(57)【要約】 【課題】スイッチングによる電力ロスを可及的に抑制することができる電動射出成形機のＰＷＭコンバータの制御方法を提供する。【解決手段】電動射出成形機（１）のＰＷＭコンバータ（３）の運転方法として構成する。成形サイクルのうち射出工程以外の他の工程においてはＰＷＭコンバータ（３）のスイッチングを停止する。射出工程においては射出工程内の消費電力である射出時消費電力を監視する。この射出時消費電力が所定のしきい値の電力である判定電力（４０）を超えるまではスイッチングを停止する。超えたときのみスイッチングするようにする。【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転方法であって、成形サイクルのうち射出工程以外の他の工程においては前記ＰＷＭコンバータのスイッチングを停止し、射出工程においては射出工程内の消費電力である射出時消費電力を監視して所定のしきい値の電力である判定電力を超えるまではスイッチングを停止することを特徴とする電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の運転方法であって、前記射出時消費電力が前記判定電力を超えた場合、前記判定電力と前記射出時消費電力の最大値とを前記電動射出成形機のモニタに表示することを特徴とする電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転方法。
【請求項３】
請求項１に記載の運転方法であって、前記判定電力と、前記射出時消費電力の最大値とを、それぞれ前記電動射出成形機における出力可能な最大電力に対する割合として前記電動射出成形機のモニタに表示することを特徴とする電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動射出成形機において、外部から供給される三相交流電力を直流電力に変換するＰＷＭコンバータの運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。電動射出成形機においては、これらの装置はサーボモータ等のＡＣモータによって駆動され、ＡＣモータにはインバータが生成する三相交流電力が供給される。電動射出成形機にはインバータに直流電力を供給するために、外部から供給される商用の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータを備えている。コンバータには、ダイオードのみからなるダイオードブリッジ整流回路もあるが、ダイオードブリッジ整流回路が生成できる直流電圧は三相交流電圧の波高値になり、例えば三相交流電圧が２００Ｖの場合には生成できる直流電圧は２８２Ｖに過ぎない。電動射出成形機は射出工程において瞬間的に大電力が消費されて直流電圧が一時的に低下するが、直流電圧が十分に大きくないと電圧低下によって電力の供給が不安定になる虞もある。このようなダイオードブリッジ整流回路に対し、コンバータには入力側にリアクトルを備えたＰＷＭコンバータもある。入力側にリアクトルを備えたＰＷＭコンバータは、昇圧して直流電力を供給することができるので、大電力を消費する射出工程に対して、予め昇圧した直流電力を供給することができる。予め昇圧しておくことができるので、大電力が消費されても電圧の降下は比較的小さく、安定的に電力を供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１３７５７７号公報
【０００４】
特許文献１には、電動射出成形機においてＰＷＭコンバータを駆動するＰＷＭ信号について、そのキャリア周波数を変化させる制御方法が記載されている。具体的には、成形サイクルのうち射出工程を除く他の工程においてはキャリア周波数を小さくしてＰＷＭコンバータを制御し、射出工程においてはキャリア周波数を大きくしてＰＷＭコンバータを制御するようにしている。前記したように射出工程においては大電力が消費されて直流電圧が一時的に低下するが、特許文献１に記載の制御方法を実施すると、射出工程においては大きなキャリア周波数でＰＷＭ信号を生成してＰＷＭコンバータを制御するので、精度良くＰＷＭコンバータを制御でき、三相交流電力を効率よく直流電力に変換できる。従って射出工程における直流電圧の低下は小さくて済む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＷＭコンバータを備えた電動射出成形機は、昇圧して直流電力を供給することができるので、インバータに対して電力を安定的に供給することができ優れている。さらに特許文献１に記載の制御方法を実施すれば、直流電圧を安定化させることができるという効果もある。しかしながらＰＷＭコンバータについては、省エネルギーの観点において問題も見受けられる。ＰＷＭコンバータは、６個のＩＧＢＴを備えており、これらをスイッチングすることによって駆動されるが、ＩＧＢＴのスイッチング動作によって電力がロスする問題がある。電動射出成形機において、ＰＷＭコンバータが直流電力として供給する全電力に対して、ＰＷＭコンバータのスイッチングによる電力ロスの割合は約１０％もある。スイッチングによる電力ロスを抑制することができれば、省エネルギーになるはずである。
