JP2002300787A - 射出成形機用インバータ設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 型締、射出、計量、突出の各工程別のモータ
をそれぞれインバータで駆動するのでは、現場据え付け
やメンテナンス性で問題がある。 【解決手段】 交流電源９から直流電力を得る順変換ブ
ロック２１と、直流電力の平滑用電解コンデンサを設け
たコンデンサブロック２２と、順変換ブロックとコンデ
ンサブロックを共通の直流電源として各モータ２８〜３
１を駆動する４つの逆変換ブロック２３〜２６とに分離
構成し、それらの直流接続回路をブスバー２７で接続す
る。各ブロックは、同じ形状のケースに収納すること、
ブスバーに代えてブロックの直流回路端子同士を接続す
ることなどを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形機用イン
バータ設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機は、図１１に成形工程を示す
ように、型締、射出、計量、突出の４つの工程を有する
運転パターンの繰り返しになる。

【０００３】各工程の駆動源にはそれぞれ適合するモー
タが使用され、各モータの駆動にはそれぞれモータ容量
に合わせたインバータが使用される。

【０００４】この種の射出成形機用のインバータ設備の
回路構成は、図１２に示すように、成形工程別の４台の
交流モータ１〜４を４台の３相インバータ５〜８でそれ
ぞれ駆動し、各インバータ５〜８の電源には商用電源な
どの３相電源９から受電される。

【０００５】図１３は、各インバータ５〜８の基本構成
図を示す。順変換部１０はダイオードのブリッジ接続で
交流を直流に変換する。逆変換部１１は半導体素子とし
てのパワートランジスタのブリッジ接続で直流を交流に
変換し、電圧および周波数を制御した交流を負荷となる
モータ１２に供給する。この逆変換部１１の制御は、制
御回路１３とドライブ回路１４によって行われる。

【０００６】電気的な付属要素としては、マグネットコ
ンタクタＭＣ、予備充電抵抗器Ｒ、電解コンデンサＣ、
ヒューズＦＳ、ホールＣＴなどが設けられる。

【０００７】機械的な構成要素としては、ダイオードや
パワートランジスタ等の６個の半導体素子を冷却するた
めのヒートシンク、各回路要素を電気接続するためのケ
ーブルや配線、装置全体を収納する盤が設けられる。

【０００８】なお、逆変換部や順変換部の電流容量を上
げる場合、それぞれの半導体素子を並列接続し、相応の
容量を持つヒートシンクも用意される。図１４は、パワ
ートランジスタの２並列接続時の回路構成（１相分）と
ヒートシンク上の配置例を示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の射出成形機用イ
ンバータ設備には、以下の問題があった。

【００１０】（１）４台のインバータは、入出力各３本
の電力ケーブルを電源とモータに接続することになり、
現場据え付け時に入力ケーブルと出力ケーブルとを逆に
接続してしまう恐れがある。

【００１１】（２）据え付け時に、各インバータ間は放
熱およびメンテナンスのために空間を確保する必要があ
り、設備に必要な据え付け空間が大きくなる。

【００１２】（３）各インバータ容量は互いに異なるた
め、各インバータの大きさがまちまちになり、空間の有
効利用が難しくなる。

【００１３】（４）インバータの主回路は、盤の底部な
ど地面に低い位置に設置されることがあり、据え付けや
メンテナンス時の作業性が悪くなっている。

【００１４】（５）インバータの容量を上げる場合、半
導体素子を並列接続する構成にされるが、並列接続数に
応じてその冷却用ヒートシンクの増設や半導体素子の取
り付け面の大きいものが必要となる。

【００１５】本発明の目的は、上記の各課題を解決した
射出成形機用インバータ設備を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するため、順変換部と逆変換部と電解コンデンサを
ブロック化して分離構成し、分離構成した各ブロックを
同じ形状でキャスター付きのケースに収納し、各ケース
を隣接配置してこれらの間を直流用ブスバーなどで導体
接続したもので、以下の構成を特徴とする。

