(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の軸モータの回生時に他方の軸モータが力行する運転モードを有する複数の軸モータに共通の電力を供給するコンバータ部と、該コンバータ部から供給される電力を用いて軸モータに所定周波数の電力を供給するインバータ部と、該軸モータの減速中に生じる余剰電力を回生する回生抵抗とを、前記一方及び他方の軸モータがそれぞれ有する制御装置であって、前記軸モータの消費電流により前記軸モータのそれぞれが力行か回生かの判別を行う手段と、前記力行する軸モータが存在する時は前記回生する軸モータの減速率を設定値より高め、前記力行する軸モータが存在しない時は前記回生する軸モータの減速率を設定値とする減速調整手段とを具備する制御装置において、
前記制御装置は、さらに前記コンバータ部から供給される電力電圧と過電圧設定値とを比較する母線電圧監視部を有し、前記減速調整手段は、前記回生する軸モータの減速率を設定値より高める場合に前記コンバータ部から供給される電力電圧が前記過電圧設定値を超過しない値に定めることを特徴とする射出成形機の制御装置。
【請求項２】
前記回生する軸モータは型締軸モータの型開動作であり、前記力行する軸モータは計量軸モータであることを特徴とする請求項１に記載の射出成形機の制御装置。
【請求項３】
前記コンバータ部が共通の電力を供給する軸モータは射出軸モータと突出し軸モータであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の射出成形機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータ駆動式の射出成形機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は横型射出成形機の制御装置の説明図である。ＮＣ（数値制御）装置１０は、操作盤のようなマンマシン・インタフェース１２と、型締軸制御部２０、射出軸制御部３０、計量軸制御部４０並びに突出軸制御部５０を連絡する制御ライン１６を有している。電力ライン１４は型締軸制御部２０、射出軸制御部３０、計量軸制御部４０並びに突出軸制御部５０に対して電力を供給するもので、各制御部について開閉を行うスイッチ１４２，１４３，１４４並びに１４５を有している。
【０００３】
型締軸制御部２０は型締軸モータ２２を制御するもので、型締軸モータ２２の回転量は型締軸エンコーダ２４により計測している。射出軸制御部３０は射出軸モータ３２を制御するもので、射出軸モータ３２の回転量は射出軸エンコーダ３４により計測している。計量軸制御部４０は計量軸モータ４２を制御するもので、計量軸モータ４２の回転量は計量軸エンコーダ４４により計測している。突出軸制御部５０は突出軸モータ５２を制御するもので、突出軸モータ５２の回転量は突出軸エンコーダ５４により計測している。
【０００４】
型締軸制御部２０は、電力ライン１４から供給を受けた電力を型締軸制御部２０の駆動用電圧に変換するコンバータ部２０２、制動中の型締軸モータ２２から発生する回生エネルギを消費することにより制動エネルギを得る回生抵抗部２０４、交流電力の周波数を可変して型締軸モータ２２を駆動するインバータ部２０６を有している。射出軸制御部３０、計量軸制御部４０並びに突出軸制御部５０もそれぞれコンバータ部、回生抵抗部、並びにインバータ部を有している。
【０００５】
このように構成された装置においては、横型射出成形機の型締軸制御部２０、射出軸制御部３０、計量軸制御部４０並びに突出軸制御部５０が各軸独立に力行と回生を行っている。射出成形機では、ある軸の回生が大きい場合には、制御部の外部に大電流用の回生抵抗を増設したり、大きな電力回生装置を付加してサーボエラーにならない様に対応している。他方、回生が大きく回生抵抗部の能力が不足すると、コンバータ部の出力電圧レベルが上昇して過電圧警報がＮＣ装置側に通知されてしまう。そこで、製造事業者は回生抵抗部の回生能力程度に射出成形機全体の運転速度を低下させたり、運転サイクルの延長を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、射出成形機全体の運転速度を低下させたり、運転サイクルの延長を行うと、本来射出成形機が有している生産能力を発揮できないこととなり、射出成形機を使用している製造事業者にとって投下資本に見合った収益が上げられなくなるという課題があった。他方、制御部の外部に大電流用の回生抵抗を増設したり、大きな電力回生装置を付加することは、多品種少量生産の流れの中では射出成形機の製造管理の負担となり、生産管理コストを増大させる課題があった。
