(57)【要約】【課題】結露の発生を防止することができる電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置における温度制御方法及び電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を提供する。【解決手段】本発明の温度制御方法は、サーボモータ８を駆動制御するサーボアンプ２に取り付けられた内部冷却液により冷却される冷却フィン１と、内部冷却液を外部冷却液により冷却する熱交換器３０と、外部冷却液が流れる外部冷却液供給管２５に設けられた制御弁４０とを有する電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置における温度制御方法において、サーボモータ８の負荷、外部冷却液の温度Ｔo、内部冷却液の温度Ｔi、及び冷却フィン１の周囲の温度Ｔaに基づき、制御弁４０の開閉を制御することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータ（８）を駆動制御するサーボアンプ（２）に取り付けられた内部冷却液により冷却される冷却フィン（１）と、前記内部冷却液を外部冷却液により冷却する熱交換器（３０）と、前記外部冷却液が流れる外部冷却液供給管（２５）に設けられた制御弁（４０）とを有する電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置における温度制御方法において、
前記サーボモータ（８）の負荷、前記外部冷却液の温度（Ｔo）、前記内部冷却液の温度（Ｔi）、及び前記冷却フィン（１）の周囲の温度（Ｔa）に基づき、前記制御弁（４０）の開閉を制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項２】
前記サーボモータ（８）の負荷が所定のしきい値より小さい場合に、前記内部冷却液の温度（Ｔi）と前記外部冷却液の温度（Ｔo）との温度差、及び前記冷却フィン（１）の周囲の温度（Ｔa）と前記内部冷却液の温度（Ｔi）との温度差に基づき、前記制御弁（４０）の開閉を制御する、請求項１に記載の温度制御方法。
【請求項３】
前記内部冷却液の温度（Ｔi）と前記外部冷却液の温度（Ｔo）との温度差が第１の温度差よりも大きい場合であって、かつ前記冷却フィン（１）の周囲の温度（Ｔa）と前記内部冷却液の温度（Ｔi）との温度差が第２の温度差よりも大きい場合に前記制御弁（４０）を閉じる、請求項２に記載の温度制御方法。
【請求項４】
前記内部冷却液の温度（Ｔi）と前記外部冷却液の温度（Ｔo）との温度差が第１の温度差以下の場合であって、かつ前記冷却フィン（１）の周囲の温度（Ｔa）と前記内部冷却液の温度（Ｔi）との温度差が第３の温度差よりも大きい場合に前記制御弁を閉じる、請求項２に記載の温度制御方法。
【請求項５】
サーボモータ（８）を駆動制御するサーボアンプ（２）に取り付けられ、内部冷却液により冷却される冷却フィン（１）と、
前記内部冷却液を冷却する熱交換器（３０）と、
前記熱交換器（３０）に供給される外部冷却液が流れる管（２５、２６）と、
前記管（２５）に設けられた制御弁（４０）と、
前記サーボモータ（８）に供給される電流を検出する電流センサ（９）と、
前記外部冷却液の温度（Ｔo）を検出する外部冷却液温度センサ（５１）と、
前記冷却フィン（１）の周囲の温度（Ｔa）を検出する周囲温度センサ（５２）と、
前記内部冷却液の温度（Ｔi）を検出する内部冷却液温度センサ（５３）と、
前記電流センサ（９）、前記外部冷却液温度センサ（５１）、前記周囲温度センサ（５２）及び前記内部冷却液温度センサ（５３）の検出値に基づいて前記制御弁（４０）の開閉を制御するコントローラ（６０）とを有する、電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置における温度制御方法及び電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形機は、従来は周知のように、型開閉ユニット、射出ユニット等からなっている。型開閉ユニットは、固定金型、この固定金型に対して型開閉される可動金型、成形品を突き出すエジェクタ装置等からなり、射出ユニットは加熱シリンダ、この加熱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等からなっている。そして、電動射出成形機においては、上記の可動金型を型開閉するための駆動源、エジェクタ装置の駆動源、スクリュを回転駆動して可塑化する駆動源、スクリュを軸方向に駆動する駆動源等の動力源は、サーボモータから構成されている。
