KR20070044030A - 성형기 공급 에너지 산출장치, 성형기 제어장치 및 성형기제어방법 - Google Patents

성형기 공급 에너지 산출장치, 성형기 제어장치 및 성형기제어방법 Download PDF

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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

실린더부재에 대한 공급 에너지를, 정확하게 산출할 수 있고, 성형재료의 종류에 대응시켜서 적정하게 변경할 수 있도록 한다.
실린더부재에 설치된 코일(16), 직류전압 발생회로(31), 스위칭 소자 및 콘덴서(C1∼C4)를 구비하고, 스위칭 소자의 스위칭에 따라서 고주파 전류를 발생시켜서 코일(16)에 공급하는 고주파 전류 발생회로와, 공진회로(SR2)의 상태를 나타내는 전기적 변량을 검출하는 전기적 변량 검출부와, 전기적 변량에 근거하여 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동신호(g1, g2)를 발생시키는 구동신호 발생 처리수단과, 직류전압 발생회로(31)의 전압, 콘덴서(C3, C4)의 정전용량 및 전기적 변량에 근거하여 실린더부재에 대한 공급 에너지를 산출하는 공급 에너지 산출 처리수단을 가진다.
스위칭 소자의 스위칭에 의한 손실을 고려할 필요가 없어진다.

Description

성형기 공급 에너지 산출장치, 성형기 제어장치 및 성형기 제어방법{Device for calculating energy to be supplied to molding machine, molding machine control device, and molding machine control method}
본 발명은, 성형기 공급 에너지 산출장치, 성형기 제어장치 및 성형기 제어방법에 관한 것이다.
종래, 성형기, 예컨대, 사출성형기에 있어서는, 사출장치에 있어서 용융된 성형재료로서의 수지를 금형장치 내의 캐비티 공간에 충전하고, 성형을 행하도록 하고 있다. 그 때문에, 사출장치에 실린더부재로서의 가열실린더가 설치되고, 이 가열실린더의 주위에 설치된 히터를 통전함으로써, 가열실린더 내의 수지를 용융시키도록 하고 있다. 그리고, 가열실린더의 온도를 검출하고, 검출결과에 근거하여 상기 히터를 ONㆍOFF함으로써 피드백 제어가 행하여진다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평06-328510호 공보
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 상기 종래의 사출장치에 있어서는, 히터를 통전함으로써 가열실린더를 가열하여, 수지를 간접적으로 가열하도록 되어 있으므로, 히터로부터의 방열량이 많고, 열효율을 높게 할 수 없다.
그래서, 가열실린더의 주위에, 히터를 대신하여 코일을 설치하고, 이 코일에 전류를 공급하여, 유도가열에 의하여 가열실린더를 가열하도록 한 유도가열장치를 생각할 수 있다. 이 경우, 가열실린더의 온도를 검출하고, 검출결과에 근거하여 유도가열의 동작 및 정지의 각 시간비로 나타내어지는 듀티비를 변경함으로써 피드백 제어가 행하여진다.
그런데, 상기 유도가열장치에 있어서는, 유도가열의 동작 중에 있어서의 가열 능력을 나타내는 가열실린더에 대한 공급 에너지(와트 밀도)가 일정하므로, 예컨대, 수지가 변경되었을 때에, 수지의 종류에 대응시켜 공급 에너지를 변경할 필요가 있다. 그 경우, 예컨대, 유도가열장치의 직류전압 발생회로의 전압 및 시간 평균전류를 측정하고, 측정결과에 근거하여 공급 에너지가 산출된다. 다만, 이 공급 에너지는, 가열실린더에 공급되는 열량에 대응된다.
그런데, 이 경우, 유도가열장치에 있어서의 스위칭 소자의 스위칭에 의한 손실을 고려할 수 없을 뿐만 아니라, 유도가열장치에서 발생된 고주파 전류가 직류전압 발생회로에 흐르게 되어 버리므로, 시간 평균전류를 정확하게 측정할 수 없다. 따라서, 공급 에너지를 정확하게 산출할 수 없고, 그 결과, 예컨대, 수지의 종류에 대응시켜 공급 에너지를 적정하게 변경할 수 없다.
본 발명은, 상기 종래의 유도가열장치의 문제점을 해결하여, 실린더부재에 대한 공급 에너지를, 정확하게 산출할 수 있고, 성형재료의 종류에 대응시켜 적정하게 변경할 수 있는 성형기 공급 에너지 산출장치, 성형기 제어장치 및 성형기 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
이를 위하여, 본 발명의 성형기 공급 에너지 산출장치에 있어서는, 실린더부재에 설치된 코일, 직류전압 발생회로, 스위칭 소자 및 콘덴서를 구비하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라서 고주파 전류를 발생시켜서 상기 코일에 공급하는 고주파 전류 발생회로와, 상기 코일 및 콘덴서로 이루어지는 공진회로의 상태를 나타내는 전기적 변량을 검출하는 전기적 변량 검출부와, 상기 전기적 변량에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 구동신호 발생 처리수단과, 상기 직류전압 발생회로의 전압, 콘덴서의 정전용량 및 전기적 변량에 근거하여, 상기 실린더부재에 대한 공급 에너지를 산출하는 공급 에너지 산출 처리수단을 가진다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 성형기 공급 에너지 산출장치에 있어서는, 실린더부재에 설치된 코일, 직류전압 발생회로, 스위칭 소자 및 콘덴서를 구비하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라서 고주파 전류를 발생시켜서 상기 코일에 공급하는 고주파 전류 발생회로와, 상기 코일 및 콘덴서로 이루어지는 공진회로의 상태를 나타내는 전기적 변량을 검출하는 전기적 변량 검출부와, 상기 전기적 변량에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 구동신호 발생 처리수단과, 상기 직류전압 발생회로의 전압, 콘덴서의 정전용량 및 전기적 변량에 근거하여, 상기 실린더부재에 대한 공급 에너지를 산출하는 공급 에너지 산출 처리수단을 가진다.
이 경우, 직류전압 발생회로의 전압, 콘덴서의 정전용량 및 전기적 변량에 근거하여, 실린더부재에 대한 공급 에너지가 산출되므로, 스위칭 소자의 스위칭에 의한 손실을 고려할 필요가 없어질 뿐만 아니라, 고주파 전류가 직류전압 발생회로에 흘러도, 공급 에너지를 정확하게 산출할 수 있다. 따라서, 예컨대, 성형재료가 변경된 경우에, 성형재료의 종류에 대응시켜 공급 에너지를 적정하게 변경할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 유도가열장치의 개념도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 사출성형기 제어장치의 요부를 나타낸 블럭도이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 반전기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 유도가열장치의 입력전압과 검출 전압의 관계를 나타낸 타임차트이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 유도가열장치의 개념도이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 반전기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 적산 에너지의 추이를 나타낸 타임차트이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 유도가열장치의 입력전압과 검출전압의 관계를 나타낸 타임차트이다.
도 9는, 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 사출성형기 제어장치의 요부를 나타낸 블럭도이다.
도 10은, 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 유도가열장치의 개념도이다.
도 11은, 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 반전기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 12는, 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 유도가열장치의 입력전압과 전압변화율의 관계를 나타낸 타임차트이다.
도 13은, 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 유도가열장치의 개념도이다.
도 14는, 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 반전기의 동작을 나타낸 도면이다.
도 15는, 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 유도가열장치의 입력전압과 전류의 관계를 나타낸 타임차트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 가열실린더
14 : 유도가열장치
16 : 코일
21 : 온도 센서
25 : PID 보상기(補償器)
28 : 공급 에너지 산출부
31 : 직류전압 발생회로
36 : 전류 센서
AN1 : 전압검출부
AN2, AN3 : 반전기(反轉器)
AN5 : 버퍼
C1∼C4 : 콘덴서
OP1 : 비교기
Q1, Q2 : IGBT
SR1 : 조작 출력부
SR2 : 공진회로
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이 경우, 성형기로서의 사출성형기에 적용되는 성형기 제어장치로서의 사출성형기 제어장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 유도가열장치의 개념도, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 사출성형기 제어장치의 요부를 나타낸 블럭도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 반전기의 동작을 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 유도가열장치의 입력전압과 검출전압의 관계를 나타낸 타임차트이다. 여기서, 도 3에 있어서, 횡축에 검출전압(Vc)을, 종축에 출력을 취하고 있다.
