JP2013027987A - 射出成形機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回生電力を効率的に回生できる、射出成形機を提供すること。
【解決手段】モータと、前記モータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路に電力を供給する整流器１０２とを備える射出成形機であって、前記モータの回生電力の回生経路８２が整流器１０２に並列接続され、前記駆動回路と整流器１０２との間の直流電力を交流電力に変換するブリッジ回路１０４と、ブリッジ回路１０４によって変換された交流電力が入力される高調波成分抑制部６３とを回生経路８２に備えるとともに、ブリッジ回路１０４によって変換された交流電力の電流波形が正弦波になるようにブリッジ回路１０４の動作を制御するコントローラ２６を備えることを特徴とする、射出成形機。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータと、前記モータを駆動する駆動部と、前記駆動部に電力を供給する整流部とを備える射出成形機に関する。

従来技術として、ＤＣリンクが所定の上限電圧を超えるときに、電源回生を行うコンバータ装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−５４９４７号公報

しかしながら、上述の従来技術では、力行電力も回生電力も同じ交直変換回路部を通過するため、モータ減速時に発生する回生電力を効率的に回生できない。

そこで、本発明は、モータの回生電力を効率的に回生できる、射出成形機の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る射出成形機は、
モータと、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路に電力を供給する整流部とを備える射出成形機であって、
前記モータの回生電力の回生経路が、前記整流部に並列接続され、
前記駆動回路と前記整流部との間の直流電力を交流電力に変換する変換部と、前記変換部によって変換された交流電力が入力される高調波成分抑制部とを前記回生経路に備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、モータの回生電力を効率的に回生できる。

本発明の一実施形態である射出成形機１の構成図である。 射出成形機１のコンバータ装置１００を含むモータ駆動用電源回路の一例を概略的に示す図である。 コンバータ装置１００の回路構成の一例を示す図である。 高調波成分抑制部６３の第１の構成例である。 高調波成分抑制部６３の第２の構成例である。 コントローラ２６の機能ブロック図である。 本実施例によるコンバータ装置１００の制御方法を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。図１は、本発明の一実施形態である射出成形機１の構成図である。

射出成形機１は、本例では電動式射出成形機であり、射出用のサーボモータ１１を備える。射出用のサーボモータ１１の回転はボールネジ１２に伝えられる。ボールネジ１２の回転により前後進するナット１３はプレッシャプレート１４に固定されている。プレッシャプレート１４は、ベースフレーム（図示せず）に固定されたガイドバー１５、１６に沿って移動可能である。プレッシャプレート１４の前後進運動は、ベアリング１７、ロードセル１８、射出軸１９を介してスクリュ２０に伝えられる。スクリュ２０は、加熱シリンダ２１内に回転可能に、しかも軸方向に移動可能に配置されている。加熱シリンダ２１におけるスクリュ２０の後部には、樹脂供給用のホッパ２２が設けられている。射出軸１９には、ベルトやプーリ等の連結部材２３を介してスクリュ回転用のサーボモータ２４の回転運動が伝達される。すなわち、スクリュ回転用のサーボモータ２４により射出軸１９が回転駆動されることにより、スクリュ２０が回転する。

可塑化／計量工程においては、加熱シリンダ２１の中をスクリュ２０が回転しながら後退することにより、スクリュ２０の前部、すなわち加熱シリンダ２１のノズル２１−１側に溶融樹脂が貯えられる。射出工程においては、スクリュ２０の前方に貯えられた溶融樹脂を金型内に充填し、加圧することにより成形が行われる。この時、樹脂を押す力がロードセル１８により反力として検出される。つまり、スクリュ前部における樹脂圧力が検出される。検出された圧力は、ロードセル増幅器２５により増幅され、制御手段として機能するコントローラ２６（制御装置）に入力される。また、保圧工程では、金型内に充填した樹脂が所定の圧力に保たれる。

