JP7673496B2 - 油圧装置、成形機および油圧装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ポンプを用いて油圧アクチュエータを駆動させる、例えば射出成形機に適用される油圧装置に関する。

射出成形機は、型締装置と射出装置を備える。型締装置は固定金型および移動金型の型締めを行い、射出装置は固定金型と移動金型の間に形成刺されるキャビティに向けて溶融樹脂を射出する。油圧式の型締装置および射出装置は、作動油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプから供給される作動油により駆動される油圧アクチュエータと、を備える。油圧アクチュエータの駆動に基づいて成形サイクルにおける計量工程、射出工程などの各動作工程に対する制御が行われる。また、動作工程が切換わる際には、前の動作工程の挙動（残留圧力）が次の動作工程に影響を与えることなく、円滑かつ速やかに切換わるように、通常、油圧アクチュエータに対する圧抜きが行われる。

特許文献１は、油圧ポンプにおける駆動モータの回転数を可変制御し、油圧アクチュエータを駆動することにより成形サイクルにおける所定の動作工程の制御を行う制御手段を備える射出成形機における圧抜きの制御方法を開示する。特許文献１の制御方法は、駆動モータに、サーボ回路に接続することにより正回転制御または逆回転制御可能なサーボモータを用いるとともに、動作工程間の切換または動作工程内における動作変更の際にサーボモータを逆回転制御することにより動作工程における圧力を所定圧力となるアンロード圧力まで強制的に低下させる。

特許第４３７６８４１号公報

特許文献１によれば、射出シリンダ等の油圧アクチュエータから油圧ポンプに至るまでの回路内全体の残留圧力を、目的とする所定圧力まで確実に低下させることができる。これにより、特許文献１によると、切換時におけるショック圧の発生等の不具合を回避し、円滑な切換えを行うことができるとともに、高精度で安定した動作制御を実現できる、とされる。
ところが、特許文献１は、アクチュエータの油圧を低下させるときに、アクチュエータ側の作動油を油圧ポンプでタンク側に吐き出すことになるので、油圧ポンプの油圧が低下することになる。油圧ポンプの油圧が常圧、つまり大気圧より低くなると、作動油中に気泡が発生する。流動している作動油の中に気泡が発生すると、キャビテーションが発生するおそれがある。キャビテーションは油圧ポンプに損傷を与えるおそれがある。

以上より、本発明は、油圧アクチュエータに対する圧抜きを行いつつ、油圧ポンプの作動油に気泡、ひいてはキャビテーションが発生するのを防止できる射出成形機などの成形機に用いられる油圧装置を提供することを目的とする。

本発明の油圧装置は、油圧ポンプと、油圧ポンプの駆動源であって、正回転または逆回転するサーボモータと、第１油室と第２油室を備え、油圧ポンプから第１油室作動油が供給されることで動作する油圧アクチュエータと、を備える。
本発明の油圧装置は、基準動作と回転変更動作を行う。基準動作は、サーボモータにより正回転する油圧ポンプから油圧アクチュエータに対して、第１供給油圧で作動油が順流で流れる。回転変更動作は、基準動作において、作動油の供給圧力を第１供給油圧よりも低い第２供給油圧に低減することで作動油を逆流の流れに変更し、正回転する油圧ポンプに逆回転を誘発させる。

本発明の油圧装置は、好ましくは、基準動作においてサーボモータは基準トルク値で駆動され、回転変更動作においてサーボモータは第１トルク値で駆動される。第１トルク値は基準トルク値よりも小さい。

本発明の油圧装置は、好ましくは、第１トルク値によるサーボモータの制御が、駆動トルクの上限を規定する第１トルク制御、または、駆動トルクを第１トルク値に維持制御する第２トルク制御である。

本発明の油圧装置は、好ましくは、回転変更動作において、第１油室における作動油の実油圧が予め定められた基準油圧より小さくなると、第１トルク値を増大させる。

本発明の油圧装置は、好ましくは、回転変更動作において、油圧ポンプの逆回転の実回転数が予め定められる基準回転数よりも小さくなると、第１トルク値を減少させる。

本発明の油圧装置は、好ましくは、回転変更動作において、第１油室において降圧を開始してからの実経過時間が予め定められる第１基準時間に達すると、第１トルク値を減少させる。

本発明の油圧装置は、好ましくは、第１トルク値を、逆回転による第１油室の降圧が進むのにつれて連続的にまたは段階的に減少させる。

本発明は、以上で説明した油圧装置と型締装置を備える成形機を提供する。この成形機の型締装置は、固定金型を保持する固定盤と、固定盤に対向して配置され、可動金型を保持する可動盤と、を備え、可動盤は、油圧アクチュエータにより動作する。

本発明は、油圧ポンプと、油圧ポンプの駆動源であって、正回転または逆回転するサーボモータと、第１油室と第２油室を備え、油圧ポンプから第１油室作動油が供給されることで動作する油圧アクチュエータと、を備える油圧装置の運転方法を提供する。
この運転方法は、基準動作と回転変更動作を備える。基準動作はサーボモータにより正回転する油圧ポンプから油圧アクチュエータに対して、第１供給油圧で作動油が順流で流れる。回転変更動作は、基準動作において、作動油の供給圧力を第１供給油圧よりも低い第２供給油圧に低減することで作動油を逆流の流れに変更し、正回転する油圧ポンプに逆回転を誘発させる。