【００１７】（１）型締、射出、計量、突出の各工程別
のモータをそれぞれインバータで駆動する射出成形機用
インバータ設備において、前記インバータは、交流電源
から直流電力を得る順変換ブロックと、前記直流電力の
平滑用電解コンデンサを設けたコンデンサブロックと、
前記順変換ブロックとコンデンサブロックを共通の直流
電源として前記各モータを駆動する４つまたは２つの逆
変換ブロックとに分離構成したことを特徴とする。

【００１８】（２）前記順変換ブロックとコンデンサブ
ロックおよび各逆変換ブロックは、それぞれ同じ形状で
キャスター付きのケースに収納して隣接配置した構成を
特徴とする。

【００１９】（３）前記順変換ブロックとコンデンサブ
ロックおよび逆変換ブロック間の直流回路接続は、前記
各収納ケースの一側面に配置した直流用ブスバーで導体
接続し、前記順変換ブロックとその交流電源との間の交
流回路接続および各逆変換ブロックと各モータ間の交流
回路接続はそれぞれ電力ケーブルで接続した構成を特徴
とする。

【００２０】（４）前記順変換ブロックとコンデンサブ
ロックおよび逆変換ブロック間の直流回路接続は、前記
各収納ケースの両側に対で引き出した直流回路端子同士
を接続し、前記順変換ブロックとその交流電源との間の
交流回路接続および各逆変換ブロックと各モータ間の交
流回路接続はそれぞれ電力ケーブルで接続した構成を特
徴とする。

【００２１】（５）前記各逆変換ブロックは、駆動する
各モータの電流容量に合わせた動作電流のヒューズを設
けたことを特徴とする。

【００２２】（６）前記コンデンサブロックの電解コン
デンサは、各逆変換ブロックの直流回路に容量分割して
該逆変換ブロックに設けたことを特徴とする。

【００２３】（７）前記逆変換ブロックの電力用半導体
素子を冷却するヒートシンクは、その左右又は前後の両
面に半導体素子を取り付ける構造、半導体素子を２並列
してＰアームとＮアーム別にそれぞれの半導体素子を取
り付ける構造、ＰアームとＮアームを組にして半導体素
子を取り付けてそれらを並列接続する構造のいずれか１
つの構造としたことを特徴とする。

【００２４】（８）前記逆変換ブロックの手動操作パネ
ルは、ケーブルを通して接続する外部パネルまたはパー
ソナルコンピュータとした構成を特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、イン
バータ設備のブロック構成を示す。本実施形態は、イン
バータ設備の構成を、順変換ブロック２１と電解コンデ
ンサブロック２２と４つの逆変換ブロック２３〜２６に
分離構成し、それぞれの直流回路接続には一対の直流用
ブスバー（接続導体）２７で接続し、交流回路接続には
３相電力ケーブルで接続する。

【００２６】順変換ブロック２１は、順変換用半導体素
子になるダイオードとその出力側に挿入するマグネット
コンタクタＭＣと抵抗器Ｒを一体的に収納する。なお、
順変換ブロック２１は、各逆変換部２３〜２６に必要と
する直流電力を供給できる容量をもつ共用装置に構成さ
れる。

【００２７】電解コンデンサブロック２２は、電解コン
デンサＣとヒューズＦＳを一括収納する。逆変換ブロッ
ク２３〜２６は、それぞれ逆変換用半導体素子になるパ
ワートランジスタと電流検出器となるホールＣＴ、さら
にはヒートシンクとスナバ回路素子等を一括収納する。

【００２８】本実施形態による回路接続を説明する。順
変換ブロック２１の入力は３相交流になり、交流電源９
とは内蔵のしゃ断器等を介して３相電力ケーブルで接続
する。また、順変換ブロック２１の出力は直流になり、
一対のブスバー２７と導体接続する。