도 2에 있어서, 11은 사출장치이고, 이 사출장치(11)는, 도시되지 않은 형체장치, 금형장치 등과 사출성형기를 구성하며, 도시되지 않은 호퍼로부터 공급된 성형재료로서의 수지를 가열하여 용융시키는 실린더부재로서의 가열실린더(12), 용융된 수지를 사출하기 위한 사출노즐(13) 등을 구비하고, 상기 가열실린더(12) 내에 도시되지 않은 스크루가 진퇴 가능하게, 또한, 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 이 스크루를, 도시되지 않은 사출용 모터를 구동함으로써 전진시킴으로써 사출노즐(13)로부터 수지가 사출되고, 도시되지 않은 계량용 모터를 구동함으로써 회전시키고, 그에 수반하여 후퇴시킴으로써 수지의 계량이 행하여진다.
사출된 수지는, 금형장치의 캐비티 공간에 충전되고, 이 캐비티 공간에 있어서 냉각되어 성형품이 된다.
이 경우, 수지를 가열하여 용융시키기 위하여, 유도가열장치(14)가 설치된다. 이 유도가열장치(14)는, 가열실린더(12)에 설치된 코일(16), 유도가열용 전류인 고주파 전류를 발생시켜서 상기 코일(16)에 공급하는 히터 드라이버(17), 가열실린더(12)의 소정 위치에 설치되어, 가열실린더(12)의 온도를 검출하는 온도검출부로서의 온도 센서(21), 표시부로서의, 또한, 설정부로서의 표시설정기(22), 상기 온도 센서(21)에 의하여 검출된 온도인 검출온도(Tpv), 및 표시설정기(22)에 의하여 설정된, 가열실린더(12)의 목표가 되는 온도인 설정온도(Tsv)를 읽어들여, 히터 드라이버(17)를 구동하여 피드백 제어를 행하는 제어부(23)를 구비한다.
그리고, 이 제어부(23)는, 상기 검출온도(Tpv)와 설정온도(Tsv)의 편차(ΔT)
Figure 112007015493867-PCT00001
에 근거하여, 비례성분, 적분성분 및 미분성분을 산출하고, 산출결과에 근거하여 유도가열의 듀티비(η)를 산출하는 PID 보상기(25), 상기 듀티비(η)에 근거하여, 히터 드라이버(17)를 구동하는 시간을 로우 레벨로 하고, 정지시키는 시간을 하이 레벨로 한 PWM 신호(SG1)를 발생시켜서, 히터 드라이버(17)에 보내는 PWM 신호발생기(26) 등을 구비한다.
여기서, 상기 표시설정기(22)는, 표시부로서 디스플레이, 액정 패널, LED, 램프, 경보기 등을 구비하고, 설정부로서 조작 패널, 키, 스위치 등을 구비하며, 설정부를 조작함으로써 상기 설정온도(Tsv)를 설정하거나, 표시부에 검출온도(Tpv) 및 설정온도(Tsv)를 표시하거나 할 수 있다.
그런데, 본 실시예에 있어서는, 가열실린더(12)에 대한 공급 에너지를 산출하여, 산출된 공급 에너지를 목표가 되는 공급 에너지인 설정 공급 에너지(Wsv)로 할 수 있게 되어 있고, 이를 위하여, 공급 에너지 산출 처리수단(처리부)으로서의 공급 에너지 산출부(28), 및 공급 에너지 조정 처리수단(처리부)으로서의 공급 에너지 조정기(29)가 설치된다. 또한, 상기 표시설정기(22)에 있어서, 설정 공급 에너지(Wsv)를 설정할 수 있게 되어 있다.
그리고, 상기 공급 에너지 산출부(28)는, 공급 에너지 산출 처리를 행하여, 실제 가열실린더(12)에 대한 공급 에너지(Wpv)를 산출한다. 상기 공급 에너지 조정기(29)는, 공급 에너지 조정처리를 행하여, 상기 설정 공급 에너지(Wsv)에 대응시켜 공급 에너지(Wpv)를 조정하기 위하여, 예컨대, 히터 드라이버(17)에 있어서 사용되는 발진주파수 등의 발진 제어 파라미터를 변경한다. 또한, 히터 드라이버(17)의 전원회로를 구성하여, 직류의 전압을 발생시키는 회로, 즉, 직류전압 발생회로의 전압(Vs)을 공급 에너지 조정기(29)에 의하여 변경할 수도 있다. 여기서, 상기 유도가열장치(14) 및 공급 에너지 산출부(28)에 의하여 성형기 공급 에너지 산출장치가 구성된다.
다음으로, 상기 유도가열장치(14)의 상세내용에 대하여 설명한다.
도 1에 있어서, SR1은 조작 출력부, SR2는 공진회로, SR3은 구동신호 발생부이며, 상기 조작 출력부(SR1)는, 직류전압 발생회로(31), 이 직류전압 발생회로(31)와 직렬로 접속된 두 개의 스위칭 소자로서의 IGBT(Q1, Q2), 각 IGBT(Q1, Q2)의 이미터ㆍ콜렉터 사이에, 서로 병렬로 접속된 다이오드(D1, D2), 콘덴서(C1, C2) 등을 가진다. 다만, 상기 IGBT(Q1, Q2)를 대신하여 다른 트랜지스터를 사용할 수 있다. 상기 직류전압 발생회로(31)는 전압(Vs)을 변경할 수 있는 구조를 가지며, 음극단자가 접지된다. 또한, 상기 IGBT(Q1, Q2)의 베이스에 구동신호(g1, g2)가 입력된다.
또한, 상기 공진회로(SR2)는, 상기 IGBT(Q1, Q2) 사이에 일단(一端)이 접속된 코일(16), 그리고 이 코일(16)의 타단(他端)과 직류전압 발생회로(31)의 음극단자 및 양극단자 사이에 접속된 두 개의 콘덴서(C3, C4)를 구비한다. 이 콘덴서(C3, C4) 중 한 쪽, 본 실시예에 있어서, 콘덴서(C3)의 단자간 전압은, 도시되지 않은 전압검출요소로서의 전압센서에 의하여 검출전압(Vc)으로서 검출되어, 공급 에너지 산출부(28)에 보내진다. 여기서, 상기 검출전압(Vc)에 의하여, 공진회로(SR2)의 상태를 나타내는 전기적 변량이 구성된다. 그리고, 상기 전압센서에 의하여 전기적 변량 검출부가 구성된다. 또한, 상기 조작 출력부(SR1) 및 공진회로(SR2)에 의하여 고주파 전류 발생회로가 구성된다.