本発明によれば、ポンプの逆流時に常に油圧が常圧よりも高いため、油中に気泡が発生しない。このためキャビテーションが発生することがない。

本発明の一実施形態に係る射出成形機の概略構成を示す図である。 本実施形態に係る油圧ポンプの正回転から逆回転への変更動作を説明する図であって、第２油室がタンクと連通している型締動作を説明する図である。 本実施形態に係る油圧ポンプの正回転から逆回転への変更動作を説明する図であって、第２油室がタンクと連通していない型締ブロックの動作を説明する図である。 本実施形態に係る射出成形機の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る射出成形機の処理手順の他の例を示すフローチャートである。 本実施形態におけるサーボモータの速度、駆動トルクおよび第１油室における作動油の圧力の関係を示すグラフであって、図４のＳ１０５の手順が示される図である。 本実施形態におけるサーボモータの速度、駆動トルクおよび第１油室における作動油の圧力の関係を示すグラフであって、図４のＳ１１１の手順が示される図である。 本実施形態におけるサーボモータの速度、駆動トルクおよび第１油室における作動油の圧力の関係を示すグラフであって、サーボモータの回転が停止する例が示されている図である。 本実施形態におけるサーボモータの速度、駆動トルクおよび第１油室における作動油の圧力の関係を示すグラフであって、図５のＳ２１１の手順が示される図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る射出成形機１について説明する。射出成形機１は、油圧アクチュエータとしての型締シリンダ１８を用いて射出成形を行ういずれかの段階において、型締シリンダ１８の作動油が供給される側の第１油室１８Ａから油圧ポンプ４１に向けて作動油を逆流させることで、油圧ポンプ４１をそれまでの正回転から逆回転にさせる。この油圧ポンプ４１に逆回転を誘発させる経路中の作動油に気泡が発生するのを避けることを通じて、キャビテーションの発生を避けることができる。以下、射出成形機１の概略構成（図１）、作動油を逆流させることによる油圧ポンプ４１の正回転から逆回転への回転変更動作の説明（図２，図３）および回転変更動作を伴う射出成形機１の制御手順（図４～図９）の順に、本実施形態を説明する。なお、射出成形機１は、図１に示すように、構成要素として型締装置２と射出装置３を備えるが、本実施形態においては主に型締装置２を対象として説明する。したがって、射出装置３は一部のみが図１に示される。

［射出成形機１の概略構成：図１］
射出成形機１は、図１に示すように、型締装置２と射出装置３を主たる要素として備える。射出装置３としては、射出バレル５のみが示されている。射出バレル５は、固定金型１４と可動金型１５との間に形成されるキャビティに射出材料である溶融樹脂を射出する。

［型締装置２：図１］
型締装置２は、所望の形状の成形品を得るための一対の固定金型１４および可動金型１５をそれぞれ支持する固定盤１２および可動盤１３と、型締めのための駆動力を発生させる型締シリンダ１８と、型締シリンダ１８に作動油を供給する油圧供給システム３０と、各種構成を制御するコントローラ１００と、を備える。可動金型１５を保持する可動盤１３は固定盤１２に対して進退移動可能に設けられる。型締装置２は、本発明における油圧装置を含んでいる。

固定盤１２にはストロークが小さくかつ断面積の大きな油圧アクチュエータの一方の要素である型締シリンダ１８が、その四隅に設けられている。なお、型締シリンダ１８は、可動盤１３に設けることもできる。型締シリンダ１８の中を摺動するピストン１６はその一側面にそれぞれタイバー１７の一端が接続され、このタイバー１７は対向する可動盤１３が型閉のため近づくと、可動盤１３の４隅に開けられた４個の挿通孔をそれぞれ貫通する。ピストン１６は、油圧アクチュエータの他方の要素である。ピストン１６の外周面には、作動油の漏えい防止のためのパッキンが巻き回されてもよい。

型締シリンダ１８は、ピストン１６を境にして第１油室１８Ａと第２油室１８Ｂを備える。第１油室１８Ａは、型締の際に油圧源４０からの作動油が供給される。第１油室１８Ａに作動油が供給されることで、ピストン１６が動作、図１においては右向きに移動して型締めがなされると、第２油室１８Ｂから作動油が排出される。後述するように、第１油室１８Ａには第１配管５１が接続されており、第２油室１８Ｂには第２配管５３が接続されている。

第１油室１８Ａおよび第２油室１８Ｂには、内部の作動油の圧力を測定する第１圧力センサ２１Ａおよび第２圧力センサ２１Ｂが設けられる。第１圧力センサ２１Ａで測定される第１油室１８Ａにおける作動油の圧力および第２圧力センサ２１Ｂで測定される第２油室１８Ｂにおける作動油の圧力は、コントローラ１００に送られる。

各タイバー１７の他端は、それぞれ等ピッチまたは不等ピッチの複数のリング状の平行溝（または螺旋状のねじ溝）が形成されている。可動盤１３の背面には、各タイバー１７のリング状の平行溝と噛合するハーフナット１９が設けられている。
この可動盤１３の停止位置でハーフナット１９が作動してハーフナット１９の内側のリング状の平行溝がタイバー１７の先端部のリング状の平行溝と係合してタイバー１７とハーフナット１９とが結合する。その後、型締シリンダ１８の第１油室１８Ａに作動油を供給することで第１油室１８Ａを所定の圧力で昇圧して型締めする。このようにして型締動作を行った後に、型締めの昇圧状態を維持する型締ブロックの状態において射出バレル５から固定金型１４と可動金型１５とで形成されるキャビティ内に溶融樹脂を射出して成形品を成形する。
型締装置２は、例えばボールねじナットなどの可動盤１３の移動手段を備えるが、本実施形態においては、その記載が省略されている。

［油圧供給システム３０：図１］
油圧供給システム３０は、図１に示すように、型締シリンダ１８に向けて作動油を吐出する油圧源４０と、油圧源４０に連なり、油圧源４０から吐出される作動油を型締シリンダ１８に届ける作動油回路５０と、を備える。本実施形態の油圧供給システム３０において、一例として、複数の型締シリンダ１８に対応して一つの作動油回路５０が設けられ、一つの作動油回路５０に対して共通する油圧源４０が一台だけ設けられている。なお、４個の型締シリンダ１８に対し、それぞれに独立する作動油回路５０を備えるようにしてもよいし、また、４個の型締シリンダ１８に対し、それぞれ独立した油圧源４０を備えるようにしてもよい。
油圧供給システム３０における油圧源４０および作動油回路５０の動作は、コントローラ１００により制御される。