【０００６】
ところで電動射出成形機においては、ＰＷＭコンバータについてスイッチングが不要な工程においてはスイッチングしないという方法もある。具体的には成形サイクルのうち、射出工程以外の他の工程においてはＰＷＭコンバータのスイッチングを停止するようにする。ＩＧＢＴをスイッチングしない場合、ＰＷＭコンバータは６個のダイオードからなるダイオードブリッジ整流回路として動作する。そうすると三相交流電圧の波高値を直流電圧とする直流電力を供給できる。射出工程以外の他の工程では消費電力が小さいので、比較的低い直流電圧であっても電力の供給には支障がない。これに対して、射出工程においてはＰＷＭコンバータは無条件にスイッチングするようにする。射出工程においては大電力が必要であるからであり、射出工程において無条件にスイッチングすることによって事前に直流電圧を昇圧している。射出工程では無条件に昇圧して直流電力を供給するので、大電力が消費されても電力を安定的に供給できる。このような運転方法を採ると、ＰＷＭコンバータのスイッチングによる電力ロスはある程度抑制できる。しかしながら、省エネルギーの観点からさらに電力ロスを抑制したいという要求がある。
【０００７】
本発明は、電動射出成形機のＰＷＭコンバータにおいてスイッチングによる電力ロスを可及的に抑制することができ、それによって省エネルギーに資する電動射出成形機のＰＷＭコンバータの制御方法を提供することを目的としている。また本発明には他の目的もある。成形条件を調整すれば、同じ成形品を成形する場合であっても電動射出成形機において消費される電力を小さくできる余地があるはずである。そこで本発明は、ＰＷＭコンバータのスイッチングによる電力ロスを少なくできる成形条件に調整できるような支援情報を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転方法であって、成形サイクルのうち射出工程以外の他の工程においては前記ＰＷＭコンバータのスイッチングを停止し、射出工程においては射出工程内の消費電力である射出時消費電力を監視して所定のしきい値の電力である判定電力を超えるまではスイッチングを停止することを特徴とする電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転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に記載の運転方法であって、前記射出時消費電力が前記判定電力を超えた場合、前記判定電力と前記射出時消費電力の最大値とを前記電動射出成形機のモニタに表示することを特徴とする電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転方法として構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の運転方法であって、前記判定電力と、前記射出時消費電力の最大値とを、それぞれ前記電動射出成形機における出力可能な最大電力に対する割合として前記電動射出成形機のモニタに表示することを特徴とする電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転方法として構成される。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明は、電動射出成形機のＰＷＭコンバータの運転方法として構成される。そして成形サイクルのうち射出工程以外の他の工程においてはＰＷＭコンバータのスイッチングを停止し、射出工程においては射出工程内の消費電力である射出時消費電力を監視して所定のしきい値の電力である判定電力を超えるまではスイッチングを停止するように構成されている。従って、ＰＷＭコンバータは射出工程以外ではスイッチングしないし、射出工程であっても、消費電力がしきい電力を超えなければスイッチングせずにダイオードブリッジ整流回路として動作することになり、電力ロスはわずかで済む。従来は強制的にスイッチングしていた射出工程においても、省エネルギーな運転を実施することができる。