이 경우, 고주파 전류로서는, 상용전원으로부터 공급되는 상용전류의 주파수(50[㎐] 또는 60[㎐])보다 높은 주파수를 가지는 전류를 사용할 수 있지만, 100[㎐] 정도의 주파수 전류를 사용하면, 코일(16)에 있어서의 가열 효율이 저하되어 버린다. 그래서, 500[㎐] 이상의 주파수의 전류를 사용하는 것이 바람직하지만, 200[㎑] 이상의 주파수의 전류를 사용하면, IGBT(Q1, Q2)에 있어서의 스위칭이 늦어져 버린다. 따라서, 5[㎑] 이상, 100[㎑] 이하 범위의 주파수의 전류를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 코일(16)에는 고주파 전류가 공급되고, 그에 수반하여 가열실린더(12)에 유도전류가 발생되며, 이 유도전류에 의한 와전류손(渦電流損; eddy-current loss)에 의하여 줄열(Joule heat)이 발생하여, 가열실린더(12)를 가열한다. 다만, 본 실시예에 있어서, 가열실린더(12)는, 상자성체(常磁性體)에 의하여 형성되도록 되어 있지만, 유도전류를 표면에 집중시킬 수 있고, 가열실린더(12)에 있어서의 발열량을 많게 할 수 있는 금속재료, 예컨대, 강자성체(强磁性體)인 강(鋼)에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 구동신호 발생부(SR3)는, 상기 구동신호(g1, g2)를 발생시키기 위한 것으로서, 상기 전압센서와는 별도로, 상기 콘덴서(C3)의 양단에 접속되어, 단자간 전압을 검출전압(Vc)으로서 검출하는 전압검출부(AN1), 이 전압검출부(AN1)의 출력단자에 접속된 구동신호 발생 처리수단(처리부)으로서의 반전기(AN2), 이 반전기(AN2)의 출력단자에 접속되어, 반전기(AN2)의 출력(Vgg)을 보내는 제1, 제2 버퍼(LN1, LN2) 등을 구비한다. 여기서, 상기 전압검출부(AN1)에 의하여 전기적 변량 검출부가 구성된다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 전기적 변량 검출부로서 전압센서 및 전압검출부(AN1)가 설치되게 되어 있지만, 전압검출부(AN1)만을 설치할 수 있다. 그리고, 제1 버퍼(LN1)는, 반전기능을 구비하여, 구동신호(g1)는 구동신호(g2)에 대하여 반전되어서, 하이 레벨과 로우 레벨이 반대로 된다. 또한, 상기 전압검출부(AN1) 및 제1, 제2 버퍼(LN1, LN2)는, 아이솔레이션 구조를 가져서, 강전계(强電系)인 조작 출력부(SR1) 및 공진회로(SR2)와 약전계(弱電系)인 반전기(AN2)를 전기적으로 분리시킨다. 여기서, 강전계라 함은 전력을 에너지로서 사용 하는 회로를 의미하고, 약전계라 함은 전력을 신호로서 사용하는 회로를 의미한다.
그런데, 상기 고주파 전류를 발생시키기 위하여, 상기 IGBT(Q1, Q2)에 항상 구동신호(g1, g2)를 입력할 필요가 있다. 본 실시예에 있어서는, 초기상태에 있어서, 소정의 타이밍에서, 구동신호 g2가 로우 레벨에서 하이 레벨로 올라가고, 구동신호 g1은 로우 레벨인 채로 유지하면, IGBT(Q2)가 ON이 되고, IGBT(Q1)가 OFF인 채 그대로가 된다. 이에 수반하여, 입력전압(Vin)은 하이 레벨이 되어, 직류전압 발생회로(31)로부터 IGBT(Q2)를 통하여 코일(16)에 전류가 흘러서, 콘덴서(C3)가 충전되어, 콘덴서(C3)의 단자 간 전압 및 검출전압(Vc)이 서서히 높아진다.
그런데, 상기 반전기(AN2)는, 구동신호 발생 처리를 행하여, 검출전압(Vc)이 입력되어서, 도 3에 나타낸 바와 같은 특성으로 작동된다. 즉, 출력이 하이 레벨(H)인 경우에 있어서, 검출전압(Vc)이 높아질 때에는, 제1 역치(Threshold value)전압으로서의 전압 Vd가 될 때까지, 출력은 하이 레벨을 유지하고, 전압 Vd가 되면, 출력이 하이 레벨에서 로우 레벨(L)이 되어, 그 후, 로우 레벨을 유지한다. 그리고, 출력이 로우 레벨인 경우에 있어서, 검출전압(Vc)이 낮아질 때에는, 상기 전압(Vd)보다 낮게 설정된 제2 역치전압으로서의 전압 Vr이 될 때까지, 출력은 로우 레벨을 유지하고, 전압 Vr이 되면, 출력이 로우 레벨에서 하이 레벨이 되어, 그 후, 하이 레벨을 유지한다. 여기서, 공급 에너지 조정기(29)가 설정 공급 에너지(Wsv)에 근거하여 산출하는 상기 전압 Vd, Vr에 의하여, 공급 에너지(Wpv)를 산출하기 위한 공급 에너지 산출용 변량이 구성된다.
따라서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 검출전압(Vc)이 위의 피크값에 도달한 후, 서서히 낮아져서, 타이밍 t1, t3에서 전압 Vr이 되면, 반전기(AN2)의 출력(Vgg)이 하이 레벨이 되어, 제1 버퍼(LN1)의 출력인 구동신호 g1이 로우 레벨로, 제2 버퍼(LN2)의 출력인 구동신호 g2가 하이 레벨로 된다.
그 결과, IGBT(Q1)가 OFF로, IGBT(Q2)가 ON으로 되어, 입력전압(Vin)은 로우 레벨에서 하이 레벨이 되고, 콘덴서(C4)가 방전되고, 콘덴서(C3)가 충전되는 것에 수반하여, IGBT(Q2)를 통하여 코일(16)에 전류가 흐른다. 그리고, 콘덴서(C3)의 단자간 전압 및 검출전압(Vc)은, 아래의 피크값이 된 후, 서서히 높아진다.
한편, 검출전압(Vc)이, 서서히 높아져서, 타이밍 t2, t4에서 전압 Vd가 되면, 반전기(AN2)의 출력(Vgg)이 로우 레벨이 되어, 상기 구동신호 g1이 하이 레벨로, 상기 구동신호 g2가 로우 레벨로 된다.
그 결과, IGBT(Q1)가 ON으로, IGBT(Q2)가 OFF로 되어, 입력전압(Vin)은 하이 레벨에서 로우 레벨이 되고, 콘덴서(C3)가 방전되고, 콘덴서(C4)가 충전되는 것에 수반하여, IGBT(Q1)를 통하여 코일(16)에 전류가 흐른다. 그리고, 콘덴서(C3)의 단자간 전압 및 검출전압(Vc)은, 위의 피크값이 된 후, 서서히 낮아진다.
이와 같이, 도 4에 나타낸 바와 같이, 입력전압(Vin)은 구형파(矩形波) 형태의 형상을, 검출전압(Vc)은 정현파(正弦波)와 유사한 형상을 가지게 되고, 또한, 구동신호 g2는 입력전압(Vin)과 같은 구형파 형태의 형상을, 상기 구동신호 g1은 구동신호 g2를 반전시킨 구형파 형태의 형상을 가지게 되며, 입력전압(Vin)이 코일(16)에 인가되고, 각 구동신호(g1, g2)가 각각 IGBT(Q1, Q2)에 입력된다.
다만, 입력전압(Vin)의 하이 레벨과 로우 레벨의 진폭은 직류전압 발생회 로(31)의 전압(Vs)과 거의 같다.
그리고, 검출전압(Vc)의 파형이 안정되어 있는 경우, 코일(16)의 인덕턴스를 L이라 하고, 콘덴서(C3, C4)의 각 정전용량의 합계 정전용량을 C라 하면, 고주파 전류 발생회로의 주파수(f)는,
Figure 112007015493867-PCT00002
이 된다.
그런데, 상기 콘덴서(C3, C4) 중 한 쪽, 본 실시예에 있어서는, 콘덴서 C3에 인가되어 있는 전압인 상기 검출전압(Vc)을 알면, 검출전압(Vc)의 변화율은, 콘덴서(C4)에 인가되어 있는 전압의 변화율과 같으므로, 코일(16)을 흐르는 전류(IL)는,
Figure 112007015493867-PCT00003
가 된다. 그리고, 상기 가열실린더(12)에 대한 공급 에너지(Wpv)는, 코일(16)에 있어서 소비되는 에너지와 동일하여,
Figure 112007015493867-PCT00004
가 된다. 여기서, 입력전압(Vin)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 하이 레벨과 로우 레벨로 이루어지고, 입력전압(Vin)이 하이 레벨인 경우에, 코일(16)에 있어서 소비되는 에너지를 PH라 하면, 에너지(PH)는,
Figure 112007015493867-PCT00005
가 되고, 입력전압(Vin)이 로우 레벨인 경우에, 코일(16)에 있어서 소비되는 에너지를 PL이라 하면, 에너지(PL)은,
Figure 112007015493867-PCT00006
가 된다. 다만, 값 ∫Vin ＝ Vs VsㆍILㆍdt는, 하나의 사이클에서 코일(16)에 있어서 소비되는 에너지이다.
