(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に駆動されまた電気的に制御されるプラスチック処理機械における複数の熱を発生する電気的要素を冷却するための冷却装置（１０）において、
（ａ）第１の液体冷却剤回路であり、少なくとも１つの電動モータ（１０３，１２４，１４８，１５６）を回路内に有し、該モータはそのステータハウジング（３８）の中に配置された冷却剤流通路（４０）に接続された入口（６２）及び出口（６４）を備えステータハウジング（３８）を介して液体冷却剤を循環させ、前記電動モータをその作動中に冷却するものと、
（ｂ）第２の液体冷却剤回路であり、プレート部材（２２）を有し、該プレート部材は液体冷却剤を該プレート部材内に循環させるためその内部に配置された冷却剤流通路（３０）に接続された冷却剤の入口（２８）及び出口（３２）を有し、該プレート部材の面に少なくとも１つの電気的な要素（４２−５０）が取り付けられており該電気的な要素（４２−５０）から前記プレート部材（２２）に熱が伝達され電気的な要素のための電気回路が付勢されているとき該電気的な要素が冷却されるようになっているものと、
（ｃ）前記第１及び第２の液体冷却剤回路の各々の冷却剤入口と冷却剤リザーバ（１２）とを連通させる、液体冷却剤分流マニホールド（２０）と、
（ｄ）前記第１及び第２の液体冷却剤回路の各々の冷却剤出口に接続された熱交換器（１６）であり、液体冷却剤が前記電動モータを通された後また前記プレート部材（２２）を通された後に、液体冷却剤に蓄積された熱をそこからヒートシンクに伝達するものと、
（ｅ）前記熱交換器（１６）と前記リザーバ（１２）との間に延び該熱交換器（１６）から該リザーバ（１２）に液体冷却剤を送給する液体冷却剤戻り流路と、
（ｆ）冷却装置（１０）内に設けられて、液体冷却剤が前記第１及び第２の液体冷却剤回路に同時に流れるよう、該冷却装置内で液体冷却剤を流すポンプ（１４）と、
を有する冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、電動モータの冷却剤流通路（４０）は、円筒状のステーターハウジング（３８）内に鋳込まれた螺旋状のチューブにより形成されている冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、電動モータの冷却剤流通路（４０）は、ステータハウジング（３８）の中に設けられた互いに独立した螺旋状の流路により形成され、螺旋状の流路の各々は第１の液体冷却剤回路と連通している、冷却装置。
【請求項４】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、プレート部材（２２）は金属の鋳造体であり、該プレート部材（２２）に鋳込まれかつ電動モータに電気的に接続された少なくとも１つの発電制動抵抗器（３４）を有し該発電制動抵抗器を冷却するようになっている、冷却装置。
【請求項５】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、プレート部材（２２）は金属の鋳造体であり、該プレート部材に鋳込まれた少なくとも１つの負荷分流器（３６）を有し該負荷分流器を冷却するようになっている、冷却装置。
【請求項６】
請求項５に記載の冷却装置（１０）において、プレート部材（２２）は該プレート部材（２２）に鋳込まれかつ電動モータに電気的に接続された少なくとも１つの発電制動抵抗器（３４）を有し、負荷分流器（３６）と発電制動抵抗器（３４）がそれそれ冷却されるようになっている、冷却装置。
【請求項７】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、熱交換器は、前記液体冷却剤と水を基礎成分とするヒートシンクとしての冷却水との間で熱交換する、液／液型の熱交換器である、冷却装置。
【請求項８】
請求項７に記載の冷却装置（１０）において、熱交換器（１６）内の前記水を基礎成分とするヒートシンクとしての冷却水の温度は、熱交換器（１６）を通るヒートシンクとしての冷却水の流量を制御するように設けられた水流調節弁により所定の温度レベルに維持される、冷却装置。