プレッシャプレート１４には、スクリュ２０の移動量を検出するための位置検出器２７が取り付けられている。位置検出器２７の検出信号は増幅器２８により増幅されてコントローラ２６に入力される。この検出信号は、スクリュ２０の移動速度を検出するためにも使用されてもよい。

サーボモータ１１、２４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ３１、３２が備えられている。エンコーダ３１、３２で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。

サーボモータ４２は、型開閉用のサーボモータであり、サーボモータ４４は、成形品突出し（エジェクタ）用のサーボモータである。サーボモータ４２は、例えばトグルリンク（図示せず）を駆動して型開閉を実現する。また、サーボモータ４４は、例えばボールネジ機構を介してエジェクタロッド（図示せず）を移動させることで成形品突出しを実現する。サーボモータ４２、４４にはそれぞれ、回転数を検出するためのエンコーダ４３、４５が備えられている。エンコーダ４３、４５で検出された回転数はそれぞれコントローラ２６に入力される。

コントローラ２６は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、例えば、ＣＰＵ、制御プログラム等を格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。

コントローラ２６は、射出成形工程において、複数の各工程に応じた電流（トルク）指令をモータ駆動回路に送る。モータ駆動回路は、その指令に従って、各工程で使用されるサーボモータ１１，２４，４２，４４を駆動する。例えば、コントローラ２６は、サーボモータ２４の回転数をモータ駆動回路５２により制御して可塑化／計量工程を実現する。また、コントローラ２６は、サーボモータ１１の回転数をモータ駆動回路５１により制御して射出工程及び保圧工程を実現する。同様に、コントローラ２６は、サーボモータ４２の回転数をモータ駆動回路５３により制御して型開工程及び型閉工程を実現する。コントローラ２６は、サーボモータ４４の回転数をモータ駆動回路５４により制御して成形品突出し工程を実現する。

ユーザインターフェース３５は、型開閉工程、射出工程等の各成形工程のそれぞれに対して、成形条件を設定可能な入力設定部を備える。その他、ユーザインターフェース３５は、ユーザからの各種指示を入力する入力部を備えると共に、ユーザに対して各種情報を出力する出力部（例えば表示部）を備える。

射出成形機１における射出成形工程の１サイクルは、典型的には、金型を閉じる型閉工程と、金型を締め付ける型締め工程と、金型のスプル（図示せず）にノズル２１−１を押しつけるノズルタッチ工程と、加熱シリンダ２１内のスクリュ２０を前進させて、スクリュ２０前方に溜まった溶融材料を金型キャビティ（図示せず）内に射出する射出工程と、その後、気泡、ヒケの発生を抑制するために保持圧力をしばらくかける保圧工程と、金型キャビティ内に充填された溶融材料が冷却されて固まるまでの間の時間に次のサイクルのために、スクリュ２０を回転させて、樹脂を溶融しながら加熱シリンダ２１の前方にため込む可塑化／計量工程と、固化された成形品を金型から取り出すために、金型を開く型開工程と、成形品を金型に設けられた突出しピン（図示せず）によって押し出す成形品突出し工程とを含む。

図２は、射出成形機１のコンバータ装置１００を含むモータ駆動用電源回路の一例を概略的に示す図である。図２では、一例として、射出用のサーボモータ１１とサーボモータ１１を駆動するモータ駆動回路５１が示される。他のサーボモータ２４，４２，４４とモータ駆動回路５２，５３，５４についても同様であってよい。代替実施例では、コンバータ装置１００には、サーボモータ及びそのサーボモータを駆動するモータ駆動回路が、並列的に複数接続されてもよい。

コンバータ装置１００は、電源２００に接続される。電源２００は、交流電源であってよい。また、コンバータ装置１００は、ＤＣリンク３００及びモータ駆動回路５１を介してサーボモータ１１に接続され、電源２００からの電力を変換してＤＣリンク３００及びモータ駆動回路５１を介してサーボモータ１１に供給する。モータ駆動回路５１は、例えば、コンバータ装置１００の出力（直流電力）を３相交流電力に変換するインバータであって、例えば６個のパワートランジスタで構成される３相ブリッジ回路を含むものでよい。ＤＣリンク３００は、コンデンサ（キャパシタ）、バスバー、ケーブル等から構成される。