그래서, 상기 공급 에너지 산출부(28)는 공급 에너지(Wpv)를, 전압(Vs), 정전용량(C) 및 검출전압(Vc)에 근거하여, 다음과 같이 산출한다.
Figure 112007015493867-PCT00007
가 된다. 여기서, 값 ∫Vin ＝ Vs dVc는, 입력전압(Vin)이 하이 레벨인 동안의 검출전압(Vc)의 변화량이며,
Figure 112007015493867-PCT00008
이므로, 공급 에너지(Wpv)는,
Figure 112007015493867-PCT00009
이 된다.
또한, 검출전압(Vc)의 파형이 안정되어 있는 경우, 스위칭의 기본 주파수(f)가 거의 일정한 값을 취하므로, 공급 에너지 산출부(28)에 있어서, 가열실린더(12)에 공급되는 단위시간당 공급 에너지(P)를 다음의 식으로 산출할 수 있다.
Figure 112007015493867-PCT00010
따라서, 단위시간당 공급 에너지(P)에 근거하여 설정 공급 에너지(Wsv)를 설정할 수 있다.
그런데, 검출전압(Vc)에 대하여, 소정의 값을 기준전압(Vb)으로서 설정하면, 상기 공급 에너지 산출부(28)에 있어서, 공급 에너지(Wpv)를 다음과 같이 산출할 수 있다. 다만, 본 실시예에 있어서는, 콘덴서(C3, C4)의 각 정전용량(C)이 같은 경우,
Figure 112007015493867-PCT00011
로 하는 것이 바람직하다.
이 경우, 검출전압(Vc)이 전압 Vr이 되어, 입력전압(Vin)이 로우 레벨에서 하이 레벨로 올라갈 때, 매회, 에너지(Pr)
Figure 112007015493867-PCT00012
을 가산하여, 가산값(ΣPr)을 산출하고, 검출전압(Vc)이 전압 Vd가 되어, 입력전압(Vin)이 하이 레벨에서 로우 레벨로 내려갈 때에, 매회, 에너지(Pd)
Figure 112007015493867-PCT00013
를 가산하여, 가산값(ΣPd)을 산출하면, 공급 에너지(Wpv)는,
Figure 112007015493867-PCT00014
이 되어, 수학식 1의 공급 에너지(Wpv)와 같아진다. 이와 같이 하여, 상기 공급 에너지 산출부(28)에 의하여 공급 에너지(Wpv)가 산출된다.
이와 같이, 직류전압 발생회로(31)를 흐르는 전류의 평균치를 나타내는 시간 평균전류를 사용하지 않고, 검출전압(Vc), 정전용량(C), 기준전압(Vb), 전압(Vd, Vr) 등에 근거하여 공급 에너지(Wpv)가 산출되므로, IGBT(Q1, Q2)의 스위칭에 의한 손실을 고려할 필요가 없어질 뿐만 아니라, 유도가열장치(14)에서 발생된 고주파 전류가 직류전압 발생회로(31)에 흐르더라도, 공급 에너지(Wpv)를 정확하게 산출할 수 있다. 따라서, 예컨대, 수지의 종류가 변경된 경우에, 전압(Vd, Vr)을 변경함으 로써, 공급 에너지(Wpv)를 적정하게 변경할 수 있다. 또한, 수지의 종류에 대응시켜서 전압(Vs)을 변경함으로써, 공급 에너지(Wpv)를 적정하게 변경할 수도 있다.
그런데, 본 실시예에 있어서는, 초기상태에 있어서, 소정의 타이밍(t0)에서, 구동신호 g2가 로우 레벨에서 하이 레벨로 올라가고, 구동신호 g1은 로우 레벨인 채로 되며, 이어서, 구동신호(g1, g2)에, 도 4에서 나타낸 입력전압(Vin)의 파형과 마찬가지의 구형파가 발생되도록 되어 있지만, 초기상태에 있어서, 구동신호(g1, g2)에 구형파를 발생시킬 수 있다.
그 경우, 기본이 되는 주파수(fa)로, 게다가, 일정한 펄스폭으로 구동신호(g1, g2)가 발생되어, 하이 레벨과 로우 레벨을 반복하므로, 코일(16)에 대한 입력전압(Vin)도 상기 주파수(fa)로, 게다가, 일정한 펄스폭으로 발생되어, 하이 레벨과 로우 레벨을 반복한다.
그래서, 공급 에너지 산출부(28)는, 입력전압(Vin)이 로우 레벨에서 하이 레벨로 올라가는 타이밍에서 검출전압(Vc)을 읽어들여 전압 Vr로 하고, 입력전압(Vin)이 하이 레벨에서 로우 레벨로 내려가는 타이밍에서 검출전압(Vc)을 읽어들여 전압 Vd로 하여, 상기 수학식 1, 수학식 3에 근거하여 공급 에너지(Wpv)를, 수학식 2에 근거하여 공급 에너지(P)를 산출한다.
이 경우, 상기 공급 에너지 조정기(29)는, 전압 Vs를 변경함으로써, 공급 에너지(Wpv)를 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 주파수 fa를 변경함으로써 공급 에너지(P)를 변경할 수 있다.
다음으로, 가열실린더(12)에 대한 공급 에너지(Wpv)를 평가하고, 평가결과에 근거하여, 상기 공급 에너지(Wpv)를 변경할 수 있도록 한 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 다만, 제1 실시예와 같은 구조를 가지는 것에 대하여는, 같은 부호를 부여함으로써 그 설명을 생략하고, 같은 구조를 가지는 것에 의한 발명의 효과에 대하여는 동(同) 실시예의 효과를 원용한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 유도가열장치의 개념도, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 반전기의 동작을 나타낸 도면, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 적산 에너지의 추이를 나타낸 타임차트, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 유도가열장치의 입력전압과 검출전압의 관계를 나타낸 타임차트이다. 여기서, 도 6에 있어서, 횡축에 검출전압(Vc)을, 종축에 출력을 취하고 있다.
이 경우, 전압검출부(AN1)의 출력단자에 접속된 구동신호 발생 처리수단(처리부)으로서의 반전기(AN3)는 스킵 기능을 가지며, 상기 반전기(AN3)에, 공급 에너지 적산값 판정 처리수단(처리부)으로서의 비교기(OP1)의 출력단자가 접속된다. 여기서, 상기 전압검출부(AN1)에 의하여 전기적 변량 검출부가 구성된다.
그런데, 본 실시예에 있어서는, 제어부(23)(도 2)로부터 히터 드라이버(17)에 보내지는 PWM 신호(SG1)가 최초로 로우 레벨에서 하이 레벨로 올라가거나, 또는 실린더부재로서의 가열실린더(12)의 온도제어가 개시되면, 공급 에너지 적산 처리수단(처리부)으로서의, 또한, 공급 에너지 산출 처리수단(처리부)으로서의 공급 에너지 산출부(28)는, 공급 에너지 적산처리 및 공급 에너지 산출처리를 행하여, 가 열실린더(12)에 대한 공급 에너지(Wpv)를 산출함과 함께, 스위칭 소자로서의 IGBT(Q1, Q2)의 스위칭이 행하여질 때마다 적산하여, 공급 에너지 적산값(Ipv)을 산출한다. 또한, 상기 공급 에너지 적산처리가 개시되면, 설정 공급 에너지(Wsv)가 적산되어, 목표가 되는 공급 에너지 적산값(Ipv)인 설정 공급 에너지 적산값(Isv)이 산출된다. 그리고, 상기 공급 에너지 적산값(Ipv) 및 설정 공급 에너지 적산값(Isv)은, 상기 비교기(OP1)에 입력된다.
이 비교기(OP1)는, 공급 에너지 적산값 판정처리를 행하여, 제어 타이밍마다 공급 에너지 적산값(Ipv)과 설정 공급 에너지 적산값(Isv)을 비교하여, 비교결과를 판정신호(SG11)로서 반전기(AN3)에 보낸다. 상기 판정신호(SG11)는, 공급 에너지 적산값(Ipv)이 설정 공급 에너지 적산값(Isv)보다 큰 경우, 하이 레벨이 되고, 공급 에너지 적산값(Ipv)이 설정 공급 에너지 적산값(Isv) 이하인 경우, 로우 레벨이 된다.