【請求項９】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、プレート部材（２２）の被冷却面にプリナム（２５）が形成され、また空気ブロア（２６）が、空気を強制的にプリナム（２５）に通しかつプレート部材（２２）の被冷却面を通るように流し、電気キャビネット（５６）内でそれに包囲された電気的要素に対する追加の冷却を与えるように配置されている、冷却装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、液体冷却剤は水／グリコール混合物である、冷却装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、該冷却装置は、プラスチック処理機械の複数の電気的要素を同時に冷却する、単一的な閉ループ式装置である、冷却装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の冷却装置（１０）において、さらに第３の液体冷却剤回路を含み、該回路は、少なくとも１つの電動モータを有し、該モータはそのステータハウジング（３８）の中に配置された冷却剤流通路（４０）に接続された入口及び出口を備えステータハウジング（３８）を介して液体冷却剤を循環させ、前記電動モータをその作動中に冷却するようになっている、冷却装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の冷却装置（１０）において、さらに第４の液体冷却剤回路を含み、該回路は、電動モータを有し、該モータはそのステータハウジング（３８）の中に配置された冷却剤流通路（４０）に接続された入口及び出口を備えステータハウジング（３８）を介して液体冷却剤を循環させ、前記電動モータをその作動中に冷却するようになっており、
さらに第５の液体冷却剤回路を含み、該回路は、電動モータを有し、該モータはそのステータハウジング（３８）の中に配置された冷却剤流通路（４０）に接続された入口及び出口を備えステータハウジング（３８）を介して液体冷却剤を循環させ、前記電動モータをその作動中に冷却するようになっている、冷却装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の冷却装置（１０）において、第１の液体冷却剤回路内の電動モータ（１２４）は射出成形機のクランプ機構（１００）を駆動し、第３の液体冷却剤回路内の電動モータ（１５６）は射出成形機の射出機構（１５８，１６２）を駆動し、第４の液体冷却剤回路内の電動モータ（１４８）は射出成形機の押し出し機構（１４２）を駆動し、第５の液体冷却剤回路内の電動モータ（１０３）は射出成形機の排出機構（１７０）を駆動する、冷却装置。
【請求項１５】
複数の熱を発生する電気的要素を有した電気的に駆動されまた電気的に制御されるプラスチック処理機械における該電気的要素を冷却するための冷却方法において、
（ａ）第１の液体冷却剤回路であり、冷却剤入口及び冷却剤出口と、電動モータの内部に配置され該モータ内に冷却剤を循環させる冷却剤流通路（４０）とを有するものに、液体冷却剤を循環させ、作動時における電動モータを冷却する工程と、
（ｂ）第２の液体冷却剤回路であり、プレート部材（２２）を有し、該プレート部材は冷却剤の入口及び出口と、液体の冷却剤を該プレート部材内に循環させるためその内部に配置された冷却剤流通路（３０）とを有し、該プレート部材の側部に少なくとも１つの電気的な要素（４２−５０）が取り付けられており該電気的な要素（４２−５０）から前記プレート部材（２２）に熱が伝達されるものに、液体冷却剤を循環させ、電気的要素（４２−５０）を含んだ電気回路が付勢されているとき該電気的要素を冷却する工程と、
（ｃ）前記第１及び第２の液体冷却剤回路に同時に液体冷却剤が循環するよう該冷却剤の流れを制御する工程と、
（ｄ）前記第１及び第２の液体冷却剤回路の各々の冷却剤出口に接続された熱交換器（１６）を用い、液体冷却剤が前記電動モータを通された後また前記プレート部材（２２）を通された後に、液体冷却剤に蓄積された熱をそこからヒートシンクに伝達することにより液体冷却剤の温度を制御する工程と、
を含む、冷却方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の冷却方法において、プレート部材（２２）の被冷却面に形成されたプリナム（２５）を通して空気を循環させ、電気キャビネット（５６）内でそれに包囲された電気的要素に対する追加の冷却を与えるようにした、冷却方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の冷却方法において、前記第１及び第２の液体冷却剤回路に同時に液体冷却剤が循環するよう該冷却剤の流れを制御する工程は、液体冷却剤を第１及び第２の液体冷却剤回路に並列的に流す工程を含む、冷却方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の冷却方法において、前記第１及び第２の液体冷却剤回路に同時に液体冷却剤が循環するよう該冷却剤の流れを制御する工程は、液体冷却剤を第１及び第２の液体冷却剤回路に直列的に流す工程を含む、冷却方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電気的な要素の液体冷却操作に関し、より詳細には、射出成形機の如きプラスチック処理機械の電動モータ及びこれに関連するドライバを液体冷却するための複合装置に関する。
背景技術