［油圧源４０：図１］
油圧源４０は、サーボモータ（ＳＭ）４３と、駆動源であるサーボモータ４３の回転駆動により動作して作動油を吐出する油圧ポンプ４１と、サーボモータ４３に付随して回転速度および回転方向を検出するエンコーダ（Ｅ）４５と、を備える。

サーボモータ４３は、回転角度をエンコーダ４５が検出しており、検出された回転角度はコントローラ１００に出力される。コントローラ１００は、サーボモータ４３の回転数の指令値に対応するパルス信号を生成しサーボモータ４３に出力してサーボモータ４３を指令値で回転駆動させる。コントローラ１００には、サーボモータ４３のエンコーダで検出された回転角度が継続して入力されており、コントローラ１００は、当該回転角度に基づいてフィードバック補正をしながら指令値に基づく回転数（回転速度）が得られるようにサーボモータ４３を制御する。

ここで、サーボモータ４３は、サーボ機構において回転角度、回転速度等を制御する用途に使用可能なモータであるかぎり、その種類は任意である。例えば、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、ステッピングモータなどを適用できる。また構造についても、例えば、ステータ構造は分布巻き型でも集中巻き型でもどちらでもよいし、ロータ構造は表面磁石貼付型（ＳＰＭ）モータでも、内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータのどちらでもよい。

油圧ポンプ４１には作動油を作動油回路５０に向けて供給する吐出管４６が接続される。油圧ポンプ４１には、一例として固定容量型のポンプが適用される。また、タンク４９に臨んで作動油が排出される排出管４７が設けられる。吐出管４６および排出管４７は、後述する切換弁回路５５に接続される。吐出管４６には油圧センサ４８が設けられ、この油圧センサ４８は吐出管４６を流れる作動油の圧力を測定する。油圧センサ４８で測定される作動油の圧力はコントローラ１００に送られる。

［作動油回路５０：図１］
作動油回路５０は、油圧源４０から吐出される作動油を型締シリンダ１８に供給する経路および給油動作を担う。この動作は、型締動作における昇圧時と、射出工程前における型締ブロックと、射出工程における型締ブロックと、を含んでいる。作動油回路５０は、以下の構成を備える。
なお、作動油回路５０において、上流および下流は、油圧ポンプ４１を正回転させて作動油が流れる向きを基準にしており、油圧ポンプ４１が正回転するときには油圧ポンプ４１が最も上流に位置することになる。また、正回転と逆回転は、回転の向きが互いに逆であることを意図しているにすぎない。

［コントローラ１００］
コントローラ１００は、図４～図９を参照して説明する第１手順および第２手順に必要な要素を備えている。この要素としては、第１手順および第２手順を実行するためのプログラムがある。また、この要素としては、第１手順および第２手順を実行するのに必要な測定される実測データの取得がある。さらに、この要素としては、実測データと比較される基準データがある。
実測データとしては実油圧Ｐａ、実逆回転数Ｒａおよび実経過時間Ｔｉａなどがあり、基準データとしては基準油圧Ｐｃ、基準回転数Ｒｃ、基準トルク値Ｔｒｃ、第１基準時間Ｔｉｃ１および第２基準時間Ｔｉｃ２などがある。

実測データは、第１手順および第２手順を実行する際に第１圧力センサ２１Ａ、エンコーダ４５などの測定機器から取得する。なお、コントローラ１００はタイマ機能を備えており、実経過時間Ｔｉａは自身から取得することになる。
基準データは、コントローラ１００が備える記憶領域に保存されており、実測データとの比較の際には記憶領域から読み出されている。

［第１配管５１，第２配管５３，切換弁回路５５：図１］
作動油回路５０は、図１に示すように、型締動作の際に油圧ポンプ４１から吐出される作動油が型締シリンダ１８に向けて流れる第１配管５１と、型締動作の際に型締シリンダ１８から排出される作動油が流れる第２配管５３と、を備える。型締動作の際には第１配管５１から流れる作動油は、型締シリンダ１８の第１油室１８Ａに供給され、第２配管５３に流れる作動油は、型締シリンダ１８の第２油室１８Ｂから排出される。
型開き動作の際には、型締シリンダ１８の第２油室１８Ｂに第２配管５３から作動油が供給される一方、型締シリンダ１８の第１油室１８Ａから排出される作動油が第１配管５１を流れる。

切換弁回路５５は、上流側が吐出管４６および排出管４７に接続され、下流側が第１配管５１および第２配管５３に接続される。
切換弁回路５５は、例えば型締動作の際には、吐出管４６と第１配管５１とを連通するとともに、排出管４７と第２配管５３とを連通する作動油の経路を構成する。また、切換弁回路５５は、例えば型開き動作の際には、吐出管４６と第２配管５３とを連通するとともに、排出管４７と第１配管５１とを連通する作動油の経路を構成する。さらに、切換弁回路５５は、型締ブロック時には、吐出管４６と第１配管５１とを連通するが、第２配管５３は封止する。以上の連通および封止の状態はあくまで例示である。

［油圧ポンプ４１の正回転から逆回転への変更動作：図２，図３］
本実施形態は、油圧アクチュエータである型締シリンダ１８から油圧ポンプ４１に向けて作動油を逆流させることで、油圧ポンプ４１をそれまでの正回転から逆回転に回転の向きを変更させる。この油圧ポンプ４１への作動油の逆流、逆回転により、油圧ポンプ４１の作動油の圧力が常圧（大気圧）よりも高いために作動油に気泡が発生するのを避けることができる。この正回転から逆回転への変更動作の具体例を図２（第１形態）および図３（第２形態）を参照して説明する。

