JP2006177601A

JP2006177601A - 電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置

Info

Publication number: JP2006177601A
Application number: JP2004370558A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kamigaichi; 裕治上垣内
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】小さな装置で充分に冷却することができ、しかも結露水による漏電、ショート等の問題もない電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を提供する。
【解決手段】ＩＧＢＴ（Ｅ、Ｋ、Ｓ、…）が取り付けられるアルミニウム合金製の冷却板（１）と、冷却液貯留用のリザーブタンク（１０）と、リザーブタンク（１０）中の冷却液を冷却板（１）に所定量宛圧送するポンプ（８）と、冷却液を冷水により冷却する熱交換器（３０）とから構成する。このとき、冷却液の温度が、冷却板（１）の近傍の周囲温度との差が５℃以上にならないように、熱交換器（３０）に送られる冷水の流量の方を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＧＢＴを含んだサーボアンプが取り付けられる金属製の冷却板と、冷却液貯留用のリザーブタンクと、冷却液を冷水により冷却する熱交換器とを備え、前記リザーブタンク中の冷却液が前記熱交換器により所定温度に冷却され、所定温度に冷却された前記リザーブタンク中の冷却液が前記冷却板と前記リザーブタンクとの間を循環して前記サーボアンプが冷却されるようになっている電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置に関するものである。

射出成形機は、従来は周知のように、型開閉ユニット、射出ユニット等からなっている。型開閉ユニットは、固定金型、この固定金型に対して型開閉される可動金型、成形品を突き出すエジェクタ装置等からなり、射出ユニットは加熱シリンダ、この加熱シリンダ内で回転方向と軸方向とに駆動されるスクリュ等からなっている。そして、電動射出成形機においては、上記の可動金型を型開閉するための駆動源、エジェクタ装置の駆動源、スクリュを回転駆動して可塑化する駆動源、スクリュを軸方向に駆動する駆動源等の動力源は、サーボモータから構成されている。

このようなサーボモータの制御には、サーボ制御装置から出力される制御信号に基づいて電流をオンオフするＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用されている。ＩＧＢＴをスイッチングして電流を流すと、ＩＧＢＴはスイッチング時と導通時に発熱する。
ところで、前述したようなサーボモータは、ＮＣ工作機、産業用ロボット等にも使用されているが、電動出成形機に使用されるサーボモータの出力は、ＮＣ工作機等に使用されているサーボモータのそれよりも遙かに大きく、最低でも４台のＩＧＢＴを含んだサーボアンプと、ＡＣ／ＤＣコンバータを必要としている。サーボモータの出力が１５ｋｗになると、ＩＧＢＴで発生する熱は、１台のサーボモータを駆動するだけで１０００ｗ程度も発生する。ＩＧＢＴは熱に対して弱く、ジャンクション温度が１５０℃を越えると破壊するので、１２０℃程度を上限として使用しなければならない。ＩＧＢＴを含んだサーボアンプあるいは動力用半導体の冷却は、電動射出成形機にとって重要な問題となっている。

このようなＩＧＢＴの冷却には、空冷式も採用されている。空冷式は、ＩＧＢＴが取り付けられる冷却板と、この冷却板の側部に並列的に設けられている冷却風ダクトと、冷却風ダクトの終端部に設けられている冷却フアンとからなっている。したがって、冷却フアンを駆動すると、外気あるいは冷却風が冷却ダクトの一方の端部から吸い込まれ、そして他端部から大気中へ排出される。このとき冷却板は外気により冷却される。これによりＩＧＢＴが間接的に冷却される。

このように空冷式は、外気を吸引し、そして排出するだけでＩＧＢＴが冷却され、冷却熱媒体を必要としない特徴があり、また結露が生じないので水滴による漏電、ショート等の問題がないという利点もある。しかしながら、空気は熱容量が小さく電動射出成形機用のＩＧＢＴを冷却するには、大量の冷却風を取り込まなければならず、この多量の空気に含まれている塵埃等によりＩＧＢＴ端子部分が汚れる。また、多量の冷却空気を吸引するためのダクトが大きくなり、制御盤が大きくなる欠点もある。さらには、冷却フアンの騒音の問題、冷却能力の計算が困難になる問題、冷却フアンの大型化による重量の問題、冷却風を大量に必要とするのでクリーンルームには適さない、等の問題がある。これに対し、特許文献１により水冷式の冷却装置も提案されている。

