JP5801248B2 - 電動射出成形機のヒータ電力供給方法および電動射出成形機 - Google Patents

Description

本発明は、電動射出成形機におけるヒータの電力供給方法、および電動射出成形機に関するものである。

射出成形機は、従来周知のように、一対の金型、これらの金型を型締する型締装置、樹脂を溶融して金型内に射出する射出装置等から構成され、射出装置は、射出シリンダ、この射出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、プランジャ等から構成されている。電動式射出成形機においては、このような型締装置、スクリュ等は、それぞれに独立して設けられているサーボモータによって駆動される。従って電動射出成形機にはコンバータが設けられ、電動射出成形機に供給されている三相交流電圧が所定の電圧の直流電圧に変換されている。そしてこの直流電圧が各サーボモータに関連して設けられているインバータすなわちサーボアンプに供給され、サーボモータが駆動されるようになっている。

コンバータには色々な種類があるが、例えば６個のダイオードと安定化コンデンサとからなるダイオード整流回路を採用することができる。ダイオード整流回路は安価でシンプルであり、三相交流電圧から全波整流して直流を得ることができる。しかしながら、整流される直流電圧は三相交流電圧の電圧値に依存する。電動射出成形機が設置される工場では、受電設備から供給される三相交流電圧は２００Ｖ、４００Ｖ等色々であるので、整流される直流電圧値も２８２Ｖ、５６５Ｖ等になる。そうすると異なる直流電圧値に適合したインバータが適宜選択される必要があり、電動射出成形機の製品ラインナップが増えてしまう。また直流電圧が三相交流電圧の変動に影響を受けてしまう等の他の不利益もある。これに対してコンバータとしてリアクトルを備えたＰＷＭコンバータを採用することもできる。ＰＷＭコンバータは所望の電圧に昇圧することができるので、三相交流電圧の電圧値によらずに一定の直流電圧を得ることができる。そうするとインバータ等の部品は工場の三相交流電圧によらずに共通化することができ、電動射出成形機の製品のラインナップを少なくすることができる。さらには高い直流電圧を得ることができるので、大電力が必要になる大型で高性能の電動射出成形機にも対応できる。

ところで電動射出成形機の射出装置の射出シリンダには、射出シリンダを加熱するためのヒータが複数枚巻かれており、これらのヒータに供給される電力は、三相交流電圧からの電力である。この三相交流電圧からの電力が、ソリッド・ステート・リレー等によってＯＮ／ＯＦＦされてヒータに電力が供給されている。このときＯＮ／ＯＦＦ時間の調整によって、射出シリンダが所望の温度になるように制御されている。

特開平７−３２９１３８号公報

特許文献１には、ヒータへ供給される電力が直流電圧からの電力であることを特徴とする電動射出成形機のヒータ制御装置が記載されている。特許文献１に記載の電動射出成形機において、三相交流電圧がコンバータによって全波整流されて直流電圧に変換され、これがサーボモータの駆動用のインバータに供給されているが、ヒータにもこの直流電圧からの電力が供給されている。そしてヒータへの通電は半導体スイッチング回路によってＯＮ／ＯＦＦされている。ヒータへ供給される電力が電圧と電流が一定の直流電圧からの電力であるので、ヒータの制御が安定する効果が得られる。またソリッド・ステート・リレーのような高価な装置を格別に必要とせず、安価なトランジスタ等から半導体スイッチング回路を構成できるのでコストを抑えられるという効果もある。

三相交流電圧の電力をヒータに供給する従来の方法によっても、特許文献１に記載されているようにコンバータにおいて整流された直流電圧の電力をヒータに供給する方法によっても、いずれも適切にヒータをＯＮ／ＯＦＦ制御して温度を制御することはできる。しかしながら解決すべき問題も見受けられる。例えば従来の三相交流電圧の電力をヒータに供給する方法においては、電圧と電流が交流によって変動するので、制御に影響が出るという問題がある。また三相交流電圧は、電動射出成形機が設置される工場によって電圧が変わる場合がある。例えば、三相交流電圧は前記したように２００Ｖの場合もあるし、４００Ｖの場合もある。さらには２２０Ｖ、３８０Ｖ、４１５Ｖのような場合もある。そうすると三相交流電圧の電圧が異なると、温度制御を変更しなければならずコスト高になる。さらには電力事情が悪い国や地域においては、三相交流電圧が変動して温度制御に悪影響を及ぼすこともある。特許文献１に記載の方法においても同様の問題が見受けられる。特許文献１に記載の電動射出成形機において、コンバータの種類は明記されていないが三相交流電圧を全波整流するようになっている。全波整流は整流素子６個を使って整流する方法であるので、コンバータはダイオード整流回路であるように推測される。そうするとヒータへ供給される直流電圧は、三相交流電圧の電圧値によって決まることになり、電圧値によって温度制御を変更せざるを得ない。そして電力事情が悪い場合には供給される直流電圧が安定しないという問題もある。さらに大きな問題もある。市販されている標準品のヒータは直流電圧３００Ｖ以下の電圧に対応したものであり、三相交流電圧が２２０Ｖ以上の場合にはヒータに供給される直流電圧は３１１Ｖ以上になるので、絶縁耐圧が十分でなく標準品は採用できない。そうすると高価な特注品のヒータを格別に用意しなければならない。またヒータへの通電を制御するトランジスタも、高電圧対応のものが必要になりコスト高になる。さらにはインバータに供給する直流電圧は、サーボモータの加減速時に電圧変動するという問題もある。電圧が変動する直流電圧を電力源とすると、温度制御に影響を与えてしまう。