［第１形態（型締動作）：図２］
はじめに、型締動作における油圧ポンプ４１の正回転から逆回転への回転変更動作について、図２を参照して説明する。
型締動作においては、図２（ａ）に示すように、サーボモータ４３の正回転駆動により油圧ポンプ４１が運転されることにより、型締シリンダ１８の第１油室１８Ａに作動油が供給される。作動油の流れは矢印にて示されており、これを順流とする。この作動油の順路における上流は油圧ポンプ４１の側が該当し、下流が型締シリンダ１８の側に該当する。
このときの油圧ポンプ４１における作動油の吐出圧力はＰａであり、かつ第１油室１８Ａに作動油による型締油圧Ｐａが作用している。第２油室１８Ｂはタンク４９に連通している。型締油圧Ｐａは型締動作をするのに必要であり、次に説明する第２吐出油圧ｐに比べて高圧である必要がある。

図２（ａ）の型締動作（基準動作）の過程で、次に説明するように、油圧ポンプ４１の正回転から逆回転への回転変更動作が誘発される。この回転変更動作は、コントローラ１００が油圧源４０（油圧ポンプ４１、サーボモータ４３およびエンコーダ４５）の動作を制御することにより行われる。

図２（ｂ）に示すように、油圧ポンプ４１が正回転して発生させている、油圧ポンプ４１の吐出圧力を高圧の第１吐出油圧Ｐａから低圧の第２供給油圧ｐ（Ｐａ＞ｐ）に切り替える。これにより、第１油室１８Ａの型締油圧Ｐａと油圧ポンプ４１の第２供給油圧ｐの差によって、第１油室１８Ａの内部の作動油は、第１油室１８Ａから油圧ポンプ４１に向けて流出する。第１油室１８Ａの内部の作動油が流出するので、第１油室１８Ａの内部の圧力は低下、つまり降圧する。また、この第１油室１８Ａからの作動油の流れは、図２（ｂ）に示すように、作動油を送り出す油圧ポンプ４１を基準とすれば逆流である。また、第１油室１８Ａからの作動油の流れ（逆流）は、流れてくる元側（第１油室１８Ａ）が上流であり、流れていく先側（油圧ポンプ４１）が下流となる。なお、高圧な第１吐出油圧Ｐａから低圧な第２供給油圧ｐへの切り替えは、油圧ポンプ４１を駆動するサーボモータ４３の駆動トルクをそれまでよりも小さい値（第１トルク値Ｔｒ１）にすることにより実行されるが、これについては後述する射出成形機１の制御手順において言及する。

ところで、作動油の流れに対向する、換言すれば作動油の流れを押し留めようとする圧力が背圧であることから、図２（ｂ）の場合、変更後の油圧ポンプ４１からの作動油の第２供給油圧ｐが背圧に該当する。
そして、第１油室１８Ａから作動油が第１配管５１および吐出管４６を介して油圧ポンプ４１に流れ込むため、油圧ポンプ４１は作動油に押されて、それまでの正回転を維持することができず逆回転に回転方向が強制的に変更される。油圧ポンプ４１の回転変更に追従してサーボモータ４３も正回転から逆回転に回転の向きが変更される。

以上説明したように、第１形態においてアクチュエータである型締シリンダ１８の側からの作動油の逆流によって油圧ポンプ４１が逆回転してしまうことを利用して、第１油室１８Ａの作動油に圧力を負荷しながら降圧させる。これにより、油圧ポンプ４１への作動油の逆流時に常に油圧が常圧よりも高くなるため、作動油の中に気泡が発生するのを抑えることを通じて、キャビテーションが発生することを防止できる。

ここで、油圧ポンプ４１の回転を正回転から逆回転への回転変更動作を起こすためのきっかけである第１吐出油圧Ｐａから第２供給油圧ｐへの切り替えについて説明する。
第２供給油圧ｐは、油圧ポンプ４１における最も低い吐出圧力またはこの近傍の極めて低い圧力を想定している。一方で、第１油室１８Ａから油圧ポンプ４１へ作動油の逆流による背圧発生の目的である作動油中の気泡およびキャビテーションの発生を防止するには、油圧ポンプ４１が制御可能な最低の吐出圧力程度の低い油圧でも可能であり、かつ第１油室１８Ａの型締油圧Ｐａを速やかに降圧するためには、背圧（吐出圧力）ｐは低圧であるほど好ましい。
以上より、第１吐出油圧Ｐａから切り替えられた第２供給油圧ｐは、油圧ポンプ４１が制御可能な最低の吐出圧力程度であることが好ましい。このことは、次に説明する第２形態においても同様である。

［第２形態（型締ブロック状態）：図３］
はじめに、型締ブロック状態における油圧ポンプ４１の正回転から逆回転への回転変更動作について、図３を参照して説明する。ここで、型締ブロック状態とは、図２で説明した型締動作により必要な型締めの状態が得られた後に、型締シリンダ１８の少なくとも型締側油室である第１油室１８Ａを密封し、その型締めの状態を維持することを言う。この型締装置ブロック状態において、射出成形における可塑化工程、射出工程および保圧工程が実行される。

型締ブロックの状態において、図３（ａ）に示すように、第１油室１８Ａおよび第２油室１８Ｂの内部は密封され、それぞれの作動油には型締油圧Ｐａ、対向油圧Ｐｂが発生している。対向油圧Ｐｂは、型締力に対向する作動油の圧力であることから、第１形態と同様に、回転変更のための第２供給油圧ｐに比べて高圧である。