【０００３】
このようなサーボモータの制御には、サーボ制御装置から出力される制御信号に基づいて電流をオンオフするＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用されている。ＩＧＢＴをスイッチングして電流を流すと、ＩＧＢＴはスイッチング時と導通時に発熱する。
【０００４】
ところで、前述したようなサーボモータは、ＮＣ工作機、産業用ロボット等にも使用されているが、電動射出成形機に使用されるサーボモータの出力は、ＮＣ工作機等に使用されているサーボモータのそれよりも遙かに大きく、最低でも４台のＩＧＢＴを含んだサーボアンプと、ＡＣ／ＤＣコンバータを必要としている。
【０００５】
サーボモータの出力が１５ｋｗになると、ＩＧＢＴで発生する熱は、１台のサーボモータを駆動するだけで１０００ｗ程度も発生する。ＩＧＢＴは熱に対して弱く、ジャンクション温度が１５０℃を越えると破壊するので、１２０℃程度を上限として使用しなければならない。ＩＧＢＴを含んだサーボアンプあるいは動力用半導体の冷却は、電動射出成形機にとって重要な問題となっている。
【０００６】
このような課題に対して特許文献１は、概ね図３に示すような電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を開示している。
【０００７】
特許文献１に開示された冷却装置は、ＩＧＢＴを含むサーボアンプ１００に取り付けられる金属製の冷却板１０１と、冷却液貯留用のリザーブタンク１０２と、冷却液を冷水により冷却する熱交換器１０３とを備えている。
【０００８】
リザーブタンク１０２中の冷却液が熱交換器１０３により所定温度に冷却され、所定温度に冷却されたリザーブタンク１０２中の冷却液が冷却板１０１とリザーブタンク１０２との間を循環してサーボアンプ１００に含まれるサーボアンプを冷却している。
【０００９】
この冷却装置は、冷却板１０１が結露しないよう、図４のフローチャートに示すように、冷却板１０１の周囲温度Ｔａ、内部冷却液温度Ｔｉを測定し、Ｔａ−Ｔｉ＞５℃で制御弁１０４をＯＦＦ（外部冷却液を停止）とし、Ｔａ−Ｔｉ≦５℃で制御弁１０４をＯＮ（外部冷却液を通液）としていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された方法の場合、外部冷却液温度が周囲温度Ｔａよりかなり低く、かつ射出機動作が停止するなどしてサーボモータ１０５の負荷が減少した場合、制御弁１０４を操作してから内部冷却液温度Ｔｉが変わるまでに遅れ時間がある。このため、内部冷却液温度Ｔｉが下がりすぎて、冷却板１０１が結露してしまう場合があった。
【００１１】
結露を防止するには空冷式を採用することも考えられる。空冷式の場合、結露が生じないので水滴による漏電、ショート等の問題がない。また、外気を吸引し、そして排出するだけでＩＧＢＴが冷却され、冷却熱媒体も不要である。
【００１２】
しかしながら、空気は熱容量が小さく電動射出成形機用のＩＧＢＴを冷却するには、大量の冷却風を取り込まなければならず、この多量の空気に含まれている塵埃等によりＩＧＢＴ端子部分が汚れる。また、多量の冷却空気を吸引するためのダクトが大きくなり、制御盤が大きくなる欠点もある。さらには、冷却ファンの騒音の問題、冷却能力の計算が困難になる問題、冷却ファンの大型化による重量の問題等の問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、結露の発生を防止することができる電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置における温度制御方法及び電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を提供することを目的とする。
【特許文献１】特開２００６−１７７６０１号公報
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため本発明の温度制御方法は、サーボモータを駆動制御するサーボアンプに取り付けられた内部冷却液により冷却される冷却フィンと、内部冷却液を外部冷却液により冷却する熱交換器と、外部冷却液が流れる外部冷却液供給管に設けられた制御弁とを有する電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置における温度制御方法において、サーボモータの負荷、外部冷却液の温度、内部冷却液の温度、及び冷却フィンの周囲の温度に基づき、制御弁の開閉を制御することを特徴とする。