【０００７】
本発明は上述する課題を解決するもので、電力回生装置の過重な設備付加を行うことなく、射出成形機が潜在的に有している生産能力を発揮できる射出成形機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の制御対象となる射出成形機は、図１に示すように、コンバータ部６０は、一方の軸モータの回生時に他方の軸モータが力行する運転モードを有する複数の軸モータに共通の電力を供給する。一方の軸モータ、例えば型締軸モータ２２は、コンバータ部６０から供給される電力を用いて型締軸モータ２２に所定周波数の電力を供給するインバータ部２７と、型締軸モータ２２の減速中に生じる余剰電力を回生する回生抵抗２５とを有している。他方の軸モータ、例えば計量軸モータ４２は、コンバータ部６０から供給される電力を用いて計量軸モータ４２に所定周波数の電力を供給するインバータ部４７と、計量軸モータ４２の減速中に生じる余剰電力を回生する回生抵抗４５とを有している。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の射出成形機の制御装置１０は、軸モータ２２、４２の消費電流により各軸モータのそれぞれが力行か回生かの判別を行う力行／回生判別部１０２と、力行する軸モータが存在する時は回生する軸モータの減速率を設定値より高め、力行する軸モータが存在しない時は回生する軸モータの減速率を設定値とする減速調整部１０６を有している。
【００１０】
このように構成された装置において、力行／回生判別部１０２は軸モータ２２、４２の消費電流により各軸モータのそれぞれが力行か回生かの判別を行なう。軸モータ２２、４２の消費電流は、軸モータの発生するトルクを示すものであり、各軸モータの力行／回生の判定が確実にできる。減速調整部１０６は、力行する軸モータが存在する時は回生する軸モータの減速率を設定値より高めて、回生する軸モータの減速に要する時間を迅速にしている。他方、減速調整手段１０６は、力行する軸モータが存在しない時は回生する軸モータの減速率を設定値として、回生により軸モータのインバータ部に過電圧が発生するのを防止している。
【００１１】
また、制御装置１０は、コンバータ部６０から供給される電力電圧と過電圧設定値とを比較する母線電圧監視部１０４を有し、減速調整手段１０６は、回生する軸モータの減速率を設定値より高める場合にコンバータ部６０から供給される電力電圧が過電圧設定値を超過しない値に定め、回生により軸モータのインバータ部に過電圧が発生するのを防止しつつ、回生する軸モータの減速に要する時間を最短にできる。好ましくは、回生する軸モータは型締軸モータ２２の型開動作であり、力行する軸モータは計量軸モータ４２とすると、型締軸モータ２２の型開動作の際に、回生された電力を計量軸モータ４２の力行に消費することで、型締軸モータ２２の型開動作に要する時間を短縮できる。また、コンバータ部６０が共通の電力を供給する軸モータは射出軸モータと突出し軸モータであっても良い。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の射出成形機の制御方法は、軸モータの消費電流により各軸モータのそれぞれが力行か回生かの判別を行う工程と、力行する軸モータが存在する時は回生する軸モータの減速率を設定値より高め、力行する軸モータが存在しない時は回生する軸モータの減速率を設定値として、回生する軸モータを減速する工程とを備えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を説明する構成ブロック図である。なお図１において前記図７と同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。図において、射出成形機の型締軸には、型締軸モータ２２、型締軸エンコーダ２４、回生抵抗２５、回生抵抗制御部２６、交流電力の周波数を可変して型締軸モータ２２を駆動するインバータ部２７、並びにインバータ制御部２８が設けられている。回生抵抗制御部２６は、母線電圧が過電圧にならない様に回生抵抗２５で消費する電力を定めている。インバータ制御部２８は、型締軸エンコーダ２４の出力信号を入力して型締軸モータ２２の回転状態を検出し、制御装置１０から指令される指令値と比較して、インバータ部２７の周波数を制御する信号を出力している。インバータ部２７には消費電流の検出部が設けられており、消費電流に所定定数を乗ずるとトルク信号となる。