図３（ａ）の型締ブロックの状態（基準動作）において、次に説明するように、油圧ポンプ４１の正回転から逆回転への回転変更動作が誘発される。この回転変更動作は、コントローラ１００が油圧源４０（油圧ポンプ４１、サーボモータ４３およびエンコーダ４５）の動作を制御することにより実行される。

図３（ｂ）に示すように、油圧ポンプ４１が正回転して発生させている、油圧ポンプ４１の吐出圧力を高圧である第１供給油圧Ｐａから低圧である第２吐出油圧ｐに切り替えた後に、第２油室１８Ｂの密封を解除して型締ブロックを解除する。これにより、型締油圧Ｐａが発生している第１油室１８Ａと、管内油圧が第２吐出油圧ｐである第１配管５１と、吐出管４６とが連通する。これにより生じる第１油室１８Ａと、第１配管５１と、吐出管４６との圧力差によって、第１油室１８Ａの内部の作動油は、第１油室１８Ａから油圧ポンプ４１に向けて流出する。第１油室１８Ａの内部の作動油が流出するので、第１油室１８Ａの内部の圧力は低下、つまり降圧する。また、この第１油室１８Ａからの作動油の流れは、図３（ｂ）に示すように、作動油を送り出す油圧ポンプ４１を基準とすれば逆流である。また、第１油室１８Ａからの作動油の流れ（逆流）は、流れてくる元側（第１油室１８Ａ）が上流であり、流れていく先側（油圧ポンプ４１）が下流となる。

作動油の流れに対向する、換言すれば作動油の流れを押し留めようとする圧力が「背圧」であることから、図３（ｂ）の場合、油圧ポンプ４１の第２吐出油圧ｐが背圧に該当する。
そして、第１油室１８Ａの側から作動油が第１配管５１および吐出管４６を介して油圧ポンプ４１に流れ込むため、油圧ポンプ４１は作動油に押されて、それまでの正回転を維持することができず逆回転に回転方向が強制的に変更される。

以上説明したように、第２形態においてもアクチュエータである型締シリンダ１８の側からの作動油の逆流によって油圧ポンプ４１が逆回転してしまうことを利用して、アクチュエータの油圧に圧力を負荷しながら降圧させる。これにより、油圧ポンプ４１への作動油の逆流時に常に油圧が常圧よりも高くなるため、作動油の中に気泡が発生するのを抑えることを通じて、キャビテーションが発生することを防止できる。

［射出成形機１の制御手順：図４～図９］
回転変更動作を伴う射出成形機１の制御手順の具体例を、図４～図９を参照して説明する。この具体的制御手順は、以上で説明した第１形態、第２形態における油圧ポンプ４１の逆回転の動作を維持しつつ、経路中の作動油に気泡が発生するのを防止することを目的とする。以下では、型締動作について、第１手順と第２手順の二つの制御手順を例示する。なお、以下では第１手順と第２手順を区別して説明するが、第１手順と第２手順を組み合わせて一つの制御手順とすることもできるし、第１手順と第２手順の中から必要な制御要素を抜き出して、第１手順と第２手順とは異なる他の制御手順にすることもできる。

［第１手順：図４，図６，図７，図８］
第１手順について、図４、図６～図８を参照して説明する。
型締動作が開始された後に、図４に示すように、それまで正回転している油圧ポンプ４１を逆回転へ回転変更が誘発される（図４ Ｓ１０１）。この回転変更は、サーボモータ４３の駆動トルクを低下させることで発生する。例えば、回転変更の前までのサーボモータ４３の駆動トルクをＴｒｃ（基準トルク値Ｔｒｃ）とすると、回転変更の移行に伴ってサーボモータ４３の駆動トルクを第１トルク値Ｔｒ１（Ｔｒｃ＞Ｔｒ１）に減少させる。この基準トルク値Ｔｒｃおよび第１トルク値Ｔｒ１は、前述した第１形態および第２形態で説明した第１供給油圧Ｐａおよび第２吐出油圧ｐ（Ｐａ＞ｐ）に対応する。したがって、第１形態および第２形態で説明したように、第１油室１８Ａの側から作動油が第１配管５１および吐出管４６を介して油圧ポンプ４１に流れ込むため、油圧ポンプ４１は作動油に押されて、それまでの正回転から逆回転に回転の向きが変更される。

サーボモータ４３の第１トルク値Ｔｒ１による駆動制御は、駆動トルクを第１トルク値Ｔｒ１に維持制御するトルク制御であってもよいし、駆動トルクの上限を規定するトルク制限制御であってもよい。トルク制限制御は、駆動トルクの上限を上限トルク値Ｔｒ３（Ｔｒ３＞Ｔｒ１）と規定して実行される。このトルク制限は、所定の位置を保持するように制御する位置制御、または、所定の正回転方向の回転数を維持するように制御する回転数制御の、いずれの制御であってもよい。

次に、油圧ポンプ４１が逆回転で運転されている最中に、コントローラ１００は、油圧ポンプ４１について測定される逆回転数（実逆回転数）Ｒａと予め定められる基準回転数Ｒｃとを比較する（図４ Ｓ１０３）。コントローラ１００は、実逆回転数Ｒａが基準回転数Ｒｃよりも小さくなると（Ｓ１０３ Ｙ）、第１トルク値Ｔｒ１が減少するようにサーボモータ４３の動作を制御する（図４ Ｓ１０５）。このとき、第１トルク値Ｔｒ１は予め定められる第２トルク値Ｔｒ２まで減少できる。サーボモータ４３の第１トルク値Ｔｒ１を減少させることで逆回転抵抗が小さくなるとともに逆流抵抗が低減する。そうすることで、第１油室１８Ａからの作動油の逆流量をこれまでよりも増大させて、逆回転が停止しないように制御する。