特開平７−１６１８９０号公報

特許文献１には、ポンプで液体（水）を圧送するための配管の内部に、放熱フインを臨ませ、配管の外部に取り付けた動力用半導体で発生する熱を、前記放熱フインを介して配管内の液体に放熱すようにした冷却装置が示されている。

上記水冷式の冷却方法によると、ポンプで取り扱われる液体により冷却されるので、前述した空冷式の問題はない。また、ポンプで取り扱われる液体により冷却されるようになっているので、冷却源を格別に必要としない利点も認められる。さらには、ポンプで取り扱われる液体の温度は、ほとんどの場合常温であるので、動力用半導体が取り付けられている取付座の温度と、周囲の温度との差は小さく、結露の問題が少ないという利点も認められる。
しかしながら、問題もある。例えば、液体は空気に比較して熱容量が大きいので、ある程度の冷却効果は認められるが、液体の温度が常温であるので、発熱量の大きい動力用半導体を冷却するには、大きな配管系、大面積の放熱フイン等を必要とし、装置が大型化する恐れがある。また、配管を有効に利用することはできても、動力用半導体の配置に融通性がない。
本発明は、上記したような問題を解決した電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を提供することを目的としている。具体的には、小さな装置で充分に冷却することができ、しかも結露水による漏電、ショート等の問題もない電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を提供することを目的としている。また、冷却されるＩＧＢＴの配置に融通性のある冷却装置を提供することも目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、ＩＧＢＴを含んだサーボアンプが取り付けられる金属製望ましくはアルミニウム合金製の冷却板は、冷却液あるいは例えば錆防剤等が混入された冷却水により循環式に冷却されるように構成される。冷却液は冷水と熱交換することにより冷却される。このとき、冷却液の温度は、冷却板の近傍の周囲温度との差が一定範囲に収まるように、例えば５℃以上にならないように冷水の供給量が制御される。

かくして、請求項１に記載の発明は、前記発明の目的を達成するために、ＩＧＢＴを含んだサーボアンプが取り付けられる金属製の冷却板と、冷却液貯留用のリザーブタンクと、冷却液を冷水により冷却する熱交換器とを備え、前記リザーブタンク中の冷却液が前記熱交換器により所定温度に冷却され、所定温度に冷却された前記リザーブタンク中の冷却液が前記冷却板と前記リザーブタンクとの間を循環して前記サーボアンプが冷却されるようになっている冷却装置であって、冷却液の温度は、前記冷却板の近傍の周囲温度との差が所定範囲に収まるように、前記熱交換器に送られる冷水の流量が制御される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷却装置において、冷却板は、冷却液の流れに対して並列に設けられた複数個の冷却板からなり、そのそれぞれに１個宛または複数個宛のＩＧＢＴを含んだサーボアンプが取り付けられ、そして請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の冷却装置において、リザーブタンク中に、冷却液を冷水により冷却する熱交換器が組み込まれている。