【００１４】
射出成形機の射出軸には、射出軸モータ３２、射出軸エンコーダ３４、射出軸制御部３９が設けられている。射出成形機の計量軸には、計量軸モータ４２、計量軸エンコーダ４４、回生抵抗４５、回生抵抗制御部４６、交流電力の周波数を可変して計量軸モータ４２を駆動するインバータ部４７、並びにインバータ制御部４８が設けられている。回生抵抗制御部４６、インバータ部４７並びにインバータ制御部４８は、回生抵抗制御部２６、インバータ部２７並びにインバータ制御部２８と同様である。射出成形機の突出軸制御部には、突出軸モータ５２、突出軸エンコーダ５４、突出軸制御部５９が設けられている。射出軸制御部３９と突出軸制御部５９は、母線６４を介してコンバータ部６０より給電を受けている点を除いて、図７の射出軸制御部３０並びに突出軸制御部５０とほぼ同一の機能を有している。
【００１５】
コンバータ部６０は、電力ライン１４から供給される電力を力率改善用のリアクトル６１を経由して入力し、所定電圧に変換して母線６４に安定化した電圧を供給している。コンバータ部６０の出力電力ラインは、インバータ部２７、４７並びに回生抵抗２５、４５に接続されている。
【００１６】
ＮＣ装置１０は、力行／回生判別部１０２、母線電圧監視部１０４、並びに減速調整部１０６を有している。力行／回生判別部１０２は軸モータ２２、４２の消費電流により各軸モータのそれぞれが力行か回生かの判別を行う。母線電圧監視部１０４は、コンバータ部６０から供給される電力電圧と過電圧設定値とを比較する。コンバータ部６０から供給される電力電圧は母線電圧から得られる。減速調整部１０６は、力行する軸モータが存在する時は回生する軸モータの減速率を設定値より高め、力行する軸モータが存在しない時は回生する軸モータの減速率を設定値とする。
【００１７】
このように構成された装置の動作を次に説明する。図２は力行／回生判別部の説明図である。力行／回生判別部１０２はインバータ部の消費電流の検出部より消費電流を読込んで、対象となる軸モータのトルクを演算する（Ｓ１０２）。力行／回生判別部１０２は、演算したトルクが正か負か判断する（Ｓ１０４）。演算したトルクが負であれば、対象となる軸モータが回生中と判定し（Ｓ１０６）、演算したトルクが正であれば、対象となる軸モータが力行中と判定する（Ｓ１０８）。
【００１８】
図３は母線電圧監視部の説明図である。母線電圧監視部１０４は、母線６４の現在電圧ｘを読込み、過電圧設定値Ａと無負荷設定値Ｂを用いて、母線電圧上昇率と母線電圧変化率を演算する。
［母線電圧上昇率］：  ｆ（ｘ）＝（Ａ−ｘ）／Ｂ              （１）
［母線電圧変化率］：  ｇ（ｘ）＝ｄｆ（ｘ）／ｄｔ            （２）
また、母線６４の現在電圧ｘが過電圧設定値Ａに到達したときは、アラーム信号を出力する。
【００１９】
図４は減速調整部の説明図で、（Ａ）は軸モータの減速率を設定値とする場合、（Ｂ）は軸モータの減速率を設定値より高める場合を示している。軸モータの減速率を設定値とする場合は、軸モータを回転数ｆ０から停止させる時間がＴ１となっている。軸モータの減速率を設定値より高める場合は、軸モータを回転数ｆ０から停止させる時間をＴ１からＴ０に変更する。変更された設定時間Ｔ０は、母線電圧が過電圧設定値に対して一定の余裕を保持するように定められる。
【００２０】
続いて、射出成形機の型締軸モータ２２、射出軸モータ３２、並びに計量軸モータ４２の協調運転について説明する。図５は射出成形機のトグル式型締軸の説明図で、（Ａ）は型締完了状態、（Ｂ）は型開完了状態を示している。射出成形機のトグル式型締軸は、固定盤７１、移動盤７２、移動盤７２を駆動する動力を発生する軸モータ７３、軸モータ７３の駆動力を移動盤７２に伝達するボールネジ７４、並びに移動盤７２の移動を規制するクロスヘッド７５を有している。軸モータ７３には、例えばサーボモータを用いる。
【００２１】
このような構成のトグル式型締軸において、型締完了状態から型開完了状態に一気に動作する。トグルの特性上、軸モータ７３を一定回転で廻した場合、移動盤７２の移動は始めゆっくりで、徐々にスピードが速くなる。従って型締力を抜く時は、時間が掛るという課題がある。そこで、このような特性を有するトグル式型締軸に対して、予備型開きと呼ばれる運転モードを付加することで、型開時間を短縮している。