第１トルク値Ｔｒ１を減少させる制御（Ｓ１０５）は、少なくとも実逆回転数Ｒａが基準回転数Ｒｃ以上になるまで継続される（図４ Ｓ１０７ Ｎ，Ｙ）。

次に、油圧ポンプ４１が逆回転で運転されている最中に、吐出管４６における油圧Ｐａと基準油圧Ｐｃとが比較される（図４ Ｓ１０９）。この比較は、コントローラ１００により行われる。つまり、コントローラ１００は、吐出管４６に設けられる圧力センサ４８で測定される油圧（実油圧）Ｐａを継続して取得するともに、自信が保持する基準油圧Ｐｃとの大小関係を判断する（Ｓ１０９）。

実油圧Ｐａが基準油圧Ｐｃよりも小さくなったことが判明すれば（Ｓ１０９ Ｙ）、コントローラ１００は第１トルク値Ｔｒ１をこれまでよりも増大させるようにサーボモータ４３の動作を制御する（図４ Ｓ１１１）。第１トルク値Ｔｒ１を増大させることで逆回転抵抗を増大して、逆流抵抗を増大させて吐出管４６の油圧の低下を抑制する。これにより、吐出管４６の油圧を常圧よりも高く維持して気泡の発生を防止できる。圧力流である逆流において、最下流付近の吐出管４６の油圧を常圧よりも高く維持することで、吐出管４６内の圧力よりも高い圧力を有する上流側の作動油全体の油圧を常圧よりも高く維持して気泡の発生を防止できる。基準油圧Ｐｃは吐出管４６の油圧を常圧よりも高く維持することを前提に設定される。

図６は、第１トルク値Ｔｒ１を増大する具体例を示している。図６に示すように、吐出管４６の逆流油圧（アクチュエータ側油圧）Ｐａが運転の経過ともなって小さくなり、基準油圧Ｐｃまで下がったとする。そうすると、コントローラ１００の指示により、サーボモータ４３の駆動トルクおよび速度を増大させることで、第１トルク値Ｔｒ１を増大させる。

第１トルク値Ｔｒ１を増大する制御（Ｓ１１１）は、すくなくとも実油圧Ｐａが基準油圧Ｐｃ以上になるまで継続される（図４ Ｓ１１３ Ｎ，Ｙ）。

図７は図４のステップＳ１０５における第１トルク値Ｔｒ１を減少させる具体的事例を示している。この事例では、実逆回転数Ｒａが基準回転数Ｒｃよりも小さくなると、モータトルク制御（指令），モータトルク（実）が、第１トルク値Ｔｒ１からを第２トルク値Ｔｒ２に減少されている。

油圧ポンプ４１またはサーボモータ４３の回転系部材の摺動個所の静摩擦係数が大きいと、逆回転が停止すると、静摩擦力を越えるほどの逆回転力が付加されるまで逆回転をさせることができない。

しかし、作動油の逆流が停止することによりアクチュエータ側である第１油室１８Ａの油圧が低下せずに逆回転方向に力が付加され続けることによって、逆回転が再開することがある。この場合、静摩擦力を超える逆回転力は大きく、且つ静摩擦力が解放されるのは瞬時にエネルギが解放されるため加速が大きい。これにより再開した逆回転の回転数が大きくなり、油圧ポンプ４１またはサーボモータ４３の許容逆回転数上限を超えてしまい破損が生じるおそれがある。図８にはこの具体的事例が示されており、逆回転していたのに回転が停止した後に、サーボモータ４３は逆回転を再開するものの、許容逆回転数上限を超える。
図４のＳ１０３～Ｓ１０７の手順は、許容逆回転数上限を超えるのを防止する効果をも奏する。

以上のＳ１０３～Ｓ１１３の制御は、型締工程が完了するまで、または型開工程が開始するまで継続される（図４ Ｓ１１５）。

［第２手順：図５，図９］
次に、第２手順について、図５および図９を参照して説明する。なお、第２手順における図５のＳ２０１、Ｓ２０９～Ｓ２１５は、第１手順における図４のＳ１０１、Ｓ１０９～Ｓ１１５と同じ制御内容であることから、以下では図５のＳ２０３～Ｓ２０７の手順について説明する。第２手順におけるＳ２０３～Ｓ２０７の制御は、第１手順におけるＳ１０３～Ｓ１０７の制御と同様の目的であって、油圧ポンプ４１の逆回転を停止させないことを目的としている。

コントローラ１００は、アクチュエータ側である第１油室１８Ａの降圧を開始後からの経過時間Ｔｉａと第１基準時間Ｔｉｃ１を比較する（図５ Ｓ２０３）。経過時間Ｔｉａが第１基準時間Ｔｉｃ１に到達する（Ｔｉａ＝Ｔｉｃ１）する、つまりタイムアップすると（Ｓ２０３ Ｙ）、第１トルク値Ｔｒ１を減少させる（図５ Ｓ２０５）。このとき、第１トルク値Ｔｒ１は予め定められる第２トルク値Ｔｒ２まで減少できる。サーボモータ４３の第１トルク値Ｔｒ１を減少させることで逆回転抵抗が小さくなるとともに逆流抵抗が低減する。そうすることで、第１油室１８Ａからの作動油の逆流量をこれまでよりも増大させて、逆回転が停止しないように制御する。

図９は図５のステップＳ２０５における第１トルク値Ｔｒ１を減少させる具体的事例を示している。この事例では、経過時間Ｔｉａが第１基準時間Ｔｉｃ１に達すると、モータトルク制御（指令），モータトルク（実）が、第１トルク値Ｔｒ１から第２トルク値Ｔｒ２に減少されている。

第１トルク値Ｔｒ１を減少させる制御（Ｓ２０５）は、経過時間Ｔｉａが第２基準時間Ｔｉｃ２に到達する（Ｔｉａ＝Ｔｉｃ２）するまで継続される（図５ Ｓ２０７ Ｎ，Ｙ）。