そして消費電力がしきい電力を超えたときはＰＷＭコンバータのスイッチングを実施するので、直流電圧の過度な低下は防止されている。すなわち電力の供給には支障を来さない。他の発明によると、射出時消費電力が判定電力を超えた場合、判定電力と射出時消費電力の最大値とを電動射出成形機のモニタに表示するように構成されている。また他の発明によると、判定電力と、射出時消費電力の最大値とを、それぞれ電動射出成形機における出力可能な最大電力に対する割合として電動射出成形機のモニタに表示するように構成されている。これらの発明によると、射出時消費電力がしきい電力を超えないようにするには、どの程度消費電力を小さくすればいいのかについて情報が提供されるようになっているので、電動射出成形機の操作者は、例えば射出速度を小さくする等のように成形条件を調整することができる。成形品によっては、射出工程においてもＰＷＭコンバータのスイッチングを停止できるような成形条件に調整することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る電動射出成形機のＰＷＭコンバータと、インバータとを示す回路図である。
【図２】成形サイクルにおける消費電力の変化を模式的に示すグラフである。
【図３】射出工程において、ＰＷＭコンバータのスイッチングの停止が可能な条件を示すグラフであり、該条件をスクリュを軸方向に駆動するサーボモータの回転数とトルクの関数として示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る電動射出成形機１には、図１に示されているように、ＰＷＭコンバータ３が設けられている。ＰＷＭコンバータ３は従来周知のように第１〜６のダイオード１１、１２、…と、第１〜６のＩＧＢＴ２１、２２、…とから構成されている。第１、２のダイオード１１、１２、第３、４のダイオード１３、１４、第５、第６のダイオード１５、１６は、それぞれ負の直流電圧線Ｎから正の直流電圧線Ｐに向かう向きに直列に接続され、これらの中点に三相交流電源４からの、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の三相交流電圧線が接続されている。これらの第１〜６のダイオード１１、１２、…には、それぞれ１個のＩＧＢＴが並列に接続されている。つまり第１〜６のＩＧＢＴ２１、２２、…が接続されている。これらはスイッチングされると正の直流電圧線Ｐから負の直流電圧線Ｎに電流が流れるような向きになっている。このようなＰＷＭコンバータ３には入力側のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の三相交流電圧線に、それぞれ第１〜３のリアクトル３１、３２、３３が設けられている。
【００１２】
正負の直流電圧線ＰＮには、所定の電荷を貯めて電圧の変動を抑制する平滑化コンデンサ８が設けられている。図１にはモータ１０は１個だけ示されているが、電動射出成形機１の各装置は複数のモータによって駆動されるようになっている。これらのモータ１０のそれぞれにはインバータ９が設けられ、インバータ９は正負の直流電圧線ＰＮから直流電力の供給を受けて、これを所望の三相交流電力に変換してモータ１０に供給するようになっている。
【００１３】
本実施の形態に係る電動射出成形機１は、上で説明したように入力側にリアクトル３１、３２、…を備えたＰＷＭコンバータ３から直流電力が供給されるようになっている。ＰＷＭコンバータ３の第１〜６のＩＧＢＴ２１、２２、…のスイッチングを停止した状態では、これら第１〜６のＩＧＢＴ２１、２２、…には電流が流れないので、ＰＷＭコンバータ３は、周知のように第１〜６のダイオード１１、１２、…からなるダイオードブリッジ整流回路として動作することになる。そうすると直流電圧線ＰＮに供給される直流電圧は、三相交流電源４から供給される三相交流電圧の波高値になる。例えば三相交流電圧が２００Ｖのとき直流電圧は約２８２Ｖになる。一方、第１〜６のＩＧＢＴ２１、２２、…をスイッチングすると、リアクトル３１、３２、…によってチョッパ回路が構成されて、直流電圧線ＰＮに供給される直流電圧は所望の電圧に昇圧できる。従って、三相交流電圧が２００Ｖのときは２８２〜４００Ｖのように所定の電圧で供給できる。
【００１４】
