平成１３年度 優秀省エネルギー機器 資源エネルギー長官賞 （社）日本機械工業連合会〔 資源エネルギー庁長官賞〕

マルチモータ駆動方式による大型電動式射出成形機（ＭＤ１４００ＳⅢ）
宇部興産機械株式会社

新潟鐵工成形機株式会社

山口県宇部市

東京都大田区

１． 機器の概要
環境の世紀といわれる 21 世紀に入り、従来の油圧式射出成形機に代り、電動式射出成形機の普及率はますます増加傾向を示し、今や中・小型機（型締力 4500kN以下）において射出成形機といえば、電動成形機という時代を迎えた。
しかしながら、駆動部に使用するサーボモータ、ボールネジ等の容量的な制約などから、大型機への展開は困難であるとされていた。そこで、宇部興産機械（株）と新潟鐵工成形機（株）は電動成形機の更なる大型化を実現する為、複数のサーボモータを電気的にかつ機構的に駆動制御する技術、そして駆動源の大容量化に伴う動力伝達技術を新たに開発し、平成 12 年 6 月、米国シカゴでの見本市 NPE2000
にて世界最大のマルチモータ駆動方式による電動式射出成形機｢MD1400SⅢ｣を 発表、平成 13 年 5 月より納入を開始した。
そして、納入後の調査において表１ MD1400SⅢ主仕様

従来の油圧式射出成形機と比較して、大幅な省エネルギー性及び高生産性を実現していることを確認した。

MD1400SⅢ

従来機(弊社 ST1600)

駆動方式

全電動式

油圧式

型締力

13700 kN

15700 kN

タイバー間

1830×1510 mm

1520×1410 mm

2480×1970 mm

2200×2100 mm型

盤

スクリュー径φ120 mm

φ120 mm

射出率1413 cm 3/sec

854 cm 3/sec

射出圧力

185 MPa167 MPa

写真１ MD1400SⅢ外観写真1

平成１３年度 優秀省エネルギー機器 資源エネルギー長官賞 （社）日本機械工業連合会

２．機器の技術的特徴および効果
２．１ 技術的特徴① マルチモータ駆動方式の適用による世界最大型締力 13700kN
電動式射出成形機ではサーボモータによる位置・速度・圧力制御などを行なうが、大型機においては複数のサーボモータを駆動制御する必要性がある。
その為、図 1 に示す複数のサーボモータを駆動制御する独自技術を開発した。
本システムは大きなパワーを必要とする軸には複数のサーボモータを配置して、そのパワーを合算して駆動制御する方式である。
MD1400SⅢにおいては型締軸用に 2 台、射出軸用に 3 台、可塑化軸用に 2台のサーボモータを用いて、世界最大の型締力を有する電動式射出成形機を実現した。
モーションコントローラ
モーション
コントローラマスタサーボアンプ

指令

スレーブサーボアンプ

マスタ
サーボ
アンプ

トルク
指令

スレーブ
サーボ
アンプ

M

M＋

PC＋

SC－－

M

速度制御

位置制御
位置制御

トルク
指令

スレーブ
サーボ
アンプ

M

トルク（電流）制御
＋－

CCモータ

マスタモータ

スレーブ

電流FB
位置FB

速度FB＋

M

CC

－

電流FB

図１ マルチモータ駆動制御システムの構成
型締 用ｻｰﾎﾞﾓｰﾀ

押 出 用 ｻｰﾎﾞﾓｰﾀ

射 出 用 ｻｰﾎﾞﾓｰﾀ
計 量 用 ｻｰﾎﾞﾓｰﾀ

型 締 用

大容量ＡＣサーボモータ × ２台

押 出 用

大容量ＡＣサーボモータ × １台

計 量 用

大容量ＡＣサーボモータ × ２台

射 出 用

大容量ＡＣサーボモータ × ３台

また、駆動源の大容量化に伴い、動力伝達機構に必要な大負荷容量ボールねじ、低慣性大径プーリ、高張力低騒音ベルトなども新たに開発した。

2

平成１３年度 優秀省エネルギー機器 資源エネルギー長官賞 （社）日本機械工業連合会② 定圧充填制御方式の適用による大型成形品のクラスダウン
MD1400S Ⅲ 電 動 式 射 出 成 形 機 の 代 表 的 な 機 能 と し て 定 圧 充 填 制 御（Constant Pressure Filling）がある。これは充填最終位置近傍での、充填負荷圧が急激に高くなることにより発生するピーク圧を、射出速度を自動的に減速させることで抑制する制御である。
ﾋｹ･ﾊﾞﾘ発生
樹脂圧