［射出成形機１が奏する効果］
以下、本実施形態に係る油圧機構が奏する効果を説明する。
本実施形態に係る油圧機構は、アクチュエータである型締シリンダ１８の側からの作動油の逆流によって油圧ポンプ４１が逆回転してしまうことを利用して、第１油室１８Ａから吐出管４６の間の作動油に圧力を負荷しながら降圧させる。これにより、油圧ポンプ４１への作動油の逆流時に常に油圧が常圧よりも高くなるため、作動油の中に気泡が発生するのを抑えることを通じて、キャビテーションが発生することを防止できる。

本実施形態に係る油圧機構は、実油圧Ｐａが基準油圧Ｐｃよりも小さくなったことが判明すると、コントローラ１００は第１トルク値Ｔｒ１をこれまでよりも増大するようにサーボモータ４３の動作を制御する。第１トルク値Ｔｒ１を増大することで逆回転抵抗を増大して、逆流抵抗を増大させて吐出管４６の油圧の低下を抑制する。これにより、吐出管４６の油圧を常圧よりも高く維持して気泡の発生を防止できる。圧力流である逆流において、最下流付近の吐出管４６の油圧を常圧よりも高く維持することで、吐出管４６内の圧力よりも高い圧力を有する上流側の作動油全体の油圧を常圧よりも高く維持して気泡の発生を防止できる。

本実施形態に係る油圧機構は、実逆回転数Ｒａが基準回転数Ｒｃよりも小さくなると、第１トルク値Ｔｒ１が減少するようにサーボモータ４３の動作が制御される。サーボモータ４３の第１トルク値Ｔｒ１を減少させることで逆回転抵抗が小さくなるとともに逆流抵抗が低減する。そうすることで、第１油室１８Ａからの作動油の逆流量をこれまでよりも増大させて、逆回転が停止しないように制御する。

本実施形態に係る油圧機構は、経過時間Ｔｉａが第１基準時間Ｔｉｃ１に到達すると、第１トルク値Ｔｒ１を減少させる。サーボモータ４３の第１トルク値Ｔｒ１を減少させることで逆回転抵抗が小さくなるとともに逆流抵抗が低減する。そうすることで、第１油室１８Ａからの作動油の逆流量をこれまでよりも増大させて、逆回転が停止しないように制御する。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
以上の実施形態においては、型締装置２を対象として説明したが、射出装置３においても、油圧アクチュエータ、油圧ポンプおよびサーボモータを用いて例えば射出シリンダを動作させることが行われているので、本発明の適用対象にできる。

以上で説明した実施形態においては、第１トルク値Ｔｒ１を一定にすることを前提として説明したが、逆回転による降圧が進むのにつれて第１トルク値Ｔｒ１を所定の変化率で連続的にまたは所定の変化値で段階的に小さくしてもよい。このとき所定の変化率および所定の変化値は、予め設定された一定値でもよいし、変更の直前に測定した実効値（実油圧Ｐａ、実逆回転数Ｒａ）と基準値（基準油圧Ｐｃ、基準回転数Ｒｃ）の差に基づいて算出した値でもよい。
アクチュエータ側である第１油室１８Ａの降圧開始時の油圧は大きいため、圧力流である逆流の流量が大きい。このため油圧ポンプ４１の逆回転数が高くなり、逆回転数が過大になり易くなる。これに対し、降圧開始時の逆流抵抗を高くして、つまり第１トルク値Ｔｒ１を増大して逆流量を抑制して、油圧ポンプ４１またはサーボモータ４３の逆回転数の上昇を抑制する。また、降圧が進むのにつれてアクチュエータ側の油圧が連続的にまたは段階的に低くなり逆回転力が低下する。このため第１トルク値Ｔｒ１が大きいままだと、逆回転数が低下して逆流量も低下し降圧の進捗が遅くなるので、逆流抵抗を低くして（第１トルク値Ｔｒ１を小さくして）逆流を促進して、油圧ポンプ４１またはサーボモータ４３の逆回転数の低下を抑制する。このときアクチュエータ側の油圧が連続的にまたは段階的に低くなり逆回転力が低下するので、逆流する作動油の油圧もまた連続的にまたは段階的に低くなる。これによるとトルクおよび油圧の変更時の衝撃を低減でき油圧回路の損傷を防止できる。
この場合、実油圧Ｐａが基準油圧Ｐｃよりも小さくなったことが判明した際の、または実逆回転数Ｒａが基準回転数Ｒｃよりも小さなった際の、あるいは経過時間Ｔｉａが第１基準時間Ｔｉｃ１に到達した際の、第１トルク値Ｔｒ１の変更も所定の変化率で連続的にまたは所定の変化値で段階的に変更してもよい。
これによって、キャビテーションの原因となる気泡が発生するような急激な油圧の低下を防止できるとともに、油圧ポンプ４１の逆回転数が過大になるのを防止できる。
また、逆流により誘発される油圧ポンプ４１およびサーボモータ４３の逆回転を利用して、電流の電源回生を行ってもよい。これにより一旦消費した電力を回収して省エネルギ効果を得ることができる。

１ 射出成形機
２ 型締装置
３ 射出装置
５ 射出バレル
１２ 固定盤
１３ 可動盤
１４ 固定金型
１５ 可動金型
１６ ピストン
１７ タイバー
１８ 型締シリンダ
１８Ａ 第１油室
１８Ｂ 第２油室
１９ ハーフナット
２１Ａ 第１圧力センサ
２１Ｂ 第２圧力センサ
３０ 油圧供給システム
４０ 油圧源
４１ 油圧ポンプ
４３ サーボモータ
４５ エンコーダ
４６ 吐出管
４７ 排出管
４９ タンク
５０ 作動油回路
５１ 第１配管
５３ 第２配管
５５ 切換弁回路
１００ コントローラ
ｐ 第２吐出油圧
Ｐａ 第１吐出油圧，型締油圧，実油圧
Ｐｃ 基準油圧
Ｒｃ 基準回転数
Ｒａ 実逆回転数
Ｔｒｃ 基準トルク値
Ｔｒ１ 第１トルク値
Ｔｒ２ 第２トルク値
Ｔｒ３ 上限トルク値
Ｔｉｃ１ 第１基準時間
Ｔｉｃ２ 第２基準時間
Ｔｉａ 実経過時間