예컨대, 도 7에 나타낸 바와 같이, 타이밍 t11, t13∼t15에 있어서 공급 에너지 적산값(Ipv)이 설정 공급 에너지 적산값(Isv) 이하이어서, 판정신호(SG11)는 로우 레벨이 되고, 타이밍 t12, t16에 있어서 공급 에너지 적산값(Ipv)이 설정 공급 에너지 적산값(Isv)보다 커서, 판정신호(SG11)는 하이 레벨이 된다.
본 실시예에 있어서는, 공급 에너지 적산값(Ipv)과 설정 공급 에너지 적산값(Isv)이 비교되도록 되어 있지만, 실제로는, 공급 에너지 적산값(Ipv)과 설정 공급 에너지 적산값(Isv)의 차를 기록장치로서의 도시되지 않은 메모리에 판정값으로서 기록하고, 이 판정값에 근거하여 판정신호(SG11)를 발생시킬 수 있다. 그 경우, 제어 타이밍마다, 설정 공급 에너지(Wsv)와 제어주기의 곱을 상기 판정값에 가산하고, IGBT(Q1, Q2)의 스위칭이 행하여질 때마다, 공급 에너지(Wpv)를 상기 판정값으로부터 감산하여, 메모리 상에서 판정값을 추이(推移; 변화)시켜서, 판정값이 양의 값을 취하는 경우에, 상기 판정신호(SG11)를 로우 레벨로 하고, 판정값이 음의 값을 취하는 경우에, 상기 판정신호(SG11)를 하이 레벨로 할 수 있다.
그리고, 상기 반전기(AN3)는, 구동신호 발생처리를 행하여, 콘덴서(C3)의 단자간 전압인 전기적 변량으로서의 검출전압(Vc) 및 판정신호(SG11)가 입력되어, 도 6에 나타낸 바와 같은 특성으로 작동된다.
먼저, 출력이 하이 레벨(H)인 경우에 있어서, 검출전압(Vc)이 높아질 때에는, 제1 역치전압으로서의 전압 Vd가 될 때까지, 출력은 하이 레벨을 유지하고, 전압 Vd가 되면, 상기 판정신호(SG11)가 하이 레벨인지 아닌지에 따라서 턴 동작(Tu) 또는 스킵 동작(Sk)을 한다. 즉, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 턴 동작을 하여, 출력이 하이 레벨에서 로우 레벨(L)이 되고, 그 후, 로우 레벨을 유지한다. 한편, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 스킵 동작을 하여, 출력은 하이 레벨을 유지한다. 또한, 출력이 하이 레벨인 경우에 있어서, 검출전압(Vc)이 낮아질 때에는, 스킵 동작을 하여, 상기 전압(Vd), 및 전압(Vd)보다 낮게 설정된 제2 역치전압으로서의 전압 Vr에 관계없이, 출력은 하이 레벨을 유지한다. 여기서, 상기 전압 Vd, Vr에 의하여 공급 에너지 산출용 변량이 구성된다.
다음으로, 출력이 로우 레벨인 경우에 있어서, 검출전압(Vc)이 낮아질 때에는, 전압 Vr이 될 때까지, 출력은 로우 레벨을 유지하고, 전압 Vr이 되면, 상기 판 정신호(SG11)가 하이 레벨인지 아닌지에 따라서 턴 동작 또는 스킵 동작을 한다. 즉, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 턴 동작을 하여, 출력이 로우 레벨에서 하이 레벨이 되고, 그 후, 하이 레벨을 유지한다. 한편, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 스킵 동작을 하여, 출력은 로우 레벨을 유지한다. 또한, 출력이 로우 레벨인 경우에 있어서, 검출전압(Vc)이 높아질 때에는, 스킵 동작을 하여, 상기 전압 Vd, Vr에 관계없이, 출력은 로우 레벨을 유지한다.
따라서, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 반전기(AN3)는 턴 동작을 하므로, 도 8에 나타낸 바와 같이, 검출전압(Vc)이 서서히 낮아져서, 타이밍 t21, t24, t27에서 전압 Vr이 되면, 반전기(AN3)의 출력이 하이 레벨이 되어, 제1 버퍼(LN1)의 출력인 구동신호 g1이 로우 레벨로, 제2 버퍼(LN2)의 출력인 구동신호 g2가 하이 레벨이 된다.
그 결과, IGBT(Q1)가 OFF로, IGBT(Q2)가 ON으로 되어, 입력전압(Vin)은 로우 레벨에서 하이 레벨이 되고, 콘덴서 C4가 방전되고, 콘덴서 C3가 충전되는 것에 수반하여, IGBT(Q2)를 통하여 코일(16)에 전류가 흐른다. 그리고, 콘덴서(C3)의 단자간 전압 및 검출전압(Vc)은, 아래의 피크값이 된 후, 서서히 높아진다.
또한, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 검출전압(Vc)이, 서서히 높아져서, 타이밍 t23, t25, t28에서 전압 Vd가 되면, 반전기(AN3)의 출력이 로우 레벨이 되어, 상기 구동신호 g1이 하이 레벨로, 상기 구동신호 g2가 로우 레벨이 된다.
그 결과, IGBT(Q1)가 ON으로, IGBT(Q2)가 OFF로 되어, 입력전압(Vin)은 하이 레벨에서 로우 레벨이 되고, 콘덴서(C3)가 방전되고, 콘덴서(C4)가 충전되는 것에 수반하여, IGBT(Q1)를 통하여 코일(16)에 전류가 흐른다. 그리고, 콘덴서(C3)의 단자간 전압 및 검출전압(Vc)은, 위의 피크 값이 된 후, 서서히 낮아진다.
이와 대비하여, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 반전기(AN3)는 스킵 동작을 하므로, 검출전압(Vc)이 서서히 낮아져서, 타이밍 t26에서 전압 Vr이 되어도, 반전기(AN3)의 출력은 하이 레벨로 되지 않고, 로우 레벨을 유지한다. 그리고, 상기 구동신호 g1이 하이 레벨을, 상기 구동신호 g2가 로우 레벨을 유지한다.
그 결과, IGBT(Q1)가 ON인 채로, IGBT(Q2)가 OFF인 채로 되어, 입력전압(Vin)은 로우 레벨을 유지한다.
또한, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 검출전압(Vc)이, 서서히 높아져서, 타이밍 t22에서 전압 Vd가 되어도, 반전기(AN3)의 출력은 하이 레벨을 유지한다. 그리고, 상기 구동신호 g1이 로우 레벨을, 상기 구동신호 g2가 하이 레벨을 유지한다.
그 결과, IGBT(Q1)가 OFF인 채로, IGBT(Q2)가 ON인 채로 되어, 입력전압(Vin)은 하이 레벨을 유지한다.
이와 같이, 가열실린더(12)에 대한 공급 에너지(Wpv)의 피드백 제어가 행하여져서, 공급 에너지 적산값(Ipv)이 설정 공급 에너지 적산값(Isv)보다 큰 경우에는, 반전기(AN3)는 스킵 동작을 하여, 구동신호(g1, g2)의 상승 또는 하강이 스킵된다. 즉, 코일(16)에 공급되는 고주파 전류의 두 개 이상의 주기 내에서 구동신호(g1, g2)의 상승 또는 하강이 1회씩 행하여진다.
따라서, 그동안 IGBT(Q1, Q2)의 스위칭이 행하여지지 않아서, 입력전압(Vin) 의 상승 또는 하강이 마찬가지로 스킵된다. 또한, 이 동안, 콘덴서(C3)의 단자간 전압이 감쇠하므로, 코일(16)에 공급되는 고주파 전류가 작아진다. 그 결과, 가열실린더(12)에 대한 공급 에너지(Wpv)를 적게 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명한다. 다만, 제1 실시예와 같은 구조를 가지는 것에 대하여는, 같은 부호를 부여함으로써 그 설명을 생략하고, 같은 구조를 가지는 것에 의한 발명의 효과에 대하여는 동(同) 실시예의 효과를 원용한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 있어서의 사출성형기 제어장치의 요부를 나타낸 블럭도이다.