電動モータがその運転中に熱を発生するということは周知である。通常、発生する熱量は、電動モータの馬力すなわち出力が増大すると共に、増加する。そのような熱は、配線の絶縁性を破壊し、モータの効率を低下させ、シールの如き非金属要素を劣化させ、また、モータの金属部品を早期に故障させることがある。特に、セラミック磁石を有するＤＣモータに高電流を与えている間に発生する熱は、磁気的な性質を低下させ、そのようなモータから得ることのできるトルクを減少させることがある。射出成形機の如きプラスチック処理機械は、そのような機械の駆動装置を駆動するために、電動モータを使用することが多くなっているので、熱消散の問題が大きくなっている。
電動モータから熱を取り除く問題に対する解決策が、種々の方法で試みられてきた。例えば、モータハウジングにフィンを用いて熱を消散させたり、電動モータの中にファンを組み込んで、空冷を行ったり、電動モータの中で種々の設計の循環パターンを用いたり、外部に取り付けられるブロアを用いて空冷能力を極力高める試みが行われてきた。しかしながら、そのような空冷方法は、一般にモータが高電流で且つ低い回転速度で運転されるプラスチック処理機械においては、あまり効果的ではない。上記高電流は、かなりの熱を発生するが、上記低い回転速度は、ロータに一体的に取り付けられたファンを効果的でないものにする。外部のブロアは、満足すべき解決策ではなく、その理由は、騒音が大きく、また、そのようなタイプの強制的な空気循環に関連する汚染の可能性があるからである。
液体冷却剤の熱伝導率は、循環空気の熱伝導率よりもかなり良好であるので、電動モータの空冷に対する周知の代替例は、液体冷却である。電動モータの液体冷却を用いた場合には、熱交換ジャケットを有するモータを提供し、上記ジャケットに該ジャケットを通して液体を循環させるための通路を設けることが、１つの方策である。そうではなく、液体冷却モータは、固定子すなわちステータの積層されたコアを通って循環される冷却液体を含むことができる。上記いずれの冷却方法においても、冷却媒体が、高い熱除去効率を示し、従って、そのような流体が、モータを高い効率で冷却するので、空冷モータよりも優れた利点がある。液体冷却の効率がより高い幾つかの場合においては、特定の用途に対して必要とされる電動モータのサイズを減少させることができ、従って、より経済的な機械の構造をもたらすことができる。
しかしながら、モータの液体冷却は、プラスチック処理機械においては用いられていなかったということに注意する必要がある。そうではなく、そのようなタイプの機械におけるモータの温度制御を行うための従来技術の解決策は、外部空気の強制的な循環、及び／又は、機能的なの能力の制限であった。例えば、米国特許第４，８３７，４９０号に記載されているように、加熱状態すなわちオーバーヒートが検知されると、射出成形のサイクル時間を長くして、モータに対する負荷を低減する。高電流及び高い運転温度に関連するマイナスの効果に対するモータの耐久性を更に高めるために、セラミック磁石の代わりに高価な希土類元素の磁石を用いることが多い。その理由は、希土類元素の磁石は、上述の高電流及び高い運転温度による影響をあまり受けないからである。
モータに関連する上述の問題に加えて、多くの電子部品の信頼性は、温度の増大と共に大きく低下することが知られている。また、そのような電子部品の動作特性は、その動作温度の範囲にわたってかなり変化し、温度が増大すると共に、その性能が大きく低下することが多いことも分かっている。また、そのような部品を低い温度に維持すると、そのような部品を作動させるために必要なパワーすなわち電力が小さくなることも分かっている。しかしながら、高い温度では、そのような部品すなわちデバイスは、これらデバイスが事実上使用できなくなるような、大きな動作電力を必要とし、これにより、そのような部品すなわちデバイスは、程なく故障することがある。事実、幾つかの電子部品の寿命は、そのような部品が動作する温度に直接関係することが一般的に分かっている。一般的に、幾つかの電子部品の寿命は、そのような部品の動作温度を１０℃高くすると、半減する。
電動モータの駆動部の要素の如き電気的／電子的な要素を冷却するために一般的に使用される主要な装置は、吸熱器すなわちヒートシンクである。ヒートシンクは一般に、大きな伝熱プレートを備えており、電子部品すなわち電子要素が、そのような伝熱プレートに対して熱伝達関係で取り付けられる。電動モータのドライバにはかなりの数の要素が含まれているので、強制空気が上記ヒートシンクの上で循環され、冷却効果を高めている。しかしながら、幾つかの場合には、強制空気を用いる手法には、限界があることが証明されている。例えば、空気中に浮遊する汚染物が、強制空気の系統に吸入されて、濾過操作、要素の腐食、及び、熱伝達を阻害する表面形成に関する問題を生ずることがある。