【００１５】
上記のとおり本発明の温度制御方法は、内部冷却液の温度及び冷却フィンの周囲の温度の他、サーボモータの負荷及び外部冷却液の温度に基づき制御弁の開閉を制御する。このため、サーボモータの負荷が減少した場合における外部冷却液による内部冷却液の過冷却を防止することができ、よって冷却フィンに結露が発生するのを防止することができる。
【００１６】
また、本発明の温度制御方法は、サーボモータの負荷が所定のしきい値より小さい場合に、内部冷却液の温度と外部冷却液の温度との温度差、及び冷却フィンの周囲の温度と内部冷却液の温度との温度差に基づき、制御弁の開閉を制御するものであってもよい。この場合、内部冷却液の温度と外部冷却液の温度との温度差が第１の温度差よりも大きい場合であって、かつ冷却フィンの周囲の温度と内部冷却液の温度との温度差が第２の温度差よりも大きい場合に制御弁を閉じるものであってもよい。あるいは、内部冷却液の温度と外部冷却液の温度との温度差が第１の温度差以下の場合であって、かつ冷却フィンの周囲の温度と内部冷却液の温度との温度差が第３の温度差よりも大きい場合に制御弁を閉じるものであってもよい。
【００１７】
本発明の電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置は、サーボモータを駆動制御するサーボアンプに取り付けられた冷却フィンを冷却する内部冷却液が流れる管と、内部冷却液を冷却する熱交換器と、熱交換器に供給される外部冷却液が流れる管と、外部冷却液が流れる管に設けられた制御弁と、サーボモータに供給される電流を検出する電流センサと、外部冷却液の温度を検出する外部冷却液温度センサと、冷却フィンの周囲の温度を検出する周囲温度センサと、内部冷却液の温度を検出する内部冷却液温度センサと、電流センサ、外部冷却液温度センサ、周囲温度センサ及び内部冷却液温度センサの検出値に基づいて制御弁の開閉を制御するコントローラとを有する。
【００１８】
上記のとおり、本発明の冷却装置は内部冷却液の温度及び冷却フィンの周囲の温度の他、サーボモータの負荷及び外部冷却液の温度に基づき制御弁の開閉を制御するコントローラを有する。このため、サーボモータの負荷が減少した場合における外部冷却液による内部冷却液の過冷却を防止することができ、よって冷却フィンに結露が発生するのを防止することができる。
【００１９】
また、本発明の冷却装置は、液冷式であるため、冷却風に含まれる塵埃等による汚れ、冷却空気を吸引するための大型のダクト及び制御盤、冷却ファンの騒音の問題、冷却能力の計算が困難になる問題、冷却ファンの大型化による重量の問題等、空冷式における問題が生じない。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、内部冷却液の温度及び冷却フィンの周囲の温度の他、サーボモータの負荷及び外部冷却液の温度に基づき制御弁の開閉を制御する。このため、サーボモータの負荷が減少した場合における外部冷却液による内部冷却液の過冷却を防止することができ、よって冷却フィンに結露が発生するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置を模式的に示す図である。
【００２２】
本実施形態の冷却装置は、電動射出成形機用の複数のサーボアンプ２を冷却するための装置である。複数のサーボアンプ２は、エジェクタ用サーボアンプ、型開閉用サーボアンプ、可塑化用サーボアンプ、射出用サーボアンプ等からなり、それぞれＩＧＢＴを含んだ構成となっている。これら各サーボアンプ２は、エジェクタ用サーボモータ、型開閉用サーボモータ、可塑化用サーボモータ、射出用サーボモータ等の各サーボモータ８を駆動制御する。各サーボアンプ２には例えばアルミニウム合金のような熱の良導体から構成されている冷却フィン１が設けられている。
【００２３】
そして、これらの冷却フィン１にはリザーブタンク１０中の冷却液が循環供給されるようになっている。また、本実施形態の冷却装置は冷凍サイクル（不図示）も備え、この冷凍サイクルで得られる冷却液は、熱交換器３０で熱交換されるようになっている。
【００２４】
