８Ｂは、加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４の入力側に、昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４に代えて昇圧あるいは降圧のみの機能を持つ回路を設ける場合の例を示す。これは、例えばモータ制御用インバータは４００Ｖ対応であるのに対し、加熱部制御用インバータは２００Ｖ対応であるというように、モータ制御用インバータと加熱部制御用インバータの対応電圧が異なる場合を考慮している。
【００５１】
図８Ａは降圧回路の一例を示す。降圧回路は、例えばモータ制御用インバータが４００Ｖ対応で、加熱部制御用インバータが２００Ｖ対応であるというように、モータ制御用インバータの対応電圧が加熱部制御用インバータの対応電圧より高い場合に使用される。この場合、トランジスタＴｒ４５及びインダクタＩ４５が電源ラインに直列に挿入接続される。ダイオードＤ４５はインダクタＩ４５の入力側において電源ラインに並列に接続され、平滑用コンデンサＣ４５はインダクタ４５−１の出力側において電源ラインに並列に接続される。
【００５２】
図８Ｂは昇圧回路の一例を示す。昇圧回路は、例えばモータ制御用インバータが２００Ｖ対応で、加熱部制御用インバータが４００Ｖ対応であるというように、モータ制御用インバータの対応電圧が加熱部制御用インバータの対応電圧より低い場合に使用される。この場合、インダクタＩ４５及びダイオードＤ４５が電源ラインに直列に挿入接続される。トランジスタＴｒ４５はダイオードＤ４５のアノード側において電源ラインに並列に接続され、平滑用コンデンサＣ４５はダイオードＤ４５のカソード側において電源ラインに並列に接続される。
【００５３】
図８Ａ及び８Ｂのいずれの例においても、トランジスタＴｒ４５は、上述のように成形機コントローラ１０１により制御される。
【００５４】
図９は、モータ制御用インバータ（図１のＩＶ１のみを示す）及び加熱部制御用インバータ（図５の１１４−１のみを示す）の入力側にスイッチＳ１１、Ｓ２２を夫々接続した例を示す。他のモータ制御用インバータＩＶ２〜ＩＶ４、加熱部制御用インバータ１１４−２〜１１４−４についても同様にスイッチが接続される。このようにスイッチＳ１１、Ｓ２２を設けるのは以下の理由による。
【００５５】
射出成形機は、実運転の終了後にメインの電源をオフとせずに、メンテナンス作業を行う場合がある。例えば、エジェクタ機構のメンテナンス作業を行う場合、エジェクタ用モータＭ１の電源のみをオフとしたいという要求がある。これは、実運転の終了後は加熱シリンダ５１内に溶融樹脂が滞留しており、メインの電源をオフとした場合には、誘導加熱コイル１１２−１〜１１２−４への電力もすべてオフとなるので加熱シリンダ５１内の樹脂が劣化するおそれがある。このため、成形機における１つ以上のモータ及びその周囲のメンテナンス作業を行う場合には、対応するモータ制御用インバータのスイッチＳ１１のみをオフとし、スイッチＳ２２はオンとする。一方、加熱シリンダ５１内に溶融樹脂が滞留していない場合には、スイッチＳ１１及びスイッチＳ２２の両方をオフとする。なお、上述のスイッチは、モータ制御用インバータ及び加熱部制御用インバータの少なくとも一方に設けることとしてもよく、好ましくは加熱部制御用インバータ側に設けられるだけでもよい。
【００５６】
上述の実施例では、加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４の各々に対して別個に昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４を設けているが、図１０に示すように、加熱部制御用インバータ１１４−１〜１１４−４の全てに対して、容量の大きな昇圧／降圧回路４５を一つだけ設けることとしてもよい。そのような昇圧／降圧回路４５の構成は上述の昇圧／降圧回路４５−１〜４５−４と同様であり、その説明は省略する。
【００５７】
本発明は具体的に開示された実施例に限られず、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形例及び改良例がなされるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、射出成形機のみならず、押出し成形機にも適用可能である。加熱の対象となる被加熱部は加熱シリンダのみならず、例えば加熱を必要とする金型にも適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの被加熱部を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段を備えた成形機であって、
前記誘導加熱手段は前記被加熱部に配設された誘導加熱部と、該誘導加熱部に供給する電力量を制御する電力供給制御部とを含み、
前記電力供給制御部は、周波数制御及び電流制御のいずれか一方により、該誘導加熱部に供給する電力を制御することを特徴とする成形機。
【請求項２】
請求項１に記載の成形機であって、
前記被加熱部は加熱シリンダの複数箇所に相当し、
前記電力供給制御部は直流電源部から電力を供給される加熱部制御用インバータを備え、該加熱部制御用インバータが前記周波数制御または電流制御を行うことを特徴とする成形機。
【請求項３】
請求項２に記載の成形機であって、
前記加熱部制御用インバータは数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内で前記周波数制御を行うことを特徴とする成形機。
【請求項４】
請求項２に記載の成形機であって、