強制空気に対する効果的な代替例は、独立して冷却されるプレート型の熱交換器に上記要素を取り付ける方法である。何等かのタイプの通路が、上記プレートに形成されており、これにより、実際にヒートシンクの形態で作動する上記プレートに冷却流体を循環させることができる。上記プレートを正確に温度制御して、周囲空気の湿分の凝縮を防止することが非常に重要である。プレート型の熱交換器を種々の用途で用いたところ、電子要素を、例えばモジュール型にして、上記プレートから容易に取り外すことができるようにするのが望ましいことが分かった。
電気的に駆動されるプラスチック処理機械には、３又はそれ以上の高出力電動モータ、並びに、これらに関連する電子的なドライバすなわち電子ドライバが設けられ、そのような電子的なドライバは、冷却を必要とする。電子部品、又は、モータに関して、液体冷却装置が別個に提案されているが、上述のタイプの機械に使用されるモータ及びドライバの両方を冷却する十分な能力を有する複合された装置は、提案されていない。プラスチック処理機械における複合型の液体冷却装置の利点は、モータが発生する熱を機械の能力すなわち性能を単に制限することによって制御している従来技術の装置では、得られていない。
発明の開示
従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を解消し、電子要素の寿命を延ばすと共に、より効率的且つ一定したモータの運転をもたらす、特にプラスチック処理機械に適した冷却装置を提供することである。
本発明は、モータハウジング及び電子部品用の取付面に液体を循環させる冷却装置を提供することにより、上述の目的を達成する。この冷却装置は、例えば、電気的なプラスチック処理機械のように、複数の電動モータ及びこれに関連する電子ドライバが設けられる場合に、特に費用対効果比が高い。必要であれば、射出ユニットの供給口の如き、冷却を必要とする他の機械要素又はシステムを本装置に含めることもできる。
例えば、本発明は、電気的な射出成形機に使用して、クランプ装置、射出装置、押し出し装置及び部品排出装置のための機構を駆動するモータ、並びに、これらモータに関連する電子ドライバを冷却することができる。より詳細に言えば、上記モータには、一体型の熱交換器を有するハウジングが設けられる。そのような熱交換器は、例えば、円筒形のアルミニウムハウジングの中に鋳込まれたスチンレス鋼チューブとすることができる。これにより、高電流負荷によって生ずる熱を迅速に消散することができ、また、モータの作動温度を安全で且つ均一になるように効果的に維持することができる。作動温度が望ましいレベルすなわち温度に維持されるので、モータの永久磁石が弱まるすなわち減磁する割合が少なく、経済的なセラミック磁石を使用することが容易になる。
電子要素は、主要な電気回路用の隔室の中に収容された、プレート型の熱交換器の表面に取り付けられる。また、電気的なケーシングの中の空気は常に循環されて、プレートの熱交換能を高めており、これにより、上記ケーシングの中の温度分布がより均一になり、また、プレート表面への凝縮の可能性が極めて低くなる。モータ及び電子要素が発生する熱は、循環する液体によって、モータハウジング及びプレートから吸収され、ヒートシンクに放出される。一実施例においては、発電制動に用いられるようなある種の電子抵抗器をプレート型の熱交換器の中に鋳込み、これにより、そのような要素からの熱伝達を最適化すると共に、熱交換器を一体型の構造にすることにより、スペースを節約することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の冷却装置を装備した射出成形機の立面図である。
図２は、図１の射出成形機と組み合わされて使用される冷却装置の概略的な線図である。
図３は、本発明の一体型の電子要素を有するプレート型の熱交換器（チルプレート）の立面図である。
図４は、図３に示すチルプレートの拡大端面図である。
図５は、図４の線５−５に沿って取った、チルプレートの横断面図である。
図６は、図４の線６−６に沿って取った、チルプレートの横断面図である。
図７は、図３のチルプレートを含む電子要素取り付け装置の組み立て図である。
図８は、図７のアセンブリが射出成形機の中に設けられた状態を示す端面図である。
図９は、一体型の熱交換器を有するモータハウジングの端面図である。
図１０は、図９に示すモータハウジングの立面図である。
図１１は、図９に示すモータハウジングの別の形態を示す立面図である。
発明を実施するための最善の形態
本発明は、種々のプラスチック処理機械に応用可能であるが、以下の説明は、電気機械的な駆動装置を有する射出成形機に関して述べる。従って、このタイプの機械を簡単に説明することは、本発明を理解するに当たって有用である。
図１は、本発明の冷却装置が適用される射出成形機を示している。この機械は、クランプユニット１００と、射出ユニット１０２とを備えており、これら両ユニットは、ベース１０５に取り付けられている。