以上のように、本発明によると、ＩＧＢＴを含んだサーボアンプが取り付けられる金属製の冷却板と、冷却液貯留用のリザーブタンクと、冷却液を冷水により冷却する熱交換器とを備え、前記リザーブタンク中の冷却液が前記熱交換器により所定温度に冷却され、所定温度に冷却された前記リザーブタンク中の冷却液が前記冷却板と前記リザーブタンクとの間を循環して前記サーボアンプが冷却されるようになっているので、空冷式の欠点が解消されている。すなわち冷却液により冷却されるので、熱容量が大きく冷却装置を小型化できる。これにより、サーボアンプ用の冷却装置を安価に提供できる。また、冷却フアンの騒音の問題もない。小型化されるので、サーボアンプの配置に自由度が広がる。さらには、空気中に含まれる塵埃による汚れの問題もない。
そして、本発明によると、冷却液の温度は、冷却板の近傍の周囲温度との差が所定範囲に収まるように、例えば５℃内に収まるように制御されるので、冷却液を使用しているにも拘わらず、結露水による漏電、ショート等の事故が発生する恐れがない、という本発明に特有の効果が得られる。このとき、冷却液の温度は熱交換器に送られる冷水の流量により制御されるので、換言すると、リザーブタンクから常に一定量の冷却液を冷却板間に循環させることができるので、冷却の過不足が生じるようなこともない。また、電動射出成形機は、一般に冷却源を備えているので、この冷却源により冷水を得ることができ、ユーザに格別の負担を強いることもない。他の発明によると、リザーブタンク中に、冷却液を冷水により冷却する熱交換器が組み込まれているので、上記のような効果に加えて、安価に電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を提供できる効果がさらに得られる。

以下、添付図面により本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を模式的に示す図であるが、この図に示されているように、第１の実施の形態に係わるサーボアンプの冷却装置は、例えばアルミニウム合金のような熱の良導体から構成されている複数個の独立した冷却板１、１、…を備えている。そして、これらの冷却板１、１、…にはリザーブタンク１０中の冷却液が循環供給されるようになっている。また、本実施の形態に係わる冷却装置は、冷凍サイクル２０も備え、この冷凍サイクル２０で得られる冷水と冷却液は、熱交換器３０で熱交換されるようになっている。さらには、所定温度の冷却液を得るために、冷水の供給量が制御される。以下、さらに詳しく説明する。

１個の冷却板１は、図１の（ロ）に示されているように、一対の板材２、２と、冷却板１の中で往復している第１、２の冷却液管４、５とからなっている。すなわち、一対の板材２、２は、所定幅で所定長さを有し、その合わせ面に所定径の凹溝３、３を軸方向に有するように、例えばアルミニウム合金により押出成形されている。そして、これら凹溝３、３に金属管例えば銅合金製の第１、２の冷却管４、５がセットされ、そして一対の板材２、２の合わせ面がブレージングにより接合されている。これにより、一対の板材２、２間に第１、２の冷却液管４、５が密に接触された冷却板１が得られる。このようにして得られる第１の冷却液管４の一方は、冷却液供給管６に接続され、第２の冷却液管５の一方は冷却液戻り管７にそれぞれ接続されている。一方、第１、２の冷却液管４、５の他方は冷却板１の外部においてリターン管８により接続されている。これにより、冷却液供給管６から供給される冷却液は、冷却板１の間を往復することになる。第１、２、…の冷却板１、１、…も同様に構成され、そして多岐管により冷却液の流れに対して並列に接続されている。このように構成されている冷却板１、１、…の表面にＩＧＢＴを含んだエジェクタ用サーボアンプＥ、型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ，射出用サーボアンプＪ等がそれぞれ独立して取り付けられている。

冷水を得る冷却源には、電動射出成形機に備わっている冷却源を利用することもできるが、本実施の形態では冷凍サイクル２０が適用されている。冷凍サイクル２０は、従来周知のように、冷媒を圧縮する圧縮機２１、凝縮器２２、キャピラリチューブ２３、蒸発器２４等から構成され、これらは冷媒管で接続されている。そして、本実施の形態では蒸発器２４が冷水を得る水側熱交換器２４となっている。この水側熱交換器２４には、冷水供給管２５と冷水戻り管２６とが接続され、これらの管２５、２６は熱交換器３０の第１のインポート３１と第１のアウトポート３２にそれぞれ接続されている。一方、冷却液戻り管７は熱交換器３０の第２のインポート３４に接続され、第２のアウトポート３５にはリザーブタンク１０に接続されている戻り管７’が取り付けられている。