前記加熱部制御用インバータは数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内の固定周波数を用いて前記電流制御を行うことを特徴とする成形機。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の成形機であって、
該成形機は１つ以上のモータを備え、該モータはモータ制御用直流電源部からモータ制御用インバータを介して電力が供給されるように構成されており、前記モータ制御用直流電源部を前記直流電源部として兼用することを特徴とする成形機。
【請求項６】
請求項５に記載の成形機であって、
前記加熱部制御用インバータ及び前記モータ制御用インバータの少なくとも一方の入力側にスイッチを設けたことを特徴とする成形機。
【請求項７】
請求項２〜４のいずれかに記載の成形機であって、
前記加熱部制御用インバータの入力側に電圧調整回路を備えたことを特徴とする成形機。
【請求項８】
成形機における少なくとも１つの被加熱部を誘導加熱により加熱する成形機の温度制御方法であって、
誘導加熱用の供給電力量を周波数制御または電流制御のいずれか一方で制御することにより該被加熱部の温度制御を行うことを特徴とする成形機の温度制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の成形機の温度制御方法であって、
前記周波数制御を数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内で行なうことを特徴とする成形機の温度制御方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の成形機の温度制御方法であって、
数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲の固定周波数で前記電流制御を行なうことを特徴とする成形機の温度制御方法。
【請求項１】
少なくとも１つの被加熱部を誘導加熱により加熱する誘導加熱手段を備えた成形機であって、
前記誘導加熱手段は前記被加熱部に配設された誘導加熱部と、該誘導加熱部に供給する電力量を制御する電力供給制御部とを含み、
前記電力供給制御部は、周波数制御及び電流制御のいずれか一方により、該誘導加熱部に供給する電力を制御することを特徴とする成形機。
【請求項２】
請求項１に記載の成形機であって、
前記被加熱部は加熱シリンダの複数箇所に相当し、
前記電力供給制御部は直流電源部から電力を供給される加熱部制御用インバータを備え、該加熱部制御用インバータが前記周波数制御または電流制御を行うことを特徴とする成形機。
【請求項３】
請求項２に記載の成形機であって、
前記加熱部制御用インバータは数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内で前記周波数制御を行うことを特徴とする成形機。
【請求項４】
請求項２に記載の成形機であって、
前記加熱部制御用インバータは数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内の固定周波数を用いて前記電流制御を行うことを特徴とする成形機。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の成形機であって、
該成形機は１つ以上のモータを備え、該モータはモータ制御用直流電源部からモータ制御用インバータを介して電力が供給されるように構成されており、前記モータ制御用直流電源部を前記直流電源部として兼用することを特徴とする成形機。
【請求項６】
請求項５に記載の成形機であって、
前記加熱部制御用インバータ及び前記モータ制御用インバータの少なくとも一方の入力側にスイッチを設けたことを特徴とする成形機。
【請求項７】
請求項２〜４のいずれかに記載の成形機であって、
前記加熱部制御用インバータの入力側に電圧調整回路を備えたことを特徴とする成形機。
【請求項８】
成形機における少なくとも１つの被加熱部を誘導加熱により加熱する成形機の温度制御方法であって、
誘導加熱用の供給電力量を周波数制御または電流制御のいずれか一方で制御することにより該被加熱部の温度制御を行うことを特徴とする成形機の温度制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の成形機の温度制御方法であって、
前記周波数制御を数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲内で行なうことを特徴とする成形機の温度制御方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の成形機の温度制御方法であって、
数Ｈｚ〜数十ＫＨｚの範囲の固定周波数で前記電流制御を行なうことを特徴とする成形機の温度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６５９１５
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【発行日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１６８４４（Ｐ２００５−５１６８４４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１９４１２
【国際出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【発行日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１９４１２
【国際出願日】平成１６年１２月２４日（２００４．１２．２４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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