クランプユニット１００は、固定プラテン１１０と、４つのタイバーによって上記固定プラテンのコーナー部に接続された、ダイハイト・プラテン１０８とを備えている。２つのタイバー１１２、１１４が示されている。これらのタイバーは、可動プラテン１１６用のガイドとして作用する。モールド半部１１８、１２０が、プラテン１１６、１１０にそれぞれ接合されており、クランプが図示の閉位置にある時には、両方のモールド半部の間に、モールドキャビィティ１２２が形成される。ゲート開口１２３が、モールド半部１２０及び固定プラテン１１０を貫通して、プラスチックメルトすなわち溶融プラスチックをモールドキャビィティ１２２の中に射出することを許容している。可動プラテン１１６は、ダイハイト・プラテン１０８に取り付けられたクランプモータ１２４によって、作動される。モータ１２４は、駆動ベルト１２７によって、ボールネジ１２６に接続されている。歯車駆動機構又は他の機械的なカップリングを用いることもできる。ボールネジ・ナット１２８が、トグル機構１３０に取り付けられており、該トグル機構は、モータ１２４がクランプユニット１００を作動する際に、機械的な利点をもたらす。
射出ユニット１０２は、押し出し機構を備えており、該押し出し機構は、押し出しスクリュー１４２を有する管状の胴部１４０を備えており、上記押し出しスクリューは、上記胴部の中で、回転可能に且つ並進可能に設けられている。上記押し出しスクリューは、固定部材１４４に軸受けされており、上記押し出しスクリューの一端部は、可動部材１４６の中で回転可能に固定されている。スクリュー１４２の回転運動は、駆動ベルト１５０によって当該スクリューに機械的に接続された押し出しモータ１４８によって、与えられるが、他の適宜な機械的な装置によって回転させることもできる。可動部材１４６は、固定部材１４４、１５４の間に接続された、一対の平行なバーガイドに乗っており、そのようなバーガイドの一方が、符号１５２で示されている。部材１５４に取り付けられた射出モータ１５６が、駆動ベルト１６０によって、ボールネジ１５８に接続されている。ボールネジ・ナット１６２が、可動部材１４６の中に取り付けられており、従って、モータ１５６は、固定プラテン１１０に向かうあるいは該固定プラテンから離れる方向の直線運動を部材１４６及び押し出しスクリュー１４２に与えるように作動する。
排出ユニット１７０は、モールドと一体化されており、モールドが開くと、完成された成形部品を排出するように作動する。排出ユニット１７０は、排出モータ１０３に接続されている。機械の制御装置（図示せず）は、射出成形サイクルの中の適正な時に、モータ１０３を作動する。排出ユニット１７０は、異なるモールド種々の要件及び作用を受け入れるために、サーボ制御されるのが好ましい。
一般に、ダイハイトユニット１７４が、図１に示すタイバー及びプラテン１０８と一体化される。ダイハイトユニット１７４は、固定プラテン１１０に対する、トグル機構１３０及び可動プラテン１１６を含むダイハイト・プラテン１０８の間隔の調節を行い、これにより、閉位置にある時の厚みが異なる種々のモールドを収容することができる。ダイハイトユニット１７４は、ダイハイトモータ１７６によって制御される。ダイハイトすなわちダイ高さの調節は、オペレータが手動操作で制御して行うことができ、この調節により、機械の制御装置が、モータ１７６に前進又は後進の命令信号を与える。
射出スレッド１８０は、ベース１０５の軌道（図示せず）にほぼ乗って、射出ユニット１０２全体を支持しており、これにより、射出ユニット１０２が、固定プラテン１１０に向かって又は該固定プラテンから離れる方向に動くことを許容している。射出スレッドは、スレッドモータ１８２に対して、機械的に接続されている。このユニットの運転も、オペレータによって手動操作で制御することができ、上記手動操作によって、機械の制御装置は、前進又は後進の命令信号をモータ１８２に与える。上述の種々のモータは、特定の用途に最も適するような、ＡＣ（交流）インダクションモータ、ブラシ型のＡＣ（交流）又はＤＣ（直流）モータ、ブラシレス（永久磁石）ＡＣ又はＤＣモータ、あるいは他の適宜なモータとすることができることに注意する必要がある。実際に、本発明の冷却装置は、リニアモータを含むどのようなタイプのモータでも組み合わせて、機械の性能を最適にすることを意図している。
本発明の液体冷却装置に関連する特定の要素が、図１及び図２に示されている。本冷却装置は、「内蔵型」であって、冷却剤の汚染の危険性を極力少なくしており、水／グリコール混合物の如き、適宜な液体冷却剤を閉ループで循環させている。冷却回路を活発に循環していない液体は、リザーバ１２の中に貯蔵される。