이 경우, 유도가열장치(14)는, 실린더부재로서의 가열실린더(12)의 주위에 설치된 코일(16), 유도가열용 전류인 고주파 전류를 발생시켜서 상기 코일(16)에 공급하는 히터 드라이버(17), 가열실린더(12)의 소정 위치에 설치되어, 가열실린더(12)의 온도를 검출하는 온도검출부로서의 온도 센서(21), 표시부로서의, 또한, 설정부로서의 표시설정기(22), 상기 온도 센서(21)에 의하여 검출된 온도인 검출온도(Tpv), 및 표시설정기(22)에 의하여 설정된, 가열실린더(12)의 목표가 되는 온도인 설정온도(Tsv)를 읽어들여, 히터 드라이버(17)를 구동하여 피드백 제어를 행하는 제어부(23)를 구비한다.
그리고, 이 제어부(23)는, 상기 검출온도(Tpv)와 설정온도(Tsv)의 편차(ΔT)
Figure 112007015493867-PCT00015
에 근거하여, 비례성분, 적분성분 및 미분성분을 산출하고, 산출결과에 근거하여 설정 공급 에너지(Wsv)를 설정하며, 이 설정 공급 에너지(Wsv)를 공급 에너지 조정 처리수단(처리부)으로서의 공급 에너지 조정기(29)에 보내는 PID 보상기(25)를 구비한다. 이 PID 보상기(25)에 의하여 설정 공급 에너지 산출 처리수단(처리부)이 구성되고, 이 설정 공급 에너지 산출 처리가 행하여진다. 여기서, 상기 설정 공급 에너지(Wsv)를 공급 에너지 조정기(29)에 보낼 때의 신호는, 디지털 신호이어도 좋지만, 설정 공급 에너지(Wsv)에 비례한 빈도로 펄스가 발생되는 펄스열(列)이어도 좋다.
그런데, 상기 각 실시예에 있어서는, 검출전압(Vc)(도 1)이 공진회로(SR2)의 상태를 나타내는 전기적 변량으로서 사용되어, 구동신호(g1, g2)가 발생되도록 되어 있으므로, 스위칭 소자로서의 IGBT(Q1, Q2)의 스위칭의 스킵을 충분히 행하지 않아도 공급 에너지(Wpv, P)를 안정시킬 수 있다. 그렇지만, 그 반면, IGBT(Q1, Q2)의 스위칭의 스킵이 충분히 행하여지지 않으므로, IGBT(Q1, Q2)의 스위칭에 의한 손실이 커져 버린다. 그 결과, 히터 드라이버(17)가 발열하거나, 히터 드라이버(17)의 신뢰성이 낮아지거나 함과 함께, 유도가열장치(14)에 있어서 소비되는 전력이 커져 버린다.
그래서, 검출전압(Vc)의 미분값(dVc / dt)을 전압변화율(δVc)로서 산출하고, 이 전압변화율(δVc)을 전기적 변량으로서 사용하여, 구동신호(g1, g2)를 발생시키도록 한 본 발명의 제4 실시예에 대하여 설명한다. 다만, 제1 실시예와 같은 구조를 가지는 것에 대하여는, 같은 부호를 부여함으로써 그 설명을 생략하고, 같은 구조를 가지는 것에 의한 발명의 효과에 대하여는 동(同) 실시예의 효과를 원용한다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 유도가열장치의 개념도, 도 11은 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 반전기의 동작을 나타낸 도면, 도 12는 본 발명의 제4 실시예에 있어서의 유도가열장치의 입력전압과 전압변화율의 관계를 나타낸 타임차트이다. 여기서, 도 11에 있어서, 횡축에 전압변화율(δVc)을, 종축에 출력을 취하고 있다.
이 경우, 전기적 변량 검출부로서의 전압검출부(AN1)의 출력단자에 전압변화율 산출 처리수단(처리부)으로서의 미분회로(35)가 접속되며, 이 미분회로(35)는, 전압변화율 산출처리를 행하여, 전압검출부(AN1)로부터 보내어진 전기적 변량으로서의 검출전압(Vc)을 받아서 미분하고, 미분값(dVc / dt)을 전압변화율(δVc)로서 산출하며, 이 전압변화율(δVc)을 구동신호 발생 처리수단(처리부)으로서의 버퍼(AN5)에 보낸다.
이 버퍼(AN5)는 스킵 기능을 가지며, 상기 버퍼(AN5)에, 공급 에너지 적산값 판정 처리수단(처리부)으로서의 비교기(OP1)의 출력단자가 접속된다.
그리고, 상기 버퍼(AN5)는, 구동신호 발생 처리를 행하여, 검출전압(Vc) 및 판정신호(SG11)가 입력되어, 도 11에 나타낸 바와 같은 특성으로 작동된다.
먼저, 출력이 하이 레벨(H)인 경우에 있어서, 전압변화율(δVc)이 작아질 때에는, 제1 역치로서의 전압변화율(Vd′)이 될 때까지, 출력은 하이 레벨을 유지하고, 전압변화율 Vd′이 되면, 상기 판정신호(SG11)가 하이 레벨인지 아닌지에 따라서 턴 동작(Tu) 또는 스킵 동작(Sk)을 한다. 즉, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 턴 동작을 하여, 출력이 하이 레벨에서 로우 레벨(L)이 되고, 그 후, 로우 레벨을 유지한다. 한편, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 스킵 동작을 하여, 출력은 하이 레벨을 유지한다. 또한, 출력이 하이 레벨인 경우에 있어서, 전압변화율(δVc)이 커질 때에는, 스킵 동작을 하여, 상기 전압변화율 Vd′, 및 전압변화율 Vd′보다 작게 설정된 제2 역치로서의 전압변화율 Vr′에 관계없이, 출력은 하이 레벨을 유지한다.
다음으로, 출력이 로우 레벨인 경우에 있어서, 전압변화율(δVc)이 커질 때에는, 전압변화율 Vr′이 될 때까지, 출력은 로우 레벨을 유지하고, 전압변화율 Vr′이 되면, 상기 판정신호(SG11)가 하이 레벨인지 아닌지에 따라서 턴 동작 또는 스킵 동작을 한다. 즉, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 턴 동작을 하여, 출력이 로우 레벨에서 하이 레벨이 되고, 그 후, 하이 레벨을 유지한다. 한편, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 스킵 동작을 하여, 출력은 로우 레벨을 유지한다. 또한, 출력이 로우 레벨인 경우에 있어서, 전압변화율(δVc)이 작아질 때에는, 스킵 동작을 하여, 상기 전압변화율(Vd′, Vr′)에 관계없이, 출력은 로우 레벨을 유지한다.
따라서, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 버퍼(AN5)는 턴 동작을 하므로, 도 12에 나타낸 바와 같이, 전압변화율(δVc)이 서서히 커져서, 타이밍 t31, t34, t37에서 전압변화율 Vr′이 되면, 버퍼(AN5)의 출력이 하이 레벨이 되어, 제1 버퍼(LN1)의 출력인 구동신호 g1이 로우 레벨로, 제2 버퍼(LN2)의 출력인 구동신호 g2가 하이 레벨로 된다.
그 결과, 스위칭 소자로서의 IGBT(Q1)가 OFF로, 스위칭 소자로서의 IGBT(Q2)가 ON으로 되어, 입력전압(Vin)은 로우 레벨에서 하이 레벨이 되고, 콘덴서(C4)가 방전되고, 콘덴서(C3)가 충전되는 것에 수반하여, IGBT(Q2)를 통하여 코일(16)에 전류가 흐른다. 그리고, 콘덴서(C3)의 단자간 전압 및 검출전압(Vc)은, 아래의 피크값이 된 후, 서서히 높아지고, 전압변화율(δVc)은, 위의 피크값이 된 후, 서서히 작아진다.
또한, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 전압변화율(δVc)이, 서서히 작아져서, 타이밍 t33, t35, t38에서 전압변화율 Vd′이 되면, 버퍼(AN5)의 출력이 로우 레벨이 되어, 상기 구동신호 g1이 하이 레벨로, 상기 구동신호 g2가 로우 레벨이 된다.