【００２９】電解コンデンサブロック２２は入出力が共
に直流になり、同じ入出力端子を一対のブスバー２７と
導体接続する。

【００３０】各逆変換ブロック２３〜２６の入力は直流
になり、一対のブスバー２７と導体接続する。また、逆
変換ブロック２３〜２６の出力は３相の交流になり、各
モータ２８〜３１とは内蔵のしゃ断器等を介して３相分
の電力ケーブルで接続する。

【００３１】したがって、各ブロックを現場に据え付
け、各ブロックをブスバーや電源、モータと接続するに
おいて、電解コンデンサブロック２２を除いて各ブロッ
クの入力端子と出力端子で本数の違いがあり、しかも接
続導体とケーブルの違いがあり、入出力を誤って接続す
るのを防止できる。さらに、ブスバーとの接続構造はブ
ロック側の接続導体とボルトとネジによる締め付けにな
るのに対して、電力ケーブルとの接続構造はケーブル端
子のネジ止めになり、入出力端子の誤った接続を防止で
きる。

【００３２】なお、各ブロックとブスバーの接続におけ
る正負極性の区別は、ブスバーの高さ位置または奥行き
があらかじめ異なり、これに合わせた各ブロックの接続
導体の引き出し位置や長さもあらかじめ異なることか
ら、これらの接続における極性の誤りは発生しない。

【００３３】また、コンデンサブロック２２は、入出力
が同じ端子に接続されること、および極性の違いが高さ
や奥行きの違いで区別されることから、誤った接続を起
こすことはない。

【００３４】（第２の実施形態）図２は、インバータ設
備のブロック構造を示す。前記のように、インバータ設
備を、順変換ブロック２１と電解コンデンサブロック２
２と逆変換ブロック２３〜２６に分離構成し、それぞれ
の直流回路接続を一対の直流用ブスバー（接続導体）２
７で接続する構成とするにおいて、本実施形態では、ブ
ロック２１、２２、２３〜２６の回路部品は、全て同じ
高さ、幅、奥行きにした収納ケース４１〜４６内にそれ
ぞれ収納する。また、各収納ケース４１〜４６の下部に
はそれぞれロック機構付きキャスターを設け、据え付け
やメンテナンス時の移動を容易にする。

【００３５】各ブロック間の直流回路接続は前記のブス
バーに対する導体接続で行い、電源またはモータとは電
力ケーブル端子を通した接続を行う。

【００３６】したがって、インバータ設備の現場据え付
けには、各ブロックケース４１〜４６をキャスターを利
用した移動で互いに密着させ、ブスバーを互いの機械結
合手段として固定することで済み、据え付け面積の縮小
を図ることができる。また、各ブロックは切り離し、キ
ャスターを利用して広い場所に移動することによって、
各ブロックが低い設置位置であってもそのメンテナンス
を容易にする。

【００３７】なお、各ブロックの配列順は、任意であ
り、モータや電源の配置に応じてそれぞれを最短の電力
ケーブルで接続できる配置するのが望ましい。

【００３８】（第３の実施形態）図３は、インバータ設
備のブロック構成を示す。同図が図１と異なる部分は、
電解コンデンサブロック２２に収納するヒューズＦＳに
代えて、逆変換ブロック２３〜２６に個別にかつ電流容
量に合わせた動作電流で分離したヒューズを設けた点に
ある。

【００３９】この構成によれば、各逆変換ブロック２３
〜２６は、その負荷になる工程毎のモータの電流定格に
合わせた動作電流をもつヒューズを選定でき、過電流発
生元となったモータまたは逆変換ブロック別の保護がで
きる。また、１台の逆変換ブロックが破損した場合、他
の逆変換ブロックがブスバーで相互に接続されるも故障
波及を防止できる。

【００４０】（第４の実施形態）図４は、インバータ設
備のブロック構成を示す。同図が図１と異なる部分は、
コンデンサブロック２２を省き、このブロックに設ける
電解コンデンサを逆変換ブロック２３〜２６に個別にか
つ容量別に分割して搭載した点にある。また、図３の場
合と同様にヒューズも分離構成して逆変換ブロック毎に
設ける。