【００２２】
図６は射出成形機の型締軸と計量軸の協調運転の運転シーケンス図で、（Ａ）は射出軸、（Ｂ）は型締軸を示している。射出軸では、樹脂の射出が行われ（Ｓ２０２）、続いて射出された樹脂の冷却が行われる（Ｓ２０４）。樹脂の冷却と同期して、次の射出に使用する樹脂の計量が行われる（Ｓ２０６）。型締軸では、型閉が行われ（Ｓ３０２）、続いて型締が樹脂の射出と冷却に同期して行われる（Ｓ３０４）。予備型開きは樹脂の計量と同期して行われるもので、型締に続く（Ｓ３０６）。本型開きは樹脂の冷却が完了した後に行われる（Ｓ３０８）。
【００２３】
ここで、予備型開きは、型締軸の型開きを少し行なって停止させるので、回生が発生する。この回生電力を計量軸の駆動に利用することで、電力の有効利用ができる。また予備型開きの量は極少量で良いので、急停止が必要となって回生が大きく発生する。この場合、回生抵抗２５だけでは回生電流を消費できない場合があるが、計量軸の駆動に回生電流を用いることで、回生電流が旨く使用できる。このようにして、予備型開きを用いて母線電圧に過電圧を発生させることなく、型開時間の短縮を図ることができ、射出成形機のサイクルタイムの短縮が図れる。
【００２４】
尚、上記実施例においては射出成形機の型締軸と計量軸の協調運転で型締軸の回生電力を計量軸の力行電力に使用する場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、要するに射出成形機の複数の軸モータにおいて、一方の軸モータの回生時に他方の軸モータが力行する運転モードを有する場合に、一方の軸モータの回生電力を他方の軸モータの力行電力に使用するものであれば良い。例えば、コンバータ部６０が共通の電力を供給する軸モータは射出軸モータ３２と突出し軸モータ５２としても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の制御対象となる射出成形機は、一方の軸モータの回生時に他方の軸モータが力行する運転モードを有する複数の軸モータに共通の電力を供給するコンバータ部と、コンバータ部から供給される電力を用いて軸モータに所定周波数の電力を供給するインバータ部と、軸モータの減速中に生じる余剰電力を回生する回生抵抗とを有している。本発明によれば、軸モータの回生時に生じる余剰電力を、他の力行している軸モータの駆動に用いるので、射出成形機全体のサイクルタイムを短縮して生産効率が増大すると共に、電気エネルギの使用効率も高まる。
【００２６】
本発明の制御装置は、軸モータの消費電流により各軸モータのそれぞれが力行か回生かの判別を行う力行／回生判別部と、力行する軸モータが存在する時は回生する軸モータの減速率を設定値より高め、力行する軸モータが存在しない時は回生する軸モータの減速率を設定値とする減速調整手段と、コンバータ部から供給される電力電圧と過電圧設定値とを比較する母線電圧監視部を有し、前記減速調整手段を、前記回生する軸モータの減速率を設定値より高める場合に前記コンバータ部から供給される電力電圧が前記過電圧設定値を超過しない値に定める構成としているので、次の効果がある。
イ．力行する軸モータが存在する時は回生する軸モータの減速率を設定値より高めて、回生する軸モータの減速に要する時間を迅速にしている。
ロ．力行する軸モータが存在しない時は回生する軸モータの減速率を設定値として、回生により軸モータのインバータ部に過電圧が発生するのを防止している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を説明する構成ブロック図である。
【図２】力行／回生判別部の説明図である。
【図３】母線電圧監視部の説明図である。
【図４】減速調整部の説明図である。
【図５】射出成形機のトグル式型締軸の説明図である。
【図６】射出成形機の型締軸と計量軸の協調運転の運転シーケンス図である。
【図７】従来装置の説明図である。
【符号の説明】
１０  ＮＣ装置
１０２  力行／回生判別部
１０４  母線電圧監視部
１０６  減速調整部（減速調整手段）
２２  型締軸モータ
２４  型締軸エンコーダ
２５  回生抵抗
２６  回生抵抗制御部
２７  インバータ部
２８  インバータ制御部
３２  射出軸モータ
４２  計量軸モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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