Claims (11)

1. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプの駆動源であって、正回転または逆回転するサーボモータと、
   第１油室と第２油室を備え、前記油圧ポンプから前記第１油室に作動油が供給されることで動作する油圧アクチュエータと、を備える油圧装置であって、
   前記サーボモータにより前記正回転する前記油圧ポンプから前記第１油室に対して、第１供給油圧で前記作動油が順流で流れる基準動作と、
   前記基準動作によって、前記第１油室に供給された前記作動油に対して負荷する圧力を前記第１供給油圧よりも低い第２供給油圧に低減することで前記作動油を逆流の流れに変更し、前記正回転する前記油圧ポンプに前記逆回転に誘発させる回転変更動作と、
   を行うことを特徴とする油圧装置。
   
2. 前記基準動作において前記サーボモータは基準トルク値で駆動され、
   前記回転変更動作において前記サーボモータは第１トルク値で駆動され、
   前記第１トルク値は前記基準トルク値よりも小さい、
   請求項１に記載の油圧装置。
   
3. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプの駆動源であって、正回転または逆回転するサーボモータと、
   第１油室と第２油室を備え、前記油圧ポンプから前記第１油室に作動油が供給されることで動作する油圧アクチュエータと、を備える油圧装置であって、
   前記サーボモータにより前記正回転する前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに対して、第１供給油圧で前記作動油が順流で流れる基準動作と、
   前記基準動作において、前記作動油の供給圧力を前記第１供給油圧よりも低い第２供給油圧に低減することで前記作動油を逆流の流れに変更し、前記正回転する前記油圧ポンプに前記逆回転に誘発させる回転変更動作と、を行うとともに、
   前記基準動作において前記サーボモータは基準トルク値で駆動され、
   前記回転変更動作において前記サーボモータは第１トルク値で駆動され、
   前記第１トルク値は前記基準トルク値よりも小さい、
   ことを特徴とする油圧装置。
   
4. 前記第１トルク値による前記サーボモータの制御が、
   駆動トルクの上限を規定する第１トルク制御、または、駆動トルクを前記第１トルク値に維持制御する第２トルク制御である、
   請求項２または請求項３に記載の油圧装置。
   
5. 前記回転変更動作において、
   前記第１油室における前記作動油の実油圧が予め定められた基準油圧より小さくなると、前記第１トルク値を増大させる、
   請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の油圧装置。
   
6. 前記回転変更動作において、
   前記油圧ポンプの前記逆回転の実回転数が予め定められる基準回転数よりも小さくなると、前記第１トルク値を減少させる、
   請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の油圧装置。
   
7. 前記回転変更動作において、
   前記第１油室において降圧を開始してからの実経過時間が予め定められる第１基準時間に達すると、前記第１トルク値を減少させる、
   請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の油圧装置。
   
8. 前記第１トルク値を、前記逆回転による前記第１油室の降圧が進むにつれて連続的にまたは段階的に減少させる、
   請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の油圧装置。
   
9. 油圧ポンプと、前記油圧ポンプの駆動源であって、正回転または逆回転するサーボモータと、第１油室と第２油室を備え、前記油圧ポンプから前記第１油室に作動油が供給されることで動作する油圧アクチュエータと、を備える請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の油圧装置と、
   固定金型を保持する固定盤と、前記固定盤に対向して配置され、可動金型を保持する可動盤と、を備える型締装置と、を備え、
   前記可動盤は、前記油圧アクチュエータにより動作する、
   ことを特徴とする成形機。
   
10. 油圧ポンプと、前記油圧ポンプの駆動源であって、正回転または逆回転するサーボモータと、第１油室と第２油室を備え、前記油圧ポンプから前記第１油室に作動油が供給されることで動作する油圧アクチュエータと、を備える油圧装置の運転方法であって、
    前記サーボモータにより前記正回転する前記油圧ポンプから前記第１油室に対して、第１供給油圧で前記作動油が順流で流れる基準動作と、
    前記基準動作によって、前記第１油室に供給された前記作動油に対して負荷する圧力を前記第１供給油圧よりも低い第２供給油圧に低減することで前記作動油を逆流の流れに変更し、正回転する前記油圧ポンプに前記逆回転を誘発させる回転変更動作と、
    を行うことを特徴とする油圧装置の運転方法。
    
11. 油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプの駆動源であって、正回転または逆回転するサーボモータと、
    第１油室と第２油室を備え、前記油圧ポンプから前記第１油室に作動油が供給されることで動作する油圧アクチュエータと、を備える油圧装置の運転方法であって、
    前記サーボモータにより前記正回転する前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに対して、第１供給油圧で前記作動油が順流で流れる基準動作と、
    前記基準動作において、前記作動油の供給圧力を前記第１供給油圧よりも低い第２供給油圧に低減することで前記作動油を逆流の流れに変更し、前記正回転する前記油圧ポンプに前記逆回転に誘発させる回転変更動作と、を行うとともに、
    前記基準動作において前記サーボモータは基準トルク値で駆動され、
    前記回転変更動作において前記サーボモータは第１トルク値で駆動され、
    前記第１トルク値は前記基準トルク値よりも小さい、
    ことを特徴とする油圧装置の運転方法。
    

Images