１個の冷却フィン１は、一対の板材と、冷却フィン１の中で往復している２本の内部冷却液管３とからなる。すなわち、一対の板材は、所定幅で所定長さを有し、その合わせ面に所定径の凹溝を軸方向に有するように、例えばアルミニウム合金により押出成形されている。そして、これら凹溝に金属管例えば銅合金製の２本の内部冷却液管３がセットされ、そして一対の板材の合わせ面がブレージングにより接合されている。これにより、一対の板材間に２本の内部冷却液管３が密に接触された冷却フィン１が得られる。
【００２５】
このようにして得られる２本の内部冷却液管３のうちの一方の一端側は内部冷却液供給管４に接続され、２本の内部冷却液管３の他方の一端側は内部冷却液戻り管６にそれぞれ接続されている。一方、２本の内部冷却液管３の他端側は冷却フィン１の外部においてリターン管５により接続されている。これにより、内部冷却液供給管４から供給される冷却液は、冷却フィン１の間を往復することになる。
【００２６】
また、冷却フィン１の近傍の適所には周囲温度Ｔaを検出する周囲温度センサ５２が設けられている。
【００２７】
冷却液を得る冷却源には、電動射出成形機に備わっている冷却源を利用することもできるが、本実施形態では冷凍サイクル（不図示）が適用されている。冷凍サイクルは、従来周知のように、冷媒を圧縮する圧縮機、凝縮器、キャピラリチューブ、蒸発器等から構成され、これらは冷媒管で接続されている。冷凍サイクルの蒸発器と熱交換器３０とは外部冷却液供給管２５及び外部冷却液戻り管２６とで接続されている。これら管２５、２６は熱交換器３０の第１のインポート３１と第１のアウトポート３２にそれぞれ接続されている。
【００２８】
外部冷却液供給管２５にはコントローラ６０によってＯＮ／ＯＦＦ制御される制御弁４０と、外部冷却液供給管２５内の外部冷却液温度Ｔoを検出する外部冷却液温度センサ５１が設けられている。なお、本実施形態において、制御弁ＯＮとは制御弁４０を開いて外部冷却液を通液させる状態を意味し、制御弁ＯＦＦとは制御弁４０を閉じて外部冷却液の通液を停止させる状態を意味する。すわなち、制御弁４０をＯＮとすることで外部冷却液が通液して熱交換器３０にて内部冷却液が冷却され、制御弁４０をＯＦＦとすることで外部冷却液の通液が停止され熱交換器３０での内部冷却液の冷却が停止される。
【００２９】
一方、内部冷却液戻り管６は熱交換器３０の第２のインポート３４に接続され、第２のアウトポート３５にはリザーブタンク１０に接続されている戻り管６’が取り付けられている。
【００３０】
内部冷却液供給管４にはポンプ７が設けられている。ポンプ７はリザーブタンク１０に貯留されている内部冷却液を吸引し、サーボアンプ２側へと供給する。リザーブタンク１０には、内部冷却液の内部冷却液温度Ｔiを検出する内部冷却液温度センサ５３が設けられている。
【００３１】
コントローラ６０と、外部冷却液温度センサ５１、周囲温度センサ５２、及び内部冷却液温度センサ５３はそれぞれ信号ラインａ、ｂ、ｃで接続されており、コントローラ６０には各温度センサからの検出された検出値が信号ラインａ、ｂ、ｃを介して入力される。また、コントローラ６０には、サーボモータ８に供給される電流を、サーボモータ８の負荷として検出する電流センサ９からの検出値が信号ラインｄを介して入力される。コントローラ６０は、これら入力された各検出値、すわなち、外部冷却液温度、周囲温度、内部冷却液温度、及びサーボモータの負荷に基づき制御弁４０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。コントローラ６０からの制御信号は信号ラインｄを介して制御弁４０に送信される。
【００３２】
次に、コントローラ６０による制御弁４０のＯＮ／ＯＦＦ制御について、図２に示す制御フローチャートを用いて詳細に説明する。
【００３３】
まず、電流センサ９で検出した電流値が、コントローラ６０に予め設定されている所定のしきい値を超えるか否かによりサーボモータ８の負荷の大小を判断する（ステップＳ１）。電流値による所定のしきい値とは、負荷のしきい値であり、その値は使用するサーボアンプ２、サーボモータ８等の仕様により適宜設定される。
【００３４】
電流センサ９で検出した電流値が所定のしきい値を超え、サーボモータ８の負荷が大きいと判断した場合、周囲温度Ｔaと内部冷却液温度Ｔiとの温度差が５℃より大きいかどうか判断する（ステップＳ２）。Ｔa−Ｔi＞５℃の場合、制御弁４０をＯＦＦ（ステップＳ３）とし、外部冷却液の通液を停止させる。Ｔa−Ｔi≦５℃の場合、制御弁４０をＯＮ（ステップＳ４）とし、外部冷却液を通液させる。