【００４１】インバータ設備において、電解コンデンサ
ブロック２２に設ける電解コンデンサの容量を決める場
合、射出成形機の運転パターンが図１１のように同時に
運転するブロックが決まっており、この運転パターンと
電流出力を基に必要な最大容量を求めている。したがっ
て、電解コンデンサを逆変換ブロックに分割して搭載す
ることにより、逆変換ブロックに搭載する電解コンデン
サ容量を抑えることができ、外形寸法を大幅に増加させ
ることなくコンデンサブロック２２を省くことができ
る。

【００４２】（第５の実施形態）図５は、インバータ設
備のブロック構成を示す。同図が図４と異なる部分は、
各逆変換ブロックに分割搭載した電解コンデンサの他
に、共通の電解コンデンサボックス３２を設けた点にあ
る。

【００４３】本実施形態は、図４の構成において、電解
コンデンサの合計容量が不足する場合に電解コンデンサ
ボックス３２を設ける。これにより、構成的には図３と
類似するが、ボックス３２に設けるコンデンサ容量は小
さくて済むため、インバータ設備全体として外形寸法が
大幅に大きくなることはない。

【００４４】（第６の実施形態）図６の（ａ）は、イン
バータ設備のブロック構成を示す。同図が図４と異なる
部分は、ブスバー２７を省略し、各逆変換ブロックと順
変換ブロックとを隣接する同士で直接接続する点にあ
る。なお、電解コンデンサボックス３２は終端接続位置
に設ける場合で示す。

【００４５】各逆変換ブロックは、図６の（ｂ）に示す
ように、逆変換部の入力端子３３Ａ，３３Ｂとしてケー
スの両側に対で引き出した構造とし、隣接する他のブロ
ックの入力端子同士を接続および順変換ブロック２１の
出力端子とそれに隣接する逆変換ブロックの入力端子を
接続する。

【００４６】したがって、各ブロックから引き出した入
力端子をブスバーに代えた接続導体として利用でき、逆
変換ブロックが増設される場合など、設計変更される場
合にブスバーの長さ等を変更することなく、各ブロック
の接続台数を変更することで済み、設計変更の工数削減
ができる。

【００４７】なお、図５で示すコンデンサボックス３２
を設ける場合は、逆変換ブロックの場合と同様の端子構
成にしてそのまま適用できる。

【００４８】（第７の実施形態）図７の（ａ）は、イン
バータ設備のブロック構成を示す。同図が図６と異なる
部分は、２つの逆変換ブロックを１つの逆変換ブロック
として一括収納した点にある。図示では、型締と射出用
逆変換ブロック３４と、計量と突出用逆変換ブロック３
５に分離構成する。

【００４９】図７の（ｂ）は、２つの逆変換ブロックを
まとめた逆変換ブロック３４、３５における半導体素子
の組み立て構造を示す。ヒートシンクに半導体素子を取
り付ける場合、逆変換部１台当たり６個の半導体素子を
取り付けるのが基準となり、ヒートシンクもそのサイズ
に合わせて作られる。本実施形態では、図７の（ｂ）に
示すように、ヒートシンクＨＳの左右又は前後の両面に
半導体素子ＴＲを取り付ける構造とすることで、１つの
ヒートシンクで２つの逆変換ブロック分の半導体素子の
取り付けと冷却を可能にする。

【００５０】したがって、２つの逆変換ブロックを１つ
の逆変換ブロックとしてまとめ、それらの半導体素子を
１つのヒートシンクに一括組立した構成とすることで、
逆変換ブロック数と設備空間の低減ができる。

【００５１】なお、一括収納する２つの逆変換ブロック
の組み合わせは自由に選ぶことができる。

【００５２】（第８の実施形態）一般に、インバータの
電流容量を高める場合、半導体素子を２並列接続や４並
列接続し、各半導体素子で電流分担を行う。一方、１つ
のヒートシンクに取り付けできる半導体素子は６個単位
に設計される。