このように構成されている冷却液供給管６には、水ポンプ８’が介装され、そしてリザーブタンク１０の底壁近傍まで達している。また、この冷却液供給管６には冷却板１、１、…の方へ流れる冷却液の温度を計測する温度センサＷＳが設けられている。また、冷却板１、１、…の近傍の適所には環境温度あるいは周囲温度を測定する温度センサＡＳが、また冷水戻り管２６には流量制御弁２７がそれぞれ設けられている。これらの温度センサＡＳ、ＷＳと制御装置３６は信号ラインａ，ｂによりそれぞれ接続され、流量制御弁２７とは信号ラインｃにより接続されている。この流量制御弁２７により、後述するように冷水の循環量が制御される。

次に、上記第１の実施の形態の作用について説明する。リザーブタンク１０に所定量の冷却液例えば防錆剤等を混入した水を蓄え、そして所定容量の水ポンプ８’を起動する。そうすると、所定流量宛の冷却液が、リザーブタンク１０から吸引され、そして冷却液供給管６から冷却板１、１、…の中の第１、２の冷却液管４、５を通って冷却液戻り管７から熱交換器３０を経てリザーブタンク１０へ戻る。このように、冷却液が循環する間に冷却板１、１、…に取り付けられているエジェクタ用サーボアンプＥ、型開閉用サーボアンプＫ、可塑化用サーボアンプＳ、射出用サーボアンプＪ等が間接的に冷却される。このとき、冷凍サイクル２０も起動する。そうすると、従来周知のように冷媒が状態変化をして水側熱交換器２４により冷水が得られる。流量制御弁２７により調整された流量の冷水が、熱交換器３０の方へ流れる。熱交換器３０において、可塑化用サーボアンプＳ、射出用サーボアンプＪ等を冷却して温度が上昇した冷却液は、冷水と熱交換され、所定温度に冷却される。

上記のようにして、型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ等が冷却されているときに、冷却板１、１、…の周囲温度は温度センサＡＳにより、冷却液供給管６中の冷却液の温度は温度センサＷＳにより計測され、そして制御装置３６に入力される。制御装置３６において、周囲温度と冷却液温度とが比較され、周囲温度と冷却液温度の差が、所定範囲になるように、例えば温度差が５℃以上になると結露するので、５℃以下に保たれるように、流量制御弁２７に出力される。冷水の流量は制御され、リザーブタンク１０中の冷却液すなわち冷却水供給管６中の冷却液の温度が周囲温度よりも５℃以上下がらないように制御される。これにより、結露水による漏電、ショート等の事故が防止される。

本実施の形態によると、冷水の流量により冷却水の温度が制御されるので、冷却板１、１、…には常に一定量の冷却液を流すことができる。これにより、冷却板１、１、…間における冷却液のアンバランスの供給が回避できる。また、本実施の形態によると、複数個の冷却板１、１、…のそれぞれに型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ等が取り付けられているので、型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ等の配置に融通生が得られる。さらには、型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ等の発熱量が小さいときは、図１の（ロ）において点線で示されているように冷却板１、１、…の裏面にも取り付けることもできる。

図２に本発明の第２の実施の形態の要部が示されている。第１の実施の形態の構成要素と同じ要素あるいは同じような要素には同じ参照文字を付けて重複説明はしないが、第２の実施の形態によると、１個の冷却板１、１に３個の型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ、エジェクタ用サーボアンプＥ等が取り付けられている。第２の実施の形態によると、型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ等は冷却液の流れ方向に対して直列的に配置されて、冷却にアンバランスが生じることが懸念されるが、冷却板１はアルミニウム合金等の熱の良導体から構成されているので、冷却に支障を来すようなアンバランスは生じない。本実施の形態によると、冷却板１の数が少なくてコストダウンができる。