本実施の形態に係る電動射出成形機１は、可能な限りＰＷＭコンバータ３を駆動しないようにして運転する。つまり可能な限り第１〜６のＩＧＢＴ２１、２２、…をスイッチングしないようにして運転する。これを実現するために、本実施の形態に係る電動射出成形機１は、直流電圧線ＰＮにおける消費電力を監視して、これを図に示されていないコントローラに送る。図２には、電動射出成形機１で実施される成形サイクルの各工程において消費される消費電力のグラフが模式的に示されている。コントローラには所定のしきい値の電力である判定電力４０が予め設定されている。図２にはこの判定電力４０が示されている。判定電力４０は、ＰＷＭコンバータ３を駆動しないでダイオードブリッジ整流回路として直流電力を供給するとき、安定的に供給することができる電力のうち最大の電力を設定しておくことが好ましい。コントローラは、毎回の成形サイクルにおいて消費電力を監視する。そして消費電力が判定電力４０を超えたときに、ＰＷＭコンバータ３を駆動するようにする。図２においては最初の成形サイクルの射出工程において消費電力が判定電力４０を超えているので、このときＰＷＭコンバータ３を駆動する。２回目の成形サイクルの射出工程においては消費電力は判定電力４０を超えていないので、ＰＷＭコンバータ３は駆動しない。この場合にはＰＷＭコンバータ３においてスイッチングによる電力ロスはない。図２から明らかなように、成形サイクルにおいて消費電力が大きいのは射出工程であり他の工程は消費電力は十分に小さい。従って、射出工程以外の他の工程では常にＰＷＭコンバータ３は停止することになる。従って、ＰＷＭコンバータ３を駆動するか否かの判断は射出工程のみに実施することもできる。
【００１５】
本実施の形態に係る電動射出成形機１は、操作者が成形条件を調整するときに、射出工程においてＰＷＭコンバータ３を駆動しないで済むような、省エネルギーを実現できる成形条件を探せるように、情報を提供して支援する。具体的には、電動射出成形機１のモニタに所定の画面が表示され、画面には射出工程における消費電力である射出時消費電力の最大値と、判定電力とが表示される。射出時消費電力は射出工程においても変化しているが、その最大値を表示することによって、判定電力と比較することができる。成形品によっては成形条件は若干の調整の余地がある。この場合、操作者は射出時消費電力が判定電力を超えないように成形条件を調整することができる。
【００１６】
電動射出成形機１のモニタには他の情報を表示してもよい。例えば、電動射出成形機１においては出力可能な最大電力が判明している。つまりＰＷＭコンバータ３を駆動したときに出力可能な最大電力である。この最大電力に対して判定電力の割合を算出し、これを画面に表示する。そして成形サイクルの射出工程毎に検出される射出時消費電力を、最大電力に対する割合で算出して画面に表示する。操作者は、これらの割合を比較して成形条件を調整できる。
【００１７】
射出時消費電力は、射出軸つまりスクリュを駆動するサーボモータの回転数とトルクとに相関している。図３には、ＰＷＭコンバータ３を駆動して最大電力まで射出時消費電力を使用できる条件で駆動可能な射出軸の回転数とトルクとの関係がグラフ４２に、そして、射出工程においてＰＷＭコンバータ３を停止する条件で駆動可能な射出軸の回転数とトルクとの関係がグラフ４３に示されている。つまりグラフ４３は射出時消費電力が判定電力に一致しているときの射出軸の回転数とトルクの関係を示している。このグラフ４３を参考にして成形条件を調整することができる。例えば、射出工程において射出軸を２０００ｒｐｍで駆動するときに６０Ｎｍのトルクが検出される場合、グラフ４３を超えている。そうすると射出時消費電力は判定電力を超えているのでＰＷＭコンバータ３は駆動されることになる。そこで、例えば射出工程において射出軸の回転数が１８００ｒｐｍになるように成形条件を調整する。この条件で射出工程を実施したときに検出されるトルクが６０Ｎｍ以下であれば、グラフ４３を超えない。このような成形条件で問題無く成形品が成形できる場合には、この成形条件を採用する。そうするとＰＷＭコンバータ３を駆動しないで成形サイクルを実施できるので、ＰＷＭコンバータ３におけるスイッチングによる電力ロスは発生しない。
【符号の説明】
【００１８】
１                  電動射出成形機  
３                  ＰＷＭコンバータ  
４                  三相交流電源
８                  平滑化コンデンサ
９                  インバータ
１０                モータ
１１、１２、…      第１〜６のダイオード
２１、２２、…      第１〜６のＩＧＢＴ
３１、３２、…      第１〜３のリアクトル
４０                判定電力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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