【００５３】そこで、本実施形態では、図８の（ａ）に
Ｐアーム内部回路構成を、（ｂ）にＮアーム内部回路構
成を示すように、半導体素子の２並列でアームＵ〜Ｚを
それぞれ構成するのに、半導体素子をＰアームとＮアー
ム毎にまとめてヒートシンクに取り付け、図８の（ｃ）
に外部配線を示すように、ＰアームとＮアームの出力を
各部で接続する構成とする。

【００５４】この構成により、一般に使用されるヒート
シンクを使用して半導体素子の２並列による主回路を構
成でき、特別仕様のヒートシンクの設計および部品管理
が不要になる。また、外部接続をするだけで、インバー
タ容量を容易に高めることができる。

【００５５】（第９の実施形態）図９の（ａ）は、イン
バータ設備のアーム内部回路構成を示し、（ｂ）には外
部配線を示す。

【００５６】本実施形態では、１つのヒートシンクに６
個の半導体素子を取り付けてＰ，Ｎアームの組を構成
し、このＰＮアームを２つ用意して外部で並列接続する
ことで半導体素子の２並列接続を得るものである。

【００５７】この場合にも、第８の実施形態と同様に、
一般に使用されるヒートシンクを使用して半導体素子の
２並列による主回路を構成でき、特別仕様のヒートシン
クの設計および部品管理が不要になる。また、外部接続
をするだけで、インバータ容量を容易に高めることがで
きる。

【００５８】（第１０の実施形態）射出成形機用インバ
ータは、成形機内部に組み込まれる場合がある。この場
合、インバータ本体に手動操作パネルを設ける方式で
は、外部手動操作が難しくなる。

【００５９】そこで、本実施形態では、図１０に外観図
を示すように、外部パネル（またはパーソナルコンピュ
ータＰＣ）３６を用意し、ケーブル３７を通して逆変換
ブロックの制御回路とシリアル通信で相互に通信可能に
し、各逆変換ブロックの制御パラメータを外部操作で切
り替える構成とする。これにより、メンテナンス性を高
める。

【００６０】なお、以上までの各実施形態は、適宜組み
合わせ構成できるものである。例えば、図１〜図５の直
流回路接続に図６の端子構成とするもの、図７の２台構
成にした逆変換ブロックの直流回路接続をブスバー接続
する構成、図１の逆変換ブロックの電流容量の増大に図
７に示すヒートシンクを設けた構成などである。

【００６１】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、順変換
部と逆変換部と電解コンデンサをブロック化して分離構
成し、分離構成した各ブロックを同じ形状でキャスター
付きのケースに収納し、各ケースを隣接配置してこれら
の間を直流用ブスバーなどで導体接続したため、以下の
効果がある。

【００６２】（１）電源には順変換部と電力ケーブルで
接続し、モータには逆変換部と電力ケーブル接続するこ
とになり、現場据え付け時にそれらを逆に接続してしま
うことはなくなる。

【００６３】（２）据え付けには、分離構成したブロッ
ク別に行い、ブロック間をブスバー等で接続することで
済み、放熱およびメンテナンスのための空間確保が容易
になるし、必要な据え付け空間が大きくなることはな
い。

【００６４】（３）設備をブロックに分離構成して同じ
形状のケースに収納するため、各ブロックの大きさが均
一化され、空間の有効利用が可能となる。

【００６５】（４）各ブロックはキャスター付きのケー
スに収納するため、据え付けやメンテナンス時の作業性
が向上する。

【００６６】（５）インバータの電流容量を上げる場
合、半導体素子の冷却用ヒートシンクの利用効率を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示すインバータ設備
のブロック構成図。