【００３５】
電流センサ９で検出した電流値が所定のしきい値より小さく、サーボモータ８の負荷が小さいと判断した場合、内部冷却液温度Ｔiと外部冷却液温度Ｔoとの温度差が１０℃（第１の温度差）より大きいかどうか判断する（ステップＳ５）。
【００３６】
Ｔi−Ｔo＞１０℃、すわなち、内部冷却液温度Ｔiと外部冷却液温度Ｔoとの温度差が第１の温度差より大きい場合、続いて周囲温度Ｔaと内部冷却液温度Ｔiとの温度差が１℃（第２の温度差）より大きいかどうか判断する（ステップＳ６）。Ｔa−Ｔi＞１℃の場合、すわなち、周囲温度Ｔaと内部冷却液温度Ｔiとの温度差が第２の温度差より大きい場合、制御弁４０をＯＦＦ（ステップＳ７）とし、外部冷却液の通液を停止させる。これとは逆にＴa−Ｔi≦１℃の場合、制御弁４０をＯＮ（ステップＳ８）とし、外部冷却液を通液させる。
【００３７】
一方、Ｔi−Ｔo≦１０℃、すわなち、内部冷却液温度Ｔiと外部冷却液温度Ｔoとの温度差が第１の温度差以下の場合、続いて周囲温度Ｔaと内部冷却液温度Ｔiとの温度差が３℃（第３の温度差）より大きいかどうか判断する（ステップＳ９）。Ｔa−Ｔi＞３℃、すわなち、周囲温度Ｔaと内部冷却液温度Ｔiとの温度差が第３の温度差より大きい場合、制御弁４０をＯＦＦ（ステップＳ１０）とし、外部冷却液の通液を停止させる。逆にＴa−Ｔi≦３℃の場合、制御弁４０をＯＮ（ステップＳ１１）とし、外部冷却液を通液させる。
【００３８】
以上のように、本実施形態の冷却装置は、周囲温度Ｔaと内部冷却液温度Ｔiとの温度差のみならず、サーボモータ８の負荷状況、内部冷却液温度Ｔiと外部冷却液温度Ｔoとの温度差、周囲温度Ｔaと内部冷却液温度Ｔiとの温度差を考慮した温度制御がなされる。このように、本実施形態の冷却装置のコントローラ６０は、周囲温度Ｔa、内部冷却液温度Ｔiのみならず、サーボモータ８の負荷状況及び外部冷却液温度Ｔoをも考慮して制御弁４０の開閉制御を行う。このため、射出機動作が停止するなどしてサーボモータ８の負荷が減少した場合における外部冷却液による内部冷却液の過冷却を防止することができ、よって冷却フィンに結露が発生するのを防止することができる。これにより、冷却フィン１の結露を防ぐことができ、漏電、ショート等の発生を未然に防止できる。
【００３９】
また、本実施形態の冷却装置は、液冷式であるため、冷却風に含まれる塵埃等による汚れ、冷却空気を吸引するための大型のダクト及び制御盤、冷却ファンの騒音の問題、冷却能力の計算が困難になる問題、冷却ファンの大型化による重量の問題等、空冷式における問題が生じない。
【００４０】
なお、本実施形態では、制御弁４０にＯＮ／ＯＦＦの２値のものを例示したが本発明はこれに限定されるものではなく、外部冷却液の流量を連続可変制御可能な制御弁を使用するものであってもよい。
【００４１】
また、上述した各温度差は冷却フィンでの結露を防止するために最も好ましい例を示したものであるが、電動射出成形機の構成、あるいは冷却装置の構成、使用環境によって適宜変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の冷却装置の制御フローチャートの一例である。
【図３】従来の電動射出成形機用サーボアンプの冷却装置の一例を模式的に示す図である。
【図４】従来の冷却装置の制御フローチャートの一例である。
【符号の説明】
【００４３】
１    冷却フィン
２    サーボアンプ
３    冷却液管
４    内部冷却液供給管
５    リターン管
６    内部冷却液戻り管
７    ポンプ
８    サーボモータ
９    電流センサ
１０    リザーブタンク
２５    外部冷却液供給管
２６    外部冷却液戻り管
３０    熱交換器
３１    第１のインポート
３２    第１のアウトポート
３４    第２のインポート
３５    第２のアウトポート
４０    制御弁
５１    外部冷却液温度センサ
５２    周囲温度センサ
５３    内部冷却液温度センサ
６０    コントローラ
Ｔa    周囲温度
Ｔi    内部冷却液温度
Ｔo    外部冷却液温度
【図１】
2008230181.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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