電圧検出部１９０は、コンバータ装置１００の整流器１０２（図３参照）の直流出力側とモータ駆動回路５１の直流入力側との間に配置されたＤＣリンク３００の両極間電圧を検出するように設けられる。電圧検出部１９０により検出される直流電圧は、コントローラ２６に供給される（図３，６参照）。

図３は、コンバータ装置１００の回路構成の一例を示す図である。図３に示す例では、コンバータ装置１００は、交流電源に接続される端子Ｒ，Ｓ，Ｔと、ＤＣリンク３００に接続される端子Ｐ，Ｎを備える。コンバータ装置１００は、６個のダイオードを含む３相ダイオードブリッジで構成される整流器（力行用回路部）１０２と、６個のトランジスタを含む３相インバータで構成されるブリッジ回路（回生用回路部）１０４とを備える。尚、図３には、力行時の電力の流れと回生時の電力の流れが矢印にて示される。

整流器１０２は、ダイオード整流により、交流電力からＤＣリンク３００における直流電力への変換動作（力行運転）を行うものとする。ブリッジ回路１０４は、ＰＷＭ生成器７１が出力する駆動信号に応じて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御により、ＤＣリンク３００における直流電力から交流電源における交流電力への変換動作（電源回生運転）を行う。そして、その電源回生運転における、交流電源とブリッジ回路１０４との間の交流電力（交流電流）、及び、ＤＣリンク３００の直流電力（直流電圧）の大きさを制御する。

図３に示されるように、コンバータ装置１００は、力行経路８１に並列接続された回生経路８２を備える。力行経路８１は、交流電源とモータ駆動回路との間の経路であり、整流器１０２が設けられている。回生経路８２は、整流器１０２の入出力部に並列接続され、回生経路８２の一方の端部は、整流器１０２の入力側の力行経路８１の交流経路部分に接続され、もう一方の端部は、整流器１０２の出力側の力行経路８１の直流経路部分に接続される。回生経路８２上に、ブリッジ回路１０４と高調波成分抑制部６３との直列回路が挿入されて設けられている。

ブリッジ回路１０４は、整流器１０２の直流出力側とモータ駆動回路５１（図２参照）の直流入力側との間の直流電力を、交流電力に変換する変換部である。高調波成分抑制部６３は、ブリッジ回路１０４の電力変換動作によって出力された交流電力が入力される。高調波成分抑制部６３は、ローパスフィルタとして機能するとよい。

高調波成分抑制部６３は、例えば、Ｒ，Ｓ，Ｔの各相に直列に挿入された複数のリアクトル間にコンデンサ（キャパシタ）が接続される構成であって、図４に示されるように、各相に一端が接続された複数のコンデンサが中性点で共通接続されるＹ結線構成でもよいし、図５に示されるように、各相間にコンデンサが挿入されるΔ結線構成でもよい。また、高調波成分抑制部６３は、各相に直列にリアクトルのみが挿入される構成でもよい。

また、射出成形機１は、コンバータ装置１００の制御部として、コントローラ２６と、ＰＷＭ駆動信号を生成するＰＷＭ生成器７１と、高調波成分抑制部６３の出力側と交流電源と整流器１０２の入力側とに接続される経路上の交流電圧の位相を検出する位相検出回路７２とを備える。コントローラ２６は、ＰＷＭ生成器７１によってブリッジ回路１０４をＰＷＭ制御することにより、モータ駆動回路５１を介してブリッジ回路１０４に入力されるサーボモータ１１の電力を電源に回生する。