그 결과, IGBT(Q1)가 ON으로, IGBT(Q2)가 OFF로 되어, 입력전압(Vin)은 하이 레벨에서 로우 레벨이 되고, 콘덴서(C3)가 방전되고, 콘덴서(C4)가 충전되는 것에 수반하여, IGBT(Q1)를 통하여 코일(16)에 전류가 흐른다. 그리고, 콘덴서(C3)의 단자간 전압 및 검출전압(Vc)은, 위의 피크값이 된 후, 서서히 낮아지고, 전압변화율(δVc)은, 아래의 피크값이 된 후, 서서히 커진다.
이와 대비하여, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 버퍼(AN5)는 스킵 동작을 하므로, 전압변화율(δVc)이 서서히 커져서, 타이밍 t36에서 전압변화율 Vr′이 되어도, 버퍼(AN5)의 출력은 하이 레벨이 되지 않고, 로우 레벨을 유지한다. 그리고, 상기 구동신호 g1이 하이 레벨을, 상기 구동신호 g2가 로우 레벨을 유지한다.
그 결과, IGBT(Q1)가 ON인 채로, IGBT(Q2)가 OFF인 채로 되어, 입력전압(Vin)은 로우 레벨을 유지한다.
또한, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 전압변화율(δVc)이, 서서히 작아져서, 타이밍 t32에서 전압변화율 Vd′이 되어도, 버퍼(AN5)의 출력은 하이 레벨을 유지한다. 그리고, 상기 구동신호 g1이 로우 레벨을, 상기 구동신호 g2가 하이 레벨을 유지한다.
그 결과, IGBT(Q1)가 OFF인 채로, IGBT(Q2)가 ON인 채로 되어, 입력전압(Vin)은 하이 레벨을 유지한다.
이와 같이, 가열실린더(12)로의 공급 에너지(Wpv)의 피드백 제어가 행하여지고, 공급 에너지 적산값(Ipv)이 설정 공급 에너지 적산값(Isv)보다 큰 경우에는, 버퍼(AN5)는스킵 동작을 하고, 구동신호(g1, g2)의 상승 또는 하강이 스킵된다. 다시 말하여, 코일(16)에 공급되는 고주파 전류의 두 개 이상의 주기 내에서 구동신호(g1, g2)의 상승 또는 하강이 1회씩 행하여진다.
따라서, 그동안 IGBT(Q1, Q2)의 스위칭이 행하여지지 않아서, 입력전압(Vin)의 상승 또는 하강이 마찬가지로 스킵된다. 또한, 그동안, 콘덴서(C3)의 단자간 전압이 감쇠하므로, 코일(16)에 공급되는 고주파 전류가 작아진다. 그 결과, 가열실 린더(12)에 대한 공급 에너지(Wpv)를 적게 할 수 있다.
본 실시예에 있어서는, 전압변화율(δVc)이 공진회로(SR2)의 상태를 나타내는 전기적 변량으로서 사용되어, 구동신호(g1, g2)가 발생되도록 되어 있으므로, IGBT(Q1, Q2)의 스위칭의 스킵이 충분히 행하여진다.
따라서, IGBT(Q1, Q2)의 스위칭에 의한 손실이 작아지므로, 히터 드라이버(17)가 발열하거나, 히터 드라이버(17)의 신뢰성이 낮아지거나 하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 유도가열장치(14)에 있어서 소비되는 전력을 작게 할 수 있다.
그런데, 본 실시예에 있어서는, 전압변화율(δVc)이 전기적 변량으로서 사용되도록 되어 있지만, 코일(16)을 흐르는 전류를 IL로 했을 때, 이 전류(IL)는,
Figure 112007015493867-PCT00016
로 나타낼 수 있다. 즉, 전압변화율(δVc)과 전류(IL)는 비례한다.
그래서, 상기 코일(16)을 흐르는 전류(IL)를 검출하여, 이 전류(IL)에 근거하여 구동신호(g1, g2)를 발생시키도록 한 본 발명의 제5 실시예에 대하여 설명한다. 다만, 제4 실시예와 같은 구조를 가지는 것에 대하여는, 같은 부호를 부여함으로써 그 설명을 생략하고, 같은 구조를 가지는 것에 의한 발명의 효과에 대하여는 동(同) 실시예의 효과를 원용한다.
도 13은 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 유도가열장치의 개념도, 도 14는 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 반전기의 동작을 나타낸 도면, 도 15는 본 발명 의 제5 실시예에 있어서의 유도가열장치의 입력전압과 전류의 관계를 나타낸 타임차트이다. 여기서, 도 14에 있어서, 횡축에 전류(IL)를, 종축에 출력을 취하고 있다.
도 13에 있어서, 36은 전기적 변량 검출부로서의 전류 센서이며, 이 전류 센서(36)에 의하여, 코일(16)을 흐르는 전기적 변량으로서의 전류(IL)가 검출되어, 구동신호 발생 처리수단(처리부)으로서의 버퍼(AN5)에 보내진다.
그리고, 이 버퍼(AN5)는, 구동신호 발생처리를 행하여, 전류(IL) 및 판정신호(SG11)가 입력되어서, 도 14에 나타낸 바와 같은 특성으로 작동된다.
먼저, 출력이 하이 레벨(H)인 경우에 있어서, 전류(IL)가 작아질 때에는, 제1 역치로서의 전류 Id가 될 때까지, 출력은 하이 레벨을 유지하고, 전류 Id가 되면, 상기 판정신호(SG11)가 하이 레벨인지 아닌지에 따라서 턴 동작(Tu) 또는 스킵 동작(Sk)을 한다. 즉, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 턴 동작을 하여, 출력이 하이 레벨에서 로우 레벨(L)이 되고, 그 후, 로우 레벨을 유지한다. 한편, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 스킵 동작을 하여, 출력은 하이 레벨을 유지한다. 또한, 출력이 하이 레벨인 경우에 있어서, 전류(IL)가 커질 때에는, 스킵 동작을 하여, 상기 전류 Id, 및 전류 Id보다 작게 설정된 제2 역치로서의 전류 Ir에 관계없이, 출력은 하이 레벨을 유지한다.
다음으로, 출력이 로우 레벨인 경우에 있어서, 전류(IL)가 커질 때에는, 전류 Ir이 될 때까지, 출력은 로우 레벨을 유지하고, 전류 Ir이 되면, 상기 판정신호(SG11)가 하이 레벨인지 아닌지에 따라서 턴 동작 또는 스킵 동작을 한다. 즉, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 턴 동작을 하여, 출력이 로우 레벨에서 하이 레벨이 되고, 그 후, 하이 레벨을 유지한다. 한편, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 스킵 동작을 하여, 출력은 로우 레벨을 유지한다. 또한, 출력이 로우 레벨인 경우에 있어서, 전류(IL)이 작아질 때에는, 스킵 동작을 하여, 상기 전류 Id, Ir에 관계없이, 출력은 로우 레벨을 유지한다.
따라서, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 버퍼(AN5)는 턴 동작을 하므로, 도 15에 나타낸 바와 같이, 전류(IL)가 서서히 커져서, 타이밍 t41, t44, t47에서 전류 Ir이 되면, 버퍼(AN5)의 출력이 하이 레벨이 되어, 제1 버퍼(LN1)의 출력인 구동신호 g1이 로우 레벨로, 제2 버퍼(LN2)의 출력인 구동신호 g2가 하이 레벨로 된다.
그 결과, 스위칭 소자로서의 IGBT(Q1)가 OFF로, 스위칭 소자로서의 IGBT(Q2)가 ON으로 되어, 입력전압(Vin)은 로우 레벨에서 하이 레벨이 되고, 콘덴서 C4가 방전되고, 콘덴서 C3가 충전되는 것에 수반하여, IGBT(Q2)를 통하여 코일(16)에 전류가 흐른다. 그리고, 콘덴서(C3)의 단자간 전압은, 아래의 피크값이 된 후, 서서히 높아지고, 전류(IL)는, 위의 피크값이 된 후, 서서히 작아진다.