本発明は、上記したような問題点を解決した、電動射出成形機のヒータ電力供給方法および電動射出成形機を提供することを目的とし、具体的には電動射出成形機に供給される三相交流電圧の電圧値の違いや電力の品質によって温度制御が影響を受けることがなく、つまり電動射出成形機の製品のラインナップが増えることがなく、そして安価な標準品のヒータや安価なトランジスタを採用することができ、サーボモータの加減速時にも温度制御が影響を受けない電動射出成形機のヒータ電力供給方法、および電動射出成形機を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、電動射出成形機のコンバータは、リアクトルを備えたＰＷＭコンバータから構成する。このＰＷＭコンバータによって外部からの三相交流電圧を整流すると共に昇圧して所定の１次直流電圧に変換する。サーボモータを駆動するサーボアンプには、この１次直流電圧を供給する。１次直流電圧の電圧線にはチョッパ回路を接続し、１次直流電圧を降圧して２次直流電圧を得る。この２次直流電圧からの電力を電動射出成形機のヒータに供給するように構成する。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、外部から供給される三相交流電圧がリアクトルを備えたＰＷＭコンバータによって１次直流電圧に変換され、該１次直流電圧がサーボアンプに供給されてサーボモータが駆動されるようになっている電動射出成形機において、前記１次直流電圧からの電圧をチョッパ回路によって降圧して２次直流電圧を得、ＯＮ／ＯＦＦにより制御するヒータには該２次直流電圧からの電力を供給することを特徴とする電動射出成形機のヒータの電力供給方法として構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の方法において、前記１次直流電圧はＤＣ６００Ｖ以上、前記２次直流電圧はＤＣ３００Ｖ以下にすることを特徴とする電動射出成形機のヒータの電力供給方法として構成される。
請求項３に記載の発明は、外部から供給される三相交流電圧がリアクトルを備えたＰＷＭコンバータによって１次直流電圧に変換され、該１次直流電圧がサーボアンプに供給されてサーボモータが駆動されるようになっている電動射出成形機であって、前記１次直流電圧の電圧線にはチョッパ回路が接続され、ＯＮ／ＯＦＦにより制御するヒータには前記チョッパ回路によって降圧された２次直流電圧からの電力が供給されるようになっていることを特徴とする電動射出成形機として構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電動射出成形機において、前記１次直流電圧はＤＣ６００Ｖ以上、前記２次直流電圧はＤＣ３００Ｖ以下になっていることを特徴とする電動射出成形機として構成される。

以上のように、本願発明によると、外部から供給される三相交流電圧がリアクトルを備えたＰＷＭコンバータによって１次直流電圧に変換され、該１次直流電圧がサーボアンプに供給されてサーボモータが駆動されるようになっている電動射出成形機における、ヒータの電力供給方法として構成されている。そうするとＰＷＭコンバータはリアクトルを備えているので、三相交流電圧から１次直流電圧を得るとき所望の電圧に昇圧することができる電動射出成形機を対象としている。換言すると、本発明が対象としている電動射出成形機は、三相交流電圧の電圧の高低によらずに一定の１次直流電圧を生成することができる。そして本発明によると、１次直流電圧からの電圧をチョッパ回路によって降圧して２次直流電圧を得、該２次直流電圧からの電力をヒータに供給するように構成され、ヒータはＯＮ／ＯＦＦにより制御する。そうすると、ヒータに供給する２次直流電圧も一定の電圧にすることができる。そして仮に１次直流電圧がサーボモータの加減速時にわずかに変動したとしても、チョッパ回路を適切に制御することによって２次直流電圧を安定化させることができる。このような一定の電圧の２次直流電圧からヒータに電力を供給するので、温度制御を共通化することができ電動射出成形機の製品のラインナップを少なくすることができる。また温度制御も安定するという効果が得られる。そしてこれは最大の効果であるが、２次直流電圧が１次直流電圧から降圧された電圧であるので、標準品のヒータを採用することができるし、ヒータをＯＮ／ＯＦＦするスイッチも低電圧用のトランジスタ等から構成することができる。そうするとコストを低くすることができる。