コントローラ２６は、ブリッジ回路１０４から出力される交流電流の波形が正弦波になるように、ブリッジ回路１０４の回生動作を、ＰＷＭ生成器７１によって生成されるＰＷＭ駆動信号により制御する。ＰＷＭ制御をすることにより、ＰＷＭ制御をしない場合に比べて、ブリッジ回路１０４のトランジスタのスイッチング動作により発生して交流電源側に流れる高調波電流を抑制できるとともに、回生時の力率も向上する。

コントローラ２６は、例えば、電圧検出部１９０（図２参照）によって検出された直流電圧値Ｖｄｃと、ブリッジ回路１０４の交流出力側と高調波成分抑制部６３の交流入力側との間で電流検出部６１によって検出された交流電流値Ｉａｃｆと、電圧検出部６２で検出された交流電圧値Ｖａｃｆとに基づいて、ブリッジ回路１０４から出力される交流電流の波形が目標周波数の正弦波になるように、ＰＷＭ生成器７１によってブリッジ回路１０４の電力変換動作による回生動作を制御する。位相検出回路７２は、電圧検出部６２で検出された交流電圧値Ｖａｃｆに基づいて、交流電圧の位相を検出できる。

コントローラ２６は、例えば、直流電圧の指令値Ｖｒと電圧検出部１９０から供給される直流電圧値Ｖｄｃとの誤差に応じて生成された電圧誤差出力Ｖｅｒｒを、位相検出回路７２から供給される交流電圧値Ｖａｃｆと乗算等することにより、交流電流の指令値Ｉｒを生成する。そして、コントローラ２６は、指令値Ｉｒと電流検出部６１から供給される交流電流値Ｉａｃｆとの誤差に応じて生成された電流誤差出力Ｉｅｒｒを、ＰＷＭ生成器７１に供給する。ＰＷＭ生成器７１は、電流誤差出力Ｉｅｒｒを三角波等の所定の搬送波と比較することにより、ブリッジ回路１０４内の各トランジスタのゲートを駆動して回生動作させるＰＷＭ駆動信号を生成する。

図６は、コンバータ装置１００の制御装置として機能するコントローラ２６の機能ブロック図である。尚、コンバータ装置１００の制御装置は、コントローラ２６とは別の制御装置により実現されてもよい。

コントローラ２６は、コンバータ装置制御部２６１と、回生判定部２６３とを含む。コントローラ２６は、一又は二以上の演算処理装置、及びソフトウェア（プログラム）やデータ等を格納するためのＲＡＭやＲＯＭ等の記憶媒体等を備えて構成されている。そして、コントローラ２６の各機能部２６１，２６３は、前記演算処理装置を中核部材として、入力されたデータに対して種々の処理を行うための機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方により実装されて構成されている。各機能部２６１，２６３の機能については、図７を参照して説明する。

図７は、本実施例によるコンバータ装置１００の制御方法の一例を示すフローチャートである。図７に示す制御処理は、コントローラ２６により実現され、サーボモータ１１の回生時（サーボモータ１１の場合は、例えば射出減速時）に関連して実行される。

ステップＳ１０では、回生判定部２６３は、モータの回生状態を判断するため、電圧検出部１９０によってＤＣリンク３００のコンデンサの両端電圧Ｖｄｃを取得する。

ステップＳ１２では、回生判定部２６３は、ＤＣリンク３００の電圧Ｖｄｃが所定の閾値電圧Ｖｔｈよりも大きいか否かを判定する。回生判定部２６３は、電圧Ｖｄｃが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくない場合には、モータが減速状態ではない、すなわちモータの回生電力が発生していないと判定する。コンバータ装置制御部２６１は、回生判定部２６３によって電圧Ｖｄｃが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きくないと判定された場合には（モータの回生電力が発生していないと判定された場合には）、ブリッジ回路１０４のトランジスタが全てオフになるように制御して、ブリッジ回路１０４の回生動作を行わない。一方、回生判定部２６３は、電圧Ｖｄｃが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合には、モータが減速状態であるとして、モータの回生電力を回生可能と判定する。