流体の循環は、上記リザーバに取り付けられたモータ／ポンプ１４によって開始される。冷却剤は、ポンプ１４から分流マニホールド２０へ流れる。該マニホールド２０には、図示の実施例においては５つの出口ポートが設けられており、適宜な導管に接続して、射出モータ１５６、押し出しモータ１４８、クランプモータ１２４、排出モータ１０３、及び、チルプレート２２へ、冷却剤を分配することができるようになっている。必要であれば、射出ユニット（図示せず）の供給スロートの如き、冷却を必要とする他の機械要素又はシステムを冷却回路に含めることもできる。図２に示すように、流体デバイダ２０は、各モータ及びチルプレートに対する並列な供給回路を可能とし、これにより、各々のモータ及びチルプレートは、独立してすなわち別個に冷却することができる。
冷却剤は、モータ及びチルプレートから、適宜な導管を通って、熱交換器１６へ流れる。この熱交換器１６は、通常の液／液型のユニットであり、装置のヒートシンクを提供する、水源２１又は中央の冷却水に接続されている。後により詳しく説明するように、水の流路に節水弁１８を設けて、冷却剤の温度制御を行うのが好ましい。
図３乃至図８を参照すると、チルプレート２２は、射出成形機の運転に必要とされる多くの電気的／電子的な要素、特に、モータの電子ドライバに関連する高熱要素のための、取付面の役割を果たす。一般に、各々のモータに対して１つの別個のドライバが設けられ、また、それぞれのドライバに対して、１つの電力源４２が設けられる。ドライバ４４、４６、４８、５０、及び、電力源４２は、取り付け及び保守を簡単にするために、モジュールユニットであるのが好ましく、図７及び図８は、電力源４２、押し出しモータのドライバ４４、射出モータのドライバ４６、クランプモータのドライバ４８、及び、排出／ダイハイトモータのドライバ５０の相対的な位置を示している。図３にも示すように、チルプレート２２は、ドライバ装置の発熱要素の直接的な取付面を提供するように特殊に設計されており、モジュール型の電力源４２及びドライバ４４、４６、４８、５０の取り付けを容易にするために、取り付け穴５２が設けられている。種々の電気的／電子的な要素は、熱交換を容易にするように通常の如く取り付けられており、そのような要素の温度を所望の動作範囲に維持して、その使用寿命を極力長くしている。
チルプレート２２は、ステンレス鋼のチューブ３０を含む、アルミニウム製の鋳造品であるのが好ましく、上記ステンレス鋼のチューブは、プレート２２を通るうねった流路をもたらすように形成されて、プレート２２の中に鋳込まれており、これにより、熱交換能を最適化すると共に、腐食の危険性を極めて小さくしている。図４及び図５は、上記プレートの中のチューブの相対的な位置、並びに、入口２８及び出口３２を含む、好ましい形態を示している。
プレート２２には、発電制動抵抗器３４、及び、負荷分流器３６も鋳込まれている。発電制動抵抗器３４は、モータが瞬間的に発電機として機能することができる時に、停止又は急速な減速状態の間に生ずる電気エネルギを消散するために使用される。分流器３６は、ＤＣバスから過剰のエネルギを取り除くために必要である（ＤＣモータを使用する場合）。上述の抵抗器は、かなりの熱を発生することができるので、そのような抵抗器をチルプレートの中に直接鋳込むことにより、効果的な熱伝達を行わすことができ、また、電気キャビネット５６の中の環境が放射熱によって過度に影響されないように、上述の抵抗器を閉じ込めることができ、同時に、キャビネットの中のスペースを節約するコンパクトな装置が提供される。
上述の種々のモータの冷却は、図９乃至図１１に示すように、冷却剤をモータのステータハウジング３８に流すことにより、行うのが好ましい。ハウジング３８は、基本的には、螺旋状に形成されたステンレス鋼のチューブ４０を収容している、鋳造アルミニウムの円筒体すなわちシリンダであって、上記ステンレス鋼のチューブは、入口６２及び出口６４で終端となっている。高出力が必要とされる場合には、モータは、非常に長いステータハウジングを有することが多い。そのような場合には、図１１に示すように、２又はそれ以上のチューブ４０を用いて、ハウジング３８の長さ全体にわたって、より良好な温度制御を行うことができる。鋳造されたあるいは押し出し成形された通路の如き、他のタイプの流路も、モータハウジングの中で冷却剤を循環させるための手段を提供する。
冷却剤は、チルプレート２２、及び、モータ１０３、１２４、１４８、１５６を出た後に、リザーバ１２に戻る。リザーバ１２に戻る冷却剤は、この時点においては、高い温度にあり、熱交換器１６に通されて、所望の動作温度までその温度が低下する。水源２１から熱交換器１６を通る水の流れは、冷却剤から十分な熱を取り除き、熱交換器１６を出て所望の温度で循環されるように、出口ライン５４の弁１８によって調節される。そのような調節は、熱交換器１６を出る際の冷却剤の温度を監視し、弁１８を調節する制御アルゴリズムを用いて、冷却剤を所望の温度範囲に維持することによって、簡単に行うことができる。冷却剤の温度には特に臨界的な値がある訳ではないが、凝縮が極力少なくなるように、露点よりも高い温度に維持しながら、実施可能な範囲で極力低くするのが好ましい。例えば、１分間当たり約２２．７リットル（約６ガロン）の流量の冷却剤を循環させる本発明の冷却装置は、約±１．１℃（約２°Ｆ）の範囲内で、適正な運転温度を効果的に維持することができることが分かった。