ＣＰＦ ＯＮ

ﾋﾟｰｸ圧ｶｯﾄ
樹脂圧

射出速度

図 2 ＣＰＦ制御による成形機クラスダウン事例

このＣＰＦ制御によるピーク圧のカットと、型盤サイズの拡大、従来の能力の 1.7 倍もの高射出率などを用いて油圧式射出成形機 20000kN クラスの大物成形品を型締力 13700kN 以下で成形することが可能となった。

２．２ 効果① 省エネルギー性
図 3・表 2 に MD1400SⅢの消費電力比較事例を示すように、油圧式射出成形機と比較して、同製品に対する 1 サイクル当たりの消費電力低減率は 40〜60％と、大幅な省エネ効果が得られた。

② サイクル短縮・生産性向上
図 3・表 2 に示すように実成形評価において、油圧式射出成形機に比較してサイクル短縮でも大きな効果が確認できた。これは高射出率に加え、油圧式射出成形機において困難であった同時動作やサーボモータを用いた高精度な位置制御による変速で低速区間を必要最小限に抑えることが可能となったことにより、大幅なサイクル短縮が実現できた。

3

平成１３年度 優秀省エネルギー機器 資源エネルギー長官賞 （社）日本機械工業連合会

140

成形 品 ： ﾗｹﾞｰｼﾞｻｲﾄﾞｶﾊﾞｰ

120

100

87kW
80.5sec6058.3sec
46.7kW

83sec

202044kW

MD1400SⅢ

6079sec
54sec

72kW

40

27kW

2000
弊社油圧1800T

成 形 品 ： ﾃﾞﾌﾉｽﾞﾙ

10080

6040

140120100.2sec

80400

成 形 品 ： ﾘｱﾊﾞﾝﾊﾟｰ

118kW

12010080

140

他社油圧2500T

MD1400SⅢ

油圧2000T

MD1400SⅢ

図 3 実成形における消費電力とサイクル時間（：消費電力,■ ：サイクル時間）
表 2 実成形における省エネ・サイクル短縮効果
成形品

消費電力低減率

サイクル短縮率46.0 %

27.6 %

62.7 %

17.2 %

62.5 %

31.6 %

ﾗｹﾞｰｼﾞｻｲﾄﾞｶﾊﾞｰ
（自動車内装品）
ﾘｱﾊﾞﾝﾊﾟｰ（自動車外装品）
ﾃﾞﾌﾉｽﾞﾙ
（自動車部品）

表 3 実成形における不良率・無駄削減効果
効果
不良率低減
による効果
成形立上時の無駄削減効果

油圧機（油圧 2000T）

MD1400SⅢ

不良率 1.5 %不良率 0.5 %30 ショット

10 ショット③ 成形品品質向上
サーボモータを用いて成形品精度に影響する動作（位置・速度・圧力）を全てフィードバック制御させることや、油圧式射出成形機における作動油温度の影響などの外乱が無いことにより、高い成形安定性を得ることができ、成形品不良率の低減が得られた。また、成形立上げ時の安定性においても向上しており、無駄ショット数を抑えることが可能となり、廃プラスチックの発生減少による環境負荷への低減に貢献した。電動式と油圧式の比較事例を表 3 に示す。

３．用途
表 4 に MD1400SⅢの販売実績を示す。H12 年 6 月にプロトタイプ発表後、H13
年 5 月より出荷を開始し、自動車部品メーカーを中心にこれまで 8 台を納入し、順調に稼動している。
表 4 MD1400SⅢの販売実績および利用状況NO.
12345678機種
MD1400SⅢ−i154A
MD1400SⅢ−i154B
MD1400SⅢ−i154A
MD1400SⅢ−i74A
MD1400SⅢ−i154A
MD1400SⅢ−i154AMD1400SⅢ−i154A
MD1400SⅢ−i154A（H13 年 11 月末現在）

納入分野
NPE2000 出展（ﾌﾟﾛﾄﾀｲﾌﾟ）
自動車外装部品メーカー
住設機器メーカー
自動車内装部品メーカー
自動車内装部品メーカー
自動車内装部品メーカー
自動車内装部品メーカー
自動車内装部品メーカー

納入年月
H12/06
H13/05
H13/06
H13/07
H13/08
H13/09H13/09H13/104