【図２】本発明の第２の実施形態を示すインバータ設備
のブロック構造。

【図３】本発明の第３の実施形態を示すインバータ設備
のブロック構成図。

【図４】本発明の第４の実施形態を示すインバータ設備
のブロック構成図。

【図５】本発明の第５の実施形態を示すインバータ設備
のブロック構成図。

【図６】本発明の第６の実施形態を示すインバータ設備
のブロック構成図。

【図７】本発明の第７の実施形態を示すインバータ設備
のブロック構成図。

【図８】本発明の第８の実施形態を示すインバータ設備
のアーム構成図。

【図９】本発明の第９の実施形態を示すインバータ設備
のアーム構成図。

【図１０】本発明の第１０の実施形態を示すインバータ
設備のブロック構造。

【図１１】射出成形機用インバータの運転パターン。

【図１２】従来のインバータ設備の構成図。

【図１３】従来のインバータの内部構成図。

【図１４】インバータの電流容量を高めるための半導体
素子並列接続回路とヒートシンク配置図。

【符号の説明】

２１…順変換ブロック ２２…電解コンデンサブロック ２３〜２６、３４、３５…逆変換ブロック ２７…ブスバー ２８〜３１…モータ ３６…外部パネル ４１〜４６…ケース

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Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 型締、射出、計量、突出の各工程別のモ
   ータをそれぞれインバータで駆動する射出成形機用イン
   バータ設備において、 前記インバータは、交流電源から直流電力を得る順変換
   ブロックと、前記直流電力の平滑用電解コンデンサを設
   けたコンデンサブロックと、前記順変換ブロックとコン
   デンサブロックを共通の直流電源として前記各モータを
   駆動する４つまたは２つの逆変換ブロックとに分離構成
   したことを特徴とする射出成形機用インバータ設備。
2. 【請求項２】 前記順変換ブロックとコンデンサブロッ
   クおよび各逆変換ブロックは、それぞれ同じ形状でキャ
   スター付きのケースに収納して隣接配置した構成を特徴
   とする請求項１に記載の射出成形機用インバータ設備。
3. 【請求項３】 前記順変換ブロックとコンデンサブロッ
   クおよび逆変換ブロック間の直流回路接続は、前記各収
   納ケースの一側面に配置した直流用ブスバーで導体接続
   し、前記順変換ブロックとその交流電源との間の交流回
   路接続および各逆変換ブロックと各モータ間の交流回路
   接続はそれぞれ電力ケーブルで接続した構成を特徴とす
   る請求項１または２に記載の射出成形機用インバータ設
   備。
4. 【請求項４】 前記順変換ブロックとコンデンサブロッ
   クおよび逆変換ブロック間の直流回路接続は、前記各収
   納ケースの両側に対で引き出した直流回路端子同士を接
   続し、前記順変換ブロックとその交流電源との間の交流
   回路接続および各逆変換ブロックと各モータ間の交流回
   路接続はそれぞれ電力ケーブルで接続した構成を特徴と
   する請求項１または２に記載の射出成形機用インバータ
   設備。
5. 【請求項５】 前記各逆変換ブロックは、駆動する各モ
   ータの電流容量に合わせた動作電流のヒューズを設けた
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の
   射出成形機用インバータ設備。
6. 【請求項６】 前記コンデンサブロックの電解コンデン
   サは、各逆変換ブロックの直流回路に容量分割して該逆
   変換ブロックに設けたことを特徴とする請求項１〜５の
   いずれか１項に記載の射出成形機用インバータ設備。
7. 【請求項７】 前記逆変換ブロックの電力用半導体素子
   を冷却するヒートシンクは、その左右又は前後の両面に
   半導体素子を取り付ける構造、半導体素子を２並列して
   ＰアームとＮアーム別にそれぞれの半導体素子を取り付
   ける構造、ＰアームとＮアームを組にして半導体素子を
   取り付けてそれらを並列接続する構造のいずれか１つの
   構造としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１
   項に記載の射出成形機用インバータ設備。
8. 【請求項８】 前記逆変換ブロックの手動操作パネル
   は、ケーブルを通して接続する外部パネルまたはパーソ
   ナルコンピュータとした構成を特徴とする請求項１〜７
   のいずれか１項に記載の射出成形機用インバータ設備。