上述の直接的なヒートシンクの機能に加えて、チルプレート２２は、電気キャビネット５６の中に温度制御された空気を供給する手段を提供し、これにより、電気キャビネットを外部空気から遮断することを可能とする。チルプレート２２の板金サポート２４は、チルプレート２２の背後にプリナム２５を形成する。該プリナム２５の一端部には、ブロア２６が取り付けられ、プリナム２５に強制的な空気流を送る。ブロア２６の箇所は、チルプレート２２の入口２８に隣接している。そのような箇所は、チルプレートの最も冷たい部分であるので、そのような部分では、空気の中の湿分の凝縮が起こり、そのような凝縮液すなわち水は、電子要素から離れる方向に導かれ、必要であれば、電気キャビネット５６から排出することができる。
図１及び図２を再度参照して、始めに、図面においては閉位置にあるクランプユニット１００から、作動サイクルを簡単に説明する。図示のように、ホッパ１６６からの固体の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又は他の材料が、押し出しスクリュー１４２によって可塑化されると、該スクリューの前方に、ある量の液相のプラスチックメルトすなわち「ショット」が形成されることになる。可塑化時間は、一般的には、周囲に取り付けられた複数のヒータバンド１４１によって、胴部１４０に外部から熱を加えることにより、最適化される。射出サイクルを開始するために、機械の制御装置は、モータ１５６に速度命令を与え、部材１４６及びスクリュー１４２を固定プラテン１１０に向けて、直接的に動かす。スクリュー１４２が、胴部１４０の中で固定プラテン１１０に向けて直接的に動くに連れて、プラスチックメルトは、オリフィス１４３及びゲート開口１２３を通ってモールドキャビィティ１２２の中に射出される。スクリュー１４２が、その直線運動を完了すると、機械の制御装置は、パックサイクルへ移行する。射出サイクル、並びに、その後のパックサイクル及び保持サイクルの間に、押し出しモータのコントローラには、ゼロ速度信号が与えられ、スクリュー１４２に与えられる直線的な力によって、押し出しスクリュー１４２を回転しないようにする。
パックサイクルにおいては、その目的は、材料をモールドの中へ押し込むことを継続し、モールド充填プロセスを完了することである。パックサイクルの終了を意味するの所定時間の終わりに、機械の制御装置は、圧力を維持する保持サイクルへ移行する。パックサイクル及び保持サイクルは、射出モータ１５６が、殆どあるいは全く回転せずに、高いトルク（高電流を用いて）を維持することを必要とし、この状態は、モータ１５６及び電子ドライバ４６の要素の両方に、かなりの熱を生じさせる。モータの温度が問題となる程に高くなった場合には、与えられた電流によって発生されるトルクは減少し、トルクを維持するために電流を増大させなければならず、更に熱を発生させることになる。冷却剤の循環は、モータを適正な温度に維持して、相当する電流において所望のトルクを保持し、これにより、より効率的なモータの運転が行われる。
保持サイクルの終了を意味する所定時間の後に、機械の制御装置は、ある時間にわたる冷却サイクルへ移行し、その間に成形部品（成形された部品）が冷却される。冷却サイクルの間に、機械の制御装置は、エクスクルーダ（押し出し手段）運転サイクルを開始し、このエクスクルーダ運転サイクルにおいては、押し出しモータすなわちエクスクルーダモータ１４８が作動され、溶融材料の新しいショットをスクリュー１４２の前方へ押し出す。同時に、射出モータ１５６を作動させ、溶融プラスチック材料に対して所定の圧力を維持しながら、すなわち、押し出しスクリューすなわちエクスクルーダスクリュー１４２に対して所定の背圧を維持しながら、スクリュー１４２をプラテン１１０から離れる方向に動かさなければならない。機械の制御装置は、エクスクルーダスクリューのモータ１４８により、スクリューを回転させて、プラスチック材料をより可塑化させ、そのようなプラスチック材料をオリフィス１４３に隣接するスクリューの前方へ搬送する。同時に、機械の制御装置は、射出モータ１５６の回転をある程度中断させて、スクリューに所定の背圧を発生させることもできる。スクリューの前方に圧力が形成されるに従って、ドライブ制御装置は、より多くの電流をモータ１５６に供給して、ゼロ速度を維持する（すなわち、モータの回転が停止する）。上述のように、高電流は、追加の熱を発生する傾向があり、液体冷却により、モータ１５６は終始一貫した運転パラメータを維持する。背圧が所望のレベルに達すると、モータ１５６が回転され、所定の背圧を維持しながら、スクリュー１４２をプラテン１１０から離れる方向へ動かす。その結果、スクリュー１４２が回転して溶融プラスチックのショットを形成すると、上記スクリューは、プラスチック材料のショットが完全に押し出されるまで、背圧を制御しながら、プラテン１１０から離れる方向に動くことになる。