本発明の実施の形態に係る電動射出成形機の電源装置およびヒータ電力供給装置を示す回路図である。

以下、本実施の形態について図１を参照しながら説明する。本実施の形態に係る電動射出成形機の電源装置１も、従来の電源装置と同様にコンバータを備え、三相交流電源２から供給される三相交流電圧を整流してサーボアンプ３に直流電圧を供給するが、本実施の形態におけるコンバータはリアクトル４、４、４を備えたＰＷＭコンバータ５から構成されている。ＰＷＭコンバータ５は、周知のように６個のＩＧＢＴからなるトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、…と、６個のダイオードＤ１、Ｄ２、…とからなる。これらのダイオードＤ１、Ｄ２、…は、極性が一方向に揃えられて２個ずつ直列に並べられ、これらが並列に３列設けられて１次直流電圧の正負の電圧線Ｐ１、Ｎ１に接続されている。三相交流電源２からの電圧線は、リアクトル４、４、４を介して、それぞれの列の２個のダイオードの間に接続されている。これらのダイオードＤ１、Ｄ２、…のそれぞれには、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、…が並列に設けられ、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、…が作動するとダイオードＤ１、Ｄ２、…と逆向きに電流が流れるようになっている。従来周知のようにトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、…を駆動して、三相交流電源２からの三相交流電圧を直流電圧に変換して１次直流電圧の電圧線Ｐ１、Ｎ１に供給することができるが、リアクトル４、４、４の作用によって所望の直流電圧に昇圧できるようになっている。このように昇圧できるので、図１においては三相交流電源２の電力は２００Ｖまたは４００Ｖになっているが、これらのいずれの電圧であっても、もしくは他の電圧であっても、本実施の形態において１次直流電圧に６００Ｖの電圧が供給されるようになっている。これによって本実施の形態に係る電動射出成形機は、６００Ｖ用のサーボアンプ３が搭載されてサーボモータＭが駆動されるようになっており、どのような三相交流電圧の電圧値にも対応できることになる。図１にはサーボアンプ３とサーボモータＭは１個ずつ示されているが、実際には複数個のサーボアンプ３が１次直流電圧の電圧線Ｐ１、Ｎ１に接続されて、複数個のサーボモータＭが駆動されるようになっている。なお１次直流電圧の正負の電圧線Ｐ１、Ｎ１の間にはコンデンサ８が設けられ、１次直流電圧の変動が抑制されている。

本実施の形態に係る電動射出成形機においても、ヒータ９によって射出装置の射出シリンダを加熱するようになっているが、ヒータ９に供給する電力は直流電圧からの電力になっている。具体的に説明すると、サーボアンプ３に電力を供給する１次直流電圧の正負の電圧線Ｐ１、Ｎ１には、降圧チョッパ回路１１が接続され、この降圧チョッパ回路１１によって降圧された直流電圧がヒータ９に供給されるようになっている。

降圧チョッパ回路１１は、従来周知であるが、それぞれ１個のトランジスタ１２とリアクトル１３とダイオード１４とコンデンサ１５とから構成されている。トランジスタ１２は正の電圧線Ｐ１に接続され、その後方にリアクトル１３が接続されている。そしてトランジスタ１２とリアクトル１３の間の正の電圧線と、負の電圧線との間に、ダイオード１４が設けられ、負の電圧線から正の電圧線に電流を流すようになっている。そしてリアクトル１３の後方の正の電圧線と、負の電圧線の間に、コンデンサ１５が設けられている。このような降圧チョッパ回路１５から２次直流電圧の正負の電圧線Ｐ２、Ｎ２が接続されている。降圧チョッパ回路１１の作用については、従来周知であるので詳しく説明しないが、トランジスタ１２をＯＮ／ＯＦＦさせて通流率を制御すると、通流率に比例して１次直流電圧が降圧されて２次直流電圧に変換される。本実施の形態においては、１次直流電圧の６００Ｖが３００Ｖの２次直流電圧に変換されるようになっている。なお図１には示されていないが、２次直流電圧は電圧センサによって監視されており、１次直流電圧がサーボモータＭの加減速時にわずかに変動しても、トランジスタ１２が適切にＯＮ／ＯＦＦされて２次直流電圧が一定になるように制御されている。