또한, 판정신호(SG11)가 로우 레벨인 경우, 전류(IL)가, 서서히 작아져서, 타이밍 t43, t45, t48에서 전류 Id가 되면, 버퍼(AN5)의 출력이 로우 레벨이 되어, 상기 구동신호 g1이 하이 레벨로, 상기 구동신호 g2가 로우 레벨로 된다.
그 결과, IGBT(Q1)가 ON으로, IGBT(Q2)가 OFF로 되어, 입력전압(Vin)은 하이 레벨에서 로우 레벨이 되고, 콘덴서 C3가 방전되고, 콘덴서 C4가 충전되는 것에 수 반하여, IGBT(Q1)를 통하여 코일(16)에 전류가 흐른다. 그리고, 콘덴서(C3)의 단자간 전압은, 위의 피크값이 된 후, 서서히 낮아지고, 전류(IL)는, 아래의 피크값이 된 후, 서서히 커진다.
이와 대비하여, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 버퍼(AN5)는 스킵 동작을 하므로, 전류(IL)가 서서히 커져서, 타이밍 t46에서 전류 Ir이 되어도, 버퍼(AN5)의 출력은 하이 레벨이 되지 않고, 로우 레벨을 유지한다. 그리고, 상기 구동신호 g1이 하이 레벨을, 상기 구동신호 g2가 로우 레벨을 유지한다.
그 결과, IGBT(Q1)가 ON인 채로, IGBT(Q2)가 OFF인 채로 되어, 입력전압(Vin)은 로우 레벨을 유지한다.
또한, 판정신호(SG11)가 하이 레벨인 경우, 전류(IL)가, 서서히 작아져서, 타이밍 t42에서 전류 Id가 되어도, 버퍼(AN5)의 출력은 하이 레벨을 유지한다. 그리고, 상기 구동신호 g1이 로우 레벨을, 상기 구동신호 g2가 하이 레벨을 유지한다.
그 결과, IGBT(Q1)가 OFF인 채로, IGBT(Q2)가 ON인 채로 되어, 입력전압(Vin)은 하이 레벨을 유지한다.
본 실시예에 있어서는, 제어부(23)를, 사출성형기의 제어부와 독립적으로 설치하도록 되어 있지만, 사출성형기의 제어부 내에 설치할 수 있다.
다만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지에 근거하여 다양하게 변형시키는 것이 가능하고, 그들을 본 발명의 범위에서 배제하는 것이 아니다.
본 발명을 사출성형기의 제어장치에 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. ⒜ 실린더부재에 설치된 코일, 직류전압 발생회로, 스위칭 소자 및 콘덴서를 구비하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라서 고주파 전류를 발생시켜서 상기 코일에 공급하는 고주파 전류 발생회로와,
    ⒝ 상기 코일 및 콘덴서로 이루어지는 공진회로의 상태를 나타내는 전기적 변량을 검출하는 전기적 변량 검출부와,
    ⒞ 상기 전기적 변량에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 구동신호 발생 처리수단과,
    ⒟ 상기 직류전압 발생회로의 전압, 콘덴서의 정전용량 및 전기적 변량에 근거하여, 상기 실린더부재에 대한 공급 에너지를 산출하는 공급 에너지 산출 처리수단을 가지는 것을 특징으로 하는 성형기 공급 에너지 산출장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급 에너지 산출 처리수단은, 전기적 변량에 근거하여 설정된 공급 에너지 산출용 변량에 근거하여 공급 에너지를 산출하는 것을 특징으로 하는 성형기 공급 에너지 산출장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공급 에너지를 Wpv라 하고, 직류전압 발생회로의 전압을 Vs라 하며, 콘 덴서의 정전용량을 C라 하고, 공급 에너지 산출용 변량을 Vd, Vr이라 했을 때, 상기 공급 에너지(Wpv)는,
    Figure 112007015493867-PCT00017
    이 되는 것을 특징으로 하는 성형기 공급 에너지 산출장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    단위시간당 공급 에너지를 P라 하고, 스위칭의 기본 주파수를 f라 하며, 직류전압 발생회로의 전압을 Vs라 하고, 콘덴서의 정전용량을 C라고 하며, 공급 에너지 산출용 변량을 Vd, Vr이라 했을 때, 상기 공급 에너지(P)는,
    Figure 112007015493867-PCT00018
    이 되는 것을 특징으로 하는 성형기 공급 에너지 산출장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 공급 에너지를 Wpv라 하고, 직류전압 발생회로의 전압을 Vs라 하며, 콘덴서의 정전용량을 C라 하고, 공급 에너지 산출용 변량을 Vd, Vr이고 하며, 기준전압을 Vb라 했을 때, 상기 공급 에너지(Wpv)는,
    Figure 112007015493867-PCT00019
    가 되는 것을 특징으로 하는 성형기 공급 에너지 산출장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 변량은 콘덴서의 단자간 전압인 것을 특징으로 하는 성형기 공급 에너지 산출장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 변량은 코일을 흐르는 전류인 것을 특징으로 하는 성형기 공급 에너지 산출장치.
  8. ⒜ 실린더부재와,
    ⒝ 이 실린더부재에 설치된 코일, 직류전압 발생회로, 스위칭 소자 및 콘덴서를 구비하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라서 고주파 전류를 발생시켜서 상기 코일에 공급하는 고주파 전류 발생회로와,
    ⒞ 상기 코일 및 콘덴서로 이루어지는 공진회로의 상태를 나타내는 전기적 변량을 검출하는 전기적 변량 검출부와,
    ⒟ 상기 전기적 변량에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 구동신호 발생 처리수단과,
    ⒠ 상기 직류전압 발생회로의 전압, 콘덴서의 정전용량 및 전기적 변량에 근거하여, 상기 실린더부재에 대한 공급 에너지를 산출하는 공급 에너지 산출 처리수단과,
    ⒡ 공급 에너지 적산값과 설정 공급 에너지 적산값을 비교하는 공급 에너지 적산값 판정 처리수단을 가짐과 함께,
    ⒢ 상기 구동신호 발생 처리수단은, 상기 공급 에너지 적산값 판정 처리수단에 의한 비교결과에 근거하여 상기 구동신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 성형기 제어장치.
  9. ⒜ 실린더부재와,
    ⒝ 이 실린더부재에 설치된 코일, 직류전압 발생회로, 스위칭 소자 및 콘덴서를 구비하고, 상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라서 고주파 전류를 발생시켜서 상기 코일에 공급하는 고주파 전류 발생회로와,
    ⒞ 상기 코일 및 콘덴서로 이루어지는 공진회로의 상태를 나타내는 전기적 변량을 검출하는 전기적 변량 검출부와,
    ⒟ 상기 전기적 변량에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 구동신호 발생 처리수단과,
    ⒠ 상기 직류전압 발생회로의 전압, 콘덴서의 정전용량 및 전기적 변량에 근거하여 상기 실린더부재에 대한 공급 에너지를 산출하는 공급 에너지 산출 처리수단과,
    ⒡ 상기 실린더부재의 온도를 검출하는 온도검출부와,
    ⒢ 이 온도검출부에 의하여 검출된 상기 온도에 근거하여 설정 공급 에너지를 산출하는 설정 공급 에너지 산출 처리수단을 가지는 것을 특징으로 하는 성형기 제어장치.
  10. ⒜ 실린더부재에 설치된 코일, 직류전압 발생회로, 스위칭 소자 및 콘덴서를 구비한 고주파 전류 발생회로에 있어서, 상기 스위칭 소자의 스위칭에 따라서 고주파 전류를 발생시키고,
    ⒝ 상기 코일 및 콘덴서로 이루어지는 공진회로의 상태를 나타내는 전기적 변량을 검출하고,
    ⒞ 이 전기적 변량에 근거하여 상기 스위칭 소자를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키고,
    ⒟ 상기 직류전압 발생회로의 전압, 콘덴서의 정전용량 및 전기적 변량에 근거하여, 상기 실린더부재에 대한 공급 에너지를 산출하고,
    ⒠ 공급 에너지 적산값과 설정 공급 에너지 적산값을 비교함과 함께,
    ⒡ 상기 구동신호는, 공급 에너지 적산값과 설정 공급 에너지 적산값의 비교결과에 근거하여 발생되는 것을 특징으로 하는 성형기 제어방법.
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