スクリュー１４２が、所定の最終位置に到達すると、機械の制御装置は、エクスクルーダモータ１４８の作動を停止し、射出モータ１５６用のドライバ制御装置に速度命令を出してスクリューを更に後退させ、これにより、スクリュー１４２からの背圧による溶融プラスチック材料に対する圧力を解放する。また、制御装置は、成形部品冷却サイクルの終わりに、クランプモータ１２４に速度命令信号を与えて、可動プラテン１１６を固定プラテン１１０から離れる方向に移動させ、モールドを開く。モールドが開いている間に、制御装置は、排出ユニットすなわちエジェクタユニット１７０及び排出モータすなわちエジェクタモータ１０３に命令信号を与え、モールド半部１１８に担持された成形品排出機構（図示せず）を作動させる。完成した部品は、モールドから排出され、次に、エジェクタモータ１０３が、部品排出機構をその元の位置へ戻す。
モールドが完全に開いたクランプ位置が検知されると、制御装置は、命令信号を与えて、プラテン１１６を反対方向に動かし始め、モールド半部を再度閉じる。次に、制御装置は、プラテン１１６の位置に応じて、速度信号を発生し、加速度及び減速度を調節してモールド半部を制御した状態で接触させる。例えば、可動プラテン１１６を最初は、速い速度で固定プラテン１１０に向けて動かして、所定の位置に到達するまでの全サイクル時間を減少させることができる。その後、別の位置が検知されてモールド半部の接触が間近になるまで、遅い速度を表す命令が与えられる。通常の状況では、両モールド半部は、完全に閉じた位置まで接近される。しかしながら、両モールド半部の間に障害物が存在する場合には、トルクリミット制御装置が、速度制御をオーバーライドし（速度制御に優先し）て、モータに対する電流を減少させ、モータの速度及び運動を低下させて、そのような障害物によって両モールド半部が損傷を受けるないようにする。
両モールド半部が、完全に閉じた位置に到達したと仮定すると、トルク命令値が増大し、トグルを図１に示すロックオーバー位置へ動かすための命令が与えられる。モールドクランプ力は、トグル機構１３０の最終的な位置によって決定され且つ制御される。この時点において、機械は、完全なサイクルを再度開始する準備が整う。パックサイクル及び保持サイクルの間の射出モータ１５６と同様に、クランプモータ１２４は、クランプが閉位置にある間は、全く回転せずにトルクを保持しなければならない。実際に、代表的な射出成形サイクルの間には、クランプモータ１２４及び射出モータ１５６が同時に、全く回転せずにトルクを保持しなければならない期間があり、本発明の液体冷却装置は、そのような状況において生ずる熱を消散する機能を有する。
産業上の適用性
射出成形機において完全な液体冷却装置を実施する際の欠点の１つは、各要素を（空気冷却から）液体冷却に適したようにするために、大きな変更が必要とされることであり、そのような変更は、複雑であり且つ大幅なものである。装置の経費及び複雑性を低減するために、幾つかのモータ及びこれらモータのドライバに冷却剤を並列又は直列に供給するように冷却回路を構成するのが好ましい。各要素が、直列に冷却されるように構成された場合には、冷却剤は、チルプレート２２に到達する前に、１又はそれ以上のモータを通って循環するのが好ましい。この構成は、冷却剤の温度をチルプレートに入る前に若干上昇させることになり、これにより、電気キャビネットの中で凝縮が発生する可能性を更に極めて少なくする。
射出成形機のサイズが、より大きな部品を製造するために、例えば、１，５００トンあるいはそれ以上のクランプ力を有するような、より大きなサイズに増大された場合には、２又はそれ以上のモータを組み合わせて、所望のモールドクランプ力及び射出／押し出し機能を得ることができる。本発明の液体冷却装置を用いた場合には、より小さなモータを用いることが可能であり、場合によっては、７００トンよりも大きなクランプ力を有する機械を含む、広い範囲の機械サイズに対して、１台のモータだけを用いて、クランプユニット及び射出ユニットを満足に作動させることができる。本冷却装置は、作動パラメータ又は周囲の環境に関係無く、終始一貫した作動温度を維持し、従って、モータのサイズを通常の運転条件に合うものとすることができ、ある種の設備で起こりうるような極端な温度上昇を許容する「過剰なサイズ」にする必要がない。
図面に示す好ましい実施例に従って、本発明をある程度詳細に説明し、また、そのような好ましい実施例をある程度詳細に説明したが、本発明をそのような細部に限定する意図はない。そうではなく、添付の請求の範囲の精神及び範囲に入る総ての変更例、変形例及び均等例は、保護されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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