図３の（イ）、（ロ）に、１個の冷却板１に複数個の型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ、エジェクタ用サーボアンプＥ等が取り付けられた第３実施の形態が示されている。第１の実施の形態の構成要素と同じ要素あるいは同じような要素には同じ参照文字を付けて重複説明はしない。本実施の形態によると、冷却板１の面積が広いので、第１の冷却液管４、４、…と第２の冷却液管５、５、…とが対をなして複数組並列的に設けられている。第３の実施の形態によると、型開閉用サーボアンプＫ，可塑化用サーボアンプＳ、エジェクタ用サーボアンプＥ等の配置に融通性に欠ける嫌いがあるが、冷却板１のコストダウンになり、また管理も容易になる。

図４に、冷却板１’の他の実施の形態が示されている。本実施の形態によると、一対の板材２’、２’は、図４の（ロ）に示されているように、仕切壁１１により仕切られた一対の凹部１２、１３を有するように例えばアルミニウム合金から成形されている。仕切壁１１の図４の（イ）において上部１１’は切り欠かれている。このように成形されている板材２’、２’は、凹部１２、１３を囲むようにしてブレージング等により接合されている。これにより、第１、２の冷却液管部４’、５’が形成される。第１、２の冷却液管部４’、５’のそれぞれに冷却液供給管６と冷却液戻り管７とを接続すると、第１〜３の実施の形態と同様に作用することは明らかである。本実施の形態によると、第１、２の冷却液管４、５が不要となり、また伝熱面積が広く熱交換が良くなる。このとき、第１、２の冷却液管部４’、５’の内部に突起物等を一体的に成形し、冷却液の短絡を防止するように実施することもできる。

図１に示されている実施の形態によると、リザーブタンク１０と熱交換器３０は別体になっているが、リザーブタンク１０に熱交換器３０を組み込んだ形の実施の形態が図５に示されている。すなわち、冷水供給管２５の一部が銅管からなり、その銅管がリザーブタンク１０内でコイル状に巻かれて熱交換器３０’が構成されている。このコイル状の熱交換器３０’に、冷却液戻り管７から冷却液が直接注がれるようになっている。本実施の形態によると、熱交換器３０が不要となり、コストダウンができると共に、熱感効率も向上する。

本発明の第１の実施の形態を模式的に示す図で、その（イ）は全体を示す側面図、その（ロ）は（イ）において矢視ローロ方向に見た断面図である。である。本発明の第２の実施の形態の要部を模式的に示す側面図である。本発明の第３の実施の形態を模式的に示す図で、その（イ）は要部を示す側面図、その（ロ）は（イ）において矢視ローロ方向に見た断面図である。本発明に係る冷却板の他の実施の形態を示す図で、その（イ）は要部を示す平面図、その（ロ）は（イ）において矢視ローロ方向に見た断面図であるである。本発明に係るリザーブタンクの他の実施の形態を模式的に示す正面図である。

符号の説明

１冷却板４第１の冷却液管
５第２の冷却液管６冷却液供給管
７冷却液戻り管１０リザーブタンク
３０熱交換器３０’ コイル状の熱交換器
３６制御装置
ＡＳ、ＷＳ温度センサ

Claims

ＩＧＢＴを含んだサーボアンプが取り付けられる金属製の冷却板と、冷却液貯留用のリザーブタンクと、冷却液を冷水により冷却する熱交換器とを備え、
前記リザーブタンク中の冷却液が前記熱交換器により所定温度に冷却され、所定温度に冷却された前記リザーブタンク中の冷却液が前記冷却板と前記リザーブタンクとの間を循環して前記サーボアンプが冷却されるようになっている冷却装置であって、
冷却液の温度は、前記冷却板の近傍の周囲温度との差が所定範囲に収まるように、前記熱交換器に送られる冷水の流量が制御されることを特徴とする射出成形機用サーボアンプの冷却装置。
請求項１に記載の冷却装置において、冷却板は、冷却液の流れに対して並列に設けられた複数個の冷却板からなり、そのそれぞれに１個宛または複数個宛のＩＧＢＴを含んだサーボアンプが取り付けられる射出成形機用サーボアンプの冷却装置。
請求項１または２に記載の冷却装置において、リザーブタンク中に、冷却液を冷水により冷却する熱交換器が組み込まれている射出成形機用サーボアンプの冷却装置。