ステップＳ１４では、コンバータ装置制御部２６１は、回生判定部２６３の判定結果に基づき電圧Ｖｄｃが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きい場合には、ブリッジ回路１０４から出力される交流電流波形が正弦波になるようにブリッジ回路１０４のトランジスタをＰＷＭ制御でスイッチング動作させて、回生動作を開始する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６，Ｓ１８，Ｓ２０では、コンバータ装置制御部２６１は、回生判定部２６３によって回生終了条件が満たされていると判定された場合、ブリッジ回路１０４のトランジスタを全てオフにすることにより、ブリッジ回路１０４の回生動作を停止させる。回生判定部２６３は、例えば、電圧検出部１９０によって検出された直流電圧値が閾値電圧Ｖｔｈ以下に設定された所定の電圧値以下であり、且つ、電流検出部６１によって検出された交流電流のピーク値が所定の電流値以下である場合、回生終了条件が満たされていると判定する。

このように、本実施例によれば、回生経路８２が力行経路８１に並列に設けてあるので、モータの回生電力を効率的に交流電源に回収でき、省エネルギー化を図ることができる。また、ブリッジ回路１０４及び高調波成分抑制部６３は、力行電力が流れずに回生電力のみが流れるため、力行経路と回生経路が同じ経路である場合に比べて、定格を下げることができる（力行電力ではなく回生電力に合わせて、トランジスタ等のスイッチング素子やリアクトルなどの部品を選定できる）。また、ＰＷＭ生成器７１を用いてＰＷＭ制御で回生することで、高力率の回生を実現できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本実施例では、電圧値又は電流値の次元の物理量を用いて制御を行っているが、エネルギー等のような、等価的に異なる次元の物理量を用いて同様の制御を行うことは可能である。

１ 射出成形機
１１ サーボモータ
１２ ボールネジ
１３ ナット
１４ プレッシャプレート
１５，１６ ガイドバー
１７ ベアリング
１８ ロードセル
１９ 射出軸
２０ スクリュ
２１ 加熱シリンダ
２１−１ ノズル
２２ ホッパ
２３ 連結部材
２４ サーボモータ
２５ ロードセル増幅器
２６ コントローラ
２７ 位置検出器
２８ 増幅器
３１，３２ エンコーダ
３５ ユーザインターフェース
４２ サーボモータ
４４ サーボモータ
４３，４５ エンコーダ
５１，５２，５３，５４ モータ駆動回路
６１ 電流検出部
６２ 電圧検出部
６３ 高調波成分抑制部
６４ａ〜６４ｆ リアクトル
６５ａ〜６５ｆ コンデンサ（キャパシタ）
７１ ＰＷＭ生成器
７２ 位相検出回路
８１ 力行経路
８２ 回生経路
１００ コンバータ装置
１０２ 整流器（整流部）
１０４ ブリッジ回路（変換部）
１９０ 電圧検出部
２００ 電源
２６１ コンバータ装置制御部
２６３ 回生判定部
３００ ＤＣリンク

Claims (5)

1. モータと、
   前記モータを駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路に電力を供給する整流部とを備える射出成形機であって、
   前記モータの回生電力の回生経路が、前記整流部に並列接続され、
   前記駆動回路と前記整流部との間の直流電力を交流電力に変換する変換部と、前記変換部によって変換された交流電力が入力される高調波成分抑制部とを前記回生経路に備えることを特徴とする、射出成形機。
2. 前記変換部は、変換した交流電力の電流波形が正弦波になるように動作する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 前記変換部の動作を制御する制御部を備える、請求項１又は２に記載の射出成形機。
4. 前記制御部は、
   前記駆動回路と前記整流部との間の直流電圧に応じて、前記変換部の回生動作を制御する、請求項３に記載の射出成形機。
5. 前記制御部は、
   前記駆動回路と前記整流部との間の直流電圧と、前記変換部と前記高調波成分抑制部との間の交流電流と、前記高調波成分抑制部の出力側の交流電圧とに基づいて、前記変換部をＰＷＭ制御する、請求項４に記載の射出成形機。

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