本実施の形態においてヒータ９には、この降圧された３００Ｖの２次直流電圧からの電力が供給されるようになっている。ヒータ９は例えば次のように接続されている。２次直流電圧の正の電圧線Ｐ２にヒータ９の一方の端子が接続され、ヒータ９の他方の端子にヒータ９をＯＮ／ＯＦＦするスイッチすなわちＩＧＢＴからなるトランジスタ１８が接続され、トランジスタ１８は２次直流電圧の負の電圧線Ｎ２に接続されている。従ってトランジスタ１８をＯＮ／ＯＦＦするとヒータ９に電力を供給したり停止したりできるようになっている。トランジスタ１８は、射出シリンダの温度制御を行うコントローラである温調基板１９からの信号によってＯＮ／ＯＦＦが駆動されるようになっている。なおトランジスタ１８には、トランジスタ１８を保護するためのダイオード２０がトランジスタ１８と並列に設けられている。また図１にはヒータ９は１個のみ示されているが、実際には複数個のヒータが２次直流電圧の電圧線Ｐ２、Ｎ２に接続され、それぞれ独立してＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。

本実施の形態において、ヒータ９は電圧が一定の２次直流電圧からの電力の供給を受けるようになっているので、換言すると交流電圧のように電圧が変化しないので、ヒータ９の発熱量はトランジスタ１８のＯＮ／ＯＦＦの時間比率に依存することになり温度制御がし易い。そして本実施の形態において、１次直流電圧はサーボモータＭを高速かつ高出力で駆動するために６００Ｖと高圧になっているが、２次直流電圧は３００Ｖと比較的低圧であるのでヒータ９は市販されている標準のヒータを採用することができる。そしてヒータ９を駆動する回路にも格別に絶縁耐性を考慮する必要はない。

本実施の形態に係る電動射出成形機は色々な変形が可能である。例えば１次直流電圧は６００Ｖであるように説明したが、他の電圧であってもよい。高出力が要求される電動射出成形機においては６００Ｖより更に大きな電圧にすることができるし、高出力が要求されない比較的廉価な電動射出成形機においては低い電圧にしてもよい。また２次直流電圧についても変形が可能である。ヒータの標準品が３００Ｖ以下のものがほとんどであることを考慮すると２次直流電圧が３００Ｖであれば問題はないが、２次直流電圧を３００Ｖ以下の例えば２００Ｖにすると２００Ｖ対応のヒータを適用することができるので、採用可能なヒータの種類が増えるメリットがある。

１ 電源装置 ２ 三相交流電源
３ サーボアンプ ４ リアクトル
５ ＰＷＭコンバータ ８ コンデンサ
９ ヒータ １１ 降圧チョッパ回路
１２ トランジスタ １３ リアクトル
１４ ダイオード １５ コンデンサ
１８ トランジスタ １９ 温調基板
２０ ダイオード
Ｔｒ１、Ｔｒ２、… トランジスタ
Ｄ１、Ｄ２、… ダイオード
Ｐ１、Ｎ１ １次直流電圧の電圧線
Ｐ２、Ｎ２ ２次直流電圧の電圧線

Claims (4)

1. 外部から供給される三相交流電圧がリアクトルを備えたＰＷＭコンバータによって１次直流電圧に変換され、該１次直流電圧がサーボアンプに供給されてサーボモータが駆動されるようになっている電動射出成形機において、
   前記１次直流電圧からの電圧をチョッパ回路によって降圧して２次直流電圧を得、ＯＮ／ＯＦＦにより制御するヒータには該２次直流電圧からの電力を供給することを特徴とする電動射出成形機のヒータの電力供給方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記１次直流電圧はＤＣ６００Ｖ以上、前記２次直流電圧はＤＣ３００Ｖ以下にすることを特徴とする電動射出成形機のヒータの電力供給方法。
3. 外部から供給される三相交流電圧がリアクトルを備えたＰＷＭコンバータによって１次直流電圧に変換され、該１次直流電圧がサーボアンプに供給されてサーボモータが駆動されるようになっている電動射出成形機であって、
   前記１次直流電圧の電圧線にはチョッパ回路が接続され、ＯＮ／ＯＦＦにより制御するヒータには前記チョッパ回路によって降圧された２次直流電圧からの電力が供給されるようになっていることを特徴とする電動射出成形機。
4. 請求項３に記載の電動射出成形機において、前記１次直流電圧はＤＣ６００Ｖ以上、前記２次直流電圧はＤＣ３００Ｖ以下になっていることを特徴とする電動射出成形機。

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